TWI273334B

TWI273334B - Keystone distortion correction of projector

Info

Publication number: TWI273334B
Application number: TW094106483A
Authority: TW
Inventors: Morio Matsumoto
Original assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2007-02-11
Also published as: EP1585325A1; JP3714365B1; US20050219472A1; EP1585325B1; CN100352274C; KR20060044952A; US7252386B2; DE602005017695D1; JP2005318510A; CN1678049A; TW200537234A; KR100618177B1

Description

1273334 (1) 九、發明說明【發明所屬之技術領域】本發明是關於一種投影機的楔形失真校正技術。、【先前技術】近年來，將影像投射在螢幕的投影機急速地普遍化。一般投影機是正對於螢幕所配置著作爲前提而被設計，因 Φ 此若投影機配置成未正對於螢幕時，則畫像成爲失真狀態〇一方面’若投影機配置成未正對於螢幕時，則不僅畫像而在亮度分布上也成爲變動的狀態。又，在投影機裝備攝影裝置時，在螢幕的左右上攝影距離不相同，因此藉由逆平方的定理，而在螢幕的左右上攝影裝置的受光量也成爲變動。此種受光量的變動，是也可利用於推測對於投影機的光軸的螢幕的傾斜的情形。 φ 但是’受光量的變動，是不僅螢幕的傾斜，而且藉由投影機正對於螢幕所配置時的照度分布，也有變動的問題【發明內容】本發明是爲了解決先前技術的上述課題而創作者，其目的是在於提供一種在按照螢幕的亮度分布來進行起因於绪幕的傾斜的畫像失真校正的投影機中，可提高校正精度的技術。 -4- (4) 1273334 電腦程式而具體實現在載波內的資料訊號，具備記憶裝置的消耗品容器等的各種形態就可實現。【實施方式】以下，依據實施例以以下順序說明本發明的實施形態 A.液晶投影機的基本上構成：

B .推測光學系統的照度比爲1 0 0 %時的相對角度： C ·推測光學系統的照度比爲8 0 %時的相對角度： D ·本發明的實施例的楔形失真校正處理： E.變形例z A ·投影機的基本上構成· 第1圖是表示作爲本發明的一實施例的液晶投影機1 〇的構成的方塊圖。液晶投影機1 〇是具備：將畫像投影在螢 φ 幕SC上所用的光學系統1 00，及控制投影光的控制系統 200。光學系統100是具備：照明光學系統100，液晶面板 (LCD ) 120，及投影光學系統130。控制系統200是具備 ' :控制器2 1 0，畫像處理部2 2 0，液晶面板（l C D )驅動器 - 23 0，攝影畫像解決部260，以及攝影部2 5 0。控制器2 1 0是具備未圖式的C P U或記憶體。控制器2 1 0 是控制畫像處理部220，LCD驅動器230，以及攝影畫像解析部2 6 0。畫像處理部2 2 0是處理從外部所給於的輸入畫像訊號 (5) 1273334 而生成對於LCD驅動器23 0的輸入訊號。在輸入畫像訊號的處理，包括畫質調整處理或楔形失真校正處理的各種畫像處理。畫質調整處理有如亮度調整或色溫度校正的處理。楔形失真校正處理，是用以校正螢幕S C對於液晶投影機1 〇的光學系統1 00的光軸未正對時所產生的畫像失真（楔形失真）的處理。 LCD驅動器23 0是依據從畫像處理部220所輸入的畫像 φ 資料生成用以驅動液晶面板1 20的驅動訊號。該驅動訊號是供給於液晶面板1 20，而被使用在控制液晶面板1 20所具有的各像素透射光量。透射液晶面板1 2 0的光是被照射在投影光學系統1 3 0。投影光學系統1 3 0是將從液晶面板1 20所照射的光投影在螢幕SC上。螢幕SC是藉由投射光被照射成爲所定的照度比。在此，對於螢幕SC的照射狀態是藉由攝影部25 0被攝影。

