JP5497698B2 - オートフォーカス機能を有する投影装置及びそのオートフォーカス方法 - Google Patents

Description

本発明は、投影装置に関し、特に、オートフォーカス機能を有する投影装置及びそのオートフォーカス方法に関する。

投影装置は、例えば、ビジネス、教育、生活など様々な場面で広く利用され、持ち運びに便利なように、小型化された様々な投影装置が市販されている。そのなかでも、静的なスチール撮影機能、動的なビデオ撮影機能又は携帯電話の機能を兼ね備えた投影装置もある。

投影装置を使用する際、明瞭な画像をスクリーン上に投影することができるように、ユーザは、投影装置の投影レンズを光軸上の位置に合うように手動で調整し、投影レンズの結像面とスクリーンとが同一面になるようにする（即ち、焦点が合った状態にする）。しかし、従来市販されている投影装置は、ユーザが手動で焦点を合わせなければならないものがほとんどである。

一般に大型の投影装置は、レンズのサイズが大きく、焦点を合わせるのに必要な移動行程が大きいため、ユーザが手動により焦点を合わせる操作はそれほど困難でないが、小型の投影装置や、投影機能を有するカメラ、撮影装置、携帯電話などは、本体を小型にする必要があるために、その投影レンズの体積が非常に小さく、焦点を合わせるのに必要な移動行程が制限された。そのため、手動により焦点を合わせるには理想的でなかった。

従来の投影装置オートフォーカスの技術（例えば、特許文献１）は、距離測定装置を利用して投影装置とスクリーンとの間の距離を測定した後、ステッピングモータにより投影装置のレンズを焦点位置まで変位させる。しかし、このようなオートフォーカス技術は、焦点を合わせる動作が完了した後の投影画像が明瞭であるか否かを検知することができない上、距離測定装置の消費電力が多いため、小型の投影装置に使用するには理想的でなかった。

台湾特許出願公開第２００４１２４６９号公報

本発明の第１の目的は、オートフォーカス機能を有する投影装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、焦点を合わせる動作が完了した後、スクリーン上に投影される画像を明瞭にすることができるオートフォーカス機能を有する投影装置を提供することにある。
本発明の第３の目的は、焦点を合わせる動作が完了した後、スクリーン上に投影される画像を正確かつ明瞭にすることができる投影装置のオートフォーカス方法を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の投影装置のオートフォーカス方法は、（ａ）第１の結像レンズにより、画像光源をスクリーン上に投影して画像を形成するステップと、（ｂ）第２の結像レンズにより、前記スクリーン上の画像をイメージセンサユニットに結像させるステップと、（ｃ）所定の距離及び方向で前記第２の結像レンズの光軸に沿うように、前記第２の結像レンズを移動させ、前記レンズのそれぞれの位置において前記イメージセンサユニットを起動させて画像をキャプチャし、前記レンズのそれぞれの位置における画像鮮明度を計算し、画像鮮明度が最良となる箇所に前記第２の結像レンズを位置させるステップと、（ｄ）前記第１の結像レンズの光軸に沿うように、所定の距離及び方向で前記第１の結像レンズを移動させ、前記レンズのそれぞれの位置において前記イメージセンサユニットを起動させて画像をキャプチャし、前記レンズのそれぞれの位置における画像鮮明度を計算し、画像鮮明度が最良となる箇所に前記第１の結像レンズを位置させるステップと、を含むことを特徴とする。

前記ステップ（ｃ）及び（ｄ）の画像鮮明度は、画像コントラスト値に基づいて判断することが好ましい。

前記ステップ（ｃ）は、（ｃ１）前記イメージセンサユニットを起動し、前記第２の結像レンズにより結像した画像をキャプチャし、前記キャプチャした画像の画像コントラスト値を計算するサブステップと、（ｃ２）前記サブステップ（ｃ１）で計算した画像コントラスト値を記憶するサブステップと、（ｃ３）前記第２の結像レンズの光軸に沿って、前記第２の結像レンズを第１の方向で所定距離、移動させるサブステップと、（ｃ４）前記イメージセンサユニットを起動し、前記第２の結像レンズにより結像した画像をキャプチャし、前記キャプチャした画像の画像コントラスト値を計算するサブステップと、（ｃ５）前記サブステップ（ｃ４）で得た画像コントラスト値と、前記サブステップ（ｃ２）で記憶した画像コントラスト値とを比較し、前記サブステップ（ｃ４）で得た画像コントラスト値が前記サブステップ（ｃ２）で記憶した画像コントラスト値より大きい場合、前記第２の結像レンズの光軸に沿って、前記第２の結像レンズを第１の方向で所定距離、移動させ、前記サブステップ（ｃ４）で得た画像コントラスト値が前記サブステップ（ｃ２）で記憶した画像コントラスト値より小さい場合、前記第２の結像レンズの光軸に沿って、前記第２の結像レンズを第１の方向と反対方向である第２の方向で所定距離、移動させるサブステップと、（ｃ６）前記サブステップ（ｃ４）で得た画像コントラスト値を記憶するサブステップと、（ｃ７）前記イメージセンサユニットを起動し、前記第２の結像レンズにより結像した画像をキャプチャし、前記キャプチャした画像の画像コントラスト値を計算するサブステップと、（ｃ８）新たな画像コントラスト値と、前回記憶した画像コントラスト値とを比較し、新たな画像コントラスト値が前回記憶した画像コントラスト値より大きい場合、前記第２の結像レンズを前回と同様の方向で所定距離、移動させるサブステップと、（ｃ９）新たな画像コントラスト値を記憶するサブステップと、（ｃ１０）前記サブステップ（ｃ７）〜（ｃ９）を繰り返し行い、新たな画像コントラスト値が前回の画像コントラスト値より小さい場合、前記第２の結像レンズを元の所に留め置くサブステップと、を含むことが好ましい。

