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JP3695374B2 - Focus adjustment device and focus adjustment method - Google Patents

Focus adjustment device and focus adjustment method Download PDF

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JP3695374B2
JP3695374B2 JP2001291776A JP2001291776A JP3695374B2 JP 3695374 B2 JP3695374 B2 JP 3695374B2 JP 2001291776 A JP2001291776 A JP 2001291776A JP 2001291776 A JP2001291776 A JP 2001291776A JP 3695374 B2 JP3695374 B2 JP 3695374B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投射型表示装置の光学系の液晶パネルの位置調整を行うフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法に関し、特に液晶パネルの光軸位置を動かして撮像した画像を解析することにより液晶パネルの位置調整を行うフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に液晶プロジェクタは、赤、緑、青の3枚の液晶パネルを用いて、単色映像を作りだし、赤、緑、青の単色映像をダイクロイックプリズム上で色合成して投射映像を作りだしている。
【0003】
液晶プロジェクタのフォーカス調整工程では、色コントラストが最も鮮明な緑色の投射映像を基準位置とし、残りの赤色、青色の投射映像を表示されている緑色の対応する投射画素位置にできる限り一致する様に像を重ね合わせ、次にこの位置で単色で投射した被投射面上の投射画素のボケ方が最も小さく、各色の投射映像の投射画素と画素の区切りが最も鮮明となる位置に、各色の液晶パネル位置を調整することが必要である。
【0004】
従来のフォーカス調整は、基準となる緑色の映像を被投射面となるスクリーンに投射し、作業者が肉眼でスクリーン上の投射画素の切れ目のボケ方を目視で確認しながら、液晶プロジェクタに搭載される液晶パネルの光軸調整を行っていた。液晶パネルの光軸調整には、液晶パネルの位置X、Y、Zと、Z軸上の回転角度θと、X軸方向のパネルあおり角度Xθと,Y軸方向のパネルあおり角度Vθとの6軸の光軸調整を行うことができる6軸マニュピレータにより、液晶パネルの位置Zと、X軸方向のパネルあおり角度Xθと,Y軸方向のパネルあおり角度Vθとの3軸を調整し、当該3軸の位置関係で光学的に唯一決められる液晶パネルのフォーカス面位置を決定する。フォーカス調整は、赤、緑、青の3枚の液晶パネルについて行われ、各色毎に液晶パネルのフォーカス面位置を決定後、液晶パネルを光学部に接合して調整を終了する。
【0005】
特開2000−147694号公報には、スクリーン上の投射画素をカメラで撮像し、輝度を集計し、輝度の分散を求め、その分散が最も大きい画像を撮像した時の液晶ライトバルブのZ軸方向の位置にフォーカス調整を自動的に行う技術が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では、カメラ感度と肉眼との視感度差により、青色や赤色の輝度値と肉眼での見た目との明るさが異なるため、カメラの輝度設定を適切に設定することが困難であり、実際のフォーカス調整では、スクリーンに投射された映像をカメラだけでなく、肉眼でも確認する必要があり、多大な工数がかかるという問題点があった。
【0007】
さらに、従来技術では、スクリーン上の投射映像が、調整している周辺環境の外部光や被投射面での反射光の影響で、投射画素の輝度分散の本来の性質が表れにくく、特に視認性の極めて悪い青色の場合には、フォーカスの自動調整を行っても投射映像のフォーカスが最もはっきりする位置(以下、フォーカス位置と称す)に光軸位置を正確に合わせることが難しいという問題点があった。
【0008】
さらに、従来技術では、投射映像の投射画素は、実際には縦(Y)方向と横(X)方向でボケ方が異なっており、液晶パネルの光軸移動に伴って、投射映像の形状がたえず変化するため、投射画素の輝度分散のみではフォーカス位置を正確に決定することができないという問題点があった。
【0009】
本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、カメラ感度と肉眼との視感度差に関係なく、カメラで撮像した画像の輝度設定を適切に設定することができ、フォーカスの自動調整を行うことによりフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法を提供する点にある。
【0010】
さらに、本発明が目的とするところは、投射画素の輝度分散の本来の性質を明確化して、視認性の極めて悪い青色の場合にも、フォーカスの自動調整を行うことによりフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法を提供する点にある。
【0011】
さらに、本発明が目的とするところは、投射映像の投射画素の縦(Y)方向と横(X)方向でボケ方を考慮してフォーカスの自動調整を行うことによりフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法を提供する点にある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本願発明は、液晶パネルを通過させた映像に基づいて前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整装置であって、前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら前記映像を画像として撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像された前記画像から疑似モノクロ画像を生成する疑似モノクロ画像生成手段と、該疑似モノクロ画像生成手段により生成された前記疑似モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索するフォーカス探索手段と、該フォーカス探索手段により探索された光軸位置に前記液晶パネルを移動させる光軸調整機構手段とを具備することを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記疑似モノクロ画像生成手段は、前記疑似モノクロ画像の輝度分布Iとし、前記画像の色成分の輝度分布をそれぞれR、G、Bとすると、I=(28*R+77*G+151*B)/256、として前記疑似モノクロ画像を生成させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記疑似モノクロ画像のコントラストを強調するコントラスト強調手段を具備し、前記フォーカス探索手段は、前記コントラスト強調手段によりコントラストを強調された前記疑似モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記コントラスト強調手段は、前記疑似モノクロ画像の各輝度値における画素数を平均化させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記疑似モノクロ画像のX方向、Y方向について方向別に輝度積分を行う投影処理手段を具備し、前記フォーカス探索手段は、前記投影処理手段によりX、Y方向別に輝度積分された前記疑似モノクロ画像に基づいて光軸位置を探索させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記投影処理手段によりX、Y方向別に輝度積分された前記疑似モノクロ画像のX方向の輝度積分値の最大値PXmax、X方向の輝度積分値の最小値PXmin、Y方向の輝度積分値の最大値PYmaxおよびY方向の輝度積分値の最小値PYminを移動された前記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に探索する光量解析手段を具備し、前記フォーカス探索手段は、前記光量解析手段により探索されたPXmax、PXmin、PYmaxおよびPYminに基づいて光軸位置を探索させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
らに本願発明は、前記光量解析手段により探索されたPXmax、PXmin、PYmaxおよびPYminからX、Y方向別にコントラスト感度Sx、Syを計算するコントラスト感度計算手段を具備し、前記フォーカス探索手段は、前記コントラスト感度計算手段により算出された前記コントラスト感度Sx、Syに基づいて光軸位置を探索させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記コントラスト感度計算手段は、前記コントラスト感度Sx、SyをCx=(PXmax−PXmin)/(PXmax+PXmin)、Cy=(PYmax−PYmin)/(PYmax+PYmin)、Sx=1/Cx、Sy=1/Cy、と定義して計算させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、液晶パネルを通過させた映像に基づいて前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整装置であって、前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら前記映像を撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像された画像のX方向の輝度積分値の最大値PXmax、X方向の輝度積分値の最小値PXmin、Y方向の輝度積分値の最大値PYmaxおよびY方向の輝度積分値の最小値PYminを移動された前記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に探索する光量解析手段と、該光量解析手段により探索されたPXmax、PXmin、PYmaxおよびPYminからX、Y方向別にコントラスト感度Sx、Syを計算するコントラスト感度計算手段と、該コントラスト感度計算手段により算出された前記コントラスト感度Sx、Syに基づいて光軸位置を探索するフォーカス探索手段と、該フォーカス探索手段により探索された光軸位置に前記液晶パネ ルを移動させる光軸調整機構手段とを具備し、前記コントラスト感度計算手段は、前記コントラスト感度Sx、SyをCx=(PXmax−PXmin)/(PXmax+PXmin)、Cy=(PYmax−PYmin)/(PYmax+PYmin)、Sx=1/Cx、Sy=1/Cyと定義して計算させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記フォーカス探索手段は、前記コントラスト感度計算手段により算出された前記コントラスト感度Sx、Syの和の平均値が最小値となる光軸位置を探索させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記撮像手段は、前記映像の4隅を撮像させ、前記フォーカス探索手段は、前記撮像手段により撮像された4隅の光軸位置をそれぞれ探索させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記フォーカス探索手段により探索された4隅の光軸位置に基づいて前記液晶パネルの法線方向の光軸、X軸方向のあおり角度XθおよびY軸方向のあおり角度Vθを補正する補正値を算出する光軸制御手段を具備することを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、前記撮像手段は、表面粗さが小さい白色素材パネルが張られているスクリーンに投射された前記映像を撮像させることを特徴とするフォーカス調整装置である。
さらに本願発明は、液晶パネルを通過させた映像に基づいて前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整方法であって、前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら前記映像を画像として撮像し、該画像から疑似モノクロ画像を生成し、該疑似モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索し、光軸調整機構手段を用いて探索した光軸位置に前記液晶パネルを移動させることを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、前記疑似モノクロ画像の輝度分布Iとし、前記画像の色成分の輝度分布をそれぞれR、G、Bとすると、I=(28*R+77*G+151*B)/256、として前記疑似モノクロ画像を生成することを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、前記疑似モノクロ画像のコントラストを強調し、前記コントラストを強調した前記疑似モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索することを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、前記疑似モノクロ画像の各輝度値における画素数を平均化することによりコントラストを強調することを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、前記疑似モノクロ画像のX方向、Y方向について方向別に輝 度積分を行い、該X、Y方向別に輝度積分された前記疑似モノクロ画像に基づいて 光軸位置を探索することを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、前記X、Y方向別に輝度積分した前記疑似モノクロ画像のX方向の輝度積分値の最大値PXmax、X方向の輝度積分値の最小値PXmin、Y方向の輝度積分値の最大値PYmaxおよびY方向の輝度積分値の最小値PYminを移動された前記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に探索し、該探索されたPXmax、PXmin、PYmaxおよびPYminに基づいて光軸位置を探索することを特徴とするフォーカス調整方法である。
らに本願発明は、前記探索したPXmax、PXmin、PYmaxおよびPYminからX、Y方向別にコントラスト感度Sx、Syを計算し、該コントラスト感度Sx、Syに基づいて光軸位置を探索することを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、前記コントラスト感度Sx、SyをCx=(PXmax−PXmin)/(PXmax+PXmin)、Cy=(PYmax−PYmin)/(PYmax+PYmin)、Sx=1/Cx、Sy=1/Cy、と定義して計算することを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、液晶パネルを通過させた映像に基づいて前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整方法であって、前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら前記映像を撮像し、該撮像された画像のX方向の輝度積分値の最大値PXmax 、X方向の輝度積分値の最小値PXmin、Y方向の輝度積分値の最大値PYmaxおよびY方向の輝度積分値の最小値PYminを移動された前記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に探索し、該探索したPXmax、PXmin、PYmaxおよびPYminからX、Y方向別にコントラスト感度Sx、SyをCx=(PXmax−PXmin)/(PXmax+PXmin)、Cy=(PYmax−PYmin)/(PYmax+PYmin)、
Sx=1/Cx、Sy=1/Cyと定義して計算し、該計算したコントラスト感度Sx、Syに基づいて光軸位置を探索し、光軸調整機構手段を用いて探索した光軸位置に前記液晶パネルを移動させることを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、前記算出した前記コントラスト感度Sx、Syの和の平均値が最小値となる光軸位置を探索することを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、前記映像の4隅を撮像し、該撮像した4隅の光軸位置をそれぞれ探索することを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、前記探索した4隅の光軸位置に基づいて前記液晶パネルの法線方向の光軸、X軸方向のあおり角度XθおよびY軸方向のあおり角度Vθを補正する補正値を算出するとを特徴とするフォーカス調整方法である。
さらに本願発明は、表面粗さが小さい白色素材パネルが張られているスクリーンに投射された前記映像を撮像することを特徴とするフォーカス調整方法である。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0014】
図1は、本発明に係るフォーカス調整装置の実施の形態の構成を示すブロック図であり、図2は、図1に示すカラーCCDカメラの位置関係を示す平面図であり、図3は、図1に示すカラーCCDカメラの位置関係を示す側面図であり、図4は、図1に示すカラーCCDカメラによるスクリーン上の撮像位置を示す図であり、図5は、図1に示す画像認識処理部の構成を示すブロック図であり、図6は、図1に示す光軸調整機構部により移動させる液晶プロジェクタの光学部品の調整光軸と各色毎の液晶パネルとの位置関係を示す図である。
【0015】
本実施の形態は、図1に示すように、カラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dと、A/D変換回路11と、デジタル画像統合器12と、画像メモリ13と、画像認識処理部14と、光軸制御部15と、光軸調整機構部8とで構成されている。なお、図1においては省略されているが、A/D変換回路11は、カラーCCDカメラ3aと同様に、カラーCCDカメラ3b、3c、3dとデジタル画像統合器12との間にも設けられている。
【0016】
カラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dは、図2および図3に示すように、投射型表示装置である液晶プロジェクタ1からスクリーン2のスクリーン投射面に投射された投射映像の4隅を撮像する位置に配置されている。液晶プロジェクタ1には、映像信号発生器4が接続されており、液晶プロジェクタ1は、映像信号発生器4から提供される単色ラスタースキャン映像に対応して、該当色に対応する液晶パネルを通過させてスクリーン2に単色の投射映像を投射する。また、液晶プロジェクタ1からの投射映像以外の光を防ぐため、暗幕テント5により、スクリーン投射面を含む液晶プロジェクタ1の投射範囲を外光からすべて遮断している。
【0017】
スクリーン2には、図4に示すように、表面粗さが小さいフォト印字用紙、標準白色ボード等の白色素材パネル6a、6b、6c、6d が張られており、それぞれが投射映像の4隅が収まる位置に配置されている。スクリーン2および白色素材パネル6a、6b、6c、6dは、液晶プロジェクタ1の投射光軸に垂直になる様に設置されている。白色素材パネル6a、6b、6c、6d として標準白色ボードを使用する場合には、表面粗さが10点平均粗さで0.05Z以下であることが望ましく、フォト印字用紙を使用する場合にも、10点平均粗さで0.05Z以下のものを使用すると好適である。
【0018】
カラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dは、白色素材パネル6a、6b、6c、6d上の投射映像の4隅が十分収まる位置にそれぞれ設置され、白色素材パネル6a、6b、6c、6dに投射された領域の投射映像を撮像する。
【0019】
A/D変換回路11は、カラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dが撮像したカラー画像をそれぞれA/D変換する。A/D変換は、カラー画像の色成分である赤(R)色、緑(G)色、青(B)色毎に行われる。
【0020】
デジタル画像統合器12は、投射映像の4隅に設置されているカラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dにより撮像され、A/D変換されたカラー画像を統合した統合デジタル画像データを生成する。統合デジタル画像データは、4箇所のカメラ3a、3b、3c、3dが撮像した4つの画像を1フレームの画像信号として取り扱うことを目的として生成され、色成分毎に生成される。
【0021】
画像メモリ13は、デジタル画像統合器12により生成されたR色、G色、B色の統合デジタル画像データを色成分毎に記憶する。
【0022】
画像認識処理部14は、図5に示すように、画像認識処理を行う疑似モノクロ画像生成部16、コントラスト画像生成部17、フォーカス検査エリア生成部18および投影処理部19と、コントラスト演算処理を行うエリア内光量解析部20、コントラスト感度計算部21およびコントラスト探索部22とで構成される。
【0023】
疑似モノクロ画像生成部16は、画像メモリ13内に色成分毎に記憶された各色成分の統合デジタル画像データの輝度値を用いて被投射面での光強度に近い濃淡画像である疑似モノクロ画像を生成する。
【0024】
コントラスト画像生成部17は、疑似モノクロ画像生成部16により生成された疑似モノクロ画像のコントラスト強調処理を行い、スクリーン2の被投射面での輝度分布特徴を継承したままで、輝度分布特徴を強調し、投射映像の明るい部分と暗い部分との画素の輝度差を大きくとることで、コントラストを上げ、画像を鮮明化する。
【0025】
フォーカス検査エリア生成部18は、スクリーン2の4箇所の撮像位置に対応するカメラ視野位置の画像領域にフォーカス検査エリアを設定する。
【0026】
投影処理部19は、フォーカス検査エリア生成部18により設定されたフォーカス検査エリア内のX、Y方向別に輝度積分を行い、X、Y方向別の投射画素領域の被投射面での光強度分布を強調した正弦波形状の特徴変異として表す。
【0027】
エリア内光量解析部20は、投影処理部19で得られたX、Y方向の輝度積分値の最大値と最小値を探索する。
【0028】
コントラスト感度計算部21は、エリア内光量解析部20により探索されたX、Y方向のそれぞれの輝度積分値の最大値、最小値からコントラスト感度を計算する。
【0029】
コントラスト探索部22は、光軸移動範囲内で光軸をステップ移動させた各位置での各フォーカス検査エリア毎のコントラスト感度の最小値をそれぞれ探索し、各フォーカス検査エリア毎にコントラスト感度が最小値となる光軸位置を投射映像のフォーカスが最もはっきりして投射映像が最も鮮明になるフォーカス位置として求める。
【0030】
光軸制御部15は、コントラスト探索部22により求められた各フォーカス検査エリア毎のフォーカス位置に基づいて、フォーカス重心と液晶プロジェクタ1内の液晶パネル9a、9b、9cの傾き補正値とを一意に算出し、算出したフォーカス重心と補正値とを指令値として光軸調整機構部8に送出する。
【0031】
光軸調整機構部8は、光軸制御部15からの指令値に基づいて液晶プロジェクタ1の光学部品の取り付け位置を調整する機構であり、図6に示す液晶パネル9a、9b、9cを、液晶パネル9a、9b、9cからの光を色合成を行うダイクロイックプリズム10に取り付ける際の光軸の調整を行う。
【0032】
図6において、X、Y、Z、θ、Xθ、Yθは、光軸調整機構部8により移動させる液晶パネル9a(G色を担当)の各調整光軸を示したもので、液晶パネル9a平面に垂直な入射光方向(法線方向)をZ軸として定めている。液晶パネル9aは、パネル位置X、Y、Zと、Z軸上の回転角度θと、X軸方向のパネルあおり角度Xθと,Y軸方向のパネルあおり角度Vθとの6軸で位置が決定されるが、フォーカス調整には、Z軸、Xθ軸 、Yθ軸の3軸の調整光軸の調整が行われる。R色を担当する液晶パネル9b、B色を担当する液晶パネル9cでも同様な光軸座標配置となっている。
【0033】
次に、本実施の形態の動作について図7を参照して詳細に説明する。
図7は、本発明に係るフォーカス調整装置の実施の形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【0034】
まず、映像信号発生器4は、液晶プロジェクタ1に単色ラスタースキャン映像を提供し(ステップA1)、液晶プロジェクタ1は、提供された単色ラスタースキャン映像を該当色に対応する液晶パネル9a、9b、9cのいずれかを通過させてスクリーン2に単色投射映像として投射する(ステップA2)。単色ラスタースキャン映像は、フォーカス調整を行うための映像で、G色を担当する液晶パネル9aのフォーカス調整には、G色の単色ラスタースキャン映像が、R色を担当する液晶パネル9bのフォーカス調整には、R色の単色ラスタースキャン映像が、B色を担当する液晶パネル9cのフォーカス調整には、B色の単色ラスタースキャン映像がそれぞれ用いられる。以下、G色を担当する液晶パネル9aのフォーカス調整を行う例を説明する。
【0035】
次に、カラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dにより白色素材パネル6a、6b、6c、6dに投射されたG色の投射映像の4隅をそれぞれカラー画像として撮像し(ステップA3)、A/D変換回路11により撮像したそれぞれカラー画像の色成分毎にA/D変換を行い(ステップA4)、デジタル画像統合器12によりA/D変換された4つのカラー画像を統合した統合デジタル画像データを色成分毎に生成し(ステップA5)、画像メモリ13内に各色成分毎に記憶する。スクリーン2には、G色を担当する液晶パネル9aを通過したG色投射映像が投射されているが、実際には、R色、B色の成分も含まれているため、カラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dによりカラー画像として撮像する。
【0036】
図8は、図5に示すデジタル画像統合器により生成される統合デジタル画像データ例を示す図である。
デジタル画像統合器12により生成される統合デジタル画像データは、図8に示すように、カラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dで撮像してA/D変換した4つのカラー画像を統合したものであり、カラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dに対応する各エリアは、投射画素の明るい部分と投射画素間の切れ目となる暗い部分とからなる。また、統合ジタル画像データの1フレーム内画素位置(x,y)の輝度分布は、画像メモリ13内に色成分毎に、R(x,y)、G(x,y)、B(x,y)(以下、それぞれR、G、Bで記述する)として記憶される。デジタル画像データ統合器12で4箇所のカラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dの画像を1画面で確認できる統合デジタル画像データとして統合することにより、4箇所のカメラが撮像した4つの映像を1フレームの画像信号として取り扱うことができ、画像認識処理部14での画像処理およびフォーカス演算処理を行う際に、4つの映像を同時に一括実行できるため、個々のカラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dの映像毎に画像処理をしなくても良く、撮像回数、画像処理演算回数を減らすことで調整時間を短縮することができる。
【0037】
次に、疑似モノクロ画像生成部16により疑似モノクロ画像を生成する(ステップA6)。
疑似モノクロ画像生成部16は、画像メモリ13に記憶された統合デジタル画像データを画像メモリ13から読み出し、統合デジタル画像データの各色成分の輝度分布R、G、Bに重み付けをしてモノクロ化した疑似モノクロ画像を生成する。疑似モノクロ画像を生成する際の輝度分布R、G、Bの重み付けとしては、例えば、統合デジタル画像データ内の1フレーム内画素位置(x,y)上での疑似モノクロ画像の輝度分布I(x,y)を
I(x,y)=(28*R+77*G+151*B)/256
として計算し、疑似モノクロ画像を生成する。なお、当該数式は、「C言語で学ぶ実践画像処理(オーム社)」105頁記載の輝度信号と色信号の変換式を応用したものである。
【0038】
次に、コントラスト画像生成部17により疑似モノクロ画像生成部16で生成された疑似モノクロ画像に対してコントラスト強調処理を行う(ステップA7)。
図9は、図5に示すコントラスト画像生成部によるコントラスト強調処理を説明するための各輝度値毎の画素数のヒストグラムであり、図10は、図5に示すコントラスト画像生成部によるコントラスト強調処理のアルゴリズムを説明するための説明図であり、図11は、図5に示すコントラスト画像生成部によるコントラスト強調処理前後の同一領域の輝度分布を比較するためのグラフである。
【0039】
コントラスト画像生成部17は、図9(a)に示すように、疑似モノクロ画像生成部16で生成された疑似モノクロ画像の全画素数を求め、輝度値別のヒストグラムをとり、図9(b)に示すように、各輝度値における画素数を平均化する。
【0040】
疑似モノクロ画像において輝度値0〜7までに図10(a)に示す状態で画素数が分布していた場合、全画素数は、2+6+2+5+4+3+2+0=24となり、輝度値は、8段階に分かれているため、全画素数を8で割ると、1つの輝度値に割り当てられる画素数として3が得られる。疑似モノクロ画像の輝度が高い方(輝度値7)から3個ずつ画素を取り出し、図10(b)に示すように、新しく輝度値7から各輝度値の画素数が3になるように割り当てる。このように画素数の多いところから少ないところに画素を割り振ることで輝度値毎の画素数を等しくし、コントラストを強調する。
【0041】
図11は、スクリーン2上の白色素材パネル6aに投射されたB色の投射映像の投射画素間の輝度分布をコントラスト強調処理する前後の同一領域の輝度分布を比較したものであり、コントラスト強調処理により、投射画素の明るい部分と、投射画素の区切りである暗い部分との輝度差が大きくなり、コントラストが強調されていることがわかる。なお、図11において、X座標の23〜27付近が投射画素間の切れ目となる暗い部分に対応する。
【0042】
次に、フォーカス検査エリア生成部18によりフォーカス検査エリアを設定する(ステップA8)。
図12は、図5に示すフォーカス検査エリア生成部によって生成されるフォーカス検査エリアの位置関係を示す図である。
【0043】
フォーカス検査エリア生成部18は、図12に示すように、統合デジタル画像の4箇所にフォーカス検査エリアを設定する。フォーカス検査エリアは、スクリーンの4隅を撮像しているカラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dに対応させて設定する。統合デジタル画像において投射画素の分布は、カメラ視野内のどの位置でもほぼ一定であることから、図12に示すように、フォーカス検査エリアのサイズは、投射画素数が3画素程度の範囲に設定している。これは、フォーカス調整のための演算に必要な画素数を最小限して演算回数を軽減することで高速化を実現するためである。
【0044】
次に、投影処理部19によりフォーカス検査エリア内での光の分布特徴となるX方向、Y方向について方向別に輝度積分を行う(ステップA9)。
図13は、図5に示す投影処理部による輝度積分によって得られた輝度積分値の分布と投射画素との関係を示す図である。
【0045】
投影処理部19は、フォーカス検査エリア生成部18により設定されたフォーカス検査エリアのX方向、Y方向について方向別に輝度積分を行う。輝度積分を行うことで、図13に示すように、図11に示す輝度値分布の特徴よりも、投射画素の明るい部分と投射画素間の切れ目となる暗い部分での光量分布の特徴を明瞭に捉えることができる。
【0046】
次に、エリア内光量解析部20により投影処理部19で得られたX、Y方向の輝度積分値の最大値と最小値を探索する(ステップA10)。
【0047】
エリア内光量解析部20は、図13に示すフォーカス検査エリア内のX方向の輝度積分値の最大値PXmaxと、X方向の輝度積分値の最小値PXminと、Y方向の輝度積分値の最大値PYmaxと、Y方向の輝度積分値の最小値PYminとを探索する。
【0048】
次に、コントラスト感度計算部21によりエリア内光量解析部20で探索されたX、Y方向の輝度積分値の最大値、最小値から画像鮮明度に相当する値をコントラスト感度として計算し、(ステップA11)、算出したコントラスト感度から画像が最も鮮明になるフォーカス位置を求める(ステップA12)。
【0049】
コントラスト感度計算部21は、まず各フォーカス検査エリア内のX方向のコントラストCxとY方向のコントラストCyとをそれぞれ計算する。Cx、Cyは、それぞれ
Cx=(PXmax−PXmin)/(PXmax+PXmin)
Cy=(PYmax−PYmin)/(PYmax+PYmin)
として定義されている(実際には、分子および分母に1/2が存在するが省略している)。
【0050】
X方向、Y方向のコントラストCx、Cyの分子は、輝度積分値の最大値と最小値との差を1/2したもので投射映像パターンの光量変化量を示し、X方向、Y方向のコントラストCx、Cyの分母は、輝度積分値の最大値と最小値との和を1/2したもので投射映像パターンの平均光量を示す。従って、X方向、Y方向のコントラストCx、Cyは、投射映像パターンの平均光量に対して投射映像パターンの光量変化量が占める割合を表している。
【0051】
コントラスト感度計算部21は、Cx、Cyに基づいて各フォーカス検査エリア内のX方向のコントラスト感度SxとY方向のコントラスト感度Syとをそれぞれ計算する。Sx、Syは、Cx、Cyのそれぞれの逆数であり、
Sx=1/Cx
Sy=1/Cy
として表すことができる。
【0052】
コントラスト感度計算部21は、Sx、Syに基づいて各フォーカス検査エリア内のコントラスト感度S(z)を計算する。S(z)は、SxとSyとの平均値であり、
S(z)=(Sx+Sy)/2
として表すことができる。
【0053】
ステップA3〜ステップA11までの処理は、光軸調整機構部8によりZ軸方向の光軸移動範囲内で液晶パネル9aをステップ移動させながら行われ、コントラスト感度計算部21は、算出したコントラスト感度S(z)と、算出時のZ軸位置とを対応させて記憶する。
【0054】
次に、コントラスト探索部22によりコントラスト感度計算部21で各フォーカス検査エリア毎に計算されたコントラスト感度からフォーカス位置を求める(ステップA12)。
【0055】
コントラスト探索部22は、各フォーカス検査エリア毎に算出したコントラスト感度S(z)が最小になるZ軸位置をフォーカス位置として求める。各フォーカス検査エリア毎(左上、右上、左下、右下)のフォーカス位置は、それぞれZa、Zb、Zc、Zdとして求める。Za、Zb、Zc、Zdは、
Za=min{S(z)}
Zb=min{S(z)}
Zc=min{S(z)}
Zd=min{S(z)}
として表すことができる。
【0056】
コントラスト感度S(z)が最小値になるZ軸位置がフォーカス位置となる理由について説明する。
図14は、Z軸を10um間隔で移動して撮像した時の図5に示す投影処理部により輝度積分されたX方向の輝度積分値の変化を示す図であり、図15は、図5に示す投影処理部により輝度積分された輝度積分値の最大値および最小値とZ軸を10um間隔で移動して撮像した時のZ軸位置との関係を示す図であり、図16は、図5に示す投影処理部により輝度積分された輝度積分値の最大値から最小値を引いた値とZ軸を10um間隔で移動して撮像した時のZ軸位置との関係を示す図であり、図17は、図5に示す投影処理部により輝度積分されたX、Y方向の輝度積分値のZ軸を移動して撮像した時の変化の傾向を説明するための説明図であり、図18は、図5に示すコントラスト感度計算部により計算されるコントラスト感度とZ軸位置との関係を示す図である。
【0057】
図14には、フォーカス位置を中心に+−方向にそれぞれ50umまで10um間隔でB色を担当する液晶パネル9cをZ軸方向に移動させた際の、投影処理部19により輝度積分されたX方向の輝度積分値がそれぞれプロットされている。図14を参照すると、プロットされた値に幅があることがわかり、液晶パネル9cをZ軸方向に移動させることにより、X方向の輝度積分値の最大値PXmaxおよびX方向の輝度積分値の最小値PXminが変化していることがわかる。また、液晶パネル9cをZ軸方向に移動させることにより、Y方向の輝度積分値の最大値PYmaxおよびY方向の輝度積分値の最小値PYminも変化する。
【0058】
液晶パネル9cをZ軸方向に移動させることによるPXmaxおよびPXminの変化と、PYmaxおよびPYminの変化とは、それぞれ相反する性質を有する。すなわち、図15に示すように、フォーカス位置を挟んで手前(−方向)からダイクロイックプリズム10方向(+方向)に液晶パネル9cをZ軸に沿って順次移動させた場合には、PXmaxは、減少し、PYmaxは、増加し、PXminは、増加し、PYminは、減少する。
