JP2008209470A

JP2008209470A - 投影システム

Info

Publication number: JP2008209470A
Application number: JP2007043698A
Authority: JP
Inventors: Setsu Mihashi; 説三橋; Nobuhiro Fujinawa; 展宏藤縄
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2027-02-23
Also published as: JP5141042B2

Abstract

【課題】被投影面上で投影方向が異なる所定位置に所定の情報を投影する。
【解決手段】投影システムは、空間を移動する部材３５に取り付けられ、光学像を投影する投射装置２０と、光学像が投影される被投影面３２および投射装置２０の空間における相対位置を検出する検出手段１０６ａ〜ｃ（図２）、１０と、検出手段１０６ａ〜ｃ（図２）、１０で検出された相対位置に応じた情報を投射装置２０に投影させる制御手段１０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、投影システムに関する。

壁面などへ光学像を投影する投影装置が知られている（特許文献１参照）。投影装置の投影方向が変動すると、被投影面における投影像の揺れを低減するように制御される。

特開２００６−１３８９３９号公報

従来の技術では、投影方向が変動しても同じ情報を投影していた。

（１）本発明による投影システムは、空間を移動する部材に取り付けられ、光学像を投影する投射装置と、光学像が投影される被投影面および投射装置の空間における相対位置を検出する検出手段と、検出手段で検出された相対位置に応じた情報を投射装置に投影させる制御手段とを備えることを特徴とする。
（２）請求項１に記載の投影システムはさらに、投射装置が投影する情報を格納する格納手段を備えてもよい。この場合の制御手段は、格納手段から検出手段で検出された相対位置に応じた領域の情報を投射装置に投影させることが好ましい。
（３）請求項１または２に記載の投影システムにおいて、検出手段は、被投影面または被投影面を有する被投影体が載置される面に配設され、所定の磁界を発する磁気ソースと、投射装置に配設され、互いに直交する３軸方向の磁気をそれぞれ検出する磁気センサとを含むことが好ましい。
（４）請求項１〜３のいずれか一項に記載の投影システムにおいて、制御手段は、被投影面に対して施される内容を示す第１情報を光学像に含めて投影させることが好ましい。
（５）請求項１〜３のいずれか一項に記載の投影システムにおいて、制御手段はさらに、第１情報に関連する第２情報を光学像に含めて投影させることが好ましい。
（６）請求項１〜５のいずれか一項に記載の投影システムにおいて、制御手段は、検出手段で検出された相対位置が所定条件を満たす場合、被投影面の所定範囲に光学像を投影させることが好ましい。
（７）請求項６に記載の投影システムにおいて、制御手段は、第１情報のうち所定範囲に対応する情報を光学像に含めて投影させることが好ましい。
（８）請求項７に記載の投影システムにおいて、制御手段は、第２情報のうち所定範囲に対応する情報を光学像にさらに含めて投影させることが好ましい。
（９）請求項６〜８に記載の投影システムにおいて、空間を移動する部材は、被投影面に着色する着色部材または被投影面を加工する加工部材でもよい。
（１０）請求項９に記載の投影システムにおいて、第１情報は、着色部材によって着色される文字、図形、記号、着色位置、加工部材によって加工される位置を示す文字、図形、記号の少なくとも１つを含み、第２情報は、着色または加工に関する手順、説明の少なくとも１つを含むこともできる。
（１１）請求項９に記載の投影システムにおいて、制御手段は、着色部材の位置と着色位置とが対応しない、または加工部材の位置と加工位置とが対応しないことが相対位置によって示される場合、着色位置または加工位置の向きを示す情報を光学像に含めて投影させることが好ましい。
（１２）請求項１１に記載の投影システムにおいて、制御手段は、着色部材の位置と着色位置とが対応する、または加工部材の位置と加工位置とが対応することが相対位置によって示される場合、着色位置または加工位置の向きを示す情報に代えて、所定範囲に対応する第１情報を光学像に含めて投影させることが好ましい。

本発明によれば、被投影面上で投影方向が異なる所定位置に所定の情報を投影できる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態によるプロジェクタ２０を含めて構成した投影システムを例示する図である。投影システムは、プロジェクタ２０、コンピュータ１０および下敷き３０を組み合わせて構成される。図１は、本システムの使用者が習字を行う場面であり、筆記具３５を用いて下敷き３０上の紙３２に文字を書く。筆記具３５に取り付けられているプロジェクタ２０は、コンピュータ１０から無線通信で送信される情報を紙３２上に投影する。

下敷き３０には所定の磁界を発生する磁気ソース３１が配設されており、プロジェクタ２０には磁気センサが内蔵されている。投影システムは、磁気センサによる磁気検出信号を用いて３次元空間における下敷き３０（紙３２）に対するプロジェクタ２０の相対位置および姿勢を検出し、検出結果に基づいてプロジェクタ２０を投影制御する。

