JP2005354232A - Image projection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像をスクリーン等の投射面に投射する画像投射装置に関し、特に投射画像の歪を補正することが可能な画像投射装置に関するものである。
The present invention relates to an image projection apparatus that projects an image on a projection surface such as a screen, and more particularly to an image projection apparatus that can correct distortion of a projection image.
近年、パーソナルコンピュータ等で作成した資料を液晶プロジェクタ等の画像投射装置によってスクリーンに拡大投射しながら会議やプレゼンテーションを行うことが多く、この場合、会議室から他の会議室へというようにプロジェクタを持ち運んで使用することが多い。このような場合、設置場所を変えるごとに投射画像のサイズを決め、かつスクリーンに対して投射レンズのピント合わせをする必要がある。このため、最近では、ピント合わせを自動的に行うプロジェクタが提案されている。 In recent years, there are many cases where conferences and presentations are performed while materials created by a personal computer or the like are enlarged and projected on a screen by an image projection device such as a liquid crystal projector. In this case, the projector is carried from one conference room to another. Often used in. In such a case, it is necessary to determine the size of the projected image each time the installation location is changed and to focus the projection lens with respect to the screen. For this reason, recently, a projector that automatically performs focusing has been proposed.
また、持ち運び可能なプロジェクタは、机の上に設置されることが多く、この場合、投射光が机によってけられないように、又は投射画像が椅子に座った観察者にとって見やすいように、プロジェクタを上方向に傾けた状態で投射することが多い。この場合、投射画像にはいわゆる台形歪が発生する。このため、プロジェクタに傾きセンサを組み込み、プロジェクタの傾きを検知して自動的に台形歪補正を行うプロジェクタが提案されている。 Portable projectors are often installed on a desk, and in this case, the projector should be placed so that the projected light is not scattered by the desk or the projected image is easy to see for an observer sitting on a chair. In many cases, the projection is performed in an inclined state. In this case, so-called trapezoidal distortion occurs in the projected image. For this reason, there has been proposed a projector that incorporates a tilt sensor in the projector and automatically corrects the trapezoidal distortion by detecting the tilt of the projector.
但し、傾きセンサは一般に重力を利用しているため、プロジェクタの傾きは検出できるが、投射面であるスクリーンの傾きは検知できない。プロジェクタが傾いているときと同様に、スクリーンが傾いている場合にも台形歪みが発生するため、従来の傾きセンサを用いたプロジェクタでは、スクリーンの傾きに起因した台形歪みを補正することができない。 However, since the tilt sensor generally uses gravity, the tilt of the projector can be detected, but the tilt of the screen as the projection surface cannot be detected. Similar to when the projector is tilted, trapezoidal distortion occurs when the screen is tilted. Therefore, a projector using a conventional tilt sensor cannot correct the trapezoidal distortion due to the tilt of the screen.
特許文献1には、複数の超音波センサを用いて投射面における複数位置までの距離を測定することによりスクリーンの前後左右の傾きを検出し、該検出結果に基づいて台形歪み補正を行うプロジェクタが提案されている。
しかしながら、超音波センサを用いて投射面までの距離を測定する場合、超音波が投射面の周囲の物体で反射する等して距離測定精度が低下するおそれがある。また、複数の超音波センサを用いて複数位置までの距離を測定する場合、超音波同士の干渉が問題となるため、該複数位置までの距離を同時に測定することが難しい。このため、スクリーンの傾きを検出するまでにある程度の時間を必要とする。 However, when the distance to the projection surface is measured using an ultrasonic sensor, the distance measurement accuracy may be reduced due to reflection of ultrasonic waves by an object around the projection surface. Further, when measuring the distance to a plurality of positions using a plurality of ultrasonic sensors, interference between the ultrasonic waves becomes a problem, and it is difficult to measure the distance to the plurality of positions simultaneously. For this reason, a certain amount of time is required until the tilt of the screen is detected.
本発明は、投射面の傾きに起因する台形歪の補正を、精度良く、かつ迅速に行うことができるようにした画像投射装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an image projection apparatus capable of correcting a trapezoidal distortion caused by the inclination of the projection surface with high accuracy and speed.
