JP2013156318A - プロジェクタ及び投影制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測距センサを必要としないオートフォーカス機能を備えたプロジェクタを提供する。
【解決手段】ＤＭＤを用いたプロジェクタにおいて、オートフォーカス機能に用いるパターン画像をスクリーンに投影する。スクリーンを反射し、投影レンズを通りＤＭＤのＯＦＦの状態のマイクロミラーに反射した光の強度を複数のレンズの位置で測定する。測定した結果に基づきフォーカスの合うレンズ位置を抽出する。その後、抽出されたレンズ位置にレンズを駆動させフォーカスを行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、オートフォーカス機能を備えたプロジェクタおよび投影制御方法に関するものである。

従来、画像を投影するプロジェクタでは、スクリーンに投影された投影画像のフォーカス調整が必要であり、この操作を手動で行うことは煩わしいものであった。
そのため、投影画像のフォーカス調整を容易にするオートフォーカス機能を備えたプロジェクタが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載されているオートフォーカス機能によると、所定パターン画像がスクリーン上に投影され、測距ユニットにより測距が行われる。出力された一対のセンサデータからスクリーンまでの距離データが算出され、その算出された距離データにより、フォーカス調整を行うものであった。

特開２００７−２７１７６０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているオートフォーカス機能を有するプロジェクタでは、測距センサを必要としていたため、デザインや実装の面で制限がかかってしまう。
本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、測距センサを必要としないオートフォーカス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。

本発明のプロジェクタは、ＯＮの状態では光源からの光を投影レンズに向け反射させ、ＯＦＦの状態では光源からの光を投影レンズ以外の方向へ向けて反射させるマイクロミラーと、光源からの光が複数のマイクロミラーで反射し投影レンズを通り生成される投影画像を被投影物に投影する投影手段と、前記被投影物を反射し前記投影レンズを通って前記複数のマイクロミラーへ入射する光のうち、前記複数のマイクロミラーのＯＦＦの状態で反射した光の強度を前記投影レンズの複数の焦点位置で測定する測定手段と、前記測定手段が測定した値に基づいて最小値を抽出する最小値抽出手段と、前記最小値抽出手段で抽出された最小値をとるように前記投影レンズを駆動させる駆動制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明の投影制御方法は、ＯＮの状態では光源からの光を投影レンズに向け反射させ、ＯＦＦの状態では光源からの光を投影レンズ以外の方向へ向けて反射させるマイクロミラーを有する投影装置の投影方法であって、光源からの光が複数のマイクロミラーで反射し投影レンズを通り生成される投影画像を被投影物に投影する投影ステップと、前記被投影物を反射し前記投影レンズを通って前記複数のマイクロミラーへ入射する光のうち、前記複数のマイクロミラーのＯＦＦの状態のマイクロミラーで反射した光の強度を前記投影レンズの複数の焦点位置で測定する測定ステップと、前記測定ステップが測定した値に基づいて最小値を抽出する最小値抽出ステップと、前記最小値抽出ステップで抽出された最小値をとるように前記投影レンズを駆動させる駆動制御ステップと、からなることを特徴とする。

本発明によれば、測距センサを必要としないオートフォーカス機能を備えたプロジェクタを提供することができる。

本実施形態に係るプロジェクタの簡略図である。 本実施形態に係るカラーホイール形式の機能回路ブロック図である。 本実施形態に係るＤＭＤ（登録商標）の一部を示す図である。 本実施形態に係るオートフォーカス処理で用いる市松模様のパターン画像を示す図である。 本実施形態に係る光学全体図である。 本実施形態に係る理想レンズでの光の進行を示す図である。 本実施形態に係る白の画素に対する光の進行を示す図である。 本実施形態に係る黒の画素に対する光の進行を示す図である。 本実施形態に係るオートフォーカス処理のフローチャートを示す図である。 本実施形態に係る光センサが測定した結果を示すグラフである。 中央部のみにパターン画像の一例である。

