JP2006030533A - 画像投射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】横からの斜め投射の場合の測距誤差が大きい。
【解決手段】測距光Ｌｐ０を出力する赤外線ＬＥＤ４１を含む測距発光部４Ａと、投射面１０３Ａからの反射光Ｌｒ０を受光する位置検出センサ（ＰＳＤ）４３を含む測距受光部４Ｂが縦に配列されている。また、ＰＳＤ４３が縦に長い受光面を有し、縦方向に位置検出感度を有する。横からの斜め投射の場合、光強度分布のピーク位置が正規の位置Ｐ１から横方向の位置Ｐ２にずれる。ＰＳＤ４３は、この方向に検出感度を持たないため、受光検出距離Ｄの値は正面投射の場合と変わらない。
【選択図】図５

Description

本発明は、外部の投射面（たとえばスクリーン）に画像を投射して表示する際に、投射面までの距離を測定する測距部を備える画像投射装置に関するものである。

プロジェクターなどの投射型の画像表示装置（以下、画像投射装置という）の多くは、スクリーンに投影された画像のピントのボケを自動で直すオートフォーカスの機能を有する。かかる画像投射装置は、オートフォーカスのために、光源からの光をスクリーン上で合焦させる投射光学部とスクリーンとの相対位置を正確に測定する必要があり、そのための構成として、いわゆる測距部を備える。

代表的な測距部として、赤外線ＬＥＤを内蔵し、その赤外線ＬＥＤからの赤外線光をスクリーンに当て、反射した光（反射光）を受光し、その受光の結果にもとづいて合焦計算をするものが知られている。

図８に、測距部の構成と測距光（赤外線投射光）の光路を示す。
測距部１００は、測距発光部１１０と測距受光部１２０の２つのユニットから構成されている。測距発光部１１０は、発光素子としての赤外線ＬＥＤ１１１と、赤外線投射レンズ１１２とを備え、測距受光部１２０は、受光素子１２１と、受光レンズ１２２とを備える。
とくに図示していないが、測距発光部１１０と測距受光部１２０の２つのユニットを、プロジェクターの筐体内に収容し、筐体のスクリーン側面（以下、正面または前面という）の内側に固定している。正面の該当箇所に、測距発光部１１０からの赤外光を外部に出射させる発光窓と、スクリーン面１３０からの反射光を測距受光部１２０に導く受光窓とを設けてある。

測距時に赤外線ＬＥＤ１１１からの投射赤外光Ｌｐを、赤外線投射レンズ１１２を通してスクリーン１３０に投射する。このときスクリーン面１３０上に投影する投射赤外光Ｌｐのスポット像を、赤外線投射レンズ１１２の光学軸を中心として対照な円形または左右対称な長方形の赤外光パターン１４０とする必要がある。そのために図示を省略しているが、通常、赤外線ＬＥＤ１１１と赤外線投射レンズ１１２との間にスリットを設け、スリットの形状に応じて投射赤外光Ｌｐのスポット形状を規定する。

スクリーン面１３０で散乱、反射された光（以下、反射赤外光）Ｌｒが受光レンズ１２２により集光され、これによりスクリーン面１３０上の赤外光パターン１４０が縮小されて受光素子１２１の受光面上で結像する。受光素子１２１は、通常、たとえばライン状の受光面を有し、反射赤外光Ｌｒの入射角に応じて、結像により生じる光強度分布の受光面内でのピーク位置が変化する。受光素子１２１が受光面で受けた光をその強弱に応じた電気信号に変換し、この電気信号を入力した不図示の信号処理手段が光強度分布のピーク位置を検出する。

より詳細に、通常は、投射赤外光Ｌｐの光学軸と平行で、かつ受光レンズ１２２の中心を通る軸が受光素子１２１と交わる位置を、位置検出の基準とする。不図示の信号処理手段は、その基準位置から実際の受光位置（光強度分布のピーク位置）までの距離（以下、受光検出距離）Ｄを、受光素子１２１が出力する電気信号に基づいて検出する。
スクリーン面１３０までの距離が遠く、その投射距離Ｄｐが測距発光部１１０と測距受光部１２０との距離（基線長）Ｄ０より十分長い場合、赤外線反射光Ｌｒは比較的真っ直ぐに赤外線受光レンズ１２２に入射する。そのため信号処理手段が検出する受光検出距離Ｄは相対的小さい。この状態からスクリーン面１３０を徐々に近づけて投射距離Ｄｐを短くしていくと、赤外線反射光Ｌｒが赤外線受光レンズ１２２に対し、より斜めから入射するようになることから、受光検出距離Ｄが徐々に大きくなる。したがって、受光検出距離Ｄの大小を基に三角測距法により当該測距部１００とスクリーン面１３０までの距離を算出できる。

