(57)【要約】【課題】人によるＡＦスイッチの操作がなくとも間欠的に自動的な測距動作を行ない、得られた測距結果に基づいてピント合せを行なうピント合せの完全な自動化のためのパッシブ型測距装置を提供する。【解決手段】測距装置は、表示用画像を平面的物体（１）上に投影する投影部（８）、所定パターンの画像（１３ｂ）を記憶する記憶部（１３）、平面的物体からの受光量に応じた電気信号を出力する電荷蓄積型センサ（３１ｃ、３１ｄ）、及びセンサからの電気信号に基づいて平面的物体までの距離を演算する演算部（３２）を含むパッシブ型測距装置（３）であって、投影部が表示画像に代えて記憶部からの所定パターンの画像（１３ｂ）を間欠的に投影して、センサ（３１ｃ、３１ｄ）が所定パターンの画像の間欠的な投影の開始に応答して電荷蓄積を開始するように制御する制御部（５）を有する。【選択図】          図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示用画像を平面的物体上に投影する投影部、所定パターンの画像を記憶する記憶部、上記平面的物体からの受光量に応じた電気信号を出力する電荷蓄積型センサ、及び該センサからの電気信号に基づいて上記平面的物体までの距離を演算する演算部を含むパッシブ型測距装置であって、
上記投影部が表示画像に代えて上記記憶部からの上記所定パターンの画像を間欠的に投影して、上記センサが上記所定パターンの画像の間欠的な投影の開始に応答して電荷蓄積を開始するように制御する制御部を有することを特徴とする測距装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測距装置において、上記制御部が上記所定パターンの画像を上記平面的物体上に上記センサが電荷を蓄積するのに十分であって且つ人間が知覚できない時間だけ投影することを特徴とする測距装置。
【請求項３】
請求項１乃至２のいずれかに記載の測距装置において、上記制御部が上記所定パターンの画像を間欠的に投影するタイミングは、ほぼ一定周期であることを特徴とする測距装置。
【請求項４】
請求項１乃至２のいずれかに記載の測距装置において、上記制御部が上記所定パターンの画像を間欠的に投影するタイミングは、上記投影部が上記表示用画像を切り換えるタイミングであることを特徴とする測距装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の測距装置において、上記演算部が演算した距離に基づいて、上記投影部の上記平面的物体に投影する画像のピント合せを行なうピント調整部をさらに含むことを特徴とする測距装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の測距装置を含み、該測距装置が同一平面上に基線長だけ離間して配置された一対のレンズをさらに含み、上記電荷蓄積型センサが複数の検出器の列からなる一対のラインセンサであって上記一対のレンズから所定距離だけ離間して上記基線長方向に延びるように配置されて上記平面的物体上の画像が結像され、上記演算部が上記ラインセンサからの出力に基づいて上記基線長及び上記ラインセンサを含む平面上の複数の異なる測距方向にある上記平面的物体の複数の異なる位置までの距離をそれぞれ演算し、
上記演算部で演算された上記平面的物体の複数の異なる位置までの距離に基づいて、上記基線長及び上記ラインセンサを含む平面上で、上記平面的物体の上記同一平面に対する傾斜角度を算出する傾斜角度算出部をさらに含むことを特徴とする角度検出装置。
【請求項７】
請求項６に記載の角度検出装置において、上記角度算出部が算出した傾斜角度に基づいて、上記平面的物体上に投影された画像の歪みを補正する画像歪み補正部をさらに含むことを特徴とする角度検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載された装置において、上記平面的物体がスクリーンであることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８に記載された装置を含むことを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電荷蓄積型センサを利用したパッシブ型測距装置、それを備えた角度検出装置及びプロジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶プロジェクタなどのプロジェクタを使用した場合、スクリーンとプロジェクタの相対的な位置関係を動かすたびにスクリーンに投影された画像のピント合せ（焦点合せ）操作を手動で行なうことは煩わしい。
【０００３】
また、プロジェクタ及びこのプロジェクタにより投影されるスクリーン平面の相対的な位置関係により、スクリーン上に投影された画像に台形歪みと呼ばれる歪みが生じる不具合がある。この台形歪みは、プロジェクタがスクリーン前方から画像を投射する際に、見る者の邪魔にならないようにプロジェクタの位置がスクリーンの中心からずらされるため、プロジェクタの投射光軸がスクリーン平面に対して垂直ではなく傾斜し、この結果、スクリーン上部がスクリーン下部よりもプロジェクタから遠く（又は近く）なることにより発生する。また、スクリーン右側がスクリーン左側よりもプロジェクタから遠く（又は近く）なることによっても発生する。
【０００４】
従来の自動的にピント合せを行なうパッシブ型構成が特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示されるパッシブ型構成においては、自動ピント合せに適した所定パターンの画像を記憶しておき、ピント調整時にＡＦスイッチを手動で押して、自動ピント用の所定パターンの画像をスクリーンに投影し、スクリーン上のピント調整用の画像をラインセンサで受光して、ピント調整を行なうものである。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１２０５２６号（図３のＡＦスイッチ５）
【０００６】
従来の台形歪を自動的に補正する構成が、特許文献２に開示されている。この特許文献２に開示されるものは、スクリーン平面がプロジェクタに対してどれだけ傾斜しているかを示す傾斜角度を自動的に検出して、検出された傾斜角度に応じて、プロジェクタ内部の映像回路において投影画像とは逆の台形歪を持つ画像を生成してそれを投影する電気的補正、若しくはプロジェクタの投射光学系の投射レンズ（コンデンサレンズ）の傾きを調整する光学的補正方法を用いるものである。特許文献２に示される角度検出装置は、プロジェクタ本体正面に、上下に所定距離だけ離間して配置された２つのアクティブ測距センサにより、スクリーンとのそれぞれの距離を測定して、相対的な傾斜角度を求めるものである。
【０００７】
【特許文献２】
特開平２０００−１２２６１７号公報（段落００４４及び図２参照）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載された従来のパッシブ型のピント合わせ装置では、操作員がＡＦスイッチを手動で操作して自動ピント合せに適した所定パターンの画像をスクリーンに投影する構成のため、自動ピント合わせといってもプロジェクタとスクリーンの相対的位置関係が変わる度にピント合せの度にＡＦスイッチを手動で押す操作が必要であり、また、自動ピント合せに適した所定パターンの画像をスクリーンに投影すると、見ている者にとっては必ずしも快適ではないという問題点があった。
【０００９】
特許文献２に記載された従来の角度検出装置では、２つのアクティブ測距センサを用いて２つの距離をそれぞれ測定して、プロジェクタのスクリーン平面に対して相対的な傾斜角度を求める構成であるため、２つのアクティブ測距センサの距離測定の内のいずれか一方又は両方がノイズ等のために正しく測定されないと、傾斜角度の検出精度が悪化してしまい、正しく台形歪の補正ができないという問題点があった。
【００１０】
