JP5094082B2 - 焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズ、焦点自動補正方法、およびプロジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズ、焦点自動補正方法、およびプロジェクタに関し、特にズームの調整に対応して電気的に焦点を自動補正する焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズとその焦点自動補正方法、およびそのバリフォーカルレンズを備えたプロジェクタに関する。

昨今のプロジェクタは小型化、軽量化、低コスト化が進んでおり、その対応の一つとして投射レンズとしてズーム調整が可能でありながら小型で軽量なバリフォーカルレンズを採用することが行われている。しかし、バリフォーカルレンズを搭載したプロジェクタを使用した際に、一度フォーカスを合わせてもズーム比を変更するとフォーカスがずれてしまい、フォーカスの再調整が必要になるといったような使い勝手の悪さがあり、設置性に劣るという課題がある。

特許文献１（特開昭６３−１８２６２０号公報）には、変倍レンズ群を移動させて全系の焦点距離を更新させてもバリフォーカルレンズ特有の結像位置ずれを瞬時に補正し、合焦状態を実質上常に保持し得るバリフォーカルレンズ制御装置が開示されている。

しかし、特許文献１のバリフォーカルレンズ制御装置では、ズームレンズのような簡単な被写体距離の表示ができなくなり、表示装置が著しく複雑化し、またその表示の認識が著しくしにくくなるという問題がある。その解決のために、特許文献２（特開平７−３０６３５６号公報）には、バリフォーカルレンズを用いながら、簡単な構成で視認し易い被写体距離表示装置が開示されている。
特開昭６３−１８２６２０号公報 特開平７−３０６３５６号公報

特許文献１のバリフォーカルレンズ制御装置におけるズームレンズのような簡単な被写体距離の表示ができなくなり、表示装置が著しく複雑化し、またその表示の認識が著しくしにくくなるという問題は、特許文献２の発明によって解決されるが、その問題以外の複雑な構成は特許文献２の発明によっても解決されていない。

本発明の目的は、簡単な構成でズーム比に対応して自動的にフォーカスが調整できるバリフォーカルレンズと、投射レンズにそのバリフォーカルレンズを備えたプロジェクタを提供することにある。

本発明の、焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズは、
プロジェクタの投射レンズに用いられる焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズであって、焦点自動補正機構は、ズームレンズを回転させる回転手段と、フォーカスレンズを回転駆動するフォーカスレンズ駆動モータと、ズームレンズの回転角度を検出するズーム用角度センサと、フォーカスレンズの回転角度を検出するフォーカス用角度センサと、予め設定された二次式であって、ズームレンズの回転角度とフォーカスレンズの対応角度との関係を表す二次式を用いて、ズーム用角度センサにより検出されたズームレンズの回転角度に応じて、フォーカスレンズの対応角度を算出する制御部と、制御部で算出されたフォーカスレンズの対応角度を取得して、フォーカスレンズの該対応角度とフォーカス用角度センサで検出された現在のフォーカスレンズ角度との差分である調整角度を算出するフォーカスレンズ調整角度算出部と、フォーカスレンズ調整角度算出部で算出された調整角度を取得して、その調整角度に対応して、フォーカスレンズ駆動モータを回転させるフォーカスレンズ駆動回路と、を有することを特徴とする。

