(57)【要約】【課題】スクリーン面上に投影される画像の歪み補正を正確且つ迅速に行うことが可能な画像表示装置を提供する。【解決手段】投影面に向けて投影像を投射する投影手段と、前記投影面に投射された投影像における複数の光点からの反射光を受光する２次元ＰＳＤと、前記２次元ＰＳＤからの出力信号に基づいて前記投影像における前記複数の光点の位置を検知する位置検知回路と、前記位置検知回路により検知された前記複数の光点の位置に基づいて前記画像投影手段によって前記投影面上に投影される投影像の歪みを検出して当該歪みを補正する制御手段と、を備えた。【選択図】　図１
2004088169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影面に向けて投影像を投射する投影手段と、
前記投影面に投射された投影像における複数の光点からの反射光を受光する２次元ＰＳＤと、
前記２次元ＰＳＤからの出力信号に基づいて前記投影像における前記複数の光点の位置を検知する位置検知回路と、
前記位置検知回路により検知された前記複数の光点の位置に基づいて前記画像投影手段によって前記投影面上に投影される投影像の歪みを検出して当該歪みを補正する制御手段と、
を備えた画像表示装置。
【請求項２】
投影像を投影面に向けて投射する投影手段と、
前記投影面に対する前記投影手段の投光軸の傾きを検知する傾き検知手段と、前記投影面に投射された投影像における複数の光点からの反射光を受光するＰＳＤと、
前記ＰＳＤからの出力信号に基づいて前記投影像における前記複数の光点の位置を検知する位置検知回路と、
前記傾き検知手段が検知した検知結果に基づいて前記投影面上に投影される投影像の垂直方向又は水平方向の何れか一方向の傾きによる歪みを検出して当該歪みを補正し、前記ＰＳＤにより検知された前記複数の光点の位置に基づいて前記投影面上に投影される投影像の他方向の歪みを検出して当該歪みを補正する制御手段と、
を備えた画像表示装置。
【請求項３】
前記傾き検知手段は、ジャイロスコープであることを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記傾き検知手段は、装置本体を支持する支持手段に対する装置本体の傾きを検知することにより前記投影面に対する前記投影手段の投光軸の傾きを検知することを特徴とする請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記ＰＳＤは、１次元ＰＳＤであることを特徴とする請求項２乃至４に記載の画像表示手段。
【請求項６】
前記ＰＳＤは、２次元ＰＳＤであることを特徴とする請求項２乃至４に記載の画像表示手段。
【請求項７】
投影像を投影面に向けて投射する投影手段と、
前記投影面に投射された投影像における複数の光点からの反射光を受光する二つのＰＳＤと、
前記二つのＰＳＤの一方のＰＳＤからの出力信号に基づいて前記投影像における前記複数の垂直方向における位置を検知し、他方のＰＳＤの出力に基づいて前記複数の光点の水平方向における位置を検知する位置検知回路と、
前記位置検知回路により検知された前記複数の光点の位置に基づいて、前記画像投影手段によって前記投影面上に投影される投影像の歪みを検出して補正する制御手段と、
を備えた画像表示装置。
【請求項８】
前記二つのＰＳＤは、それぞれ１次元ＰＳＤであることを特徴とする請求項７に記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記制御手段は、所定時間毎に、前記投影像の歪みの検出と補正を行う請求項１、２又は７に記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記ＰＳＤは、
少なくとも一対の電極と、
前記光点からスポット状の光を受けて前記少なくとも一対の電極に供給される電流を生じさせる光電変換手段と、
前記少なくとも一対の電極間において前記電流を導電する抵抗体と、
を有する請求項１、２又は７に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パソコンやビデオ機器等から送られた文字や図形等をスクリーン上に投影する画像表示装置（プロジェクタ）に関し、特に、画像表示装置による画像投射角度がスクリーン面（投影面）に対して垂直でないときに生じる投影像の歪みを補正する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スクリーン上に画像を拡大して投影する画像表示装置が知られている。
