专利名称：采用倾角测量设备的投影仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种投影仪，并且具体涉及具有倾角测量设备的投影仪，用于计算投影仪的投影设备的投影的光轴与投影表面的倾角。
背景技术：
液晶技术与DLP(注册的商标)(数字光处理)技术的快速发展伴随着更密致与更高功能性的投影仪的预先发展。伴随此发展，用于图像投影的现有技术的投影仪的使用已扩展，并且现在投影仪用于家庭使用取代显示器型电视作为大尺寸显示设备而得到关注。
然而，与显示型电视比较，投影仪的图像平面可为屏幕或墙壁，并且因此出现图像失真的问题，这由投影仪的投影轴与投影表面之间的关系引起。为了对此问题提供解决方案，日本专利未决公开No.281597/97公开了一种方法，包括用于检测液晶投影仪的安装角的检测装置，以及用于检测液晶投影仪与投影对象之间距离的距离检测装置，从而根据从两个检测结果计算的角，调节液晶显示单元的角。此外，日本专利未决公开No.169211/01公开了一种失真校正方法，其中可控制角的激光指示器的光点(light spot)被投影到弯曲的屏幕；产生用于测量的点像(dot image)并从投影仪投影到屏幕，光点的图像与点像被照相机捕捉，并且测量它们的位置；以及改变点像，直到两点重合，于是帧存储器中点像的象素坐标在输入图像上被转变为光点的坐标，并且在坐标转换参数存储器中设定。在日本专利未决公开No.197249/97中还公开了一种液晶投影仪，其中投影到屏幕上的图像图案(image pattern)经过狭缝并且由线传感器接收，于是此图像图案的反射的光的位置用于查寻到屏幕的距离；在屏幕上改变投影到屏幕上的图像图案，并且基于经过狭缝并由线传感器接收的图像图案的反射的光的位置的改变，找到屏幕的倾角；以及通过控制对角线操作机构以使投影仪单元前后倾斜，实现对角线调节。
已实际使用这些技术，由此如果已知相对于投影仪的投影轴屏幕垂直和水平方向的倾斜，则通过转换投影仪的帧存储器中的坐标，没有失真的图像可投影到屏幕上。这样，日本专利未决公开No.5278/03已公开了一种投影仪，其中在垂直地安装屏幕的前提下，通过重力传感器检测投影仪的倾斜，并且测量特别趋于产生失真的垂直方向的倾斜，然后根据此倾斜，校正失真。
然而，在日本专利未决公开No.281597/97中公开的方法需要机械调节液晶显示单元的角。在日本专利未决公开No.169211/01中公开的方法需要控制激光指示器的角，并且因此需要复杂的结构。在日本专利未决公开No.197249/97中公开的方法需要在屏幕上改变图像图案以检测角，并且因此不能得到实时实现失真校正所需的检测速度。在日本专利未决公开No.5278/03中公开的方法假定屏幕垂直安装，并且因此当屏幕没有垂直安装时，或当屏幕相对于投影仪的投影轴在水平方向倾斜时，不能提供失真的精确校正。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种具有倾角测量设备的投影仪，用于校正图像失真；此投影仪通过简单配置，能够精确地测量相对于投影仪的投影轴屏幕水平与垂直方向的倾斜的角度。
根据本发明具有倾角测量设备的投影仪包括倾角测量设备，用于计算投影设备的投影轴与投影表面之间的倾角，并且该投影仪根据计算的倾角控制显示单元的输出图像以校正投影表面上图像的失真。倾角测量设备包括光引导单元，在投影仪壳体的投影侧表面上提供，并且所述光引导单元以规定方向与投影轴分离；光检测元件，用于通过光引导单元，接收从投影到投影表面的至少两点反射的光；以及倾角计算单元，基于光检测元件的反射的光的光检测位置信息，所述倾角计算单元用于计算投影设备的投影轴与投影表面之间的倾角。
