投写型映像表示装置、およびフォーカス制御回路
【課題】コントラスト検出法を用いたオートフォーカス処理にて、処理時間を短縮する。
【解決手段】投写部１０は、投影面２００にレンズ１３を介して画像を投写する。レンズ駆動部２０は、レンズ１３の位置を移動させる。撮像部３０は、投影面２００に投影された画像を撮像する。制御部４０は、複数のレンズ位置にて撮像部３０によりそれぞれ撮像された複数の画像の鮮明度をもとに、レンズ１３の位置を決定する。制御部４０は、一フレーム周期内に、レンズ駆動部２０にレンズを複数回移動させ、一枚のフレーム画像内から、それぞれのレンズ位置で露光された複数の部分画像の鮮明度を取得する。
【解決手段】投写部１０は、投影面２００にレンズ１３を介して画像を投写する。レンズ駆動部２０は、レンズ１３の位置を移動させる。撮像部３０は、投影面２００に投影された画像を撮像する。制御部４０は、複数のレンズ位置にて撮像部３０によりそれぞれ撮像された複数の画像の鮮明度をもとに、レンズ１３の位置を決定する。制御部４０は、一フレーム周期内に、レンズ駆動部２０にレンズを複数回移動させ、一枚のフレーム画像内から、それぞれのレンズ位置で露光された複数の部分画像の鮮明度を取得する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オートフォーカス機能を搭載した投写型映像表示装置、およびフォーカス制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オートフォーカス機能を搭載した投写型映像表示装置（以下適宜、プロジェクタと表記する）が実用化されている。たとえば、プロジェクタ本体に測距センサ（たとえば、一対のラインセンサで構成される）を搭載し、プロジェクタ本体とスクリーンとの距離を測定することにより、ピントを合わせる手法が実用化されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、プロジェクタ本体にカメラを搭載し、複数のレンズ位置でそれぞれ撮像された画像のコントラストを算出し、コントラストが最大となるレンズ位置を検出することにより、ピントを合わせる手法も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この手法は、プロジェクタ本体とスクリーンとの距離が大きく離れていても、対応することができる。上記測距センサを用いる手法では、プロジェクタ本体とスクリーンとの距離が、所定の範囲を超えて離れてしまうと対応できなくなる。その場合、ユーザの目視により手動でフォーカスを調整する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７１７６０号公報
【特許文献２】特開２００６−２８５０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したカメラを用いる手法では、複数のレンズ位置でそれぞれ撮像された画像のコントラストを算出する必要があるため、合焦位置を決定するまでに、ある程度の時間が必要となる。一般的に、デジタルカメラでは、オートフォーカス調整を開始してから、合焦位置を決定するまでの時間が１秒以内であることが要求される。プロジェクタにおいても、この時間は短いほど好ましい。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、コントラスト検出法を用いたオートフォーカス処理にて、処理時間を短縮する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様の投写型映像表示装置は、投影面にレンズを介して画像を投写する投写部と、レンズの位置を移動させるレンズ駆動部と、投影面に投影された画像を撮像する撮像部と、複数のレンズ位置にて撮像部によりそれぞれ撮像された複数の画像の鮮明度をもとに、レンズの位置を決定する制御部と、を備える。制御部は、一フレーム周期内に、レンズ駆動部にレンズを複数回移動させ、一枚のフレーム画像内から、それぞれのレンズ位置で露光された複数の部分画像の鮮明度を取得する。
【０００８】
本発明の別の態様は、フォーカス制御回路である。このフォーカス制御回路は、撮像素子と、レンズと、当該レンズを移動させるための駆動素子と、を備える装置に搭載されるべきフォーカス制御回路であって、複数のレンズ位置にて撮像素子によりそれぞれ撮像された複数の画像の鮮明度を算出する画像処理部と、画像処理部により算出された複数の画像の鮮明度をもとに、レンズの位置を決定するフォーカス調整部と、を備える。フォーカス調整部は、一フレーム周期内に、駆動素子にレンズを複数回移動させ、画像処理部にそれぞれのレンズ位置で露光された複数の部分画像の鮮明度を算出させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、コントラスト検出法を用いたオートフォーカス処理にて、処理時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置の構成を示す図である。
【図２】フォーカスレンズの合焦位置の決定処理について説明するための図である。
【図３】ＣＭＯＳイメージセンサで撮像されるフレーム画像を用いる、コントラスト検出法を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】図３に示したコントラスト検出法を用いたオートフォーカス処理の、デジタルカメラへの適用例１を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】図３に示したコントラスト検出法を用いたオートフォーカス処理の、デジタルカメラへの適用例２を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】投影面に投影されるパターン画像の一例を示す図である。
【図７】パターン画像に含まれる複数の部分画像の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置の動作例１を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置の動作例２を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置１００の構成を示す図である。投写型映像表示装置１００は、投写部１０、レンズ駆動部２０、撮像部３０および制御部４０を備える。
【００１２】
投写部１０は、スクリーンなどの投影面２００に画像を投写する。オートフォーカス時には、所定のパターン画像を投写する。投写部１０は、光源１１、光変調部１２およびフォーカスレンズ１３を含む。光源１１には、フィラメント型の電極構造を有するハロゲンランプ、アーク放電を発生させる電極構造を有するメタルハライドランプ、キセノンショートアークランプ、高圧型の水銀ランプ、ＬＥＤランプなどを採用することができる。
【００１３】
光変調部１２は、制御部４０（より具体的には、後述する画像信号設定部４６）から設定される画像信号に応じて、光源１１から入射される光を変調する。たとえば、光変調部１２にはＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を採用することができる。ＤＭＤは、画素数に対応した複数のマイクロミラーを備え、各マイクロミラーの向きが各画素信号に応じて制御されることにより、所望の画像を形成する。
