JP5971053B2 - 位置検出装置及び画像表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ光により画像を投影する画像表示装置、及び、投影画像に対する指示物の位置を検出する装置に関する。
例えばレーザプロジェクタに代表されるように、レーザ光により画像を投影面に投影する画像表示装置が実用されているが、このような画像表示装置において、投影画像中のユーザが指差した位置を検出する技術が知られている。
特許文献１には、赤外線レーザからのビームをプロジェクタモジュールのＭＥＭＳミラーの一部で走査して、反射ミラーで設置面に平行とし、投影画像の所定箇所を指がタッチすると、指で反射された赤外線がビームスプリッタによってフォトダイオードに入射して、測距手段によりＴＯＦ法で指の距離が測定される電子機器が記載されている。
この電子機器では、投影画像の２次元平面内の指の位置を検出している。
この電子機器では、投影画像の２次元平面内の指の位置を検出している。
投影画像をタッチ操作面として用いるユーザインタフェースが開発されており、例えば、パーソナルコンピュータなどのユーザインタフェースに用いることで、投影画像中のアイコンをユーザが指などで指示すると、当該指示点を検出してアイコンが選択されたと認識して所定の処理を実行させるようにする。
しかしながら、投影画像の２次元平面内の指示点を検出することで当該平面内の位置及び移動を検出することは可能であるが、当該平面と垂直な方向での指示点を検出することはできなかった。すなわち、３次元空間における指示点を検出することができず、上記のようなユーザインタフェースに用いた場合、操作指示を認識することができるユーザ操作に限りがあった。
また、例えば、右目用の画像と左目用の画像とを投影して、これを見るユーザが３次元画像と認識する技術が開発されているが、このような３次元画像に対するユーザインタフェースに用いた場合、指示点を高さ方向で検出することができないため、十分なユーザインタフェースとして機能し得るものではない。
本発明は、上記従来の事情に鑑みなされたものであり、投影画像に対する指示物の３次元位置を検出することを目的としている。
本発明に係る位置検出装置は、レーザ光の走査により画像が投影される投影面に対して高さを違えて配置されて、投影画像中の一部を指示する指示物による反射レーザ光を受光する複数の受光部と、前記指示物による反射レーザ光を前記受光部に導くレンズと、前記投影面に対して平行な方向に延在して前記受光部と前記レンズとの間に配置され、前記受光部に導かれる反射レーザ光を前記投影面に対して直角方向で規制するマスキング部と、前記複数の受光部の検出結果に基づいて、前記指示物により指示された投影画像中の３次元位置を判定する判定部と、を備え、前記マスキング部は、その両端部が中央部より前記レンズ側へ近づいた湾曲形状である。
この位置検出装置では、指示棒などの器具やユーザの指などの指示物により投影画像中の一部が指示されると、走査タイミングと受光部による反射レーザ光の受光タイミングとり投影面に対して平行面での指示物の位置を検出できるとともに、これら受光部は投影面に対して高さを違えて配置されているので、判定部は、これら受光部の検出結果に基づいて、投影画像中の指示物により指示された位置を投影面に平行な面内及び投影面に直角な高さ方向で判定することができる。
そして、或る幅を有する投影画像に対して指示物が何処に位置するかによって、レンズにより受光部に導かれる反射レーザ光に収差が生ずる。例えば、レンズに導かれた反射レーザ光の受光部でのスポット径は、指示物が投影画像の中央部に位置した時より端に位置した時の方が大きくなるが、マスキング部が湾曲形状であることにより、投影面に直角な高さ方向での受光部の誤検出が防止される。
そして、或る幅を有する投影画像に対して指示物が何処に位置するかによって、レンズにより受光部に導かれる反射レーザ光に収差が生ずる。例えば、レンズに導かれた反射レーザ光の受光部でのスポット径は、指示物が投影画像の中央部に位置した時より端に位置した時の方が大きくなるが、マスキング部が湾曲形状であることにより、投影面に直角な高さ方向での受光部の誤検出が防止される。
ここに、本発明では、前記マスキング部は、前記レンズから前記受光部に導かれる反射レーザ光のスポット径が一定となる位置を結んだ湾曲形状、または、前記レンズから前記受光部に導かれる反射レーザ光のスポットの点像強度分布のピークが最大となる位置を結んだ湾曲形状であるのが好ましく、このような湾曲形状により、上記反射レーザ光の収差に対して、反射レーザ光を効果的に規制して、受光部の誤検出をより確実に防止することができる。
本発明に係る画像表示装置は、上記の位置検出装置を備えたものである。
すなわち、この画像表示装置は、レーザ光を出力するレーザ光源部と、前記レーザ光源部から出力されたレーザ光を走査して画像を投影面上に投影する走査部と、前記投影面に対して高さを違えて配置されて、投影画像中の一部を指示する指示物による反射レーザ光を受光して当該指示物の投影面に対して平行面での位置を検出する複数の受光部と、前記指示物による反射レーザ光を前記受光部に導くレンズと、前記投影面に対して平行な方向に延在して前記受光部と前記レンズとの間に配置され、前記受光部に導かれる反射レーザ光を前記投影面に対して直角方向で規制するマスキング部と、前記複数の受光部の検出結果に基づいて、前記指示物により指示された投影画像中の３次元位置を判定する判定部と、を備え、前記マスキング部は、その両端部が中央部より前記レンズ側へ近づいた湾曲形状である。
