(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶パネルを通過させた映像に基づいて前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整装置であって、
前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら前記映像を画像として撮像する撮像手段と、
該撮像手段により撮像された前記画像から疑似モノクロ画像を生成する疑似モノクロ画像生成手段と、
該疑似モノクロ画像生成手段により生成された前記疑似モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索するフォーカス探索手段と、
該フォーカス探索手段により探索された光軸位置に前記液晶パネルを移動させる光軸調整機構手段とを具備することを特徴とするフォーカス調整装置。
【請求項２】
前記疑似モノクロ画像生成手段は、前記疑似モノクロ画像の輝度分布Iとし、前記画像の色成分の輝度分布をそれぞれＲ、Ｇ、Ｂとすると、
I＝（２８＊Ｒ＋７７＊Ｇ＋１５１＊Ｂ）／２５６
として前記疑似モノクロ画像を生成させることを特徴とする請求項１記載のフォーカス調整装置。
【請求項３】
前記疑似モノクロ画像のコントラストを強調するコントラスト強調手段を具備し、
前記フォーカス探索手段は、前記コントラスト強調手段によりコントラストを強調された前記疑似モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索させることを特徴とする請求項１又は２記載のフォーカス調整装置。
【請求項４】
前記コントラスト強調手段は、前記疑似モノクロ画像の各輝度値における画素数を平均化させることを特徴とする請求項３記載のフォーカス調整装置。
【請求項５】
前記疑似モノクロ画像のＸ方向、Ｙ方向について方向別に輝度積分を行う投影処理手段を具備し、
前記フォーカス探索手段は、前記投影処理手段によりＸ、Ｙ方向別に輝度積分された前記疑似モノクロ画像に基づいて光軸位置を探索させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のフォーカス調整装置。
【請求項６】
前記投影処理手段によりＸ、Ｙ方向別に輝度積分された前記疑似モノクロ画像のＸ方向の輝度積分値の最大値ＰＸｍａｘ、Ｘ方向の輝度積分値の最小値ＰＸｍｉｎ、Ｙ方向の輝度積分値の最大値ＰＹｍａｘおよびＹ方向の輝度積分値の最小値ＰＹｍｉｎを移動された前記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に探索する光量解析手段を具備し、
前記フォーカス探索手段は、前記光量解析手段により探索されたＰＸｍａｘ、ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎに基づいて光軸位置を探索させることを特徴とする請求項５記載のフォーカス調整装置。
【請求項７】
前記光量解析手段により探索されたＰＸｍａｘ、ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎからＸ、Ｙ方向別にコントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙを計算するコントラスト感度計算手段を具備し、
前記フォーカス探索手段は、前記コントラスト感度計算手段により算出された前記コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙに基づいて光軸位置を探索させることを特徴とする請求項６記載のフォーカス調整装置。
【請求項８】
前記コントラスト感度計算手段は、前記コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙを
Ｃｘ＝（ＰＸｍａｘ−ＰＸｍｉｎ）／（ＰＸｍａｘ＋ＰＸｍｉｎ）
Ｃｙ＝（ＰＹｍａｘ−ＰＹｍｉｎ）／（ＰＹｍａｘ＋ＰＹｍｉｎ）
Ｓｘ＝１／Ｃｘ
Ｓｙ＝１／Ｃｙ
と定義して計算させることを特徴とする請求項７記載のフォーカス調整装置。
【請求項９】
前記フォーカス探索手段は、前記コントラスト感度計算手段により算出された前記コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙの和の平均値が最小値となる光軸位置を探索させることを特徴とする請求項８記載のフォーカス調整装置。
【請求項１０】
液晶パネルを通過させた映像に基づいて前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整装置であって、
前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら前記映像を撮像する撮像手段と、
該撮像手段により撮像された画像のＸ方向の輝度積分値の最大値ＰＸｍａｘ、Ｘ方向の輝度積分値の最小値ＰＸｍｉｎ、Ｙ方向の輝度積分値の最大値ＰＹｍａｘおよびＹ方向の輝度積分値の最小値ＰＹｍｉｎを移動された前記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に探索する光量解析手段と、
該光量解析手段により探索されたＰＸｍａｘ、ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎからＸ、Ｙ方向別にコントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙを計算するコントラスト感度計算手段と、
該コントラスト感度計算手段により算出された前記コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙに基づいて光軸位置を探索するフォーカス探索手段と、
該フォーカス探索手段により探索された光軸位置に前記液晶パネルを移動させる光軸調整機構手段とを具備し、
前記コントラスト感度計算手段は、前記コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙを
Ｃｘ＝（ＰＸｍａｘ−ＰＸｍｉｎ）／（ＰＸｍａｘ＋ＰＸｍｉｎ）
Ｃｙ＝（ＰＹｍａｘ−ＰＹｍｉｎ）／（ＰＹｍａｘ＋ＰＹｍｉｎ）
Ｓｘ＝１／Ｃｘ
Ｓｙ＝１／Ｃｙ
と定義して計算させることを特徴とするフォーカス調整装置。
【請求項１１】
前記フォーカス探索手段は、前記コントラスト感度計算手段により算出された前記コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙの和の平均値が最小値となる光軸位置を探索させることを特徴とする請求項１０記載のフォーカス調整装置。
【請求項１２】
前記撮像手段は、前記映像の４隅を撮像させ、
前記フォーカス探索手段は、前記撮像手段により撮像された４隅の光軸位置をそれぞれ探索させることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のフォーカス調整装置。
【請求項１３】
前記フォーカス探索手段により探索された４隅の光軸位置に基づいて前記液晶パネルの法線方向の光軸、Ｘ軸方向のあおり角度ＸθおよびＹ軸方向のあおり角度Ｖθを補正する補正値を算出する光軸制御手段を具備することを特徴とする請求項１２記載のフォーカス調整装置。
【請求項１４】
前記撮像手段は、表面粗さが小さい白色素材パネルが張られているスクリーンに投射された前記映像を撮像させることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載のフォーカス調整装置。
【請求項１５】
液晶パネルを通過させた映像に基づいて前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整方法であって、
前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら前記映像を画像として撮像し、
該画像から疑似モノクロ画像を生成し、
該疑似モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索し、
光軸調整機構手段を用いて探索した光軸位置に前記液晶パネルを移動させることを特徴とするフォーカス調整方法。
【請求項１６】
前記疑似モノクロ画像の輝度分布Iとし、前記画像の色成分の輝度分布をそれぞれＲ、Ｇ、Ｂとすると、
I＝（２８＊Ｒ＋７７＊Ｇ＋１５１＊Ｂ）／２５６
として前記疑似モノクロ画像を生成することを特徴とする請求項１５記載のフォーカス調整方法。
【請求項１７】
前記疑似モノクロ画像のコントラストを強調し、
前記コントラストを強調した前記疑似モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索することを特徴とする請求項１５又は１６記載のフォーカス調整方法。
【請求項１８】
