JP4090386B2

JP4090386B2 - projector

Info

Publication number: JP4090386B2
Application number: JP2003134407A
Authority: JP
Inventors: 元関谷
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2023-05-13
Also published as: JP2004341029A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタに関し、より詳細には、投射レンズから投射される投射映像の有効領域をスクリーンの有効領域に近づける制御を自動で行うようにしたプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プロジェクタを設置する場合、スクリーンの位置とプロジェクタの位置を予め決めた後、スクリーンに投射された映像を見ながら投射レンズのズームやフォーカスを調整して最適な投射状態を得るようにするが、更にプロジェクタの向きやレンズシフト量を調整する必要が生じると、再び投射レンズのズームやフォーカスを調整しなけらばならなくなり、最適な投射状態を得るまでに同様の作業の繰り返し行う必要があって非常に煩雑であった。
【０００３】
上記のごとくの問題を解決する方法として、例えば、特許文献１に記載されたプロジェクタは、スクリーンの位置を検出して自動的にプロジェクタの投射画像を調整する手段を有し、これによって最適な画像を得ることができる。
また、設置条件の制約から、プロジェクタからの投射光の光軸がスクリーン面に対して直角となるように設置できない場合、スクリーンに投射された画像には台形歪みが発生する。このような台形画像に対して、例えば、特許文献２の投写型表示装置では、ライトバルブの制御を調整して台形歪み補正することにより、スクリーン上で長方形の画像を得ることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−７２３５１号公報
【特許文献２】
特開平１０−１１１５３３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来のプロジェクタは、プロジェクタとスクリーンとの距離情報、あるいはプロジェクタに対するスクリーンの位置情報を利用して投射画像を自動調整するものであり、スクリーン位置の正確な情報に基づいて、ズーム、フォーカス、及びレンズシフトの全てを制御し、投射画像を最適化するものではなかった。このため、スクリーン領域とプロジェクタからの出射光領域との位置やサイズの比較による投射画像の最適化は行われず、スクリーンの大きさに合わせた最適な大きさの投射画像を得ようとしたり、投射される画像をより美しくしたりするためには、上記の自動調整作業とは別の調整作業が必要になる。
【０００６】
更に、特にスクリーン面の直角方向（法線方向）とプロジェクタの投射光の光軸方向が平行でないときに、レンズシフト等の光学的な補正が連動しない場合はライトバルブを電気的に制御する台形歪みの補正量が多大になり、ライトバルブの有効領域の利用率が下がって有効画素数の低下につながったり、電気的な台形歪み補正によって画像の劣化が生じたりすることがあり、本来、プロジェクタが持っている性能を十分に発揮することができずに、品質の低い映像が投射されてしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたものであり、スクリーンの正確な位置情報を検出し、その検出位置情報に基づいてズーム、フォーカス、及びレンズシフトの全てを制御し、投射画像を最適化することによって、高品質の投射画像を自動的に得ることができるにしたプロジェクタを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の技術手段は、光源と、ライトバルブを用いて構成され、前記光源からの光を利用して画像を生成する光学エンジンと、該光学エンジンによって生成された画像を拡大して投射する投射レンズとを備えたプロジェクタにおいて、該プロジェクタは、前記投射レンズを平行移動して該投射レンズの光軸を移動させるレンズシフト手段と、前記投射レンズのフォーカス調整を行う電動フォーカス手段と、前記投射レンズのズーム調整を行う電動ズーム手段と、前記プロジェクタの傾き及び投射光の投射方向を電動で設定する投射方向／傾き設定手段と、前記投射光を投射するスクリーンと前記プロジェクタとの相対位置情報を検出する相対位置情報検出手段と、該相対位置情報検出手段の検出結果に基づいて、前記レンズシフト手段、前記電動フォーカス手段、前記電動ズーム手段、及び前記投射方向／傾き設定手段を制御する制御手段とを有し、該制御手段は、前記投射レンズから投射される投射映像の有効領域を前記スクリーンの有効領域に近づける制御を行い、前記相対位置情報検出手段は、複数の交信機を備え、該複数の交信機と前記スクリーンの角部に配置したスクリーン側交信機との間で信号の送受信を行うことにより、前記複数の交信機の配置位置情報と、信号の送信から受信までの時間情報とから、前記相対位置情報として、前記スクリーンの大きさ、前記プロジェクタから前記スクリーンまでの距離、前記投射レンズの光軸に対する前記スクリーンの投射面の傾き、及び前記スクリーンの形状、を判別できる相対位置情報を検出することを特徴としたものである。
【００１０】
第２の技術手段は、光源と、ライトバルブを用いて構成され、前記光源からの光を利用して画像を生成する光学エンジンと、該光学エンジンによって生成された画像を拡大して投射する投射レンズとを備えたプロジェクタにおいて、該プロジェクタは、前記投射レンズを平行移動して該投射レンズの光軸を移動させるレンズシフト手段と、前記投射レンズのフォーカス調整を行う電動フォーカス手段と、前記投射レンズのズーム調整を行う電動ズーム手段と、前記プロジェクタの傾き及び投射光の投射方向を電動で設定する投射方向／傾き設定手段と、前記投射光を投射するスクリーンと前記プロジェクタとの相対位置情報を検出する相対位置情報検出手段と、該相対位置情報検出手段の検出結果に基づいて、前記レンズシフト手段、前記電動フォーカス手段、前記電動ズーム手段、及び前記投射方向／傾き設定手段を制御する制御手段とを有し、該制御手段は、前記投射レンズから投射される投射映像の有効領域を前記スクリーンの有効領域に近づける制御を行い、前記相対位置情報検出手段は、フォーカス調整機構を備えるカメラを有し、前記スクリーンのそれぞれの角部を撮像しながら、前記フォーカス調整機構によってフォーカス調整を行い、各前記角部ごとに最も良好なフォーカス状態となるフォーカス調整位置を記憶し、該記憶したフォーカス調整位置情報に基づいて、前記相対位置情報として、前記スクリーンの大きさ、前記プロジェクタから前記スクリーンまでの距離、前記投射レンズの光軸に対する前記スクリーンの投射面の傾き、及び前記スクリーンの形状、を判別できる相対位置情報を検出することを特徴としたものである。
