JP2007093245A - 測距装置及び測距方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの位相差センサを用いて測定対象に対する多点測距を実現でき、形状変化の固体差による測定誤差を軽減して精度の高い測定を行う。
【解決手段】一対の光検出部１３ａ，１３ｂが一列に配列されてなる位相差センサ１３を一対の光検出部１３ａ，１３ｂの配列方向（センサ列方向）と直交する方向に駆動可能な駆動機構５１を備える。位相差センサ１３を所定の位置に設定した状態で、測定対象までの距離をセンサ列方向に測定する。また、駆動機構５１を介して位相差センサ１３を動かして、測定対象までの距離をセンサ列方向と直交する方向に測定する。これにより、１つの位相差センサ１３を用いて測定対象に対する多点測距を実現でき、形状変化の固体差による測定誤差を軽減して精度の高い測定を行うことが可能となる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、位相差センサを用いて測定対象までの距離を測定する測距装置及び測距方法に関する。

スクリーン上に任意の画像を投影する投影装置（プロジェクタ）において、スクリーンに対する装置の設置具合などによって、スクリーン上に投影された画像の四片が台形状に歪むことがある。

このような投影画像の歪みを自動補正する方法として、投影光学系からスクリーンまでの距離を３点以上測定することにより、これらの測定点までの距離の位相差に基づいてスクリーン投影面の傾き角度を検出し、そこに投影された画像の歪みを補正することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

なお、測定対象までの距離を測定することを「測距」と呼び、その測距結果に基づいて投影画像の歪みを補正することを、歪みの形状が台形であることから「台形補正」と呼ばれている。

ここで、通常、プロジェクタでは、図１９に示すように、２つの位相差センサ１，２を備えている。一方の位相差センサ１は投影画像の水平方向の傾きを検出するためのものであり、他方の位相差センサ２は投影画像の垂直方向の傾きを検出するためのものである。位相差センサ１はそのセンサ列を水平方向に向けて設置され、位相差センサ２はそのセンサ列を垂直方向に向けて設置される。なお、図中の３はプロジェクタの投影レンズ、４は表示素子である。

このような２つの位相差センサ１，２を用いれば、水平方向と垂直方向にそれぞれに複数の点を測距することができ、これらの点の距離データに基づいて投影画像の歪みを正しく補正できる。

しかしながら、位相差センサを２つ使うことは、コストがかかるといった問題の他に、センサの形状変化による測定精度の低下が問題となる。すなわち、位相差センサは、環境温度や光源の熱などの影響を受けて、形状が経時的に変化することがある。この形状変化は微小ではあるものの、センサ自体のサイズが小さいため、測定精度に大きな影響を与える。

特に、位相差センサの両端部分の形状が変化するため、その両端部分を使った所謂「マルチ測距」の精度が著しく悪くなるといった問題がある。また、２つの位相差センサを用いた場合に、それぞれの形状変化の個体差により水平方向と垂直方向の測定精度にバラツキが生じて、画像の歪みを正しく補正できなくなるといった問題もある。

従来、プロジェクタに関して、位相差センサを用いた測定誤差を軽減する技術としては、特許文献２に開示されているものがある。

この特許文献２では、チャート画像（測距用のパターン画像）を複数回シフトしながら投影して測定を行うことにより、その複数回分の測定結果を平均化するといった技術が開示されている。しかしながら、複数回の測定によって誤差を軽減するといった方法であり、位相差センサ自体の形状変化やその個体差に起因する測定誤差を解消することはできない。

また、位相差センサを用いたカメラの分野において、特許文献３に開示されているものがある。

この特許文献３のカメラは、測定を阻害する外的要因の発生を検出し、再測定が必要であることを促す機能を備える。例えば、位相差センサを撮影者の指で覆ったままで撮影を行った場合に、撮影者に警告するといったものである。しかしながら、単に測定不可の状態を警告するだけであり、前記特許文献２と同様に、位相差センサの形状変化やその個体差に起因する測定誤差を解消することはできない。
特開２００５−００６２２８号公報 特開２００５−０６１９２５号公報 特開２００５−３０７９３４号公報

上述したように、従来、２つの位相差センサを用いて、測定対象物に対する多点測距を実現していた。しかしながら、２つの位相差センサを用いた構成では、センサ部品のコストが高くなり、また、それぞれの形状変化の個体差により測定精度が低下するといった問題があった。

本発明は前記のような点に鑑みなされたもので、１つの位相差センサを用いて測定対象に対する多点測距を実現でき、形状変化の固体差による測定誤差を軽減して精度の高い測定を行うことのできる測距装置及び測距方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る測距装置は、一対の光受信部が一列に配列されてなる位相差センサと、前記一対の光受信部を測定対象に向けて前記位相差センサを支持し、前記一対の光受信部の配列方向と直交する方向に前記位相差センサを動かす駆動機構と、前記位相差センサを所定の位置に設定した状態で、測定対象までの距離を前記一対の光受信部の配列方向に測定すると共に、前記駆動機構を介して前記位相差センサを動かして、前記測定対象までの距離を前記一対の光受信部の配列方向と直交する方向に測定する測距処理手段とを具備したことを特徴とする。

本発明の請求項２は、前記請求項１記載の測距装置において、前記駆動機構は、前記一対の光受信部が上下に配置されるように前記位相差センサを支持し、前記位相差センサを水平方向に動かすことを特徴とする。

本発明の請求項３は、前記請求項２記載の測距装置において、前記測距処理手段は、前記一対の光受信部の中心部以外の部分を用いたマルチ測距により前記測定対象までの距離を少なくとも２箇所以上測定し、前記駆動機構を介して前記位相差センサを動かすことで、前記一対の光受信部の中心部を用いたセンタ測距により前記測定対象までの距離を少なくとも２箇所以上測定することを特徴とする。