【００１４】
フォーカスレンズ１３は、光変調部１２から入射される光の焦点位置を調整する。フォーカスレンズ１３は、レンズ駆動部２０によりそのレンズ位置が光軸上で移動される。
【００１５】
レンズ駆動部２０は、制御部４０（より具体的には、後述する駆動信号設定部４８）から設定される駆動信号に応じて、フォーカスレンズ１３の位置を移動させる。レンズ駆動部２０には、ステッピングモータ、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、ピエゾ素子などを採用することができる。
【００１６】
撮像部３０は、投影面２００に投影された画像を撮像する。オートフォーカス時には上記パターン画像を撮像する。撮像部３０は、固体撮像素子３１および信号処理回路３２を含む。固体撮像素子３１には、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどを採用することができる。グローバルシャッタ方式など、走査ライン単位でシャッタタイミングを制御可能な撮像素子であれば、採用することができる。なお、グローバルシャッタ方式のＣＣＤ（Charge Coupled Devices）は採用することがきない。信号処理回路３２は、固体撮像素子３１から出力される信号に対して、Ａ／Ｄ変換などの各種信号処理を施し、制御部４０に出力する。
【００１７】
制御部４０は、複数のレンズ位置にて撮像部３０によりそれぞれ撮像された複数のパターン画像の鮮明度をもとに、フォーカスレンズ１３の位置を決定する。本実施の形態では、制御部４０は、一フレーム周期内に、レンズ駆動部２０にレンズを複数回移動させ、一枚のフレーム画像内から、それぞれのレンズ位置で露光された複数の部分画像の鮮明度を取得する。
【００１８】
以下、より具体的に説明する。制御部４０は、画像処理部４１、画像メモリ４５、画像信号設定部４６、フォーカス調整部４７および駆動信号設定部４８を備える。画像処理部４１は、エリア設定部４２、ＨＰＦ４３および積算部４４を含む。
【００１９】
制御部４０の構成は、ハードウェア的には、任意のプロセッサ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウェア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００２０】
画像処理部４１は、撮像部３０から供給される画像信号を処理する。以下、より具体的に説明する。エリア設定部４２は、投影面２００を写した画像のうち、上記パターン画像が写っているエリアの画像信号を抽出して、その抽出した画像信号をＨＰＦ４３に渡す。ＨＰＦ４３は、上記エリアの画像信号の高周波成分を抽出して、その抽出した高周波成分を積算部４４に渡す。積算部４４は、上記エリアのフレーム画像に含まれる上記部分画像ごとに、高周波成分を積算して、その積算値をフォーカス調整部４７に渡す。
【００２１】
画像メモリ４５は、投影面２００に投写すべき画像データを保持する。当該画像データは、図示しない外部インタフェースを介して、ＰＣなどから供給される。本実施の形態では、オートフォーカス時に投写されるパターン画像も保持する。画像信号設定部４６は、画像メモリ４５に保持される画像データにもとづく画像信号を光変調部１２に設定する。
【００２２】
フォーカス調整部４７は、オートフォーカス時に、画像信号設定部４６にパターン画像の信号を光変調部１２に設定させることにより、投影面２００に当該パターン画像を投影させる。それとともに、フォーカス調整部４７は、フォーカスレンズ１３を所定のステップ幅で順次、移動させるための制御信号を駆動信号設定部４８に供給する。なお、この一ステップの移動ごとに、画像処理部４１により上記積算値が算出される。フォーカス調整部４７は、積算部４４から渡される複数の積算値のうち、最大値をとるフォーカスレンズ１３の位置を、合焦位置に決定する。
【００２３】
図２は、フォーカスレンズ１３の合焦位置の決定処理について説明するための図である。オートフォーカス機能が有効化されると、フォーカス調整部４７は、画像信号設定部４６にパターン画像の投写を指示するとともに、フォーカスレンズ１３をニア側からファー側へまたはファー側からニア側へ、所定のステップ幅で順次、移動させるための制御信号を駆動信号設定部４８に設定する。画像信号設定部４６は、パターン画像の信号を光変調部１２に設定し、駆動信号設定部４８は、上記制御信号に応じた駆動信号をレンズ駆動部２０に設定する。
【００２４】
画像処理部４１は、フォーカスレンズ１３の各レンズ位置において撮像されたパターン画像に含まれる部分画像のシャープネス（上記積算値を用いることができる）を算出する。このシャープネスは、フォーカスレンズ１３が合焦位置に近づくにつれ、上昇する。その上昇がピークをうち、下降に転換したとき、フォーカス調整部４７は、その一つ前のレンズ位置を合焦位置に決定する。
【００２５】
なお、上述したオートフォーカス機能が有効化される条件としては、投写型映像表示装置１００の電源投入、ユーザ操作、定期的な自動発動などが該当する。
【００２６】
まず、本実施の形態に係る投写型映像表示装置１００で実行される、コントラスト検出法を用いたオートフォーカス処理の説明に先立ち、コンパクトデジタルカメラや携帯電話機に搭載されるカメラ（以下、まとめてデジタルカメラと記載する）で実行されるオートフォーカス処理について説明する。
【００２７】
図３は、ＣＭＯＳイメージセンサで撮像されるフレーム画像を用いる、コントラスト検出法を説明するためのタイミングチャートである。ＣＭＯＳイメージセンサでは、ローリングシャッタ方式が採用されるため、各走査ラインの露光開始タイミングが順次、ずれていく。図３では、一フレームにｍ（ｍは自然数）行の走査ラインが含まれる例を描いている。
【００２８】
一フレーム周期の開始を示す垂直同期信号（ＶＳＹＮＣ）が設定されると、ＣＭＯＳイメージセンサの一行目の走査ラインからｍ行目の走査ラインへ向けて、露光を順次開始する。全行の走査ラインの露光期間は等しいため、一行目の走査ラインからｍ行目の走査ラインへ向けて、順次、露光が終了する。各走査ラインの画素データは、露光が終了すると、ＣＭＯＳイメージセンサから信号処理回路３２を経て画像処理部４１に出力され、各画素データの高周波成分が順次、算出される。
【００２９】
ｍ行目の走査ラインの露光、およびその画素データの高周波成分の算出が終了すると、その時点で、当該フレーム画像全体の鮮明度を示す評価値（たとえば、上述したシャープネス）の算出が可能となる。
【００３０】
図４は、図３に示したコントラスト検出法を用いたオートフォーカス処理の、デジタルカメラへの適用例１を説明するためのタイミングチャートである。適用例１では、二フレームに一回、フォーカスレンズ１３を移動させる。より具体的には、奇数フレーム（または偶数フレーム）の評価値算出の終了後にフォーカスレンズ１３を移動させる。図４では、フォーカスレンズ１３の移動を、レンズ駆動部２０に搭載されるモータへの駆動信号で表現している。
【００３１】
上述したように、ローリングシャッタ方式を採用したＣＭＯＳイメージセンサでは、各走査ラインの露光開始タイミングが一律ではない。したがって、露光期間中にフォーカスレンズ１３が移動してしまう走査ラインも発生する。図４では、二番目のフレームに含まれる走査ラインが、露光期間の途中でレンズが移動してしまう。この場合、一つの露光期間で撮像された一走査ラインの画素データ内に、フォーカスレンズ１３の移動前の成分と移動後の成分が混在することになる。
