JP5110912B2

JP5110912B2 - 画像投射システムおよび画像投射方法

Info

Publication number: JP5110912B2
Application number: JP2007050645A
Authority: JP
Inventors: 久幸佐々木; 真宏河北; 文男岡野; 淳洗井; 博史川井; 正人佐藤; 晃也末廣; 泰行配野
Original assignee: JVCKenwood Corp; Japan Broadcasting Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp; Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2027-02-28
Also published as: JP2008219190A

Description

本発明は、投射画像に生じる位置ずれを調整する画像投射システムおよび画像投射方法に関する。

近年、ハイビジョンを超える超高精細な映像の表示技術が実用化されつつあり、大画面かつ高精細な画像表示装置として、投射型ディスプレイの開発が急速に進展している。また、画像投射装置が有する表示素子の画素構造が微細化するに従い、これまで以上に高精度で高機能な画像の位置調整技術が必要となっている。

一方、超高精細な画像表示を要素技術とした将来の立体画像表示装置の開発も進んでいる。立体画像の表示方式として、周期構造を有するレンズアレーやレンティキュラ板等のスクリーン表示面に対して、その周期構造に合わせて、立体像再生のための要素画像や視差画像を投射表示する、例えばインテグラル式や、レンティキュラ式、パララクスバリア式等の方式がある。

従来、高精細な投射画像とレンズアレー板を組み合わせたディスプレイの開発例が非特許文献１に記載されている。この非特許文献１には、投射画像の位置調整方法として、スクリーン上に投射された要素画像を、マイクロレンズアレーのある観察者側よりデジタルカメラで撮影し、調整する方法が記載されている。
H.Liao，et.al，"Scalable High-resolution integral videography autostereoscopic display with a seamless multiprojection system"，Applied Optics，Vol.44，No.3，2005

従来の投射画像の位置調整では、画像投射前に長時間のヒートランニングが必要であることと、画面全体を使用して位置調整を行うこととにより、所望の画像の投射開始前に位置調整が行われる。しかし、その位置調整後、所望の画像の投射中には、熱などによって生じる投射画像の位置ずれを自動的に補正し最適に調整することはできず、安定した高精細画像の表示が困難であった。これは、非特許文献１に記載された投射画像の位置調整方法でも同様である。

また、立体画像の表示に関しては、レンズ等が張り合わされたスクリーンと表示画像との相対的な位置関係を高精度に合わせる必要がある。投射型の立体映像表示システムでは、レンズ等の光学素子と一体の構造になったスクリーンと画像投射装置とが比較的長い距離を隔てて分離している場合が多いため、わずかな位置ずれが生じただけで立体画像の大きな画質低下を招いてしまう。また、熱や振動等の要因によって、それらの相対的な位置関係が変化する場合が多いため、所望の画像の投射中にも、位置ずれを補正することが望まれる。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、所望の投射画像の投射中にも投射画像と表示領域との間の位置調整を行うことができる画像投射システムおよび画像投射方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、第１の表示領域に投射画像を投射すると共に、基準パターンが表示された、前記第１の表示領域と異なる第２の表示領域に位置ずれ検出用のパターン画像を投射する画像投射手段と、前記第２の表示領域に投射された前記パターン画像および前記基準パターンを検出するパターン検出手段と、前記パターン検出手段によって検出された前記パターン画像および前記基準パターンに基づいて、前記画像投射手段から投射される前記投射画像と前記第１の表示領域との間の位置ずれ量を検出する位置ずれ量検出手段と、前記位置ずれ量検出手段によって検出された前記位置ずれ量に基づいて前記投射画像の位置を調整する位置調整手段と、を備え、前記パターン画像および前記基準パターンは、二値の輝度値からなる模様の密度の変化で表現された輝度分布を有することを特徴とする画像投射システムである。

また、本発明は、第１の表示領域に投射画像を投射すると共に、基準パターンが表示された、前記第１の表示領域と異なる第２の表示領域に位置ずれ検出用のパターン画像を投射する画像投射手段と、前記第２の表示領域に投射された前記パターン画像および前記基準パターンを検出するパターン検出手段と、前記パターン検出手段によって検出された前記パターン画像および前記基準パターンに基づいて、前記画像投射手段から投射される前記投射画像と前記第１の表示領域との間の位置ずれ量を検出する位置ずれ量検出手段と、前記位置ずれ量検出手段によって検出された前記位置ずれ量に基づいて前記投射画像の位置を調整する位置調整手段と、を備え、前記パターン画像および前記基準パターンは、大きさの異なる複数のパターンが所定方向に並べられていることにより表現された輝度分布を有することを特徴とする画像投射システムである。