【００１１】
第３の技術手段は、光源と、ライトバルブを用いて構成され、前記光源からの光を利用して画像を生成する光学エンジンと、該光学エンジンによって生成された画像を拡大して投射する投射レンズとを備えたプロジェクタにおいて、該プロジェクタは、前記投射レンズを平行移動して該投射レンズの光軸を移動させるレンズシフト手段と、前記投射レンズのフォーカス調整を行う電動フォーカス手段と、前記投射レンズのズーム調整を行う電動ズーム手段と、前記プロジェクタの傾き及び投射光の投射方向を電動で設定する投射方向／傾き設定手段と、前記投射光を投射するスクリーンと前記プロジェクタとの相対位置情報を検出する相対位置情報検出手段と、該相対位置情報検出手段の検出結果に基づいて、前記レンズシフト手段、前記電動フォーカス手段、前記電動ズーム手段、及び前記投射方向／傾き設定手段を制御する制御手段とを有し、該制御手段は、前記投射レンズから投射される投射映像の有効領域を前記スクリーンの有効領域に近づける制御を行い、前記相対位置情報検出手段は、２つのカメラを有し、該２つのカメラによって撮像した２つの画像にて、スクリーンの投射領域の各角部を判別させ、前記２つの画像における同一の角部の位置関係から、前記カメラからその角部までの距離を算出し、全ての前記角部毎に前記距離を算出して、該距離の算出結果から、前記プロジェクタに対する各角部の方向を算出し、該各角部までの距離の算出結果及び方向の算出結果に基づいて、前記相対位置情報として、前記スクリーンの大きさ、前記プロジェクタから前記スクリーンまでの距離、前記投射レンズの光軸に対する前記スクリーンの投射面の傾き、及び前記スクリーンの形状、を判別できる相対位置情報を検出することを特徴としたものである。
【００１３】
第４の技術手段は、第１ないし第３のいずれか１の技術手段において、プロジェクタは、スクリーン上に投射された投射画像の台形補正を行う台形補正手段を有し、制御手段は、レンズシフト手段、電動フォーカス手段、電動ズーム手段、及び投射方向／傾き設定手段を最適に制御した状態でスクリーン上の投射画像に台形歪み存在する場合に、台形補正手段を制御して、投射画像の台形補正を行うことを特徴としたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明のプロジェクタの実施の形態を添付された図面を参照して具体的に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同様の機能を有する部分には同じ符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１５】
図１は、本発明によるプロジェクタ装置の一実施形態を説明するための概略構成図であり、図中、１０はプロジェクタ、１１は光源、１２は光学エンジン、１３は投射レンズ、１４はレンズシフト機構、１５はキャビネット、１６はライトバルブ駆動回路を含む回路部、１７は脚台、２０はスクリーンである。
【００１６】
プロジェクタ１０は、光源１１と、ライトバルブから構成される光学エンジン１２と、電動ズーム・電動フォーカス機構を有する投射レンズ１３と、投射レンズ１３をその光軸に垂直な方向にシフトするレンズシフト機構１４と、回路部１６と、これらを収めるキャビネット１５と、キャビネット１５の回転方向や角度を電動調整する脚台１７とを有する。光学エンジン１２は、例えば、光源光をＲＧＢの３原色に分離する光学手段と、分離されたそれぞれの光を画像に信号に応じて変調させる３つのライトバルブと、これらの変調光を合成する光学手段（いずれも図示せず）とを含んで構成される。
【００１７】
そして、スクリーン２０とプロジェクタ１０との相対位置／距離を検知する機構として、スクリーン２０とプロジェクタ１０との間で交信を行うための交信機、またはスクリーンの位置情報を検出するためのカメラが備えられる。これら交信機及びカメラの構成例については、それぞれ別の図面を参照しながら後述して説明する。
【００１８】
以上の構成において、本発明のレンズシフト手段は、レンズシフト機構１４とそのレンズシフト機構の動作の制御機能を有する回路部１６によって実現される。また、本発明の電動フォーカス手段及び電動ズーム手段は、フォーカシング及びズーミングが可能な投射レンズ１３と、これらフォーカシング及びズーミングの制御機能を有する回路部１６とによって実現される。さらに本発明の投射方向／傾き設定手段は、キャビネット１５の方向及び傾きを設定することができる機構で、図９を参照して後述して説明するものである。そしてこれら各手段を制御する制御手段は、回路部１６によって実現される。
【００１９】
なお、電動レンズシフト、あるいは電動ズームや電動フォーカス等のそれぞれの可動機構を制御する場合、その動作位置を認識するセンサを搭載してそのセンサの認識結果に従ってフィードバック制御を行う方式もあるが、ここでは、各可動機構は制御命令通りに動作するものとし、可動部のフィードバック制御については省略する。
【００２０】
以下に、スクリーンとプロジェクタとの相対位置／距離を検知する機構の構成例について説明する。
【００２１】
（相対位置／距離算出機構１）
図２は、スクリーン側とプロジェクタ側のそれぞれに配置される交信機によって、スクリーンとプロジェクタとの相対位置情報を検出する構成例を示す図である。スクリーン側には、受信／発信を行う複数の交信機２１を配置し、プロジェクタ側の回路部１６には、３つの交信機１８ａ、１８ｂ、１８ｃを配置する。プロジェクタ側の交信機１８ａ〜１８ｃは、全て信号の受信が可能であって、さらにそのうち１つの交信機は信号の発信も可能に構成される。
【００２２】
図３は、上記図２に示す構成によって、スクリーン側の交信機２１とプロジェクタ側の交信機１８ａ〜１８ｃとの間の交信による相対位置情報の検出について説明するための図である。図３では、スクリーン側の複数の交信機２１のうち、１つの交信機２１のみを示し、スクリーン側の交信機２１とプロジェクタ側の交信機１８ａ〜１８ｃとの間の交信による相対位置情報の検出について説明する。
【００２３】