第2圖是表示本發明的實施例的攝影部2 5 0的裝備狀態的說明圖。攝影部2 5 0是在液晶投影機10的投影光學系統 1 3 0的近旁中，裝備成具有與投影光學系統i 3 〇平行的光軸。攝影部2 5 0是具有包含投影光學系統1 3 0的照射範圍的視野角。又，在本實施例中，攝影部25 0是將爲了容易說明作成剖面線的領域作爲觀測領域。該觀測領域是設定成與投影光學系統1 3 0大約相同高度的領域。在本實施例中，在領域內離散地進行亮度的觀測。 -8- 1273334 (6) β ·推測光學系統的照度比爲1 Ο Ο %時的相對角度：第3圖是表示本發明的實施例的投影狀態的說明圖。第3 ( a)是表示從上方觀看液晶投影機1〇與螢幕SC的相對 - 性位置的圖式。液晶投影機1 0是具有左右6 0度的照射範圍。在本實施例中，螢幕SC的投影面的各位置，是作爲以投影光學系統1 3 0的光學性主點作爲中心的各座標所規定 φ 者。又，在第3圖，螢幕SC的投影面，是作爲配置於申請專利範圍的「假想投影面」者。第3 ( b )圖是表示螢幕S C的投影面的各位置的照度。在該例子，投影光學系統1 3 0是構成在投影1 0 0 %全白圖案影像時具有照度比1 00 %，因此螢幕SC的投影面是在投影光學系統1 3 0的照射範圍具有均勻照度。在此，「照度比」是指投影畫像的中央點與周邊部的照度比率，而照度比1 〇〇%是指中央點與周邊部的照度一致的情形。

第3 ( c )圖是表示從螢幕SC的投影面受光的光所致的未圖式的感測器面的受光量。在感測器面，藉由攝影部 250的未圖式的光學系統被投影著螢幕SC的表面。由第3 (c )圖可知，感測器面的受光量是雖螢幕S C的投影面的照度均勻也不會成爲均勻。該照射光是按照朗伯（ Lambert )餘弦定律與逆平方定律而到感測器面。在此，爲了容易說明，螢幕S C的投影面是作爲完全擴散面。所謂朗伯餘弦定律是指觀測點從發光面受光的光束，正比例於發光面的法線與連接觀測點與發光面的線之間的 -9- (7) 1273334 角度0的餘弦的定律。一方面，所謂逆平方定律是指觀測點從發光面受光的光束，反比例於觀測點與發光面之間的距離的平方的定律。結果，來自螢幕S C的投影面的各部的感測器面的受光量（第3 ( c )圖），是成爲於螢幕S C的投影面的各部照度相乘以 COS30 +R02〔二 COS0 + (RO+COS0 ) 2〕的數値。

第4圖是表示對於投影光學系統1 3 0的光軸，螢幕SC 以角度α傾斜時的投射狀態的說明圖。第4 ( a )圖是表示從上方觀著液晶投影機1 0與具有α度傾斜的螢幕S C的相對性位置的圖式。第4 ( b )圖是表示具有α度傾斜的螢幕 S C的投影面的各位置照度。由第4 ( b )圖可知，螢幕S C的投影面的各位置照度是愈向左邊愈高。例如螢幕S C上的點P 1的照度是具有在點P 1 >的照度乘以投射距離的比率（R1 > / R 1 )的平方大小的照度，而螢幕SC上的點2的照度是具有乘以投射距離的比率（R2 / / R2 )的平方大小的照度。一方面，投射距離的比例，是愈向左邊愈高。第5圖是表示對於投影光學系統130的光軸，螢幕SC 以角度α傾斜時與未傾斜時的感測器面的受光量。第5 ( a )Η疋表不與弟4(b)圖同一的圖式。弟5(b)圖是表不按照朗伯餘弦定律與逆平方定律而從第5 ( a )的數値所導出的數値。由第5 ( b )圖可知，感測器面的受光量分布是按照螢 -10- (8) 1273334 幕S C的傾斜使得峰値朝左邊移位。在該圖的例子中，移位直是成爲5 1度，移位量是按照螢幕s C的傾斜而變動， •而可知依據移位量可推測螢幕SC的傾斜。如此地，理論上可知按照螢幕S C上的照度的峰値移位量’可推測投影機與螢幕的相對性位置關係（角度）。但是移位量與螢幕SC的傾斜並不一定一致處須加以注意 c ·推測光學系的照度比爲8 0 %時的相對角度：第6圖是表示光學系統的照度比爲8 0 %時的螢幕S C的照度分布與感測器面的受光量分布的說明圖。第6 ( a )圖是表示螢幕S C的照度分布。在該例中，左右兩端部的照度成爲中央部的照度的80%。

