(57)【要約】【課題】  台形歪みの補正動作を迅速に行うことができる画像投射装置を提供する。【解決手段】  投射光学系のズーム状態を検出するズーム検出手段（１０）と、画像投射装置の傾き角度を検出する傾き検出手段（１１）と、検出されたズーム状態および傾き角度に基づいて、投射画像の幾何学歪みを補正するよう画像形成素子（４）の駆動を制御する制御手段（１２）とを有し、ズーム検出手段および傾き検出手段は、ズーム状態および傾き角度の変化範囲を複数に分割した領域ごとにズーム状態および傾き角度を検出する。【選択図】  図１
2005175845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成素子に形成された原画を、ズームが可能な投射光学系により投射する画像投射装置であって、
前記投射光学系のズーム状態を検出するズーム検出手段と、
前記画像投射装置の傾き角度を検出する傾き検出手段と、
検出された前記ズーム状態および傾き角度に基づいて、投射画像の幾何学歪みを補正するよう前記画像形成素子の駆動を制御する制御手段とを有し、
前記ズーム検出手段および前記傾き検出手段は、前記ズーム状態および前記傾き角度の変化範囲を複数に分割した領域ごとに前記ズーム状態および前記傾き角度を検出することを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
前記ズーム検出手段および前記傾き検出手段により検出された前記ズーム状態および前記傾き角度の領域ごとに前記幾何学歪みを補正するためのデータを記憶した記憶手段を有し、
前記制御手段は、前記記憶手段に記憶されたデータの中から、検出された前記領域に対応するデータを選択して前記画像形成素子の駆動を制御することを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記ズーム状態の変化範囲の分割数が、前記傾き角度が最大許容角度にある状態での前記ズーム状態の変化に応じた前記投射画像の幾何学歪み率の変化量が所定許容範囲内となる前記ズーム状態の変化量に応じて設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像投射装置。
【請求項４】
前記傾き角度の変化範囲の分割数が、前記ズーム状態が広角端にある状態での前記傾き角度の変化に対する前記投射画像の幾何学歪み率の変化量が所定許容範囲内となる前記傾き角度の変化量に応じて設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示パネル上の画像をスクリーンに拡大投射する液晶プロジェクターなどの画像投射装置であって、特に投射画像の幾何学歪みを補正する画像投射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、パソコンが普及するにしたがい、パソコンで作成した資料を用いてプレゼンテーションを行うことが多い。その際、液晶プロジェクターによって画像をスクリーンに拡大投射してプレゼンテーションすることが一般的になっている。小会議室等の比較的小さなスペース内で液晶プロジェクターを用いる場合、液晶プロジェクターが載置された面よりも多少上方に画像を投射した方が投射画像を見やすくできるため、液晶プロジェクターを上向きに傾けて配置することが多い。
【０００３】
ここで、スクリーン上に投射された画像には台形歪みが生じるため、この台形歪みを自動的に補正する画像投射装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１８６５３８号公報（段落番号００２５、００３６第１図等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１で提案されている画像投射装置では、設置状態の検出動作および台形歪み補正量の演算動作が複雑であり、台形歪みの補正動作に時間がかかるという問題がある。
【０００５】
本発明は、装置を傾けて使用したときに発生する投射画像の台形歪を自動的に補正することができ、台形歪みの補正動作を迅速に行うことのできる画像投射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、画像形成素子に形成された原画を、ズームが可能な投射光学系により投射する画像投射装置であって、投射光学系のズーム状態を検出するズーム検出手段と、画像投射装置の傾き角度を検出する傾き検出手段と、検出されたズーム状態および傾き角度に基づいて、投射画像の幾何学歪みを補正するよう画像形成素子の駆動を制御する制御手段とを有し、ズーム検出手段および傾き検出手段は、ズーム状態および傾き角度の変化範囲を複数に分割した領域ごとにズーム状態および傾き角度を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ズーム検出手段および傾き検出手段により、ズーム状態および傾き角度の変化範囲を複数に分割した領域ごとにズーム状態および傾き角度を検出しているため、ズーム状態および傾き角度を厳密に検出する場合に比べて、各検出手段の構成を簡略化することができ、しかも幾何学（台形）歪み補正動作（補正量を求める動作および画像形成手段の表示駆動の制御動作）を迅速に行うことができる。
