(57)【要約】【課題】湾曲した投影面の端部においても焦点距離のずれによる画像の劣化を低減する画像投射装置の提供。【解決手段】  画像を投射するための投影面２０までの距離Ｌを測定する距離測定部１１と、前記投影面２０の湾曲形状を取得する湾曲形状取得部１４と、前記湾曲形状取得部１４による湾曲形状と前記距離測定部１１の測定した距離Ｌとに基づいて焦点距離を補正する焦点距離補正部１２とを有する画像投射装置１。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を投射するための投影面までの距離を測定する距離測定部と、
前記投影面の湾曲形状を取得する湾曲形状取得部と、
前記湾曲形状取得部による湾曲形状と前記距離測定部の測定した距離とに基づいて焦点距離を補正する焦点距離補正部とを有する画像投射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像投射装置において、
前記画像を前記湾曲形状に応じて湾曲補正する湾曲補正部を有し、
前記湾曲形状は、前記湾曲補正の量に基づいて取得されることを特徴とする画像投射装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の画像投射装置において、
前記焦点距離補正部は、前記画像の解像度に基づいて前記焦点距離を補正することを特徴とする画像投射装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つに記載の画像投射装置において、
前記距離測定部は、前記投影面の中心を基準として前記距離を測定することを特徴とする画像投射装置。
【請求項５】
画像を投射するための投影面までの距離と、前記投影面の湾曲形状と、に基づいて焦点距離を算出する焦点距離算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像投射装置及び焦点距離算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタ等の画像投射装置において、スクリーンまでの距離を測定し、当該距離に基づいてフォーカス調整を行う構成が知られている（例えば特許文献１、２等参照）。
【０００３】
しかしながら、スクリーンまでの距離のみに基づいてフォーカス調整を行う画像投射装置は、スクリーンが湾曲していた場合には、フォーカスの最適な位置がスクリーン上の位置によって異なり、特に投影面の端部においては焦点距離のずれによって画像が劣化してしまう恐れがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、湾曲した投影面の端部においても焦点距離のずれによる画像の劣化を低減する画像投射装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するため、本発明にかかる画像投射装置は、画像を投射するための投影面までの距離を測定する距離測定部と、前記投影面の湾曲形状を取得する湾曲形状取得部と、前記湾曲形状取得部による湾曲形状と前記距離測定部の測定した距離とに基づいて焦点距離を補正する焦点距離補正部とを有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、湾曲した投影面の端部においても焦点距離のずれによる画像の劣化を低減する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態における画像投射装置と投影面との位置関係を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態における画像投射装置の構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態における湾曲補正部の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態における画像投射装置の動作の一例を示す図である。
【図５】図３に示した湾曲補正部の補正量と焦点距離の補正量との関係の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態における焦点距離の補正の模式図である。
【図７】本発明の実施形態における解像度による画角の変化の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態における解像度による焦点距離の補正の原理の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施形態として、画像投射装置の構成の一例を概略として図１に示す。
画像投射装置１は、スクリーンである画像投射面たる投影面２０と組み合わされて、投影面２０に対して外部装置から入力された画像を投射するプロジェクタである。
画像投射装置１は、図２に示すように、光束を射出する光源たるランプ１７と、投射すべき平面画像を画像情報として表示して、光束を変調する画像表示素子たる空間光変調素子１８と、変調された光束を結像させて画像を投影面２０に投影するための投影光学系あるいは結像光学系たるレンズユニット１３と、を有している。
画像投射装置１は、ランプ１７の光量やＯＮ／ＯＦＦを制御するランプ制御部１６と、レンズユニット１３内のレンズを駆動して焦点距離を変化させる焦点距離補正部たるフォーカス駆動部１２と、を有している。
