JP2016110535A - 位置検出装置、画像投写装置及び画像操作システム - Google Patents

Abstract

【課題】非単一平面の対象面の表面近傍に位置する被検出体の位置を感度よく検出する位置検出装置を提供する。【解決手段】少なくとも一部が湾曲又は少なくとも一箇所で屈曲している非単一平面からなる対象面６の二方向のうち一方の方向と直交する他方の方向における一端縁に向かう面状の光束を形成するように光を出射する光出射手段（レーザーカーテン生成装置３）と、光出射手段から出射された面状の光束を、対象面６の全体にわたって対象面６から所定距離Ｚｄだけ離れた表面近傍領域を通過するように反射する折り返しミラー３６と、対象面６を撮像するカメラと、撮像された画像に基づいて被検出体の位置を算出する制御装置とを備える。【選択図】図８

Description

本発明は、位置検出装置、画像投写装置及び画像操作システムに関するものである。

従来、画像が投写される投写対象面（スクリーン）等の対象面の近傍に位置する指示棒や指等の被検出体（物体）の位置を、赤外光等の光の反射を用いて検出する位置検出装置が知られている。

特許文献１には、単一平面からなる対象面の近傍に、その対象面に平行な平面状の検出光束を形成する位置検出装置が記載されている。この位置検出装置では、上記対象面の上端縁の中央近傍に光源を設け、その光源から対象面に沿って扇形状に広がった平面状の検出光束を形成するように光を出射している。このように対象面の近傍に平面状の検出光束を形成している状態で対象面を撮像し、その撮像された画像により、上記検出光束を部分的に反射している指示棒や指等の被検出体の位置を検出している。

上記特許文献１の位置検出装置では、画像が投写される対象面が非単一平面である場合、被検出体の位置を検出できなかったり検出感度が低下したりするおそれがある。例えば、横方向について凹状に湾曲している教室の黒板を対象面とする場合がある。この場合、黒板の中央部表面の近傍領域に上記平面状の検出光束を位置させるように形成すると、被検出体の位置を検出できなかったり検出感度が低下したりするおそれがある。また、対象面の横方向の端部が手前側に傾くように屈曲している場合がある。この場合も、対象面の中央部表面の近傍領域に上記平面状の検出光束を位置させるように形成すると、被検出体の位置を検出できなかったり検出感度が低下したりするおそれがある。

上述した課題を解決するために、本発明は、対象面の近傍に位置する被検出体の位置を検出する位置検出装置であって、表面上の互いに直交する二方向のいずれか一方の方向について湾曲部又は屈曲部を有する非単一平面からなる対象面上の前記二方向のうち前記一方の方向と直交する他方の方向における一端縁に向かう面状の光束を形成するように光を出射する光出射手段と、前記対象面の前記一端縁の長手方向の形状に沿って延在するように設けられ、前記光出射手段から出射された面状の光束を、該対象面の全体にわたって該対象面から所定距離だけ離れた表面近傍領域を通過するように反射する反射部材と、前記面状の光束の波長に感度を有し、前記対象面を撮像する撮像手段と、前記撮像手段で撮像された画像に基づいて、前記近傍領域に位置して前記面状の光束の一部を反射している被検出体の位置を算出する位置算出手段と、を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、表面上の互いに直交する二方向のいずれか一方の方向について湾曲部又は屈曲部を有する非単一平面からなる対象面について、その非単一平面の対象面の表面近傍領域に位置する被検出体の位置を感度よく検出することができる。

本発明の実施形態に係る位置検出装置を利用した画像操作システムが使用される様子の一例を模式的に示す概略構成図。 参考例に係る画像操作システム（インタラクティブ装置）の一例を示す斜視図。 本実施形態に係る位置検出装置を備えた画像操作システムが使用される様子の一例を示す側面図。 本実施形態に係る画像操作システムにおける画像投写装置の一例を示す概略構成図。 本実施形態に係る位置検出装置におけるレーザーカーテン生成装置の概略構成の一例を示す斜視図。 本実施形態に係る位置検出装置におけるカメラの概略構成の一例を示す構成図。 本実施形態に係る位置検出装置における制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図。 本実施形態に係る位置検出装置で位置検出する対象面が湾曲部を有する非単一平面である場合におけるレーザーカーテン生成装置の概略構成の一例を示す斜視図。 図８の折り返しミラーの支持構造を有するレーザーカーテン生成装置の概略構成の一例を示す斜視図。 図９の右タイロッド機構の構成の一例を示す平面図。 本実施形態に係る位置検出装置で位置検出する対象面６が屈曲部を有する複数の平面からなる非単一平面である場合におけるレーザーカーテン生成装置の概略構成の一例を示す斜視図。 図１１の折り返しミラーの支持構造を有するレーザーカーテン生成装置の概略構成の一例を示す斜視図。 本実施形態に係る画像操作システムにおける画像投写装置にカメラが内蔵された画像操作システムの一例を示す側面図。 本実施形態に係るカメラと画像投写装置とを別体で構成した画像操作システム１の一例を示す側面図。 本実施形態に係るレーザーカーテン生成装置３の折り返しミラーをレーザーカーテン生成装置から分離して設けた構成の画像操作システムの一例を示す側面図。 図１５の折り返しミラーを投写面の上部に設置する構成の一例を示す側面図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る位置検出装置を利用した画像操作システム１が使用される様子の一例を模式的に示す概略構成図である。図１に示すように、画像操作システム１は、例えばインタラクティブ装置とも呼ばれ、画像投写手段としての画像投写装置２と、レーザーカーテン生成装置３と、撮像手段としての撮像装置であるカメラ４と、制御手段としての制御装置５とを備えている。