【0059】
従って、フォーカス位置を挟んで手前(−方向)からダイクロイックプリズム10方向(+方向)に液晶パネル9cをZ軸に沿って順次移動させた場合には、図16に示すように、(PXmax−PXmin)は、減少し、Y方向の投射映像パターンの光量変化量(PYmax−PYmin)は、増加し、(PXmax+PXmin)と(PYmax+PYmin)とは、ほとんど変化しない。
【0060】
すなわち、フォーカス位置を挟んで手前(−方向)からダイクロイックプリズム10方向(+方向)に液晶パネル9cをZ軸に沿って順次移動させた場合には、図17に示すように、X方向の輝度積分値の最大値と最小値との差であるX方向の投射映像パターンの光量変化量は、縮小し、Y方向の輝度積分値の最大値と最小値との差であるY方向の投射映像パターンの光量変化量は、拡大し、投射映像パターンの光量変化量の性質は、X方向とY方向とでは、相反している。
【0061】
従って、フォーカス位置を挟んで手前(−方向)からダイクロイックプリズム10方向(+方向)に液晶パネル9cをZ軸に沿って順次移動させた場合のコントラスト感度Sx、Syの変化は、図18に示すように、Sxは、増加し、Syは、減少し、SxとSyとは、フォーカス位置で相反する性質を有し、SxとSyとの平均値であるコントラスト感度S(z)は、図18の中央の曲線で示すように、最も投射画像が鮮明となるフォーカス位置で最小値となる。
【0062】
次に、光軸制御部15により各フォーカス検査エリアのフォーカス位置に基づいて光軸調整機構部8への指令値を生成する(ステップA13)。
図19は、図5に示す光軸調整機構部が調整する液晶パネルと光軸座標系との位置関係を示す図であり、図20は、図5に示す光軸調整機構部が調整する液晶パネルと光軸座標系との位置関係をX軸上側から見た図であり、図21は、図5に示す光軸調整機構部が調整する液晶パネルと光軸座標系との位置関係をY軸上側から見た図である。
【0063】
液晶パネル9aは、Z軸の光軸方向に対して、回転、傾き、X、Y方向のあおり角度があり、投射面までの光路長に差が出るため、各フォーカス検査エリア(左上、右上、左下、右下)をカラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dでそれぞれ撮像したカラー画像からそれぞれ得られるフォーカス位置Za、Zb、Zc、Zdは、一致しない。従って、フォーカス位置Za、Zb、Zc、Zdから、液晶パネル9aの中心が通る真のフォーカス面位置を見つければ、最終的な液晶パネルのフォーカス位置を探索できる。
【0064】
図19は、液晶パネル9aと液晶パネル9aの中心を原点とする光軸座標系との位置関係を示すもので、図19は、Z軸について、図20は、X軸上側から見た場合の位置関係、図21は、Y軸上側から見た場合の位置関係で、実際の液晶パネルはZ軸方向以外の他の光軸、Xθ方向、Yθ方向、θに対して傾いている時の状態を示している。
【0065】
図19、図20および図21に示す光軸位置と液晶パネル9aとの幾何学的関係から、液晶パネル9aのフォーカス面は、Z軸方向の4つのフォーカス検査エリアのフォーカス面が交差する位置となり、各フォーカス検査エリアでのフォーカス位置から計算されるフォーカス重心に等しくなる。
【0066】
従って、液晶パネル9aのスクリーン2に垂直な光軸(Z軸)の真のフォーカス位置Zは、
Z={Za+Zb+Zc+Zd}/4
と計算される。
【0067】
また、液晶パネル9aの縦、横の長さを、それぞれLh、Lvとすると、Xθ、Yθ軸の回転方向の調整補正量θx、θyは、液晶パネルの頂点と光軸との位置関係から
θx=sin−1( {(Za+Zb)−(Zc+Zd)}/2Lh)
θy=sin−1( {(Za+Zc)−(Zb+Zd)}/2Lv)
と計算され、フォーカス面のあおり角度をキャンセルする様に、θx、θyの光軸を動かすことにより、Xθ、Yθの光軸でのフォーカス調整をすることなく、液晶パネル9aと調整光軸との幾何学関係と、投射映像の各フォーカス検査エリアのフォーカス位置とから液晶パネル9aのフォーカス面が決定することができる。
【0068】
コントラスト探索部22は、真のフォーカス位置Zと、Xθ、Yθ軸の回転方向の調整補正量θx、θyとを光軸調整機構部8への指令値として生成し、光軸調整機構部8は、コントラスト探索部22からの指令値に基づいて液晶パネル9aの光軸調整を行い(ステップA14)、その他の位置合わせに問題がなければ、ダイクロイックプリズム10に液晶パネル9aが半田付け接合等で固定される。
【0069】
ステップA1からステップA14までの処理は、液晶パネル9a、9b、9c毎に行われ、ダイクロイックプリズム10に取り付けられる全ての液晶パネル9a、9b、9cのフォーカス調整が行われる。
【0070】
図22は、図5に示すコントラスト探索部により生成される指令値に基づく調整による調整時間短縮例を示す図である。
R色、G色、B色全ての投射画像のフォーカス調整を行った時の調整時間の比較を行った際に、コントラスト探索部により生成される指令値(幾何学関係を用いた1軸高速調整)による調整時間と、各軸毎に個別調整した場合(3軸個別調整)の調整時間とは、図22に示すように、明らかに、1軸高速調整の調整時間の方が3軸個別調整の調整時間に比べて、約2.5倍に向上していることがわかる。
【0071】
以上説明したように、本実施の形態によれば、疑似モノクロ画像生成部16により画像メモリ13内に色成分毎に記憶された各色成分の統合デジタル画像データの輝度値を用いて被投射面での光強度に近い濃淡画像である疑似モノクロ画像を生成し、単色で撮像された画像を投射された映像の色に無関係な輝度情報として扱うことができるため、カメラ感度と肉眼との視感度差に関係なく、カメラで撮像した画像の輝度設定を適切に設定することでき、フォーカスの自動調整を行うことにより投射映像のフォーカスがはっきりするフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【0072】
さらに、本実施の形態によれば、コントラスト画像生成部17により疑似モノクロ画像の輝度分布状態を求めて、輝度値毎のヒストグラムを作成し、各輝度値の画素数が等しくなるように輝度変換を施すことで、被投射面での光強度分布特徴を継承したままで輝度分布特徴を強調し、投射映像の明るい部分と暗い部分との画素の輝度差を大きくとることで、コントラストを上げて画像を鮮明化することができるため、投射画素の輝度分散の本来の性質を明確化して、視認性の極めて悪い青色の場合にも、フォーカスの自動調整を行うことにより、投射映像の投射画素領域の鮮明度が最も良好となるフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【0073】
さらに、本実施の形態によれば、投影処理部19によりフォーカス検査エリア内での光の分布特徴となるX方向、Y方向について方向別に輝度積分を行うことで、方向別の投射画素領域の被投射面での輝度分布を強調した正弦波形状の特徴変異として表すことができるため、投射映像の投射画素の縦(Y)方向と横(X)方向でボケ方を考慮したフォーカスの自動調整を行うことができ、光軸に伴う個々の投射画素の画素形状変動や投射画素間に発生するフレア、画像ノイズの影響を受けにくく、投射映像のどの位置をとっても普遍的な特徴をとることができ、投射映像の投射画素領域の鮮明度が最も良好となるフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【0074】
さらに、本実施の形態によれば、スクリーン2上の輝度分布を強調した輝度積分値の最大値と最小値からX、Yそれぞれの方向のコントラスト感度Sx、Syを求め、コントラスト感度Sx、Syの和の平均値であるコントラスト感度S(z)が最小値となる光軸位置をフォーカス位置として求めるため、液晶パネル9a、9b、9cの法線方向であるZ方向の光軸位置移動に対して、X、Y方向で投射画素のボケの程度が異なる特性を一元的に取り扱うことができ、投射映像のフォーカスがはっきりするフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【0075】
さらに、本実施の形態によれば、スクリーン2上に張られた表面粗さが小さいフォト印字用紙、標準白色ボード等の白色素材パネル6a、6b、6c、6dに投射された投射画像を撮像するため、スクリーンの凹凸による光の乱反射や外光の反射光の影響を受けずに、液晶プロジェクタ1本来の光学特性を反映した投射映像を撮像することができ、投射映像全体のフォーカスが最も鮮明となるフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【0076】
なお、本実施の形態では、投射映像の4隅に配置されたカラーCCDカメラ3a、3b、3c、3dにより投射映像を撮像し、各撮像箇所毎のフォーカス位置を求めたが、X軸方向のあおり角度XθおよびY軸方向のあおり角度Vθのずれが問題にならない程度であれば、投射映像の中央の1箇所等に撮像箇所を減らしても良い。
【0077】
また、本実施の形態では、スクリーン2に投射された投射映像を撮像した画像に基づいてフォーカス位置を求めてフォーカス調整を行うようにしたが、スクリーン2に投射される前の映像からフォーカス検査用の画像を得るようにしても良い。スクリーン2に投射される前の映像からフォーカス検査用の画像を得るためには、投射光を液晶プロジェクタ1内で分光し、分光した投射光を光電変換器等で受光すれば良い。
【0078】
このように液晶プロジェクタ1内でフォーカス検査用の画像を得ることができ、本実施の形態のA/D変換回路11、デジタル画像統合器12、画像メモリ13、画像認識処理部14、光軸制御部15および光軸調整機構部8が液晶プロジェクタ1内に設けられている場合には、製造工程でのフォーカス調整のみでなく、製品として組み立てた後のフォーカス調整を行うことができる。
【0079】
また、本実施の形態では、投射型表示装置の光学系の液晶パネルの位置調整について説明したが、液晶パネルをDMD(デジタルミラーデバイス)を用いた光デバイスに置き換えたDLP型プロジェクタにおけるDMD(デジタルミラーデバイス)の位置調整による投射画像調整にも有効である。
【0080】
なお、本発明が上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。
【0081】
【発明の効果】
本発明のフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法は、色成分毎に記憶された各色成分の統合デジタル画像データの輝度値を用いて被投射面での光強度に近い濃淡画像である疑似モノクロ画像を生成し、単色で撮像された画像を投射された映像の色に無関係な輝度情報として扱うことができるため、カメラ感度と肉眼との視感度差に関係なく、カメラで撮像した画像の輝度設定を適切に設定することでき、フォーカスの自動調整を行うことにより投射映像のフォーカスがはっきりするフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【0082】
さらに、本発明のフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法は、疑似モノクロ画像の輝度分布状態を求めて、輝度値毎のヒストグラムを作成し、各輝度値の画素数が等しくなるように輝度変換を施すことで、被投射面での光強度分布特徴を継承したままで輝度分布特徴を強調し、投射映像の明るい部分と暗い部分との画素の輝度差を大きくとることで、コントラストを上げて画像を鮮明化することができるため、投射画素の輝度分散の本来の性質を明確化して、視認性の極めて悪い青色の場合にも、フォーカスの自動調整を行うことにより、投射映像の投射画素領域の鮮明度が最も良好となるフォーカス位置光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【0083】
さらに、本発明のフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法は、フォーカス検査エリア内での光の分布特徴となるX方向、Y方向について方向別に輝度積分を行うことで、方向別の投射画素領域の被投射面での輝度分布を強調した正弦波形状の特徴変異として表すことができるため、投射映像の投射画素の縦(Y)方向と横(X)方向でボケ方を考慮したフォーカスの自動調整を行うことができ、光軸に伴う個々の投射画素の画素形状変動や投射画素間に発生するフレア、画像ノイズの影響を受けにくく、投射映像のどの位置をとっても普遍的な特徴をとることができ、投射映像の投射画素領域の鮮明度が最も良好となるフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【0084】
さらに、本発明のフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法は、スクリーン上の輝度分布を強調した輝度積分値の最大値と最小値からX、Yそれぞれの方向のコントラスト感度Sx、Syを求め、コントラスト感度Sx、Syの和の平均値であるコントラスト感度S(z)が最小値となる光軸位置をフォーカス位置として求めるため、液晶パネルの法線方向であるZ方向の光軸位置移動に対して、X、Y方向で投射画素のボケの程度が異なる特性を一元的に取り扱うことができ、投射映像のフォーカスがはっきりするフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【0085】
さらに、本発明のフォーカス調整装置およびフォーカス調整方法は、スクリーン上に張られた表面粗さが小さいフォト印字用紙、標準白色ボード等の白色素材パネルに投射された投射画像を撮像するため、スクリーンの凹凸による光の乱反射や外光の反射光の影響を受けずに、液晶プロジェクタ本来の光学特性を反映した投射映像を撮像することができ、投射映像全体のフォーカスが最も鮮明となるフォーカス位置に光軸位置を正確に合わせることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るフォーカス調整装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示すカラーCCDカメラの位置関係を示す平面図である。
【図3】図1に示すカラーCCDカメラの位置関係を示す側面図である。
【図4】図1に示すカラーCCDカメラによるスクリーン上の撮像位置を示す図である。
【図5】図1に示す画像認識処理部の構成を示すブロック図である。
【図6】図1に示す光軸調整機構部により移動させる液晶プロジェクタの光学部品の調整光軸と各色毎の液晶パネルとの位置関係を示す図である。
【図7】本発明に係るフォーカス調整装置の実施の形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図8】図5に示すデジタル画像統合器により生成される統合デジタル画像データ例を示す図である。
【図9】図5に示すコントラスト画像生成部によるコントラスト強調処理を説明するための各輝度値毎の画素数のヒストグラムである。
【図10】図5に示すコントラスト画像生成部によるコントラスト強調処理のアルゴリズムを説明するための説明図である。
【図11】図5に示すコントラスト画像生成部によるコントラスト強調処理前後の同一領域の輝度分布を比較するためのグラフである。
【図12】図5に示すフォーカス検査エリア生成部によって生成されるフォーカス検査エリアの位置関係を示す図である。
【図13】図5に示す投影処理部による輝度積分によって得られた輝度積分値の分布と投射画素との関係を示す図である。
【図14】Z軸を10um間隔で移動して撮像した時の図5に示す投影処理部により輝度積分されたX方向の輝度積分値の変化を示す図である。
【図15】図5に示す投影処理部により輝度積分された輝度積分値の最大値および最小値とZ軸を10um間隔で移動して撮像した時のZ軸位置との関係を示す図である。
【図16】図5に示す投影処理部により輝度積分された輝度積分値の最大値から最小値を引いた値とZ軸を10um間隔で移動して撮像した時のZ軸位置との関係を示す図である。
【図17】図5に示す投影処理部により輝度積分されたX、Y方向の輝度積分値のZ軸を移動して撮像した時の変化の傾向を説明するための説明図である。
【図18】図5に示すコントラスト感度計算部により計算されるコントラスト感度とZ軸位置との関係を示す図である。
【図19】図5に示す光軸調整機構部が調整する液晶パネルと光軸座標系との位置関係を示す図である。
【図20】図5に示す光軸調整機構部が調整する液晶パネルと光軸座標系との位置関係をX軸上側から見た図である。
【図21】図5に示す光軸調整機構部が調整する液晶パネルと光軸座標系との位置関係をY軸上側から見た図である。
【図22】図5に示すコントラスト探索部により生成される指令値に基づく調整による調整時間短縮例を示す図である。
【符号の説明】
1 液晶プロジェクタ
2 スクリーン
3a、3b、3c、3d カラーCCDカメラ
4 映像信号発生器
5 暗幕テント
6a、6b、6c、6d 白色素材パネル
7 認識制御部
8 光軸調整機構部
9a、9b、9c 液晶パネル
10 ダイクロイックプリズム
11 A/D変換回路
12 デジタル画像統合器
13 画像メモリ
14 画像認識処理部
15 光軸制御部
16 疑似モノクロ画像生成部
17 コントラスト画像生成部
18 フォーカス検査エリア生成部
19 投影処理部
20 エリア内光量解析部
21 コントラスト感度計算部
22 コントラスト探索部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a focus adjustment apparatus and a focus adjustment method for adjusting the position of a liquid crystal panel of an optical system of a projection display device, and in particular, the position of the liquid crystal panel by analyzing an image captured by moving the optical axis position of the liquid crystal panel. The present invention relates to a focus adjustment apparatus and a focus adjustment method for performing adjustment.
