JP4478414B2 - 投射型画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶プロジェクタなどの投射型画像表示装置、特に自動焦点調節機能を有する投射型画像表示装置に関する。

従来、プロジェクタのＡＦ（オートフォーカス＝自動焦点調節、以下、ＡＦと表記）では、フォーカススイッチを押してからＡＦ動作を開始していた。

また、ＡＦ技術としては、超音波信号の伝播時間を測定して距離を求める方法や赤外光による三角測距の原理によってＡＦを行うアクティブ方法や、スクリーン上の輝度のコントラストを一対の受光ラインセンサによって読み取り、それぞれの画素出力の相関値を得ることで距離を求めてレンズを駆動する（特許文献１参照）パッシブ方式等が知られている
上記パッシブ方式においては、大きく分けて２方式があり、ＡＦ精度の向上を図るため、予め用意されたパターンを読み出して投射し、それをＡＦチャートとして用い、いわゆる２像相関（あるいはずれ検知）ＡＦ方式を用いた例（特許文献２参照）や、１次元あるいは２次元の画素配置を持つ光学センサを設け、多くのデジタルカメラやホームビデオで用いられている、いわゆる鮮鋭度検知もしくはコントラスト検知（山登り）方式と呼ばれるＡＦ方式がある。

ここで、このようなプロジェクタ自らの投影光を焦点調節に用いた場合、光源の輝度が電源ＯＮにて待ち時間無く十分に得られるならば問題は無いが、高圧放電ランプなどの点灯所要時間の長い光源を使用した場合、パッシブＡＦに不十分な輝度であるのにＡＦ動作を受け付け、誤測距動作をする可能性があった。

このようなＡＦ動作の精度に問題がある状況を判別し、ＡＦを禁止する例としては、画像読取装置のＡＦ動作の例として、特許文献３にて提案されているものがある。

具体的には、マイクロフィルムの拡大投影画像を読取ユニットで走査し、その画像を読み取るように構成された画像読取装置において、画像を読み取るべき領域を設定し、設定された領域内で読取ユニットによってオートフォーカスのためのサンプル取りを行うというものである。そして、拡大投影画像を投影するための投影レンズが取り外し可能となっており、投影レンズを取り外した際に、オートフォーカスの動作を禁止するものである。また、システムエラーの発生を検出した場合にオートフォーカスの動作を禁止したり、投影レンズが装着されていない場合にオートフォーカスの動作を禁止したりするように構成されている。
特開平４−３３８７０７号公報（段落００１０〜００１４、図１等） 特許第３１２０５２６号公報（段落００１３〜００１８、図４、図５等） 特開２０００−２９５４４３号公報（段落００４１〜００５４、図５、図９等） 特開平１１−１０９２１４号公報（段落０００７、図１等）

しかしながら、プロジェクタのような投射型画像表示装置のＡＦ機構については、その測距と駆動に要する時間に関しての高速化に関わる技術はほとんど提案なされていない。これは、投射型画像表示装置においては、フォーカス合わせは最初に１回だけ行うことが多いため、ＡＦの高速化のための技術はそれほど重要視されていなかったことによる。

また、使用条件や投影サイズ条件に機器の用途に特有の制約が存在するプロジェクタに最適なＡＦの高速化、具体的には初期レンズ位置の駆動方法についても提案されておらず、ＡＦ動作時の状況判別による不要動作、誤操作防止も不十分であった。

なお、上記特許文献４には、電源オフ時に次回使用時のイニシャライズのためにレンズを所定位置に駆動するプロジェクタが記載されている。但し、この装置では、冷却終了待ち時間中などに急いで電源を切断した場合に上記機能が働かない。さらに、上記特許文献４に記載の構成では冷却が終了した後のスタンバイ状態から全終了する時にイニシャライズを行う。

このように、冷却終了待ち時間中などに終了を急いで電源を切断した場合に、上記構成ではイニシャライズされないという問題がある。冷却終了後のスタンバイ状態から正常に全終了する場合にもスタンバイ駆動のため全終了時間が長引くという問題がある。つまり、いずれの場合にも難点がある。

本発明では、焦点調節制御を行う投射型画像表示装置において、光源の光量が不足した状態で焦点調節制御を行うことによる不具合を回避することを目的としている。

また、実使用での使用法、投影サイズの観点等から鑑みて、その使用条件に見合ったレンズ距離に電源投入時に待機する投射型画像表示装置を堤案することも目的としている。

さらに、使用法や投影サイズに特有の制約が存在する投射型画像表示装置において、最適な初期レンズ位置へのレンズの駆動方法を提供することを目的としている。

本発明の一側面としての投射型画像表示装置は、放電型の光源と、原画を形成し、前記 光源からの光を変調する画像形成素子と、前記画像形成素子からの光を被投射面に投射す る投射光学系と、パッシブ方式により前記投射光学系の焦点調節制御を行う制御手段と、 前記光源の輝度および前記投射光学系により投射された光の前記被投射面での反射光の輝 度のうち少なくとも一方に応じた信号を出力する輝度検出手段とを有し、電源の投入後、 前記制御手段は、前記輝度検出手段からの信号に基づいて検出した輝度が所定値に達する まで、焦点調節制御を制限する。

本発明の別の側面としての投射型画像表示装置は、放電型の光源と、原画を形成し、前 記光源からの光を変調する画像形成素子と、前記画像形成素子からの光を被投射面に投射 する投射光学系と、前記投射光学系により投射された光の前記被投射面での反射光を受光 する受光手段と、パッシブ方式により前記受光手段からの出力を用いた前記投射光学系の 焦点調節制御を行う制御手段とを有し、電源の投入後、前記制御手段は、前記受光手段か らの出力に基づいて前記反射光の輝度を検出し、該検出輝度が所定値に達するまで焦点調 節制御を制限する。