【００３２】
この点、適用例１のように一フレーム飛ばしでフレーム画像の評価値を採用することにより、フォーカスレンズ１３の移動前の成分と移動後の成分が混在する走査ラインを含むフレーム画像を対象外とすることができる。図４では、一番目のフレームおよび三番目のフレームに含まれる走査ラインの露光期間の途中で、フォーカスレンズ１３が移動することはない。
【００３３】
図５は、図３に示したコントラスト検出法を用いたオートフォーカス処理の、デジタルカメラへの適用例２を説明するためのタイミングチャートである。適用例２では、一フレームごとにフォーカスレンズ１３を移動させる。より具体的には、各フレームの評価値算出の終了後にフォーカスレンズ１３を移動させる。
【００３４】
一フレームごとにフォーカスレンズ１３を移動させると、各フレームに含まれるいくつかの走査ラインでは、その露光期間の途中でフォーカスレンズ１３が移動する。図５では、各露光期間のうち、フォーカスレンズ１３の移動前のレンズ位置で露光される期間を実線で、移動後のレンズ位置で露光される期間を点線で描いている。一行目に近い走査ラインほど移動前のレンズ位置で露光される期間の割合が大きく、反対に、ｍ行目に近い走査ラインほど移動後のレンズ位置で露光される期間の割合が大きくなる。
【００３５】
適用例２では、制御部４０は、ある走査ラインの露光期間に占める、移動前のレンズ位置で露光された第１期間と移動後のレンズ位置で露光された第２期間との比率から、当該走査ラインの当該露光期間に対応する一つのレンズ位置を擬制する。たとえば、第１期間と第２期間との比率が１：１の場合、擬製されるべきレンズ位置は、移動前のレンズ位置と移動後のレンズ位置との間のちょうど中間地点となる。また、第１期間と第２期間との比率が１：３の場合、擬製されるべきレンズ位置は、移動前のレンズ位置と移動後のレンズ位置との間の３／４地点となる。
【００３６】
このように、適用例２ではフォーカスレンズ１３の移動前の成分と移動後の成分が混在する走査ラインを含むフレーム画像も、上記評価値算出の対象とすることができ、適用例１より、合焦位置を決定するまでの時間を短縮することができる。
【００３７】
図６は、投影面に投影されるパターン画像の一例を示す図である。投影面２００に投影されるパターン画像ＰＩは、模様、文字列などで形成される。図６では縦縞模様で形成される例を描いている。
【００３８】
図７は、パターン画像に含まれる複数の部分画像の一例を示す図である。図７では、一枚のパターン画像ＰＩから、四つの部分画像（第１部分画像Ｉｐ１、第２部分画像Ｉｐ２、第３部分画像Ｉｐ３および第４部分画像Ｉｐ４）が抽出される。これらの部分画像のそれぞれは、固体撮像素子３１のｎ（ｎは自然数）行の主走査ラインで撮像される画像である。たとえば、四行の主走査ラインで撮像される画像であってもよいし、一行の主走査ラインで撮像される画像であってもよい。
【００３９】
一枚のパターン画像ＰＩから抽出される複数の部分画像は、それぞれ同じ内容である必要がある。図７では、縦縞模様のパターン画像ＰＩから、水平方向の幅が揃った四つの部分画像が抽出されるため、その四つの部分画像の模様は同じになる。なお、この条件を満たしていれば、一枚のパターン画像ＰＩから抽出される部分画像の数、形状、位置は、任意に設定可能である。抽出される部分画像の間にスペースを設けるか、設けないかも任意に設定可能である。単純に、パターン画像ＰＩを上下に二分割して、その上半分を第１部分画像、その下半分を第２部分画像としてもよい。
【００４０】
以下、図７に示したパターン画像ＰＩから、第１部分画像Ｉｐ１、第２部分画像Ｉｐ２、第３部分画像Ｉｐ３および第４部分画像Ｉｐ４が抽出される例を用いて、本実施の形態に係る投写型映像表示装置１００の動作例について説明する。
【００４１】
図８は、本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置１００の動作例１を説明するための図である。動作例１は、一枚のパターン画像ＰＩから抽出された、複数の部分画像のそれぞれの露光期間が互いに重複しないよう、固体撮像素子３１のそれぞれ対応する部分領域の露光タイミングが設定される例である。この例では、制御部４０は、露光タイミングに同期して、レンズ駆動部２０にフォーカスレンズ１３を移動させる。
【００４２】
図８では、第１部分画像Ｉｐ１、第２部分画像Ｉｐ２、第３部分画像Ｉｐ３および第４部分画像Ｉｐ４のそれぞれの露光期間を短くすることにより、それらの露光期間を重複させずに、それらの露光期間を一フレーム周期内に収めている。より具体的には、第１部分画像Ｉｐ１の露光期間の終了とともに、第２部分画像Ｉｐ２の露光期間を開始し、第２部分画像Ｉｐ２の露光期間の終了とともに、第３部分画像Ｉｐ３の露光期間を開始し、第３部分画像Ｉｐ３の露光期間の終了とともに、第４部分画像Ｉｐ４の露光期間を開始する。
【００４３】
フォーカス調整部４７は、各露光期間の終了に同期してフォーカスレンズ１３を移動させるよう、駆動信号設定部４８に指示する。駆動信号設定部４８は、フォーカス調整部４７の指示にしたがい、レンズ駆動部２０に、各露光期間の終了に同期した駆動信号を設定する。画像処理部４１は、第１部分画像Ｉｐ１、第２部分画像Ｉｐ２、第３部分画像Ｉｐ３および第４部分画像Ｉｐ４のそれぞれについて、上記評価値を算出し、フォーカス調整部４７に渡す。フォーカス調整部４７は、上記評価値が最も高い部分画像を選択し、その部分画像のレンズ位置を合焦位置に決定する。
【００４４】
図９は、本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置１００の動作例２を説明するための図である。動作例２は、動作例１と異なり、フォーカスレンズ１３のレンズ位置が切り換わる間の期間より、上記部分画像の露光期間が長く設定される例である。
【００４５】
動作例１で説明したように、各部分画像の露光期間を短くすれば、当該レンズ位置の更新間隔を短くしても、各露光期間の途中でフォーカスレンズ１３が移動してしまうケースを回避することができる。ただし、当該露光期間を短くすると、上記評価値を算出するために必要十分な情報（すなわち、必要十分な光量）を取得できない場合がある。たとえば、投影面２００と固体撮像素子３１との距離が大きく離れている場合や、投影面２００に投影されたパターン画像ＰＩの輝度が低い場合などである。
【００４６】
動作例２は、各露光期間の長さを確保しつつ、当該レンズ位置の更新間隔を短くすることができる手法を提供する。制御部４０は、当該部分画像の露光期間に占める、フォーカスレンズ１３の移動前のレンズ位置で露光された第１期間と、移動後のレンズ位置で露光された第２期間との比率から、当該部分画像の露光期間に対応する一つのレンズ位置を擬制する。
【００４７】
図９では、各露光期間の半分の地点で、フォーカスレンズ１３を移動させる例を示している。したがって、各露光期間の第１期間と第２期間との比率は、１：１であり、擬製されるべきレンズ位置は、移動前のレンズ位置と移動後のレンズ位置との間のちょうど中間地点となる。図９でも、図５と同様に、各露光期間のうちフォーカスレンズ１３の移動前のレンズ位置で露光される期間を実線で、移動後のレンズ位置で露光される期間を点線で描いている。
【００４８】