すなわち、この画像表示装置は、レーザ光を出力するレーザ光源部と、前記レーザ光源部から出力されたレーザ光を走査して画像を投影面上に投影する走査部と、前記投影面に対して高さを違えて配置されて、投影画像中の一部を指示する指示物による反射レーザ光を受光して当該指示物の投影面に対して平行面での位置を検出する複数の受光部と、前記指示物による反射レーザ光を前記受光部に導くレンズと、前記投影面に対して平行な方向に延在して前記受光部と前記レンズとの間に配置され、前記受光部に導かれる反射レーザ光を前記投影面に対して直角方向で規制するマスキング部と、前記複数の受光部の検出結果に基づいて、前記指示物により指示された投影画像中の３次元位置を判定する判定部と、を備え、前記マスキング部は、その両端部が中央部より前記レンズ側へ近づいた湾曲形状である。
本発明は３次元画像を投影する画像表示装置に適用することができ、このような画像表示装置は、例えば、右目用の画像と左目用の画像とを投影して、これを見るユーザが３次元画像と認識するようにするなど、公知の種々な技術により実現できる。
また、本発明は、例えばパーソナルコンピュータなどのユーザインタフェースに用いることができ、指示物の３次元位置を検出できることから、種々な所作によるユーザ操作を判定することができ、例えばユーザが指などで投影画像中のアイコンをドラッグ・ドロップ操作したことを複数の受光部の検出結果の組合せにより判定することができる。
また、本発明をユーザインタフェースに用いる場合には、判定部は、複数の受光部の検出結果の組合せにより、高さ方向に幅をもった領域で、投影画像に対する指示物によるユーザ操作を判定するのが好ましく、ユーザによる高さ方向への雑な操作によっても、所定の操作を判定することができる。
また、本発明は、例えばパーソナルコンピュータなどのユーザインタフェースに用いることができ、指示物の３次元位置を検出できることから、種々な所作によるユーザ操作を判定することができ、例えばユーザが指などで投影画像中のアイコンをドラッグ・ドロップ操作したことを複数の受光部の検出結果の組合せにより判定することができる。
また、本発明をユーザインタフェースに用いる場合には、判定部は、複数の受光部の検出結果の組合せにより、高さ方向に幅をもった領域で、投影画像に対する指示物によるユーザ操作を判定するのが好ましく、ユーザによる高さ方向への雑な操作によっても、所定の操作を判定することができる。
本発明では、走査部として、所定の走査を行なってレーザ光により画像を投影できる装置であれば走査ミラーなどの種々なものを用いることができるが、走査ミラーを用いる場合には、小型化、低消費電力化、処理の高速化などで有利なＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)型の走査ミラーを用いるのが好ましい。
また、本発明を構成する判定部などの機能部は、電子部品を用いた回路構成とすることができる他、コンピュータハードウエアとソフトウエアを用いて、ソフトウエアをコンピュータハードウエアが実行することで構成される機能モジュールとして構成することができる。
また、本発明を構成する判定部などの機能部は、電子部品を用いた回路構成とすることができる他、コンピュータハードウエアとソフトウエアを用いて、ソフトウエアをコンピュータハードウエアが実行することで構成される機能モジュールとして構成することができる。
本発明によると、投影画像に対する指示点の３次元位置を検出することができる。
図１には本発明の一実施形態の係るレーザプロジェクタ１を示してあり、このレーザプロジェクタは本発明の一実施形態に係る位置検出装置を内蔵している。
本例のレーザプロジェクタ１は、例えばテーブル１００の上に設置されて、レーザ光の走査により投影される同じ画像を、スクリーンなどの投影面２００に表示用の画像２０１として投影表示し、また、当該テーブルの上面などの投影面１００に操作用の画像１０１として投影表示する。図示の例では、表示用画像２０１を投影する側と反対側に設けたプロジェクタ筐体の窓１ａからレーザを照射して操作用画像１０１を投影する。
本例のレーザプロジェクタ１は、例えばテーブル１００の上に設置されて、レーザ光の走査により投影される同じ画像を、スクリーンなどの投影面２００に表示用の画像２０１として投影表示し、また、当該テーブルの上面などの投影面１００に操作用の画像１０１として投影表示する。図示の例では、表示用画像２０１を投影する側と反対側に設けたプロジェクタ筐体の窓１ａからレーザを照射して操作用画像１０１を投影する。
本例のレーザプロジェクタ１は、表示用の画像２０１をプレゼンテーション用に比較的大きなサイズで投影し、操作用の画像１０１をユーザがタッチ操作するユーザインタフェースとして比較的小さなサイズで投影している。
