JP2015079169A - 投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】投影画像上の操作実行物の画像投影面への接触位置を正確に検出できる投影装置を提供すること。
【解決手段】投影装置１は、レーザ光を出射するレーザ光源を備える光源モジュール（第１光源モジュール８、第２光源モジュール９）と、光源モジュールから出射されるレーザ光を二次元に走査して画像投影面５に投影画像６を投影する光偏向手段１１と、投影画像６上の操作実行物７からのレーザ光の反射光を検出する光検出手段３と、光検出手段３からの情報と投影画像６の情報によって、操作実行物７が投影画像６のどの位置に接触したかを判断する制御部２０と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、投影装置に関する。

赤色、緑色、青色といった光の３原色のレーザ光を１本のレーザ光とし、このレーザ光を二次元的に走査して画像投影面に投影画像を形成し、投影画像の範囲内にある操作実行物と投影画像の相対位置関係を検出する投影装置というものがある。たとえば、特許文献１には、投影されたキーボード画像やマウス画像上に操作実行物としての指などを置き、走査センサで指の動きを捉え、投影画像に対する操作位置情報として検出するものが開示されている。また、特許文献２には、投影画像上に置かれた操作実行物としての指などに照明システムから光を照射し、操作実行物からの散乱光または反射光を光検出手段で検出して、操作実行物の投影画像に対する位置を検出するというものが開示されている。

特開２００６−３２３８６６号公報 特表２００４−５２３０３１号公報

このような投影装置では、投影面上のどこに指があるかは判別できるが、その指が投影面に接触したか否かは判別することができない。特許文献１および特許文献２に記載されている投影装置は、指の動きを画像処理によって判別しており、画像投影面に操作実行物が接触していることの検出精度が低く、そのことから、操作実行物が画像投影面に接触した位置を正確に検出できない。操作は、操作対象物の付近に指などが置かれただけでは実行されないことが好ましい。すなわち、その位置から確実に指などを操作対象物に押し当てるなどの行動が伴って始めて操作が実行させることが好ましい。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、投影画像上の操作実行物の画像投影面への接触位置を正確に検出可能な投影装置を提供しようとするものある。

上記課題を解決するために、本発明は、投影装置において、レーザ光を出射するレーザ光源を備える光源モジュールと、光源モジュールから出射されるレーザ光を二次元に走査して画像投影面に投影画像を投影する光偏向手段と、投影画像上の操作実行物からのレーザ光の反射光を検出する光検出手段と、光検出手段からの情報と投影画像の情報によって、操作実行物が投影画像のどの位置に接触したかを判断する制御部と、を有する、こととする。

また、上記発明に加えて、第１光源モジュールは、赤色レーザ光源、緑色レーザ光源、および青色レーザ光源のいずれか、または全てを含む、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、レーザ光源は、画像信号に応じて波長の異なるレーザ光を出射する複数のレーザ光源からなり、光源モジュールは、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光を束ねて出射し、光検出手段は、操作実行物を撮像する撮像手段である、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、投影装置は、光検出手段によって、操作実行物の前記画像投影面との接触位置を検出し、接触位置と、レーザ光の描画ライン情報を対応付けして、操作実行物の前記投影画像に対する位置を検出する、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、光偏向手段は、ミラー部と、ミラー部を揺動させるミラー駆動手段を有する静電駆動方式のＭＥＭＳ構造体である、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、投影装置は、レーザ光を出射可能であり、光源モジュールと組み合わせて用いられる組み合わせ光源モジュールを備え、光源モジュールから出射されるレーザ光と、組み合わせ用光源モジュールから出射されるレーザ光を合成する合波手段を有する、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、レーザ光には赤外光を含み、赤外光は、投影画像領域で常時照射されている、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、投影画像は、操作対象となる機器の操作用パターンである、ことが好ましい。

また、上記発明に加えて、投影装置は、光検出手段に加え、画像投影面の近傍に配置されると共に、操作実行物の画像投影面に対する垂直方向の動き検出する第２光検出手段を備えている、ことが好ましい。

本発明の第１の実施の形態に係る投影装置の概略を示す図である。 第１の実施の形態に係る光源ユニットの概略的な構成を示す図である。 第１の実施の形態に係る第１光源モジュールの概略的な構成を示す図である。 図３の変形例に係る第１光源モジュールの概略的な構成を示す図である。 第１の実施の形態に係る第２光源モジュールの概略的な構成の一例を示す図である。 第１の実施の形態に係る光偏向手段の構成の１例を示す平面図である。 ラスタースキャンの場合の走査イメージを示す図である。 リサージュスキャンの場合の走査イメージを示す図である。 第１の実施の形態に係る制御部の主要な構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る投影装置の概略を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る投影装置について、図面を参照しながら説明する。以下に示す投影装置は、画像信号に応じてレーザ光を走査して投影画像を形成し、この投影画像に対する指などの操作実行物の位置を検出する投影装置に関するものである。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る投影装置１の概略を示す図である。投影装置１は、光源ユニット２と光検出手段としての撮像手段３を主要構成要素としている。光源ユニット２および撮像手段３は、筐体４の内部に取付けられており、共に筐体４の１側面側に上下になるように配置されている。光源ユニット２は、筐体４の開口部から外部の画像投影面５に向かってにレーザ光を出射可能であり、撮像手段３は、筐体４の開口部から射出されたレーザ光の反射光を入射可能としている。

