本発明は、投影装置により投影面上に投影される像の歪みを検出するシステムおよび方法に関するものである。

投影装置として、例えば、文字や図形等の画像が描かれた透明シートの透過光の像を投影面に投影するオーバーヘッドプロジェクタや、コンピュータやビデオ機器等からビデオ信号として出力された画像を投影面に投影するプロジェクタが知られている。 投影装置は、投影面（スクリーン等）から離間して配置されて、画像を投影光学系により投影面上に結像するものであり、画像を拡大して投影面上に表示することができる。 その一方で、投影装置と投影面とが別体であることから、両者の相対的配置関係によっては投影面上の投影画像が歪む場合がある。

このような投影面上の投影画像の歪みを検出する技術として、特許文献１に開示されたものが知られている。 この文献に開示された従来技術は、暗領域中に明領域を有する基準明暗画像を投影装置により投影面上に投影し、２次元ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）と結像光学系とを有する光検出装置を用い、投影面上に投影された投影画像を結像光学系により２次元ＰＳＤの受光面上に結像させ、この２次元ＰＳＤからの出力値を解析して投影画像の歪みを検出する。 また、２次元ＰＳＤの代わりにＣＣＤを用いて画像演算を行って、投影画像の歪みを検出する方法も知られている。

特開２００４−８８１６９号公報

しかしながら、２次元ＰＳＤは受光面に入射した光の強度の重心位置を検出するだけであるから、以下のような問題点を有している。 すなわち、上記従来技術では、１つの明領域を有する基準明暗画像を投影装置により投影面上に投影し、２次元ＰＳＤを含む光検出装置により、その投影画像における明領域の位置を検出する。 そして、互いに異なる位置に１つの明領域を有する複数の基準明暗画像を用意し、これら複数の基準明暗画像それぞれについて基準明暗画像の投影と投影画像における明領域の位置検出とを行い、両者を対比して投影画像の歪みを検出する。 したがって、上記従来技術では、投影装置により投影面上に投影される像の歪みを検出するのに要する時間が長く、検出が非効率的である。

また、２次元ＰＳＤの位置演算には対数変換回路等が必要である為、周辺回路が大型化し、高価なものとなる。

また、ＣＣＤを用いる場合は、データ量が多く画像演算が必要となるために、計測装置に画像メモリ、画像演算装置等が必要となり、大型化、高額化するという問題がある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、投影装置により投影面上に投影される像の歪みを効率的に検出することができるシステムおよび方法を提供することを目的とする。

本発明に係る歪み検出システムは、投影装置により投影面上に投影される像の歪みを検出するシステムであって、(1) 複数の画素が受光面上に２次元配列された受光素子と、投影面上の像を受光面上に結像する結像光学系とを有し、投影装置により基準明暗画像が投影面上に投影された像を結像光学系により受光面上に結像させて、受光面上に結像された像における第１方向および第２方向それぞれについて入射光強度の１次元分布を表す光強度プロファイルデータを出力する光検出装置と、(2) 光検出装置から出力された第１方向および第２方向それぞれについての光強度プロファイルデータを基準明暗画像に基づいて解析して、投影面上に投影される像の歪みを検出する解析装置と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る歪み検出方法は、投影装置により投影面上に投影される像の歪みを検出する方法であって、(1) 投影装置により基準明暗画像を投影面上に投影する投影ステップと、(2) 複数の画素が受光面上に２次元配列された受光素子と、投影面上の像を受光面上に結像する結像光学系とを有し、該受光面における第１方向および第２方向それぞれについて入射光強度の１次元分布を表す光強度プロファイルデータを出力する光検出装置を用い、投影ステップにおいて投影面上に投影された像を結像光学系により受光面上に結像させて、受光面上に結像された像における第１方向および第２方向それぞれについての光強度プロファイルデータを取得する光検出ステップと、(3) 光検出ステップにおいて取得された第１方向および第２方向それぞれについての光強度プロファイルデータを基準明暗画像に基づいて解析して、投影面上に投影される像の歪みを検出する解析ステップと、を備えることを特徴とする。

