(57)【要約】  【課題】  小規模な回路を用いて、正確に最適な焦点距離に調整することができる。  【解決手段】  プロジェクタ装置１は、所定の画像であるテストパターンをスクリーン３へ投射し、スクリーン３上に投射されたテストパターンをカメラ１２で撮像し、隣接する画素毎の明るさを制御部１１で計測する。隣接する画素の明るさの差の絶対値が閾値より大きい場合、制御部１１は、所定値より大きいと判定された明るさを有する画素数を計数し、計数した画素数が最大となるよう焦点調整を行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を外部のスクリーンへ投射する投射手段と、前記スクリーンに投射された画像を撮像する撮像手段とを備え、該撮像手段が撮像した所定の画像に基づいて焦点調整を行うプロジェクタ装置において、
前記撮像手段が撮像した前記所定の画像に含まれる画素につき画素単位の明るさを計測する計測手段と、
該計測手段による計測結果から、画素単位で隣接する画素の間の明るさの差の絶対値と閾値とを比較する比較手段と、
該比較手段による比較結果から、画素単位で隣接する画素の間の明るさの差の絶対値の方が閾値より大きい画素数を計数する計数手段と、
該計数手段が複数の焦点位置で計数した計数値の内の最も大きい値に対応する焦点位置を最適の焦点位置として焦点調整を行う焦点位置設定手段と
を備えることを特徴とするプロジェクタ装置。
【請求項２】
前記所定の画像は明部と暗部とを組み合わせたテストパターンであることを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ装置。
【請求項３】
前記計測手段は、前記テストパターンの明部と暗部との境界を横切る方向に、画素単位で明るさを計測するよう構成してあることを特徴とする請求項２記載のプロジェクタ装置。
【請求項４】
画像を外部のスクリーンへ投射するプロジェクタ装置の焦点調整方法において、
前記スクリーンに投射された所定の画像を撮像し、
撮像した前記所定の画像に含まれる画素につき画素単位の明るさを計測し、
計測結果から、画素単位で隣接する画素の間の明るさの差の絶対値と閾値とを比較し、
比較結果から、画素単位で隣接する画素の間の明るさの差の絶対値の方が閾値より大きい画素数を計数し、
複数の焦点位置で計数した計数値の内の最も大きい値に対応する焦点位置を最適の焦点位置として焦点調整を行うことを特徴とするプロジェクタ装置の焦点調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像をスクリーンに投射するプロジェクタ装置及びプロジェクタ装置の焦点調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレゼンテーション又は映像の映写の分野では、パーソナルコンピュータ又は映像再生装置から画像データを取得し、取得した画像データに基づいた画像を外部のスクリーンに対して投射するプロジェクタ装置が用いられている。プロジェクタ装置は、液晶パネル又はＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等の投射デバイス上に画像データに基づいた画像を形成し、投射デバイス上の画像を内部の光源からの光により外部のスクリーンへ投射する。また、プロジェクタ装置は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）各色を合成した画像を投射することにより、又はＲ、Ｇ、Ｂ各色の画像を時分割で投射することにより、カラー画像をスクリーンに対して投射することができる。
【０００３】
劇場等のようにスクリーンとプロジェクタ装置とが共に固定されている場合を除き、通常はスクリーンとプロジェクタ装置との相対位置は可変である。したがって、プロジェクタ装置は、適切な画像がスクリーンに投射されるように、画像の投射範囲、投射形状、及び焦点距離等の調整を行う必要がある。プロジェクタ装置を調整するための従来の技術は、例えば特許文献１に開示されている。プロジェクタ装置は、予め定められた所定の画像（以下、テストパターンという）をスクリーンへ投射し、スクリーン上に投射されたテストパターンをカメラで撮像する。プロジェクタ装置は、撮像されたテストパターンの大きさがスクリーン上の適切な範囲に収まるように画像の投射範囲を調整し、撮像されたテストパターンの形が所定の形になるように画像の投射形状を調整する。
【０００４】
