JP2014187531A - 投影装置、投影方法及び投影プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】歪み補正時の自由度を向上させることができる投影装置を提供する。
【解決手段】ＣＰＵ１９は、姿勢調整部２７を制御して電動脚部２８の各脚２８Ａの長さを独立して変更させることで、投影画像がロールするようにロール角を変更し、画像変換部１３を制御して、該変更されるロール角を考慮して、投影画像を被投影体で矩形画像となるように補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、投影装置、投影方法及び投影プログラムに関する。

一般に、パーソナルコンピュータ等から出力された画像データに基づく画像を、スクリーン等の被投影体に投影する画像投影装置としてのプロジェクタが知られている。

このプロジェクタの投射光の光軸がスクリーン等の被投影体の投影面に対して垂直であれば、投影された画像に歪みは生じない。しかし、プロジェクタの設置角度により、光軸が投影面に対して垂直でないと、画像に歪みが生じる。

このため、例えば特許文献１に開示されているように、一般に台形補正機能と称される、画像の歪みを補正するための補正機能をプロジェクタに組み込むことが行われている。この歪み補正機能は、所定の手法で取得した光軸の地平面に対する垂直方向の角度（垂直角度）と水平方向の角度（水平角度）とに基づいて、投影画像の歪みを補正するものである。

この歪み補正の原理を、図９に基づいて説明する。なお、ここでは、角度のパラメータとして、それぞれ、ｖ、ｈを用いる。角度ｖは、地平面に対し、プロジェクタ１の垂直方向の角度であり、また、角度ｈは、プロジェクタ１の水平方向の角度（方向）である。なお、被投影体（スクリーン２）は、地平面に対して垂直であるものとする。水平ベース３は、地平面に対して平行な台である。ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸はプロジェクタ座標系を表し、ｚ軸はプロジェクタ光学系の光軸と一致している。

図１０は、この場合の図９のプロジェクタ座標系と二つの角度ｈ，ｖの関係を表す詳細図である。図１０（Ａ）の三つの実線矢印は、プロジェクタ座標系である。先ず、ｙ軸を回転軸として、矢印方向に一つ目の角度である角度ｈだけ水平方向に回転させる。これにより、ｚ軸とｘ軸はそれぞれ、点線矢印に移動する。図１０（Ｂ）の三つの実線矢印は、この水平補方向に角度ｈだけ回転させた後のプロジェクタ座標系である。次に、ｘ軸を回転軸として、矢印方向に二つ目の角度である角度ｖだけ垂直方向に回転させる。これにより、ｚ軸とｙ軸はそれぞれ、点線矢印に移動する。図１０（Ｃ）の三つの矢印は、先ず水平方向に角度ｈだけ回転させ、次に垂直方向に角度ｖだけ回転させた後のプロジェクタ座標系である。このとき、ｘ軸は水平ベース３に対して平行である。

以上のように、角度ｈとｖにより、ｚ軸方向つまりプロジェクタ光学系の光軸方向（投影方向）は自在に変えられる。

そして、図９のようにプロジェクタ１が設置された場合、スクリーン２には、補正前歪み四角形ａｂｃｄとして示すように、本来なら矩形で表示されるべき投影画像が歪んだ四角形に表示されることになる。なお、図９は、プロジェクタ１のｚ軸が、先ず、水平方向に角度ｈ＝３０°だけ右に振られ、その後、垂直方向に角度ｖ＝３０°だけ上に振られた状態を示している。

歪み補正は、補正前歪み四角形ａｂｃｄの内側に、白矩形として示す補正後矩形ａ’ｂ’ｃ’ｄ’を設定し、入力画像情報を、その補正後矩形ａ’ｂ’ｃ’ｄ’に射影変換する技術である。

図１１は、このようなプロジェクタ１の歪み補正の補正前歪み四角形と補正後矩形との関係を、投影面で見た場合を示す図であり、図１２は、同様の関係を出力表示素子（マイクロミラー表示素子や液晶素子など）面で見た場合を示す図である。

図１１において、白矩形は、補正後矩形ａ’ｂ’ｃ’ｄ’であり、画像有効部分である。斜線部分は、補正前歪み四角形ａｂｃｄから補正後矩形ａ’ｂ’ｃ’ｄ’を切り抜いた残りの画像無効部分である。点ｋは、プロジェクタ光学系の光軸が投影面を貫く位置を表している。

図１２の斜線部分と白四角は、図１１の斜線部分と白矩形にそれぞれ対応する。白四角内のパーセント表示は、出力表示素子の画素利用率を表す。ｈ＝ｖ＝０である中央の四角形は、歪み補正無しの場合を表しており、このとき画素利用率は１００％である。

歪み補正の切り抜き方法は複数存在するが、図１１及び図１２は、画像の横縦比を維持したまま画素利用率が向上するような切り抜き方法を採用している場合の例である。

また、プロジェクタの仕様としては、出力表示素子の横縦比１６：９（約１．７８）、スローレシオ約０．９２、出力表示素子の光軸位置は下辺中央から出力表示素子高さの約２０％上方である。ただし、スローレシオ＝投影像横幅÷投影距離であり、スローレシオの条件は歪み補正無し時である。

