(57)【要約】【課題】センサ間の隙間の影響によるセンサアレイの検出誤差を軽減し、高精度なオートフォーカスを実現することができる。【解決手段】投射面に画像を投射する投射レンズと、投射された画像上の被検出物の像を受光し、その受光された像の光強度分布を検出するセンサアレイと、前記センサアレイで検出された光強度分布に基づいて前記投射レンズの焦点調整を行うオートフォーカス手段を具備する投射表示装置において、前記センサアレイで受光される被検出物の像をデフォーカスさせる。【選択図】      図６
2005010496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投射面に画像を投射する投射光学系と、投射された画像上の被検出物の像を受光し、その受光された像の光強度分布を検出するセンサアレイと、前記センサアレイで検出された光強度分布に基づいて前記投射光学系の焦点調整を行うオートフォーカス手段を具備する投射表示装置において、前記センサアレイで受光される被検出物の像をデフォーカスさせることを特徴とする投射表示装置。
【請求項２】
前記センサアレイで受光される被検出物の像をデフォーカスさせる際は、前記投射光学系に含まれるフォーカスレンズを駆動させて前記投射面に投射される画像をデフォーカスさせることを特徴とする請求項１に記載の投射表示装置。
【請求項３】
前記フォーカスレンズを駆動させる際、前記フォーカスレンズの位置を検出する位置検出手段のリセット動作を行うことを特徴とする特徴とする請求項２に記載の投射表示装置。
【請求項４】
前記センサアレイの光入射側に光学フィルタをさらに具備しており、前記光学フィルタにより前記センサアレイで受光される被検出物の像をデフォーカスさせることを特徴とする請求項１に記載の投射表示装置。
【請求項５】
前記センサアレイの光入射側に被検出物の像を結像させる結像レンズをさらに具備しており、前記センサアレイと前記結像レンズの相対位置を変えることで、前記センサアレイで受光される被検出物の像をデフォーカスさせることを特徴とする請求項１に記載の投射表示装置。
【請求項６】
投射面に画像を投射する投射光学系と、投射された画像上の被検出物の像を受光し、その受光された像の光強度分布を検出するセンサアレイと、前記センサアレイで検出された光強度分布に基づいて前記投射光学系の焦点調整を行うオートフォーカス手段を具備する投射表示装置において、前記センサアレイで受光される被検出物の像はグラデーションパターンであることを特徴とする投射表示装置。
【請求項７】
前記被検出物は、グラデーションパターンであることを特徴とする請求項６に記載の投射表示装置。
【請求項８】
前記被検出物は、投射される画像のエッジ部分であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の投射表示装置。
【請求項９】
被検出物の像を受光し、その受光された像の光強度分布を検出するセンサアレイを具備し、前記センサアレイで検出された光強度分布に基づいて結像光学系の焦点調整を行う自動焦点調整装置において、前記センサアレイで受光される被検出物の像をデフォーカスさせることを特徴とする自動焦点調整装置。
【請求項１０】
被検出物の像を受光し、その受光された像の光強度分布を検出するセンサアレイを具備し、前記センサアレイで検出された光強度分布に基づいて結像光学系の焦点調整を行う自動焦点調整装置において、前記センサアレイで受光される被検出物の像はグラデーションパターンであることを特徴とする自動焦点調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶プロジェクタ等の投射表示装置、特に、その投射光学系（投射レンズ）のオートフォーカス機能（自動焦点調整機能）に関するものである。さらに、カメラ等の撮像装置に用いられる結像光学系（撮像レンズ）の自動焦点調整装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カメラ等の撮像装置のオートフォーカス機能として、異なる経路を経て結像する２つの被対象物像を、複数の光電変換素子（光電変換センサ）からなる２つのＣＣＤセンサ（光電変換センサアレイ）によりそれぞれ検出し、それぞれの輝度分布（光強度分布）に応じた出力から相対的位相差を求め、求められた位相差に基づいて被対象物までの距離さらには撮像レンズのデフォーカス量を算出し、この算出結果に基づいてフォーカスレンズを駆動する方式が知られている。特に、特許文献１には、光電変換センサアレイの端部での検出誤差をなくすために、エリアセンサを用いて環状の光強度分布を検出するようにしてセンサ出力の起点と終点を一致させることが記載されている。
【０００３】
