JP5241354B2 - 画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタ等の画像投射装置に関し、特に光学ズーム機能を有する画像投射装置に関する。

プロジェクタは、液晶パネル等の光変調素子（画像形成素子ともいう）によって画像変調された光を投射光学系を介してスクリーン等の被投射面に投射することで投射画像を形成する。このようなプロジェクタによって被投射面における所望の領域に投射画像を形成するためには、プロジェクタの向きや傾き、投射画像のアスペクト比や投射レンズの焦点距離（光学ズーム倍率）等の様々な投射条件を調整する作業が必要である。そして、１つの投射条件を変更すると、他の投射条件も再調整する必要が生じる場合が多く、煩雑である。

例えば、ズームを行うと投射画像は投射光軸を中心として拡大又は縮小されるため、投射画像の上端の位置が大きく変化する。このため、投射画像の上端を常にスクリーンの上端に合わせておきたいような場合には、ズームを行った後に必ずプロジェクタの傾き調整を行う必要がある。

特許文献１，２には、上記のような調整作業の煩雑さを軽減する機能を有する画像投射装置が開示されている。特許文献１にて開示された画像投射装置は、光変調素子上での光変調領域がシフト可能である場合に、ユーザ入力に応じて光変調領域をシフトさせ、これにより投射画像の投射位置をシフトさせることができる機能を有する。また、特許文献２にて開示された画像投射装置は、撮像センサにより投射画像を撮像して得られた画像からスクリーン及び投射画像の外縁部を認識し、各外縁部の情報に基づいて投射画像をスクリーン内に自動的に位置付ける機能を有する。
特開２００６−２４６３０６号公報 特開２００６−３１３９７９号公報

特許文献１にて開示された機能を用いれば、投射画像のサイズや形状が変更された場合でも、プロジェクタ自体を動かすことなく投射画像を所望の投影位置にシフトさせることが可能である。しかしながら、この機能は、電子ズームやアスペクト比変更等の操作によって光変調素子上での光変調領域をシフトさせることができるようになった場合に限って使用できる機能である。このため、投射光学系のズーム操作（光学ズーム）を行ったときには使用することができない。

また、特許文献２にて開示された機能を用いれば、光学ズームを行った場合に、スクリーン内の所定の領域に、サイズが調整された投射画像が自動的に表示される。しかしながら、特許文献２の機能は、プロジェクタには本来不必要である撮像センサが必要となる。また、スクリーンとその背後の壁面とを混同してスクリーンの正確な認識ができない場合や、そもそもスクリーンを使用していない場合においては使用することができない。

本発明は、撮像センサのような画像投射装置に本来用いられない部品を追加することなく、またスクリーンの有無や被投射面の種類にかかわらず、光学ズームを行った場合に自動的に投射画像の位置を調整することができるようにした画像投射装置を提供する。

本発明の一側面としての画像投射装置は、光変調素子からの光を被投射面に投射して投射画像を形成し、かつ光学ズームが可能な投射光学系と、投射画像の投射位置をシフトさせる投射位置シフト手段と、光学ズームが行われる前の投射画像における特定部分の被投射面上での投射位置である特定投射位置を設定する投射位置設定手段と、投射光学系の光学ズーム状態を検出する検出手段と、光学ズームが行われる前の光学ズーム状態を記憶する記憶手段とを有する。制御手段は、光学ズームが行われた後の投射画像における特定部分の被投射面上での投射位置を特定投射位置に合わせるように、光学ズームが行われる前と行われた後での光学ズーム状態に基づいて投射位置シフト手段を動作させる。また、投射位置設定手段は、特定部分の選択を可能とする機能を含むことを特徴とする。
本発明の他の側面としての画像投射装置は、光変調素子からの光を被投射面に投射して投射画像を形成し、かつ光学ズームが可能な投射光学系と、投射画像の投射位置をシフトさせる投射位置シフト手段と、光学ズームが行われる前の投射画像における特定部分の被投射面上での投射位置である特定投射位置を設定する投射位置設定手段と、投射光学系の光学ズーム状態を検出する検出手段と、光学ズームが行われる前の光学ズーム状態を記憶する記憶手段とを有する。制御手段は、光学ズームが行われた後の投射画像における特定部分の被投射面上での投射位置を特定投射位置に合わせるように、光学ズームが行われる前と行われた後での光学ズーム状態に基づいて投射位置シフト手段を動作させる。また、投射位置シフト手段は、光変調素子上での光変調領域をシフトさせることを特徴とする。

