(57)【要約】【課題】スクリーンに対し正面から変位した位置から画像を投影する画像投影装置において、スクリーンへの入射角の違いに起因する画面内の輝度傾斜を補正することで品質の高い画像を表示する。【解決手段】スクリーンに対し正面から変位した位置から画像を投影する画像投影装置であって、投射光を光変調する映像信号に対し、前記スクリーン上の表示画面遠端から表示画面近端に向かって生ずる輝度傾斜を相殺する補正を行うシェーディング補正手段を備える。【選択図】図７
2013041221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーンに対し正面から変位した位置から画像を投影する画像投影装置であって、
投射光を光変調する映像信号に対し、前記スクリーン上の表示画面遠端から表示画面近端に向かって生ずる輝度傾斜を相殺する補正を行うシェーディング補正手段
を備えたことを特徴とする画像投影装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像投影装置において、
前記シェーディング補正手段は、
映像信号の走査位置を検出する手段と、
検出した映像信号の走査位置に応じた補正値を取得する手段と、
取得した補正値に基づいて映像信号に補正を実行する手段と
を備えたことを特徴とする画像投影装置。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか一項に記載の画像投影装置において、
前記シェーディング補正手段は、
前記画像投影装置の傾斜角度に基づいて補正量を調整する
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の制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超短焦点プロジェクタと呼ばれる画像投影装置が製品化されている。超短焦点プロジェクタは、投影画面サイズは従来通りであるが、投影面（スクリーン）までの空間距離を短くしたものである。投影面までの距離が短いため、以下の利点がある。
１．画像投影装置をスクリーン近くに配置して使用することができるため、スペースを有効活用することができ、狭い会議室などに適する。
２．説明者に投射光が当たりにくいので、まぶしくないとともに、写り込みがおきない。
３．画像投影装置と観察者が離れるので、画像投影装置からの発熱や騒音に悩まされない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したように、超短焦点プロジェクタでは投射距離が短いため、スクリーンの画面外の下あるいは上方向に配置するものである。このような配置の場合、スクリーン面に投影される光の角度が浅くなり、反射される光が多くなってしまう。特に、画像投影装置に近い側よりも画像投影装置から離れている側の入射角度がより浅くなるため、さらに反射量が多くなってしまう。このため、同一画面内に輝度差が生じてしまうという問題があった。
【０００４】
図１は画像投影装置のスクリーンに対する投影の例を示す図である。超短焦点型の画像投影装置１は、図１に示すように映像を表示するスクリーン６に近い位置に設置し、表示画面が画像投影装置１に被らないように表示画面の外側に配置される。スクリーン６と画像投影装置１の間隔はおおよそ数十ｃｍあり、間隔が広がると投影画面サイズは大きくなる。
【０００５】
スクリーン６に投影される映像の画像投影装置１から遠い側の表示画面端（表示画面遠端）をポイントａ、近い側の表示画面端（表示画面近端）をポイントｂとすると、ポイントａの入射角度θａに比べ、ポイントｂの入射角度θｂが大きく、両画面端で入射角度が異なることが分かる。
【０００６】
スクリーン６として一般に広く使用されているマットスクリーンは、スクリーン正面からの入射光を正面側に反射することで明るさを得ている。斜めから入射した光のかなりの量は入射角度と同じ角度で入射光と反対側に反射する。超短焦点プロジェクタのようにスクリーンへの入射角度が浅い場合、入射側と反対側への反射光の角度も必然的に浅くなり、スクリーン外への反射分が多くなり、結果として輝度が下がった映像を利用者は見ることになってしまう。
【０００７】
図２は表示画面遠端における反射の様子の例を示す図であり、表示画面遠端のポイントａの入射角度θａが小さいため、画面外への反射が多くなり、正面への反射（拡散）が少なくなり、輝度が低下する。
【０００８】
また、図３は表示画面近端における反射の様子の例を示す図であり、表示画面近端のポイントｂの入射角度θｂがポイントａの入射角度θａよりは大きいため、輝度低下は比較的少ない。
【０００９】