フレーム周期間にはブランク期間が挿入されるため、フォーカスレンズ１３のレンズ位置を等間隔で更新していくと、ブランク期間を跨いで最初に露光される第１部分画像Ｉｐ１の露光期間では、その中間地点で当該レンズ位置が更新されないことになる。
【００４９】
これに対し、動作例２では、第１期間と第２期間との比率を常に一定にするため、あるフレーム周期の最後のレンズ位置の移動タイミングと、その次のフレーム周期の、最初のレンズ位置の移動タイミングとの間の期間を、それ以外の移動タイミング間の期間に上記ブランク期間を加えた期間に設定している。これにより、上記次のフレーム周期の第１部分画像Ｉｐ１の露光期間の中間地点で当該レンズ位置が更新されることになる。
【００５０】
フォーカス調整部４７は、各露光期間の特定の地点でフォーカスレンズ１３を移動させるよう、駆動信号設定部４８に指示する。駆動信号設定部４８は、フォーカス調整部４７の指示にしたがい、レンズ駆動部２０に、各露光期間の特定の地点でフォーカスレンズ１３を移動させる駆動信号を設定する。画像処理部４１は、第１部分画像Ｉｐ１、第２部分画像Ｉｐ２、第３部分画像Ｉｐ３および第４部分画像Ｉｐ４のそれぞれについて、上記評価値を算出し、フォーカス調整部４７に渡す。フォーカス調整部４７は、上記評価値が最も高い部分画像を選択し、その部分画像の擬製されたレンズ位置を合焦位置に決定する。
【００５１】
以上説明したように実施の形態によれば、フォーカスレンズ１３のレンズ位置の更新間隔を短くし、一フレーム画像に含まれる複数の部分画像のそれぞれから上記評価値を取得することにより、コントラスト検出法を用いたオートフォーカス処理にて、処理時間を短縮することができる。すなわち、当該レンズ位置の更新間隔を短くすることは、合焦判定に必要な情報を早く取得することにつながり、合焦位置決定までの処理時間を短縮することにつながる。
【００５２】
動作例１では、各部分画像の露光期間を短くすることにより、上記レンズ位置の更新間隔を短くしても、各露光期間の途中でレンズ位置が変化することがない。したがって、各部分画像の評価値が一つのレンズ位置での評価値を単的に表現していることになり、動作例２で必要な比率計算が不要となり、動作例２より演算量を低減することができる。
【００５３】
動作例２では、一つの露光期間の途中でレンズ位置が変化しても、その露光期間に占める上記第１期間と上記第２期間との比率から、当該露光期間に対応する一つのレンズ位置を演算により擬制することにより、露光期間の長さを確保しつつ、当該レンズ位置の更新間隔を短くすることができる。露光時間の長さを確保することにより、固体撮像素子３１が各部分画像の光量を十分に取得することができ、上記評価値の算出精度の低下を抑制することができる。
【００５４】
動作例１および動作例２で説明した手法は、プロジェクタへの適用に好適である。プロジェクタのオートフォーカスでは、被写体深度が撮像領域全体で実質的に一定であるという特質、および上記評価値の基礎とすべき画像を、設計者がパターン画像として指定できるという特質がある。
【００５５】
したがって、一つのフレーム画像に含まれる複数の部分画像の被写体深度が実質的に一定となる。自然画像の場合、フレーム画像の領域によって、被写体深度が異なってしまうケースが発生する。たとえば、メインの被写体が写っている深度と、背景が写っている領域の深度とが異なってしまうケースなどである。
【００５６】
また、規則的な模様のパターン画像を投影させることにより、フレーム画像内のどの領域を抽出しても、同じパターンの部分画像とすることができる。したがって、一つのフレーム画像から、同じパターンの複数の部分画像を抽出することができる。
【００５７】
このように、動作例１および動作例２で説明した手法は、上記特質を備えるプロジェクタへの適用に好適である。しかしながら、当該手法は、プロジェクタへの適用に限るものではなく、カメラ全般に適用することが可能である。とくに、上記特質の一部を備えている場合に有効である。たとえば、スタジオ撮影では、メインの被写体および背景までのそれぞれの距離が略固定であり、その構図も略固定である。撮影ボックス内での自動撮影も同様である。
【００５８】
また、デジタルカメラで自然画像を撮影する場合でも、フレーム画像を左右に二分割して二つの部分画像を抽出する場合、左右の部分画像で被写体深度が、ある程度共通する可能性が高い。
【００５９】
なお、動作例１および動作例２をカメラに適用する場合、フォーカスレンズは、カメラの撮像部に搭載される固体撮像素子の前段に設けられる。
【００６０】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６１】
たとえば、フォーカス調整部４７は、上記部分画像のサイズを、固体撮像素子３１で露光される光量に応じて、適応的に変化させてもよい。たとえば、当該光量が所定の閾値を下回ったとき、上記部分画像のサイズをより大きなサイズに切り換えてもよい。これにより、オートフォーカス精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 投写部、 １１ 光源、 １２ 光変調部、 １３ フォーカスレンズ、 ２０ レンズ駆動部、 ３０ 撮像部、 ３１ 固体撮像素子、 ３２ 信号処理回路、 ４０ 制御部、 ４１ 画像処理部、 ４２ エリア設定部、 ４３ ＨＰＦ、 ４４ 積算部、 ４５ 画像メモリ、 ４６ 画像信号設定部、 ４７ フォーカス調整部、 ４８ 駆動信号設定部、 １００ 投写型映像表示装置、 ２００ 投影面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オートフォーカス機能を搭載した投写型映像表示装置、およびフォーカス制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オートフォーカス機能を搭載した投写型映像表示装置（以下適宜、プロジェクタと表記する）が実用化されている。たとえば、プロジェクタ本体に測距センサ（たとえば、一対のラインセンサで構成される）を搭載し、プロジェクタ本体とスクリーンとの距離を測定することにより、ピントを合わせる手法が実用化されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、プロジェクタ本体にカメラを搭載し、複数のレンズ位置でそれぞれ撮像された画像のコントラストを算出し、コントラストが最大となるレンズ位置を検出することにより、ピントを合わせる手法も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。この手法は、プロジェクタ本体とスクリーンとの距離が大きく離れていても、対応することができる。上記測距センサを用いる手法では、プロジェクタ本体とスクリーンとの距離が、所定の範囲を超えて離れてしまうと対応できなくなる。その場合、ユーザの目視により手動でフォーカスを調整する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７１７６０号公報
