JP3711973B2

JP3711973B2 - 投射型表示装置

Info

Publication number: JP3711973B2
Application number: JP2002295557A
Authority: JP
Inventors: 史雄春名; 庸之野澤; 敦繁田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2005-11-02
Anticipated expiration: 2022-10-09
Also published as: CN1488990A; US7092045B2; US20040070694A1; KR100521827B1; TW200405991A; TW582019B; JP2004134908A; KR20040037267A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶プロジェクタなどの投射型表示装置に係わり、台形歪み補正に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータで作成したプレゼンテーション資料を配布せずに、そのプレゼンテーション画面を液晶プロジェクタなどで拡大投射するようなプレゼンテーションが会議等で盛んに行われている。
【０００３】
一般に液晶プロジェクタなどで拡大投射する場合、スクリーンの正面、即ちスクリーン面の垂直方向から投射した時は、投射画面は歪みもなく表示される。一方、スクリーン面の垂直方向からずれて投射した時は、投射画面は歪んで表示される。この様な歪みを一般的に台形歪みと呼ぶ。この台形歪みを補正する方法として、光学的に補正する方式と電気的に補正する方式がある。光学方式は構造的に制約があったり、コストがかかる為あまり用いられていない。電気方式は映像信号のデジタル処理を行い、映像自体に逆の歪みを持たせることで台形歪みを補正する方式で、現在ではこの方式が一般的に用いられている。この電気方式で行う場合、ユーザが歪んだ画面を見ながら手動で調整を行う方式がこれまで主流であったが、これを自動で行う方法が報告されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１によれば、複数の距離センサを用いてスクリーンまでの距離を検出し、その検出結果よりスクリーンと表示装置との傾斜角を求めることで、台形歪みを自動的に補正するとしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１２２６１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載の方式では、スクリーンとの傾斜角を求めるにｍｍ単位の距離検出精度が要求される。
【０００７】
すなわち、上記特許文献１の図２に示すように、本体とスクリーンとの傾斜角度をθとし、正常な投射画面の縦幅をｄ（２個のセンサの光をセンサ平行光とした場合、各センサ平行光Ｄ１，Ｄ２間の距離に相当）とすると、ｔａｎθ＝(Ｄ１−Ｄ２)／ｄが成立する。この式に、一般的な液晶プロジェクタの形状からｄ=３００ｍｍ、θ=１°を代入すると、
Ｄ１−Ｄ２＝ｄ×ｔａｎθ＝３００×ｔａｎ１°≒５．２ｍｍ
となる。即ち傾斜角１°を検出する為には少なくとも約５ｍｍの検出精度が要求される距離センサが必要になる。一方、安価な距離センサ、例えば超音波センサや赤外線センサなどでは検出精度がよくても数ｃｍ程度のものしかなく、ｍｍ単位で検出できるものとしては高価なレーザセンサしかないのが現状で、レーザセンサを用いるのは実用的ではない。
【０００８】
本発明は、上記した従来技術での課題事項を解決し、安価な距離センサを用いて台形歪みの自動調整を行う投射型表示装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、距離センサを回転させてその反射波のレベルを観測し、反射波レベルが最大値になる回転角度から対スクリーン角度を検出し台形歪みを補正するように構成する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１に示す。本実施の形態では距離センサとして超音波センサを用いている。
【００１１】
図１は本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロック図であって、液晶プロジェクタ等の投射型表示装置１とスクリーン２で構成され、投射型表示装置１は台形歪み補正部１０、信号処理部１１、表示素子１２、ＣＰＵ１３で構成され、さらに台形歪み補正部１０は４０ｋＨｚ発生部１００、第一増幅部１０１、超音波センサ１０２、台座１０３、ピーク値検出部１０４、第二増幅部１０５、モータ１０６、ドライバ１０８、ＡＤ部１０９で構成される。