特開２００１−３３９６７１号公報

上述したような歪み補正は、プロジェクタ１の左右の高さバランスを調整して、プロジェクタ１がロールの無い状態、即ち光軸周りに回転していない状態に設置されていることが前提となっている。従って、ロールが存在する場合には、まず、ロールが無い状態にプロジェクタ１を調整設定した上で歪み補正を行うことが必要であった。よって、歪み補正時の自由度はあまり大きくなかった。

本発明は、歪み補正時の自由度を向上させることができる投影装置、投影方法及び投影プログラムを提供することを目的とする。

前記目的を果たすため、本発明の一態様によれば、投影装置は、投影画像がロールするようにロール角を変更するロール角変更手段と、前記ロール角変更手段により変更されるロール角を考慮して、投影画像を被投影体で矩形画像となるように補正する歪み補正手段と、を備える。

前記目的を果たすため、本発明の一態様によれば、投影方法は、画像を被投影体に投影する投影装置における投影方法であって、投影画像がロールするようにロール角を変更するロール角変更工程と、前記ロール角変更工程により変更されるロール角を考慮して、投影画像を前記被投影体で矩形画像となるように補正する歪み補正工程と、を備える。

前記目的を果たすため、本発明の一態様によれば、投影プログラムは、画像を被投影体に投影する投影装置におけるコンピュータに、投影画像がロールするようにロール角を変更することと、前記変更されるロール角を考慮して、投影画像を前記被投影体で矩形画像となるように補正することと、を実行させる。

本発明によれば、歪み補正時の自由度を向上させることができる投影装置、投影方法及び投影プログラムを提供できる。

（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るプロジェクタの構成例を示すブロック図であり、（Ｂ）は、電動脚部の構成を示す図である。 図９の状態の後、ｚ軸を回転軸としてロール角ｒだけ回転させた場合を表す図である。 図２のプロジェクタ座標系と三つの角度ｈ，ｖ，ｒの関係を表す詳細図である。 第１実施形態における投影状態調整処理の一例を表すフローチャートを示す図である。 第１実施形態のプロジェクタにおける歪み補正の補正前歪み四角形と補正後矩形との関係を、投影面で見た場合を示す図である。 第１実施形態のプロジェクタにおけるプロジェクタの歪み補正の補正前歪み四角形と補正後矩形との関係を、出力表示素子面で見た場合を示す図である。 本発明の第１実施形態におけるロール角変更機構の例を示す図である。 最適ロール角ルックアップテーブルの例を示す図である。 ｈ＝ｖ＝３０°の場合のプロジェクタと被投影体（スクリーン）との関係を表す斜視図である。 図９のプロジェクタ座標系と二つの角度ｈ，ｖの関係を表す詳細図である。 プロジェクタの歪み補正の補正前歪み四角形と補正後矩形との関係を、投影面で見た場合を示す図である。 プロジェクタの歪み補正の補正前歪み四角形と補正後矩形との関係を、出力表示素子面で見た場合を示す図である。

［第１実施形態］
第１実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る投影装置は、出力表示素子としてマイクロミラー表示素子を用いたＤｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（ＤＬＰ）（登録商標）方式を用いている。

本実施形態に係る投影装置としてのプロジェクタ１の構成の概略を図１（Ａ）に示す。プロジェクタ１は、入出力コネクタ部１１と、入出力インターフェース（Ｉ／Ｆ）１２と、画像変換部１３と、投影処理部１４と、マイクロミラー素子１５と、光源部１６と、ミラー１７と、投影レンズ１８と、ＣＰＵ１９と、メインメモリ２０と、プログラムメモリ２１と、操作部２２と、姿勢センサ２３と、音声処理部２４と、スピーカ２５と、レンズ調整部２６と、姿勢調整部２７と、電動脚部２８と、システムバスＳＢと、を有する。

入出力コネクタ部１１には、例えばピンジャック（ＲＣＡ）タイプのビデオ入力端子や、Ｄ−ｓｕｂ１５タイプのＲＧＢ入力端子といった端子が設けられており、アナログ画像信号が入力される。入力された画像信号は、入出力Ｉ／Ｆ１２及びシステムバスＳＢを介して画像変換部１３に入力される。入力された各種規格のアナログ画像信号は、デジタル画像信号に変換される。なお、入出力コネクタ部１１には、例えばＨＤＭＩ（登録商標）端子等も設けられ、アナログ画像信号のみならずデジタル画像信号も入力され得るようにしてもよい。また、入出力コネクタ部１１には、アナログ又はデジタル信号による音声信号が入力される。入力された音声信号は、入出力Ｉ／Ｆ１２及びシステムバスＳＢを介して音声処理部２４に入力される。また、入出力コネクタ部１１には、例えばＲＳ２３２Ｃ端子やＵＳＢ端子も設けられている。

画像変換部１３は、スケーラとも称される。画像変換部１３は、入力された画像データについて、解像度数、階調数等を調整する変換を行い、投影に適した所定のフォーマットの画像データを生成する。画像変換部１３は、変換した画像データを投影処理部１４へ送信する。必要に応じて画像変換部１３は、Ｏｎ Ｓｃｒｅｅｎ Ｄｉｓｐｌａｙ（ＯＳＤ）用の各種動作状態を示すシンボルを重畳した画像データを、加工画像データとして投影処理部１４に送信する。また、画像変換部１３は、必要に応じて投影画像の幾何学変換を行い、投影状態に応じてスクリーン等の被投影体に適切な形状で画像が投影されるようにする歪み補正処理を実施する。

