JP2017181540A - プロジェクターおよび制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】指示された位置と検知光を反射する位置とのずれを算出する。【解決手段】プロジェクター１は、投写面ＳＣに画像を投写する投写手段１１と、指示体２０を検知するための検知光を投写面ＳＣに沿って照射する照射手段１２と、指示体２０によって反射された検知光の位置である第１位置を検知する位置検知手段１３と、投写面ＳＣに対する指示体２０の傾きを検知する傾き検知手段１４と、位置検知手段１３により検知された第１位置と傾き検知手段１４により検知された傾きから、指示体２０の特定部位の位置である第２位置と第１位置とのずれを算出する算出手段１５とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、投写面上における指示体の位置に応じた処理を行うプロジェクターに関する。

投写面に沿ってレーザー光等の検知光を照射し、指示体により反射された検知光によって投写面上の指示体の位置を検知する技術が知られている（例えば特許文献１）。

特開２０１５−１８４６９６号公報

検知光は投写面からある高さ離れた位置に照射されており、指示体が投写面を指示する角度によっては、指示された位置と検知光を反射する位置とがずれる場合があった。

これに対し本発明は、指示された位置と検知光を反射する位置とのずれを算出する技術に関する。

本発明は、投写面に画像を投写する投写手段と、検知光を前記投写面に沿って照射する照射手段と、指示体によって反射された前記検知光の位置である第１位置を検知する位置検知手段と、前記投写面に対する前記指示体の傾きを検知する傾き検知手段と、前記位置検知手段により検知された前記第１位置および前記傾き検知手段により検知された前記傾きから、前記指示体の特定部位の位置である第２位置と前記第１位置とのずれを算出する算出手段とを有するプロジェクターを提供する。
このプロジェクターによれば、指示された位置と検知光を反射する位置とのずれを算出することができる。

このプロジェクターは、前記投写面上の特定点を前記指示体により複数の角度から指示するようユーザーに促す特定画像を前記投写手段に投写させ、前記特定画像が投写された状態で前記指示体が前記特定点を指示しているときに、前記位置検知手段に当該指示体の位置を検知させ、かつ前記傾き検知手段に当該指示体の傾きを検知させ、前記特定点、前記位置検知手段により検知された前記指示体の位置、および前記傾き検知手段により検知された前記指示体の傾きを記録したテーブルを記憶手段に記憶する処理を実行する制御手段を有してもよい。
このプロジェクターによれば、指示された位置と検知光を反射する位置とのずれを記録したテーブルを生成することができる。

前記指示体は、自身の傾きを検知するセンサーを有し、前記傾き検知手段は、前記指示体から当該指示体の傾きを示す情報を取得してもよい。
このプロジェクターによれば、指示体から傾きを取得することができる。

また、本発明は、投写面に画像を投写するステップと、検知光を前記投写面に沿って照射するステップと、指示体によって反射された前記検知光の位置である第１位置を検知するステップと、前記投写面に対する前記指示体の傾きを検知するステップと、前記第１位置および前記検知された前記傾きから、前記指示体の特定部位の位置である第２位置と前記第１位置とのずれを算出するステップとを有するプロジェクターの制御方法を提供する。
この制御方法によれば、指示された位置と検知光を反射する位置とのずれを算出することができる。

一実施形態に係るプロジェクター１の機能構成を例示する図。 プロジェクター１のハードウェア構成を例示する図。 検知光の概要を示す図。 検知光の概要を示す図。 ペン２１の構成を例示する図。 一実施形態に係る補正テーブルの生成処理を例示するフローチャート。 キャリブレーション用画像を例示する図。 特定位置と検知位置とのずれを例示する図。 生成された補正テーブルを例示する図。 検知位置の補正処理を例示するフローチャート。

１．構成
図１は、一実施形態に係るプロジェクター１の機能構成を例示する図である。プロジェクター１は、投写面ＳＣに画像を投写しつつ、投写面ＳＣ上の指示体２０の位置を検知し、検知した位置に応じた処理を行う。指示体２０は、ペン状の物体またはユーザーの指である。この例で、プロジェクター１は、指示体２０の位置を補正する機能を有する。

プロジェクター１は、投写手段１１、照射手段１２、位置検知手段１３、傾き検知手段１４、算出手段１５、記憶手段１６、および制御手段１７を有する。投写手段１１は、投写面ＳＣに画像を投写する。照射手段１２は、指示体２０を検知するための光（以下「検知光」という）を投写面ＳＣに沿って照射する。位置検知手段１３は、指示体２０によって反射された検知光の位置である第１位置を検知する。傾き検知手段１４は、投写面ＳＣに対する指示体２０の傾きを検知する。算出手段１５は、位置検知手段１３により検知された第１位置および傾き検知手段１４により検知された傾きから、指示体２０の特定部位（例えば先端）の位置である第２位置と第１位置とのずれを算出する。