本発明の請求項４に係る測距装置は、一対の光受信部が一列に配列されてなる位相差センサと、この位相差センサの前面に設けられた光学系部材と、この光学系部材を測定対象に向けて支持し、前記位相差センサの測定方向を前記一対の光受信部の配列方向と直交する方向に変更するように前記光学系部材を動かす駆動機構と、前記光学系部材を所定の位置に設定した状態で、測定対象までの距離を前記一対の光受信部の配列方向に測定すると共に、前記駆動機構を介して前記光学系部材を動かして、前記測定対象までの距離を前記一対の光受信部の配列方向と直交する方向に測定する測距処理手段とを具備したことを特徴とする。

本発明の請求項５に係る測距装置は、前記請求項４記載の測距装置において、前記位相差センサは、前記一対の光受信部が上下に配置されるように固定設置され、前記駆動機構は、前記位相差センサの測定方向を水平方向に変更するように前記光学系部材を動かすことを特徴とする。

本発明の請求項６は、前記請求項５記載の測距装置において、前記測距処理手段は、前記一対の光受信部の中心部以外の部分を用いたマルチ測距により前記測定対象までの距離を少なくとも２箇所以上測定し、前記駆動機構を介して前記光学系部材を動かすことで、前記一対の光受信部の中心部を用いたセンタ測距により前記測定対象までの距離を少なくとも２箇所以上測定することを特徴とする。

本発明の請求項７は、前記請求項４記載の測距装置において、前記光学系部材は、プリズムまたは屈折特性を有するレンズであることを特徴とする。

本発明の請求項８は、前記請求項４記載の測距装置において、前記光学系部材は、反射ミラーであることを特徴とする。

本発明の請求項９は、前記請求項１乃至８のいずれか１つに記載の測距装置を用いた投影装置である。

本発明の請求項１０は、前記請求項１乃至８のいずれか１つに記載の測距装置を用いた撮像装置である。

本発明の請求項１１に係る測距方法は、一対の光受信部が一列に配列されてなる位相差センサを前記一対の光受信部の配列方向と直交する方向に駆動可能な駆動機構を備え、前記位相差センサを所定の位置に設定した状態で、測定対象までの距離を前記一対の光受信部の配列方向に測定すると共に、前記駆動機構を介して前記位相差センサを動かして、前記測定対象までの距離を前記一対の光受信部の配列方向と直交する方向に測定することを特徴とする。

本発明の請求項１２に係る測距方法は、一対の光受信部が一列に配列されてなる位相差センサの前面に光学系部材を配置し、前記位相差センサの測定方向を前記一対の光受信部の配列方向と直交する方向に変更するように前記光学系部材を駆動可能な駆動機構を備え、前記光学系部材を所定の位置に設定した状態で、測定対象までの距離を前記一対の光受信部の配列方向に測定すると共に、前記駆動機構を介して前記光学系部材を動かして、前記測定対象までの距離を前記一対の光受信部の配列方向と直交する方向に測定することを特徴とする。

本発明によれば、１つの位相差センサを用いて測定対象に対する多点測距を実現でき、形状変化の個体差による測定誤差を軽減して精度の高い測定を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
なお、以下の各実施形態では、本発明の測距装置を投影装置（以下、プロジェクタと称す）に適用した場合を想定して説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態は、縦置きにした位相差センサを水平方向に駆動可能な駆動機構を設け、この駆動機構により位相差センサの測定方向を変更することで、１つの位相差センサにて水平方向と垂直方向の両方の測距を実現するようにしたものである。

なお、位相差センサの「縦置き」とは、位相差センサ内に一列に組み込まれた一対の光受信部を上下に配置した状態、つまり、一対の光受信部の配列方向（以下、センサ列方向と称す）を垂直方向に向けて配置することを言う。これに対し、「横置き」とは、位相差センサ内に一列に組み込まれた一対の光受信部を左右に配置した状態、つまり、センサ列方向を水平方向に向けて配置することを言う。

図１および図２は本発明の第１の実施形態に係る測距装置をプロジェクタに適用した場合の外観構成を示す図であり、図１は上から見た場合の斜視図、図２は下から見た場合の斜視図である。

図１に示すように、プロジェクタ１０は、直方体状の本体ケーシング１１の前面に投影レンズ１２、位相差センサ１３、Ｉｒ受信部１４が設けられている。

投影レンズ１２は、後述するマイクロミラー素子等の空間的光変調素子で形成された光像を投影するためのものであり、合焦位置及びズーム位置（投影画角）を任意に可変できる。位相差センサ１３は、三角測距の原理に基づいて測定対象までの距離、具体的には画像投影面までの距離を測定するものである。なお、この位相差センサ１３の構成については、後に詳しく説明する。

Ｉｒ受信部１４は、図示せぬプロジェクタ１０のリモートコントローラからのキー操作信号が重畳された赤外光を受信する。

また、本体ケーシング１１の上面には、本体メインキー／インジケータ１５、スピーカ１６及びカバー１７が配設される。

本体メインキー／インジケータ１５は、例えば電源キー、ズームキー、フォーカスキーなどの各種操作キーと、電源のオン／オフ状態や、光源の温度状態などを表示する各種インジケータからなる。スピーカ１６は、動画の再生時等の音声を拡声出力する。カバー１７は、図示せぬサブキーを操作する際に開閉する。該サブキーは、プロジェクタ１０のリモートコントローラを使用せずに、本体メインキー／インジゲータ１５のキーでは設定指示できない詳細な各種動作等を操作する。

さらに、図２に示すように、本体ケーシング１１の背面には、入出力コネクタ部１８、Ｉｒ受信部１９、及びＡＣアダプタ接続部２０が配設される。

入出力コネクタ部１８は、例えばパーソナルコンピュータ等の外部機器との接続のためのＵＳＢ端子、映像入力用のミニＤ−ＳＵＢ端子、Ｓ端子、及びＲＣＡ端子と、音声入力用のステレオミニ端子等からなる。Ｉｒ受信部１９は、前記Ｉｒ受信部１４と同様に、図示しないリモートコントローラからのキー操作信号が重畳された赤外光を受信する。ＡＣアダプタ接続部２０は、電源となる図示しないＡＣアダプタからのケーブルを接続する。

また、本体ケーシング１１の下面には、背面側に一対の固定脚部２１，２１が取り付けられると共に、前面側に高さ調節が可能な調整脚部２２が取り付けられる。調整脚部２２は、そのねじ回転位置を手動で操作することにより、正確には投影レンズ１２の投影方向の鉛直方向成分、すなわち仰角を調整する。