従って、表示画面の上側の輝度が最も低く、下に向かって輝度が徐々に上がるというグラデーション状の輝度差が生じることになり、品質の高い画像を表示できないことになる。これは、光学的に生じる不都合であり、スクリーンそのものに何らかの工夫をしないと回避できないものである。
【００１０】
一方、特許文献１には、表示画面内での色むらを補正する目的で、表示パネルごとに異なる透過特性をあらかじめ取得し、これに基づいてレベル補正を行って色むら補正を行う技術が開示されている。
【００１１】
しかし、特許文献１は表示デバイスの入出力特性や、構成回路の電気的特性、光学装置の光学特性等の種々のばらつきに起因する画像の色ムラを抑制するものであり、入射角度の違いに起因する輝度差の解消に適用できるものではない。
【００１２】
本発明は上記の従来の問題点に鑑み提案されたものであり、その目的とするところは、スクリーンに対し正面から変位した位置から画像を投影する画像投影装置において、スクリーンへの入射角の違いに起因する画面内の輝度傾斜を補正することで品質の高い画像を表示することのできる画像投影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するため、本発明にあっては、スクリーンに対し正面から変位した位置から画像を投影する画像投影装置であって、投射光を光変調する映像信号に対し、前記スクリーン上の表示画面遠端から表示画面近端に向かって生ずる輝度傾斜を相殺する補正を行うシェーディング補正手段を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にあっては、スクリーンに対し正面から変位した位置から画像を投影する画像投影装置において、スクリーンへの入射角の違いに起因する画面内の輝度傾斜を補正することで品質の高い画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】画像投影装置のスクリーンに対する投影の例を示す図である。
【図２】表示画面遠端における反射の様子の例を示す図である。
【図３】表示画面近端における反射の様子の例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる画像投影装置の外観の例を示す図である。
【図５】画像投影装置の配置の例を示す図である。
【図６】画像投影装置のハードウェア構成例を示す図である。
【図７】画像投影装置の画像投影にかかる機能構成の例を示す図である。
【図８】加速度センサによる角度検出の例を示す図である。
【図９】シェーディング補正部の構成例を示す図である。
【図１０】シェーディング補正の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態につき説明する。なお、画像投影装置として縦型の超短焦点プロジェクタを例として説明するが、これに限らず、任意のプロジェクタを対象とすることができる。
【００１７】
図４は本発明の一実施形態にかかる画像投影装置１の外観の例を示す図である。
【００１８】
本実施形態の画像投影装置１は、装置上面の投射口２より光を出射し、スクリーン６に画像を投影する。画像投影装置１は、投影画面サイズは一般のプロジェクタと同様であるが、投影面までの距離が短いことを特徴としている。このような超短焦点を実現する技術として、例えば特開２００７−３１６６７４公報に記載されている投射光学系がある。
【００１９】
また、画像投影装置１は、縦型の形状であることも特徴としている。縦型にすることで設置スペースを小さくできるという利点がある。
【００２０】
装置上面に配置された操作部３は、複数のボタンで構成されており、電源のＯＮ／ＯＦＦや各種設定の操作、入力信号の切り替えなどに使用することができる。
【００２１】
装置側面には、接続端子４や通気口５が配置されている。接続端子４には、コンピュータやＤＶＤプレーヤなどの各種映像機器からのケーブルを接続し、映像信号を入力することができる。また、通気口５では、内部のファンを用いて外気との間で吸排気する。これにより、筐体内のランプや光学系などの冷却を行う。
【００２２】
図５は画像投影装置１の配置の例を示す図であり、会議室等を側面から見た図である。
【００２３】
画像投影装置１０は、比較のために示した通常の焦点距離のプロジェクタである。通常の焦点距離の場合、スクリーン６からある程度離れた位置（図ではテーブル８の中央付近）に設置する必要がある。これに対し、本実施形態の画像投影装置１は、焦点距離が短いので、スクリーン６の近傍（図では台９の上）に設置することができる。
【００２４】
