JP3925513B2 - プロジェクタの自動フォーカス調整 - Google Patents

Description

本発明は、スクリーンなどの投写面に画像を表示させるプロジェクタに関し、特に、自動的にフォーカス調整を行う技術に関する。

プロジェクタ用の自動フォーカス調整技術としては、例えば、スクリーンなどの投写面に表示させたテストパターンの撮像と撮影画像の周波数分析とを焦点を移動させながら繰り返し、撮影画像内に高周波成分が最も多く含まれる位置に焦点を合わせる技術が知られている。この技術では、ソフトウェアで周波数分析を行う場合は処理時間が増加し、また専用のハードウェアを用いて周波数分析を行う場合はコストが増加する。

また、処理の高速化とコストの抑制のために、撮影画像内の明所と暗所とのコントラスト差を用い、コントラスト差が最大となる位置に焦点を合わせる自動フォーカス調整の技術が知られている（例えば特許文献１）。また、上記のコントラスト差の代わりに、撮影画像内の隣接画素の輝度差の２乗和を用いた同様の自動フォーカス調整技術も知られている（例えば特許文献２）。

特開平８−２９２４９６号公報 特開平６−３５７７号公報 特開２０００−２４１８７４号公報

しかし、上記の従来技術では、ほとんどフォーカスが合っている状態のときには、焦点の移動に伴うコントラスト差の変動が小さいため、精度良くフォーカス調整を行うことは困難であるという問題があった。また、フォーカスが大きく外れている状態のときにも、焦点の移動に伴うコントラスト差の変動が小さいため、投写レンズをどちらの方向に移動させるべきかを判定するのに時間がかかるという問題があった。また、上記の従来技術のように、輝度差の２乗和を用いれば、ほとんどフォーカスが合っている状態のときには、焦点の移動に伴う輝度差の２乗和の変動はある程度大きくなるが、フォーカスが大きく外れている状態のときには依然として変動は小さい。このように、従来の技術では、高速かつ高精度に自動フォーカス調整を行うことが困難であるという問題があった。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、スクリーンなどの投写面上に画像を表示させるプロジェクタにおいて、高速かつ高精度に自動フォーカス調整を行うことを可能とする技術を提供することを目的とする。

上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明のプロジェクタは、投写面上に画像を表示させるプロジェクタであって、
所定のテストパターンを前記投写面上に投写するテストパターン投写部と、
前記プロジェクタの焦点を移動させるフォーカス変更部と、
投写された前記テストパターンを撮像して撮影画像を生成する撮像部と、
前記焦点の移動に伴い変動する前記撮影画像のフォーカス状態に関する指標値を算出する指標値算出部と、
前記指標値を用いて前記焦点が前記投写面上に合うようにフォーカス調整を行うフォーカス調整部と、を備え、
前記テストパターンは、交互に配された互いに濃度の異なる第１種と第２種との濃度領域を含んでおり、かつ、少なくとも前記第１種の濃度領域が、幅の細い領域と幅の太い領域とを含んでいる。

このプロジェクタでは、投写面上に投写されたテストパターンを撮像して撮影画像を生成し、焦点の移動に伴い変動する撮影画像におけるフォーカス状態に関する指標値を用いてフォーカス調整を行う。このとき、テストパターンは、幅の細い領域を含んでいる。そのため、ほとんどフォーカスが合っている状態のときでも、フォーカス状態の変化に伴い、指標値は増減する。従って、高精度に自動フォーカス調整を行うことができる。また、テストパターンは、幅の太い領域を含んでいる。そのため、フォーカスが大きく外れている状態のときでも、フォーカス状態の変化に伴い、指標値は増減する。従って、フォーカス調整の向きを迅速に判定することができ、高速に自動フォーカス調整を行うことができる。

上記プロジェクタにおいて、前記幅の細い領域の幅は、前記撮影画像内における１画素以上３画素以下に相当する幅であり、
前記幅の太い領域の幅は、前記撮影画像内における１５画素以上３０画素以下に相当する幅であるとしてもよい。

このようにすれば、ほとんどフォーカスが合っている状態のとき、およびフォーカスが大きく外れている状態のときでも、フォーカス状態の変化に伴い、指標値を増減させることができる。

また、上記プロジェクタにおいて、前記テストパターンは、ズーム状態が最もテレ側のときと、ズーム状態が最もワイド側のときとの両方において、前記幅の細い領域と前記幅の太い領域とを含んでいるとしてもよい。

このようにすれば、１つのテストパターンを用いて、異なる複数のズーム状態における自動フォーカス調整を行うことができ、自動フォーカス調整の利便性を向上させることができる。

また、上記プロジェクタにおいて、前記テストパターンは、前記第１種の濃度領域に関し、第２種の濃度領域を挟んで隣り合う２つの領域の幅の比が一定となっているとしてもよい。

このようにすれば、テストパターンは、異なる複数のズーム状態において、幅の細い領域と幅の太い領域とを含むこととなり、１つのテストパターンを用いて、異なる複数のズーム状態における自動フォーカス調整を行うことができる。