従って、本発明の１つの目的は、ＡＦスイッチ等を人が操作しなくても自動的にピント調整をするための距離を測定し、また、ピント合せに適した所定のパターンを人が知覚できない時間間隔だけスクリーン上に投影する測距装置及びそれを備えたプロジェクタを提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、１つの距離がノイズ等のためにたとえ正確に測定できなくとも、プロジェクタとスクリーンの相対的な傾斜角度をできるだけ正確に検出できるようにして、従来の問題点を解決した測距装置を用いた角度検出装置及びそれを備えたプロジェクタを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明によれば、表示用画像を平面的物体上に投影する投影部、所定パターンの画像を記憶する記憶部、平面的物体からの受光量に応じた電気信号を出力する電荷蓄積型センサ、及び該センサからの電気信号に基づいて平面的物体までの距離を演算する演算部を含むパッシブ型測距装置であって、投影部が表示画像に代えて記憶部からの所定パターンの画像を間欠的に投影して、センサが所定パターンの画像の間欠的な投影の開始に応答して電荷蓄積を開始するように制御する制御部を有する測距装置が提供される。
【００１３】
本発明のかかる構成によれば、人によるＡＦスイッチの操作がなくとも、間欠的に自動的な測距動作を行ない、得られた測距結果に基づいてピント合せを行なうことで、ピント合せの完全な自動化ができる。
【００１４】
請求項２に記載された本発明によれば、請求項１に記載の測距装置において、制御部が所定パターンの画像を平面的物体上に上記センサが電荷を蓄積するのに十分であって且つ人間が知覚できない時間だけ投影することを特徴とする測距装置が提供される。
【００１５】
本発明のかかる構成によれば、電荷蓄積型センサが必要な電荷を蓄積するのに十分であって、人間が知覚することができない時間だけ、距離測定に適した所定パターンを平面的に物体上に投影することにより、見ている者はピント調節のための距離測定用の所定パターンには気付かず、この所定パターンが投影されることによる不快感をなくすることができる。
【００１６】
請求項３に記載された本発明によれば、請求項１又は２のいずれかに記載の測距装置において、制御部が所定パターンの画像を間欠的に投影するタイミングは、ほぼ一定周期であることを特徴とする測距装置が提供される。
【００１７】
本発明のかかる構成によれば、人によるＡＦスイッチの操作がなくとも、定期的に自動的な測距動作を行ない、得られた測距結果に基づいてピント合せを行なうことで、プロジェクタとスクリーンの相対的位置関係が時間的に変化した場合でも、ピント合せの完全な自動化ができる。
【００１８】
請求項４に記載された本発明によれば、請求項１又は２のいずれかに記載の測距装置において、制御部が所定パターンの画像を間欠的に投影するタイミングは、投影部が表示用画像を切り換えるタイミングであることを特徴とする測距装置が提供される。
【００１９】
本発明のかかる構成によれば、人によるＡＦスイッチの操作がなくとも、投影部が画像を切り換えるタイミングで自動的な測距動作を行ない、得られた測距結果に基づいてピント合せを行なうことで、プロジェクタとスクリーンの相対的位置関係が時間的に変化した場合でも、見る者に不快感を与えることなくピント合せの完全な自動化ができる。
【００２０】
請求項５に記載された本発明によれば、請求項１乃至４のいずれかに記載の測距装置において、演算部が演算した距離に基づいて、投影部の平面的物体に投影する画像のピント合せを行なうピント調整部をさらに含むことを特徴とする測距装置が提供される。
【００２１】
本発明のかかる構成によれば、人によるＡＦスイッチの操作がなくとも、自動的な測距動作を行なってピント合せを行なうことで、プロジェクタとスクリーンの相対的位置関係が時間的に変化した場合でもピント合せの完全な自動化ができる。
【００２２】
請求項６に記載された本発明によれば、請求項１乃至５のいずれかに記載の測距装置を含み、該測距装置が同一平面上に基線長だけ離間して配置された一対のレンズをさらに含み、電荷蓄積型センサが複数の検出器の列からなる一対のラインセンサであって一対のレンズから所定距離だけ離間して基線長方向に延びるように配置されて平面的物体上の画像が結像され、演算部がラインセンサからの出力に基づいて基線長及びラインセンサを含む平面上の複数の異なる測距方向にある平面的物体の複数の異なる位置までの距離をそれぞれ演算し、演算部で演算された平面的物体の複数の異なる位置までの距離に基づいて、基線長及びラインセンサを含む平面上で、平面的物体の上記同一平面に対する傾斜角度を算出する傾斜角度算出部をさらに含む角度検出装置が提供される。
【００２３】
本発明のかかる構成によれば、人によるスイッチ等の操作がなくとも、自動的に角度検出を行なうことができる。また、測距装置がラインセンサにより複数の測距方向にある複数の位置の距離を演算して測定するため、１つの距離がノイズ等のためにたとえ正確に測定できなくとも、傾斜角度をできるだけ正確に検出することができる。
【００２４】
請求項７に記載された本発明によれば、請求項６に記載の角度検出装置において、角度算出部が算出した傾斜角度に基づいて、平面的物体上に投影された画像の歪みを補正する画像歪み補正部をさらに含むことを特徴とする角度検出装置が提供される。
【００２５】
本発明のかかる構成によれば、傾斜角度を算出して平面的物体上に投影される画像の台形歪みを補正することができる。
【００２６】
請求項８に記載の本発明によれば、請求項１乃至７のいずれかに記載された装置において、平面的物体がスクリーンである装置が提供される。
【００２７】
本発明のかかる構成によれば、画像が投影されるスクリーンまでの距離を測定してスクリーン上に投影される画像の自動ピント合わせ、又は、スクリーンの傾斜角度を検出してスクリーン上の画像の台形歪みを補正するために使用することができる。
【００２８】
請求項９に記載の本発明によれば、請求項８に記載された装置を含むプロジェクタが提供される。
【００２９】
本発明のかかる構成によれば、スクリーンまでの距離を測定してスクリーン上に投影される画像を自動ピント合わせできるプロジェクタ、また、プロジェクタとスクリーンの相対的な傾斜角度に起因する画像の歪みを自動的に正確に補正することができるプロジェクタを達成できる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３１】
図１は、本実施の形態によるパッシブ型測距装置を備えて、スクリーン１までの距離を自動的に間欠的に測定して、測距結果に基づいてコンデンサレンズを含む投影部８を調節してスクリーン１上に投影された画像のピントを自動的に合わせるプロジェクタ２の概略的ブロック図を示す。このプロジェクタ２はまた、パッシブ型測距装置により測定されたスクリーン１までの複数の距離に基づいてスクリーン１とプロジェクタ２の相対的な傾斜確度を検出する角度検出装置を備え、検出したスクリーン１の傾斜角度に基づいてスクリーン１に投影される画像の台形歪を電気的に補正する。
【００３２】
本実施の形態による測距装置及び角度検出装置は、同じ装置により構成することができ、プロジェクタ２からスクリーン１平面上の水平方向及び垂直方向に並んだ複数の位置までの距離を測定する第１パッシブ型測距装置３及び第２パッシブ型測距装置４を備えている。パッシブ型測距装置３及び４は、自らが発光したり送信したりせずに、スクリーン１にプロジェクタ２の投影部８から投影された画像を受光して距離を測定する。パッシブ型測距装置３及び４は、複数の光検出器セルが直線状に配列された電荷蓄積型のラインセンサをそれぞれ有する。第１パッシブ型測距装置３及び第２パッシブ型測距装置４により測定された複数の測距結果に基づいて、水平面内及び垂直面内において、スクリーン１に対するプロジェクタ２の相対的な傾斜角度が演算される。
【００３３】
図２は、図１に示すプロジェクタ２の正面を示す平面図である。なお、本実施の形態の測距及び角度検出装置は、プロジェクタに設けられるものに限定されるものではなく、また、スクリーンとの傾斜角度を検出するものに限られるものでもなく、一般に、平面的物体との距離及び相対的な傾斜角度検出に適用できる。プロジェクタ２は本発明の測距及び角度検出装置が用いられる用途の一例である。
【００３４】
図２に示すように、図１の第１パッシブ型測距装置３は、プロジェクタ２の正面を構成する平面上に、水平方向に延びた第１の基線長ｋ（図６）だけ離間して配置された一対のレンズ３１ａ及び３１ｂを備えた撮像部３１を有する。同じく第２パッシブ型測距装置４は、プロジェクタ２の正面を構成する同じ平面上に、撮像部３１の水平方向と直交する垂直方向へ延びて第２の基線長ｋ’（図示せず）だけ離間して配置された一対のレンズ４１ａ及び４１ｂを備えた撮像部４１を有する。図２に示すように、プロジェクタ２の正面を構成する測距装置３及び４が設けられた同じ平面上には、投射部８の光学系レンズ（コンデンサレンズ等）が設けられていて、スクリーン１上に向けて画像を投射する光を照射する。この投射部８の光学系レンズは周知の構造により光軸方向に移動してスクリーン１へ投射される画像のピント調節ができるようになっている。
