JP2003098599A - フォーカス調整装置およびフォーカス調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、カメラ感度と肉眼との視感度差に
関係なく、カメラで撮像した画像の輝度設定を適切に設
定することでき、フォーカスの自動調整を行うことによ
り光軸位置を正確に合わせることができるフォーカス調
整装置およびフォーカス調整方法を提供することを課題
とする。 【解決手段】 疑似モノクロ画像生成部１６により投射
映像から疑似モノクロ画像を生成し、コントラスト画像
生成部１７によりコントラスト強調処理を行い、投影処
理部１９によりＸ、Ｙ方向別に輝度積分を行い、エリア
内光量解析部２０によりＸ、Ｙ方向の輝度積分値の最大
値と最小値を探索し、コントラスト感度計算部２１によ
り輝度積分値の最大値、最小値からコントラスト感度を
計算し、コントラスト探索部２２によりコントラスト感
度が最小値となる光軸位置をＸ、Ｙ方向それぞれで探索
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投射型表示装置の
光学系の液晶パネルの位置調整を行うフォーカス調整装
置およびフォーカス調整方法に関し、特に液晶パネルの
光軸位置を動かして撮像した画像を解析することにより
液晶パネルの位置調整を行うフォーカス調整装置および
フォーカス調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に液晶プロジェクタは、赤、緑、青
の３枚の液晶パネルを用いて、単色映像を作りだし、
赤、緑、青の単色映像をダイクロイックプリズム上で色
合成して投射映像を作りだしている。

【０００３】液晶プロジェクタのフォーカス調整工程で
は、色コントラストが最も鮮明な緑色の投射映像を基準
位置とし、残りの赤色、青色の投射映像を表示されてい
る緑色の対応する投射画素位置にできる限り一致する様
に像を重ね合わせ、次にこの位置で単色で投射した被投
射面上の投射画素のボケ方が最も小さく、各色の投射映
像の投射画素と画素の区切りが最も鮮明となる位置に、
各色の液晶パネル位置を調整することが必要である。

【０００４】従来のフォーカス調整は、基準となる緑色
の映像を被投射面となるスクリーンに投射し、作業者が
肉眼でスクリーン上の投射画素の切れ目のボケ方を目視
で確認しながら、液晶プロジェクタに搭載される液晶パ
ネルの光軸調整を行っていた。液晶パネルの光軸調整に
は、液晶パネルの位置Ｘ、Ｙ、Ｚと、Ｚ軸上の回転角度
θと、Ｘ軸方向のパネルあおり角度Ｘθと，Ｙ軸方向の
パネルあおり角度Ｖθとの６軸の光軸調整を行うことが
できる６軸マニュピレータにより、液晶パネルの位置Ｚ
と、Ｘ軸方向のパネルあおり角度Ｘθと，Ｙ軸方向のパ
ネルあおり角度Ｖθとの３軸を調整し、当該３軸の位置
関係で光学的に唯一決められる液晶パネルのフォーカス
面位置を決定する。フォーカス調整は、赤、緑、青の３
枚の液晶パネルについて行われ、各色毎に液晶パネルの
フォーカス面位置を決定後、液晶パネルを光学部に接合
して調整を終了する。

【０００５】特開２０００−１４７６９４号公報には、
スクリーン上の投射画素をカメラで撮像し、輝度を集計
し、輝度の分散を求め、その分散が最も大きい画像を撮
像した時の液晶ライトバルブのＺ軸方向の位置にフォー
カス調整を自動的に行う技術が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術では、カメラ感度と肉眼との視感度差により、青色や
赤色の輝度値と肉眼での見た目との明るさが異なるた
め、カメラの輝度設定を適切に設定することが困難であ
り、実際のフォーカス調整では、スクリーンに投射され
た映像をカメラだけでなく、肉眼でも確認する必要があ
り、多大な工数がかかるという問題点があった。

【０００７】さらに、従来技術では、スクリーン上の投
射映像が、調整している周辺環境の外部光や被投射面で
の反射光の影響で、投射画素の輝度分散の本来の性質が
表れにくく、特に視認性の極めて悪い青色の場合には、
フォーカスの自動調整を行っても投射映像のフォーカス
が最もはっきりする位置（以下、フォーカス位置と称
す）に光軸位置を正確に合わせることが難しいという問
題点があった。

【０００８】さらに、従来技術では、投射映像の投射画
素は、実際には縦（Ｙ）方向と横（Ｘ）方向でボケ方が
異なっており、液晶パネルの光軸移動に伴って、投射映
像の形状がたえず変化するため、投射画素の輝度分散の
みではフォーカス位置を正確に決定することができない
という問題点があった。

【０００９】本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、カメラ感度と肉眼
との視感度差に関係なく、カメラで撮像した画像の輝度
設定を適切に設定することができ、フォーカスの自動調
整を行うことによりフォーカス位置に光軸位置を正確に
合わせることができるフォーカス調整装置およびフォー
カス調整方法を提供する点にある。

【００１０】さらに、本発明が目的とするところは、投
射画素の輝度分散の本来の性質を明確化して、視認性の
極めて悪い青色の場合にも、フォーカスの自動調整を行
うことによりフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせ
ることができるフォーカス調整装置およびフォーカス調
整方法を提供する点にある。