しかしながら、画像投射装置を投射面の正面に対して傾斜した角度で投射する場合に焦点調整の不具合が生じることがある。
より具体的には、画像投射装置の傾斜によって生じる測距誤差は二種類に分類され、一つは外部の投射面の正面から横方向にずれた位置に画像投射装置を設置する場合、画像投射装置内における測距部１００の配置の仕方あるいは受光素子１２１における光強度分布の形状によって、投射距離Ｄｐの測定結果が実際と多少異なる結果、測距誤差が生じることである。

もう一つは、画像投射装置を設置し起動する一連のシーケンスと関係する測距誤差である。図９は、この測距誤差の説明図である。
図９に示すように、画像投射装置の投射光軸を設置面に対し平行な位置から縦方向に角度を付けて斜め上向きに投射する場合、画像投射装置の設置面に対する投射光軸の角度が異なると、それに応じて投射距離、すなわち投射レンズから外部の投射面までの距離も異なったものとなる。この投射距離の差は、オートフォーカス測距時が実際の画像表示時とタイミング的にずれると生じる。つまり図９の場合、たとえば画像投射装置を傾ける前に測距し、その結果を、実際の画像表示に際して投射光軸を傾けた後のオートフォーカス時に用いると、投射距離ＡとＢの差（Ｂ−Ａ）だけ測距誤差が生じ、それが原因で正確な焦点調整ができなくなる。

本発明が解決しようとする課題は、外部の投射面の正面から横方向にずれた位置に画像投射装置を設置する場合に当該横方向の相対位置関係に起因する測距誤差を抑制または防止し、望ましくは更に、画像投射装置を縦方向に傾けることに起因する測距誤差を抑制または防止することである。

本発明に係る画像投射装置は、外部に設けられている投射面までの距離を測定する測距機能を備える画像投射装置であって、測距光を出力する発光素子を含む測距発光部と、前記測距光が前記投射面上で反射することにより生じる反射光を受光する受光素子を含む測距受光部とを有し、前記受光素子が当該画像投射装置の設置面と略垂直な方向に長い受光面を有し、当該受光面の長手方向に、前記測距発光部と前記測距受光部とが並んで配置されている。

本発明では、好適に、画像を投射する投射光学部と投射レンズとを有し、当該画像投射装置の筐体に投射レンズの開口窓を備え、投射レンズの開口窓の横の近傍に、前記測距発光部の開口窓と前記測距受光部の開口窓とを縦に離間して配置している。
本発明では、さらに好適に、当該画像投射装置の設置面を基準として、前記測距発光部と前記測距受光部の光学軸同士の離間中心の高さと、前記投射レンズの光学軸の高さとがほぼ等しい。

この画像投射装置では、測距発光部と測距受光部とを有し、測距受光部に内蔵した受光素子の受光面が縦に長い形状を有する。このため、受光素子の長手方向に受光位置の感度を持たせ、その方向で受光位置検出が容易である。本発明では、受光素子の長手方向と、測距発光部と測距受光部との離間方向とがほぼ一致している。
測距発光部内の発光素子から出力された光は、外部の投射面で反射し、測距受光部内の受光素子に入射する。

このとき投射面に対する投射光学軸の角度によっては、受光素子で生じる光の強度分布のピーク値に偏りが生じることがある。つまり、投射面は光を散乱させる特性を有するが、散乱特性がどの散乱方向に対しても一様ではなく正反射方向に強い散乱特性を有する、いわゆる反射性の投射面の場合に、入射角が異なると反射方向によって反射光量も異なったものとなる。したがって、発光素子から相対的に遠い位置で反射した光と近い位置で反射した光では反射光強度が異なる。その結果、光強度分布が一様でない反射光を受光した受光素子の光強度分布のピーク位置が分布中心からずれたものとなる。

本発明では、受光素子の縦の長手方向に受光位置の検出感度を有するが、その長手方向と、測距発光部と測距受光部との配置方向がほぼ一致する。つまり、測距発光部と測距受光部とを縦に並べて設けている。
当該画像投射装置を外部の投射面の正面から横方向にずれた位置に設定する場合、受光素子の光強度分布のピーク位置が受光素子の長手方向とほぼ直交する横方向にずれやすくなる。つまり、上述した原因等により反射光に光強度分布のピーク位置ずれが生じても、そのことが受光位置の検出に影響しない。
また、望ましくは、それらの開口窓を投射レンズの開口窓の横の近傍に配置している。さらに望ましくは、投射レンズの光学軸と、測距発光部と測距受光部の光学軸同士の離間中心が縦方向、すなわち当該画像投射装置の設置面からの高さで揃っている。このため、実際に画像と投射する投射レンズからの画像の投射位置に対し、測距のための光の投射位置および受光位置が対称であり、しかも近接している。したがって、画像の投射位置と測距位置との相対的位置関係に基づく測距誤差も小さい。

本発明の画像投射装置は、縦長に受光素子を設け、測距発光部と測距受光部とをほぼ縦に並べて配置するものであることから、測距機構（測距発光部および測距受光部）の配置の仕方あるいは受光素子における光強度分布の形状によって、投射距離検出の基となる受光位置検出時に誤差が生じない、あるいは、誤差が生じても僅かである。そのため、本発明によれば、外部の投射面の正面から横にずらして設置することが一般的な画像投射装置において、当該画像投射装置から投射面までの投射距離の測定を正確に行うことができるという利益が得られる。

