JP2013205885A - Display device - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To perform input to a screen displayed in a space.SOLUTION: A display device (1) comprises an image creating device (2) that creates an image (V), and an element surface (S) that is inclined to an image creation surface (2a) of the image creating device and on which light from an image is made incident. The display device further includes an imaging element (4) that forms an image (M) on a real image surface (J) that is plane symmetric to the image creation surface with respective to the element surface, an illumination unit that illuminates an illumination area including the real image surface, a camera (3) that photographs the illumination area, and a detection unit (6) that detects an indicator indicating the real image surface on the basis of the photographic image photographed by the camera.

Description

本発明は、表示装置に関する。   The present invention relates to a display device.

従来から、ヘッドアップディスプレイのような空間に表示された画面を指先で指示して入力操作を行わせる非接触の入力装置が提案されている(例えば、下記の特許文献1参照)。特許文献1では、赤外線を2次元方向に走査して、空間内に入れられた指示物に赤外線が照射されたことを赤外線センサーにより検知し、その空間上の位置を求めて、対応するディスプレイ面上の所定箇所を位置決めする入力装置が説明されている。   Conventionally, a non-contact input device has been proposed in which a screen displayed in a space such as a head-up display is designated with a fingertip to perform an input operation (for example, see Patent Document 1 below). In Patent Document 1, infrared light is scanned in a two-dimensional direction, an infrared sensor detects that the indicator placed in the space is irradiated with infrared light, and the position in the space is obtained, and the corresponding display surface An input device for positioning a predetermined location above is described.

また、プロジェクターで表示した画面の前で、指による非接触のタッチ位置入力装置を実現する技術も提案されている(例えば、下記の特許文献2参照)。特許文献2では、スクリーンに投射した画面を撮影し、プロジェクターの投影原画像とカメラからの撮影画像との差異によりタッチ位置を検出している。   A technique for realizing a non-contact touch position input device with a finger in front of a screen displayed by a projector has also been proposed (see, for example, Patent Document 2 below). In Patent Document 2, a screen projected on a screen is photographed, and a touch position is detected based on a difference between a projection original image of a projector and a photographed image from a camera.

特開平8−202480号公報JP-A-8-202480 特開2011−118533号公報JP 2011-118533 A

上述のような特許文献1の入力装置は、赤外線を走査するための走査ミラーや検出しながら追尾するための、複雑な機構や処理が必要である。また、特許文献2のタッチ入力装置は、原理的にスクリーンが存在しないとタッチ位置を検出することは不可能である。このように、従来の技術において、空間に表示された画面を用いて入力可能とするには、装置が大掛かりになること等の不都合がある。本発明は、上述のような事情に鑑みなされたものであり、空間に表示された画面に対する入力を良好に行うことが可能な表示装置を提供することを目的とする。   The input device of Patent Literature 1 as described above requires a complicated mechanism and processing for tracking while detecting a scanning mirror for scanning infrared rays. Further, the touch input device of Patent Document 2 cannot detect the touch position in principle unless a screen is present. As described above, in the conventional technique, in order to enable input using a screen displayed in a space, there is a disadvantage that the apparatus becomes large. The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a display device that can satisfactorily input a screen displayed in a space.

本発明の第1の態様の表示装置は、画像を生成する画像生成装置と、前記画像生成装置の画像生成面に対して傾斜しており前記画像からの光が入射する素子面を有し、前記素子面に関して前記画像生成面と面対称な実像面に像を結像する結像素子と、前記実像面を含む照明領域を照明する照明部と、前記照明領域を撮影するカメラと、前記カメラが撮影した撮影画像に基づいて、前記実像面を指示する指示体を検出する検出部と、を備える。   The display device according to the first aspect of the present invention includes an image generation device that generates an image, and an element surface that is inclined with respect to the image generation surface of the image generation device and on which light from the image is incident, An imaging element that forms an image on a real image plane that is plane-symmetric with the image generation plane with respect to the element plane, an illumination unit that illuminates an illumination area that includes the real image plane, a camera that captures the illumination area, and the camera And a detection unit that detects an indicator that indicates the real image plane based on the captured image.

第1の態様の表示装置は、結像素子によって結像した像付近を照明部で照明するとともにカメラで撮影するため、像に触れる指示体が照明されて撮影され、指示体を用いた入力を容易に検出することができる。   In the display device of the first aspect, the vicinity of the image formed by the imaging element is illuminated by the illumination unit and photographed by the camera, so that the indicator touching the image is illuminated and photographed, and input using the indicator is performed. It can be easily detected.

第1の態様の表示装置において、前記照明部は、第1の照明状態と第2の照明状態を有し、前記カメラの撮影画像を取得するタイミングと前記照明部の照明状態を関連付けるように、前記撮影画像を取得するタイミングと前記照明状態の一方又は双方を制御する制御部を備え、前記検出部は、前記第1の照明状態で前記カメラが撮影した撮影画像と、前記第2の照明状態で前記カメラが撮影した撮影画像とを比較して、前記指示体を検出してもよい。   In the display device according to the first aspect, the illumination unit has a first illumination state and a second illumination state, and associates the timing of acquiring a captured image of the camera with the illumination state of the illumination unit. A control unit that controls one or both of the timing of acquiring the captured image and the illumination state; and the detection unit captures the captured image captured by the camera in the first illumination state, and the second illumination state. The indicator may be detected by comparing with a captured image captured by the camera.

この表示装置は、照明状態を異ならせた撮影画像を比較するので、撮影画像に写っている指示体以外の背景などを除くことができ、指示体を精度よく検出できる。   Since this display device compares photographed images with different illumination states, the background other than the indicator in the photographed image can be removed, and the indicator can be accurately detected.

第1の態様の表示装置において、前記照明部は、前記素子面に対して前記画像生成面と同じ側に配置され、前記結像素子を介して前記照明領域を照明してもよい。   In the display device according to the first aspect, the illumination unit may be disposed on the same side as the image generation surface with respect to the element surface, and illuminate the illumination region via the imaging element.

この表示装置は、結像素子の集光作用を利用して照明することができ、装置構成をシンプルにすることができる。また、この表示装置は、照明部が素子面に対して像が形成される側と反対側に配置されているので、素子面に対して像が形成される側に配置される部材を減らすことができ、このような部材が像の表示の妨げ等になることが回避される。   This display device can illuminate by utilizing the light condensing action of the imaging element, and the device configuration can be simplified. Further, in this display device, since the illumination unit is disposed on the side opposite to the side on which the image is formed with respect to the element surface, the number of members disposed on the side on which the image is formed on the element surface is reduced. Therefore, it is avoided that such a member hinders image display.

第1の態様の表示装置において、前記照明部は、前記実像面に沿って照明光が伝播するように、設けられていてもよい。   In the display device according to the first aspect, the illumination unit may be provided so that illumination light propagates along the real image plane.

この表示装置は、照明光に照らされている指示体の位置を実像面上の位置と精度よく関連付けることができる。   This display device can accurately associate the position of the indicator illuminated by the illumination light with the position on the real image plane.

第1の態様の表示装置において、前記照明部は、所定方向に配列された複数の固体光源を備え、前記複数の固体光源から出射して前記所定方向を長手方向とするスポット状の照明光を射出し、前記実像面の法線方向において前記照明光の広がりが制限されるように、設けられていてもよい。   In the display device according to the first aspect, the illumination unit includes a plurality of solid light sources arranged in a predetermined direction, and emits spot-shaped illumination light that is emitted from the plurality of solid light sources and has the predetermined direction as a longitudinal direction. It may be provided so that the illumination light is limited in the normal direction of the real image plane.

この表示装置は、実像面の法線方向において照明光の広がりが制限されるので、照明光に照らされている指示体を精度よく検出できる。   In this display device, the spread of the illumination light is limited in the normal direction of the real image plane, so that the indicator illuminated by the illumination light can be accurately detected.

第1の態様の表示装置において、前記カメラの前記実像面上の撮影範囲は、前記結像素子が前記実像面上に前記像を結像可能な範囲の全域を含んでいてもよい。   In the display device according to the first aspect, the shooting range on the real image plane of the camera may include the entire range in which the imaging element can form the image on the real image plane.

この表示装置は、実像面上のいずれの位置に指示体が配置された場合でも指示体を検出できるので、多様な入力に対応可能である。   This display device can detect a pointer regardless of the position of the pointer on the real image plane, and thus can support various inputs.

第1の態様の表示装置は、前記画像生成装置、及び該画像生成装置と対になる前記カメラを含む処理部を複数備えており、前記結像素子は、第1方向を向いて互いに交差する第1組の反射面と、第2方向を向いて互いに交差する第2組の反射面とを含み、第1の前記処理部の前記画像生成装置は、前記画像生成面を前記第1組の反射面に向けて配置されており、第2の前記処理部の前記画像生成装置は、前記画像生成面を前記第2組の反射面に向けて配置されていてもよい。   The display device of the first aspect includes a plurality of processing units including the image generation device and the camera paired with the image generation device, and the imaging elements cross each other in the first direction. A first set of reflective surfaces, and a second set of reflective surfaces that cross each other in the second direction, and the image generation device of the first processing unit includes the first set of reflective surfaces as the first set of reflective surfaces. The image generation device of the second processing unit may be arranged with the image generation surface facing the second set of reflection surfaces.

この表示装置は、複数の方向に像を表示しつつ、複数の方向から入力を受け付けることができるので、例えば複数のユーザーに対応可能である。また、この表示装置は、複数の処理部で結像素子が共通化されるので、部品点数を減らすことができる。   Since this display device can accept input from a plurality of directions while displaying images in a plurality of directions, it can cope with a plurality of users, for example. In addition, since the imaging device is shared by a plurality of processing units in this display device, the number of parts can be reduced.

第1の態様の表示装置において、前記画像生成装置は、前記画像生成面を画面とするフラットパネルディスプレイを含んでいてもよい。   In the display device according to the first aspect, the image generation device may include a flat panel display having the image generation surface as a screen.

この表示装置は、フラットパネルディスプレイの画面に表示される画像を、実像面に結像させて表示でき、装置コストを低減できる。   This display device can display an image displayed on the screen of a flat panel display by forming an image on a real image plane and reduce the device cost.

第1の態様の表示装置において、前記画像生成装置は、前記画像生成面に配置されたスクリーンと、前記スクリーンに前記画像を投射するプロジェクターと、を備えていてもよい。   In the display device according to the first aspect, the image generation device may include a screen disposed on the image generation surface and a projector that projects the image onto the screen.

この表示装置は、プロジェクターがスクリーンに投射する画像を、実像面に結像させて表示でき、明るい像を表示すること等ができる。   This display device can display an image projected by a projector on a screen by forming an image on a real image surface and display a bright image.

第1実施形態における監視装置を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the monitoring apparatus in 1st Embodiment. 監視装置を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows a monitoring apparatus typically. (A)は再帰性透過材の例を示す図、(B)は(A)の拡大図である(A) is a figure which shows the example of a retrotransmissive material, (B) is an enlarged view of (A). (A)〜(E)は、再帰性透過材による結像の原理を示す図である。(A)-(E) are figures which show the principle of the image formation by a retrotransmissive material. 照明部の構成を示す2面図である。It is a 2nd page figure which shows the structure of an illumination part. 指示体の検出方法を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the detection method of a pointer. 制御装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of a control apparatus. 制御装置による制御のタイミングを示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the timing of control by a control device. 入力方法の一例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the input method. 入力方法の他の例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the other example of the input method. 再帰性透過材の変形例1を示す図である。It is a figure which shows the modification 1 of a retrotransmissive material. 再帰性透過材の変形例2を示す図である。It is a figure which shows the modification 2 of a retrotransmissive material. 第2実施形態における表示装置を示す図である。It is a figure which shows the display apparatus in 2nd Embodiment. 第3実施形態における表示装置を示す図である。It is a figure which shows the display apparatus in 3rd Embodiment.

