JP4932343B2 - 角度検出装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は投影装置の投射光軸と垂直な方向に対するスクリーンの傾斜角度を検出するための角度検出装置及び方法に関する。

近年、プロジェクタ等の投影装置は、液晶関連技術の急速な進展に伴う小型化・高性能化により、画像投射を目的とする用途も拡大し、家庭内でのディスプレイ型のテレビジョン受像機に代わる大型の表示装置としても注目されている。

しかしながら、投影装置はディスプレイ型のテレビジョン受像機と異なり、表示面がスクリーンや壁であるため、投影装置の投射光軸と投射面との相対関係によって投影画像に歪みが生じる問題がある。

そのため、投影装置の投射光軸と垂直な方向に対するスクリーン（投射面）の傾斜角度を検出するための様々な方法が検討されている。

例えば特許文献１には、第１の色の光のみを透過する第１の撮像レンズ及び第２の色の光のみを透過する第２の撮像レンズを投射レンズに並んで水平方向に配置し、スクリーン上に投射された輝点から第１の撮像レンズを透過して入射した第１の色の反射光の位置と同じ輝点から第２の撮像レンズを透過して入射した第２の色の反射光の位置とから該輝点までの距離を算出し、スクリーン上の所定の位置に投射された２つの輝点までの距離の差から投射面の傾斜角度を算出する構成が記載されている。
特開２００５−２５０１５９号公報

しかしながら上記特許文献１に記載された構成では、特定色の光のみを透過する第１の撮像レンズ及び第２の撮像レンズ、並びに第１の色の入射光の位置及び第２の色の入射光の位置を検出する光学的位置検出素子が必要であるため、投影装置のコストを低減することが困難であるという問題がある。

そこで、比較的安価な測距センサ（例えば赤外線測距センサや超音波測距センサ）を用いて、投影装置とスクリーン間の距離を測定することによりスクリーンの傾斜角度を求める方法が検討されている。その場合、一般的には図５に示すように投影装置（プロジェクタ）に複数の測距センサを等間隔で配置し、各測距センサから得られるプロジェクタとスクリーン間の距離の差からスクリーンの傾斜角度を求める構成が考えられる。

しかしながら、通常、スクリーンの傾斜角度を求めるには各測距センサの測定誤差を数ｍｍ以内にする必要があるが、赤外線測距センサや超音波測距センサ等ではそこまでの絶対精度を得ることができない。また、複数の測距センサを用いる場合、各測距センサの特性バラツキを補正する必要があり、各測距センサの配置間隔にも高い精度が要求される。そのため、赤外線測距センサや超音波測距センサ等のように比較的精度が低い測距センサを用いてスクリーンの傾斜角度を良好な精度で求めるのは困難であった。

本発明は上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、測距センサの精度に関係なくスクリーンの傾斜角度を良好な精度で求めることが可能な角度検出装置及び方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の角度検出装置は、画像を投射する投影装置とスクリーン間の距離を測定する１つの測距センサと、
前記測距センサを回転させる回転装置と、
前記回転装置により前記測距センサの検出方向を複数の方向へ指向させ、前記測距センサから前記検出方向毎に得られる前記投影装置と前記スクリーン間の距離データ、及び前記検出方向間の角度から、前記投影装置の投射光軸と垂直な方向に対する前記スクリーンの傾斜角度を算出する制御回路と、
を有し、
前記制御回路は、
前記測距センサの検出方向を一方向に指向させたときに得られる距離データをＣとし、前記測距センサの検出方向を他方向に指向させたときに得られる距離データをＡ'とし、該２つの検出方向間の回転角度をαとしたとき、
前記スクリーンの傾斜角度θを
θ＝ａｒｃｔａｎ｛ｃｏｔα−（Ｃ／Ａ'ｓｉｎα）｝
で求める構成である。

一方、本発明の角度検出方法は、画像を投射する投影装置とスクリーン間の距離を測定する１つの測距センサを回転させて前記測距センサの検出方向を複数の方向へ指向させ、
前記測距センサから前記検出方向毎に得られる前記投影装置と前記スクリーン間の距離データ、及び前記検出方向間の角度から、前記投影装置の投射光軸と垂直な方向に対する前記スクリーンの傾斜角度を算出し、
前記測距センサの検出方向を一方向に指向させたときに得られる距離データをＣとし、前記測距センサの検出方向を他方向に指向させたときに得られる距離データをＡ'とし、該２つの検出方向間の回転角度をαとしたとき、
前記スクリーンの傾斜角度θを
θ＝ａｒｃｔａｎ｛ｃｏｔα−（Ｃ／Ａ'ｓｉｎα）｝
で求める方法である。

