JP5500786B2 - 投射型表示装置 - Google Patents

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    • G03B21/14—Details
    • G03B21/53—Means for automatic focusing, e.g. to compensate thermal effects

Description

本発明は、画像を投射面に投射する投射型表示装置に関する。
従来、位相差検出方式を利用して自動焦点調節（ＡＦ）を行うプロジェクタは知られている（例えば、特許文献１及び２）。一方、山登り方式を利用したＡＦを行うプロジェクタも知られている。山登り方式は、フォーカス位置を少しずつ移動させながら投射画像のコントラストを計測し、そのコントラストが最大となる位置を合焦するフォーカス位置としてＡＦを行う手法である。山登り方式は、位相差検出方式に比べて、合焦位置を求める精度が安定して良いという特徴がある。しかし、レンズ駆動とコントラスト計測処理を多く繰り返すので、位相差検出方式に比べてＡＦ完了までに多くの時間が必要である。
そこで、ＡＦの合焦精度と処理時間を向上するために、位相差検出方式で合焦位置近くまで高速でフォーカスレンズを移動させた後、山登り方式でフォーカスレンズを移動させて合焦精度を向上させるハイブリッド方式が提案されている（例えば、特許文献３）。
特許第０３１２０５２６号明細書 特開２００４−１０２００９号公報 特開２００４−９３８９０号公報
位相差検出方式と山登り方式とを組み合わせると、山登り方式を組み合わせている分だけＡＦ完了までの時間がかかるため、合焦精度が確保されれば山登り方式を組み合わせないことが好ましい。しかし、合焦位置から離れた位置にフォーカスレンズが位置して投射画像が大きくぼけている場合、位相差方式のみの利用では精度良く合焦位置を求めることができない。
そこで、本発明は、ＡＦ完了までの時間の短縮とその際の合焦精度を安定して良くする投射型表示装置を提供することを例示的な目的とする。
本発明の一側面としての投射型表示装置は、フォーカスレンズを含み、画像を投射する光学系と、前記フォーカスレンズを光軸に沿って移動させる駆動部と、投射された前記画像の分割光を受光する位相差センサと、前記位相差センサの出力に基づいて合焦位置を算出し、前記駆動部を介して前記フォーカスレンズを前記合焦位置に移動させて前記光学系の焦点調節を行う制御部を有し、前記フォーカスレンズが前記光軸に沿って移動可能な範囲を可動範囲とし、フォーカスレンズの可動範囲に対応する範囲内において投射距離が変化しても、前記光学系の焦点調節を行ったときの投射画像のぼけが所定範囲に収まる前記フォーカスレンズの前記可動範囲の一部を許容範囲としたとき、前記制御部は、前記フォーカスレンズが前記許容範囲外の位置にあるときは、前記フォーカスレンズを前記許容範囲内の位置に移動させてから、前記位相差センサの出力に基づいて合焦位置を算出し、算出された合焦位置へ前記フォーカスレンズを移動させることを特徴とする。
本発明によれば、ＡＦ完了までの時間の短縮とその際の合焦精度を安定して良くする投射型表示装置を提供することができる。
図１は、本実施例に係る液晶プロジェクタ（投射型表示装置）１のブロック図である。液晶プロジェクタ１は、図１に示すように、制御部１０、操作部１１、入力部１２、画像処理回路１３、表示駆動部１４、液晶パネル１５、光源ランプ１６、光学系１７、温度センサ１８、位相差センサ１９、駆動部２０、記憶部２３を有する。
操作部１１は電源のオン、オフを行うための電源スイッチ、ＡＦ動作を行うためのＡＦスイッチ等を有する。入力部１２は映像信号を液晶プロジェクタ１内に入力する。画像処理回路１３は入力部１２から入力された映像信号が入力され、この映像信号をデコーダによって同期分離し、映像信号Ｒ、Ｇ、Ｂを生成し、映像信号の色彩補正等のデジタル処理を行う。
表示駆動部１４は、階調補正された画像信号Ｒ、Ｇ、Ｂに応じた駆動信号を液晶パネル１５に入力するもので、液晶パネル１５は液晶画像を表示させるタイミングジェネレータである。液晶パネル１５はＲ、Ｇ、Ｂの各色に対応して画像処理後の映像信号を表示し、光源ランプ１６で照明される。光学系１７は液晶パネル１５の映像信号をスクリーンに向けて投射し、ズームレンズ２１とフォーカスレンズ２２を含み、これらのレンズは任意に駆動できる。
温度センサ１８は位相差センサ１９（受光手段）の近傍に配置され、位相差センサ１９の温度を検出する。位相差センサ１９は三角測距の原理に基づき投射画像面までの距離を算出するために、投射画像を受光し、画像データを出力する。駆動部２０は、位相差センサ１９から取込んだ画像データから算出された距離に基づいて制御部１０が算出した合焦位置へフォーカスレンズ２２を光軸方向に駆動する。記憶部２３は、温度センサ出力値を補正するための温度センサ補正テーブル等、各種設定値を記憶する。