下敷き３０は、安定したテーブル上に載置されることが好ましいが、使用者の膝の上や、走行する列車内のテーブル、あるいは飛行中の航空機内のテーブル上に載置されてもよい。

コンピュータ１０は、あらかじめインストールされた習字用投影制御プログラムを実行する。コンピュータ１０は、プロジェクタ２０から送信された磁気検出データを用いて所定の演算を行い、紙３２上に習字の手本とすべき情報（本例では文字）を投影するように、無線通信モジュールのアンテナ１２からプロジェクタ２０へ無線通信で制御信号を送信する。プログラムには、手本の文字群を表す画像と、後述する関連情報のデータが含まれている。

図２は、プロジェクタ２０の構成例を説明するブロック図である。図２においてプロジェクタ２０は、投射ユニット２００と、ＣＰＵ１０１と、メモリ１０２と、操作部材１０３と、外部インターフェイス（Ｉ／Ｆ）回路１０４と、無線インターフェイス回路１０５と、磁気センサ１０６ａ〜１０６ｃとを備え、不図示の充電池によって駆動される。

ＣＰＵ１０１は、制御プログラムに基づいて、プロジェクタ２０内各部から入力される信号を用いて所定の演算を行うなどして、プロジェクタ２０内各部に対する制御信号を送出することにより、プロジェクタ２０の投影動作および通信動作をそれぞれ制御する。なお、制御プログラムはＣＰＵ１０１内の不図示の不揮発性メモリに格納される。

メモリ１０２はＣＰＵ１０１の作業用メモリとして使用される。操作部材１０３はメインスイッチなどを含み、オン／オフ操作信号などをＣＰＵ１０１へ送出する。外部インターフェイス回路１０４は、クレードルなどの外部機器との間でコマンドおよびデータの送受信を行ったり、充電電流の供給を受けたりする。無線インターフェイス回路１０５は、コンピュータ１０との間で無線通信によってコマンドおよびデータなどの制御信号を送受信する。

磁気センサ１０６ａ〜１０６ｃは３次元位置検出センサ群を構成し、各磁気センサが互いに直交する３軸方向に配設される。各磁気センサ１０６ａ〜１０６ｃは、それぞれが配設されている軸方向の磁気を検出し、検出信号をＣＰＵ１０１へ出力する。ＣＰＵ１０１は無線インターフェイス回路１０５へ指示を送り、各方向の磁気検出信号をコンピュータ１０へ送信させる。

ＣＰＵ１０１は、無線インターフェイス回路１０５を介してコンピュータ１０から受信したコマンド、データに応じて投射ユニット２００へ制御信号を送信する。投射ユニット２００は、投影光学系２２１、液晶パネル２２２、ＬＥＤ光源２２３、および投射制御回路２２４を含む。ＬＥＤ光源２２３は、供給電流に応じた明るさで液晶パネル２２２を照明する。液晶パネル２２２は、投射制御回路２２４からの駆動信号に応じて光像を生成する。投影光学系２２１は、液晶パネル２２２から射出される光像を拡大投影する。投射制御回路２２４は、ＣＰＵ１０１からの指示により、ＬＥＤ光源２２３および液晶パネル２２２へ駆動信号を送出する。

本実施形態では、後述する反射型の液晶パネルを液晶パネル２２２として使用するが、反射型液晶パネルの代わりに透過型液晶パネルを使用しても構わない。なお、液晶パネル２２２の代わりにＤＭＤを使用する構成としても構わない。

投射ユニット２００の詳細について、投射ユニット２００の光学系を例示する図３を参照して説明する。投射ユニット２００の光学系は、長手方向を縦（上下）に配設される。この光学系には、ＬＥＤ２２３（ＬＥＤ基板２３０）と、集光光学系２２４と、偏光板２２５と、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）ブロック２２６と、液晶パネル２２２と、投影光学系２２１とが含まれる。発光素子であるＬＥＤ２２３は、ＬＥＤ基板２３０上に形成されているパターン上に実装される。

ＰＢＳブロック２２６は、入射光軸に対して４５度の角度をなす偏光分離部２２６ａを２つの三角プリズムで挟んだ偏光ビームスプリッタである。ＰＢＳブロック２２６の面２２６ｂには、たとえば黒色処理などの無反射処理が施されている。

ＰＢＳブロック２２６の左側面（集光光学系２２４側の面）には偏光板２２５が配設され、ＰＢＳブロック２２６の上側面には反射型液晶素子（ＬＣＯＳ）によって構成される液晶パネル２２２が配設される。

