JP2005049604A - プロジェクタ及びプロジェクタの焦点調節方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 より簡易な構成で迅速に焦点の自動調節が行なえる機能を備えたプロジェクタを提供する。
【解決手段】 スクリーン２上に画像を投影するための投影レンズを含んだ投影レンズ８と、前記スクリーン２上に投影した画像から受ける光の位相差に基づいて前記スクリーン２までの距離を測定し、該測定結果に基づいて前記投影レンズを第１の焦点位置まで移動させる第１の焦点調節手段（３、５、２３）と、前記第１の焦点位置にある前記投影レンズを光軸方向で移動させ、前記スクリーン上に投影した画像から受ける光の画像信号が最大となる位置を第２の焦点位置として検出し、該第２の焦点位置に前記投影レンズを移動させる第２の焦点調節手段（３、５、２３）とを含むプロジェクタである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スクリーンに所望の画像を投影するプロジェクタに関する。より詳細には、焦点自動調節機能（オートフォーカス（ＡＦ）機能）を備えたプロジェクタに関する。

プロジェクタは、ユーザの利便性を高めるため、スクリーン上に投影する画像を自動で焦点調節するＡＦ機能を備えていることが望ましい。焦点調節用のセンサは、自ら発した光を計測して検出に利用するアクティブ型のセンサ（Ａｃｔｉｖｅ Ｓｅｎｓｏｒ）と、自ら光を発せず被測定対象物（プロジェクタの場合はスクリーン）から受ける光を計測して検出を行なうパッシブ型のセンサ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｓｅｎｓｏｒ）との２種類がある。この中でパッシブセンサは光源が不要であるので小型化を図ることができ、スクリーン上の複数点について計測が行なえる等のメリットがある。

例えば、特許文献１ではパッシブセンサを使用したプロジェクタについて開示している。このプロジェクタは、画像をスクリーンに投影する投影手段と、センサによって受光した画像信号を基に前記投影手段のピント調節を自動的に行なうパッシブオートフォーカス手段と、前記オートフォーカス手段によるピント調節時に予め記憶している所定パターンを読み出して投影する制御手段とを具備している。そして、上記オートフォーカス手段によるピント調節時に、上記所定パターンを有する画像をスクリーンに投影して、ピント合わせが確実に行なえるようにしている。

また、焦点検出を行なう技術として、山登り式と称される技術が広く知られている。この山登り式を用いた焦点自動調節については、例えば特許文献２に記載がある。なお、特許文献２は、ビデオカメラ等の撮像装置の焦点自動調節について開示している。この特許文献２では、フォーカスレンズをステッピングモータにより光軸方向前後に動かして、撮像回路からの輝度信号の高周波成分を測定して焦点位置を検出し、焦点調節をする自動焦点撮像装置を開示している。この特許文献２に記載された従来の焦点自動検出装置では、撮像素子上に結像される像を合焦させるために、フォーカスレンズを無限遠焦点位置から最近焦点位置に向けて移動させる。そして撮像回路からの出力輝度信号の焦点評価値（高周波成分）を測定し、焦点評価値が最大となる位置を合焦位置として検出する。

この種の山登り式の焦点検出では、撮影対象とした画像に焦点が合った時にはその解像度が最高（コントラストが最高）になるので、細かい画素の明暗も表示され画像の高周波成分が最高となる点に着目している。

特許 第３１２０５２６号 公報 特開平８−１８６７５２号 公報

しかしながら、上記特許文献１に開示する技術でパッシブオートフォーカスシステムを用いるので、被写体からの光を２つの光学系を介しそれぞれラインセンサで受光する。そして、これらラインセンサより出力される２つのパターンを比較することにより被写体までの距離を求め、レンズを駆動してピントを合わせるようにしている。よって、プロジェクタの焦点調節にパッシブセンサを利用する場合は、被写体となるスクリーンまでの距離とレンズ繰り出し量との関係を換算したテーブルを予め準備する必要がある。図１２は、このテーブルの一例を示した図である。図１２に示すように、レンズを適正な焦点位置に移動させるため、このテーブルには多量の換算データが含まれる。このように特許文献１の技術を実施するには、多量の換算データを予め準備し、これをＲＯＭ等に格納しなければならない。よって、データ準備が煩雑であり、プロジェクタ内に大量の換算データを保持しなければならないという問題がある。