またプロジェクタ装置は、テストパターンを用いて焦点距離を調整することができる。図４は、焦点距離を調整するためのテストパターンの例を示す模式図である。図４には、垂直な複数の直線からなるテストパターンの例を示す。プロジェクト装置は、例えば、撮像されたテストパターンを構成する各画素の明るさを示す画像信号強度の水平方向（テストパターンの垂直な直線と直交する方向）への変化に基づいて焦点距離を調整する。具体的には、フォーカスモータの動作を制御して投射レンズの位置を制御することにより焦点距離を変化させつつ、撮像されたテストパターンの明るい部分と暗い部分との画像信号強度の差は、焦点距離が最適値に近づくほど大きくなるので、画像信号強度の変化の振幅が最大となる焦点距離、すなわち画像信号強度の変化の振幅の二乗和が最大となる焦点距離を最適値とすることにより、プロジェクタ装置はオートフォーカス機能を実現している。
【０００５】
以上の如くにして、従来のプロジェクト装置は、テストパターンを投射することによって、画像の投射範囲、投射形状、及び焦点距離等の調整を自動で行うことができる。
【特許文献１】特開２００２−３０３７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述したように所定のテストパターンについて隣接する画素間の画像信号強度の変化の振幅について二乗和を算出するには、演算回路の規模が相対的に大型化してしまい、プロジェクタ装置の小型化、軽量化が困難になるという問題点があった。また、一般に演算回路の規模を小さくするためには、乗算処理を減少させ、可能な限り加減算処理を用いて演算するよう回路を構成することが望ましい。
【０００７】
さらに、プロジェクタ装置の撮像手段がテストパターンを撮像する場合、必ずしもスクリーンが平面であるとは限らず、画像に歪み等が生じているおそれがあることから、テストパターンの直線の境界部分に陰影が生じるおそれも残されており、隣接する画素間の画像信号強度の変化の振幅について算出した二乗和のみでは、最適な焦点距離を特定することができないおそれも残されていた。
【０００８】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、小規模な回路を用いて、正確に最適な焦点距離に調整することができるプロジェクタ装置、及びプロジェクタ装置の焦点調整方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るプロジェクタ装置は、画像を外部のスクリーンへ投射する投射手段と、前記スクリーンに投射された画像を撮像する撮像手段とを備え、該撮像手段が撮像した所定の画像に基づいて焦点調整を行うプロジェクタ装置において、前記撮像手段が撮像した前記所定の画像に含まれる画素につき画素単位の明るさを計測する計測手段と、該計測手段による計測結果から、画素単位で隣接する画素の間の明るさの差の絶対値と閾値とを比較する比較手段と、該比較手段による比較結果から、画素単位で隣接する画素の間の明るさの差の絶対値の方が閾値より大きい画素数を計数する計数手段と、該計数手段が複数の焦点位置で計数した計数値の内の最も大きい値に対応する焦点位置を最適の焦点位置として焦点調整を行う焦点位置設定手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るプロジェクタ装置においては、スクリーンに投射された所定の画像を撮像し、撮像した画像の隣接する画素の明るさの差が閾値より大きい画素数を計数し、隣接する画素の明るさの差が閾値より大きい画素数が最大となるよう焦点位置を調整する。これにより、隣接する画素の明るさの差を演算する減算回路、隣接する画素の明るさの差が閾値より大きいか否かを比較する比較回路、及び隣接する画素の明るさの差が閾値より大きい画素数を計数する加算回路で構成することができ、回路規模が大きくなる乗算回路を用いることがないことから、演算回路を小型化することができ、プロジェクタ装置の小型化又は軽量化を図ることが可能となる。また、スクリーンに何らかの撓み、歪み等が存在し、撮像した画像に歪み等が生じている場合であっても、明るさの差が閾値より大きい画素数が最大となる焦点位置を最適の焦点位置として焦点調整を行うことが可能となる。
【００１１】
また、本発明に係るプロジェクタ装置は、前記所定の画像は明部と暗部とを組み合わせたテストパターンであることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るプロジェクタ装置においては、スクリーンに投射されたテストパターンを撮像し、撮像したテストパターンについて隣接する画素の明るさの差が閾値より大きい画素数を計数し、画素数が最大となるよう焦点位置を調整する。これにより、明暗のはっきりとした画像に基づいて隣接する画素の明るさの差が閾値より大きい画素数を計数することができ、簡単な回路構成でより精度良く焦点調整を行うことが可能となる。
【００１３】