前記疑似モノクロ画像の各輝度値における画素数を平均化することによりコントラストを強調することを特徴とする請求項１７記載のフォーカス調整方法。
【請求項１９】
前記疑似モノクロ画像のＸ方向、Ｙ方向について方向別に輝度積分を行い、
該Ｘ、Ｙ方向別に輝度積分された前記疑似モノクロ画像に基づいて光軸位置を探索することを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれかに記載のフォーカス調整方法。
【請求項２０】
前記Ｘ、Ｙ方向別に輝度積分した前記疑似モノクロ画像のＸ方向の輝度積分値の最大値ＰＸｍａｘ、Ｘ方向の輝度積分値の最小値ＰＸｍｉｎ、Ｙ方向の輝度積分値の最大値ＰＹｍａｘおよびＹ方向の輝度積分値の最小値ＰＹｍｉｎを移動された前記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に探索し、
該探索されたＰＸｍａｘ、ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎに基づいて光軸位置を探索することを特徴とする請求項１９記載のフォーカス調整方法。
【請求項２１】
前記探索したＰＸｍａｘ、ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎからＸ、Ｙ方向別にコントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙを計算し、
該コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙに基づいて光軸位置を探索することを特徴とする請求項２０記載のフォーカス調整方法。
【請求項２２】
前記コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙを
Ｃｘ＝（ＰＸｍａｘ−ＰＸｍｉｎ）／（ＰＸｍａｘ＋ＰＸｍｉｎ）
Ｃｙ＝（ＰＹｍａｘ−ＰＹｍｉｎ）／（ＰＹｍａｘ＋ＰＹｍｉｎ）
Ｓｘ＝１／Ｃｘ
Ｓｙ＝１／Ｃｙ
と定義して計算することを特徴とする請求項２１記載のフォーカス調整方法。
【請求項２３】
前記算出した前記コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙの和の平均値が最小値となる光軸位置を探索することを特徴とする請求項２２記載のフォーカス調整方法。
【請求項２４】
液晶パネルを通過させた映像に基づいて前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整方法であって、
前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら前記映像を撮像し、
該撮像された画像のＸ方向の輝度積分値の最大値ＰＸｍａｘ、Ｘ方向の輝度積分値の最小値ＰＸｍｉｎ、Ｙ方向の輝度積分値の最大値ＰＹｍａｘおよびＹ方向の輝度積分値の最小値ＰＹｍｉｎを移動された前記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に探索し、
該探索したＰＸｍａｘ、ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎからＸ、Ｙ方向別にコントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙを
Ｃｘ＝（ＰＸｍａｘ−ＰＸｍｉｎ）／（ＰＸｍａｘ＋ＰＸｍｉｎ）
Ｃｙ＝（ＰＹｍａｘ−ＰＹｍｉｎ）／（ＰＹｍａｘ＋ＰＹｍｉｎ）
Ｓｘ＝１／Ｃｘ
Ｓｙ＝１／Ｃｙ
と定義して計算し、
該計算したコントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙに基づいて光軸位置を探索し、
光軸調整機構手段を用いて探索した光軸位置に前記液晶パネルを移動させることを特徴とするフォーカス調整方法。
【請求項２５】
前記算出した前記コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙの和の平均値が最小値となる光軸位置を探索することを特徴とする請求項２４記載のフォーカス調整方法。
【請求項２６】
前記映像の４隅を撮像し、
該撮像した４隅の光軸位置をそれぞれ探索することを特徴とする請求項１５乃至２５のいずれかに記載のフォーカス調整方法。
【請求項２７】
前記探索した４隅の光軸位置に基づいて前記液晶パネルの法線方向の光軸、Ｘ軸方向のあおり角度ＸθおよびＹ軸方向のあおり角度Ｖθを補正する補正値を算出するとを特徴とする請求項２６記載のフォーカス調整方法。
【請求項２８】
表面粗さが小さい白色素材パネルが張られているスクリーンに投射された前記映像を撮像することを特徴とする請求項１５乃至２７のいずれかに記載のフォーカス調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投射型表示装置の光学系の液晶パネルの位置調整を行うフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法に関し、特に液晶パネルの光軸位置を動かして撮像した画像を解析することにより液晶パネルの位置調整を行うフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に液晶プロジェクタは、赤、緑、青の３枚の液晶パネルを用いて、単色映像を作りだし、赤、緑、青の単色映像をダイクロイックプリズム上で色合成して投射映像を作りだしている。
【０００３】
液晶プロジェクタのフォーカス調整工程では、色コントラストが最も鮮明な緑色の投射映像を基準位置とし、残りの赤色、青色の投射映像を表示されている緑色の対応する投射画素位置にできる限り一致する様に像を重ね合わせ、次にこの位置で単色で投射した被投射面上の投射画素のボケ方が最も小さく、各色の投射映像の投射画素と画素の区切りが最も鮮明となる位置に、各色の液晶パネル位置を調整することが必要である。
【０００４】
従来のフォーカス調整は、基準となる緑色の映像を被投射面となるスクリーンに投射し、作業者が肉眼でスクリーン上の投射画素の切れ目のボケ方を目視で確認しながら、液晶プロジェクタに搭載される液晶パネルの光軸調整を行っていた。液晶パネルの光軸調整には、液晶パネルの位置Ｘ、Ｙ、Ｚと、Ｚ軸上の回転角度θと、Ｘ軸方向のパネルあおり角度Ｘθと，Ｙ軸方向のパネルあおり角度Ｖθとの６軸の光軸調整を行うことができる６軸マニュピレータにより、液晶パネルの位置Ｚと、Ｘ軸方向のパネルあおり角度Ｘθと，Ｙ軸方向のパネルあおり角度Ｖθとの３軸を調整し、当該３軸の位置関係で光学的に唯一決められる液晶パネルのフォーカス面位置を決定する。フォーカス調整は、赤、緑、青の３枚の液晶パネルについて行われ、各色毎に液晶パネルのフォーカス面位置を決定後、液晶パネルを光学部に接合して調整を終了する。
【０００５】
特開２０００−１４７６９４号公報には、スクリーン上の投射画素をカメラで撮像し、輝度を集計し、輝度の分散を求め、その分散が最も大きい画像を撮像した時の液晶ライトバルブのＺ軸方向の位置にフォーカス調整を自動的に行う技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では、カメラ感度と肉眼との視感度差により、青色や赤色の輝度値と肉眼での見た目との明るさが異なるため、カメラの輝度設定を適切に設定することが困難であり、実際のフォーカス調整では、スクリーンに投射された映像をカメラだけでなく、肉眼でも確認する必要があり、多大な工数がかかるという問題点があった。
【０００７】
さらに、従来技術では、スクリーン上の投射映像が、調整している周辺環境の外部光や被投射面での反射光の影響で、投射画素の輝度分散の本来の性質が表れにくく、特に視認性の極めて悪い青色の場合には、フォーカスの自動調整を行っても投射映像のフォーカスが最もはっきりする位置（以下、フォーカス位置と称す）に光軸位置を正確に合わせることが難しいという問題点があった。
【０００８】
さらに、従来技術では、投射映像の投射画素は、実際には縦（Ｙ）方向と横（Ｘ）方向でボケ方が異なっており、液晶パネルの光軸移動に伴って、投射映像の形状がたえず変化するため、投射画素の輝度分散のみではフォーカス位置を正確に決定することができないという問題点があった。
【０００９】
本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、カメラ感度と肉眼との視感度差に関係なく、カメラで撮像した画像の輝度設定を適切に設定することができ、フォーカスの自動調整を行うことによりフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法を提供する点にある。
【００１０】
さらに、本発明が目的とするところは、投射画素の輝度分散の本来の性質を明確化して、視認性の極めて悪い青色の場合にも、フォーカスの自動調整を行うことによりフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法を提供する点にある。
