(57)【要約】【課題】照度計の検出面の法線方向に対する入射角が照度検出限界の入射角より大きくなってしまうような投影部材上の箇所であっても投影画像の照度を正確に測定できる。【解決手段】検出手段２０１によって撮像画像から投影画像の輝度を検出する。プロジェクタのスクリーンに対する相対的な位置を示すプロジェクタの位置情報と輝度測定点の位置情報とに基づく輝度測定点における投影面の法線方向に対する投影画像の投影光の第１入射角、撮像装置１０のスクリーンに対する相対的な位置を示す撮像装置１０の位置情報と輝度測定点の位置情報に基づく輝度測定点の位置から反射してくる反射光が撮像装置に入射する撮像装置の撮像面の法線方向に対する第２入射角、及び投影部材の表面反射特性に基づいて、輝度照度換算を用いて、輝度検出手段によって検出された輝度測定点における投影画像の輝度を照度に換算する。【選択図】図１０
2014060549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像投影装置から投影部材の投影面に投影された投影画像の画像光の照度を出力する照度出力装置において、
前記投影部材の投影面に投影された前記投影画像を撮像する撮像手段と、
該撮像手段によって撮像した撮像画像内の輝度測定点における輝度を検出する輝度検出手段と、
該輝度検出手段によって検出された撮像画像内の輝度測定点における前記投影画像の輝度を照度に換算する照度算出手段とを備え、
該照度算出手段は、前記画像投影装置の前記投影部材に対する相対的な位置を示す画像投影装置の位置情報と輝度測定点の位置情報とに基づく輝度測定点における投影面の法線方向に対する投影画像の投影光の入射角、前記撮像手段の前記投影部材に対する相対的な位置を示す前記撮像手段の位置情報と輝度測定点の位置情報に基づく輝度測定点における正反射光の方向に対する輝度測定点から前記撮像手段へ向かって反射する反射光の反射角、及び、投影部材の表面反射特性に基づいて、前記輝度検出手段によって検出された輝度測定点における前記投影画像の輝度を照度に換算して出力することを特徴とする照度出力装置。
【請求項２】
請求項１記載の照度出力装置において、
投影部材の前記表面反射特性は、前記投影画像の画像光を前記投影部材の投影面の法線方向に対する入射角が略０度で、板面に照射した光の反射が拡散反射のみである拡散板における板面に入射させたときの輝度と、投影画像の画像光を入射角で計測対象の前記投影部材に入射させたときの計測対象の投影部材における輝度との相関関係を示す特性であることを特徴とする照度出力装置。
【請求項３】
請求項１記載の照度出力装置において、
投影光を入射角で前記投影面の輝度測定点に入射させて輝度測定点から反射角で前記撮像手段へ入射してきたときの輝度を照度に換算する輝度照度換算は、輝度測定点に入射した光が半球体状に拡散反射するときの輝度に、半球体の上方からみた円の面積を乗算するとともに輝度測定点との距離の逆二乗則することで、輝度測定点における輝度を照度に換算することを特徴とする照度出力装置。
【請求項４】
請求項１記載の照度出力装置において、
前記照度算出手段は、入射角及び反射角を変化させたときの各入射角毎及び各反射角毎の前記輝度検出手段によってそれぞれ検出した輝度に基づいて照度の、画像投影装置からの入射角に依存した換算値を算出することを特徴とする照度出力装置。
【請求項５】
請求項１記載の照度出力装置において、
複数の前記投影部材毎に予め規定されている理想の前記投影部材の表面反射特性の中から、実際の前記投影部材の表面反射特性に近い理想の前記投影部材の表面反射特性を有する投影部材を選択する選択手段を有することを特徴とする照度出力装置。
【請求項６】
画像投影装置から投影部材の投影面に投影された投影画像の画像光の輝度を出力する照度輝度装置において、
前記投影部材の投影面に投影された前記投影画像を撮像する撮像手段と、
該撮像手段によって撮像した撮像画像内の輝度測定点における輝度を検出する輝度検出手段と、
前記画像投影装置の前記投影部材に対する相対的な位置を示す画像投影装置の位置情報と輝度測定点の位置情報とに基づく輝度測定点における投影面の法線方向に対する投影画像の投影光の第１入射角を算出するとともに、前記撮像手段の前記投影部材に対する相対的な位置を示す前記撮像手段の位置情報と輝度測定点の位置情報に基づく輝度測定点における正反射光の方向に対する輝度測定点から前記撮像手段へ向かって反射する反射光の反射角を算出するとともに、前記輝度測定点の位置から反射してくる反射光が任意の位置へ入射する第２入射角を算出する入射角算出手段と、
