(57)【要約】【課題】電源投入後実際の映像を投写する前に、速やかに台形ひずみの補正が可能なプロジェクタを提供する。【解決手段】プロジェクタ０は、スクリーンに映像を投写する映像投写部１と、赤外光を反射する赤外反射性の塗料であらかじめ所定のパターンが形成されたスクリーンに赤外光を投光する赤外投光部２と、このパターンから反射した赤外光を受光し且つ受光位置に応じたパターンの画像データを出力する赤外受光部３１，３２と、この画像データを処理してスクリーンまでの距離やスクリーンの傾斜角を演算する演算部とを備えている。このパターンは、赤外光を反射する赤外反射性の塗料で形成されており、通常の投写時には映像の鑑賞の妨げにならず、測定時にはスクリーンに向かって投光される赤外光を反射し、以ってパターンがプロジェクタから光学的に撮像可能になる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーンに映像を投写する映像投写部と、
赤外光を反射する赤外反射性の塗料であらかじめ所定のパターンが形成されたスクリーンに赤外光を投光する赤外投光部と、
該パターンから反射した赤外光を受光し且つ受光位置に応じた該パターンの画像データを出力する赤外受光部と、
該画像データを処理して少なくとも該スクリーンまでの距離を演算する演算部とを備えたプロジェクタ。
【請求項２】
前記赤外受光部は、第１の方位に位置するスクリーン上の第１の測定部位から反射した赤外光を受光して第１の画像データを出力するとともに、第２の方位に位置するスクリーン上の第２の測定部位から反射した赤外光を受光して第２の画像データを出力し、
前記演算部は、第１の画像データを処理して第１の測定部位までの距離を求め、第２の画像データを処理して第２の測定部位までの距離を求め、更に第１及び第２の方位と第１及び第２の測定部位までの距離とに基づいて、第１及び第２の測定部位を結ぶ方向に沿った該スクリーンの傾きを求めることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
【請求項３】
前記演算部は、第１及び第２の測定部位を結ぶ水平方向に沿った該スクリーンの傾きを求めることを特徴とする請求項２記載のプロジェクタ。
【請求項４】
前記演算部は、第１及び第２の測定部位を結ぶ垂直方向に沿った該スクリーンの傾きを求めることを特徴とする請求項２記載のプロジェクタ。
【請求項５】
前記赤外受光部は、該スクリーンに形成されたパターンから反射した赤外光を集光するレンズと、該レンズの焦点位置近傍に配され一方の画像データを出力する一方の光センサアレイと、該レンズの光軸と直交する基線方向に離間して配され他方の画像データを出力する他方の光センサアレイとを備え、
前記演算部は、該一方の画像データと該他方の画像データとの位相差を求め、三角測量の原理に基づいて該位相差からスクリーンまでの距離を求めることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ。
【請求項６】
プロジェクタから投写された映像を映し出すための平面を有するスクリーンであって、
該平面には、プロジェクタからの距離又はプロジェクタに対する傾きを光学的に測定するために用いるチャートパターンが形成されており、
前記チャートパターンは、赤外光を反射する赤外反射性の塗料で該平面に形成されており、通常の投写時には映像の鑑賞の妨げにならず、測定時には該平面に向かって投光される赤外光を反射し、
以って前記チャートパターンがプロジェクタから光学的に撮像可能になることを特徴とするスクリーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーンに映像を投写する映像投写部を備えたプロジェクタに関する。より詳しくは、スクリーンまでの距離や傾きを検出して、投写画面の台形ひずみを補正する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタで画像を拡大投射する場合、スクリーンの正面、即ちスクリーンの法線方向から投射したときは、投影画面はひずみもなく表示される。一方、スクリーンの法線方向からずれて投射したときは、画面がひずんで表示される。この様なひずみを一般的に台形ひずみと呼ぶ。この台形ひずみを映像信号処理により補正する方式が知られている。即ち、映像信号のデジタル処理を行い、映像自体に逆のひずみを持たせることで台形ひずみを打ち消す方式である。その際、スクリーンまでの距離やスクリーンの傾斜角を検出し、これに基づいて台形ひずみの補正を自動的に行う方式が報告されており、例えば、以下の特許文献１，２及び３に記載がある。