制御部１０はこれらの処理を実行するマイクロコンピュータから構成される制御回路で、操作部１１の各スイッチの操作に応じて電源のオフ、オン、ＡＦ動作、光源ランプ１６の点灯及び消灯等の照明制御、起動時からの経過時間の計測を行う。また、映像表示タイミングや位相差センサ１９から取込んだ画像データからずれ量を演算し、記憶部２３の温度センサ補正テーブルの内容を参照し、温度センサ１８で検出された温度の補正及びずれ量に対し温度補正をかけ、距離情報を算出する。更に、この距離情報から光学系１７のフォーカスレンズ２２の合焦位置を算出し、合焦位置までフォーカスレンズ２２を駆動するよう駆動部２０を制御する。
以下、図２を参照して、本実施例のＡＦ動作について説明する。操作部１１においてＡＦキーが操作されたことを検知すると、プロジェクタはＡＦ動作を開始する。図２は、ＡＦ動作を説明するためのフローチャートであり、「Ｓ」はステップを意味する。
まず、制御部１０は、光源ランプ１６を介してステップ２０１で位相差を検出するために画像を投射面（例えば、スクリーン）に投射する（Ｓ２０１）。投射する画像は、特許文献１のように、パターンでもよいし、特許文献２のように、一様な画像（例えば、全白画像）でもよい。
次に、制御部１０は目標位置と現在位置の差Ｄを求める（Ｓ２０２）。目標位置としては、光学系１７から投射面までの距離が変化しても、投射画像がぼけすぎないような位置を予め設定しておく。例えば、フォーカス可動範囲の中心位置を目標位置としてもよいし、その周辺の位置を目標位置としてもよい。
制御部１０は、現在位置が目標位置に対して許容範囲に入っているかどうかを判断する（Ｓ２０３）。フォーカスレンズ２２の位置が許容範囲に入っていれば、制御部１０は駆動部２０を介してフォーカスレンズ２２を駆動しない。フォーカスレンズ２２の位置が許容範囲外であれば、制御部１０は駆動部２０を介してフォーカスレンズ２２を目標位置まで移動させる（Ｓ２０４）。ステップ２０２とステップ２０３の処理は必ずしも必要ではなく、直接ステップ２０４を行ってもよい。現在位置に係らず、目標位置にフォーカスレンズ２２を常に移動してもよいからである。
図３は、目標位置と許容範囲の関係を説明する光路図である。図３において、フォーカスレンズ２２は、フォーカスレンズ２２の可動範囲ＭＲ内を光軸ＯＡに沿って移動するものとする。フォーカスレンズ２２の可動範囲ＭＲはフォーカスレンズ２２が光軸に沿って移動可能な範囲である。ここで、ＴＰを目標位置とすると、本実施例では目標位置ＴＰを中心として前後に等しい幅をとった範囲を許容範囲ＰＲとする。許容範囲ＰＲは必ずしも目標位置ＴＰから前後に等しい幅ＨＷをとる必要はなく前後で異なる幅をとってもよい。許容範囲ＰＲに対してＳ２０３における閾値は許容範囲ＰＲの１／２にした幅ＨＷである。例えば、フォーカスレンズ２２が許容範囲内の位置Ｕにある場合、処理はＳ２０３からＳ２０５に移行し、フォーカスレンズ２２を駆動しない。一方、例えば、フォーカスレンズ２２が許容範囲外の位置Ｋにある場合、処理はＳ２０３からＳ２０４に移行し、フォーカスレンズ２２を目標位置ＴＰに移動させる。Ｓ２０４においては、制御部１０は駆動部２０を介してフォーカスレンズ２２を高速で移動するため、焦点調節時間が長時間になることを防止することができる。この時の速度は、焦点調節に使用される速度と同じである。
制御部１０は、フォーカスレンズ２２が許容範囲内にあると判断した場合（Ｓ２０３のＮＯ）又はＳ２０４の後で、位相差センサ１９の受光設定を行う（Ｓ２０５）。設定項目としては、例えば、取込開始画素、積分モード、ゲインの設定を含む。
次に、位相差センサ１９がスクリーンに投射された投射画像の受光を開始し、制御部１０は、受光量の積分を行う（Ｓ２０６）。次に、制御部１０は、Ｓ２０５で設定した取込開始画素から指定画素分の画素データを取り込む（Ｓ２０７）。次に、制御部１０は、取り込んだ左右の画素データの相関演算を行い、例えば、相関値が極大となる像ズレ量を位相差として求める（Ｓ２０８）。次に、位相差とフォーカスレンズ２２の合焦位置が比例関係にあることから、制御部１０は合焦位置を算出する（Ｓ２０９）。最後に、制御部１０は、合焦位置にフォーカスレンズ２２を駆動する（Ｓ２１０）。
本実施例によれば、位相差方式のみでＡＦを完了できるので、位相差検出方式と山登り方式とを組み合わせた場合に比べてレンズの駆動回数が少なくなり、ＡＦ完了までの時間を短縮することができる。また、制御部１０は、フォーカスレンズ２２の現在位置が光軸ＯＡに沿って移動可能な可動範囲に設定され、投射画像のぼけを許容範囲に収める許容範囲ＰＲにある状態で焦点調節を行う。このため、位相差検出方式のみのＡＦでも合焦精度を安定させることができる。
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
本実施例に係る液晶プロジェクタ（投射型表示装置）のブロック図である。 図１に示す液晶プロジェクタのＡＦ動作を説明するためのフローチャートである。 目標位置と許容範囲の関係を説明する光路図である。
符号の説明
１ 液晶プロジェクタ
１０ 制御部
１７ 光学系
２０ 駆動部
２２ フォーカスレンズ