【００１１】
さらに、本発明が目的とするところは、投射映像の投射画素の縦（Ｙ）方向と横（Ｘ）方向でボケ方を考慮してフォーカスの自動調整を行うことによりフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法を提供する点にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本願発明は、液晶パネルを通過させた映像に基づいて前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整装置であって、前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら前記映像を画像として撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像された前記画像から疑似モノクロ画像を生成する疑似モノクロ画像生成手段と、該疑似モノクロ画像生成手段により生成された前記疑似モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索するフォーカス探索手段と、該フォーカス探索手段により探索された光軸位置に前記液晶パネルを移動させる光軸調整機構手段とを具備することを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記疑似モノクロ画像生成手段は、前記疑似モノクロ画像の輝度分布Iとし、前記画像の色成分の輝度分布をそれぞれＲ、Ｇ、Ｂとすると、I＝（２８＊Ｒ＋７７＊Ｇ＋１５１＊Ｂ）／２５６、として前記疑似モノクロ画像を生成させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記疑似モノクロ画像のコントラストを強調するコントラスト強調手段を具備し、前記フォーカス探索手段は、前記コントラスト強調手段によりコントラストを強調された前記疑似モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記コントラスト強調手段は、前記疑似モノクロ画像の各輝度値における画素数を平均化させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記疑似モノクロ画像のＸ方向、Ｙ方向について方向別に輝度積分を行う投影処理手段を具備し、前記フォーカス探索手段は、前記投影処理手段によりＸ、Ｙ方向別に輝度積分された前記疑似モノクロ画像に基づいて光軸位置を探索させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記投影処理手段によりＸ、Ｙ方向別に輝度積分された前記疑似モノクロ画像のＸ方向の輝度積分値の最大値ＰＸｍａｘ、Ｘ方向の輝度積分値の最小値ＰＸｍｉｎ、Ｙ方向の輝度積分値の最大値ＰＹｍａｘおよびＹ方向の輝度積分値の最小値ＰＹｍｉｎを移動された前記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に探索する光量解析手段を具備し、前記フォーカス探索手段は、前記光量解析手段により探索されたＰＸｍａｘ、ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎに基づいて光軸位置を探索させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記光量解析手段により探索されたＰＸｍａｘ、ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎからＸ、Ｙ方向別にコントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙを計算するコントラスト感度計算手段を具備し、前記フォーカス探索手段は、前記コントラスト感度計算手段により算出された前記コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙに基づいて光軸位置を探索させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記コントラスト感度計算手段は、前記コントラスト感度Ｓｘ、ＳｙをＣｘ＝（ＰＸｍａｘ−ＰＸｍｉｎ）／（ＰＸｍａｘ＋ＰＸｍｉｎ）、Ｃｙ＝（ＰＹｍａｘ−ＰＹｍｉｎ）／（ＰＹｍａｘ＋ＰＹｍｉｎ）、Ｓｘ＝１／Ｃｘ、Ｓｙ＝１／Ｃｙ、と定義して計算させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、液晶パネルを通過させた映像に基づいて前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整装置であって、前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら前記映像を撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像された画像のＸ方向の輝度積分値の最大値ＰＸｍａｘ、Ｘ方向の輝度積分値の最小値ＰＸｍｉｎ、Ｙ方向の輝度積分値の最大値ＰＹｍａｘおよびＹ方向の輝度積分値の最小値ＰＹｍｉｎを移動された前記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に探索する光量解析手段と、該光量解析手段により探索されたＰＸｍａｘ、ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎからＸ、Ｙ方向別にコントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙを計算するコントラスト感度計算手段と、該コントラスト感度計算手段により算出された前記コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙに基づいて光軸位置を探索するフォーカス探索手段と、該フォーカス探索手段により探索された光軸位置に前記液晶パネルを移動させる光軸調整機構手段とを具備し、前記コントラスト感度計算手段は、前記コントラスト感度Ｓｘ、ＳｙをＣｘ＝（ＰＸｍａｘ−ＰＸｍｉｎ）／（ＰＸｍａｘ＋ＰＸｍｉｎ）、Ｃｙ＝（ＰＹｍａｘ−ＰＹｍｉｎ）／（ＰＹｍａｘ＋ＰＹｍｉｎ）、Ｓｘ＝１／Ｃｘ、Ｓｙ＝１／Ｃｙと定義して計算させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記フォーカス探索手段は、前記コントラスト感度計算手段により算出された前記コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙの和の平均値が最小値となる光軸位置を探索させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記撮像手段は、前記映像の４隅を撮像させ、前記フォーカス探索手段は、前記撮像手段により撮像された４隅の光軸位置をそれぞれ探索させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記フォーカス探索手段により探索された４隅の光軸位置に基づいて前記液晶パネルの法線方向の光軸、Ｘ軸方向のあおり角度ＸθおよびＹ軸方向のあおり角度Ｖθを補正する補正値を算出する光軸制御手段を具備することを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記撮像手段は、表面粗さが小さい白色素材パネルが張られているスクリーンに投射された前記映像を撮像させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、液晶パネルを通過させた映像に基づいて前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整方法であって、前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら前記映像を画像として撮像し、該画像から疑似モノクロ画像を生成し、該疑似モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索し、光軸調整機構手段を用いて探索した光軸位置に前記液晶パネルを移動させることを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、前記疑似モノクロ画像の輝度分布Iとし、前記画像の色成分の輝度分布をそれぞれＲ、Ｇ、Ｂとすると、I＝（２８＊Ｒ＋７７＊Ｇ＋１５１＊Ｂ）／２５６、として前記疑似モノクロ画像を生成することを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、前記疑似モノクロ画像のコントラストを強調し、前記コントラストを強調した前記疑似モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索することを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、前記疑似モノクロ画像の各輝度値における画素数を平均化することによりコントラストを強調することを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、前記疑似モノクロ画像のＸ方向、Ｙ方向について方向別に輝 