JP2005234071A - プロジェクタ装置及び投影画像調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スクリーンの周りの環境によらず精度の高いオートズームを行うことができるプロジェクタ装置を提供する。
【解決手段】 反射光を受光して受光量に応じた電気信号を出力する受光センサ２１と、受光センサ２１の出力に演算を行いセンサデータを出力する演算部２２と、センサデータを用いて画像パターンをスクリーン１の表示領域いっぱいに表示する制御を行う制御回路３とを有している。制御回路３は、最も縮小した画像パターンをスクリーン１に投影しておき、スクリーン端部１１の反射光を受光した画素位置と、スクリーン１に投影された画像パターンの端部１３の反射光を受光した画素位置とを比較しながら画像パターンを拡大表示し、画像パターンの端部１３をスクリーン１の端部１１に合わせる制御を行う。従って、スクリーン１の周りの環境によらず精度のよいオートズームを行うことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明はプロジェクタ装置に関し、特に画像をスクリーンの表示領域いっぱいに表示する機能（以下、オートズーム機能という）を備えたプロジェクタ装置及びこのプロジェクタ装置における投影画像調整方法に関する。

オートズーム機能を備えたプロジェクタ装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示のプロジェクタ装置は、プロジェクタ装置からスクリーンまでの距離を測定するアクティブ測距装置を備えており、この測距装置の発光素子を上下左右に移動させて、受光素子での信号入力レベルの変化を調べている。スクリーンとスクリーン外の壁とでは投射光の反射率が大きく変わるため、スクリーン端部を検出することができる。スクリーン端部を検出すると、発光素子を移動させた移動量と投射レンズの焦点距離情報とからスクリーンの大きさを演算して求めて、このスクリーンの大きさに基づいてオートズームを行っている。

特開平６−２７４３１号公報

しかしながら、発光素子を移動させるための駆動機構は、プロジェクタ装置には本来必要のない機構であり、このため装置構成が大きくなる、装置が高価になるなどの問題がある。また、発光素子の移動量と投射レンズの焦点距離情報とからスクリーンの大きさを演算して求めなければならず、不要な演算処理が発生する。

また、スクリーンとスクリーン外の壁との反射率の違いからスクリーン端部を検出しているが、壁の反射率が高く、壁の反射率がスクリーンの反射率に近かった場合、スクリーン端部を検出することが難しくなる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、スクリーンの周りの環境によらず精度の高いオートズームを行うことができるプロジェクタ装置及び画像調整方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために請求項１記載のプロジェクタ装置は、画像をスクリーンに拡大表示する画像投影手段と、複数の画素を有するセンサを備え、受光量に応じたセンサデータを出力するセンサデータ出力手段と、最も縮小した前記画像を前記スクリーンに投影し、前記スクリーン端部の反射光を受光した画素位置と、前記スクリーンに投影された前記画像の端部の反射光を受光した画素位置とを比較しながら前記画像を拡大表示し、前記画像の端部を前記スクリーンの端部に合わせる制御手段と、を有することを特徴としている。

請求項１記載の発明は、スクリーン端部の反射光を受光したセンサの画素位置と、スクリーンに投影された画像の端部の反射光を受光したセンサの画素位置とを比較して、画像の端部をスクリーンの端部に合わせるように画像投影手段を制御している。従って、簡単な構成でスクリーンの表示領域いっぱいに画像を表示させることができる。また、スクリーンサイズを演算する必要がないので、演算処理を省略できる。また、最も縮小した画像をスクリーンに投影しておき、画像を拡大させながら画像端部をスクリーン端部に合わせているため、壁等の反射率によらず確実にオートズームを行うことができる。

請求項２記載のプロジェクタ装置は、請求項１記載のプロジェクタ装置において、前記制御手段は、前記スクリーン端部の反射光を受光した画素、または前記画像の端部の反射光を受光した画素を検出する時に、前記センサの中央部から端部に向かってセンサデータの値が大きく変化する画素を検出することを特徴としている。

請求項２記載の発明は、センサの中央部から端部に向かってセンサデータの値が大きく変化する画素を検出することで、スクリーン端部の反射光を受光した画素と、スクリーンに投影された画像の端部の反射光を受光した画素とを検出している。センサの中央部は、画像の反射光を受光していることになるのでセンサデータの値が略一定となる。従ってスクリーン端部及び画像端部のセンサデータの判定が容易となり、壁の反射率によらず確実にスクリーン端部と画像の端部とを検出することができる。

請求項３記載のプロジェクタ装置は、請求項１または２記載のプロジェクタ装置において、前記制御手段は、前記センサの中央部から端部に向かって隣接画素間のセンサデータの差を取り、該センサデータの差が所定のしきい値を超えた画素を検出することで前記画像または前記スクリーンの端部を検出することを特徴としている。

請求項３記載の発明は、センサの中央部から端部に向かって隣接画素間のセンサデータの差を取り、センサデータの差を所定のしきい値と比較している。従って、画像またはスクリーンの端部を確実に検出することができる。

請求項４記載のプロジェクタ装置は、請求項１または２記載のプロジェクタ装置において、前記制御手段は、前記センサの中央部から端部に向かって所定のしきい値と比較するセンサデータを選択し、前記しきい値を超えたセンサデータを検出することで前記画像の端部または前記スクリーンの端部を検出することを特徴としている。

請求項４記載の発明は、センサの中央部から端部に向かってセンサデータと所定のしきい値とを比較している。従って、画像またはスクリーンの端部を確実に検出することができる。

請求項５記載のプロジェクタ装置は、請求項１から４のいずれか一項記載のプロジェクタ装置において、前記画像は、白色画像の端部が黒色になっていることを特徴としている。

請求項５記載の発明は、画像が白色画像の端部を黒色にした画像としている。従って、白色画像と端部の黒色画像とでセンサデータの値に差ができるため、画像の端部の判定が容易になる。

