(57)【要約】【課題】投射レンズを介してスクリーンに投射された投射映像を撮影可能な撮影手段を備え、この撮影手段を利用して投射映像のピントを調整する投射型プロジェクタにおいて、ピント調整の精度を向上できるとともに、装置構成を簡略化できる技術を提供する。【解決手段】映像の付加された投射光を投射レンズを介して出射する投射手段と、該投射手段により投射された投射映像を撮影レンズを介して取り込む撮影手段と、前記投射手段により投射されたスクリーン上の投射映像を前記撮影手段により取り込み、この撮影結果に基づいて前記投射映像のピントを調整する投射型映像表示装置において、前記投射レンズ及び前記撮影レンズは、投射映像のピント又は撮影映像のピントを変化させる方向に、同一の駆動手段により移動可能に構成されるようにした。【選択図】図４
2008292570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像の付加された投射光を、投射レンズを介して出射する投射手段と、
前記投射手段により投射された投射映像を、撮影レンズを介して撮影する撮影手段と、
前記投射手段により投射されたスクリーン上の投射映像を前記撮影手段により取得し、この撮影結果に基づいて前記投射映像のピントを調整する投射型映像表示装置において、
前記投射レンズ及び前記撮影レンズは、前記投射映像のピント又は前記撮影映像のピントを変化させる方向に、同一の駆動手段により移動可能に構成されることを特徴とする投射型映像表示装置。
【請求項２】
前記投射レンズと前記撮影レンズは、同一枠体に配置されて投射及び撮影兼用のレンズ部材を構成することを特徴とする請求項１に記載の投射型映像表示装置。
【請求項３】
前記投射レンズと前記撮影レンズは、互いの屈折率が異なるように同一レンズの異なる領域に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の投射型映像表示装置。
【請求項４】
予め設定されたマーク画像を前記投射手段によりスクリーンに投射させるとともに、前記撮影手段により該マーク画像の投射映像を撮影させ、この撮影されたマーク画像のピントが合うように前記駆動手段を動作させて前記投射映像のピントを調整する制御手段を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の投射型映像表示装置。
【請求項５】
映像の付加された投射光を、投射レンズを介して出射する投射手段と、
前記投射手段により投射された投射映像を、撮影レンズを介して撮影する撮影手段と、
前記投射手段により投射されたスクリーン上の投射映像を前記撮影手段により取得し、この撮影結果に基づいて前記投射映像のピントを調整する制御手段と、を備えた投射型映像表示装置において、
前記投射レンズ及び前記撮影レンズを、前記投射映像のピント又は前記撮影映像のピントを変化させる方向に移動可能な駆動手段を備え、
前記投射レンズと前記撮影レンズは、同一枠体に配置されて投射及び撮影兼用のレンズ部材を構成し、
前記制御手段は、予め設定されたマーク画像を前記投射手段によりスクリーンに投射させるとともに、前記撮影手段により該マーク画像の投射映像を撮影させ、この撮影されたマーク画像のピントが合うように前記駆動手段を動作させて前記投射映像のピントを調整することを特徴とする投射型映像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投射レンズを介してスクリーンに投射された投射映像を撮影可能な撮影手段を備え、この撮影手段を利用して投射映像のピントを調整する投射型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源から放射された光をＤＭＤ等の画像投影素子により変調し、光学レンズ（投射レンズ）を通してスクリーン上に投影することにより画像等を表示する投射型プロジェクタが知られている。また、投射型プロジェクタにおいて、投射映像のピントを手動で調整するのはユーザにとって煩雑であるため、投射映像のピントを自動的に調整する、いわゆるオートフォーカス機能が知られている。
【０００３】
このオートフォーカス機能を実現するために、投射レンズを有する投射手段の他に、投射レンズを介してスクリーンに投射された投射映像を撮影可能な撮影手段（例えば、ＣＣＤカメラ等のイメージセンサ）を備えた投射型プロジェクタが提案されている。例えば、図６に示すように、投射レンズＬ１を介してスクリーンに投射されたマーク画像ＴＭを、撮影レンズＬ２を介して取り込み、この撮影画像に基づいて投射レンズＬ２の位置を変位させることで、投射映像（マーク画像）のピントが自動的に調整されるものがある。
【０００４】
また、本発明に関連する従来技術として、以下の技術が開示されている。