本発明に係る歪み検出システム（歪み検出方法）によれば、投影画像の歪みの検出に際しては、まず、投影装置により基準明暗画像が投影面上に投影される（投影ステップ）。 そして、光検出装置において、投影装置により投影面上に投影された投影画像が結像光学系により受光素子の受光面上に結像されて、その受光面上に結像された像における第１方向および第２方向それぞれについての光強度プロファイルデータが取得される（光検出ステップ）。 さらに、解析装置において、光検出装置により取得された第１方向および第２方向それぞれについての光強度プロファイルデータが基準明暗画像に基づいて解析されて、投影面上に投影される投影画像の歪みが検出される（解析ステップ）。

本発明に係る歪み検出システムは、基準明暗画像が暗領域中に複数の明領域を有し、解析装置が、基準明暗画像における複数の明領域の配置と、光強度プロファイルデータにおける光強度ピークの配置とを対比して、投影面上に投影される像の歪みを検出するのが好適である。 また、本発明に係る歪み検出方法は、基準明暗画像が暗領域中に複数の明領域を有し、解析ステップにおいて、基準明暗画像における複数の明領域の配置と、光強度プロファイルデータにおける光強度ピークの配置とを対比して、投影面上に投影される像の歪みを検出するのが好適である。

本発明に係る歪み検出システムは、基準明暗画像が暗領域中に直線上に配列された複数の明領域を有し、解析装置が、基準明暗画像における複数の明領域の間隔と、光強度プロファイルデータにおける光強度ピークの間隔とを対比して、投影面上に投影される像の歪みを検出するのが好適である。 また、本発明に係る歪み検出方法は、基準明暗画像が暗領域中に直線上に配列された複数の明領域を有し、解析ステップにおいて、基準明暗画像における複数の明領域の間隔と、光強度プロファイルデータにおける光強度ピークの間隔とを対比して、投影面上に投影される像の歪みを検出するのが好適である。

本発明によれば、投影装置により投影面上に投影される像の歪みを効率的に検出することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。 なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る歪み検出システム１の構成図である。 この図には、歪み検出システム１に加えて、投影装置２および投影面３も示されている。 投影装置２は、投影面３から離間して配置されて、画像を投影光学系により投影面３上に結像するものであり、画像を拡大して投影面３上に表示することができる。 歪み検出システム１は、投影装置２により投影面３上に投影される像の歪みを検出するものであって、光検出装置１０および解析装置２０を備える。

光検出装置１０は、受光素子１１および結像光学系１２を有する。 結像光学系１２は、投影面３上の投影画像を受光素子１１の受光面上に結像する。 光検出装置１０の結像光学系１２の光軸は、投影装置２の投影光学系の光軸と平行であり、また、両者の光軸の間隔は狭い方が好ましい。 受光素子１１は、複数の画素が受光面上に２次元配列されたものである。 光検出装置１０は、この受光素子１１の受光面における第１方向および第２方向それぞれについて入射光強度の１次元分布を表す光強度プロファイルデータを出力する。 解析装置２０は、光検出装置１０から出力された第１方向および第２方向それぞれについての光強度プロファイルデータを入力して、これらの光強度プロファイルデータを解析する。

投影画像の歪みの検出に際しては、まず、投影装置２により基準明暗画像が投影面３上に投影される（投影ステップ）。 そして、光検出装置１０において、投影装置２により投影面３上に投影された投影画像が結像光学系１２により受光素子１１の受光面上に結像されて、その受光面上に結像された像における第１方向および第２方向それぞれについての光強度プロファイルデータが取得される（光検出ステップ）。 さらに、解析装置２０において、光検出装置１０により取得された第１方向および第２方向それぞれについての光強度プロファイルデータが基準明暗画像に基づいて解析されて、投影面３上に投影される投影画像の歪みが検出される（解析ステップ）。