請求項６記載のプロジェクタ装置は、請求項１から５のいずれか一項記載のプロジェクタ装置において、前記スクリーンの端部は、黒色に形成されていることを特徴としている。

請求項６記載の発明は、スクリーンの端部を黒色に形成している。従って、スクリーンの表示領域と端部とでセンサデータの値に差ができるため、スクリーン端部の判定が容易となる。

請求項７記載の投影画像調整方法は、最も縮小した画像をスクリーンに投影し、前記スクリーン端部の反射光を受光した画素位置と、前記スクリーンに投影された前記画像の端部の反射光を受光した画素位置とを比較しながら前記画像を拡大表示していくことで、前記画像の端部を前記スクリーンの端部に合わせることを特徴としている。

請求項７記載の発明は、スクリーン端部の反射光を受光したセンサの画素位置と、スクリーンに投影された画像の端部の反射光を受光したセンサの画素位置とを比較して、画像の端部をスクリーンの端部に合わせている。従って、簡単な構成でスクリーンの表示領域いっぱいに画像を表示させることができる。また、スクリーンサイズを演算する必要がないので、演算処理を省略できる。また、最も縮小した画像をスクリーンに投影しておき、画像を拡大させながら画像端部をスクリーン端部に合わせているため壁の反射率によらず確実にオートズームを行うことができる。

本発明は、スクリーンの周りの環境によらずスクリーンの表示領域いっぱいに画像を表示させることができる。

次に、添付図面を参照しながら本発明の最良の実施例を説明する。

まず、図１を参照しながら本実施例のプロジェクタ装置の構成について説明する。図１に示されるように本実施例のプロジェクタ装置２は、投影レンズ光学系８によりスクリーン１上に投影された画像の反射光を受光して、投影画像の焦点位置を判定するためのコントラストデータを算出する自動焦点検出装置２０と、プロジェクタ装置２からスクリーン１までの距離をスクリーン１の左右方向（水平方向）の複数ポイントで測距する第１パッシブ測距装置３０と、同じくプロジェクタ装置２からスクリーン１までの距離をスクリーン１の上下方向（垂直方向）の複数ポイントで測距する第２パッシブ測距装置４０と、図示しないパーソナルコンピュータ等の機器から画像を入力して、画像情報を出力する投影画像生成部５と、投影レンズ光学系８へ画像を出力する表示駆動部６と、表示駆動部６により出力された画像をスクリーン１上に投影する投影レンズ光学系８と、投影レンズ光学系８の焦点距離を変更するために、光軸に沿って投影レンズ光学系８を移動させるステッピングモータ等からなる光学系駆動部７と、プロジェクタ装置２の構成に必要なデータや命令を記憶したメモリ部４と、これら各部を制御する制御回路３とを有している。

自動焦点検出装置２０は、図１に示されるように投影レンズ光学系８によりスクリーン１上に投影された画像の反射光を受光する受光センサ２１と、受光センサ２１から出力される電気信号に演算を行い、受光量に応じたセンサデータと、画像のコントラストとを算出する演算部２２とを有している。本実施例では、受光センサ２１としてＣＣＤラインセンサを適用している。

図２を参照しながら自動焦点検出装置２０の演算部２２について説明する。図２に示されるように演算部２２は、受光センサ２１によって出力される電気信号から高周波成分を取り出す高域通過フィルタ（以下、ＨＰＦとも記載する）２２１と、高周波成分だけとなった輝度信号の振幅検波を行なう検波器２２２と、検波器２２２の検波出力をＡ／Ｄ変換し、ディジタルのセンサデータに変換するＡ／Ｄ変換器２２３と、Ａ／Ｄ変換器２２３から出力されるディジタルのセンサデータを積分する積分器２２４と、を有している。Ａ／Ｄ変換器２２３からはセンサデータが出力され、積分器２２４からは図３に示す画像信号のコントラストデータが出力される。

画像信号の高周波成分に現れるコントラストは、図３に示されるように、合焦位置でコントラストが最大となり、合焦位置から外れるに従ってコントラストが減少していくという特性を有している。この特性を利用して、投影レンズ光学系８により撮影される画像がスクリーン１上に像を結ぶ時の投影レンズ光学系８の位置（合焦位置）を求める（以下、この方法を山登りオートフォーカスと呼ぶ）。

図４は、図１に示したプロジェクタ装置２を正面から見た構成を示した図である。プロジェクタ装置２の正面には投影レンズが設けられている。投影レンズは投影レンズ光学系（コンデンサレンズを含んでいてもよい）８に含まれ、投影レンズを介してスクリーン１上へ画像が投影される。

図４に示されるように第１パッシブ測距装置３０は、プロジェクタ装置２の正面を構成する平面上で、水平方向に基線長ａ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を有している。同様に第２パッシブ測距装置４０は、図４に示されるようにプロジェクタ装置２の正面を構成する平面上で、垂直方向に基線長ｂ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を有している。なお、本実施例では、図４に示されるように撮像部３１の基線長ａに平行する方向をプロジェクタ装置２の第１基準方向と呼ぶ。また、撮像部４１の基線長ｂに平行する方向をプロジェクタ装置２の第２基準方向と呼ぶ。

