JP6070375B2 - 焦点調整装置、ならびに、投射装置および投射装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、被投射媒体に投射された画像の焦点を調整する焦点調整装置、ならびに、投射装置および投射装置の制御方法に関する。

従来から、入力された画像信号に基づき表示素子を駆動して、その画像信号に係る画像をスクリーンや壁面といった被投射媒体に投射する投射装置が知られている。また、このような投射装置において、画像を投射する際の焦点距離の自動調整（以下、オートフォーカスと呼ぶ）を行う技術が知られている。特許文献１には、測距センサ出力または投射画像のコントラストに基づきオートフォーカス制御を行うプロジェクタが開示されている。

測距センサとしては、レーザ光線や赤外線などの反射を利用して測距を行う光学式のセンサが広く用いられている。光学式の測距センサを用いた測距方法では、発光部より射出された光線と、この光線が測定対象物（被投射媒体）に反射された反射光との差分に基づき測距を行う。反射光は、フォトダイオードなどを用いたフォトセンサにより検出する。

特開２００５−１２１９４１号公報

光学式の測距センサの出力は、外乱や環境などの影響で、必ずしも安定したものではなく、常に微小変動している。そのため、投射装置と被投射媒体との間の距離が固定的であっても、オートフォーカスによる合焦距離は、測距センサ出力の変動を反映して継続的に微小変動する。このオートフォーカスの微小変動は、被投射媒体に投射される投射画像に対して見た目に不快感を与える程度のものではない。

しかしながら、オートフォーカスの継続的な微小変動により、投射光学系に含まれるフォーカス用のレンズ系が微小に駆動され続け、レンズ系を駆動するギアなどメカ部分の摩耗や疲労が促進されてしまうという問題点があった。これは、機器の信頼性を低める要因となる。

これに対して、測距センサ出力の微小変動を無視できるように、測距センサの出力に対するマージンを大きく取ることも考えられる。しかしながら、この場合、オートフォーカスにより適切に合焦することが困難となり、被投射媒体に投射される投射画像が見た目に不快なものになってしまうおそれがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、投射装置におけるオートフォーカスを適切に制御可能とすることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、測定された投射部から被投射媒体までの距離を示す距離値を出力する距離値出力部と、投射部を通過する光の焦点を調整する焦点調整部と、距離値を第１の距離値として用い、第１の距離値に基づき投射部により被投射媒体に投射された光の合焦状態からの第１のずれを検出し、第１のずれを示す値が０になるように焦点調整部を駆動する焦点調整駆動部と、距離値を第２の距離値として用い、第２の距離値に基づき光の合焦状態からの第２のずれを検出し、第２のずれを示す値が閾値未満であるか否かを判定する判定部と、閾値が第１の値であり、第２のずれを示す値が第１の値未満である状態が予め定められた時間以上継続したと判定部が判定した場合に、閾値を第１の値より大きい第２の値に設定し、第１の距離値の更新を停止し、閾値が第２の値であり、且つ、投射部による投射方向の変更中であり、且つ、第２のずれを示す値が第２の値以上であると判定部が判定した場合に、閾値を第１の値に設定し、第１の距離値の更新を再開する制御部とを有することを特徴とする。

また、本発明は、投射部から投射する光の投射方向を変更する変更ステップと、前記投射部から被投射媒体までの距離を測定して距離値を出力する測距ステップと、前記距離値を第１の距離値として用い、前記第１の距離値に基づき前記投射部により前記被投射媒体に投射された光の合焦状態からの第１のずれを検出し、前記投射部を通過する光の焦点を前記第１のずれを示す値が０になるように調整する焦点調整ステップと、前記距離値を第２の距離値として用い、前記第２の距離値に基づき前記光の合焦状態からの第２のずれを検出し、前記第２のずれを示す値が閾値未満であるか否かを判定する第１の判定ステップと、前記第２のずれを示す値が前記閾値未満である状態が予め定められた時間以上継続したか否かを判定する第２の判定ステップと、前記閾値が第１の値であり、前記第１の判定ステップにより前記第２のずれを示す値が前記第１の値未満であると判定し、且つ、前記第２の判定ステップにより前記第２のずれを示す値が前記第１の値未満である状態が予め定められた時間以上継続したと判定した場合に、前記閾値を前記第１の値より大きい第２の値に設定する第１の閾値変更ステップと、前記閾値が前記第１の値であり、前記第１の判定ステップにより前記第２のずれを示す値が前記第１の値未満であると判定し、且つ、前記第２の判定ステップにより前記第２のずれを示す値が前記第１の値未満である状態が予め定められた時間以上継続したと判定した場合に、前記焦点調整ステップにて用いる前記第１の距離値の更新を停止する第１の制御ステップと、前記閾値が前記第２の値であり、前記第１の判定ステップにより前記第２のずれを示す値が前記第２の値以上であると判定し、前記変更ステップにて前記投射方向の変更中である場合、前記閾値を前記第２の値から前記第１の値に設定する第２の閾値変更ステップと、前記閾値が前記第２の値であり、前記第１の判定ステップにより前記第２のずれを示す値が前記第２の値以上であると判定し、前記変更ステップにて前記投射方向の変更中である場合、前記第１の制御ステップにて停止していた前記第１の距離値の更新を再開する第２の制御ステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、投射装置におけるオートフォーカスを適切に制御することが可能となるという効果を奏する。

図１は、実施形態に適用可能なプロジェクタ装置の外観の例を示す図である。 図２は、実施形態に適用可能なドラム駆動部によるドラム部の回転駆動について説明するための図である。 図３は、実施形態に適用可能なドラム部の各姿勢を説明するための図である。 図４は、実施形態に係るプロジェクタ装置の回路部および光学エンジン部１１０の一例の構成を示すブロック図である。 図５は、射出光学系の一例の構成を示すブロック図である。 図６は、レンズ制御部の一例の構成を示すブロック図である。 図７は、実施形態に係る焦点調整部による焦点調整の制御を概略的に説明するための図である。 図８は、判定部によるレジスタの制御方法の一例を示すフローチャートである。 図９は、判定部によるレジスタの制御方法の他の例を示すフローチャートである。