【００３５】
図１を再び参照する。投射部８の光学系レンズからスクリーン１に向けて投射される画像のピントを自動的に調節するためには、投射部８のレンズ、すなわち、プロジェクタ２の正面（第２図の平面）、からスクリーン１までの距離を測定する。プロジェクタ２の正面（第２図の平面）からスクリーン１までの測定された距離、すなわち測距結果、に基づいて、投射部８の光学レンズの位置をその光軸方向に移動させることにより、スクリーン上１に結像される画像のピントを調節することができる。
【００３６】
次に、もし、プロジェクタ２がスクリーン１に正対した位置関係、すなわち、プロジェクタ２の正面（図２の平面）とスクリーン１平面とが平行な関係にあれば、スクリーン１の上下（又は左右）は、投射部８からの距離が等しくなり、スクリーン１上の画像には台形歪は発生しない。しかし、実際は、上述の通り、プロジェクタ２は、スクリーン１の前方から照射する際に見る者の邪魔にならないように、スクリーンの中心からは下又は上方に偏移されて置かれるため、プロジェクタ２（図２の平面）の正面はスクリーン１に対して平行な位置関係から傾斜している。
【００３７】
このため、スクリーン１の上下は、投射レンズ８からの距離が異なり、よって、スクリーン１上に投影された画像に台形歪を生ずる。上述の通り、この台形歪を補正するためには、投射部のレンズ８の光軸の傾斜を光学的に補正するか、又は、台形歪で小さく（大きく）投射される部分を大きく拡大（小さく縮小）する画像処理を電気回路で行なう電気的補正が、特許文献２に記載されているように考えられる。
【００３８】
これらのピント合わせや歪み補正を自動的に行なうためには、まず、投射部８のレンズ（プロジェクタ２の正面）からスクリーン１上の複数位置までの距離を正確に測定すること、そしてこれらの測距結果からプロジェクタ２の正面に対するスクリーン１の平面の傾斜角度を正確に自動的に演算することが必要である。
【００３９】
本発明の測距及び角度検出装置は、以下に詳細に説明するように、第１及び第２パッシブ型測距装置３及び４を備えて、プロジェクタ２の正面からスクリーン１上の水平（第１ライン型パッシブ測距装置３の基線長方向に対応）及び垂直（第２ライン型パッシブ測距装置４の基線長方向に対応）方向に沿った複数の位置までの距離を測定することにより、プロジェクタ２の正面を構成する平面からスクリーン１の平面までの距離及び相対的傾斜角度を正確に測定することができる。
【００４０】
第１及び第２パッシブ型測距装置３及び４は、それぞれ演算部３２及び４２を有し、それぞれ撮像部３１及び４１からの出力信号が入力される。演算部３２及び４２からの出力信号は制御回路５に入力される。制御回路５は、第１及び第２パッシブ型測距装置３及び４を制御すると共に、パーソナル・コンピュータ等の外部機器２１から入力画像を入力して画像情報を出力する投影画像データ生成部６及び投射部８のレンズのピントを制御する。制御回路５は、演算部３２及び４２からの出力に基づいてプロジェクタ２の正面を構成する平面（第２図の平面）からスクリーン１までの距離及びスクリーン１に対するそれぞれ水平方向及び垂直方向の相対的な傾斜角度を算出する。次ぎに、制御回路５は、算出された測距結果（スクリーン１の複数点の測距結果がある場合はスクリーン１の中央に最も近い測距結果）に基づいて投射部８のピントを調節し、そして複数の測距結果から算出された傾斜角度に基づいて、台形歪を補正するように投影画像データ生成部６及び／又は投影部８を制御して、スクリーン１の上下及び／又は左右に投影される画像の拡大又は縮小をする。上述した通り、ピント合わせの構造及び台形歪の光学的補正又は電気的補正の構造自体は公知であるので（例えば、特許文献１又は２を参照）、これ以上説明しない。制御回路５及び演算部３２及び４２は、１つのマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）９と以下に説明するメモリ部１０に記憶されたプログラムで構成することができる。
【００４１】
プロジェクタ２は、メモリ部１０を有し、本発明の構成に必要なデータや命令を記憶していて、制御回路５及び演算部３２及び４２等に随時にデータや命令を供給し又は制御回路５及び演算部３２及び４２等からデータを受取る。メモリ部１０は、不揮発性のフラッシュメモリ等及び揮発性のＲＡＭ等の２つのタイプのメモリ装置を含み、本発明に必要な命令や長期的に使用されるデータは不揮発性のメモリ装置に記憶され、一時的にのみ使用されるデータは揮発性のメモリ装置に記憶される。
【００４２】
投影画像データ生成部６から出力される投影画像データはＬＣＤ駆動部１１に入力されて、ＬＣＤ７を駆動して投影画像を投影部８へ出力する。画像データ生成部６に入力される画像データは、切換え手段１２により外部機器（パーソナル・コンピュータ等）２１からの入力画像と特定パータン発生回路１３から発生される距離測定用１３ｂ又は起動時用１３ａの所定パターンとが所定のタイミングで切換えられて入力されるようになっている。切換え装置１４が切換え手段１２及び画像データ生成部６に外部機器２１からの入力画像と特定パータン発生回路１３に記憶されている所定のパターン（起動用パターン１３ａ（メーカーのロゴ等、プロジェクタ２のスイッチがオンになった時、最初にスクリーンに投影する画像）又は測距用パターン１３ｂ（ラインセンサを有するパッシブ型測距装置の距離測定に適した画像））とを切り換えるための所定のタイミング信号を出力する。切換え装置１４はまた、所定のタイミング信号を制御回路５へ出力して、スクリーン１に投影された測距用の所定パターンを撮像部３１及び４１の電荷蓄積型のラインセンサが受光することによる電荷蓄積の開始及び測距用所定パターンの終了による電荷蓄積の終了を指示する。
【００４３】
切換え装置１４は、切換え判定回路１４ａ及びタイミング発生回路１４ｂを含む。切換え判定回路１４ａは、外部機器２１からの入力画像を２フレーム分だけファーストイン・ファーストアウトにより記憶するメモリ１５ａからの信号が入力されていて、外部機器２１から入力画像の切り換わりをフレーム間の画像の差違の大きさから検知して、特定パターン発生回路１３と切換え手段１２と制御回路５に知らせる。タイミング発生回路１４ｂは、外部機器２１からの入力画像のＹ（輝度）信号とＣ（カラー）信号を分離して出力するＹ／Ｃ分離回路１５ｂに接続されていて、同期信号をＹ／Ｃ分離回路１５ｂから得ている。タイミング発生回路１４ｂは、Ｙ／Ｃ分離回路１５ｂの同期信号を利用して、一定周期のタイミング信号を切換え手段１２と画像データ生成部６と特定パターン発生回路１３と制御回路５に出力して、測距用の所定パターン１３ｂを切換え手段１２に出力する。Ｙ／Ｃ分離回路１５ｂは、外部機器２１からの入力画像のＹ（輝度）信号とＣ（カラー）信号を分離して切換え手段１２へ出力する。特定パターン発生回路１３は、切換え判定回路１４ａからの信号を受けて距離測定用の所定パターン１５ｂ又は起動用パターン１５ａを切換え手段１２へ出力する。
【００４４】
距離測定用の所定のパターン１３ｂは、パッシブ型測距装置３及び４の電荷蓄積ラインセンサがスクリーン１上に投影された画像により距離測定をするのに適した画像を有する。このパターン１５ｂは、例えば、コントラストが十分に高くてしかも繰返しパターンを持たないように選ばれている。スクリーン１を見ている人間の眼には、感知できないが、パッシブ型測距装置３及び４の電荷蓄積ラインセンサがスクリーン１上に投影された画像により距離を測定するのに十分な時間、スクリーン１上に投影される。この結果、見ている者には表示用画像とは異なった見なれないパターンが投影されることによる、不快感を無くして、自動的に、ピント調整及び台形歪み補正のための距離測定ができる。
【００４５】
図３は、図１のプロジェクタ２の中で、本発明の要部のみを示すブロック図である。すなわち、外部機器２１、例えば、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）、からの入力画像信号（ＶＧＡ等）が、プロジェクタ２に入力され、その２フレーム画像分がファーストイン・ファーストアウトのメモリ１５ａに入力されて、切換え手段１２を経て投影画像データ生成器６に入力されている。一方、メモリ１５ａからの画像データが切換え回路１４に入力されていて、切換え判定回路１４ａ及びタイミング発生回路１４ｂが画像の切換えを判定して又は定期的に特定パターン発生回路１３にその中の測距用の所定パターン１３ｂを出力するように信号を出す。切換え回路１４はまた、測距用の所定パターン１３ｂが投影部８から投影されている時間、例えば、数十μ秒の長さで人間の目には感知できないが測距装置３の電荷蓄積型のパッシブセンサ３１ｃ又は３１ｄには十分に検知できる時間に設定された時間のみ、測距装置３の電荷蓄積型のパッシブセンサ３１ｃ又は３１ｄを動作させる信号を出力する。切換え手段１２は、外部機器（ＰＣ）２１からの入力画像と特定パターン発生回路１３ａからの起動用パターン１３ａ又は測距用パターン１３ｂを、切換え回路１４からの信号で切り換えて、投影画像データ生成部６へ送る。
