JP2005283952A - 投射型表示装置及び投射型表示装置の自動フォーカス調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサカメラのカメラレンズと投射レンズとの双方のフォーカス調整を自動で行って、高精度の自動焦点調整を行う。
【解決手段】パターン生成部２０が生成したテストパターンを投射レンズ１２によってスクリーン２に投射し、センサカメラ１４で撮像する。そしてフォーカス検出部１７でそのフォーカス検出を行って、演算処理部１８で演算処理する。レンズ制御部１９は、演算結果に従ってカメラレンズ１５または投射レンズ１２の回転方向を決定し、カメラレンズ駆動部１６または投射レンズ駆動部１３が各レンズを回転させてフォーカス調整を行う。上記のフォーカス調整においては、カメラレンズ１５または投射レンズ１２の一方のレンズを固定し、他方のレンズについてフォーカス調整を行う。そして各レンズのフォーカス調整を交互に繰り返し、輝度変化のピークが変化せずに飽和状態となったときに、最も最良のフォーカス調整が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像を投射面に表示する投射型表示装置及びその自動フォーカス調整方法に関し、特に、投射面とプロジェクタ装置との距離が可変である場合の設定調整の自動化を行うことができる投射型表示装置及びその自動フォーカス調整方法に関する。

従来、投射型表示装置（プロジェクタ）を用いてスクリーンに画像を投射する際には、まず、スクリーンの投射面に映し出される像の合焦動作（フォーカス調整）を行なうことが必要となる。プロジェクタのフォーカス調整においては、プロジェクタ本体と投射面との距離が可変である場合、投射距離に応じて、マニュアルでフォーカスの調整を行う必要があり、その操作はユーザにとっては厄介なものとなる。このような可変の投射距離に対応するために、フォーカス調整を自動で行うオートフォーカスシステムが提案されている。

オートフォーカスによるフォーカス調整を行うための装置として、例えば、特許文献１においては、スクリーンに投射した調整用画像パターンをＣＣＤカメラなどで撮影し、撮影したその調整用画像パターンを再度入力回路から入力し、この入力パターンの周波数成分を比較し、所定の高周波数成分の構成になるまで電動モータにより投射レンズを駆動することにより、オートフォーカス調整を行うフォーカス調整装置が提案されている。

また、特許文献２では、プロジェクタから投射されたテストパターンをモニタカメラにより撮像し、撮像したモニタ画像のデータを解析して、フォーカス検出部によりフォーカスの最良点（センサカメラ上のポイント）を決定し、決定したフォーカスの最良点に従って投射レンズのフォーカス調整を行うプロジェクタの自動画面位置調整方法及び装置が開示されている。
特開２０００−２８９０１号公報 特開２０００−２４１８７４号公報

上述のごとくの従来の技術よるオートフォーカスは、フォーカス調整を行うときにセンサカメラのレンズの焦点が合うことを前提としており、近年ではセンサカメラが具備するフォーカス検出部によりフォーカスの最良点を決定し、決定したフォーカスの最良点に従ってセンサカメラのフォーカス調整を行うオートフォーカス機能を内蔵するものが提案されている。
例えば、投射型表示装置とスクリーンとの設置位置がほぼ決められている場合などで、センサカメラのレンズの焦点を合わせることができる場合には上記従来技術を適用することができるが、投射型表示装置とスクリーンの位置が可変である場合に、センサカメラのレンズの焦点が合わない位置があると、投射レンズのフォーカス調整精度が低下する。

そこで、フォーカス調整精度を低下させないようにするため、センサカメラにカメラレンズ駆動部とフォーカス検出部を設け、センサカメラのカメラレンズのフォーカス調整を自動で行うことができるようにし、センサカメラのレンズの焦点を合わせた状態で投射レンズのフォーカス調整を行うことにより、最適な投射レンズのフォーカス位置を得ることができるようになる。しかし、壁のような単色の投映面を撮像し、カメラレンズを駆動してもフォーカス検出結果が変化しない環境であっても、センサカメラのカメラレンズと投射レンズとの双方のレンズの最適なフォーカス位置を自動で得る方法は提案されていない。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、設置環境によらずカメラレンズと投射レンズとの双方のフォーカス調整を自動で行い、プロジェクタ設置の自由度を高めるようにした投射型表示装置及び投射型表示装置の自動フォーカス調整方法を提供することを目的としている。

第１の技術手段は、フォーカス調整を行うことができる投射レンズと、投射レンズで投射された映像を撮像するセンサカメラと、センサカメラが撮像した映像のフォーカスを検出するフォーカス検出部と、フォーカス検出部で検出された検出結果を演算する演算処理部と、演算処理部で演算された結果に従って投射レンズの回転方向を決定するレンズ制御部と、レンズ制御部の決定に従って投射レンズを回転駆動させる投射レンズ駆動部とを有し、投射レンズ駆動部による投射レンズの回転駆動によって、投射レンズのフォーカス調整を自動で行う投射型表示装置において、センサカメラは、フォーカス調整を行うことができるカメラレンズと、カメラレンズのフォーカス調整を行うためにカメラレンズを回転駆動させるカメラレンズ駆動部と、カメラレンズのフォーカス調整を自動で行うカメラＡＦ調整部と、カメラレンズのフォーカス位置を固定するためのカメラＡＦロック制御部とを有し、レンズ制御部が前記カメラＡＦロック制御部を制御してカメラレンズのフォーカス位置を固定させた状態で、投射レンズ駆動部により投射レンズ駆動部を駆動させて投射レンズのフォーカス調整を行うことを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、レンズ制御部が前記カメラＡＦロック制御部を制御して前記カメラレンズのフォーカス位置を固定させた状態で、前記投射レンズ駆動部により前記投射レンズ駆動部を駆動させて該投射レンズのフォーカス調整を行う動作を第１の動作とし、該第１の動作と、前記レンズ制御部が前記投射レンズ駆動部を制御して前記投射レンズのフォーカス位置を固定させた状態で、前記カメラＡＦ調整部により前記カメラレンズのフォーカス調整を自動で実施する第２の動作とのいずれか１方の動作を先に実行した後、他方の動作を実行することを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１または第２の技術手段において、投射型表示装置は、フォーカス調整を行うためのテストパターンを生成するパターン生成部と、パターン生成部で生成されたテストパターンを投射するために映像出力する映像出力部とを有し、フォーカス検出部は、センサカメラにより撮像されたテストパターンのフォーカスを検出することにより、投射レンズのフォーカス調整を自動で行うことを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第３の技術手段において、カメラＡＦ調整部は、センサカメラにより撮像されたテストパターンのフォーカスを検出することにより、カメラレンズのフォーカス調整を自動で行うことを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第３または第４の技術手段において、投射型表示装置は、カメラレンズのフォーカス位置を固定させた状態で投射レンズのフォーカス調整を行う第１の動作、及び投射レンズのフォーカス位置を固定させた状態でカメラレンズのフォーカス調整を行う第２の動作を、複数回交互に繰り返して行うことを特徴としたものである。