記憶手段１６は、指示体２０により指示された位置を補正するためのテーブル（以下「補正テーブル」という）等、各種のデータを記憶する。制御手段１７は、補正テーブルを生成するための処理を実行する。この処理は、（１）投写面ＳＣ上の特定点を指示体２０により複数の角度から指示するようユーザーに促す特定画像（以下「キャリブレーション用画像」という）を投写手段１１に投写させ、（２）キャリブレーション用画像が投写された状態で指示体２０が特定点を指示しているときに、位置検知手段１３に指示体２０の位置を検知させ、かつ傾き検知手段１４に指示体２０の傾きを検知させ、（３）特定点、位置検知手段１３により検知された指示体２０の位置、および傾き検知手段１４により検知された指示体２０の傾きを記録した補正テーブルを記憶手段１６に記憶する処理である。

図２は、プロジェクター１のハードウェア構成を例示する図である。プロジェクター１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１００、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０１、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０２、ＩＦ部１０４、画像処理回路１０５、投写ユニット１０６、操作パネル１０７、カメラ１０８、および光照射部１０９を有する。

ＣＰＵ１００は、プロジェクター１の各部を制御する制御装置である。ＲＯＭ１０１は、各種プログラムおよびデータを記憶した不揮発性の記憶装置である。ＲＯＭ１０１には、後述する基準しきい値や補正値が記憶されている。ＲＡＭ１０２は、データを記憶する揮発性の記憶装置であり、ＣＰＵ１００が処理を実行する際のワークエリアとして機能する。

ＩＦ部１０４は、外部装置と信号またはデータのやりとりを仲介するインターフェースである。ＩＦ部１０４は、外部装置と信号またはデータのやりとりをするための端子（例えば、ＶＧＡ端子、ＵＳＢ端子、有線ＬＡＮインターフェース、Ｓ端子、ＲＣＡ端子、ＨＤＭＩ（High-Definition Multimedia Interface：登録商標）端子、マイクロフォン端子など）および無線ＬＡＮインターフェースを含む。これらの端子は、映像入力端子に加え、映像出力端子を含んでもよい。ＩＦ部１０４は、異なる複数の映像供給装置から映像信号の入力を受け付けてもよい。

画像処理回路１０５は、入力された映像信号（以下「入力映像信号」という）に所定の画像処理（例えばサイズ変更、台形補正等）を施す。

投写ユニット１０６は、画像処理が施された映像信号に従って、投写面ＳＣに画像を投写する。投写ユニット１０６は、光源、光変調器、および光学系（いずれも図示略）を有する。光源は、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、もしくはメタルハライドランプなどのランプ、またはＬＥＤ（Light Emitting Diode）もしくはレーザーダイオードなどの固体光源、およびこれらの駆動回路を含む。光変調器は、光源から照射された光を映像信号に応じて変調する装置であり、例えば液晶パネルまたはＤＭＤ（Digital Mirror Device）、およびこれらの駆動回路を有する。なお、液晶パネルは、透過型および反射型のいずれの方式であってもよい。光学系は、光変調器により変調された光を投写面ＳＣに投写する素子などで構成されており、例えばミラー、レンズ、およびプリズムを有する。光源および光変調器は色成分毎に設けられていてもよい。

操作パネル１０７は、ユーザーがプロジェクター１に対し指示を入力するための入力装置であり、例えば、キーパッド、ボタン、またはタッチパネルを含む。

カメラ１０８は、指示体の位置を特定するためのカメラである。この例で、プロジェクター１は、ユーザーの指に加え、専用の電子ペンを指示体として検知することができる。電子ペンは、ペン先に設けられた発光体（例えば赤外線発光ダイオード）、圧力センサー、および制御回路（いずれも図示略）を有する。圧力センサーによりペン先が物体（投写面等）に触れたことが検知されると、制御回路は、所定の発光パターンで発光体を発光させる。または、ペン先が物体に触れたことが検知されると、制御回路は、ペン先が物体に触れる前後で、発光パターンを変化させるようにしてもよい。ＣＰＵ１００は、カメラ１０８が撮影した画像から指示体の位置を検知（特定）する。ＣＰＵ１００は、例えば発光パターンの違いまたは発光波長の違いにより、複数の指示体を区別することができる。

