(57)【要約】【課題】チャート画像を投射することなく、投射光学系のズーム状態にかかわらず短時間で適正なＡＦを行う。【解決手段】画像投射装置１は、ズーム機能を有する投射光学系１７と、該投射光学系のズーム状態を検出する検出手段２１ａと、投射光学系を通して投射された画像からの光を受ける複数の画素を有するセンサ１７と、該センサから取り込んだ画素出力に基づいて投射光学系のフォーカス制御を行う制御手段１０とを有する。そして、制御手段は、検出手段により検出されたズーム状態に応じて、上記複数の画素のうち出力を取り込む画素を変更する。【選択図】図１
2009014904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ズーム機能を有する投射光学系と、
該投射光学系のズーム状態を検出する検出手段と、
前記投射光学系を通して投射された画像からの光を受ける複数の画素を有するセンサと、
該センサから取り込んだ画素出力に基づいて前記投射光学系のフォーカス制御を行う制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記検出手段により検出されたズーム状態に応じて、前記複数の画素のうち出力を取り込む画素を変更することを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記検出手段により検出されたズーム状態に応じて、前記複数の画素の中から特定画素を決定し、該特定画素を含む特定数の画素からの出力を取り込むことを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記投射光学系の少なくとも２つのズーム状態に応じた前記特定画素の位置を記憶した記憶手段を有し、
該少なくとも２つの特定画素の位置と前記検出手段により検出されたズーム状態とに応じて、該ズーム状態に応じた前記特定画素を決定することを特徴とする請求項２に記載の画像投射装置。
【請求項４】
前記投射光学系は、そのズーム位置に応じて前記センサにおける前記画像からの光の受光領域が変化するように該画像を投射することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の画像投射装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の画像投射装置と、
該画像投射装置に画像信号を供給する画像供給装置とを有することを特徴とする画像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロジェクタ等の画像投射装置に関し、さらに詳しくは、投射画像からの光をセンサにより受光してフォーカス制御（以下、ＡＦと称する）を行う画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像投射装置のＡＦ方式の１つとして、画像をスクリーンに投射し、投射画像からの光（スクリーンからの反射光）を受光する位相差センサからの出力に基づいてフォーカスレンズの合焦位置を算出してその位置にフォーカスレンズを移動させるものがある。位相差センサは、複数の画素を有し、投射画像からの光によって形成された一対の像（ＡＦ像）のずれ量、すなわち位相差に応じた信号を出力する。ＡＦ用の演算回路は、このＡＦ像のずれ量から合焦位置を算出し、フォーカスレンズを移動させる。
【０００３】
このような位相差センサを用いてＡＦを行う画像投射装置には、４：３の投射画像の内側に１６：９のＡＦ用画像を表示し、そのＡＦ用画像の下端を含む小領域からの光を取り込むことにより、位相差センサの小型化を図った例がある。
【０００４】
ただし、投射画像装置には、同じ投射距離であっても、投射レンズのズーム状態によって投射画像の下端位置が変化するものがある。この場合、位相差センサの大きさが小さいと、ズーム状態によっては投射画像の下端位置からの光を取り込めなくなる。
【０００５】
また、特許文献１，２には、特定のパターンを有するチャート画像を投射して位相差センサの受光状態を評価し、該評価結果に基づいてズーム駆動を行ってチャート画像のサイズを調整した後、ＡＦ像のずれ量検出を行う画像投射装置が開示されている。これらによれば、小型の位相差センサを用いつつ、投射レンズのズーム状態によらずに良好なＡＦを行うことができると予想される。