本実施形態において、対象面の近傍に位置する被検出体の位置を検出する位置検出装置は、レーザーカーテン生成装置３とカメラ４と制御装置５とを含むように構成されている。

なお、本実施形態において、図１などに示すＸＹＺ直交座標系を参照して、画像操作システム１の各構成要素の位置関係などを説明する場合がある。このＸＹＺ直交座標系は、対象面６上で互いに直交する２方向がＸ方向およびＹ方向であり、ＸＹ平面の法線方向がＺ方向である。

画像投写装置２は、画像が表示される表示面である対象面（投写面）６に画像を投写する装置であり、一般的にはプロジェクターと呼ばれる装置である。この画像投写装置２の投写する画像は、例えば制御装置５に記憶されている画像データ又は外部から入力された入力画像の画像データに基づいて生成される。

レーザーカーテン生成装置３は、対象面６の表面に沿った平行のレーザー光を出射する装置である。

図２の参考例に係る画像操作システム（インタラクティブ装置）１００におけるレーザーカーテン生成装置３００は、単一の平面からなる対象面（投写面）６００に沿って平行のレーザー光ＬＢを出射する。

これに対して、本実施形態に係るレーザーカーテン生成装置３は、対象面６が単一の平面で形成されていない場合であっても、対象面６の表面に沿ってその表面から一定の距離を保って平行にレーザー光を出射させることができる。

例えば、図１において、対象面６がＸ方向で曲率を有していてＺ方向に湾曲していたり、Ｘ方向の両端部側（左右側）が折れ曲がってＺ方向に傾いていたりしても、その表面に沿って表面から一定の距離を保って平行にレーザー光ＬＢを出射させることができる。このように、レーザーカーテン生成装置３は、表面上の互いに直交する二方向のうちいずれか一方の方向について少なくとも一部が湾曲又は少なくとも一箇所で屈曲している非単一平面からなる対象面６に対応した装置である。なお、レーザーカーテン生成装置３のより詳しい構成などについては後述する。

カメラ４は、対象面６を撮像し、撮像した画像のデータを制御装置５に出力するものである。カメラ４には、例えば、レーザーカーテン生成装置３が照射する波長領域の光を選択的に受光するためのフィルター４１が取り付けられる（図６参照）。また、カメラ４は、フィルター４１を着脱可能な機構を有していてもよい。

制御装置５は、画像操作システム１の全体を制御する装置である。例えば、制御装置５は、記憶又は入力された画像データを画像投写装置２に出力し、画像投写装置２から対象面６に画像を投写させる。また、制御装置５は、レーザーカーテン生成装置３の起動や停止を制御する。さらに、制御装置５は、位置算出手段としての機能を有しており、カメラ４の撮像した画像を解析することにより、対象面６上で利用者７が指し示した位置（画像上の位置）を算出して検出する。

対象面６は、壁、スクリーンなど、任意の平面を使用することができる。また、対象面６は、単一の平面に限らず、一方向において曲率を有する曲面（図８参照）であったり、一方向において折れ曲がった複数の平面（図１１参照）であったりしてもよい。

図１において、利用者７は、指示棒８で対象面６における特定の箇所を指し示している。指示棒８は、対象面６との距離が所定距離Ｚｄ（図３参照）以下になるまで対象面６に接近すると、レーザーカーテン生成装置３によって対象面６の近傍に形成されたレーザー光からなる面状の光束の一部を反射する。この反射光は、カメラ４によって撮像され、制御装置５により反射位置が検出される。なお、指示棒８に限らず、例えば利用者７の指などで対象面６における特定の箇所を指し示した場合も、同様にその反射位置が検出される。

図４は、本実施形態に係る画像操作システムにおける画像投写装置２の一例を示す概略構成図である。画像投写装置２は、光源装置として、単一波長を発する光源２１と、この光源２１から発せられる光束を集光し平行光とする照明光学系２２と、時間に応じて光の向きを変える光偏向素子２３とを備えている。また、画像投写装置２は、光源２１から発する光源波長を励起光として異なる波長に変換する少なくとも一種類の波長変換部材が施されている領域と施されていない領域とを内面に設けてあるライトトンネル２４を備えている。更に、画像投写装置２は、リレーレンズ２５と、ミラー２６と、画像形成素子２７と、投写光学系２８と、制御部２９とを備えている。

画像投写装置２において、光源２１から発せられた光は、照明光学系２２で平行光となって光偏向素子２３に入射し、光偏向素子２３でライトトンネル２４内の波長変換部材が施されている領域と施されていない領域とに選択的に照射されるように偏向される。そして、ライトトンネル２４から出射した照明光はリレーレンズ２５により、ミラー２６を介して画像形成素子２７を照明する。

画像形成素子２７は、２次元平面上に形成された複数の画素単位の光変調素子で構成されており、画素単位で光を変調することができる。投写光学系２８は、画像形成素子２７で形成された画像（光像）の光を対象面６に向けて投射する。これにより、対象面６に画像が投写されて拡大表示される。

制御部２９は、光源２１の駆動制御、光偏向素子２３の駆動制御、画像形成素子２７の駆動制御等を行う。例えば、制御部２９は、光源波長光λ１に対応する画像を表示するときには、光源波長光λ１を発生するように光偏向素子２３を駆動する。また、制御部２９は、異なる波長に変換された波長光λ２に対応する画像を表示するときには、ライトトンネル２４内に形成されている波長変換部材に照射して変換波長光λ２を発生するように光偏向素子２３を駆動する。