なお、以下に説明する例では、操作用画像１０１中のアイコンをユーザが指で指示操作することで、表示用画像２０１中のアイコンをユーザが指示操作したとして、例えば、当該アイコンをドラッグ・ドロップ操作により移動させる、別のファイルの画像を投影表示する、などといったような当該アイコンに対する操作に応じた所定の処理を実行する。
なお、以下に説明する例では、操作用画像１０１中のアイコンをユーザが指で指示操作することで、表示用画像２０１中のアイコンをユーザが指示操作したとして、例えば、当該アイコンをドラッグ・ドロップ操作により移動させる、別のファイルの画像を投影表示する、などといったような当該アイコンに対する操作に応じた所定の処理を実行する。
また、本例では、アイコンなどといった操作用画像１０１中の一部を指示する指先を指示物として、後述するような位置検出を行なうが、検出に必要なレーザ光を反射するものであれば、指示棒などの種々なものを用いることができる。なお、指示点をより明確に検出するために、指示物はその他の部分より反射率が高いことが好ましく、例えば、指であれば爪、指示棒であれば先端に設けた鏡面部を検出対象の指示物とするのが好ましい。
図示の例では、プロジェクタ筐体の脚部に高さを違えて設けた２つの窓１ｂ、１ｃを通して、ユーザの指先で反射されたレーザ光がプロジェクタ筐体内に設けられた位置検出装置へ入射する。
図示の例では、プロジェクタ筐体の脚部に高さを違えて設けた２つの窓１ｂ、１ｃを通して、ユーザの指先で反射されたレーザ光がプロジェクタ筐体内に設けられた位置検出装置へ入射する。
このように同じ画像を表示用画像２０１と操作用画像１０１とに同時に表示する画像表示装置（レーザプロジェクタ）、プレゼンテーション以外の種々な用途に利用することができ、例えば、画像表示装置にパーソナルコンピュータのような情報処理機能を備えて、表示用画像２０１をディスプレイ画面とし、操作用画像１０１をユーザ操作の入力部とする利用ができる。
図２には、本例に係るレーザプロジェクタ１の要部の機能構成を示してあり、このレーザプロジェクタ１は、レーザ光源２ａ〜２ｃと、各種の光学素子３〜６と、走査ミラー７と、各種の駆動・制御ユニット８〜１４と、レーザプロジェクタ１の設定などのユーザ操作を入力する操作部１５と、２つの受光器１６及び１７とを主体に構成されている。
レーザプロジェクタ１は、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の各色成分のレーザ光を合成した上で、この合成光を走査ミラー７により走査することで、入力映像信号に応じたカラー画像を表示用画像２０１及び操作用画像１０１として投影する。
なお、入力映像信号は、パーソナルコンピュータやメモリ装置等から入力される静止画像信号や動画像信号である。
レーザプロジェクタ１は、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の各色成分のレーザ光を合成した上で、この合成光を走査ミラー７により走査することで、入力映像信号に応じたカラー画像を表示用画像２０１及び操作用画像１０１として投影する。
なお、入力映像信号は、パーソナルコンピュータやメモリ装置等から入力される静止画像信号や動画像信号である。
それぞれのレーザ光源２ａ〜２ｃは、互いに色成分の異なるレーザ光を出力するレーザダイオード（ＬＤ）であり、レーザドライバ１２から個別に供給される駆動電流によって互いに独立して駆動されて単色成分のレーザ光を出力する。これによって、レーザ光源２ａからは青色成分（Ｂ）、レーザ光源２ｂからは緑色成分（Ｇ）、レーザ光源２ｃからは赤色成分（Ｒ）といったように、特定の波長の単色色成分レーザ光が出射される。
ダイクロイックミラー３、４は、特定波長のレーザ光のみを透過し、それ以外を反射することによって、レーザ光源２ａ〜２ｃから出射された各色成分のレーザ光を合成する。具体的には、レーザ光源２ａ、２ｂから出射された青色成分および緑色成分のレーザ光は、光路上流側のダイクロイックミラー３において合成された上で、光路下流側のダイクロイックミラー４に出射される。この出射された合成光は、ダイクロイックミラー４においてレーザ光源２ｃから出射された赤色成分のレーザ光と更に合成され、目標となる最終的なカラー合成光として出射される。
ダイクロイックミラー３、４で合成されたカラー合成光はレンズ５により集光されて、走査ミラー７に入射される。
ダイクロイックミラー３、４で合成されたカラー合成光はレンズ５により集光されて、走査ミラー７に入射される。
走査ミラー７は、本例では、小型化、低消費電力化、処理の高速化などで有利なＭＥＭＳ型の走査ミラーが用いられている。
走査ミラー７は、走査ミラー制御部９から駆動信号が入力される走査ミラードライバ８によって水平方向（Ｘ）及び垂直方向（Ｙ）で走査変位され、自己に入射したカラー光を自己の振れ角に応じて反射して、当該カラー光による画素スポットｐをスクリーン２００上及びテーブル１００上に水平及び垂直方向へ走査し、表示用画像２０１及び操作用画像１０１を投影表示する。
走査ミラー制御部９とレーザ制御部１１には、映像処理部１０から画像を投影する画素スポットｐの走査位置に係る情報が入力され、走査位置毎のカラー画素が画素スポットｐとして投影される。