スクリーン側に配置された交信機２１は、プロジェクタ側の発信機能を有する交信機１８ａから発信された信号を受信し、その返信信号を送信する。スクリーン側から返信された返信信号をプロジェクタ側の交信機１８ａ〜１８ｃが受信すると、プロジェクタ側では、信号を発信してから受信するまでの時間を基にスクリーンとプロジェクタとの距離を算出することができる。ここでは、プロジェクタ側の３つの交信機１８ａ〜１８ｃによってスクリーン側の交信機２１からの返信信号を受信することにより、スクリーン側の交信機２１と、プロジェクタ側のそれぞれの交信機１８ａ〜１８ｃとの間の距離差に従って、プロジェクタ側の送信から受信までの時間にずれが生じ、その差からプロジェクタ本体に対するスクリーン側の交信機２１の相対位置や距離を算出することができる。
【００２４】
そして、スクリーン側の複数の交信機２１として、図２に示すように４つの交信機２１をスクリーン２０の４角に設置し、もしくは他の場所でスクリーン２０の寸法が特定できる位置に複数の交信機２１を配置し、それぞれのスクリーン側の交信機２１について、プロジェクタ１０に対する位置や方向を算出することにより、プロジェクタ１０とスクリーン２０との相対位置情報を算出することが可能となる。
【００２５】
（相対位置／距離算出機構２）
図４は、電動フォーカス機能を有するカメラによって長方形のスクリーンの角部を検出することにより、スクリーンとプロジェクタとの相対位置情報を検出する構成例を示す図で、図中、１９はカメラである。図４の構成では、プロジェクタ１０に電動フォーカス機能を有するカメラ１９を取り付けて、プロジェクタ１０をスクリーン２０の３角または４角を認識できる位置に固定する。ここで、スクリーン２０の３角を検出する方式を採用する場合は、スクリーン４角うちのいずれの３角であるかを判別できるものとする。
【００２６】
図５は、上記図４に示す構成によって、スクリーンとプロジェクタとの相対位置情報を検出する機構について説明するための図で、カメラとスクリーンの配置を概略的に示す図を図５（Ａ）に、カメラのズーム位置に従うスクリーンのフォーカス状態を示す図を図５（Ｂ）ないし図５（Ｅ）に示すものである。
【００２７】
本構成例では、カメラ１９からの対物距離とカメラ１９の結像位置とが関連していることを利用して、カメラ１９のフォーカス調整機構を動作させながら、スクリーン２０の３角または４角のそれぞれの位置にて、最もきれいに結像したフォーカス調整位置を判別し、それらのフォーカス位置情報を記憶する。例えば、図５（Ｂ）ないし図５（Ｅ）のように、スクリーン２０の４角のそれぞれが最良の結像状態となるフォーカス位置情報を得て、これらのフォーカス位置情報から、プロジェクタ１０とスクリーン２０との距離を算出し、その距離情報に基づいて、プロジェクタ１０の投射レンズ１３の光軸と、スクリーン２０の被投射面との角度を算出し、更にはプロジェクタ１０とスクリーン２０の相対位置関係を算出することができる。
【００２８】
（相対位置／距離算出機構３）
図６は、電動フォーカス機能を有しない２つのカメラを利用することによって、スクリーンとプロジェクタとの相対位置／距離を検知する構成例を示す図で、図中、１９ａは第１のカメラ，１９ｂは第２のカメラである。第１のカメラ１９ａ及び第２のカメラ１９ｂが取り付けられたプロジェクタ１０を用い、両カメラ１９ａ，１９ｂがスクリーン２０の３角または４角を認識できる位置にプロジェクタ１０を固定する。ここで、スクリーンの３角を検出する方式を採用する場合は、スクリーン４角うちのいずれの３角であるかを判別できるものとする。
【００２９】
図７は、上記図６に示す構成によって、スクリーンとプロジェクタとの相対位置情報を検出する機構について説明するための図で、カメラとスクリーンの配置を概略的に示す図を図７（Ａ）に、カメラ毎の画像例をそれぞれ７（Ｂ）及び図７（Ｃ）に示すものである。第１及び第２のカメラ１９ａ，１９ｂに取り込まれた２つの画像（図７（Ｂ），図７（Ｃ））においては、各カメラ１９ａ，１９ｂとスクリーン２０との距離が近い程、これら２つの画像内のスクリーンの位置差が大きくなる。
【００３０】
上記のような特性を利用して、２つのカメラ１９ａ，１９ｂにより取り込まれた２つの画像にて、スクリーン２０の角部を判別させ、２つの画像の同一の角部の位置から、カメラ１９ａ，１９ｂからその角部までの距離を算出する。そして全ての角部毎にこのような処理を行って、各角部からカメラ１９ａ，１９ｂまでの距値を算出する。そして距離の算出結果から、プロジェクタ１０に対する各角部の方向を算出し、さらには、更にはプロジェクタ１０とスクリーン２０の相対位置関係を算出する。
【００３１】
図８は、本発明のプロジェクタの設置例を示す図で、プロジェクタ１０からスクリーン２０の投射面に対して垂直となるように結んだ線をＡＢとした場合に、点Ａがスクリーン２０の中央とならない設置位置を示すものである。プロジェクタ１０は、上述した相対位置／距離算出機構１〜３に対応するカメラもしくは交信機を備えているものとする。プロジェクタ１０は、これら相対位置／距離算出機構によって、スクリーン２０の位置・傾き・距離・サイズなど、スクリーン２０とプロジェクタ１０本体との相対的な座標情報による相対位置情報を取得することができる。
【００３２】
上述のように、プロジェクタ１０は、投射レンズ１３を所定方向にシフトさせ光軸を移動させるレンズシフト機構１４を有し、また投射レンズ１３の電動ズーム、及び電動フォーカス調整が可能な機構を備えている。また投射光の投射軸方向（投射レンズ光軸）を上下・左右に傾ける機構、及び投射画像を左右に傾ける機構を備えている。そして、これら投射レンズのシフト、ズーム、フォーカス、投射光の方向及び傾きを制御する制御部は、取得したスクリーン２０とプロジェクタ１０本体との相対的な座標情報に基づいて、投射画像の台形歪みがなくなるように、もしくは最小となるように、レンズシフト量、ズーム量、フォーカス量、プロジェクタ１０の投射方向、及びプロジェクタ１０の傾き量を制御する。
【００３３】
光学エンジン１２のライトバルブの受光面と、投射レンズ１３の光軸方向が垂直に配置されているプロジェクタの場合、スクリーン２０の投射面に対して投射レンズ１３の光軸方向が垂直に近いほど、台形歪みが少なくなることから、プロジェクタ１０本体の方向が決まる。さらに、投射レンズ１３の光軸とスクリーン２０との角度と、プロジェクタ１０本体の投射軸方向の向きから、プロジェクタ１０の左右高さ方向の角度が決まる。ここで、レンズシフト，ズーム，及びフォーカスによって、スクリーン２０の被投射領域内に投射画像を適合させることができるかどうかを算出し、適合できる場合はレンズシフト・ズーム・フォーカスを自動調整する。
【００３４】
図９は、プロジェクタの投射光の光出射方向をスクリーンに対して最適な方法に向けるためのキャビネットの向き／角度調整例を説明するための図で、上下の光出射方向の調整例を説明するためのキャビネットの側面概略図を図９（Ａ）に、左右の光出射方向の調整例を説明するためのキャビネットの平面外略図を図９（Ｂ）に、キャビネットの左右の傾斜方向の調整例を説明するためのキャビネットの正面外略図を図９（Ｃ）に示すものである。
