JP4535714B2 - プロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、パソコンやカメラやテレビ等の画像データをスクリーンに投影するプロジェクタに関し、特に、スクリーンにテストパターンを投影し、このテストパターンの画像を読み取ることで投影画像のひずみ補正やオートフォーカスなどの処理を行うプロジェクタに関する。

近年、液晶プロジェクタやDLP（Digital Light Processing）プロジェクタが携帯性に優れた小型で且つ軽量な装置であるため、さまざまなシーンでの利用が急増している。

このような携帯性の有るプロジェクタは、据え置き型のCRTプロジェクタと異なり、スクリーンとプロジェクタとの位置関係を変化させながら表示するといった環境が想定される。この場合、スクリーンとプロジェクタとの位置関係に応じて画像を調整する必要がある。具体的には、スクリーンとプロジェクタの距離に応じて画面の大きさや焦点距離を調整する必要がある。また、スクリーンの傾きや湾曲に応じて画面形状を補正する必要がある。

従来は、上記のようなオートフォーカスや画像の歪み補正を行う場合、テストパターンを赤、緑、青の光でスクリーンに投影し、スクリーン上のテストパターン（投影画像）を撮像し、撮像したテストパターンを既知のテストパターンに基づいて分析し、焦点距離や画像歪みを修正していた（例えば特許文献１および２参照）。
特開２０００−２８９０１号公報（段落番号［０００２］〜［０００３］参照） 特許第２５３８４３５号公報

しかし、テストパターンの画像は本来は不要な画像であり、R、G、Bの可視光による画像であるため、スクリーンに投影されると本来の画像の視認の妨げとなり、煩わしい。

このため、投影されたテストパターンをオートフォーカスや画像歪み補正の処理に利用する場合、入力信号による映像の表示を中止し、スクリーンにテストパターンのみを表示する。

したがって、従来のプロジェクタでは、テストパターンを使用してのオートフォーカスや画像歪み補正を、本来の映像を表示しながら常時行うことは不可能であった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、入力信号による映像を表示しながらも、テストパターンを使用したオートフォーカスや画像歪み補正の処理を常時可能とするプロジェクタを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のプロジェクタは、白色光を発する光源と、
前記光源からの光を通し、光の三原色の赤、緑、青の透過領域に区分されたカラーホイールと、
前記カラーホイールを通過した光により画像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段で形成した画像をスクリーンに表示するよう拡大投影する投影レンズと、
スクリーンに対して前記投影レンズで投影された画像を集光する集光レンズと、
前記集光レンズで集光した画像を検出する検出手段と、
映像信号に基づいて前記画像形成手段を所定のカラー映像を形成するよう制御する画像形成手段制御部であって、カラー映像１フレームの表示期間内の所定の色での表示期間内にて全てが黒の全黒画像と所定のテストパタン画像をそれぞれ異なる時期に形成するように制御する画像形成手段制御部と、
前記画像形成手段制御部による前記画像形成手段の全黒画像および所定のテストパタン画像のそれぞれの制御に同期して前記検出手段を画像検出状態にして、該検出手段に前記全黒画像のデータおよび前記テストパタン画像のデータを取得させる検出手段制御部と、
前記画像形成手段が全黒画像を形成したときに前記検出手段で取得した前記全黒画像のデータと、前記画像形成手段がテストパタン画像を形成したときに前記検出手段で取得した前記テストパタン画像のデータとの差を演算する差分演算部と、を備えたことを特徴とする。

上記のとおりの構成では、光源からの白色光が、回転するカラーホイールを通って入射し、画像形成手段が、カラーホイールを通過した光によりカラー画像を形成する。このカラー画像が投影レンズによりスクリーンに表示されるよう拡大投影される。

このカラー画像の表示期間内の所定の色の表示期間において、全てが黒の全黒画像および所定のテストパタン画像を異なる時期に形成するように、画像形成手段が画像形成手段制御部により制御される。

画像形成手段によるテストパタン画像はスクリーンに表示され、検出手段制御部は画像形成手段制御部によるテストパタンの画像形成に同期して検出手段を作動する。さらに、テストパタンの表示後、画像形成手段による全黒画像がスクリーンに表示され、検出手段制御部は画像形成手段制御部による全黒画像の形成に同期して検出手段を作動する。

そして差分演算部が、画像形成手段が全黒画像を形成したときに検出手段で得たデータと画像形成手段がテストパタン画像を形成したときに検出手段で得たデータとの差を演算する。これにより、外乱光に影響されないでテストパタンのデータを正確に得ることができる。