【００４６】
測距用パターン１３ｂは、プロジェクタ２の電源がオンになって起動用パターン１３ａが投影されている間に、人間の眼には感知できない時間だけ投影されて電源投入時のピント合わせと台形歪み補正に使用されるほか、起動用パターン１３ａの投影が終了した後も、外部機器２１からの入力画像が切り換わる場合又は外部機器２１からの、例えば、毎秒３０フレームの入力画像の中に人間の眼では感知できない１つ又は数フレームだけ挿入してもよい。このようにして、起動時以外にも定期的に測距用パターン１３ｂを投影して、パッシブ式測距装置３でスクリーンまでの距離を測定すれば、プロジェクタ２とスクリーン１との間の相対的位置関係が時間的に変わっても、自動的にピント調節と台形歪みを補正することができる。
【００４７】
図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の１つの実施の形態によるプロジェクタ２の自動的なピント調節と台形歪み補正の方法を説明するフローチャート図である。まず、プロジェクタ２の図示しないメイン・スイッチがオンにされると（ブロック４０１）、プロジェクタ２の特定パターン発生回路１３（図３）内に予め記憶されているプロジェクタ・メーカーのロゴマーク等の起動用パターン１３ａが切換え手段１２により画像データ生成器６へ送られて（４０２）、投影部８よりスクリーン１上に投影され（４０３）、そして電源投入時の初期調節のための時間を測定するタイマーをリセットする（４０４）。パッシブ型測距装置３（及び４）の電荷蓄積型ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄのセンサＩＣが起動され（４０５）、特定パターン発生回路１３内に予め記憶されている測距用の所定パターン１３ｂ（電荷蓄積型パッシブラインセンサ３１ｃ及び３１ｄが測定し易いパターン、例えば、高コントラストで繰返しパターンがないパターン）が画像データ生成部６へ送られて投影部８よりスクリーン１上に投影される（４０６）。そして、スクリーン１上に投影された所定パターン画像１３ｂをパッシブ型ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄで受光して、センサ３１ｃ及び３１ｄに電荷蓄積を開始する（４０７）。センサ３１ｃ及び３１ｄに電荷蓄積するのに十分で且つ人間の目に感知できない時間、例えば、数十μ秒、が経過したならば、センサ３１ｃ及び３１ｄにおける電荷蓄積を終了して（４０８）、起動用パターン１３ａが再び投影される（４０９）。
【００４８】
ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄからの出力に基づいて、例えば、以下に詳細に説明するように、スクリーン１とプロジェクタ２との間の距離を求める測距演算及びスクリーン１とプロジェクタ２との間の相対的傾斜確度を求める角度演算が行なわれる（４１０）。求められた距離と角度に基づいて、ピント調節のために投射部８のレンズ駆動及び台形歪み補正のために画像データ生成部６のキーストン補正が行われる（４１１）。起動用パターン１３ａがスクリーン１上に投影される（４１２）。タイマーの値が所定値に達したならば、ブロック４０４に戻り、達していなければ（４１３）、外部から入力された画像入力信号が有るかどうかを判定する（４１４）。もし、外部からの入力画像信号があれば、外部からの画像信号に応じた画面をスクリーン１に投影するために、切換え手段１２は切換え回路１４により外部入力に切り換えられ（４１５）、そして、ルーチンＡ（図４（ｂ））に行く。もし、外部からの画像信号入力がなければ、ブロック４１２へ戻る。
【００４９】
図４（ｂ）では、ルーチンＡが、外部からの入力画像の切換えが発生したかどうかを切換え判定回路１４ａがメモリ１５ａ内に記憶された２フレーム間の相違の大きさを見て判定し（４２０）、もし、外部からの入力画像の切換えがなければ、図４（ａ）のフローチャートのＢに戻り、外部画像信号に応じた画面をスクリーン１に投影する。もし、メモリ１５ａ内に記憶された２フレーム間の相違が大きくて外部からの入力画像の切換えが発生したと切換え判定回路１４ａが判定したならば、ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄのセンサＩＣが起動され（４２１）、そして切換え手段１２が特定パターン発生回路１３からの測距用の所定パターン１３ｂを画像データ生成部６へ送り、投影部８よりスクリーン１上に投影する（４２２）。そして、スクリーン１上に投影された所定パターン画像１３ｂをパッシブ型ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄが受光して、センサ３１ｃ及び３１ｄに電荷蓄積を開始する（４２３）。センサ３１ｃ及び３１ｄに電荷蓄積するのに十分で且つ人間の目に感知できない時間、例えば、数十μ秒、が経過したならば、センサ３１ｃ及び３１ｄにおける電荷蓄積を終了して、切換え手段１２が外部からの入力画像信号を投影画像データ生成部６に送り（４２４）、投影部８によりスクリーン１上に外部からの入力画像信号に応じた画像を投影する（４２５）。ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄからの出力に基づいて、スクリーン１とプロジェクタ２との間の距離を求める測距演算及びスクリーン１とプロジェクタ２との間の相対的傾斜確度を求める角度演算が行なわれる（４２６）。求められた距離と角度に基づいて、ピント調節のために投射部８のレンズ駆動及び台形歪み補正のために画像データ生成部６のキーストン補正が行われる（４２７）。そして、ルーチンＡは始めのＡに戻る。
【００５０】
次ぎに図５を参照して、プロジェクタ２によるピント調節に必要なスクリーン１までの距離を求める測距演算及び台形歪み補正に必要なスクリーン１の傾斜角度を求める角度演算を機能ブロックを使用して説明する。なお、説明の簡潔にするために、第１ライン型パッシブ測距装置３の構成についてのみ説明するが、第２ライン型パッシブ測距装置４も同様に構成されている。プロジェクタ２の正面を構成する平面上に、水平方向に基線長ｋ（図６）だけ離間された一対のレンズ３１ａ及び３１ｂの下には、これらのレンズ３１ａ及び３１ｂから焦点距離ｆ（図６）だけ離間されて、ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄがそれぞれ基線長ｋ（図６）方向に沿って配置されている。ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄは直線状に配列された所定数、例えば、１６２個、の光検出素子（画素）を有する一対のラインＣＣＤ又はその他の電荷蓄積型のライン型撮像素子である。撮像部３１から、出力部３１ｅを介して、レンズ３１ａ及び３１ｂによりラインセンサ３１ｃ及び３１ｄの各画素上に結像された画像の光量に対応して蓄積された電荷に基づく電気信号が直列的に出力される。
【００５１】
Ａ／Ｄ変換部３２ａは、撮像部３１の出力部３１ｅから出力されたアナログ電気信号をデジタル信号に変換する。ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄからのデジタル化された出力信号はそれぞれ映像データ信号列ＩＬ及びＩＲとして、メモリ領域３２ｂ内にその後の処理のために記憶される。従って、メモリ領域３２ｂ内にはそれぞれ１６２個のデータ列から成る一対の映像データ信号列ＩＬ及びＩＲが記憶される。メモリ領域３２ｂはメモリ部１０内に設けても良い。
【００５２】