【００３５】
プロジェクタ１０の調整に際しては、相対位置／距離算出機構によって取得したスクリーン２０とプロジェクタ１０本体との相対的な座標情報に基づいて、まず、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）の動作によって、上下左右の投射光の光出射方向が最適となるようにキャビネット１５の向きを調整し、光出射方向をスクリーン２０に対して垂直にする。そして、スクリーン２０上における投射画像の傾きとスクリーン２０の被投射領域とが一致するかもしくは最適となるように、図９（Ｃ）の動作によってキャビネット１５の左右の傾きを調整する。図９（Ｃ）の動作では、キャビネット１５の左右への傾斜方向を調整することにより、ライトバルブの左右への傾きが調整され、これによりスクリーン２０上の投射画像の傾きを最適化することができる。
【００３６】
図１０は、プロジェクタの設置条件や各調整機構の制限などによって、台形歪み補正が必要となる場合のプロジェクタの設定例を説明するための図である。図１０の例は、光学エンジン１２のライトバルブの受光面と、投射レンズ１３の光軸方向とが互いに垂直に配置されているプロジェクタ１０において、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示す動作によってプロジェクタ１０の光出射方向を調整したにもかかわらず、レンズシフトの移動量が不足してスクリーン２０全体を有効利用できない状態を示している。なお、図１０に示す構成においてもプロジェクタ１０は、上述した相対位置／距離算出機構１〜３に対応するカメラもしくは交信機を備えているものとする。
【００３７】
レンズシフトの移動量が最大限の位置で光出射方向をスクリーン２０側に向けても投射画像に台形歪みが発生する場合、ライトバルブの形成画像に台形補正を行って、投射される画像の歪みを解消させるようにする。上記台形歪み補正については、公知の技術を適用することができる。この場合、台形歪み補正が必要ない条件と比べて、投射画像の画質はやや低下するが、レンズシフト等の光学的要素を調整することによって、補正される台形歪みを最小限に抑えているため、その設置条件では最大限に高画質の投射画像を提供することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のプロジェクタによれば、スクリーンの正確な位置情報を検出し、その検出位置情報に基づいてズーム、フォーカス、及びレンズシフトの全てを制御し、さらに必要に応じて台形歪み補正を加えて投射画像を最適化することによって、高品質の投射画像を自動的に得ることができるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプロジェクタ装置の一実施形態を説明するための概略構成図である。
【図２】スクリーン側とプロジェクタ側のそれぞれに配置される交信機によって、スクリーンとプロジェクタとの相対位置情報を検出する構成例を示す図である。
【図３】図２に示す構成によって、スクリーン側の交信機とプロジェクタ側の交信機との間の交信による相対位置情報の検出について説明するための図である。
【図４】電動フォーカス機能を有するカメラによって長方形のスクリーンの角部を検出することにより、スクリーンとプロジェクタとの相対位置情報を検出する構成例を示す図である。
【図５】図４に示す構成によって、スクリーンとプロジェクタとの相対位置情報を検出する機構について説明するための図である。
【図６】電動フォーカス機能を有しない２つのカメラを利用することによって、スクリーンとプロジェクタとの相対位置／距離を検知する構成例を示す図である。
【図７】図６に示す構成によって、スクリーンとプロジェクタとの相対位置情報を検出する機構について説明するための図である。
【図８】本発明のプロジェクタの設置例を示す図である。
【図９】プロジェクタの投射光の光出射方向をスクリーンに対して最適な方法に向けるためのキャビネットの向き／角度調整例を説明するための図である。
【図１０】プロジェクタの設置条件や各調整機構の制限などによって、台形歪み補正が必要となる場合のプロジェクタの設定例を説明するための図である。
【符号の説明】
１０…プロジェクタ、１１…光源、１２…光学エンジン、１３…投射レンズ、１４…レンズシフト機構、１５…キャビネット、１６…回路部、１７…脚台、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ…交信機、１９…カメラ、１９ａ…第１のカメラ、１９ｂ…第２のカメラ、２０…スクリーン、２１…交信機。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a projector, and more particularly to a projector that automatically performs control to bring an effective area of a projected image projected from a projection lens closer to an effective area of a screen.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when installing a projector, the position of the screen and the position of the projector are determined in advance, and while adjusting the zoom and focus of the projection lens while viewing the image projected on the screen, an optimal projection state is obtained. Furthermore, if it becomes necessary to adjust the orientation of the projector and the lens shift amount, the zoom and focus of the projection lens must be adjusted again, and it is necessary to repeat the same operation until an optimum projection state is obtained. It was very complicated.
