JP2012149986A - 位置検出システム、表示システム及び情報処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像装置のレンズ及び撮像素子を対象面と平行な方向に沿う方向に配置するこ
とで、撮像画像における歪みを抑止し、位置検出の精度を向上させる位置検出システム、
表示システム及び情報処理システムを提供すること。
【解決手段】 位置検出システム４００は、撮像画像を撮像する撮像部５００と、撮像部
５００からの撮像画像に基づいて、対象面２０に設定された検出エリアでの対象物ＯＢの
座標情報を求める座標演算部４３０と、を含み、撮像部５００は、レンズ部ＬＥを有する
光学系と、撮像素子ＩＭとを含み、撮像部５００から対象面２０の中央部へと向かう方向
である第１の方向と、対象面２０のなす角度α１とし、レンズ部ＬＥの光軸方向である第
２の方向と対象面２０のなす角度をα２とした場合に、角度α１及び角度α２は、α１＜
α２を満たす。
【選択図】 図６

Description

本発明は、位置検出システム、表示システム及び情報処理システム等に関する。

赤外光を照射して、対象物からの反射を検知する近接センサではＸ、Ｙ座標の特定が困
難である。また、ＣＣＤなどの撮像素子で検知するシステムは安価でない。特許文献１で
は、レンズ群を配置した光学系を工夫することでＬＥＤ光を用いた座標入力、位置検出手
法を提案しているが、構成部品が多いためコスト面で優位性がなく、さらに位置検出精度
が低い。

特開２００１−１４２６４３号公報

また、投写型表示装置（プロジェクター）に位置検出のための撮像装置を設けた場合に
は、対象面（スクリーン等）を斜め方向から撮像することがあり、その場合画像に歪みが
生じてしまう。そのため、画像の分解能が低下し、位置検出の精度が下がる要因になって
いる。

本発明の幾つかの態様によれば、撮像装置のレンズ及び撮像素子を対象面と平行な方向
に沿う方向に配置することで、撮像画像における歪みを抑止し、位置検出の精度を向上さ
せる位置検出システム、表示システム及び情報処理システム等を提供することができる。

本発明の一態様は、撮像画像を撮像する撮像部と、前記撮像部からの前記撮像画像に基
づいて、対象面に設定された検出エリアでの対象物の座標情報を求める座標演算部と、を
含み、前記撮像部は、レンズ部を有する光学系と、撮像素子とを含み、前記撮像部から前
記対象面の中央部へと向かう方向である第１の方向と、前記対象面のなす角度α１とし、
前記レンズ部の光軸方向である第２の方向と前記対象面のなす角度をα２とした場合に、
角度α１及び角度α２は、α１＜α２を満たす位置検出システムに関係する。

本発明の一態様では、撮像部から対象面の中央部へと向かう方向（第１の方向）と対象
面のなす角度をα１とし、レンズ部の光軸方向（第２の方向）と対象面のなす角度をα２
とすると、角度α１及び角度α２はα１＜α２を満たす。よって、レンズ面が対象面と平
行に近い角度で配置されることになるため、撮像画像における対象面の形状の歪みを抑止
することができ、位置検出の精度を向上させること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記レンズ部の光軸方向をカメラ座標系のＺ軸とし、前記
Ｚ軸に直交する軸をカメラ座標系のＹ軸として、対象面が位置する方向を前記Ｙ軸の正方
向とした場合に、前記撮像素子は、前記Ｙ軸の負方向に位置してもよい。

これにより、レンズのイメージサークルのうち、対象物が結像する位置に適切に撮像素
子を配置すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記角度α２は、α１＜α２≦９０°を満たす角度であっ
てもよい。

これにより、レンズ面を対象面と平行に近い角度で配置することが可能になる。

また、本発明の一態様では、前記角度α２は、９０°であってもよい。 これにより、
レンズ面を対象面と平行に近い角度で配置することが可能になる。

また、本発明の一態様では、前記座標演算部は、前記座標情報として、前記検出エリア
でのＸ座標情報及びＹ座標情報を求めてもよい。

これにより、検出エリアでの座標系におけるＸ座標情報及びＹ座標情報を求めることが
可能になる。

また、本発明の一態様では、前記座標演算部は、前記撮像画像の情報から得られるカメ
ラ座標系での奥行き特定情報に基づいて、前記対象物の前記検出エリアでのＺ座標情報を
求めてもよい。

これにより、撮像画像から奥行き特定情報を取得し、取得した奥行き特定情報に基づい
て検出エリアでの座標系におけるＺ座標情報を求めることができる。よって、対象物が対
象面に触れているか否かの判定を行うこと等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記撮像部は、複数のカメラを有し、前記座標演算部は、
前記複数のカメラから取得された複数の撮像画像情報の視差情報に基づいて得られた奥行
き特定情報により、前記検出エリアでの前記Ｚ座標を求めてもよい。

これにより、複数のカメラにより複数の撮像画像を取得し、取得した複数の撮像画像の
視差情報に基づいて奥行き特定情報を取得すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記撮像部は、デプスカメラを有し、前記座標演算部は、
前記デプスカメラにより得られた前記奥行き特定情報に基づいて、前記検出エリアでの前
記Ｚ座標を求めてもよい。

これにより、２眼等の複数のカメラを有する撮像装置を用いずに、奥行き特定情報を取
得すること等が可能になる。

また、本発明の一態様では、前記座標演算部は、前記カメラ座標系での前記奥行き特定
情報に基づいて、前記検出エリアでのＸ座標情報及びＹ座標情報の少なくとも一方の補正
処理を行ってもよい。

これにより、奥行き特定情報、或いは奥行き特定情報により求められる検出エリアでの
Ｚ座標情報に基づいて、検出エリアでのＸ座標情報及びＹ座標情報の少なくとも一方の補
正処理を行うことが可能になる。よって、対象物が対象面に対して浮いている状況でのず
れを補正すること等ができる。

また、本発明の一態様では、前記レンズ部の光軸方向を可変に調節する調節部を含んで
もよい。

これにより、レンズ部の光軸方向を調整することができるため、撮像部の設置角度によ
らず、適切にレンズ部の角度を設定することが可能になる。

また、本発明の他の態様は、上述の位置検出システムを含む投写型表示装置である表示
システムに関係する。

また、本発明の他の態様では、前記第２の方向は、前記投写型表示装置の投影方向に対
して、角度β（β＞０°）をなしてもよい。

これにより、投写型表示装置の投射角度とは異なる方向に、レンズの光軸方向を向ける
ことが可能になる。

また、本発明の他の態様は、上述の位置検出システムと、前記位置検出システムからの
検出情報に基づいて処理を行う情報処理装置と、前記情報処理装置からの画像データに基
づいて画像の表示を行う表示装置と、を含む情報処理システムに関係する。

本実施形態の位置検出システムの構成例。 投写型表示装置を用いた本実施形態の位置検出システムの具体例。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）は複数のカメラにより取得される視差情報を含む撮像画像の例。 レンズ部及び撮像素子が対象面に対して斜めに配置される例。 図５（Ａ）は斜め方向からの撮像により画像が歪む例、図５（Ｂ）は座標変換により歪みを補正した例。 図６（Ａ）はレンズ部及び撮像素子が対象面に対して平行に配置される例、図６（Ｂ）はレンズ部及び撮像素子が対象面に対して傾いて配置される例。 図７（Ａ）は通常のレンズ構成で正面から撮像した例、図７（Ｂ）は本実施形態のレンズ構成で正面から撮像した例、図７（Ｃ）は、斜め方向から撮像した例。 画角、焦点距離及びスクリーンまでの距離の関係を説明する図。 レンズのイメージサークルと撮像素子の配置を説明する図。 歪曲収差等による画像の歪みを説明する図。 レンズの光軸方向とスクリーンの一端とが一致しない例。 光学式位置検出装置による画像処理の対象範囲の限定を説明する図。 図１３（Ａ）は対象物が対象面に対して浮いている例、図１３（Ｂ）は対象物が対象面に接している例。 レンズ部及び撮像素子が対象面に対して平行な方向からずれる例。 撮像部に対して設定される座標系と対象面に対して設定される座標系を説明する図。 一般的な射影変換を説明する図。 本実施形態の情報処理システムの構成例。 本実施形態の光学式位置検出装置の構成例。 受光部の構成例。 図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）は受光ユニットの構成例。 照射部の構成例。 図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）は座標情報検出手法を説明する図。 図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）は発光制御信号の信号波形例 照射部の他の構成例。

