JP4468389B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は投射型表示装置に関するものである。

プロジェクタ（投射型表示装置）で、斜め方向からスクリーンに映像を投射した場合に投射された映像が台形状になる台形歪が発生する。前記台形歪を補正する為に、デジタル画像信号処理により投射画像の変形を行う、所謂デジタルキーストン補正機能を有するプロジェクタが既に製品化されている。このような機能を有する製品では、通常、手動でキーストン補正操作量が決定される。

また、プロジェクタ本体に傾斜センサを具備し、検出された傾斜角度に応じて台形歪を自動的に補正する画像投射装置が提案されている。（特許文献１参照）傾斜センサとしては、例えば加速度センサなどが用いられる。

図７に加速度センサにより傾斜角度を算出する原理を示す。加速度センサの検出軸は、光軸と平行であるとする。

図７（ａ）中、１０は加速度センサ、１００はプロジェクタ本体である。

図７（ａ）では、プロジェクタ１００は水平に設置されている。従って、検出軸方向に重力成分は含まれないため、加速度センサ出力は０［ｇ］（ｇは重力加速度）を示す。

一方、図７（ｂ）は、プロジェクタが水平に対しθ［度］だけ傾斜設置している場合である。この場合、加速度センサ出力は、ｓｉｎθ［ｇ］を示す。

したがって、加速度センサの出力に対し、ａｒｃｓｉｎ（ｓｉｎ^−１）の演算を行うことで傾斜角度を検出できる。

図８に加速度センサの出力の一例を示す。

加速度センサ出力形態としては、アナログ電圧出力、ＤＵＴＹ出力がある。検出軸数としては、１軸〜３軸などがある。ここでは比較的安価な１軸アナログ電圧出力を例として説明する。

加速度センサは検出加速度に比例した電圧（−９０度でＶｏｕｔ＿ｍ１ｇ［Ｖ］、水平でＶｏｕｔ＿０ｇ［Ｖ］、＋９０度でＶｏｕｔ＿ｐ１ｇ［Ｖ］）を出力する。

ここで、（Ｖｏｕｔ＿０ｇ−Ｖｏｕｔ＿ｍ１ｇ）、もしくは、（Ｖｏｕｔ＿ｐ１ｇ−Ｖｏｕｔ＿０ｇ）は、「感度」と呼ばれ、１［ｇ］あたりの出力電圧をあらわす。

また、Ｖｏｕｔ＿０ｇは「０ｇオフセット」と呼ばれ、０［ｇ］（＝水平）のときの加速度センサの出力をあらわす。

加速度センサは半導体で構成されることが多く、上記の「感度」及び「０ｇオフセット」は部品ごとのばらつきが存在する。

また、加速度センサの実装傾き精度、基板の取付け精度等の問題もあることから、個別調整することが望まれる。

特に、傾斜角度が０度付近で多く使用される自動台形補正機能には、０ｇオフセットのばらつきが大きく性能に影響を与える。

以上のように、加速度センサを用いて高精度な角度検出を実現するためには、プロジェクタ毎に個別調整が必要である。

個別調整手法としては、加速度センサ出力と角度の関係を複数の角度に対して実験的に求める方法（特許文献２参照）や、加速度センサの「感度」及び「０ｇオフセット」値を補正する方法が一般的である。

図９のフローチャートは後者の調整手法を示す。

加速度センサ検出軸は投写レンズ光軸とほぼ並行に配置されているとする。

まず、
Ｓ１０１で調整を開始する。
Ｓ１０２において、プロジェクタを天地（上下）非反転状態で且つ光軸を水平状態に設定する。
Ｓ１０３において、その状態での加速度センサの出力（Ｖｏｕｔ＿０）を記憶手段に記憶する。すなわち、
０ｇオフセット＝Ｖｏｕｔ＿０
とする。
Ｓ１０４において、プロジェクタの光軸を水平に対し最大可能設置角度θｍ状態にする。
Ｓ１０５において、その状態での加速度センサの出力（Ｖｏｕｔ＿ｍ）を記憶する。そして、
感度＝（Ｖｏｕｔ＿ｍ−Ｖｏｕｔ＿０）／ｓｉｎθｍ
の計算式に基づき感度を算出する。
Ｓ１０６において、上記の「０ｇオフセット」および「感度」をプロジェクタ内のメモリに記憶する。
Ｓ１０７で調整を終了する。

加速度センサの出力と重力加速度の関係は線形であるので、任意の傾斜角度θのときの加速度センサ出力がＶｏｕｔであったとすると、傾斜角度θは、
θ＝ｓｉｎ^−１［［水平基準の検出電圧］／［感度］］
＝ｓｉｎ^−１［ｓｉｎθｍ×（Ｖｏｕｔ−Ｖｏｕｔ＿０）／（Ｖｏｕｔ＿ｍ−Ｖｏｕｔ＿０）］
で算出される。