以下に図面を参照しながら、本発明に係る投射装置の好適な実施形態を説明する。係る実施形態に示す具体的な数値および外観構成などは、本発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本発明に直接関係のない要素は詳細な説明および図示を省略している。

＜投射装置の外観＞
図１は、本発明の実施形態に適用可能な投射装置（プロジェクタ装置）１の外観の例を示す図である。図１（ａ）は、プロジェクタ装置１を操作部が設けられる第１面側から見た斜視図、図１（ｂ）は、プロジェクタ装置１を第１面と対向する側の第２面側から見た斜視図である。プロジェクタ装置１は、ドラム部１０と基台２０とを備える。ドラム部１０は基台２０に対して回転駆動が可能な回転体である。そして、基台２０がそのドラム部１０を回転可能に支持する支持部や、ドラム部１０の回転駆動制御や画像処理制御などの各種制御を行う回路部を有する。

ドラム部１０は、基台２０の一部である側板部２１ａおよび２１ｂの内側に設けられた、ベアリングなどからなる軸受けに取り付けられた回転軸によって回転駆動可能に支持される。ドラム部１０の内部には、光源と、光源から射出された光を画像データに従い変調する表示素子と、表示素子を駆動する駆動回路と、表示素子で変調された光を投射部１２（以下、投射レンズ１２と呼ぶ）から外部に投射する光学系を含む光学エンジン部とが設けられている。光学エンジン部は、投射レンズ１２から被投射媒体に投射された画像の焦点を調整する焦点調整機構を備える。

ドラム部１０には、窓部１１および窓部１３が設けられる。窓部１１は、投射レンズ１２から投射された光が外部に照射されるように設けられる。窓部１３は、例えば赤外線を利用して被投射媒体までの距離を導出する測距処理を行うための距離センサが動作可能なように設けられる。距離センサは、例えば、所定に変調された赤外線を射出し、射出された赤外線の被投射媒体による反射光を受光して、射出光と反射光との差分を検出した検出信号を出力する。この検出信号に基づき光学エンジン部の焦点調整機構を制御することで、投射レンズ１２から被投射媒体に投射された画像の合焦調整がなされる。

なお、距離センサは、赤外線に限らず、レーザ光線を用いたものでもよい。また、距離センサは、赤外線やレーザ光を用いた光学式のセンサに限らず、超音波を用いた方式でもよい。

基台２０の内部には、後述する回路部の各種基板や電源部、ドラム部１０を後述するように回転駆動するためのドラム駆動部などが設けられている。基台２０の第１面側には、ユーザがプロジェクタ装置１を制御するために各種操作を入力するための操作部１４と、ユーザが図示しないリモートコントローラを使用してプロジェクタ装置１を遠隔制御する際の、リモートコントローラから送信された信号を受信する受信部１５とが設けられている。操作部１４は、ユーザの操作入力を受け付ける各種操作子や、プロジェクタ装置１の状態を表示するための表示部などを有している。

基台２０には、ファンによる放熱のための吸排気を行う吸排気口１６ａ、１６ｂおよび１７を備えている。吸排気口１６ａおよび１６ｂは、ドラム部１０が回転駆動されてドラム部１０の吸排気口２２ａが基台２０側を向いた姿勢をとっている場合でも、ドラム部１０内の放熱効率を低下させないよう、吸気又は排気に用いられる。

＜ドラム部の回転駆動＞
図２は、基台２０に設けられたドラム駆動部３２によるドラム部１０の回転駆動について説明するための図である。図２は、ドラム部１０のカバーなどを取り去った状態のドラム３０と、基台２０に設けられたドラム駆動部３２の構成を示す図である。ドラム３０には、窓部１１に対応する窓部３４と、窓部１３に対応する窓部３３とが設けられている。ドラム３０は回転軸３６を有し、この回転軸３６により、支持部３１ａおよび３１ｂに設けられた、ベアリングを用いた軸受け３７に対して回転駆動可能に取り付けられる。

ドラム３０の回転軸３６に垂直な一方の面には、円周上にギア３５が設けられている。支持部３１ｂに設けられたドラム駆動部３２により、ギア３５を介してドラム３０が回転駆動される。ギア３５の内周部の突起４６ａおよび４６ｂは、ドラム３０の回転動作の始点ならびに終点を検出するために設けられる。ドラム駆動部３２は、モータを有し、ドラム３０をモータの回転に応じて回転させることができる。モータとしては、例えば駆動パルスにより所定角度毎の回転制御を行うステッピングモータを適用することができる。

支持部３１ｂに対して、フォトインタラプタ５１ａおよび５１ｂが設けられる。フォトインタラプタ５１ａおよび５１ｂは、それぞれ、ギア３５の内周部に設けられる突起４６ｂおよび４６ａを検出する。フォトインタラプタ５１ａおよび５１ｂの出力信号は、後述する回転制御部１０３に供給される。この例では、フォトインタラプタ５１ａに突起４６ｂが検出されることで、回転制御部１０３は、ドラム３０の姿勢が回転動作の終点に達した姿勢であると判断する。また、フォトインタラプタ５１ｂに突起４６ａが検出されることで、回転制御部１０３は、ドラム３０の姿勢が回転動作の始点に達した姿勢であると判断する。

以下、フォトインタラプタ５１ｂに突起４６ａが検出される位置から、フォトインタラプタ５１ａに突起４６ｂが検出される位置まで、ドラム３０の円周における長さが大きい方の弧を介してドラム３０が回転する方向を、正方向とする。すなわち、ドラム３０の回転角は、正方向に向けて増加する。

この例では、フォトインタラプタ５１ｂが突起４６ａを検出する検出位置と、フォトインタラプタ５１ａが突起４６ｂを検出する検出位置との間の回転軸３６を挟む角度が３３０°となるように、フォトインタラプタ５１ａおよび５１ｂ、ならびに、突起４６ａおよび４６ｂがそれぞれ配される。

