JP6209746B2

JP6209746B2 - 画像投影装置

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Publication number: JP6209746B2
Application number: JP2015245843A
Authority: JP
Inventors: 知久田上
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-10-11
Anticipated expiration: 2035-12-17
Also published as: JP2016123093A

Description

本開示は、画像を投影対象物に投影して表示する画像投影装置に関する。

画像投影装置は、入力した映像信号に基づき画像をスクリーン等の投影対象物に投影することで画像を表示する装置である。画像投影装置には自動合焦機能を備えたものもある（特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

画像投影装置からコンピュータ等で作成した画像を建物等の３次元の対象物に投影するプロジェクションマッピングという映像手法がある。プロジェクションマッピングは、建物、机、椅子、皿、樹木のような種々の物体を投影対象としている。特に、プロジェクションマッピングは、画像を投影する対象物の形状に応じて正確に画像を投影する。対象物本来の形状と投影する画像とが相俟って種々の演出を表現することができる。

特開２０１１−２４２４５５号公報特開２００６−１８９６８５号公報特開２００９−０７５１４７号公報

従来の画像投影装置においては、投影対象物が静止しており、かつ、投影対象物の表面が平面であれば、予めフォーカスを合わせておくことや所定の画像サイズにすることにより、合焦状態が良好で、かつ、所定のサイズの画像が常に投影対象物に投影される。しかしながら、投影対象物が移動する場合には、画像投影装置と投影対象物の間の距離が変動する。また、投影対象物の表面が平面ではなく、例えば凹凸形状や傾斜形状を有している場合、すなわち、投影対象物が立体物の場合、投影映像が投影対象物上で投影される位置によっては、画像投影装置と投影対象物の間の距離が変動する。その結果、合焦状態の良好な画像が投影対象物に投影されない、又は、所定のサイズの画像が投影対象物に投影されないという問題がある。更には、入力した映像信号に含まれる所定のオブジェクトの画面位置が変わることにより、合焦状態や、画像サイズが変化することもある。

また、画像を投影し得る範囲に対象物が複数ある場合において、画像が本来投影されるべき対象物に対して必ずしも合焦されて投影されないという場合もある。

本開示は、映像信号に含まれる所望のオブジェクトを、投影されるべき投影対象物に対して合焦させた画像、及び、所定のサイズの画像を投影することができる画像投影装置を提供する。

本開示の一の態様において、フォーカスレンズを有する投影光学部と、映像信号に基づく画像を、投影光学部を介して投影対象物に投影する投影部と、映像信号が示す画像中から所定のオブジェクトを検出する検出部と、投影対象物までの距離を検出する距離検出部と、検出されたオブジェクトの画像中の位置と、距離検出部からの検出結果とに基づきオブジェクトの投影位置を特定し、投影位置に基づいてオブジェクトが投影対象物に合焦されるように投影光学部のフォーカスレンズを制御する制御部と、を備える画像投影装置が提供される。
また、本開示の他の一の態様において、ズームレンズを有する投影光学部と、映像信号に基づく画像を、投影光学部を介して投影対象物に投影する投影部と、映像信号が示す画像中から所定のオブジェクトを検出する検出部と、投影対象物までの距離を検出する距離検出部と、検出されたオブジェクトの画像中の位置と、距離検出部からの検出結果とに基づきオブジェクトの投影位置を特定し、投影位置に基づいてオブジェクトが投影対象物に投影されたとき適切なサイズになるように投影光学部のズームレンズを制御する制御部と、を備える画像投影装置が提供される。

本開示の画像投影装置によれば、投影対象物が移動した場合や、投影対象物が立体物である場合、更には、映像信号中のオブジェクトが移動した場合等であっても、オブジェクトを投影対象物に対して合焦させた画像、及び、所定のサイズの画像を投影することができる。

画像投影装置の構成を示す図である。フォーカスレンズ位置テーブルに含まれる情報を説明した図である。距離計測部の構成を示す図である。距離計測部により撮像された距離画像を説明するための図である。距離計測部の各種信号を説明した図である。画像投影装置の光学的構成を示すブロック図である。画像投影装置による画像の投影を説明した図である。画像投影装置のフォーカスレンズの駆動制御を示すフローチャートである。映像信号が示す画像中のオブジェクトの検出を説明した図である。投影対象物までの距離に基づいたフォーカスレンズの駆動を説明するための図である。投影対象物までの距離に基づいたズームレンズの駆動を説明するための図である。画像投影装置のズームレンズの駆動制御を示すフローチャートである。投影対象物までの距離に基づいて駆動されるズームレンズの目標画角の算出方法を説明するための図である。投影対象物までの距離に基づいて駆動されるズームレンズの目標画角の算出方法を説明するための図である。投影対象物までの距離に基づいて駆動されるズームレンズの目標画角の算出方法の別の例を説明するための図である。投影対象物までの距離に基づいて駆動されるズームレンズの目標画角の算出方法の別の例を説明するための図である。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面及び以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