また、本発明に係るプロジェクタ装置は、前記計測手段は、前記テストパターンの明部と暗部との境界を横切る方向に、画素単位で明るさを計測するよう構成してあることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るプロジェクタ装置においては、撮像したテストパターンについて明部と暗部との境界を横切る方向に隣接する画素の明るさを画素単位で計測する。これにより、明暗のはっきりとした方向に隣接する画素の明るさの差が閾値より大きい画素数を計数することができ、簡単な回路構成でより精度良く焦点調整を行うことが可能となる。
【００１５】
また、本発明に係るプロジェクタ装置の焦点調整方法は、画像を外部のスクリーンへ投射するプロジェクタ装置の焦点調整方法において、前記スクリーンに投射された所定の画像を撮像し、撮像した前記所定の画像に含まれる画素につき画素単位の明るさを計測し、計測結果から、画素単位で隣接する画素の間の明るさの差の絶対値と閾値とを比較し、比較結果から、画素単位で隣接する画素の間の明るさの差の絶対値の方が閾値より大きい画素数を計数し、複数の焦点位置で計数した計数値の内の最も大きい値に対応する焦点位置を最適の焦点位置として焦点調整を行うことを特徴とする。
【００１６】
本発明に係るプロジェクタ装置の焦点調整方法においては、スクリーンに投射された所定の画像を撮像し、撮像した画像の隣接する画素の明るさの差が閾値より大きい画素数を計数し、隣接する画素の明るさの差が閾値より大きい画素数が最大となるよう焦点位置を調整する。これにより、隣接する画素の明るさの差を演算する減算回路、隣接する画素の明るさの差が閾値より大きいか否かを比較する比較回路、及び隣接する画素の明るさの差が閾値より大きい画素数を計数する加算回路で構成することができ、回路規模が大きくなる乗算回路を用いることがないことから、演算回路を小型化することができ、プロジェクタ装置の小型化又は軽量化を図ることが可能となる。また、スクリーンに何らかの撓み、歪み等が存在し、撮像した画像に歪み等が生じている場合であっても、明るさの差が閾値より大きい画素数が最大となる焦点位置を最適の焦点位置として焦点調整を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にあっては、スクリーンに投射された所定の画像を撮像し、撮像した画像の隣接する画素の明るさの差が閾値より大きい画素数を計数し、隣接する画素の明るさの差が閾値より大きい画素数が最大となるよう焦点調整を行う。従って、隣接する画素の明るさの差を演算する減算回路、隣接する画素の明るさの差が閾値より大きいか否かを比較する比較回路、及び隣接する画素の明るさの差が閾値より大きい画素数を計数する加算回路で構成することができ、回路規模が大きくなる乗算回路を用いることがないことから、演算回路を小型化することができ、プロジェクタ装置の小型化又は軽量化を図ることが可能となる。
【００１８】
また、スクリーンに何らかの撓み、歪み等が存在し、撮像した画像に歪み等が生じている場合であっても、明るさの差が大きい画素数が最大となる焦点位置を求めることが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。図１は、本発明のプロジェクタ装置の内部構成を示すブロック図である。図中の矢印はデータを示し、白矢印は光を示す。プロジェクタ装置１は、キセノンランプ、超高圧水銀ランプ等の光源１８と、光源１８からの光を集光する集光光学系１７と、画像を形成する投射デバイス１４と、投射デバイス１４上の画像を拡大して外部のスクリーン３へ投射する投射光学系１３とを備えている。
【００２０】
プロジェクタ装置１は、光源１８からの光を集光光学系１７を通して投射デバイス１４に照射し、画像を形成した投射デバイス１４上で反射された光を投射光学系１３を通して投射することで、投射デバイス１４上の画像をスクリーン３へ投射する構成となっている。なお、光源１８からの光を投射デバイス上１４で反射させるのではなく透過させることで画像を投射する構成としてもよい。
【００２１】
集光光学系１７は、カラーフィルタ、レンズ又はプリズム等を用いてなり、光源からの光の集光・偏光・色分離等を行う。投射デバイス１４は、液晶パネル又はＤＭＤ等を一又は複数個用いてなり、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の画像を形成する。投射光学系１３は、投射レンズ、投射レンズの位置を調整するモータ、モータを駆動させるための駆動回路などからなる。なお、投射光学系１３は、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の画像を合成する色合成光学系を有する構成であってもよい。