[0003]
As a method for solving the above problems, for example, the projector described in Patent Document 1 has means for detecting the position of the screen and automatically adjusting the projected image of the projector. Can be obtained.
In addition, when the optical axis of the projection light from the projector cannot be installed so as to be perpendicular to the screen surface due to the restriction of the installation conditions, trapezoidal distortion occurs in the image projected on the screen. For such a trapezoidal image, for example, in the projection display device of Patent Document 2, a rectangular image can be obtained on the screen by adjusting the control of the light valve and correcting the trapezoidal distortion.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-72351 A [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-111533
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional projector as described above automatically adjusts the projection image using the distance information between the projector and the screen or the position information of the screen relative to the projector, and based on the accurate information of the screen position, The zoom, focus, and lens shift were all controlled, and the projected image was not optimized. For this reason, the projection image is not optimized by comparing the position and size of the screen area and the light output area from the projector. In order to make the displayed image more beautiful, an adjustment work different from the above automatic adjustment work is required.
[0006]
Furthermore, a trapezoid that electrically controls the light valve when optical correction such as lens shift does not work, especially when the perpendicular direction (normal direction) of the screen surface and the optical axis direction of the projection light of the projector are not parallel. The amount of distortion correction can be enormous, reducing the utilization of the effective area of the light valve, leading to a decrease in the number of effective pixels, or image deterioration due to electrical keystone distortion correction. There is a problem in that a low-quality image is projected without being able to fully exhibit the performance of the camera.
[0007]
The present invention has been made in view of the circumstances as described above, detects accurate position information of the screen, controls all of zoom, focus, and lens shift based on the detected position information, and outputs a projected image. An object of the present invention is to provide a projector that can automatically obtain a high-quality projection image by optimization.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The first technical means includes a light source, a light valve, an optical engine that generates an image using light from the light source, and a projection that magnifies and projects the image generated by the optical engine. A projector including a lens, wherein the projector translates the projection lens to move the optical axis of the projection lens, an electric focus unit that adjusts the focus of the projection lens, and the projection lens Electric zoom means for performing zoom adjustment of the projector, a projection direction / tilt setting means for electrically setting the tilt of the projector and the projection direction of the projection light, and detecting relative position information between the screen for projecting the projection light and the projector Based on the detection result of the relative position information detecting means and the relative position information detecting means. A control unit for controlling the focus unit, the electric zoom unit, and the projection direction / tilt setting unit, and the control unit sets the effective area of the projected image projected from the projection lens as the effective area of the screen. The relative position information detecting means includes a plurality of communication devices, and by transmitting and receiving signals between the plurality of communication devices and a screen side communication device arranged at a corner of the screen, From the arrangement position information of the plurality of communication devices and the time information from signal transmission to reception, as the relative position information, the size of the screen, the distance from the projector to the screen, the optical axis of the projection lens Relative position information capable of discriminating the inclination of the projection surface of the screen relative to the shape and the shape of the screen is detected.
[0010]
The second technical means includes a light source, a light valve, an optical engine that generates an image using light from the light source, and a projection that magnifies and projects the image generated by the optical engine. A projector including a lens, wherein the projector translates the projection lens to move the optical axis of the projection lens, an electric focus unit that adjusts the focus of the projection lens, and the projection lens Electric zoom means for performing zoom adjustment of the projector, a projection direction / tilt setting means for electrically setting the tilt of the projector and the projection direction of the projection light, and detecting relative position information between the screen for projecting the projection light and the projector Based on the detection result of the relative position information detecting means and the relative position information detecting means. A control unit for controlling the focus unit, the electric zoom unit, and the projection direction / tilt setting unit, and the control unit sets the effective area of the projected image projected from the projection lens as the effective area of the screen. The relative position information detecting means has a camera equipped with a focus adjustment mechanism, and performs focus adjustment by the focus adjustment mechanism while imaging each corner of the screen. The focus adjustment position that provides the best focus state is stored, and the size of the screen, the distance from the projector to the screen, the projection lens as the relative position information based on the stored focus adjustment position information The inclination of the projection surface of the screen with respect to the optical axis of, and the shape of the screen, It is obtained by and detecting a judgment can relative position information.
[0011]
A third technical means includes a light source, a light valve, an optical engine that generates an image using light from the light source, and a projection that magnifies and projects the image generated by the optical engine. A projector including a lens, wherein the projector translates the projection lens to move the optical axis of the projection lens, an electric focus unit that adjusts the focus of the projection lens, and the projection lens Electric zoom means for performing zoom adjustment of the projector, a projection direction / tilt setting means for electrically setting the tilt of the projector and the projection direction of the projection light, and detecting relative position information between the screen for projecting the projection light and the projector Based on the detection result of the relative position information detecting means and the relative position information detecting means. A control unit for controlling the focus unit, the electric zoom unit, and the projection direction / tilt setting unit, and the control unit sets the effective area of the projected image projected from the projection lens as the effective area of the screen. The relative position information detecting means has two cameras, and makes each corner portion of the projection area of the screen discriminate between the two images captured by the two cameras. Calculate the distance from the camera to the corner from the positional relationship of the same corner, calculate the distance for each of the corners, and calculate the distance of each corner relative to the projector from the distance calculation result. The direction is calculated, and based on the calculation result of the distance to each corner and the calculation result of the direction, as the relative position information, the size of the screen, the projector from the projector. Distance to lean, the inclination of the projection plane of the screen with respect to an optical axis of the projection lens, and is obtained by and detecting the relative position information can determine the shape of the screen.