【０００８】
また、幾何学歪みを補正するためのデータを、ズーム状態および傾き角度を複数の領域に分割した各領域に対応させて記憶した記憶手段（メモリのデータテーブル）を設け、制御手段によって、ズーム検出手段および傾き検出手段の検出出力に対応する領域のデータを記憶手段に記憶されたデータの中から選択し、この選択したデータにより画像形成素子の表示駆動を制御することにより、幾何学歪みの補正量を求める動作を迅速に行うことができ、しかも画像形成素子の表示駆動の制御を容易に行うことができる。
【０００９】
ここで、ズーム状態の変化範囲の分割数を、傾き角度が最大許容角度にある状態でのズーム状態の変化に応じた投射画像の幾何学歪み率の変化量が所定許容範囲内となるズーム状態の変化量に応じて設定することができる。このように、ズーム状態の変化範囲を複数に分割した領域のうち各領域における幾何学歪み率の変化量が所定許容範囲内となるようにズーム状態の変化範囲の分割数を設定することで、投射画像に生じる幾何学歪みを必要最低限で抑制することができる。
【００１０】
また、傾き角度の変化範囲の分割数を、ズーム状態が広角端にある状態での傾き角度の変化に対する投射画像の幾何学歪み率の変化量が所定許容範囲内となる傾き角度の変化量に応じて設定することができる。このように、傾き角度の変化範囲を複数に分割した領域のうち各領域における幾何学歪み率の変化量が所定許容範囲内となるように傾き角度の変化範囲の分割数を設定することで、投射画像に生じる幾何学歪みを必要最低限で抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１２】
以下図面を用いて本発明の実施例１である液晶プロジェクター（画像投射装置）について詳細に説明する。
【００１３】
図２、３、４は、スクリーン上に生じる投射画像の台形歪みについて説明するための図である。ここで、図２は液晶プロジェクターが水平面に対して傾いて配置されている様子を示す図である。
【００１４】
これらの図において、１は液晶プロジェクター、４は投射される画像の原画を形成（表示）する画像形成素子としての液晶パネルである。２は液晶プロジェクター１に装着され、液晶パネル４に形成された原画の像をスクリーン３に投射する投射レンズ、２ａは投射レンズ２の光軸、３ａはスクリーン３を通りかつ投射レンズ２の光軸２ａに垂直な平面である。
【００１５】
通常、液晶プロジェクター１はテーブル上に置いて使用されるため、液晶プロジェクター１からスクリーン３に投射された画像（投射画像）が、テーブルにおける液晶プロジェクター１が載置された面よりも上方に位置するように、投射画像の下端が投射レンズ２の光軸近傍に設定される。すなわち、図２に示すように、投射レンズ２の光軸２ａが投射画像（図２中、スクリーン３における太線で示す領域）の下端に一致するようになっている。
【００１６】
図２中、液晶プロジェクター１は水平面に対して角度θだけ傾いて配置されている。ここで、投射レンズ２とスクリーン３上に形成された投射画像のうち下端との距離をＳ０とし、投射レンズ２と投射画像の上端との距離は、Ｓ０よりもΔＳだけ長くなっている。このように投射レンズ２から投射画像までの距離が異なると、スクリーン３上に投射された液晶パネルの像には台形歪が発生する。
【００１７】
図３は、投射レンズ２がズームレンズである場合において、ズーム位置によって台形歪の出方（度合い）が異なることを説明するための図である。同図では、液晶プロジェクター１から投射レンズ２の部分を取り出し、広角端２Ｗおよび望遠端２Ｔの状態にある投射レンズ２をシングルレンズに置き換えて示したものである。
【００１８】
図３では、スクリーン３が投射レンズ２の光軸２ａに直交する面に対して傾いて配置された状態であるため、液晶パネル４に形成された像の下部および上部ではスクリーン３までの物体距離がそれぞれ異なり、投射画像には台形歪が発生する。そして、図３に示すように、投射レンズ２が広角端２Ｗおよび望遠端２Ｔのうちいずれの位置にあるかに応じて投射画角が異なるため、台形歪の度合いも異なってくる。
【００１９】
すなわち、図３に示すように、広角端２Ｗおよび望遠端２Ｔにおいて、図２に示したＳ０に相当する距離はそれぞれＳ０Ｗ、Ｓ０Ｔとなり、図２に示したΔＳに相当する距離はそれぞれΔＳＷ、ΔＳＴとなる。この結果、投射レンズ２のズーム位置によって台形歪の出方が異なることになる。
【００２０】