【００１１】さらに、本発明が目的とするところは、投
射映像の投射画素の縦（Ｙ）方向と横（Ｘ）方向でボケ
方を考慮してフォーカスの自動調整を行うことによりフ
ォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができる
フォーカス調整装置およびフォーカス調整方法を提供す
る点にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
すべく、以下に掲げる構成とした。本願発明は、液晶パ
ネルを通過させた映像に基づいて前記液晶パネルの光軸
位置を調整するフォーカス調整装置であって、前記液晶
パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら前記映像
を画像として撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮
像された前記画像から疑似モノクロ画像を生成する疑似
モノクロ画像生成手段と、該疑似モノクロ画像生成手段
により生成された前記疑似モノクロ画像の輝度分布に基
づいて光軸位置を探索するフォーカス探索手段と、該フ
ォーカス探索手段により探索された光軸位置に前記液晶
パネルを移動させる光軸調整機構手段とを具備すること
を特徴とするフォーカス調整装置である。さらに本願発
明は、前記疑似モノクロ画像生成手段は、前記疑似モノ
クロ画像の輝度分布Iとし、前記画像の色成分の輝度分
布をそれぞれＲ、Ｇ、Ｂとすると、I＝（２８＊Ｒ＋７
７＊Ｇ＋１５１＊Ｂ）／２５６、として前記疑似モノク
ロ画像を生成させることを特徴とするフォーカス調整装
置である。さらに本願発明は、前記疑似モノクロ画像の
コントラストを強調するコントラスト強調手段を具備
し、前記フォーカス探索手段は、前記コントラスト強調
手段によりコントラストを強調された前記疑似モノクロ
画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索させることを
特徴とするフォーカス調整装置である。さらに本願発明
は、前記コントラスト強調手段は、前記疑似モノクロ画
像の各輝度値における画素数を平均化させることを特徴
とするフォーカス調整装置である。さらに本願発明は、
前記疑似モノクロ画像のＸ方向、Ｙ方向について方向別
に輝度積分を行う投影処理手段を具備し、前記フォーカ
ス探索手段は、前記投影処理手段によりＸ、Ｙ方向別に
輝度積分された前記疑似モノクロ画像に基づいて光軸位
置を探索させることを特徴とするフォーカス調整装置で
ある。さらに本願発明は、前記投影処理手段によりＸ、
Ｙ方向別に輝度積分された前記疑似モノクロ画像のＸ方
向の輝度積分値の最大値ＰＸｍａｘ、Ｘ方向の輝度積分
値の最小値ＰＸｍｉｎ、Ｙ方向の輝度積分値の最大値Ｐ
ＹｍａｘおよびＹ方向の輝度積分値の最小値ＰＹｍｉｎ
を移動された前記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に
探索する光量解析手段を具備し、前記フォーカス探索手
段は、前記光量解析手段により探索されたＰＸｍａｘ、
ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎに基づいて光
軸位置を探索させることを特徴とするフォーカス調整装
置である。さらに本願発明は、液晶パネルを通過させた
映像に基づいて前記液晶パネルの光軸位置を調整するフ
ォーカス調整装置であって、前記液晶パネルの法線方向
の光軸位置を移動させながら前記映像を撮像する撮像手
段と、該撮像手段により撮像された画像のＸ方向の輝度
積分値の最大値ＰＸｍａｘ、Ｘ方向の輝度積分値の最小
値ＰＸｍｉｎ、Ｙ方向の輝度積分値の最大値ＰＹｍａｘ
およびＹ方向の輝度積分値の最小値ＰＹｍｉｎを移動さ
れた前記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に探索する
光量解析手段と、該光量解析手段により探索されたＰＸ
ｍａｘ、ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎに基
づいて光軸位置を探索するフォーカス探索手段と、該フ
ォーカス探索手段により探索された光軸位置に前記液晶
パネルを移動させる光軸調整機構手段とを具備すること
を特徴とするフォーカス調整装置である。さらに本願発
明は、前記光量解析手段により探索されたＰＸｍａｘ、
ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎからＸ、Ｙ方
向別にコントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙを計算するコントラ
スト感度計算手段を具備し、前記フォーカス探索手段
は、前記コントラスト感度計算手段により算出された前
記コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙに基づいて光軸位置を探
索させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記コントラスト感度計算手段は、
前記コントラスト感度Ｓｘ、ＳｙをＣｘ＝（ＰＸｍａｘ
−ＰＸｍｉｎ）／（ＰＸｍａｘ＋ＰＸｍｉｎ）、Ｃｙ＝
（ＰＹｍａｘ−ＰＹｍｉｎ）／（ＰＹｍａｘ＋ＰＹｍｉ
ｎ）、Ｓｘ＝１／Ｃｘ、Ｓｙ＝１／Ｃｙ、と定義して計
算させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記フォーカス探索手段は、前記コ
ントラスト感度計算手段により算出された前記コントラ
スト感度Ｓｘ、Ｓｙの和の平均値が最小値となる光軸位
置を探索させることを特徴とするフォーカス調整装置で
ある。さらに本願発明は、前記撮像手段は、前記映像の
４隅を撮像させ、前記フォーカス探索手段は、前記撮像
手段により撮像された４隅の光軸位置をそれぞれ探索さ
せることを特徴とするフォーカス調整装置である。さら
に本願発明は、前記フォーカス探索手段により探索され
た４隅の光軸位置に基づいて前記液晶パネルの法線方向
の光軸、Ｘ軸方向のあおり角度ＸθおよびＹ軸方向のあ
おり角度Ｖθを補正する補正値を算出する光軸制御手段
を具備することを特徴とするフォーカス調整装置であ
る。さらに本願発明は、前記撮像手段は、表面粗さが小
さい白色素材パネルが張られているスクリーンに投射さ
れた前記映像を撮像させることを特徴とするフォーカス
調整装置である。さらに本願発明は、液晶パネルを通過
させた映像に基づいて前記液晶パネルの光軸位置を調整
するフォーカス調整方法であって、前記液晶パネルの法
線方向の光軸位置を移動させながら前記映像を画像とし
て撮像し、該画像から疑似モノクロ画像を生成し、該疑
似モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索
し、光軸調整機構手段を用いて探索した光軸位置に前記
液晶パネルを移動させることを特徴とするフォーカス調
整方法である。さらに本願発明は、前記疑似モノクロ画
像の輝度分布Iとし、前記画像の色成分の輝度分布をそ
れぞれＲ、Ｇ、Ｂとすると、I＝（２８＊Ｒ＋７７＊Ｇ
＋１５１＊Ｂ）／２５６、として前記疑似モノクロ画像
を生成することを特徴とするフォーカス調整方法であ
る。さらに本願発明は、前記疑似モノクロ画像のコント
ラストを強調し、前記コントラストを強調した前記疑似
モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索する
ことを特徴とするフォーカス調整方法である。さらに本
願発明は、前記疑似モノクロ画像の各輝度値における画
素数を平均化することによりコントラストを強調するこ
とを特徴とするフォーカス調整方法である。さらに本願
発明は、前記疑似モノクロ画像のＸ方向、Ｙ方向につい
て方向別に輝度積分を行い、該Ｘ、Ｙ方向別に輝度積分
された前記疑似モノクロ画像に基づいて光軸位置を探索
することを特徴とするフォーカス調整方法である。さら
に本願発明は、前記Ｘ、Ｙ方向別に輝度積分した前記疑
似モノクロ画像のＸ方向の輝度積分値の最大値ＰＸｍａ
ｘ、Ｘ方向の輝度積分値の最小値ＰＸｍｉｎ、Ｙ方向の
輝度積分値の最大値ＰＹｍａｘおよびＹ方向の輝度積分
値の最小値ＰＹｍｉｎを移動された前記液晶パネルの法
線方向の光軸位置毎に探索し、該探索されたＰＸｍａ
ｘ、ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎに基づい
て光軸位置を探索することを特徴とするフォーカス調整
方法である。さらに本願発明は、液晶パネルを通過させ
た映像に基づいて前記液晶パネルの光軸位置を調整する
フォーカス調整方法であって、前記液晶パネルの法線方
向の光軸位置を移動させながら前記映像を撮像し、該撮
像された画像のＸ方向の輝度積分値の最大値ＰＸｍａ
ｘ、Ｘ方向の輝度積分値の最小値ＰＸｍｉｎ、Ｙ方向の
輝度積分値の最大値ＰＹｍａｘおよびＹ方向の輝度積分
値の最小値ＰＹｍｉｎを移動された前記液晶パネルの法
線方向の光軸位置毎に探索し、該探索したＰＸｍａｘ、
ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎに基づいて光
軸位置を探索し、光軸調整機構手段を用いて探索した光
軸位置に前記液晶パネルを移動させることを特徴とする
フォーカス調整方法である。さらに本願発明は、前記探
索したＰＸｍａｘ、ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹ
ｍｉｎからＸ、Ｙ方向別にコントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙ
を計算し、該コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙに基づいて光
軸位置を探索することを特徴とするフォーカス調整方法
である。さらに本願発明は、前記コントラスト感度Ｓ
ｘ、ＳｙをＣｘ＝（ＰＸｍａｘ−ＰＸｍｉｎ）／（ＰＸ
ｍａｘ＋ＰＸｍｉｎ）、Ｃｙ＝（ＰＹｍａｘ−ＰＹｍｉ
ｎ）／（ＰＹｍａｘ＋ＰＹｍｉｎ）、Ｓｘ＝１／Ｃｘ、
Ｓｙ＝１／Ｃｙ、と定義して計算することを特徴とする
フォーカス調整方法である。さらに本願発明は、前記算
出した前記コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙの和の平均値が
最小値となる光軸位置を探索することを特徴とするフォ
ーカス調整方法である。さらに本願発明は、前記映像の
４隅を撮像し、該撮像した４隅の光軸位置をそれぞれ探
索することを特徴とするフォーカス調整方法である。さ
らに本願発明は、前記探索した４隅の光軸位置に基づい
て前記液晶パネルの法線方向の光軸、Ｘ軸方向のあおり
角度ＸθおよびＹ軸方向のあおり角度Ｖθを補正する補
正値を算出するとを特徴とするフォーカス調整方法であ
る。さらに本願発明は、表面粗さが小さい白色素材パネ
ルが張られているスクリーンに投射された前記映像を撮
像することを特徴とするフォーカス調整方法である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明に係るフォーカス調整装置
の実施の形態の構成を示すブロック図であり、図２は、
図１に示すカラーＣＣＤカメラの位置関係を示す平面図
であり、図３は、図１に示すカラーＣＣＤカメラの位置
関係を示す側面図であり、図４は、図１に示すカラーＣ
ＣＤカメラによるスクリーン上の撮像位置を示す図であ
り、図５は、図１に示す画像認識処理部の構成を示すブ
ロック図であり、図６は、図１に示す光軸調整機構部に
より移動させる液晶プロジェクタの光学部品の調整光軸
と各色毎の液晶パネルとの位置関係を示す図である。

【００１５】本実施の形態は、図１に示すように、カラ
ーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄと、Ａ／Ｄ変換
回路１１と、デジタル画像統合器１２と、画像メモリ１
３と、画像認識処理部１４と、光軸制御部１５と、光軸
調整機構部８とで構成されている。なお、図１において
は省略されているが、Ａ／Ｄ変換回路１１は、カラーＣ
ＣＤカメラ３aと同様に、カラーＣＣＤカメラ３ｂ、３
ｃ、３ｄとデジタル画像統合器１２との間にも設けられ
ている。

【００１６】カラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３
ｄは、図２および図３に示すように、投射型表示装置で
ある液晶プロジェクタ１からスクリーン２のスクリーン
投射面に投射された投射映像の４隅を撮像する位置に配
置されている。液晶プロジェクタ１には、映像信号発生
器４が接続されており、液晶プロジェクタ１は、映像信
号発生器４から提供される単色ラスタースキャン映像に
対応して、該当色に対応する液晶パネルを通過させてス
クリーン２に単色の投射映像を投射する。また、液晶プ
ロジェクタ１からの投射映像以外の光を防ぐため、暗幕
テント５により、スクリーン投射面を含む液晶プロジェ
クタ１の投射範囲を外光からすべて遮断している。