ズームレンズを回転させる回転手段は、手動のズームレバーであってもよく、そのズームレンズを回転駆動するズームレンズ駆動モータであってもよい。

本発明のバリフォーカルレンズの焦点自動補正方法は、
プロジェクタの投射レンズに用いられる焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズの焦点自動補正方法であって、ズーム角度の変化を監視して、変化があれば、現在のズーム角度（Ｘ）を取得し、予め設定されたズーム／フォーカス相関関係の二次式から現在のズーム角度（Ｘ）に対応するフォーカス対応角度（Ｙ）を算出するステップと、現在のフォーカス角度（Ｙａ）を読み出して、前記フォーカス対応角度（Ｙ）によりフォーカス調整角度（Ｙｂ＝Ｙ−Ｙａ）を算出するステップと、フォーカス調整角度（Ｙｂ）が正か負かでフォーカスモータ回転方向を判定し、判定された方向にフォーカスレンズ駆動モータを回転させるステップと、現在のフォーカス移動角度（Ｙｃ）を取得し、フォーカス調整角度（Ｙｂ）と比較し、Ｙｃ＞Ｙｂであればフォーカスレンズ駆動モータを逆転させ、Ｙｃ＜Ｙｂであればフォーカスレンズ駆動モータを正転させるステップと、Ｙｃ＝Ｙｂであればフォーカスレンズ駆動モータを停止させ、処理を続行するのであれば、再びズーム角度の変化の監視を繰り返すステップと、を含むことを特徴とする。

本発明のプロジェクタは、
上述の焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズを投射レンズとして備えることを特徴とする。

本発明で提案する焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズでは、ズームレンズの回転角度を検出し、予め記憶されているズーム／フォーカス相関関係の二次式により現在のズームレンズの回転角度に対応するフォーカスレンズ対応角度を読み出し、現在のフォーカスレンズ回転角度からの調整角度を算出し、調整角度に対応してフォーカスレンズ駆動モータを駆動する。

従って、ズーム比を変更しても手動によるフォーカスの再調整が不要となり、バリフォーカルレンズを搭載したプロジェクタでもトゥルーフォーカスレンズを搭載したプロジェクタと同等の使い勝手が可能となる。

本発明では、ズーム比を変化させるとフォーカスがずれてしまうために、ズーム比を変化させる度にフォーカスを再調整する必要があった従来のバリフォーカスレンズに対して、電気的にフォーカスのずれを補正することができる。それによってズーム比を変化させてもその都度フォーカスを再調整する必要がなくなり、バリフォーカスレンズを搭載したプロジェクタでもトゥルーフォーカスレンズを搭載したプロジェクタと同等の使い勝手ができ、装置の設置性が向上するという効果がある。

ズームレンズの回転角度に対応するフォーカスレンズ対応角度の相関関係は、近似する二次式として記憶されているので３つの係数を記憶すればよく、少ないメモリ容量でフォーカスレンズ回転角度の調整ができるのでコストパーフォーマンスが高いという効果がある。

また、それによって使い勝手を悪化させずに、小型軽量にして低価格でしかも簡略な光学系であるバリフォーカスレンズをプロジェクタに採用することができるという効果が得られる。

本発明で提案する焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズと、投射レンズにそのレンズを備えたプロジェクタでは、ズーム比を変化させるとフォーカスがずれるバリフォーカルレンズを使用しても、電気的にフォーカスを補正する。従って、擬似的にズーム比を変化させてもフォーカスがずれないトゥルーフォーカスレンズ（通常ズームレンズと略称）と同様に使用することが可能となる。それによって、重量、大きさ、さらにコストを低減しながら、なおかつ使い勝手がよく設置性に優れたバリフォーカルレンズとプロジェクタを提供できることを特徴とする。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態のバリフォーカルレンズ型投射レンズと焦点自動補正機構の模式的ブロック構成図である。ここでは、バリフォーカルレンズをバリフォーカルレンズ型投射レンズとして説明するが、投射レンズに限定されるものではなくバリフォーカルレンズ型撮像レンズにも適用できる。

焦点自動補正機構２０は、ズームレバー２１、ズーム用角度センサ２２、フォーカス用角度センサ２４、ＡＤコンバータ２６、フォーカスレンズ調整角度算出部２７、ズーム／フォーカス相関関係制御部２８、フォーカスレンズ駆動回路２９、およびフォーカスレンズ駆動モータ３０を有する。

ズームレバー２１は、バリフォーカルレンズ型投射レンズ１０のズームレンズ部１１の鏡筒に固定されていて、プロジェクタ用の場合は通常先端がプロジェクタの筐体の外部に露出しており、手動で鏡筒を回転させて所望のズーム位置に設定できる。ズーム用角度センサ２２は、回転ギヤがズームレンズ部１１の外周のギヤと係合しており、ズームレンズの回転に連動して回転し、ズームレンズの設定角度を検出する。