これら発明のように、焦点調節制御に適した輝度状態が得られる前は焦点調節制御を制限することで、不安定さ若しくは誤作動を伴うおそれのある焦点調節制御を未然に回避することが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、焦点調節制御に適した輝度状態が得られるまで焦点調節制御を制限するため、上記輝度に満たない状態での不安定もしくは誤作動を伴う焦点調節制御を未然に回避することができる。

また、焦点調節制御が制限状態であることを表示するようにすれば、焦点調節制御が行われない理由や焦点調節制御が行われたとしても合焦精度が保証されていないことを使用者に認識させることができる。

さらに、電源投入時にフォーカス用レンズの所定駆動位置（フォーカス初期位置）への駆動を行うことにより、その後の装置の設置作業、ＡＦ動作および手動フォーカス操作等を迅速に行うことができる。

ここで、所定駆動位置として、最大画面寸法投射時のフォーカス位置と最小画面寸法投射時のフォーカス位置との略中央としたり、４０インチから１００インチのいずれかの画面寸法での投射距離に相当するフォーカス位置を選択すれば、これらのフォーカス位置は使用時における投射距離の存在する確率が高く、焦点調節のためのフォーカス駆動の残り量が少ない確率が高いため、焦点調節制御を迅速に行うことができる。

また、所定駆動位置としてフォーカス無限遠位置を選択することにより、マニュアルフォーカスの迅速化と不快な逆方向フォーカス操作の排除に有効であり、電動もしくは手動のマニュアル操作でフォーカス合わせする際の操作性を向上させることができる。

これらのフォーカス初期位置の選択を使用者が行うようにすれば、使用者の好みや常用投射距離に合わせ込んだ初期位置設定をすることが可能となる。

そして、以上のような機能を持つことにより、使用時に常に高い焦点調節精度を維持することができ、投射型画像表示装置もしくはこれを含む画像表示システム全体の高性能化が達成される

（実施形態１）
図１には、本発明の実施形態１であるＡＦ付き３板式液晶プロジェクタ（投射型画像表示装置）の構成を示す。図１において、１００は液晶プロジェクタである。１１０は光源、１２０は透過型液晶表示パネル、１３０はクロスダイクロイックプリズム、１４０はズーム投射レンズ（投射光学系）、１５０はモータドライバ、１６０はマイクロコンピュータ（以下、マイコンという：制御手段）である。

１７０は操作パネル、１８０はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ビデオ，ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等の画像信号供給装置、１９０は画像処理回路、２００はスクリーン、３００はパッシブＡＦセンサ（受光検出センサ）である。

上記プロジェクタ１０の基本構成は、３板式液晶プロジェクタとして一般の構成となっている。すなわち、透過型液晶表示パネル１２０を３枚（図には、１チャンネル分のみが表示してある）用い、不図示のダイクロイックミラーにて光源（高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプなどの放電型光源、若しくは短アーク長の放電型光源）１１０からの照明光を赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの３チャンネルの色光成分に分離し、３枚の液晶表示パネル１２０をそれぞれ照明する。

液晶表示パネル１２０は、画像信号供給装置１８０から供給された画像信号に基づいてＬＣＤドライバ１２１により駆動され、該画像信号に対応したチャンネルごとの原画像を表示する。そして、これら液晶表示パネル１２０に上記分離された色光成分が入射すると、これら光成分は原画像に応じて変調されて液晶表示パネル１２０から射出する。

各液晶表示パネル１２０を透過した色光成分は、クロスダイクロイックプリズム１３０にて各色光成分の光軸が一致するように色合成され、投射レンズ１４０によってスクリーン２００に拡大投射される。

投射レンズ１４０の光軸１０２は、照明系の光軸１０１に対して符号１４５に示すように上方へシフト（ライズ）している。このようにレンズ光軸１０２をシフトして配置することで、スクリーン２００に投射される画像は、レンズ光軸１０２に対して上方に投射され、プロジェクタを机上に置いて投射する場合、机自体による画面のけられを軽減できる。

投射レンズ１４０は、ズームレンズとなっており、ズーミングにて投射画角がスクリーン２００上に矢印で示したように変化する。投射レンズ１４０の光軸１０２から画面端までの距離は、ズーム変倍率分、比例的に拡大縮小するので、光軸１０２に近い下辺では画面端の移動は相対的に少なくなっている。

投射レンズ１４０の外周には、外周ギア部を有するフォーカス操作リング１４６およびズーム操作リング１４７が設けられており、その回動によりフォーカス用レンズ１４８および不図示のズーム用レンズを駆動して、それぞれ焦点調節と画角調節とを行う。

これら２つの操作リング１４６，１４７には、電動駆動用の減速ユニットに一体化されたギアドモータであるフォーカス用モータ１４１およびズーム用モータ１４３の出力ピニオンギアがかみ合っており、モータ１４１，１４３の出力によって電動駆動が行われる。なお、フォーカス操作リング１４６およびズーム操作リング１４７のマニュアル操作によってフォーカシングおよびズーミングを行うことも可能である。

操作リング１４６，１４７の外周ギア部には、その絶対位置（間接的にレンズの絶対位置）を検知するため、ポテンショメータタイプのロータリーエンコーダ１４２，１４４がピニオンギア（図示せず）を介して連結されており、これらロータリーエンコーダ１４２，１４４は、現在のフォーカス用レンズ１４８の位置およびズーム用レンズの位置を示す信号をマイコン１６０に出力する。