上記の目的を達成するために、本発明の画像投射装置は、投射面に対して画像光を投射する投射レンズと、画像光の投射面での反射光を用いて該画像投射装置から投射面における複数位置までの距離を測定する複数の測距手段と、該複数の測距手段により測定された距離に基づいて、投射画像の歪みを補正する補正手段とを有する。 In order to achieve the above object, an image projection apparatus according to the present invention uses a projection lens that projects image light onto a projection surface, and reflected light from the projection surface of the image light. A plurality of distance measuring means for measuring the distance to a plurality of positions, and a correcting means for correcting distortion of the projected image based on the distance measured by the plurality of distance measuring means.
本発明によれば、投射した画像光を利用して光学的に投射面の複数位置までの距離を検出するので、投射面の傾きを精度良く、かつ短時間で求めることができる。したがって、投射面の傾きに起因する台形歪を良好に補正することができる。 According to the present invention, since the distance to a plurality of positions on the projection surface is optically detected using the projected image light, the inclination of the projection surface can be obtained accurately and in a short time. Therefore, it is possible to satisfactorily correct the trapezoidal distortion caused by the inclination of the projection surface.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1には、本発明の実施例であるプロジェクタ(画像投射装置)の構成を示している。図中の1はプロジェクタ本体である。2は投射レンズであり、ここから画像光をスクリーン6に向けて投射する。本実施例の投射レンズ2は、ズーミングおよびオートフォーカスが可能に構成されている。
FIG. 1 shows the configuration of a projector (image projection apparatus) that is an embodiment of the present invention. In the figure,
3,4,5は光学式測距センサユニットであり、プロジェクタ本体1の前面に互いに離れて(例えば、図示のように投射レンズ2の周囲3箇所に)設けられている。測距センサユニット3,4,5は、光電変換素子を一列に並べて構成されるラインセンサ3s,4s,5sと、画像光のスクリーン6での反射光をラインセンサ3s,4s,5s上に結像させる受光レンズ3L,4L,5Lとにより構成されている。
Reference numerals 3, 4 and 5 denote optical distance measuring sensor units which are provided on the front surface of the
ここで、光学式測距センサユニットにより距離測定の原理について図5を用いて簡単に説明する。 Here, the principle of distance measurement by the optical distance measuring sensor unit will be briefly described with reference to FIG.
図5は、投射面までの距離を三角測距方式により測定する場合の原理を示している。201は画像光ILが投射される投射面(スクリーン6)、203は投射レンズ、204はラインセンサである。ラインセンサ204の前面には、受光レンズ202が配置されている。
FIG. 5 shows the principle when the distance to the projection surface is measured by the triangulation method. 201 is a projection surface (screen 6) on which the image light IL is projected, 203 is a projection lens, and 204 is a line sensor. A
投射面201で反射した画像光ILは、受光レンズ202によってラインセンサ204上に結像する。プロジェクタ本体1から投射面201までの距離Lは、投射レンズ203と受光レンズ202間の基線長をB、受光レンズ202の焦点距離をf、ラインセンサ204上で受光レンズ202の光軸上の位置204aを基準とした像ずれ量をxとしたとき、
L=B×f/x
で求めることができる。
The image light IL reflected by the
L = B × f / x
Can be obtained.
図1において、pは画像形成素子としての液晶パネルであり、画像光によって投射される像の原画を形成する。該プロジェクタには、パーソナルコンピュータ、DVDプレーヤ、ビデオデッキ、アンテナとチューナからなる映像受信機等の画像情報供給装置60が接続されている。プロジェクタには、後述するように液晶パネル駆動回路(図2参照)が搭載されており、画像情報供給装置60からの映像信号は該液晶パネル駆動回路に入力され、液晶パネル駆動回路はこの映像信号に応じた原画を形成させるよう液晶パネルpを駆動する。