以下、本発明の実施の形態に係るプロジェクタを図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るプロジェクタ１とスクリーン３の外観を示す。プロジェクタ１は、本体ケース前面に投影レンズ２を備え、レンズから投影された光をスクリーン３上に投影する。図１に示すように、プロジェクタ１は、オートフォーカス用の測距センサを必要としない。

プロジェクタ１は、ＤＬＰ（登録商標）（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）方式を用いる。ＤＬＰ方式は、数万個の微小マイクロミラーが各自独立して駆動し入射光の反射角度を決定するデジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤ（登録商標）と略す）によりデジタルの電気入力データを直接光のデジタル出力に変換し、画像データに応じた画像をスクリーン３に投影する。

図２はプロジェクタ１の構成を示すブロック図である。実線はオートフォーカスの制御のための情報の方向であり、点線は光の進む方向を示している。

ＡＦ制御部１０は本実施の形態に係るオートフォーカス処理の全体の指揮をする。パターン画像生成部４にオートフォーカスに用いるパターン画像の生成を指示し、その後、光センサ８に光の強度を検出させ、記憶部１３に記憶させる。記憶部１３が記憶した光の強度を基に、フォーカスが合う投影レンズ２の位置を算出し、フォーカスモーターに指示を出す。

パターン画像生成部４は、オートフォーカスに用いるパターン画像を生成する。パターン画像は、ある程度かたまった白の画素と黒の画素が交互に配置されている図が好ましく、本実施の形態では、図４に示すような白色と黒色からなる市松模様を用いる。

ＤＭＤ制御部５は、パターン画像生成部４が生成したパターン画像に応じてＤＭＤ６に指示を出す。図３はＤＭＤ６の一部を拡大した図であり、図示のようにマイクロミラーが並べられている。ＤＭＤ制御部５の指示に応じて駆動することで、光源７からの光がマイクロミラーＯＮの状態では、投影レンズ２へ向け反射しスクリーン３に画像を投影する。または光源７からの光がＯＦＦの状態では投影レンズ以外の方向へ反射し、捨て光となる。また、後述するようにスクリーン３を反射し投影レンズ２を通った光をＯＦＦの状態のマイクロミラーに反射させ、後述する光センサ８に導く。

フォーカスモーター９はＡＦ制御部１０の指示に応じて、フォーカス調整をするために投影レンズ２を動かす。

図５は本実施形態に係る光学系を示す図である。本実施形態の光学系は、ビームを出射する光源７、光源７からの光を反射するマイクロミラーを有するＤＭＤ６、ＤＭＤ６のマイクロミラーに反射された光をスクリーンに投影する投影レンズ２、スクリーン３を反射し投影レンズを通りＯＦＦの状態のマイクロミラーに反射された光の強度を測定できる位置に設置された光センサ８などから構成される。

光センサ８は、スクリーン３から反射し投影レンズ２を通りＯＦＦの状態のマイクロミラーで反射した光の強度を測定できる場所に設置され、ＤＭＤ６からの光を集光させるコンデンサレンズ１２と、コンデンサレンズを通る光の強度を測る受光部１１とからなり、光の強度を測定し、その値を記憶部１３に記憶する。

光源７からＤＭＤ６に入射した光は各マイクロミラーごとに反射される。マイクロミラーは、投影させる画像に応じてＯＮの状態とＯＦＦの状態を切り替える。マイクロミラーがＯＮの状態では反射された光は投影レンズを通り、スクリーンに投影される。また、マイクロミラーがＯＦＦの状態の場合は、反射された光は投影レンズ２へは向かわず、捨て光となる。

ここで、図６（ａ）に示すように、ＤＭＤ６のある一つのマイクロミラーを反射した光は、投影レンズ２を通り、スクリーン３に投影される。このときＤＭＤ６の一つのマイクロミラーはスクリーン３に投影される画像の一画素となる。

