JP2020140145A - プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 マルチ投影環境を含むプロジェクタ本体の振動に起因した投影画像の振れ補正に関して、視聴環境や視聴しているコンテンツによって最適な振れ防止制御法を提供すること。【解決手段】 ユーザーの使用環境をより的確に反映した振れ補正を実現するため、スクリーン面上の画素ピッチに応じて、画像振れ補正の目標値を最適化する。【選択図】図５

Description

本発明は、プロジェクタへ入力する画像の入力解像度、およびスクリーンまでの距離に応じて、プロジェクタ本体の振動による投影画像の振れ（以下、画像振れという）を抑える方法に関する。

近年、プロジェクションマッピングに代表されるような、複数のプロジェクタを組み合わせて１つの映像を構成する映像表現が広く普及している。大画面での映像表現が可能になるため、プロジェクタの使用環境もイベント会場や公共施設の壁面など、屋外に設置される機会も増えてきている。

また、より高解像度のプロジェクタを複数使用して、大画面にも関わらず、高精細な映像表現も可能になってきている。このような場合も、プロジェクタの設置環境としては、大規模なホールや展示会場、屋外の施設で使用される場合が多い。

一方、ビデオカメラやディジタルカメラなどのモバイル端末では、小型のプロジェクタが搭載された製品が発表されている。これらの製品は手持ち状態での投影も可能であるため、一部の製品では手振れを防止するためのシステムが搭載され、製品を固定設置しないでも手振れを抑えた良好な映像を投影することができる。

特許文献１には、小型液晶プロジェクタを搭載した携帯端末の手振れ補正として、加速度センサーやジャイロセンサーを使用してプロジェクタ本体の振動量と方向を計測し、それらを打ち消すように液晶パネル上で投影する画像をシフトさせる技術が開示されている。また、特許文献２には、レーザー光源を有するプロジェクタにおいて、手振れ検出部で検出した振れ量に応じて、それを打ち消すように補正光学系を動作させる技術が開示されている。

特開２０１０−１０２０６４号公報 特開２００６−５１０４７７号公報

しかしながら、前述したようなプロジェクタを複数台組み合わせるマルチ投影環境においては、プロジェクタ本体を固定設定することが前提だとしても、環境によっては常に静穏な環境が保たれるとは限らない。

例えば、イベント会場近くを通行する自動車や電車、あるいは人の雑踏による振動によって、個々のプロジェクタの投影画像も揺れてしまう場合も考えられる。また、空調設備などの機械的な振動なども想定される。

このような環境下では、特に複数のプロジェクタの投影画像の重ね合わせ部分が振動でずれてしまうと、画質劣化の原因となってしまう。

その一方で、ユーザーの視聴環境によっては、振動による画像振れを補正する必要がない場合もある。例えば高解像度の投影画像を至近距離で視聴する場合、１画素あたりのピッチが著しく小さくなる。このため、微小な振動に対しては、振れ補正しなくても前記のような複数の投影画像間のズレは視認できない。

また、前記の先行技術文献は、携帯端末における手振れ補正に関するものである。上記のようなマルチ投影時のプロジェクタの振動による画質劣化を抑える目的ではない。このため、開示された技術を応用したとしても、本件のような使用環境下では最適な制御をしているとは言い難い。

このような理由から、本発明の目的は、マルチ投影環境を含むプロジェクタ本体の振動に起因した投影画像の振れ補正に関して、視聴環境や視聴しているコンテンツによって最適な振れ防止制御法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係るプロジェクタは、
設置面に対して水平、垂直方向の振動を計測する手段、および投影面までの距離を測定する手段、映像入力データの解像度を解析する手段を有し、かつ接地面に対して表示素子を水平、垂直方向に移動させる手段を有するプロジェクタであって、前記距離計測手段の計測値、および前記映像入力信号判定手段の情報を基に、プロジェクタ投影面での１画素あたりのピッチを計算し、その値に応じてプロジェクタの振動を抑える補正するための目標値を設定し、かつ前記表示素子を移動させる手段を用いて、表示素子を前記補正目標値内に移動させることを特徴とする。