以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の
範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明さ
れる構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．本実施形態の手法
まず、本実施形態の手法について説明する。投写型表示装置（プロジェクター、図２の
ＰＲ）により画像を対象面（図２の２０）に投射した上で、投射した画像とユーザーの用
いる対象物（オブジェクト、図２のＯＢ）の連携によりユーザインターフェースを実現す
るシステムが考えられる。このようなシステムでは、例えば画像上の任意のマークをさわ
ることにより、表示が切り替わる等の操作を行うことが考えられるため、対象物ＯＢの位
置検出手法が重要となってくる。

具体的な位置検出手法としては、撮像装置による撮像画像の画像処理を用いる手法等が
考えられる。例えば、検出対象となる対象物ＯＢをテンプレートとして保持しておき、テ
ンプレートマッチング処理を行うことで画像上での対象物ＯＢの位置（座標情報）を取得
する。そのため、撮像装置が実空間のどの範囲を撮像しているかということがわかってい
れば、実空間における位置情報を取得することができる。

しかしながら、撮像装置は必ずしも対象面２０に正対する位置に設けられるとは限らな
い。例えば近年ではスクリーンのほぼ前上方から画像を照射する近接型の投写型表示装置
等が知られている。その場合、投写型表示装置ＰＲに撮像装置も設けられるとするならば
、後述する図２に示すように、対象面２０に対して斜め方向から画像を撮像することにな
る。よって、画像上での対象面２０の形状は後述する図５（Ａ）に示すように歪んでしま
うことになる。図５（Ａ）の例で言えば下辺に相当する部分は狭い範囲に圧縮されてしま
うことになり、画像の分解能が下がり、位置検出の精度が落ちる要因になってしまう。

そこで、本出願人は以下の手法を提案する。後述する図６（Ａ）に示すように、撮像装
置のレンズ部ＬＥと撮像素子ＩＭとを対象面２０と平行になるように配置する。その上で
、レンズ部ＬＥの光軸方向を境として、対象面２０と撮像素子ＩＭとが逆側に配置される
ようにする。このような配置をとることで、対象面２０は撮像画像において図５（Ｂ）に
示すように歪みのない形状で撮像されることになる。そのため、画像の分解能が落ちるこ
とがなく、位置検出の精度も画像が歪んでしまう場合に比べて高くすることが可能になる
。

以下、具体的な実施形態について説明する。なお、本実施形態は撮像画像の画像処理に
よる位置検出に関するものであるが、ここでは画像処理による位置検出に加え、光学式位
置検出装置を併用する実施形態を例としてあげる。なぜなら、画像処理による位置検出は
処理負荷が重く、広い領域（例えば電子黒板の表示面等）をＸＧＡ程度の高精度で処理を
行うことはコスト或いは処理時間の観点から現実的でないからである。

具体的には、まず光学式位置検出装置を用いて、対象物ＯＢの概略的な位置（初期座標
情報）を取得しておいて、その概略位置により特定される範囲に対して撮像装置による撮
像画像を用いて画像処理を行う。このようにすれば、撮像画像の演算処理量、演算処理時
間を抑えることが可能になり、コスト、応答速度ともに実用的なものにすることができる
。ただし、以下の説明はあくまで例示であり、光学式位置検出装置を用いずに位置検出処
理を行ってもよいことは言うまでもない。

以下、まず光学式位置検出装置と撮像装置を連動させた位置検出手法について説明する
。具体的には、システム構成例、撮像装置の構成、初期座標情報の取得と処理対象範囲の
設定手法、最終座標情報の取得手法の順に説明していく。撮像装置の構成のところで、本
実施形態の手法であるレンズ部ＬＥ及び撮像素子ＩＭの配置手法について詳しく述べる。
その後で、本実施形態の具体例で用いることができる光学式位置検出装置の構成例につい
て説明する。

２．位置検出システムの具体例
２．１ システム構成例
図１に本実施形態の位置検出システムの構成例を示す。本実施形態の位置検出システム
４００は、撮像部５００と、調整部６００と、光学式位置検出装置１００からの初期座標
情報を取得する座標情報取得部４１０と、撮像部５００からの撮像画像を取得する撮像画
像取得部４２０と、座標演算処理を行う座標演算部４３０と、を含む。

座標演算部４３０は、奥行き特定情報取得部４３１と、補正部４３３と、座標変換部４
３５と、を含む。奥行き特定情報取得部４３１は、座標情報取得部４１０からの初期座標
情報に基づいて、画像処理を行う対象となる範囲を限定した上で、撮像画像から奥行き特
定情報を取得する。補正部４３３は、奥行き特定情報に基づいてＸ座標情報及びＹ座標情
報の少なくとも一方の補正処理を行う。座標変換部４３５は、座標変換を行うことで、歪
みが生じた撮像画像の変換処理を行う。なお、理想的には本実施形態の手法では撮像画像
に歪みは生じないため、座標変換部４３５は必要ない。しかし、歪曲収差等の影響による
歪みは避けられないため、それらの要因による歪みの補正のために座標変換部４３５を設
けている。

光学式位置検出装置１００は座標情報取得部４１０に接続される。撮像部５００は撮像
画像取得部４２０に接続される。座標情報取得部４１０と、撮像画像取得部４２０は、奥
行き特定情報取得部４３１に接続される。奥行き特定情報取得部４３１は、補正部に接続
される。補正部４３３は、座標変換部４３５に接続される。

２．２ 撮像装置の構成例
本実施形態における撮像装置（撮像部５００）の構成について説明する。図２に示した
ように、本実施形態においては例えば、対象面２０（スクリーン）に対して表示画像を投
影する投写型表示装置ＰＲ（プロジェクター）に撮像装置が搭載される。ただし、撮像装
置の位置はこれに限定されるものではなく、投写型表示装置ＰＲとは別の位置に設けられ
てもよい。また、本実施形態の画像表示手法は投写型表示装置ＰＲによるものに限定され
るものではない。

また、本実施形態における撮像装置は、奥行き特定情報を取得可能な構成を取る必要が
ある。そのため、図２に示したように２つの撮像部（５００−１及び５００−２）が所定
の距離だけ離れた位置に設けられ、視差情報（或いはステレオ画像）を取得することが可
能な形態となる。それぞれの撮像部で取得される撮像画像の例を、図３（Ａ）及び図３（
Ｂ）に示す。或いは２眼の撮像装置を用いずに、Ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ方式等に
より奥行き情報を持った画像を取得可能な撮像装置を用いてもよい。

次に、撮像装置に含まれるレンズ部ＬＥと撮像素子ＩＭの構成例について説明する。上
述したように本実施形態の撮像装置は対象面２０に対して斜め上の位置に設けられる。そ
のため、レンズ部ＬＥ及び撮像素子ＩＭは通常は図４に示すような角度になる。しかし、
このようにした場合対象面２０の上側はレンズ部ＬＥに近いのに対し、対象面２０の下側
はレンズ部ＬＥから遠くなるため、撮像画像上での対象面２０の形状は図５（Ａ）に示し
たように歪んでしまうことになる。そのため、対象面２０の上側に対して、対象面２０の
下側は狭い範囲に画像情報が圧縮されてしまうため、分解能が下がってしまい、位置検出
の精度を下げる要因となる。

そこで、本実施形態では、図６（Ａ）に示したようにレンズ部ＬＥ及び撮像素子ＩＭを
対象面２０に対して平行に配置する。それとともに、撮像素子ＩＭの位置をレンズ部ＬＥ
の光軸方向を境に、対象面２０と逆側に来るような配置とする。このようにすることで、
図５（Ｂ）に示したように歪みの少ない画像を取得することが可能になり、位置検出の精
度を図４の配置の場合に比べて高くすることができる。

この配置については、高層ビルを近い位置から撮像するケースを想定すると理解しやす
い。通常近い位置から正面にカメラを向けたとしても、図７（Ａ）のようになってしまい
、高層ビル全体を撮像範囲に収めることができない。なお、図７（Ａ）において、Ｅ１が
レンズのイメージサークルに相当し、Ｅ２が撮像素子ＩＭを表す。だからといって、斜め
方向に見上げるように撮像したのでは、図４に示したような角度配置になってしまい、図
７（Ｃ）のように歪んだ画像が取得されてしまう。そこで、このような際には、レンズ部
ＬＥの光軸方向は高層ビルに向けたまま、撮像素子ＩＭの位置を下にシフトさせ、図７（
Ｂ）に示すような構成を取る。こうすることで、被写体の全景を、歪みを押さえた状態で
撮像することが可能になる。図７（Ａ）と同様に、図７（Ｂ）のＥ３がレンズのイメージ
サークルに相当し、Ｅ４が撮像素子ＩＭを表す。