（実施の形態１）
以下、添付の図面を用い、実施の形態１として画像投影装置の構成及び動作について詳細に説明する。

［１−１．構成］
図１は、画像投影装置１００のレンズ制御に関する電気的構成を示すブロック図である。画像投影装置１００は、入力信号解析部１０と、距離計測部２１と、制御部２３と、記憶部２４と、フォーカスレンズ駆動部２６と、ズームレンズ駆動部２７と、を備える。

入力信号解析部１０は、映像信号（ＲＧＢ信号）が示す１フレーム画像に含まれるオブジェクトを検出する回路である。映像信号は、画像投影装置１００から投影対象へと投影させる映像の信号を示す。入力信号解析部１０は、映像信号を、画像投影装置１００に備えられたメモリから読出すことにより入力してもよいし、他の機器から無線或いは有線の通信により供給してもよい。

入力信号解析部１０は、ＨＰＦ（Ｈｉｇｈｐａｓｓｆｉｌｔｅｒ：高域通過フィルタ）１１と、絶対値回路１３と、累積加算回路１５と、最大ブロック検出回路１７とを含む。ＨＰＦ１１は、映像信号の所定の周波数以下の低域成分を遮断して高域成分を通過させる。絶対値回路１３は、ＨＰＦ１１を通過した映像信号の振幅を算出する。累積加算回路１５は、算出した振幅を累積加算する。以上の処理は、映像信号が示す画像の全領域を複数に分割したブロック毎に行われる。最大ブロック検出回路１７は、画像を構成する複数のブロックの中で、累積加算回路１５による累積加算された値が最大となるブロックを検出する。

制御部２３は、画像投影装置１００全体の動作を制御する。例えば、制御部２３は、入力した映像信号に対する画像処理や、ズームレンズ及びフォーカスレンズ等の投影光学部５００の駆動や光源の動作等を制御する。つまり、制御部２３は、オブジェクトが投影対象物に合焦されるように投影光学部５００であるフォーカスレンズを制御する。または、制御部２３は、オブジェクトが投影対象物に投影されたとき適切なサイズになるように投影光学部５００であるズームレンズを制御する。制御部２３は、ハードウェアのみで構成してもよいし、ハードウェアとソフトウェアとを組合せることにより実現してもよい。例えば、制御部２３はＣＰＵ、ＭＰＵ等と呼ばれる半導体集積回路で構成できる。

記憶部２４は、フォーカスレンズ位置テーブル２５ａと、ズームレンズ位置テーブル２５ｂとを格納する。記憶部２４は、例えば、フラッシュメモリ、ＳＳＤのような半導体記憶装置やＨＤＤのようなストレージデバイスで構成される。画像投影装置１００から投影対象物までの距離である投影距離と、その投影対象物に合焦させるためのフォーカスレンズ５１０の位置とは、図２に示すような関係を有している。フォーカスレンズ位置テーブル２５ａは、投影距離と、その投影対象物に合焦させるためのフォーカスレンズ５１０の位置とを対応付けて管理するテーブルである。ズームレンズ位置テーブル２５ｂは、ズームの画角と、その画角を実現するためのズームレンズ５２０の位置とを対応付けて管理するテーブルである。

本実施形態では、記憶部２４としてフォーカスレンズ位置テーブル２５ａやズームレンズ位置テーブル２５ｂを格納した半導体記憶装置やストレージデバイスを例示するが、記憶部２４はこれに限定されない。すなわち、各テーブルの複数ポイントのデータのみ記憶しておき、ポイント間を補間演算することでテーブルに相当するデータを算出しても良い。或いは、フォーカスレンズ位置テーブル２５ａやズームレンズ位置テーブル２５ｂに相当する対応関係を示す関係式を格納しておき、必要に応じて関係式を演算することでテーブルに相当するデータを得ても良い。

距離計測部２１は、対向するオブジェクトまでの距離を直線的に検出するセンサであり、例えば、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ）センサから構成される。距離計測部２１は、例えば、壁と対向しているときは、距離計測部２１から壁までの距離を検出し、テーブルと対向しているときは、距離計測部２１からテーブルまでの距離を検出する。

図３Ａは、距離計測部２１の電気的構成を示すブロック図である。図３Ａに示すように、距離計測部２１は、検出光を照射する発光部２１ａと、対向するオブジェクトで反射した検出光を受光する受光部２１ｂとから構成される。発光部２１ａは、開口部を介して、検出光を所定の照射範囲に拡散されるように照射する。発光部２１ａは、例えば、８００ｎｍ〜９００ｎｍの波長の赤外光を検出光として出力する。受光部２１ｂは、２次元的に配列された複数の画素が配列された撮像面を有する。制御部２３は、発光部２１ａが照射した検出光の位相を記憶部２４に記憶しておく。対向するオブジェクトが傾きや形状を有して、オブジェクト表面の各点が距離計測部２１から等距離にない場合、受光部２１ｂの撮像面上に配列された複数の画素は、それぞれ別々のタイミングで反射光を受光する。別々のタイミングで受光するため、受光部２１ｂで受光する検出光は、各画素で位相が異なってくる。制御部２３は、受光部２１ｂが各画素で受光した検出光の位相を記憶部２４に記憶する。

