JP4709407B2 - 画像指示手段の位置検出方法、該方法に用いられる画像投影装置及び画像制御装置 - Google Patents
画像指示手段の位置検出方法、該方法に用いられる画像投影装置及び画像制御装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影画面内の一部を指示した画像指示手段の位置を遠隔的に検出する画像指示手段の位置検出方法と、この方法に用いられる画像投影装置及び画像制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、画像の一部を指示するペン、ポインタ等の画像指示手段の位置検出方法として、例えば以下に掲げるものが知られている。
【０００３】
▲１▼ 可視光の光束を発生する座標指示器（レーザポインタ）の座標を１次画像情報と２次画像情報の差として検出するもの（特許第２９７７５５９号公報参照）
▲２▼ パルス発信が可能な光源を持つペン型入力装置からの光の方向を検出して位置検出するもの（特開平４−２５９２４号公報参照）
▲３▼ ポインタとして非可視光発光点を用い、これをビデオカメラで撮像して位置検出する方法であって、そのビデオカメラの視野角を画面の対角線上の両隅に配した非可視光発光輝点により予め調整しておくもの（特開平５−１５０９０１号公報参照）
▲４▼ 感圧スイッチ手段と赤外光変調手段とを備えたライトペン手段を用い、このライトペン手段をスクリーン面に押圧すると感圧スイッチ手段が導通状態となり変調された赤外光が赤外光変調手段により発射されて位置検出するもの（特開平８−１７９８８８号公報参照）
▲５▼ レーザポインタ等により画面上に視認することのできない光像を結像させ、それをイメージセンサにより撮像して位置検出する方法であって、その検出した位置に基づいてマウスカーソル画像を投影するもの（特開平９−８０３７２号公報参照）
▲６▼ 専用の投射手段と反射手段とを用いて反射手段の位置を検出するもの（特開２０００−１１２６５１号公報参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記▲１▼から▲５▼までの方法では画像指示手段が光を発生させるタイプのものであり、光を発生させ続けるためのエネルギー源が必要で画像指示手段にコストがかかるほか、故障等の信頼性の面において問題がある。一方、上記▲６▼の方法では専用の投射手段が必要であり、コストがかかるという問題がやはりある。
【０００５】
また、▲１▼及び▲５▼の方法では表示画像と光像画像との差分により光像の位置を検出するため検出精度に問題があり、後者に係る特開平９−８０３７２号公報には偏光を利用する場合が開示されているが、上記コスト等の問題はなお残る。
【０００６】
さらに、エリアセンサを用いる場合には、投影画像と検出画像との位置合わせが必要となり、制御が複雑になるという問題がある。
【０００７】
本発明は，上記の事情に鑑みてなされたもので、精度の高い位置検出を低コストで実現可能な画像指示手段の位置検出方法と、この方法に用いられる画像投影装置及び画像制御装置を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するために手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、表示画像を連続的に投影している最中に投影画面内に画像指示手段が位置した際に、該画像指示手段の位置を検出する画像指示手段の位置検出方法において、連続的に投影している前記表示画像の間に、位置検出用画像を所定の周期で所定期間の間挿入するようにして投影させ、該位置検出用画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を検出することにより、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の画像指示手段の位置検出方法において、前記位置検出用画像は画像全体にわたって輝度が一様な均一画像であり、該均一画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を撮像素子により検出することによって、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の画像指示手段の位置検出方法において、前記位置検出用画像は前記所定期間の間に前記投影画面内を走査するスリット画像であり、該スリット画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を受光素子により検出することによって、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、入力信号に基づいて表示画像を連続的に投影する画像投影手段と、該画像投影手段が連続的に投影している前記表示画像の間に、位置検出用画像を所定の周期で所定期間の間挿入するようにして投影させる制御手段と、投影画面内に画像指示手段が位置した際に、前記位置検出用画像の投影光であってその画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を検出することにより、その画像指示手段の位置を検出する位置検出手段とを備える画像制御装置を特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の画像投影装置において、前記位置検出用画像は画像全体にわたって輝度が一様な均一画像であり、前記位置検出手段は前記均一画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を撮像素子により検出することによって、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項４に記載の画像投影装置において、前記位置検出用画像は前記所定期間の間に前記投影画面内を走査するスリット画像であり、前記位置検出手段は前記スリット画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を受光素子により検出することによって、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明は、入力信号に基づいて表示画像を連続的に投影する画像投影装置に接続され、該画像投影装置が連続的に投影している前記表示画像の間に、位置検出用画像を所定の周期で所定期間の間挿入するようにして投影させる制御手段と、投影画面内に画像指示手段が位置した際に、前記位置検出用画像の投影光であってその画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を検出することにより、その画像指示手段の位置を検出する位置検出手段とを備える画像制御装置を特徴とする。
【００１５】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の画像制御装置において、前記位置検出用画像は画像全体にわたって輝度が一様な均一画像であり、前記位置検出手段は前記均一画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を撮像素子により検出することによって、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする。
【００１６】
請求項９に係る発明は、請求項７に記載の画像制御装置において、前記位置検出用画像は前記所定期間の間に前記投影画面内を走査するスリット画像であり、前記位置検出手段は前記スリット画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を受光素子により検出することによって、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする。
【００１７】
請求項１、請求項４、請求項７のいずれかに係る発明によれば、表示画像を投影している最中の所定期間だけ位置検出用画像を投影させ、この位置検出用画像の投影光であって画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を検出することにより、その画像指示手段の位置が検出されるので、画像指示手段に特別な回路やエネルギー源等の発光構造を持たせる必要がない。
【００１８】
また、その位置検出用画像の投影には表示画像を投影させるための画像投影手段を用いることができるので、位置検出のために専用の投光手段（投射装置）を設ける必要もない。
