(57)【要約】【課題】投影装置単体で簡単な構成で投影光学系のピント調節を自動で行うことができる投影装置を得る。【解決手段】照明光源からの光を画像信号に基づいて変調して反射させる反射型液晶素子と、所定の偏光方向の光を反射させる偏光ビームスプリッタと、光軸方向に移動可能となされ、反射型液晶素子により反射させられた変調光を投影する投影光学系と、反射型液晶素子と共役の位置に配置され、投影光学系による投影画像を、投影光学系及び偏光ビームスプリッタを介して受光する撮像素子と、を有し、撮像素子で得られた画像情報に基づいて、投影光学系の焦点調節を行う投影装置とする。【選択図】図１
2011237610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光源からの光を画像信号に基づいて変調して反射させる反射型液晶素子と、
所定の偏光方向の光を反射させる偏光ビームスプリッタと、
光軸方向に移動可能となされ、前記反射型液晶素子により反射させられた変調光を投影する投影光学系と、
前記反射型液晶素子と共役の位置に配置され、前記投影光学系による投影画像を、前記投影光学系及び前記偏光ビームスプリッタを介して受光する撮像素子と、を有し、
前記撮像素子で得られた画像情報に基づいて、前記投影光学系の焦点調節を行うことを特徴とする投影装置。
【請求項２】
前記投影光学系の焦点調節は、投影用の画像を表示する前に行うことを特徴とする請求項１に記載の投影装置。
【請求項３】
前記投影光学系の焦点調節は、投影用の画像の投影中に行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の投影装置。
【請求項４】
前記投影中の前記投影光学系の焦点調節は、所定の温度上昇時、所定の投影時間経過時、操作キー部の操作時、加速度センサの加速度感知時のいずれかの場合に行われることを特徴とする請求項３に記載の投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を投影する投影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、撮影機能を有するデジタルカメラや携帯電話に、画像を投影する小型の投影装置を内蔵したものが知られている。
【０００３】
このようなものとして、携帯電話に撮像装置と投影装置を平行に近接して配置し、投影装置による所定の形状パターンを重畳した投影画像を撮像装置で撮像した画像を評価して、投影像すなわち投影装置の投影光学系のピント調節を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−９１１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載のものでは、別途撮像装置を必要とするものであり、例えば撮影機能のついていない機器に投影装置のみを搭載する場合には、投影装置のピント調節ができなくなる問題がある。また、投影面までの距離を別の測距装置で測定するのでは、ユニット全体が大型化する問題がある。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑み、投影装置単体で簡単な構成で投影光学系のピント調節を自動で行うことができる投影装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的は、下記の構成により達成される。
【０００８】
（１）照明光源からの光を画像信号に基づいて変調して反射させる反射型液晶素子と、所定の偏光方向の光を反射させる偏光ビームスプリッタと、光軸方向に移動可能となされ、前記反射型液晶素子により反射させられた変調光を投影する投影光学系と、前記反射型液晶素子と共役の位置に配置され、前記投影光学系による投影画像を、前記投影光学系及び前記偏光ビームスプリッタを介して受光する撮像素子と、を有し、前記撮像素子で得られた画像情報に基づいて、前記投影光学系の焦点調節を行うことを特徴とする投影装置。
【０００９】
（２）前記投影光学系の焦点調節は、投影用の画像を表示する前に行うことを特徴とする前記（１）に記載の投影装置。
【００１０】
（３）前記投影光学系の焦点調節は、投影用の画像の投影中に行うことを特徴とする前記（１）又は前記（２）に記載の投影装置。
【００１１】
（４）前記投影中の前記投影光学系の焦点調節は、所定の温度上昇時、所定の投影時間経過時、操作キー部の操作時、加速度センサの加速度感知時のいずれかの場合に行われることを特徴とする前記（３）に記載の投影装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、投影装置単体で簡単な構成で投影光学系のピント調節を自動で行うことのできる投影装置を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態に係る投影装置の主要構成部材の配置構成の一例を示す模式図である。