【特許文献１】特開平０５−３４７７２４
【特許文献２】特開２００４−００４２８４
【特許文献３】特開２００４−１０９１２０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
スクリーンまでの距離やスクリーンの傾きを光学的に検出するデバイスとして、三角測量の原理に基づいた位相差センサが用いられる。具体的には、プロジェクタの電源投入後、スクリーンに映像が投射するまで待機する。スクリーンに映し出された映像を位相差センサで検出し、スクリーンまでの距離及びスクリーンの傾きを測定する。しかしながら、スクリーンに映し出された映像は絵柄によってはコントラストが小さく、正確な測距を行うことが出来ない場合がある。
【０００４】
実際の映像に代えて特に測距に適したチャートパターンを投影する方式もある。しかしながら、チャートパターンを投影すると、スクリーン上の画面が通常の映像表示からチャートパターン表示に切り換ってしまい、違和感が生じる。一般にプロジェクタは投影用の光源を立ち上げる為、電源投入から実際に映像の投影が始まるまで時間がかかる。したがってチャートパターンを投影する場合も電源投入からある程度時間がかかる為、台形ひずみの自動補正を速やかに行うことが出来ない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は電源投入後実際の映像を投射する前に、速やかに台形ひずみの補正が可能なプロジェクタを提供することを目的とする。またかかるプロジェクタに適したスクリーンを提供することを目的とする。かかる目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち本発明にかかるプロジェクタは、スクリーンに映像を投写する映像投写部と、赤外光を反射する赤外反射性の塗料であらかじめ所定のパターンが形成されたスクリーンに赤外光を投光する赤外投光部と、該パターンから反射した赤外光を受光し且つ受光位置に応じた該パターンの画像データを出力する赤外受光部と、該画像データを処理して少なくとも該スクリーンまでの距離を演算する演算部とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
好ましくは前記赤外受光部は、第１の方位に位置するスクリーン上の第１の測定部位から反射した赤外光を受光して第１の画像データを出力するとともに、第２の方位に位置するスクリーン上の第２の測定部位から反射した赤外光を受光して第２の画像データを出力し、前記演算部は、第１の画像データを処理して第１の測定部位までの距離を求め、第２の画像データを処理して第２の測定部位までの距離を求め、更に第１及び第２の方位と第１及び第２の測定部位までの距離とに基づいて、第１及び第２の測定部位を結ぶ方向に沿った該スクリーンの傾きを求める。例えば前記演算部は、第１及び第２の測定部位を結ぶ水平方向に沿った該スクリーンの傾きを求める。或いは前記演算部は、第１及び第２の測定部位を結ぶ垂直方向に沿った該スクリーンの傾きを求める。好ましくは前記赤外受光部は、該スクリーンに形成されたパターンから反射した赤外光を集光するレンズと、該レンズの焦点位置近傍に配され一方の画像データを出力する一方の光センサアレイと、該レンズの光軸と直交する基線方向に離間して配され他方の画像データを出力する他方の光センサアレイとを備え、前記演算部は、該一方の画像データと該他方の画像データとの位相差を求め、三角測量の原理に基づいて該位相差からスクリーンまでの距離を求める。
【０００７】
本発明は又上記プロジェクタに好適なスクリーンも包含している。即ち、プロジェクタから投写された映像を映し出すための平面を有するスクリーンであって、該平面には、プロジェクタからの距離又はプロジェクタに対する傾きを光学的に測定するために用いるチャートパターンが形成されており、前記チャートパターンは、赤外光を反射する赤外反射性の塗料で該平面に形成されており、通常の投写時には映像の鑑賞の妨げにならず、測定時には該平面に向かって投光される赤外光を反射し、以って前記チャートパターンがプロジェクタから光学的に撮像可能になることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、スクリーンに予め赤外光を反射する塗料でチャートパターンを形成しておく。このチャートパターンは透明赤外線反射塗料でスクリーン上に形成されている為、人間の目には映らない様になっている。プロジェクタの電源投入後、直ちに赤外光をスクリーンに投光し、チャートパターンの赤外反射像をスクリーンに映し出す。