上記構成において、不図示のハーネスおよびパターンを介してＬＥＤ基板２３０上のＬＥＤ２２３に駆動電流が供給される。ＬＥＤ２２３は、駆動電流に応じた明るさの白色光を集光光学系２２４へ向けて射出する。集光光学系２２４はＬＥＤ光を略平行光にして偏光板２２５へ入射させる。偏光板２２５は入射光を直線偏光に変換（または抽出）し、変換（または抽出）後の偏光光をＰＢＳブロック２２６へ向けて射出する。

ＰＢＳブロック２２６へ入射された偏光光束（たとえばＳ偏光）は、ＰＢＳブロック２２６の偏光分離部２２６で上方へ反射（折り曲げ）されて液晶パネル２２２を照明する。液晶パネル２２２は、赤、緑、青のフィルターが形成された複数の画素から構成され、カラーの画像を生成するように駆動されている。液晶パネル２２２の液晶層を進行する光は、液晶パネル２２２へ入射されると当該液晶層を上向きに進行し、液晶パネル２２２の反射面で反射された後、液晶層を下向きに進行して液晶パネル２２２から射出され、ＰＢＳブロック２２６へ再度入射される。電圧が印加された液晶層は位相板として機能するので、ＰＢＳブロック２２６へ再度入射される光は、Ｐ偏光である変調光とＳ偏光である非変調光との混合光である。

ＰＢＳブロック２２６は、再入射された光束のうちＰ偏光成分である変調光のみを透過し、下方の投影光学系２２１へ導く。投影光学系２２１は、ＰＢＳブロック２２６から射出された投影光をプロジェクタ２０の下方へ射出する。

（台形補正）
プロジェクタ２０から紙３２の面への投影方向は、常に垂直とは限らない。そこでＣＰＵ１０１は、プロジェクタ２０が斜め方向に投影する場合に生じる投影像の台形歪みを補正するための台形歪み補正処理も行う。ＣＰＵ１０１は、投影制御回路２２４へ投影を指示する際、投影情報に台形歪み補正処理を施してから投影を指示する。台形歪み補正に必要なプロジェクタ２０の姿勢は、磁気センサ１０６ａ〜１０６ｃで検出された３軸の磁気検出信号に基づいてＣＰＵ１０１が算出する。

（投影情報の決定）
コンピュータ１０は、プロジェクタ２０から受信した３軸方向の磁気検出信号に基づいて、下敷き３０（紙３２）に対するプロジェクタ２０の相対姿勢、および下敷き３０（紙３２）からプロジェクタ２０までの距離を算出し、プロジェクタ２０が投影する情報を決定する。本実施形態の場合、紙３２上に書く文字群のうち、プロジェクタ２０に投影されている範囲内に書くべき文字群を投影情報とする。コンピュータ１０が決定した投影情報（該当する文字群の画像データ）は、無線通信でプロジェクタ２０へ送信される。なお、プロジェクタ２０の相対姿勢に基づく台形歪み補正処理をコンピュータ１０で行った後、その投影情報をプロジェクタ２０へ送信するようにしてもよい。

コンピュータ１０から投影情報を受信したプロジェクタ２０のＣＰＵ１０１は、受信した投影情報に上記台形歪み補正を行い、台形歪み補正後の文字群の光像を生成するように投射制御回路２２４へ駆動信号を出力する。図４は、投影像を例示する図である。図４において、下敷き３０上の所定原点に右上隅を合わせて紙３２が載置されている。プロジェクタ２０は、実線で示した円内に投影を行う。文字群「あいうえおかきくけ」のうち、円形の投影範囲に対応する文字群「あいえお」が投影される。破線の円については後述する。

（スクロール制御）
コンピュータ１０は、プロジェクタ２０による投影範囲が移動する場合、移動先の投影範囲内に書くべき文字群（たとえば「いお」）を投影情報とする。投影範囲の移動は、プロジェクタ２０から受信した３軸方向の磁気検出信号に基づいて検出する。コンピュータ１０から投影情報を受信したプロジェクタ２０のＣＰＵ１０１は、受信した投影情報に上記台形歪み補正を行い、台形歪み補正後の文字群の光像を生成するように投射制御回路２２４へ駆動信号を出力する。スクロール制御した投影像を図５に例示する。図５によれば、文字群「あいうえおかきくけ」のうち、円形の投影範囲に対応する文字群「いお」が投影される。