本発明では、特定投射位置を設定しておけば、光学ズームが行われても、該光学ズーム前後での光学ズーム状態に基づいて、投射画像の特定部分の位置が特定投射位置に合うように、投射画像の投射位置が自動的にシフトされる。このため、撮像センサのように画像投射装置に本来用いられない部品を追加することなく、またスクリーンの有無や被投射面の種類に関わらず、特定部分を特定投射位置から実質的に移動させることなく光学ズームによる投射画像の拡大及び縮小を行うことができる。この結果、光学ズームに伴う装置の向きや傾きの調整作業を不要とし、使い勝手の良い画像投射装置を実現することができる。

以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例である画像投射装置としてのプロジェクタの構成を示す。同図において、映像投射部１００においては、光源１４０からの光が、液晶パネルやＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）等の光変調素子１３０により変調される。光変調素子１３０は、プロジェクタの外部から入力された画像信号に応じて、入射した光を変調する。光変調素子１３０により変調された光は、投射光学系である投射レンズ１２０によって被投射面２００に投射される。これにより、被投射面２００上には、投射画像が形成される。

投射レンズ駆動部１１０は、投射レンズ１２０を構成する複数のレンズ（図には、２つレンズのみを示す）のうち変倍レンズ１２１を光軸ＡＸＬの方向（光軸方向）に移動させることにより、投射倍率（以下、ズーム倍率という）を変更する光学ズームを行う。変倍レンズ１２１の移動は、マニュアル操作力を変倍レンズ１２１にメカ的に伝達することにより行ってもよいし、不図示のズームスイッチの操作に応じて動作するアクチュエータによって変倍レンズ１２１を駆動することにより行ってもよい。

また、投射位置シフト手段としての投射レンズ駆動部１１０は、投射レンズ１２０を構成する複数のレンズのうち少なくとも一部（以下、シフトレンズという）１２２を光軸方向、つまりは投射方向に対して直交する方向にシフトさせる。これにより、被投射面２００上における投射画像の投射位置を上下左右にシフトさせることができる。

なお、本実施例では、シフトレンズ１２２のみを投射方向に対して直交する方向にシフトさせる場合について説明するが、投射レンズ１２０の全体をシフトさせてもよい。

ズーム倍率（つまりは変倍レンズ１２１の位置）やシフトレンズ１２２のシフト量の変更を指示する制御信号はそれぞれ、ズーム倍率制御部１０及びシフト量制御部２０から投射レンズ駆動部１１０に入力される。

倍率変化検知部（ズーム検出手段）３０は、一定周期でズーム倍率制御部１０に対して現在の光学ズーム状態であるズーム倍率を問い合せる。そして、ズーム倍率制御部１０から取得した現在のズーム倍率が直前のズーム倍率に対して所定値以上変化があったことを検知した場合には、倍率変化通知信号と現在のズーム倍率とをシフト量計算部８０に出力する。

投射位置設定手段としての固定位置設定部５０は、ユーザにより操作される操作部６０からの信号に応じて、特定投射位置としての投射固定位置の設定を行う。

ここで、投射固定位置について図３を用いて説明する。図３は、被投射面２００上に投射画像Ｇが投射されている様子を示している。点Ｏ（０，０）は、被投射面２００上における投射レンズ１２０の投射光軸の延長線が交差する位置（以下、単に光軸位置という）を表している。

また、点Ｐ０（ｘ０，ｙ０）は、投射画像Ｇにおける任意の部分（点）である特定部分を示している。固定位置設定部５０は、操作部６０からの信号に応じて該特定部分を上下左右に移動させる機能、すなわちユーザによる任意の特定部分の選択を可能とする機能を有する。例えば、図３は、投射画像Ｇの中心よりも若干下方（ただし、光軸位置より上方）の点を特定部分として選択している様子を示している。特定部分としては、他に、投射画像Ｇの上端、下端又は側端や、上端の辺と側端の辺とがなす角（頂点）や、投射画像Ｇの中心等を選択することができる。