【０００９】
画像投射装置１はまた、投影面２０の湾曲形状を取得するための湾曲形状取得部たる設定情報保存部としての記憶部１４と、画像投射装置１と投影面２０との間の距離を測定する距離測定部たる測距センサとしての赤外線センサ１１と、投影される画像の条件を設定する操作パネル１５と、を有している。
画像投射装置１はまた、空間光変調素子１８に画像情報を与える画像情報制御部１９と、これら画像投射装置１の各部を制御する演算装置である制御部１０と、を有している。
【００１０】
ランプ１７は、ここではメタルハライドランプであるが、高圧水銀ランプ、ＬＥＤなどの放射光源であっても良いし、これら放射光源に凹面鏡を組み合わせて平行な光束を射出する光源であっても良い。
ランプ制御部１６は、制御部１０の指示に基づいて、ランプ１７の光量を制御するとともに、ランプ１７がＯＮ状態であるか、ＯＦＦ状態であるかを制御する。
【００１１】
空間光変調素子１８は、入射した光束を透過して空間的な変調を付与して出射することで画像情報を与える画像表示手段たる液晶パネルである。なお、空間光変調素子１８は、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）のような反射型の空間光変調素子を用いても良い。
画像情報制御部１９は、操作パネル１５を用いて設定された投影されるべき画像条件に従って、空間光変調素子１８に表示させる画像を補正する。
【００１２】
レンズユニット１３は、３つのレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３を有する結像光学系と、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３を任意の位置に支持するための支持部たる鏡筒とを有している。
なお、ここではレンズユニット１３がレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３を有するとしたが、少なくとも１つのレンズを有する光学系と、当該レンズを支持する鏡筒とを有する構成であればよい。
【００１３】
フォーカス駆動部１２は、レンズユニット１３に隣接して配置されたレンズ駆動手段であり、制御部１０からの指示に基づいてレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３のそれぞれを独立して移動させることが可能である。
フォーカス駆動部１２は、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３を移動させることで、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３の間隔を調整し、画像投射装置１が投射する画像の焦点距離であるフォーカス位置を変化させる。
【００１４】
赤外線センサ１１は、投影面２０上の一点に向かって赤外線を照射する照射部１１ａと、投影面２０によって反射された赤外線を受光する受光部１１ｂとを有している。
赤外線センサ１１は、照射部１１ａから照射された赤外線が投影面２０によって反射された後に受光部１１ｂに入射することで投影面２０と画像投射装置１との間の距離Ｌを測定する。
なお、赤外線センサ１１の測定する距離Ｌの精度を向上させるために、赤外線センサ１１は、照射部１１ａと受光部１１ｂとがレンズユニット１３のＺ軸方向における最も下流側に設けられることが望ましいが、かかる位置に限定されるものではない。
【００１５】
操作パネル１５は、図３に示すように、使用者が投影面２０に投影された画像を見ながら任意の値に設定可能な湾曲補正の量たる湾曲補正値Ｗを設定するための湾曲補正値設定部１５１を有している。
操作パネル１５は、湾曲補正値Ｗを、投影されるべき画像条件として画像情報制御部１９と記憶部１４とへ送信する。
湾曲補正値設定部１５１は、−２０を最小値、＋２０を最大値として、１刻みで湾曲補正値Ｗを設定することができる。ここで０を湾曲していない状態すなわち矩形であるとして、正の値に設定すると対となる２辺が矩形の中心から外側に膨らんだ樽型の湾曲形状に変形し、負の値に設定すると対となる２辺が矩形の中心へ内側に凹んだ糸巻き型の湾曲形状に変形するように定める。
【００１６】
すなわち、湾曲補正値設定部１５１は、投影面２０が図１に示すように画像投射装置１と反対側に凸な湾曲形状の場合には湾曲補正値Ｗを正の値にすることで、投影面２０に投影された画像が矩形に表示されるよう補正する。
また同様に、湾曲補正値設定部１５１は、投影面２０が画像投射装置１の側に凸な湾曲形状の場合には湾曲補正値Ｗを負の値にすることで、投影面２０に投影された画像が矩形に表示されるよう補正する。
【００１７】
なお、操作パネル１５に、コントラスト、色合いなどの画像情報値を湾曲補正値Ｗと同様に設定可能な画像情報設定部を設けても良い。その場合には、画像条件には、かかる画像情報値が含まれる。
また、湾曲補正値設定部１５１は、離散的な数値を設定するものでも良いし、例えばツマミを回して連続的に湾曲補正値Ｗを変えるものであっても良い。
【００１８】
記憶部１４は、ここでは操作パネル１５や制御部１０から送信された情報を記憶するためのメモリである。
記憶部１４には、予め投影面２０と画像投射装置１との間の距離Ｌを初期投射距離Ｌ’に定めたときに、湾曲補正値Ｗに応じて焦点距離Ｆを補正するべき量である距離補正値Ｑが記憶されている。
