JP6222830B2 - 画像投射装置 - Google Patents

Description

本発明は画像投射装置に関し、特に操作者の身振り、手振り（ジェスチャ）により画像を制御又は操作可能に構成された投射装置に関する。

本技術分野の背景技術として、下記の特許文献１がある。この公報の要約には、課題として、「投写映像内にいる人に不快感を感じさせないと共に、映像を見ている人に不快感を感じさせない投写型映像表示装置を提供すること」と記載され、解決手段として、該投射型映像表示装置が「人検知手段を特定の方向へ移動自在に駆動させることにより前記人検知手段の検知範囲を調整する駆動機構と、前記人検知手段が人の存在を検知した際、投射されている映像状態を変化させる制御手段と、を備える」と記載されている。

特開2011-43834号公報

特許文献１では、プロジェクタの投射範囲を変化させた場合においても、該投射範囲と人を検出するセンサの検出範囲とを同じ範囲とするように人検知手段を制御しており、人の大きな動きを対象として人の検出を行っていた。しかし、検出範囲が広く感度が低いため、人の身振り手振りのような動き（以下、ジェスチャと記す）の検知が困難であった。 現在、例えば画像投射装置（以下、投射装置と略記することがある）において、投射装置の操作者のジェスチャを検知し、該ジェスチャに対応して投射装置自身、或いは表示画像を制御する機能が開発されている。例えば、あるジェスチャを検出すると投射装置の電源が切断され、或いは、表示する画像がスクロールされ、またコマ送りされるような制御が考えられる。

かかるジェスチャにより投射装置が投射する画像を制御又は操作する構成を用いる場合は、高い応答性（操作性）及び／または高い使い勝手が求められる。

本発明は、例えば人の手振り（ジェスチャ）により投射画像を制御又は操作可能な画像投射装置において、応答性（操作性）及び／または使い勝手を向上させるのに好適な技術を提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明は例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する構成要素を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、本発明の第１の構成は、画像を投射面に投射し、ジェスチャにより前記投射された画像の制御又は操作が可能な画像投射装置において、ジェスチャを検出するための検出素子と、
該検出素子により検出された、前記投射面と平行な第１の方向のジェスチャに基づいて、前記投射された画像を制御又は操作するための操作信号を生成する制御部と、を備え、前記制御部は、前記検出素子が、前記投射面と垂直な第２の方向のジェスチャを検出した場合は、該第２の方向のジェスチャの検出以降に検出された前記第１の方向のジェスチャに基づく操作信号の生成を停止するジェスチャ無効モードに移行し、該ジェスチャ無効モード中に、前記検出素子が、前記第２の方向でかつ前記投射面から離れる方向のジェスチャを検出した場合は、前記ジェスチャ無効モードを解除することを特徴とするものである。

かかる第１の構成によれば、投射画像を制御（例えばスクロール、コマ送り等）するためのジェスチャと異なる第２の方向（例えば投射面と垂直な方向）のジェスチャを検出した場合はジェスチャによる画像の制御を停止するので、例えば操作者及び／又は観察者が投射画像に指をさしながら画像の内容を説明又は質問しようとする場合に、上記第２の方向のジェスチャをすることにより当該指差しに反応して投射画像が変更されることが防止できる。

また、本発明の第２の構成は、ジェスチャにより投射画像を制御又は操作可能な投射装置において、ジェスチャとしての人の手の動き方向を検出するための温度センサを備え、該温度センサで背景温度を検出し、この背景温度に基づいて上記温度センサの検出感度を制御することを特徴とするものである。

かかる第２の構成によれば、例えばジェスチャを検出する温度センサに正対するように操作者が位置し、当該位置で投射装置を操作するためのジェスチャを行うときに操作者の体が背景と場合なったでも、ジェスチャとしての人の手の動きを良好に検出し、上記場合においてジェスチャが検出されにくくなることを抑制することができる。

本発明によれば、ジェスチャにより投射画像を制御又は操作可能に構成された画像投射装置において、応答性（操作性）及び／または使い勝手を向上させることができるという効果がある。

本発明の実施例１に係る投射装置１の概観図。 本発明の実施例１に係る投射装置１の投射状態の一例を示す概観図。 本発明の実施例１に係る投射装置１の内部構成を示すブロック図。 検出素子２の傾きを調整する機構を示す図。 レーザスキャンを用いた検出範囲の調整方法を示す図。 机上投射時の検出範囲設定の例を示す図。 パッシブ型センサを用いた場合の検出方法を示す図。 投射装置の画像がマルチ画面である場合を示した図。 本発明の実施例２に係るレーザ光源を用いたラインスキャンによるジェスチャ検出に用いられるＴＯＦ方式の原理を示した図。 本発明の実施例２に係るレーザ光源を用いたラインスキャンを実現する構成を示す概観図。 本発明の実施例２に係る検出素子２のレーザ照射範囲の一例を示す図。 本発明の実施例３に係る投射装置１の内部構成、及び該投射装置１を含むシステム全体を示す図 検出範囲２ａを表示画像と同じサイズに設定した例を示す図 検出範囲２ａを表示画像中央のみに設定した例を示す図 検出素子２の中心軸を人体側に向けた構成を示す図 操作者が行う基本的な動きを示した図 スライドめくり等における操作者の連続動作を示す図 実施例３に係る連続動作の検出方法を示す図 投射装置１の机上投射時における人の動きの一例を示す図 図１９における検出素子２の出力信号レベルを示す図 投射装置１の机上投射時における指差動作の一例を示す図 実施例３に係るジェスチャ無効モードに移行するためのジェスチャの一例を示す図 実施例３に係るジェスチャ無効モードに移行するためのジェスチャの一例を示す図 実施例３に係るジェスチャ無効モードに移行するためのジェスチャの検出方法の例を示す図 ジェスチャ無効モード中であることを示すメッセージの表示例を示す図 ジェスチャによる表示画像を回転させる操作の例を示す図 ｚ軸方向の手の動きによる投射装置１の電源ＯＮ／ＯＦＦの切替を示す図 操作者による＋ｘから−ｘ方向へ右手で手振した例を示す図 センサとしてサーモパイルを用いた検出素子２の回路構成の一例を示す図 熱を持つ対象物をサーモパイルで検出した際の増幅器２６２の出力電圧の一例を示す図 サーモパイルに正対した人体及び人の手の検出の一例を示す図 図３１の例における増幅器２６２の出力電圧を示す図 ４つのサーモパイルを含んだ検出素子２の正面と検出範囲の一例を示す図 サーモパイルの温度に比べ人体温度が非常に高い場合の増幅器２６２の出力電圧の一例を示した図 サーモパイルの温度に比べ人体温度が非常に低い場合の増幅器２６２の出力電圧の一例を示した図 増幅器２６２の出力電圧の飽和を回避又は抑制するための、実施例３に係る検出素子２の回路構成の一例を示す図 図３６に示された信号検出部３６ａの詳細を含む実施例３に係る検出素子２の回路構成の一例を示す図 閾値格納部３６４に格納される閾値の設定の一例を示す図 一部のサーモパイルが故障した時の警告表示の一例を示す図 センサの温度を制御する構成を含む、実施例３に係る検出素子２の別の回路構成を示す図 センサの温度を制御した場合の増幅器２６２の出力電圧の様子を示す図 図３７に示された回路構成の検出素子で実行される制御シーケンスの一例を示す図 実施例４を説明するための図であって、ＣＨ３からＣＨ１方向に手振りをした場合の各ＣＨからの信号出力を示す図 各軸における２つのＣＨからの検出信号の差分を取った信号の一例を示す図 ジェスチャ信号レベルとオフセットレベルを検出するための一構成例を示す図 実施例１に係る「操作者によるジェスチャの連続動作」による誤検出を防止するための処理のフローチャート 実施例１に係る「人の体の動き」による誤検出を防止するための処理のフローチャート 実施例１に係る「ｙ軸方向の手の動作」による誤検出を防止するための処理のフローチャート

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。

本実施例では、画像投射装置及び人を検出する検出部の構成、投射方向によって異なる最適な検出範囲、及び最適な検出範囲に制御する検出範囲制御部に関し記載する。

まず投射装置及び検出部の構成に関して説明する。図１は、実施例１の投射装置の概観図である。本実施例の構成は、投射装置１、検出素子２、スクリーン１０、投射装置配置台１１を有する。投射装置１は、投射装置配置台１１上に配置されており、その内部からの画像光を投射ミラー４ｅで反射してスクリーン１０に画像を投射する。尚、反射ミラー１９は折り畳み可能に構成されており、不使用時には反射面が投射装置１と対向するように閉じられる。検出素子２は、検出範囲２ａで為されたジェスチャとしての、操作者の手の動きまたは動きの方向を検出する。検出素子２は、ジェスチャを検出するための光源を有しても良いし、光源を有さないパッシブ型のセンサであっても良い。また検出素子２として、移動体（すなわち人の手）の温度を検出する温度センサ（例えばパッシブ型のセンサである焦電型センサ）を使用してもよい。

次に、投射方向に応じた検出範囲の最適化に関して説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）は、それぞれ投射装置１の投射状態を示す第１及び第２の概観図である。図２（ａ）は、例えば垂直面であるスクリーン１０へ画像を投射した場合（以下、壁面投射時）を示した図であり、図２（ａ）は、例えば水平面である投射装置配置台１１に画像を投射した場合（以下、机上投射時）を示した図である。

まず図２（ａ）に関し説明する。図２（ａ）ではジェスチャを行う操作者（以下、操作者）がスクリーン１０近くに位置し、スクリーン１０に投射された画像を視る観察者がスクリーン１０から離れた位置から観察する。操作者は投射画像を遮らないよう、投射部１からの投射画像を避けて立つことが一般的である。そのため操作者と検出素子２の距離は遠くなる傾向にある。また、スクリーン１０はユーザの使用環境によって変わり、例えば壁や何らかのシート状の物体をスクリーン１０とする場合が想定される。そのため操作者は、心理的にスクリーン１０から離れて位置しやすくなり、つまりは検出素子２から離れた位置でジェスチャを行うと想定される。

次に図２（ｂ）に関し説明する。図２（ｂ）では机上投射を行うため、操作者が画像を遮ることは少なく、画面近くに位置してジェスチャを行うことが想定される。

このように、図２（ａ）の壁面投射と図２（ｂ）とを比較すると、図２（ａ）の壁面投射における画像の投射面（ここではスクリーン１０）とジェスチャを行う操作者の指の先までの距離ｄ１は、図２（ｂ）の机上投射における画像の投射面（ここでは投射装置配置台１１上の面）とジェスチャを行う操作者の指の先までの距離ｄ２よりも大きい。すなわち、壁面投射の場合は机上投射に比べてジェスチャの操作範囲が広いと言える。

上記のように、壁面投射時と机上投射時で必要な操作範囲が異なるため、検出素子２の検出範囲は両方の操作範囲を前提として規定する必要がある。しかし、両方の操作範囲を包含する検出範囲に規定すると、検出範囲が広くなる分感度が低くなる。また、一方の投射状態にとっては不要な範囲を含めて検出するため、操作者以外の者のジェスチャを検出するような誤検出が生じる可能性がある。以上から、感度と必要な操作範囲の検出を両立するためには、投射状態に応じて検出範囲を切換える必要があることが理解されるだろう。

ここでの投射状態は壁面、机上のみを例として挙げたが、投射方向、設置場所、投射装置１とスクリーン１０との距離は様々である。例えば投射方向は机上、壁面に限らず天井も想定され、設置箇所は壁面や天井も想定される。このため、配置や投射状態に応じ最適な検出範囲２ａを設定する必要がある。

