JP2004347909A - プロジェクタ及び自動焦点調節方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プロジェクタにおいて、光源やファンモータ等のノイズの影響を受けないようにして自動的にスクリーン上に投影された画像の焦点合せを正確にすること。
【解決手段】本発明のプロジェクタ（２）は、スクリーン（１）上に画像を投影する投影レンズ光学系（８）と、スクリーン上に投影された画像の合焦位置を検出して調節するため投影レンズ光学系がその焦点位置を移動しながらスクリーン上に投影した画像を受光して焦点位置の複数箇所で画像の高周波成分を測定してその平均値を求め、高周波成分の平均値が最大となる所を合焦位置として投影レンズ光学系（８）の焦点位置を調節する自動焦点検出装置（２０）とを含む。
【選択図】 図４Ａ

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影レンズ光学系を動かしながらスクリーン上の画像を受光して高周波成分を測定して合焦位置を求めて投影レンズ光学系の焦点を調節する自動焦点装置を備えたプロジェクタ及びスクリーン上に投影された画像の自動焦点調節方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、投影レンズ光学系を使用してスクリーン上に画像を投影する液晶プロジェクタなどのプロジェクタにおいて、自動的にスクリーン上に投影された画像の焦点合せをすることが、プロジェクタの利便性を高めるために望まれている。
【０００３】
特許文献１には、プロジェクタのレンズをフォーカスモーターにより光軸方向前後に動かして、スクリーン上に投影された画像をディジタルカメラによって取り込み、ディジタルカメラからの画像信号の高周波成分を抽出して高周波成分が最大となる合焦位置を検出してプロジェクタのレンズの焦点調節をする自動焦点装置が開示されている。これは、スクリーン上に投影された画像の焦点が合った時には画像の解像度が最高になり、細かい画素の明暗も表示されるために画像の高周波成分が最高となる点に着目している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００３−５０２０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１の自動焦点検出装置では、プロジェクタの光源の光出力の振動、プロジェクタの空冷ファンからのノイズ、その他の雑音等に起因する投影画像の高周波成分の振れを考慮していない。この結果、図４Ａに示すように合焦位置Ｐ０から離れたノイズに起因した高周波成分ピークＱの位置を最大の高周波成分の所、すなわち合焦位置と誤認して投影レンズの合焦調節位置を間違えてしまう問題点がある。
【０００６】
本発明の目的は上記した従来のノイズの影響を受ける自動焦点装置の問題点を解決してスクリーン上に投影された画像を正確に自動的に合焦調節できるプロジェクタ及び自動焦点調節方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された本発明によれば、スクリーン上に画像を投影する投影レンズ光学系を含むプロジェクタであって、前記投影レンズ光学系がその焦点位置を移動しながら前記スクリーン上に投影した画像を前記焦点位置の複数箇所で受光して得られる画像信号の平均値を求め、前記画像信号の平均値が最大となる所を合焦位置として前記投影レンズ光学系の焦点位置を調節する自動焦点検出装置を備えたプロジェクタが提供される。
【０００８】
請求項１のかかる構成によれば、プロジェクタの投影レンズ光学系がその焦点位置を移動しながらスクリーン上に投影した画像を受光して、複数の焦点位置で受光して得られた画像信号の平均値を求めて、画像信号の平均値が最大となる所を合焦位置として検出して投影レンズ光学系の焦点調節をする。このため、プロジェクタの光源やファンモータ等に起因するノイズによる画像信号への影響を極力少なくすることができて、合焦位置を正確に検出でき、スクリーン上に投影された画像を正確に自動合焦（オートフォーカス）できる。
【０００９】
請求項２に記載された本発明によれば、前記自動焦点検出装置は、前記画像信号の平均値が最大となる所に前記投影レンズ光学系の焦点位置を調節した後、その調節位置から所定間隔だけ前記投影光学レンズ系の焦点位置を最遠焦点位置方向及び最近焦点位置方向へ移動しながら前記スクリーン上に投影された画像を受光して得られる画像信号の平均値を求め、前記画像信号の平均値が最大となる所に前記投影レンズ光学系の焦点位置を再度調節する請求項１に記載のプロジェクタが提供される。
【００１０】
請求項２のかかる構成によれば、投影レンズ光学系の焦点位置を画像信号の平均値が最大となる所に調節した後、その調節位置から投影レンズ光学系を所定間隔だけ最遠焦点位置方向と最近焦点位置方向に移動して画像信号の平均値を測定し、平均値が最大となる所に投影レンズ光学系の焦点位置を再度調節する。この結果、投影レンズ光学系を駆動するステッピングモータ等が正確に画像信号が最大となる合焦位置に投影レンズ光学系を調節することができなくとも、ノイズの影響を受けずに正確に合焦位置に再調節することが可能となる。
【００１１】
請求項３に記載された本発明によれば、前記スクリーン上に投影された画像の台形歪みを補正するため一対のラインセンサを含む角度検出装置をさらに備え、前記自動焦点検出装置が前記画像の合焦位置を検出して前記投影レンズ光学系の焦点調節をした後、前記角度検出装置が前記ラインセンサを使用して前記スクリーンの相対的な傾斜角度を検出して前記スクリーン上に投影された画像の台形歪みを補正をする請求項１又は２に記載のプロジェクタが提供される。
【００１２】
請求項３のかかる構成によれば、最初に自動焦点検出装置によりスクリーン上に投影される画像の合焦位置を求める。この自動焦点検出装置による合焦位置検出の際、プロジェクタからスクリーン上に投影される画像は焦点合せに適当ならば繰返しパターンを持つものでも良い。次に、一対のラインセンサを含む角度検出装置を使用してスクリーン上に投影された画像の台形歪みを補正する。この際、繰返しパターンを含まない画像を投影する。これは角度検出装置が一対のラインセンサが受光した画像の位相差を使用してプロジェクタからスクリーン上に投影された画像の複数箇所までの距離を測定するため、繰返しパターンを含む画像は位相差測定に不向きだからである。最初に自動焦点検出装置により投影レンズ光学系がスクリーン上に投影する画像の合焦調節をしているため、台形歪みを補正する際に使用する画像もスクリーン上に焦点が合って投影できる。このため、角度検出装置の一対のラインセンサが受光した画像はコントラストが高くて、高い位相差を得ることができる。この結果、比較的に高精度にプロジェクタからスクリーン上に投影された画像の複数箇所までの距離を測定することができ、従って、スクリーンの相対的な傾斜角度を比較的高精度に求めることができ、よって高精度で台形歪みを補正することができる。なお、この台形歪みを補正した後、再度投影レンズ光学系の焦点を調節するようにしてもよい。台形歪みを補正する際には合焦がずれることもあるからである。このため、角度検出装置によりプロジェクタからスクリーン上に投影された画像の複数箇所までの距離を測定し、この測距結果に基づいて、台形歪み補正後の焦点の変動を補正するようにしてもよい。また、比較的大型スクリーンの場合にはスクリーンの特定箇所、例えば、中央位置、に画像の焦点が特に合うように投影レンズ光学系の焦点を再調節するようにしてもよい。この焦点再調節は投影レンズ光学系の最初の合焦位置からの微調節で済むから、電力消費を抑えることができる。
【００１３】
請求項４に記載された本発明によれば、前記自動焦点検出装置は、前記角度検出装置の前記ラインセンサを使用して前記スクリーン上に前記投影された画像を受光する請求項３に記載のプロジェクタが提供される。
【００１４】
請求項４にかかる構成によれば、自動焦点検出装置が角度検出装置のラインセンサを受光素子として使用して、スクリーン上に投影された画像に基づく画像信号、好ましくはその高周波成分又はコントラストデータを測定することにより、自動焦点検出装置の受光素子を別途に設ける必要がない。
【００１５】
請求項５に記載された本発明によれば、投影レンズ光学系によりスクリーン上に投影された画像の合焦位置を自動的に検出して調節する方法であって、前記投影レンズ光学系の焦点位置を移動しながら前記スクリーン上に画像を投影するステップと、前記焦点位置の複数箇所で前記スクリーン上に投影された前記画像を受光して得られる前記画像信号の平均値を求めるステップと、前記画像信号の平均値が最大となる所を検出するステップと、前記最大となる所に前記投影レンズ光学系の焦点位置を調節するステップとを備えた自動焦点調節方法が提供される。