在本发明的第一模式中，倾角测量设备具有用于将至少两点投影到投影表面的激光指示器；数字照相机，具有作为光引导单元的镜头；以及作为光检测元件的摄像元件；以及作为倾角计算单元的图像分析倾角计算单元。激光指示器的投影端口和数字照相机的镜头在投影仪的投影侧表面上提供。激光指示器将至少两点投影到投影表面上，用于建立投影设备的各自的垂直方向与水平方向。激光指示器的投影端口以垂直和/或水平方向距离数字照相机的镜头规定的间距排列，并且数字照相机能够捕捉投影表面上的点的图像。图像分析倾角计算单元，基于数字照相机的摄像元件捕捉的图像，分析连接已由数字照相机捕捉的投影表面上的点的线，即光检测位置信息，和指示投影设备的垂直方向与水平方向的参考线之间的倾角，并且基于此倾角，计算投影设备的投影轴与投影表面之间的倾角。
激光指示器可为三个投影点的点型激光指示器，两个投影线的线型激光指示器，或一个投影垂直线的交叉线型激光指示器。
基于数字照相机的摄像元件的捕捉的图像，参考线与连接由数字照相机捕捉的点的线之间倾角的分析可通过下列步骤实现计算对应捕捉的图像的两边的交叉点以及指示线或连接点的线之一的图象元件的象素数之间的差值；然后利用关联差动的象素数与倾角的预先建立的表计算倾角。
在本发明的第二模式中，投影设备具有测试图案输出功能，用于从投影镜头沿着其中找到倾角的参考平面投影平面光束，以致在投影表面上形成投影图像。倾角测量设备具有光引导单元；作为光检测元件的一对左/右线性排列的摄像元件；以及作为倾角计算单元的光检测位置分析距离/倾角计算单元。光引导单元在投影仪壳体的投影侧表面上提供，并且光引导单元以垂直于参考屏幕的方向与投影轴分离。线性排列的摄像元件以垂直方向在壳体的内部提供到垂直的中心线的左边与右边，所述中心线相对于参考平面在投影轴上面。通过光引导单元，所述线性排列的摄像元件接收投影到投影表面的线的投影图像的反射的光，并且基于高度信息和左侧与右侧线性排列的摄像元件中反射的光的光检测位置的高度差值信息，光检测位置分析距离/倾角计算单元计算投影镜头与投影表面之间的距离以及投影设备的投影轴与投影表面之间的倾角。
测量的倾角可为水平平面中在投影轴与投影表面之间的倾角；并且参考平面为包含投影轴的水平平面。此外，倾角测量设备可包括垂直倾斜传感器，用于在包括投影仪的投影轴的垂直平面检测投影轴的倾角；并且通过将由垂直倾斜传感器检测的垂直平面的倾角与从高度信息和右侧与左侧线性排列的摄像元件中反射的光的光检测位置的高度差值信息计算的水平平面的倾角结合，可控制显示单元的输出图像。测量的倾角可为垂直平面中在投影轴与投影表面之间的倾角，并且参考平面为包含投影轴的垂直平面。投影设备可具有用于调节投影镜头的焦点的焦点调节单元，并且焦点调节单元由在光检测位置分析距离/倾角计算单元中计算的投影镜头与投影表面之间的距离控制。
光引导单元为在投影仪的壳体壁中提供的针孔或光学镜头。
通过从对应倾角预先计算的显示单元的输入图像的校正值中建立LSI控制参数，实现根据投影表面与投影设备的投影轴之间的倾角对显示单元的输出图像的控制，然后控制投影仪图像处理LSI。
投影设备可为包括液晶显示单元的液晶投影仪；或可为包括DMD(数字微镜器件)显示单元、色轮与光源的DLP(注册的商标)投影仪。
在液晶显示单元中通过改变图像的象素的排列，水平方向与垂直方向投影表面与投影设备的投影轴之间的倾角计算的容易使得能够将投影到投影表面的图像修改到正确状态。
得到此效果的原因在于倾角测量设备包括光引导单元，在投影仪壳体的投影侧表面上提供，并且光引导单元以规定方向与投影轴分离；光检测元件，用于通过光引导单元，接收从投影到投影表面的至少两点反射的光；以及倾角计算单元，基于光检测元件的反射的光的光检测位置信息，倾角计算单元用于计算投影设备的投影轴与所述投影表面之间形成的倾角。
第二模式还使得自动的焦点调节成为可能。得到此能力的原因在于基于光检测元件中反射的光的光检测位置信息，在光检测位置分析距离/倾角计算单元中，还可同时计算投影镜头与投影表面之间的距离。
参照示出本发明的例子的附图，从以下描述中，本发明的上述及其它目的、特性与优点将变得更加明显。
图1是根据本发明第一模式，具有倾角测量设备的投影仪的示意框图。
图2A是示出了根据本发明第一模式的第一实施例，具有倾角测量设备的投影仪投影期间投影状态的示意性侧视图。
图2B是根据本发明第一模式的第一实施例，具有倾角测量设备的投影仪的正视图。