【００１９】
さらに、位置検出用画像を投影する所定期間の長さを適宜調整することによって、精度の高い位置検出と高画質（表示画像のコントラスト低下やちらつきの防止）とを両立させることができる。
【００２０】
請求項２、請求項５、請求項８のいずれかに係る発明によれば、位置検出用画像が画像全体にわたって輝度が一様な均一画像であるので、たとえ表示画像が暗い場合であっても精度の高い位置検出を容易に行うことができる。
【００２１】
請求項３、請求項６、請求項９のいずれかに係る発明によれば、位置検出用画像が所定期間の間に投影画面内を走査するスリット画像であるので、高精度の位置検出を容易に行うことができるとともに、画像指示手段からの光が受光素子により検出されるので、位置検出のための構造を簡単にすることができる。
【００２２】
上記請求項４乃至請求項６のいずれかに係る発明は、画像投影装置に位置検出構造とを一体化することによって装置全体のコンパクト化を可能とし、請求項７乃至請求項９のいずれかに係る発明は、既存の画像投影装置の有効利用を可能にするという効果をも奏する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
［実施の形態１］
図１は、本実施の形態に係る画像投影装置の概略構成を示す。この画像投影装置１は、画像入力部２、制御手段としての画像制御部３、画像投影手段としての画像投影部４、及び位置検出手段としての座標検出部５を有する。画像入力部２には投影対象となる画像がビデオ信号あるいはＲＧＢ信号として入力され、入力された画像信号は画像制御部３においてＲＧＢの３つの成分信号に分解され、画像投影部４の対応する液晶ライトバルブ６（以下、「液晶ＬＶ」と表記する。）に伝送される。
【００２５】
画像投影部４は、現在最も一般的な透過型液晶プロジェクタであって、ミラー７、ダイクロイックミラー８及び図示しない光学部材からなるレンズ群並びにランプ光源９を有する照明系と、３板式液晶を用いたＲＧＢ３色合成方式の作像系とから構成されている。但し、画像投影部４はこのような透過型液晶プロジェクタに限られるものではなく、例えば反射型液晶プロジェクタであってもかまわない。
【００２６】
ランプ光源９の出射光束は、ダイクロイックミラー８によって３つに分割され、各液晶ＬＶ６を照明する。ここでは、ランプ光源９からの光束を照明光として収束させる照明光学系は図示を略しているが、実際には液晶ＬＶ６を均一に照明し光源を投影レンズ１２の位置に結像させる位置関係にその照明光学系が配置される。
【００２７】
ＲＧＢの成分ごとに液晶ＬＶ６上に生成された画像は、ダイクロイックプリズム１０により合成され、ハーフミラー１１及び投影レンズ１２を通過してスクリーン１３に投影される。そして、この投影画像の一部が画像指示手段としてのペン１４（図１においては反射ペン１４ａ）により指示されると、画像投影装置１は投影画面内におけるそのペン１４の座標位置を検出する。
【００２８】
ペン１４は、図２に示すように、保持部１５の先端に投影光を反射させ又は透過させる素材１６が固着されてなり、この実施の形態では、素材１６として、図３に示すような再帰反射板１６ａが用いられている（この再帰反射板１６ａが貼着されたペン１４を反射ペン１４ａとする。）。再帰反射板は、入射した光のほとんどを入射方向へ反射させる性質を持ち、投影光は反射ペン１４ａに反射された後に高光量で画像投影装置１に戻ってくるため、Ｓ／Ｎ（次述の座標検出部５により検出される光のＳ／Ｎ）が良好である。
【００２９】
反射ペン１４ａからの反射光は、画像投影装置１に入射した後、ハーフミラー１１に反射されて座標検出部５に導かれる。座標検出部５は、結像レンズ１７、ＣＣＤ等からなる撮像素子１８、及び座標検知部１９を有し、その反射光を結像レンズ１７によって撮像素子１８に結像させる。この像は画像データとして座標検知部１９に取り込まれるが、取り込まれた画像には再帰反射光により反射ペン１４ａが挿入された位置に対応して明るい輝点が現れているので（図４参照）、座標検知部１９がその輝点の位置を算出することによって反射ペン１４ａの座標値が得られる。
【００３０】
以上述べた方法は、画像投影装置１から十分に明るい光がスクリーン１３に投影されることを前提としている。つまり、十分に明るい輝度を持つ画像がスクリーン１３に投影された場合には、再帰反射板１６ａで反射された光も十分に明るいため、上述した方法で座標を算出することができる。ところが、暗い輝度しか持たない画像がスクリーン１３に投影された場合には、再帰反射板１６ａで反射された光が非常に暗くなってしまうため、精度の良い座標算出が困難である。そこで、本実施の形態においては、図５に示すように、表示させたい画像（表示画像）Ｉ1の途中に位置検出用画像Ｉ2を挿入し、位置検出用画像Ｉ2が表示されている間に座標検出部５の撮像素子１８で取り込まれる画像からペン１４の位置を算出する。その表示画像Ｉ1と位置検出用画像Ｉ2との切換えは画像制御部３により行われ、以下では一例として、位置検出用画像Ｉ2を十分に明るい輝度を持ち、かつ、画像の全画素の輝度値が一定の均一画像とする場合について説明する。
【００３１】
図６はその均一画像を挿入するための制御タイムチャートであり、画像制御部３は、期間Ｔ1の間は表示画像信号を連続的に出力し、期間Ｔ2の間は位置検出用画像信号（均一画像信号）を出力する。そして、座標検出部５は期間Ｔ2の間に前後にマージンをとりつつ撮像素子１８により画像を取得し（図中、期間Ｔ3はその画像取得時間を示す。）、この処理が周期Ｔ0で繰り返される。このようにすれば、位置検出用画像Ｉ2が表示されている際に撮像素子１８で得られる画像は十分な明るさを持ち、この画像を単純閾値で二値化するだけで容易に反射ペン１４ａの位置座標を求めることができる。
【００３２】
なお、スクリーン１３上の投影画面内において反射ペン１４ａで文字を書く場合、書かれた文字が滑らかなものとなるためには座標値を少なくとも１０回／秒で取得しなければならない。本位置検出方法では連続投影される表示画像（連続画像）の途中に位置検出用画像を挿入するので、現在最もフレームレートの低いＮＴＳＣ信号(３０フレーム／秒)を例にとると、３フレームに１回の割合で位置検出用画像を投影する必要がある。つまり、図６における周期Ｔ0が１／１０秒で３フレーム分に相当し、この間の期間Ｔ1，Ｔ2のいずれか一方を１フレーム分、他方を２フレーム分とすることになる。ここで、期間Ｔ1で１フレーム、期間Ｔ2で２フレームを表示すると、連続画像表示期間Ｔ1が短すぎるので、コントラストが低下して目に対するちらつきも目立ってしまう。よって、ＮＴＳＣ信号の場合には、連続画像表示期間Ｔ1を２フレーム分とし、位置検出用画像表示期間Ｔ2を１フレーム分、すなわち１／３０秒とする。
【００３３】
他方、ＮＴＳＣ信号よりもフレームレートの高いパソコンのディスプレイ信号について、フレームレートが６０フレーム／秒の信号を例にとると、６フレームに１回の割合で位置検出用画像を表示する必要がある。つまり、図６における周期Ｔ0が１／１０秒で６フレーム分に相当し、連続画像表示期間Ｔ1を５フレーム分とし、位置検出用画像表示期間Ｔ2を１フレーム分、すなわち１／６０秒とする。このようにＮＴＳＣ信号よりもフレームレートの高い信号では期間Ｔ2が上述の１／３０秒以下となるので、位置検出用画像Ｉ2の投影時間を１／３０秒以下とすることによって、表示画像Ｉ1のコントラストの低下及びちらつきを軽減することができる。
【００３４】
また、この実施の形態に係る画像投影装置１では、ハーフミラー１１を用いることにより、スクリーン１３への投影用のレンズ系と座標検出部５による検出用のレンズ系とが共通となっているため、投影画像と検出画像との位置合わせを行う必要がない。
【００３５】
［実施の形態２］
上記画像投影装置１は、画像投影部４、画像制御部３及び座標検出部５が一体化した構成であったが、ここでは画像投影部と画像制御部及び座標検出部とを図７に示すように画像投影装置２０と画像制御装置２１とに別体化した構成について説明する。
【００３６】
画像投影装置２０には既存のプロジェクタ等が用いられ、画像投影手段としての画像投影部２２、画像投影部２２に表示画像を送出する表示画像制御部２３、及び他の機器とのインターフェースとなる入出力部２４が設けられている。一方、画像制御装置２１には、画像投影装置２０の入出力部２４と接続される入出力部２５、制御手段としての位置検出用画像制御部２６、及び位置検出手段としての座標検出部２７が設けられている。
【００３７】