投影画像の画像光を前記投影部材の投影面の法線方向に対する入射角が略０度で、板面に照射した光の反射が拡散反射のみである拡散板における前記投影面に入射させたときの輝度と、投影画像の画像光を第１入射角で計測対象の前記投影部材に入射させたときの計測対象の投影部材における輝度との相関関係を示す前記投影部材の表面反射特性、及び、照度輝度換算に基づいて、前記検出手段によって検出された輝度測定点における前記投影画像の輝度、前記入射角算出手段によって算出された第１入射角、第２入射角及び反射角を用いて、計測対象の前記投影部材に投影した投影画像の投影面上の輝度測定点における輝度を算出する輝度算出手段と
を有することを特徴とする輝度出力装置。
【請求項７】
請求項６記載の輝度出力装置において、
前記輝度算出手段は、前記投影画像の輝度、第１入射角及び反射角を変化させたときの各第１入射角毎及び各反射射角毎の撮像手段によって撮像した撮像画像から検出した輝度に基づいて照度を換算した換算値、もしくは測定した照度に基づいて輝度を換算した換算値、前記入射角算出手段によって算出された第１入射角、第２入射角及び反射角に基づいて、任意の位置からの、計測対象の投影部材に投影した投影画像の投影面上の輝度測定点における輝度を算出することを特徴とする輝度出力装置。
【請求項８】
請求項６記載の輝度出力装置において、
複数の投影部材毎に予め記憶されている理想の前記投影部材の表面反射特性の中から、実際の前記投影部材の表面反射特性に近い理想の前記投影部材の表面反射特性を有する投影部材を選択する選択手段を有することを特徴とする輝度出力装置。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれかに記載の照度出力装置を搭載することを特徴とする画像投影装置。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれかに記載の照度出力装置によって得られた照度に基づいて、光源の寿命を判定することを特徴とする画像投影装置。
【請求項１１】
請求項６〜８のいずれかに記載の輝度出力装置を搭載することを特徴とする画像投影装置。
【請求項１２】
請求項９記載の照度出力装置によって得られた照度、又は請求項１１記載の輝度出力装置によって得られた輝度に基づいて、光源の電力を補正し、あるいはγ補正し、もしくは輝度むらを補正することを特徴とする画像投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像投影装置からスクリーン（投影部材）上に投射された投影画像の照度を算出して出力する照度出力装置、任意の位置からの輝度測定点の輝度を算出して出力する輝度出力装置及び画像投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、画像投影装置の小型化が進む一方で、映像投射を目的とする投射型表示装置の用途も拡大し、家庭内での大型の投射型表示装置が普及している。そして、高解像度の投影画像も可能になったことから、映写用の用途も拡大している。これらの用途に対応するために光源の高出力化が進んでいるが、この場合スクリーンへの投射を前提として望ましい照度や輝度等の画質特性となるように光源の出力が望まれる。画像投影装置を使用する条件が、規定されている条件に合っている場合には問題ないが、規定の距離よりも近い位置に設置されたスクリーンに投射する場合投射される映像が明るすぎる場合も多く見られる。このような場合に、通常、画像投影装置では、照度や輝度等の調整などを手動で行うことが可能になっている。このとき、画像投影装置に搭載されている照度計のセンサにより、スクリーン上の投影画像の照度を測定し、測定した照度を表示させてその照度を見ながら手動で照度や輝度等の調整を行う。このスクリーン上の投影画像の照度を測定する方法として、非特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
この非特許文献１の照度測定方法では、複数の照度計をスクリーンの複数の箇所の測定点に設置している。そして、照度計を含めてスクリーンの投影面に向けて投影画像の画像光を画像投影装置から投射する。各照度計では、入射される画像光の光量を検出し、この光量を各測定点の照度として出力する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記非特許文献１の照度測定方法では、スクリーンまでの投影距離が非常に近い超短焦点画像投影装置によって投影された投影画像の照度を測定することが以下の理由で困難になる。投影部材の投影面に平行に検出面が設置されている照度計は、斜入射角特性を有している。この斜入射角特性は、照度計の検出面に入射する光の入射角の余弦に比例して照度計の出力である照度が変化する特性である。よって、照度計は、検出面に対する入射角に応じた照度を出力している。また、照度計は、防塵のために、検出面を覆うような半球体状の透明なカバーを有し、その半球体状のカバーの円状の縁部から所定の幅の遮光部がカバー面に設けられている。この遮光部の幅は、照度計の検出面に入射する光の照度検出限界の入射角を規定するものである。このため、この照度検出限界の入射角より大きい入射角で入射した光は、遮光部によって遮光されることになる。照度検出限界の入射角より大きい入射角となるようなスクリーン上に箇所に照度計を設置した場合、照度計の照度は誤差を含んでいることになる。
