JP5721347B2 - 画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は、プロジェクタ等と称される画像投射装置に関し、特に投射光学系の交換が可能な画像投射装置に関する。

画像投射装置は、液晶パネル等の光変調素子（画像形成素子ともいう）によって変調された光を、投射光学系によりスクリーン等の被投射面に投射することで投射画像を表示する。ユーザが被投射面における所望の領域に投射画像を表示するためには、画像投射装置の向きや傾き等の投射条件を調整することが必要である。ただし、投射条件の変更によって、投射画像に幾何学的な歪み（例えば、台形歪み）が生じてしまう。

特許文献１には、装置の設置角度を検出し、検出角度に応じて幾何学歪み補正を行い、スクリーンに歪みのない投射画像を表示することができるようにした画像投射装置が開示されている。また、特許文献２には、投射光学系の着脱に伴う光学特性の変化に応じた画像処理（シャープネス調整）を行う画像投射装置が開示されている。

特開平４−４２６７９号公報 特許第３７７８２１１号公報

しかしながら、特許文献１にて開示された画像投射装置では、投射光学系が交換されて光学特性が変化することが考慮されていない。このため、投射光学系を交換した際に不適正な幾何学歪み補正を行ってしまい、歪みのない投射画像を表示することができなくなる可能性がある。

また、特許文献２にて開示された画像投射装置では、投射光学系の着脱に伴う光学特性の変化に対してシャープネス調整を行うものの、幾何学歪みの補正を行わない。

本発明は、投射光学系を交換した場合でも適正な幾何学歪み補正処理を行え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、画像信号に基づいて駆動された光変調素子により変調された光を投射光学系により被投射面に投射して投射画像を表示する画像投射装置であり、互いに異なる前記投射光学系を有する複数の交換光学ユニットが選択的に装着される。該画像投射装置は、補正データを用いて、投射画像に現れる幾何学歪みを低減するための画像信号の補正処理を行う補正手段と、複数の交換光学ユニットのうち少なくとも一部の交換光学ユニットに対応する装置側補正データを記憶した補正データ記憶手段と、補正処理に用いられる補正データとしての処理用補正データを取得する制御手段とを有する。そして制御手段は、複数の交換光学ユニットのうち該画像投射装置に装着された装着光学ユニットから該装着光学ユニットの識別情報または光学情報を取得し、補正データ記憶手段に取得した識別情報または光学情報に対応する装置側補正データが記憶されていない場合は、装着光学ユニットから該装着光学ユニットに記憶されている光学ユニット側補正データを処理用補正データとして取得し、または取得した光学情報に基づいて処理用補正データを取得し、補正データ記憶手段に取得した識別情報または光学情報に対応する装置側補正データが記憶されている場合は、装着光学ユニットに光学ユニット側補正データが記憶されていても、補正データ記憶手段から、取得した識別情報または光学情報に対応する装置側補正データを処理用補正データとして取得することを特徴とする。

本発明によれば、投射光学系（交換光学ユニット）を交換した場合でも、適正な幾何学歪み補正処理を行うことができる。

本発明の実施例１であるプロジェクタの構成を示すブロック図。 実施例１のプロジェクタの動作を示すフローチャート。 本発明の実施例２であるプロジェクタの動作を示すフローチャート。 本発明の実施例３であるプロジェクタの動作を示すフローチャート。 台形歪み補正が適正／不適正に行われた場合の原画像と投射画像の例を示す図。 台形歪み補正が適正／不適正に行われた場合の原画像と投射画像の他の例を示す図。

以下、本発明の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１である画像投射装置としてのプロジェクタの構成を示している。同図において、プロジェクタ１００では、光源１１０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１２０により変調される。

光変調素子１２０は、プロジェクタの外部から入力された映像信号（画像信号）に基づいて動作し、入射した光を変調する。

光変調素子１２０により変調された光は、レンズ交換マウント部１３０に取り外し可能に装着された交換型の投射レンズ（交換光学ユニット）２００内に設けられた投射光学系２１０によって被投射面３００に投射される。これにより、被投射面３００上に投射画像が表示される。

