JP2005148157A - 投射型表示装置及び投射型表示装置の自動フォーカス調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサカメラのカメラレンズと投射レンズとの双方のフォーカス調整を自動で行って、高精度の自動焦点調整を行う。
【解決手段】パターン生成部２０が生成したテストパターンを投射レンズ１２によってスクリーン２に投射し、センサカメラ１４で撮像する。そしてフォーカス検出部１７でそのフォーカス検出を行って、演算処理部１８で演算処理する。レンズ制御部１９は、演算結果に従ってカメラレンズ１５または投射レンズ１２の回転量を決定し、カメラレンズ駆動部１６または投射レンズ駆動部１３が各レンズを回転させてフォーカス調整を行う。上記のフォーカス調整においては、カメラレンズ１５または投射レンズ１２の一方のレンズを固定し、他方のレンズについてフォーカス調整を行う。そして各レンズのフォーカス調整を交互に繰り返し、輝度変化のピークが変化せずに飽和状態となったときに、最も最良のフォーカス調整が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像を投射面に表示する投射型表示装置及びその自動フォーカス調整方法に関し、特に、投射面とプロジェクタ装置との距離が可変である場合の設定調整の自動化を行うことができる投射型表示装置及びその自動フォーカス調整方法に関する。

従来、投射型表示装置（プロジェクタ）を用いてスクリーンに画像を投射する際には、まず、スクリーンの投射面に映し出される像の合焦動作（フォーカス調整）を行なうことが必要となる。プロジェクタのフォーカス調整においては、プロジェクタ本体と投射面との距離が可変である場合、投射距離に応じて、マニュアルでフォーカスの調整を行う必要があり、その操作はユーザにとっては厄介なものとなる。このような可変の投射距離に対応するために、フォーカス調整を自動で行うオートフォーカスシステムが提案されている。

オートフォーカスによるフォーカス調整を行うための装置として、例えば、特許文献１においては、スクリーンに投射した調整用画像パターンをＣＣＤカメラなどで撮影し、撮影したその調整用画像パターンを再度入力回路から入力し、この入力パターンの周波数成分を比較し、所定の高周波数成分の構成になるまで電動モータにより投射レンズを駆動することにより、オートフォーカス調整を行うフォーカス調整装置が提案されている。

また、特許文献２では、プロジェクタから投射されたテストパターンをモニタカメラにより撮像し、撮像したモニタ画像のデータを解析して、フォーカス検出部によりフォーカスの最良点（センサカメラ上のポイント）を決定し、決定したフォーカスの最良点に従って投射レンズのフォーカス調整を行うプロジェクタの自動画面位置調整方法及び装置が開示されている。
特開２０００−２８９０１号公報 特開２０００−２４１８７４号公報

上述のごとくの従来の技術よるオートフォーカスは、テストパターン等を撮像するセンサカメラの固定焦点レンズを用いて実行され、フォーカス調整を行うときにセンサカメラのレンズの焦点が合うことを前提としている。例えば、投射型表示装置とスクリーンとの設置位置がほぼ決められている場合などで、センサカメラのレンズの焦点を合わせることができる場合には上記従来技術を適用することができるが、投射型表示装置とスクリーンの位置が可変である場合に、センサカメラのレンズの焦点が合わない位置があると、投射レンズのフォーカス調整精度が低下する。

そこで、フォーカス調整精度を低下させないようにするため、センサカメラにカメラレンズ駆動部を設け、センサカメラのカメラレンズのフォーカス調整を行うことができるようにし、センサカメラのレンズの焦点を合わせた状態で投射レンズのフォーカス調整を行うことにより、最適な投射レンズのフォーカス位置を得ることができるようになる。しかし、センサカメラのカメラレンズと投射レンズとの双方のレンズの最適なフォーカス位置を自動で得る方法は提案されていない。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、センサカメラのカメラレンズと投射レンズとをそれぞれ駆動するレンズ駆動部を設けることで、カメラレンズと投射レンズとの双方のフォーカス調整を自動で行い、プロジェクタ設置の自由度を高めるようにした投射型表示装置及び投射型表示装置の自動フォーカス調整方法を提供することを目的としている。