位置検出用画像制御部２６は、入出力部２５及び入出力部２４を介して表示画像制御部２３に接続され、表示画像制御部２３に作用して連続画像中に位置検出用画像を挿入する。また、位置検出用画像制御部２６はその位置検出用画像の投影タイミングを座標検出部２７に通知し、座標検出部２７は算出した反射ペン１４ａの位置座標を位置検出用画像制御部２６に出力し、これを受けた位置検出用画像制御部２６は再度表示画像制御部２３に働きかけてその算出結果を表示画像に重ねて表示させる。
【００３８】
この実施の形態に係る画像制御装置２１によれば、既存のプロジェクタ等の画像投影装置を有効に利用しつつ反射ペン１４ａの位置検出を簡単に行うことができる。
【００３９】
［実施の形態３］
上記各実施の形態では位置検出用画像Ｉ2に均一画像を用いたが、ここでは位置検出用画像Ｉ2としてスリット光を含む画像を用い、そのスリット光で反射ペン１４ａの位置をスキャンする方法について説明する。
【００４０】
図８は、本実施の形態に係る画像投影装置の概略構成を示す。この画像投影装置２８は、画像制御部、画像投影部及び座標検出部以外の部分については画像投影装置１と同様の構成を有し、画像投影装置１と同一乃至均等な部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００４１】
画像投影装置２８の画像制御部２９は、画像投影装置１の画像制御部３が期間Ｔ2の間に位置検出用画像Ｉ2として均一画像を投影したのに対し、位置検出用画像Ｉ2としてスリット光を含むスリット画像を投影し、その期間Ｔ2の間にスクリーン１３上でスリット光を走査させる。
【００４２】
画像投影装置２８の画像投影部３０は、画像投影装置１の画像投影部４からハーフミラー１１を除いたもので、反射ペン１４ａからの反射光は直接座標検出部３１に導かれるようになっている。
【００４３】
この座標検出部３１は、受光レンズ３２、受光素子３３及び座標検知部３４を有し、画像投影装置１の座標検出部５が撮像素子１８による撮像画像から反射ペン１４ａの位置を求めたのに対し、受光素子３３により高輝度が得られた時間から反射ペン１４ａの位置を求める。
【００４４】
詳細には、画像制御部２９は、図９に示すように、低輝度の領域３５ｂ，３６ｂに輝度の高い白ストライプのスリット領域３５ｓ，３６ｓが表示されてなる垂直スリット画像３５、水平スリット画像３６を投影する。このスリット画像３５，３６の表示は図１０の制御タイムチャートに従い、画像制御部２９は座標検出期間である期間Ｔ2の前半Ｔ4に垂直スリット画像３５を表示し、その期間Ｔ4の間に垂直スリット（スリット領域３５ｓ）を画像左端から右端へと走査させ、反射ペン１４ａの水平方向の位置をスキャンする。また、画像制御部２９は期間Ｔ2の後半Ｔ5に水平スリット画像３６を表示し、その期間Ｔ5の間に水平スリット（スリット領域３６ｓ）を画像上端から下端へと走査させ、反射ペン１４ａの垂直方向の位置をスキャンする。これにより、周期Ｔ0の間に輝度の高い受光信号が２回（水平スキャン時に１回(図１０におけるｐ)、垂直スキャン時に１回(図１０におけるｑ)）検出され、その時間的位置により反射ペン１４ａの位置座標が算出される。
【００４５】
この実施の形態に係る画像投影装置２８によれば、座標検出部３１に撮像素子を用いる必要がなく、その構成を簡単にすることができる。
【００４６】
［実施の形態４］
上記各実施の形態では作像系として３板式透過液晶を用いたが、ここでは作像系にＤＭＤ素子を用いた構成について説明する。
【００４７】
図１１は、本実施の形態に係る画像投影装置の概略構成を示す。この画像投影装置３７は、画像投影部以外の部分については画像投影装置２８と同様の構成を有し、画像投影装置２８と同一乃至均等な部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００４８】
画像投影装置３７の画像投影部３８は、投影レンズ１２、ＲＧＢカラーフィルタ３９、モータ４０、ランプ光源４１及びＤＭＤ素子４２を有する。
【００４９】
ＲＧＢカラーフィルタ３９は円板状を呈し、その円板を３等分するようにＲＧＢ３色のフィルタ４３，４４，４５が設けられている。このＲＧＢカラーフィルタ３９はその中心がモータ４０の回転軸に取り付けられ、モータ４０の駆動により回転する。ランプ光源４１からの光束は回転するＲＧＢカラーフィルタ３９のフィルタ４３，４４，４５を透過し、ＲＧＢ各成分の光束が連続的にＤＭＤ素子４２を照射するようになっている。一方、ＤＭＤ素子４２においてはＲＧＢカラーフィルタ３９の回転に同期をとってＲＧＢ各成分の画像が生成され、フィルタ４３，４４，４５を透過した照明光がＤＭＤ素子に反射され投影レンズ１２を通過することによりスクリーン１３上にＲＧＢ各成分の画像が投影される。
【００５０】
このＲＧＢ各成分の画像の合成は、ＤＭＤ素子４２におけるＲＧＢ各成分の画像生成速度及びＲＧＢカラーフィルタ３９の回転を非常に高速にすることによって、人の目の残像現象を利用して行われる。このため、ＤＭＤ素子４２は入力信号に対して液晶の約１０倍という高速な応答性がある。そして、スクリーン１３に投影された画面内に反射ペン１４ａを挿入すると、図１０の制御タイムチャートに示した期間Ｔ4の間に反射ペン１４ａの水平方向の位置が、期間Ｔ5の間に反射ペン１４ａの垂直方向の位置が取得されて反射ペン１４ａの位置座標が算出される。
【００５１】
この実施の形態に係る画像投影装置３７によれば、作像系にＤＭＤ素子４２が用いられているので、その高速な応答性を用いればスリット光のスキャンを高速で行うことができ、期間Ｔ4及び期間Ｔ5を大幅に短縮して画像品質及び検出精度を高めることができる。
【００５２】
［実施の形態５］
上記各実施の形態では、保持部１５に再帰反射板１６ａを貼着してペン１４を構成するとともに投影画像全体にわたるスクリーン１３からの反射光を取得し、高輝度の位置を求めることによりペン１４の位置検出を行ってきたが、ここでは偏光を用いる方法について説明する。
【００５３】
図１２は、本実施の形態に係る画像投影装置の概略構成を示す。この画像投影装置４６は、その画像投影部４７、座標検出部４８に偏光変換素子４９，５０が設けられている点以外は画像投影装置１と同様の構成を有し、画像投影装置１と同一乃至均等な部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００５４】
偏光変換素子４９は、画像投影部４７において光源ランプ９の前方に配置されている。この偏光変換素子４９は、投影光の振動方向を揃えるために、ＲＧＢ各成分に対応する液晶ＬＶ６での振動方向のズレを考慮して設けられている。これにより、ランプ光源９から射出されて偏光変換素子４９を通り、ダイクロイックミラー８でＲＧＢ成分に分解され、各液晶ＬＶ６を透過してダイクロイックプリズム１０で合成された光が、振動方向の揃った直線偏光としてスクリーン１３に投影される（この画像投影装置４６からスクリーン１３へ投影される直線偏光を以下では「Ａ偏光」という。）。
【００５５】
ここで、保持部１５の先端に偏光板あるいは位相板等を取り付けてなるペン１４（このペン１４を偏光ペン１４ｂとする。）をスクリーン１３上の投影画面内に出現させると、スクリーン１３から画像投影装置４６に戻ってくる反射光は偏光ペン１４ｂの位置だけが異なる偏光状態（振動方向）となり、その反射光がハーフミラー１１に反射されて座標検出部４８に導かれる。座標検出部４８には結像レンズ１７と撮像素子１８との間に偏光変換素子５０が設けられているが、この偏光変換素子５０は特定の振動方向を持つ偏光のみを透過させる偏光板であり、これにより座標検出部４８は偏光ペン１４ｂの位置座標を求めることができる。
【００５６】
ここで用いるスクリーン１３としては、投影光の偏光状態を保ったまま反射させる素材からなるスクリーンと、投影光の偏光状態をランダムに乱して反射させる素材からなるスクリーンとが考えられる。
【００５７】
まず、前者の場合（スクリーン１３が投影光の偏光状態を保ったまま反射させる場合）について説明すると、偏光ペン１４ｂは図１３に示すように偏光フィルム（これを透過する光の偏光状態を乱すようなフィルム）１６ｂを保持部１５の先端に取り付けて構成され、偏光変換素子５０はＡ偏光をカットする偏光板からなっている。このとき、スクリーン１３に投影された光はＡ偏光のまま反射される一方、偏光ペン１４ｂの偏光フィルム１６ｂを透過した偏光は振動方向がランダムに混在した状態となるので、偏光ペン１４ｂから座標検出部４８に至った光はもはや振動方向が一様ではない。そして、偏光変換素子５０によりＡ偏光がカットされるので、撮像素子１８で取得される画像は図１４に示すように偏光ペン１４ｂの位置のみ輝度が高く、座標検知部１９がその画像を二値化処理することによって偏光ペン１４ｂの位置座標が求められる。