光源部１６は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の原色光を含む複数色の光を射出する。ここで、光源部１６は、複数色の色を時分割で順次射出するように構成されている。光源部１６から射出された光は、ミラー１７で全反射し、マイクロミラー素子１５に入射する。

マイクロミラー素子１５は、アレイ状に配列された複数の微小ミラーを有する。各微小ミラーは、高速でオン／オフ動作して、光源部１６から照射された光を投影レンズ１８の方向に反射させたり、投影レンズ１８の方向からそらしたりする。マイクロミラー素子１５には、微小ミラーが例えばＨＤ＋やＷＸＧＡ＋＋と称される横１６００画素×縦９００画素分だけ並べられている。各微小ミラーにおける反射によって、マイクロミラー素子１５は、例えばＨＤ＋解像度の画像を形成する。このように、マイクロミラー素子１５は空間的光変調素子として機能する。

投影処理部１４は、画像変換部１３から送信された画像データに応じて、その画像データが表す画像を表示させるため、マイクロミラー素子１５を駆動する。すなわち、投影処理部１４は、マイクロミラー素子１５の各微小ミラーをオン／オフ動作させる。ここで投影処理部１４は、マイクロミラー素子１５を高速に時分割駆動する。単位時間の分割数は、所定のフォーマットに従ったフレームレート、例えば６０［フレーム／秒］と、色成分の分割数と、表示階調数とを乗算して得られる数である。また、投影処理部１４は、マイクロミラー素子１５の動作と同期させて光源部１６の動作も制御する。すなわち、投影処理部１４は、各フレームを時分割して、フレーム毎に全色成分の光を順次射出するように光源部１６の動作を制御する。

投影レンズ１８は、マイクロミラー素子１５から導かれた光を、例えばスクリーン２等の被投影体に投影する光に調整する。したがって、マイクロミラー素子１５による反射光で形成された光像は、投影レンズ１８を介して、スクリーン２等の被投影体に投影され表示される。投影レンズ１８は、ズーム機構を有しており、投影される画像の大きさを変更する機能を有する。また、投影レンズ１８は、投影画像の合焦状態を調整するためのピント（フォーカス）調整機構を有する。このように、投影処理部１４、マイクロミラー素子１５、光源部１６及び投影レンズ１８等は、画像を投影する投影部として機能する。

音声処理部２４は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備える。入出力コネクタ部１１から入力されたアナログ音声データに基づいて、又は投影動作時に与えられたデジタル音声データをアナログ化した信号に基づいて、音声処理部２４は、スピーカ２５を駆動して拡声放音させる。また、音声処理部２４は、必要に応じてビープ音等を発生させる。スピーカ２５は、音声処理部２４から入力された信号に基づいて音声を射出する一般的なスピーカである。

ＣＰＵ１９は、画像変換部１３、投影処理部１４、音声処理部２４、レンズ調整部２６、及び姿勢調整部２７の動作を制御する。このＣＰＵ１９は、メインメモリ２０及びプログラムメモリ２１と接続されている。メインメモリ２０は、例えばＳＲＡＭで構成される。メインメモリ２０は、ＣＰＵ１９のワークメモリとして機能する。プログラムメモリ２１は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリで構成される。プログラムメモリ２１は、ＣＰＵ１９が実行する動作プログラムや各種定型データ等を記憶する。また、ＣＰＵ１９は、操作部２２と接続されている。操作部２２は、プロジェクタ１の本体に設けられるキー操作部と、プロジェクタ１専用の図示しないリモートコントローラからの赤外光を受光する赤外線受光部と、を含む。操作部２２は、ユーザが本体のキー操作部又はリモートコントローラで操作したキーに基づくキー操作信号をＣＰＵ１９に出力する。ＣＰＵ１９は、メインメモリ２０及びプログラムメモリ２１に記憶されたプログラムやデータを用いて、操作部２２からのユーザの指示に応じてプロジェクタ１の各部の動作を制御する。

姿勢センサ２３は、例えば３軸の加速度センサ、方位を検出する方位センサを有する。加速度センサは、重力方向に対するプロジェクタ１の姿勢角すなわち、ピッチ、及びロールの各角度を検出する。ヨー角については、方位センサで検出される基準方位に対する相対方位として、検出される。姿勢センサ２３は、検出結果をＣＰＵ１９に出力する。

レンズ調整部２６は、操作部２２のユーザ操作によるズーム変更指示に応じて、ＣＰＵ１９の制御の下、投影レンズ１８のズーム機構を駆動させる。レンズ調整部２６によって、ズーム機構が駆動される結果、投影画像の大きさが変化する。また、レンズ調整部２６は、ＣＰＵ１９の指示の下、投影レンズ１８の合焦レンズを駆動させる。

電動脚部２８は、当該プロジェクタ１の筐体を支持するためのものであり、プロジェクタ１の姿勢及びロール角を変更する姿勢及びロール角調整機構として機能する。すなわち、電動脚部２８は、図１（Ｂ）に示すように、各脚２８Ａの長さを独立して変更させることで、プロジェクタ１の水平度を調整したり、プロジェクタ光学系の光軸方向（投影方向）を変えずに、すなわち光軸周りに回転させることでロール角を調整したりすることができる。姿勢調整部２７は、ＣＰＵ１９の指示の下、電動脚部２８を駆動させる。