第１の技術手段は、フォーカス調整を行うことができる投射レンズと、投射レンズで投射された映像を撮像するセンサカメラと、該センサカメラが撮像した映像のフォーカスを検出するフォーカス検出部と、該フォーカス検出部で検出された検出結果を演算する演算処理部と、該演算処理部で演算された結果に従って前記投射レンズの回転量を決定するレンズ制御部と、該レンズ制御部の決定に従って前記投射レンズを回転駆動させる投射レンズ駆動部とを有し、該投射レンズ駆動部による前記投射レンズの回転駆動によって、該投射レンズの焦点調整を自動で行う投射型表示装置において、前記センサカメラは、フォーカス調整を行うことができるカメラレンズと、該カメラレンズのフォーカス調整を行うために前記カメラレンズを回転駆動させるカメラレンズ駆動部を有し、前記レンズ制御部は、前記演算処理部で演算された結果に従って前記カメラレンズ駆動部を駆動させることにより、前記カメラレンズの焦点調整を自動で行うことができるようにしたことを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、該投射型表示装置は、フォーカス調整を行うためのテストパターンを生成するパターン生成部と、該パターン生成部で生成されたテストパターンを投射するために映像出力する映像出力部とを有し、前記フォーカス検出部は、前記センサカメラにより撮像されたテストパターンのフォーカスを検出することにより、前記投射レンズ及び前記カメラレンズの焦点調整を自動で行うことを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第２の技術手段において、前記レンズ制御部は、前記カメラレンズと前記投射レンズの各レンズうち、一方のレンズのフォーカス位置を固定にした状態で、他方のレンズを駆動してフォーカス調整を行った後、該フォーカス調整を行ったレンズのフォーカス位置を固定して、先にフォーカス調整を行ったレンズの固定を解除し、該レンズを駆動してフォーカス調整を行うことにより、フォーカス調整を自動で行うことを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第３の技術手段において、前記レンズ制御部は、前記カメラレンズと前記投射レンズの各レンズうち、一方のレンズのフォーカス位置を固定にした状態で、他方のレンズを駆動してフォーカス調整を行う動作を、前記各レンズ毎に交互に複数回行うことを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第４の技術手段において、前記各レンズ毎に行うフォーカス調整を、前記各レンズの輝度変化のピーク値が前記フォーカス調整を行っても変化することなく飽和状態になるまで繰り返すことを特徴としたものである。

第６の技術手段は、少なくとも投射レンズ以外にセンサ機能をもつ１以上のカメラレンズを有し、該カメラレンズにより投射画像のフォーカスを検出することによって投射型表示装置の自動フォーカス調整を行う投射型表示装置の自動フォーカス調整方法において、前記投射レンズと前記カメラレンズの各レンズのうち、１つのレンズのフォーカス調整を行う際に、該フォーカス調整を行うレンズ以外のレンズを固定して、フォーカス調整を行うステップと、該フォーカス調整を行ったレンズを固定し、他のレンズのフォーカス調整を行うステップとを有し、前記投射型表示装置が有する全てのレンズのフォーカス調整を行うことを特徴としたものである。

第７の技術手段は、第６の技術手段において、前記カメラレンズと前記投射レンズの各レンズうち、一方のレンズのフォーカス位置を固定にした状態で、他方のレンズを駆動してフォーカス調整を行う動作を、前記各レンズ毎に複数回行うことを特徴としたものである。

第８の技術手段は、第７の技術手段において、前記各レンズ後に行うフォーカス調整を、前記各レンズの輝度変化のピーク値が前記フォーカス調整を行っても変化することなく飽和状態になるまで繰り返すことを特徴としたものである。

本発明によれば、センサカメラのカメラレンズ及び投射レンズのそれぞれにレンズ駆動部を設け、スクリーンに投射したテストパターンをセンサカメラで撮像し、その撮像結果に従ってセンサカメラのレンズと投射レンズとの双方のレンズのフォーカス調整を行うことにより、センサカメラのレンズと投射レンズとの双方のレンズの最適なフォーカス位置を自動で得ることができる。また上記のカメラレンズと投射レンズのフォーカス調整を交互に繰り返すことで、より最適なフォーカス位置を検出することができる。これにより、プロジェクタとスクリーンの距離に依存せずに、カメラレンズと投射レンズとの双方のフォーカス調整を自動で高精度に実行することができ、投射型表示装置設置の自由度を高めることができる。