走査ミラー７は、走査ミラー制御部９から駆動信号が入力される走査ミラードライバ８によって水平方向（Ｘ）及び垂直方向（Ｙ）で走査変位され、自己に入射したカラー光を自己の振れ角に応じて反射して、当該カラー光による画素スポットｐをスクリーン２００上及びテーブル１００上に水平及び垂直方向へ走査し、表示用画像２０１及び操作用画像１０１を投影表示する。
走査ミラー制御部９とレーザ制御部１１には、映像処理部１０から画像を投影する画素スポットｐの走査位置に係る情報が入力され、走査位置毎のカラー画素が画素スポットｐとして投影される。
これら表示用画像２０１及び操作用画像１０１を投影するカラー合成レーザ光は当該レーザプロジェクタの筐体に設けた窓（操作用画像１０１は窓１ａ、表示用画像２０１も同様な窓）から射出されるが、走査ミラー７からこれら窓に至る光路に光分岐器６が設けられている。
光分岐器６は、走査ミラー７で反射されたカラー合成レーザ光を反射・透過させて分岐し、これら分岐されたカラー合成レーザ光により表示用画像２０１と操作用画像１０１とを投影表示させる。
なお、本例では、光分岐器６としてダイクロイックミラーを用いている。
光分岐器６は、走査ミラー７で反射されたカラー合成レーザ光を反射・透過させて分岐し、これら分岐されたカラー合成レーザ光により表示用画像２０１と操作用画像１０１とを投影表示させる。
なお、本例では、光分岐器６としてダイクロイックミラーを用いている。
映像処理部１０は、入力映像信号に基づいて、所定の時間間隔で映像データをレーザ制御部１１に送信し、これにより、レーザ制御部１１は所定の走査位置における画素情報を得る。
レーザ制御部１１は、表示用画像２０１及び操作用画像１０１を投影するために、画素情報に基づいて投影範囲に画素スポットｐを走査させる駆動電流信号をレーザドライバ１２に出力して、レーザ光源２ａ〜２ｃの発光出力を制御する。
レーザ制御部１１は、表示用画像２０１及び操作用画像１０１を投影するために、画素情報に基づいて投影範囲に画素スポットｐを走査させる駆動電流信号をレーザドライバ１２に出力して、レーザ光源２ａ〜２ｃの発光出力を制御する。
レーザドライバ１２は、上記のレーザ制御部１１による制御に基づいて、各レーザ光源２ａ〜２ｃを駆動して発光させる。
各レーザ光源２ａ〜２ｃは、レーザドライバ１１から発振しきい値電流以上の電流が供給された場合にレーザ光を発光出力し、供給される電流値が大きくなるに従って出力（光量）の大きいレーザ光を出力する。また、各レーザ光源２ａ〜２ｃは、発振しきい値電流未満の電流が供給された場合には、レーザ光の出力を停止する。本例では、各レーザ光源２ａ〜２ｃにはレーザダイオード（ＬＤ）を用いている。
各レーザ光源２ａ〜２ｃは、レーザドライバ１１から発振しきい値電流以上の電流が供給された場合にレーザ光を発光出力し、供給される電流値が大きくなるに従って出力（光量）の大きいレーザ光を出力する。また、各レーザ光源２ａ〜２ｃは、発振しきい値電流未満の電流が供給された場合には、レーザ光の出力を停止する。本例では、各レーザ光源２ａ〜２ｃにはレーザダイオード（ＬＤ）を用いている。
受光器１６、１７は、図１に示した２つの窓１ｃ、１ｂに対応して、テーブル１００の上面（操作用画像１０１）に対して高さを違えて配置されている。
本例では、受光器１６は窓１ｃを通して操作用画像１０１と略同じ高さ或いは若干高い高さに臨んでおり、受光器１７は窓１ｂを通して受光器１６より少し高い高さに臨んでいる。
これら受光器１６、１７は、レーザ光を受光するフォトダイオードなどの受光素子を有しており、後述するように、ユーザの指先で反射されたレーザ光を受光する。
本例では、受光器１６は窓１ｃを通して操作用画像１０１と略同じ高さ或いは若干高い高さに臨んでおり、受光器１７は窓１ｂを通して受光器１６より少し高い高さに臨んでいる。
これら受光器１６、１７は、レーザ光を受光するフォトダイオードなどの受光素子を有しており、後述するように、ユーザの指先で反射されたレーザ光を受光する。
制御部１３は、受光器１６、１７とともに位置検出装置の主体的な構成をなしており、ユーザが操作用画像の一部に対して指先で指示した位置（更には、位置の変化による走査動作）を判定する判定部１４を有している。
制御部１３には、受光器１６、１７から反射レーザ光を受光したことを通知する信号が入力され、また、走査ミラー制御部９とレーザ制御部１１と同様に、映像処理部１０から画像を投影する画素スポットｐの走査位置に係る情報が入力される。
制御部１３には、受光器１６、１７から反射レーザ光を受光したことを通知する信号が入力され、また、走査ミラー制御部９とレーザ制御部１１と同様に、映像処理部１０から画像を投影する画素スポットｐの走査位置に係る情報が入力される。
判定部１４は、制御部１３への入力に基づき、受光器１６、１７が反射レーザ光を受光したタイミングとその時の走査位置とから、操作用画像１０１（テーブル１００）と平行な平面における反射位置を判定する。すなわち、操作用画像１０１と平行な平面におけるユーザの指先の２次元位置を判定する。
また、判定部１４は、いずれの受光器１６、１７が反射レーザ光を受光したに基づいて、後述のように、操作用画像１０１の投影面１００に対して直角方向（すなわち、高さ方向）の反射位置（ユーザの指先の位置）を判定する。
