JP4880359B2 - 測距装置、測距方法およびプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、２点間の距離を測定する測距装置、測距方法、およびプロジェクタに関する。

従来のカメラやプロジェクタには、オートフォーカス機能を備えているものがある。オートフォーカス機能は、対象物との距離を測定し、求めた距離に基づいてレンズを動かし、ピントを合わせるものである。以下に、対象物との距離を測定するために用いられる測距センサの一例を説明する。

測距センサは、光を対象物に放射するためのＬＥＤと、対象物からの反射光を検出するためのＰＳＤ(Position Sensitive Detector：位置検出素子)とを有する構成である。ＰＳＤは長方形状の検出領域を有し、検出領域に照射される、反射光のスポットの位置および光量によりＰＳＤの出力電圧が変化する。そして、出力電圧から検出領域におけるスポットの重心位置が求まり、重心位置の情報を用いて三角測量の原理により測距センサと対象物との距離を算出する（特許文献１参照）。

図７はＰＳＤの出力電圧と距離との関係を示すグラフである。横軸は距離であり、縦軸はＰＳＤの出力電圧である。なお、ＰＳＤなどの受光素子の出力電圧をセンサ出力電圧と称する。図７に示すように、センサ出力電圧は、測距センサと対象物との２点間の距離がほとんどゼロの状態から約１００ｃｍになるまで急激に増加するが、２点間の距離が約１００ｃｍを越えると、距離の変化に対して緩やかに減少していく。このように、センサ出力電圧は、特定の距離を境に増加から減少に変化する「折り返しがある特性」になっている。

ここで、ＰＳＤが「折り返しがある特性」になる理由を説明する。測距センサと対象物との２点間の距離が近すぎると、反射光のスポットがＰＳＤの検出領域の端の方にしか照射されないため、検出領域にスポットの一部しか照射されない。そのため、スポットの光の強度が強くても検出領域に照射される光量は少なく、２点間の距離がゼロに近いところでは、センサ出力電圧が小さい。続いて、２点間の距離を少しずつ離していくと、検出領域に照射されるスポットの面積が拡大し、検出領域に照射される光量が徐々に増加し、センサ出力電圧がだんだんと大きくなる。そして、２点間の距離が約１００ｃｍのところで、センサ出力電圧が最大となる。その後、２点間の距離をさらに大きくしていくと、対象物からの反射光がＰＳＤの検出領域に届きにくくなっていくため、検出領域に照射される光量が徐々に減少し、センサ出力電圧がだんだんと小さくなる。

図７に示した例では、測距センサの測距可能範囲として、１００ｃｍより小さい距離を利用せず、距離が１００ｃｍ以上５５０ｃｍ以下の範囲を利用する。距離５５０ｃｍは、センサの検出限界である出力電圧０．５Ｖに対応している。これにより、センサ出力電圧と距離との関係が一対一になり、センサ出力電圧に応じて距離を求めることが可能となる。

次に、オートフォーカス機能について説明する。上述のようにして測距センサの出力電圧と距離との関係を求める他に、フォーカス位置と距離との関係を予め求めておく。そして、センサ出力電圧−距離の特性と、フォーカス位置−距離の特性とから、センサ出力電圧−フォーカス位置の特性を求める。図８は測距センサの出力電圧とフォーカス位置との関係を示すグラフである。横軸および縦軸のそれぞれは、所定の式で変換した値をとっている。図８に示すグラフに基づいて、測距センサの出力電圧に応じてフォーカス位置を決めることで、ピントを合わせることが可能となる。
特開２００５−３３１５８５号公報

図７を用いて説明したように、従来の測距センサの出力電圧は、折り返しがある特性になっている。そのため、図７に示した例では、測距センサと対象物との２点間の距離が１００ｃｍ以上５５０ｃｍ以下の範囲を測距可能範囲としている。この例に示したような測距センサで、２点間の距離が１００ｃｍよりも小さい範囲についても測距しようとすると、以下のような問題が起こる。

