JP5214223B2 - プロジェクタ - Google Patents

Description

本発明はプロジェクタに関し、特に、レーザ光によって画像を投影するレーザプロジェクタに関する。

レーザ光によって画像を投影するプロジェクタとして、レーザプロジェクタが知られている。レーザプロジェクタなどのような、プロジェクタから離れた位置において画像を投影するプロジェクタを使用する場合には、使用者の位置から画像を投影するスクリーンまで到達する指し棒や、当該スクリーンまでレーザ照射を行うレーザポインタなどを用いることによって、使用者が所望するポイントを指し示していた。また、他の情報機器などから、当該プロジェクタに画像データを入力する場合には、他の情報機器が有するタッチパネルやマウスなどの入力装置を介して、使用者が所望するポイントを指し示していた。この他にも、使用者が所望するポイントに関する情報をプロジェクタに入力するための方法や構成が知られている。

たとえば、特開２０００−３０５７０６号公報（特許文献１）には、デバイスの本体の外側にある入力エリアに一時的に出現する障害物を検出し、データ入力を決定する手段を有するデータ入力装置が開示されている。データ入力装置は、表面の入力エリアに映像を投影する手段を有する。バーチャル・キーボードは、当該装置の正面にまたは当該装置の折り畳み部分に在る表面上に投影される。レーザダイオードと回析オプティックスとを使用して表面上にバーチャル・キーボードの画像が生成され、赤外線送信装置と受信装置を用いて、バーチャル・キーボードの正確なエリア上にあるポインタまたは指の検出が行われる。

また、特開２０００−６６８１８号公報（特許文献２）には、情報処理装置にキー入力を行うためのキーボードターミナルが開示されている。キーボードターミナルは、複数のキーが仮想的に配列された仮想キーボードの各キーに向けてそれぞれ光を出射する第１及び第２の発光部と、第１及び第２の各発光部からの仮想キーの各キーに対応する位置に位置された物体での反射光を受光する受光部と、前記受光部で受光した信号に基づいて指Ｆが前記仮想キーポードのいずれのキーに対応する位置に位置しているかを検出し、かつ検出したキーに対応するキー入力を行うキー検出手段とを備える。仮想キーボードの各キーを押すべく指を移動位置したときに、当該指で反射された第１及び第２の発光部からの光を検出し、その検出した光が前記仮想キーボードのいずれのキーに相当するかを検出することで、仮想キーボードを用いてのキー入力を実現する。

また、特開２００７−１０８５０７号公報（特許文献３）には、プロジェクタ装置から投射される光をハーフミラー等により分光し、この分光された光を使用者がプロジェクタ装置近傍に保持する子スクリーンに投影する手段と、前記子スクリーンに使用者操作を受け付けて使用者の操作入力をプロジェクタ装置を介してＰＣ等に送信する手段とを備えるプロジェクタ装置が開示されている。

また、特開２００６−２９５７７９号公報（特許文献４）には、投射型入力表示デバイス、投射型ディスプレイ表示デバイスと投射型入力表示デバイスで投射され第１の情報が表示される入力表示エリアに出現する障害物を検出する入力決定デバイスを有する第１の筐体と、第１の筐体と開閉可能に接続される第２の筐体とを備える携帯情報機器が開示されている。携帯情報機器は、投射型入力表示デバイスにより投射される第１の情報を表示する入力表示エリアと投射型ディスプレイ表示デバイスで投射された第２の情報を表示するディスプレイ表示エリアを、第１の筐体と第２の筐体との開閉角度により任意の位置に設定できる構成を有するものである。

また、特開２００５−３８４２２号公報（特許文献５）には、プロジェクタからある表面上に、使用者入力表示を投影するコンピュータ・デバイスが開示されている。また、コンピュータ・デバイスのプロジェクタからある表面上に、使用者出力表示が投影される。この使用者入力表示と使用者出力表示は、同一プロジェクタから投影できる。使用者入力表示と使用者出力表示は、別々の面に投影されてもよい。また、ミラー・システムを用いて、単一の投影画像が分割され方向付けが施される。

また、特開平８−７６９２３号公報（特許文献６）には、表示面の表示領域に画像を表示し光源からの光がその表示面を透過するように配される透過型プロジェクタに表示一体型タブレットを用い、これに付属した入力ペン先端の座標位置を検出し、表示領域内に処理領域を設定しこの処理領域内を入力ペンでポインティングできるようにし、また光源からの光の一部を散乱させる散乱シートを前記処理領域の直下に配置し、この散乱シートによって光源からの光が処理領域で散乱されて操作者側位置からは処理領域が目視できるがスクリーン上にはその処理領域が表示されなくする投射表示装置が開示されている。

また、特開平８−３２８６９５号公報（特許文献７）には、表示切り替えキーによりディスプレイ画面表示と、投影表示の切り替えや同時表示を可能とした投影表示機能付き電子機器が開示されている。表示部を取外すことにより、表示部が邪魔とならず投影表示を表示することができる。
特開２０００−３０５７０６号公報 特開２０００−６６８１８号公報 特開２００７−１０８５０７号公報 特開２００６−２９５７７９号公報 特開２００５−３８４２２号公報 特開平８−７６９２３号公報 特開平８−３２８６９５号公報

しかしながら、上記の従来技術においては、使用者が所望するポイントを指し示すために、プロジェクタに複雑で高価なバーチャルタッチセンサを設けるか、プロジェクタとは別に他の装置すなわちレーザポインタや他の情報機器を準備する必要があった。