【００１７】スクリーン２には、図４に示すように、表
面粗さが小さいフォト印字用紙、標準白色ボード等の白
色素材パネル６a、６ｂ、６ｃ、６ｄ が張られており、
それぞれが投射映像の４隅が収まる位置に配置されてい
る。スクリーン２および白色素材パネル６a、６ｂ、６
ｃ、６ｄは、液晶プロジェクタ１の投射光軸に垂直にな
る様に設置されている。白色素材パネル６a、６ｂ、６
ｃ、６ｄ として標準白色ボードを使用する場合には、
表面粗さが１０点平均粗さで０．０５Ｚ以下であること
が望ましく、フォト印字用紙を使用する場合にも、１０
点平均粗さで０．０５Ｚ以下のものを使用すると好適で
ある。

【００１８】カラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３
ｄは、白色素材パネル６a、６ｂ、６ｃ、６ｄ上の投射
映像の４隅が十分収まる位置にそれぞれ設置され、白色
素材パネル６a、６ｂ、６ｃ、６ｄに投射された領域の
投射映像を撮像する。

【００１９】Ａ／Ｄ変換回路１１は、カラーＣＣＤカメ
ラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄが撮像したカラー画像をそれ
ぞれＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換は、カラー画像の色成
分である赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色、青（Ｂ）色毎に行わ
れる。

【００２０】デジタル画像統合器１２は、投射映像の４
隅に設置されているカラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３
ｃ、３ｄにより撮像され、Ａ／Ｄ変換されたカラー画像
を統合した統合デジタル画像データを生成する。統合デ
ジタル画像データは、４箇所のカメラ３a、３ｂ、３
ｃ、３ｄが撮像した４つの画像を１フレームの画像信号
として取り扱うことを目的として生成され、色成分毎に
生成される。

【００２１】画像メモリ１３は、デジタル画像統合器１
２により生成されたＲ色、Ｇ色、Ｂ色の統合デジタル画
像データを色成分毎に記憶する。

【００２２】画像認識処理部１４は、図５に示すよう
に、画像認識処理を行う疑似モノクロ画像生成部１６、
コントラスト画像生成部１７、フォーカス検査エリア生
成部１８および投影処理部１９と、コントラスト演算処
理を行うエリア内光量解析部２０、コントラスト感度計
算部２１およびコントラスト探索部２２とで構成され
る。

【００２３】疑似モノクロ画像生成部１６は、画像メモ
リ１３内に色成分毎に記憶された各色成分の統合デジタ
ル画像データの輝度値を用いて被投射面での光強度に近
い濃淡画像である疑似モノクロ画像を生成する。

【００２４】コントラスト画像生成部１７は、疑似モノ
クロ画像生成部１６により生成された疑似モノクロ画像
のコントラスト強調処理を行い、スクリーン２の被投射
面での輝度分布特徴を継承したままで、輝度分布特徴を
強調し、投射映像の明るい部分と暗い部分との画素の輝
度差を大きくとることで、コントラストを上げ、画像を
鮮明化する。

【００２５】フォーカス検査エリア生成部１８は、スク
リーン２の４箇所の撮像位置に対応するカメラ視野位置
の画像領域にフォーカス検査エリアを設定する。

【００２６】投影処理部１９は、フォーカス検査エリア
生成部１８により設定されたフォーカス検査エリア内の
Ｘ、Ｙ方向別に輝度積分を行い、Ｘ、Ｙ方向別の投射画
素領域の被投射面での光強度分布を強調した正弦波形状
の特徴変異として表す。

【００２７】エリア内光量解析部２０は、投影処理部１
９で得られたＸ、Ｙ方向の輝度積分値の最大値と最小値
を探索する。

【００２８】コントラスト感度計算部２１は、エリア内
光量解析部２０により探索されたＸ、Ｙ方向のそれぞれ
の輝度積分値の最大値、最小値からコントラスト感度を
計算する。

【００２９】コントラスト探索部２２は、光軸移動範囲
内で光軸をステップ移動させた各位置での各フォーカス
検査エリア毎のコントラスト感度の最小値をそれぞれ探
索し、各フォーカス検査エリア毎にコントラスト感度が
最小値となる光軸位置を投射映像のフォーカスが最もは
っきりして投射映像が最も鮮明になるフォーカス位置と
して求める。

【００３０】光軸制御部１５は、コントラスト探索部２
２により求められた各フォーカス検査エリア毎のフォー
カス位置に基づいて、フォーカス重心と液晶プロジェク
タ１内の液晶パネル９a、９ｂ、９ｃの傾き補正値とを
一意に算出し、算出したフォーカス重心と補正値とを指
令値として光軸調整機構部８に送出する。

【００３１】光軸調整機構部８は、光軸制御部１５から
の指令値に基づいて液晶プロジェクタ１の光学部品の取
り付け位置を調整する機構であり、図６に示す液晶パネ
ル９a、９ｂ、９ｃを、液晶パネル９a、９ｂ、９ｃから
の光を色合成を行うダイクロイックプリズム１０に取り
付ける際の光軸の調整を行う。

【００３２】図６において、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ、Ｘθ、Ｙ
θは、光軸調整機構部８により移動させる液晶パネル９
a（Ｇ色を担当）の各調整光軸を示したもので、液晶パ
ネル９a平面に垂直な入射光方向（法線方向）をＺ軸と
して定めている。液晶パネル９aは、パネル位置Ｘ、
Ｙ、Ｚと、Ｚ軸上の回転角度θと、Ｘ軸方向のパネルあ
おり角度Ｘθと，Ｙ軸方向のパネルあおり角度Ｖθとの
６軸で位置が決定されるが、フォーカス調整には、Ｚ
軸、Ｘθ軸 、Ｙθ軸の３軸の調整光軸の調整が行われ
る。Ｒ色を担当する液晶パネル９ｂ、Ｂ色を担当する液
晶パネル９ｃでも同様な光軸座標配置となっている。

【００３３】次に、本実施の形態の動作について図７を
参照して詳細に説明する。図７は、本発明に係るフォー
カス調整装置の実施の形態の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。

【００３４】まず、映像信号発生器４は、液晶プロジェ
クタ１に単色ラスタースキャン映像を提供し（ステップ
Ａ１）、液晶プロジェクタ１は、提供された単色ラスタ
ースキャン映像を該当色に対応する液晶パネル９a、９
ｂ、９ｃのいずれかを通過させてスクリーン２に単色投
射映像として投射する（ステップＡ２）。単色ラスター
スキャン映像は、フォーカス調整を行うための映像で、
Ｇ色を担当する液晶パネル９aのフォーカス調整には、
Ｇ色の単色ラスタースキャン映像が、Ｒ色を担当する液
晶パネル９ｂのフォーカス調整には、Ｒ色の単色ラスタ
ースキャン映像が、Ｂ色を担当する液晶パネル９ｃのフ
ォーカス調整には、Ｂ色の単色ラスタースキャン映像が
それぞれ用いられる。以下、Ｇ色を担当する液晶パネル
９aのフォーカス調整を行う例を説明する。

【００３５】次に、カラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３
ｃ、３ｄにより白色素材パネル６a、６ｂ、６ｃ、６ｄ
に投射されたＧ色の投射映像の４隅をそれぞれカラー画
像として撮像し（ステップＡ３）、Ａ／Ｄ変換回路１１
により撮像したそれぞれカラー画像の色成分毎にＡ／Ｄ
変換を行い（ステップＡ４）、デジタル画像統合器１２
によりＡ／Ｄ変換された４つのカラー画像を統合した統
合デジタル画像データを色成分毎に生成し（ステップＡ
５）、画像メモリ１３内に各色成分毎に記憶する。スク
リーン２には、Ｇ色を担当する液晶パネル９aを通過し
たＧ色投射映像が投射されているが、実際には、Ｒ色、
Ｂ色の成分も含まれているため、カラーＣＣＤカメラ３
a、３ｂ、３ｃ、３ｄによりカラー画像として撮像す
る。

