JP2017058898A - 位置検出装置およびプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】カメラによりタッチ位置を検出する位置検出装置において、タッチ位置の誤認識を防止する。【解決手段】プロジェクタ２は、赤外光を平面に平行かつ近接して放射するＩＲ扇状放射部２１と、平面の反射光のｐ偏光を透過しｓ偏光を遮断するＩＲ偏光フィルタ２４と、平面を、斜め方向から赤外光によりＩＲ偏光フィルタ２４を介して撮像するＩＲカメラ２２と、ＩＲカメラ２２による撮像情報から平面にタッチした物体の位置を検出する位置検出部２５とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、位置検出装置、および位置検出機能を有するプロジェクタに関する。

近年、投影した画面上に位置入力が可能なインタラクティブ機能を備えたプロジェクタが出現している。このプロジェクタは、画像を映し出すだけではなく、タッチ操作によってリアルタイムに位置情報を入力することが可能である。これにより、マウスを操作することなく投影画面を触るのみで操作情報（位置情報）を入力することができ、電子黒板機能を容易に実現できる。つまり、プロジェクタの投影画面を、直接触れて操作や書き込みを行うことができる疑似タッチパネルとしてユーザに提供することができる。

また同様に、キーボード画像をレーザ光で平面に投影し、このキーボード画像をタッチすることでキー入力可能なレーザーキーボードという製品も存在する。レーザーキーボードは、投影部とカメラによってコンパクトにキーボード機能を実現できるため、スマートフォンなどの携帯機器用のキーボードとして好適である。ユーザは、レーザーキーボードとスマートフォンの間を、例えばBluetooth（登録商標）などでペアリングしたのち、レーザーキーボードを机上に載置して、レーザ光で投影されたキーボードにタッチしてキー入力する。

特許文献１には、前述したようなプロジェクタに関する発明が記載されている。特許文献１の要約書には、「投射型表示装置は、第１および第２の偏光成分を含み、第１の偏光成分が支配的な照明光を偏光分離素子に向けて出射する照明部と、偏光分離素子を介して入射された照明光に含まれる第１の偏光成分を映像データに基づいて変調し、その変調光を偏光分離素子を介して出射するライトバルブと、偏光分離素子を介して入射されたライトバルブからの変調光を投影面上に投影すると共に、変調光の進行方向とは逆方向から検出光が入射される投射レンズと、ライトバルブと光学的に共役な位置に配置され、投射レンズおよび偏光分離素子を介して検出光が入射される撮像素子と、照明部と撮像素子との間に配置され、撮像素子に入射する照明光に含まれる少なくとも第２の偏光成分を低減させる１以上の光学部材を備える。」と記載されている。これにより、投射面またはその近傍における物体検出を精度よく容易に行うことができる。

図６は、比較例のプロジェクタ２Ｃの構成と動作を示す側面図である。この比較例により、上述したプロジェクタやキーボードについて説明する。
比較例のプロジェクタ２Ｃは、投影部２３と、近赤外光画像を撮像するＩＲ（InfraRed）カメラ２２と、近赤外光を放射するＩＲ扇状放射部２１とを備え、机１に載置されて、この机１を疑似タッチパネルとするものである。
投影部２３は、画像を机１の上面に投影する。この投影部２３は、投影する画像の幾何学補正を行って、机１の上面に投影した画像に歪みがないように補正する。この机１は、ガラスが表面にコーティングされており、一部の光を吸収し、他の光を反射する。