図３はプロジェクタの電子回路の機能構成を示すブロック図である。図中、前記入出力コネクタ部１８より入力された各種規格の画像信号が、入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）３１、システムバスＳＢを介して画像変換部３２で所定のフォーマットの画像信号に統一された後に表示エンコーダ３３へ送られる。

表示エンコーダ３３は、画像信号をビデオＲＡＭ３４に展開記憶させた上で、このビデオＲＡＭ３４の記憶内容からビデオ信号を発生して表示駆動部３５に出力する。

表示駆動部３５は、画像信号に対応して適宜フレームレート、例えば３０［フレーム／秒］で空間的光変調素子（ＳＯＭ）３６を表示駆動する。この空間的光変調素子３６に対して、例えば超高圧水銀灯等の光源ランプ３７が出射する高輝度の白色光を照射することで、その反射光で光像が形成され、投影レンズ１２を介して不図示のスクリーンに投影表示される。前記投影レンズ１２は、レンズモータ（Ｍ）３８により駆動されることで、ズーム位置及びフォーカス位置を適宜移動する。

前記各回路のすべての動作制御を司るのが制御部３９である。この制御部３９は、マイクロコンピュータからなり、ＣＰＵと、該ＣＰＵで実行される動作プログラムを固定的に記憶したＲＯＭ、及びワークメモリとして使用されるＲＡＭ等を備える。

また、この制御部３９には、システムバスＳＢを介して画像記憶部４０、音声処理部４１が接続される。

画像記憶部４０は、例えばフラッシュメモリ等からなり、測距用のチャート画像（横チャート画像及び縦チャート画像）やユーザロゴ画像の画像データを記憶する。これらの画像データは、前記表示エンコーダ３３へ送出され、投影レンズ１２を介してスクリーン上に投影表示させる。

音声処理部４１は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備え、投影表示動作時に与えられる音声データをアナログ化し、前記スピーカ１６を駆動して拡声放音させる。

なお、前記本体メインキー／インジゲータ１５とカバー１７内に備えられる図示せぬ本体サブキーからキー入力部４２が構成される。このキー入力部４２は、本体メインキー／インジゲータ１５におけるキー操作信号が直接制御部３９に入力される。前記Ｉｒ受信部１４及びＩｒ受信部１９での赤外光受信信号も直接制御部３９に入力される。

また、このプロジェクタ１０には、測距装置５０が備えられる。この測距装置５０は、位相差センサ１３、駆動機構５１、駆動制御部５２、測距処理部５３からなる。

位相差センサ１３は、本体ケーシング１１前面に縦置きに設置される。この位相差センサ１３は、一列に配列された一対の光検出部１３ａ，１３ｂからなり、測定対象までの距離を位相差方式により検出するものである。光検出部１３ａ，１３ｂは、それぞれにフォントセンサアレイ１３１，１３２と、その前面に並行に設けられたレンズ１３３，１３４とを備える。レンズ１３３，１３４は、測定対象をフォントセンサアレイ１３１，１３２の検出面上に結像させる。フォントセンサアレイ１３１，１３２は、検出面上に結像された測定対象の像を検出して、電気信号として出力する。測定対象とは、ここではスクリーン上に投影される画像のことである。

駆動機構５１は、位相差センサ１３を測定対象に向けて支持すると共に、その位相差センサ１３をセンサ列方向と直交する方向、つまり、水平方向に位相差センサ１３を移動させる。なお、この駆動機構５１の構成については、後に図９および図１０を用いて詳しく説明する。

駆動制御部５２は、制御部３９の制御の下で駆動機構５１を駆動する。また、測距処理部５３は、位相差センサ１３を用いて測定対象までの距離を測定する。

ここで、本発明の理解を容易にするため、図４乃至図７を参照して位相差方式による測距方法について説明する。図４は位相差センサの測距方法を説明するための図、図５は位相差センサのマルチ測距機能を説明するための図である。また、図６は位相差センサによる傾き角度の算出方法を説明するための図である。図７は位相差センサのセンタ測距とマルチ測距を説明するための図である。

図４に示すように、測定対象６１までの距離を測定する場合において、図示せぬ発光部からの光が測定対象６１に向けて照射される。この測定対象６１に対して照射された光の反射光は、一方のレンズ１３３を通じてフォトセンサアレイ１３１に結像する。また、その反射光は、他方のレンズ１３４を通じてフォトセンサアレイ１３２に結像する。図中の６２及び６３がその結像部分を示している。

また、レンズ１３３，１３４の光軸中心と結像間のそれぞれ距離をｘ１、ｘ２とし、レンズ１３３，１３４間の距離をＢ、フォトセンサアレイ１３１，１３２とレンズ１３３，１３４間の距離をｆとすると、測定対象６１までの距離ｄは、以下のように式（１）で求められる。
ｄ＝Ｂ＊ｆ／（ｘ１＋ｘ２） …（１）
前記式（１）において、Ｂ、ｆはセンサ固有の値である。よって、測定対象６１までの距離ｄはフォトセンサアレイ１３１，１３２の位相（ｘ１，ｘ２）で求められることになる。

また、この位相差センサ１３は、図５に示すように、レンズ光軸方向Ｋからセンサ列方向Ｈに±１０程度の範囲で傾けた向きの距離を同時に測定可能な機能を持つ。これをマルチ測距機能と呼ぶ。

詳しく説明すると、図７に示すように、位相差センサ１３に備えられた一対のフォトセンサアレイ１３１，１３２の中心部分（Ｂ１，Ｂ２の部分）を用いて測定対象６１までの距離を測定することを「センタ測距」と呼ぶ。これに対し、フォトセンサアレイ１３１，１３２の中心部分以外の部分（例えばＡ１とＡ２や、Ｃ１とＣ２の部分）を用いて、測定対象６１までの距離を測定することを「マルチ測距」と呼ぶ。センタ測距の方がマルチ測距に比べて測定精度が高く、経時的な形状変化による影響も少ない。