前記サブステップ（ｃ５）において、前記第２の結像レンズを第２の方向で移動させる距離は、前記第２の結像レンズを第１の方向で移動させる距離より大きいことが好ましい。

前記ステップ（ｄ）は、（ｄ１）前記第１の結像レンズの光軸に沿って、前記第１の結像レンズを第３の方向で所定距離、移動させるサブステップと、（ｄ２）前記イメージセンサユニットを起動し、前記第２の結像レンズにより結像した画像をキャプチャし、前記キャプチャした画像の画像コントラスト値を計算するサブステップと、（ｄ３）前記サブステップ（ｄ２）で得た画像コントラスト値と、前回記憶した画像コントラスト値とを比較し、前記サブステップ（ｄ２）で得た画像コントラスト値が前回記憶した画像コントラスト値より大きい場合、前記第１の結像レンズの光軸に沿って、前記第１の結像レンズを第３の方向で所定距離、移動させ、前記サブステップ（ｄ２）で得た画像コントラスト値が前回記憶した画像コントラスト値より小さい場合、前記第１の結像レンズの光軸に沿って、前記第１の結像レンズを第３の方向と反対方向である第４の方向で所定距離、移動させるサブステップと、（ｄ４）前記サブステップ（ｄ２）で得た画像コントラスト値を記憶するサブステップと、（ｄ５）前記イメージセンサユニットを起動し、前記第２の結像レンズにより結像した画像をキャプチャし、前記キャプチャした画像の画像コントラスト値を計算するサブステップと、（ｄ６）新たな画像コントラスト値と、前回記憶した画像コントラスト値とを比較し、新たな画像コントラスト値が前回記憶した画像コントラスト値より大きい場合、前回と同様の方向で前記第１の結像レンズを所定距離、移動させるサブステップと、（ｄ７）新たな画像コントラスト値を記憶するサブステップと、（ｄ８）前記ステップ（ｄ５）〜（ｄ７）を繰り返し行い、新たな画像コントラスト値が前回の画像コントラスト値より小さい場合、前記第１の結像レンズを元の所に留め置くサブステップと、を含むことが好ましい。

前記イメージセンサユニットがキャプチャする画像は、前記第２の結像レンズが結像した画像のなかの１つの部分的な画像であることが好ましい。

前記イメージセンサユニットがキャプチャする画像は、前記第２の結像レンズにより結像した画像のなかの異なる箇所における複数の部分的な画像であることが好ましい。

前記ステップ（ｄ３）において、前記第１の結像レンズを第４の方向で移動させる距離は、前記第１の結像レンズを第３の方向で移動させる距離より大きいことが好ましい。

上記目的を達成するためになされた請求項９に記載のオートフォーカス機能を有する投影装置は、画像光源を生成して出力する画像光源発生装置と、前記画像光源をスクリーン上に投影して画像を生成する第１の結像レンズと、光学画像を検知し、電気信号に変換して出力するイメージセンサユニットと、前記第１の結像レンズにより前記スクリーン上に投影する画像を前記イメージセンサユニットに結像させる第２の結像レンズと、テンポラリメモリと、前記イメージセンサユニット及び前記テンポラリメモリとそれぞれ電気的に接続され、前記イメージセンサユニットの電気信号を受信した後に計算し、画像鮮明度の値に変換してから前記テンポラリメモリへ出力し、異なる時間点で計算して得た画像鮮明度を比較し、その比較結果に基づいて制御信号を出力するマイクロプロセッサと、前記マイクロプロセッサと電気的に接続され、前記マイクロプロセッサから出力された制御信号を受信し、前記第１の結像レンズの光軸に沿って、前記第１の結像レンズを移動させたり、前記第２の結像レンズの光軸に沿って、前記第２の結像レンズを移動させたりする少なくとも１つの駆動装置と、を備えることを特徴とする。

前記イメージセンサユニットはＣＣＤであることが好ましい。

前記イメージセンサユニットはＣＭＯＳであることが好ましい。

駆動切換え装置をさらに備え、前記駆動切換え装置は、前記駆動装置と、前記第１の結像レンズ及び前記第２の結像レンズとの接続を切換え、前記マイクロプロセッサと電気的に接続され、前記マイクロプロセッサの制御信号を受信すると、前記駆動装置と、前記第１の結像レンズ及び前記第２の結像レンズとの間の動力伝達を切換え、前記第１の結像レンズの光軸に沿って、前記第１の結像レンズを移動させるか、前記第２の結像レンズの光軸に沿って、前記第２の結像レンズを移動させるかを決定することが好ましい。

前記駆動装置は、前記マイクロプロセッサと電気的に接続され、前記マイクロプロセッサから出力された制御信号を受信し、前記第１の結像レンズの光軸に沿って、前記第１の結像レンズを移動させる第１の駆動装置と、前記マイクロプロセッサと電気的に接続され、前記マイクロプロセッサから出力された制御信号を受信し、前記第２の結像レンズの光軸に沿って、前記第２の結像レンズを移動させる第２の駆動装置と、を有することが好ましい。

前記投影装置上には、ユーザが押すとオートフォーカスを開始するオートフォーカス始動ボタンが設けられていることが好ましい。

前記イメージセンサユニットと電気的に接続された画像符号化ユニットと、前記画像符号化ユニットと電気的に接続された記憶装置と、をさらに備え、前記画像符号化ユニットは、前記イメージセンサユニットから出力される電気信号を符号化して画像信号に変換して出力し、前記記憶装置に記憶することにより、静的なスチール撮影機能と、動的なビデオ撮影機能とを得ることが好ましい。