投射レンズ２００には、前述した投射光学系２１０と、投射レンズ側の記憶手段としてのメモリ部２２０とが設けられている。メモリ部２２０には、投射レンズ２００がプロジェクタに装着されたときに、プロジェクタ内の台形歪み補正部６０で幾何学歪み補正としての台形歪み補正（キーストン補正）を行うために用いられる補正パラメータ（光学ユニット側補正データ）が記憶されている。補正パラメータは、この投射レンズ２００（投射光学系２１０）に固有の、言い換えれば該投射レンズ２００に対応するパラメータである。

プロジェクタ１００には、投射光学系の構成や光学特性が異なる複数の投射レンズが選択的に装着可能である。そして、プロジェクタ１００に装着可能な複数の投射レンズには、投射レンズ２００のように補正パラメータを記憶したメモリ部２２０が設けられているものだけではなく、メモリ部２２０が設けられていないものも含まれる。

また、メモリ部２２０には、その投射レンズ２００の名称（型番）等、投射レンズ２００を識別するための固有の情報である識別情報や、該投射レンズ２００の投射光学系の光学特性に関する情報（以下、光学情報という）も記憶されている。光学情報には、画角、光軸シフト量およびレンズ歪み（収差）等が含まれる。光軸シフト量とは、光変調素子の中心に対する投射光学系の光軸のシフト量である。

メモリ部２２０に記憶された補正パラメータ、識別情報および光学情報（以下、これらをまとめてレンズ情報ともいう）は、プロジェクタの制御部（制御手段）３０によって通信部２０を通して取得（読み出し）が可能である。

プロジェクタにおいて、補正手段としての台形歪み補正部６０には、プロジェクタの外部からの上述した映像信号（画像信号）が入力される。台形歪み補正部６０は、制御部３０によって設定された補正パラメータと、該プロジェクタの被投射面３００に対する傾き角の情報とに基づいて、投射画像に現れる台形歪みを低減するための光変調素子１２０の駆動に関する補正処理としての台形歪み補正を行う。具体的には、台形歪み補正は、入力された映像信号に対して、投射画像に現れる台形歪みを打ち消すような逆台形歪みを与える幾何学補正（幾何変換）を行う。そして、台形歪み補正部６０は、光変調素子１２０を駆動する駆動信号を、該台形歪み補正後の画像信号に基づいて生成する。

制御部３０が取得する台形歪み補正に用いられる補正パラメータ（処理用補正データ）は、例えば、台形歪み補正の前後の画像信号における対応点の位置関係をプロジェクタの傾き角ごとに定義したデータや、画像信号に対する台形歪み補正演算を行うための変換式およびその係数によって構成される。補正パラメータは、投射光学系２１０の光学特性に応じて異なり、前述したように、投射レンズ２００に固有のデータである。

通信部２０は、制御部３０から発生されたレンズ情報取得要求に応じてメモリ部２２０と通信を行い、メモリ部２２０から前述したレンズ情報を読み出して制御部３０に送る。

プロジェクタ側の補正データ記憶手段としてのメモリ部４０にも、メモリ部２２０と同様に台形歪み補正部６０での台形歪み補正に用いられる補正パラメータ（装置側補正データ）が記憶されている。ただし、メモリ部４０には、プロジェクタに装着可能な複数の投射レンズのうち少なくとも一部の投射レンズに対応する複数の補正パラメータが記憶されている。

参照テーブルメモリ部５０には、プロジェクタに装着可能な複数の投射レンズのそれぞれの識別情報とメモリ部４０に記憶されている複数の補正パラメータのうちの１つとを対応付けるための参照テーブルが記憶されている。対応付けのための情報としては、例えば、識別情報に対応してメモリ部４０に記憶されている補正パラメータのメモリ部４０内での位置（アドレス）を示す情報である。

