JP4497890B2

JP4497890B2 - 投射型画像表示装置

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Publication number: JP4497890B2
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Inventors: 正治江口
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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に関するものである。特に、投射面に対して光を投射し、その反射光を受光することで焦点状態を検出するものであって、その検出する光が投射型画像表示装置の画像投影光そのものに由来する反射光である構成の焦点検出技術に関する。

従来、プロジェクタのＡＦ（オートフォーカス＝自動焦点調節）方式は、赤外光による三角光学式焦点検出の原理によってＡＦするアクティブ方式や、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パッシブ方式等が知られている。

これらのＡＦ方式のうち上記パッシブ方式には、大きく分けて２つの方式がある。被焦点検出対象であるＡＦチャートなどの視差画像を所定の基線長で配置した複数の光電センサ上に結像させ、像情報の取得と比較を行う、いわゆる２像相関（あるいは、ずれ検出）ＡＦ方式（特許文献１参照）と、１次元あるいは２次元画素配置をもつ多画素の光学センサ上に被焦点検出対象像を結像させ、その像情報から画像鮮鋭度（＝コントラスト）を検出し、センサへの結像を行っているレンズの焦点位置を駆動することでその最良状態を求める（山登り）方式である。

これらのほかにも、プロジェクタ自らが画像を投影するという特性を用い、投射した特定画像をカメラで撮影し、投射した元の画像データと撮影した画像データとの比較により焦点を検出する技術が提案されている（特許文献２参照）。

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、パッシブＡＦに不利な輝度であるのに関わらず、有利な輝度条件下と同一に処理することで、不要に誤まった焦点検出動作をする可能性がある。

このため、焦点検出を行う際に、対象物体や環境の輝度に応じて判定アルゴリズム、焦点検出動作および方式などを変更する技術が数多く提案されている（特許文献３，４参照）。

特許文献３には、対象物に投射する光を発光する発光手段と、この発光手段の発光出力を制御する発光出力制御手段と、前記対象物からの反射光を受光し、その受光位置から対象物までの距離を測定する第１の検出手段と、前記第１の検出手段において複数回測定された距離のバラツキを判定する判定手段とを備え、前記発光出力制御手段は前記判定手段で判定されたバラツキが所定値以上のときに前記発光手段の発光出力を増大するように構成された焦点検出装置が提案されている。

また、特許文献４には、光を投射して対象物体からの反射光を受光することによって、対象物体までの距離を測定する測距装置であって、反射光の受光強度レベルを検出する手段と、検出された受光強度レベルに応じて投受光の回数を決定し、その回数だけ繰り返すように投受光を制御する測距装置が提案されている。この装置では、受光強度レベルが低いほど投受光の回数を多くする。また、複数回の投受光で得られたデータを基に、平均処理演算を行って測定結果データを算出する。
特許第３１２０５２６号公報（段落００１５〜００１７、図３等）特開２０００−２８９０１号公報（段落００２２〜００２５、図２等）特許第３２７２４２９号公報（段落００１０〜００１３、図１等）特開２００１−３１７９３５号公報（段落００１３〜００１４、図２等）

しかしながら、上記各技術は、投光光源として赤外ＬＥＤを想定し、かつ電池駆動の装置を想定したものであり、液晶プロジェクタ等の投射型画像表示装置に用いる測距又は焦点検出方法として適した、ＡＦ精度の改善のための技術については提案されていない。

具体的には、特許文献３にて提案されているように、ＡＦ時に発光手段の発光出力を増大させる場合、液晶ディスプレイ等の投射型画像表示装置では、液晶パネル等の画像形成素子を照明するランプにそのような出力制御に対応するものを用いる必要があり、高コスト化等の問題が発生して、現実的ではない。

また、前述したように投射型画像表示装置では、投射画面からの反射光をセンサ上に結像させ、該センサからの信号に基づいて投射光学系のＡＦを行うが、投射画面の明るさが高くても、画像が投射されていない状態でのもともとのスクリーンの明るさ（環境明るさ：画像投射中は投射画面外の領域の明るさになる）が高ければ、スクリーン上で測距（又は焦点検出）に適したコントラストが得られない。