モータとしてステッピングモータを適用した場合、フォトインタラプタ５１ｂによる突起４６ａの検出タイミングと、モータを駆動するための駆動パルス数とに基づきドラム３０の姿勢を特定し、投射レンズ１２による投射角を求めることができる。

上述のような構成において、ドラム部１０の初期姿勢を、投射レンズ１２による投射方向が基台２０の底面に対して垂直に向いている姿勢とする。図３（ａ）は、初期姿勢のドラム部１０の様子を示す。この例では、初期姿勢においてフォトインタラプタ５１ｂに突起４６ａが検出され、後述する回転制御部１０３により、ドラム３０が回転動作の始点に達していると判定される。なお、投射方向とは、投射レンズ１２から投射される光の光軸の方向をいう。

なお、図３（ａ）、ならびに、後述する図３（ｂ）、図３（ｃ）および図３（ｄ）に例示されるように、窓部１３に対応して距離センサ６０が設けられる。距離センサ６０は、投射レンズ１２による投射方向と同一方向に向けて赤外線を射出するように構成される。上述したように、距離センサ６０から出力される検出信号に基づき後述する光学エンジン部１１０の焦点調整機構を制御して、投射レンズ１２により被投射媒体に投射された画像の合焦調整を行う。

なお、以下では、特に記載のない限り、「ドラム部１０の方向」および「ドラム部１０の角度」がそれぞれ「投射レンズ１２による投射方向」および「投射レンズ１２による投射角」と同義であるものとする。

プロジェクタ装置１が例えば起動されると、図３（ａ）に示す初期姿勢から、例えば図３（ｂ）に矢印Ａで示される方向（正方向とする）にドラム部１０が回転するように、図２に示したドラム駆動部３２がドラム部１０の回転を開始する。ドラム部１０の回転方向は、矢印Ａとは逆方向でもよい。ドラム部１０の回転に伴い、投射レンズ１２による投射方向が変化する。図３の例では、投射レンズ１２の投射方向（投射角）が、ドラム部１０の回転に伴い、プロジェクタ装置１の正面側（図３（ｂ）参照）、上側（図３（ｃ）参照）および背面側（図３（ｄ）参照）の順に変化している。実施形態に係るプロジェクタ装置１では、フォトインタラプタ５１ａに突起４６ｂが検出され、後述する回転制御部１０３により、ドラム３０の回転動作の終点に達したと判断される。

なお、投射レンズ１２による投射方向が正面側を向き、且つ、基台２０の底面に対して水平になった場合の投射レンズ１２の投射角を、投射角０°と定義する。図３（ｂ）に、投射角０°のときの、ドラム部１０（投射レンズ１２）の姿勢を示す。以下、投射角０°の姿勢を基準として、投射角θとなるドラム部１０（投射レンズ１２）の姿勢を、θ姿勢と呼ぶ。図３（ｃ）は、投射角９０°のときの姿勢、図３（ｄ）は、投射角１８０°のときの姿勢を示す。

例えば、ドラム部１０が図３（ｂ）に示す姿勢において画像データが入力され、光源が点灯されたとする。ドラム部１０において、光源から射出された光が、駆動回路により駆動された表示素子により画像データに従い変調されて光学系に入射される。そして、画像データに従い変調された光が、投射レンズ１２から投射され、スクリーンや壁面などの被投射媒体に照射される。ユーザは、操作部１４などを操作することで、画像データによる投射レンズ１２からの投射を行ったまま、回転軸３６を中心に、ドラム部１０を回転させ、投射レンズ１２の投射方向を変更することができる。

ドラム部１０が回転され投射方向が変更されている間も、投射レンズ１２から射出された光が被投射媒体に投射され、画像データに従った画像が、投射位置が移動されながら被投射媒体に投射される。また、投射方向が変更されている間にも、距離センサ６０から出力される検出信号を用いた測距処理、ならびに、測距処理の結果に基づく焦点調整処理が実行される。

なお、実施形態では、プロジェクタ装置１は、投射を行ったまま、例えば図３（ｂ）〜図３（ｄ）に示されるようにしてドラム部１０を回転させることで、投射レンズ１２による投射角に応じて、画像データにおける投射領域を変化（移動）させることができる。これにより、投射された画像の内容および投射された画像の被投射媒体における投射位置の変化と、入力された画像データに係る全画像領域における投射する画像として切り出された画像領域の内容および位置の変化とを対応させることができる。したがって、ユーザは、入力画像データに係る全画像領域中のどの領域が投射されているかを、投射された画像の被投影媒体における位置に基づき直感的に把握することができると共に、投射された画像の内容を変更する操作を直感的に行うことができる。

ユーザが、操作部１４に対してプロジェクタ装置１による投射画像の投射の停止を指示する操作を行い、プロジェクタ装置１を停止させると、ドラム部１０が初期姿勢に戻るように回転制御される。光源が消灯され、光源の冷却のために設定した時間が経過した後、投射レンズ１２の投射方向が基台２０の底面に対して垂直方向を向き、初期姿勢に戻ったことが検出されると、電源がオフとされる。投射レンズ１２の投射方向を基台の底面に対して垂直方向に向けてから電源をオフとすることで、非使用時に投射レンズ１２面が汚れるのを防ぐことができる。

＜プロジェクタ装置の内部構成＞
次に、上述したような、実施形態に係るプロジェクタ装置１の動作を実現するための構成について説明する。図４は、プロジェクタ装置１において、基台２０内に設けられる回路部、ならびに、ドラム部１０内に設けられる光学エンジン部１１０の一例の構成を示す。

光学エンジン部１１０は、光源１１１、表示素子１１２、射出光学系１１３、表示素子駆動回路１１４および距離センサ６０を含む。光源１１１は、例えばそれぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）を発光する３のＬＥＤ(Light Emitting Diode)を含む。光源１１１から射出されたＲＧＢ各色の光は、それぞれ図示されない光学系を介して表示素子１１２に照射される。

表示素子１１２は、例えば透過型液晶表示素子であり、水平１２８０画素×垂直８００画素のサイズを有する。表示素子１１２は、これに限らず、例えばＬＣＯＳ(Liquid Crystal on Silicon)を用いた反射型液晶表示素子、あるいは、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）で構成してもよい。その場合、適用する表示素子に応じた光学系及び駆動回路でプロジェクタ装置を構成するものとする。また、表示素子１１２のサイズも、上述に限定されない。

