JP4725083B2 - プロジェクタ装置、携帯電話 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示パネルを用いた投射型液晶プロジェクタのように、画像を投射面に投射してその投射像を生成するプロジェクタ装置であって、携帯電話やカメラに内蔵されるハンディタイプのプロジェクタ装置などに関する。
画像撮影用のカメラと、画像をスクリーン面などに投射するための投影表示部(プロジェクタ)を備えた携帯端末装置が知られている(特許文献1)。
特開2002−305567号公報
特許文献1に開示される携帯端末装置では、プロジェクタとカメラを備えていることにより、装置のコストアップや大型化につながるという問題がある。特に、プロジェクタにおける投射焦点位置とカメラにおける撮影焦点位置を調節する場合には、プロジェクタでは投射レンズの位置を調節し、カメラでは撮影レンズの位置を調節する必要がある。したがって、投射レンズの位置を調節するための機構と、撮影レンズの位置を調節するための機構とをそれぞれに設ける必要があり、装置のコストアップや大型化につながっている。
請求項1の発明によるプロジェクタ装置は、焦点位置が可変な撮影レンズを有し、その撮影レンズを通過する外部からの光束により被写体を撮影してその撮像画像を取得する撮像手段と、光源と、焦点位置が可変かつ前記撮影レンズと同一の光学特性を有する投射レンズとを有し、前記光源から出力されて前記投射レンズを通過する光束により、前記撮像手段が取得した前記撮像画像を投射像として投射面に投射する投射手段と、前記投射レンズの焦点位置および前記撮影レンズの焦点位置の両方を同時に変化させるための駆動力を発生する単一の駆動源と、前記投射レンズの光軸と前記撮影レンズの光軸とがそれぞれ平行となるように前記投射レンズと前記撮影レンズを並設して支持し、前記駆動源からの駆動力によって移動されて前記投射レンズの焦点位置および前記撮影レンズの焦点位置を変化させるレンズ支持手段と、前記投射手段による投射像のフォーカス状態を検出してそのフォーカス状態を調整する制御手段と、を備え、前記撮像手段は、前記投射手段が投射した投射像を撮像し、前記制御手段は、前記撮像手段が前記投射像を撮像した時に取得した撮像画像に基づいて、前記単一の駆動源の駆動を制御して前記投射レンズの焦点位置および前記撮影レンズの焦点位置を同時に調整することを特徴とする。
請求項1の発明によれば、単一の駆動源が発生する駆動力により、投射レンズの焦点位置および撮影レンズの焦点位置を共通に変化させることとした。このようにしたので、プロジェクタとカメラを備えた装置において、特にその投射焦点位置と撮影焦点位置を調節する場合に、装置のコストアップや大型化を抑えることができる。
また請求項8の発明によれば、投射レンズと撮影レンズが同一の光学特性を有することとしたので、投射レンズと撮影レンズで部品を共通化することができ、プロジェクタとカメラを備えた装置において、さらにコストアップを抑えることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の一実施形態による携帯可能なハンディタイプのプロジェクタ付き携帯電話機10の外観図である。(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は背面図をそれぞれ表している。図1において、プロジェクタ付き携帯電話機10の筺体は操作部1と表示部2によって構成されており、操作部1と表示部2は回動可能な折りたたみヒンジ部3を介して連結されている。すなわち、プロジェクタ付き携帯電話機10は折りたたみヒンジ部3を回動中心に折りたたみ可能な構造を有している。