図５は、本実施形態に係る位置検出装置におけるレーザーカーテン生成装置３の概略構成の一例を示す斜視図であって、内部構造の説明図である。レーザーカーテン生成装置３は、半導体レーザーなどの光源３１と、コリメータレンズ３２と、シリンドリカルレンズ３４と、光偏向手段としての光偏向装置３５と、反射部材としての折り返しミラー３６とを備えている。そして、図示の例では、光源３１と、コリメータレンズ３２と、シリンドリカルレンズ３４と、光偏向装置３５とが筐体３７に収納されている。なお、コリメータレンズ３２は第１の光学部材としての機能を有し、シリンドリカルレンズ３４は第２の光学部材としての機能を有している。

レーザーカーテン生成装置３は、制御装置５からの指示に基づいて光源３１からレーザー光ＬＢを出射する。光源３１から出射されたレーザー光ＬＢは、コリメータレンズ３２に入射し、コリメータレンズ３２を通ることにより、平行光となって出射される。コリメータレンズ３２から出射されたレーザー光ＬＢは、シリンドリカルレンズ３４に入射し、シリンドリカルレンズ３４を通ることにより、光路方向に対して直交する方向の断面形状が上下方向に短く左右方向に長い面状の光束となる。

シリンドリカルレンズ３４から出射されたレーザー光ＬＢは、光偏向装置３５に入射し主走査方向に偏向されて光路方向に対して左右方向に広がった放射状の光束となって出射され、反射部材としての折り返しミラー３６に入射する。折り返しミラー３６に入射したレーザー光ＬＢの放射状の光束は、約４５度の角度で反射することにより、対象面６から所定距離Ｚｄだけ離れた面近傍領域に平面状（カーテン状）の光束を形成する。

図１の例では、レーザーカーテン生成装置３は、対象面６の上方に取り付けられ、対象面６を覆う近傍領域にレーザー光ＬＢを照射する。なお、上記光源３１、コリメータレンズ３２、シリンドリカルレンズ３４及び光偏向装置３５は、光出射手段としての機能を有している。

なお、シリンドリカルレンズ３４の位置を調整して、面状の光束として出射されるレーザー光ＬＢの厚さ、つまり光路方向に対して直交する方向の断面における短手方向の厚みを調整する調整手段を備えてもよい。この調整手段としては、例えば、ボイスコイルモータを用いたマイクロ振動機構を用いることができる。

また、光偏向装置３５としては、例えば、回転駆動されるポリゴンミラーや振動駆動される正弦振動ミラーを用いることができる。

図６は、本実施形態に係る位置検出装置におけるカメラ４の概略構成の一例を示す構成図である。カメラ４は、フィルター４１と、レンズ４２と、画像センサー４３と、画像処理部４４とを備えている。フィルター４１は、例えば赤外線を含む波長領域の光を透過させ、それ以外の波長領域の光を遮断するフィルターであり、レーザー光ＬＢの波長領域の光のみ透過させる。カメラ４に入射した光は、フィルター４１とレンズ４２とを介して画像センサー４３に入射する。

画像センサー４３は、レーザー光ＬＢの波長領域に感度を有するセンサーである。画像センサー４３としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの固体撮像素子を利用したイメージセンサーを用いることができる。

画像処理部４４は、例えばマイクロコンピューターや電子回路で構成され、カメラ４のシャッタースピードや撮像周期を調節する。画像処理部４４は、画像センサー４３の出力回路から出力されるデータに対して所定のゲインによる増幅等を行なって、画像データとして制御装置５に出力する。

なお、フィルター４１の位置は、図６に示す位置に限定されず、例えば、レンズ４２と画像センサー４３との間に配置されてもよい。また、レーザーカーテン生成装置３が可視光を照射する場合、フィルター４１は省略してもよい。

図７は、本実施形態に係る位置検出装置における制御装置５の構成の一例を示す機能ブロック図である。制御装置５は、操作入力部５１と、撮像画像上の位置を検出する位置検出部５２と、メイン制御部５３と、投写画像生成部５４と、記憶部５５と、出力部５６とを備えている。制御装置５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のハードウェアで構成されている。位置検出部５２、メイン制御部５３及び投写画像生成部５４それぞれにおける機能は、例えば各種プログラムがＣＰＵに読み出されて実行されることで実現される。なお、位置検出部５２、メイン制御部５３及び投写画像生成部５４における機能の全てがソフトウェアで実現される必要はなく、その一部の機能についてはＬＳＩや電子回路などの独立したハードウェアで実現するようにしてもよい。

操作入力部５１は、例えば、複数のボタンが配列された操作パネルである。操作入力部５１は、例えば、利用者７によって行われた操作を受け付け、その受け付けた操作の種類を示す信号をメイン制御部５３に出力する。

位置検出部５２は、カメラ４から入力される撮像画像上で、レーザーカーテン生成装置３の照射した光が反射された位置（以下、「指示位置」ともいう。）を検出する。位置検出部５２は、例えば、撮像画像における特定の輝度以上の画素の位置を指示位置として検出する。また、位置検出部５２は、例えば、撮像画像上で検出した指示位置の座標を、投写画像上での指示位置の座標に変換し、その変換後の座標情報をメイン制御部５３に出力する。また、位置検出部５２は、例えば、カメラ４の撮像画像上の各画素の位置と投写画像上の位置との座標変換マップが記憶部５５に格納されており、この座標変換マップを参照することにより、撮像画像上の指示位置の座標を投写画像上の指示位置の座標に変換する。

メイン制御部５３は、例えば、利用者７の指示に応じて、投写対象画像の画像データを記憶部５５から読み出し、読み出した画像データに基づいて投写画像を投写画像生成部５４に生成させる制御を行う。

また、メイン制御部５３は、例えば、指示棒８や指などによる指示位置に応じた投写画像上の位置に、マーカーなどを重畳表示させるような制御を行う。また、メイン制御部５３は、指示棒８や指による指示位置の軌跡を、投写画像に重畳表示させるような制御を行う。この制御により、利用者７は、投写画像上に線を引いたり、文字や絵を描いたりすることができる。更に、メイン制御部５３は、利用者７の指示などに応じて、レーザーカーテン生成装置３のオン／オフ制御を行う。