図４は、距離計測部２１の発光部２１ａから送信される発光信号（検出光）と、受光された反射光に基づき受光部２１ｂから出力される受光信号と、制御部２３で生成される検出信号とを示す。制御部２３は、発光部２１ａが照射した発光信号（検出光）の位相と、受光部２１ｂが各画素で受光した受光信号（反射された赤外検出光）の位相とを記憶部２４から読出し、それらの位相差に基づいて、距離計測部２１から対向するオブジェクトまでの距離を測定する。制御部２３は、測定した距離に基づき距離画像（距離情報）を生成する。

図３Ｂは、距離計測部２１（受光部２１ｂ）により取得された距離情報を説明するための図である。距離計測部２１は、受光した検出光の検出タイミングを構成する画素の一つ一つについて測定する。発光部２１ａの発光タイミングと受光部２１ｂの検出タイミングにより、制御部２３は、画角全域に対する距離の検出結果を画素単位で得ることができる。以下の説明では、図３Ｂに示すように、距離画像の横方向にＸ軸をとり、縦方向にＹ軸をとる。そして、検出した距離情報にＺ軸をとる。制御部２３は、距離計測部２１の検出結果に基づいて、距離画像を構成する各画素について、ＸＹＺの三軸の座標（ｘ、ｙ、ｚ）を取得できる。すなわち、制御部２３は、距離計測部２１の検出結果に基づいて距離情報を取得し、前記オブジェクトの投影位置を特定することができる。

本実施形態では、距離計測部２１としてＴＯＦセンサを例示するが、距離計測部２１はこれに限定されない。すなわち、距離計測部は、ランダムドットパターンのように、既知のパターンを投光してそのパターンのズレから距離を算出するものであっても良いし、ステレオカメラによる視差を利用したものであってもよい。

続いて、図５を用いて、画像投影装置１００の光学的構成について説明する。画像投影装置１００は、光源部３００と、映像生成部４００と、投影光学部５００とを備える。光源部３００は、投影画像を生成するために必要な光を、映像生成部４００に対して供給する。映像生成部４００は生成した映像を投影光学部５００に供給する。投影光学部５００は、映像生成部４００から供給された映像に対してフォーカシング、ズーミング等の光学的変換を行う。投影光学部５００は、開口部１１０と対向しており、開口部１１０から映像が投影される。つまり、光源部３００と映像生成部４００からなる投影部が、映像信号に基づく画像を投影光学部５００を介して投影する。

まず、光源部３００の構成について説明する。図５に示すように、光源部３００は、半導体レーザー３１０、ダイクロイックミラー３３０、λ／４板３４０、蛍光体ホイール３６０などを備えている。

半導体レーザー３１０は、例えば、波長４４０ｎｍ〜４５５ｎｍのＳ偏光の青色光を発光する固体光源である。半導体レーザー３１０から出射されたＳ偏光の青色光は、導光光学系３２０を介してダイクロイックミラー３３０に入射される。

ダイクロイックミラー３３０は、例えば、波長４４０ｎｍ〜４５５ｎｍのＳ偏光の青色光に対しては９８％以上の高い反射率を有する一方、波長４４０ｎｍ〜４５５ｎｍのＰ偏光の青色光及び、波長４９０ｎｍ〜７００ｎｍの緑色光〜赤色光に対しては、偏光状態に関わらず９５％以上の高い透過率を有する。ダイクロイックミラー３３０は、半導体レーザー３１０から出射されたＳ偏光の青色光を、λ／４板３４０の方向に反射する。

λ／４板３４０は、直線偏光を円偏光に変換又は、円偏光を直線偏光に変換する偏光素子である。λ／４板３４０は、ダイクロイックミラー３３０と蛍光体ホイール３６０との間に配置される。λ／４板３４０に入射したＳ偏光の青色光は、円偏光の青色光に変換された後、レンズ３５０を介して蛍光体ホイール３６０に照射される。

蛍光体ホイール３６０は、高速回転が可能なように構成されたアルミ平板である。蛍光体ホイール３６０の表面には、拡散反射面の領域であるＢ領域と、緑色光を発光する蛍光体が塗付されたＧ領域と、赤色光を発光する蛍光体が塗付されたＲ領域とが複数形成されている。蛍光体ホイール３６０のＢ領域に照射された円偏光の青色光は拡散反射されて、円偏光の青色光として再びλ／４板３４０に入射する。λ／４板３４０に入射した円偏光の青色光は、Ｐ偏光の青色光に変換された後、再びダイクロイックミラー３３０に入射する。このときダイクロイックミラー３３０に入射した青色光は、Ｐ偏光であるためダイクロイックミラー３３０を透過して、導光光学系３７０を介して映像生成部４００に入射する。