第６の技術手段は、第５の技術手段において、カメラレンズのフォーカス調整位置を固定させた状態で投射レンズのフォーカス調整を行う第１の動作と、投射レンズのフォーカス位置を固定させた状態でカメラレンズのフォーカス調整を行う第２の動作とを、前回の動作と今回の動作においてフォーカス検出部の検出結果の差が所定の閾値以下となるまで交互に繰り返すことを特徴としたものである。

第７の技術手段は、少なくとも投射レンズ以外にセンサ機能をもつ１以上のカメラレンズを有し、カメラレンズにより投射画像のフォーカスを検出することによって投射型表示装置の自動フォーカス調整を行う投射型表示装置の自動フォーカス調整方法において、カメラレンズのフォーカス位置を固定するためのＡＦロック制御により、カメラレンズのフォーカス位置を固定して、投射レンズを駆動して投射レンズのフォーカス調整を行うステップを有することを特徴としたものである。

第８の技術手段は、第７の技術手段において、投射レンズのフォーカス調整を行う際に、カメラレンズのフォーカス位置を固定して、投射レンズを駆動して投射レンズのフォーカス調整を行うステップを第１のステップとし、第１のステップと、投射レンズのフォーカス位置を固定にした状態で、カメラレンズの焦点調整を自動で行う第２のステップとのいずれか１方のステップを先に実行した後、他方のステップを実行することを特徴としたものである。

第９の技術手段は、第７または第８の技術手段において、カメラレンズのフォーカス位置を固定させた状態で投射レンズのフォーカス調整を行う第１のステップと、投射レンズのフォーカス位置を固定させた状態でカメラレンズのフォーカス調整を行う第２のステップとを、複数回交互に繰り返して行うことを特徴としたものである。

第１０の技術手段は、第９の技術手段において、カメラレンズのフォーカス位置を固定させた状態で投射レンズのフォーカス調整を行う第１のステップと、投射レンズのフォーカス位置を固定させた状態でカメラレンズのフォーカス調整を行う第２のステップとを、前回のステップと今回のステップにおいてフォーカス検出部の検出結果の差が所定の閾値以下となるまで交互に繰り返すことを特徴としたものである。

第１１の技術手段は、フォーカス調整を行うことができる投射レンズと、投射レンズで投射された映像を撮像するセンサカメラと、センサカメラが撮像した映像のフォーカスを検出するフォーカス検出部と、フォーカス検出部で検出された検出結果を演算する演算処理部と、演算処理部で演算された結果に従って投射レンズの回転方向を決定するレンズ制御部と、レンズ制御部の決定に従って投射レンズを回転駆動させる投射レンズ駆動部とを有し、投射レンズ駆動部による投射レンズの回転駆動によって、投射レンズの焦点調整を自動で行う投射型表示装置において、センサカメラは、フォーカス調整を行うことができるカメラレンズと、カメラレンズのフォーカス調整を行うためにカメラレンズを回転駆動させるカメラレンズ駆動部を有し、レンズ制御部は、演算処理部で演算された結果に従ってカメラレンズ駆動部を駆動させることにより、カメラレンズの焦点調整を自動で行うことができるようにしたことを特徴としたものである。

第１２の技術手段は、第１１の技術手段において、投射型表示装置は、フォーカス調整を行うためのテストパターンを生成するパターン生成部と、パターン生成部で生成されたテストパターンを投射するために映像出力する映像出力部とを有し、フォーカス検出部は、センサカメラにより撮像されたテストパターンのフォーカスを検出することにより、投射レンズ及びカメラレンズの焦点調整を自動で行うことを特徴としたものである。

第１３の技術手段は、第１２の技術手段において、レンズ制御部は、カメラレンズと投射レンズの各レンズうち、一方のレンズのフォーカス位置を固定にした状態で、他方のレンズを駆動してフォーカス調整を行った後、フォーカス調整を行ったレンズのフォーカス位置を固定して、先にフォーカス調整を行ったレンズの固定を解除し、レンズを駆動してフォーカス調整を行うことにより、フォーカス調整を自動で行うことを特徴としたものである。

第１４の技術手段は、第１３の技術手段において、レンズ制御部は、カメラレンズと投射レンズの各レンズうち、一方のレンズのフォーカス位置を固定にした状態で、他方のレンズを駆動してフォーカス調整を行う動作を、各レンズ毎に交互に複数回行うことを特徴としたものである。

第１５の技術手段は、第１４の技術手段において、レンズ制御部は、一方のレンズのフォーカス位置を固定にした状態で、他方のレンズを駆動してフォーカス調整を行う動作を、前回の動作と今回の動作においてフォーカス検出部の検出結果の差が所定の閾値以下となるまで繰り返すことを特徴としたものである。

第１６の技術手段は、少なくとも投射レンズ以外にセンサ機能をもつ１以上のカメラレンズを有し、カメラレンズにより投射画像のフォーカスを検出することによって投射型表示装置の自動フォーカス調整を行う投射型表示装置の自動フォーカス調整方法において、投射レンズとカメラレンズの各レンズのうち、１つのレンズのフォーカス調整を行う際に、フォーカス調整を行うレンズ以外のレンズを固定して、フォーカス調整を行うステップと、フォーカス調整を行ったレンズを固定し、他のレンズのフォーカス調整を行うステップとを有し、投射型表示装置が有する全てのレンズのフォーカス調整を行うことを特徴としたものである。