本発明のオートフォーカス機能を有する投影装置及びそのオートフォーカス方法は、スクリーン上の画像をイメージセンサユニットが検出し、投影装置がその検出結果に基づいて焦点を合わせることにより、スクリーン上に投影される画像を正確かつ明瞭にすることができる。

本発明の一実施形態によるオートフォーカス機能を有する投影装置のオートフォーカス方法を示す流れ図である。 本発明の第１実施形態によるオートフォーカス機能を有する投影装置を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態によるオートフォーカス機能を有する投影装置のオートフォーカス方法を示す流れ図である。 本発明の第２実施形態によるオートフォーカス機能を有する投影装置を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態によるオートフォーカス機能を有する投影装置を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。

図１を参照する。図１に示すように、本発明の一実施形態によるオートフォーカス機能を有する投影装置のオートフォーカス方法は、以下のステップ（ａ）〜（ｄ）を含む。

（ａ）第１の結像レンズにより、画像光源をスクリーン上に投影して画像を形成する。
（ｂ）第２の結像レンズにより、スクリーン上の画像をイメージセンサユニットに結像させる。このイメージセンサユニットは、後続の計算処理を行うために、検知した光学画像を電気信号に変換する。この画像処理ユニットは、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などでもよいがこれらだけに限定されるわけではない。
（ｃ）第２の結像レンズを焦点位置に位置させる：所定の距離及び方向で第２の結像レンズの光軸に沿うように、第２の結像レンズを移動させ、各レンズの位置においてイメージセンサユニットを起動させて画像をキャプチャし、各レンズ位置の画像鮮明度を計算し、画像鮮明度が最良となる箇所に第２の結像レンズを位置させる（即ち、この位置が第２の結像レンズの焦点位置である）。

本実施形態では、画像鮮明度を画像コントラスト値に基づいて判断する。そのため、本実施形態において、画像鮮明度を計算するとは、画像コントラスト値を計算することを指す。

本実施形態において、第２の結像レンズを焦点位置に位置させる方法は、以下のサブステップ（ｃ１）〜（ｃ１０）を含む。

（ｃ１）イメージセンサユニットを起動し、第２の結像レンズが結像させる画像をキャプチャし、キャプチャした画像の画像コントラスト値を計算する。キャプチャする画像は、第２の結像レンズが結像した画像のなかの１つの部分的な画像でもよいし、様々な箇所の複数の部分的な画像でもよい。また、キャプチャした画像コントラスト値の計算は、マイクロプロセッサにより行ってもよいし、イメージセンサユニットが画像を検知して変換した電気信号をマイクロプロセッサへ出力し、このマイクロプロセッサにより画像コントラスト値を計算してもよい。

（ｃ２）サブステップ（ｃ１）で計算した画像コントラスト値を記憶する（本実施形態では、テンポラリメモリに記憶する）。

（ｃ３）第２の結像レンズは、第２の結像レンズの光軸に沿って、第１の方向で所定距離、移動させる。第２の結像レンズの移動は、ステッピングモータを有する駆動装置により行ってもよいし、電磁力発生装置を有する駆動装置により行ってもよいが、これら２つの方式だけに限定されるわけではなく、その他の駆動方式を利用してもよい。ここで、第１の方向とは、第２の結像レンズの結像側に向かう方向（即ち、イメージセンサユニットに向かう方向）でもよいし、第２の結像レンズの物体側に向かう方向（即ち、スクリーンに向かう方向）でもよい。

（ｃ４）イメージセンサユニットを起動し、第２の結像レンズが結像する画像をキャプチャし、画像の画像コントラスト値を計算する。

（ｃ５）サブステップ（ｃ４）で得た画像コントラスト値と、サブステップ（ｃ２）で記憶した画像コントラスト値とを比較し、サブステップ（ｃ４）で得た画像コントラスト値がサブステップ（ｃ２）で記憶した画像コントラスト値より大きい場合、第２の結像レンズは、第２の結像レンズの光軸に沿って第１の方向で所定距離、移動する。サブステップ（ｃ４）で得た画像コントラスト値がサブステップ（ｃ２）で記憶した画像コントラスト値より小さい場合、第２の結像レンズを第２の結像レンズの光軸に沿って、第２の方向（即ち、第１の方向と反対方向）で所定距離、移動させる。この移動距離は、第２の結像レンズを第１の方向で移動させる距離より大きい。画像コントラスト値を比べるのは、上述のマイクロプロセッサにより行ってもよい。即ち、マイクロプロセッサにより新たな画像コントラスト値を計算した後、上述のテンポラリメモリから前回記憶した画像コントラスト値を読取り、これら２つの値の大きさを比較した結果に基づき、マイクロプロセッサが第１の制御信号又は第２の制御信号を駆動装置に発信し、第２の結像レンズを移動させる。

（ｃ６）サブステップ（ｃ４）で得た画像コントラスト値を記憶する。

（ｃ７）イメージセンサユニットを起動し、第２の結像レンズにより結像した画像をキャプチャし、画像の画像コントラスト値を計算する。

（ｃ８）新たな画像コントラスト値と、前回記憶した画像コントラスト値とを比較し、新たな画像コントラスト値が前回記憶した画像コントラスト値より大きい場合、第２の結像レンズを前回と同様の方向で所定距離、移動させる。

（ｃ９）新たな画像コントラスト値を記憶する。

（ｃ１０）サブステップ（ｃ７）〜（ｃ９）を繰り返し行い、新たな画像コントラスト値が前回の画像コントラスト値より小さい場合、第２の結像レンズを元の所に留め置く。第２の結像レンズが留め置かれる箇所とは、即ち、イメージセンサユニットが最大のコントラスト値を検知する箇所であり、第２の結像レンズの結像面と、イメージセンサユニットのセンサ面が重なる箇所である。つまり、この箇所は第２の結像レンズの焦点位置である。