Claims (3)

  1. フォーカスレンズを含み、画像を投射する光学系と、
    前記フォーカスレンズを光軸に沿って移動させる駆動部と、
    投射された前記画像の分割光を受光する位相差センサと、
    前記位相差センサの出力に基づいて合焦位置を算出し、前記駆動部を介して前記フォーカスレンズを前記合焦位置に移動させて前記光学系の焦点調節を行う制御部を有し、
    前記フォーカスレンズが前記光軸に沿って移動可能な範囲を可動範囲とし、
    フォーカスレンズの可動範囲に対応する範囲内において投射距離が変化しても、前記光学系の焦点調節を行ったときの投射画像のぼけが所定範囲に収まる前記フォーカスレンズの前記可動範囲の一部を許容範囲としたとき、
    前記制御部は、前記フォーカスレンズが前記許容範囲外の位置にあるときは、前記フォーカスレンズを前記許容範囲内の位置に移動させてから、前記位相差センサの出力に基づいて合焦位置を算出し、算出された合焦位置へ前記フォーカスレンズを移動させることを特徴とする投射型表示装置。
  2. 前記許容範囲は、前記可動範囲の中央位置を含むことを特徴とする請求項１に記載の投射型表示装置。
  3. 前記制御部は、前記フォーカスレンズが前記許容範囲内の位置にないときは、前記駆動部により前記焦点調節のときと同じ速度で、前記フォーカスレンズを前記許容範囲内の位置に移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型表示装置。
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