第１７の技術手段は、第１６の技術手段において、カメラレンズと投射レンズの各レンズうち、一方のレンズのフォーカス位置を固定にした状態で、他方のレンズを駆動してフォーカス調整を行う動作を、各レンズ毎に複数回行うことを特徴としたものである。

第１８の技術手段は、第１７の技術手段において、各レンズに行うフォーカス調整を、前回と今回のフォーカス調整においてフォーカス検出部の検出結果の差が所定の閾値以下となるまで繰り返すことを特徴としたものである。

本発明によれば、センサカメラのオートフォーカス調整機能によるカメラレンズのフォーカス調整と、スクリーンに投射したテストパターンをセンサカメラで撮像し、その撮像結果に従って投射レンズのフォーカス調整をそれぞれ行うことにより、センサカメラのレンズと投射レンズとの双方のレンズの最適なフォーカス位置を自動で得ることができる。また上記のカメラレンズと投射レンズのフォーカス調整を交互に繰り返すことで、より最適なフォーカス位置を検出することができる。これにより、プロジェクタとスクリーンの距離や設置環境に依存せずに、カメラレンズと投射レンズとの双方のフォーカス調整を自動で高精度に実行することができ、投射型表示装置設置の自由度を高めることができる。

さらに、本発明によれば、センサカメラのカメラレンズ及び投射レンズのそれぞれにレンズ駆動部を設け、スクリーンに投射したテストパターンをセンサカメラで撮像し、その撮像結果に従ってセンサカメラのレンズと投射レンズとの双方のレンズのフォーカス調整を行うことにより、センサカメラのレンズと投射レンズとの双方のレンズの最適なフォーカス位置を自動で得ることができる。また上記のカメラレンズと投射レンズのフォーカス調整を交互に繰り返すことで、より最適なフォーカス位置を検出することができる。これにより、プロジェクタとスクリーンの距離に依存せずに、カメラレンズと投射レンズとの双方のフォーカス調整を自動で高精度に実行することができ、投射型表示装置設置の自由度を高めることができる。

（実施形態１）
図１は、本発明の投射型表示装置の一実施例の構成を説明するための図である。図１において、投射型表示装置１は、そのフォーカス調整の開始を指示入力するための調整開始ボタン１１と、フォーカス調整を行うことができる投射レンズ１２と、投射レンズ１２のフォーカス調整を行うために投射レンズ１２を駆動させる投射レンズ駆動部１３と、投射型表示装置前面に設置されたセンサカメラ１４と、センサカメラ１４により入力された画像のフォーカスを検出するフォーカス検出部１５と、フォーカス検出部１５の検出データを演算する演算処理部１６と、演算処理部１６による演算データに従って投射レンズ１２及びセンサカメラ１４のカメラレンズの回転方向を決定するレンズ制御部１７と、テストパターンを生成するパターン生成部１８と、パターン生成部１８によって生成されたテストパターンを投射するための映像出力部１９とを備え、映像出力部１９が有する光源２０の光によってスクリーン２に画像を投射する構成になっている。

また、図２は、図１で用いられるセンサカメラの一実施例の構成を説明するための図である。図２において、センサカメラ１４は、フォーカス調整を行うことができるカメラレンズ２１と、カメラレンズ２１を駆動させてカメラレンズ２１のフォーカス調整を行うカメラレンズ駆動部２２と、カメラレンズ２１を介して撮像するためのセンサ２３と、センサ２３が撮像した画像データの解析結果に基づいてカメラレンズ駆動部２２を制御するカメラＡＦ調整部２４と、カメラＡＦ調整部の解析結果によらずカメラレンズ位置を固定にするカメラＡＦロック制御部２５とを備える。

投射型表示装置のフォーカス調整においては、まず、投射型表示装置本体からスクリーンに画像を投射できるように設置し、スクリーンに投射型表示装置から画像を投射して、投射型表示装置のフォーカス調整を開始する。フォーカス調整は、投射型表示装置１の本体に設けられている調整開始ボタン１１を操作者が押すことによって開始される。また、図示しないリモコンからの遠隔操作によってフォーカス調整を開始するようにしてもよい。

図３は、フォーカス検出用のテストパターンの一例を示す図である。調整開始ボタン１１が操作者によって押されると、パターン生成部１８がフォーカス検出用のテストパターン３０を生成し、映像出力部１９がテストパターン３０の映像を出力して、投射レンズ１２によってスクリーン２にテストパターン３０を投射する。
図３に示すフォーカス検出用のテストパターン３０は、黒色を背景にした白色のクロスパッチによって形成されている。このようなテストパターン３０は、図３に示す形態のものに限定されるものではないが、投射画像の水平走査または垂直走査において、輝度の変化が大きくなるような形態とすることが望ましい。

上記のテストパターン３０を投射した後、センサカメラ１４のオートフォーカス調整及び投射レンズ１２のフォーカス調整を開始する。まず、センサカメラ１４のオートフォーカス調整及び投射レンズ１２のフォーカス調整において、センサカメラ１４のオートフォーカス調整をしている間は、レンズ制御部１７によって投射レンズ１２を固定させておく。また、投射レンズ１２のフォーカスを調整している間は、レンズ制御部１７からカメラＡＦロック制御部２５を制御し、センサカメラ１４のカメラレンズ２１は固定させておく。例えば、センサカメラ１４のオートフォーカス調整を行う場合、投射レンズ１２のフォーカス位置を固定にした状態でセンサカメラ１４のオートフォーカス調整を行うようにする。

フォーカス調整に際しては、まず最初にセンサカメラ１４のオートフォーカス調整を行うものとする。投射型表示装置１から投射されたテストパターン３０はスクリーン２に結像して投射画像を生成する。そしてスクリーンにおける反射光をカメラレンズ２１が受光し、センサ２３にて投射画面が撮像される。

センサ２３が撮像したテストパターン３０の投射画像は、カメラＡＦ調整部２４に入力される。カメラＡＦ調整部２４は、テストパターン３０の撮像画像データを解析して、水平信号または垂直信号の振幅の波高値の高いところ、あるいはフーリエ級数展開による高次の周波数成分の有無などを検出し演算処理を行うと共に、演算結果に従ってカメラレンズ２１の回転方向を決定し、その決定に基づく命令信号をカメラレンズ駆動部２２に出力する。カメラレンズ駆動部２２は、電動モータ等により構成され、カメラＡＦ調整部２４からの命令信号に従ってカメラレンズ２１を回転させる。そして更にカメラＡＦ調整部２４によるフォーカスの検出を行う。
こうして、カメラレンズ２１のフォーカスの最良点が設定されるように、上記の処理を繰り返す。