このため、特許文献４にて提案されている測距装置を投射型画像表示装置に適用し、投射画面からの光（投射光と環境光の和）の受光強度レベルに応じた回数、測距（又は焦点検出）を行うだけでは、センサ上において測距（又は焦点検出）に適したコントラストの像が得られない場合があり、ＡＦ精度を確実に上げることができない。

本発明は、投射型画像表示装置の使用条件に適したＡＦ方式を採用し、明るい環境下でもＡＦ精度が低下する不具合を抑制することができるようにした投射型画像表示装置を提供することを目的としている。

本願発明の一側面としての投射型画像表示装置は、原画を形成する画像形成素子と、前記画像形成素子からの光を投射面に投射する投射光学系と、前記投射面からの光を用いた該投射面に対する距離又は前記投射光学系の前記投射面に対する焦点状態の検出動作を行うとともに、該検出結果に応じて前記投射光学系に含まれるフォーカスレンズの駆動を制御する制御手段と、前記投射面からの光を受光し、その受光強度レベルに応じた信号を出力する受光手段とを有し、前記制御手段は、前記受光手段からの信号に基づいて、前記投射光による明るさと環境光による明るさとの比、又は前記投射光と前記環境光による明るさの和と前記環境光による明るさとの比を求め、前記検出動作を行う回数を、前記明るさの比が許容範囲にあるときは決定可能な回数のうち最も少ない回数とし、前記許容範囲外にあるときは該明るさの比が前記許容範囲から離れるほど多い回数とし、該回数、前記検出動作を行うことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、投射型画像表示装置において、明るい環境下でも高い焦点調節精度を維持することができる。

特に、環境光に対する投射光の明るさを求め、該明るさに応じた距離検出又は焦点検出の条件（回数）を設定することにより、様々な使用条件に対してそれぞれ適切な距離検出又は焦点検出動作を行わせることができ、焦点調節精度を確保することができる。

なお、受光レベル検出手段により検出された受光強度レベル又は環境光に対する投射光による明るさ情報が許容範囲内であるときは、検出動作の条件としての検出回数を最少回数とする。これにより、迅速に投射面に対する合焦を得ることができる。また、受光強度レベル又は明るさ情報が許容範囲外であるときは該許容範囲から離れるほど、検出動作の条件としての検出回数を多くする、あるいは検出のための受光蓄積時間を明るさ情報が許容範囲内であるときの蓄積時間より短くして信号ゲイン上げる、または検出出力信号をＡ/Ｄ変換する際のビット数を明るさ情報が許容範囲内であるときのビット数より多くすることにより、検出した信号の情報量や精度を上げ、受光強度レベル又は明るさ情報にかかわらず焦点調節精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

図１には、本発明の実施例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）、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（第１の検出手段、受光手段）である。

上記プロジェクタ１００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チャンネル分のみを表示している）用い、不図示のダイクロイックミラーで光源（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）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レンズ１４８および変倍レンズ（図示せず）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噛み合っており、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ズーミングおよびフォーカシ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）を検出するため、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から現在のフォーカスレンズ１４８の位置および変倍レンズの位置を示す信号がマイコン１６０へ出力される。

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１００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、切替え回路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を経て液晶表示パネル１２０に表示される。

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）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を集中配置する。

図２には、本実施例におけるパッシブＡＦセンサ３００の概略構成を示している。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（投射領域）の下辺、すなわち投射領域と画像が投射されていない投射外領域との境界を含む双方の範囲（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を通して取り込み、各レンズから入射した２つの光束を一対のミラー３３，３４およびプリズム３５の一対の反射面でそれぞれ反射して一対のラインセンサ３６，３７に導き、受光させる構成となっている。

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、本実施例のプロジェクタ１００にて行われるＡＦ制御に関わる回路構成（第１の検出手段）を示している。

マイコン１６０は、本プロジェクタ１００の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ＲＯＭ４５を有している（マイコン１６０およびパッシブＡＦセンサ３００が請求項の第１の検出手段に相当する）。

ラインセンサ３６、３７の各画素（図２に示す各ラインセンサ３６、３７の複数の画素）の出力（たとえば電圧値）は、図示を省略したＡ/Ｄ変換器によりたとえば８ビットのデジタル信号（情報）に変換される。なお、各画素の出力する信号レベルに応じて各画素における蓄積時間を変えたり、ゲインを変えたりすることで各画素の蓄積の飽和を防ぎ、信号のダイナミックレンジを拡大している。

