專利名稱：具有用于校正失真的水平位移傳感器的投影儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影儀，特別涉及一種具有校正被傾斜地投影到平面上的圖像的失真的功能的投影儀。
背景技術(shù)：
采用了圖像形成設(shè)備的投影儀已經(jīng)廣泛用于展示目的和其它的圖像顯示場(chǎng)合，這種圖像形成設(shè)備諸如是液晶光閥、數(shù)字微鏡設(shè)備等等，它們被用于產(chǎn)生基于圖像信號(hào)調(diào)制的光束，并將調(diào)制的光束以放大的比例投影到屏幕上。
在投影儀的實(shí)際應(yīng)用中，投影儀通常安裝在圖像被投影在其上的投影表面的中心軸以下，以便使投影儀不會(huì)阻礙觀眾的視線。因此，如此設(shè)計(jì)投影儀，即當(dāng)以投影儀的投影透鏡(投影光軸)的中心線在水平面上垂直于投影表面延伸的方式來(lái)安裝投影儀時(shí)，從投影儀投影到投影表面上的圖像位于投影光軸的上面，并以與投影儀的顯示設(shè)備的顯示表面的形狀相似的矩形來(lái)顯示。由安裝了投影儀的平面以及連接投影透鏡的中心和投影圖像的中心的直線所定義的角度，被稱為“向上角”。該向上角是通過(guò)相對(duì)于顯示設(shè)備的中心線在垂直方向上移動(dòng)安裝投影透鏡的位置來(lái)形成的。采用以向上角安裝并且然后垂直地傾斜或水平地旋轉(zhuǎn)的投影儀來(lái)進(jìn)行圖像投影被稱為“擺動(dòng)及傾斜(swing-and-tilt)投影”。
圖1示意性地示出單獨(dú)以向上角投影的圖像、以垂直的擺動(dòng)及傾斜投影角來(lái)投影的圖像以及以水平的擺動(dòng)及傾斜投影角來(lái)投影的圖像。當(dāng)以向上角來(lái)投影圖像時(shí)，顯示矩形的投影圖像91。對(duì)于擺動(dòng)及傾斜投影，當(dāng)垂直向上地傾斜投影儀時(shí)，矩形投影圖像91變?yōu)榫哂械固菪问д娴耐队皥D像92。然而，在投影圖像92中的倒梯形失真可以容易地被校正，這是因?yàn)樽髠?cè)和右側(cè)的失真是相同的。隨后，除了垂直向上地傾斜之外，對(duì)于擺動(dòng)及傾斜投影，當(dāng)水平地旋轉(zhuǎn)投影儀時(shí)，并且投影光軸在水平面上相對(duì)于投影表面以不是直角的角度傾斜時(shí)，投影圖像92變?yōu)榫哂惺д娴乃倪呅味皇呛?jiǎn)單的梯形失真的投影圖像93，這是由向上角造成的。
為了校正投影圖像的失真，投影儀的元件需要非常精密復(fù)雜的技術(shù)。已經(jīng)進(jìn)行了各種技術(shù)上的努力，以便能夠容易地校正失真。例如，日本專利No.3519393公開了一種投影儀，它具有用于測(cè)量垂直角的裝置以及用于在傾斜地投影圖像時(shí)校正圖像的失真的調(diào)整環(huán)。日本專利未決公開No.2002-044571公開了一種技術(shù)，即在傾斜地將圖像投影到屏幕上時(shí)，通過(guò)使用投影屏幕的框架作為參考而指出圖像的四角，來(lái)容易地校正圖像失真。
根據(jù)日本專利No.3519393中公開的投影儀，由于投影儀的垂直傾斜可以由加速度傳感器來(lái)獲得，因此梯形失真可以自動(dòng)地被校正。然而，當(dāng)投影儀以水平的擺動(dòng)及傾斜角投影圖像時(shí)，操作員不得不通過(guò)目視處理來(lái)操作調(diào)整環(huán)，以便校正由圖像的傾斜投影導(dǎo)致的失真。如果水平的擺動(dòng)及傾斜角很小，那么可以根據(jù)預(yù)定的過(guò)程來(lái)進(jìn)行調(diào)整。然而，如果水平的擺動(dòng)及傾斜角例如大約30度那么大，那么對(duì)于操作員來(lái)說(shuō)，就難以使用該調(diào)整環(huán)來(lái)適當(dāng)?shù)匦Ｕд?，這是由于當(dāng)在投影儀旁邊進(jìn)行目視調(diào)整的操作員從投影儀旁邊觀看投影的圖像時(shí)，大的水平的擺動(dòng)及傾斜角使他不能正確地識(shí)別矩形圖像。從而，操作員不得不在每次進(jìn)行調(diào)整時(shí)，從投影表面的正前面的位置上來(lái)確認(rèn)校正是否恰當(dāng)，或者他不得不在讓站在投影表面的正前面的其它人通知他圖像的狀態(tài)的情況下來(lái)進(jìn)行校正。
根據(jù)日本專利未決公開No.2002-044571中公開的技術(shù)，如果安裝了屏幕等等，那么要校正的圖像的四角可以基于屏幕的框架來(lái)指定。因此，這種技術(shù)不會(huì)出現(xiàn)如日本專利No.3519393提及的操作員傾斜地觀看投影表面時(shí)不能識(shí)別矩形的問(wèn)題。然而，如果圖像投影到房間的墻面上等等，那么操作員單獨(dú)一人不能進(jìn)行正確的調(diào)整，這是因?yàn)闆](méi)有屏幕框架可以用作這種調(diào)整的參考。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種投影儀，即使在以大的水平擺動(dòng)及傾斜角投影圖像時(shí)，也能使單個(gè)操作員容易地校正圖像失真。