なお、解析装置２０は、基準明暗画像を投影装置２に送って、該基準明暗画像を投影するよう投影装置２に対して指示してもよい。 或いは、解析装置２０は、投影装置２が投影する基準明暗画像を投影装置２または他の装置から取得してもよい。

図２は、光検出装置１０に含まれる受光素子１１の構成図である。 受光素子１１は、光検出部１００、第１信号処理部１１０および第２信号処理部１２０を備える。 光検出部１００は、受光面上に２次元配列されたＭ×Ｎ個の画素を有しており、第ｍ行第ｎ列の位置にある画素には２つのフォトダイオードＰＤ _Ｘ,ｍ,ｎおよびＰＤ _Ｙ,ｍ,ｎが形成されている。 ここで、Ｍ，Ｎそれぞれは２以上の整数であり、ｍは１以上Ｍ以下の任意の整数であり、ｎは１以上Ｎ以下の任意の整数である。 各フォトダイオードＰＤ _Ｘ,ｍ,ｎ ，ＰＤ _Ｙ,ｍ,ｎのアノード端子は接地されている。 第ｎ列にあるＭ個のフォトダイオードＰＤ _Ｘ,１,ｎ 〜ＰＤ _Ｘ,Ｍ,ｎのカソード端子は、共通の配線Ｌ _Ｘ,ｎにより第１信号処理部１１０と接続されている。 第ｍ行にあるＮ個のフォトダイオードＰＤ _Ｙ,ｍ,１ 〜ＰＤ _Ｙ,ｍ,Ｎのカソード端子は、共通の配線Ｌ _Ｙ,ｍにより第２信号処理部１２０と接続されている。

図３は、受光素子１１に含まれる第１信号処理部１１０の回路図である。 第１信号処理部１１０は、シフトレジスタ１１１、積分回路１１２およびＮ個のスイッチＳＷ _１ 〜ＳＷ _Ｎを備える。 各スイッチＳＷ _ｎの一端は配線Ｌ _Ｘ,ｎに接続されており、各スイッチＳＷ _ｎの他端は共通の配線を介して積分回路１１２の入力端に接続されている。 また、各スイッチＳＷ _ｎは、シフトレジスタ１１１から出力される制御信号に基づいて順次に閉じる。 積分回路１１２は、アンプＡ、容量素子ＣおよびスイッチＳＷを備える。 容量素子ＣおよびスイッチＳＷは、互いに並列的に接続されて、アンプＡの入力端子と出力端子との間に設けられている。 スイッチＳＷが閉じると、容量素子Ｃが放電されて、積分回路１１２から出力される電圧値が初期化される。 スイッチＳＷが開いて、スイッチＳＷ _ｎが閉じると、配線Ｌ _Ｘ,ｎに接続されている第ｎ列のＭ個のフォトダイオードＰＤ _Ｘ,１,ｎ 〜ＰＤ _Ｘ,Ｍ,ｎそれぞれの光入射に応じて発生した電荷の総和が積分回路１１２に入力し、その電荷が容量素子Ｃに蓄積されて、この蓄積電荷量に応じた電圧値Ｖ _Ｘ (ｎ)が積分回路１１２から出力される。 第２信号処理部１２０も、第１信号処理部１１０と同様の構成を有し、同様の動作をする。

図２および図３で説明したような構成を有する受光素子１１は、光検出部１００の受光面における第１方向（図２におけるＸ方向）について入射光強度の１次元分布を表す第１光強度プロファイルデータＶ _Ｘ (ｎ)を第１信号処理部１１０から出力するとともに、光検出部１００の受光面における第２方向（図２におけるＹ方向）について入射光強度の１次元分布を表す第２光強度プロファイルデータＶ _Ｙ (ｍ)を第２信号処理部１２０から出力することができる。 解析装置２０は、これら第１光強度プロファイルデータＶ _Ｘ (ｎ)および第２光強度プロファイルデータＶ _Ｙ (ｍ)を入力して解析する。

