专利名称：倾斜角检测装置和倾斜角检测方法
技术领域：
本发明涉及一种倾斜角检测装置和倾斜角检测方法。
背景技术：
自动对焦照相机等包括用于测量到照相主体的距离的距离测量传感器。作为这类距离测量传感器，存在被动方法距离测量传感器，例如在未审日本专利申请公开No.H15-057531中所公开的距离测量传感器(见第2和3页，以及图3)。正如图22所示的，这类被动方法距离测量传感器包括一对透镜51a和51b，以及光传感器阵列52a和52b。
设置透镜51a和51b，以具有一距离b。C1和C2是透镜51a和51b的中心线。中心线C1和C2与来自照相主体的光线相匹配，并且相互平行，其中照相主体存在于对于透镜51a和51b无限远的位置。设置光传感器阵列51a和52b，使得它们分别垂直于中心线C1和C2。
照相主体53的图像数据串L0和R0被形成到光传感器阵列52a和52b的每一个。在这类距离测量传感器中，通过公式1，获得从透镜51a和51b到照相主体53的距离。
L·b·f(x1+x2)]]>当照相主体53放置在比对于透镜51a和51b无限远的位置更近的位置时，发生相差(x1+x2)。
距离测量传感器利用光传感器阵列51a的数据串L1和数据串R1获得相关函数值，同时例如在光传感器51b上偏移数据串R1。然后，来自中心线C1和C2(其中相关值是局部最大)的滞后(偏移)量变成相差(x1+x2)。
屏幕(作为来自投影仪的投影光被投射的投影表面)的倾斜角可以通过应用这类距离测量传感器到投影仪中来获得。利用该投影仪，由于屏幕的倾斜角，使得在屏幕上成像的投影图像变形。因此，当调整投影图像时，屏幕相对于投影仪的投影光的光轴的倾斜角变得必要。
为了获得这种屏幕的倾斜角，投影仪被构造使得投影仪包括距离测量传感器。然后，首先，投影仪将图形光(其中明亮/黑暗部分排成一行)投射到屏幕上，以及距离测量传感器接收来自投影的图形的两个距离测量窗口的反射光。接下来，在从两个距离测量窗口接收到反射光的情况下，投影仪分别测量相差，并且根据分别获得的相差，测量到屏幕上的多个距离测量点的距离。如果可以获得到屏幕上的多个距离测量点的距离测量数据，则根据该距离测量数据可以获得屏幕的倾斜角。
但是利用这类距离测量传感器的倾斜角检测设备，即使测量到在屏幕上的多个距离测量点的距离，如果图形的投影位置稍微偏移，检测的距离也会发生变化。因此，即使通过检测距离获得屏幕表面的倾斜角，也不能以高精确度获得倾斜角。
发明内容
考虑以上背景作出本发明，并且本发明的目的在于提供一种倾斜角检测装置和倾斜角检测方法，其能够精确地检测投影表面的倾斜角。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面的倾斜角检测装置包括图形绘制单元(23)，其通过将等距离连续的图案图形的投影光连续地投射到投影表面上，同时偏移所述图案，来绘制所述等距离连续的图案图形，其中所述等距离连续的图案图形具有多个图案，使得以等距离连续地设置明亮部分；传感器单元(31A、31B)，其包括多个光接收单元，所述多个光接收单元被设置为彼此具有预定距离，设置中心线作为中心，以及在所述多个光接收单元处，所述传感器单元(31A、31B)连续地接收绘制在所述投影表面上的所述等距离连续的图案图形的反射光；以及倾斜角获取单元(12A、12B)，其中，所述传感器单元(31A、31B)根据在接收到所述等距离连续的图案图形的反射光时的多个相差，连续地获取所述投影光的投影点与等距离连续的图案图形之间的平均距离，当所述传感器单元接收到平行光时在所述光接收单元上的成像位置、与当所述传感器单元接收到所述等距离连续的图案图形的反射光时在所述光接收单元上的成像位置、之间的每个滞后量的总和被设置作为所述相差，以及根据所获取的平均距离，来获取所述投影表面的倾斜角。
根据本发明的第二方面的倾斜角检测方法包括绘制步骤，用于通过将等距离连续的图案图形的投影光连续地投射到投影表面上，同时偏移所述图案，来绘制所述等距离连续的图案图形，其中所述等距离连续的图案图形具有多个图案，使得以等距离来连续地设置明亮部分；光接收步骤，用于在多个接收单元处，连续地接收来自绘制在所述投影表面上的所述等距离连续的图案图形的反射光，所述多个接收单元被设置为彼此具有预定距离；以及倾斜角获取步骤，用于根据在接收到所述等距离连续的图案图形的反射光时的多个相差，连续地获取所述投影光的投影点与等距离连续的图案图形之间的平均距离，当所述传感器单元接收到平行光时在所述光接收单元上的成像位置、与当所述传感器单元接收到所述等距离图案图形的反射光时在所述光接收单元上的成像位置、之间的每个滞后量的总和被设置作为所述相差，以及根据所获取的平均距离，来获取所述投影表面的倾斜角。
根据本发明，可以提供能够精确地检测投影表面的倾斜角的倾斜角检测装置和倾斜角检测方法。
通过阅读以下详细说明和附图，本发明的该目的和其它目的以及优点将变得更加明显，其中图1是显示根据本发明第一实施例的投影仪的结构的方框图；图2是显示图1所示的梯形校正单元的操作的视图，其中(1)表示输入图像，(2)表示投影图象，以及(3)表示逆变换图像。