例えば、特許文献１には、投影位置を選ばず、煩雑なセッティング操作を簡略化して適正な大きさ及び形状の画像を容易に投影させる投影装置が開示されている。具体的には、入力される画像信号に応じた投影表示を行う投影手段と、この投影手段の投影方向を撮影する撮影手段と、この撮影手段で得た画像中から投影範囲を指示する複数のポイントマークの位置を抽出する抽出手段と、この抽出手段で得たポイントマークの位置に対応して投影手段での投影範囲を可変設定する投影制御手段と、を具備するようにしている。
【０００５】
また例えば、特許文献２には、光束検出装置（例えば、ＣＣＤカメラ等）の基準位置を正確に把握することができる光学装置の製造方法、並びにこの製造方法によって製造された光学装置を備えたプロジェクタが開示されており、光束検出装置としてのＣＣＤカメラの基準位置決めを正確に行うことができるようにしている。
【０００６】
また例えば、特許文献３には、画像投影手段と撮影手段との位置調整等が容易であって、投影画像と撮影画像とにパララックス（視差）を生じさせない投影型表示装置が開示されている。具体的には、投影型表示装置において、画像投影手段と、投影面及び投影面上に位置する被写体を撮影する撮影手段を備え、画像投影手段からの投影光の出射と、投影面又は被写体からの反射光の投影手段への入射とを、分光手段によって同じ開口部を介して許容できるようにしている。
【特許文献１】特開２００６−０９８７８９号公報
【特許文献２】特開２００５−２４１７１３号公報
【特許文献３】特開２００３−０１５２１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献１−３に記載の技術においては、投射手段を構成する投射レンズと撮影手段を構成する撮影レンズは別個に設けられており、それぞれのレンズが別々の駆動手段に接続されている。つまり、それぞれのレンズ位置を独立して調整でき、投射映像と撮影映像のピントをそれぞれ合わせることができるようにしている。このように、投射レンズと撮影レンズがそれぞれ別の駆動手段によって駆動される場合、駆動手段間の精度は必ずしも同じでないので、撮影手段による撮影結果に基づいて投射レンズの位置を調整する、例えば、撮影レンズの移動量に連動させて投射レンズの移動量を調整するようにしても、少なからず誤差が生じてしまう。
【０００８】
また、被写界深度の大きい撮影レンズを用いることで、特に駆動手段により撮影レンズの位置を調整しなくても、撮影映像のピントは合ったものとしてみなせる場合もある。この場合、撮影レンズの位置調整用の駆動手段を独立して設ける必要性は少ないと考えられる。
【０００９】
本発明は、投射レンズを介してスクリーンに投射された投射映像を撮影可能な撮影手段を備え、この撮影手段を利用して投射映像のピントを調整する投射型プロジェクタにおいて、ピント調整の精度を向上できるとともに、装置構成を簡略化できる技術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】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、映像の付加された投射光を、投射レンズを介して出射する投射手段と、前記投射手段により投射された投射映像を、撮影レンズを介して撮影する撮影手段と、前記投射手段により投射されたスクリーン上の投射映像を前記撮影手段により取得し、この撮影結果に基づいて前記投射映像のピントを調整する投射型映像表示装置において、前記投射レンズ及び前記撮影レンズは、前記投射映像のピント又は前記撮影映像のピントを変化させる方向に、同一の駆動手段により移動可能に構成されることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の投射型映像表示装置において、前記投射レンズと前記撮影レンズは、同一枠体に配置されて投射及び撮影兼用のレンズ部材を構成することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の投射型映像表示装置において、前記投射レンズと前記撮影レンズは、互いの屈折率が異なるように同一レンズの異なる領域に形成されることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の投射型映像表示装置において、予め設定されたマーク画像を前記投射手段によりスクリーンに投射させるとともに、前記撮影手段により該マーク画像の投射映像を撮影させ、この撮影されたマーク画像のピントが合うように前記駆動手段を動作させて前記投射映像のピントを調整する制御手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、映像の付加された投射光を、投射レンズを介して出射する投射手段と、前記投射手段により