そして、特許文献２には、上記のようなパッシブ方式のオートフォーカス機能をプロジェクタ等の投射表示装置に適用することが記載されている。プロジェクタの場合、被対象物が平面であるため、カメラの場合に比べ、遠近競合による誤測距の可能性は低い。しかしながら、プロジェクタの投射レンズのＦナンバーは、カメラの撮像レンズよりも小さいため、より高精度に投射面（被対象物）までの距離を測定し、オートフォーカスを行う必要がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２３２３８０号公報
【特許文献２】
特開平５−１８８２８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、光電変換センサを複数並べて光電変換センサアレイを構成しているが、隣り合う光電変換センサ間には数μｍ程度の隙間が存在している。ちょうどこのセンサ間の隙間に、コントラストの高い被対象物像が結像してしまうと、光電変換センサアレイにより検出される光強度分布に誤差がのってしまい、測距精度が数１０ｃｍ程度劣化し、高精度なオートフォーカスを行うことが出来なくなってしまう。特に、被対象物が白と黒のエッジパターンのような情報量の少ないパターンである場合、このセンサ間の隙間に被対象物像が結像してしまう可能性が高くなり、良好なオートフォーカスが実現されなくなってしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の課題を解決するためのもので、センサ間の隙間の影響によるセンサアレイの検出誤差を軽減し、高精度なオートフォーカスを実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の側面に係る投射表示装置は、投射面に画像を投射する投射光学系と、投射された画像上の被検出物の像を受光し、その受光された像の光強度分布を検出するセンサアレイと、前記センサアレイで検出された光強度分布に基づいて前記投射光学系の焦点調整を行うオートフォーカス手段を具備し、前記センサアレイで受光される被検出物の像をデフォーカスさせることを特徴とする。
【０００８】
さらに、デフォーカスさせる手段として、フォーカスレンズを駆動させたり、光学フィルタを設けたり、センサアレイと結像レンズの相対位置を変えたりするのが好ましい。特に、フォーカスレンズを駆動させる際、フォーカスレンズの位置検出手段のリセット動作を行うようにするのが好ましい。また、被検出物は画像のエッジ部分であることが好ましい。
【０００９】
本発明の第２の側面に係る投射表示装置は、投射面に画像を投射する投射光学系と、投射された画像上の被検出物の像を受光し、その受光された像の光強度分布を検出するセンサアレイと、前記センサアレイで検出された光強度分布に基づいて前記投射光学系の焦点調整を行うオートフォーカス手段を具備し、前記センサアレイで受光される被検出物の像はグラデーションパターンであることを特徴とする。
【００１０】
さらに、被検出物はグラデーションパターンや画像のエッジ部分であることが好ましい。
【００１１】
本発明の第３の側面に係る自動焦点調整装置は、被検出物の像を受光し、その受光された像の光強度分布を検出するセンサアレイを具備し、前記センサアレイで検出された光強度分布に基づいて結像光学系の焦点調整を行うものであり、前記センサアレイで受光される被検出物の像をデフォーカスさせることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第４の側面に係る自動焦点調整装置は、被検出物の像を受光し、その受光された像の光強度分布を検出するセンサアレイを具備し、前記センサアレイで検出された光強度分布に基づいて結像光学系の焦点調整を行うものであり、前記センサアレイで受光される被検出物の像はグラデーションパターンであることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
［実施例１］
図１は、自動焦点調整機能を有する液晶プロジェクタの構成を示す図である。
【００１４】
プロジェクタ本体への画像信号は、画像信号入力端子１１０から入力される。入力された画像信号はＡ／Ｄ変換器１０９でデジタル画像信号に変換され、変換されたデジタル画像信号は画像処理回路１０８へ格納される。画像処理回路１０８ではデジタル画像信号を一時的に格納し、ＣＰＵ１１１による制御に基づいて、画像の変倍や歪み補正などの画像処理を電気的に行う。
【００１５】
画像処理されたデジタル信号は、Ｄ／Ａ変換器１０７でアナログ画像信号に変換され、液晶ドライブ回路１０６に供給される。この液晶ドライブ回路１０６は、供給されたアナログ画像信号に基づいて、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）用の液晶パネル１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ上にそれぞれの画像を表示させるための回路である。液晶パネル１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ上に表示された画像は、液晶パネル１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃの背面側に配置されたランプ１０５からの照射光で投射され、液晶パネル１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃの正面側に配置された投射光学系（投射レンズ）１０１を介して、投射面（スクリーン）に投射される。