（ｄ）第１の結像レンズを焦点位置に位置させる：所定の距離及び方向で第１の結像レンズの光軸に沿うように第１の結像レンズを移動させ、各レンズの位置においてイメージセンサユニットを起動させて画像をキャプチャし、各レンズ位置の画像鮮明度を計算し、画像鮮明度が最良となる箇所に第１の結像レンズを位置させる。つまり、この箇所は第１の結像レンズの焦点位置である。

本実施形態では、画像鮮明度を画像コントラスト値に基づいて判断する。つまり、本実施形態において、画像鮮明度を計算するとは、画像コントラスト値を計算することを指す。

本実施形態において、第１の結像レンズを焦点位置に位置させる方法は、以下のサブステップ（ｄ１）〜（ｄ８）を含む。

（ｄ１）第１の結像レンズは、第１の結像レンズの光軸に沿って、第３の方向で所定距離、移動する。第１の結像レンズの移動は、ステッピングモータを有する駆動装置により行ったり、電磁力発生装置を有する駆動装置により行ったりしてもよいが、これら２つの方式だけに限定されるわけではなく、その他の駆動方式を利用してもよい。

（ｄ２）イメージセンサユニットを起動し、第２の結像レンズが結像する画像をキャプチャし、画像の画像コントラスト値を計算する。

（ｄ３）サブステップ（ｄ２）で得た画像コントラスト値と、前回記憶した画像コントラスト値とを比較し、サブステップ（ｄ２）で得た画像コントラスト値が前回記憶した画像コントラスト値より大きい場合、第１の結像レンズを、第１の結像レンズの光軸に沿って第３の方向で所定距離、移動させる。サブステップ（ｄ２）で得た画像コントラスト値が前回記憶した画像コントラスト値より小さい場合、第１の結像レンズを、第１の結像レンズの光軸に沿って、第４の方向（即ち、第３の方向と反対方向）で所定距離、移動させる。この移動距離は、第１の結像レンズを第３の方向で移動させる距離より大きい。また、第３の方向は、第１の結像レンズの結像側に向かう方向（即ち、スクリーンに向かう方向）でもよいし、第１の結像レンズの物体側に向かう方向（即ち、画像光源に向かう方向）でもよい。

（ｄ４）サブステップ（ｄ２）で得た画像コントラスト値を記憶する。

（ｄ５）イメージセンサユニットを起動し、第２の結像レンズにより結像した画像をキャプチャし、画像の画像コントラスト値を計算する。

（ｄ６）新たな画像コントラスト値と、前回記憶した画像コントラスト値とを比較し、新たな画像コントラスト値が前回記憶した画像コントラスト値より大きい場合、第１の結像レンズを前回と同様の方向で所定距離、移動させる。

（ｄ７）新たな画像コントラスト値を記憶する。

（ｄ８）サブステップ（ｄ５）〜（ｄ７）を繰り返し行い、新たな画像コントラスト値が前回の画像コントラスト値より小さい場合、第１の結像レンズを元の所に留め置く。第１の結像レンズが留め置かれる箇所とは、即ち、イメージセンサユニットが最大のコントラスト値を検知する箇所であり、第１の結像レンズの結像面と、スクリーンの表面とが重なる箇所である。言い換えると、この箇所は第１の結像レンズの焦点位置である。このように、第１の結像レンズの焦点が合わされると、投影装置全体の焦点合わせが完了する。

上述したことから分かるように、本実施形態の投影装置のオートフォーカス方法は、第２の結像レンズを利用し、第１の結像レンズによりスクリーン上に投影される画像をイメージセンサユニット上に結像させ、まず、第２の結像レンズを移動させ、第２の結像レンズを移動させる度に、イメージセンサユニットを起動し、第２の結像レンズにより結像された画像をキャプチャし、画像の画像コントラスト値を計算する。これら画像コントラスト値を比較し、コントラスト値が最大の画像を得る。
画像コントラスト値が最大となる第２の結像レンズの位置とは、即ち、第２の結像レンズの焦点位置である。第２の結像レンズの焦点動作を完了した後、第１の結像レンズを移動させ、第１の結像レンズを移動させる毎に、イメージセンサユニットを起動させ、第２の結像レンズにより結像された画像をキャプチャし、画像の画像コントラスト値を計算する。
これらの画像コントラスト値を比較してコントラスト値が最大である画像を得て、画像コントラスト値が最大であるときの第１の結像レンズの箇所とは、即ち、第１の結像レンズの焦点位置である。第１の結像レンズの焦点合わせの工程が完了すると、投影装置の焦点合わせ動作が完了する。

本発明の方法は、イメージセンサユニットが検知したスクリーン上の画像を基に焦点を合わせるため、焦点を合わせる動作が完了した後、スクリーン上に投影される画像が正確かつ明瞭となる。

上述の第１の結像レンズ及び第２の結像レンズを焦点位置に位置合わせさせる方法は、単なる一態様であり、本発明はそれだけに限定されるわけではない。即ち、レンズを移動させ、各レンズ位置において画像をキャプチャして画像鮮明度を計算して比較し、画像鮮明度が最大となる箇所にレンズを位置させることができる如何なる方法も本発明の範囲に含まれる。
例えば、従来の広域探索（ｇｌｏｂａｌ ｓｅａｒｃｈ）法は、レンズの各位置における鮮明度を得て、全範囲の探索が完了した後に、鮮明度の値が最大となる箇所までレンズを移動させ、焦点合わせを行う。また、従来のフィボナッチ探索（Ｆｉｂｏｎａｃｃｉ ｓｅａｒｃｈ）法は、互いに隣接した２つのレンズ位置の鮮明度を比較して差値を得て、この差値にプラスマイナス記号の変化が発生すると、レンズを反対方向に移動させて１つの位置を探索する毎に、レンズが次に移動する距離を減らして最小距離に近づけ、最適な焦点位置を探し出すことができる。