ここで、ロール角について説明する。
図２は、図９の状態の後、ｚ軸を回転軸として矢印方向に角度ｒだけ回転させた場合を表している。図３はその詳細である。ここで、図３（Ａ）及び（Ｂ）は、図１０（Ａ）及び（Ｂ）と同様である。図３（Ｃ）において、ｚ軸を回転軸として矢印方向に三つ目の角度である角度ｒだけ回転させる。これにより、ｘ軸とｙ軸はそれぞれ点線に移動する。図３（Ｄ）の三つの矢印は、先ず水平方向に角度ｈだけ回転させ、次に垂直方向に角度ｖだけ回転させ、さらにロール角度ｒだけ回転させた後のプロジェクタ座標系である。このとき、ｘ軸は、もはや水平ベース３に対して平行ではない。

このようにロールさせると、スクリーン２に投影される補正前歪み四角形ａｂｃｄの形状が変化するため、その内部で切り抜かれる補正後矩形ａ’ｂ’ｃ’ｄ’も変化させることができる。

本発明は、この点に着目し、従来はロールを無くしてから歪み補正を行っていたのに対し、本発明は積極的にロールを加えることで、歪み補正の自由度を上げようとするものである。

例えば、図２のように適切なロールを加えると、その補正前歪み四角形ａｂｃｄの形状は、図９のロールが無い状態から変化する。そのため、その内部で切り抜かれる補正後矩形ａ’ｂ’ｃ’ｄ’について、そのサイズを大きくしたり、その横縦比を変更したり、画素利用率を向上させたり、することができる。

加えるロールの角度であるロール角ｒは、プロジェクタ１のスクリーン２に対する水平及び垂直方向の角度ｈ，ｖの組み合わせにより一義的に算出される。例えば、以下の（１）式のような算出式により、ロール角ｒを算出できる。

但し、（１）式中のｓｇｎは符号関数であり、詳細は、以下の（２）式の通りである。この符号関数ｓｇｎにより、ｈｖ＝０の場合、つまり水平方向角度ｈと垂直方向角度ｖのどちらか一方または両方がゼロの場合には、ロール角ｒはゼロ、ｈｖ＞０のとき、つまり水平方向角度ｈと垂直方向角度ｖの符号が同じ場合には、ロール角ｒは正、ｈｖ＜０のとき、つまり水平方向角度ｈと垂直方向角度ｖの符号が異なる場合には、ロール角ｒは負になるようになっている。

前記（１）式によると、ｈ＝ｖ＝３０°のときロール角ｒは、約１６．１°と求まる。

以下、本実施形態に係るプロジェクタ１の動作を説明する。
まず、プロジェクタ１の投影動作を説明する。この投影動作は、ＣＰＵ１９の制御の下、投影処理部１４が実行するものである。光源部１６の動作は、投影処理部１４により制御される。投影処理部１４は、光源部１６内の各色を発する半導体レーザやＬＥＤのオン又はオフや、それら光源と蛍光体との組み合わせなどを変化させることで、例えば赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の３色の光を、光源部１６から順次射出させる。投影処理部１４は、光源部１６からマイクロミラー素子１５に順次、赤色光、緑色光、及び青色光を入射させる。

マイクロミラー素子１５は、各色の光について微小ミラー毎（画素毎）に、画像データに基づく階調が高い程入射した光を投影レンズ１８に導く時間を長くし、階調が低い程入射した光を投影レンズ１８に導く時間を短くする。すなわち、投影処理部１４は、階調が高い画素に対応する微小ミラーが長時間オン状態となるように、階調が低い画素に対応する微小ミラーが長時間オフ状態となるように、マイクロミラー素子１５を制御する。このようにすることで、投影レンズ１８から射出される光について、微小ミラー毎（画素毎）に各色の階調を表現できる。

フレーム毎に、微小ミラーがオンになっている時間で表現された階調を各色について組み合わせることでカラー画像が表現される。以上のようにして、投影レンズ１８からは、画像が表現された投影光が射出される。この投影光が、例えばスクリーン２に投影されることで、スクリーン２等にはカラー画像が表示される。

なお、前記説明では、赤色光、緑色光、青色光の３色を用いるプロジェクタの例を示したが、マゼンタやイエロー等の補色や、白色光等を組み合わせて画像を形成するように、これら色の光を射出できるようにプロジェクタが構成されてもよい。

次に、本実施形態に係る投影状態調整について説明する。この投影状態調整は、例えばスクリーン２といった被投影体に、例えばできるだけ大きく、歪みのない長方形状に、映像を投影するための調整である。この投影状態調整は、例えばプロジェクタ１が設置される際に行われる。

本実施形態における投影状態調整処理の一例を表すフローチャートを図４に示す。プロジェクタ１は、ＣＰＵ１９で実行される投影プログラムの一部として、このフローチャートに対応するプログラムをプログラムメモリ２１に記憶している。