【０００５】
超短焦点画像投影装置ではスクリーンまでの投影距離が通常焦点の画像投影装置に比べて非常に短い。そして、例えばスクリーンの下方から投影した場合、スクリーンの下部分から上部分に向けてスクリーンの法線方向に対する画像光の入射角が徐々に大きくなる。このため、スクリーンの下部分に設置されている照度計の検出面の法線方向に対する画像光の入射角よりも、スクリーンの上部分に設置されている照度計の検出面の法線方向に対する画像光の入射角が大きい。例えば超短焦点画像投影装置からの投影光の照度計の検出面に入射する入射角が、照度計の検出面に入射する光の照度検出限界の入射角より大きくなるような投影部材上の箇所に、照度計を設置したとする。この場合、超短焦点画像投影装置からの投影光の一部が照度計のカバーの遮光部によって遮光され、照度計の検出面に入射する光量が狙いの光量により減ってしまう。この結果、検出面に対する入射角に応じた斜入射角特性による狙いの照度ではない誤差を含んだ照度を出力することになる。これにより、投影画像の照度を正確に測定することが困難になる。
【０００６】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は以下のとおりである。照度計の検出面の法線方向に対する入射角が照度検出限界の入射角より大きくなってしまうような投影部材上の箇所であっても投影画像の照度を正確に測定できる、照度出力装置、輝度出力装置及び画像投影装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、画像投影装置から投影部材の投影面に投影された投影画像の画像光の照度を出力する照度出力装置において、前記投影部材の投影面に投影された前記投影画像を撮像する撮像手段と、該撮像手段によって撮像した撮像画像内の輝度測定点における輝度を検出する輝度検出手段と、該輝度検出手段によって検出された撮像画像内の輝度測定点における前記投影画像の輝度を照度に換算する照度算出手段とを備え、該照度算出手段は、前記画像投影装置の前記投影部材に対する相対的な位置を示す画像投影装置の位置情報と輝度測定点の位置情報とに基づく輝度測定点における投影面の法線方向に対する投影画像の投影光の入射角、前記撮像手段の前記投影部材に対する相対的な位置を示す前記撮像手段の位置情報と輝度測定点の位置情報に基づく輝度測定点における正反射光の方向に対する輝度測定点から前記撮像手段へ向かって反射する反射光の反射角、及び、投影部材の表面反射特性に基づいて、前記輝度検出手段によって検出された輝度測定点における前記投影画像の輝度を照度に換算して出力することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
画像投影装置から投影部材に投影した投影画像の輝度測定点における照度は、輝度測定点における投影画像の輝度、上記入射角、上記反射角及び上記投影部材の表面反射特性に依存する。上記投影部材の表面反射特性は、投影部材の固有な特性であり、予め規定されているものである。本発明では、撮像手段によって投影部材の投影面に投影された投影画像を撮像した撮像画像内の輝度測定点における輝度を検出することにより、上記入射角、上記反射角及び上記投影部材の表面反射特性に基づいて上記輝度照度換算を用いれば、輝度測定点における投影画像の輝度を照度に換算できる。これにより、投影画像装置及び撮像手段の投影部材との位置関係で投影部材上の任意の輝度測定点の照度を出力できる、という特有な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】超短焦点プロジェクタの照度測定の様子の一例を示す図である。
【図２】照度計の斜入射角特性を示す図である。
【図３】（ａ）通常焦点プロジェクタと視聴者との位置関係を示す図、（ｂ）は超短焦点プロジェクタと視聴者との位置関係を示す図である。
【図４】実施形態１の照度出力装置を適用する測定システムの位置関係を示す概略図である。
【図５】実施形態１の照度出力装置を適用する測定システムの位置関係を示す概略図である。
【図６】センサ取得画像の概要を示す図である。
【図７】輝度測定点への入射角の算出の原理を説明するためにPhongモデルを説明する図である。