蛍光体ホイール３６０のＧ領域又はＲ領域に照射された青色光は、Ｇ領域又はＲ領域上に塗付された蛍光体を励起して緑色光又は赤色光を発光させる。Ｇ領域又はＲ領域上から発光された緑色光又は赤色光は、ダイクロイックミラー３３０に入射する。このときダイクロイックミラー３３０に入射した緑色光又は赤色光は、ダイクロイックミラー３３０を透過して、導光光学系３７０を介して映像生成部４００に入射する。

蛍光体ホイール３６０は高速回転しているため、光源部３００から映像生成部４００へは、青色光、緑色光、赤色光が時分割されて出射する。

映像生成部４００は、入力した映像信号に応じた投影画像を生成する。映像生成部４００は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ−Ｍｉｒｒｏｒ−Ｄｅｖｉｃｅ）４２０などを備えている。ＤＭＤ４２０は、多数のマイクロミラーを平面に配列した表示素子である。ＤＭＤ４２０は、入力した映像信号に応じて、配列したそれぞれのマイクロミラーを偏向させて、入射する光を空間的に変調させる。光源部３００は、青色光、緑色光、赤色光を時分割で映像生成部４００に出射する。ＤＭＤ４２０は、導光光学系４１０を介して、時分割に出射されてくる青色光、緑色光、赤色光を順に繰返し受光する。ＤＭＤ４２０は、それぞれの色の光が出射されてくるタイミングに同期して、マイクロミラーのそれぞれを偏向させる。ＤＭＤ４２０は、映像信号に応じて、投影光学部に進行させる光と、投影光学部の有効範囲外へと進行させる光とにマイクロミラーを偏向させる。これにより、映像生成部４００は、映像信号に応じた投影画像を生成し、生成した投影画像を、投影光学部５００に対して供給することができる。

投影光学部５００は、ズームレンズ５２０やフォーカスレンズ５１０などの光学部材を備える。投影光学部５００は、映像生成部４００から入射した光が示す映像を拡大して投影面へ投影する。制御部２３は、ズームレンズ５２０の位置を調整することで、所望のズーム拡大率になるよう投影対象に対して投影領域を制御できる。制御部２３は、ズーム拡大率を大きくすることにより、投影面上への投影映像を大きくすることができる。このとき、制御部２３は、ズームレンズ５２０の位置を画角が広くなる（ワイド側）方向に移動させて、投影領域を広くする。一方、制御部２３は、ズーム拡大率を小さくすることにより、投影面上への投影映像を小さくすることができる。このとき、制御部２３は、ズームレンズ５２０の位置を画角が狭くなる（テレ側）方向へ移動させて、投影領域を狭くする。また、制御部２３は、ズームレンズ５２０の移動に追従するよう、所定のズームトラッキングデータに基づきフォーカスレンズ５１０の位置を調整することで、投影映像のフォーカスを合わせることができる。

本実施形態では、一例として、ＤＭＤ４２０を用いたＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ−Ｌｉｇｈｔ−Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）方式の画像投影装置の構成を説明したが、構成はこれに限定されない。すなわち、画像投影装置は、液晶方式による構成を採用しても構わない。

また、上記の説明では、一例として、蛍光体ホイールを用いた光源を時分割させた単板方式による画像投影装置の構成を説明したが、画像投影装置の構成はこれに限定されない。すなわち、画像投影装置として、青色光、緑色光、赤色光の各種光源を備えた三光源方式による構成を採用しても構わないし、ＤＭＤをＲＧＢの各色別に持つ三板方式による構成を採用しても構わない。

また、上記の説明では、投影映像を生成するための青色光の光源と、距離を測定するための赤外光の光源とを別ユニットとする構成を説明したが、光源の構成はこれに限定されない。すなわち、投影映像を生成するための青色光の光源と、距離を測定するための赤外光の光源とを統合した光源ユニットを用いても構わない。さらに、三光源方式を採用するのであれば、赤青緑各色の光源と、赤外光の光源とを統合した光源ユニットを用いても構わない。

［１−２．動作］
［１−２−１．フォーカスレンズ制御］
以上のように構成された画像投影装置１００の動作を以下に説明する。本実施形態の画像投影装置１００は、映像信号中のオブジェクトを検出し、検出したオブジェクトが投影される投射対象物までの距離に応じて投影光学部５００（フォーカスレンズ５１０、ズームレンズ５２０）の位置を制御する。