また、特許文献２で開示する技術は、ステッピングモータを駆動してフォーカスレンズを光軸方向に連続的に移動させ、焦点評価値が最大となる点を探すという操作が行われる。この操作は、山登りを行って山頂を探すような操作となる。よって、山の山頂、即ち焦点評価値の最大値を特定するまでに時間を要するという問題がある。

そこで、本発明は、上記した従来の課題を解決して、より簡易な構成で迅速に焦点の自動調節が行なえる機能を備えたプロジェクタを提供することを目的とする。

上記目的は、スクリーン上に画像を投影するための投影レンズと、前記スクリーン上に投影した画像から受ける光の位相差に基づいて前記スクリーンまでの距離を測定し、該測定結果に基づいて前記投影レンズを第１の焦点位置まで移動させる第１の焦点調節手段と、前記第１の焦点位置にある前記投影レンズを光軸方向に移動して、前記スクリーン上に投影した画像から受ける光に基づく画像信号が最大となる位置を第２の焦点位置として検出し、該第２の焦点位置に前記投影レンズを移動させる第２の焦点調節手段とを含むプロジェクタにより達成できる。

本発明によると、第１の焦点調節手段で測距法により概ねの焦点位置（第１の焦点位置）が検出されて投影レンズが移動される。続いて第２の焦点調節手段で山登り式により詳細な焦点位置（第２の焦点位置）が検出されて、投影レンズが移動される。よって、測距法を採用した際に用いる換算データを詳細なものから大略的なものに置き換えて使用しても、最終的に精度良く焦点合わせを行なうことができる。これにより、プロジェクタで保持すべき換算データを軽減できる。また、第１の焦点位置から第２の焦点検出が行なわれるので、当初から山登り式で焦点調節を行なう場合と比較して焦点調節時間の短縮化を図ることもできる。

また、前記第１の焦点調節手段は、前記スクリーン上に投影した画像からの光を受ける一対の受光レンズと、前記受光レンズを介して結像された一対の画像を光電変換して画像信号として出力する一対の受光センサと、前記受光センサから出力される一対の画像信号を用いて相関演算を行なって位相差を求めて前記スクリーンまでの距離を算出する演算部とを含んでもよい。

また、前記第２の焦点調節手段は、前記スクリーン上に投影した画像からの光を受ける受光レンズと、前記受光レンズを介して結像された画像を光電変換して画像信号として出力する受光センサと、前記受光センサから出力される画像信号に基づいてコントラスト値を算出する演算部とを含んでもよい。

また、前記第１の焦点調節手段及び第２の焦点調節手段が、１つのパッシブセンサを兼用する構造とすることが望ましい。このような構造を採用することで、構成を簡素化できる。さらに、本発明には、スクリーン上に投影した画像から受ける光の位相差に基づいて前記スクリーンまでの距離を測定し、該測定結果に基づいて前記投影レンズを第１の焦点位置まで移動させる第１ステップと、前記第１の焦点位置にある前記投影レンズを、さらに光軸方向に移動して前記スクリーン上に投影した画像から受ける光に基づく画像信号が最大となる第２の焦点位置を検出し、該第２の焦点位置に移動させる第２ステップとを含むプロジェクタの焦点調節方法が含まれる。

以上説明したように、本発明によれば、保持すべき換算データを軽減し、短時間で焦点の調節が行なえるプロジェクタを提供できる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る最良の実施の形態について詳細に説明する。図１は、実施形態に係るプロジェクタ２の概略を示したブロック図である。プロジェクタ２はスクリーン１に画像を投影する。このプロジェクタ２は、図２に示すような基本フローチャートにより焦点の調節を行なう。この図２に示すように、このプロジェクタ２は２段階に分けてオートフォーカス動作を実行するという特徴を含んでいる。