初期投射距離Ｌ’は、後述する焦点距離Ｆの補正を行う際に基準となる距離であるから、Ｌ’＝１ｍとすることが望ましい。
【００１９】
かかる構成の画像投射装置１において、画像を投射する際の動作について図４に示したフローチャートを用いて説明する。
画像投射装置１から投影面２０へと画像を投射する場合には、まず操作パネル１５から電源投入の操作を受けると、画像投射装置１が起動して（ステップＦ１００）、外部装置から投射すべき画像が制御部１０に入力される。
入力された画像は、制御部１０の画像情報制御部１９において、ＲＧＢの画像情報へと変換され、空間光変調素子１８へと入力される。
また、ランプ制御部１６は、画像投射装置１が起動したことを条件として、ランプ１７を起動して、空間光変調素子１８に対して光束を照射する。
空間光変調素子１８は、入力された画像情報に基づいて画像形成を行い、ランプ１７から入射した光束を透過して空間的な変調を付与して出射することによって、透過した光束に画像情報を付与する。
【００２０】
赤外線センサ１１は、投影面２０の中心Ｏと画像投射装置１との間の距離Ｌを測定する（ステップＦ１０１）。
レンズユニット１３は、距離Ｌの地点で焦点が合うように画像情報を付与された光束の焦点距離Ｆを調整し、結像・拡大して投影面２０へ向けて投射する。
【００２１】
このような画像投射操作において、例えば投影面２０が図１に示されたように、画像投射装置１とは反対側に凸となるように湾曲している凸状湾曲状態を考える。
【００２２】
投影面２０に表示される画像は、凸状湾曲状態では投影面２０の中心Ｏと端部Ｅとの間では、ギャップｄだけＺ方向の位置にずれが生じている。
したがって、通常の湾曲していない投影面に投影するような矩形の画像を投影した場合には、投影された画像は樽型の湾曲形状となってしまうため、視認性が悪化する。
そこで、使用者は、投影面２０の湾曲形状に沿うように、湾曲補正値設定部１５１を操作して湾曲補正値Ｗを正の値に設定する。制御部１０は、かかる湾曲補正値Ｗに従ってレンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３の位置を調整して、画像を湾曲形状に沿った形に補正する湾曲補正操作を行う。
このように、湾曲補正値設定部１５１と制御部１０とは、画像を投影面２０の湾曲形状に応じて湾曲補正する湾曲補正部として動作する。
なお、投影面２０が湾曲していない場合には、フォーカス駆動部１２は、湾曲補正操作を行うことなく距離Ｌを元に焦点距離Ｆを設定する（ステップＦ１０２）。
【００２３】
しかしながら、湾曲補正を行うのみでは、ステップＦ１０１において測定された距離Ｌに合わせて焦点距離Ｆが設定されたままであるから、端部Ｅにおいて焦点がギャップｄだけずれてしまう。そのため端部Ｅには、いわゆるフォーカスのぶれた画像が投影されてしまうことになる。
【００２４】
かかるギャップｄを抑制するためには、図５に示すように、投影面２０の湾曲形状を把握し、投影面２０の全体において、ギャップｄが小さくなるように、焦点距離Ｆを補正することが有効である。
そこで本実施形態では、投影面２０の湾曲形状を把握するために、記憶部１４が湾曲補正値設定部１５１から湾曲補正値Ｗを取得する。かかる構成において、記憶部１４は、取得した湾曲補正値Ｗと、予め記憶された距離補正値Ｑとに基づいて投影面２０の湾曲形状を取得する湾曲形状取得部としての機能を有している。
【００２５】
記憶部１４によって把握された湾曲形状に合わせて、焦点距離を補正する方法について述べる。
図６に示すように、湾曲した投影面２０に対する焦点のずれを小さくするためには、焦点距離Ｆが投影面２０全体に合うように、例えばＦ＝Ｌ−d／２を満たすように焦点距離Ｆを補正することが望ましい。
焦点距離補正値ΔＦは、初期投射距離Ｌ’に定めたときに、湾曲補正値Ｗに応じて焦点距離Ｆを補正するべき量である距離補正値Ｑを用いて、数式１のように表すことができる。
【００２６】
【数１】
2016109963.tif 000003
【００２７】
具体的な例として図６のように湾曲補正値Ｗと距離補正値Ｑとの組み合わせが記憶部１４に記憶されており、初期投射距離Ｌ’＝１ｍ、距離Ｌ＝２ｍ、湾曲補正値設定部１５１によって定められた湾曲補正値Ｗが＋１０のときには、数式２に示すように、焦点距離Ｆを算出する（ステップＦ１０３）。
【００２８】
【数２】
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【００２９】
このようにして、焦点距離補正値ΔＦ＝０．１ｍ、焦点距離Ｆ＝１．９ｍを得る。
フォーカス駆動部１２は、後述するように解像度が一致している場合には、このようにして得られた焦点距離Ｆに合うように、レンズＬ１、Ｌ２、Ｌ３を移動させることで焦点距離Ｆを補正する（ステップＦ１０４）。
【００３０】
本実施形態では、画像を投射するための投影面２０までの距離Ｌを測定する赤外線センサ１１と、投影面２０の湾曲形状を取得する記憶部１４と、湾曲形状と距離Ｌとに基づいて焦点距離Ｆを補正する焦点距離補正部と、を有している。
かかる構成により、湾曲した投影面２０の端部Ｅにおいても焦点距離Ｆのずれによる画像の劣化を低減する。
【００３１】