図９は従来の測距センサの問題点を説明するためのグラフである。測距センサと対象物との距離が５０ｃｍになるように、この測距センサを備えたプロジェクタを配置したものとする。図９に示すように、上記２点間の距離が５０ｃｍとなるのはグラフの点Ａである。点Ａにおけるセンサ出力電圧は１．５Ｖであり、センサ出力電圧が１．５Ｖになるのは点Ａ以外にも点Ｂがある。点Ａと点Ｂではセンサ出力電圧が同じである。

プロジェクタが、オートフォーカス機能により２点間の距離を求めようとすると、１．５Ｖのセンサ出力電圧を測距センサで検出する。このセンサ出力電圧の値から図９に示したグラフの点Ｂであると認識してしまうと、２点間の距離を２００ｃｍとしてフォーカスを合わせようとしてしまう。ここでは、２点間の距離を、グラフの点Ａに相当する５０ｃｍにしているため、フォーカスが合わなくなってしまう。最終的にフォーカスが合ったか合わなかったかを検出するセンサを設けている場合には、フォーカスを合わせようとして無理に動作し、誤動作を起こすおそれがある。

上述したように、従来の測距センサでは、センサ出力電圧の１つの値に対して２通りの距離が求まってしまう。このまま、従来の測距センサを用いて測距範囲を広げようとすると、センサ出力電圧から求まる２つの距離のうちいずれかを選択するかにより、フォーカスが合ったり、合わなかったりして、オートフォーカス機能が不安定になってしまうという問題が発生する。

本発明は上述したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、従来よりも測距可能範囲を拡大した測距装置、測距方法、およびプロジェクタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の測距装置は、
反射物に光を照射するための発光素子と、
前記反射物からの反射光の受光位置および光量に対応した信号である第１の信号を出力する第１の受光素子と、
前記第１の受光素子よりも受光感度が低く、前記反射物からの反射光の強度に対応した信号である第２の信号を出力する第２の受光素子と、
前記第１の受光素子から前記第１の信号を受信すると、前記発光素子と前記反射物との間の距離の候補として、値の異なる２通りの距離を該第１の信号に基づいて算出し、前記第２の信号を受信しているか否かを判定し、該第２の信号を受信している場合、前記２通りの距離のうち短い方の距離を選択し、該第２の信号を受信していない場合、前記２通りの距離のうち長い方の距離を選択する制御部と、
を有する構成である。

本発明では、反射物が発光素子に近ければ、第２の受光素子で光が検出されるため、２通りの距離の候補のうち短い方の距離が選択される。一方、反射物が発光素子から遠く離れていれば、第２の受光素子で光が検出されないため、２通りの距離の候補のうち長い方の距離が選択される。

また、本発明の測距装置は、
反射物に光を照射するための発光素子と、
前記反射物からの反射光の受光位置および光量に対応した信号である第１の信号を出力する第１の受光素子と、
前記第１の受光素子よりも受光感度が低く、前記反射物からの反射光の強度に対応した信号である第２の信号を出力する第２の受光素子と、
前記第２の受光素子が光を検出したか否かを判定するための基準となる閾値が予め格納され、前記第１の受光素子から前記第１の信号を受信すると、前記発光素子と前記反射物との間の距離の候補として、値の異なる２通りの距離を該第１の信号に基づいて算出し、前記第２の信号による値と前記閾値とを比較し、該第２の信号による値が該閾値以上である場合、前記２通りの距離のうち短い方の距離を選択し、該第２の信号による値が該閾値よりも小さい場合、前記２通りの距離のうち長い方の距離を選択する制御部と、
を有する構成である。

本発明では、反射物が発光素子に近ければ、第２の受光素子から受信する信号の値が閾値以上の大きさになるため、２通りの距離の候補のうち短い方の距離が選択される。一方、反射物が発光素子から遠く離れていれば、第２の受光素子から受信する信号による値が閾値よりも小さくなるため、２通りの距離の候補のうち長い方の距離が選択される。また、第２の受光素子の検出感度に対応して閾値を予め設定しているため、種々の受光素子を用いることが可能となる。