上記フォーカス用モータ１４１とズーム用モータ１４３はマイコン１６０によりモータドライバ１５０を介して駆動制御される。

本プロジェクタによって投射される画像は、前述した画像信号供給装置１８０からの画像信号に基づいた画像と、最近のプロジェクタに装備されることが多い動作モード等のＯＳＤ（オンスクリーンディスプレイ）表示に用いるキャラクタジェネレータ７からの画像信号に基づいた画像と、不図示のメモリ内の画像信号に基づいた画像のいずれかから、切換え回路６によって選択される。選択された画像信号は、画像処理回路１９０により解像度変換、ガンマ処理、ノンターレース処理等が画像信号の種類に応じて施され、ＲＧＢ各チャンネル用ＬＣＤドライバ１２１を経て、各色用の液晶表示パネル１２０に入力される。

操作パネル１７０はプロジェクタ１００の外面に配置され、電源のＯＮ／ＯＦＦ、投射画像（つまりは原画像）の供給元の選択、電動ズーム操作、電動フォーカス操作、オートフォーカスのＯＮ／ＯＦＦ操作、各種モード設定を行うスイッチ群が配置されている。また、操作パネル１７０には、選択された投射画像の供給元、オートフォーカスのＯＮ／ＯＦＦ状態、設定されているモード等が表示される。

図２には、パッシブＡＦセンサ３００の概略構成例を示している。パッシブＡＦセンサ３００は、スクリーン２００上における画像が投射されている領域（画像投射領域）の下辺、すなわち画像投射領域と画像が投射されていない画像外領域との境界を含む双方の領域（視野）からの反射光を受光する。

パッシブＡＦセンサ３００は、上記反射光を、基線長となる所定距離、離間して配置された一対のレンズ３１，３２と、一対のミラー３３，３４を介して、さらにプリズム３５の反射面を介して一対のラインセンサＲ３６およびラインセンサＬ３７によりそれぞれ受光するようにしている。

そして、パッシブＡＦセンサ３００は、投射レンズ１４０の近傍に配置されているとともに、基線長方向が垂直方向に延びて、スクリーン２００上の画像投射領域の下辺の一部に視野がまたがるように、かつ投射レンズ１４０の光軸１０２に対して視野中心軸が略平行になるように配置されている。

このようにパッシブＡＦセンサ３００を配置することで、ほぼ四角柱状に構成されることが一般であるＡＦセンサユニットをプロジェクタ１００内に配置するのにスペース効率上、非常に無駄が少なくなる。

図３には、ＡＦ制御に関わる回路の概略構成を示している。マイコン１６０は、プロジェクタシステム全体の制御を司るとともに、ＡＦ制御をも司る。このマイコン１６０は、ＣＰＵ４１の他、メモリＡ４２，メモリＢ４３、シフトレジスタ４４およびＲＯＭ４４を有している。

ここで、メモリＡ４２、メモリＢ４３は、上述したパッシブＡＦセンサ３００のラインセンサＲ３６およびラインセンサＬ３７で光電変換された画像信号を個別に記憶する。信号レベルに応じてゲイン切り替えすることで飽和を防ぎ信号のダイナミックレンジを拡大している。

シフトレジスタ４４は、例えばメモリＡ４２の画像データが入力され、この入力データを順次シフト動作するようにしている。そして、ＣＰＵ４１によりこのシフトレジスタ４４のデータとメモリＢ４３のデータを比較して両データの一致を検出し、このときのシフト量をＲＯＭ４５の内容と照合してスクリーン２００までの距離を求め、フォーカス用レンズ１４８を駆動すべき出力をモータドライバ１５０に送る。

ここでのＲＯＭ４５は、シフトレジスタ４４のシフト量とスクリーン２００までの距離との関係をテーブル状にして記憶している。なお、このテーブルデータを複数持ち、温度をパラメータにテーブル選択を可能とし、さらにプロジェクタ１００内のパッシブＡＦセンサ３００の近傍に不図示の温度センサを追加して温度によるピント変動を、レンズ駆動量算出テーブルや駆動量演算係数テーブルの選択によって減じるように構成することもできる。これにより、温度上昇が起こりがちなプロジェクタにおいて、良好なＡＦ精度を確保することができる。

５はＡＦスイッチであり、操作パネル１７０に設けられている。このＡＦスイッチ５の操作は、マイコン１６０を介して切換え回路６に送られる。切換え回路６は、ＡＦスイッチ５の操作に応答して、液晶表示パネル１２０に表示する原画像のもととなる画像信号を、ビデオ信号からキャラクタジェネレータ７のハードウェア背景生成機能を用いた投影画像の内容に切り換えるようにしている。

この場合、キャラクタジェネレータ７は、無背景文字表示用のパターンを持たない全白画像、全灰画像又はこれらと同等のＡＦ検出用画像を示す画像信号をマイコン１６０の指示に従ってＬＣＤドライバ１２１に送り、液晶表示パネル１２０に上記ＡＦ検出用画像に対応した検出用原画を表示させる。

次に、以上のように構成されたプロジェクタ１００におけるＡＦ動作について説明する。このＡＦ動作は通常のビデオ画像の投射表示に先立って行われることが望ましい。

まず、操作パネル１７０に設けられたＡＦスイッチ５が操作され、切換え回路６がキャラクタジェネレータ７が選択された状態に切り換わると、マイコン１６０は、キャラクタジェネレータ７の内容をＬＣＤドライバ１２１に出力させる。これにより、上述したＡＦ検出用原画が液晶表示パネル１２０に表示され、ＡＦ検出用画像がスクリーン２００に写し出される。

ここで、投射レンズ１４０の光軸１０２は、液晶表示パネル１２０の有効表示範囲の上下寸法において上方に１、下方に１９の比率となる位置にシフトしているため、スクリーン２００上の投影画像は、投射レンズ１４０の光軸１０２に対して上方に１９、下方に１の比率となるようシフトし、かつ歪みがないように、見かけ上の仰角をもって投影される。

