JP2016075897A - 情報処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】台上にデータを投影する投影部と、台上の対象物を読み取る撮像部とを備える情報処理装置において、撮像部により撮影された画像の画像不良の発生を抑制する。
【解決手段】画像を投影するプロジェクタ106と、プロジェクタ106から投影される画像を投影面に向けて反射する投影ミラー117bと、投影面に置かれる対象物を撮影するカメラ105と、投影面に置かれた対象物をカメラ105によって撮影するために、対象物からカメラ105までの撮影光路の間に配置される撮像ミラー117aとを備え、プロジェクタ106およびカメラ105は、投影ミラー117bおよび撮像ミラー117aの下方に配置される。
【選択図】図7
【解決手段】画像を投影するプロジェクタ106と、プロジェクタ106から投影される画像を投影面に向けて反射する投影ミラー117bと、投影面に置かれる対象物を撮影するカメラ105と、投影面に置かれた対象物をカメラ105によって撮影するために、対象物からカメラ105までの撮影光路の間に配置される撮像ミラー117aとを備え、プロジェクタ106およびカメラ105は、投影ミラー117bおよび撮像ミラー117aの下方に配置される。
【選択図】図7
Description
本発明は、台上にデータを投影する投影部と、台上の対象物を読み取る撮像部と、ユーザの動きを検知する検知部を有する情報処理装置に関する。
プロジェクタによって投影された映像に対し、ユーザのジェスチャを認識することによって直感的な操作を行うユーザインタフェースシステムが利用されている。こうしたシステムでは、タッチパネルや映像認識技術を利用して投影映像に対するユーザのジェスチャを認識する。
特許文献1は、テーブル等の被投影体に投影部から映像を投影し、ユーザが投影画像に対して行う手の動きを第1のカメラで撮影・解析し、手の動きに応じた画像を投影部から投影面に投影するインタラクティブプロジェクタが開示されている。投影面に置かれた文字情報などを記録する場合には、高解像度の第2のカメラで撮影することで、より解像度の高い画像を記録することができる。
この装置では、本体下方に設けられた投影部から上方に投光される画像を本体上方に設けられた反射部で反射して投影面に投影する。一方、ユーザが投影画像に対して行う手の動きを第1のカメラで撮影・解析する。また投影面に載置された対象物を反射部近傍に設けられた第2のカメラによって撮影する。
特許文献1に開示される情報処理装置では、投影部は下方に配置され、投影部よりも上方に配置されたミラーに向けて光を投光し、ミラーに反射した光により投影面に画像を投影する。一方、撮像部は下方の投影面に向けられ、投影面に投影された画像を撮影する。本体下方から投光された投影部から出た光線の一部は、乱反射や屈折を繰り返すことで迷光となることがある。この迷光は本来投影したい投影面には投影されずに、撮像部に入り込むことでフレアなどの撮像画像不良を引き起こす場合がある。
本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、台上にデータを投影する投影部と、台上の対象物を読み取る撮像部とを備える情報処理装置において、撮像部により撮影された画像の画像不良の発生を抑制することである。
本発明に係わる情報処理装置は、画像を投影する投影手段と、前記投影手段から投影される画像を投影面に向けて反射する投影ミラーと、前記投影面に置かれる対象物を撮影する撮影手段と、前記投影面に置かれた対象物を前記撮影手段によって撮影するために、前記対象物から前記撮影手段までの撮影光路の間に配置される撮像ミラーとを備え、前記投影手段および前記撮影手段は、前記投影ミラーおよび前記撮像ミラーの下方に配置されることを特徴とする。
本発明によれば、台上にデータを投影する投影部と、台上の対象物を読み取る撮像部とを備える情報処理装置において、撮像部により撮影された画像の画像不良の発生を抑制することが可能となる。
(実施形態1)
以下、本発明の実施形態1について、添付図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定するものではない。
以下、本発明の実施形態1について、添付図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本発明の範囲をそれらのみに限定するものではない。
図1(A)は、本実施形態における情報処理装置のハードウェア構成を示す図である。図1(A)において、マイクロコンピュータからなるCPU101は、各種処理のための演算や論理判断などを行い、システムバス108に接続された各構成要素を制御する。ROM102は、プログラムメモリであって、CPU101による制御のためのプログラムを格納する。RAM103は、データメモリであり、CPU101の上記プログラムのワーク領域、エラー処理時のデータの退避領域、上記制御プログラムのロード領域などを有する。記憶装置104はハードディスクや外部に接続された記憶装置などからなり、本実施形態に係る電子データなどの各種データやプログラムを記憶する。カメラ105は、ユーザが操作を行う作業空間を撮像し、入力画像としてシステムに提供する。プロジェクタ106は作業空間に電子データやユーザインタフェース部品を含む映像を投影する。ジェスチャセンサ107は、例えば赤外線センサで、作業空間にあるユーザの手などの被検出物の動きを検知し、その検知に基づいて、ユーザが投影面110(図4参照)に投影されている操作ボタン等にタッチしたかを検知する。本実施形態において、投影面110は、情報処理装置の下方に位置する平面であり、例えば、情報処理装置109が置かれるテーブルの面である。なお、情報処理装置109の一部に、プロジェクタ106からの画像を投影できるように投影面110を設けるような構成としてもよい。
