(57)【要約】 【課題】投写レンズの焦点距離を変化させた場合においてもＡＦ動作の際、ハードウェア機能としてのＡＦ検出用画像を用いて適切なＡＦ動作を行うことができる。【解決手段】被投射面からの光を受光する受光検出手段と投射光学系の焦点調整制御を行う自動焦点制御手段と焦点調整制御の作動時に被投射面に画像を投射する表示手段とを備えた投射型画像表示装置において、表示手段は被投射面上と投射光学系の光軸が交わる点を含む境界で画像表示部と画像非表示部が切り分けて表示するよう構成する。表示手段により表示される画像はキャラクタジェネレータのハードウェア機能を用いて作成する。受光検出手段は基線長方向に離間して配置された複数のセンサにより構成され、センサの基線長方向が投射画像の画像表示部と画像非表示部の境界線に対して略直交するように構成する。【選択図】図１
2006078566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成素子からの光を、その画像形成素子に形成された画像の中心を通る基準軸に対して、光軸が所定量シフトして構成された焦点調節が可能な投射光学系により、被投射面に投射して画像を表示する投射型画像表示装置であって、
被投射面からの光を受光する受光検出手段と、この受光検出手段からの出力信号に基づいて、前記投射光学系の焦点調整制御を行う自動焦点制御手段と、焦点調整制御の作動時に被投射面に画像を投射する表示手段を備えて、
前記表示手段は被投射面上と前記投射光学系の光軸が交わる点を含む境界で、画像表示部と画像非表示部が切り分けて表示するよう構成された、ことを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項２】
焦点調整制御の作動時に被投射面に前記投射光学系の光軸を含む境界で画像表示部と画像非表示部が切り分けられた状態で、前記表示手段により表示される画像はキャラクタジェネレータのハードウェア機能を用いて作成されることを特徴とする請求項１に記載の投射型画像表示装置。
【請求項３】
前記受光検出手段は基線長方向に離間して配置された複数のセンサにより構成され、センサの基線長方向が投射画像の画像表示部と画像非表示部の境界線に対して略直交するように構成された請求項１または２に記載の投射型画像表示装置。
【請求項４】
前記投射光学系は可変焦点距離（ズーム）レンズで構成された請求項１から３に記載の投射型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタなどの投射型画像表示装置、特に、投射光学系の自動焦点調節が可能な投射型画像表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロジェクタでは、机上からやや上方のスクリーンに向けて投射する場合が多いことを考慮して、スクリーンの中央が投射レンズの光軸に一致していないものが一般である。この場合、投射レンズの光軸位置は、投射画面の中央に対して画面下端近くまでシフトおり、これにより投射画像の台形ひずみの発生を防ぎつつ仰角投射を可能としている。
【０００３】
一方、プロジェクタには、投射レンズのピント合わせを自動的に行うものがある。そして、この場合、いわゆる２像相関を用いたパッシブＡＦ（Auto Focus）や赤外光をスクリーンに発光し、その反射光を受光素子で受光し受光出力から距離を測定するいわゆるアクティブＡＦが用いられることが多い。
【０００４】
例えば、特許文献１には、画面の中央にチャートを投影し、その画像パターンを投射レンズとは別の、基線長方向に分離した２つの光学系とそれぞれに対応した光電変換素子からなる受光センサを用い、視差画像信号を得てピント合わせに使用するものが開示されている。
【０００５】
一方、特許文献２には、スクリーンの画面中央に発光素子から赤外光を投射し、その反射光を受光素子（センサ）で受光し、受光素子の受光出力に基づいて、フォーカスレンズを移動させてピント合わせを行う構成が開示されている。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献に開示の方式では、画面中央をセンサの視野（検出範囲）としているので、光軸がシフトした投射レンズの場合、投射レンズの光軸とセンサの光軸の向きとが一致しない。このため、センサ光軸に沿った距離が投射レンズの光軸に沿った距離と異なり、その結果、投射光学系の正確なピント合わせを行うことができない。