根據(jù)本發(fā)明的投影儀裝置，包括投影設(shè)備，用于將圖像投影到投影表面上；至少兩個(gè)位移傳感器，用于檢測(cè)投影儀裝置的水平位移，這些位移傳感器互相隔開預(yù)定的距離；旋轉(zhuǎn)角計(jì)算器，用于使用預(yù)定的距離和水平位移來(lái)計(jì)算投影儀裝置在水平面上的旋轉(zhuǎn)角，其中水平位移是由位移傳感器進(jìn)行檢測(cè)的；以及失真校正器，用于通過(guò)使用旋轉(zhuǎn)角來(lái)校正圖像的失真，圖像是由投影設(shè)備投影的，其中旋轉(zhuǎn)角是由旋轉(zhuǎn)角計(jì)算器計(jì)算的，作為水平校正角。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，投影儀裝置包括用于將圖像投影到投影表面上的裝置；用于檢測(cè)所述投影儀裝置的至少兩個(gè)位置的水平位移的裝置，其中所述兩個(gè)位置互相隔開預(yù)定的距離；用于通過(guò)使用所述預(yù)定距離和所述水平位移來(lái)計(jì)算所述投影儀裝置在水平面上的旋轉(zhuǎn)角的裝置，其中所述水平位移是由用于檢測(cè)水平位移的所述裝置來(lái)檢測(cè)的；以及用于使用旋轉(zhuǎn)角來(lái)校正圖像失真的裝置，其中圖像是由用于投影圖像的所述裝置進(jìn)行投影的，其中旋轉(zhuǎn)角是由用于計(jì)算旋轉(zhuǎn)角的所述裝置來(lái)計(jì)算的，作為水平校正角。
在本發(fā)明的另一方面中，一種用于校正由投影儀裝置投影的圖像的失真的方法，包括如下步驟檢測(cè)投影儀裝置的至少兩個(gè)位置的水平位移，這兩個(gè)位置互相隔開預(yù)定的距離，其中這些位移是由于在水平面上旋轉(zhuǎn)所述投影儀裝置而產(chǎn)生的；使用所述預(yù)定距離和檢測(cè)到的水平位移來(lái)計(jì)算所述投影儀裝置的旋轉(zhuǎn)角，其中旋轉(zhuǎn)角是通過(guò)在水平面上旋轉(zhuǎn)所述投影儀而導(dǎo)致的；以及通過(guò)使用計(jì)算的旋轉(zhuǎn)角作為水平校正角，來(lái)校正由所述投影儀裝置投影的圖像的失真。
投影儀具有用于檢測(cè)投影儀的水平位移的至少兩個(gè)位移傳感器。當(dāng)投影儀水平旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)位移傳感器都檢測(cè)投影儀的水平位移。由于投影儀根據(jù)檢測(cè)到的水平位移來(lái)計(jì)算水平的擺動(dòng)及傾斜角作為水平校正角，因此投影儀的失真校正器能容易且自動(dòng)地校正傾斜地投影到投影平面上的圖像的失真。具體地，操作員設(shè)置投影儀以使投影光軸垂直于投影表面延伸，然后以所需的角度旋轉(zhuǎn)投影儀，以便將圖像投影到投影表面上。由于投影儀旋轉(zhuǎn)的角度是自動(dòng)檢測(cè)的，因此由于旋轉(zhuǎn)投影儀而導(dǎo)致的圖像失真也可以依靠該角度來(lái)自動(dòng)地進(jìn)行校正。當(dāng)操作員旋轉(zhuǎn)投影儀時(shí)，操作員不需要注意投影儀旋轉(zhuǎn)的軸的位置。
投影儀還可以具有用于檢測(cè)投影儀的垂直傾斜角的傾斜角傳感器。失真校正器可以使用由傾斜角傳感器檢測(cè)到的垂直傾斜角，作為垂直校正角，來(lái)校正投影儀投影的圖像的失真。在該實(shí)施例中，可以根據(jù)垂直校正角以及水平的擺動(dòng)及傾斜角來(lái)獲得水平校正角，其中垂直校正角是由傾斜角傳感器獲得的，而水平的擺動(dòng)及傾斜角是使用由位移傳感器檢測(cè)到的水平位移來(lái)計(jì)算的。
本發(fā)明的上述和其它目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)下列參考了附圖的描述而變得顯而易見(jiàn)，其中這些附圖示出了本發(fā)明的實(shí)例。


圖1是示出單獨(dú)以向上角投影的圖像、以垂直的擺動(dòng)及傾斜投影角來(lái)投影的圖像、以及以水平的擺動(dòng)及傾斜投影角來(lái)投影的圖像的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的投影儀的方框圖；圖3A和3B是投影儀的示意性平面圖；圖4是投影儀的示意性透視圖；圖5A是示出第一水平加速度傳感器的x軸輸出與時(shí)間之間的關(guān)系的圖表；圖5B是示出第二水平加速度傳感器的x軸輸出與時(shí)間之間的關(guān)系的圖表；圖6是示出根據(jù)由水平加速度傳感器檢測(cè)到的距離x1，x2來(lái)確定投影儀的旋轉(zhuǎn)角的處理的圖；圖7A至7D是示出在校正傾斜地投影到投影表面上的圖像之前和之后，以及在校正顯示在顯示單元上的圖像之前和之后，這些圖像的圖；圖8A是示出當(dāng)投影儀圍繞投影儀的中心的后面的