光照射部１０９は、ユーザーの指を検知するための検知光を照射する。検知光としては例えば赤外線のレーザー光が用いられる。光照射部１０９は、投写面ＳＣを覆うようにカーテン状にレーザー光を照射する。光照射部１０９は、いわゆるライトカーテンユニットである。光照射部１０９は、レーザー光を発する発光素子と、レーザー光を平面状に拡散するための光学部材を有する。なお、光照射部１０９は、他の要素とは独立した筐体に収められており、プロジェクター１の本体とは有線または無線で通信する。

図３および図４は、検知光の概要を示す図である。ここでは指示体２０の一例としてユーザーの指Ｆが示されている。図３は、投写面ＳＣを正面から見た模式図である。検知光Ｌは光照射部１０９から放射状に照射され、投写面ＳＣを覆っている。図４は、投写面ＳＣを断面方向から見た模式図である。検知光Ｌは投写面ＳＣから少し（例えば数ｍｍ）離れた高さで、投写面ＳＣに沿って照射されている。ユーザーの指Ｆが投写面ＳＣに近づくと検知光が指Ｆで反射される。この反射光をカメラ１０８で捕らえることにより、指の位置が検知される。

再び図２を参照する。この例で、ＣＰＵ１００がＲＯＭ１０１に記憶されているプログラムを実行することにより、図１に示す機能がプロジェクター１に実装される。投写ユニット１０６は、投写手段１１の一例である。光照射部１０９は、照射手段１２の一例である。ＣＰＵ１００は、位置検知手段１３、傾き検知手段１４、算出手段１５、および制御手段１７の一例である。ＲＯＭ１０１およびＲＡＭ１０２は、記憶手段１６の一例である。

図５は、ペン２１の構成を例示する図である。ペン２１は指示体２０の一例である。ペン２１は、ジャイロセンサー２１１および送信部２１２を有する。ジャイロセンサー２１１は、ペン２１の傾きを検知するセンサーの一例である。送信部２１２は、ジャイロセンサー２１１により検知された傾きを示す情報をプロジェクター１に送信する。なおペン２１は、カメラ１０８に関して説明した自発光式の電子ペンとは異なり、自らは発光しないペンである。

２．動作
２−１．補正テーブルの生成
図６は、一実施形態に係る補正テーブルの生成処理を例示するフローチャートである。図６のフローは、例えば、ユーザーにより補正テーブルの生成または更新（キャリブレーションまたは校正）が指示されたことを契機として開始される。ここでは指示体２０としてペン２１が用いられる例を説明する。

ステップＳ１１において、ＣＰＵ１００は、投写ユニット１０６にキャリブレーション用画像を投写させる。キャリブレーション用画像のデータは例えばＲＯＭ１０１に記憶されている。なおこのとき、検知光も照射される。

図７は、キャリブレーション用画像を例示する図である。キャリブレーション用画像は、画像オブジェクトＯ１〜Ｏ４を含む。画像オブジェクトＯ１は、特定位置を示すものである。画像オブジェクトＯ２は、特定位置をペン２１により複数の角度から指示するようユーザーに促すものである。画像オブジェクトＯ３は、ペン２１の位置および傾きを取得するタイミングを指示するためのものである。画像オブジェクトＯ４は、キャリブレーションの終了を指示するためのものである。

キャリブレーション用画像を見たユーザーは、ペン２１を手にとり、投写面ＳＣに対しある角度でペン２１のペン先（特定部位の一例）を画像オブジェクトＯ１にタッチする。ペン先をタッチした状態で、ユーザーは、別の手で画像オブジェクトＯ３をタッチし、ペン２１の位置および傾きを指示する。さらにユーザーは、投写面ＳＣに対し別の角度でペン先を画像オブジェクトＯ１にタッチする。ペン先をタッチした状態で、ユーザーは、別の手で再び画像オブジェクトＯ３をタッチし、ペン２１の位置および傾きを指示する。

再び図６を参照する。ステップＳ１２において、ＣＰＵ１００は、ペン２１の位置および傾きの取得が指示されたか判断する。ペン２１の位置および傾きの取得が指示されたか否かは、画像オブジェクトＯ３に相当する位置が指示されたか否かにより判断される。ペン２１の位置および傾きの取得が指示されていないと判断された場合（Ｓ１２：ＮＯ）、ＣＰＵ１００は、ペン２１の位置および傾きの取得が指示されるまで待機する。ペン２１の位置および傾きの取得が指示されたと判断された場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１００は、処理をステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１３において、ＣＰＵ１００はペン２１の位置および傾きを取得する。ここでいう「ペン２１の位置」とは、ペン２１により反射された検知光の位置（以下「検知位置」という。第１位置の一例）をいう。ＣＰＵ１００は、カメラ１０８により撮影された画像からペン２１の位置を取得する。また、ＣＰＵ１００は、ＩＦ部１０４を介してペン２１から受信した信号からペン２１の傾きを取得する。ペン２１は自身の傾きを示す情報を所定のタイミングでプロジェクター１に送信しており、ＲＡＭ１０２はこの情報を記憶している。ＣＰＵ１００は、ＲＡＭ１０２からペン２１の傾きを示す情報を取得する。なお、ステップＳ１３は、指示体によって反射された検知光の位置である第１位置を検知するステップおよび投写面に対する指示体の傾きを検知するステップの一例である。

