JP5549545B2 - projector - Google Patents

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本発明は、投影板に画像を投影するプロジェクタに関する。   The present invention relates to a projector that projects an image on a projection plate.

外部スクリーンまでの距離を測定し、投影光学系のレンズを移動して合焦の状態で投影画像を外部スクリーンに投影するプロジェクタが知られている(例えば、特許文献1参照)。   There is known a projector that measures a distance to an external screen, moves a lens of a projection optical system, and projects a projected image on the external screen in a focused state (see, for example, Patent Document 1).

特開2010−130225号公報JP 2010-130225 A

特許文献1に記載のプロジェクタによると、投影光学系を合焦の状態にするために、投影光学系のレンズを移動させる空間を確保する必要があり、プロジェクタを小型化することができないという問題があった。   According to the projector described in Patent Document 1, it is necessary to secure a space for moving the lens of the projection optical system in order to bring the projection optical system into focus, and there is a problem that the projector cannot be reduced in size. there were.

本発明によるプロジェクタは、複数の第1マイクロレンズが配列された第1マイクロレンズアレイと、投影用画素信号を出力する複数の表示画素が複数の第1マイクロレンズの各々に対応して配列される表示素子と、表示素子を照明して複数の表示画素から複数の投影光束を射出させる照明装置と、第1マイクロレンズアレイを透過した複数の表示画素からの複数の投影光束を投影面に投射して投影画像を投影する光学系と、光学系から投影面までの投影距離に対応して投影画像が合焦した状態で投影されるように投影用画素信号を生成する生成手段とを備え、表示素子と光学系とは第1マイクロレンズアレイに関して光学的共役関係にある。   In the projector according to the present invention, a first microlens array in which a plurality of first microlenses are arranged, and a plurality of display pixels that output a projection pixel signal are arranged in correspondence with each of the plurality of first microlenses. A display device, an illumination device that illuminates the display element and emits a plurality of projection light beams from a plurality of display pixels, and projects a plurality of projection light beams from a plurality of display pixels that have passed through the first microlens array on a projection surface. An optical system for projecting the projected image and a generation means for generating a projection pixel signal so that the projected image is projected in a state corresponding to the projection distance from the optical system to the projection surface. The element and the optical system are in an optically conjugate relationship with respect to the first microlens array.

本発明によれば、プロジェクタを小型化することができる。   According to the present invention, the projector can be reduced in size.

本発明の第1の実施の形態におけるプロジェクタの全体構成を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the whole structure of the projector in the 1st Embodiment of this invention. 撮像素子およびマイクロレンズアレイの正面図である。It is a front view of an image sensor and a microlens array. 投影装置の予定結像面から見たマイクロレンズと、そのマイクロレンズに対応する複数の表示画素を示した図である。It is the figure which showed the several display pixel corresponding to the micro lens seen from the scheduled image formation surface of a projector, and the micro lens. プロジェクタ100による投影画像の投影を説明するための図である。It is a figure for demonstrating projection of the projection image by the projector. 瞳分割型位相差検出方式を用いての焦点位置算出に用いられる撮像素子上の一対の受光素子領域の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a pair of light receiving element area | region on the image pick-up element used for the focus position calculation using a pupil division type phase difference detection system. 焦点位置算出用投影画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the projection image for focus position calculation. 焦点位置算出用の表示画像が表示される複数の表示画素を含む領域の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the area | region containing the several display pixel in which the display image for focus position calculation is displayed. 一対の受光信号の位相差の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the phase difference of a pair of light reception signal. 極小値近傍における一対の受光信号の相関量を示す図である。It is a figure which shows the correlation amount of a pair of received light signal in the minimum value vicinity. 本発明の第2の実施の形態におけるプロジェクタの全体構成を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the whole structure of the projector in the 2nd Embodiment of this invention.

−−−第1の実施の形態−−−
本発明の第1の実施の形態におけるプロジェクタを説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態におけるプロジェクタ100の全体構成を示した断面図である。図1において、プロジェクタ100は、レンズおよび絞りを含む光学系110、光学素子120、マイクロレンズアレイ130、撮像素子140、焦点位置算出装置150、投影用画素信号生成装置160、照明装置170、表示素子180、マイクロレンズアレイ190を含む。
--- First embodiment ---
A projector according to a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an overall configuration of projector 100 according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a projector 100 includes an optical system 110 including a lens and a diaphragm, an optical element 120, a microlens array 130, an image sensor 140, a focal position calculation device 150, a projection pixel signal generation device 160, an illumination device 170, and a display element. 180 and a microlens array 190.