そして、パッシブＡＦセンサ３００の視野角は基線長方向に約１０度の設定がなされており、視野内に投射画像の下辺が含まれる。

このスクリーン２００上の投射画像領域とその外側である画面外領域との境界では、例えば、投射可能な最高輝度の全白画像と黒レベル画像を投射した場合よりも低輝度の画面外領域とが隣接することになる。

ここで、黒レベル画像が画面外領域よりも明るくなるのは、本実施形態で用いる透過型液晶表示パネル１２０の一般的な特性であり、全閉状態での漏れ光が必ず存在するためである。また、画面内では必然的に投射レンズ１４０の持つフレアやダイクロイックプリズム１３０周りの漏れ光等も黒レベル画像の輝度を高めることになる。これら光学系起因でのコントラスト低下要因は透過型液晶以外の表示素子、たとえば反射型マイクロミラー駆動素子やＬＣＯＳなどの反射形液晶、ＥＬ素子などのいずれの画像表示素子であっても同様に存在する要因であって画像投射装置においては一般に投射画像領域内の黒レベル部は常に画面外より明るくならざるを得ない。

一方、投射画像の下辺は、レンズ光軸１０２に近接した位置にあるため周辺光量落ちもなく、全投射画像内で最も高輝度の白表示が得られやすい場所でもある。

従って、この位置をセンサ視野に入れてセンサ出力を得ることで、上記境界はプロジェクタの投射により作り得る最高のコントラストを示す。なお、投射画像が全灰色画像である場合でも、画面外領域の輝度が低いため、視野内において十分に高いコントラストを得ることができる。

また、投射レンズ１４０がテレ端とワイド端との間でズーミングされても、先に説明したように画面下辺の位置変動が小さいこととも相まって、センサ視野の基線長方向中心（光軸）を上下に調整しなくても、上記境界は常にセンサ視野に含まれる。

こうしてパッシブＡＦセンサ３００に入射したセンサ視野からの反射光は、上述したレンズ３１，３２、ミラー３３，３４およびプリズム３５を介してラインセンサＲ３６およびラインセンサＬ３７にそれぞれ受光される。そして、これらラインセンサＲ３６およびラインセンサＬ３７の各画素での光電変換により得られた信号に基づく画像データは、マイコン１６０のメモリＡ４２およびメモリＢ４３にそれぞれ記憶される。

図４には、上記ラインセンサＲ３６およびラインセンサＬ３７上に形成される２像の相関を示す。

上記の場合、ラインセンサＲ３６およびラインセンサＬ３７にはそれぞれ、図４（ａ），（ｂ）に示すように視野内の画像が結像し、各ラインセンサを構成する画素群からは図４（ｃ），（ｄ）に示すような信号が出力すれる。メモリＡ４２およびメモリＢ４３にはそれぞれ、図４（ｃ），（ｄ）に示した出力信号に対応する、図４（ｅ），（ｆ）に示すような画像データが記憶される。

そして、このうちメモリＡ４２のデータが同図（ｇ）に示すようにシフトレジスタ４４に入力され、シフトレジスタ４４の内容を図中の矢印方向に順にシフト動作させる。

この状態で、ＣＰＵ４１は、シフトレジスタ４４のデータパターンと、メモリＢ４３のデータパターン（図４（ｈ）参照）とを比較し、公知の差分（＝ＯＲ−ＡＮＤ）の最小化、ＡＮＤの最大化、ＯＲの最小化などの判定手法により、両データパターンの一致を検出すると、このときのシフト量がＲＯＭ４５の記憶内容と照合され、スクリーン２００までの距離が求められる。必要に応じ、照合比較するデータとしてそれぞれの隣接画素データの差分量を取ってから相関比較処理（微分処理）を行うことで測距精度が向上する。

なお、差分を取るデータを隣接データでなく１つとび差分、ｎ個とびの差分などとしたり、逆に順次所定間隔（内）の複数データを加算したデータ群を演算してから相関比較処理してもよい。

さらに、この距離データをモータドライバ１５０に出力することにより、フォーカス用レンズ１４８が駆動され、ピント合わせ（焦点調節）が行われることになる。

このように、予めハードウェアにより生成された画像を選択し、この画像をスクリーン２００に投射することでＡＦ制御を行えるようにすることで、余分なメモリを使うこともなく、焦点調節精度を大幅に向上させることができ、しかもコスト的な負担も少なくすることができる。

なお、上述では、ＡＦ検出用にプロジェクタの機能として標準的に装備されるＯＳＤ（オンスクリーンディスプレイ）用キャラクタジェネレータによるハードウェア生成画像を投射してＡＦ制御を行う場合について説明したが、通常のビデオ画像等、画像信号供給装置１８０からの画像信号による動画やコンピュータモニター画像が投射された場合も同様にＡＦ制御を行うことが可能である。

図５は、本実施形態におけるフォーカス初期位置駆動とＡＦ許可動作の制御アルゴリズムを示すフローチャートである。

図５において、操作パネル１７０の電源スイッチが投入（電源オン）される（ステップ（以下、Ｓと記す）１０１）と、マイコン１６０は初期化動作を行い（Ｓ１０２）、その後、不図示の光源制御回路を起動させ、不図示の安定器を動作させて光源１１０（ここでは高圧水銀灯ランプ）を点灯させるのに必要な高圧なランプ点灯電圧を発生させ、ランプの電極に印加する。これにより、ランプ点灯が開始される（Ｓ１０２）。

また、このステップにおいて、マイコン１６０は、光源１０１の点灯直後から後のステップにてＡＦ許可判定がなされるまでは、前述したキャラクタジェネレータの機能による全白画面もしくは「ＡＦ準備中」（ＡＦ制御が制限されている状態であることを示す表示）の文字をＡＦ測距視野外部の投射画面部に全白画面を背景として投影する。