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一水平加速度傳感器的x軸輸出與時(shí)間之間的關(guān)系的圖表；圖8B是示出在投影儀圍繞投影儀的中心的后面的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，第二水平加速度傳感器的x軸輸出與時(shí)間之間的關(guān)系的圖表；圖9是示出當(dāng)投影儀圍繞位于投影儀的中心的后面的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)由水平加速度傳感器檢測(cè)到的位移x1’，x2’來(lái)確定投影儀的旋轉(zhuǎn)角的處理的圖；以及圖10是用于校正顯示單元上的輸出圖像的處理的流程圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的投影儀具有用于測(cè)量垂直角的裝置以及用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)位置的水平位移的裝置。當(dāng)投影儀將圖像傾斜地投影到投影表面上時(shí)，該投影儀可以基于水平的擺動(dòng)及傾斜角以及投影儀的垂直傾斜角，來(lái)容易地校正傾斜投影的圖像的失真，其中該水平的擺動(dòng)及傾斜角是根據(jù)投影儀水平旋轉(zhuǎn)時(shí)的水平位移來(lái)計(jì)算的。
下面將參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。圖2以方框的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的投影儀。如圖2所示，投影儀10具有投影設(shè)備20、圖像控制器30、垂直加速度傳感器41、第一水平加速度傳感器42、第二水平加速度傳感器43、變焦位置檢測(cè)器44以及用于控制投影儀10的全部操作的中央處理單元70。投影設(shè)備20具有包括光學(xué)變焦單元24的投影透鏡21、用于輸出圖像的顯示單元22以及光源單元23。圖像控制器30控制顯示單元22上的圖像，計(jì)算投影儀10相對(duì)于投影表面90的傾斜角，并校正顯示在顯示單元22上的圖像的失真。垂直加速度傳感器41檢測(cè)投影儀10的垂直傾斜角。第一和第二水平加速度傳感器42、43測(cè)量投影儀10的水平位移。變焦位置檢測(cè)器44檢測(cè)光學(xué)變焦單元24的設(shè)置位置。
圖像控制器30具有校正角計(jì)算器31、輸入信號(hào)處理器32、失真校正器33、D/A(數(shù)字/模擬)轉(zhuǎn)換器34以及顯示驅(qū)動(dòng)器35。校正角計(jì)算器31基于如下信息來(lái)計(jì)算校正角，其中所述信息包括投影儀10的垂直傾斜角、投影儀10的兩個(gè)水平位移以及變焦位置。該信息是從垂直加速度傳感器41、第一水平加速度傳感器42、第二水平加速度傳感器43和變焦位置檢測(cè)器44輸入的。輸入信號(hào)處理器32將提供的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號(hào)。失真校正器33基于由校正角計(jì)算器31計(jì)算的校正角，對(duì)從輸入信號(hào)處理器32提供的數(shù)字圖像信號(hào)的失真進(jìn)行校正。D/A轉(zhuǎn)換器34將已經(jīng)校正了失真的數(shù)字圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬圖像信號(hào)。顯示驅(qū)動(dòng)器35基于從D/A轉(zhuǎn)換器34輸出的模擬圖像信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)投影設(shè)備20的顯示單元22。
圖像控制器30基于投影儀10的垂直和水平傾斜角以及光學(xué)變焦單元24的調(diào)整位置，對(duì)以幀存儲(chǔ)器的形式存儲(chǔ)的提供的圖像信號(hào)的坐標(biāo)進(jìn)行變換，從而控制顯示單元22上的輸出圖像，以便從顯示單元22將沒(méi)有失真的圖像投影到投影表面90上。投影儀10的這些功能都是基于已實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)的，因此不再詳細(xì)描述。圖像的失真可根據(jù)預(yù)定的過(guò)程由中央處理單元70進(jìn)行自動(dòng)校正。如果不需要基于光學(xué)變焦單元24的調(diào)整位置來(lái)對(duì)傾斜角進(jìn)行校正，那么可以省略變焦位置檢測(cè)器44。
根據(jù)該實(shí)施例，垂直傾斜角是由垂直加速度傳感器41測(cè)量的，而水平位移是由水平加速度傳感器42、43測(cè)量的。然而，它們也可以采用除了所示的加速度傳感器之外的任何需要的測(cè)量裝置來(lái)進(jìn)行測(cè)量。