前記算出された角度を用いて投射された画像に対する正確な自動台形補正が可能となる。
特開２００１−１８６５３８号公報 特開２００４−３３４１１６号公報

しかしながら、実際の用途においては、プロジェクタを上下反転して使用する場合、例えば天井から吊り下げられて使用する場合もある。その時はこれまで説明した調整方法のみでは正確な台形歪補正が出来ない場合がある。以下その理由について図１０を用いて説明する。

図１０（ａ）は、天地非反転状態で水平設置したときの、レンズ光軸と加速度センサ検出軸の関係を示した図である。

図１０（ｂ）はそのときの加速度センサ出力Ｖｏｕｔ＿ｎ０を示した図である。ここでは、レンズ光軸に対して加速度センサ検出軸がθＧ０傾斜している。

加速度センサの「０ｇオフセット」出力ばらつき、および取付け誤差によって発生する誤差出力を含めて、加速度センサ出力Ｖｏｕｔ＿ｎ０を水平設置時の出力となるよう調整される。

図１０（ｃ）は前記調整後、天地反転状態で水平設置した時の、レンズ光軸と加速度センサ検出軸の関係を示した図である。

図１０（ｄ）はそのときの加速度センサ出力Ｖｏｕｔ＿ｒ０を示した図である。

天地非反転状態／天地反転状態ともに水平設置であるので、レンズ光軸と加速度センサ検出軸が平行（θＧ０＝０）であれば、Ｖｏｕｔ＿ｎ０＝Ｖｏｕｔ＿ｒ０であるはずであるが、実際は図１０（ｄ）に示すように、
△Ｖｇ＝ｓｉｎ（２×θＧ０） ・・・（１）
の誤差が発生する。この誤差はレンズ光軸と加速度センサ検出軸との平行性のずれ量が大きいほど大きく発生する。

本発明の投射型表示装置は、投射型表示装置の設置状態によらず、正確な台形歪補正を行うことを例示的な目的とする。

本発明の例示的な投射型表示装置は、画像を生成する表示ユニットと、その表示ユニットによって生成された画像を投射する投射ユニットと、表示ユニットが生成する画像を制御する制御ユニットと、投射型表示装置の傾斜角度に対応して出力が変化する検出ユニットと、投射型表示装置の設置状態に応じた複数の水平基準値を記憶する記憶ユニットとを備えている。そして制御ユニットが、検出ユニットの出力及び選択された水平基準値に基づいて、表示ユニットが生成する画像を変化させる。

本発明によれば、投射型表示装置の設置状態によらず、正確な台形歪補正を行うことができる。

以下に、本発明の投射型表示装置の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１は実施例１におけるプロジェクタ（投射型表示装置）の構成ブロック図である。

映像入力回路１は、アナログ映像入力信号２１をＡＤ変換することによって、所定形式のデジタル信号を出力する。出力されたデジタル映像信号は、デジタル信号処理回路２に入力され、解像度変換処理、フレームレート変換処理や、補正値「Ｋｅｙｓｔｏｎｅ」に応じた台形歪補正処理が施される。

デジタル信号処理回路２の出力信号は、表示駆動回路３に入力される。表示駆動回路３では、表示ユニットである表示パネル（液晶表示素子）４の駆動信号を生成し、その信号を表示パネル４に出力する。表示パネル４は、表示駆動回路３からの信号に基づいて画像を生成する。

また、表示駆動回路３は、表示パネル４に映像信号を書き込む順序を制御する制御信号やタイミングパルスを生成する機能を有する。

表示駆動回路３は、コントローラ８からの制御信号「ＵＤ」によって正転表示と反転表示を切り替えられる。

コントローラ８は、マイクロコンピュータなどで構成され、デジタル信号処理回路２及び表示駆動回路３に対して、制御信号「ＵＤ」による正転／反転制御、補正値「Ｋｅｙｓｔｏｎｅ」に応じた台形歪補正処理などの制御を行う。デジタル信号処理回路２、表示駆動回路３、コントローラ８によって、表示パネル４が生成する画像を制御する制御ユニットが構成される。

投射ユニットである投射レンズ５は、表示パネル４の映像をスクリーン上に結像させる機能を有する。

また、投射レンズ５はズーム機能を有し、９はズーム倍率を検出するズームエンコーダである。

１０はプロジェクタの傾斜角度に対応して出力が変化する加速度センサ（検出ユニット）である。１１は複数の水平基準値を記憶する記憶ユニットとしてのメモリである。メモリ１１が記憶する複数の水平基準値には、各々加速度センサ１０の天地非反転時（第１の状態）及び天地反転時（第２の状態）の水平基準となるデータ水平基準値１と水平基準値２とが含まれる。１３は水平基準データ１，２のうちどちらか１方を選択するセレクタである。