この後、操作パネル１７０に設けたＡＦ機能を有効（以下、ＡＦモード）もしくは無効に設定する不図示のＡＦモードスイッチの状態を検知する。このＡＦモードスイッチは、機械的２ポジションスライドスイッチであり、１ｂｉｔの信号を得る簡便なものでよい。マイコン１６０は、このＡＦモードスイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態によりＡＦモードであるか否かを判定する（Ｓ１０３）。

ＡＦモードでない場合は、フォーカス用レンズ１４８の初期位置として、ＲＯＭ４５に格納されている無限位置に相当するエンコーダデータを選択する（Ｓ１０４）。ＡＦモードである場合は、ＡＦモードに適した初期値としてＲＯＭ（位置記憶手段）４５に格納されているＡＦ用初期値を選択設定する（Ｓ１０５）。

ここで、ＡＦモードに適したフォーカス用レンズ１４８の初期値としては、本プロジェクタにおける、投射レンズ１４０を介して最大寸法の画面を投射したときのフォーカス用レンズ１４８の位置と、投射レンズ１４０を介して最小寸法の画面を投射したときのフォーカス用レンズ１４８の位置との間の略中央位置を選択することができる。また、４０インチから１００インチ以内のいずれかの画面寸法での投射距離に相当するフォーカス用レンズ１４８の位置や、フォーカス無限位置のいずれかを選択することができる。

このフォーカス初期位置の選択は、不図示のメニューモードスイッチを押すことで、プロジェクタの諸設定を行うモードに入り、ユーザが選択可能としてもよい。

次に、電源投入後に初期位置駆動を行うかどうかを設定する不図示の初期位置駆動モードスイッチの状態を検知する（Ｓ１０６）。このスイッチもＡＦモードスイッチと同様の構成で操作パネル１７０に配置されている。初期位置駆動モードスイッチが不許可状態である場合はＳ１１２へ進む。

また、初期位置駆動モードスイッチがオン、すなわち初期位置駆動の許可状態である場合は、先にＡＦモード判定（Ｓ１０３）にて設定された初期位置情報を読み出し（Ｓ１０７）、現在のレンズの位置情報を投射レンズ１４０に設けられたエンコーダ１４２，１４４から得る（Ｓ１０８）。

次に、初期位置情報と現在位置情報とを比較し、これらが一致した場合はＳ１１２に進む。不一致の場合は、その差分に相当する駆動量を演算し（Ｓ１１０）、フォーカス用レンズ１４８の駆動を行い（Ｓ１１１）Ｓ１０８にループし、レンズの現在位置情報が初期位置情報に一致するまで繰り返す。

現在位置情報が初期位置情報に一致し、初期位置駆動が終了すると、輝度情報の検知を開始する（Ｓ１１２）。

次に、ランプ輝度情報として、ランプ近傍に設けた不図示の温度センサから、ランプ輝度に相関の高い温度情報を得てランプ輝度を推定し判定する（Ｓ１１３）。ここで、温度センサを用いるのは、ランプセンサは高温となるランプの使用上の安全確保の上で必要であるため、プロジェクタには必ず装備されるセンサであるので、これを用いて輝度（相関からの推定）判定を行うことが合理的であり、コスト的にも有利だからである。

ランプ（光源１０１）の点灯動作の開始から所定時間経過後も、このセンサにて室温近傍の温度が検出されたときは、ランプは不点灯と推定できる。一方、ランプの点灯動作の開始から所定時間後に温度上昇が見られた場合は、点灯成功と推定され、その温度と輝度上昇の相関データより決まる測距精度の信頼性が期待できる輝度に対応した温度であるかを上記所定値をもって判定する。これにより、スクリーンゲイン、ランプ寿命による輝度低下等の変動要素を含む投影環境の概略輝度判定は十分なされる。判定結果が所定値に満たなければ（つまりは、ランプ輝度が所定値に達していない間は）Ｓ１１３をループし、判定結果が所定値に達したときはＳ１１４へ進む。

Ｓ１１４では、スクリーン２００からの投影光の反射光の輝度情報を得て、該反射光の輝度が所定値に達したか否かを判定する。

本実施形態では、パッシブＡＦセンサ３００が有する２つのラインセンサ３５，３６における所定数の受光素子を用い、その出力をＡ／Ｄ変換して上記反射光の輝度評価を行う。図４での２像相関の説明では、簡便のため１ｂｉｔデータ列の比較により説明したが、ここでは複数ｂｉｔのデジタルデータに変換し、広いダイナミックレンジの輝度状態に対しての輝度評価を行う。

こうして、必要に応じ蓄積時間（ゲイン）を変えながら複数回、輝度データ取得し、必要なダイナミックレンジを得る。

ラインセンサは、そのライン方向長さの途中に投射画像の下端（投射画面内部と外部の境界部）を含み、両端はそれぞれ、投射画面内部と外部にかかった視野の結像光に応じた出力をするので、ラインセンサにおける上記境界部をはさんだ両側の２箇所の受光素子のデータを輝度評価に用いる。これによって、投射画面内部と外部の輝度差情報を同時に得ることが可能である。

ここで、投射画像は全白画像であるので、投射画面内部の輝度情報は、環境光と最高輝度の投射光とが重畳した情報となり、投射画面外部の輝度情報は、環境光のみによる情報となる。このため、これらの差分がプロジェクタの投射による明るさ、すなわちプロジェクタ輝度の情報となる。

さらに、ランプ点灯直後にもこの輝度判定を行い（この場合、ラインセンサの両端のデータを使用し、画面内外のデータである確率を高めるとよい）、環境光のみによるスクリーン（およびその近傍の画像が投射される環境）２００の輝度情報を得て記憶しておくことで、所定点灯時間経過後のデータとの比較からの輝度上昇を検知することが可能である。