圖3A是當(dāng)安裝投影儀以使其投影光軸在水平面上垂直于投影表面延伸時(shí)，該投影儀的示意性平面圖。圖3B是當(dāng)安裝投影儀以使其投影光軸相對(duì)于投影表面順時(shí)針傾斜30度時(shí)，該投影儀的示意性平面圖。第一水平加速度傳感器42和第二水平加速度傳感器43分別安裝在投影儀10的前位置和后位置上，以使連接第一和第二水平加速度傳感器42、43的直線平行于投影透鏡21的投影光軸25延伸。第一和第二水平加速度傳感器42、43優(yōu)選地設(shè)置在投影儀10的縱向中心軸上，該中心軸包括通常使投影儀10繞其旋轉(zhuǎn)的投影儀10的中心。在本申請(qǐng)中，平行于投影透鏡21的投影光軸25的投影儀10的軸被稱為“y軸”，而位于包括y軸的水平面上并垂直于y軸的投影儀10的軸被稱為“x軸”。第一水平加速度傳感器42和第二水平加速度傳感器43是2軸傳感器，它們能夠檢測(cè)x和y軸方向上的加速度，并且以它們沿x軸向右移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生正極性信號(hào)和它們沿y軸向前移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生正極性信號(hào)的方式來(lái)布置。因此，當(dāng)投影儀10從圖3A所示的位置旋轉(zhuǎn)到圖3B所示的位置時(shí)，第一水平加速度傳感器42和第二水平加速度傳感器43對(duì)x和y軸方向都輸出相反極性的信號(hào)。盡管第一水平加速度傳感器42和第二水平加速度傳感器43在該實(shí)施例中是2軸傳感器，但它們可以僅能夠檢測(cè)沿x軸的加速度。投影儀10的旋轉(zhuǎn)角也可以使用這些傳感器來(lái)計(jì)算。如果投影儀10沒(méi)有旋轉(zhuǎn)地移動(dòng)，那么第一水平加速度傳感器42和第二水平加速度傳感器43輸出相同極性的信號(hào)。圖2所示的垂直加速度傳感器41沒(méi)有在圖3A和3B中示出，這是因?yàn)閷?duì)該傳感器安裝的位置沒(méi)有限制。第一水平加速度傳感器42和第二水平加速度傳感器43中的至少一個(gè)可以在三維上，即沿著x軸、y軸以及垂直于x和y軸的z軸檢測(cè)加速度，以便也能作為垂直加速度傳感器41。圖4示出了以沿著z軸延伸的垂直方向給出的示意性透視圖。
下面將描述根據(jù)該實(shí)施例的投影儀10的部件的操作。當(dāng)投影儀10在圖3A所示的位置啟動(dòng)時(shí)，中央處理單元70通過(guò)校正角計(jì)算器31來(lái)監(jiān)控垂直加速度傳感器41、第一水平加速度傳感器42和第二水平加速度傳感器42的輸出。如果第一水平加速度傳感器42和第二水平加速度傳感器43的所有輸出信號(hào)都等于或者小于閾值的狀態(tài)持續(xù)閾值時(shí)間段或者更長(zhǎng)，那么中央處理單元70判斷投影儀10是保持不動(dòng)的，并且在此時(shí)將投影儀10的水平的擺動(dòng)及傾斜角初始化為0度。
當(dāng)傾斜于投影表面90地安裝投影儀10時(shí)，投影儀10的部件如下進(jìn)行操作。如果需要向上的擺動(dòng)及傾斜投影，那么操作員通過(guò)延伸投影儀10的傾斜腳來(lái)調(diào)整垂直的擺動(dòng)及傾斜角。此后，操作員調(diào)整投影儀10的水平方位，以使投影光軸25垂直于投影表面90。然后，投影儀10在多于該閾值時(shí)間段內(nèi)保持不動(dòng)(例如2秒)。中央處理單元70通過(guò)校正角計(jì)算器31來(lái)監(jiān)控投影儀10的狀態(tài)，判斷投影儀是保持不動(dòng)的，并且在此時(shí)將水平的擺動(dòng)及傾斜角初始化為0度。隨后，操作員例如以所需的擺動(dòng)及傾斜角度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)投影儀10，如圖3B所示。
圖5A是示出第一水平加速度傳感器42的x軸輸出與時(shí)間之間的關(guān)系的圖表。圖5B是示出第二水平加速度傳感器43的x軸輸出與時(shí)間之間的關(guān)系的圖表。在圖5A和5B中，坐標(biāo)x表示當(dāng)水平加速度傳感器移動(dòng)時(shí)該傳感器的輸出，坐標(biāo)t表示時(shí)間，Δx表示水平加速度傳感器的x軸輸出的閾值，而t0表示該閾值時(shí)間段。如果時(shí)間段t比t0長(zhǎng)，其中該時(shí)間段t是第一水平加速度傳感器42和第二水平加速度傳感器43的x軸輸出的絕對(duì)值二者都等于或小于閾值Δx的時(shí)間段，那么中央處理單元70判斷投影儀10保持不動(dòng)，并將水平的擺動(dòng)及傾斜角初始化為0度。當(dāng)投影儀10隨后以所需的水平的擺動(dòng)及傾斜角進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一水平加速度傳感器42和第二水平加速度傳感器43的輸出提高至相反極性的最大值x1、x2。如果第一水平加速度傳感器42和第二水平加速度傳感器43的x軸輸出是相同極性的，那么中央處理單元70判斷投影儀10移動(dòng)但并不旋轉(zhuǎn)，并且將不執(zhí)行下述的處理。