プロジェクタ１０では、図６に示すように、この位相差センサ１３のマルチ測距機能を利用して複数方向の距離データを取得することにより、これらの距離データに基づいてセンサ列方向Ｈに対する測定対象６１（スクリーン）の傾き角Ｓを算出する。今、２つの測定ポイントＰ１，Ｐ２までのレンズ光軸方向の距離をＬとＲ、センサ光軸Ｋからの傾きを±Ｗとすると、測定対象６１の傾き角Ｓは、下記の式（２）のように表わされる。

次に、この位相差センサ１３の駆動機構について説明する。
図８はプロジェクタと位相差センサとの関係を示す図である。また、図９は位相差センサの駆動機構の具体的な構成を示す分解斜視図である。

図８に示すように、位相差センサ１３は、投影レンズ１２の近傍に縦置きで設置される。この例では、光検出部１３ａを上、光検出部１３ｂを下にして設置されている。この位相差センサ１３の測定方向は、駆動機構５１によって図中の矢印のように水平方向に調整可能である。

駆動機構５１の具体例を図９に示す。
位相差センサ１３は、一対の光検出部１３ａ，１３ｂを測定対象に向けて縦置きにして首振り台７１に支持される。この首振り台７１は、その長手方向に所定の範囲内に形成されたスライド穴７１ａを有する。一方、本体ケーシング１１内に水平方向に台座７２が配設されており、前記首振り台７１は、この台座７２上に設けられた首振り軸７３を支点に水平方向に回動自在に取り付けられている。

また、この首振り台７１を水平方向に駆動するための機構として、モータ７６と、このモータ７６の軸に連結されたウォームギア７７と、このウォームギア７７に係合するギア７８とが設けられている。ギア７８は、台座７２上のギア軸７４に回転自在に取り付けられている。

また、首振り台７１の回動範囲を規制するために、台座７２上の両端にストッパ部材７５ａ，７５ｂが設けられている。さらに、モータ７６の制御精度が簡易的であっても、ストッパ部材７５ａ，７５ｂによって最大角度にて首振り台７１が停止できるように、首振り台７１とギア７８とのリンク機構として、バネ７９によって摺動可能なリンクピン８０がギア７８上に設けられている。このリンクピン８０は、首振り台７１のスライド穴７１ａにスライド自在に嵌め込まれる。

図１０は測距時の位相差センサの動きを示す図であり、図１０（ａ）は位相差センサが第１の位置にあるとき、同図（ｂ）は位相差センサが第２の位置にあるとき、同図（ｃ）は位相差センサが第３の位置にあるときの状態をそれぞれ示している。

通常は、図１０（ａ）に示すように、位相差センサ１３は第１の位置（ホームポジション）に設定されている。第１の位置は、位相差センサ１３が測定対象に対して正面を向いた状態である。この状態で、上下に配置された光検出部１３ａ，１３ｂを用いて垂直方向の測距を行う。一方、水平方向の測距は、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、位相差センサ１３を第２の位置または第３の位置に水平方向に移動させることで行う。

上述したように、位相差センサ１３は首振り台７１によって支持されており、この首振り台７１の回動によって測定方向が水平方向に調整できる。すなわち、モータ７６を駆動すると、その回転力がウォームギア７７を介してギア７８に伝達される。これにより、ギア７８が回転し、それに伴い、首振り台７１がリンクピン８０を介して水平方向に回動することになる。この首振り台７１の回動範囲は、ストッパ部材７５ａ，７５ｂによって規制される。

ここで、図１０（ｂ）に示すように、ストッパ部材７５ｂによって規制された位置を第２の位置とする。この第２の位置では、位相差センサ１３は、正面の測定対象に対して水平方向に一方向（この例では、右方向）に所定角度だけ傾いた状態で対向することになる。

また、図１０（ｃ）に示すように、ストッパ部材７５ａによって規制された位置を第３の位置とする。この第３の位置では、位相差センサ１３は、正面の測定対象に対して水平方向に逆の方向（この例では、左方向）に所定角度だけ傾いた状態となる。

このように、モータ７６の駆動により首振り台７１を水平方向に回動させることで、位相差センサ１３の測定方向が水平方向に所定の範囲内に調整される。これにより、測定対象に対する水平方向の測距を実現できる。

次に、このような位相差センサ１３を搭載したプロジェクタ１０の投影画像の処理について説明する。

図１１はプロジェクタの投影画像の処理動作を示すフローチャートである。なお、以下のフローチャートで示される処理は、マイクロコンピュータである制御部（ＣＰＵ）３９がプログラムを読み込むことにより実行される。

プロジェクタ１０の正面に設置されたスクリーン上に画像を投影する際に、制御部３９は、まず、投影レンズ１２を含む投影系により画像記憶部４０に記憶されている画像データに基づいて、測距用のチャート画像を投影表示する（ステップＳ１１）。前記チャート画像は、例えば白黒の横ストライプを有するパターン画像からなる。このようなチャート画像を表示するのは、スクリーンが通常白一色であるため、位相差センサ１３にて測定点の読取りができないためである。

次に、チャート画像を投影表示させた状態で、制御部３９は、図３に示す駆動制御部５２に駆動指令を出し、駆動機構５１を介して位相差センサ１３を第１の位置に設定する（ステップＳ１２）。第１の位置とは、図１０（ａ）に示したように、位相差センサ１３が測定対象の正面を向いた状態、言い換えれば、位相差センサ１３の光軸が測定対象の水平面に対して直交する方向に向いていることである。通常は、この第１の位置をホームポジションとして位相差センサ１３が位置決めされている。

位相差センサ１３を第１の位置に設定すると、制御部３９は、測距処理部５３を通じてチャート画像の垂直ライン上の少なくとも２点をマルチ測距する（ステップＳ１３）。マルチ測距とは、図７で説明したように、位相差センサ１３を構成する光検出部１３ａ，１３ｂの中心部以外の部分（例えば両端部）を用いて測定対象までの距離を測定することである。