図４は、レンズポジションと輝度変化との関係を説明する図である。図４に示す輝度値がピークとなるレンズポジションの位置が、カメラレンズのフォーカスの最良点となる。
カメラレンズ２１のフォーカス最良点が検出できれば、カメラレンズ２１のフォーカス調整を終了し、カメラＡＦロック制御部２５を制御し、カメラレンズ２１を固定する。

そして、次に投射レンズ１２のフォーカス調整を行う。センサカメラ１４が撮像したテストパターン３０の投射画像は、フォーカス検出部１５に入力される。フォーカス検出部１５は、テストパターン３０の撮像画像データを解析して、水平信号または垂直信号の振幅の波高値の高いところ、あるいはフーリエ級数展開による高次の周波数成分の有無などの検出を行う。そしてフォーカス検出部１５における検出結果は、演算処理部１６で演算処理される。

そして、レンズ制御部１７は、演算処理部１６による演算データに従って投射レンズ１２の回転量を決定し、その決定に基づく命令信号を投射レンズ駆動部１３に出力する。投射レンズ駆動部１３は、電動モータ等により構成され、レンズ制御部１７からの命令信号に従って投射レンズ１２を回転させる。そしてさらにフォーカス検出部１５によるフォーカスの検出を行う。こうして、投射レンズ１２のフォーカスの最良点が設定されるように、上記の処理を繰り返す。投射レンズ１２におけるフォーカス最良点は、図４に示すごとくの輝度がピークとなる位置から検出することができる。

上記のごとくの動作によって、投射レンズ１２のフォーカス最良点を検出した後、再び投射レンズ１２を固定し、同様の処理によって再度センサカメラ１４のオートフォーカス調整を行う。例えば、初期状態において、最初にセンサカメラ１４のオートフォーカス調整を行ったときに投射レンズ１２の焦点が合っていないと、センサカメラ１４のオートフォーカス調整においてレンズポジションに対する波高値のピーク値が低く、輝度変化が小さくなるため、フォーカス調整の精度が低くなる可能性がある。よって、投射レンズ１２のフォーカス最良点が検出された後に、再度センサカメラ１４のオートフォーカス調整を行うことで、一回目の調整よりも精度の良い調整を行うことができる。そして、センサカメラ１４のフォーカスの最良点が検出された後、投射レンズ１２のフォーカス調整を再度行う。

上記のごとくの動作を繰り返すことにより、カメラレンズ２１と投射レンズ１２のフォーカス調整の精度が、その調整前の状態より良くなる。そして、この動作を繰り返し続け、前回のフォーカス調整と比べて、波高値の差が無くなった位置が、双方のレンズにおける最適なフォーカス位置となる。すなわち、各レンズのフォーカス検出結果がフォーカス調整を行っても変化することなくほぼ飽和状態になるまで繰り返すことにより、最適なフォーカス位置を得ることができるようになる。

図５は、本発明の投射型表示装置におけるフォーカス調整動作の一例を説明するためのフローチャートである。投射型表示装置におけるフォーカス調整の動作を、図１ないし図３を参照しながら図５のフローに従って説明する。
まず、フォーカス調整が開始されると、パターン生成部１８がテストパターン３０を生成し（ステップＳ１）、映像出力部１９がテストパターン３０を出力して投射レンズ１２によってスクリーン２にそのテストパターン３０を投射する（ステップＳ２）。

そして、センサカメラ１４のオートフォーカス調整を実施し（ステップＳ３）、続いて投射レンズ１２のフォーカス調整を実施する（ステップＳ４）。そしてステップＳ３のセンサカメラ１４のオートフォーカス調整と、ステップＳ４の投射レンズ１２のフォーカス調整とを交互に繰り返して、フォーカス調整前後の検出値の差が所定の閾値以下となった時点で、すなわち各レンズのフォーカス検出結果がフォーカス調整を行ってもほぼ変化することなく飽和状態になった時点でフォーカス調整を終了する。
なお上記のセンサカメラ１４のオートフォーカス調整（ステップＳ３）と、投射レンズ１２のフォーカス調整（ステップＳ４）は、逆の順序であってもよい。

図６は、上記図５におけるステップＳ３のセンサカメラ１４のオートフォーカス調整の動作についてより具体的に説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ３のセンサカメラ１４のオートフォーカス調整を行う場合、スクリーン２に投射されたテストパターン３０のフォーカスをセンサ２３によって撮像する（ステップＳ３１）。そして、撮像したテストパターン３０はカメラＡＦ調整部２４へ入力される（ステップＳ３２）。ここでは、テストパターン３０の撮像画像データを解析して、水平信号または垂直信号の振幅の波高値の高い部分を検出し、その検出結果に基づいてピークが検出されるかどうかを判別し（ステップＳ３３）、ピークが検出されれば処理を終了し、検出されなければ検出データに従ってカメラレンズ２１の回転方向を決定し（ステップＳ３４）、その決定に基づく命令信号をカメラレンズ駆動部２２に出力する。

カメラレンズ駆動部２２では、レンズ制御部１７からの命令信号に従ってカメラレンズ２１を駆動する（ステップＳ３５）。そして、再度カメラレンズのフォーカス調整を行う場合に、ステップＳ３１に戻って同様の処理を行う。

上述したように、センサカメラ１４のオートフォーカス調整と、投射レンズ１２のフォーカス調整は繰り返し交互に行って、レンズポジションに対する波高値がピークとなる位置をカメラレンズのフォーカスの最良点として、フォーカス調整を終了する。従って、上記ステップＳ３３では、繰り返しフォーカス検出を行った結果、ピークが検出されたものと判断されたときに、フォーカス調整を終了する。