さらに具体的に説明する。レンズ部ＬＥの画角をγ、レンズ部ＬＥからスクリーンまで
の距離をｄ、レンズ部ＬＥから撮像装置ＩＭまでの距離（焦点距離）をｆとした場合、γ
、ｄ、ｆは図８に示したようになる。γ、ｆの関係は下式（１）で表される。ただし、Ｄ
は撮像素子ＩＭの対角寸法である。また、ここでは歪曲収差の影響が小さいものとしてい
る。

ｔａｎ（γ／２）＝Ｄ／２ｆ （１）
ここで、画角γは、レンズ部ＬＥにより結像が可能な角度範囲を表している。レンズ部
ＬＥは、画角γの角度範囲に含まれる被写体の像を取得することができる。つまり、この
レンズ部ＬＥは、図８でいれば、スクリーンサイズの２倍の領域を捉えて、レンズのイメ
ージサークルに相当する領域に対して結像させることが可能であると言える。しかしなが
ら、本実施形態では、スクリーンサイズは画角の半分の角度範囲に対応する大きさであり
、撮像素子ＩＭもレンズのイメージサークルの半分の大きさしかない。これを図に表した
ものが図９である。レンズ部ＬＥはイメージサークル全体に対して像を取得するものの、
現在被写体となっているスクリーンのサイズは上述したように画角γの半分である。よっ
て、必要な被写体像はイメージサークルの下半分にしか存在しないことになる。そのため
、図９に示したように、被写体像が結像するイメージサークルの下半分のみに撮像素子Ｉ
Ｍを設けておけばよい。

さらに具体的な例を図１０に示す。図１０のＢ１がレンズ部ＬＥのイメージサークルを
表し、Ｂ２が撮像素子ＩＭを表す。そしてＢ３が撮像素子上に結像されたスクリーンの形
状を表している。理想的には、本実施形態の手法でレンズ部ＬＥ及び撮像素子ＩＭを配置
すれば、図５（Ｂ）に示したように、歪みのない画像が得られるはずであるが、実際には
レンズ部ＬＥの歪曲収差等の影響により、多少の歪みは生じてしまう。そのため、後述す
るように歪みを解消するための補正処理等を行う。

以上の例は、高層ビルの例のように、レンズの光軸上に、スクリーン面の端が存在する
と見なせる場合である。この場合には、図８に示したように、撮像素子ＩＭの一端はレン
ズ部ＬＥの光軸上にある。しかしながら、本実施形態のシステムにおいては、図１１に示
したように、レンズ部ＬＥの光軸からＳＹだけ離れた位置にスクリーン面の一端があるこ
とが想定される。その場合には、図１１に示したように、シフト量ＳＹに相似した量Ｓ１
だけ、撮像素子ＩＭをレンズ中心から離して配置すればよい。このときには、イメージサ
ークルの半分よりさらに狭い範囲に対して撮像素子ＩＭを配置することになる。

２．３ 初期座標情報の取得と処理対象範囲の設定
本実施形態の手法においては、まず、光学式位置検出装置を用いて、初期座標情報を取
得する。例えば本実施形態においては、上述したような光学式位置検出装置を用いて、対
象物ＯＢのＸ座標情報及びＹ座標情報を取得する。ここで、光学式位置検出装置は、対象
面２０（スクリーン）に対して取り付けられてもよいし、プロジェクターに取り付けられ
てもよい。

そして、取得したＸ座標情報及びＹ座標情報を対象物ＯＢの初期座標情報とする。この
初期座標情報により特定される範囲を、撮像装置による位置検出を行う際の処理対象範囲
とする。このようにして、例えば図１２に示すように、撮像装置により得られた撮像画像
に対する画像処理の対象範囲を、撮像画像全体（図１２のＣ２に対応）よりも狭い範囲（
図１２のＣ１に対応）に限定することが可能となる。そのため、光学式検出手法等に比べ
て処理負荷の重い画像処理による検出手法を、現実的な処理時間、コストで実現すること
が可能になる。

初期座標情報から、画像処理の処理対象範囲を特定する手法は種々考えられる。通常は
、初期座標情報を含む範囲を設定すればよい。その際には、光学式位置検出装置による座
標情報の誤差等が問題にならない程度に広く、かつ、処理負荷が重くなりすぎない程度に
狭い領域を指定する。

また、図１３（Ａ）のように対象物ＯＢが対象面２０に触れていないような状況では、
光学式位置検出装置による初期座標情報はＡ１に対応する座標となる。それに対して、撮
像画像においては、あたかもＡ２の位置に対象物ＯＢがあるように見える。つまり、撮像
画像上では、初期座標情報に対してΔＹだけＹ座標情報がずれることになる。よって、画
像処理の処理対象範囲は、ΔＹのずれを考慮して中心又は大きさ等を決定する必要がある
点に留意する。

２．４ 最終座標情報の取得
次に、初期座標情報に基づいて画像処理の処理対象範囲が適切に設定された後に、撮像
画像に対する画像処理により、対象物ＯＢの最終座標情報を求める手法について説明する
。なお、撮像装置は対象面全面を撮影するものとする。つまり、ここでは処理対象範囲を
撮影するものではなく、全面を撮影した上で処理対象範囲のデータを取り込むことになる
が、手法はこれに限定されるものではない。

２．４．１ Ｚ座標情報に基づく補正
まずは、撮像画像上での対象物ＯＢの座標を求める。これは、公知の画像処理手法を用
いればよい。例えば、対象物ＯＢをテンプレートとしてテンプレートマッチング処理等を
行う。これにより、撮像画像上でのＸ座標情報及びＹ座標情報を取得することができる。

それとともに、Ｚ座標情報を取得する。ここではまず、撮像装置のキャリブレーション
を事前に行っておくものとする。ここでのキャリブレーションとは、図１３（Ａ）におけ
るΔＺ＝０（つまり図１３（Ｂ）のように対象面２０に接している）場合に、２つの撮像
部が取得する撮像画像において、対象物ＯＢの位置が同一になるように設定しておく。つ
まり、図３（Ｂ）におけるδはΔＺが０の時には０となり、ΔＺが大きくなるほど大きく
なるように設定されることになる。

ここで、適切な係数Ａ（Ａは撮像装置の設計やキャリブレーション等により決定される
）を設定すれば、ΔＺの値は下式（２）により表される。

ΔＺ＝Ａ・δ （２）
よって、δ＝０の場合には、ΔＺ＝０となり、対象物ＯＢが対象面２０に触れていると
判定することができる。この場合図１３（Ｂ）のような状態であるため、撮像画像によっ
て得られたＸ座標情報及びＹ座標情報は、そのまま真のＸ座標情報及びＹ座標情報として
用いることができる。

それに対して、δ≠０の場合には、ΔＺは上式（２）により求められる０でない値とな
る。その場合、図１３（Ａ）のような状態となっているため、Ｙ座標情報は真のＹ座標情
報に比べてΔＹだけずれていることになる。このとき、撮像装置（及び撮像装置を搭載し
たプロジェクター）の設置位置と方向から、対象面２０と撮像装置の光軸方向Ｄ１（ここ
ではＰＲの投射方向とほぼ一致するものとするが、これに限定されるものではない）との
なす角度θは既知である。よって図よりΔＹの値は下式（３）により求めることができる
。

ΔＹ＝ΔＺ／ｔａｎθ （３）
よって、撮像画像から得られたＹ座標情報を上式（３）のΔＹだけ補正した値が、真の
Ｙ座標情報となる。なお、この場合Ｘ座標情報についての補正は必要ない。今回の座標設
定においては、対象物ＯＢが対象面２０から浮いていようが触れていようが、Ｘ軸方向で
の位置に変化はないからである。もちろん座標系の設定によってはＸ座標情報について補
正の必要が生じる場合があることは言うまでもない。

２．４．２ 座標変換
次に、撮像画像により得られたＸ座標情報、Ｙ座標情報について、座標変換を行う。本
実施形態の手法を用いることで図５（Ａ）に示したような大幅な歪みは生じないものの、
図１０のＢ３に示したように歪曲収差等の影響による歪みは残りうる。また、必ずしもレ
ンズ部ＬＥ、撮像素子ＩＭは対象面２０に平行である必要はなく、図１４のψに示した角
度が１５°程度の大きさを持っていても十分実用に耐えうる。以上のような理由で生じる
歪みを座標変換により補正することを目的とする。なお、図１４では図面の都合上ψは１
５°に比べて大きい角度となっているが、本実施形態で想定しているψの大きさは上述し
たように１５°程度の大きさである。