また、上記プロジェクタにおいて、前記指標値は、前記撮影画像中の前記第１種と第２種との濃度領域の幅方向に沿った明度の増減の程度を表す値であるとしてもよい。

また、上記プロジェクタにおいて、前記指標値は、前記幅方向に沿った明度の変化を表す曲線における隣り合う極大値と極小値との差分の絶対値の合計に相関のある値であるとしてもよい。

このようにすれば、指標値を用いて適切なフォーカス調整を行うことができる。

また、上記プロジェクタにおいて、前記極大値および前記極小値は、前記テストパターンにおける前記濃度領域の配置に基づいて設定された前記撮影画像中の所定の位置における明度の値であるとしてもよい。

このようにすれば、演算回数を減らすことができ、処理の一層の高速化を図ることができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、プロジェクタ、画像投写方法および装置、自動フォーカス調整方法および装置、画像調整方法および装置、これらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の形態で実現することができる。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．プロジェクタの構成：
Ａ−２．自動フォーカス調整処理：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．変形例：

Ａ−１．プロジェクタの構成：
図１は本発明の第１実施例としてのプロジェクタの構成を概略的に示すブロック図である。プロジェクタ１００は、画像を表す画像光を投写して、スクリーン２００などの投写面上に画像を表示させることができる。プロジェクタ１００は、Ａ／Ｄ変換部１１０と、内部メモリ１２０と、液晶パネル１３０と、液晶パネル駆動部１３２と、照明光学系１４０と、投写レンズ１５２を備える投写光学系１５０と、レンズ駆動部１５４と、フォーカス状態検出部１５６と、ＣＰＵ１６０と、リモコン制御部１７０と、リモコン１７２と、撮像部１８０と、撮影画像メモリ１８２とを備えている。内部メモリ１２０と、液晶パネル駆動部１３２と、レンズ駆動部１５４と、フォーカス状態検出部１５６と、ＣＰＵ１６０と、リモコン制御部１７０と、撮影画像メモリ１８２とは、バス１０２を介して互いに接続されている。

Ａ／Ｄ変換部１１０は、図示しないＤＶＤプレーヤやパソコンなどからケーブル３００を介して入力された入力画像信号に対してＡ／Ｄ変換を行い、デジタル画像信号として出力する。

内部メモリ１２０には、画像処理部１２２として機能するコンピュータプログラムが格納されている。画像処理部１２２は、Ａ／Ｄ変換部１１０から出力されたデジタル画像信号に対して、画像の表示状態（例えば、輝度、コントラスト、同期、トラッキング、色の濃さ、色合い等）の調整を行い、液晶パネル駆動部１３２へと出力する。また、画像処理部１２２は、テストパターン投写部１２４と、指標値算出部１２６と、フォーカス調整部１２８としての機能を含んでおり、これらの機能により、後述の自動フォーカス調整処理が行われる。なお、テストパターン投写部１２４は、テストパターンデータＴＰＤをデジタル画像信号として保持している。

液晶パネル駆動部１３２は、画像処理部１２２から入力されたデジタル画像信号に基づいて、液晶パネル１３０を駆動する。液晶パネル１３０は、照明光学系１４０から照射された照明光を画像を表す画像光へと変調する。

投写レンズ１５２を備える投写光学系１５０は、プロジェクタ１００の筐体の前面に取り付けられており、液晶パネル１３０によって画像光へと変調された光を拡大投写する。レンズ駆動部１５４は、投写レンズ１５２を駆動して、フォーカス状態を変化させたり、ズーム状態を変化させたりする。ここで、フォーカス状態とは、どこに焦点の位置が合っているかの状態を意味している。また、ズーム状態とは、投写光学系１５０において、液晶パネル１３０を透過した光を投写する際の拡大の程度（倍率）を意味している。フォーカス状態の変更は、投写レンズ１５２全体を光軸に沿って前後に移動させ、焦点の位置を変化させることにより行う。また、ズーム状態の変更は、投写レンズ１５２を駆動して、焦点距離を変化させることにより行う。

フォーカス状態検出部１５６は、投写レンズ１５２のフォーカス状態を検出する。具体的には、フォーカス状態検出部１５６は、投写レンズ１５２の移動に伴って抵抗値が変化する可変抵抗と、可変抵抗の抵抗値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器とを備えている。そして、フォーカス状態検出部１５６は、デジタル値としての抵抗値（以下「フォーカスエンコーダ値」と呼ぶ）を、フォーカス状態を表す値として検出する。

リモコン制御部１７０は、リモコン１７２を通じたユーザからの指示を受信し、バス１０２を介してその指示をＣＰＵ１６０に伝える。なお、本実施例では、プロジェクタ１００は、ユーザからの指示を、リモコン１７２およびリモコン制御部１７０を通じて受け取るものとしているが、ユーザからの指示を例えば操作パネルなどの他の構成を通じて受け取るものとすることも可能である。