【図２】本実施の形態に係る投影装置の制御の関係を示すブロック図である。
【図３】本実施の形態に係る投影装置の動作概略を示すフローチャートである。
【図４】ステップＳ１０４で投影するフォーカス調整用パターンの例を示す図である。
【図５】本実施の形態に係る投影装置の動作概略を示すフローチャートである。
【図６】ステップＳ１１５〜ステップＳ１１８の撮像データの一例を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施の形態により本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１５】
図１は、本実施の形態に係る投影装置１の主要構成部材の配置構成の一例を示す模式図である。なお、光学系及び主要構成部材を保持する保持部材や筐体及び電源等については省略してある。
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態に係る投影装置１は、照明光源１０、集光光学系１１、偏光変換素子１２、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、反射型液晶素子２０、λ／４波長板４１、投影光学系３０、アクチュエータ３１、光学系位置検知部３２、撮像素子５０で構成されている。６０は投影面である。
【００１７】
照明光源１０は、例えばＬＥＤが用いられる。集光光学系１１は、照明光源１０から射出される光を略平行光に変換するものである。
【００１８】
偏光変換素子１２は、入射した光の光量を低下させずに特定の偏光に変換する光学素子である。例えば、図示のようにＰ偏光を透過する偏光分離膜１２Ｐと、偏光分離膜１２Ｐを透過したＰ偏光をＳ偏光に変換するλ／２波長板１２ａと、偏光分離膜１２Ｐで反射したＳ偏光を、再度反射させて出射させるよう構成されたものである。
【００１９】
偏光ビームスプリッタＰＢＳは、所定の方向に直線偏光した光を反射させる反射面Ｒが斜面に形成された直角プリズムを貼り合わせたものである。これにより、偏光変換素子１２を通過してきた所定の方向に直線偏光した光を反射させる。
【００２０】
反射型液晶素子２０は、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  ｓｉｌｉｃｏｎ）とも称されるマイクロディスプレイであり、シリコンチップの表面に直接液晶が載せられているものである。この反射型液晶素子２０は、液晶層に対し駆動制御部から画像信号に応じた電圧が画素毎に印加され、液晶分子の配列を変化させること変調し、所望の画像を表示するものである。
【００２１】
投影光学系３０は、照明光源１０で照明され、反射型液晶素子２０から反射された画像を投影面６０に結像させる機能と、投影面６０に投影された画像を撮像素子上に結像させる。アクチュエータ３１は、例えば、圧電素子、静電アクチュエータ等であり、投影光学系３０を光軸方向に移動させるものである。光学系位置検知部３２は、アクチュエータ３１により移動させられた投影光学系３０の位置を検出するものであり、アクチュエータ３１の駆動と投影光学系３０の移動量が１対１に対応する場合には省略してもよい。
【００２２】
撮像素子５０は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサ等の固体撮像素子である。この撮像素子５０の撮像面は、反射型液晶素子２０の画像表示面と、光学的に共役に位置に配置されている。
【００２３】
以下、図１に示す投影装置１の作用を簡単に説明する。なお、以下の説明では、偏光変換素子１２は上述のようにＳ偏光を出射するよう構成され、偏光ビームスプリッタＰＢＳの反射面ＲはＳ偏光を反射するよう構成された例で説明する。
【００２４】
照明光源１０から射出された光束は、偏光変換素子１２によりＳ偏光の光が透過され、偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射し、反射面Ｒで反射型液晶素子２０の方向に反射させられ、反射型液晶素子２０を照明する。
【００２５】
反射型液晶素子２０に入射した光は反射型液晶素子２０で反射され、偏光ビームスプリッタＰＢＳに再度入射する。反射型液晶素子２０を構成する不図示の液晶層は、電圧が印加されると位相板として機能する。従って、反射型液晶素子２０から射出する光のうち、電圧が印加された画素領域を透過した光はＳ偏光からＰ偏光に変換される。一方、反射型液晶素子２０から射出する光のうち、電圧が印加されていない画素領域を透過した光はＳ偏光のままとなる。