フィルタ処理部３２ｃは、ラインセンサ出力信号から直流成分を取除いて（フィルタリング）、画像に対応した空間周波数成分だけを含んだ有用な信号に映像データ信号列ＩＬ及びＩＲを変える。相関演算部３２ｄは、後で図６及び図７を参照して説明するように、映像データ信号列ＩＬ及びＩＲ内から空間的に近接した例えば２７個の画素グループからなる部分映像データ群ｉＬｍ（基準部）及びｉＲｎ（参照部）をそれぞれ選択的に取り出して、データの一致度を計算するために両部分映像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎを互いに比較する。例えば、一方の部分映像データ群ｉＬｍを基準部として固定して、他方の部分映像データ群ｉＲｎを参照部としてＩＲ内で画素を１つずつすらしながら、互いに比較を繰り返す。最大相関度検出部３２ｅは、一対の映像データ信号列ＩＬ及びＩＲ内で最もデータの一致度の高い２つの部分映像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎを検出する。
【００５３】
補間演算部３２ｆは、最大相関度検出部３２ｅで得られた最大の一致度の部分映像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎの位置間隔を、既知の補間方法により画素ピッチ単位の位置間隔よりもより正確な位置間隔に補間する。この補間演算部３２ｆにより補間された位置間隔に基づいて、位相差検出部３２ｇは、一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像された同一の測距対象物体の一対の像の相対的なずれ量（位相差）を算定する。
【００５４】
コントラスト重心演算部３２ｈは、後で図１４を参照して説明するように、ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像された画像のコントラスト重心を求める。信頼性判定部３２ｉは、算定された両ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像された位置の相対的なずれ量（位相差）の信頼性を判定する。この信頼性の判定は、例えば、もし、距離測定対象の物体が両ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に正しく結像されているならば、最大相関度検出部３２ｅにおいて得られる一致度が所定値以上となるはずである。従って、もし、最大相関度検出部３２ｅにおいて得られる一致度がたとえ相対的に最高であったとしても、所定値未満の一致度であれば信頼性が低いとして、信頼性判定部３２ｉでその測定結果を排除する。もし、最大相関度検出部３２ｅにおいて得られる一致度が所定値以上であると、データの信頼性有りとして、ＣＯＮＦ＿ＦＬＧ１＝ＯＫと設定する。以上の撮像部３１及び演算部３２の構成は周知であり、例えば、以下の特許文献３及び特許文献４に記載されているため、これ以上の説明は省略する。
【００５５】
【特許文献３】
特許第３２３０７５９号公報
【特許文献４】
特公平４−７７２８９号公報
【００５６】
プロジェクタ２は、さらに制御回路５により、後で詳細に説明するように、空間的に隣接したいくつかの測定位置の小グループの測距結果の信頼性を判定するための相互信頼性判定部５１と、測距結果から傾斜角度を求めるための演算を行なう角度演算部５３を含む。角度演算部５３で算出されたスクリーン１の傾斜角度に基づいて、台形歪みを補正するための補正量が、投影画像データ生成部６及び／又は投影部８に与えられる。これによりスクリーン１上の台形歪みが補正される。なお、メモリ部１０がマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）９と接続されていて、本実施の形態に必要な命令コード及びデータの保存及び提供を行なう。
【００５７】
次ぎに図６を参照して、電荷蓄積型ラインセンサを有するパッシブ型測距装置３及び４の動作原理（外光三角測距方式）に基づくスクリーン１とプロジェクタ２の間の距離測定方法を説明する。第１ラインセンサ・パッシブ型測距装置３は、プロジェクタ２の正面を構成する平面上に水平方向へ延びて基線長ｋだけ離間された一対のレンズ３１ａ及び３１ｂと、この基線長ｋからレンズ３１ａ及び３１ｂの焦点距離ｆだけ離間して基線長ｋ方向と同じ水平方向に沿って延びた一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄを含んでいる。第１ラインセンサ・パッシブ型測距装置３は、基線長ｋとラインセンサ３１ｃ及び３１ｄを含んだ平面（水平面）内に位置するスクリーン１の平面上の複数の位置の距離を測定して、基線長ｋとラインセンサ３１ｃ及び３１ｄを含んだ平面（水平面）内において、プロジェクタ２の正面とスクリーン１平面との間の相対的な傾斜角度を算出することができる。
【００５８】
他方、第２ラインセンサ・パッシブ型測距装置４は、プロジェクタ２の正面を構成する平面上に垂直方向へ延びた基線長ｋ’（図示せず）だけ離間された一対のレンズ４１ａ及び４１ｂと、この基線長ｋ’（図示せず）からレンズ４１ａ及び４１ｂの焦点距離ｆだけ離間して基線長ｋ’（図示せず）方向と同じ垂直方向に沿って延びた一対のラインセンサ４１ｃ（図示せず）及び４１ｄ（図示せず）を含んでいる。第２ラインセンサ・パッシブ型測距装置４は、基線長ｋ’（図示せず）とラインセンサ４１ｃ（図示せず）及び４１ｄ（図示せず）を含んだ平面（垂直面）内に位置するスクリーン１の平面上の複数の位置の距離を測定して、基線長ｋ’（図示せず）とラインセンサ４１ｃ（図示せず）及び４１ｄ（図示せず）を含んだ平面（垂直面）内において、プロジェクタ２の正面とスクリーン１平面との間の相対的な傾斜角度を算出することができる。
【００５９】
説明を簡潔にするため、ここでは第１ラインセンサ・パッシブ型測距装置３についてのみ説明をして、第２ラインセンサ・パッシブ型測距装置４については説明を省略するが、動作原理が同じであるため同じ説明が第２ラインセンサ・パッシブ型測距装置４についても、水平方向を垂直方向に置き換えるだけで適用される。
【００６０】
構成の対応関係を説明すると、第２ラインセンサ・パッシブ型測距装置４の一対のレンズ４１ａ及び４１ｂは第１ラインセンサ・パッシブ型測距装置３の一対のレンズ３１ａ及び３１ｂに対応し、第２ラインセンサ・パッシブ測距装置４の一対のラインセンサ４１ｃ（図示せず）及び４１ｄ（図示せず）は第１ラインセンサ・パッシブ型測距装置３の一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄに対応し、第２ラインセンサ・パッシブ型測距装置４の撮像部４１は第１ラインセンサ・パッシブ型測距装置３の撮像部３１に対応し、第２ラインセンサ・パッシブ型測距装置４の演算部４２は第１ラインセンサ・パッシブ型測距装置３の演算部３２に対応し、水平方向の基線長ｋが垂直方向の基線長ｋ’に対応する。
【００６１】
図６（ａ）において、一対のレンズ３１ａ及び３１ｂが、プロジェクタ２の正面を構成する平面上に水平方向に延びた所定の基線長ｋだけ離間して配置されている。プロジェクタ２の正面を構成する平面の下には、これら一対のレンズ３１ａ及び３１ｂからそれらの焦点距離ｆだけそれぞれ離間され、基線長ｋ方向（水平方向）に延びた一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄが配置されている。ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄは、その中央部分がそれぞれレンズ３１ａ及び３１ｂの光軸３１ａｘ及び３１ｂｘ上にほぼ位置するように配置されていて、これらラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に、それぞれ対応するレンズ３１ａ及び３１ｂにより距離測定対象のスクリーン１上のある位置の画像１Ａが結像される。
【００６２】
図６（ａ）においては、スクリーン１上の測定位置１Ａが、異なる方向の光路Ａ及びＢを通って、それぞれのレンズ３１ａ及び３１ｂを介して、ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像されている。
【００６３】
もし、測定位置１Ａが無限遠の位置に存在すると仮定した場合、一対のレンズ３１ａ及び３１ｂから焦点距離ｆにあるラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上には、測定位置１Ａがレンズ３１ａ及び３１ｂのそれぞれの光軸３１ａｘ及び３１ｂｘと交差する基準位置３１ｃｘ及び３１ｄｘに結像される。
【００６４】
次ぎに、測定位置１Ａが無限遠位置からレンズ３１ａの光軸３１ａｘ上の方向Ａに沿って近づき、図６（ａ）の位置、すなわち、距離ＬＣに達すると、測定位置１Ａはラインセンサ３１ｃ上においては、基準位置３１ｃｘ上に結像されたままであるが、ラインセンサ３１ｄ上においては、レンズ３１ｂにより基準位置３１ｄｘからαだけずれた位置に結像される。