この画像表示装置は、フロント型とリア型に大別されている。フロント型は、映画のように画像表示装置の前方に設置したスクリーンに向けて画像を投影するタイプで、リア型は画像表示装置本体内に透過式のスクリーンが内蔵されていて、このスクリーンの裏側から画像を投影するタイプのものである。
【０００３】
フロント型画像表示装置においては、画像表示装置本体とスクリーン等の投影面とが別体で構成されていることから大画面表示が可能であるが、画面サイズに比例して投影距離を長くとる必要がある。しかし、画像表示装置による画像投射角度がスクリーン面（投影面）に対して垂直になるように配置されていない場合（例えば、鉛直状に設置されたスクリーン面に対してスクリーンの下側位置から上方に向けて投射する配置関係の場合、画像表示装置自体が傾いている場合等）には、スクリーンの配置距離が長くなればなる程に、投影画像は台形状や四辺形状に歪んでしまうこととなる。
【０００４】
この歪みを補正する従来の手段としては、操作を行う者がスクリーン上の投影された画像を見ながら画像表示装置本体の調整装置を手動操作する他に、例えば特開平８−９３０９号公報に開示されているように、画像表示装置の投射面から発する投射光と投影面からの反射光とからその歪み量を自動検出して歪み補正を行うことが知られていた。そして、本装置においては、超音波方式やＬＥＤ又はレーザーダイオードを利用した距離センサにより本体装置とスクリーンの複数の点との距離を測定することにより生じ得る歪みを補正するか（実施例１）、又は予め定められた複数の光点を有するテストパターン画像を投影し、画像表示装置内に設置されたＣＣＤカメラが各光点の位置を検出することより投影面（スクリーン面）上の画像の歪みを検出していた（実施例２）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような距離センサやＣＣＤカメラを使用する歪み検知方法においては、ハードウェア及びソフトウェアにおける複雑な処理を必要とし多くの処理時間を必要とすることから、歪み補正処理全体の処理速度が遅いという問題があった。
【０００６】
また、検知手段としてＣＣＤカメラを使用する場合は、投影面から取り込まれたテストパターンにおける複数の光点の焦点が合わずに光点の輪郭がぼやけてしまっている場合、各光点の位置が正確に検知できないために、結果として投影面上の像の歪みを正確に検知できずに、正確な歪み補正ができないといった問題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術に鑑みてなされたものであって、投影面上に投影される画像の歪み補正を正確且つ迅速に行うことが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、投影面に向けて投影像を投射する投影手段と、前記投影面に投射された投影像における複数の光点からの反射光を受光する２次元ＰＳＤと、前記２次元ＰＳＤからの出力信号に基づいて前記投影像における前記複数の光点の位置を検知する位置検知回路と、前記位置検知回路により検知された前記複数の光点の位置に基づいて前記画像投影手段によって前記投影面上に投影される投影像の歪みを検出して当該歪みを補正する制御手段と、を備えた画像表示装置を提供するものである。
【０００９】
ここで、本発明の画像表示装置は前記投影面に投射された投影像における複数の光点からの反射光を受光する２次元ＰＳＤを設けたことで、前記投影面上に投影される投影像の歪みを検出して当該歪みを正確且つ効率よく補正することが出来る。
【００１０】
さらに、本発明は、投影像を投影面に向けて投射する投影手段と、前記投影面に対する前記投影手段の投光軸の傾きを検知する傾き検知手段と、前記投影面に投射された投影像における複数の光点からの反射光を受光するＰＳＤと、前記ＰＳＤからの出力信号に基づいて前記投影像における前記複数の光点の位置を検知する位置検知回路と、前記傾き検知手段が検知した検知結果に基づいて前記投影面上に投影される投影像の垂直方向又は水平方向の何れか一方向の傾きによる歪みを検出して当該歪みを補正し、前記ＰＳＤにより検知された前記複数の光点の位置に基づいて前記投影面上に投影される投影像の他方向の歪みを検出して当該歪みを補正する制御手段と、を備えた画像表示装置を提供するものである。
【００１１】
ここで、ＰＤＳと、さらに傾き検知手段を設けたことにより、前記投影面上に投影される投影像の歪みと傾きを正確に且つ短時間で補正することが可能となった。
【００１２】
前記傾き検知手段は、ジャイロスコープであり、装置本体を支持する支持手段に対する装置本体の傾きを検知することにより前記投影面に対する前記投影手段の投光軸の傾きを検知する構成である。