このように、プロジェクタ２０による投影範囲の移動にともない、コンピュータ１０が投影情報をスクロール制御する。なお、紙３２上に書く全文字群を示す画像データをあらかじめプロジェクタ２０へ送ってプロジェクタ２０内のメモリ１０２に展開させておき、プロジェクタ２０の位置（すなわち投影範囲）が移動した場合は、移動後のプロジェクタ２０による投影範囲に対応する座標データをコンピュータ１０からプロジェクタ２０へ送信する構成にしてもよい。この場合のプロジェクタ２０のＣＰＵ１０１は、コンピュータ１０から受信した座標が示すデータをメモリ１０２から読み込み、このデータに台形歪み補正を施した上で投射制御回路２２４へ駆動信号を出力する。

（ズーム制御）
コンピュータ１０は、プロジェクタ２０から下敷き３０（紙３２）までの距離が変動する場合、紙３２上に投影される投影情報（文字群）の大きさが変わらないように投影倍率を制御する。具体的には、プロジェクタ２０および下敷き３０（紙３２）間の距離が長くなれば、投影範囲に含まれる投影情報（文字群）が大きくならないようにするとともに、投影範囲を狭くする。反対に、プロジェクタ２０および下敷き３０（紙３２）間の距離が短くなれば、投影範囲に含まれる投影情報（文字群）が小さくならないようにするとともに、投影範囲を広くする。これにより、プロジェクタ２０から下敷き３０（紙３２）までの距離にかかわらず、図４や図５に例示した投影像と同様の大きさで（つまり、紙３２上に同面積で）投影情報（文字群）が投影される。投影倍率の制御は、液晶パネル２２２に形成する像の大きさを変化させて行う、いわゆる電子ズーム方式である。なお、投影光学系１２１にズームレンズを含め、このズームレンズ光軸方向にシフトすることによって光学的にズーム調節を行う構成にしてもよい。

（オン／オフ制御）
コンピュータ１０はさらに、下敷き３０（紙３２）からプロジェクタ２０までの距離、およびプロジェクタ２０の向きに応じてプロジェクタ２０の投影のオン／オフを指示する制御信号をプロジェクタ２０へ送信する。たとえば、プロジェクタ２０が紙３２から２０ｃｍ以上離れた場合や、プロジェクタ２０の向き（投影方向）が下敷き３０（紙３２）と交差しない場合は投影をオフさせ、プロジェクタ２０の向き（投影方向）が下敷き３０（紙３２）と交差し、かつプロジェクタ２０が紙３２から２０ｃｍ未満に近づいたら投影をオンさせる。

（投影像のフォーカス調節）
コンピュータ１０は、算出した下敷き３０（紙３２）からプロジェクタ２０までの距離を示す情報をプロジェクタ２０へ送信する。プロジェクタ２０のＣＰＵ１０１は、受信した距離情報に応じて投影光学系２２１を構成するフォーカスレンズ（不図示）を光軸方向にシフトさせることにより、投射ユニット２００による投影像のオートフォーカス調節を行う。

マニュアルフォーカス調節も可能に構成されている。マニュアルフォーカス調節を行う場合のＣＰＵ１０１は、操作部材１０３からの操作信号に応じてフォーカス調節信号を投射制御回路２２４へ送る。投射制御回路２２４は、フォーカス調節信号に応じてフォーカスレンズ（不図示）を光軸方向にシフトさせることにより、投射ユニット２００による投影像のマニュアルフォーカス調節を行う。

以上説明した第一の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）空間内のプロジェクタ２０および下敷き３０（紙３２）間の相対位置に応じて、プロジェクタ２０を投影制御したので、プロジェクタ２０の姿勢が変わっても、下敷き３０の姿勢が変わっても、あるいは双方の姿勢が変わった場合でも投影内容を適切に制御できる。たとえば、文字群について歪み補正やスクロール制御する場合には、使用者にとって文字群を見やすく投影することができる。

（２）下敷き３０に配設した磁気ソース３１による磁界から上記相対位置を検出するので、非接触で正確に相対位置を検出できる。
（３）検出した相対位置に応じて投影像の台形歪みを補正するので、プロジェクタ２０から紙３２の面へ垂直に投影されない場合でも、手本の文字群の歪みを抑えることができる。

（４）検出した相対位置の変化に応じて投影像に含む情報をスクロール制御するので、たとえばプロジェクタ２０が紙３２の面に平行に移動する場合、手本の文字群を適切に投影することができる。
（５）たとえば、プロジェクタ２０および紙３２間の位置変化量が紙３２の面に平行な同一方向に所定値以上の場合、手本の文字群をスクロールさせたので、移動前に投影していた文字群に隣接する文字群を、移動後の位置に投影させることができる。

（６）検出した相対位置の変化に応じて投影像に含む情報量を制御するので、たとえばプロジェクタ２０が紙３２の面に垂直に移動する場合、手本の文字群を適切に投影することができる。
（７）プロジェクタ２０および紙３２間の垂直方向の位置変化の前後で投影範囲の大きさ、投影される文字群の大きさを維持したので、移動前に投影していた文字群を、移動後も同じ大きさで投影させることができる。