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３６，３７で光電変換された画像信号（上記のデジタル信号）を個別に記憶する。

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させるよう動作する。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のデータと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、フォーカスレンズ１４８（図１参照）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データとして記憶している。なお、このテーブルデータを複数用意し、温度をパラメータとした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を介して切替え回路６に送られる。この切替え回路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を表示するための信号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像を表示させる。

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が操作されると、切替え回路６によりキャラクタジェネレータ７の出力が選択され、マイコン１６０は、キャラクタジェネレータ７の出力内容をＬＣＤドライバ１２１に送る。これにより、上述したＡＦ検出用原画像が液晶表示パネル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。このため、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、かつゆがみがないように、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上の画像の投射（画面内）領域とその外側である投射外（画面外）領域との境界では、例えば、投射可能な最高の明るさの全白画像と黒レベル画像を投射した場合よりも低い明るさ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、本実施例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、全遮光状態であっても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を明るくすることになる。

これら光学系に起因するコントラストの低下要因は透過型液晶表示素子以外の表示素子、例えば反射型マイクロミラー駆動素子やＬＣＯＳなどの反射型液晶表示素子、ＥＬ素子などの自発光型画像表示素子といったいずれの画像表示素子であっても同様に存在する。したがって、これら画像表示素子を用いたプロジェクタにおいては、一般に画面内の黒レベル部は常に画面外より明るくなる。

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、全投射画面内で最も明るい白表示が得られやすい場所でもある。

したがって、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、投射外領域の明るさが低いため、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３６，３７にそれぞれ受光される。

そして、これらラインセンサ３６，３７の各画素で光電変換された画像信号は、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３６およびラインセンサ３７上に形成される２像の相関を用いた２像相関測距方法を示す。

ラインセンサ３６およびラインセンサ３７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される。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のデータパタンと、メモリＢ４３のデータパタン（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、両データパタンの一致が検出されると、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。

必要に応じて、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とってから相関比較処理（微分処理）を行うことで本実施例にて採用している光学式測距の精度が向上する。

差分を取るデータを隣接データでなく１つ飛びの差分や、ｎ個飛びの差分としてもよい。また、所定間隔（内）の複数連続する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、この求められた距離データをモータドライバ１５０に出力することにより、フォーカスレンズ１４８（図１参照）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、焦点調節の精度（合焦精度）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、本実施例では、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７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ＤＶＤ動画やコンピュータモニタ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、本実施例におけるＡＦ動作を示すフローチャートである。以下、本図を用いて、マイコン１６０（ＣＰＵ４１）のＡＦ動作に関わる動作を説明する。

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が初期化動作し（Ｓ１０２）、その後、不図示の光源制御回路を起動し、不図示の安定器を動作させて光源１１０（ここでは、高圧水銀灯ランプとする）を点灯させるのに必要な高電圧を発生させ、光源１１０の電極に印加する。これにより光源１１０の点灯が開始される（Ｓ１０３）。

光源１１０の点灯以降、図５に示したステップの期間中で、切替え回路６において外部入力画像への切り替えがなされるまでは、キャラクタジェネレータ７の機能による全白画像をスクリーン２００に投影したり、「準備中」等の初期モードであることを示す文字をパッシブＡＦセンサ３００の視野外に全白画像を背景として投射したりする。

このときの投射画像（初期投射画像）は、公知のタイマー回路により本フローチャートに従って自動実行される。１回目のＡＦ駆動が完了した以降、所定時間の経過を検出したり、光源１１０の輝度上昇をモニタして所定輝度に到達したことを検出したりしたときに自動的に、若しくは操作パネル１７０に設けられた不図示の入力選択ボタンを使用者が操作することにより任意的に、図３に示した切替え回路６によって外部（画像信号供給装置１８０）からの画像信号が入力されることによってその外部入力画像に切り換えられる。

このような使用者の操作の受付けによる画像切り替えを可能とすることにより、プロジェクタ１００が会議室等に固定的に設置されて初期設置準備が不要の時に、少しでも早く投射画像の内容を確認したいという使用者の意思に対応できる。

また、図２にて説明したように、操作パネル１７０に設けられたＡＦスイッチ５が随時操作されると、再び切替え回路６によりキャラクタジェネレータ７の出力が選択され、マイコン１６０は、キャラクタジェネレータ７の出力内容をＬＣＤドライバ１２１に送る。