【００１６】
１０２は投射される画像（投射画像）のピントを調節するためのフォーカスレンズであり、１０３は投射される画像の変倍を行うためのズームレンズである。フォーカスレンズ１０２のレンズ位置情報はフォーカスエンコーダ（位置検出手段）１１２を用いて検出され、ズームレンズ１０３のズーム情報はズームエンコーダ１１３を用いて検出される。１１４はフォーカスレンズ１０２を投射光軸方向に駆動するフォーカスモータである。
【００１７】
投射面までの投射距離は、測距センサ１１６で検出される被対象物（被検出物）の像情報（光強度分布）から求まる位相差情報を用いて算出される。ＣＰＵ１１１は、この位相差情報に基づいて投射画像のピントが合焦するようなフォーカスレンズ１０２の駆動目標位置（合焦位置）を算出し、さらにこの駆動目標位置とフォーカスエンコーダ１１２で検出されたレンズ位置情報を用いてフォーカスモータ１１４の駆動量を求め、この結果をモータドライバ１１５に送信する。モータドライバ１１５は、フォーカスモータ１１４に所望の駆動電源を供給して、フォーカスモータ１１４を駆動させ、フォーカスレンズ１０２を合焦位置まで駆動させる。
【００１８】
図２は、投射面までの投射距離を求める際の外測三角測距方式の原理を示す図である。
【００１９】
２０１は画像が投射される投射面、２０４および２０５はそれぞれ、光電変換センサが複数並んで配置された光電変換センサアレイＬおよびＲである。この光電変換センサアレイＬおよびＲは例えばＣＣＤ等のエリアセンサまたはラインセンサであるが、以下ではラインセンサＬおよびＲとして説明する。
【００２０】
ラインセンサＬ２０４、ラインセンサＲ２０５にはそれぞれＡＦセンサレンズ（結像レンズ）Ｌ２０２、ＡＦセンサレンズ（結像レンズ）Ｒ２０３が配置されており、投射面２０１に投射された被検出物の像はそれぞれの検出光路を通り、ＡＦセンサレンズＬ２０２、ＡＦセンサレンズＲ２０３を介して、ラインセンサＬ２０４、ラインセンサＲ２０５で検出される。ここでは、これらＡＦセンサレンズＬ２０２、ＡＦセンサレンズＲ２０３、ラインセンサＬ２０４、ラインセンサＲ２０５をＡＦセンサユニット２０６とする。
【００２１】
ＡＦセンサユニット２０６から投射面２０１までの距離ｌは、ＡＦセンサユニット２０６の基線長をＢ、焦点距離ｆを、ラインセンサＲ２０５を基準としたラインセンサＬ２０４の位相差をＸとしたとき、
ｌ＝Ｂ×ｆ／Ｘ
で求めることができる。さらに、この結果に基づいて距離ｌまたは位相差Ｘを関数としたフォーカスレンズの合焦位置までの駆動量（繰り出し量）を求めることができ、投射光学系の自動焦点調整が可能となる。
【００２２】
図３は、ラインセンサ部を拡大したもので、個々の光電変換センサ３０１の回路図である。ラインセンサは複数の光電変換センサが一定間隔で並んだ構成となっており、各光電変換センサ間には、数μｍ程度の隙間が存在している。
【００２３】
３０２は光電変換素子であり、所定時間光が照射されると光電変換素子３０２には電荷が蓄積され、電位が変化する。この電位変化に応じて増幅器または比較器３０４を介して信号が出力される。また、ＲＥＳＥＴ端子からの入力によりスイッチング素子３０３をＯＮとすることで光電変換素子３０２に蓄積された電荷はグランドに放電される。このように、電荷の蓄積と放電を繰り返し行うことで被検出物像を連続的に検出することが可能となる。
【００２４】
図４は、自動焦点調整の動作フローを示す図である。
【００２５】
ステップＳ１０１では、被検出物像をラインセンサで受光し、ラインセンサを構成する光電変換センサ３０１の各光電変換素子３０２に電荷を蓄積させる。これに伴い、各光電変換素子３０２の電位が変化し、この電位変化に応じた信号が出力される。このとき、受光光量が多い光電変換素子の電位変化は大きくなり、受光光量が少ない光電変換素子の電位変化は小さくなる。
【００２６】
ステップＳ１０２では、各光電変換センサ３０１からの出力信号が読み込まれ、それに基づいてラインセンサＬ２０４、ラインセンサＲ２０５のそれぞれで検出される被検出物像の光強度分布がＣＰＵ１１１内で求められる。求められたデータはＣＰＵ１１１内の記憶部に保存される。
【００２７】