假設(shè)當(dāng)投影儀10從圖3A所示的位置旋轉(zhuǎn)到圖3B所示的位置時(shí)，操作員將投影儀10圍繞其機(jī)械中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。由于為便攜性而設(shè)計(jì)的投影儀通常在投影儀的重心處具有機(jī)械中心，因此可以認(rèn)為投影儀通常圍繞該機(jī)械中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。假設(shè)將第一水平加速度傳感器42和第二水平加速度傳感器43設(shè)置為距旋轉(zhuǎn)中心是等距離的，其中該旋轉(zhuǎn)中心位于與投影透鏡21的投影光軸25平行的中心線上。如果投影儀10圍繞中間點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，其中該中間點(diǎn)距第一水平加速度傳感器42和第二水平加速度傳感器43是等距離的，那么最大輸出值x1、x2是相反極性的，并且具有相同的絕對(duì)值。為了更容易地理解本發(fā)明，首先在這個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上給出解釋說(shuō)明，并且將在隨后進(jìn)行描述圍繞不等距離點(diǎn)來(lái)旋轉(zhuǎn)投影儀10的實(shí)施例。第一水平加速度傳感器42和第二水平加速度傳感器43的y軸輸出與它們的x軸輸出相似。這里將省略對(duì)y軸輸出的解釋說(shuō)明，因?yàn)樗鼈儾皇怯?jì)算旋轉(zhuǎn)角所直接需要的。
下面將參考圖6來(lái)描述當(dāng)投影儀10水平旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)使用由水平加速度傳感器42、43檢測(cè)到的位移x1、x2來(lái)確定投影儀10的旋轉(zhuǎn)角的處理。在圖6中，虛線表示當(dāng)判斷出投影儀10保持不動(dòng)時(shí)的投影儀10的基準(zhǔn)線，它表示投影儀10旋轉(zhuǎn)前的位置。當(dāng)投影儀10旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一水平加速度傳感器42來(lái)到位置52，第二水平加速度傳感器43來(lái)到位置53。如果旋轉(zhuǎn)中心50在投影儀10的機(jī)械中心上，并且如果第一水平加速度傳感器42和第二水平加速度傳感器43被設(shè)置為距旋轉(zhuǎn)中心50等距離，那么第一水平加速度傳感器42的位置52與中心50之間的距離L1以及第二水平加速度傳感器43的位置53與中心50之間的距離L2彼此相等，這容易計(jì)算出水平的擺動(dòng)及傾斜角(旋轉(zhuǎn)角)θ。在圖6中，ax1表示參照?qǐng)D5A如上所述的第一水平加速度傳感器42的x軸輸出x1與系數(shù)a的乘積，而ay1表示第一水平加速度傳感器42的y軸輸出y1與系數(shù)a的乘積。相似地，ax2表示參照?qǐng)D5B如上所述的第二水平加速度傳感器43的x軸輸與系數(shù)a的乘積，而ay2表示第二水平加速度傳感器43的y軸輸出與系數(shù)a的乘積。在圖6中，ax1等于ax2。系數(shù)a將加速度傳感器的輸出轉(zhuǎn)換為沿x和y軸的位移。水平的擺動(dòng)及傾斜角θ是根據(jù)沿x軸的位移ax1、ax2以及距離L1、L2按照用三角學(xué)方法確定的。以這種方式，能確定水平的擺動(dòng)及傾斜角。投影儀10的垂直的傾斜角可以根據(jù)垂直加速度傳感器41來(lái)確定。
圖像傾斜地投影到投影表面90上時(shí)產(chǎn)生的失真能通過(guò)使用顯示在顯示單元22上的圖像的反校正由失真校正器33來(lái)進(jìn)行校正。具體地，使用垂直傾斜角和水平的擺動(dòng)及傾斜角，從投影儀10的透鏡中心看的三維坐標(biāo)系統(tǒng)被變換為從垂直于投影表面90的方向看的三維坐標(biāo)系統(tǒng)，即從觀眾的位置看的三維坐標(biāo)系統(tǒng)，結(jié)果產(chǎn)生了校正的圖像。
圖7A示出傾斜地投影到投影表面上的未校正的圖像。圖7B示出傾斜地投影到投影表面上的校正的圖像。圖7C示出顯示在顯示單元上的未校正的圖像。圖7D示出了顯示在顯示單元上的校正的圖像。圖7A中所示的圖像66是投影到投影表面90上的未校正的圖像。圖7B中所示的圖像67是投影到投影表面90上的校正的圖像。圖7C中所示的圖像61是顯示在顯示單元22上的未校正的圖像。圖7D中所示的圖像62是顯示在顯示單元22上的校正的圖像。