この割り込み処置により、上述したＡＦ検出用原画像が液晶表示パネル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、その場合も後述するＳ１０４にループして動作が行われる。

Ｓ１０４では、図１，２に示したパッシブＡＦセンサ（ここではラインＣＣＤタイプを想定している）３００に、スクリーン２００上における画像が投射されている領域（投射領域）の下辺、すなわち投射領域と画像が投射されていない投射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させ、ラインセンサ３６およびラインセンサ３７のうち少なくとも一方の画素ごとの電荷蓄積および該電荷のＡ／Ｄ変換を行い、さらに該Ａ／Ｄ変換値（受光強度レベル）から画面内／画面外の明るさ判定を行う（Ｓ１０５）。つまり、本実施例では、明るさ判定を行うための受光手段として、パッシブＡＦセンサ３００を兼用している。

ここで、ラインセンサ上には、スクリーン２００上に設定した視野内における投射領域からの光と投射外領域からの光とが入射しているため、上記画素ごとのＡ／Ｄ変換値から、スクリーン２００上における投射領域の明るさ（投射レンズ１４０からの投射光と該投射光以外でスクリーン２００およびその周辺の投射環境にて存在する環境光とによる和の明るさ）と投射外領域の明るさ（環境光による明るさ）とを検出することができる。そして、本実施例では、これらの検出した明るさから、スクリーン２００上における環境光による明るさに対する投射光による明るさの関係を示す明るさ比情報を求める。

例えば、投射領域の明るさ（ここでは照度）が２０００lxで、投射外領域の明るさが５００lxであった場合、投射光による明るさは１５００lx（＝２０００−５００lx）で、環境光による明るさは５００lxである。したがって、明るさ比（＝投射光による明るさ：環境光による明るさ）は、３：１となる。

なお、ここで求める明るさ比は、投射領域の明るさ（投射光＋環境光による明るさ）と投射外領域の明るさ（環境光による明るさ）との比を示すものでもよい。上記具体例の場合、投射領域の明るさ：投射外領域の明るさは、４：１となる。

そして、求めた明るさ比（例えば、３：１）を、マイコン１６０のメモリ（ＲＯＭ４５）に記憶した判定閾値テーブルと照し合わせる。

ここで、図６には、判定閾値テーブルの概念図を示している。図中のＡは、上記明るさ比がとり得る範囲のうち、２：１を下限値とし、所定比を上限値とする検出可能領域（許容範囲）であり、上述した測距動作に適したコントラストが得られる領域である。

なお、ここにいう下限値は例に過ぎず、他の値であってもよい。また、下限値および上限値を可変としてもよい。また、明るさ比が投射領域の明るさと投射外領域の明るさとの比として求められる場合は、例えば４：１を下限値とすればよい。

そして、求められた明るさ比が上記検出可能領域Ａに入っている場合（例えば、明るさ比が３：１の場合）には、良好な明るさ比であるとしてＳ１１１に進み、最小測距回数である１回のみ前述した測距動作を行う（つまりは、測距回数を１回と決定する）。そして、その測距結果を用いてスクリーン２００までの距離を算出する（Ｓ１１２）。

一方、明るさ比が検出可能領域Ａ外である場合（例えば、明るさ比が１．５：１の場合）は、良好でない明るさ比であるとしてＳ１０６に進み、明るさ比が小さいほど（すなわち、検出可能領域Ａから離れるほど又は投射外領域の環境光の受光強度レベルが高いほど）測距回数を多い回数に決定する。また、このステップでは、測距回数をカウントするマイコン１６０内のカウンタ（図示せず）を初期化（０にセット）する。

測距回数の決定は、マイコン１６０のメモリ（ＲＯＭ４５）に記憶した、図６に示す回数テーブルを用いる。この回数テーブルには、検出可能領域Ａ外の明るさ比と測距回数との関係が示されており、この回数テーブルから明るさ比に応じた測距回数を読み出すことにより測距回数を決定する。

これにより、例えば、明るさ比が２：１を超えて小さいほど、３回、５回…等というように多くの測距回数が決定される。

これは、環境光による明るさに対して投射光による明るさが不足して明るさ比が２：１を下回ったり、プロジェクタ１００がその仕様上の使用距離から遠くスクリーン２００から離れるか投射画面サイズがきわめて大きくて投射光によるスクリーン２００上の明るさが２５０lxよりも暗くなり、投射光による明るさを検知できなかったりするというような場合は、測距精度が低下するので、測距回数を多くするものである。