[0002]
[Prior art]
In general, a liquid crystal projector uses three liquid crystal panels of red, green, and blue to create a monochromatic image, and colors the red, green, and blue monochromatic images on a dichroic prism to create a projected image.
[0003]
In the focus adjustment process of the LCD projector, the green projected image with the clearest color contrast is used as the reference position, and the remaining red and blue projected images are matched as much as possible to the corresponding projected pixel positions of the displayed green. Overlapping the images, and then projecting with a single color at this position, the projected pixels on the projected surface are the least blurred, and the liquid crystal of each color is in the position where the projected pixels of each color projection image and the pixel separation are the clearest It is necessary to adjust the panel position.
[0004]
Conventional focus adjustment is implemented on a liquid crystal projector by projecting a reference green image onto a screen as a projection surface, and the operator visually confirming how the projected pixels are blurred on the screen. The optical axis of the LCD panel was adjusted. For adjusting the optical axis of the liquid crystal panel, there are 6 liquid crystal panel positions X, Y, Z, a rotation angle θ on the Z axis, a panel tilt angle Xθ in the X axis direction, and a panel tilt angle Vθ in the Y axis direction. The three axes of the position Z of the liquid crystal panel, the panel tilt angle Xθ in the X-axis direction, and the panel tilt angle Vθ in the Y-axis direction are adjusted by a six-axis manipulator capable of adjusting the optical axis of the axis. The focus plane position of the liquid crystal panel, which is optically determined by the positional relationship of the axes, is determined. The focus adjustment is performed for the three liquid crystal panels of red, green, and blue. After determining the focus surface position of the liquid crystal panel for each color, the liquid crystal panel is joined to the optical unit and the adjustment is finished.
[0005]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-147694 discloses a Z-axis direction of a liquid crystal light valve when images of projected pixels on a screen are imaged by a camera, luminances are totaled, luminance dispersion is obtained, and an image having the largest variance is taken. A technique for automatically performing focus adjustment at the position is disclosed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art, due to the difference in the visibility between the camera sensitivity and the naked eye, the brightness values of the blue and red colors and the appearance with the naked eye are different, so it is difficult to set the camera brightness setting appropriately. However, in actual focus adjustment, it is necessary to check the image projected on the screen not only with the camera but also with the naked eye.
[0007]
Furthermore, with the conventional technology, the projected image on the screen is not easily displayed due to the influence of the external light of the surrounding environment being adjusted or the reflected light from the projection surface, and the original properties of brightness distribution of the projected pixels are difficult to see. In the case of blue, which is extremely poor, there is a problem that it is difficult to accurately align the optical axis position with the position where the focus of the projected image is clearest (hereinafter referred to as the focus position) even if automatic focus adjustment is performed. It was.
[0008]
Furthermore, in the prior art, the projected pixels of the projected image are actually different in the direction of blur in the vertical (Y) direction and the horizontal (X) direction, and the shape of the projected image changes with the movement of the optical axis of the liquid crystal panel. Since it constantly changes, there is a problem that the focus position cannot be determined accurately only by the luminance dispersion of the projection pixels.
[0009]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to appropriately set the luminance setting of an image captured by the camera regardless of the difference in visibility between the camera sensitivity and the naked eye. It is possible to provide a focus adjustment device and a focus adjustment method capable of accurately adjusting the optical axis position to the focus position by performing automatic focus adjustment.
[0010]
Furthermore, the purpose of the present invention is to clarify the original nature of the luminance dispersion of the projection pixel, and to adjust the optical axis position to the focus position by automatically adjusting the focus even in the case of blue with extremely poor visibility. Therefore, it is possible to provide a focus adjustment device and a focus adjustment method capable of accurately adjusting the focus.
[0011]
Further, the present invention aims to set the optical axis position to the focus position by automatically adjusting the focus in consideration of the blurring in the vertical (Y) direction and the horizontal (X) direction of the projection pixel of the projected image. A focus adjustment device and a focus adjustment method that can be accurately adjusted are provided.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
  The present invention is a focus adjustment device for adjusting an optical axis position of the liquid crystal panel based on an image passed through the liquid crystal panel, and images the image while moving the optical axis position in the normal direction of the liquid crystal panel. Based on the luminance distribution of the pseudo monochrome image generated by the imaging means for imaging, the pseudo monochrome image generating means for generating a pseudo monochrome image from the image captured by the imaging means, and the pseudo monochrome image generating means A focus adjustment device comprising: focus search means for searching for an optical axis position; and optical axis adjustment mechanism means for moving the liquid crystal panel to the optical axis position searched by the focus search means.
  Further, according to the present invention, the pseudo monochrome image generation means has a luminance distribution I of the pseudo monochrome image, and the luminance distributions of the color components of the image are R, G, and B, respectively, I = (28 * R + 77 * G + 151 * B) / 256. The focus adjustment apparatus is characterized in that the pseudo-monochrome image is generated.
  The present invention further includes contrast enhancement means for enhancing the contrast of the pseudo monochrome image, and the focus search means is configured to adjust the optical axis position based on the luminance distribution of the pseudo monochrome image whose contrast is enhanced by the contrast enhancement means. This is a focus adjustment device characterized by searching for.
  Furthermore, the present invention is the focus adjustment device, wherein the contrast emphasizing means averages the number of pixels in each luminance value of the pseudo monochrome image.
  The present invention further includes projection processing means for performing luminance integration for each direction in the X direction and Y direction of the pseudo monochrome image, and the focus search means is configured to perform the luminance integration for the X and Y directions by the projection processing means. A focus adjustment device that searches an optical axis position based on a pseudo monochrome image.
  Further, according to the present invention, the maximum luminance value PXmax in the X direction and the minimum luminance value PXmin in the X direction and the luminance in the Y direction of the pseudo-monochrome image integrated in the X and Y directions by the projection processing unit. A light amount analyzing means for searching for the maximum value PYmax of the integral value and the minimum value PYmin of the luminance integral value in the Y direction for each optical axis position in the normal direction of the moved liquid crystal panel; A focus adjustment device that searches for an optical axis position based on PXmax, PXmin, PYmax, and PYmin searched by a light amount analysis unit.The
TheThe present invention further includes contrast sensitivity calculation means for calculating contrast sensitivity Sx and Sy for each of the X and Y directions from PXmax, PXmin, PYmax and PYmin searched by the light amount analysis means, and the focus search means The focus adjustment device is characterized in that the optical axis position is searched based on the contrast sensitivity Sx and Sy calculated by the contrast sensitivity calculation means.
  Further, according to the present invention, the contrast sensitivity calculation means sets the contrast sensitivities Sx and Sy to Cx = (PXmax−PXmin) / (PXmax + PXmin), Cy = (PYmax−PYmin) / (PYmax + PYmin), Sx = 1 / Cx, Sy = 1 / Cy, the focus adjustment device is characterized in that the calculation is performed.
  Furthermore, the present inventionA focus adjustment device that adjusts an optical axis position of the liquid crystal panel based on an image that has passed through the liquid crystal panel, and an imaging unit that captures the image while moving an optical axis position in a normal direction of the liquid crystal panel; , The maximum value PXmax of the X-direction luminance integral value, the minimum value PXmin of the X-direction luminance integration value, the maximum YY-direction luminance integration value PYmax, and the Y-direction luminance integration value of the image captured by the imaging means. Light quantity analysis means for searching for the optical axis position in the normal direction of the liquid crystal panel to which the minimum value PYmin has been moved, and contrast sensitivity for each of the X and Y directions from PXmax, PXmin, PYmax and PYmin searched by the light quantity analysis means Contrast sensitivity calculation means for calculating Sx, Sy, and the contrast sensitivity Sx calculated by the contrast sensitivity calculation means A focus search means for searching an optical axis position on the basis of sy, the liquid crystal panel in the searched optical axis position by the focus search means And the contrast sensitivity calculation means sets the contrast sensitivities Sx and Sy to Cx = (PXmax−PXmin) / (PXmax + PXmin), Cy = (PYmax−PYmin) / (PYmax + PYmin). ), Sx = 1 / Cx, and Sy = 1 / Cy.It is.
  Further, according to the present invention, the focus search unit searches for an optical axis position where the average value of the sum of the contrast sensitivities Sx and Sy calculated by the contrast sensitivity calculation unit is a minimum value. It is.
  Further, according to the present invention, the imaging unit causes the four corners of the video to be imaged, and the focus search unit searches the optical axis positions of the four corners captured by the imaging unit, respectively. It is.
  Furthermore, the present invention corrects the optical axis in the normal direction of the liquid crystal panel, the tilt angle Xθ in the X-axis direction, and the tilt angle Vθ in the Y-axis direction based on the optical axis positions of the four corners searched by the focus search means. An optical axis control means for calculating a correction value to be corrected is provided.
  Furthermore, the present invention is a focus adjustment apparatus in which the imaging means images the image projected on a screen on which a white material panel having a small surface roughness is stretched.
  The present invention further provides a focus adjustment method for adjusting an optical axis position of the liquid crystal panel based on an image passed through the liquid crystal panel, wherein the image is displayed while moving the optical axis position in the normal direction of the liquid crystal panel. An image is picked up as an image, a pseudo monochrome image is generated from the image, an optical axis position is searched based on the luminance distribution of the pseudo monochrome image, and the liquid crystal panel is placed at the optical axis position searched using the optical axis adjustment mechanism means. It is a focus adjustment method characterized by moving.
  Further, according to the present invention, the pseudo-monochromatic image has a luminance distribution I, and if the luminance distribution of the color components of the image is R, G, and B, respectively, I = (28 * R + 77 * G + 151 * B) / 256. A focus adjustment method characterized by generating a monochrome image.
  Furthermore, the present invention is a focus adjustment method characterized by enhancing the contrast of the pseudo monochrome image and searching for the optical axis position based on the luminance distribution of the pseudo monochrome image with the contrast enhanced.
  Furthermore, the present invention is a focus adjustment method characterized in that the contrast is enhanced by averaging the number of pixels in each luminance value of the pseudo monochrome image.
  Further, the present invention is characterized by performing luminance integration for each direction in the X and Y directions of the pseudo monochrome image, and searching for an optical axis position based on the pseudo monochrome image obtained by luminance integration for the X and Y directions. This is the focus adjustment method.
  Furthermore, the present invention relates to a maximum value PXmax in the X-direction luminance integral value, a minimum value PXmin in the X-direction luminance integration value, and a maximum value in the Y-direction luminance integration value. The minimum value PYmin of the luminance integrated value in PYmax and Y direction is searched for each optical axis position in the normal direction of the moved liquid crystal panel, and the optical axis position is determined based on the searched PXmax, PXmin, PYmax and PYmin. A focus adjustment method characterized by searching.The
TheFurther, the present invention is characterized in that the contrast sensitivities Sx and Sy are calculated for the X and Y directions from the searched PXmax, PXmin, PYmax and PYmin, and the optical axis position is searched based on the contrast sensitivities Sx and Sy. This is the focus adjustment method.