In FIG. 1, p denotes a liquid crystal panel as an image forming element, which forms an original image of an image projected by image light. The projector is connected to an image
6pは画像光によってスクリーン6上に投射された投射画像である。30,40,50はそれぞれ、スクリーン6上でどの領域からの反射光がラインセンサ3s,4s,5sによって受光されるのかを示しており、以下、これらの領域を測距センサユニット3,4,5による検出領域という。
6p is a projection image projected on the screen 6 by image light. 30, 40, and 50 indicate the areas from which reflected light is received by the
8はプロジェクタ本体1に設けられた台形歪補正スイッチであり、これを使用者が操作することで、後述する台形歪み補正処理が実行される。また、9はプロジェクタ本体1に設けられたオートフォーカススイッチであり、これを使用者が操作することで、後述する、投射レンズ2のスクリーン6に対する自動ピント合わせ処理が実行される。
このように構成されたプロジェクタにおいて、投射レンズ2によって液晶パネルpからの画像光が投射レンズ2を通じてスクリーン6上に投射され、投射画像6pが表示されると、測距センサユニット3,4,5のラインセンサ3s,4s,5s上には、スクリーン6上におけるそれぞれ対応する検出領域からの反射光が受光レンズ3L,4L,5Lによって結像する。これにより、投射された画像光のスクリーン6での反射光を、投射レンズ2に対して所定の基線長離れて配置された測距センサユニット3,4,5により受光し、プロジェクタからスクリーン6までの距離を測定するいわゆるアクテイブ型三角測距方式の測距系が形成される。
In the projector configured as described above, when the
ここで、測距センサユニット3,4,5の検出領域30,40,50はそれぞれ、スクリーン6のうち投射光軸(投射レンズ2の光軸の延長線)AXLが交わる位置、すなわち投射画像6pにおける光軸位置の近傍である光軸近傍部と、上端部と、横端部とに設定されている。そして、検出領域30,40,50はいずれも、スクリーン6上における所定サイズ範囲の投射画像6pの端部、言い換えればスクリーン6上における投射画像6pと投射画像6p外の領域(画像外領域)との境界を含み、かつ各検出領域の長手方向(各ラインセンサの長手方向)が投射画像6pの端部(境界)が伸びる方向に対して直交するように設定されている。具体的には、測距センサユニット3,4にそれぞれ対応した光軸近傍部および上端部の検出領域30,40は、上下方向に伸びて投射画像6pの光軸近傍端(下端)および上端を含む領域とし、測距センサユニット50に対応した横端部の検出領域50は、左右方向に伸びて投射画像6pの横端を含む領域としている。
Here, the
これにより、投射画像6pが全白画像や明るい画像である場合、投射画像6pと画像外領域との明るさの差が大きいため、ラインセンサ3s,4s,5sによって投射画像6pの端部(境界)をエッジとして検出し易くなり、測距精度の向上を図ることができる。
As a result, when the projected
こうして、ラインセンサ3s,4s,5s上の像基準位置に対する像ずれ量に基づいてスクリーン6の各画像端位置までの距離が測定できる。すなわち、ラインセンサ3s上の画像下端の像ずれ量に基づいてスクリーン6における光軸近傍部までの距離が測定され、ラインセンサ4s上の画像上端の像ずれ量からスクリーン6における上端部までの距離が測定される。さらに、ラインセンサ5s上の画像横端の像ずれ量からスクリーン6の横端部まで距離が測定される。
Thus, the distance to each image edge position of the screen 6 can be measured based on the image shift amount with respect to the image reference position on the
投射画像6pの拡大率は投射距離にほぼ比例するので、測定されたスクリーン6の光軸近傍部までの距離と上端部までの距離とに基づいて、上下方向における投射画像6pの台形歪率を演算することができる。同様にして、測定されたスクリーン6の光軸近傍部までの距離と横端部までの距離とに基づいて、左右方向における投射画像6pの台形歪率を演算できる。
Since the magnification of the
このようにして算出した投射画像6pの台形歪率に基づいて、液晶パネルp上に形成する原画の形状を、該台形歪みをうち消すような形状とすることにより、台形歪みが補正された略矩形の投射画像6pを得ることができる。
Based on the trapezoidal distortion rate of the
図2には、スクリーン6の傾きに起因した投射画像の台形歪みを補正するシステムの構成を示している。図2において、11は上記3つの測距センサユニット3〜5のうちスクリーン6の上端部(投射画像の上端周辺)までの距離を測定する上端センサユニット4の出力回路(上端センサ出力回路)、12はスクリーン6の光軸近傍部(投射画像の下端周辺)までの距離を測定する光軸センサユニット3の出力回路(光軸センサ出力回路)、13はスクリーン6の横端部(投射画像の横端周辺)までの距離を測定する横端センサユニット5の出力回路(横端センサ出力回路)である。
FIG. 2 shows the configuration of a system that corrects the trapezoidal distortion of the projected image caused by the tilt of the screen 6. In FIG. 2, 11 is an output circuit (upper sensor output circuit) of the upper sensor unit 4 that measures the distance to the upper edge of the screen 6 (around the upper edge of the projected image) among the three distance measuring sensor units 3 to 5.