また、本発明は、第１の表示領域に投射画像を投射すると共に、基準パターンが表示された、前記第１の表示領域と異なる第２の表示領域に位置ずれ検出用のパターン画像を投射する画像投射手段と、前記第２の表示領域に投射された前記パターン画像および前記基準パターンを検出するパターン検出手段と、前記パターン検出手段によって検出された前記パターン画像および前記基準パターンに基づいて、前記画像投射手段から投射される前記投射画像と前記第１の表示領域との間の位置ずれ量を検出する位置ずれ量検出手段と、前記位置ずれ量検出手段によって検出された前記位置ずれ量に基づいて前記投射画像の位置を調整する位置調整手段と、を備え、前記パターン画像および前記基準パターンは、Ｖ字型またはＸ字型の二値的なパターンであることを特徴とする画像投射システムである。

また、本発明の画像投射システムにおいて、前記基準パターンが印刷により形成されていることを特徴とする。

また、本発明の画像投射システムにおいて、前記基準パターンの画像を表示する表示手段が前記第２の表示領域に設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、画像投射手段から第１の表示領域に投射画像を投射すると共に、基準パターンが表示された、前記第１の表示領域と異なる第２の表示領域に位置ずれ検出用のパターン画像を投射し、前記第２の表示領域に投射された前記パターン画像および前記基準パターンを検出し、検出された前記パターン画像および前記基準パターンに基づいて、前記画像投射手段から投射される前記投射画像と前記第１の表示領域との間の位置ずれ量を検出し、検出された前記位置ずれ量に基づいて前記投射画像の位置を調整し、前記パターン画像および前記基準パターンは、二値の輝度値からなる模様の密度の変化で表現された輝度分布を有することを特徴とする画像投射方法である。

また、本発明は、画像投射手段から第１の表示領域に投射画像を投射すると共に、基準パターンが表示された、前記第１の表示領域と異なる第２の表示領域に位置ずれ検出用のパターン画像を投射し、前記第２の表示領域に投射された前記パターン画像および前記基準パターンを検出し、検出された前記パターン画像および前記基準パターンに基づいて、前記画像投射手段から投射される前記投射画像と前記第１の表示領域との間の位置ずれ量を検出し、検出された前記位置ずれ量に基づいて前記投射画像の位置を調整し、前記パターン画像および前記基準パターンは、大きさの異なる複数のパターンが所定方向に並べられていることにより表現された輝度分布を有することを特徴とする画像投射方法である。
また、本発明は、画像投射手段から第１の表示領域に投射画像を投射すると共に、基準パターンが表示された、前記第１の表示領域と異なる第２の表示領域に位置ずれ検出用のパターン画像を投射し、前記第２の表示領域に投射された前記パターン画像および前記基準パターンを検出し、検出された前記パターン画像および前記基準パターンに基づいて、前記画像投射手段から投射される前記投射画像と前記第１の表示領域との間の位置ずれ量を検出し、検出された前記位置ずれ量に基づいて前記投射画像の位置を調整し、前記パターン画像および前記基準パターンは、Ｖ字型またはＸ字型の二値的なパターンであることを特徴とする画像投射方法である。

本発明によれば、第１の表示領域に投射画像を投射すると共に第２の表示領域に位置ずれ検出用のパターン画像を投射し、そのパターン画像に基づいて検出した投射画像と第１の表示領域との間の位置ずれ量に基づいて投射画像の位置を調整することによって、所望の投射画像の投射中にも投射画像と表示領域との間の位置調整を行うことができるという効果が得られる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態による画像投射システムの構成を示している。図１には画像投射の様子も示されている。画像投射装置１によってスクリーン２（第１の表示領域）に画像が投射され、スクリーン２上に表示された表示画像４を観察者が観察する。表示画像４は平面画像と立体画像のいずれでもよい。スクリーン２への画像の投射と同時に、スクリーン枠５（第２の表示領域）には位置ずれ検出用のパターン画像が画像投射装置１によって投射される。また、スクリーン枠５には、位置ずれ検出用の基準パターン６が表示される。

スクリーン枠５に投射されたパターン画像、およびスクリーン枠５に表示された基準パターン６はカメラ７によって撮像される。観察者は、パターン画像が投射される側とは反対側から表示画像４を観察するので、パターン画像および基準パターン６は観察者には見えず、表示画像４の投射中でもパターン画像および基準パターンが観察の邪魔となることはない。詳細は後述するが、基準パターン６を用いずに投射画像の位置調整を行うことも可能である。