【００１２】
次に図１の動作を説明する。超音波センサ１０２は一般的に４０ｋＨｚのパルスを入力すると超音波を発生し、また超音波を受信すると４０ｋＨｚのパルスを発生する。超音波を発生するだけの送信専用センサや超音波を受信するだけの受信専用センサもあるが、ここでは両方を行える送受信兼用センサを用いた場合の例を示している。４０ｋＨｚパルスを発生させるのは４０ｋＨｚ発生部１００で行う。具体的には図２の波形▲１▼のように４０ｋＨｚのパルスを例えば２０Ｈｚ間隔で間欠発振させて行う。このようなパルスを発生させるためにはロジックＩＣを組み合せてもよいが回路規模が大きくなるためプログラマブルロジックデバイス（以下ＰＬＤ）などを使えばよい。ロジックＩＣまたはＰＬＤのようなデバイスの出力はＣＭＯＳまたはＴＴＬレベルが一般的であるが、一方超音波センサ１０２に入力する４０ｋＨｚパルスの信号振幅は数十Ｖｐｐ以上必要であるため、第一増幅部１０１で４０ｋＨｚパルスを増幅する。そのデバイスとしては例えば高耐圧トランジスタやトランスを用いればよい。超音波センサ１０２は入力された４０ｋＨｚパルスにより超音波を発生する。発生した超音波は投射型表示装置１より外に送信され、スクリーン２で反射して同じ超音波センサ１０２にて受信される。受信された超音波により超音波センサ１０２は４０ｋＨｚパルスを発生する。ただし、その発生する４０ｋＨｚパルスの振幅は数〜数十ｍＶｐｐ程度しかないため、第二増幅器１０５にて増幅する。増幅後の４０ｋＨｚパルスは図２の波形▲２▼のようになり、波形▲１▼のパルスよりも遅れたところに発生する。この遅延はスクリーン２までの距離を往復した分の時間に相当する。この４０ｋＨｚパルスをＡＤ部１０９によりアナログ／デジタル変換した後、ピーク値検出部１０４により、図２の波形▲２▼の４０ｋＨｚパルスのレベルのピーク値を求める。具体的にはコンパレータを用いて大小比較を行い、そのピーク値を保存するようなロジックをＰＬＤで組むなどすれば良い。ＣＰＵ１３はそのピーク値を取り込んで演算すると共に、モータを回すための制御信号を発生する。ＣＰＵ１３の詳細な処理方法は後述する。ドライバ１０８はＣＰＵ１３からの制御信号に基づきモータを回すための駆動信号をモータ１０６へ供給する。モータ１０６は自身のギアの回転を台座１０３に伝達するとこで超音波センサ１０２を回転させる。
【００１３】
図３に超音波の反射特性を示す。図３の▲１▼は超音波センサ１０２がスクリーン２に対し垂直方向に向いている場合を示す。この時、超音波センサ１０２より送信される超音波はスクリーン２に対し垂直に反射して戻ってくる。図３の▲２▼は超音波センサ１０２がスクリーン２に対し若干角度を持っている場合を示す。この時、超音波センサ１０２より送信される超音波はスクリーン２に対し入射角が若干あるため、超音波センサ１０２に戻ってくる反射波の量は減ってくる。図３の▲３▼も▲２▼と同様で、▲２▼よりさらに角度がつくため、超音波センサ１０２に戻ってくる超音波の量もさらに減る。これらの関係を図に示したのが図４である。図４の横軸は超音波センサ１０２の回転角度、縦軸はピーク値検出部１０４の出力値である、超音波反射波レベルのピーク値である。超音波センサ１０２がスクリーン２に対し垂直方向に向いている時の回転角度を０°として基準にすると、図４のように回転角度を０°を中心に放物線状の曲線となる。この図から判るように超音波センサ１０２がスクリーン２に対し垂直な場合がもっとも超音波反射波レベルが大きくなる。
【００１４】
この特性を応用すると、投射型表示装置１とスクリーン２の相対的な角度を検出することが出来る。図５を用いて説明する。投射型表示装置１とスクリーン２が相対的に角度θだけ傾斜していたとすると、超音波センサ１０２が投射型表示装置１に対し角度θだけ回転した際に、超音波センサ１０２はスクリーン２に対し垂直方向に向いていることになる。その際の超音波センサ１０２の回転角度とピーク値検出部１０４の出力値の関係は図６のようになり、超音波センサ１０２の回転角度がθの時に超音波反射波レベルが最大となる。このことから、超音波センサ１０２の超音波反射波レベルが最大となる回転角度を求めることで、投射型表示装置１とスクリーン２の相対的な角度を検出することができる。
【００１５】