また、図６（ｂ）に示すように、スクリーン３のある一点で反射された光は投影レンズを通り、投影されたマイクロミラーと同じマイクロミラーへ向かう。

つまり、ＤＭＤのある一点のマイクロミラーから放たれた光は、フォーカスが合った状態では投影レンズを通りスクリーンに投影された後に反射し、同じマイクロミラーに戻ってくる。

図７は白の画素に対する光の進行を示す図である。光源７から放たれた光はＯＮの状態のマイクロミラーで反射され、投影レンズ２を通りスクリーン３に投影される。また、投影された光はスクリーン３を反射し、投影レンズ２を通り、マイクロミラーを反射し、光源７方向へ向かう。

図８は黒の画素に対する光の進行を示す図である。光源７から放たれた光はＯＦＦの状態のマイクロミラーで反射され、投影レンズ２には向かわず捨て光となる。また、スクリーン３から反射された光は投影レンズ２を通り、ＯＦＦの状態のマイクロミラーで反射され、光センサへと向かう。

従って、スクリーン３を反射した光は、ＯＮの状態のマイクロミラーで反射された場合は、光センサ８に検出されず、ＯＦＦの状態のマイクロミラーで反射された場合のみ、光センサ８に検出される。

マイクロミラーがＯＦＦの状態では光源７からの光は捨て光となり、スクリーンへと向かわないので、光センサが検出する光は環境光などの外光を除いた場合、フォーカスがあってなく、投影画像のボケによって本来黒とすべき画素まで広がった白の画素の光である。つまり、投影画像のボケがある場合、光源７からＯＮの状態のマイクロミラーで反射された光の一部が投影レンズ２を通り、スクリーン３上の黒とすべき画素に広がり、スクリーン３に反射された後、投影レンズ２を通り、ＯＦＦの状態のマイクロミラーで反射され光センサ８に検出される。また、スクリーン３上の白とすべき画素で反射された光の一部は投影レンズ２を通った後、ＯＮの状態のマイクロミラーへ戻らずＯＦＦの状態のマイクロミラーに反射され、光センサ８に検出される。

ここで、スクリーンに投影された画像のフォーカスがあっている状態の場合、スクリーン３を反射し、投影レンズ２を通り、ＤＭＤ６のＯＮの状態のマイクロミラーで反射された光は光センサへは向かわず、ＤＭＤ６のＯＦＦの状態のマイクロミラーで反射された光、つまり光源からの光が投影されていない黒の画素のみ光の強度の値を検出するため、光センサ８の示す値は最小となる。

従って、本発明はこの光センサ８の測定した光の強度の値が最小値となるように投影レンズ２を駆動することによって、フォーカス調整を行う。

このように構成されたＤＬＰ方式のプロジェクタ１のオートフォーカス処理について、図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、オートフォーカス処理を開始すると（Ｓ１）、パターン画像生成部４がオートフォーカスに必要なパターン画像を生成し、その生成されたパターン画像を基にＤＭＤ制御部５がＤＭＤ６の制御を行い、パターン画像を投影する（Ｓ２）。

その後、フォーカスモーター９が投影レンズ２をフォーカスが一番プロジェクタに近い場所に合うようなＮＥＡＲ端へ移動させる（Ｓ３）。投影レンズ２がＮＥＡＲ端に移動した後、光センサ８が光の強度を計測し、記憶部１３に保存する（Ｓ４）。フォーカスモーター９はフォーカス位置が少し遠くに合うようにＦＡＲ側へ移動させる（Ｓ５）。

投影レンズ２がプロジェクタ１から最も遠くにフォーカスが合うＦＡＲ端にあるかを検証する（Ｓ６）。ＦＡＲ端にない場合は、投影レンズがＦＡＲ端になるまでステップＳ４、Ｓ５を繰り返し行う。ステップＳ４で記憶した値を図１０のグラフの実線に示す。図１０の縦軸は、光センサ８が検出した光の強度の値で、横軸は投影レンズ２のフォーカス位置である。

