JP5517225B2 - プロジェクタおよび画像位置設定方法 - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタおよび画像位置設定方法に関する。

スクリーン等の被投写平面を検出し、検出された被投写平面に画像を投写するプロジェクタが特許文献１および２に記載されている。

特許文献１に記載のプロジェクタは、撮像部にて生成された撮像画像内で他の領域よりも高輝度な領域を、スクリーンとして検出する。特許文献１に記載のプロジェクタは、スクリーンを検出すると、投写レンズの位置を調節して、スクリーンに画像を投写する。

特許文献２に記載のプロジェクタは、可動式距離センサにて、画像の投写方向に存在する物体までの距離を測定する。特許文献２に記載のプロジェクタは、距離の測定結果に基づいて、画像の投写方向に存在する被投写平面を検出する。特許文献２に記載のプロジェクタは、被投写平面を検出すると、投写レンズの位置を調節して、被投写平面に画像を投写する。

特開２００６−２０１６７３号公報 特開２００８−３３１３６号公報

特許文献１および２には、スクリーンに画像を投写するプロジェクタは記載されているが、スクリーン内の特定の位置（例えば、ユーザが指定した位置）に画像を投写する技術については記載されていない。

このため、特許文献１および２のそれぞれの記載のプロジェクタでは、ユーザが指定した位置に画像を投写させる場合、ユーザがプロジェクタの向きを調整して投写画像の位置を変更しなければならないという課題があった。

本発明の目的は、上述した課題を解決可能なプロジェクタおよび投写画像位置設定方法を提供することにある。

本発明のプロジェクタは、特定光を発生する発光手段および音波を発信する発信手段を含む発信器と、組み合わせて使用されるプロジェクタであって、画像を表す画像光を生成する生成手段と、前記画像光を、投写位置をシフト可能に投写する投写レンズと、前記特定光を受光する受光手段と、互いに離れて配置され、前記音波を受信する第１受信手段および第２受信手段と、前記受光手段での前記特定光の受光時刻と、前記第１受信手段および第２受信手段の各々での前記音波の受信時刻と、に基づいて、前記発信器が前記画像光の中心に位置するように前記投写レンズに投写位置をシフトさせる制御手段と、を有する。

本発明の画像位置設定方法は、特定光を発生する発光手段および音波を発信する発信手段を含む発信器と組み合わせて使用され、画像光を、投写位置をシフト可能に投写する投写レンズと、特定光を受光する受光手段と、互いに離れて配置され、音波を受信する第１受信手段および第２受信手段とを有するプロジェクタでの画像位置設定方法であって、前記受光手段での前記特定光の受光時刻と、前記第１受信手段および第２受信手段の各々での前記音波の受信時刻と、に基づいて、前記発信器が前記画像光の中心に位置するように前記投写レンズに投写位置をシフトさせる制御を行う。

本発明によれば、プロジェクタから投写された映像の位置を容易に変更することが可能になる。

本発明の一実施形態のプロジェクタ１００を示したブロック図である。 プロジェクタ１００とポインティングデバイス２００との位置関係を示した図である。 赤外線パルスと超音波の送受信タイミングを示した図である。 レンズシフト機構１０７の動作を説明するための図である。 画像光（投写画面）の位置を変更する例を示した図である。 画像光（投写画面）の位置を変更する例を示した図である。 画像光（投写画面）の位置を変更する例を示した図である。

以下、本発明の一実施形態のプロジェクタについて図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態のプロジェクタ１００を示したブロック図である。

図１において、プロジェクタ１００は、ポインティングデバイス２００と組み合わせて使用される。

ポインティングデバイス２００は、スイッチ２０１と、赤外線発光部２０２と、超音波発生部２０３と、を含む。赤外線発光部２０２と超音波発生部２０３とは、発信器２００ａに含まれる。ポインティングデバイス２００は、例えば、指し棒であり、先端部に発信器２００ａが設けられ、他端にスイッチ２０１が設けられている。