撮像部１８０は、ＣＣＤカメラを有しており、スクリーン２００上に投写された画像を撮像して撮影画像ＳＩを生成する。撮像部１８０により生成された撮影画像ＳＩは、内部メモリ１２０を経て、撮影画像メモリ１８２内に格納される。

ＣＰＵ１６０は、内部メモリ１２０から画像処理部１２２としてのコンピュータプログラムを読み出して実行することにより、スクリーン２００上に画像を投写したり、後述の自動フォーカス調整処理を行ったりする。また、ＣＰＵ１６０は、プロジェクタ１００内の各部の動作を制御する。

Ａ−２．自動フォーカス調整処理
図２は、プロジェクタ１００による自動フォーカス調整処理の流れを示すフローチャートである。自動フォーカス調整処理は、自動的にスクリーン２００などの投写面上に焦点を合わせる処理である。自動フォーカス調整処理は、ユーザからのリモコン１７２を通じた指示により実行される。なお、自動フォーカス調整処理は、例えば電源オンや画像信号の入力に伴って自動的に実行されるものとすることも可能である。

ステップＳ４０２では、テストパターン投写部１２４（図１）が、テストパターンをスクリーン２００上に投写する。テストパターンの投写は、テストパターン投写部１２４が保持するテストパターンデータＴＰＤを用いて行われる。

図３は、本実施例に用いられるテストパターンとフォーカス調整に用いる指標値とを概略的に示した説明図である。図３（ａ）には、本実施例に用いられるテストパターンを示している。本実施例に用いるテストパターンには、白色領域（ハッチングを付していない領域）と黒色領域（ハッチングを付した領域）とが、横方向に交互に配置されている。そして、テストパターンには、太幅から細幅まで幅の異なる複数の白色領域を含んでおり、また、同様に、太幅から細幅まで幅の異なる複数の黒色領域を含んでいる。

ステップＳ４０４（図２）では、フォーカス調整部１２８（図１）がレンズ駆動部１５４を制御して、投写レンズ１５２の移動を開始させる。レンズ駆動部１５４は、投写レンズ１５２を光軸に沿って所定の速度で移動させる。これによって、焦点の位置が移動し、フォーカス状態が変化することとなる。なお、投写レンズ１５２の移動の方向は、前後どちらの方向でも構わない。

ステップＳ４０６（図２）では、画像処理部１２２（図１）が、撮像部１８０を制御して、スクリーン２００上に投写されたテストパターンを撮像することにより撮影画像ＳＩを生成する。また、指標値算出部１２６が、生成された撮影画像ＳＩを分析し、フォーカス調整に用いる指標値としての全変動Ｖの値を算出する。

全変動Ｖの定義の一例を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）のｆ（Ｌ）は、撮影画像ＳＩのテストパターンの幅方向に沿った明度の変化を表す曲線（以下「明度曲線ｆ（Ｌ）」と呼ぶ）である。図３（ｂ）の横軸は、撮影画像ＳＩ内に写し出された図３（ａ）に示すテストパターンにおける幅方向に沿った位置に対応している。また、図３（ｂ）の縦軸は明度を表している。このとき、本実施例の全変動Ｖは、明度曲線ｆ（Ｌ）における隣り合う極大値と極小値との差分の絶対値の合計として定義される。すなわち、図３の例では、全変動Ｖは、下式によって定義される。
全変動Ｖ＝｜Ｖ１｜＋｜Ｖ２｜＋・・・＋｜Ｖ１０｜

具体的には、全変動Ｖの値は、撮影画像ＳＩにおいて、テストパターンの幅方向に沿って、すべての画素に関して隣接画素との明度差を算出し、その明度差の絶対値を合計することにより算出することができる。

なお、フォーカス調整は、スクリーン２００上の一部の領域を対象に実行することが可能である。このとき、全変動Ｖの値の算出は、フォーカス調整を行うスクリーン２００上の領域に対応した撮影画像ＳＩ中の画像を対象に行われる。

上記のように算出された全変動Ｖは、フォーカス調整の指標値として用いられ、全変動Ｖの値が大きいほど、焦点の位置がスクリーン２００上により近いようなフォーカス状態であると判定される。その理由を以下に説明する。図４は、フォーカス状態の変化に伴う明度曲線および全変動Ｖの変化の様子を概略的に示す説明図である。図４（ａ）には、撮影画像ＳＩ中に写し出されているテストパターンの画像を示している。図４（ｂ）〜（ｆ）には、フォーカス状態の変化に伴う明度曲線ｆ（Ｌ）の変化の様子を示している。