図1(B)は、本実施形態における情報処理装置の機能構成を示す図である。図1(B)において、カメラ105は、投影面110に置かれた対象物、例えばユーザが手書きで書いた文書などを撮影し、その文字などを判断する。また、プロジェクタ106は、投影面110(図4参照)に、ユーザインタフェース等の画面を投影する。プロジェクタ106は、カメラ105により撮影された画像を投影することも可能である。ジェスチャセンサ107は赤外線を発光し、投影面110(図4参照)上の作業空間において、プロジェクタ106により投影面110に投影されたユーザインタフェース等に対するユーザの手などによる操作を検知する。ユーザの手などによりユーザインターフェースが操作されると、プロジェクタ106により投影される画像を変更したり、カメラ105による撮影を行ったりする。検出部202は、CPU、ROM、RAM(以下、CPU101等)によって構成され、ジェスチャセンサ107による検知信号により、ユーザの手が存在する領域、及びユーザの手の指が存在する領域を検出する。以降、ユーザの手を検出する、指を検出する、と言う。
認識部203は、CPU等によって構成され、ジェスチャセンサ107及び検出部202によって検出されたユーザの手と指を追跡し、ユーザが行うジェスチャ操作を認識する。識別部204は、CPU等によって構成され、認識部203によって認識された操作を実行した指がユーザのどの指であるかを識別する。保持部205は、CPU等によって構成され、RAM103に設けられる記憶領域に、投影されている電子データに含まれるオブジェクトのうち、ユーザがジェスチャ操作で指定したオブジェクトの情報を、ジェスチャ操作に用いられた指に関連付けて保持する。受付部206は、CPU等によって構成され、認識部203が認識したジェスチャ操作によって、電子データに対して指示された編集操作を受け付け、必要に応じて記憶装置104に記憶された電子データを更新する。記憶装置104は、編集操作の対象となる電子データを記憶する。CPU101は、認識部203によって認識されたジェスチャに応じて保持部205に保持されている情報を参照し、作業空間に投影される投影画像を生成する。プロジェクタ106は、CPU101によって生成された投影映像を、投影面110と投影面付近のユーザの手を含む作業空間に投影する。
図2は本実施形態における情報処理装置109の構成を示す外観斜視図であり、図3は情報処理装置109の側面断面図である。図2、図3において、台座112にはカメラ105とメインフレーム113が固定されている。カメラ105は光軸が水平面に対して斜め上方となるように配置されている。メインフレーム113は表側と裏側にそれぞれプロジェクタ106とジェスチャセンサ107を支持している。ジェスチャセンサ107にはジェスチャセンサ発光部118とジェスチャセンサ受光部119が配置されている。プロジェクタ106とジェスチャセンサ107は発光部118と受光部119のそれぞれの光軸が水平面に対して斜め上方となるように配置されている。
メインフレーム113はサイドフレーム(支持部材)114a,114bを介してその上部にミラーユニット115を水平に支持している。ミラーユニット115の裏面にはミラー117が取り付けられている。ミラー117は平面ミラーとなっている。ミラー117は、プロジェクタ106からの投影光を下向きに反射する。プロジェクタ106から投影される画像はミラー117を介して投影面110に投影される。また、ミラー117は、カメラ105による撮影、ジェスチャセンサ107による検知にも利用される。即ち、カメラ105は、ミラー117を介して投影面110に置かれた対象物、投影面に投影された画像を撮影する。ジェスチャセンサ107は、ミラーを介して投影面の付近の対象物(ユーザーの手等)を検知する。メインフレーム113にはプロジェクタ106を冷却するためのファン120とダクト121が設けられている。プロジェクタ106はファン120によってA方向から吸気を行い、B方向に排気する。カメラ105とジェスチャセンサ107は、プロジェクタ106を支持するメインフレーム113に対し、プロジェクタ106と逆側に設けられている。発熱体であるプロジェクタ106をメインフレーム113によってカメラ105とジェスチャセンサ107から遮蔽(断熱)し、カメラ105とジェスチャセンサ107に対してプロジェクタ106の熱が及ぼす光学性能面での影響を防ぐ構成としている。図3に示すように、発熱源であるプロジェクタ106から発生した熱はメインフレーム113によって遮られ、カメラ105やジェスチャセンサ107の方向に移動することなくダクト121を介して、紙面手前方向へと排気される。
図4は本実施形態における情報処理装置109の使用状態を示す図である。まずは投射について説明する。情報処理装置109内のプロジェクタ106は斜め上方に向かって投射を行い、ミラーユニット115によって反射された光線は投影面110に電子データ画像111を形成する。ユーザはこの電子データ画像111に対して操作を行う。投射された電子データ画像111には、メニューボタン122が含まれておりユーザは手指を使って電源のON/OFFやその他操作選択を行っていく。この操作選択はジェスチャセンサ107によって検知され、インターフェースとして機能する。
次に撮像について説明する。撮像時には投影面110に撮影したい対象物(書類等)を設置する。そしてカメラ105によってミラーユニット115に映る反射画像を撮影する。
次にジェスチャセンサ107の検知について説明する。ジェスチャセンサ発光部118から赤外線の発光を行い、ミラーユニット115によって反射された光線は投影面110上にある対象物(手指等)によって反射し、再びミラーユニット115によって反射され、ジェスチャセンサ受光部119で検知される。
(プロジェクタ106の迷光)
以上で説明したようにプロジェクタ106から投射された光線はミラーユニット115で反射されて投影面110に投影される。しかしながら、一部の光線はプロジェクタ106内で乱反射し投影面110以外の箇所に投射される迷光160となる(図5参照)。
以上で説明したようにプロジェクタ106から投射された光線はミラーユニット115で反射されて投影面110に投影される。しかしながら、一部の光線はプロジェクタ106内で乱反射し投影面110以外の箇所に投射される迷光160となる(図5参照)。