ステップＳ１０３では、ＣＰＵ１１１内に保存されたラインセンサＬ２０４とラインセンサＲ２０５の光強度分布データから位相差が求められる。このとき、位相差を求める方法としては、例えば、左右のラインセンサ出力の類似度を評価する評価値を相関演算により算出し、評価値と左右のラインセンサで検出された像のズレの関係から位相差を求める方法がある。次に、外測三角測距方式に基づいて、演算により投射面までの投射距離が求められる。但し、この距離演算を行うことなく、直接フォーカスレンズの繰り出し量を求めても良く、その場合は次のステップＳ１０４は省略することができる。
【００２８】
ステップＳ１０４では、Ｓ１０３で得られた投射面までの投射距離から、フォーカスレンズ１０２の合焦位置までの繰り出し量が算出される。無限距離への投射時を基準とした場合、フォーカスレンズの繰り出し量Ｄは、投射面までの投射距離をｌ、フォーカスレンズの焦点距離ｆＦとすると、
Ｄ＝１／（１／ｆＦ−１／ｌ）−ｆＦ
で算出される。
【００２９】
ステップＳ１０５では、Ｓ１０４で得られたフォーカスレンズの繰り出し量Ｄに基づいてフォーカスレンズ１０２が駆動される。フォーカスレンズ１０２が合焦位置に達したか否かは、フォーカスエンコーダ１１２によって検出されるフォーカスレンズ位置情報から判断される。
【００３０】
以上のステップを行うことで自動焦点調整が完了する。
【００３１】
ここで、図５を用いて、本発明が解決しようとする課題について、以下説明する。ここでは、被検出物像として明部と暗部でコントラストの高い像をラインセンサＬおよびＲで受光するが、ラインセンサＲには検出誤差が発生せずに、ラインセンサＬには検出誤差が発生し易いものとして説明する。
【００３２】
図５（ａ）では、５つの光電変換センサのうちセンサ２上に明部と暗部のエッジ部が存在した状態で検出される。そして、センサ２、センサ１およびセンサ３の３つのセンサ出力に基づいてラインセンサＬにおける光強度分布が求められ、さらに、その結果とラインセンサＲにおける光強度分布に基づいて左右ラインセンサの位相差が求められる。このとき、検出誤差は発生せず、この状態で最終的に算出される測距結果は、実距離と略等しくなる（図５（ｄ）のａ点）。
【００３３】
また、図５（ｂ）の状態では、センサ１とセンサ２間の隙間にエッジ部が存在した状態で検出される。この状態では、センサ１およびセンサ２の２つのセンサ出力に基づいてラインセンサＬにおける光強度分布が求められることになるが、光強度分布を求める際の情報量、すなわち、サンプリング数が２点で図５（ａ）の状態の３点よりも少ないため、検出誤差が発生してしまうことになる。そして、この検出誤差により、この状態での測距結果は、実距離よりも短くなってしまう（図５（ｄ）のｂ点）。
【００３４】
さらに、図５（ｃ）の状態では、センサ２とセンサ３間の隙間にエッジ部が存在した状態で検出される。この状態でも、図５（ｂ）の状態と同様にサンプリング数が２点と少ないため、検出誤差が発生してしまうことになる。そして、この検出誤差により、この状態での測距結果は、実距離よりも長くなってしまう（図５（ｄ）のｃ点）。
【００３５】
このように、図５（ｂ）および（ｃ）の状態では、サンプリング数が少なくなるため、ノイズの影響を受け易くなり、測距結果に検出誤差がのってしまうことになるのである。
【００３６】
次に、図６を用いて、本発明の課題を解決するための手段について説明する。ここでも、被検出物像をラインセンサＬおよびＲで受光するが、ラインセンサＲには検出誤差が発生せずに、ラインセンサＬには検出誤差が発生し易いものとして説明する。
【００３７】
ただし、被検出物像は、明部と暗部のエッジ部を持つコントラストの高い像ではなく、明部から暗部にかけてコントラスト勾配を持つグラデーションパターン像である。特に、ここでは、４段階にコントラストが変わるグラデーションパターンとして説明するが、連続的にコントラストが変わるグラデーションパターンでも良い。そして、このようなグラデーションパターンをラインセンサで受光させる方法としては、後述のように、故意に像をデフォーカスさせる方法や、予め被検出物（測距マークまたはＡＦマーク）をグラデーションパターンにしておく方法等がある。
【００３８】
図６（ａ）では、５つの光電変換センサのうちセンサ１、センサ２およびセンサ３の３つのセンサ上に４段階グラデーションパターンの３つのエッジ部がそれぞれ存在した状態で検出される。そして、３つのセンサ１〜３、センサ０およびセンサ４の５つのセンサ出力情報から左右センサアレイの位相差が求められる。このとき、検出誤差は発生せず、この状態での測距結果は、実距離と略等しくなる（図６（ｄ）のａ点）。
【００３９】
図６（ｂ）では、センサ１とセンサ２間の隙間、センサ２とセンサ３間の隙間およびセンサ３とセンサ４間の隙間に３つのエッジ部分がそれぞれ存在した状態で検出される。この状態では、センサ１〜４の４つのセンサ出力情報から位相差が求められることになるが、サンプリング数が４点で図６（ａ）の状態の５点よりも少なくいため、検出誤差が発生してしまうことになる。しかしながら、この検出誤差は、サンプリング数が図５（ｂ）の状態の２点に比べ多いので、わずかな値である。この状態での測距結果は、図６（ｄ）のｂ点となる。