ステップＳ１において、ＣＰＵ１９は、プロジェクタ１とスクリーン２との相対角度を取得する。すなわち、プロジェクタ１が水平ベース３上に設置される際、通常は、スクリーン２に平行にプロジェクタ１を載置して電源を投入し、投影レンズ１８から出射された光がスクリーン２に投射されるように、ユーザはプロジェクタ１の姿勢を変更修正する。このプロジェクタ１の姿勢の変更操作時のプロジェクタ１の動きを姿勢センサ２３により検出することで、ＣＰＵ１９は、プロジェクタ１とスクリーン２との相対角度を知ることができる。

次に、ステップＳ２において、ＣＰＵ１９は、画角情報（プロジェクタ仕様）を取得する。この画角情報としては、例えば、スローレシオ、ズーム値、レンズシフト量などであり、不図示センサにより測定したり、プログラムメモリ２１に当該プロジェクタの規定値として記憶されている値あるいはユーザ操作により変更された値を読み出ししたり、する等によって取得することができる。

こうしてプロジェクタ１とスクリーン２との相対角度及び画角情報を取得したならば、次に、ステップＳ３において、ＣＰＵ１９は、ユーザが操作部２２を用いて設定した動作モードとして、ロール角変更モードが選択されているか否かを判定する。ロール角度変更モードが選択されていないと判定されたとき、処理はステップＳ４に進む。

ステップＳ４においては、ＣＰＵ１９は、前記取得されている相対角度及び画角情報に基づいて、補正前歪み四角形ａｂｃｄの形状を判別（認識）し、画像変換部１３で投影画像をスクリーン２で矩形画像となるように幾何学補正するための歪み補正処理パラメータを決定する。なお、歪み補正の切り抜き方法は複数存在するが、ここでは、例えば、画像の横縦比を維持したまま画素利用率が向上するような切り抜き方法を採用するものとする。そして、この投影状態調整処理を終了する。以降は、画像変換部１３がこの決定された歪み補正処理パラメータに基づく幾何学補正を入力画像データについて実施していくことで、歪み補正された画像の投影が行われるていくこととなる。

一方、ステップＳ３においてロール角変更モードが選択されていると判定されたときには、処理はステップＳ５に進む。このステップＳ５において、ＣＰＵ１９は、ステップＳ１で取得した相対角度の内、水平方向の角度ｈがゼロでないかどうか判別する。この水平方向の角度ｈがゼロであれば、処理は前記ステップＳ４に進み、相対角度及び画角情報に基づく歪み補正処理パラメータが決定されることなる。

これに対して、ステップＳ５において、水平方向の角度ｈが０でないと判別した場合には、処理はステップＳ６に進む。このステップＳ６において、ＣＰＵ１９は、ステップＳ１で取得した相対角度の内、垂直方向の角度ｖがゼロでないかどうか判別する。この垂直方向の角度ｖがゼロであれば、処理は前記ステップＳ４に進み、相対角度及び画角情報に基づく歪み補正処理パラメータが決定されることなる。

そして、ステップＳ６において、垂直方向の角度ｖがゼロでないと判別した場合、つまり、水平及び垂直方向の角度ｈ，ｖが両方ともゼロでないと判別した場合には、処理はステップＳ７に進む。このステップＳ７では、ＣＰＵ１９は、例えば前述した（１）式により、画素利用率が向上するようなロール角ｒを決定する。そしてその後、ステップＳ８において、その決定したロール角ｒが電動脚部２８によって変更可能な範囲内であるか否かを判別する。ロール角ｒが変更可能範囲内でなければ、処理はステップＳ９に進む。このステップＳ９において、ＣＰＵ１９は、ユーザにロール角変更できない旨を通知する。これは、例えば、音声処理部２４を制御して、警告音をスピーカ２５から発せさせたり、画像変換部１３を制御して警告シンボルをＯＳＤとして重畳した画像データを作成させ、スクリーン２に投影させたりすることで行う。その後、処理は前記ステップＳ４に進み、相対角度に基づく歪み補正処理パラメータが決定されることなる。

一方、ステップＳ８において、ロール角ｒが変更可能範囲内であると判別した場合には、処理はステップＳ１０に進む。そして、このステップＳ１０において、ＣＰＵ１９は、前記ステップＳ７で決定したロール角ｒに従って、姿勢調整部２７に電動脚部２８を駆動させて、プロジェクタ１のロール角を変更する。その後、処理は前記ステップＳ４に進み、歪み補正処理パラメータの決定を行うことなる。但しこの場合は、相対角度及び画角情報に加えて、ロール角にも基づいて補正前歪み四角形ａｂｃｄの形状が判別されて、歪み補正処理パラメータが決定されることになる。

図５は、本実施形態におけるプロジェクタ１の歪み補正の補正前歪み四角形ａｂｃｄと補正後矩形ａ’ｂ’ｃ’ｄ’との関係を、投影面で見た場合を示す図であり、図６は、同じく出力表示素子面で見た場合を示す図である。これは、図１１及び図１２のプロジェクタ仕様と同じプロジェクタ仕様で、例えば画素利用率が最大になるように補正後矩形の切り抜き位置を決定した場合を示している。なお、図５中のｒ＝○○°の値は、それぞれのロール角ｒを表している。