図１は、本発明の投射型表示装置の一実施例の構成を説明するための図である。図１において、投射型表示装置１は、そのフォーカス調整の開始を指示入力するための調整開始ボタン１１と、フォーカス調整を行うことができる投射レンズ１２と、投射レンズ１２のフォーカス調整を行うために投射レンズ１２を駆動させる投射レンズ駆動部１３と、投射型表示装置前面に設置されたセンサカメラ１４と、フォーカス調整を行うことができるセンサカメラ１４のカメラレンズ１５と、カメラレンズ１５を駆動させてカメラレンズ１５のフォーカス調整を行うカメラレンズ駆動部１６と、センサカメラ１４により入力された画像のフォーカスを検出するフォーカス検出部１７と、フォーカス検出部１７の検出データを演算する演算処理部１８と、演算処理部１８による演算データに従って投射レンズ１２及びカメラレンズ１５の回転量を決定するレンズ制御部１９と、テストパターンを生成するパターン生成部２０と、パターン生成部２０によって生成されたテストパターンを投射するための映像出力部２１とを備え、映像出力部２１が有する光源２２の光によってスクリーン２に画像を投射する構成になっている。

投射型表示装置のフォーカス調整においては、まず、投射型表示装置本体からスクリーンに画像を投射できるように設置し、スクリーンに投射型表示装置から画像を投射して、投射型表示装置のフォーカス調整を開始する。フォーカス調整は、投射型表示装置１の本体に設けられている調整開始ボタン１１を操作者が押すことによって開始される。また、図示しないリモコンからの遠隔操作によってフォーカス調整を開始するようにしてもよい。

図２は、フォーカス検出用のテストパターンの一例を示す図である。調整開始ボタン１１が操作者によって押されると、パターン生成部２０がフォーカス検出用のテストパターン３０を生成し、映像出力部２１がテストパターン３０の映像を出力して、投射レンズ１２によってスクリーン２にテストパターン３０を投射する。
図２に示すフォーカス検出用のテストパターン３０は、黒色を背景にした白色のクロスパッチによって形成されている。このようなテストパターン３０は、図２に示す形態のものに限定されるものではないが、投射画像の水平走査または垂直走査において、輝度の変化が大きくなるような形態とすることが望ましい。

上記のテストパターン３０を投射した後、カメラレンズ１５及び投射レンズ１２のフォーカス調整を開始する。まず、カメラレンズ１５または投射レンズ１２のどちらか一方のフォーカス調整を行う。このときに、カメラレンズ１５または投射レンズ１２のうちの一方のレンズのフォーカスを調整している間は、他方のレンズは固定させておく。例えば、カメラレンズ１５のフォーカス調整を先に行う場合、投射レンズ１２のフォーカス位置を固定にした状態でカメラレンズのフォーカス調整を行うようにする。

最初に動作させるレンズは、カメラレンズ１５または投射レンズ１２のいずれのレンズでもよいが、ここでは、最初にカメラレンズ１５を動作させるものとする。投射型表示装置１から投射されたテストパターン３０はスクリーン２に結像して投射画像を生成する。そしてスクリーンにおける反射光をセンサカメラ１４が受光し、投射画面を撮像する。

センサカメラ１４が撮像したテストパターン３０の投射画像は、フォーカス検出部１７に入力される。フォーカス検出部１７は、テストパターン３０の撮像画像データを解析して、水平信号または垂直信号の振幅の波高値の高いところ、あるいはフーリエ級数展開による高次の周波数成分の有無などの検出を行う。そしてフォーカス検出部１７におけるフォーカスの検出結果は、演算処理部１８で演算処理される。