操作部1には、ユーザからの操作入力を受け付けるための各種の操作キーが配設されている。この操作キーには、カメラ機能やメール送受信機能、インターネットへの接続機能などを備えた一般的な携帯電話機と同様のキーが含まれている。たとえば、通話を開始または終了するための操作キー、電話番号や文字等を入力するための操作キー、画面操作用のカーソルキー、カメラ撮影モードやメール送受信モード、インターネットへの接続モードなど各種の動作モードへ移行するための操作キーなどが含まれている。操作部1にはさらにこうした一般的な携帯電話機と同様の操作キーに加えて、後述するプロジェクタモジュール6を用いて画像を投射するモード(プロジェクタモード)へ移行するための操作キーが配設されている。たとえば、符号21に示す操作キーが押されるとプロジェクタモードへ移行し、プロジェクタモジュール6によって後で説明するようにして画像がスクリーンや壁面などの投射面に投射されて、その画像の投射像が生成される。
表示部2には、正面側にメイン液晶表示器4が配設され、背面側にサブ液晶表示器5が配設されている。表示部2の背面側にはさらに、プロジェクタモジュール6とカメラモジュール7が配設されている。
図2は、図1のプロジェクタ付き携帯電話機10の構成を説明するブロック図である。図2において、操作部1側にはCPU101と、メモリ102と、近距離通信部103と、マイク105と、外部インターフェイス(I/F)106と、電源107と、通信制御部108と、アンテナ109と、操作キー群110と、スピーカー111と、開閉角度センサ112とが備えられ、着脱可能なメモリカード104が実装されている。
表示部2側にはメイン液晶表示器4と、サブ液晶表示器5と、プロジェクタモジュール(プロジェクタ部)6と、カメラモジュール(カメラ部)7と、スピーカー201とが備えられている。
CPU101は、制御プログラムに基づいて、プロジェクタ付き携帯電話機10を構成する各部から入力される信号を用いて所定の演算を行うなどして、プロジェクタ付き携帯電話機10の各部に対する制御信号を送出することにより、電話機動作、カメラ動作、プロジェクタ動作をそれぞれ制御する。なお、制御プログラムはCPU101内の不図示の不揮発性メモリに格納されている。
メモリ102はCPU101の作業用エリアとして使用される。近距離通信部103は、たとえば、赤外線通信回路によって構成され、CPU101の指令により外部機器との間でデータを送受信する。また外部インターフェイス106は、CPU101の指令により不図示のケーブルまたはクレードルを介して外部機器との間でデータを送受信する。近距離通信部103または外部インターフェイス106を用いることにより、各種の映像・音声データを外部機器から入力することが可能である。
メモリカード104は不揮発性メモリによって構成され、CPU101の指令により、たとえば、カメラモジュール7より出力される画像データや、近距離通信部103または外部インターフェイス106を介して外部機器から入力される映像・音声データなどのデータの保存および読み出しが可能である。
マイク105は、集音した音声を電気信号に変換してCPU101へ送出する。音声信号は、録音時にはメモリカード104に記録され、通話時には通信制御部108へ送られる。スピーカー111は、CPU101から出力された音声信号による音声を再生する。操作キー群110は、前述した各種の操作キーを1つのブロックにまとめて表したものであり、押下された操作キーに対応する操作信号をCPU101へ送出する。通信制御部108は無線送受信回路を含み、CPU101の指令により不図示の基地局を介して他の電話機との間で通信を行う。通信制御部108は、電話音声の他にもカメラモジュール7で撮影された画像データや、プロジェクタモジュール6で投射するための画像データなどを送受信可能に構成されている。アンテナ109は通信制御部110の送受信アンテナである。
電源107は、たとえば、着脱可能な電池パックおよびDC/DC変換回路などで構成され、携帯電話機10内の各部に必要な電力を供給する。開閉角度センサ112は、折り畳みヒンジ部3の回動角、すなわちプロジェクタ付き携帯電話機10の折りたたみ角度θを検出して、CPU101へ送出する。
メイン液晶表示器4とサブ液晶表示器5は、CPU101の指令により画像やテキストなどの情報をそれぞれ表示する。スピーカー201は、通話時にCPU101から出力された音声信号による音声を再生する。