図７は、上記図５におけるステップＳ４の投射レンズ１２のフォーカス調整の動作についてより具体的に説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ４の投射レンズ１２のフォーカス調整を行う場合、スクリーン２に投射されたテストパターン３０をセンサカメラ１４によって撮像する（ステップＳ４１）。そして、撮像したテストパターン３０のフォーカスはフォーカス検出部１５へ入力される（ステップＳ４２）。フォーカス検出部１５では、テストパターン３０の撮像画像データを解析して、水平信号または垂直信号の振幅の波高値の高い部分を検出し、その検出結果は、演算処理部１６で演算処理される。

そして水平信号または垂直信号の振幅の波高値の高い部分を検出した結果、波高値がピークとなる点を検出したかどうかを判別し（ステップＳ４３）、ピークが検出されれば処理を終了し、検出されなければ、レンズ制御部１７が演算処理部１６による演算データに従って投射レンズ１２の回転方向を決定し（ステップＳ４４）、その決定に基づく命令信号を投射レンズ駆動部１３に出力する。投射レンズ駆動部１３は、レンズ制御部１７からの命令信号に従って投射レンズ１２を駆動させる（ステップＳ４５）。そして、再度投射レンズ１２のフォーカス調整を行う場合に、ステップＳ４１に戻って同様の処理を行う。投射レンズの場合も、ステップＳ４３では、繰り返しフォーカス検出を行った結果、ピークが検出されたものと判断されたときに、投射レンズ１２のフォーカス調整を終了する。

（実施形態２）
図８は、本発明の投射型表示装置の他の実施例の構成を説明するための図である。図８において、投射型表示装置４１は、そのフォーカス調整の開始を指示入力するための調整開始ボタン５１と、フォーカス調整を行うことができる投射レンズ５２と、投射レンズ５２のフォーカス調整を行うために投射レンズ５２を駆動させる投射レンズ駆動部５３と、投射型表示装置前面に設置されたセンサカメラ５４と、フォーカス調整を行うことができるセンサカメラ５４のカメラレンズ５５と、カメラレンズ５５を駆動させてカメラレンズ５５のフォーカス調整を行うカメラレンズ駆動部５６と、センサカメラ５４により入力された画像のフォーカスを検出するフォーカス検出部５７と、フォーカス検出部５７の検出データを演算する演算処理部５８と、演算処理部５８による演算データに従って投射レンズ５２及びカメラレンズ５５の回転方向を決定するレンズ制御部５９と、テストパターンを生成するパターン生成部６０と、パターン生成部６０によって生成されたテストパターンを投射するための映像出力部６１とを備え、映像出力部６１が有する光源６２の光によってスクリーン４２に画像を投射する構成になっている。

投射型表示装置のフォーカス調整においては、まず、投射型表示装置本体からスクリーンに画像を投射できるように設置し、スクリーンに投射型表示装置から画像を投射して、投射型表示装置のフォーカス調整を開始する。フォーカス調整は、投射型表示装置４１の本体に設けられている調整開始ボタン５１を操作者が押すことによって開始される。また、図示しないリモコンからの遠隔操作によってフォーカス調整を開始するようにしてもよい。

図９は、フォーカス検出用のテストパターンの一例を示す図である。調整開始ボタン５１が操作者によって押されると、パターン生成部６０がフォーカス検出用のテストパターン７０を生成し、映像出力部６１がテストパターン７０の映像を出力して、投射レンズ５２によってスクリーン４２にテストパターン７０を投射する。
図２に示すフォーカス検出用のテストパターン７０は、黒色を背景にした白色のクロスパッチによって形成されている。このようなテストパターン７０は、図９に示す形態のものに限定されるものではないが、投射画像の水平走査または垂直走査において、輝度の変化が大きくなるような形態とすることが望ましい。

上記のテストパターン７０を投射した後、カメラレンズ５５及び投射レンズ５２のフォーカス調整を開始する。まず、カメラレンズ５５または投射レンズ５２のどちらか一方のフォーカス調整を行う。このときに、カメラレンズ５５または投射レンズ５２のうちの一方のレンズのフォーカスを調整している間は、他方のレンズは固定させておく。例えば、カメラレンズ５５のフォーカス調整を先に行う場合、投射レンズ５２のフォーカス位置を固定にした状態でカメラレンズのフォーカス調整を行うようにする。

最初に動作させるレンズは、カメラレンズ５５または投射レンズ５２のいずれのレンズでもよいが、ここでは、最初にカメラレンズ５５を動作させるものとする。投射型表示装置１から投射されたテストパターン７０はスクリーン４２に結像して投射画像を生成する。そしてスクリーンにおける反射光をセンサカメラ５４が受光し、投射画面を撮像する。

センサカメラ５４が撮像したテストパターン７０の投射画像は、フォーカス検出部５７に入力される。フォーカス検出部５７は、テストパターン７０の撮像画像データを解析して、水平信号または垂直信号の振幅の波高値の高いところ、あるいはフーリエ級数展開による高次の周波数成分の有無などの検出を行う。そしてフォーカス検出部５７におけるフォーカスの検出結果は、演算処理部５８で演算処理される。

そして、レンズ制御部５９は、演算処理部５８による演算データに従ってカメラレンズ５５の回転方向を決定し、その決定に基づく命令信号をカメラレンズ駆動部５６に出力する。カメラレンズ駆動部５６は、電動モータ等により構成され、レンズ制御部５９からの命令信号に従ってカメラレンズ５５を回転させる。そしてさらにフォーカス検出部５７によるフォーカスの検出を行う。
こうして、カメラレンズ５５のフォーカスの最良点が設定されるように、上記の処理を繰り返す。
図１０は、レンズポジションと輝度変化との関係を説明する図である。図１０に示す輝度値がピークとなるレンズポジションの位置が、カメラレンズのフォーカスの最良点となる。
カメラレンズ５５のフォーカス最良点が検出できれば、カメラレンズ５５のフォーカス調整を終了し、カメラレンズ５５を固定する。

そして、次に投射レンズ５２のフォーカス調整を行う。投射レンズ５２のフォーカス調整も、上述のごとくのカメラレンズ５５のフォーカス調整と同様の動作によって実行する。すなわち、センサカメラ５４が撮像したテストパターン７０の投射画像は、フォーカス検出部５７に入力される。フォーカス検出部５７は、テストパターン７０の撮像画像データを解析して、水平信号または垂直信号の振幅の波高値の高いところ、あるいはフーリエ級数展開による高次の周波数成分の有無などの検出を行う。そしてフォーカス検出部５７における検出結果は、演算処理部５８で演算処理される。