光学系110は、撮影レンズおよび絞りを含む。光学素子120は、投影スクリーン200から光学系110を介して入射した入射光束を撮像素子140に向けて反射する。光学素子120によって反射された入射光束は、マイクロレンズアレイ130を介して、撮像素子140に入射する。マイクロレンズアレイ130には、複数のマイクロレンズが2次元状に配列されている。図2は、撮像素子140およびマイクロレンズアレイ130の正面図である。撮像素子140には、図2に示すように、複数の受光素子14が配列されている。撮像素子140に配列された複数の受光素子14は、撮像素子140に入射した入射光束を受光し、受光信号に光電変換する。撮像素子140は、その受光信号を焦点位置算出装置150へ出力する。各マイクロレンズ13が覆う受光素子14は、該マイクロレンズ13を通過した入射光束を受光し、受光信号に光電変換する。   The optical system 110 includes a photographing lens and a diaphragm. The optical element 120 reflects an incident light beam incident from the projection screen 200 via the optical system 110 toward the imaging element 140. The incident light beam reflected by the optical element 120 enters the image sensor 140 through the microlens array 130. In the microlens array 130, a plurality of microlenses are arranged two-dimensionally. FIG. 2 is a front view of the image sensor 140 and the microlens array 130. As shown in FIG. 2, a plurality of light receiving elements 14 are arranged in the imaging element 140. The plurality of light receiving elements 14 arranged in the image sensor 140 receive incident light beams incident on the image sensor 140 and photoelectrically convert them into light reception signals. The image sensor 140 outputs the received light signal to the focal position calculation device 150. The light receiving element 14 covered by each microlens 13 receives the incident light beam that has passed through the microlens 13 and photoelectrically converts it into a light reception signal.

焦点位置算出装置150は、撮像素子140から出力された受光信号に基づいて、投影スクリーン200の投影面の像の焦点位置を算出する。焦点位置算出装置150は、算出した焦点位置のデータを投影用画素信号生成装置160へ引き渡す。   The focal position calculation device 150 calculates the focal position of the image on the projection surface of the projection screen 200 based on the light reception signal output from the image sensor 140. The focal position calculation device 150 delivers the calculated focal position data to the projection pixel signal generation device 160.

投影面の像の焦点位置は、光学系110から投影スクリーン200までの投影距離に依存する。投影スクリーン200の投影面は、必ずしも光学系110の光軸1100に垂直な平面とは限らない。図1には、投影スクリーン200の投影面が曲面を形成している例を示している。このほか、投影スクリーン200の投影面が光軸1100に垂直でない場合や、投影面に凹凸または段差が生じている場合も考えられる。すなわち、投影画像を構成する複数の領域毎に投影距離が異なる場合がある。そこで、焦点位置算出装置150は、投影画像を構成する複数の領域毎に上述した焦点位置を算出する。これは、例えば、図2に示すマイクロレンズ13が覆う一対の受光素子14の一対の受光信号に基づく焦点位置算出を、マイクロレンズ13毎に行うことによって実現できる。   The focal position of the image on the projection surface depends on the projection distance from the optical system 110 to the projection screen 200. The projection surface of the projection screen 200 is not necessarily a plane perpendicular to the optical axis 1100 of the optical system 110. FIG. 1 shows an example in which the projection surface of the projection screen 200 forms a curved surface. In addition, there may be a case where the projection surface of the projection screen 200 is not perpendicular to the optical axis 1100, or a case where the projection surface is uneven or uneven. That is, the projection distance may be different for each of a plurality of areas constituting the projection image. Therefore, the focal position calculation device 150 calculates the above-described focal position for each of a plurality of areas constituting the projection image. This can be realized, for example, by performing focal position calculation for each microlens 13 based on a pair of light reception signals of a pair of light receiving elements 14 covered by the microlens 13 shown in FIG.