【００２６】
反射型液晶素子２０で反射された光のうちＰ偏光の光は、偏光ビームスプリッタＰＢＳに再度入射後、反射面Ｒを透過し投影光学系３０によって投影面６０に投影される。投影光学系３０の前方にはλ／４波長板４１が配置されており、Ｐ偏光の光は円偏光に変換されて投影される。なお、λ／４波長板４１は偏光ビームスプリッタＰＢＳと投影光学系３０の間に配置されていてもよい。
【００２７】
さらに、投影面６０に投影された画像の反射光は、λ／４波長板４１によりＳ偏光の光にされて投影光学系３０を逆に通過した後、偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射し、反射面Ｒにより反射されて撮像素子５０上にも画像が結像される。
【００２８】
なお、照明光源１０の光量が充分あるときは、偏光変換素子１２を省略し、偏光ビームスプリッタＰＢＳと撮像素子５０の間にＳ偏光の光のみを透過させる偏光フィルタを配置した構成でもよい。なお、光利用効率の向上や省電化を考慮すると、図１に示す構成が好ましい。また、照明光源１０、偏光変換素子１２については、照明光源側にλ／４波長板と反射面とを配置し、偏光変換素子を反射型偏光フィルムとして、反射型偏光フィルムを通過しないＰ偏光をリサイクルしてＳ偏光に変換して通過させるよう構成したものでもよい。
【００２９】
図２は、本実施の形態に係る投影装置１の制御の関係を示すブロック図である。
【００３０】
図２に示すように、投影装置１は各部を統括的に制御する制御部（ＣＰＵ）７０を有している。制御部７０は、所定の動作プログラムを格納したメモリ（ＲＯＭ）７３から、動作プログラムを読み出し、制御部７０内の作業領域に展開して各部の制御を行う。
【００３１】
制御部７０は、照明光源制御部１５を介して照明光源１０を制御する。また、反射型液晶素子駆動制御部２５を介して反射型液晶素子２０に画像信号に応じた電圧を画素毎に印加し画像を表示させる。また、光学系位置検知部３２からの情報を加味しつつ、アクチュエータ駆動制御部３５を介しアクチュエータ３１を駆動制御し、投影光学系３０を光軸方向に移動させる。
【００３２】
撮像素子制御部及び撮像信号処理部５５では、制御部７０からの信号に基づいて、撮像素子５０の駆動及び撮像素子５０で得られた画像に関するデータから投影像のピント状態の検出演算をおこなう。
【００３３】
更に、制御部７０にはユーザ操作のための操作キー部７２が接続されており、該操作キー部７２からの入力により動作の切り替え動作が行われる。また、外部インタフェース７４は、外部機器との画像データの入出力に用いられる。
【００３４】
リモコン制御部及び通信部７５は、リモコン７６との通信及びリモコン７６からの入力を制御部７０に伝達する。本願のような小型の投影装置は、小型のモバイル機器に搭載される場合が多いと考えられる。小型のモバイル機器では、操作キーで入力する際に、機器自体が振動する可能性が高く、振動すると投影像が大きく揺れるため、リモコン制御部及び通信部７５とリモコン７６を備えて、投影装置１の本体に触れずに操作できるよう構成されていることが好ましい。
【００３５】
また、投影する画像データはフラッシュメモリ７８に格納され、制御部７０の信号に基づき、選択された画像データを送出する。
【００３６】
加速度センサ７７は、投影装置１が移動させられた動きを検知し制御部７０に加速度データを送出する。
【００３７】
なお、８０は電池であり、電源回路８１を介して各部へ電力が供給される。
【００３８】
図３は、本実施の形態に係る投影装置１の動作概略を示すフローチャートである。以下、フローに従い説明する。
【００３９】
まず、投影モードとなったか否か判断（ステップＳ１０１）し、投影モード（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）となると、システムの初期化が行われる（ステップＳ１０２）。投影モードへの遷移は、リモコン７６もしくは操作キー部７２から入力される。システムの初期化とは、例えば、各部の通電及び動作可能状態（故障の有無）の確認及び、投影光学系３０を設定されている初期位置である最遠距離側もしくは最至近距離側に移動させるものである。
【００４０】
次いで、照明光源１０を点灯（ステップＳ１０３）させ、反射型液晶素子２０にフォーカス調整用パターンの画像を表示させて、投影面６０にフォーカス調整用パターンの画像を投影させる（ステップＳ１０４）。
【００４１】
図４は、ステップＳ１０４で投影するフォーカス調整用パターンの例を示す図である。フォーカス調整用パターンとしては、コントラスト検出の容易な、図４（ａ）に示す矩形波ストライプや図４（ｂ）に示す市松模様が用いられる。なお、フォーカス調整用パターンは、モノクロ、カラーのいずれでもよいし、上記のパターンに限るものでない。また、フォーカス調整用パターンの領域は、投影画面全面又は特定の部分領域のみであってもよい。