【特許文献１】特開２００５−２４９４３２号公報
【特許文献２】特開２００５−２５７７６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１，２の画像投射装置のように、所定の大きさのチャート画像をまず投射し、位相差センサの受光状態の評価及びチャート画像の大きさ調整のためのズーム駆動を経た上でＡＦ像のずれ量検出を行うのでは、ＡＦ完了までに長時間を要する。
【０００７】
また、このようなチャート画像の投射を行わずに、ズーム状態に応じた投射画像の下端位置の変化をカバーできるように位相差センサの大きさを大きくすることも考えられる。しかし、位相差センサの大きさが大きくなると、位相差センサを構成する画素（受光素子）の数も増加するため、画素出力の取込みに要する時間が長くなる。つまり、この場合もＡＦ完了までに要する時間が長くなる。
【０００８】
本発明は、チャート画像を投射することなく、投射光学系のズーム状態にかかわらず短時間で適正なＡＦを行うことが可能な画像投射装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としての画像投射装置は、ズーム機能を有する投射光学系と、該投射光学系のズーム状態を検出する検出手段と、投射光学系を通して投射された画像からの光を受ける複数の画素を有するセンサと、該センサから取り込んだ画素出力に基づいて投射光学系のフォーカス制御を行う制御手段とを有する。そして、制御手段は、検出手段により検出されたズーム状態に応じて、上記複数の画素のうち出力を取り込む画素を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、ズーム状態に応じた投射画像の位置変化をカバーできるようにセンサの大きさを大きくした場合でも、該センサの全画素のうち、ＡＦ時のズーム状態での投射画像の位置に対応する画素から出力が取り込まれる。このため、チャート画像を投射することなく、投射光学系のズーム状態にかかわらず短時間で適正なＡＦを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１には、本発明の実施例である液晶プロジェクタ（画像投射装置）の構成を示している。
【００１３】
１はプロジェクタである。操作部１１は、電源のオン／オフを行うための電源スイッチや、オートフォーカス（ＡＦ）を開始させるためのＡＦスイッチや、投射画像のサイズを変更するためのズームスイッチ等を有する。
【００１４】
入力部１２は、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、テレビチューナ等の画像供給装置１００からの映像信号（画像信号）を取り込むものである。プロジェクタ１と画像供給装置１００とにより画像表示システムが構成される。
【００１５】
画像処理回路１３は、入力部１２を通じて入力された映像信号を、デコーダによって同期分離してＲ,Ｇ,Ｂの映像信号を生成し、該映像信号に対して色彩補正、階調補正等のデジタル処理を行う。
【００１６】
表示駆動部１４は、階調補整されたＲ,Ｇ,Ｂ映像信号に応じた駆動信号を画像形成素子であるＲ,Ｇ,Ｂ用の３つの液晶パネル１５に対して出力する。各液晶パネル１５は、駆動信号に応じて原画を形成する。
【００１７】
光源ランプ１６は、白色光を発する。不図示の照明光学系は、白色光をＲ，Ｇ，Ｂの３色光成分に色分解し、各色光を各色用の液晶パネル１５を照明する。３つの液晶パネル１５で画像変調されたＲ，Ｇ，Ｂの３色光成分は、投射光学系（投射レンズ）１７を介して不図示のスクリーン等の被投射面に投射する。
【００１８】
投射光学系１７は、変倍を行う変倍レンズ２１と、焦点調節を行うフォーカスレンズ２２とを含むズームレンズである。
【００１９】
マイクロコンピュータにより構成される制御部１０は、操作部１１に設けられたズームスイッチが操作されることに応じて、駆動部２０を介して変倍レンズ２１を駆動し、ズーミングを行う。すなわち、本実施例のプロジェクタ１は、ズーム機能を有する。２１ａは変倍レンズ２１の位置を検出するズームエンコーダ（検出手段）である。
【００２０】
また、制御部１０は、操作部１１に設けられたＡＦスイッチの操作に応じて、駆動部２０を介してフォーカスレンズ２２を駆動し、ＡＦを行う。すなわち、本実施例のプロジェクタ１は、ＡＦ機能を有する。ＡＦ動作の概略は以下の通りである。
