JP6935713B2 - 位置検出装置、位置検出システム及び位置検出装置の制御方法 - Google Patents

位置検出装置、位置検出システム及び位置検出装置の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、指示体による指示位置を検出する位置検出装置、位置検出システム及び位置検出装置の制御方法に関する。
画面に接触して指示を行うことが可能なインタラクティブシステムに関し、専用の指示体（例えば、発光ペン）による指示に加えて、汎用の指示体（例えば、ユーザーの指）による指示を検出可能なシステムが提案されている。特許文献１に記載の位置検出システムは、第１指示体が発する光に基づいて、その指示位置を検出可能であるとともに、画面を覆うように検出光を射出することにより、光を発しない第２指示体による指示位置の検出も可能となっている。
特開２０１５−１５８８８７号公報
しかしながら、特許文献１に記載の位置検出システムでは、第１指示体（発光ペン）により指示を行う際に、第１指示体を持つユーザーの手や袖が意図せずに画面（検出光）に触れてしまい、その位置が第２指示体（指）による指示位置として誤検出されてしまう場合があった。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］本適用例に係る位置検出装置は、検出領域内で第１指示体による指示位置と第２指示体による指示位置とを検出する位置検出部と、前記第１指示体の指示方向を判別する方向判別部と、前記位置検出部で検出された前記第１指示体の指示位置と、前記方向判別部で判別された前記第１指示体の指示方向とに基づいて、前記検出領域内に、前記第２指示体による指示位置が無効となる無効領域を設定する設定部と、を備えたことを特徴とする。
この位置検出装置によれば、設定部は、第１指示体の指示位置と第１指示体の指示方向とに基づいて、検出領域内に、第２指示体による指示位置が無効となる無効領域を設定する。このため、第１指示体で指示を行う際に手や袖等が触れやすい位置を無効領域に設定することにより、手や袖等が触れた位置を、第２指示体による指示位置として誤検出してしまうことを抑制することが可能となる。
［適用例２］上記適用例に係る位置検出装置において、前記設定部は、前記位置検出部で検出された前記第１指示体の指示位置に対して、前記方向判別部で判別された前記指示方向とは反対側に前記無効領域を設定することが望ましい。
この位置検出装置によれば、設定部は、指示位置に対して指示方向とは反対側に無効領域を設定するため、第１指示体で指示を行う際に手や袖が触れやすい位置を無効領域に設定することが可能となる。
［適用例３］上記適用例に係る位置検出装置において、前記方向判別部は、前記第１指示体から、前記第１指示体の指示方向に係る検出情報を取得して、前記検出情報に基づいて前記指示方向を判別することが望ましい。
この位置検出装置によれば、方向判別部は、第１指示体から取得した検出情報に基づいて指示方向を判別するため、位置検出装置に指示方向を検出する手段を備える必要がなく、位置検出装置の処理を簡略化することが可能となる。
［適用例４］上記適用例に係る位置検出装置において、前記位置検出部は、前記第１指示体が発する光の位置に基づいて、前記第１指示体の指示位置を検出し、前記方向判別部は、前記第１指示体が発する光の輝度分布に基づいて、前記第１指示体の指示方向を判別するようにしてもよい。
この位置検出装置によれば、方向判別部は、第１指示体が発する光の輝度分布に基づいて指示方向を判別するため、指示方向を容易に判別することが可能となる。
［適用例５］上記適用例に係る位置検出装置において、前記位置検出部は、前記第１指示体が発する第１の光の位置に基づいて、前記第１指示体の指示位置を検出し、前記方向判別部は、前記第１指示体が発する第２の光の位置に基づいて、前記第１指示体の指示方向を判別するようにしてもよい。
この位置検出装置によれば、方向判別部は、第１指示体が発する第２の光の位置に基づいて指示方向を判別する。例えば、方向判別部は、第１の光の位置と第２の光の位置の位置関係に基づいて指示方向を判別することができる。このため、方向判別部は、指示方向を容易に判別することが可能となる。