通常の画像投影装置１０の場合、テーブル８上に設置スペースを確保する必要がある。また、説明者はスクリーン６の前に立って説明するので、画像投影装置１０からの投射光をまぶしく感じたり、投射光を体の一部でさえぎってしまって投影画像の一部が見えなかったりといった問題が発生する。また、会議などの参加者はテーブル８の周囲に座るので、画像投影装置１０からの発熱や騒音が問題になる。
【００２５】
画像投影装置１の場合、スクリーン６の近傍に設置するので、テーブル８上に設置スペースを用意する必要がない。また、説明者は画像投影装置１の前に立って説明できるので、投射光をまぶしく感じたり、投射光をさえぎったりすることがない。画像投影装置１は参加者からも離れているので、発熱や騒音に悩まされることもない。また、縦型であるため、設置スペースを小さくすることができる。画像投影装置１は更に背の高い縦型とすることもでき、設置スペースをより小さくすることができる。
【００２６】
図６は画像投影装置１のハードウェア構成例を示す図である。
【００２７】
画像投影装置１は、ランプ１０４、照明光学系１０３、光変調器１０２、投射光学系１０１を備える。ランプ（光源）１０４から出た光は、照明光学系１０３のレンズやミラーを介して、光変調器１０２に照射される。光変調器１０２は液晶パネルやデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ：Digital Micro Mirror Device）により構成されるもので、外部から入力された映像信号を元に画像を形成することができる。光変調器１０２で変調された光は投射光学系１０１のレンズやミラーを介して、スクリーン６（図１、図２）に投影される。
【００２８】
また、画像投影装置１は電源１０５を備え、ランプ１０４や光変調器１０２、ファン１１８などに電力を供給する。
【００２９】
光変調器１０２、ランプ１０４、電源１０５には、それぞれの動作を制御する制御ユニット（１０６、１０７、１０８）が設けられ、それらはシステム制御ユニット１０９にて統括的に制御される。
【００３０】
システム制御ユニット１０９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリなどで構成され、各種入力情報を元に画像投影装置１全体の動作を制御するものである。
【００３１】
外部からの映像信号は、外部インターフェイス１１５を介して画像投影装置１に入力される。映像信号は、映像信号処理ユニット１１４およびシステム制御ユニット１０９で処理した後、光変調器制御ユニット１０６に命令が送られ、光変調器１０２の動作に反映される。
【００３２】
ユーザが画像投影装置１を操作する場合、操作パネル１１１もしくはリモコン１１３を使用する。操作パネル１１１での操作は直接にシステム制御ユニット１０９に通知される。また、リモコン１１３での操作はリモコン受信機１１２を介してシステム制御ユニット１０９に通知される。通知を受けたシステム制御ユニット１０９は、通知に対応した処理を実施する。
【００３３】
また、ユーザは表示装置１１０を介して、画像投影装置１の状態を知ることができる。表示装置１１０は例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）などで構成されている。表示装置１１０は、画像投影装置１の電源のＯＮ／ＯＦＦやエラー発生などに応じて、システム制御ユニット１０９からの通知を受け、ＬＥＤをＯＮ／ＯＦＦすることで、ユーザに機器状態を通知することができる。
【００３４】
また、画像投影装置１は、加速度センサ１１６、温度センサ１１７といった各種センサを備える。
【００３５】
加速度センサ１１６は画像投影装置１の傾きを測定することができる。測定した傾き情報はシステム制御ユニット１０９に通知され、投射画像のキーストン補正（台形歪み補正）に使用することができる。
【００３６】
温度センサ１１７は画像投影装置１内の温度を測定することができる。測定した温度情報はシステム制御ユニット１０９に通知され、画像投影装置１内を適切な温度状態にするため、ファン１１８の回転数を変更したり、温度が高すぎる場合はシステム異常として投影を中止したりするなどの制御を行う。
【００３７】
ファン１１８は、画像投影装置１内部と外部の空気の吸気・排気に使用する。また、筐体内の空気の流れを制御し、高温の部品に空気を当てて、適切な温度になるよう冷却を行う。
【００３８】
図７は画像投影装置１の画像投影にかかる機能構成の例を示す図である。
【００３９】