[0013]
According to a fourth technical means, in any one of the first to third technical means, the projector has a trapezoid correcting means for correcting a trapezoid of a projected image projected on the screen, and the control means has a lens shift. When the keystone distortion is present in the projected image on the screen with the control means, the electric focus means, the electric zoom means, and the projection direction / tilt setting means optimally controlled, the keystone correction of the projection image is performed by controlling the keystone correction means. It is characterized by performing.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a projector according to the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted.
[0015]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining an embodiment of a projector device according to the present invention, in which 10 is a projector, 11 is a light source, 12 is an optical engine, 13 is a projection lens, and 14 is a lens shift mechanism. , 15 is a cabinet, 16 is a circuit unit including a light valve driving circuit, 17 is a footrest, and 20 is a screen.
[0016]
The projector 10 includes a light source 11, an optical engine 12 including a light valve, a projection lens 13 having an electric zoom / electric focus mechanism, and a lens shift mechanism 14 for shifting the projection lens 13 in a direction perpendicular to the optical axis thereof. And a circuit unit 16, a cabinet 15 for housing them, and a leg base 17 for electrically adjusting the rotation direction and angle of the cabinet 15. The optical engine 12 includes, for example, optical means for separating the light source light into the three primary colors of RGB, three light valves that modulate the separated light into an image according to a signal, and optics that combines these modulated lights. Means (both not shown).
[0017]
As a mechanism for detecting the relative position / distance between the screen 20 and the projector 10, a communication device for communicating between the screen 20 and the projector 10 or a camera for detecting screen position information is provided. . Configuration examples of the communication device and the camera will be described later with reference to different drawings.
[0018]
In the above configuration, the lens shift means of the present invention is realized by the lens shift mechanism 14 and the circuit unit 16 having a function of controlling the operation of the lens shift mechanism. The electric focusing means and the electric zoom means of the present invention are realized by the projection lens 13 capable of focusing and zooming, and the circuit unit 16 having these focusing and zooming control functions. Furthermore, the projection direction / inclination setting means of the present invention is a mechanism that can set the direction and inclination of the cabinet 15, and will be described later with reference to FIG. Control means for controlling these means is realized by the circuit unit 16.
[0019]
In addition, when controlling each movable mechanism such as electric lens shift or electric zoom or electric focus, there is also a method in which a sensor that recognizes the operation position is mounted and feedback control is performed according to the recognition result of the sensor. Then, each movable mechanism shall operate | move according to a control command, and it abbreviate | omits about the feedback control of a movable part.
[0020]
A configuration example of a mechanism for detecting the relative position / distance between the screen and the projector will be described below.
[0021]
(Relative position / distance calculation mechanism 1)
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example in which relative position information between the screen and the projector is detected by a communication device arranged on each of the screen side and the projector side. A plurality of communication devices 21 that perform reception / transmission are arranged on the screen side, and three communication devices 18a, 18b, and 18c are arranged in the circuit unit 16 on the projector side. The projector-side communication devices 18a to 18c are all configured to be able to receive signals, and one of the communication devices is configured to be capable of transmitting signals.
[0022]
FIG. 3 is a diagram for explaining detection of relative position information by communication between the screen-side communication device 21 and the projector-side communication devices 18a to 18c with the configuration shown in FIG. FIG. 3 shows only one communication device 21 among the plurality of communication devices 21 on the screen side, and detection of relative position information by communication between the communication device 21 on the screen side and the communication devices 18a to 18c on the projector side. Will be described.
[0023]
The communication device 21 disposed on the screen side receives a signal transmitted from the communication device 18a having a transmission function on the projector side, and transmits a response signal thereof. When the projector-side transmitters 18a to 18c receive the reply signal returned from the screen side, the projector side may calculate the distance between the screen and the projector based on the time from when the signal is transmitted until it is received. it can. Here, by receiving a reply signal from the screen-side communication device 21 by the three communication devices 18a to 18c on the projector side, the screen-side communication device 21 and each of the communication devices 18a to 18c on the projector side are connected. In accordance with the difference in distance, a time lag occurs between transmission and reception on the projector side, and the relative position and distance of the screen-side communication device 21 with respect to the projector body can be calculated from the difference.
[0024]
As a plurality of communication devices 21 on the screen side, four communication devices 21 are installed at four corners of the screen 20 as shown in FIG. 2, or a plurality of communication devices are located at positions where the dimensions of the screen 20 can be specified in other places. It is possible to calculate relative position information between the projector 10 and the screen 20 by arranging the devices 21 and calculating the position and direction of the communication devices 21 on the screen side with respect to the projector 10.
[0025]
(Relative position / distance calculation mechanism 2)
FIG. 4 is a diagram showing a configuration example in which relative position information between the screen and the projector is detected by detecting the corners of the rectangular screen with a camera having an electric focus function. In the figure, 19 is a camera. In the configuration of FIG. 4, a camera 19 having an electric focus function is attached to the projector 10, and the projector 10 is fixed at a position where three or four corners of the screen 20 can be recognized. Here, when the method of detecting the three corners of the screen 20 is adopted, it can be determined which of the four corners of the screen is the three corners.
[0026]
FIG. 5 is a diagram for explaining a mechanism for detecting the relative position information between the screen and the projector with the configuration shown in FIG. 4, and FIG. 5A schematically shows the arrangement of the camera and the screen. FIGS. 5B to 5E are diagrams showing the focus state of the screen according to the zoom position of the camera.
[0027]
In this configuration example, by utilizing the relationship between the objective distance from the camera 19 and the imaging position of the camera 19, the three or four corners of the screen 20 are operated while operating the focus adjustment mechanism of the camera 19. At each position, the focus adjustment position at which the image is most clearly imaged is determined, and the focus position information is stored. For example, as shown in FIGS. 5B to 5E, focus position information is obtained in which each of the four corners of the screen 20 is in the best imaging state, and the projector 10 and the screen are obtained from these focus position information. 20 is calculated, the angle between the optical axis of the projection lens 13 of the projector 10 and the projection surface of the screen 20 is calculated based on the distance information, and the relative positional relationship between the projector 10 and the screen 20 is calculated. Can be calculated.