表示素子１１２は、表示素子駆動回路１１４によって駆動され、ＲＧＢ各色の光を画像データに従いそれぞれ変調して透過させ、射出する。すなわち、表示素子１１２は、画像データに従いＲＧＢ各色の光を変調する光変調部として機能する。表示素子１１２から射出された、画像データに従い変調されたＲＧＢ各色の光１１２０は、射出光学系１１３に入射され、射出光学系１１３に含まれる投射レンズ１２からプロジェクタ装置１の外部に投射される。

図５は、射出光学系１１３の一例の構成を示すブロック図である。射出光学系１１３は、投射レンズ１２と、焦点調整部１１３０と、レンズ駆動部１１３１とを有する。焦点調整部１１３０は、例えば組み合わされた複数のレンズを備え、通過する光の焦点をレンズ駆動部１１３１の駆動に従い調整する。レンズ駆動部１１３１は、例えば、焦点調整部１１３０が備える複数のレンズのうち一部のレンズを合焦制御信号に従い駆動し、焦点調整部１１３０を通過する光の、被投射媒体に対する焦点を調整する。また、レンズ駆動部１１３１は、焦点を調整するために駆動したレンズの位置を示すレンズ位置情報を出力する。

上述したように、光学エンジン部１１０は、回転駆動部１０５により回動を可能とされたドラム部１０内に設けられる。回転駆動部１０５は、図２を用いて説明したドラム駆動部３２と、ドラム部１０側の構成であるギア３５とを含み、モータの回転を利用してドラム部１０を所定に回転させる。すなわち、この回転駆動部１０５によって、投射レンズ１２の投射方向が変更されることになる。

プロジェクタ装置１の回路部は、画像処理部１００と、距離値出力部１０１と、レンズ制御部１０２と、回転制御部１０３と、回転駆動部１０５と、全体制御部１２０とを含む。

静止画像または動画像の画像データがプロジェクタ装置１に入力され、画像処理部１００に供給される。画像処理部１００は、供給された画像データに対して必要に応じて画像処理を施して図示されないメモリに格納する。画像処理部１００が施す画像処理は、キーストン補正、サイズ変換、エッジ強調、輝度調整、色相調整などである。画像処理部１００は、メモリに格納された画像データから、後述する回転制御部１０３から供給される角度情報に応じた画像領域の画像データを切り出す。その際、画像処理部１００は、切り出した画像データに対して所定の画像処理を施して出力する。

画像処理部１００から出力された画像データは、表示素子駆動回路１１４に供給され、表示素子駆動回路１１４が画像データに従い表示素子１１２を駆動する。

回転制御部１０３は、例えば操作部１４に対するユーザ操作に応じて、回転駆動部１０５に対して指示を出す。回転駆動部１０５は、さらに、フォトインタラプタ５１ａおよび５１ｂを含む。回転駆動部１０５は、回転制御部１０３から供給される指示に従いドラム駆動部３２を制御して、ドラム部１０（ドラム３０）の回転動作を制御する。例えば、回転駆動部１０５は、回転制御部１０３から供給される指示に従い駆動パルスを生成してモータを駆動する。回転制御部１０３は、回転駆動部１０５で生成される駆動パルスに基づき、ドラム部１０が回転動作中か否かを示す動作フラグを生成する。

一方、回転制御部１０３に対して、回転駆動部１０５からフォトインタラプタ５１ａおよび５１ｂの出力と、モータを駆動する駆動パルスとが供給される。回転制御部１０３は、例えばカウンタを有し、駆動パルスのパルス数を計数する。回転制御部１０３は、フォトインタラプタ５１ｂの出力に基づき突起４６ａの検出タイミングを取得し、カウンタに計数されたパルス数を、突起４６ａの検出タイミングでリセットする。回転制御部１０３は、カウンタに計数されたパルス数に基づき、ドラム部１０（ドラム３０）の角度を逐次的に求める。ドラム部１０の角度を示す角度情報は、画像処理部１００に供給される。

距離値出力部１０１は、距離センサ６０から出力された検出信号が入力される。距離値出力部１０１は、この検出信号に基づき測距処理を行い、投射レンズ１２と被投射媒体との間の距離を導出する。導出された距離を示す距離値は、レンズ制御部１０２に供給される。

レンズ制御部１０２は、距離値出力部１０１から供給された距離値を第１の距離値として用い、射出光学系１１３が備える焦点調整部１１３０を制御するための合焦制御信号を生成する。それと共に、レンズ制御部１０２は、距離値出力部１０１から供給された距離値を第２の距離値として用い、合焦制御信号の生成を制御する。

図６は、レンズ制御部１０２の一例の構成を示す。レンズ制御部１０２は、判定部１０２０と、レジスタ１０２１と、合焦制御信号生成部１０２２と、タイマ１０２３とを有する。タイマ１０２３は、判定部１０２０の制御に従い時間を計測する。

レンズ制御部１０２に対して、距離値出力部１０１から距離値が入力されると共に、レンズ駆動部１１３１から現在のレンズ位置Ｄ_Lを示すレンズ位置情報が入力される。レンズ制御部１０２に入力された距離値は、レジスタ１０２１を介して合焦制御信号生成部１０２２に供給される。合焦制御信号生成部１０２２は、供給された距離値を第１の距離値として処理に用いる。また、レンズ制御部１０２に入力された距離値は、判定部１０２０に供給される。判定部１０２０は、供給された距離値を第２の距離値として処理に用いる。レンズ制御部１０２に入力されたレンズ位置情報は、判定部１０２０および合焦制御信号生成部１０２２に供給される。また、判定部１０２０には、回転制御部１０３から、ドラム部１０が回転動作中か否かを示す動作フラグが供給される。