ところで、ギャップｄは、距離Lによって変わるのみでなく、図７、図８に示されるように、投影面２０に投影されるべき画像の解像度、つまりは空間光変調素子１８の解像度によっても変化する。
図７、図８は、ＷＸＧＡ（横１２８０画素×縦７６８画素）サイズの解像度の画像投射装置１で、ＷＸＧＡサイズの解像度の画像を表示した場合と、ＸＧＡ（横１０２４画素×縦７６８画素）サイズの解像度の画像を表示した場合との模式図である。なお、図８中の１点鎖線はＸＧＡサイズの画角を模式的に示し、図８中の２点鎖線はＷＸＧＡサイズの画角を模式的に示している。
図８から明らかなように、ＷＸＧＡサイズの画像を表示したときの投影面２０における画像の端部Ｅと、ＸＧＡサイズの画像を表示したときの投影面２０における画像の端部Ｅ’とは異なる。従って、投影面２０の中心Ｏと端部Ｅとのギャップｄと投影面２０の中心Ｏと端部Ｅ’とのギャップｄ’は、かりに距離Ｌが等しいとしても、投影される画像の解像度によっても異なる。
【００３２】
本実施形態においては、制御部１０は、空間光変調素子１８に表示されている画像と、投影面２０に投影している画像の解像度とが一致しているかを判断する（ステップＦ１０５）。
投影される画像と空間光変調素子１８に表示されている画像との解像度が一致する場合には、後述する解像度補正操作を行わず、ステップＦ１０４へと移動しても良い。
【００３３】
本実施形態では、フォーカス駆動部１２は、画像の解像度に基づいて焦点距離Ｆを補正する解像度補正操作を行う（ステップＦ１０６）。
フォーカス駆動部１２は、画像投射装置１をＷＸＧＡサイズとし、投影面２０に投射されるべき画像の解像度をＸＧＡサイズとしたとき、画像投射装置１の横方向の解像度と投影面２０に投射されるべき画像の横方向の解像度との比である解像度補正係数Ｍを用いて数式３のように焦点距離Ｆを補正する。
なお、ここでは例示のため数式２で示した数値をそれぞれ用いた。
【００３４】
【数３】
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【００３５】
フォーカス駆動部１２は、かかる解像度補正係数Ｍを用いて焦点距離Ｆを補正する。
かかる構成により、湾曲した投影面の端部においても焦点距離Ｆのずれによる画像の劣化をさらに低減する。
【００３６】
また、本実施形態では、赤外線センサ１１は、投影面２０の中心Ｏを基準として距離Ｌを測定する。
かかる構成により、測定された距離Ｌに対して投影面２０が左右対称に配置されるから、湾曲した投影面の端部における焦点距離Ｆのずれによる画像の劣化をより低減する。
また、かかる構成により、焦点距離Ｆの補正が、投射する光束の光軸について対称ですむから、複雑な計算を要求されることなく、単一の赤外線センサ１１からの情報を元に焦点距離Ｆの補正を行うことができる。
【００３７】
上述したように、本実施形態では、画像を投射するための投影面２０までの距離Ｌと、投影面２０の湾曲形状と、に基づいて焦点距離Ｆを算出する。
かかる構成において、制御部１０あるいはフォーカス駆動部１２は、焦点距離Ｆを算出する焦点距離算出方法を記憶したプログラムもしくは当該プログラムを実行するためのデータを記録した記録媒体を有している。
【００３８】
以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００３９】
例えば、画像投射装置１は、１つの液晶パネルでカラーの画像情報を与える１板式のカラープロジェクタとしたが、これに限らず、３板式のカラープロジェクタであっても良いし、モノクロの画像投影装置であってもよい。
【００４０】
本実施形態においては、湾曲補正値設定部によって設定された値から投影面の湾曲形状を取得したが、投影面の湾曲形状は予め上位装置から与えられるとしても良いし、赤外線センサなどを用いて湾曲率を測定して湾曲形状を測定しても良い。
【００４１】
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４２】
１      画像投射装置
１０    湾曲補正部（制御部）
１１    距離測定部（赤外線センサ）
１２    焦点距離補正部（フォーカス駆動部）
１３    レンズユニット
１４    湾曲形状取得部（記憶部）
１５    操作パネル
１６    ランプ制御部
１７    ランプ
１８    空間光変調素子
１９    画像情報制御部
２０    投影面
１５１  湾曲補正部（湾曲補正値設定部）
Ｏ      投影面の中心
Ｑ      距離補正値
Ｗ      湾曲補正の量（湾曲補正値）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００４３】
【特許文献１】特開２００３−２０７７０９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５０１３７号公報
【特許文献３】特許第５３３７９７６号公報
【特許文献４】特許第５３６９９２８号公報
【図１】
2016109963.tif 000006
【図２】
2016109963.tif 000007
【図３】
2016109963.tif 000008
【図４】
2016109963.tif 000009
【図５】
2016109963.tif 000010
【図６】
2016109963.tif 000011
【図７】
2016109963.tif 000012
【図８】
2016109963.tif 000013