本発明に係るプロジェクタによれば、プロジェクタ本体の振動による画像振れに関して、過剰な補正を防ぐとともに、ユーザーの視聴環境に応じた最適な補正を実現できる。また、振動の程度に応じて画像振れの補正量を最適化するため、機器の省エネや部品の長寿命化につながる。

実施形態（外形） 第一の形態のブロック図（全体） 第一の形態のブロック図（部分） 第一の実施形態のフローチャート 放射電磁界ノイズを抑える原理 第二の実施形態のフローチャート

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

図１では、本発明に係る実施形態のプロジェクタの上面図を（ａ）に示し、図中の矢印の方向から見た各側面図を（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示している。なお、本実施例では単板式の透過型プロジェクタを例にとって説明する。

図１の（ａ）において、１０１はプロジェクタ本体、１０２は投射レンズである。投射レンズ１０２は複数のレンズから成り、かつズーム機構がついているため、投影画像を任意の大きさに変更できる。１０３は電源ボタン、１０４は設定画面を呼び出すためのメニューボタン、１０５は映像信号の入力先を選択するボタン、１０６はメニュー画面で選択決定を行なうボタンである。１０７〜１１０はＯＳＤ画面上で上下左右方向にメニュー選択をするためのボタンである。

図１の（ｂ）において、１１１はデジタル映像信号入力端子、１１２はアナログ映像信号入力端子である。１１３は外部のネットワーク（ＬＡＮ）と有線で接続するためのネットワーク通信端子である。１１４はビデオ信号入力端子、１１５は音声信号入力端子、１１６は外部機器への音声信号出力端子である。

図１の（ｃ）において、１１７はプロジェクタ内部を冷却するための外気の取り込み口である。

図１の（ｄ）において、１１９はＡＣインレットであり、外部の商用電源とケーブルで接続する。１１９はプロジェクタ内部の熱を排気するための大型の排気口であり、排気方向を調整するためのフィンが設けられている。

図２の（ａ）はプロジェクタを動作させるためのＬＳＩ、センサー、アクチュエータ、光源、表示素子、電源などの各構成要素をブロック図で示したものである。

２０１は外部の映像信号出力機器からアナログまたはデジタルのフォーマットで入力された映像信号をプロジェクタの液晶パネルの解像度にスケーリング処理や色補正するためのワンチップ型のマイクロコンピュータである（以下、映像信号処理マイコンという）。

映像信号処理マイコン２０１は、デジタル映像入力端子１１１、またはアナログ映像入力端子１１２、またはネットワーク通信端子１１３からの入力を検知すると、入力された映像信号をデジタル信号の場合はデコード、アナログ信号の場合はＡ／Ｄ変換を行い、映像入力信号の解像度判定をした上で、液晶パネル２０７に適した表示解像度になるように解像度変換（スケーリング）を行ない、液晶パネルドライバ２１３に所定のフォーマットで映像データを伝送する。映像信号処理マイコン２０１では、上記以外に色補正や台形補正を処理することもできる。液晶パネル２０７は液晶パネルドライバ２１３より映像データ信号、制御信号を受け取り、映像を表示するデバイスである。

２０３は、プロジェクタの操作ボタン１０３〜１１０からの信号制御、冷却ファン２１４、高輝度のランプ２１７を点灯制御するランプ制御回路２１５、筐体内の温度を検知する温度センサー２１６など、プロジェクタ内蔵のセンサー、およびアクチュエータ全体を統括制御するマイコン（以下、プロジェクタ制御マイコンという）である。

プロジェクタ制御マイコン２０３は、操作ボタン１０３〜１１０からズーム制御の指示を受けるとモータドライバ回路２１２に信号を送り、ズームモータ２２０を駆動して投射レンズ１０２を制御する。

２１６はランプ２１７周辺部に取り付けられている温度センサーであり、プロジェクタ制御マイコン２０３がセンサーからの出力値を判定して、複数の冷却ファン２１４の回転数を制御し風量を調整する。２１１はスクリーン面上に投射レンズ１０２をフォーカスさせるためのモータであり、プロジェクタ制御マイコン２０３がＡＦセンサー２１０の出力値から調整量を算出し、モータドライバ２１２を制御して駆動する。