一方、上記目的を達成するための本発明のプロジェクタは、
投写レンズと、
受信する制御信号に応じて前記投写レンズを駆動するフォーカス調整部と、
反射物に光を照射するための発光素子と該反射物からの反射光の受光位置および光量に対応した信号である第１の信号を出力する第１の受光素子とを含む測距センサと、
前記第１の受光素子よりも受光感度が低く、前記反射物からの反射光の強度に対応した信号である第２の信号を出力する第２の受光素子と、
前記第１の受光素子から前記第１の信号を受信すると、前記発光素子と前記反射物との間の距離の候補として、値の異なる２通りの距離を該第１の信号に基づいて算出し、前記第２の信号を受信しているか否かを判定し、該第２の信号を受信している場合、前記２通りの距離のうち短い方の距離を選択し、該第２の信号を受信していない場合、前記２通りの距離のうち長い方の距離を選択し、選択した距離に対応した制御信号を前記フォーカス調整部に送信する制御部と、
を有する構成である。

また、上記目的を達成するための本発明の測距方法は、反射物に光を照射するための発光素子ならびに該反射物からの反射光の受光位置および光量に対応した信号である第１の信号を出力する第１の受光素子を含む測距センサと、該第１の受光素子から受信する信号により前記発光素子と前記反射物との距離を算出する制御部とを有する測距装置による測距方法であって、
前記第１の受光素子よりも受光感度が低く、前記反射物からの反射光の強度に対応した信号である第２の信号を出力する第２の受光素子を備え、
前記制御部は、
前記第１の受光素子から前記第１の信号を受信すると、前記発光素子と前記反射物との間の距離の候補として、値の異なる２通りの距離を該第１の信号に基づいて算出し、
前記第２の信号を受信しているか否かを判定し、前記第２の信号を受信している場合、前記２通りの距離のうち短い方の距離を選択し、該第２の信号を受信していない場合、前記２通りの距離のうち長い方の距離を選択するものである。

本発明によれば、オートフォーカス機能の動作可能な距離範囲を拡大できる。従来、オートフォーカス機能に誤動作を起こすおそれのあった距離でも、その距離を測定することが可能となる。

本発明の測距装置は、検出感度の低い受光素子を新たに設け、その受光素子の検出値で測距センサによる測定結果から正しい値を選択可能にしたことを特徴とする。

本実施例の測距装置の構成を説明する。本実施例では、測距装置をプロジェクタに設けた場合とする。

図１は本実施例のプロジェクタの一構成例を示すブロック図である。図２は測距装置の要部を示すブロック図である。

図１に示すように、プロジェクタ１は、投写レンズ１１と、フォーカス調整部１２と、測距センサ１４と、制御部１０と、操作部１５とを有する。また、本実施例のプロジェクタ１には、ＰＳＤよりも受光感度の低い受光素子２７が設けられている。受光素子２７として、本実施例では、フォトトランジスタを用いている。制御部１０は、プログラムにしたがって所定の処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２１と、プログラムを格納するためのメモリ２２とを有する。

なお、図に示していないが、プロジェクタ１には、光源、光源からの光束を部分的に反射または透過する、液晶デバイスに代表される表示デバイス、外部からの映像信号に対して画像処理（Ａ／Ｄ変換、同期信号分離、ならびに、フレームメモリに対する画像データの書き込みおよび読み出しなど）を行う画像処理部、画像処理部からの画像データに基づいて表示デバイスを駆動する駆動部など、プロジェクタとしての機能を実現するための構成が設けられている。これらの構成は、従来と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

投写レンズ１１は、ライトバルブによって形成された画像をスクリーン２上に投写するための複数のレンズを有している。少なくとも一部のレンズが光軸に沿って前後に移動することで、スクリーン２上における焦点位置を調整することが可能である。焦点位置の調整が可能な機構としては、投写レンズ１１全体を移動する機構や、投写レンズ１１の一部のレンズを移動する機構など様々な機構を適用することが可能であるが、ここでは、広く一般的に用いられている、投写レンズのフォーカスレンズの位置が移動可能な機構を用いる。