【００２１】
１９は位相差センサである。位相差センサ１９には、それぞれ１つ又は複数の受光素子（画素）を含む画素ブロックが複数設けられ、該複数の画素ブロックは上下方向もしくは左右方向に配列されてラインセンサを構成している。位相差センサ１９は、投射画像からの光（被投射面からの反射光）によって形成された一対の像を光電変換し、該一対の像に対応する一対の像信号を出力する。なお、以下の説明においては、画素ブロックを、単に画素と称する。
【００２２】
制御手段としての制御部１０は、位相差センサ１９からの像信号のずれ量（像ずれ量：位相差）を算出し、該像ずれ量から三角測距の原理を用いて被投射面までの距離に対応する情報（以下、距離情報という）を生成する。
【００２３】
温度センサ１８は、位相差センサ１９の近傍に配置され、位相差センサ１９の周辺の温度を検出する。制御部１０は、温度センサ１８からの温度情報に応じて、位相差センサ１９からの像信号から求められた距離情報を補正する。
【００２４】
そして、制御部１０は、温度補正された距離情報（ただし、必ずしも温度補正されている必要はない）に対応するフォーカスレンズ２２の合焦位置を算出し、算出された合焦位置に駆動部２０を介してフォーカスレンズ２２を移動させる。こうしてＡＦ動作が完了し、ピントの合った画像が被投射面に投射される。
【００２５】
記憶部２３は、上記温度センサ１８からの温度情報に対する距離情報の補正値（テーブルデータ）等の各種データや設定値が記憶されている。
【００２６】
次に、図２のフローチャートを用いて、本実施例におけるＡＦ動作の内容についてより詳細に説明する。このＡＦ動作は、制御部１０が、該制御部１０に格納されたコンピュータプログラムに従って実行する。
【００２７】
操作部１１においてＡＦスイッチが操作されると、制御部１０は、これを検知してＡＦ動作を開始する。
【００２８】
まず、ステップＳ１においては、制御部１０は、投射光学系１７に含まれるズームエンコーダ２１ａから現在の変倍レンズ２１の位置（以下、ズーム位置という）を取得する。なお、ズーム位置は、投射光学系１７のズーム状態を示すパラメータの１つであるが、ズーム状態を他のパラメータによって検出することも可能である。
【００２９】
ステップＳ２では、制御部１０は、位相差センサ１９における画素出力の取り込みを行う特定数の画素（以下、出力取込画素という）のうち１つの画素（特定画素：以下、取込開始画素という）を演算する。
【００３０】
ここで、本実施例のプロジェクタ（言い換えれば、投射光学系１７）は、そのズーム位置に応じて位相差センサ１９における被投射面上の画像からの光の受光領域が変化するように該画像を投射する。
【００３１】
より具体的には、本実施例のプロジェクタ１は、図４に示すように、ＡＦ時には、アスペクト１６：９のＡＦ用画像ＩＭを含むアスペクト比４：３の画像を被投射面に投射する。１６：９のＡＦ用画像ＩＭの上端及び下端と４：３の画像の上端及び下端との間の領域は、黒表示領域である。
【００３２】
そして、投射光学系１７のズーム位置が変化すると、１６：９のＡＦ用画像ＩＭの下端（以下、１６：９下端エッジという）ＬＥが上下方向に移動する。
【００３３】
位相差センサ１９は、使用投射距離範囲において、ズーム位置に応じて移動する１６：９下端エッジＬＥ及びその周辺領域（以下、ＡＦ画像領域という）からの光をズーム位置にかかわらず受光できるようにその大きさが設定されている。図４中のＳＰは位相差センサ１９の全受光領域（全画素領域）を示し、その中のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄがそれぞれ１つの受光領域を構成する画素を示す。
【００３４】
プロジェクタ１に固定的に設置された位相差センサ１９に対して１６：９下端エッジＬＥが移動すると、位相差センサ１９においてＡＦ画像領域からの光を受光する受光領域（ここでは互いに隣接した２つの画素とする）の位置が変化する。図４によれば、該２画素は、例えばＴｅｌｅ端では画素Ｂ，Ｃであり、Ｗｉｄｅ端では画素Ａ，Ｂである。
【００３５】
上述した像ずれ信号を得るためには、位相差センサ１９からＡＦ画像領域に対応した受光領域（２画素）からの像信号が得られれば十分であり、常に位相差センサ１９の全受光領域からの信号を読み出す必要はない。