图2C是根据本发明第一模式的第一实施例，具有倾角测量设备的投影仪的数字照相机捕捉的图像的示意图。
图3A是示出了根据本发明第一模式的第二实施例，具有倾角测量设备的投影仪的投影状态的示意性侧视图。
图3B是根据本发明第一模式的第二实施例，具有倾角测量设备的投影仪的正视图。
图3C是根据本发明第一模式的第二实施例，具有倾角测量设备的投影仪的数字照相机捕捉的图像的示意图。
图4示出了基于第一模式中差动的象素数，校正液晶显示单元的输出图像的步骤的流程框图。
图5A是示出了根据本发明第一模式的第三实施例，具有倾角测量设备的投影仪的投影状态的示意性侧视图。
图5B是根据本发明第一模式的第三实施例，具有倾角测量设备的投影仪的正视图。
图5C是根据本发明第一模式的第三实施例，具有倾角测量设备的投影仪的数字照相机捕捉的图像的示意图。
图6是根据本发明第二模式的第一实施例，具有倾角测量设备的投影仪的示意框图。
图7A是根据本发明第二模式的第一实施例，具有倾角测量设备的投影仪的正视图。
图7B是示出了根据本发明第二模式的第一实施例，具有倾角测量设备的投影仪的投影状态的示意性侧视图。
图7C是示出了根据本发明第二模式的第一实施例，具有倾角测量设备的投影仪的投影状态的示意性俯视图。
图7D是示出了根据本发明第二模式的第一实施例，根据具有倾角测量设备的投影仪的投影设备的测试图案输出功能，在参考平面中投影的平面光束从垂直的投影表面反射的状态的示意图。
图8是示出了基于一对左/右线性排列的摄像元件中从测试图案投影图像的投影表面反射的光的光检测位置，校正液晶显示单元的输出图像的步骤的流程框图。
图9是示出了当使用凸透镜作为光引导单元时，从投影表面到线性排列的摄像元件反射的光的输入的示意图。
图10是根据本发明第二模式的第二实施例，具有倾角测量设备的投影仪的示意框图。
具体实施例方式
为了便于理解，在当前描述的每幅图的全部模式与实施例中，相同的名称与参考数字指的是相同的组成元件。本说明指的是其中投影仪10为液晶投影仪的情况，但本发明还可应用于DLP(注册的商标)(数字光处理)投影仪。代替用作液晶投影仪的液晶显示单元22，DLP投影仪通常具有DMD(数字微镜器件)显示单元、色轮与光源。
如图1所示，在本发明的第一模式中的投影仪10具有包括投影镜头21与液晶显示单元22的投影设备20；用于控制液晶显示单元22的图像的图像控制单元23；倾角测量设备30；以及用于控制整个操作的CPU(中央处理单元)60。
倾角测量设备30具有在投影表面上用于投影至少两点的激光指示器40；包括镜头51与摄像元件(pickup element)52的数字照相机50以及图像分析倾角计算单元53。如图2A与图2B所示，在投影仪10的照明侧表面上提供了数字照相机50的激光指示器41与镜头51的投影端口。激光指示器41将至少两点81投影到投影表面70，用于建立投影设备20的每个垂直方向与水平方向。数字照相机50的镜头51以垂直与水平方向从激光指示器41的投影端口以规定间隔排列，并且能够捕捉投影表面70的两点81的图像。如图2C所示，基于数字照相机50的摄像元件52的捕捉的图像80，图像分析倾角计算单元53分析被数字照相机50捕捉而连接投影表面70的点81的线和指示投影设备20的垂直与水平方向的参考线之间的倾角，并且基于此倾角，图像分析倾角计算单元53计算投影设备20的投影27的轴与投影表面70之间的倾角。图像控制单元23根据计算的倾角，控制液晶显示单元22的输出图像，并且这样校正在投影表面70上的图像失真。
如图6所示，在本发明第二模式中的投影仪10具有投影设备20，其包括投影镜头21、焦点调节单元26与液晶显示单元22；控制液晶显示单元22的图像控制单元23；倾角测量设备30以及控制整个操作的CPU60。
