JP4572066B2 - プロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、パソコンやカメラやテレビ等の画像データをスクリーンに投影するプロジェクタに関し、特に、スクリーンにテストパターンを投影し、このテストパターンの画像を読み取ることで投影画像のひずみ補正やオートフォーカスなどの処理を行うプロジェクタに関する。

近年、液晶プロジェクタやDLP（Digital Light Processing）プロジェクタが携帯性に優れた小型で且つ軽量な装置であるため、さまざまなシーンでの利用が急増している。

このような携帯性の有るプロジェクタは、据え置き型のCRTプロジェクタと異なり、スクリーンとプロジェクタとの位置関係を変化させながら表示するといった環境が想定される。この場合、スクリーンとプロジェクタとの位置関係に応じて画像を調整する必要がある。具体的には、スクリーンとプロジェクタの距離に応じて画面の大きさや焦点距離を調整する必要がある。また、スクリーンの傾きや湾曲に応じて画面形状を補正する必要がある。

従来は、上記のようなオートフォーカスや画像の歪み補正を行う場合、テストパターンを赤、緑、青の光でスクリーンに投影し、スクリーン上のテストパターン（投影画像）を撮像し、撮像したテストパターンを既知のテストパターンに基づいて分析し、焦点距離や画像歪みを修正していた（例えば特許文献１および２参照）。
特開２０００−２８９０１号公報（段落番号［０００２］〜［０００３］参照） 特許第２５３８４３５号公報

しかし、テストパターンの画像は本来は不要な画像であり、R、G、Bの可視光による画像であるため、スクリーンに投影されると本来の画像の視認の妨げとなり、煩わしい。

このため、投影されたテストパターンをオートフォーカスや画像歪み補正の処理に利用する場合、入力信号による映像の表示を中止し、スクリーンにテストパターンのみを表示する。

したがって、従来のプロジェクタでは、テストパターンを使用してのオートフォーカスや画像歪み補正を、本来の映像を表示しながら常時行うことは不可能であった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、入力信号による映像を表示しながらも、テストパターンを使用したオートフォーカスや画像歪み補正の処理を常時可能とするプロジェクタを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のプロジェクタは、白色光を発する光源と、
前記光源からの白色光が入射する不可視光除去フィルタと、
前記不可視光除去フィルタを通過した光を通し、回転するカラーホイールと、
前記カラーホイールを通過した光を反射してドットマトリックス方式の画像を形成する画像形成手段と、
前記画像形成手段で形成した画像をスクリーンに拡大投影する投影レンズと、
スクリーン上に投影された映像を集光する集光レンズと、
前記集光レンズで集光した映像のうち不可視光のみを通す不可視光透過フィルタと、
前記不可視光透過フィルタを通った不可視光の像を撮像する撮像素子とを備え、
前記画像が不可視光を含むテストパターンを有する画像になるように、前記不可視光除去フィルタは該テストパターンを透過する不可視光透過部を有し、
前記カラーホイールの外周部は、光の三原色のうちの赤を透過する赤透過部と、光の三原色のうちの緑を透過する緑透過部と、光の三原色のうちの青を透過する青透過部とに分かれており、赤透過部および青透過部のいずれか一方は不可視光も透過するものである。

上記のとおりの構成では、光源からの白色光が不可視光除去フィルタを介して、回転するカラーホイールに入射する。画像形成手段が、カラーホイールを通過した光を反射してドットマトリックス方式のカラー画像を形成する。この反射されたカラー画像が投射レンズによりスクリーンに投影される。カラーホイールの赤透過部を不可視光も透過する部分とした場合、この赤透過部に不可視光除去フィルタを通った光が通過した際のスクリーン上のカラー画像には、不可視光除去フィルタの不可視光透過部を透過した不可視光が含まれている。このスクリーン上のカラー画像が集光レンズで集光され、不可視光透過フィルタを通り、不可視光の像が撮像素子により撮像される。