上述してきた撮像部に対して設定される座標系でのＸ座標情報及びＹ座標情報は、あく
まで、撮像画像上での座標情報であって、画像の歪みの分、実空間における座標情報とは
一致しない。そのため、座標変換（射影変換）を行うことにより、歪みを解消し、実空間
における適切な座標情報を求める必要がある。なお、撮像部５００に対して設定される座
標系及び対象面２０に対して設定される座標系を図１５に示す。

一般的な座標変換である射影変換の式を下式（４）に示す。下式（４）において、ｘ’
、ｙ’が変換後の座標を表し、ｘ、ｙが変換前の座標を表すものとする。各ｈは任意の係
数である。

射影変換を施した例を図１６に示す。射影変換を行うことで、任意の四角形を別の任意
の四角形に移すことが可能となる。つまり、図１６に示したように、歪んだ撮像画像を歪
みのない状態に戻すことができる。この際、係数ｈについては、キャリブレーション等に
より求めてもよい。つまり、対象面上の任意の点と、撮像画像上における対応する点との
位置関係を求めることにより、射影変換の係数を設定することができる。

このようにして求めた、座標変換後のＸ座標情報、Ｙ座標情報及び、上述したＺ座標情
報（ΔＺ）が本実施形態の手法により求められる最終座標情報となる。

以上の本実施形態では、図１に示したように、位置検出システム４００は、撮像部５０
０と、撮像部５００からの撮像画像に基づいて、対象面２０に設定された検出エリアでの
対象物ＯＢの座標情報を求める座標演算部４３０とを含む。そして、撮像部５００は、レ
ンズ部ＬＥを有する光学系と、撮像素子ＩＭとを含む。そして、撮像部５００から対象面
２０の中央部へ向かう方向を第１の方向（図６（Ａ）のＤ１）とし、レンズ部ＬＥの光軸
方向を第２の方向（図６（Ａ）のＤ２）とする。その場合に、第１の方向Ｄ１と対象面２
０のなす角度をα１、第２の方向Ｄ２と対象面２０のなす角度をα２とすると、α１とα
２は、α１＜α２の関係を満たす。

ここで、角度α１及び角度α２は以下のように定義する。対象面２０の中央部をＣＥと
したとき、ＣＥから撮像部５００へと向かうベクトルをＶ１とし、対象面２０に沿った平
面に含まれ且つＣＥからレンズ部ＬＥの位置する側へ向かうベクトルをＶ３としたときに
、Ｖ１とＶ３のなす角度がα１である。なお、Ｖ３は鉛直方向のベクトルであり、図６（
Ａ）のように対象面２０に対して撮像部５００が上方にある場合には、重力方向を表すベ
クトルの逆ベクトルであるといってもよい。また、レンズ部ＬＥの光軸方向Ｄ２の逆ベク
トル（対象面２０或いはその延長線上からレンズ部ＬＥへ向かう方向）をＶ２としたとき
に、Ｖ２とＶ３のなす角度がα２である。なお、図６（Ａ）では、第２の方向Ｄ２と対象
面２０とが直交しているがこれに限定されるものではない。図６（Ｂ）のように、第２の
方向Ｄ２と対象面２０とは直交しなくてもよい。また、上述したＶ１、Ｖ２、Ｖ３を図示
したものが図６（Ｂ）である。

これにより、対象面２０を斜め上方から撮像する場合において、図４のようにＤ１とＤ
２が一致する（或いは角度が小さい）場合に比べて、対象面２０とレンズ部ＬＥとが平行
に近い配置になる。そのため、撮像画像における対象面２０の形状の歪みを図４のように
配置された場合に比べて小さくすることが可能になる。よって、画像情報が狭い範囲に圧
縮されてしまうという問題を抑止することができ、位置検出の精度を向上させることがで
きる。

また、レンズ部ＬＥの光軸方向をＺ軸とし、Ｚ軸に直交する方向をＹ軸として、対象面
２０が位置する方向をＹ軸の正方向とした場合に、撮像素子ＩＭはＹ軸の負方向に位置す
る。

ここで、Ｚ軸、Ｙ軸（及びＸ軸）は図１５に示すような座標系となる。対象面２０がＹ
軸正方向に位置するとは、例えば、対象面２０の中央部（例えば図６（Ａ）のＣＥ等）の
位置の当該座標系におけるＹ座標の値が、正の値をとるということである。同様に、撮像
素子ＩＭがＹ軸負方向に位置するとは、例えば、撮像素子ＩＭの中央部の位置の当該座標
系におけるＹ座標の値が、負の値をとると言うことである。或いは、対象面２０、撮像素
子ＩＭの端部の位置のＹ座標の値に基づいて正と負のどちらに位置するかを判定してもよ
い。

これにより、図６（Ａ）に示したように、レンズ部ＬＥの光軸方向を境に、対象面２０
と撮像素子ＩＭとが逆側に配置されることになる。よって、図９に示したように、レンズ
部ＬＥのイメージサークルのうち、対象物ＯＢ（或いは対象面２０）の像が結像される位
置に適切に撮像素子ＩＭを配置することが可能になる。

また、角度α１と角度α２はα１＜α２≦９０°を満たす角度であってもよい。特にα
２は９０°であってもよい。この場合、Ｄ２は対象面２０に直交する方向となる。

これにより、対象面２０に対するレンズ部ＬＥ及び撮像素子ＩＭの角度を適切に設定す
ることが可能になる。上述してきたように、対象面２０と、レンズ部ＬＥ及び撮像素子Ｉ
Ｍとは平行になることが望ましい。Ｄ２が対象面２０に直交する場合が、レンズ部ＬＥ及
び撮像素子ＩＭと対象面２０とが平行になる場合に相当する。しかし、実際には図１４に
示したように対象面２０と、レンズ部ＬＥ及び撮像素子ＩＭとがある程度の角度ψを持っ
ていても実用上問題がない。ψは例えば、０°＜ψ＜１５°程度の値となる。

また、座標演算部４３０は、座標情報として、検出エリアに設定された座標系における
Ｘ座標情報及びＹ座標情報を求める。

ここで、Ｘ軸、Ｙ軸（及びＺ軸）は、対象面上の検出エリアに対して設定される座標系
の軸である。処理過程で用いる撮像部５００に対して設定される座標系（カメラ座標系）
とは異なるため注意が必要である。Ｘ軸、Ｙ軸は図１５に示したような方向とする。つま
り、Ｘ軸及びＹ軸により規定されるＸＹ平面は対象面２０を含む平面であり、かつ、鉛直
方向の正方向（重力方向）がＹ軸正方向に対応する。また、Ｙ軸に直交し、図１５におい
て手前方向をＸ軸正方向とし、ＸＹ平面に垂直で、かつ、対象面２０の裏側から表側の方
向をＺ軸正方向とする。ただし、ＸＹＺ軸の方向はこれに限定されるものではない。

これにより、検出エリアに対して設定された座標系において、Ｘ座標情報及びＹ座標情
報を求めることが可能になる。よって、対象面２０に表示された画像のどの部分をポイン
ティングしているのか等の情報を取得することができる。

また、座標演算部４３０は、撮像画像の情報から得られるカメラ座標系での奥行き特定
情報に基づいて、検出エリアでの座標系におけるＺ座標情報を求める。

これにより、検出エリアに対して設定された座標系において、Ｚ座標情報を求めること
が可能になる。よって、対象面２０に表示された画像のどの部分をポインティングしてい
るかにとどまらず、図１３（Ｂ）のように当該ポインティング対象に触れているのか（対
象面２０に触れているか）、図１３（Ａ）のように浮いた状態なのか等の判定を行うこと
ができる。

また、図２に示したように撮像部５００は複数のカメラ（撮像部５００−１及び５００
−２）を有し、座標演算部４３０は、複数のカメラから取得された複数の撮像画像の視差
情報に基づいて得られた奥行き特定情報により、検出エリアでのＺ座標情報を求めてもよ
い。

ここで、視差とは、２観測地点での位置の違いにより対象点が見える方向が異なること
を意味する。つまり、異なる位置に設けられた２つのカメラにより得られる２つの撮像画
像においては、対象物ＯＢの位置がずれることになり、ここでは視差情報とは当該画像の
ずれを表すものとする。

