投影裝置以及投影方法

投影裝置以及投影方法
【專利摘要】提供能夠進行像素利用率高的投影區域的調整的投影裝置及投影方法。投影機具備光源部及具有矩形的元件范圍的微反射鏡元件。從光源部射出的光被微反射鏡元件調制并經由投影透鏡投影到被投影體的投影范圍內。投影機的包含于梯形失真校正部的比較部對矩形的輸入圖像的橫縱比和元件范圍的橫縱比的大小關系進行比較。投影范圍決定部基于上述大小關系，決定包含于投影范圍的范圍且在被投影體上成為矩形的有效投影范圍。元件范圍決定部以有效投影范圍相對于投影范圍的關系與有效元件范圍相對于元件范圍的關系相對應的方式決定有效元件范圍。幾何學變換部以輸入圖像被無失真地投影于被投影體的有效投影范圍內的方式將輸入圖像投射于有效元件范圍。
【專利說明】投影裝置以及投影方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及投影裝置以及投影方法。

【背景技術】
[0002] -般來講，作為將基于從個人計算機等輸出的圖像數據的圖像投影于屏幕等被投 影體上的圖像投影裝置的投影機被廣為人知。
[0003] 設置這種投影機時，首先調整投影機相對于屏幕等被投影體的投影區域。
[0004] 例如日本特開2001 - 067015號公報中，公開了在這種投影區域的調整中使用調 整用圖。
[0005] 投影區域的調整有各種方法。
[0006] 根據投影區域的調整方法的不同，投影裝置的像素利用率產生差異。
[0007] 一般而言，像素利用率高的可實現高亮度且高析像度的投影。


【發明內容】

[0008] 因此，本發明的目的在于，提供能夠進行像素利用率高的投影區域的調整的投影 裝置以及投影方法。
[0009] 為了達成上述目的，根據本發明的一個形態，投影裝置具備：投影光學系統，構成 為在被投影體上投影具有投影范圍的投影光；輸出顯示元件，調制上述投影光并生成投影 像，具有矩形的元件范圍；比較部，對作為應當投影的圖像而輸入的矩形的輸入圖像的橫縱 比和上述輸出顯示元件的橫縱比的大小關系進行比較；投影范圍決定部，基于上述大小關 系決定有效投影范圍，該有效投影范圍是包含于上述投影范圍的范圍且在上述被投影體上 成為矩形；元件范圍決定部，以上述有效投影范圍相對于上述投影范圍的關系與有效元件 范圍相對于上述元件范圍的關系相對應的方式決定上述有效元件范圍；以及幾何學變換 部，將上述輸入圖像投射到上述有效元件范圍，以使上述輸入圖像無失真地投影于上述被 投影體上的上述有效投影范圍內。
[0010] 為了達成上述目的，根據本發明的一個形態，投影方法包括：對作為應當投影的圖 像而輸入的矩形的輸入圖像的橫縱比和輸出顯示元件的橫縱比的大小關系進行比較的步 驟，該輸出顯示元件對投影到被投影體的具有投影范圍的投影光進行調制并生成投影像， 且具有矩形的元件范圍；基于上述大小關系，決定有效投影范圍的步驟，該有效投影范圍是 包含于上述投影范圍的范圍且在上述被投影體上成為矩形；以上述有效投影范圍相對于上 述投影范圍的關系與有效元件范圍相對于上述元件范圍的關系相對應的方式決定上述有 效元件范圍的步驟，以及將上述輸入圖像投射到上述有效元件范圍，以使上述輸入圖像無 失真地投影到上述被投影體上的上述有效投影范圍內的步驟。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是表示作為本發明的一實施方式所涉及的投影裝置的投影機的結構例的框 圖。
[0012] 圖2是用于對第一水平方向制約進行說明的圖。
[0013] 圖3是用于對第一水平方向制約進行說明的圖。
[0014] 圖4是用于對第二水平方向制約進行說明的圖。
[0015] 圖5是用于對第二水平方向制約進行說明的圖。
[0016] 圖6是用于對第一垂直方向制約進行說明的圖。
[0017] 圖7是用于對第一垂直方向制約進行說明的圖。
[0018] 圖8是用于對第二垂直方向制約進行說明的圖。
[0019] 圖9是用于對第二垂直方向制約進行說明的圖。
[0020] 圖10是對輸入圖像的橫縱比為4 :3且微反射鏡元件15的橫縱比為16 :9的情況 中的、使用了第一水平方向制約以及第二垂直方向制約的情況下的投影面中的梯形失真校 正前后的四邊形的形狀以及其關聯信息進行表示的圖。
[0021] 圖11是對輸入圖像的橫縱比為4 :3且微反射鏡元件15的橫縱比為16 :9的情況 中的、使用了第一水平方向制約以及第二垂直方向制約的情況下的微反射鏡元件的梯形失 真校正后的四邊形的形狀以及其關聯信息進行表示的圖。
[0022] 圖12是對輸入圖像的橫縱比為4 :3且微反射鏡元件15的橫縱比為16 :9的情況 中的、使用了第二水平方向制約以及第二垂直方向制約的情況的投影面中的梯形失真校正 前后的四邊形的形狀以及其關聯信息進行表示的圖。
[0023] 圖13是對輸入圖像的橫縱比為4 :3且微反射鏡元件15的橫縱比為16 :9的情況 中的、使用了第二水平方向制約以及第二垂直方向制約的情況下的微反射鏡元件的梯形失 真校正后的四邊形的形狀以及其關聯信息進行表示的圖。
[0024] 圖14是對輸入圖像的橫縱比為16 :9且微反射鏡元件15的橫縱比為4 :3的情況 中的、使用了第一水平方向制約以及第二垂直方向制約的情況下的投影面中的梯形失真校 正前后的四邊形的形狀以及其關聯信息進行表示的圖。
[0025] 圖15是對輸入圖像的橫縱比為16 :9且微反射鏡元件15的橫縱比為4 :3的情況 中的、使用了第一水平方向制約以及第二垂直方向制約的情況下的微反射鏡元件的梯形失 真校正后的四邊形的形狀以及其關聯信息進行表示的圖。