以下、画像投射システムの構成を説明する。投射画像は表示画像信号源８から再生され、位置ずれ検出用のパターン画像は検出パターン発生装置９から生成される。これらは画像合成器１０によって合成されて画像信号処理装置１１に入力される。パターン画像の総画素数は投射画像と比較して少なくてよく、また同じパターンをスクリーン枠５の複数領域に表示するのみでよい。また、投射画像に対して検出パターンを画像合成したものを表示画像信号源８から再生してもよい。

画像信号処理装置１１によって投射画像の歪みや位置ずれの補正処理が施される。画像信号処理装置１１の出力信号は画像投射装置１に入力される。画像投射装置１は表示素子１３を有しており、この表示素子１３に入射された画像が、投射光学系１７を介してスクリーン２およびスクリーン枠５へ投射される。

この表示素子１３としては、透過型や反射型の液晶デバイスや、デジタルマイクロミラーデバイス、グレーティングライトバルブ等が使用可能である。電気制御式の微動ステージ１４によって、表示素子１３の位置を微調整することが可能である。この微動ステージ１４としては、ステッピングモータや圧電素子等を基本構成とするものが使用可能であり、表示素子１３の１画素の大きさの約１／５０以下の分解能を有するものを使用することが望ましい。

スクリーン枠５に投射されたパターン画像、およびスクリーン枠５に表示された基準パターン６はカメラ７で撮像され、カメラ７から画像信号が位置ずれ演算装置１５へ出力される。カメラ７はアレー状のＣＣＤやＣＭＯＳのセンサあるいはフォトダイオード等の受光センサを有しており、カメラレンズを介して入射したパターン像がセンサ位置で結像する。

位置ずれ演算装置１５は、表示素子１３によって投射された画像とスクリーン枠５およびスクリーン２との間の位置ずれ量をカメラ７からの画像信号に基づいて演算（検出）する。より具体的には、位置ずれ演算装置１５は、スクリーン枠５上の複数箇所の位置ずれ量を算出し、さらにスクリーン枠５上の複数箇所で求めた位置ずれ量を補間演算することによって、スクリーン２上の位置ずれ量（投射画像とスクリーン２との間の位置ずれ量）を算出する。位置ずれ演算装置１５は画像の歪み量を演算することも可能である。

位置ずれ演算装置１５からは、演算された位置ずれ量に基づいた信号が画像信号処理装置１１またはステージ制御装置１６へ出力される。画像信号処理装置１１は位置ずれ演算装置１５からの信号に基づいて、表示素子１３へ入射させる画像を形成するための画像信号を、位置ずれが解消するように画像処理によって補正（調整）する。また、ステージ制御装置１６は微動ステージ１４を駆動し、位置ずれが解消するように、水平方向と垂直方向、また必要に応じて回転方向の位置制御を行い、表示素子１３の位置を調整する。位置ずれ演算装置１５から検出パターン発生装置９へ出力される制御信号に基づいて、位置ずれ検出用の複数のパターン画像を切り替えて表示することも可能である。

スクリーン枠５に投射されるパターン画像に使用する投射パターンとして、例えば放物線状の輝度分布や、コサイン２乗の輝度分布、三角波状の輝度分布等、既知の輝度（光強度）分布特性を有するパターンを使用することが可能である。連続的な輝度分布を用いて、パターン画像と基準パターン６の相関（詳細は後述する）により位置ずれを検出する場合、カメラ７が有する受光センサの解像度以上の分解能を得ることができる。また、表示素子１３が、例えばＲ信号、Ｇ信号、Ｂ信号のそれぞれに対応した複数の表示素子で構成され、それらの表示素子に対して、各信号に基づいた画像が入射し、光学的に合成されてスクリーン２およびスクリーン枠５へ投射される場合には、各表示素子から投射される投射画像毎に、投射画像とスクリーン２との間の位置ずれを検出することが可能である。

次に、本実施形態における位置ずれの検出方法を説明する。まず、輝度分布を有するパターンを用いて位置ずれを検出する方法を説明する。この方法で用いる基準パターン６は、スクリーン枠５に投射するパターン画像と同じ輝度分布を有するものである。

基準パターン６は、スクリーン枠５にパターンを直接印刷することにより、またはパターンを印刷したプレート等をスクリーン枠５に貼り付けること等により形成されており、その表面は基準パターン６以外の部分と同様に光を拡散する構造となっている。このような基準パターン６として、連続的な輝度分布を有するパターンをスクリーン枠５に設置する場合、パターン同士の相関を取ることにより高精度な位置ずれの検出が可能であるという利点がある反面、経年変化による退色等、性能の劣化が懸念される。