これにより、複数のカメラを用いて取得した複数の撮像画像の視差情報に基づいて、検
出エリアに設定された座標系でのＺ座標情報を求めることが可能になる。具体的には図３
（Ａ）、図３（Ｂ）及び式（２）を用いて上述したように、対象物ＯＢの位置のずれδか
ら検出エリアでの座標系におけるＺ座標（ΔＺ）を求めることができる。なお、δから直
接求められるのは、カメラ座標系におけるＺ座標であるが、カメラ座標系から検出エリア
での座標系へのＺ座標の値の変換は容易であり、そのための値も上式（２）の係数Ａに含
まれているものとする。

また、撮像部５００はデプスカメラを有し、座標演算部４３０は、デプスカメラにより
得られた奥行き特定情報に基づいて検出エリアでの座標系におけるＺ座標を求めてもよい
。

ここで、デプスカメラとは、例えばＴｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ方式等を用いたカメ
ラが考えられる。これは、赤外光のパスル波或いはサインカーブ波を被写体に照射し、反
射光の位相差を検出することで奥行き特定情報を取得するものである。

これにより、上述した複数のカメラを用いた場合と同様に、奥行き特定情報を取得でき
、検出エリアでの座標系におけるＺ座標情報を求めることが可能になる。

また、座標演算部４３０は、カメラ座標系での奥行き特定情報に基づいて、検出エリア
での座標系におけるＸ座標情報及びＹ座標情報の少なくとも一方の補正処理を行ってもよ
い。

これにより、カメラ座標系での奥行き特定情報に基づいて、検出エリアでの座標系にお
けるＸ座標情報及びＹ座標情報の少なくとも一方の補正処理を行うことが可能になる。図
１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に示したように対象物ＯＢが対象面２０に接しているか浮いて
いるかにより、処理が異なる。図１３（Ａ）のように対象物ＯＢが対象面２０から浮いて
いる場合には、撮像画像から得られるＸＹ座標（Ａ１）に比べて、実際のＸＹ座標（Ａ２
）はΔＹだけずれることになる。そのため、Ｚ＞０の場合には、このΔＹだけＹ座標を補
正する必要が生じる。それに対し、Ｚ＝０の場合には、ずれが生じないため補正も必要な
い。なお、上述したカメラ座標系から検出エリア座標系への座標変換処理は補正処理後に
行われるものとするが、これに限定されるものではない。

また、図１に示したように、位置検出システム４００は、レンズ部ＬＥの光軸方向を可
変に調節する調節部６００を含んでもよい。

これにより、レンズ部ＬＥの光軸方向をユーザーが調節することが可能になる。上述し
たように投写型表示装置ＰＲ等に撮像装置が搭載される例では、投写型表示装置ＰＲがス
クリーンに対してどのような位置、方向に設置されるかによって、レンズ部ＬＥの光軸方
向を変更する必要が生じる。その際、調整部６００を設けておけば、設置の状況に合わせ
て適切にレンズ部ＬＥの光軸方向を設定することができ、柔軟にシステムを運用すること
が可能になる。

また、本実施形態は、上述してきた位置検出システム４００を含む投写型表示装置ＰＲ
である表示システムに関係する。

これにより、上述してきたような投写型表示装置ＰＲを表示装置として用いるような表
示システムを実現することが可能になる。

また、第２の方向Ｄ２は、投写型表示装置ＰＲの投影方向に対して角度β（β＞０°）
をなす。

これにより、図６（Ａ）に示したように、投写型表示装置ＰＲの投射方向からずれた角
度にレンズ部ＬＥの光軸方向を設定することが可能になる。投写型表示装置ＰＲの投射方
向とは、上述した第１の方向Ｄ１（撮像部５００から対象面２０の中央部ＣＥへと向かう
方向）に対応する方向である。

また、本実施形態は、上述してきた位置検出システムと、位置検出システムからの検出
情報に基づいて処理を行う情報処理装置と、情報処理装置からの画像データに基づいて画
像の表示を行う表示装置とを含む情報処理システムに関係する。

図１７に、本実施形態の情報処理システムの構成例を示す。図１７の構成例は、光学式
位置検出装置１００、情報処理装置３０及び表示装置１０を含む。情報処理装置３０は、
例えばパーソナルコンピューター（ＰＣ）などであって、光学式位置検出装置１００から
の検出情報に基づいて処理を行う。光学式位置検出装置１００と情報処理装置３０とは、
ＵＳＢケーブルＵＳＢＣを介して電気的に接続される。表示装置１０は、例えば投射型表
示装置（プロジェクター）などであって、情報処理装置３０からの画像データに基づいて
、表示部（スクリーン）２０に画像を表示する。ユーザーは、表示部２０に表示された画
像を参照しながら、表示画像のアイコン等をポインティングすることで、情報処理装置３
０に対して必要な情報を入力することができる。

なお、図１７では、光学式位置検出装置１００が表示部２０に取り付けられているが、
他の場所に取り付けることもできる。例えば、光学式位置検出装置１００を表示装置１０
に取り付けてもよいし、天井や壁などに取り付けてもよい。また、表示装置１０としては
、投射型表示装置（プロジェクター）に限定されるものではなく、例えばデジタルサイネ
ージ用表示装置であってもよい。

これにより、投写型表示装置ＰＲ（プロジェクター）により画像を対象面２０に投射し
た上で、投射した画像とユーザーの用いる対象物ＯＢ（オブジェクト）の連携によるユー
ザインターフェースを実現することが可能になる。その際、位置検出システムによる検出
情報の処理及び表示装置に表示する表示画像（画像データ）の処理や制御等を情報処理装
置により行うことができる。

３．光学式位置検出装置の構成例
図１８に、本実施形態の光学式位置検出装置１００を用いた光学式検出システムの基本
的な構成例を示す。図１８の光学式位置検出装置１００は、検出部２００、処理部３００
、照射部ＥＵ及び受光部ＲＵを含む。なお、本実施形態の光学式検出システムは図１８の
構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他
の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

なお、光学式検出システムは、上述したように検出部２００や処理部３００を含む光学
式位置検出装置１００として実現される形態には限定されない。情報処理装置（例えばＰ
Ｃ等）により、検出部２００や処理部３００の機能が実現され、照射部ＥＵ及び受光部Ｒ
Ｕと、上記情報処理装置とが連動して動作することにより、光学式検出システムが実現さ
れてもよい。

検出部２００は、照射光ＬＴが対象物ＯＢにより反射することによる反射光ＬＲの受光
結果に基づいて、対象物ＯＢの対象物情報（例えば、座標情報や反射率情報）を検出する
。具体的には例えば、検出部２００は、対象物ＯＢが検出されるエリアである検出エリア
ＲＤＥＴがＸ−Ｙ平面に沿ったエリアである場合に、少なくとも検出エリアＲＤＥＴに存
在する対象物ＯＢのＸ座標情報及びＹ座標情報を検出する。なお、検出部２００による座
標情報の検出手法については、後述する。また、具体的には対象物ＯＢの反射率に関する
情報である反射率情報を検出する。

検出エリアＲＤＥＴとは、対象物ＯＢが検出されるエリア（領域）であって、具体的に
は、例えば照射光ＬＴが対象物ＯＢに反射されることによる反射光ＬＲを、受光部ＲＵが
受光して、対象物ＯＢを検出することができるエリアである。より具体的には、受光部Ｒ
Ｕが反射光ＬＲを受光して対象物ＯＢを検出することが可能であって、かつ、その検出精
度について、許容できる範囲の精度が確保できるエリアである。

処理部３００は、検出部２００が検出した対象物情報に基づいて種々の処理を行う。

照射部ＥＵは、検出エリアＲＤＥＴに対して照射光ＬＴを出射する。後述するように、
照射部ＥＵは、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子から成る光源部を含み、光源部が
発光することで、例えば赤外光（可視光領域に近い近赤外線）を出射する。

受光部ＲＵは、照射光ＬＴが対象物ＯＢにより反射することによる反射光ＬＲを受光す
る。受光部ＲＵは、複数の受光ユニットＰＤを含んでもよい。受光ユニットＰＤは、例え
ばフォトダイオードやフォトトランジスターなどを用いることができる。