プロジェクターなどの投射型の画像表示装置（画像投射装置）は、たとえばオートフォーカス時に外部の投射面（たとえば、スクリーン面）までの距離を測定する測距部を備える。従来機種では、測距部の発光部（測距発光部）と受光部（測距受光部）は、一般的に、両者の光学軸が互いに平行で、かつプロジェクターの設置面に対し共に平行になるよう配置される。

これに対し、本発明に係るプロジェクターは、測距発光部と測距受光部の光学軸の配置方向が、測距受光部内の受光素子の受光面の長手方向（縦方向）とほぼ一致することに大きな特徴がある。つまり、受光素子の受光面が縦長で、測距発光部と測距受光部を縦に配置している。これは、スクリーンの正面から横方向にずれた位置から斜め投射することに起因する測距誤差を防止するためである。

ところで、プロジェクターを使用する場合、垂直方向に斜め投射するときの垂直投射角度はスクリーンの高さとプロジェクター設置面の高さとの位置関係で決まり、垂直投射角度の調整量も特殊な設置（たとえば天井からプロジュクターを吊り下げるなど）を除くと相対的に小さい。
これに対し、プロジェクターの表示画面を正面から観賞したい要求があるため、プロジェクターを横にずらして設置することが多く、水平方向の投射角度は頻繁に調整される。また、その調整量も相対的に大きい。

このようなプロジェクターの使用状況に鑑みると、スクリーン正面位置から水平方向にずれた位置からの投射による測距誤差を、垂直方向の投射による測距誤差に優先して防止することが望ましい。そのため、受光素子の受光面を縦長に配置し、測距発光部と測距受光部を互いに縦に配置することが望ましい。なお、このような配置が、水平方向の投射による測距誤差抑制にどのように役立つかについては後述する。

また、携帯性がよい薄型のプロジェクターが多く商品化されているが、その筐体の厚さ（縦の寸法）は投射光学部のサイズで規定され、縦方向には測距部を配置するスペースが殆どないことも多い。その一方で、実際に画像を投射する投射光学部から横に離れた位置に測距部を設けると、その配置の距離に起因する測距誤差が大きくなる。

以上より、測距発光部と測距受光部を互いに縦に配置することは、薄型化および測距誤差の低減という商品戦略上の要求に適合しており、その点で、より望ましい。とくに投射レンズの横の近傍に測距発光部と測距受光部とを縦に配置すると、薄型化を阻害しないで測距誤差を最も小さくできることから、最も望ましい。

本実施の形態では、この最も望ましい場合を説明する。
図１は、本実施の形態に係るプロジェクターの上面から見た構成図である。また、図２は、プロジェクターの正面からみた図である。
図１に示すプロジェクター１は、その筐体２内に、投射レンズ３Ａを含む投射光学部３、測距部４、投射レンズ３Ａと測距部４との共通のシャッター５、設置動作部６、および、これらを制御する制御部７とを有する。ここで設置動作部６は、プロジェクター１の筐体の前面２Ａ側を持ち上げて筐体２を傾け、投射仰角を調整するチルト動作を行い、そのチルト動作に連動してシャッター５を開閉するための機構である。また、プロジェクター１は、とくに図示しないがオートフォーカスのためのレンズ駆動部も備える。

投射光学部３は、リフレクタ３０Ｂと、その中心軸に配置されているランプ３０Ａとからなる光源３０、不要光線を除去するフィルタを含むマルチレンズアレイ３１、ダイクロイックミラー３２Ｒと３２Ｇ、リレーレンズ３３Ａと反転用リレーレンズ３３Ｂ、反射ミラー３４Ｒ，３４Ｂ１および３４Ｂ２、コンデンサーレンズ３５Ｒ，３５Ｇおよび３５Ｂ、光変調素子としての液晶表示パネルと液晶表示パネルを挟む入射側偏向板および出射側検光子からなる液晶パネルブロック３６Ｒ，３６Ｇおよび３６Ｂ、ならびに、光合成素子３７を有する。

投射レンズ３Ａは多数のレンズ群からなり、投射する画像の倍率調整、ピント調整に用いられる。オートフォーカスのために、レンズ位置（焦点位置）の調整を行う不図示のレンズ駆動部を備え、このレンズ駆動部が制御部７で制御され、測距部４からの測距結果に基づいてフォーカス用レンズを駆動する。