投射された投射映像を、撮影レンズを介して撮影する撮影手段と、前記投射手段により投射されたスクリーン上の投射映像を前記撮影手段により取得し、この撮影結果に基づいて前記投射映像のピントを調整する制御手段と、を備えた投射型映像表示装置において、前記投射レンズ及び前記撮影レンズを、前記投射映像のピント又は前記撮影映像のピントを変化させる方向に移動可能な駆動手段を備え、前記投射レンズと前記撮影レンズは、同一枠体に配置されて投射及び撮影兼用のレンズ部材を構成し、前記制御手段は、予め設定されたマーク画像を前記投射手段によりスクリーンに投射させるとともに、前記撮影手段により該マーク画像の投射映像を撮影させ、この撮影されたマーク画像のピントが合うように前記駆動手段を動作させて前記投射映像のピントを調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、投射レンズを介してスクリーンに投射された投射映像を撮影可能な撮影手段を備え、この撮影手段を利用して投射映像のピントを調整する投射型プロジェクタにおいて、ピント調整の精度を向上できるとともに、装置構成を簡略化できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態である投射型プロジェクタの外観斜視図である。
図１に示すように、本実施形態に係る投射型プロジェクタ１００は、直方体状の本体ケース１１０の前面右側に、投射レンズ１５と撮影レンズ２１が一体的に形成され、配置された投射・撮影用レンズ部材１２０が配設されている。投射・撮影用レンズ部材１２０において、投射レンズ１５の下部に撮影レンズ２１を接合して一つのレンズとしている。
【００１７】
投射レンズ１５は、後述するＤＭＤ等の光変調素子で形成された光像をスクリーン等の対象に投射するためのものであり、焦点位置（レンズ位置）を任意に変更できる。
撮影レンズ２１は、投射レンズ１５により投射された投射映像を撮影するためのものであり、投射レンズ１５同様に焦点位置（レンズ位置）を任意に変更できる。なお、本実施形態では、焦点深度（被写界深度）の十分に大きい撮影レンズを用いることで、撮影レンズ２１のレンズ位置が変更されても投射映像（スクリーン面）にピントが合うようにしている。
【００１８】
従来の投射型プロジェクタにおいては、投射レンズと撮影レンズは別個に設けられており、それぞれのレンズが別々の駆動手段に接続されていたのに対して、本実施形態では投射レンズ１５と撮影レンズ２１が一体的に形成され、後述する駆動手段としてのフォーカス駆動モータ３によって両者とも移動量を調整される点が異なる。
【００１９】
つまり、本実施形態では、投射レンズ１５と撮影レンズ２１は同一の駆動手段によって変位されるので、一方の移動量に基づいて他方の移動量を制御する場合などに誤差が生じるのを抑制できる。また、従来の投射型プロジェクタに比較してフォーカス駆動モータの部品点数が減るので、装置の小型化及び製造コストの低減に寄与できる。
【００２０】
また、本体ケース１１０の上面には各種操作キーを備えた操作部５が配設され、本体ケース１１０の背面には図示しない映像入出力端子やＡＣアダプタ接続部が配設される。
【００２１】
図２は、本実施形態の投射型プロジェクタ１００の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態の投射型プロジェクタ１００は、映像の付加された光をスクリーン上に投射して映像表示を行う装置であり、投射部１と、撮影部２と、フォーカス駆動モータ３と、映像入力部４と、操作部５と、制御部６と、を備えて構成される。
【００２２】
投射手段としての投射部１は、投射用信号処理部１１と、光源ランプ１２と、カラーホイール１３と、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）１４と、投射レンズ１５と、を備えて構成される。
【００２３】
具体的には、投射用信号処理部１１は、映像入力部４からの映像データに基づいて投射用の映像信号を生成する。光源ランプ１２は、例えば、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、白熱灯、ハロゲンランプ等の光源ランプであり、より高輝度、高効率な光源ランプが望ましい。カラーホイール１３は、光源ランプ１２からの投射光を、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の何れかの単色光に切り換える回転式の分割カラーフィルタである。カラーホイール１３には、図示しない同期回路が接続されており、この同期回路によりカラーホイール１３は回転制御される。ＤＭＤ１４は、例えば、数十万〜数百万個のマイクロミラーが敷き詰められたＩＣ（Integrated Circuit）を備えた略矩形状の光学デバイスであり、映像入力部４からの映像データに基づいて光をドット単位で反射して、映像の付加された投射光を生成する。投射レンズ１５は、ＤＭＤ１４によって変調された光（光学像）をスクリーンに拡大投影する。