【００１６】
請求項５にかかる構成によれば、投影レンズ光学系をその焦点位置を移動しながらスクリーン上に投影した画像を複数の焦点位置の受光して得られる画像信号の平均値を求め、画像信号の平均値が最大となる所を合焦位置として投影レンズ光学系の焦点位置を調節する。このため、プロジェクタの光源やファンモータ等に起因するノイズによる画像信号への影響を極力少なくして合焦位置の最大値を正確に検出でき、スクリーン上に投影された画像を正確に自動合焦（オートフォーカス）できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本実施の形態による自動焦点検出装置と角度検出装置を備え、自動的に検出した焦点位置に基づいてスクリーン１上にプロジェクタ２の投影レンズ光学系８により投影される画像の焦点合せをし、そして検出したスクリーン１の相対的な傾斜角度に基づいてスクリーン１に投影される画像の台形歪を電気的に補正するプロジェクタ２の概略ブロック図を示す。
【００１８】
本実施の形態による自動焦点検出装置２０は、受光センサ２１を有し、スクリーン１上に投影レンズ光学系８により投影された画像を受光する。受光センサ２１の出力は自動焦点検出装置２０内の演算部２２に送られる。演算部２２は、受光センサ２１から出力される画像船さの高周波成分又は後述のラインセンサのコントラストデータを測定する。
【００１９】
本実施の形態による角度検出装置は、水平面内及び垂直面内において、スクリーン１に対するプロジェクタ２の相対的な傾斜角度を検出するため、プロジェクタ２からスクリーン１平面上の水平方向に並んだ複数の位置までの距離を測定する第１ライン型パッシブ測距装置３及び及び垂直方向に並んだ複数の位置までの距離を測定する第２ライン型パッシブ測距装置４を備える。ライン型測距装置は、後述するように複数の光検出器セルが直線状に配列された一対のラインセンサを有する。自動焦点検出装置２０の受光センサ２１として、このラインセンサを使用できる。この場合は、自動焦点検出装置２０の演算部２２にラインセンサの出力が入力する。本実施の形態の自動焦点検出装置２０及びパッシブ測距装置３と４は、自らが発光したり送信したりせず、後述する方法でプロジェクタ２の投影レンズ光学系８によりスクリーン１に投影された画像を受光して合焦位置及び距離を測定する。
【００２０】
図２は、図１に示すプロジェクタ２の正面の構成を示す平面図である。図２に示すようにプロジェクタ２の正面には、投影レンズ光学系８（コンデンサレンズ等を含んでもよい。）が設けられていて、図示しない光源からの光を透過型液晶表示駆動部７を介してスクリーン１へ画像を投影する。また、プロジェクタ２の正面には自動焦点検出装置２０の受光センサ２１が設けられている。第１ライン型パッシブ測距装置３は、プロジェクタ２の正面を構成する平面上に、水平方向に延びた第１の基線長ｋ（図１１）だけ離間して配置された一対のレンズ３１ａ及び３１ｂを備えた撮像部３１を有する。同じく第２ライン型パッシブ測距装置４は、プロジェクタ２の正面を構成する同じ平面上に、撮像部３１の水平方向と直交する垂直方向へ延びて第２の基線長ｋ’（図示せず）だけ離間して配置された一対のレンズ４１ａ及び４１ｂを備えた撮像部４１を有する。なお、自動焦点検出装置２０の受光センサ２１としてパッシブ測距装置３又は４の後述の一対のラインセンサを兼用して使用する場合には、受光センサ２１を設ける必要はない。
【００２１】
次に、図１と図３を併せて参照して、本実施の形態による自動焦点検出装置２０を説明する。自動焦点検出装置２０の演算部２２は、受光センサ２１から入力された画像信号から高周波成分（又はラインセンサからのコントラストデータ）のみを通過させる高域通過フィルタ（ＨＰＦ）２２ａ、検波器２２ｂ、Ａ／Ｄ変換器２２ｃ、及び積分器２２ｄを有する。プロジェクタ２の電源スイッチが投入された時など、プロジェクタ２は予め記憶されている自動焦点に適当なＡＦ用パターン（繰返しパターンを含んでも良い）を投影画像生成部６から取り出して透過型液晶表示駆動部７に送り、投影レンズ光学系８を介してスクリーン１上に投影する。光学系駆動部２３はステップモーター等を含み、投影レンズ光学系８を光軸方向に沿って前後に移動して、スクリーン１上に投影される画像の合焦位置を調節する。すなわち、自動焦点検出装置２０がスクリーン１上に投影された画像が受光センサ２１で受光すると、その演算部２２の積分器２２ｄから図４Ａと図４Ｂに示すような高周波成分が出力されて制御回路５に送られる。この高周波成分に基づいて、制御回路５は以下に説明するように自動焦点検出を行ない、光学系駆動部２３と投影レンズ光学系８を制御して合焦調節を行なう。
【００２２】
次に、図４Ａと図４Ｂを参照して、本実施の形態による自動焦点検出装置２０による合焦位置検出方法を説明する。まず、プロジェクタ２の電源投入時等に投影レンズ光学系８から投影される画像がスクリーン１が無限遠にある場合に焦点が合う初期位置に投影レンズ光学系８を設定する。そして、光学系駆動部２３は、投影レンズ光学系８の焦点位置を無限遠の焦点位置から最近焦点位置（プロジェクタにより決まる位置、例えば、１ｍ）へと全範囲を移動する。その際、演算部２２からの出力は図４Ａに示すように、スクリーン１上の画像が合焦位置Ｐ０に近づくにつれて画像の解像度が増すため高周波成分が増加する。前述したように、画像信号の高周波成分にはプロジェクタ光源の光出力の変動や冷却ファンのノイズ等に起因して多数のピークが存在して単調な増加・減少を示さない。
【００２３】
このため本実施の形態の制御回路５は、図４Ｂに示されるようにステッピンクモータ等の光学系駆動部２３により投影レンズ光学系８の焦点位置が移動するに伴なって複数の焦点位置において出力される演算部２２からの高周波成分から、互いに隣り合う４つの焦点位置グループ内の高周波成分の平均値を求める。この４つの焦点位置からの高周波成分の平均値に基づいて描かれた図４Ａのグラフは、平均前の高周波成分のグラフに比較してノイズ等による変動の影響が少なくなる。この結果、図４Ａの平均化前のグラフにおけるＱのようなノイズによるピーク値は平均化後のグラフからは無くなる。従って、スクリーン１上の画像信号が合焦位置Ｐ０に達するまでほぼ単調に高周波成分は増加して最高となり、その後は焦点が外れて解像度が落ちるために高周波成分はほぼ単調に低下する。なお、演算部２２が受光センサ２１からの画像信号の高周波成分の代わりにラインセンサからのコントラストデータを測定する場合も図４Ａと図４Ｂと同様である。このように、投影レンズ光学系８を無限遠焦点位置から最近焦点位置まで移動して高周波成分を測定した後、高周波成分が最高に達した時の投影レンズ光学系８の位置に光学系駆動部２３により最近焦点位置から戻すことでスクリーン１上の画像が合焦調節される。最高点の合焦位置Ｐ０は、無限遠の初期位置からの光学系駆動部２３の駆動時間（又はステップパルス数）をカウントすることで記録される。
【００２４】
次に、図５を参照して、本発明のプロジェクタの画像調節方法を説明する。前述したようにプロジェクタ２の電源投入時（ステップ５５）、スクリーン１上に投影された画像の焦点が自動的に調節される（ステップ５６）。なお、焦点調節は電源投入時に限らず、適宜変更可能である。例えば、所定時間ごとに自動的に焦点調節を行なっても良いし、また、図示しないＡＦスイッチを設けて、ＡＦスイッチを操作した時に焦点調節を行なっても良い。前述したように本発明の自動焦点調節方法は図４Ａ及び図４Ｂのグラフに示すように、投影レンズ光学系８を動かしながらスクリーン１上に投影された画像を受光センサ２１で受光して画像信号から高周波成分の平均値を取り、最高の高周波成分（又は最高のコントラストデータ）の平均値が得られる位置Ｐ０を検出するものであるから、山登り式オートフォーカス（ＡＦ）とも呼ばれる。
【００２５】
図６には本発明の前述した自動焦点調節方法のステップが詳細に示されている。電源投入後に自動焦点調節操作が開始される。まず、光学系駆動部２３により投影レンズ光学系８が初期位置（例えば、無限遠焦点位置）に駆動される（ステップ６０）。ここでは、画像信号の高周波成分として角度検出装置のラインセンサで検出されるコントラストデータを測定する。しかし、受光センサ２１により受光された画像の高周波成分の測定も同様であるので、本明細書では高周波成分とコントラストデータとは交換可能として説明する。コントラストデータ値（ｃｏｎｔ）、最大コントラストデータ値（Ｍａｘ＿ｃｏｎｔ）、コントラストデータが最大値となった時間（Ｔｐ）、繰り込み時間（Ｔｒ）（投影レンズ光学系８を最近焦点位置から初期位置方向へ戻す時間Ｔｒ＝Ｔｉ−Ｔｐ）、及び測定焦点位置数（ｎ）が、それぞれゼロにリセットされる。ステップモーター等の光学系駆動部２３により、投影レンズ光学系８が初期位置（無限遠焦点位置）から最近焦点位置までの全範囲を一定速度で移動される繰り出し時間Ｔｉは予め設定されている（ステップ６１）。