第6 ( b )圖是表示沒有螢幕SC的傾斜時的感測器面的受光量分布。兩點鏈線是表示照度比Lr爲1 0 0 %時的受光量分布，與第3 (c)圖的受光量分布相等。實線是表示照度比Lr爲80%時的受光量分布。由第6 ( b )圖可知，在照度比Lr爲80%時，比照度比Lr爲100%時，有中央部的受光量變高之同時’周邊部的受光量變低的趨勢。第6 ( c )圖是表示有螢幕S C傾斜時與沒有傾斜時的感測器面的受光量分布。與第5 ( b )圖同樣地，感測器面的受光量分布，是按照螢幕s c的傾斜朝左邊移位峰値。但是移位量是由6 1度減少至6 2度。此爲意味著移位量不僅按照螢幕S C的傾斜而且還按照投影光學系統〗3 0的照度比 -11 - (9) 1273334 也變動。在此，作爲投影機的光學系統的一般性趨勢，照度比與照度比是在折衷的關係。亦即，欲提高照度比，則有降 - 低照度的趨勢。所以在一般性投影機，設計成抑制照度比 • 而提高照度之故，因而照度比成爲8 0 %左右。在本實施例中，在照度比Lr爲100%時，移位量（角度）成爲比螢幕SC的傾斜角度還大，一方面照度比Lr爲80 φ %時，移位量（角度）成爲比螢幕S C的傾斜角度還小。此乃意味著若適當地設定照度比，就可構成使得移位量一致於螢幕SC的傾斜角度。又，由實驗可看出在一般性投影機用光學系統，若將照度比作爲8 5 %至95 %的範圍內，則可構成移位量大約一致於螢幕S C的傾斜角度。 D ·本發明的實施例的楔形失真校正處理：

第7圖是表示本發明的楔形失真校正處理的常式的流程圖。在本實施例中，爲了容易說明假設沒有垂直方向的傾斜者。所以’在本發明的實施例的楔形失真校正處理’ 成爲僅計測橫方向的螢幕的傾斜* ° 在步驟S 1 〇〇，液晶投影機是將校正用畫像投影在螢幕 SC。校正用畫像是螢幕SC的投影面的照度比構成90%的畫像。校正用畫像是對於全白圖案畫像調整液晶面板1 20 的透射光量以刪減對於螢幕s c的中央部的投影光量’藉由構成實現9 0 %的照度比。 -12- 1273334 (10) 在步驟S200中，攝影部2 5 0 (第1圖，第2圖），是進行攝影處理。攝影處理是計測校正用畫像所投影的領域中 ^ 來自所定攝影領域的光量的處理。所定攝影領域是在本實「施例中，作爲表示於第2圖的剖面線領域。又，所計測的 .光量是相當於申請專利範圍的「亮度資訊」。在步驟S 3 00中，液晶投影機10是將全黑圖案畫像投影在螢幕SC。全黑圖案畫像是將液晶面板120的透射光量構 φ 成最小値的畫像。在步驟S400中，攝影部25 0是進行攝影處理。欲攝影全黑圖案畫像，乃爲了求出與校正用畫像的相差分畫來抑制環境光所致的影響。