固定位置設定部５０は、このようにして選択された特定部分の被投射面２００上での位置を投射固定位置として設定する。すなわち、図３の例では、Ｐ０（ｘ０，ｙ０）が投射固定位置として設定される。そして、固定位置設定部５０は、メモリ部７０に投射固定位置の情報を記憶させるとともに、ズーム倍率制御部１０から投射固定位置が設定された時点（つまりは、光学ズームが行われる前）でのズーム倍率を取得し、これもメモリ部７０に記憶させる。

シフト量計算部８０は、倍率変化検知部３０から倍率変化通知信号を受けると、同時に受け取った現在のズーム倍率と、メモリ部７０から読み出した投射固定位置の設定時点でのズーム倍率とに基づいて、光学ズーム後の投射画像の特定部分の位置を算出する。ここでの具体的な算出方法については後述する。

さらに、シフト量計算部８０は、メモリ部７０から投射固定位置の情報を読み出す。さらに、シフト量計算部８０は、投射固定位置と光学ズーム後の特定部分の位置の算出結果とに基づいて、画像シフト量を算出する。ここにいう画像シフト量とは、光学ズーム後の投射画像の特定部分を投射固定位置に合わせる（移動させる又は戻す）のに必要な投射画像全体のシフト量及びシフト方向を意味する。ここでの具体的な算出方法についても後述する。そして、算出した画像シフト量をシフト量制御部２０に送る。

シフト量制御部２０は、入力された画像シフト量を得るために必要なシフトレンズ１２２のシフト量及びシフト方向（以下、これらをまとめてレンズシフト量という）を算出する。そして、レンズシフト量に対応する制御信号を投射レンズ駆動部１１０に出力する。

投射レンズ駆動部１１０は、該制御信号により指示されたレンズシフト量だけシフトレンズ１２２をシフトさせる。これにより、光学ズーム後の投射画像の特定部分を、設定された投射固定位置に合わせる（移動させる又は戻す）ように投射画像全体をシフトさせることができる。なお、シフト量計算部８０及びシフト量制御部２０により、制御手段が構成される。

実際の動作においては、倍率変化検知部３０でのズーム倍率の変化の検知からシフトレンズ１２２のシフトが行われる直前までは、投射画像の特定部分の位置が被投射面２００上の投射固定位置から移動する。そして、シフトレンズ１２２のシフトが行われることで、投射画像の特定部分が投射固定位置に戻る。

しかし、ズーム倍率の変化の検知からシフトレンズ１２２のシフトが行われるまでに要する時間は、後述するフローチャートの１回のルーチンに要する時間に相当するきわめて短時間である。このため、本実施例によれば、実質的には、光学ズームが行われてズーム倍率が変更されても、投射画像の特定部分の位置が被投射面２００上の投射固定位置から移動しないように投射画像の投射位置を制御することができる。言い換えれば、光学ズーム後の投射画像の特定部分の位置を投射固定位置に合わせるように投射画像の投射位置を制御することができる。

以下の説明において、光学ズーム後の投射画像の特定部分の位置を投射固定位置に合わせる処理を投射位置補正処理という。

図２には、シフト量計算部８０及びシフト量制御部２０により行われる投射位置補正処理をフローチャートにして示している。この処理は、コンピュータプログラムに従って実行される。

処理が開始されると、ステップＳ１０では、シフト量計算部８０は、倍率変化検知部３０から倍率変化通知信号が入力されたか否か（ズーム倍率の変化を検知したか否か）を判別する。倍率変化通知信号が入力されていない場合は、本ステップＳ１０での処理を繰り返し、倍率変化通知信号が入力された場合は、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、シフト量計算部８０は、メモリ部７０から投射固定位置と投射固定位置の設定時点でのズーム倍率とを読み出す。そして、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０では、シフト量計算部８０は、倍率変化検知部３０から現在のズーム倍率（光学ズーム後のズーム倍率）を取得する。そして、投射固定位置の設定時点でのズーム倍率と現在のズーム倍率とに基づいて、光学ズーム後の投射画像の特定部分の位置を算出し、さらに該算出結果と投射固定位置とに基づいて画像シフト量を算出する。

ここで、図４を用いて光学ズーム後の投射画像の特定部分の位置の計算方法について説明する。図４中に破線で示した矩形は、図３に示した光学ズーム前の投射画像Ｇの投射範囲を表している。