投影用画素信号生成装置160は、焦点位置算出装置150によって算出された焦点位置と、予め被写体を撮影して撮像素子140から出力された受光信号とに基づいて、表示素子180上の複数の表示画素18が出力する投影用画素信号を生成する。予め被写体を撮影して撮像素子140から出力された受光信号および投影用画素信号は、特開2007−4471号公報に開示された画像合成に用いられる画像データに相当し、投影距離に応じて指定像面の位置が決定される。すなわち、この指定像面の位置が上述した焦点位置である。焦点位置における指定像面上の仮想画素に対応する表示素子180上の表示画素18が出力する投影用画素信号が生成される。   The projection pixel signal generation device 160 performs a plurality of displays on the display element 180 based on the focus position calculated by the focus position calculation device 150 and the light reception signal output from the image sensor 140 by photographing the subject in advance. A projection pixel signal output from the pixel 18 is generated. The light reception signal and the projection pixel signal output from the image sensor 140 after photographing the subject in advance correspond to the image data used for image composition disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2007-4471, and are specified according to the projection distance. The position of the image plane is determined. That is, the position of the designated image plane is the above-described focal position. A projection pixel signal output from the display pixel 18 on the display element 180 corresponding to the virtual pixel on the designated image plane at the focal position is generated.

図2は、表示素子180およびマイクロレンズアレイ190の正面図である。表示素子180には複数の表示画素18が配列され、それらの複数の表示画素18が、投影用画素信号生成装置160によって生成された投影用画素信号を出力する。表示素子180の背面に配置された照明装置170が、投影用画素信号を出力する複数の表示画素18を照明することによって、それらの複数の表示画素18の各々から投影光束が射出される。各マイクロレンズ19が覆う表示画素18からの投影光束は、該マイクロレンズ19を通過する。こうして射出された投影光束は、マイクロレンズアレイ190および光学素子120を通過し、光学系110によって、投影スクリーン200に投射される。その投影光束が投影スクリーン200に投射されることによって、投影画像が投影される。   FIG. 2 is a front view of the display element 180 and the microlens array 190. A plurality of display pixels 18 are arranged on the display element 180, and the plurality of display pixels 18 output a projection pixel signal generated by the projection pixel signal generation device 160. The illumination device 170 disposed on the back surface of the display element 180 illuminates the plurality of display pixels 18 that output the projection pixel signal, whereby a projection light beam is emitted from each of the plurality of display pixels 18. The projected light beam from the display pixel 18 covered by each microlens 19 passes through the microlens 19. The projected light beam thus emitted passes through the microlens array 190 and the optical element 120 and is projected onto the projection screen 200 by the optical system 110. The projected light beam is projected onto the projection screen 200, whereby a projected image is projected.

投影スクリーン200、光学系110、光学素子120の各々に対して、撮像素子140と表示素子180とは等価な位置に配置されている。投影スクリーン200、光学系110、光学素子120の各々に対して、マイクロレンズアレイ130とマイクロレンズアレイ190とは等価な位置に配置されている。光学系110と撮像素子140とは、マイクロレンズアレイ130に関して略共役である。光学系110と表示素子180とは、マイクロレンズアレイ190に関して略共役である。   The imaging element 140 and the display element 180 are arranged at equivalent positions with respect to each of the projection screen 200, the optical system 110, and the optical element 120. For each of the projection screen 200, the optical system 110, and the optical element 120, the microlens array 130 and the microlens array 190 are disposed at equivalent positions. The optical system 110 and the image sensor 140 are substantially conjugate with respect to the microlens array 130. The optical system 110 and the display element 180 are substantially conjugate with respect to the microlens array 190.

図3は、本実施の形態のプロジェクタ100による投影画像の投影を説明するための図である。プロジェクタ100による投影画像の投影においては、上述したように、特開2007−4471号公報に開示された画像合成に用いられる画像データに相当する投影用画素信号を出力する複数の表示画素18が照明されることによって、投影光束が射出される。射出された投影光束のうち、上述した指定像面210で投影画像を結像する。マイクロレンズアレイ190の頂面を原点として光学系110の光軸方向に焦点位置hの位置に規定される指定像面210上の仮想画素2を通過した部分光束の外縁を、光線51および52によって、および該部分光束の光束重心線50を図3(a)に示す。仮想画素2を通過した該部分光束は、投影スクリーン200の投影面上に投影される投影画像に含まれる構成画素1に対応する。同様に、仮想画素2aを通過した部分光束は、投影スクリーン200の投影面上に投影される投影画像に含まれる構成画素1aに対応し、仮想画素2bを通過した部分光束は、投影スクリーン200の投影面上に投影される投影画像に含まれる構成画素1bに対応する。   FIG. 3 is a diagram for explaining projection image projection by the projector 100 according to the present embodiment. In the projection of the projected image by the projector 100, as described above, the plurality of display pixels 18 that output projection pixel signals corresponding to image data used for image composition disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-4471 are illuminated. As a result, a projected light beam is emitted. Of the projected light beam emitted, a projected image is formed on the above-described designated image plane 210. The outer edge of the partial light beam that has passed through the virtual pixel 2 on the designated image plane 210 defined at the focal position h in the optical axis direction of the optical system 110 with the top surface of the microlens array 190 as the origin is expressed by rays 51 and 52. 3 and FIG. 3A shows a light beam center line 50 of the partial light beam. The partial light flux that has passed through the virtual pixel 2 corresponds to the constituent pixel 1 included in the projection image projected on the projection surface of the projection screen 200. Similarly, the partial light flux that has passed through the virtual pixel 2 a corresponds to the constituent pixel 1 a included in the projection image projected on the projection plane of the projection screen 200, and the partial light flux that has passed through the virtual pixel 2 b This corresponds to the constituent pixel 1b included in the projection image projected on the projection plane.