次にＣＰＵ１３での詳細な処理方法について図７のフローチャートを基に説明する。前提条件として、例えば超音波センサ１０２は投射型表示装置１に対し−２０°の開始位置から＋２０°の終了位置まで１°毎に回転させるものとする。まず超音波センサ１０２を回転開始位置の−２０°になるようモータ１０６を回転させる（フロー３０）。次に超音波センサ１０２が回転終了位置の＋２０°に来ているか否かの判別を行い、来ていなければフロー３２へ、来ていればフロー３４へ分岐する。今はまだ回転開始位置にいるのでフロー３２へ分岐する。フロー３２でピーク値検出部１０４より出力される超音波反射波レベルを取り込む。その後超音波センサ１０２を１°だけ回転するようモータ１０６を回転させ（フロー３３）、フロー３１へ戻る。フロー３２及びフロー３３を超音波センサ１０２が回転終了位置の＋２０°になるまで繰り返す。回転終了位置に来たら取り込んだ−２０°から＋２０°までの超音波反射波レベルを比較し、最大レベルとなる回転角度を求める（フロー３４）。その回転角度より台形歪みの補正量を演算し、その補正量を信号処理部１１へ送信する（フロー３５）。信号処理部１１は台形歪補正処理回路を有しており、入力される映像信号に対しデジタル処理を行い、表示素子１２の表示面に該補正量に基づく台形歪のある映像信号を表示し、これを拡大投射することにより、台形歪み補正を行う（フロー３６）。以上がＣＰＵ１３での処理方法である。
【００１６】
以上のように、超音波センサを回転させてその都度超音波の反射波レベルを取得し、反射波レベルが最大値になる回転角度より対スクリーン角度を検出することで自動的に台形歪みを補正することができる。
【００１７】
なお、以上の実施の形態では距離センサとして超音波センサを用いる場合について説明したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、赤外線センサやレーザセンサなどの、直線的な指向性のある波を発生するセンサであれば、スクリーン面に垂直に当たった際に反射波レベルが最大となるような特性は同様であり、本発明に適用することが出来る。
【００１８】
また、以上の実施の形態では距離センサを回転させるのに台座１０３をモータ１０６のギヤで回す方法を説明したが、本発明はこれに限るものではなく、距離センサ自体が回転する方式でも適用可能である。例えばリードスクリュー型のモータを使用し、そのリードスクリューによる平行移動運動を回転運動に変えるような構造などが上げられる。図８がその例である。図８は超音波センサ１０２、モータ１１０、リードスクリュー１１１、スライダ１１２、シャフト１１３で構成される。その動作を説明すると、モータ１１０及びリードスクリュー１１１が回転すると、それに伴いスライダ１１２がシャフト１１３に沿って平行移動する。その平行移動が超音波センサ１０２に伝達されるが、超音波センサ１０２はその中心位置で固定されているので回転運動する。このように距離センサ自体が回転する構成であればギアを使わなくてもよい。
【００１９】
次に本発明の第二の実施の形態を図９に示す。本実施の形態の特徴は、距離センサを２個使用し、さらにそれぞれの距離センサを投射型表示装置に対し、水平方向及び垂直方向と別々に回転させることにより、スクリーンに対し水平及び垂直どちらの台形歪みも補正することができることにある。
【００２０】
図９は本発明の第２の実施の形態の構成を示す図であって、第一の実施の形態の構成例である図１に対応する部分には同一符号をつけている。異なる部分はＣＰＵ１４と、図１の台形歪み補正部１０と同じブロックが２つ（台形歪み補正部１０ａ、１０ｂ）あることである。それ以外は第一の実施の形態と同じであるので説明は省略する。
【００２１】
台形歪み補正部１０ａ内の超音波センサ１０２は投射型表示装置１の設置状態に対し水平方向に回転するよう配置され、台形歪み補正部１０ｂ内の超音波センサ１０２は投射型表示装置１の設置状態に対し垂直方向に回転するよう配置される。台形歪み補正部１０ａ、１０ｂそれぞれの動作は回転方向が投射型表示装置１に対し異なっているだけでその他の動作はまったく同じである。
【００２２】
したがって、ＣＰＵ１４は台形歪み補正部１０ａより取得される超音波反射波レベルによりスクリーン２に対する水平方向の傾斜角を検出し、台形歪み補正部１０ｂより取得される超音波反射波レベルによりスクリーン２に対する垂直方向の傾斜角を検出することができる。この検出結果を基にＣＰＵ１４は信号処理部１１に対し、水平、垂直両方の台形歪み補正量を送信し、信号処理部１１は該補正量を受けて、入力される映像信号に対しデジタル処理を行い、水平、垂直両方の台形歪み補正を行う。
【００２３】
次に本発明の第三の実施の形態を説明する。構成としては第１の実施の形態の図１と同じである。異なるのはＣＰＵ１３での傾斜角の演算方法である。
【００２４】