この赤外反射像は観察者の目には映らないが、プロジェクタに内蔵した位相差センサによって検出される。検出した赤外反射像を画像解析することで、スクリーンまでの距離やスクリーンの傾きを測定できる。この測定結果に基づいて、実際に観賞用の映像を投射するときは、台形ひずみの補正を行った画面を表示することが出来る。この様に本発明では、電源投入後投影用の大出力光源（例えば強力ハロゲンランプ）から映像を投射する前に、専用の赤外投光部（小型赤外ランプ）を点灯して、測距を速やかに行うことが出来る。測距結果から速やかに台形ひずみ補正が行える為、通常の映像表示時には、最初からひずみのない画面を鑑賞することが出来る。チャートパターンの赤外反射像はまったく観察者の目に映らないので、場合によってはスクリーンに映像を投射しながらでも調整を行うことが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明にかかるプロジェクタの全体構成を示す模式的な正面図である。図示するように、本プロジェクタ０は、映像投写部１と赤外投光部２と赤外受光部３１，３２などを備えている。映像投写部１は、液晶パネルなどで出来たライトバルブと強力ハロゲンランプなどで構成されており、スクリーン（図示せず）に映像を投射する。赤外投光部２は小型の赤外ランプを備えており、赤外光を反射する赤外反射性の塗料で予め所定のパターンが形成されたスクリーンに赤外光を投光する。赤外受光部３１，３２は、該パターンから反射した赤外光を受光し且つ受光位置に応じた該パターンの画像データを出力する。プロジェクタ０はこの他に演算部を内蔵しており、赤外受光部２から出力された画像データを処理して少なくともスクリーンまでの距離を演算する。この演算部は通常スクリーンまでの距離に加えスクリーンの傾きも求める様にしている。
【００１０】
図２は、スクリーンの一例を示す模式的な平面図である。図示する様にスクリーン５は、プロジェクタから投射された映像を映し出すための平面を有する。この平面には、プロジェクタ（図示せず）からの距離またはプロジェクタに対する傾きを光学的に測定するために用いるチャートパターン５１，５２が形成されている。図示の例では、水平方向に形成されたチャートパターン５１がスクリーン５までの距離及びスクリーン５の水平方向の傾きを測定するために用いられる。また垂直方向に伸びたチャートパターン５２はスクリーンの垂直方向の傾きを測定するために用いられる。これらのチャートパターン５１，５２は、赤外光を反射する赤外反射性の塗料で平面に形成されており、通常の投射時には映像の鑑賞の妨げにはならない。電源投入直後など測定時には、スクリーン５の平面に向かって投光された赤外光を反射し、以ってチャートパターン５１，５２がプロジェクタから光学的に撮像可能になっている。なお、チャートパターン５１，５２の具体例は、図２に示したものに限られず、種々の変形例が考えられる。基本的には、図示のように反射部と非反射部が周期的に配されたコントラストの高いパターンが実用的である。水平方向のチャートパターン５１と垂直方向のチャートパターン５２を十字に交差させたものも利用可能である。またチャートパターン５１，５２に含まれる各反射部は幅がそれぞれ等しくなっているが、幅の異なるものを組み合わせたチャートパターンでも良い。
【００１１】
チャートパターン５１，５２をスクリーン５の上に形成する為、透明赤外線反射塗料が好適である。この透明赤外線反射塗料は例えば商品名「アットシールド・クリア」として市販されている。この透明赤外線反射塗料は、半導体金属酸化物を超微粒化し、溶剤に溶かし込んだ液体で、ほぼ無色のコーティング膜（可視光透過率８０％以上）を形成する。一方近赤外線を約３５％反射する。したがって図２に示したチャートパターン５１，５２を形成するために好適である。
【００１２】
また遮熱塗料と呼ばれている製品もチャートパターン５１，５２の形成に用いられる。この遮熱塗料は例えば日本ペイント（株）から商品名「ＡＴＴＳＵ−９」として市販されており、太陽光線中の５０％を占める赤外線を大幅に反射し、塗装部表面温度の上昇を大幅に抑制する目的で使われる。この遮熱塗料は、１０００ｎｍ〜２０００ｎｍの赤外線領域の反射率が７０〜８０％と高い。したがって、図２に示したチャートパターン５１，５２の形成に好適である。この遮光塗料は、樹脂を溶かした溶剤中に、赤外線の反射率が高い顔料とセラミックスビーズを混合したもので、赤外線を大幅に反射させる機能を有する。
【００１３】