（８）プロジェクタ２０および下敷き３０（紙３２）間の相対位置（距離）に応じて投射ユニット２００による投影像のオートフォーカス調節を行うようにしたので、フォーカス検出用に専用センサを設ける必要がない。

（９）空間内のプロジェクタ２０および下敷き３０（紙３２）間の相対位置に応じた情報を投影するようにしたので、使用者が望む位置に、使用者が望む情報を投影できる。
（１０）たとえば習字の際に、文字群の手本を紙３２上の所定位置に投影できるので、使用者は、手本の文字が投影された位置に、文字を練習書きすることができる。

（１１）プロジェクタ２０の向き（投影方向）が下敷き３０（紙３２）と交差し、かつプロジェクタ２０が紙３２から２０ｃｍ未満に位置する場合に自動的にプロジェクタ２０の投影をオンし、円形の投影範囲に光学像を投影させる。投影方向に被投影面が存在しない場合や、プロジェクタ２０から被投影面までの距離が所定値より遠い場合にはプロジェクタ２０の投影をオフするので、無駄な投影を行うことがない。

（１２）文字群の手本のうち、円形の投影範囲に対応する文字を含む光学像を投影するので、プロジェクタ２０が紙３２の所定位置を投影する場合、投影されている範囲に書くべき文字の手本を投影させることができる。

（変形例１）
プロジェクタ２０および下敷き３０（紙３２）間の距離に基づく投影のオン／オフ制御を、第一の実施形態と逆にしてもよい。たとえば、プロジェクタ２０が紙３２から２０ｃｍ以上離れたら投影をオンさせ、２０ｃｍ未満に近づいたら投影をオフさせる。なお、オン／オフを切り換える距離は適宜変更して構わない。

（変形例２）
プロジェクタ２０および下敷き３０（紙３２）間の距離に基づいて、投影をオフ／オン／オフ制御する構成にしてもよい。たとえば、プロジェクタ２０が紙３２から２０ｃｍ以上離れたら投影をオフさせ、２０ｃｍ未満に近づいたら投影をオンさせ、さらに５ｃｍ未満まで近づいたら投影をオフさせる。

（ズーム制御の変形例）
プロジェクタ２０から下敷き３０（紙３２）までの距離が長くなった場合に、投影情報（文字群）を増やす構成にしてもよい。コンピュータ１０は、プロジェクタ２０から下敷き３０（紙３２）までの距離が変動する場合、投影範囲（面積）が変わっても投影情報（文字群）の大きさを変えないように投影倍率を制御する。具体的には、プロジェクタ２０および下敷き３０（紙３２）間の距離が長くなれば、広がった投影範囲に含める投影情報（文字群の数）を増やし、プロジェクタ２０および下敷き３０（紙３２）間の距離が短くなる場合には、投影範囲に含める投影情報（文字群の数）を減らす。

図６は、プロジェクタ２０および下敷き３０（紙３２）間の距離が長くなった場合の投影像を例示する図である。図４および図５に例示した場合と投影情報（文字群）の大きさを変えないように投影倍率を制御することにより、広くなった投影範囲（実線の円内）に文字群「あいうえおかきくけ」の全てが投影されている。このように、プロジェクタ２０および紙３２間の垂直方向の位置変化の前後で投影範囲の大きさが変わっても投影される文字群の大きさを維持したので、投影する文字群を増やしたり（プロジェクタ２０および紙３２間を離す場合）、投影する文字群を減らしたり（プロジェクタ２０および紙３２間を縮める場合）しても、位置変化前に投影していた文字群と同じ大きさで文字群を投影させることができる。

（変形例３）
筆記具３５（すなわちプロジェクタ２０）の揺動に起因する投影像のブレ補正を行う構成にしてもよい。ＣＰＵ１０１は、磁気センサ１０６ａ〜１０６ｃで検出された３軸の磁気検出信号に基づいて、下敷き３０（紙３２）に対するプロジェクタ２０の揺動を演算する。ＣＰＵ１０１は、各方向の揺動に起因する投影像の揺れを抑えるように、液晶パネル２２２に生成する光像を平行移動させる。これにより、紙３２に投影される投影情報（文字群）の揺れが抑制される。図４において破線の円は、揺動する投影範囲を示す。ブレ補正制御を行うことにより、投影範囲が動いても文字群「あいえお」は止まって見えるように投影される。