フォーカス用角度センサ２４は、回転ギヤがフォーカスレンズ部１２の外周のギヤと係合しており、フォーカスレンズの回転に連動して回転し、フォーカスレンズの設定角度を検出する。

ここでは、ズーム用角度センサ２２とフォーカス用角度センサ２４とは、可変抵抗タイプ等のアナログ出力の回転角度センサを想定している。

ＡＤコンバータ２６は、ズーム用角度センサ２２およびフォーカス用角度センサ２４のアナログ出力をデジタル出力に変換してフォーカスレンズ調整角度算出部２７に出力する。ここではアナログ出力の回転角度センサを使用した構成としているが、ステッピングモーターなどを使用して検出回路からデジタルでデータが出力できればＡＤコンバータ２６は設けなくてもよい。

ズーム／フォーカス相関関係制御部２８は、ズームレンズの設定角度と合焦のために必要なフォーカスレンズの対応角度との関係を二次式として予め記憶しており、ズームレンズ設定角度が入力されると、二次式によってその角度に対応した近似するフォーカスレンズ対応角度を算出する。

ズームレンズ設定角度とフォーカス対応角度との相関関係は次のような近似の二次式として格納されていて、フォーカスレンズ調整角度算出部２７は、二次式にズームレンズ設定角度Ｘを代入してズームレンズの設定角度に対応するフォーカスレンズ対応角度Ｙを求める。

Ｙ＝ａＸ² ＋ｂＸ＋ｃ
ここで、Ｘはズームレンズ設定角度、Ｙはフォーカスレンズ対応角度、ａ、ｂ、ｃは定数である。

この場合、ズーム／フォーカス相関関係制御部２８は、ａ、ｂ、ｃの３個の係数のみを記憶すればよい。ただし、二次式を使用しているので計算結果はこの場合は近似値となる。

図２は実際のズーム回転角度とフォーカス補正角度との関係を示すグラフの１例である。図２に示すグラフをテーブルとして記憶すると、二次式よりも正確なフォーカスレンズの対応角度を得ることができるが、精度を高めるためには多くのメモリ容量を必要とし簡単な構成を求める目的に反する。

プロジェクタではカメラのような厳密なフォーカス最良点を求める必要が実用上少ないことと、プロジェクタのレンズは比較的焦点深度が深いことから、二次式による近似値で実用上問題はなく、厳密な正確性を求めるよりはメモリ容量が少なくてすむほうが望ましい。

フォーカスレンズ調整角度算出部２７は、ズーム／フォーカス相関関係制御部２８から得られたフォーカスレンズの対応角度と、フォーカス用角度センサ２４で得られた現在のフォーカスレンズ角度とから、必要なフォーカスレンズの調整角度を算出して、フォーカスレンズ駆動回路２９に出力する。

フォーカスレンズ駆動回路２９は、フォーカスレンズ調整角度算出部２７で算出されたフォーカスレンズの調整角度に従って、ズームレンズの現在の設定角度に対応したフォーカスレンズの対応角度になるようにフォーカスレンズ駆動モータ３０を駆動する。

フォーカスレンズ駆動モータ３０は、そのギヤ部がバリフォーカルレンズ型投射レンズ１０のフォーカスレンズ部１２の鏡筒のギヤ部と係合してフォーカスレンズ部１２を回転させてフォーカス調整を行う。

次に本発明の実施の形態の焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズの動作について説明する。図３は本発明の第１の実施の形態の焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズの動作を説明するためのフローチャートである。ここではズームレンズをズームと略称し、フォーカスレンズをフォーカスと略称することがある。

処理をスタートすると、ズーム／フォーカス相関関係の二次式と係数とをズーム／フォーカス相関関係制御部２８に格納する。通常は納入時に現在のバリフォーカルレンズの特性に合わせて設定されており、都度格納する必要はない。