[0026] 圖16是對輸入圖像的橫縱比為16 :9且微反射鏡元件15的橫縱比為4 :3的情況 中的、使用了第二水平方向制約以及第二垂直方向制約的情況下的投影面中的梯形失真校 正前后的四邊形的形狀以及其關聯信息進行表示的圖。
[0027] 圖17是對輸入圖像的橫縱比為16 :9且微反射鏡元件15的橫縱比為4 :3的情況 中的、使用了第二水平方向制約以及第二垂直方向制約的情況的微反射鏡元件的梯形失真 校正后的四邊形的形狀以及其關聯信息進行表示的圖。
[0028] 圖18是表示本發明的一實施方式所涉及的梯形失真校正處理的一例的流程圖。
[0029] 圖19是對輸入圖像的橫縱比為4 :3且微反射鏡元件15的橫縱比為16 :9的情況 下的以往例所涉及的投影面中的梯形失真校正前后的四邊形的形狀以及其關聯信息進行 表不的圖。
[0030] 圖20是對輸入圖像的橫縱比為4 :3且微反射鏡元件15的橫縱比為16 :9的情況 下的以往例所涉及的微反射鏡元件的梯形失真校正后的四邊形的形狀以及其關聯信息進 行表示的圖。
[0031] 圖21是對輸入圖像的橫縱比為16 :9且微反射鏡元件15的橫縱比為4 :3的情況 下的以往例所涉及的投影面中的梯形失真校正前后的四邊形的形狀以及其關聯信息進行 表不的圖。
[0032] 圖22是對輸入圖像的橫縱比為16 :9且微反射鏡元件15的橫縱比為4 :3的情況 下的以往例所涉及的微反射鏡元件的梯形失真校正后的四邊形的形狀以及其關聯信息進 行表示的圖。

【具體實施方式】
[0033] 參照附圖對本發明的一實施方式進行說明。
[0034] 本實施方式所涉及的投影裝置采用使用了微反射鏡顯示元件的Digital Light Processing (DLP)(注冊商標）方式。
[0035] 將作為本實施方式所涉及的投影裝置的投影機1的結構的概略示于圖1。
[0036] 投影機1具有：輸入輸出連接器部11、輸入輸出接口（I/F) 12、圖像變換部13、投 影處理部14、微反射鏡元件15、光源部16、反射鏡18、投影透鏡20、CPU25、主存儲器26、程 序存儲器27、操作部28、姿態傳感器29、聲音處理部30、揚聲器32、梯形失真校正部40、攝 像部52、測距部53、透鏡調整部54以及系統總線SB。
[0037] 輸入輸出連接器部11上設置有例如管教插口（RCA)型的視頻輸入端子、D - sub 15 型的RGB輸入端子等端子，被輸入模擬圖像信號。
[0038] 輸入的圖像信號經由輸入輸出I/F12以及系統總線SB而輸入至圖像變換部13。
[0039] 輸入的各種規格的模擬圖像信號被變換為數字圖像信號。
[0040] 另外，輸入輸出連接器部11也可以為，設有例如HDMI (注冊商標）端子等，不僅能 夠輸入模擬圖像信號，還能夠輸入數字圖像信號。
[0041] 此外，輸入輸出連接器部11被輸入模擬信號或數字信號的聲音信號。
[0042] 輸入的聲音信號經由輸入輸出I/F12以及系統總線SB而輸入至聲音處理部30。
[0043] 圖像變換部13也稱為換算器（scaler)。
[0044] 圖像變換部13對輸入的圖像數據進行調整析像度數、灰度數等的變換，生成適于 投影的規定的格式的圖像數據。
[0045] 圖像變換部13將變換后的圖像數據發送至投影處理部14。
[0046] 根據需要，圖像變換部13將疊加了對On Screen Display (0SD)用的各種動作狀 態進行表示的符號的圖像數據作為加工圖像數據發送至投影處理部14。
[0047] 光源部16射出包括紅（R)、綠（G)、藍（B)的原色光的多種顏色的光。
[0048] 在此，光源部16構成為分時地依次射出多種顏色的光。
[0049] 從光源部16射出的光在反射鏡18全反射，并入射至微反射鏡元件15。
[0050] 微反射鏡元件15具有排列為陣列狀的多個微小反射鏡。
[0051] 各微小反射鏡高速地開啟（0N)/關閉（OFF)動作，使從光源部16照射的光向投影 透鏡20的方向反射或從投影透鏡20的方向偏離。
[0052] 在微反射鏡元件15中，微小反射鏡排列了例如WXGA (Widee Xtended Graphic Array)(橫1280像素 X縱800像素）的量。
[0053] 通過在各微小反射鏡上的反射，微反射鏡元件15形成例如WXGA析像度的圖像。
[0054] 這樣，微反射鏡元件15作為空間的光調制元件發揮功能。
[0055] 在本實施方式中，設為將微反射鏡元件15中的、配置有微小反射鏡的具有形成圖 像的功能的區域稱為元件范圍。
[0056] 投影處理部14根據從圖像變換部13發送的圖像數據，驅動微反射鏡元件15,以顯 示該圖像數據所表示的圖像。
[0057] S卩，投影處理部14使微反射鏡元件15的各微小反射鏡開啟/關閉動作。
[0058] 在此，投影處理部14高速地分時驅動微反射鏡元件15。
[0059] 單位時間的分割數是將符合規定的格式的幀速率例如60[幀/秒]、顏色成分的分 割數、顯示灰度數相乘而獲得的數。
[0060] 此外，投影處理部14還與微反射鏡元件15的動作同步地控制光源部16的動作。
[0061] 即，投影處理部14控制光源部16的動作，以將各幀分時并按每幀依次射出全色成 分的光。
[0062] 投影透鏡20將從微反射鏡元件15導出的光調整為投影到例如未圖示的屏幕等被 投影體上的光。
[0063] 因此，以微反射鏡元件15的反射光形成的光像，經由投影透鏡20投影并顯示于屏 幕等被投影體。
[0064] 投影透鏡20具有變焦距機構，具有使投影的圖像的大小變更的功能。
[0065] 此外，投影透鏡20具有用于對投影圖像的對焦狀態進行調整的聚焦調整機構。
[0066] 這樣，光源部16以及投影透鏡20等作為構成為作為將投影光投影到被投影體的 投影光學系統發揮功能。