投影设备20具有测试图案输出功能，用于沿着参考平面28从投影镜头21投影平面光束，其中找到相对于投影表面70的倾角，从而在投影表面70上形成线的投影图像。倾角测量设备30具有针孔54、左对与右对线性排列的摄像元件55L与55R以及光检测位置分析距离/倾角计算单元56。以垂直于参考平面28的方向与投影27的轴分离在投影仪10的壳体的投影侧表面上提供了针孔54。线性排列的摄像元件55在壳体的内部提供，并且相对于参考平面28垂直地在投影27的轴上面的中心线左侧与右侧以垂直方向等距排列。如图7B所示，通过针孔54，光检测投影到投影表面70上从线性投影图像84反射的光32。光检测位置分析距离/倾角计算单元56基于高度信息和左对与右对线性排列的摄像元件55中反射的光32的光检测位置的高度差信息，计算从投影仪10的投影镜头21到投影表面70的距离以及投影设备20的投影27的轴与投影表面70之间的倾角。根据此计算的倾角对于液晶显示单元22的输出图像，图像控制单元23校正投影表面70上的图像失真。此外，基于从投影镜头21到投影表面70计算的距离，控制焦点调节单元26，由此可调节投影镜头21的焦点。
下面是关于本发明第一模式的第一实施例的说明。此配置相同于上述第一模式的配置，并且因此这里省略了配置的说明。
如图2A所示，投影仪10放置在台子90上，并且通常垂直地倾斜，以致图像被投影到诸如屏幕或墙之类的投影表面70上。这样，当其中投影设备20的投影27的轴垂直于投影表面70实现投影时，液晶显示单元22的图像平面被放大并且投影到投影平面上而没有改变，但是投影设备20的投影27的轴相对于投影表面70的倾斜导致来自投影镜头21距离的改变，此改变依赖当与投影27的轴垂直于投影表面70的情况比较时的位置，引起在投影图像平面中的失真问题，例如，由于在距离投影镜头21更远的点所在位置图像平面的放大。已采用各种设计以解决此问题，包括在上述专利文件中提出的这些设计。如果在此情况下能够精确地测量投影设备20的投影27的轴与投影表面70之间的倾角，则可以通过图像控制单元23改变液晶显示单元22的图像的象素的排列，将投影到投影表面70上的图像修改到正确的形状，并且从倾角可数字化地找到改变的角度。
本发明的一个目的是投影设备20的投影27的轴与投影表面70之间倾角的精确评估，并且下文描述的倾角测量设备30达到此目的。
如图2B所示，在倾角测量设备30中，排列三个点型(point-type)激光指示器41a、41b与41c和具有光检测元件52的数字照相机50的镜头51，从而放置在围绕投影设备20的投影镜头21的正方形的顶点。此排列不需精确的正方形。
来自三个点型激光指示器41a、41b与41c的激光束49连接投影表面70上的点81a、81b与81c。图2C表示当点81a、81b与81c被数字照相机50的摄像元件52捕捉时，捕捉的图像80。投影表面70的上部倾斜远离光指示器41a，并且在一位置被捕捉的摄像元件52的图像中，其中该位置在水平方向上与激光指示器41a与激光指示器41b不同，因此图中激光指示器41a的点81a在比激光指示器41b的点81b向右更远的位置显示。类似地，尽管在图中没有示出，投影表面70的左侧也远离激光指示器41b倾斜，并且在摄像元件52的图像中，该图像处于垂直上不同于激光指示器41b和激光指示器41c的位置，因此激光指示器41b的点81b在高于激光指示器41c的点81c的位置显示。
在图像分析倾角计算单元53中，基于捕捉的图像80的象素位置，分析捕捉的图像80中每个点的位置，并且通过规定的计算公式，以垂直和水平方向计算投影设备20的投影轴27与投影表面70之间的倾角，并且结果作为输出提供到图像控制单元23。基于这些倾角，图像控制单元23使用规定的计算公式以改变液晶显示单元22的图像的象素排列，并且因此将投影到投影表面70上的图像修改为正确的形式。
在第一模式的第一实施例中，三个点型激光指示器41a、41b与41c和具有摄像元件52的数字照相机50的镜头51各自排列，以致放置在围绕投影设备20的投影镜头21的正方形顶点。然而，如图3A与图3B所示，在第一模式的第二实施例中，投影垂直的指示线的一线型激光指示器42a排列在围绕投影镜头21的垂直中心线与数字照相机50的镜头51的位置水平对称的位置，并且投影水平的指示线的一线型激光指示器42c排列在围绕投影镜头21的水平中心线与数字照相机50的镜头51的位置垂直对称的位置。