焦点の位置がスクリーン２００上に完全に合っているフォーカス状態（以下「合焦状態」と呼ぶ）のときには、スクリーン２００上に投写されたテストパターンにおいて、白色領域と黒色領域との境界が鮮明に表現される。そのため、明度曲線ｆ（Ｌ）は、図４（ｂ）に示すように、すべての白色領域および黒色領域の明度がそれぞれ一定の値となり、白色領域と黒色領域との境界（以下「領域境界」と呼ぶ）において明度が垂直に変化する曲線となる。なお、このときの白色領域の明度を「全白色明度」と呼び、黒色領域の明度を「全黒色明度」と呼ぶものとする。このときの全変動Ｖは、全白色明度と全黒色明度との差分を、白色領域および黒色領域の数だけ足した値となる。

図４（ｃ）〜（ｆ）には、焦点の位置がスクリーン２００上から離れて行くに従って、明度曲線ｆ（Ｌ）が変化していく様子を順々に示している。焦点の位置がスクリーン２００上から外れると、スクリーン２００上に投写されたテストパターン上の領域境界に近い領域が、白色と黒色とが混合されたように表現される。そのため、領域境界に近い白色領域では、全白色明度よりも明度が小さくなり、領域境界に近い黒色領域では、全黒色明度よりも明度が大きくなる。焦点の位置がスクリーン２００上からさらに離れて行くに従い、領域境界からより遠い領域においても白色と黒色との混合が発生する。従って、焦点の位置がスクリーン２００上から離れて行くに従い、明度曲線ｆ（Ｌ）は、増減の小さいなだらかな曲線となっていき、全変動Ｖの値は小さくなっていく。

図４（ｇ）には、フォーカス状態の変化に伴う全変動Ｖの変化の様子を示している。横軸にｂ〜ｆの記号を用いて示したフォーカス状態は、図４（ｂ）〜（ｆ）のそれぞれに示した明度曲線となるフォーカス状態である。図４（ｇ）に示すように、全変動Ｖの値は、フォーカス状態が図４（ｂ）に示した合焦状態の時に最大となり、焦点の位置がスクリーン２００から離れて行くに従い小さくなる。

ここで、本実施例に用いるテストパターンには、幅の細い白色領域および幅の細い黒色領域が含まれている。この幅の細い白色領域では、図４（ｃ）に示す焦点の位置がわずかにスクリーン２００上から外れたフォーカス状態のときにおいても、当該領域における明度の最大値は、全白色明度より小さい値となる。これは、幅の太い白色領域において、当該領域における明度の最大値が、依然として全白色明度と同じ値となっていることと対照的である。同様に、幅の細い黒色領域では、当該領域における明度の最小値は、全黒色明度より大きい値となる。そのため、この幅の細い白色領域および幅の細い黒色領域の存在により、焦点の位置がわずかにスクリーン２００上から外れても、全変動Ｖの値が減少することとなる。従って、図４（ｇ）に示した全変動Ｖの変化を示す曲線は、合焦状態である図４（ｂ）のフォーカス状態において最大値をとり、その状態からわずかにフォーカス状態が変化しても、全変動Ｖの値が変化するようなピークのはっきりした曲線となる。

また、本実施例に用いるテストパターンには、幅の太い白色領域および幅の太い黒色領域が含まれている。この幅の太い白色領域および幅の太い黒色領域では、図４（ｆ）に示す焦点の位置が相当程度スクリーン２００から外れたフォーカス状態のときにおいても、明度の増減が存在している。これは、幅の細い白色領域および幅の細い黒色領域において、明度がすべて一定の値となっていることと対照的である。そのため、この幅の太い白色領域および幅の太い黒色領域の存在により、焦点の位置が相当程度スクリーン２００から外れたときでも、フォーカス状態が変化すれば全変動Ｖの値は変化することとなる。従って、図４（ｇ）に示した全変動Ｖの変化を示す曲線は、焦点の位置が相当程度スクリーン２００から外れたフォーカス状態においても、フォーカスの変化に伴う全変動Ｖの値の変化が存在するような曲線となる。

なお、画像処理部１２２（図１）は、ステップＳ４０６（図２）における撮像と同時に、その時のフォーカスエンコーダ値をフォーカス状態検出部１５６から取得し、内部メモリ１２０内の所定の領域に格納する。また、後述のステップにおいても、撮像が行われるときは、撮像と同時にフォーカスエンコーダ値の取得・格納が行われるものとする。

ステップＳ４０８（図２）では、再度、ステップＳ４０６と同じ処理を行う。すなわち、画像処理部１２２（図１）が、撮像部１８０を制御して、テストパターンを撮像することにより撮影画像ＳＩを生成すると共に、指標値算出部１２６が全変動Ｖの値を算出する。ここで、ステップＳ４０８での撮像は、ステップＳ４０６での撮像から所定時間経過後に実行される。そのため、ステップＳ４０８での撮像時におけるフォーカス状態は、投写レンズ１５２が所定時間中に移動した分だけ、ステップＳ４０６での撮像時のフォーカス状態から変化することとなる。従って、図４（ｇ）からもわかるように、ステップＳ４０８で算出した全変動Ｖの値は、ステップＳ４０６で算出した全変動Ｖの値から変化する。