[0067] 聲音處理部30具備PCM音源等的音源電路。
[0068] 基于從輸入輸出連接器部11輸入的模擬聲音數據、或基于將投影動作時提供的 數字聲音數據模擬化后的信號，聲音處理部30驅動揚聲器32使之擴音播放。
[0069] 此外，聲音處理部30根據需要產生蜂鳴音等。
[0070] 揚聲器32是基于從聲音處理部30輸入的信號而射出聲音的一般的揚聲器。
[0071] CPU25對圖像變換部13、投影處理部14、聲音處理部30、及后述的梯形失真校正部 40、以及透鏡調整部54的動作進行控制。
[0072] 該CPU25與主存儲器26以及程序存儲器27連接。
[0073] 主存儲器26以例如SRAM構成。
[0074] 主存儲器26作為CPU25的工作存儲器發揮功能。
[0075] 程序存儲器27以能夠電改寫的非易失性存儲器構成。
[0076] 程序存儲器27存儲CPU25執行的動作程序、各種格式化數據等。
[0077] 此外，CPU25與操作部28連接。
[0078] 操作部28包括：鍵操作部，設于投影機1主體；以及紅外線受光部，用于接收來自 投影機1專用的未圖示的遙控器的紅外光。
[0079] 操作部28將基于由用戶在主體的鍵操作部或遙控器上操作了的鍵的鍵操作信號 輸出至CPU25。
[0080] CPU25使用存儲于主存儲器26以及程序存儲器27的程序、數據，根據來自操作部 28的用戶的指示，控制投影機1的各部的動作。
[0081] 姿態傳感器29具有例如三軸的加速度傳感器、檢測方位的方位傳感器。
[0082] 加速度傳感器檢測投影機1相對于重力方向的姿態角即，俯仰以及側滾的各角 度。
[0083] 檢測出由方位傳感器檢測的相對于基準方位的相對方位作為偏轉角。
[0084] 姿態傳感器29將檢測結果輸出至梯形失真校正部40。
[0085] 攝像部52能夠對投影機1的投影像進行攝像。
[0086] 攝像部52在梯形失真校正部40的指示之下進行攝像，并將攝像數據輸出至梯形 失真校正部40。
[0087] 測距部53測量從投影機1到被投影體的距離。
[0088] 若基于被投影體的未在一條直線上排列的三點以上的點的距離，則可獲得被投影 體相對于投影機1的夾角、即例如從投影透鏡20射出的投影光的光軸與被投影體的夾角。
[0089] 透鏡調整部54根據操作部28的用戶操作的變焦距變更指示，在CPU25的指示之 下，驅動投影透鏡20的變焦距機構。
[0090] 通過透鏡調整部54驅動變焦距機構的結果是，投影圖像的大小變化。
[0091] 此外，透鏡調整部54在CPU25的指示之下，驅動投影透鏡20的對焦透鏡。
[0092] 梯形失真校正部40進行梯形失真校正（失真校正)的處理，以無失真地表現出由從 投影透鏡20射出的投影光投影到被投影體上的圖像。
[0093] 梯形失真校正部40具有：比較部41、投影范圍決定部42、元件范圍決定部43以及 幾何學變換部44。
[0094] 比較部41對作為應當投影的圖像而輸入的矩形(長方形）的輸入圖像的橫縱比與 作為輸出顯示元件的微反射鏡元件15的橫縱比的大小關系進行比較。
[0095] 投影范圍決定部42基于輸入圖像的橫縱比與微反射鏡元件15的橫縱比的大小關 系等，決定有效投影范圍。
[0096] 在此，所謂有效投影范圍，是從投影透鏡20射出的光投影到被投影體上的投影范 圍中的、在被投影體上成為矩形的范圍。
[0097] 關于有效投影范圍的決定方法，在后詳細敘述。
[0098] 元件范圍決定部43以有效投影范圍相對于投影范圍的關系與有效元件范圍相對 于微反射鏡元件15的元件范圍的關系對應的方式，決定有效元件范圍。
[0099] S卩，以入射到有效元件范圍的光在被投影體上投影到有效投影范圍并且由有效元 件范圍表示的圖像被表示為矩形的方式，決定微反射鏡元件15的有效投影范圍。
[0100] 幾何學變換部44進行將輸入圖像投射到有效元件范圍的幾何學變換，以使輸入 圖像無失真地投影到被投影體的有效投影范圍內。
[0101] 幾何學變換部44將幾何學變換后的圖像數據輸出至圖像變換部13。
[0102] 對本實施方式所涉及的投影機1的投影動作進行說明。
[0103] 該投影動作為，在CPU25的控制之下由投影處理部14執行的動作。
[0104] 光源部16的動作由投影處理部14來控制。
[0105] 投影處理部14通過使光源部16內的發出各色的半導體激光器或LED的導通或截 止、使這些光源和熒光體的組合等變化，從而從光源部16依次射出例如紅色光（R)、綠色光 (G)、藍色光（B)這三色的光。
[0106] 投影處理部14使紅色光、綠色光以及藍色光依次從光源部16入射至微反射鏡元 件15。
[0107] 微反射鏡元件15對于各色的光，按每個微小反射鏡(每個像素）進行驅動，以便基 于圖像數據的灰度越高，則將入射的光導向投影透鏡20的時間越長，基于圖像數據的灰度 越低，則將入射的光導向投影透鏡20的時間越短。
[0108] 即，投影處理部14對微反射鏡元件15進行控制，以使與灰度高的像素對應的微小 反射鏡長時間為工作狀態，且與灰度低的像素對應的微小反射鏡長時間為關閉工作狀態。
[0109] 這樣，關于從投影透鏡20射出的光，能夠按每個微小反射鏡(每個像素）表現出各 色的灰度。
[0110] 按每幀，對各色組合以微小反射鏡工作的時間表現的灰度，從而表現出彩色圖像。
[0111] 如以上所述，從投影透鏡20射出表現出圖像的投影光。
[0112] 該投影光通過投影于例如屏幕，從而在屏幕等上顯示彩色圖像。
[0113] 另外，在上述說明中，示出了使用紅色光、綠色光、藍色光這三色的投影機的例子， 但為了組合深紅色、黃色等補色、白色光等并形成圖像，投影機也可以構成為能夠射出上述 顏色的光。