ＩＲ扇状放射部２１は机１のすれすれに近赤外光を扇状に照射し、ＩＲカメラ２２はＩＲ画像を撮像する。ＩＲ扇状放射部２１が照射する近赤外光は机１と平行であり反射しない。そのため、机１に指３が触れていないとき、ＩＲカメラ２２が撮像するＩＲ画像に輝点は存在しない。
机１に指３が触れると、ＩＲ扇状放射部２１が照射する近赤外光は指３によって遮られて反射し、ＩＲカメラ２２は指３上の遮光点Ｐ０を輝点として撮像する。プロジェクタ２Ｃは、この輝点により指３上の遮光点Ｐ０に対応する正タッチ位置Ｒ０を認識し、認識した正タッチ位置Ｒ０の座標変換を行って、投影画像のいずれの位置にタッチされたかを判断する。これにより、プロジェクタ２Ｃは、位置入力機能を実現している。
比較例のプロジェクタ２Ｃは、近赤外光により指３を検知するので、投影部２３が投影する可視光画像に影響を与えない。また投影部２３が投影する可視光画像は、ＩＲカメラ２２による近赤外光の撮像に影響を与えない。

特開２０１５−０６４５５０号公報

図６のように、光沢のある机１を疑似タッチパネルとする場合、指３の遮光点Ｐ０で反射する赤外光は、ＩＲカメラ２２に直接入射する正光路Ｌｒを通る光線以外に、机１の光沢面で再反射してＩＲカメラ２２に入射する誤光路Ｌｇを通る光線もある。
机１の反射の強度が小さければ問題ないが、机１に光沢があり反射強度が大きく、誤光路Ｌｇを通る不要な光線の強度が閾値を超えるときには、疑似遮光点Ｐ２があるものと判断され、誤タッチ位置Ｒ１を誤って認識してしまう。

そこで、本発明は、カメラによりタッチ位置を検出する位置検出装置やプロジェクタにおいて、タッチ位置の誤認識を防止することを課題とする。

本発明は、上記目的を達成するため、

所定波長帯域の光を平面に平行かつ近接して放射する光放射手段と、
前記平面の反射光のｐ偏光を透過しｓ偏光を遮断する偏光フィルタと、
前記平面を、斜め方向から前記所定波長帯域の光により前記偏光フィルタを介して撮像する撮像手段と、
を備える位置検出装置である。

本発明によれば、カメラによりタッチ位置を検出する位置検出装置やプロジェクタにおいて、タッチ位置の誤認識を防止することが可能となる。

第１実施形態におけるプロジェクタを示す概略図である。 第１実施形態のプロジェクタの構成と動作を示す側面図である。 第１実施形態のプロジェクタを示すブロック図である。 第２実施形態におけるプロジェクタを示す概略図である。 第３実施形態における位置検出装置を示す概略図である。 比較例のプロジェクタの構成と動作を示す側面図である。

以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
図１は、第１実施形態におけるプロジェクタ２を示す概略図である。
第１実施形態のプロジェクタ２は、投影部２３と、ＩＲ偏光フィルタ２４が装着されたＩＲカメラ２２と、ＩＲ扇状放射部２１とを備え、机１の上に載置されて、この机１を疑似タッチパネルとするものである。この机１は、ガラスが表面にコーティングされており、一部の光を吸収し、他の光を反射する。
投影部２３は、画像を机１の上面の投影領域４に投影する。投影部２３は、投影する画像の幾何学補正を行って、机１の上面に投影した画像に歪みがないように補正する。投影部２３は、不図示の光源、ＩＲカットフィルタ、マイクロミラー素子、投影レンズなどを含んで構成される。投影部２３は、不図示のＩＲカットフィルタによって投影画像に赤外光ができるだけ含まれないようにしており、ＩＲカメラ２２に対する影響を除去している。

ＩＲ扇状放射部２１は、机１のすれすれに近赤外光を扇状に照射する。ここでＩＲ扇状放射部２１が照射する範囲は、ＩＲ扇状放射Ｌ０からＩＲ扇状放射Ｌ２までである。ＩＲカメラ２２は撮像手段であり、ＩＲ偏光フィルタ２４を介して赤外線の波長帯域の画像を撮像する。ＩＲ扇状放射部２１が照射する近赤外光は、机１と平行であり反射しない。また、投影部２３は、ＩＲカットフィルタによって赤外光の帯域をカットしている。そのため、ユーザが指３で机１を触れていないとき、ＩＲカメラ２２が撮像するＩＲ画像に輝点は存在しない。