１４は、セレクタ１３で選択された水平基準値と加速度センサ１０の値から角度を算出する角度算出部である。

１５は、ユーザーが床置き設置用表示（天地非反転時）もしくは天吊り設置用表示（天地反転時）の切替えを行う、すなわち表示パネル４が生成する画像の上下方向を指示する操作スイッチである。操作スイッチ１５は、例えば、本体の設置された操作ボタンもしくはリモコンなどである。

一般的に、コントローラ８、角度算出部１４、セレクタ１３は、ＭＰＵなどで実現され、メモリ１１は不揮発性メモリなどで構成される。

加速度センサ１０と水平基準値１１，１２からの角度算出方法、およびそれを使用した具体的な台形歪補正フローに関しては、後述する。

次に、水平基準値１と水平基準値２の取得方法、つまり調整方法について説明する。

図２は、調整フローの概略を示した図である。

まず、
Ｓ２０１で調整を開始する。
Ｓ２０２において、図２（ａ）に示すように、プロジェクタを天地非反転状態で、且つ投射レンズの光軸が水平になるように設置する。その時の加速度センサ出力に対応する値を水平基準値１とする。
水平基準値１＝Ｖｏｕｔ＿ｎ０
Ｓ２０３において、図２（ｂ）に示すように、プロジェクタの光軸を水平に対し最大可能設置角度θｍ状態にする。
Ｓ２０４において、その状態で加速度センサの出力（Ｖｏｕｔ＿ｍ）を保持し、下記に示すような計算式に基づいて感度を算出する。
感度＝（Ｖｏｕｔ＿ｍ−Ｖｏｕｔ＿ｎ０）／ｓｉｎθｍ
Ｓ２０５において、図２（ｃ）に示すように、プロジェクタを天地反転状態で、且つ投射レンズの光軸が水平になるように設置する。
Ｓ２０６において、その状態で加速度センサの出力（Ｖｏｕｔ＿ｒ０）を水平基準値２とする。
水平基準値２＝Ｖｏｕｔ＿ｒ０
Ｓ２０７において、上記の「水平基準値１」及び「水平基準値２」を各々メモリ１１、１２に記憶する。「感度」をコントローラ８内の不図示のメモリに記憶する。
Ｓ２０８で調節を終了する。

図３（ａ），（ｂ）は、図２（ａ），（ｃ）の図を詳しく記載した図である。

その時のセンサ１０からの出力信号を図３（ｃ）に示す。

ここでは、水平設置に対する加速度センサの検出軸の傾きをθＧ０、同様にレンズの光軸の傾きをθＬ０とした。この場合、
水平基準値２−水平基準値１＝ｓｉｎ（２×（θＧ０−θＬ０））
となる。

尚、図２におけるＳ２０２やＳ２０５において、投射レンズ５の光軸を水平にセットする代わりに「プロジェクタ本体を水平状態にする」でもよい。但し、この場合プロジェクタ本体水平設置時の光軸の水平からの微少な誤差（＝θＬ０分）は残留してしまう。

次に、これらのシステムにおいて、自動台形補正が行われる処理フローに関して説明する。

図４は、自動台形補正フローを示したフローチャートである。

Ｓ４０１で自動台形歪補正を開始する。
Ｓ４０２において、コントローラ８、角度算出部１４、セレクタ１３等で構成されるＭＰＵは、加速度センサ１０の出力（＝Ｖｏｕｔ）を読み込む。
同時に、ＭＰＵは、そのときのズームエンコーダ９の出力（＝ＺｍＰｏｓ）も読み込む。
Ｓ４０３において、ＭＰＵの一部であるコントローラ８は、操作スイッチ１５の指示から表示が正転であるか上下反転であるかの情報取得を行い、表示素子４への表示方向（正転表示、上下反転表示）を決定する。
床置き設置（通常設置）の場合は正転表示、天吊り設置の場合は上下反転表示が選ばれる。
Ｓ４０４において、正転表示の場合は、ＭＰＵの一部であるセレクタ１３により、水平基準値＝水平基準値１とする。
Ｓ４０５において、上下反転表示の場合は、セレクタ１３により、水平基準値＝水平基準値２とする。
Ｓ４０６において、ＭＰＵの一部である角度算出部１４は、加速度センサの出力Ｖｏｕｔおよびセレクタ１３により選択された水平基準値から、傾斜角度θを算出する。
θ＝ｓｉｎ^−１｛（Ｖｏｕｔ−水平基準値）／感度｝
Ｓ４０７において、ＭＰＵの一部であるコントローラ８は、傾斜角度θ、およびズーム位置ＺｍＰｏｓから、所定の算出式によりデジタル歪補正率Ｋｅｙｓｔｏｎｅを求める。
Ｋｅｙｓｔｏｎｅ＝ｆ（θ，ＺｍＰｏｓ）
ここで、ｆ（ｘ，ｙ）は、傾斜角度とズーム位置を引数とする関数であり、投写レンズなどの光学特性によって決定する。