本発明は前記問題点を解決するためになされたものであって、本発明の主たる目的は、簡易なバーチャルタッチセンサを備えるプロジェクタを提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明のある局面に従うプロジェクタは、入力される画像信号に応じてレーザ光を供給するレーザ光源と、レーザ光を走査する走査部と、走査されたレーザ光を第１の方向と第２の方向とに分割して出力するビームスプリッタと、外部障害物にて反射された第１の方向に投影された第１のレーザ光の反射光を受光する受光センサと、受光した反射光に基づいて、外部障害物の位置情報を算出する算出手段と、算出された位置情報に基づき、レーザ光源と走査部とを介して、第２の方向に投影された第２のレーザ光にて表わされる第２の画像中の外部障害物の位置に対応する位置にポインタを表示させる表示制御手段とを備える。

この発明の別の局面に従うプロジェクタは、入力される画像信号に応じてレーザ光を供給するレーザ光源と、レーザ光を走査する走査部と、走査されたレーザ光を第１の方向と第２の方向とに分割して出力するビームスプリッタと、外部障害物にて反射された第１の方向に投影された第１のレーザ光の反射光を受光する受光センサと、受光した反射光に基づいて、外部障害物の位置情報と、当該位置の経時変化情報とを算出する算出手段と、算出された位置情報と、経時変化情報とに基づいて、プロジェクタへの入力命令を生成する生成手段とを備える。

好ましくは、画像信号は、第１の画像信号と、第２の画像信号とを含み、ビームスプリッタは、走査されたレーザ光の光路の一部に配置されて、第１の画像信号に対応するレーザ光のみを第１の方向と第２の方向とに分割して出力する。

好ましくは、画像信号は、垂直同期信号を含み、受光センサは、受光される反射光の水平方向および垂直方向における受光位置を取得し、算出手段は、反射光の水平方向および垂直方向における受光位置と、反射光に対応する第１のレーザ光の垂直同期信号とに基づいて、位置情報を算出する。

好ましくは、画像信号は、垂直同期信号と水平同期信号を含み、受光センサは、受光される反射光の垂直方向における受光高さを取得し、算出手段は、反射光の垂直方向における受光高さと、反射光に対応する第１のレーザ光の垂直同期信号と水平同期信号とに基づいて、位置情報を算出する。

以上のように、この発明によれば、簡易なバーチャルタッチセンサを備えるプロジェクタが実現できる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

［使用態様］
図１を参照して、本発明に係るプロジェクタの使用態様について説明する。図１は、プロジェクタの一態様であるレーザプロジェクタ１００の設置された状態を表わす図である。プロジェクタ１００は、たとえば携帯可能な大きさのモバイル型のプロジェクタであってもよいし、据付型のプロジェクタであってもよい。

プロジェクタ１００は、たとえばテーブル１２０上に配置されて使用される。プロジェクタ１００は、スクリーン１３０（たとえば垂直な壁など）に向けてプレゼンテーション用（表示用）の画像１３２Ａを投影している。また、プロジェクタ１００は、テーブル１２０の上面に対して、プロジェクタ１００の使用者が参照できるように、プレゼンテーション用の画像１３２Ａと同様の使用者が参照するための（入力用の）画像１２２Ａを投影している。画像１２２Ａの大きさは、通常は、画像１３２Ａの大きさよりも小さい。

そして、本実施の形態に係るプロジェクタ１００は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサ１１０、あるいは集光レンズ（自由曲面レンズ１１１）および１次元ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）アレイセンサ１１２を備える。より詳細には、本実施の形態に係るプロジェクタは、使用者が参照するための（入力用の）画像１２２Ａには、使用者が画像などの編集を行うための画像１２２Ｆも含まれている。

［ハードウェア構成］
次に、図２を参照して、プロジェクタ２００の一例であるプロジェクタ１００の具体的な構成について説明する。図２は、レーザプロジェクタ１００のハードウェア構成を表わすブロック図である。

プロジェクタ１００は、フロントエンド用ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）３１０と、デジタル信号プロセッサ３２０と、操作パネル３３０と、バックエンドブロック３４０と、ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）３４４と、ビデオＲＡＭ３４５と、３波長レーザ光源３５０と、を含む。

フロントエンド用ＦＰＧＡ３１０は、データ／階調変換器３１４と、タイミングコントローラ３１１と、データコントローラ３１２と、ビットデータ変換器３１３とを含む。デジタル信号プロセッサ３２０は、ミラーサーボブロック３２１と、変換器３２２とを含む。

３波長レーザ光源３５０は、レーザ制御回路３５１，３５２，３５３と、緑色のＬＤ（Laser Diode）３６１と、赤青ＬＤ３６２と、偏光ビームスプリッタ３６３と、検出器３７０と、ガルバノミラー３７２と、アクチュエータ３７３とを含む光学系である。本実施の形態に係る赤青ＬＤ３６２は、赤色のＬＤと青色のＬＤとが一体として構成されているが、別個に構成されているものでもよい。

操作パネル３３０は、プロジェクタ１００の筐体の表面あるいは側面に設けられる。操作パネル３３０は、たとえば、操作内容を表示するディスプレイ装置（図示しない）と、プロジェクタ１００に対する操作入力を受け付けるスイッチ（たとえばプラス・マイナスボタン）とを含む。操作パネル３３０は、操作を受け付けると、当該操作に応じた信号をバックエンドブロック３４０のＣＰＵ３４１に送出する。

プロジェクタ１００の外部から与えられた画像信号は、ビデオインターフェイス３４２に入力される。また、ある局面において、プロジェクタ１００は、外部インターフェイス３４３を備える。外部インターフェイス３４３は、たとえばＳＤカード３８０の装着を受け付ける。外部インターフェイス３４３は、ＳＤカード３８０からデータを読み出し、そのデータは、ＳＤＲＡＭ３４４あるいはビデオＲＡＭ３４５に格納される。