ユーザが指３で机１を触れると、ＩＲ扇状放射部２１が照射する近赤外光は指３によって遮られ、ＩＲカメラ２２は、指３上の遮光点Ｐ０を輝点として撮像する。プロジェクタ２は、所定値以上の輝度の点を検出し、この輝点により指３上の遮光点Ｐ０に対応する正タッチ位置Ｒ０を認識する。プロジェクタ２は、認識した正タッチ位置Ｒ０の座標変換を行って、投影画像のいずれの位置にタッチされたかを判断する。これより、投影部２３が投影した光の位置と、ＩＲカメラ２２によって検知した物体の位置とを対応づけて、疑似タッチパネルとして使用することができる。

光沢のある机１を疑似タッチパネルとする場合、指３で反射してＩＲカメラ２２に入射する近赤外光は、正光路Ｌｒを通る光線と、指３で反射したあと机１の光沢面で再反射したのち、ＩＲカメラ２２に入射する誤光路Ｌｇを通る不要な光線とがある。誤光路Ｌｇを通る不要な光線の強度が或る程度以上大きいと、誤タッチ位置Ｒ１に指３が位置していると誤って認識してしまう。しかし、第１実施形態のプロジェクタ２は、ＩＲ偏光フィルタ２４により机１の光沢面で再反射した光を弱めて、誤認識しないようにしている。

図２は、第１実施形態のプロジェクタ２の構成と動作を示す側面図である。
投影部２３は机１から高さＨ３に、ＩＲカメラ２２は高さＨ２に、ＩＲ扇状放射部２１は高さＨ１に設けられている。第１実施形態にて、投影部２３は、ＩＲカメラ２２よりも高い位置に設けられている。これにより投影時の歪みを最小化することができる。
ＩＲ扇状放射部２１の高さＨ１は、例えば数ｍｍである。

ＩＲカメラ２２の前には、机１の光沢面で反射した光の偏光成分のうち、ｓ偏光を遮断するＩＲ偏光フィルタ２４が挿入されている。このＩＲ偏光フィルタ２４の透過軸は、机１の上面に対して垂直であり、ｓ偏光を遮断し、ｐ偏光を透過する。また、このＩＲ偏光フィルタ２４は、机１の上面に対して、ほぼ垂直に設けられている。これによりプロジェクタ２の左右側面からの光についても、ｓ偏光を好適に遮断し、ｐ偏光を透過することができる。

指３の遮光点Ｐ０で反射して正光路Ｌｒを通る近赤外光は無偏光であり、ｓ偏光とｐ偏光の強度がほぼ同じである。これに対して、机１の光沢面で再反射して誤光路Ｌｇを通る近赤外光は、ｐ偏光がｓ偏光に対して弱められる。ただしその強度は光沢面の材質や反射の角度に依存する。図２において正光路Ｌｒと誤光路Ｌｇと垂直方向の矢印の長さの違いは、ｐ偏光の強度差を模式的に表している。
ここで言う偏光成分のｐ偏光とは、近赤外光の電場の振動方向が机１の上面に対して垂直方向のものを指す。偏光成分のｓ偏光とは、近赤外光の電場の振動方向が机１の上面に対して水平方向のものを指す。

ここで偏光成分のｓ偏光を遮断するように、透過軸が垂直方向のＩＲ偏光フィルタ２４をＩＲカメラ２２の前に挿入すると、正光路Ｌｒを通る近赤外光は、ＩＲ偏光フィルタ２４が無い場合に比べて約半分になる。誤光路Ｌｇを通る近赤外光は、それ以上に弱くなる。
その結果、正光路Ｌｒを通る近赤外光と誤光路Ｌｇを通る近赤外光とは、ＩＲカメラ２２への入射強度の差が大きくなる。これによりＩＲカメラ２２へ入射する近赤外光のＳＮ比が向上し、前者を有効光、後者を無効光と、はっきり区別できるようになる。