［適用例６］本適用例に係る位置検出システムは、光を発する第１指示体と、検出領域に沿って検出光を射出する検出光射出装置と、位置検出装置と、を備えた位置検出システムであって、前記位置検出装置は、前記検出領域内で前記第１指示体が発する光の位置に基づいて、前記第１指示体による指示位置を検出するとともに、前記検出領域内で前記検出光が第２指示体で反射した位置に基づいて、前記第２指示体による指示位置を検出する位置検出部と、前記第１指示体の指示方向を判別する方向判別部と、前記位置検出部で検出された前記第１指示体の指示位置と、前記方向判別部で判別された前記第１指示体の指示方向とに基づいて、前記検出領域内に、前記第２指示体による指示位置が無効となる無効領域を設定する設定部と、を備えたことを特徴とする。
この位置検出システムによれば、位置検出装置の設定部は、第１指示体の指示位置と第１指示体の指示方向とに基づいて、検出領域内に、第２指示体による指示位置が無効となる無効領域を設定する。このため、第１指示体で指示を行う際に手や袖等が触れやすい位置を無効領域に設定することにより、手や袖等が触れた位置を、第２指示体による指示位置として誤検出してしまうことを抑制することが可能となる。
［適用例７］本適用例に係る位置検出装置の制御方法は、検出領域内で第１指示体による指示位置と第２指示体による指示位置とを検出する位置検出装置の制御方法であって、前記検出領域内で前記第１指示体による指示位置を検出し、前記第１指示体の指示方向を判別し、検出された前記第１指示体の指示位置と、判別された前記第１指示体の指示方向とに基づいて、前記検出領域内に、前記第２指示体による指示位置が無効となる無効領域を設定する、ことを特徴とする。
この位置検出装置の制御方法によれば、第１指示体の指示位置と第１指示体の指示方向とに基づいて、検出領域内に、第２指示体による指示位置が無効となる無効領域を設定する。このため、第１指示体で指示を行う際に手や袖等が触れやすい位置を無効領域に設定することにより、手や袖等が触れた位置を、第２指示体による指示位置として誤検出してしまうことを抑制することが可能となる。
第１実施形態の画像投写システムを示す説明図。 プロジェクターの概略構成を示すブロック図。 プロジェクターが備える画像投写部の概略構成を示すブロック図。 発光ペンの概略構成を示すブロック図。 プロジェクターの制御部の概略構成を示すブロック図。 プロジェクターの動作を説明するためのフローチャート。 検出領域内に設定された無効領域を示す図であり、発光ペンの指示方向が右を向いている例を示す図。 検出領域内に設定された無効領域を示す図であり、発光ペンの指示方向が左下を向いている例を示す図。 第２実施形態に係るプロジェクターの制御部の概略構成を示すブロック図。 発光ペンが発する光の輝度分布を説明するための説明図。 第３実施形態に係るプロジェクターの制御部の概略構成を示すブロック図。 第３実施形態に係るプロジェクターの動作を説明するためのフローチャート。 検出領域内に設定された無効領域の変形例を示す図。 検出領域内に設定された無効領域の変形例を示す図。
（第１実施形態）
以下、画像を投写する画像投写システムの第１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、第１実施形態の画像投写システム１００を示す説明図である。
図１に示すように、位置検出システムとしての画像投写システム１００は、位置検出装置としてのプロジェクター１と、検出光射出装置としてのライトカーテンユニット２と、第１指示体としての発光ペン３とを備えている。プロジェクター１は、スクリーンやホワイトボード、壁面等の投写面Ｓｐに画像を投写する。本実施形態のプロジェクター１は、固定部材Ｔを介して投写面Ｓｐの上方の壁面に固定されており、壁面に沿って配置されている投写面Ｓｐに向けて画像を投写する。また、プロジェクター１は、投写面Ｓｐ上の検出領域Ａｄを含む範囲を撮像可能になっており、発光ペン３の発光部３５から発せられる光の位置に基づいて、検出領域Ａｄ内で発光ペン３により指示された位置（指示位置）を検出することができる。
ライトカーテンユニット２は、投写面Ｓｐの上方でプロジェクター１の下方に配置されおり、検出領域Ａｄの全域を覆うように、投写面Ｓｐに沿って平面状の検出光を射出する。この検出光は、ユーザーの指Ｆや指示棒（図示せず）等のように光を発しない汎用の指示体（以降、「第２指示体」とも呼ぶ。）による指示位置の検出を可能とする。プロジェクター１は、投写面Ｓｐ上の検出領域Ａｄを含む範囲を撮像し、指Ｆ等で反射した検出光の位置に基づいて、指Ｆ等により指示された位置（指示位置）を検出することができる。なお、本実施形態では、指示位置を検出可能な検出領域Ａｄは、プロジェクター１から画像が投写される投写領域Ａｐと等しいものとするが、投写領域Ａｐより広い範囲又は狭い範囲としてもよい。また、本実施形態では、ライトカーテンユニット２及び発光ペン３は、赤外光を発するものとするが、他の波長域の光を発する態様であってもよい。