そして、レンズ制御部１９は、演算処理部１８による演算データに従ってカメラレンズ１５の回転量を決定し、その決定に基づく命令信号をカメラレンズ駆動部１６に出力する。カメラレンズ駆動部１６は、電動モータ等により構成され、レンズ制御部１９からの命令信号に従ってカメラレンズ１５を回転させる。そしてさらにフォーカス検出部１７によるフォーカスの検出を行う。
こうして、カメラレンズ１５のフォーカスの最良点が設定されるように、上記の処理を繰り返す。
図３は、レンズポジションと輝度変化との関係を説明する図である。図３に示す輝度値がピークとなるレンズポジションの位置が、カメラレンズのフォーカスの最良点となる。
カメラレンズ１５のフォーカス最良点が検出できれば、カメラレンズ１５のフォーカス調整を終了し、カメラレンズ１５を固定する。

そして、次に投射レンズ１２のフォーカス調整を行う。投射レンズ１２のフォーカス調整も、上述のごとくのカメラレンズ１５のフォーカス調整と同様の動作によって実行する。すなわち、センサカメラ１４が撮像したテストパターン３０の投射画像は、フォーカス検出部１７に入力される。フォーカス検出部１７は、テストパターン３０の撮像画像データを解析して、水平信号または垂直信号の振幅の波高値の高いところ、あるいはフーリエ級数展開による高次の周波数成分の有無などの検出を行う。そしてフォーカス検出部１７における検出結果は、演算処理部１８で演算処理される。

そして、レンズ制御部１９は、演算処理部１８による演算データに従って投射レンズ１２の回転量を決定し、その決定に基づく命令信号を投射レンズ駆動部１３に出力する。投射レンズ駆動部１３は、電動モータ等により構成され、レンズ制御部１９からの命令信号に従って投射レンズ１２を回転させる。そしてさらにフォーカス検出部１７によるフォーカスの検出を行う。こうして、投射レンズ１２のフォーカスの最良点が設定されるように、上記の処理を繰り返す。投射レンズ１２におけるフォーカス最良点は、図３に示すごとくの輝度がピークとなる位置から検出することができる。

上記のごとくの動作によって、投射レンズ１２のフォーカス最良点を検出した後、再び、投射レンズ１２を固定し、同様の処理によって再度カメラレンズ１５のフォーカス調整を行う。例えば、初期状態において、最初にカメラレンズ１５のフォーカス調整を行ったときに投射レンズ１２の焦点が合っていないと、カメラレンズ１５のフォーカス調整においてレンズポジションに対する波高値のピーク値が低く、輝度変化が小さくなるため、フォーカス調整の精度が低くなる可能性がある。よって、投射レンズ１２のフォーカス最良点が検出された後に、再度カメラレンズ１５のフォーカス調整を行うことで、一回目の調整よりも精度の良い調整を行うことができる。そして、カメラレンズ１５のフォーカスの最良点が検出された後、投射レンズ１２のフォーカス調整を再度行う。

上記のごとくの動作を繰り返すことにより、カメラレンズ１５と投射レンズ１２のフォーカス調整の精度が、その調整前の状態より良くなる。そして、この動作を繰り返し続け、前回のフォーカス調整と比べて、波高値の差が無くなった位置が、双方のレンズにおける最適なフォーカス位置となる。すなわち、各レンズの輝度変化のピーク値がフォーカス調整を行っても変化することなく飽和状態になるまで繰り返すことにより、最適なフォーカス位置を得ることができるようになる。

図４は、本発明の投射型表示装置におけるフォーカス調整動作の一例を説明するためのフローチャートである。投射型表示装置におけるフォーカス調整の動作を、図１及び図２を参照しながら図４のフローに従って説明する。
まず、フォーカス調整が開始されると、パターン生成部２０がテストパターン３０を生成し（ステップＳ１）、映像出力部２１がテストパターン３０を出力して投射レンズ１２によってスクリーン２にそのテストパターン３０を投射する（ステップＳ２）。

そして、カメラレンズ１５のフォーカス調整を実施し（ステップＳ３）、続いて投射レンズ１２のフォーカス調整を実施する（ステップＳ４）。そしてステップＳ３のカメラレンズ１５のフォーカス調整と、ステップＳ４の投射レンズ１２のフォーカス調整とを交互に繰り返して、フォーカス調整前後の検出値の差がほぼなくなった時点で、すなわち各レンズの輝度変化のピーク値がフォーカス調整を行っても変化することなく飽和状態になった時点でフォーカス調整を終了する。なお、上述したように、最初に行うフォーカス調整は、カメラレンズ１５ではなく、投射レンズ１２としてもよい。