ＣＰＵ３４１は、操作パネル３３０に対して与えられた操作入力に基づいて、ビデオインターフェイス３４２、外部インターフェイス３４３を介してプロジェクタ１００に入力された信号に基づく映像の投影を制御する。より詳しくは、ＣＰＵ３４１は、フロントエンド用ＦＰＧＡ３１０のタイミングコントローラ３１１と相互に通信することにより、ビデオＲＡＭ３４５に一時的に保持されている画像データに基づく映像の表示を制御する。

フロントエンド用ＦＰＧＡ３１０において、タイミングコントローラ３１１は、ＣＰＵ３４１から送られる指令に基づいてデータコントローラ３１２を介してビデオＲＡＭ３４５に保持されているデータを読み出す。データコントローラ３１２は、その読み出したデータをビットデータ変換器３１３に送出する。ビットデータ変換器３１３は、タイミングコントローラ３１１からの命令に基づいて、そのデータをデータ／階調変換器３１４に送出する。ビットデータ変換器３１３は、外部から与えられた画像データを、レーザ発光によって投影するための形式に適合したデータに変換する。

データ／階調変換器３１４は、ビットデータ変換器３１３から出力されたデータを、Ｇ（green）、Ｒ（Red）、Ｂ（Blue）の３色として表示するための色の階調に変換し、変換後のデータを、レーザ制御回路３５１，３５２，３５３にそれぞれ送出する。

一方、タイミングコントローラ３１１は、デジタル信号プロセッサ３２０との間で二軸ガルバノミラー３７２の駆動を制御する。より具体的には、タイミングコントローラ３１１は、ミラーサーボブロック３２１に命令を送出して、アクチュエータ３７３を駆動する。アクチュエータ３７３は、その命令に従って、二軸ガルバノミラー３７２の位置および傾きを変更する。すなわち、タイミングコントローラ３１１は、ミラーサーボブロック３２１を介してアクチュエータ３７３に信号を送り、当該信号に基づいてアクチュエータ３７３がガルバノミラー３７２の方向を変更することによって、３波長レーザ光源３５０は３波長レーザ光を走査する。

また、変換器３２２は、タイミングコントローラ３１１から送られる信号に基づいて、ＣＣＤセンサ１１０（もしくは１次元ＣＭＯＳアレイセンサ１１２）から送られる信号をＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換し、変換後のデジタルデータをＣＰＵ３４１に送出する。たとえば、ＣＣＤセンサ１１０がその撮影可能な範囲にある被写体を撮影すると、その被写体の画像信号は、ＣＰＵ３４１に送られる。ＣＰＵ３４１は、ＣＣＤセンサ１１０によって撮影された画像を表示する設定が有効である場合には、そのデータに基づく画像を表示するようにタイミングコントローラ３１１に命令を送信する。

また、変換器３２２は、ミラーサーボブロック３２１から送られる信号を、ＣＰＵ３４１に伝送する。たとえば、変換器３２２は、アクチュエータ３７３に対して与えられている命令と、アクチュエータ３７３の状態とを含む信号を生成し、その信号をＣＰＵ３４１に送出する。

レーザ制御回路３５１は、データ／階調変換器３１４から送られる信号に基づいて緑ＬＤ３６１の駆動を制御する。同様に、レーザ制御回路３５２，３５３は、データ／階調変換器３１４から送られる命令に従って、赤ＬＤと青ＬＤとのそれぞれを制御する。緑ＬＤ３６１、赤青ＬＤ３６２は、それぞれ当該制御に応じてレーザ光を発する。

偏光ビームスプリッタ３６３は、緑ＬＤ３６１から発せられるレーザ光の光路上に配置されている。偏光ビームスプリッタ３６３は、緑ＬＤ３６１を透過する。また、偏光ビームスプリッタ３６３は、赤青ＬＤ３６２を一部透過し、一部反射する。検出器３７０は、赤青ＬＤ３６２から発せられる各レーザ光の光路上に配置されている。偏光ビームスプリッタ３６３を透過した各レーザ光は、レンズ３７１を介して一定範囲に集められ、二軸ガルバノミラー３７２によって反射される。その反射光は、プロジェクタ１００の外部に投影される。このとき、二軸ガルバノミラー３７２がアクチュエータ３７３の駆動によってその傾きを変更することによって、当該反射光が走査されながら３波長レーザ光源３５０から外部へ照射される。

図３を参照して、ガルバノミラー３７２にて反射された後の３波長レーザ光の光学系について説明する。図３は、ガルバノミラー３７２にて反射された後の３波長レーザ光の光学系を示すイメージ図である。３波長レーザ光源３５０のガルバノミラー３７２によって、走査されながら照射された３波長レーザ光は、コリメートレンズ３８１を通過して平行光となる。その後、３波長レーザ光は、空間光変調器３８２にて変調されて、ビームスプリッタ３８３へと照射される。

ビームスプリッタ３８３は、３波長レーザ光の光路上の一部に配置されている。これによって、３波長レーザ光のうちビームスプリッタ３８３に照射されたレーザのみが、ビームスプリッタ３８３にて反射（屈折）してスクリーン１３０方向へ投影される。３波長レーザ光のうちビームスプリッタ３８３が配置されていない光路上を通過するレーザは、ビームスプリッタ３８３にて反射（屈折）せずにテーブル１２０方向へ投影される。

つまり、ビームスプリッタ３８３は、空間光変調器３８２を透過したレーザの一部分のみを反射させることによって分割するように配置されている。当該レーザの一部分が、プレゼンテーション用の画像１３２Ａを表示するためのレーザである。換言すれば、ＣＰＵ３４１は、プレゼンテーション用の画像１３２Ａとしてスクリーン１３０に照射したい領域のみがビームスプリッタ３８３にて反射されるように、フロントエンド用ＦＰＧＡ３１０や３波長レーザ光源３５０などを制御する。

