JP2016076896A - 情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】像を投影する投影手段と、投影面を撮影する撮影手段を備える情報処理装置において、投影手段により投影された画像の解像度の低下を抑えることができる装置を提供する。
【解決手段】画像を投影する投影部と、投影部から投影される画像を投影面に向けて反射するミラーと、ミラーを介して、投影面に置かれる対象物を撮影する撮影部とを備え、撮影部の光軸を投影面に投影した際に光軸が向かう方向を第一の方向、第一の方向と直交する方向を第二の方向として、投影部が第二の方向に投影可能なドット数は、撮影部が第二の方向に撮影可能な撮像素子の画素数よりも小さく、投影部の光軸と投影面に垂直な線とがなす角度が、撮影部の光軸と投影面に垂直な線とがなす角度よりも小さい。
【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した映像に対して、ユーザが行う文字入力動作を精度よく検知する技術について開示している。投影部と撮像部を固定した基部を自在継手によってスタンドに取り付け、上方から被投影体に対しての投影及び撮像を行う構成となっている。

特開２００８−１３４７９３号公報

ところで、特許文献１に開示されているような情報処理装置が有している画像投影部や検知部の解像度を最大限に利用するためには、それぞれ理想的な配置が存在する。しかしながら、画像投影部や検知部といった複数の機能部を配置するスペースは限られているため、配置によっては、装置としての性能を著しく悪化させてしまうことがあり得る。

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、像を投影する投影手段と、投影面を撮影する撮影手段を備える情報処理装置において、投影手段により投影された画像の解像度の低下を抑えることができる装置を提供することである。

本発明にかかわる情報処理装置の一例は、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ミラーと、前記ミラーを介して、前記投影面に置かれる対象物を撮影する撮影手段と、を備え、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一の方向、前記第一の方向と直交する方向を第二の方向として、前記投影手段が前記第二の方向に投影可能なドット数は、前記撮影手段が前記第二の方向に撮影可能な撮像素子の画素数よりも小さく、前記投影手段の光軸と前記投影面に垂直な線とがなす角度が、前記撮影手段の光軸と前記投影面に垂直な線とがなす角度よりも小さいことを特徴とする。

本発明によれば、反射ミラーを用いて像を投影する投影手段と、投影面を撮影する撮影手段を備える情報処理装置において、投影手段により投影された画像の解像度の低下を抑えることができる装置を提供することができる。

実施形態１に係る情報処理装置の構成を示す図。 実施形態１に係る情報処理装置の構成を示す斜視図。 実施形態１に係る情報処理装置の側面図。 実施形態１に係る情報処理装置の使用状態を示す概略図。 実施形態１に係る情報処理装置の持つ振動モードについて示す図。 サイドフレームの断面形状を示す図。 実施形態１における情報処理装置の光路を説明する側面図。 カメラとジェスチャセンサの配置を入れ替えた場合の光路を示す側面図。 投影領域を投影面に向かって見た状態を示す図。 撮影領域を投影面に向かって見た状態を示す図。 ジェスチャセンサを省略した例を示した図。 ミラーの使用領域を説明するための図。 図１２とは別の構成におけるミラーの使用領域を説明するための図。 カメラがプロジェクタよりも投影面に近く配置された情報処理装置の例を示す側面図。 実施形態１における情報処理装置の光路を説明する側面図。 カメラとジェスチャセンサの配置を入れ替えた場合の光路を示す図。

（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。

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。

以上説明してきたように、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５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６（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。

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。

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６（ｂ）〜（ｄ）にアームを別形状にした場合の断面を示す。図６（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。

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。

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。

図６（ｃ）、図６（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６（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。

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。

Ａに垂直な方向の断面二次モーメントを求める場合、図６（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。

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７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８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７、８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７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一の方向（図７、８の水平方向）、第一の方向と直交する方向を第二の方向とする（図７、８の紙面に垂直な方向）。即ち、図７、図８は、第二の方向から見た図である。なお、図９、１０は、投影面に垂直な方向から見た図であり、図９、１０において、第一の方向はＨの方向、第二の方向はＷの方向である。
図１２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、第一の方向はミラー１１７の長手方向、第二の方向はミラー１１７の短手方向となっている。

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。

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。

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７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７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。このとき第一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。また第一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７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、第一の方向（図７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の第一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７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１３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、第一の方向（図７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１４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７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１４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、第二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７、図１４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８を参照して説明する。図８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。このとき第一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７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、第一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７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二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７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７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、第二の方向（図９のＷの方向）に１２８０ドット、第一の方向（図９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９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７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９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１０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７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１４参照）。

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１１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。

図１５は、実施形態２で第二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７と対応）。図１６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８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１５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１５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と同様に第一の方向（図１５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１６を参照して説明する。このとき第一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１５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。一方で第一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７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一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

Claims (10)

1. 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ミラーと、
   前記ミラーを介して、前記投影面に置かれる対象物を撮影する撮影手段と、を備え、
   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一の方向、前記第一の方向と直交する方向を第二の方向として、
   前記投影手段が前記第二の方向に投影可能なドット数は、前記撮影手段が前記第二の方向に撮影可能な撮像素子の画素数よりも小さく、
   前記投影手段の光軸と前記投影面に垂直な線とがなす角度が、前記撮影手段の光軸と前記投影面に垂直な線とがなす角度よりも小さいことを特徴とする情報処理装置。
2. 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ミラーと、
   前記ミラーを介して、前記投影面に置かれる対象物を撮影する撮影手段と、を備え、
   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一の方向、前記第一の方向と直交する方向を第二の方向として、
   前記撮影手段が前記第二の方向に撮影可能な撮像素子の画素数は、前記投影手段が前記第二の方向に投影可能なドット数よりも小さく、
   前記撮影手段の光軸と前記投影面に垂直な線とがなす角度が、前記投影手段の光軸と前記投影面に垂直な線とがなす角度よりも小さいことを特徴とする情報処理装置。
3. 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ミラーと、
   前記ミラーを介して、前記投影面に置かれる対象物を撮影する撮影手段と、を備え、
   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一の方向、前記第一の方向と直交する方向を第二の方向として、
   前記投影手段が前記第二の方向に投影可能なドット数は、前記撮影手段が前記第二の方向に撮影可能な撮像素子の画素数よりも小さく、
   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情報処理装置。
4. 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ミラーと、
   前記ミラーを介して、前記投影面に置かれる対象物を撮影する撮影手段と、を備え、
   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一の方向、前記第一の方向と直交する方向を第二の方向として、
   前記撮影手段が前記第二の方向に撮影可能な撮像素子の画素数は、前記投影手段が前記第二の方向に投影可能なドット数よりも小さく、
   前記撮影手段は、前記投影手段よりも、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情報処理装置。
5. 前記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１乃至４のいずれか１項に記載の情報処理装置。
6. 前記投影手段と前記撮影手段のそれぞれの光軸は前記ミラーに向けられ、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５に記載の情報処理装置。
7. 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６に記載の情報処理装置。
8. 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１乃至７のいずれか１項に記載の情報処理装置。
9. 前記ミラーを介して、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ることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の情報処理装置。
10. 前記検出手段は、赤外線を照射し、被検出物で反射された当該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９に記載の情報処理装置。

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