スイッチ２０１は、例えば、ユーザにて押下される。

赤外線発光部２０２は、一般的に投光手段と呼ぶことができる。赤外線発光部２０２は、スイッチ２０１が押下されると、赤外線パルスを発生する。赤外線パルスは特定光の一例である。

超音波発光部２０３は、一般的に発信手段と呼ぶことができる。超音波発光部２０３は、スイッチ２０１が押下されると、超音波を発信する。超音波は音波の一例である。

プロジェクタ１００は、生成部１０１と、投写レンズ１０２と、赤外線受光部１０３と、超音波受信部１０４および１０５と、距離算出部１０６と、レンズシフト機構１０７と、を含む。距離算出部１０６とレンズシフト機構１０７は、制御部１０８に含まれる。

生成部１０１は、一般的に生成手段と呼ぶことができる。生成部１０１は、画像を表す画像光を生成する。例えば、生成部１０１は、画像信号に応じた画像を形成する液晶パネル１０１ａと、液晶パネル１０１ａに形成された画像に光を照射して画像光を生成する光源１０１ｂと、を含む。

投写レンズ１０２は、生成部１０１にて生成された画像光を投写する。投写レンズ１０２の位置はシフト可能である。投写レンズ１０２の位置がシフトすることによって、画像光の投写位置がシフトされる。

赤外線受光部１０３は、一般的に受光手段と呼ぶことができる。赤外線受光部１０３は、赤外線発光部２０２が発生した赤外線パルスを受光する。

超音波受信部１０４は、一般的に第１受信手段と呼ぶことができる。超音波受信部１０４は、超音波発光部２０３が発信した超音波を受信する。

超音波受信部１０５は、一般的に第２受信手段と呼ぶことができる。超音波受信部１０５は、超音波発光部２０３が発信した超音波を受信する。

図１には示されていないが、超音波受信部１０４と超音波受信部１０５とは、投写レンズ１０２を介して、互いに離れて配置されている。本実施形態では、超音波受信部１０４から投写レンズ１０２までの距離と超音波受信部１０５から投写レンズ１０２までの距離は等しい。以下、超音波受信部１０４から投写レンズ１０２までの距離と、超音波受信部１０５から投写レンズ１０２までの距離とを、距離Dと称する。

制御部１０８は、一般的に制御手段と呼ぶことができる。制御部１０８は、赤外線受光部１０３が赤外線発光部２０２からの赤外線パルスを受光した時刻と、超音波受信部１０４が超音波発光部２０３からの超音波を受信した時刻と、超音波受信部１０５が超音波発光部２０３からの超音波を受信した時刻と、に基づいて、発信器２００ａが投写レンズ１０２からの画像光の中心に位置するように投写レンズ１０２に投写位置をシフトさせる。

距離算出部１０６は、一般的に算出手段と呼ぶことができる。

距離算出部１０６は、赤外線受光部１０３が赤外線発光部２０２からの赤外線パルスを受光した時刻と、超音波受信部１０４が超音波発光部２０３からの超音波を受信した時刻と、に基づいて、発信器２００ａから超音波受信部１０４までの距離（以下「第１距離」と称する）Taを算出する。

また、距離算出部１０６は、赤外線受光部１０３が赤外線発光部２０２からの赤外線パルスを受光した時刻と、超音波受信部１０５が超音波発光部２０３からの超音波を受信した時刻と、に基づいて、発信器２００ａから超音波受信部１０５までの距離（以下「第２距離」と称する）Tbを算出する。

レンズシフト機構１０７は、一般的に設定手段と呼ぶことができる。

レンズシフト機構１０７は、第１距離Taと第２距離Tbとに基づいて投写レンズ１０２と発信器２００ａとを通る直線Bが予め定められた投写基準軸Aに対して成す傾き角度αを表す傾き情報を生成する。