【特許文献２】特開２００６−２８５０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したカメラを用いる手法では、複数のレンズ位置でそれぞれ撮像された画像のコントラストを算出する必要があるため、合焦位置を決定するまでに、ある程度の時間が必要となる。一般的に、デジタルカメラでは、オートフォーカス調整を開始してから、合焦位置を決定するまでの時間が１秒以内であることが要求される。プロジェクタにおいても、この時間は短いほど好ましい。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、コントラスト検出法を用いたオートフォーカス処理にて、処理時間を短縮する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様の投写型映像表示装置は、投影面にレンズを介して画像を投写する投写部と、レンズの位置を移動させるレンズ駆動部と、投影面に投影された画像を撮像する撮像部と、複数のレンズ位置にて撮像部によりそれぞれ撮像された複数の画像の鮮明度をもとに、レンズの位置を決定する制御部と、を備える。制御部は、一フレーム周期内に、レンズ駆動部にレンズを複数回移動させ、一枚のフレーム画像内から、それぞれのレンズ位置で露光された複数の部分画像の鮮明度を取得する。
【０００８】
本発明の別の態様は、フォーカス制御回路である。このフォーカス制御回路は、撮像素子と、レンズと、当該レンズを移動させるための駆動素子と、を備える装置に搭載されるべきフォーカス制御回路であって、複数のレンズ位置にて撮像素子によりそれぞれ撮像された複数の画像の鮮明度を算出する画像処理部と、画像処理部により算出された複数の画像の鮮明度をもとに、レンズの位置を決定するフォーカス調整部と、を備える。フォーカス調整部は、一フレーム周期内に、駆動素子にレンズを複数回移動させ、画像処理部にそれぞれのレンズ位置で露光された複数の部分画像の鮮明度を算出させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、コントラスト検出法を用いたオートフォーカス処理にて、処理時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置の構成を示す図である。
【図２】フォーカスレンズの合焦位置の決定処理について説明するための図である。
【図３】ＣＭＯＳイメージセンサで撮像されるフレーム画像を用いる、コントラスト検出法を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】図３に示したコントラスト検出法を用いたオートフォーカス処理の、デジタルカメラへの適用例１を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】図３に示したコントラスト検出法を用いたオートフォーカス処理の、デジタルカメラへの適用例２を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】投影面に投影されるパターン画像の一例を示す図である。
【図７】パターン画像に含まれる複数の部分画像の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置の動作例１を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置の動作例２を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置１００の構成を示す図である。投写型映像表示装置１００は、投写部１０、レンズ駆動部２０、撮像部３０および制御部４０を備える。
【００１２】
投写部１０は、スクリーンなどの投影面２００に画像を投写する。オートフォーカス時には、所定のパターン画像を投写する。投写部１０は、光源１１、光変調部１２およびフォーカスレンズ１３を含む。光源１１には、フィラメント型の電極構造を有するハロゲンランプ、アーク放電を発生させる電極構造を有するメタルハライドランプ、キセノンショートアークランプ、高圧型の水銀ランプ、ＬＥＤランプなどを採用することができる。
【００１３】
光変調部１２は、制御部４０（より具体的には、後述する画像信号設定部４６）から設定される画像信号に応じて、光源１１から入射される光を変調する。たとえば、光変調部１２にはＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を採用することができる。ＤＭＤは、画素数に対応した複数のマイクロミラーを備え、各マイクロミラーの向きが各画素信号に応じて制御されることにより、所望の画像を形成する。
【００１４】
フォーカスレンズ１３は、光変調部１２から入射される光の焦点位置を調整する。フォーカスレンズ１３は、レンズ駆動部２０によりそのレンズ位置が光軸上で移動される。
【００１５】
レンズ駆動部２０は、制御部４０（より具体的には、後述する駆動信号設定部４８）から設定される駆動信号に応じて、フォーカスレンズ１３の位置を移動させる。レンズ駆動部２０には、ステッピングモータ、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）、ピエゾ素子などを採用することができる。
【００１６】
撮像部３０は、投影面２００に投影された画像を撮像する。オートフォーカス時には上記パターン画像を撮像する。撮像部３０は、固体撮像素子３１および信号処理回路３２を含む。固体撮像素子３１には、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどを採用することができる。グローバルシャッタ方式など、走査ライン単位でシャッタタイミングを制御可能な撮像素子であれば、採用することができる。なお、グローバルシャッタ方式のＣＣＤ（Charge Coupled Devices）は採用することがきない。信号処理回路３２は、固体撮像素子３１から出力される信号に対して、Ａ／Ｄ変換などの各種信号処理を施し、制御部４０に出力する。
【００１７】
制御部４０は、複数のレンズ位置にて撮像部３０によりそれぞれ撮像された複数のパターン画像の鮮明度をもとに、フォーカスレンズ１３の位置を決定する。本実施の形態では、制御部４０は、一フレーム周期内に、レンズ駆動部２０にレンズを複数回移動させ、一枚のフレーム画像内から、それぞれのレンズ位置で露光された複数の部分画像の鮮明度を取得する。
【００１８】
以下、より具体的に説明する。制御部４０は、画像処理部４１、画像メモリ４５、画像信号設定部４６、フォーカス調整部４７および駆動信号設定部４８を備える。画像処理部４１は、エリア設定部４２、ＨＰＦ４３および積算部４４を含む。
【００１９】
制御部４０の構成は、ハードウェア的には、任意のプロセッサ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウェア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００２０】
画像処理部４１は、撮像部３０から供給される画像信号を処理する。以下、より具体的に説明する。エリア設定部４２は、投影面２００を写した画像のうち、上記パターン画像が写っているエリアの画像信号を抽出して、その抽出した画像信号をＨＰＦ４３に渡す。ＨＰＦ４３は、上記エリアの画像信号の高周波成分を抽出して、その抽出した高周波成分を積算部４４に渡す。積算部４４は、上記エリアのフレーム画像に含まれる上記部分画像ごとに、高周波成分を積算して、その積算値をフォーカス調整部４７に渡す。
【００２１】