これは、二値の輝度値からなる模様の密度の変化によって輝度を表現することで解決することができる。例えば、図２（ａ）に示すように、ドットの密度の変化によって輝度を変化させたパターン２００や、図２（ｂ）に示すように、ハッチングの密度の変化によって輝度を変化させたパターン２１０を基準パターン６として用いればよい。図２においては、図の表現上の制約から、パターン２００，２１０のそれぞれの中での輝度の変化を表していないが、実際には各パターンの中心から周辺方向に向かって輝度が滑らかに減少しているものとする。

以下、輝度分布を有するパターンを用いた具体的な位置ずれの検出方法を説明する。まず、位置ずれの検出原理を説明する。スクリーン枠５において、基準パターンの位置からある一定の距離だけ離れた位置に、パターン画像を形成する投射パターンを投射する。基準パターンと投射パターンの距離は、予想されるスクリーン２と投射画像との間のずれの最大値ｍとパターンの半径ｒの和（ｍ＋ｒ）よりも大きく設定し、スクリーン２と投射画像との間のずれが最大になったときでも、パターン同士が重なることのないようにする。具体的には、期待する基準パターンの投射位置の座標を（０，０）、投射パターンの投射位置の座標を（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ）とした場合に、以下の（１）式を満たすように投射パターンの投射位置を設定する。

続いて、投射パターンの輝度分布をｆ（ｘ，ｙ）基準パターンの輝度分布をｇ（ｘ，ｙ）とし、以下の（２）式において、ｓ_ｘ，ｓ_ｙを少しずつ変化させながら相関値ｚを求める。（２）式のｚが最大になるときのｓ_ｘ，ｓ_ｙの値がスクリーン枠５と投射パターンのｘ方向およびｙ方向の位置ずれ量である。

上記の原理に基づいて、実際には以下のようにして位置ずれを検出する。基準パターンと投射パターンが１枚の画像に収まるようにカメラ７によりスクリーン枠５を撮像し、画像を生成する。画像内で基準パターンの中心の画素位置を（０，０）、位置ずれがない場合の投射パターンの中心の画素位置を（ｘ_ｐ，ｙ_ｐ）、画素位置（ｘ，ｙ）の輝度をＦ（ｘ，ｙ）とすると、位置ずれ演算装置１５は、所定の値ｓ_ｘ，ｓ_ｙに対して、以下の（３）式で表される相関値ｚを算出する。

位置ずれ演算装置１５は、画素位置（ｘ，ｙ）および（ｘ＋ｘ_ｐ＋ｓ_ｘ，ｙ＋ｙ_ｐ＋ｓ_ｙ）が画像からはみ出した位置とならない範囲で、全てのｘ，ｙについてそれぞれＦ（ｘ，ｙ）×Ｆ（ｘ＋ｘｐ＋ｓｘ，ｙ＋ｙｐ＋ｓｙ）を算出し、それらの総和をｚとする。位置ずれ演算装置１５は、ｓ_ｘ，ｓ_ｙを少しずつ変化させながら、各ｓ_ｘ，ｓ_ｙについてｚを算出する。ｚが最大になるときのｓ_ｘ，ｓ_ｙの値がスクリーン枠５と投射パターンとの間の位置ずれ量である。

相関値を利用する方法以外にも、例えばパターンが山型の輝度分布を有している場合には、フィッティングを用いる方法の採用も考えられる。フィッティングによって、山型の輝度分布に関数（二次関数）をあてはめ、その関数の最大値の座標を求めることにより、基準パターンと投射パターンそれぞれの中心の位置を得ることができ、それぞれの中心の位置からパターン同士の相対的なずれ量を算出することができる。

また、模様の大きさの変化で輝度分布と等価な機能を実現することも可能である。例えば、図３（ａ）に示すゾーンプレート型のパターン３００を用いてもよい。図３（ｂ）は、基準パターンとして複数のパターン３００をスクリーン枠５上に設置した様子を示している。

また、ゾーンプレートの変形として、図４（ａ）に示すパターン４００を用いてもよい。パターン４００は、同心円上では同じ大きさの模様であって同心円の半径に応じて大きさが変化する模様を十字に並べたパターンである。図４（ｂ）は、基準パターンとして複数のパターン４００をスクリーン枠５上に設置した様子を示している。このパターン４００を用いて、パターン４００の中心から放射方向に模様が整列する線をフィッティング等によって求めることで、回転方向のずれを検出することも可能である。