【００２４】
すなわち、投射部１では、光源ランプ１２から照射された光はカラーホイール１３によりＲ、Ｇ、Ｂの何れかの単色光に切り換えられ、この単色光はＤＭＤ１４により変調され、変調された光学像が投射レンズ１５によってスクリーンに拡大投影されることとなる。
【００２５】
撮影手段としての撮影部２は、撮影レンズ２１と、イメージセンサ２２と、撮影用信号処理部２３と、を備えて構成される。
【００２６】
具体的には、撮影レンズ２１は、投射部１によりスクリーンに投射された投射映像を取り込む。イメージセンサ２２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子で構成され、撮影レンズ２１により取り込まれた映像を撮像する。撮影用信号処理部２３は、イメージセンサ２２から出力されるアナログ映像信号をディジタル化し、映像データを生成する。
【００２７】
すなわち、撮影部２では、撮影レンズ２１を介して取り込まれた入射光に基づく映像が、イメージセンサ２２により撮像され、撮影用信号処理部２３によりデータ化されることとなる。
【００２８】
フォーカス駆動モータ３は、投射レンズ１５及び撮影レンズ２１を有するレンズ部材１２０を変位させて、投射映像又は撮影映像のピントを調整する（フォーカス調整）。
映像入力部４は、例えば、パーソナルコンピュータ等の画像出力機器と電気的に接続されており、スクリーンに投射する映像の映像データを入力する信号処理を行う。操作部５は、装置電源のオン／オフや映像の投射処理に関する複数の操作キーを有し、ユーザからの操作指令を入力可能とする。
【００２９】
制御部６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）６２、ＲＯＭ（Read Only Memory）６３等を備えて構成され、投射型プロジェクタ１００の各部を制御する。
【００３０】
ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６３に格納された処理プログラム等を読み出して、ＲＡＭ６２に展開して実行することにより、投射型プロジェクタ１００全体の制御を行う。
ＲＡＭ６２は、ＣＰＵ６１により実行された処理プログラム等を、ＲＡＭ６２内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。
ＲＯＭ６３は、例えば、半導体メモリ等で構成され、処理プログラムやデータ等が予め記憶されている。ＲＯＭ６３には、例えば、投射映像のピントを調整するためのピント調整プログラム６３Ａや、映像入力部４から入力された映像データに基づく映像をスクリーンに投射させるための投射プログラム６３Ｂ等が格納されている。
【００３１】
図３は本実施形態の投射型プロジェクタ１００によりスクリーンＳに映像Ｉを投射したときの一例を示す説明図であり、図４はレンズ部材１２０（投射レンズ１５、撮影レンズ２１）における出射光及び入射光の光路を示す説明図である。
【００３２】
図３、４に示すように、投射型プロジェクタ１００は、映像入力部４により外部から入力された映像データに基づく投射光を、投射レンズ１５を介して出射することで、スクリーンＳ上に映像Ｉを表示する。また、ピント合わせ用のマーク画像ＴＭをスクリーンに投射させ、マーク画像ＴＭを含む投射映像Ｉを、撮影レンズ２１を介して取り込み、取り込んだマーク画像（撮影結果）に基づいて投射映像のピント調整、すなわち投射レンズ１５の位置調整を行う。
【００３３】
ここで、マーク画像ＴＭは、例えば、白い部分（明るい部分）と黒い部分（暗い部分）とが交互に配置された円形のマークである。白い部分と黒い部分は、それぞれ、円の中心角を複数分割（４等分）し且つ円の半径を複数分割（ほぼ二等分）したそれぞれの範囲に交互に配置され、白い部分のトータルの面積と、黒い部分のトータルの面積とが等しくされている。このマーク画像ＴＭの画像データは、例えば、ＲＯＭ６３に予め格納されている。
【００３４】
ユーザは、例えば、操作部５によりピント調整を指示することで、自動的に投射映像のピント調整処理を実行させることができる。以下に、ピント調整処理の一例について簡単に説明する。
【００３５】
まず、ピント調整処理が開始されると、ＣＰＵ６１はＲＯＭ６３に格納されているマーク画像ＴＭの画像データを投射部１に送って、マーク画像ＴＭをスクリーンに投射させる。次いで、撮影レンズ２１によりスクリーンＳに投射されたマーク画像ＴＭを含む映像を取り込んで、取り込んだ映像をイメージセンサ２２で撮像し、撮像した映像の中からマーク画像ＴＭが表示された部分の抽出およびマーク画像ＴＭの認識を行う。