レンズ制御部１０２は、距離値出力部１０１から供給された距離値を第１の距離値として用い、射出光学系１１３が備える焦点調整部１１３０を制御するための合焦制御信号を生成する。それと共に、レンズ制御部１０２は、距離値出力部１０１から供給された距離値を第２の距離値として用い、合焦制御信号の生成を制御する。

合焦制御信号生成部１０２２は、レンズ位置情報と、レジスタ１０２１から読み出した第１の距離値とに基づき合焦制御信号を生成する。ここで、図７を用いて、焦点調整部１１３０による焦点調整の制御について、概略的に説明する。なお、ここでは、焦点調整部１１３０が備える複数のレンズのうちレンズ１３０が投射方向に対して前後に移動することで、焦点の調整が行われるものとして説明する。焦点の調整は、レンズ１３０を含む複数のレンズが投射方向に対して移動することで行なっても構わない。

図７において、横軸は、レンズ１３０の投射方向に沿った位置を示す。距離値出力部１０１から出力された距離値に基づき、レンズ１３０の目標位置Ｄ₀が設定される。目標位置Ｄ₀は、この位置にレンズ１３０がある場合に、投射レンズ１２から投射された画像が被投射媒体に対して合焦される位置である。

レンズ１３０の現在のレンズ位置Ｄ_Lが目標位置Ｄ₀と異なっている場合、目標位置Ｄ₀に対する現在のレンズ位置Ｄ_Lの偏差ΔＤが生じる。偏差ΔＤは、投射レンズ１２から投射された画像の被投射媒体上での合焦状態からのずれを示す値である。すなわち、偏差ΔＤの絶対値が小さいほど、より合焦した状態となり、偏差ΔＤの絶対値が大きいほど合焦状態から外れる。レンズ制御部１０２は、投射画像を被投射媒体に対して合焦させるために、偏差ΔＤを０にするように、レンズ１３０の位置を移動させる。

より具体的には、レンズ制御部１０２において、合焦制御信号生成部１０２２は、レジスタ１０２１から読み出した第１の距離値に従い第１の目標位置Ｄ_0＿１を設定する。また、合焦制御信号生成部１０２２は、焦点調整部１１３０におけるレンズ１３０の現在のレンズ位置Ｄ_Lを示すレンズ位置情報を、レンズ駆動部１１３１から取得する。

合焦制御信号生成部１０２２は、設定した第１の目標位置Ｄ_0＿１と、取得したレンズ位置情報に示される現在のレンズ位置Ｄ_Lとから第１の偏差ΔＤ₁を算出する。そして、合焦制御信号生成部１０２２は、レンズ１３０をこの偏差ΔＤだけ移動させるような駆動制御信号を生成し、合焦制御信号として出力する。合焦制御信号は、射出光学系１１３に入力され、レンズ駆動部１１３１に供給される。レンズ駆動部１１３１は、供給された合焦制御信号に従い、焦点調整部１１３０を駆動する。

このように、合焦制御信号生成部１０２２と、レンズ駆動部１１３１とが協働して、焦点調整部１１３０を駆動する焦点調整駆動部を構成する。

判定部１０２０は、第２の距離値に従い第２の目標位置Ｄ_0＿2を設定する。判定部１０２０は、第２の目標位置Ｄ_0＿2と現在のレンズ位置Ｄ_Lとから、第２の偏差ΔＤ₂を算出する。判定部１０２０は、さらに、閾値ｔｈとして設定される第１の値ｔｈ₁と、第１の値ｔｈ₁より大きな第２の値ｔｈ₂とが入力される。第１の値ｔｈ₁および第２の値ｔｈ₂は、例えば全体制御部１２０から入力される。これに限らず、第１の値ｔｈ₁および第２の値ｔｈ₂を、図示されないレジスタなどに予め格納しておいてもよい。また、判定部１０２０は、第２の目標位置Ｄ_0＿2と現在のレンズ位置Ｄ_Lとから求めた第２の偏差ΔＤ₂と、動作フラグと、第１の値ｔｈ₁または第２の値ｔｈ₂が設定された閾値ｔｈとに基づき、レジスタ１０２１の更新を行うか否かを判定する。そして、判定部１０２０は、この判定結果に従い、レジスタ１０２１の更新を制御するレジスタ制御信号を生成する。すなわち、判定部１０２０は、レジスタ１０２１を更新するか否かを制御する制御部として機能する。判定部１０２０における判定処理については、後述する。

全体制御部１２０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)およびＲＡＭ(Random Access Memory)などを含み、ＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従い、ＲＡＭをワークメモリとして用いて、投射画像の投射、投射角の変更、画像の切り出しといった、プロジェクタ装置１の各種処理を統括的に制御する。すなわち、全体制御部１２０は、図示しない経路を介して画像処理部１００、距離値出力部１０１、レンズ制御部１０２、回転制御部１０３および操作部１４との間でコマンドやデータのやり取りを行うことができる。

例えば、全体制御部１２０は、ユーザ操作に応じて操作部１４から供給された制御信号に基づき、プログラムに従いプロジェクタ装置１の各部を制御する。これにより、ユーザ操作に従ったプロジェクタ装置１の動作が可能となる。これに限らず、全体制御部１２０は、例えば図示されないデータ入力部から入力されたスクリプトに従いプロジェクタ装置１の各部を制御する。これにより、プロジェクタ装置１の動作の自動制御が可能となる。

なお、画像処理部１００、距離値出力部１０１、レンズ制御部１０２および回転制御部１０３がそれぞれ別のハードウェアで構成されるように説明したが、この例に限定されない。例えば、画像処理部１００、距離値出力部１０１、レンズ制御部１０２および回転制御部１０３の全部または一部が、全体制御部１２０の機能として、ＣＰＵ上で動作するプログラムのモジュールにより実現されてもよい。

＜実施形態に係る焦点調整処理＞
次に、実施形態に係る焦点調整処理について説明する。図７を用いて説明した、偏差ΔＤが０になるようにレンズ１３０の位置を制御する場合において、偏差ΔＤの絶対値が予め設定された閾値ｔｈ以下になるように制御が行われる。実施形態では、第１の値ｔｈ₁と、第１の値ｔｈ₁より大きな値の第２値ｔｈ₂とを用意し、条件に従い、第１の値ｔｈ₁と第２の値ｔｈ₂とのうち何れかを偏差ΔＤの絶対値に対する閾値ｔｈとして設定する。