例えば、画像投影装置１００が、図６の（ａ）に示すようなオブジェクト９０ａを含む画像を、位置Ａに存在する人物９０（図６の（ｂ）参照）に対して、図６の（ｃ）に示すように投影する場合を想定する。このとき、画像投影装置１００は、入力した映像信号から、オブジェクト９０ａを検出し、検出したオブジェクト９０ａが投影される対象である人物９０と画像投影装置１００との間の距離に基づいて、オブジェクト９０ａが人物９０上に合焦されるようにフォーカスレンズ５１０を駆動する。このように、フォーカスレンズ５１０を、画像投影装置１００と、映像信号に含まれるオブジェクト９０ａが投影される投影対象物との間の距離に応じて駆動することにより、オブジェクト９０ａを投影対象物上で合焦させた状態で投影することができる。

以下、このような画像投影装置１００の動作を、図７を用いて具体的に説明する。図７は、画像投影装置１００のフォーカスレンズ制御を説明したフローチャートである。なお、図７のフローチャートは入力信号の１フレームにおける動作を示しており、フレーム毎に図７に示す処理が繰返される。

画像投影装置１００は映像信号をフレーム毎に入力する（Ｓ１１）。入力信号解析部１０は、入力した映像信号を解析して、映像信号が示す画像から所定の条件を満たすオブジェクト（投影対象物に投影される映像のうち合焦状態を維持させるオブジェクト）の検出を行う（Ｓ１２）。ここで、オブジェクトの検出処理について説明する。

入力信号解析部１０は、図８の（ａ）に示すように、映像信号が示す１フレームの画像９２の領域を２次元的に所定サイズの複数のブロックに分割し、ブロック単位でオブジェクト９２ａの検出を行う。ブロックは画像領域において２次元的（水平方向ｘ（行方向）、垂直方向ｙ（列方向））に配列され、ブロックの行毎にオブジェクト９２ａが検出される。オブジェクトは、映像信号の高周波成分に基づいて検出される。以下、図８の（ｂ）に示すように、水平同期信号の１期間について説明する。

まず、映像信号（図８の（ｃ）参照）はＨＰＦ１１に入力され、高周波成分が抽出される。ＨＰＦ１１の出力信号（図８の（ｄ）参照）は、絶対値回路１３に入力され、出力信号の振幅値（絶対値）を示す信号が生成される（図８の（ｅ）参照）。その後、累積加算回路１５により各ブロック内の絶対値が加算される（図８の（ｆ）参照）。以上の処理を、画像内のブロックの行毎に実施する。その後、最大ブロック検出回路１７は、１フレームの画像の領域において、各ブロックについて算出された加算値を比較し、最大の加算値を求める。その最大の加算値が所定値を超えている場合、最大ブロック検出回路１７は、その最大値を示すブロックにおいてオブジェクトが存在する（検出された）と判断する。以上のようにして、入力信号解析部１０は、所定の条件として、映像信号から高周波成分を含む領域をオブジェクトとして検出する。

オブジェクトが検出されなかった場合（Ｓ１３でＮＯ）、制御部２３は、フォーカス制御を変更せず、映像信号に基づく画像を投影する（Ｓ１８）。

一方、オブジェクトが検出された場合（Ｓ１３でＹＥＳ）、制御部２３は、オブジェクトが検出されたブロックの位置に基づき、検出されたオブジェクトが投影される投影面上の位置を取得する（Ｓ１４）。例えば、制御部２３は、オブジェクトが検出されたブロック内の一点の座標（例えば、中心位置の座標）に基づき、オブジェクトの投影面上の一点の位置を取得してもよいし、ブロックの領域に基づき、オブジェクトの投影面上の領域を取得してもよい。

制御部２３は、オブジェクトの投影位置に基づき、その投影位置に存在する、オブジェクトが投影される投影対象物までの距離を取得する（Ｓ１５）。制御部２３は、距離計測部２１から取得した情報に基づき、投影対象物に対する距離情報を認識している。制御部２３は、その距離情報と、オブジェクトが検出されたブロックの位置（または領域）とに基づき、検出されたオブジェクトが投影される投影対象物までの距離を取得する。例えば、ステップＳ１４において、オブジェクトの投影面上の一点の位置を取得した場合、制御部２３はその位置の距離を取得する。または、オブジェクトの投影面上の領域を取得した場合、制御部２３は、その領域内の各座標に対する距離を求め、それらの平均値を投影対象物までの距離として取得する。

制御部２３は、投影対象物までの距離に基づき、その投影対象物に投影光が合焦するフォーカスレンズ５１０の位置を取得する（Ｓ１６）。具体的には、制御部２３は、フォーカスレンズ位置テーブル２５ａを参照することでフォーカスレンズ位置を求めることができる。

制御部２３は、求めたフォーカスレンズ位置にフォーカスレンズ５１０を移動させるようにフォーカスレンズ駆動部２６を制御する（Ｓ１７）。その後、制御部２３は、映像信号に基づく画像を投影する（Ｓ１８）。