在步驟S 5 00，攝影畫像解析部260是進行感光器受光量解析處理。所謂感測器受光量解析處理，是將投影校正用畫像與全黑圖案畫像所取得的受光量相差在未圖式的感測器的瞬時視野別地取得，同時映射在以投影光學系統 13 0的光學中心的主點作爲基準的角座標系的處理。在步驟S600中，攝影畫像解析部260是推測螢幕SC的傾斜。螢幕SC的傾斜是按照對於投影光學系統1 30的光軸的受光量的峰値位置的角度被決定。決定峰値位置，是如第8 ( a )圖所示地藉由被映射在角度座標系的受光量的單純比較與內插處理來決定也可以 (0' 2 / )，或是如第8 ( b )圖所示地藉由使用最小平方法的曲線近似法來決定（5 2 〃）也可以。前者是演算法簡單而具有計算處理單純的優點，後者是具有受光量的計 -13- (11) 1273334 測雜訊所致的螢幕sc的角度推測誤差變小 - _。在曲線近似法，即使在峰値位置近旁有大雜訊，相曰 m具有可減少雜訊影響的效果。 •如此所推測的螢幕SC的傾斜’是由攝影畫像解析部 . 2 60 (第1圖）傳送至畫像處理部220。 ° 在步驟S700，畫像處理部220是決定楔形失真校正量。楔形失真校正是藉由螢幕SC的傾斜所產生的晝像的& φ 真減少地（亦即被補償地）’事先將投影的畫像朝反方向失真畫像的處理。檢測失真校正量是指該反方向的失真量〇第9圖是表示本發明的實施例的螢幕s c的傾斜與模形失真校正量之間的關係的說明圖。由第9圖可知，隨著營幕S C的傾斜變大而校正量也變大。隨著螢幕s c的傾斜變大而校正量變大，乃若螢幕S C的傾斜變大則從投影光學系統1 3 0的主點至螢幕S C的投影面的距離在左右成爲很大 φ 不同。在步驟S 800中，液晶投影機1〇是投影經楔形失真校正量的畫像。投影經楔形失真校正量的畫像，是畫像處理部 - 220以所決定的楔形失真校正量事先失真投影畫像之後藉 . 由施以投影所進行。 . 如此地，在本實施例中，使用亮度的峰値位置的移動量構成一致於假想投影面與現實投影面之間的角度偏離的校正用畫像而被計測角度的偏差之故，因此依據峰値位置的移動量可直接地計測角度的偏差。 -14- (12) 1273334 E.變形例又，本發明是並不被限定於上述實施例或實施形態者，在未超出其要旨的範圍內可實施各種態樣者，例如也可實施如下的變形。