焦点位置hに規定される指定像面210上の仮想画素2を通過する部分光束は、図3(b)に示すように、例えば、表示素子180上の表示画素18aから射出されてマイクロレンズ19aを通過する光線70と、表示素子180上の表示画素18bから射出されてマイクロレンズ19bを通過する光線71と、表示素子180上の表示画素18cから射出されてマイクロレンズ19cを通過する光線72とを含む。すなわち、仮想画素2における画像は、表示画素18a、18bおよび18cを含む、仮想画素2を通過する部分光束を射出する複数の表示画素18が出力する投影用画素信号を合成して得られる。マイクロレンズアレイ190の配列において、k,l番目のマイクロレンズ19の光軸方向に焦点位置hにおける仮想画素の出力Ik,l(h)は、参照する近傍を示す水平方向の関数f(i,j)および垂直方向の関数g(i,j)を用い、式(1)で表される。
As shown in FIG. 3B, the partial light flux passing through the virtual pixel 2 on the designated image plane 210 defined by the focal position h is emitted from the display pixel 18a on the display element 180 and is microlens 19a. , A light beam 71 emitted from the display pixel 18b on the display element 180 and passing through the micro lens 19b, and a light beam 72 emitted from the display pixel 18c on the display element 180 and passing through the micro lens 19c. including. That is, the image in the virtual pixel 2 is obtained by synthesizing the projection pixel signals output from the plurality of display pixels 18 that emit the partial light fluxes that pass through the virtual pixel 2 including the display pixels 18a, 18b, and 18c. In the arrangement of the micro lens array 190, the output I k, l (h) of the virtual pixel at the focal position h in the optical axis direction of the k, l-th micro lens 19 is a horizontal function f (i) indicating the neighborhood to be referred to. , J) and the function g (i, j) in the vertical direction are expressed by Expression (1).

図4は、仮想画素2における画像が得られる投影用画素信号を出力する、表示画素18a、18bおよび18cを含む、仮想画素2を通過する部分光束を射出する複数の表示画素18を、ハッチングを付して示した図である。指定像面210が規定される焦点位置hが小さいほど、仮想画素2を通過する部分光束を射出する複数の表示画素18はマイクロレンズ19aの覆われるものが多くなる。したがって、図4(a)に示した複数の表示画素18に対応する指定像面210の焦点位置hは、図4(b)に示した複数の表示画素18に対応する指定像面210の焦点位置hよりも小さい。複数の表示画素18の表示画素出力Pi,jは、複数の仮想画素の出力に用いられることから、式(2)で表される。
FIG. 4 shows hatching of a plurality of display pixels 18 that emit a partial light flux that passes through the virtual pixel 2, including display pixels 18 a, 18 b, and 18 c that output a projection pixel signal for obtaining an image in the virtual pixel 2. FIG. The smaller the focal position h at which the designated image plane 210 is defined, the more the display pixels 18 that emit partial light beams that pass through the virtual pixel 2 are covered with the microlens 19a. Therefore, the focal position h of the designated image plane 210 corresponding to the plurality of display pixels 18 shown in FIG. 4A is the focal point of the designated image plane 210 corresponding to the plurality of display pixels 18 shown in FIG. It is smaller than the position h. Since the display pixel outputs P i, j of the plurality of display pixels 18 are used to output a plurality of virtual pixels, they are expressed by Expression (2).