本実施形態では、制御部２３の動作としてオブジェクトが検出されなかった場合（Ｓ１３でＮＯ）、フォーカス制御を変更せず、映像信号に基づく画像を投影したが、これに限定されない。すなわち、オブジェクトが検出されなかった場合、制御部２３は、投影範囲全体の投影距離を求め、それらの平均距離に基づいたフォーカスレンズ位置を取得し、フォーカスレンズを制御しても良い。或いは、制御部２３は、投影範囲の中心での投影距離を求め、その距離に基づいてフォーカスレンズを制御しても良い。

以上のように、画像投影装置１００は、入力された映像信号を解析し、投影するオブジェクトの投影位置（表示位置）を求める。そして、その投影位置に対応する位置にある投影対象物までの距離を求める。その投影対象物までの距離に基づきフォーカスレンズを制御する。これにより、例えば、図９に示すように、投影対象物である人物９０が、位置Ａから、光軸方向において位置Ａと異なる位置Ｂへ移動した場合でも、入力信号が示す映像に含まれるオブジェクト９０ａを人物９０上で合焦させた状態を維持することができる。また、図１０に示すように、位置Ａにいる人物９０にオブジェクト９０ａが合焦された状態で投影されている状態（図１０の（ａ））から、画像投影装置１００から位置Ａよりもより離れた位置である位置Ｂにいる人物９１にオブジェクト９０ｂが投影される状態に入力画像が切替わる場合でも、人物９１に対してオブジェクト９０ｂを合焦させた状態で投影することができる。

［１−２−２．ズームレンズ制御］
上記の例では、投影対象物までの距離に応じてフォーカスレンズ５１０を制御する例を説明したが、以下、投影対象物までの距離に応じてズームレンズ５２０を制御する例を説明する。

図１１は、映像信号内のオブジェクトの位置に基づきズームレンズ５２０の位置を制御する際の処理を示すフローチャートである。

画像投影装置１００は映像信号をフレーム毎に入力する（Ｓ２１）。入力信号解析部１０は、入力した映像信号を解析して、映像信号が示す画像からオブジェクト（投影対象物に投影されるオブジェクト）の検出を行う（Ｓ２２）。オブジェクトの検出処理については前述のとおりである。

オブジェクトが検出されなかった場合（Ｓ２３でＮＯ）、制御部２３は、ズームレンズ制御を変更せず、映像信号に基づく画像を投影する（Ｓ２９）。

一方、オブジェクトが検出された場合（Ｓ２３でＹＥＳ）、制御部２３は、検出されたオブジェクトの投影面上の位置を取得する（Ｓ２４）。さらに、制御部２３は、オブジェクトの投影位置に基づき、投影位置にある投影対象物までの距離を取得する（Ｓ２５）。オブジェクトの投影面上の位置を取得方法は前述のとおりである。

制御部２３は、投影対象物までの距離に基づきズームレンズ５２０の目標画角を計算する（Ｓ２６）。目標画角は例えば以下のようにして算出する。

図１２Ａに示すように、映像信号が示す画像９２の中にオブジェクト９２ａが含まれている場合を想定する。映像信号が示す画像９２の画像サイズをｖ１とし、オブジェクト９２ａの画像サイズをｖ２とする。また、図１２Ｂに示すように、投影位置における、オブジェクト９２ａの表示サイズをａ２、投影画像全体の表示サイズをａ１とする。また、ズームレンズの画角を２θとし、画像投影装置１００の投影光学部５００から投影対象物である人物９０までの距離をｄ１とする。この場合、下記の関係が成り立つ。

ａ１＝ａ２（ｖ１／ｖ２）（式１）
ａ１＝２・ｄ１・ｔａｎθ （式２）
上記の関係より、ズームレンズ５２０の目標画角２θは次式で求められる。

２θ＝２ｔａｎ^−１｛（ａ２・ｖ１）／（２・ｄ１・ｖ２）｝（式３）
制御部２３は、映像信号の解析時におけるオブジェクトの検出時に、オブジェクトのサイズｖ２及び画像のサイズｖ１を取得する。また、制御部２３は、投影位置におけるオブジェクト９２ａの表示サイズａ２を予め認識している。よって、制御部２３は、オブジェクトの画像サイズｖ２と、画像の画像サイズｖ１と、オブジェクト９２ａの表示サイズａ２と、式３とに基づき目標画角２θを算出することができる。

目標画角２θが求まると、制御部２３は、ズームレンズ位置テーブル２５ｂを参照し、目標画角２θに基づいてズームレンズ５２０の制御目標位置を求める（Ｓ２７）。制御部２３は、求めたズームレンズ位置にズームレンズ５２０を移動させるようにズームレンズ駆動部２７を制御する（Ｓ２８）。その後、制御部２３は、映像信号に基づく画像を投影する（Ｓ２９）。

以上のようにして、投影対象物の距離に応じてズームレンズ５２０を制御する。このような制御により、投影対象物の距離に応じて適切な表示サイズａ２のオブジェクト９２ａを人物９０上に投影することができる。