【００３６】
このため、記憶部２３には、投射光学系１７がＴｅｌｅ端及びＷｉｄｅ端にあるときの位相差センサ１９における上記ＡＦ画像領域に対応した２画素のうち一方の画素が、Ｔｅｌｅ端及びＷｉｄｅ端に対応する取込開始画素として記憶されている。これらＴｅｌｅ端及びＷｉｄｅ端に対応した取込開始画素は、該プロジェクタの製造時（組立調整時）に計測及び調整されて記憶部２３に記憶される。
【００３７】
そして、上記ステップＳ２では、ズームエンコーダ２１ａによって検出された現在のズーム位置と、上記Ｔｅｌｅ端及びＷｉｄｅ端での取込開始画素の情報とに基づいて、現在のズーム位置に対応する取込開始画素を決定する。この取込開始画素の決定方法については、後述する。
【００３８】
ステップＳ３では、制御部１０は、取込開始画素に相当する画素と現在のズーム位置に対応するもう１つの画素（取込開始画素の画素に隣接した画素）とにより構成される出力取込画素を設定する。なお、ここでは、出力取込画素の画素数（特定数：以下、出力取込画素数という）を２画素とする場合について説明しているが、位相差センサの全画素数よりも少ない範囲で他の画素数としてもよい。
【００３９】
次に、ステップＳ４では、制御部１０は、位相差センサ１９に出力取込画素での電荷蓄積を行わせる。そして、ステップＳ５では、出力取込画素からの２つの像信号（画素データ）の取り込みを行う。
【００４０】
ステップＳ６では、制御部１０は、取り込んだ２つの像信号の相関演算を行い、例えば相関値が最大となる像ずれ量を位相差として求める。
【００４１】
ステップＳ７では、制御部１０は、位相差に基づいてフォーカスレンズ２２の合焦位置を演算する。そして、ステップＳ８では、合焦位置にフォーカスレンズ２２を移動させる。
【００４２】
次に、図３及び図４を用いて、被投射面上での１６：９下端エッジの位置と投射光学系１７の光軸と位相差センサ１９上での該１６：９下端エッジに対応する受光位置との関係について説明する。
【００４３】
図３は、上下方向における投射光学系１７の光軸位置Ｏと１６：９下端エッジＬＥが近い場合を示している。この場合、投射光学系１７のズーム位置を変化させても、１６：９下端エッジＬＥはほとんど移動しない。このため、位相差センサ１９上での該１６：９下端エッジに対応する受光位置もほとんど変化しない。したがって、ズーム位置にかかわらず、位相差センサ１９における一定の出力取込画素（図３では、画素Ｂ，Ｃ）からの出力を取り込むことによって位相差を求めることが可能となる。
【００４４】
これに対し、本実施例では、図４に示すように、投射光学系１７の光軸位置Ｏと１６：９下端エッジＬＥとが離れている。この場合、ズーム位置に応じて１６：９下端エッジＬＥの位置が変化する。このため、あるズーム位置にて１６：９下端エッジＬＥに対応する受光位置（以下、エッジ受光位置という）が含まれるように位相差センサ１９での出力取込画素を決めたとしても、ズーム位置が変化すると、その出力取込画素にエッジ受光位置が含まれなくなる。
【００４５】
例えば、ズーム位置がＴｅｌｅ側の場合に画素Ｂ，Ｃにエッジ受光位置が含まれていても、ズーム位置をＷｉｄｅ側にすると、画素Ｂ，Ｃにはエッジ受光位置が含まれなくなる。
【００４６】
このため、ズーム位置が変化してもエッジ受光位置が出力取込画素に含まれるように出力取込画素を制御する必要がある。
【００４７】
なお、製品としての個々のプロジェクタには、投射光学系１７の組立誤差による光軸ずれや、位相差センサ１９の取り付け誤差によるセンサ視野角ずれ等に起因する個体差がある。この固体差により、同じ投射距離であっても位相差センサ１９におけるエッジ受光位置が異なる。このため、個々のプロジェクタにおいて、前述したように、取込開始画素と出力取込画素数は製造時に調整設定されて記憶部２３に記憶される。
【００４８】
また、使用投射距離範囲において、複数の特定のズーム位置、例えばＴｅｌｅ端とＷｉｄｅ端でのエッジ検出位置を測定し、該エッジ検出位置を含む画素をそれら特定のズーム位置に対応した取込開始画素として記憶部２３に記憶させる。
【００４９】