（第１実施形態）
図２を参照する。図２に示すように、本発明の第１実施形態によるオートフォーカス機能を有する投影装置１は、少なくとも画像光源発生装置１０と、画像光源をスクリーンＡ上に投影する第１の結像レンズ２０と、イメージセンサユニット３０と、第２の結像レンズ４０と、テンポラリメモリ５０と、イメージセンサユニット３０及びテンポラリメモリ５０とそれぞれ電気的に接続されたマイクロプロセッサ６０と、マイクロプロセッサ６０と電気的に接続された第１の駆動装置７０と、マイクロプロセッサ６０と電気的に接続された第２の駆動装置８０と、から構成される。

イメージセンサユニット３０は、検知した光学画像を電気信号に変換して出力するために用いる。このイメージセンサユニット３０は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などでもよいがこれらだけに限定されるわけではない。

第２の結像レンズ４０は、第１の結像レンズ２０によりスクリーンＡ上に投影する画像をイメージセンサユニット３０に結像させる。

テンポラリメモリ５０は、フラッシュメモリ（ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ）又はその他のメモリでもよい。

マイクロプロセッサ６０は、イメージセンサユニット３０の電気信号を受信した後、計算して画像鮮明度の値に変換してからテンポラリメモリ５０へ出力する。本実施形態は、画像コントラスト値に基づき、画像の鮮明度を判断する。そのため、本実施形態において、画像鮮明度を計算するとは、画像コントラスト値を計算することを指す。マイクロプロセッサ６０は、異なる時間点で計算して得た画像鮮明度を比較し、その比較結果に基づいて制御信号を出力する。

第１の駆動装置７０は、マイクロプロセッサ６０から出力された制御信号を受信し、光軸に沿って第１の結像レンズ２０を移動させる。第１実施形態において、第１の駆動装置７０は、マイクロプロセッサの制御信号を受信するステッピングモータと、ステッピングモータにより駆動される１組の伝動ギアと、伝動ギアにより駆動され、第１の結像レンズ２０の沈胴式鏡筒などの構成要素を収納する１組の装置と、を含んでもよいし、１組の磁力発生コイルと、磁力発生コイルにより駆動される１組の鏡筒と、その鏡筒を常態位置に維持するために用いるバネなどの構成要素と、を含む１組の装置を含んでもよいが、この態様だけに限定されるわけではなく、本発明はその他の駆動装置を含んでもよい。

第２の駆動装置８０は、マイクロプロセッサ６０から出力された制御信号を受信すると、光軸に沿って第２の結像レンズ４０を移動させる。第２の駆動装置８０は、マイクロプロセッサの制御信号を受信するステッピングモータと、ステッピングモータにより駆動される１組の伝動ギアと、伝動ギアにより駆動され、第２の結像レンズ４０の沈胴式鏡筒などの構成要素を収納する１組の装置と、を含んでもよいし、１組の磁力発生コイルと、磁力発生コイルにより駆動される１組の鏡筒と、その鏡筒を常態位置に維持するために用いるバネなどの構成要素と、を含む１組の装置を含んでもよいが、この態様だけに限定されるわけではなく、本発明はその他の駆動装置を含んでもよい。

図３を参照する。図３に示すように、本発明の一実施形態によるオートフォーカス機能を有する投影装置１が行うオートフォーカスの動作を以下説明する。

まず、投影装置１を起動し、第１の結像レンズ２０は、画像光源発生装置１０により発生された画像光源をスクリーンＡ上に投影して画像を形成する。

続いて、オートフォーカス機能を起動する。本実施形態において、ユーザが投影装置１上に設けられたオートフォーカス始動ボタンを押すと、オートフォーカス機能が作動する。

オートフォーカス機能を起動した後、第２の結像レンズ４０は、スクリーンＡの画像をイメージセンサユニット３０に結像させる。この際、イメージセンサユニット３０が起動され、第２の結像レンズ４０により結像された光学画像を検知してから、電気信号に変換してマイクロプロセッサ６０に出力する。

マイクロプロセッサ６０は、電気信号を受信した後、画像コントラスト値を計算し、その画像コントラスト値をテンポラリメモリ５０中に記憶する。

続いて、マイクロプロセッサ６０により第２の駆動装置８０を制御し、光軸に沿って第２の結像レンズ４０を第１の方向で所定距離、移動させ、イメージセンサユニット３０を再び起動し、第２の結像レンズ４０により結像された光学画像を検知して電気信号に変換してマイクロプロセッサ６０に出力してから、受信した電気信号をマイクロプロセッサ６０により計算して新たな画像コントラスト値を得る。第１の方向は、第２の結像レンズ４０の結像側に向かう方向（即ち、イメージセンサユニット３０に向かう方向）でもよいし、第２の結像レンズの物体側に向かう方向（即ち、スクリーンＡに向かう方向）でもよい。

マイクロプロセッサ６０が新たな画像コントラスト値を得た後、前回記憶した画像コントラスト値をテンポラリメモリ５０から読取り、新たな画像コントラスト値と比較し、新たな画像コントラスト値が前回の画像コントラスト値より大きい場合、マイクロプロセッサ６０から第２の駆動装置８０に第１の制御信号を出力し、第１の方向で光軸に沿って第２の結像レンズ４０を所定距離、移動させ続ける。もし新たな画像コントラスト値が前回の画像コントラスト値より小さい場合、マイクロプロセッサ６０から第２の駆動装置８０に第２の制御信号を出力し、光軸に沿って第２の結像レンズ４０を第２の方向（即ち、第１の方向と反対方向）で所定距離、移動させる。この移動距離は、第２の結像レンズ４０が第１の方向で移動する距離より大きい。その後、この新たな画像コントラスト値をテンポラリメモリ中に記憶する。