そして、ビームスプリッタ３８３のスクリーン１３０方向の下流側には、３波長レーザ光を拡散してスクリーン１３０に照射するための拡大レンズ３８４が配置されている。一方、ビームスプリッタ３８３のテーブル１２０方向の下流側にも、３波長レーザ光を拡散してテーブル１２０に照射するための拡大レンズ３８５が配置されている。これによって、ビームスプリッタ３８２にて反射されることによって分割された、３波長レーザ光源３５０からのレーザの一部分が、拡大レンズ３８４を通過する。そして、３波長レーザ光源３５０からのレーザの一部分が、プロジェクタ１００からスクリーン１３０へと射出される。

一方、ビームスプリッタ３８３を透過した３波長レーザ光は、ビームスプリッタ３８３を透過しなかった３波長レーザ光とともに、拡大レンズ３８５を通過して、図示しないミラーやレンズ（たとえば、図５および図７におけるレンズ３８６）を介してテーブル１２０などに照射される。ビームスプリッタ３８３を透過した３波長レーザ光と、ビームスプリッタ３８３を透過しなかった３波長レーザ光とは、使用者が参照するための画像１２２Ａを表示するものである。そして、ビームスプリッタ３８３を透過した３波長レーザ光は、スクリーン１３０に投影される画像１３２Ａと同様の画像を表示するものである。

一方、ビームスプリッタ３８３を透過しなかった３波長レーザ光は、スクリーン１３０に投影されるプレゼンテーション用の画像１３２Ａには表れない画像を表示するものであって、使用者が画像などの編集を行うための専用画像１２２Ｆを表示するものとなる。使用者が参照するための専用画像１２２Ｆには、たとえば現在投影中の画像１３２Ａに対応するコメントなどを入れておくことが可能である。これによって、画像１３２Ａの表示中に使用者のみが専用画像１２２Ｆを参照することが可能になる。つまり、使用者が、画像１３２Ａの表示中に話すべきコメントなどを覚えていなくても、スムーズにプレゼンテーションを進めることが可能になる。

［機能構成］
図４を参照して、本発明に係るプロジェクタ２００の機能構成について説明する。図４は、プロジェクタ２００が備える機能の構成を表わすブロック図である。プロジェクタ２００は、レーザ光源（３６１，３６２）と、走査部（３７２）と、ビームスプリッタ３８３と、受光センサ（１１０，１１２）と、算出部（３４１−１）と、表示制御部（３４１−２）と、生成部（３４１−３）とを含む。

レーザ光源は、たとえば、緑色ＬＤ３６１と、赤青ＬＤ３６２と、から実現されるものであって、ＣＰＵ３４１に入力される画像信号に応じてレーザ光を供給する。

走査部は、たとえば、ガルバノミラー３７２によって実現されるものであって、３波長レーザ光を走査してスクリーンへと照射する。

ビームスプリッタ３８３は、走査されたレーザ光を第１の方向と第２の方向とに分割して出力する。詳しくは、ビームスプリッタ３８３は走査されたレーザ光の光路の一部に配置されて、前記第１の画像信号に対応するレーザ光のみを前記第１の方向と第２の方向とに分割して出力する。

受光センサは、ＣＣＤセンサ１１０や１次元ＣＭＯＳアレイセンサ１１２によって実現されるものであって、第１の方向に投影された第１のレーザ光Ａのうち外部障害物１０にて反射された反射光Ｂを受光する。詳しくは、受光センサは、たとえばＣＣＤセンサ１１０によって実現されて、受光される反射光Ｂの水平方向および垂直方向における受光位置（受光方向）を取得する。もしくは、受光センサは、たとえば１次元ＣＭＯＳアレイセンサ１１２によって実現されて、受光される反射光Ｂの垂直方向における受光高さ（受光方向の垂直成分）を取得する。

算出部３４１−１や表示制御部３４１−２や生成部３４１−３は、たとえばＣＰＵ３４１によってＳＤＲＡＭ３４４に記憶されている制御プログラムが読み出されて、ＣＰＵ３４１によって当該プログラムが実行されることによって実現されるものである。

算出部３４１−１は、受光センサにて受光した反射光Ｂに基づいて、外部障害物１０の位置情報を算出する。また、算出部３４１−１は、受光した反射光Ｂに基づいて、外部障害物１０の位置情報と、当該位置の経時変化情報とを算出する。詳しくは、算出部３４１−１は、反射光Ｂの入射方向（入射ベクトル）と３波長レーザ光Ａの出射方向（出射ベクトル）とから、当該方向（ベクトル）が交わる位置を算出し、当該位置に外部障害物１０が存在することを把握する。そして、算出部３４１−１は、外部障害物１０の最下端位置を算出して、当該最下端位置の時間的な変化（たとえば最下端位置の移動方向など）を把握する。

より詳しくは、算出部３４１−１は、ＣＣＤセンサ１１０から送られる反射光Ｂの水平方向および垂直方向における受光位置（受光方向）と、反射光Ｂに対応する第１のレーザ光の垂直同期信号とに基づいて、外部障害物１０の位置情報を算出する。つまり、算出部３４１−１は、垂直同期信号を取得することによって出射光Ａの高さを確定することができるので、反射光Ｂの経路（ベクトル）中の当該高さに該当する位置を、外部障害物１０の表面として認識することができる。

もしくは、算出部３４１−１は、１次元ＣＭＯＳアレイセンサ１１２から送られる反射光Ｂの垂直方向における受光高さ（受光方向の垂直成分）と、反射光Ｂに対応する第１のレーザ光の垂直同期信号と水平同期信号とに基づいて、外部障害物１０の位置情報を算出する。つまり、算出部３４１−１は、垂直同期信号と水平同期信号とを取得することによて、出射光Ａの方向を確定することができるので、出射光Ａの経路（ベクトル）中の反射光Ｂの受光高さ（受光方向の垂直成分）に該当する位置を、外部障害物１０の表面として認識することができる。