上記のような角度検出装置及び方法では、利用する測距センサが１つであるため、複数の測距センサを用いてスクリーンの傾斜角度を求める構成に比べて、各測距センサの特性バラツキを補正する必要や各測距センサを精度よく設置する必要がない。

また、スクリーンの傾斜角度は、投影装置とスクリーンが正対しているときに得られる距離データと、投影装置とスクリーンが正対していないときに得られる距離データとの差で表すことが可能であり、本発明では１つの測距センサを用いてこれらの距離データを得ているため、算出するスクリーンの傾斜角度が測距センサの絶対精度に影響されることがない。

本発明によれば、利用する測距センサが１つであるため、複数の測距センサを用いてスクリーンの傾斜角度を求める構成に比べて、各測距センサの特性バラツキを補正する必要や各測距センサを精度よく設置する必要がない。

また、測距センサに高い精度を必要としないため、測距センサの精度に影響されることなく、スクリーンの傾斜角度を良好な精度で求めることができる。

次に本発明について図面を参照して説明する。

図１は本発明の角度検出装置の一構成例を示すブロック図である。

なお、以下では、投影装置としてプロジェクタを例に説明するが、本発明はプロジェクタに限らず、画像を投射する映写機や投影装置を含む各種の装置（例えば投影装置付の顕微鏡）にも適用可能である。

図１に示すように、本発明の角度検出装置は、スクリーン１とプロジェクタ２間の距離を測定する測距センサ３と、測距センサ３を回転させる回転装置４と、測距センサ３で測定されたスクリーン１とプロジェクタ２間の距離データ及び測距センサ３の回転角度からプロジェクタ２の投射光軸と垂直な方向に対するスクリーン１の傾斜角度を算出する制御回路５とを有する構成である。測距センサ３、回転装置４及び制御回路５は、例えばプロジェクタ２に内蔵される。

回転装置４は、不図示のモータを含む回転機構及び角度検出器を備え、制御装置５の指示により測距センサ３を回転させ、測距センサ３の検出方向を、例えばプロジェクタ２の投射光軸を基準に所定の角度で指向させる。

制御回路５は、ＣＰＵと、ＣＰＵの処理で必要な情報が格納される記憶装置と、ＣＰＵに本発明の処理を実行させるためのプログラムが記録された記録媒体とを備え、記録媒体に格納されたプログラムにしたがってＣＰＵにより回転装置４の動作を制御すると共に測距センサ３で測定された距離データ及び測距センサ３の回転角度からスクリーン１の傾斜角度を算出する。記録媒体１３は、磁気ディスク、半導体メモリ、光ディスクあるいはその他の記録媒体であってもよい。なお、制御回路５は、上述したＣＰＵを備えた構成に限らず、例えば記憶素子と多数の論理ゲートから成るＬＳＩ（Large Scale Integration）等でも実現可能である。

本発明の角度検出装置は、赤外線測距センサや超音波測距センサ等の測距センサ３を１つ備え、制御装置５の指示にしたがって回転装置４により、例えば赤外線の発光点と受光点の中心を軸に測距センサ３を回転させ、測距センサ３の検出方向を複数の方向へ指向させる。そして、制御装置５は、測距センサ３から検出方向毎に得られるスクリーン１とプロジェクタ２間の距離データをそれぞれ保存し、測距センサ３の回転角度（測距センサ３の検出方向間の角度）と距離データとを用いて、プロジェクタ２の投射光軸と垂直な方向に対するスクリーン１の傾斜角度を算出する。

次に本発明のスクリーン１の傾斜角度の測定原理について図２及び図３を用いて説明する。

図２はスクリーンとプロジェクタが正対している場合の距離データの関係を示す模式図であり、図３はスクリーンとプロジェクタが正対していない場合の距離データの関係を示す模式図である。

以下では、測距センサ３の検出方向をプロジェクタ２の投射光軸へ指向させたときに得られる距離データと、測距センサ３の検出方向を投射光軸に対して角度αだけ回転させたときに得られる距離データとを用いてスクリーン１の傾斜角度を算出する例を説明する。

スクリーン１の傾斜角度を算出する場合、測距センサ３を必ずしもプロジェクタ２の投射光軸へ指向させる必要はなく、測距センサ３で測定する２つの検出方向間の角度とそれぞれの距離データとを得ることができれば、測距センサ３はどのような方向へ指向させてもよい。