图3是显示图1所示的水平图形产生单元产生的水平图形的视图；图4是显示在图1所示的传感器控制器获得平均相差的情况下的误差容限的视图；图5是显示图1所示的投影仪和屏幕的位置关系的视图；图6是显示图1所示的投影仪和距离测量传感器的固定关系的视图，其中(1)是投影仪的前表面视图，以及(2)是投影仪的侧表面视图；图7是显示图1所示的相差角传感器的操作的流程图；图8是显示图1所示的传感器控制器获取平均相差的情况下的误差容限的视图，其中传感器控制器改变图3所示的图形的滞后量；图9是显示图1所示的传感器控制器获取平均相差的情况下的误差容限的视图，其中传感器控制器改变图3所示的图形的滞后量；图10是用于描述待测量的距离和相差之间关系的视图；图11是用于描述根据本发明第二实施例在没有执行预先距离测量的情况下的错误距离测量的视图；图12是显示使用在预先距离测量中的三个非连续的图形的视图；图13是表示在执行预先距离测量的情况下相关函数的局部最大值的视图；
图14是显示根据本发明第二实施例的投影仪的操作的流程图；图15是显示在执行预先距离测量的情况下相关函数的局部最大值和搜索范围之间的关系的视图；图16是显示在执行预先距离测量的情况下相关函数的局部最大值和搜索范围之间的关系的视图；图17是用于描述第二实施例的应用的视图；图18是显示使用在预先距离测量中的双倍间距的等距离连续的有条纹图案图形的视图；图19是显示在使用图18所示的图形执行预先距离测量的情况下相关函数的局部最大值与搜索范围之间的关系的视图；图20是显示根据第三实施例的投影仪的图形的视图；图21是显示在图20所示的投影仪中作为测量结果的相关函数的局部最大值与搜索范围之间关系的视图；以及图22是用于描述距离测量传感器的操作的视图。
具体实施例方式
(第一实施例)图1示出了根据本发明第一实施例的投影仪的结构。
根据本发明第一实施例的投影仪1包括投影仪绘制单元11、相差角传感器12A和12B、以及投影仪控制单元13。
投影仪绘制单元11用于将基于图形或者输入图像信号的投影图像投射到屏幕2上，并且包括定标装置21、梯形校正单元22、信号选择单元23、投影光转换单元24、光学机构单元25、水平图形产生单元26、以及垂直图形产生单元27。
定标装置21调整输入图像信号的分辨率。
梯形校正单元22对定标装置21调整过分辨率的图像信号执行梯形校正。
根据屏幕2的倾斜角θH和θV，梯形校正单元22将调整之后的投影图像的位置和形状设置到调整之前的投射到屏幕2上的投影图像的内侧。然后，梯形校正单元22通过图像信号的投影变换，按时间连续地执行梯形校正。倾斜角θH是在屏幕2的水平方向上相对于投影光的光轴的倾斜角，以及倾斜角9V是在屏幕2的垂直方向上的倾斜角。
现在将描述由梯形校正单元22执行的梯形校正。
假设提供如图2(1)所示的四边形abcd的图像的图像信号，以及因为屏幕2相对于投影光的光轴以倾斜角θH和θV倾斜，所以在屏幕2上的投影图像变成如图2(2)的四边形a’b’c’d’。梯形校正单元22切割四边形p’q’r’s’，使得它放置在四边形a’b’c’d’内。梯形校正单元22逆变换四边形p’q’r’s’，以及产生图2(3)所示的逆变换图像pqrs。通过将逆变换图像投射到屏幕2上，没有失真的投影图像就会成像在屏幕2上。
信号选择单元23选择和输出水平图形产生单元26产生的水平图形、垂直图形产生单元27产生的垂直图形、以及梯形校正单元22产生的投影图像其中之一。
投影光转换设备24将信号选择单元23选择和输出的图像信号转换成投影光。
光学机构25执行聚焦控制，使得图像成像在屏幕2上，以及将投影光转换设备24转换的投影光投射到屏幕2上。
水平图形产生单元26产生投射到屏幕2上的图形#0到#7，如图3所示。
当测量到相对于水平表面的水平方向上的多个距离测量点的距离时，投影这些水平图形。
在图3中，在每个图形中，白色四边形代表图形的明亮部分，以及阴影部分代表图形的背景和黑暗部分。每个图形的明亮部分的中心到紧挨该明亮部分的明亮部分的中心之间的距离是1个间距。根据投影在屏幕2上的图形#0到#7的尺寸以及距离测量传感器31A的分辨率等等，设置图形间距。在图3中，由框示出的两个距离测量窗口表示相差角度传感器12A在投影图像的左到右的方向上执行距离测量的区域。
每个图形#0到#7的图案逐渐偏移。将这些图形#0到#7连续地投射到屏幕2上，以取消图形的误差容限分量，以及提高倾斜角θA和θH的精确度。
以下将说明这样做的原因。
可以利用图形间距(重复间隔)表示每个图形的滞后量(偏移量)。如果每个图形的1个间距是360度，以及图形的数目为8，如图3所示，则每个图形#0到#7的滞后量为360÷8＝45度，被平均地划分。
当利用度数来表示每个图形的滞后时，将图形#0设置为标准，则图形#0到#7的每一个的滞后度数为0度、45度、90度、135度、180度、225度、270度和315度。
图4(1)所示的误差容限分量近似被分解为图4(2)的误差容限分量A和图4(3)所示的误差容限分量B。根据试验获得该结果。
即，由公式2表示相差误差容限分量。
e＝a·sin(θ+θ01)+b·sin(θ+θ02)但是，第一项表示误差容限分量A，以及第二项表示误差容限分量B，θ是作为标准的图形#0的滞后度数，θ01和θ02是图形#0的初始滞后，以及a和b是根据图形间距和光学属性等确定的常数。