【００５８】
また、図１５に示すように、偏光ペン１４ｂは、反射型液晶１６ｃをガラス板１６ｄで挟み込んだ液晶板１６ｅを保持部１５に取り付けて構成されてもよい。このとき、スクリーン１３に投影された光はＡ偏光のまま反射される一方、偏光ペン１４ｂの液晶板１６ｅを透過した偏光は反射型液晶１６ｃがλ／４板の性質を有しているので円偏光になる。この円偏光がスクリーン１３で反射されて液晶板１６ｅを再度透過すると、Ａ偏光の振動方向と直交する振動方向を持つ直線偏光（このＡ偏光の振動方向と直交する振動方向を持つ直線偏光を以下では「Ｂ偏光」という。）となる。ここで、偏光変換素子５０をＢ偏光のみを透過させる偏光板とすることによって、撮像素子１８で取得される画像は図１６に示すように偏光ペン１４ｂの位置のみ輝度が高く、座標検知部１９がその画像を二値化処理することによって偏光ペン１４ｂの位置座標が求められる。このように反射型液晶を用いた場合には、偏光ペン１４ｂからの光がＡ偏光から完全に変化したＢ偏光として受光されるので、偏光フィルムを用いた場合よりも高輝度が得られてＳ／Ｎに優れる。
【００５９】
一方、後者の場合（スクリーン１３が投影光の偏光状態をランダムに乱して反射させる場合）について説明すると、偏光ペン１４ｂは図１７に示すようにλ／４板１６ｆ及び反射板１６ｇを貼り合わせてなる偏光素材１６ｈを保持部１５の先端に取り付けて構成され、偏光変換素子５０はＡ偏光のみを透過させる偏光板からなっている。このとき、スクリーン１３に投影された光はＡ偏光及びＢ偏光が混在する形で反射される一方、偏光ペン１４ｂの偏光素材１６ｈで反射された光はＢ偏光となる（Ａ偏光がλ／４板１６ｆを透過して円偏光となり、これが反射板１６ｇで反射され再度λ／４板１６ｆを透過してＢ偏光となる。）。そして、偏光変換素子５０によりＡ偏光がカットされるので、撮像素子１８で取得される画像は図１８に示すように偏光ペン１４ｂの位置のみ輝度が低く、座標検知部１９がその画像を二値化処理することによって偏光ペン１４ｂの位置座標が求められる。
【００６０】
この実施の形態に係る画像投影装置４６によれば、保持部１５に偏光フィルム１６ｂ、液晶板１６ｅ、又は偏光素材１６ｈを取り付けてなる偏光ペン１４ｂ用いることにより、精度の高い位置検出を容易に行うことができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、請求項４、請求項７のいずれかに係る発明によれば、表示画像を投影している最中の所定期間だけ位置検出用画像を投影させ、この位置検出用画像の投影光であって画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を検出することにより、その画像指示手段の位置が検出されるので、画像指示手段に特別な回路やエネルギー源等の発光構造を持たせる必要がない。
【００６２】
また、その位置検出用画像の投影には表示画像を投影させるための画像投影手段を用いることができるので、位置検出のために専用の投光手段（投射装置）を設ける必要もない。
【００６３】
さらに、位置検出用画像を投影する所定期間の長さを適宜調整することによって、精度の高い位置検出と高画質（表示画像のコントラスト低下やちらつきの防止）とを両立させることができる。
【００６４】
請求項２、請求項５、請求項８のいずれかに係る発明によれば、位置検出用画像が画像全体にわたって輝度が一様な均一画像であるので、たとえ表示画像が暗い場合であっても精度の高い位置検出を容易に行うことができる。
【００６５】
請求項３、請求項６、請求項９のいずれかに係る発明によれば、位置検出用画像が所定期間の間に投影画面内を走査するスリット画像であるので、高精度の位置検出を容易に行うことができるとともに、画像指示手段からの光が受光素子により検出されるので、位置検出のための構造を簡単にすることができる。
【００６６】
上記請求項４乃至請求項６のいずれかに係る発明は、画像投影装置に位置検出構造とを一体化することによって装置全体のコンパクト化を可能とし、請求項７乃至請求項９のいずれかに係る発明は、既存の画像投影装置の有効利用を可能にするという効果をも奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る画像投影装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】投影画像の一部を指示するペンを示す説明図である。
【図３】図２のペンの先端に再帰反射板が設けられている例を示す説明図である。
【図４】図１の撮像素子の撮像画像を示す説明図である。
【図５】表示画像中に位置検出用画像を挿入する様子を示す説明図である。
【図６】図１の画像制御部による信号送出タイミングを示す説明図である。
【図７】実施の形態２に係る画像制御装置を既存の画像投影装置に接続した場合の概略構成を示す説明図である。
【図８】実施の形態３に係る画像投影装置の概略構成を示す説明図である。
【図９】位置検出用画像としてのスリット画像であって、（ａ）は水平方向に走査される垂直スリットについての説明図、（ｂ）は垂直方向に走査される水平スリットについての説明図である。
【図１０】図８の画像制御部による信号送出タイミングを示す説明図である。
【図１１】実施の形態４に係る画像投影装置の概略構成を示す説明図である。
【図１２】実施の形態５に係る画像投影装置の概略構成を示す説明図である。
【図１３】図１２のスクリーンが投影光の偏光状態を保ったまま反射させる場合の偏光ペンの構成及び光の反射を示す説明図である。
【図１４】図１２の撮像素子の図１３に対応する撮像画像を示す説明図である。
【図１５】図１２のスクリーンが投影光の偏光状態を保ったまま反射させる場合の偏光ペンの構成及び光の反射の他の例を示す説明図である。
【図１６】図１２の撮像素子の図１５に対応する撮像画像を示す説明図である。
【図１７】図１２のスクリーンが投影光の偏光状態をランダムに乱して反射させる場合の偏光ペンの構成及び光の反射を示す説明図である。
【図１８】図１２の撮像素子の図１７に対応する撮像画像を示す説明図である。
【符号の説明】
１，２８，３７，４６ 画像投影装置
３，２９ 画像制御部（制御手段）
４，２２，３０，３８，４７ 画像投影部（画像投影手段）
５，２７，３１，４８ 座標検出部（位置検出手段）
１４ ペン（画像指示手段）
１８ 撮像素子
２６ 位置検出用画像制御部（制御手段）
３３ 受光素子
３５ スリット画像
３６ スリット画像
Ｉ1 表示画像
Ｉ2 位置検出用画像
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影画面内の一部を指示した画像指示手段の位置を遠隔的に検出する画像指示手段の位置検出方法と、この方法に用いられる画像投影装置及び画像制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、画像の一部を指示するペン、ポインタ等の画像指示手段の位置検出方法として、例えば以下に掲げるものが知られている。
【０００３】
▲１▼ 可視光の光束を発生する座標指示器（レーザポインタ）の座標を１次画像情報と２次画像情報の差として検出するもの（特許第２９７７５５９号公報参照）
▲２▼ パルス発信が可能な光源を持つペン型入力装置からの光の方向を検出して位置検出するもの（特開平４−２５９２４号公報参照）
▲３▼ ポインタとして非可視光発光点を用い、これをビデオカメラで撮像して位置検出する方法であって、そのビデオカメラの視野角を画面の対角線上の両隅に配した非可視光発光輝点により予め調整しておくもの（特開平５−１５０９０１号公報参照）
▲４▼ 感圧スイッチ手段と赤外光変調手段とを備えたライトペン手段を用い、このライトペン手段をスクリーン面に押圧すると感圧スイッチ手段が導通状態となり変調された赤外光が赤外光変調手段により発射されて位置検出するもの（特開平８−１７９８８８号公報参照）
▲５▼ レーザポインタ等により画面上に視認することのできない光像を結像させ、それをイメージセンサにより撮像して位置検出する方法であって、その検出した位置に基づいてマウスカーソル画像を投影するもの（特開平９−８０３７２号公報参照）
▲６▼ 専用の投射手段と反射手段とを用いて反射手段の位置を検出するもの（特開２０００−１１２６５１号公報参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記▲１▼から▲５▼までの方法では画像指示手段が光を発生させるタイプのものであり、光を発生させ続けるためのエネルギー源が必要で画像指示手段にコストがかかるほか、故障等の信頼性の面において問題がある。一方、上記▲６▼の方法では専用の投射手段が必要であり、コストがかかるという問題がやはりある。