【００３６】図８は、図５に示すデジタル画像統合器に
より生成される統合デジタル画像データ例を示す図であ
る。デジタル画像統合器１２により生成される統合デジ
タル画像データは、図８に示すように、カラーＣＣＤカ
メラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄで撮像してＡ／Ｄ変換した
４つのカラー画像を統合したものであり、カラーＣＣＤ
カメラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄに対応する各エリアは、
投射画素の明るい部分と投射画素間の切れ目となる暗い
部分とからなる。また、統合ジタル画像データの１フレ
ーム内画素位置（x，y）の輝度分布は、画像メモリ１３
内に色成分毎に、Ｒ（x，y）、Ｇ（x，y）、Ｂ（x，y）
（以下、それぞれＲ、Ｇ、Ｂで記述する）として記憶さ
れる。デジタル画像データ統合器１２で４箇所のカラー
ＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄの画像を１画面で
確認できる統合デジタル画像データとして統合すること
により、４箇所のカメラが撮像した４つの映像を１フレ
ームの画像信号として取り扱うことができ、画像認識処
理部１４での画像処理およびフォーカス演算処理を行う
際に、４つの映像を同時に一括実行できるため、個々の
カラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄの映像毎に
画像処理をしなくても良く、撮像回数、画像処理演算回
数を減らすことで調整時間を短縮することができる。

【００３７】次に、疑似モノクロ画像生成部１６により
疑似モノクロ画像を生成する（ステップＡ６）。疑似モ
ノクロ画像生成部１６は、画像メモリ１３に記憶された
統合デジタル画像データを画像メモリ１３から読み出
し、統合デジタル画像データの各色成分の輝度分布Ｒ、
Ｇ、Ｂに重み付けをしてモノクロ化した疑似モノクロ画
像を生成する。疑似モノクロ画像を生成する際の輝度分
布Ｒ、Ｇ、Ｂの重み付けとしては、例えば、統合デジタ
ル画像データ内の１フレーム内画素位置（ｘ，ｙ）上で
の疑似モノクロ画像の輝度分布I（ｘ，ｙ）を I（ｘ，ｙ）＝（２８＊Ｒ＋７７＊Ｇ＋１５１＊Ｂ）／
２５６ として計算し、疑似モノクロ画像を生成する。なお、当
該数式は、「Ｃ言語で学ぶ実践画像処理（オーム社）」
１０５頁記載の輝度信号と色信号の変換式を応用したも
のである。

【００３８】次に、コントラスト画像生成部１７により
疑似モノクロ画像生成部１６で生成された疑似モノクロ
画像に対してコントラスト強調処理を行う（ステップＡ
７）。図９は、図５に示すコントラスト画像生成部によ
るコントラスト強調処理を説明するための各輝度値毎の
画素数のヒストグラムであり、図１０は、図５に示すコ
ントラスト画像生成部によるコントラスト強調処理のア
ルゴリズムを説明するための説明図であり、図１１は、
図５に示すコントラスト画像生成部によるコントラスト
強調処理前後の同一領域の輝度分布を比較するためのグ
ラフである。

【００３９】コントラスト画像生成部１７は、図９
（a）に示すように、疑似モノクロ画像生成部１６で生
成された疑似モノクロ画像の全画素数を求め、輝度値別
のヒストグラムをとり、図９（ｂ）に示すように、各輝
度値における画素数を平均化する。

【００４０】疑似モノクロ画像において輝度値０〜７ま
でに図１０（a）に示す状態で画素数が分布していた場
合、全画素数は、２＋６＋２＋５＋４＋３＋２＋０＝２
４となり、輝度値は、８段階に分かれているため、全画
素数を８で割ると、１つの輝度値に割り当てられる画素
数として３が得られる。疑似モノクロ画像の輝度が高い
方（輝度値７）から３個ずつ画素を取り出し、図１０
（ｂ）に示すように、新しく輝度値７から各輝度値の画
素数が３になるように割り当てる。このように画素数の
多いところから少ないところに画素を割り振ることで輝
度値毎の画素数を等しくし、コントラストを強調する。

【００４１】図１１は、スクリーン２上の白色素材パネ
ル６aに投射されたＢ色の投射映像の投射画素間の輝度
分布をコントラスト強調処理する前後の同一領域の輝度
分布を比較したものであり、コントラスト強調処理によ
り、投射画素の明るい部分と、投射画素の区切りである
暗い部分との輝度差が大きくなり、コントラストが強調
されていることがわかる。なお、図１１において、Ｘ座
標の２３〜２７付近が投射画素間の切れ目となる暗い部
分に対応する。

【００４２】次に、フォーカス検査エリア生成部１８に
よりフォーカス検査エリアを設定する（ステップＡ
８）。図１２は、図５に示すフォーカス検査エリア生成
部によって生成されるフォーカス検査エリアの位置関係
を示す図である。

【００４３】フォーカス検査エリア生成部１８は、図１
２に示すように、統合デジタル画像の４箇所にフォーカ
ス検査エリアを設定する。フォーカス検査エリアは、ス
クリーンの４隅を撮像しているカラーＣＣＤカメラ３
a、３ｂ、３ｃ、３ｄに対応させて設定する。統合デジ
タル画像において投射画素の分布は、カメラ視野内のど
の位置でもほぼ一定であることから、図１２に示すよう
に、フォーカス検査エリアのサイズは、投射画素数が３
画素程度の範囲に設定している。これは、フォーカス調
整のための演算に必要な画素数を最小限して演算回数を
軽減することで高速化を実現するためである。

【００４４】次に、投影処理部１９によりフォーカス検
査エリア内での光の分布特徴となるＸ方向、Ｙ方向につ
いて方向別に輝度積分を行う（ステップＡ９）。図１３
は、図５に示す投影処理部による輝度積分によって得ら
れた輝度積分値の分布と投射画素との関係を示す図であ
る。

【００４５】投影処理部１９は、フォーカス検査エリア
生成部１８により設定されたフォーカス検査エリアのＸ
方向、Ｙ方向について方向別に輝度積分を行う。輝度積
分を行うことで、図１３に示すように、図１１に示す輝
度値分布の特徴よりも、投射画素の明るい部分と投射画
素間の切れ目となる暗い部分での光量分布の特徴を明瞭
に捉えることができる。

【００４６】次に、エリア内光量解析部２０により投影
処理部１９で得られたＸ、Ｙ方向の輝度積分値の最大値
と最小値を探索する（ステップＡ１０）。

【００４７】エリア内光量解析部２０は、図１３に示す
フォーカス検査エリア内のＸ方向の輝度積分値の最大値
ＰＸｍａｘと、Ｘ方向の輝度積分値の最小値ＰＸｍｉｎ
と、Ｙ方向の輝度積分値の最大値ＰＹｍａｘと、Ｙ方向
の輝度積分値の最小値ＰＹｍｉｎとを探索する。

【００４８】次に、コントラスト感度計算部２１により
エリア内光量解析部２０で探索されたＸ、Ｙ方向の輝度
積分値の最大値、最小値から画像鮮明度に相当する値を
コントラスト感度として計算し、（ステップＡ１１）、
算出したコントラスト感度から画像が最も鮮明になるフ
ォーカス位置を求める（ステップＡ１２）。

【００４９】コントラスト感度計算部２１は、まず各フ
ォーカス検査エリア内のＸ方向のコントラストＣｘとＹ
方向のコントラストＣｙとをそれぞれ計算する。Ｃｘ、
Ｃｙは、それぞれ Ｃｘ＝（ＰＸｍａｘ−ＰＸｍｉｎ）／（ＰＸｍａｘ＋ＰＸｍｉｎ） Ｃｙ＝（ＰＹｍａｘ−ＰＹｍｉｎ）／（ＰＹｍａｘ＋ＰＹｍｉｎ） として定義されている（実際には、分子および分母に１
／２が存在するが省略している）。

【００５０】Ｘ方向、Ｙ方向のコントラストＣｘ、Ｃｙ
の分子は、輝度積分値の最大値と最小値との差を１／２
したもので投射映像パターンの光量変化量を示し、Ｘ方
向、Ｙ方向のコントラストＣｘ、Ｃｙの分母は、輝度積
分値の最大値と最小値との和を１／２したもので投射映
像パターンの平均光量を示す。従って、Ｘ方向、Ｙ方向
のコントラストＣｘ、Ｃｙは、投射映像パターンの平均
光量に対して投射映像パターンの光量変化量が占める割
合を表している。

【００５１】コントラスト感度計算部２１は、Ｃｘ、Ｃ
ｙに基づいて各フォーカス検査エリア内のＸ方向のコン
トラスト感度ＳｘとＹ方向のコントラスト感度Ｓｙとを
それぞれ計算する。Ｓｘ、Ｓｙは、Ｃｘ、Ｃｙのそれぞ
れの逆数であり、 Ｓｘ＝１／Ｃｘ Ｓｙ＝１／Ｃｙ として表すことができる。