再びイメージセンサユニット３０を起動し、第２の結像レンズ４０により結像された光学画像を検知して電気信号に変換し、マイクロプロセッサ６０に出力してから、受信した電気信号をマイクロプロセッサ６０により計算し、新たな画像コントラスト値を得る。
テンポラリメモリ５０は、前回記憶した画像コントラスト値を読取って、新たな画像コントラスト値と比較するために用い、もし新たな画像コントラスト値が前回の画像コントラスト値より大きい場合、マイクロプロセッサ６０は、前回出力した信号と同様の信号を第２の駆動装置８０へ出力し、第２の結像レンズ４０を前回移動させたときと同様の方向に所定距離移動させてから、新たな画像コントラスト値を記憶する。

新たな画像コントラスト値が前回の画像コントラスト値より小さくなるまで、上段のステップを繰り返して行い、第２の結像レンズ４０を元の所に留め置く。第２の結像レンズが留め置かれる箇所とは、即ち、第２の結像レンズ４０の焦点位置である。

続いて、マイクロプロセッサ６０により第１の駆動装置７０を制御し、光軸に沿って第１の結像レンズ２０を第３の方向で所定距離、移動させ、イメージセンサユニット３０を再び起動し、第２の結像レンズ４０により結像された光学画像を検知し、電気信号に変換してマイクロプロセッサ６０に出力してから、受信した電気信号をマイクロプロセッサ６０により計算し、新たな画像コントラスト値を得る。ここで、第３の方向は、第１の結像レンズ２０の結像側に向かう方向（即ち、イメージセンサユニット３０に向かう方向）でもよいし、第１の結像レンズ２０の物体側に向かう方向（即ち、スクリーンＡに向かう方向）でもよい。

マイクロプロセッサ６０が新たな画像コントラスト値を得た後、前回記憶した画像コントラスト値をテンポラリメモリ５０から読取り、新たな画像コントラスト値と比較し、新たな画像コントラスト値が前回の画像コントラスト値より大きい場合、マイクロプロセッサ６０から第１の駆動装置７０に第１の制御信号を出力し、第３の方向で光軸に沿って第１の結像レンズ２０を所定距離、移動させる。
もし新たな画像コントラスト値が前回の画像コントラスト値より小さい場合、マイクロプロセッサ６０から第１の駆動装置７０に第２の制御信号を出力し、光軸に沿って第１の結像レンズ２０を第４の方向（即ち、第３の方向と反対方向）で所定距離、移動させる。この移動距離は、第１の結像レンズ２０が第３の方向で移動する距離より大きい。その後、この新たな画像コントラスト値をテンポラリメモリ５０中に記憶する。

再びイメージセンサユニット３０を起動し、第２の結像レンズ４０により結像された光学画像を検知して電気信号に変換し、マイクロプロセッサ６０に出力してから、受信した電気信号をマイクロプロセッサ６０により計算し、新たな画像コントラスト値を得る。テンポラリメモリ５０は、前回記憶した画像コントラスト値を読取って、新たな画像コントラスト値と比較するために用い、もし新たな画像コントラスト値が前回の画像コントラスト値より大きい場合、マイクロプロセッサ６０は、前回出力した信号と同様の信号を第１の駆動装置７０へ出力し、第１の結像レンズ２０を前回移動させたときと同じ方向に所定距離、移動させてから、新たな画像コントラスト値を記憶する。

新たな画像コントラスト値が前回の画像コントラスト値より小さくなるまで、上段のステップを繰り返して行い、第１の結像レンズ２０を元の所に留め置く。第１の結像レンズ２０が留め置かれる箇所とは、即ち、第１の結像レンズ２０の焦点位置である。

第２の結像レンズ４０及び第１の結像レンズ２０の焦点合わせが完了すると、投影装置１のオートフォーカス作動が完了し、スクリーンＡの画像が正確かつ明瞭となる。

本実施形態のオートフォーカス機能を有する投影装置１は、スクリーンＡ上の画像を検知して焦点合わせを行い、焦点合わせが完了した後、スクリーンＡ上に投影した画像が正確かつ明瞭となる。

第１の結像レンズ及び第２の結像レンズを焦点位置に位置合わせさせる上述の方式は、本発明の単なる一態様であり、それだけに限定されるわけではない。即ち、レンズを移動させ、レンズのそれぞれの位置において画像をキャプチャして画像鮮明度を計算して比較し、画像鮮明度が最大となる箇所にレンズを位置させることができる如何なる方法も本発明の範囲に含まれる。
例えば、従来の広域探索（ｇｌｏｂａｌ ｓｅａｒｃｈ）法は、レンズの各位置における鮮明度を得て、全範囲の探索が完了した後に、鮮明度の値が最大となる箇所までレンズを移動させ、焦点合わせを行う。また、従来のフィボナッチ探索法は、互いに隣接した２つのレンズ位置の鮮明度を比較して差値を得て、この差値にプラスマイナス記号の変化が発生すると、レンズを反対方向に移動させて１つの位置を探索する毎に、レンズが次に移動する距離を減らして最小距離に近づけ、最適な焦点位置を探し出すことができる。

（第２実施形態）
図４を参照する。図４に示すように、本発明の第２実施形態によるオートフォーカス機能を有する投影装置１には、イメージセンサユニット３０と電気的に接続された画像符号化ユニット９０と、画像符号化ユニット９０と電気的に接続された記憶装置（例えば、メモリカード又はハードディスク）９２とが増設され、イメージセンサユニット３０から出力される電気信号を符号化して画像信号に変換し、記憶装置９２に出力して記憶する。この構成により、投影装置１は、静的なスチール撮影機能及び動的なビデオ撮影機能を得ることができる。