【００４０】
図６（ｃ）では、センサ０とセンサ１間の隙間、センサ１とセンサ２間の隙間およびセンサ２とセンサ３間の隙間に３つのエッジ部分がそれぞれ存在した状態で検出される。この状態でも、図６（ｂ）の状態と同様にサンプリング数が４点で図６（ａ）の状態の５点よりも少なくいため、検出誤差が発生してしまうことになる。しかしながら、この検出誤差は、サンプリング数が図５（ｃ）の状態の２点に比べ多いので、わずかな値である。この状態での測距結果は、図６（ｄ）のｃ点となる。
【００４１】
以上のことから、ラインセンサで受光される（結像する）被検出物像は、合焦状態のハイコントラストな像よりも、むしろ、非合焦状態のグラデーション性のある像の方が、検出誤差を低減することができるのである。
【００４２】
次に、図７を用いて、本実施例１に係るプロジェクタの自動焦点調整の動作フローを説明する。
【００４３】
ステップＳ２０１では、被検出物像を所定時間受光し、ラインセンサに電荷を蓄積させる。このとき、ラインセンサの各光電変換素子の電位が変化する。ここでの被検出物像は、グラデーションパターンでなくても良い。
【００４４】
ステップＳ２０２では、各光電変換素子からの出力信号が読み込まれ、それに基づいてラインセンサＬ２０４、ラインセンサＲ２０５のそれぞれで検出される光強度分布がＣＰＵ１１１内で求められる。求められたデータはＣＰＵ１１１内の記憶部に保存される。
【００４５】
ステップＳ２０３では、ＣＰＵ１１１内に保存されたラインセンサＬ２０４とラインセンサＲ２０５の光強度分布データから位相差が求められる。前述した外測三角測距方式基づいて、演算により投射面までの投射距離が求められる。但し、この距離演算を行うことなく、直接フォーカスレンズの繰り出し量を求めても良く、その場合は次のステップＳ２０４は省略することができる。
【００４６】
ステップＳ２０４では、Ｓ２０３で得られた投射面までの投射距離から、フォーカスレンズ１０２の合焦位置までの繰り出し量Ｄが算出される。ここで算出される繰り出し量Ｄは、次のステップＳ２０５で被検出物像をデフォーカスさせる方向を決定するためのものであるので、精度は悪くても良い。
【００４７】
ステップＳ２０５では、Ｓ２０４で得られた繰り出し量Ｄを、既知の値であるフォーカスレンズ１０２の無限端位置から至近端位置までの繰り出し量中心値Ｄｍと比較する。そして、フォーカスレンズ１０２をどちらの方向（無限端側か、至近端側か）寄りに駆動させれば、投射面に投射される被検出物像（投射画像）のデフォーカス量が大きくなるかを判定する。ここで、Ｄｍ＜ＤならばステップＳ２０６に進み、Ｄｍ＞ＤまたはＤｍ＝ＤならばステップＳ２０７に進む。
【００４８】
ステップＳ２０６では、フォーカスレンズ１０２を無限端側寄りにＤ−Δｄだけ繰り込み、投射面に投射される被検出物像（投射画像）をデフォーカスさせる。フォーカスレンズ１０２が繰り出し目標位置に達したか否かは、フォーカスエンコーダ１１２によって検出されるフォーカスレンズ位置情報から判断される。
【００４９】
ステップＳ２０７では、フォーカスレンズ１０２を至近端側寄りにＤ＋Δｄだけ繰り出し、投射面に投射される被検出物像（投射画像）をデフォーカスさせる。フォーカスレンズ１０２が繰り出し目標位置に達したか否かは、フォーカスエンコーダ１１２によって検出されるフォーカスレンズ位置情報から判断される。
【００５０】
なお、Ｓ２０６とＳ２０７で用いたΔｄは、投射面に投射される被検出物像を故意にデフォーカスさせるための、所定の微小繰り出し量である。どの投射距離でもほぼ同じデフォーカス状態となるように決められ、フォーカスレンズ１０２の繰り出し目標位置が無限端よりもさらに無限側、もしくは、至近端よりもさらに至近側とならないようにΔｄ＜Ｄｍとなっている。
【００５１】
ステップＳ２０８では、再度、ラインセンサに電荷を蓄積させる。このとき、ラインセンサで受光される被検出物像はデフォーカス状態であり、図５および図６を用いて説明したように、合焦状態と比べてサンプリング数は多くなっている。
【００５２】
ステップＳ２０９では、各光電変換素子からの出力信号が読み込まれ、それに基づいてラインセンサＬ２０４、ラインセンサＲ２０５のそれぞれで検出される光強度分布がＣＰＵ１１１内で求められる。求められたデータはＣＰＵ１１１内の記憶部に保存される。
【００５３】
ステップＳ２１０では、ＣＰＵ１１１内に保存されたラインセンサＬ２０４とラインセンサＲ２０５の光強度分布データから位相差が求められる。前述した外測三角測距方式基づいて、演算により投射面までの投射距離が求められる。但し、この距離演算を行うことなく、直接フォーカスレンズの繰り出し量を求めても良く、その場合は次のステップＳ２１１は省略することができる。
【００５４】