図5は、実施形態1に係る情報処理装置のプロジェクタの光路を説明する側面図である。プロジェクタ106及びカメラ105はミラー117の下方に配置されている。プロジェクタ106から投影された光線はミラー117に反射され投影面110へと投射される。この時、一部の光線はミラー117には向かわず、プロジェクタ106内で反射・屈折することで迷光160となる。
迷光160の大部分はミラー117の無い部分を通過し外装やその他の部品に当たることで減衰するため、カメラ105内に入り込むことはなく、カメラ105の撮像に影響を与えることはない。迷光160の一部はミラー117に反射されるが、カメラ105の方向に反射される成分は乱反射成分であり極わずかである。このためカメラ105の撮像に影響を与えることはない。
次に、図6は撮像時にミラーを用いない情報処理装置のプロジェクタの光路を説明する側面図である。プロジェクタ106はミラー117の下方に配置されている。カメラ105は上方に配置され、撮像時にミラー117を用いない構成を示している。プロジェクタ106から投影された光線はミラーに反射され、投影面110へと投射される。この時、一部の光線は迷光160となり、カメラ105に投射される。カメラ105内に入った迷光160は反射・屈折を繰り返し、撮像素子に投射される。この結果、カメラ105の撮像時にフレアとして画像不良となる。
以上に説明した通り、実施形態1の構成は、図6に示した構成と異なり、プロジェクタ106による迷光160による画像不良が発生しにくい構成となる。
また実施形態1ではミラー117(反射ミラー)はプロジェクタ106が投射する光線とカメラ105が撮像する光線を反射する機能を1枚で兼ねているが、それぞれ別のミラーであってもよい。図7は投影ミラーと撮像ミラーを別々に有する情報処理装置の構成を示す斜視図である。
メインフレーム113には、サイドフレーム(支持部材)114c,114dを介してその上部に投影ミラー117bが取り付けられている。投影ミラー117bは、プロジェクタ106からの投影光を下向きに反射する。メインフレーム113には、サイドフレーム(支持部材)114a,114bを介してその上部に撮像ミラー117aが取り付けられている。カメラ105は、撮像ミラー117aを介して撮影光路に沿って反射された投影面110に置かれた対象物、投影面に投影された画像を撮影する。
このように投影ミラー117bと撮像ミラー117aをそれぞれ有する構成であっても、迷光160の大部分はミラー117の無い部分を通過するため、カメラ105内に入り込むことはなく、カメラ105の撮像に影響を与えることはない。迷光160の一部はミラー117a,117bに反射されるが、カメラ105の方向に反射される成分は乱反射成分であり極わずかである。このためカメラ105の撮像に影響を与えることはない。
以上説明してきたように、実施形態1では、投影と撮影とジェスチャ検知には同一のミラーユニット115を用いて下方へと反射するため、カメラ105及びプロジェクタ106及びジェスチャセンサ107は情報処理装置109の下方に配置することができる。このため情報処理装置109の全高が低くなり、装置本体の固有振動数が高くなって設置環境での外部からの力や装置本体から発生する振動に対して、カメラ105、プロジェクタ106及びジェスチャセンサ107への影響を小さくすることができる。
一方でミラー117は情報処理装置109の上方に設置されるため固有振動数が低くなり、振動に弱くなりやすい。しかしながらミラー117の振動には振動モードによって情報処理装置109の機能(投影と撮影とジェスチャ検知の位置精度)に影響が大きいものと小さいものが存在する。
図8は本実施形態における情報処理装置109の持つ振動モードについて示す概略図である。ミラー117の面内の振動(A方向の振動方向)は反射光に対して影響を与えないため、投影と撮影とジェスチャ検知の位置精度に対して影響を与えることはない。一方でミラー117の鉛直方向へのあおり振動(B方向の振動方向)は反射光の進路を変化させることになるため、投影画像の振動や撮像画像のブレやジェスチャ検知の誤検知などに繋がる恐れがある。
そこで本実施形態ではB方向の振動の固有振動数に対して、A方向の振動の固有振動数を低くなるように構成することでB方向への振動を発生しにくくしている。言い換えると、A方向の固有振動数が低くなって振動しやすくなると、振動のエネルギーがA方向の振動により吸収され、結果としてB方向の振動が起きにくくなる。具体的には、サイドフレーム148a,148bの断面形状を長方形(52mm×8mm)とし、A方向の振動に対する固有振動数をB方向の固有振動数に対して低くしている。
本形態においてはA方向の固有振動数を48Hz、B方向の固有振動数を58Hzになるように設計した。具体的にはアームの断面二次モーメントをAの方向よりAに垂直な方向のほうを大きくなるように形成することでA方向の固有振動数をB方向の固有振動数より小さくすることができる。
図9(a)に本実施形態のアームの断面を示す。断面二次モーメントIは次式(b:幅、h:高さ)で表される。
I=bh3/12
A方向の断面二次モーメントを算出するときA方向の幅は52mm、高さは8mmとなる。よって、
I=52×83/12=2218
となり、断面二次モーメントI=0.22(cm4)となる。
A方向の断面二次モーメントを算出するときA方向の幅は52mm、高さは8mmとなる。よって、
I=52×83/12=2218
となり、断面二次モーメントI=0.22(cm4)となる。
またAに垂直な方向の断面二次モーメントでは幅が8mm、高さが52mmとなるため、
I=8×523/12=93739
となり、断面二次モーメントI=9.4(cm4)となる。
I=8×523/12=93739
となり、断面二次モーメントI=9.4(cm4)となる。
ただし、ここでアームをA方向の任意の箇所に1つで形成するとミラーの振動が平行にはならず回転成分を有することになり、反射光の進路を変化させることになる。よってアームはA方向の任意の箇所に少なくとも2つ以上備える必要がある。さらに本実施形態においてはアームを長方形で形成したが、断面二次モーメントの関係が同じであれば長方形に限らない。
図9(b)〜(d)にアームを別形状にした場合の断面を示す。図9(b)は中空の角パイプで形成した場合の断面図である。外形が8mm×52mm、厚みが2mmの角パイプとしたとき、A方向の断面二次モーメントを求める場合、幅b=52、高さh=8、空隙の幅b1=48、空隙の高さh=4となる