図１は、本実施の形態の１例として、画像投影面５に投影画像６としてキーボードイメージ（以降、キーボードイメージ６と表す）を投影し、操作実行物７としての指（以降、指７と表す）の位置および動きを撮像手段３によって撮像し、キーボードイメージ６のどのキーを操作（タッチ操作）したかを識別しようとしたものを例示している。したがって、本実施の形態では、投影装置１の載置場所および画像投影面５を共に机上としているので、光源ユニット２はキーボードイメージ６を投影可能な位置に配置され、撮像手段３は、本実施の形態では、光源ユニット２が上部に、撮像手段３が下部に配置される。

次に、光源ユニット２の構成について図２を参照して説明する。図２は、光源ユニット２の概略的な構成を示す図である。図２に示すように、光源ユニット２は、レーザ光を出射する二つの光源モジュール８，９と、これら光源モジュール８，９から出射されたレーザ光を１本のレーザ光に束ねて合成する合波手段１０と、画像信号に応じてレーザ光を二次元走査して画像投影面５に投影画像６を投影する光偏向手段１１とを有する。本実施の形態では、光偏向手段１１と画像投影面５の間に、光学要素１２を備えている。なお、光源モジュール８，９を区別するために、第１光源モジュール８、第２光源モジュール９と表す。

第１光源モジュール８を主光源モジュールとしたとき、第２光源モジュール９は、第１光源モジュール８と組み合わせて用いられる組み合わせ用光源モジュールであって、用途によって用いられたり、用いられなかったりするものである。したがって、第２光源モジュール９は、必ずしも設けなくてもよい。また、第３の光源モジュールを付加することも可能である。

光検出手段としての撮像手段３は、たとえば、ＣＣＤカメラであって操作実行物としての指７からの反射光を検出することが可能である。光検出手段としては、ＣＣＤカメラ以外にフォトセンサなどを用いることが可能である。

なお、投影装置１は、上述した光学系要素の他に、図に示すように、制御部２０を備えている。制御部２０は、第１の光源モジュール８、第２の光源モジュール９、光偏向手段１１および撮像手段３の駆動や検知動作を司る。光偏向手段１１は、ミラー部と、このミラー部を揺動させるミラー駆動手段を備えているが、詳しい構成については、図６を参照して後述する。

次に、第１光源モジュール８について説明する。図３は、第１光源モジュール８の概略的な構成を示す図であり、平面断面図に対応している。図３に示すように、第１光源モジュール８は、筐体１３と、３個のレーザ光源１４，１５，１６と、ダイクロイックミラー１７，１８を有している。筐体１３は、３個の光源取付け部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃを備えており、この光源取付け部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃにはそれぞれ赤色、緑色、青色の波長のレーザ光を出射可能なレーザ光源１４，１５，１６が取り付けられている。

図３に示す構成では、筐体１３に設けられた円形の出射孔２１に向かう光軸Ｌの延長線上で交差する筐体１３の壁部１３Ａには、光源取付け部１９Ａが設けられている。光源取付け部１９Ａには、赤色のレーザ光を出射可能な赤色レーザ光源２２と、コリメータレンズ２３が取り付けられている。

また、壁部１３Ａと交差する一方の壁部１３Ｂにも、光源取付け部１９Ｂ，１９Ｃが設けられている。そのうち、光源取付け部１４寄りの位置には、レーザ光源１５が設けられていて、緑色のレーザ光を出射可能な緑色レーザ光源２４と、他のコリメータレンズ２３が取り付けられている。また、光源取付け部１５よりも光源取付け部１４から離れた位置には、光源取付け部１６が設けられていて、青色のレーザ光を出射可能な青色レーザ光源２５と、他のコリメータレンズ２３が取り付けられる。各コリメータレンズ２３は、各色のレーザ光源から入射されたレーザ光を、平行光へと整えて出射する。

なお、赤色のレーザ光は、６３５ｎｍ〜６９０ｎｍの範囲の単一波長のレーザ光であり、たとえば波長が６４０ｎｍのものがある。また、緑色のレーザ光は、５００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲内の単一波長のレーザ光であり、たとえば波長が５１５ｎｍのものを本実施の形態では採用している。また、青色のレーザ光は、４３５ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の単一波長のレーザ光であり、たとえば波長が４５０ｎｍのものを本実施の形態では採用している。これら各色のレーザ光源は、赤色、緑色、青色の波長に対応するレーザダイオードを用いることが可能である。