（第３実施形態）
図５を参照する。図５に示すように、本発明の第３実施形態によるオートフォーカス機能を有する投影装置２は、第１実施形態と同様に、少なくとも画像光源発生装置１０と、画像光源をスクリーンＡ上に投影するのに用いる第１の結像レンズ２０と、イメージセンサユニット３０と、第２の結像レンズ４０と、テンポラリメモリ５０と、イメージセンサユニット３０及びテンポラリメモリ５０とそれぞれ電気的に接続されたマイクロプロセッサ６０と、から構成される。

本発明の第３実施形態によるオートフォーカス機能を有する投影装置２は、第１実施形態と異なり、駆動装置Ｂ及び駆動切換え装置Ｃをさらに備える。駆動装置Ｂは、マイクロプロセッサ６０と電気的に接続され、駆動切換え装置Ｃを介して第１の結像レンズ２０及び第２の結像レンズ４０との接続を切換え、駆動切換え装置Ｃとマイクロプロセッサ６０とを電気的に接続する。

上述の構成により、駆動切換え装置Ｃがマイクロプロセッサ６０の制御信号を受信すると、駆動装置Ｂは、第１の結像レンズ２０及び第２の結像レンズ４０との間の動力伝達を切換え、第１の結像レンズ２０を光軸に沿って移動させるか、第２の結像レンズ４０を光軸に沿って移動させるのかを決定することができる。

さらに、本発明は、使用する駆動装置を１組減らし、投影装置全体のコストを減らしてもよい。

当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を逸脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

１ 投影装置
２ 投影装置
１０ 画像光源発生装置
２０ 第１の結像レンズ
３０ イメージセンサユニット
４０ 第２の結像レンズ
５０ テンポラリメモリ
６０ マイクロプロセッサ
７０ 第１の駆動装置
８０ 第２の駆動装置
９０ 画像符号化ユニット
９２ 記憶装置
Ａ スクリーン
Ｂ 駆動装置
Ｃ 駆動切換え装置

Claims (10)