【図８】視聴角度とスクリーンゲインとの関係の一例を示す特性図である。
【図９】入射角の変化させたＧＡＩＮを説明するグラフである。
【図１０】実施形態１に係る照度出力装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】実施形態２の輝度出力装置を適用する測定システムの位置関係を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を照度出力装置に適用した一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は画像投影装置の超短焦点プロジェクタにおける照度測定の様子の一例を示す図である。超短焦点プロジェクタ２０は、投影部材であるスクリーン２１までの投影距離が非常に近いプロジェクタである。スクリーン２１の投影面には、複数の測定点に照度計２２が設置されている。そして、超短焦点プロジェクタ２０が、各照度計２２を含めたスクリーン２１の投影面に投影画像の画像光を投射する。各照度計２２によって各測定点の照度を測定する。上述したように、照度計２２は、防塵のために、検出面を覆うような半球体状の透明なカバー２２−１を有し、その半球体状のカバー２２−１の円状の縁部から所定の幅の遮光部２２−２がカバー面に設けられている。この遮光部２２−２の幅は、照度計２２の検出面に入射する光の照度検出限界の入射角を規定するものである。このため、図１に示すように、スクリーン２１の投影面の上方部に設けられた照度計２２では、照度検出限界の入射角より大きい入射角２で入射した光が遮光部２３によって遮光され、図中のＡ２（＞Ａ１、このＡ１は入射角が小さいとき遮光部２２−２によって光が照射されない領域の幅である）で示す幅を含む検出面の領域には光が照射されないことになる。
【００１１】
ここで、図２は照度計の斜入射角特性を示す図である。図２に示す照度計の斜入射角特性は、性能によって４階級（一般形精密級照度計、一般形ＡＡ級照度計、一般形Ａ級照度計、特殊形照度計）に分類されるうちの、一般形精密級照度計及び一般形ＡＡ級照度計の斜入射角特性である。光源から照度計の検出面を照明したときの照度は、その検出面を光の進行方向に垂直にした時が最も明るくなり、その面を傾けると暗くなる。斜入射角特性は照度計の検出面に入射する光の入射角の余弦に比例して照度計の出力である照度が変化する特性である。この特性はコサイン特性とも呼ばれている。そして、超短焦点プロジェクタ２０からの投影画像の画像光は、図２からわかるように、スクリーン２１の投影面の下方部において投影面に対する入射角度が小さい場合に照度の誤差は小さい。スクリーン２１の投影面の上方部において投影面に対する入射角度が大きい場合に照度の誤差は大きい。
【００１２】
また、通常焦点プロジェクタ３０を用いた場合、図３（ａ）に示すように、視聴者の見る方向と通常焦点プロジェクタ３０の投影方向とは、スクリーン２１に対して、ほぼ同じ方向である。プロジェクタ本体で照度を検出すれば視聴者が観測する照度とほぼ同じである。一方、超短焦点プロジェクタ２０を用いた場合、図３（ｂ）に示すように、視聴者の見る方向と超短焦点プロジェクタ２０の投影方向とは、スクリーン２１に対して、互いに異なっている。そのため、プロジェクタ本体で照度を検出しても、視聴者が観測する照度とは異なる可能性がある。そこで、超短焦点プロジェクタ２０によって投影された投影画像であっても正確な照度が得られる照度出力装置について以下に説明する。
【００１３】
先ず、本実施形態の照度出力装置を適用する測定システムの位置関係について図面を用いて説明する。
通常焦点プロジェクタ３０を用いる場合、図４に示すように、撮像装置１０は、撮像面の法線方向と通常焦点プロジェクタ３０の投影方向とが略同じになる位置に設置される。そして、撮像装置１０は、通常焦点プロジェクタ３０の投影光を遮ることのないように通常焦点プロジェクタ３０の後方で、可能な限りスクリーン２１の投影面に近い位置に設置される。これに対して、超短焦点プロジェクタ２０を用いる場合は、超短焦点プロジェクタ２０をスクリーン２１の投影面に近い位置に設置することができるので、図５（ａ）に示すように撮像装置１０は超短焦点プロジェクタ２０の投影方向と略同じ方向の位置に設置し、かつクリーン２１の投影面に近い位置に設置することができる。あるいは、図５（ｂ）に示すように超短焦点プロジェクタ２０の投影方向に対して任意の角度をもった斜め方向になる位置に設置することもできる。
【００１４】
ここで、本実施形態の照度出力装置における撮像装置によって取得する画像について説明する。