このときの測定点の一例を図１２に示す。この例では、第１の位置において、図中のＰ１１とＰ１２の測定点を光検出部１３ａ，１３ｂの中心部以外（例えば、両端部）で順次読み取ることになる。詳しくは、チャート画像上の白黒パターンのＰ１１とＰ１２に相当する白部分の明るさを読み取り、これらのＰ１１，Ｐ１２の各測定点までの距離を測距処理部５３にて算出する。ここで得られた各測定点の距離データは、制御部３９に設けられた測距結果記憶部３９ａに記憶保持される。

ここで、制御部３９は、前記測距結果記憶部３９ａに記憶された各測定点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の距離データに基づいて、投影光軸に対するスクリーン投影面の上下方向つまり垂直方向の角度「θｖ」を算出する（ステップＳ１４）。

続いて、制御部３９は、図３に示す駆動制御部５２に駆動指令を出し、駆動機構５１を介して位相差センサ１３を第２、第３の位置に移動させる（ステップＳ１５）。第２、第３の位置では、図１０（ｂ），（ｃ）に示したように、位相差センサ１３が正面の測定対象に対して水平方向に所定角度だけ傾いた状態で対向する。

このような状態で、制御部３９は、測距処理部５３を通じてチャート画像の水平ライン上の少なくとも２点をセンタ測距する（ステップＳ１６）。センタ測距とは、図７で説明したように、位相差センサ１３を構成する光検出部１３ａ，１３ｂの中心部を用いて測定対象までの距離を測定することである。

すなわち、前記図１２の例であれば、第２、第３の位置において、図中のＰ１３とＰ１４の測定点を光検出部１３ａ，１３ｂの中心部にて順次読み取り、これらのＰ１３，Ｐ１４の各測定点までの距離を測距処理部５３にて算出する。ここで得られた各測定点の距離データは、制御部３９に設けられた測距結果記憶部３９ａに記憶保持される。

ここで、制御部３９は、前記測距結果記憶部３９ａに記憶された各測定点Ｐ１２，Ｐ１４の距離データに基づいて、投影光軸に対するスクリーン投影面の左右方向つまり水平方向の角度「θｈ」を算出する（ステップＳ１７）。

そして、制御部３９は、前記ステップＳ１４で得られた角度「θｖ」と前記ステップＳ１７で得られた角度「θｈ」に基づいて、投影画像の台形補正処理を行う（ステップＳ１８）。詳しくは、スクリーン投影面が全体でどの方向にどれだけの角度で斜めになっており、投影画像を入力される画像信号と同一の適正なアスペクト比の矩形とすればよいのか、必要な台形補正の角度を算出する。そして、表示エンコーダ３３にビデオＲＡＭ３４で展開記憶させる画像データの上辺と下辺の比、及び左辺と右辺の比を補正させるように設定する。

なお、前記の説明では、上下に２点、左右に２点の測距を行うようにしたが、例えば図１３に示すように、マトリックス状に９点の測距を行うことでも良い。この場合、第１の位置でＰ２１〜Ｐ２３、そして、位相差センサ１３を水平方向に移動させて、第２の位置でＰ２４〜Ｐ２６、第３の位置でＰ２７〜Ｐ２９の各測定点までの距離を測定する。このうち、Ｐ２２，Ｐ２５，Ｐ２８についてセンタ測距にて距離を測定するものとする。このようにして、９点の測距を行えば、これらの距離データを用いて投影画像の傾きを高精度に補正することができる。

また、前記の説明では、垂直方向を先に測定するように記載したが、水平方向を先に測定しても良い。

また、投影平面上の、同一直線状にない３点について測距を行い、その３点の位置関係が明確になってさえいれば、投影画像の傾きを補正することができるので、そのように構成しても良い。

例えば、図１３で示すと、Ｐ２４〜Ｐ２６、Ｐ２７〜Ｐ２９の６点を測距するようにしてもよいし、Ｐ２５、Ｐ２７、Ｐ２８あるいはＰ２４、Ｐ２５、Ｐ２８の３点を測距するようにしてもよい。これにより、補正にかかる時間を短縮することができる。

また、９点ではなく、より細かく、例えば４×４の１６点や、５×５の２５点の測距を行うように構成してもよい。これにより、より高精度に補正することができる。

以上のように、縦置きされた位相差センサ１３を水平方向に移動させる駆動機構５１を備えることで、１つの位相差センサ１３にて水平方向と垂直方向の両方の測距を行うことができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

前記第１の実施形態では、位相差センサを動かすことで測定方向を変更するものとした。これに対し、第２の実施形態では、位相差センサは縦置きで固定設置した状態で、その前面に設けられた光学系部材を動かすことで、測定方向の変更を行うことを特徴とするものである。前記光学系部材としてはプリズムを用いる。

なお、プロジェクタ１０としての回路構成や処理動作については、基本的には前記第１の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略するものとする。

図１４は本発明の第２の実施形態における駆動機構の具体的な構成を示す斜視図であり、光学系部材としてプリズムを用いた場合の構成が示されている。

位相差センサ１３は、プロジェクタ１０の本体ケーシング１１内に縦置きで固定設置されている。この位相差センサ１３の前面に、端面形状が二等辺三角形のプリズム８１が配置されている。このプリズム８１は、３つの矩形状の受光面８１ａ〜８１ｃを有し、そのうちの１つの受光面８１ｃを光検出部１３ａ，１３ｂのセンサ面に平行に配置した状態で平行移動板８２に支持される。

平行移動板８２には、一対のスライド穴８２ａ，８２ｂが水平方向に所定の範囲で形成されており、そのスライド穴８２ａ，８２ｂに一対のストッパ部材８３ａ，８３ｂがスライド自在に嵌め込まれている。また、この平行移動板８２の先端部には、水平方向にギア溝８４が形成されている。

また、この平行移動板８２をスライドさせるための機構として、モータ８５と、このモータ８５の軸に連結されたウォームギア８６と、このウォームギア８６に係合するギア８７とが設けられている。ギア８７は、平行移動板８２の先端部に形成されたギア溝８４に取り付けられる。

図１５は第２の実施形態における測距時のプリズムの動きを示す図であり、図１５（ａ）はプリズムが第１の位置にあるとき、同図（ｂ）はプリズムが第２の位置にあるとき、同図（ｃ）はプリズムが第３の位置にあるときの状態をそれぞれ示している。