投射光学部３においてランプ３０Ａから照射された光は、リフレクタ３０Ｂにより反射されて光学軸にほぼ平行となるようにコリメートされて、リフレクタ３０Ｂの開口部から出射される。
リフレクタ３０Ｂの開口部から出射された光は、マルチレンズアレイ３１に入り、フィルタにより不要光線が除去された後、液晶パネルブロックの有効開口に適合するように調整される。
その後、２枚のダイクロイックミラー３２Ｒと３２Ｇにより、ＲＧＢの各色の光に分光される。赤色光は、ダイクロイックミラー３２Ｒで反射されて光路が９０度曲げられ、さらに反射ミラー３４Ｒで反射されてコンデンサーレンズ３５Ｒに導かれる。緑色光および青色光はダイクロイックミラー３２Ｒを透過するが、そのうち緑色光は、つぎのダイクロイックミラー３２Ｇで反射されて光路が９０度曲げられ、コンデンサーレンズ３５Ｇに導かれる。一方、青色光はダイクロイックミラー３２Ｇを透過し、リレーレンズ３３Ａ、反射ミラー３４Ｂ１、反転用リレーレンズ３３Ｂ、反射ミラー３４Ｂ２を経て、コンデンサーレンズ３５Ｂに導かれる。

このようにして分光され、それぞれ対応するコンデンサーレンズ３５Ｒ，３５Ｇまたは３５Ｂに入射された各色の光は、対応する液晶パネルブロック３６Ｒ，３６Ｇまたは３６Ｂに入射される。これら各色の液晶パネルブロック３６Ｒ〜３６Ｂにおいては、それぞれ、偏光板により光の偏光方向を一定方向に揃え、液晶表示パネルにより光の強度を変調し、さらに、検光子により所定の偏光面を持つ光のみ透過させられる。液晶表示パネルによる光強度の変調では、入力された映像信号に対応して液晶表示パネル上の各画素の変調度が決まることから、液晶表示パネルから出力される光の束は、映像信号が示す色ごとの画像に対応する光強度分布を有している。

その後、光合成素子３７より、各色の光束（画像光）が１つの光束（画像光）に合成された状態で投射レンズ３Ａに入射される。
投射レンズ３Ａは、光合成素子３７から入射された光束が示す画像を所定倍率に変換し、ピント調整した後、外部に設けられているスクリーン１３０の投射面１３０Ａに向けて投射する。

測距部４は、図２に示すように、測距発光部４Ａと測距受光部４Ｂとの２つのブロックから構成され、その２つのブロックが縦方向、すなわち筐体２の厚み方向に配置されている。
筐体２の前面２Ａは、測距発光部４Ａからの測距光を出射させる発光窓２Ａａと、測距時の出射光がスクリーン１３０で反射して戻ってくる反射光を受光する受光窓２Ａｂとを備える。また、筐体２の前面２Ａは、投射レンズ３Ａからの画像をスクリーン１３０に投射するための画像投射窓２Ａｃを備える。発光窓２Ａａと受光窓２Ａｂは、画像投射窓２Ａｃの横の近傍に互いに縦に配置されている。

図２に示す状態において発光窓２Ａａ、受光窓２Ａｂおよび画像投射窓２Ａｃは、共通のシャッター５により閉じられている。シャッター５は、スライド動作あるいは軸回転の動作により開閉が可能に構成されている。筐体２の薄型化のためにはスライド式シャッターが望ましいが、いずれにしても、シャッター５の開閉動作は、突出部材を筐体２の底面から下方に突出させて筐体２の前面２Ａ側を持ち上げるチルト動作と連動される。なお、この連動のタイミングについては後述する。

つぎに、測距発光部および測距受光部の構成と測距動作について説明する。
図３に、縦に配置された測距発光部４Ａと測距受光部４Ｂを示す。なお図３は、画像投射装置（プロジェクター）１を設置面に水平において、かつ、スクリーン１３０を当該設置面と垂直に立てた場合を示している。
測距発光部４Ａは、発光素子としての赤外線ＬＥＤ４１と、赤外線ＬＥＤ４１からの投射赤外光Ｌｐの像をスクリーン１３０に投射するための赤外線投射レンズ４２とを備えている。測距受光部４Ｂは、スクリーン１３０で反射して戻る反射赤外光Ｌｒを受光する受光素子としてのＰＳＤ(position sensitive detector)４３と、受光レンズ４４とを備える。受光レンズ４４と赤外線投射レンズ４２は、設置面と垂直な軸４５上で並んでいる。

測距時に赤外線ＬＥＤ４１からの投射赤外光Ｌｐを、赤外線投射レンズ４２を通してスクリーン１３０に投射する。このときスクリーン面１３０上に投影する投射赤外光Ｌｐのスポット像を、赤外線投射レンズ１１２の光学軸を中心として対照な円形または左右対称な長方形の赤外光パターンとする必要がある。そのために図示を省略しているが、通常、赤外線ＬＥＤ４１と赤外線投射レンズ４２との間にスリットを設け、スリットの形状に応じて投射赤外光Ｌｐのスポット形状を規定する。