本実施例の投射位置補正処理が行われない場合に光学ズーム（ここでは拡大とする）が行われると、投射画像Ｇは光軸位置Ｏ（０，０）を中心として拡大される。これにより、光学ズーム後の投射画像Ｇ′における特定部分の位置Ｐ′０（ｘ′０，ｙ′０）は、光学ズーム前の特定部分の位置（投射位置補正処理が行われる場合の投射固定位置）Ｐ０（ｘ０，ｙ０）に対して、光軸位置Ｏ（０，０）からより離れる方向に移動する。

光学ズーム前において投射固定位置Ｐ０（ｘ０，ｙ０）を設定した時点でのズーム倍率をａとし、光学ズーム後のズーム倍率をａ′とする。このとき、投射位置補正処理が行われない場合の光学ズーム後の投射画像Ｇ′における特定部分の位置Ｐ′０（ｘ′０，ｙ′０）は、
Ｐ′０（ｘ０×ａ′／ａ，ｙ０×ａ′／ａ）
と表すことができる。

また、ステップＳ３０では、シフト量制御部２０は、算出された光学ズーム後の投射画像Ｇ′における特定部分の位置と投射固定位置Ｐ０（ｘ０，ｙ０）とに基づいて画像シフト量を算出し、さらに該画像シフト量に対応するレンズシフト量を算出する。

ここで、図５を用いて、画像シフト量及びレンズシフト量の算出方法について説明する。図５中に点線で示した矩形は、図４に示した、投射位置補正処理が行われない場合の光学ズーム後の投射画像Ｇ′の投射範囲を表している。

光学ズーム後の特定部分の位置Ｐ′０（ｘ′０，ｙ′０）＝（ｘ０×ａ′／ａ，ｙ０×ａ′／ａ）を投射固定位置Ｐ０（ｘ０，ｙ０）に移動させる（一致させる）ためには、以下のように画像シフト量を設定すればよい。

ｘ方向：（ｘ０−ｘ０×ａ′／ａ）
ｙ方向：（ｙ０−ｙ０×ａ′／ａ）
そして、この画像シフト量を得るために、光軸位置をＯ（０，０）から、
Ｏ′（ｘ０−ｘ０×ａ′／ａ，ｙ０−ｙ０×ａ′／ａ）
＝（ｘ０−ｘ′０，ｙ０−ｙ′０）
にシフトさせるようにレンズシフト量を算出する。

次に、ステップＳ４０では、シフト量制御部２０は、ステップＳ３０で算出したレンズシフト量に応じてシフトレンズ１２２のシフト駆動を行う。これにより、光学ズーム後の投射画像Ｇ′は図５にＧ″で示す投射範囲にシフトする。その後、再びステップＳ１０へと戻る。

以上の動作により、前述したように、光学ズームが行われても、投射画像の特定部分の位置が被投射面２００上の投射固定位置から移動しないように、つまりは該特定部分の位置を投射固定位置に合わせるように、投射画像の投射位置を制御することができる。

なお、本実施例では、まず画像シフト量を算出し、該画像シフト量からレンズシフト量を算出する過程を経る場合について説明した。しかし、最終的なレンズシフト量が、Ｏ′（ｘ０−ｘ０×ａ′／ａ，ｙ０−ｙ０×ａ′／ａ）で与えられることが分かっているので、画像シフト量を算出することなく、投射固定位置と光学ズーム前後でのズーム倍率とから直接、レンズシフト量を算出してもよい。

図６には、（ａ）光学ズーム前の投射画像Ｇと、（ｂ）投射位置補正処理が行わないときの光学ズーム後の投射画像Ｇ′と、（ｃ）投射位置補正処理が行われるときの光学ズーム後の投射画像Ｇ″とを示す。ここでは、投射画像の中心が光軸位置（点Ｏ）であるとする。また、投射画像Ｇの左上頂点を特定部分とし、該特定部分の被投射面２００上での位置を投射固定位置Ｐ０とした場合を示している。さらに、光学ズーム後の投射画像Ｇ′は、被投射面２００と同じサイズに拡大された画像とする。

（ｂ）に示す投射画像Ｇ′は、点Ｏを中心に拡大されたまま投射位置補正処理が行われないため、左側の側部と上部が、被投射面２００からはみ出してしまう。このため、投射位置を被投射面２００内に収めるためにプロジェクタの向きや傾きを変更したり、投射画像Ｇ′のサイズが不明確である場合には、光学ズームを再度行ったりする必要がある。