  Further, the present invention defines the contrast sensitivities Sx and Sy as Cx = (PXmax−PXmin) / (PXmax + PXmin), Cy = (PYmax−PYmin) / (PYmax + PYmin), Sx = 1 / Cx, Sy = 1 / Cy. The focus adjustment method is characterized in that it is calculated as follows.
  Furthermore, the present inventionA focus adjustment method for adjusting an optical axis position of the liquid crystal panel based on an image passed through the liquid crystal panel, wherein the image is captured while moving an optical axis position in a normal direction of the liquid crystal panel, and the imaging Value PXmax of the integrated luminance value in the X direction of the processed image , The minimum value PXmin of the luminance integral value in the X direction, the maximum value PYmax of the luminance integral value in the Y direction, and the minimum value PYmin of the luminance integral value in the Y direction for each optical axis position in the normal direction of the liquid crystal panel that has been moved From the searched PXmax, PXmin, PYmax and PYmin, contrast sensitivity Sx and Sy are classified into Xx and Y directions by Cx = (PXmax−PXmin) / (PXmax + PXmin), Cy = (PYmax−PYmin) / (PYmax + PYmin),
Sx = 1 / Cx and Sy = 1 / Cy are defined and calculated, the optical axis position is searched based on the calculated contrast sensitivities Sx and Sy, and the optical axis position searched using the optical axis adjustment mechanism means is obtained. Focus adjustment method characterized by moving said liquid crystal panelIt is.
  Furthermore, the present invention is a focus adjustment method characterized by searching for an optical axis position at which an average value of the calculated sums of the contrast sensitivities Sx and Sy is a minimum value.
  Furthermore, the present invention is a focus adjustment method characterized in that four corners of the video are imaged and the optical axis positions of the captured four corners are respectively searched.
  Further, the present invention calculates correction values for correcting the optical axis in the normal direction of the liquid crystal panel, the tilt angle Xθ in the X-axis direction, and the tilt angle Vθ in the Y-axis direction based on the searched optical axis positions at the four corners. Then, the focus adjustment method is characterized by.
  Furthermore, the present invention is a focus adjustment method characterized in that the image projected on a screen on which a white material panel having a small surface roughness is stretched is captured.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the embodiment of the focus adjusting apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a plan view showing the positional relationship of the color CCD camera shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a side view showing the positional relationship of the color CCD camera shown in FIG. 1, FIG. 4 is a diagram showing the imaging position on the screen by the color CCD camera shown in FIG. 1, and FIG. 5 is the image recognition process shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing the positional relationship between the adjustment optical axis of the optical components of the liquid crystal projector moved by the optical axis adjustment mechanism shown in FIG. 1 and the liquid crystal panel for each color. .
[0015]
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, color CCD cameras 3 a, 3 b, 3 c, 3 d, A / D conversion circuit 11, digital image integrator 12, image memory 13, and image recognition processing unit 14. And an optical axis control unit 15 and an optical axis adjustment mechanism unit 8. Although not shown in FIG. 1, the A / D conversion circuit 11 is also provided between the color CCD cameras 3b, 3c, and 3d and the digital image integrator 12, similarly to the color CCD camera 3a. Yes.
[0016]
As shown in FIGS. 2 and 3, the color CCD cameras 3a, 3b, 3c, and 3d capture four corners of the projected image projected on the screen projection surface of the screen 2 from the liquid crystal projector 1 that is a projection display device. Placed in position. A video signal generator 4 is connected to the liquid crystal projector 1, and the liquid crystal projector 1 passes the liquid crystal panel corresponding to the corresponding color in response to the monochromatic raster scan video provided from the video signal generator 4. Then, a single color projection image is projected onto the screen 2. In addition, in order to prevent light other than the projected image from the liquid crystal projector 1, the dark curtain tent 5 blocks all the projection range of the liquid crystal projector 1 including the screen projection surface from outside light.
[0017]
As shown in FIG. 4, the screen 2 is provided with white material panels 6a, 6b, 6c, 6d such as photo printing paper having a small surface roughness and a standard white board, each of which has four corners of the projected image. It is placed in a position that fits. The screen 2 and the white material panels 6 a, 6 b, 6 c, 6 d are installed so as to be perpendicular to the projection optical axis of the liquid crystal projector 1. When a standard white board is used as the white material panels 6a, 6b, 6c, 6d, the surface roughness is preferably 0.05 Z or less with an average roughness of 10 points, and even when using photo printing paper. It is preferable to use one having a 10-point average roughness of 0.05 Z or less.
[0018]
The color CCD cameras 3a, 3b, 3c, and 3d are installed at positions where the four corners of the projected images on the white material panels 6a, 6b, 6c, and 6d are sufficiently accommodated, and are projected onto the white material panels 6a, 6b, 6c, and 6d. The projected image of the selected area is captured.
[0019]
The A / D conversion circuit 11 performs A / D conversion on the color images captured by the color CCD cameras 3a, 3b, 3c, and 3d, respectively. A / D conversion is performed for each of the red (R), green (G), and blue (B) colors that are color components of the color image.
[0020]
The digital image integrator 12 generates integrated digital image data obtained by integrating color images captured by the color CCD cameras 3a, 3b, 3c, and 3d installed at the four corners of the projected video and A / D converted. The integrated digital image data is generated for the purpose of handling four images taken by the four cameras 3a, 3b, 3c, and 3d as one frame image signals, and is generated for each color component.
[0021]
The image memory 13 stores the integrated digital image data of R color, G color, and B color generated by the digital image integrator 12 for each color component.
[0022]
As shown in FIG. 5, the image recognition processing unit 14 performs contrast calculation processing with the pseudo monochrome image generation unit 16, the contrast image generation unit 17, the focus inspection area generation unit 18, and the projection processing unit 19 that perform image recognition processing. The in-area light quantity analysis unit 20, the contrast sensitivity calculation unit 21, and the contrast search unit 22 are configured.
[0023]
The pseudo monochrome image generation unit 16 uses a luminance value of the integrated digital image data of each color component stored for each color component in the image memory 13 to generate a pseudo monochrome image that is a grayscale image close to the light intensity on the projection surface. Generate.
[0024]
The contrast image generation unit 17 performs contrast enhancement processing of the pseudo monochrome image generated by the pseudo monochrome image generation unit 16 to enhance the luminance distribution feature while inheriting the luminance distribution feature on the projection surface of the screen 2. By increasing the luminance difference between the bright and dark portions of the projected image, the contrast is increased and the image is sharpened.
[0025]
The focus inspection area generation unit 18 sets a focus inspection area in the image area of the camera visual field position corresponding to the four imaging positions on the screen 2.
[0026]
The projection processing unit 19 performs luminance integration for each of the X and Y directions in the focus inspection area set by the focus inspection area generation unit 18, and calculates the light intensity distribution on the projection surface of the projection pixel region for each X and Y direction. It is expressed as a characteristic variation of the emphasized sinusoidal shape.
[0027]
The in-area light amount analysis unit 20 searches for the maximum value and the minimum value of the luminance integrated values in the X and Y directions obtained by the projection processing unit 19.
[0028]
The contrast sensitivity calculation unit 21 calculates the contrast sensitivity from the maximum value and the minimum value of the luminance integrated values in the X and Y directions searched by the in-area light amount analysis unit 20.
[0029]
The contrast search unit 22 searches the minimum value of the contrast sensitivity for each focus inspection area at each position where the optical axis is step-moved within the optical axis movement range, and the contrast sensitivity is the minimum value for each focus inspection area. Is obtained as the focus position at which the focus of the projected image is clearest and the projected image is clearest.
[0030]
The optical axis control unit 15 uniquely determines the focus gravity center and the inclination correction values of the liquid crystal panels 9a, 9b, and 9c in the liquid crystal projector 1 based on the focus position for each focus inspection area obtained by the contrast search unit 22. The calculated focus gravity center and the correction value are sent to the optical axis adjustment mechanism unit 8 as command values.
[0031]
The optical axis adjustment mechanism unit 8 is a mechanism that adjusts the mounting position of the optical components of the liquid crystal projector 1 based on the command value from the optical axis control unit 15, and the liquid crystal panels 9a, 9b, and 9c shown in FIG. The optical axis is adjusted when the light from the panels 9a, 9b, and 9c is attached to the dichroic prism 10 that performs color composition.
[0032]
In FIG. 6, X, Y, Z, θ, Xθ, and Yθ indicate the adjustment optical axes of the liquid crystal panel 9 a (in charge of G color) that is moved by the optical axis adjustment mechanism unit 8. The incident light direction (normal direction) perpendicular to is defined as the Z axis. The position of the liquid crystal panel 9a is determined by six axes including the panel position X, Y, Z, the rotation angle θ on the Z axis, the panel tilt angle Xθ in the X axis direction, and the panel tilt angle Vθ in the Y axis direction. However, the focus adjustment is performed by adjusting the three adjustment optical axes of the Z axis, the Xθ axis, and the Yθ axis. The liquid crystal panel 9b responsible for the R color and the liquid crystal panel 9c responsible for the B color have the same optical axis coordinate arrangement.
[0033]
Next, the operation of the present embodiment will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of the embodiment of the focus adjustment apparatus according to the present invention.
[0034]
First, the video signal generator 4 provides the liquid crystal projector 1 with a single color raster scan video (step A1), and the liquid crystal projector 1 uses the provided single color raster scan video for the corresponding liquid crystal panels 9a, 9b, 9c. Is passed through and is projected as a monochromatic projection image on the screen 2 (step A2). The monochromatic raster scan video is an image for performing focus adjustment. For the focus adjustment of the liquid crystal panel 9a in charge of G color, the monochromatic raster scan video of G color is used for focus adjustment of the liquid crystal panel 9b in charge of R color. The R single-color raster scan video is used for the focus adjustment of the liquid crystal panel 9c responsible for the B color, and the B single-color raster scan video is used. Hereinafter, an example of performing the focus adjustment of the liquid crystal panel 9a in charge of G color will be described.
[0035]
Next, each of the four corners of the G color projection image projected on the white material panels 6a, 6b, 6c, and 6d by the color CCD cameras 3a, 3b, 3c, and 3d is captured as a color image (step A3). A / D conversion is performed for each color component of each color image captured by the D conversion circuit 11 (step A4), and integrated digital image data obtained by integrating the four color images A / D converted by the digital image integrator 12 is obtained. Each color component is generated (step A5) and stored in the image memory 13 for each color component. The screen 2 is projected with the G color projection image that has passed through the liquid crystal panel 9a in charge of the G color. However, since the R color and B color components are actually included, the color CCD camera 3a, Images are taken as color images by 3b, 3c, and 3d.
[0036]
FIG. 8 is a diagram showing an example of integrated digital image data generated by the digital image integrator shown in FIG.
As shown in FIG. 8, the integrated digital image data generated by the digital image integrator 12 is obtained by integrating four color images captured by the color CCD cameras 3a, 3b, 3c, and 3d and A / D converted. In addition, each area corresponding to the color CCD cameras 3a, 3b, 3c, and 3d includes a bright portion of the projection pixel and a dark portion that becomes a break between the projection pixels. Further, the luminance distribution at the pixel position (x, y) in one frame of the integrated digital image data is R (x, y), G (x, y), B (x, y) for each color component in the image memory 13. y) (hereinafter described as R, G, and B, respectively). By integrating the images of the four color CCD cameras 3a, 3b, 3c, and 3d as integrated digital image data that can be confirmed on a single screen by the digital image data integrator 12, four images captured by the four cameras are displayed as one. It can be handled as an image signal of a frame, and when performing image processing and focus calculation processing in the image recognition processing unit 14, four images can be executed simultaneously, so that each color CCD camera 3a, 3b, 3c, 3d It is not necessary to perform image processing for each video, and the adjustment time can be shortened by reducing the number of times of imaging and the number of image processing operations.
[0037]
Next, a pseudo monochrome image is generated by the pseudo monochrome image generation unit 16 (step A6).
The pseudo monochrome image generation unit 16 reads the integrated digital image data stored in the image memory 13 from the image memory 13, and weights the luminance distributions R, G, and B of the respective color components of the integrated digital image data to make a monochrome image. Generate a monochrome image. As the weighting of the luminance distributions R, G, and B when generating the pseudo monochrome image, for example, the luminance distribution I (x of the pseudo monochrome image on the pixel position (x, y) in one frame in the integrated digital image data is used. , Y)
I (x, y) = (28 * R + 77 * G + 151 * B) / 256
To generate a pseudo monochrome image. The formula is an application of the luminance signal and color signal conversion formula described in page 105 of “Practical Image Processing Learned in C Language (Ohm)”.
[0038]
Next, contrast enhancement processing is performed on the pseudo monochrome image generated by the pseudo monochrome image generation unit 16 by the contrast image generation unit 17 (step A7).
FIG. 9 is a histogram of the number of pixels for each luminance value for explaining the contrast enhancement processing by the contrast image generation unit shown in FIG. 5, and FIG. 10 shows the contrast enhancement processing by the contrast image generation unit shown in FIG. FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining an algorithm. FIG. 11 is a graph for comparing luminance distributions in the same region before and after the contrast enhancement processing by the contrast image generation unit shown in FIG.
[0039]
As shown in FIG. 9A, the contrast image generation unit 17 obtains the total number of pixels of the pseudo monochrome image generated by the pseudo monochrome image generation unit 16, takes a histogram for each luminance value, and FIG. As shown, the number of pixels in each luminance value is averaged.
[0040]
In the pseudo monochrome image, when the number of pixels is distributed in the state shown in FIG. 10A from luminance values 0 to 7, the total number of pixels is 2 + 6 + 2 + 5 + 4 + 3 + 2 + 0 = 24, and the luminance values are divided into 8 levels. When the total number of pixels is divided by 8, 3 is obtained as the number of pixels assigned to one luminance value. Three pixels are taken out from the higher luminance of the pseudo monochrome image (luminance value 7), and are newly assigned from the luminance value 7 so that the number of pixels of each luminance value becomes 3, as shown in FIG. In this way, by assigning pixels from where the number of pixels is large to where the number is small, the number of pixels for each luminance value is made equal, and the contrast is enhanced.
[0041]
FIG. 11 shows a comparison of the luminance distribution of the same region before and after the contrast enhancement processing of the luminance distribution between the projected pixels of the B-color projection image projected on the white material panel 6a on the screen 2, and the contrast enhancement processing. Thus, it can be seen that the brightness difference between the bright portion of the projection pixel and the dark portion which is the separation of the projection pixel is increased, and the contrast is enhanced. In FIG. 11, the vicinity of X-coordinates 23 to 27 corresponds to a dark part that becomes a break between projection pixels.