すなわち、本プロジェクタ２は、先ず位相差検出法を用いてスクリーン１までの距離測定（測距）を行なって焦点を検出する（Ｓ１１）。ここで得られた距離に基づいて投影レンズを移動する（Ｓ１２）。これが第１段の焦点調節である。このとき投影レンズが移動される焦点位置を第１の焦点位置と称する。さらに、この第１の焦点位置から投影レンズを光軸方向へ移動し、山登り方式により焦点を求める（Ｓ１３）。この山登り式検出では、スクリーン２上に投影された画像のコントラスト値が最大となる位置を検出する（この位置を第２の焦点位置と称する）。この第２の焦点位置を投影レンズの最終位置（本来の焦点位置）とし、投影レンズを移動して焦点調節を完了する（Ｓ１４）。これが第２段の焦点調節である。このように２段階でオートフォーカス動作を実行することによる複数のメリットは、後述の説明から明らかにする。なお、本プロジェクタ２は、一対のパッシブセンサを用いて上記第１及び第２段の処理を実行するので構成を簡素化できる。

図１を参照すると、本プロジェクタ２はスクリーン１までの距離を測定（測距）するライン型パッシブ測距装置３を備えている。ライン型パッシブ測距装置３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含んでいる。なお、上記ライン型パッシブ測距装置３は、自らが発光したり送信したりせず、後述するようにプロジェクタ２の投影レンズ８からスクリーン１に投影された画像から受る光に基づいて測距を行なう。

図３は、図１に示したプロジェクタ２を正面から見た構成を示した図である。プロジェクタ２の正面には投影レンズ８が設けられていている。投影レンズ８は投影レンズ光学系（コンデンサレンズ等を含んでもよい）に含まれ、投影レンズ光学系を介してスクリーン１へ画像が投影される。また、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で水平方向に基線長ｋ１だけ離間して配置された一対の受光レンズ３１ａ及び３１ｂを備えた撮像部３１を有している。以下では、図２に示した２段階の処理で焦点調節を行なうプロジェクタ２が備える詳細な構成及び動作を順に説明する。

（第１段の焦点調節）
第１段の焦点調節では、スクリーン１上の画像から受ける光に基づいて測距を行ない、第１の焦点位置を定めて投影レンズ８を移動させる。まず、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信号間の位相差を測定して、スクリーンまでの距離を測定（測距）する。なお、ここで説明する測距による焦点検出及び後述する山登り式による焦点検出では、投影レンズ８からスクリーン１に所定パターンの画像を投影して利用する。山登り用に用いる所定画像は、繰返しパターンを用いてもよい。しかし、測距に用いる所定画像は、繰返しパターンを含むと位相差検出が困難となる。よって、繰り返しパターンを含まない所定画像を統一して用いることが構成を簡素化する上で望ましい。

図１を再び参照して、ライン型パッシブ測距装置３によるスクリーン１の測距方法を説明する。このライン型パッシブ測距装置３は、第１演算部３２と第２演算部３３とを含んでいる。ここで説明する測距の処理では第１演算部３２が機能する。なお、第２演算部３３は後段の山登り処理で機能するので、これについては後述する。第１演算部３２は撮像部３１からの画像信号を受ける。撮像部３１には後述するように、スクリーン１上に投影した画像からの光を受ける一対の受光レンズ及び各々に対応した一対のセンサを含んでいる。演算部３２からの出力信号は制御部５に入力される。制御部５はライン型パッシブ測距装置３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受け、画像情報を出力する投影画像生成部６及び投影レンズ８へ画像を出力する表示駆動部７の制御を実行する。さらに、制御部５は光学系駆動部２３を介して投影レンズ８を移動させる。光学系駆動部２３には投影レンズ８を光軸方向に移動させるステッピングモータ等が含まれる。上記制御部５はマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）で構成することができる。

また、本プロジェクタ２はメモリ部１０を含む。このメモリ部１０は所定のデータや命令を記憶して、制御部５や演算部３２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むことができる。プロジェクタ２の動作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。