図４（Ａ）は、投射レンズ２が広角端２Ｗおよび望遠端２Ｔの位置にあるときの台形歪の出方をスクリーン３上で示したものである。図４（Ａ）中の点線で表したＷ０、Ｔ０は、液晶プロジェクター１を水平面に対して傾斜させずに、投射レンズ２の光軸２ａに直交する面とスクリーン３の面とを一致させたときの投射画像の枠を示している。また、同図中の実線で表したＷ、Ｔは、液晶プロジェクター１が水平面に対して傾くことによって歪が発生した投射画像の枠を示す。
【００２１】
ここで、投射画像に生じた台形歪の補正は、図４（Ｂ）に示すように、液晶パネル４に形成される原画Ｇ（図中の斜線で示す領域）の形状が、投射画像の台形歪みを相殺する形状（すなわち、投射画像の台形の上下左右を逆にした台形）となるように液晶パネル４を駆動することにより行う。
【００２２】
次に、投射レンズ２の具体的な構成を挙げて、投射画像に生じる台形歪み（歪率）の変化率について説明する。
【００２３】
投射レンズ２として、広角端２Ｗにおいて投射距離４ｍで１００型（画像アスペクト比４：３）に投射される１．３倍のズーム比を有するズームレンズを用いた場合について説明する。ここで、液晶パネル４は０．９型、投射レンズ２の焦点距離は３７〜４７．８ｍｍである。また、台形歪の補正を保証する液晶プロジェクター１の傾き角を４０度と仮定した。
【００２４】
なお、ここでいう台形歪の歪率の定義式は下記（１）式のとおりである。
【００２５】
歪率（％）＝（（画面上端の投射像の長さ）／（画面下端の投射像の長さ）―１）ｘ１００    ・・・（１）
また、図２に示す投射レンズ２からスクリーン画像の下端までの距離Ｓ０と、投射レンズ２から投射画像の上端および下端までのそれぞれの距離の差ΔＳとを用いれば、歪率は下記（２）式で表される。
【００２６】
歪率（％）＝（ΔＳ／Ｓ０）ｘ１００    ・・・（２）
上述した構成の投射レンズ２について、広角端および望遠端における液晶プロジェクター１の傾き角θに対する歪率の計算結果と、傾き角θが１０、２０、３０、４０度にあるときのズーム位置に対する歪率の計算結果を下記の表１および表２に示す。ここで、投射レンズ２のズーム位置については、投射レンズ２を光軸方向に移動させるために回転操作されるズーム環の回転角で表している。
【００２７】
【表１】
2005175845.tif 000003
【００２８】
【表２】
2005175845.tif 000004
【００２９】
図５および図６に示すグラフはそれぞれ、上記の表１および表２に示す数値に基づいて作成されたものであり、図５は、焦点距離（広角端Ｗおよび望遠端Ｔ）をパラメータとしたときの傾き角θに対する台形歪の歪率の変化を示したグラフである。また、図６は、傾き角θをパラメータとしたときのズーム環回転角に対する台形歪の歪率の変化を示したグラフである。
【００３０】
ここで、一般に、投射画像に歪みが生じているか否かの判別を行う場合には、歪率１％程度を判別基準とすることができる。すなわち、歪率が略１％を超えれば投射画像に台形歪みが生じていると認識され、歪率が略１％を超えなければ投射画像に台形歪みが生じていないと認識される。
【００３１】
このため、投射レンズ２のズーム位置および液晶プロジェクター１の傾き角θの厳密な値から歪率を求め、この歪率に基づいて台形歪みの補正を行う必要がなく、ズーム位置と液晶プロジェクターの傾き角θに応じて台形歪みを補正した後の歪率が概ね１％以内になるように台形歪みの補正値を選択すればよい。
【００３２】
図５（表１）において、傾き角θの変化に対する歪率の変化が最も大きくなるのは、投射レンズ２が広角端の位置にあるときであり、傾き角θの値に応じて０％（傾き角０度のとき）〜３２．２％（傾き角４０度のとき）の間で歪率が変化する。
【００３３】
ここで、台形歪みを補正した後の歪率が許容範囲（概ね１％）に入るためには、すなわち傾き角θの変化範囲の１分割領域あたりで生じる歪率の変化量が該許容範囲に入るためには、傾き角４０度の範囲を、例えば３２分割すればよい（３２．２％÷３２分割≒１％）。
【００３４】
一方、図６（表２）において、ズーム位置（ズーム環回転角）の変化に対する歪率の変化が最も大きくなるのは、傾き角θが４０度のときであり、ズーム位置に応じて２４．７％（ズーム位置が望遠端のとき）〜３２．２％（ズーム位置が広角端のとき）の間で歪率が変化し、その差は７．５％となる。
【００３５】
このため、台形歪を補正した後の歪率が上記の許容範囲に入るためには、すなわちズーム位置の変化範囲の１分割領域あたりで生じる歪率の変化量が該許容範囲に入るためには、ズーム範囲を８分割すればよい（７．５％÷８分割＜１％）。
【００３６】
本実施例では、液晶プロジェクター１の傾き角θを３２分割し、ズーム範囲を８分割して各々の分割された領域を傾き検出回路１１、ズーム位置検出回路１０により検出する。ここで、検出回路１０、１１は各種のエンコーダ、センサを用いることができ、デジタル的あるいはアナログ的に上記の分割領域を検出できればよい。