図８は、判定部１０２０によるレジスタ１０２１の制御方法の例を示すフローチャートである。図８のフローチャートの実行に先立って、判定部１０２０は、閾値ｔｈの初期値として、第１の値ｔｈ₁を設定する。また、図６に示す判定部１０２０は、タイマ１０２３により計測される経過時間をリセットして０とする。

ステップＳ１００で、判定部１０２０は、第２の偏差ΔＤ₂の絶対値に対する現在の閾値ｔｈが第１の値ｔｈ₁および第２の値ｔｈ₂の何れであるかを判定する。判定部１０２０は、現在の閾値ｔｈが第１の値ｔｈ₁であると判定した場合、処理をステップＳ１０１に移行させ、第２の偏差ΔＤ₂の絶対値が第１の値ｔｈ₁未満であるか否かを判定する。判定部１０２０は、第２の偏差ΔＤ₂の絶対値が第１の値ｔｈ₁以上であると判定した場合、処理をステップＳ１０６に移行させ、タイマ１０２３により計測される経過時間をリセットして０とし、処理をステップＳ１００に戻す。

判定部１０２０は、ステップＳ１０１で、第２の偏差ΔＤ₂の絶対値が第１の値ｔｈ₁未満であると判定した場合、処理をステップＳ１０２に移行させて、経過時間を更新する。そして、判定部１０２０は、次のステップＳ１０３で、経過時間が予め設定された時間を超えたか否かを判定する。超えていないと判定した場合、判定部１０２０は、処理をステップＳ１００に戻す。

判定部１０２０は、ステップＳ１０３で、経過時間が予め設定された時間を超えたと判定した場合、処理をステップＳ１０４に移行させ、現在の閾値ｔｈとして、第２の値ｔｈ₂を設定する。そして、判定部１０２０は、次のステップＳ１０５で、レジスタ１０２１の更新を停止させるレジスタ制御信号を生成し、レジスタ１０２１に供給する。このレジスタ制御信号により、レジスタ１０２１における記憶内容の更新が停止され、合焦制御信号生成部１０２２が第１の偏差ΔＤ₁を算出するために用いる距離値（第１の距離値）が、レジスタ１０２１の更新が停止される直前に距離値出力部１０１から出力された距離値に固定される。そして、処理がステップＳ１００に戻される。

すなわち、ステップＳ１０３で、第２の偏差ΔＤ₂の絶対値が第１の値ｔｈ₁未満の状態を維持しつつ経過時間が予め設定された時間を超えた場合、焦点の位置が予め定められた時間変動してないと見做すことができる。この場合、投射レンズ１２と被投射媒体との関係が固定的となっていることが推測できる。したがって、合焦制御信号生成部１０２２が合焦制御信号を生成するために用いる第１の距離値を固定とすることで、距離センサ６０から出力される検出信号の揺れによる焦点調整への影響を排除することができ、焦点調整部１１３０の継続的な微小変動が抑制される。

なお、ステップＳ１０４までの処理では、判定部１０２０が第２の距離値および現在のレンズ位置Ｄ_Lから算出する第２の偏差ΔＤ₂と、合焦正信号生成部１０２２が第１の距離値および現在のレンズ位置Ｄ_Lから算出する第１の偏差ΔＤ₁とは、距離値出力部１０１から供給される距離値をそれぞれ用いているため、同じ値である。ステップＳ１０５においてレジスタ１０２１における距離値の更新が停止されると、合焦制御信号生成部１０２２は、レジスタ１０２１の更新停止の以前に供給された距離値に基づいて、第１の偏差ΔＤ₁を算出する。この場合、合焦制御信号生成部１０２２に供給される距離値が変更されず固定的な値とされるため、第１の偏差ΔＤ₁も変化しない。一方、判定部１０２０は、距離値出力部１０１から直接的に供給される距離値の変化に応じて第２の偏差ΔＤ₂を算出する。そのため、第２の偏差ΔＤ₂は、ステップＳ１０５以降においても変化することになる。

ステップＳ１００で、判定部１０２０は、現在の閾値ｔｈが第２の値ｔｈ₂であると判定した場合、処理をステップＳ１１０に移行させる。判定部１０２０は、ステップＳ１１０で、ドラム部１０が回転動作中であるか否かを示す動作フラグがＯＮ（オン）、すなわち、ドラム部１０が回転動作中であるか否かを判定する。判定部１０２０は、例えば、回転駆動部１０５から回転制御部１０３に供給される、モータの駆動パルスに基づきこの動作フラグを取得することができる。

判定部１０２０は、ステップＳ１１０で、動作中フラグがＯＦＦ（オフ）、すなわち、ドラム部１０が回転動作中ではないと判定した場合、処理をステップＳ１００に戻す。

判定部１０２０は、ステップＳ１１０で、動作中フラグがＯＮであると判定した場合、処理をステップＳ１１１に移行させ、第２の偏差ΔＤ₂の絶対値が第２の値ｔｈ₂未満であるか否かを判定する。判定部１０２０は、第２の偏差ΔＤ₂の絶対値が第２の値ｔｈ₂未満であると判定した場合、処理をステップＳ１００に戻す。

判定部１０２０は、ステップＳ１１１で、第２の偏差ΔＤ₂の絶対値が第２の値ｔｈ₁以上であると判定した場合、処理をステップＳ１１２に移行させ、タイマ１０２３により計測される経過時間をリセットして０とする。