【０００５】
また、▲１▼及び▲５▼の方法では表示画像と光像画像との差分により光像の位置を検出するため検出精度に問題があり、後者に係る特開平９−８０３７２号公報には偏光を利用する場合が開示されているが、上記コスト等の問題はなお残る。
【０００６】
さらに、エリアセンサを用いる場合には、投影画像と検出画像との位置合わせが必要となり、制御が複雑になるという問題がある。
【０００７】
本発明は，上記の事情に鑑みてなされたもので、精度の高い位置検出を低コストで実現可能な画像指示手段の位置検出方法と、この方法に用いられる画像投影装置及び画像制御装置を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するために手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、表示画像を連続的に投影している最中に投影画面内に画像指示手段が位置した際に、該画像指示手段の位置を検出する画像指示手段の位置検出方法において、連続的に投影している前記表示画像の間に、位置検出用画像を所定の周期で所定期間の間挿入するようにして投影させ、該位置検出用画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を検出することにより、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の画像指示手段の位置検出方法において、前記位置検出用画像は画像全体にわたって輝度が一様な均一画像であり、該均一画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を撮像素子により検出することによって、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の画像指示手段の位置検出方法において、前記位置検出用画像は前記所定期間の間に前記投影画面内を走査するスリット画像であり、該スリット画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を受光素子により検出することによって、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、入力信号に基づいて表示画像を連続的に投影する画像投影手段と、該画像投影手段が連続的に投影している前記表示画像の間に、位置検出用画像を所定の周期で所定期間の間挿入するようにして投影させる制御手段と、投影画面内に画像指示手段が位置した際に、前記位置検出用画像の投影光であってその画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を検出することにより、その画像指示手段の位置を検出する位置検出手段とを備える画像制御装置を特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の画像投影装置において、前記位置検出用画像は画像全体にわたって輝度が一様な均一画像であり、前記位置検出手段は前記均一画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を撮像素子により検出することによって、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明は、請求項４に記載の画像投影装置において、前記位置検出用画像は前記所定期間の間に前記投影画面内を走査するスリット画像であり、前記位置検出手段は前記スリット画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を受光素子により検出することによって、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明は、入力信号に基づいて表示画像を連続的に投影する画像投影装置に接続され、該画像投影装置が連続的に投影している前記表示画像の間に、位置検出用画像を所定の周期で所定期間の間挿入するようにして投影させる制御手段と、投影画面内に画像指示手段が位置した際に、前記位置検出用画像の投影光であってその画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を検出することにより、その画像指示手段の位置を検出する位置検出手段とを備える画像制御装置を特徴とする。
【００１５】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の画像制御装置において、前記位置検出用画像は画像全体にわたって輝度が一様な均一画像であり、前記位置検出手段は前記均一画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を撮像素子により検出することによって、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする。
【００１６】
請求項９に係る発明は、請求項７に記載の画像制御装置において、前記位置検出用画像は前記所定期間の間に前記投影画面内を走査するスリット画像であり、前記位置検出手段は前記スリット画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を受光素子により検出することによって、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする。
【００１７】
請求項１、請求項４、請求項７のいずれかに係る発明によれば、表示画像を投影している最中の所定期間だけ位置検出用画像を投影させ、この位置検出用画像の投影光であって画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を検出することにより、その画像指示手段の位置が検出されるので、画像指示手段に特別な回路やエネルギー源等の発光構造を持たせる必要がない。
【００１８】
また、その位置検出用画像の投影には表示画像を投影させるための画像投影手段を用いることができるので、位置検出のために専用の投光手段（投射装置）を設ける必要もない。
【００１９】
さらに、位置検出用画像を投影する所定期間の長さを適宜調整することによって、精度の高い位置検出と高画質（表示画像のコントラスト低下やちらつきの防止）とを両立させることができる。
【００２０】
請求項２、請求項５、請求項８のいずれかに係る発明によれば、位置検出用画像が画像全体にわたって輝度が一様な均一画像であるので、たとえ表示画像が暗い場合であっても精度の高い位置検出を容易に行うことができる。
【００２１】
請求項３、請求項６、請求項９のいずれかに係る発明によれば、位置検出用画像が所定期間の間に投影画面内を走査するスリット画像であるので、高精度の位置検出を容易に行うことができるとともに、画像指示手段からの光が受光素子により検出されるので、位置検出のための構造を簡単にすることができる。
【００２２】
上記請求項４乃至請求項６のいずれかに係る発明は、画像投影装置に位置検出構造とを一体化することによって装置全体のコンパクト化を可能とし、請求項７乃至請求項９のいずれかに係る発明は、既存の画像投影装置の有効利用を可能にするという効果をも奏する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
［実施の形態１］
図１は、本実施の形態に係る画像投影装置の概略構成を示す。この画像投影装置１は、画像入力部２、制御手段としての画像制御部３、画像投影手段としての画像投影部４、及び位置検出手段としての座標検出部５を有する。画像入力部２には投影対象となる画像がビデオ信号あるいはＲＧＢ信号として入力され、入力された画像信号は画像制御部３においてＲＧＢの３つの成分信号に分解され、画像投影部４の対応する液晶ライトバルブ６（以下、「液晶ＬＶ」と表記する。）に伝送される。
【００２５】
画像投影部４は、現在最も一般的な透過型液晶プロジェクタであって、ミラー７、ダイクロイックミラー８及び図示しない光学部材からなるレンズ群並びにランプ光源９を有する照明系と、３板式液晶を用いたＲＧＢ３色合成方式の作像系とから構成されている。但し、画像投影部４はこのような透過型液晶プロジェクタに限られるものではなく、例えば反射型液晶プロジェクタであってもかまわない。
【００２６】