[0114] 接下來，對本實施方式所涉及的梯形失真校正進行說明。
[0115] 所謂梯形失真校正（失真校正)，對應于在校正前失真四邊形之中剪切校正后矩形 (長方形）的情況，該剪切方法有多種。
[0116] 在此，將梯形失真校正定義為，以被剪切的校正前失真四邊形與在其內部剪切的 校正后矩形的關系為符合某至少一個水平方向制約及其他至少一個垂直方向制約這兩方， 且校正后矩形的橫縱比與輸入圖像的橫縱比相同并且校正后矩形面積成為最大的方式進 行剪切。
[0117] 關于水平方向制約和垂直方向制約，以下進行說明。
[0118] 關于投影面的坐標，將右方向定義為X軸的正方向，將上方向定義為y軸的正方 向。
[0119] 首先，舉出兩個水平方向制約的例子。
[0120] 水平方向制約除了接下來舉出的兩個以外還存在，但在本實施方式中，關注這兩 個水平方向制約。
[0121] 將第一水平方向制約定義為與對角線交點的X坐標一致(對角線交點X坐標不 變)。
[0122] 關于第一水平方向制約，參照圖2以及圖3進行說明。
[0123] 圖2以及圖3是對在例如屏幕等被投影體上投影機1投影圖像時的投影范圍即校 正前失真四邊形與在其內側設定的與輸入圖像相應的圖像被投影的有效投影范圍即校正 后矩形(切出范圍）的位置關系進行表示的示意圖。
[0124] 如圖2以及圖3所示，將投影范圍（校正前失真四邊形）310的兩個對角線的交點 設為校正前對角線交點312,將有效投影范圍(校正后矩形)320的對角線的交點設為校正后 對角線交點322。
[0125] 此時，根據第一水平方向制約，校正前對角線交點312坐標的X坐標與校正后對角 線交點322的x坐標一致。
[0126] 將第二水平方向制約定義為靠近上下邊交點側(靠近高像素密度側)。
[0127] 在此，所謂上下邊交點，定義為如圖4以及圖5所示，投影范圍（校正前失真四邊 形）330的上邊331的延長線與下邊332的延長線的交點。
[0128] 上下邊交點，存在如圖4所示那樣位于左邊333側的左邊側上下邊交點335、和如 圖5所示那樣位于右邊334側的右邊側上下邊交點336。
[0129] 關于左右方向，將上下邊交點存在一側設為上下邊交點側，將其相反側設為反上 下邊交點側。
[0130] 此時，在考慮投影面上的像素的疏密時，可以說上下邊交點側是高像素密度側，反 上下邊交點側是低像素密度側。
[0131] 因此，第二水平方向制約是，在如圖4所示那樣上下邊交點在左邊側時，使有效投 影范圍（校正后矩形）340內接于投影范圍（校正前失真四邊形）330的左邊，在如圖5所示 那樣上下邊交點在右邊側時，使有效投影范圍(校正后矩形)340內接于投影范圍(校正前失 真四邊形）330的右邊。
[0132] 接下來，舉出兩個垂直方向制約的例子。
[0133] 垂直方向制約除了接下來舉出的兩個以外還存在，但在本實施方式中，關注該兩 個垂直方向制約。
[0134] 將第一垂直方向制約定義為靠近上側。
[0135] 即，第一垂直方向制約如圖6以及圖7所示，設為使有效投影范圍（校正后矩形） 360內接(上邊內接）于投影范圍(校正前失真四邊形）350的上邊351。
[0136] 此外，雖未圖示，但設為投影范圍（校正前失真四邊形）350與有效投影范圍（校正 后矩形）360的左上頂點坐標共用、右上頂點坐標共用、或左上頂點坐標和右上頂點坐標這 兩方都共用的情況，也都滿足第一垂直方向制約。
[0137] 將第二垂直方向制約定義為靠近下側。
[0138] S卩，第二垂直方向制約如圖8以及圖9所示，設為使有效投影范圍（校正后矩形） 380內接(下邊內接）于投影范圍(校正前失真四邊形）370的下邊372。
[0139] 此外，雖未圖示，但設為投影范圍（校正前失真四邊形）370與有效投影范圍（校正 后矩形）380的左下頂點坐標共用、右下頂點坐標共用、或左下頂點坐標和右下頂點坐標這 兩方都共用的情況，也都滿足第二垂直方向制約。
[0140] 接下來，對輸入圖像以及輸出顯示元件的橫以及縱的像素數(橫縱比）與梯形失真 校正的關系進行說明。
[0141] 輸入圖像以及輸出顯示元件的橫以及縱的像素數有各種組合。
[0142] 作為例子，舉出橫1680像素且縱1050像素(橫縱比1. 600)、橫1600像素且縱900 像素(橫縱比1. 778)、橫1280像素且縱800像素(橫縱比1. 600)、橫800像素且縱600像素 (橫縱比1. 333)等。
[0143] 作為一例，對輸入圖像的橫縱比為4 :3 (橫縱比：約1. 33)且作為輸出顯示元件的 微反射鏡元件15的橫縱比為16 :9 (橫縱比：約1. 78)的情況下的、投影機1的梯形失真校 正進行說明。
[0144] 首先，參照圖10以及圖11對將水平方向制約設為第一水平方向制約(對角線交點 X坐標不變）并將垂直方向制約設為第二垂直方向制約(靠近下側）時的梯形失真校正進行 說明。
[0145] 圖10表示屏幕等被投影體的投影面中的梯形失真校正前后的四邊形的形狀以及 其關聯信息。
[0146] 在圖10中，空心矩形表示有效投影范圍（校正后矩形)，由空心矩形和加斜線的區 域構成的四邊形表示投影范圍(校正前失真四邊形)。
[0147] S卩，圖10的斜線部分表示通過梯形失真校正而不表現影像的影像無效部分。
[0148] 此外，圖10所示的黑點表示光軸的位置。
[0149] 另外，一般而言，前投型的投影機的光學系統設計為左右對稱且上下非對稱(上下 偏移系統)。
[0150] 多數情況下，光軸一般設計為在投影范圍的下邊中央附近(成為上偏移系統)。