図３は、第１実施形態のプロジェクタを示すブロック図である。
プロジェクタ２は、図１や図２で説明した投影部２３と、ＩＲ偏光フィルタ２４およびＩＲカメラ２２と、ＩＲ扇状放射部２１に加えて、位置検出部２５と、対応部２６とを備える。
位置検出部２５は、ＩＲカメラ２２が撮像したＩＲ画像から、所定値以上の輝度の点とその位置を検出するものである。位置検出部２５は、検出した輝点（物体）のＩＲ画像上の座標を、投影領域４上の座標に変換する。
対応部２６は、投影部２３が投影した光の位置と、位置検出部２５が検知した物体の位置とを対応づける。具体的にいうと対応部２６は、投影画像の座標と、位置検出部２５が検知した物体の座標とを対応付ける。これによりプロジェクタ２に、疑似タッチパネル機能を持たせることができる。

図４は、第２実施形態におけるプロジェクタ２Ａを示す概略図である。図１に示した第１実施形態のプロジェクタ２と同一の要素には同一の符号を付与している。
第２実施形態のプロジェクタ２Ａは、第１実施形態のプロジェクタ２とは異なり、ＩＲカメラ２２が投影部２３と同じ高さに配置されている。これにより、ＩＲカメラ２２が投影領域４をより高い位置から撮影し、指３上の遮光点Ｐ０の検出誤差が少なくなる。

図５は、第３実施形態における位置検出装置５を示す概略図である。
第３実施形態の位置検出装置５は、第１実施形態のプロジェクタ２から投影部２３を取り除いた他は、第１実施形態と同様に構成されている。この位置検出装置５は、予めキーボードのレイアウトが印刷されたシート６の縁に配置されており、このシート６と位置合わせされている。この位置検出装置５の動作は、第１実施形態のプロジェクタ２と同様である。

（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能であり、例えば、次の（ａ）〜（ｇ）のようなものがある。
（ａ） 第１、第２の実施形態では、ＩＲ扇状放射部２１による赤外光の放射に限定されず、紫外光を放射してもよい。
（ｂ） 上記実施形態のように赤外光を扇状に放射する代わりに、ビーム状に放射した赤外光を扇状に走査して操作領域を検知してもよく、また複数の平行な赤外光の光源を線状に設けて操作領域を検知してもよく、限定されない。

（ｃ） 第１、第２の実施形態の投影部２３は、可視光を投影する代わりに赤色レーザ光などを投影してもよく、ＩＲ扇状放射部２１が放射する光は、投影部２３が投影する波長帯域の光とは異なる光、例えば青色レーザ光などであってもよい。
（ｄ） 第３の実施形態では、ＩＲ扇状放射部２１による赤外光の照射に限定されず、紫外光または可視光を放射してもよい。
（ｅ） 上記実施形態のプロジェクタや位置検出装置は、机１の上に載置されることに限られない。例えば垂直に立てられたホワイトボードやスクリーン、または壁面上に設置されていてもよく、限定されない。
（ｆ） 上記実施形態のＩＲ偏光フィルタ２４は、ｓ偏光を遮断し、ｐ偏光を透過する機能を有していればよい。ＩＲ偏光フィルタ２４の透過軸は、机１の上面に対して略垂直であればよく、例えば７０度から１１０度の間であってもよい。
（ｇ） 上記実施形態のプロジェクタや位置検出装置が載置される机１は、金属以外で構成され、例えばガラス、樹脂などであればよい。