【０００７】
この問題に対して、本出願人による特許文献３には、被投射面上における投射光学系の光軸位置を含む光軸位置に近接した範囲（被投射面上における投射画像領域と画像外領域との境界を含む検出範囲）からの反射光をパッシブ方式での焦点調節状態の検出を用いることにより、投射光学系の自動焦点調節を行う構成が開示されている。
【特許文献１】特開平０５−１８８２８２号公報
【特許文献２】特開平１１−２６４９６３号公報
【特許文献３】特開２００４−１０２００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、本出願人による特許文献３の方式でも、投射レンズの光軸のシフト量はレンズによって違いがあるため、シフト量が小さい場合、被投射面上における投射光学系の光軸位置と投射画像領域と画像外領域との境界の距離が大きくなってしまい、光軸位置と境界の両方を含む検出範囲の設定が困難となる場合がある。さらに投射レンズがズームレンズの場合ズーミングにより光軸位置と境界の距離が変化するため適切な検出範囲の設定ができない場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解消するために、本発明では画像形成素子からの光を、その画像形成素子に形成された画像の中心を通る基準軸に対して、光軸が所定量シフトして構成された焦点調節が可能な投射光学系により、被投射面に投射して画像を表示する投射型画像表示装置において、
被投射面からの光を受光する受光検出手段と、この受光検出手段からの出力信号に基づいて、投射光学系の焦点調整制御を行う自動焦点制御手段と、焦点調整制御の作動時に被投射面に画像を投射する表示手段を備えて、
表示手段は被投射面上と前記投射光学系の光軸が交わる点を含む境界で、画像表示部と画像非表示部が切り分けて表示するようにしている。
【００１０】
さらに、表示手段により表示される画像はキャラクタジェネレータのハードウェア機能を用いて作成されるようにしている。
【００１１】
さらに、受光検出手段は基線長方向に離間して配置された複数のセンサにより構成し、センサの基線長方向が投射画像の画像表示部と画像非表示部の境界線に対して略直交するようにしている。
【００１２】
さらに、投射光学系は可変焦点距離（ズーム）レンズで構成するようにしている。
【００１３】
この結果、本発明によれば、被投射面上のズーミングによる位置変化の生じない位置にハードウェア機能を用いて焦点調整制御に有用な画像を表示できるので、受光検出部（ＡＦセンサ部）に可動部分を設けることなく、かつ簡単な構成で、投射光学系の良好な自動焦点調節を行うことを可能としている。
また、受光検出手段は基線長方向に離間して配置された複数のセンサにより構成し、センサの基線長方向が投射画像の画像表示部と画像非表示部の境界線に対して略直交するようにしているので、センサの画素が並ぶ基線長方向と上記境界とを略直交させることにより、上記境界を検出範囲に入れ易く、組立調整も容易にできるようにしている。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、被投射面上のズーミングによる位置変化の生じない位置にハードウェア機能を用いて焦点調整制御に有用な画像を表示できるので、受光検出部（ＡＦセンサ部）に可動部分を設けることなく、かつ簡単な構成で、投射光学系の良好な自動焦点調節を行うことができる。
【００１５】
また、受光検出手段は基線長方向に離間して配置された複数のセンサにより構成し、センサの基線長方向がＡＦ検出用画像の画像表示部と画像非表示部の境界線に対して略直交するようにしているので、センサの画素が並ぶ基線長方向と上記境界とを略直交させることにより、上記境界を検出範囲に入れ易く、組立調整も容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