なお、明るさ比が所定比（上限値）を超えて大きい場合には、通常は発生し得ない明るさ比状態として測距を行わない。

また、上述した最小測距回数および多くしていく測距回数はいずれも例であり、他の回数でもよく、可変としてもよい。

Ｓ１０６で測距回数が決定されると、Ｓ１０７に進み、前述した測距動作を行う。測距動作を行うごとに、マイコン１６０内の不図示のＲＡＭに測距値を記憶するとともに、上記カウンタ値（測距残数）を１デクリメントし（Ｓ１０８）、Ｓ１０９でカウンタ値が０になるまで測距動作、測距値の記憶（Ｓ１０７）およびカウンタ値のデクリメント（Ｓ１０８）を繰り返す。

Ｓ１０９でカウンタ値が０になると、Ｓ１１０にて上記ＲＡＭに記憶された各回の測距値の平均処理を公知の方法で行い、平均処理された測距データに基づいてスクリーン２００までの距離を算出する（Ｓ１１２）。

Ｓ１１２からはＳ１１３に進み、Ｓ１１２にて算出したスクリーン２００までの距離とフォーカスエンコーダ１４２により検出されたフォーカスレンズ１４８の現在の位置情報とに基づいてモータ駆動量を演算し、該駆動量の判定処理を行う（Ｓ１１４）。

駆動量がゼロである場合は、すでに焦点が合っているので次のステップ（例えば、切替え回路６を切り替え動作させて画像信号供給装置１８０からの画像信号を取り込む）に進む（Ｓ１１６）。駆動量がゼロでない場合には、フォーカスエンコーダ１４２により検出されるフォーカスレンズ１４８の位置を監視しつつ、フォーカス用モータ１４１を駆動し、焦点調節を行う（Ｓ１１５）。そして、Ｓ１０４に戻る。

なお、本実施例では、パッシブＡＦセンサ３００からの出力によりスクリーン２００までの距離を検出することを「測距」として説明したが、パッシブＡＦセンサ３００による２像相関演算により、位相差検出方式による投射レンズ１４０のデフォーカス量（焦点状態）の検出も可能である。そして、このデフォーカス量に基づいて合焦を得るためのフォーカスレンズ１４８の駆動量演算が可能である。このため、図５における「測距」を「焦点状態の検出（焦点検出）」とすることにより、いわゆる位相差検出方式によるＡＦ動作を行うことができる。

また、本実施例において、いわゆるコントラスト検出方式（山登り方式）のＡＦを行うこともできる。この場合、フォーカスレンズ１４８を駆動しながらパッシブＡＦセンサ３００からの出力信号の高周波成分の最大ピーク値が得られるフォーカスレンズ１４８の位置を探索して合焦を得るが、この最大ピーク値が得られるフォーカスレンズ１４８の位置探索動作を、上記明るさ比が中間領域にある場合は１回行う。一方、中間領域外にあるときには複数回（中間領域から離れるほど多く）行い、記憶した各回の探索位置の平均位置を最終的な合焦位置とすればよい。

図７には、本発明の実施例２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。

上記実施例１では、測距（又は焦点検出）用のパッシブＡＦセンサを投射領域と投射外領域の明るさ検出用のセンサとして兼用した場合について説明したが、本実施例では、専用の明るさ検出センサを使用している。

図７において、４００はプロジェクタ、４４０は投射レンズ、３００は実施例１で説明したのと同様のパッシブＡＦセンサである。

３００ａはパッシブＡＦセンサ３００の視野、Ｃは視野３００ａにその一部が含まれるように投射レンズ４４０から投射されたＡＦ用チャートである。

４１０はスクリーン２００上の投射レンズ４４０による画像の投射領域Ｐからの反射光を受光し、明るさ（受光強度レベル）に応じた信号を出力する投射領域受光強度センサ（受光手段）である。４１０ａはこの投射領域受光強度センサ４１０の視野（センサ４１０にて受光する光が反射されるスクリーン２００上の範囲）である。本実施例では、白画像を背景として投射レンズ４４０の光軸位置付近にＡＦ用チャートＣが表示されるようにスクリーン２００上に画像が投射されている。投射領域受光強度センサ４１０の視野４１０ａは、投射領域Ｐのうち上記ＡＦ用チャートＣの側方（ＡＦ用チャートＣを含まない範囲）近傍に設定されている。