【００２６】
次に、プロジェクタ２内に予め記憶されている自動焦点調節操作に適したＡＦ用パターンが投影レンズ光学系８を介してスクリーン１上に投影される。このＡＦ用パターンは角度検出操作とは異なり位相差測定をしないから、繰り返しパターンでもよい（ステップ６２）。光学系駆動部２３が投影レンズ光学系８を初期位置（無限遠焦点位置）から最近焦点位置まで一定速度で繰り出し時間Ｔｉの間、移動し（繰り出し）（ステップ６３）、同時にラインセンサ（３１ｃと３１ｄ、図１０）（又は受光センサ２１）がスクリーン１上に投影されたＡＦ用パターンを受光し、タイマを作動する（ステップ６４）。測定焦点位置数（ｎ）を１つだけ加算する（ステップ６５）。ラインセンサ（３１ｃと３１ｄ、図１０）（又は受光センサ２１）からのセンサデータを読み出す（ステップ６６）。そして、センサデータをＡ／Ｄ変換する（ステップ６７）。センサデータからコントラストデータ（ｃｏｎｔ）値を演算する（ステップ６８）。そして、測定焦点位置数（ｎ）が４を越えてコントラストデータを平均するために互いに隣り合う４つのコントラストデータが得られたかを判断する（ステップ６９）。もし、ｎが４を越えていれば、図４Ｂを参照して前述した平均化処理が行なわれる（ステップ７０）。そして平均化後のコントラストデータ（ｃｏｎｔ）値が最大のコントラストデータ値（Ｍａｘ＿ｃｏｎｔ）と比較して大きいかどうかを判定する（ステップ７１）。もし、大きければ、コントラストデータ（ｃｏｎｔ）値を最大のコントラストデータ値（Ｍａｘ＿ｃｏｎｔ）に入れて、その時点のタイマの時間をＴｐに記憶して更新する（ステップ７２）。そして、現在のタイマの時間が光学系駆動部２３により投影レンズ光学系８を初期位置（無限遠焦点位置）から最近焦点位置まで移動するために要する繰り出し時間Ｔｉに達したかどうかを判定する（ステップ７３）。達していなければ、ステップ６５に戻る。もし、平均化後のコントラストデータ（ｃｏｎｔ）値が最大のコントラストデータ値（Ｍａｘ＿ｃｏｎｔ）と比較して大きくなければ（ステップ６６）、直接、ステップ７３へ行く。もし、現在のタイマの時間が繰り出し時間Ｔｉに達したならば、タイマを停止して（ステップ７４）、投影レンズ光学系８を最大コントラストデータ値の位置に戻すための繰り込み時間Ｔｒを計算する（Ｔｒ＝Ｔｉ−Ｔｐ）（ステップ７５）。そして、光学系駆動部２３が投影レンズ光学系８を最近焦点位置から初期位置（無限遠焦点位置）方向へ繰り込み時間Ｔｒだけ戻す（ステップ７６）。そして、コントラストデータが最大値であるかどうかを再度詳細に検出する（ステップ７７）。なお、投影レンズ光学系８の初期位置及び駆動方向は上記に限定されるものではない。例えば、初期位置を最近焦点位置とし、投影レンズ光学系８を初期位置から時間Ｔｉ分繰り込んで無限遠焦点位置まで駆動し、そこから時間Ｔｒ分繰り出して最大コントラストデータ値の位置に戻すようにしても良い。
【００２７】
このようにして、プロジェクタ２の電源投入時にスクリーン１上に投影される画像の合焦調節が行なわれる。その際、投影レンズ光学系８が繰り出し時間Ｔｉで定義される初期位置（無限遠焦点位置又は最遠焦点位置）から最近焦点位置までの全範囲を移動して、スクリーン１上に画像を投影する。自動焦点検出装置２０が互いに隣り合う複数（ここでは４つ）の測定焦点位置で受光した投影画像の高周波成分又はコントラストデータは平均化されるため、図４Ａに示されるように平均化後の画像の高周波成分からノイズの影響は極力少なくなり、最大の高周波成分又はコントラストデータを持つ合焦位置Ｐ０を正確に検出でき、ノイズによるピーク位置Ｑを合焦位置と誤認することを防止できる。
【００２８】
次に図７を参照して説明する。図７の方法は、図６のコントラストデータの最大値を再度詳細に検出するステップ（ステップ７７）を説明する。すなわち、図６のステップ７６で繰り込み時間Ｔｒだけ戻された位置から、投影レンズ光学系８を所定回数（ｉ＿ｍａｘ）だけ、最近焦点位置方向及び無限遠焦点位置方向へ所定ステップ数だけ移動して、再度、コントラストデータが測定される。まず、回数（ｉ）をゼロにセットして（ステップ７８）、図６のステップ７６で繰り込み時間Ｔｒだけ戻された位置から、最近焦点位置方向へ所定ステップ数だけ投影レンズ光学系８が繰り出されて再度最高のコントラストデータ値とそのステップ数が測定される（ステップ７９及び図８）。次に、図６のステップ７６で繰り込み時間Ｔｒだけ戻された位置から、無限遠焦点位置方向へ所定ステップ数だけ投影レンズ光学系８が繰り込まれて再度最高のコントラストデータ値とそのステップ数が測定される（ステップ８０及び図９）。所定回数（ｉ＿ｍａｘ）に達するまで、ステップ７９とステップ８０は繰返される（ステップ８１と８２）。そして、所定回数（ｉ＿ｍａｘ）に達したならば、平均化処理が行なわれる（ステップ８３）。すなわち、所定回数（ｉ＿ｍａｘ）だけステップ７９で測定された最高のコントラストデータ値（Ｍａｘ＿ｃｏｎｔＩ）の平均値とそのステップ数（Ｎｉｐ）の平均値が計算され、所定回数（ｉ＿ｍａｘ）だけステップ８０で測定された最高のコントラストデータ値（Ｍａｘ＿ｃｏｎｔＲ）の平均値とそのステップ数（Ｎｒｐ）の平均値が計算される。そして、平均化された最大のコントラストデータ値（Ｍａｘ＿ｃｏｎｔＩとＭａｘ＿ｃｏｎｔＲ）が比較されて（ステップ８４）、より大きい平均化された最大のコントラストデータ値を測定した平均のステップ位置へ投影レンズ光学系８が図６のステップ７６で戻された位置から移動される（Ｎｉｐステップ繰り出し又はＮｒｐステップ繰り込み）（ステップ８５又は８６）。
【００２９】
図８は図７のステップ７９の操作を詳細に示すフローチャートである。まず、初期設定がされて、Ｍａｘ＿ｃｏｎｔＩ［ｉ］値、ｃｏｎｔ値、Ｎｉｐ［ｉ］値、投影レンズ光学系８の繰り出しステップ数のＮｉ値及びｎ値がゼロにセットされる（ステップ８７）。［ｉ］はｉ回目の測定であることを示す。最近焦点位置方向へ投影レンズ光学系８が繰り出される所定ステップ数はＮｉ＿ｍａｘ値により表わされて、例えば、５ステップ数、予め決められている。投影レンズ光学系８が１ステップだけ最近焦点位置方向へ繰り出されて、ｎ値がゼロにセットされ、Ｎｉ値に１が加えられる（ステップ８８）。ｎ値に１が加えられる（ステップ８９）。次に、ラインセンサ（３１ｃと３１ｄ、図１０）からデータが読みだされ（ステップ９０）、演算部（２２、図３）に送られてＡ／Ｄ変換の処理がされて（ステップ９１）、コントラストデータが得られる（ステップ９２）。そして、ｎ＿ｍａｘ回だ同じステップ位置でセンサデータの読み出し（ステップ９０）、Ａ／Ｄ変換（ステップ９１）、コントラストデータを得る（ステップ９２）ことが繰返される（ステップ９３と８９）。そして、ｎ＿ｍａｘ個のコントラストデータが得られたならば平均化してｃｏｎｔ値に代入する（ステップ９４）。ｎ＿ｍａｘ値は予め適当な数に決められている。このｃｏｎｔ値がＭａｘ＿ｃｏｎｔＩ［ｉ］値と比較される（ステップ９５）。もし、ｃｏｎｔ値の方が大きければ、Ｍａｘ＿ｃｏｎｔＩ［ｉ］値にｃｏｎｔ値が代入され、Ｎｉｐ［ｉ］値にＮｉ値が代入される（ステップ９６）。そして、Ｎｉ値がＮｉ＿ｍａｘ値に達したかどうかが判定される（ステップ９７）。もし、ステップ９５で、ｃｏｎｔ値がＭａｘ＿ｃｏｎｔＩ［ｉ］値よりも小さければ直接ステップ９７へ行く。ステップ９７でＮｉ値が最大繰り出しステップ数Ｎｉ＿ｍａｘ値に達したならば、投影レンズ光学系８を最大繰り出しステップ数Ｎｉ＿ｍａｘ値だけ繰り込み、すなわち、無限遠焦点位置方向に戻して、最初の位置に戻す（ステップ９８）。次に、図９に示す操作が行なわれる。もし、ステップ９７でＮｉ値が最大繰り出しステップ数Ｎｉ＿ｍａｘ値に達していなければ、ステップ８８に戻る。
【００３０】