次に、実施形態について説明する。実施形態において同様の要素については、同じ符号を付してその説明を簡略化または省略することがある。   Next, an embodiment will be described. In the embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be simplified or omitted.

[第1実施形態]
図1は、本実施形態の表示装置1の概略構成を模式的に示す斜視図である。図2は、本実施形態の表示装置1を示す側面図である。図3は、再帰性透過材4の構成を示す図であり、図3(A)は再帰性透過材4の厚み方向から見た平面図、図3(B)は、再帰性透過材4の一部を拡大して示す斜視図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a schematic configuration of a display device 1 of the present embodiment. FIG. 2 is a side view showing the display device 1 of the present embodiment. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the retropermeable material 4, FIG. 3A is a plan view seen from the thickness direction of the retropermeable material 4, and FIG. It is a perspective view which expands and shows a part.

図1及び図2に示すように、本実施形態の表示装置1は、フラットパネルディスプレイ2(画像生成装置)、カメラ3(撮影装置)、再帰性透過材4(結像素子)、照明部5(図2に示す)、及び制御装置6を備えている。表示装置1は、フラットパネルディスプレイ2及び再帰性透過材4により画像(実像M)を表示し、観察者Kの指等の指示体をカメラ3によって撮影し、指示体を検出することによって、表示装置1に対する入力を受け付ける。   As shown in FIGS. 1 and 2, the display device 1 of the present embodiment includes a flat panel display 2 (image generation device), a camera 3 (imaging device), a retrotransmissive material 4 (imaging element), and an illumination unit 5. (Shown in FIG. 2) and a control device 6. The display device 1 displays an image (real image M) by the flat panel display 2 and the retrotransmissive material 4, images an indicator such as a finger of the observer K by the camera 3, and detects the indicator to display the image. An input to the device 1 is received.

フラットパネルディスプレイ2(以下、FPDと略記する)は、制御装置6から入力された画像データに基づいて、画像表示面2a(画像生成面)上に画像Vを表示する。画像Vは、例えば、人物を写した画像、風景を写した画像、文字を示す画像等を含む。FPD2は、例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイなどの一般的なディスプレイで構成される。   The flat panel display 2 (hereinafter abbreviated as FPD) displays an image V on an image display surface 2a (image generation surface) based on image data input from the control device 6. The image V includes, for example, an image showing a person, an image showing a landscape, an image showing characters, and the like. The FPD 2 is configured by a general display such as a liquid crystal display, a plasma display, and an organic EL display.

再帰性透過材4は、図3(A)及び図3(B)に示すように、所定の厚みを持った矩形状のガラスなどの板材7に、光が通過(透過)する複数の四角柱状の開口部8が設けられたものである。板材7は、互いにほぼ平行な2つの主面7a,7bを有し、一方の主面7a側から入射した光は、他方の主面7b側から出射する。   As shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B), the retrotransmissive material 4 has a plurality of rectangular column shapes through which light passes (transmits) through a plate material 7 such as rectangular glass having a predetermined thickness. The opening 8 is provided. The plate member 7 has two main surfaces 7a and 7b substantially parallel to each other, and light incident from one main surface 7a side is emitted from the other main surface 7b side.

なお、本実施形態において、図1等に示すXYZ直交座標系を参照して、表示装置1の各部の位置関係等を説明する場合がある。このXYZ直交座標系は、再帰性透過材4の素子面S上で互いに直交する2方向がX方向、Y方向であり、再帰性透過材4の厚み方向(素子面Sの法線方向)がZ方向である。また、図1及び図2に示すV1方向は、XY平面においてX方向とY方向のそれぞれに交差する方向であり、例えば矩形板状の再帰性透過材4の対角方向である。   In the present embodiment, the positional relationship of each part of the display device 1 may be described with reference to the XYZ orthogonal coordinate system shown in FIG. In this XYZ orthogonal coordinate system, two directions orthogonal to each other on the element surface S of the retrotransmissive material 4 are the X direction and the Y direction, and the thickness direction of the retrotransmissive material 4 (the normal direction of the element surface S) is Z direction. Moreover, the V1 direction shown in FIG.1 and FIG.2 is a direction which cross | intersects each of X direction and Y direction in XY plane, for example, is a diagonal direction of the rectangular-plate-shaped retrotransmissive material 4. FIG.

なお、素子面Sは、板材7の主面7aと主面7bとに平行な平面であって、板材7の中心を通る(主面7aからの距離と主面7bからの距離が同じ)仮想的な平面である。素子面Sは、板材7の厚み方向の中心を通り、板材7の厚み方向(Z方向)と直交する平面としてもよい。   The element surface S is a plane parallel to the main surface 7a and the main surface 7b of the plate 7 and passes through the center of the plate 7 (the distance from the main surface 7a is the same as the distance from the main surface 7b). Flat surface. The element surface S may be a plane that passes through the center in the thickness direction of the plate material 7 and is orthogonal to the thickness direction (Z direction) of the plate material 7.

開口部8は、板材7上の互いに直交する2方向(X方向、Y方向)に、繰り返し配列されている。素子面Sの法線方向から見た開口部8の平面形状は、例えば正方形である。本実施形態の再帰性透過材4は、板材7の厚み方向(Z方向)から見て(平面視して)、開口部8の各辺が板材7の各辺とほぼ平行である。   The openings 8 are repeatedly arranged in two directions (X direction and Y direction) perpendicular to each other on the plate material 7. The planar shape of the opening 8 viewed from the normal direction of the element surface S is, for example, a square. In the retrotransmissive material 4 of the present embodiment, when viewed from the thickness direction (Z direction) of the plate material 7 (in plan view), each side of the opening 8 is substantially parallel to each side of the plate material 7.

このように、再帰性透過材4は、2方向(ここでは、X方向及びY方向)のそれぞれに周期的な構造(開口部8)を有しており、素子面Sは、再帰性透過材4の内部の仮想的な平面であって、周期的な構造が並ぶ2方向のそれぞれに平行な面としてもよい。   Thus, the retrotransmissive material 4 has a periodic structure (opening 8) in each of two directions (here, the X direction and the Y direction), and the element surface S has the retrotransmissive material. It is good also as a virtual plane inside 4 and a surface parallel to each of two directions where a periodic structure is located.

開口部8は、その内側を光が通過する光通過部として機能するように、構成されている。開口部8は、その内側が空間(空隙)であってもよいし、その内側に透明性の高い樹脂材料などが充填されていてもよい。   The opening 8 is configured to function as a light passing part through which light passes. The opening 8 may be a space (gap) inside, or may be filled with a highly transparent resin material or the like.

開口部8の4つの内壁面のうち互いに直交する2つの内壁面は、反射面9(第1反射面9a、第2反射面9b)になっている。反射面9は、例えば、開口部8に形成された金属反射膜等で構成される。   Two inner wall surfaces orthogonal to each other among the four inner wall surfaces of the opening 8 are reflection surfaces 9 (first reflection surface 9a and second reflection surface 9b). The reflecting surface 9 is made of, for example, a metal reflecting film formed in the opening 8.

第1反射面9a及び第2反射面9bは、いわゆる2面コーナーリフレクターを構成する。第1反射面9a及び第2反射面9bは、複数の開口部8のいずれにおいても、各開口部8の中心を原点として+X方向と+Y方向の間(第1象限)の任意の方向を向いている。   The 1st reflective surface 9a and the 2nd reflective surface 9b comprise what is called a 2 surface corner reflector. The first reflecting surface 9a and the second reflecting surface 9b face any direction between the + X direction and the + Y direction (first quadrant) with the center of each opening 8 as the origin in any of the plurality of openings 8. ing.

開口部8の内壁面のうち互いに直交する2つの内壁面が反射面である構成を説明したが、開口部8の4つの内壁面が全て反射面9になっていてもよく、本実施形態においては、開口部8の4つの内壁面は、いずれも反射面9になっている。反射面9のうち第3反射面9cは、第2反射面9bと直交し、第1反射面9aとほぼ平行に対向している。反射面9のうち第4反射面9dは、第3反射面9cと直交し、第2反射面9bとほぼ平行に対向している。     The configuration in which two inner wall surfaces orthogonal to each other among the inner wall surfaces of the opening 8 are reflection surfaces has been described. However, all four inner wall surfaces of the opening 8 may be reflection surfaces 9, and in the present embodiment, The four inner wall surfaces of the opening 8 are all reflective surfaces 9. Of the reflecting surfaces 9, the third reflecting surface 9c is orthogonal to the second reflecting surface 9b and faces the first reflecting surface 9a substantially in parallel. Of the reflecting surfaces 9, the fourth reflecting surface 9d is orthogonal to the third reflecting surface 9c and faces the second reflecting surface 9b substantially in parallel.

反射面9のうち互いに交差して隣接する1対の反射面は、いずれも同じ向きを向いており、この向きから光が入射可能である。例えば、第2反射面9bと第3反射面9cは、+X方向と−Y方向の間(第4象限)の任意の方向を向いている。また、第3反射面9cと第4反射面9dは、−X方向と−Y方向の間(第3象限)の任意の方向を向いている。また、第4反射面9dと第1反射面9aは、−X方向と+Y方向の間(第2象限)の任意の方向を向いている。   A pair of reflecting surfaces that intersect and are adjacent to each other in the reflecting surface 9 face the same direction, and light can enter from this direction. For example, the second reflecting surface 9b and the third reflecting surface 9c face an arbitrary direction between the + X direction and the -Y direction (fourth quadrant). Further, the third reflecting surface 9c and the fourth reflecting surface 9d face an arbitrary direction between the −X direction and the −Y direction (third quadrant). Further, the fourth reflecting surface 9d and the first reflecting surface 9a face an arbitrary direction between the −X direction and the + Y direction (second quadrant).

図2に示すように、FPD2は、素子面S及び画像表示面2aに平行な側方から見ると、画像表示面2aが再帰性透過材4の素子面Sに対して非垂直に傾くように、配置されている。   As shown in FIG. 2, when viewed from the side parallel to the element surface S and the image display surface 2a, the FPD 2 is configured such that the image display surface 2a is inclined non-perpendicular to the element surface S of the retrotransmissive material 4. Have been placed.

また、図3(A)に示すように、FPD2は、再帰性透過材4の素子面Sに垂直な方向から見ると、画像表示面2aの法線方向2bが開口部8の配列方向(X方向、Y方向)のそれぞれと交差するように、配置されている。換言すると、FPD2は、再帰性透過材4の素子面Sに垂直な方向から見ると、画像表示面2aの法線方向が再帰性透過材4の開口部8の2つの反射面9が接する角部の側に向くように傾いて配置されている。   Further, as shown in FIG. 3A, when viewed from a direction perpendicular to the element surface S of the retrotransmissive material 4, the FPD 2 has a normal direction 2b of the image display surface 2a that is an arrangement direction (X (Direction, Y direction). In other words, when the FPD 2 is viewed from the direction perpendicular to the element surface S of the retrotransmissive material 4, the normal direction of the image display surface 2 a is an angle at which the two reflecting surfaces 9 of the opening 8 of the retrotransmissive material 4 contact each other. It is inclined and arranged so as to face the part side.