２０２はネットワーク通信端子１１３からの信号を処理し、映像信号処理マイコン２０１、またはプロジェクタ制御マイコン２０３で処理できる信号に変換するためのマイコンである。通信端子１１３を通じて、パソコンなどの制御機器や他のプロジェクタ、映像出力機器とネットワーク接続することができる。

２１９はプロジェクタのＡＣ−ＤＣ電源変換するための電源であり、商用電源からプロジェクタで使用するＤＣ電源を生成する。２１５はランプ制御回路であり、プロジェクタ制御マイコン２０３からの指示を受けて、ランプ２１７の点灯に必要な高電圧を生成する回路である。２０５、２２１は不揮発性のメモリであり、それぞれ接続先のマイコンのプログラム、および設定用のデータを格納している。２０６、２２２は揮発性のメモリであり、投影画像のフレームバッファや、各マイコン内の演算用バッファとして使用される。

２０４は音声処理ＩＣであり、音声入力端子１１５から入力された音声信号や映像信号処理マイコン２０１からの音声信号をスピーカ２１８や音声出力端子に出力する。

２０９は距離センサーであり、プロジェクタとスクリーンの距離を測定するためのセンサーである。２２３は加速度センサーであり、プロジェクタの設置面に対して、水平、垂直方向の振動を検出することが可能である。２０８は液晶パネル２０７を設置面に対してそれぞれ水平、垂直方向に動かすことが可能な複数の圧電素子からなり、プロジェクタ制御マイコン２０３の指示により動作する。

図３に投影画像の振れ補正の原理を模式的に示した。図はプロジェクタの投影光学系に関わる部分を抜粋したものであり、設置面に対して垂直方向にみた図である。なお、３００はスクリーン面である。

図３の（ａ）において、２１７は光源となるランプであり、ランプを出た光は透過型の液晶パネル２０７を経て投射レンズ１０２へ入射する。投射レンズ１０２は内部に光学レンズを複数枚有している。

図３の（ｂ）に振動を抑える補正をしないときの模式図を示す。プロジェクタ本体１０１が設置面に対して垂直方向にΔｙだけ振れた場合、液晶パネル２０７上の任意の点に対応するスクリーン上の点αもΔｙだけずれたα’に移動する。

一方、図３の（ｃ）に振動を抑える補正をした際の模式図を示す。上記と同様に、プロジェクタ１０１が設置面に対して垂直方向にΔｙだけ振れた場合、これを打ち消す方向にΔｙだけ圧電素子２０８が液晶パネルを瞬時に移動させる。こうすることで、Δｙをゼロに抑えることができ、本体が振動によって移動した分を液晶パネルの移動で吸収できることになる。ここでは、設置面に対して、垂直方向の説明をしたが、水平方向の振動の補正についても同様である。

また、図４の（ａ）に本実施例におけるプロジェクタを複数台使用したマルチ投影状態を示す。

図４の（ａ）ではプロジェクタ４０４〜４０８の４台を組み合わせて、１つの投影画面を構成している。各プロジェクタ４０４〜４０８に対応する投影画像の領域をそれぞれ４０１〜４０３とすると、各投影画像が重なり合う部分では、それぞれのプロジェクタの振動によって、投影する映像間にズレが生じる。

例えばプロジェクタ４０４と４０６が振動により垂直方向に振れた場合、投影画像領域４００と４０２が重なり合う部分で誤差が生じる。このとき、拡大図４１０に示すように、垂直方向の画素ピッチＹに対して、垂直方向にΔｙだけズレが生じている。

同様にして、プロジェクタ４０１と４０３が振動により水平方向に振れた場合、投影画像領域４０２と４０３が重なり合う部分で誤差が生じる。このとき、拡大図４１１に示すように、垂直方向の画素ピッチＸに対して、垂直方向にΔｘだけズレが生じている。

このようなズレ大きくなり、視認できるレベルになると画像劣化の原因となる。

図５に、本実施例のフローチャートを示す。

初めにプロジェクタの電源ボタン１０３を押し、映像信号を入力する（Ｓ５０１）。

プロジェクタ制御マイコン２０３は投写レンズ１０２の現在のズーム倍率Ｚを不揮発性メモリ２０５からリードする（Ｓ５０２）。ここで不揮発性メモリ２０５には、前回電源ＯＦＦした際のズーム倍率の情報が格納されている。