そして、判定部１０２０は、次のステップＳ１１３で、現在の閾値ｔｈとして第１の値ｔｈ₁を設定し、処理をステップＳ１１４に移行させる。ステップＳ１１４で、判定部１０２０は、レジスタ１０２１の更新を再開させるレジスタ制御信号を生成し、レジスタ１０２１に供給する。これにより、上述のステップＳ１０５でなされた、合焦制御信号生成部１０２２が第１の偏差ΔＤ₁を算出するために用いる第１の距離値の固定が解除される。すなわち、距離値出力部１０１からレジスタ１０２１に供給される距離値が合焦制御信号生成部１０２２に再び供給され、第１の距離値として第１の偏差ΔＤ₁の算出に用いられる。したがって、合焦制御信号生成部１０２２が算出する第１の偏差ΔＤ₁が距離値出力部１０１から出力される距離値に応じて更新される。判定部１０２０は、レジスタ１０２１の更新を再開させレジスタ１０２１に保持される第２の距離値の固定を解除すると、処理をステップＳ１００に戻す。これにより、ステップＳ１０１以下の、第１の値ｔｈ₁での焦点調整が再開されることになる。

ステップＳ１１０以降、ステップＳ１１１からの処理は、ドラム部１０の回転中の焦点調整処理に係る。すなわち、ドラム部１０の回転中は、投射レンズ１２による投射方向がドラム部１０の回転に応じて変化し、この変化に伴い、投射レンズ１２と被投射媒体との間の距離も変化するので、常に焦点を監視する必要がある。そのため、ステップＳ１１１で第２の偏差ΔＤ₂の絶対値が第２の値ｔｈ₂以上になった時点で第２の偏差ΔＤ₂の絶対値に対する閾値ｔｈを初期値の第１の値ｔｈ₁に変更し、合焦制御信号生成部１０２２に供給する距離値の固定を解除して通常の焦点調整を行う。

一方、ドラム部１０の回転が微小であって第２の偏差ΔＤ₂の絶対値が第２の値ｔｈ₂未満に収まっている場合には、合焦制御信号生成部１０２２が用いる第１の距離値を固定のままとしている。そのため、合焦制御信号生成部１０２２が算出する第１の偏差ΔＤ₁の変動が無く、焦点調整部１１３０の無駄な動きが抑制される。

＜判定部によるレジスタ制御方法の他の例＞
次に、実施形態に係る、判定部１０２０によるレジスタ１０２１の制御方法の他の例について説明する。なお、この他の例では、図１〜図７を用いて説明した各構成をそのまま適用できるので、ここでの詳細な説明を省略する。図９は、判定部１０２０によるレジスタ１０２１の制御方法の他の例を示すフローチャートである。

判定部１０２０は、ステップＳ２００で、ステップＳ１１０で、ドラム部１０が回転動作中であるか否かを示す動作フラグがＯＮ（オン）、すなわち、ドラム部１０が回転動作中であるか否かを判定する。判定部１０２０は、ステップＳ２００で、動作中フラグがＯＮであると判定した場合、処理をステップＳ２０１に移行させ、第２の偏差ΔＤ₂の絶対値が第１の値ｔｈ₁未満であるか否かを判定する。判定部１０２０は、第２の偏差ΔＤ₂の絶対値が第１の値ｔｈ₁未満であると判定した場合、処理をステップＳ２０３に移行させる。

判定部１０２０は、ステップＳ２０３で、レジスタ１０２１の更新を停止させるレジスタ制御信号を生成し、レジスタ１０２１に供給する。このレジスタ制御信号により、レジスタ１０２１における記憶内容の更新が停止され、合焦制御信号生成部１０２２が第１の偏差ΔＤ₁を算出するために用いる第１の距離値が、レジスタ１０２１の更新が停止される直前に距離値出力部１０１から出力された距離値に固定される。そして、処理がステップＳ２００に戻される。

なお、ステップＳ２０３において、既にレジスタ１０２１の更新が停止されている場合には、その状態が維持され、レジスタ１０２１の記憶内容がそのまま保持される。

判定部１０２０は、ステップＳ２０１で、第２の偏差ΔＤ₂の絶対値が第１の値ｔｈ₁以上であると判定した場合、処理をステップＳ２０２に移行させる。判定部１０２０は、ステップＳ２０２で、レジスタ１０２１の更新を再開させるレジスタ制御信号を生成し、レジスタ１０２１に供給する。これにより、上述のステップＳ２０３でなされた、合焦制御信号生成部１０２２が第１の偏差ΔＤ₁を算出するために用いる第１の距離値の固定が解除される。そして、処理がステップＳ２００に戻される。

一方、判定部１０２０は、上述したステップＳ２００で、動作中フラグがＯＦＦであると判定した場合、処理をステップＳ２０４に移行させる。判定部１０２０は、ステップＳ２０４で、第２の偏差ΔＤ₂の絶対値が第２の値ｔｈ₂未満であるか否かを判定する。判定部１０２０は、第２の偏差ΔＤ₂の絶対値が第２の値ｔｈ₂以上であると判定した場合、処理を上述したステップＳ２０２に移行させ、第１の距離値の固定を解除する。

また、判定部１０２０は、ステップＳ２０４で、第２の偏差ΔＤ₂の絶対値が第２の値ｔｈ₂未満であると判定した場合、処理を上述したステップＳ２０３に移行させ、第１の距離値を固定する。そして、処理がステップＳ２００に戻される。

このように、この他の例においても、図８を用いて説明した例と同様に、ドラム部１０が回転中であっても、ドラム部１０の回転が微小であって第２の偏差ΔＤ₂の絶対値が第１の値ｔｈ₁に収まっている場合には、合焦制御信号生成部１０２２が用いる第１の距離値を固定のままとしている。そのため、合焦制御信号生成部１０２２が算出する第１の偏差ΔＤ₁の変動が無く、焦点調整部１１３０の無駄な動きが抑制される。また、図９のフローチャートによれば、この制御を、図８のフローチャートによる処理に対して、より少ないステップで実現することができる。

このように、実施形態によれば、投射レンズ１２と被投射媒体との間の距離変動や、ドラム部１０の回転の有無および大小に応じて適切に焦点調整部１１３０が制御される。そのため、焦点調整部１１３０におけるメカ部分の摩耗や疲労が抑制されると共に、被投射媒体に投射される投射画像が見た目に不快なものになってしまう事態が防がれる。