线型激光指示器42a与42c为可显示线的激光指示器，并且通常在高级激光指示器当中找到，并且这些线型激光指示器42a与42c照射投影表面70作为指示线82a与82c。因此通过分析图3C中所示捕捉的图像80的指示线82a与82c的象素位置，在图像分析倾角计算单元53中可计算倾角。以下也成为可能例如通过每条指示线82a与82c得到捕捉的图像80两边的交叉部分的象素位置，计算两个象素位置的象素数的差值，然后通过使用预先准备的关联差动的象素数与倾角的表，计算倾角，由此该过程可比第一实施例简化。
如图4所示，图像分析倾角计算单元53从摄像元件52的捕捉的图像80得到差动的象素数信息，用于垂直差动的象素数86与水平差动的象素数87(步骤S1)，并且基于此差动的象素数信息，产生投影设备20的投影27的轴与投影表面70之间的倾角(步骤S2)。图像控制单元23接收产生的倾角，并且产生LSI控制参数(步骤S3)并控制投影仪的图像处LSI(步骤S4)，由此在液晶显示单元22上输入图像24被校正成为输出图像25。当输出图像25投影到投影表面70上时，此输出图像25变成接近输入图像24的图像。
在第一模式的第二实施例中，如图5A与5B所示，两个线型激光指示器42a与42c分别围绕投影镜头21的垂直中心线与水平中心线水平和垂直对称于数字照相机50的镜头51而排列，但是在第一模式的第三实施例中，一交叉线型激光指示器43在对角线上相对于置于其间的投影设备20的投影镜头21对称于数字照相机50的镜头51而排列。
交叉线型激光指示器43为能够显示交叉线的激光指示器，并且在高级激光指示器中找到，并且此交叉线型激光指示器43将指示线83照射到投影表面70，该指示线83类似于第一模式的第二实施例中的指示线。然后，图5C示出的捕捉的图像80中的指示线83的象素可在图像分析倾角计算单元53中分析以计算倾角，或者如上所述，可计算在具有指示线83的捕捉的图像80的两边交叉部分的象素位置处象素数的差值，然后通过使用已预先准备关联差动的象素数与倾角的表，计算倾角。
下面是关于本发明第二模式的第一实施例。此模式的配置与上述第二模式的模式相同，并且因此这里省略。
与其中投影表面70垂直于投影27的轴的情况比较，当诸如屏幕或墙之类的投影表面70相对于图7B与图7C示出的投影27的轴倾斜时，从投影镜头21到投影表面70的距离由位置改变，并且因为图像由此从距离投影镜头21更远的位置扩展，所以在投影图像中出现失真的问题。这样，如果可精确地测量投影设备20的投影27的轴与投影表面70之间的倾角，则可以通过图像控制单元23改变液晶显示单元22的图像的象素的排列，将投影到投影表面70上的图像修改到正确的形状，并且从倾角可数字化地找到改变的角度。
投影设备20包括测试图案输出功能，用于从投影镜头21沿着参考平面28投影平面光束，其中与投影表面70的倾角被找到，从而在投影表面70上形成直线的投影图像84。如图7D所示，投影光束31象在投影图像84上集中的反射光束32一样以垂直方向反射。如图7A所示，以垂直于参考平面28的方向离投影27的轴一定距离，在投影10壳体的投影一侧的表面提供倾角测量设备30的针孔54。此外，线性排列的摄像元件55L与55R在壳体内部垂直地提供，同时线性排列的摄像元件55L与55R相对于参考平面28在投影27的轴上面对垂直00000000000线左右等分。对于投影到投影表面70上从线性投影图像84反射的光32，线性排列的摄像元件55L与55R光检测通过针孔54入射的反射的光32。如果投影表面70被假定垂直于图7D示出的投影27的轴，则光检测位置(即在垂直放置和左右对称排列的线性排列的摄像元件55L与55R中的高度)将左右相等。然而，如果投影表面70后退到投影表面70’的位置，则经过针孔54的反射的光32将改变为由点划线示出的位置，并且将降低线性排列的摄像元件55L与55R中光检测位置。这样，基于线性排列的摄像元件55L与55R中光检测位置，通过使用预先准备的表，可计算投影镜头21与投影表面70之间的距离。当如图7D所示投影表面70垂直于投影27的轴时，线性排列的摄像元件55L与55R中检测的位置将具有相同的高度，但是如果如图7B与图7C所示，投影表面70在参考平面28上相对于投影27的轴的轴线水平地倾斜，则左侧线性排列的摄像元件55L与右侧线性排列的摄像元件55R中光检测位置的高度将不同。然而，平均的高度将为在由投影的光束31产生的投影27的轴中在垂直方向上的反射光32的高度，并且因此通过此平均高度，计算投影镜头21与投影表面70之间的距离。
