(57)【要約】【課題】焦点調整機構を簡素化した投射型表示装置を提供する。【解決手段】制御部１１はラインセンサ１６の出力信号と測距用レンズ３２の焦点距離と、投射レンズ３１と測距用レンズ３２との光軸間に相当する基線長とに基づいて、三角測距により、投射レンズ３１の投射基点とスクリーン４０上の投射光軸とスクリーン面が交わる点との間の距離を算出し、その算出した距離にもとづいてモータ駆動信号（ＭＤ）を生成しモータ１９を駆動してフォーカス環２０の回転位置を制御し投射レンズ３１の焦点調整を行う。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーンに画像を投射する投射手段と、
前記投射手段に測距用画像を出力する画像出力手段と、
前記投射手段によって前記スクリーンに投射され、前記スクリーンにより反射された測距用画像光を前記投射手段の投射光軸に対して交差する方向に配列した複数の受光素子により受光し、この受光位置に従う信号を出力する受光手段と、
前記受光手段の出力信号をもとに三角測距により前記投射手段から前記スクリーンまでの距離を算出し、当該算出した距離に基づく制御信号を出力する処理手段と、
前記処理手段が出力した制御信号をもとに前記投射手段の焦点調整を行う駆動手段と
を具備したことを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
前記投射手段は、画像を表示する表示デバイスと、前記表示デバイスに表示された画像を前記スクリーンに拡大投射する投射レンズとを具備する請求項１記載の投射型表示装置。
【請求項３】
前記受光手段は、前記投射レンズと並べて配置され、前記スクリーンにより反射された測距用画像光を集光させる測距用レンズと、前記測距用レンズの焦点位置に設けられたラインセンサとを具備する請求項２記載の投射型表示装置。
【請求項４】
前記画像出力手段は、前記ラインセンサの素子配列方向に直交する直線状の測距用画像を投射させる手段を具備する請求項３記載の投射型表示装置。
【請求項５】
前記処理手段は、前記ラインセンサの出力信号と、前記測距用レンズの焦点距離と、前記投射レンズと前記測距用レンズとの光軸間に相当する基線長とに基づいて前記投射レンズの投射基点と前記スクリーン上の前記投射光軸とスクリーン面が交わる点との間の距離を算出する手段を具備する請求項４記載の投射型表示装置。
【請求項６】
前記画像出力手段は、前記測距用画像の投射に先立ち、前記投射レンズの光軸と前記スクリーン面との相対角度を調整するための調整用画像を前記投射手段から投射させる手段を具備する請求項５記載の投射型表示装置。
【請求項７】
前記投射レンズと前記測距用レンズを前面に設けた筐体と、前記筐体の上面に前記投射レンズの光軸に重ねて前記光軸と平行に記した、前記投射レンズの光軸と前記スクリーン面との相対角度を調整するための調整用マークとをさらに具備する請求項５記載の投射型表示装置。
【請求項８】
表示デバイスに表示した画像をスクリーンに拡大投射する投射部を備えた投射型表示装置の焦点調整方法であって、
前記投射部から前記スクリーンに測距用画像を投射し、
前記スクリーンにより反射された測距用画像光を前記投射部の投射光軸に対して交差する方向に配列した複数の受光素子により受光し、
前記受光素子が受光した前記測距用画像光の受光位置に従う信号をもとに三角測距により前記投射部の投射基点と前記スクリーン上の前記投射光軸とスクリーン面が交わる点との間の距離を算出し、
その算出した距離に基づく制御信号をもとに前記投射部の焦点調整を行う
ことを特徴とする投射型表示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、表示デバイスに表示した画像をスクリーンに拡大投射する投射型表示装置および同装置の焦点調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過型表示デバイス若しくは反射型表示デバイスを有して、当該表示デバイスに表示した画像をスクリーンに拡大投射する投射型表示装置に於いて、投射部の焦点距離調整を行う機構として、ラインセンサをペアにしてモジュール化したパッシブセンサを用いた焦点距離調整機構がある。
【特許文献１】特開平０５−１８８２８２号公報
【特許文献２】特開２００４−１２５７７０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記したパッシブセンサを用いた焦点距離調整機構は、ラインセンサおよびそのラインセンサに像を結像させるための光学系を二組備える必要があることから、装置の煩雑化、大型化、高価格化を招くという問題があった。
【０００４】