ランプ光源９の出射光束は、ダイクロイックミラー８によって３つに分割され、各液晶ＬＶ６を照明する。ここでは、ランプ光源９からの光束を照明光として収束させる照明光学系は図示を略しているが、実際には液晶ＬＶ６を均一に照明し光源を投影レンズ１２の位置に結像させる位置関係にその照明光学系が配置される。
【００２７】
ＲＧＢの成分ごとに液晶ＬＶ６上に生成された画像は、ダイクロイックプリズム１０により合成され、ハーフミラー１１及び投影レンズ１２を通過してスクリーン１３に投影される。そして、この投影画像の一部が画像指示手段としてのペン１４（図１においては反射ペン１４ａ）により指示されると、画像投影装置１は投影画面内におけるそのペン１４の座標位置を検出する。
【００２８】
ペン１４は、図２に示すように、保持部１５の先端に投影光を反射させ又は透過させる素材１６が固着されてなり、この実施の形態では、素材１６として、図３に示すような再帰反射板１６ａが用いられている（この再帰反射板１６ａが貼着されたペン１４を反射ペン１４ａとする。）。再帰反射板は、入射した光のほとんどを入射方向へ反射させる性質を持ち、投影光は反射ペン１４ａに反射された後に高光量で画像投影装置１に戻ってくるため、Ｓ／Ｎ（次述の座標検出部５により検出される光のＳ／Ｎ）が良好である。
【００２９】
反射ペン１４ａからの反射光は、画像投影装置１に入射した後、ハーフミラー１１に反射されて座標検出部５に導かれる。座標検出部５は、結像レンズ１７、ＣＣＤ等からなる撮像素子１８、及び座標検知部１９を有し、その反射光を結像レンズ１７によって撮像素子１８に結像させる。この像は画像データとして座標検知部１９に取り込まれるが、取り込まれた画像には再帰反射光により反射ペン１４ａが挿入された位置に対応して明るい輝点が現れているので（図４参照）、座標検知部１９がその輝点の位置を算出することによって反射ペン１４ａの座標値が得られる。
【００３０】
以上述べた方法は、画像投影装置１から十分に明るい光がスクリーン１３に投影されることを前提としている。つまり、十分に明るい輝度を持つ画像がスクリーン１３に投影された場合には、再帰反射板１６ａで反射された光も十分に明るいため、上述した方法で座標を算出することができる。ところが、暗い輝度しか持たない画像がスクリーン１３に投影された場合には、再帰反射板１６ａで反射された光が非常に暗くなってしまうため、精度の良い座標算出が困難である。そこで、本実施の形態においては、図５に示すように、表示させたい画像（表示画像）Ｉ1の途中に位置検出用画像Ｉ2を挿入し、位置検出用画像Ｉ2が表示されている間に座標検出部５の撮像素子１８で取り込まれる画像からペン１４の位置を算出する。その表示画像Ｉ1と位置検出用画像Ｉ2との切換えは画像制御部３により行われ、以下では一例として、位置検出用画像Ｉ2を十分に明るい輝度を持ち、かつ、画像の全画素の輝度値が一定の均一画像とする場合について説明する。
【００３１】
図６はその均一画像を挿入するための制御タイムチャートであり、画像制御部３は、期間Ｔ1の間は表示画像信号を連続的に出力し、期間Ｔ2の間は位置検出用画像信号（均一画像信号）を出力する。そして、座標検出部５は期間Ｔ2の間に前後にマージンをとりつつ撮像素子１８により画像を取得し（図中、期間Ｔ3はその画像取得時間を示す。）、この処理が周期Ｔ0で繰り返される。このようにすれば、位置検出用画像Ｉ2が表示されている際に撮像素子１８で得られる画像は十分な明るさを持ち、この画像を単純閾値で二値化するだけで容易に反射ペン１４ａの位置座標を求めることができる。
【００３２】
なお、スクリーン１３上の投影画面内において反射ペン１４ａで文字を書く場合、書かれた文字が滑らかなものとなるためには座標値を少なくとも１０回／秒で取得しなければならない。本位置検出方法では連続投影される表示画像（連続画像）の途中に位置検出用画像を挿入するので、現在最もフレームレートの低いＮＴＳＣ信号(３０フレーム／秒)を例にとると、３フレームに１回の割合で位置検出用画像を投影する必要がある。つまり、図６における周期Ｔ0が１／１０秒で３フレーム分に相当し、この間の期間Ｔ1，Ｔ2のいずれか一方を１フレーム分、他方を２フレーム分とすることになる。ここで、期間Ｔ1で１フレーム、期間Ｔ2で２フレームを表示すると、連続画像表示期間Ｔ1が短すぎるので、コントラストが低下して目に対するちらつきも目立ってしまう。よって、ＮＴＳＣ信号の場合には、連続画像表示期間Ｔ1を２フレーム分とし、位置検出用画像表示期間Ｔ2を１フレーム分、すなわち１／３０秒とする。
【００３３】
他方、ＮＴＳＣ信号よりもフレームレートの高いパソコンのディスプレイ信号について、フレームレートが６０フレーム／秒の信号を例にとると、６フレームに１回の割合で位置検出用画像を表示する必要がある。つまり、図６における周期Ｔ0が１／１０秒で６フレーム分に相当し、連続画像表示期間Ｔ1を５フレーム分とし、位置検出用画像表示期間Ｔ2を１フレーム分、すなわち１／６０秒とする。このようにＮＴＳＣ信号よりもフレームレートの高い信号では期間Ｔ2が上述の１／３０秒以下となるので、位置検出用画像Ｉ2の投影時間を１／３０秒以下とすることによって、表示画像Ｉ1のコントラストの低下及びちらつきを軽減することができる。
【００３４】
また、この実施の形態に係る画像投影装置１では、ハーフミラー１１を用いることにより、スクリーン１３への投影用のレンズ系と座標検出部５による検出用のレンズ系とが共通となっているため、投影画像と検出画像との位置合わせを行う必要がない。
【００３５】
［実施の形態２］
上記画像投影装置１は、画像投影部４、画像制御部３及び座標検出部５が一体化した構成であったが、ここでは画像投影部と画像制御部及び座標検出部とを図７に示すように画像投影装置２０と画像制御装置２１とに別体化した構成について説明する。
【００３６】
画像投影装置２０には既存のプロジェクタ等が用いられ、画像投影手段としての画像投影部２２、画像投影部２２に表示画像を送出する表示画像制御部２３、及び他の機器とのインターフェースとなる入出力部２４が設けられている。一方、画像制御装置２１には、画像投影装置２０の入出力部２４と接続される入出力部２５、制御手段としての位置検出用画像制御部２６、及び位置検出手段としての座標検出部２７が設けられている。
【００３７】
位置検出用画像制御部２６は、入出力部２５及び入出力部２４を介して表示画像制御部２３に接続され、表示画像制御部２３に作用して連続画像中に位置検出用画像を挿入する。また、位置検出用画像制御部２６はその位置検出用画像の投影タイミングを座標検出部２７に通知し、座標検出部２７は算出した反射ペン１４ａの位置座標を位置検出用画像制御部２６に出力し、これを受けた位置検出用画像制御部２６は再度表示画像制御部２３に働きかけてその算出結果を表示画像に重ねて表示させる。
【００３８】
この実施の形態に係る画像制御装置２１によれば、既存のプロジェクタ等の画像投影装置を有効に利用しつつ反射ペン１４ａの位置検出を簡単に行うことができる。
【００３９】
［実施の形態３］
上記各実施の形態では位置検出用画像Ｉ2に均一画像を用いたが、ここでは位置検出用画像Ｉ2としてスリット光を含む画像を用い、そのスリット光で反射ペン１４ａの位置をスキャンする方法について説明する。
【００４０】
図８は、本実施の形態に係る画像投影装置の概略構成を示す。この画像投影装置２８は、画像制御部、画像投影部及び座標検出部以外の部分については画像投影装置１と同様の構成を有し、画像投影装置１と同一乃至均等な部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００４１】
画像投影装置２８の画像制御部２９は、画像投影装置１の画像制御部３が期間Ｔ2の間に位置検出用画像Ｉ2として均一画像を投影したのに対し、位置検出用画像Ｉ2としてスリット光を含むスリット画像を投影し、その期間Ｔ2の間にスクリーン１３上でスリット光を走査させる。
【００４２】
画像投影装置２８の画像投影部３０は、画像投影装置１の画像投影部４からハーフミラー１１を除いたもので、反射ペン１４ａからの反射光は直接座標検出部３１に導かれるようになっている。
【００４３】
この座標検出部３１は、受光レンズ３２、受光素子３３及び座標検知部３４を有し、画像投影装置１の座標検出部５が撮像素子１８による撮像画像から反射ペン１４ａの位置を求めたのに対し、受光素子３３により高輝度が得られた時間から反射ペン１４ａの位置を求める。
【００４４】