レンズシフト機構１０７は、投写レンズ１０２を制御することによって、具体的には、投写レンズ１０２の位置を制御することによって、投写レンズ１０２の中心点と投写画像の中心を結ぶ線が投写基準軸Aに対して成す角度を、傾き情報が表す傾き角度αに設定する。なお、投写基準軸Aは、例えば、投写レンズ１０２を通る軸であり、本実施形態では、投写基準軸Aとして、第１距離Taと第２距離Tbとが等しいときに形成される直線Bが用いられる。

レンズシフト機構１０７は、例えば、第１距離Taと第２距離Tbに基づいて発信器２００ａの位置を特定し、発信器２００ａの位置と投写レンズ１０２を通る直線Bが投写基準軸Aに対して所定の回転方向の向きで成す傾き角度αを表す傾き情報を生成する。

なお、レンズシフト機構１０７は、第１距離Taと第２距離Tbとの差を算出し、算出された差に基づいて傾き情報を生成してもよい。

次に、動作を説明する。

図２は、プロジェクタ１００と発信器２００ａとの位置関係の一例を示した図である。なお、図２において、図１に示したものと同一構成のものには同一符号を付してある。

図２において、ユーザは、プロジェクタ１００から投写される画像の位置を投写面３００上の位置Tに設定したい場合、発信器２００ａが位置Tに存在する状況でスイッチ２０１を押下する。

スイッチ２０１が押下されると、ポインティングデバイス２００内の赤外線発光部２０２が、赤外線パルスを発生し、かつ、ポインティングデバイス２００内の超音波発光部２０３が、超音波を発信する。図３（ａ）は、赤外線発光部２０２からの赤外線パルス２０２ａの投光時刻（投光タイミング）と、超音波発生部２０３からの超音波２０３ａの発信時刻（発信タイミング）と、を表した図である。

赤外線発光部２０２からの赤外線パルス２０２ａは、赤外線受光部１０３で受光され、超音波発生部２０３からの超音波２０３ａは超音波受信部１０４および１０５で受信される。

図３（ｂ）は、赤外線受光部１０３での赤外線パルスの受光時刻（受光タイミング）と、超音波受信部１０４での超音波の受信時刻（受信タイミング）と、超音波受信部１０５での超音波の受信時刻（受信タイミング）と、を表した図である。図３（ｂ）では、赤外線受光部１０３で受光された赤外線パルスを赤外線パルス１０３ａと示し、超音波受信部１０４で受信された超音波を超音波１０４ａと示し、超音波受信部１０５で受信された超音波を超音波１０５ａと示している。

赤外線パルスは光速で進むので、赤外線受光部１０３での赤外線パルス１０３ａの受光時刻は、赤外線発光部２０２での赤外線パルス２０２ａの発光時刻とほぼ同じとなる。

一方、超音波受信部１０４での超音波１０４ａの受信時刻は、超音波発生部２０３から超音波２０３ａが発信された時刻から、発信器２００ａから超音波受信部１０４までの距離（第１距離）Taを音速で割って得られた時間だけ遅れる。

また、超音波受信部１０５での超音波１０５ａの受信時刻は、超音波発生部２０３から超音波２０３ａが発信された時刻から、発信器２００ａから超音波受信部１０５までの距離（第２距離）Tbを音速で割って得られた時間だけ遅れる。

したがって、超音波１０４ａの受信時刻から赤外線パルス１０３ａの受光時刻を引いた時間TimeA１０４ｂが、発信器２００ａから超音波受信部１０４までの距離Taに応じた値つまり第１距離Taを間接的に示す情報となる。

また、超音波１０５ａの受信時刻から赤外線パルス１０３ａの受光時刻を引いた時間TimeB１０５ｂが、発信器２００ａから超音波受信部１０５までの距離Tbに応じた値つまり第２距離Tbを間接的に示す情報となる。