図５（Ａ）に示すように基線長ａだけ離れた一対のレンズ３１ａ，３１ｂの下には、基線長ｃだけ離れた一対のラインセンサ３１ｃ，３１ｄが設けられている。同様に基線長ｂだけ離れた一対のレンズ４１ａ，４１ｂの下には、基線長ｄだけ離れた一対のラインセンサ４１ｃ，４１ｄが設けられている。図５（Ａ）に示されるように基線長ａだけ離間して配置されたレンズ３１ａ，３１ｂ間の距離は、基線長ｃだけ離間して配置されたラインセンサ３１ｃ，３１ｄ間の距離よりも長くなっている。また、図示していないが、同様に基線長ｂだけ離間して配置されたレンズ４１ａ，４１ｂ間の距離は、基線長ｄだけ離間して配置されたラインセンサ４１ｃ，４１ｄ間の距離よりも長くなっている。このため図５（Ｂ）に示されるように一対のレンズの各光軸が一対のラインセンサの各光軸よりも外側に位置するように配置されている。このように構成することで、図５（Ａ）に示されるようにパッシブ測距装置の受光可能範囲を広くとることが可能となる。なお、図５（Ａ）に点線で示すレンズが通常位置に配置されたレンズであり、このレンズの受光可能範囲が点線で示されている。また、実線で示すレンズが本実施例でのレンズ位置であり、このレンズの受光可能範囲が一点鎖線で示されている。

図６を参照しながら撮像部３１の構成について説明する。外部から入射した光を受光するレンズ３１ａの下には、焦点距離ｆだけ離間されてラインセンサ３１ｃが配置され、またセンサ３１ｂの下には、焦点距離ｆだけ離間されてラインセンサ３１ｄが配置されている。これらのラインセンサ３１ｃ，３１ｄは、直線状に配列された複数の光検出素子を有する一対のラインＣＣＤまたはその他のライン型撮像素子からなる。なお、ラインセンサ３１ｃ，３１ｄの構成については説明の便宜上後ほど詳述する。撮像部３１は、レンズ３１ａ及び３１ｂを介してラインセンサ３１ｃ及び３１ｄ上に結像した画像について、図示しない出力部を介して画像の光量に応じた電気信号を直列的に出力する。なお、撮像部４１についても撮像部３１と同様に、レンズ４１ａ，４１ｂから焦点距離ｆだけ離間されてそれぞれラインセンサ４１ｃ，４１ｄが配置されている。

演算部３２は、ラインセンサ３１ｃ，３１ｄから出力される一対の画像信号のうちの少なくとも一方の画像信号を、所定のシフト範囲に渡って順次シフトさせながら相関値を演算する。演算部４２も同様にラインセンサ４１ｃ，４１ｄから出力される一対の画像信号のうちの少なくとも一方の画像信号を、所定のシフト範囲に渡って順次シフトさせながら相関値を演算し、この相関値に基づいてスクリーン１までの距離を演算する。

制御回路３は、自動焦点検出装置２０の演算部２２から出力されるコントラストデータにより、投影レンズ光学系８により撮影される画像がスクリーン１上に像を結ぶ時の投影レンズ光学系８の位置（合焦位置）を求める。そして求めた合焦位置に投影レンズ光学系８を移動させる制御を行う。また、制御回路３は、第１パッシブ測距装置３０の測距演算結果に基づき、プロジェクタ装置２の第１基準方向（水平方向）に対するスクリーン１の傾斜角度θ１（図７（Ａ）参照）を算出する。同様に第２パッシブ測距装置４０の測距演算結果に基づき、プロジェクタ装置２の第２基準方向（垂直方向）に対するスクリーン１の傾斜角度θ２（図７（Ｂ）参照）を算出する。また、制御回路３は、画像がスクリーン１の表示領域いっぱいに投影されるように投影レンズ光学系８の位置を調整する。

投影画像生成部５は、外部のパソコン等の画像データ出力部から出力される画像データを入力し、入力した画像データを表示用データに変換して表示駆動部６に出力する。

表示駆動部６は、画像歪み補正部として機能し、制御回路３が算出した第１基準方向及び第２基準方向に対する傾斜角に基づき、不図示の投影レンズとしてのコンデンサレンズを含む投影レンズ光学系８を調整して、投影画像の台形歪みを補正する。また、表示駆動部６は、不図示の投影レンズのピント調整を自動的に行うオートフォーカス手段として機能する。投影レンズ光学系８は、所定の映像光をスクリーン１上に投影する。

次に、図６を参照しながら第１パッシブ測距装置（外光三角測距方式）３０の動作原理を説明する。図６には第１パッシブ測距装置３０によりスクリーン１までの距離を測定する様子が示されている。なお、第２パッシブ測距装置４０の動作原理も第１パッシブ測距装置３０と同様であるため説明を省略する。

図６（Ａ）において、一対のレンズ３１ａ及び３１ｂが、プロジェクタ装置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ａだけ離間して配置されている。プロジェクタ装置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ａ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。レンズ３１ａ，３１ｂの各光軸が一対のラインセンサ３１ｃ，３１ｄの各光軸よりも外側に位置するように配置されている。このように構成することで、図５（Ａ）に示されるようにパッシブ測距装置の受光可能範囲を広くとることが可能となる。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を介して距離測定（測距）対象のスクリーン１上のある位置の画像Ｔが結像される。図６（Ａ）においては、スクリーン１上の測定位置Ｔ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。

測定位置Ｔ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Ｔ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に結像されることになる。ここで測定位置Ｔ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、レンズ３１ａからスクリーン１までの距離ＬＣに達すると、測定位置Ｔ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から位相差（ずれ量）αだけずれた位置に結像される。

このとき、三角測距の原理から測定位置Ｔまでの距離ＬＣは、ＬＣ＝ａｆ／αで求められる。ここで、基線長ａ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からの位相差（ずれ量）αを検出すれば、距離ＬＣを測定できる。すなわち、スクリーン１までの距離を検出できる。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。位相差（ずれ量）αの検出及びＬＣ＝ａｆ／αの演算は、図１に示す演算部３２で実行される。