また、判定部１４は、いずれの受光器１６、１７が反射レーザ光を受光したに基づいて、後述のように、操作用画像１０１の投影面１００に対して直角方向（すなわち、高さ方向）の反射位置（ユーザの指先の位置）を判定する。
したがって、上記２次元位置と高さ位置とにより、判定部１４は、操作用画像１０１中のアイコンなど指示したユーザの指先の３次元位置を判定する。
そして、制御部１３は、判定部１４の判定に応じて、例えばアイコンをドラッグ・ドロップ操作で移動させる態様の画像データを映像処理部１０へ入力して、当該態様を表示用画像２０１及び操作用画像１０１に反映させる。
そして、制御部１３は、判定部１４の判定に応じて、例えばアイコンをドラッグ・ドロップ操作で移動させる態様の画像データを映像処理部１０へ入力して、当該態様を表示用画像２０１及び操作用画像１０１に反映させる。
次に、受光器１６、１７の構造について、詳しく説明する。
図３に示すように、ユーザの指先が操作用画像１０１の一部を指示すると、窓１ａから射出される投影用レーザ光（カラー合成レーザ光）は当該指先で反射され、反射レーザ光が窓１ｂ、１ｃに入射する。
ユーザの指先が操作用画像１０１の何処の位置にあっても同様であり、ユーザの指先などといった指示物で乱反射されたレーザ光は、操作用画像１０１の中央部で反射された場合でも、操作用画像１０１の端部で反射された場合でも、同様に窓１ｂ、１ｃに入射する。
図３に示すように、ユーザの指先が操作用画像１０１の一部を指示すると、窓１ａから射出される投影用レーザ光（カラー合成レーザ光）は当該指先で反射され、反射レーザ光が窓１ｂ、１ｃに入射する。
ユーザの指先が操作用画像１０１の何処の位置にあっても同様であり、ユーザの指先などといった指示物で乱反射されたレーザ光は、操作用画像１０１の中央部で反射された場合でも、操作用画像１０１の端部で反射された場合でも、同様に窓１ｂ、１ｃに入射する。
更に、図４に示すように、ユーザの指先が操作用画像１０１の高さ方向（テーブル１００の上面に対して直角方向）の位置にあっても同様であり、同図（ａ）に示すようにテーブル１００の上面に位置する指先で反射されたレーザ光も、同図（ｂ）に示すようにテーブル１００の上面から上方に離れた所に位置する指先で反射されたレーザ光も、同様に窓１ｂ、１ｃに入射する。
但し、同図（ａ）と同図（ｂ）とでは、窓１ｂ、１ｃに入射するレーザ光の角度が指先の高さ位置に応じて異なる。
但し、同図（ａ）と同図（ｂ）とでは、窓１ｂ、１ｃに入射するレーザ光の角度が指先の高さ位置に応じて異なる。
受光器１６、１７は、図５に示すように、レーザプロジェクタ１に内蔵されるケース１８に、窓１ｂ、１ｃに対応して高さを違えて設けられている。
受光器１６は、反射レーザ光の照射を検出する受光素子１６aと、窓１ｃから入射した反射レーザ光を集光して受光素子１６aに導くレンズ１６ｂと、受光素子１６ａとレンズ１６ｂとの間に配置されて受光素子１６aの略下半部を覆う高さをもった板状のマスキング部材１６ｃとを有している。
受光器１７は、受光器１６と同様であり、受光素子１７aと、窓１ｂから入射した反射レーザ光を集光して受光素子１７aに導くレンズ１７ｂと、受光素子１７aの略下半部を覆う高さをもった板状のマスキング部材１７ｃとを有している。
受光器１６は、反射レーザ光の照射を検出する受光素子１６aと、窓１ｃから入射した反射レーザ光を集光して受光素子１６aに導くレンズ１６ｂと、受光素子１６ａとレンズ１６ｂとの間に配置されて受光素子１６aの略下半部を覆う高さをもった板状のマスキング部材１６ｃとを有している。
受光器１７は、受光器１６と同様であり、受光素子１７aと、窓１ｂから入射した反射レーザ光を集光して受光素子１７aに導くレンズ１７ｂと、受光素子１７aの略下半部を覆う高さをもった板状のマスキング部材１７ｃとを有している。
マスキング部材１６ｃと１７ｃは同様な形状であり、操作用画像１０１の幅方向（Ｘ方向）に幅をもった受光素子１６ａ、１７ａに対応して同方向に幅をもっている。
そして、図６〜図８に受光器１６を代表して示すように、マスキング部材１６ｃはその両端部が中央部よりレンズ１６ｂへ近づいた湾曲形状であり、マスキング部材１６ｃは受光素子１６ａへの入射角に応じて反射レーザ光を遮って光素子１６ａに照射されるのを規制する。
そして、図６〜図８に受光器１６を代表して示すように、マスキング部材１６ｃはその両端部が中央部よりレンズ１６ｂへ近づいた湾曲形状であり、マスキング部材１６ｃは受光素子１６ａへの入射角に応じて反射レーザ光を遮って光素子１６ａに照射されるのを規制する。
図８に示すように、テーブル１００の上面（操作用画像１０１）と略同じ高さに位置するユーザの指先Ｆ１１、Ｆ１２で反射されたレーザ光Ｌ１１、Ｌ１２は、レンズ１６ｂで集光されて受光素子１６ａの略上半部にスポットＳ１１、Ｓ１２として照射されるが、これより高い位置（高さｈ）に位置するユーザの指先Ｆ１３、Ｆ１４で反射されたレーザ光Ｌ１３、Ｌ１４は、レンズ１６ｂで集光されて受光素子１６ａの略下半部にスポットＳ１３、Ｓ１４として照射される。