図４は、図１に示したライン型パッシブ測距装置３の周辺をより詳細に示した機能ブロック図である。特に図４では第１演算部３２の内部を詳細に示している。プロジェクタ２の正面を構成する平面内に基線長ｋ１だけ離間された一対のレンズ３１ａ及び３２ｂが配置されている。これらの下には焦点距離ｆ（次の図５参照）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ｋ１（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は、レンズ３１ａ及び３１ｂを介してラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像した画像について、出力部３１ｅを介して、画像の光量に対応した電気信号を直列的に出力する。

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内に設けてもよい。

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、この後において図５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。

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上に結像された測距対象物体の一対の像の相対的な位相差（ずれ量）αを算出する。

コントラスト重心演算部３２ｈは、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）αの信頼性を判定する。この信頼性の判定では、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、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と、信頼性有りとされる。但し、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。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する。

次ぎに図５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。図５は、ライン型パッシブ測距装置３によりスクリーン１を測距する様子を示した図である。

図５（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ｋ１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ｋ１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る。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を介して距離測定（測距）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５（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。

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に結像されることになる。ここで測定位置１Ａが無限遠位置からレンズ３１ａの光軸３１ａｘ上の方向Ａに沿って近づけ、図５（ａ）の位置、すなわち、レンズ３１ａからスクリーン２までの距離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。

このとき、三角測距の原理から、測定位置１Ａまでの距離ＬＣは、ＬＣ＝ｋ１ｆ／αで求められる。ここで、基線長ｋ１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を測定できる。すなわち、スクリーン２までの距離を検出できる。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＝ｋ１ｆ／αの演算は、図１及び図４で示した第１演算部３２で実行される。

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。

上記相関演算の概略を説明する。図５（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５（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。

ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄの各々は、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。

上記のようにスクリーン２までの距離ＬＣが測定されると、本プロジェクタ２は投影レンズ８を所定距離移動させて第１の焦点調節を実行する。本プロジェクタ２は、例えば図６に示すスクリーン２までの距離とレンズ繰り出し量との関係を予め換算したテーブルに基づいて投影レンズを繰り出す。ここで着目すべきは、先に図１２で示した従来テーブルとの換算データ量の差である。本プロジェクタ２では、上記測距による焦点調節（第１段の焦点自動調節）に続いて、後述する山登り式を用いたより詳細な焦点調節（第２段の焦点自動調節）を行う。そこで、測距に基づいた第１の焦点調節では仮の焦点位置（第１の焦点位置）を定めてレンズを移動する。よって、測距で用いる換算テーブルは図６で示すように簡易化されている。したがって、本プロジェクタ２では、測距用に保持すべき換算データを少なくできる。

図７は、上記した測距による焦点自動調節について示したフローチャートである。例えば本プロジェクタ２では、電源が投入されると図１に示した制御部５がこのフローチャートによる処理を開始する。まず、制御部５は投影レンズ８を駆動して、投影レンズ８を予め設定した初期位置（例えばスクリーン１までの距離を５ｍと仮定した場合のレンズ位置）に移動する（Ｓ２１）。このとき、制御部５はスクリーン２上に位相差検出に好ましいパターンを投影させる。続いて、制御部５はライン型パッシブ測距装置３を駆動する（Ｓ２２）。ライン型パッシブ測距装置３では、上記のような位相差を用いた距離の測定が行なわれ、そのデータが第１演算部３２に読み出され、Ａ／Ｄ変換され、さらに測距演算が実行される（Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５）。

制御部５は、図６に示したテーブルを参照して、上記測距演算で得られた測距値に対応する繰出し量を求め（Ｓ２６）、この繰出し量で投影レンズ系光学８を移動する（Ｓ２７）。なお、このように投影レンズ８が移動される位置は、前述した第１の焦点位置である。そして、この第１の焦点位置に移動された投影レンズ８は、さらに下記で説明する山登り式の焦点調節を実施する。これにより、より詳細な焦点位置検出を行なってから投影レンズ８が移動される（Ｓ３０）。以下、山登り式を用いた第２段の焦点自動調節を説明する。