本実施形態では、算出部１０４は、時間TimeA１０４ｂに音速を掛けて第１距離Taを算出し、時間TimeB１０５ｂに音速を掛けて第２距離Tbを算出する。

算出部１０４は、第１距離Taと第２距離Tbとを、レンズシフト機構１０７に出力する。

レンズシフト機構１０７は、第１距離Taと第２距離Tbとを受け付けると、第１距離Taおよび第２距離Tbに基づいて投写レンズ１０２の位置を制御することによって、投写レンズ１０２からの投写画像を発信器２００ａに向ける。よって、発信器２００ａが、投写レンズ１０２からの画像光の中心に位置する。

図４は、レンズシフト機構１０７の動作を説明するための図である。図４において、図２に示したものと同一構成のものには同一符号を付してある。

図４において、発信器２００ａの位置TをT(x, y)、Tb=Ta+dとすると、
超音波受信部１０４と位置Tと位置Pで形成される直角三角形より、y²+(x−D)² = Ta² …(1)。
超音波受信部１０５と位置Tと位置Pで形成される直角三角形より、y²+(x＋D)² = Tb² …(2)。

(2)式−(1)式より、4xD = Tb²-Ta²となり、

が求まる。また(1)式より、

となる。

距離Dはプロジェクタ１００の設計値であり、距離TaおよびTbは既に解っているので、(3)式および(4)式により、特定面上での発信器２００ａの位置T(x, y)を求めることができる。

本実施形態では、レンズシフト機構１０７は、(3)式および(4)式を計算することによって、位置T(x, y)を特定する。なお、距離Dはプロジェクタ１００の設計値であるため、(3)式および(4)式ではDは定数として扱われ、レンズシフト機構１０７に格納されている。このため、位置T(x, y)は、実質的に、距離TaおよびTbに基づいて算出される。

また、投写レンズ１０２と発信器２００ａの位置を通る直線Bが、投写基準軸であるプロジェクタ中心軸Aに対して、反時計回りの向きで成す傾き角度αも、
α＝９０−θ …(5)

により求めることができる。

本実施形態では、レンズシフト機構１０７は、(5)式および(6)式を計算することによって傾き角度αを特定し、傾き角度αを表す傾き情報を生成する。

レンズシフト機構１０７は、投写レンズ１０２を制御して、図４に示した面内で投写レンズ１０２の中心点と投写画像の中心を結ぶ線が投写基準軸Aに対して反時計回りの向きで成す角度を、傾き情報が表す傾き角度αに設定する。

なお、レンズシフト機構１０７は、発信器２００ａの位置T(x, y)を独立変数とし傾き角度αを従属変数とする関数Ｆ１を保持し、位置T(x, y)と関数Ｆ１とに基づいて、傾き角度αを特定してもよい。

また、レンズシフト機構１０７は、傾き角度αを独立変数とし、投写レンズ１０２の中心点と投写画像の中心を結ぶ線が投写基準軸Aに対して反時計回りの向きで成す角度を傾き角度αに設定する際の投写レンズ１０２の位置Dtを従属変数とする関数Ｆ２を保持し、傾き角度αと関数Ｆ２とに基づいて位置Dtを求め、位置Dtと現在の投写レンズ１０２の位置Dとから、投写レンズ１０２のレンズシフト移動量Dx（Dx=Dt−D）を求め、投写レンズ１０２の位置をレンズシフト移動量Dxだけ動かしてもよい。なお、位置Dtは、傾き角度αを間接的に表す情報（傾き情報）となる。

また、レンズシフト機構１０７は、位置T(x, y)を独立変数とし、位置Dtを従属変数とする関数Ｆ３を保持し、位置T(x, y)と関数Ｆ３とに基づいて位置Dtを求め、位置Dtと現在の投写レンズ１０２の位置Dとから、投写レンズ１０２のレンズシフト移動量Dxを求め、投写レンズ１０２の位置をレンズシフト移動量Dxだけ動かしてもよい。なお、関数Ｆ３は、例えば、位置T(x, y)に基づいて、傾き角度αを表す傾き情報を算出し、傾き情報が表す傾き角度αに基づいて位置Dtを算出する計算を実行する関数である。