本発明は上記実情に鑑みなされたもので、焦点距離調整機構の簡素化を図った投射型表示装置および同装置の焦点調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、スクリーンに画像を投射する投射手段と、前記投射手段に測距用画像を出力する画像出力手段と、前記投射手段によって前記スクリーンに投射され、前記スクリーンにより反射された測距用画像光を前記投射手段の投射光軸に対して交差する方向に配列した複数の受光素子により受光し、この受光位置に従う信号を出力する受光手段と、前記受光手段の出力信号をもとに三角測距により前記投射手段から前記スクリーンまでの距離を算出し、当該算出した距離に基づく制御信号を出力する処理手段と、前記処理手段が出力した制御信号をもとに前記投射手段の焦点調整を行う駆動手段とを具備した投射型表示装置を特徴とする。
【０００６】
また本発明は、表示デバイスに表示した画像をスクリーンに拡大投射する投射部を備えた投射型表示装置の焦点調整方法であって、前記投射部から前記スクリーンに測距用画像を投射し、前記スクリーンにより反射された測距用画像光を前記投射部の投射光軸に対して交差する方向に配列した複数の受光素子により受光し、前記受光素子が受光した前記測距用画像光の受光位置に従う信号をもとに三角測距により前記投射部の投射基点と前記スクリーン上の前記投射光軸とスクリーン面が交わる点との間の距離を算出し、その算出した距離に基づく制御信号をもとに前記投射部の焦点調整を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
透過型表示デバイス若しくは反射型表示デバイスを用いた投射型表示装置に於いて、焦点調整機構を簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
本発明の実施形態に係る投射型表示装置の構成を図１に示す。  
本発明の実施形態に係る投射型表示装置１０は、制御部１１、メモリ１２、映像信号切替回路１３、映像信号出力回路１４、表示素子１５、ラインセンサ１６、温度センサ１７、モータ駆動回路１８、モータ１９およびフォーカス環２０、操作部２１、投射レンズ３１、測距用レンズ３２等の構成要素を有している。
【０００９】
制御部１１は投射型表示装置１０の全体の制御を司るもので、ここではマイクロプロセッサを用いて実現され、メモリ１２に格納されたプログラムに従い、図７に示すような処理手順に従い、図２に示すような三角測距の原理を用いて、一つのラインセンサ１６の出力信号により焦点調整の処理を実行する。
【００１０】
メモリ１２は上記制御部１１が実行するプログラムおよび表示画像データを含む各種のデータを記憶する。ここでは図７に示すような処理手順の焦点調整処理ルーチンを含むプログラムおよび表示画像データの他に、角度調整メッセージデータ１２ａ、角度調整用画像データ１２ｂ、フォーカス調整用画像データ１２ｃ等がそれぞれ上記メモリ１２に格納される。
【００１１】
映像信号切替回路１３は制御部１１の制御の下にスクリーンに投射する画像を選択するもので、制御部１１から出力された切替制御信号（ＳＥＬ）に従い、装置内部で生成した映像信号と外部から供給される映像信号（ＥＸＶＤ）とを切り替えて出力する。
【００１２】
映像信号出力回路１４は上記映像信号切替回路１３から出力された映像信号をもとに表示ドライブ用の画像データを生成し、その画像データを表示素子１５に送出する。
【００１３】
表示素子１５は投射レンズ３１とともに投射部を構成するもので、映像信号出力回路１４から受けた画像データを表示出力する透過型または反射型の表示デバイスである。
【００１４】
ラインセンサ１６は、測距用レンズ３２とともに測距用の受光部を構成するもので、図２および図３に示すように、測距用レンズ３２の焦点位置に、ラインセンサ１６の投射光軸に対して交差する方向に複数の受光素子を配列した状態で設けられる。ラインセンサ１６は投射レンズ３１からスクリーンに図４に示すような測距用画像が投射されたとき、そのスクリーンにより反射された測距用画像光を投射レンズ３１の投射光軸に対して交差する方向に配列した複数の受光素子により受光し、その受光位置に従う信号を出力する。制御部１１はこのラインセンサ１６の出力信号と測距用レンズ３２の焦点距離と、投射レンズ３１と測距用レンズ３２との光軸間に相当する基線長とに基づいて、図２に示す三角測距により、投射レンズ３１の投射基点とスクリーン４０上の投射光軸とスクリーン面が交わる点との間の距離を算出し、その算出した距離にもとづいてモータ駆動信号（ＭＤ）を生成しモータ１９を駆動してフォーカス環２０の回転位置を制御し投射レンズ３１の焦点調整を行う。
【００１５】
温度センサ１７は温度特性をもつラインセンサ１６の温度を監視し、その温度検知信号を制御部１１に送出する。制御部１１は温度センサ１７から受けた温度検知信号にもとづきラインセンサ１６から出力される位置信号を補正する。