（第２段の焦点調節）
本プロジェクタ２は前述したライン型パッシブ測距装置３を山登り式による焦点検出でも利用する。図８は、ライン型パッシブ測距装置３に含まれる第２演算部３３の構成を示した図である。前述した第１演算部３２は第１段処理での測距のための演算を実行していたが、この第２演算部３３は第２段処理のため画像信号に基づいてコントラスト値を算出する。

図１と図８とを参照して、山登り式の焦点検出を行なう場合を説明する。第２演算部３３は、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）３３ａ、検波器３３ｂ、Ａ／Ｄ変換器３３ｃ、及び積分器３３ｄを含んでいる。コントラスト値は、ラインセンサ３１ｃから出力される画像信号における高周波成分の総和又はピーク値として得られる。ここで高周波成分はＨＰＦ３３ａによって得られる成分である。よって、撮像部３１のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄの少なくとも一方（以下、３１ｃとする）から入力された画像信号は、第２演算部３３で処理することでコントラスト値を得ることができる。本実施形態では、第２演算部３３では、ラインセンサ３１ｃの隣接する画素の出力差の絶対値の総和としてコントラスト（ｃｏｎｔ）値を求めて制御部５へ供給する。

プロジェクタ２は、例えば電源スイッチが投入された時に、予め記憶されている自動焦点に適当な山登り画像パターン（ここでは繰返しパターンでもよい）を投影画像生成部６から取り出して表示駆動部７に送り、投影レンズ８を介してスクリーン１上に投影する。光学系駆動部２３はステップモータ等を含み、投影レンズ８を光軸方向に沿って移動する。制御部５は光学系駆動部２３を介して投影レンズ８を光軸方向で移動しながらスクリーン１上に投影される画像の合焦位置を検出する。

具体的には、スクリーン１上に投影された画像を撮像部３１のラインセンサ３１ｃで受光し画像に対応する信号を第２演算部３３に供給する。これを受けた第２演算部３３は、上述した所定処理を行って積分器３３ｄからコントラスト値に関するデータを制御部５に供給する。制御部５は第２演算部３３からのコントラストデータに基づいて以下に説明するように光学系駆動部２３と投影レンズ８とを制御して焦点検出を行なう。すなわち、これにより前述した投影レンズの第２の焦点位置が決定する。なお、ここで実行される山登り焦点調節は第２段の焦点調節であるので、当初から山登り式検出を行なって合焦位置を探る場合と比較すると投影レンズを狭い範囲で移動させればよい。よって、この第２段でのオートフォーカス操作は短時間で完了できる。

山登り式による焦点検出は、前述した第１段での処理に継続して実行される。投影レンズ８を動かしながらスクリーン１上に投影された画像を撮像部３１のラインセンサ３１ｃで受光して画像信号から最高のコントラスト値（ｃｏｎｔ値）が得られる位置を検出する。ここでの山登り式による焦点自動検出は、従来のものとは異なり狭い範囲でコントラストが最大となる位置が検出される。図９から図１１のフローチャートを参照して説明する。

図９は、第１の焦点検出処理で測距により求めた第１の焦点位置にある投影レンズをさらに移動させて第２の焦点を検出する動作を示したフローチャートである。本フローチャートによる処理も制御部５の制御の下で実行される。まず、投影レンズ８が所定ステップ数（Ｎｉ＿ｍａｘ）だけ、最近焦点位置方向へ繰り出される。そして、投影レンズ８が繰り出される際、コントラスト値が確認される（ステップ７２）。次に、投影レンズ８を第１の焦点位置に戻し、今度は逆向きに所定ステップ数（Ｎｒ＿ｍａｘ）だけ、無限遠焦点位置方向へ繰り込む。投影レンズ８が繰り込まれる際にもコントラスト値が確認される（ステップ７３）。ここでの所定ステップ数（Ｎｒ＿ｍａｘ）及び（Ｎｉ＿ｍａｘ）は、例えば、それぞれ５ステップとすることができる。そして、それぞれのステップ７２と７３で測定された最大のコントラスト値（Ｍａｘ＿ｃｏｎｔＩとＭａｘ＿ｃｏｎｔＲ）が比較されて（ステップ７４）、最も大きいコントラスト値を確認した位置へ投影レンズ８が移動される（Ｎｉｐステップ繰り出し又はＮｒｐステップ繰り込み）（ステップ７５又は７６）。この位置が第２の焦点位置である。