フォーカス調整部１２は、投写レンズ１１におけるレンズの移動を行うためのレンズモータを有し、制御部１０からの制御信号に応じてレンズモータを駆動する。

操作部１３には、プロジェクタ１を動作させるための複数の操作ボタンやスイッチなどが設けられている。複数の操作ボタンの中には、オートフォーカス機能を動作させるためのフォーカスボタンが含まれる。

図２に示すように、測距センサ１４は、プロジェクタ１の前面（投写レンズ１１）からスクリーン２までの距離を計測するためのものである。測距センサ１４は、発光素子となるＬＥＤ２５と、受光素子となるＰＳＤ２６とを有する構成である。ＬＥＤ２５が赤外線を放射し、反射物となるスクリーン２からの反射光をＰＳＤ２６が検出する。ＰＳＤ２６の出力は制御部１０に入力される。

受光素子２７は、ＬＥＤ２５の反射光を検出すると、反射光の強度に応じた信号を出力する。図３は受光素子２７のセンサ出力電圧と距離との関係を示すグラフである。図３では、比較のためにＰＳＤ２６の特性を示す。

ＬＥＤ２５とスクリーン２との距離が近すぎると、スクリーン２に反射する光のほとんどがＬＥＤ２５付近に照射され、受光素子２７には反射光が到達せず、図３に示すように、受光素子２７のセンサ出力電圧はゼロに近い値となる。ＬＥＤ２５とプロジェクタ１との距離を少しずつ離すと、スクリーン２に反射する光が受光素子２７に徐々に照射されるようになり、受光素子２７のセンサ出力電圧が増加する。さらに、スクリーン２をプロジェクタ１から遠ざけると、受光素子２７はＰＳＤ２６よりも受光感度が低いため、センサ出力電圧は、距離５０ｃｍ付近で最大値をとり、その後、距離が長くなるにつれて減少する。距離１００ｃｍ付近で、受光素子２７のセンサ出力電圧が検出限界の０．５Ｖとなる。

制御部１０のＣＰＵ２１は、操作部１５のフォーカスボタンが押されると、測距センサ１４のＬＥＤ２５を発光させる。ＰＳＤ２６からの信号を受信すると、従来と同様にして、ＰＳＤ２６からの信号によるセンサ出力電圧の値に基づいて、三角測量の原理によりスクリーン２とプロジェクタ１との間の距離の候補を２通り算出する。２通りの距離が求まると、受光素子２７から信号を受信したか否かを判定する。判定の結果、受光素子２７から信号を受信している場合、２通りの距離のうち短い方の距離を選択する。一方、受光素子２７から信号を受信していない場合、２通りの距離のうち長い方の距離を選択する。その後、決定した距離に対応して、投写レンズ１１内のレンズを移動させるためにレンズモータを駆動するための制御信号をフォーカス調整部１２に送信する。

図４は本実施例の測距装置の測距可能範囲を示すグラフである。図４に示すように、本実施例の測距可能範囲は、２点間の距離がＰＳＤ２６のセンサ出力電圧の最大値となる１００ｃｍの距離よりも長い方の距離に相当する特性１の範囲に限らず、１００ｃｍの距離よりも短い方の距離に相当する特性２の範囲も含まれる。測距可能範囲は、従来に比べて、特性２の範囲が拡大している。

次に、本実施例の測距装置による測距方法を説明する。図５は本実施例の測距方法を説明するための模式図である。図５に示す反射物２０はスクリーン２に相当する。図６は本実施例の測距方法の手順を示すフローチャートである。

制御部１０は、操作部１５のフォーカスボタンが押されると、測距センサ１４のＬＥＤ２５を発光させる。その後、ＰＳＤ２６からの信号を受信すると、従来と同様にして、三角測量の原理により反射物２０とプロジェクタ１との距離を算出する（ステップ１０１）。２通りの距離が求まると、受光素子２７から信号を受信しているか否かを判定する（ステップ１０２）。判定の結果、受光素子２７から信号を受信している場合、２通りの距離のうち短い方の距離を選択する（ステップ１０３）。一方、受光素子２７から信号を受信していない場合、２通りの距離のうち長い方の距離を選択する（ステップ１０４）。