このようにレーザ光を反射する位置が高くなるに応じて受光素子１６ａへの照射位置が下になり、受光素子１６ａの略下半部に向けて照射される反射レーザ光はマスキング部材１６ｃによって遮られる。
このようにレーザ光を反射する位置が高くなるに応じて受光素子１６ａへの照射位置が下になり、受光素子１６ａの略下半部に向けて照射される反射レーザ光はマスキング部材１６ｃによって遮られる。
ここで、図１３（ａ）に示すように、指示位置（反射位置）が画像の中央部Ｐ１にある場合と端Ｐ２にある場合とでは、同図（ｂ）に示すように、レンズで集光されて受光素子（ＰＤ）に照射される光束のスポットは異なる。
これはレンズによる収差として知られるところであり、中央部Ｐ１からのスポットの径より、端Ｐ２からのスポットの径が大きくなる。
これはレンズによる収差として知られるところであり、中央部Ｐ１からのスポットの径より、端Ｐ２からのスポットの径が大きくなる。
レンズ１６ｂによって集光されて受光素子１６ａに照射される反射光についても同様な収差が生じて、例えば、図８に示すスポットＳ１４のようにマスキング部材１６ｃによって遮られるべきものが、収差によってスポット径が拡大して、全てが遮られずに受光素子１６ａで検出される誤検出が懸念させる。
これに対して、本例のマスキング部材１６ｃは、上記のように湾曲した形状であるので、反射レーザ光（光束）のレンズ１６ｂによる集光点、或いは、集光点に近いところで、当該反射レーザ光を遮ることができる。
したがって、収差によってレンズ１６ｂで集光された反射レーザ光のスポット径が誤検出を生じさせる程に大きくなる前、すなわち、スポット径があまり大きくないところで、マスキング部材１６ｃで反射レーザ光を遮ることで、誤検出を防止する。
したがって、収差によってレンズ１６ｂで集光された反射レーザ光のスポット径が誤検出を生じさせる程に大きくなる前、すなわち、スポット径があまり大きくないところで、マスキング部材１６ｃで反射レーザ光を遮ることで、誤検出を防止する。
マスキング部材１６ｃは湾曲形状であれば、スポット径が大きくなる端部の反射レーザ光をスポット径が小さい内に遮ることができる。したがって、マスキング部材１６ｃは、その両端部が中央部よりレンズ１６ｂ側へ近づいた形状であれば、種々な湾曲形状を採用することができる。
なお、マスキング部材１６ｃの湾曲形状として好ましい形状は、レンズ１６ｂと受光素子１６ａとの間で、中央から端までの反射レーザ光のスポット径が一定となる位置を結んだ湾曲形状であり、これにより、一定の幅（縁部の高さ）のマスキング部材１６ｃによって反射レーザ光を遮ることができる。
また、マスキング部材１６ｃの湾曲形状として好ましい他の形状は、図７に示すように、レンズ１６ｂと受光素子１６ａとの間で、反射レーザ光のスポットの点像強度分布のピークが最大となる位置（すなわち、レンズ１６ｂによる集光点）を結んだ湾曲形状であり、中央から端までの反射レーザ光をそれらのスポット径が最小なところでマスキング部材１６ｃによって遮ることができる。
また、マスキング部材１６ｃの湾曲形状として好ましい他の形状は、図７に示すように、レンズ１６ｂと受光素子１６ａとの間で、反射レーザ光のスポットの点像強度分布のピークが最大となる位置（すなわち、レンズ１６ｂによる集光点）を結んだ湾曲形状であり、中央から端までの反射レーザ光をそれらのスポット径が最小なところでマスキング部材１６ｃによって遮ることができる。
受光器１７についても同様であり、そのマスキング部材１７ｃはマスキング部材１６ｃの湾曲形状である。
上記のような構成の２つの受光器１６、１７により、図９に示すように、レーザ光を反射するユーザの指先の高さ位置を３段階で検出することができる。
同図（ａ）に示すように、テーブル１００の上面（操作用画像）と略同じ高さにある指先ＦＡで反射されたレーザ光は、いずれのマスキング部材１６ｃ、１７ｃによっても遮られることなく受光素子１６ａと１７ａとに照射され、両方の受光器１６、１７から受光通知信号が制御部１３に入力される。
同図（ａ）に示すように、テーブル１００の上面（操作用画像）と略同じ高さにある指先ＦＡで反射されたレーザ光は、いずれのマスキング部材１６ｃ、１７ｃによっても遮られることなく受光素子１６ａと１７ａとに照射され、両方の受光器１６、１７から受光通知信号が制御部１３に入力される。
同図（ｂ）に示すように、テーブル１００の上面から少し高い位置にある指先ＦＢで反射されたレーザ光は、マスキング部材１７ｃでは遮られないが、マスキング部材１６ｃでは遮られ、受光素子１７ａだけに照射され、受光器１７だけから受光通知信号が制御部１３に入力される。
同図（ｃ）に示すように、テーブル１００の上面から更に高い位置にある指先ＦＣで反射されたレーザ光は、両方のマスキング部材１６ｃ、１７ｃで遮られ、いずれの受光素子１６ａ、１７ａにも照射されず、制御部１３に受光器から受光通知信号が入力されない。
同図（ｃ）に示すように、テーブル１００の上面から更に高い位置にある指先ＦＣで反射されたレーザ光は、両方のマスキング部材１６ｃ、１７ｃで遮られ、いずれの受光素子１６ａ、１７ａにも照射されず、制御部１３に受光器から受光通知信号が入力されない。
本例は、上記のような反射位置ＦＡ、ＦＢ、ＦＣの高さ位置の違いに応じた受光器１６、１７の検出結果の組合せに基づいて、判定部１４は下記のような判定を行なう。