[0151] 在此，本實施方式所涉及的投影機1的光軸設計成如圖10所示那樣在投影范圍的 下邊中央附近。
[0152] 圖11表示投影機1的輸出顯示元件即微反射鏡元件15的梯形失真校正后的四邊 形的形狀以及其關聯信息。
[0153] 在圖11中，空心四邊形表示微反射鏡元件15中的用于投影的區域即有效元件范 圍，由空心四邊形和加斜線的區域構成的矩形表示微反射鏡元件15整體即元件范圍。
[0154] S卩，圖11的斜線部分表示與圖10所示的影像無效部分對應的無效元件范圍。
[0155] 圖11所示的百分數顯示表示像素利用率。
[0156] 像素利用率是有效元件范圍的面積(從元件范圍去除無效元件范圍后的范圍的面 積）相對于全像素面積的比例(有效元件范圍占元件范圍的比例)。
[0157] 另外，圖10、圖11中的值是在投影比為約0. 46且輸出元件的光軸位置在從底邊中 央起輸出元件高度的約20%上方（60%上偏移系統）的情況下計算出來的。
[0158] 梯形失真校正是根據水平方向的校正角度（以下為水平校正角度）和垂直方向的 校正角度（以下為垂直校正角度）而決定的。
[0159] 各校正角度對應于光軸方向與被投影平面的法線方向所成的水平方向的角度與 垂直方向的角度差。
[0160] 在圖10以及圖11中，水平校正角度以及垂直校正角度分別以15度刻度表示一 30 度至+ 30度的情況。
[0161] S卩，圖10以及圖11的中央的圖表示水平校正角度為0°且垂直校正角度為0°的 情況、即不進行梯形失真校正的光軸方向與被投影平面的法線方向一致的情況。
[0162] 與之相對，中央以外的圖分別表示進行梯形失真校正的情況。
[0163] 接下來，參照圖12以及圖13對將水平方向制約設為第二水平方向制約(靠近上下 邊交點側）并將垂直方向制約設為第二垂直方向制約(靠近下側）時的梯形失真校正進行說 明。
[0164] 圖12表示屏幕等被投影體的投影面中的梯形失真校正前后的四邊形的形狀、即 投影范圍與有效投影范圍的關系以及其關聯信息。
[0165] 圖13表示投影機1的輸出顯示元件即微反射鏡元件15的梯形失真校正后的四邊 形的形狀、即元件范圍與有效元件范圍的關系以及其關聯信息。
[0166] 圖12的標記與圖10相同，圖13的標記與圖11相同。
[0167] 另外，圖12、圖13中的值也是在投影比為約0. 46且輸出元件的光軸位置在從底邊 中央起輸出元件高度的約20%上方（60%上偏移系統）的情況下計算出的。
[0168] 如圖11以及圖13所示，使用了第一水平方向制約的情況、使用了第二水平方向制 約的情況、及無梯形失真校正(水平校正角度：〇°，垂直校正角度：〇° )的情況的像素利用 率為75%。
[0169] 與此相對，水平校正角度為0°且垂直校正角度不為0°的情況的像素利用率都 為75%以上。
[0170] 這樣，獲得的效果是，輸入圖像的橫縱比為4 :3且輸出顯示元件的橫縱比為16 :9 的情況及水平校正角度為0°且垂直校正角度不為0°的情況的像素利用率提高。
[0171] 另一方面，在使用了第二水平方向制約的情況下，存在如下問題。
[0172] 在圖12以及圖13中，示出了水平校正角度為0°的情況下的校正后的矩形靠近右 邊側的情況。
[0173] 然而，水平校正角度為0°的情況下，校正后的矩形所靠近的側可以是右邊側也可 以是左邊側。
[0174] S卩，在水平校正角度為0°附近，由于一點點的校正角度的不同，變化為靠近右邊 側或靠近左邊側。
[0175] 這樣，在水平校正角度為0°附近，有效投影范圍(校正后矩形）的水平位置變得不 穩定。
[0176] 此外，在圖10所示的使用了第一水平方向制約的情況下，與圖12相比，也實現了 投影像的位置與光軸點位置的偏差較小。
[0177] 投影像的位置與光軸點位置的偏差較小，起到了在用戶設定時容易對投影位置對 位的效果。
[0178] 另一方面，在圖12所示的使用了第二水平方向制約的情況下，投影像的位置與光 軸點位置的偏差也比較大。
[0179] 根據以上情況可知，如例如輸入圖像的橫縱比為4 :3 (橫縱比：約1. 33)且輸出顯 示元件的橫縱比為16 :9 (橫縱比：約1. 78)等那樣，輸入圖像的橫縱比比輸出顯示元件的 橫縱比小時，使用第一水平方向制約作為水平方向制約是優選的。
[0180] 接下來，對輸入圖像的橫縱比為16 :9 (橫縱比：約1. 78)且輸出顯示元件即微反 射鏡元件15的橫縱比為4 :3 (橫縱比：約1. 33)的情況下的、投影機1的梯形失真校正進 行說明。
[0181] 首先，參照圖14以及圖15對將水平方向制約設為第一水平方向制約(對角線交點 X坐標不變）并將垂直方向制約設為第二垂直方向制約(靠近下側）時的梯形失真校正進行 說明。
[0182] 圖14表示屏幕等被投影體的投影面中的梯形失真校正前后的四邊形的形狀、即 投影范圍與有效投影范圍的關系以及其關聯信息。
[0183] 圖15表示投影機1的輸出顯示元件即微反射鏡元件15的梯形失真校正后的四邊 形的形狀、即元件范圍與有效元件范圍的關系以及其關聯信息。
[0184] 圖14的標記與圖10相同，圖15的標記與圖11相同。
[0185] 另外，圖14、圖15中的值是在投影比為約0.36且輸出元件的光軸位置在底邊中央 (100%上偏移系統）的情況下計算出的。
[0186] 接下來，參照圖16以及圖17,對將水平方向制約設為第二水平方向制約(靠近上 下邊交點側）并將垂直方向制約設為第二垂直方向制約(靠近下側）時的梯形失真校正進行 說明。
[0187] 圖16表示屏幕等被投影體的投影面中的梯形失真校正前后的四邊形的形狀、即 投影范圍與有效投影范圍的關系以及其關聯信息。