次に、二値的なパターンを用いて位置ずれを検出する方法を説明する。二値的なパターンとしては、カメラのレジストレーション調整の際にしばしば用いられるＶ字型のパターンや、それを２つ組み合わせたＸ字型のパターンを用いればよい。重なり合った２つのパターン上の２箇所を走査することによって、互いの並進２自由度および回転１自由度のずれ量を算出することが可能である。

以下、Ｘ字型のパターンを用いた位置ずれの検出方法を説明する。図５（ａ）はＸ字型のパターン５００を示しており、図５（ｂ）は、基準パターンとして複数のパターン５００をスクリーン枠５上に設置した様子を示している。

図６に示すように、スクリーン枠５上に基準パターン６００が設置され、パターン画像を形成する投射パターン６１０がスクリーン枠５上に投射されているものとする。また、位置ずれがない場合には基準パターン６００と投射パターン６１０の位置が同一であるものとする。これらのパターン上を適当な場所で水平に２回走査したときの、その走査線上における距離をそれぞれａ，ｂおよびｃ，ｄとし、２つの走査線の垂直距離をＬとし、パターンを形作る線分のうち、２つのパターンの左上端と右下端を結ぶ線分が、走査線に対して垂直な線と交わる角度をそれぞれθ_１，θ_２とする。垂直方向の並進ずれ量をξ、水平方向の並進ずれ量η、回転方向の角度ずれ量をφ＝θ_１−θ_２とすると、φがそう大きくなければ、以下の（４）式〜（６）式が成り立つ。

上記の原理に基づいて、位置ずれ演算装置１５はパターン認識により画像から基準パターンと投射パターンを認識し、上記の各ずれ量を算出する。上記ではＸ字型のパターンを用いて説明したが、２つのＶ字型のパターンをＸ字型とは上下逆にして組み合わせた菱形のパターンでも同様の効果を得ることができる。

以上では、基準パターン６が印刷により形成されている場合を説明したが、スクリーン枠５に相当する部分に画像表示ディスプレイを設け、スクリーン２周辺の任意の場所に任意のパターンを表示するようにしてもよい。図７は画像表示ディスプレイ１８を設け、基準パターン６を画像表示ディスプレイ１８に表示させた様子を示している。図７（ａ）は正面図であり、図７（ｂ）は側面図である。

画像投射装置１から投射されたパターン画像をカメラ７で撮像可能とするため、画像表示ディスプレイ１８の表示面に密着して光拡散板１９が設置されている。これによって、基準パターン６とパターン画像の双方をカメラ７で撮像することが可能となる。この方法によれば、測定環境や状況に応じて必要な分解能を可変的に与えることができる。

次に、基準パターン６を用いず、画像投射装置１から投射されるパターン画像だけを用いて位置ずれを検出する方法を説明する。パターン画像を形成する投射パターンは、中心から周辺に向かって輝度が増加または減少するものが使用可能である。一例として、輝度が直線的に増加・減少するパターンを用いて説明する。

図８に示すように、水平方向に輝度が直線的に変化する輝度分布８１０を有する投射パターン８００がスクリーン枠５上に投射されている。スクリーン枠５内には受光センサ７０ａ，７０ｂ，７０ｃが配置されている。投射画像のサイズが比較的小さい場合、このように受光センサをスクリーン枠５上に直接取り付けてもよい。

受光センサをスクリーン枠５内に配置すると、画像投射装置１から投射されたパターン画像が受光センサに直接入射する。これによって、カメラ７でパターン画像を撮像する場合と比較して、カメラレンズの歪みや口径食の影響を受けなくなる。また、パターン画像を受光センサ上に直接結像するため、高精細かつ高効率に受光することができる。さらに、スクリーン２に表示された投射画像の輝度や反射の影響を少なくすることができ、画像投射中の位置ずれ検出に有利である。

スクリーン枠５に装着される受光センサとしては、２次元あるいは１次元のＣＣＤやＣＭＯＳ、フォトディテクタアレー、あるいはフォトディテクタの表面抵抗より光スポットの位置を検出するＰＳＤ等が使用可能である。特に、受光センサが単一のフォトダイオードの場合、ダイナミックレンジを広く取れることから、高精度な検出やランプ出力輝度の経時変化にも対応できると共に、外光の除去や高輝度・高消光比の画像投射装置にも使用でき、低コストのシステムが期待できる。