以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
〔付記〕
＜請求項１＞
所定波長帯域の光を平面に平行かつ近接して放射する光放射手段と、
前記平面の反射光のｐ偏光を透過しｓ偏光を遮断する偏光フィルタと、
前記平面を、斜め方向から前記所定波長帯域の光により前記偏光フィルタを介して撮像する撮像手段と、
を備える位置検出装置。
＜請求項２＞
前記撮像手段による撮像情報から前記平面にタッチした物体の位置を検出する位置検出手段を更に備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
＜請求項３＞
前記平面に対する前記撮像手段の設置距離は、前記平面に対する前記光放射手段の設置距離よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
＜請求項４＞
前記光放射手段が放射する所定波長帯域の光は、赤外線帯域であり、
前記撮像手段は、赤外線カメラである、
ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
＜請求項５＞
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の位置検出装置と、
前記位置検出装置が用いる所定波長帯域とは異なる波長帯域の光を前記平面に投影する投影手段と、
前記投影手段が投影した光の位置と、前記位置検出手段が検知した物体の位置とを対応づける対応手段と、
を備えることを特徴とするプロジェクタ。
＜請求項６＞
前記平面に対する前記投影手段の設置距離は、前記平面に対する前記撮像手段の設置距離と等しいか、または大きい、
ことを特徴とする請求項５に記載のプロジェクタ。
＜請求項７＞
前記投影手段が投影した光の位置と、前記位置検出手段が検知した物体の位置とは対応づけられている、
ことを特徴とする請求項５に記載のプロジェクタ。
＜請求項８＞
前記投影手段は、前記位置検出装置が用いる所定波長帯域をカットするフィルタを備え、当該フィルタで所定波長帯域をカットした光を前記平面に投影する、
ことを特徴とする請求項５に記載のプロジェクタ。
＜請求項９＞
前記投影手段は、前記位置検出装置が用いる所定波長帯域とは異なる波長のレーザ光を前記平面に投影する、
ことを特徴とする請求項５に記載のプロジェクタ。

１ 机 （平面の一例）
２ プロジェクタ
２１ ＩＲ扇状放射部
２２ ＩＲカメラ
２３ 投影部
２４ ＩＲ偏光フィルタ
２５ 位置検出部
２６ 対応部
３ 指 （物体の一例）
Ｐ０ 遮光点
Ｐ１ 反射点
Ｐ０ 疑似遮光点
Ｒ０ 正タッチ位置
Ｒ１ 誤タッチ位置
Ｌｒ 正光路
Ｌｇ 誤光路

Claims (9)

1. 所定波長帯域の光を平面に平行かつ近接して放射する光放射手段と、
   前記平面の反射光のｐ偏光を透過しｓ偏光を遮断する偏光フィルタと、
   前記平面を、斜め方向から前記所定波長帯域の光により前記偏光フィルタを介して撮像する撮像手段と、
   を備える位置検出装置。
2. 前記撮像手段による撮像情報から前記平面にタッチした物体の位置を検出する位置検出手段を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記平面に対する前記撮像手段の設置距離は、前記平面に対する前記光放射手段の設置距離よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
4. 前記光放射手段が放射する所定波長帯域の光は、赤外線帯域であり、
   前記撮像手段は、赤外線カメラである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の位置検出装置と、
   前記位置検出装置が用いる所定波長帯域とは異なる波長帯域の光を前記平面に投影する投影手段と、
   前記投影手段が投影した光の位置と、前記位置検出手段が検知した物体の位置とを対応づける対応手段と、
   を備えることを特徴とするプロジェクタ。
6. 前記平面に対する前記投影手段の設置距離は、前記平面に対する前記撮像手段の設置距離と等しいか、または大きい、
   ことを特徴とする請求項５に記載のプロジェクタ。
7. 前記投影手段が投影した光の位置と、前記位置検出手段が検知した物体の位置とは対応づけられている、
   ことを特徴とする請求項５に記載のプロジェクタ。
8. 前記投影手段は、前記位置検出装置が用いる所定波長帯域をカットするフィルタを備え、当該フィルタで所定波長帯域をカットした光を前記平面に投影する、
   ことを特徴とする請求項５に記載のプロジェクタ。
9. 前記投影手段は、前記位置検出装置が用いる所定波長帯域とは異なる波長のレーザ光を前記平面に投影する、
   ことを特徴とする請求項５に記載のプロジェクタ。

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