図５の模式図を用いて、本実施例の測距方法を説明する。図５は、反射物２０を測距センサ１４の近くに配置した場合と、反射物２０を測距センサ１４から遠くに配置した場合の２通りを示す。

反射物２０を測距センサ１４の近くに配置した場合、ＬＥＤ２５から発光された赤外線は破線の経路をたどってＰＳＤ２６に入力される。ステップ１０１で、制御部１０がＰＳＤ２６から受信する信号により、図４に示したグラフの特性１と特性２から２通りの距離を候補として算出する。また、反射物２０で反射した赤外線が光路１で受光素子２７に入力される。この場合、反射物２０とプロジェクタ１との距離が近いため、受光素子２７に入力される赤外線の強度は強く、受光素子２７は光を検出してセンサ出力電圧に対応する信号を制御部１０に送信する。よって、制御部１０は、図４に示したグラフの特性１を選択し、２通りの距離のうち短い方の距離に決定する（ステップ１０３）。

一方、反射物２０を測距センサ１４から遠く離して配置した場合、ＬＥＤ２５から発光された赤外線は実線の経路をたどってＰＳＤ２６に入力される。ステップ１０１で、制御部１０がＰＳＤ２６から受信する信号により、図４に示したグラフの特性１と特性２から２通りの距離を候補として算出する。また、反射物２０で反射した赤外線が光路２で受光素子２７に入力される。この場合、反射物２０とプロジェクタ１との距離が遠いため、受光素子２７に入力される赤外線の強度は弱く、受光素子２７は光を検出することができない。そのため、受光素子２７は信号を制御部１０に送らない。よって、制御部１０は、図４に示したグラフの特性２を選択し、２通りの距離のうち長い方の距離に決定する（ステップ１０４）。

上述のようにして、反射物２０とプロジェクタ１との間の距離を決定した後、制御部１０は、決定した距離に対応して投写レンズ１１内のフォーカスレンズを移動させるために、レンズモータを駆動させるための制御信号をフォーカス調整部１２に送信する。

本実施例の測距方法により、図４に示したグラフの特性１と特性２の両方の特性を使用し、従来使用していなかった測距範囲を利用可能とすることで、オートフォーカスの動作可能な距離範囲を拡大できる。また、従来の測距センサをそのまま用いてオートフォーカス機能に誤動作を起こすおそれのあった距離でも、誤動作の発生を防止し、その距離を測定することが可能となる。

なお、本実施例では、受光素子２７を測距センサ１４と別の構成にしたが、測距センサ１４に受光素子２７を含むような構成にしてもよい。

また、本実施例では、受光素子２７は検出限界以下であると信号を出力しないとしたが、受光素子２７から受信する信号に基づいて、受光素子２７が光を検出したか否かを制御部１０が判定するようにしてもよい。制御部１０のメモリ２２に、受光素子２７が光を検出したか否かを判定するための基準となる閾値を予め格納しておく。そして、ＣＰＵ２１は、受光素子２７から信号を受信すると、受信した信号による値が閾値以上であるか否かを判定する。受信した信号による値が閾値以上である場合、２通りの距離のうち短い方の距離を選択し、その値が閾値よりも小さい場合、２通りの距離のうち長い方の距離を選択する。受光素子の検出限界値に対応して閾値を予め設定し、その受光素子が光を検出したか否かを制御部１０で判定させることで、多くの種類の受光素子を適用することが可能となる。

また、フォトトランジスタの代りに測距距離の短い測距センサを使用することにより、より正確に短い距離の測定が可能であり、これと組み合わせることにより、より正確にオートフォーカスを機能させることが可能となる。

さらに、本発明の測距装置を、プロジェクタに限らず、カメラに適用することも可能である。さらに、２点間の距離を求める装置や方法において、プロジェクタやカメラに限らず、本発明を適用することが可能である。