【００１３】
さらに、前記ＰＳＤは、１次元ＰＳＤ、又は、２次元ＰＳＤであっても実現可能である。
【００１４】
さらに、本発明は、投影像を投影面に向けて投射する投影手段と、前記投影面に投射された投影像における複数の光点からの反射光を受光する二つのＰＳＤと、前記二つのＰＳＤの一方のＰＳＤからの出力信号に基づいて前記投影像における前記複数の垂直方向における位置を検知し、他方のＰＳＤの出力に基づいて前記複数の光点の水平方向における位置を検知する位置検知回路と、前記位置検知回路により検知された前記複数の光点の位置に基づいて、前記画像投影手段によって前記投影面上に投影される投影像の歪みを検出して補正する制御手段と、を備えた画像表示装置を提供するものである。
【００１５】
前記二つのＰＳＤは、それぞれ１次元ＰＳＤである。
【００１６】
ここで、画像表示装置に二つのＰＳＤを設けたことにより、２次元ＰＳＤで起こり得る電極相互の干渉がなく、前記投影面上に投影される投影像の歪みと傾きを正確に且つ短時間で補正することが可能となった。
【００１７】
ここで、前記制御手段は、所定時間毎に、前記投影像の歪みの検出と補正を行うように構成されている。これにより、時間経過とともに、投影面あるいは画像表示装置自体が変化することで投影像に歪みが生じても自動的に補正され歪みのない投影象を提供することができる。
【００１８】
さらにまた、前記ＰＳＤは、少なくとも一対の電極と、前記光点からスポット状の光を受けて前記少なくとも一対の電極に供給される電流を生じさせる光電変換手段と、前記少なくとも一対の電極間において前記電流を導電する抵抗体と、を有する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像表示装置の実施の形態例を図に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
本画像表示装置は、パソコン等に接続して使用される画像プロジェクタ（以下、「プロジェクタ」という）である。プロジェクタ１１には液晶パネルを使用する液晶方式と、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を使用するＤＬＰ（デジタル・ライト・プロセッシング）方式があるが、以下に示す実施形態は後者のＤＬＰ方式によるプロジェクタ１１の例について説明するが、液晶方式のプロジェクタにおいてもそのまま本発明が適用されることはいうまでもない。
【００２１】
図１は、上記ＤＬＰ方式を採用したプロジェクタ１１の実施形態の構成を示したものである。このプロジェクタ１１は、画像信号入力手段１２、画像処理手段１３、画像投影手段１４、画像入力手段（１５ａ、１５ｂ）、自動焦点調整手段１６、自動歪み補正制御手段１７と、必要に応じて傾き検知手段１８、及び、その他画像投影手段１４に備えられている光源（ランプユニット２４）等によって構成されている。また、前記プロジェクタ１１とは別に、前記画像投影手段１４によって投影されたイメージ画像を表示する投影面（スクリーン２０）を外部に備える。
【００２２】
前記画像信号入力手段１２は、画像信号入力を実現するもので、パソコンやビデオ機器等の外部機器１２ａあるいはプロジェクタ１１に内蔵されている画像メモリ１２ｂから画像信号を取り入れるインターフェイス部を備えている。このインターフェイス部では、パソコンで作成された文章や図表等のデジタル信号であれば直接画像処理手段１３に転送し、ビデオ機器等から出力されるビデオ出力信号、Ｙ／Ｃ出力信号あるいはＲＧＢ出力信号のようなアナログ信号であればＡ／Ｄ変換処理して画像処理手段１３に転送する。
【００２３】
この画像信号入力手段１２によって取り込まれる画像信号は、本来の文字や図表の他に後述する自動焦点調整手段１６、自動歪み補正制御手段１７及び傾き検知手段１８において使用されるテスト画像が含まれる。
【００２４】
このテスト画像には図２に示すように、中心部や四隅が点状に白色発光するパターン１からパターン６が用意される。なお、前記パターン１は後述する画像入力手段１５ａにおける受光部４１に搭載される受光素子がＣＣＤの場合に使用され、パターン２乃至パターン６はＰＳＤの場合に使用される。
【００２５】
画像処理手段１３は、図３に示すように、デジタルプロセッサ（ＣＰＵ）を中心にデジタルフォーマット部、デジタルディスプレイ部、ＤＭＤ駆動部とを備え、前記画像信号入力手段１２、後述する自動歪み補正制御手段１７及び傾き検知手段１８を経由した画像信号に対して各種のデジタル信号処理を施す。
【００２６】