【００１６】
モータ駆動回路１８は制御部１１から出力されたモータ駆動信号（ＭＤ）によりモータ１９を駆動制御してフォーカス環２０を回転駆動し、フォーカス環２０の回転位置を制御して投射レンズ３１の焦点調整を行う。制御部１１は後述する測距演算によって求められた測距データをもとに、予め用意した焦点距離とモータ回転数を対応させたテーブルを算出してモータ回転数を導き出し、その回転数に従うモータ駆動信号（ＭＤ）を生成して、そのモータ駆動信号（ＭＤ）をモータ駆動回路１８に送出する。
【００１７】
操作部２１はユーザが操作する操作ボタンを有し、操作ボタンの操作に従う各種指示信号を制御部１１に送出する。ここでは操作ボタンの操作に従う焦点調整の開始並びに終了信号等を制御部１１に通知する。
【００１８】
投射レンズ３１と測距用レンズ３２は、それぞれ図２に示すように投射型表示装置１０の筐体前面に所定の距離を隔てて配置される。また上記筐体の上面には、図３および図５に示すように、投射レンズ３１の光軸に重なるように光軸に平行な線状の調整用マーク３３が設けられる。この調整用マーク３３の利用については図５を参照して後述する。
【００１９】
本発明の実施形態に於ける一つのラインセンサ１６を用いた測距機構の測距原理を図２に示している。測距用レンズ３２はラインセンサ１６と一緒にモジュール化され、投射レンズ３１に対し同一軸上に置かれて、それぞれ相対位置が決まっている。この測定原理は、三角測距から導き出されるもので、斜線部分の２つの三角形が相似であることから、
Ｌ：Ｂ＝ｆ：Δｘ
従って、Ｌ＝Ｂｆ／Δｘ  …（式１）
である。
【００２０】
ここで、Ｌは投射レンズ３１の投射基点と、スクリーン４０上の投射光軸とスクリーン面が交わる点（Ａ）との間の距離、Ｂは投射レンズ３１と測距用レンズ３２との光軸間に相当する基線長、ｆは測距用レンズ３２の焦点距離、Ｃはラインセンサ１６上の結像点、Δｘはラインセンサ１６から得られる値である。上記した基線長Ｂと、測距用レンズ３２の焦点距離ｆと、ラインセンサ２から得られる値Δｘとにより、スクリーン４０上の投射光軸とスクリーン面が交わる点（Ａ）との間の距離をＬを求めることができる。この測距手段を用いてラインセンサを１個のみ用いた測距機構を実現している。
【００２１】
この測距機構に於いて正確な測距を行うためには、図２に斜線で示す２つの三角形が二次元的に配置されていなければならない。そこでこの実施形態では、図３に示すように、測距用レンズ３２およびラインセンサ１６をモジュール化したセンサモジュールを投射レンズ３１の光軸を基準にした基準面（ｓ）に合わせて配置している。
【００２２】
この測距機構による測距は、測距用画像を用いて行う。この測距用画像の一例を図４に示している。ここではスクリーン４０のスクリーン面中央に、縦ライン形状の測距用画像（Ｐｖ）を投射し、そのスクリーン面を反射した測距用画像光を測距用レンズ３２を介してラインセンサ１６が受光することによって、制御部１１により、上記図２に示した距離Ｌが算出され、その算出された値をもとに投射レンズ３１の焦点調整が行われる。
【００２３】
また、この測距機構に於いては、図２に示すように、投射レンズ３１の光軸がスクリーン４０のスクリーン面に対して直交するように投射型表示装置１０とスクリーン４０との相対的な位置設定を行う。この設定例を図５、図６にそれぞれ示している。
【００２４】
図５に示す設定例は、スクリーン４０のスクリーン面中央に、そのスクリーン面と平行に縦ライン形状のミラー４５を配置する。そして、投射型表示装置１０の投射部からスクリーン４０のスクリーン面に縦ラインの調整用画像を投射する。ミラー４５で反射された縦ラインの光を投射型表示装置１０の投射レンズ３１が設けられた位置上で目視確認する。この図５に示す例では、投射型表示装置１０の筐体上面に、投射レンズ３１の光軸に重なるように光軸に平行な線状の調整用マーク３３が設けられる。上記ミラー４５で反射された縦ラインの光を調整用マーク３３の延長線上で目視観察し、双方の中心軸が重なるように、即ち投射レンズ３１からの出射光（ａ）と、その反射光（ｂ）が重なるように、スクリーン４０のスクリーン面に対する投射型表示装置１０の対向角度を位置調整する。上記調整用マーク３３に代えて、その位置に覗き窓を設け、覗き窓から上記反射光を観察する（若しくは光センサで検知する）構成であってもよい。
【００２５】
また図６に示す設定例は、投射型表示装置１０の投射部からスクリーン４０のスクリーン面に、スクリーン面の上下エッジライン４０ａ，４０ｂ対応させた水平バー（Ｐｈ）をもつ調整用画像を投射して、その水平バー（Ｐｈ）がスクリーン面の上下エッジラインと平行になるように、スクリーン４０のスクリーン面に対する投射型表示装置１０の対向角度を位置調整する。水平バー（Ｐｈ）がスクリーン面の上下エッジライン４０ａ，４０ｂに平行でない調整前の状態例を図６（ａ）に示し、水平バー（Ｐｈ）がスクリーン面の上下エッジライン４０ａ，４０ｂに平行になった調整後の状態例を図６（ｂ）に示している。