断面二次モーメントIは次式(b:幅、h:高さ)で表される。
断面二次モーメントIは次式(b:幅、h:高さ)で表される。
I=(bh3−b1h13)/12
よって、
I=(52×83−48×43)/12=1962
となり、断面二次モーメントI=0.20(cm4)となる。
よって、
I=(52×83−48×43)/12=1962
となり、断面二次モーメントI=0.20(cm4)となる。
同様にAに垂直な方向は
I=(8×523−4×483)/12=56875
となり、断面二次モーメントI=5.7(cm4)となる。
I=(8×523−4×483)/12=56875
となり、断面二次モーメントI=5.7(cm4)となる。
図9(c)、図9(d)はコの字形状で形成した時の断面図である。外形を8mm×52mm、厚みを2mmとしたとき、A方向の断面二次モーメントを求める場合、図9(c)に示す寸法となる。
まず、
e1=(aH2+bt2)/(2(aH+bt))
となるため、
e1=(4×82+48×22)/(2×(4×8+48×2))=1.75
次に、
e2=H−e1=8−1.75=6.25
h=e1−t=1.75−2=−0.25
となる。
まず、
e1=(aH2+bt2)/(2(aH+bt))
となるため、
e1=(4×82+48×22)/(2×(4×8+48×2))=1.75
次に、
e2=H−e1=8−1.75=6.25
h=e1−t=1.75−2=−0.25
となる。
断面二次モーメントは次式で表される。
I=(Be13−bh3+ae23)/3
となるため、
I=(52×1.753−48×(−0.25)3+4×6.253)/3=419
となり、断面二次モーメントI=0.04(cm4)となる。
となるため、
I=(52×1.753−48×(−0.25)3+4×6.253)/3=419
となり、断面二次モーメントI=0.04(cm4)となる。
Aに垂直な方向の断面二次モーメントを求める場合、図9(d)に示す寸法となる。
ここで、
I=(BH3−bh3)/12
となるため、
I=(8×523−6×483)/12=38442
となり、断面二次モーメントは3.8(cm4)となる。
ここで、
I=(BH3−bh3)/12
となるため、
I=(8×523−6×483)/12=38442
となり、断面二次モーメントは3.8(cm4)となる。
次にミラー117のサイズの決定方法について説明する。ミラー117は上方に配置されていて振動の影響を受けやすいため、可能な限り小さく軽くして、固有振動数を上げることが望ましい。ミラー117のサイズを小さくするためには、カメラ105及びプロジェクタ106及びジェスチャセンサ107の最適な配置が必要となる。
図10は本実施形態における情報処理装置109の光路を説明する側面図である。図11は比較例としての情報処理装置109の光路を示す側面図である。図10、11は、カメラ105及びプロジェクタ106及びジェスチャセンサ107の光軸を通るような断面をとっている。なお、ジェスチャセンサ107は、発光部118と受光部119の中間点から、仮想的に光軸が出ているとして説明をする。
図10において、カメラ105の光軸を投影面110に投影した時に光軸が向かう方向を第1の方向(図10、11の水平方向)、第1の方向と直交する方向を第2の方向とする(図10、11の紙面に垂直な方向)。即ち、図10、図11は、第2の方向から見た図である。なお、図12、13は、投影面に垂直な方向から見た図であり、図12、13において、第1の方向はHの方向、第2の方向はWの方向である。
図10において、カメラ105の光軸を投影面110に投影した時に光軸が向かう方向を第1の方向(図10、11の水平方向)、第1の方向と直交する方向を第2の方向とする(図10、11の紙面に垂直な方向)。即ち、図10、図11は、第2の方向から見た図である。なお、図12、13は、投影面に垂直な方向から見た図であり、図12、13において、第1の方向はHの方向、第2の方向はWの方向である。
図15は、ミラーの使用領域を説明するための情報処理装置109の斜視図である。本実施形態において、第1の方向はミラー117の長手方向、第2の方向はミラー117の短手方向となっている。
図10において、プロジェクタ106から延びる破線はプロジェクタの投影光束、実線は、プロジェクタの光軸を示す。本実施形態では、プロジェクタ106は光軸に対して片側の光のみを投影に使用している。そのため、プロジェクタ106のカメラ側の光束は、プロジェクタ106の光軸と一致しているため実線で示している。プロジェクタ106は光変調素子として液晶パネルを搭載している。プロジェクタ106の液晶パネルから照射された投影光束は徐々に広がり、ミラー117によって反射される。反射された投影光束は投影面110の投影領域に投影画像を形成する。言い換えれば、この光束の一部に遮蔽物を挿入すると投影画像に影を形成することになる領域である。
カメラ105から延びる2本の破線はカメラ105の撮影光束、実線はカメラの光軸を示す。投影面110上の撮像領域に載置された原稿はカメラ105の不図示のレンズ群に向かいミラー117を介して徐々に収束され、レンズ群を通ってカメラ105の撮像素子に結像される。言い換えれば、この光束の一部に物体を挿入すると、撮像領域中に物体が入り込んで撮影されることになる領域である。
ジェスチャセンサ107から延びる2本の破線はジェスチャセンサの検知光束、実線はジェスチャセンサの光軸を示す。この光束の一部に物体を挿入すると、ジェスチャセンサ107で被検出物を検知することが可能である。
(カメラ105とプロジェクタ106の光路長)
撮影画像が文書原稿などである場合には撮影画像全域において文字などを正しく読み取るために深い被写界深度が求められる。撮影画像に対してOCR(Optical Character Reader)処理を行う場合はなお一層その必要性は高まる。このためプロジェクタ106に対して、カメラ105は光路長を長くとり、深い被写界深度を得る必要がある。