度積分を行い、該Ｘ、Ｙ方向別に輝度積分された前記疑似モノクロ画像に基づいて 光軸位置を探索することを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、前記Ｘ、Ｙ方向別に輝度積分した前記疑似モノクロ画像のＸ方向の輝度積分値の最大値ＰＸｍａｘ、Ｘ方向の輝度積分値の最小値ＰＸｍｉｎ、Ｙ方向の輝度積分値の最大値ＰＹｍａｘおよびＹ方向の輝度積分値の最小値ＰＹｍｉｎを移動された前記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に探索し、該探索されたＰＸｍａｘ、ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎに基づいて光軸位置を探索することを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、前記探索したＰＸｍａｘ、ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎからＸ、Ｙ方向別にコントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙを計算し、該コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙに基づいて光軸位置を探索することを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、前記コントラスト感度Ｓｘ、ＳｙをＣｘ＝（ＰＸｍａｘ−ＰＸｍｉｎ）／（ＰＸｍａｘ＋ＰＸｍｉｎ）、Ｃｙ＝（ＰＹｍａｘ−ＰＹｍｉｎ）／（ＰＹｍａｘ＋ＰＹｍｉｎ）、Ｓｘ＝１／Ｃｘ、Ｓｙ＝１／Ｃｙ、と定義して計算することを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、液晶パネルを通過させた映像に基づいて前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整方法であって、前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら前記映像を撮像し、該撮像された画像のＸ方向の輝度積分値の最大値ＰＸｍａｘ、Ｘ方向の輝度積分値の最小値ＰＸｍｉｎ、Ｙ方向の輝度積分値の最大値ＰＹｍａｘおよびＹ方向の輝度積分値の最小値ＰＹｍｉｎを移動された前記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に探索し、該探索したＰＸｍａｘ、ＰＸｍｉｎ、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎからＸ、Ｙ方向別にコントラスト感度Ｓｘ、ＳｙをＣｘ＝（ＰＸｍａｘ−ＰＸｍｉｎ）／（ＰＸｍａｘ＋ＰＸｍｉｎ）、Ｃｙ＝（ＰＹｍａｘ−ＰＹｍｉｎ）／（ＰＹｍａｘ＋ＰＹｍｉｎ）、
Ｓｘ＝１／Ｃｘ、Ｓｙ＝１／Ｃｙと定義して計算し、該計算したコントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙに基づいて光軸位置を探索し、光軸調整機構手段を用いて探索した光軸位置に前記液晶パネルを移動させることを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、前記算出した前記コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙの和の平均値が最小値となる光軸位置を探索することを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、前記映像の４隅を撮像し、該撮像した４隅の光軸位置をそれぞれ探索することを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、前記探索した４隅の光軸位置に基づいて前記液晶パネルの法線方向の光軸、Ｘ軸方向のあおり角度ＸθおよびＹ軸方向のあおり角度Ｖθを補正する補正値を算出するとを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、表面粗さが小さい白色素材パネルが張られているスクリーンに投射された前記映像を撮像することを特徴とするフォーカス調整方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係るフォーカス調整装置の実施の形態の構成を示すブロック図であり、図２は、図１に示すカラーＣＣＤカメラの位置関係を示す平面図であり、図３は、図１に示すカラーＣＣＤカメラの位置関係を示す側面図であり、図４は、図１に示すカラーＣＣＤカメラによるスクリーン上の撮像位置を示す図であり、図５は、図１に示す画像認識処理部の構成を示すブロック図であり、図６は、図１に示す光軸調整機構部により移動させる液晶プロジェクタの光学部品の調整光軸と各色毎の液晶パネルとの位置関係を示す図である。
【００１５】
本実施の形態は、図１に示すように、カラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄと、Ａ／Ｄ変換回路１１と、デジタル画像統合器１２と、画像メモリ１３と、画像認識処理部１４と、光軸制御部１５と、光軸調整機構部８とで構成されている。なお、図１においては省略されているが、Ａ／Ｄ変換回路１１は、カラーＣＣＤカメラ３aと同様に、カラーＣＣＤカメラ３ｂ、３ｃ、３ｄとデジタル画像統合器１２との間にも設けられている。
【００１６】
カラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄは、図２および図３に示すように、投射型表示装置である液晶プロジェクタ１からスクリーン２のスクリーン投射面に投射された投射映像の４隅を撮像する位置に配置されている。液晶プロジェクタ１には、映像信号発生器４が接続されており、液晶プロジェクタ１は、映像信号発生器４から提供される単色ラスタースキャン映像に対応して、該当色に対応する液晶パネルを通過させてスクリーン２に単色の投射映像を投射する。また、液晶プロジェクタ１からの投射映像以外の光を防ぐため、暗幕テント５により、スクリーン投射面を含む液晶プロジェクタ１の投射範囲を外光からすべて遮断している。
【００１７】
スクリーン２には、図４に示すように、表面粗さが小さいフォト印字用紙、標準白色ボード等の白色素材パネル６a、６ｂ、６ｃ、６ｄ が張られており、それぞれが投射映像の４隅が収まる位置に配置されている。スクリーン２および白色素材パネル６a、６ｂ、６ｃ、６ｄは、液晶プロジェクタ１の投射光軸に垂直になる様に設置されている。白色素材パネル６a、６ｂ、６ｃ、６ｄ として標準白色ボードを使用する場合には、表面粗さが１０点平均粗さで０．０５Ｚ以下であることが望ましく、フォト印字用紙を使用する場合にも、１０点平均粗さで０．０５Ｚ以下のものを使用すると好適である。
【００１８】
カラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄは、白色素材パネル６a、６ｂ、６ｃ、６ｄ上の投射映像の４隅が十分収まる位置にそれぞれ設置され、白色素材パネル６a、６ｂ、６ｃ、６ｄに投射された領域の投射映像を撮像する。
【００１９】
Ａ／Ｄ変換回路１１は、カラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄが撮像したカラー画像をそれぞれＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換は、カラー画像の色成分である赤（Ｒ）色、緑（Ｇ）色、青（Ｂ）色毎に行われる。
【００２０】
デジタル画像統合器１２は、投射映像の４隅に設置されているカラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄにより撮像され、Ａ／Ｄ変換されたカラー画像を統合した統合デジタル画像データを生成する。統合デジタル画像データは、４箇所のカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄが撮像した４つの画像を１フレームの画像信号として取り扱うことを目的として生成され、色成分毎に生成される。
【００２１】