スクリーン面１３０で散乱、反射された光（反射赤外光）Ｌｒが受光レンズ４４により集光され、これによりスクリーン面１３０上の赤外光パターンが縮小されてＰＳＤ４３の受光面上で結像する。ＰＳＤ４３は、縦長のライン状の受光面を有し、反射赤外光Ｌｒの入射角に応じて、結像により生じる光強度分布の受光面内でのピーク位置が変化する。ＰＳＤ４３が受光面で受けた光をその強弱に応じた電気信号に変換し、この電気信号を図１に示す制御部７に出力する。制御部７は、入力した電気信号から、受光した赤外光パターンの光強度分布のピーク位置を検出する。

より詳細に、投射赤外光Ｌｐの光学軸と平行で、かつ受光レンズ４４の中心を通る光学軸４６がＰＳＤ４３と交わる位置Ｐ０を、受光位置検出の基準とする。制御部７は、基準位置Ｐ０から実際の受光検出位置（光強度分布のピーク位置）Ｐ１までの距離（以下、受光検出距離）Ｄを、ＰＳＤ４３が出力する電気信号に基づいて検出する。

ここで投射距離Ｄｐを、軸４５とスクリーン１３０の投射面１３０Ａとの距離と定義する。
投射距離Ｄｐが測距発光部４Ａの光学軸と測距受光部４Ｂの光学軸との距離（基線長）Ｄ０より十分長い場合、赤外線反射光Ｌｒは比較的真っ直ぐに受光レンズ４４に入射する。そのため制御部７が検出する受光検出距離Ｄは相対的小さい。この状態からスクリーン面１３０を徐々に近づけて投射距離Ｄｐを短くしていくと、赤外線反射光Ｌｒが受光レンズ４４に対し、より斜めから入射するようになることから、受光検出距離Ｄが徐々に大きくなる。したがって、制御部７は、受光検出距離Ｄの大小を基に三角測距法により当該プロジェクター１からスクリーン１３０の投射面１３０Ａまでの投射距離Ｄｐを算出できる。

図３は、スクリーン１３０に対して真正面から測距する場合である。ところが、前述したように斜め投射の場合は測距誤差が問題となる。
図４は、斜め投射による測距誤差の原因を説明するための図である。図４は、ＰＳＤ４３を横長に配置して、測距発光部４Ａと測距発光部４Ｂを横方向に配置し直した従来と同じ配置関係を示すものである。また、図４は、それを上方から見たときに、測距発光部４Ａと測距発光部４Ｂならびに投射面１３０Ａの関係を示すものであり、同時に図４では、ＰＳＤ４３の受光面上での光強度分布４７を模式的に示している。さらに、図４においては、投射光軸を通る赤外線投射光をＬｐ０、投射面１３０Ａ上の赤外光パターンの一方の外側端を規定する赤外線投射光をＬｐ１、他方の外側端を規定する赤外線投射光をＬｐ２で示し、それぞれの赤外線投射光の反射光を順にＬｒ０、Ｌｒ１、Ｌｒ２により示している。

ところで、投射面１３０Ａを構成するスクリーンの素材は、通常、広い視野角を確保するためにある程度、拡散性を持たせたものが用いられる。このため投射面１３０Ａがあらゆる方向に光を散乱させる特性を有し、入射光の角度に対する散乱光量が異なる。
図４において投射面１３０Ａに接する３つの楕円は、この拡散性の違いを模式的に示すものである。具体的には、最も遠い位置で投射面１３０Ａに達する赤外線投射光Ｌｐ２による反射光Ｌｒ２の光量が最も小さく、逆に、最も近い位置で投射面１３０Ａに達する赤外線投射光Ｌｐ１による反射光Ｌｒ１の光量が最も大きい。そして、赤外線投射光Ｌｐ０による反射光Ｌｒ０の光量は、その中間の値をとる。
その結果、ＰＳＤ４３の受光面上で、本来分布中心であるべき位置Ｐ１よりも、基準位置Ｐ０から遠ざかる向きにΔＤだけ離れた位置Ｐ２に光強度分布４７のピーク位置がずれてしまう。制御部７は、このピーク位置Ｐ２の基準位置Ｐ０からの距離を受光検出距離Ｄと判断して、投射距離Ｄｐの計算に用いる。したがって、受光検出距離の誤差量ΔＤに対応した誤差が測距結果にも生じてしまう。

これに対し、本実施の形態では、ピーク位置ズレが生じても、それがＰＳＤ４３の受光位置検出に影響しないように、その感度方向（長手方向）が決められている。
図５は、このことを説明するための図であり、図５（Ａ）が正面投射の場合、図５（Ｂ）が斜め投射の場合である。これらの図ではスクリーンの投射面１３０Ａ上の赤外光パターン４８が横長の矩形を有し、その縮小像４８ＡがＰＳＤ４３と重なる様子を示している。

図５（Ａ）に示す正面投射の場合、測距光学部４Ａの赤外線投射レンズ４２の光学軸を通る投射光Ｌｐ０は、投射面１３０Ａの垂線４９に対し、純粋に投射距離に応じた角度でスクリーンに入射する。この場合、ＰＳＤ４３上では赤外光パターンの縮小像４８Ａが、純粋に投射距離に応じ、基準位置から受光検出距離Ｄだけ長手方向に離れた位置に重なる。そのとき投射光Ｌｐ０に対応する反射光Ｌｒ０は縮小像４８Ａ上で、そのほぼ中心である光強度分布中心に位置する。