ここでの処理内容は表示させる画像の種類に応じて周知の画像処理技術が使用されるが、その主なものを示せば、画像のサイズを適宜のサイズに変更するスケーリング、複数の画像の合成や画像に付加する色の変換、その他、誤差拡散、ガンマ補正等である。このようにして処理された画像データは、フレームメモリに逐次記憶される。そして、メモリ制御部によって、前記フレームメモリに記憶された画像データを取り出し、後述するランプユニット２４及び画像投影手段１４によって光の像として投影される。
【００２７】
画像投影手段１４は、前記画像処理手段１３によって変換されたイメージ画像をランプユニット２４の発する光によって投影レンズ４０から所定距離離れたスクリーン２０上に投影させる機構を備えたものである。図４及び図５は画像投影手段１４の構成を示したものであり、ランプユニット２４を構成するランプ３１の発光面３４からカラーホイール３５、インテグレータ３６、コンデンサレンズ３７、ＤＭＤ３８（デジタル・マイクロミラー・デバイス）、ミラー３９、投影レンズ４０の順に配列されている。
【００２８】
前記ランプユニット２４は、白色光を発するランプ３１と、このランプ３１の背面を囲う半円形の反射板３２とで構成されている。また、ランプ３１の発光時に発する熱を冷ますために、冷却用のファン３３が備えられている。前記カラーホイール３５は、ＲＧＢ（赤、緑、青）からなる３つの色領域が形成された一枚の円盤状のフィルタであり、高速で回転しながらランプ３１から発する白色光を透過させる。そして、前記透過した光はインテグレータ３６を介してコンデンサレンズ３７に至る。
【００２９】
このコンデンサレンズ３７で集光させた光は、ミラー３９によってＤＭＤ３８の表面に反射される。前記ＤＭＤ３８は、プロジェクタ用の表示デバイスとして開発されたもので、指先サイズのシリコンチップを基板とし、その上に超小型のアルミ製可動ミラーを多数形成したものである。前記可動ミラーの数は表示させる画像の画素分備えられており、各可動ミラーの僅かな傾斜による反射光によって、投影される画像の色調等を調整している。
【００３０】
次に、本発明のプロジェクタ１１において、投影像の歪みを正確且つ迅速に補正可能とするための主要手段である画像入力手段（１５ａ、１５ｂ）、自動焦点調整手段１６、自動歪み補正制御手段１７及び傾き検知手段１８について詳細に説明する。
【００３１】
図６は、プロジェクタ１１の正面斜視図を示す。図６（ａ）は、２次元ＰＳＤ２５ａを装着したプロジェクタ１１を示し、投影レンズ４０と、投影レンズ４０に対して所定の位置に２次元ＰＳＤ２５ａの受光部４１が配設されている。図６（ｂ）は、１次元ＰＳＤ２５ｂを２個（縦方向位置、横方向位置検出用）装着したプロジェクタ１１を示し投影レンズ４０に対して、各々のＰＳＤ受光部４１が所定の位置に配設されている。図６（ｃ）は、投影レンズ４０に対して所定の位置に横１次元ＰＳＤ２５ｂの受光部４１と、支持手段６０と、プロジェクタ１１内に傾き検知手段１８が配設されている。
【００３２】
なお、図１には、画像入力手段（１５ａ、１５ｂ）を２系統示しているが、実際の装置構成では、一つの画像入力装置を切替えて自動焦点調整手段１６及び自動歪み補正制御手段１７に反射光あるいは反射像を取り入れている。
【００３３】
前記画像入力手段（１５ａ、１５ｂ）は、図７に示すように、受光部４１と、信号処理部４２と、Ａ／Ｄ変換部４３とを備えた構成となっている。前記受光部４１はスクリーン２０で反射された光を受光するＰＳＤ２５ａ、２５ｂ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）あるいはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）からなる受光素子を備える。
【００３４】
上記した、ＰＳＤ２５ａ、２５ｂは、いわゆる位置検出素子と呼ばれ、後述する自動焦点調整手段１６においては、スクリーン２０で反射された光の入射位置を検出し、この入射位置によって画像投影手段１４に備えられている投影レンズ４０からスクリーン２０までの距離を算出する。
【００３５】
また、後述する自動歪み補正制御手段１７においては、前記図２に示したパターン１又はパターン２〜パターン６の白色発光点の位置を検出し、歪み補正を行うための座標に変換する。前記発光部４１の受光素子であるＰＳＤ２５ａ、２５ｂは、前記画像投影手段１４から連続投影されるパターン２からパターン６が逐次取り込まれる。
【００３６】