投写画像生成部５４は、メイン制御部５３から指定された画像、外部の機器から入力される画像等に基づいて、画像投写装置２が投写する投写画像の画像信号を生成し、画像投写装置２に出力する。

記憶部５５は、例えば、ＲＯＭやＲＡＭ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＳＤカードなどの記憶装置である。記憶部５５には、各種プログラム、画像データ、その他のデータが記憶されている。また、出力部５６は、例えば、スピーカや液晶ディスプレイなどの出力装置である。

本実施形態に係る画像操作システム１は、対象面６が表面上の互いに直交する二方向のいずれか一方の方向について湾曲部又は屈曲部を有する非単一平面の場合にも使用することができる。例えば、画像操作システム１は、左右方向又は上下方向にある曲率で湾曲した湾曲部を有する対象面６の場合にも使用することができる。

図８は、本実施形態に係る位置検出装置で位置検出する対象面６が湾曲部を有する非単一平面である場合におけるレーザーカーテン生成装置の概略構成の一例を示す斜視図である。図８に示すように、対象面６は図中Ｘ方向に曲率半径Ｒで湾曲しており、Ｘ方向の中央部がＺ方向マイナス側（図中の左奥側）に凹んだ曲面で構成されている。このように湾曲した対象面６の表面に沿って、その表面から一定の所定距離Ｚｄを保って平行にレーザー光ＬＢを出射させるように、レーザーカーテン生成装置３の折り返しミラー３６が形成されている。

例えば、図示の例では、折り返しミラー３６の反射面は、対象面６の曲率に対応する曲率で形成された曲面からなる反射面を有する。また、折り返しミラー３６は、対象面６の上部の一端縁の長手方向の形状に沿って延在するように設けられている。

折り返しミラー３６を上記所定の曲率で湾曲した曲面からなる反射面を形成するために、例えば、変形可能な部材を用いて構成する。具体的には、例えば、厚さが０．５〜１．５［ｍｍ］程度のアルミニウム板やステンレス板の表面に、０．１［ｍｍ］程度の鏡面層を形成する。

折り返しミラー３６の鏡面層以外の部分はウレタンゴムなどの弾性部材でカバーしてもよい。また、折り返しミラー３６を対象面６の曲率に合わせて変形させる構成に限らず、予め対象面６の曲率に合わせた曲面からなる反射面を有するように製造してもよい。

図９は、図８の折り返しミラー３６の支持構造を有するレーザーカーテン生成装置３の概略構成の一例を示す斜視図である。図９において、レーザーカーテン生成装置３は、対象面６の曲率に合わせて変形可能な折り返しミラー３６を、反射部材支持手段としてのタイロッド機構３８で支持している。

図９の例では、タイロッド機構３８は、中央，右，左タイロッド機構３８Ｃ，Ｒ，Ｌから構成されている。そして、折り返しミラー３６の中央部を中央タイロッド機構３８Ｃで支持しつつ、右側の右タイロッド機構３８Ｒと左側の左タイロッド機構３８Ｌとにより折り返しミラー３６の左右両端部側を筐体３７の方向に引っ張っている。これにより、折り返しミラー３６を対象面６の曲率に合わせて変形させることができる。

上述した中央，右，左タイロッド機構３８Ｃ，Ｒ，Ｌは、右，左タイロッド機構Ｒ，Ｌがそれぞれ同じ構造である。また、中央タイロッド機構３８Ｃはタイロッドの長さが、右，左タイロッド機構Ｒ，Ｌのタイロッドに比べて短い以外は同じ構造である。以下の説明では、右タイロッド機構３８Ｒを例にして、その構造を説明する。

図１０は、右タイロッド機構３８Ｒの構成の一例を示す平面図であって、図９における右タイロッド機構３８ＲをＹ方向の上側から見た図である。図１０において、右タイロッド機構３８Ｒは、タイロッド３８１と、ミラー側ロッドエンド３８２と、筐体側ロッドエンド３８３とを備えている。

タイロッド３８１の軸方向の両端部側には雄ネジ部が形成されている。より具体的には、例えば、ミラー側ロッドエンド３８２の側に逆ネジの雄ネジ部（以下、「逆雄ネジ部」という。）３８１ａが形成され、筐体側ロッドエンド３８３の側に正ネジの雄ネジ部３８１ｂが形成されている。また、タイロッド３８１の軸方向で両端部側の雄ネジ部以外の部分は、軸方向と直交する方向の断面形状が六角形であり、折り返しミラー３６の曲率の調整時に、スパナ等の工具でタイロッド３８１を容易に回転させることができるようになっている。

ミラー側ロッドエンド３８２は、逆ネジの雌ネジ部が形成されたロッドエンドボディー３８４と雄ネジ部を有するスフェリカルベアリング３８５とから構成されており、これらの部材は球面滑り軸受構造によって連結している。これにより、スフェリカルベアリング３８５は、ロッドエンドボディー３８４の頭部を中心にして雄ネジ部が自在に揺動する。

また、筐体側ロッドエンド３８３は、正ネジの雌ネジ部が形成されたロッドエンドボディー３８６と雄ネジ部を有するスフェリカルベアリング３８７とから構成されており、これらの部材は球面滑り軸受構造によって連結している。これにより、スフェリカルベアリング３８７は、ロッドエンドボディー３８６の頭部を中心にして雄ネジ部が自在に揺動する。