図１９に、本実施形態の受光部ＲＵの具体的な構成例を示す。図１９の構成例では、受
光部ＲＵは受光ユニットＰＤを含む。受光ユニットＰＤは、入射光が入射する角度（Ｙ−
Ｚ平面上の角度）を制限するためのスリット等（入射光制限部）が設けられ、検出エリア
ＲＤＥＴに存在する対象物ＯＢからの反射光ＬＲを受光する。検出部２００は、受光ユニ
ットＰＤの受光結果に基づいて、Ｘ座標情報及びＹ座標情報を検出する。なお、照射部Ｅ
Ｕは、検出エリアＲＤＥＴに対して照射光ＬＴを出射する。また検出エリアＲＤＥＴは、
Ｘ−Ｙ平面に沿ったエリアである。なお、図１９の構成例は１つの受光ユニットで構成さ
れるが、２つ以上の受光ユニットを含む構成としてもよい。

図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）に、スリットＳＬＴ（入射光制限部）を有する受光ユニッ
トＰＤの構成例を示す。図２０（Ａ）に示すように、受光素子ＰＨＤの前面にスリットＳ
ＬＴを設けて、入射する入射光を制限する。スリットＳＬＴはＸ−Ｙ平面に沿って設けら
れ、入射光が入射するＺ方向の角度を制限することができる。すなわち受光ユニットＰＤ
は、スリットＳＬＴのスリット幅で規定される所定の角度で入射する入射光を受光するこ
とができる。

図２０（Ｂ）は、スリットＳＬＴを有する受光ユニットの上から見た平面図である。例
えばアルミニウム等の筐体（ケース）内に配線基板ＰＷＢが設けられ、この配線基板ＰＷ
Ｂ上に受光素子ＰＨＤが実装される。

図２１に、本実施形態の照射部ＥＵの詳細な構成例を示す。図２１の構成例の照射部Ｅ
Ｕは、光源部ＬＳ１、ＬＳ２と、ライトガイドＬＧと、照射方向設定部ＬＥを含む。また
反射シートＲＳを含む。そして照射方向設定部ＬＥは光学シートＰＳ及びルーバーフィル
ムＬＦを含む。なお、本実施形態の照射部ＥＵは、図２１の構成に限定されず、その構成
要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの
種々の変形実施が可能である。

光源部ＬＳ１、ＬＳ２は、光源光を出射するものであり、ＬＥＤ（発光ダイオード）等
の発光素子を有する。この光源部ＬＳ１、ＬＳ２は例えば赤外光（可視光領域に近い近赤
外線）の光源光を放出する。即ち、光源部ＬＳ１、ＬＳ２が発光する光源光は、ユーザー
の指やタッチペン等の対象物により効率的に反射される波長帯域の光や、外乱光となる環
境光にあまり含まれない波長帯域の光であることが望ましい。具体的には、人体の表面で
の反射率が高い波長帯域の光である８５０ｎｍ付近の波長の赤外光や、環境光にあまり含
まれない波長帯域の光である９５０ｎｍ付近の赤外光などである。

光源部ＬＳ１は、図２１のＦ１に示すようライトガイドＬＧの一端側に設けられる。ま
た第２の光源部ＬＳ２は、Ｆ２に示すようにライトガイドＬＧの他端側に設けられる。そ
して光源部ＬＳ１が、ライトガイドＬＧの一端側（Ｆ１）の光入射面に対して光源光を出
射することで、照射光ＬＴ１を出射し、第１の照射光強度分布ＬＩＤ１を対象物の検出エ
リアに形成（設定）する。一方、光源部ＬＳ２が、ライトガイドＬＧの他端側（Ｆ２）の
光入射面に対して第２の光源光を出射することで、第２の照射光ＬＴ２を出射し、第１の
照射光強度分布ＬＩＤ１とは強度分布が異なる第２の照射光強度分布ＬＩＤ２を検出エリ
アに形成する。このように照射部ＥＵは、検出エリアＲＤＥＴでの位置に応じて強度分布
が異なる照射光を出射することができる。

ライトガイドＬＧ（導光部材）は、光源部ＬＳ１、ＬＳ２が発光した光源光を導光する
ものである。例えばライトガイドＬＧは、光源部ＬＳ１、ＬＳ２からの光源光を曲線状の
導光経路に沿って導光し、その形状は曲線形状になっている。具体的には図２１ではライ
トガイドＬＧは円弧形状になっている。なお図２１ではライトガイドＬＧはその中心角が
１８０度の円弧形状になっているが、中心角が１８０度よりも小さい円弧形状であっても
よい。ライトガイドＬＧは、例えばアクリル樹脂やポリカーボネートなどの透明な樹脂部
材等により形成される。

ライトガイドＬＧの外周側及び内周側の少なくとも一方には、ライトガイドＬＧからの
光源光の出光効率を調整するための加工が施されている。加工手法としては、例えば反射
ドットを印刷するシルク印刷方式や、スタンパーやインジェクションで凹凸を付ける成型
方式や、溝加工方式などの種々の手法を採用できる。

プリズムシートＰＳとルーバーフィルムＬＦにより実現される照射方向設定部ＬＥは、
ライトガイドＬＧの外周側に設けられ、ライトガイドＬＧの外周側（外周面）から出射さ
れる光源光を受ける。そして曲線形状（円弧形状）のライトガイドＬＧの内周側から外周
側へと向かう方向に照射方向が設定された照射光ＬＴ１、ＬＴ２を出射する。即ち、ライ
トガイドＬＧの外周側から出射される光源光の方向を、ライトガイドＬＧの例えば法線方
向（半径方向）に沿った照射方向に設定（規制）する。これにより、ライトガイドＬＧの
内周側から外周側に向かう方向に、照射光ＬＴ１、ＬＴ２が放射状に出射されるようにな
る。

このような照射光ＬＴ１、ＬＴ２の照射方向の設定は、照射方向設定部ＬＥのプリズム
シートＰＳやルーバーフィルムＬＦなどにより実現される。例えばプリズムシートＰＳは
、ライトガイドＬＧの外周側から低視角で出射される光源光の方向を、法線方向側に立ち
上げて、出光特性のピークが法線方向になるように設定する。またルーバーフィルムＬＦ
は、法線方向以外の方向の光（低視角光）を遮光（カット）する。

このように本実施形態の照射部ＥＵによれば、ライトガイドＬＧの両端に光源部ＬＳ１
、ＬＳ２を設け、これらの光源部ＬＳ１、ＬＳ２を交互に点灯させることで、２つの照射
光強度分布を形成することができる。すなわちライトガイドＬＧの一端側の強度が高くな
る照射光強度分布ＬＩＤ１と、ライトガイドＬＧの他端側の強度が高くなる照射光強度分
布ＬＩＤ２を交互に形成することができる。

このような照射光強度分布ＬＩＤ１、ＬＩＤ２を形成し、これらの強度分布の照射光に
よる対象物の反射光を受光することで、環境光などの外乱光の影響を最小限に抑えた、よ
り精度の高い対象物の検出が可能になる。即ち、外乱光に含まれる赤外成分を相殺するこ
とが可能になり、この赤外成分が対象物の検出に及ぼす悪影響を最小限に抑えることが可
能になる。

４．光学式位置検出装置による座標検出手法
図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）は、本実施形態の光学式位置検出装置１００による座標情
報検出の手法を説明する図である。

図２２（Ａ）のＥ１は、図２１の照射光強度分布ＬＩＤ１において、照射光ＬＴ１の照
射方向の角度と、その角度での照射光ＬＴ１の強度との関係を示す図である。図２２（Ａ
）のＥ１では、照射方向が図２２（Ｂ）のＤＤ１の方向（左方向）である場合に強度が最
も高くなる。一方、ＤＤ３の方向（右方向）である場合に強度が最も低くなり、ＤＤ２の
方向ではその中間の強度になる。具体的には方向ＤＤ１から方向ＤＤ３への角度変化に対
して照射光の強度は単調減少しており、例えばリニア（直線的）に変化している。なお図
２２（Ｂ）では、ライトガイドＬＧの円弧形状の中心位置が、照射部ＥＵの配置位置ＰＥ
になっている。

また図２２（Ａ）のＥ２は、図２１の照射光強度分布ＬＩＤ２において、照射光ＬＴ２
の照射方向の角度と、その角度での照射光ＬＴ２の強度との関係を示す図である。図２２
（Ａ）のＥ２では、照射方向が図２２（Ｂ）のＤＤ３の方向である場合に強度が最も高く
なる。一方、ＤＤ１の方向である場合に強度が最も低くなり、ＤＤ２の方向ではその中間
の強度になる。具体的には方向ＤＤ３から方向ＤＤ１への角度変化に対して照射光の強度
は単調減少しており、例えばリニアに変化している。なお図２２（Ａ）では照射方向の角
度と強度の関係はリニアな関係になっているが、本実施形態はこれに限定されず、例えば
双曲線の関係等であってもよい。