当如图7B与7C所示，投影表面70在参考平面28内相对于轴线水平地倾斜时，左侧与右侧线性排列的摄像元件55L与55R中光检测位置的高度如图所示将不同，但是如上所述，这些高度对应投影镜头21与入射到线性排列的摄像元件55L与55R的反射光束32的投影图像84中反射点之间的距离。因此，找到这些高度中的差值就能够找到投影镜头21与入射到线性排列的摄像元件55L与55R的反射光束32的投影图像84中每个输入光束反射点85之间距离差值的近似值。这些输入光束反射点85之间的间距可从如下计算左侧与右侧线性排列的摄像元件55L与55R之间的间距，针孔54与连接左侧与右侧线性排列的摄像元件的线之间的距离，以及接近投影镜头21与反射表面70之间距离的针孔54与反射表面70之间的距离。因此，投影27的轴与投影表面70之间的参考平面28内的倾角可从如下计算输入光束反射点85之间的距离，以及投影镜头21与入射到线性排列的摄像元件55L与55R的反射光束32的投影图像84中每个输入光束反射点85之间距离之间的差值。根据这样计算的倾角，通过在图像控制单元23处控制液晶显示单元22的输出图像，校正投影表面70上图像的失真。此外，基于投影镜头21与投影表面70之间已计算的距离，通过控制焦点调节单元26，还可调节投影镜头21的焦点。
现在参照图8，下面是基于以一对左/右排列的线性排列的摄像元件55中在投影表面70上从检测图案投影图像反射光束32的光检测位置，修改液晶显示单元22的输出图像的步骤的说明。
光检测位置分析距离/倾角计算单元56基于左侧线性排列的摄像元件55L中光检测位置的高度，计算到左侧输入光束反射点85的距离(S11)，基于右侧线性排列的摄像元件55R中光检测位置的高度，计算到右侧输入光束反射点85的距离(812)，然后计算到反射表面70距离的平均值(S13)。
然后，光检测位置分析距离/倾角计算单元56得到左侧与右侧线性排列的摄像元件55L与55R中光检测位置的高度的差值(814)，并且基于到反射表面70距离的平均值以及左侧与右侧线性排列的摄像元件55L与55R中光检测位置的高度的差值，通过执行运算操作或通过参照表，产生投影设备20的光轴27与投影表面70之间的倾角(S15)。
图像控制单元23接收产生的倾角并且产生LSI控制参数(步骤S16)，并且控制投影仪的图像处理LSI(步骤S17)，由此在液晶显示单元22上将输入图像24校正为输出图像25。当投影到投影表面70上时，此输出图像25为接近输入图像24的图像。利用到反射表面70距离的平均值，可控制焦点调节单元26的聚焦伺服电机使得投影镜头21的焦点到投影表面70能够调节。
对此点的说明涉及水平方向倾角的测量，但是在围绕投影27的轴旋转90°的位置使用针孔54与线性排列的摄像元件55能够以垂直方向测量倾角。
此外，在对此点的说明中，光引导单元为针孔，但是如果光引导单元为光学镜头，则可实现相同的测量。当如图9所示使用凸透镜59时，从投影表面70反射光束32入射到线性排列的摄像元件55，类似于使用针孔54时从投影表面70反射光束32。
如图10所示，第二模式的第二实施例的配置与操作与第二模式的第一实施例相同，除了垂直倾斜传感器57的倾角测量设备30以外，其为采用加速检测元件的倾斜传感器(G-传感器)，例如，当设定机器时，该加速检测元件也用于确定中心，并且精确地测量相对于重力方向的倾角并且提供结果作为数字数据。因此相同的组件给定相同的参考数字，并且这里省略这些部件的说明。