このようなFPD2と再帰性透過材4の位置関係により、FPD2の画像表示面2aから出射した光は、概ね再帰性透過材4の開口部8の2つの反射面9が接する角部の方向に向けて進む。図1では、図面を見易くするため、再帰性透過材4の開口部8の図示を省略した。再帰性透過材4の開口部8の2つの反射面9が接する角部の位置は、再帰性透過材4の4つの角部のうち、図1に符号Rで示した角部の位置に対応する。   Due to the positional relationship between the FPD 2 and the retrotransmissive material 4, the light emitted from the image display surface 2 a of the FPD 2 is approximately in the direction of the corner where the two reflecting surfaces 9 of the opening 8 of the retrotransmissive material 4 are in contact. Proceed toward. In FIG. 1, the illustration of the opening 8 of the retrotransmissive material 4 is omitted for easy understanding of the drawing. The position of the corner where the two reflecting surfaces 9 of the opening 8 of the retrotransmissive material 4 contact corresponds to the position of the corner indicated by R in FIG. To do.

ここで、図4(A)〜(E)を用いて、再帰性透過材4の作用を説明する。図4において、点Pは、図2に示した画像V上の光が射出される点、例えばFPD2上の各画素を示す。また、点Tは、点Pから出射した光が再帰性透過材4の反射面9上に入射する点(入射位置)を示す。また、点Qは、点Pから出射して再帰性透過材4を通った光が結像する点を示す。図4(D)、図4(E)は、それぞれ、点Tの近傍を拡大視した平面図、側面図である。   Here, the effect | action of the retrotransmissive material 4 is demonstrated using FIG. 4 (A)-(E). In FIG. 4, a point P indicates a point at which light on the image V illustrated in FIG. 2 is emitted, for example, each pixel on the FPD 2. A point T indicates a point (incident position) where light emitted from the point P enters the reflecting surface 9 of the retrotransmissive material 4. A point Q indicates a point where light emitted from the point P and passing through the retrotransmissive material 4 is imaged. 4D and 4E are a plan view and a side view, respectively, in which the vicinity of the point T is enlarged.

上述したように、再帰性透過材4の2つの反射面9(第1反射面9a及び第2反射面9b)は、互いに直交している。そのため、図4(D)に示すように、第2反射面9bに入射した光は、第2反射面9bで反射した後に、第1反射面9aに入射して第1反射面9aで反射し、第2反射面9bへ入射してくるときの向きと逆向きに進行する。したがって、反射面9に入射した光は、図4(B)に示すように素子面Sと直交する方向(Z方向)から見たときには、一般の再帰性反射材と同様に、入射方向と同じ方向に反射する。そのため、点QをXY平面上に射影した射影点は、点PをXY平面上に射影した射影点とほぼ一致する。   As described above, the two reflecting surfaces 9 (the first reflecting surface 9a and the second reflecting surface 9b) of the retrotransmissive material 4 are orthogonal to each other. Therefore, as shown in FIG. 4D, the light incident on the second reflecting surface 9b is reflected by the second reflecting surface 9b, then enters the first reflecting surface 9a, and is reflected by the first reflecting surface 9a. , It proceeds in the direction opposite to the direction when it enters the second reflecting surface 9b. Therefore, the light incident on the reflecting surface 9 is the same as the incident direction as seen from a direction (Z direction) orthogonal to the element surface S as shown in FIG. Reflect in the direction. For this reason, the projected point obtained by projecting the point Q on the XY plane substantially coincides with the projected point obtained by projecting the point P on the XY plane.

また、反射面9に入射した光は、図4(E)に示すように再帰性透過材4に対する入射面の法線方向(点P、点T、点Qで作る三角形PTQの法線方向)から見ると、第1反射面9a及び第2反射面9bでそれぞれ反射する。そのため、図4(C)に示すように、反射面9に入射した光は、入射面と素子面Sとに直交するように平面ミラーを置いた場合と等価的に、入射角aと同じ反射角aで反射する。   Further, the light incident on the reflecting surface 9 is in the normal direction of the incident surface with respect to the retrotransmissive material 4 (the normal direction of the triangle PTQ formed by the points P, T, and Q) as shown in FIG. From the perspective, the light is reflected by the first reflecting surface 9a and the second reflecting surface 9b. Therefore, as shown in FIG. 4C, the light incident on the reflecting surface 9 is reflected at the same angle as the incident angle a, equivalent to the case where a plane mirror is placed so as to be orthogonal to the incident surface and the element surface S. Reflects at angle a.

このように、点Pから出射した光は、図4(A)に示すように点Tを経て点Qに向かう。一般に、画像V上の点Pから出射した光は、ある程度の角度範囲内に拡散するため、再帰性透過材4の点T以外の箇所にも入射する。点Pから拡散した光は、点T以外の箇所においても同様に反射するため、点Qに集束することになる。すなわち、素子面Sの一方側に位置する画像Vは、素子面Sの他方側の空間における素子面Sに対する面対称位置(実像面J)に結像する。   Thus, the light emitted from the point P goes to the point Q through the point T as shown in FIG. Generally, the light emitted from the point P on the image V is diffused within a certain range of angles, so that the light is also incident on portions other than the point T of the retrotransmissive material 4. Since the light diffused from the point P is similarly reflected at locations other than the point T, it is focused on the point Q. That is, the image V located on one side of the element surface S is imaged at a plane symmetrical position (real image plane J) with respect to the element surface S in the space on the other side of the element surface S.

ここでは、平面的な画像Vの1点をPから出射した光について説明したが、有限の大きさを持った立体的な物体又は像上の各点から出射した光も同様に結像する。よって、再帰性透過材4の下方に立体物が存在した場合、点Qの周辺に、再帰性透過材4の素子面Sに対して面対称な実像が立体像として形成される。   Here, the light emitted from one point of the planar image V from P has been described, but the light emitted from each point on a three-dimensional object or image having a finite size is similarly imaged. Therefore, when a three-dimensional object exists below the retrotransmissive material 4, a real image that is plane-symmetric with respect to the element surface S of the retrotransmissive material 4 is formed as a three-dimensional image around the point Q.

なお、実像上の点Qを観察する場合、観察点と点Qとを結ぶ直線上からの光線を選択的に見ていることになり、両目で観察することで実像が空間に浮かんで見える。また、上述のように、再帰性透過材4は、素子面Sと垂直な方向に貫通する開口部8を有しているため、再帰性透過材4の素子面Sに対して垂直に入射した光は反射面9に入射することなく、そのまま直進する。   When observing the point Q on the real image, the light rays from the straight line connecting the observation point and the point Q are selectively viewed, and the real image appears to float in space when observed with both eyes. Further, as described above, since the retrotransmissive material 4 has the opening 8 that penetrates in the direction perpendicular to the element surface S, the retrotransmissive material 4 is incident on the element surface S of the retrotransmissive material 4 perpendicularly. The light travels straight without entering the reflecting surface 9.

本実施形態においては、図2に示すように、再帰性透過材4の素子面Sの下方にFPD2が傾いて設置されている。そのため、実像面Jは、再帰性透過材4の素子面Sの上方の空間において、FPD2の画像表示面2aの傾きと面対称な方向に傾いて配置される。再帰性透過材4は、このような実像面Jに、画像表示面2a上の画像Vを面対称にした実像Mを形成する。この場合、FPD2の画像表示面2aが平面であるため、形成される実像Mは画像Vと傾きが異なり、形状や寸法がほぼ一致した平面像となる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the FPD 2 is inclined and installed below the element surface S of the retrotransmissive material 4. Therefore, the real image surface J is disposed in a space above the element surface S of the retrotransmissive material 4 in a direction symmetrical to the inclination of the image display surface 2 a of the FPD 2. The retrotransmissive material 4 forms, on such a real image surface J, a real image M in which the image V on the image display surface 2a is plane-symmetric. In this case, since the image display surface 2a of the FPD 2 is a flat surface, the formed real image M is different from the image V in inclination and is a flat image having substantially the same shape and dimensions.

したがって、観察者K(ユーザー)は、実像面Jの傾いた方向から実像Mの方向を斜めに覗き込むようにすれば、観察者Kに対して実像Mが略正対した状態となり、実像Mを見やすくなる。実像Mは、再帰性透過材4で反射した光により形成されたものであるため、観察者Kは、再帰性透過材4を見ることができる観察範囲内において、実像Mが空間に浮かんだように見える。   Therefore, if the observer K (user) looks into the direction of the real image M obliquely from the direction in which the real image plane J is inclined, the real image M is in a substantially opposite state to the observer K. Makes it easier to see. Since the real image M is formed by the light reflected by the retrotransmissive material 4, the observer K seems to have floated in the space within the observation range where the retrotransmissive material 4 can be seen. Looks like.

次に、カメラ3について説明する。カメラ3(撮影装置)は、CCDセンサー、CMOSセンサー等の撮像素子、撮影レンズ、オートフォーカス機構等を備え、例えば一般的なカメラで構成できる。カメラ3は、図1に示した制御装置6により撮影タイミングが制御され、撮影した撮影画像を示す撮影画像データを制御装置6に出力する。   Next, the camera 3 will be described. The camera 3 (photographing device) includes an image sensor such as a CCD sensor and a CMOS sensor, a photographing lens, an autofocus mechanism, and the like, and can be configured by, for example, a general camera. In the camera 3, the shooting timing is controlled by the control device 6 illustrated in FIG. 1, and the shot image data indicating the shot image is output to the control device 6.

図2に示すように、カメラ3は、実像面Jに対して再帰性透過材4から光が入射してくる側に配置されている。すなわち、カメラ3は、実像Mを観察する視点(観察者K)とカメラ3との間に実像面Jを挟むように、配置される。これにより、観察者Kは、例えば実像面Jに形成された実像Mを正面から観察すると、実像Mの背後にカメラ3を見ることになる。   As shown in FIG. 2, the camera 3 is arranged on the side where light enters from the retrotransmissive material 4 with respect to the real image plane J. That is, the camera 3 is arranged so that the real image plane J is sandwiched between the camera 3 and the viewpoint (observer K) that observes the real image M. Thereby, for example, when the observer K observes the real image M formed on the real image plane J from the front, the observer K sees the camera 3 behind the real image M.