本実施形態によれば、制御部１０８は、赤外線受光部１０３が発信器２００ａからの赤外線パルスを受光した時刻と、超音波受信部１０４が発信器２００ａからの超音波を受信した時刻と、に基づいて、発信器２００ａが投写レンズ１０２からの画像光の中心に位置するように投写レンズ１０２に投写位置をシフトさせる。

このため、発信器２００ａが赤外線パルスと超音波を出力すると、レンズシフト機構１０７は、投写レンズ１０２からの画像光を、発信器２００ａが赤外線パルスと超音波とを出力した場所に投写する。

よって、投写レンズ１０２から投写される画像光の位置を容易に変更することが可能になる。

図５〜図７は、画像光（投写画面）の位置を変更する例を示した図である。図５〜図７において、図２に示したものと同一構成を示すものには同一符号を付してある。

図５は、投写画像４００が、投写レンズ１０２のレンズシフトにより投写可能なエリア３０１のうち、エリア３０１ａに投写されている状況を示している。

図６は、投写画像４００がエリア３０１ａに投写されている状況で、ユーザ５００が、指し棒であるポインティングデバイス２００の発信部２００ａをエリア３０１ｂ内に配置して、スイッチ２０１を押下した状態を示した図である。スイッチ２０１が押下されることによって、発信部２００ａから赤外線パルスと超音波が出力される。

プロジェクタ１００は、発信部２００ａから赤外線パルスと超音波を受け付けると、投写レンズ１０２からの画像光の投写位置をエリア３０１ｂに変更する。

図７は、投写レンズ１０２からの画像光の投写位置がエリア３０１ｂに変更された状態を示した図である。

また、本実施形態では、距離算出部１０６は、赤外線受光部１０３が発信部２００ａからの赤外線パルスを受光した時刻と、超音波受信部１０４が発信部２００ａからの超音波を受信した時刻と、に基づいて、第１距離Taを算出し、赤外線受光部１０３が発信部２００ａからの赤外線パルスを受光した時刻と、超音波受信部１０５が発信部２００ａからの超音波を受信した時刻と、に基づいて、第２距離Tbを算出する。

レンズシフト機構１０７は、距離算出部１０６にて算出された第１距離Taおよび第２距離Tbに基づいて、投写レンズ１０２と発信部２００ａの位置を通る直線Bが投写基準軸Aに対して成す傾き角度αを表す傾き情報を生成し、投写レンズ１０２を制御して、特定面内で投写レンズ１０２の中心点と投写画像の中心を結ぶ線が投写基準軸Aに対して成す角度を、傾き情報が表す傾き角度αに設定する。

また、本実施形態では、レンズシフト機構１０７は、第１距離Taおよび第２距離Tbに基づいて、発信部２００ａの位置を特定し、ポインティングデバイス２００の位置と投写レンズ１０２とを通る直線Bが投写基準軸Aに対して成す傾き角度αを表す傾き情報を生成する。

このため、直線Bを高い精度で特定することが可能になり、これに伴い、傾き角度αを高い精度で特定することが可能になる。よって、投写レンズ１０２から投写される画像光の位置を、発信部２００ａが赤外線パルスと超音波とを出力した場所に、高い精度で設定することが可能になる。

なお、レンズシフト機構１０７は、第１距離Taと第２距離Tbとの差を算出し、その差に基づいて傾き情報を生成してもよい。第１距離Taと第２距離Tbとの差は、傾き角度αの変化に伴い変化する。このため、第１距離Taと第２距離Tbとの差に基づいて、傾き情報を生成できる。この場合、傾き情報を簡単に生成することが可能になる。また、レンズシフト機構１０７は、位置Dtを、Dt＝A×(Tb−Ta)を計算することによって算出する。