如果投影儀圍繞機(jī)械中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，如上所示，那么安裝在機(jī)械中心位置的單個(gè)加速度傳感器足以檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)角。然而，在實(shí)際情況中，當(dāng)傾斜地設(shè)置投影儀時(shí)，操作員通常圍繞接近投影透鏡的軸來(lái)旋轉(zhuǎn)投影儀，以便限制投影圖像的移動(dòng)，從而容易地將圖像投影到所需位置。而且，將作為信號(hào)源的個(gè)人計(jì)算機(jī)等等連接到投影儀的終端通常位于投影儀的側(cè)表面或后表面。如果連接到該終端的接線電纜不夠長(zhǎng)，那么投影儀將不得不圍繞投影儀的后部旋轉(zhuǎn)。在這些情況下，如果只在機(jī)械中心位置安裝單個(gè)加速度傳感器來(lái)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角，那么不能精確地檢測(cè)投影儀的旋轉(zhuǎn)角，可能導(dǎo)致投影的圖像的較大失真。
假設(shè)操作員圍繞如下軸來(lái)旋轉(zhuǎn)投影儀10，其中所述軸不在投影儀10的機(jī)械中心上。圖8A和8B是示出當(dāng)操作員圍繞如下軸來(lái)旋轉(zhuǎn)該投影儀時(shí)第一和第二水平加速度傳感器的x軸輸出與時(shí)間的關(guān)系的圖表，其中所述軸位于投影儀中心的后面。圖9是這種情況的圖表，示出了使用由水平加速度傳感器檢測(cè)到的位移x1’、x2’來(lái)確定投影儀的旋轉(zhuǎn)角的處理。
在這種情況下，設(shè)置在投影儀10的中心前面的第一水平加速度傳感器42的輸出的絕對(duì)值大于設(shè)置在投影儀10的中心后面的第二水平加速度傳感器43的輸出的絕對(duì)值。ax1’與ax2’的比值等于距離L1’與L2’的比值，其中ax1’是第一水平加速度傳感器42的x軸輸出與一系數(shù)的乘積，ax2’是第二水平加速度傳感器43的x軸輸出與該系數(shù)的乘積，L1’是第一水平加速度傳感器42移動(dòng)之后該第一水平加速度傳感器42與旋轉(zhuǎn)中心80之間的距離，L2’是第二水平加速度傳感器43移動(dòng)之后該第二水平加速度傳感器43與旋轉(zhuǎn)中心80之間的距離。由于第一水平加速度傳感器42和第二水平加速度傳感器43之間的距離是已知的，因此能確定距離L1’。因此，能用三角學(xué)方法確定角θ，并且傾斜地投影的圖像的失真能以與參考圖6所描述的相同方式來(lái)校正。以這種方式，當(dāng)投影儀10水平旋轉(zhuǎn)時(shí)，即使操作員不注意投影儀10的旋轉(zhuǎn)中心的位置就旋轉(zhuǎn)投影儀10，也能精確地獲得投影儀10的旋轉(zhuǎn)角。
投影圖像的失真不僅是由于投影光軸25相對(duì)于投影表面90的垂直和水平傾斜而造成的，而且還由投影透鏡21的變焦而造成。因此，有必要校正由變焦產(chǎn)生的圖像失真。由變焦產(chǎn)生的圖像失真是通過(guò)用變焦量或變焦位置作為參數(shù)控制圖像處理LSI(大規(guī)模集成電路)來(lái)校正的。這種校正失真的處理在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。在該實(shí)施例中，如圖2所示，校正角計(jì)算器31基于變焦位置檢測(cè)器44的輸出來(lái)校正該校正角，失真校正器33調(diào)整失真校正參數(shù)。
圖10是基于由垂直加速度傳感器、第一水平加速度傳感器、第二水平加速度傳感器以及變焦位置檢測(cè)器測(cè)量的信息，來(lái)校正顯示單元上的輸出圖像的處理的流程圖。
首先，在步驟S11，在投影光軸25在水平面上垂直于投影表面90延伸時(shí)，設(shè)定投影儀10的垂直的擺動(dòng)及傾斜角。然后，在步驟S12，當(dāng)垂直加速度傳感器41垂直旋轉(zhuǎn)時(shí)，垂直加速度傳感器41在垂直方向上檢測(cè)加速度值。在步驟S13，校正角計(jì)算器31根據(jù)獲得的加速度值來(lái)計(jì)算垂直傾斜角，并將計(jì)算的垂直傾斜角輸出給失真校正器33。在校正角計(jì)算器31在步驟S14確認(rèn)經(jīng)過(guò)閾值時(shí)間段之后，在步驟S15中，水平地旋轉(zhuǎn)投影儀10來(lái)設(shè)定投影儀10的水平的擺動(dòng)及傾斜角。當(dāng)?shù)谝凰絺鞲衅?2水平移動(dòng)時(shí)，在步驟S16，校正角計(jì)算器31獲取第一水平加速度傳感器42的位置，并且當(dāng)?shù)诙絺鞲衅?3水平移動(dòng)時(shí)，在步驟S17，獲取第二水平加速度傳感器43的位置。然后，在步驟S18，校正角計(jì)算器31根據(jù)兩個(gè)傳感器的位置來(lái)計(jì)算旋轉(zhuǎn)中心的位置。然后，在步驟S19，校正角計(jì)算器31計(jì)算傳感器的旋轉(zhuǎn)半徑。隨后，在步驟S20，校正角計(jì)算器31根據(jù)傳感器的旋轉(zhuǎn)半徑以及傳感器的移動(dòng)距離來(lái)計(jì)算水平傾斜角，并將計(jì)算的水平傾斜角輸出給失真校正器33。在步驟S21，校正角計(jì)算器31還根據(jù)由變焦位置檢測(cè)器44檢測(cè)到的變焦位置來(lái)計(jì)算角度校正值，并將計(jì)算的角度校正值輸出給失真校正器33。