目標画角の算出方法の別の例について図１３Ａ、図１３Ｂを参照して説明する。例えば、図１３Ａに示すように、投影対象物である人物９０が位置Ａから位置Ｂ（画像投影装置１００からより離れる位置）に移動した場合、オブジェクト９２ａの表示サイズはａ１からａ２に大きくなってしまう。そこで、以下では、人物９０の移動により、人物９０と画像投影装置１００の間の距離が変動した場合でも、適切な大きさのオブジェクトが人物９０に投影されるようにズームの画角を調整する例を説明する。

図１３Ａに示すように、画像投影装置１００から距離ｄ１の投影位置Ａにおけるオブジェクト９２ａの表示サイズをａ１とし、その場合に、画像投影装置１００から距離ｄ２の位置Ｂにおいて投影され得るオブジェクト９２ａの表示サイズをａ２とする。また、図１３Ｂに示すように、画像投影装置１００から距離ｄ２の位置Ｂにおいて、オブジェクト９２ａの表示サイズがａ１となるようにするためのズームレンズの画角（目標画角）を２θ２とする。この場合、下記の関係が成り立つ。
図１３Ａより、
ａ１＝２・ｄ１・ｔａｎθ１（式４）
ａ２＝２・ｄ２・ｔａｎθ１（式５）
θ１＝ｔａｎ^−１｛ａ１／（２・ｄ１）｝（式６）
図１３Ｂより、
ａ１＝２・ｄ２・ｔａｎθ２（式７）
２・ｄ１・ｔａｎθ１＝２・ｄ２・ｔａｎθ２（式８）
ｔａｎθ２＝（ｄ１／ｄ２）・ｔａｎθ１（式９）
よって、ズームレンズ５２０の目標画角２θ２は次式で求めることができる。

２θ２＝２ｔａｎ^−１｛ａ１・ｄ１／（２・ｄ２）｝（式１０）
制御部２３は、オブジェクト９２ａの表示サイズａ１と、変更前の距離ｄ１と、変更後の距離ｄ２と、式１０とに基づき目標画角２θ２を求めることができる。

このようにズームレンズ５２０を制御することにより、人物９０が移動して、人物９０と画像投影装置１００間の距離が変動した場合であっても、人物９０に投影されたときのオブジェクト９２ａの表示サイズを適切なサイズに制御することができる。すなわち、人物９０の大きさに対するオブジェクト９２ａの表示サイズの割合が変化しないようにオブジェクト９２ａが表示される。例えば、人物９０が画像投影装置１００へ近づく方向に移動した場合、目標画角は大きくなるようにズームレンズ５２０が調整される。一方、人物９０が画像投影装置１００から遠ざかる方向に移動した場合、目標画角は小さくなるようにズームレンズ５２０が調整される。

［１−３．効果等］
以上のように、本実施の形態の画像投影装置１００は、投影光学部５００と、映像信号に基づく画像を、投影光学部５００を介して投影対象物に対して投影する光源部３００及び映像生成部４００と、映像信号が示す画像中から所定のオブジェクトを検出する入力信号解析部１０と、検出されたオブジェクトの画像中の位置に基づきオブジェクトの投影位置を特定し、投影位置に基づいて投影光学部５００を制御する制御部２３と、を備える。

このように、画像投影装置１００は、映像信号が示す画像からオブジェクトの投影位置（表示位置）を求め、その投影位置にある投影対象物までの投影距離に基づき投影光学部５００を制御する。これにより、例えば、投影対象物が移動した場合や、投影対象物が立体物の場合でも、オブジェクトを合焦させた画像、及び、所定のサイズの画像で投影対象物に投影することが可能となる（図９、図１２Ａ、図１２Ｂ参照）。また、画像投影装置１００から異なる距離にある複数の投影対象物がある場合でも、オブジェクトが投影される投影対象物に対してオブジェクトを合焦させた画像、及び、所定のサイズの画像で投影することができる（図１０、図１３Ａ、図１３Ｂ参照）。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置換、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態１で説明した各構成要素を組合せることも可能である。以下、他の実施の形態を例示する。

上記の実施形態における画像投影装置１００は画像投影装置の一例である。入力信号解析部１０はオブジェクトを検出する検出部の一例である。オブジェクトは、ソフトウェア的に画像解析を行うことで検出してもよい。距離計測部２１は距離検出部の一例である。オブジェクトの投影位置に対応する対象物の距離を測定できるものであれば、任意の距離計測デバイスを使用できる。