制御部３０は、ＵＩ（ユーザインターフェース）部１０での使用者の操作を通じて、被投射面３００に対するプロジェクタの傾き角の情報が入力されると、台形歪み補正部６０にて用いる傾き角としてその入力された傾き角を設定する。

また、制御部３０は、プロジェクタに現に装着されている投射レンズ（装着光学ユニット：以下、装着投射レンズともいう）から識別情報を取得する。そして、該識別情報に対応する補正パラメータがメモリ部４０に記憶されている場合は、その補正パラメータをメモリ部４０から読み出して台形歪み補正部６０にて用いる補正パラメータとして設定する。装着投射レンズの識別情報に対応する補正パラメータがメモリ部４０に記憶されていない場合であって、メモリ部２２０に補正パラメータが記憶されている場合には、その補正パラメータをメモリ部２２０から通信部２０を介して読み出す。そして、該補正パラメータを台形歪み補正部６０にて用いる補正パラメータとして設定する。

図２のフローチャートには、制御部３０により行われる、台形歪み補正部６０にて使用する補正パラメータを設定する処理の流れを示している。この処理は、制御部３０がコンピュータープログラムに従って実行する。

処理が開始されると、ステップＳ１０では、制御部３０は、ＵＩ部１０から被投射面３００に対するプロジェクタの傾き角の情報の入力がなったか否かを判別する。制御部３０は、傾き角の情報が入力されていない場合は本ステップでの処理を繰り返し、入力された場合はステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、制御部３０は、通信部２０に対して、レンズ情報取得要求を送り、装着投射レンズの識別情報（図にはレンズ名と記す）を取得する。そして、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０では、制御部３０は、参照テーブルメモリ部５０に記憶されている参照テーブルを取得し、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０では、制御部３０は、ステップＳ３０にて取得した参照テーブルに、ステップＳ２０で取得した装着投射レンズの識別情報と一致する識別情報が含まれているか否かを判別する。含まれていない場合はステップＳ５０に進み、含まれている場合はステップＳ６０に進む。

ステップＳ５０では、制御部３０は、通信部２０に対して、レンズ情報取得要求を送り、装着投射レンズのメモリ部２２０から補正パラメータを取得し、ステップＳ７０に進む。

一方、ステップＳ６０では、制御部３０は、参照テーブルから、メモリ部４０のうち装着投射レンズの識別情報に対応付けられた補正パラメータのアドレス情報を取得する。さらに、メモリ部４０からそのアドレスに記憶された補正パラメータを読み出す。そして、ステップＳ７０に進む。

ステップＳ７０では、制御部３０は、ステップＳ５０またはステップＳ６０にて取得した補正パラメータと、ステップＳ１０でＵＩ部１０から入力された傾き角とを台形歪み補正部６０に設定する。該設定を終えると、制御部３０は、ステップＳ１０に戻る。

次に、投射レンズを交換した場合に台形歪み補正部６０により適正／不適正な台形歪み補正が行われた映像信号を、図５および図６を用いて説明する。

図５および図６において、（ａ）は、台形歪み補正部６０にて台形歪み補正が行われない映像信号が形成する画像を示す。以下、映像信号が形成する画像を原画像という。（ｂ）は（ａ）の原画像に対して適正な台形歪み補正が行われた後の原画像を示す。（ｃ）は（ａ）の原画像に対して不適正な台形歪み補正が行われた後の原画像を示す。

また、（ｄ）は（ａ）の原画像に応じて変調された光を被投射面に対して斜め方向から投射した場合の投射画像を示す。以下、被投射面に対して斜め方向から投射することを斜め投射という。（ｅ）は（ｂ）の原画像に応じて変調された光を斜め投射した場合の投射画像を示す。（ｆ）は（ｃ）の原画像に応じて変調された光を斜め投射した場合の投射画像を示す。（ｄ）〜（ｆ）において、プロジェクタの被投射面に対する傾き角は互いに同じである。