如果选择图形使得建立公式3所示的关系公式，则可以将误差容限做得更小。
Σn=0n-1sin(θn+θ01)=0]]>Σk=0k-1sin2(θk+θ02)=0]]>在这方面，n是图形的数目，并且是2的倍数，等于或者大于4，k是图形编号0到n-1，以及θk是当图形#k中的图形#0为标准时的滞后度数。
通过按照这种方式选择图形，通过将在与滞后周期相同的周期中出现的误差容限、和在半个滞后周期中出现的误差容限进行平均，图形#0到图形#7的误差容限被取消。如果图形#0到#7的误差容限变得更小，则倾斜角θH和θV的精确度会变得更高。
返回图1，垂直图形产生单元27产生投影在屏幕2上的八个垂直图形，如图3所示。
当测量到相对于水平表面的垂直方向上的多个距离测量点的距离时，投影这些垂直图形。
每个相差角传感器12A和12B测量到屏幕2上的、在测量线的水平方向和垂直方向上的多个距离测量点的距离，并且根据测量的距离，获得屏幕2的倾斜角θA和θB。如图5所示，倾斜角θA和θB是在相差角传感器12A和12B(距离测量传感器31A和31B)的屏幕2的方向上理想屏幕相对于中心线CO(连接距透镜51a和透镜51b的每个中心相等距离的点的线，如图22所示)的倾斜角，和真实屏幕2(连接屏幕2上的测量点P1和P2的线)的倾斜角。
相差角传感器12A包括距离测量传感器31A和传感器控制器32A。相差角传感器12B包括距离测量传感器31B和传感器控制器32B。
距离测量传感器31A和31B接收来自屏幕2的距离测量窗口的反射光，以及通常，如图22所示，被用于测量到屏幕2上的距离测量点的距离。这些距离测量传感器31A和31B是相差格式的传感器，其具有可以测量多个方向的距离的多距离测量功能。
在信号选择单元23选择水平图形的情况下，如图5所示，距离测量传感器31A和31B接收来自屏幕2上的两个距离测量窗口的中心点P1和P2的反射光，中心点P1和P2相对于距离测量传感器31A和31B的中心线CO以角度θw被定位在左边和右边。
在图5中，由S1表示的表面是距离测量传感器31A和31B的中心线CO垂直穿过的理想屏幕表面，以及θs是屏幕2到理想屏幕表面的倾斜角。R和L各表示投影仪1与距离测量窗口中的距离测量点P1和P2之间的距离。角度θw表示距离测量传感器31A和31B的中心线CO与距离测量点P1和P2的每一个之间的角度，以及θN表示对应于每个距离测量窗口的宽度的角度，如图3所示。
考虑距离测量传感器31A，当距离测量传感器31A接收到来自屏幕2上的右边距离测量窗口的中心点P1的反射光时，如图3所示，在右边距离测量窗口中的图形的图像被形成在光传感器阵列52a和52b上，如图22所示。
正如图6(1)所示，距离测量传感器31A和31B被放置在投影透镜28附近，使得中心线Ca和Cb(连接两个光传感器阵列52a和52b的中心点的线)垂直。
如图6(2)所示，相对于距离测量传感器31A和31B的投影仪1的投影光的光轴的仰角被假设为θp。仰角θp不局限于正值，可以是负值或者零。
在仰角θp为零的情况下，投影透镜28的光轴和距离测量传感器31A和31B的中心线CO匹配，以及图5所示的S1变成理想屏幕表面，其垂直于投影透镜28的中心线。但是，在仰角θp不为零的情况下，投影透镜28的理想屏幕表面与距离测量传感器31A和31B的理想屏幕表面不匹配。
距离测量传感器31A和31B的每一个将接收的光提供给传感器控制器32A和32B，作为传感器数据。
传感器控制器32A控制水平图形产生单元26、信号选择单元23和距离测量传感器31A，以获得倾斜角θA。传感器控制器32B控制垂直图形产生单元27、信号选择单元23和距离测量传感器31B，以获得倾斜角θB。
在传感器控制器32A获得倾斜角θA的情况下，传感器控制器32A连续地输出水平图形#0到#7到信号选择单元23，作为用于绘制水平图形的水平图形绘制指示。然后，传感器控制器32A输出传感器控制信号给距离测量传感器31A，用于距离测量传感器31A执行传感器操作，以及在接收到来自图形#0到#7的反射光的情况下获取来自距离测量传感器31A的八个传感器数据。
传感器控制器32A获得距离测量传感器31A的两个左和右光传感器阵列52a和52b的两个数据串的相关值，如图22所示，以及通过获得局部最大值来获得每个相差。传感器控制器32A通过对八个相差进行平均来获得平均相差，以及根据获得的平均相差来获得到点P1和P2的平均距离。
使用公式4，通过平均相差，来获取到距离测量点的距离。
L＝f1(AL)＝K1÷(AL+K2)R＝f2(AR)＝K3÷(AR+K4)关于这个公式K1、K2、K3和K4是常数；L是到左侧距离测量窗口的点P2的距离；R是到右侧距离测量窗口的点P1的距离；AL是平均相差(左侧)；以及AR是平均相差(右侧)。
此外，如图5所示，通过使用公式5，传感器控制器32A获得理想屏幕表面和真实屏幕2的角度θs。
θs=f3(L,R)=arctan(R-LR+L·cotθw)]]>传感器控制器32A将获得的角度θs作为倾斜角θA提供给投影控制单元13。