【００５２】コントラスト感度計算部２１は、Ｓｘ、Ｓ
ｙに基づいて各フォーカス検査エリア内のコントラスト
感度Ｓ（ｚ）を計算する。Ｓ（ｚ）は、ＳｘとＳｙとの
平均値であり、 Ｓ（ｚ）＝（Ｓｘ＋Ｓｙ）／２ として表すことができる。

【００５３】ステップＡ３〜ステップＡ１１までの処理
は、光軸調整機構部８によりＺ軸方向の光軸移動範囲内
で液晶パネル９aをステップ移動させながら行われ、コ
ントラスト感度計算部２１は、算出したコントラスト感
度Ｓ（ｚ）と、算出時のＺ軸位置とを対応させて記憶す
る。

【００５４】次に、コントラスト探索部２２によりコン
トラスト感度計算部２１で各フォーカス検査エリア毎に
計算されたコントラスト感度からフォーカス位置を求め
る（ステップＡ１２）。

【００５５】コントラスト探索部２２は、各フォーカス
検査エリア毎に算出したコントラスト感度Ｓ（ｚ）が最
小になるＺ軸位置をフォーカス位置として求める。各フ
ォーカス検査エリア毎（左上、右上、左下、右下）のフ
ォーカス位置は、それぞれＺａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄとし
て求める。Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄは、 Ｚａ＝ｍｉｎ｛Ｓ（ｚ）｝ Ｚｂ＝ｍｉｎ｛Ｓ（ｚ）｝ Ｚｃ＝ｍｉｎ｛Ｓ（ｚ）｝ Ｚｄ＝ｍｉｎ｛Ｓ（ｚ）｝ として表すことができる。

【００５６】コントラスト感度Ｓ（ｚ）が最小値になる
Ｚ軸位置がフォーカス位置となる理由について説明す
る。図１４は、Ｚ軸を１０ｕｍ間隔で移動して撮像した
時の図５に示す投影処理部により輝度積分されたＸ方向
の輝度積分値の変化を示す図であり、図１５は、図５に
示す投影処理部により輝度積分された輝度積分値の最大
値および最小値とＺ軸を１０ｕｍ間隔で移動して撮像し
た時のＺ軸位置との関係を示す図であり、図１６は、図
５に示す投影処理部により輝度積分された輝度積分値の
最大値から最小値を引いた値とＺ軸を１０ｕｍ間隔で移
動して撮像した時のＺ軸位置との関係を示す図であり、
図１７は、図５に示す投影処理部により輝度積分された
Ｘ、Ｙ方向の輝度積分値のＺ軸を移動して撮像した時の
変化の傾向を説明するための説明図であり、図１８は、
図５に示すコントラスト感度計算部により計算されるコ
ントラスト感度とＺ軸位置との関係を示す図である。

【００５７】図１４には、フォーカス位置を中心に＋−
方向にそれぞれ５０ｕｍまで１０ｕｍ間隔でＢ色を担当
する液晶パネル９ｃをＺ軸方向に移動させた際の、投影
処理部１９により輝度積分されたＸ方向の輝度積分値が
それぞれプロットされている。図１４を参照すると、プ
ロットされた値に幅があることがわかり、液晶パネル９
ｃをＺ軸方向に移動させることにより、Ｘ方向の輝度積
分値の最大値ＰＸｍａｘおよびＸ方向の輝度積分値の最
小値ＰＸｍｉｎが変化していることがわかる。また、液
晶パネル９ｃをＺ軸方向に移動させることにより、Ｙ方
向の輝度積分値の最大値ＰＹｍａｘおよびＹ方向の輝度
積分値の最小値ＰＹｍｉｎも変化する。

【００５８】液晶パネル９ｃをＺ軸方向に移動させるこ
とによるＰＸｍａｘおよびＰＸｍｉｎの変化と、ＰＹｍ
ａｘおよびＰＹｍｉｎの変化とは、それぞれ相反する性
質を有する。すなわち、図１５に示すように、フォーカ
ス位置を挟んで手前（−方向）からダイクロイックプリ
ズム１０方向（＋方向）に液晶パネル９ｃをＺ軸に沿っ
て順次移動させた場合には、ＰＸｍａｘは、減少し、Ｐ
Ｙｍａｘは、増加し、ＰＸｍｉｎは、増加し、ＰＹｍｉ
ｎは、減少する。

【００５９】従って、フォーカス位置を挟んで手前（−
方向）からダイクロイックプリズム１０方向（＋方向）
に液晶パネル９ｃをＺ軸に沿って順次移動させた場合に
は、図１６に示すように、（ＰＸｍａｘ−ＰＸｍｉｎ）
は、減少し、Ｙ方向の投射映像パターンの光量変化量
（ＰＹｍａｘ−ＰＹｍｉｎ）は、増加し、（ＰＸｍａｘ
＋ＰＸｍｉｎ）と（ＰＹｍａｘ＋ＰＹｍｉｎ）とは、ほ
とんど変化しない。

【００６０】すなわち、フォーカス位置を挟んで手前
（−方向）からダイクロイックプリズム１０方向（＋方
向）に液晶パネル９ｃをＺ軸に沿って順次移動させた場
合には、図１７に示すように、Ｘ方向の輝度積分値の最
大値と最小値との差であるＸ方向の投射映像パターンの
光量変化量は、縮小し、Ｙ方向の輝度積分値の最大値と
最小値との差であるＹ方向の投射映像パターンの光量変
化量は、拡大し、投射映像パターンの光量変化量の性質
は、Ｘ方向とＹ方向とでは、相反している。

【００６１】従って、フォーカス位置を挟んで手前（−
方向）からダイクロイックプリズム１０方向（＋方向）
に液晶パネル９ｃをＺ軸に沿って順次移動させた場合の
コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙの変化は、図１８に示すよ
うに、Ｓｘは、増加し、Ｓｙは、減少し、ＳｘとＳｙと
は、フォーカス位置で相反する性質を有し、ＳｘとＳｙ
との平均値であるコントラスト感度Ｓ（ｚ）は、図１８
の中央の曲線で示すように、最も投射画像が鮮明となる
フォーカス位置で最小値となる。

【００６２】次に、光軸制御部１５により各フォーカス
検査エリアのフォーカス位置に基づいて光軸調整機構部
８への指令値を生成する（ステップＡ１３）。図１９
は、図５に示す光軸調整機構部が調整する液晶パネルと
光軸座標系との位置関係を示す図であり、図２０は、図
５に示す光軸調整機構部が調整する液晶パネルと光軸座
標系との位置関係をＸ軸上側から見た図であり、図２１
は、図５に示す光軸調整機構部が調整する液晶パネルと
光軸座標系との位置関係をＹ軸上側から見た図である。

【００６３】液晶パネル９aは、Ｚ軸の光軸方向に対し
て、回転、傾き、Ｘ、Ｙ方向のあおり角度があり、投射
面までの光路長に差が出るため、各フォーカス検査エリ
ア（左上、右上、左下、右下）をカラーＣＣＤカメラ３
a、３ｂ、３ｃ、３ｄでそれぞれ撮像したカラー画像か
らそれぞれ得られるフォーカス位置Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、
Ｚｄは、一致しない。従って、フォーカス位置Ｚａ、Ｚ
ｂ、Ｚｃ、Ｚｄから、液晶パネル９aの中心が通る真の
フォーカス面位置を見つければ、最終的な液晶パネルの
フォーカス位置を探索できる。

【００６４】図１９は、液晶パネル９aと液晶パネル９a
の中心を原点とする光軸座標系との位置関係を示すもの
で、図１９は、Ｚ軸について、図２０は、Ｘ軸上側から
見た場合の位置関係、図２１は、Ｙ軸上側から見た場合
の位置関係で、実際の液晶パネルはＺ軸方向以外の他の
光軸、Ｘθ方向、Ｙθ方向、θに対して傾いている時の
状態を示している。

【００６５】図１９、図２０および図２１に示す光軸位
置と液晶パネル９aとの幾何学的関係から、液晶パネル
９aのフォーカス面は、Ｚ軸方向の４つのフォーカス検
査エリアのフォーカス面が交差する位置となり、各フォ
ーカス検査エリアでのフォーカス位置から計算されるフ
ォーカス重心に等しくなる。