次に、本実施の形態のプロジェクタ100における焦点位置算出について説明する。上述したように、焦点位置は、公知の瞳分割型位相差検出方式で光学系110の焦点検出演算を行うことにより、算出することができる。図5(a)および(b)は、瞳分割型位相差検出方式を用いての焦点位置算出に用いられる撮像素子140上の一対の受光素子領域P1およびP2の例を示す図である。一対の受光素子領域P1およびP2は、マイクロレンズ13毎に規定され、図5においては、互いに異なる種類のハッチングを付して示されている。一対の受光素子領域P1およびP2はそれぞれ複数の受光素子14を含んでいるが、1つずつの受光素子14を含むこととしても良い。一対の受光素子領域P1およびP2の重心間距離gは、一対の受光素子領域P1およびP2のそれぞれの重心G1およびG2の間の距離で規定される。   Next, focus position calculation in projector 100 of the present embodiment will be described. As described above, the focus position can be calculated by performing the focus detection calculation of the optical system 110 by a known pupil division type phase difference detection method. FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating an example of a pair of light receiving element regions P1 and P2 on the imaging element 140 used for focal position calculation using the pupil division type phase difference detection method. The pair of light receiving element regions P1 and P2 are defined for each microlens 13, and are shown with different types of hatching in FIG. Each of the pair of light receiving element regions P1 and P2 includes a plurality of light receiving elements 14, but may include one light receiving element 14. The distance g between the centers of gravity of the pair of light receiving element regions P1 and P2 is defined by the distance between the center of gravity G1 and G2 of each of the pair of light receiving element regions P1 and P2.

表示装置180の複数の受光素子18に焦点位置算出用の表示画像を表示することにより、投影スクリーン200に図6に示すような、例えば黒い縞515と白い縞516とが不均等な間隔で配列された焦点位置算出用投影画像510を投影する。焦点位置算出用の表示画像は、図7に示すように、マイクロレンズ19毎に、マイクロレンズ19中央のハッチングを付した領域610に含まれる複数の表示画素18に表示されることが好ましい。この場合、ハッチングを付した領域610に含まれる複数の表示画素18は、マイクロレンズ19の光軸付近にのみ位置するため、焦点位置算出用の表示画像に対して、マイクロレンズ19のF値に応じた被写界深度が与えられる。   By displaying the display image for calculating the focal position on the plurality of light receiving elements 18 of the display device 180, for example, black stripes 515 and white stripes 516 are arranged at uneven intervals on the projection screen 200 as shown in FIG. The projected focal position calculation image 510 is projected. As shown in FIG. 7, the display image for calculating the focal position is preferably displayed for each microlens 19 on a plurality of display pixels 18 included in a hatched region 610 at the center of the microlens 19. In this case, since the plurality of display pixels 18 included in the hatched region 610 are located only near the optical axis of the microlens 19, the F value of the microlens 19 is set to the display image for calculating the focal position. A corresponding depth of field is given.

図6に示す焦点位置算出用投影画像510からの入射光束を受光した撮像素子140上の一対の受光素子領域P1およびP2の位相差と、一対の受光素子領域P1およびP2の重心間距離gとに基づいて焦点位置hが算出される。具体的には、焦点位置hは、一対の受光素子領域P1およびP2の位相差k、重心間距離g、マイクロレンズ13の焦点距離fを用いて、式(3)で表される。
The phase difference between the pair of light receiving element regions P1 and P2 on the image sensor 140 that has received the incident light beam from the focus position calculation projection image 510 shown in FIG. 6, and the distance g between the centers of gravity of the pair of light receiving element regions P1 and P2. The focal position h is calculated based on Specifically, the focal position h, the phase difference k 0 of the pair of light receiving element regions P1 and P2, the distance between the centers of gravity g, using the focal length f m of the microlens 13, represented by the formula (3).

マイクロレンズ13毎に規定される一対の受光素子領域P1およびP2によって構成される一対の受光信号列であるA列およびB列各々の検出列nの場合、A列は受光信号a=a,aj+1,・・・,aj+nを含み、B列は受光信号b=b,bj+1,・・・,bj+nを含む。図8にi=j〜j+nとした場合の一対の受光信号aおよびbの受光信号強度の変化を示す。図8では、一対の受光信号aおよびbの位相差kの例を示している。A列をずらし量kだけずらしたときの相関量C(k)を式(4)で規定する。
In the case of the detection columns n of the A column and the B column, which are a pair of light receiving signal columns defined by the pair of light receiving element regions P1 and P2 defined for each microlens 13, the A column indicates the light reception signal a i = a j , A j + 1 ,..., A j + n , and the B column includes received light signals b i = b j , b j + 1 ,. FIG. 8 shows changes in the received light signal intensity of the pair of received light signals a i and b i when i = j to j + n. FIG. 8 shows an example of the phase difference k 0 between the pair of light reception signals a i and b i . The correlation amount C (k) when the A column is shifted by the shift amount k is defined by equation (4).