ラインセンサ３１ｄの基準位置３１ｄｘからの位相差（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画像データ信号列ＩＬ及びＩＲからそれぞれ抽出した部分画像データ群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。

上記相関演算の概略を説明する。図６（Ｂ）に示すように、相関演算は部分画像データ群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、重ね合わせる部分画像データ群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からの部分画像データ群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からの部分画像データ群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画像データ群ｉＲｎを探す。最も一致度の高い部分画像データ群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と間の間隔が位相差（ずれ量）αである。

ラインセンサ３１ｃ及び３１ｄの各々は、所定数の光検出素子（画素）を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、位相差（ずれ量）αは、部分画像データ群ｉＲｎの画像データ信号列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Ｔまでの距離ＬＣを、位相差（ずれ量）αを検出することにより測定できる。

次に、ラインセンサの構成について図８を参照しながら説明する。図８には、一対のラインセンサ３１ｃ、３１ｄにて、複数方向の距離を検出する際のラインセンサの構成が示されている。図８に示すように、ラインセンサ３１ｃ、３１ｄを複数に分割し、測距方向に応じて基準位置を複数設定することにより、１つの測距装置で複数方向の距離を検出することができる。すなわち、一対のラインセンサ３１ｃ，３１ｄで複数方向の測距を行う際には、図８に示したようにラインセンサ３１ｃ中に複数の測距方向（本例ではＲ（右）、Ｃ（中央）、Ｌ（左）とする）に基づく複数の基準位置に応じた複数の測距演算領域（３１ｃＲ、３１ｃＣ、３１ｃＬ）を設ける。同様にラインセンサ３１ｄ中に複数の測距方向（Ｒ、Ｃ、Ｌ）に基づく複数の基準位置に応じた複数の測距演算領域（３１ｄＲ、３１ｄＣ、３１ｄＬ）を設ける。そして、測距方向で対応する１対の測距演算領域（３１ｃＲと３１ｄＲ、３１ｃＣと３１ｄＣ、３１ｃＬと３１ｄＬ）中の部分映像データを使用して基準位置からのずれ量を求めることができる。

本実施例のプロジェクタ装置２は、スクリーン１の表示領域いっぱいに画像を投影するオートズーム機能を備えている。このオートズーム機能について説明する。本実施例では、まずズームレンズを含む投影レンズ光学系８をテレ側の端部（画像を最も縮小して投影する位置）に移動させる。投影レンズ光学系８は前回使用した時の位置にあるため、図９（Ａ）に示すように投影レンズ光学系８をテレ側の端部に移動させておくことで、投影した画像がスクリーン１からはみ出さないようにする。なお、図９（Ａ）にはスクリーン１にオートズーム用の画像パターンが投影された状態を示しているが、この時には画像パターンはスクリーン１に投影していなくてもよい。

次に、スクリーン１にオートズーム用の画像パターンを投影して、画像パターンの端部１３とスクリーン１の端部１１とを検出する。オートズーム用の画像パターンは、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように白色の画像領域１２と、黒色の端部１３とからなる。また、スクリーン１も図９（Ａ），（Ｂ）に示すように画像を表示する表示領域１０と、所定の幅に亘って黒色に形成された端部１１とからなる。このため白色の画像領域１２からの反射光を受光する受光センサ２１の画素と、黒色の端部１３からの反射光を受光する受光センサ２１の画素とではセンサデータの値にかなりの差を生じる。同様にスクリーン１の表示領域１０からの反射光を受光する受光センサ２１の画素と、スクリーン１の端部１１からの反射光を受光する受光センサ２１の画素とではセンサデータの値にかなりの差を生じる。センサデータを比較していくことで画像パターンの端部１３とスクリーン１の端部１１とを検出することができる。なお、画像パターンは、画像パターンの中心とスクリーン１の中心とがほぼ一致するようにスクリーン１上に投影されているとよい。画像パターンの中心がスクリーン１の中心から大きくずれていると、投影画像の調整処理を行ってもスクリーン１から画像がはみ出る、スクリーン１いっぱいに画像が投影されないなどの不具合が生じる可能性もある。

センサデータを比較していく具体的な方法として、本実施例では受光センサ２１の隣り合う画素のセンサデータの差を取り、求めたセンサデータの差を所定のしきい値と比較していく。所定のしきい値との比較は、受光センサ２１の中央部から端部に向けて行う。上述したように画像パターンの中心とスクリーン１の中心とがほぼ一致するように画像パターンが投影されているので、受光センサ２１の中央部は、画像パターンの画像領域１２からの反射光を受光していることになる。白色の画像領域１２からの反射光を受光する画素の出力は、値が略一定となっており、画像パターンの端部１３及びスクリーン１の端部１１からの反射光を受光する画素の出力とは値が大きく異なっている。このため受光センサ２１の中央部から端部に向けてセンサデータの差を所定のしきい値と比較していくことで、画像パターンの端部１３又はスクリーン１の端部１１を検出することができる。なお、受光センサ２１の中央部から端部に向けてセンサデータの差をしきい値と比較していった場合、センサデータの差が最初に所定のしきい値よりも大きくなった画素が、画像パターンの端部１３（以降、この画素を画素Ｐと呼ぶ）、次にセンサデータの差が所定のしきい値よりも大きくなった画素が、スクリーン１の端部１１と判定することができる（以降、この画素を画素Ｓと呼ぶ）。また、隣接する画素間のセンサデータの差を絶対値を取ってしきい値と比較すると、画像領域１２と端部１３との境界と、端部１３とスクリーン１の表示領域１０との境界とを検出してしまうことになる。このため隣接する画素間でのセンサデータの差をしきい値と比較する時には、センサデータの差の絶対値をしきい値と比較しないようにする。