図５は、上記図４におけるステップＳ３のカメラレンズ１５のフォーカス調整の動作についてより具体的に説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ３のカメラレンズ１５のフォーカス調整を行う場合、スクリーン２に投射されたテストパターン３０のフォーカスをセンサカメラ１４によって撮像する（ステップＳ３１）。そして、撮像したテストパターン３０をフォーカス検出部１７で検出する（ステップＳ３２）。ここでは、テストパターン３０の撮像画像データを解析して、水平信号または垂直信号の振幅の波高値の高い部分を検出し、その検出結果は、演算処理部１８で演算処理される。

そして水平信号または垂直信号の振幅の波高値の高い部分を検出した結果、波高値がピークとなる点を検出したかどうかを判別し（ステップＳ３３）、ピークが検出されれば処理を終了し、検出されなければ、レンズ制御部１９が演算処理部１８による演算データに従ってカメラレンズ１５の回転量を決定し（ステップＳ３４）、その決定に基づく命令信号をカメラレンズ駆動部１６に出力する。カメラレンズ駆動部１６では、レンズ制御部１９からの命令信号に従ってカメラレンズ１５を駆動する（ステップＳ３５）。そして、再度カメラレンズのフォーカス調整を行う場合に、ステップＳ３１に戻って同様の処理を行う。

上述したように、センサカメラ１４のカメラレンズ１５のフォーカス調整と、投射レンズ１２のフォーカス調整は繰り返し交互に行って、レンズポジションに対する波高値がピークとなる位置をカメラレンズのフォーカスの最良点として、フォーカス調整を終了する。従って、上記ステップＳ３３では、繰り返しフォーカス検出を行った結果、ピークが検出されたものと判断されたときに、フォーカス調整を終了する。

図６は、上記図４におけるステップＳ４の投射レンズ１２のフォーカス調整の動作についてより具体的に説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ４の投射レンズ１２のフォーカス調整を行う場合、スクリーン２に投射されたテストパターン３０をセンサカメラ１４によって撮像する（ステップＳ４１）。そして、撮像したテストパターン３０のフォーカスをフォーカス検出部１７で検出する（ステップＳ４２）。ここでは、テストパターン３０の撮像画像データを解析して、水平信号または垂直信号の振幅の波高値の高い部分を検出し、その検出結果は、演算処理部１８で演算処理される。

そして水平信号または垂直信号の振幅の波高値の高い部分を検出した結果、波高値がピークとなる点を検出したかどうかを判別し（ステップＳ４３）、ピークが検出されれば処理を終了し、検出されなければ、レンズ制御部１９が演算処理部１８による演算データに従って投射レンズ１２の回転量を決定し（ステップＳ４４）、その決定に基づく命令信号を投射レンズ駆動部１３に出力する。投射レンズ駆動部１３は、レンズ制御部１９からの命令信号に従って投射レンズ１２を駆動させる（ステップＳ４５）。そして、再度投射レンズ１２のフォーカス調整を行う場合に、ステップＳ４１に戻って同様の処理を行う。投射レンズの場合も、ステップＳ４３では、繰り返しフォーカス検出を行った結果、ピークが検出されたものと判断されたときに、投射レンズ１２のフォーカス調整を終了する。

本発明の投射型表示装置の一実施例の構成を説明するための図である。 フォーカス検出用のテストパターンの一例を示す図である。 レンズポジションと輝度変化との関係を説明する図である。 本発明の投射型プロジェクタにおけるフォーカス調整動作の一例を説明するためのフローチャートである。 図４におけるステップＳ３のカメラレンズのフォーカス調整の動作についてより具体的に説明するためのフローチャートである。 図４におけるステップＳ４の投射レンズのフォーカス調整の動作についてより具体的に説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１…投射型表示装置（プロジェクタ）、２…スクリーン、１１…調整開始ボタン、１２…投射レンズ、１３…投射レンズ駆動部、１４…センサカメラ、１５…カメラレンズ、１６…カメラレンズ駆動部、１７…フォーカス検出部、１８…演算処理部、１９…レンズ制御部、２０…パターン生成部、２１…映像出力部、２２…光源、３０…テストパターン。