カメラ3は、その少なくとも一部が実像面Jよりも下方に配置されており、例えば再帰性透過材4に固定される。カメラ3は、素子面Sよりも上方を仰ぐように配置されている。すなわち、カメラ3の撮影方向Dp(撮影レンズの入射側光軸)は、素子面Sから実像面Jに近づくように傾いている。この場合に、カメラ3の撮影方向Dpは、カメラ3が実像面Jの上方に配置されている場合と比較して、実像Mを観察する視点(観察者K)と実像M上の点を結ぶ線(視線Kv)に対して平行に近くなる。カメラ3の実像面Jにおける撮影範囲3aは、実像面Jにおいて実像Mが形成される像形成範囲の少なくとも一部を含むように、設定される。ここでは、撮影範囲3aは、像形成範囲のほぼ全域を含むように、設定されている。   At least a part of the camera 3 is disposed below the real image plane J, and is fixed to the retrotransmissive material 4, for example. The camera 3 is disposed so as to look upward from the element surface S. That is, the photographing direction Dp (incident side optical axis of the photographing lens) of the camera 3 is inclined so as to approach the real image surface J from the element surface S. In this case, the shooting direction Dp of the camera 3 connects the viewpoint (observer K) observing the real image M and a point on the real image M, as compared with the case where the camera 3 is disposed above the real image plane J. It becomes nearly parallel to the line (line of sight Kv). The shooting range 3a on the real image plane J of the camera 3 is set so as to include at least a part of the image forming range where the real image M is formed on the real image plane J. Here, the photographing range 3a is set so as to include almost the entire image forming range.

また、図3(A)に示すように、カメラ3は、実像面J上の実像Mを形成可能な実像形成範囲Jaを、撮影方向Dpが通るように配置される。例えば、カメラ3の撮影方向Dpは、素子面Sの法線方向から見て、画像表示面2aの法線方向2bとほぼ同軸に設定される。なお、実像形成範囲Jaは、例えば、FPD2の画像表示面2aにおいて画像Vが表示される範囲と光学的に共役な範囲である。   Further, as shown in FIG. 3A, the camera 3 is arranged so that the photographing direction Dp passes through a real image forming range Ja in which a real image M on the real image plane J can be formed. For example, the shooting direction Dp of the camera 3 is set substantially coaxially with the normal direction 2b of the image display surface 2a when viewed from the normal direction of the element surface S. Note that the real image formation range Ja is, for example, a range optically conjugate with the range in which the image V is displayed on the image display surface 2a of the FPD 2.

次に、図2及び図5を参照しつつ、照明部5について説明する。照明部5は、制御装置6(図1参照)によって制御され、実像面Jを含む照明領域A1を照明する。カメラ3は、照明部5により照明可能な領域(照明領域A1)を撮影する。   Next, the illumination unit 5 will be described with reference to FIGS. 2 and 5. The illumination unit 5 is controlled by the control device 6 (see FIG. 1) and illuminates the illumination area A1 including the real image plane J. The camera 3 captures an area that can be illuminated by the illumination unit 5 (illumination area A1).

図2に示すように、照明部5は、再帰性透過材4に対して画像表示面2aと同じ側に配置されており、再帰性透過材4の開口部8を介して、照明領域A1を照明する。本実施形態の照明部5は、FPD2の上部に取り付けられており、矩形状の画像表示面2aの2辺のうち素子面Sと平行な辺に沿って延びている。照明部5から射出された照明光は、再帰性透過材4の反射面9で反射して、実像面Jを含んだ空間領域(照明領域A1)を伝播する。   As shown in FIG. 2, the illumination unit 5 is arranged on the same side as the image display surface 2 a with respect to the retrotransmissive material 4, and the illumination area A <b> 1 is defined through the opening 8 of the retrotransmissive material 4. Illuminate. The illumination unit 5 of the present embodiment is attached to the top of the FPD 2 and extends along a side parallel to the element surface S out of the two sides of the rectangular image display surface 2a. The illumination light emitted from the illumination unit 5 is reflected by the reflection surface 9 of the retrotransmissive material 4 and propagates through a spatial region (illumination region A1) including the real image surface J.

本実施形態において、照明部5が射出する照明光は、再帰性透過材4からの出射方向に直交する面におけるスポット形状が長手方向と短手方向を有するパターン光である。このようなパターン光は、シート光、ライン光等と呼ばれることもある。   In the present embodiment, the illumination light emitted by the illumination unit 5 is pattern light in which the spot shape on the surface orthogonal to the emission direction from the retrotransmissive material 4 has a longitudinal direction and a short direction. Such pattern light may be called sheet light, line light, or the like.

図5は、照明部5の構成を示す2面図であり、照明部5からの照明光の出射方向に対する側方の側面図に相当する。詳しくは、図5(A)は、照明部5の長手方向の構成を示す図であり、図2のZ−V1面に直交する面における側面図に相当する。また、図5(B)は、照明部5の短手方向の構造を示す図であり、図5(A)と直交するする側面図に相当する。   FIG. 5 is a two-view diagram illustrating the configuration of the illuminating unit 5, and corresponds to a side view of a side with respect to the emission direction of the illumination light from the illuminating unit 5. Specifically, FIG. 5A is a diagram illustrating a configuration in the longitudinal direction of the illuminating unit 5, and corresponds to a side view in a plane orthogonal to the Z-V1 plane in FIG. FIG. 5B is a diagram showing the structure of the illumination unit 5 in the short direction, and corresponds to a side view orthogonal to FIG.

図5(A)に示すように、照明部5は、複数の固体光源15と、複数の固体光源15から出射した照明光が入射するシリンドリカルレンズ16と、複数の固体光源15を駆動する駆動回路17とを備える。この駆動回路17は、制御装置6と接続されており、制御装置6からの制御指令に従って複数の固体光源15を駆動する。   As shown in FIG. 5A, the illumination unit 5 includes a plurality of solid light sources 15, a cylindrical lens 16 on which illumination light emitted from the plurality of solid light sources 15 is incident, and a drive circuit that drives the plurality of solid light sources 15. 17. The drive circuit 17 is connected to the control device 6 and drives the plurality of solid state light sources 15 in accordance with a control command from the control device 6.

複数の固体光源15は、所定方向に一次元的に配列されている。所定方向は、画像表示面2aと素子面Sのそれぞれに対してほぼ平行な方向(長手方向)である。固体光源15は、2次元的に配置されていてもよく、この場合に、2つの配列方向の1つが上記の長手方向であってもよい。   The plurality of solid light sources 15 are arranged one-dimensionally in a predetermined direction. The predetermined direction is a direction (longitudinal direction) substantially parallel to each of the image display surface 2a and the element surface S. The solid light sources 15 may be two-dimensionally arranged. In this case, one of the two arrangement directions may be the above-described longitudinal direction.

固体光源15は、例えば、LED(発光ダイオード)、LD(レーザーダイオード)等で構成される。固体光源15は、例えば、供給された電流に応じた光量の赤外光を、照明光として発する。駆動回路17は、固体光源15に電流を供給して固体光源15を点灯させること、固体光源15への電流の供給を停止して固体光源を消灯させることができる。   The solid light source 15 is composed of, for example, an LED (light emitting diode), an LD (laser diode), or the like. The solid light source 15 emits, for example, infrared light with a light amount corresponding to the supplied current as illumination light. The drive circuit 17 can supply current to the solid light source 15 to turn on the solid light source 15, and can stop supply of current to the solid light source 15 to turn off the solid light source.

制御装置6は、駆動回路17を制御することによって、固体光源15の発光状態(照明部5の照明状態)を制御する。詳しくは、制御装置6は、固体光源15が点灯を開始するタイミング、固体光源15が点灯している期間、固体光源15が発する照明光の光量、固体光源が消灯するタイミング等を制御できる。   The control device 6 controls the light emission state of the solid light source 15 (the illumination state of the illumination unit 5) by controlling the drive circuit 17. Specifically, the control device 6 can control the timing at which the solid light source 15 starts to turn on, the period during which the solid light source 15 is lit, the amount of illumination light emitted from the solid light source 15, the timing at which the solid light source is turned off, and the like.

シリンドリカルレンズ16は、固体光源15から出射した照明光が入射する位置に配置されている。シリンドリカルレンズ16は、固体光源15からの照明光の出射方向と直交する面において、複数の固体光源15の配列方向(長手方向)に延びており、複数の固体光源15で共通に設けられている。すなわち、複数の固体光源15のうち2以上の固体光源15から出射した照明光は、同じシリンドリカルレンズ16に入射する。   The cylindrical lens 16 is disposed at a position where the illumination light emitted from the solid light source 15 enters. The cylindrical lens 16 extends in the arrangement direction (longitudinal direction) of the plurality of solid light sources 15 on a surface orthogonal to the emission direction of the illumination light from the solid light sources 15, and is provided in common by the plurality of solid light sources 15. . That is, illumination light emitted from two or more solid light sources 15 among the plurality of solid light sources 15 enters the same cylindrical lens 16.

図5(B)に示すように、シリンドリカルレンズ16は、複数の固体光源15の配列方向に直交する面内でパワーを有する。シリンドリカルレンズ16は、短手方向において照明光が実像面J上で集光するように、設けられている。このように、シリンドリカルレンズ16は、複数の固体光源15から出射した照明光が実像面Jに沿って伝播するときの、実像面Jの法線方向における照明光の広がりを制限するように、設けられている。なお、照明部5は、再帰性透過材4の集光作用を利用して、照明光が実像面Jに沿って伝播するときの、実像面Jの法線方向における照明光の広がりを制限するように、設けられていてもよい。   As shown in FIG. 5B, the cylindrical lens 16 has power in a plane orthogonal to the arrangement direction of the plurality of solid light sources 15. The cylindrical lens 16 is provided so that the illumination light is condensed on the real image plane J in the short direction. As described above, the cylindrical lens 16 is provided so as to limit the spread of the illumination light in the normal direction of the real image plane J when the illumination light emitted from the plurality of solid light sources 15 propagates along the real image plane J. It has been. In addition, the illumination part 5 restrict | limits the spreading | diffusion of the illumination light in the normal line direction of the real image surface J when illumination light propagates along the real image surface J using the condensing effect | action of the retrotransmissive material 4. FIG. As such, it may be provided.

次に、図6を参照しつつ、照明部5による照明方法について説明する。図6(A)は、照明部5の長手方向における照明の様子を示し、実像面Jの正面(図3(A)のカメラ3の撮影方向Dp)から見た図に概ね相当する。また、図6(B)は、照明部5の短手方向における照明の様子を示し、実像面Jの側方から見た図に相当する。   Next, an illumination method by the illumination unit 5 will be described with reference to FIG. 6A shows a state of illumination in the longitudinal direction of the illuminating unit 5, and substantially corresponds to a diagram viewed from the front of the real image plane J (the shooting direction Dp of the camera 3 in FIG. 3A). FIG. 6B shows a state of illumination in the short direction of the illumination unit 5 and corresponds to a view seen from the side of the real image plane J.

照明部5の固体光源15から出射した光は、再帰性透過材4に対して固体光源15と面対称な位置(光源像の結像位置)に向って収斂し、光源像の結像位置よりも再帰性透過材4から離れるにつれて、広がるように伝播する。ここでは、シリンドリカルレンズ16と再帰性透過材4の集光作用により、光源像の結像位置よりも先における照明光の広がりが制限される。このようにして、照明光は、実像面Jの法線方向における広がりが制限されて、実像面Jに沿うように伝播する。換言すると、照明部5の取り付け位置、姿勢は、実像面Jの法線方向における照明光の広がりが制限されるように、例えば再帰性透過材4に対して、設定される。   The light emitted from the solid light source 15 of the illuminating unit 5 converges toward a position (image formation position of the light source image) symmetrical to the solid light source 15 with respect to the retrotransmissive material 4, and from the image formation position of the light source image. As the distance from the retrotransmissive material 4 increases, it spreads and spreads. Here, due to the condensing action of the cylindrical lens 16 and the retrotransmissive material 4, the spread of the illumination light before the imaging position of the light source image is limited. In this way, the illumination light is propagated along the real image plane J with the spread in the normal direction of the real image plane J being limited. In other words, the attachment position and orientation of the illumination unit 5 are set, for example, with respect to the retrotransmissive material 4 so that the spread of illumination light in the normal direction of the real image plane J is limited.