また、筐体１３には、ミラー取付け部２６Ａ，２６Ｂが設けられ、そのミラー取付け部２６Ａ，２６Ｂにはそれぞれ、ダイクロイックミラー１７，１８が取り付けられている。本実施の形態では、緑色レーザ光源２４の光軸上に、緑色のレーザ光は反射するものの赤色のレーザ光などを透過するダイクロイックミラー１７が取り付けられている。なお、ダイクロイックミラー１７は、赤色のレーザ光のみを透過するものとしても良い。また、青色レーザ光源２５の光軸上には、緑色および緑色よりも長波長のレーザ光は透過するが、緑色よりも短波長の青色レーザ光は反射するダイクロイックミラー１８が取り付けられている。なお、ダイクロイックミラー１８は、青色光のみを反射し、他の光は透過させるものとしたり、赤色と緑色のみを透過させ、他の色のものを反射させるものとしてもよい。

なお、図３に示すような構成を採用せずに、図４に示すような構成を採用しても良い。図４は、図３の変形例に係る第１光源モジュール８の概略的な構成を示す図であり、平面断面図に対応している。なお、図３に示すものと共通関係にある光学系要素には、同じ符号を附し、説明を省略する。

たとえば、投影装置１のスペース的な制約等により、第１光源モジュール８の電気的な接続部位を設ける部位が限られている等の場合には、図４に示す構成を用いることができる。図４に示す構成では、同一の壁部１３Ｂに、光源取付け部１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃが設けられている。また、光源取付け部１９Ａに取り付けられる赤色レーザ光源２２から出射される赤色レーザ光を反射させるべく、新たにミラー取付け部２６Ｃが設けられている。ミラー取付け部２６Ｃには、赤色のレーザ光を反射するダイクロイックミラー２７が取り付けられている。

次に、組み合わせ用光源モジュールに対応する第２光源モジュール９について説明する。図５は、第２光源モジュール９の概略的な構成の一例を示す図であり、平面断面図に対応している。なお、第２光源モジュール９の多くの部分は、基本的には、第１光源モジュール８と共通の構成である。すなわち、第２光源モジュール９における筐体３０は、図３に示した筐体１３と共通の構成となっている。また、筐体３０は、筐体１３に設けられた光源取付け部１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃと同様の光源取付け部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃを備え、ミラー取付け部２６Ａ，２６Ｂと同様のミラー取付け部３２Ａ，３２Ｂを備え、さらに出射孔２１と同様の出射孔３０Ｃを備えている。

ただし、筐体３０の光源取付け部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに取り付けられるレーザ光源３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃは、投影装置１の用途に応じて、好適なものが用いられる。すなわち、必要とする色度、照度等に応じて、好適なレーザ光を出射可能なレーザ光源を、光源取付け部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃのいずれかに取り付けることが可能である。

なお、図５に示すレーザ光源３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃと３つのコリメータレンズ３４は、図３に示したレーザ光源１４，１５，１６、および各コリメータレンズ２３と同様なものを用いてもよく、ニーズに応じて異なるものを用いてもよい。また、ミラー取付け部３２Ａ，３２Ｂに取り付けられるダイクロイックミラー３５Ａ，３５Ｂも、図３に示したダイクロイックミラー１７，１８と同様のものを用いても良く、ニーズに応じて異なるものを用いても良い。

光源取付け部３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃへのレーザ光源３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの取り付けの例としては、次のようなものがある。たとえば、レーザ光の合成によって、画像を形成する場合には、白色光を形成可能なことが必要である。かかる白色光は、赤色、緑色および青色のレーザ光を所定の割合で合成することで形成されるが、青色のレーザ光の光量を多くしても、明るさ（照度）の向上には、大きくは寄与しない。

図２に示すように、第１光源モジュール８と、第２光源モジュール９からそれぞれ出射されたレーザ光は、合波手段１０によって、１つの光束となるように合波（合成）される。それにより、合波手段１０から出射した後のレーザ光は、第１光源モジュール８のみから出射される場合と比較して、照度が向上する。そのため、第２光源モジュール９が、たとえば緑色レーザ光源３６を含む場合には、第１光源モジュール８のみを用いる場合と比較して、明るさを向上させることが可能となっている。

そのため、第２光源モジュール９においては、青色のレーザ光を出射する青色レーザ光源を設けずに、赤色のレーザ光を出射する赤色レーザ光源３７、および緑色のレーザ光を出射する緑色レーザ光源３６を設けるようにしてもよい。たとえば、３つのレーザ光源を配置する場合、全てを赤色レーザ光源３７としてもよく、全てを緑色レーザ光源３６としてもよく、赤色レーザ光源３７を１つまたは２つ設け、残りを緑色レーザ光源３６としてもよい。

特に、緑色レーザ光源３６は、輝度の向上に大きく寄与する。そのため、仮に、第１光源モジュール８において、赤色レーザ光源２２の効率が高い場合には、第２光源モジュール９においては、緑色レーザ光源３６のみを設ける構成か、または緑色レーザ光源３６の個数を、赤色レーザ光源３７の個数よりも多く設ける構成を採用しても、白色光を形成可能である。