撮影画像が文書原稿などである場合には撮影画像全域において文字などを正しく読み取るために深い被写界深度が求められる。撮影画像に対してOCR(Optical Character Reader)処理を行う場合はなお一層その必要性は高まる。このためプロジェクタ106に対して、カメラ105は光路長を長くとり、深い被写界深度を得る必要がある。
図10においては、カメラ105の撮像素子は、一般的なカメラのように光軸に対して対称に画像を撮影する。レンズ光軸を通って投影される光線をSCとする。光線SCの光路長とは投影面110から撮像素子までの光線SCの長さのことである。投影面110からミラー117までの光線SCの長さとミラー117から撮像素子までの光線SCの長さを合わせると、本例では950mmとなる。
一方、図10において、プロジェクタ106は一般的なプロジェクタのようにレンズ光軸に対して片側にのみ画像を投影する。レンズ光軸を通って投影される光線をSPとする。光線SPの光路長とは投影面110から結像面となる液晶パネルまでの光線SPの長さのことである。投影面110からミラー117までの光線SPの長さとミラー117から液晶パネルまでの光線SPの長さを合わせると、本例では827.2mmとなる。
なお光変調素子は、液晶パネルに限られず、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)を用いることが可能である。DMDを用いた場合には、光路長は投影面110から結像面であるDMD面までの距離となる。
以上のように、カメラ105の光路長をプロジェクタ106の光路長に対して長くとることで、カメラ105の被写界深度を深くし、OCRが必要な文書画像などの撮像画像に対応できる構成としている。
投影面110には投影領域P”及び撮像領域C”及びジェスチャ検知領域(平面)G1”がある。ユーザーの使用用途に鑑みて投影面110における各領域の大小関係は一般的に下記のように設定される。
撮像領域C”≦投影領域P”<ジェスチャ検知領域(平面)G1”
この関係について説明をする。
この関係について説明をする。
カメラ105は、ユーザが手書きで書いた文書などを撮影する。当該撮影はプロジェクタで投影される領域の全域を撮影可能なようにしてもよいし、投影される領域の一部の領域を撮影するようにしてもよい。
また、ユーザが投影面110の画像に対してジェスチャにより操作を行う場合、投影面110よりも上方の位置で操作を行うことが考えられる。したがって、ジェスチャ検知は投影面110よりも上方の位置(本実施形態では高さ100mmの位置)において、投影領域P”が検知できるようにする(ジェスチャ検知領域(空間)G2”)。そのため、投影面110におけるジェスチャ検知領域G1”は、投影領域P”よりも大きくなる。プロジェクタ106は投影領域P”に対して最も近くに配置される。これは投影画像の解像度を可能な限り高くするために、プロジェクタ106による投影面110に対する光線の入射角度を投影面に垂直な状態になるべく近づけるためである。一般にプロジェクタ106の解像度は、デバイスの性能上、カメラ105やジェスチャセンサ107の解像度に比較して低くなる傾向がある。このためもっとも解像度が低下しやすいプロジェクタ106の解像度を維持するためにこの配置としている。そしてプロジェクタ106の外側にカメラ105が配置される。
ジェスチャセンサ107は、プロジェクタ106の光束のカメラ側(撮影手段側)の光路(図10においてはプロジェクタ106から延びる右側の実線)と、カメラ105の光束のプロジェクタ側(投影手段側)の光路(図10においてはカメラ105から延びる左側の破線、一点鎖線)と、投影面110で形成される仮想的な三角形208の内側に配置される。
この場合のミラー117のサイズについて説明する。ミラー117のサイズは投影領域P”、撮像領域C”、ジェスチャ検知領域(平面)G1”、ジェスチャ検知領域(空間)G2”を満たすサイズが必要である。ミラー117上での必要な領域はそれぞれ撮像使用領域C’、投影使用領域P’、ジェスチャ検知使用領域G’となる。撮像使用領域C’と投影使用領域P’とが重なるように構成されているため、撮像使用領域C’と投影使用領域P’を別の領域に構成する場合に比較して、ミラー117を小さくすることができる。このとき第1の方向において投影領域P”と最も近いミラー117内のポイントXはプロジェクタ106の光路である投影使用領域P’で決定される。また第1の方向において投影領域P”と最も遠いミラー117内のポイントYはカメラ105の光路である撮像使用領域C’で決定される。そして、ジェスチャ検知使用領域G’は一番幅が広くなるので、投影使用領域P’と撮像使用領域C’の間に配置する。撮像使用領域C’と投影使用領域P’のうち、投影領域P”が形成される投影面に近い側の点をα、前記投影面に遠い側の点をβとすると、ジェスチャ検知使用領域G’はαとβの間に包含されているようにする。なお、図10では、αとXは同じ位置、βとYは同じ位置となる。このようにすることで、第1の方向(図10の水平方向)において、ジェスチャ検知使用領域G’は、撮像使用領域C’、投影使用領域P’に包含されるようになる。これによりミラー117の使用する領域を少なくとも部分的に重ねてミラー117の第1の方向の大きさをなるべく小さくすることができる。
なお、図10は、カメラ105、プロジェクタ106及びジェスチャセンサ107の光軸がほぼ同一面上にある例で説明をしたがこれに限られるものではない。図16のように、カメラ105とジェスチャセンサ107を並べて配置してもよい。このように構成したとしても、撮像使用領域C’と投影使用領域P’とが重なるように構成することで、ミラー117を小さくすることができる。また、第1の方向(図10の水平方向)において、ジェスチャ検知使用領域G’は、撮像使用領域C’、投影使用領域P’に包含されるようにすることでミラー117の大きさを小さくすることができる。
図17は、カメラ105がプロジェクタ106よりも投影面110に近く配置された情報処理装置109の説明図である。図10では、プロジェクタ106が、カメラ105よりも投影面110に近い構成で説明を行っているが、図17のようにカメラ105がプロジェクタ106よりも投影面110に近い構成であってもよい。要は、第2の方向から見たときに、ジェスチャセンサ107により使用されるミラーの領域が、プロジェクタ106とカメラ105で使用される領域(図10、図17のαとβ)の間に包含されるようになっていればよい。