【００６６】従って、液晶パネル９aのスクリーン２に
垂直な光軸（Ｚ軸）の真のフォーカス位置Ｚは、 Ｚ＝｛Ｚａ＋Ｚｂ＋Ｚｃ＋Ｚｄ｝／４ と計算される。

【００６７】また、液晶パネル９aの縦、横の長さを、
それぞれＬｈ、Ｌｖとすると、Ｘθ、Ｙθ軸の回転方向
の調整補正量θｘ、θｙは、液晶パネルの頂点と光軸と
の位置関係から θｘ＝ｓｉｎ^−１（ {（Ｚａ＋Ｚｂ）−（Ｚｃ＋Ｚｄ）}／２Ｌｈ） θｙ＝ｓｉｎ^−１（ {（Ｚａ＋Ｚｃ）−（Ｚｂ＋Ｚｄ）}／２Ｌｖ） と計算され、フォーカス面のあおり角度をキャンセルす
る様に、θｘ、θｙの光軸を動かすことにより、Ｘθ、
Ｙθの光軸でのフォーカス調整をすることなく、液晶パ
ネル９aと調整光軸との幾何学関係と、投射映像の各フ
ォーカス検査エリアのフォーカス位置とから液晶パネル
９aのフォーカス面が決定することができる。

【００６８】コントラスト探索部２２は、真のフォーカ
ス位置Ｚと、Ｘθ、Ｙθ軸の回転方向の調整補正量θ
ｘ、θｙとを光軸調整機構部８への指令値として生成
し、光軸調整機構部８は、コントラスト探索部２２から
の指令値に基づいて液晶パネル９aの光軸調整を行い
（ステップＡ１４）、その他の位置合わせに問題がなけ
れば、ダイクロイックプリズム１０に液晶パネル９aが
半田付け接合等で固定される。

【００６９】ステップＡ１からステップＡ１４までの処
理は、液晶パネル９a、９ｂ、９ｃ毎に行われ、ダイク
ロイックプリズム１０に取り付けられる全ての液晶パネ
ル９a、９ｂ、９ｃのフォーカス調整が行われる。

【００７０】図２２は、図５に示すコントラスト探索部
により生成される指令値に基づく調整による調整時間短
縮例を示す図である。Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色全ての投射画像
のフォーカス調整を行った時の調整時間の比較を行った
際に、コントラスト探索部により生成される指令値（幾
何学関係を用いた１軸高速調整）による調整時間と、各
軸毎に個別調整した場合（３軸個別調整）の調整時間と
は、図２２に示すように、明らかに、１軸高速調整の調
整時間の方が３軸個別調整の調整時間に比べて、約２．
５倍に向上していることがわかる。

【００７１】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、疑似モノクロ画像生成部１６により画像メモリ１３
内に色成分毎に記憶された各色成分の統合デジタル画像
データの輝度値を用いて被投射面での光強度に近い濃淡
画像である疑似モノクロ画像を生成し、単色で撮像され
た画像を投射された映像の色に無関係な輝度情報として
扱うことができるため、カメラ感度と肉眼との視感度差
に関係なく、カメラで撮像した画像の輝度設定を適切に
設定することでき、フォーカスの自動調整を行うことに
より投射映像のフォーカスがはっきりするフォーカス位
置に光軸位置を正確に合わせることができるという効果
を奏する。

【００７２】さらに、本実施の形態によれば、コントラ
スト画像生成部１７により疑似モノクロ画像の輝度分布
状態を求めて、輝度値毎のヒストグラムを作成し、各輝
度値の画素数が等しくなるように輝度変換を施すこと
で、被投射面での光強度分布特徴を継承したままで輝度
分布特徴を強調し、投射映像の明るい部分と暗い部分と
の画素の輝度差を大きくとることで、コントラストを上
げて画像を鮮明化することができるため、投射画素の輝
度分散の本来の性質を明確化して、視認性の極めて悪い
青色の場合にも、フォーカスの自動調整を行うことによ
り、投射映像の投射画素領域の鮮明度が最も良好となる
フォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができ
るという効果を奏する。

【００７３】さらに、本実施の形態によれば、投影処理
部１９によりフォーカス検査エリア内での光の分布特徴
となるＸ方向、Ｙ方向について方向別に輝度積分を行う
ことで、方向別の投射画素領域の被投射面での輝度分布
を強調した正弦波形状の特徴変異として表すことができ
るため、投射映像の投射画素の縦（Ｙ）方向と横（Ｘ）
方向でボケ方を考慮したフォーカスの自動調整を行うこ
とができ、光軸に伴う個々の投射画素の画素形状変動や
投射画素間に発生するフレア、画像ノイズの影響を受け
にくく、投射映像のどの位置をとっても普遍的な特徴を
とることができ、投射映像の投射画素領域の鮮明度が最
も良好となるフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせ
ることができるという効果を奏する。

【００７４】さらに、本実施の形態によれば、スクリー
ン２上の輝度分布を強調した輝度積分値の最大値と最小
値からＸ、Ｙそれぞれの方向のコントラスト感度Ｓｘ、
Ｓｙを求め、コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙの和の平均値
であるコントラスト感度Ｓ（ｚ）が最小値となる光軸位
置をフォーカス位置として求めるため、液晶パネル９
a、９ｂ、９ｃの法線方向であるＺ方向の光軸位置移動
に対して、Ｘ、Ｙ方向で投射画素のボケの程度が異なる
特性を一元的に取り扱うことができ、投射映像のフォー
カスがはっきりするフォーカス位置に光軸位置を正確に
合わせることができるという効果を奏する。

【００７５】さらに、本実施の形態によれば、スクリー
ン２上に張られた表面粗さが小さいフォト印字用紙、標
準白色ボード等の白色素材パネル６a、６ｂ、６ｃ、６
ｄに投射された投射画像を撮像するため、スクリーンの
凹凸による光の乱反射や外光の反射光の影響を受けず
に、液晶プロジェクタ１本来の光学特性を反映した投射
映像を撮像することができ、投射映像全体のフォーカス
が最も鮮明となるフォーカス位置に光軸位置を正確に合
わせることができるという効果を奏する。

【００７６】なお、本実施の形態では、投射映像の４隅
に配置されたカラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３
ｄにより投射映像を撮像し、各撮像箇所毎のフォーカス
位置を求めたが、Ｘ軸方向のあおり角度ＸθおよびＹ軸
方向のあおり角度Ｖθのずれが問題にならない程度であ
れば、投射映像の中央の１箇所等に撮像箇所を減らして
も良い。

【００７７】また、本実施の形態では、スクリーン２に
投射された投射映像を撮像した画像に基づいてフォーカ
ス位置を求めてフォーカス調整を行うようにしたが、ス
クリーン２に投射される前の映像からフォーカス検査用
の画像を得るようにしても良い。スクリーン２に投射さ
れる前の映像からフォーカス検査用の画像を得るために
は、投射光を液晶プロジェクタ１内で分光し、分光した
投射光を光電変換器等で受光すれば良い。

【００７８】このように液晶プロジェクタ１内でフォー
カス検査用の画像を得ることができ、本実施の形態のＡ
／Ｄ変換回路１１、デジタル画像統合器１２、画像メモ
リ１３、画像認識処理部１４、光軸制御部１５および光
軸調整機構部８が液晶プロジェクタ１内に設けられてい
る場合には、製造工程でのフォーカス調整のみでなく、
製品として組み立てた後のフォーカス調整を行うことが
できる。

【００７９】また、本実施の形態では、投射型表示装置
の光学系の液晶パネルの位置調整について説明したが、
液晶パネルをＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）を用い
た光デバイスに置き換えたＤＬＰ型プロジェクタにおけ
るＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）の位置調整による
投射画像調整にも有効である。

【００８０】なお、本発明が上記各実施形態に限定され
ず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は
適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成
部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定され
ず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にす
ることができる。なお、各図において、同一構成要素に
は同一符号を付している。

【００８１】

【発明の効果】本発明のフォーカス調整装置およびフォ
ーカス調整方法は、色成分毎に記憶された各色成分の統
合デジタル画像データの輝度値を用いて被投射面での光
強度に近い濃淡画像である疑似モノクロ画像を生成し、
単色で撮像された画像を投射された映像の色に無関係な
輝度情報として扱うことができるため、カメラ感度と肉
眼との視感度差に関係なく、カメラで撮像した画像の輝
度設定を適切に設定することでき、フォーカスの自動調
整を行うことにより投射映像のフォーカスがはっきりす
るフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることがで
きるという効果を奏する。