これに対し図５（Ｂ）に示す横からの斜め投射の場合、投射光Ｌｐ０は投射面１３０Ａに対し垂線から角度θで斜めに入射する。この角度θは、純粋に投射距離に応じた角度に加えて、スクリーンに対するプロジェクターの斜め投射による水平方向成分を含んだものであり、純粋に投射距離に応じた角度よりかなり大きい角度となる。したがって、図４を用いて既に説明したように赤外光パターン４８内の位置で異なる反射光量の違いが問題となる。つまり、投射光Ｌｐ０に対応する反射光Ｌｒ０は縮小像４８Ａ上で、そのほぼ中心Ｐ１であるが、光強度分布中心は上記反射光量の違いによって中心Ｐ１より外側にずれた位置Ｐ２に存在する。

前述したように本実施の形態では、受光素子であるＰＳＤ４３が縦長の形状を有し、長手方向に高感を有する。このため、横からの斜め投射の場合、光強度分布のピーク位置は感度を有しない水平方向にずれることから、ＰＳＤ４３の受光検出距離Ｄは一定であり、ピーク位置ずれによる影響を受けない。
なお、図５から明らかなように、赤外光パターン４８が横長の矩形であることは、その縮小投像４８Ａが横にずれる場合でも受光検出距離Ｄに影響を与え難い点で好ましい。

その後、図１に示す制御部７は、光強度分布から受光検出距離Ｄを決定し、これを基に投射レンズ３Ａのオートフォーカス機構を駆動して、スクリーン１３０の投射面１３０Ａ上で正確にピント合わせを実行する。

つぎに、上述した測距動作を起動動作中に行う測距動作のタイミングと、それに起因するフォーカス調整の不具合について説明する。
図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に起動動作中のプロジェクター１を示す。なお、これらの図では、測距発光部４Ａの発光窓２Ａａと測距受光部４Ｂの受光窓２Ａｂとの上下の位置関係が図２の場合と逆になっている。本実施の形態では、測距発光部４Ａと測距受光部４Ｂの上下の位置関係は任意であるが、ここでは画像を打ち上げる投射を行い、その場合は反射光を受光しやすいように受光窓２Ａｂを発光窓２Ａａの上に位置させている。

本実施の形態では、図６（Ａ）に示す起動動作開始前の状態で電源がオンされ、図６（Ｃ）に示す画像投射用のランプ３０Ａ（図１参照）の光量が安定するまでの間に測距動作と、突出部材６Ａを降下させて筐体２の前面側を持ち上げるチルト動作とを連続してあるいは並行に行う。
より詳細には、ＬＥＤは光量安定を待つ必要がないことから、電源オンしてシャッターを開くとすぐに自動的に測距動作を開始し、測距動作が終わると続いてチルト動作を行う第１の方法と、チルト動作に比較的、時間がかかるのでチルト動作と並列して測距動作を行う第２の方法と、チルト動作後、ランプが安定してメニュー画面が表示される前までに自動的に測距動作を行う第３の方法とがあり、どの方法を採用してもよい。測距結果を用いて行うオートフォーカス動作は、測距動作に続いて行ってもよいし、その後でもよい。ただし、オートフォーカス結果を視認できることを重視するのであれば、チルト動作後にメニュー画像を表示させた状態でオートフォーカスを行うことが望ましい。

前述したように、図２、図３および図５においてＰＳＤ４３を縦長に配置し、かつ測距発光部４Ａと測距受光部４Ｂを縦に配列したことは、真正面から水平（横）にずれた位置からの横の斜め投射に起因する測距誤差が垂直（縦）の斜め投射に起因する測距誤差より一般に大きいことから、横の斜め投射に起因する測距誤差防止を縦の斜め投射に起因する測距誤差防止に優先させる趣旨である。したがって、縦の斜め投射による測距誤差を完全に無視して構わない。
しかし、垂直(縦）の斜め投射では、起動動作に起因する設置状態の違いにより別の焦点調整不具合が発生し、画像がぼける場合がある。たとえば上記第１の方法においては、図９に示すように初期の設置状態での投射距離Ａを測距して焦点の自動調整を行なった後、所定の角度分のチルト動作を行なうと投射距離はＢに変化し、（Ｂ−Ａ）だけの距離のずれにより、画像はベストフォーカスからずれた状態となる。このずれは投射距離と打ち上げの角度に比例して大きくなる。
ただし、上記の焦点調整不具合は後述するように、測距動作のタイミングの変更や打ち上げ角度に応じてフォーカス量を調整するなどを起動手順に追加することで解消できる。