ここで、図6(B)に示すように、例えば観察者K等のユーザーが実像面J(実像M)に触れるように、指し棒や指等の指示体Finを配置した状態を想定する。この状態において、照明光は、指示体Finの表面で拡散し、カメラ3は、照明光によって照らされている指示体Finを撮影する。上述のように、照明光の実像面Jに直交する方向の広がりが制限されているので、ユーザーが指した位置と照明光に照らされている部分の指示体Finの位置とのずれが少なくなる。図1に示した制御装置6は、このような撮影画像に基づいて、照明光に照らされている部分の指示体Finの位置を検出し、検出した位置と関連付けられた入力を受け付ける。   Here, as shown in FIG. 6B, a state is assumed in which an indicator Fin such as a pointer or a finger is arranged so that a user such as an observer K touches the real image plane J (real image M). In this state, the illumination light diffuses on the surface of the indicator Fin, and the camera 3 captures the indicator Fin illuminated by the illumination light. As described above, since the spread of the illumination light in the direction orthogonal to the real image plane J is limited, the shift between the position pointed by the user and the position of the indicator Fin in the portion illuminated by the illumination light is reduced. . The control device 6 shown in FIG. 1 detects the position of the indicator Fin in the portion illuminated by the illumination light based on such a photographed image, and accepts an input associated with the detected position.

なお、例えば再帰性透過材4の構造によっては、照明部5から再帰性透過材4に向かった照明光の一部が再帰性透過材4の反射面9で反射しないで直線的に上部へ抜ける場合がある。本実施形態においては、照明光が、実像面Jからの所定の距離以上離れた位置で指示体Finを照らさないように、照明領域A1を制限するための遮光部材18が設けられている。   For example, depending on the structure of the retrotransmissive material 4, part of the illumination light directed from the illumination unit 5 toward the retrotransmissive material 4 does not reflect on the reflective surface 9 of the retrotransmissive material 4 and passes straight upward. There is a case. In the present embodiment, a light shielding member 18 for limiting the illumination area A1 is provided so that the illumination light does not illuminate the indicator Fin at a position that is a predetermined distance or more away from the real image plane J.

次に、図7及び図8を参照しつつ、指示体Finの位置を検出する仕組みについて説明する。図7は、制御装置6の機能構成を示すブロック図である。図8は、制御装置6による制御のタイミングを示すタイミングチャートである。   Next, a mechanism for detecting the position of the indicator Fin will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a block diagram showing a functional configuration of the control device 6. FIG. 8 is a timing chart showing the timing of control by the control device 6.

図7に示すように、制御装置6は、制御部51、及び検出部52を備える。制御部51は、カメラ3の撮影タイミングと照明部5の照明状態を関連付けるように、撮影タイミングと照明状態の一方又は双方を制御する。検出部52は、カメラ3が撮影した撮影画像に基づいて、照明部5により照明されている指示体Finを検出する。ここでは、指示体Finが指先であるものとして、説明する。   As shown in FIG. 7, the control device 6 includes a control unit 51 and a detection unit 52. The control unit 51 controls one or both of the photographing timing and the illumination state so as to associate the photographing timing of the camera 3 and the illumination state of the illumination unit 5. The detection unit 52 detects the indicator Fin illuminated by the illumination unit 5 based on the captured image captured by the camera 3. Here, description will be made assuming that the indicator Fin is a fingertip.

制御部51は、同期分離部53、タイミング生成部54、及び照明制御部55を備える。   The control unit 51 includes a synchronization separation unit 53, a timing generation unit 54, and an illumination control unit 55.

同期分離部53は、カメラ3から撮影画像を示す撮影画像データを取得する。同期分離部53は、撮影画像データから同期信号(垂直同期信号、水平同期信号)を分離し、分離した同期信号をタイミング生成部54に出力する。   The synchronization separation unit 53 acquires photographed image data indicating a photographed image from the camera 3. The synchronization separation unit 53 separates the synchronization signal (vertical synchronization signal, horizontal synchronization signal) from the captured image data, and outputs the separated synchronization signal to the timing generation unit 54.

タイミング生成部54は、同期分離部53からの同期信号に基づいて、照明部5の点灯開始と点灯終了(消灯)のタイミングを規定するタイミング信号(図8中の「照明」を参照)を生成する。図8に示すように、本実施形態において、垂直同期信号は、撮影画像の1フレームに相当する映像信号ごとに、ハイとローが切替わる。タイミング生成部は、任意の1フレームの期間においてローとなり、このフレームに続く1フレームの期間においてハイとなるタイミング信号を生成する。タイミング生成部54は、生成したタイミング信号を照明部制御部55と検出部52のそれぞれに出力する。   The timing generation unit 54 generates a timing signal (see “illumination” in FIG. 8) that defines the lighting start and lighting end (extinguishing) timings of the illumination unit 5 based on the synchronization signal from the synchronization separation unit 53. To do. As shown in FIG. 8, in the present embodiment, the vertical synchronization signal switches between high and low for each video signal corresponding to one frame of a captured image. The timing generation unit generates a timing signal that becomes low in an arbitrary period of one frame and becomes high in the period of one frame following the frame. The timing generation unit 54 outputs the generated timing signal to each of the illumination unit control unit 55 and the detection unit 52.

照明部制御部55は、タイミング生成部54からのタイミング信号に従って、照明部5の固体光源15を所定のタイミングで点灯(第1の照明状態)と消灯(第2の照明状態)とを切り替える。すなわち、照明制御部55は、タイミング信号がローである期間に照明部5を消灯させ、タイミング信号がハイである期間に照明部5を点灯させる。   The illumination unit control unit 55 switches the solid state light source 15 of the illumination unit 5 between lighting (first lighting state) and turning off (second lighting state) at a predetermined timing in accordance with the timing signal from the timing generation unit 54. That is, the illumination control unit 55 turns off the illumination unit 5 during a period when the timing signal is low, and turns on the illumination unit 5 during a period when the timing signal is high.

検出部52は、フレームメモリー56、差分検出部57(比較部)、指先抽出部58、先端検出部59、座標変換部60、及びタッチ検出部61を備える。   The detection unit 52 includes a frame memory 56, a difference detection unit 57 (comparison unit), a fingertip extraction unit 58, a tip detection unit 59, a coordinate conversion unit 60, and a touch detection unit 61.

フレームメモリー56は、カメラ3からの撮影画像データを記憶する。フレームメモリー56は、タイミング生成部54からのタイミング信号に基づいて、所定の照明状態でカメラ3が撮影した撮影画像データを記憶する。上述のように、タイミング信号は、点灯開始と点灯終了(消灯)のタイミングを規定しており、フレームメモリー56は、タイミング信号を用いることで、各フレームの撮影画像データとこの撮影時の照明状態とを関連付けることができる。フレームメモリー56は、照明部5が点灯している第1の照明状態でカメラ3が撮影した第1撮影画像データと、この撮影の1回前又は1回後に照明部5が消灯している第2の照明状態でカメラ3が撮影した第2撮影画像データとを、差分検出部57に出力する。   The frame memory 56 stores captured image data from the camera 3. The frame memory 56 stores captured image data captured by the camera 3 in a predetermined illumination state based on the timing signal from the timing generation unit 54. As described above, the timing signal defines the timing of lighting start and lighting end (extinguishment), and the frame memory 56 uses the timing signal so that the captured image data of each frame and the illumination state at the time of shooting Can be associated. The frame memory 56 includes first photographed image data photographed by the camera 3 in the first illumination state in which the illumination unit 5 is turned on, and the illumination unit 5 in which the illumination unit 5 is turned off one time before or after this photographing. The second captured image data captured by the camera 3 in the illumination state 2 is output to the difference detection unit 57.

差分検出部57は、フレームメモリー56からの第1撮影画像データと第2撮影画像データとを比較する。ここで、照明部5が消灯している第2の照明状態での撮影画像の明るさは、ほぼ環境光による明るさであり、照明部5が点灯している第1の照明状態での撮影画像は、第2の照明状態に照明されている指先の明るさが加わることになる。換言すると、撮影画像の各画素について、第1撮影画像データから第2撮影画像データを差し引くと、主に環境光により照明された背景を除くことができる。差分検出部57は、第1撮影画像データと第2撮影画像データとの差分を示す差分データを指先抽出部58に出力する。   The difference detection unit 57 compares the first captured image data from the frame memory 56 with the second captured image data. Here, the brightness of the captured image in the second illumination state in which the illumination unit 5 is turned off is almost the brightness of the ambient light, and the image is captured in the first illumination state in which the illumination unit 5 is turned on. The brightness of the fingertip illuminated in the second illumination state is added to the image. In other words, for each pixel of the photographed image, when the second photographed image data is subtracted from the first photographed image data, the background illuminated mainly by ambient light can be removed. The difference detection unit 57 outputs difference data indicating the difference between the first captured image data and the second captured image data to the fingertip extraction unit 58.

ところで、第1撮影データの撮影時と第2撮影データの撮影時とで、例えば観察者Kが移動すること等によって、背景が変化することがありえる。そこで、例えば、照明部5の出力を大きくして実像面Jでの照明光を環境光よりも十分に明るくすることで、指先の差分出力を背景の差分出力より大きくとることができる。また、照明部5を赤外発光で照明するように構成し、この波長の赤外光を選択的に透過する赤外光フィルターをカメラ3に設けておくことで、背景の分離はより行いやすくなるとともに、照明部5からの光の一部が観察者Kの目に届いたとしても見えなくすることができる。   By the way, the background may change due to, for example, the movement of the observer K between when the first image data is captured and when the second image data is captured. Therefore, for example, by increasing the output of the illumination unit 5 and making the illumination light on the real image plane J sufficiently brighter than the ambient light, the differential output of the fingertip can be made larger than the differential output of the background. In addition, the illumination unit 5 is configured to illuminate with infrared emission, and the camera 3 is provided with an infrared filter that selectively transmits infrared light of this wavelength, so that the background can be separated more easily. In addition, even if part of the light from the illumination unit 5 reaches the eyes of the observer K, it can be made invisible.

指先抽出部58は、差分検出部57からの差分データに基づいて、照明光に照らされている指先が写っている撮影画像のうち、指先が占める領域を抽出する。指先抽出部58は、予め設定された閾値(スレッシュホールド)と、撮影画像の各画素について、差分データが示す明るさとを比較することによって、第1撮影画像データと第2撮影画像データとで明るさが閾値以上に異なる撮影画像上の画素を抽出し、このような撮影画像上の画素の集合を指先が写っている領域であるとする。指先抽出部58は、抽出した領域(抽出領域)を示す領域データを、先端検出部59とタッチ検出部61のそれぞれに出力する。   Based on the difference data from the difference detection unit 57, the fingertip extraction unit 58 extracts an area occupied by the fingertip from the captured image showing the fingertip illuminated by the illumination light. The fingertip extraction unit 58 compares the brightness of the first captured image data and the second captured image data by comparing a preset threshold value (threshold) with the brightness indicated by the difference data for each pixel of the captured image. It is assumed that pixels on the photographed image whose length is different from the threshold value are extracted, and such a set of pixels on the photographed image is an area where the fingertip is reflected. The fingertip extraction unit 58 outputs region data indicating the extracted region (extraction region) to each of the tip detection unit 59 and the touch detection unit 61.