ステップＳ１４において、ＣＰＵ１００は、特定位置と検知位置とのずれを算出する。データ上では、投写されている画像における特定点の位置は既知であるので、ＣＰＵ１００は、キャリブレーション用画像のデータから特定位置を特定する。あるいは、ＣＰＵ１００は、カメラ１０８により撮影された画像から、投写面ＳＣにおける特定点の位置を特定してもよい。なお、特定位置はペン２１のペン先の位置とほぼ同じであると考えられる。

図８は、特定位置と検知位置とのずれを例示する図である。図８は、投写面ＳＣに平行な断面を示す模式図である。投写面ＳＣは二次元平面であるので、特定位置と検知位置とのずれは二次元のベクトルとして定義できるが、ここでは説明を簡単にするため、ある特定の方向における一次元のずれのみを議論する。

この例で、ペン２１は角度α１で投写面ＳＣにタッチしている。このとき、特定位置Ｐ０に対し検知位置Ｐ１が得られている。角度α１のときの検知位置Ｐ１と特定位置Ｐ０とのずれΔＰ（α１）は、
ΔＰ（α１）＝Ｐ１−Ｐ０ …（１）
である。一般には、角度αｎのときの検知位置Ｐｎと特定位置Ｐ０とのずれΔＰ（αｎ）は、
ΔＰ（αｎ）＝Ｐｎ−Ｐ０ …（２）
である。

再び図６を参照する。ステップＳ１５において、ＣＰＵ１００は、式（２）により算出されたずれΔＰ（αｎ）をＲＡＭ１０２に記憶する。

ステップＳ１６において、ＣＰＵ１００は、キャリブレーションの終了が指示されたか判断する。キャリブレーションの終了が指示されたか否かは、画像オブジェクトＯ４に相当する位置が指示されたか否かにより判断される。キャリブレーションの終了が指示されていないと判断された場合（Ｓ１６：ＮＯ）、ＣＰＵ１００は、処理をステップＳ１２に移行する。キャリブレーションの終了が指示されたと判断された場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、ＣＰＵ１００は、処理をステップＳ１７に移行する。

ステップＳ１７において、ＣＰＵ１００は、ＲＡＭ１０２に記憶されているずれΔＰ（αｎ）を統合して補正テーブルを生成する。ＣＰＵ１００は、生成された補正テーブルをＲＯＭ１０１に記憶する。既に補正テーブルが記憶されている場合、ＣＰＵ１００はこれを上書きする。補正テーブルを記憶すると、ＣＰＵ１００は、図６のフローを終了する。

図９は、生成された補正テーブルを例示する図である。例えば、角度が０°の場合には、ΔＰ（０°）＝０であり、角度が＋４５°の場合には、ΔＰ（＋４５°）＝＋５０であり、角度が−４５°の場合には、ΔＰ（−４５°）＝−５０である。この例によれば、種々の角度に対応するずれΔＰ（αｎ）を得ることができる。

２−２．検知位置の補正
図１０は、検知位置の補正処理を例示するフローチャートである。図１０のフローは、例えば、ペン２１の位置に応じた処理の開始がユーザーにより指示されたことを契機として開始される。ペン２１の位置に応じた処理は、例えば、ペン２１の位置の軌跡に応じた画像オブジェクトの描画処理である。なお以下においては、補正前後の検知位置を区別するため、補正前の検知位置および補正後の検知位置を、それぞれ、「補正前検知位置」および「補正後検知位置」という。

ステップＳ２１において、ＣＰＵ１００は、ペン２１の位置および傾きを検知する。ここで検知されるのは、補正前検知位置である。具体的には、ＣＰＵ１００は、カメラ１０８により撮影された画像からペン２１の位置を検知する。また、ＣＰＵ１００は、ＩＦ部１０４を介してペン２１から受信した信号からペン２１の傾きを取得する。