【００８２】さらに、本発明のフォーカス調整装置およ
びフォーカス調整方法は、疑似モノクロ画像の輝度分布
状態を求めて、輝度値毎のヒストグラムを作成し、各輝
度値の画素数が等しくなるように輝度変換を施すこと
で、被投射面での光強度分布特徴を継承したままで輝度
分布特徴を強調し、投射映像の明るい部分と暗い部分と
の画素の輝度差を大きくとることで、コントラストを上
げて画像を鮮明化することができるため、投射画素の輝
度分散の本来の性質を明確化して、視認性の極めて悪い
青色の場合にも、フォーカスの自動調整を行うことによ
り、投射映像の投射画素領域の鮮明度が最も良好となる
フォーカス位置光軸位置を正確に合わせることができる
という効果を奏する。

【００８３】さらに、本発明のフォーカス調整装置およ
びフォーカス調整方法は、フォーカス検査エリア内での
光の分布特徴となるＸ方向、Ｙ方向について方向別に輝
度積分を行うことで、方向別の投射画素領域の被投射面
での輝度分布を強調した正弦波形状の特徴変異として表
すことができるため、投射映像の投射画素の縦（Ｙ）方
向と横（Ｘ）方向でボケ方を考慮したフォーカスの自動
調整を行うことができ、光軸に伴う個々の投射画素の画
素形状変動や投射画素間に発生するフレア、画像ノイズ
の影響を受けにくく、投射映像のどの位置をとっても普
遍的な特徴をとることができ、投射映像の投射画素領域
の鮮明度が最も良好となるフォーカス位置に光軸位置を
正確に合わせることができるという効果を奏する。

【００８４】さらに、本発明のフォーカス調整装置およ
びフォーカス調整方法は、スクリーン上の輝度分布を強
調した輝度積分値の最大値と最小値からＸ、Ｙそれぞれ
の方向のコントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙを求め、コントラ
スト感度Ｓｘ、Ｓｙの和の平均値であるコントラスト感
度Ｓ（ｚ）が最小値となる光軸位置をフォーカス位置と
して求めるため、液晶パネルの法線方向であるＺ方向の
光軸位置移動に対して、Ｘ、Ｙ方向で投射画素のボケの
程度が異なる特性を一元的に取り扱うことができ、投射
映像のフォーカスがはっきりするフォーカス位置に光軸
位置を正確に合わせることができるという効果を奏す
る。

【００８５】さらに、本発明のフォーカス調整装置およ
びフォーカス調整方法は、スクリーン上に張られた表面
粗さが小さいフォト印字用紙、標準白色ボード等の白色
素材パネルに投射された投射画像を撮像するため、スク
リーンの凹凸による光の乱反射や外光の反射光の影響を
受けずに、液晶プロジェクタ本来の光学特性を反映した
投射映像を撮像することができ、投射映像全体のフォー
カスが最も鮮明となるフォーカス位置に光軸位置を正確
に合わせることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るフォーカス調整装置の実施の形態
の構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示すカラーＣＣＤカメラの位置関係を示
す平面図である。

【図３】図１に示すカラーＣＣＤカメラの位置関係を示
す側面図である。

【図４】図１に示すカラーＣＣＤカメラによるスクリー
ン上の撮像位置を示す図である。

【図５】図１に示す画像認識処理部の構成を示すブロッ
ク図である。

【図６】図１に示す光軸調整機構部により移動させる液
晶プロジェクタの光学部品の調整光軸と各色毎の液晶パ
ネルとの位置関係を示す図である。

【図７】本発明に係るフォーカス調整装置の実施の形態
の動作を説明するためのフローチャートである。

【図８】図５に示すデジタル画像統合器により生成され
る統合デジタル画像データ例を示す図である。

【図９】図５に示すコントラスト画像生成部によるコン
トラスト強調処理を説明するための各輝度値毎の画素数
のヒストグラムである。

【図１０】図５に示すコントラスト画像生成部によるコ
ントラスト強調処理のアルゴリズムを説明するための説
明図である。

【図１１】図５に示すコントラスト画像生成部によるコ
ントラスト強調処理前後の同一領域の輝度分布を比較す
るためのグラフである。

【図１２】図５に示すフォーカス検査エリア生成部によ
って生成されるフォーカス検査エリアの位置関係を示す
図である。

【図１３】図５に示す投影処理部による輝度積分によっ
て得られた輝度積分値の分布と投射画素との関係を示す
図である。

【図１４】Ｚ軸を１０ｕｍ間隔で移動して撮像した時の
図５に示す投影処理部により輝度積分されたＸ方向の輝
度積分値の変化を示す図である。

【図１５】図５に示す投影処理部により輝度積分された
輝度積分値の最大値および最小値とＺ軸を１０ｕｍ間隔
で移動して撮像した時のＺ軸位置との関係を示す図であ
る。

【図１６】図５に示す投影処理部により輝度積分された
輝度積分値の最大値から最小値を引いた値とＺ軸を１０
ｕｍ間隔で移動して撮像した時のＺ軸位置との関係を示
す図である。

【図１７】図５に示す投影処理部により輝度積分された
Ｘ、Ｙ方向の輝度積分値のＺ軸を移動して撮像した時の
変化の傾向を説明するための説明図である。

【図１８】図５に示すコントラスト感度計算部により計
算されるコントラスト感度とＺ軸位置との関係を示す図
である。

【図１９】図５に示す光軸調整機構部が調整する液晶パ
ネルと光軸座標系との位置関係を示す図である。

【図２０】図５に示す光軸調整機構部が調整する液晶パ
ネルと光軸座標系との位置関係をＸ軸上側から見た図で
ある。

【図２１】図５に示す光軸調整機構部が調整する液晶パ
ネルと光軸座標系との位置関係をＹ軸上側から見た図で
ある。

【図２２】図５に示すコントラスト探索部により生成さ
れる指令値に基づく調整による調整時間短縮例を示す図
である。

【符号の説明】

１ 液晶プロジェクタ ２ スクリーン ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄ カラーＣＣＤカメラ ４ 映像信号発生器 ５ 暗幕テント ６a、６ｂ、６ｃ、６ｄ 白色素材パネル ７ 認識制御部 ８ 光軸調整機構部 ９a、９ｂ、９ｃ 液晶パネル １０ ダイクロイックプリズム １１ Ａ／Ｄ変換回路 １２ デジタル画像統合器 １３ 画像メモリ １４ 画像認識処理部 １５ 光軸制御部 １６ 疑似モノクロ画像生成部 １７ コントラスト画像生成部 １８ フォーカス検査エリア生成部 １９ 投影処理部 ２０ エリア内光量解析部 ２１ コントラスト感度計算部 ２２ コントラスト探索部