ＣＰＵ１０１は、３軸方向の磁気検出信号に基づいて演算したプロジェクタ２０の動きが、たとえば同一方向へ連続して１０ミリ未満である場合、手ブレに起因する揺動と判定してブレ補正制御を行う。ＣＰＵ１０１は、上記演算したプロジェクタ２０の動きが同一方向に連続して１０ミリ以上動いた場合、筆記具３４（すなわちプロジェクタ２０）の移動と判定し、ブレ補正制御を行わない。

筆記具３４（プロジェクタ２０）が同一方向へ連続１０ミリ以上移動する場合は、コンピュータ１０が上述したスクロール制御を行う。つまり、コンピュータ１０がプロジェクタ２０の投影範囲を移動させるのは、プロジェクタ２０から受信した３軸方向の磁気検出信号に基づいて演算した動きが、１方向へ連続して１０ミリ以上である場合である。

変形例３によれば、プロジェクタ２０および紙３２間の位置変化量が紙３２の面に平行な同一方向に所定値未満の場合、投影する手本の文字群をブレ補正させたので、位置変化前に投影していた文字群の像揺れ（いわゆる手ブレ）を抑えるように投影させることができる。

また、ブレ補正制御をＣＰＵ１０１が行い、スクロール制御をコンピュータ１０で行うように分担させることにより、プロジェクタ２０内のＣＰＵ１０１の負担を軽減でき、円滑にブレ補正制御を行うことができる。一方コンピュータ１０は、ブレ補正制御演算をしなくてよいので円滑にスクロール制御を行うことができる。

（変形例４）
変形例３ではスクロール制御演算をコンピュータ１０で行い、ブレ補正制御演算をプロジェクタ２０のＣＰＵ１０１が行う例を説明したが、どちらの演算もコンピュータ１０で行ったり、どちらの演算もＣＰＵ１０１で行う構成にしてもよい。

（変形例５）
第一の実施形態では習字の手本の文字群を投影情報とする例を説明したが、手本に関連する情報を投影情報に含めてもよい。コンピュータ１０は、紙３２上に書くべき文字群のうち、プロジェクタ２０による投影範囲に対応する文字と、その文字を練習する際のアドバイスとなるメッセージを投影情報とする。コンピュータ１０が決定した投影情報は、無線通信でプロジェクタ２０へ送信する。

変形例５の場合の投影像を図７に例示する。図７によれば、文字群「あいうえおかきくけ」のうち、円形の投影範囲に対応する文字「あ」と、関連するメッセージが投影される。手本の文字とともにメッセージを投影することにより、文字の特徴や筆遣いのコツなどを使用者に伝えることができる。関連情報として、文字の書き順などを示す情報を投影させても構わない。

（第二の実施形態）
第二の実施形態では、本システムの使用者がはがきの宛名書きを行う場面を例に説明する。使用者は、筆記具３５を用いてはがき３２Ａに宛名書きする。筆記具３５に取り付けられているプロジェクタ２０は、コンピュータ１０から無線通信で送信される情報をはがき３２Ａ上に投影する。

コンピュータ１０は、あらかじめインストールされた宛名書き用投影制御プログラムを実行する。コンピュータ１０は、プロジェクタ２０から送信された磁気検出データを用いて演算を行い、はがき３２Ａに宛名書きすべき情報（本例ではコンピュータ１０内の記録装置に保存されている住所録から読み出した住所、宛名等）を投影するように、無線通信モジュールのアンテナ１２からプロジェクタ２０へ無線通信で制御信号を送信する。

第二の実施形態による投影像を図８に例示する。図８によれば、はがき３２Ａ上の円形の投影範囲に対応する宛先、宛名を示す文字列が投影される。はがき面からプロジェクタ２０までの距離に応じて投影をオフ／オン／オフ制御する構成にしておけば、プロジェクタ２０がはがき３２Ａから２０ｃｍ以上離れたら投影をオフ、プロジェクタ２０がはがき３２Ａから２０ｃｍ未満に近づいたら投影をオンさせて、使用者が記入すべき内容を投影像で確認できる。

使用者が記入を開始しようと筆記具３５をはがき面にさらに近づけ、プロジェクタ２０がはがき３２Ａから５ｃｍ未満まで近づいたら投影がオフするので、使用者にとって記入時に投影像を煩わしく感じることがない。

なお、記入する際のアドバイスとなるメッセージを投影情報としてもよい。たとえば、使用者が宛先の記入を開始しようと筆記具３５をはがき面に近づけた際（たとえば、はがき３２Ａから５ｃｍ）、筆記具３５の位置が宛先記入位置に対応していないとコンピュータ１０が判定した場合には、宛先を記入する際のアドバイスとなるメッセージを投影情報とする。