図17は、カメラ105がプロジェクタ106よりも投影面110に近く配置された情報処理装置109の説明図である。図10では、プロジェクタ106が、カメラ105よりも投影面110に近い構成で説明を行っているが、図17のようにカメラ105がプロジェクタ106よりも投影面110に近い構成であってもよい。要は、第2の方向から見たときに、ジェスチャセンサ107により使用されるミラーの領域が、プロジェクタ106とカメラ105で使用される領域(図10、図17のαとβ)の間に包含されるようになっていればよい。
一方、プロジェクタ106の外側にカメラ105を配置し、その外側にジェスチャセンサ107を配置した場合について図11を参照して説明する。図11はカメラ105とジェスチャセンサ107の配置を入れ替えた場合の光路を示す側面図である。このとき第1の方向において投影領域P”と最も近いミラー117内のポイントXは図10と同様にプロジェクタ106の光路である投影使用領域P’によって決定される。一方、第1の方向において投影領域P”と最も遠いミラー117内のポイントYはジェスチャセンサ107の光路であるジェスチャ検知使用領域G’によって決定される。ジェスチャセンサ107に必要なジェスチャ検知領域G1”はカメラ105に必要な撮像領域C”よりも大きいため、ポイントYは図10で示した位置よりも外側となる。即ち、βよりも外側の位置にYが存在することになる。この結果ミラー117は、ジェスチャ検知使用領域G’を取るためにβの位置よりも外側までミラー117を設ける必要があり第2の方向のサイズは大きくなってしまう。
以上を踏まえて、ミラー117のサイズを小さくするためのカメラ105及びプロジェクタ106及びジェスチャセンサ107の配置は図10に示すように投影領域P”に近い順番にプロジェクタ106、ジェスチャセンサ107、カメラ105とする。
なお、図10に示すようにプロジェクタ106は一般的なプロジェクタのようにレンズ光軸に対して片側にのみ画像を投影するようにしている。レンズ光軸を通って投影される光線をSPとする。プロジェクタ106は光変調素子として液晶パネルを搭載しており、光変調素子によって投影画像の解像度(ドット)が決まる。
本実施形態においては、第2の方向(図12のWの方向)に1280ドット、第1の方向(図12のHの方向)に800ドットで表示できる光変調素子を備えている。光変調素子は液晶パネルに限らずデジタルマイクロミラーデバイス(DMD)等であってもよい。プロジェクタ106は投影領域に最も近づけるように配設し、併せてプロジェクタ106の光軸の投影面110に垂直な軸に対してなす角度をなるべく小さくしている。
図12に投影面110に向かってみた時の投影領域を示す。プロジェクタ106の光軸が傾いているため投影面に投影される画像201は台形となる。投影する画像データを処理して投影面の長方形画像207を得る(所謂、キーストン補正)。本実施形態において、必要な画像サイズはW=620mm、H=460mmとする。よってキーストン補正前の画像201は620mm×460mm以上のサイズを必要とする。図10に示すように、プロジェクタ106の光軸SPを投影面に垂直な軸に対して14°とし、光軸部分においてプロジェクタ106から投影面110までの距離を700mmとする。この時、投影面に投影される画像201は、W1=620mm、W2=716mm、H1=460mmとなる。
キーストン補正を行うと、投影面に投影される画像が長方形となるように、画像データの一部を削除する。そのため、情報処理装置109から遠い側におけるW方向の解像度は低下する。キーストン補正された長方形画像201の解像度は次のようになる。前述のようにWの方向は1280ドットで形成されているため情報処理装置109に近い側におけるW方向の解像度(dpi)は52dpi(=1280×25.4/620)となる。また情報処理装置109から遠い側におけるW方向の解像度(dpi)は45dpi(=1280×25.4/716)となる。H方向においても解像度(dpi)は次第に変化するためW方向と同じく情報処理装置109に近い側は52dpi、遠い側は45dpiとなる。
カメラ105は一般的なカメラのように光軸に対して対称に画像を撮影するようにしている。レンズ光軸を通って投影される光線をSCとする。カメラ105は撮像素子として1/1.7型のCMOSセンサを搭載しており、撮像素子の画素数によって解像度が決まる。ここにおける解像度は、単位長さあたりどの程度の画像情報を取り込めるかを示しており、撮像素子の画素数に対応する。本実施形態においては図12のW方向に4072画素、H方向に3046画素を有する撮像素子を備えている。撮像素子はCMOSセンサに限らずCCD等であってもよい。カメラ105はプロジェクタ106に物理的に干渉しないように配置させ、併せて投影領域と中央を略同一とする領域を撮影できるように配置する。
図13に投影面110に向かって見た場合の撮影領域を示す。カメラ105の光軸が傾いているため投影面上を撮影する撮影領域301は台形となる。本実施形態において、A3原稿302を撮影するため、必要な画像サイズW=420mm以上、H=297mm以上とする。よって撮影領域301は420mm×297mm以上のサイズを必要とする。
図10に示すように、カメラ105の光軸を投影面に垂直な軸に対して33°とし、光軸部分において撮影部から投影面までの距離を900mmとしている。撮影するA3原稿は、撮影領域301の中央に置いている。W1は情報処理装置109に近い側の撮影領域301の長さ。W2は、情報処理装置109から遠い側の撮影領域の長さ。W3は、情報処理装置109に近い側の原稿302の辺を撮影する際の、W方向の撮影領域の長さである。W4は、情報処理装置109から遠い側の原稿302の辺を撮影する際の、W方向の撮影領域の長さである。この時、W1=426mm、W2=555mm、W3=439mm、W4=525mmとなる。前述のようにWの方向は4072ドットで形成されているため、情報処理装置109に近い側の原稿302のW方向の解像度(dpi)は236dpi(=4072×25.4/439)となる。また情報処理装置109から遠い側の原稿302のW方向の解像度(dpi)は197dpi(=3046×25.4/525)となる。H方向においても解像度(dpi)は次第に変化するためW方向と同じく情報処理装置109に近い側は236dpi、遠い側は197dpiとなる。