撮像素子で撮像された不可視光の像に基づいてオートフォーカス処理を実施したり、画像歪み補正処理を実施したりすることができる。

前記不可視光除去フィルタとしては、複数の前記不可視光透過部から構成されたパターンを有するものが好ましい。前記画像形成手段はＤＭＤを適用することができる。また、前記不可視光には赤外光または紫外光を採用することができる。

本発明によれば、カラー画像をスクリーンに投射しながらも、赤外光または紫外光に代表される不可視光でテストパタンを投射し、不可視光を撮像素子で取り込むことにより、テストパタンを使用したオートフォーカスや画像歪み補正などの処理を実施することができる。

さらに、本発明では、テストパタンとして複数の不可視光透過部を形成した赤外光除去フィルタを光源とカラーホイールの間に配置し、通常どおりカラーホイールの外周を３分割する色領域のうちの赤透過部および青透過部のいずれか一方を、不可視光も透過する領域にした。この構成により、従来のカラーホイールを用いたＤＬＰプロジェクタと同様に３枚の画像（赤外を含む赤（R）の画像、緑（G）の画像、青（B）の画像）を合成して１枚のカラー画像に構成できるので、従来のカラーホイールを用いたＤＬＰプロジェクタと比べても映像輝度をあまり低下させないで、赤外光によるテストパターンを投射することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施の形態であるＤＬＰプロジェクタの概略構成を示す模式図、図２は図１に示した赤外光除去フィルタの構成図、図３は図１に示したカラーホイールの構成図である。

図１を参照すると、本実施形態のプロジェクタ１０は、白色光を発する高圧水銀ランプなどの光源１と、光源１からの白色光が入射する赤外光除去フィルタ２と、赤外光除去フィルタ２を通った光が入射するカラーホイール３と、カラーホイール３を通った各色光が周期的に入射し、ドットマトリックス方式の画像を形成する画像形成手段であるＤＭＤ４と、ＤＭＤ４で形成した画像をスクリーン９に拡大投影する投影レンズ５と、スクリーン９上に投影された画像を集光する集光レンズ６と、集光レンズ６を通った光のうち赤外光のみを通す赤外光透過フィルタ７と、赤外光透過フィルタ７を通った赤外光の像を撮像するＣＣＤなどの撮像素子８とを備える。

図示していないが、光源１とカラーホイール３の間、ならびにカラーホイール３とＤＭＤ４の間の光路に収束レンズが配置されている。

スクリーン９はプロジェクタ１０から離れた位置に設置されている。

投影レンズ５および集光レンズ６はスクリーン９に対面する位置に配置される。

カラーホイール３は回転駆動されるディスク形の色フィルタである。

ＤＭＤ４は、数十万〜数百万個敷き詰められた、画像データに基づく入力信号のオン／オフに応じて±１０度に傾くミクロンサイズのマイクロミラーを備えたものである。画像データに基づいて各マイクロミラーがスクリーンに向けての反射光をスイッチング（オン／オフ）することで、投影画像が形成される。光源からの白色光を、回転するカラーホイールを通してＤＭＤ４に入射させることで、投影画像はカラーとなる。このとき、一つのマイクロミラーが、投影画像の一画素分を担当し、時分割方式でR、G、Bの各色を受け持つ。例えば毎秒６０フレームのカラー画像を表示するため、その３倍の周期でカラーホイールを回転させ、Ｒ、Ｇ、Ｂを時分割で表示する。すなわち、１／１８０秒単位で、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画像をスクリーンに投影する。この場合、実際のカラー合成は人間の脳で処理される。なお、ＤＭＤ４への入力信号となる画像データはパソコンやデジタルビデオ等から出力される。

本発明では、光源１からDMD４までの光路上に配置されたカラーホイール３と、光源１との間に赤外光除去フィルタ２が配置される。

赤外光除去フィルタ２は、図２に示すように、スクリーン９に５つのスポットをテストパタンとして表示するための５つの赤外光透過部２２を有し、赤外光透過部２２以外は赤外光を通さない赤外光非透過部２１である。赤外光透過部２２は光源１からの、赤外光を含む光を透過する部分である。