具体的には、コンピュータ１０がプロジェクタ２０から受信した３軸方向の磁気検出信号に基づいて、プロジェクタ２０（筆記具３５）の位置がはがき３２Ａの中央に寄りすぎていると判定した場合、図９に例示するメッセージを投影情報とする。コンピュータ１０が決定した投影情報は、無線通信でプロジェクタ２０へ送信する。図９によれば、宛先を記入すべき位置を知らせるメッセージや、正しい記入位置の向きを示す矢印情報が投影されるので、使用者は宛先を書くべき位置を投影像から知ることができる。

投影メッセージを読んだ使用者が筆記具３５を右へ移動することによって、筆記具３５の位置が宛先記入位置と適切な位置関係になったとコンピュータ１０が判定した場合、宛先を示す文字列を投影情報とする。具体的には、コンピュータ１０がプロジェクタ２０から受信した３軸方向の磁気検出信号に基づいて、プロジェクタ２０（筆記具３５）の位置が宛先の記入位置に対応していると判定した場合、図９のメッセージに代えて、宛先文字列を投影情報とする（図１０）。使用者は、図１０に例示した投影像により、筆記具３５の位置が宛先記入位置に対応する位置であること、ならびに宛先内容を知ることができる。

（変形例６）
筆記具３０にプロジェクタ２０を１つ取り付ける例を説明したが、複数取り付けるようにしてもよい。たとえば２つのプロジェクタ２０を取り付ける場合、２つのプロジェクタ２０で筆記具３５を挟むように取り付ければ、一方のプロジェクタ２０の投影像のうち筆記具３５の影となる部分に、他方のプロジェクタ２０で投影を行うことができる。

（変形例７）
以上の説明では、習字用の練習紙３２やはがき３２Ａを被投影体とする例を説明したが、被投影体は、画用紙、キャンバス、所定の記入用紙（たとえば履歴書用紙、申請用紙等）でもよい。これらの被投影体は、下敷き３０上の所定原点に所定の隅を合わせて載置される。対象とする被投影体に書くべき情報とその位置（座標）情報とが関連づけられたコンピュータプログラムをあらかじめコンピュータ１０に実行させる。コンピュータ１０は、プロジェクタ２０から送信された磁気検出データを用いて、被投影体に対するプロジェクタ２０の３次元位置演算を行い、被投影体に投影すべき情報を無線通信モジュールのアンテナ１２からプロジェクタ２０へ無線通信で送信する。投影情報は文字の他に、模様、図形、絵などでもよい。プロジェクタ２０を取り付ける筆記具３５は、被投影体に適した色（被投影体と異なる色）で着色する筆、ペン、鉛筆などを用いることができる。

（変形例８）
プロジェクタ２０を筆記具３５の代わりに工具に取り付けてもよい。工具は、半田ごて、彫刻刀、ドリル、ナイフ、ねじ回しなどでもよい。この場合の被投影体は工作物であり、下敷き３０上の所定原点に工作物の所定位置を合わせて載置される。対象とする被投影体の加工に必要な情報と、その加工位置（座標）情報とが関連づけられたコンピュータプログラムをあらかじめコンピュータ１０に実行させる。コンピュータ１０は、プロジェクタ２０から送信された磁気検出データを用いて、被投影体に対するプロジェクタ２０の３次元位置演算を行い、被投影体に投影すべき情報を無線通信モジュールのアンテナ１２からプロジェクタ２０へ無線通信で送信する。この場合の投影情報は、加工位置を示す点、線、目盛などの他、寸法、こて温度、ねじサイズ、作業手順などを示す文字を含める。また、工作物に穴開け加工を行う場合に、当該工作物の内部に収容されている配線材や部品位置を示す情報を投影すれば、本システムの使用者は、内容物を傷つけないように穴開け加工を行うことができる。

（変形例９）
被投影体が磁気ソース３１を有する下敷き３０上に載置される例を説明したが、下敷きを用いない場合にも本発明を適用できる。たとえば、建造物の壁面に文字や絵などを描く場合は、当該壁面の所定位置にあらかじめ磁気ソースが配設される。プロジェクタ２０はスプレーガンに取り付けられる。壁面を被投影体とし、壁面に書くべき文字や絵とその位置（座標）情報とが関連づけられたコンピュータプログラムをあらかじめコンピュータ１０に実行させる。コンピュータ１０は、プロジェクタ２０から送信された磁気検出データを用いて、被投影体に対するプロジェクタ２０の３次元位置演算を行い、被投影体に投影すべき情報を無線通信モジュールのアンテナ１２からプロジェクタ２０へ無線通信で送信する。