このように、光軸と投影面に垂直な軸とがなす角が小さいほど解像度の低下が起こりにくい。そして、投影面110に近いほど光軸と投影面に垂直な軸とがなす角は小さくなる。そこで、プロジェクタ106のWの方向に投影可能なドット数と、カメラ105がWの方向に撮影可能な撮像素子の画素数を比較し、解像度(プロジェクタの場合はドット数、カメラの場合は画素数)が低いものを投影領域に近づける。または、解像度(プロジェクタの場合はドット数、カメラの場合は画素数)が低いものを光軸と投影面に垂直な軸とがなす角が小さくなるように配置をする。本実施形態では、解像度の低いプロジェクタ106を投影領域に近い側に配置することで解像度の劣化を抑えるようにしている。
情報処理装置109は、カメラ105で撮影した画像を、プロジェクタ106で投影面110に投影することがある。この場合、投影面110に投影される画像の解像度は、カメラ105の解像度、又はプロジェクタ106の解像度の低い方に合わせられることになる。本実施形態で言えば、情報処理装置109から遠い側の原稿302はカメラ105で197dpiで撮影できるが、投影するプロジェクタは45dpiまでしか投影することができない。そのため、解像度の低い物を、投影領域に近い側に配置することで、投影面110に投影される画像の解像度の低下を抑えることができる。
仮に、プロジェクタ106を情報処理装置から遠くに配置した場合には、プロジェクタの解像度は45dpiより低下することが考えられ画質の低下を招く。なお、本実施形態では、カメラ105の解像度が、プロジェクタ106の解像度よりも高い場合で説明をした。仮に、カメラ105の解像度がプロジェクタ106の解像度よりも低い場合には、解像度の低いカメラ105を、投影領域に近い側に配置することで、投影面110に投影される画像の解像度の低下を抑えることができる(図17参照)。
なお、上記の説明では、カメラ105及びプロジェクタ106及びジェスチャセンサ107の3つを用いる場合について説明した。しかし、カメラ105にジェスチャセンサ107の機能を兼用させることも可能である。図14に示すように、カメラ105でユーザの手の動きを撮影することにより、ユーザの手の動きを検出し、ジェスチャセンサ107を省略することも可能である。こうすることにより、情報処理装置のコストをより削減することも可能である。
(実施形態2)
実施形態1の情報処理装置109は、ミラー117上の撮像使用領域C’と投影使用領域P’とが部分的に重なる構成であった。実施形態2の情報処理装置109は、ミラー117上の撮像使用領域C’と投影使用領域P’とが重ならない構成である。その他の構成は実施形態1と同じであるので説明は省略する。
実施形態1の情報処理装置109は、ミラー117上の撮像使用領域C’と投影使用領域P’とが部分的に重なる構成であった。実施形態2の情報処理装置109は、ミラー117上の撮像使用領域C’と投影使用領域P’とが重ならない構成である。その他の構成は実施形態1と同じであるので説明は省略する。
図18は、実施形態2で第2の方向から見た時の、情報処理装置109の光路を示す側面図である(実施形態1の図10と対応)。図19は比較例としての情報処理装置109の光路を示す側面図である(実施形態1の図11と対応)。
ジェスチャセンサ107は、プロジェクタ106の光束のカメラ側(撮影手段側)の光路(図18においてはプロジェクタ106から延びる右側の実線)と、カメラ105の光束のプロジェクタ側(投影手段側)の光路(図18においてはカメラ105から延びる左側の破線、一点鎖線)と、投影面110で形成される仮想的な三角形208の内側に配置される。そして、撮像使用領域C’と投影使用領域P’のうち、投影領域P”が形成される投影面に近い側の点をα、前記投影面に遠い側の点をβとして、ジェスチャ検知使用領域G’はαとβの間に包含されているようにする。このようにすることで、実施形態1と同様に第1の方向(図18の水平方向)において、ミラー117の小サイズ化を実現することができる。
なお、この第2の実施形態においても、解像度(プロジェクタの場合はドット数、カメラの場合は画素数)が低いもの(本実施形態ではプロジェクタ)の光軸と投影面に垂直な軸とがなす角θ1を解像度が高いもの(ここではカメラ)の光軸と投影面に垂直な軸とがなす角θ2よりも小さくなるように配置している。
一方、プロジェクタ106の外側にカメラ105を配置し、その外側にジェスチャセンサ107を配置した場合について図19を参照して説明する。このとき第1の方向において投影領域P”と最も近いミラー117内のポイントXは図18と同様にプロジェクタ106の光路である投影使用領域P’によって決定される。一方で第1の方向において投影領域P”と最も遠いミラー117内のポイントYはジェスチャセンサ107の光路であるジェスチャ検知使用領域G’によって決定される。ジェスチャセンサ107に必要なジェスチャ検知領域G1”はカメラ105に必要な撮像領域C”よりも大きいため、ポイントYは図10で示した位置よりも外側となる。即ち、βよりも外側の位置にYが存在することになる。この結果ミラー117は、ジェスチャ検知使用領域G’を取るためにβの位置よりも外側までミラー117を設ける必要があり第1の方向のサイズは大きくなってしまう。
実施形態2では、ミラー117上の撮像使用領域C’と投影使用領域P’とが重ならない。このため、実施形態1と比較すると撮像使用領域C’と投影使用領域P’で使用されるミラー117の領域は大きくなってしまう。しかしながら、ジェスチャセンサ107の配置を適当な位置にすることで、ジェスチャセンサ107によりミラー117が大きくなることを防ぐことができる。