次に、画像パターンの端部１３の位置とスクリーン１の端部１１の位置とを比較して、画像パターンの端部１３をスクリーン１の端部１１に合わせる。投影レンズ光学系８を最初にテレ側の端部に移動しているので、図９（Ｂ）に示すように画像パターンの端部１３はスクリーン１の端部１１よりも内側にある。画像パターンの端部１３として判定された画素Ｐの画素番号と、スクリーン１の端部１１として判定された画素Ｓの画素番号とを比較し、両者が一致していない場合には、投影レンズ光学系８をワイド側に駆動（以降、画像パターンを拡大する方向への投影レンズ光学系８の駆動をワイド駆動と呼ぶ）する。例えば、レンズ駆動手段としてステップモータを用いた場合、ワイド側に１ステップ駆動する。この位置での受光センサ２１のセンサデータを取り出して、画像パターンの端部１３（画素Ｐの位置）を再度検出する。以降この処理を画像パターン１３とスクリーン１の端部１１とが一致するまで、すなわち、センサデータの差が最初にしきい値を超えた画素Ｐの位置が、スクリーン１の端部１１の画素Ｓの位置に一致するまで行う。

このように本実施例は、最も縮小した画像をスクリーン１に投影しておき、スクリーン端部１１の反射光を受光した画素位置と、スクリーン１に投影された画像パターンの端部１３の反射光を受光した画素位置とを比較しながら画像を拡大表示し、画像パターンの端部１３をスクリーン１の端部１１に合わせる制御を行っている。従って、スクリーン１の周りの環境によらず精度のよいオートズームを行うことができる。また、スクリーンサイズを演算する必要がないので、演算処理を省略できる。

また、隣接する画素のセンサデータの差と、所定のしきい値との比較をスクリーン１の中央部から端部に向けて、すなわちラインセンサの中央部から端部に向けて行っている。ラインセンサの中央部は、スクリーン１または画像パターンの反射光、特に白色に対応する反射光を受光しているのでセンサデータの値が略一定となっている。従って、白色と黒色とのセンサデータの差からスクリーン端部１１及び画像パターンの端部１３のセンサデータの判定が容易になり、端部の検出を確実に行うことができる。

なお、プロジェクタ装置においては、投影画像のアスペクト比は一定であるため、画像パターンの端部１３とスクリーン１の端部１１とを合わせる処理を水平方向と垂直方向のいずれか一方において行えば、他方も必然的に合わされることになる。

また、本実施例ではスクリーンの端部１１を黒色としているが、スクリーン１の背後に黒色の物体（例えば壁）があれば、スクリーン１全体を白色にしてもスクリーンの端部１１を十分に検出することができる。

また、本実施例では隣接する画素のセンサデータの差を所定のしきい値と比較することで、画像パターンの端部１３からの反射光を受光した画素位置と、スクリーン１の端部１１からの反射光を受光した画素位置とを検出している。この他に、受光センサ２１から出力されるセンサデータを直接しきい値と比較して、画像パターンの端部１３及びスクリーンの端部１１を検出することも可能である。

次にオートズーム機能を実現するための動作手順を図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、投影画像の焦点がスクリーン１に合うように焦点合わせを行うオートフォーカス処理（ステップＳ１）、プロジェクタ装置２とスクリーン１との位置関係により生じる台形歪みを補正する台形歪み補正処理（ステップＳ２）などが行われる。これらの処理の詳細な手順については後述する。オートズーム処理の前に焦点合わせ、台形歪みの補正を行っておくことで、画像パターンの端部１３をスクリーン１の端部に精度よく合わせることができる。すなわち、オートズーム機能の精度を向上させることができる。オートフォーカス処理、台形歪み補正処理が終わると、オートズーム処理を実行する（ステップＳ３）。

次に上述した各処理の詳細な手順についてフローチャートを参照しながら説明する。まず、図１１に示されたフローチャートを参照しながらオートフォーカス（図１０に示すステップＳ１）の動作手順を説明する。なお、ここでは山登りオートフォーカスについて説明するが、オートフォーカスは、山登りオートフォーカスに限定されるものではなく、他の方法を適用することができる。また、以下では、ステップモータを用いて投影レンズ光学系８を駆動する例を説明するが、他のモータ、例えばＤＣモータなどを用いることも可能である。この場合、ＤＣモータへの通電時間によって投影レンズ光学系８の駆動量を制御する。まず、光学系駆動部７により投影レンズ光学系８が初期位置に駆動され、計測結果を記憶するメモリ部４の領域が初期化される（ステップＳ２０）。初期化される情報としては、自動焦点検出装置２０で算出されるコントラスト値（ｃｏｎｔ）と、算出されたコントラスト値の中で値が最大となるコントラスト値（Ｍａｘ＿ｃｏｎｔ）と、初期位置からＭａｘ＿ｃｏｎｔ位置までのステップ数の情報などが挙げられる。

次に、プロジェクタ装置２内に予め記憶されている、自動焦点調節に適したオートフォーカス用の画像パターンを投影レンズ光学系８によりスクリーン１上に投影する（ステップＳ２１）。

次に、図３に示すようにステッピングモータ等の光学系駆動部７により投影レンズ光学系８を初期位置から一定速度で移動させる（繰り出し開始）。なお、初期位置とは、投影レンズ光学系８によって投影される画像のピントが合う位置（合焦位置）が無限遠となる投影レンズ光学系８の位置である。同時に受光センサ２１がスクリーン１に投影された画像パターンの反射光を受光する（ステップＳ２２）。受光センサ２１は受光した反射光量に応じた電気信号を後段の演算部２２に出力する（ステップＳ２３）。受光センサ２１からの電気信号は演算部２２でフィルタ処理、Ａ／Ｄ変換処理、積分処理などが施され（ステップＳ２４）、画像のコントラスト値（ｃｏｎｔ）が算出される（ステップＳ２５）。算出されたコントラスト値（ｃｏｎｔ）は、制御回路３に出力される。