【００６５】
三角測距の原理から、測定位置１Ａまでの距離ＬＣは、ＬＣ＝ｋｆ／αで求められる。ここで、基線長ｋと焦点距離ｆは予め知られている既知の値であり、ラインセンサ３１ｄ上の基準位置３１ｄｘからのずれ量αを検出すれば、距離ＬＣが測定できる。これが外光三角測距のパッシブ型ラインセンサ測距装置の動作原理である。ずれ量αの検出及びＬＣ＝ｋｆ／αの演算は、図１又は図５中の演算部３２で実行される。
【００６６】
すなわち、ラインセンサ３１ｄの基準位置３１ｄｘからのずれ量αの検出は、一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄから出力される一対の映像データ信号列ＩＬ及びＩＲからそれぞれ抽出した部分映像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎについて、演算部３２が相関演算を行なうことにより検出する。この相関演算は周知である（例えば、特許文献３参照）。
【００６７】
このため、相関演算については詳細な説明を省略して以下の概要的な説明に留める。図６（ｂ）に示すように、相関演算は、部分映像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎを互いに重ねた時に最も一致度が高くなる領域を、重ね合わせる部分映像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎをラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上で相対的にずらしながら検出していく演算である。図６（ｂ）においては、一方のラインセンサ３１ｃからの部分映像データ群ｉＬｍを基準位置３１ｃｘに位置を固定して、基準部として使用する。他方のラインセンサ３１ｄからの部分映像データ群ｉＲｎは参照部として位置を一画素ずつずらして行き、基準部と最も一致度の高い部分映像データ群ｉＲｎを探す。最も一致度の高い部分映像データ群ｉＲｎを発生するラインセンサ３１ｄ上の位置とそのラインセンサ３１ｄの基準位置３１ｄｘと間の間隔がずれ量αである。
【００６８】
ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄの各々は、図８に示すように所定数の光検出器セル（画素）を所定ピッチで所定長の直線上に配列した一対のラインＣＣＤで構成されているから、ずれ量αは、部分映像データ群ｉＲｎの映像データ信号列ＩＲ内の画素位置と画素ピッチから容易に求めることができる。このようにして、レンズ３１ａの光軸３１ａｘと同じ方向Ａにある測定位置１Ａまでの距離ＬＣを、ずれ量αを検出することにより測定できる。この測定された距離ＬＣに基づいて、制御回路５がメモリ部１０に記憶された図示しない対応表からレンズ位置を得て、投影部８のレンズを得られたレンズ位置に駆動してピントを調節する。
【００６９】
次ぎに、図７を参照して、図６とは異なる方向にある測定位置１Ｂまでの距離ＬＲ’及びＬＲを測定する原理を説明する。図７（ａ）に示すように、測定位置１Ｂが、異なる方向の光路Ｃ及び光路Ｄを通って、それぞれのレンズ３１ａ及び３１ｂを介してラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像されている。
【００７０】
もし、測定したい方向Ｃの無限遠位置に測定位置１Ｂが存在すると仮定した場合、一対のレンズ３１ａ及び３１ｂにより一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像される測定位置１Ｂの像の中心を、互いに基線長ｋだけ離間した基準位置３１ｃｙ及び３１ｄｙとする。次ぎに、この無限遠位置にある測定位置１Ｂが測距方向Ｃに沿って近づいて図７（ａ）の位置に来ると、レンズ３１ａにより結像される測定位置１Ｂの像のラインセンサ３１ｃ上の基準位置３１ｃｙには変化ないが、レンズ３１ｂにより結像される測定位置１Ｂの像のラインセンサ３ｄｃ上の位置は基準位置３１ｄｙからα’だけずれる。
【００７１】
三角測距の原理から、測定位置１Ｂまでの距離ＬＲは、ＬＲ＝ｋｆ／（α’ｃｏｓβ）となる。なお、角度βは、基線長ｋの垂直線、すなわち、レンズ３１ａの光軸３１ａｘ、に対する測距方向Ｃの傾きであり、測定方向Ｃを決定することにより確定される角度である。基線長ｋ、焦点距離ｆ及びｃｏｓβは既知の値なので、ずれ量α’を検出すれば、距離ＬＲを測定できる。
【００７２】
レンズ３１ａ及び３１ｂが配置されたプロジェクタ２の正面を構成する同一平面（基線長ｋ方向）から測定位置１Ｂまでの距離ＬＲ’は、ＬＲ’＝ＬＲｃｏｓβ＝ｋｆ／α’で求められる。すなわち、距離ＬＲ’は、ずれ量α’を検出すれば、既知の値である基線長ｋ及び焦点距離ｆから求めることができる。すなわち、距離ＬＲ’を測定するためには、角度βは不要である。この測定された距離ＬＲ’に基づいて、制御回路５がメモリ部１０に記憶された図示しない対応表からレンズ位置を得て、投影部８のレンズを得られたレンズ位置に駆動してピントを調節する。
【００７３】
ずれ量α’を検出するためには、上述した相関演算を行なう。図７（ｂ）に示すように、一方のラインセンサ３１ｃからの基準位置３１ｃｙに対応する部分映像データ群ｉＬｍを基準部として位置を固定し、他方のラインセンサ３１ｄからの部分映像データ群ｉＲｎを参照部として位置を１画素づつずらして互いに重ね合せて行くことにより、最も基準部ｉＬｍのデータと最も一致度の高いデータを持つ参照部ｉＲｍを見つける。
【００７４】
ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄの各々は、図８に示すように所定数の光検出器セル（画素）を直線上に所定ピッチで所定長に配列した一対のラインＣＣＤで構成されているから、ずれ量α’は、部分映像データ群ｉＲｎの映像データ信号列ＩＲ内の位置（画素番号）及び部分映像データ群ｉＬｍの映像データ信号列ＩＬ内の位置（画素番号）と画素ピッチから容易に求めることができる。
【００７５】
なお、上述した相関演算の方法において、一方のラインセンサ３１ｃからの部分映像データ群ｉＬｍを基準部として固定し、他方のラインセンサ３１ｄからの部分映像データ群ｉＲｎを参照部としてその位置を１画素ずつずらして互いの一致度の高さを検査するとした。しかし、測距方向を両レンズ３１ａ及び３１ｂの中間位置からの方向とする場合は、ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上で部分映像データ群ｉＬｍ及びｉＲｎの位置を共に反対方向に移動させながら、部分映像データ群ｉＬｍ及びｉＲｍ間で互いの一致度の高さを検査するようにしてもよい。
【００７６】
次ぎに図８を参照して、一対のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄの内、１方のラインセンサ３１ｃを詳細に説明する。他方のラインセンサ３１ｄはラインセンサ３１ｃと同様に構成されている。図８に示すように、ラインセンサ３１ｃは多数、例えば、１６２個の光検出器セル（画素）が直線的に配列されたリニアＣＣＤ（電荷結合素子）又はその他の線形の撮像素子で構成されている。１６２個の光検出器セル（画素）は、図中左端から右端へ順に画素番号が付けられている。これらの光検出器セル（画素）は、隣接する２７個単位のグループにより７つの測距演算領域を３１ｃ１（１〜２７）、３１ｃ２（１４〜４０）、３１ｃ３（２８〜５４）、３１ｃ４（４１〜６７）、３１ｃ５（５５〜８１）、３１ｃ６（６８〜９４）、３１ｃ７（８２〜１０８）、３１ｃ８（９５〜１２１）、３１ｃ９（１０９〜１３５）、３１ｃ１０（１２２〜１４８）及び３１ｃ１１（１３６〜１６２）を構成している。但し、括弧内の数は光検出器セル（画素）番号である。各測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ１１は、その２７個の光検出器セル内、前半が前隣りの測距演算領域に含まれ、後半が後隣りの測距演算領域に含まれていて、各測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ１１はそれぞれ両隣の測距演算領域と互いに半分ずつ重複している。
【００７７】