タイロッド３８１の逆雄ネジ部３８１ａがミラー側ロッドエンド３８２のロッドエンドボディー３８４に螺合し、タイロッド３８１の雄ネジ部３８１ｂが筐体側ロッドエンド３８３のロッドエンドボディー３８６に螺合している。このように、タイロッド３８１の両端部側にそれぞれミラー側ロッドエンド３８２と筐体側ロッドエンド３８３とが螺合し、タイロッド３８１を介してミラー側ロッドエンド３８２と筐体側ロッドエンド３８３とが連結される。

図１０に示すように、筐体側ロッドエンド３８３のスフェリカルベアリング３８７の雄ネジ部は、筐体３７に形成された雌ネジ部に螺合し、ロックナット３８８で固定されている。また、ミラー側ロッドエンド３８２のスフェリカルベアリング３８５の雄ネジ部は、折り返しミラー３６に形成された雌ネジ部に螺合し、ロックナット３８９で固定されている。

ここで、上述したように左タイロッド機構３８Ｌは右タイロッド機構３８Ｒと同じ構成であり、中央タイロッド機構３８Ｃはタイロッドの長さが短いこと以外は右タイロッド機構３８Ｒと同じ構成である。そして、折り返しミラー３６は、これら３つの中央，右，左タイロッド機構３８Ｃ，Ｒ，Ｌからなるタイロッド機構３８を介して筐体３７に支持されている。

上記構成のタイロッド機構３８によって、折り返しミラー３６の曲率を変化させる方法について、図１０に示す右タイロッド機構３８Ｒを用いて説明する。

まず、折り返しミラー３６の曲率を小さくしてより大きく曲げる場合、タイロッド３８１をミラー側ロッドエンド３８２から筐体側ロッドエンド３８３方向に見て時計回り方向ＣＷに回す。すると、タイロッド３８１の逆雄ネジ部３８１ａとミラー側ロッドエンド３８２のロッドエンドボディー３８４との螺合が深くなり、ミラー側ロッドエンド３８２がタイロッド３８１の軸方向でタイロッド３８１により近づく方向に移動する。

同時に、タイロッド３８１の雄ネジ部３８１ｂと筐体側ロッドエンド３８３のロッドエンドボディー３８６との螺合が深くなり、タイロッド３８１が軸方向で筐体側ロッドエンド３８３に近づくように移動する。この結果、ミラー側ロッドエンド３８２が筐体側ロッドエンド３８３に近づいて、これらの間の距離が短くなり、折り返しミラー３６の右端部を内側に引っ張るため、折り返しミラー３６の曲率が小さくなって曲がりが大きくなる。

これに対して、折り返しミラー３６の曲率を大きくして曲がりを小さくする場合、図１０において、タイロッド３８１をミラー側ロッドエンド３８２から筐体側ロッドエンド３８３方向に見て反時計回り方向ＣＣＷに回す。すると、タイロッド３８１の逆雄ネジ部３８１ａとミラー側ロッドエンド３８２のロッドエンドボディー３８４との螺合が浅くなり、ミラー側ロッドエンド３８２がタイロッド３８１の軸方向で離れる方向に移動する。

同時に、タイロッド３８１の雄ネジ部３８１ｂと筐体側ロッドエンド３８３のロッドエンドボディー３８６との螺合が浅くなり、タイロッド３８１が軸方向で筐体側ロッドエンド３８３から遠ざかる方向に移動する。この結果、ミラー側ロッドエンド３８２が筐体側ロッドエンド３８３から離れて、これらの間の距離が長くなり、結果的に折り返しミラー３６の右端部を外側に押し出すため、折り返しミラー３６の曲率が大きくなって曲がりが小さくなる。

折り返しミラー３６の曲率調整の完了後には、ロックナット３９０を締めてタイロッド３８１とミラー側ロッドエンド３８２との位置を固定するとともに、ロックナット３９１を締めてタイロッド３８１と筐体側ロッドエンド３８３との位置を固定する。

なお、上記ミラー側ロッドエンド３８２のロッドエンドボディー３８４の頭部にネジを設けて、スフェリカルベアリング３８５を加締めて、その揺動位置を固定するように構成してもよい（後述の図１６参照）。これにより、折り返しミラー３６に入射するレーザー光ＬＢの反射角度を調整することもできるようになる。

また、筐体側ロッドエンド３８３のロッドエンドボディー３８６の頭部にネジを設けてもよい。これにより、スフェリカルベアリング３８７の揺動位置が固定され、折り返しミラー３６の姿勢をより安定させることができる。

図１１は、本実施形態に係る位置検出装置で位置検出する対象面６が屈曲部を有する複数の平面からなる非単一平面である場合におけるレーザーカーテン生成装置の概略構成の一例を示す斜視図である。図１１に示す対象面６は、例えば大学の教室に導入されている黒板のように、中央部の単一な平面に対して、左右両端部側が互いに内側に折れ曲がっており、３つの平面から構成されている。

図１１のレーザーカーテン生成装置３は、このような３つの平面から構成された非単一平面の対象面６に沿ってその対象面６から一定の所定距離Ｚｄだけ離れた面近傍領域にレーザー光ＬＢからなる面状の光束を形成することができる。このような非単一平面の対象面６に沿った面近傍領域に面状の光束を形成するために、レーザーカーテン生成装置３の折り返しミラー３６を対象面６のＸ方向における折り曲げに合わせて形成している。

なお、図１１の例では、対象面６が３つの平面から構成されているが、左右両端部側の折れ曲がった平面を、曲率を有する曲面で構成してもよい。また、対象面６は２つの平面又は４つ以上の平面で構成されていてもよい。