［第１実施形態］
本発明の実施形態を図１から図５を用いて説明する。  
図１には、本発明の第１実施形態であるＡＦ付き３板式液晶プロジェクタ（投射型画像表示装置）の構成を示す。図１において、１００は液晶プロジェクタである。１１０は光源、１２０は透過型液晶表示パネル、１３０はクロスダイクロイックプリズム、１４０はズーム投射レンズ（投射光学系）、１５０はモータドライバ、１６０はマイクロコンピュータ（以下、マイコンという：自動焦点制御手段）、１７０は操作パネル、１８０はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ビデオ，ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等の画像信号供給装置、１９０は画像処理回路、２００はスクリーン、３００はパッシブＡＦセンサ（受光検出手段）である。
【００１７】
上記液晶プロジェクタ１００の基本構成は、３板式液晶プロジェクタとして一般の構成となっている。すなわち、透過型液晶表示パネル１２０を３枚（図には、１チャンネル分のみが表示してある）用い、不図示のダイクロイックミラーにて光源（高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプなど）１１０からの照明光を赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの３チャンネルの色光成分に分離し、３枚の液晶表示パネル１２０をそれぞれ照明する。液晶表示パネル１２０は、画像信号供給装置１８０から供給された画像信号に基づいてＬＣＤドライバ１２１により駆動され、該画像信号に対応したチャンネルごとの原画像を表示する。そして、これら液晶表示パネル１２０に上記分離された色光成分が入射すると、これら光成分は原画像に応じて変調されて液晶表示パネル１２０から射出する。
【００１８】
各液晶表示パネル１２０を透過した色光成分はクロスダイクロイックプリズム１３０にて光軸が一致するように色合成され、投射レンズ１４０によってスクリーン２００に拡大投射される。
【００１９】
投射レンズ１４０の光軸１０２は、照明系の光軸１０１に対して符号１４５に示すように上方へシフト（ライズ）している。このようにレンズ光軸１０２をシフトして配置する（投射レンズ１４０の光軸１０２が、液晶表示パネル１２０に形成された原画像の中心の基準軸に対してシフトしている）ことで、スクリーン２００に投射される画像は、レンズ光軸１０２に対して上方に投射され、プロジェクタを机上に置いて投射する場合、机自体による画面のけられを軽減できる。
【００２０】
投射レンズ１４０は、ズームレンズとなっており、ズーミングにて投射画角がスクリーン２００上に矢印で示したように変化する。
【００２１】
投射レンズ１４０の外周には、外周ギア部を有するフォーカス操作リング１４７およびズーム操作リング１４８が設けられており、その回動により不図示のレンズを駆動して、それぞれ焦点調節と画角調節とを行う。
【００２２】
これら２つの操作リング１４７，１４８には、電動駆動用の減速ユニットに一体化されたギアドモータであるフォーカス用モータ１４１およびズーム用モータ１４３の出力ピニオンギアがかみ合っており、モータ１４１，１４３の出力によって電動駆動が行われる。なお、フォーカス操作リング１４７およびズーム操作リング１４８のマニュアル操作によってズーミングおよびフォーカシングを行うことも可能である。
【００２３】
操作リング１４７，１４８の外周ギア部には、その絶対位置（つまりはレンズの絶対位置）を検知するため、ポテンショメータタイプのロータリーエンコーダ１４２，１４４がピニオンギアを介して連結されており、現在のフォーカス用レンズ位置およびズーム用レンズ位置がマイコン１６０へ出力される。
【００２４】
上記フォーカス用モータ１４１とズーム用のモータ１４３はマイコン１６０によりモータドライバ１５０を介して駆動制御される。
【００２５】