図２に示すようにスクリーン１とプロジェクタ２が正対しているとき、測距センサ３をプロジェクタ２の投射光軸に指向させたときに得られるスクリーン１とプロジェクタ２間の距離データをＣとし、測距センサ３を投射光軸に対して角度αだけ回転させたときに得られるスクリーン１とプロジェクタ２間の距離データをＡとする。また、回転前のスクリーン１上の反射点（測距センサ３から送出された赤外線や超音波等の反射点）と回転後のスクリーン１上の反射点間の距離をＢとする。

一方、図３に示すように、スクリーン１とプロジェクタ２が正対していないとき、測距センサ３を投射光軸に対して角度αだけ回転させたときに得られるスクリーン１とプロジェクタ２間の距離データをＡ’とする。なお、図３では、スクリーン１がプロジェクタ２の投射光軸を中心に傾斜しているため、測距センサ３をプロジェクタ２の投射光軸に指向させたときに得られるスクリーン１とプロジェクタ２間の距離データは図２と同様にＣとなる。このとき、図３に示す距離Ａ’と図２に示した距離Ａには距離差ａ（ａ＝Ａ’−Ａ）が発生する。すなわち、図３に示すスクリーンの傾斜角度θは、プロジェクタ２とスクリーン１が正対しているときに得られる距離データと、プロジェクタ２とスクリーン１が正対していないときに得られる距離データとの差で表すことができる。

そこで、図３に示すように、測距センサ３の回転後のスクリーン１上の反射点を含むプロジェクタ２の投射光軸と垂直な方向の仮想投射面を想定し、その仮想投射面とプロジェクタ２間の距離をＣ’とし、回転前の仮想投射面上の反射点と回転後の仮想投射面上の反射点間の距離をＢ’とすると、距離Ｃ’及び距離Ｂ’は以下の式（１）、（２）のようになる。

Ｃ'＝Ａ'ｃｏｓα…（１）
Ｂ'＝Ａ'ｓｉｎα…（２）
また、距離Ｃ’と距離Ｃの差をＣ’’とすると、
Ｃ’’＝Ｃ’−Ｃ…（３）
であり、スクリーン１の傾斜角度θは、
θ＝ａｒｃｔａｎ(Ｃ''／Ｂ')…（４）
で表すことができる。

したがって、上記（１）式〜（４）式よりスクリーン１の傾斜角度θは、
θ＝ａｒｃｔａｎ｛ｃｏｔα−（Ｃ／Ａ'ｓｉｎα）｝…（５）
で求めることができる。

上述したように、スクリーン１の傾斜角度θは、プロジェクタ２とスクリーン１が正対しているときに得られる距離データと、プロジェクタ２とスクリーン１が正対していないときに得られる距離データとの差で表すことができる。本発明では、１つの測距センサ３を用いてこれらの距離データを得ているため、算出するスクリーン１の傾斜角度θが測距センサ３の絶対精度に影響されることがない。したがって、測距センサ３の精度に影響されることなく、スクリーン１の傾斜角度θを良好な精度で求めることができる。

次に本発明の角度検出装置の処理手順について図４を用いて説明する。

図４は本発明の角度検出装置の処理手順を示すフローチャートである。

図４に示すように、まず制御装置５は、回転装置４を制御して測距センサ３の検出方向を初期方向である、例えばプロジェクタ２の投射光軸へ指向させる（ステップＳ１）。続いて、その検出方向における測距センサ３の測定値を読み込み、距離データＣとして記憶装置に保存する（ステップＳ２）。

次に、制御装置５は、回転装置４を制御して測距センサ３を回転させ、測距センサ３の検出方向をプロジェクタ２の投射光軸（初期方向）に対して角度αの方向へ指向させる（ステップＳ３）。続いて、その検出方向における測距センサ３の測定値を読み込み、距離データＡ'として記憶装置に保存する（ステップＳ４）。

次に、制御装置５は、記憶装置に保存した距離データＣ及び距離データＡ'を読み出し、上記（５）式を用いてスクリーン１の傾斜角度θを算出する（ステップＳ５）。

算出したスクリーン１の傾斜角度θは、例えば不図示の表示装置等で表示することで利用者にスクリーン１の傾斜角度の補正を促してもよく、プロジェクタ２から投射する画像の歪みを補正するために用いてもよい。