なお、Aは、プロジェクタ個別のレンズシフト係数Aである。レンズシフト係数Aは、Tb−Taの値を傾き角度αを表す傾き情報に変換するための変換係数Xと、傾き情報で表された傾き角度αを位置Dtに変換するための変換係数Yと、からなる。よって、レンズシフト機構１０７は、Dt＝A×(Tb−Ta)を計算することによって、実質的に、Tb−Taの値に基づいて傾き情報を生成し、その傾き情報から位置Dtを算出することになる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１００ プロジェクタ
１０１ 生成部
１０１ａ 液晶パネル
１０１ｂ 光源
１０２ 投写レンズ
１０３ 赤外線受光部
１０４ 超音波受信部
１０５ 超音波受信部
１０６ 距離算出部
１０７ レンズシフト機構
１０８ 制御部
２００ ポインティングデバイス
２００ａ 発信器
２０１ スイッチ
２０２ 赤外線発光部
２０３ 超音波発生部

Claims (6)

1. 特定光を発生する発光手段および音波を発信する発信手段を含む発信器と、組み合わせて使用されるプロジェクタであって、
   画像を表す画像光を生成する生成手段と、
   前記画像光を、投写位置をシフト可能に投写する投写レンズと、
   前記特定光を受光する受光手段と、
   互いに離れて配置され、前記音波を受信する第１受信手段および第２受信手段と、
   前記受光手段での前記特定光の受光時刻と、前記第１受信手段および第２受信手段の各々での前記音波の受信時刻と、に基づいて、前記発信器が前記画像光の中心に位置するように前記投写レンズに投写位置をシフトさせる制御手段と、を有するプロジェクタ。
2. 請求項１に記載のプロジェクタにおいて、
   前記制御手段は、
   前記受光手段での前記特定光の受光時刻と、前記第１受信手段および第２受信手段の各々での前記音波の受信時刻と、に基づいて、前記発信器と前記第１受信手段との第１距離と、前記発信器と前記第２受信手段との第２距離と、を算出する算出手段と、
   前記第１距離と前記第２距離に基づいて、前記投写レンズと前記発信器とを通る直線が予め定められた投写基準軸に対して成す傾き角度を求め、前記投写レンズを制御して、前記投写レンズの中心点と投写画像の中心を結ぶ線が前記投写基準軸に対して成す角度を前記傾き角度に設定する設定手段と、を有するプロジェクタ。
3. 請求項２に記載のプロジェクタにおいて、
   前記設定手段は、前記第１距離と前記第２距離に基づいて前記発信器の位置を特定し、前記投写レンズと前記発信器の位置を通る直線が前記投写基準軸に対して成す傾き角度を求める、プロジェクタ。
4. 請求項２に記載のプロジェクタにおいて、
   前記設定手段は、前記第１距離と前記第２距離との差を算出し、当該差に基づいて前記傾き角度を求める、プロジェクタ。
5. 特定光を発生する発光手段および音波を発信する発信手段を含む発信器と組み合わせて使用され、画像光を、投写位置をシフト可能に投写する投写レンズと、前記特定光を受光する受光手段と、互いに離れて配置され、前記音波を受信する第１受信手段および第２受信手段とを有するプロジェクタでの画像位置設定方法であって、
   前記受光手段での前記特定光の受光時刻と、前記第１受信手段および第２受信手段の各々での前記音波の受信時刻と、に基づいて、前記発信器が前記画像光の中心に位置するように前記投写レンズに投写位置をシフトさせる制御を行う画像位置設定方法。
6. 請求項５に記載の画像位置設定方法において、
   前記制御を行うことは、
   前記受光手段での前記特定光の受光時刻と、前記第１受信手段および第２受信手段の各々での前記音波の受信時刻と、に基づいて、前記発信器と前記第１受信手段との第１距離と、前記発信器と前記第２受信手段との第２距離と、を算出し、
   前記第１距離と前記第２距離に基づいて、前記投写レンズと前記発信器とを通る直線が予め定められた投写基準軸に対して成す傾き角度を求め、
   前記投写レンズを制御して、前記投写レンズの中心点と投写画像の中心を結ぶ線が前記投写基準軸に対して成す角度を前記傾き角度に設定すること、を有する画像位置設定方法。

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