図３は、本発明にかかるプロジェクタ及びスクリーンの使用状態を示す模式的な斜視図である。図は、スクリーン５の水平方向の傾きを測定している場合である。プロジェクタ０の正面に組み込まれた赤外受光部３１を用いて、光軸１Ａ方向と光軸１Ｂ方向とでニ箇所、スクリーン５までの距離を測定している。図ではこのニ箇所の測定部位をＡ，Ｂで表してある。なお、スクリーン５の垂直方向の傾きを測定する場合には、垂直方向のチャートパターン５２に沿って離間したニ箇所の測定部位を選ぶ様にすれば良い。図示の例ではプロジェクタ０に内蔵された赤外受光部が光軸１Ａと光軸１Ｂを切り換えて、測定部位Ａ，Ｂまでの距離をそれぞれ測定している。
【００１４】
プロジェクタ０に内蔵された赤外受光部を原点Ｏとして三角形ＯＡＢを考えると、上述した測距動作によって辺ＯＡ及びＯＢの長さが求まる。また、頂角ＡＯＢは、第１の光軸方位１Ａと第２の光軸方位１Ｂとの間の偏向角であり、プロジェクタ０に内蔵された演算部において既知である。したがって、辺ＡＯ，辺ＢＯ及び頂角ＡＯＢのデータにより、三角形ＡＯＢが確定する。これにより、辺ＡＢと辺ＡＯとのなす角が単純な幾何学的計算により求まる。第１の光軸方位１Ａ（ＡＯ）は演算部において既知であるので、これと角度ＯＡＢで交差する辺ＡＢの方位が算出できる。辺ＡＢの方位が即ちスクリーン５の傾斜角である。図示の例では、辺ＡＢはチャートパターン５１に沿って水平線となっており、スクリーン５の水平方向の傾斜角を検出している。
【００１５】
図４は、プロジェクタ０の具体的な構成を示すブロック図である。図示する様にプロジェクタ０は、投写部１、赤外投光部２、赤外受光部３１，３２、水平演算部６１、垂直演算部６２、制御回路７及び映像回路８を含んでいる。投写部１は投影光学系で構成されており、液晶パネルなどのライトバルブなどに表示された映像をスクリーン上に映し出す。投写部を構成する投影光学系は、ズーミング機能やフォーカスシング機能を備えている。映像回路８は外部から入力された映像信号を処理して、ライトバルブに元画像を表示するものである。
【００１６】
赤外投光部２はプロジェクタ０の電源投入時、投写部１の投影動作に先立って、赤外光をスクリーンに投光する。赤外受光部３１はスクリーンに形成されたチャートパターン５１の赤外反射像を受光する。水平演算部６１はこのチャートパターン５１の画像データを演算処理して、スクリーンまでの距離やスクリーンの傾きを測定する。具体的には、赤外受光部３１は、第１の方位１Ａに位置するスクリーン５上の第１の測定部位Ａから反射した赤外光を受光して第１の画像データを出力すると共に、第２の方位１Ｂに位置するスクリーン上の第２の測定部位Ｂから反射した赤外光を受光して第２の画像データを出力する。水平演算部６１は、第１の画像データを処理して第１の測定部位Ａまでの距離を求め、第２の画像データを処理して第２の測定部位Ｂまでの距離を求め、さらに第１及び第２の方位１Ａ，１Ｂと第１及び第２の測定部位までの距離ＡＯ，ＢＯとに基づいて、第１及び第２の測定部位Ａ，Ｂを結ぶ方向に沿ったスクリーン５の傾きを求める。水平演算部６１は、特に第１及び第２の測定部位Ａ，Ｂを結ぶ水平方向に沿ったスクリーン５の傾きを求める。プロジェクタ０はさらに赤外受光部３２及び垂直演算部６２を備えている。赤外受光部３２はチャートパターン５２の赤外反射画像を出力する。垂直演算部６２は水平演算部６１と同様の動作により、赤外受光部３２から出力された画像データを処理して垂直方向に沿ったスクリーン５の傾きを求める。制御回路７は、水平演算部６１及び垂直演算部６２から出力されたスクリーン５の傾斜角データに基づき、映像回路８で生成される元画像の台形補正を実行する。前述した様に、プロジェクタでスクリーンに映像を拡大投射する場合、スクリーンの正面、即ちスクリーンの法線方向から投射したときは、投影画面はひずみもなく表示される。一方、スクリーンの法線方向からずれて投射したときは、画面がゆがんで表示される。この様なひずみを台形ひずみと呼んでいる。制御回路７はこの台形ひずみを映像信号処理により補正している。制御回路７は映像回路８に作用して映像信号のデジタル処理を行い、映像自体に逆のひずみを持たせることで台形ひずみを打ち消している。この為、予め水平演算部６１及び垂直演算部６２でスクリーンの水平傾斜角及び垂直傾斜角を検出し、これに基づいて制御回路７が自動的に台形ひずみの補正を行っている。
【００１７】
図５は、赤外受光部３１の具体的な構成を示す模式図である。同図において、一対のレンズ３１ａと３１ｂは所定の基線長ｂだけ離して配設してあり、一対のレンズ３１ａと３１ｂから焦点距離ｆだけ離して配設された一対の光センサアレイ３１ｃと３１ｄに互いに異なる光路１Ａと１Ａ’を介して測定対象（チャートパタ−ン）５１の映像をそれぞれ結像させる。測定対象５１は一対のレンズ３１ａ、３１ｂから正面方向に距離ＬＣだけ離れた位置に存在するものとする。