次に、図５を用いて、ズーム位置に応じた取込開始画素の決定方法について説明する。本実施例では、基本的には、ある投射距離において、位相差センサ１９から画素データを取り込み、該画素データから求められる位相差が合焦状態とぼけが大きな非合焦状態との間の中間値となるようなエッジ受光位置を求める。そして、そのエッジ受光位置が含まれる画素を一端として含む、使用投射距離範囲をカバー可能な数（特定数）の画素の他端の画素を取込開始画素として決定する。これを、製造時の測定においてＴｅｌｅ端及びＷｉｄｅ端で行い、Ｔｅｌｅ端及びＷｉｄｅ端での取込開始画素を決定する。
【００５０】
この結果、例えば、ズーム位置がZPOS_T（Ｔｅｌｅ端），ZPOS_W（Ｗｉｄｅ端）で、そのときの取込開始画素がSTART_T，START_Wであったとすると、これらから図５に示すようなズーム位置と取込開始画素との関係が導かれる。
【００５１】
そして、図５の関係から、ＡＦ時（現在）のズーム位置がZPOS_NOWである場合の取込開始画素START_NOWは、ZPOS_T，ZPOS_W，START_T ，START_Wを用いて以下の式（１）から求めることができる。
【００５２】
START_NOW
＝(START_W−START_T)／(ZPOS_W−ZPOS_T)×(ZPOS_NOW−ZPOS_T)＋START_T
…（１）
この式から求められたSTART_NOWを取込開始画素とする特定数の画素から画像データを取り込むことにより、定められた使用投射距離範囲では必ず位相差を求めることができる。
【００５３】
例えば、以下のような場合を考える。使用投射距離範囲でのエッジ受光位置をカバーするのに出力取込画素が８画素が必要であるとする。そして、位相差センサ１９の画素が１から１６まであり、製造時の調整でＴｅｌｅ端及びＷｉｄｅ端での出力取込画素がそれぞれ、画素１〜８及び画素９〜１６となったとする。
【００５４】
ここで、図６に示すように、現在のエッジ受光位置がＭｉｄｄｌｅの場合、実際のＴｅｌｅ端、Ｗｉｄｅ端、現在のエッジ受光位置はそれぞれ、画像ブロック４，１２，８であるとする。
【００５５】
この場合、ブロック８を出力取込画素に含むための取込開始画素START_NOWの計算は、
ZPOS_W＝1000、ZPOS_T＝0、ZPOS_NOW＝500とすると、
START_NOW＝（９−１）／（１０００−０）×（５００−０）＋１
＝５
となる。
【００５６】
したがって、画素５が取込開始画素となり、出力取込画素は８画素であるので、結果画素５〜１２が出力取込画素となり、現在のエッジ受光位置である８画素目を必ず取り込むことが可能となる。
【００５７】
このように、ズーム位置に応じて出力取込画素を変更することにより、ズーム位置の変化に伴って１６：９下端エッジの位置が変わっても、該１６：９下端エッジ及びその周辺部からの光を出力取込画素内で確実に光電変換することができる。したがって、正確なＡＦを行うことができる。
【００５８】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、請求項の範囲内で種々の変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施例であるプロジェクタ１の構成を示す図。
【図２】実施例のプロジェクタにおけるＡＦ動作を示すフローチャートである。
【図３】投射光学系の光軸と１６：９下端エッジが近い場合のズーム位置と１６：９下端エッジとの関係を示す図。
【図４】投射光学系の光軸と１６：９下端エッジとが遠い場合のズーム位置と１６：９下端エッジとの関係を示す図。
【図５】本実施例におけるズーム位置と取込開始画素との関係を示す図。
【図６】本実施例におけるズーム位置と出力取込画素との関係を示す図。
【符号の説明】
【００６０】
１  プロジェクタ
１１  操作部
１２  入力部
１３  画像処理回路
１４  表示駆動部
１５  液晶パネル
１６  光源ランプ
１７  投射光学系
１８  温度センサ
１９  位相差センサ
２０  駆動部
２１  変倍レンズ
２２  フォーカスレンズ
２３  記憶部
【図５】
2009014904.tif 000003
【図１】
2009014904.tif 000004
【図２】
2009014904.tif 000005
【図３】
2009014904.tif 000006
【図４】
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【図６】
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