与传感器控制器32A相同的方式，在传感器控制器32B获得倾斜角θB的情况下，传感器控制器32B连续地输出垂直图形#0到#7到信号选择单元23，作为用于绘制水平图形的垂直图形绘制指示。然后，传感器控制器32B获取来自距离测量传感器31B的八个传感器数据。并且按照与传感器控制器32A相同的方式获取角度θs。传感器控制器32B将获取的角度θs作为倾斜角θB提供给投影仪控制单元13。
投影仪控制单元13控制投影仪1，并根据倾斜角θA和θB获取倾斜角θH和θV，其中倾斜角θA和θB的每一个都从传感器控制器32A和32B提供。在投影仪控制单元13获取倾斜角θH和θV的情况下，投影仪控制单元13输出传感器操作开始命令到传感器控制器32A和32B的每一个。
根据公式6所示的关系公式，通过利用倾斜角θA和θB来代替倾斜角θH和θV，可以获取倾斜角θH和θV。
θH＝arctan(tanθA·cosθB)θV＝θB-θp然后，投影仪控制单元13将获取的屏幕2的倾斜角θH和θV提供给梯形校正单元22。
接下来，描述根据第一实施例的投影仪1的操作。
在投影仪控制单元13获取屏幕2的倾斜角θH和θV的情况下，投影仪控制单元13发送传感器操作开始命令给传感器控制器32A和32B的每一个。
当传感器控制器32A和32B从投影仪控制单元13接收到传感器操作开始命令时，相差角传感器12A和12B的每一个执行用于获取倾斜角θA和θB的处理。
首先，根据图7所示的流程图，传感器控制器32A获取倾斜角θA。
当测量到点P2和P1的距离时的相差的每一个被设置为BL和BR，以及传感器控制器32A将相差BL和BR的总值SL和SR设置为零(步骤S11)。
传感器控制器32A将计数数目n设置为零(步骤S12)。计数数目n表示测量到屏幕2上的图形的距离的次数。
传感器控制器32A输出水平图形绘制指示给信号选择单元23，以便投影图形#n(步骤S13)。信号选择单元23从传感器控制器32A接收该指示，并且选择和输出水平图形产生单元26产生的图形#n。
投影光转换设备24将信号选择单元23选择和输出的图形#n转换为图形投影光。
光学机构单元25执行聚焦控制等等。投影光转换设备24转换的图形#n的图形投影光被投射到屏幕2上。
传感器控制器32A控制距离测量传感器31A，以执行距离测量(步骤S14)。距离测量传感器31A测量到所测量的距离测量点P2和P1的距离L、R，以及将传感器数据提供给传感器控制器32A。
传感器控制器32A从距离测量传感器31A获取距离L和R(步骤S15)。
传感器控制器32A根据所获取的距离L和R来获取相差BL和BR(步骤S16)。
传感器控制器32A将相差BL和BR加到相差总值SL和SR上，以及保留相加的值作为新的相差总值SL和SR(步骤S17)。
传感器控制器32A将计数数目n增加一(步骤S18)。
传感器控制器32A确定计数数目n是否小于8(n＜8)(步骤S19)。
在确定计数数目n小于8的情况下(步骤S19是)，传感器控制器32A再次执行步骤S13到S18的处理。
通过传感器控制器32A连续地执行步骤S13到S18的处理，当计数数目n变为8时，传感器控制器32A确定计数数目不小于8(步骤S19，否)。
在确定计数数目n不小于8的情况下，传感器控制器32A将每个相差值SL和SR除以8，并获取平均相差AL和AR，作为它的商(步骤S20)。
传感器控制器32A根据公式4获取距离L和R(步骤S21)。
传感器控制器32A根据公式5获取角度θs(步骤S22)。
传感器控制器32A将获取的角度θs作为倾斜角θA提供给投影仪控制单元13，并且结束处理。
传感器控制器32B执行与传感器控制器32A相同的处理。即，传感器控制器32B控制信号选择单元23，控制距离测量传感器31B，以及根据从距离测量传感器31B获得的传感器数据来获取角度θs。然后，传感器控制器32B将θs作为倾斜角θB提供给投影仪控制单元13。
投影仪控制单元13根据关系公式6，利用倾斜角θH和θV代替倾斜角θA和θB，其中倾斜角θA和θB每一个都从传感器控制器32A和32B提供。
因为通过投影仪控制单元13获得的倾斜角θH和θV是基于平均相差，通过测量到图形#0到#7的距离而获得的值，所以误差容限e的平均值变为大约零。因此，倾斜角θH和θV的精确度变得更高。
投影仪控制单元13将屏幕2的倾斜角θH和θV提供给投影仪绘制单元11的梯形校正单元22。
梯形校正单元22根据屏幕2的倾斜角θH和θV执行梯形校正。在信号选择单元23选择梯形校正单元22的输出信号的情况下，投影光转换单元24将通过梯形校正单元22调整的图像信号转换成投影光，并且经由光学机构单元25将该投影光投射到屏幕2。精确调整的投影图像被成像到屏幕2上。
如上所述，根据本发明的第一实施例，在将要获得屏幕2的倾斜角θH和θV的情况下，投影光转换设备24将水平图形产生单元26和垂直图形产生单元27产生的八个图形分别投射到屏幕2上。传感器控制器32A和32B根据来自距离测量传感器31A和31B的传感器数据，获取平均相差，以及根据获取的平均相差，来获取到屏幕2上的距离测量窗口的距离测量点P1和P2的距离。