先端検出部59は、指先抽出部58からの領域データに基づいて、指先として抽出された抽出領域の特徴的な位置を検出する。特徴的な位置は、例えば抽出領域の重心位置であってもよいし、例えば指先の先端位置であってもよく、抽出領域と関連付けることが可能な位置から適宜設定される。例えば、先端検出部59は、パターン認識等によって抽出領域が指先のどの部分であるかを判定し、この判定結果に基づいて指先の先端位置等を検出してもよい。先端検出部59は、検出した特徴的な位置をタッチ位置とし、タッチ位置を示す位置データを座標変換部60に出力する。   The tip detection unit 59 detects a characteristic position of the extraction region extracted as the fingertip based on the region data from the fingertip extraction unit 58. The characteristic position may be, for example, the barycentric position of the extraction area or the tip position of the fingertip, and is appropriately set from positions that can be associated with the extraction area. For example, the tip detection unit 59 may determine which part of the fingertip the extraction region is based on pattern recognition or the like, and may detect the tip position of the fingertip based on the determination result. The tip detection unit 59 uses the detected characteristic position as a touch position, and outputs position data indicating the touch position to the coordinate conversion unit 60.

ところで、位置データが示すタッチ位置は、例えば撮影画像上の画素の位置を示す情報である。画像Vに対応する実像Mの範囲の外側まで撮影画像に写っている場合に、タッチ位置は、実像M上の実際のタッチ位置に相当する画像V上でのタッチ位置(画像表示面2a上での画素の位置)と一般的に異なることになる。また、撮影画像の画像形式(画素配列)と、画像V(画像表示面2a)の画像形式が異なる場合にも、撮影画像による位置データが示すタッチ位置は、画像V上のタッチ位置(画像表示面2a上の画素の位置)とが一般的に異なることになる。   By the way, the touch position indicated by the position data is information indicating the position of the pixel on the captured image, for example. When the captured image is captured outside the range of the real image M corresponding to the image V, the touch position is the touch position on the image V corresponding to the actual touch position on the real image M (on the image display surface 2a). In general, the pixel position is different. Further, even when the image format (pixel arrangement) of the captured image is different from the image format of the image V (image display surface 2a), the touch position indicated by the position data by the captured image is the touch position (image display) on the image V. The position of the pixel on the surface 2a is generally different.

そこで、座標変換部60は、先端検出部59からの位置データに基づいて、画像V上のタッチ位置に相当する座標を算出する。ここで、カメラ3の撮影範囲に占める、実像Mの形成範囲は、カメラ3の配置及びFPD2の配置等により定まるので、撮影画像に写る実像Mの範囲は、既知の情報にすることができる。また、カメラ3による撮影画像の画像形式と、FPD2が表示する画像Vの画像形式は、カメラ3の機種、FPD2の機種などにより定まる既知の情報である。座標変換部60は、上述のような既知の情報を用いて、位置データが示すタッチ位置を、FPD2が表示する画像V上の座標(画像表示面2a上の画素の位置)に変換する。座標変換部60は、この座標を示す情報をユーザーからの入力情報として、図示略の入力処理部に出力する。この入力処理部は、入力情報に応じて、例えばアプリケーションの操作等に関する処理を実行する。   Therefore, the coordinate conversion unit 60 calculates coordinates corresponding to the touch position on the image V based on the position data from the tip detection unit 59. Here, since the formation range of the real image M occupying the shooting range of the camera 3 is determined by the arrangement of the camera 3, the arrangement of the FPD 2, and the like, the range of the real image M that appears in the shot image can be known information. The image format of the image captured by the camera 3 and the image format of the image V displayed by the FPD 2 are known information determined by the model of the camera 3, the model of the FPD 2, and the like. The coordinate conversion unit 60 converts the touch position indicated by the position data into coordinates on the image V displayed by the FPD 2 (pixel positions on the image display surface 2a) using known information as described above. The coordinate conversion unit 60 outputs information indicating the coordinates as input information from the user to an input processing unit (not shown). This input processing unit executes, for example, processing related to application operation or the like according to the input information.

また、タッチ検出部61は、指先抽出部58からの領域データに基づいて、指先が実像面Jに触れたか否かを検出する。例えば、タッチ検出部61は、指先抽出部58から領域データが出力されていない状態を、指先が実像面Jに触れていない状態であると判定する。タッチ検出部61は、その判定結果を示すタッチ有無情報を上述したような入力処理部に出力する。このタッチ有無情報は、例えば、表示装置1を省電力モードから復帰する際の処理等に用いられる。   The touch detection unit 61 detects whether or not the fingertip has touched the real image plane J based on the area data from the fingertip extraction unit 58. For example, the touch detection unit 61 determines that a state in which no area data is output from the fingertip extraction unit 58 is a state in which the fingertip is not touching the real image plane J. The touch detection unit 61 outputs touch presence / absence information indicating the determination result to the input processing unit as described above. This touch presence / absence information is used for, for example, processing when the display device 1 is returned from the power saving mode.

次に、図9及び図10を参照して、表示装置1に対する入力方向の例を説明する。図9は、入力方法の一例を示す概念図、図10は、入力方法の他の例を示す概念図である。   Next, an example of an input direction with respect to the display device 1 will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating an example of the input method, and FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating another example of the input method.

図9に示す例において、ユーザーは、実像Mとして表示されているボタンPBを押す動作をすることで、このボタンPBに関連付けられた処理を実行させることができる。この例において、制御装置6は、ボタンPBを示す図形を含んだ画像Vを、FPD2に表示させる。制御装置6は、図7を用いて説明したように、ユーザーが触れた実像M上のタッチ位置(検出位置)に相当する画像V上のタッチ位置を取得し、画像V上のタッチ位置とボタンBPとの関係に基づいて、ユーザーがボタンに触れる動作をしたか否かを判定する。制御装置6は、ユーザーがボタンBPに触れる動作をしたと判定した場合に、このボタンBPと関連付けられた処理を実行する。この処理は、例えば表示装置1の外部の装置に処理を実行させるための処理であってもよい。   In the example shown in FIG. 9, the user can execute a process associated with the button PB by pressing the button PB displayed as the real image M. In this example, the control device 6 causes the FPD 2 to display an image V including a graphic indicating the button PB. As described with reference to FIG. 7, the control device 6 acquires the touch position on the image V corresponding to the touch position (detection position) on the real image M touched by the user, and the touch position on the image V and the button Based on the relationship with the BP, it is determined whether or not the user has touched the button. When it is determined that the user has performed an operation of touching the button BP, the control device 6 executes a process associated with the button BP. This process may be a process for causing a device external to the display device 1 to execute the process.

なお、表示装置1は、ボタンBPが画像Vの所定の領域、例えば画像Vの下部や隅に配置されるように画像Vを表示し、カメラ3は、実像面Jのうち所定の領域に相当する領域のみを撮影してもよい。このように、カメラ3の撮影範囲は、実像面Jの一部であってもよい。   The display device 1 displays the image V so that the button BP is arranged in a predetermined region of the image V, for example, the lower part or corner of the image V, and the camera 3 corresponds to a predetermined region of the real image plane J. Only the area to be captured may be photographed. Thus, the shooting range of the camera 3 may be a part of the real image plane J.

図10に示す例において、ユーザーは、実像面Jで指先を動かすことによって、文字や図形を入力することができる。この例において、制御装置6は、所定の時間間隔で画像V上のタッチ位置を取得し、タッチ位置の時間変化に基づいて、ユーザーの入力を受け付ける。例えば、制御装置6は、ユーザーが指先で描いた文字や図形を示す画像をFPD2に表示させる。   In the example shown in FIG. 10, the user can input characters and figures by moving the fingertip on the real image plane J. In this example, the control device 6 acquires a touch position on the image V at a predetermined time interval, and receives a user input based on a change in the touch position over time. For example, the control device 6 causes the FPD 2 to display an image showing characters and figures drawn by the user with the fingertip.

以上のような構成の表示装置1は、再帰性透過材4によって実像Mが形成される照明領域A1を照明部5で照明するとともに、この照明領域A1をカメラ3で撮影するので、実像Mに触れようとした指示体Finを検出することができる。表示装置1は、ユーザーが空間像に触れる動作をすることでユーザーからの入力を容易に検出でき、空間に表示された画面に対する入力を良好に行うことを可能にする。   The display device 1 configured as described above illuminates the illumination area A1 where the real image M is formed by the retrotransmissive material 4 with the illumination unit 5 and shoots the illumination area A1 with the camera 3, so that the real image M is displayed. The indicator Fin that is about to be touched can be detected. The display device 1 can easily detect an input from the user by performing an operation in which the user touches the aerial image, and can satisfactorily perform an input on the screen displayed in the space.

また、表示装置1は、制御装置6がカメラの撮影タイミングと照明部の照明状態を関連付けるように制御し、照明状態を異ならせた撮影画像を比較するので、撮影画像に写っている指示体Fin以外の背景などを除くことができ、指示体Finを精度よく検出できる。   Further, the display device 1 controls the control device 6 to associate the photographing timing of the camera with the illumination state of the illumination unit, and compares the photographed images with different illumination states, so that the indicator Fin shown in the photographed image is displayed. It is possible to remove backgrounds other than those, and the indicator Fin can be detected with high accuracy.

また、表示装置1は、また、照明部5の固体光源15が点灯している状態を第1の照明状態とし、照明部5の固体光源15が消灯している状態を第2の照明状態としている。そのため、第1の照明状態で撮影した撮影画像に写っている指示体Finの明るさと、第2の照明状態で撮影した撮影画像に写っている指示体Finの明るさとの差を明確にすることができ、指示体Finを精度よく検出することができる。   Moreover, the display apparatus 1 makes the state in which the solid light source 15 of the illumination unit 5 is lit as the first illumination state, and the state in which the solid light source 15 of the illumination unit 5 is unlit as the second illumination state. Yes. Therefore, the difference between the brightness of the indicator Fin reflected in the photographed image taken in the first illumination state and the brightness of the indicator Fin reflected in the photographed image photographed in the second illumination state is clarified. The indicator Fin can be detected with high accuracy.

また、表示装置1は、照明部5が素子面Sに対して画像表示面2aと同じ側に配置されているので、素子面Sに対して画像表示面2aと反対側(実像Mの観察側)に配置される部材が少なくなり、このような部材が実像Mを観察する上での妨げになりにくい。結果として、表示装置1は、見栄えのよい表示を行うことができる。   In the display device 1, the illumination unit 5 is disposed on the same side as the image display surface 2 a with respect to the element surface S. ) Is reduced, and such members are unlikely to obstruct the observation of the real image M. As a result, the display device 1 can perform a good-looking display.

また、表示装置1は、実像面Jに沿って照明光が伝播するので、照明光に照らされている指示体Finの位置を実像面J上の位置と精度よく関連付けることができる。また、表示装置1は、実像面Jの法線方向において照明光の広がりが制限されているので、照明光に照らされている指示体Finを精度よく検出できる。   Further, since the illumination light propagates along the real image plane J, the display device 1 can accurately associate the position of the indicator Fin illuminated by the illumination light with the position on the real image plane J. In addition, since the spread of the illumination light is limited in the normal direction of the real image plane J, the display device 1 can accurately detect the indicator Fin illuminated by the illumination light.