14はスクリーン6の上端部までの距離を演算する上端距離演算回路、15はスクリーン6の光軸近傍部までの距離を演算する光軸距離演算回路、16はスクリーン6の横端部までの距離を演算する横端距離演算回路である。
14 is an upper end distance calculating circuit for calculating the distance to the upper end of the
17は上下方向の台形歪みの補正値を演算する上下方向台形歪補正値演算回路、18は左右方向の台形歪みの補正値を演算する左右方向台形歪補正値演算回路である。
19は液晶パネルpを駆動する液晶パネル駆動回路、20は投射レンズ2のズーム位置を検出するズーム位置出力回路である。
A liquid crystal
上端距離演算回路14は、上端センサ出力回路11から出力されたラインセンサ4s上の像ずれ量に基づいてスクリーン6の上端部までの距離を演算し、出力する。同様に、光軸距離演算回路15および横端距離演算回路16はそれぞれ、光軸センサ出力回路12および横端センサ出力回路13から出力されたラインセンサ3s,5s上の像ずれ量に基づいてスクリーン6の光軸近傍部までの距離および横端部までの距離を演算し、出力する。
The upper end
なお、上端部および横端部までの距離を演算する際には、ズーム位置出力回路20から得たズーム位置情報により、ラインセンサ4s,5s上の像ずれ量に補正を加える必要がある。ズーム位置に応じて、ラインセンサ4s,5s上での画像上端および画像横端の位置が変化するためである。これに対し、光軸近傍部においては、ラインセンサ3s上での画像下端は、投射光軸AXLに近いためほとんど変化せず、上記ような補正は必要がない。
When calculating the distance to the upper end and the horizontal end, it is necessary to correct the image shift amount on the
上下方向台形歪率演算回路17は、上端距離出力回路14および光軸距離出力回路15から出力された2つの距離情報に基づいて上下方向の台形歪率を演算し、さらに該台形歪みを補正するための補正値を出力する。
The vertical trapezoidal
また、左右方向台形歪率演算回路18は、光軸距離出力回路15および横端距離出力回路16から出力された2つの距離情報に基づいて左右方向の台形歪率を演算し、さらに該台形歪みを補正するための補正値を出力する。
Further, the left-right direction trapezoidal
なお、上下方向および左右方向の台形歪率を、上記3つの距離のうち上述した組み合わせとは異なる組み合わせから演算することも可能である。 In addition, it is also possible to calculate the trapezoidal distortion in the vertical direction and the horizontal direction from a combination different from the above-described combinations among the above three distances.
これら出力された台形歪補正値は、液晶パネル駆動回路19に入力される。液晶パネル駆動回路19は、該補正値に基づいて、液晶パネルpに形成する原画の形状を上下方向および左右方向について補正する。これにより、各方向の台形歪みが良好に補正された投射画像6pがスクリーン6上に表示される。
These output trapezoidal distortion correction values are input to the liquid crystal
なお、上記各回路の動作は、制御回路21によって制御される。 The operation of each circuit is controlled by the control circuit 21.
図3には、このような台形歪みの補正処理の流れを簡単に示したフローチャートである。ステップ(図ではSと略す)101において、使用者により台形歪補正スイッチ8が操作されると、制御回路21は、ステップ102において、ズーム位置出力回路20にズーム位置情報を出力させる。次に、ステップ103では、上端距離演算回路14、光軸距離演算回路15および横端距離演算回路16に各ラインセンサからの出力に基づく距離演算を行わせる。
FIG. 3 is a flowchart simply showing the flow of the trapezoidal distortion correction process. In step (abbreviated as S in the figure) 101, when the user operates the trapezoidal
ここで、本実施例では、画像光のスクリーン6での反射光を用いて測距を行うため、スクリーン6の周囲に存在する物体(例えば、室内では家具や照明器具等)によって精度が低下することなく測距を行うことができ、しかも上記3つの距離を同時に測定することができる。したがって、台形歪補正全体を短時間で完了することができる。 Here, in this embodiment, since the distance is measured using the reflected light of the image light on the screen 6, the accuracy is lowered by an object (for example, furniture or lighting equipment in the room) around the screen 6. Ranging can be performed without any problem, and the above three distances can be measured simultaneously. Therefore, the entire trapezoidal distortion correction can be completed in a short time.