【００４２】
図３に示すフローに戻り、投影光学系３０が初期位置で投影されたフォーカス調整用パターンは、上述のように撮像素子５０上にも形成されており、撮像素子５０を駆動してこのときの画像を撮像し、該画像のうち、フォーカス調整用パターンの部分のコントラスト値を算出する（ステップＳ１０５）。撮像素子５０の露光量調整や、蓄積時間等の駆動制御及び、コントラスト値算出は、制御部７０からの信号に基づき、撮像素子制御部及び撮像信号処理部５５で行われる。
【００４３】
得られたコントラスト値は、フラッシュメモリ７８に記憶される（ステップＳ１０６）。次いで、直前に記憶されたコントラスト値と比較し、今回得られたコントラスト値が直前に記憶されたコントラスト値より下がったか否かを判断する（ステップＳ１０７）。なお、ステップＳ１０１の初期化時にコントラスト値は０にリセットされている。
【００４４】
今回得られたコントラスト値が直前に記憶されたコントラスト値より下がっていない場合（ステップＳ１０７；Ｎｏ）は、投影光学系３０を所定の方向に所定の刻み量で移動させる（ステップＳ１０８）。所定の方向とは、例えば、投影光学系３０の初期位置が最遠距離側の場合、より近距離となる方向であり、投影光学系３０の初期位置が最至近距離側の場合は、より遠距離となる方向である。また、所定の刻み量とは、例えば、最遠距離側から最至近距離側までの投影光学系３０の移動量を、予め求められた焦点深度で分割した量である。
【００４５】
ステップＳ１０８で投影光学系３０を移動させた後、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７を繰り返す。得られたコントラスト値が直前に記憶されたコントラスト値より下がった場合（ステップＳ１０７；Ｙｅｓ）は、記憶されているコントラスト値がＭＡＸ値であった位置に、投影光学系３０を戻す（ステップＳ１１０）。これにより、投影される画像の焦点調節が終了する。なお、図３のフローでは、１回コントラスト値が下がった場合の例で説明したが、より信頼性を増すため、２回連続或いは３回連続してコントラスト値が下がった場合に、コントラスト値がＭＡＸ値であった位置に、投影光学系３０を戻すよう構成してもよい。
【００４６】
次いで、反射型液晶素子２０は、フォーカス調整用パターンの表示を消去（ステップＳ１１１）し、フラッシュメモリ７８から選択して読み出した投影用画像の表示に切り替える（ステップＳ１１２）。これにより、投影面６０には、最初の投影用画像から焦点の合った画像投影が行われる。
【００４７】
次いで、投影を終了するか否かの判断（ステップＳ１１３）を行い、終了でない場合（ステップＳ１１３；Ｎｏ）は、ステップＳ１１２に戻って投影用画像の表示を継続し、リモコンもしくは操作キー部から投影を終了する入力がなされた場合（ステップＳ１１３；Ｙｅｓ）は、終了する。なお、ステップＳ１１２の投影用画像の表示は、リモコンもしくは操作キー部からの入力による２枚目以降の画像の表示を含むものである。
【００４８】
以上のように、投影用の画像を表示する前に、投影面に対する投影光学系の焦点調節をおこなうことで、第１枚目から焦点のあった投影が可能となる。
【００４９】
図５は、本実施の形態に係る投影装置１の動作概略を示すフローチャートである。図５に示すフローは、投影光学系の焦点調節を、投影用画像の投影中に行うものであり、図３に示すステップＳ１０１〜ステップＳ１１３は共通であり、ステップＳ１１３以降が異なるものである。なお、図５はステップＳ１１１以降の部分のみ記載している。
【００５０】
図５に示すフローにおいて、ステップＳ１１３で、投影の終了でない場合（ステップＳ１１３；Ｎｏ）、すなわち投影中には、加速度センサ７７が加速度を検知したか否かを判断する（ステップＳ１１４）。加速度センサ７７は、投影装置１が動かされたことを検知するためのものである。加速度センサ７７による加速度検出がなされない場合（ステップＳ１１４；Ｎｏ）は、ステップＳ１１２に戻って投影用画像の表示を継続する。
【００５１】
加速度センサ７７による加速度検出がなされた場合（ステップＳ１１４；Ｙｅｓ）は、投影されている投影画像を、撮像素子５０を用いて撮像する（ステップＳ１１５）。次いで、このステップＳ１１５で撮像した画像データをフラッシュメモリ７８に記憶する（ステップＳ１１６）。次いで、投影用画像にフォーカス調整用パターンを重畳させて投影する（ステップＳ１１７）。次いで、このフォーカス調整用パターンが重畳させられた投影画像を、撮像素子５０を駆動して撮像し、該画像のうち、フォーカス調整用パターンの部分を抽出した後、コントラスト値を算出する（ステップＳ１１８）。