Ｋｅｙｓｔｏｎｅは、信号処理回路３にてデジタル的に幾何学補正（台形補正）を行う割合である。

Ｓ４０８において、コントローラ８は、デジタル歪補正率Ｋｅｙｓｔｏｎｅをデジタル信号処理回路３に送信し、デジタル信号処理回路３にて、表示素子４が生成する画像に対してデジタル的に台形補正が施される。

図５は実施例２におけるプロジェクタの構成ブロック図である。

実施例１に対し、上下反転操作スイッチ１５の代わりに天地反転状態を自動で検出する天地反転検出センサ（判定ユニット）２０が追加されている。本実施例では、この判定ユニットの判定結果に基づいて、水平基準値を決定する点が特徴である。その他の部分は実施例１と同一であるので詳細説明は省略する。

天地反転検出センサ２０は、天地反転を検出する機械的なスイッチ、もしくは加速度センサにて実現することができる。

加速度センサにて実現する場合、２軸以上の検出軸を有する加速度センサを使用することで加速度センサ１０で兼用することができる。水平基準値１と水平基準値２の調整による取得方法は、実施例１と同じである。

次に、このシステムにおいて、自動台形補正が行われる処理フローに関して説明する。

図６は、自動台形補正フローを示したフローチャートである。

Ｓ６０１で自動台形歪補正を開始する。

Ｓ６０２において、ＭＰＵは、加速度センサ１０（＝Ｖｏｕｔ）の出力を読み込む。

同時に、ＭＰＵは、そのときのズームエンコーダ９の出力（＝ＺｍＰｏｓ）も読み込む。

Ｓ６０３において、ＭＰＵの一部であるコントローラ８は、天地反転検出センサ２０からプロジェクタの天地反転情報を取得し、プロジェクタの設置状態を判定する。すなわち、コントローラ８及び天地反転検出センサ２０は、プロジェクタの設置状態を判定する判定ユニットとして動作する。

加速度センサ１０にて天地反転情報を取得する場合は、加速度センサ１０の傾斜角度を求める軸とは異なる軸の出力により天地反転を判断する。

以下は図４のフローチャートと同一であるので説明を省略する。

第１の実施例であるプロジェクタの構成を示した図である。 第１の実施例における調整手順を示したフローチャート及び調整過程に対応するプロジェクタの設定状態を表す図である。 第１の実施例における加速度センサの出力を示した図である。 第１の実施例における処理フローを示したフローチャートである。 第２の実施例であるプロジェクタの構成を示した図である。 第２の実施例における調整手順を示したフローチャートである。 加速度センサと傾斜角度の関係を示した図である。 加速度センサの出力例を示した図である。 従来の調整手法を示したフローチャートである。 天地反転のときの検出角度誤差を示した図である。

符号の説明

１ 映像入力回路
２ デジタル信号処理回路
３ 表示駆動回路
４ 表示パネル
５ 投射レンズ
８ コントローラ
９ ズームエンコーダ
１０ 加速度センサ
１１ メモリ
１３ セレクタ
１４ 角度算出部
２０ 天地反転検出センサ
２１ 映像入力信号

Claims (4)

1. 画像を生成する表示ユニットと、該表示ユニットによって生成された画像を投射する投射ユニットとを有する投射型表示装置において、前記表示ユニットが生成する画像を制御する制御ユニットと、前記投射型表示装置の傾斜角度に対応して出力が変化する検出ユニットと、前記投射型表示装置の設置状態に応じた複数の水平基準値を記憶する記憶ユニットとを有し、前記制御ユニットは、前記検出ユニットの出力及び前記複数の水平基準値のうち選択された水平基準値に基づいて、前記表示ユニットが生成する画像を変化させることを特徴とする投射型表示装置。
2. 前記複数の水平基準値は、第１の状態で前記投射型表示装置を設置したときの第１の水平基準値と、前記第１の状態とは上下反転した第２の状態で前記投射型表示装置を設置したときの第２の水平基準値とを含むことを特徴とする請求項１の投射型表示装置。
3. 前記表示ユニットが生成する画像の上下方向を指示するスイッチを有し、前記選択された水平基準値は、前記スイッチの指示に基づいて決定されることを特徴とする請求項１又は２の投射型表示装置。
4. 前記投射型表示装置の設置状態を判定する判定ユニットを有し、前記選択された水平基準値は、前記判定ユニットの判定結果に基づいて決定されることを特徴とする請求項１又は２の投射型表示装置。

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