E — 1 .在上述實施例中，僅推測水平方向的螢幕SC 的傾斜而僅實行橫方向的楔形失真校正’惟組合縱方向的楔形失真校正也可以。推測縱方向的角度’是液晶投影機 1 〇是使用如內設有朝重力方向或縱方向調整光軸的傾斜機構的感測器來進行計測也可以，或是按照亮度的峰値位置的上下方向的移動量來進行計測也可以。又，依據上述實施例單獨地進行縱方向的楔形失真校正也可以。又，申請專利範圍的「假想投影面與現實投影面之間的角度偏差」是指發生在橫方向與縱方向的至少一方的角度偏差。 E — 2 .在上述實施例中，校正用畫像是構成峰値位置移動量一致於角度偏差，惟並不一定完全地一致。例如在製造峰値位置移動量與角度偏差之間的角度差時，事先儲存在液晶投影機1 〇的未圖示的記憶體，使用該角度差與峰値位置移動量來決角度偏差也可以。一般本發明是比全白圖案影像使得峰値位置移動量更接近於角度偏差地構成校正用畫像就可以。但是，在上述實施例，具有可減小起因於上述角度差的計測誤差的優點。 E — 3 .在上述實施例中，注重於照度比或照度分布的 -15- (13) 1273334 均勻性，藉由調整此些使得峰値位置移動量接近於角度偏差地構成校正用畫像，惟構成峰値位置移動量接近於角度偏差也可以，而不管照度比或照度分布的均勻性構成校正 _ 用畫像也可以。 • E - 4 .在上述實施例中，畫像投射部是構成其光軸對於螢幕SC朝橫方向垂直地正對所配置，惟構成如朝橫方向斜地配置作爲前提也可以。在本發明所使用的畫像投射 φ 部，是構成將畫像投射在以事先所設定的所定位置關係所配置的假想投影面就可以，而假想投影面是不需要垂直地正於畫像投射部的光軸。 E — 5.在上述實施例中，藉由投影全黑圖案來進行攝影而抑制環境光的影響，惟全黑圖案的投影是並不一定需要而也可加以省略。投影全黑圖案具有抑制環境光的影響而可提高計測精度的優點。 E - 6.液晶投影機之外的其他投影機’是又具有在配 % 置成現實投影面一致於假想投影面的狀態，按照攝影資訊再構成校正用畫像所用的作動模態的修正模態較理想。該修正模態是藉由賦予進行用以將假想投影面配置成 • 一致於假想投影面的狀態告知投影機的輸入的手段（例如 - 開關或介面畫面）就可實現。構成如此，就可抑制所§胃照 • 明光學系統或液晶面板〔或是DMD (商標登錄）面板〕的、光學系統零件的經年變化所致的計測精度降低。 E - 7.在上述實施例中，本發明是構成作爲液晶投影機1 〇，惟也可構成作爲如DLP (商標登錄）方式或三管方 -16- (14) 1273334 式的的其他方式的投影機。又，在上述實施例中，本發明是構成作爲前面方式的投影機，惟也可使用如背面方式的 / 投影機。 E - 8 .在上述實施例中，作爲表示峰値位置的移位量 -的變數使用角度，惟構成使用如攝影裝置所具有的未圖式的像素位置來決定楔形失真校正量也可以。一般，本發明的畫像處理部是構成按照峰値位置移動量來補償輸出的畫 φ 像的失真地事先失真輸入畫像就可以。 E — 9 .在上述實施例中，校正用畫像是構成對於全白圖案畫像來調整液晶面板120的透射光量而刪減對於螢幕 S C的中央部的透射光量就可實現，惟以全白圖案畫像以外作爲基準來構成校正用畫像也可以。亦即，並不一定需要將校正用畫像最亮的像素的透射光量作成最大，而僅螢幕上的照度成爲問題。本發明的功能的局部或全部以軟體被實現時，該軟體 % (電腦程式）是以被儲存於電腦可讀取的記錄媒體的形式可提供。在本發明中，「電腦可讀取的記錄媒體」是並不被限定於如撓性碟片或C D - R 〇 Μ的手提型記錄媒體，也 • 包括各種RAM或ROM等的電腦內的內部記憶裝置，或被固 - 定在硬碟等的電腦的外部記憶裝置。、【圖式簡單說明】第1圖是表示作爲本發明的一實施例的投影機丨〇的構成的方塊圖。 -17- (16) (16)1273334 1 3 Ο :投影光學系統 2 0 0 :控制系統 2 1 0 :控制器 220 :畫像處理部 2 3 0 :液晶面板（L C D )驅動器 2 5 0 :攝影部 2 6 0 :攝影畫像解析部