【００２２】
またプロジェクト装置１は、パーソナルコンピュータ又は映像再生装置等の外部の送信装置２から送信される画像データを受信する通信部１６と、通信部１６が受信した画像データを処理し、画像データに基づいた画像を投射デバイス１４に形成する画像処理部１５とを備えている。従って、送信装置２から送信された画像データに基づいた画像がスクリーン３に投射される。
【００２３】
またプロジェクタ装置１は、スクリーン３に投射されている画像を撮像するカメラ１２を備えている。カメラ１２は、画像を撮像するＣＣＤ、及びＣＣＤが撮像した画像を示す画像信号をＡＤ変換してデジタルの画像信号にするＡＤ変換部等を用いてなる。
【００２４】
更にプロジェクタ装置１は、プロジェクタ装置１全体の動作を制御する制御部１１を備えている。制御部１１は、演算を行うＣＰＵ、及びプログラムを記憶するフラッシュメモリ等からなる。カメラ１２は、撮像した画像を示す画像信号を制御部１１へ出力し、制御部１１は、カメラ１２から入力された画像信号に基づいて、投射光学系１３及び画像処理部１５の制御を行う。制御部１１は、投射光学系１３の駆動回路の動作を制御することにより、フォーカスモータの回転を制御し、プロジェクタ装置１が投射する画像の投射範囲、焦点距離などを制御する。また制御部１１は、画像処理部１５が投射デバイス１４に画像を形成させる処理を制御することにより、投射する画像の内容、画像の形状、色合い又は画像の投射光度等を制御する。
【００２５】
次に、本発明のプロジェクタ装置１の焦点調整方法を説明する。図２は、本発明のプロジェクタ装置１が行う隣接画素の明るさの差の絶対値が閾値より大きい画素数の計数処理の手順を示すフローチャートである。制御部１１は、画像処理部１５に指示を出し、テストパターンを投射デバイス１４に形成させることによって、プロジェクタ装置１からスクリーン３へテストパターンを投射させる（Ｓ１１）。なお、テストパターンは図４に示すような垂直な複数の直線からなるテストパターンに限定されるものではなく、明暗の区別が可能な画像であればテストパターンとして用いることができる。
【００２６】
制御部１１は、スクリーン３上に投射されたテストパターンをカメラ１２に撮像させる（Ｓ１２）。カメラ１２は、テストパターンを撮像した撮像画像を示す画像信号を生成して制御部１１へ出力し、制御部１１は、カメラ１２から入力される画像信号を受け付ける（Ｓ１３）。画像信号は、撮像画像を構成する各画素の明るさを示す信号を含み、具体的には各画素での明るさを示す輝度信号、又は各画素での各色の明るさを示すＲＧＢ信号を含む。
【００２７】
次に制御部１１は、受け付けた画像信号の明るさを計測する（Ｓ１４）。なお、制御部１１は、テストパターンの明部と暗部との境界を横切る方向に、画素単位で明るさを計測する。これにより、明暗のはっきりとした方向に隣接する画素の明るさの差が閾値より大きい画素数を計数することができる。このとき、制御部１１は、撮像画像を構成する全ての画素の明るさを計測してもよく、また選択された一部の画素の明るさを計測してもよい。
【００２８】
制御部１１は、計測した明るさに基づいて、隣接する画素の明るさの差の絶対値を算出し（Ｓ１５）、算出した明るさの差の絶対値が予め定められた閾値より大きいか否かを判定する（Ｓ１６）。算出した明るさの差の絶対値が閾値より大きい場合は（Ｓ１６：ＹＥＳ）、垂直な複数の直線からなるテストパターンでの直線の境界である可能性が高いと判断できることから、制御部１１は、算出した明るさの差の絶対値が予め定められた閾値以上である画素数を計数する（Ｓ１７）。算出した明るさの差の絶対値が閾値より小さい場合は（Ｓ１６：ＮＯ）、画素数を計数しない。
【００２９】
上述した処理を受け付けた画像信号に含まれているすべての画素について実行し（Ｓ１８）、計数した画素数をフラッシュメモリ等へ記憶する（Ｓ１９）。
【００３０】
図３は、本発明のプロジェクタ装置１が行う最適な焦点位置を求める焦点調整処理の手順を示すフローチャートである。制御部１１は、投射光学系１３を可動させるフォーカスモータを駆動させることにより焦点距離Ｆを単位距離毎に変更しつつ、上述した画素数の計数処理を繰り返す。具体的には、制御部１１は、焦点距離Ｆの初期値Ｆ１において、図２に示す処理を実行して、明るさの差の絶対値が予め定められた閾値以上である画素数を計数し（Ｓ２１）、計数した画素数を記憶する（Ｓ２２）。そして、制御部１１は、焦点距離Ｆの初期値Ｆ１を単位距離ΔＦ長く（短く）するようフォーカスモータに指示信号を出力する（Ｓ２３）。フォーカスモータの回転により焦点距離が単位距離変動した後、すなわち焦点距離Ｆ＝Ｆ１＋ΔＦとなった時点で、制御部１１は図２のＳ１１に処理を戻し、再度隣接する画素の明るさの差が閾値より大きい画素数の計数処理を実行する。