プロジェクタモジュール6は、投影レンズ61と、液晶パネル62と、LED光源63と、LED駆動部64と、液晶駆動部65とを含む。LED駆動部64は、CPU101から出力されるLED駆動信号に応じてLED光源63に電流を供給する。LED光源63は、供給電流に応じた出力でR(赤)、G(緑)およびB(青)の3原色光をそれぞれ照射して液晶パネル62を照明する。これら各色の光が合成されることにより、LED光源63から白色光が照射される。なお、RGB各色の光の強度は、LED駆動部64からの電流強度によってそれぞれ個別に調節することができる。
液晶駆動部65は、画像データに応じて液晶パネル駆動信号を生成し、生成した駆動信号で液晶パネル62を駆動することにより、液晶パネル62上に画像を表示する。具体的には、液晶層に対して画像信号に応じた電圧を画素ごとに印加する。電圧が印加された液晶層は液晶分子の配列が変わり、当該液晶層の光の透過率が変化する。この透過率の変化によって画像が表される。なお、液晶パネル62はカラーフィルタを有しており、各画素がRGBいずれかの色に対応している。これにより、液晶パネル62にはRGB各色の画素を組み合わせたカラー画像が表示される。
液晶パネル62に表示する画像は、メモリカード104に保存されている画像や、外部機器から入力された画像、後述するようにしてカメラモジュール7によって撮像された画像など、様々な画像の中から選択することができる。メイン液晶表示器4やサブ液晶表示器5に表示されている画像と同じものであってもよいし、動画像であってもよい。また、メール文章などを選択して表示するようにしてもよい。
以上説明したように選択された画像を液晶パネル62に表示した後、LED光源63から照射されたRGB各色の光を合成した白色光を通過させることにより、液晶パネル62に表示された画像の光像が生成される。投影レンズ61にはレンズ駆動部8が接続されている。レンズ駆動部8は、CPU101から出力される制御信号に基づいて、投影レンズ61を構成する焦点調節レンズ(不図示)を光軸に沿って前後方向へ駆動し、投影レンズ61の焦点位置(以下、投射焦点位置という)を変化させる。こうして投影レンズ61の焦点位置を変化させることにより、投射像のフォーカス状態の調節が行われる。LED光源63から出力されて液晶パネル62を透過した光束は、投影レンズ61を通過してスクリーンなどの投射面へ向けて投射される。このようにして、RGB各色の光を合成した白色光を用いて、選択された画像を投射面に投射して、その画像の投射像を生成する。
カメラモジュール7は、撮影レンズ71と、イメージセンサ72と、カメラ制御CPU73とを含む。イメージセンサ72としてはCCDやCMOS撮像素子などが用いられる。カメラ制御CPU73は、CPU101の指令によりイメージセンサ72を駆動制御する。撮影レンズ71には、投影レンズ61と同じくレンズ駆動部8が接続されている。レンズ駆動部8は、CPU101からの制御信号に応じて、撮影レンズ71を構成する焦点調節レンズ(不図示)を光軸に沿って前後方向へ駆動することにより、撮影レンズ71の焦点位置(以下、撮影焦点位置という)を変化させる。これにより、被写体像のピント調節が行われる。
撮影レンズ71は、イメージセンサ72の撮像面上に被写体像を結像させる。カメラ制御CPU73はイメージセンサ72に撮像を開始させ、撮像終了後にイメージセンサ72から蓄積電荷信号を読み出し、所定の信号処理を施した上で画像データとしてCPU101へ送出する。なお、カメラモジュール7で撮影した画像データを送信する場合にはCPU101から通信制御部108へ画像データが送出される。また、撮影画像を投射する場合にはカメラ制御CPU73からCPU101を経由してプロジェクタモジュール6へ画像データが送出される。このようにして、カメラモジュール7において撮影した被写体の撮像画像を取得する。