【００１８】
測定対象５１が無限遠の位置に存在するとき一対の光センサアレイ３１ｃと３１ｄに結像される各映像の中心は光センサアレイ３１ｃ、３１ｄ上のレンズ３１ａ、３１ｂの光軸に対応する基準位置（３１ｃ１、３１ｄ１）に結像されるが、測定対象５１が無限遠位置よりも近づくと、片方の映像が基準位置３１ｄ１からαだけずれた位置に結像される。三角測距の原理から測定対象５１までの距離ＬＣはＬＣ＝ｂｆ／αとなる。ここで、基線長ｂと焦点距離ｆは定数なので、ずれ量αを検出すれば距離ＬＣを測定できる。これが赤外光三角測距のアクティブ型測距装置の動作原理であり、この演算を演算部６１が行う。
【００１９】
基準位置からのずれ量αは、一対のラインセンサ３１ｃ、３１ｄから出力される一対の映像信号（画像データ）からそれぞれ抽出した部分映像データ群について図４に示した演算部６１が相関演算を行うことにより検出する。この相関演算は周知であるため詳細な説明は割愛するが、概要的には部分映像データ群を重ねたときに最も一致度が高くなる領域を、重ねる部分映像データ群を光センサアレイの並び方向に相対的にずらしながら検出していく演算である。
【００２０】
この様に赤外受光部３１は、スクリーンに形成されたパターンから反射した赤外光を集光するレンズ３１ａと、このレンズ３１ａの焦点位置ｆ近傍に配され一方の画像データを出力する一方の光センサアレイ３１ｃと、レンズ３１ａの光軸１Ａと直交する基線方向ｂに離間して配され他方の画像データを出力する他方の光センサアレイ３１ｄとを備えている。水平演算部６１は、一方の画像データと他方の画像データとの位相差αを求め、三角測量の原理に基づいてこの位相差αからスクリーンまでの距離を求める。
【００２１】
最後に図６を参照して、正面と異なる方向を測距方向とする場合の赤外受光部の測距原理を説明する。同図において、測定したい方向１Ｂの無限遠位置に測定対象５１が存在するときに一対の光センサアレイ３１ｃと３１ｄに結像される映像の中心を基準位置（３１ｃ２、３１ｄ２）とすると、測距方向１Ｂにおいて測定対象５１が無限遠位置よりも近づくと、これら基準位置（３１ｃ２、３１ｄ２）から相対的にαだけずれた位置に測定対象５１の像が結像される。三角測距の原理から測定対象５１までの距離ＬＲはＬＲ＝ｂｆ／（αｃｏｓβ）となる。なお、角度βは基線の垂線１Ａに対する測距方向１Ｂの傾き角であり、測定方向１Ｂを決定することにより確定される角度となる。ここで、基線長ｂ、焦点距離ｆおよびｃｏｓβは定数なので、ずれ量αを検出すれば距離ＬＲを測定できる。これが正面と異なる方向を測距方向とする場合の測距原理である。
【００２２】
さらに、基線長を伸ばした直線から測定対象５１までの距離ＬＲ’は、ＬＲ’＝ＬＲｃｏｓβ＝ｂｆ／αとなり、上記と同様にずれ量αを検出すれば距離ＬＲ’を測定でき、ＬＲ’を求める際は角度βが不要になる。
【００２３】
なお、この場合も、相関演算を行う際、一方の画像データから抽出した部分映像データ群を基準部として固定し、他方の画像データから抽出した部分映像データ群を参照部としてずらしていくことにより、レンズ３１ａの光軸に対して角度βだけずれた方向１Ｂを測距方向とすることができる。よって、測距方向に応じて基準位置を複数設定することにより、１つのライン型アクティブ測距装置で複数方向の距離を検出可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明にかかるプロジェクタの全体構成を示す正面図である。
【図２】本発明にかかるスクリーンの平面図である。
【図３】本発明にかかるプロジェクタ及びスクリーンの使用状態を示す斜視図である。
【図４】本発明にかかるプロジェクタの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明にかかるプロジェクタに含まれる赤外受光部の構成例を示す模式図である。
【図６】同じく赤外受光部の構成例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２５】
０・・・プロジェクタ、１・・・映像投写部、２・・・赤外投光部、５・・・スクリーン、３１・・・受光部、３２・・・受光部、５１・・・チャートパターン、５２・・・チャートパターン、６１・・・水平演算部、６２・・・垂直演算部
【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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