本実施形態によれば、図６と図１２の比較により、水平方向角度ｈが非ゼロ且つ垂直方向角度が非ゼロの場合の画素利用率が向上していることが判る。例えば、ｈ＝ｖ＝３０°の場合の画素利用率が、従来の図１２では４１．６％であったものが、本実施形態の図６では６８．９％に向上している。

歪み補正処理を画像変換部１３で行う場合、出力表示素子上の補正後矩形ａ’ｂ’ｃ’ｄ’の左上頂点と右上頂点の高さの差、及び左下頂点と右下頂点の高さの差に実行限界がある場合がある。本第１実施形態によれば、投影画像のロール角をロールするように積極的に変更し、この変更されるロール角を考慮して（反映して）、投影画像をスクリーン２で矩形画像となるように歪み補正するようにしているので、前記高さの差が小さくなるため、補正範囲の向上が見込める場合がある。すなわち、本実施形態によれば、歪み補正時の自由度を向上させることができる。また、歪み補正の範囲を向上させることができる。

また、歪み補正処理は、当該プロジェクタ１の出力表示素子の画素利用率を向上させるように補正するようにしているので、画素利用率をより高めた（明るく、高解像度の）投影を行うことができる。

また、プロジェクタ１とスクリーン２との相対角度を取得し、該取得された相対角度に基づいて、変更すべきロール角を決定して変更するようにしているので、適切なロール角を決定することができる。

さらに、この相対角度として、垂直、水平のどちらかも０ではないときに、変更すべきロール角を決定して変更するようにしているので、必要な時だけ、ロール角の算定を行うようにして負荷を下げることができる。

また、変更すべきロール角ｒを、算術式を用いて決定して変更するようにしているので、簡便に適したロール角を算定することができる。

また、投影画像の光軸が変わらないようにロール角を変更するようにしているので、スクリーン上の投影位置が変わらないように歪みを補正した投影を行うことができる。

また、プロジェクタ１の筐体を支持する電動脚部２８を制御して投影画像のロール角を変更するようにしているので、プロジェクタ本体部の設計を変えることなく筐体側でロール角の変更を行うことができる。

また、歪み補正は、元の画像の横縦比を維持するように補正するようにしているので、予めユーザに、画像の横縦比に関する選択も行わせて、歪み補正した投影を行うことができる。

また、ロール角を変更しないモードを更に備えるので、従来のロール補正無しの歪み補正投影と選択して使用させることができる。

また、姿勢センサ２３で検出された検出結果に基づいて、スクリーン２との相対角度を取得するようにしているので、測距等をしなくても、即座に適切な相対角度を取得することができる。

また、決定したロール角が、変更可能範囲を超えている場合に、その旨をユーザに通知するようにしているので、ユーザの使い勝手をよくすることができる。

［第２実施形態］
前記第１実施形態では、電動脚部２８を用いてロール角を変更するようにしたが、ロール角変更機構はそのようなものに限定されない。

例えば、図７に示すように、傾斜板２９上に設けられた回転板３０の上にプロジェクタ１を設置することが考えられる。図７において、ｐは回転板３０の回転角度（ヨー方向の角度）、ｑは傾斜板２９の傾斜角度（ピッチ方向の角度）である。これらｐ及びｑはそれぞれ（１）式のｐ及びｑに相当する。この場合、ロール角は自動的につけられるので、ロール角を変更させるための制御及び駆動は不要となる。ただし、図７において、ｐ＝ｑ＝０とした場合のプロジェクタ座標系のｚ軸がスクリーンを垂直に貫くようにスクリーンは設置されているものとする。

つまり、この図７のプロジェクタ座標系は、最初に水平角度変更、次に垂直角度変更、最後にロール角変更を行った後のプロジェクタ座標系である図３（Ｄ）と等価である。すなわち、図７においてｐ≒２５．７°、ｑ≒３３．７°のときのプロジェクタ座標系の３軸のそれぞれの向きが、図３においてｈ＝ｖ＝３０°、ｒ≒１６．１°のときのプロジェクタ座標系の３軸のそれぞれの向きと同じになる。

従って、本第２実施形態では、センサ等により直接的にｐ及びｑを検出でき、容易に歪み補正処理パラメータを決定することが可能となる。

また、プロジェクタ１の設計を変えることなくロール角の変更を行うことができるようになる。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明は前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば、ロール角変更機構としては、プロジェクタ１全体の姿勢を変更するのではなく、プロジェクタ内部の出力表示素子を、光軸を中心に電気的に回転させる回転機構等、様々な手法を採り得る。このように、出力表示素子を、光軸を中心に回転させる回転機構をを用いて投影画像のロール角を変更するようにすることにより、プロジェクタ１の筐体内部でロール角の変更を行うことができる。なお、上述の回転機構等の構成によれば、ロール角変更の際に光軸位置が変わらないようにすることができる。

また、図１（Ｂ）や図７に示したような構成でロール角変更を変更させる場合も、光軸位置が変わらないようにすること望ましい。

図１（Ｂ）のような構成でロール角変更を変更させる場合、例えば、左右の脚の一方の脚を伸ばす場合、他方の脚を左右方向の光軸位置に応じて、適切に縮むようにすると、光軸位置が変わらないようにすることができる。