図５に示す構成においては、輝度の向上を図るため、緑色レーザ光源３６を２つ設けると共に、１つの赤色レーザ光源３７を設けた構成となっている。

また、第２光源モジュール９においては、赤色、緑色、または青色のレーザ光源に代えて、赤外線レーザを出射可能な光源を有する赤外センサを取り付けても良い。なお、この赤外センサは、出射した光の反射光（正反射光）を受光する受光部も備え、その受光部での受光により、対象となる指７（操作実行物）の画像投影面５に対する垂直方向の位置、および投影画像６に対する二次元方向の位置を検出するために用いられる。ただし、赤外センサ以外のセンサを光検出手段としてもよい。そのようなものとしては、たとえば投受光方式のフォトダイオードを用いたもの等、種々のものがある。このような構成とすると、撮像手段３を光源ユニット２が兼ねることができる。

その他、必要に応じて、レーザ光源として、黄色のレーザ光、青紫のレーザ光、紫色のレーザ光、橙色のレーザ光、紫外領域のレーザ光等を出射するものなど、種々のものを用いることが可能である。

このような、第２光源モジュール９は、たとえば、要求される（所望の）照度、他の製品の要求により、種々のレーザ光源を組み合わせて、取り付けることが可能である。すなわち、第２光源モジュール９は、基本となる第１光源モジュール８に対して、組み合わせ用光源モジュールとなっている。

合波手段１０は、プリズムを用いることが可能である。なお、合波手段１０として、プリズムの他に、必要に応じて、集光レンズ、コリメータレンズ、ミラーといった光学要素１２を配置することが可能である。また、プリズムに代えて、ミラーを用い、そのミラーの他に、必要に応じて、集光レンズ、コリメータレンズ、ミラーといった光学要素１２を配置する構成を採用しても良い（図２では、代表的な光学要素１２として、ミラーのみを図示している）。

図２に示すように、第１光源モジュール８および第２光源モジュール９から出射されたレーザ光は、合波手段１０を経て、必要に応じて光学要素１２を経た後に、光偏向手段１１に入射される。図２に示す構成では、合波手段１０と光偏向手段１１は、筐体３８に一体的に取り付けられ、これらが１つの光学ユニット３９となっている。ただし、合波手段１０および光偏向手段１１は、筐体３８に取り付けられずに、個別に位置調整可能な構成としてもよい。

光偏向手段１１は、図６に示すようなミラー部４０を備えていて、このミラー部４０を、後述するミラー駆動手段４１で揺動させることにより、画像投影面５においてレーザ光を走査して、投影画像６を形成する。

本実施の形態の光偏向手段１１は、静電駆動方式のアクチェータを有するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）構造体であって、この構成を図６に示す。図６は、光偏向手段１１の構成の１例を示す平面図である。図６に示す光偏向手段１１は、内枠部４２を備え、この内枠部４２の内側ほぼ中央部に、ミラー部４０が配置され、その両端部で捩じり軸４３を介して内枠部４２に支持されている。ミラー部４０は、ウエハ上に銀等の反射部材を蒸着して形成されるが、そのミラー部４０の形成に際しては、レーザの波長や強度、反射効率に応じて適宜材料や蒸着の厚み、および蒸着の層構成が決められる。

捩じり軸４３は、内枠部４２に対してミラー部４０を揺動させることを許容する軸部分であり、捩じることを可能とする部分である。また、ミラー部４０からは、捩じり軸４３を挟んで延伸部４４が延伸されていて、その延伸部４４からは、複数のミラー側櫛歯電極４５が突出して設けられている。ミラー側櫛歯電極４５は、内枠部４２の第１櫛歯電極４６と交互に間挿するように設けられている。ミラー側櫛歯電極４５および第１櫛歯電極４６によってミラー駆動手段４１を構成している。これらミラー側櫛歯電極４５と第１櫛歯電極４６のいずれか一方は、いずれか他方よりも、光偏向手段１１の上面または下面に突出している。そのため、ミラー側櫛歯電極４５と第１櫛歯電極４６に電圧を印加すると、これらの間に働く引力と斥力により、捩じり軸４３に捩じり力を与え、捩じり軸４３を回転軸としてミラー部４０を揺動（駆動）させることを可能としている。

また、内枠部４２は、外枠部４７に対して、捩じることを可能とする捩じり軸４８を介して支持されているが、これら内枠部４２と外枠部４７との間も、上記のミラー部４０と内枠部４２との間における構成と同様の構成となっている。すなわち、内枠部４２からは、捩じり軸４８を挟んで延伸部４９が延伸していて、その延伸部４９からは、第２櫛歯電極５０が突出して設けられている。第２櫛歯電極５０は、外枠部４７の外枠側櫛歯電極５１と交互に間挿するように設けられている。これら第２櫛歯電極５０および外枠側櫛歯電極５１によってもう１つのミラー駆動手段４１を構成している。そして、第２櫛歯電極５０と外枠側櫛歯電極５１のいずれか一方は、いずれか他方よりも、光偏向手段１１の上面または下面に突出している。そのため、第２櫛歯電極５０と外枠側櫛歯電極５１に電圧を印加すると、これらの間に働く引力と斥力により、捩じり軸４８に捩じり力を与え、捩じり軸４８を回転軸としてミラー部４０を揺動（駆動）させることを可能としている。