図９は図７のステップ８０の操作を詳細に示すフローチャートである。まず、初期設定がされて、Ｍａｘ＿ｃｏｎｔＲ［ｉ］値、ｃｏｎｔ値、Ｎｒｐ［ｉ］値、投影レンズ光学系８の繰り込みステップ数のＮｒ値及びｎ値がゼロにセットされる（ステップ１０１）。［ｉ］はｉ回目の測定であることを示す。無限遠（最遠）焦点位置方向へ投影レンズ光学系８が繰り込まれる所定ステップ数はＮｒ＿ｍａｘ値により表わされて、例えば、５ステップ数、予め決められている。投影レンズ光学系８が１ステップだけ無限遠焦点位置方向へ繰り込まれて、ｎ値がゼロにセットされ、Ｎｒ値に１が加えられる（ステップ１０２）。ｎ値に１が加えられる（ステップ１０３）。次に、ラインセンサ（３１ｃと３１ｄ、図１０）からデータが読みだされ（ステップ１０４）、演算部（２２、図３）に送られてＡ／Ｄ変換処理がされて（ステップ１０５）、コントラストデータが得られる（ステップ１０６）。そして、ｎ＿ｍａｘ回だけ同じステップ位置で、センサデータの読み出し（ステップ１０４）、Ａ／Ｄ変換（ステップ１０５）、コントラストデータを得る（ステップ１０６）ことが繰返される（ステップ１０７と１０３）。そして、ｎ＿ｍａｘ個のコントラストデータが得られたならば平均化してｃｏｎｔ値に代入する（ステップ１０８）。ｎ＿ｍａｘ値は予め適当な数に決められている。このｃｏｎｔ値がＭａｘ＿ｃｏｎｔＲ［ｉ］値と比較される（ステップ１０９）。もし、ｃｏｎｔ値の方が大きければ、Ｍａｘ＿ｃｏｎｔＲ［ｉ］値にｃｏｎｔ値が代入され、Ｎｒｐ［ｉ］値にＮｒ値が代入される（ステップ１１０）。そして、Ｎｒ値がＮｒ＿ｍａｘ値に達したかどうかが判定される（ステップ１１１）。もし、ステップ１０９で、ｃｏｎｔ値がＭａｘ＿ｃｏｎｔＲ［ｉ］値よりも小さければ直接ステップ１１１へ行く。ステップ１１１でＮｒ値が最大繰り込みステップ数Ｎｒ＿ｍａｘ値に達したならば、投影レンズ光学系８を最大繰り込みステップ数Ｎｒ＿ｍａｘ値だけ繰り出す、すなわち、最近焦点位置方向に戻して、最初の位置に戻す（ステップ１１２）。次に、図７のステップ８１に示す操作が行なわれる。もし、ステップ１１１でＮｒ値が最大繰り込みステップ数Ｎｒ＿ｍａｘ値に達していなければ、ステップ１０２に戻る。
【００３１】
図７乃至図９に示す操作により、たとえプロジェクタ２の光源や冷却ファン等に起因して受光した画像信号の高周波成分又はコントラストデータにノイズが加わったとしても、平均化処理によりそのノイズの影響を極力少なくして、投影レンズ光学系８を合焦位置Ｐ０（図４Ａ）に正確に調節することができる。
【００３２】
次に、再び、図５を参照すると、以上説明した山登り式オートフォーカスにより合焦操作（ステップ５６）が行なわれた後、角度検出装置によりプロジェクタ２とスクリーン１との間の相対的な傾斜角度が検出されて台形歪みが補正される（ステップ５７）。角度検出装置は後述のように一対のラインセンサを使用してスクリーン１上に投影された画像の受信信号の間の位相差を測定してスクリーン上の画像までの距離を測定するため、繰返しパターンの画像では位相差検出が困難なため、角度検出用にはＡＦ用パターンとは別のパターンを用いるようにしてもよい。スクリーン１上の画像は図５の前のステップ５６で既に合焦調節されているため比較的高いコントラストを有している。この結果、角度検出装置の一対のラインセンサにより精度の高い位相差が測定できる。従って、精度の高い距離測定と角度検出ができ、台形歪みをより高精度に補正できる。
【００３３】
台形歪み補正の際（ステップ５７）、最初の合焦位置からスクリーン１上の画像がずれる。また、スクリーン１が比較的に大画面の場合、スクリーン１の部分（例えば、中央部分）の画像を特に高精度に焦点合せをしたい場合がある。このため、一対のラインセンサの位相差検出方法で得られた測距データに基づいて、投影レンズ光学系８の焦点を調節する（ステップ５８）。この焦点調節（ステップ５８）は、図５のステップ５６の山登り式ＡＦとは異なり、光学系駆動部２３は、一対のラインセンサの位相差検出方法により得られた測距データに基づいて投影レンズ光学系８の焦点位置を最初の合焦位置から調整する。このため、移動量は微調節の範囲に留まる。従って、投影レンズ光学系８の移動に伴なう電力消費を抑制することができる。しかも、この焦点調節（ステップ５８）はプロジェクタが大画面のスクリーンに投影する場合は、画面中央等をより正確に焦点合せできるため、特に有効である。
【００３４】
次に、図１を再び参照して、本実施の形態の角度検出装置によるスクリーン１の相対的な傾斜角度を検出する方法を説明する。仮に投射レンズ光学系８からスクリーン１へ照射される光軸がスクリーン１平面に対して垂直の位置関係にあれば、スクリーン１の上下（又は左右）は、投射レンズ８からの距離が等しく、スクリーン１上の画像には台形歪は発生しない。しかし、実際は、プロジェクタ２は、スクリーン１の前方から照射する際に見る者の邪魔にならないように、スクリーンの中心から下又は上方に偏移されて置かれるため、プロジェクタ２の投射レンズ８からスクリーン１へ照射される投射光軸はスクリーン１平面に対して垂直の位置関係から傾斜している。
【００３５】
このため、スクリーン１の上下は、投射レンズ８からの距離が異なり、スクリーン１上に投影された画像に台形歪を生ずる。上述の通り、この台形歪を補正するためには、投射レンズ８の光軸の傾斜を光学的に補正するか、又は、台形歪で小さく（大きく）投射される部分を大きく拡大（小さく縮小）する画像処理を電気回路で行なう電気的補正を行なう。この電気的補正は特許文献２に記載されている。
【００３６】
【特許文献２】
特開２０００−１２２６１７号公報
【００３７】
これらの補正を自動的に行なうため、まず、投射レンズ８の光軸に対してスクリーン１面の垂直方向が傾斜した傾斜角度を自動的に正確に測定することが必要である。
【００３８】
本実施の形態の角度検出装置は、以下に詳細に説明するように、第１及び第２ライン型パッシブ測距装置３及び４を備えて、プロジェクタ２の正面からスクリーン１上の水平（第１ライン型パッシブ測距装置３の基線長方向に対応）及び垂直（第２ライン型パッシブ測距装置４の基線長方向に対応）方向に沿った複数の位置までの距離を測定することにより、プロジェクタ２に対するスクリーン１の相対的な傾斜角度を、水平面内及び垂直面内において正確に測定することができる。
【００３９】
第１及び第２ライン型パッシブ測距装置３及び４は、それぞれ演算部３２及び４２を有し、それぞれ撮像部３１及び４１からの受信信号が入力される。演算部３２及び４２からの出力信号は制御回路５に入力される。制御回路５は、第１及び第２ライン型パッシブ測距装置３及び４を制御すると共に、図示しないパーソナル・コンピュータ等の機器から入力画像を入力して画像情報を出力する投影画像生成部６及び投射レンズ光学系８へ画像出力する透過型液晶表示駆動部７を制御する。さらに、制御回路５は自動焦点検出装置２０の演算部２２からの出力を受けて合焦位置を検出して投射レンズ光学系８の焦点位置を光学系駆動部２３を介して調節する。さらに、制御回路５は演算部３２及び４２からの出力に基づいてプロジェクタ２に対するスクリーン１のそれぞれ水平方向及び垂直方向の相対的な傾斜角度を算出する。次ぎに、制御回路５は、算出された傾斜角度に基づいて、台形歪を補正するように投影画像生成部６及び／又は透過型液晶表示駆動部７を制御して、スクリーン１の上下及び／又は左右に投影される画像の拡大又は縮小をする。上述した通り、台形歪の光学的補正又は電気的補正自体は公知であるので（例えば、特許文献２を参照）、これ以上説明しない。制御回路５と演算部２２と演算部３２及び４２とメモリ部１０は、１つのマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）９で構成することができる。
【００４０】
メモリ部１０は、本発明の構成に必要なデータや命令を記憶していて、制御回路５と演算部２２と演算部３２及び４２等に随時にデータや命令を供給し又は受け取る。メモリ部１０は、不揮発性のフラッシュメモリ等及び揮発性のＲＡＭ等の２つのタイプのメモリ装置を含み、本発明に必要な命令や長期的に使用されるデータは不揮発性のメモリ装置に記憶され、一時的にのみ使用されるデータは揮発性のメモリ装置に記憶される。
【００４１】
次ぎに図１０の機能ブロック図を参照して、本実施の形態による角度検出装置の構成を説明する。なお、説明を簡潔にするために、第１ライン型パッシブ測距装置３の構成についてのみ説明するが、第２ライン型パッシブ測距装置４も同様に構成されている。プロジェクタ２の正面を構成する平面上に、水平方向に基線長ｋ（図１１）だけ離間された一対のレンズ３１ａ及び３２ｂの下には、これらのレンズ３１ａ及び３２ｂから焦点距離ｆ（図１１）だけ離間されて、ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄがそれぞれ基線長ｋ（水平）方向に沿って配置されている。ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄは直線状に配列された所定数、例えば、１０４個、の光検出素子（画素）を有する一対のラインＣＣＤ又はその他のライン型撮像素子である。撮像部３１から、出力部３１ｅを介して、レンズ３１ａ及び３１ｂによりラインセンサ３１ｃ及び３１ｄの各画素上に結像された画像の光量に対応した電気信号が直列的に出力される。
【００４２】
Ａ／Ｄ変換部３２ａは、撮像部３１の出力部３１ｅから出力されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換する。ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄからのデジタル化された出力信号はそれぞれ画像データ信号列ＩＬ及びＩＲとして、メモリ領域３２ｂ内にその後の処理のために記憶される。従って、メモリ領域３２ｂ内にはそれぞれ１０４個のデータ列から成る一対の画像データ信号列ＩＬ及びＩＲが記憶される。メモリ領域３２ｂはメモリ部１０内に設けても良い。