続いてプロジェクタ制御マイコン２０３は距離センサー２０９でスクリーンまでの距離を測定する（Ｓ５０３）。

合わせてプロジェクタ制御マイコン２０３は、入力されている映像信の解像度を画像処理マイコン（２０１）から通信により取得する（Ｓ５０４）。

これらの情報を基に、プロジェクタ制御マイコン２０３は、投影面での１画素あたりの水平、垂直方向の画素ピッチＸ、Ｙを計算する（Ｓ５０５）
図４の（ａ）に、ステップＳ５０５におけるスクリーン面上での画素ピッチＸ，Ｙを示す。ここでは、これらＸ、Ｙの算出方法について説明する。

距離センサー２０９で測定されプロジェクタからスクリーン面までの距離をＬとする。また、プロジェクタのズームレンズ倍率が１でプロジェクタからスクリーンまでの距離が単位長さ離れているとき、液晶パネル２０７の１画素あたりの水平方向の画素ピッチをｘ、垂直方向の画素ピッチをｙとする。このとき、スクリーン面上の画素ピッチＸ、Ｙは、ズームレンズの倍率（ズーム倍率）をＺとして、以下の式で与えられる。

Ｘ＝Ｚ×Ｌ×ｘ 式（１）
Ｙ＝Ｚ×Ｌ×ｙ 式（２）
すなわち、距離が離れるほど、またズーム倍率が大きくなるほど画素ピッチは大きくなる。

さらに、入力する映像信号の解像度を映像処理マイコン２０１で液晶パネル２０７の解像度にスケーリング処理する場合、液晶パネル２０７の水平、垂直方向の解像度をＶｘ、Ｖｙに対して、入力映像信号の水平、垂直解像度をそれぞれＶｘ’、Ｖｙ’とすると、式（１）、式（２）は以下の式で与えられる。

Ｘ＝Ｚ×（Ｖｘ／Ｖｘ’）×Ｌ×ｘ 式（３）
Ｙ＝Ｚ×（Ｖｙ／Ｖｙ’）×Ｌ×ｙ 式（４）
すなわち、入力解像度が液晶パネルの解像度より低い場合は１画素あたりの見かけの画素ピッチが映像処理マイコン２０１によるスケーリング処理により大きくなることを意味している。

次に、式（３）、（４）で算出した投影画像のスクリーン面上での画素ピッチＸ，Ｙが所定のしきい値αｘ、αｙを超えていないかどうか判定する（Ｓ５０６）。ここに、αｘ、αｙは標準的な設置環境下で、プロジェクタの振動による画像振れが目立ち始めるときの画素ピッチ（以下、基準画素ピッチという）を表し、プロジェクタの設置面に対して水平方向をαｘ、垂直方向をαｙとしている。

スクリーン上の画素ピッチＸ，またはＹが基準画素ピッチαｘ、またはαｙよりも大きい場合、プロジェクタの振動による画像の振れを抑える制御目標値γｘ、γｙをそれぞれ以下のように設定する（Ｓ５０７）。

γｘ＝Ｘ （式５）
γｙ＝Ｙ （式６）
このときのαｘとＸの関係を図４（ｂ）に示す。図の上半分が投影領域４０２、下半分が投影領域４０３の画素である。ここで、スクリーン上の画素ピッチが基準画素ピッチαｘ、またはαｙより大きい場合は、水平、垂直１画素ピッチ分の振れ誤差でも目立ちやすいため、それぞれの方向の振れ幅を１画素のピッチＸ、Ｙ以下に抑えるように制御目標値を設定していることになる。

一方、スクリーン上の画素ピッチＸ、またはＹが基準画素ピッチαｘ、またはαｙ以下の場合、画像の振れの制御目標値γｘ、γｙをそれぞれ以下のように設定する（Ｓ５０８）。