ミラー側櫛歯電極４５と第１櫛歯電極４６の間、および第２櫛歯電極５０と外枠側櫛歯電極５１の間においては、印加電圧に応じて、ミラー部４０の振動周期と、振動における振れ幅を設定することができる。そして、ミラー部４０の駆動周期が短い場合には、ミラー部４０の共振周波数に近いことが好ましい。本実施の形態では、主走査に係る捩じり軸４３は、２０ＫＨｚで１２０Ｖの電圧を印加し、副走査に係る捩じり軸４８は、６０Ｈｚで５０Ｖの電圧を印加し、主走査方向に４０度、副走査方向に２０度の振れ角としている。しかしながら、かかる周波数、電圧、振れ角には限られず、種々設定可能である。

また、各櫛歯電極４５，４６，５０，５１に加える印加電圧は、正弦波の他、ミラー部４０の追従性に応じて台形波や鋸波等適宜設定することができる。そして、ミラー駆動手段４１の駆動制御により、レーザ光の走査を行う。投影画像を形成する走査方法としては、次の２種類が多く採用されている。図７は、ラスタースキャンの場合の走査イメージを示す図である。また、図８は、リサージュスキャンの場合の走査イメージを示す図である。なお、ラスタースキャンにおいては、副走査方向を正弦波ではなく鋸波としても良い。このような走査イメージ（走査軌跡）を形成する情報を制御系では、描画ライン情報と表す。

また、図２に示すように、本実施の形態の投影装置１は、制御部２０を備えている。制御部２０は、画像信号を入力し、第１光源モジュール８、第２光源モジュール９、光偏向手段１１、および撮像手段３の駆動制御や検知制御を司る。制御部２０の構成および作用について図９を参照して説明する。

図９は、本実施の形態に係る制御部２０の主要な構成を示すブロック図である。なお、図９は、図３，４に記載の第１光源モジュール８および図５に記載の第２光源モジュール９を用いた場合を例示する。制御部２０では、画像情報となる画像信号を入力して、この画像データを一時的に画像データ記憶部６０に記憶する。描画タイミング生成部６１では、描画タイミング情報および描画ライン情報を生成し、描画タイミング情報は、画像データ演算部６２に送出され、描画ライン情報は、振れ角演算部６３に送出される。描画タイミング情報には、描画を行うタイミング情報等が含まれる。また、画像ライン情報には、描画を行うレーザ光の走査軌跡の情報（二次元走査位置情報）が含まれる。

画像データ演算部６２は、画像タイミング生成部６１から入力された描画タイミング情報に基づいて、描画する画素に対応する画像データを画像データ記憶部６０から呼び出し、種々の演算を行い、各色の輝度データを光源変調部６４に送出する。光源変調部６４は、画像データ演算部６２から入力された第１の光源モジュール８および第２の光源モジュール９の各色に対応した輝度データに基づいて、光源駆動回路を介して各色のレーザ光源の出力を調整する。図９に示すように、光源駆動回路６５は赤色レーザ光源２２を駆動し、光源駆動回路６６は緑色レーザ光源２４を駆動し、光源駆動回路６７は青色レーザ光源２５を駆動する。また、光源駆動回路６８は緑色レーザ光源３６を駆動し、光源駆動回路６９は赤色レーザ光源３７を駆動する。

振れ角演算部６３は、描画タイミング生成部６１から入力された画像ライン情報に基づき、光偏向手段１１のミラー部４０の揺動角度を演算し、駆動回路７０によってミラー駆動手段４１に印加する電圧等を決定し、その情報に基づき光偏向手段１１の揺動（振れ角）を制御する。

撮像手段制御部７１は、描画タイミング生成部６１から送出される描画タイミング情報に基づき、撮像手段３（たとえば、ＣＣＤカメラ）を制御する。撮像手段３は、指７（操作実行物）と、指７と画像投影面５との間の反射光と、を検出し、指７（操作実行物）の動きを検出し、指７が画像投影面５に接触していることを検出したときに、操作実行物７の二次元画像を撮像し、その情報を位置情報検出部７２に取り込む。なお、位置情報検出部７２では、操作実行物７が画像投影面５に対して垂直方向または二次元方向に移動し、一旦停止し、指７が画像投影面５に接触した直後の情報を取り込む。

描画タイミング情報記憶部７３は、描画タイミング生成部６１から送出される画像ライン情報を記憶し、位置情報生成部７４にその情報を都度送出する。位置情報生成部７４は、位置情報検出部７２で指７（操作実行物）が画像投影面５に接触したことを検出したときの二次元画像を撮像し、描画タイミング情報記憶部７３の画像ライン情報（レーザ光の走査位置情報）と対応付けて、たとえば、キーボードイメージ６のどのキーを操作したかを操作情報として出力する。