図１０を用いてその演算方法を説明する。超音波は一般的に風などの周囲環境条件に影響されやすい。従って、図４のように超音波の反射波レベルがきれいな放物線になることは少なく、図１０の実線のようにノイズ成分が加算されたような曲線となる。この曲線で最大値を取る角度は図１０の▲１▼である。しかしこの角度▲１▼での反射波レベルはノイズによって大きくなっている可能性があり、本来の超音波センサ１０２とスクリーン２が垂直となる回転角とは異なる場合がある。そこで、ＣＰＵ１３により取得した超音波反射波レベルのデータ列よりその近似式を求める。その結果が図１０の点線の近似式であり、その最大値は角度▲２▼の時となる。近似式としては例えば最小２乗近似などがある。このような近似式を求めることにより、ノイズ成分を低減することができる。またＣＰＵ１３は近似式の最大値となる超音波センサ回転角を求めて信号処理部１１を制御する。
【００２５】
以上のように取得した超音波反射波レベルに対し、近似式を求めることで、ノイズ成分を低減し、台形歪み補正量の精度を向上させることができる。
【００２６】
なお、本実施の形態では超音波での周囲環境条件の影響を述べたが、赤外線などの光でも同様である。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、安価な距離センサを用いて液晶プロジェクタとスクリーンとの傾斜角を検出し、台形歪みの自動調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した投射型表示装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態の動作を説明するタイミング図である。
【図３】第１の実施の形態の動作を説明する構成図である。
【図４】第１の実施の形態の動作を説明する角度特性図である。
【図５】第１の実施の形態の動作を説明する構成図である。
【図６】第１の実施の形態の動作を説明する角度特性図である。
【図７】第１の実施の形態の動作を説明するフローチャート図である。
【図８】センサ回転手段の別の構成を示す構成図である。
【図９】本発明を適用した投射型表示装置の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図１０】本発明を適用した投射型表示装置の第３の実施の形態の動作を説明する角度特性図である。
【符号の説明】
１…投射型表示装置、２…スクリーン、１０…台形歪み補正部、１０ａ…台形歪み補正部、１０ｂ…台形歪み補正部、１１…信号処理部、１２…表示素子、１３…ＣＰＵ、１４…ＣＰＵ、１００…４０ｋＨｚ発生部、１０１…第一増幅部、１０２…超音波センサ、１０３…台座、１０４…ピーク値検出部、１０５…第二増幅部、１０６…モータ、１０８…ドライバ、１０９…ＡＤ部、１１０…モータ、１１１…リードスクリュー、１１２…スライダ、１１３…シャフト、２００…表示装置、２０１…第一距離センサ、２０２…第二距離センサ、２０３…スクリーン。

Claims

映像信号を入力しスクリーンに拡大投射する投射型表示装置であって、
超音波又は光を前記スクリーンに照射し、前記スクリーンから反射した前記超音波又は光を受信するセンサと、
前記センサを回転させる回転手段と、
前記受信信号のレベルを検出するレベル検出手段と、
前記レベル検出手段からの検出結果に基づいて、前記映像信号の台形歪みを補正する台形歪補正処理回路と、を有することを特徴とする投射型表示装置。
映像信号を入力しスクリーンに拡大投射する投射型表示装置であって、
超音波又は光を前記スクリーンに照射し、前記スクリーンから反射した前記超音波又は光を受信するセンサと、
前記センサを所定角度ずつ回転させる回転手段と、
各回転角における前記受信信号の内のピーク値を検出するピーク値検出手段と、
前記ピーク値検出手段からの検出結果に基づいて制御される台形歪補正処理回路と、を有することを特徴とする投射型表示装置。
前記台形歪補正処理回路は、前記ピーク値検出手段により検出されたピーク値となる前記センサの回転角に基づいて前記投射型表示装置と前記スクリーンとの傾斜角を演算し、該傾斜角による台形歪みを補正するように処理することを特徴とする請求項２に記載の投射型表示装置。
前記ピーク値検出手段は、各回転角における前記受信信号から近似式を演算し該近似式の最大値をピーク値とするように構成することを特徴とする請求項２乃至請求項３の何れか一項に記載の投射型表示装置。
前記回転手段は、前記投射型表示装置の水平方向に前記センサを回転させることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の投射型表示装置。
前記回転手段は、前記投射型表示装置の垂直方向に前記センサを回転させることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の投射型表示装置。
前記センサ及び前記回転手段は各々２個ずつ有し、
前記回転手段は、前記投射型表示装置の水平方向と垂直方向の各々に前記センサを回転させることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の投射型表示装置。