さらに、４２０は投射外領域（投射領域Ｐの外側の領域）からの反射光を受光し、明るさ（受光強度レベル）に応じた信号を出力する投射外領域受光強度センサ（受光手段）である。４２０ａはこの投射外領域受光強度センサ４２０の視野（本実施例では、センサ４２０にて受光する光が反射されるスクリーン２００およびスクリーン外の範囲）である。

本実施例においては、投射領域受光強度センサ４１０からの出力と投射外領域受光強度センサ４２０からの出力とから、投射レンズ４４０からの投射光による明るさの環境光による明るさに対する関係（明るさ比）を求め、該明るさ比に基づいて、実施例１と同様な方法により測距（若しくは焦点検出）の回数を決定する。

図８には、本発明の実施例３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）４００’の構成を示す。

本実施例では、ＡＦ方式として、鮮鋭度検出方式（いわゆるボケ方式又はコントラスト検出方式）を採用し、実施例３に示した２像相関検出タイプのパッシブＡＦセンサ３００に代えて、鮮鋭度検出タイプのＡＦセンサ５００を使用している。

５００ａはＡＦセンサ５００の視野であり、該視野５００ａは、投射レンズ４４０から投射されたＡＦ用チャートＣの一部が含まれるように設定される。

そして、このＡＦセンサ５００とは別に、実施例３にて説明した投射領域受光強度センサ４１０と投射外領域受光強度センサ４２０とを用いている。なお、実施例３と同じ要素には、実施例３と同符号を付して説明に代える。

本実施例のプロジェクタ４００’での本発明に係る動作は実施例１にて追記した通りである。

（実施例４）
上記実施例１〜３では、画像の投射領域の明るさと投射外領域の明るさとを検出し、これらの検出結果から投射光による明るさと環境光による明るさとの関係（明るさ比）を求めた場合について説明したが、必ずしも投射外領域の明るさを検出しなくても、上記明るさ比を求めることが可能である。以下、このことについて説明する。

図９には、プロジェクタの投射輝度の説明図である。投射輝度１０００ANSIlmの小型プロジェクタにおける通常投射距離は、その投射輝度と画面サイズとから非常に限られた距離に限定されることを示したものである。具体的には、実用輝度投射範囲を４０から１００インチ画面とし、限定的に考えると投射による明るさは２０００ｌｘから２５０ｌｘとなる。

このため、白画面の投射画面内を検出した明るさが４０００ｌｘ相当であった場合には、常用距離での投射光による明るさは最大でもその半分であり、環境光による明るさが半分以上となる。

さらに環境光が明るくなると、より低コントラストになるので、測距（焦点検出）回数を増加する。この場合に、周囲の環境が明るすぎる旨の警告を表示や音等で行ってもよい。

この最高輝度環境の判定は、画面内輝度の検出だけでも行うことができる。この場合、画面上での白黒コントラストは２：１より低くなる。

また、検出した明るさが、２０００から４０００lxの場合には、環境光がゼロから３７５０lxまでのさまざまな可能性がある。さらに、検出した明るさが、２５０から２０００lxの場合には、環境光がゼロから２０００lxまでのさまざまな可能性がある。

これらの範囲では画面内外の輝度測定により、環境光を除去して判定し、明るさ比が２：１以上である場合には、検出可能領域Ａ内であるとして、最小回数、測距（焦点検出）を行う。明るさ比が２：１未満である場合と、検出した明るさが２５０ｌｘ以下でより暗い値になると、さらに検出精度が低下するので、測距（焦点検出）回数を増加させる。このとき、使用者に遠距離投射である旨の警告を表示や音で行うようにしてもよい。

以上説明したように、プロジェクタの使用状態において、
画像投射中の画面内の明るさ
＝通常使用距離での投射光による明るさ
＋画像投影に支障のない環境光による明るさ
は、所定範囲に収まる。そして、投射画像をプロジェクタによる最高輝度となる、全面白若しくは白地に黒パタンを一部配したチャートとした場合、投射輝度はさらに限定的な値に収まるため、所定範囲はより狭くなる。