以上説明した第１の実施の形態に係る投影装置１は、第１光源モジュール８から出射されるレーザ光を光偏向手段１１によって二次元に走査して画像投影面５に投影画像６を投影する。レーザ光は平行光であることから投影装置１から画像投影面５までの距離に関係なく鮮明な投影画像６を投影することが可能となる。そして、投影画像６の投影領域にある指などの操作実行物７からの反射光を撮像手段３で検出し、検出された操作実行物７の位置と画像ライン情報（レーザ光の走査位置情報）を対応付けすることで、操作実行物７が投影画像６のどの位置を指しているかを正確に検出可能である。さらに、撮像手段３からの情報と投影画像６の情報によって、指などの操作実行物７が投影画像のどの位置に接触したかを判断することが可能となる。

また、第１光源モジュール８は、赤色レーザ光源２２、緑色レーザ光源２４、および青色レーザ光源２５で構成される。たとえば、赤色レーザの波長を６４０ｎｍ、緑色レーザ光の波長を５１５ｎｍ、青色レーザ光の波長を４５０ｎｍとした場合、これら各色のレーザ光は純色性が高いことから、入力される画像信号に対して、広範囲の色再現性を得ることが可能となる。

また、第１光源モジュール８は、画像信号に応じて波長の異なるレーザ光を出射する複数のレーザ光源からなり、この複数のレーザ光源から出射されたレーザ光を束ねて出射し、撮像手段３によって、操作実行物７からのレーザ光の反射光を検出すれば、レーザ光の走査毎の検出信号の位置的に接近しているものを一つの検出対象（たとえば、一本の指）として識別することで、複数の検出対象（たとえば、複数本の指）が検出可能である。また、撮像手段３では、操作実行物７と画像投影面５が、接触しているか、接触していないかを識別することが可能である。

また、本実施の形態の投影装置１は、撮像手段３によって、操作実行物７の画像投影面との接触位置を撮像し、この接触位置と、レーザ光の描画ライン情報を対応付けることで、操作実行物７（たとえば指）の投影画像６（たとえばキーボードイメージ）に対する位置を正確に検出することが可能となる。

また、本実施の形態の光偏向手段１１は、ミラー部４０と、ミラー部４０を揺動させるミラー駆動手段４１を有する静電駆動方式のＭＥＭＳ構造体である。このため、ミラー駆動手段４１（ミラー側櫛歯電極４５と第１櫛歯電極４６の間、第２櫛歯電極５０と外枠側櫛歯電極５１の間）に印加する電圧に応じたミラー４０の駆動を実現することができる。また、ミラー側櫛歯電極４５と第１櫛歯電極４６の間の静電容量、および第２櫛歯電極５０と外枠側櫛歯電極５１の間の静電容量を検出することで、これらのミラー側櫛歯電極４５と第１櫛歯電極４６の間における駆動量、および第２櫛歯電極５０と外枠側櫛歯電極５１の間の駆動量を検出することが可能となる。つまり、ミラー部４０の振れ角を検出できる。そのため、かかる駆動量に基づいて、制御部２０がミラー駆動手段４１に印加する電圧を制御することで、精度の高い揺動（駆動）制御を可能にする。

また、ＭＥＭＳ構造体は、半導体製造技術を活用して精度よく製造可能であり、レーザ光の走査位置（ミラー部４０の振れ角）を高精度に制御可能であり、しかも応答性にも優れる。このように、光偏向手段１１として静電駆動方式のＭＥＭＳ構造体を採用することで、小型化、低騒音化および低消費電力化が可能となる。

また、本実施の形態の投影装置１は、第１光源モジュール８と組み合わせて用いられる第２光源モジュール９（組み合わせ用光源モジュール）を備えることが可能である。第１光源モジュール８から出射されるレーザ光と、第２光源モジュール９から出射されるレーザ光は、合波手段１０によって合成されている。かかる合波手段１０を用いることで、第１光源モジュール８および第２光源モジュール９から出射されるレーザ光は、１本の光束に集約させることができ、照度を向上させることが可能となる。

また、本実施の形態では、第２光源モジュール９は、ニーズに合わせた好適なレーザ光源を組み込むことが可能である。それにより、所望する特性や機能を、ニーズに合わせて十分に発揮させることが可能となる。たとえば、明るさが必要な場合には、第２光源モジュール９において、図５に示すように、緑色レーザ光源３６を２つ設ける、といった構成を採用することができる。また、レーザ光源の出力や視感度に応じて、好適な出力や色のレーザ光を出射するレーザ光源を選択して、組み込むことも可能である。

また、本実施の形態の投影装置１は、第１光源モジュール８または第２光源のジュール９のどちらか一方に、赤色、緑色、または青色のレーザ光源に代えて、赤外線レーザを出射可能な赤外線光源を用いることが可能である。この赤外線光源は、出射した赤外光の反射光（正反射光）を受光する受光部も備えた赤外線センサでもよい。赤外線光源は、受光部での受光により、対象となる操作実行物７（たとえば、指７）の画像投影面５および投影画像６に対する位置を検出するために用いられる。このような赤外線光源を用いることによって、投影画像が暗い場合や、投影画像のコントラストが大きい場合などにおいて、操作実行物７を精度よく検出可能となる。