ステップＳ２１１では、Ｓ２１０で得られた投射面までの投射距離から、フォーカスレンズ１０２の合焦位置までの繰り出し量Ｄが算出される。なお、ここで算出される繰り出し量はステップＳ２０４で求めた繰り出し量よりも高精度なものとなっている。
【００５５】
ステップＳ２１２では、Ｓ２１１で得られたフォーカスレンズの繰り出し量Ｄに基づいてフォーカスレンズ１０２が駆動される。フォーカスレンズ１０２が合焦位置に達したか否かは、フォーカスエンコーダ１１２によって検出されるフォーカスレンズ位置情報から判断される。
【００５６】
以上のステップで自動焦点調整を行うことにより、新たな機構部材を構成に追加することなく、既存の構成で、高精度な測距および高精度な自動焦点調整を達成することができる。
【００５７】
続いて、本実施例１の変形例として、図８を用いて、プロジェクタを起動させた略直後に自動焦点調整を行う場合の動作フローを説明する。
【００５８】
ステップＳ３０１では、被検出物像を所定時間受光し、ラインセンサに電荷を蓄積させる。このとき、ラインセンサの各光電変換素子の電位が変化する。ここでの被検出物像は、グラデーションパターンでなくても良い。
【００５９】
ステップＳ３０２では、各光電変換素子からの出力信号が読み込まれ、それに基づいてラインセンサＬ２０４、ラインセンサＲ２０５のそれぞれで検出される光強度分布がＣＰＵ１１１内で求められる。求められたデータはＣＰＵ１１１内の記憶部に保存される。
【００６０】
ステップＳ３０３では、ＣＰＵ１１１内に保存されたラインセンサＬ２０４とラインセンサＲ２０５の光強度分布データから位相差が求められる。前述した外測三角測距方式基づいて、演算により投射面までの投射距離が求められる。但し、この距離演算を行うことなく、直接フォーカスレンズの繰り出し量を求めても良く、その場合は次のステップＳ３０４は省略することができる。
【００６１】
ステップＳ３０４では、Ｓ３０３で得られた投射面までの投射距離から、フォーカスレンズ１０２の合焦位置までの繰り出し量Ｄが算出される。ここで算出される繰り出し量Ｄは、次のステップＳ３０５で被検出物像をデフォーカスさせる方向を決定するためのものであるので、精度は悪くても良い。
【００６２】
ステップＳ３０５では、Ｓ３０４で得られた繰り出し量Ｄを、既知の値であるフォーカスレンズ１０２の無限端位置から至近端位置までの繰り出し量中心値Ｄｍと比較する。そして、フォーカスレンズ１０２をどちらの方向（無限端側か、至近端側か）寄りに駆動させれば、投射面に投射される被検出物像（投射画像）のデフォーカス量が大きくなるかを判定する。ここで、Ｄｍ＜ＤならばステップＳ３０６に進み、Ｄｍ＞ＤまたはＤｍ＝ＤならばステップＳ３０７に進む。
【００６３】
ステップＳ３０６では、フォーカスレンズ１０２を所定のフォーカスレンズ駆動位置Ｄ１まで無限端側へ繰り込み、投射面に投射される被検出物像（投射画像）をデフォーカスさせる。フォーカスレンズ１０２が所定のフォーカスレンズ駆動位置Ｄ１に達したか否かは、フォーカスエンコーダ１１２とは別の検出手段（不図示）によって確認される。このとき、フォーカスレンズ駆動位置Ｄ１を機構的に制限された無限端位置とすれば、駆動信号が出力されてもフォーカスエンコーダ１１２の検出値が変化しない状態をフォーカスレンズ１０２がＤ１で止まっていると判断して確認することもできる。
【００６４】
ステップＳ３０７では、フォーカスレンズ１０２を所定のフォーカスレンズ駆動位置Ｄ２まで至近端側へ繰り出し、投射面に投射される被検出物像（投射画像）をデフォーカスさせる。フォーカスレンズ１０２が所定のフォーカスレンズ駆動位置Ｄ２に達したか否かは、フォーカスエンコーダ１１２とは別の位置検出手段（不図示）によって確認される。このとき、フォーカスレンズ駆動位置Ｄ２を機構的に制限された至近端位置とすれば、駆動信号が出力されてもフォーカスエンコーダ１１２の検出値が変化しない状態をフォーカスレンズ１０２がＤ２で止まっていると判断して確認することもできる。
【００６５】
ステップＳ３０８では、Ｓ３０６またはＳ３０７でフォーカスレンズ１０２が所定の位置Ｄ１またはＤ２に駆動された状態で、フォーカスエンコーダ１１２のリセット動作を行う。リセット動作とは、プロジェクタを起動させた直後はフォーカスレンズ１０２がどの位置にあるか確認されておらず、その状態ではフォーカスレンズ１０２を駆動制御できないので、フォーカスレンズ１０２を駆動する際の基準を決定するために行われる動作である。そして、次に自動焦点位置調整を行う時にこのリセット位置を基準としてフォーカスレンズ１０２の駆動制御が行われる。なお、所定の位置Ｄ１、Ｄ２は予め設定された既知の位置であり、例えば、Ｄ１は無限端、Ｄ２は至近端に設定される。
【００６６】
ステップＳ３０８では、再度、ラインセンサに電荷を蓄積させる。このとき、ラインセンサで受光される被検出物像はデフォーカス状態であり、図５および図６を用いて説明したように、合焦状態と比べてサンプリング数は多くなっている。