図１０は、図９のステップ７２の繰出し操作の詳細を示したフローチャートである。まず、初期設定がされて、Ｍａｘ＿ｃｏｎｔＩ値、ｃｏｎｔ値、Ｎｉｐ値、及びｎ値がゼロにセットされる（ステップ８１）。そして、投影レンズ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値に１が加えられる（ステップ８２）。次に、ラインセンサ３１ｃからデータが読みだされて第２演算部３３（図８参照）に送られてＡ／Ｄ変換等の処理がされてコントラスト値が得られる（ステップ８３）。この新規なｃｏｎｔ値は先のＭａｘ＿ｃｏｎｔＩ値と比較される（ステップ８４）。ここで、新規なｃｏｎｔ値の方が大きければ、Ｍａｘ＿ｃｏｎｔＩ値が更新され、Ｎｉｐ値にｎ値が代入される（ステップ８５）。そして、ｎ値がＮｉ＿ｍａｘ値に達したかどうかが判定される（ステップ８６）。Ｎｉ＿ｍａｘ値は最近焦点位置方向へ投影レンズ８を繰り出す最大繰り出しステップ数（例えば、５ステップ）である。一方、ステップ８４で、新規なｃｏｎｔ値がＭａｘ＿ｃｏｎｔＩ値よりも小さければ直接ステップ８６へ行く。ステップ８６でｎ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８を最大繰り出しステップ数Ｎｉ＿ｍａｘ値だけ繰り込み、第１の焦点位置に戻す。続いて図１１に示したフローチャートを説明する。

図１１は図９のステップ７３の繰り込み操作の詳細を示したフローチャートである。まず、初期設定がされて、Ｍａｘ＿ｃｏｎｔＲ値、ｃｏｎｔ値、Ｎｒｐ値、及びｎ値がゼロにセットされる（ステップ９１）。そして、投影レンズ光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値に１が加えられる（ステップ９２）。次に、ラインセンサ３１ｃからデータが読み出されて第２演算部３３に送られてＡ／Ｄ変換等の処理がされて新規なコントラスト値が得られる（ステップ９３）。この新規なｃｏｎｔ値が先のＭａｘ＿ｃｏｎｔＲ値と比較される（ステップ９４）。ここで新規なｃｏｎｔ値の方が大きければ、Ｍａｘ＿ｃｏｎｔＲ値が更新され、Ｎｒｐ値にｎ値が代入される（ステップ９５）。そして、ｎ値がＮｒ＿ｍａｘ値に達したかどうかが判定される（ステップ９６）。Ｎｒ＿ｍａｘ値は無限遠焦点位置方向へ投影レンズ８を繰り込む最大繰り込みステップ数で、例えば、５ステップである。一方、ステップ９４で、後のｃｏｎｔ値がＭａｘ＿ｃｏｎｔＲ値よりも小さければ直接ステップ９６へ行く。ステップ９６でｎ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８を最大繰り込みステップ数Ｎｒ＿ｍａｘ値だけ繰り出し、第１の焦点位置に戻す。次に前述した図９に示すステップ７４以下の操作が行なわれる。すなわち、投影レンズ８が第２の焦点位置に移動されてフローチャートによる処理を完了する。

ここで説明した後段の山登り型の焦点調節は、上記図９乃至図１１に示したように、狭い範囲で詳細な焦点検出が行なわれる。よって、第１の焦点にある投影レンズ８の位置をさらに微調整して真の合焦位置（第２の焦点位置）に配置できる。しかも、第１の焦点位置から、その前後に存在する第２の焦点位置を検出して投影レンズ８を移動させるため短時間での操作が完了される。