本発明の画像表示装置においては、２次元ＰＳＤ又は二つの１次元ＰＳＤによって投影像の歪みを検知するも可能であるが、スクリーン２０（投影面）に対する垂直方向又は水平方向の何れか１方の傾きを検出するのに、傾き検知手段１８を利用することが可能である。
【００３７】
この場合、傾き検知手段１８の例として、図８に示すようにジャイロスコープ４８ａを利用する。ジャイロスコープ４８ａは、プロジェクタ１１本体を支持する支持手段に対するプロジェクタ１１本体の傾き検知することによりスクリーン２０に対するプロジェクタ１１本体の投光軸の傾きを検知する。
【００３８】
この傾き検知手段１８は、ジャイロスコープ４８ａで検知したプロジェクタ１１本体の傾き信号を傾き補正処理部４８ｂで処理し、傾き補正処理部４８ｂは傾き補正信号を傾き制御手段４９に送り支持手段６０を稼働することにより投光軸の傾きを補正して基準の投光軸に一致させるように構成されている。
【００３９】
次に、本発明に係る画像表示装置に用いられるＰＳＤ２５について説明する。
【００４０】
図９は、ＰＳＤ２５ｂ（１次元）の基本構成の断面図を示す。図９（ａ）は、ＰＳＤ２５ｂの平面図を示す。図９（ｂ）は、ＰＳＤ２５ｂの断面図を示す。ＰＳＤ２５ｂの基本構造は、高抵抗半導体基板の片面、又は両面に均一な抵抗層が形成され、抵抗層の両端に信号取り出し用の一対の電極が設けられている。受光面は、抵抗層であると同時にＰＮ接合をも形成しており、光起電力効果により光電流を生成する。
【００４１】
図９に示すように、ＰＳＤ２５においては、Ｎ型高抵抗シリコン基板の表面に、受光面と抵抗層を兼ねたＰ型抵坑層を形成しており、その両端に１対の出力電極が形成されている。また、裏面はＮ層であり、共通電極が形成されている。従って、ＰＳＤ２５ｂに光束が入光すると入射位置には光量に比例した電荷が発生する。この電荷は光電流として抵抗層に到達し、それぞれの電極までの距離に逆比例して分割され出力電極Ｘ１、Ｘ２より取り出される。
【００４２】
これにより、出力電極Ｘ１、Ｘ２より取り出された出力電流の差又は比を求め、光強度及びその変化に無関係に、の入射位置を求めることが出来る。尚、ここで求められる光の入射位置は、光量の中心に当る。
【００４３】
ＰＳＤ２５には、半導体面と電極の構造により１次元ＰＳＤ２５ｂと、２次元ＰＳＤ２５ａがある。２次元ＰＳＤ２５ａは、構造により両面分割型と表面分割型に分けられ、さらに、表面分割型には受光面、電極に改良を加えた改良表面分割型ＰＳＤ２５ａがある。それぞれの構造によって入射位置換算式が異なる。
【００４４】
図１０は、両面分割型ＰＳＤ２５ａの構成例の断面図を示す。図１０（ａ）は、ＰＳＤ２５ａの平面図を示す。図９（ｂ）は、ＰＳＤ２５ａの断面図を示す。
両面分割型ＰＳＤ２５ａは、図９に示した１次元ＰＳＤ２５ｂのＮ層もＰ層と同様に抵抗層となっており、両面の抵抗層（Ｐ層、Ｎ層）の取り付け方向を直行させた構成となっている。
【００４５】
２次元ＰＳＤ２５ａは、各出力電極をＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２とし、表面の電極からＸ軸方向の位置信号が、裏面の電極からＹ方向の位置信号が出力される。
このように両面分割型ＰＳＤ２５ａは、両面で極性の異なる電流が分割されるため、優れた分解能を実現する。ＰＳＤ２５は、非常にシンプルな構成と動作であり、出力電流は、位置データそのものを表す電流であるのでＸ、Ｙの位置データが即座に得られる。
【００４６】
このような構成により、ＰＳＤ２５は、温度や湿度の変化によって位置の測定精度が大きく変動することはない。また、ＣＣＤのように、画像データを取り込んでから、ハード、ソフトの複雑な処理を必要とすることもない。さらに、ＰＳＤ２５は、ＣＣＤに比べ分解能も高く、測定の単位も０．５マイクロメートルからメートルの単位まで取ることが可能である。また、ＰＳＤ２５は、今、受光している光量の重心値が得られるため形状が変わらなければ位置データに変化は生じない。従って、画像がピンボケであっても一様に拡がっていれば正確な位置データが得られ安定した位置測定が可能である。
【００４７】
上記したように２次元ＰＳＤ２５ａは、１個のＰＳＤ２５ａでＸ、Ｙの位置データを検出するが、１次元ＰＳＤ２５ｂは、Ｘ位置、Ｙ位置情報の検出をそれぞれ別のＰＳＤ２５ｂで検出する。即ち、縦位置と横位置の情報を得るためには、２個のＰＳＤ２５ｂにより位置を検出する。このように、２次元ＰＳＤ２５ａや１次元ＰＳＤ２５ｂを使用した場合は、上記した傾き検知手段を用いて、スクリーン２０（投影面）に対する垂直方向又は水平方向の何れか１方の傾きを検出する必要はない。
【００４８】
次に、本発明に係るプロジェクタ１１における画像表示動作を説明する。
【００４９】