なお、プロジェクタが被投射面に正対した状態では、原画像の形状と投射画像の形状は互いに相似となる。以下、被投射面に正対した状態で被投射面に画像を投射することを正対投射という。

ここで、適正な台形歪み補正とは、斜め投射時の投射画像の形状が、正対投射時の投射画像の形状と相似となるような台形歪み補正を意味する。一方、不適正な台形歪み補正とは、斜め投射時の投射画像の形状が、正対投射時の投射画像の形状と相似とならない台形歪み補正を意味する。

図５の（ｃ）は、装着投射レンズよりも焦点距離が短い投射レンズに対応する補正パラメータを用いて不適正な台形歪み補正を行った場合の原画像を示している。この場合、図５の（ｆ）に示すように、投射画像の台形歪みが十分に補正されていない。図６の（ｃ）は、装着投射レンズよりも光軸シフト量が大きい投射レンズに対応する補正パラメータを用いて不適正な台形歪み補正を行った場合の原画像を示している。この場合も、図６の（ｆ）に示すように、投射画像の台形歪みが十分に低減されていない。また、台形歪み補正に用いる傾き角を意図的に変えたとしても、被投射面上には原画像と異なるアスペクト比を有する投射画像が表示され、適正な台形歪み補正が行われない。

これに対して、図５の（ｂ），（ｅ）および図６の（ｂ），（ｅ）に示すように、装着投射レンズ（の焦点距離および光軸シフト量）に対応する補正パラメータを用いて適正な台形歪み補正を行うことで、台形歪みが十分に低減された投射画像を表示することができる。

次に、本実施例において、投射レンズ側のメモリ部２２０とプロジェクタ側のメモリ部４０のそれぞれに補正パラメータを記憶させるようにした理由について説明する。

メモリ部２２０に補正パラメータを記憶させる場合、その投射レンズを装着可能な全ての機種のプロジェクタに対する補正パラメータをメモリ部２２０に記憶させる必要がある。この場合、メモリ部２２０にはきわめて大きな記憶容量が必要となり、投射レンズの小型軽量化を妨げたりコストを増加させたりしてしまう。また、メモリ部２２０にのみ補正パラメータを記憶させる場合、制御部３０が該メモリ部２２０から補正パラメータを読み出すのに長時間を要するおそれがある。

これらの理由から、プロジェクタとこれに装着可能な投射レンズとが既に製品化されている場合には、該投射レンズに対応する補正パラメータをプロジェクタ側のメモリ部４０に記憶させる。また、プロジェクタとこれに装着可能な投射レンズのうちいずれか一方がまだ製品化されていない場合でも補正パラメータを使用できるように、投射レンズに対応する補正パラメータを投射レンズに設ける。

次に、本発明の実施例２であるプロジェクタについて説明する。本実施例のプロジェクタおよび交換型の投射レンズの基本的な構成は実施例１と同じであり、共通する構成要素には実施例１と同符号を付す。ただし、本実施例では、投射レンズ側のメモリ部２２０には、その投射レンズの識別情報と光学情報のみが記憶されており、補正パラメータは記憶されていない。また、本実施例では、制御部３０により行われる補正パラメータを設定する処理が実施例１とは異なる。

図３のフローチャートには、本実施例の制御部３０により行われる、台形歪み補正部６０にて使用する補正パラメータを設定する処理の流れを示している。この処理は、制御部３０がコンピュータープログラムに従って実行する。図３中のステップのうち、図２中に示したステップと同じステップについては、図２と同符号を付して説明に代える。本実施例では、図２に示したステップＳ５０の代わりにステップＳ８０とステップＳ９０が設けられている。

ステップＳ４０において装着投射レンズの識別情報（レンズ名）に一致する識別情報が参照テーブルに含まれていないと判別した制御部３０は、ステップＳ８０において、通信部２０に対してレンズ情報取得要求を送る。これにより、装着投射レンズのメモリ部２２０から、該装着投射レンズの光学情報（図にはレンズ光学特性と記す）を取得する。この後、ステップＳ９０に進む。