そして、ステップ104では、上下方向台形歪率演算回路17および左右方向台形歪率演算回路18に、距離の演算結果に基づく台形歪補正値を演算させる。最後にステップ105では、液晶パネル駆動回路19に、台形歪補正値に基づく原画の形状補正(台形歪補正)を行わせる。
In step 104, the vertical trapezoidal
図4には、投射画像6pの上端を例にして、図1に示したアクテイブ型の三角測距方式による距離の測定方法を説明する図である。図において、2は投射レンズ、pは液晶パネル、4Lは受光レンズ、4sはラインセンサ(上端センサユニット4)である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a distance measuring method by the active type triangulation method shown in FIG. 1, taking the upper end of the projected
また、6aは投射レンズ2の光軸(投射光軸)AXLに直交するように垂直配置されたときのスクリーン6の位置、6bはスクリーン位置6aに対しθの角度で傾いて配置されたときのスクリーン6の位置を示す。
6a is the position of the screen 6 when it is vertically arranged so as to be orthogonal to the optical axis (projection optical axis) AXL of the
さらに、ypは液晶パネルpにおける原画下端の高さ、foは投射レンズ2の焦点距離(ズーミングによって変化する)、s10は投射レンズ2からスクリーン6までの光軸上の距離、S1はθ傾いたスクリーン6上の画像上端の距離、θTはスクリーン6に投射された液晶パネルpにおける原画下端(高さyp)に対する投射画像6pの画角、θT0は受光レンズ4Lの光軸の方向を、投射レンズ2の光軸AXLを基準として表した角度、dは投射レンズ2の光軸AXLを基準とした受光レンズ4Lまでの距離である。
Furthermore, yp is the height of the lower end of the original image on the liquid crystal panel p, fo is the focal length of the projection lens 2 (which varies depending on zooming), s10 is the distance on the optical axis from the
ここで、θTは投射レンズ2の焦点距離foと液晶パネルpの原画下端の高さypとから決まる角度であり、投射レンズ2がズームレンズの場合、ズーミングによって変化する。使用頻度の高い投射レンズ2の広角端で正確な投射距離が測定されるように、θT0は投射レンズ2の広角端の画角θTに合わせるのがよい。
Here, θT is an angle determined from the focal length fo of the
図中、fAFは受光レンズ4Lの焦点距離、s1aは受光レンズ4Lの光軸方向において受光レンズ4Lからスクリーン位置6a上の投射画像までの距離、S1bは受光レンズ4Lの光軸方向において受光レンズ4Lから傾いたスクリーン位置6b上の投射画像までの距離である。
In the figure, fAF is the focal length of the
図4は、θT0が投射画像の画角θTに一致している場合を表現している。また、図4では、投射レンズ2から画角θTで投射される画像が投光系を、受光センサユニット4が受光系を形成し、基線長がd×cosθTであるアクテイブ型の三角測距光学系を構成している。
FIG. 4 represents a case where θT0 matches the angle of view θT of the projected image. Also, in FIG. 4, an active type triangular ranging optical system in which an image projected from the
図中のスクリーン位置6a,6bに対応するラインセンサ4s上の像ずれ量ysa,ysbは、次式のように発生する。なお、像ずれ量の像基準位置は受光レンズ4Lの光軸上の位置である。
Image shift amounts ysa and ysb on the
ysa=(d×cosθT)×fAF/S1a
ysb=(d×cosθT)×fAF/S1b
同様に、受光センサユニット3,5のラインセンサ3s、5s上に像ずれ量が発生する。したがって、逆にラインセンサ上の像ずれ量ysa,ysbを検出すれば、各スクリーン位置までの投射画像の上端(つまりは、投射画像の上端を含むスクリーン6の上端部)までの距離S1a,S1bが求められる。
ysa = (d × cos θT) × fAF / S1a
ysb = (d × cos θT) × fAF / S1b
Similarly, an image shift amount is generated on the
なお、画角θT方向の距離S1a,S1bから投射レンズ2の光軸方向の距離S10,S1および投射像の高さyLa,yLbは次式で換算される。
Note that the distances S10 and S1 in the optical axis direction of the
S10=S1a×cosθT+d×cosθT×sinθT
yLa=S1a×tanθT
S1 =S1b×cosθT+d×cosθT×sinθT
yLb=S1b×tanθT
同様にして、投射画像の横端(スクリーン6の横端部)までの距離および投射画像の高さが求められる。図1および図43に示した構成では、プロジェクタを基準として常に投射画像(つまりはスクリーン6)における複数の位置までの距離を求められる。
S10 = S1a × cos θT + d × cos θT × sin θT
yLa = S1a × tan θT
S1 = S1b × cos θT + d × cos θT × sin θT
yLb = S1b × tan θT
Similarly, the distance to the horizontal end of the projection image (the horizontal end of the screen 6) and the height of the projection image are obtained. In the configuration shown in FIGS. 1 and 43, the distance to a plurality of positions in the projected image (that is, the screen 6) can always be obtained with the projector as a reference.