図６は撮像画像の概要を示す図である。同図において、撮像装置（不図示）によって撮像した撮像画像１０１内に存在する輝度測定点１０２がどの位置に設定されているかによって、撮像装置の位置と輝度測定点１０２の位置との間の角度を算出することができる。プロジェクタからの投影画面１０３の輝度測定点１０２への入射角の算出では、予め、投影距離、投影画像のサイズ、オフセット量の関係のデータを少なくとも１つ以上入力しておく必要がある。このとき、２つ以上の投影距離と投影画像のサイズとを入力し、差分をとって算出することが望ましい。その上で投影画面１０３中の輝度測定点１０２を検出することで、三角関数によりプロジェクタからの投影画面１０３の輝度測定点１０２への入射角（第１入射角）を算出することができる。
【００１５】
なお、下記の４つのいずれかの手段により、輝度計から投影画面までの距離を取得する。（１）直接距離を入力する。（２）画面サイズを入力し、あらかじめ入力しておいた投影距離−画面サイズ、投影距離、オフセット量の関係式から距離を算出する。（３）輝度計で基準となる大きさの物を同時に撮影し、その比較により画面サイズを検出する。その後、（２）と同様にあらかじめ入力してあった関係式から距離を算出する。（４）輝度計に取り付けた距離センサーで検出する。次に、測定ポイントの位置の取得し、輝度計−投影画面の距離の取得でもとめた距離と輝度計で検出した画面から測定ポイントの位置を取得する。投影画面の位置を取得し、距離と輝度計で検出した画面から投影画面の位置を取得する。光源位置の取得を行い、投影画面の位置と投影距離−画面サイズ、投影距離−オフセット量の関係から光源位置を取得する。ここで、オフセット量とは、プロジェクタの投影レンズからスクリーン下端までの距離である。
【００１６】
次に、輝度測定点の輝度を照度に換算する原理について図７の説明図を用いて以下に説明する。この原理を説明するために物体の表面反射特性をモデル化す反射モデルの一つであるPhongモデルを用いて説明する。なお、Phongモデルの他、Blinnモデル、Cook-Tranceモデル、Trance-Sparowモデル等様々なモデルがある。スクリーン、プロジェクタによって最適なモデルを選択するのが望ましく、これらのモデルを重みづけして足し合わせてもかまわない。いずれのモデルにおいても、測定ポイントに対する光源の位置と輝度計の位置がわかれば計算可能であり、かつスクリーンゲインを用いてフィッティングを行う。
【００１７】
Phongモデルにおいて、光源ベクトルＬ方向に向かう入射光強度をＩｉとすると、視点ベクトルＶのベクトル方向に向かう輝度Ｉｄは、下記の式（１）となる。
【００１８】
Ｉｄ＝Ｉｉ（ｋｄｃｏｓθ＋ｋｓｃｏｓｎφ）＋Ｉａｋａ        （１）
（Illumination for computer generated picture BT. Phong Communication of the ACM, 1975より引用する）
【００１９】
上記（１）式の第１項は拡散反射、第２項は鏡面反射、第３項は環境光を表している。環境光は、プロジェクタから投影される輝度に対して小さいため無視してもよい。なお、正確な測定のためには暗室で測定し、もしくはチェッカーパターンを投影して差分を取るなどにより環境光成分を除外して照度を算出することが望ましい。θは輝度測定点で法線方向に対する入射する角度（入射角）であり、φは輝度測定点からの反射方向と輝度測定点から撮像装置へ向かう方向となす角度（反射角）である。
【００２０】
環境光を無視すると、式（１）は、次の式（２）となる。
Ｉｄ＝Ｉｉ（ｋｄｃｏｓθ＋ｋｓｃｏｓｎφ）                （２）
【００２１】
さらに、式（２）において、θ＝０のとき次の式（３）となる。
Ｉｄ＝Ｉｉ（ｋｄ＋ｋｓｃｏｓｎφ）                        （３）
【００２２】
なお、ｋｄは拡散反射係数、ｋｓは鏡面反射係数、ｎはphong係数でスクリーン固有の係数である。各係数は図８の視聴角度とスクリーンゲイン（以下ＧＡＩＮと称す）との関係の一例を示す特性図により決定する。図８に示すスクリーンゲインは視聴角度０°でスクリーンに入射させた反射光の光輝度を表したものである。図８中の横軸を輝度測定点から撮像手段までの視聴角度、縦軸をＧＡＩＮとした。ＧＡＩＮは次の式（４）のように定義される。
【００２３】
ＧＡＩＮ＝（計測対象のスクリーンに反射させた際の輝度（入射角０°））／（標準白色拡散板で反射させた際の輝度（入射角０°））                    （４）
【００２４】
これを任意の入射角θにおける反射光の輝度まで範囲を拡大して、次の式（５）のように定義する。
【００２５】
ＧＡＩＮ＝（計測対象のスクリーンに反射させた際の輝度（入射角θ））／（標準白色拡散板で反射させた際の輝度（入射角０°））