図3はプロジェクタモジュール6とカメラモジュール7の断面を示した図である。図2のレンズ駆動部8は、図3に示すレンズ駆動モータ81と、回転軸82と、ガイド軸83および84を有している。レンズ駆動モータ81は、投射焦点位置と撮影焦点位置の両方を変化させるための回転駆動力を発生する単一の駆動源であり、CPU101によってその駆動量が制御される。回転軸82は、レンズ駆動モータ81の回転駆動によって回転し、その駆動力を後で説明するようにして投影レンズ61と撮影レンズ71に伝える。ガイド軸83および84は、投影レンズ61と撮影レンズ71の位置をそれぞれの光軸に沿って移動させるときのガイド用の軸である。
図4は、図3の断面図を正面方向から見た様子を示した図である。(a)は、投影レンズ61と撮影レンズ71の中心点同士を結ぶ中心線92上に、回転軸82が位置している場合を示している。一方(b)は、その中心線上92に回転軸82が位置していない場合を示している。(a)(b)いずれの場合においても、投影レンズ61と撮影レンズ71はレンズ支持部9によってそれぞれ支持されている。そして、レンズ支持部9が投影レンズ61と撮影レンズ71を支持した状態において、その重さが左右でバランスのとれる重心位置を示している重心線91上に、回転軸82がいずれも位置している。なお、プロジェクタモジュール6とカメラモジュール7は、(a)と(b)のどちらで示すように構成されていてもよい。さらに、重心線91の付近であれば、回転軸82の位置は(a)または(b)に示すものに限らず、どの位置であってもよい。
レンズ支持部9は、投影レンズ61の光軸と撮影レンズ71の光軸が平行となるように、これらのレンズを支持している。このレンズ支持部9は回転軸82と螺合されており、回転軸82の回転に合わせて光軸方向に沿って移動する。すなわち、レンズ支持部9と回転軸82が螺合されている部分を作用点として、レンズ支持部9はその作用点において、レンズ駆動モータ81からの駆動力を受ける。レンズ駆動モータ81は、この作用点に与える駆動力によってレンズ支持部9を光軸方向に沿って移動させることにより、投射焦点位置と撮影焦点位置を変化させる。
なお、ここでは投影レンズ61と撮影レンズ71をそれぞれ単一のレンズによって図示しているが、実際にはこれらのレンズは、各々が異なる光学特性を有する複数のレンズからなる同一のレンズ群によってそれぞれ構成されている。そして、その複数のレンズに含まれている焦点調節レンズを、レンズ支持部9の移動によって前述したように光軸に沿って前後方向へ駆動することにより、投射焦点位置と撮影焦点位置をそれぞれ変化させることができる。
また、投影レンズ61と撮影レンズ71は、同一の光学特性を有している。そのため、レンズ駆動モータ81の駆動量に対する投射焦点位置の変化量の割合(投射焦点移動係数)と、レンズ駆動モータ81の駆動量に対する撮影焦点位置の変化量の割合(撮影焦点移動係数)とは、互いに等しい。したがって、プロジェクタ付き携帯電話機10に対する合焦距離が常にほぼ等しくなるように、投射焦点位置と撮影焦点位置を変化させることができる。
プロジェクタ付き携帯電話機10は、上記のように構成されるプロジェクタモジュール6によって生成される投射像の投射面における映り具合を調整するための動作(以下、キャリブレーション動作という)を、その投射像の投射中に繰り返し実行する。このキャリブレーション動作には、ピントが合った投射像を映すためのフォーカス状態の調節や、投射像の明るさやホワイトバランスの調節、台形歪みの補正などがある。これらのキャリブレーション動作は、上記のように構成されるカメラモジュール7により撮影して取得された投射像の撮像画像に基づいて行われるが、ここでは詳しい説明を省略する。
なお、カメラモジュール7における撮像画像のピント調節には、コントラスト検出方式と呼ばれる方法が用いられる。具体的には、撮影焦点位置を様々に変化させて撮像画像を取得し、その撮像画像のそれぞれについてコントラスト量を算出する。そして、CPU101において各撮像画像のコントラスト量を比較し、撮影焦点位置をコントラスト量が最大である撮像画像が取得されたときの位置に合わせるように、レンズ駆動モータ81を駆動する。すると、前述したようにプロジェクタ付き携帯電話機10に対する合焦距離が常にほぼ等しくなるように、撮影焦点位置に合わせて投射焦点位置も変化する。