失真校正器33接收計(jì)算的水平傾斜角、垂直傾斜角以及角度校正值，并在步驟S22產(chǎn)生LSI控制參數(shù)，然后在步驟S23控制圖像處理LSI。未校正的輸入圖像61現(xiàn)在被校正，顯示單元22顯示校正的輸出圖像62，該輸出圖像62投影到投影表面90上。與輸入圖像61相似的圖7B所示的校正的圖像67現(xiàn)在被顯示在投影表面90上。
在該實(shí)施例中，第一水平加速度傳感器42和第二水平加速度傳感器43以如下方式安裝在投影儀10上連接第一和第二水平加速度傳感器42、43的直線平行于y軸，即投影透鏡21的投影光軸25來(lái)延伸。這是因?yàn)槿绻队皟x10沿著投影光軸25延長(zhǎng)，則兩個(gè)水平加速度傳感器42、43將充分地互相隔開，并且能夠精確地檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角。如果檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角的精確度已足夠，那么水平加速度傳感器42、43也可以沿著x軸，即垂直于投影光軸25的方向來(lái)布置。如果投影儀10在垂直于投影光軸25的方向上延長(zhǎng)，那么通過(guò)將水平加速度傳感器42、43沿著x軸設(shè)置，能以更大精度來(lái)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角。
根據(jù)該實(shí)施例，如上所述，監(jiān)控水平加速度傳感器42、43的輸出，并且如果水平加速度傳感器42、43的所有輸出都等于或者小于閾值的狀態(tài)持續(xù)閾值時(shí)間段或更長(zhǎng)的時(shí)間，那么判斷投影儀10保持不動(dòng)，并且將投影儀10的水平的擺動(dòng)及傾斜角初始化為0度。然而，通過(guò)在以投影光軸25在水平面上垂直于投影表面90延伸的方式設(shè)置投影儀10之后，并在投影儀10水平地旋轉(zhuǎn)之前，按壓按鈕等等，可以初始化投影儀10的水平的擺動(dòng)及傾斜角。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，當(dāng)投影儀10傾斜地旋轉(zhuǎn)時(shí)，投影儀10的垂直傾斜角首先被調(diào)整，然后設(shè)置投影儀10使得投影光軸25在水平面上垂直于投影表面90延伸，并在投影儀10在多于閾值時(shí)間段內(nèi)保持不動(dòng)之后，即在投影儀10的水平的擺動(dòng)及傾斜角被初始化為0度之后，旋轉(zhuǎn)投影儀10。然而，可以首先設(shè)置投影儀10使得投影光軸25在水平面上垂直于投影表面90延伸，然后使投影儀10在多于閾值時(shí)間段內(nèi)保持不動(dòng)，然后以所需的擺動(dòng)及傾斜角水平地旋轉(zhuǎn)投影儀10。在這種情況下，在判斷投影儀10保持不動(dòng)并且水平的擺動(dòng)及傾斜角被初始化為0度之前，水平的擺動(dòng)及傾斜角優(yōu)選地存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。即使當(dāng)先對(duì)水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)整并且然后調(diào)整垂直角時(shí)，也能通過(guò)使用存儲(chǔ)的水平的擺動(dòng)及傾斜角來(lái)校正圖像失真。
根據(jù)該實(shí)施例，采用了單個(gè)的垂直加速度傳感器。然而，也可以采用兩個(gè)或更多的垂直加速度傳感器，并且輸出被平均以便更精確地測(cè)量投影儀的垂直旋轉(zhuǎn)角。相似地，盡管在該實(shí)施例中采用了兩個(gè)水平加速度傳感器，但也可以在兩個(gè)正交軸上設(shè)置三個(gè)或更多的水平加速度傳感器，從而更精確地獲得投影儀的水平旋轉(zhuǎn)角。
盡管已經(jīng)給出并詳細(xì)地描述了本發(fā)明的特定優(yōu)選實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解，還可以作出各種改變和修改而不背離權(quán)利要求的精神或范圍。
權(quán)利要求