由垂直倾角传感器57检测的垂直方向的倾角作为输入应用于光检测位置分析距离/倾角计算单元56。在光检测位置分析距离/倾角计算单元56中，利用通过一对线性排列的摄像元件55测量的光检测位置信息，计算水平方向的倾角，并且结合由垂直倾角传感器检测的垂直方向的倾角，作为输出提供到图像控制单元23。图像控制单元23叠加垂直方向与水平方向的倾角并产生LSI控制参数。这样，当在光引导单元中使用凸透镜59取代针孔54时，同样实施与第一实施例中描述的相同的处理。然而，应当明白尽管本发明的特征与优点已在以上描述中阐述，该公开也仅为示例性的，并且在随附的权利要求内部件的排列可进行改变。
权利要求
1.一种具有倾角测量设备的投影仪，用于将图像投影到投影表面，所述投影仪包括用于将图像投影到所述投影表面的投影设备；倾角测量设备，用于计算所述投影设备的投影轴与所述投影表面之间形成的倾角；以及图像控制单元，用于根据计算的倾角控制所述投影设备的输出图像以校正投影到所述投影表面的图像的失真；其中所述倾角测量设备包括光引导单元，在所述投影仪壳体的投影侧表面上提供，并且所述光引导单元在规定方向上与所述投影轴分离；光检测元件，利用所述光引导单元，用于接收从投影到所述投影表面的至少两点反射的光；以及倾角计算单元，基于所述光检测元件的所述反射光的光检测位置信息，用于计算所述投影设备的所述投影轴与所述投影表面之间形成的倾角。
2.如权利要求1所述的具有倾角测量设备的投影仪，其中所述倾角测量设备具有用于将至少两点投影到所述投影表面的激光指示器；数字照相机，具有作为所述光引导单元的镜头；以及作为所述光检测元件的摄像元件；以及作为所述倾角计算单元的图像分析倾角计算单元；所述激光指示器的投影端口和所述数字照相机的镜头在所述投影仪的投影侧表面上提供；所述激光指示器将至少两点投影到所述投影表面上，用于建立所述投影设备的各个垂直方向与水平方向；所述激光指示器的投影端口在垂直和/或水平方向以距离所述数字照相机的所述镜头规定的间距排列，并且所述数字照相机能够捕捉所述投影表面上的所述点的图像；以及所述图像分析倾角计算单元分析所述数字照相机的所述摄像元件捕捉的图像，以得到作为光检测位置信息的已由所述数字照相机捕捉的在所述投影表面上连接图像的点的线与指示所述投影设备的垂直方向与水平方向的参考线之间的倾角，并且基于此倾角，计算所述投影设备的所述投影轴与所述投影表面之间形成的倾角。
3.如权利要求2所述的具有倾角测量设备的投影仪，其中所述激光指示器为投影点的点型激光指示器；并且排列三个所述点型激光指示器与所述数字照相机的所述镜头，以致它们每个位于围绕所述投影设备的投影镜头的正方形的各个顶点。
4.如权利要求2所述的具有倾角测量设备的投影仪，其中所述激光指示器为投影线的线型激光指示器；并且围绕所述投影设备的投影镜头，投影垂直指示线的一线型激光指示器围绕所述投影镜头的垂直中心线排列在水平对称于所述数字照相机镜头的位置，投影水平指示线的一线型激光指示器围绕所述投影镜头的水平中心线排列在垂直对称于所述数字照相机镜头的位置。
5.如权利要求2所述的具有倾角测量设备的投影仪，其中所述激光指示器为投影垂直线的交叉线型激光指示器；并且一交叉线型激光指示器排列在对角线上相对于置于其间的所述投影设备的所述投影镜头对称于所述数字照相机镜头的位置，以致所述交叉线型激光指示器投影水平与垂直指示线。
6.如权利要求2所述的具有倾角测量设备的投影仪，其中基于所述数字照相机的摄像元件的捕捉的图像，所述参考线与连接由所述数字照相机捕捉的点的所述线之间倾角的分析通过下列实现找到象素位置，该象素位置对应于连接多个点与所述捕捉的图像的两边的所述线的交点，并且计算这两个象素位置的象素数的差值；以及利用关联差动的象素数与倾角的预先准备的表，计算倾角。
7.如权利要求2所述的具有倾角测量设备的投影仪，其中通过利用对应所述倾角预先计算的所述显示单元的输入图像的校正值准备LSI控制参数，实现根据所述投影设备的投影轴与所述投影表面之间形成的倾角对所述显示单元的输出图像的控制，然后控制投影仪的图像处理LSI。