表示制御部３４１−２は、算出された位置情報に基づき、レーザ光源と走査部とを介して、第２の方向に投影された第２のレーザ光にて表わされる第２の画像中の外部障害物１０の位置に対応する位置にポインタを表示させる。

生成部３４１−３は、算出された外部障害物１０の（最下端の）位置情報と、外部障害物１０の（最下端の）位置の経時変化情報とに基づいて、プロジェクタ（ＣＰＵ３４２）への入力命令を生成する。たとえば、生成部３４１−３は、算出部３４１−１が算出した位置情報から、外部障害物１０がテーブル１２０に照射されている専用画像１２２Ｆの一部に接触した後、外部障害物１０が持ち上げられたことを認識する。そして、生成部３４１−１は、当該認識結果に基づいて、外部障害物１０の当該動作に対応するコマンドを生成して、当該コマンドを他のアプリケーションなどに渡す。

［位置特定方法］
以下では、図２を参照しながら、本実施の形態に係るプロジェクタ１００による障害物の位置特定処理について詳細に説明する。３波長レーザ光源３５０から照射されたレーザ光は、レーザ光自体が一画素分に相当するものである。アクチュエータ３７３とガルバノミラー３７２とが、当該レーザ光を水平方向および垂直方向へと高速にスキャニングすることによって（画面を走査することによって）、スクリーン１３０上およびテーブル１２０上に画像を形成している。

そして、プロジェクタ１００の下部の後面には、ＣＣＤセンサ１１０が設けられている。当該ＣＣＤセンサ１１０は、受光した反射光Ｂに基づいて受光素子にて生成される信号を変換器３２２へと出力し、変換器３２２は当該信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号をＣＰＵ３４１へと出力する。これによって、プロジェクタ１００は、使用者側の画像１２２Ａ上に進入してきた外部障害物１０、より詳細には、画像１２２Ａを形成するための３波長レーザ光Ａ（第１のレーザ光）の光路上に進入してきた外部障害物１０を検知することが可能になる。

図５は、プロジェクタ１００から照射されるレーザ光ＡやＣＣＤセンサ１１０にて受光される反射光Ｂを示すイメージ図である。図６は、ＣＣＤセンサ１１０にて受光される反射光Ｂの受光画素を示すイメージ図である。図５および図６に示すように、たとえば、反射光Ｂを受光画素１ａから受光画素１ｚにて受光したとする。このとき、ＣＣＤセンサ１１０が、スクリーン１３０に投影された画像１３２Ａを形成するための３波長レーザ光と同期したセンシングを行うことによって、受光画素１ａにて受光した反射光Ｂに対する３波長レーザ光Ａが画像１２２Ａのどの位置に対応するレーザ光であるのかを認識することができる。

このようにして、ＣＰＵ３４１は、ＣＣＤセンサ１１０にて得られた反射光Ｂの受光位置（入射方向）と、当該反射光Ｂに対応する３波長レーザ光Ａの照射方向とから、３波長レーザ光Ａと反射光Ｂとの交点の３次元の位置情報を算出することができる。これによって、外部障害物１０の最下点の、基準面（たとえばテーブル１２０）からの高さを算出することも可能である。そして、使用者が保持している外部障害物１０が表示されている画像１２２Ａにタッチしたのか、外部障害物１０のペン先が空中に位置するのかを把握することも可能である。

ＣＰＵ３４１が３波長レーザ光Ａの水平同期信号も取得することができる場合には、外部障害物１０の水平方向の位置も算出することができるため、ＣＣＤセンサ１１０は、１次元ＣＭＯＳアレイセンサ１１２であってもよい。以下では、ＣＰＵ３４１が水平同期信号を取得することによって、１次元ＣＭＯＳアレイセンサ１１２から得られる信号に基づいて外部障害物１０の位置と動き（経時変化）を算出する構成について説明する。

図７は、外部障害物が無い状態の入力インターフェイス部分としてのバーチャルタッチパネルの光学系外略図である。図７に示すように、レーザプロジェクタ１００から操作者側のスクリーンには、プレゼンテーション用スクリーンと同様に、ｘ方向及びｙ方向に３波長レーザ光Ａが走査されて、一画像１２２Ａが生成される。また、その操作者用のスクリーンに照射された各ピクセルは自由曲面レンズ１１１を介して、１次元ＣＭＯＳアレイセンサ１１２によって受光される。

図８は、外部障害物が無い状態の１次元ＣＭＯＳアレイセンサ１１２で受けた検出光のタイムシーケンスを示すイメージ図である。図８に示すように、ｘ方向と（ｙ＋ｚ）方向とで張られる面の一つが、水平方向（ｘ軸方向）に一ライン走査した場合に取得されるデータを示している。このデータを順次読み込むことで、図８に示すように、ＣＰＵ３４１は１次元ＣＭＯＳアレイセンサ１１２を介して１フレーム分の画像データを取得する。図８においては、ドット表示された領域が、反射光Ｂがスクリーン像の検出データとして得られる範囲であって、当該１フレーム分の画像データが順次ｙ方向のデータとして一ライン分ずつ得られる。

図９は、外部障害物が基準面に位置した状態における入力インターフェイス部分としてのバーチャルタッチパネルの光学系外略図である。すなわち、図９は、外部障害物１０（ここでは棒状のペンなどとする。）を３波長レーザ光Ａの投影光路上に挿入し、かつ外部障害物１０が底面にタッチしている場合を示している。図９に示すように、外部障害物１０によって、投影された像の一部分が、外部障害物１０上で反射し、自由曲面レンズ１１１を介して１次元ＣＭＯＳアレイセンサ１１２で受光される。この場合、１次元ＣＭＯＳアレイセンサ１１２で受光されるイメージを示したのが図１０となる。