なお、実施形態2の構成においても、プロジェクタ106のWの方向に投影可能なドット数と、カメラ105がWの方向に撮影可能な撮像素子の画素数を比較し、解像度(プロジェクタの場合はドット数、カメラの場合は画素数)が低いものを投影領域に近くに配置するようにしている。または、解像度(プロジェクタの場合はドット数、カメラの場合は画素数)が低いものを光軸と投影面に垂直な軸とがなす角が小さくなるように配置をする。このようにすることで、投影面110に投影される画像の解像度の低下を抑えている。
以上説明したように、プロジェクタ106とカメラ105のうち、解像度の低いものを、投影面のなるべく近くに配置すること、又は投影面に対する投影光軸の角度を小さくすることで、投影画像の解像度の低下を抑えている。また、カメラ、プロジェクタ、ジェスチャセンサのミラーの使用領域を工夫することでミラーを小さくする。
101:CPU、104:記憶装置、105:カメラ、106:プロジェクタ、107:ジェスチャセンサ、109:情報処理装置、110:投影面、111:電子データ画像、112:台座、113:メインフレーム、114a,114b:サイドフレーム、115:ミラーユニット、117:ミラー、117a:撮像ミラー、117b:投影ミラー
Claims (18)
- 画像を投影する投影手段と、
前記投影手段から投影される画像を投影面に向けて反射する投影ミラーと、
前記投影面に置かれる対象物を撮影する撮影手段と、
前記投影面に置かれた対象物を前記撮影手段によって撮影するために、前記対象物から前記撮影手段までの撮影光路の間に配置される撮像ミラーとを備え、
前記投影手段および前記撮影手段は、前記投影ミラーおよび前記撮像ミラーの下方に配置されることを特徴とする情報処理装置。 - 前記撮影手段の光軸を通る光線の前記撮影手段から前記投影面までの光路長の和は、前記投影手段の光軸を通る光線の前記投影手段から前記投影面までの光路長の和よりも長いことを特徴とする請求項1に記載の情報処理装置。
- 前記投影ミラーと前記撮像ミラーは同一の反射ミラーであることを特徴とする請求項1又は2に記載の情報処理装置。
- 前記反射ミラーを介して、前記投影面の付近の被検出物の動きを検出する検出手段をさらに備え、
前記撮影手段の光軸を前記投影面に投影した際に当該光軸が向かう方向を第1の方向、前記第1の方向と直交する方向を第2の方向として、
前記第2の方向から見たときに、前記検出手段は、前記投影手段の光束の撮影手段側の光路と、前記撮影手段の光束の投影手段側の光路と、前記投影面とを結んで形成される仮想的な三角形の内側に配置されていることを特徴とする請求項3に記載の情報処理装置。 - 前記反射ミラーを介して、前記投影面の付近の被検出物の動きを検出する検出手段をさらに備え、
前記撮影手段の光軸を前記投影面に投影した際に当該光軸が向かう方向を第1の方向、前記第1の方向と直交する方向を第2の方向として、
前記第2の方向から見たときに、前記検出手段により使用される前記反射ミラーの領域は、前記投影手段により使用される前記反射ミラーの領域と前記撮影手段により使用される前記反射ミラーの領域の、前記投影面に近い側の点と前記投影面から遠い側の点との間に包含されていることを特徴とする請求項3に記載の情報処理装置。 - 前記投影手段は、前記撮影手段よりも前記投影面に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の情報処理装置。
- 前記反射ミラーは前記情報処理装置の上部に配置され、前記投影手段と前記撮影手段は、前記反射ミラーよりも前記情報処理装置の下方の位置に配置されていることを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項に記載の情報処理装置。
- 前記投影手段と前記撮影手段のそれぞれの光軸は前記反射ミラーに向けられ、前記投影手段と前記撮影手段のそれぞれの光路は前記反射ミラーで反射されて、下向きに向けられることを特徴とする請求項7に記載の情報処理装置。
- 前記投影面は、前記情報処理装置の下方に配置されていることを特徴とする請求項8に記載の情報処理装置。
- 前記投影手段を支持するフレームを備え、前記撮影手段と、前記投影手段はそれぞれ前記フレームの逆側に設けられていることを特徴とする請求項4乃至9のいずれか1項に記載の情報処理装置。
- 前記投影手段を支持するフレームを備え、前記検出手段と、前記投影手段はそれぞれ前記フレームの逆側に設けられていることを特徴とする請求項4乃至10のいずれか1項に記載の情報処理装置。
- 前記検出手段は、赤外線を照射し、被検出物で反射された赤外線を受光することにより、被検出物の動きを検出することを特徴とする請求項4乃至11のいずれか1項に記載の情報処理装置。
- 前記投影手段により使用される前記反射ミラーの領域と、前記撮影手段により使用される前記反射ミラーの領域とが、少なくとも部分的に重なっていることを特徴とする請求項3に記載の情報処理装置。
- 前記反射ミラーは前記情報処理装置の上部に配置され、前記投影手段と前記撮影手段は、前記反射ミラーよりも前記情報処理装置の下方の位置に配置されていることを特徴とする請求項13に記載の情報処理装置。
- 前記投影手段と前記撮影手段のそれぞれの光軸は前記反射ミラーに向けられ、前記投影手段と前記撮影手段のそれぞれの光路は前記反射ミラーで反射されて、下向きに向けられることを特徴とする請求項14に記載の情報処理装置。
- 前記投影面は、前記情報処理装置の下方に配置されていることを特徴とする請求項15に記載の情報処理装置。
- 前記投影手段を支持するフレームを備え、前記撮影手段と、前記投影手段はそれぞれ前記フレームの逆側に設けられていることを特徴とする請求項13乃至16のいずれか1項に記載の情報処理装置。
- 前記撮影手段は、前記反射ミラーを介して、前記投影面の付近の被検出物の動きを検出する検出手段を兼用していることを特徴とする請求項13乃至17のいずれか1項に記載の情報処理装置。
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2015
- 2015-08-28 JP JP2015169727A patent/JP2016075897A/ja active Pending
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