次に、最適な検出範囲に制御する検出範囲制御部について説明する。図３は、本実施例に係る投射装置１の内部構成を示すブロック図である。投射装置１は、ジェスチャ検出部１４と投射部４を有する。

まずジェスチャ検出部１４に関して説明する。ジェスチャ検出部１４は、検出信号演算部３と検出範囲切替部５を有する。検出信号演算部３は信号検出部３ａ、ジェスチャ判定部３ｂ、操作信号生成部３ｃを有する。検出信号演算部３では、信号検出部３ａが検出素子２から供給された操作者のジェスチャ情報を含む信号を検出して、ジェスチャ判定部３ｂに出力する。次いで、ジェスチャ判定部３ｂは信号検出部３ａから出力された信号に基づき、様々なジェスチャの動きを判別する信号処理を行う。さらに、操作信号生成部３ｃは、ジェスチャ判定部３ｂの出力信号に応じた、画像を制御又は操作するための操作信号を生成し、ＰＣ（Personal Computer）、スマートフォンなどの外部機器６に出力する。外部機器６は、操作信号生成部３ｃからの操作信号に応じて投射装置１に供給する画像信号を制御する。

これにより、操作者によるジェスチャに基づいて生成された操作信号に応じ、投射装置１からスクリーン１０に投射される画像が制御される。例えば、操作者が手を動かした方向に応じて、表示する画像をスクロール、コマ送り、或いはスライドを切替するような制御を行う。なお、外部機器６は投射装置１に画像信号を供給する装置であれば、何であっても良い。例えば、投射装置１に備えられたカードインタフェースに挿入されるカード状の記憶媒体であっても良い。

次に投射部４に関し説明する。投射部４は画像制御部４ａ、光源部４ｂ、光制御部４ｃ、投射レンズ４ｄ及び投射ミラー４ｅを有する。画像制御部４ａは外部機器６から供給された画像信号に応じ、光源部４ｂ、光制御部４ｃに制御信号を出力する。光源部４ｂはハロゲンランプ、ＬＥＤ、レーザ等光を出射する光源を含み、画像制御部４ａの出力信号に応じ光量を調整する。光源部４ｂがＲ、Ｇ、Ｂの３色を含む場合、画像信号に応じ各々独立して光量を制御してもよい。光制御部４ｃはミラー、レンズ、プリズム、イメージャ（例えば液晶パネルやマイクロミラーデバイスのような表示デバイス）等の光学系構成要素を有し、光源部４ｂから出射された光を用いて、外部機器６から供給された画像信号に基づく光学的な画像を生成する。投射レンズ４ｄは光制御部４ｃから出力された光学的な画像を拡大する。投射ミラー４ｅは投射レンズ４ｄから放射された光を反射して、画像を例えば先のスクリーン１０に投射する。投射ミラー４ｅは非球面ミラーを用いており、同サイズの画像を投射する場合、一般的な投射装置と比較し投射距離を短くすることができる。本実施例では投射ミラー４ｅを用いた投射部４の一例を示したが、この構成だけでなく画像投射を実現できる構成であれば他の構成でもよい。なお、以下では投射レンズ４ｄと投射ミラー４ｅを併せて、投射光学部と呼ぶこともある。

次に、検出範囲切換部５に関し説明する。ここでは検出範囲切換部５の構成を説明し、特に検出範囲の切替部、検出感度の設定に関し説明する。

まず検出範囲切換部５の構成を説明する。検出範囲切換部５は、検出範囲切換信号生成部５ａと検出素子制御部５ｂを有する。検出範囲切換信号生成部５ａは投射装置１の設置状態を検出し、該設置状態に応じた信号を出力する。検出範囲切換信号生成部５ａは設置場所、スクリーン１０までの投射距離などの投射状態（机上投射、壁面投射等）を検知するセンサを有する。センサとして、操作者が切替える機械的なスイッチや、投射装置１の傾きを検出するジャイロセンサ、投射装置配置台１１との接触を検出するための圧力センサを用いることができる。また照度センサを用いてもよく、その場合は、壁面投射時もしくは机上投射時に、照度センサの検出面が投射装置配置台１１側を向くよう配置すれば検出した光の照度から状態検出が可能である。また、操作者が電気的にリモコン等で検出範囲切換信号生成部５ａに信号を送信し、投射装置１の設置状態を操作者が手動で入力するようにしてもよい。

なお投射状態は、壁面投射、机上投射時だけではなく、上記したセンサを使用することにより、投射装置１が斜めに配置された場合も検出可能である。また検出素子２がジェスチャ検出用の光源としてレーザ光源を有している場合は、これをスクリーン１０に向けて投射することにより、投射光と反射光との時間差に基づいてスクリーン１０までの投射距離の測定が可能である。検出素子２で検出した距離情報に応じた信号は、信号検出部３ａから検出範囲切替信号生成部５ａに出力される。

検出素子２は、検出用の素子として、例えばレーザ光を検出するためのフォトダイオード、或いは人体が発生する赤外線を検出するための焦電型センサをはじめとするセンシング素子を有している。検出用の電磁波としていずれを用いるかに応じて、使用するセンサが変わることはもちろん、検出素子２が光源を有するか否かも変わる。

検出素子制御部５ｂは検出範囲切換信号生成部５ａから供給された信号に応じ検出素子２の検出範囲２ａを制御する。

次に検出範囲の切換部について説明する。図４は、検出素子２の傾きを調整する機構を示す図である。検出素子２は投射装置１が有する回転台１２上に配置される。回転台１２は検出素子制御部５ｂの信号に応じ検出素子２の設定角度を制御する。このようにして検出範囲２ａの位置或いは向きを切換えることが可能である。

検出範囲２ａを拡大または縮小するために、検出素子２上に可動レンズを設けてもよい。可動レンズは投射装置１の投射方向に応じ、検出素子２との距離を変更し検出範囲２ａを調整する。検出素子２が、例えば赤外線を始めとする電磁波の強度の変化を検出する焦電型センサの場合、焦電型センサ上部のホールやフレネルレンズの位置を動かすことによっても、検出範囲を拡大縮小できる。

図５は、レーザスキャンを用いた検出範囲の調整方法を示す図である。検出素子２はレーザ光源７、角度可変ミラー８、受光素子９を有する。検出素子制御部５ｂはレーザ光源７、角度可変ミラー８に制御信号を出力する。角度可変ミラー８は検出素子制御部５ｂの信号を受けその角度が設定角度に制御される。また図４で示したような回転台１２上にレーザ光源７を設けることで、検出範囲２ａの制御が可能なことは言うまでもない。

次にジェスチャを行う際の検出範囲の設定について説明する。図６は、机上投射時の検出範囲設定の例を示す図であり、検出素子２の検出範囲（角度）２θ、投射装置１の法線方向と検出素子２の検出中心線がなす角度φ（以下、「検出中心角度」と呼ぶ）、検出素子２からジェスチャ位置までの距離Lg（ここでは検出素子２の検出面と中指の中心との間の距離で、以下では「ジェスチャ位置」と呼ぶ）、投射装置配置台１１から検出素子２の中心までの鉛直方向の距離hs、操作領域Hの関係を示している。検出範囲２θ、検出中心角度φと各パラメータの関係は次の式１及び式２で表される。

2θ＝Arc Tan ((H-hs)/Lg)＋Arc Tan (hs/Lg) ・・・（式１）
φ＝(1/2)(Arc Tan ((H-hs)/Lg)−Arc Tan (hs/Lg)) ・・・（式２）
上式が示すように、検出範囲2θ及び検出中心角度φは、ジェスチャ位置Lg、検出素子２の高さhs、操作領域Hにより決定される。操作範囲Hは投射部１の投射状態により変化する。図２の説明において前述したが、壁面投射時は操作範囲Hが大きく机上投射時は操作領域Hが小さい。実使用環境を想定すると机上投射時の操作領域Hは数cm〜10cm程度、壁面投射時は数cm〜数10cmと想定される。ジェスチャ位置Lgは例えば投射装置１から最も離れた画面サイズ端部の距離としてもよい。また、検出素子２にレーザ光源を用いる場合、安全性を考慮し人の目に照射しない領域に操作範囲Hを設けてもよい。机上投射時、投射装置１の正面に人が座った際、レーザ光が目に照射されないよう、検出範囲2θ、検出中心角度φを設定してもよい。

次に検出感度の設定に関して説明する。検出素子２に、ジェスチャ検出用の光源を有さないパッシブ型のセンサ（例えば焦電型センサ）を用いた場合、高精度なジェスチャ検出を実現するため、以下で述べるように、検出範囲が机上もしくは壁面と重ならないように設定することが有効である。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、それぞれパッシブ型のセンサを用いた場合の検出方法を示す図である。パッシブ型のセンサとして焦電型センサを例に挙げると、焦電型センサの検出量は、検出範囲を占める熱源の割合と熱量により決まる。つまり、ジェスチャ（人の手振りの幅又は範囲）の検出範囲に占める割合が大きければ検出量は大きくなる。一方、検出範囲が図７（ａ）に示すように投射装置配置台１１上に重なる場合はジェスチャができない領域が存在する。このため、このような場合は大きな検出量を得ることが難しくなる。検出量を大きくするためには、例えば図７（ｂ）のように検出範囲下側に不感帯hgを設けて、ジェスチャができない領域を除外するよう検出範囲を狭めて最適化する。これにより、大きな検出量を得ることができる。

また、上記のように投射装置１の設置状態のみならず、操作者や操作者又は投射装置１の周囲環境によって感度を調整してもよい。例えば、焦電型センサの検出量を考えた場合、同じ条件でジェスチャした場合でも、操作者によって手の温度が異なるため検出量が異なる。また、同じ操作者でも環境温度によって検出量が異なる。またレーザによる検出を行う場合でも操作者の手の反射率によって検出量が異なる。そのため操作者や環境に応じ検出領域を調整し感度を向上させてもよい。例えば、焦電型センサを使用する場合において人の手の温度が低い場合は、焦電型センサの感度を向上させてもよい。また、例えばレーザ光源を有するセンサを使用する場合において操作者の手の反射率が低い場合は、レーザの強度を強くする、もしくはレーザ光によるスキャン範囲を限定し部分的に感度を向上させるようにしてもよい。

図８は、投射装置１の画像がマルチ画面である場合を示した図である。図８では３つの画面を映しているが、一つはメイン画面、その他２つはサブ画面である。メイン画面を見ながら、サブ画面に表示された例えばアイコンに対しジェスチャをすることにより操作をする場合、メイン画面を検出範囲に設定する必要がないため、２つのサブ画面のみに検出範囲を絞る。検出範囲が絞れると、検出素子２の検出量が大きくなり、検出感度が高くなる。またサブ画面同士でもレーザ強度、検出範囲の差を設けてもよい。

また、センサの感度については、操作者側が設定或いは調整してもよい。また投射装置１側にテストモードを用意し、該テストモードにおいてある条件での検出結果を保持しておき、これを参照して自動的に感度調整を行ってもよい。更に又、例えば検出素子２が光源を有するセンサである場合、操作者の手の反射率に応じて検出する反射光の量が異なり、検出感度が変わる。これに対応すべく、テストモードにおいて、光源が所定の輝度の光を発生して操作者の手からの反射光を検出し、その反射光量に応じて操作者に適したセンサの光源の輝度を決めるようにしてもよい。