次に、具体的な基準明暗画像の例を幾つか挙げて、本実施形態に係る歪み検出システム１の動作について説明するとともに、本実施形態に係る歪み検出方法について説明する。

図４は、第１の例の基準明暗画像Ａ、ならびに、これに対応する投影面３上の投影画像Ｂおよび光強度プロファイルデータＶ _Ｘ (ｎ)，Ｖ _Ｙ (ｍ)それぞれを示す図である。 同図（ａ）は基準明暗画像Ａを示す。 また、同図（ｂ）は投影画像Ｂおよび光強度プロファイルデータＶ _Ｘ (ｎ)，Ｖ _Ｙ (ｍ)を示す。 基準明暗画像Ａは、暗領域（同図（ａ）中のハッチング領域）中に複数の明領域（同図（ａ）中の白抜き領域）を有している。 この図に示される基準明暗画像Ａにおける複数（同図では５個）の明領域は、Ｘ方向およびＹ方向の双方に対して４５度の角度をなす直線上に等間隔で配列されている。

図４（ａ）に示されるような基準明暗画像Ａが投影装置２により投影面３に投影されると、投影面３上の投影画像Ｂにおける複数の明領域は、図４（ｂ）に示されるように、概ねＸ方向およびＹ方向の双方に対して４５度の角度をなす所定直線上に配列されるものの、投影装置２と投影面３との相対的配置関係によっては、上記所定直線上に配列されない場合があり、また、等間隔でない場合がある。 このような投影画像Ｂが、光検出装置１０の結像光学系１２により受光素子１１の受光面上に結像されて、その受光面上に結像された像におけるＸ方向およびＹ方向それぞれについての光強度プロファイルデータＶ _Ｘ (ｎ)，Ｖ _Ｙ (ｍ)が光検出装置１０から出力される。 第１光強度プロファイルデータＶ _Ｘ (ｎ)における各ピーク位置は、投影画像Ｂにおける明領域のＸ座標値を表す。 また、第２光強度プロファイルデータＶ _Ｙ (ｍ)における各ピーク位置は、投影画像Ｂにおける明領域のＹ座標値を表す。

そして、解析装置２０により、これら光強度プロファイルデータＶ _Ｘ (ｎ)，Ｖ _Ｙ (ｍ)は基準明暗画像Ａに基づいて解析されて、投影面３上に投影される投影画像の歪みが検出される。 すなわち、第１光強度プロファイルデータＶ _Ｘ (ｎ)におけるピーク位置をｎ _１ 〜ｎ _５とし、第２光強度プロファイルデータＶ _Ｙ (ｍ)におけるピーク位置をｍ _１ 〜ｍ _５として、仮に投影画像Ｂに歪みが無いとすれば、下記(1)式の関係式が成り立つ。

ｎ _５ −ｎ _４ ＝ｎ _４ −ｎ _３ ＝ｎ _３ −ｎ _２ ＝ｎ _２ −ｎ _１ …(1a)
ｍ _５ −ｍ _４ ＝ｍ _４ −ｍ _３ ＝ｍ _３ −ｍ _２ ＝ｍ _２ −ｍ _１ …(1b)
しかし、上記(1)式の関係式が成り立たないと、投影画像Ｂに歪みが有ると判断される。 例えば、図４（ｂ）に示されるように、下記(2)式の関係式が成り立つ場合には、投影画像Ｂにおいて、左上側に対して右下側の方が投影時の拡大率が大きいと解析装置２０により判断される。

ｎ _５ −ｎ _４ ＞ｎ _４ −ｎ _３ ＞ｎ _３ −ｎ _２ ＞ｎ _２ −ｎ _１ …(2a)
ｍ _５ −ｍ _４ ＞ｍ _４ −ｍ _３ ＞ｍ _３ −ｍ _２ ＞ｍ _２ −ｍ _１ …(2b)
図５は、第２の例の基準明暗画像Ａ、ならびに、これに対応する投影面３上の投影画像Ｂおよび光強度プロファイルデータＶ _Ｘ (ｎ)，Ｖ _Ｙ (ｍ)それぞれを示す図である。 同図（ａ）は基準明暗画像Ａを示す。 また、同図（ｂ）は投影画像Ｂおよび光強度プロファイルデータＶ _Ｘ (ｎ)，Ｖ _Ｙ (ｍ)を示す。 この図に示される基準明暗画像Ａにおける複数の明領域は、Ｘ方向およびＹ方向の双方に対して４５度の角度をなす直線（ただし、前述の図４において明領域が配列された直線に対して直交する直線）上に等間隔で配列されている。