[0028]
(Relative position / distance calculation mechanism 3)
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example in which the relative position / distance between the screen and the projector is detected by using two cameras that do not have the electric focus function, in which 19a is the first camera and 19b is the first camera. This is the second camera. Using the projector 10 to which the first camera 19a and the second camera 19b are attached, the projector 10 is fixed at a position where both the cameras 19a and 19b can recognize the three or four corners of the screen 20. Here, when the method of detecting the three corners of the screen is adopted, it is assumed that any of the four corners of the screen can be determined.
[0029]
FIG. 7 is a diagram for explaining a mechanism for detecting the relative position information between the screen and the projector with the configuration shown in FIG. 6. FIG. 7A schematically shows the arrangement of the camera and the screen. Examples of images for each camera are shown in FIGS. 7B and 7C, respectively. In the two images (FIGS. 7B and 7C) captured by the first and second cameras 19a and 19b, as the distance between the cameras 19a and 19b and the screen 20 decreases, these two images become smaller. The screen position difference in one image becomes large.
[0030]
Using the characteristics as described above, the corners of the screen 20 are discriminated from the two images captured by the two cameras 19a and 19b, and the cameras 19a and 19b are determined from the positions of the same corners of the two images. The distance from 19b to the corner is calculated. Such processing is performed for every corner, and the distance value from each corner to the cameras 19a and 19b is calculated. Then, the direction of each corner with respect to the projector 10 is calculated from the distance calculation result, and further, the relative positional relationship between the projector 10 and the screen 20 is calculated.
[0031]
FIG. 8 is a diagram showing an installation example of the projector according to the present invention. When a line connected from the projector 10 so as to be perpendicular to the projection surface of the screen 20 is AB, the point A is the center of the screen 20. It indicates the installation position that should not be. The projector 10 is assumed to include a camera or a communication device corresponding to the relative position / distance calculation mechanisms 1 to 3 described above. The projector 10 can acquire relative position information based on relative coordinate information between the screen 20 and the main body of the projector 10 such as the position / tilt / distance / size of the screen 20 by the relative position / distance calculation mechanism.
[0032]
As described above, the projector 10 includes the lens shift mechanism 14 that shifts the projection lens 13 in a predetermined direction and moves the optical axis, and includes a mechanism that can perform electric zoom and electric focus adjustment of the projection lens 13. Yes. In addition, a mechanism for tilting the projection axis direction (projection lens optical axis) of the projection light vertically and horizontally and a mechanism for tilting the projected image left and right are provided. Then, the control unit that controls the shift, zoom, focus, and direction and inclination of the projection lens of the projection lens has the trapezoidal distortion of the projection image based on the acquired relative coordinate information between the screen 20 and the projector 10 main body. The lens shift amount, the zoom amount, the focus amount, the projection direction of the projector 10 and the tilt amount of the projector 10 are controlled so as to be eliminated or minimized.
[0033]
In the case of a projector in which the light receiving surface of the light valve of the optical engine 12 and the optical axis direction of the projection lens 13 are arranged perpendicular to each other, the closer the optical axis direction of the projection lens 13 is to the projection surface of the screen 20, Since the trapezoidal distortion is reduced, the direction of the main body of the projector 10 is determined. Furthermore, the angle in the horizontal direction of the projector 10 is determined from the angle between the optical axis of the projection lens 13 and the screen 20 and the direction of the projection axis direction of the main body of the projector 10. Here, the lens shift, zoom, and focus are used to calculate whether or not the projected image can be matched within the projected area of the screen 20, and if so, the lens shift, zoom, and focus are automatically adjusted.
[0034]
FIG. 9 is a diagram for explaining an adjustment example of the orientation / angle of the cabinet for directing the light emission direction of the projection light of the projector to an optimum method with respect to the screen, and illustrates an adjustment example of the upper and lower light emission directions. FIG. 9A is a schematic side view of the cabinet for the purpose, and FIG. 9B is a schematic plan view of the cabinet for explaining an example of adjustment of the left and right light emitting directions. FIG. 9C is a schematic front view of the cabinet for explaining the above.
[0035]
When adjusting the projector 10, first, based on the relative coordinate information between the screen 20 and the main body of the projector 10 acquired by the relative position / distance calculation mechanism, the operations shown in FIGS. 9A and 9B are performed. The direction of the cabinet 15 is adjusted so that the light emission directions of the upper, lower, left and right projection lights are optimal, and the light emission direction is made perpendicular to the screen 20. Then, the left and right inclinations of the cabinet 15 are adjusted by the operation of FIG. 9C so that the inclination of the projected image on the screen 20 matches the projection area of the screen 20 or is optimal. In the operation of FIG. 9C, the right / left inclination of the light valve is adjusted by adjusting the right / left inclination direction of the cabinet 15, thereby optimizing the inclination of the projected image on the screen 20. it can.
[0036]
FIG. 10 is a diagram for explaining a setting example of the projector when trapezoidal distortion correction is required due to the installation conditions of the projector and the limitation of each adjustment mechanism. The example of FIG. 10 is shown in FIGS. 9A to 9C in the projector 10 in which the light receiving surface of the light valve of the optical engine 12 and the optical axis direction of the projection lens 13 are arranged perpendicular to each other. Although the light emitting direction of the projector 10 is adjusted by the operation, the movement amount of the lens shift is insufficient and the entire screen 20 cannot be effectively used. In the configuration shown in FIG. 10 as well, the projector 10 is assumed to include a camera or a communication device corresponding to the relative position / distance calculation mechanisms 1 to 3 described above.
[0037]
When trapezoidal distortion occurs in the projected image even when the light shift direction is directed toward the screen 20 at the position where the movement amount of the lens shift is maximized, the distortion of the projected image is performed by performing trapezoidal correction on the formed image of the light valve. To solve the problem. A known technique can be applied to the trapezoidal distortion correction. In this case, the image quality of the projected image is slightly lower than the conditions that do not require trapezoidal distortion correction, but the keystone distortion to be corrected is minimized by adjusting optical elements such as lens shift. Under the installation conditions, it is possible to provide a projection image with the highest image quality.