画像上端および投射光軸上(画像下端)の距離S1、S10が求められれば、投射画像の拡大率は投射距離にほぼ比例するので、次式により画像上下方向の台形歪率Kcが求められる。 If the distances S1 and S10 on the upper end of the image and on the projection optical axis (lower end of the image) are obtained, the enlargement ratio of the projected image is almost proportional to the projection distance, and thus the trapezoidal distortion factor Kc in the vertical direction of the image is obtained by the following equation.
Kc(%)=(S1/S10−1)×100
上記のように投射画像上の複数位置までの距離が求められれば、スクリーン6が垂直配置(6a)でプロジェクタが傾いている場合、プロジェクタが水平配置でスクリーン6が傾いている場合、スクリーン6とプロジェクタの双方が傾いている場合のいずれの場合でも、常にプロジェクタから投射された画像の台形歪率が求められる。また、プロジェクタをスクリーン6の斜め前に置いて横方向から画像を投射する場合にも対応できる。
Kc (%) = (S1 / S10-1) × 100
If distances to a plurality of positions on the projected image are obtained as described above, when the screen 6 is in a vertical arrangement (6a) and the projector is inclined, when the projector is in a horizontal arrangement and the screen 6 is inclined, In any case where both projectors are tilted, the trapezoidal distortion rate of the image projected from the projector is always obtained. Further, it is possible to cope with a case where an image is projected from the horizontal direction with the projector placed obliquely in front of the screen 6.
投射レンズ2をアクテイブ型の三角測距方式の投光系に使用することによって、無駄なスペースを取ることなく、受光系との基線長を大きく取ることができるので、高精度の測距が可能となる。その結果、台形歪率を精度よく演算でき、実用的に十分な台形歪補正が行えることになる。
By using the
ここで、例として、スクリーン6の傾き角検知および台形歪補正の程度を示す。まず、投射レンズおよび受光レンズを次のように想定する。 Here, as an example, the degree of tilt angle detection and trapezoidal distortion correction of the screen 6 is shown. First, the projection lens and the light receiving lens are assumed as follows.
投射レンズ:焦点距離(fo) 37−48mm(1.3倍ズーム)
フォーカスレンズの焦点距離 −66mm(投射側に位置する)
液晶パネルの上下方向サイズ(yp) 13.824mm
投射画像下端は投射光軸位置の近傍
投射距離(s10) 1.6−6m
受光レンズ:焦点距離(fAF) 10.7mm、
光軸方向の角度(θT0) −20.93度
投射レンズの光軸と受光レンズ間の距離(d) 50mm、
三角測距系としての基線長(d×cosθT0) 46.7mm。
Projection lens: Focal length (fo) 37-48mm (1.3x zoom)
Focal length of focus lens -66mm (located on projection side)
Vertical size of liquid crystal panel (yp) 13.824mm
The bottom of the projected image is near the projected optical axis position
Projection distance (s10) 1.6-6m
Light receiving lens: focal length (fAF) 10.7 mm,
Angle in the optical axis direction (θT0) -20.93 degrees Distance (d) between the optical axis of the projection lens and the light receiving lens 50 mm,
Baseline length (d × cos θT0) 46.7 mm as a triangulation system.
ここでは、投射レンズ2はズームレンズとする。また、投射レンズ2内のフォーカスレンズは、スクリーン6側(投射側)に配置され、ズーミングに関係なく繰り出し量が一定のレンズとする。
Here, the
測距センサユニット4の光軸方向の角度θT0を、投射距離2.8m、広角端(投射レンズ2の焦点距離37mm)のときの投射画像端の画角θTに合わせている。したがってフォーカシングおよびズーミングにより投射画像上端の画角が変化すると、像ずれ量に画角差による誤差がプラスされる。測距値およびズーム位置により像ずれの誤差量は計算できるので、出力された像ずれ量から上記誤差量を差し引く補正を行い、補正後の像ずれ量からプロジェクタと投射画像上端(スクリーン上端部)間の距離を求める必要がある。ここでは、次の量を補正値として差し引くものとする。 The angle θT0 in the optical axis direction of the distance measuring sensor unit 4 is set to the angle of view θT at the projection image end when the projection distance is 2.8 m and the wide angle end (focal length 37 mm of the projection lens 2). Therefore, when the angle of view at the upper end of the projected image changes due to focusing and zooming, an error due to the angle of view difference is added to the image shift amount. Since the image shift error amount can be calculated from the distance measurement value and the zoom position, correction is performed by subtracting the error amount from the output image shift amount, and the projector and the projected image upper end (upper end of the screen) are calculated from the corrected image shift amount. It is necessary to find the distance between them. Here, the following amount is subtracted as a correction value.