本発明のカラーホイール３は赤外光除去フィルタ２からＤＭＤ４までの光路上に配置される。この光路に、回転するカラーフィルタ３の外周部が横切る。カラーフィルタ３の外周部は、図３に示すように、赤（R）、緑（G）、青（B）の光の三原色のうちの赤（R）を透過するとともに赤外光も透過する、赤外および赤透過部３１と、緑（G）を透過する緑透過部３２と、青（B）を透過する青透過部３３とに均等に分かれている。

次に、図１〜図４を参照し、本発明のプロジェクタの作用を説明する。図４は図１のプロジェクタの作用を説明するための図である。

光源１からの白色光のうち赤外光のほとんどが赤外光除去フィルタ２により除去され、赤外光除去フィルタ２の赤外光透過部２２においては赤外光が透過する。

赤外光除去フィルタ２を通過した光は、カラーホイール３を経てDMD４に入射する。このとき、カラーホイール３に入射する光には赤外光除去フィルタ２の、点在する複数の赤外光透過部２２を透過した赤外光が含まれる。そしてカラーホイール３が回転しているため、DMD４には、赤（R）と赤外を含む光と、緑（G）の光と、青（B）の光が周期的に入射する。

カラーホイール３を透過した光はＤＭＤ４に反射されカラー映像となってプロジェクタ外のスクリーン９上に投射される。

オートフォーカスや画像歪み補正などの処理を実施しない時（通常時）は、例えば図４の（ａ）に示すような、スクリーン９に反射投影される映像１０１がＤＭＤ４のパネル上に形成される。

オートフォーカスや画像歪み補正などの処理は、カラーホイール３の、赤外および赤透過部３１を、赤外光除去フィルタ２を通った光が通過している期間に実施される。この期間では図４の（ｂ）に示すような、スクリーン９に反射投影される映像１０２がＤＭＤ４のパネル上に形成される。このような映像はパソコンやデジタルビデオ等の入力部からの画像データに基づいて形成される。

図４の（ｂ）にて黒表示内に白スポット１０２ａが描かれている部分には、赤外光除去フィルタ２の赤外光透過部２２を透過した赤外光が照射されており、それ以外には赤外光は赤外光除去フィルタ２の赤外光非透過部２１により照射されていない。赤外光除去フィルタ２の赤外光透過部２２を透過した赤外光のみに着目すると、ＤＭＤ４のパネル上には図４の（ｃ）に示すようなスポット（図中の白ぬき部分）が投射されていることになる。

したがって、この期間でスクリーン９上に投影された映像は集光レンズ６により集光され、この映像のうちの赤外光のみが赤外光透過フィルタ７を通って撮像素子８に撮像される。撮像素子８上には複数のスポット状の赤外光が点在してテストパタンを形成している。本実施形態では図４（ｂ）中に符号１０２ａで示す５つのスポットによりテストパタンを形成している。テストパターンの構成は本実施形態に限られず、矩形や格子状、あるいは垂直線と水平線の組み合わせ等のテストパターンとしてもよい。

この撮像素子８に入力されたテストパタンを使用してオートフォーカスや画像歪み補正などの処理が実施される。

オートフォーカスを実施する場合は、例えば撮像素子８で撮像したテストパタンに基づいてスクリーン９までの距離を測距し、その測距データに基づいて投影レンズ９の焦点を調整する（本出願人により出願した特願２００３−３０３８２６号参照）。

また、画像歪み補正を実施する場合は、例えば複数のポイントからなるテストパタンを用い、撮像素子８で撮像したポイントを結ぶ直線と基準線との傾斜角度を、撮像素子８の撮像画面から解析して、その傾斜角度から投影レンズ５の光軸とスクリーン９との傾斜角度を算定し、この算定した傾斜角度に従って出力映像を制御することによりスクリーン９上の画像歪みを補正する（本出願人により出願した特願２００３−１４３５０１号参照）。

このように、スクリーン６上にカラー映像を映し出しながら、赤外光除去フィルタ２を通った光がカラーホイール３の、赤外および赤透過部３１を通過している期間においてオートフォーカスや画像歪み補正などの処理を実施することができる。