図５（ａ）に示されるような基準明暗画像Ａが投影装置２により投影面３に投影されると、投影面３上の投影画像Ｂにおける複数の明領域は、図５（ｂ）に示されるように、概ねＸ方向およびＹ方向の双方に対して４５度の角度をなす所定直線上に配列されるものの、投影装置２と投影面３との相対的配置関係によっては、上記所定直線上に配列されない場合があり、また、等間隔でない場合がある。 このような投影画像Ｂが、光検出装置１０の結像光学系１２により受光素子１１の受光面上に結像されて、その受光面上に結像された像におけるＸ方向およびＹ方向それぞれについての光強度プロファイルデータＶ _Ｘ (ｎ)，Ｖ _Ｙ (ｍ)が光検出装置１０から出力される。

そして、解析装置２０により、これら光強度プロファイルデータＶ _Ｘ (ｎ)，Ｖ _Ｙ (ｍ)は基準明暗画像Ａに基づいて解析されて、投影面３上に投影される投影画像の歪みが検出される。 仮に投影画像Ｂに歪みが無いとすれば、上記(1)式の関係式が成り立つ。 しかし、上記(1)式の関係式が成り立たないと、投影画像Ｂに歪みが有ると判断される。 例えば、図５（ｂ）に示されるように、下記(3)式の関係式が成り立つ場合には、投影画像Ｂにおいて、右上側に対して左下側の方が投影時の拡大率が大きいと解析装置２０により判断される。

ｎ _５ −ｎ _４ ＜ｎ _４ −ｎ _３ ＜ｎ _３ −ｎ _２ ＜ｎ _２ −ｎ _１ …(3a)
ｍ _５ −ｍ _４ ＞ｍ _４ −ｍ _３ ＞ｍ _３ −ｍ _２ ＞ｍ _２ −ｍ _１ …(3b)
さらに、図４および図５それぞれに示される基準明暗画像Ａが順次に投影装置２により投影面３に投影されて、各々の基準明暗画像Ａに対する投影画像Ｂについて光強度プロファイルデータＶ _Ｘ (ｎ)，Ｖ _Ｙ (ｍ)が光検出装置１０により取得され解析装置２０により解析されるのが好適である。 この場合、例えば、図４に示される基準明暗画像Ａに対応する投影画像Ｂについては上記(2)式の関係式があり、図５に示される基準明暗画像Ａに対応する投影画像Ｂについては上記(3)式の関係式があるとすると、上側に対して下側の方が投影時の拡大率が大きいと解析装置２０により判断される。 つまり、この場合には、図６（ａ）に示されるような等間隔のメッシュ模様の画像が投影装置２により投影面３に投影されたとすると、投影面３上の投影画像は、図６（ｂ）に示されるように、上側より下側の方がメッシュの間隔が広くなるように歪んでいることになる。

図７は、第３の例の基準明暗画像Ａ、ならびに、これに対応する投影面３上の投影画像Ｂおよび光強度プロファイルデータＶ _Ｘ (ｎ)，Ｖ _Ｙ (ｍ)それぞれを示す図である。 この図に示される基準明暗画像Ａにおいては、Ｘ方向およびＹ方向の双方に対して４５度の角度をなす直線上に複数の明領域が等間隔で配列されており、さらに、この直線に対して直交する直線上にも複数の明領域が等間隔で配列されている。 このとき、光検出装置１０は結像光学系１２の光軸の周りに４５度だけ回転されて配置されている。