上記プロジェクタでは、前記差分演算部で得たデータに基づいてオートフォーカス処理を実施したり、画像歪み補正処理を実施したりすることができる。

上記プロジェクタにおいて、前記光源から前記カラーホイールへの光路中に、不可視光を透過しない不可視光除去フィルタが配置されていることが好ましい。

前記画像形成手段はＤＭＤを適用することができる。

前記検出手段としてはＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサまたはＰＳＤを使用することができる。

本発明によれば、スクリーンにカラー映像を表示しながら、このカラー映像の表示期間内の所定の色の表示期間において、全てが黒の全黒画像および所定のテストパタン画像を異なる時期にスクリーンに表示し、これらの全黒画像とテストパタン画像のデータを検出手段で別個に取得した後、両画像データの差を求めることにより、外乱光に影響されないでテストパタンのデータを正確に得ることができる。そして、このようなテストパタンのデータを用いることにより、オートフォーカスや画像歪み補正などの処理を実施することができる。

さらに、本発明のプロジェクタは、従来の、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のカラーホイールを用いたＤＬＰプロジェクタの構成に対して、カラーホイールを構成する色の分割数を変えないで構成したので、従来の、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のカラーホイールを用いたＤＬＰプロジェクタと比べても映像輝度をあまり低下させないで済む。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施の形態によるＤＬＰプロジェクタの概略構成を示す模式図である。

図１を参照すると、本実施形態のプロジェクタ１１は、白色光を発する高圧水銀ランプなどの光源１と、光源１からの光のうち赤外光を除去する赤外光除去フィルタ２と、赤外光除去フィルタ２を通った光が通過し、外周部が光の三原色のＲ、Ｇ、Ｂの透過領域に３分割されているカラーホイール３と、カラーホイール３を通った各色光を反射し、ドットマトリックス方式の画像を形成する画像形成手段であるＤＭＤ４と、ＤＭＤ４を制御するＤＭＤ制御部４１と、ＤＭＤ制御部４１に映像信号を入力する映像入力部１０と、ＤＭＤ４で形成した画像をスクリーン６に拡大投影する投影レンズ５と、スクリーン６上に投影された画像を集光する集光レンズ７と、集光レンズ７を通った光のうち赤のみを通す赤透過フィルタ８と、赤透過フィルタ８を通った画像を撮像する撮像素子９と、ＤＭＤ４によりスクリーン６に全黒画像を表示する時とテストパタン画像を表示する時にそれぞれ同期して撮像素子９を作動する撮像素子制御部９１と、撮像素子制御部９１から出力された２つの撮影データの差を演算する差分演算部９２とを備える。

差分演算部９２は、スクリーン６に全黒画像を表示したときに撮像素子９で得た撮影データと、スクリーン６にテストパタン画像を表示したときに撮像素子９で得た撮影データとの差を演算する。

なお、テストパタンの画像は矩形や格子状、あるいは垂直線と水平線の組み合わせ等によるパターンの画像である。

撮像素子９にはＣＣＤ（電荷結合素子:Charge Coupled Device）、またはＣＭＯＳセンサ(相補性金属酸化膜半導体センサ：Complementary Metal Oxide Semiconductor)等を使用できる。

図示していないが、光源１とカラーホイール３の間、ならびにカラーホイール３とＤＭＤ４の間の光路に収束レンズが配置されている。

スクリーン６はプロジェクタ１１から離れた位置に設置されている。

投影レンズ５および集光レンズ７はスクリーン６に対面する位置に配置される。

カラーホイール３は回転駆動されるディスク形の色フィルタである。

ＤＭＤ４は、数十万〜数百万個敷き詰められた、画像データに基づく入力信号のオン／オフに応じて±１０度に傾くミクロンサイズのマイクロミラーを備えたものである。画像データに基づいて各マイクロミラーがスクリーン６に向けての反射光をスイッチング（オン／オフ）することで、投影画像が形成される。光源からの白色光を、回転するカラーホイール３を通してＤＭＤ４に入射させることで、投影画像はカラーとなる。このとき、一つのマイクロミラーが、投影画像の一画素分を担当し、時分割方式でＲ、Ｇ、Ｂの各色を受け持つ。例えば毎秒６０フレームのカラー画像を表示するため、その３倍の周期でカラーホイール３を回転させ、Ｒ、Ｇ、Ｂを時分割で表示する。すなわち、１／１８０秒単位で、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画像をスクリーンに投影する。この場合、実際のカラー合成は人間の脳で処理される。