以上説明したように、本プロジェクタ２は１つのパッシブ型センサを用い、先ず位相差検出法により測距法で第１の焦点位置を検出して第１の焦点自動調節を行ない、さらに同じセンサを用いて山登り法で第２の焦点位置を検出して第２の焦点自動調節を行なう。よって、本プロジェクタ２は、用いるセンサを削減し、測距で用いる換算データを簡素化した装置とすることができる。また、第１の焦点位置から山登り法で第２の焦点位置を検出して投影レンズ光学系を移動させるので、当初から山登り式で焦点調節を行なう場合よりも時間を短縮できる。なお、上述した実施形態では、ライン型パッシブ測距装置３、制御部５及び光学系駆動部２３によって、第１の焦点調節手段並び第２の焦点調節手段が構成されることになる。

以上、本発明の好ましい一実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。上述した実施形態では、コントラスト値を隣接する画素の出力差の絶対値の総和として求めたが、ラインセンサ３１ｃから出力される画像信号の最大ピーク値を用いて求めるようにしてもよい。

実施形態に係るプロジェクタの概略を示したブロック図である。 プロジェクタで実行する焦点の自動調節についての基本フローチャートである。 図１に示したプロジェクタを正面から見た構成を示した図である。 図１に示すライン型パッシブ測距装置の周辺をより詳細に示した機能ブロック図である。 ライン型パッシブ測距装置によりスクリーンを測距する様子を示した図である。 実施形態のプロジェクタで用いるテーブルの例を示した図である。 測距による焦点調節について示したフローチャートである。 ライン型パッシブ測距装置に含まれる演算部が含む他の構成を示した図である。 第１の焦点検出処理で測距により求めた第１の焦点位置にある投影レンズをさらに移動させて第２の焦点を検出する動作を示したフローチャートである。 図９で示すステップ７２の繰出し操作の詳細を示したフローチャートである。 図９で示すステップ７３の繰り込み操作の詳細を示したフローチャートである。 従来技術について、テーブルの一例を示した図である。

符号の説明

１ スクリーン
２ プロジェクタ
３ ライン型パッシブ測距装置
５ 制御部
８ 投影レンズ光学系
２３ 光学系駆動部
３１ 撮像部
３１ａ、３１ｂ 受光レンズ
３２ 演算部

Claims (5)

1. スクリーン上に画像を投影するための投影レンズと、
   前記スクリーン上に投影した画像から受ける光の位相差に基づいて前記スクリーンまでの距離を測定し、該測定結果に基づいて前記投影レンズを第１の焦点位置まで移動させる第１の焦点調節手段と、
   前記第１の焦点位置にある前記投影レンズを光軸方向に移動して、前記スクリーン上に投影した画像から受ける光に基づく画像信号が最大となる位置を第２の焦点位置として検出し、該第２の焦点位置に前記投影レンズを移動させる第２の焦点調節手段とを、含むことを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記第１の焦点調節手段は、前記スクリーン上に投影した画像からの光を受ける一対の受光レンズと、前記受光レンズを介して結像された一対の画像を光電変換して画像信号として出力する一対の受光センサと、前記受光センサから出力される一対の画像信号を用いて相関演算を行なって位相差を求めて前記スクリーンまでの距離を算出する演算部とを、含むことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記第２の焦点調節手段は、前記スクリーン上に投影した画像からの光を受ける受光レンズと、前記受光レンズを介して結像された画像を光電変換して画像信号として出力する受光センサと、前記受光センサから出力される画像信号に基づいてコントラスト値を算出する演算部とを、含むことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
4. 前記第１の焦点調節手段及び第２の焦点調節手段が、１つのパッシブセンサを兼用することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
5. スクリーン上に投影した画像から受ける光の位相差に基づいて前記スクリーンまでの距離を測定し、該測定結果に基づいて前記投影レンズを第１の焦点位置まで移動させる第１ステップと、
   前記第１の焦点位置にある前記投影レンズを、さらに光軸方向に移動して前記スクリーン上に投影した画像から受ける光に基づく画像信号が最大となる第２の焦点位置を検出し、該第２の焦点位置に移動させる第２ステップとを含むことを特徴とするプロジェクタの焦点調節方法。
   

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