図８において、受光センサ７０ａ，７０ｂ，７０ｃが設置されている位置をそれぞれＡ，Ｂ，Ｃとし、受光センサ７０ａ，７０ｂ，７０ｃで検出された信号量をそれぞれａ，ｂ，ｃとする。また、位置ＡとＢの間隔は投射パターン８００の大きさ２Ｌの半分のＬに設定してあるものとする。このとき、投射パターン８００の中心位置と位置Ａの距離Δａは以下の（７）式で表される。同様に、投射パターン８００の中心位置と位置Ｂの距離Δｂは以下の（８）式で表される。

このように簡易な演算式により、受光センサの設置位置と投射パターンの中心位置との距離を高速に算出することができ、その距離に基づいて、投射パターンの中心位置の水平方向のずれ量を算出することができる。また、より多くの受光センサを設置して測定を行い、フィッティングや信号蓄積によって検出精度を向上することができる。

また、スクリーン２上に画像が投射され、観察者がその画像を観賞している状態では、環境光やバックグラウンド光が多く存在する場合が多い。そこで、図８に示すように、投射パターン８００が投射されていない場所に設置されている受光センサ７０ｃで検出された信号量を用いてバックグラウンド光の影響を除去することができる。この場合、ΔａおよびΔｂはそれぞれ以下の（９）式および（１０）式で表される。図８では受光センサを水平方向に配置し、水平方向の位置ずれを検出する方法を説明したが、垂直方向の位置ずれの検出方法も同様である。

三角波状の輝度分布を有する投射パターン８００と同様に、図９に示す正弦波状の輝度分布９１０を有する投射パターン９００を用いてもよい。４位相以上の検出値（図９では受光センサ７０ａ〜７０ｄの４つの検出値）から投射パターン９００の位置を算出することができ、その位置に基づいて、投射パターン９００の投射位置の水平方向の位置ずれ量を算出することができる。また、受光センサ数を多くし位置検出分解能を上げることで位置ずれの検出精度を高めることができる。図９では受光センサを水平方向に配置し、水平方向の位置ずれを検出する方法を説明したが、垂直方向の位置ずれの検出方法も同様である。

上記では、複数個の受光センサを用いて位置ずれを検出する方法を説明したが、以下では１個の受光センサを用いて位置ずれを検出する方法を説明する。図１０は、パターン画像を形成する投射パターン１０００が、スクリーン枠５上での水平方向位置を時分割でずらしながら投射される様子を示している。スクリーン枠５上には受光センサ７０が設けられている。矢印１０１０は時間の経過方向を示しており、時間が経過するに従って、投射パターン１０００の投射位置が水平方向に変化していることが分かる。

異なる複数の時刻に受光センサ７０で検出される信号値から、上記と同様に投射パターン１０００の位置を算出することができ、その位置に基づいて、投射パターン１０００の投射位置の水平方向の位置ずれ量を算出することができる。この方法によれば、１個のパターン画像に対して１個の受光センサがあればよく、システムを簡易化することができる。また、スクリーン枠５に固定された１個の受光センサから得られた複数位相分の検出値に基づいて位置ずれを検出するため、スクリーン２に投射される投射画像のシェーディングの影響や受光センサの感度特性のばらつきの影響を受けない利点がある。

上述した各方法によって検出される、スクリーン枠５における各投射パターンの投射位置での水平方向および垂直方向の位置ずれ量から各投射パターンの投射位置での回転方向の位置ずれ量（傾斜角）を算出することが可能であり、複数位置での回転方向の位置ずれ量から補間演算によって投射画像全体の回転方向の位置ずれ量を算出することが可能である。または、回転方向に既知の輝度分布を有する投射パターンを投射すれば、各投射パターンの投射位置での回転方向の位置ずれ量を検出することが可能であり、複数位置での回転方向の位置ずれ量から補間演算によって投射画像全体の回転方向の位置ずれ量を算出することが可能である。

回転方向に輝度傾斜を有するパターンによる物体の角度検出例として、パターンを投射してディスプレイ上のセンサ付き物体を制御する内容が「稲見雅彦，“計測・通信・制御のためのディスプレイシステム”，２００６，p.21-31」に報告されている。以下、これと同様のパターンを用いて位置ずれを検出する方法を説明する。