図１２は、図１１の折り返しミラーの支持構造を有するレーザーカーテン生成装置の概略構成の一例を示す斜視図である。図１２のレーザーカーテン生成装置３では、対象面６の折り曲がりに合わせて変形可能な折り返しミラー３６を、タイロッド機構３８を介してレーザーカーテン生成装置３の筐体で支持している。タイロッド機構３８は、中央第１タイロッド機構３８Ｃ１，中央第２タイロッド機構３８Ｃ２，右タイロッド機構３８Ｒ，左タイロッド機構３８Ｌの４つのタイロッド機構から構成されている。これらの中央第１，中央第２，右，左タイロッド機構３８Ｃ１，Ｃ２，Ｒ，Ｌについては、中央第１，中央第２タイロッド機構３８Ｃ１，Ｃ２のタイロッドの長さを除いて、図１０を用いて説明した右タイロッド機構３８Ｒと同じ構成なので、説明を省略する。

図１などで説明した画像操作システム１において、画像投写装置２、レーザーカーテン生成装置３、カメラ４、制御装置５をそれぞれ別体として表現したのは、あくまで一例であり、これらの構成要素は、統合されたハードウェアであってもよい。例えば、カメラ付き画像投写装置、制御装置を内蔵した画像投写装置、制御装置を内蔵したカメラ、カメラと画像投写装置と制御装置とが一体化された装置などが、上記構成要素に代わって使用されてもよい。

図１３は、本実施形態に係る画像投写装置２にカメラ４が内蔵された画像操作システム１の一例を示す側面図である。図１３に示すように、カメラ４を画像投写装置２に内蔵することにより、投写画像を良好に撮像できる位置にカメラ４を設置しておくことができる。このため、画像投写装置２を設置する際に、作業者又は利用者が、カメラ４の設置位置の調整が不要となり、作業性が向上する。また、画像投写装置２とカメラ４とを別体で別々に設ける場合に比べて、装置のコストダウンを図ることもできる。

図１３において、レーザーカーテン生成装置３の設置方法としては、例えば、設置箇所の対象面６又はその近傍が磁性部材で形成されている場合には、マグネット等の磁気を帯びた取付部材を用いて、ワンタッチで取り付けることができる。また、例えば、対象面６が黒板の場合、レーザーカーテン生成装置３を黒板の上端部に引っ掛けて固定する取付金具を用いてもよい。これら磁気を帯びた取付部材や取付金具を用いることにより、レーザーカーテン生成装置３の設置性を向上させることができる。

図１４は、本実施形態に係るカメラ４と画像投写装置２とを別体で構成した画像操作システム１の一例を示す側面図である。図１４の画像操作システム１では、カメラ４を画像投写装置２に内蔵していないので、カメラ４を画像投写装置２から分離して離れた位置に設置することができる。この場合には、カメラ４と画像投写装置２とをケーブル９で接続して電気信号の送受信を行ってもよい。カメラ４を画像投写装置２に内蔵せず分離して設けることで、画像投写手段として様々な種類の画像投写装置を用いることが可能となり、画像操作システム１の使い勝手を向上させることができる。

なお、例えば、画像投写装置２として単焦点プロジェクター等を用い、この単焦点プロジェクターを対象面６に近い距離に天井から吊り下げて設置する場合において、カメラ４を設置する場所が無いときは、カメラ４の取り付け用の部材又は機器を別途設けてもよい。

また、レーザーカーテン生成装置３の折り返しミラー３６は、レーザーカーテン生成装置３に内蔵されていなくてもよく、分離して設けられていてもよい。

図１５は、本実施形態に係るレーザーカーテン生成装置３の折り返しミラー３６をレーザーカーテン生成装置３から分離して設けた構成の画像操作システム１の一例を示す側面図である。前述の図９の例では、折り返しミラー３６をタイロッド機構３８を介してレーザーカーテン生成装置３の筐体３７で支持する構成であったが、図１５に示すように折り返しミラー３６をレーザーカーテン生成装置３から分離して、対象面６の上部に設置してもよい。

図１５に示すレーザーカーテン生成装置３の装置本体は、光源３１、コリメータレンズ３２、シリンドリカルレンズ３４、光偏向装置３５等を備えている。レーザーカーテン生成装置３の装置本体から出射されたレーザー光ＬＢは、装置本体から離れて設置された折り返しミラー３６に入射し、折り返しミラー３６により、対象面６に沿った面状の光束を形成する所定の角度で反射される。このように、レーザーカーテン生成装置３の折り返しミラー３６を装置本体から分離して設けることにより、装置本体の重量が軽量化され、装置本体の設置箇所の自由度を向上させることができる。

図１６は、図１５の折り返しミラー３６を対象面６の上部に設置する構成の一例を示す側面図である。図１６の例では、折り返しミラー３６を対象面６上に支持するための折り返しミラー支持手段３９を設けている。折り返しミラー支持手段３９は、複数の支持部材を備えている。例えば、折り返しミラー支持手段３９は、支持ブラケット３９２と、支持ブラケット３９２の右先端部に設けられた球体３９３と、取付ネジ３９４と、球体３９３に勘合する受部３９５と、受部３９５を加締める加締ネジ３９６とを備えている。折り返しミラー支持手段３９は、折り返しミラー３６に入射した光の反射角度を調整する角度調整手段としての機能も有している。

折り返しミラー支持手段３９の支持ブラケット３９２は、取付ネジ３９４によって対象面６の上部に取り付けられている。また、球体３９３と受部３９５とは球面滑り軸受を構成し、球体３９３に対して受部３９５が自在に揺動する。これにより、受部３９５で支持されている折り返しミラー３６の向きを調整して、入射するレーザー光ＬＢの反射角度を調整することができる。また、折り返しミラー３６の向きの調整が完了した後、受部３９５に螺合している加締ネジ３９６を締め込むことにより、受部３９５が球体３９３を締め付けてその位置が固定され、折り返しミラー３６の向き（角度）を固定することができる。