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶パネルを通過させた映像に基づいて
   前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整装
   置であって、 前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら
   前記映像を画像として撮像する撮像手段と、 該撮像手段により撮像された前記画像から疑似モノクロ
   画像を生成する疑似モノクロ画像生成手段と、 該疑似モノクロ画像生成手段により生成された前記疑似
   モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索する
   フォーカス探索手段と、 該フォーカス探索手段により探索された光軸位置に前記
   液晶パネルを移動させる光軸調整機構手段とを具備する
   ことを特徴とするフォーカス調整装置。
2. 【請求項２】 前記疑似モノクロ画像生成手段は、前記
   疑似モノクロ画像の輝度分布Iとし、前記画像の色成分
   の輝度分布をそれぞれＲ、Ｇ、Ｂとすると、 I＝（２８＊Ｒ＋７７＊Ｇ＋１５１＊Ｂ）／２５６ として前記疑似モノクロ画像を生成させることを特徴と
   する請求項１記載のフォーカス調整装置。
3. 【請求項３】 前記疑似モノクロ画像のコントラストを
   強調するコントラスト強調手段を具備し、 前記フォーカス探索手段は、前記コントラスト強調手段
   によりコントラストを強調された前記疑似モノクロ画像
   の輝度分布に基づいて光軸位置を探索させることを特徴
   とする請求項１又は２記載のフォーカス調整装置。
4. 【請求項４】 前記コントラスト強調手段は、前記疑似
   モノクロ画像の各輝度値における画素数を平均化させる
   ことを特徴とする請求項３記載のフォーカス調整装置。
5. 【請求項５】 前記疑似モノクロ画像のＸ方向、Ｙ方向
   について方向別に輝度積分を行う投影処理手段を具備
   し、 前記フォーカス探索手段は、前記投影処理手段により
   Ｘ、Ｙ方向別に輝度積分された前記疑似モノクロ画像に
   基づいて光軸位置を探索させることを特徴とする請求項
   １乃至４のいずれかに記載のフォーカス調整装置。
6. 【請求項６】 前記投影処理手段によりＸ、Ｙ方向別に
   輝度積分された前記疑似モノクロ画像のＸ方向の輝度積
   分値の最大値ＰＸｍａｘ、Ｘ方向の輝度積分値の最小値
   ＰＸｍｉｎ、Ｙ方向の輝度積分値の最大値ＰＹｍａｘお
   よびＹ方向の輝度積分値の最小値ＰＹｍｉｎを移動され
   た前記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に探索する光
   量解析手段を具備し、 前記フォーカス探索手段は、前記光量解析手段により探
   索されたＰＸｍａｘ、ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰ
   Ｙｍｉｎに基づいて光軸位置を探索させることを特徴と
   する請求項５記載のフォーカス調整装置。
7. 【請求項７】 液晶パネルを通過させた映像に基づいて
   前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整装
   置であって、 前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら
   前記映像を撮像する撮像手段と、 該撮像手段により撮像された画像のＸ方向の輝度積分値
   の最大値ＰＸｍａｘ、Ｘ方向の輝度積分値の最小値ＰＸ
   ｍｉｎ、Ｙ方向の輝度積分値の最大値ＰＹｍａｘおよび
   Ｙ方向の輝度積分値の最小値ＰＹｍｉｎを移動された前
   記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に探索する光量解
   析手段と、 該光量解析手段により探索されたＰＸｍａｘ、ＰＸｍｉ
   ｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎに基づいて光軸位置を
   探索するフォーカス探索手段と、 該フォーカス探索手段により探索された光軸位置に前記
   液晶パネルを移動させる光軸調整機構手段とを具備する
   ことを特徴とするフォーカス調整装置。
8. 【請求項８】 前記光量解析手段により探索されたＰＸ
   ｍａｘ、ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎから
   Ｘ、Ｙ方向別にコントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙを計算する
   コントラスト感度計算手段を具備し、 前記フォーカス探索手段は、前記コントラスト感度計算
   手段により算出された前記コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙ
   に基づいて光軸位置を探索させることを特徴とする請求
   項６又は７記載のフォーカス調整装置。
9. 【請求項９】 前記コントラスト感度計算手段は、前記
   コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙを Ｃｘ＝（ＰＸｍａｘ−ＰＸｍｉｎ）／（ＰＸｍａｘ＋ＰＸｍｉｎ） Ｃｙ＝（ＰＹｍａｘ−ＰＹｍｉｎ）／（ＰＹｍａｘ＋ＰＹｍｉｎ） Ｓｘ＝１／Ｃｘ Ｓｙ＝１／Ｃｙ と定義して計算させることを特徴とする請求項８記載の
   フォーカス調整装置。
10. 【請求項１０】 前記フォーカス探索手段は、前記コン
    トラスト感度計算手段により算出された前記コントラス
    ト感度Ｓｘ、Ｓｙの和の平均値が最小値となる光軸位置
    を探索させることを特徴とする請求項９記載のフォーカ
    ス調整装置。
11. 【請求項１１】 前記撮像手段は、前記映像の４隅を撮
    像させ、 前記フォーカス探索手段は、前記撮像手段により撮像さ
    れた４隅の光軸位置をそれぞれ探索させることを特徴と
    する請求項１乃至１０のいずれかに記載のフォーカス調
    整装置。
12. 【請求項１２】 前記フォーカス探索手段により探索さ
    れた４隅の光軸位置に基づいて前記液晶パネルの法線方
    向の光軸、Ｘ軸方向のあおり角度ＸθおよびＹ軸方向の
    あおり角度Ｖθを補正する補正値を算出する光軸制御手
    段を具備することを特徴とする請求項１１記載のフォー
    カス調整装置。
13. 【請求項１３】 前記撮像手段は、表面粗さが小さい白
    色素材パネルが張られているスクリーンに投射された前
    記映像を撮像させることを特徴とする請求項１乃至１２
    のいずれかに記載のフォーカス調整装置。
14. 【請求項１４】 液晶パネルを通過させた映像に基づい
    て前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整
    方法であって、 前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら
    前記映像を画像として撮像し、 該画像から疑似モノクロ画像を生成し、 該疑似モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探
    索し、 光軸調整機構手段を用いて探索した光軸位置に前記液晶
    パネルを移動させることを特徴とするフォーカス調整方
    法。
15. 【請求項１５】 前記疑似モノクロ画像の輝度分布Iと
    し、前記画像の色成分の輝度分布をそれぞれＲ、Ｇ、Ｂ
    とすると、 I＝（２８＊Ｒ＋７７＊Ｇ＋１５１＊Ｂ）／２５６ として前記疑似モノクロ画像を生成することを特徴とす
    る請求項１４記載のフォーカス調整方法。
16. 【請求項１６】 前記疑似モノクロ画像のコントラスト
    を強調し、 前記コントラストを強調した前記疑似モノクロ画像の輝
    度分布に基づいて光軸位置を探索することを特徴とする
    請求項１４又は１５記載のフォーカス調整方法。
17. 【請求項１７】 前記疑似モノクロ画像の各輝度値にお
    ける画素数を平均化することによりコントラストを強調
    することを特徴とする請求項１６記載のフォーカス調整
    方法。
18. 【請求項１８】 前記疑似モノクロ画像のＸ方向、Ｙ方
    向について方向別に輝度積分を行い、 該Ｘ、Ｙ方向別に輝度積分された前記疑似モノクロ画像
    に基づいて光軸位置を探索することを特徴とする請求項
    １４乃至１７のいずれかに記載のフォーカス調整方法。
19. 【請求項１９】 前記Ｘ、Ｙ方向別に輝度積分した前記
    疑似モノクロ画像のＸ方向の輝度積分値の最大値ＰＸｍ
    ａｘ、Ｘ方向の輝度積分値の最小値ＰＸｍｉｎ、Ｙ方向
    の輝度積分値の最大値ＰＹｍａｘおよびＹ方向の輝度積
    分値の最小値ＰＹｍｉｎを移動された前記液晶パネルの
    法線方向の光軸位置毎に探索し、 該探索されたＰＸｍａｘ、ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよ
    びＰＹｍｉｎに基づいて光軸位置を探索することを特徴
    とする請求項１８記載のフォーカス調整方法。
20. 【請求項２０】 液晶パネルを通過させた映像に基づい
    て前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整
    方法であって、 前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら
    前記映像を撮像し、 該撮像された画像のＸ方向の輝度積分値の最大値ＰＸｍ
    ａｘ、Ｘ方向の輝度積分値の最小値ＰＸｍｉｎ、Ｙ方向
    の輝度積分値の最大値ＰＹｍａｘおよびＹ方向の輝度積
    分値の最小値ＰＹｍｉｎを移動された前記液晶パネルの
    法線方向の光軸位置毎に探索し、 該探索したＰＸｍａｘ、ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよび
    ＰＹｍｉｎに基づいて光軸位置を探索し、 光軸調整機構手段を用いて探索した光軸位置に前記液晶
    パネルを移動させることを特徴とするフォーカス調整方
    法。
21. 【請求項２１】 前記探索したＰＸｍａｘ、ＰＸｍｉ
    ｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎからＸ、Ｙ方向別にコ
    ントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙを計算し、 該コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙに基づいて光軸位置を探
    索することを特徴とする請求項１９又は２０記載のフォ
    ーカス調整方法。
22. 【請求項２２】 前記コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙを Ｃｘ＝（ＰＸｍａｘ−ＰＸｍｉｎ）／（ＰＸｍａｘ＋ＰＸｍｉｎ） Ｃｙ＝（ＰＹｍａｘ−ＰＹｍｉｎ）／（ＰＹｍａｘ＋ＰＹｍｉｎ） Ｓｘ＝１／Ｃｘ Ｓｙ＝１／Ｃｙ と定義して計算することを特徴とする請求項２１記載の
    フォーカス調整方法。
23. 【請求項２３】 前記算出した前記コントラスト感度Ｓ
    ｘ、Ｓｙの和の平均値が最小値となる光軸位置を探索す
    ることを特徴とする請求項２２記載のフォーカス調整方
    法。
24. 【請求項２４】 前記映像の４隅を撮像し、 該撮像した４隅の光軸位置をそれぞれ探索することを特
    徴とする請求項１４乃至２３のいずれかに記載のフォー
    カス調整方法。
25. 【請求項２５】 前記探索した４隅の光軸位置に基づい
    て前記液晶パネルの法線方向の光軸、Ｘ軸方向のあおり
    角度ＸθおよびＹ軸方向のあおり角度Ｖθを補正する補
    正値を算出するとを特徴とする請求項２３記載のフォー
    カス調整方法。
26. 【請求項２６】 表面粗さが小さい白色素材パネルが張
    られているスクリーンに投射された前記映像を撮像する
    ことを特徴とする請求項１４乃至２５のいずれかに記載
    のフォーカス調整方法。