γｘ＝２Ｘ （式７）
γｙ＝２Ｙ （式８）
このときのαｘとＸの関係を図４（ｃ）に示す。図の上半分が投影領域４０２、下半分が投影領域４０３の画素である。ステップＳ５０８では、スクリーン上の画素ピッチが基準画素ピッチαｘ、αｙよりも小さいため、水平、垂直１画素ピッチを超える振れでも目立たない。そのため、２画素ピッチ以内に画像振れを抑えるよう制御目標値を緩和している。

さらに、目標値γｘ、γｙを設定後は、加速度センサー２２３である時刻におけるプロジェクタの水平、垂直方向の振動量Δｘ、Δｙを計測する。この測定値がプロジェクタ制御マイコン２０３に送られる（Ｓ５０９）。

プロジェクタ制御マイコン２０３は、振動量Δｘ、Δｙと画像振れの制御目標値γｘ、γｙと比較し、振動量が制御目標値に収まるように圧電素子２０８を制御しつつ（Ｓ５１０）、映像を投影する（Ｓ５１１）。

その後、ズーム倍率の変更がある場合は、ステップＳ５０２に戻り、振れ補正の初期設定に戻る（Ｓ５１２）。反面に、ズーム倍率の変更がなく、映像入力信号が入力され続けていると判断できる場合は、Ｓ５０３に戻り、プロジェクタの画像振れ補正を継続する（Ｓ５１３）。

ステップＳ５１３で入力信号が途切れた場合は、振れ補正動作を停止する（Ｓ５１４）。

以上、本実施例では、１対の基準画素ピッチαｘ、αｙとしたが、振れの程度によって複数の基準画素ピッチを設定し、それに応じて目標値を設定する構成にしてもよい。

本実施例のブロック図を図２（ｂ）に示す。

実施例１と異なるのは、映像信号処理マイコン２０１内部において、入力された映像信号が動画か静止画化を判定できる機能を有する点である。さらに実施例１では、ズームレンズを有する構成としたが、本実施例で投射レンズは単焦点のレンズ構成とする。その他の構成は実施例１と同様である。

図６に、本実施例のフローチャートを示す。

初めにプロジェクタの電源ボタン１０３を押し、映像信号を入力する（Ｓ６０１）。

続いてプロジェクタ制御マイコン２０３は距離センサー２０９でスクリーンまでの距離を測定する（Ｓ６０２）。

プロジェクタ制御マイコン２０３は、映像入力端子から入力している映像の解像度を画像処理マイコン（２０１）から通信により取得する（Ｓ６０３）。

これらの情報を基に、プロジェクタ制御マイコン２０３は、投影面での１画素あたりの水平、垂直方向の画素ピッチＸ、Ｙを計算する（Ｓ６０４）。

このとき、距離センサー２０９で測定されプロジェクタからスクリーン面までの距離をＬとし、プロジェクタのズームレンズ倍率が１でプロジェクタからスクリーンまでの距離が単位長さ離れているとき、液晶パネル２０７の１画素あたりの水平方向の画素ピッチをｘ、垂直方向の画素ピッチをｙとすると、前述したスクリーン面上の画素ピッチＸ、Ｙは以下の式で与えられる。

Ｘ＝Ｌ×ｘ 式（９）
Ｙ＝Ｌ×ｙ 式（１０）
すなわち、距離が離れるほどスクリーン上の画素ピッチは大きくなる。

さらに、入力する映像信号の解像度を映像処理マイコン２０１で液晶パネル２０７の解像度にスケーリング処理する場合、液晶パネル２０７の水平、垂直方向の解像度をＶｘ、Ｖｙに対して、入力映像信号の水平、垂直解像度をそれぞれＶｘ’、Ｖｙ’とすると、式（１）、式（２）は以下の式で与えられる。

Ｘ＝（Ｖｘ／Ｖｘ’）×Ｌ×ｘ 式（１１）
Ｙ＝（Ｖｙ／Ｖｙ’）×Ｌ×ｙ 式（１２）
この場合も実施例１と同様に、入力解像度が液晶パネルの解像度より低い場合は、１画素あたりの見かけの画素ピッチが映像処理マイコン２０１によるスケーリング処理により、大きくなることを意味している。