次に記憶部１３が記憶した光の強度の値を基に、ＡＦ制御部１０が２次近似を用い光の強度が最小となるフォーカス位置を計算する。（Ｓ８）。２次近似を用いた結果を図１０のグラフの点線で示す。フォーカスモーター９はＡＦ制御部１０が計算したフォーカス位置に投影レンズ２を駆動し（Ｓ８）、オートフォーカス処理を終了する（Ｓ９）。

こうして、本実施例では光センサ８をプロジェクタ１の内部に設置し、光の強度を複数回検出し、フォーカスが合う場所を算出することでオートフォーカスを行う。

したがって、本実施例のオートフォーカス機能を有するプロジェクタにおいては、測距センサを必要としないため、デザインや実装の面で制限が緩和される。また、投影される光は投影レンズ２を２回通るのでフォーカスが合っていない場合のボケの成分が２倍検出できるので精度のよいオートフォーカスが可能となる。また、従来のオートフォーカスとは異なり、イメージセンサなどを使わず、光センサの検出した値の最小値を求めることによりフォーカス位置を算出するため、処理にかかる負担が軽減され、処理速度も向上する。

以上説明した実施例ではオートフォーカスに用いる測定用画像のパターン画像を市松模様としたがこれに限るものではなく、本発明の特徴からＤＭＤ６のマイクロミラーがＯＮとＯＦＦの状態が存在する画像であればよく、任意の画像でもよいので、実際にユーザが発表中などにオートフォーカスを行ってもよい。また、パターン画像は一部、例えば図１１に示すように特に重要な中央部のみでもよい。中央部のみにパターン画像を投影することによって、ユーザの視点が集まりやすい中央部に特にフォーカスが合うためよりよいフォーカスが行える。

さらに低周波成分が重要な低解像度画像を投影する場合はパターン画像のパターンを大きく、高周波成分が重要な高解像度画像を投影する場合はパターン画像のパターンを小さくするなどの設定も可能である。パターンを大小に変化させることにより、入力画像に合ったフォーカスが行える。また、横縞、縦縞のパターン、円周、放射状のパターンなどで特定方向のボケを検出することでボケ成分に重みをつけてもよい。

尚、本実施例では、一度のオートフォーカス処理でフォーカスを合わせたが、はじめは荒いパターン画像で大まかにフォーカスを合わせ、その後、細かいパターン画像でフォーカス位置を合わせるようにしてもよい。

尚、本実施例では、２次近似を用い光の強度が最小となる位置を計算しフォーカスが合った位置としたが、これに限らず、複数のフォーカス位置で測定した値の最小となる位置をフォーカスが合った位置としてもよい。

尚、本実施例では、投影する被投影物をスクリーン３としたがこれに限らず、壁など含む。

又、本発明は、以上の実施例に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。

（付記１）
ＯＮの状態では光源からの光を投影レンズに向け反射させ、ＯＦＦの状態では光源からの光を投影レンズ以外の方向へ向けて反射させるマイクロミラーと、
光源からの光が複数のマイクロミラーで反射し投影レンズを通り生成される投影画像を被投影物に投影する投影手段と、
前記被投影物を反射し前記投影レンズを通って前記複数のマイクロミラーへ入射する光のうち、前記複数のマイクロミラーのＯＦＦの状態で反射した光の強度を前記投影レンズの複数の焦点位置で測定する測定手段と、
前記測定手段が測定した値に基づいて最小値を抽出する最小値抽出手段と、
前記最小値抽出手段で抽出された最小値をとるように前記投影レンズを駆動させる駆動制御手段と、
を備えたことを特徴とするプロジェクタ。

（付記２）
前記最小値抽出手段は、前記測定手段が測定した値の２次近似によって最小値を抽出することを特徴とする付記１に記載のプロジェクタ。

（付記３）
前記最小値抽出手段は、前記測定手段が測定した値の中で最小の値を最小値として抽出することを特徴とする付記１に記載のプロジェクタ。

（付記４）
前記投影画像は、パターン画像であることを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載のプロジェクタ。