ステップＳ４１０（図２）では、フォーカス調整部１２８（図１）が、ステップＳ４０８で算出した全変動Ｖの値がステップＳ４０６で算出した全変動Ｖの値より減少したか否かを判定する。この判定は、投写レンズ１５２の移動方向の適否を判断するために行われる。例えば、全変動Ｖの値が減少したときは、投写レンズ１５２は、フォーカス状態が合焦状態から離れていくような方向に移動していることとなるため、投写レンズ１５２の移動方向は適切ではないと判断される。従って、ステップＳ４１０において、減少したと判定されたときは、ステップＳ４１２に進み、フォーカス調整部１２８（図１）がレンズ駆動部１５４を制御して、投写レンズ１５２の移動方向を逆転させ、その後ステップＳ４１４に進む。一方、全変動Ｖの値が減少していないときは、投写レンズ１５２の移動方向は適切であると判断される。従って、ステップＳ４１０において、減少していないと判定されたときは、ステップＳ４１２をスキップしてステップＳ４１４に進む。

ステップＳ４１４（図２）では、再度、ステップＳ４０６と同じ処理を行う。すなわち、画像処理部１２２（図１）が、撮像部１８０を制御して、テストパターンを撮像することにより撮影画像ＳＩを生成すると共に、指標値算出部１２６が全変動Ｖの値を算出する。そして、ステップＳ４１６（図２）では、ステップＳ４１０と同様に、フォーカス調整部１２８（図１）が、ステップＳ４１４で算出した全変動Ｖの値が、前回算出した全変動Ｖの値より減少したか否かを判定する。この判定は、投写レンズ１５２が、フォーカス状態が合焦状態となるような位置を通り過ぎたか否かを判断するために行われる。最初のステップＳ４１４の時点では、投写レンズ１５２は、フォーカス状態が合焦状態に近づいていくような方向に移動しているため、全変動Ｖの値は投写レンズ１５２の移動に伴い増加している。その後、投写レンズ１５２が、フォーカス状態が合焦状態となるような位置を通り過ぎると、フォーカス状態が合焦状態から離れていくため、全変動Ｖの値は投写レンズ１５２の移動に伴い減少することとなる。従って、ステップＳ４１６で、全変動Ｖの値が減少したと判定されると、投写レンズ１５２は、フォーカス状態が合焦状態となるような位置を通り過ぎたこととなる。このステップＳ４１４とステップＳ４１６とは、全変動Ｖの値が減少したと判定されるまで繰り返し行われる。すなわち、ステップＳ４１６において、全変動Ｖの値が減少していないと判定されたときは、ステップＳ４１４に戻って、再度、撮像および全変動Ｖの値の算出を行う。ステップＳ４１６において、全変動Ｖの値が減少したと判定されたときは、ステップＳ４１８に進む。

ステップＳ４１８（図２）では、フォーカス調整部１２８（図１）がレンズ駆動部１５４を制御して、投写レンズ１５２の移動を終了させる。

ステップＳ４２０（図２）では、フォーカス調整部１２８（図１）が、合焦位置を算出する。ここで、合焦位置とは、フォーカス状態が合焦状態となるような投写レンズ１５２の位置を意味している。本実施例では、合焦位置の算出は、フォーカス状態が合焦状態となるときのフォーカスエンコーダ値を算出することにより行われる。ここで、上述のステップＳ４０６、Ｓ４０８およびＳ４１４において、全変動Ｖの値が、フォーカスエンコーダ値と関連づけられて算出されている。これらの値を用いて、フォーカスエンコーダ値に対する全変動Ｖを、直線または曲線により近似または補間する。そして、全変動Ｖが最大値をとるときのフォーカスエンコーダ値を算出する。このようにして、フォーカス状態が合焦状態となるときのフォーカスエンコーダ値が算出される。

ステップＳ４２２（図２）では、フォーカス調整部１２８（図１）が、レンズ駆動部１５４を制御して、投写レンズ１５２を合焦位置まで移動させる。投写レンズ１５２の合焦位置までの移動は、例えばフォーカスエンコーダ値を用いたポーリングによる位置監視により行うことができる。

以上の処理を行うことにより、本実施例のプロジェクタ１００は、自動的にフォーカス調整を行うことができる。ここで、上述したように、本実施例のプロジェクタ１００による自動フォーカス調整処理に用いるテストパターンには、幅の細い白色領域および幅の細い黒色領域が含まれている。そのため、フォーカス状態が合焦状態に近い状態のときでも、フォーカス状態の変化に伴い、全変動Ｖの値は増減する。従って、本実施例のプロジェクタ１００は、高精度に自動フォーカス調整を行うことができる。

なお、幅の細い白色領域および幅の細い黒色領域の幅は、撮影画像ＳＩ中において、１画素以上３画素以下に相当する幅であることが好ましく、１画素以上２画素以下に相当する幅であることがさらに好ましい。なお、撮影画像ＳＩ中の１画素とは、撮像部１８０の１画素を意味している。