このように、本実施例では、検出範囲切換信号生成部５ａにより投射装置１の設置状態（壁面投射か机上投射）を検出し、検出した設置状態に応じて、検出素子制御部５ｂが検出素子２のジェスチャを検出可能な範囲である検出範囲を制御するので、投射装置１の設置状態に応じた適切な検出範囲を与えることができる。例えば壁面投射の場合は検出素子２の検出範囲を広くし、机上投射の場合は検出範囲を狭くする。従って、本実施例によれば、ジェスチャにより投射装置による投射画像を制御又は操作する際の操作性を向上させることが可能となる。

本実施例では検出素子２にレーザ光源を用いて、ラインスキャンによりジェスチャを検出する方法に関して説明する。以下では、まずレーザのラインスキャンによるジェスチャ検出に用いられるTime-Of-Flight方式(以下、ＴＯＦ方式)の原理、及びレーザ光源を用いたラインスキャンの構成を説明し、そして検出領域２の制御について説明する。

まずＴＯＦ方式の原理について説明する。図９は、ＴＯＦ方式の原理を示した図である。ＴＯＦ方式はレーザ光源７の光の出射時間と、スクリーン１０の反射光を受光素子９で受光する時間との差を用いる距離測定方式である。この時間差をt[s]とすると距離Ｌ[ｍ]は光速3.0x10^8[m/s]から、下記式３のように表される。

Ｌ[ｍ] ＝３．０×10^8×ｔ／２・・・（式３）
次にレーザを用いたラインスキャンの構成を説明する。

図１０は、レーザ光源を用いたラインスキャンを実現する構成を示す概観図である。ラインスキャンはレーザ光源７、角度可変ミラー８、受光素子９、シリンドリカルレンズ１３を用いて実現される。

まずレーザ光源７から出射された光は、一定方向（ｘ方向）に往復可動する角度可変ミラー８で任意の角度に反射される。角度可変ミラー８で反射された光は、シリンドリカルレンズ１３に入射し、Ｚ方向に幅をもつライン光源となる。このライン光源をＸ方向にスキャンすることでＺ方向に拡がりをもち、かつＸ方向の動き検出が可能なラインスキャンを実現できる。そして、ラインスキャンされたレーザ光が人の手に照射されると、人の手からレーザ光が反射され、その反射光が受光素子９により受光される。このときの受光タイミングと上記ＴＯＦによる距離の算出を用いることによって、ジェスチャを検出することができる。

角度可変ミラー８は、図１０で示すＸ方向にのみスキャンするミラーを用いている。実施例１のレーザを用いた検出素子２では、２次元的にスキャンするミラーを用いているためコストが高くなるが、３軸方向の情報を検出可能である。一方、本実施例の１次元的にスキャンするミラーは、実施例１と比較し２軸方向のみの検出となるが、低コストとなる。本実施例は、１次元的にスキャンするミラー８とシリンドリカルレンズ１３を用いることで、コスト低くしながらも、２次元的にスキャンするミラーを用いる場合と同様な機能を得る方法を示している。

次に検出領域２の制御について図１１を参照しながら説明する。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、それぞれ＋ｙ軸方向から見た検出素子２のレーザ照射範囲を示す図である。なお、ｘｙｚ軸は、先の図１０で示されている。図１１（ａ）は、あるｘｚ平面上から見たレーザ照射範囲の様子を示した図である。検出素子２の直上部とラインスキャン範囲の両端部のｘ座標を、それぞれｘ０（＝０）、ｘ＋ｎ及びｘ−ｎとする。すなわち座標ｘ＋ｎからｘ−ｎまでがラインスキャンの範囲となる。図中の横方向（ｚ方向）に長い長方形は、その長辺の長さが照射範囲を、短辺の長さが光の強度を示す。座標ｘ０では検出素子２からｘｚ平面までの距離が短いためレーザ照射範囲は狭い。一方、座標ｘ＋ｎ及びｘ−ｎでは検出素子２からｘｚ平面までの距離が長いためレーザ照射範囲は広くなる。このためラインスキャン範囲の検出素子２の直上部と端部とでは、レーザ光の強度が異なり、ラインスキャン範囲の検出素子２の直上部から端部に離れるにつれて検出感度が低くなる。つまりスクリーン１０の端部でジェスチャをしても十分な感度が得られない可能性がある。このため、スクリーン１０のどの位置でジェスチャしても同等の感度を得られるよう、場所によらずレーザ強度を一定とする必要がある。

図１１（ｂ）は、ラインスキャン範囲のどの位置でも光強度を一定とするため、ラインスキャン範囲の各位置のレーザ照射範囲を一定に制御した例を示した図である。本実施例では、ラインスキャン範囲の各位置のレーザ照射範囲を一定とするために、シリンドリカルレンズ１３（図１０参照）の検出素子２直上部と端部で、レンズ面の曲率を変更している。例えば、シリンドリカルレンズ１３の検出素子２直上部に対応する位置のレンズ面の曲率を小さくし、検出素子２直上部からシリンドリカルレンズ１３の端部に向かうにつれて、徐々に大きくしている。また、さらに光強度を均一にするために、ラインスキャン範囲端部のレーザ照射範囲を検出素子２直上部より小さくすることが有効である。あるｘｚ平面において、ｘ方向の端部では検出素子からのレーザ光が斜めに照射しており、レーザ光の強度が一定でも受光素子９から見た見込み角が検出素子２の直上部より小さくなる。そのためラインスキャン範囲の端部では相対的に受光強度が小さくなり感度が低くなる。これに対し、ラインスキャン範囲の端部の照射範囲を小さくすれば、スクリーン１０のどの位置でジェスチャしても同等の感度を得ることができる。

なお、ここではレーザ照射範囲で強度を調整する構成を説明したが、レーザ光源７において発生する光強度を、検出素子２の直上に照射するかラインスキャン範囲端部に照射するかに応じて調整してもよい。同様の機能が実現できる方法であれば、他の方法でもよい。

また投射装置１の出射光がジェスチャの検出に影響を及ぼさないよう、レーザ光源７、受光素子９は赤外波長域を用いることが好ましい。赤外波長域を用いることで、外光下でも高感度なジェスチャの検出を行うことができる。

本実施例は、机上投射時においてジェスチャ検出を行うにあたり、誤検出が生じにくくするための工夫を含むものである。まず本実施例の全体システムについて説明する。

図１２は投射装置１を含めたシステム全体を示した図である。かかるシステムは、投射装置１、無線機器２０、ＰＣ２１を備えている。投射装置１は検出素子２、検出信号演算部３、投射部４、検出範囲切替部５、無線通信部２２、画像変換部２３、信号制御部２４を含んでいる。無線機器２０は、例えばスマートフォン、タブレット機器、及び／または例えば無線ＬＡＮ等で無線通信可能なＰＣ等である。投射装置１で投射する画像は、有線で接続されたＰＣ２１、もしくは無線機器２０から無線伝送により投射装置１に供給される。

ＰＣ２１からの画像信号は、有線により信号制御部２４に入力され、画像信号に応じた制御信号を投射部４に出力する。また信号制御部２４は検出したジェスチャに応じて操作信号を生成してＰＣ２１に送信する。この操作信号によりＰＣ２１から投射装置１に供給される画像信号及び／またはＰＣ２１のモニタに表示される画像信号が制御される。

無線機器２０は、画像信号を変調・符号化し、WiFi（登録商標）やBlueTooth（登録商標）等を利用して投射装置１の無線通信部２２に無線により送信する。無線通信部２２は、受信した画像信号を画像変換部２３に出力する。画像変換部２３は、無線伝送された画像信号を例えば復調、復号することにより画像出力可能な信号に変換して信号制御部２４に出力する。信号制御部２４は、入力された画像信号に応じ投射部４によって生成されるの投射画像の制御を行う。また信号制御部２４は、検出したジェスチャに応じて操作信号を生成し、無線通信部２２を介して無線機器２０に送信する。このとき、操作信号を無線送信するのに必要な変調・符号化処理は、画像変換部２３により行ってもよいし、無線通信部２２により行ってもよい。無線通信部２２からの操作信号は無線機器２０に入力され、無線機器２０から無線伝送される画像信号及び／又は無線機器２０のモニタ部に表示される画像信号が制御される。

以下では、机上投射時に検出範囲を表示画像上に設定する場合の問題点とそれを解決するための構成例、及びその使い方について説明する。

まず表示画像上の検出範囲に設定する場合の問題点について説明する。図１３（ａ）は、投射装置１を机上投射を行えるように設置し、かつ検出範囲２ａを投射装置１から投射された表示画像と同じサイズに設定し使用する様子を、上から（＋ｙ方向）から見た図を示している。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）を−ｘ方向から＋ｘ方向に見た図を示している。ここでは、投射面（図１３では投射装置配置台１１上の面）に投射された表示画像の垂直方向をｚ軸、表示画像の水平方向をｘ軸、表示画像（投射面）に対し垂直な方向（鉛直方向）をｙ軸とする。図１３の投射装置１は、実施例１等と同様にその内部からの画像光を投射ミラー４ｅで反射して投射装置配置台１１上に投射する構成としている。検出素子２は投射装置１の上方に設置し、表示画像内のジェスチャ検出を可能としている。ここでは一例として反射ミラー１９に検出素子２を設置している。図１３に示された例の場合、検出素子２によるジェスチャの検出範囲２ａが広いため操作範囲が広い利点はあるが、一方で操作者以外の人の動きを誤検出しやすいという問題もある。

図１４（ａ）は、投射装置１を机上投射に設置し、かつ検出範囲２ａを表示画像中央のみに設定して使用する様子を、上から（＋ｙ方向）から見た図を示している。図１４（ｂ）は図１４（ａ）を−ｘ方向から＋ｘ方向に見た図を示している。図１４に示された例の場合、操作者以外による誤検出は少ない利点があるが、操作者の操作範囲２ａが限定されているため操作者のジェスチャが検出され辛いという問題もある。操作者は、表示画像の正面に正対し操作することが多いことを考えると、表示画像中央の垂直方向（ｚ方向）を検出範囲として確保することが望ましい。しかし、表示画像中央の垂直方向を検出範囲に設定すると、検出範囲を縦長とする必要がある。検出範囲を縦長にするためには、検出素子２に新たにレンズや反射部材を設けたり、検出素子２を投射装置の配置箇所に応じその都度設計したりする必要がある。そこで、表示画像上のジェスチャの誤検出を少なくし、かつ部材、設計時間を増加させずに操作に必要な検出範囲を確保する構成が必要となる。

次に表示画像以外を検出範囲に含める場合について次に説明する。図１５（ａ）は検出素子２の中心軸を人体側（操作者側）に向けた構成を示した図であり、図１５（ｂ）は図１５（ａ）を−ｘ方向から＋ｘ方向に見た図である。図１５に示された例の場合、操作者の正面に検出範囲を設けており、表示画像上における操作者以外からの誤検出を低減することが可能である。さらに表示画像中央の垂直方向におけるジェスチャの検出が可能となるため、ジェスチャを検出するのに必要な検出範囲を確保できる。

このように、図１３、図１４及び図１５のそれぞれに示された検出範囲の例を比較すると、誤検出の可能性も含めジェスチャの検出精度の点で図１５に示された例が有利である。しかしながら、図１５の例における検出素子２は、ジェスチャを示す操作者の手及びその動きのみならず、操作者の体及びその動きを検出する位置に配置されるため、操作者の体の動きによる誤検出が発生する可能性がある。また検出素子２として人体の熱を検出するサーモパイルを用いた場合、操作者の体と検出素子２の温度差により検出信号が飽和するという問題もある。本実施例は上記問題を解決し、誤検出の少ない高精度なジェスチャシステムを提供するものである。