図２は、プロジェクター１の概略構成を示すブロック図であり、図３は、プロジェクター１が備える画像投写部１７の概略構成を示すブロック図である。
図２に示すように、プロジェクター１は、制御部１０と、記憶部１１と、入力操作部１２と、同期信号送信部１３と、撮像部１４と、画像情報入力部１５と、画像情報処理部１６と、投写部としての画像投写部１７とを一体的に備えて構成されている。プロジェクター１は、画像情報入力部１５に入力される画像情報に基づいて、画像投写部１７から投写面Ｓｐに画像を投写する。
制御部１０は、１つ又は複数のプロセッサーを備えて構成され、記憶部１１に記憶されている制御プログラムに従って動作することによりプロジェクター１の動作を統括制御する。
記憶部１１は、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリーを備えて構成される。ＲＡＭは、各種データ等の一時記憶に用いられ、ＲＯＭは、プロジェクター１の動作を制御するための制御プログラムや制御データ等を記憶する。また、記憶部１１は、画像投写部１７から投写するための画像情報を記憶していてもよい。
入力操作部１２は、ユーザーがプロジェクター１に対して各種指示を行うための複数の操作キーを備えている。入力操作部１２が備える操作キーとしては、電源のオンとオフとを切り替えるための「電源キー」、各種設定を行うためのメニューを表示させる「メニューキー」、メニューの項目を選択するための「方向キー」等がある。ユーザーが入力操作部１２の各種操作キーを操作すると、入力操作部１２は、ユーザーの操作内容に応じた操作信号を制御部１０に出力する。なお、遠隔操作が可能なリモコン（図示せず）を、入力操作部１２として用いる構成としてもよい。この場合、リモコンは、ユーザーの操作内容に応じた赤外線の操作信号を発信し、図示しないリモコン信号受信部がこれを受信して制御部１０に伝達する。
同期信号送信部１３は、発光ペン３に同期用のパルス信号（同期信号）を送信するための発光部を有している。発光部の光源としては、例えば、赤外光を発するＬＥＤ（Light Emitting Diode）が用いられる。同期信号送信部１３は、制御部１０の制御に基づいて、周期的に（例えば、数十ヘルツ程度の周波数で）発光部を発光させて、発光ペン３に同期信号を送信する。発光ペン３は、この同期信号を周期的に受信し、受信した同期信号に同期したタイミングで繰り返し発光部３５を発光させる。なお、制御部１０は、ライトカーテンユニット２による検出光の射出についても、この同期信号に同期したタイミングで繰り返し射出するように制御する。
撮像部１４は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサー、或いはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサー等の撮像素子（図示せず）を備えたカメラである。撮像部１４は、可視光を吸収して赤外光を透過させる赤外透過フィルターを有しており、この赤外透過フィルターを介して赤外光を撮像する。撮像部１４は、制御部１０の制御に基づいて投写面Ｓｐの検出領域Ａｄを撮像し、その撮像結果である画像情報（撮像画像情報）を制御部１０に出力する。制御部１０は、同期信号送信部１３から送信される同期信号に同期したタイミングで撮像部１４に撮像を行わせる。つまり、撮像部１４は、発光ペン３が発光するタイミング、及びライトカーテンユニット２が検出光を射出するタイミングに合わせて撮像を繰り返す。
画像情報入力部１５は、コンピューターや画像再生装置等の外部の画像供給装置（図示せず）に接続され、画像供給装置から画像情報の供給を受ける。また、画像情報入力部１５は、制御部１０から、記憶部１１に記憶されている画像情報の供給を受けることができる。画像情報入力部１５は、入力された画像情報を画像情報処理部１６に出力する。
画像情報処理部１６は、制御部１０の制御に基づいて、画像情報入力部１５から入力される画像情報に対して様々な処理を施し、処理後の画像情報を画像投写部１７のライトバルブ駆動部２４（図３参照）に出力する。例えば、画像情報処理部１６は、明るさやコントラスト等の画質を調整する処理や、ＯＳＤ（オンスクリーンディスプレイ）画像を重畳する処理等を必要に応じて画像情報に施す。
なお、画像情報入力部１５及び画像情報処理部１６は、１つ又は複数のプロセッサー等によって構成されてもよいし、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の専用の処理装置によって構成されてもよい。