画像メモリ４５は、投影面２００に投写すべき画像データを保持する。当該画像データは、図示しない外部インタフェースを介して、ＰＣなどから供給される。本実施の形態では、オートフォーカス時に投写されるパターン画像も保持する。画像信号設定部４６は、画像メモリ４５に保持される画像データにもとづく画像信号を光変調部１２に設定する。
【００２２】
フォーカス調整部４７は、オートフォーカス時に、画像信号設定部４６にパターン画像の信号を光変調部１２に設定させることにより、投影面２００に当該パターン画像を投影させる。それとともに、フォーカス調整部４７は、フォーカスレンズ１３を所定のステップ幅で順次、移動させるための制御信号を駆動信号設定部４８に供給する。なお、この一ステップの移動ごとに、画像処理部４１により上記積算値が算出される。フォーカス調整部４７は、積算部４４から渡される複数の積算値のうち、最大値をとるフォーカスレンズ１３の位置を、合焦位置に決定する。
【００２３】
図２は、フォーカスレンズ１３の合焦位置の決定処理について説明するための図である。オートフォーカス機能が有効化されると、フォーカス調整部４７は、画像信号設定部４６にパターン画像の投写を指示するとともに、フォーカスレンズ１３をニア側からファー側へまたはファー側からニア側へ、所定のステップ幅で順次、移動させるための制御信号を駆動信号設定部４８に設定する。画像信号設定部４６は、パターン画像の信号を光変調部１２に設定し、駆動信号設定部４８は、上記制御信号に応じた駆動信号をレンズ駆動部２０に設定する。
【００２４】
画像処理部４１は、フォーカスレンズ１３の各レンズ位置において撮像されたパターン画像に含まれる部分画像のシャープネス（上記積算値を用いることができる）を算出する。このシャープネスは、フォーカスレンズ１３が合焦位置に近づくにつれ、上昇する。その上昇がピークをうち、下降に転換したとき、フォーカス調整部４７は、その一つ前のレンズ位置を合焦位置に決定する。
【００２５】
なお、上述したオートフォーカス機能が有効化される条件としては、投写型映像表示装置１００の電源投入、ユーザ操作、定期的な自動発動などが該当する。
【００２６】
まず、本実施の形態に係る投写型映像表示装置１００で実行される、コントラスト検出法を用いたオートフォーカス処理の説明に先立ち、コンパクトデジタルカメラや携帯電話機に搭載されるカメラ（以下、まとめてデジタルカメラと記載する）で実行されるオートフォーカス処理について説明する。
【００２７】
図３は、ＣＭＯＳイメージセンサで撮像されるフレーム画像を用いる、コントラスト検出法を説明するためのタイミングチャートである。ＣＭＯＳイメージセンサでは、ローリングシャッタ方式が採用されるため、各走査ラインの露光開始タイミングが順次、ずれていく。図３では、一フレームにｍ（ｍは自然数）行の走査ラインが含まれる例を描いている。
【００２８】
一フレーム周期の開始を示す垂直同期信号（ＶＳＹＮＣ）が設定されると、ＣＭＯＳイメージセンサの一行目の走査ラインからｍ行目の走査ラインへ向けて、露光を順次開始する。全行の走査ラインの露光期間は等しいため、一行目の走査ラインからｍ行目の走査ラインへ向けて、順次、露光が終了する。各走査ラインの画素データは、露光が終了すると、ＣＭＯＳイメージセンサから信号処理回路３２を経て画像処理部４１に出力され、各画素データの高周波成分が順次、算出される。
【００２９】
ｍ行目の走査ラインの露光、およびその画素データの高周波成分の算出が終了すると、その時点で、当該フレーム画像全体の鮮明度を示す評価値（たとえば、上述したシャープネス）の算出が可能となる。
【００３０】
図４は、図３に示したコントラスト検出法を用いたオートフォーカス処理の、デジタルカメラへの適用例１を説明するためのタイミングチャートである。適用例１では、二フレームに一回、フォーカスレンズ１３を移動させる。より具体的には、奇数フレーム（または偶数フレーム）の評価値算出の終了後にフォーカスレンズ１３を移動させる。図４では、フォーカスレンズ１３の移動を、レンズ駆動部２０に搭載されるモータへの駆動信号で表現している。
【００３１】
上述したように、ローリングシャッタ方式を採用したＣＭＯＳイメージセンサでは、各走査ラインの露光開始タイミングが一律ではない。したがって、露光期間中にフォーカスレンズ１３が移動してしまう走査ラインも発生する。図４では、二番目のフレームに含まれる走査ラインが、露光期間の途中でレンズが移動してしまう。この場合、一つの露光期間で撮像された一走査ラインの画素データ内に、フォーカスレンズ１３の移動前の成分と移動後の成分が混在することになる。
【００３２】
この点、適用例１のように一フレーム飛ばしでフレーム画像の評価値を採用することにより、フォーカスレンズ１３の移動前の成分と移動後の成分が混在する走査ラインを含むフレーム画像を対象外とすることができる。図４では、一番目のフレームおよび三番目のフレームに含まれる走査ラインの露光期間の途中で、フォーカスレンズ１３が移動することはない。
【００３３】
図５は、図３に示したコントラスト検出法を用いたオートフォーカス処理の、デジタルカメラへの適用例２を説明するためのタイミングチャートである。適用例２では、一フレームごとにフォーカスレンズ１３を移動させる。より具体的には、各フレームの評価値算出の終了後にフォーカスレンズ１３を移動させる。
【００３４】
一フレームごとにフォーカスレンズ１３を移動させると、各フレームに含まれるいくつかの走査ラインでは、その露光期間の途中でフォーカスレンズ１３が移動する。図５では、各露光期間のうち、フォーカスレンズ１３の移動前のレンズ位置で露光される期間を実線で、移動後のレンズ位置で露光される期間を点線で描いている。一行目に近い走査ラインほど移動前のレンズ位置で露光される期間の割合が大きく、反対に、ｍ行目に近い走査ラインほど移動後のレンズ位置で露光される期間の割合が大きくなる。
【００３５】
適用例２では、制御部４０は、ある走査ラインの露光期間に占める、移動前のレンズ位置で露光された第１期間と移動後のレンズ位置で露光された第２期間との比率から、当該走査ラインの当該露光期間に対応する一つのレンズ位置を擬制する。たとえば、第１期間と第２期間との比率が１：１の場合、擬製されるべきレンズ位置は、移動前のレンズ位置と移動後のレンズ位置との間のちょうど中間地点となる。また、第１期間と第２期間との比率が１：３の場合、擬製されるべきレンズ位置は、移動前のレンズ位置と移動後のレンズ位置との間の３／４地点となる。
【００３６】
このように、適用例２ではフォーカスレンズ１３の移動前の成分と移動後の成分が混在する走査ラインを含むフレーム画像も、上記評価値算出の対象とすることができ、適用例１より、合焦位置を決定するまでの時間を短縮することができる。
【００３７】
図６は、投影面に投影されるパターン画像の一例を示す図である。投影面２００に投影されるパターン画像ＰＩは、模様、文字列などで形成される。図６では縦縞模様で形成される例を描いている。
【００３８】
図７は、パターン画像に含まれる複数の部分画像の一例を示す図である。図７では、一枚のパターン画像ＰＩから、四つの部分画像（第１部分画像Ｉｐ１、第２部分画像Ｉｐ２、第３部分画像Ｉｐ３および第４部分画像Ｉｐ４）が抽出される。これらの部分画像のそれぞれは、固体撮像素子３１のｎ（ｎは自然数）行の主走査ラインで撮像される画像である。たとえば、四行の主走査ラインで撮像される画像であってもよいし、一行の主走査ラインで撮像される画像であってもよい。
【００３９】