この場合の投影情報は、吹き付ける文字や絵などを含める。関連情報には作業手順などを示す文字列を含める。また、壁面に描くべき全体像を投影すれば、本システムの使用者は、壁面から離れなくても全体像を知ることができる。なお、全体像の投影と、吹き付ける文字などを投影する通常投影との切換えは、プロジェクタ２０の操作部材１０３が操作された場合に、ＣＰＵ１０１が無線インターフェイス回路１０５を介してコンピュータ１０へ切換え指示信号を送信することによって行う。コンピュータ１０は、切換指示信号に応じて通常投影情報と全体像投影情報とを切換え、切換後の投影情報を無線通信モジュールのアンテナ１２からプロジェクタ２０へ無線通信で送信する。

上述した説明においてプロジェクタ２０の投影範囲を円形で示したが、四角形状に投影するように構成しても構わない。

以上の説明はあくまで一例であり、上記の実施形態の構成に何ら限定されるものではない。第一の実施形態、第二の実施形態および各変形例の構成は、それぞれを適宜組合わせて構成しても構わない。

本発明の第一の実施形態による投影システムを例示する図である。プロジェクタの構成例を説明するブロック図である。投射ユニットの光学系を例示する図である。投影像を例示する図である。スクロール制御した投影像を例示する図である。プロジェクタおよび下敷き間の距離が長くなった場合の投影像を例示する図である。関連するメッセージの投影像を例示する図である。第二の実施形態による投影像を例示する図である。メッセージの投影像を例示する図である。投影像を例示する図である。

符号の説明

１０…コンピュータ
２０…プロジェクタ
３０…下敷き
３１…磁気ソース
３２…練習紙
３５…筆記具
１０１…ＣＰＵ
１０５…無線インターフェイス回路
１０６ａ〜１０６ｃ…磁気センサ
２００…投射ユニット

Claims

空間を移動する部材に取り付けられ、光学像を投影する投射装置と、
前記光学像が投影される被投影面および前記投射装置の前記空間における相対位置を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された前記相対位置に応じた情報を前記投射装置に投影させる制御手段とを備えることを特徴とする投影システム。
請求項１に記載の投影システムにおいて、
前記投射装置が投影する情報を格納する格納手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記格納手段から前記検出手段で検出された相対位置に応じた領域の情報を前記投射装置に投影させることを特徴とする投影システム。
請求項１または２に記載の投影システムにおいて、
前記検出手段は、前記被投影面または前記被投影面を有する被投影体が載置される面に配設され、所定の磁界を発する磁気ソースと、前記投射装置に配設され、互いに直交する３軸方向の磁気をそれぞれ検出する磁気センサとを含むことを特徴とする投影システム。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の投影システムにおいて、
前記制御手段は、前記被投影面に対して施される内容を示す第１情報を前記光学像に含めて投影させることを特徴とする投影システム。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の投影システムにおいて、
前記制御手段はさらに、前記第１情報に関連する第２情報を前記光学像に含めて投影させることを特徴とする投影システム。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の投影システムにおいて、
前記制御手段は、前記検出手段で検出された相対位置が所定条件を満たす場合、前記被投影面の所定範囲に光学像を投影させることを特徴とする投影システム。
請求項６に記載の投影システムにおいて、
前記制御手段は、前記第１情報のうち前記所定範囲に対応する情報を前記光学像に含めて投影させることを特徴とする投影システム。
請求項７に記載の投影システムにおいて、
前記制御手段は、前記第２情報のうち前記所定範囲に対応する情報を前記光学像にさらに含めて投影させることを特徴とする投影システム。
請求項６〜８に記載の投影システムにおいて、
前記空間を移動する部材は、前記被投影面に着色する着色部材または前記被投影面を加工する加工部材であることを特徴とする投影システム。
請求項９に記載の投影システムにおいて、
前記第１情報は、前記着色部材によって着色される文字、図形、記号、着色位置、前記加工部材によって加工される位置を示す文字、図形、記号の少なくとも１つを含み、
前記第２情報は、前記着色または前記加工に関する手順、説明の少なくとも１つを含むことを特徴とする投影システム。
請求項９に記載の投影システムにおいて、
前記制御手段は、前記着色部材の位置と前記着色位置とが対応しない、または前記加工部材の位置と前記加工位置とが対応しないことが前記相対位置によって示される場合、前記着色位置または前記加工位置の向きを示す情報を前記光学像に含めて投影させることを特徴とする投影システム。
請求項１１に記載の投影システムにおいて、
前記制御手段は、前記着色部材の位置と前記着色位置とが対応する、または前記加工部材の位置と前記加工位置とが対応することが前記相対位置によって示される場合、前記着色位置または前記加工位置の向きを示す情報に代えて、前記所定範囲に対応する前記第１情報を前記光学像に含めて投影させることを特徴とする投影システム。