図１０は、外部障害物が基準面に位置した状態の１次元ＣＭＯＳアレイセンサで受けた検出光のタイムシーケンスを示すイメージ図である。図１０に示したように、ｙ信号のスキャンがまだはじめ（図９における画像１２２Ａの左側の部分）のときは、障害物１０にレーザ光Ａがあたり、１次元ＣＭＯＳアレイセンサ１１２上では実際の位置（基準面すなわちテーブル１２０にて反射した場合）より上で受光されることとなる。そして順次ｙ方向へとスキャンが進み、スキャン動作が棒（外部障害物１０）の先端部分まで達したときに、障害物１０のない場合と同じ位置で反射光Ｂが検出されることとなる。それ以降は、障害物１０の影響をうけずに反射光Ｂが検出されるため、図７および図８における状態と同様の反射位置にて順次受光していく。

以上の構成により、外部障害物１０がない場合の反射光Ｂの検出位置とを比較することで、外部障害物１０がタッチした画像１２２Ａ上のＸＹ座標を得ることができる。

図１１は、外部障害物１０が持ち上げられた状態の入力インターフェイス部分としてのバーチャルタッチパネルの光学系外略図である。すなわち、図１１は、外部障害物１０を投影された３波長レーザ光Ａの光路上に挿入し、かつ外部障害物１０は基準面（テーブル１２０）にタッチしておらず、宙に浮いている場合を示している。この場合、１次元ＣＭＯＳアレイセンサ１１２にてどのように受光されたかを示したものが図１２となる。

図１２は、外部障害物が持ち上げられた状態の１次元ＣＭＯＳアレイセンサで受けた検出光のタイムシーケンスを示すイメージ図である。図１２に示したように、図１０と同様に、ｙ信号のスキャンがまだスタート地点のときは、障害物１０にレーザ光Ａがあたり、１次元ＣＭＯＳアレイセンサ１１２上では実際の位置（基準面すなわちテーブル１２０にて反射した場合）より上で受光されることとなる。しかし、この場合には、障害物１０が画像１２２Ａが表示されているテーブルから宙に浮いているために、障害物１０がある場合の反射光Ｂの検出位置と、障害物１０のない場合の反射光Ｂの検出位置との差異が、連続的に減少してあるｙ座標の位置で一致するようになるのではない。

つまり、あるｙ座標を有する位置において、反射光Ｂの検出位置は複数の画素を飛ばして、障害物１０のない場合の検出位置に一致するようになる。すなわち、図１０に示したように、障害物１０がある場合の反射光Ｂの検出位置と、障害物１０のない場合の反射光Ｂの検出位置との差異を順にトレースしていくとリニアに変化するのではなく、障害物１０の先端位置において非線形になる（傾きが変化する）こととなる。以上のことから、このようなｙ軸の位置を検出した場合は、外部障害物１０が画像１２２Ａの投影箇所にタッチしていないことを認識することができる。

以上のように、スキャンする水平同期、垂直同期のタイミングをみながら、センサで取得する反射光Ｂの像を外部障害物１０のない初期の場合と、現状とで比較していくことで、障害物１０があるのか、また障害物１０が投影面にタッチしているのかを認識することができる。

［経時変化情報取得処理］
図１３は、上記のようにして認識した外部障害物１０の位置に基づいて、当該外部障害物１０の位置の経時変化情報取得処理の処理手順を示すフローチャートである。

ＣＰＵ３４１は、常にＣＣＤセンサ１１０（１次元ＣＭＯＳアレイセンサ１１２）から変換器３２２を介して反射光Ｂのスキャニング結果を取得している。そして、１フレーム分のスキャンが終了する毎に、すなわち１フレーム分の画像１２２Ａ，１３２Ａの投影が完了する毎に（ステップ１０１にてＹＥＳの場合、以下ステップをＳと略す。）、ＣＰＵ３４１は外部障害物１０の最下点の位置情報を算出する（Ｓ１０２）。

そして、当該最下点が基準面（たとえばテーブル１２０面）に達しているか否かを判断する（Ｓ１０３）。達している場合（Ｓ１０３にてＹＥＳの場合）、水平位置を算出する（Ｓ１０４）。ＣＰＵ３４１は、当該水平位置を起動中のアプリケーションに渡し（Ｓ１０５）、当該フレームについての処理を終了する。達していない場合（Ｓ１０３にてＮＯの場合）、前フレームのスキャン時に最下点に達していたか否かの情報を記憶部（たとえばＳＤＲＡＭ３４４）から読み出して、前フレームのスキャン時に最下点に達していたか否かの判断を行う（Ｓ１０６）。

前フレームのスキャン時に最下点に達していた場合（Ｓ１０６にてＹＥＳの場合）、ＣＰＵ３４１は外部障害物１０によってタッチ操作が入力されたものと判断し、当該タッチ操作に対する命令を生成して起動中のアプリケーションに渡して（Ｓ１０７）、当該フレームについての処理を終了する。一方、前フレームのスキャン時に最下点に達していない場合（Ｓ１０６にてＮＯの場合）、当該フレームについての処理を終了する。

［アプリケーションへの利用態様］
以下では、ＣＰＵ３４１が算出した外部障害物１０の位置情報および位置の経時変化情報を、他のアプリケーションにおいて利用する方法について説明する。図１４はビームをプリズムにより分割して、スリットを設ける事で操作者画面（専用画像１２２Ｆ）のみに操作用の画面を出力させた場合の具体的な設置例を示しており、たとえば画像編集アプリケーションの画面が表示されている状態を示すイメージ図である。図１４に示すように、操作者側のスクリーン（テーブル１２０）には、プレゼンテーション用の投影画面（画像１３２Ｂ）と同等の画像１２２Ｆが投影され、かつその下部分には、いくつかの機能をもったアイコン（専用画像１２２Ｆ）が表示されているものとする。