なお、単にプロジェクタ２とスクリーン１が正対しているか否かを検出したい場合は、例えば、測距センサ３をプロジェクタ２の投射光軸を基準に正方向及び負方向に（図１〜３の左右方向）それぞれ同一の角度で回転させ、回転後の検出方向で得られる２つの距離データが同じであるか否かを判定すればよい。

本発明によれば、利用する測距センサ３が１つであるため、複数の測距センサを用いてスクリーンの傾斜角度を求める構成に比べて、各測距センサの特性バラツキを補正する必要や各測距センサを精度よく設置する必要がない。

また、測距センサ３に高い精度を必要としないため、測距センサ３の精度に影響されることなく、スクリーン１の傾斜角度θを良好な精度で求めることができる。

なお、図１〜図３では、測距センサ３の検出方向を、図の左右方向（鉛直方向と直交する方向）に指向させてプロジェクタ２から見てスクリーン１の左右の奥行き方向の傾斜角度θを求める例を示しているが、測距センサ３の検出方向を、図の平面と直交する方向、すなわち鉛直方向に指向させれば、プロジェクタ２から見てスクリーン１の上下の奥行き方向の傾斜角度を求めることができる。

また、図１〜図３では、スクリーン上の２点間の距離データと回転角度αからスクリーン１の傾斜角度θを求める例を示したが、本発明は３点以上の距離データとその回転角度からスクリーン１の傾斜角度θを求めることも可能である。

例えば、上記と同様に測距センサ３の検出方向をプロジェクタ２の投射光軸へ指向させて距離データＣを取得し、その後、測距センサ３の検出方向を投射光軸に対して角度α単位で複数方向へ指向させて距離データをそれぞれ取得する。そして、回転後に得られる複数の距離データＡ’と距離データＣ及び対応する回転角度ｎα（ｎ＝±１、±２、±３、・・・）を用いて測距センサ３の検出方向毎のスクリーン１の傾斜角度θをそれぞれ算出し、それらの算出値を平均化すればよい。このように複数の距離データ及び回転角度を用いてスクリーン１の傾斜角度θを求めれば、より精度の高い値が得られる。なお、３点以上の距離データ及び回転角度を用いてスクリーン１の傾斜角度を求める場合、算出した複数の傾斜角度の差異からスクリーン１のゆがみを検出することもできる。

本発明の角度検出装置の一構成例を示すブロック図である。 スクリーンとプロジェクタが正対している場合の距離データの関係を示す模式図である。 スクリーンとプロジェクタが正対していない場合の距離データの関係を示す模式図である。 本発明の角度検出装置の処理手順を示すフローチャートである。 従来の角度検出装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ スクリーン
２ プロジェクタ
３ 測距センサ
４ 回転装置
５ 制御装置

Claims (2)

1. 画像を投射する投影装置とスクリーン間の距離を測定する１つの測距センサと、
   前記測距センサを回転させる回転装置と、
   前記回転装置により前記測距センサの検出方向を複数の方向へ指向させ、前記測距センサから前記検出方向毎に得られる前記投影装置と前記スクリーン間の距離データ、及び前記検出方向間の角度から、前記投影装置の投射光軸と垂直な方向に対する前記スクリーンの傾斜角度を算出する制御回路と、
   を有し、
   前記制御回路は、
   前記測距センサの検出方向を一方向に指向させたときに得られる距離データをＣとし、前記測距センサの検出方向を他方向に指向させたときに得られる距離データをＡ'とし、該２つの検出方向間の回転角度をαとしたとき、
   前記スクリーンの傾斜角度θを
   θ＝ａｒｃｔａｎ｛ｃｏｔα−（Ｃ／Ａ'ｓｉｎα）｝
   で求める角度検出装置。
2. 画像を投射する投影装置とスクリーン間の距離を測定する１つの測距センサを回転させて前記測距センサの検出方向を複数の方向へ指向させ、
   前記測距センサから前記検出方向毎に得られる前記投影装置と前記スクリーン間の距離データ、及び前記検出方向間の角度から、前記投影装置の投射光軸と垂直な方向に対する前記スクリーンの傾斜角度を算出し、
   前記測距センサの検出方向を一方向に指向させたときに得られる距離データをＣとし、前記測距センサの検出方向を他方向に指向させたときに得られる距離データをＡ'とし、該２つの検出方向間の回転角度をαとしたとき、
   前記スクリーンの傾斜角度θを
   θ＝ａｒｃｔａｎ｛ｃｏｔα−（Ｃ／Ａ'ｓｉｎα）｝
   で求める角度検出方法。

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