【００３６】
そして、イメージセンサ２２により撮像された映像データから、マーク画像ＴＭの白部分の面積と黒部分の面積を算出し、これらの面積比を演算する。そして、この面積比（白黒比率）がほぼ５０：５０になっているか否かを判別し、ほぼ５０：５０である場合には、投射映像のピントが合った状態になっていると判断して、ピント調整処理を終了する。
【００３７】
一方、マーク画像の白黒比率が５０：５０から所定量外れている場合には、フォーカス駆動モータ３を制御して、投射レンズ１５の位置を所定量だけ変位させる。このとき、投射レンズ１５と撮影レンズ２１は一体的に形成されているので、撮影レンズ２１の位置も変位されることとなる。ただし、撮影レンズ２１の被写界深度は十分に大きいので、撮影映像のピントは合った状態を維持できる。つまり、投射映像のピントを合わせるために投射レンズ１５の位置を変位させて、これに伴い撮影レンズ２１の位置が変位しても、撮影レンズ２１を介して撮影される撮影映像のピントは合った状態となるので、撮影結果に基づいて投射映像のピントが合っているか否かを判断できる。
【００３８】
このように、投射レンズ１５を微小量変位させる処理とマーク画像ＴＭの白黒比率の確認処理とを繰り返して、白黒比率がほぼ５０：５０になるまで投射レンズ１５の位置を調整することで、投射映像のピントを調整する。
【００３９】
本実施形態の投射型プロジェクタ１００によれば、ピント調整処理により自動的に投射映像のピントを合わせることが出来るので、ピント合わせに要されるユーザの煩わしさを解消することができる。また、投射レンズ１５から実際に投射されるマーク画像ＴＭを用いてピント調整を行うので、映像の投射が可能な状態であればピント調整処理が可能となる。つまり、投射型プロジェクタからスクリーンまでの距離を測定してピント調整を行う構成では、スクリーンの種類に制限が生じるが、本実施形態のピント調整処理では、そのような制限が生じない。
【００４０】
また、予め設定されたマーク画像ＴＭを用いてピント調整処理を行うので、撮影画像データからマーク画像ＴＭを認識する際や、ピントのずれを判断する際の画像解析処理が容易なものとなる。
【００４１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【００４２】
例えば、図５に示すように、投射レンズ１５と撮影レンズ２１は、互いの屈折率が異なるように同一レンズの異なる領域に形成され、レンズ部材１２０を構成するようにしてもよい。このようなレンズ部材１２０により、投射レンズ１５を介して映像を投射できるとともに、撮影レンズ２１を介して投射映像を撮影することができる上、ＤＭＤ１４やイメージセンサ２２を比較的自由に配置することができるので、装置設計上の自由度が大きくなる。
【００４３】
また、撮影レンズ２１を介して入射する光を直接イメージセンサ２２で撮像する構成ではなく、リフレクタ等を用いて光路を変換した後イメージセンサ２２で撮像する構成としてもよい。
【００４４】
また、マーク画像は、例えば、チェッカーフラッグのように矩形状に明るい部分と暗い部分とを交互に配したマークとしても良いし、その他、種々の模様を有するマークを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態である投射型プロジェクタの外観斜視図である。
【図２】本実施形態の投射型プロジェクタの概略構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態の投射型プロジェクタにより、スクリーンに映像を投射したときの状態を示す説明図である。
【図４】レンズ部材における出射光及び入射光の光路を示す説明図である。
【図５】レンズ部材の変形例を示す説明図である。
【図６】従来の投射型プロジェクタにより、スクリーンに映像を投射したときの状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  投射部
１１  投射用信号処理部
１２  光源ランプ
１３  カラーホイール
１４  ＤＭＤ
１５  投射レンズ
２  撮影部
２１  撮影レンズ
２２  イメージセンサ
２３  撮影用信号処理部
３  フォーカス駆動モータ
４  映像入力部
５  操作部
６  制御部
６１  ＣＰＵ
６２  ＲＡＭ
６３  ＲＯＭ
１００  投射型プロジェクタ
【図１】
2008292570.tif 000003
【図２】
2008292570.tif 000004
【図３】
2008292570.tif 000005
【図４】
2008292570.tif 000006
【図５】
2008292570.tif 000007
【図６】
2008292570.tif 000008