なお、本例は、受光器を高さ方向に２つ設けて、３段階の高さ位置を判定できるようにしているが、受光器を高さ方向に３つ以上設けて、更に段数の高さ位置を判定できるようにすることができる。
なお、本例は、受光器を高さ方向に２つ設けて、３段階の高さ位置を判定できるようにしているが、受光器を高さ方向に３つ以上設けて、更に段数の高さ位置を判定できるようにすることができる。
図１０には、図９に示した高さ位置に応じた反射レーザ光の検出・非検出の状態を示してある。
同図（ａ）に示すように、下段の受光器１６と上段の受光器１７とにより反射点（指先）の高さに応じた反射レーザ光が検出されるが、同図（ｂ）に示すように、下段の受光器１６はテーブル１００の上面から少し高い位置までの指先からの反射を検出し、上段の受光器１７は更に高い位置までの指先からの反射を検出する。
同図（ａ）に示すように、下段の受光器１６と上段の受光器１７とにより反射点（指先）の高さに応じた反射レーザ光が検出されるが、同図（ｂ）に示すように、下段の受光器１６はテーブル１００の上面から少し高い位置までの指先からの反射を検出し、上段の受光器１７は更に高い位置までの指先からの反射を検出する。
本例では、図１１に示すように、下段の受光器１６でマスキング部材１６ｃにより反射レーザ光を検出できなくなるテーブル１００の上面（０ｍｍ）からの高さを１０ｍｍ、上段の受光器１７もマスキング部材１７ｃにより反射レーザ光を検出できなくなるテーブル１００の上面（０ｍｍ）からの高さを３０ｍｍに設定してあり、判定部１４には、受光器１６、１７が反射光を検出したか否かの検出結果の組合せと、これら高さ領域Ａ、Ｂ、Ｃとが対応付けて設定されている。
すなわち、反射レーザ光を下段の受光器１６と上段の受光器１７が共に検出した状態はテーブル上面近傍の比較的低い領域Ａ（０ｍｍ〜１０ｍｍ）、反射レーザ光を下段の受光器１６が非検出で且つ上段の受光器１７が検出である状態はテーブル上面より少し高い領域Ｂ（１０ｍｍ〜３０ｍｍ）、反射レーザ光を下段の受光器１６と上段の受光器１７が共に非検出である状態はテーブル上面より更に高い領域Ｃ（３０ｍｍ以上）として設定している。
判定部１４は、指先の高さ位置をこのような領域として判定し、更に、上記のように投影画像の走査タイミングと反射タイミング（受光タイミング）とによりテーブル平面の２次元位置を判定することで、指先の３次元位置を判定する。
判定部１４は、指先の高さ位置をこのような領域として判定し、更に、上記のように投影画像の走査タイミングと反射タイミング（受光タイミング）とによりテーブル平面の２次元位置を判定することで、指先の３次元位置を判定する。
このように高さ領域を設定することにより、判定部１４により、図１２に示すようなドラッグ・ドロップ操作を容易に判定することができる。
テーブル面に投影された操作用画像１０１において、操作用画像中のアイコンを移動させて当該画像中の他の位置に置くドラッグ・ドロップ操作は、次のようにして判定部１４が認識することができる。
テーブル面に投影された操作用画像１０１において、アイコン画像を指先でタッチ（すなわち、アイコンの画像部分のテーブル面をタッチ）して選択し、この指先を領域Ａから領域Ｂに持ち上げ、そのまま横に移動させて操作用画像中の所望の位置を再びタッチする操作を行なうことで、判定部１４はアイコンがドラッグ・ドロップ操作されたと判定して、制御部１３が当該アイコン画像を上記再タッチされた位置に移動させる。
テーブル面に投影された操作用画像１０１において、操作用画像中のアイコンを移動させて当該画像中の他の位置に置くドラッグ・ドロップ操作は、次のようにして判定部１４が認識することができる。
テーブル面に投影された操作用画像１０１において、アイコン画像を指先でタッチ（すなわち、アイコンの画像部分のテーブル面をタッチ）して選択し、この指先を領域Ａから領域Ｂに持ち上げ、そのまま横に移動させて操作用画像中の所望の位置を再びタッチする操作を行なうことで、判定部１４はアイコンがドラッグ・ドロップ操作されたと判定して、制御部１３が当該アイコン画像を上記再タッチされた位置に移動させる。
このように、本例は、操作用画像に対するタッチ操作によりドラッグ・ドロップ操作を実現するものであるが、これに限らず、他の操作を判定することに応用することができる。
また、本例では、高さを領域で判定していることにより、ユーザの操作に高さ方向の幅をもたせて、或る程度雑な操作によっても所期の操作を判定できるようにしているが、本発明は、高さを領域ではなく座標で判定してもよく、このようにすることで、２次元位置の判定と合わせて、高精度な３次元位置の判定が可能となる。
また、本例では、高さを領域で判定していることにより、ユーザの操作に高さ方向の幅をもたせて、或る程度雑な操作によっても所期の操作を判定できるようにしているが、本発明は、高さを領域ではなく座標で判定してもよく、このようにすることで、２次元位置の判定と合わせて、高精度な３次元位置の判定が可能となる。
なお、上記の例では、マスキング部材を受光素子の略下半部を覆うように設けたが、これとは逆に、マスキング部材を受光素子の略上半部を覆うように設けてもよく、このような配置によっても、受光素子による反射光の誤検出を防止し、更に、反射光の検出結果に基づいて指示物の３次元位置を判定することができる。