以下、人の動きに対する誤検出、及び人体と検出素子２の温度差による検出信号飽和を解決するための構成について以下に説明する。尚、本実施例では、検出素子２に使用するセンサとして、温度センサ、例えばパッシブ型のセンサである焦電型センサを用いるものとする。
〔操作者の動きに対する誤検出対策〕
以下、操作者の動きに対する誤検出対策に関し、ジェスチャの基本的な動き、誤検出の詳細及び解決方法について説明する。

まずジェスチャの基本的な動きに関し説明する。図１６は操作者の行う基本的な動きを示した図である。操作者はｘ軸方向（図１６（ａ））、ｚ軸方向（図１６（ｂ））、ｙ軸方向（図１６（ｃ））に手振りを行うことで、手振りに応じた投射画像の操作を得る。操作者の意図と異なるジェスチャの検出（以下、誤検出と呼ぶ）を避けるためには、人の動き、また操作環境を考慮するする必要がある。

本実施例において対策が必要な誤検出の原因は、「操作者によるジェスチャの連続動作」、「操作者の体の動き」、「ｙ軸方向の手の動作」である、これら原因と、それぞれの解決方法について以下に説明する。尚、本実施例では、机上投射時において、画像が表示される投射面（本例では投射装置配置台１１上の面）と平行な方向（特にｘ方向）のジェスチャにより、スクロール、コマ送り、スライドめくり等の表示画像の制御又は操作を行うものとする。

まず「操作者によるジェスチャの連続動作」に関し説明する。図１７は操作者によるジェスチャの連続した動きを示した図である。図１７ではｔ＝０で−ｘ軸方向に向けて、ｔ＝０に続くｔ＝ｔ１では＋ｘ軸方向に向けて、そしてｔ１に続くｔ＝ｔ２では再度−ｘ軸方向に向けて手振した例を示している。例えば−ｘ軸方向の操作を繰返し行いたい場合（例えばスライドを連続してめくる場合）、ｔ＝ｔ１での手振りの検出は操作者にとって意図しないものである。しかしながら、一方向の手振りを連続的に複数回行うためには、その位置方向と逆方向の手振りが必要であるため、この逆方向の手振りが誤検出として検出されやすくなる。

この操作者による連続した手振りに起因する誤検出を防止或いは低減するための本実施例の一構成例を図１８に示す。図１８は、ジェスチャの検出及び判定が行われた時間を時系列に示している。本実施例では、ｔ＝０でのある一方向のジェスチャが検出・判定されてからＴdeadが経過するまでの間は、上記一方向と逆方向の手の動きを検出しても、それジェスチャではないものとして無効にする、または上記逆方向の手振りをジェスチャとして検出しないようにする。この処理は、信号制御部２４または検出信号演算部２が行うものとする。ただしＴdead時間内でも同じ方向と判定された手の動きはジェスチャとして検出する。図１７の例では、ｔ１はＴdead以内なのでｔ１の時点で検出されたジェスチャは無効化される。一方、ｔ２はＴdeadの経過以降内なのでｔ２の時点で検出されたジェスチャは有効とされる。

このように、本実施例では、あるジェスチャの方向と連続する逆方向のジェスチャを無効化するか、或いはジェスチャとして検出しないようにするための無効化期間（すなわちＴdead）を設けている。この構成によれば、ある一方向に連続して画像を制御する（例えば多数のスライドめくり）をするためのジェスチャを良好に検出可能となる。人間の手振りの時間を考えるとＴdeadは６００ｍｓｅｃから１．４ｓｅｃに設定することが好ましい。

続いて「操作者の体の動き」にについて説明する。図１９は操作者の動きの一例を示しており、検出範囲２ａを横切るように操作者が−ｘから＋ｘ軸方向に歩いている例を示している。この場合、上記のよな操作者の動きが−ｘから＋ｘ方向へのジェスチャとして検出される。しかし、この場合は、操作者に投射画像を制御又は操作する意思はないため、当該操作者の動きによるジェスチャの検出は誤検出となる。同様に操作者の後ろを他の人が動く場合や、操作者が体を揺する行為を行った場合も同様な誤検出が発生する可能性がある。より精度の高いジェスチャ検出を提供するためは、このような操作者に画像の制御や操作の意思がない動きによる誤検出に対応する必要がある。

この操作者の（手ではない）体の動きに起因する誤検出を防止或いは低減するための本実施例の一構成例を図２０に示す。図２０は人の動きに対し検出素子２の出力信号レベルを示した図である。図２０において、ｔＡは検出範囲２ａ内の位置Ａを人が横切る時間を示しており、ｔｂは検出範囲２ａ内の位置Ｂを人が横切る時間を示している。人がＡ⇒Ｂを横切る速度ｖ（ｍ/ｓｅｃ）は、ｖ＝（ＡからＢまでの距離)/（ｔＢ−ｔＡ）で表される。

一般的に、人が動く（歩く）速度と手振りの速度に差があり、手振りの速度の方が人の動く速度よりも速い。本実施例はこの速度差を利用し、検出範囲２ａ内で動いた移動体の速度に応じて、当該移動体がジェスチャを示すものか否かを判定する。具体的には、ＡからＢまでの距離は検出範囲２ａに応じて決まるため、ＡからＢまでの移動時間に関する時間的な閾値Ｔ２を設定しておく。そして、図２０に示されるように、移動体がＡからＢに移動する場合に、移動体が検出範囲のＡの位置を横切る時に検出素子２から出力された検出信号がピークを示す時間（ｔＡ）と、検出範囲のＢの位置を横切る時に検出素子２から出力された検出信号がピークを示す時間（ｔＢ）との時間差が上記Ｔ２未満、すなわち（ｔＢ−ｔＡ）＜Ｔ２であれば、当該移動体はジェスチャではないと判定する（或いはジェスチャとして検出しないようにする）。一方、上記時間差がＴ２以上、すなわち（ｔＢ−ｔＡ）≧Ｔ２であれば、当該移動体をジェスチャとして判定或いは検出する。上記判定は、信号制御部２４又は検出信号演算部３１で行われる。

このように時間的な閾値Ｔ２を設けることで、操作者の手ではない体の動きによる誤検出を低減できる。本発明者らの実験により人が動く速度は１〜１．５（ｍ/ｓｅｃ）であり、手振りの速度は２−４（ｍ/ｓｅｃ）であるため、これを参考にして上記閾値Ｔ２を設定すればよい。

最後に「ｙ軸方向の手の動作」について説明する。図２１は、机上投射時において＋ｙから−ｙ方向の手の動かした様子、例えば表示画像への指差し動作を示している。投射された表示画像を見ながら議論する際、もしくはプレゼンテーション等で表示画像の内容について説明する際、表示画像に対する指差動作、すなわち＋ｙから−ｙ方向への手の動作が多々あると予想される。この場合、操作者はスライドめくり等の表示画像の操作を行う意思はないため、このような指差動作をジェスチャとして誤検出されることとなる。しかし、プレゼンテーションや会議等の場において、表示画像（投射された画像）に対する指差動作を許容することが好ましい。

本実施例は、表示画像に対する指差動作を許容しつつも、該指差動作が、スクロール、コマ送り、スライドめくり等の表示画像を制御又は操作するためのジェスチャと誤検出されないようにしたものである。

そして本実施例に係る投射装置１は、表示画像を制御又は操作するためのジェスチャとは異なる方向の手振りを検出した場合は、ジェスチャによる投射装置１の表示画像の制御又は操作を停止するように構成したものである。より詳細には、第１の方向、本例ではｘ方向（すなわち投射面と平行な方向で投射画像の水平方向）のジェスチャを検出素子２で検出した場合は、信号制御部２４により表示画像を制御又は操作するための操作信号を生成し、第１の方向と異なる第２の方向、ここではｙ軸方向（すなわち投射面と垂直な方向）のジェスチャを検出素子２で検出した場合は、信号制御部２４により上記第１方向のジェスチャを検出しても無効化するか、または検出を停止するか、検出しても信号制御部２４で操作信号を生成しないようにする。いずれの場合であっても操作信号は生成されない。すなわち本実施例は、ｙ軸方向の手振りによって、ｘ軸方向のジェスチャによる表示画像の制御又は操作を有効または無効にするものである。換言すれば、本実施例は少なくとも２種類のジェスチャにより操作可能であって、ｘ軸方向のジェスチャで表示画像の操作を可能にし、ｙ軸方向のジェスチャで、ｘ方向のジェスチャによる表示画像の制御又は操作のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるものである。

上記ｙ軸方向のジェスチャは、本実施例では、例えば図２２（ａ）に示されるように、−ｙから＋ｙ方向への手の動きとしている。すなわち、検出素子２が−ｙから＋ｙ方向への手の動きを検出した場合は、信号制御部２４によって、ジェスチャによる表示画像の操作が無効となるモード（以下、「ジェスチャ無効モード」と呼ぶ）に移行し、それ以降はｘ軸方向に沿った手振りをしても表示画像は制御又は操作されない。ジェスチャ無効モード中において、−ｙから＋ｙ方向への手の動きを検出すると、ジェスチャ無効モードが解除され、再度ｘ軸方向へのジェスチャによって表示画像の操作が可能となる。本実施例において、通常モード（ジェスチャが有効なモード）からジェスチャ無効モードに移行するためのジェスチャを−ｙから＋ｙ方向への手の動きとしているのは、ジェスチャ無効モード中において指差動作（通常は＋ｙ方向から−ｙ方向）によって不意にジェスチャ無効モードが解除されないようにするためである。すなわち指差動作とは区別可能な手の動きをジェスチャ無効モード移行のためのジェスチャとして設定しているものである。勿論、＋ｙから−ｙ方向への手の動きをジェスチャ無効モード移行のためのジェスチャとして設定してもよい。

このような本実施例の構成によれば、簡単な操作でジェスチャ無効モードに移行でき、このジェスチャ無効モードでは指差動作で表示画像が制御又は操作されないので、表示画像に対する指差動作を許容しつつも、該指差動作が、スクロール、コマ送り、スライドめくり等の表示画像変更のためのジェスチャと誤検出されることを防止できる。

但し、図２２（ａ）のように−ｙから＋ｙ方向への手の動きをジェスチャ無効モードへ移行するためのジェスチャとすると、例えば、次に説明するような誤検出が生じる可能性がある。かかる誤検出について図２２（ｂ）を参照しながら説明する。

図２２（ｂ）は、図２２（ａ）に示したジェスチャ無効モード移行のためのジェスチャを行う前段階に行う操作者の動きの一例を示した図である。図２２（ｂ）に示されるように、−ｙから＋ｙ方向へ手振りを行う前段階として、操作者は、画面中央に手を移動させる必要がある。そのため、右手で手振りを行う場合は＋ｘから−ｘ方向に、左手で手振りを行う場合は−ｘから＋ｘ方向に手が動くことが考えられる。かかる前段階における手の動作がｘ軸方向のジェスチャとして誤検出される可能性がある。このような前段階における誤検出の可能性を考慮すると、例えば図２２（ａ）のような手の動作、すなわち−ｙから＋ｙ方向、もしくは＋ｙから−ｙ方向の一方向の手の動作を検出しても、良好にジェスチャ無効モードに移行できない可能性がある。