図７において、画像投影に関し、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ：Analog-Digital Converter）１２１と画角変換部１２２とシェーディング補正部１２３と加速度センサ１１６とガンマ補正部１２４とパネル駆動部１２５と照明光学系１０３と表示パネル１２９と投射光学系１０１とを備えている。照明光学系１０３は光源１２６と集光レンズ１２７とフィルタ１２８とを備え、投射光学系１０１はフィルタ１３０と投射レンズ１３１とを備えている。表示パネル１２９は光変調器１０２（図６）に相当する。なお、シェーディング補正部１２３をガンマ補正部１２４の前段に設けた場合について図示しているが、シェーディング補正部１２３はガンマ補正部１２４の後段に設けてもよいし、シェーディング補正部１２３の処理をガンマ補正部１２４で同時に行ってもよい。
【００４０】
動作にあっては、入力端子より映像信号が入力されると、アナログ信号の場合、アナログデジタル変換部１２１によりアナログ信号の映像信号をデジタル信号の映像信号に変換する。以降、ほとんどの処理はデジタル信号の状態で行われる。入力される映像信号がデジタル信号である場合、アナログデジタル変換部１２１は省略することができる。
【００４１】
デジタル化された映像信号に対し、画角変換部１２２は、表示パネル１２９への表示画素数に応じて画角の変換を行うとともに、加速度センサ１１６から与えられる角度情報に基づき、キーストン補正を行う。画像投影装置１がスクリーン６（図４）に対して仰ぐ方向に傾いている場合、表示画像の上辺が広くなる台形状になるため、上辺側の画角を狭めるか、下辺側の画角を広げるか、それらの両者を同時に行うかのいずれかの処理を行う。
【００４２】
図８は加速度センサ１１６による角度検出の例を示す図であり、図示のように、例えば画像投影装置１に対し加速度センサ１１６を４５度傾けて垂直に配置した状態とする。加速度センサ１１６は、Ｘ軸方向の加速度ｇＸ、Ｙ軸方向の加速度ｇＹを測定することができる。このとき、傾斜角度θ（＋Ｘ軸から＋Ｙ軸方向へ重力がなす角度）は、加速度値ｇＸ、ｇＹを使って、次式で計算することができる。
【００４３】
θ  ＝  ｔａｎ−１（ｇＹ／ｇＸ）
図７に戻り、画角変換された映像信号に対し、シェーディング補正部１２３は、スクリーンへの入射角の違いに起因する輝度傾斜に対して逆特性のシェーディングをかけることで輝度補正を行う。また、シェーディング補正部１２３は、加速度センサ１１６から与えられる角度情報に基づき、輝度補正の量を加減する。
【００４４】
図９はシェーディング補正部１２３の構成例を示す図であり、走査線位置検出部１２３１と補正値取得部１２３２と補正値出力部１２３３と補正実行部１２３４とを備えている。
【００４５】
走査線位置検出部１２３１は、映像信号から走査線（水平方向の映像信号）の位置を検出する。
【００４６】
補正値取得部１２３２は、走査線位置検出部１２３１により検出された走査線の位置と加速度センサ１１６から与えられる画像投影装置１の角度情報に基づいて補正値出力部１２３３から補正値を取得する。
【００４７】
補正値出力部１２３３は、走査線の位置と画像投影装置１の角度とに応じた補正値をテーブルとして保持するか、走査線の位置と画像投影装置１の角度から数式により補正値を生成する等により補正値を出力する。スクリーン６への入射角に基づく輝度低下は画面の上辺ほど大きく、下辺に向かって輝度低下が小さくなる。また、画像投影装置１がスクリーン６に対して仰ぐ方向に傾く場合は画面の上辺側の輝度低下が大きくなる。従って、画面の上辺からの走査線の位置をｎ、画像投影装置１がスクリーン６に対して仰ぐ方向の傾斜角度をθ、定数をｃ１、ｃ２、ｃ３とすると、補正値は、例えば、
補正値＝ｃ１−ｃ２・ｎ＋ｃ３・ｎ・θ
と表わすことができる。
【００４８】
なお、超短焦点プロジェクタはスクリーンとの位置関係が非常に重要であり、画像投影装置１が傾いて設置された場合など表示画面には非常に大きな歪が生じてしまう。このため画像投影装置１とスクリーン６の位置関係は、ある程度限定された範囲で規定される。そのため、画像投影装置１の傾斜角度はある程度の小さい範囲に収まると考えられるため、そのような条件下では、角度に対する補正値の変動を考慮しなくてもよい。
【００４９】
なお、スクリーンに対して下方から上向きに投射する場合を想定して説明したが、スクリーンに対して上方から投射する場合であってもよい。また、スクリーンの右側もしくは左側から投射する場合であってもよい。この場合、補正値を決定する「走査線の位置」は、「走査位置」と読み替えることで対応することができる。
【００５０】
補正実行部１２３４は、補正値取得部１２３２の取得した補正値を、例えば、映像信号に乗算することで、シェーディング補正を実行する。
【００５１】