次に、プロジェクタ制御マイコン２０３は、式（１１）、（１２）で算出した投影画像のスクリーン面上での画素ピッチＸ，Ｙが基準画素ピッチαｘ、αｙを超えていないかどうか判定する（Ｓ６０５）。

もしスクリーン上の画素ピッチＸ，またはＹが基準画素ピッチαｘ、またはαｙよりも大きい場合、プロジェクタの振動による画像振れの制御目標値γｘ、γｙをそれぞれ以下のように設定する（Ｓ６０７）。

γｘ＝Ｘ （式１３）
γｙ＝Ｙ （式１４）
これは、スクリーン上の画素ピッチが基準画素ピッチαｘ、またはαｙより大きい場合、水平、垂直１画素ピッチ分のズレでも目立ちやすくなるため、それぞれの方向の振れ幅を１画素ピッチ以下に抑えるような制御目標値を設定している。

一方、スクリーン上の画素ピッチＸ、またはＹが基準画素ピッチαｘ、またはαｙ以下の場合は、映像信号処理マイコン２０１にて、入力映像信号が動画か、静止画かを判定する（Ｓ６０６）。もし、静止画と判定されれば、プロジェクタ制御マイコン２０３は画像振れの制御目標値γｘ、γｙを以下のように設定する（Ｓ６０８）。

γｘ＝２Ｘ （式１５）
γｙ＝２Ｙ （式１６）
ステップＳ６０８では、スクリーン上の画素ピッチが基準画素ピッチαｘ、αｙよりも小さく、水平、垂直１画素の振れでも目立ちにくいため、振れ幅を２画素ピッチ以下に抑えるよう制御目標値を緩和している。

反対に、ステップＳ６０６で入力映像信号が動画と判定された場合、画像振れの制御目標値γｘ、γｙを以下のように設定する（Ｓ６０９）。

γｘ＝３Ｘ （式１７）
γｙ＝３Ｙ （式１８）
これは、入力映像が動画であるため、画像振れの影響は静止画と比較して、目立ちにくくなるため、画像振れの制御目標値をステップＳ６０８よりもさらに緩和することができる。

目標値γｘ、γｙを設定後、加速度センサー２２３は、ある時刻におけるプロジェクタの水平、垂直方向の振動量Δｘ、Δｙを計測し、プロジェクタ制御マイコン２０３に送る（Ｓ６１０）。

これらの情報を基に、プロジェクタ制御マイコンは振動量Δｘ、Δｙが画像振れの制御目標値γｘ、γｙ内に収まるように圧電素子２０８を制御しつつ（Ｓ６１１）、映像を投影する（Ｓ６１２）。

その後、映像入力信号が入力され続けていると判断できる場合は、Ｓ５０９に戻り、プロジェクタの画像振れ補正を継続する（Ｓ６１３）。

一方、入力信号が途切れた場合は、振れ補正動作を停止する（Ｓ６１４）。

以上、実施例１、２として、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

２０１ 映像信号処理マイコン、２０３ プロジェクタ制御処理マイコン、
２０７ 液晶パネル、２０８ 圧電素子、２０９ 距離センサ、
２２３ 加速度センサ

Claims (4)

1. 設置面に対して水平、垂直方向の振動を計測する手段、および投影面までの距離を測定する手段、映像入力データの解像度を解析する手段を有し、かつ接地面に対して表示素子を水平、垂直方向に移動させる手段を有するプロジェクタであって、前記距離計測手段の計測値、および前記映像入力信号判定手段の情報を基に、プロジェクタ投影面での１画素あたりのピッチを計算し、その値に応じてプロジェクタの振動を抑える補正するための目標値を設定し、かつ前記表示素子を移動させる手段を用いて、表示素子を前記補正目標値内に移動させることを特徴とするプロジェクタ。
2. 投影画面を任意の倍率で投影することが可能なズームレンズを有するプロジェクタであって、前記ズームレンズの倍率に応じて、前記表示素子の振動による投影面の振れを打ち消すための補正量を計算することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 入力映像が動画か静止画かを判定して、前記プロジェクタの振動による投影面の振れを打ち消すための補正量を計算することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
4. 複数のプロジェクタを使用したマルチ投影時にのみ、前記プロジェクタの振動を打ち消すための補正を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のプロジェクタ。