本プロジェクタによって投射される画像は、前述した画像信号供給装置１８０からの画像信号に基づいたものと、最近のプロジェクタに装備されることが多い動作モード等の表示に用いるキャラクタジェネレータ７からの画像信号に基づいたもの、さらに不図示のメモリ内の画像信号に基づいたもののいずれかから切り換え回路６によって選択される。選択された画像信号は、画像処理回路１９０により解像度変換、ガンマ処理、ノンターレース処理等が、画像信号の種類に応じて施され、ＲＧＢ各チャンネル用ＬＣＤドライバ１２１をへて液晶表示パネル１２０に単独、あるいは複数同時に表示される。
【００２６】
操作パネル１７０はプロジェクタ１００の外面に配置され、電源のＯＮ／ＯＦＦ、投射画像（つまりは原画像）の供給元の選択、電動ズーム操作、電動フォーカス操作、オートフォーカスのＯＮ／ＯＦＦ操作を行うスイッチ群を集中配置したものである。
【００２７】
図２には、ＡＦ制御に関わる回路の概略構成を示している。マイコン１６０はプロジェクタシステム全体の制御を司るとともに、ＡＦ制御をも司る。このマイコン１６０は、ＣＰＵ４１の他、メモリＡ４２，メモリＢ４３、シフトレジスタ４４およびＲＯＭ４４を有している。
【００２８】
ここで、メモリＡ４２、メモリＢ４３は、パッシブＡＦセンサ３００のラインセンサＲ３６およびラインセンサＬ３７で光電変換された画像信号を個別に記憶する。
【００２９】
シフトレジスタ４４は、例えばメモリＡ４２の画像データが入力され、この入力データを順次シフト動作するようにしている。そして、ＣＰＵ４１によりこのシフトレジスタ４４のデータとメモリＢ４３のデータを比較して両データの一致を検出し、このときのシフト量をＲＯＭ４５の内容と照合してスクリーン２００までの距離を求め、フォーカス用レンズを駆動すべき出力をモータドライバ１５０に送る。  ここでのＲＯＭ４５は、シフトレジスタ４４のシフト量とスクリーン２００までの距離との関係をテーブル状にして記憶している。なお、このテーブルデータを複数持ち、温度をパラメータにテーブル選択を可能とし、さらにプロジェクタ１００内のパッシブＡＦセンサ３００の近傍に不図示の温度センサを追加して温度によるピント変動を、テーブル選択によって減じるように構成することもできる。これにより、温度上昇が起こりがちなプロジェクタにおいて、良好なＡＦ精度を確保することができる。
【００３０】
５はＡＦスイッチであり、操作パネル１７０に設けられている。このＡＦスイッチ５の操作は、マイコン１６０を介して切り換え回路６に送られる。この切り換え回路６は、ＡＦスイッチ５の操作に応答して、液晶表示パネル１２０に表示する原画像のもととなる画像信号を、ビデオ信号からキャラクタジェネレータ７のハードウェア背景生成機能を用いた投影画像の内容に切り換えるようにしている。
【００３１】
本実施形態の場合、キャラクタジェネレータ７は、図３に示すように、スクリーン２００上において、投射レンズ１４０の光軸１０２が交わる点１０２ａを含む境界となるように、無背景文字表示用のパターンを持たない全白画像、全灰画像又はこれらと同等のＡＦ検出用画像をマイコン１６０の指示に従ってＬＣＤドライバ１２１に送り、液晶表示パネル１２０に上記ＡＦ検出用画像に対応した検出用原画像を表示させる。
【００３２】
図４には、パッシブＡＦセンサ３００の概略構成例を示している。パッシブＡＦセンサ３００は、スクリーン２００上における投射レンズ１４０の光軸１０２が交わる点が境界となるように、表示された全白画像、全灰画像又は、これらと同等のＡＦ検出用画像の下辺、すなわち、ＡＦ検出用画像の表示領域と、非表示領域の境界を含む検出範囲（視野）からの反射光を受光する。
【００３３】
具体的には、パッシブＡＦセンサ３００は、上記反射光を、基線長となる所定距離、離間して配置された一対のレンズ３１，３２と、一対のミラー３３，３４を介し、さらにプリズム３５の反射面を介して一対のラインセンサＲ３６およびラインセンサＬ３７によりそれぞれ受光するようにしている。
【００３４】