【００２６】
上記実施形態に於ける投射型表示装置１０の処理手順を図７に示している。  
投射型表示装置１０に動作用の電源が供給されると、制御部１１はメモリ１２に格納されたプログラムに従い、図７に示すような処理手順に従い、図２に示すような三角測距の原理を用いて、一つのラインセンサ１６の出力信号により焦点調整の処理を実行する。
【００２７】
制御部１１は、システム電源の投入（パワーオン）に伴い、メモリ１２から角度調整メッセージデータ１２ａを読み出し、この角度調整メッセージデータ１２ａに基づく角度調整メッセージをスクリーン４０のスクリーン面に投射する（ステップＳ１）。
【００２８】
続いてメモリ１２から角度調整用画像データ１２ｂを読み出し、この角度調整用画像データ１２ｂに基づく角度調整用画像をスクリーン４０のスクリーン面に投射する（ステップＳ２）。
【００２９】
制御部１１は、この角度調整メッセージと角度調整用画像に従い、上述した図５または図６に示すような調整手段により、スクリーン面に対する投射型表示装置１０の対向角度が調整されたことを操作部２１からの操作信号により確認すると（ステップＳ３）、次にメモリ１２からフォーカス調整用画像データ１２ｃを読み出し、このフォーカス調整用画像データ１２ｃにもとづく図４に示すような縦ライン形状の測距用画像（Ｐｖ）をスクリーン４０のスクリーン面に投射する（ステップＳ４）。
【００３０】
この縦ライン形状の測距用画像（Ｐｖ）のスクリーン４０への投射により、スクリーン面を反射した測距用画像光が測距用レンズ３２に入射され、ラインセンサ１６に受光される。
【００３１】
制御部１１は、このラインセンサ１６の出力信号と、測距用レンズ３２の焦点距離と、投射レンズ３１と測距用レンズ３２との光軸間に相当する基線長とに基づいて、図２に示す三角測距により、投射レンズ３１の投射基点とスクリーン４０上の投射光軸とスクリーン面が交わる点との間の距離を算出し、その算出した距離に基づくモータ駆動信号（ＭＤ）をモータ駆動回路１８に送出し、モータ１９を駆動してフォーカス環２０の回転位置を制御し、投射レンズ３１の焦点調整を行う（ステップＳ５）。
【００３２】
この焦点調整が完了した後（ステップＳ６）、制御部１１は操作部２１からの指示操作に従い、メモリ１２に格納された映像信号、若しくは外部から供給される映像信号（ＥＸＶＤ）を映像信号出力回路１４に入力して、その映像信号をもとに表示素子１５に表示した画像をスクリーン４０のスクリーン面に拡大表示する（ステップＳ７）。そして操作部２１から画像表示の終了指示を受けると画像表示の処理を終了して（ステップＳ８）、システム電源を遮断（パワーオフ）する。
【００３３】
上記した実施形態によれば、測距のための光学系およびラインセンサを１個のみ設けた構成であることから、投射型表示装置１０全体の構成を簡素化でき、これによって自動焦点機能を備えた投射型表示装置を小型化、軽量化、低価格化できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る投射型表示装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の実施形態に係る測距機構の測距原理を説明するための図。
【図３】本発明の実施形態に係る投射型表示装置の投射レンズとラインセンサの配置関係を示す図。
【図４】本発明の実施形態に係る測距用画像の一例を示す図。
【図５】本発明の実施形態に係る投射型表示装置とスクリーンとの相対的な位置設定手段の一例を示す図。
【図６】本発明の実施形態に係る投射型表示装置とスクリーンとの相対的な位置設定手段の他の例を示す図。
【図７】本発明の実施形態に係る投射型表示装置の処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３５】
１０…投射型表示装置、１１…制御部、１２…メモリ、１２ａ…角度調整メッセージデータ、１２ｂ…角度調整用画像データ、１２ｃ…フォーカス調整用画像データ、１３…映像信号切替回路、１４…映像信号出力回路、１５…表示素子、１６…ラインセンサ、１７…温度センサ、１８…モータ駆動回路、１９…モータ、２０…フォーカス環、２１…操作部、３１…投射レンズ、３２…測距用レンズ、３３…調整用マーク、４０…スクリーン、４５…ミラー、Ｐｖ…測距用画像、Ｐｈ…水平バー。
【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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