これに対して、（ｃ）に示す投射画像Ｇ″は、実際には点Ｏを中心に拡大されるものの投射位置補正処理が行われるために、左上頂点が点Ｐ０に位置したまま（言い換えれば、点Ｐ０を中心にして）、被投射面２００内で拡大されるように見える。つまり、被投射面２００からはみ出させることなく投射画像Ｇ″を被投射面２００と同サイズまで拡大することができる。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

例えば、上記実施例では、光学ズームの前後での光学ズーム状態としてズーム倍率の情報を用いる場合について説明した。しかし、ズーム倍率の情報に代えて、変倍レンズ１２１の位置情報又は変倍レンズ１２１を移動させる機構に含まれる可動部材の位置情報を用いてもよい。

また、上記実施例では、光学ズームに対してほとんど遅れることなく投射位置補正処理が行われる場合について説明した。しかし、光学ズームによる投射画像の特定部分の投射固定位置からの移動を許容した上で、スイッチ操作に応じて投射位置補正処理が行われるようにしてもよい。

また、上記実施例では、投射位置シフト手段として、レンズをシフトさせることで被投射面上での投射画像の投射位置を変更する場合について説明した。しかし、光変調素子上での光変調領域（例えば、液晶パネル上での画像形成領域）をシフトさせることで被投射面上での投射画像の投射位置を変更するようにしてもよい。また、レンズのシフトと光変調素子上での光変調領域のシフトとを併用してもよい。

本発明の実施例であるプロジェクタの構成を示すブロック図。 実施例のプロジェクタの動作を示すフローチャート。 被投射面上における投射固定位置と光軸位置との関係を示す図。 光学ズーム後の投射画像の特定部分の投射固定位置からのずれを説明する図。 光学ズーム後の投射画像のシフト量の計算方法を説明する図。 光学ズームを行う前の投射画像と、実施例の投射位置補正処理が行われる場合と行われない場合とでの光学ズーム後の投射画像とを示す図。

符号の説明

１０ ズーム倍率制御部
２０ シフト量制御部
３０ 倍率変化検知部
５０ 固定位置設定部
６０ 操作部
７０ メモリ部
８０ シフト量計算部
１００ 映像投射部
１１０ 投射レンズ駆動部
１２０ 投射レンズ
１３０ 光変調素子
１４０ 光源
２００ 被投影面
Ｇ，Ｇ′，Ｇ″ 投射画像

Claims (3)

1. 光変調素子からの光を被投射面に投射して投射画像を形成し、かつ光学ズームが可能な投射光学系と、
   前記投射画像の投射位置をシフトさせる投射位置シフト手段と、
   前記光学ズームが行われる前の前記投射画像における特定部分の前記被投射面上での投射位置である特定投射位置を設定する投射位置設定手段と、
   前記投射光学系の光学ズーム状態を検出する検出手段と、
   前記光学ズームが行われる前の前記光学ズーム状態を記憶する記憶手段と、
   前記光学ズームが行われた後の前記投射画像における前記特定部分の前記被投射面上での投射位置を前記特定投射位置に合わせるように、前記光学ズームが行われる前と行われた後での前記光学ズーム状態に基づいて前記投射位置シフト手段を動作させる制御手段とを有し、
   前記投射位置設定手段は、前記特定部分の選択を可能とする機能を含むことを特徴とする画像投射装置。
2. 前記投射位置シフト手段は、前記光変調素子上での光変調領域をシフトさせることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 光変調素子からの光を被投射面に投射して投射画像を形成し、かつ光学ズームが可能な投射光学系と、
   前記投射画像の投射位置をシフトさせる投射位置シフト手段と、
   前記光学ズームが行われる前の前記投射画像における特定部分の前記被投射面上での投射位置である特定投射位置を設定する投射位置設定手段と、
   前記投射光学系の光学ズーム状態を検出する検出手段と、
   前記光学ズームが行われる前の前記光学ズーム状態を記憶する記憶手段と、
   前記光学ズームが行われた後の前記投射画像における前記特定部分の前記被投射面上での投射位置を前記特定投射位置に合わせるように、前記光学ズームが行われる前と行われた後での前記光学ズーム状態に基づいて前記投射位置シフト手段を動作させる制御手段とを有し、
   前記投射位置シフト手段は、前記光変調素子上での光変調領域をシフトさせることを特徴とする画像投射装置。