[0042]
Next, a focus inspection area is set by the focus inspection area generation unit 18 (step A8).
FIG. 12 is a diagram showing the positional relationship of the focus inspection areas generated by the focus inspection area generation unit shown in FIG.
[0043]
As shown in FIG. 12, the focus inspection area generation unit 18 sets focus inspection areas at four locations of the integrated digital image. The focus inspection area is set so as to correspond to the color CCD cameras 3a, 3b, 3c, and 3d capturing the four corners of the screen. Since the distribution of projection pixels in the integrated digital image is almost constant at any position in the camera field of view, as shown in FIG. 12, the size of the focus inspection area is set to a range where the number of projection pixels is about 3 pixels. ing. This is because the number of pixels necessary for calculation for focus adjustment is minimized to reduce the number of calculations, thereby realizing high speed.
[0044]
Next, the projection processing unit 19 performs luminance integration for each direction in the X direction and the Y direction, which are the light distribution characteristics in the focus inspection area (step A9).
FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the distribution of the luminance integration value obtained by the luminance integration by the projection processing unit shown in FIG. 5 and the projection pixel.
[0045]
The projection processing unit 19 performs luminance integration for each direction in the X direction and the Y direction of the focus inspection area set by the focus inspection area generation unit 18. By performing the luminance integration, as shown in FIG. 13, the characteristics of the light amount distribution in the bright part of the projection pixel and the dark part that becomes a break between the projection pixels are clearer than the characteristic of the luminance value distribution shown in FIG. Can be caught.
[0046]
Next, the maximum and minimum luminance integral values in the X and Y directions obtained by the projection processing unit 19 are searched for by the in-area light amount analysis unit 20 (step A10).
[0047]
The in-area light quantity analysis unit 20 includes a maximum value PXmax in the X-direction integrated luminance value, a minimum X-direction integrated luminance value PXmin, and a maximum Y-directional integrated luminance value in the focus inspection area shown in FIG. PYmax and the minimum value PYmin of luminance integrated values in the Y direction are searched.
[0048]
Next, the contrast sensitivity calculation unit 21 calculates the value corresponding to the image sharpness as the contrast sensitivity from the maximum and minimum luminance integrated values in the X and Y directions searched by the in-area light quantity analysis unit 20, and (Step A11), a focus position at which the image is clearest is obtained from the calculated contrast sensitivity (step A12).
[0049]
The contrast sensitivity calculation unit 21 first calculates the contrast Cx in the X direction and the contrast Cy in the Y direction in each focus inspection area. Cx and Cy are
Cx = (PXmax−PXmin) / (PXmax + PXmin)
Cy = (PYmax−PYmin) / (PYmax + PYmin)
(In fact, there are ½ in the numerator and denominator, but they are omitted).
[0050]
The numerators of the contrasts Cx and Cy in the X direction and the Y direction indicate the amount of change in the light amount of the projected image pattern by halving the difference between the maximum value and the minimum value of the luminance integral value, and the contrast in the X direction and the Y direction. The denominator of Cx and Cy is the sum of the maximum value and the minimum value of the luminance integral value, and represents the average light amount of the projected video pattern. Therefore, the contrasts Cx and Cy in the X direction and the Y direction represent the ratio of the amount of change in the light quantity of the projected video pattern to the average light quantity of the projected video pattern.
[0051]
The contrast sensitivity calculation unit 21 calculates the X-direction contrast sensitivity Sx and the Y-direction contrast sensitivity Sy in each focus inspection area based on Cx and Cy. Sx and Sy are reciprocals of Cx and Cy,
Sx = 1 / Cx
Sy = 1 / Cy
Can be expressed as
[0052]
The contrast sensitivity calculation unit 21 calculates the contrast sensitivity S (z) in each focus inspection area based on Sx and Sy. S (z) is an average value of Sx and Sy,
S (z) = (Sx + Sy) / 2
Can be expressed as
[0053]
The processing from step A3 to step A11 is performed while the liquid crystal panel 9a is moved stepwise within the optical axis movement range in the Z-axis direction by the optical axis adjustment mechanism unit 8, and the contrast sensitivity calculation unit 21 calculates the calculated contrast sensitivity S. (Z) is stored in association with the Z-axis position at the time of calculation.
[0054]
Next, a focus position is obtained from the contrast sensitivity calculated for each focus inspection area by the contrast sensitivity calculation unit 21 by the contrast search unit 22 (step A12).
[0055]
The contrast search unit 22 obtains, as the focus position, the Z-axis position where the contrast sensitivity S (z) calculated for each focus inspection area is minimized. The focus positions for each focus inspection area (upper left, upper right, lower left, lower right) are obtained as Za, Zb, Zc, and Zd, respectively. Za, Zb, Zc, Zd are
Za = min {S (z)}
Zb = min {S (z)}
Zc = min {S (z)}
Zd = min {S (z)}
Can be expressed as
[0056]
The reason why the Z-axis position where the contrast sensitivity S (z) is the minimum value is the focus position will be described.
FIG. 14 is a diagram showing a change in the luminance integrated value in the X direction obtained by integrating the luminance by the projection processing unit shown in FIG. 5 when the Z axis is moved at an interval of 10 μm, and FIG. FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the maximum and minimum values of the luminance integration values integrated by the projection processing unit shown in FIG. 5 and the Z-axis position when the Z-axis is moved at intervals of 10 μm and imaged. FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a value obtained by subtracting a minimum value from a maximum value of luminance integration values integrated by the projection processing unit shown in FIG. 4 and a Z-axis position when an image is taken while moving the Z-axis at intervals of 10 μm. 17 is an explanatory diagram for explaining the tendency of change when the Z-axis of the luminance integrated value in the X and Y directions integrated by the projection processing unit shown in FIG. 5 is moved and imaged, and FIG. The contrast sensitivity calculated by the contrast sensitivity calculator shown in FIG. 5 and the Z axis Is a diagram showing the relationship between the location.
[0057]
FIG. 14 shows the X direction in which the luminance is integrated by the projection processing unit 19 when the liquid crystal panel 9c in charge of the B color is moved in the Z axis direction at intervals of 10 μm in the + − direction centered on the focus position. The integrated luminance values are plotted. Referring to FIG. 14, it can be seen that the plotted values have a width, and by moving the liquid crystal panel 9c in the Z-axis direction, the maximum luminance integrated value PXmax in the X direction and the minimum luminance integrated value in the X direction are detected. It can be seen that the value PXmin has changed. Further, by moving the liquid crystal panel 9c in the Z-axis direction, the maximum value PYmax of the luminance integrated value in the Y direction and the minimum value PYmin of the luminance integrated value in the Y direction also change.
[0058]
The changes in PXmax and PXmin caused by moving the liquid crystal panel 9c in the Z-axis direction and the changes in PYmax and PYmin have opposite properties. That is, as shown in FIG. 15, PXmax decreases when the liquid crystal panel 9c is sequentially moved along the Z axis from the front (− direction) across the focus position to the dichroic prism 10 direction (+ direction). PYmax increases, PXmin increases, and PYmin decreases.
[0059]
Therefore, when the liquid crystal panel 9c is sequentially moved along the Z axis from the front (− direction) across the focus position to the dichroic prism 10 direction (+ direction), as shown in FIG. 16, (PXmax−PXmin ) Decreases, the light amount change amount (PYmax−PYmin) of the projected image pattern in the Y direction increases, and (PXmax + PXmin) and (PYmax + PYmin) hardly change.
[0060]
That is, when the liquid crystal panel 9c is sequentially moved along the Z axis from the front (− direction) to the dichroic prism 10 direction (+ direction) across the focus position, as shown in FIG. The amount of change in the light quantity of the projected image pattern in the X direction, which is the difference between the maximum value and the minimum value of the integral value, is reduced, and the projected image in the Y direction, which is the difference between the maximum value and the minimum value of the luminance integrated value in the Y direction. The amount of change in the amount of light in the pattern is enlarged, and the nature of the amount of change in the amount of light in the projected video pattern is contradictory between the X direction and the Y direction.
[0061]
Accordingly, changes in contrast sensitivity Sx and Sy when the liquid crystal panel 9c is sequentially moved along the Z axis from the front (− direction) to the dichroic prism 10 direction (+ direction) across the focus position are shown in FIG. As described above, Sx increases, Sy decreases, and Sx and Sy have a contradictory property at the focus position. Contrast sensitivity S (z) that is an average value of Sx and Sy is shown in FIG. As shown by the center curve, the minimum value is at the focus position where the projected image is clearest.
[0062]
Next, the optical axis control unit 15 generates a command value for the optical axis adjustment mechanism unit 8 based on the focus position of each focus inspection area (step A13).
19 is a diagram showing a positional relationship between the liquid crystal panel adjusted by the optical axis adjustment mechanism unit shown in FIG. 5 and the optical axis coordinate system, and FIG. 20 is a liquid crystal adjusted by the optical axis adjustment mechanism unit shown in FIG. FIG. 21 is a view of the positional relationship between the panel and the optical axis coordinate system as viewed from above the X axis. FIG. 21 shows the positional relationship between the liquid crystal panel adjusted by the optical axis adjusting mechanism shown in FIG. It is the figure seen from the axis | shaft upper side.
[0063]
Since the liquid crystal panel 9a has rotation, tilt, and tilt angles in the X and Y directions with respect to the optical axis direction of the Z axis, and there is a difference in the optical path length to the projection surface, each focus inspection area (upper left, upper right, The focus positions Za, Zb, Zc, and Zd obtained from the color images obtained by imaging the lower left and lower right) with the color CCD cameras 3a, 3b, 3c, and 3d, respectively, do not match. Accordingly, if the true focus surface position through which the center of the liquid crystal panel 9a passes is found from the focus positions Za, Zb, Zc, and Zd, the final focus position of the liquid crystal panel can be searched.
[0064]
FIG. 19 shows the positional relationship between the liquid crystal panel 9a and the optical axis coordinate system having the origin at the center of the liquid crystal panel 9a. FIG. 19 shows the Z axis, and FIG. FIG. 21 shows the positional relationship when viewed from the upper side of the Y-axis, and the actual liquid crystal panel is tilted with respect to other optical axes other than the Z-axis direction, the Xθ direction, the Yθ direction, and θ. Is shown.
[0065]
From the geometric relationship between the optical axis position and the liquid crystal panel 9a shown in FIGS. 19, 20, and 21, the focus plane of the liquid crystal panel 9a is a position where the focus planes of the four focus inspection areas in the Z-axis direction intersect. This is equal to the focus gravity center calculated from the focus position in each focus inspection area.
[0066]
Therefore, the true focus position Z of the optical axis (Z axis) perpendicular to the screen 2 of the liquid crystal panel 9a is
Z = {Za + Zb + Zc + Zd} / 4
Is calculated.
[0067]
Also, assuming that the vertical and horizontal lengths of the liquid crystal panel 9a are Lh and Lv, respectively, the adjustment correction amounts θx and θy in the rotation direction of the Xθ and Yθ axes are based on the positional relationship between the vertex of the liquid crystal panel and the optical axis.
θx = sin-1({(Za + Zb)-(Zc + Zd)} / 2Lh)
θy = sin-1({(Za + Zc)-(Zb + Zd)} / 2Lv)
By moving the optical axes of θx and θy so as to cancel the tilt angle of the focus plane, the liquid crystal panel 9a and the adjustment optical axis can be adjusted without adjusting the focus on the optical axes of Xθ and Yθ. The focus plane of the liquid crystal panel 9a can be determined from the geometric relationship and the focus position of each focus inspection area of the projected image.
[0068]
The contrast search unit 22 generates the true focus position Z and the adjustment correction amounts θx and θy in the rotation direction of the Xθ and Yθ axes as command values to the optical axis adjustment mechanism unit 8, and the optical axis adjustment mechanism unit 8 Then, the optical axis of the liquid crystal panel 9a is adjusted based on the command value from the contrast search unit 22 (step A14). If there is no problem in other alignment, the liquid crystal panel 9a is fixed to the dichroic prism 10 by soldering or the like. Is done.
[0069]
The processing from step A1 to step A14 is performed for each of the liquid crystal panels 9a, 9b, 9c, and the focus adjustment of all the liquid crystal panels 9a, 9b, 9c attached to the dichroic prism 10 is performed.
[0070]
FIG. 22 is a diagram illustrating an example of shortening the adjustment time by adjustment based on the command value generated by the contrast search unit illustrated in FIG.
A command value (one-axis high-speed adjustment using a geometric relationship) generated by the contrast search unit when comparing the adjustment time when performing the focus adjustment of the projected images of all the R, G, and B colors ) And the adjustment time when individual adjustment is performed for each axis (3-axis individual adjustment), as shown in FIG. It can be seen that the time is improved by about 2.5 times compared to the adjustment time.
[0071]
As described above, according to the present embodiment, the pseudo monochrome image generation unit 16 uses the luminance value of the integrated digital image data of each color component stored in the image memory 13 for each color component on the projection surface. A pseudo-monochrome image, which is a grayscale image close to the light intensity of the image, is generated, and the image captured in a single color can be treated as luminance information irrelevant to the color of the projected image, so the difference in visibility between the camera sensitivity and the naked eye Regardless of the effect, the brightness setting of the image captured by the camera can be set appropriately, and the optical axis position can be accurately adjusted to the focus position where the focus of the projected image is clear by performing automatic focus adjustment Play.
[0072]
Furthermore, according to the present embodiment, the contrast image generation unit 17 obtains the luminance distribution state of the pseudo monochrome image, creates a histogram for each luminance value, and performs luminance conversion so that the number of pixels of each luminance value becomes equal. By applying this, the brightness distribution feature is enhanced while inheriting the light intensity distribution feature on the projection surface, and the difference in pixel brightness between the bright and dark portions of the projected image is increased, thereby increasing the contrast. Since the original nature of the luminance dispersion of the projected pixels is clarified and the focus is adjusted automatically even in the case of blue with extremely low visibility, the projected pixel area of the projected image is There is an effect that the optical axis position can be accurately adjusted to the focus position where the sharpness is the best.