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Claims

1273334 十、申請專利範圍第94 1 06483號專利申請案中文申請專利範圍修正本 • 民國95年9月20日修正 '. 1. 一種投影機，其特徵爲：具備在以事先所設定的所定位置關係所配置的假想投影面，構成按照輸入畫像來投射畫像的畫像投射部； # 攝影被投射在現實投影面的輸出畫像的輸出畫像攝影部；按照上述攝影的畫像輸出包含具有相關於亮度的亮度資訊的攝影資訊的攝影資訊生成部；以及將對於藉由上述假想投影面與上述現實投影面之間的傾斜所產生的上述輸入畫像的上述輸出畫像的失真，按照上述攝影資訊進行校正的失真校正部；上述失真校正部是具有： ® 將使用於上述輸出畫像的失真補償所用的校正用畫像供給於上述畫像投射部的校正用畫像供給部；及按照上述攝影資訊，決定從上述假想投影面的亮度峰値位置至上述現實投影面的亮度的峰値位置的峰値位置的移動量的峰値位置移動量，同時按照上述所決定的峰値位置移動量來補償上述輸出畫像的失真地事先失真上述輸出畫像的畫像處理部；上述校正用畫像是按照從上述峰値位置的畫像投射部所觀看的角度的上述峰値位置移動量的變化量，構成比全 1273334 ：/-；；；; L..„:一—一 ’…. ,,J 白圖案影像更接近於上述傾斜角度。 2 .如申請專利範圍第1項所述的投影機，其中，上述畫像處理部是具有： - 按照上述攝影資訊，決定從上述現實投影面的亮度峰 . 値位置的上述畫像投射部所觀看的峰値位置角度的峰値位置角度決定部；按照從上述假想投影面的亮度的峰値位置的上述畫像 # 投射部所觀看的角度的基準峰値位置角度一直到上述所決定的峰値位置角度爲止的角度移動量的峰値位置角度移動量，推測上述傾斜的角度的傾斜角度推測部；以及按照上述所推測的傾斜角度，補償上述輸出畫像的失真地事先失真上述輸入畫像的畫像變形部。 3 .如申請專利範圍第1項或第2項所述的投影機，其中，上述校正用畫像是構成比全白圖案影像能使上述假想投影面的照度分布成爲均勻。 • 4.如申請專利範圍第1項或第2項所述的投影機，其中，上述校正用畫像是構成上述假想投影面的照度比成爲 8 5 %與9 5 %之間。 5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的投影機，其中，上述失真校正部，是具有配置成上述現實投影面一致 •於上述假想投影面的狀態，按照上述攝影資訊再構成上述校正用畫像所用的作動模態的修正模態。 6. 一種畫像投影方法，屬於使用在以事先所設定的位置關係所配置的假想投影面’構成按照輸入畫像來投射 -2 - 1273334 _个，产 V 畫像的畫像投射部進行投射畫像的方法，其特徵爲：具備攝影被投射在現實投影面的輸出畫像的輸出畫像攝影工程； ' 按照上述攝影的畫像輸出包含具有相關於亮度的亮度 •. 資訊的攝影資訊的攝影資訊生成工程；以及將對於藉由上述假想投影面與上述現實投影面之間的傾斜所產生的上述輸入畫像的上述輸出畫像的失真，按照 • 上述攝影資訊進行校正的失真校正工程；上述失真校正工程是包含：將使用於上述輸出畫像的失真補償所用的校正用畫像供給於上述畫像投射部的校正用畫像供給工程；及按照上述攝影資訊，決定從上述假想投影面的亮度峰値位置至上述現實投影面的亮度的峰値位置的峰値位置的移動量的峰値位置移動量，同時按照上述所決定的峰値位置移動量來補償上述輸出畫像的失真地事先失真上述輸出 ® 畫像的畫像處理工程；上述校正用畫像是按照從上述峰値位置的畫像投射部所觀看的角度的上述峰値位置移動量的變化量，構成比全白圖案影像更接近於上述傾斜角度。 7.如申請專利範圍第6項所述的畫像投影方法，其中上述畫像處理工程是具有：按照上述攝影資訊，決定從上述現實投影面的亮度的峰値位置的上述畫像投射部所觀看的峰値位置角度的峰値 -3- 1273334 ή 位置角度決定工程；按照從上述假想投影面的亮度的峰値位置的上述畫像投射部所觀看的角度的基準峰値位置角度一直到上述所決 - 定的峰値位置角度爲止的角度移動量的峰値位置角度移動 • 量，推測上述傾斜的角度的傾斜角度推測工程；以及按照上述所推測的傾斜角度，補償上述輸出畫像的失真地事先失真上述輸入畫像的工程。 # 8.如申請專利範圍第6項或第7項所述的畫像投影方法，其中，上述校正用畫像是構成比全白圖案影像能使上述假想投影面的照度分布成爲均勻。 9.如申請專利範圍第6項或第7項所述的畫像投影方法，其中，上述校正用畫像是構成上述假想投影面的照度比成爲85%與95%之間。 10·如申請專利範圍第6項或第7項所述的畫像投影方法，其中，上述失真校正工程，是具有在配置成上述現實 ® 投影面一致於上述假想投影面的狀態，按照上述攝影資訊再構成上述校正用畫像所用的作動模態的修正模態。