因此，通过被取消，所获取的平均相差的相差的误差容限变为零，以及可以精确地测量到距离测量点P1和P2的距离。根据按照这种方式获取的距离，可以获取屏幕2的高精确的倾斜角θH和θV。
因为由投影仪1投影了真实图形，所以存在每个图形的滞后选择受限的情况，图形#0作为标准。即，在使用LCD或者DMD(数字微镜器件，商标)的数字投影仪中，因为可以按照多个像素单元显示图形，所以存在不能偏移图形45度的情况。
在这种情况下，不采用在每个图形中偏移45度的八个值，而是通过选择两组以90度划分的四个值，倾斜角θH和θV变得更精确。
例如，每个图形#0到#7的滞后量被设置为0度、30度、90度、120度、180度、210度、270度和300度，图形#0为标准。
通过按照这种方式设置图形的滞后量，意味着提供0度、90度、180度、270度的一组，以及30度、120度、210度和300度的一组。
图形的数目可以是六。在图形数目为六的情况下，在0度、60度、120度、180度、240度和300度处的每个图形的滞后量被设置，作为图形#0到#5，图形#0作为标准。
即，如果概括公式4，由公式7表示误差容限ek。
ek＝a·sin(θk+θ01)+b·sin(θk+θ02)如果设置图形#0到#n-1的滞后量使得误差容限ek变成如公式3所示的关系，则平均相差误差容限E变为零，如公式8所示。即，通过平均化误差容限ek，取消了误差容限。
F=1nΣn=0n-1ek=0]]>图8是表示在图形#0到#7的滞后量的每一个被设置为0度、30度、90度、120度、180度、210度、270度和300度的情况下的误差容限分量的示意图。如图8所示，同样在这种情况下，当按照这种方式设置每个图形的滞后量时，取消了误差容限。
图9是表示在图形#0到#5的滞后量的每一个被设置为0度、60度、120度、180度、240度和300度的情况下的误差容限分量的示意图。可以看到通过平均化误差容限ek，误差容限E变为零。虽然在图形数目为六的情况下，精确度稍微低于图形数目为8的情况，但是可以测量高度精确的距离。
在投影仪1具有变焦机构以及变焦可变范围是宽的情况下，由此图形间距的波动需要被控制得很小。因为由投影光投影图形，所以间距变化受变焦所影响，但是因为距离测量传感器31A和31B与投影仪1的光学系统独立，所以它们不受变焦的影响。同样在此时，通过选择两组以90度划分的4个值，精确度变得更高。
(第二实施例)根据本发明第二实施例的投影仪执行预先距离测量，以便防止由等距离连续的有条纹图案图形引起的错误的距离测量。
首先，将描述错误的距离测量的发生。
例如，假设相差和由距离测量传感器31A和31B所测量的结果的距离具有对应关系，如图10所示。
在距离测量范围是0.6到6米的情况下，当将距离测量范围对应到相差的搜索范围时，相差的搜索范围变为16到30比特。
当距离测量传感器31A和31B在光传感器阵列51b上偏移一个数据串R1(如图22所示)，以及获取光传感器阵列51a的数据串L1和数据串R1的相关值(如图11(1)所示)时，在与每个图形的间距相同的距离中，距离测量传感器31A和31B获得的相关函数值具有局部最大值。相关函数值是由距离测量传感器31A和31B的每一个获得的值，距离测量传感器31A和31B的每一个获取距离测量传感器31A和31B包括的两个光传感器阵列52a和52b的数据串的相关性。局部最大值周期性的出现，因为距离测量传感器31A和31B接收的图形#0到#7具有等距离连续的有条纹图案。
F是来自距离测量传感器31A或者31B的相差的远侧极限，并且是16比特，而N是来自距离测量传感器31A或者31B的相差的近侧极限，并且为30比特。相关函数值变为局部最大的相差是在这个相差搜索范围内搜索的。
如上所述，利用距离测量传感器31A和31B的分辨率，通过投影在屏幕2上的图形#0到#7的尺寸和关系等等，设置图3所示的图形#0到#7的每个间距。在使用等距离连续的有条纹图案图形执行测量的情况下，其中1个间距是10比特宽度的传感器像素变换，每10比特存在相关函数值的局部最大值。
如图11(1)所示，在作为搜索范围的16到30比特的范围中，即使在18比特的相差处存在相关函数值的局部最大值A，在28比特相差(相差10比特)处也存在相关函数的局部最大值B的情况。在这种情况下，传感器控制器32A和32B确定对应于局部最大值A或者局部最大值B的较大局部最大值的相差作为校正值。利用图形和距离测量传感器31A和31B之间的像素的微小位置关系，来确定局部最大值A和局部最大值B的大小关系，并且不总是对应于实际距离。
以这种方式，在局部最大值A和局部最大值B处于搜索范围中的情况下，它可以引起错误的误差测量。例如，如图11(2)所示，如果局部最大值A稍大于局部最大值B，则存在传感器控制器32A和32B确定距离为2.53米的情况，即使实际距离为0.64米。
同样，如图11(3)所示，如果局部最大值B大于局部最大值A，则存在传感器控制器32A和32B确定距离为0.64米的情况，即使实际距离为2.53米。
为了防止这种错误的距离测量，根据第二实施例的投影仪1通过在执行第一实施例所描述的实际距离测量之前显示一次非连续的图形来执行预先距离测量。