[0073]
Furthermore, according to the present embodiment, the projection processing unit 19 performs luminance integration for each direction in the X direction and the Y direction, which are the light distribution characteristics in the focus inspection area, so that the projection pixel area for each direction is covered. Since it can be expressed as a characteristic variation of a sine wave shape that emphasizes the luminance distribution on the projection plane, automatic focus adjustment that takes into account blurring in the vertical (Y) and horizontal (X) directions of the projection pixels of the projected image Can be performed, and is not easily affected by pixel shape fluctuations of individual projection pixels along the optical axis, flare generated between projection pixels, or image noise, and can take universal features at any position in the projected image There is an effect that the optical axis position can be accurately adjusted to the focus position where the sharpness of the projected pixel area of the projected video is the best.
[0074]
Furthermore, according to the present embodiment, the contrast sensitivities Sx and Sy in the X and Y directions are obtained from the maximum and minimum values of the integrated luminance value that emphasizes the luminance distribution on the screen 2, and the contrast sensitivities Sx and Sy are obtained. Since the optical axis position at which the contrast sensitivity S (z), which is the average value of the sums, is the minimum value is obtained as the focus position, the movement of the optical axis position in the Z direction, which is the normal direction of the liquid crystal panels 9a, 9b, 9c. Thus, it is possible to unify the handling of characteristics with different degrees of projection pixel blurring in the X and Y directions, and to accurately adjust the optical axis position to the focus position where the focus of the projected image is clear.
[0075]
Furthermore, according to the present embodiment, the projected images projected on the white material panels 6a, 6b, 6c, 6d such as photo printing paper and standard white board with a small surface roughness stretched on the screen 2 are picked up. Therefore, the projection image reflecting the original optical characteristics of the liquid crystal projector 1 can be taken without being affected by the irregular reflection of the light due to the unevenness of the screen and the reflected light of the outside light, and the focus of the entire projection image is the clearest. The optical axis position can be accurately adjusted to the focus position.
[0076]
In the present embodiment, the projected images are captured by the color CCD cameras 3a, 3b, 3c, and 3d arranged at the four corners of the projected image, and the focus position for each imaging location is obtained. As long as the deviation of the tilt angle Xθ and the tilt angle Vθ in the Y-axis direction is not a problem, the number of imaged locations may be reduced to one location in the center of the projected image.
[0077]
Further, in the present embodiment, focus adjustment is performed by obtaining a focus position based on an image obtained by capturing a projected image projected on the screen 2, but for focus inspection from an image before being projected on the screen 2. You may make it obtain the image of. In order to obtain an image for focus inspection from an image before being projected on the screen 2, the projection light may be dispersed in the liquid crystal projector 1, and the dispersed projection light may be received by a photoelectric converter or the like.
[0078]
In this way, an image for focus inspection can be obtained in the liquid crystal projector 1, and the A / D conversion circuit 11, the digital image integrator 12, the image memory 13, the image recognition processing unit 14, the optical axis control of the present embodiment. When the unit 15 and the optical axis adjustment mechanism unit 8 are provided in the liquid crystal projector 1, not only focus adjustment in the manufacturing process but also focus adjustment after assembling as a product can be performed.
[0079]
Further, in the present embodiment, the position adjustment of the liquid crystal panel of the optical system of the projection display apparatus has been described. However, the DMD (digital) in a DLP projector in which the liquid crystal panel is replaced with an optical device using a DMD (digital mirror device). It is also effective for adjusting the projected image by adjusting the position of the mirror device.
[0080]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is obvious that the embodiments can be appropriately changed within the scope of the technical idea of the present invention. In addition, the number, position, shape, and the like of the constituent members are not limited to the above-described embodiment, and can be set to a suitable number, position, shape, and the like in practicing the present invention. In each figure, the same numerals are given to the same component.
[0081]
【The invention's effect】
The focus adjustment apparatus and focus adjustment method of the present invention generates a pseudo monochrome image that is a grayscale image close to the light intensity on the projection surface using the luminance value of the integrated digital image data of each color component stored for each color component. However, since the image captured in a single color can be handled as luminance information that is not related to the color of the projected image, the brightness setting of the image captured by the camera can be set appropriately regardless of the difference in visibility between the camera sensitivity and the naked eye. And by adjusting the focus automatically, the optical axis position can be accurately adjusted to the focus position where the focus of the projected video is clear.
[0082]
Furthermore, the focus adjustment apparatus and the focus adjustment method of the present invention calculate the luminance distribution state of the pseudo monochrome image, create a histogram for each luminance value, and perform luminance conversion so that the number of pixels of each luminance value becomes equal. In this way, the brightness distribution feature is emphasized while inheriting the light intensity distribution feature on the projection surface, and the brightness difference between the bright and dark portions of the projected image is increased to increase the contrast and sharpen the image. Therefore, by clarifying the original nature of the luminance dispersion of the projected pixels and automatically adjusting the focus even in the case of blue, which is extremely poor in visibility, the sharpness of the projected pixel area of the projected image can be obtained. There is an effect that it is possible to accurately match the optical position of the focus position at which is best.
[0083]
Furthermore, the focus adjustment apparatus and the focus adjustment method of the present invention perform the luminance integration for each direction in the X direction and the Y direction, which are the light distribution characteristics in the focus inspection area, thereby projecting the projection pixel area for each direction. Since it can be expressed as a characteristic variation of a sinusoidal shape with emphasis on the luminance distribution on the surface, the focus is automatically adjusted in consideration of blurring in the vertical (Y) direction and the horizontal (X) direction of the projection pixel of the projected image. It is difficult to be affected by pixel shape variation of individual projection pixels along with the optical axis, flare generated between projection pixels, and image noise, and can take universal features regardless of the position of the projected image, There is an effect that the optical axis position can be accurately adjusted to the focus position where the sharpness of the projected pixel area of the projected video is the best.
[0084]
Furthermore, the focus adjustment apparatus and the focus adjustment method of the present invention obtain the contrast sensitivities Sx and Sy in the X and Y directions from the maximum and minimum values of the integrated luminance value that emphasizes the luminance distribution on the screen, and the contrast sensitivity Sx. In order to obtain the optical axis position at which the contrast sensitivity S (z), which is the average value of the sum of Sy, becomes the minimum value, as the focus position, the optical axis position movement in the Z direction, which is the normal direction of the liquid crystal panel, Thus, the characteristic that the degree of blur of the projection pixel differs in the Y direction can be handled in an integrated manner, and the optical axis position can be accurately adjusted to the focus position where the focus of the projected image is clear.
[0085]
Furthermore, the focus adjustment apparatus and the focus adjustment method of the present invention capture a projected image projected on a white material panel such as a photo print paper or a standard white board with a small surface roughness stretched on the screen. A projection image reflecting the original optical characteristics of a liquid crystal projector can be captured without being affected by irregular reflection of light due to unevenness or reflected light from outside light, and the light at the focus position where the focus of the entire projection image becomes clearest. There is an effect that the axial position can be accurately adjusted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a focus adjustment apparatus according to the present invention.
2 is a plan view showing the positional relationship of the color CCD camera shown in FIG. 1. FIG.
3 is a side view showing the positional relationship of the color CCD camera shown in FIG.
4 is a diagram showing an imaging position on a screen by the color CCD camera shown in FIG. 1. FIG.
5 is a block diagram illustrating a configuration of an image recognition processing unit illustrated in FIG. 1. FIG.
6 is a diagram showing a positional relationship between an adjustment optical axis of an optical component of a liquid crystal projector moved by the optical axis adjustment mechanism unit shown in FIG. 1 and a liquid crystal panel for each color. FIG.
FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of the embodiment of the focus adjustment apparatus according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of integrated digital image data generated by the digital image integrator shown in FIG. 5;
9 is a histogram of the number of pixels for each luminance value for explaining the contrast enhancement processing by the contrast image generation unit shown in FIG.
10 is an explanatory diagram for explaining an algorithm for contrast enhancement processing by the contrast image generation unit shown in FIG. 5; FIG.
11 is a graph for comparing luminance distributions in the same region before and after contrast enhancement processing by the contrast image generation unit shown in FIG. 5;
12 is a diagram showing a positional relationship of focus inspection areas generated by a focus inspection area generation unit shown in FIG.
13 is a diagram showing a relationship between a distribution of luminance integration values obtained by luminance integration by the projection processing unit shown in FIG. 5 and projection pixels.
14 is a diagram showing a change in a luminance integrated value in the X direction obtained by integrating the luminance by the projection processing unit shown in FIG. 5 when an image is taken while moving the Z axis at intervals of 10 μm.
15 is a diagram showing the relationship between the maximum and minimum values of the luminance integrated value integrated by the projection processing unit shown in FIG. 5 and the Z-axis position when the Z-axis is moved at intervals of 10 μm and imaged. FIG. .
16 shows the relationship between the value obtained by subtracting the minimum value from the maximum value of the luminance integrated value integrated by the projection processing unit shown in FIG. 5 and the Z-axis position when the Z-axis is moved at intervals of 10 μm and imaged. FIG.
17 is an explanatory diagram for explaining a tendency of a change when the Z-axis of the luminance integrated value in the X and Y directions integrated by the projection processing unit shown in FIG. 5 is moved and imaged. FIG.
18 is a diagram showing the relationship between the contrast sensitivity calculated by the contrast sensitivity calculation unit shown in FIG. 5 and the Z-axis position.
19 is a diagram showing the positional relationship between the liquid crystal panel adjusted by the optical axis adjustment mechanism shown in FIG. 5 and the optical axis coordinate system.
20 is a view of the positional relationship between the liquid crystal panel and the optical axis coordinate system adjusted by the optical axis adjustment mechanism shown in FIG. 5, as viewed from the upper side of the X axis.
21 is a view of the positional relationship between the liquid crystal panel and the optical axis coordinate system adjusted by the optical axis adjustment mechanism unit shown in FIG. 5, as viewed from the upper side of the Y axis.
22 is a diagram showing an example of shortening the adjustment time by adjustment based on the command value generated by the contrast search unit shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1 LCD projector
2 screens
3a, 3b, 3c, 3d color CCD camera
4 Video signal generator
5 Black curtain tent
6a, 6b, 6c, 6d White material panel
7 Recognition control unit
8 Optical axis adjustment mechanism
9a, 9b, 9c LCD panel
10 Dichroic prism
11 A / D conversion circuit
12 Digital image integrator
13 Image memory
14 Image recognition processor
15 Optical axis controller
16 Pseudo monochrome image generator
17 Contrast image generator
18 Focus inspection area generator
19 Projection processing unit
20 Area light quantity analysis
21 Contrast sensitivity calculator
22 Contrast search part

Claims (28)

液晶パネルを通過させた映像に基づいて前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整装置であって、
前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら前記映像を画像として撮像する撮像手段と、
該撮像手段により撮像された前記画像から疑似モノクロ画像を生成する疑似モノクロ画像生成手段と、
該疑似モノクロ画像生成手段により生成された前記疑似モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索するフォーカス探索手段と、
該フォーカス探索手段により探索された光軸位置に前記液晶パネルを移動させる光軸調整機構手段とを具備することを特徴とするフォーカス調整装置。
A focus adjustment device that adjusts an optical axis position of the liquid crystal panel based on an image passed through the liquid crystal panel,
Imaging means for imaging the video as an image while moving the optical axis position in the normal direction of the liquid crystal panel;
A pseudo monochrome image generating means for generating a pseudo monochrome image from the image picked up by the image pickup means;
Focus search means for searching for the optical axis position based on the luminance distribution of the pseudo monochrome image generated by the pseudo monochrome image generation means;
An optical axis adjustment mechanism means for moving the liquid crystal panel to the optical axis position searched by the focus search means.
前記疑似モノクロ画像生成手段は、前記疑似モノクロ画像の輝度分布Iとし、前記画像の色成分の輝度分布をそれぞれR、G、Bとすると、
I=(28*R+77*G+151*B)/256
として前記疑似モノクロ画像を生成させることを特徴とする請求項1記載のフォーカス調整装置。
The pseudo monochrome image generation means has a luminance distribution I of the pseudo monochrome image, and luminance distributions of color components of the image are R, G, and B, respectively.
I = (28 * R + 77 * G + 151 * B) / 256
The focus adjustment apparatus according to claim 1, wherein the pseudo monochrome image is generated.
前記疑似モノクロ画像のコントラストを強調するコントラスト強調手段を具備し、
前記フォーカス探索手段は、前記コントラスト強調手段によりコントラストを強調された前記疑似モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索させることを特徴とする請求項1又は2記載のフォーカス調整装置。
Contrast enhancement means for enhancing the contrast of the pseudo monochrome image,
3. The focus adjustment apparatus according to claim 1, wherein the focus search unit searches the optical axis position based on a luminance distribution of the pseudo monochrome image whose contrast is enhanced by the contrast enhancement unit.
前記コントラスト強調手段は、前記疑似モノクロ画像の各輝度値における画素数を平均化させることを特徴とする請求項3記載のフォーカス調整装置。  4. The focus adjustment apparatus according to claim 3, wherein the contrast enhancement unit averages the number of pixels in each luminance value of the pseudo monochrome image. 前記疑似モノクロ画像のX方向、Y方向について方向別に輝度積分を行う投影処理手段を具備し、
前記フォーカス探索手段は、前記投影処理手段によりX、Y方向別に輝度積分された前記疑似モノクロ画像に基づいて光軸位置を探索させることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のフォーカス調整装置。
Projection processing means for performing luminance integration for each direction in the X direction and Y direction of the pseudo monochrome image,
5. The focus according to claim 1, wherein the focus searching unit searches the optical axis position based on the pseudo monochrome image obtained by integrating the luminance in the X and Y directions by the projection processing unit. Adjustment device.
前記投影処理手段によりX、Y方向別に輝度積分された前記疑似モノクロ画像のX方向の輝度積分値の最大値PXmax、X方向の輝度積分値の最小値PXmin、Y方向の輝度積分値の最大値PYmaxおよびY方向の輝度積分値の最小値PYminを移動された前記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に探索する光量解析手段を具備し、
前記フォーカス探索手段は、前記光量解析手段により探索されたPXmax、PXmin、PYmaxおよびPYminに基づいて光軸位置を探索させることを特徴とする請求項5記載のフォーカス調整装置。
The maximum luminance value PXmax in the X direction, the minimum luminance value PXmin in the X direction, and the maximum luminance value in the Y direction of the pseudo monochrome image integrated in the X and Y directions by the projection processing unit. A light amount analyzing means for searching for the PYmax and the minimum value PYmin of the luminance integral value in the Y direction for each optical axis position in the normal direction of the moved liquid crystal panel;
6. The focus adjustment apparatus according to claim 5, wherein the focus search means searches for the optical axis position based on PXmax, PXmin, PYmax and PYmin searched by the light amount analysis means.