1. （ａ）第１の結像レンズにより、画像光源をスクリーン上に投影して画像を形成するステップと、
   （ｂ）第２の結像レンズにより、前記スクリーン上の画像をイメージセンサユニットに結像させるステップと、
   （ｃ）所定の距離及び方向で前記第２の結像レンズの光軸に沿うように、前記第２の結像レンズを移動させ、前記レンズのそれぞれの位置において前記イメージセンサユニットを起動させて画像をキャプチャし、前記レンズのそれぞれの位置におけるキャプチャした画像の画像コントラスト値に基づく画像鮮明度を計算し、当該画像鮮明度が最良となる箇所に前記第２の結像レンズを位置させるべく、
   （ｃ１）前記イメージセンサユニットを起動し、前記第２の結像レンズにより結像した画像をキャプチャし、前記キャプチャした画像の画像コントラスト値を計算するサブステップと、
   （ｃ２）前記サブステップ（ｃ１）で計算した画像コントラスト値を記憶するサブステップと、
   （ｃ３）前記第２の結像レンズの光軸に沿って、前記第２の結像レンズを第１の方向で所定距離、移動させるサブステップと、
   （ｃ４）前記イメージセンサユニットを起動し、前記第２の結像レンズにより結像した画像をキャプチャし、前記キャプチャした画像の画像コントラスト値を計算するサブステップと、
   （ｃ５）前記サブステップ（ｃ４）で得た画像コントラスト値と、前記サブステップ（ｃ２）で記憶した画像コントラスト値とを比較し、前記サブステップ（ｃ４）で得た画像コントラスト値が前記サブステップ（ｃ２）で記憶した画像コントラスト値より大きい場合、前記第２の結像レンズの光軸に沿って、前記第２の結像レンズを第１の方向で所定距離、移動させ、前記サブステップ（ｃ４）で得た画像コントラスト値が前記サブステップ（ｃ２）で記憶した画像コントラスト値より小さい場合、前記第２の結像レンズの光軸に沿って、前記第２の結像レンズを第１の方向と反対方向である第２の方向で、画像コントラスト値が最大となる当該第２の結像レンズの位置に対しより近傍に位置する程度に当該第１の方向の所定距離より大きい所定距離、移動させるサブステップと、
   （ｃ６）前記サブステップ（ｃ４）で得た画像コントラスト値を記憶するサブステップと、
   （ｃ７）前記イメージセンサユニットを起動し、前記第２の結像レンズにより結像した画像をキャプチャし、前記キャプチャした画像の画像コントラスト値を計算するサブステップと、
   （ｃ８）新たな画像コントラスト値と、前回記憶した画像コントラスト値とを比較し、新たな画像コントラスト値が前回記憶した画像コントラスト値より大きい場合、前記第２の結像レンズを前回と同様の方向で所定距離、移動させるサブステップと、
   （ｃ９）新たな画像コントラスト値を記憶するサブステップと、
   （ｃ１０）前記サブステップ（ｃ７）〜（ｃ９）を繰り返し行い、新たな画像コントラスト値が前回の画像コントラスト値より小さい場合、前記第２の結像レンズを元の所に留め置くサブステップと、を含むステップと、
   （ｄ）前記第１の結像レンズの光軸に沿うように、所定の距離及び方向で前記第１の結像レンズを移動させ、前記レンズのそれぞれの位置において前記イメージセンサユニットを起動させて画像をキャプチャし、前記レンズのそれぞれの位置におけるキャプチャした画像の画像コントラスト値に基づく画像鮮明度を計算し、当該画像鮮明度が最良となる箇所に前記第１の結像レンズを位置させるべく、
   （ｄ１）前記第１の結像レンズの光軸に沿って、前記第１の結像レンズを第３の方向で所定距離、移動させるサブステップと、
   （ｄ２）前記イメージセンサユニットを起動し、前記第２の結像レンズにより結像した画像をキャプチャし、前記キャプチャした画像の画像コントラスト値を計算するサブステップと、
   （ｄ３）前記サブステップ（ｄ２）で得た画像コントラスト値と、前回記憶した画像コントラスト値とを比較し、前記サブステップ（ｄ２）で得た画像コントラスト値が前回記憶した画像コントラスト値より大きい場合、前記第１の結像レンズの光軸に沿って、前記第１の結像レンズを第３の方向で所定距離、移動させ、前記サブステップ（ｄ２）で得た画像コントラスト値が前回記憶した画像コントラスト値より小さい場合、前記第１の結像レンズの光軸に沿って、前記第１の結像レンズを第３の方向と反対方向である第４の方向で、画像コントラスト値が最大となる当該第１の結像レンズの位置に対しより近傍に位置する程度に当該第３の方向の所定距離より大きい所定距離、移動させるサブステップと、
   （ｄ４）前記サブステップ（ｄ２）で得た画像コントラスト値を記憶するサブステップと、
   （ｄ５）前記イメージセンサユニットを起動し、前記第２の結像レンズにより結像した画像をキャプチャし、前記キャプチャした画像の画像コントラスト値を計算するサブステップと、
   （ｄ６）新たな画像コントラスト値と、前回記憶した画像コントラスト値とを比較し、新たな画像コントラスト値が前回記憶した画像コントラスト値より大きい場合、前回と同様の方向で前記第１の結像レンズを所定距離、移動させるサブステップと、
   （ｄ７）新たな画像コントラスト値を記憶するサブステップと、
   （ｄ８）前記ステップ（ｄ５）〜（ｄ７）を繰り返し行い、新たな画像コントラスト値が前回の画像コントラスト値より小さい場合、前記第１の結像レンズを元の所に留め置くサブステップと、を含むステップと、
   を含むことを特徴とする投影装置のオートフォーカス方法。
2. 前記イメージセンサユニットがキャプチャする画像は、前記第２の結像レンズが結像した画像のなかの１つの部分的な画像であることを特徴とする請求項１に記載の投影装置のオートフォーカス方法。
3. 前記イメージセンサユニットがキャプチャする画像は、前記第２の結像レンズにより結像した画像のなかの異なる箇所における複数の部分的な画像であることを特徴とする請求項１に記載の投影装置のオートフォーカス方法。
4. 前記画像光源を生成して出力する画像光源発生装置と、
   前記第１の結像レンズと、
   前記イメージセンサユニットと、
   前記第２の結像レンズと、
   テンポラリメモリと、
   請求項１乃至請求項３の何れかに記載の投影装置のオートフォーカス方法における前記ステップ（ｃ１）乃至ステップ（ｃ１０）と、前記ステップ（ｄ１）乃至ステップ（ｄ８）とを実行するべく、前記イメージセンサユニット及び前記テンポラリメモリとそれぞれ電気的に接続され、前記イメージセンサユニットの電気信号を受信した後に計算し、画像鮮明度の値に変換してから前記テンポラリメモリへ出力し、異なる時間点で計算して得た画像鮮明度を比較し、その比較結果に基づいて制御信号を出力するマイクロプロセッサと、
   前記マイクロプロセッサと電気的に接続され、前記マイクロプロセッサから出力された制御信号を受信し、前記第１の結像レンズの光軸に沿って、前記第１の結像レンズを移動させたり、前記第２の結像レンズの光軸に沿って、前記第２の結像レンズを移動させたりする少なくとも１つの駆動装置と、
   を備えることを特徴とするオートフォーカス機能を有する投影装置。
5. 前記イメージセンサユニットはＣＣＤであることを特徴とする請求項４に記載のオートフォーカス機能を有する投影装置。
6. 前記イメージセンサユニットはＣＭＯＳであることを特徴とする請求項４に記載のオートフォーカス機能を有する投影装置。
7. 駆動切換え装置をさらに備え
   前記駆動切換え装置は、前記駆動装置と、前記第１の結像レンズ及び前記第２の結像レンズとの接続を切換え、前記マイクロプロセッサと電気的に接続され、前記マイクロプロセッサの制御信号を受信すると、前記駆動装置と、前記第１の結像レンズ及び前記第２の結像レンズとの間の動力伝達を切換え、前記第１の結像レンズの光軸に沿って、前記第１の結像レンズを移動させるか、前記第２の結像レンズの光軸に沿って、前記第２の結像レンズを移動させるかを決定することを特徴とする請求項４に記載のオートフォーカス機能を有する投影装置。
8. 前記駆動装置は、
   前記マイクロプロセッサと電気的に接続され、前記マイクロプロセッサから出力された制御信号を受信し、前記第１の結像レンズの光軸に沿って、前記第１の結像レンズを移動させる第１の駆動装置と、
   前記マイクロプロセッサと電気的に接続され、前記マイクロプロセッサから出力された制御信号を受信し、前記第２の結像レンズの光軸に沿って、前記第２の結像レンズを移動させる第２の駆動装置と、を有することを特徴とする請求項４に記載のオートフォーカス機能を有する投影装置。
9. 前記投影装置上には、ユーザが押すとオートフォーカスを開始するオートフォーカス始動ボタンが設けられていることを特徴とする請求項４に記載のオートフォーカス機能を有する投影装置。
10. 前記イメージセンサユニットと電気的に接続された画像符号化ユニットと、前記画像符号化ユニットと電気的に接続された記憶装置と、をさらに備え、
    前記画像符号化ユニットは、前記イメージセンサユニットから出力される電気信号を符号化して画像信号に変換して出力し、前記記憶装置に記憶することにより、静的なスチール撮影機能と、動的なビデオ撮影機能とを得ることを特徴とする請求項４に記載のオートフォーカス機能を有する投影装置。

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