次に、フォーカスレンズ調整角度算出部２７がズーム用角度センサ２２によりズーム角度の変化を監視して（ステップＳ１２）、変化がなければステップＳ１２に戻って監視を続け（ステップ１２Ｎ）、変化があればステップＳ１３に進む（ステップ１２Ｙ）。

フォーカスレンズ調整角度算出部２７はズーム用角度センサ２２から現在のズーム角度（Ｘ）を取得してズーム／フォーカス相関関係制御部２８に出力し（ステップ１３）、ズーム／フォーカス相関関係制御部２８では格納された二次式によって現在のズーム角度（Ｘ）からフォーカス対応角度（Ｙ）を算出して、フォーカスレンズ調整角度算出部２７が取得する（ステップ１４）。

次に、フォーカスレンズ調整角度算出部２７がフォーカス用角度センサ２４で取得された現在のフォーカス角度（Ｙａ）を読み出し（ステップＳ１５）、フォーカス対応角度（Ｙ）に基づいて必要なフォーカス調整角度（Ｙｂ＝Ｙ−Ｙａ）を算出してフォーカスレンズ駆動回路２９に出力する（ステップＳ１６）。

フォーカスレンズ駆動回路２９は、フォーカス調整角度（Ｙｂ）の正負によりフォーカスモータ回転方向を判定し（ステップＳ１７）、判定された方向にフォーカスレンズ駆動モータ３０を回転させる（ステップＳ１８）。

現在のフォーカス移動角度（Ｙｃ）をフォーカス用角度センサ２４の現在の値から求め（ステップＳ１９）、フォーカス調整角度（Ｙｂ）と比較する（ステップＳ２０）。Ｙｃ＞Ｙｂであればフォーカスレンズ駆動モータ３０を逆転させ（ステップＳ２１）、Ｙｃ＜Ｙｂであればフォーカスレンズ駆動モータ３０を正転させる（ステップＳ２２）。

Ｙｃ＝Ｙｂであれば調整が完了したのでフォーカスレンズ駆動モータ３０を停止させ（ステップＳ２３）、処理を続行するのであれば（ステップＳ２４Ｙ）、ステップＳ１２に戻って処理を続行し、処理を続けないのであれば（ステップＳ２４Ｎ）、処理を終了する（ステップＳ２５）。

次に、本発明の第２の実施の形態のプロジェクタについて図面を参照して説明する。図４は本発明の第２の実施の形態の焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズ型投射レンズを備えたプロジェクタの模式的ブロック構成図である。

図４に示すように、プロジェクタ１は、投影装置４０と、焦点自動補正機構２０と、各部の動作を制御する中央処理装置５０とを備えている。

投影装置４０は、ズーム／フォーカス調整機能を有するバリフォーカルレンズ型投射レンズ１０と、投射する画像の制御を行う画像制御部４１と、照明光学系４２と、外部のパソコンなどとも接続して画像を生成する画像情報生成部４３とを有する。

焦点自動補正装置２０は、第１の実施の形態で説明した焦点自動補正装置２０であり、詳細な説明は省略する。焦点自動補正装置２０は、投影装置４０のバリフォーカルレンズ型投射レンズ１０のズームレンズの設定に対応してフォーカスレンズを電気的に自動調整する。

ズームレバー２１は、バリフォーカルレンズ型投射レンズ１０のズームレンズ部１１の鏡筒に固定されて先端がプロジェクタ１の筐体の外部に露出しており、手動で鏡筒を回転させることによって所望のズーム位置に設定できる。

プロジェクタ１を設置して投射面に対応したズーム調整を行うと、焦点自動補正装置２０により自動的にフォーカスレンズの調整も行われ、画面に鮮明な画像が投射される。

また、本発明の応用例として、プロジェクタにオートフォーカス機能を搭載した場合においても、バリフォーカルレンズと組み合わせた場合は、プロジェクタと投写画面との距離の情報以外にズーム比の情報が必要となる。本発明の焦点自動補正機構のフォーカスレンズ調整角度算出部で算出された補正値をズーム比の情報として利用できるので軽量／小型／低価格のプロジェクタにもオートフォーカス機能が搭載できる。