【００５２】
図６は、ステップＳ１１５〜ステップＳ１１８の撮像データの一例を模式的に示した図である。
【００５３】
図６（ａ）は、ステップＳ１１５で得られた撮像データの１ラインを示す図であり、図６（ｂ）は、重畳するフォーカス調整用パターンの変調強度分布を示す図であり、図６（ｃ）は、ステップＳ１１８で得られた撮像データの１ラインを示す図である。なお、縦軸は輝度を表している。
【００５４】
ステップＳ１１８におけるフォーカス調整用パターンの抽出は、撮像された図６（ｃ）に示すフォーカス調整用パターンが重畳された画像データから、ステップＳ１１５で撮像された図６（ａ）に示す投影用画像のみの画像データを画素毎に減算することで抽出される。コントラスト値の算出は、この抽出されたフォーカス調整用パターンの画像データより算出される。
【００５５】
図５に戻り、得られたコントラスト値は、フラッシュメモリ７８に記憶される（ステップＳ１１９）。次いで、直前に記憶されたコントラスト値と比較し、今回得られたコントラスト値がＭＡＸ値から下がったか否かを判断する（ステップＳ１２０）。
【００５６】
なお、最初のステップＳ１１５〜Ｓ１２０の動作では、ＭＡＸ値がわからないため、下がったとは判断されず（ステップＳ１２０；Ｎｏ）、ステップＳ１２１に移行し、投影光学系３０を所定の方向に所定の刻み量で移動させる（ステップＳ１２１）。この後、ステップＳ１１５〜Ｓ１２０の動作を繰り返す。
【００５７】
ステップＳ１２０及びＳ１２１をより詳しく説明する。第１回目に得られたコントラスト値より、投影光学系移動後の第２回目に得られたコントラスト値が高ければ、同じ移動方向にさらに投影光学系を移動させる。また、第１回目に得られたコントラスト値より、第２回目に得られたコントラスト値が低ければ、逆方向に投影光学系を移動させる。以降は、移動方向を維持してステップＳ１１５〜ステップＳ１２１を繰り返すことでコントラスト値は上がり続ける。さらに、ステップＳ１１５〜ステップＳ１２１を繰り返し、得られたコントラスト値が直前に記憶されたコントラスト値より下がった場合（ステップＳ１０７；Ｙｅｓ）は、記憶されているコントラスト値がＭＡＸ値であった位置に、投影光学系３０を戻す（ステップＳ１１０）。これにより、投影中の焦点調節が終了し、ステップＳ１１２へ戻る。
【００５８】
なお、図５のフローでは、１回コントラスト値が下がった場合の例で説明したが、より信頼性を増すため、２回連続或いは３回連続してコントラスト値が下がった場合に、コントラスト値がＭＡＸ値であった位置に、投影光学系３０を戻すよう構成してもよい。
【００５９】
また、図５のフローでは、投影用画像の投影中に加速度センサの加速度検出があった場合に、投影光学系の焦点調節を行うよう構成したが、これに限るものでない。例えば、操作キー部が操作された場合、投影開始からタイムカウントし所定の投影時間が経過した場合、温度センサを備え所定の温度の上昇があった場合に、投影光学系の焦点調節を行うよう構成してもよい。また、これらを２つ以上組み合わせて構成してもよい。
【００６０】
操作キー部が操作された場合は、操作により投影装置が移動する可能性があり、所定の投影時間が経過した場合や所定の温度の上昇があった場合は、照明光源の発熱により投影光学系の焦点位置に変動の可能性があり、このような場合に投影像をより鮮明にすることができるようになる。
【００６１】
また、上記のフローではコントラスト検出し、いわゆる山登り法を用いた焦点調節としたが、これに限るものでなく、フォーカス調整用パターンを高周波のチャートとし、高速フーリエ変換による周波数分析による方法を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１  投影装置
１０  照明光源
１１  集光光学系
１２  偏光変換素子
１５  照明光源制御部
２０  反射型液晶素子
４１  λ／４波長板
２５  反射型液晶素子駆動制御部
３０  投影光学系
３１  アクチュエータ
３２  光学系位置検知部
３５  アクチュエータ駆動制御部
６０  投影面
７０  制御部（ＣＰＵ）
７２  操作キー部
７３  メモリ
７４  外部インタフェース
７５  リモコン制御部及び通信部
７６  リモコン
７７  加速度センサ
７８  フラッシュメモリ
８０  電池
８１  電源回路
ＰＢＳ  偏光ビームスプリッタ
Ｒ  反射面
【図１】
2011237610.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2011237610.tif 000007
【図６】
2011237610.tif 000008