折り返しミラー支持手段３９を折り返しミラー３６の長手方向（Ｘ方向）で少なくとも２つ以上設けて、対象面６の曲率や折れ曲がりに合わせて折り返しミラー３６を変形させる。これにより、折り返しミラー３６に入射したレーザー光ＬＢを、対象面６の表面に沿ってその表面から所定距離Ｚｄを保って平行に反射させることができる。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
対象面の近傍に位置する指示棒８などの被検出体の位置を検出する位置検出装置であって、表面上の互いに直交する二方向のうちいずれか一方の方向について少なくとも一部で湾曲又は少なくとも一箇所で屈曲している非単一平面からなる対象面６などの対象面上の二方向のうち一方の方向と直交する他方の方向における一端縁に向かう面状の光束を形成するように光を出射する光出射手段と、前記対象面の一端縁の長手方向の形状に沿って延在するように設けられ、光出射手段から出射された面状の光束を、対象面の全体にわたって対象面から所定距離だけ離れた表面近傍領域を通過するように反射する折り返しミラー３６などの反射部材と、面状の光束の波長に感度を有し、対象面を撮像するカメラ４などの撮像手段と、撮像手段で撮像された画像に基づいて、前記表面近傍領域に位置して面状の光束の一部を反射している被検出体の位置を算出する制御装置５などの位置算出手段と、を備える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、前記対象面上の二方向のうち一方の方向と直交する他方の方向における一端縁の長手方向の形状は、直線形状ではなく、当該対象面の湾曲又は屈曲している面変位と同様に湾曲又は屈曲した形状を有する。この対象面の一端縁の長手方向の形状に沿って延在するように反射部材が設けられ、この反射部材により、光出射手段から出射された面状の光束が、対象面の全体にわたって対象面から所定距離Ｚｄだけ離れた表面近傍領域を通過するように反射される。このように前記非単一平面の対象面の全体にわたって対象面から所定距離Ｚｄだけ離れた表面近傍領域を面状の光束が通過するため、表面近傍領域に位置している被検出体によって面状の光束の一部が確実に反射される。従って、被検出体が表面近傍領域に位置している対象面を撮像した画像に基づいて、その表面近傍領域に位置して面状の光束の一部を反射している被検出体の位置を算出し、被検出体の位置を感度よく検出することができる。よって、表面上の互いに直交する二方向のいずれか一方の方向について湾曲部又は屈曲部を有する非単一平面からなる対象面について、その非単一平面の対象面の表面近傍領域に位置する被検出体の位置を感度よく検出することができる。この結果、利用者７が被検出体で位置を指定したときの使用感が良好なものとなる。
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、対象面の一端縁の長手方向の形状に応じて一端縁の形状に倣うように反射部材を変形可能に支持するタイロッド機構３８などの反射部材支持手段を備えた。
これによれば、上記実施形態について説明したように、反射部材が、対象面の一端縁の長手方向の形状に応じてこの一端縁の形状に倣うように変形するので、簡易な支持方法で、反射部材で反射された光と対象面との所定距離Ｚｄが対象面の全域でより均一になる。
（態様Ｃ）
上記態様Ｂにおいて、反射部材支持手段は、反射部材を対象面上に支持する支持ブラケット３９２などの支持部材を備えた。
これによれば、上記実施形態について説明したように、支持部材が反射部材を対象面上に支持するので、より簡易な方法で、対象面の一端縁の長手方向の形状に応じてこの一端縁の形状に倣うように反射部材を変形させて支持することができる。
（態様Ｄ）
上記態様Ｂ又はＣにおいて、反射部材支持手段は、反射部材による光の反射角度を調整する球体３９３と受部３９５などの角度調整手段を備えた。
これによれば、上記実施形態について説明したように、角度調整手段によって反射部材による光の反射角度を調整して、反射部材で反射された光と対象面との所定距離Ｚｄが対象面の全域でより均一になるように調整することができる。
（態様Ｅ）
上記態様Ａ乃至Ｅのいずれかにおいて、光出射手段は、レーザー光ＬＢなどの光ビームを発する光源３１と、光源３１から発した光ビームを平行状態に調整するコリメータレンズ３２などの第１の光学部材と、第１の光学部材で調整された光ビームを所定の仮想平面に沿って所定の角度範囲で連続的に偏向する光偏向装置３５などの光偏向手段と、光偏向手段による偏向方向にのみ屈折力を有し、光偏向手段で連続的に偏向された光ビームから面状の光束を形成するシリンドリカルレンズ３４などの第２の光学部材と、備える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、第１の光学部材と、光偏向手段と、第２の光学部材とによって、所定の幅を有する面状の平行な光を、反射部材に入射させることができる。
（態様Ｆ）
上記態様Ｅにおいて、第２の光学部材から出射される面状の光束の厚さを調整するように第２の光学部材の位置を調整するマイクロ振動機構などの調整手段を備えた。
これによれば、上記実施形態について説明したように、所定の幅を有する面状の光束の厚みを調整することが可能となる。
（態様Ｇ）
上記態様Ｅ又はＦにおいて、光偏向手段として、回転駆動されるポリゴンミラー又は振動駆動される正弦振動ミラーを用いた。
これによれば、上記実施形態について説明したように、ポリゴンミラー又は正弦振動ミラーによって、光を偏向させることができる。
（態様Ｈ）
上記態様Ｅ乃至Ｇのいずれかにおいて、第１の光学部材がコリメータレンズ３２であり、第２の光学部材がシリンドリカルレンズ３４であり、光源３１が半導体レーザーである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、光源３１から出射した光を面状の平行な光束にして光偏向手段に入射させることができる。また、指向性に優れたレーザー光が被検出体で反射し、反射光が撮像手段で検出されるので、反射位置がより正確に検出される。
（態様Ｉ）
対象面上に画像を投写する画像投写手段と、画像が投写された対象面の近傍に位置する被検出体の位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段の検出結果に基づいて、対象面に投写される画像を変化させるように画像投写手段を制御する制御装置５などの制御手段と、を備えた画像投写装置２などの画像投写装置であって、位置検出手段として、態様Ａ乃至Ｈのいずれかの位置検出装置を備える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、表面上の互いに直交する二方向のいずれか一方の方向について湾曲部又は屈曲部を有する非単一平面からなる対象面の場合でも、その非単一平面の対象面の表面近傍に位置する被検出体の位置を感度よく検出することができる。よって、被検出体の位置検出が確実に行われ、対象面に投写される画像をスムーズに変化させることができる。
（態様Ｊ）
画像が表示される対象面の近傍に位置する被検出体の位置を検出する位置検出手段と、記位置検出手段の検出結果に基づいて、対象面に表示される画像を変化させるように表示対象の画像の画像データを処理する制御装置５などの画像データ処理手段と、を備えた画像操作システムであって、位置検出手段として、上記態様Ａ乃至Ｈのいずれかの位置検出装置を備える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、表面上の互いに直交する二方向のいずれか一方の方向について湾曲部又は屈曲部を有する非単一平面からなる対象面の場合でも、その非単一平面の対象面の表面近傍に位置する被検出体の位置を感度よく検出することができる。よって、良好な検出感度を維持して位置検出を行うことができ、利用者７が被検出体で位置を指定したときの使用感が良好なものとなる。