すなわち、補正後の像ずれ量をysca,yscbとすると、該像ずれ量は次のように表される。 In other words, when the corrected image shift amounts are ysca and yscb, the image shift amounts are expressed as follows.
ysac=ysa−fAF×tan(θT−θT0)
ysbc=ysb−fAF×tan(θT−θT0)。
ysac = ysa−fAF × tan (θT−θT0)
ysbc = ysb−fAF × tan (θT−θT0).
上記のように計算した数値を以下の表1に示す。ここで示した距離は1.6m、2,8m、4m、6mで投射レンズの広角端で40インチ、70インチ、100インチ、150インチ投射に相当する。なお、1インチは25.4mmを意味する。W,Tは投射レンズの広角端(焦点距離37mm)、望遠端(焦点距離48mm)を意味する。ここでスクリーンの傾き角は20度として各数値を計算している。 The numerical values calculated as described above are shown in Table 1 below. The distances shown here are 1.6 m, 2, 8 m, 4 m, and 6 m, and correspond to 40 inch, 70 inch, 100 inch, and 150 inch projections at the wide angle end of the projection lens. One inch means 25.4 mm. W and T mean the wide-angle end (focal length 37 mm) and the telephoto end (focal length 48 mm) of the projection lens. Here, each numerical value is calculated assuming that the inclination angle of the screen is 20 degrees.
画像上端までの距離S1、光軸近傍(下端)までの距離S10により台形歪率Kcが求められる。最後の数値は、測定精度を確認するため、画像上下端までの距離からスクリーンの傾き角(θcと表す)を求めたものである。なお、スクリーン6の傾き角を求めるときは、投射画角θTから求めた像高さyLbを使用する。望遠端側で1度程度のずれが生じるが、歪補正を行うには実用的に許容できる誤差である。 The trapezoidal distortion Kc is obtained from the distance S1 to the upper end of the image and the distance S10 to the vicinity of the optical axis (lower end). The last numerical value is obtained by obtaining the screen tilt angle (represented as θc) from the distance to the upper and lower ends of the image in order to confirm the measurement accuracy. When obtaining the tilt angle of the screen 6, the image height yLb obtained from the projection angle of view θT is used. Although a shift of about 1 degree occurs on the telephoto end side, this is an error that is practically acceptable for performing distortion correction.
本実施例においては、投射画像端の3箇所に対して測距を行っているので、これらのうち少なくとも一箇所に対する測距結果に基づいて投射レンズのフォーカシングレンズの駆動を制御することにより、投射レンズの自動焦点調節も行える。すなわち、台形歪補正用の測距センサを、オートフォース用の測距センサとしても兼用でき、プロジェクタに搭載する部品点数を減らすことができる。 In this embodiment, since distance measurement is performed at three positions on the projected image end, projection is controlled by controlling the driving of the focusing lens of the projection lens based on the distance measurement result for at least one of these positions. The lens can also be automatically focused. That is, the trapezoidal distortion correcting distance measuring sensor can also be used as an auto force ranging sensor, and the number of components mounted on the projector can be reduced.
具体的には、使用者がプロジェクタ本体1に設けられたオートフォーカススイッチ9を操作することに応じて、制御回路21が、測距結果に基づいて投射レンズ2内のフォーカスレンズの合焦位置を算出し、該合焦位置にフォーカスレンズを駆動する。
Specifically, in response to the user operating the autofocus switch 9 provided in the
ここで、表1からわかるように、投射レンズのフォーカシングにより投射画角θTが変化するので、自動焦点調節を行った後に再度投射画像端の測距をやり直し、スクリーンの傾き角を求め直す又は自動焦点調節の後にはじめて台形歪補正を行うことにより、さらに正確な台形歪補正が行える。 Here, as can be seen from Table 1, since the projection angle of view θT changes due to the focusing of the projection lens, after the automatic focus adjustment, the distance of the projected image edge is measured again, and the screen tilt angle is obtained again or automatically. By performing the trapezoidal distortion correction only after the focus adjustment, a more accurate trapezoidal distortion correction can be performed.