そして図２２（Ｂ）に示すように、角度φの方向ＤＤＢに対象物ＯＢが存在したとする
。すると、光源部ＬＳ１が発光することで照射光強度分布ＬＩＤ１を形成した場合（Ｅ１
の場合）には、図２２（Ａ）に示すように、ＤＤＢ（角度φ）の方向に存在する対象物Ｏ
Ｂの位置での強度はＩＮＴａになる。一方、光源部ＬＳ２が発光することで照射光強度分
布ＬＩＤ２を形成した場合（Ｅ２の場合）には、ＤＤＢの方向に存在する対象物ＯＢの位
置での強度はＩＮＴｂになる。

従って、これらの強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めることで、対象物ＯＢの位置す
る方向ＤＤＢ（角度φ）を特定できる。そして例えば後述する図２３（Ａ）、図２３（Ｂ
）の手法により光学式位置検出装置の配置位置ＰＥからの対象物ＯＢの距離を求めれば、
求められた距離と方向ＤＤＢとに基づいて対象物ＯＢの位置を特定できる。或いは、後述
する図２４に示すように、照射部ＥＵとして２個の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２を設け、
ＥＵ１、ＥＵ２の各照射ユニットに対する対象物ＯＢの方向ＤＤＢ１（φ１）、ＤＤＢ２
（φ２）を求めれば、これらの方向ＤＤＢ１、ＤＤＢ２と照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２間
の距離ＤＳとにより、対象物ＯＢの位置を特定できる。

このような強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めるために、本実施形態では、受光部Ｒ
Ｕが、照射光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の対象物ＯＢの反射光（第１の反射光）を受
光する。この時の反射光の検出受光量をＧａとした場合に、このＧａが強度ＩＮＴａに対
応するようになる。また受光部ＲＵが、照射光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の対象物Ｏ
Ｂの反射光（第２の反射光）を受光する。この時の反射光の検出受光量をＧｂとした場合
に、このＧｂが強度ＩＮＴｂに対応するようになる。従って、検出受光量ＧａとＧｂの関
係が求まれば、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係が求まり、対象物ＯＢの位置する方向ＤＤ
Ｂを求めることができる。

例えば光源部ＬＳ１の制御量（例えば電流量）、変換係数、放出光量を、各々、Ｉａ、
ｋ、Ｅａとする。また光源部ＬＳ２の制御量（電流量）、変換係数、放出光量を、各々、
Ｉｂ、ｋ、Ｅｂとする。すると下式（５）、（６）が成立する。

Ｅａ＝ｋ・Ｉａ （５）
Ｅｂ＝ｋ・Ｉｂ （６）
また光源部ＬＳ１からの光源光（第１の光源光）の減衰係数をｆａとし、この光源光に
対応する反射光（第１の反射光）の検出受光量をＧａとする。また光源部ＬＳ２からの光
源光（第２の光源光）の減衰係数をｆｂとし、この光源光に対応する反射光（第２の反射
光）の検出受光量をＧｂとする。すると下式（７）、（８）が成立する。

Ｇａ＝ｆａ・Ｅａ＝ｆａ・ｋ・Ｉａ （７）
Ｇｂ＝ｆｂ・Ｅｂ＝ｆｂ・ｋ・Ｉｂ （８）
従って、検出受光量Ｇａ、Ｇｂの比は下式（９）のように表せる。

Ｇａ／Ｇｂ＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ） （９）
ここでＧａ／Ｇｂは、受光部ＲＵでの受光結果から特定することができ、Ｉａ／Ｉｂは
、照射部ＥＵの制御量から特定することができる。そして図２２（Ａ）の強度ＩＮＴａ、
ＩＮＴｂと減衰係数ｆａ、ｆｂとは一意の関係にある。例えば減衰係数ｆａ、ｆｂが小さ
な値となり、減衰量が大きい場合は、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂが小さいことを意味する。
一方、減衰係数ｆａ、ｆｂが大きな値となり、減衰量が小さい場合は、強度ＩＮＴａ、Ｉ
ＮＴｂが大きいことを意味する。従って、上式（９）から減衰率の比ｆａ／ｆｂを求める
ことで、対象物の方向、位置等を求めることが可能になる。

より具体的には、一方の制御量ＩａをＩｍに固定し、検出受光量の比Ｇａ／Ｇｂが１に
なるように、他方の制御量Ｉｂを制御する。例えば光源部ＬＳ１、ＬＳ２を逆相で交互に
点灯させる制御を行い、検出受光量の波形を解析し、検出波形が観測されなくなるように
（Ｇａ／Ｇｂ＝１になるように）、他方の制御量Ｉｂを制御する。そして、この時の他方
の制御量Ｉｂ＝Ｉｍ・（ｆａ／ｆｂ）から、減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求めて、対象物の
方向、位置等を求める。

また下式（１０）、（１１）のように、Ｇａ／Ｇｂ＝１になると共に制御量ＩａとＩｂ
の和が一定になるように制御してもよい。

Ｇａ／Ｇｂ＝１ （１０）
Ｉｍ＝Ｉａ＋Ｉｂ （１１）
上式（１０）、（１１）を上式（９）に代入すると下式（１２）が成立する。

Ｇａ／Ｇｂ＝１＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ）
＝（ｆａ／ｆｂ）・{（Ｉｍ−Ｉｂ）／Ｉｂ} （１２）
上式（１２）より、Ｉｂは下式（１３）のように表される。

Ｉｂ＝{ｆａ／（ｆａ＋ｆｂ）}・Ｉｍ （１３）
ここでα＝ｆａ／（ｆａ＋ｆｂ）とおくと、上式（１３）は下式（１４）のように表さ
れ、減衰係数の比ｆａ／ｆｂは、αを用いて下式（１５）のように表される。

Ｉｂ＝α・Ｉｍ （１４）
ｆａ／ｆｂ＝α／（１−α） （１５）
従って、Ｇａ／Ｇｂ＝１になると共にＩａとＩｂの和が一定値Ｉｍになるように制御す
れば、そのときのＩｂ、Ｉｍから上式（１４）によりαを求め、求められたαを上式（１
５）に代入することで、減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求めることができる。これにより、対
象物の方向、位置等を求めることが可能になる。そしてＧａ／Ｇｂ＝１になると共にＩａ
とＩｂの和が一定になるように制御することで、外乱光の影響等を相殺することが可能に
なり、検出精度の向上を図れる。

次に本実施形態の光学式検出システムを用いて対象物の座標情報を検出する手法の一例
について説明する。図２３（Ａ）は、光源部ＬＳ１、ＬＳ２の発光制御についての信号波
形例である。信号ＳＬＳ１は、光源部ＬＳ１の発光制御信号であり、信号ＳＬＳ２は、光
源部ＬＳ２の発光制御信号であり、これらの信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２は逆相の信号になっ
ている。また信号ＳＲＣは受光信号である。

例えば光源部ＬＳ１は、信号ＳＬＳ１がＨレベルの場合に点灯（発光）し、Ｌレベルの
場合に消灯する。また光源部ＬＳ２は、信号ＳＬＳ２がＨレベルの場合に点灯（発光）し
、Ｌレベルの場合に消灯する。従って図２３（Ａ）の第１の期間Ｔ１では、光源部ＬＳ１
と光源部ＬＳ２が交互に点灯するようになる。即ち光源部ＬＳ１が点灯している期間では
、光源部ＬＳ２は消灯する。これにより図２１に示すような照射光強度分布ＬＩＤ１が形
成される。一方、光源部ＬＳ２が点灯している期間では、光源部ＬＳ１は消灯する。これ
により図２１に示すような照射光強度分布ＬＩＤ２が形成される。

このように検出部２００は、第１の期間Ｔ１において、光源部ＬＳ１と光源部ＬＳ２を
交互に発光（点灯）させる制御を行う。そしてこの第１の期間Ｔ１において、光学式位置
検出装置（照射部）から見た対象物の位置する方向が検出される。具体的には、例えば上
述した式（１０）、（１１）のようにＧａ／Ｇｂ＝１になると共に制御量ＩａとＩｂの和
が一定になるような発光制御を、第１の期間Ｔ１において行う。そして図２２（Ｂ）に示
すように対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求める。例えば上式（１４）、（１５）から
減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求め、図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）で説明した手法により対象
物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求める。