画像メモリ１３は、デジタル画像統合器１２により生成されたＲ色、Ｇ色、Ｂ色の統合デジタル画像データを色成分毎に記憶する。
【００２２】
画像認識処理部１４は、図５に示すように、画像認識処理を行う疑似モノクロ画像生成部１６、コントラスト画像生成部１７、フォーカス検査エリア生成部１８および投影処理部１９と、コントラスト演算処理を行うエリア内光量解析部２０、コントラスト感度計算部２１およびコントラスト探索部２２とで構成される。
【００２３】
疑似モノクロ画像生成部１６は、画像メモリ１３内に色成分毎に記憶された各色成分の統合デジタル画像データの輝度値を用いて被投射面での光強度に近い濃淡画像である疑似モノクロ画像を生成する。
【００２４】
コントラスト画像生成部１７は、疑似モノクロ画像生成部１６により生成された疑似モノクロ画像のコントラスト強調処理を行い、スクリーン２の被投射面での輝度分布特徴を継承したままで、輝度分布特徴を強調し、投射映像の明るい部分と暗い部分との画素の輝度差を大きくとることで、コントラストを上げ、画像を鮮明化する。
【００２５】
フォーカス検査エリア生成部１８は、スクリーン２の４箇所の撮像位置に対応するカメラ視野位置の画像領域にフォーカス検査エリアを設定する。
【００２６】
投影処理部１９は、フォーカス検査エリア生成部１８により設定されたフォーカス検査エリア内のＸ、Ｙ方向別に輝度積分を行い、Ｘ、Ｙ方向別の投射画素領域の被投射面での光強度分布を強調した正弦波形状の特徴変異として表す。
【００２７】
エリア内光量解析部２０は、投影処理部１９で得られたＸ、Ｙ方向の輝度積分値の最大値と最小値を探索する。
【００２８】
コントラスト感度計算部２１は、エリア内光量解析部２０により探索されたＸ、Ｙ方向のそれぞれの輝度積分値の最大値、最小値からコントラスト感度を計算する。
【００２９】
コントラスト探索部２２は、光軸移動範囲内で光軸をステップ移動させた各位置での各フォーカス検査エリア毎のコントラスト感度の最小値をそれぞれ探索し、各フォーカス検査エリア毎にコントラスト感度が最小値となる光軸位置を投射映像のフォーカスが最もはっきりして投射映像が最も鮮明になるフォーカス位置として求める。
【００３０】
光軸制御部１５は、コントラスト探索部２２により求められた各フォーカス検査エリア毎のフォーカス位置に基づいて、フォーカス重心と液晶プロジェクタ１内の液晶パネル９a、９ｂ、９ｃの傾き補正値とを一意に算出し、算出したフォーカス重心と補正値とを指令値として光軸調整機構部８に送出する。
【００３１】
光軸調整機構部８は、光軸制御部１５からの指令値に基づいて液晶プロジェクタ１の光学部品の取り付け位置を調整する機構であり、図６に示す液晶パネル９a、９ｂ、９ｃを、液晶パネル９a、９ｂ、９ｃからの光を色合成を行うダイクロイックプリズム１０に取り付ける際の光軸の調整を行う。
【００３２】
図６において、Ｘ、Ｙ、Ｚ、θ、Ｘθ、Ｙθは、光軸調整機構部８により移動させる液晶パネル９a（Ｇ色を担当）の各調整光軸を示したもので、液晶パネル９a平面に垂直な入射光方向（法線方向）をＺ軸として定めている。液晶パネル９aは、パネル位置Ｘ、Ｙ、Ｚと、Ｚ軸上の回転角度θと、Ｘ軸方向のパネルあおり角度Ｘθと，Ｙ軸方向のパネルあおり角度Ｖθとの６軸で位置が決定されるが、フォーカス調整には、Ｚ軸、Ｘθ軸 、Ｙθ軸の３軸の調整光軸の調整が行われる。Ｒ色を担当する液晶パネル９ｂ、Ｂ色を担当する液晶パネル９ｃでも同様な光軸座標配置となっている。
【００３３】
次に、本実施の形態の動作について図７を参照して詳細に説明する。
図７は、本発明に係るフォーカス調整装置の実施の形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【００３４】
まず、映像信号発生器４は、液晶プロジェクタ１に単色ラスタースキャン映像を提供し（ステップＡ１）、液晶プロジェクタ１は、提供された単色ラスタースキャン映像を該当色に対応する液晶パネル９a、９ｂ、９ｃのいずれかを通過させてスクリーン２に単色投射映像として投射する（ステップＡ２）。単色ラスタースキャン映像は、フォーカス調整を行うための映像で、Ｇ色を担当する液晶パネル９aのフォーカス調整には、Ｇ色の単色ラスタースキャン映像が、Ｒ色を担当する液晶パネル９ｂのフォーカス調整には、Ｒ色の単色ラスタースキャン映像が、Ｂ色を担当する液晶パネル９ｃのフォーカス調整には、Ｂ色の単色ラスタースキャン映像がそれぞれ用いられる。以下、Ｇ色を担当する液晶パネル９aのフォーカス調整を行う例を説明する。
【００３５】
次に、カラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄにより白色素材パネル６a、６ｂ、６ｃ、６ｄに投射されたＧ色の投射映像の４隅をそれぞれカラー画像として撮像し（ステップＡ３）、Ａ／Ｄ変換回路１１により撮像したそれぞれカラー画像の色成分毎にＡ／Ｄ変換を行い（ステップＡ４）、デジタル画像統合器１２によりＡ／Ｄ変換された４つのカラー画像を統合した統合デジタル画像データを色成分毎に生成し（ステップＡ５）、画像メモリ１３内に各色成分毎に記憶する。スクリーン２には、Ｇ色を担当する液晶パネル９aを通過したＧ色投射映像が投射されているが、実際には、Ｒ色、Ｂ色の成分も含まれているため、カラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄによりカラー画像として撮像する。
【００３６】
図８は、図５に示すデジタル画像統合器により生成される統合デジタル画像データ例を示す図である。
デジタル画像統合器１２により生成される統合デジタル画像データは、図８に示すように、カラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄで撮像してＡ／Ｄ変換した４つのカラー画像を統合したものであり、カラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄに対応する各エリアは、投射画素の明るい部分と投射画素間の切れ目となる暗い部分とからなる。また、統合ジタル画像データの１フレーム内画素位置（x，y）の輝度分布は、画像メモリ１３内に色成分毎に、Ｒ（x，y）、Ｇ（x，y）、Ｂ（x，y）（以下、それぞれＲ、Ｇ、Ｂで記述する）として記憶される。デジタル画像データ統合器１２で４箇所のカラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄの画像を１画面で確認できる統合デジタル画像データとして統合することにより、４箇所のカメラが撮像した４つの映像を１フレームの画像信号として取り扱うことができ、画像認識処理部１４での画像処理およびフォーカス演算処理を行う際に、４つの映像を同時に一括実行できるため、個々のカラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄの映像毎に画像処理をしなくても良く、撮像回数、画像処理演算回数を減らすことで調整時間を短縮することができる。
【００３７】
次に、疑似モノクロ画像生成部１６により疑似モノクロ画像を生成する（ステップＡ６）。
疑似モノクロ画像生成部１６は、画像メモリ１３に記憶された統合デジタル画像データを画像メモリ１３から読み出し、統合デジタル画像データの各色成分の輝度分布Ｒ、Ｇ、Ｂに重み付けをしてモノクロ化した疑似モノクロ画像を生成する。疑似モノクロ画像を生成する際の輝度分布Ｒ、Ｇ、Ｂの重み付けとしては、例えば、統合デジタル画像データ内の１フレーム内画素位置（ｘ，ｙ）上での疑似モノクロ画像の輝度分布I（ｘ，ｙ）を
I（ｘ，ｙ）＝（２８＊Ｒ＋７７＊Ｇ＋１５１＊Ｂ）／２５６
として計算し、疑似モノクロ画像を生成する。なお、当該数式は、「Ｃ言語で学ぶ実践画像処理（オーム社）」１０５頁記載の輝度信号と色信号の変換式を応用したものである。
【００３８】
次に、コントラスト画像生成部１７により疑似モノクロ画像生成部１６で生成された疑似モノクロ画像に対してコントラスト強調処理を行う（ステップＡ７）。
図９は、図５に示すコントラスト画像生成部によるコントラスト強調処理を説明するための各輝度値毎の画素数のヒストグラムであり、図１０は、図５に示すコントラスト画像生成部によるコントラスト強調処理のアルゴリズムを説明するための説明図であり、図１１は、図５に示すコントラスト画像生成部によるコントラスト強調処理前後の同一領域の輝度分布を比較するためのグラフである。
【００３９】
コントラスト画像生成部１７は、図９（a）に示すように、疑似モノクロ画像生成部１６で生成された疑似モノクロ画像の全画素数を求め、輝度値別のヒストグラムをとり、図９（ｂ）に示すように、各輝度値における画素数を平均化する。
【００４０】