レンズシャッターカメラで多用される近赤外線投射型アクティブＡＦ方式や可視光補助光投射モードでのパッシブＡＦ方式では、環境光を除去してＡＦ精度を向上するために投射光を断続発光し、投射時と非投射時のセンサ出力の比較演算により、いわゆる外光除去を行う技術がある。しかし、プロジェクタ用の本実施形態でのＡＦ方式においては、高圧水銀灯などの点滅を高速に行うことが難しい光源を用いており、かつその投射光も大光量で、投射範囲も広いために高速での点滅により使用者が不快感を覚えるといった問題もあることから、そのような技術は採用できない。このため、投射光を断続発光できないプロジェクタでは、焦点合わせする被写体がスクリーンであって、カメラのように移動、変化しないことを利用して時系列上の断続発光スパンを拡大しても同様な外光除去処理が可能である。つまり、点灯直後と１０秒から３０以上の間隔をおいた所定点灯時間経過後の輝度測定からデータ比較して輝度上昇差分を検知し、環境光成分を除去をすることがプロジェクタでのＡＦでは有用となる。

さらに、画面内部および外部の反射光輝度がランプ点灯直後から十分に差がある場合は、スクリーン画面外部が黒色である可能性が推定でき、輝度上昇後の測距時のデータパターンが画面内部側から順に、全白画面投射領域の白スクリーン面、投射領域外の白スクリーン面、スクリーン外周の黒色領域、そしてスクリーン外側の壁面もしくは室内の遠近競合部がセンサ視野に並ぶ。また、投射画面をスクリーン白色部に対してオーバースキャン（スクリーン外周の黒色部分まで投射有効範囲を少しだぶらせる）状態で投影していれば、全白画面投射領域の白スクリーン、投射領域内のスクリーン外の周黒色領域、そしてスクリーン外側の壁面もしくは室内の遠近競合部がセンサ視野に並ぶ。

全白画面投射領域の白スクリーン面、すなわちラインセンサの画面内側端の画素から最初の大きな変化量の生じる部分を測距に用いると、コントラストが高いため、測距精度が良くなる。

また、ラインセンサの両端のデータを用いなくても、ランプ点灯直後のラインセンサ出力の最高値とある時間経過後の最高値とを比較しても、投射輝度の上昇を検知できる。

ここで、ランプ点灯直後からの投射位置設定動作により、パッシブセンサの視野が変動し、誤判定する可能性が考えられるので、不図示の設置状態検知手段である振動センサ、方位センサ、ＧＰＳ絶対位置センサ、プロジェクタ角度調整足の伸縮位置センサ、角度センサ、振動ジャイロセンサ等を用い、プロジェクタの位置変動や姿勢変動を検知し、その情報の変化を継続的にモニターし、状態変動が収まった時点で設置終了を推定する。そして、上記ランプ点灯直後から設定終了までの状態変動が所定値以上の場合は、上記輝度上昇の点灯直後データとの比較推定値を信頼性が低いとし、判定アルゴリズムから除外するとよい。また、ランプ輝度が所定値に達したか否かの判定およびスクリーン反射光の輝度が所定値に達したか否かの判定の開始後に設置状態の変動の継続が認められた場合、Ｓ１１４をやり直すようにフローをループさせてもよい。

また、設置の終了検知をスクリーン反射光輝度の判定開始のＡＮＤ条件として加えるようにしてもよい。

この時点では測距はしていないので、スクリーン２００までの距離情報は得ていない。しかし、プロジェクタの使用環境は投射距離が極めて限定的である。例えば、近年のレンズの広角化で投射距離が短縮されてきたため、１．５から３Ｍにて５０から１００インチの画面サイズを得て使用する比率が高く、この画面サイズの差による輝度の差は４倍におさまる範囲でしかない。

そこで、この輝度範囲の低輝度側にてゲイン１のスクリーンに投射した場合の画面内輝度の、例えば２０％を閾値としてＲＯＭ４５に持ち、上記所定値として判定する。

このレベルの輝度にて使用者は投射画面範囲を十分認識可能であり、測距精度も実用範囲に入る。

本実施形態の画面境界測距や従来例に示したパターン（チャート画像）投射による測距方式においては、画面外輝度が高い（環境が明るい）場合、画面の境界部のコントラストが低下し、測距精度が低下するので、画面内外の輝度差が十分あることの判別を画面内輝度が所定値以上であることと併せて行うことで、より良い測距条件に達したかの判定が可能となる。

以上の判定の結果、スクリーン反射光輝度が所定値以上であるときは次のＳ１１５に進み、所定値に満たない場合は再度Ｓ１１４にループする。

Ｓ１１５では、マイコン１６０は、ＡＦ動作の受付けを許可する。つまり、焦点調節制御の制限を解除する。ここで、全白ないし全白背景での「ＡＦ準備中」の文字表示を終了し、図３の切換え回路６により、画像信号供給装置１８０からの画像信号に対応した画像を表示する。

同時に、マイコン１６０は、操作パネル１７０のＡＦスイッチをアクティブとする。そして、Ｓ１１６では、ＡＦスイッチの状態を検知する。

ＡＦスイッチがＯＮのときは、再び全白画像を投射し、ＡＦ作動処理（Ｓ１１７）へ進み、ＯＦＦであればＳ１１４へループする。ＡＦ作動処理では、前述したように、パッシブＡＦセンサ３００からの出力に基づいて、スクリーン２００までの距離データを得て、モータドライバ１５０に出力することにより、フォーカス用レンズ１４８が駆動される。

なお、図５のフローでは、ＡＦ制御はＡＦスイッチを操作する使用者の意思により開始されるが、プロジェクタの設置後、投射輝度が所定値以上で設置終了も検知されていることをもって、ＡＦスイッチの判別を待たずに自動的にＡＦ動作を開始するようにフローを変形してもよい。