詳細には、画像制御部２９は、図９に示すように、低輝度の領域３５ｂ，３６ｂに輝度の高い白ストライプのスリット領域３５ｓ，３６ｓが表示されてなる垂直スリット画像３５、水平スリット画像３６を投影する。このスリット画像３５，３６の表示は図１０の制御タイムチャートに従い、画像制御部２９は座標検出期間である期間Ｔ2の前半Ｔ4に垂直スリット画像３５を表示し、その期間Ｔ4の間に垂直スリット（スリット領域３５ｓ）を画像左端から右端へと走査させ、反射ペン１４ａの水平方向の位置をスキャンする。また、画像制御部２９は期間Ｔ2の後半Ｔ5に水平スリット画像３６を表示し、その期間Ｔ5の間に水平スリット（スリット領域３６ｓ）を画像上端から下端へと走査させ、反射ペン１４ａの垂直方向の位置をスキャンする。これにより、周期Ｔ0の間に輝度の高い受光信号が２回（水平スキャン時に１回(図１０におけるｐ)、垂直スキャン時に１回(図１０におけるｑ)）検出され、その時間的位置により反射ペン１４ａの位置座標が算出される。
【００４５】
この実施の形態に係る画像投影装置２８によれば、座標検出部３１に撮像素子を用いる必要がなく、その構成を簡単にすることができる。
【００４６】
［実施の形態４］
上記各実施の形態では作像系として３板式透過液晶を用いたが、ここでは作像系にＤＭＤ素子を用いた構成について説明する。
【００４７】
図１１は、本実施の形態に係る画像投影装置の概略構成を示す。この画像投影装置３７は、画像投影部以外の部分については画像投影装置２８と同様の構成を有し、画像投影装置２８と同一乃至均等な部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００４８】
画像投影装置３７の画像投影部３８は、投影レンズ１２、ＲＧＢカラーフィルタ３９、モータ４０、ランプ光源４１及びＤＭＤ素子４２を有する。
【００４９】
ＲＧＢカラーフィルタ３９は円板状を呈し、その円板を３等分するようにＲＧＢ３色のフィルタ４３，４４，４５が設けられている。このＲＧＢカラーフィルタ３９はその中心がモータ４０の回転軸に取り付けられ、モータ４０の駆動により回転する。ランプ光源４１からの光束は回転するＲＧＢカラーフィルタ３９のフィルタ４３，４４，４５を透過し、ＲＧＢ各成分の光束が連続的にＤＭＤ素子４２を照射するようになっている。一方、ＤＭＤ素子４２においてはＲＧＢカラーフィルタ３９の回転に同期をとってＲＧＢ各成分の画像が生成され、フィルタ４３，４４，４５を透過した照明光がＤＭＤ素子に反射され投影レンズ１２を通過することによりスクリーン１３上にＲＧＢ各成分の画像が投影される。
【００５０】
このＲＧＢ各成分の画像の合成は、ＤＭＤ素子４２におけるＲＧＢ各成分の画像生成速度及びＲＧＢカラーフィルタ３９の回転を非常に高速にすることによって、人の目の残像現象を利用して行われる。このため、ＤＭＤ素子４２は入力信号に対して液晶の約１０倍という高速な応答性がある。そして、スクリーン１３に投影された画面内に反射ペン１４ａを挿入すると、図１０の制御タイムチャートに示した期間Ｔ4の間に反射ペン１４ａの水平方向の位置が、期間Ｔ5の間に反射ペン１４ａの垂直方向の位置が取得されて反射ペン１４ａの位置座標が算出される。
【００５１】
この実施の形態に係る画像投影装置３７によれば、作像系にＤＭＤ素子４２が用いられているので、その高速な応答性を用いればスリット光のスキャンを高速で行うことができ、期間Ｔ4及び期間Ｔ5を大幅に短縮して画像品質及び検出精度を高めることができる。
【００５２】
［実施の形態５］
上記各実施の形態では、保持部１５に再帰反射板１６ａを貼着してペン１４を構成するとともに投影画像全体にわたるスクリーン１３からの反射光を取得し、高輝度の位置を求めることによりペン１４の位置検出を行ってきたが、ここでは偏光を用いる方法について説明する。
【００５３】
図１２は、本実施の形態に係る画像投影装置の概略構成を示す。この画像投影装置４６は、その画像投影部４７、座標検出部４８に偏光変換素子４９，５０が設けられている点以外は画像投影装置１と同様の構成を有し、画像投影装置１と同一乃至均等な部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００５４】
偏光変換素子４９は、画像投影部４７において光源ランプ９の前方に配置されている。この偏光変換素子４９は、投影光の振動方向を揃えるために、ＲＧＢ各成分に対応する液晶ＬＶ６での振動方向のズレを考慮して設けられている。これにより、ランプ光源９から射出されて偏光変換素子４９を通り、ダイクロイックミラー８でＲＧＢ成分に分解され、各液晶ＬＶ６を透過してダイクロイックプリズム１０で合成された光が、振動方向の揃った直線偏光としてスクリーン１３に投影される（この画像投影装置４６からスクリーン１３へ投影される直線偏光を以下では「Ａ偏光」という。）。
【００５５】
ここで、保持部１５の先端に偏光板あるいは位相板等を取り付けてなるペン１４（このペン１４を偏光ペン１４ｂとする。）をスクリーン１３上の投影画面内に出現させると、スクリーン１３から画像投影装置４６に戻ってくる反射光は偏光ペン１４ｂの位置だけが異なる偏光状態（振動方向）となり、その反射光がハーフミラー１１に反射されて座標検出部４８に導かれる。座標検出部４８には結像レンズ１７と撮像素子１８との間に偏光変換素子５０が設けられているが、この偏光変換素子５０は特定の振動方向を持つ偏光のみを透過させる偏光板であり、これにより座標検出部４８は偏光ペン１４ｂの位置座標を求めることができる。
【００５６】
ここで用いるスクリーン１３としては、投影光の偏光状態を保ったまま反射させる素材からなるスクリーンと、投影光の偏光状態をランダムに乱して反射させる素材からなるスクリーンとが考えられる。
【００５７】
まず、前者の場合（スクリーン１３が投影光の偏光状態を保ったまま反射させる場合）について説明すると、偏光ペン１４ｂは図１３に示すように偏光フィルム（これを透過する光の偏光状態を乱すようなフィルム）１６ｂを保持部１５の先端に取り付けて構成され、偏光変換素子５０はＡ偏光をカットする偏光板からなっている。このとき、スクリーン１３に投影された光はＡ偏光のまま反射される一方、偏光ペン１４ｂの偏光フィルム１６ｂを透過した偏光は振動方向がランダムに混在した状態となるので、偏光ペン１４ｂから座標検出部４８に至った光はもはや振動方向が一様ではない。そして、偏光変換素子５０によりＡ偏光がカットされるので、撮像素子１８で取得される画像は図１４に示すように偏光ペン１４ｂの位置のみ輝度が高く、座標検知部１９がその画像を二値化処理することによって偏光ペン１４ｂの位置座標が求められる。
【００５８】
また、図１５に示すように、偏光ペン１４ｂは、反射型液晶１６ｃをガラス板１６ｄで挟み込んだ液晶板１６ｅを保持部１５に取り付けて構成されてもよい。このとき、スクリーン１３に投影された光はＡ偏光のまま反射される一方、偏光ペン１４ｂの液晶板１６ｅを透過した偏光は反射型液晶１６ｃがλ／４板の性質を有しているので円偏光になる。この円偏光がスクリーン１３で反射されて液晶板１６ｅを再度透過すると、Ａ偏光の振動方向と直交する振動方向を持つ直線偏光（このＡ偏光の振動方向と直交する振動方向を持つ直線偏光を以下では「Ｂ偏光」という。）となる。ここで、偏光変換素子５０をＢ偏光のみを透過させる偏光板とすることによって、撮像素子１８で取得される画像は図１６に示すように偏光ペン１４ｂの位置のみ輝度が高く、座標検知部１９がその画像を二値化処理することによって偏光ペン１４ｂの位置座標が求められる。このように反射型液晶を用いた場合には、偏光ペン１４ｂからの光がＡ偏光から完全に変化したＢ偏光として受光されるので、偏光フィルムを用いた場合よりも高輝度が得られてＳ／Ｎに優れる。
【００５９】
一方、後者の場合（スクリーン１３が投影光の偏光状態をランダムに乱して反射させる場合）について説明すると、偏光ペン１４ｂは図１７に示すようにλ／４板１６ｆ及び反射板１６ｇを貼り合わせてなる偏光素材１６ｈを保持部１５の先端に取り付けて構成され、偏光変換素子５０はＡ偏光のみを透過させる偏光板からなっている。このとき、スクリーン１３に投影された光はＡ偏光及びＢ偏光が混在する形で反射される一方、偏光ペン１４ｂの偏光素材１６ｈで反射された光はＢ偏光となる（Ａ偏光がλ／４板１６ｆを透過して円偏光となり、これが反射板１６ｇで反射され再度λ／４板１６ｆを透過してＢ偏光となる。）。そして、偏光変換素子５０によりＡ偏光がカットされるので、撮像素子１８で取得される画像は図１８に示すように偏光ペン１４ｂの位置のみ輝度が低く、座標検知部１９がその画像を二値化処理することによって偏光ペン１４ｂの位置座標が求められる。
【００６０】