各測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ１１内の光検出器セル（画素）からの信号は、図６及び図７中のラインセンサ３１ｃの映像データ信号列ＩＬの各部分映像データ群ｉＬｍに対応する。各測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ７の中心位置ａ（１４）、ｂ（２８）、ｃ（４１）、ｄ（５５）、ｅ（６８）、ｆ（８２）、ｇ（９５）、ｈ（１０９）、ｉ（１２２）、ｊ（１３６）及びｋ（１４８）の各々は（但し、括弧内は画素番号である）、測距方向を定める基準位置となる。この結果、本実施の形態のラインセンサ３１ｃ及び３１ｄを使用した測距装置３は、基準線ｋと同じ平面（水平面）内にあるスクリーン１上の１１の離間した位置までの距離を測定することができる。ただし、実際の測距方向は、図３のコントラスト重心演算部３２ｈにより後述する通り、測距演算領域内でのコントラスト重心位置により補正され得る。図６には、他方のラインセンサ３１ｄに対応する基準位置ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’、ｅ’、ｆ’、ｇ’、ｈ’、ｊ’及びｋ’が示されていて、参照部としてラインセンサ３１ｃ中の測距演算領域と相関演算する際のずれ量を求める際に使用される。
【００７８】
本発明により距離測定するスクリーン１上の複数の異なる位置は、１１に限る必要はなく、適宜、適当な数、例えば７とすることも、ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄの画素数又は測距演算領域の数を適当に選択することで可能である。
【００７９】
次ぎに図９を参照して説明する。図９は、ライン型測距装置３及び４の初期調節をするため、プロジェクタ２のスクリーン１の相互の位置関係を所定の位置関係にした様子を示す。すなわち、プロジェクタ２からの投射光軸がスクリーン１に垂直になるように、スクリーン１を予め基線長ｋ及びｋ’（図示しない）に対して平行にして、プロジェクタ２からライン型測距装置３及び４の初期調節に適した画像を投射する。初期調節とは、例えば、レンズ３１ａ及び３１ｂは収差を持つ。このため、スクリーン１上の基線長ｋ方向に沿った異なる測定位置がラインセンサ３１ｃ及び３１ｄに結像する際、直線上に結像されるのでなく、実際は、歪む。初期調節はこのレンズ収差による歪みを補正するための補正係数を計算して、メモリ部１０に記憶して、以後の演算部３２及び４２により使用する。ライン型測距装置３は、ラインセンサ３１ｃ上の１１の測距演算領域３１ｃ１乃至３１ｃ１１を使用して、１１の測距方向のスクリーン１上の距離を測定する。簡潔にするため、図７中においては７つの方向の内、ラインセンサ３１ｃ上の３つの測距演算領域３１ｃ３、３１ｃ５、３１ｃ７に対応した３つの測距方向のスクリーン１上の１Ｃ、１Ｅ、１Ｇの位置のみを図示している。
【００８０】
ライン型測距装置３は水平面においてスクリーン１平面の基線長ｋ方向に対する傾斜角度を測定し、ライン型測距装置４は垂直面内においてスクリーン１平面の基線長ｋ’（図示しない）方向の傾斜角度を測定する。説明の簡潔のためにライン型測距装置３による水平面においてスクリーン１平面の基線長ｋ方向に対する傾斜角度の測定についてのみ説明する。しかし、本実施の形態の説明はライン型測距装置４によるスクリーン１の垂直面内の傾斜角度の測定にも同様に適用される。
【００８１】
次ぎに図１０乃至図１３を参照して、パッシブ型ライン測距装置３を用いて、スクリーン１の傾斜角度を測定する方法を説明する。説明の簡略のために、ラインセンサ３１ｃの２つの測距演算領域３１ｃ３及び３１ｃ７の２つの測距方向Ｃ及びＧを用いて、これら２つの測距方向Ｃ及びＧにあるスクリーン１平面上の２つの測定位置１Ｃ及び１Ｇまでの２つの距離ＬＲ’及びＬＬ’を、図５で説明した方法で測定する。本実施の形態では２つの距離ＬＲ’及びＬＬ’しか測定しないが、実際は、１１の測距方向にあるスクリーン１上の１１個の測定位置までの距離が測定される。なお、ピント調節のためには、１１個の異なる距離の結果から１つの測距結果を算出しなければならないが、算出方法としては、例えば、１１個の測距結果の単純平均値、最大値及び最小値を除いた残りの値の平均値、１１個の測距結果中の真中の位置（スクリーン中央に対応する位置）にある測距結果（中央値）等を使用するなどの方法がある。
【００８２】
スクリーン１上の測定位置１Ｃや１Ｇには、上述したように特定パターン発生回路１３からパッシブ距離測定に適した画像を有する測距用の所定パターン１３ｂが、プロジェクタ２の電源が投入された時に投射レンズ８を介してスクリーン１に最初に投影される製造メーカーのロゴマーク等を含んだ起動用パターン１３ａの投影中に、及び／又は、プロジェクタ２の動作中にスクリーン１に投影される外部機器２１からの入力画像の投影中に、投影画面の切換え又は毎秒数フレームだけ定期的に投影画面に挿入するなどして、距離測定のための必要な露光が十分にラインセンサ３１ｃ及び３１ｄにされる時間であってスクリーン１を見ている人間の眼には感知できない時間だけ、スクリーン１上に投影される。
【００８３】
ラインセンサ３１ｃの２つの測距演算領域３１ｃ３及び３１ｃ７のそれぞれの測距方向Ｃ及びＧの基準位置ｃ（３８）及びｇ（９０）間の距離Ｌは、その括弧内の画素番号及び画素ピッチより予め知られている値である。
【００８４】
基線長ｋに平行な直線ｋ２上にある測定位置１Ｃから測定位置１Ｇを通る基線長ｋに平行な直線ｋ１上に垂直に下ろした点をＣ’とした場合、測定位置１Ｃ〜点Ｃ’間の距離は、ＬＲ’−ＬＬ’に等しい。このＬＲ’−ＬＬ’の大きさは、スクリーン１の傾斜角度θ１があまり大きくない場合、直線ｋ１上で測定位置１Ｇから距離（ＬＬ’＊Ｌ／ｆ）にある点をＣ”として、点Ｃ”からの直線ｋ１と直交する線とスクリーン１との交点１Ｃ’とした場合の、距離１Ｃ’−Ｃ”と近似できる。通常は、予め人手等によりスクリーン１とプロジェクタ２の相対的な位置関係は調整されていることが多いから傾斜角度θ１はあまり大きくならず、多くの場合にこの近似は妥当である。測定位置１Ｇと点１Ｃ”とレンズ３１ａの中心とで構成される三角形と基準位置ｃとｇおよびレンズ３１ａの中心とで構成される三角形とは相似の関係にあり、ラインセンサ３１ｃ上の２つの測距演算領域３１ｃ３及び３１ｃ７の２つの基準位置ｃ（３８）及びｇ（９０）間の距離Ｌは、測定位置１Ｇ〜点Ｃ”間の距離に対応しているから、この傾斜角度θ１の値は、相似形の関係と三角関数を使用して、
θ１＝ａｒｃｔａｎ｛（ＬＲ’−ＬＬ’）／（ＬＬ’＊Ｌ／ｆ）｝
と求めることができる。
【００８５】
従って、プロジェクタ２の制御回路５により、上式の演算をすることにより、水平面内におけるスクリーン１とプロジェクタ２の基線長ｋ方向の傾斜角度θ１を算出できる。この傾斜角度θ１の大きさに基づいて、制御回路５が投影画像データ生成部６に、画像の台形歪みを補正する指示を与えることができる。しかし、上式から求められる傾斜角度θ１及びピント調節のための測距結果は、測定位置１Ｇ及び１Ｃまでの距離測定結果ＬＲ’及びＬＬ’の精度に依存するから、以下に説明するように、コントラスト重心位置を用いて測距結果の精度及び信頼性を高めて、正確なピント調節及び台形歪み補正を行なうことができるようにする。
【００８６】
もし、角度検出に高い精度が求められる場合には、角度検出に用いる２つの測距演算領域３１ｃ３及び３１ｃ７の基準値ｃ（３８）及びｇ（９０）間の距離Ｌに代えて、各々の測距演算領域３１ｃ３及び３１ｃ７中のコントラスト重心位置の距離を使用しても良い。
【００８７】
図１４を参照して、図５のコントラスト重心演算部３２ｈによるコントラスト重心位置を用いた距離測定を説明する。周知のように、パッシブ式測距は、２つのラインセンサ上に結像される一対の映像を重ね合せた時に最も一致度が高くなる場所を検出する動作を含むが、この一致度は一対の映像のコントラスト状態が一致しているか否かを検出するものである。
【００８８】
従って、パッシブ式測距は、図１４に示すようにある１つの測距演算領域３１ｃｎの設計上の測距方向が矢印Ｊ方向である場合、もし、測距演算領域３１ｃｎ上に結像される測距対象の像が矢印Ｋ方向のみにコントラスト位置１Ｋが存在する像である場合、実際の測距方向は矢印Ｊ方向から矢印Ｋ方向にずれる。もし、測距演算領域３１ｃｎ上に結像される測距対象の像が矢印Ｍ方向のみにコントラスト位置１Ｍが存在する像である場合、実際の測距方向は矢印Ｊ方向から矢印Ｍ方向にずれる。さらに、測距演算領域３１ｃｎ上に結像される測距対象の像が矢印Ｋ方向及び矢印Ｍ方向にコントラスト位置１Ｋ及び１Ｍが存在する像である場合、実際の測距方向は矢印Ｊ方向から測定演算領域３１ｃｎ上に結像された画像のコントラスト重心位置にずれる。