【００４３】
フィルタ処理部３２ｃは、ラインセンサ出力信号から直流成分を取除いて（ファイリング）、画像に対応した空間周波数成分だけを含んだ有用な信号に画像データ信号列ＩＬ及びＩＲを変える。相関演算部３２ｄは、後で図１１及び図１２を参照して説明するように、画像データ信号列ＩＬ及びＩＲ内から空間的に近接した例えば２６個の画素グループからなる部分画像データ群ｉＬｍ（基準部）及びｉＲｎ（参照部）をそれぞれ選択的に取り出して、データの一致度を計算するために両部分画像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎを互いに比較する。例えば、一方の部分画像データ群ｉＬｍを基準部として固定して、他方の部分画像データ群ｉＲｎを参照部としてＩＲ内で画素を１つずつすらしながら、互いに比較を繰り返す。最大相関度検出部３２ｅは、一対の画像データ信号列ＩＬ及びＩＲ内で最もデータの一致度の高い２つの部分画像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎを検出する。
【００４４】
補間演算部３２ｆは、最大相関度検出部３２ｅで得られた最大の一致度の部分画像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎの位置間隔を、既知の補間方法により画素ピッチ単位の位置間隔よりもより正確な位置間隔に補間する。この補間演算部３２ｆにより補間された位置間隔に基づいて、位相差検出部３２ｇは、一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像された同一の測距対象物体の一対の像の相対的な位相差（ずれ量）を算定する。
【００４５】
コントラスト重心演算部３２ｈは、後で図１９を参照して説明するように、ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像された画像のコントラスト重心を求める。信頼性判定部３２ｉは、算定された両ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像された位置の相対的な位相差（ずれ量）の信頼性を判定する。この信頼性の判定は、例えば、もし、距離測定対象の物体が両ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に正しく結像されているならば、最大相関度検出部３２ｅにおいて得られる一致度が所定値以上となるはずである。従って、もし、最大相関度検出部３２ｅにおいて得られる一致度がたとえ相対的に最高であったとしても、所定値未満の一致度であれば信頼性が低いとして、信頼性判定部３２ｉでその測定結果を排除する。もし、最大相関度検出部３２ｅにおいて得られる一致度が所定値以上であると、データの信頼性有りとして、ＣＯＮＦ＿ＦＬＧ１＝ＯＫと設定する。以上の撮像部３１及び演算部３２の構成は周知であり、例えば、特許文献３及び特許文献４に記載されているため、これ以上の説明は省略する。
【００４６】
【特許文献３】
特許第３２３０７５９号公報
【特許文献４】
特公平４−７７２８９号公報
【００４７】
さらに本実施の形態による角度検出装置は、空間的に隣接したいくつかの測定位置の小グループの測距結果の信頼性を判定するための相互信頼性判定部５１と、空間的に隣接したいくつかの測定位置の小グループに関する測距結果及びコントラスト重心の平均値を求める平均値演算部５２と、測距結果から傾斜角度を求めるための演算を行なう角度演算部５３を含む。角度演算部５３で算出されたスクリーン１の傾斜角度に基づいて、台形歪みを補正するための補正量が、投影画像生成部６及び／又は表示駆動部７に与えられる。これによりスクリーン１上の台形歪みが補正される。
【００４８】
なお、自動焦点調節装置２０の受光センサ２１の代わりにラインセンサ３１ｃと３１ｄを使用する場合は、図１０の出力部３１ｅからのラインセンサ３１ｃと３１ｄの出力を自動焦点調節装置２０の演算部２２にも送るようにすればよい。
【００４９】
次ぎに図１１を参照して、ライン型パッシブ測距装置３の動作原理（外光三角測距方式）を説明する。第１ライン型パッシブ測距装置３は、プロジェクタ２の正面を構成する平面上に水平方向へ延びて基線長ｋだけ離間された一対のレンズ３１ａ及び３１ｂと、この基線長ｋからレンズ３１ａ及び３１ｂの焦点距離ｆだけ離間して基線長ｋ方向と同じ水平方向に沿って延びた一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄを含んでいる。第１ライン型パッシブ測距装置３は、基線長ｋとラインセンサ３１ｃ及び３１ｄを含んだ平面内に位置するスクリーン１の平面上の複数の位置の距離を測定して、基線長ｋとラインセンサ３１ｃ及び３１ｄを含んだ平面内において、プロジェクタ２に対するスクリーン１平面の相対的な傾斜角度を算出する。
【００５０】
説明を簡潔にするため、ここでは第１ライン型パッシブ測距装置３についてのみ説明をして、第２ライン型パッシブ測距装置４については説明を省略するが、動作原理が同じであるため同じ説明が第２ライン型パッシブ測距装置４についても、水平方向を垂直方向に置き換えるだけで適用される。
【００５１】
図１１（ａ）において、一対のレンズ３１ａ及び３１ｂが、プロジェクタ２の正面を構成する平面上に水平方向に延びた所定の基線長ｋだけ離間して配置されている。プロジェクタ２の正面を構成する平面の下には、これら一対のレンズ３１ａ及び３１ｂからそれらの焦点距離ｆだけそれぞれ離間され、基線長ｋ方向（水平方向）に延びた一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄが配置されている。ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄは、その中央部分がそれぞれレンズ３１ａ及び３１ｂの光軸３１ａｘ及び３１ｂｘ上にほぼ位置するように配置されていて、これらラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に、それぞれ対応するレンズ３１ａ及び３１ｂにより距離測定対象のスクリーン１上のある位置の画像１Ａが結像される。図１１（ａ）においては、スクリーン１上の測定位置１Ａが、異なる方向の光路Ａ及びＢを通って、それぞれのレンズ３１ａ及び３１ｂを介して、ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像されている。
【００５２】
もし、測定位置１Ａが無限遠の位置に存在すると仮定した場合、一対のレンズ３１ａ及び３１ｂから焦点距離ｆにあるラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上には、測定位置１Ａがレンズ３１ａ及び３１ｂのそれぞれの光軸３１ａｘ及び３１ｂｘと交差する基準位置３１ｃｘ及び３１ｄｘに結像される。
【００５３】
次ぎに、測定位置１Ａが無限遠位置からレンズ３１ａの光軸３１ａｘ上の方向Ａに沿って近づき、図１１（ａ）の位置、すなわち、距離ＬＣに達すると、測定位置１Ａはラインセンサ３１ｃ上においては、基準位置３１ｃｘ上に結像されたままであるが、ラインセンサ３１ｄ上においては、レンズ３１ｂにより基準位置３１ｄｘから位相差（ずれ量）αだけずれた位置に結像される。
【００５４】
三角測距の原理から、測定位置１Ａまでの距離ＬＣは、ＬＣ＝ｋｆ／αで求められる。ここで、基線長ｋと焦点距離ｆは予め知られている既知の値であり、ラインセン３１ｄ上の基準位置３１ｄｘからの位相差（ずれ量）αを検出すれば、距離ＬＣが測定できる。これが外光三角測距のパッシブ型ラインセンサ測距装置の動作原理である。位相差（ずれ量）αの検出及びＬＣ＝ｋｆ／αの演算は、図１中の演算部３２で実行される。
【００５５】
ラインセンサ３１ｄの基準位置３１ｄｘからの位相差（ずれ量）αの検出は、一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄから出力される一対の画像データ信号列ＩＬ及びＩＲからそれぞれ抽出した部分画像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎについて、演算部３２が相関演算を行なうことにより検出する。この相関演算は周知である（例えば、特許文献３参照）。
【００５６】