以下、この点を考慮して上記第１〜第３の方法を比較する。
前記第１の方法では、直ぐにオートフォーカスを行うための時間的余裕があるという利点がある。ただし、チルト動作後のスクリーン面までの距離は、得られた測距結果より多少なりとも大きくなることから、打ち上げ角度が大きい場合はピントズレが生じ再度オートフォーカス量を調整し直す必要がある。
この場合、チルト角度情報は画像投射装置本体が有しているので、その情報に基づいて幾何学的に投射距離の補正量を算出、測距結果に加算することで、フォーカス調整を行なうことができる。

前記第２の方法では、測距動作とチルト動作を並列で行うことからトータルの起動時間を最も短くできる可能性がある。ただし、チルト動作中のどの時点で測距するかに応じて、図４に示す測距誤差が斜め投射により生じ可能性があり、また、チルト動作中のどの時点で測距するかを正確に把握していないと、その後に、測距結果やオートフォーカス量を調整することができない。

前記第３の方法は、チルト動作後に測距動作を行うことから測距結果自体は斜め投射時のスクリーンまでの実際の距離を反映したものであり、その点では、再度オートフォーカス量を調整し直す必要が出てくる可能性は少ない。ただし、直ぐにオートフォーカスを行うための時間的余裕がないという不利益がある。打ち上げ角度が比較的小さいことから縦の斜め投射による測距誤差を完全に無視でき、かつ、チルト動作後にメニュー画像を表示させた状態でオートフォーカスを行うなどの場合は、この第３の方法を好適に採用できる。

一つの実施例として、図７において、第１の方法を採用した場合の起動および終了の動作をフローチャートにより示す。なお、他の方法を採用した場合は、測距タイミングが図７とは異なる。
まず、筐体２の上面に設けられた電源スイッチ（不図示）を操作し、プロジェクター１に電源を投入する（ステップＳ１）。

制御部７は、電源スイッチ（不図示）からオン信号が入力されると、不図示の駆動回路を制御して赤外線ＬＥＤ４１およびランプ３０Ａを点灯する（ステップＳ２）。
さらに、制御部７が不図示のシャッター駆動部を制御してシャッター５を開くと（ステップＳ３）、制御部７が測距開始信号を出力し、測距開始信号に基づいて測距部４および制御部７が測距動作を行う（ステップＳ４）。具体的には、赤外線ＬＥＤ４１からの投射光をスクリーンの投射面１３０Ａで反射させ、その反射光をＰＳＤ４３が受光する。そのときＰＳＤ４３から出力される受光検出信号が制御部７に入力されると、制御部７は、この受光検出信号を基に投射距離Ｄｓを算出する。
制御部７は、シャッター５が開いてから受光が行われると、シャッター開動作に連動して突出部材６Ａの下降を開始させる（ステップＳ５）。

制御部７は、たとえばランプ点灯（ステップＳ２）からの時間を監視しており、これに基づいてランプが安定するのに必要な時間Ｔの経過を判断する（ステップＳ６）。この判断が「Ｎ（Ｎｏ）」の場合、時間Ｔが経過するまで待って、判断が「Ｙ（Ｙｅｓ）」となると、次のステップＳ７で、メニュー画像の投射を行う。

ステップＳ８では、台形歪み補正を含む各種初期設定が操作者のボタン操作により実行される。横の斜め投射による水平方向の台形歪みと、縦の斜め投射による垂直方向の台形歪みの各補正は、通常、それぞれのメニュー画面でボタン操作と画面での確認とを繰り返すことにより実行される。また、制御部７は、初期設定期間の任意のタイミング、たとえば最初のメニュー画面表示直後などに自動的にオートフォーカス動作を行う。具体的には、先に求めた投射距離Ｄｓから投射レンズ３Ａのフォーカス用レンズ位置の調整量を求め、その位置へのレンズ移動を行う。

制御部７は、上記ステップＳ６以降常時、電源遮断操作の有無を監視している。ステップＳ９で、この電源遮断操作があったと判断する（「Ｙ」）と、ランプの電源をオフし（ステップＳ１０）、突出部材６Ａの上昇を指示し（ステップＳ１１）、シャッター５を閉め（ステップＳ１２）、突出部材６Ａの収納完了を確認する（ステップＳ１３）と、当該終了動作が完結する。
なお、各種設定（ステップＳ８）が終了後にステップＳ９の判断が「Ｎ」の場合、通常は、そのまま入力映像信号に応じた画像投射環境が整うことから、当該起動動作を終了させる。画像投射の途中に電源遮断操作があると、ステップＳ９の判断が「Ｙ」となり終了動作（ステップＳ１０〜Ｓ１３）が実行される。

本実施の形態によれば、赤外線を用いた三角測距方式のオートフォーカス機能を備えたプロジェクターにおいて、測距部４の測距発光部４Ａと測距受光部４Ｂを、プロジェクター設置面に対し垂直方向に配列し、かつ受光素子（ＰＳＤ）４３の長手方向を垂直にすることにより、スクリーン１３０の正面から水平方向にずれた位置からの斜め投射による測距誤差の発生を防止できる。