【００３１】
図２のＳ１９の処理が完了した時点で、制御部１１は、計数した画素数が記憶してある画素数よりも大きいか否かを判定する（Ｓ２４）。制御部１１が、計数した画素数が記憶してある画素数よりも大きいと判定した場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、制御部１１は、焦点距離Ｆを単位距離ΔＦさらに長く（短く）するようフォーカスモータに指示信号を出力し（Ｓ２５）、図２の処理を繰り返し実行する。
【００３２】
制御部１１が、計数した画素数が記憶してある画素数よりも小さいと判定した場合（Ｓ２４：ＮＯ）、計数した画素数が最大値であると判断し、この時点での焦点距離Ｆを最適な焦点距離として特定する（Ｓ２６）。
【００３３】
上述した画像の焦点調整処理が終了した後、プロジェクタ装置１は、テストパターンを利用して画像の投射範囲、投射形状、及び投射光度等の調整を行い、全ての調整が終了した後は、通信部１６が受信した画像データに基づいた画像を投射する。
【００３４】
以上詳述した如く、本発明においては、スクリーン３に投射されたテストパターンをカメラ１２で撮像し、撮像した画像の隣接する画素の明るさの差の絶対値が閾値より大きい画素数を計数し、隣接する画素の明るさの差が閾値より大きい画素数が最大となるよう焦点調整を行う。これにより、隣接する画素の明るさの差の絶対値を演算する減算回路、隣接する画素の明るさの差の絶対値が閾値より大きいか否かを比較する比較回路、及び隣接する画素の明るさの差の絶対値が閾値より大きい画素数を計数する加算回路で構成することができ、回路規模が大きくなる乗算回路を用いることがないことから、演算回路を小型化することができ、プロジェクタ装置の小型化又は軽量化を図ることが可能となる。
【００３５】
また、スクリーンに何らかの撓み、歪み等が存在し、撮像した画像に歪み等が生じている場合であっても、明るさの差の絶対値が閾値より大きい画素数が最大となる焦点距離を求めることが可能となる。
【００３６】
なお本実施の形態においては、プロジェクタ装置１は、投射光学系１３を駆動するフォーカスモータの動作を制御することで焦点調整を行っているが、これに限るものではなく、集光光学系１７を用いて投射光学系１３から放射される光量を減少させる等のその他の方法を用いて画像の投射光度を調整する形態であってもよい。
【００３７】
また本実施の形態においては、プロジェクタ装置１は、テストパターンを投射している場合に焦点調整を行う形態としているが、これに限るものではなく、通信部１６が受信した画像データに基づいた画像を投射している場合に焦点調整を行う形態であってもよい。また本実施の形態においては、プロジェクタ装置１は、投射される画像の全体について焦点調整を行う形態としているが、投射される画像の画素単位で焦点調整を行う形態であってもよい。
【００３８】
また本実施の形態においては、プロジェクタ装置１は、通信部１６が受信した画像データに基づいた画像を投射する形態としているが、これに限るものではなく、ＤＶＤ又はハードディスク等の記録媒体に記録された画像データを読み出す手段を内部に備え、読み出した画像データに基づいた画像を投射する形態であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のプロジェクタ装置の内部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のプロジェクタ装置が行う隣接画素の明るさの差の絶対値が閾値より大きい画素数の計数処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明のプロジェクタ装置が行う最適な焦点位置を求める焦点調整処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】焦点距離を調整するためのテストパターンの例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  プロジェクタ装置
３  スクリーン
１１  制御部
１２  カメラ
１３  投射光学系
１４  投射デバイス
１５  画像処理部
【図１】
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【図２】
2006023400.tif 000004
【図３】
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【図４】
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