かかる問題を解決するために、本実施例では更に、図２３に示されるように、ｙ方向に沿った二方向の手の動きを検出素子２により連続して検出したときに、ジェスチャ無効モードに移行するようにしている。本実施例において、ジェスチャ無効モードに移行するためには、図２３に示されるように、まず＋ｙから−ｙ方向に手振りを行い（図２３の（１））、その後、連続して−ｙから＋ｙ方向に手振りを行う（図２３（２）)。この一連の手の動作を検出することで、ジェスチャ無効モードに移行するためのジェスチャとして認識される。すなわちｙ軸方向に沿った、連続して為された互いに逆方向の手振り（つまりｙ軸方向の往復手振り）を通常モードからジェスチャ無効モードに移行するためのジェスチャとして認識する。また指差動作による誤検出を防止するために、例えば図２４に示されるように＋ｙから−ｙ方向の手振り（１）を検出した時間（Ｔ１）と−ｙから＋ｙ方向の手振り（２）を検出した時間（Ｔ２）との時間差を算出し、この時間差（Ｔ２−Ｔ１）が所定時間（Tges_en）未満であれば、ジェスチャ無効モードに移行する。一方、所定時間（Tges_en）以上であればジェスチャ無効モードに移行せず、当該検出ジェスチャは無効化される。このようにｙ方向に沿った２方向の手の動きの検出と該２方向の手の動き間の時間の検出により、高精度でジェスチャ無効モードに移行でき、更に簡単な操作で指差動作を許容できるようにするとともに誤検出の低減を実現できる。上記所定時間（Tges_en）は、人間の動きを考慮すると６００ｍｓｅｃ〜１．２ｓｅｃに設定することが好ましい。またｙ軸方向の手振りを、ジェスチャ検出の有効／無効を切替える用途で使用してもよい。そうすることで操作者の必要な時にのみジェスチャ検出を有効とすることができ、誤検出を更に低減できる。

また、表示画像の制御又は操作のためのジェスチャが有効／無効であるか（すなわちジェスチャ無効モード中か否か）を操作者に明確に分からせる工夫をしてもよい。例えば、図２５（ａ）に示されるように、ジェスチャ無効モードへの移行時に、画像にメッセージ或いはアイコン３０を合成して表示してもよい。また、図２５（ｂ）に示されるように、例えばＬＥＤ等のモード表示用光源１５を投射装置１の操作者と正対する位置に設け、表示画像操作のジェスチャが有効な時はこれを点灯させてもよい。図２５（ａ）の場合、メッセージ或いはアイコン３０を投射画像の端部に表示することが好ましいが、操作者が表示箇所を任意に設定できるようにしてもよい。

また、図２５（ｂ）においてモード表示用光源１５は投射装置１内に内蔵されており、検出素子２と検出素子保護カバー１６間に設置されている。検出素子保護カバー１６は、検出素子２を保護するためのものであて、検出素子２の検出面側に配置されており、また例えば透過性を有する材質で構成されている。本例では検出素子２と検出素子保護カバー１６間に光源１５を設置しているが、設置箇所はユーザが視認できる位置であればよく、投射装置１外でもよい。またモード表示用光源１５の色は投射装置１の外観により決めてもよいし、モード表示用光源１５としてＲＧＢ３色のＬＥＤを用い、ユーザがジェスチャ無効モード中に発光する色を任意に設定してもよい。モード表示用光源１５は人間が見えるよう可視光波長を用いるため、検出素子２の感度波長が可視光域でないか、または可視光域の感度が低ければ問題ない。また検出素子保護カバー１６は検出素子２の感度波長に対応した波長フィルタとして機能させ、上記感度波長を主として透過させるようにしてもよい。

また操作者以外による誤検出を避けるため、ジェスチャの検出後一定期間ジェスチャが検出されない場合は、投射装置１を、ジェスチャを検出しない状態としてもよいし、検出したジェスチャを無効化してもよい。この場合、操作者が使用する際に、ジェスチャを検出する状態に復帰させれば問題ない。ジェスチャ検出状態の切替はジェスチャにより行ってもよいし、投射装置１側のメニュー画面から設定してもよい。またメニュー画面から完全にジェスチャの検出又はジェスチャによる操作を無効とするモードを設け、ジェスチャによる操作の有効/無効の切替自身を無効としてもよい。

更にまた、表示画像に対しｘ軸方向、ｚ軸方向の２次元のジェスチャを検出可能にした場合、様々な方向のジェスチャと表示画像の制御又は操作の種類との組合せが考えられる。図２６は、机上投射時において、表示画像をジェスチャにより回転可能にした例を示した図である。

机上投射された画像を見ながら議論する場合、机を囲み様々な角度から表示画像を見る状況が推測される。このような状況において、例えば会議中でも表示画像を見せたい人はたびたび変わるため、表示画像の回転機能は議論に参加している多くの観測者にとって有用な場合が多い。具体的には、図２６（ａ）のように、表示画像の回転角度を手の動いた距離により設定する。一例をあげると、図２６（ａ）に示されるように画面中央を支点にＡ点からＢ点に手を９０°動かした場合、図２６（ｂ）に示されるように画面は反時計回りに９０°回転する。そうすると、図２６（ｂ）に示されるように、図中右側の観察者に対して表示画像の正面を向けることができる。

回転角度に関しては、ユーザが任意に設定可能としてもよい。またｘ軸方向、ｙ軸方向のみの動きと区別し誤検出を低減するため、ジェスチャによる表示画像の回転機能の有効/無効を切替え可能としてもよい。かかる切替えは、表示画像上の一点に数秒間手を静止させる動作で行うようにしてもよいし、ｙ軸方向の手の動作で行うようにしてもよい。更にまた、ユーザの使い勝手を考慮して、手の動作の種類と実行する機能（回転機能、回転機能の有効／無効の切替等）の割当てを自由に決めてよい。かかる割当ては、投射装置１のメニュー画面から設定してもよい。

また図２６（ｂ）のように表示画像の向きが変わった場合は、検出素子２の検出範囲２ａを図２６（ｂ）のように表示画像の向きに応じて変更してもよい。表示画面の正面に正対する人が主の操作者である可能性が高いため、当該操作者と対応する位置に検出範囲２ａを向けてもよい。

また机上投射の場合、投射装置１側面に電源スイッチが位置することとなる場合が多い。そのため、投射装置１が固定されていない場合、一方の手で投射装置１を押さえながら他方の手で電源スイッチを押すこととなり使い勝手が低下する。このためジェスチャで電源ON/OFF操作が可能となれば非常に使い勝手がよくなる。そこで本実施例では、ジェスチャにより電源のＯＮ／ＯＦＦの操作を可能としている。例えば図２７に示されるように、ｚ軸方向の手の動きによる電源ＯＮ／ＯＦＦの切替を行うようにしている。より詳細なには、例えば、手を＋ｚから−ｚ方向、すなわち表示画像の投射面と平行で投射装置１に近づく方向に動かし投射装置１に近い位置で一定時間静止させる。この手の動作を検出することにより電源ＯＮ／ＯＦＦを可能とする。このような構成によれば、投射装置１に備えられた電源ボタンを押さなくても、電源のＯＮ／ＯＦＦが操作できるため、より使い勝手を向上させることができる。

ここで、上述した「操作者によるジェスチャの連続動作」、「人の体の動き」及び「ｙ軸方向の手の動作」に関する課題の解決するための本実施例に係る処理のフローチャートについて、図４６〜４８を参照しながら以下に説明する。この処理は、信号制御部２４で行われるものとする。

図４６は、「操作者によるジェスチャの連続動作」に関する課題を解決するための本実施例に係る処理のフローチャートの一例を示している。図４６において、Ｓ４６１でｔ＝ｔ１の時点でジェスチャを検出したとする。ここで検出されたジェスチャの方向は、＋ｘ⇒−ｘ方向であるものとする。続いて、Ｓ４６２で、Ｓ４６１で検出したジェスチャの方向がｔ１よりも前のｔ０で検出したジェスチャの方向と同じか否かを判定する。同じと判定されれば、Ｓ４６３に進みＳ４６１で検出したジェスチャを有効とする。Ｓ４６２で異なると判定されれば、Ｓ４６４に進んでｔ０からの経過時間ｔ１がＴdeadの経過以前かを判定する。Ｔdead経過以前であればＳ４６５に進んでＳ４６１で検出したジェスチャを無効とする。Ｔdead経過以降であればＳ４６６に進んでＳ４６１で検出したジェスチャを無効とする。

図４７は、「人の体の動き」に関する課題を解決するための本実施例に係る処理のフローチャートの一例を示している。図４７において、Ｓ４７１で、検出範囲の位置Ａ、位置Ｂのそれぞれで移動体を検出する。このとき、位置Ａでの検出時間をｔＡ、位置Ｂでの検出時間をｔＢとする。続いてＳ４７２で、ｔＡとｔＢの時間差を算出し、これがＴ２未満か否かを判定する。Ｔ２未満であればＳ４７１で検出した移動体をジェスチャとして検出する。Ｔ２以上の場合は、Ｓ４７１で検出した移動体をジェスチャとして検出しないか、検出した場合はその検出を無効化する。

図４８は、「ｙ軸方向の手の動作」に関する課題を解決するための本実施例に係る処理のフローチャートの一例を示している。図４８において、Ｓ４８１で、ｙ軸方向の互いに異なる２方向（＋ｙ→−ｙ方向、及び−ｙ→＋ｙ方向）のジェスチャを検出する。このとき、＋ｙ→−ｙ方向のジェスチャの検出を時間ｔ１で、−ｙ→＋ｙ方向のジェスチャの検出を時間ｔ２で行ったものとする。続いてＳ４８２で、ｔ１とｔ２の時間差を算出し、その時間差が所定時間（Tges_en）未満であるか否かを判定する。所定時間（Tges_en）以上であればＳ４８４へ進み、当Ｓ４８１で検出したジェスチャを無効化する。所定時間（Tges_en）未満であればＳ４８３へ進み、ここで現在投射装置１がジェスチャ無効モード中か否かを判定する。ジェスチャ無効モード中であれば、Ｓ４８５へ進みジェスチャ無効モードを解除する。ジェスチャ無効モード中でなければ（すなわち通常モード＝ジェスチャ有効モード中であれば）、Ｓ４８６へ進みジェスチャ無効モードに移行する
次に人間の手振りを利用したノイズ低減による感度調整について図２８を参照しながら説明する。図２８は操作者が＋ｘから−ｘ方向へ右手で手振した様子を示している。
例えば検出素子２が複数のセンサを内蔵しており、図中Ａの位置とＢの位置とで検出するセンサがそれぞれ異なる場合を考える。図２８のような系においてセンサが観測する対象は、位置Ａでは掌、位置Ｂでは手の甲となる。掌と手の甲では温度が異なり、また色が異なるため光に対する反射率も異なる。この場合、位置Ａと位置Ｂから検出される信号レベルが異なる。一般に、センサの信号は増幅器で増幅した後信号処理を行う。その際、増幅器のゲインが高いとその分ノイズレベルが高くなり、応答速度も遅くなる。そのため相対的にノイズレベルが高いと予想される上級尾では増幅器のゲインを下げることが望ましい。そこで本実施例では、Ａ側センサとＢ側センサのうち一方のセンサに対応する増幅器のゲインを下げることで、ノイズレベルの低減と応答速度の向上を実現する。例えば掌の温度と手の甲の温度では一般的に掌の方が高いため、右手で手振りをする場合は掌を検出するＡ側センサに対応する増幅器のゲインを下げ、逆に左手で手振りする場合はＢ側センサに対応する増幅器のゲインを下げる。これにより、複数のセンサを備えた場合において、ノイズを低減して高精度でジェスチャを検出できる。