しかし、ロール角変更の際に光軸位置が変わらないようにすることは必須ではない。

なお、それらロール角変更機構を併用できるような構成としてもよい。

また、プロジェクタ１とスクリーン２との相対的角度の取得法に関しても、姿勢センサ２３を用いずに、既知の多点測距手法、すなわち、スクリーン２までの複数の点（一直線上にない３点以上）までの距離を測定することにより、相対角度を取得することができる。この距離の測定法については、超音波や赤外線を用いるもの等、公知のどのような技術を用いても良い。このように測距手段で測定された測定結果に基づいてスクリーン２との相対角度を取得するようにすることで、適切に相対角度を取得することができる。さらに別の相対的角度の取得法として、テストチャートを投影し、それを撮像した画像データに基づいて取得したり、ユーザが測定して操作部２２から入力したり、等々、様々な手法が採り得る。

また、（１）式（及び（２）式）は最適ロール角を求める式ではなく、ベターな解を簡易的に求めるための式であり、本発明はその他の算出式を用いても良いことは勿論である。

また、最適なロール角を求める場合は、スクリーン２との相対的な角度毎に最適なロール角を事前にあるいは逐次、総当たり法（例えば、制御可能な範囲で、０．５度刻みで画素利用率最大な角度を探索する方法）で求めることができる。このように、変更すべきロール角を探索し、決定して変更するようにすれば、最適なロール角を決定することができる。そしてさらに、そのように事前に調べた値を、例えば図８に示すようなルックアップテーブルとしてプログラムメモリ２１に記憶しておくことで、該ルックアップテーブルを参照して、ロール角を決定することも可能である。このように、相対角度毎に変更すべきロール角を記憶しておき、この記憶した情報を参照して、変更すべきロール角を決定して変更することにより、迅速に最適なロール角を決定することができるようになる。

また、歪み補正処理に関し、元の画像の横縦比を維持するように補正する例を説明したが、元の画像の横縦比の変更を許可するように補正することも可能なことは言うまでもない。このように、元の画像の横縦比の変更を許可するように補正させる場合、ユーザに、予め画像の横縦比の変更可否に関するモード選択を行わせておくとよい。

また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても、発明が解決しようとする課題の欄で述べられた課題が解決でき、かつ、発明の効果が得られる場合には、この構成要素が削除された構成も発明として抽出され得る。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
投影画像がロールするようにロール角を変更するロール角変更手段と、
前記ロール角変更手段により変更されるロール角を考慮して、投影画像を被投影体で矩形画像となるように補正する歪み補正手段と、
を備えることを特徴とする投影装置。

［２］
当該投影装置と前記被投影体との相対角度を取得する取得手段を更に備え、
前記ロール角変更手段は、取得された前記相対角度に基づいて、変更すべきロール角を決定して変更することを特徴とする［１］に記載の投影装置。

［３］
前記ロール角変更手段は、前記相対角度として、垂直、水平のどちらも０ではないときに、変更すべきロール角を決定して変更することを特徴とする［２］に記載の投影装置。

［４］
前記ロール角変更手段は、前記相対角度の水平方向の角度をｈ、垂直方向の角度をｖ、変更すべきロール角をｒとしたとき、

を用いて、変更すべきロール角ｒを決定して変更することを特徴とする［２］又は［３］に記載の投影装置。

［５］
前記相対角度毎に変更すべきロール角を記憶する記憶手段を更に備え、
前記ロール角変更手段は、前記記憶手段の情報を参照して、変更すべきロール角を決定して変更することを特徴とする［２］乃至［４］のうち何れか一に記載の投影装置。

［６］
前記ロール角変更手段は、投影画像の光軸が変わらないようにロール角を変更することを特徴とする［１］乃至［５］のうち何れか一に記載の投影装置。

［７］
当該投影装置の筐体を支持する電動脚部を更に備え、
前記ロール角変更手段は、前記電動脚部を制御して投影画像のロール角を変更することを特徴とする［１］乃至［６］のうち何れか一に記載の投影装置。

［８］
当該投影装置の出力表示素子を、光軸を中心に回転させる回転手段を更に備え、
前記ロール角変更手段は、前記回転手段を用いて投影画像のロール角を変更することを特徴とする［１］乃至［７］のうち何れか一に記載の投影装置。

［９］
前記ロール角変更手段は、決定したロール角が、変更可能範囲を超えている場合に、その旨をユーザに通知する通知手段を備えることを特徴とする［１］乃至［８］のうち何れか一に記載の投影装置。

［１０］
前記歪み補正手段は、当該投影装置の出力表示素子の画素利用率を向上させるように補正することを特徴とする［１］乃至［９］のうち何れか一に記載の投影装置。

［１１］
前記歪み補正手段は、元の画像の横縦比を維持するように補正することを特徴とする［１］乃至［１０］のうち何れか一に記載の投影装置。

［１２］
前記歪み補正手段は、元の画像の横縦比の変更を許可するように補正することを特徴とする［１］乃至［１０］のうち何れか一に記載の投影装置。

［１３］
前記歪み補正手段は、ロール角を変更しないモードを更に備える［１］乃至［１２］のうち何れか一に記載の投影装置。

［１４］
画像を被投影体に投影する投影装置における投影方法であって、
投影画像がロールするようにロール角を変更するロール角変更工程と、
前記ロール角変更工程により変更されるロール角を考慮して、投影画像を前記被投影体で矩形画像となるように補正する歪み補正工程と、
を備えることを特徴とする投影方法。