なお、本実施形態ではＤＬＰプロジェクタを示したが、これ以外に液晶パネルなどのドットマトリックス表示（格子状表示）を使用するプロジェクタに適用することもできる。例えば図１に示した構成において、ＤＭＤ４を反射式の液晶パネルに代えることで、上記と同様にテストパタンを利用したオートフォーカスや画像歪み補正などの処理を実施することが可能である。

また、テストパターンの表示に赤外線を使用する構成例を示したが、スクリーン上の映像の視認を妨げない不可視光を使用すればよく、紫外線でも応用できる。図１のＤＬＰプロジェクタの場合、カラーホイール３の外周部を３分割する領域のうちの、赤外および赤透過部３１を赤透過部に、青透過部３３を紫外および青透過部に代え、さらに赤外光除去フィルタ２を紫外光除去フィルタに、赤外光透過フィルタ７を、紫外光のみを通す紫外光透過フィルタに代えた構成にすることが考えられる。具体的には、カラーホイール３の赤透過部は赤（R）、緑（G）、青（B）の光の三原色のうちの青（B）を透過する領域、カラーホイール３の、紫外および青透過部は青（B）を透過するとともに紫外光をも透過する領域である。紫外光除去フィルタは、スクリーン９に複数のスポットをテストパタンとして表示するための５つの紫外光透過部を有し、この紫外光透過部以外は紫外光を通さない紫外光非透過部である。紫外光透過部は白色光源からの、紫外光を含む光を透過する部分である。

但し、紫外線や遠赤外線は温度上昇を招くおそれがあるため、出来るだけ近赤外光をテストパターン表示に使用することが好ましい。

本発明の実施の形態であるDLPプロジェクタの概略構成を示す図である。 図１に示した赤外光除去フィルタの構成図である。 図１に示したカラーホイールの構成図である。 図１のプロジェクタの作用を説明するための図である。

符号の説明

１ 光源
２ 赤外光除去フィルタ
３ カラーホイール
４ ＤＭＤ
５ 投影レンズ
６ 集光レンズ
７ 赤外光透過フィルタ
８ 撮像素子
９ スクリーン
２１ 赤外光非透過部
２２ 赤外光透過部
３１ 赤外および赤透過部
３２ 緑透過部
３３ 青透過部
１０１、１０２ 映像
１０２ａ 白スポット

Claims (6)

1. 白色光を発する光源と、
   前記光源からの白色光が入射する不可視光除去フィルタと、
   前記不可視光除去フィルタを通過した光を通し、回転するカラーホイールと、
   前記カラーホイールを通過した光を反射してドットマトリックス方式の画像を形成する画像形成手段と、
   前記画像形成手段で形成した画像をスクリーンに拡大投影する投影レンズと、
   スクリーン上に投影された映像を集光する集光レンズと、
   前記集光レンズで集光した映像のうち不可視光のみを通す不可視光透過フィルタと、
   前記不可視光透過フィルタを通った不可視光の像を撮像する撮像素子とを備え、
   前記画像が不可視光を含むテストパターンを有する画像になるように、前記不可視光除去フィルタは該テストパターンを透過する不可視光透過部を有し、
   前記カラーホイールの外周部は、光の三原色のうちの赤を透過する赤透過部と、光の三原色のうちの緑を透過する緑透過部と、光の三原色のうちの青を透過する青透過部とに分かれており、赤透過部および青透過部のいずれか一方は不可視光も透過する、プロジェクタ。
2. 前記画像形成手段はＤＭＤである請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記不可視光除去フィルタは、複数の前記不可視光透過部から構成されたパターンを有する、請求項１または２に記載のプロジェクタ。
4. 前記撮像素子で撮像された不可視光のパターン像に基づいてオートフォーカス処理を実施する、請求項３に記載のプロジェクタ。
5. 前記撮像素子で撮像された不可視光のパターン像に基づいて画像歪み補正処理を実施する、請求項３または４に記載のプロジェクタ。
6. 不可視光は赤外光または紫外光である、請求項１から４のいずれかに記載のプロジェクタ。

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