また、本実施の形態の投影画像６は、操作対象となる機器の操作用パターンとすることが好適である。図１に例示した操作用パターンは、キーボードイメージであって、仮想キーボードである。操作用パターンとしては、例示したキーボードイメージの他に、操作対象の機器の操作ボタンに替る操作ボードパターン、機密性が高い部屋などの入室管理用キーに替るキーパターンなどに応用可能である。本実施の形態における操作パターンは、投影画像であるため、操作対象の機器や管理対象物から離れた位置において、操作対象機器や管理対象物などに操作命令を入力する操作パターンに応用可能である。また、レーザ光の走査によって投影画像を形成することから、画像投影面５の位置は限定されず、図１に例示したような机上に限らず、壁面や操作対象の機器などの一部の操作しやすい場所に投影することも可能であり、また、画像投影面の材質なども限定されず、ホワイトボードやスクリーンなどに投影することも可能である。このような場合、操作実行物としては、ペンなどの筆記用具や差し棒などでも適用可能である。

また、投影画像６として投影する操作パターンは、画像信号のプログラムを変えることで、操作キーの配列や間隔を変更することが可能である。たとえば、頻繁に使用する操作キーは大きく、操作ミスを避けたい操作キーの間隔を開けるなどが容易に可能となる。

以上説明したように、本実施の形態の投影装置１は、画像信号に対応した投影画像を投影すると共に、投影画像に対する操作実行物の操作行動を識別する機能を有しているため、各種インタラクティブ装置に好適である。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について図１０を参照しながら説明する。第２の実施の形態の投影装置８０は、第１の実施の形態に記載の光検出手段３に加え、画像投影面５の近くに第２光検出手段８１を配置し、第２光検出手段８１によって、指などの操作実行物７の画像投影面５に対する垂直方向の動きを確実に検出しようとするものである。

図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る投影装置８０の概略を示す図である。図１０に示すように、投影装置８０は、第１の実施の形態（図１参照）と同様に、第１光源モジュール８などを有する光源ユニット２と、光検出手段としての撮像手段３を備え、さらに、画像投影面５に近い位置に第２光検出手段８１を有している。第２光検出手段８１は、たとえば、ＣＣＤカメラなどの撮像手段である。第２光検出手段８１は、画像投影面５に略平行に広がる空間を撮像するように配置されている。つまり、光検出手段３は、主として操作実行物の画像投影面５に沿う二次元方向の位置（動き）を検出し、第２検出手段８１は、操作実行物の画像投影面５に対する垂直方向の動きを検出するために設けている。

このように、第２の実施の形態の投影装置８０は、第２光検出手段８１で、画像投影面５に略平行に広がる空間を撮像することによって、指などの操作実行物７の画像投影面５に対する垂直方向の動きを確実に検出できる。そのことによって、操作実行物７が画像投影面５に接触したことを確実に検出でき、操作実行物７が画像投影面５に接触したときの、投影画像６に対する二次元位置を正確に検出することが可能となる。

以上、本発明の各実施の形態では、投影装置１について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない限り種々の変更実施が可能である。たとえば、操作実行物７と画像投影面５との接触は実際の接触ではなく、たとえば、操作実行物７と画像投影面５との距離が３ｍｍ以下となったら接触したと判断するようにしてもよい。この値は、５ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以下にすればさらに好ましい。この値の範囲としては、０．１ｍｍ〜５ｍｍが好ましく、０．１ｍｍ〜１ｍｍがさらに好ましい。

上述の各実施の形態において、第１光源モジュール８、第２光源モジュール９および光学ユニット３９が備える光学的な構成要素は、上述のものに限られず、必要に応じて、種々のものを追加的にまたは選択的に用いても良い。そのような光学的な構成要素としては、ハーフミラーやダイクロイックミラーのようなミラー、各種のレンズ、各種のプリズム、光学的なフィルタ等が挙げられる。

また、上述した各実施の形態では、第２光源モジュール９が組み合わせ用光源モジュールに対応しているが、組み合わせ用光源モジュールは、１つに限られるものではなく、複数の組み合わせ用光源モジュールを用いる構成を採用しても良い。この場合、複数の組み合わせ用光源モジュールにおいては、光源ユニットの配置が同一でも良く、異なっていても良い。また、第１光源モジュール８を複数用いる構成を採用しても良い。

また、上述の各実施の形態では、光偏向手段１１は、ミラー部４０と、ミラー部４０を揺動させるミラー駆動手段４１を有する静電駆動方式のＭＥＭＳ構造体としている。しかしながら、光偏向手段１１は、ＭＥＭＳ型の静電駆動方式に限られない。他の光偏向手段としては、圧電駆動型のメタルベース構造を用いたメタルベース光走査素子があり、また圧電素子の歪を利用した圧電方式としても良い。また、磁気力でミラー部を駆動する電磁方式を採用しても良い。