制御回路３は、演算部２２で算出されたコントラスト値（ｃｏｎｔ）が、最大のコントラスト値（Ｍａｘ＿ｃｏｎｔ）よりも大きいか否かを判定する。最大のコントラスト値（Ｍａｘ＿ｃｏｎｔ）とは、算出したコントラスト値よりも前に得られたコントラスト値の中で値が最大のものである。もし、算出したコントラスト値（ｃｏｎｔ）が最大コントラスト値（Ｍａｘ＿ｃｏｎｔ）よりも大きければ（ステップＳ２６／ＹＥＳ）、コントラスト値（ｃｏｎｔ）を最大コントラスト値（Ｍａｘ＿ｃｏｎｔ）として入れ換え、この位置までのステップ数（初期位置を０として起算したもの）をメモリ部４に登録する（ステップＳ２７）また、算出したコントラスト値が最大コントラスト値（Ｍａｘ＿ｃｏｎｔ）よりも小さい場合には（ステップＳ２６／ＮＯ）、このコントラスト値に対する処理を終了する。

次に、制御回路３はステッピングモータを駆動するステップ数が、予め設定されたステップ数に達したかどうかを確認する（ステップＳ２８）。投影レンズ光学系８を初期位置から最近位置まで駆動させるためのステップ数は予め決まっているため、現在の駆動ステップ数が、この最近位置までのステップ数に達したかどうかを判定する。達していなければ（ステップＳ２８／ＮＯ）、受光センサ２１で出力される反射光量に応じた電気信号からコントラスト値を算出し、最大コントラスト値（Ｍａｘ＿ｃｏｎｔ）と比較する手順を繰り返す。なお、最近位置とは、投影レンズ光学系８がプロジェクタ装置２に最も近い位置にピントを合わせることができる投影レンズ光学系８の位置である。

現在の駆動ステップ数が、最近位置までのステップ数に達した場合には（ステップＳ２８／ＹＥＳ）、コントラスト値の測定を終了し、検出したＭａｘ＿ｃｏｎｔ位置へ投影レンズ光学系８を移動させる制御を行う（ステップＳ２９）。このような手順を経ることで、投影される画像の焦点をスクリーンに合わせることができる。

次に、図１２に示されたフローチャートを参照しながら台形歪み補正（図１０に示すステップＳ２）の手順を説明する。まず、投影レンズ光学系８によりスクリーン１上に位相差検出用の画像パターンを投影する（ステップＳ３０）。第１パッシブ測距装置３０、及び第２パッシブ測距装置４０で位相差の検出が容易となるように、白と黒の縦縞の画像パターンが位相差検出用画像として使用される。スクリーン１上に投影された位相検出用画像の反射光を第１パッシブ測距装置３０、及び第２パッシブ測距装置４０で受光して、プロジェクタ装置２からスクリーン１上の複数の測定位置までの距離を測距する（ステップＳ３１）。位相差検出用画像の反射光をラインセンサ３１ｃ，３１ｄ，４１ｃ，４１ｄでそれぞれ受光し、各ラインセンサの基準位置からのずれ量（位相差）を演算部３２、４２でそれぞれ検出して、測定対象（スクリーン１上の測定位置）までの距離を測定する。演算部３２は、ラインセンサ３１ｃ，３１ｄから出力される一対の画像データ信号列からそれぞれ抽出した部分画像データ群について相関演算を行い、ずれ量を検出する。演算部４２についても同様に、ラインセンサ４１ｃ、４１ｄから出力される画像データに対して相関演算を行い、ずれ量を検出する。第１パッシブ測距装置３０、及び第２パッシブ測距装置４０によって測距された測距データは、制御回路３に送信される。

次に、測距データを用いて角度演算を行う（ステップＳ３２）。第１パッシブ測距装置３０の測距データにより第１基準方向に対するスクリーン１の傾斜角度θ１（図１３参照）を算出する方法を例に挙げて、角度演算について説明する。図１３に示すように、第１パッシブ測距装置３０の第１基準方向（プロジェクタ装置２の水平方向）に対するスクリーン１の傾斜角度をθ１とし、測距位置１Ａに対して測距演算領域３１ｃＣを用いて測距演算された結果をＬｌ、測距位置１Ｂに対して測距演算領域３１ｃＲを用いて測距演算された結果をＬ２、測距位置１Ａと光軸Ｌとの距離をＬ１’、測距位置１Ｂと光軸Ｌとの距離をＬ２’とすると、傾斜角度θ１は、
ｔａｎθ１＝（Ｌ２−Ｌ１）／（Ｌ１’＋Ｌ２’）
で求められる。

ここで、三角形の相似により、Ｌ１：Ｌ１’＝ｆ：Ｐ（１ａ−ｋ）が成り立つ。これを展開すると、Ｌ１’＝ＰＬ１（１ａ−ｋ）／ｆとなる。ここで、１ａは測距演算領域３１ｃＬに結像した測距位置１Ａのコントラスト重心位置に相当する画素番号、ｋは光軸に相当するラインセンサの画素番号、Ｐはラインセンサの画素ピッチ、ｆは焦点距離である。同様にＬ２’は、Ｌ２’＝ＰＬ２（１ｂ−ｋ）／ｆで表わせる。ここで、１ｂは測距演算領域３１ｃＲに結像した測距位置１Ｂのコントラスト重心位置に相当する画素番号である。なお、Ｐ及びｆは設計段階等で求められる定数であり、これらの値は制御回路３内に予め記憶しておく。なお、コントラスト重心位置の求め方については公知技術（例えば特開平８−７５９８５号参照）であるため、本実施例では、その説明を省略する。また、第２パッシブ測距装置４０の測距データに基づいて、第２基準方向に対するスクリーン１の傾斜角度θ２を算出する方法についても同様の方法を適用することができる。