＝Ｉｄ／Ｉｄｗ                                            （５）
【００２６】
Phongモデルにおいて、標準白色拡散板は板面に照射した光の反射が拡散反射のみである理想な拡散板である。このため、ｋｄ＝１、ｋｓ＝０である。環境光を無視すると、入射角０°で標準白色拡散板に反射させた際の輝度Ｉｄｗは、上記式（３）より
Ｉｄｗ＝Ｉｉ                                        （６）
そして、式（６）を式（２）に代入すると、
Ｉｄ＝Ｉｄｗ（ｋｄｃｏｓθ＋ｋｓｃｏｓｎφ）          （７）
式（７）及び式（５）から、
ＧＡＩＮ＝ｋｄｃｏｓθ＋ｋｓｃｏｓｎφ              （８）
が算出される。
そして、θ＝０のとき、
ＧＡＩＮ＝ｋｄ＋ｋｓｃｏｓｎφ                      （９）
【００２７】
これをＧＡＩＮに合わせてフィッティングを行い、ｋｄ、ｋｓ、ｎを決定する。例えば、図８の特性をフィッティングすると、例えばｋｄ＝０．７、ｋｓ＝０．３、ｎ＝４が得られる。Phongモデルのような単純なモデルを用いる場合は、撮像手段等の光学系への入射角度に関係して、フィッティングを適用する範囲を±６０〜７０°程度に制限することが望ましい。
【００２８】
図９は入射角の変化させたＧＡＩＮを説明するグラフである。ｋｄ＝０．７、ｋｓ＝０．３、ｎ＝４の係数を上記式（７）に代入すると、図９のグラフが得られる。輝度測定点において半径ｒの半球体で、輝度測定点から撮像手段までの距離ｄにおける拡散反射する輝度を単位面積辺りの照度に換算する換算式は、Ｅ＝πＩｉ（ｒ／ｄ）２となる。ｃｏｓθは（ｒ／ｄ）２で求められる。よって、標準白色拡散板に反射させた際の輝度Ｉｄｗと照度Ｅの関係は、下記の式（１０）となる。
Ｉｄｗ＝Ｉｉｃｏｓθ＝Ｅ／π                        （１０）
【００２９】
この式（１０）を式（２）、式（９）に代入すると、
Ｉｄ／Ｅ＝（ＧＡＩＮ）／π＝（ｋｄｃｏｓθ＋ｋｓｃｏｓｎφ）／πｃｏｓθ    （１１）
となり、あらゆる入射角度、撮像装置の位置での照度と輝度の換算式が得られる。
【００３０】
なお、この式（１１）とＧＡＩＮとを用いずに、直接に照度又は輝度を測定して、換算式を作成してもよい。
【００３１】
また、プロジェクタ本体にセンサを搭載する際、ホワイトマットスクリーン、ビーズスクリーン、リアスクリーン等の平均的なスクリーンゲインのデータを本体に記憶しておく。そして、その平均的なスクリーンゲインのデータに基づいてスクリーンを選択するだけで、簡易的に照度を算出可能にしてもよい。そして、外環境に影響する輝度と異なり、照度はプロジェクタ本体の明るさ性能を表すパラメータである。このため、光源の正確な寿命判断を行うことができる。
【００３２】
図１０は本実施形態の照度出力装置の構成を示すブロック図である。同図に示す本実施形態の照度出力装置２００は、検出手段２０１、算出手段２０２、入射角算出手段２０３及び照度算出手段２０４を含んで構成されている。検出手段２０１は、投影画像の輝度、スクリーン（不図示）の投影面における投影画像の位置、図６に示した投影画像内における輝度測定点の位置を検出する。算出手段２０２は、スクリーンゲインの理想値に基づいて、スクリーンの投影面に対して入射角で画像光が入射したときのスクリーンゲインを算出する。スクリーンゲインとはスクリーン（不図示）に投射される投影画像の画像光の輝度とスクリーンの投影面で反射した反射光の輝度との比率である。そして、入射角算出手段２０３では、検出手段２０１によって検出された投影画像の位置及び投影画像内における輝度測定点の位置に基づいて、入射角と反射角とを算出する。入射角は投影画像の画像光が輝度測定点へ入射する角度であり、反射角は投影画像内における輝度測定点からの正反射方向と撮像装置へ向かう方向となす角度である。照度算出手段２０４は、投影画像内における輝度測定点の輝度、スクリーンゲイン、入射角及び反射角に基づいて、輝度照度換算を用いて、輝度測定点の輝度を照度に換算して当該照度を算出する。
【００３３】
図１１は本実施形態の輝度出力装置を適用する測定システムの位置関係を示す概略図である。同図を用いて異なる任意の位置での輝度換算を説明する。同図のように、撮像装置（不図示）を搭載した超短焦点プロジェクタと視聴者の位置が大きく異なるような場合などには、異なる位置での輝度を求めることも可能である。撮像装置の輝度をＩ１、視聴者の輝度をＩ２とすると、上記式（２）により、
Ｉ２／Ｉ１＝（ｋｄｃｏｓθ＋ｋｓｃｏｓｎφ２）／（ｋｄｃｏｓθ＋ｋｓｃｏｓｎφ１）    （１２）