また、投影装置１としては、光源ユニット２および光検出手段３を取り付ける筐体４に、投影装置１の姿勢を切り替える姿勢制御部を設けることができる。この姿勢制御部を設けることによって、投影装置１を載置する設置面に対して光源ユニット２からのレーザ光の出射方向を変更することができ、投影装置１に対する画像投影面５の方向や位置の自由度を増すことが可能となる。また、光源ユニット２と画像投影面５の位置によって、投影画像６がゆがむ（たとえば、台形になる）ことがある。そこで、この姿勢制御部を用いて、光源ユニット２の光路（光軸）に対する投影装置１の画像投射面５に対する角度を調整することで、投影画像のゆがみの補正（たとえば、いわゆる台形補正）し、入力される画像信号に近い投影画像を形成することが可能になる。

また、第２の実施の形態では、画像投影面５の近傍に第２光検出手段８１を設ける構成としたが、画像投影面５の近傍にレーザ光源を設ける構成としてもよい。このレーザ光源は、画像投影面５に平行で、操作実行物７の移動可能範囲に放射状にレーザ光を照射させる。このレーザ光の操作実行物５からの反射光を検出するようにすれば、画像投影面５に対する操作実行物７の垂直方向動き（つまり、操作実行物７が画像投影面５に接触しているか、離れているか）を正確に検出することが可能となる。

また、光源ユニット２内の光源モジュールは、波長の異なる複数のレーザ光源を備えるものとしたが、１つまたは複数の波長の光を出射する１つのレーザ光源を有する光源モジュールとしてもよい。また、上述の各実施の形態では、画像信号を入力したが、単なる信号としてもよい。さらに、光源ユニット２と撮像手段３とを別の筐体に入れたり、撮像手段３や第２検出手段８１を小型扁平な筐体に入れ、手によって簡単に移動できるようにしてもよい。

１…投影装置、２…光源ユニット、３…光検出手段（撮像手段）、５…画像投影面、６…投影画像（キーボードイメージ）、７…操作実行物(指など)、８…第１光源モジュール、９…第２光源モジュール、１０…合波手段、１１…光偏向手段、１４，１５，１６…レーザ光源、１７，１８，３５Ａ，３５Ｂ、…ダイクロイックミラー、２０…制御部、２２，３７…赤色レーザ光源、２３，３４…コリメータレンズ、２４，３６…緑色レーザ光源、２５…青色レーザ光源、４０…ミラー部、４１…ミラー駆動手段、８１…第２光検出手段。

Claims (9)

1. レーザ光を出射するレーザ光源を備える光源モジュールと、
   前記光源モジュールから出射されるレーザ光を二次元に走査して画像投影面に投影画像を投影する光偏向手段と、
   前記投影画像上の操作実行物からの前記レーザ光の反射光を検出する光検出手段と、
   前記光検出手段からの情報と前記投影画像の情報によって、前記操作実行物が前記投影画像のどの位置に接触したかを判断する制御部と、を有する、
   ことを特徴とする投影装置。
2. 請求項１に記載の投影装置において、
   前記第１光源モジュールは、赤色レーザ光源、緑色レーザ光源、および青色レーザ光源のいずれか、または全てを含む、
   ことを特徴とする投影装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の投影装置において、
   前記レーザ光源は、画像信号に応じて波長の異なるレーザ光を出射する複数のレーザ光源からなり、前記光源モジュールは、前記複数のレーザ光源から出射されたレーザ光を束ねて出射し、
   前記光検出手段は、前記操作実行物を撮像する撮像手段である、
   ことを特徴とする投影装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の投影装置において、
   前記光検出手段によって、前記操作実行物の前記画像投影面との接触位置を検出し、
   前記接触位置と、前記レーザ光の描画ライン情報を対応付けして、前記操作実行物の前記投影画像に対する位置を検出する、
   ことを特徴とする投影装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の投影装置において、
   前記光偏向手段は、ミラー部と、前記ミラー部を揺動させるミラー駆動手段を有する静電駆動方式のＭＥＭＳ構造体である、
   ことを特徴とする投影装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の投影装置において、
   前記レーザ光を出射可能であり、前記光源モジュールと組み合わせて用いられる組み合わせ用光源モジュールを備え、
   前記光源モジュールから出射されるレーザ光と、前記組み合わせ用光源モジュールから出射されるレーザ光を合成する合波手段を有する、
   ことを特徴とする投影装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の投影装置において、
   前記レーザ光には赤外光を含み、
   前記赤外光は、前記投影画像領域で常時照射されている、
   ことを特徴とする投影装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の投影装置において、
   前記投影画像は、操作対象となる機器の操作用パターンである、
   ことを特徴とする投影装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の投影装置において、
   前記光検出手段に加え、
   前記画像投影面の近傍に配置されると共に、前記操作実行物の前記画像投影面に対する垂直方向の動き検出する第２光検出手段を備えている、
   ことを特徴とする投影装置。

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