図１１（ａ）は、回転方向に輝度傾斜を有する投射パターン１１００と受光センサ７０ａ〜７０ｅの位置関係を示している。図１１（ｂ）は投射パターン１１００の輝度傾斜の方向を示している。投射パターン１１００を扇形状の４つの領域１１００ａ，１１００ｂ，１１００ｃ，１１００ｄと中心部の領域１１００ｅとに分けると、領域１１００ａでは矢印１１１０の方向に輝度が増加し、領域１１００ｂでは矢印１１２０の方向に輝度が増加し、領域１１００ｃでは矢印１１３０の方向に輝度が増加し、領域１１００ｄでは矢印１１４０の方向に輝度が増加する。図１１（ｃ）は、複数の投射パターン１１００をスクリーン枠５上に投射した様子を示している。

以下、図１２を参照し、位置ずれ量の算出方法を説明する。受光センサ７０ｅではバックグラウンド光量が検出される。受光センサ７０ａの検出値からバックグラウンド光量を引いたものと、受光センサ７０ｂの検出値からバックグラウンド光量を引いたものとの差分、もしくは受光センサ７０ａの検出信号と受光センサ７０ｂの検出信号の差動信号Ｆが水平方向の位置ずれ量を示している。また、受光センサ７０ｃの検出値からバックグラウンド光量を引いたものと、受光センサ７０ｄの検出値からバックグラウンド光量を引いたものとの差分、もしくは受光センサ７０ｃの検出信号と受光センサ７０ｄの検出信号の差動信号Ｇが垂直方向の位置ずれ量を示している。さらに、受光センサ７０ａ〜７０ｄの検出値の総和により回転方向の位置ずれ量を得ることができる。

上述したように、本実施形態によれば、スクリーン２に投射画像を投射すると共にスクリーン枠５に位置ずれ検出用のパターン画像を投射し、そのパターン画像に基づいて検出した投射画像とスクリーン２との間の位置ずれ量に基づいて投射画像の位置を調整する。これによって、所望の投射画像の投射中にも投射画像とスクリーン２との間の位置調整を行うことができ、高精細な投射画像を安定して表示することができる。

また、カメラ７からの画像信号に基づいて位置ずれ演算装置１５が自動的に位置ずれ量を算出するので、長時間の調整作業は必要ない。また、位置ずれ演算装置１５によって算出された位置ずれ量に基づいて、画像信号処理装置１１または微動ステージ１４によって投射画像の位置ずれが自動的に調整されるので、手動による調整機構も必要ない。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明の一実施形態による画像投射システムの構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態における位置ずれ検出用のパターンを模式的に示す参考図である。本発明の一実施形態における位置ずれ検出用のパターンを模式的に示す参考図である。本発明の一実施形態における位置ずれ検出用のパターンを模式的に示す参考図である。本発明の一実施形態における位置ずれ検出用のパターンを模式的に示す参考図である。本発明の一実施形態において、二値的なパターンを用いた位置ずれの検出方法を説明するための参考図である。本発明の一実施形態において、基準パターンを表示する画像表示ディスプレイを設けた様子を示す参考図である。本発明の一実施形態において、三角波状の輝度分布を有するパターン画像を用いて位置ずれを検出する方法を説明するための参考図である。本発明の一実施形態において、正弦波状の輝度分布を有するパターン画像を用いて位置ずれを検出する方法を説明するための参考図である。本発明の一実施形態において、時分割で投射されるパターン画像を用いて位置ずれを検出する方法を説明するための参考図である。本発明の一実施形態において、回転方向に輝度傾斜を有するパターン画像を用いて位置ずれを検出する方法を説明するための参考図である。本発明の一実施形態において、回転方向に輝度傾斜を有するパターン画像を用いて位置ずれを検出する方法を説明するための参考図である。

符号の説明

１・・・画像投射装置、２・・・スクリーン、５・・・スクリーン枠、７・・・カメラ（パターン検出手段）、８・・・表示画像信号源、９・・・検出パターン発生装置、１０・・・画像合成器、１１・・・画像信号処理装置（位置調整手段）、１３・・・表示素子（画像投射手段）、１４・・・微動ステージ、１５・・・位置ずれ演算装置（位置ずれ量検出手段）、１６・・・ステージ制御装置（位置調整手段）、１７・・・投射光学系、１８・・・画像表示ディスプレイ（表示手段）、１９・・・光拡散板、７０，７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ，７０ｅ・・・受光センサ（パターン検出手段）