上記の実施形態では、フォーカスレンズ制御において、距離計測部２１により投影対象物までの距離を測定し、その距離に基づき合焦位置にフォーカスレンズを駆動した。しかし、合焦方法はこれに限定されない。例えば、撮像した画像に基づいて合焦動作を行うコントラストＡＦ方式により合焦動作を行っても良い。この場合、画像投影装置１００は、距離計測部２１に代えて、画像を撮像する撮像装置を備える。撮像装置はＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサのような画像センサを備え、少なくとも投影領域を含む画像を撮像する。制御部２３は、入力信号解析部１０により映像信号から検出されたオブジェクトの位置（または領域）に対応する撮像画像上の領域を特定し、その特定した領域にて合焦するようにフォーカスレンズ５１０を制御すればよい。但し、コントラストＡＦの場合、ＡＦ評価値を抽出する領域の画像によってはコントラストを検出するための高域成分が含まれておらず、うまく合焦できない場合もある。よって、実施の形態１のように映像投影対象までの距離を実際に測定してレンズ制御を行う方が、所望の対象により精度よく合焦させることができるという利点がある。

ＤＭＤは、Ｒ、Ｇ、Ｂ画像以外にＩＲ（赤外線光）による画像を出力可能なものであってもよい。このようなＤＭＤを使用することにより、距離計測部２１のＴＯＦセンサにおける発光部を省略することができる。

また、入力された映像信号が示す画像中のオブジェクトの検出方法は上述したものに限定されない。他の検出方法によりオブジェクトを検出してもよい。例えば、下記の条件に基づいてオブジェクトを検出する方法が考えられる。

（１）輝度ピーク値が所定値以上
（２）輝度平均値が所定値以上
（３）彩度の平均値が所定値以上
（４）彩度のピーク値が所定値以上
１フレーム画像を分割したブロック毎に、上記各条件を満たすか否かを判断することで、オブジェクトを含むブロックの位置を検出する。具体的には、各ブロック内で、上記の各条件に該当する画素の数をカウントし、カウントした画素数が所定値以上（例えば５０％以上）であれば、そのブロックはオブジェクトを含むと判定する（孤立点を除去することによる検出の安定化）。その際、各フレームにおいてオブジェクトを検出した後、さらに複数フレームにわたってテンポラルフィルタをかけることで、時間的に連続的なオブジェクトのみを検出するようにしてもよい（検出の安定化）。

図７のフローチャートで示したフォーカスレンズ制御と図１１のフローチャートで示したズームレンズ制御とは組合せて用いても良い。

上記の実施形態では、映像信号が示す画像中から１つのオブジェクトのみを検出する例を示したが、複数のオブジェクトを検出してもよい。その場合、検出した複数のオブジェクトに対応する複数の投影対象の中で画像投影装置１００に最も近い投影対象物に対して、フォーカスレンズ及びズームレンズを制御するようにしてもよい。

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。

したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置換、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、画像を対象物に投影して表示する画像投影装置に適用可能である。

１０入力信号解析部
１１ＨＰＦ
１３絶対値回路
１５累積加算回路
１７最大ブロック検出回路
２１距離計測部
２１ａ発光部
２１ｂ受光部
２３制御部
２４記憶部
２５ａフォーカスレンズ位置テーブル
２５ｂズームレンズ位置テーブル
２６フォーカスレンズ駆動部
２７ズームレンズ駆動部
９０，９１人物
９０ａ，９０ｂ，９２ａオブジェクト
９２画像
１００画像投影装置
１１０開口部
３００光源部
３１０半導体レーザー
３２０導光光学系
３３０ダイクロイックミラー
３４０ λ／４板
３５０レンズ
３６０蛍光体ホイール
３７０導光光学系
４００映像生成部
４１０導光光学系
４２０ＤＭＤ
５００投影光学部
５１０フォーカスレンズ
５２０ズームレンズ

Claims

フォーカスレンズを有する投影光学部と、
映像信号に基づく画像を、前記投影光学部を介して投影対象物に投影する投影部と、
前記映像信号が示す画像中から所定のオブジェクトを検出する検出部と、
前記投影対象物までの距離を検出する距離検出部と、
前記検出されたオブジェクトの画像中の位置と、前記距離検出部からの検出結果とに基づき前記オブジェクトの投影位置を特定し、前記投影位置に基づいて前記オブジェクトが前記投影対象物に合焦されるように前記投影光学部の前記フォーカスレンズを制御する制御部と、
を備えた画像投影装置。
ズームレンズを有する投影光学部と、
映像信号に基づく画像を、前記投影光学部を介して投影対象物に投影する投影部と、
前記映像信号が示す画像中から所定のオブジェクトを検出する検出部と、
前記投影対象物までの距離を検出する距離検出部と、
前記検出されたオブジェクトの画像中の位置と、前記距離検出部からの検出結果とに基づき前記オブジェクトの投影位置を特定し、前記投影位置に基づいて前記オブジェクトが前記投影対象物に投影されたとき適切なサイズになるように前記投影光学部の前記ズームレンズを制御する制御部と、
を備えた画像投影装置。
前記検出部は、前記映像信号が示す画像中における高周波成分に基づいて前記オブジェクトを検出する、
請求項１又は２に記載の画像投影装置。