本発明に係る画像表示は、パソコンやビデオ機器等の外部機器あるいは内蔵された画像メモリ１２ｂから画像信号を取り込む画像信号入力をおこない、入力した画像信号を投影像に変換する画像処理を行う。該画像処理によって形成された投影像をスクリーン２０（投影面）上に拡大投影する。次に、投影面までの距離を測定して投影像の焦点を自動調整し、焦点調整された投影像の反射像を取り込む。取り込まれた反射像の歪みを自動補正するように動作する。
【００５０】
自動焦点調整は、画像投影によって投影面上に投影された投影像からの反射像（反射光）を受けて、投影面までの距離を測定する処理と、この測定された距離値に基づいて投影レンズを駆動させる投影レンズ駆動が行われる。投影面までの距離測定は、画像投影での駆動操作によって光源（ランプ）から発する光の投影面からの反射光が利用され、この反射光がＰＳＤ２５（位置検出素子）のどの位置に受光するかを検出し、この検出された位置によって計算される。そして、計算された距離値に基づいて投影レンズの駆動制御が行われる。
【００５１】
画像入力は、自動焦点調整において適正に焦点調整が行われた投影像の反射像を取り込む処理が行われる。取り込む反射像は、投影像の中心位置を示す中心点と、投影像の四隅の位置を示す４箇所の端点とを同時若しくは経時的に組み合わせたテストパターンが用いられる。この反射像の取り込みは、自動焦点調整でも使用される２５を備えた受光部によって行われる。ＰＳＤ２５は、受光操作を行う毎に、反射像のある一点の位置を記憶する方式となっているので、例えば、テストパターンの中心点から４箇所の端点まで計５回の受光操作を連続して行う。
【００５２】
自動歪み補正は、ＰＳＤ２５（画像入力）によって位置検知回路に取り込まれた反射像の中心点及び４箇所の端点の座標位置から後述するキーストン補正手法を用いて演算処理を行い、歪みの補正された画像に変換する。そして、歪み補正がなされた画像信号が画像投影手段１４に送られ、再びスクリーン２０に投影される。
【００５３】
ここで、自動焦点調整手段１６は、図１１に示すように、前記投影レンズ４０とスクリーン２０との間の距離を測定するための測距機構４４と投影レンズ４０を駆動させるためのレンズ駆動機構４５とを備えており、測距機構４４では前記画像入力手段１５ａによって取り込まれた反射光あるいは反射像からスクリーン２０までの距離を正確に割り出し、焦点が合うようにレンズ駆動機構４５を操作することで投影像の焦点が自動で調整される。
【００５４】
前記測距機構４４では、前記画像入力手段１５ａの受光部４１を構成する受光素子がＰＳＤ２５かＣＣＤかによって処理方法が異なる。ＰＳＤ２５の場合は、スクリーン２０に投影された投影像のある一点（中心点）からの反射光がどの位置に入射されたかを検出し、この入射位置に応じて距離値が計算処理される。
【００５５】
そして、前記計算された距離値に基づいて投影レンズ駆動量が定まり、この駆動量を電気信号に変換した後、レンズ駆動機構４５によって投影レンズが駆動制御される。一方、受光素子にＣＣＤを用いた場合は、スクリーン２０で反射された反射像のコントラストを電気信号に変換し、その波形を解析して行う。
【００５６】
この動作を簡単に説明すると、最初にＣＣＤの中央部（オートフォーカスエリア）にいったん結像した画像は、コントラストを電気信号（波形）に変換する。
そして、この波形はＨＰＦ（ハイパスフィルタ）によって解析用の信号波形に成形される。このＨＰＦを通した波形は焦点が合っていない場合は起伏がなだらかとなり、焦点が合っていれば起伏が急峻となる。レンズ駆動機構４５では前記波形を見て一番起伏が急峻な波形が検出された位置で投影レンズ４０を停止させることによって行われる。
【００５７】
本実施形態では、スクリーン２０に向けた投影像を画像投影手段１４の投影レンズ４０及びランプ３１で作り出したが、専用の発光源（例えば、ＬＥＤ）をこの自動焦点調整手段１６の内部に別途設けてもよい。
【００５８】
自動歪み補正制御手段１７は、図１２に示すように、キーストン演算部４６とキーストン補正処理部４７とを備えている。前記キーストン演算部４６には前記画像入力手段１５ｂを介して前記自動焦点調整手段１６で焦点調整済みの投影像の反射像を取り込む。この反射像及び反射像の取り込みに関しては、前記画像入力手段１５ａにおいて説明したので省略するが、取り込まれた反射像はＰＳＤ２５により検出された所定の座標が付与されたデータに変換される。
【００５９】