即，根据第二实施例的投影仪1的水平图形产生单元26产生三个图形，如图12所示。这三个图形在从左到右的方向是非连续的图形，每个由三个明亮部分构成。垂直图形产生单元27也产生相同类型的三个图形作为预先距离测量图形。
投影光转换设备24将水平图形产生单元26产生的三个图形投射到屏幕2上，以及距离测量传感器31A和31B接收这些图形的反射光。在执行这种预先距离测量的情况下，相关函数值的局部最大值变为仅有一个，如图13所示。
在实际距离测量时，传感器控制器32A采用由预先距离测量获得的相差作为参考值。即，传感器控制器32A设置搜索范围，其中相关函数值的局部最大值变为仅有一个，以及即使在预先距离测量时出现误差容限，也可以根据相差精确地获得局部最大值。传感器控制器32A执行实际的距离测量，以及通过按照这方式在搜索范围组中获取相关函数变成局部最大的相差，来获取倾斜角θA。
按照与传感器控制器32A相同的方式，传感器控制器32B执行垂直方向的预先距离测量，以及根据通过预先距离测量获得的相差来设置搜索范围。然后，当执行实际距离测量时，传感器控制器32B通过按照这方式在搜索范围组中获取相关函数变成局部最大的相差，来获取倾斜角θB。
接下来，描述根据第二实施例的投影仪1的操作。
当投影仪控制单元13发送用于传感器操作的开始命令到每个传感器控制器32A和32B时，传感器控制器32A和32B执行距离测量控制。首先，传感器控制器32A根据图14所示的流程图执行距离测量控制。
传感器控制器32A对水平图形产生单元26和信号选择单元23执行用于绘制的指示，以及指示距离测量传感器31A执行预先距离测量(步骤S31)。
根据用于绘制水平图形的指示，水平图形产生单元26产生用于预先距离测量的三个图形，如图12所示。根据该指示，信号选择单元23选择和输出水平图形产生单元26产生的三个图形。
投影光转换设备24将三个图形的投影光投射到屏幕2上，以及距离测量传感器31A接收它的反射光。
传感器控制器32A获取距离测量传感器31执行的距离测量的结果的传感器数据，并且通过根据所获取的传感器数据来获取相关函数值，当执行预先距离测量时计算相差(步骤S32)。
根据所计算的相差，在执行实际距离测量的情况下，传感器控制器32A设置搜索范围(步骤S33)。
当如此设置了搜索范围时，按照与第一实施例相同的方式，传感器控制器32A通过执行实际距离测量来获取平均相差(步骤S34到43)，以及根据所获取的平均相差来获取距离L和R(步骤S44)。然后，传感器控制器32A根据所获取的距离L和R获取角度θs(步骤S45)。
按照与传感器控制器32A相同的方式，传感器控制器32B也执行距离测量控制，并且获得角度θs。
以下进一步具体地描述投影仪1的操作。
通过投影仪1执行预先距离测量，如图15(1)所示，仅当相差为18比特时，存在相关函数值的局部最大值。如上所述，在预先距离测量的情况下，仅仅具有一个局部最大值，其是当相差为18比特时的值。
传感器控制器32A和32B设置搜索范围，设置相关函数值变为局部最大值的18比特的相差作为中心相差G。设置搜索范围，使得在执行实际距离测量的情况下只有一个局部最大值，以及即使在预先距离测量时出现误差容限也可以精确地获取局部最大值，以及搜索范围比没有执行预先距离测量的情况更窄。传感器控制器32A设置搜索范围例如为G±4，如图15(2)所示(步骤S33的处理)。
作为投影仪1执行实际距离测量的结果，按照这种方式设置搜索范围，假设在搜索范围内，相关函数值在18比特相差处变为局部最大。在这种情况下，即使局部最大值B大于局部最大值A，传感器控制器32A也确定当相差为18比特时的距离2.53米为正确的测量结果。
另一方面，如图16(1)所示，假设通过投影仪1执行预先距离测量，当相差为28比特时存在相关函数值的局部最大值。当相差为28比特时，在预先距离测量的情况下的局部最大值变为仅有一个。
传感器控制器32A设置搜索范围为例如G±4，设置28比特的相差(其中相关函数值变为局部最大)作为中心相差G(步骤S33的处理)。
作为投影仪1执行实际距离测量的结果，按照这种方式设置搜索范围，假设在搜索范围内，在28比特的相差处，相关函数值变为局部最大。在这种情况下，即使局部最大值A大于局部最大值B，传感器控制器32A也确定当相差为28比特时的距离0.64为正确的测量结果。
按照这种方式，在投影仪1使用等距离连续的条纹图案图形执行实际距离测量的情况下，即使相关函数值的局部最大点存在于18比特和28比特，也可以通过根据预先距离测量的测量结果设置搜索范围，防止错误的距离测量。
如上所述，根据第二实施例，在使用图形#0到#7的实际距离测量之前，投影仪1使用三个图形来执行预先距离测量，以及根据作为距离测量的结果所获得的传感器数据，来设置搜索范围，使得具有仅仅一个最大点。因此，搜索范围比没有执行预先距离测量的情况更窄，以及可以防止错误的距离测量。
如图17(1)和(2)所示，搜索范围G±4比特与利用0.6到6米的距离测量执行范围(被认为是必要的)确定的搜索范围16到30比特的逻辑乘积可以被设置作为相差搜索范围。借此，可以进一步缩小搜索范围，以及可以更精确地防止错误的距离测量。