図１４は、外部障害物１０によって画像１２２Ａ（１２２Ｆ）の丸印のアイコンをタッチしたときの機能を示すイメージ図である。画像１２２Ｂの位置ｓ１のように、障害物１０によって画像１２２Ｂの基準面（テーブル１２０）をタッチすることで、プロジェクタ１００がタッチ動作を認識して、画像編集アプリケーションがマーカーモードとなる。次に、画像１２２Ｂの位置ｓ２からｓ３にかけてスクリーン上をなぞることで、図にしめすように、プレゼンテーション用スクリーンでは、特定のマーク（ここでは赤いサークル）が、操作者側のスクリーンのｓ２からｓ３の位置とおなじ位置の間を移動することとなる。なお、ここでは例として示さなかったが、マーカーモードで別途、マークの種類をアイコンで用意し選択することで、プレゼンスクリーン上のマーカーのデザインを変更することができる。

図１５は、外部障害物１０によって画像１２２Ａのペンのアイコンをタッチしたときの機能を示すイメージ図である。位置ｔ１のように、画像１２２Ａ（１２２Ｆ）のペンのアイコン部分のスクリーン面をタッチすることで、ドローモードとなる。次に、画像１２２Ｃのｔ２からｔ３にかけてスクリーン上をなぞることで、図に示すように、プレゼンテーション用スクリーン１３０（画像１３２Ｃ）では、線画が描かれることとなる。なお、ここでは例として示さなかったが、ドローモードで別途、ペンの色・太さをアイコンで用意し選択することで、プレゼンスクリーン上でいろいろな種類の線画を描くことができる。

図１６は、外部障害物１０によって画像１２２Ａの消しゴムのアイコン（位置ｕ１）をタッチしたときの機能を示すイメージ図である。図１６に示すように、消しゴムのアイコン部分のスクリーン面をタッチすることで、イレースモードとなる。次に操作者側のスクリーンを位置ｕ２から位置ｕ３にかけてジグザグになぞることで、図１６に示すように、プレゼンテーション用のスクリーン１３０に投影される画像１３２Ｄでは、画像データの当該部分を消去することができる。なお、ここでは例として示さなかったが、イレースモードで別途、消しゴムの太さを変更するモードや、ドローモードで描いた線画のみを消すモードに切り替えることができる。

図１７は、外部障害物１０によって画像１２２Ａ（１２２Ｆ）のズームのアイコンをタッチしたときの機能を示すイメージ図である。図１７に示すように、画像１２２Ｅのズームのアイコン部分のスクリーン面をタッチすることで、具体的には外部障害物１０によって画像１２２Ｅの位置ｖ１をタッチすると、画像編集アプリケーションはズームモードに移行する。次に、画像１２２Ｅにおいて、位置ｖ２と位置ｖ３と順にタッチすることで、その２点を対角とした四角形の部分がズームアップされ、プレゼンテーション用のスクリーン１３０に当該ズームアップされた後の画像１３２Ｅが投影される。

また、図１４から図１７に示すように、専用画像１２２Ｆのアイコン列の右端にあるＣｌｅａｒのアイコンをクリックすることで、編集途中のプレゼンテーション用のスクリーン１３０における画像１３２Ａをリセットすることができる。

以上のように、画像１２２Ａのみの画像にアイコン画像（専用画像１２２Ｆ）を含めることにより、リモコン等の入力インターフェイスを使うことなく、プロジェクタ１００のみを用いて投影画面を編集することができる。

［変形例］
以下、本発明の実施の形態の変形例について説明する。図１８は、本実施の形態の変形例を示すプロジェクタ６００の側面斜視図である。図１８に示すように、本変形例に係るプロジェクタ６００は、３波長レーザ光Ａとは別に赤外線によって障害物の位置を特定する点において、前述の実施の形態に係るプロジェクタ１００と異なる。

具体的には、プロジェクタ６００には、赤外線発光部６０１と、ＣＣＤセンサ６０２とを有する。そして、上記のプロジェクタ１００と同様に、プロジェクタ６００は、たとえばプレゼンテーション用のスクリーン１３０に所望の画像を投影し、当該画像をテーブル１２０上にも照射する。使用者は、テーブル１２０の画像１２２Ａにおける、スクリーン１３０上において指し示したい位置に対応する位置に、使用者の指や、使用者が保持するペンを位置させることによって指示したい位置を指示する。

画像が投影されている間、プロジェクタ６００の赤外線発光部６０１は赤外線を発光する。使用者の指やペンが、テーブル１２０の画像１２２Ａに位置しているとき、赤外線が当該指やペンに照射される。そして、当該指やペンにて反射された赤外線が、ＣＣＤセンサ６０２にて受光される。受光された赤外線から得られる情報に基づいて、プロジェクタ６００のＣＰＵは指やペン等の障害物の位置を算出し、たとえばプレゼンテーション用のスクリーン１３０に特定のマーク（ポインタ）を表示する。

また、特定の方法、たとえば、画面上の特定位置をクリックしたり、リモコンによって命令を送信することによって認識モードを切り替えることで、テーブル１２０上に投影されている画像１２２Ａに文字やイラストをバーチャルで書いた場合、プレゼンテーション用の画像１３２Ａにオーバーレイで文字やイラストを表示する。そして、そのような画像は、プロジェクタ６００に装着されたＳＤカードなどのメモリに多重した像として保存され、後で印刷することができるように構成してもよい。