図８は、第４の例の基準明暗画像Ａ、ならびに、これに対応する投影面３上の投影画像Ｂおよび光強度プロファイルデータＶ _Ｘ (ｎ)，Ｖ _Ｙ (ｍ)それぞれを示す図である。 この図に示される基準明暗画像Ａにおいては、Ｘ方向に平行な直線上に複数の明領域が等間隔で配列されており、さらに、Ｙ方向に平行な直線上にも複数の明領域が等間隔で配列されている。

図９は、第４の例の基準明暗画像Ａ、ならびに、これに対応する投影面３上の投影画像Ｂおよび光強度プロファイルデータＶ _Ｘ (ｎ)，Ｖ _Ｙ (ｍ)それぞれを示す図である。 この図に示される基準明暗画像Ａにおいては、複数の明領域のうちの何れの２つの明領域も、Ｘ方向またはＹ方向に平行な１つの直線上にはない。

これら図７〜図９それぞれの場合にも、光検出装置１０から出力される光強度プロファイルデータＶ _Ｘ (ｎ)，Ｖ _Ｙ (ｍ)が基準明暗画像Ｂとの対比において解析装置２０により解析されて、投影画像Ｂの歪みが検出される。

以上のように、本実施形態に係る歪み検出システム１または本実施形態に係る歪み検出方法では、第１方向および第２方向それぞれについて入射光強度の１次元分布を表す光強度プロファイルデータを出力する光検出装置１０を用いて投影画像の歪みを検出する。 このことから、本実施形態では、投影画像上の複数の明領域の位置を検出することができるので、２次元ＰＳＤを使用する従来技術と比較して、効率よく投影画像の歪みを検出することができる。 また、ＣＣＤを使用する従来技術と比較して、取り扱うデータ量を減らすことができて、簡単に効率よく投影画像の歪みを検出することができる。 また、２次元ＰＳＤを使用する場合と比較して、本実施形態では、周辺回路を小さくすることができ、小型かつ安価に装置を構成することができる。 また、ＣＣＤを使用する場合と比較して、本実施形態では、画像メモリ、画像演算装置等の周辺回路をなくすことができ、小型かつ安価に装置を構成することができる。

本実施形態に係る歪み検出システム１の構成図である。

光検出装置１０に含まれる受光素子１１の構成図である。

受光素子１１に含まれる第１信号処理部１１０の回路図である。

第１の例の基準明暗画像Ａ、ならびに、これに対応する投影面３上の投影画像Ｂおよび光強度プロファイルデータＶ

_Ｘ (ｎ)，Ｖ

_Ｙ (ｍ)それぞれを示す図である。

第２の例の基準明暗画像Ａ、ならびに、これに対応する投影面３上の投影画像Ｂおよび光強度プロファイルデータＶ

_Ｘ (ｎ)，Ｖ

_Ｙ (ｍ)それぞれを示す図である。

投影画像の歪みを説明する図である。

第３の例の基準明暗画像Ａ、ならびに、これに対応する投影面３上の投影画像Ｂおよび光強度プロファイルデータＶ

_Ｘ (ｎ)，Ｖ

_Ｙ (ｍ)それぞれを示す図である。

第４の例の基準明暗画像Ａ、ならびに、これに対応する投影面３上の投影画像Ｂおよび光強度プロファイルデータＶ

_Ｘ (ｎ)，Ｖ

_Ｙ (ｍ)それぞれを示す図である。

第５の例の基準明暗画像Ａ、ならびに、これに対応する投影面３上の投影画像Ｂおよび光強度プロファイルデータＶ

_Ｘ (ｎ)，Ｖ

_Ｙ (ｍ)それぞれを示す図である。

符号の説明

１…歪み検出システム、２…投影装置、３…投影面、１０…光検出装置、１１…受光素子、１２…結像光学系、２０…解析装置、１００…光検出部、１１０…第１信号処理部、１１１…シフトレジスタ、１１２…積分回路、１２０…第２信号処理部、Ａ…基準明暗画像、Ｂ…投影画像。