そして、パッシブＡＦセンサ３００は、図３に示すように、投射レンズ１４０の近傍に配置されているとともに、基線長方向が垂直方向に延びて、スクリーン２００上のＡＦ検出用画像の表示領域と、非表示領域の境界に略直交して視野がまたがるように、かつ、投射レンズ１４０の光軸１０２に対して視野中心軸が略平行になるように配置されている。図中の３０１は、パッシブＡＦセンサ３００の視野を示している。但し、視野３０１は説明上図示しているが、実際は不可視である。
【００３５】
このようにパッシブＡＦセンサ３００を配置することで、ほぼ四角柱状に構成されることが一般であるＡＦセンサユニットをプロジェクタ１００内に配置するのにスペース効率上、無駄が少なくなる。
【００３６】
次に、以上のように構成されたプロジェクタ１００におけるＡＦ動作について説明する。このＡＦ動作は通常のビデオ画像の投射表示に先立って行われることが望ましい。
【００３７】
まず、操作パネル１７０に設けられたＡＦスイッチ５が操作され、切換え回路６がキャラクタジェネレータ７が選択された状態に切り換わると、マイコン１６０は、キャラクタジェネレータ７の内容をＬＣＤドライバ１２１に出力させる。これにより、上述したＡＦ検出用原画像が液晶表示パネル１２０に表示され、ＡＦ検出用画像がスクリーン２００に写し出される。
【００３８】
ここで、投射レンズ１４０の光軸１０２は、液晶表示パネル１２０の有効表示範囲の上下寸法において一定の比率でシフトしているため、スクリーン２００上の投影画像も、投射レンズ１４０の光軸１０２に対して一定の比率でシフトし、かつ歪みがないように、見かけ上の仰角をもって投影される。
【００３９】
そして、パッシブＡＦセンサ３００の視野角は基線長方向に約１０度の設定がなされており、視野内にＡＦ検出用画像の表示領域と非表示領域の境界が含まれる。
【００４０】
従って、この位置をセンサ視野に入れてセンサ出力を得ることで、上記境界はＡＦ検出に必要な十分に高いコントラストを得ることができるので、ＡＦ制御による焦点調節を行うことができる。
【００４１】
また、投射レンズ１４０がテレ端とワイド端との間でズーミングされても、先に説明したように、ＡＦ検出用画像の表示領域と非表示領域の境界はスクリーンと投射レンズの光軸の交わる点を含むのでズーミングによる位置の変化は生じない。
すなわち、センサ視野の基線長方向中心（光軸）を上下に調整しなくても、上記境界は常にセンサ視野に含まれる。
【００４２】
こうしてパッシブＡＦセンサ３００に入射したセンサ視野からの反射光は、上述したレンズ３１，３２、ミラー３３，３４およびプリズム３５を介してラインセンサＲ３６およびラインセンサＬ３７にそれぞれ受光される。そして、これらラインセンサＲ３６およびラインセンサＬ３７の各画素で光電変換された画像信号は、マイコン１６０のメモリＡ４２およびメモリＢ４３にそれぞれ記憶される。
【００４３】
図５には、上記ラインセンサＲ３６およびラインセンサＬ３７上に形成される２像の相関を示す。
【００４４】
上記の場合、ラインセンサＲ３６およびラインセンサＬ３７にはそれぞれ、図４（ａ），（ｂ）に示すように視野内の画像が結像し、各ラインセンサを構成する画素群からは図４（ｃ），（ｄ）に示すような信号が出力すれる。メモリＡ４２およびメモリＢ４３にはそれぞれ、図４（ｃ），（ｄ）に示した出力信号に対応する、図４（ｅ），（ｆ）に示すような画像データが記憶される。
【００４５】
そして、このうちメモリＡ４２のデータが同図（ｇ）に示すようにシフトレジスタ４４に入力され、シフトレジスタ４４の内容を図中の矢印方向に順にシフト動作させる。
【００４６】
この状態で、ＣＰＵ４１は、シフトレジスタ４４のデータパターンと、メモリＢ４３のデータパターン（図５（ｈ）参照）とを比較し、両データパターンの一致が検出されると、このときのシフト量がＲＯＭ４５の記憶内容と照合され、スクリーン２００までの距離が求められる。
【００４７】
さらに、この距離データをモータドライバ１５０に出力することにより、フォーカス用レンズが駆動され、ピント合わせ（焦点調節）が行われることになる。このように、予めハードウェアにより生成された画像を選択し、この画像をスクリーン２００に投射することでＡＦ制御を行えるようにすることで、余分なメモリを使うこともなく、焦点調節精度を大幅に向上させることができ、しかもコスト的な負担も少なくすることができる。