次に、本実施形態のプロジェクタの動作を説明する。図３は本実施形態のプロジェクタの特徴部の動作を説明するためのフローチャートである。

ＤＭＤ制御部４１は、映像入力部１０から入力された映像信号に基づいてＤＭＤ４のマイクロミラーを制御し、ＤＭＤ４のマイクロミラーの反射光により所望の画像を形成する。なお、映像入力部１０からＤＭＤ４へ入力する映像信号はパソコンやデジタルビデオ等から出力される。

ＤＭＤ４は、カラーホイール３の赤透過部に光源１からの光が通過している間にて、赤のテストパタン画像を一瞬だけスクリーン６に表示した後（図３のステップＳ１）、全黒画像を一瞬だけスクリーン６に表示する（図３のステップＳ３）。全マイクロミラーの反射光がスクリーン６に向かないように全マイクロミラーの傾きを制御したとき、スクリーン６の画像は全黒画像となる。

なお、図２に示すように、ＤＭＤ４がテストパタン画像または全黒画像を表示する「一瞬」の期間は、ＤＭＤ４のマイクロミラーを制御するときの応答速度に準じて約１０μＳである。このため、ＤＭＤ４は、映像１フレームの表示期間（１／６０秒）に１５００回（＝１／６０［ｓ］／１０［μＳ］）のマイクロミラー動作が可能である。カラーホイール３が３分割されていて、カラーホイール３の赤透過部に光が通過する時にＤＭＤ４が１回のマイクロミラー動作でテストパタンの画像を形成するので、テストパタンの画像は赤の表示期間（１／１８０秒）の１／５００以下の期間しかスクリーン６へ投射されない。このため、スクリーン６上の可視光の映像はテストパタンの画像にほとんど影響されない。

テストパタン画像の表示期間にスクリーン６上に投射されたテストパタン画像はプロジェクタ１１の本体内に集光レンズ７により集光し、赤透過フィルタ８を透過して撮像素子９に入る。撮像素子９は撮像素子制御部９１により、ＤＭＤ４によりスクリーン６にテストパタン画像を表示する時に同期して作動する（図３のステップＳ２）。撮像素子制御部９１は撮像素子９で得たテストパタンの撮影データを差分演算部９２に出力する。

さらに、テストパタン画像表示期間後の全黒画像表示期間にスクリーン６上に投射された全黒画像はプロジェクタ１１の本体内に集光レンズ７により集光し、赤透過フィルタ８を透過して撮像素子９に入る。撮像素子９は撮像素子制御部９１により、ＤＭＤ４によりスクリーン６に全黒画像を表示する時に同期して作動する（図３のステップＳ４）。撮像素子制御部９１は撮像素子９で得た全黒画像の撮影データを差分演算部９２に出力する。

差分演算部９２は、テストパタンの撮影データと全黒画像の撮影データの差を求める（図３のステップＳ５）。これにより、外乱光に影響されずに正確にテストパタンのデータを得ることができる。差分演算部９２により求めたテストパタンのデータを使用してオートフォーカスや画像歪み補正などの処理が実施される。

オートフォーカスを実施する場合は、例えば撮像素子９で撮像したテストパタンに基づいてスクリーン６までの距離を測距し、その測距データに基づいて投影レンズ５の焦点を調整する（本出願人により出願した特願２００３−３０３８２６号参照）。

また、画像歪み補正を実施する場合は、例えば複数のポイントからなるテストパタンを用い、撮像素子９で撮像したポイントを結ぶ直線と基準線との傾斜角度を、撮像素子９の撮像画面から解析して、その傾斜角度から投影レンズ５の光軸とスクリーン６との傾斜角度を算定し、この算定した傾斜角度に従って出力映像を制御することによりスクリーン６上の画像歪みを補正する（本出願人により出願した特願２００３−１４３５０１号参照）。

本実施形態によれば、スクリーン５上にカラー映像を映し出しながら、カラーホイール３の赤透過部に光源１からの光が通過している期間内において一瞬だけテストパタン画像をスクリーン６に表示し、その後一瞬だけ全黒画像をスクリーン６に表示し、撮像素子８で別個に得られたテストパタンの撮像データと全黒画像の撮像データの差分を差分演算部により求めることにより、外乱光に影響されずに正確にテストパタンを得ることができる。さらに、このテストパタンを用いることでオートフォーカスや画像歪み補正などの処理を実施することができる。