また、上述したように、本実施例のプロジェクタ１００による自動フォーカス調整処理に用いるテストパターンには、幅の太い白色領域および幅の太い黒色領域が含まれている。そのため、フォーカス状態が合焦状態から相当程度離れている状態のときでも、フォーカス状態の変化に伴い、全変動Ｖの値は増減する。従って、フォーカス状態が合焦状態から相当程度離れている状態のときでも、投写レンズ１５２を移動させるべき方向を迅速に判定することができる。このように、本実施例のプロジェクタ１００は、高速に自動フォーカス調整を行うことができる。

なお、幅の太い白色領域および幅の太い黒色領域の幅は、撮影画像ＳＩ中において、１５画素以上３０画素以下に相当する幅であることが好ましく、２０画素以上３０画素以下に相当する幅であることがさらに好ましい。

さらに、本実施例のプロジェクタ１００は、フォーカス状態検出部１５６を備えているので、合焦位置を算出して投写レンズ１５２を移動させることにより、より高速に自動フォーカス調整を行うことができる。

なお、本実施例の自動フォーカス調整処理は、光学特性や撮像部１８０の精度、プロジェクタ１００の筐体の組み立て精度などの影響を受けづらいため、種々の投写装置に適用可能である。

Ｂ．第２実施例：
図５は、第２実施例の自動フォーカス調整処理に用いられるテストパターンを概略的に示す説明図である。第２実施例の自動フォーカス調整処理に用いられるテストパターンは、中央に幅の細い領域が配されており、また、隣り合う２つの白色領域の幅の比および隣り合う２つの黒色領域の幅の比がそれぞれ一定となっている点が、図３（ａ）に示した第１実施例のテストパターンと異なる点である。すなわち、中央に配された最も幅の細い白色領域Ａｗ１の幅ｗ１と、その隣の２番目に幅の細い白色領域Ａｗ２の幅ｗ２との比ｒａは、白色領域Ａｗ２の幅ｗ２と、その隣の３番目に幅の細い白色領域Ａｗ３の幅ｗ３との比ｒｂと同じ値となっている。同様に、白色領域Ａｗ３の幅ｗ３と白色領域Ａｗ４の幅ｗ４との比ｒｃも同じ値となっている。また、黒色領域についても、同様に、隣り合う２つの黒色領域の幅の比が一定となっている。

第２実施例のテストパターンは、プロジェクタ１００の異なる複数のズーム状態における自動フォーカス調整に用いることができる。すなわち、例えば、ズーム状態がテレのときには、図５に示した領域Ｚｔの部分のテストパターンが用いられ、ズーム状態がワイドのときには、図５に示した領域Ｚｗの部分のテストパターンが用いられる。このとき、テストパターンは、隣り合う２つの白色領域の幅の比および隣り合う２つの黒色領域の幅の比がそれぞれ一定となっているため、異なる複数のズーム状態において、幅の細い領域と幅の太い領域とを含むこととなる。従って、第２実施例では、１つのテストパターンのみを用いて、異なる複数のズーム状態における自動フォーカス調整を行うことができ、自動フォーカス調整の利便性を向上させることができる。

なお、第２実施例のテストパターンは、ズーム状態が最もテレ側の状態のときに、幅の細い領域の幅が、撮影画像ＳＩ中において、１画素以上３画素以下に相当する幅であることが好ましく、１画素以上２画素以下に相当する幅であることがさらに好ましい。また、ズーム状態が最もテレ側の状態のときに、幅の太い領域の幅が、撮影画像ＳＩ中において、１５画素以上３０画素以下に相当する幅であることが好ましく、２０画素以上３０画素以下に相当する幅であることがさらに好ましい。

また、第２実施例のテストパターンは、ズーム状態が最もワイド側の状態のときにも、幅の細い領域の幅が、撮影画像ＳＩ中において、１画素以上３画素以下に相当する幅であることが好ましく、１画素以上２画素以下に相当する幅であることがさらに好ましい。また、ズーム状態が最もワイド側の状態のときにも、幅の太い領域の幅が、撮影画像ＳＩ中において、１５画素以上３０画素以下に相当する幅であることが好ましく、２０画素以上３０画素以下に相当する幅であることがさらに好ましい。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｃ−１．変形例１：
上記各実施例において示したテストパターンは、あくまで一例であり、他のテストパターンを用いて自動フォーカス調整処理を行ってもよい。例えば、上記実施例では、白色領域と黒色領域とが交互に配されたテストパターンを用いているが、テストパターンは交互に配された互いに濃度の異なる２種類の濃度領域を含んでいればよく、例えば白色領域が白色以外の色であってもよく、また黒色領域が黒色以外の色であってもよい。また、複数の白色領域は互いに同一の色である必要はなく、複数の黒色領域は互いに同一の色である必要はない。