手振りの手の切替え、すなわち右手モードと左手モードの切替は、例えば投射装置１に備えられたスイッチや表示画像のメニューにより行うようにしてもよい。
〔検出信号飽和対策〕
次に操作者の体と検出素子２との温度差による検出信号の飽和に関する課題、及びそれを解決するための本実施例の構成について説明する。ここでは、センサとしてサーモパイルを利用した検出素子を使用するものとする。

まずサーモパイルを用いた検出素子２の回路構成の一例について図２９を参照しながら説明する。図２９において、サーモパイル（センサ）２６１は、対象物（例えば人の手）の温度とセンサ２６１自身の温度差にほぼ比例した検出信号を出力する。サンセ２６１の検出信号のレベルは非常に小さいため増幅器２６２を用い増幅する。また増幅器２６２の正極性端子にはサンセ２６１が入力され、負極性端子には基準電圧Vrefが入力される。そして増幅器２６２は、その負極性端子に入力された基準電圧Vrefを基準にして、正極性端子に入力されたセンサ２６１からの検出信号を増幅して出力する。この増幅器２６２からの信号がジェスチャ判定のための信号として利用される。

図３０は、熱を持つ対象物をサーモパイル（センサ）２６１で検出した際の増幅器２６２の出力電圧を示した図である。図３０において、増幅器２６２の出力電圧をVobj、基準電圧をVref、対象物の温度をTobj、サーモパイル（センサ２６１）の温度をTsとすると、Tobj＝Tsの場合、Vobj＝Vrefとなる。またTobj>Tsの場合、Vobj>Vrefとなり、Tobj<Tsの場合Vobj<Vsとなる。増幅器２６２の出力電圧Vobjは、対象物の温度Tobjとサーモパイルの温度Tsとの関係により決まり、例えば下記式４で表される。

Vobj=α(Tobj-Ts)+Vref ・・・（４）
ここで、αはサーモパイルの感度、及び／または増幅器２６２の増幅度（ゲイン）によって定まる係数である。

次にサーモパイルを用いたジェスチャ検出について説明する。図３１（ａ）はサーモパイルに正対した人体を検出した場合の例を示した図であり、図３１（ｂ）はサーモパイルに正対した人の手の検出を示した場合の例を図である。また図３２は、人体と手の温度を検出した際の増幅器２６２の出力電圧を示した図である。ここで、図示しないが投射装置１は机上投射をしており、人体の温度をTback、人体の温度に対応する出力電圧をVback、手の温度をThand、手の温度に対応するVobjをVhandとする。投射装置１の表示画像をジェスチャにより操作或いは制御する場合、図３１に示されるように、操作者は、投射装置１のセンサ２６１に正対してセンサ２６１の前に手を差し出して手振りを行う。このため、操作者の体は、操作者の手に対して静止した背景とみなすことができる。また操作者の手は操作者の体よりもセンサ２６１の近くに位置するため、また操作者の体は衣服により覆われているため、センサ２６１から見ると、操作者の手の方が操作者の体よりも高い温度となる。このため、図３２に示されるように、背景としての静止した人体を検出した時の電圧Vbackと、その背景の前で動く太陽物である人の手を検出した時のVhandとの差分、すなわちΔＶ（Vhand−Vback）を算出することにより、手振り、すなわちジェスチャを検出することができる。

図３３は、ジェスチャ検出に用いられる、サーモパイルを複数含む検出素子２の一例を示しており、図３３（ａ）は４つのサーモパイル（ＣＨ１〜ＣＨ４）を含んだ検出素子２の検出面を正面から（すなわち＋ｚから−ｚ方向に）観測した図、図３３（ｂ）は検出素子２の各サーモパイルの検出範囲を−ｘから＋ｘ方向に観測した図、図３３（ｃ）は検出素子２の各サーモパイルの検出範囲を＋ｙから−ｙ方向に観測した図を示している。図３３（ａ）に示されるように、サーモパイルは、検出面の中心を通るｙ軸方向の線に沿って２つ（ＣＨ２、ＣＨ４）、検出面の中心を通るｘ軸方向の線に沿って２つ（ＣＨ１、ＣＨ３）並ぶように配列されており、このため４つのサーモパイルは検出素子２の検出面において菱形に配列されている。

かかる検出素子２では、各サーモパイルが検出する信号の振幅と検出信号を出力した時間（タイミング）を用いてジェスチャを検出する。例えば＋ｘから−ｘ方向に手振りをすると、ＣＨ１の信号出力後ＣＨ４、ＣＨ２が検出され最後にＣＨ３が検出される。このときＣＨ１とＣＨ３の信号出力には時間差が生じる。すなわち、ＣＨ１とＣＨ３に着目すると、本例における手振りでは、ＣＨ１、ＣＨ３の順に信号が出力される。換言すれば、時間的にＣＨ１、Ｃｈ３の順で信号が出力されれば、その時の手振りは＋ｘから−ｘ方向に向かう手振りであると判定することができる。このように、本例の検出素子２では、各サーモパイルの信号レベルと時間差を検出することで、ジェスチャ、すなわち背景よりも高温で動く物体（人の手）の存在の有無、及びその方向の検出が可能となる。ここでは４つのサーモパイルを用いた例を示したが、サーモパイルの数は４つでなくてもよい。手振りの動きが検出可能な個数であればいくつであってもよい。

次にこのサーモパイルを用いた回路構成の問題点を説明する。図３４はサーモパイルの温度に対し人体温度が非常に高い場合を示した図である。図３４に示されるように、背景としての人体温度Tbackがサーモパイル温度Tsより非常に高い場合、出力電圧が非常に高くなり、増幅器２６２の電源電圧Vcc（増幅器２６２の出力電圧の最大値）レベルに飽和する。このとき、手の温度Thandが人体温度Tbackより大きい場合、ジェスチャ有無に関わらず増幅器２６２からの出力電圧は変動しない。この場合、ジェスチャの検出が不可能となる。図３５はサーモパイル温度に対し人体の温度が非常に低い場合を示した図である。この場合は、図示されるように増幅器２６２の出力電圧がＧＮＤレベルに飽和し、図３４と同様にジェスチャ検出不可能となる。

このように、サーモパイル温度と人体温度に大きな差がある場合は、ジェスチャを検出することが不可能となる場合がある。かかる問題を解決すべく、本実施は、上記図３４、図３５に例示した増幅器２６２の出力電圧の飽和状態を回避或いは抑制して好適にジェスチャを検出するための工夫を為したものである。以下、本実施例に係る増幅器２６２出力の飽和を回避或いは抑制するための検出素子２の構成について、図３６を参照しながら説明する。

図３６に示されるように、本実施例に係る検出素子２は、サーモパイル（センサ）２６１及び増幅器２６２に加え、更に増幅器制御部３６を備えている。図３３に示された検出素子２の構成の場合は、４つのサーモパイルそれぞれに増幅器２６２及び増幅器制御部３６が設けられるものとする。増幅器制御部３６は、信号検出部３６ａ、ゲイン制御部３６ｂ、及び基準電圧生成部３６ｃを含んでいる。センサ２６１からの出力信号は、増幅器２６２により増幅され増幅器制御部３６の信号検出部３６ａに入力される。信号検出部３６ａは、後述のようにセンサ２６１からの出力信号に基づいてゲイン制御部３６ｂ及び基準電圧生成部３６ｃを制御するための制御信号を生成して出力する。ゲイン制御部３６ｂは信号検出部３６ａからの制御信号に応答して増幅器２６２のゲインを制御する。また基準電圧生成部３ｃは信号検出部３６ａからの制御信号に応答して増幅器２６２に与える基準電圧を制御する。

次に図３６に示した回路における具体的な飽和回避又は抑制のための増幅器２６１の制御について図３７を参照しながら説明する。

まず増幅器２６１に制御として基準電圧の制御に関し説明する。図３７は図３６に示された信号検出部３６ａの一具体例を示した図である。図３７において、信号検出部３６ａは、Ａ／Ｄ変換器３６１、比較部３６２、基準電圧制御部３６３、閾値格納部３６４、そして目標値格納部３６５を有している。ここで、操作者の体を検出した場合を考える。増幅器２６２の出力信号Vbackは、Ａ／Ｄ変換器３６１に入力されデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器３６１から出力されたデジタル信号は、比較部３６２で閾値格納部３６４に格納された所定の閾値を読み出してこれと比較し、基準電圧Vrefの制御が必要か判定する。ここで、閾値格納部３６４に格納される所定の閾値は、例えばＶｃｃ及び／又はＧＮＤ電圧とする。閾値がＶｃｃの場合、Ａ／Ｄ変換器３６１からの出力信号がＶｃｃ以上のときは基準電圧Vrefの制御が必要と判定する。また閾値がＧＮＤの場合、Ａ／Ｄ変換器３６１からの出力信号がＧＮＤ以下のときは基準電圧Vrefの制御が必要と判定する。すなわち、比較部３６２は、増幅器２６２からの出力電圧の飽和状態を判定するものである。このとき、人の手を検出した場合と区別するために、比較部３６２では、一定期間（例えば数秒間）増幅器２６２からの出力電圧が閾値Ｖｃｃ以上またはＧＮＤ以下であるかを判定するようにしている。

比較部３６２は、基準電圧Vrefの制御が必要と判定した場合、すなわちＡ／Ｄ変換器３６１からの出力信号がＶｃｃ以上かＧＮＤ以下の状態が一定期間継続した場合、制御開始信号を基準電圧制御部３６３に出力する。基準電圧制御部３６３は、比較部３６２からの制御開始信号に応答して目標値格納部３６５に格納された目標値を読み出し、該目標値応じて基準電圧制御信号を生成し、基準電圧生成部３６ｃを制御する。

このとき、例えば基準電圧VrefがＶｃｃ／２でＡ／Ｄ変換器３６１からの出力信号がＶｃｃ以上の場合、基準電圧制御部３６３は、目標値格納部３６５からＶｃｃ／２よりも低い目標値（例えばＶｃｃ／４）を読み出し、基準電圧VrefをＶｃｃ／４とするような基準電圧制御信号を生成して基準電圧生成部３６ｃを制御する。また例えば基準電圧VrefがＶｃｃ／２でＡ／Ｄ変換器３６１からの出力信号がＧＮＤ以下の場合、基準電圧制御部３６３は、目標値格納部３６５からＶｃｃ／２よりも高い目標値（例えばＶｃｃ３／４）を読み出し、基準電圧VrefをＶｃｃの３／４倍とするような基準電圧制御信号を生成して基準電圧生成部３６ｃを制御する。

基準電圧生成部３６ｃは、例えば抵抗分割により基準電圧Vrefを生成する構成のものであれば、当該抵抗値を制御することで基準電圧を制御するようにしてもよい。また、基準電圧生成部３６ｃに内蔵されたＡ／Ｄ変換器を用いて基準電圧Vrefを制御してもよいし、基準電圧生成部３６ｃがＰＷＭ制御されるのであれば、そのＰＷＭ信号のデューティ比を制御して基準電圧Vrefを制御するようにしてもよい。