このため、相関演算については詳細な説明を省略して以下の概要的な説明に留める。図１１（ｂ）に示すように、相関演算は、部分画像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎを互いに重ねた時に最も一致度が高くなる領域を、重ね合わせる部分画像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎをラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上で相対的にずらしながら検出していく演算である。図１１（ｂ）においては、一方のラインセンサ３１ｃからの部分画像データ群ｉＬｍを基準位置３１ｃｘに位置を固定して、基準部として使用する。他方のラインセンサ３１ｄからの部分画像データ群ｉＲｎは参照部として位置を一画素ずつずらして行き、基準部と最も一致度の高い部分画像データ群ｉＲｎを探す。最も一致度の高い部分画像データ群ｉＲｎを発生するラインセンサ３１ｄ上の位置とそのラインセンサ３１ｄの基準位置３１ｄｘと間の間隔が位相差（ずれ量）αである。
【００５７】
ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄの各々は、図１３を参照して後述するように所定数の光検出器セル（画素）を所定長の直線上に配列した一対のラインＣＣＤで構成されているから、位相差（ずれ量）αは、部分画像データ群ｉＲｎの画像データ信号列ＩＲ内の画素位置と画素ピッチから容易に求めることができる。このようにして、レンズ３１ａの光軸３１ａｘと同じ方向Ａにある測定位置１Ａまでの距離ＬＣを、位相差（ずれ量）αを検出することにより測定できる。
【００５８】
次ぎに、図１２を参照して、図１１とは異なる方向にある測定位置１Ｂまでの距離ＬＲ’及びＬＲを測定する原理を説明する。図１２（ａ）に示すように、測定位置１Ｂが、異なる方向の光路Ｃ及び光路Ｄを通って、それぞれのレンズ３１ａ及び３１ｂを介してラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像されている。
【００５９】
もし、測定したい方向Ｃの無限遠位置に測定位置１Ｂが存在すると仮定した場合、一対のレンズ３１ａ及び３１ｂにより一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像される測定位置１Ｂの像の中心を、互いに基線長ｋだけ離間した基準位置３１ｃｙ及び３１ｄｙとする。次ぎに、この無限遠位置にある測定位置１Ｂが測距方向Ｃに沿って近づいて図１２（ａ）の位置に来ると、レンズ３１ａにより結像される測定位置１Ｂの像のラインセンサ３１ｃ上の基準位置３１ｃｙには変化ないが、レンズ３１ｂにより結像される測定位置１Ｂの像のラインセンサ３ｄｃ上の位置は基準位置３１ｄｙから位相差（ずれ量）α’だけずれる。
【００６０】
三角測距の原理から、測定位置１Ｂまでの距離ＬＲは、ＬＲ＝ｋｆ／（α’ｃｏｓβ）となる。なお、角度βは、基線長ｋの垂直線、すなわち、レンズ３１ａの光軸３１ａｘ、に対する測距方向Ｃの傾き角であり、測定方向Ｃを決定することにより確定される角度である。基線長ｋ、焦点距離ｆ及びｃｏｓβは既知の値なので、位相差（ずれ量）α’を検出すれば、距離ＬＲを測定できる。
【００６１】
レンズ３１ａ及び３１ｂが配置されたプロジェクタ２の正面を構成する同一平面（基線長ｋ方向）から測定位置１Ｂまでの距離ＬＲ’は、ＬＲ’＝ＬＲｃｏｓβ＝ｋｆ／α’で求められる。すなわち、距離ＬＲ’は、位相差（ずれ量）α’を検出すれば、既知の値である基線長ｋ及び焦点距離ｆから求めることができる。すなわち、距離ＬＲ’を測定するためには、角度βは不要である。
【００６２】
位相差（ずれ量）α’を検出するためには、上述した相関演算を行なう。図１２（ｂ）に示すように、一方のラインセンサ３１ｃからの基準位置３１ｃｙに対応する部分画像データ群ｉＬｍを基準部として位置を固定し、他方のラインセンサ３１ｄからの部分画像データ群ｉＲｎを参照部として位置を１画素づつずらして互いに重ね合せて行くことにより、最も基準部ｉＬｍのデータと最も一致度の高いデータを持つ参照部ｉＲｍを見つける。
【００６３】
ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄの各々は、図１３を参照して後述するように所定数の光検出器セル（画素）を直線上に所定長に配列した一対のラインＣＣＤで構成されているから、位相差（ずれ量）α’は、部分画像データ群ｉＲｎの画像データ信号列ＩＲ内の位置（画素番号）及び部分画像データ群ｉＬｍの画像データ信号列ＩＬ内の位置（画素番号）と画素ピッチから容易に求めることができる。
【００６４】
なお、上述した相関演算の方法において、一方のラインセンサ３１ｃからの部分画像データ群ｉＬｍを基準部として固定し、他方のラインセンサ３１ｄからの部分画像データ群ｉＲｎを参照部としてその位置を１画素ずつずらして互いの一致度の高さを検査するとした。しかし、測距方向を両レンズ３１ａ及び３１ｂの中間位置からの方向とする場合は、ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上で部分画像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎの位置を共に反対方向に移動させながら、部分画像データ群ｉＬｍ及びｉＲｍ間で互いの一致度の高さを検査するようにしてもよい。
【００６５】
次ぎに図１３を参照して、一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄの内、１方のラインセンサ３１ｃを詳細に説明する。他方のラインセンサ３１ｄはラインセンサ３１ｃと同様に構成されている。ラインセンサ３１ｃは多数、例えば、１０４個の光検出器セル（画素）が直線的に配列されたリニアＣＣＤ（電荷結合素子）又はその他の線形の撮像素子で構成されている。１０４個の光検出器セル（画素）は、図中左端から右端へ順に画素番号が付けられている。これらの光検出器セル（画素）は、隣接する２６個単位のグループにより７つの測距演算領域を３１ｃ１（１〜２６）、３１ｃ２（１３〜３８）、３１ｃ３（２７〜５２）、３１ｃ４（３９〜６４）、３１ｃ５（５３〜７８）、３１ｃ６（６５〜９０）及び３１ｃ７（７９〜１０４）を構成している。但し、括弧内の数は光検出器セル（画素）番号である。各測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ７は、その２６個の光検出器セル内、前半が前隣りの測距演算領域に含まれ且つ後半が後隣りの測距演算領域に含まれていて、各測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ７は両隣の測距演算領域と互いに半分ずつ重複している。
【００６６】
各測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ７内の光検出器セル（画素）からの信号は、図８及び図９中のラインセンサ３１ｃの画像データ信号列ＩＬの各部分画像データ群ｉＬｍに対応する。各測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ７の中心位置ａ（１３）、ｂ（２６）、ｃ（３８）、ｄ（５２）、ｅ（６４）、ｆ（７８）及びｇ（９０）の各々は（但し、括弧内は画素番号である）、測距方向を定める基準位置となる。この結果、本実施の形態のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄを使用した測距装置３は、基準線ｋと同じ平面（水平平面）内にあるスクリーン１上の７つの離間した位置までの距離を測定することができる。ただし、実際の測距方向は、図１０のコントラスト重心演算部３２ｈにより後述する通り、測距演算領域内でのコントラスト重心位置により補正され得る。図１３には、他方のラインセンサ３１ｄに対応する基準位置ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’、ｅ’、ｆ’及びｇ’が示されていて、参照部としてラインセンサ３１ｃ中の測距演算領域と相関演算する際のずれ量を求める際に使用される。
【００６７】
本発明により距離測定するスクリーン１上の複数の異なる位置は、７つに限る必要はなく、適宜、適当な数、例えば１１とすることも、ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄの画素数又は測距演算領域の数を適当に選択することで可能である。
【００６８】
例えば、１６２個の光検出器セル（画素）数のラインＣＣＤを用いて２７個の光検出器セル（画素）グループ単位で１１の測距演算領域を設けていも良い。各領域は２７個の画素数の内、１３乃至１４個の画素が隣接する測距演算領域と重複して使用される。この例では、スクリーン１上の基準線方向（水平方向）に沿った１１の複数の位置の内の１つを選択することができる。