[0188] 圖17表示投影機1的輸出顯示元件即微反射鏡元件15的梯形失真校正后的四邊 形的形狀、即元件范圍與有效元件范圍的關系以及其關聯信息。
[0189] 圖16的標記與圖10相同，圖17的標記與圖11相同。
[0190] 另外，圖16、圖17中的值也是在投影比為約0.36且輸出元件的光軸位置在底邊中 央（100%上偏移系統）的情況下計算出的。
[0191] 如圖17所示，使用了第二水平方向制約的情況下，無梯形失真校正(水平校正角 度：〇°，垂直校正角度：〇° )的情況的像素利用率為75%。
[0192] 與此相對，垂直校正角度為0°且水平校正角度不為0°的情況的像素利用率都 為75%以上。
[0193] 這樣，根據第二水平方向制約，獲得的效果是，輸入圖像的橫縱比為16:9且輸出 顯示元件的橫縱比為4:3的情況、垂直校正角度為0°且水平校正角度不為0°的情況的像 素利用率提1?。
[0194] 另一方面，如圖15所示，使用了第一水平方向制約的情況下，無梯形失真校正的 情況的像素利用率為75%。
[0195] 與此相對，垂直校正角度為0°且水平校正角度不為0°的情況下，像素利用率都 小于75%。
[0196] 此外，圖16所示的使用了第二水平方向制約的情況下，有效投影范圍的位置與光 軸點的位置產生偏差。
[0197] 然而，該偏差與圖12的情況相比較，非常小，與圖10的情況同樣地，起到用戶設定 時容易對投影位置對位的效果。
[0198] 根據以上的情況可知，如例如輸入圖像的橫縱比為16 :9 (橫縱比：約1. 78)且輸 出顯示元件的橫縱比為4 :3 (橫縱比：約1. 33)等那樣輸入圖像的橫縱比比輸出顯示元件 的橫縱比大時，使用第二水平方向制約作為水平方向制約是優選的。
[0199] 通過以上所述，在本實施方式中設為，在輸入圖像的橫縱比比輸出顯示元件的橫 縱比小時，使用第一水平方向制約作為水平方向制約，在輸入圖像的橫縱比比輸出顯示元 件的橫縱比大時，使用第二水平方向制約作為水平方向制約。
[0200] 另外，在輸入圖像的橫縱比與輸出顯示元件的橫縱比相等的情況下，水平方向制 約可以是第一水平方向制約，也可以是第二水平方向制約，但在本實施方式中，設為使用第 一水平方向制約。
[0201] 此外，本實施方式所涉及的投影機1的光軸設計為，如圖10等所示那樣在投影范 圍的下邊中央附近(上偏移系統)。
[0202] 因此，關于垂直方向制約，為了使光軸位置與有效投影范圍的偏差最小，使用第二 垂直方向制約是優選的。
[0203] 假定設計為投影機1的光軸在投影范圍的上邊中央附近(下偏移系統）的情況下， 為了使光軸位置與有效投影范圍的偏差最小，使用第一垂直方向制約是優選的。
[0204] 參照圖18所示的流程圖，對如上所述的梯形失真校正所用的、本實施方式所涉及 的梯形失真校正部40的動作的一例進行說明。
[0205] 步驟S101中，梯形失真校正部40判斷投影面是否已固定(決定)。
[0206] S卩，梯形失真校正部40對由攝像部52取得的被投影體的圖像進行解析，判斷投影 機1與被投影體的位置關系是否固定。
[0207] 此外，在假定為被投影體被固定時，梯形失真校正部40基于加速度傳感器29的輸 出，檢測投影機1的運動，在投影機1沒有運動時，可以判斷為位置關系固定。
[0208] 在判斷為投影面未固定時，處理返回到步驟S101。
[0209] S卩，在判斷為投影面固定之前，處理反復步驟S101并待機。
[0210] 在判斷為投影面固定時，處理進入到步驟S102。
[0211] 在步驟S102中，梯形失真校正部40取得投影面與投影透鏡20的光軸所成的相對 角度。
[0212] 在此，相對角度包括垂直方向的角度即垂直傾斜角度v和水平方向的角度即水平 傾斜角度h。
[0213] 該相對角度的取得使用公知的技術。
[0214] 能夠使用例如多點測距的技術。
[0215] 即如果測距部53對投影面中的不在一條直線上的三點以上的點與投影機1的距 離進行測距，則能夠取得上述的相對角度。
[0216] 通過測距，能夠高精度且恰當地取得相對角度。
[0217] 此外，通過例如將測試圖投影到投影面并通過相位傳感器進行檢測、或具備兩個 攝像部52并利用它們的視差，從而能夠取得上述的相對角度。
[0218] 此外，如果假定為屏幕等投影面為垂直的，則基于由姿態傳感器29取得的投影機 1的姿態，能夠取得上述的相對角度中的、垂直傾斜角度V。
[0219] 在基于姿態時，能夠容易地取得相對角度。
[0220] 此外，在假定為屏幕是長方形時，也能夠根據由攝像部52取得的屏幕的形狀，計 算垂直傾斜角度v和水平傾斜角度h。
[0221] 在步驟S103中，梯形失真校正部40判斷來自外部裝置的圖像信號等的輸入源是 否固定(決定)。
[0222] S卩，梯形失真校正部40判斷從與輸入輸出連接器部11連接的設備輸入的信號是 否形式上穩定。
[0223] 在判斷為輸入源未固定時，處理返回到步驟S103。
[0224] S卩，在判斷為輸入源固定之前，處理反復步驟S103并待機。
[0225] 在判斷為輸入源固定時，處理進入到步驟S104。
[0226] 在本實施方式中，構成為投影機1對步驟S101中的投影面的固定、步驟S103中的 輸入源的固定進行判斷。
[0227] 這是一例，投影機1也可以構成為，在用戶按下(指定)例如梯形失真校正開始所用 的按鈕等時設為投影面以及輸入源固定而處理進展。
[0228] 在步驟S104中，梯形失真校正部40取得從輸入輸出連接器部11輸入的輸入圖像 的橫縱比。
[0229] 在此，橫縱比例如為4 :3或16 :9。
[0230] 在步驟S105中，梯形失真校正部40對輸入圖像的橫縱比和輸出顯示元件即微反 射鏡元件15的橫縱比進行比較，判斷輸入圖像的橫縱比是否為輸出顯示元件的橫縱比以 下。