なお、本実施形態は図２に示すように、テストパタン画像または全黒画像を表示する時期が連続する方法であるが、本発明はこれに限られず、これらの画像を表示させる時期が異なっていればよい。例えば、ある色でテストパタン画像を所定期間表示した後、所定時間を経てから、該テストパタン画像と同一色で全黒画像を所定期間表示してもよい。また、テストパタン画像と全黒画像を表示する順番においては本実施形態とは逆でもよい。

また、光源１からの光路に赤外光除去フィルタ２を設置したことにより、熱線が除去されたカラー映像がスクリーン６に表示されるため、スクリーン６上の映像が長い時間静止画であっても、スクリーン焼けが起きにくい。

また、本実施形態ではテストパタンの検出手段として撮像素子８を使用しているが、本発明はこれに限られず、ＰＳＤ（新型半導体像位置検出素子：Position Sensitive Device）を使用できる。ＰＳＤは素子上に１つの光の点があった場合その位置を電流値として返すことを特徴とするデバイスであるので、ＰＳＤを使用する場合のテストパタンとしては一つの点を使用する。

以上のように本発明のプロジェクタとしてＤＬＰプロジェクタを例に挙げて説明したが、これ以外に液晶パネルなどのドットマトリックス表示（格子状表示）を使用するプロジェクタに適用することもできる。例えば図１に示した構成において、ＤＭＤ４を液晶パネルに代えることで、上記と同様にテストパタンを利用したオートフォーカスや画像歪み補正などの処理を実施することが可能である。

本発明の実施の形態によるＤＬＰプロジェクタの概略構成を示す図である。 図１に示したプロジェクタにより投影する映像１フレームを構成する各Ｒ、Ｇ、Ｂの映像成分の表示期間を示す図で、（ａ）は通常時の各色の表示期間、（ｂ）はテストパタン表示時の、赤表示期間中のテストパタン表示期間、（ｃ）は撮像素子のテストパタンの撮影タイミング、（ｄ）は撮像素子の全黒画像の撮影タイミングを示す。 図１に示したプロジェクタの特徴部の動作を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 光源
２ 赤外光除去フィルタ
３ カラーホイール
４ ＤＭＤ
５ 投影レンズ
６ スクリーン
７ 集光レンズ
８ 赤透過レンズ
９ 撮像素子
１０ 映像入力部
１１ プロジェクタ
４１ ＤＭＤ制御部
９１ 撮像素子制御部
９２ 差分演算部

Claims (7)

1. 白色光を発する光源と、
   前記光源からの光を通し、光の三原色の赤、緑、青の透過領域に区分されたカラーホイールと、
   前記カラーホイールを通過した光により画像を形成する画像形成手段と、
   前記画像形成手段で形成した画像をスクリーンに表示するよう拡大投影する投影レンズと、
   スクリーンに対して前記投影レンズで投影された画像を集光する集光レンズと、
   前記集光レンズで集光した画像を検出する検出手段と、
   映像信号に基づいて前記画像形成手段を所定のカラー映像を表示するよう制御する画像形成手段制御部であって、カラー映像１フレームの表示期間内の所定の色での表示期間内にて全てが黒の全黒画像と所定のテストパタン画像をそれぞれ異なる時期に形成するように制御する画像形成手段制御部と、
   前記画像形成手段制御部による前記画像形成手段の全黒画像および所定のテストパタン画像のそれぞれの制御に同期して前記検出手段を画像検出状態にして、該検出手段に前記全黒画像のデータおよび前記テストパタン画像のデータを取得させる検出手段制御部と、
   前記画像形成手段が全黒画像を形成したときに前記検出手段で取得した前記全黒画像のデータと、前記画像形成手段がテストパタン画像を形成したときに前記検出手段で取得した前記テストパタン画像のデータとの差を演算する差分演算部と、を備えたプロジェクタ。
2. 前記光源は不可視光を含む光を発し、前記光源から前記カラーホイールへの光路中に、不可視光を透過しない不可視光除去フィルタが配置されている、請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記画像形成手段はＤＭＤである請求項１または２に記載のプロジェクタ。
4. 前記差分演算部で得たデータに基づいてオートフォーカス処理を実施する、請求項１から３のいずれかに記載のプロジェクタ。
5. 前記差分演算部で得たデータに基づいて画像歪み補正処理を実施する、請求項１から３のいずれかに記載のプロジェクタ。
6. 前記検出手段にＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサまたはＰＳＤを使用する請求項１から５のいずれかに記載のプロジェクタ。
7. 前記全黒画像と所定のテストパタン画像の形成期間はそれぞれ１／１８０秒以下である請求項１から６のいずれかに記載のプロジェクタ。

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