この実施の形態に係る画像投影装置４６によれば、保持部１５に偏光フィルム１６ｂ、液晶板１６ｅ、又は偏光素材１６ｈを取り付けてなる偏光ペン１４ｂ用いることにより、精度の高い位置検出を容易に行うことができる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、請求項４、請求項７のいずれかに係る発明によれば、表示画像を投影している最中の所定期間だけ位置検出用画像を投影させ、この位置検出用画像の投影光であって画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を検出することにより、その画像指示手段の位置が検出されるので、画像指示手段に特別な回路やエネルギー源等の発光構造を持たせる必要がない。
【００６２】
また、その位置検出用画像の投影には表示画像を投影させるための画像投影手段を用いることができるので、位置検出のために専用の投光手段（投射装置）を設ける必要もない。
【００６３】
さらに、位置検出用画像を投影する所定期間の長さを適宜調整することによって、精度の高い位置検出と高画質（表示画像のコントラスト低下やちらつきの防止）とを両立させることができる。
【００６４】
請求項２、請求項５、請求項８のいずれかに係る発明によれば、位置検出用画像が画像全体にわたって輝度が一様な均一画像であるので、たとえ表示画像が暗い場合であっても精度の高い位置検出を容易に行うことができる。
【００６５】
請求項３、請求項６、請求項９のいずれかに係る発明によれば、位置検出用画像が所定期間の間に投影画面内を走査するスリット画像であるので、高精度の位置検出を容易に行うことができるとともに、画像指示手段からの光が受光素子により検出されるので、位置検出のための構造を簡単にすることができる。
【００６６】
上記請求項４乃至請求項６のいずれかに係る発明は、画像投影装置に位置検出構造とを一体化することによって装置全体のコンパクト化を可能とし、請求項７乃至請求項９のいずれかに係る発明は、既存の画像投影装置の有効利用を可能にするという効果をも奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る画像投影装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】投影画像の一部を指示するペンを示す説明図である。
【図３】図２のペンの先端に再帰反射板が設けられている例を示す説明図である。
【図４】図１の撮像素子の撮像画像を示す説明図である。
【図５】表示画像中に位置検出用画像を挿入する様子を示す説明図である。
【図６】図１の画像制御部による信号送出タイミングを示す説明図である。
【図７】実施の形態２に係る画像制御装置を既存の画像投影装置に接続した場合の概略構成を示す説明図である。
【図８】実施の形態３に係る画像投影装置の概略構成を示す説明図である。
【図９】位置検出用画像としてのスリット画像であって、（ａ）は水平方向に走査される垂直スリットについての説明図、（ｂ）は垂直方向に走査される水平スリットについての説明図である。
【図１０】図８の画像制御部による信号送出タイミングを示す説明図である。
【図１１】実施の形態４に係る画像投影装置の概略構成を示す説明図である。
【図１２】実施の形態５に係る画像投影装置の概略構成を示す説明図である。
【図１３】図１２のスクリーンが投影光の偏光状態を保ったまま反射させる場合の偏光ペンの構成及び光の反射を示す説明図である。
【図１４】図１２の撮像素子の図１３に対応する撮像画像を示す説明図である。
【図１５】図１２のスクリーンが投影光の偏光状態を保ったまま反射させる場合の偏光ペンの構成及び光の反射の他の例を示す説明図である。
【図１６】図１２の撮像素子の図１５に対応する撮像画像を示す説明図である。
【図１７】図１２のスクリーンが投影光の偏光状態をランダムに乱して反射させる場合の偏光ペンの構成及び光の反射を示す説明図である。
【図１８】図１２の撮像素子の図１７に対応する撮像画像を示す説明図である。
【符号の説明】
１，２８，３７，４６ 画像投影装置
３，２９ 画像制御部（制御手段）
４，２２，３０，３８，４７ 画像投影部（画像投影手段）
５，２７，３１，４８ 座標検出部（位置検出手段）
１４ ペン（画像指示手段）
１８ 撮像素子
２６ 位置検出用画像制御部（制御手段）
３３ 受光素子
３５ スリット画像
３６ スリット画像
Ｉ1 表示画像
Ｉ2 位置検出用画像
Claims (9)
- 表示画像を連続的に投影している最中に投影画面内に画像指示手段が位置した際に、該画像指示手段の位置を検出する画像指示手段の位置検出方法において、
連続的に投影している前記表示画像の間に、位置検出用画像を所定の周期で所定期間の間挿入するようにして投影させ、該位置検出用画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を検出することにより、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする画像指示手段の位置検出方法。 - 前記位置検出用画像は画像全体にわたって輝度が一様な均一画像であり、該均一画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を撮像素子により検出することによって、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の画像指示手段の位置検出方法。
- 前記位置検出用画像は前記所定期間の間に前記投影画面内を走査するスリット画像であり、該スリット画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を受光素子により検出することによって、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の画像指示手段の位置検出方法。
- 入力信号に基づいて表示画像を連続的に投影する画像投影手段と、
該画像投影手段が連続的に投影している前記表示画像の間に、位置検出用画像を所定の周期で所定期間の間挿入するようにして投影させる制御手段と、
投影画面内に画像指示手段が位置した際に、前記位置検出用画像の投影光であってその画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を検出することにより、その画像指示手段の位置を検出する位置検出手段とを備えることを特徴とする画像投影装置。 - 前記位置検出用画像は画像全体にわたって輝度が一様な均一画像であり、
前記位置検出手段は前記均一画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を撮像素子により検出することによって、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする請求項４に記載の画像投影装置。 - 前記位置検出用画像は前記所定期間の間に前記投影画面内を走査するスリット画像であり、
前記位置検出手段は前記スリット画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を受光素子により検出することによって、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする請求項４に記載の画像投影装置。 - 入力信号に基づいて表示画像を連続的に投影する画像投影装置に接続され、
該画像投影装置が連続的に投影している前記表示画像の間に、位置検出用画像を所定の周期で所定期間の間挿入するようにして投影させる制御手段と、
投影画面内に画像指示手段が位置した際に、前記位置検出用画像の投影光であってその画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を検出することにより、その画像指示手段の位置を検出する位置検出手段とを備えることを特徴とする画像制御装置。 - 前記位置検出用画像は画像全体にわたって輝度が一様な均一画像であり、
前記位置検出手段は前記均一画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を撮像素子により検出することによって、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする請求項７に記載の画像制御装置。 - 前記位置検出用画像は前記所定期間の間に前記投影画面内を走査するスリット画像であり、
前記位置検出手段は前記スリット画像の投影光であって前記画像指示手段に反射され又はそれを透過した光を受光素子により検出することによって、その画像指示手段の位置を検出することを特徴とする請求項７に記載の画像制御装置。
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