[0231] 在判斷為輸入圖像的橫縱比為輸出顯示元件的橫縱比以下時，處理進入到步驟 S106。
[0232] 在步驟S106中，梯形失真校正部40將水平方向制約設定為第一水平方向制約(對 角線交點X坐標不變)。
[0233] 此外，梯形失真校正部40基于投影機1的光軸的設計，將垂直方向制約設定為第 二垂直方向制約(靠近下側）。
[0234] 之后，處理進入到步驟S108。
[0235] 另一方面，在步驟S105中判斷為輸入圖像的橫縱比不為輸出顯示元件的橫縱比 以下時，處理進入到步驟S107。
[0236] 在步驟S107中，梯形失真校正部40將水平方向制約設定為第二水平方向制約(靠 近高像素密度側(靠近上下邊交點側)）。
[0237] 此外，梯形失真校正部40基于投影機1的光軸的設計，將垂直方向制約設定為第 二垂直方向制約(靠近下側）。
[0238] 之后，處理進入到步驟S108。
[0239] 在步驟S108中，梯形失真校正部40基于所決定的水平方向制約以及垂直方向制 約，對于投影面中的校正前的有失真的投影范圍，決定校正后的矩形的有效投影范圍。
[0240] 在此，有效投影范圍的決定中例如使用在步驟S102取得的垂直傾斜角度v和水平 傾斜角度h。
[0241] 例如，梯形失真校正部40也可以存儲垂直傾斜角度v以及水平傾斜角度h與投影 范圍以及有效投影范圍的關系，并基于該關系決定有效投影范圍。
[0242] 此外，也可以基于由攝像部52攝像到的對投影面進行攝像的圖像決定有效投影 范圍。
[0243] 在步驟S109中，梯形失真校正部40以相對于投影范圍的有效投影范圍與相對于 輸出顯示元件即微反射鏡元件15的元件范圍的有效元件范圍對應的方式，通過投射變換 決定微反射鏡元件15的元件范圍中的有效元件范圍。
[0244] 在步驟S110中，梯形失真校正部40判斷是否開始輸入圖像對投影面的投影。
[0245] 在判斷為投影未開始時，處理返回到步驟S110。
[0246] S卩，在投影開始之前，處理反復步驟S110并待機。
[0247] 在判斷為投影開始時，處理進入到步驟S111。
[0248] 在步驟S111中，梯形失真校正部40通過將輸入圖像投射變換到微反射鏡元件15 的有效元件范圍，從而生成對圖像變換部13輸入的圖像數據。
[0249] 在步驟S112中，梯形失真校正部40判斷投影是否結束。
[0250] 在判斷為投影未結束時，處理返回到步驟Sill，梯形失真校正部40繼續圖像數據 的生成。
[0251] 即，在投影結束之前，梯形失真校正部40基于輸入圖像，繼續進行對圖像變換部 13輸入的圖像數據的生成。
[0252] 被輸入該圖像數據的圖像變換部13對于該圖像數據進行調整析像度數、灰度數 等的變換，并作為適于投影的規定的格式的圖像數據將該圖像數據輸出至投影處理部14。
[0253] 投影處理部14基于輸入的圖像數據，使微反射鏡元件15和光源部16動作，從投 影透鏡20射出基于該圖像數據的投影光。
[0254] 通過該投影光，在屏幕等的投影面上，無失真地投影輸入圖像。
[0255] 另外，在本實施方式中，示出了梯形失真校正部40的幾何學變換部44中進行了梯 形失真校正的圖像數據被輸入至圖像變換部13的例子。
[0256] 與之相對，投影機1也可以構成為通過圖像變換部13來進行由幾何學變換部44 進行的梯形失真校正。
[0257] 在步驟S112中判斷為投影結束時，處理結束。
[0258] 本實施方式所涉及的投影機1的光軸設計為如圖10所示在投影范圍的下邊中央 附近(上偏移系統)。
[0259] 因此，在本實施方式中，使用第二垂直方向制約作為垂直方向制約。
[0260] 另一方面，在設計為投影機1的光軸在投影范圍的上邊中央附近(下偏移系統）的 情況下，能夠使用第二垂直方向制約。
[0261] 根據本實施方式，基于輸入圖像的橫縱比與輸出顯示元件的橫縱比的關系來決定 梯形失真校正的制約條件，所以能夠恰當地進行梯形失真校正。
[0262] 此時，通過如本實施方式那樣決定制約條件能夠獲得如下的效果。
[0263] S卩，根據本實施方式所涉及的有效投影范圍的水平方向的設定的方法，微反射鏡 兀件的像素利用率提1?。
[0264] 其結果是，本實施方式所涉及的投影機1能夠進行鮮明地且析像度高的投影。
[0265] 此外，有效投影范圍的水平方向的中央與投影范圍的光軸的水平方向的位置的偏 差變得不存在或很小。
[0266] 其結果是，梯形失真校正時的投影機1相對于被投影體的設置角度對位變得容 易。
[0267] 此外，關于有效投影范圍的垂直方向的設定的方法，如果如本實施方式那樣基于 光軸相對于投影范圍的位置來設定有效投影范圍的垂直方向，則能夠減小光軸與有效投影 范圍的偏差。
[0268] [比較例]
[0269] 另外，關于輸入圖像的橫縱比與輸出顯示元件的橫縱比不同的情況下的梯形失真 校正，已知有如下所示的技術。
[0270] 具體而言，在該技術中，首先通過信箱化（letterboxing)或郵筒化 (pillarboxing)使輸入圖像的橫縱比與輸出顯示元件的橫縱比一致。
[0271] 在該技術中，接下來進行一般的梯形失真校正。
[0272] 參照附圖，對以這種流程進行梯形失真校正的情況的投影范圍與有效投影范圍的 關系、以及元件范圍與有效元件范圍的關系進行說明。
[0273] 圖19以及圖20表示輸入圖像的橫縱比<輸出顯示元件的橫縱比的情況、即進行 信箱化的情況，圖21以及圖22表示輸入圖像的橫縱比>輸出顯示元件的橫縱比的情況、即 進行郵筒化的情況。