また、上記実施例では、白色領域と黒色領域との両方について、幅の細い領域と幅の太い領域とが含まれたテストパターンを用いているが、白色領域および黒色領域のどちらか一方のみについて、幅の細い領域と幅の太い領域とが含まれたテストパターンを用いることも可能である。

また、上記実施例では、１つの方向（横方向）のみに沿って、白色領域と黒色領域とが交互に配されたテストパターンを用いているが、上記方向に直交する方向（縦方向）に沿っても、白色領域と黒色領域とが交互に配されたテストパターン（すなわち市松状のパターン）を用いてもよい。このとき、フォーカス調整処理に用いる指標値として縦方向に沿った全変動Ｖの値を用いることも可能であるし、横方向および縦方向のそれぞれについて全変動Ｖの値を算出し、その両方を用いることも可能である。

Ｃ−２．変形例２：
上記実施例では、全変動Ｖの値を、すべての画素に関して隣接画素との明度差を算出し、その明度差の絶対値を合計することにより算出しているが、他の方法によって算出してもよい。例えば、微分回路や微分フィルタを用いて明度曲線の極大値および極小値を算出し、その差分の絶対値を合計して算出することも可能である。また、撮影画像ＳＩ内において、テストパターンの各白色領域および各黒色領域の幅方向に沿った中心点が写し出される位置を予め測定しておき、撮影画像ＳＩ中の当該位置における明度を明度曲線の極大値および極小値として全変動Ｖを算出することも可能である。これらの方法によれば、演算回数を減らすことができ、処理の一層の高速化を図ることが可能となる。

また、フォーカス調整に用いる指標値として、上記実施例に用いた全変動Ｖ以外の異なる指標値を用いてもよく、一般には、テストパターンの撮影画像ＳＩを解析して得られるフォーカス状態に関する指標値を用いることができる。例えば、明度曲線の平均を算出し、明度曲線上の各点における平均からの差分の絶対値の合計を指標値として用いることも可能である。また、撮影画像ＳＩを周波数分析し、含まれる高周波数成分の量を指標値として用いることも可能である。

Ｃ−３．変形例３：
上記実施例では、図２のステップＳ４０６およびステップＳ４０８の２つのステップで算出した全変動Ｖを用いて、投写レンズ１５２の移動方向の適否の判断を行っているが、３つ以上のステップで算出した全変動Ｖを用いて判断することにより、信頼性の向上を図ることも可能である。

また、上記実施例では、図２のステップＳ４１６において、一度全変動Ｖが減少したと判定されたら投写レンズ１５２の移動を終了し、合焦位置の計算および投写レンズ１５２の合焦位置への移動を行っているが、一度全変動Ｖが減少したと判定されたら、投写レンズ１５２の移動方向を逆転させ、再度、全変動Ｖの変動を測定して、より高精度にフォーカス調整を行うことも可能である。

Ｃ−４．変形例４：
上記実施例では、撮像部１８０がＣＣＤカメラを有しているとしているが、撮像部１８０が、例えばＣＭＯＳカメラ等の他の撮像装置を有しているとしてもよい。

Ｃ−５．変形例５：
上記実施例では、フォーカス状態の検出は可変抵抗を用いて行っているが、他の方法によってフォーカス状態を検出するとしてもよい。例えば、投写レンズ１５２にロータリエンコーダを取り付け、ロータリエンコーダの出力値からフォーカス状態を検出することも可能である。また、レンズ駆動部１５４としてステッピングモータを用い、その駆動量からフォーカス状態を検出することも可能である。

Ｃ−６．変形例６：
上記実施例では、投写レンズ１５２の合焦位置への移動は、フォーカスエンコーダ値を用いたポーリングによる位置監視により行っているが、他の方法によって行うとしてもよい。例えば、投写レンズ１５２にロータリエンコーダを取り付け、ロータリエンコーダを用いたポーリングによる位置監視により投写レンズ１５２の移動を行うことも可能である。また、レンズ駆動部１５４としてステッピングモータを用い、その駆動量を基に投写レンズ１５２の移動を行うことも可能である。また、あらかじめ測定した投写レンズ１５２の移動速度からモータ駆動時間を算出し、その時間だけモータを駆動することにより投写レンズ１５２の移動を行うことも可能である。

Ｃ−７．変形例７：
上記実施例では、液晶パネル１３０は１つしか示していないが、複数の色成分用の複数の液晶パネル１３０を備えるとしてもよい。また、液晶パネル以外の電気光学装置（例えばＤＭＤ（テキサス・インスツルメンツ社の商標））を用いるとしてもよい。また、プロジェクタ１００は、ＣＲＴプロジェクタであるとしてもよい。

Ｃ−８．変形例８：
上記実施例では、投写面として、スクリーン２００を用いているが、投写面として、例えばホワイトボードや壁面等のような他のものを用いることも可能である。