ステップＳ２２において、ＣＰＵ１００は、ペン２１の位置を補正する。具体的には、ＣＰＵ１００は、ＲＯＭ１０１に記憶されている補正テーブルから、ペン２１の傾きαに対応するずれΔＰ（α）を読み出す。ＣＰＵ１００は、ステップＳ２１において得られた補正前検知位置から、ずれΔＰ（α）を減算することによって補正後検知位置を得る。

ステップＳ２１〜Ｓ２２の処理は、所定のタイミングで繰り返し実行される。この例によれば、ペン２１のペン先によりタッチされた位置をより正確に検知することができる。

３．変形例
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく種々の変形実施が可能である。以下、変形例をいくつか説明する。以下の変形例のうち２つ以上のものが組み合わせて用いられてもよい。

指示体２０の傾きを検知する方法は実施形態で例示したものに限定されない。例えば、指示体２０の傾きはカメラにより撮影された画像から検知されてもよい。この場合、プロジェクター１は、指示体２０の傾きを検知するためのカメラを有する。このカメラは、例えば、カメラ１０８とは別の位置に設けられている。一例として、プロジェクター１が投写面ＳＣの上に設置されている場合に、このカメラは投写面ＳＣの横に設けられている。ＣＰＵ１００は、このカメラにより撮影された画像から指示体２０の外形を特定し、投写面ＳＣに帯する傾きを算出する。ずれを二次元のベクトルとして得るために、傾きを検知するためのカメラを２台以上設け、それぞれ異なる位置から投写面ＳＣを撮影する。傾きをより正確に得るためには２台のカメラの位置は離れていることが好ましい（例えば投写面ＳＣの上辺のそばと右辺のそば）が、例えばステレオカメラが用いられてもよい。この例によれば、ユーザーの指のように、自身の傾きを検知する機能を有さない指示体においても検知位置を補正することができる。

投写面ＳＣは二次元の平面であるが、ずれの補正は特定の方向においてのみ、つまり一次元で行われてもよい。例えば指示体２０の傾きが特定の方向（例えば縦方向）においてのみ発生しやすいことが分かっているような場合は、この手法も有用である。

図１に例示した機能を実現するためのプロジェクター１のハードウェア構成は、図３に例示したものに限定されない。要求される機能を実現できるものであれば、プロジェクター１はどのようなハードウェア構成を有していてもよい。例えば、プロジェクター１は、光照射部１０９を内蔵していてもよい。あるいは、プロジェクター１は、指示体の位置検知専用のプロセッサーを有していてもよい。

１…プロジェクター、１１…投写手段、１２…照射手段、１３…位置検知手段、１４…傾き検知手段、１５…算出手段、１６…記憶手段、１７…制御手段、２０…指示体、２１…ペン、１００…ＣＰＵ、１０１…ＲＯＭ、１０２…ＲＡＭ、１０４…ＩＦ部、１０５…画像処理回路、１０６…投写ユニット、１０７…操作パネル、１０８…カメラ、１０９…光照射部

Claims (4)

1. 投写面に画像を投写する投写手段と、
   検知光を前記投写面に沿って照射する照射手段と、
   指示体によって反射された前記検知光の位置である第１位置を検知する位置検知手段と、
   前記投写面に対する前記指示体の傾きを検知する傾き検知手段と、
   前記位置検知手段により検知された前記第１位置および前記傾き検知手段により検知された前記傾きから、前記指示体の特定部位の位置である第２位置と前記第１位置とのずれを算出する算出手段と
   を有するプロジェクター。
2. 前記投写面上の特定点を前記指示体により複数の角度から指示するようユーザーに促す特定画像を前記投写手段に投写させ、
   前記特定画像が投写された状態で前記指示体が前記特定点を指示しているときに、前記位置検知手段に当該指示体の位置を検知させ、かつ前記傾き検知手段に当該指示体の傾きを検知させ、
   前記特定点、前記位置検知手段により検知された前記指示体の位置、および前記傾き検知手段により検知された前記指示体の傾きを記録したテーブルを記憶手段に記憶する
   処理を実行する制御手段を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクター。
3. 前記指示体は、前記指示体の傾きを検知するセンサーを有し、
   前記傾き検知手段は、前記指示体から前記指示体の傾きを示す情報を取得する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のプロジェクター。
4. 投写面に画像を投写するステップと、
   検知光を前記投写面に沿って照射するステップと、
   指示体によって反射された前記検知光の位置である第１位置を検知するステップと、
   前記投写面に対する前記指示体の傾きを検知するステップと、
   前記第１位置および前記検知された前記傾きから、前記指示体の特定部位の位置である第２位置と前記第１位置とのずれを算出するステップと
   を有するプロジェクターの制御方法。

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