ステップＳ９０では、制御部３０は、ステップＳ８０で取得した光学情報に基づいて補正パラメータを演算（算出）する。これにより、プロジェクタ側のメモリ部４０および装着投射レンズ側のメモリ部２２０のいずれにも該装着投射レンズに対応する補正パラメータが記憶されていない場合でも、該装着投射レンズ（の光学情報）に対応する補正パラメータを得ることができる。この後、ステップＳ７０に進む。

次に、本実施例において、補正パラメータがメモリ部４０に記憶されていない場合のみ光学情報から補正パラメータを算出する理由について説明する。

補正パラメータを光学情報に基づいて算出する場合には、多くの計算が必要となることが多く、計算に長時間を要するおそれがある。このため、プロジェクタの応答性の観点からは光学情報に基づいて補正パラメータを算出する場合に比べて、補正パラメータをメモリ部４０に記憶させておいた方がよい。したがって、本実施例では、補正パラメータがメモリ部４０に記憶されていない場合にのみ、光学情報に基づいて補正パラメータを算出する。

次に、本発明の実施例３であるプロジェクタについて説明する。本実施例のプロジェクタおよび交換型の投射レンズの基本的な構成は実施例１と同じであり、共通する構成要素には実施例１と同符号を付す。

ただし、本実施例では、投射レンズ側のメモリ部２２０には、その投射レンズの光学情報のみが記憶されており、識別情報および補正パラメータは記憶されていない。また、参照テーブルメモリ部５０には、プロジェクタに装着可能な複数の投射レンズのそれぞれの光学情報とメモリ部４０に記憶されている複数の補正パラメータのうちの１つとを対応付けるための参照テーブルが記憶されている。対応付けのための情報としては、例えば、光学情報に対応してメモリ部４０に記憶されている補正パラメータのメモリ部４０内での位置（アドレス）を示す情報である。

さらに、本実施例では、制御部３０により行われる補正パラメータを設定する処理が実施例１，２とは異なる。図４のフローチャートには、本実施例の制御部３０により行われる、台形歪み補正部６０にて使用する補正パラメータを設定する処理の流れを示している。この処理は、制御部３０がコンピュータープログラムに従って実行する。図４中のステップのうち、図２中に示したステップと同じステップについては、図２と同符号を付して説明に代える。

ステップＳ１０の後、制御部３０は、ステップＳ１００において、通信部２０に対してレンズ情報取得要求を送り、装着投射レンズの光学情報（図にはレンズ光学特性と記す）を取得する。そして、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０で参照テーブルメモリ部５０に記憶されている参照テーブルを取得した制御部３０は、ステップＳ１１０において、参照テーブルに、ステップＳ１００で取得した装着投射レンズの光学情報と一致する光学情報が含まれているか否かを判別する。含まれていない場合はステップＳ１２０に進み、含まれている場合はステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１２０では、制御部３０は、参照テーブルに記憶されている光学情報のうち、ステップ１００で取得した光学情報に最も近いものを選択する。そして、選択した光学情報によってステップＳ１００で取得した光学情報を置き換える。この後、ステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１３０では、制御部３０は、参照テーブルから、メモリ部４０のうち装着投射レンズの光学情報（ステップＳ１２０で置換された光学情報を含む）に対応する補正パラメータのアドレス情報を取得する。さらに、メモリ部４０からそのアドレスに記憶された補正パラメータを読み出す。そして、ステップＳ７０に進む。

例えば、上記各実施例では、投射レンズ側のメモリ部２２０に補正パラメータが直接記憶されている場合について説明したが、メモリ部２２０に他のメモリに記憶されている補正パラメータを参照するためのアドレス等の情報を記憶させてもよい。

また、上記各実施例では、メモリ部４０，２２０をプロジェクタ側と投射レンズ側とに物理的に分けて設ける場合について説明したが、１つのメモリ部をプロジェクタ側、投射レンズ側または外部コンピュータに設け、論理的に分けて使用するようにしてもよい。