式(4)における極小値C(x)近傍の相関量C(k)を用いて位相差kを求めることができる。図9に式(4)における極小値C(x)、ならびにその近傍の相関量C(x−1)およびC(k+1)を示す。内挿計算により、位相差kは式(5)で表される。
The phase difference k 0 can be obtained using the correlation amount C (k) in the vicinity of the minimum value C (x) in the equation (4). FIG. 9 shows the minimum value C (x) in equation (4) and the correlation amounts C (x−1) and C (k + 1) in the vicinity thereof. By the interpolation calculation, the phase difference k 0 is expressed by Expression (5).

式(5)で得られた位相差kを式(3)に代入することによって、焦点位置hが算出される。こうした算出を変数jの値を変えながらマイクロレンズアレイ130の全域にわたって繰り返すことにより、マイクロレンズ13毎の焦点位置hを含むデプスマップを得ることができる。光学系110の球面収差や色収差については、このデプスマップ、および公知の補正技術を用いることにより、補正することが可能である。投影用画素信号生成装置160は、こうして得られた焦点位置hのデータと、予め被写体を撮影して撮像素子140から出力された受光信号とを用いて、上述したように、表示素子180に配列された複数の表示画素18が表示する投影用画素信号を生成する。 The focal position h is calculated by substituting the phase difference k 0 obtained by Expression (5) into Expression (3). By repeating such calculation over the entire area of the microlens array 130 while changing the value of the variable j, a depth map including the focal position h for each microlens 13 can be obtained. The spherical aberration and chromatic aberration of the optical system 110 can be corrected by using this depth map and a known correction technique. As described above, the projection pixel signal generation device 160 uses the data on the focal position h obtained in this way and the light reception signal output from the image sensor 140 by photographing the subject in advance. A projection pixel signal displayed by the plurality of display pixels 18 is generated.

第1の実施の形態のプロジェクタ100は、以下の作用効果を奏する。
(1)投影スクリーン200に投影画像を投影する際に、光学系110を合焦の状態にするために、光学系110のレンズを移動させる必要がない。レンズを移動させる空間およびレンズ駆動部を設ける空間を確保する必要が無いので、プロジェクタ100を小型化できる。
The projector 100 according to the first embodiment has the following operational effects.
(1) When projecting a projection image on the projection screen 200, it is not necessary to move the lens of the optical system 110 in order to bring the optical system 110 into focus. Since it is not necessary to secure a space for moving the lens and a space for providing the lens driving unit, the projector 100 can be reduced in size.

(2)マイクロレンズ13が覆う一対の受光素子14の一対の受光信号に基づく焦点位置算出を、マイクロレンズ13毎に行い、算出された焦点位置に基づいて投影用画素信号が生成される。投影スクリーン200の投影面が曲面を形成している場合、投影スクリーン200の投影面が光軸1100に垂直でない場合、投影面に凹凸または段差が生じている場合であっても、ピントの合った投影画像を投影できる。 (2) The focal position calculation based on the pair of light reception signals of the pair of light receiving elements 14 covered by the microlens 13 is performed for each microlens 13, and a projection pixel signal is generated based on the calculated focal position. When the projection surface of the projection screen 200 forms a curved surface, when the projection surface of the projection screen 200 is not perpendicular to the optical axis 1100, the projection surface is in focus even when there are irregularities or steps. Projected images can be projected.

−−−第2の実施の形態−−−
本発明の第2の実施の形態におけるプロジェクタを説明する。図10は、本発明の第2の実施の形態におけるプロジェクタ1000の全体構成を示した断面図である。図1において、プロジェクタ1000は、レンズおよび絞りを含む光学系110、焦点位置算出装置150、投影用画素信号生成装置160、照明装置170、表示素子180、マイクロレンズアレイ190を含む。
--- Second Embodiment ---
A projector according to a second embodiment of the invention will be described. FIG. 10 is a sectional view showing an overall configuration of projector 1000 according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 1, a projector 1000 includes an optical system 110 including a lens and a diaphragm, a focal position calculation device 150, a projection pixel signal generation device 160, an illumination device 170, a display element 180, and a microlens array 190.