とあらわされる。視聴者の位置が変化し、変化した位置における入射角φ２の変化による輝度変化を算出することもできる。φ１は輝度測定点の位置から撮像装置への入射角である。また、視聴者への方向の輝度を元に、光源の電力調整、γ補正、輝度ムラを補正することで、撮像装置で得られた輝度で補正するよりも正確な補正を行うことが可能になる。
【００３４】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様１）
画像投影装置から投影部材の投影面に投影された投影画像の画像光の照度を出力する照度出力装置において、投影部材の投影面に投影された投影画像を撮像する撮像手段と、該撮像手段によって撮像した撮像画像内の輝度測定点における輝度を検出する輝度検出手段と、該輝度検出手段によって検出された撮像画像内の輝度測定点における投影画像の輝度を照度に換算する照度算出手段とを備え、該照度算出手段は、画像投影装置の投影部材に対する相対的な位置を示す画像投影装置の位置情報と輝度測定点の位置情報とに基づく輝度測定点における投影面の法線方向に対する投影画像の投影光の入射角、撮像手段の投影部材に対する相対的な位置を示す撮像手段の位置情報と輝度測定点の位置情報に基づく輝度測定点における正反射光の方向に対する輝度測定点から撮像手段へ向かって反射する反射光の反射角、及び、投影部材の表面反射特性に基づいて、輝度検出手段によって検出された輝度測定点における投影画像の輝度を照度に換算して出力する。これによれば、上記実施形態について説明したように、画像投影装置の超短焦点プロジェクタ２０又は通常焦点プロジェクタ３０からスクリーン２１に投影した投影画像の輝度測定点における照度は、輝度測定点における投影画像の輝度、第１入射角、第２入射角及びスクリーン２１の表面反射特性に依存する。スクリーン２１の表面反射特性は、投影部材の固有な特性であり、予め規定されているものである。撮像装置１０によってスクリーン２１の投影面に投影された投影画像を撮像した撮像画像内の輝度測定点における輝度を検出することにより、第１入射角、第２入射角及びスクリーン２１の表面反射特性に基づいて輝度照度換算を用いれば、輝度測定点における投影画像の輝度を照度に換算できる。これにより、投影画像装置及び撮像手段の投影部材との位置関係で投影部材上の任意の輝度測定点の照度を出力できる。
（態様２）
（態様１）において、投影部材の表面反射特性は、投影画像の画像光を投影部材の投影面の法線方向に対する入射角が略０度で、板面に照射した光の反射が拡散反射のみである拡散板における板面に入射させたときの輝度と、投影画像の画像光を入射角で計測対象の投影部材に入射させたときの計測対象の投影部材における輝度との相関関係を示す特性である。
（態様３）
（態様１）において、輝度照度換算は、輝度測定点に入射した光が半球体状に拡散反射するときの輝度に、半球体の上方からみた円の面積を乗算するとともに輝度測定点との距離の逆二乗則することで、輝度測定点における輝度を照度に換算する。
（態様４）
（態様１）において、照度算出手段は、入射角及び反射角を変化させたときの各入射角毎及び各反射角毎の輝度検出手段によってそれぞれ検出した輝度に基づいて照度との、画像投影装置からの入射角に依存した換算値を算出する。これによれば、上記実施形態の変形例について説明したように、反射モデルを用いた換算式とスクリーンゲインを用いずに、直接に輝度を測定して、輝度を照度に換算する輝度照度換算を作成してもよい。
（態様５）
（態様１）において、複数の投影部材毎に予め規定されている理想の投影部材の表面反射特性の中から、実際の投影部材の表面反射特性に近い理想の投影部材の表面反射特性を有する投影部材を選択する選択手段を有する。これによれば、上記実施形態１について説明したように、画像投影装置本体に照度計を搭載する際、ホワイトマットスクリーン、ビーズスクリーン、リアスクリーン等のスクリーンゲインのデータを本体に記憶しておく。そして、そのスクリーンゲインのデータに基づいてスクリーンを選択するだけで、簡易的に照度を算出可能となる。
（態様６）
画像投影装置から投影部材の投影面に投影された投影画像の画像光の輝度を出力する照度輝度装置において、投影部材の投影面に投影された投影画像を撮像する撮像手段と、該撮像手段によって撮像した撮像画像内の輝度測定点における輝度を検出する輝度検出手段と、画像投影装置の投影部材に対する相対的な位置を示す画像投影装置の位置情報と輝度測定点の位置情報とに基づく輝度測定点における投影面の法線方向に対する投影画像の投影光の第１入射角を算出するとともに、撮像手段の投影部材に対する相対的な位置を示す撮像手段の位置情報と輝度測定点の位置情報に基づく輝度測定点における正反射光の方向に対する輝度測定点から撮像手段へ向かって反射する反射光の反射角を算出するとともに、輝度測定点の位置から反射してくる反射光が任意の位置へ入射する第２入射角を算出する入射角算出手段と、投影画像の画像光を投影部材の投影面の法線方向に対する入射角が略０度で、板面に照射した光の反射が拡散反射のみである拡散板における投影面に入射させたときの輝度と、投影画像の画像光を第１入射角で計測対象の投影部材に入射させたときの計測対象の投影部材における輝度との相関関係を示す投影部材の表面反射特性、及び、照度輝度換算に基づいて、検出手段によって検出された輝度測定点における投影画像の輝度、入射角算出手段によって算出された第１入射角、第２入射角及び反射角を用いて、計測対象の投影部材に投影した投影画像の投影面上の輝度測定点における輝度を算出する輝度算出手段とを有する。