したがって、明るさの絶対値を評価することで、日中の窓辺のように明るい、所定以上の環境光が無ければ到達しない明るさが検出された場合、測距（焦点検出）前からローコントラストであることが検出できるため、測距（焦点検出）回数を増加させて、合焦精度を向上させることができる。

また、上記所定範囲よりは暗く、かつ暗室環境における通常使用距離でのプロジェクタにより得られる明るさ以上である明るさ範囲（検出可能範囲Ａ）を検出した場合、投射距離が画像投影に適した（少なくとも「画像投影を行おう」と使用者が考える条件で用いられる確率が高いと予想できる）通常距離であると仮定すると、環境光が測距（焦点検出）に有利な程よい状態であることが事前にわかる。このため、コントラストは良好である確率が高いと予想でき、受光および測距（焦点検出）の回数を減じ、測距動作を迅速に完了することができる。

また、検出した明るさ比が上記検出可能範囲Ａより小さく、環境光がほとんど無い暗室状態で、かつ投射光が暗いという場合にしか生じない明るさである場合には、画面が暗くなるほどの大画面投影であると特定することが可能であり、この場合も、測距（焦点検出）回数を増加させることにより、合焦精度を向上させることができる。

そして、このような機構を、ビデオプロジェクタやそれを含むＡＶシステムに採用することにより、使用時に高い合焦精度を維持した上での焦点調節動作の高速化を図ることができる。したがって、システム全体の高性能化が達成され、初心者にも扱い容易となり、商品性が高まる。

なお、上述した各実施例では、受光強度レベルに応じて測距回数を変更する場合について説明したが、測距および焦点状態の検出精度を向上させる構成としてこれに限定されない。たとえば、受光強度レベルに応じて、ｉ）受光強度レベルが大きい（明るい）ほど、
ラインセンサ３６、３７の各画素における蓄積時間を短くし、ゲインを上げることで各画素の蓄積の飽和を防ぎ、出力信号の精度を向上させる構成、ii）受光強度レベルが大きい
（明るい）ほど、ラインセンサ３６、３７の複数の画素からの出力信号（アナルグ信号）をデジタル信号に変換する際のＡ/Ｄ変換器における変換ビット数を増加（たとえば８ビットを１６ビットにする）させてデジタル信号の情報量を増加させることにより、出力信号の精度（情報量）を向上させる構成、iii）ラインセンサ３６、３７の画素ピッチをさらに細かく分割した複数の画素を有するラインセンサを用い、ラインセンサからの出力信号数を増加させて出力情報の精度を向上させる構成としてもよい。

本発明の実施例１であるＡＦ液晶プロジェクタの構成を示す図。実施例１のＡＦセンサ部の構成を示す図。実施例１のＡＦ回路の概略構成を示す図。２像相関測距方式の説明図。実施例１の動作を示すフローチャート。実施例１の測距回数設定を示す概念図。本発明の実施例２であるＡＦ液晶プロジェクタの構成を示す図。本発明の実施例３であるＡＦ液晶プロジェクタの構成を示す図。プロジェクタの画面の明るさの説明図。

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

原画を形成する画像形成素子と、
前記画像形成素子からの光を投射面に投射する投射光学系と、
前記投射面からの光を用いた該投射面に対する距離又は前記投射光学系の前記投射面に対する焦点状態の検出動作を行うとともに、該検出結果に応じて前記投射光学系に含まれるフォーカスレンズの駆動を制御する制御手段と、
前記投射面からの光を受光し、その受光強度レベルに応じた信号を出力する受光手段とを有し、
前記制御手段は、前記受光手段からの信号に基づいて、前記投射光による明るさと環境光による明るさとの比、又は前記投射光と前記環境光による明るさの和と前記環境光による明るさとの比を求め、前記検出動作を行う回数を、前記明るさの比が許容範囲にあるときは決定可能な回数のうち最も少ない回数とし、前記許容範囲外にあるときは該明るさの比が前記許容範囲から離れるほど多い回数とし、該回数、前記検出動作を行うことを特徴とする投射型画像表示装置。
前記受光手段は、前記投射光学系による光の投射領域と投射外領域とを含む範囲からの光を受光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。
前記受光手段として、前記投射領域からの光を受光する第１の受光手段と、前記投射外領域からの光を受光する第２の受光手段とを有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。