【００８９】
従って、角度検出に使用する２つの測距演算領域間の距離に対応した値として、各測距演算領域中のコントラスト重心位置の距離を用いれば、精度の高い距離Ｌを使用することができ、角度検出精度が向上する。なお、コントラスト重心位置の求め方は、特許文献５に記載されており、公知である。
【００９０】
【特許文献５】
特開平８−７９５８５号公報
【００９１】
参考までに、本実施の形態においてコントラスト重心位置を求める数式１を以下に示す。
【００９２】
【数１】
2004233115.tif 000003
2004233115.tif 000004
ノイズの影響を解除するためには、差分の絶対値が所定値（ノイズキャンセルレベル）以下の場合は、総和に加えない。
【００９３】
なお、ラインセンサ３１ｃの一列に配列された受光素子（画素）にはそれぞれ一連の通し番号（画素番号）がふってある。
【００９４】
上述の本発明の実施の形態の説明は、水平方向の基線長ｋを有するライン型測距装置３による水平面内のスクリーン１と基線長ｋ方向との傾斜角度θ１の角度検出について述べたが、垂直方向の基線長ｋ’（図示せず）を有するライン型測距装置４による垂直面内のスクリーン１と基線長ｋ’（図示せず）方向との傾斜角度の角度検出についても同様であることは容易に理解できるであろう。
【００９５】
以上説明した本発明の実施の形態において、水平方向と垂直方向の一対のライン型測距装置を使用したが、水平方向と垂直方向の直交関係にある必要は無く、また、１つのライン型測距装置のみでもよい。また、測定対象としてスクリーン平面を用いたが、スクリーンに限らず、どんな平面的物体の測定対象についても本発明の測距装置及び角度検出装置は適用できる。例えば、測定対象の平面的物体としては、工作機械により加工される被加工物であって良く、これら被加工物に対して加工道具を正対させるため、被加工物と加工道具の間の距離および相対的な傾斜角度を検出するためにも、本発明は適用できる。
【００９６】
【発明の効果】
本発明の請求項１によれば、人によるＡＦスイッチの操作がなくとも、間欠的に自動的な測距動作を行ない、得られた測距結果に基づいてピント合せを行なうことで、ピント合せの完全な自動化ができる。
【００９７】
請求項２に記載された本発明によれば、電荷蓄積型センサが必要な電荷を蓄積するのに十分であって、人間が知覚することができない時間だけ、距離測定に適した所定パターンを平面的に物体上に投影することにより、見ている者はピント調節のための距離測定用の所定パターンには気付かず、この所定パターンが投影されることによる不快感をなくすることができる。
【００９８】
請求項３に記載された本発明によれば、人によるＡＦスイッチの操作がなくとも、定期的に自動的な測距動作を行ない、得られた測距結果に基づいてピント合せを行なうことで、プロジェクタとスクリーンの相対的位置関係が時間的に変化した場合でも、ピント合せの完全な自動化ができる。
【００９９】
請求項４に記載された本発明によれば、人によるＡＦスイッチの操作がなくとも、投影部が画像を切り換えるタイミングで自動的な測距動作を行ない、得られた測距結果に基づいてピント合せを行なうことで、プロジェクタとスクリーンの相対的位置関係が時間的に変化した場合でも、見る者に不快感を与えることなくピント合せの完全な自動化ができる。
【０１００】
請求項５に記載された本発明によれば、人によるＡＦスイッチの操作がなくとも、自動的な測距動作を行なってピント合せを行なうことで、プロジェクタとスクリーンの相対的位置関係が時間的に変化した場合でもピント合せの完全な自動化ができる。
【０１０１】
請求項６に記載の本発明によれば、人によるスイッチ等の操作がなくとも、自動的に角度検出を行なうことができる。また、測距装置がラインセンサにより複数の測距方向にある複数の位置の距離を演算して測定するため、１つの距離がノイズ等のためにたとえ正確に測定できなくとも、傾斜角度をできるだけ正確に検出することができる。
【０１０２】
請求項７に記載の本発明によれば、傾斜角度を算出して平面的物体上に投影される画像の台形歪みを補正することができる。
【０１０３】
請求項８に記載の本発明によれば、測定対象が画像が投影されるスクリーンまでの距離を測定してスクリーン上に投影される画像の自動ピント合わせ、又は、スクリーンの傾斜角度を検出してスクリーン上の画像の台形歪みを補正するために使用することができる。
【０１０４】
請求項９に記載の本発明によれば、スクリーンまでの距離を測定してスクリーン上に投影される画像を自動ピント合わせできるプロジェクタ、また、プロジェクタとスクリーンの相対的な傾斜角度に起因する画像の歪みを自動的に正確に補正することができるプロジェクタを達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態によるプロジェクタを示す概略ブロック図。
【図２】図１に示したプロジェクタの概略正面図。
【図３】図１のプロジェクタの要部を示すブロック図。
【図４】（ａ）本発明の１つの実施の形態によるピント調節及び台形歪みの方法を示すフローチャート、及び（ｂ）図４（ａ）のフローチャートで使用されるルーチンを示すフローチャート。
【図５】図１のプロジェクタのピント調節、角度検出、台形歪み補正に使用されるパッシブ型測距装置の機能ブロック図。
【図６】本発明のパッシブ型測距装置による距離測定原理を説明する図。
【図７】本発明のパッシブ型測距装置による距離測定原理を説明する図。
【図８】本発明のパッシブ型測距装置に使用される電荷蓄積型の一対のラインセンサの概略を示すブロック図。
【図９】本発明の１つの実施の形態によるパッシブ型測距装置による角度検出方法を説明する図。
【図１０】本発明の１つの実施の形態によるパッシブ型測距装置による角度検出方法を説明する図。
【図１１】本発明の１つの実施の形態によるパッシブ型測距装置による角度検出方法を説明する図。
【図１２】本発明の１つの実施の形態によるパッシブ型測距装置による角度検出方法を説明する図。
【図１３】本発明の１つの実施の形態によるパッシブ型測距装置による角度検出方法を説明する図。
【図１４】本発明の１つの実施の形態によるパッシブ型測距装置の測距演算領域のコントラスト重心位置を求める方法を説明する図。
【符号の説明】
１            スクリーン
１Ａ〜１Ｇ    測定位置
２            プロジェクタ
３            パッシブ型測距装置
４            パッシブ型測距装置
５            制御回路
６            投影画像データ生成部
７            ＬＣＤ
８            投影部
９            ＣＰＵ
１０          メモリ部
１１          ＬＣＤ駆動部
１２          切換え手段
１３          特定パターン発生回路
１３ａ        起動用パターン
１３ｂ        測距用の所定パターン
１４          切換え回路
１４ａ        切換え判定回路
１４ｂ        タイミング発生回路
１５ａ        メモリ
１５ｂ        Ｙ／Ｃ分離回路
２１          外部機器
３１          撮像部
３１ａ        レンズ
３１ｂ        レンズ
３１ｃ        ラインセンサ
３１ｄ        ラインセンサ
３１ｃ１〜３１ｃ７    測距演算領域
３２                  演算部
ｋ                    基線長
ＬＣ、ＬＲ’          測定する距離
θ１  水平面内でスクリーン１が基線長ｋ方向となす傾斜角度
【図１】
2004233115.tif 000005
【図２】
2004233115.tif 000006
【図３】
2004233115.tif 000007
【図４】
2004233115.tif 000008
【図５】
2004233115.tif 000009
【図６】
2004233115.tif 000010
【図７】
2004233115.tif 000011
【図８】
2004233115.tif 000012
【図９】
2004233115.tif 000013
【図１０】
2004233115.tif 000014
【図１１】
2004233115.tif 000015
【図１２】
2004233115.tif 000016
【図１３】
2004233115.tif 000017
【図１４】
2004233115.tif 000018