［１５］
前記ロール角変更工程は、当該投影装置を載置するロール台を用いて、投影画像のロール角を変更することを特徴とする［１４］に記載の投影方法。

［１６］
前記ロール台は、ヨー方向とピッチ方向の角度調整の組み合わせによりロール角を発生させることを特徴とする［１５］に記載の投影方法。

［１７］
前記ロール角変更工程は、投影画像の光軸が変わらないようにロール角を変更することを特徴とする［１４］乃至［１６］のうち何れか一に記載の投影方法。

［１８］
画像を被投影体に投影する投影装置におけるコンピュータに、
投影画像がロールするようにロール角を変更することと、
前記変更されるロール角を考慮して、投影画像を前記被投影体で矩形画像となるように補正することと、
を実行させるための投影プログラム。

１…プロジェクタ、 ２…スクリーン、 ３…水平ベース、 １１…入出力コネクタ部、 １２…入出力インターフェース、 １３…画像変換部、 １４…投影処理部、 １５…マイクロミラー素子、 １６…光源部、 １７…ミラー、 １８…投影レンズ、 １９…ＣＰＵ、 ２０…メインメモリ、 ２１…プログラムメモリ、 ２２…操作部、 ２３…姿勢センサ、 ２４…音声処理部、 ２５…スピーカ、 ２６…レンズ調整部、 ２７…姿勢調整部、 ２８…電動脚部、 ２８Ａ…脚、 ２９…傾斜板、 ３０…回転板。

Claims (18)

1. 投影画像がロールするようにロール角を変更するロール角変更手段と、
   前記ロール角変更手段により変更されるロール角を考慮して、投影画像を被投影体で矩形画像となるように補正する歪み補正手段と、
   を備えることを特徴とする投影装置。
2. 当該投影装置と前記被投影体との相対角度を取得する取得手段を更に備え、
   前記ロール角変更手段は、取得された前記相対角度に基づいて、変更すべきロール角を決定して変更することを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
3. 前記ロール角変更手段は、前記相対角度として、垂直、水平のどちらも０ではないときに、変更すべきロール角を決定して変更することを特徴とする請求項２に記載の投影装置。
4. 前記ロール角変更手段は、前記相対角度の水平方向の角度をｈ、垂直方向の角度をｖ、変更すべきロール角をｒとしたとき、
   

   

   を用いて、変更すべきロール角ｒを決定して変更することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の投影装置。
5. 前記相対角度毎に変更すべきロール角を記憶する記憶手段を更に備え、
   前記ロール角変更手段は、前記記憶手段の情報を参照して、変更すべきロール角を決定して変更することを特徴とする請求項２乃至請求項４のうち何れか一に記載の投影装置。
6. 前記ロール角変更手段は、投影画像の光軸が変わらないようにロール角を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項５のうち何れか一に記載の投影装置。
7. 当該投影装置の筐体を支持する電動脚部を更に備え、
   前記ロール角変更手段は、前記電動脚部を制御して投影画像のロール角を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項６のうち何れか一に記載の投影装置。
8. 当該投影装置の出力表示素子を、光軸を中心に回転させる回転手段を更に備え、
   前記ロール角変更手段は、前記回転手段を用いて投影画像のロール角を変更することを特徴とする請求項１乃至請求項７のうち何れか一に記載の投影装置。
9. 前記ロール角変更手段は、決定したロール角が、変更可能範囲を超えている場合に、その旨をユーザに通知する通知手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項８のうち何れか一に記載の投影装置。
10. 前記歪み補正手段は、当該投影装置の出力表示素子の画素利用率を向上させるように補正することを特徴とする請求項１乃至請求項９のうち何れか一に記載の投影装置。
11. 前記歪み補正手段は、元の画像の横縦比を維持するように補正することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のうち何れか一に記載の投影装置。
12. 前記歪み補正手段は、元の画像の横縦比の変更を許可するように補正することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のうち何れか一に記載の投影装置。
13. 前記歪み補正手段は、ロール角を変更しないモードを更に備える請求項１乃至請求項１２のうち何れか一に記載の投影装置。
14. 画像を被投影体に投影する投影装置における投影方法であって、
    投影画像がロールするようにロール角を変更するロール角変更工程と、
    前記ロール角変更工程により変更されるロール角を考慮して、投影画像を前記被投影体で矩形画像となるように補正する歪み補正工程と、
    を備えることを特徴とする投影方法。
15. 前記ロール角変更工程は、当該投影装置を載置するロール台を用いて、投影画像のロール角を変更することを特徴とする請求項１４に記載の投影方法。
16. 前記ロール台は、ヨー方向とピッチ方向の角度調整の組み合わせによりロール角を発生させることを特徴とする請求項１５に記載の投影方法。
17. 前記ロール角変更工程は、投影画像の光軸が変わらないようにロール角を変更することを特徴とする請求項１４乃至請求項１６のうち何れか一に記載の投影方法。
18. 画像を被投影体に投影する投影装置におけるコンピュータに、
    投影画像がロールするようにロール角を変更することと、
    前記変更されるロール角を考慮して、投影画像を前記被投影体で矩形画像となるように補正することと、
    を実行させるための投影プログラム。

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