そして、レンズ制御部５９は、演算処理部５８による演算データに従って投射レンズ５２の回転方向を決定し、その決定に基づく命令信号を投射レンズ駆動部５３に出力する。投射レンズ駆動部５３は、電動モータ等により構成され、レンズ制御部５９からの命令信号に従って投射レンズ５２を回転させる。そしてさらにフォーカス検出部５７によるフォーカスの検出を行う。こうして、投射レンズ５２のフォーカスの最良点が設定されるように、上記の処理を繰り返す。投射レンズ５２におけるフォーカス最良点は、図１０に示すごとくの輝度がピークとなる位置から検出することができる。

上記のごとくの動作によって、投射レンズ５２のフォーカス最良点を検出した後、再び、投射レンズ５２を固定し、同様の処理によって再度カメラレンズ５５のフォーカス調整を行う。例えば、初期状態において、最初にカメラレンズ５５のフォーカス調整を行ったときに投射レンズ５２の焦点が合っていないと、カメラレンズ５５のフォーカス調整においてレンズポジションに対する波高値のピーク値が低く、輝度変化が小さくなるため、フォーカス調整の精度が低くなる可能性がある。よって、投射レンズ５２のフォーカス最良点が検出された後に、再度カメラレンズ５５のフォーカス調整を行うことで、一回目の調整よりも精度の良い調整を行うことができる。そして、カメラレンズ５５のフォーカスの最良点が検出された後、投射レンズ５２のフォーカス調整を再度行う。

上記のごとくの動作を繰り返すことにより、カメラレンズ５５と投射レンズ５２のフォーカス調整の精度が、その調整前の状態より良くなる。そして、この動作を繰り返し続け、前回のフォーカス調整と比べて、波高値の差が無くなった位置が、双方のレンズにおける最適なフォーカス位置となる。すなわち、各レンズの輝度変化のピーク値がフォーカス調整を行っても変化することなくほぼ飽和状態になるまで繰り返すことにより、最適なフォーカス位置を得ることができるようになる。

図１１は、本発明の投射型表示装置におけるフォーカス調整動作の一例を説明するためのフローチャートである。投射型表示装置におけるフォーカス調整の動作を、図８及び図９を参照しながら図１１のフローに従って説明する。
まず、フォーカス調整が開始されると、パターン生成部６０がテストパターン７０を生成し（ステップＳ５１）、映像出力部６１がテストパターン７０を出力して投射レンズ５２によってスクリーン４２にそのテストパターン７０を投射する（ステップＳ５２）。

そして、カメラレンズ５５のフォーカス調整を実施し（ステップＳ５３）、続いて投射レンズ５２のフォーカス調整を実施する（ステップＳ５４）。そしてステップＳ５３のカメラレンズ５５のフォーカス調整と、ステップＳ５４の投射レンズ５２のフォーカス調整とを交互に繰り返して、フォーカス調整前後の検出値の差が所定の閾値以下となった時点で、すなわち各レンズの輝度変化のピーク値がフォーカス調整を行ってもほぼ変化することなく飽和状態になった時点でフォーカス調整を終了する。なお、上述したように、最初に行うフォーカス調整は、カメラレンズ５５ではなく、投射レンズ５２としてもよい。また上記のカメラレンズ５５のフォーカス調整（ステップＳ５３）と、投射レンズ５２のフォーカス調整（ステップＳ５４）は、逆の順序であってもよい。

図１２は、上記図１１におけるステップＳ５３のカメラレンズ５５のフォーカス調整の動作についてより具体的に説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ５３のカメラレンズ５５のフォーカス調整を行う場合、スクリーン４２に投射されたテストパターン７０のフォーカスをセンサカメラ５４によって撮像する（ステップＳ６１）。そして、撮像したテストパターン７０をフォーカス検出部５７で検出する（ステップＳ６２）。ここでは、テストパターン７０の撮像画像データを解析して、水平信号または垂直信号の振幅の波高値の高い部分を検出し、その検出結果は、演算処理部５８で演算処理される。

そして水平信号または垂直信号の振幅の波高値の高い部分を検出した結果、波高値がピークとなる点を検出したかどうかを判別し（ステップＳ６３）、ピークが検出されれば処理を終了し、検出されなければ、レンズ制御部５９が演算処理部５８による演算データに従ってカメラレンズ５５の回転方向を決定し（ステップＳ６４）、その決定に基づく命令信号をカメラレンズ駆動部５６に出力する。カメラレンズ駆動部５６では、レンズ制御部５９からの命令信号に従ってカメラレンズ５５を駆動する（ステップＳ６５）。そして、再度カメラレンズのフォーカス調整を行う場合に、ステップＳ６１に戻って同様の処理を行う。

上述したように、センサカメラ５４のカメラレンズ５５のフォーカス調整と、投射レンズ５２のフォーカス調整は繰り返し交互に行って、レンズポジションに対する波高値がピークとなる位置をカメラレンズのフォーカスの最良点として、フォーカス調整を終了する。従って、上記ステップＳ６３では、繰り返しフォーカス検出を行った結果、ピークが検出されたものと判断されたときに、フォーカス調整を終了する。

図１３は、上記図１１におけるステップＳ５４の投射レンズ５２のフォーカス調整の動作についてより具体的に説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ５４の投射レンズ５２のフォーカス調整を行う場合、スクリーン４２に投射されたテストパターン７０をセンサカメラ５４によって撮像する（ステップＳ７１）。そして、撮像したテストパターン７０のフォーカスをフォーカス検出部５７で検出する（ステップＳ７２）。ここでは、テストパターン７０の撮像画像データを解析して、水平信号または垂直信号の振幅の波高値の高い部分を検出し、その検出結果は、演算処理部５８で演算処理される。