上記実施例では、投射画像端を含む検出領域を用いて測距する場合について説明したが、測距に適した画像パターンを複数の画像端近傍に含む画像をスクリーンに投射し、それら複数の画像パターンを用いて測距を行ってもよい。このような画像パターンを含む画像を投射する場合、フォーカシングやズーミングにかかわらず、画像パターンの投射画角(つまりはスクリーン上における画像パターンの位置)が変化しないように、図2に示す制御回路21又は液晶パネル駆動回路19が、液晶パネルの原画の位置を電気的にコントロールするとよい。このような投射画角不変のパターン投射を行う場合、ラインセンサ上の像ずれ量が変化しないので、フォーカシングおよびズーミングによる補正をかけずに求められた複数箇所に対する測距値に基づいて、投射画像の台形歪率を演算することができる。
In the above-described embodiment, the case where distance measurement is performed using a detection region including the projected image edge has been described. However, an image including an image pattern suitable for distance measurement in the vicinity of a plurality of image edges is projected onto a screen, and the plurality of images Ranging may be performed using a pattern. When projecting an image including such an image pattern, the control circuit 21 shown in FIG. 2 prevents the projection angle of view of the image pattern (that is, the position of the image pattern on the screen) from changing regardless of focusing or zooming. Alternatively, the liquid crystal
以上説明したように、本実施例によれば、投射画像を利用した光学的測距結果に基づいて台形歪率を求めるので、スクリーン自体の傾きを考慮した台形歪補正を行うことができる。しかも、上下方向だけでなく、左右方向へのスクリーンの傾きにより生じる台形歪補正も行うことができる。 As described above, according to the present embodiment, since the trapezoidal distortion rate is obtained based on the optical distance measurement result using the projection image, the keystone distortion correction considering the inclination of the screen itself can be performed. Moreover, it is possible to correct trapezoidal distortion caused by the tilt of the screen not only in the vertical direction but also in the horizontal direction.
1 プロジェクタ
2 投射レンズ
3,4,5 測距センサユニット
3L,4L,5L 受光レンズ
3s、4s、5s ラインセンサ
6 スクリーン
6p 投射画像
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記画像光の前記投射面での反射光を用いて該画像投射装置から前記投射面における複数位置までの距離を測定する複数の測距手段と、
該複数の測距手段により測定された距離に基づいて、投射画像の歪みを補正する補正手段とを有することを特徴とする画像投射装置。 A projection lens that projects image light onto the projection surface;
A plurality of distance measuring means for measuring the distance from the image projection device to a plurality of positions on the projection surface using the reflected light of the image light on the projection surface;
An image projecting apparatus comprising: a correcting unit that corrects distortion of a projected image based on the distances measured by the plurality of ranging units.
前記第1および第2の測距手段により検出された距離に基づいて、前記第1の方向における前記投射画像の歪みを補正し、
前記第1および第3の測距手段により検出された距離に基づいて、前記第2の方向における前記投射画像の歪みを補正することを特徴とする請求項2に記載の画像投射装置。 The correction means includes
Correcting distortion of the projected image in the first direction based on the distance detected by the first and second ranging means;
The image projection apparatus according to claim 2, wherein distortion of the projection image in the second direction is corrected based on the distances detected by the first and third ranging means.
前記補正手段は、該検出手段により検出されたズーム状態に基づいて、前記測距手段により測定された距離を補正することを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の画像投射装置。 Detecting means for detecting a zoom state of the projection lens;
5. The image projection according to claim 1, wherein the correction unit corrects the distance measured by the distance measuring unit based on the zoom state detected by the detection unit. apparatus.
該検出手段により検出されたズーム状態に基づいて、前記投射レンズのズーム動作にかかわらず前記所定パターンの位置を不動とする制御を行う第1の制御手段とを有することを特徴とする請求項7に記載の画像投射装置。 Detecting means for detecting a zoom state of the projection lens;
8. The apparatus according to claim 7, further comprising: a first control unit configured to perform control so that the position of the predetermined pattern does not move regardless of a zoom operation of the projection lens based on a zoom state detected by the detection unit. The image projection apparatus described in 1.
該画像投射装置に、画像を投射させるための画像情報を供給する画像情報供給装置とを有することを特徴とする画像表示システム。
An image projection device according to any one of claims 1 to 9,
An image display system comprising: an image information supply device that supplies image information for projecting an image to the image projection device.
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