疑似モノクロ画像において輝度値０〜７までに図１０（a）に示す状態で画素数が分布していた場合、全画素数は、２＋６＋２＋５＋４＋３＋２＋０＝２４となり、輝度値は、８段階に分かれているため、全画素数を８で割ると、１つの輝度値に割り当てられる画素数として３が得られる。疑似モノクロ画像の輝度が高い方（輝度値７）から３個ずつ画素を取り出し、図１０（ｂ）に示すように、新しく輝度値７から各輝度値の画素数が３になるように割り当てる。このように画素数の多いところから少ないところに画素を割り振ることで輝度値毎の画素数を等しくし、コントラストを強調する。
【００４１】
図１１は、スクリーン２上の白色素材パネル６aに投射されたＢ色の投射映像の投射画素間の輝度分布をコントラスト強調処理する前後の同一領域の輝度分布を比較したものであり、コントラスト強調処理により、投射画素の明るい部分と、投射画素の区切りである暗い部分との輝度差が大きくなり、コントラストが強調されていることがわかる。なお、図１１において、Ｘ座標の２３〜２７付近が投射画素間の切れ目となる暗い部分に対応する。
【００４２】
次に、フォーカス検査エリア生成部１８によりフォーカス検査エリアを設定する（ステップＡ８）。
図１２は、図５に示すフォーカス検査エリア生成部によって生成されるフォーカス検査エリアの位置関係を示す図である。
【００４３】
フォーカス検査エリア生成部１８は、図１２に示すように、統合デジタル画像の４箇所にフォーカス検査エリアを設定する。フォーカス検査エリアは、スクリーンの４隅を撮像しているカラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄに対応させて設定する。統合デジタル画像において投射画素の分布は、カメラ視野内のどの位置でもほぼ一定であることから、図１２に示すように、フォーカス検査エリアのサイズは、投射画素数が３画素程度の範囲に設定している。これは、フォーカス調整のための演算に必要な画素数を最小限して演算回数を軽減することで高速化を実現するためである。
【００４４】
次に、投影処理部１９によりフォーカス検査エリア内での光の分布特徴となるＸ方向、Ｙ方向について方向別に輝度積分を行う（ステップＡ９）。
図１３は、図５に示す投影処理部による輝度積分によって得られた輝度積分値の分布と投射画素との関係を示す図である。
【００４５】
投影処理部１９は、フォーカス検査エリア生成部１８により設定されたフォーカス検査エリアのＸ方向、Ｙ方向について方向別に輝度積分を行う。輝度積分を行うことで、図１３に示すように、図１１に示す輝度値分布の特徴よりも、投射画素の明るい部分と投射画素間の切れ目となる暗い部分での光量分布の特徴を明瞭に捉えることができる。
【００４６】
次に、エリア内光量解析部２０により投影処理部１９で得られたＸ、Ｙ方向の輝度積分値の最大値と最小値を探索する（ステップＡ１０）。
【００４７】
エリア内光量解析部２０は、図１３に示すフォーカス検査エリア内のＸ方向の輝度積分値の最大値ＰＸｍａｘと、Ｘ方向の輝度積分値の最小値ＰＸｍｉｎと、Ｙ方向の輝度積分値の最大値ＰＹｍａｘと、Ｙ方向の輝度積分値の最小値ＰＹｍｉｎとを探索する。
【００４８】
次に、コントラスト感度計算部２１によりエリア内光量解析部２０で探索されたＸ、Ｙ方向の輝度積分値の最大値、最小値から画像鮮明度に相当する値をコントラスト感度として計算し、（ステップＡ１１）、算出したコントラスト感度から画像が最も鮮明になるフォーカス位置を求める（ステップＡ１２）。
【００４９】
コントラスト感度計算部２１は、まず各フォーカス検査エリア内のＸ方向のコントラストＣｘとＹ方向のコントラストＣｙとをそれぞれ計算する。Ｃｘ、Ｃｙは、それぞれ
Ｃｘ＝（ＰＸｍａｘ−ＰＸｍｉｎ）／（ＰＸｍａｘ＋ＰＸｍｉｎ）
Ｃｙ＝（ＰＹｍａｘ−ＰＹｍｉｎ）／（ＰＹｍａｘ＋ＰＹｍｉｎ）
として定義されている（実際には、分子および分母に１／２が存在するが省略している）。
【００５０】
Ｘ方向、Ｙ方向のコントラストＣｘ、Ｃｙの分子は、輝度積分値の最大値と最小値との差を１／２したもので投射映像パターンの光量変化量を示し、Ｘ方向、Ｙ方向のコントラストＣｘ、Ｃｙの分母は、輝度積分値の最大値と最小値との和を１／２したもので投射映像パターンの平均光量を示す。従って、Ｘ方向、Ｙ方向のコントラストＣｘ、Ｃｙは、投射映像パターンの平均光量に対して投射映像パターンの光量変化量が占める割合を表している。
【００５１】
コントラスト感度計算部２１は、Ｃｘ、Ｃｙに基づいて各フォーカス検査エリア内のＸ方向のコントラスト感度ＳｘとＹ方向のコントラスト感度Ｓｙとをそれぞれ計算する。Ｓｘ、Ｓｙは、Ｃｘ、Ｃｙのそれぞれの逆数であり、
Ｓｘ＝１／Ｃｘ
Ｓｙ＝１／Ｃｙ
として表すことができる。
【００５２】
コントラスト感度計算部２１は、Ｓｘ、Ｓｙに基づいて各フォーカス検査エリア内のコントラスト感度Ｓ（ｚ）を計算する。Ｓ（ｚ）は、ＳｘとＳｙとの平均値であり、
Ｓ（ｚ）＝（Ｓｘ＋Ｓｙ）／２
として表すことができる。
【００５３】
ステップＡ３〜ステップＡ１１までの処理は、光軸調整機構部８によりＺ軸方向の光軸移動範囲内で液晶パネル９aをステップ移動させながら行われ、コントラスト感度計算部２１は、算出したコントラスト感度Ｓ（ｚ）と、算出時のＺ軸位置とを対応させて記憶する。
【００５４】
次に、コントラスト探索部２２によりコントラスト感度計算部２１で各フォーカス検査エリア毎に計算されたコントラスト感度からフォーカス位置を求める（ステップＡ１２）。
【００５５】
コントラスト探索部２２は、各フォーカス検査エリア毎に算出したコントラスト感度Ｓ（ｚ）が最小になるＺ軸位置をフォーカス位置として求める。各フォーカス検査エリア毎（左上、右上、左下、右下）のフォーカス位置は、それぞれＺａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄとして求める。Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄは、
Ｚａ＝ｍｉｎ｛Ｓ（ｚ）｝
Ｚｂ＝ｍｉｎ｛Ｓ（ｚ）｝
Ｚｃ＝ｍｉｎ｛Ｓ（ｚ）｝
Ｚｄ＝ｍｉｎ｛Ｓ（ｚ）｝
として表すことができる。
【００５６】
コントラスト感度Ｓ（ｚ）が最小値になるＺ軸位置がフォーカス位置となる理由について説明する。
図１４は、Ｚ軸を１０ｕｍ間隔で移動して撮像した時の図５に示す投影処理部により輝度積分されたＸ方向の輝度積分値の変化を示す図であり、図１５は、図５に示す投影処理部により輝度積分された輝度積分値の最大値および最小値とＺ軸を１０ｕｍ間隔で移動して撮像した時のＺ軸位置との関係を示す図であり、図１６は、図５に示す投影処理部により輝度積分された輝度積分値の最大値から最小値を引いた値とＺ軸を１０ｕｍ間隔で移動して撮像した時のＺ軸位置との関係を示す図であり、図１７は、図５に示す投影処理部により輝度積分されたＸ、Ｙ方向の輝度積分値のＺ軸を移動して撮像した時の変化の傾向を説明するための説明図であり、図１８は、図５に示すコントラスト感度計算部により計算されるコントラスト感度とＺ軸位置との関係を示す図である。
【００５７】
図１４には、フォーカス位置を中心に＋−方向にそれぞれ５０ｕｍまで１０ｕｍ間隔でＢ色を担当する液晶パネル９ｃをＺ軸方向に移動させた際の、投影処理部１９により輝度積分されたＸ方向の輝度積分値がそれぞれプロットされている。図１４を参照すると、プロットされた値に幅があることがわかり、液晶パネル９ｃをＺ軸方向に移動させることにより、Ｘ方向の輝度積分値の最大値ＰＸｍａｘおよびＸ方向の輝度積分値の最小値ＰＸｍｉｎが変化していることがわかる。また、液晶パネル９ｃをＺ軸方向に移動させることにより、Ｙ方向の輝度積分値の最大値ＰＹｍａｘおよびＹ方向の輝度積分値の最小値ＰＹｍｉｎも変化する。
【００５８】
液晶パネル９ｃをＺ軸方向に移動させることによるＰＸｍａｘおよびＰＸｍｉｎの変化と、ＰＹｍａｘおよびＰＹｍｉｎの変化とは、それぞれ相反する性質を有する。すなわち、図１５に示すように、フォーカス位置を挟んで手前（−方向）からダイクロイックプリズム１０方向（＋方向）に液晶パネル９ｃをＺ軸に沿って順次移動させた場合には、ＰＸｍａｘは、減少し、ＰＹｍａｘは、増加し、ＰＸｍｉｎは、増加し、ＰＹｍｉｎは、減少する。
【００５９】
従って、フォーカス位置を挟んで手前（−方向）からダイクロイックプリズム１０方向（＋方向）に液晶パネル９ｃをＺ軸に沿って順次移動させた場合には、図１６に示すように、（ＰＸｍａｘ−ＰＸｍｉｎ）は、減少し、Ｙ方向の投射映像パターンの光量変化量（ＰＹｍａｘ−ＰＹｍｉｎ）は、増加し、（ＰＸｍａｘ＋ＰＸｍｉｎ）と（ＰＹｍａｘ＋ＰＹｍｉｎ）とは、ほとんど変化しない。
【００６０】
すなわち、フォーカス位置を挟んで手前（−方向）からダイクロイックプリズム１０方向（＋方向）に液晶パネル９ｃをＺ軸に沿って順次移動させた場合には、図１７に示すように、Ｘ方向の輝度積分値の最大値と最小値との差であるＸ方向の投射映像パターンの光量変化量は、縮小し、Ｙ方向の輝度積分値の最大値と最小値との差であるＹ方向の投射映像パターンの光量変化量は、拡大し、投射映像パターンの光量変化量の性質は、Ｘ方向とＹ方向とでは、相反している。
【００６１】