そして水平信号または垂直信号の振幅の波高値の高い部分を検出した結果、波高値がピークとなる点を検出したかどうかを判別し（ステップＳ７３）、ピークが検出されれば処理を終了し、検出されなければ、レンズ制御部５９が演算処理部５８による演算データに従って投射レンズ５２の回転方向を決定し（ステップＳ７４）、その決定に基づく命令信号を投射レンズ駆動部５３に出力する。投射レンズ駆動部５３は、レンズ制御部１９からの命令信号に従って投射レンズ５２を駆動させる（ステップＳ７５）。そして、再度投射レンズ５２のフォーカス調整を行う場合に、ステップＳ７１に戻って同様の処理を行う。投射レンズの場合も、ステップＳ７３では、繰り返しフォーカス検出を行った結果、ピークが検出されたものと判断されたときに、投射レンズ５２のフォーカス調整を終了する。

本発明の投射型表示装置の一実施例の構成を説明するための図である。 本発明の投射型表示装置に用いられるセンサカメラの一実施例の構成を説明するための図である。 フォーカス検出用のテストパターンの一例を示す図である。 レンズポジションと輝度変化との関係を説明する図である。 本発明の投射型表示装置におけるフォーカス調整動作の一例を説明するためのフローチャートである。 図５におけるステップＳ３のセンサカメラのフォーカス調整の動作についてより具体的に説明するためのフローチャートである。 図５におけるステップＳ４の投射レンズのフォーカス調整の動作についてより具体的に説明するためのフローチャートである。 本発明の投射型表示装置の他の実施例の構成を説明するための図である。 フォーカス検出用のテストパターンの一例を示す図である。 レンズポジションと輝度変化との関係を説明する図である。 本発明の投射型プロジェクタにおけるフォーカス調整動作の一例を説明するためのフローチャートである。 図１１におけるステップＳ５３のカメラレンズのフォーカス調整の動作についてより具体的に説明するためのフローチャートである。 図１１におけるステップＳ５４の投射レンズのフォーカス調整の動作についてより具体的に説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１…投射型表示装置（プロジェクタ）、２…スクリーン、１１…調整開始ボタン、１２…投射レンズ、１３…投射レンズ駆動部、１４…センサカメラ、１５…フォーカス検出部、１６…演算処理部、１７…レンズ制御部、１８…パターン生成部、１９…映像出力部、２０…光源、２１…カメラレンズ、２２…カメラレンズ駆動部、２３…センサ、２４…カメラＡＦ調整部、２５…カメラＡＦロック制御部、３０…テストパターン、４１…投射型表示装置（プロジェクタ）、４２…スクリーン、５１…調整開始ボタン、５２…投射レンズ、５３…投射レンズ駆動部、５４…センサカメラ、５５…カメラレンズ、５６…カメラレンズ駆動部、５７…フォーカス検出部、５８…演算処理部、５９…レンズ制御部、６０…パターン生成部、６１…映像出力部、６２…光源、７０…テストパターン。

Claims (18)