【００６９】
次ぎに図１４を参照して説明する。図１４は、ライン型測距装置３及び４の初期調節をするため、プロジェクタ２のスクリーン１の相互の位置関係を所定の位置関係にした様子を示す。すなわち、プロジェクタ２の投影光学レンズ系８からの投射光軸がスクリーン１に垂直になるように、スクリーン１を予め基線長ｋ及びｋ’（図示しない）に対して平行にして、プロジェクタ２からライン型測距装置３及び４の初期調節に適した画像を投射する。初期調節とは、例えば、レンズ３１ａ及び３１ｂは収差を持つ。このため、スクリーン１上の基線長ｋ方向に沿った異なる測定位置がラインセンサ３１ｃ及び３１ｄに結像する際、直線上に結像されるのでなく、実際は、歪む。初期調節はこのレンズ収差による歪みを補正するための補正係数を計算して、メモリ部１０に記憶して、以後の演算部３２及び４２により使用する。ライン型測距装置３は、ラインセンサ３１ｃ上の７つの測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ７を使用して、７つの測距方向のスクリーン１上の距離を測定する。簡潔にするため、図１４中においては７つの方向の内、ラインセンサ３１ｃ上の３つの測距演算領域３１ｃ３、３１ｃ５、３１ｃ７に対応した３つの測距方向のスクリーン１上の１Ｃ、１Ｅ、１Ｇの位置のみを図示している。
【００７０】
次ぎに図１５乃至図１８を参照して、パッシブ型ライン測距装置３を用いて、スクリーン１の相対的な傾斜角度を測定する方法を説明する。説明の簡略のために、ラインセンサ３１ｃの２つの測距演算領域３１ｃ３及び３１ｃ７の２つの測距方向Ｃ及びＧを用いて、これら２つの測距方向Ｃ及びＧにあるスクリーン１平面上の２つの測定位置１Ｃ及び１Ｇまでの２つの距離ＬＲ’及びＬＬ’を、図１２で説明した方法で測定する。本実施の形態では２つの距離ＬＲ’及びＬＬ’しか測定しないが、実際は、７つの測距方向にあるスクリーン１上の７個の測定位置までの距離が測定される。
【００７１】
スクリーン１上の測定位置１Ｃや１Ｇは、パッシブ距離測定に適した画像であるならば、プロジェクタ２の投射レンズ８を介してスクリーン１に投影されるプロジェクタ製造メーカーのロゴマーク等を含んだ画像でもよく、また、プロジェクタ２の動作中に定期的に角度検出操作する際には、スクリーン１上の測定位置１Ｃ及び１Ｇは、スクリーン１上に投射されている任意の画像であってもよい。
【００７２】
ラインセンサ３１ｃの２つの測距演算領域３１ｃ３及び３１ｃ７のそれぞれの測距方向Ｃ及びＧの基準位置ｃ（３８）及びｇ（９０）間の距離Ｌは、その括弧内の画素番号及び画素ピッチより予め知られている値である。
【００７３】
基線長ｋに平行な直線ｋ２上にある測定位置１Ｃから測定位置１Ｇを通る基線長ｋに平行な直線ｋ１上に垂直に下ろした点をＣ’とした場合、測定位置１Ｃ〜点Ｃ’間の距離は、ＬＲ’−ＬＬ’に等しい。このＬＲ’−ＬＬ’の大きさは、スクリーン１の傾斜角度θ１があまり大きくない場合、直線ｋ１上で測定位置１Ｇから距離（ＬＬ’＊Ｌ／ｆ）にある点をＣ”として、点Ｃ”からの直線ｋ１と直交する線とスクリーン１との交点１Ｃ’とした場合の、距離１Ｃ’−Ｃ”と近似できる。通常は、予め人手等によりスクリーン１とプロジェクタ２の相対的な位置関係は調整されていることが多いから、傾斜角度θ１はあまり大きくはならず多くの場合にこの近似は妥当である。測定位置１Ｇと点Ｃ”とレンズ３１ａの中心とで構成される三角形と基準位置ｃとｇおよびレンズ３１ａの中心とで構成される三角形とは相似の関係にあり、ラインセンサ３１ｃ上の２つの測距演算領域３１ｃ３及び３１ｃ７の２つの基準位置ｃ（３８）及びｇ（９０）間の距離Ｌは、測定位置１Ｇ〜点Ｃ”間の距離に対応しているから、この傾斜角度θ１の値は、相似形の関係と三角関数を使用して、
θ１＝ａｒｃｔａｎ｛（ＬＲ’−ＬＬ’）／（ＬＬ’＊Ｌ／ｆ）｝
と求めることができる。
【００７４】
従って、プロジェクタ２の制御回路５により、上式の演算をすることにより、水平面内におけるスクリーン１とプロジェクタ２の基線長ｋ方向の傾斜角度θ１を算出できる。この傾斜角度θ１の大きさに基づいて、図１の制御回路１が投影画像生成部６及び／又は表示駆動部７に、画像の台形歪みを補正する指示を与えることができる。しかし、上式から求められる傾斜角度θ１は、測定位置１Ｇ及び１Ｃまでの距離測定結果ＬＲ’及びＬＬ’の精度に依存する。
【００７５】
図１５において、測定距離を、各測定位置１Ｃ及び１Ｇから基線長ｋ方向に下ろした垂直線ＬＲ’及びＬＬ’の長さに代えて、レンズ３１ａから各測距方向Ｃ及びＧに沿った各測定位置１Ｃ及び１Ｇまでの長さとしてもよい。この場合については図２０において説明する。
【００７６】
もし、角度検出に高い精度が求められる場合には、角度検出に用いる２つの測距演算領域３１ｃ３及び３１ｃ７の基準値ｃ（３８）及びｇ（９０）間の距離Ｌに代えて、各々の測距演算領域３１ｃ３及び３１ｃ７中のコントラスト重心位置の距離を使用しても良い。
【００７７】
図１９を参照して、図１０のコントラスト重心演算部３２ｈによるコントラスト重心位置を用いた距離測定を説明する。周知のように、パッシブ式測距は、２つのラインセンサ上に結像される一対の画像を重ね合せた時に最も一致度が高くなる場所を検出する動作を含むが、この一致度は一対の画像のコントラスト状態が一致しているか否かを検出するものである。
【００７８】
従って、パッシブ式測距は、図１９に示すようにある１つの測距演算領域３１ｃｎの設計上の測距方向が矢印Ｊ方向である場合、もし、測距演算領域３１ｃｎ上に結像される測距対象の像が矢印Ｋ方向のみにコントラスト位置１Ｋが存在する像である場合、実際の測距方向は矢印Ｊ方向から矢印Ｋ方向にずれる。もし、測距演算領域３１ｃｎ上に結像される測距対象の像が矢印Ｍ方向のみにコントラスト位置１Ｍが存在する像である場合、実際の測距方向は矢印Ｊ方向から矢印Ｍ方向にずれる。さらに、測距演算領域３１ｃｎ上に結像される測距対象の像が矢印Ｋ方向及び矢印Ｍ方向にコントラスト位置１Ｋ及び１Ｍが存在する像である場合、実際の測距方向は矢印Ｊ方向から測定演算領域３１ｃｎ上に結像された画像のコントラスト重心位置にずれる。
【００７９】
従って、角度検出に使用する２つの測距演算領域間の距離に対応した値として、各測距演算領域中のコントラスト重心位置の距離を用いれば、精度の高い距離Ｌを使用することができ、角度検出精度が向上する。なお、コントラスト重心位置の求め方は、特許文献５に記載されており、公知である。
【００８０】
【特許文献５】
特開平８−７５９８５号公報
【００８１】
参考までに、本実施の形態においてコントラスト重心位置を求める数式１を以下に示す。
【００８２】
【数１】

ここで、Ｌ（）：基準部３１ｃ側センサーデータ
Ｓａ ：基準部３１ｃ側受光素子最小Ｎｏ．
Ｗｎ ：部分群の受光素子数
ｔ ；整数（一般的に１〜４）
ノイズの影響を解除するためには、差分の絶対値が所定値（ノイズキャンセルレベル）以下の場合は、総和に加えない。
なお、ラインセンサ３１ｃの一列に配列された受光素子（画素）にはそれぞれ一連の通し番号（画素番号）がふってある。
【００８３】
次ぎに図２０を参照して、別の方法によるパッシブ型ライン測距装置３を用いて傾斜角度θ１の計算方法を説明する。図２０に示すように、ライン型パッシブ測距装置３の基線長ｋ方向（プロジェクタ２の水平方向）に対するスクリーン１の傾斜角度をθ１とし、図１２で説明した方法により、ラインセンサ３１ｃの測距演算領域３１ｃ７の測距方向に沿って測距演算して算出されたスクリーン１までの距離がＬ１、測距演算領域３１ｃ３の測距方向に沿って測距演算して算出されたスクリーン１までの距離がＬ２とする。予め知られている測距演算領域３１ｃ３の測距方向と基線長方向に垂直な方向とがなす角度をβとし、同じく予め知られている測距演算領域３１ｃ７の測距方向と基線長方向に垂直な方向とがなす角度をγとする。傾斜角度θ１は、次式で計算される。
【００８４】
θ１＝ａｒｃｔａｎ（Ｌ２ｃｏｓβ−Ｌ１ｃｏｓγ）／（Ｌ１ｓｉｎγ＋Ｌ２ｓｉｎβ）
【００８５】
このようにして、図１０に示す制御回路５はスクリーン１の傾斜角度を計算して、得られた傾斜角度に基づいてスクリーン１上の画像の台形歪みを補正する。上記において図５のステップ５８に関連して説明したように、台形歪みを補正した後、測距装置３によりプロジェクタ２からスクリーン１までの距離を測定して、投影レンズ光学系８の焦点調節を再度行なう。具体的には、例えば、制御回路５が測距装置で測定したスクリーン１までの距離に対応する投影レンズ光学系８の焦点位置に基づいた信号を光学系駆動部２３に出力し、光学系駆動部２３が上記焦点位置まで投影レンズ光学系８を駆動することによって焦点調節を行なう。これは、台形歪み補正後の焦点の変動を補正し、また、比較的大型スクリーンの場合にはスクリーンの特定箇所、例えば、中央位置、の画像の焦点が特に合うように投影レンズ光学系の焦点を再調節するためである。この再調節は投影レンズ光学系８の図５のステップ５６の山登り式ＡＦによる合焦位置からの移動が少ない微調整ですみ、電力消費を抑えることができる。