通常は、図１５（ａ）に示すように、プリズム８１は第１の位置（ホームポジション）に設定されている。第１の位置は、一点鎖線で示すように、プリズム８１の受光面８１ａ〜８１ｃによって形成される二等辺三角形の頂点が位相差センサ１３の光軸上にある。ただし、この位置では、測定対象からの反射光がプリズム８１内で乱反射してしまう可能性があるため、多少、位相差センサ１３とプリズム８１との相対的な位置をずらしておくことで、受光面８１ａまたは受光面８１ｂを介して測定対象からの反射光が位相差センサ１３の光検出部１３ａ，１３ｂに略真っ直ぐに入射されるようにしておくものとする。

ここで、測定対象までの距離を測定する場合に、まず、上述した測距用のチャート画像を投影表示する。そして、第１の位置にプリズム８１を設定した状態で、位相差センサ１３を用いて垂直方向の測距を行う。この場合、位相差センサ１３の光検出部１３ａ，１３ｂの中心部以外の部分（例えば、両端部）を用いて、少なくとも２点のマルチ測距を行う。

続いて、図１５（ｂ）、（ｃ）に示すように、平行移動板８２を第２の位置または第３の位置に平行移動させて水平方向の測距を行う。上述したように、プリズム８１は平行移動板８２によって支持されている。モータ８５を駆動すると、その回転力がウォームギア８６を介してギア８７に伝達される。これにより、ギア８７が回転し、それに伴い、平行移動板８２が水平方向に移動する。また、この平行移動板８２の移動に伴って、ストッパ部材８３ａ，８３ｂがスライド穴８２ａ，８２ｂをスライドすることで、平行移動板８２の移動範囲がスライド穴８２ａ，８２ｂの範囲内に規制される。

ここで、図１５（ｂ）に示すように、ストッパ部材８３ａ，８３ｂがスライド穴８２ａ，８２ｂの一端で停止した位置を第２の位置とする。この第２の位置では、測定対象からの反射光がプリズム８１の受光面８１ａを介して所定角度で屈折して位相差センサ１３に入射される。

また、図１５（ｃ）に示すように、ストッパ部材８３ａ，８３ｂがスライド穴８２ａ，８２ｂの他端で停止した位置を第３の位置とする。この第３の位置では、測定対象からの反射光がプリズム８１の受光面８１ｂを介して所定角度で屈折して位相差センサ１３に入射される。

このように、プリズム８１を第２の位置と第３の位置に移動させることで、そのプリズム８１の屈折率を利用して位相差センサ１３により左右方向つまり水平方向の測距が可能となる。この場合、位相差センサ１３の光検出部１３ａ，１３ｂの中心部を用いて、少なくとも２点のセンタ測距を行う。

測距後の処理については前記第１の実施形態と同様である。すなわち、位相差センサ１３によって得られた垂直方向と水平方向の各点の測距データに基づいて投影画像の傾きを算出し、その傾きに応じて投影画像の歪みを補正する。

このように、位相差センサ１３の前面に配置したプリズム８１を動かす構成としても、前記第１の実施形態と同様に、１つの位相差センサ１３にて水平方向と垂直方向の両方の測距を行うことができる。

（変形例）
前記第２の実施形態では、端面形状が二等辺三角形のプリズム８１を用いたが、図１６のように、端面形状が等脚台形のプリズム８８を用いても良い。このプリズム８８は、４つの矩形状の受光面８８ａ〜８８ｃを有し、そのうちの１つの受光面８８ｃを光検出部１３ａ，１３ｂのセンサ面に平行に配置した状態で平行移動板８２に支持される。

この場合、プリズム８８が第１の位置にあるときには、図１６に示すように、プリズム８８の受光面８８ｄが位相差センサ１３の光検出部１３ａ，１３ｂのセンサ面と対向する。したがって、その受光面８８ｄを介して測定対象からの反射光を真っ直ぐに位相差センサ１３で受けることができ、前記二等辺三角形のプリズム８１を用いた場合のような位置調整は不要となる。

なお、前記プリズム８１またはプレズム８８の他に、例えばシリンドリカルレンズを用いても良い。シリンドリカルレンズは、円柱レンズとも呼ばれ、一断面にのみ屈折力を有するレンズである。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

第３の実施形態では、縦置きで固体設置された位相差センサの前面に反射ミラーを配置し、その反射ミラーの向きを調整することで、位相差センサの測定方向を変更することを特徴とするものである。

なお、プロジェクタ１０としての回路構成や処理動作については、基本的には前記第１の実施形態と同様であるため、ここではその説明を省略するものとする。

図１７は本発明の第３の実施形態における反射ミラーの動きを示す図であり、図１７（ａ）は反射ミラーが第１の位置にあるとき、同図（ｂ）は反射ミラーが第２の位置にあるとき、同図（ｃ）は反射ミラーが第３の位置にあるときの状態をそれぞれ示している。

位相差センサ１３は、プロジェクタ１０の本体ケーシング１１内に縦置きの状態で固定設置されている。この位相差センサ１３の前面に、反射ミラー９１が配置されている。この反射ミラー９１は、位相差センサ１３に対する角度を可変できるようにギア９２上に設置されている。ギア９２は、モータ９３の駆動によりウォームギア９４を介して回転する。

通常は、図１７（ａ）に示すように、反射ミラー９１の位相差センサ１３に対する反射角度が９０度になるように、反射ミラー９１が位置決めされている。この状態を第１の位置（ホームポジション）とする。

ここで、測定対象までの距離を測定する場合に、まず、上述した測距用のチャート画像を投影表示する。そして、第１の位置に反射ミラー９１を設定した状態で、位相差センサ１３を用いて垂直方向の測距を行う。この場合、位相差センサ１３の光検出部１３ａ，１３ｂの中心部以外の部分（例えば、両端部）を用いて、少なくとも２点のマルチ測距を行う。