焦点位置算出装置150は、光学系110から投影スクリーン2000の投影面までの投影距離dを、外部の投影距離算出装置910から取得する。投影距離算出装置910は、公知の測距装置で良い。例えば、赤外線発光装置を使ったいわゆる赤外アクティブ方式による測距装置や、二眼の小型位相差測距装置などの、デプスマップを生成しないような測距装置であっても良い。その場合は、光学系110から投影スクリーン200の投影面上の1点までの投影距離dだけを取得することになる。したがって、投影スクリーン2000の投影面は光学系110の光軸1100に垂直な平面であることが好ましい。このとき、焦点位置hは、光学系110のレンズの焦点距離f0と投影距離dとを用いて、式(6)により表される。なお、予め光学系110のレンズの収差情報が既知であれば、公知の補正技術を用いることにより、焦点位置hを補正することが可能である。
The focal position calculation device 150 acquires the projection distance d from the optical system 110 to the projection surface of the projection screen 2000 from the external projection distance calculation device 910. The projection distance calculation device 910 may be a known distance measuring device. For example, a distance measuring device that does not generate a depth map, such as a so-called infrared active distance measuring device using an infrared light emitting device or a two-lens small phase difference distance measuring device may be used. In that case, only the projection distance d from the optical system 110 to one point on the projection surface of the projection screen 200 is acquired. Therefore, the projection surface of the projection screen 2000 is preferably a plane perpendicular to the optical axis 1100 of the optical system 110. At this time, the focal position h is expressed by Expression (6) using the focal length f0 and the projection distance d of the lens of the optical system 110. If aberration information of the lens of the optical system 110 is known in advance, the focal position h can be corrected by using a known correction technique.

投影用画素信号生成装置160は、特開2007−4471号公報に開示された撮像装置において、予め被写体を撮影して画像合成に用いられる画像データとして取得された受光信号を、記憶装置920から取得する。投影用画素信号生成装置160は、投影距離算出装置910から取得した投影距離dと、記憶装置920から取得した受光信号とに基づいて投影用画素信号を生成する。   The projection pixel signal generation device 160 acquires, from the storage device 920, a light reception signal acquired as image data used for image synthesis by photographing a subject in advance in the imaging device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-4471. To do. The projection pixel signal generation device 160 generates a projection pixel signal based on the projection distance d acquired from the projection distance calculation device 910 and the received light signal acquired from the storage device 920.

投影用画素信号に基づいて投影スクリーン2000に投影画像を投影する機序については、第1の実施の形態と同様である。   The mechanism for projecting the projection image on the projection screen 2000 based on the projection pixel signal is the same as in the first embodiment.

第2の実施の形態のプロジェクタ1000は、以下の作用効果を奏する。投影スクリーン2000に投影画像を投影する際に、光学系110を合焦の状態にするために、光学系110のレンズを移動させる必要がない。レンズを移動させる空間およびレンズ駆動部を設ける空間を確保する必要が無いので、プロジェクタ1000を小型化できる。   The projector 1000 according to the second embodiment has the following operational effects. When projecting a projection image on the projection screen 2000, it is not necessary to move the lens of the optical system 110 in order to bring the optical system 110 into focus. Since it is not necessary to secure a space for moving the lens and a space for providing the lens driving unit, the projector 1000 can be miniaturized.

上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。また、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における構成に何ら限定されない。   The above-described embodiments and modifications may be combined. In addition, the present invention is not limited to the configurations in the above-described embodiments as long as the characteristic functions of the present invention are not impaired.