＜実施形態の変形例＞
上述では、投射レンズ１２から投射された画像の被投射媒体上での合焦状態からのずれを示す値を、投射レンズ１２と被投射媒体との間の距離に基づき求めているが、これはこの例に限定されず、合焦のずれを示す値を他の方法で求めてもよい。例えば、この合焦の度合いを、被投射媒体に投射された画像に基づき求めてもよい。この場合、距離センサ６０が、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージャなどの撮像素子に置き換えられ、距離値出力部１０１が解析部に置き換えられる。レンズ制御部１０２は、解析部による撮像画像の解析結果に基づき合焦状態からのずれを示す値を求める。例えば、レンズ制御部１０２は、画像のコントラストに基づき合焦状態からのずれを求める方法や、２つに分けて撮像素子に入射された光の位相差に基づき合焦状態からのずれを求める方法を用いることができる。

１ プロジェクタ装置
１０ ドラム部
１２ 投射レンズ
１４ 操作部
２０ 基台
３０ ドラム
３２ ドラム駆動部
６０ 距離センサ
１００ 画像処理部
１０１ 測距部
１０２ レンズ制御部
１０３ 回転制御部
１０５ 回転駆動部
１１０ 光学エンジン部
１１２ 表示素子
１１３ 射出光学系
１２０ 全体制御部
１１３０ 焦点調整部
１１３１ レンズ駆動部

Claims (3)

1. 測定された投射部から被投射媒体までの距離を示す距離値を出力する距離値出力部と、
   前記投射部を通過する光の焦点を調整する焦点調整部と、
   前記距離値を第１の距離値として用い、前記第１の距離値に基づき前記投射部により前記被投射媒体に投射された前記光の合焦状態からの第１のずれを検出し、前記第１のずれを示す値が０になるように前記焦点調整部を駆動する焦点調整駆動部と、
   前記距離値を第２の距離値として用い、前記第２の距離値に基づき前記光の合焦状態からの第２のずれを検出し、前記第２のずれを示す値が閾値未満であるか否かを判定する判定部と、
   前記閾値が第１の値であり、前記第２のずれを示す値が前記第１の値未満である状態が予め定められた時間以上継続したと前記判定部が判定した場合に、前記閾値を前記第１の値より大きい第２の値に設定し、前記第１の距離値の更新を停止し、
   前記閾値が前記第２の値であり、且つ、前記投射部による投射方向の変更中であり、且つ、前記第２のずれを示す値が前記第２の値以上であると前記判定部が判定した場合に、前記閾値を前記第１の値に設定し、前記第１の距離値の更新を再開する制御部と
   を有する
   ことを特徴とする焦点調整装置。
2. 光を投射する投射部と、
   前記投射部の投射方向を変更する変更部と、
   画像に従い光を変調して射出する光変調部と、
   前記光変調部から射出された光の焦点を調整し、前記投射部に供給する焦点調整部と、
   測定された前記投射部から被投射媒体までの距離を示す距離値を出力する距離値出力部と、
   前記距離値を第１の距離値として用い、前記第１の距離値に基づき前記投射部により前記被投射媒体に投射された前記光の合焦状態からの第１のずれを検出し、前記第１のずれを示す値が０になるように前記焦点調整部を駆動する焦点調整駆動部と、
   前記距離値を第２の距離値として用い、前記第２の距離値に基づき前記光の合焦状態からの第２のずれを検出し、前記第２のずれを示す値が閾値未満であるか否かを判定する判定部と、
   前記閾値が第１の値であり、前記第２のずれを示す値が前記第１の値未満である状態が予め定められた時間以上継続したと前記判定部が判定した場合に、前記閾値を前記第１の値より大きい第２の値に設定し、前記第１の距離値の更新を停止し、
   前記閾値が前記第２の値であり、且つ、前記変更部により前記投射方向の変更中であり、且つ、前記第２のずれを示す値が前記第２の値以上であると前記判定部が判定した場合に、前記閾値を前記第１の値に設定し、前記第１の距離値の更新を再開する制御部と
   を有する
   ことを特徴とする投射装置。
3. 投射部から投射する光の投射方向を変更する変更ステップと、
   前記投射部から被投射媒体までの距離を測定して距離値を出力する測距ステップと、
   前記距離値を第１の距離値として用い、前記第１の距離値に基づき前記投射部により前記被投射媒体に投射された光の合焦状態からの第１のずれを検出し、前記投射部を通過する光の焦点を前記第１のずれを示す値が０になるように調整する焦点調整ステップと、
   前記距離値を第２の距離値として用い、前記第２の距離値に基づき前記光の合焦状態からの第２のずれを検出し、前記第２のずれを示す値が閾値未満であるか否かを判定する第１の判定ステップと、
   前記第２のずれを示す値が前記閾値未満である状態が予め定められた時間以上継続したか否かを判定する第２の判定ステップと、
   前記閾値が第１の値であり、前記第１の判定ステップにより前記第２のずれを示す値が前記第１の値未満であると判定し、且つ、前記第２の判定ステップにより前記第２のずれを示す値が前記第１の値未満である状態が予め定められた時間以上継続したと判定した場合に、前記閾値を前記第１の値より大きい第２の値に設定する第１の閾値変更ステップと、
   前記閾値が前記第１の値であり、前記第１の判定ステップにより前記第２のずれを示す値が前記第１の値未満であると判定し、且つ、前記第２の判定ステップにより前記第２のずれを示す値が前記第１の値未満である状態が予め定められた時間以上継続したと判定した場合に、前記焦点調整ステップにて用いる前記第１の距離値の更新を停止する第１の制御ステップと、
   前記閾値が前記第２の値であり、前記第１の判定ステップにより前記第２のずれを示す値が前記第２の値以上であると判定し、前記変更ステップにて前記投射方向の変更中である場合、前記閾値を前記第２の値から前記第１の値に設定する第２の閾値変更ステップと、
   前記閾値が前記第２の値であり、前記第１の判定ステップにより前記第２のずれを示す値が前記第２の値以上であると判定し、前記変更ステップにて前記投射方向の変更中である場合、前記第１の制御ステップにて停止していた前記第１の距離値の更新を再開する第２の制御ステップと
   を有する
   ことを特徴とする投射装置の制御方法。

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