従って、フォーカス位置を挟んで手前（−方向）からダイクロイックプリズム１０方向（＋方向）に液晶パネル９ｃをＺ軸に沿って順次移動させた場合のコントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙの変化は、図１８に示すように、Ｓｘは、増加し、Ｓｙは、減少し、ＳｘとＳｙとは、フォーカス位置で相反する性質を有し、ＳｘとＳｙとの平均値であるコントラスト感度Ｓ（ｚ）は、図１８の中央の曲線で示すように、最も投射画像が鮮明となるフォーカス位置で最小値となる。
【００６２】
次に、光軸制御部１５により各フォーカス検査エリアのフォーカス位置に基づいて光軸調整機構部８への指令値を生成する（ステップＡ１３）。
図１９は、図５に示す光軸調整機構部が調整する液晶パネルと光軸座標系との位置関係を示す図であり、図２０は、図５に示す光軸調整機構部が調整する液晶パネルと光軸座標系との位置関係をＸ軸上側から見た図であり、図２１は、図５に示す光軸調整機構部が調整する液晶パネルと光軸座標系との位置関係をＹ軸上側から見た図である。
【００６３】
液晶パネル９aは、Ｚ軸の光軸方向に対して、回転、傾き、Ｘ、Ｙ方向のあおり角度があり、投射面までの光路長に差が出るため、各フォーカス検査エリア（左上、右上、左下、右下）をカラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄでそれぞれ撮像したカラー画像からそれぞれ得られるフォーカス位置Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄは、一致しない。従って、フォーカス位置Ｚａ、Ｚｂ、Ｚｃ、Ｚｄから、液晶パネル９aの中心が通る真のフォーカス面位置を見つければ、最終的な液晶パネルのフォーカス位置を探索できる。
【００６４】
図１９は、液晶パネル９aと液晶パネル９aの中心を原点とする光軸座標系との位置関係を示すもので、図１９は、Ｚ軸について、図２０は、Ｘ軸上側から見た場合の位置関係、図２１は、Ｙ軸上側から見た場合の位置関係で、実際の液晶パネルはＺ軸方向以外の他の光軸、Ｘθ方向、Ｙθ方向、θに対して傾いている時の状態を示している。
【００６５】
図１９、図２０および図２１に示す光軸位置と液晶パネル９aとの幾何学的関係から、液晶パネル９aのフォーカス面は、Ｚ軸方向の４つのフォーカス検査エリアのフォーカス面が交差する位置となり、各フォーカス検査エリアでのフォーカス位置から計算されるフォーカス重心に等しくなる。
【００６６】
従って、液晶パネル９aのスクリーン２に垂直な光軸（Ｚ軸）の真のフォーカス位置Ｚは、
Ｚ＝｛Ｚａ＋Ｚｂ＋Ｚｃ＋Ｚｄ｝／４
と計算される。
【００６７】
また、液晶パネル９aの縦、横の長さを、それぞれＬｈ、Ｌｖとすると、Ｘθ、Ｙθ軸の回転方向の調整補正量θｘ、θｙは、液晶パネルの頂点と光軸との位置関係から
θｘ＝ｓｉｎ−１（ {（Ｚａ＋Ｚｂ）−（Ｚｃ＋Ｚｄ）}／２Ｌｈ）
θｙ＝ｓｉｎ−１（ {（Ｚａ＋Ｚｃ）−（Ｚｂ＋Ｚｄ）}／２Ｌｖ）
と計算され、フォーカス面のあおり角度をキャンセルする様に、θｘ、θｙの光軸を動かすことにより、Ｘθ、Ｙθの光軸でのフォーカス調整をすることなく、液晶パネル９aと調整光軸との幾何学関係と、投射映像の各フォーカス検査エリアのフォーカス位置とから液晶パネル９aのフォーカス面が決定することができる。
【００６８】
コントラスト探索部２２は、真のフォーカス位置Ｚと、Ｘθ、Ｙθ軸の回転方向の調整補正量θｘ、θｙとを光軸調整機構部８への指令値として生成し、光軸調整機構部８は、コントラスト探索部２２からの指令値に基づいて液晶パネル９aの光軸調整を行い（ステップＡ１４）、その他の位置合わせに問題がなければ、ダイクロイックプリズム１０に液晶パネル９aが半田付け接合等で固定される。
【００６９】
ステップＡ１からステップＡ１４までの処理は、液晶パネル９a、９ｂ、９ｃ毎に行われ、ダイクロイックプリズム１０に取り付けられる全ての液晶パネル９a、９ｂ、９ｃのフォーカス調整が行われる。
【００７０】
図２２は、図５に示すコントラスト探索部により生成される指令値に基づく調整による調整時間短縮例を示す図である。
Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色全ての投射画像のフォーカス調整を行った時の調整時間の比較を行った際に、コントラスト探索部により生成される指令値（幾何学関係を用いた１軸高速調整）による調整時間と、各軸毎に個別調整した場合（３軸個別調整）の調整時間とは、図２２に示すように、明らかに、１軸高速調整の調整時間の方が３軸個別調整の調整時間に比べて、約２．５倍に向上していることがわかる。
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、疑似モノクロ画像生成部１６により画像メモリ１３内に色成分毎に記憶された各色成分の統合デジタル画像データの輝度値を用いて被投射面での光強度に近い濃淡画像である疑似モノクロ画像を生成し、単色で撮像された画像を投射された映像の色に無関係な輝度情報として扱うことができるため、カメラ感度と肉眼との視感度差に関係なく、カメラで撮像した画像の輝度設定を適切に設定することでき、フォーカスの自動調整を行うことにより投射映像のフォーカスがはっきりするフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【００７２】
さらに、本実施の形態によれば、コントラスト画像生成部１７により疑似モノクロ画像の輝度分布状態を求めて、輝度値毎のヒストグラムを作成し、各輝度値の画素数が等しくなるように輝度変換を施すことで、被投射面での光強度分布特徴を継承したままで輝度分布特徴を強調し、投射映像の明るい部分と暗い部分との画素の輝度差を大きくとることで、コントラストを上げて画像を鮮明化することができるため、投射画素の輝度分散の本来の性質を明確化して、視認性の極めて悪い青色の場合にも、フォーカスの自動調整を行うことにより、投射映像の投射画素領域の鮮明度が最も良好となるフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【００７３】
さらに、本実施の形態によれば、投影処理部１９によりフォーカス検査エリア内での光の分布特徴となるＸ方向、Ｙ方向について方向別に輝度積分を行うことで、方向別の投射画素領域の被投射面での輝度分布を強調した正弦波形状の特徴変異として表すことができるため、投射映像の投射画素の縦（Ｙ）方向と横（Ｘ）方向でボケ方を考慮したフォーカスの自動調整を行うことができ、光軸に伴う個々の投射画素の画素形状変動や投射画素間に発生するフレア、画像ノイズの影響を受けにくく、投射映像のどの位置をとっても普遍的な特徴をとることができ、投射映像の投射画素領域の鮮明度が最も良好となるフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【００７４】
さらに、本実施の形態によれば、スクリーン２上の輝度分布を強調した輝度積分値の最大値と最小値からＸ、Ｙそれぞれの方向のコントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙを求め、コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙの和の平均値であるコントラスト感度Ｓ（ｚ）が最小値となる光軸位置をフォーカス位置として求めるため、液晶パネル９a、９ｂ、９ｃの法線方向であるＺ方向の光軸位置移動に対して、Ｘ、Ｙ方向で投射画素のボケの程度が異なる特性を一元的に取り扱うことができ、投射映像のフォーカスがはっきりするフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【００７５】
さらに、本実施の形態によれば、スクリーン２上に張られた表面粗さが小さいフォト印字用紙、標準白色ボード等の白色素材パネル６a、６ｂ、６ｃ、６ｄに投射された投射画像を撮像するため、スクリーンの凹凸による光の乱反射や外光の反射光の影響を受けずに、液晶プロジェクタ１本来の光学特性を反映した投射映像を撮像することができ、投射映像全体のフォーカスが最も鮮明となるフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【００７６】
なお、本実施の形態では、投射映像の４隅に配置されたカラーＣＣＤカメラ３a、３ｂ、３ｃ、３ｄにより投射映像を撮像し、各撮像箇所毎のフォーカス位置を求めたが、Ｘ軸方向のあおり角度ＸθおよびＹ軸方向のあおり角度Ｖθのずれが問題にならない程度であれば、投射映像の中央の１箇所等に撮像箇所を減らしても良い。
【００７７】
また、本実施の形態では、スクリーン２に投射された投射映像を撮像した画像に基づいてフォーカス位置を求めてフォーカス調整を行うようにしたが、スクリーン２に投射される前の映像からフォーカス検査用の画像を得るようにしても良い。スクリーン２に投射される前の映像からフォーカス検査用の画像を得るためには、投射光を液晶プロジェクタ１内で分光し、分光した投射光を光電変換器等で受光すれば良い。