また、投射レンズをズームしても焦点調節精度を維持することができるので、レンズ構成が簡単で小型化し易いバリフォーカルレンズなども使用することができるようになる。
【００４８】
［第２実施形態］
図６に第２の実施形態を説明する。本実施形態において。第１実施形態と同様の構成要素には同一符号を付して説明を一部省略する。
【００４９】
図６には、本発明の実施形態であるＡＦ付き液晶プロジェクタにおけるＡＦ検出用画像の表示状態とパッシブＡＦセンサ３００の視野設定を示している。図中の３０２は、パッシブＡＦセンサ３００の視野を示している。但し、視野３０２は説明上図示しているが、実際は不可視である。ＡＦ検出用画像の表示域は非表示域との境界線がスクリーン２００上での投射レンズの光軸１０２が交わる点１０２ａを含んで、画面の上下方向に伸びるように設定されている。センサの基線長方向はＡＦ検出用画像の境界線に対して略直交するように左右方向に一定の視野角を有して設定されている。さらにセンサの光軸は投射レンズの光軸１０２と略平行である。
【００５０】
この状態で、プロジェクタ１００の投射画角をワイド状態２１０とテレ状態２２０との間で変化させても、ＡＦ検出画像の境界（スクリーン２００上における画像の表示領域と非表示領域との境界）は常にセンサ視野に含まれる。したがって、上記第１実施形態と同様に、正確な投射レンズ１０４のＡＦ制御を行うことができる。
【００５１】
［第３実施形態］
図７に第３の実施形態を説明する。本実施形態において。第１実施形態と同様の構成要素には同一符号を付して説明を一部省略する。
【００５２】
図7には、本発明の実施形態であるＡＦ付き液晶プロジェクタにおけるＡＦ検出用画像の表示状態とパッシブＡＦセンサ３００の視野設定を示している。
図中の３０３は、パッシブＡＦセンサ３００の視野を示している。但し、視野３０３は説明上図示しているが、実際は不可視である。ＡＦ検出用画像の表示域は非表示域との境界線がスクリーン２００上での投射レンズの光軸１０２が交わる点１０２ａを含んで、一定の角度を与えられて画面の斜め方向に伸びるように設定されている。センサの基線長方向はＡＦ検出用画像の境界線に対して略直交するように斜め方向に一定の視野角を有して設定されている。さらにセンサの光軸は投射レンズの光軸１０２と略平行である。
【００５３】
この状態で、プロジェクタ１００の投射画角をワイド状態２１０とテレ状態２２０との間で変化させても、ＡＦ検出画像の境界（スクリーン２００上における画像の表示領域と非表示領域との境界）は常にセンサ視野に含まれる。したがって、上記第１実施形態と同様に、正確な投射レンズ１０４のＡＦ制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態であるＡＦ付き液晶プロジェクタの構成図。
【図２】本発明の第１実施形態であるプロジェクタのＡＦ制御回路の概略構成図。
【図３】本発明の第１実施形態であるプロジェクタのおける投射画像とＡＦセンサの視野との関係を説明する図。
【図４】本発明の第１実施形態であるプロジェクタのＡＦセンサ部の構成図。
【図５】本発明の第１実施形態であるプロジェクタのＡＦセンサ部の２像相関に関する説明図。
【図６】本発明の第２実施形態であるプロジェクタのおける投射画像とＡＦセンサの視野との関係を説明する図。
【図７】本発明の第３実施形態であるプロジェクタのおける投射画像とＡＦセンサの視野との関係を説明する図。
【符号の説明】
【００５５】
１００  液晶プロジェクタ
１０１  照明系の光軸
１０２  投射レンズの光軸
１１０  光源
１２０  透過型液晶表示パネル
１３０  クロスダイクロイックプリズム
１４０  ズーム投射レンズ（投射光学系）
１５０  モータドライバ
１６０  マイクロコンピュータ
１７０  操作パネル
１８０  画像信号供給装置
１９０  画像処理回路
２００  スクリーン
３００  パッシブＡＦセンサ
【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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