続いて、図１７（ｂ）、（ｃ）に示すように、反射ミラー９１の向きを第２の位置または第３の位置に変えて水平方向の測距を行う。上述したように、反射ミラー９１はギア９２によって支持されており、ギア９２はモータ９３の駆動によりウォームギア９４を介して回転する。このギア９２の回転により、反射ミラー９１が第１の位置から一方向に所定角度回転した位置を第２の位置、また、第１の位置から逆方向に所定角度回転した位置を第３の位置とする。

このように、反射ミラー９１の向きを調整することで、その反射ミラー９１の反射特性を利用して位相差センサ１３により左右方向つまり水平方向の測距が可能となる。この場合、位相差センサ１３の光検出部１３ａ，１３ｂの中心部を用いて、少なくとも２点のセンタ測距を行う。

測距後の処理については前記第１の実施形態と同様である。すなわち、位相差センサ１３によって得られた垂直方向と水平方向の各点の測距データに基づいて投影画像の傾きを算出し、その傾きに応じて投影画像の歪みを補正する。

このように、反射ミラー９１を用いて、その向きを調整する構成としても、前記第１の実施形態と同様に、１つの位相差センサ１３にて垂直方向と水平方向の両方の測距を行うことができる。

以上のように本発明によれば、１つの位相差センサにて垂直方向と水平方向の両方の測距を行う構成としたことで、センサ部品を削減でき、コストダウンを図れると共に、従来のような２つのセンサを用いた場合での形状変化の個体差による問題を解消して、測定精度の低下を防ぐことができる。

特に、第１の実施形態のように、位相差センサを縦向きに設置した状態で、駆動機構により水平方向に移動させる構成とした場合には、測定対象に対する水平方向の測距を位相差センサの同じ箇所を用いて行うことができる（センタ測距）。したがって、経時的な形状変化による測定誤差に影響されず、正確な測定結果を得ることができる。

この場合、垂直方向については、位相差センサの異なる部分を用いて測定することになるので（マルチ測距）、経時的な形状変化による測定誤差の影響が出やすい。しかし、人間の目は横に２つ付いているので、垂直方向よりも水平方向の測定精度を優先することが好ましい。また、位相差センサを水平方向に動かす構造の方が垂直方向に動かす構造よりも簡易に実現できるといったメリットもある。

ただし、測定の状況や条件などにより、垂直方向の測定精度がより求められる場合には、位相差センサを横置きにして、垂直方向に動かす構成としても良い。

また、第２および第３の実施形態のように、位相差センサの前面に光学系部材を配置し、この光学系部材を動かして位相差センサの測定方向を変更する構成とした場合でも、前記第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、位相差センサを固定しておくができるため、例えば衝撃などにより位相差センサの配置がずれて、測定精度が低下することを防止できる。

また、光学部材として、第２の実施形態のようにプリズムやレンズを用いれば、これらの屈折特性を利用して測定方向を簡易に制御することができる。

また、光学部材として、第３の実施形態のように反射ミラーを用いれば、プリズムやレンズのような高価な部品を使用せずに実現できる。

なお、前記第１〜第３の実施形態では、プロジェクタを例にして説明したが、本発明の測距装置はこれに限るものではなく、例えばデジタルカメラ等の撮像装置の他、測距処理を必要とする機器であれば、その全てに適用可能であり、同様の効果を得ることができる。

図１８にデジタルカメラに適用した場合の一例を示す。図中の１００は小型のデジタルカメラであり、そのカメラ本体１０１の上面に電源キー１０２、シャッターキー１０３などの各種操作キーを有する。また、カメラ本体１０１の正面には、光学ファインダ窓１０４、撮影レンズ１０５などが配設されている。

ここで、撮影レンズ１０５の近傍に、１つの位相差センサ１０６が設置される。この位相差センサ１０６は縦置きで設置されており、前記各実施形態のいずれかの手法を用いて、その測定方向を水平方向に変更可能である。このような構成のデジタルカメラでは、位相差センサ１０６を用いて被写体に対する多点測距を行い、各測定点までの距離データに基づいて合焦処理を行う。

要するに、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、前述した実施形態で実行される機能は、可能な限り適宜組合せて実施しても良い。前述した各実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除されても、効果が得られるのであれば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

図１は本発明の第１の実施形態に係る測距装置をプロジェクタに適用した場合の外観構成を示す図であり、上から見た場合の斜視図である。 図２は同実施形態におけるプロジェクタの外観構成を示す図であり、上から見た場合の斜視図である。 図３は同実施形態におけるプロジェクタの電子回路の機能構成を示すブロック図である。 図４は同実施形態における位相差センサの測距方法を説明するための図である。 図５は同実施形態における位相差センサのマルチ測距機能を説明するための図である。 図６は同実施形態における位相差センサによる傾き角度の算出方法を説明するための図である。 図７は同実施形態における位相差センサのセンタ測距とマルチ測距を説明するための図である。 図８は同実施形態におけるプロジェクタと位相差センサとの関係を示す図である。 図９は同実施形態における位相差センサの駆動機構の具体的な構成を示す分解斜視図である。 図１０は同実施形態における測距時の位相差センサの動きを示す図であり、図１０（ａ）は位相差センサが第１の位置にあるとき、同図（ｂ）は位相差センサが第２の位置にあるとき、同図（ｃ）は位相差センサが第３の位置にあるときの状態をそれぞれ示している。 図１１は同実施形態におけるプロジェクタの投影画像の処理動作を示すフローチャートである。 図１２は同実施形態におけるプロジェクタの測定点の一例を示す図である。 図１３は同実施形態におけるプロジェクタの測定点の一例を示す図である。 図１４は本発明の第２の実施形態における駆動機構の具体的な構成を示す斜視図である。 図１５は第２の実施形態における測距時のプリズムの動きを示す図であり、図１５（ａ）はプリズムが第１の位置にあるとき、同図（ｂ）はプリズムが第２の位置にあるとき、同図（ｃ）はプリズムが第３の位置にあるときの状態をそれぞれ示している。 図１６は第２の実施形態の変形例として等脚台形のプリズムを用いた場合の構成を示す斜視図。 図１７は本発明の第３の実施形態における反射ミラーの動きを示す図であり、図１７（ａ）は反射ミラーが第１の位置にあるとき、同図（ｂ）は反射ミラーが第２の位置にあるとき、同図（ｃ）は反射ミラーが第３の位置にあるときの状態をそれぞれ示している。 図１８は本発明の測距装置をデジタルカメラに適用した場合の構成を示す図である。 図１９は従来のプロジェクタと位相差センサとの関係を示す図である。