増幅器２６２出力の飽和状態を検出してから制御を開始するためには、上記の例ように閾値格納部３６４にＶｃｃもしくはＧＮＤを格納しておく。勿論、閾値格納部３６４には、所定の閾値Ｖｃｃ、ＧＮＤレベル以外の閾値を格納或いは設定してもよい。例えば、VbackとVhandの差があれば人の手の動き、すなわちジェスチャを検出可能であるため、Ａ／Ｄ変換器３６１の最小分解能に対応する電圧が増幅器２６２から出力可能であればよいことを考慮すると、Ｖｃｃ−（Ａ／Ｄ変換器３６１の最小分解能に対応する電圧）、もしくはＧＮＤ＋（Ａ／Ｄ変換器３６１の最小分解能に対応する電圧)を閾値格納部３６４に格納或いは設定してもよい。図３８では、閾値をＶｃｃ−（Ａ／Ｄ変換器３６１の最小分解能に対応する電圧）とした場合のみ示しており、図示のように増幅器２６２からの出力電圧がこの閾値を超えた場合に基準電圧Vrefの制御を開始する。

またＡ／Ｄ変換器３６１の最小分解能だけでなく、サーモパイルからの検出信号に含まれるノイズレベルを考慮して閾値を設定してもよい。また目標値格納部３６５に、閾値格納部３６４に格納された閾値と同じ値を目標値として格納してもよい。

また、検出する温度範囲によって目標値を変更してもよい。例えば、Vref=Vcc/2、サーモパイル温度Ts=25℃の場合に、増幅器２６２からの出力信号がVcc、GNDに飽和する温度をそれぞれTback=35℃、15℃とすると、ジェスチャが検出可能な温度範囲（検出可能温度範囲）ΔT=20℃(=35-15℃)となる。サーモパイル温度Tsが下がりTs=20℃となると、増幅器２６２からの出力信号がVcc、GNDに飽和する温度はそれぞれTback=30℃、10℃となる。つまりサーモパイル温度が低くなると、人体の温度または手の温度のいずれを検出した場合も増幅器２６２からの出力信号が飽和する可能性が高くなる。このため、サーモパイル温度Tsが低く変動することが予想される場合は、上記検出可能温度範囲ΔTを高温側に維持或いは拡大可能にすることが好ましい。そこで、例えば基準電圧を例えばVcc/4に設定すれば、Ts=20℃で検出可能温度範囲ΔTを35℃から15℃とすることができる。この検出可能温度範囲ΔTは、上述のようにサーモパイル温度Tsが25℃の場合と同じである。このように基準電圧を変更することで、サーモパイルの温度Tsが低い方向に変動する場合でも適切な検出可能温度範囲ΔTでジェスチャ検出が可能となる。この例では基準電圧をVcc/4に設定したが、基準電圧は使用するサーモパイルの温度範囲を考慮し決定してもよい。

次に、増幅器２６２の出力電圧の飽和を回避或いは抑制するための、増幅器２６２のゲインの制御について説明する。この制御も図３７の回路で実行される。

上述のように、比較部３６２で一定期間増幅器２６２からの出力電圧（Ａ／Ｄ変換器３６１からの信号）が閾値Ｖｃｃ以上またはＧＮＤ以下と判定された場合に、まず基準電圧Vrefを制御する。このとき、増幅器２６２のゲイン制御は行わない。

この基準電圧Vrefの制御後でも増幅器２６の２出力電圧の飽和が維持される場合は、増幅器２６２のゲインを制御する。例えば、基準電圧Vrefの制御後、比較部３６２において、一定期間（例えば数秒間）増幅器２６２からの出力電圧が飽和しているか、すなわちＡ／Ｄ変換器３６１からの信号が一定期間閾値Ｖｃｃ以上またはＧＮＤ以下かどうかを判定する。もし一定期間飽和が継続していると判定されたならば、増幅器２６２のゲインを制御要と判定する。例外として、複数のサーモパイルのうち一部のサーモパイルに接続された増幅器２６２の出力電圧のみ飽和している場合は制御を行わない。その理由として、一部のサーモパイルのみ故障、もしくは熱源が近くにある可能性があるためである。

そして、比較部３６２が増幅器２６２のゲイン制御要と判定した場合は、比較部３６２はゲイン制御信号をゲイン制御部３６ｂに出力し、増幅器２６２のゲインを下げるように制御する。このゲイン制御信号は、閾値格納部３６４に格納された閾値に基づいて生成してもよいし、目標値格納部３６５に格納された目標値に基づいて生成してもよい。また、前述したようにＡ／Ｄ変換器３６１の分解能やノイズレベルを考慮し決めてもよい。

通常、増幅器のゲインは、サーモパイルからの低いレベルの検出信号を取得しやすくするために非常に高く設定されている。このため、増幅器のゲインは高く維持しておくことが好ましい。本実施例では上記のように増幅器２６２の出力電圧が飽和してもすぐにはゲインを下げず、まず基準電圧Vrefを制御し、それでも飽和が維持する場合に増幅器２６２のゲインを下げている。従って、本実施例によれば、サーモパイルからの検出信号の取得を良好に維持しながらも飽和を抑制することができる。

また、サーモパイルの一部が故障し増幅器２６２の出力電圧が飽和状態を示すこと或いは熱源が近くにあるために幅器２６２の出力電圧が飽和状態を示すことが検出された場合は、例えば図３９に示されるように、表示画像に警告メッセージ３９を合成表示させるようにしてもよい。この警告３９の表示によって、正常なジェスチャの検出が不可能であることを操作者に知らせることができる。エラー表示３９は表示画像上でなくてもよく、例えばＬＥＤ（例えば図２５（ｂ）のエラー表示用光源１５）の点滅や、スピーカーからエラー音を鳴らしてもよい。操作者がエラーを認識できる方法であれば何でもよい。

次に、サーモパイルの温度制御することで、飽和状態を回避しジェスチャ検出を可能とする構成について説明する。本実施例は、サーモパイルの温度を手の温度とほぼ同じとなるように制御し、更に増幅器２６２のゲイン、基準電圧を調整することで小さい信号でも検出可能とするものである。図４０は、本実施例に係る別の検出素子２の一具体例であり、かかる検出素子２は、サーモパイル（センサ）２６１及び増幅器２６２に他に、更に、増幅器／温度制御部４０、温度検出部４１、温度調整部４２を有している。また増幅器／温度制御部４０は、信号検出部４０ａ、ゲイン制御部３６ｂ、温度制御部４０ｂ、温度目標格納部４０ｃ、及び基準電圧生成部３６ｃを含んでいる。

次に図４０の動作について説明する。センサ２６１から増幅器２６２を介し出力された信号と、温度検出部４１の出力信号は、増幅器／温度制御部４０の信号検出部４０ａに入力される。信号検出部４０ａは、増幅器２６２からの信号を用いて図３７の説明と同様な処理を行い、基準電圧生成部３６ｃ及びゲイン制御部３６ｂに制御信号を出力する。基準電圧生成部３６ｃ及びゲイン制御部３６ｂは、図３７の説明と同様な処理で増幅器２６２の基準電圧Vref及びゲインを制御する。これらの処理、制御は図３７の説明のものと同様であるので、ここではその詳細な説明は省略する。

更に信号検出部４０ａに入力さら信号のうち温度検出部４１からの信号は、更に温度制御部４０ｂに入力される。温度制御部４０ｂは、温度検出部４１で検出されたセンサ２６１の温度が温度目標値格納部４０ｃに格納された目標温度になるよう、温度調整部４２を制御する。温度調整部４２は、センサ２６１を加熱又は冷却することでセンサ２６１の温度を制御するものであり、例えばペルチェ素子やコイルなどで構成されたヒータなどを利用できる。このペルチェ素子やヒータへ供給される電流を制御することで、センサ２６１の温度を制御する。温度目標値格納部４０ｃに格納された目標温度は、人の手の温度に近い値、例えば３６℃付近に設定する。

図４１（ａ）は、サーモパイルの温度を人の手の温度（体温である３６℃付近）と同じになるように制御したときの増幅器２６２の出力電圧を示した図である。図示されるように、サーモパイルと手は同一温度であるため、上記式（４）からVhand及びVbackはそれぞれ以下の式５、式６で表される。

Vhand＝Vref ・・・（５）
Vback＝α(Tback-Ts)+Vref （但しα＝α１） ・・・（６）
尚、式６のαは、増幅器２６２のゲイン（増幅率）を示しており、ここではα１としている。

手の温度は衣服を着用している人体より高い場合が多く、通常VbackはVhandより低くなる。従って、サーモパイルの温度を手の温度と等しくするように温度制御すれば、図４１（ａ）及び式５のようにVhand＝Vrefとなり、かつVbackを基準電圧Vrefよりも低くすることができるので、増幅器２６２の出力電圧の飽和状態を回避してジェスチャの検出が可能となる。

ところで、ジェスチャ検出において、Vhand-Vbackの値は検出精度に大きく影響を与える。すなわちVhand-Vbackが大きいほどジェスチャを検出しやすくなる。このため、上述したサーモパイルの温度制御に、図３７で説明した増幅器２６２のゲイン、基準電圧の制御を組み合わせると、ジェスチャ検出の感度向上の点でより効果的である。このサーモパイルの温度制御を図４１（ｂ）に示す。図４１（ｂ）の例では、基準電圧VrefをVccに制御し、かつゲインαを図４１（ａ）のα１よりも大きいα２としている。このようにすることで、Vhand-Vbackの値を大きくしている。以上のようにセンサの温度制御に、更にゲイン、基準電圧の制御を加えることでさらにジェスチャ検出の感度を高くすることができる。

目標温度を手の温度にする場合は、例えば検出素子２で操作者の手の温度を検出し、これを目標温度として温度目標値格納部４０ｃに格納するようにしてもよい。この場合、例えばジェスチャによる操作の開始前に所定の温度検出期間を設定しておき、ユーザが検出素子２の前に手を出すことで手の温度の検出を行うようにしてもよい。

図４２はセンサの温度制御を含む制御シーケンスを示した図である。かかる制御シーケンスは、センサ温度制御、基準電圧制御、ゲイン制御を含む。すなわち、本実施例に係る制御シーケンスは、基準電圧制御及びゲイン制御に先立ちセンサ温度制御を行うものである。基準電圧制御、ゲイン制御は先に説明したものと同じであるのでここでは省略し、センサ温度制御についてのみ説明する。

センサ温度制御では、所定期間において手の温度の検出及びサーモパイルの温度の制御を行う。手の温度を検出する方法としては、例えば検出素子２の温度を温度制御部４０ｂにより所定範囲（例えば28〜37℃の範囲）で変動させ、基準電圧Vrefと同じになる温度をユーザの手の温度として検出する。この検出された温度は、目標温度として温度目標値格納部４０ｃに格納する。この検出は体温計として利用することも可能である。手の温度検出はメニュー画面からユーザが設定をしてもよいし、上述のようにジェスチャＯＮ／ＯＦＦを切替えた際に自動的に手の温度測定を促す画面を表示してもよい。検出された手の温度を目標温度として温度目標値格納部４０ｃに格納後、図４０の説明と同様な方法でサーモパイルの温度を制御する。センサ温度の制御後、上述した増幅器２６２の基準電圧制御、ゲイン制御を行う。

このように、本実施例によれば、センサ２６１の温度を例えば手の温度と同じになるように制御することで、増幅器２６２の出力電圧の飽和を回避或いは抑制することができる。またこれと組み合わせて、増幅器２６２の基準電圧制御及び／またはゲイン制御を行うことで、増幅器２６２の出力電圧の飽和を回避或いは抑制しながら、ジェスチャの検出感度を高めることが可能となる。