[0038]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the projector of the present invention, accurate position information of the screen is detected, and all of zoom, focus, and lens shift are controlled based on the detected position information, and further necessary. Accordingly, it is possible to automatically obtain a high-quality projection image by adding a trapezoidal distortion correction and optimizing the projection image.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining an embodiment of a projector apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example in which relative position information between a screen and a projector is detected by a communication device disposed on each of the screen side and the projector side.
FIG. 3 is a diagram for explaining detection of relative position information by communication between a screen-side communication device and a projector-side communication device with the configuration shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example in which relative position information between a screen and a projector is detected by detecting a corner portion of a rectangular screen by a camera having an electric focus function.
5 is a diagram for explaining a mechanism for detecting relative position information between a screen and a projector with the configuration shown in FIG. 4; FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example in which a relative position / distance between a screen and a projector is detected by using two cameras that do not have an electric focus function.
7 is a diagram for explaining a mechanism for detecting relative position information between a screen and a projector with the configuration shown in FIG. 6; FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating an installation example of the projector according to the invention.
FIG. 9 is a diagram for explaining an example of cabinet orientation / angle adjustment for directing the light emission direction of the projection light of the projector to an optimum method with respect to the screen.
FIG. 10 is a diagram for explaining a setting example of a projector when trapezoidal distortion correction is required due to a projector installation condition, a limitation of each adjustment mechanism, and the like.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Projector, 11 ... Light source, 12 ... Optical engine, 13 ... Projection lens, 14 ... Lens shift mechanism, 15 ... Cabinet, 16 ... Circuit part, 17 ... Leg stand, 18a, 18b, 18c ... Communication machine, 19 ... Camera 19a ... first camera, 19b ... second camera, 20 ... screen, 21 ... communication device.

Claims

In a projector comprising a light source, an optical engine configured using a light valve, and generating an image using light from the light source, and a projection lens for enlarging and projecting the image generated by the optical engine The projector includes a lens shift unit that translates the projection lens to move the optical axis of the projection lens, an electric focus unit that adjusts the focus of the projection lens, and an electric zoom that adjusts the zoom of the projection lens. Means, a projection direction / tilt setting means for electrically setting the inclination of the projector and the projection direction of the projection light, a relative position information detection means for detecting relative position information between the screen for projecting the projection light and the projector, , Based on the detection result of the relative position information detection means, the lens shift means, the electric focus means, An electric zoom means and a control means for controlling the projection direction / tilt setting means, and the control means controls the effective area of the projected image projected from the projection lens to be close to the effective area of the screen. Done
The relative position information detecting means includes a plurality of communication devices, and transmits and receives signals between the plurality of communication devices and a screen-side communication device arranged at a corner of the screen, thereby the plurality of communication devices. As the relative position information, the size of the screen, the distance from the projector to the screen, and the projection of the screen with respect to the optical axis of the projection lens are obtained from the arrangement position information and the time information from signal transmission to reception. A projector for detecting relative position information capable of discriminating an inclination of a surface and a shape of the screen.

In a projector comprising a light source, an optical engine configured using a light valve, and generating an image using light from the light source, and a projection lens for enlarging and projecting the image generated by the optical engine The projector includes a lens shift unit that translates the projection lens to move the optical axis of the projection lens, an electric focus unit that adjusts the focus of the projection lens, and an electric zoom that adjusts the zoom of the projection lens. Means, a projection direction / tilt setting means for electrically setting the inclination of the projector and the projection direction of the projection light, a relative position information detection means for detecting relative position information between the screen for projecting the projection light and the projector, , Based on the detection result of the relative position information detection means, the lens shift means, the electric focus means, An electric zoom means and a control means for controlling the projection direction / tilt setting means, and the control means controls the effective area of the projected image projected from the projection lens to be close to the effective area of the screen. Done
The relative position information detection means includes a camera having a focus adjustment mechanism, performs focus adjustment by the focus adjustment mechanism while imaging each corner of the screen, and provides the best focus for each corner. The focus adjustment position to be in a state is stored, and based on the stored focus adjustment position information, as the relative position information, the size of the screen, the distance from the projector to the screen, the optical axis of the projection lens A projector for detecting relative position information capable of discriminating an inclination of a projection surface of a screen and a shape of the screen .

In a projector comprising a light source, an optical engine configured using a light valve, and generating an image using light from the light source, and a projection lens for enlarging and projecting the image generated by the optical engine The projector includes a lens shift unit that translates the projection lens to move the optical axis of the projection lens, an electric focus unit that adjusts the focus of the projection lens, and an electric zoom that adjusts the zoom of the projection lens. Means, a projection direction / tilt setting means for electrically setting the inclination of the projector and the projection direction of the projection light, a relative position information detection means for detecting relative position information between the screen for projecting the projection light and the projector, , Based on the detection result of the relative position information detection means, the lens shift means, the electric focus means, An electric zoom means and a control means for controlling the projection direction / tilt setting means, and the control means controls the effective area of the projected image projected from the projection lens to be close to the effective area of the screen. Done
The relative position information detection means includes two cameras, and determines each corner of the projection area of the screen from two images captured by the two cameras. From the positional relationship, calculate the distance from the camera to the corner, calculate the distance for each of the corners, calculate the direction of each corner with respect to the projector from the calculation result of the distance, Based on the calculation result of the distance to each corner and the calculation result of the direction, as the relative position information, the size of the screen, the distance from the projector to the screen, the optical axis of the projection lens with respect to the optical axis of the projection lens A projector that detects relative position information capable of determining a tilt of a projection surface and a shape of the screen .

The projector according to any one of claims 1 to 3, the projector has a keystone correction unit which performs keystone correction of the projected image projected on a screen, said control means, said lens shifting means, said When trapezoidal distortion exists in the projected image on the screen in a state in which the electric focus unit, the electric zoom unit, and the projection direction / tilt setting unit are optimally controlled, the keystone correction unit is controlled to control the projection image. A projector that performs keystone correction.