１ 画像操作システム
２ 画像投写装置
３ レーザーカーテン生成装置
４ カメラ
５ 制御装置
６ 対象面（投写面）
７ 利用者
８ 指示棒
３６ 折り返しミラー
３７ レーザーカーテン生成装置の筐体
３８ タイロッド機構
３８Ｃ 中央タイロッド機構
３８Ｒ 右タイロッド機構
３８Ｌ 左タイロッド機構
３９ 折り返しミラー支持手段
３９２ 支持ブラケット
３９３ 球体
３９５ 受部
ＬＢ レーザー光
Ｚｄ 所定距離

特開２０１４−１４９７４０号公報

Claims (10)

1. 対象面の近傍に位置する被検出体の位置を検出する位置検出装置であって、
   表面上の互いに直交する二方向のいずれか一方の方向について湾曲部又は屈曲部を有する非単一平面からなる対象面上の前記二方向のうち前記一方の方向と直交する他方の方向における一端縁に向かう面状の光束を形成するように光を出射する光出射手段と、
   前記対象面の前記一端縁の長手方向の形状に沿って延在するように設けられ、前記光出射手段から出射された面状の光束を、該対象面の全体にわたって該対象面から所定距離だけ離れた表面近傍領域を通過するように反射する反射部材と、
   前記面状の光束の波長に感度を有し、前記対象面を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段で撮像された画像に基づいて、前記対象面の近傍に位置して前記面状の光束の一部を反射している被検出体の位置を算出する位置算出手段と、を備えることを特徴とする位置検出装置。
2. 請求項１の位置検出装置において、
   前記対象面の前記一端縁の長手方向の形状に応じて該一端縁の形状に倣うように前記反射部材を変形可能に支持する反射部材支持手段を備えたことを特徴とする位置検出装置。
3. 請求項２の位置検出装置において、
   前記反射部材支持手段は、前記反射部材を前記対象面上に支持する支持部材を備えたことを特徴とする位置検出装置。
4. 請求項２又は３の位置検出装置において、
   前記反射部材支持手段は、前記反射部材による光の反射角度を調整する角度調整手段を備えたことを特徴とする位置検出装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかの位置検出装置において、
   前記光出射手段は、
   光ビームを発する光源と、
   前記光源から発した光ビームを平行状態に調整する第１の光学部材と、
   前記第１の光学部材で調整された光ビームを所定の仮想平面に沿って所定の角度範囲で連続的に偏向する光偏向手段と、
   前記光偏向手段による偏向方向にのみ屈折力を有し、該光偏向手段で連続的に偏向された光ビームから前記面状の光束を形成する第２の光学部材と、備えることを特徴とする位置検出装置。
6. 請求項５の位置検出装置において、
   前記第２の光学部材から出射される前記面状の光束の厚さを調整するように該第２の光学部材の位置を調整する調整手段を備えたことを特徴とする位置検出装置。
7. 請求項５又は６の位置検出装置において、
   前記光偏向手段として、回転駆動されるポリゴンミラー又は振動駆動される正弦振動ミラーを用いたことを特徴とする位置検出装置。
8. 請求項５乃至７のいずれかの位置検出装置において、
   前記第１の光学部材がコリメータレンズであり、前記第２の光学部材がシリンドリカルレンズであり、前記光源が半導体レーザーであることを特徴とする位置検出装置。
9. 対象面上に画像を投写する画像投写手段と、
   前記画像が投写された対象面の近傍に位置する被検出体の位置を検出する位置検出手段と、
   前記位置検出手段の検出結果に基づいて、前記対象面に投写される画像を変化させるように前記画像投写手段を制御する制御手段と、を備えた画像投写装置であって、
   前記位置検出手段として、請求項１乃至８のいずれかの位置検出装置を備えることを特徴とする画像投写装置。
10. 画像が表示される対象面の近傍に位置する被検出体の位置を検出する位置検出手段と、
    前記位置検出手段の検出結果に基づいて、前記対象面に表示される画像を変化させるように表示対象の画像の画像データを処理する画像データ処理手段と、を備えた画像操作システムであって、
    前記位置検出手段として、請求項１乃至８のいずれかの位置検出装置を備えることを特徴とする画像操作システム。

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