【００３７】
ここで、図１には、本実施例である液晶プロジェクターの構成を示している。ズーム位置検出回路（ズーム検出手段）１０は、投射レンズ２のズーム位置を検出して、すなわち、上述したように複数に分割されたズーム領域のうち投射レンズ２の現在位置を含むズーム領域を選択して、この結果を補正値選択回路１３に出力する。
【００３８】
また、傾き角検出回路（傾き検出手段）１１は、傾き検出センサ５の出力に基づいて液晶プロジェクター１の傾き角を検出して、すなわち、上述したように複数に分割された傾き角領域のうち液晶プロジェクター１の現在の傾き角を含む傾き角領域を選択して、この結果を補正値選択回路１３に出力する。
【００３９】
本実施例では、ズーム位置および傾き角の変化範囲を複数の領域に分割し、この分割された領域を検出（選択）しているため、ズーム位置および傾き角の厳密な値を検出する場合に比べて、各検出回路１０、１１の検出分解能が上記の３２分割、８分割程度のものを使用することができ、ズーム位置および傾き角の検出回路１０、１１の構成を簡略化することができる。また、厳密な検出結果に基づいて台形歪み補正量の演算動作を行う必要がなくなるため、この検出動作や補正量の演算動作が複雑とならず、台形歪み補正動作（台形歪み補正量を求める動作や液晶パネル４の駆動制御動作）を迅速に行うことができる。
【００４０】
補正値選択回路１３は、ズーム位置検出回路１０および傾き角検出回路１１の出力に基づいて、メモリ１４に記憶された分割領域ごとの歪率の補正値データの中（データテーブル）から、検出したズーム位置（ズーム領域）および傾き角（傾き角領域）に応じた補正値データを選択して（選択して読み出す）、この選択した補正値データを信号発生回路（制御手段）１２に出力する。メモリ１４には、上記の３２分割×８分割に対応した２５６個の補正データが記憶されている。なお、補正データは代表的なデータ（たとえば１つのズーム位置における各傾き領域である３２個のデータ）を記憶しておき、上記のズーム変化率に応じて他のズーム位置での補正値データを演算によって求めるようにしてもよい。この場合（代表的なデータ）では、メモリの容量を小さいものとすることができる。
【００４１】
上述したように補正値データ（全てのデータあるいは代表的なデータ）を予めメモリ１４に記憶させておけば、液晶パネル４に表示される画像の歪み補正量を求める動作および歪み補正を実行する動作を迅速かつ容易に行うことができる。
【００４２】
信号発生回路１２は、補正値選択回路１３の出力に基づいて液晶パネル４の駆動制御を行うことによって、液晶パネル４上に歪補正された画像（例えば、図４（Ｂ）に示す画像）を形成させる。この歪み補正された画像は、投射レンズ２を介してスクリーン３に投射され、この投射画像には台形歪みが生じていないものとなる。
【００４３】
本実施例では、上述したように歪み率の変化量が許容範囲に入るように傾き角およびズーム位置の変化範囲を複数の領域に分割し、各分割領域に応じた台形歪みの補正を行うため、ズーム位置や傾き角それぞれの値が異なっていても、これらの値が同一のズーム領域内や傾き角領域内にあれば、各領域に対応した一定の補正値データを用いて台形歪みの補正を行うことで、投射画像の台形歪みを完全に又は概ね補正することができる。すなわち、スクリーン３上に形成された投射画像には、台形歪みが生じていないか、又は、台形歪みが生じていても外観上は台形歪みが生じていないように見える。これにより、投射画像に生じる台形歪みを実用的なレベルまで補正することができ、スクリーン上の投射画像を観察する者に対して台形歪みによる違和感を与えることはない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例１である液晶プロジェクタのブロック図。
【図２】液晶プロジェクターを傾けて、スクリーンに対して画像を投射した状態を示す図。
【図３】投射レンズのズーム位置に応じた投射画角の変化を示す図。
【図４】投射レンズのズーム位置に応じたスクリーン面上の歪の状態を示す図（Ａ）と、液晶パネルに形成される原画の状態を示す図（Ｂ）。
【図５】ズーム位置をパラメータとしたときの傾き角に対する台形歪の歪率変化を示す図。
【図６】傾き角をパラメータとしたときのズーム位置に対する台形歪の歪率変化を示す図。
【符号の説明】
【００４５】
１：液晶プロジェクター
２：投射レンズ
３：スクリーン
２ａ：投射レンズの光軸
３ａ：投射レンズの光軸に垂直な面の１例
４：液晶パネル
５：傾き検出センサ
【図１】
2005175845.tif 000005
【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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