また、画像投射装置の起動時に設置状態が変化し、設置面に対し垂直(縦）にチルトして斜め上方向に投射して投射距離に変動が生じたとしても、チルト終了時に測距と自動焦点調整動作を行なう、あるいは測距情報にチルト情報を基にした補正を加えて自動焦点調整動作を行なうことにより、投射距離に対して正確な焦点調整を行なうことができるという利益が得られる。
より具体的には、オートフォーカス機能を備えたプロジェクターにおいて、起動動作中のチルト動作により斜め上方向に投射して投射距離に変動が生じたとしても、起動動作中に測距を行い、その測距の結果を用いて画像表示前あるいは画面表示後にオートフォーカス動作を行うことから、投射距離に対して正確な焦点調整を行なうことができる。また、これら一連の動作を起動中に行なうことから起動時間を短縮できる。

この点に関し、従来は、ランプが安定して最初の画面（メニュー画面）が表示されてから、そのメニューの一項目としてオートフォーカス動作があり、その動作は操作者のボタン等の操作を受けて行っていた。
本実施の形態では、起動動作中に測距を行い、その後の予め決められたタイミングでオートフォーカス動作を自動的に実行することから、操作の手間が省かれ、また起動時間の短縮が実現できるという利点がある。

本発明の実施の形態に係るプロジェクターを上面から見た構成図である。 プロジェクターを正面からみた図である。 縦に配置された測距発光部と測距受光部の構成と測距時の光路を示す図である。 斜め投射による測距誤差の原因を説明するための図である。 測距部の構成により受光時の光強度のピーク位置ズレが受光位置検出に影響しないことを説明するための図であり、（Ａ）が正面投射の場合、（Ｂ）が斜め投射の場合である。 （Ａ）〜（Ｃ）は起動動作中のプロジェクターを示す図である。 起動および終了の動作の具体例を示すフローチャートである。 従来のプロジュクターにおいて、測距部の構成と測距光の光路を示す図である。 画像投射装置を投射面の正面に対して傾斜した角度で投射する場合に生じる測距誤差の説明図である。

符号の説明

１…プロジェクター、２…筐体、２Ａ…前面、３…投射光学部、３Ａ…投射レンズ、４…測距部、４Ａ…測距発光部、４Ｂ…測距受光部、５…シャッター、６…設置動作部、６Ａ…突出部材、７…制御部、４１…赤外線ＬＥＤ、４２…赤外線投射レンズ、４３…ＰＳＤ、４４…受光レンズ、４８…赤外光パターン、Ｌｐ…測距時の投射光、Ｌｒ…反射光、Ｄ…受光検出位置、Ｄｐ…投射距離、ΔＤ…光強度分布のピーク値ずれ量、１３０…スクリーン、１３０Ａ…投射面

Claims (7)

1. 外部に設けられている投射面までの距離を測定する測距機能を備える画像投射装置であって、
   測距光を出力する発光素子を含む測距発光部と、
   前記測距光が前記投射面上で反射することにより生じる反射光を受光する受光素子を含む測距受光部とを有し、
   前記受光素子が当該画像投射装置の設置面と略垂直な方向に長い受光面を有し、
   当該受光面の長手方向に、前記測距発光部と前記測距受光部とが並んで配置されている
   画像投射装置。
2. 画像を投射する投射光学部と投射レンズとを有し、
   当該画像投射装置の筐体に投射レンズの開口窓を備え、
   投射レンズの開口窓の横の近傍に、前記測距発光部の開口窓と前記測距受光部の開口窓とを縦に離間して配置している
   請求項１に記載の画像投射装置。
3. 当該画像投射装置の設置面を基準として、前記測距発光部と前記測距受光部の光学軸同士の離間中心の高さと、前記投射レンズの光学軸の高さとがほぼ等しい
   請求項２に記載の画像投射装置。
4. 投射レンズ内部に、前記投射レンズの開口窓、前記測距発光部の開口窓、および、前記測距受光部の開口窓を開閉する共通のシャッターを設けている
   請求項２に記載の画像投射装置。
5. 電源スイッチと、
   前記筐体の投射側を持ち上げて投射の向きを斜め上方に傾けるチルト機構と、
   電源スイッチのオンを検知して、前記投射光学部内のランプおよび前記測距発光部内の発光素子の点灯、前記シャッターの開動作、前記チルト機構の動作、前記測距発光部および前記測距受光部による測距動作、ならびに、測距結果に基づく投射レンズ位置調整による自動焦点調整動作を、予め定められた手順で自動的に実行する起動制御部と、
   をさらに有する請求項２に記載の画像投射装置。
6. 前記起動制御部は、前記シャッターの開動作と前記チルト機構の動作の後に、前記測距動作と前記自動焦点調整動作を実行する
   請求項５に記載の画像投射装置。
7. 前記起動制御部は、前記シャッターの開動作と前記測距動作の後に前記チルト機構の動作を行い、次いで測距結果の情報とチルト量情報に基づいて前記自動焦点調整動作を行う
   請求項５に記載の画像投射装置。
   

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