1 構成画素、2 仮想画素、
13、19 マイクロレンズ、14 受光素子、18 表示画素、
50 光束重心線、51、52、70、71、72 光線、
100、1000 プロジェクタ、
110 光学系、120 光学素子、
130、190 マイクロレンズアレイ、140 撮像素子、
150 焦点位置算出装置、160 投影用画素信号生成装置、
170 照明装置、180 表示素子、200 投影スクリーン、
210 指定像面、
510 焦点位置算出用投影画像、515 黒い縞、516 白い縞、
610 領域
1 component pixel, 2 virtual pixel,
13, 19 micro lens, 14 light receiving element, 18 display pixel,
50 luminous flux centroid, 51, 52, 70, 71, 72 rays,
100, 1000 projector,
110 optical system, 120 optical element,
130, 190 Micro lens array, 140 Image sensor,
150 focal position calculation device, 160 projection pixel signal generation device,
170 illumination device, 180 display element, 200 projection screen,
210 designated image plane,
510 projection image for focal position calculation, 515 black stripes, 516 white stripes,
610 area

Claims (5)

複数の第1マイクロレンズが配列された第1マイクロレンズアレイと、
投影用画素信号を出力する複数の表示画素が前記複数の第1マイクロレンズの各々に対応して配列される表示素子と、
前記表示素子を照明して前記複数の表示画素から複数の投影光束を射出させる照明装置と、
前記第1マイクロレンズアレイを透過した前記複数の表示画素からの前記複数の投影光束を投影面に投射して投影画像を投影する光学系と、
前記光学系から前記投影面までの投影距離に対応して前記投影画像が合焦した状態で投影されるように前記投影用画素信号を生成する生成手段とを備え、
前記表示素子と前記光学系とは前記第1マイクロレンズアレイに関して光学的共役関係にあることを特徴とするプロジェクタ。
A first microlens array in which a plurality of first microlenses are arranged;
A display element in which a plurality of display pixels that output a projection pixel signal are arranged corresponding to each of the plurality of first microlenses;
An illumination device that illuminates the display element and emits a plurality of projection light beams from the plurality of display pixels;
An optical system for projecting the plurality of projection light beams from the plurality of display pixels that have passed through the first microlens array onto a projection surface to project a projection image;
Generating means for generating the projection pixel signal so that the projection image is projected in a state corresponding to a projection distance from the optical system to the projection plane;
The projector, wherein the display element and the optical system are in an optically conjugate relationship with respect to the first microlens array.
請求項1に記載のプロジェクタにおいて、
前記投影距離を算出する算出手段をさらに備えることを特徴とするプロジェクタ。
The projector according to claim 1, wherein
A projector further comprising a calculation means for calculating the projection distance.
請求項2に記載のプロジェクタにおいて、
複数の第2マイクロレンズが配列された第2マイクロレンズアレイと、
前記投影面からの入射光束を受光して受光信号を出力する複数の受光素子が前記複数の第2マイクロレンズの各々に対応して配列される撮像素子と、
前記投影光束を透過するとともに、前記入射光束を前記撮像素子に向けて反射する光学素子とをさらに備え、
前記光学系は、前記光学素子に向けて前記入射光束を通過させ、
前記撮像素子と前記光学系とは前記第2マイクロレンズアレイに関して光学的共役関係にあり、
前記算出手段は、前記受光信号を用いて瞳分割型位相差検出方式により前記投影距離を算出し、
前記生成手段は、前記受光信号を用いて前記投影用画素信号を生成することを特徴とするプロジェクタ。
The projector according to claim 2,
A second microlens array in which a plurality of second microlenses are arranged;
An image sensor in which a plurality of light receiving elements that receive an incident light beam from the projection surface and output a light reception signal are arranged corresponding to each of the plurality of second microlenses;
An optical element that transmits the projected light beam and reflects the incident light beam toward the imaging device;
The optical system passes the incident light beam toward the optical element;
The image sensor and the optical system are in an optically conjugate relationship with respect to the second microlens array,
The calculation means calculates the projection distance by a pupil division type phase difference detection method using the received light signal,
The projector according to claim 1, wherein the generation unit generates the projection pixel signal using the light reception signal.
請求項3に記載のプロジェクタにおいて、
前記算出手段は、前記投影距離を、前記投影画像に含まれる部分領域毎に算出することを特徴とするプロジェクタ。
The projector according to claim 3, wherein
The projector according to claim 1, wherein the calculation means calculates the projection distance for each partial region included in the projection image.
請求項3または4に記載のプロジェクタにおいて、
前記表示素子と前記撮像素子とは前記光学系に対して互いに等価な位置に配置され、
前記第1マイクロレンズアレイと前記第2マイクロレンズアレイとは前記光学系に対して互いに等価な位置に配置されることを特徴とするプロジェクタ。
The projector according to claim 3 or 4,
The display element and the imaging element are arranged at positions equivalent to each other with respect to the optical system,
The projector according to claim 1, wherein the first microlens array and the second microlens array are disposed at positions equivalent to each other with respect to the optical system.
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