前記光量解析手段により探索されたPXmax、PXmin、PYmaxおよびPYminからX、Y方向別にコントラスト感度Sx、Syを計算するコントラスト感度計算手段を具備し、Contrast sensitivity calculation means for calculating contrast sensitivity Sx, Sy for each of the X and Y directions from PXmax, PXmin, PYmax and PYmin searched by the light amount analysis means,
前記フォーカス探索手段は、前記コントラスト感度計算手段により算出された前記コントラスト感度Sx、Syに基づいて光軸位置を探索させることを特徴とする請求項6記載のフォーカス調整装置。  The focus adjustment apparatus according to claim 6, wherein the focus search unit searches for an optical axis position based on the contrast sensitivities Sx and Sy calculated by the contrast sensitivity calculation unit.
前記コントラスト感度計算手段は、前記コントラスト感度Sx、SyをThe contrast sensitivity calculation means calculates the contrast sensitivity Sx, Sy.
Cx=(PXmax−PXmin)/(PXmax+PXmin)Cx = (PXmax−PXmin) / (PXmax + PXmin)
Cy=(PYmax−PYmin)/(PYmax+PYmin)Cy = (PYmax−PYmin) / (PYmax + PYmin)
Sx=1/CxSx = 1 / Cx
Sy=1/CySy = 1 / Cy
と定義して計算させることを特徴とする請求項7記載のフォーカス調整装置。The focus adjustment apparatus according to claim 7, wherein the focus adjustment apparatus is defined and calculated.
前記フォーカス探索手段は、前記コントラスト感度計算手段により算The focus search means is calculated by the contrast sensitivity calculation means. 出された前記コントラスト感度Sx、Syの和の平均値が最小値となる光軸位置を探索させることを特徴とする請求項8記載のフォーカス調整装置。9. The focus adjustment apparatus according to claim 8, wherein an optical axis position at which an average value of the sums of the contrast sensitivities Sx and Sy thus output is a minimum value is searched. 液晶パネルを通過させた映像に基づいて前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整装置であって、A focus adjustment device that adjusts an optical axis position of the liquid crystal panel based on an image passed through the liquid crystal panel,
前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら前記映像を撮像する撮像手段と、  Imaging means for imaging the video while moving the optical axis position in the normal direction of the liquid crystal panel;
該撮像手段により撮像された画像のX方向の輝度積分値の最大値PXmax、X方向の輝度積分値の最小値PXmin、Y方向の輝度積分値の最大値PYmaxおよびY方向の輝度積分値の最小値PYminを移動された前記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に探索する光量解析手段と、  The maximum value PXmax of the luminance integrated value in the X direction, the minimum value PXmin of the luminance integrated value in the X direction, the maximum value PYmax of the luminance integrated value in the Y direction, and the minimum of the luminance integrated value in the Y direction of the image captured by the imaging means. A light amount analyzing means for searching for each optical axis position in the normal direction of the liquid crystal panel to which the value PYmin is moved;
該光量解析手段により探索されたPXmax、PXmin、PYmaxおよびPYminからX、Y方向別にコントラスト感度Sx、Syを計算するコントラスト感度計算手段と、  Contrast sensitivity calculating means for calculating contrast sensitivity Sx, Sy for each of the X and Y directions from PXmax, PXmin, PYmax and PYmin searched by the light amount analyzing means;
該コントラスト感度計算手段により算出された前記コントラスト感度Sx、Syに基づいて光軸位置を探索するフォーカス探索手段と、  Focus search means for searching for an optical axis position based on the contrast sensitivity Sx, Sy calculated by the contrast sensitivity calculation means;
該フォーカス探索手段により探索された光軸位置に前記液晶パネルを移動させる光軸調整機構手段とを具備し、  Optical axis adjustment mechanism means for moving the liquid crystal panel to the optical axis position searched by the focus search means,
前記コントラスト感度計算手段は、前記コントラスト感度Sx、Syを  The contrast sensitivity calculation means calculates the contrast sensitivity Sx, Sy.
Cx=(PXmax−PXmin)/(PXmax+PXmin)Cx = (PXmax−PXmin) / (PXmax + PXmin)
Cy=(PYmax−PYmin)/(PYmax+PYmin)Cy = (PYmax−PYmin) / (PYmax + PYmin)
Sx=1/CxSx = 1 / Cx
Sy=1/CySy = 1 / Cy
と定義して計算させることを特徴とするフォーカス調整装置。Focus adjustment device characterized in that it is defined and calculated.
前記フォーカス探索手段は、前記コントラスト感度計算手段により算出された前記コントラスト感度Sx、Syの和の平均値が最小値となる光軸位置を探索させることを特徴とする請求項10記載のフォーカス調整装置。11. The focus adjustment apparatus according to claim 10, wherein the focus search unit searches for an optical axis position at which an average value of the sum of the contrast sensitivities Sx and Sy calculated by the contrast sensitivity calculation unit is a minimum value. . 前記撮像手段は、前記映像の4隅を撮像させ、The imaging means images four corners of the video,
前記フォーカス探索手段は、前記撮像手段により撮像された4隅の光軸位置をそれぞれ探索させることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載のフォーカス調整装置。  The focus adjustment apparatus according to claim 1, wherein the focus search unit searches for optical axis positions at four corners imaged by the imaging unit.
前記フォーカス探索手段により探索された4隅の光軸位置に基づいて前記液晶パネルの法線方向の光軸、X軸方向のあおり角度XθおよびY軸方向のあおり角度Vθを補正する補正値を算出する光軸制御手段を具備することを特徴とする請求項12記載のフォーカス調整装置。Correction values for correcting the optical axis in the normal direction of the liquid crystal panel, the tilt angle Xθ in the X-axis direction, and the tilt angle Vθ in the Y-axis direction are calculated based on the optical axis positions at the four corners searched by the focus search means. 13. The focus adjustment apparatus according to claim 12, further comprising an optical axis control means for performing the operation. 前記撮像手段は、表面粗さが小さい白色素材パネルが張られているスクリーンに投射された前記映像を撮像させることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載のフォーカス調整装置。The focus adjustment apparatus according to claim 1, wherein the image pickup unit picks up the image projected on a screen on which a white material panel having a small surface roughness is stretched. 液晶パネルを通過させた映像に基づいて前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整方法であって、A focus adjustment method for adjusting an optical axis position of the liquid crystal panel based on an image passed through the liquid crystal panel,
前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら前記映像を画像として撮像し、  Taking the video as an image while moving the optical axis position in the normal direction of the liquid crystal panel,
該画像から疑似モノクロ画像を生成し、  Generating a pseudo monochrome image from the image;
該疑似モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索し、  Search the optical axis position based on the luminance distribution of the pseudo monochrome image,
光軸調整機構手段を用いて探索した光軸位置に前記液晶パネルを移動させることを特徴とするフォーカス調整方法。  A focus adjustment method, wherein the liquid crystal panel is moved to an optical axis position searched using an optical axis adjustment mechanism.
前記疑似モノクロ画像の輝度分布Luminance distribution of the pseudo monochrome image II とし、前記画像の色成分の輝度分布をそれぞれR、G、Bとすると、And the luminance distribution of the color components of the image is R, G, and B, respectively,
II =(28*R+77*G+151*B)/256= (28 * R + 77 * G + 151 * B) / 256
として前記疑似モノクロ画像を生成することを特徴とする請求項15記載のフォーカス調整方法。The focus adjustment method according to claim 15, wherein the pseudo monochrome image is generated.
前記疑似モノクロ画像のコントラストを強調し、Emphasize the contrast of the pseudo monochrome image,
前記コントラストを強調した前記疑似モノクロ画像の輝度分布に基づいて光軸位置を探索することを特徴とする請求項15又は16記載のフォーカス調整方法。  The focus adjustment method according to claim 15 or 16, wherein an optical axis position is searched based on a luminance distribution of the pseudo monochrome image with the contrast enhanced.
前記疑似モノクロ画像の各輝度値における画素数を平均化することによりコントラストを強調することを特徴とする請求項17記載のフォーカス調整方法。18. The focus adjustment method according to claim 17, wherein the contrast is enhanced by averaging the number of pixels in each luminance value of the pseudo monochrome image. 前記疑似モノクロ画像のX方向、Y方向について方向別に輝度積分を行い、Perform luminance integration for each direction in the X and Y directions of the pseudo monochrome image,
該X、Y方向別に輝度積分された前記疑似モノクロ画像に基づいて光軸位置を探索することを特徴とする請求項15乃至18のいずれかに記載のフォーカス調整方法。  19. The focus adjustment method according to claim 15, wherein an optical axis position is searched based on the pseudo monochrome image obtained by integrating the luminance in the X and Y directions.
前記X、Y方向別に輝度積分した前記疑似モノクロ画像のX方向の輝度積分値の最大値PXmax、X方向の輝度積分値の最小値PXmin、Y方向の輝度積分値の最大値PYmaxおよびY方向の輝度積分値の最小値PYminを移動された前記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に探索し、The maximum luminance value PXmax in the X direction, the minimum luminance value PXmin in the X direction, the maximum luminance integration value PYmax in the Y direction, and the Y direction in the pseudo monochrome image obtained by integrating the luminance in the X and Y directions. Search for the minimum value PYmin of the luminance integral value for each optical axis position in the normal direction of the moved liquid crystal panel,
該探索されたPXmax、PXmin、PYmaxおよびPYminに基づいて光軸位置を探索することを特徴とする請求項19記載のフォーカス調整方法。  20. The focus adjustment method according to claim 19, wherein the optical axis position is searched based on the searched PXmax, PXmin, PYmax, and PYmin.
前記探索したPXmax、PXmin、PYmaxおよびPYminからX、Y方向別にコントラスト感度Sx、Syを計算し、From the searched PXmax, PXmin, PYmax and PYmin, the contrast sensitivity Sx, Sy is calculated for each of the X and Y directions,
該コントラスト感度Sx、Syに基づいて光軸位置を探索することを特徴とする請求項20記載のフォーカス調整方法。  21. The focus adjustment method according to claim 20, wherein the optical axis position is searched based on the contrast sensitivities Sx and Sy.
前記コントラスト感度Sx、SyをThe contrast sensitivity Sx, Sy
Cx=(PXmax−PXmin)/(PXmax+PXmin)Cx = (PXmax−PXmin) / (PXmax + PXmin)
Cy=(PYmax−PYmin)/(PYmax+PYmin)Cy = (PYmax−PYmin) / (PYmax + PYmin)
Sx=1/CxSx = 1 / Cx
Sy=1/CySy = 1 / Cy
と定義して計算することを特徴とする請求項21記載のフォーカス調整方法。The focus adjustment method according to claim 21, wherein the calculation is defined as
前記算出した前記コントラスト感度Sx、Syの和の平均値が最小値となる光軸位置を探索することを特徴とする請求項22記載のフォーカス調整方法。23. The focus adjustment method according to claim 22, wherein an optical axis position at which an average value of the calculated sums of the contrast sensitivities Sx and Sy is a minimum value is searched. 液晶パネルを通過させた映像に基づいて前記液晶パネルの光軸位置を調整するフォーカス調整方法であって、A focus adjustment method for adjusting an optical axis position of the liquid crystal panel based on an image passed through the liquid crystal panel,
前記液晶パネルの法線方向の光軸位置を移動させながら前記映像を撮像し、  Taking the video while moving the optical axis position in the normal direction of the liquid crystal panel,
該撮像された画像のX方向の輝度積分値の最大値PXmax、X方向の輝度積分値の最小値PXmin、Y方向の輝度積分値の最大値PYmaxおよびY方向の輝度積分値の最小値PYminを移動された前記液晶パネルの法線方向の光軸位置毎に探索し、  The maximum value PXmax of the luminance integral value in the X direction, the minimum value PXmin of the luminance integral value in the X direction, the maximum value PYmax of the luminance integral value in the Y direction, and the minimum value PYmin of the luminance integral value in the Y direction of the captured image. Search for each optical axis position in the normal direction of the moved liquid crystal panel,
該探索したPXmax、PXmin、PYmaxおよびPYminからX、Y方向別にコントラスト感度Sx、SyをFrom the searched PXmax, PXmin, PYmax and PYmin, the contrast sensitivities Sx and Sy are set for the X and Y directions.
Cx=(PXmax−PXmin)/(PXmax+PXmin)Cx = (PXmax−PXmin) / (PXmax + PXmin)
Cy=(PYmax−PYmin)/(PYmax+PYmin)Cy = (PYmax−PYmin) / (PYmax + PYmin)
Sx=1/CxSx = 1 / Cx
Sy=1/CySy = 1 / Cy
と定義して計算し、And define
該計算したコントラスト感度Sx、Syに基づいて光軸位置を探索し、Search the optical axis position based on the calculated contrast sensitivity Sx, Sy,
光軸調整機構手段を用いて探索した光軸位置に前記液晶パネルを移動させることを特徴とするフォーカス調整方法。  A focus adjustment method, wherein the liquid crystal panel is moved to an optical axis position searched using an optical axis adjustment mechanism.
前記算出した前記コントラスト感度Sx、Syの和の平均値が最小値となる光軸位置を探索することを特徴とする請求項24記載のフォーカス調整方法 25. The focus adjustment method according to claim 24, wherein an optical axis position at which an average value of the calculated sums of the contrast sensitivities Sx and Sy is a minimum value is searched . 前記映像の4隅を撮像し、Capture four corners of the video,
該撮像した4隅の光軸位置をそれぞれ探索することを特徴とする請求項15乃至25のいずれかに記載のフォーカス調整方法。  The focus adjustment method according to any one of claims 15 to 25, wherein the four optical axis positions of the imaged corners are searched for.
前記探索した4隅の光軸位置に基づいて前記液晶パネルの法線方向の光軸、X軸方向のあおり角度XθおよびY軸方向のあおり角度Vθを補正する補正値を算出するとを特徴とする請求項26記載のフォーカス調整方法。Correction values for correcting the optical axis in the normal direction of the liquid crystal panel, the tilt angle Xθ in the X-axis direction, and the tilt angle Vθ in the Y-axis direction are calculated based on the searched optical axis positions at the four corners. The focus adjustment method according to claim 26. 表面粗さが小さい白色素材パネルが張られているスクリーンに投射された前記映像を撮像することを特徴とする請求項15乃至27のいずれかに記載のフォーカス調整方法。The focus adjustment method according to any one of claims 15 to 27, wherein the image projected on a screen on which a white material panel having a small surface roughness is stretched is captured.
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