（付記５）
前記投影手段は、前記投影画像のパターン画像の大小を設定できることを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載のプロジェクタ。

（付記６）
前記投影画像は、中央部のみのパターン画像であることを特徴とする付記１〜５のいずれかに記載のプロジェクタ。

（付記７）
前記投影画像は、市松模様であることを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載のプロジェクタ。

（付記８）
ＯＮの状態では光源からの光を投影レンズに向け反射させ、ＯＦＦの状態では光源からの光を投影レンズ以外の方向へ向けて反射させるマイクロミラーを有する投影装置の投影方法であって、
光源からの光が複数のマイクロミラーで反射し投影レンズを通り生成される投影画像を被投影物に投影する投影ステップと、
前記被投影物を反射し前記投影レンズを通って前記複数のマイクロミラーへ入射する光のうち、前記複数のマイクロミラーのＯＦＦの状態のマイクロミラーで反射した光の強度を前記投影レンズの複数の焦点位置で測定する測定ステップと、
前記測定ステップが測定した値に基づいて最小値を抽出する最小値抽出ステップと、
前記最小値抽出ステップで抽出された最小値をとるように前記投影レンズを駆動させる駆動制御ステップと、
からなることを特徴とする投影制御方法。

１ プロジェクタ
２ 投影レンズ
３ スクリーン
４ パターン生成部
５ ＤＭＤ制御部
６ ＤＭＤ（登録商標）
７ 光源
８ 光センサ
９ フォーカスモーター
１０ ＡＦ制御部
１１ 受講部
１２ コンデンサレンズ
１３ 記憶部

Claims (8)

1. ＯＮの状態では光源からの光を投影レンズに向け反射させ、ＯＦＦの状態では光源からの光を投影レンズ以外の方向へ向けて反射させるマイクロミラーと、
   光源からの光が複数のマイクロミラーで反射し投影レンズを通り生成される投影画像を被投影物に投影する投影手段と、
   前記被投影物を反射し前記投影レンズを通って前記複数のマイクロミラーへ入射する光のうち、前記複数のマイクロミラーのＯＦＦの状態で反射した光の強度を前記投影レンズの複数の焦点位置で測定する測定手段と、
   前記測定手段が測定した値に基づいて最小値を抽出する最小値抽出手段と、
   前記最小値抽出手段で抽出された最小値をとるように前記投影レンズを駆動させる駆動制御手段と、
   を備えたことを特徴とするプロジェクタ。
2. 前記最小値抽出手段は、前記測定手段が測定した値の２次近似によって最小値を抽出することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
3. 前記最小値抽出手段は、前記測定手段が測定した値の中で最小の値を最小値として抽出することを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
4. 前記投影画像は、パターン画像であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプロジェクタ。
5. 前記投影手段は、前記投影画像のパターン画像の大小を設定できることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプロジェクタ。
6. 前記投影画像は、中央部のみのパターン画像であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプロジェクタ。
7. 前記投影画像は、市松模様であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のプロジェクタ。
8. ＯＮの状態では光源からの光を投影レンズに向け反射させ、ＯＦＦの状態では光源からの光を投影レンズ以外の方向へ向けて反射させるマイクロミラーを有する投影装置の投影方法であって、
   光源からの光が複数のマイクロミラーで反射し投影レンズを通り生成される投影画像を被投影物に投影する投影ステップと、
   前記被投影物を反射し前記投影レンズを通って前記複数のマイクロミラーへ入射する光のうち、前記複数のマイクロミラーのＯＦＦの状態のマイクロミラーで反射した光の強度を前記投影レンズの複数の焦点位置で測定する測定ステップと、
   前記測定ステップが測定した値に基づいて最小値を抽出する最小値抽出ステップと、
   前記最小値抽出ステップで抽出された最小値をとるように前記投影レンズを駆動させる駆動制御ステップと、
   からなることを特徴とする投影制御方法。

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