Claims

第１の表示領域に投射画像を投射すると共に、基準パターンが表示された、前記第１の表示領域と異なる第２の表示領域に位置ずれ検出用のパターン画像を投射する画像投射手段と、
前記第２の表示領域に投射された前記パターン画像および前記基準パターンを検出するパターン検出手段と、
前記パターン検出手段によって検出された前記パターン画像および前記基準パターンに基づいて、前記画像投射手段から投射される前記投射画像と前記第１の表示領域との間の位置ずれ量を検出する位置ずれ量検出手段と、
前記位置ずれ量検出手段によって検出された前記位置ずれ量に基づいて前記投射画像の位置を調整する位置調整手段と、
を備え、
前記パターン画像および前記基準パターンは、二値の輝度値からなる模様の密度の変化で表現された輝度分布を有する
ことを特徴とする画像投射システム。
第１の表示領域に投射画像を投射すると共に、基準パターンが表示された、前記第１の表示領域と異なる第２の表示領域に位置ずれ検出用のパターン画像を投射する画像投射手段と、
前記第２の表示領域に投射された前記パターン画像および前記基準パターンを検出するパターン検出手段と、
前記パターン検出手段によって検出された前記パターン画像および前記基準パターンに基づいて、前記画像投射手段から投射される前記投射画像と前記第１の表示領域との間の位置ずれ量を検出する位置ずれ量検出手段と、
前記位置ずれ量検出手段によって検出された前記位置ずれ量に基づいて前記投射画像の位置を調整する位置調整手段と、
を備え、
前記パターン画像および前記基準パターンは、大きさの異なる複数のパターンが所定方向に並べられていることにより表現された輝度分布を有する
ことを特徴とする画像投射システム。
第１の表示領域に投射画像を投射すると共に、基準パターンが表示された、前記第１の表示領域と異なる第２の表示領域に位置ずれ検出用のパターン画像を投射する画像投射手段と、
前記第２の表示領域に投射された前記パターン画像および前記基準パターンを検出するパターン検出手段と、
前記パターン検出手段によって検出された前記パターン画像および前記基準パターンに基づいて、前記画像投射手段から投射される前記投射画像と前記第１の表示領域との間の位置ずれ量を検出する位置ずれ量検出手段と、
前記位置ずれ量検出手段によって検出された前記位置ずれ量に基づいて前記投射画像の位置を調整する位置調整手段と、
を備え、
前記パターン画像および前記基準パターンは、Ｖ字型またはＸ字型の二値的なパターンである
ことを特徴とする画像投射システム。
前記基準パターンが印刷により形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の画像投射システム。
前記基準パターンの画像を表示する表示手段が前記第２の表示領域に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の画像投射システム。
画像投射手段から第１の表示領域に投射画像を投射すると共に、基準パターンが表示された、前記第１の表示領域と異なる第２の表示領域に位置ずれ検出用のパターン画像を投射し、
前記第２の表示領域に投射された前記パターン画像および前記基準パターンを検出し、
検出された前記パターン画像および前記基準パターンに基づいて、前記画像投射手段から投射される前記投射画像と前記第１の表示領域との間の位置ずれ量を検出し、
検出された前記位置ずれ量に基づいて前記投射画像の位置を調整し、
前記パターン画像および前記基準パターンは、二値の輝度値からなる模様の密度の変化で表現された輝度分布を有する
ことを特徴とする画像投射方法。
画像投射手段から第１の表示領域に投射画像を投射すると共に、基準パターンが表示された、前記第１の表示領域と異なる第２の表示領域に位置ずれ検出用のパターン画像を投射し、
前記第２の表示領域に投射された前記パターン画像および前記基準パターンを検出し、
検出された前記パターン画像および前記基準パターンに基づいて、前記画像投射手段から投射される前記投射画像と前記第１の表示領域との間の位置ずれ量を検出し、
検出された前記位置ずれ量に基づいて前記投射画像の位置を調整し、
前記パターン画像および前記基準パターンは、大きさの異なる複数のパターンが所定方向に並べられていることにより表現された輝度分布を有する
ことを特徴とする画像投射方法。
画像投射手段から第１の表示領域に投射画像を投射すると共に、基準パターンが表示された、前記第１の表示領域と異なる第２の表示領域に位置ずれ検出用のパターン画像を投射し、
前記第２の表示領域に投射された前記パターン画像および前記基準パターンを検出し、
検出された前記パターン画像および前記基準パターンに基づいて、前記画像投射手段から投射される前記投射画像と前記第１の表示領域との間の位置ずれ量を検出し、
検出された前記位置ずれ量に基づいて前記投射画像の位置を調整し、
前記パターン画像および前記基準パターンは、Ｖ字型またはＸ字型の二値的なパターンである
ことを特徴とする画像投射方法。