また、上記の例では、２次元画像を投影したが、３次元画像を表示用画像や操作用画像として投影するようにしてもよく、３次元画像に対しても指示物の３次元位置を判定することができる。
また、上記の例では、２次元画像を投影したが、３次元画像を表示用画像や操作用画像として投影するようにしてもよく、３次元画像に対しても指示物の３次元位置を判定することができる。
また、上記の例では、カラー画像を表示用画像や操作用画像として投影したが、単色レーザ光による単色画像を投影するようにしてもよく、単色画像に対しても指示物の３次元位置を判定することができる。
また、上記の例では、表示用画像や操作用画像を投影するレーザ光を指示物に反射させて３次元位置を判定したが、画像投影用のレーザ光とは別に、赤外線レーザ光などの不可視レーザ光を画像投影用のレーザ光と共に走査投影し、当該不可視レーザ光の指示物による反射光により指示物の３次元位置を判定するようにしてもよい。
また、上記の例では、表示用画像や操作用画像を投影するレーザ光を指示物に反射させて３次元位置を判定したが、画像投影用のレーザ光とは別に、赤外線レーザ光などの不可視レーザ光を画像投影用のレーザ光と共に走査投影し、当該不可視レーザ光の指示物による反射光により指示物の３次元位置を判定するようにしてもよい。
１：レーザプロジェクタ、 ２ａ〜２ｃ：レーザ光源、
３、４：ダイクロイックミラー、 ５：レンズ、
６：分岐器、 ７：走査ミラー、
８：走査ミラードライバ、 ９：走査ミラー制御部、
１０：映像処理部、 １１：レーザ制御部、
１２：レーザドライバ、 １３：制御部、
１４：判定部、 １６、１７：検出器、
１６ａ、１７ａ：受光素子、 １６ｂ、１７ｂ：レンズ、
１６ｃ、１７ｃ：マスキング部材、 １００：テーブル、
１０１：操作用画像、 ２００スクリーン、
２０１：表示用画像、
３、４：ダイクロイックミラー、 ５：レンズ、
６：分岐器、 ７：走査ミラー、
８：走査ミラードライバ、 ９：走査ミラー制御部、
１０：映像処理部、 １１：レーザ制御部、
１２：レーザドライバ、 １３：制御部、
１４：判定部、 １６、１７：検出器、
１６ａ、１７ａ：受光素子、 １６ｂ、１７ｂ：レンズ、
１６ｃ、１７ｃ：マスキング部材、 １００：テーブル、
１０１：操作用画像、 ２００スクリーン、
２０１：表示用画像、
Claims (7)
- レーザ光の走査により画像が投影される投影面に対して高さを違えて配置されて、投影画像中の一部を指示する指示物による反射レーザ光を受光する複数の受光部と、
前記指示物による反射レーザ光を前記受光部に導くレンズと、
前記投影面に対して平行な方向に延在して前記受光部と前記レンズとの間に配置され、前記受光部に導かれる反射レーザ光を前記投影面に対して直角な高さ方向で規制するマスキング部と、
前記複数の受光部の検出結果に基づいて、前記指示物により指示された投影画像中の３次元位置を判定する判定部と、を備え、
前記マスキング部は、その両端部が中央部より前記レンズ側へ近づいた湾曲形状であることを特徴とする位置検出装置。 - 請求項１に記載の位置検出装置において、
前記マスキング部は、前記レンズから前記受光部に導かれる反射レーザ光のスポット径が一定となる位置を結んだ湾曲形状であることを特徴とする位置検出装置。 - 請求項１に記載の位置検出装置において、
前記マスキング部は、前記レンズから前記受光部に導かれる反射レーザ光のスポットの点像強度分布のピークが最大となる位置を結んだ湾曲形状であることを特徴とする位置検出装置。 - レーザ光を出力するレーザ光源部と、
前記レーザ光源部から出力されたレーザ光を走査して画像を投影面上に投影する走査部と、
前記投影面に対して高さを違えて配置されて、投影画像中の一部を指示する指示物による反射レーザ光を受光する複数の受光部と、
前記指示物による反射レーザ光を前記受光部に導くレンズと、
前記投影面に対して平行な方向に延在して前記受光部と前記レンズとの間に配置され、前記受光部に導かれる反射レーザ光を前記投影面に対して直角な高さ方向で規制するマスキング部と、
前記複数の受光部の検出結果に基づいて、前記指示物により指示された投影画像中の３次元位置を判定する判定部と、を備え、
前記マスキング部は、その両端部が中央部より前記レンズ側へ近づいた湾曲形状であることを特徴とする画像表示装置。 - 請求項４に記載の画像表示装置において、
３次元画像を投影することを特徴とする画像表示装置。 - 請求項４又は５に記載の画像表示装置において、
前記判定部は、前記複数の受光部の検出結果の組合せにより、高さ方向に幅をもった領域で、投影画像に対する指示物によるユーザ操作を判定することを特徴とする画像表示装置。 - 請求項４乃至６のいずれか１項に記載の画像表示装置において、
前記判定部は、前記複数の受光部の検出結果の組合せにより、投影画像中のアイコン画像に対する指示物によるドラッグ・ドロップ操作を判定することを特徴とする画像表示装置。
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