このような構成により、レーザプロジェクタ１００，６００においては、使用者がスクリーン１３０付近に立つ必要がなくなり、スクリーン１３０上にイラストやマーク等を支持することができ、その結果使用者の目にレーザが誤入射することも防止することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明に係るプロジェクタの一態様であるレーザプロジェクタの設置された状態を表わす図である。 レーザプロジェクタのハードウェア構成を表わすブロック図である。 ガルバノミラーにて反射された後の３波長レーザ光の光学系を示すイメージ図である。 プロジェクタが備える機能の構成を表わすブロック図である。 プロジェクタから照射されるレーザ光やＣＣＤセンサにて受光される反射光を示すイメージ図である。 ＣＣＤセンサにて受光される反射光の受光画素を示すイメージ図である。 外部障害物が無い状態の入力インターフェイス部分としてのバーチャルタッチパネルの光学系外略図である。 外部障害物が無い状態の１次元ＣＭＯＳアレイセンサで受けた検出光のタイムシーケンスを示すイメージ図である。 外部障害物が基準面に位置した状態の入力インターフェイス部分としてのバーチャルタッチパネルの光学系外略図である。 外部障害物が基準面に位置した状態の１次元ＣＭＯＳアレイセンサで受けた検出光のタイムシーケンスを示すイメージ図である。 外部障害物が持ち上げられた状態の入力インターフェイス部分としてのバーチャルタッチパネルの光学系外略図である。 外部障害物が持ち上げられた状態の１次元ＣＭＯＳアレイセンサで受けた検出光のタイムシーケンスを示すイメージ図である。 外部障害物の位置の経時変化情報取得処理の処理手順を示すフローチャートである。 外部障害物によって画像の丸印のアイコンをタッチしたときの機能を示すイメージ図である。 外部障害物によって画像のペンのアイコンをタッチしたときの機能を示すイメージ図である。 外部障害物によって画像の消しゴムのアイコンをタッチしたときの機能を示すイメージ図である。 外部障害物によって画像のズームのアイコンをタッチしたときの機能を示すイメージ図である。 本発明の実施の形態の変形例を示すレーザプロジェクタの側面斜視図である。

符号の説明

１０ 外部障害物、１００ レーザプロジェクタ、１１０，６０２ ＣＣＤセンサ、１１２ １次元ＣＭＯＳアレイセンサ、１２０ テーブル、１３０ スクリーン、２００ プロジェクタ、３１１ タイミングコントローラ、３１２ データコントローラ、３１３ ビットデータ変換器、３１４ 階調変換器、３２０ デジタル信号プロセッサ、３２１ ミラーサーボブロック、３２１ ミラーサーボブロック、３２２ 変換器、３３０ 操作パネル、３４０ バックエンドブロック、３４２ ビデオインターフェイス、３４３ 外部インターフェイス、３５０ 波長レーザ光源、３５１，３５２，３５３ レーザ制御回路、３６３ 偏光ビームスプリッタ、３７０ 検出器、３７２ ガルバノミラー、３７３ アクチュエータ、３８１ コリメートレンズ、３８２ 空間光変調器、３８３ ビームスプリッタ、６００ プロジェクタ、６０１ 赤外線発光部。

Claims (4)

1. 入力される画像信号に応じてレーザ光を供給するレーザ光源と、
   前記レーザ光を走査する走査部と、
   外部障害物にて反射された前記レーザ光の反射光を受光する受光センサと、
   受光した前記反射光に基づいて、外部障害物の位置情報を算出する算出手段とを備え、
   前記受光センサは、前記走査部によって走査されたレーザ光の光路とは異なる光路上に配置されており、
   前記走査されたレーザ光を第１の方向と第２の方向とに分割して出力するビームスプリッタをさらに備え、
   前記画像信号は、第１の画像信号と、第２の画像信号とを含み、
   前記ビームスプリッタは、前記走査されたレーザ光の光路の一部に配置されて、前記第１の画像信号に対応するレーザ光のみを前記第１の方向と第２の方向とに分割して出力する、プロジェクタ。
2. プロジェクタであって、
   入力される画像信号に応じてレーザ光を供給するレーザ光源と、
   前記レーザ光を走査する走査部と、
   外部障害物にて反射された前記レーザ光の反射光を受光する受光センサと、
   受光した前記反射光に基づいて、外部障害物の位置情報と、当該位置の経時変化情報とを算出する算出手段と、
   算出された前記位置情報と前記経時変化情報とに基づいて、前記プロジェクタへの入力命令を生成する生成手段と、
   前記走査されたレーザ光を第１の方向と第２の方向とに分割して出力するビームスプリッタとを備え、
   前記画像信号は、第１の画像信号と、第２の画像信号とを含み、
   前記ビームスプリッタは、前記走査されたレーザ光の光路の一部に配置されて、前記第１の画像信号に対応するレーザ光のみを前記第１の方向と第２の方向とに分割して出力する、プロジェクタ。
3. 前記画像信号は、垂直同期信号を含み、
   前記受光センサは、受光される反射光の水平方向および垂直方向における受光位置を取得し、
   前記算出手段は、前記反射光の水平方向および垂直方向における受光位置と、前記反射光に対応する前記レーザ光の垂直同期信号とに基づいて、前記位置情報を算出する、請求項１または２に記載のプロジェクタ。
4. 前記画像信号は、垂直同期信号と水平同期信号を含み、
   前記受光センサは、受光される反射光の垂直方向における受光高さを取得し、
   前記算出手段は、前記反射光の垂直方向における受光高さと、前記反射光に対応する前記レーザ光の垂直同期信号と水平同期信号とに基づいて、前記位置情報を算出する、請求項１または２に記載のプロジェクタ。

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