また、カメラ3の実像面J上の撮影範囲は、実像面J上に実像Mを結像可能な範囲の全域を含んでいるので、表示装置1は、実像面J上のいずれの位置に配置された指示体Finも検出でき、多様な入力に対応可能である。また、表示装置1は、FPD2によって生成した画像Vを実像Mとして表示するので、装置コストを低減できる。   Further, since the shooting range on the real image plane J of the camera 3 includes the entire range in which the real image M can be formed on the real image plane J, the display device 1 is arranged at any position on the real image plane J. The indicated indicator Fin can be detected, and various inputs can be handled. Further, since the display device 1 displays the image V generated by the FPD 2 as a real image M, the device cost can be reduced.

以上のように、表示装置1は、空間に表示された画面に対する入力を良好に行うことを可能にする。また、表示装置1は、再帰性透過材4の上方にカメラ3しか存在しないようにでき、実像Mを表示しない状態においても装置の見栄えが悪くならないし、通行の邪魔になりにくく、また装置の破損も生じにくい。   As described above, the display device 1 makes it possible to satisfactorily perform input on the screen displayed in the space. In addition, the display device 1 can be configured such that only the camera 3 exists above the retrotransmissive material 4, and even when the real image M is not displayed, the display device does not deteriorate in appearance and does not obstruct traffic. Damage is also difficult to occur.

また、例えばサイネージ、医療分野など用途において不特定多人数のユーザーが表示装置1を操作するような場合に、表示装置1は、実際のボタンへの接触で入力を行う装置と異なり、空間(実像面J)に触れる動作で入力できるので、例えば衛生的に使用することができる。   Further, when an unspecified number of users operate the display device 1 in applications such as signage and medical fields, the display device 1 is different from a device that performs input by touching an actual button (real image). Since the input can be performed by touching the surface J), for example, it can be used in a sanitary manner.

なお、本実施形態において制御装置6は、カメラ3に同期して照明部5を制御するが、照明部5に同期してカメラ3を制御してもよい。例えば、照明部5は、所定の間隔で点灯と消灯とを繰り返すように構成され、制御装置6は、照明部5の点灯タイミングを示すタイミング信号に基づいて、カメラ3の撮影タイミングを制御してもよい。この場合に、制御装置6は、タイミング信号に基づいて、照明部5の点灯時と消灯時のそれぞれにおいてカメラ3に撮影を実行させればよい。   In the present embodiment, the control device 6 controls the illumination unit 5 in synchronization with the camera 3, but may control the camera 3 in synchronization with the illumination unit 5. For example, the illumination unit 5 is configured to repeatedly turn on and off at predetermined intervals, and the control device 6 controls the shooting timing of the camera 3 based on a timing signal indicating the lighting timing of the illumination unit 5. Also good. In this case, the control device 6 may cause the camera 3 to perform shooting based on the timing signal when the illumination unit 5 is turned on and off.

次に、再帰性透過材4の変形例について説明する。   Next, a modified example of the retrotransmissive material 4 will be described.

図11は、再帰性透過材4の変形例1を示す斜視図である。図11に示す再帰性透過材11は、両面もしくは片面が反射面となった金属もしくはガラスなどの複数の板材12を互いに直交するように格子状に組み合わせたものである。板材12の片面のみが反射面である場合に、板材7は、互いに交差して隣り合う1対の反射面が画像生成装置の画像生成面を向くように、配置される。隣り合う板材12の間の空間は、空気が存在してもよいし、透明性の高い樹脂材料などが充填されていてもよい。   FIG. 11 is a perspective view showing Modification Example 1 of the retrotransmissive material 4. A retrotransmissive material 11 shown in FIG. 11 is a combination of a plurality of plate materials 12 such as metal or glass whose both surfaces or one surface is a reflective surface, which are orthogonal to each other. When only one surface of the plate material 12 is a reflection surface, the plate material 7 is arranged so that a pair of reflection surfaces that intersect with each other face the image generation surface of the image generation apparatus. Air may exist in the space between the adjacent board | plate materials 12, and the resin material etc. with high transparency may be filled.

図12は、再帰性透過材4の変形例2を示す斜視図である。図12に示す再帰性透過材13は、角柱状のガラス材料14の長手方向の一面を鏡面として、鏡面が同じ方向を向くように複数のガラス材料14を並べたものを2組作り、鏡面が互いに直交するように2組を積層したものである。   FIG. 12 is a perspective view showing Modification Example 2 of the retrotransmissive material 4. The retrotransmissive material 13 shown in FIG. 12 makes two sets of a plurality of glass materials 14 arranged such that one surface in the longitudinal direction of the prismatic glass material 14 is a mirror surface and the mirror surfaces are directed in the same direction. Two sets are stacked so as to be orthogonal to each other.

[第2実施形態]
次に、図13を参照しつつ、第2実施形態について説明する。本実施形態の表示装置21は、画像生成装置の構成が第1実施形態と異なり、その他の構成については第1実施形態と同様である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. The display device 21 of the present embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the image generation device, and the other configurations are the same as those in the first embodiment.

図13は、本実施形態の表示装置21の概略構成を模式的に示す斜視図である。図13において、第1実施形態と共通する構成要素は、同一の符号を付してその説明を簡略化又は省略することがある。   FIG. 13 is a perspective view schematically showing a schematic configuration of the display device 21 of the present embodiment. In FIG. 13, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be simplified or omitted.

本実施形態の表示装置21は、プロジェクションシステム22(画像生成装置)と、カメラ3と、再帰性透過材4(結像素子)と、を備えている。プロジェクションシステム22は、透過型のスクリーン23と、スクリーン23に対して画像Vを投射するプロジェクター24と、を備えている。   The display device 21 of this embodiment includes a projection system 22 (image generation device), a camera 3, and a retrotransmissive material 4 (imaging element). The projection system 22 includes a transmissive screen 23 and a projector 24 that projects an image V onto the screen 23.

本実施形態において、スクリーン23は、第1実施形態のFPD2の位置に、FPD2の代わりに配置されている。すなわち、スクリーン23は、スクリーン23の画像表示面23aが再帰性透過材4の素子面Sに対して傾くように配置されている。   In the present embodiment, the screen 23 is disposed in place of the FPD 2 at the position of the FPD 2 of the first embodiment. That is, the screen 23 is arranged so that the image display surface 23 a of the screen 23 is inclined with respect to the element surface S of the retrotransmissive material 4.

以上のような構成の表示装置21は、空間に表示された画面に対する入力を良好に行うことを可能にする。また、表示装置21は、プロジェクションシステム22によって画像Vを生成するので、画面サイズの自由度が高くなる。また、表示装置21は、例えばスクリーンゲインを上げることに等より、明るい実像Mを表示すること等もできる。   The display device 21 configured as described above makes it possible to satisfactorily perform input on the screen displayed in the space. Further, since the display device 21 generates the image V by the projection system 22, the degree of freedom of the screen size is increased. The display device 21 can also display a bright real image M, for example, by increasing the screen gain.

[第3実施形態]
次に、図13を参照しつつ、第3実施形態について説明する。本実施形態の表示装置30は、実像を形成するとともに撮影画像を取得する処理部を複数備えている点が第1実施形態と異なる。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. The display device 30 of the present embodiment is different from the first embodiment in that it includes a plurality of processing units that form a real image and acquire a captured image.

図14は、本実施形態の表示装置30の概略構成を模式的に示す斜視図である。本実施形態において、再帰性透過材4は、図3(A)及び図3(B)に示したように、多数の開口部8を有しているが、図14には開口部8の1つを代表的にまた拡大して模式的に図示した。   FIG. 14 is a perspective view schematically showing a schematic configuration of the display device 30 of the present embodiment. In the present embodiment, the retrotransmissive material 4 has a large number of openings 8 as shown in FIGS. 3A and 3B, but FIG. One of them is typically enlarged and schematically shown.

図14に示す表示装置30は、複数の処理部として、第1処理部31、第2処理部32、第3処理部33、及び第4処理部34を備える。これら処理部は、いずれも同様の構成であるが、再帰性透過材4の反射面9に対する位置関係が互いに異なっている。   The display device 30 illustrated in FIG. 14 includes a first processing unit 31, a second processing unit 32, a third processing unit 33, and a fourth processing unit 34 as a plurality of processing units. These processing units have the same configuration, but the positional relationship of the retrotransmissive material 4 with respect to the reflection surface 9 is different from each other.

再帰性透過材4の第1反射面9a及び第2反射面9bは、開口部8の中心を原点として第1象限内の第1象限方向を向いて、互いに直交している。第1処理部31は、第1反射面9a及び第2反射面9bを利用して実像を形成するように、配置されている。すなわち、第1処理部31の画像生成装置35は、素子面Sの法線方向から見て、画像生成面35aを第1反射面9a及び第2反射面9bに向けて、配置されている。第1処理部31のカメラ36は、画像生成装置35に対する実像面J1を撮影可能に配置されている。   The first reflecting surface 9a and the second reflecting surface 9b of the retrotransmissive material 4 are orthogonal to each other in the first quadrant direction in the first quadrant with the center of the opening 8 as the origin. The 1st process part 31 is arrange | positioned so that a real image may be formed using the 1st reflective surface 9a and the 2nd reflective surface 9b. That is, the image generation device 35 of the first processing unit 31 is arranged with the image generation surface 35a facing the first reflection surface 9a and the second reflection surface 9b when viewed from the normal direction of the element surface S. The camera 36 of the first processing unit 31 is arranged so as to be able to photograph the real image plane J1 with respect to the image generation device 35.

なお、画像生成装置35は、第1実施形態で説明したFPD2であってもよいし、第2実施形態で説明したプロジェクションシステム22であってもよい。第2から第4の処理部32〜34についても同様である。   Note that the image generation apparatus 35 may be the FPD 2 described in the first embodiment, or the projection system 22 described in the second embodiment. The same applies to the second to fourth processing units 32 to 34.

第2反射面9bと第3反射面9cは、第4象限方向(上記の回転角が270°より大きく360°より小さい方向)を向いて、互い直交している。第2処理部32は、第2反射面9b及び第3反射面9cを利用して実像を形成するように、配置されている。第2処理部32の画像生成装置37は、素子面Sの法線方向から見て、画像生成面37aを第2反射面9b及び第3反射面9cに向けて、配置されている。第2処理部32のカメラ38は、画像生成装置37に対応する実像面J2を撮影可能に配置されている。   The second reflection surface 9b and the third reflection surface 9c are orthogonal to each other in the fourth quadrant direction (the rotation angle is greater than 270 ° and less than 360 °). The 2nd process part 32 is arrange | positioned so that a real image may be formed using the 2nd reflective surface 9b and the 3rd reflective surface 9c. The image generation device 37 of the second processing unit 32 is arranged with the image generation surface 37a facing the second reflection surface 9b and the third reflection surface 9c when viewed from the normal direction of the element surface S. The camera 38 of the second processing unit 32 is arranged so as to be able to photograph the real image plane J2 corresponding to the image generation device 37.