【００７８】
このように液晶プロジェクタ１内でフォーカス検査用の画像を得ることができ、本実施の形態のＡ／Ｄ変換回路１１、デジタル画像統合器１２、画像メモリ１３、画像認識処理部１４、光軸制御部１５および光軸調整機構部８が液晶プロジェクタ１内に設けられている場合には、製造工程でのフォーカス調整のみでなく、製品として組み立てた後のフォーカス調整を行うことができる。
【００７９】
また、本実施の形態では、投射型表示装置の光学系の液晶パネルの位置調整について説明したが、液晶パネルをＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）を用いた光デバイスに置き換えたＤＬＰ型プロジェクタにおけるＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）の位置調整による投射画像調整にも有効である。
【００８０】
なお、本発明が上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。
【００８１】
【発明の効果】
本発明のフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法は、色成分毎に記憶された各色成分の統合デジタル画像データの輝度値を用いて被投射面での光強度に近い濃淡画像である疑似モノクロ画像を生成し、単色で撮像された画像を投射された映像の色に無関係な輝度情報として扱うことができるため、カメラ感度と肉眼との視感度差に関係なく、カメラで撮像した画像の輝度設定を適切に設定することでき、フォーカスの自動調整を行うことにより投射映像のフォーカスがはっきりするフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【００８２】
さらに、本発明のフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法は、疑似モノクロ画像の輝度分布状態を求めて、輝度値毎のヒストグラムを作成し、各輝度値の画素数が等しくなるように輝度変換を施すことで、被投射面での光強度分布特徴を継承したままで輝度分布特徴を強調し、投射映像の明るい部分と暗い部分との画素の輝度差を大きくとることで、コントラストを上げて画像を鮮明化することができるため、投射画素の輝度分散の本来の性質を明確化して、視認性の極めて悪い青色の場合にも、フォーカスの自動調整を行うことにより、投射映像の投射画素領域の鮮明度が最も良好となるフォーカス位置光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【００８３】
さらに、本発明のフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法は、フォーカス検査エリア内での光の分布特徴となるＸ方向、Ｙ方向について方向別に輝度積分を行うことで、方向別の投射画素領域の被投射面での輝度分布を強調した正弦波形状の特徴変異として表すことができるため、投射映像の投射画素の縦（Ｙ）方向と横（Ｘ）方向でボケ方を考慮したフォーカスの自動調整を行うことができ、光軸に伴う個々の投射画素の画素形状変動や投射画素間に発生するフレア、画像ノイズの影響を受けにくく、投射映像のどの位置をとっても普遍的な特徴をとることができ、投射映像の投射画素領域の鮮明度が最も良好となるフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【００８４】
さらに、本発明のフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法は、スクリーン上の輝度分布を強調した輝度積分値の最大値と最小値からＸ、Ｙそれぞれの方向のコントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙを求め、コントラスト感度Ｓｘ、Ｓｙの和の平均値であるコントラスト感度Ｓ（ｚ）が最小値となる光軸位置をフォーカス位置として求めるため、液晶パネルの法線方向であるＺ方向の光軸位置移動に対して、Ｘ、Ｙ方向で投射画素のボケの程度が異なる特性を一元的に取り扱うことができ、投射映像のフォーカスがはっきりするフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【００８５】
さらに、本発明のフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法は、スクリーン上に張られた表面粗さが小さいフォト印字用紙、標準白色ボード等の白色素材パネルに投射された投射画像を撮像するため、スクリーンの凹凸による光の乱反射や外光の反射光の影響を受けずに、液晶プロジェクタ本来の光学特性を反映した投射映像を撮像することができ、投射映像全体のフォーカスが最も鮮明となるフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフォーカス調整装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すカラーＣＣＤカメラの位置関係を示す平面図である。
【図３】図１に示すカラーＣＣＤカメラの位置関係を示す側面図である。
【図４】図１に示すカラーＣＣＤカメラによるスクリーン上の撮像位置を示す図である。
【図５】図１に示す画像認識処理部の構成を示すブロック図である。
【図６】図１に示す光軸調整機構部により移動させる液晶プロジェクタの光学部品の調整光軸と各色毎の液晶パネルとの位置関係を示す図である。
【図７】本発明に係るフォーカス調整装置の実施の形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】図５に示すデジタル画像統合器により生成される統合デジタル画像データ例を示す図である。
【図９】図５に示すコントラスト画像生成部によるコントラスト強調処理を説明するための各輝度値毎の画素数のヒストグラムである。
【図１０】図５に示すコントラスト画像生成部によるコントラスト強調処理のアルゴリズムを説明するための説明図である。
【図１１】図５に示すコントラスト画像生成部によるコントラスト強調処理前後の同一領域の輝度分布を比較するためのグラフである。
【図１２】図５に示すフォーカス検査エリア生成部によって生成されるフォーカス検査エリアの位置関係を示す図である。
【図１３】図５に示す投影処理部による輝度積分によって得られた輝度積分値の分布と投射画素との関係を示す図である。
【図１４】Ｚ軸を１０ｕｍ間隔で移動して撮像した時の図５に示す投影処理部により輝度積分されたＸ方向の輝度積分値の変化を示す図である。
【図１５】図５に示す投影処理部により輝度積分された輝度積分値の最大値および最小値とＺ軸を１０ｕｍ間隔で移動して撮像した時のＺ軸位置との関係を示す図である。
【図１６】図５に示す投影処理部により輝度積分された輝度積分値の最大値から最小値を引いた値とＺ軸を１０ｕｍ間隔で移動して撮像した時のＺ軸位置との関係を示す図である。
【図１７】図５に示す投影処理部により輝度積分されたＸ、Ｙ方向の輝度積分値のＺ軸を移動して撮像した時の変化の傾向を説明するための説明図である。
【図１８】図５に示すコントラスト感度計算部により計算されるコントラスト感度とＺ軸位置との関係を示す図である。
【図１９】図５に示す光軸調整機構部が調整する液晶パネルと光軸座標系との位置関係を示す図である。
【図２０】図５に示す光軸調整機構部が調整する液晶パネルと光軸座標系との位置関係をＸ軸上側から見た図である。
【図２１】図５に示す光軸調整機構部が調整する液晶パネルと光軸座標系との位置関係をＹ軸上側から見た図である。
【図２２】図５に示すコントラスト探索部により生成される指令値に基づく調整による調整時間短縮例を示す図である。
【符号の説明】
１  液晶プロジェクタ
２  スクリーン
３a、３ｂ、３ｃ、３ｄ  カラーＣＣＤカメラ
４  映像信号発生器
５  暗幕テント
６a、６ｂ、６ｃ、６ｄ  白色素材パネル
７  認識制御部
８  光軸調整機構部
９a、９ｂ、９ｃ  液晶パネル
１０  ダイクロイックプリズム
１１  Ａ／Ｄ変換回路
１２  デジタル画像統合器
１３  画像メモリ
１４  画像認識処理部
１５  光軸制御部
１６  疑似モノクロ画像生成部
１７  コントラスト画像生成部
１８  フォーカス検査エリア生成部
１９  投影処理部
２０  エリア内光量解析部
２１  コントラスト感度計算部
２２  コントラスト探索部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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