【００６７】
ステップＳ３１０では、各光電変換素子からの出力信号が読み込まれ、それに基づいてラインセンサＬ２０４、ラインセンサＲ２０５のそれぞれで検出される光強度分布がＣＰＵ１１１内で求められる。求められたデータはＣＰＵ１１１内の記憶部に保存される。
【００６８】
ステップＳ３１１では、ＣＰＵ１１１内に保存されたラインセンサＬ２０４とラインセンサＲ２０５の光強度分布データから位相差が求められる。前述した外測三角測距方式基づいて、演算により投射面までの投射距離が求められる。但し、この距離演算を行うことなく、直接フォーカスレンズの繰り出し量を求めても良く、その場合は次のステップＳ３１２は省略することができる。
【００６９】
ステップＳ３１２では、Ｓ３１１で得られた投射面までの投射距離から、フォーカスレンズ１０２の合焦位置までの繰り出し量Ｄが算出される。なお、ここで算出される繰り出し量はステップＳ３０４で求めた繰り出し量よりも高精度なものとなっている。
【００７０】
ステップＳ３１３では、Ｓ３１２で得られたフォーカスレンズの繰り出し量Ｄに基づいてフォーカスレンズ１０２が駆動される。フォーカスレンズ１０２が合焦位置に達したか否かは、フォーカスエンコーダ１１２によって検出されるフォーカスレンズ位置情報から判断される。
【００７１】
以上のように、プロジェクタを起動させた略直後に自動焦点調整を行う場合、フォーカスレンズのデフォーカス位置をリセット位置にすることで、被検出像のデフォーカスとフォーカスエンコーダのリセット動作の２つを同時に行うことができ、効率的かつ高精度な自動焦点調整を達成することができる。
【００７２】
［実施例２］
上記実施例１では、フォーカスレンズを駆動させて、投射面に投射される被検出物像をデフォーカスさせるものであるのに対し、本実施例２は、センサアレイの検出光路上の光入射側に拡散板（光学フィルタ）を設けることで、センサアレイで受光される被検出物像をデフォーカスさせるものである。以下、図９を用いて説明する。
【００７３】
図９は、本実施例２に係るＡＦセンサユニット８０６の構成を示す図である。
【００７４】
８０１は画像が投射される投射面、８０４および８０５はそれぞれ、光電変換センサが複数並んで配置されたラインセンサ（光電変換センサアレイ）ＬおよびＲである。ラインセンサＬ８０４、ラインセンサＲ８０５にはそれぞれＡＦセンサレンズ（結像レンズ）Ｌ８０２、ＡＦセンサレンズ（結像レンズ）Ｒ８０３が配置されており、投射面８０１に投射された被検出物像はそれぞれの検出光路を通り、ＡＦセンサレンズＬ８０２、ＡＦセンサレンズＲ８０３を介して、ラインセンサＬ８０４、ラインセンサＲ８０５で検出される。
【００７５】
本実施例２でのＡＦセンサユニット８０６が、図２で示すＡＦセンサユニット２０６と異なる点は、ラインセンサの検出光路上に、ラインセンサと略平行に、拡散板８０７が配置されていることである。拡散板８０７は、ＡＦセンサレンズの入射側に設けられており、投射面８０１からＡＦセンサレンズに入射する被検出物像の光を拡散させ、ラインセンサ上で受光される像をデフォーカスさせてグラデーションパターンとするためのものである。
【００７６】
拡散板８０７は、ラインセンサ上での像をより適切なデフォーカス状態にすることが望まれるので、ＡＦセンサレンズとラインセンサ間に配置するよりもＡＦセンサレンズの入射側（投射面側）に配置することが好ましい。ＡＦセンサレンズとラインセンサ間に配置すると、光の拡散性の強い拡散板が必要となるとともに、配置範囲が限られ設計の自由度が損なわれてしまう可能性がある。なお、ここでは、光学フィルタとして拡散板を用いているが、これ以外に光学ローパスフィルタやフレネルレンズ等を用いても良い。
【００７７】
このように、センサアレイの光入射側に光学フィルタを設けることで、わざわざ投射面に投射される被検出物像をデフォーカスさせる手間が省けるので、より短時間で高精度な自動焦点調整を達成することができる。
【００７８】
［実施例３］
本実施例３は、センサアレイに対して結像レンズを移動させることで、すなわち、センサアレイと結像レンズの相対位置を変えることで、センサアレイで受光される被検出物像をデフォーカスさせるものである。
【００７９】
図１０は、本実施例３に係るＡＦセンサユニットの構成を示す図である。
【００８０】
９０１は画像が投射される投射面、９０４および９０５はそれぞれ、光電変換センサが複数並んで配置されたラインセンサ（光電変換センサアレイ）ＬおよびＲである。ラインセンサＬ９０４、ラインセンサＲ９０５にはそれぞれＡＦセンサレンズ（結像レンズ）Ｌ９０２、ＡＦセンサレンズ（結像レンズ）Ｒ９０３が配置されており、投射面９０１に投射された被検出物像はそれぞれの検出光路を通り、ＡＦセンサレンズＬ９０２、ＡＦセンサレンズＲ９０３を介して、ラインセンサＬ９０４、ラインセンサＲ９０５で検出される。