本発明の第１の実施の形態のバリフォーカルレンズ型投射レンズと焦点自動補正機構の模式的ブロック構成図である。 実際のズーム回転角度とフォーカス補正角度との関係を示すグラフの１例である。 本発明の第１の実施の形態の焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズの動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態の焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズ型投射レンズを備えたプロジェクタの模式的ブロック構成図である。

符号の説明

１ プロジェクタ
１０ バリフォーカルレンズ型投射レンズ
１１ ズームレンズ部
１２ フォーカスレンズ部
２０ 焦点自動補正機構
２１ ズームレバー
２２ ズーム用角度センサ
２４ フォーカス用角度センサ
２６ ＡＤコンバータ
２７ フォーカスレンズ調整角度演算部
２８ ズーム／フォーカス相関関係制御部
２９ フォーカスレンズ駆動回路
３０ フォーカスレンズ駆動モータ
４０ 投影装置
４１ 画像制御部
４２ 照明光学系
４３ 画像情報生成部
５０ 中央処理装置

Claims (5)

1. プロジェクタの投射レンズに用いられる焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズであって、
   前記焦点自動補正機構は、
   ズームレンズを回転させる回転手段と、
   フォーカスレンズを回転駆動するフォーカスレンズ駆動モータと、
   前記ズームレンズの回転角度を検出するズーム用角度センサと、
   前記フォーカスレンズの回転角度を検出するフォーカス用角度センサと、
   予め設定された二次式であって、前記ズームレンズの回転角度と前記フォーカスレンズの対応角度との関係を表す二次式を用いて、前記ズーム用角度センサにより検出された前記ズームレンズの回転角度に応じて、前記フォーカスレンズの対応角度を算出する制御部と、
   前記制御部で算出された前記フォーカスレンズの対応角度を取得して、前記フォーカスレンズの該対応角度と前記フォーカス用角度センサで検出された現在のフォーカスレンズ角度との差分である調整角度を算出するフォーカスレンズ調整角度算出部と、
   前記フォーカスレンズ調整角度算出部で算出された前記調整角度を取得して、該調整角度に対応して、前記フォーカスレンズ駆動モータを回転させるフォーカスレンズ駆動回路と、を有することを特徴とする、焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズ。
2. 請求項１に記載の焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズにおいて、
   ズームレンズを回転させる回転手段は、手動のズームレバーである、焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズ。
3. 請求項１に記載の焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズにおいて、
   ズームレンズを回転させる回転手段は、該ズームレンズを回転駆動するズームレンズ駆動モータである、焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズ。
4. プロジェクタの投射レンズに用いられる焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズの焦点自動補正方法であって、
   ズーム角度の変化を監視して、変化があれば、現在のズーム角度（Ｘ）を取得し、予め設定されたズーム／フォーカス相関関係の二次式から現在のズーム角度（Ｘ）に対応するフォーカス対応角度（Ｙ）を算出するステップと、
   現在のフォーカス角度（Ｙａ）を読み出して、前記フォーカス対応角度（Ｙ）によりフォーカス調整角度（Ｙｂ＝Ｙ−Ｙａ）を算出するステップと、
   前記フォーカス調整角度（Ｙｂ）が正か負かでフォーカスレンズ駆動モータの回転方向を判定し、判定された方向にフォーカスレンズ駆動モータを回転させるステップと、
   現在のフォーカス移動角度（Ｙｃ）を取得し、フォーカス調整角度（Ｙｂ）と比較し、Ｙｃ＞Ｙｂであればフォーカスレンズ駆動モータを逆転させ、Ｙｃ＜Ｙｂであればフォーカスレンズ駆動モータを正転させるステップと、
   Ｙｃ＝Ｙｂであればフォーカスレンズ駆動モータを停止させ、処理を続行するのであれば、再びズーム角度の変化の監視を繰り返すステップと、を含むことを特徴とするバリフォーカルレンズの焦点自動補正方法。
5. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の焦点自動補正機構を有するバリフォーカルレンズを投射レンズとして備えることを特徴とするプロジェクタ。

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