上記センサの温度制御は、投射装置１内の熱源を利用してもよい。例えば光源を駆動するドライバ周辺は非常に温度が高いので、ドライバを熱源とし、その熱を検出素子２側に伝達するための構造を設けてもよい。具体的には、可動する遮熱体または伝熱体を設け、これを設定温度に応じて移動させることによりドライバ周辺からセンサへの熱の流入量を制御する。勿論、これ以外の構造を採用してもよい。

次に実施例４について説明する。以下の本実施例では、検出素子２として例えばサーモパイルなどのセンサセンサを４つ（ＣＨ１〜ＣＨ４）内蔵したものを例にして説明するが、これに限られるものではない。

図４３は、ＣＨ３からＣＨ１の方向に手振りをした場合の信号出力を示した図である。検出素子２は図示の通りｘ軸方向、ｙ軸方向のジェスチャを検出する。ここではジェスチャにより出力した信号のｘ軸方向、ｙ軸方向の分離を容易にするため方法を説明する。図４３の例では、まずＣＨ３から検出信号が出力され、続いてＣＨ２、ＣＨ４、最後にＣＨ１から検出信号が出力される。それぞれの検出信号は背景温度Tbackに対応したオフセットと、手の温度Thandに対応したジェスチャ信号レベルを出力する。ここで、どちらの軸方向のジェスチャが入力されたかを判別して誤検出を低減するために、それぞれの軸の方向において各ＣＨから得られた検出信号の差分を取るように構成している。その一例について図４４を参照して説明する。

図４４は、ｘ軸方向、ｙ軸方向それぞれでセンサ出力の差分を取ったときの信号の様子を示している。図面上側がｘ軸方向、下側がｙ軸方向の差分の取得結果を示している。すなわち図４４の上の図はＣＨ１とＣＨ３の検出信号の差分をとったものであり、下の図はＣＨ２とＣＨ４の検出信号の差分をとったものである。図示されるように、各軸のセンサ出力の差分を取ることでノイズの低減、ジェスチャ信号レベルの向上、及びジェスチャを表す信号の特徴量の抽出が実現できる。ノイズの低減、ジェスチャ信号レベルの向上により、より小さい信号でも検出可能となり、特徴量の抽出により軸方向の誤検出を低減できる。さらにオフセットレベルに対し上下対称の波形となっており、ｙ軸方向と分離が容易である。上記波形の対称性を利用するためには、背景温度により変動するオフセットレベルと手の動きによるジェスチャ信号レベルを検出する必要がある。

図４５はジェスチャ信号レベルとオフセットレベルを検出するための一構成例を示した図である。まず、前述と同様各ＣＨの検出信号をＡ／Ｄ変換し、ｘ軸方向、ｙ軸方向のそれぞれについて差分を計算する。例えばｘ軸方向についてはＣＨ１とＣＨ３の検出信号の差分を計算し、ｙ軸方向についてはＣＨ２とＣＨ４の検出信号の差分を計算する。そして、計算した各軸の差分について時間的平均を算出する。時間的平均の算出方法として、次の２つを用いる。一つは、数秒間にわたって差分の平均を算出する方法と、もう一つは、数十msecにわたって差分の平均を算出する方法である。前者の算出方法によりオフセットレベルを算出し、後者の算出方法によりジェスチャ信号レベルを算出する。ジェスチャ信号レベルについては、ノイズレベルを考慮し、平均化のための時間を短くしてもよい。またオフセットレベルについては、変動する信号に追従するため、平均化のための時間を短くしてもよい。また使用する環境に応じて平均化時間を変更してもよい。

このようにしオフセットレベルとジェスチャ信号レベルの時間的平均を算出し、オフセットレベルを基準にした波形の対称性を判定する。波形の対称性を判定する方法としては、信号レベルの最大値、最小値がオフセットレベルからどれだけ差があるかを判定に使用してもよい。例えば（最大値−オフセットレベル）＜倍数×（オフセットレベル−最小値）であれば対称性があり、ジェスチャが入力された軸であると判定する。一方、この条件を満たさないものは、ジェスチャが入力された軸ではないと判定する。

このようにして、ｘ軸方向にジェスチャがあった場合に、各ＣＨの検出信号からｙ軸方向の信号成分を容易に分離することができる。ここではｘ軸方向の手振りを例にあげたが、ｙ軸方向の手振りを行った場合も同様に波形に対称性がみられるため、同じ方法を採用してｘ軸方向の信号成分を抽出することができる。

１：投射装置、２：検出素子、２ａ：検出範囲、３：検出信号演算部４：投射部、４ａ：画像制御部、４ｂ：光源部、４ｃ：光制御、４ｄ：投射レンズ、４ｅ：投射ミラー、５：検出範囲切換部、５ａ：検出範囲切換信号生成部、５ｂ：検出素子制御部、６：外部機器、７：レーザ光源、８：角度可変ミラー、９：受光素子、１０：スクリーン、１１：投射装置配置台、１２：回転台、１３：シリンドリカルレンズ、１５：ＬＥＤ光源、１６：検出素子保護カバー、２０：無線機器、２１：ＰＣ、２２：無線通信部、２３：画像変換部、２４：信号制御部、２５：赤外線受光部、２６２：増幅器、４１：温度検出部、４２：温度調整部

Claims (19)

1. 画像を投射面に投射し、ジェスチャにより前記投射された画像の制御又は操作が可能な画像投射装置において、
   前記ジェスチャを検出するための検出素子と、
   該検出素子により検出された、前記投射面と平行な第１の方向のジェスチャに基づいて、前記投射された画像を制御又は操作するための操作信号を生成する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記検出素子が、前記投射面と垂直な第２の方向のジェスチャを検出した場合は、該第２の方向のジェスチャの検出以降に検出された前記第１の方向のジェスチャに基づく操作信号の生成を停止するジェスチャ無効モードに移行し、該ジェスチャ無効モード中に、前記検出素子が、前記第２の方向でかつ前記投射面から離れる方向のジェスチャを検出した場合は、前記ジェスチャ無効モードを解除することを特徴とする画像投射装置。
2. 請求項１に記載の画像投射装置において、
   前記第１の方向は、さらに、前記投射された画像の水平方向であることを特徴とする画像投射装置。
3. 請求項１に記載の画像投射装置において、
   前記検出素子が、前記第２の方向に沿った、連続して為された互いに逆方向のジェスチャを検出した場合に、前記制御部は、前記ジェスチャ無効モードに移行することを特徴とする画像投射装置。
4. 請求項１に記載の画像投射装置において、
   前記制御部は、さらに、前記検出素子で前記第１の方向における一方向のジェスチャ検出後、一定時間内に検出された該一方向と反対方向のジェスチャを無効にすることを特徴とする画像投射装置。
5. 請求項１に記載の画像投射装置において、
   前記検出素子は、一定以上の速度での手振りをジェスチャとして検出することを特徴とする画像投射装置。
6. 請求項１に記載の画像投射装置において、
   前記検出素子が、前記第２の方向に沿って為された一方向のジェスチャを検出した後、一定時間内に為された該一方向と逆方向のジェスチャを検出した場合に、前記制御部は、前記ジェスチャ無効モードに移行することを特徴とする画像投射装置。
7. 請求項１に記載の画像投射装置において、
   前記制御部は、前記ジェスチャ無効モードであるか否かを知らせるためのメッセージまたはアイコンを、前記投射する画像に含ませることを特徴とする画像投射装置。
8. 請求項１に記載の画像投射装置において、
   前記ジェスチャ無効モードであるか否かを知らせるための光源を更に備えたことを特徴とする画像投射装置。
9. 請求項１に記載の画像投射装置において、
   更に、ジェスチャにより画像を回転させる機能を持つことを特徴とする画像投射装置。
10. 請求項９に記載の画像投射装置において、
    前記投射された画像上で回転するジェスチャにより前記画像を回転させることを特徴とする画像投射装置。
11. 請求項１に記載の画像投射装置において、
    前記検出素子が前記第１の方向及び前記第２の方向と垂直な方向のジェスチャを検出した場合に前記画像投射装置の電源をＯＮ／ＯＦＦすることを特徴とする画像投射装置。
12. 請求項１に記載の画像投射装置において、
    前記検出素子は複数のセンサを含み、各センサの感度を異ならせることを特徴とする画像投射装置。
13. 請求項１２に記載の画像投射装置において、
    操作者が右手でジェスチャをする場合は、操作者から見て右手側のセンサの感度を左手側のセンサの感度より低く、左手でジェスチャをする場合は、左手側のセンサの感度を右手側のセンサの感度より低くするように設定可能としたことを特徴とする画像投射装置。
14. 請求項１に記載の画像投射装置において、
    画像情報を有する光を発生する光源部と、
    該光源部が発生した光を用いて前記画像情報に基づく光学的な画像を生成する光制御部と、
    該光制御部が生成した前記画像を投射する投射光学部を有する投射部と、
    前記検出素子に含まれ、前記画像投射装置の操作者の前記ジェスチャを検出し、検出信号を出力する温度センサと、
    該検出素子に含まれる各温度センサからの前記検出信号を増幅する増幅器と、
    前記増幅器において前記検出信号を増幅するために用いられる基準電圧及び／または前記増幅器のゲインを制御可能な増幅器制御部と、をさらに備え、
    前記制御部は、該検出素子が検出し前記増幅器が増幅した前記ジェスチャの検出信号に基づき前記操作信号を生成することを特徴とする画像投射装置。
15. 請求項１４に記載の画像投射装置であって、
    前記増幅器制御部は、前記検出素子の前記検出信号が第１の閾値以上、または該第１の閾値よりも低い第２の閾値以下の場合は、前記基準電圧及び／または前記増幅器のゲインを制御することを特徴とする画像投射装置。
16. 請求項１４に記載の画像投射装置であって、
    前記増幅器制御部は、前記検出素子の前記検出信号が一定期間、第１の閾値以上、または該第１の閾値よりも低い第２の閾値以下の場合は、前記基準電圧を制御し、その後前記検出素子の前記検出信号が一定期間、前記第１の閾値以上、または該第１の閾値よりも低い前記第２の閾値以下の場合は、前記増幅器のゲインを制御することを特徴とする画像投射装置。
17. 請求項１４に記載の画像投射装置であって、
    前記制御部は、前記増幅器の出力信号の一部が飽和状態を示す場合に、前記画像上に警告メッセージを合成表示することを表示することを特徴とする画像投射装置。
18. 請求項１に記載の画像投射装置において、
    画像情報を有する光を発生する光源部と、
    該光源部が発生した光を用いて前記画像情報に基づく光学的な画像を生成する光制御部と、
    該光制御部が生成した前記画像を投射する投射光学部を有する投射部と、
    前記検出素子に含まれ、前記画像投射装置の操作者の前記ジェスチャを検出し、検出信号を出力する温度センサと、
    該検出素子の前記検出信号を増幅する増幅器と、
    該検出素子の温度を検出する温度検出部と、
    前記温度検出部により検出された前記検出素子の温度に基づき該検出素子の温度を制御する温度制御部と、をさらに備え、
    前記制御部は、該検出素子が検出し前記増幅器が増幅した前記ジェスチャの検出信号に基づき前記操作信号を生成することを特徴とする画像投射装置。
19. 請求項１８に記載の画像投射装置であって、
    前記温度制御部は、前記検出素子の温度が体温と同じになるように前記検出素子の温度を制御することを特徴とする画像投射装置。

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