そして、このデータに対して後述するキーストン演算を行い、キーストン補正処理部において、画像の枠部の歪み（台形歪み）を補正する。ここで補正処理された画像信号は図３に示した画像処理手段１３のデジタルフォーマット部に送られ、所定の画像フォーマットに変換後、デジタルディスプレイ部、ＤＭＤ駆動部を経て画像投影手段１４に再度引き渡される。この自動歪み補正制御手段１７を通すことによって、文字や図表等の焦点がぴったり合い、しかも台形歪みのないきれいな画像としてスクリーン２０上に表示される。
【００６０】
また、図１に示したように、前記画像入力手段（１５ａ、１５ｂ）、自動焦点調整手段１６、自動歪み補正制御手段１７及び傾き検知手段１８の起動を制御する起動制御手段１９をプロジェクタ１１内に設けることもできる。この起動制御手段１９は、画像投影手段１４の起動を検知するセンサやタイマ／カウンタ回路を備えており、画像投影手段１４による投影に連動して画像入力手段（１５ａ、１５ｂ）、自動焦点調整手段１６、自動歪み補正制御手段１７及び傾き検知手段１８の一連の処理を行わせることで、最初から歪みのない画像を表示させることができる。
【００６１】
さらに、前記タイマ／カウンタ回路に所定のカウント値をセットしておけば、所定周期ごとに画像入力手段（１５ａ、１５ｂ）、自動焦点調整手段１６及び自動歪み補正制御手段１７の一連の処理が実行されるので、画像投影中にプロジェクタ１１やスクリーン２０の位置が振動や衝撃等によってずれた場合でも歪みのない画像に周期的に補正することができる。
【００６２】
なお、前記タイマ／カウンタ回路を介さず、前記前記画像入力手段（１５ａ、１５ｂ）、自動焦点調整手段１６及び自動歪み補正制御手段１７に対して操作者が任意のタイミングで割り込みをかけることでプロジェクタ１１やスクリーン２０がずれた場合に適宜補正を行わせることができる。
【００６３】
次に、前記自動歪み補正制御手段１７による台形歪みの補正方法の一例を図１２に基づいて説明する。
【００６４】
図１３（ａ）は、前記画像入力手段１５ｂを介して台形歪みが生じた反射像を図９に示した受光部４１を経由して自動歪み補正制御手段１７のキーストン演算部４６に取り込んだときの画像データを示したものである。
【００６５】
この画像データに対して歪み補正をかける場合は、先に取り込んだ図５のパターン１又はパターン２〜パターン６を基に画像の中心座標Ｏ（０，０）と四隅の端点座標Ａ（ｘａ，ｙａ）、Ｂ（ｘｂ，ｙｂ）、Ｃ（ｘｃ，ｙｃ）、Ｄ（ｘｄ，ｙｄ）を算出する。
【００６６】
図１３（ｂ）に示すように、前記算出された端点座標Ａ〜Ｄの中で中心座標Ｏ（０，０）から最初にＸ軸に最も近い座標Ａ（ｘａ，ｙａ）とＤ（ｘｄ，ｙｄ）をＸ軸方向の基準として、座標Ｂ（ｘｂ，ｙｂ）がＡのＸ座標（ｘａ）と同一になるＢ１（ｘｂ１，ｙｂ１）に収縮され、座標Ｃ（ｘｃ，ｙｃ）がＤのＸ座標（ｘｄ）と同一になるＣ１（ｘｃ１，ｙｃ１）に収縮される。以上の操作で画像の横方法の歪みが補正される。
【００６７】
続いて、前記図１２（ｂ）の横方向の歪みが補正された画像を基準として縦方向の歪みを補正する。図１２（ｃ）に示すように、今度は座標Ｄ（ｘｄ，ｙｄ）とＣ１（ｘｃ１，ｙｃ１）をＹ軸方向の基準として、座標Ａ（ｘａ，ｙａ）がＤのＹ座標（ｙａ）と同一になるＡ２（ｘａ２，ｙａ２）に収縮され、座標Ｂ１（ｘｂ１，ｙｂ１）がＣ１のＹ座標（ｙｃ１）と同一になるＢ１２（ｘｂ１２，ｙｂ１２）に収縮される。
【００６８】
このような横方向及び縦方向の座標を順に補正していくことによって図１３（ｃ）に示されるような台形歪みのない四角形の画像データを生成することができる。本実施形態では、横方法及び縦方向の両方が歪んだ画像を補正する例を示したが、キーストン演算部４６で座標計算した結果、横方向のみあるいは縦方向のみ歪みを検出した場合は、その歪んだ方向に対してのみ補正をかければよい。
【００６９】
前記自動歪み補正制御手段１７で用いられたキーストン補正は、台形歪みを補正するために従来から用いられた手法であるが、このキーストン補正を掛ける画像自体が事前に傾き検知手段１８により水平方向又は垂直方向か調整され、自動焦点調整手段１６を通し、適正に焦点調整が行われているため、テストパターンの位置や輪郭が明確となり、歪み位置を示す座標変換が正確に行える。このため、上記自動歪み補正制御手段１７による自動歪み補正がより確実に行い得る。
【００７０】
次に、上記した実施形態のプロジェクタ１１の実際の補正手順を図１４に基づいて説明する。図１４の（ＳＴ１）〜（ＳＴ１４）は歪み補正を全て自動で行う手順を示したものである。以下、補正手順にしたがって説明する。
（ＳＴ１）　画像表示装置とスクリーンとの位置決めを行い、画像表示装置の電源をオンにする。
（ＳＴ２）　パソコンやビデオ機器等の外部機器あるいは画像表示装置に内蔵されている画像メモリに対して画像信号の送信を要求する。