一枚のパターン画像ＰＩから抽出される複数の部分画像は、それぞれ同じ内容である必要がある。図７では、縦縞模様のパターン画像ＰＩから、水平方向の幅が揃った四つの部分画像が抽出されるため、その四つの部分画像の模様は同じになる。なお、この条件を満たしていれば、一枚のパターン画像ＰＩから抽出される部分画像の数、形状、位置は、任意に設定可能である。抽出される部分画像の間にスペースを設けるか、設けないかも任意に設定可能である。単純に、パターン画像ＰＩを上下に二分割して、その上半分を第１部分画像、その下半分を第２部分画像としてもよい。
【００４０】
以下、図７に示したパターン画像ＰＩから、第１部分画像Ｉｐ１、第２部分画像Ｉｐ２、第３部分画像Ｉｐ３および第４部分画像Ｉｐ４が抽出される例を用いて、本実施の形態に係る投写型映像表示装置１００の動作例について説明する。
【００４１】
図８は、本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置１００の動作例１を説明するための図である。動作例１は、一枚のパターン画像ＰＩから抽出された、複数の部分画像のそれぞれの露光期間が互いに重複しないよう、固体撮像素子３１のそれぞれ対応する部分領域の露光タイミングが設定される例である。この例では、制御部４０は、露光タイミングに同期して、レンズ駆動部２０にフォーカスレンズ１３を移動させる。
【００４２】
図８では、第１部分画像Ｉｐ１、第２部分画像Ｉｐ２、第３部分画像Ｉｐ３および第４部分画像Ｉｐ４のそれぞれの露光期間を短くすることにより、それらの露光期間を重複させずに、それらの露光期間を一フレーム周期内に収めている。より具体的には、第１部分画像Ｉｐ１の露光期間の終了とともに、第２部分画像Ｉｐ２の露光期間を開始し、第２部分画像Ｉｐ２の露光期間の終了とともに、第３部分画像Ｉｐ３の露光期間を開始し、第３部分画像Ｉｐ３の露光期間の終了とともに、第４部分画像Ｉｐ４の露光期間を開始する。
【００４３】
フォーカス調整部４７は、各露光期間の終了に同期してフォーカスレンズ１３を移動させるよう、駆動信号設定部４８に指示する。駆動信号設定部４８は、フォーカス調整部４７の指示にしたがい、レンズ駆動部２０に、各露光期間の終了に同期した駆動信号を設定する。画像処理部４１は、第１部分画像Ｉｐ１、第２部分画像Ｉｐ２、第３部分画像Ｉｐ３および第４部分画像Ｉｐ４のそれぞれについて、上記評価値を算出し、フォーカス調整部４７に渡す。フォーカス調整部４７は、上記評価値が最も高い部分画像を選択し、その部分画像のレンズ位置を合焦位置に決定する。
【００４４】
図９は、本発明の実施の形態に係る投写型映像表示装置１００の動作例２を説明するための図である。動作例２は、動作例１と異なり、フォーカスレンズ１３のレンズ位置が切り換わる間の期間より、上記部分画像の露光期間が長く設定される例である。
【００４５】
動作例１で説明したように、各部分画像の露光期間を短くすれば、当該レンズ位置の更新間隔を短くしても、各露光期間の途中でフォーカスレンズ１３が移動してしまうケースを回避することができる。ただし、当該露光期間を短くすると、上記評価値を算出するために必要十分な情報（すなわち、必要十分な光量）を取得できない場合がある。たとえば、投影面２００と固体撮像素子３１との距離が大きく離れている場合や、投影面２００に投影されたパターン画像ＰＩの輝度が低い場合などである。
【００４６】
動作例２は、各露光期間の長さを確保しつつ、当該レンズ位置の更新間隔を短くすることができる手法を提供する。制御部４０は、当該部分画像の露光期間に占める、フォーカスレンズ１３の移動前のレンズ位置で露光された第１期間と、移動後のレンズ位置で露光された第２期間との比率から、当該部分画像の露光期間に対応する一つのレンズ位置を擬制する。
【００４７】
図９では、各露光期間の半分の地点で、フォーカスレンズ１３を移動させる例を示している。したがって、各露光期間の第１期間と第２期間との比率は、１：１であり、擬製されるべきレンズ位置は、移動前のレンズ位置と移動後のレンズ位置との間のちょうど中間地点となる。図９でも、図５と同様に、各露光期間のうちフォーカスレンズ１３の移動前のレンズ位置で露光される期間を実線で、移動後のレンズ位置で露光される期間を点線で描いている。
【００４８】
フレーム周期間にはブランク期間が挿入されるため、フォーカスレンズ１３のレンズ位置を等間隔で更新していくと、ブランク期間を跨いで最初に露光される第１部分画像Ｉｐ１の露光期間では、その中間地点で当該レンズ位置が更新されないことになる。
【００４９】
これに対し、動作例２では、第１期間と第２期間との比率を常に一定にするため、あるフレーム周期の最後のレンズ位置の移動タイミングと、その次のフレーム周期の、最初のレンズ位置の移動タイミングとの間の期間を、それ以外の移動タイミング間の期間に上記ブランク期間を加えた期間に設定している。これにより、上記次のフレーム周期の第１部分画像Ｉｐ１の露光期間の中間地点で当該レンズ位置が更新されることになる。
【００５０】
フォーカス調整部４７は、各露光期間の特定の地点でフォーカスレンズ１３を移動させるよう、駆動信号設定部４８に指示する。駆動信号設定部４８は、フォーカス調整部４７の指示にしたがい、レンズ駆動部２０に、各露光期間の特定の地点でフォーカスレンズ１３を移動させる駆動信号を設定する。画像処理部４１は、第１部分画像Ｉｐ１、第２部分画像Ｉｐ２、第３部分画像Ｉｐ３および第４部分画像Ｉｐ４のそれぞれについて、上記評価値を算出し、フォーカス調整部４７に渡す。フォーカス調整部４７は、上記評価値が最も高い部分画像を選択し、その部分画像の擬製されたレンズ位置を合焦位置に決定する。
【００５１】
以上説明したように実施の形態によれば、フォーカスレンズ１３のレンズ位置の更新間隔を短くし、一フレーム画像に含まれる複数の部分画像のそれぞれから上記評価値を取得することにより、コントラスト検出法を用いたオートフォーカス処理にて、処理時間を短縮することができる。すなわち、当該レンズ位置の更新間隔を短くすることは、合焦判定に必要な情報を早く取得することにつながり、合焦位置決定までの処理時間を短縮することにつながる。
【００５２】
動作例１では、各部分画像の露光期間を短くすることにより、上記レンズ位置の更新間隔を短くしても、各露光期間の途中でレンズ位置が変化することがない。したがって、各部分画像の評価値が一つのレンズ位置での評価値を単的に表現していることになり、動作例２で必要な比率計算が不要となり、動作例２より演算量を低減することができる。
【００５３】
動作例２では、一つの露光期間の途中でレンズ位置が変化しても、その露光期間に占める上記第１期間と上記第２期間との比率から、当該露光期間に対応する一つのレンズ位置を演算により擬制することにより、露光期間の長さを確保しつつ、当該レンズ位置の更新間隔を短くすることができる。露光時間の長さを確保することにより、固体撮像素子３１が各部分画像の光量を十分に取得することができ、上記評価値の算出精度の低下を抑制することができる。
【００５４】
動作例１および動作例２で説明した手法は、プロジェクタへの適用に好適である。プロジェクタのオートフォーカスでは、被写体深度が撮像領域全体で実質的に一定であるという特質、および上記評価値の基礎とすべき画像を、設計者がパターン画像として指定できるという特質がある。
【００５５】
したがって、一つのフレーム画像に含まれる複数の部分画像の被写体深度が実質的に一定となる。自然画像の場合、フレーム画像の領域によって、被写体深度が異なってしまうケースが発生する。たとえば、メインの被写体が写っている深度と、背景が写っている領域の深度とが異なってしまうケースなどである。
