(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】  投射レンズ３１は、スクリーンに画像を投射する。制御部１１は、前記投射手段から前記スクリーンに第１の方向に走査する測距用画像を投射させる。この投射の結果、前記スクリーンにより反射された測距用画像光を光センサ１６により受光する。光センサ１６は、前記投射光軸と平行、かつ前記第１の方向に設けられている。制御部１１は、光センサ１６の出力信号をもとに三角測距によりスクリーンまでの距離を算出し、この距離に基づき焦点調整を行う。【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、
前記投射手段から前記スクリーンに第１の方向に走査する測距用画像を投射させる画像出力手段と、
前記画像出力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受光する、前記画像出力手段の投射光軸と平行、かつ前記第１の方向に設けられた受光手段と、
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導く導光管と、前記導光管からの光を光電変換する光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】
前記処理手段は、画像出力手段と受光手段の受光軸の間に相当する距離、投射レンズの焦点距離、受光手段が前記縦ラインを検出したときの前記受光手段上での走査幅の距離を算出す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】
投射手段によりスクリーンに画像を投射し、
画像出力手段により、前記投射手段から前記スクリーンに水平方向に走査する測距用画像を投射させ、
前記画像出力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画像出力手段の投射光軸と平行に設けられた受光手段により受光し、
処理手段により、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し、
駆動手段により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ことを特徴とする投射型表示方法。
【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して表示する投射型表示装置および投射型表示方法に関する。
【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】
上記の目的を達成するために、この発明においては、スクリーンに画像を投射する投射手段と、前記投射手段から前記スクリーンに第１の方向に走査する測距用画像を投射させる画像出力手段と、前記画像出力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受光する、前記画像出力手段の投射光軸と平行、かつ前記第１の方向に設けられた受光手段と、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を提供する。
【０００６】
なお、装置に係る本発明は方法に係る発明としても成立し、方法に係る本発明は装置に係る発明としても成立する。
また、装置または方法に係る本発明は、コンピュータに当該発明に相当する手順を実行させるための（あるいはコンピュータを当該発明に相当する手段として機能させるための、あるいはコンピュータに当該発明に相当する機能を実現させるための）プログラムとしても成立し、該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体としても成立する。
【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、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
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、光センサ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、受光用導光路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５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、一つの光センサ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５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、フォーカス調整用画像データ１２ａが上記メモリ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、この生成した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（例えば、液晶）または反射型（例えば、ＤＭＤ）の表示デバイスである。
【００１４】
光センサ１６は受光用導光路３２と共に受光部を構成するもので、図２に示すように投射光軸に平行に設けられた細長い受光用導光路３２の後に設けられている。この受光用導光路３２の内側には光を吸収する素材または塗装が施されている。
【００１５】
制御部１１は焦点調整時に、表示素子１５から図４に示すような測距用画像を投射レンズ３１からスクリーンに投射させる。このときの投射画像はスクリーン上を縦ライン形状の測距用画像を表示し、縦ラインが左右に走査する画像である。
【００１６】
なお、本発明はこの縦ライン形状の測距用画像に限定しない。例えば、全画面が白色画像と全画面が黒色画像とが交互に現れて右側に流れていくようなものであっても同様の効果を得ることができる。
【００１７】
光センサ１６はスクリーンにより反射された測距用画像光を受光素子により受光し、この受光に従う信号を制御部１１に出力する。具体的には縦ラインを検出したときに信号の出力が高くなるので、これをもって光センサ１６の受光軸上に縦ラインが到達したことを検出することができる。
【００１８】
制御部１１は光センサ１６が縦ラインを検出したときの表示素子１５走査幅Δｘと、投射レンズ３１の焦点距離ｆと、投射レンズ３１と光センサ１６の光取り入れ口間に相当する基線長Ｂ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、この算出した距離に基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。
【００１９】
温度センサ１７は温度特性をもつ光センサ１６の温度を監視し、こ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基づき光センサ１６から出力される位置信号を補正する。
【００２０】
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、この回転数に従うモータ駆動信号（ＭＤ）を生成して、この生成したモータ駆動信号（ＭＤ）をモータ駆動回路１８に送出する。
【００２１】
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。
【００２２】
投射レンズ３１と光センサ１６の光取り入れ口とは、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。
本発明の実施形態に於ける一つの光センサ１６を用いた測距機構の測距原理を図２に示している。
光センサ１６と光センサ１６の光取り入れ口から光センサ１６までの光路管はモジュール化され、投射レンズ３１の投射光軸に対し平行に置かれて、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の関係がある。
【００２３】
従って、
Ｌ＝Ｂｆ／Δｘ      ・・・（式１）
である。
ここで、
Ｌは光センサ１６の光取り入れ口から光センサ１６迄の受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と光センサ１６の受光軸の間に相当する距離、
ｆは投射レンズ３１の焦点距離、
Δｘは光センサ１６が縦ラインを検出したときの走査幅の距離Δｘ
である。
なお、Δｘは、表示素子１５の画素密度から求めることが可能である。なお、投射型表示装置１０の製造時に、表示素子１５の中心画素の位置と投射軸とを合わせておく必要がある。これにより正確なΔｘの値を求めることができる。
【００２４】
上記した距離Ｂと、距離ｆと、距離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。
【００２５】
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、受光用導光路３２および光センサ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。
【００２６】
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）を投射する。この投射画像はスクリーン上を縦ライン形状の測距用画像を表示し、縦ラインが左右に走査する画像である。
【００２７】
制御部１１は、スクリーン面を反射した測距用画像光を受光用導光路３２を介して光センサ１６が受光したタイミングによって、上記図２に示した距離Ｌが算出され、この算出された距離Ｌをもとに投射レンズ３１の焦点調整を行う。
【００２８】
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５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５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、一つの光センサ１６の出力信号により焦点調整の処理を実行する。
【００２９】
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からフォーカス調整用画像データ１２ａを読み出し、このフォーカス調整用画像データ１２ａに基づく図４に示すような縦ライン形状の測距用動画像（Ｐｖ）をスクリーン４０のスクリーン面に投射する（ステップＳ５０１）。
【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受光用導光路３２に入射され、光センサ１６に受光される。
【００３１】
制御部１１は、
Ｂ：投射レンズ３１と光センサ１６の受光軸の間に相当する距離、
ｆ：投射レンズ３１の焦点距離、
Δｘ：光センサ１６が縦ラインを検出したときの走査幅の距離Δｘ
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、こ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Ｓ５０２）。
【００３２】
この焦点調整が完了した後（ステップＳ５０３）、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、こ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Ｓ５０４）。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Ｓ５０５）、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動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、１３…映像信号切替回路、１４…映像信号出力回路、１５…表示素子、１６…光センサ、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…受光用導光路。
【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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