【００８６】
なお、図５のステップ５６の山登り式ＡＦの代わりに、測距装置３の一対のラインセンサを使用した位相差測定による測距操作を電源投入時にして、その測距データに基づいて合焦調節をすれば、焦点検出装置２０が不要となることも考えられる。しかし、ステップ５５の電源投入時等の初期時にはスクリーン上の画像のピントが合っていないことが考えられ、スクリーン上の画像のコントラストが低い。従って、測距装置３の一対のラインセンサが検出する位相差の精度が低くく、測距結果の精度も低くくなり、測距装置３の一対のラインセンサでは合焦調節が正確にできない場合が発生すると考えられる。そして、スクリーン上の画像のコントラストが低くいとその後の角度検出の精度も低くなり、ステップ５７の台形歪み補正も正確にできなくなる可能性が高い。よって、図５のステップ５６の合焦調節は投影レンズ光学系８を動かしてスクリーン上に投影される画像の高周波成分又はコントラストデータを検出する山登り方式ＡＦを行なうのが好ましい。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載された本発明のプロジェクタによれば、プロジェクタの光源やファンモータ等により画像信号にノイズが存在していても、最大値を正確に検出でき、スクリーン上に投影された画像を正確に自動合焦（オートフォーカス）できる。
【００８８】
請求項２に記載された本発明のプロジェクタによれば、１回の操作で正確に高周波成分が最大となる所に投影レンズ光学系を戻すことができなくとも、所定間隔だけ両方向に投影レンズ光学系を移動して画像信号の平均値が最大となる所をノイズの影響を受けないように再度測定することで、正確に合焦位置に調節することができる。
【００８９】
請求項３に記載された本発明のプロジェクタによれば、最初に投影レンズ光学系のスクリーン上に投影する画像の合焦位置を調節しているため、台形歪みを補正する際に使用する画像もスクリーン上に焦点が合って投影される。このため、一対のラインセンサが受光した画像はコントラストが高く、従って、高い位相差を得ることができる。この結果、比較的に高精度にプロジェクタからスクリーン上に投影された画像の複数箇所までの距離を測定することができ、スクリーンの相対的な傾斜角度を比較的高精度に求めることができ、よって高精度で台形歪みを補正することができる。
【００９０】
請求項４に記載された本発明のプロジェクタによれば、自動焦点検出装置の受光センサの代わりに角度検出装置のラインセンサを使用することで部品点数を少なくすることができるという効果がある。
【００９１】
請求項５に記載された本発明の方法によれば、ノイズ等の影響を受けないようにして画像信号の最大値を正確に検出でき、スクリーン上に投影された画像を正確に自動合焦（オートフォーカス）できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態によるプロジェクタの構成を示す概略ブロック図。
【図２】図１に示したプロジェクタの概略正面図。
【図３】本発明の１つの実施の形態による自動焦点検出装置の演算部の機能ブロック図。
【図４Ａ】本発明の１つの実施の形態による自動焦点調節方法を従来技術と対比して説明するためプロジェクタの投影レンズ光学系の焦点位置を横軸に示し、その投影レンズ光学系によりスクリーン上に投影された画像の受光信号に含まれる高周波成分（又はコントラストデータ）を縦軸に示したグラフ。
【図４Ｂ】本発明の１つの実施の形態による自動焦点調節方法の平均化方法を示す図。
【図５】本発明の１つの実施の形態によるプロジェクタの画像調節方法を示すフローチャート。
【図６】本発明の１つの実施の形態による自動焦点調節方法を示すフローチャート。
【図７】本発明の別の実施の形態による自動焦点調節方法を示すフローチャート。
【図８】図７の実施の形態による自動焦点調節方法の詳細を示すフローチャート。
【図９】図７の実施の形態による自動焦点調節方法の詳細を示すフローチャート。
【図１０】本発明の１つの実施の形態による角度検出器の機能ブロック図。
【図１１】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置の測距操作を説明する図。
【図１２】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置の測距操作を説明する別の図。
【図１３】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置の一対のラインセンサの概略を示すブロック図。
【図１４】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置による複数位置の距離測定を説明する図。
【図１５】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置による角度検出方法を説明する図。
【図１６】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置による角度検出方法を説明する図。
【図１７】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置による角度検出方法を説明する図。
【図１８】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置による角度検出方法を説明する図。
【図１９】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置の測距演算領域のコントラスト重心位置を求める方法を説明する図。
【図２０】本発明の１つの実施の形態による角度検出器に含まれる測距装置による角度検出方法を説明する図。
【符号の説明】
１ スクリーン
２ プロジェクタ
３ 測距装置
４ 測距装置
５ 制御回路
８ 投影レンズ光学系
２０ 自動焦点検出装置
２１ 受光センサ
２２ 演算部
２３ 光学系駆動部
３１ 撮像部
３１ａ レンズ
３１ｂ レンズ
３１ｃ ラインセンサ
３１ｄ ラインセンサ
３２ 演算部
ｋ 基線長
θ１ 水平面内でスクリーン１が基線長ｋ方向となす傾斜角度

Claims (5)

1. スクリーン上に画像を投影する投影レンズ光学系を含むプロジェクタであって、前記投影レンズ光学系がその焦点位置を移動しながら前記スクリーン上に投影した画像を前記焦点位置の複数箇所で受光して得られる画像信号の平均値を求め、前記画像信号の平均値が最大となる所を合焦位置として前記投影レンズ光学系の焦点位置を調節する自動焦点検出装置を備えたプロジェクタ。
2. 前記自動焦点検出装置は、前記画像信号の平均値が最大となる所に前記投影レンズ光学系の焦点位置を調節した後、その調節位置から所定間隔だけ前記投影光学レンズ系の焦点位置を最遠焦点位置方向及び最近焦点位置方向へ移動しながら前記スクリーン上に投影された画像を受光して得られる画像信号の平均値を求め、前記画像信号の平均値が最大となる所に前記投影レンズ光学系の焦点位置を再度調節する請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記スクリーン上に投影された画像の台形歪みを補正するため一対のラインセンサを含む角度検出装置をさらに備え、前記自動焦点検出装置が前記画像の合焦位置を検出して前記投影レンズ光学系の焦点調節をした後、前記角度検出装置が前記ラインセンサを使用して前記スクリーンの相対的な傾斜角度を検出して前記スクリーン上に投影された画像の台形歪みを補正をする請求項１又は２に記載のプロジェクタ。
4. 前記自動焦点検出装置は、前記角度検出装置の前記ラインセンサを使用して前記スクリーン上に前記投影された画像を受光する請求項３に記載のプロジェクタ。
5. 投影レンズ光学系によりスクリーン上に投影された画像の合焦位置を自動的に検出して調節する方法であって、前記投影レンズ光学系の焦点位置を移動しながら前記スクリーン上に画像を投影するステップと、前記焦点位置の複数箇所で前記スクリーン上に投影された前記画像を受光して得られる画像信号の平均値を求めるステップと、前記画像信号の平均値が最大となる所を検出するステップと、前記最大となる所に前記投影レンズ光学系の焦点位置を調節するステップとを備えた自動焦点調節方法。

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