傾斜角θ１、θ２が求まると、制御回路３は求めた傾斜角θ１、θ２を表示駆動部６に出力する。表示駆動部６は、制御回路３が算出した水平方向及び垂直方向の傾斜角に基づきコンデンサレンズを含む投影レンズ光学系８を調整して投影画像の台形歪みを補正する（ステップＳ３３）。また、投影画像生成部５において制御回路３が算出した水平方向及び垂直方向の傾斜角度に基づき投影画像とは逆の台形歪みのある画像の表示データを生成し（キーストン補正）、投影画像の台形歪みを電気的に補正するようにしてもよい。

次に、図１４に示されたフローチャートを参照しながらオートズーム処理（図１０に示すステップＳ３）の詳細な動作手順を説明する。まず、ズームレンズを含む投影レンズ光学系８をテレ側の端部（画像を最も縮小して投影する位置）に移動させる（ステップＳ４０）。投影レンズ光学系８は前回使用時の位置にあるため、図９（Ａ）に示すように投影レンズ光学系８をテレ側の端部に移動させることで、画像をスクリーン１に投影した際に画像がスクリーン１からはみ出さないようにする。なお、図９（Ａ）にはスクリーン１にオートズーム用の画像パターンが投影された状態を示しているが、この時には画像パターンはスクリーン１に投影していなくてもよい。

次に、スクリーン１にオートズーム用の画像パターンを投影する（ステップＳ４１）。オートズーム用の画像パターンは、白色の画像領域１２と黒色の端部１３とからなる。同様にスクリーン１も画像を表示する表示領域１０と、所定の幅に亘って黒色に形成された端部１１とからなる。スクリーン１に投影された画像パターンを図９（Ａ）に示す。画像パターンは、画像パターンの中心とスクリーン１の中心とがほぼ一致するようにスクリーン１上に投影されているとよい。

スクリーン１での反射光を自動焦点検出装置２０の受光センサ２１で受光してセンサデータを出力し、このセンサデータを用いて画像パターンの端部１３及びスクリーン１の端部１１を検出する（ステップＳ４２）。画像パターンの端部１３及びスクリーン１の端部１１を検出すると、画像パターンの端部１３をスクリーン１の端部１１に合わせる画像調整処理４３が行われる。

次に、センサデータの値を用いて画像パターンの端部１３及びスクリーン１の端部１１を検出する処理（図１４に示すステップＳ４２）の詳細を図１５に示すフローチャートを参照しながら説明する。オートズーム用の画像パターンをスクリーン１に投影し、スクリーン１からの反射光を自動焦点検出装置２０の受光センサ２１で受光する。受光センサ２１からは反射光量に応じた電気信号が演算部２２に送られる。演算部２２は、入力した電気信号から高周波成分を高域通過フィルタ２２１で取り出し、検波器２２２で振幅検波を行い、検波器２２２の出力をＡ／Ｄ変換したセンサデータを制御回路３に出力する（ステップＳ５１）。なお、上述したように端部の検出に使用するラインセンサは、ラインセンサ３１ｃ，３１ｄ，４１ｃ，４１ｄのうちのいずれか一つを使用するものであってもよいし、１対のラインセンサ３１ｃと３１ｄ、またはラインセンサ４１ｃと４１ｄを使用するものであってもよい。

演算部２２で演算され取り出されたセンサデータには、スクリーン１の反射光と画像パターンの反射光とが含まれており、隣接画素のセンサデータの差をしきい値と比較していくことで、スクリーンの端部１１と画像パターンの端部１３とを検出することができる。制御回路３は、センサデータの差としきい値との比較をスクリーン中央部から端部に向けて行い、センサデータの差が最初にしきい値を超えた画素（画素Ｐ）を検出する(ステップＳ５２)。この画素Ｐの画素番号をメモリ部４に記憶する（ステップＳ５３）。なお、スクリーン中央部から端部の方向へセンサデータの差としきい値との比較を行っても、全画素でしきい値よりも値の大きいセンサデータを見つけることができなかった場合には（ステップＳ５４／ＹＥＳ）、図示しない表示部にエラー表示を行う（ステップＳ５５）。

センサデータの差が最初にしきい値を超えた画素Ｐを検出すると（ステップＳ５２／ＹＥＳ）、画素Ｐの次の画素からセンサデータの差としきい値との比較を継続して行う（ステップＳ５６）。センサデータの差がしきい値よりも大きい画素（画素Ｓ）を検出すると（ステップＳ５６／ＹＥＳ）、この画素Ｓの画素番号をメモリ部４に記憶する（ステップＳ５７）。なお、スクリーン中央部から端部の方向へセンサデータの差としきい値との比較を行っても、全画素でしきい値よりも値の大きいセンサデータを見つけることができなかった場合には（ステップＳ５８／ＹＥＳ）、このまま処理を終了する。また、再度画像パターンをスクリーン１に投影して、投影画像調整処理を行うものであってもよい。