ここで、投射焦点位置が投射面に近いほど高いコントラストの投射像が生成され、撮像焦点位置が投射面に近いほど投射像の撮像画像を高いコントラストで取得できる。したがって、上記のようにプロジェクタ付き携帯電話機10に対する合焦距離が常にほぼ等しくなるように撮影焦点位置と投射焦点位置が変化することにより、合焦状態とそうでない状態において算出されるコントラスト量の差を大きく取ることができ、撮像焦点位置と投射焦点位置をともに正確かつ高速に調節することができる。その様子を図5に示す。図5において、縦軸はAF評価値であるコンストラスト量を表し、横軸はレンズ位置を表している。撮影焦点位置と投射焦点位置を同時に動かした場合は、AF評価値がたとえば実線のグラフに示すように変化する。これに対して、撮影焦点位置のみを動かした場合は、AF評価値がたとえば破線のグラフに示すように変化する。このように、撮影焦点位置と投射焦点位置を同時に動かすと、撮影焦点位置のみを動かした場合に比べて、AF評価値の変化量をより大きくして、合焦距離を示すピーク値をより高くすることができる。したがって、撮像焦点位置と投射焦点位置をより正確かつ高速に調節することができる。なお、より一層の高精度を必要とする場合には、上記のような方法で求められた撮像焦点位置と投射焦点位置に一旦合わせた後、そこを中心としてさらに細かく刻んだ焦点位置の範囲において撮像焦点位置および投射焦点位置を変化させ、同様の処理を繰り返せばよい。
以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果を奏する。
(1)単一の駆動源であるレンズ駆動モータ81が発生する駆動力により、投影レンズ61の焦点位置および撮影レンズ71の焦点位置を共通に変化させることとした。このようにしたので、プロジェクタとカメラを備えた装置において、その投射焦点位置と撮影焦点位置を調節する場合に、装置のコストアップや大型化を抑えることができる。
(2)レンズ駆動モータ81の駆動量に対する投射焦点位置の変化量の割合である投射焦点移動係数と、レンズ駆動モータ81の駆動量に対する撮影焦点位置の変化量の割合である撮影焦点移動係数とは、互いに等しいこととした。このようにしたので、投射焦点位置と撮影焦点位置を単一の駆動源によって共通に変化させるときに、両者を同じように変化させることができる。
(3)投影レンズ61と撮影レンズ71が同一の光学特性を有することとした。具体的には、投影レンズ61と撮影レンズ71は、各々が異なる光学特性を有する複数のレンズからなる同一のレンズ群によってそれぞれ構成されることとした。このようにしたので、投射レンズと撮影レンズで部品を共通化することができ、さらにコストアップを抑えることができる。
(4)レンズ支持部9が投影レンズ61と撮影レンズ71を支持した状態における重心位置の付近に設けられた作用点において、レンズ駆動モータ81が与える駆動力によってレンズ支持部9を移動させることにより、投射焦点位置と撮影焦点位置を変化させることとした。このようにしたので、駆動源からの駆動力を効率よく投射レンズと撮影レンズに伝えることができる。
(5)プロジェクタ付き携帯電話機10に対する合焦距離が常にほぼ等しくなるように、投射焦点位置と撮影焦点位置を変化させることとしたので、合焦状態とそうでない状態において算出されるコントラスト量の差を大きく取ることができ、撮像焦点位置と投射焦点位置をともに正確かつ高速に調節することができる。
なお、上記の実施の形態では、焦点位置が可変な投射レンズと撮影レンズを用いて、これらのレンズの両方の焦点位置を単一の駆動源で変化させる例を説明した。このような場合において、投射レンズと撮影レンズが同一の光学特性を有することとすれば、上記と同様に投射レンズと撮影レンズで部品を共通化することができるため、プロジェクタとカメラを備えた装置においてコストアップを抑えることができる。さらにこの場合において、投射レンズと撮影レンズは、各々が異なる光学特性を有する複数のレンズからなる同一のレンズ群によってそれぞれ構成されることとしてもよい。