（ＳＴ３）　歪み補正の自動実行周期を計るためのタイマ／カウンタを起動する。
（ＳＴ４）　前記（ＳＴ２）で要求された画像信号が入力できたかどうかを確認する。
（ＳＴ５）　入力された画像信号に対してデジタル処理を施し、イメージ画像からなる投影象に変換する。
（ＳＴ６）　前記投影像をランプユニットから発する光源に乗せてスクリーン上に投影する。
（ＳＴ７）　プロジェクタ１１がジャイロスコープ４８ａにより測定した垂直方向又は水平方向に傾きがある場合は、支持手段を基準の投光軸軸の垂直方向又は水平方向に一致するように補正する。
（ＳＴ８）　前記投影像と、この投影像の反射像から焦点距離を算出して焦点を自動調整する。
（ＳＴ９）　前記焦点調整された投影像のスクリーン面を介した反射像を取り込む。
（ＳＴ１０）　前記取り込まれた反射像の歪みをキーストン補正手法等によって補正する。
（ＳＴ１１、１２）　前記補正された画像信号をデジタル変換した後、画像投影手段を介してスクリーン上に再投影する。
（ＳＴ１３）　前記ＳＴ１０、１１での処理終了した後、タイマ／カウンタの値を一つＵＰ又はＤＯＷＮさせる。ここでカウント値が０になった場合は次の電源オフ手順（ＳＴ１４）に進むが、カウント値が残っている場合は、カウント値が０になるまで回り続け、歪み補正をかけるタイミングを周期的に計っている。
【００７１】
上記図１４に示した操作手順によれば、タイマ／カウンタに設定した周期で投影像の歪みを自動修正するので、プロジェクタやスクリーンの設置が不安定な場所や振動の多いところで使用する場合に適している。
【００７２】
なお、上記示したプロジェクタ１１は、ＤＭＤを使用したＤＬＰ方式であるが、液晶パネルを使用した液晶方式のプロジェクタであっても画像投影手段が異なるのみで、同じような焦点調整手段及び歪み補正手段を備えた構成にすることができる。また、このような方式以外の投影型のプロジェクタ全般にも適用可能である。
【００７３】
以上、説明したように、本発明の画像表示装置は、投影面に向けて投影像を投射する投影手段と、前記投影面に投射された投影像における複数の光点からの反射光を受光する２次元ＰＳＤと、前記２次元ＰＳＤからの出力信号に基づいて前記投影像における前記複数の光点の位置を検知する位置検知回路と、前記位置検知回路により検知された前記複数の光点の位置に基づいて前記画像投影手段によって前記投影面上に投影される投影像の歪みを検出して当該歪みを補正する制御手段と、を備えている。
【００７４】
ここで、本発明の画像表示装置は、前記投影面に投射された投影像における複数の光点からの反射光を受光する２次元ＰＳＤにより光点の位置を検知し、投影像の歪みを補正する。これにより、投影面上に投影される投影像の歪みを正確且つ早い検知速度で効率よく補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像表示装置の全体ブロック図を示す。
【図２】焦点調整及び歪み補正に使用されるテストパターンを示す。
【図３】上記画像表示装置における画像処理手段のブロック図を示す。
【図４】上記画像表示装置における画像投影手段の構成図を示す。
【図５】上記画像表示装置における画像投影手段の構成図を示す。
【図６】本発明に係るプロジェクタの正面斜視図を示す。
【図７】上記画像表示装置における画像入力手段のブロック図を示す。
【図８】上記画像表示装置における傾き検知手段のブロック図を示す。
【図９】ＰＳＤ（１次元）の基本構成を説明するための断面図を示す。
【図１０】両面分割型ＰＳＤの構成例の断面図を示す。
【図１１】上記画像表示装置における自動焦点調整手段のブロック図を示す。
【図１２】上記画像表示装置における自動歪み補正手段のブロック図を示す。
【図１３】キーストン補正の原理を示す説明図を示す。
【図１４】自動歪み補正制御手段を備えた画像表示装置の操作手順を示すフローチャートを示す。
【符号の説明】
１１　プロジェクタ（画像表示装置）
１２　画像信号入力手段
１３　画像処理手段
１４　画像投影手段
１５ａ　画像入力手段
１６　自動焦点調整手段
１７　自動歪み補正制御手段
１８　傾き検知手段
２０　スクリーン（投影面）
２５　ＰＳＤ
２５ａ　２次元ＰＳＤ
２５ｂ　１次元ＰＳＤ
２６　位置検知回路
４１　受光部
４４　測距機構
４５　レンズ駆動機構
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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