【００５６】
また、規則的な模様のパターン画像を投影させることにより、フレーム画像内のどの領域を抽出しても、同じパターンの部分画像とすることができる。したがって、一つのフレーム画像から、同じパターンの複数の部分画像を抽出することができる。
【００５７】
このように、動作例１および動作例２で説明した手法は、上記特質を備えるプロジェクタへの適用に好適である。しかしながら、当該手法は、プロジェクタへの適用に限るものではなく、カメラ全般に適用することが可能である。とくに、上記特質の一部を備えている場合に有効である。たとえば、スタジオ撮影では、メインの被写体および背景までのそれぞれの距離が略固定であり、その構図も略固定である。撮影ボックス内での自動撮影も同様である。
【００５８】
また、デジタルカメラで自然画像を撮影する場合でも、フレーム画像を左右に二分割して二つの部分画像を抽出する場合、左右の部分画像で被写体深度が、ある程度共通する可能性が高い。
【００５９】
なお、動作例１および動作例２をカメラに適用する場合、フォーカスレンズは、カメラの撮像部に搭載される固体撮像素子の前段に設けられる。
【００６０】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００６１】
たとえば、フォーカス調整部４７は、上記部分画像のサイズを、固体撮像素子３１で露光される光量に応じて、適応的に変化させてもよい。たとえば、当該光量が所定の閾値を下回ったとき、上記部分画像のサイズをより大きなサイズに切り換えてもよい。これにより、オートフォーカス精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 投写部、 １１ 光源、 １２ 光変調部、 １３ フォーカスレンズ、 ２０ レンズ駆動部、 ３０ 撮像部、 ３１ 固体撮像素子、 ３２ 信号処理回路、 ４０ 制御部、 ４１ 画像処理部、 ４２ エリア設定部、 ４３ ＨＰＦ、 ４４ 積算部、 ４５ 画像メモリ、 ４６ 画像信号設定部、 ４７ フォーカス調整部、 ４８ 駆動信号設定部、 １００ 投写型映像表示装置、 ２００ 投影面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影面にレンズを介して画像を投写する投写部と、
前記レンズの位置を移動させるレンズ駆動部と、
前記投影面に投影された前記画像を撮像する撮像部と、
複数のレンズ位置にて前記撮像部によりそれぞれ撮像された複数の画像の鮮明度をもとに、前記レンズの位置を決定する制御部と、を備え、
前記制御部は、一フレーム周期内に、前記レンズ駆動部に前記レンズを複数回移動させ、一枚のフレーム画像内から、それぞれのレンズ位置で露光された複数の部分画像の鮮明度を取得することを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２】
前記複数の部分画像のそれぞれの露光期間が互いに重複しないよう、前記撮像部に搭載される固体撮像素子のそれぞれ対応する部分領域の露光タイミングが設定され、
前記制御部は、前記露光タイミングに同期して、前記レンズ駆動部に前記レンズを移動させることを特徴とする請求項１に記載の投写型映像表示装置。
【請求項３】
前記レンズ位置が切り換わる間の期間より、前記部分画像の露光期間が長く設定される場合、
前記制御部は、前記露光期間に占める、移動前のレンズ位置で露光された期間と移動後のレンズ位置で露光された期間との比率から、当該部分画像の当該露光期間に対応する一つのレンズ位置を擬制することを特徴とする請求項１に記載の投写型映像表示装置。
【請求項４】
前記部分画像は、前記撮像部に搭載される固体撮像素子のｎ（ｎは自然数）行の主走査ラインで撮像される画像であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の投写型映像表示装置。
【請求項５】
撮像素子と、レンズと、当該レンズを移動させるための駆動素子と、を備える装置に搭載されるべきフォーカス制御回路であって、
複数のレンズ位置にて前記撮像素子によりそれぞれ撮像された複数の画像の鮮明度を算出する画像処理部と、
前記画像処理部により算出された複数の画像の鮮明度をもとに、前記レンズの位置を決定するフォーカス調整部と、を備え、
前記フォーカス調整部は、一フレーム周期内に、前記駆動素子に前記レンズを複数回移動させ、前記画像処理部にそれぞれのレンズ位置で露光された複数の部分画像の鮮明度を算出させることを特徴とするフォーカス制御回路。
【請求項１】
投影面にレンズを介して画像を投写する投写部と、
前記レンズの位置を移動させるレンズ駆動部と、
前記投影面に投影された前記画像を撮像する撮像部と、
複数のレンズ位置にて前記撮像部によりそれぞれ撮像された複数の画像の鮮明度をもとに、前記レンズの位置を決定する制御部と、を備え、
前記制御部は、一フレーム周期内に、前記レンズ駆動部に前記レンズを複数回移動させ、一枚のフレーム画像内から、それぞれのレンズ位置で露光された複数の部分画像の鮮明度を取得することを特徴とする投写型映像表示装置。
【請求項２】
前記複数の部分画像のそれぞれの露光期間が互いに重複しないよう、前記撮像部に搭載される固体撮像素子のそれぞれ対応する部分領域の露光タイミングが設定され、
前記制御部は、前記露光タイミングに同期して、前記レンズ駆動部に前記レンズを移動させることを特徴とする請求項１に記載の投写型映像表示装置。
【請求項３】
前記レンズ位置が切り換わる間の期間より、前記部分画像の露光期間が長く設定される場合、
前記制御部は、前記露光期間に占める、移動前のレンズ位置で露光された期間と移動後のレンズ位置で露光された期間との比率から、当該部分画像の当該露光期間に対応する一つのレンズ位置を擬制することを特徴とする請求項１に記載の投写型映像表示装置。
【請求項４】
前記部分画像は、前記撮像部に搭載される固体撮像素子のｎ（ｎは自然数）行の主走査ラインで撮像される画像であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の投写型映像表示装置。
【請求項５】
撮像素子と、レンズと、当該レンズを移動させるための駆動素子と、を備える装置に搭載されるべきフォーカス制御回路であって、
複数のレンズ位置にて前記撮像素子によりそれぞれ撮像された複数の画像の鮮明度を算出する画像処理部と、
前記画像処理部により算出された複数の画像の鮮明度をもとに、前記レンズの位置を決定するフォーカス調整部と、を備え、
前記フォーカス調整部は、一フレーム周期内に、前記駆動素子に前記レンズを複数回移動させ、前記画像処理部にそれぞれのレンズ位置で露光された複数の部分画像の鮮明度を算出させることを特徴とするフォーカス制御回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−６４８５９（Ｐ２０１１−６４８５９Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１４２２５（Ｐ２００９−２１４２２５）
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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