[0274] 圖19以及圖21表示投影范圍與有效投影范圍的關系，圖20以及圖22表示元件 范圍與有效元件范圍的關系。
[0275] 在圖19以及圖21中，以右下斜線表示的區域是通過信箱化或郵筒化而產生的無 效投影區域，以右上斜線表示的區域是通過梯形失真校正而產生的無效投影區域。
[0276] 在圖20以及圖22中，將與上述兩個由來(原因）不同的無效區域對應的區域合起 來并以加斜線的區域來表示。
[0277] 另外，投影比、偏移規格的光學規格分別與上述的本實施方式的情況相同。
[0278] 如圖19至圖22所示，在進行信箱化或郵筒化后，進行梯形失真校正的情況與不進 行梯形失真校正(水平校正角度：〇°，垂直校正角度：〇°的）的情況相比，像素利用率必然 降低。
[0279] 與之相對，根據本實施方式所涉及的梯形失真校正，如上所述，進行梯形失真校正 的情況與不進行梯形失真校正的情況相比，存在像素利用率提高的情況。
[0280] 這樣，根據本實施方式所涉及的梯形失真校正，同時進行橫縱比的調整和梯形失 真校正，所以實現了較高的像素利用率。
[0281] 在本實施方式中，舉出使用微反射鏡元件15作為輸出顯示元件的情況為例進行 了說明，但不限于微反射鏡元件15,在例如使用了液晶等其他的顯示元件的投影機中，同樣 也能夠應用本發明所涉及的技術。
[0282] 另外，本發明并不原封不動地限定于上述實施方式，在實施階段，在不脫離其主旨 的范圍內能夠將結構要素變形并具體化。
[0283] 此外，通過上述實施方式所公開的多個結構要素的適當的組合，能夠形成各種發 明。
[0284] 例如，即使從實施方式所示的全部結構要素中刪除幾個結構要素，也能夠解決在 發明要解決的課題的欄中敘述的課題，并且，在獲得發明的效果的情況下，也能夠提取刪除 了該結構要素的結構作為發明。
【權利要求】
1. 一種投影裝置，具備： 投影光學系統，構成為在被投影體上投影具有投影范圍的投影光； 輸出顯示元件，調制上述投影光來生成投影像，具有矩形的元件范圍； 比較部，對作為應當投影的圖像而輸入的矩形的輸入圖像的橫縱比和上述輸出顯示元 件的橫縱比的大小關系進行比較； 投影范圍決定部，基于上述大小關系決定有效投影范圍，該有效投影范圍是包含于上 述投影范圍中的范圍且在上述被投影體上成為矩形； 元件范圍決定部，以上述有效投影范圍相對于上述投影范圍的關系與有效元件范圍相 對于上述元件范圍的關系相對應的方式，決定上述有效元件范圍；以及 幾何學變換部，以上述輸入圖像被無失真地投影于上述被投影體上的上述有效投影范 圍內的方式，將上述輸入圖像投射到上述有效元件范圍。
2. 如權利要求1所述的投影裝置， 上述投影范圍決定部以提高上述有效元件范圍占上述元件范圍的比例的方式決定上 述有效投影范圍。
3. 如權利要求1所述的投影裝置， 在上述輸入圖像的橫縱比大于上述輸出顯示元件的橫縱比時，上述投影范圍決定部在 橫方向上以使上述有效投影范圍靠近上下邊交點側的方式決定上述有效投影范圍。
4. 如權利要求1所述的投影裝置， 在上述輸入圖像的橫縱比小于上述輸出顯示元件的橫縱比時，上述投影范圍決定部在 橫方向上以上述有效投影范圍的對角線的交點與上述投影范圍的對角線的交點一致的方 式決定上述有效投影范圍。
5. 如權利要求1所述的投影裝置， 上述投影范圍決定部根據上述投影光的光軸偏向投影范圍的下側還是偏向投影范圍 的上側，在縱方向上決定上述有效投影范圍。
6. 如權利要求5所述的投影裝置， 上述投影范圍決定部， 在上述投影光的光軸偏向投影范圍的下側時，在縱方向上以使上述有效投影范圍靠近 上述投影范圍的下邊側的方式決定上述有效投影范圍， 在上述投影光的光軸偏向投影范圍的上側時，在縱方向上以使上述有效投影范圍靠近 上述投影范圍的上邊側的方式決定上述有效投影范圍。
7. 如權利要求1所述的投影裝置， 還具備取得部，該取得部取得上述投影光與上述被投影體的相對角度， 上述投影范圍決定部基于上述相對角度，決定上述有效投影范圍。
8. 如權利要求7所述的投影裝置， 上述取得部包括測距部，該測距部測量到上述被投影體為止的距離， 上述取得部基于上述距離，取得上述相對角度。
9. 如權利要求7所述的投影裝置， 上述取得部包括姿態檢測部，該姿態檢測部取得上述投影光相對于鉛垂方向的夾角， 上述取得部基于上述夾角，取得上述相對角度。
10. 如權利要求1至9中任一項所述的投影裝置， 在上述輸入圖像的橫縱比與上述輸出顯示元件的橫縱比不同時， 上述投影范圍決定部以上述有效投影范圍的橫縱比與上述輸入圖像的橫縱比一致的 方式決定上述有效投影范圍， 上述幾何學變換部將上述輸入圖像投射到上述有效元件范圍，從而將投影到上述被投 影體的圖像的橫縱比作為上述輸入圖像的橫縱比。
11. 一種投影方法，具備： 對作為應當投影的圖像而輸入的矩形的輸入圖像的橫縱比和輸出顯示元件的橫縱比 的大小關系進行比較的步驟，該輸出顯示元件對投影到被投影體的具有投影范圍的投影光 進行調制來生成投影像，并具有矩形的元件范圍； 基于上述大小關系，決定有效投影范圍的步驟，該有效投影范圍是包含于上述投影范 圍中的范圍且在上述被投影體上成為矩形； 以上述有效投影范圍相對于上述投影范圍的關系與有效元件范圍相對于上述元件范 圍的關系相對應的方式，決定上述有效兀件范圍的步驟；以及 以上述輸入圖像被無失真地投影到上述被投影體上的上述有效投影范圍內的方式，將 上述輸入圖像投射到上述有效元件范圍的步驟。
【文檔編號】G03B21/14GK104062831SQ201410103012
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月19日 優先權日:2013年3月22日
【發明者】井上秀昭 申請人:卡西歐計算機株式會社