符号の説明

１０…プロジェクタ、１１…本体ケーシング、１２…投影レンズ、１３…位相差センサ、１３ａ，１３ｂ…光検出部、１３１，１３２…フォントセンサアレイ、１３３，１３４…レンズ、１４…Ｉｒ受信部、１５…本体メインキー／インジケータ、１６…スピーカ、１７…カバー、１８…入出力コネクタ部、１９…Ｉｒ受信部、２０…ＡＣアダプタ接続部、２１…固定脚部、２２…調整脚部、３１…入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）、３２…画像変換部、３３…表示エンコーダ、３４…ビデオＲＡＭ、３５…表示駆動部、３６…空間的光変調素子（ＳＯＭ）、３７…光源ランプ、３８…レンズモータ（Ｍ）、３９…制御部、３９ａ…測距結果記憶部、４０…画像記憶部、４１…音声処理部、４２…キー入力部、５０…測距装置、５１…駆動機構、５２…駆動制御部、５３…測距処理部、６１…測定対象、６２，６３…結像部分、７１…首振り台、７１ａ…スライド穴、７２…台座、７３…首振り軸、７４…ギア軸、７５ａ，７５ｂ…ストッパ部材、７６…モータ、７７…ウォームギア、７８…ギア、７９…バネ、８０…リンクピン、８１…プリズム、８１ａ〜８１ｃ…受光面、８２…平行移動板、８２…平行移動板、８２ａ，８２ｂ…、８３ａ，８３ｂ…ストッパ部材、８４…ギア溝、８５…モータ、８６…ウォームギア、８７…ギア、８８…プリズム、８８ａ〜８８ｄ…受光面、９１…反射ミラー、９２…ギア、９３…モータ、９４…ウォームギア、１００…デジタルカメラ、１０１…カメラ本体、１０２…電源キー、１０３…ャッターキー、１０４…光学ファインダ窓、１０５…撮影レンズ、１０６…位相差センサ。

Claims (12)

1. 一対の光受信部が一列に配列されてなる位相差センサと、
   前記一対の光受信部を測定対象に向けて前記位相差センサを支持し、前記一対の光受信部の配列方向と直交する方向に前記位相差センサを動かす駆動機構と、
   前記位相差センサを所定の位置に設定した状態で、測定対象までの距離を前記一対の光受信部の配列方向に測定すると共に、前記駆動機構を介して前記位相差センサを動かして、前記測定対象までの距離を前記一対の光受信部の配列方向と直交する方向に測定する測距処理手段と
   を具備したことを特徴とする測距装置。
2. 前記駆動機構は、前記一対の光受信部が上下に配置されるように前記位相差センサを支持し、前記位相差センサを水平方向に動かすことを特徴とする請求項１記載の測距装置。
3. 前記測距処理手段は、前記一対の光受信部の中心部以外の部分を用いたマルチ測距により前記測定対象までの距離を少なくとも２箇所以上測定し、前記駆動機構を介して前記位相差センサを動かすことで、前記一対の光受信部の中心部を用いたセンタ測距により前記測定対象までの距離を少なくとも２箇所以上測定することを特徴とする請求項２記載の測距装置。
4. 一対の光受信部が一列に配列されてなる位相差センサと、
   この位相差センサの前面に設けられた光学系部材と、
   この光学系部材を測定対象に向けて支持し、前記位相差センサの測定方向を前記一対の光受信部の配列方向と直交する方向に変更するように前記光学系部材を動かす駆動機構と、
   前記光学系部材を所定の位置に設定した状態で、測定対象までの距離を前記一対の光受信部の配列方向に測定すると共に、前記駆動機構を介して前記光学系部材を動かして、前記測定対象までの距離を前記一対の光受信部の配列方向と直交する方向に測定する測距処理手段と
   を具備したことを特徴とする測距装置。
5. 前記位相差センサは、前記一対の光受信部が上下に配置されるように固定設置され、
   前記駆動機構は、前記位相差センサの測定方向を水平方向に変更するように前記光学系部材を動かすことを特徴とする請求項４記載の測距装置。
6. 前記測距処理手段は、前記一対の光受信部の中心部以外の部分を用いたマルチ測距により前記測定対象までの距離を少なくとも２箇所以上測定し、前記駆動機構を介して前記光学系部材を動かすことで、前記一対の光受信部の中心部を用いたセンタ測距により前記測定対象までの距離を少なくとも２箇所以上測定することを特徴とする請求項５記載の測距装置。
7. 前記光学系部材は、プリズムまたは屈折特性を有するレンズであることを特徴とする請求項４記載の測距装置。
8. 前記光学系部材は、反射ミラーであることを特徴とする請求項４記載の測距装置。
9. 前記請求項１乃至８のいずれか１つに記載の測距装置を用いた投影装置。
10. 前記請求項１乃至８のいずれか１つに記載の測距装置を用いた撮像装置。
11. 一対の光受信部が一列に配列されてなる位相差センサを前記一対の光受信部の配列方向と直交する方向に駆動可能な駆動機構を備え、
    前記位相差センサを所定の位置に設定した状態で、測定対象までの距離を前記一対の光受信部の配列方向に測定すると共に、
    前記駆動機構を介して前記位相差センサを動かして、前記測定対象までの距離を前記一対の光受信部の配列方向と直交する方向に測定することを特徴とする測距方法。
12. 一対の光受信部が一列に配列されてなる位相差センサの前面に光学系部材を配置し、
    前記位相差センサの測定方向を前記一対の光受信部の配列方向と直交する方向に変更するように前記光学系部材を駆動可能な駆動機構を備え、
    前記光学系部材を所定の位置に設定した状態で、測定対象までの距離を前記一対の光受信部の配列方向に測定すると共に、
    前記駆動機構を介して前記光学系部材を動かして、前記測定対象までの距離を前記一対の光受信部の配列方向と直交する方向に測定することを特徴とする測距方法。

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