さらに、上記各実施例では、補正パラメータを台形歪み補正部６０に設定する場合について説明したが、台形歪み補正部６０に設定する補正パラメータは、補正パラメータの実体が記憶されているメモリを参照するためのアドレス等の情報であってもよい。

また、上記各実施例では幾何学歪み補正として台形歪み補正を行う場合について説明したが、レンズディストーション（レンズ歪み）による幾何学歪みの補正等、台形歪み補正以外の幾何学歪み補正を行ってもよい。

また、上記各実施例では、プロジェクタの被投射面に対する傾き角が変化するごとに台形歪み補正部６０に補正パラメータを設定する場合について説明した。しかし、補正パラメータは投射レンズが交換されたときにのみ設定し、傾き角のみが変化した場合は該傾き角のみを台形歪み補正部６０に設定するようにしてもよい。

また、上記各実施例では、台形歪み補正部６０に対する補正パラメータの設定を行うタイミングを、ＵＩ部１０による操作入力時としたが、投射レンズの交換を検出した場合や所定の時間が経過した時点等、他のタイミングであってもよい。

さらに、上記各実施例では、投射レンズの交換によって焦点距離や光軸シフト量を変更する場合について説明したが、台形歪み補正部６０に基準となる状態からの焦点距離や光軸シフト量の変化量を設定可能な構成としてもよい。また、補正パラメータに焦点距離や光軸シフト量の変化を考慮したデータを含めてもよい。

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。

適正な幾何学歪み補正が行える画像投射装置を提供できる。

３０ 制御部
４０ 補正パラメータメモリ部
５０ 参照テーブルメモリ部
６０ 台形歪み補正部
１００ プロジェクタ
１２０ 光変調素子
２００ 交換型投射レンズ
２１０ 投射光学系
２２０ メモリ部
３００ 被投射面

Claims (3)

1. 画像信号に基づいて駆動される光変調素子により変調された光を投射光学系により被投射面に投射して投射画像を表示する画像投射装置であり、互いに異なる前記投射光学系を有する複数の交換光学ユニットが選択的に装着される画像投射装置であって、
   補正データを用いて、前記投射画像に現れる幾何学歪みを低減するための前記画像信号の補正処理を行う補正手段と、
   前記複数の交換光学ユニットのうち少なくとも一部の交換光学ユニットに対応する装置側補正データを記憶した補正データ記憶手段と、
   前記補正処理に用いられる前記補正データとしての処理用補正データを取得する制御手段とを有し、
   前記制御手段は、
   前記複数の交換光学ユニットのうち該画像投射装置に装着された装着光学ユニットから該装着光学ユニットの識別情報または光学情報を取得し、
   前記補正データ記憶手段に前記取得した識別情報または光学情報に対応する前記装置側補正データが記憶されていない場合は、前記装着光学ユニットから該装着光学ユニットに記憶されている光学ユニット側補正データを前記処理用補正データとして取得し、または前記取得した光学情報に基づいて前記処理用補正データを取得し、
   前記補正データ記憶手段に前記取得した識別情報または光学情報に対応する前記装置側補正データが記憶されている場合は、前記装着光学ユニットに前記光学ユニット側補正データが記憶されていても、前記補正データ記憶手段から、前記取得した識別情報または光学情報に対応する前記装置側補正データを前記処理用補正データとして取得することを特徴とする画像投射装置。
2. 前記幾何学歪みは、前記交換光学ユニットが収差として有するディストーションによる歪みであることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
3. 前記制御手段は、前記装着光学ユニットから前記光学情報を取得した場合において、前記補正データ記憶手段に前記取得した光学情報に対応する前記装置側補正データが記憶されておらず、かつ前記装着光学ユニットに前記光学ユニット側補正データが記憶されていないときは、前記補正データ記憶手段から、該取得した光学情報に最も近い光学情報に対応する前記装置側補正データを選択して前記処理用補正データとして取得することを特徴とする請求項１または２に記載の画像投射装置。