また、本実施形態では、「ＡＦ準備中」の文字をスクリーン２００に投射表示する場合について説明したが、プロジェクタに設けられた液晶パネル（例えば、操作パネル１７０）に「ＡＦ準備中」の文字やマークを表示するようにしてもよい。

また、本実施形態では、ＡＦセンサからの信号に基づいて投影光の反射光の輝度情報を得る（すなわち、ＡＦセンサを輝度検出のために兼用した）場合について説明したが、該輝度情報を得るための専用の輝度検出センサを設けるようにしてもよい。

（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２であるフォーカス初期位置駆動と電動マニュアルフォーカス動作の制御アルゴリズムを示すフローチャートである。なお、本実施形態のフローチャートは、図１に示したプロジェクタでＡＦ機能を有していないもの若しくはＡＦ機能を有するがＡＦを使用しないモードが設定されている状態のものの動作に適用されるものである。実施形態１と共通する構成要素には実施形態１と同符号を付す。

図６において、操作パネル１７０の電源スイッチが投入（電源オン）される（Ｓ２０１）と、マイコン１６０は初期化動作を行い（Ｓ２０２）、その後、不図示の制御回路を起動させ、安定器を動作させて光源１１０（ここでは高圧水銀灯ランプ）を点灯させるのに必要な高圧なランプ点灯電圧を発生させ、ランプの電極に印加する。これにより、ランプ点灯が開始される（Ｓ２０２）。

また、マイコン１６０は、このステップにて、前述したキャラクタジェネレータの機能を用いて全白画面を投影する。

この後、実施形態１と同様に、電源投入後にフォーカス用レンズ１４８の初期位置への駆動動作を行うかどうかを設定する、操作パネル１７０に設けられた不図示の初期位置駆動モードスイッチの状態を検知する（Ｓ２０３）。初期位置駆動モードスイッチが不許可状態である場合はＳ２０９へ進む。

初期位置駆動モードスイッチがオン、すなわち初期位置駆動の許可状態である場合は、ＲＯＭ４５からフォーカス用レンズ１４８の初期位置情報である∞（無限遠）位置（もしくはフォーカス回転角度に無限側余裕角を持つ場合には、無限側メカストッパー端の位置であってもよい）を読み出し（Ｓ２０４）、現在のレンズ位置情報を投射レンズ１４０に設けられたエンコーダ１４２，１４４（図１参照）より得る（Ｓ２０５）。

次に、初期位置情報と現在位置情報とを比較し、それらが一致する場合はＳ２０９に進む。不一致の場合は、それらの差分に相当する駆動量を演算し（Ｓ２０７）、フォーカス用レンズ１４８の駆動を行い（Ｓ２０８）、Ｓ２０５にループして、初期位置情報と現在位置情報とが一致するまで繰り返す。

初期位置情報と現在位置情報とが一致し、フォーカス用レンズ１４８の初期位置駆動が終了すると、ランプ輝度情報の検知を開始する。

この時点までの動作は、通常、プロジェクタの電動フォーカス駆動は全域数秒程度に設定されるため、最長でもその時間内で終了するが、この時点ではランプはまだ暗く、使用者がマニュアルでフォーカス合わせを行える状態には至っていない。

このため、実施形態１と同様に、ランプ輝度情報として、ランプ近傍に設けた不図示の温度センサから、ランプ輝度に相関の高い温度情報を得てランプ輝度を推定し、ランプ輝度が所定値以上か否かを判定する（Ｓ２０９）。ランプ点灯開始から所定時間後にランプ輝度の上昇が見られた場合は点灯成功と推定し、その温度と輝度上昇の相関データより決まるマニュアルフォーカスの精度の信頼性が期待できる輝度での温度であるか否かを上記所定値をもって判定する。

これにより、スクリーンゲイン、ランプ寿命による輝度低下等の変動要素を含む投影環境の概略輝度判定は十分なされる。ランプ輝度が上記所定値に満たなければＳ２０９をループし、所定値以上となったときはＳ２１０へ進む。これにより、電動フォーカスが許可されたことになる。

Ｓ２１０以降では、操作パネル１７０に設けられた不図示の電動フォーカス駆動操作のためのスイッチの操作に応じた動作を示している。

まず、フォーカス無限方向駆動スイッチ（図示せず）が押されているかを判別し（Ｓ２１０）、押されている場合はフォーカズエンコーダ１４２の出力を読み出し（Ｓ２１１）、現在のフォーカス用レンズ１４８の位置が無限位置であるか否かを判定する（Ｓ２１２）。すでに無限（端）にある場合は、フォーカス用レンズ１４８の駆動はせずにＳ２１０にループする。それ以外のときは、フォーカス用レンズ１４８を無限方向に駆動して（Ｓ２１３）、Ｓ２１０にループする。

また、Ｓ２１０でフォーカス無限方向駆動スイッチが押されていないと判別したときは、フォーカス至近方向駆動スイッチ（図示せず）が押されているか否かを判別し（Ｓ２１４）、押されている場合はフォーカズエンコーダ１４２の出力を読み出し（Ｓ２１５）、現在のフォーカス用レンズ１４８の位置が至近位置であるか否かを判定する（Ｓ２１６）。すでに至近にある場合は、フォーカス用レンズ１４８の駆動はせずにＳ２１０にループする。それ以外のときは、フォーカス用レンズ１４８を至近方向に駆動して（Ｓ２１７）、Ｓ２１０にループする。

このように、フォーカス初期位置を無限端に設定することで、電動フォーカスをプロジェクタ設置時に行う場合、使用者が無限・至近のいずれかの方向への駆動スイッチを操作する際にはすでにフォーカス用レンズ１４８は無限端にあるので、スイッチ操作に応じてフォーカス用レンズ１４８が動作すれば、必ずピントが合う方向に動き出すことになる。また、無限位置からのスタートとなるので、通常の大画面投射距離までは、至近端からスタートする場合より短時間で合焦位置に達する確立が高くなる。