そして第１の期間Ｔ１に続く第２の期間Ｔ２では、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて
対象物ＯＢまでの距離（方向ＤＤＢに沿った方向での距離）を検出する。そして、検出さ
れた距離と、対象物ＯＢの方向ＤＤＢとに基づいて、対象物の位置を検出する。即ち図２
２（Ｂ）において、光学式位置検出装置の配置位置ＰＥから対象物ＯＢまでの距離と、対
象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求めれば、対象物ＯＢのＸ、Ｙ座標位置を特定できる。
このように、光源の点灯タイミングと受光タイミングの時間のずれから距離を求め、これ
と角度結果を併せることで、対象物ＯＢの位置を特定できる。

具体的には図２３（Ａ）では、発光制御信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２による光源部ＬＳ１、
ＬＳ２の発光タイミングから、受光信号ＳＲＣがアクティブになるタイミング（反射光を
受光したタイミング）までの時間Δｔを検出する。即ち、光源部ＬＳ１、ＬＳ２からの光
が対象物ＯＢに反射されて受光部ＲＵで受光されるまでの時間Δｔを検出する。この時間
Δｔを検出することで、光の速度は既知であるため、対象物ＯＢまでの距離を検出できる
。即ち、光の到達時間のずれ幅（時間）を測定し、光の速度から距離を求める。

なお、光の速度はかなり速いため、電気信号だけでは単純な差分を求めて時間Δｔを検
出することが難しいという問題もある。このような問題を解決するためには、図２３（Ｂ
）に示すように発光制御信号の変調を行うことが望ましい。ここで図２３（Ｂ）は、制御
信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２の振幅により光の強度（電流量）を模式的に表している模式的な
信号波形例である。

具体的には図２３（Ｂ）では、例えば公知の連続波変調のＴＯＦ（Time Of Flight）方
式で距離を検出する。この連続波変調ＴＯＦ方式では、一定周期の連続波で強度変調した
連続光を用いる。そして、強度変調された光を照射すると共に、反射光を、変調周期より
も短い時間間隔で複数回受光することで、反射光の波形を復調し、照射光と反射光との位
相差を求めることで、距離を検出する。なお図２３（Ｂ）において制御信号ＳＬＳ１、Ｓ
ＬＳ２のいずれか一方に対応する光のみを強度変調してもよい。また図２３（Ｂ）のよう
なクロック波形ではなく、連続的な三角波やＳｉｎ波で変調した波形であってもよい。ま
た、連続変調した光としてパルス光を用いるパルス変調のＴＯＦ方式で、距離を検出して
もよい。距離検出手法の詳細については例えば特開２００９−８５３７号などに開示され
ている。

図２４に、本実施形態の照射部ＥＵの変形例を示す。図２４では、照射部ＥＵとして第
１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２が設けられる。これらの第１、第２の照射ユニッ
トＥＵ１、ＥＵ２は、対象物ＯＢの検出エリアＲＤＥＴの面に沿った方向において所与の
距離ＤＳだけ離れて配置される。即ち図１８のＸ軸方向に沿って距離ＤＳだけ離れて配置
される。

第１の照射ユニットＥＵ１は、照射方向に応じて強度が異なる第１の照射光を放射状に
出射する。第２の照射ユニットＥＵ２は、照射方向に応じて強度が異なる第２の照射光を
放射状に出射する。受光部ＲＵは、第１の照射ユニットＥＵ１からの第１の照射光が対象
物ＯＢに反射されることによる第１の反射光と、第２の照射ユニットＥＵ２からの第２の
照射光が対象物ＯＢに反射されることによる第２の反射光を受光する。そして検出部２０
０は、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを検出する。

具体的には検出部２００は、第１の反射光の受光結果に基づいて、第１の照射ユニット
ＥＵ１に対する対象物ＯＢの方向を第１の方向ＤＤＢ１（角度φ１）として検出する。ま
た第２の反射光の受光結果に基づいて、第２の照射ユニットＥＵ２に対する対象物ＯＢの
方向を第２の方向ＤＤＢ２（角度φ２）として検出する。そして検出された第１の方向Ｄ
ＤＢ１（φ１）及び第２の方向ＤＤＢ２（φ２）と、第１、第２の照射ユニットＥＵ１、
ＥＵ２の間の距離ＤＳとに基づいて、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを求める。

図２４の変形例によれば、図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）のように光学式位置検出装置と
対象物ＯＢとの距離を求めなくても、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを検出できるようになる。

なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効
果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるで
あろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば
、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記
載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換え
ることができる。また撮像装置、光学式位置検出装置等の構成、動作も本実施形態で説明
したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

２０ 対象面、３０ 情報処理装置、１００ 光学式位置検出装置、２００ 検出部、
３００ 処理部、４００ 位置検出システム、４１０ 座標情報取得部、
４２０ 撮像画像取得部、４３０ 座標演算部、４３１ 奥行き特定情報取得部、
４３３ 補正部、４３５ 座標変換部、５００ 撮像部、６００ 調整部、
ＥＵ 照射部、ＬＥ 照射方向設定部、ＬＦ ルーバーフィルム、ＬＧ ライトガイド、
ＰＤ 受光ユニット、ＰＳ プリズムシート、ＰＳ 光学シート、ＲＳ 反射シート、
ＲＵ 受光部

Claims (13)

1. 撮像画像を撮像する撮像部と、
   前記撮像部からの前記撮像画像に基づいて、対象面に設定された検出エリアでの対象物
   の座標情報を求める座標演算部と、
   を含み、
   前記撮像部は、
   レンズ部を有する光学系と、撮像素子とを含み、
   前記撮像部から前記対象面の中央部へと向かう方向である第１の方向と前記対象面のな
   す角度α１とし、前記レンズ部の光軸方向である第２の方向と前記対象面のなす角度をα
   ２とした場合に、
   角度α１及び角度α２は、α１＜α２を満たすことを特徴とする位置検出システム。
2. 請求項１において、
   前記レンズ部の光軸方向をカメラ座標系のＺ軸とし、前記Ｚ軸に直交する軸をカメラ座
   標系のＹ軸として、対象面が位置する方向を前記Ｙ軸の正方向とした場合に、
   前記撮像素子は、
   前記Ｙ軸の負方向に位置することを特徴とする位置検出システム。
   
3. 請求項１又は２において、
   前記角度α２は、
   α１＜α２≦９０°を満たす角度であることを特徴とする位置検出システム。
4. 請求項３において、
   前記角度α２は、９０°であることを特徴とする位置検出システム。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記座標演算部は、
   前記座標情報として、前記検出エリアでのＸ座標情報及びＹ座標情報を求めることを特
   徴とする位置検出システム。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   前記座標演算部は、
   前記撮像画像の情報から得られるカメラ座標系での奥行き特定情報に基づいて、前記対
   象物の前記検出エリアでのＺ座標情報を求めることを特徴とする位置検出システム。
7. 請求項６において、
   前記撮像部は、
   複数のカメラを有し、
   前記座標演算部は、
   前記複数のカメラから取得された複数の撮像画像情報の視差情報に基づいて得られた奥
   行き特定情報により、前記検出エリアでの前記Ｚ座標を求めることを特徴とする位置検出
   システム。
8. 請求項６において、
   前記撮像部は、
   デプスカメラを有し、
   前記座標演算部は、
   前記デプスカメラにより得られた前記奥行き特定情報に基づいて、前記検出エリアでの
   前記Ｚ座標を求めることを特徴とする位置検出システム。
9. 請求項６乃至８のいずれかにおいて、
   前記座標演算部は、
   前記カメラ座標系での前記奥行き特定情報に基づいて、前記検出エリアでのＸ座標情報
   及びＹ座標情報の少なくとも一方の補正処理を行うことを特徴とする位置検出システム。
10. 請求項１乃至９のいずれかにおいて、
    前記レンズ部の光軸方向を可変に調節する調節部を含むことを特徴とする位置検出シス
    テム。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の位置検出システムを含む投写型表示装置であるこ
    とを特徴とする表示システム。
12. 請求項１１において、
    前記第２の方向は、
    前記投写型表示装置の投影方向に対して、角度β（β＞０°）をなすことを特徴とする
    表示システム。
13. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の位置検出システムと、
    前記位置検出システムからの検出情報に基づいて処理を行う情報処理装置と、
    前記情報処理装置からの画像データに基づいて画像の表示を行う表示装置と、
    を含むことを特徴する情報処理システム。