8.如权利要求2所述的具有倾角测量设备的投影仪，其中所述投影设备包括液晶显示单元。
9.如权利要求2所述的具有倾角测量设备的投影仪，其中所述投影设备包括DMD(数字微镜器件)显示单元、色轮与光源。
10.如权利要求1所述的具有倾角测量设备的投影仪，其中所述投影设备具有测试图案输出功能，用于从所述投影设备的投影镜头沿着其中找到所述倾角的参考平面投影平面光束，以致在所述投影表面上形成由连续点组成的线性投影图像；所述倾角测量设备具有所述光引导单元；作为所述光检测元件的一对左/右线性排列的摄像元件；以及作为所述倾角计算单元的光检测位置分析距离/倾角计算单元；其中所述光引导单元在所述投影仪壳体的投影侧表面上提供，并且所述光引导单元在垂直于所述参考平面的方向与所述投影轴分离；所述线性排列的摄像元件以垂直方向在所述壳体的内部提供到相对于所述参考平面在所述投影轴上面的垂直中心线的左边与右边，并且利用所述光引导单元，所述线性排列的摄像元件光检测投影到所述投影表面的所述线性投影图像的反射光；以及基于高度信息和所述左侧与右侧线性排列的摄像元件中所述反射光的光检测位置的高度差值信息，所述光检测位置分析距离/倾角计算单元计算所述投影镜头与所述投影表面之间的距离以及所述投影设备的所述投影轴与所述投影表面之间形成的倾角。
11.如权利要求10所述的具有倾角测量设备的投影仪，其中测量的倾角为在所述投影轴与所述投影表面之间在水平方向形成的倾角，并且所述参考平面为包含所述投影轴的水平平面。
12.如权利要求11所述的具有倾角测量设备的投影仪，其中所述倾角测量设备还包括垂直倾斜传感器，用于在包括所述投影仪的所述投影轴的垂直平面检测所述投影轴的倾角；并且通过将由垂直倾斜传感器检测的垂直平面的倾角与从高度信息和所述右侧与左侧线性排列的摄像元件中所述反射光的光检测位置的高度差值信息计算的水平平面的倾角结合，控制所述显示单元的输出图像。
13.如权利要求10所述的具有倾角测量设备的投影仪，其中测量的倾角为垂直平面中所述投影表面与所述投影轴之间形成的倾角，并且所述参考平面包含所述投影轴的垂直平面。
14.如权利要求10所述的具有倾角测量设备的投影仪，其中所述投影设备具有用于调节所述投影镜头的焦点的焦点调节单元，并且所述焦点调节单元由在所述光检测位置分析距离/倾角计算单元中计算的所述投影表面与所述投影镜头之间的距离控制。
15.如权利要求10所述的具有倾角测量设备的投影仪，其中所述光引导单元为在所述投影仪的壳体壁中提供的针孔。
16.如权利要求10所述的具有倾角测量设备的投影仪，其中所述光引导单元为在所述投影仪的壳体壁中提供的光学镜头。
17.如权利要求10所述的具有倾角测量设备的投影仪，其中通过从对应所述倾角预先计算的所述显示单元的输入图像的校正值中准备LSI控制参数，实现根据所述投影表面与所述投影设备的所述投影轴之间形成的倾角对所述显示单元的输出图像的控制，然后控制投影仪的图像处理LSI。
18.如权利要求10所述的具有倾角测量设备的投影仪，其中所述投影设备包括液晶显示单元。
19.如权利要求10所述的具有倾角测量设备的投影仪，其中所述投影设备包括DMD(数字微镜器件)显示单元、色轮与光源。
全文摘要
一种具有倾角测量设备的投影仪具有用于将图像投影到投影表面的投影设备；倾角测量设备，用于计算投影设备的投影轴与投影表面之间形成的倾角；以及图像控制单元，用于根据计算的倾角控制投影设备的输出图像并且这样校正投影到投影表面的图像的失真。倾角测量设备包括光引导单元，在投影仪壳体的投影侧表面上提供，并且光引导单元以规定方向与投影轴分离；光检测元件，用于通过光引导单元，光检测从投影到投影表面的至少两点反射的光；以及倾角计算单元，基于光检测元件的反射的光的光检测位置信息，倾角计算单元用于计算投影设备的投影轴与投影表面之间形成的倾角。
文档编号H04N17/00GK1599441SQ20041008249
公开日2005年3月23日 申请日期2004年9月20日 优先权日2003年9月19日
发明者田村阳一 申请人:日本电气视象技术株式会社