代替使用非连续的图形，例如三个图形，可以构造本发明，以使得使用等距离连续的有条纹图案图形来执行预先距离测量，如图18所示，所述等距离连续的有条纹图案图形是图3所示的等距离连续的有条纹图案图形的间距的两倍。
在这种情况下，存在将两倍间距的传感器像素增加到基本相差的值，或者从基本相差减去两倍间距的传感器像素的值不在搜索范围内的状况。如图19(1)和(2)所示，因为利用传感器像素变换，图形间距变成图3所示的图形#0到#7的图形间距的两倍，所以图形间距变为20点。因此，每20点，存在相关函数值的局部最大点。
如图19(1)所示，当相关函数值在18比特变为局部最大时，传感器控制器32A和32B设置例如G±4的范围的搜索范围，设置G＝18作为中心。
如图19(2)所示，当相关函数值在28比特变为局部最大时，传感器控制器32A和32B设置例如G±4的范围的搜索范围，设置G＝28作为中心。
按照这种方式，因为通过预先距离测量，在搜索范围组中仅仅存在一个局部最大点，所以可以防止错误的距离测量。因此，按照与非连续图形的情况相同的方式，与没有执行预先距离测量的情况下相比，可以缩小搜索范围。
(第三实施例)通过调整等距离连续的图形的明亮/黑暗部分的亮度，根据本发明第三实施例的投影仪可防止错误的距离测量，而不执行预先距离测量。
根据第三实施例的投影仪1的水平图形产生单元26产生图形#0到#7，如图20所示。这些图形#0到#7具有等距离连续的有条纹图案。按照与水平图形产生单元26相同的方式，垂直图形产生单元27也产生这种等距离连续的有条纹图案图形。
通过调整实线所示的白色四边形以及点划线所示的白色四边形的亮度，构成图20所示的等距离连续的图形。例如，由实线所示的白色四边形的亮度被假设为100％，以及由点划线所示的白色四边形的亮度被假设为80％。
构造图20所示的图形#0到#7，使得增加两倍间距的传感器像素到基本相差的值，或者从基本相差减去两倍间距的传感器像素的值没有在搜索范围中，除此之外，图形的结构与图3所示的图形相同。
图21示出了使用这些图形的情况下的相关函数值。大小不同的一个局部最大值存在于图形#0到#7的每一个的搜索范围内。通过明亮部分(亮度是不同的)获取的相关函数的局部最大值变得更小。因此，通过比较多个局部最大值并且忽略它们中较小的值，可以检测正确的相差。
在图21(1)所示的关系的情况下，局部最大值B小于局部最大值A。因此，确定局部最大值B是由明亮部分(亮度不同)获得的相关函数的局部最大值。传感器控制器32A和32B忽略局部最大值B，并且确定18比特是正确的相差。
另一方面，在图21(2)所示的关系的情况下，局部最大值A小于局部最大值B。因此，传感器控制器32A和32B忽略局部最大值A，并且确定28比特是正确的相差。
以这种方式，可以防止错误的距离测量。同样，根据第三实施例，因为没有必要执行预先距离测量，所以可以缩短整个测量时间。
本发明不局限于上述实施例，并且可以考虑各种实施例。
例如，在上述实施例中，在误差容限小的情况下，通过对包括多个误差容限的相差进行平均，来获得平均相差，以及根据所获得的平均相差来获得距离。但是，通过根据包括多个误差容限的相差来分别计算包括多个误差容限的距离，以及通过对包括多个误差容限的距离进行平均，获得具有小误差容限的平均距离，可以获得与上面相同的效果。
在上述实施例中，描述了倾斜角检测装置应用到投影仪的情况。但是，该倾斜角检测设备可以应用到例如将要检测的建筑物墙壁等的倾斜的情况。在这种情况下，通过将投影光投射到墙壁，来检测墙壁的倾斜角度，建筑物的墙壁被设置作为投影表面。
在没有偏离本发明的广泛的精神和范围的情况下，可以对其做出各种实施例和改变。上述实施例意图在于描述本发明，而不是限定本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求书示出，而不是由实施例示出。在本发明权利要求书的等效含义内和权利要求书内所做出的各种修改都被视为在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种倾斜角检测装置，包括图形绘制单元(23)，其通过将等距离连续的图案图形的投影光连续地投射到投影表面上，同时偏移所述图案，来绘制所述等距离连续的图案图形，其中所述等距离连续的图案图形具有多个图案，使得以等距离连续地设置明亮部分；传感器单元(31A、31B)，其包括多个光接收单元，所述多个光接收单元被设置为彼此具有预定距离，设置中心线作为中心，以及在所述多个光接收单元处，所述传感器单元(31A、31B)连续地接收绘制在所述投影表面上的所述等距离连续的图案图形的反射光；以及倾斜角获取单元(12A、12B)，其中，所述传感器单元(31A、31B)根据在接收到所述等距离连续的图案图形的反射光时的多个相差，连续地获取所述投影光的投影点与等距离连续的图案图形之间的平均距离，当所述传感器单元接收到平行光时在所述光接收单元上的成像位置、与当所述传感器单元接收到所述等距离连续的图案图形的反射光时在所述光接收单元上的成像位置、之间的每个滞后量的总和被设置作为所述相差，以及根据所获取的平均距离，来获取所述投影表面的倾斜角。