本実施例のプロジェクタの一構成例を示すブロック図である。 本実施例の測距装置の要部を示すブロック図である。 本実施例に用いられる受光素子の出力特性を示すグラフである。 本実施例の測距装置の測距可能範囲を示すグラフである。 本実施例の測距方法を説明するための模式図である。 本実施例の測距方法の手順を示すフローチャートである。 従来の測距センサの測定可能範囲を示すグラフである。 測距センサ出力電圧−フォーカス位置の特性を示すグラフである。 従来の測距センサの問題点を説明するためのグラフである。

符号の説明

１ プロジェクタ
１０ 制御部
１１ 投写レンズ
１２ フォーカス調整部
１４ 測距センサ
２５ ＬＥＤ
２６ ＰＳＤ
２７ 受光素子

Claims (4)

1. 反射物に光を照射するための発光素子と、
   前記反射物からの反射光の受光位置および光量に対応した信号である第１の信号を出力する第１の受光素子と、
   前記第１の受光素子よりも受光感度が低く、前記反射物からの反射光の強度に対応した信号である第２の信号を出力する第２の受光素子と、
   前記第１の受光素子から前記第１の信号を受信すると、前記発光素子と前記反射物との間の距離の候補として、値の異なる２通りの距離を該第１の信号に基づいて算出し、前記第２の信号を受信しているか否かを判定し、該第２の信号を受信している場合、前記２通りの距離のうち短い方の距離を選択し、該第２の信号を受信していない場合、前記２通りの距離のうち長い方の距離を選択する制御部と、
   を有する測距装置。
2. 反射物に光を照射するための発光素子と、
   前記反射物からの反射光の受光位置および光量に対応した信号である第１の信号を出力する第１の受光素子と、
   前記第１の受光素子よりも受光感度が低く、前記反射物からの反射光の強度に対応した信号である第２の信号を出力する第２の受光素子と、
   前記第２の受光素子が光を検出したか否かを判定するための基準となる閾値が予め格納され、前記第１の受光素子から前記第１の信号を受信すると、前記発光素子と前記反射物との間の距離の候補として、値の異なる２通りの距離を該第１の信号に基づいて算出し、前記第２の信号による値と前記閾値とを比較し、該第２の信号による値が該閾値以上である場合、前記２通りの距離のうち短い方の距離を選択し、該第２の信号による値が該閾値よりも小さい場合、前記２通りの距離のうち長い方の距離を選択する制御部と、
   を有する測距装置。
3. 投写レンズと、
   受信する制御信号に応じて前記投写レンズを駆動するフォーカス調整部と、
   反射物に光を照射するための発光素子と該反射物からの反射光の受光位置および光量に対応した信号である第１の信号を出力する第１の受光素子とを含む測距センサと、
   前記第１の受光素子よりも受光感度が低く、前記反射物からの反射光の強度に対応した信号である第２の信号を出力する第２の受光素子と、
   前記第１の受光素子から前記第１の信号を受信すると、前記発光素子と前記反射物との間の距離の候補として、値の異なる２通りの距離を該第１の信号に基づいて算出し、前記第２の信号を受信しているか否かを判定し、該第２の信号を受信している場合、前記２通りの距離のうち短い方の距離を選択し、該第２の信号を受信していない場合、前記２通りの距離のうち長い方の距離を選択し、選択した距離に対応した制御信号を前記フォーカス調整部に送信する制御部と、
   を有するプロジェクタ。
4. 反射物に光を照射するための発光素子ならびに該反射物からの反射光の受光位置および光量に対応した信号である第１の信号を出力する第１の受光素子を含む測距センサと、該第１の受光素子から受信する信号により前記発光素子と前記反射物との距離を算出する制御部とを有する測距装置による測距方法であって、
   前記第１の受光素子よりも受光感度が低く、前記反射物からの反射光の強度に対応した信号である第２の信号を出力する第２の受光素子を備え、
   前記制御部は、
   前記第１の受光素子から前記第１の信号を受信すると、前記発光素子と前記反射物との間の距離の候補として、値の異なる２通りの距離を該第１の信号に基づいて算出し、
   前記第２の信号を受信しているか否かを判定し、前記第２の信号を受信している場合、前記２通りの距離のうち短い方の距離を選択し、該第２の信号を受信していない場合、前記２通りの距離のうち長い方の距離を選択する、測距方法。

Images