なお、至近端にフォーカス初期位置を設定しても、無限端に設定した場合に対して通常投射距離までの繰出し量の差に相当する時間差にて合焦し、操作方向が一方向で合焦に近づくという効果は同様に得られる。

また、ここでは電動マニュアルフォーカス機構を有するプロジェクタでの操作に関して説明をしたが、ＡＦ機能および電動マニュアルフォーカス機構を有するプロジェクタにおいてＡＦを用いないモードが設定されている場合、ＡＦおよびマニュアルフォーカスをともに受け付けるプロジェクタの場合、電動および手動操作によるフォーカスが可能であり、マニュアルリングを操作可能に構成された投射レンズを持つプロジェクタにおいてマニュアルリングを操作してフォーカスする場合のいずれにおいても、無限端にフォーカス用レンズの初期位置を設定することで、マニュアルフォーカス時に、上記の「必ずピントが合う方向に動き出す」効果と「通常投射距離に対して繰出し量が少なくてすむ」効果により迅速にピント合わせが可能になる。

なお、上記各実施形態にて説明したプロジャクタの構成やＡＦ方式は例に過ぎず、他の構成やＡＦ方式を用いてもよい。

本発明の実施形態１であるＡＦ液晶プロジェクタの構成を示す図。 上記実施形態１のプロジェクタのＡＦセンサの構成を示す図。 上記実施形態１のプロジェクタにおけるＡＦ回路の概略構成を示す図。 上記ＡＦセンサを用いた２像相関による測距の説明図。 上記実施形態１のプロジェクタの動作を示すフローチャート。 本発明の実施形態２である液晶プロジェクタの動作を示すフローチャート。

符号の説明

１００ 液晶プロジェクタ
１０１ 照明系の光軸
１０２ 投射レンズの光軸
１１０ 光源
１２０ 透過型液晶表示パネル
１３０ クロスダイクロイックプリズム
１４０ ズーム投射レンズ（投射光学系）
１５０ モータドライバ
１６０ マイクロコンピュータ
１７０ 操作パネル
１８０ 画像信号供給装置
１９０ 画像処理回路
２００ スクリーン
３００ パッシブＡＦセンサ

Claims (10)

1. 放電型の光源と、
   原画を形成し、前記光源からの光を変調する画像形成素子と、
   前記画像形成素子からの光を被投射面に投射する投射光学系と、
   パッシブ方式により前記投射光学系の焦点調節制御を行う制御手段と、
   前記光源の輝度および前記投射光学系により投射された光の前記被投射面での反射光の輝度のうち少なくとも一方に応じた信号を出力する輝度検出手段とを有し、
   電源の投入後、前記制御手段は、前記輝度検出手段からの信号に基づいて検出した輝度が所定値に達するまで、焦点調節制御を制限することを特徴とする投射型画像表示装置。
2. 放電型の光源と、
   原画を形成し、前記光源からの光を変調する画像形成素子と、
   前記画像形成素子からの光を被投射面に投射する投射光学系と、
   前記投射光学系により投射された光の前記被投射面での反射光を受光する受光手段と、
   パッシブ方式により前記受光手段からの出力を用いた前記投射光学系の焦点調節制御を行う制御手段とを有し、
   電源の投入後、前記制御手段は、前記受光手段からの出力に基づいて前記反射光の輝度を検出し、該検出輝度が所定値に達するまで焦点調節制御を制限することを特徴とする投射型画像表示装置。
3. 電源の投入後、前記制御手段は、前記輝度検出手段からの信号に基づいて検出した輝度が所定値に達するまで、焦点調節制御が制限された状態であることを前記被投射面若しくはこの装置上に設けられた表示手段に表示することを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
4. 電源の投入後、前記制御手段は、前記受光手段からの出力に基づいて前記反射光の輝度を検出し、該検出輝度が所定値に達するまで、焦点調節制御が制限された状態であることを前記被投射面若しくはこの装置上に設けられた表示手段に表示することを特徴とする請 求項２に記載の投射型画像表示装置。
5. 前記投射光学系のフォーカス用レンズの所定駆動位置を記憶する位置記憶手段を有し、
   電源の投入後、前記制御手段は、前記輝度検出手段からの信号に基づいて検出した輝度が所定値に達するまで、焦点調節制御に先だって前記フォーカス用レンズを前記位置記憶手段に記憶された前記所定駆動位置に駆動することを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
6. 前記投射光学系のフォーカス用レンズの所定駆動位置を記憶する位置記憶手段とを有し、
   電源の投入後、前記制御手段は、前記受光手段からの出力に基づいて前記反射光の輝度を検出し、該検出輝度が所定値に達するまで、焦点調節制御に先だって前記フォーカス用レンズを前記位置記憶手段に記憶された前記所定駆動位置に駆動することを特徴とする請 求項２に記載の投射型画像表示装置。
7. 前記所定駆動位置が、最大画面寸法投射時のフォーカス位置と最小画面寸法投射時のフォーカス位置との略中央であることを特徴する請求項５又は６に記載の投射型画像表示装置。
8. 前記所定駆動位置が、４０インチから１００インチまでのいずれかの画面寸法での投射距離に相当するフォーカス位置であることを特徴とする請求項５又は６に記載の投射型画像表示装置。
9. 前記焦点調節制御を行わないモードの設定が可能であり、
   該モードの設定時に、前記所定駆動位置を無限遠位置とすることを特徴とする請求項５又は６に記載の投射型画像表示装置。
10. 前記フォーカス用レンズの前記所定駆動位置への駆動を無効にする手段を有することを特徴とする請求項５から８のいずれか１つに記載の投射型画像表示装置。

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