本発明の第１実施例としてのプロジェクタの構成を概略的に示すブロック図。 プロジェクタ１００による自動フォーカス調整処理の流れを示すフローチャート。 本実施例に用いられるテストパターンとフォーカス調整に用いる指標値とを概略的に示した説明図。 フォーカス状態の変化に伴う明度曲線および全変動Ｖの変化の様子を概略的に示す説明図。 第２実施例の自動フォーカス調整処理に用いられるテストパターンを概略的に示す説明図。

符号の説明

１００...プロジェクタ
１０２...バス
１１０...Ａ／Ｄ変換部
１２０...内部メモリ
１２２...画像処理部
１２４...テストパターン投写部
１２６...指標値算出部
１２８...フォーカス調整部
１３０...液晶パネル
１３２...液晶パネル駆動部
１４０...照明光学系
１５０...投写光学系
１５２...投写レンズ
１５４...レンズ駆動部
１５６...フォーカス状態検出部
１６０...ＣＰＵ
１７０...リモコン制御部
１７２...リモコン
１８０...撮像部
１８２...撮影画像メモリ
２００...スクリーン
３００...ケーブル

Claims (9)

1. 投写面上に画像を表示させるプロジェクタであって、
   所定のテストパターンを前記投写面上に投写するテストパターン投写部と、
   前記プロジェクタの焦点を移動させるフォーカス変更部と、
   投写された前記テストパターンを撮像して撮影画像を生成する撮像部と、
   前記焦点の移動に伴い変動する前記撮影画像のフォーカス状態に関する指標値を算出する指標値算出部と、
   前記指標値を用いて前記焦点が前記投写面上に合うようにフォーカス調整を行うフォーカス調整部と、を備え、
   前記テストパターンは、交互に配された互いに濃度の異なる第１種と第２種との濃度領域を含んでおり、かつ、少なくとも前記第１種の濃度領域が、幅の細い領域と幅の太い領域とを含んでいる、プロジェクタ。
2. 請求項１記載のプロジェクタであって、
   前記幅の細い領域の幅は、前記撮影画像内における１画素以上３画素以下に相当する幅であり、
   前記幅の太い領域の幅は、前記撮影画像内における１５画素以上３０画素以下に相当する幅である、プロジェクタ。
3. 請求項２記載のプロジェクタであって、
   前記テストパターンは、ズーム状態が最もテレ側のときと、ズーム状態が最もワイド側のときとの両方において、前記幅の細い領域と前記幅の太い領域とを含んでいる、プロジェクタ。
4. 請求項３記載のプロジェクタであって、
   前記テストパターンは、前記第１種の濃度領域に関し、第２種の濃度領域を挟んで隣り合う２つの領域の幅の比が一定となっている、プロジェクタ。
5. 請求項１記載のプロジェクタであって、
   前記指標値は、前記撮影画像中の前記第１種と第２種との濃度領域の幅方向に沿った明度の増減の程度を表す値である、プロジェクタ。
6. 請求項５記載のプロジェクタであって、
   前記指標値は、前記幅方向に沿った明度の変化を表す曲線における隣り合う極大値と極小値との差分の絶対値の合計に相関のある値である、プロジェクタ。
7. 請求項６記載のプロジェクタであって、
   前記極大値および前記極小値は、前記テストパターンにおける前記濃度領域の配置に基づいて設定された前記撮影画像中の所定の位置における明度の値である、プロジェクタ。
8. 投写面上に画像を表示させるプロジェクタにおけるフォーカス調整方法であって、
   （ａ）所定のテストパターンを前記投写面上に投写する工程と、
   （ｂ）前記プロジェクタの焦点を移動させる工程と、
   （ｃ）投写された前記テストパターンを撮像して撮影画像を生成する工程と、
   （ｄ）前記焦点の移動に伴い変動する前記撮影画像のフォーカス状態に関する指標値を算出する工程と、
   （ｅ）前記指標値を用いて前記焦点が前記投写面上に合うようにフォーカス調整を行う工程と、を備え、
   前記テストパターンは、交互に配された互いに濃度の異なる第１種と第２種との濃度領域を含んでおり、かつ、少なくとも前記第１種の濃度領域が、幅の細い領域と幅の太い領域とを含んでいる、フォーカス調整方法。
9. 投写面上に画像を表示させるプロジェクタにおいてフォーカスを調整するためのフォーカス調整プログラムであって、
   所定のテストパターンを前記投写面上に投写するテストパターン投写機能と、
   前記プロジェクタの焦点を移動させるフォーカス変更機能と、
   投写された前記テストパターンを撮像して撮影画像を生成する撮像機能と、
   前記焦点の移動に伴い変動する前記撮影画像のフォーカス状態に関する指標値を算出する指標値算出機能と、
   前記指標値を用いて前記焦点が前記投写面上に合うようにフォーカス調整を行うフォーカス調整機能と、をプロジェクタに実現させることを特徴とし、
   前記テストパターンは、交互に配された互いに濃度の異なる第１種と第２種との濃度領域を含んでおり、かつ、少なくとも前記第１種の濃度領域が、幅の細い領域と幅の太い領域とを含んでいる、フォーカス調整プログラム。

Images