次に、画像調整処理（図１４のステップＳ４３）の詳細を図１６に示すフローチャートを参照しながら説明する。制御回路３は、投影レンズ光学系８をワイド側に１ステップ駆動する（ステップＳ６０）。この位置で画像パターンをスクリーン１に投影し、スクリーン１からの反射光を受光センサ２１で受光する。受光センサ２１の出力を演算部２２で演算しセンサデータを出力する（ステップＳ６１）。制御回路３は、センサデータの差としきい値との比較をスクリーン中央部からスクリーン端部１１に向けて行う（ステップＳ６２）。スクリーン中央部の画素のセンサデータの差からしきい値との比較を初めて、比較対象を徐々にスクリーン端部１１側のセンサデータに変えていく。センサデータの差がしきい値よりも大きい画素を検出すると（ステップＳ６２／ＹＥＳ）、当該センサデータの画素番号を記憶する（以下の説明では、この画素番号をＰとする）（ステップＳ６３）。なお、スクリーン中央部から端部の方向へセンサデータの差としきい値との比較を行っても、全画素でしきい値よりも値の大きいセンサデータを見つけることができなかった場合には（ステップＳ６５／ＹＥＳ）、図示しない表示部にエラー表示を行う（ステップＳ６６）。

センサデータの差が最初にしきい値を超えた画素Ｐを検出すると（ステップＳ６２／ＹＥＳ）、制御回路３は、画素Ｐを、スクリーン端部１１の画素Ｓと比較する（ステップＳ６４）。画素Ｐの画素番号と画素Ｓの画素番号とが一致した場合（ステップＳ６４／ＹＥＳ）、投影した画像パターンの端部１３をスクリーンの端部１１に一致させることができたので、この処理を終了する。画素Ｐの画素番号が、画素Ｓの画素番号に一致していなかった場合には（ステップＳ６４／ＮＯ）、上述したステップＳ６０〜ステップＳ６３までの処理を繰り返し行い、画素Ｐの画素番号と画素Ｓの画素番号とを一致させる。

なお、上述した実施例は本発明の好適な実施例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

プロジェクタ装置２の構成を示す図である。 自動焦点検出装置２０の構成を示すブロック図である。 山登りオートフォーカスを説明するための図である。 プロジェクタ装置を正面から見た構成を示す図である。 レンズ３１ａ，３１ｂ，４１ａ，４１ｂとラインセンサ３１ｃ，３１ｄ，４１ｃ，４１ｄとの位置関係を説明するための図である。 パッシブ測距装置によりスクリーンを測距する様子を示した図である。 （Ａ）はスクリーン１の水平方向に対する傾斜角度を説明するための図であり、（Ｂ）はスクリーン１の垂直方向に対する傾斜角度を説明するための図である。 ラインセンサの構成を示す図である。 画像の端部をスクリーンの端部に合わせる動作時の投影レンズ光学系８の位置を説明するための図であり、（Ａ）は投影レンズ光学系が前回の使用位置にあるときにスクリーン１に投影される画像であり、（Ｂ）は投影レンズ光学系をテレ側の端部に移動したときにスクリーン１に投影される画像を示している。 全体の動作手順を示すフローチャートである。 オートフォーカスの詳細な手順を示すフローチャートである。 台形歪み補正の詳細な手順を示すフローチャートである。 傾斜角度の算出方法を説明するための図である。 オートズームの詳細な手順を示すフローチャートである。 端部検出処理の詳細な手順を示すフローチャートである。 画像調整処理の詳細な手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ スクリーン ２ プロジェクタ装置
３ 制御回路 ４ メモリ部
５ 投影画像生成部 ６ 表示駆動部
７ 光学系駆動部 ８ 投影レンズ光学系
２０ 自動焦点検出装置 ２１ 受光センサ
２２ 演算部 ３０ 第１パッシブ測距装置
３１ 撮像部 ３１ａ，３１ｂ レンズ
３１ｃ，３１ｄ ラインセンサ ３２ 演算部
４０ 第２パッシブ測距装置 ４１ 撮像部
４１ａ，４１ｂ レンズ ４１ｃ，４１ｄ ラインセンサ
４２ 演算部 ２２１ ＨＰＦ
２２２ 検波器 ２２３ Ａ／Ｄ変換器
２２４ 積分器

Claims (7)

1. 画像をスクリーンに拡大表示する画像投影手段と、
   複数の画素を有するセンサを備え、受光量に応じたセンサデータを出力するセンサデータ出力手段と、
   最も縮小した前記画像を前記スクリーンに投影し、前記スクリーン端部の反射光を受光した画素位置と、前記スクリーンに投影された前記画像の端部の反射光を受光した画素位置とを比較しながら前記画像を拡大表示し、前記画像の端部を前記スクリーンの端部に合わせる制御手段と、
   を有することを特徴とするプロジェクタ装置。
2. 前記制御手段は、前記スクリーン端部の反射光を受光した画素、または前記画像の端部の反射光を受光した画素を検出する時に、前記センサの中央部から端部に向かってセンサデータの値が大きく変化する画素を検出することを特徴とする請求項１記載のプロジェクタ装置。
3. 前記制御手段は、前記センサの中央部から端部に向かって隣接画素間のセンサデータの差を取り、該センサデータの差が所定のしきい値を超えた画素を検出することで前記画像または前記スクリーンの端部を検出することを特徴とする請求項１または２記載のプロジェクタ装置。
4. 前記制御手段は、前記センサの中央部から端部に向かって所定のしきい値と比較するセンサデータを選択し、前記しきい値を超えたセンサデータを検出することで前記画像の端部または前記スクリーンの端部を検出することを特徴とする請求項１または２記載のプロジェクタ装置。
5. 前記画像は、白色画像の端部が黒色になっていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のプロジェクタ装置。
6. 前記スクリーンの端部は、黒色に形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載のプロジェクタ装置。
7. 最も縮小した画像をスクリーンに投影し、前記スクリーン端部の反射光を受光した画素位置と、前記スクリーンに投影された前記画像の端部の反射光を受光した画素位置とを比較しながら前記画像を拡大表示していくことで、前記画像の端部を前記スクリーンの端部に合わせることを特徴とする投影画像調整方法。

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