1. フォーカス調整を行うことができる投射レンズと、該投射レンズで投射された映像を撮像するセンサカメラと、該センサカメラが撮像した映像のフォーカスを検出するフォーカス検出部と、該フォーカス検出部で検出された検出結果を演算する演算処理部と、該演算処理部で演算された結果に従って前記投射レンズの回転方向を決定するレンズ制御部と、該レンズ制御部の決定に従って前記投射レンズを回転駆動させる投射レンズ駆動部とを有し、該投射レンズ駆動部による前記投射レンズの回転駆動によって、該投射レンズのフォーカス調整を自動で行う投射型表示装置において、前記センサカメラは、フォーカス調整を行うことができるカメラレンズと、該カメラレンズのフォーカス調整を行うために前記カメラレンズを回転駆動させるカメラレンズ駆動部と、前記カメラレンズのフォーカス調整を自動で行うカメラＡＦ調整部と、前記カメラレンズのフォーカス位置を固定するためのカメラＡＦロック制御部とを有し、前記レンズ制御部が前記カメラＡＦロック制御部を制御して前記カメラレンズのフォーカス位置を固定させた状態で、前記投射レンズ駆動部により前記投射レンズ駆動部を駆動させて該投射レンズのフォーカス調整を行うことを特徴とする投射型表示装置。
2. 請求項１に記載の投射型表示装置において、前記レンズ制御部が前記カメラＡＦロック制御部を制御して前記カメラレンズのフォーカス位置を固定させた状態で、前記投射レンズ駆動部により前記投射レンズ駆動部を駆動させて該投射レンズのフォーカス調整を行う動作を第１の動作とし、該第１の動作と、前記レンズ制御部が前記投射レンズ駆動部を制御して前記投射レンズのフォーカス位置を固定させた状態で、前記カメラＡＦ調整部により前記カメラレンズのフォーカス調整を自動で実施する第２の動作とのいずれか１方の動作を先に実行した後、他方の動作を実行することを特徴とする投射型表示装置。
3. 請求項１または２に記載の投射型表示装置において、該投射型表示装置は、フォーカス調整を行うためのテストパターンを生成するパターン生成部と、該パターン生成部で生成されたテストパターンを投射するために映像出力する映像出力部とを有し、前記フォーカス検出部は、前記センサカメラにより撮像されたテストパターンのフォーカスを検出することにより、前記投射レンズのフォーカス調整を自動で行うことを特徴とする投射型表示装置。
4. 請求項３に記載の投射型表示装置において、前記カメラＡＦ調整部は、前記センサカメラにより撮像されたテストパターンのフォーカスを検出することにより、前記カメラレンズのフォーカス調整を自動で行うことを特徴とする投射型表示装置。
5. 請求項３または４に記載の投射型表示装置において、該投射型表示装置は、前記カメラレンズのフォーカス位置を固定させた状態で前記投射レンズのフォーカス調整を行う第１の動作、及び前記投射レンズのフォーカス位置を固定させた状態で前記カメラレンズのフォーカス調整を行う第２の動作を、複数回交互に繰り返して行うことを特徴とする投射型表示装置。
6. 請求項５に記載の投射型表示装置において、前記カメラレンズのフォーカス調整位置を固定させた状態で前記投射レンズのフォーカス調整を行う第１の動作と、前記投射レンズのフォーカス位置を固定させた状態で前記カメラレンズのフォーカス調整を行う第２の動作とを、前回の動作と今回の動作において前記フォーカス検出部の検出結果の差が所定の閾値以下となるまで交互に繰り返すことを特徴とする投射型表示装置。
7. 少なくとも投射レンズ以外にセンサ機能をもつ１以上のカメラレンズを有し、該カメラレンズにより投射画像のフォーカスを検出することによって投射型表示装置の自動フォーカス調整を行う投射型表示装置の自動フォーカス調整方法において、前記カメラレンズのフォーカス位置を固定するためのＡＦロック制御により、前記カメラレンズのフォーカス位置を固定して、前記投射レンズを駆動して該投射レンズのフォーカス調整を行うステップを有することを特徴とする投射型表示装置の自動フォーカス調整方法。
8. 請求項７に記載の投射型表示装置の自動フォーカス調整方法において、前記投射レンズのフォーカス調整を行う際に、前記カメラレンズのフォーカス位置を固定して、前記投射レンズを駆動して該投射レンズのフォーカス調整を行うステップを第１のステップとし、該第１のステップと、前記投射レンズのフォーカス位置を固定にした状態で、前記カメラレンズの焦点調整を自動で行う第２のステップとのいずれか１方のステップを先に実行した後、他方のステップを実行することを特徴とする投射型表示装置の自動フォーカス調整方法。
9. 請求項７または８に記載の投射型表示装置の自動フォーカス調整方法において、前記カメラレンズのフォーカス位置を固定させた状態で前記投射レンズのフォーカス調整を行う第１のステップと、前記投射レンズのフォーカス位置を固定させた状態で前記カメラレンズのフォーカス調整を行う第２のステップとを、複数回交互に繰り返して行うことを特徴とする投射型表示装置の自動フォーカス調整方法。
10. 請求項９に記載の投射型表示装置の自動フォーカス調整方法において、前記カメラレンズのフォーカス位置を固定させた状態で前記投射レンズのフォーカス調整を行う第１のステップと、前記投射レンズのフォーカス位置を固定させた状態で前記カメラレンズのフォーカス調整を行う第２のステップとを、前回のステップと今回のステップにおいて前記フォーカス検出部の検出結果の差が所定の閾値以下となるまで交互に繰り返すことを特徴とする投射型表示装置の自動フォーカス調整方法。
11. フォーカス調整を行うことができる投射レンズと、該投射レンズで投射された映像を撮像するセンサカメラと、該センサカメラが撮像した映像のフォーカスを検出するフォーカス検出部と、該フォーカス検出部で検出された検出結果を演算する演算処理部と、該演算処理部で演算された結果に従って前記投射レンズの回転方向を決定するレンズ制御部と、該レンズ制御部の決定に従って前記投射レンズを回転駆動させる投射レンズ駆動部とを有し、該投射レンズ駆動部による前記投射レンズの回転駆動によって、該投射レンズの焦点調整を自動で行う投射型表示装置において、前記センサカメラは、フォーカス調整を行うことができるカメラレンズと、該カメラレンズのフォーカス調整を行うために前記カメラレンズを回転駆動させるカメラレンズ駆動部を有し、前記レンズ制御部は、前記演算処理部で演算された結果に従って前記カメラレンズ駆動部を駆動させることにより、前記カメラレンズの焦点調整を自動で行うことができるようにしたことを特徴とする投射型表示装置。
12. 請求項１１に記載の投射型表示装置において、該投射型表示装置は、フォーカス調整を行うためのテストパターンを生成するパターン生成部と、該パターン生成部で生成されたテストパターンを投射するために映像出力する映像出力部とを有し、前記フォーカス検出部は、前記センサカメラにより撮像されたテストパターンのフォーカスを検出することにより、前記投射レンズ及び前記カメラレンズの焦点調整を自動で行うことを特徴とする投射型表示装置。
13. 請求項１２に記載の投射型表示装置において、前記レンズ制御部は、前記カメラレンズと前記投射レンズの各レンズうち、一方のレンズのフォーカス位置を固定にした状態で、他方のレンズを駆動してフォーカス調整を行った後、該フォーカス調整を行ったレンズのフォーカス位置を固定して、先にフォーカス調整を行ったレンズの固定を解除し、該レンズを駆動してフォーカス調整を行うことにより、フォーカス調整を自動で行うことを特徴とする投射型表示装置。
14. 請求項１３に記載の投射型表示装置において、前記レンズ制御部は、前記カメラレンズと前記投射レンズの各レンズうち、一方のレンズのフォーカス位置を固定にした状態で、他方のレンズを駆動してフォーカス調整を行う動作を、前記各レンズ毎に交互に複数回行うことを特徴とする投射型表示装置。
15. 請求項１４に記載の投射型表示装置において、前記レンズ制御部は、前記一方のレンズのフォーカス位置を固定にした状態で、他方のレンズを駆動してフォーカス調整を行う動作を、前回の動作と今回の動作において前記フォーカス検出部の検出結果の差が所定の閾値以下となるまで繰り返すことを特徴とする投射型表示装置。
16. 少なくとも投射レンズ以外にセンサ機能をもつ１以上のカメラレンズを有し、該カメラレンズにより投射画像のフォーカスを検出することによって投射型表示装置の自動フォーカス調整を行う投射型表示装置の自動フォーカス調整方法において、前記投射レンズと前記カメラレンズの各レンズのうち、１つのレンズのフォーカス調整を行う際に、該フォーカス調整を行うレンズ以外のレンズを固定して、フォーカス調整を行うステップと、該フォーカス調整を行ったレンズを固定し、他のレンズのフォーカス調整を行うステップとを有し、前記投射型表示装置が有する全てのレンズのフォーカス調整を行うことを特徴とする投射型表示装置の自動フォーカス調整方法。
17. 請求項１６に記載の自動フォーカス調整方法において、前記カメラレンズと前記投射レンズの各レンズうち、一方のレンズのフォーカス位置を固定にした状態で、他方のレンズを駆動してフォーカス調整を行う動作を、前記各レンズ毎に複数回行うことを特徴とする投射型表示装置の自動フォーカス調整方法。
18. 請求項１７に記載の投射型表示装置の自動フォーカス調整方法において、前記各レンズに行うフォーカス調整を、前回と今回のフォーカス調整において前記フォーカス検出部の検出結果の差が所定の閾値以下となるまで繰り返すことを特徴とする投射型表示装置の自動フォーカス調整方法。

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