Claims (8)

1. フォーカス調整を行うことができる投射レンズと、投射レンズで投射された映像を撮像するセンサカメラと、該センサカメラが撮像した映像のフォーカスを検出するフォーカス検出部と、該フォーカス検出部で検出された検出結果を演算する演算処理部と、該演算処理部で演算された結果に従って前記投射レンズの回転量を決定するレンズ制御部と、該レンズ制御部の決定に従って前記投射レンズを回転駆動させる投射レンズ駆動部とを有し、該投射レンズ駆動部による前記投射レンズの回転駆動によって、該投射レンズの焦点調整を自動で行う投射型表示装置において、前記センサカメラは、フォーカス調整を行うことができるカメラレンズと、該カメラレンズのフォーカス調整を行うために前記カメラレンズを回転駆動させるカメラレンズ駆動部を有し、前記レンズ制御部は、前記演算処理部で演算された結果に従って前記カメラレンズ駆動部を駆動させることにより、前記カメラレンズの焦点調整を自動で行うことができるようにしたことを特徴とする投射型表示装置。
2. 請求項１に記載の投射型表示装置において、該投射型表示装置は、フォーカス調整を行うためのテストパターンを生成するパターン生成部と、該パターン生成部で生成されたテストパターンを投射するために映像出力する映像出力部とを有し、前記フォーカス検出部は、前記センサカメラにより撮像されたテストパターンのフォーカスを検出することにより、前記投射レンズ及び前記カメラレンズの焦点調整を自動で行うことを特徴とする投射型表示装置。
3. 請求項２に記載の投射型表示装置において、前記レンズ制御部は、前記カメラレンズと前記投射レンズの各レンズうち、一方のレンズのフォーカス位置を固定にした状態で、他方のレンズを駆動してフォーカス調整を行った後、該フォーカス調整を行ったレンズのフォーカス位置を固定して、先にフォーカス調整を行ったレンズの固定を解除し、該レンズを駆動してフォーカス調整を行うことにより、フォーカス調整を自動で行うことを特徴とする投射型表示装置。
4. 請求項３に記載の投射型表示装置において、前記レンズ制御部は、前記カメラレンズと前記投射レンズの各レンズうち、一方のレンズのフォーカス位置を固定にした状態で、他方のレンズを駆動してフォーカス調整を行う動作を、前記各レンズ毎に交互に複数回行うことを特徴とする投射型表示装置。
5. 請求項４に記載の投射型表示装置において、前記各レンズ毎に行うフォーカス調整を、前記各レンズの輝度変化のピーク値が前記フォーカス調整を行っても変化することなく飽和状態になるまで繰り返すことを特徴とする投射型表示装置。
6. 少なくとも投射レンズ以外にセンサ機能をもつ１以上のカメラレンズを有し、該カメラレンズにより投射画像のフォーカスを検出することによって投射型表示装置の自動フォーカス調整を行う投射型表示装置の自動フォーカス調整方法において、前記投射レンズと前記カメラレンズの各レンズのうち、１つのレンズのフォーカス調整を行う際に、該フォーカス調整を行うレンズ以外のレンズを固定して、フォーカス調整を行うステップと、該フォーカス調整を行ったレンズを固定し、他のレンズのフォーカス調整を行うステップとを有し、前記投射型表示装置が有する全てのレンズのフォーカス調整を行うことを特徴とする投射型表示装置の自動フォーカス調整方法。
7. 請求項６に記載の自動フォーカス調整方法において、前記カメラレンズと前記投射レンズの各レンズうち、一方のレンズのフォーカス位置を固定にした状態で、他方のレンズを駆動してフォーカス調整を行う動作を、前記各レンズ毎に複数回行うことを特徴とする投射型表示装置の自動フォーカス調整方法。
8. 請求項７に記載の投射型表示装置の自動フォーカス調整方法において、前記各レンズ後に行うフォーカス調整を、前記各レンズの輝度変化のピーク値が前記フォーカス調整を行っても変化することなく飽和状態になるまで繰り返すことを特徴とする投射型表示装置の自動フォーカス調整方法。

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