1.一種投影儀裝置，包括投影設(shè)備，用于將圖像投影到投影表面上；至少兩個(gè)位移傳感器，用于檢測(cè)所述投影儀裝置的水平位移，所述位移傳感器互相隔開預(yù)定的距離；旋轉(zhuǎn)角計(jì)算器，用于使用預(yù)定的距離和水平位移來(lái)計(jì)算投影儀裝置在水平面上的旋轉(zhuǎn)角，水平位移是由所述位移傳感器來(lái)檢測(cè)的；以及失真校正器，用于使用旋轉(zhuǎn)角來(lái)校正圖像的失真，圖像是由所述投影設(shè)備投影的，其中由所述旋轉(zhuǎn)角計(jì)算器來(lái)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角，作為水平校正角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的投影儀裝置，還包括傾斜角傳感器，用于檢測(cè)投影儀的垂直傾斜角；其中所述失真校正器使用垂直傾斜角來(lái)校正圖像的失真，圖像是由所述投影設(shè)備投影的，其中由所述傾斜角傳感器來(lái)檢測(cè)垂直傾斜角，作為垂直校正角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的投影儀裝置，其中所述傾斜角傳感器是垂直加速度傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的投影儀裝置，其中所述位移傳感器是兩個(gè)水平加速度傳感器，其中所述水平加速度傳感器沿所述投影設(shè)備的投影光軸分隔開地分別設(shè)置在前位置和后位置上，并設(shè)置在平行于包括所述投影光軸的垂直平面的平面上，并且其中每個(gè)水平加速度傳感器檢測(cè)垂直于所述投影光軸的方向上的水平位移。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的投影儀裝置，其中所述位移傳感器是兩個(gè)水平加速度傳感器，其中所述水平加速度傳感器分隔在所述投影設(shè)備的投影光軸的兩側(cè)，并設(shè)置在垂直于包括所述投影光軸的垂直平面的垂直平面上，并且其中每個(gè)水平加速度傳感器檢測(cè)平行于所述投影光軸的方向上的水平位移。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的投影儀裝置，還包括變焦位置傳感器，用于檢測(cè)所述投影設(shè)備的投影透鏡的光學(xué)變焦單元的調(diào)整位置；其中所述旋轉(zhuǎn)角計(jì)算器基于由所述變焦位置傳感器檢測(cè)到的光學(xué)變焦單元的調(diào)整位置，來(lái)計(jì)算變焦校正角；并且其中所述失真校正器基于由所述旋轉(zhuǎn)角計(jì)算器計(jì)算的變焦校正角，來(lái)校正由所述投影設(shè)備投影的圖像的失真。
7.一種投影儀裝置，包括用于將圖像投影到投影表面上的裝置；用于檢測(cè)所述投影儀裝置的至少兩個(gè)位置的水平位移的裝置，所述兩個(gè)位置互相隔開預(yù)定的距離；用于通過(guò)使用所述預(yù)定的距離和所述水平位移來(lái)計(jì)算所述投影儀裝置在水平面上的旋轉(zhuǎn)角的裝置，所述水平位移是由用于檢測(cè)水平位移的所述裝置來(lái)檢測(cè)的；以及用于使用旋轉(zhuǎn)角來(lái)校正圖像失真的裝置，圖像是由用于投影圖像的所述裝置進(jìn)行投影的，其中由用于計(jì)算旋轉(zhuǎn)角的所述裝置來(lái)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角，作為水平校正角。
8.一種用于校正由投影儀裝置投影的圖像的失真的方法，包括如下步驟檢測(cè)投影儀裝置的至少兩個(gè)位置的水平位移，這兩個(gè)位置互相隔開預(yù)定的距離，其中位移是由在水平面上旋轉(zhuǎn)所述投影儀裝置而產(chǎn)生的；使用所述預(yù)定的距離和檢測(cè)到的水平位移來(lái)計(jì)算所述投影儀裝置的旋轉(zhuǎn)角，其中旋轉(zhuǎn)角是由在水平面上旋轉(zhuǎn)所述投影儀而產(chǎn)生的；以及使用計(jì)算的旋轉(zhuǎn)角作為水平校正角，來(lái)校正由所述投影儀裝置投影的圖像的失真。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有用于校正失真的水平位移傳感器的投影儀。該投影儀裝置具有投影設(shè)備，用于將圖像投影到投影表面上；至少兩個(gè)位移傳感器，用于檢測(cè)投影儀裝置的水平位移，位移傳感器互相隔開預(yù)定的距離；旋轉(zhuǎn)角計(jì)算器，用于使用預(yù)定的距離和水平位移來(lái)計(jì)算投影儀裝置在水平面上的旋轉(zhuǎn)角，水平位移是由位移傳感器來(lái)檢測(cè)的；以及失真校正器，用于使用旋轉(zhuǎn)角來(lái)校正圖像的失真，圖像是由投影設(shè)備投影的，其中由旋轉(zhuǎn)角計(jì)算器來(lái)計(jì)算旋轉(zhuǎn)角，作為水平校正角。該投影裝置即使在以大的水平擺動(dòng)及傾斜角投影圖像時(shí)，也能使單個(gè)操作員容易地校正圖像失真。
文檔編號(hào)G03B21/00GK1885147SQ20061009401
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2006年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月23日
發(fā)明者西田理也 申請(qǐng)人:日本電氣視象技術(shù)株式會(huì)社