また、第3反射面9cと第4反射面9dは、第3象限方向(上記の回転角が180°より大きく270°より小さい方向)を向いて、互いに直交している。第3処理部33は、第3反射面9c及び第4反射面9dを利用して実像を形成するように、配置されている。第3処理部33の画像生成装置39は、素子面Sの法線方向から見て、画像生成面39aを第3反射面9c及び第4反射面9dに向けて、配置されている。第3処理部33のカメラ40は、画像生成装置41に対応する実像面J3を撮影可能に配置されている。   The third reflecting surface 9c and the fourth reflecting surface 9d are orthogonal to each other in the third quadrant direction (the rotation angle is greater than 180 ° and smaller than 270 °). The 3rd process part 33 is arrange | positioned so that a real image may be formed using the 3rd reflective surface 9c and the 4th reflective surface 9d. The image generation device 39 of the third processing unit 33 is disposed with the image generation surface 39a facing the third reflection surface 9c and the fourth reflection surface 9d when viewed from the normal direction of the element surface S. The camera 40 of the third processing unit 33 is arranged so that the real image plane J3 corresponding to the image generation device 41 can be photographed.

また、第4反射面9dと第1反射面9aは、第2象限方向(上記の回転角が90°より大きく180°より小さい方向)を向いて、互い直交している。第4処理部34は、第4反射面9d及び第1反射面9aを利用して実像を形成するように、配置されている。第4処理部34の画像生成装置41は、素子面Sの法線方向から見て、画像生成面41aを第4反射面9d及び第1反射面9aに向けて、配置されている。第4処理部34のカメラ42は、画像生成装置42に対応する実像面J4を撮影可能に配置されている。   The fourth reflecting surface 9d and the first reflecting surface 9a are orthogonal to each other in the second quadrant direction (the rotation angle is greater than 90 ° and smaller than 180 °). The 4th process part 34 is arrange | positioned so that a real image may be formed using the 4th reflective surface 9d and the 1st reflective surface 9a. The image generation device 41 of the fourth processing unit 34 is arranged with the image generation surface 41a facing the fourth reflection surface 9d and the first reflection surface 9a when viewed from the normal direction of the element surface S. The camera 42 of the fourth processing unit 34 is arranged so as to be able to photograph the real image plane J4 corresponding to the image generating device 42.

本実施形態において、表示装置30は、複数の処理部31〜34がそれぞれの実像面J1〜J4に像を形成し、複数の像のそれぞれを各処理部に応じた視点から観察することができる。これら4つの視点は、例えば矩形状の再帰性透過材4の角に配置される。本実施形態の表示装置30は、再帰性透過材4の外側に外周が矩形状の補助部材44が設けられており、補助部材44の外周の各辺に再帰性透過材4の角(視点)が配置されるようになっている。   In the present embodiment, in the display device 30, the plurality of processing units 31 to 34 form images on the respective real image planes J1 to J4, and each of the plurality of images can be observed from a viewpoint corresponding to each processing unit. . These four viewpoints are arranged, for example, at the corners of the rectangular retrotransmissive material 4. In the display device 30 according to the present embodiment, auxiliary members 44 having a rectangular outer periphery are provided outside the retrotransmissive material 4, and corners (viewpoints) of the retrotransmissive material 4 are provided on each side of the outer periphery of the auxiliary member 44. Is arranged.

以上のような構成の表示装置30は、例えば4人のユーザーに対応可能であり、利便性が高くなる。また、このような表示装置30は、例えば画像生成装置の数が1つである表示装置1を複数用いて複数のユーザーに対応する構成と比較して、再帰性透過材4を共通化することができる。   The display device 30 configured as described above can handle, for example, four users, and is highly convenient. In addition, such a display device 30 uses, for example, a plurality of display devices 1 having a single image generation device and uses a common recursive transmission material 4 as compared with a configuration corresponding to a plurality of users. Can do.

なお、本実施形態において、処理部の数は、4つであるが2つでもよいし、3つでもよい。処理部の数が2又は3である場合に、処理部の位置は、上記の第1処理部31〜第4処理部34から適宜選択できる。   In the present embodiment, the number of processing units is four, but may be two or three. When the number of processing units is 2 or 3, the position of the processing unit can be appropriately selected from the first processing unit 31 to the fourth processing unit 34 described above.

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではない。上記の実施形態で説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、上記の実施形態で説明した要件の少なくとも1つは、省略されることある。   The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment. The requirements described in the above embodiments can be combined as appropriate. In addition, at least one of the requirements described in the above embodiment may be omitted.

なお、上述の実施形態において、照明部5の固体光源15が点灯している状態を第1の照明状態とし、照明部5の固体光源15が消灯している状態を第2の照明状態としているが、照明状態はこれに限られない。例えば、第2の照明状態は、照明部5の固体光源15が点灯している状態であって、第1の照明状態よりも暗い照明状態(固体光源15からの光の光量が少ない状態)であってもよい。この場合、観察者Kに照明部からの照明光の一部が見えたとしても、点滅よりも照明光の強度差が少ないため違和感を低減することができる。   In the above-described embodiment, the state where the solid light source 15 of the illumination unit 5 is turned on is the first illumination state, and the state where the solid light source 15 of the illumination unit 5 is turned off is the second illumination state. However, the lighting state is not limited to this. For example, the second illumination state is a state in which the solid light source 15 of the illumination unit 5 is lit, and is darker than the first illumination state (a state in which the amount of light from the solid light source 15 is small). There may be. In this case, even if a part of the illumination light from the illumination unit is seen by the observer K, the difference in intensity of the illumination light is smaller than that of blinking, so that the uncomfortable feeling can be reduced.

1・・・表示装置、2・・・フラットパネルディスプレイ(FPD、画像生成装置)、2a・・・画像表示面(画像生成面)、3・・・カメラ、3a・・・撮影範囲、4・・・再帰性透過材(結像素子)、5・・・照明部、6・・・制御装置(制御部、検出部)、11、13・・・再帰性透過材(結像素子)、15・・・固体光源、21・・・表示装置、22・・・プロジェクションシステム(画像生成装置)、23・・・スクリーン、23a・・・画像表示面(画像生成面)、24・・・プロジェクター、51・・・制御部、52・・・検出部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Display apparatus, 2 ... Flat panel display (FPD, image generation apparatus), 2a ... Image display surface (image generation surface), 3 ... Camera, 3a ... Shooting range, 4. .. Retroreflective material (imaging element), 5... Illumination unit, 6... Control device (control unit, detection unit), 11, 13. ... Solid light source, 21 ... Display device, 22 ... Projection system (image generation device), 23 ... Screen, 23a ... Image display surface (image generation surface), 24 ... Projector, 51 ... Control unit, 52 ... Detection unit

Claims (9)

画像を生成する画像生成装置と、
前記画像生成装置の画像生成面に対して傾斜しており前記画像からの光が入射する素子面を有し、前記素子面に関して前記画像生成面と面対称な実像面に像を結像する結像素子と、
前記実像面を含む照明領域を照明する照明部と、
前記照明領域を撮影するカメラと、
前記カメラが撮影した撮影画像に基づいて、前記実像面を指示する指示体を検出する検出部と、を備える表示装置。
An image generating device for generating an image;
The image generating apparatus has an element surface that is inclined with respect to the image generation plane and on which light from the image is incident. An image element;
An illumination unit that illuminates an illumination area including the real image plane;
A camera for photographing the illumination area;
A display device comprising: a detection unit that detects an indicator that indicates the real image plane based on a captured image captured by the camera.
前記照明部は第1の照明状態と第2の照明状態を有し、
前記カメラの撮影画像を取得するタイミングと前記照明部の照明状態を関連付けるように、前記撮影画像を取得するタイミングと前記照明状態の一方又は双方を制御する制御部を備え、
前記検出部は、前記第1の照明状態で前記カメラが撮影した撮影画像と、前記第2の照明状態で前記カメラが撮影した撮影画像とを比較して、前記指示体を検出する
請求項1に記載の表示装置。
The illumination unit has a first illumination state and a second illumination state,
A control unit that controls one or both of the timing of acquiring the captured image and the illumination state so as to associate the timing of acquiring the captured image of the camera and the illumination state of the illumination unit;
The detection unit detects the indicator by comparing a captured image captured by the camera in the first illumination state with a captured image captured by the camera in the second illumination state. The display device described in 1.
前記照明部は、前記素子面に対して前記画像生成面と同じ側に配置され、前記結像素子を介して前記照明領域を照明する
請求項1又は2に記載の表示装置。
The display device according to claim 1, wherein the illumination unit is disposed on the same side as the image generation surface with respect to the element surface, and illuminates the illumination region via the imaging element.
前記照明部は、前記実像面に沿って照明光が伝播するように、設けられている
請求項1〜3のいずれか一項に記載の表示装置。
The display device according to claim 1, wherein the illumination unit is provided so that illumination light propagates along the real image plane.
前記照明部は、所定方向に配列された複数の固体光源を備え、前記複数の固体光源から出射して前記所定方向を長手方向とするスポット状の照明光を射出し、前記実像面の法線方向において前記照明光の広がりが制限されるように、設けられている
請求項4に記載の表示装置。
The illumination unit includes a plurality of solid light sources arranged in a predetermined direction, emits spot-like illumination light that is emitted from the plurality of solid light sources and has the predetermined direction as a longitudinal direction, and is normal to the real image plane The display device according to claim 4, wherein the display device is provided so as to limit a spread of the illumination light in a direction.
前記カメラの前記実像面上の撮影範囲は、前記結像素子が前記実像面上に前記像を結像可能な範囲の全域を含む
請求項1〜5のいずれか一項に記載の表示装置。
The display device according to any one of claims 1 to 5, wherein an imaging range on the real image plane of the camera includes an entire range in which the imaging element can form the image on the real image plane.
前記画像生成装置、及び該画像生成装置と対になる前記カメラを含む処理部を複数備えており、
前記結像素子は、第1方向を向いて互いに交差する第1組の反射面と、第2方向を向いて互いに交差する第2組の反射面とを含み、
第1の前記処理部の前記画像生成装置は、前記画像生成面を前記第1組の反射面に向けて配置されており、
第2の前記処理部の前記画像生成装置は、前記画像生成面を前記第2組の反射面に向けて配置されている
請求項1〜6のいずれか一項に記載の表示装置。
A plurality of processing units including the image generation device and the camera paired with the image generation device;
The imaging element includes a first set of reflective surfaces that face each other in the first direction and a second set of reflective surfaces that intersect each other in the second direction;
The image generation device of the first processing unit is arranged with the image generation surface facing the first set of reflection surfaces,
The display device according to claim 1, wherein the image generation device of the second processing unit is arranged with the image generation surface facing the second set of reflection surfaces.
前記画像生成装置は、前記画像生成面を画面とするフラットパネルディスプレイを含む
請求項1〜7のいずれか一項に記載の表示装置。
The display device according to claim 1, wherein the image generation device includes a flat panel display having the image generation surface as a screen.
前記画像生成装置は、
前記画像生成面に配置されたスクリーンと、
前記スクリーンに前記画像を投射するプロジェクターと、を備える
請求項1〜7のいずれか一項に記載の表示装置。
The image generation device includes:
A screen disposed on the image generation surface;
The display apparatus as described in any one of Claims 1-7 provided with the projector which projects the said image on the said screen.
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