これによれば、上記実施形態２について説明したように、輝度出力装置を搭載した画像投影装置の配置位置と視聴者の位置が大きく異なる場合の視聴者の位置が変化しても、その変化による輝度を算出することができる。
（態様７）
（態様６）において、輝度算出手段は、投影画像の輝度、第１入射角及び反射角を変化させたときの各第１入射角毎及び各反射射角毎の撮像手段によって撮像した撮像画像から検出した輝度に基づいて照度を換算した換算値、もしくは測定した照度に基づいて輝度を換算した換算値、入射角算出手段によって算出された第１入射角、第２入射角及び反射角に基づいて、任意の位置からの、計測対象の投影部材に投影した投影画像の投影面上の輝度測定点における輝度を算出する。これによれば、上記実施形態２の変形例について説明したように、反射モデルを用いた換算式とスクリーンゲインを用いずに、直接に照度と輝度を測定して、任意の位置における輝度に換算する輝度照度換算を作成してもよい。
（態様８）
（態様６）において、複数の投影部材毎に予め記憶されている理想の投影部材の表面反射特性の中から、実際の投影部材の表面反射特性に近い理想の投影部材の表面反射特性を有する投影部材を選択する選択手段を有する。これによれば、上記実施形態２について説明したように、画像投影装置本体に照度計を搭載する際、ホワイトマットスクリーン、ビーズスクリーン、リアスクリーン等のスクリーンゲインのデータを本体に記憶しておく。そして、そのスクリーンゲインのデータに基づいてスクリーンを選択するだけで、簡易的に任意の位置における輝度を算出することができる。
（態様９）
（態様１）〜（態様５）のいずれかの照度出力装置が画像投影装置に搭載されている。これによれば、上記実施形態について説明したように、画像投影装置で投影画像の照度が得られ、得られた照度に基づいて画像投影装置の補正や調整を行うことができる。
（態様１０）
（態様１）〜（態様５）のいずれかの照度出力装置によって得られた照度に基づいて、光源の寿命を判定する。これによれば、上記実施形態について説明したように、外環境に影響する輝度と異なり、照度は画像投影装置の明るさ性能を表すパラメータである。照度に基づいて光源の寿命を判定できることにより投影中に光源の寿命となって使用できなくなることを避けることができ、画像投影装置の利便性を向上させることができる。
（態様１１）
（態様６）〜（態様８）のいずれかに記載の輝度出力装置が画像投影装置に搭載されている。これによれば、上記実施形態２について説明したように、画像投影装置で投影画像の輝度が得られ、得られた輝度に基づいて画像投影装置の補正や調整を行うことができる。
（態様１２）
（態様９）の照度出力装置によって得られた照度、又は（態様１１）の輝度出力装置によって得られた輝度に基づいて、光源の電力を補正し、あるいはγ補正し、もしくは輝度むらを補正する。これによれば、上記実施形態１又は上記実施形態２について説明したように、例えば輝度センサで得られた輝度で補正するよりも正確な補正を行うことができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  撮像装置
２０  超短焦点プロジェクタ
２１  スクリーン
２２  センサ
２３  遮光部
３０  通常焦点プロジェクタ
１０１  撮像画像
１０２  輝度測定点
１０３  投影画面
２００  照度出力装置
２０１  検出手段
２０２  スクリーンゲイン算出手段
２０３  入射角算出手段
２０４  照度算出手段
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３６】
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｘ６９１１：２００３  データプロジェクタの仕様書様式
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図９】
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