【００８１】
本実施例３でのＡＦセンサユニットが、図２で示すＡＦセンサユニット２０６と異なる点は、ラインセンサに対してＡＦセンサレンズがラインセンサの受光面（検出面）に直交する方向に移動可能なことである。このＡＦセンサレンズを所定位置に移動させることで、ラインセンサ上で受光される像をデフォーカスさせてグラデーションパターンとする。
【００８２】
ここで、図１１を用いて、ラインセンサとＡＦセンサレンズの相対位置関係について説明しておく。図１１において、投射面Ｘはプロジェクタの投射距離が最大の位置（例えば１２ｍ）にあり、投射面Ｙはプロジェクタの投射距離が最小の位置（例えば１．６ｍ）にある。この最大投射距離、最小投射距離はプロジェクタのランプ光量や投射光学系の設計仕様で決まる距離である。ＳＬはＡＦセンサレンズ、ＣＣＤはラインセンサ、ＳＵはＡＦセンサユニットであり、投射面Ｘ上の画像はＡＦセンサレンズＳＬにより合焦点Ｐで合焦し、投射面Ｙ上の画像はＡＦセンサレンズＳＬにより合焦点Ｑで合焦する。
【００８３】
図１１（ａ）では、ＡＦセンサレンズＳＬに対してラインセンサＣＣＤを投射面側へ移動させ、合焦点ＰおよびＱの２点は、ラインセンサＣＣＤの背面側になるようにＡＦセンサユニットＳＵが構成されている。一方、図１１（ｂ）では、ＡＦセンサレンズＳＬに対してラインセンサＣＣＤを投射面とは逆側へ移動させ、２つの合焦点はラインセンサＣＣＤの正面側になるようにＡＦセンサユニットＳＵが構成されている。
【００８４】
このような構成により、画像（被検出物像）をラインセンサ上でデフォーカス状態にすることができる。ＡＦセンサユニットＳＵの構成を図１１（ａ）とするか、あるいは、図１１（ｂ）とするかは、設計段階で、基線長Ｂと焦点距離ｆの積Ｂｆ等に基づいて決められる。
【００８５】
以上のように、センサアレイと結像レンズの相対位置を変えることで、わざわざ投射面に投射される被検出物像をデフォーカスさせる手間が省けるので、より短時間で高精度な自動焦点調整を達成することができる。
【００８６】
［実施例４］
本実施例４は、自動焦点調整で用いられる投射画像の一部である被検出物自体をグラデーションパターンとすることで、図６で示すように、センサアレイで受光される像（センサアレイに結像する像）もグラデーションパターンとするものである。特に、被検出物は、測距マークやＡＦマーク等と呼ばれる。なお、投射画像内にわざわざこのようなマークを設けずに、投射画像のエッジ部分にグラデーション性を持たせ、これを流用するようにしても良い。
【００８７】
さらに、被検出物として、投射画像の一部を用いるのではなく、投射面（スクリーン）に所定のマークを予め設けておき、そのマークを自動焦点調整で用いるようにしても良い。このことは、上記実施例２と実施例３にも適用できる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、センサ間の隙間の影響によるセンサアレイの検出誤差を軽減し、高精度なオートフォーカスを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るプロジェクタの構成図。
【図２】本発明の実施形態に係る測距方式の原理図。
【図３】本発明の実施形態に係る光電変換センサアレイの拡大図。
【図４】本発明の実施形態に係る自動焦点調整の動作フロー。
【図５】本発明が解決しようとする課題の説明図。
【図６】本発明の実施形態の基本概念を示すための説明図。
【図７】本発明の実施例１に係る自動焦点調整の動作フロー。
【図８】本発明の実施例１の変化例に係る自動焦点調整の動作フロー。
【図９】本発明の実施例２に係るＡＦセンサユニットの構成図。
【図１０】本発明の実施例３に係るＡＦセンサユニットの構成図。
【図１１】本発明の実施例３に係るＡＦセンサユニットの説明図。
【符号の説明】
１０１  投射光学系
１０２  フォーカスレンズ
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ  液晶パネル
１０５  ランプ
１１１  ＣＰＵ
１１２  フォーカスエンコーダ
１１４  フォーカスモータ
１１５  モータドライバ
１１６，２０６，８０６，ＳＵ  ＡＦセンサユニット（測距センサ）
２０１，８０１，９０１  投射面
２０２，８０２，９０２  ＡＦセンサレンズＬ
２０３，８０３，９０３  ＡＦセンサレンズＲ
２０４，８０４，９０４  光電変換センサアレイＬ（ラインセンサＬ）
２０５，８０５，９０５  光電変換センサアレイＲ（ラインセンサＲ）
３０１  光電変換センサ
８０７  拡散板
ＳＬ  ＡＦセンサレンズ
ＣＣＤ  光電変換センサアレイ（ラインセンサ）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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