2.根据权利要求1所述的倾斜角检测装置，其中，所述倾斜角获取单元(12A、12B)根据当所述传感器单元(31A、31B)连续地接收到所述等距离连续的图案图形的反射光时的多个相差，获取所述平均相差；以及根据所获取的平均相差，来获取所述投影光的投影点与所述等距离连续的图案图形之间的所述平均距离。
3.根据权利要求1所述的倾斜角检测装置，其中，所述倾斜角获取单元(12A、12B)被构造，使得根据到在所述投影表面上的两个距离测量窗口中的相应距离测量点的平均距离L和平均距离R，通过计算公式9来获取所述投影表面的倾斜角θs，其中所述距离测量点相对于所述传感器单元(31A、31B)的中心线以角度θw被设置在左边和右边，[公式9]θs=arctan(R-LR+L·cotθw).]]>
4.根据权利要求1所述的倾斜角检测装置，其中，所述图形绘制单元(23)被构造，使得通过将所述图形的投影光的图案偏移一个数量并且将所述图案连续地投射到所述投影表面上来绘制所述图形，所述数量等于或者大于4并且是2的倍数。
5.根据权利要求1所述的倾斜角检测装置，其中，所述图形绘制单元(23)被构造，使得通过选择至少两组以90度划分的四个值的组作为待偏移的角度、设置明亮/黑暗部分的间距为360度、以及将所述图形的投影光的图案连续地投射到所述投影表面，同时将所述图形的投影光的图案偏移一预定角度，来绘制所述图形。
6.根据权利要求2所述的倾斜角检测装置，其中在将所述等距离连续的图案图形投射到所述投影表面之前，所述图像绘制单元(23)将非连续的图形的投影光投射到所述投影表面，所述非连续的图形中的明亮/黑暗部分仅仅被设置在预定范围内，使得仅仅具有一个表示每个光接收单元接收的传感器数据的相关性的相关函数值的局部最大值；以及所述倾斜角获取单元(12A、12B)被构造，使得通过获得在从所述传感器单元(31A、31B)接收到来自所述非连续的图形的反射光时的传感器数据，来获得所述相关函数值的局部最大值，以及通过设置所述平均相差的检索范围使得基于所获得的局部最大值来指定当所述传感器单元接收到所述等距离连续的图形的反射光时的平均相差，来获取所述平均相差。
7.根据权利要求2所述的倾斜角检测装置，其中在将所述等距离连续的图案图形投射到所述投影表面之前，所述图形绘制单元(23)将两倍间距的等距离连续的图案图形的投影光投射到所述投影表面上，其中设置明亮/黑暗部分的距离，使得表示所述传感器单元(31A、31B)的每个光接收单元接收的传感器数据的相关性的相关函数值的局部最大值至少是当所述传感器单元(31A、31B)接收到所述等距离连续的图形的反射光时的相关函数值的局部最大值的两倍；以及所述倾斜角获取单元(12A、12B)被构造，使得通过获得在从所述传感器单元(31A、31B)接收到来自两倍间距的等距离连续的图案图形的反射光时的传感器数据，来获得所述相关函数值的局部最大值，以及通过设置所述平均相差的检索范围使得基于所获得的局部最大值来指定当所述传感器单元接收到所述等距离连续的图形的反射光时的平均相差，来获取所述平均相差。
8.根据权利要求1所述的倾斜角检测装置，其中，所述图形绘制单元(23)通过连续地将所述等距离连续的图案图形的投影光投射到所述投影表面上，同时偏移所述图案，来绘制所述等距离连续的图案图形，所述图形中的明亮/黑暗部分的亮度被调整。
9.一种倾斜角检测方法，包括绘制步骤，用于通过将等距离连续的图案图形的投影光连续地投射到投影表面上，同时偏移所述图案，来绘制所述等距离连续的图案图形，其中所述等距离连续的图案图形具有多个图案，使得以等距离来连续地设置明亮部分；光接收步骤，用于在多个接收单元处，连续地接收来自绘制在所述投影表面上的所述等距离连续的图案图形的反射光，所述多个接收单元被设置为彼此具有预定距离；以及倾斜角获取步骤，用于根据在接收到所述等距离连续的图案图形的反射光时的多个相差，连续地获取所述投影光的投影点与等距离连续的图案图形之间的平均距离，当所述传感器单元接收到平行光时在所述光接收单元上的成像位置、与当所述传感器单元接收到所述等距离图案图形的反射光时在所述光接收单元上的成像位置、之间的每个滞后量的总和被设置作为所述相差，以及根据所获取的平均距离，来获取所述投影表面的倾斜角。
全文摘要
水平图形产生单元(26)和垂直图形产生单元(27)的每一个产生八个图形#0到#7，明亮/黑暗部分以等距离连续地设置。每个图形#0到#7的每个图案逐渐偏移。每个图形#0到#7连续地投射到屏幕(2)上，以及传感器控制器(32A、32B)通过获得传感器数据来获取平均相差，并且根据所获得的平均相差，通过获得到屏幕(2)上的两个距离测量点的距离，来获得垂直于距离测量传感器(31A、31B)的中心线的理想屏幕和屏幕(2)之间的角度，其中传感器数据是通过距离测量传感器(31A、31B)的测量结果获得的。投影仪控制单元(13)将传感器控制器(32A、32B)的每一个获得的角度替换为屏幕(2)的倾斜角θH和θV，并且将该角度提供给梯形校正单元(22)。
文档编号G03B21/56GK1833156SQ20048002276
公开日2006年9月13日 申请日期2004年8月9日 优先权日2003年8月8日
发明者井上秀昭 申请人:卡西欧计算机株式会社