また、上記の実施の形態では、プロジェクタ機能が携帯電話機に組み込まれたプロジェクタ付き携帯電話機を例に説明した。しかし、上記に説明したような動作を行うプロジェクタ装置であれば、携帯電話機に組み込まれたものに限らず、プロジェクタ機能とカメラ機能を有する小型の携帯型電子機器であればどのようなものでもよい。あるいは、デジタルスチルカメラなどの電子式カメラにプロジェクタ機能を組み込み、上記のような動作を実行させるようにしてもよい。
上記の実施の形態では、投射手段をプロジェクタモジュール6、撮像手段をカメラモジュール7、駆動源をレンズ駆動モータ81によってそれぞれ説明したが、これはあくまで一例であって、本発明はこの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も、本発明の範囲内に含まれる。
本発明の一実施形態によるプロジェクタ付き携帯電話機の外観図である。 プロジェクタ付き携帯電話機のブロック図である。 プロジェクタモジュールとカメラモジュールの断面図である。 図3の断面図を正面方向から見た様子を示す図である。 レンズ位置を動かしたときにAF評価値が変化する様子を示す図である。
符号の説明
1:操作部 2:表示部
3:折りたたみヒンジ部 4:メイン液晶表示器
5:サブ液晶表示器 6:プロジェクタモジュール
7:カメラモジュール 8:レンズ駆動部
9:レンズ支持部 10:プロジェクタ付き携帯電話機
61:投影レンズ 62:液晶パネル
63:LED光源 64:LED駆動部
65:液晶駆動部 71:撮影レンズ
72:イメージセンサ 73:カメラ制御CPU
81:レンズ駆動モータ 82:回転軸
83:ガイド軸 84:ガイド軸
91:重心線 92:中心線
101:CPU 102:メモリ
103:近距離通信部 104:メモリカード
105:マイク 106:外部インターフェイス
107:電源 108:通信制御部
109:アンテナ 110:操作キー群
111:スピーカー 112:開閉角度センサ

Claims (4)

  1. 焦点位置が可変な撮影レンズを有し、その撮影レンズを通過する外部からの光束により被写体を撮影してその撮像画像を取得する撮像手段と、
    光源と、焦点位置が可変かつ前記撮影レンズと同一の光学特性を有する投射レンズとを有し、前記光源から出力されて前記投射レンズを通過する光束により、前記撮像手段が取得した前記撮像画像を投射像として投射面に投射する投射手段と、
    前記投射レンズの焦点位置および前記撮影レンズの焦点位置の両方を同時に変化させるための駆動力を発生する単一の駆動源と、
    前記投射レンズの光軸と前記撮影レンズの光軸とがそれぞれ平行となるように前記投射レンズと前記撮影レンズを並設して支持し、前記駆動源からの駆動力によって移動されて前記投射レンズの焦点位置および前記撮影レンズの焦点位置を変化させるレンズ支持手段と、
    前記投射手段による投射像のフォーカス状態を検出してそのフォーカス状態を調整する制御手段と、を備え、
    前記撮像手段は、前記投射手段が投射した投射像を撮像し、
    前記制御手段は、前記撮像手段が前記投射像を撮像した時に取得した撮像画像に基づいて、前記単一の駆動源の駆動を制御して前記投射レンズの焦点位置および前記撮影レンズの焦点位置を同時に調整することを特徴とするプロジェクタ装置。
  2. 請求項1に記載のプロジェクタ装置において、
    前記投射レンズと前記撮影レンズは、各々が異なる光学特性を有する複数のレンズからなる同一のレンズ群によってそれぞれ構成されることを特徴とするプロジェクタ装置。
  3. 請求項1又は2に記載のプロジェクタ装置において、
    前記プロジェクタ装置に対する合焦距離が常にほぼ等しくなるように、前記投射レンズの焦点位置と前記撮影レンズの焦点位置とを変化させることを特徴とするプロジェクタ装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載のプロジェクタ装置と、
    外部の無線通信設備を介して他の端末との通信を行うための無線通信手段とを備えることを特徴とする携帯電話。
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