図１０はシェーディング補正の例を示す図である。図の右側に示すように、表示画面遠端のポイントａから表示画面近端のポイントｂに向かって暗→明の輝度傾斜が存在している。ここで、図の左側に示すように、Ｖ期間（垂直期間）の元の映像信号が破線で示すＶであったとすると、表示画面遠端のポイントａ側では元の映像信号よりも輝度を上げ、表示画面近端のポイントｂ側では元の映像信号よりも輝度を下げるように、連続的に補正を行うことで補正後の映像信号Ｖ'としている。これにより、スクリーンに対する入射角に起因する輝度傾斜が相殺され、同じレベルの映像信号に対して同じ輝度を再現することができる。
【００５２】
図７に戻り、シェーディング補正された映像信号に対し、ガンマ補正部１２４はガンマ補正を行う。一般に表示デバイスは映像信号の強度に対して線形ではなく、入力ｘに対して画面出力ｙはｙ＝ｘγと近似することができるため、表示パネル１２９の特性に対応する値γを予め設定し、映像信号の各色信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対して［１／γ］乗することで、入力に対して画面出力が線形に変化するように補正する。
【００５３】
ガンマ補正された映像信号に基づき、パネル駆動部１２５は表示パネル１２９に適した駆動信号に変換し、表示パネル１２９を駆動する。
【００５４】
一方、光源１２６から発せられた光は照明光学系１０３の集光レンズ１２７およびフィルタ１２８を通して表示パネル１２９に入り、表示パネル１２９で映像信号により光変調された光は投射光学系１０１のフィルタ１３０および投射レンズ１３１を通してスクリーン６に投射される。
【００５５】
以上、本発明の好適な実施の形態により本発明を説明した。ここでは特定の具体例を示して本発明を説明したが、特許請求の範囲に定義された本発明の広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、これら具体例に様々な修正および変更を加えることができることは明らかである。すなわち、具体例の詳細および添付の図面により本発明が限定されるものと解釈してはならない。
【符号の説明】
【００５６】
１            画像投影装置
１０１        投射光学系
１０２        光変調器
１０３        照明光学系
１０４        ランプ
１０５        電源
１０６        光変調器制御ユニット
１０７        ランプ制御ユニット
１０８        電源制御ユニット
１０９        システム制御ユニット
１１０        表示装置
１１１        操作パネル
１１２        リモコン受信機
１１３        リモコン
１１４        映像信号処理ユニット
１１５        外部インターフェイス
１１６        加速度センサ
１１７        温度センサ
１１８        ファン
１２１        アナログデジタル変換部
１２２        画角変換部
１２３        シェーディング補正部
１２３１      走査線位置検出部
１２３２      補正値取得部
１２３３      補正値出力部
１２３４      補正実行部
１２４        ガンマ補正部
１２５        パネル駆動部
１２６        光源
１２７        集光レンズ
１２８        フィルタ
１２９        表示パネル
１３０        フィルタ
１３１        投射レンズ
２            投射口
３            操作部
４            接続端子
５            通気口
６            スクリーン
７            カメラ
８            テーブル
９            台
１０          画像投影装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５７】
【特許文献１】特開２００１−２０９３５８号公報
【図１】
2013041221.tif 000003
【図２】
2013041221.tif 000004
【図３】
2013041221.tif 000005
【図４】
2013041221.tif 000006
【図５】
2013041221.tif 000007
【図６】
2013041221.tif 000008
【図７】
2013041221.tif 000009
【図８】
2013041221.tif 000010
【図９】
2013041221.tif 000011
【図１０】
2013041221.tif 000012