図３に示すように、画像投写部１７は、光源２１、光変調装置としての３つの液晶ライトバルブ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ、投写光学系２３、ライトバルブ駆動部２４等を備えて構成されている。画像投写部１７は、光源２１から射出された光を、液晶ライトバルブ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂで変調して画像光を形成し、レンズ及びミラーの少なくとも一方を含む投写光学系２３からこの画像光を投写して投写面Ｓｐに画像を表示する。
光源２１は、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等の放電型の光源ランプ、又は発光ダイオードや半導体レーザー等の固体光源を含んで構成されている。光源２１から射出された光は、図示しないインテグレーター光学系によって輝度分布が略均一な光に変換され、図示しない色分離光学系によって光の３原色である赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色光成分に分離された後、それぞれ液晶ライトバルブ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂに入射する。
液晶ライトバルブ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、それぞれ一対の透明基板間に液晶が封入された透過型の液晶パネル等によって構成される。各液晶パネルには、マトリクス状に配列された複数の画素からなる矩形の画像形成領域２２ｉが形成されており、液晶に対して画素毎に駆動電圧を印加可能になっている。
ライトバルブ駆動部２４は、液晶ライトバルブ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの画像形成領域２２ｉに画像を形成する。具体的には、ライトバルブ駆動部２４は、画像情報処理部１６から入力される画像情報に応じた駆動電圧を、画像形成領域２２ｉの各画素に印加し、各画素を画像情報に応じた光透過率に設定する。光源２１から射出された光は、液晶ライトバルブ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの画像形成領域２２ｉを透過することによって画素毎に変調され、画像情報に応じた画像光が色光毎に形成される。形成された各色の画像光は、図示しない色合成光学系によって画素毎に合成されてカラー画像を表す画像光となり、投写光学系２３によって投写面Ｓｐに拡大投写される。この結果、投写面Ｓｐ上には、画像情報入力部１５に入力された画像情報に基づく画像（入力画像）が表示される。
図２に戻って、ライトカーテンユニット２は、光源、平行化レンズ及びパウエルレンズ等（いずれも図示せず）を備えて構成される。光源としては、例えば、赤外光を発するＬＤ（Laser Diode）が用いられる。ライトカーテンユニット２は、光源から射出された光を平行化レンズにより平行化した後、パウエルレンズにより検出領域Ａｄの全域に均等に拡散させることにより、検出領域Ａｄを覆う平面状の光を生成し、これを検出光として射出する。ライトカーテンユニット２は、検出光が投写面Ｓｐと略平行に射出され、且つ投写面Ｓｐと検出光との間隔が、例えば、数ｍｍ程度になるように調整されている。また、ライトカーテンユニット２は、プロジェクター１と有線又は無線で接続されており、ライトカーテンユニット２による検出光の射出は、プロジェクター１の制御部１０によって制御される。
ユーザーが、例えば、指Ｆで検出領域Ａｄ上を指示すると、ライトカーテンユニット２から射出された検出光の一部は、指Ｆで反射し、撮像部１４によって撮像される。
図４は、発光ペン３の概略構成を示すブロック図である。
図４に示すように、発光ペン３は、制御部３０と、記憶部３１と、同期信号受信部３２と、先端スイッチ３３と、姿勢検出部３４と、発光部３５とを備えて構成される。
制御部３０は、１つ又は複数のプロセッサーを備えて構成され、記憶部３１に記憶されている制御プログラムに従って動作することにより発光ペン３の動作を統括制御する。
記憶部３１は、発光ペン３の動作を制御するための制御プログラムや制御データ等を記憶するメモリー等によって構成される。
同期信号受信部３２は、赤外光を受光する受光素子等によって構成され、プロジェクター１の同期信号送信部１３から周期的に送信される同期信号（赤外光のパルス信号）を受信して、制御部３０に出力する。
先端スイッチ３３は、発光ペン３の先端部（ペン先）に配置され、先端部を投写面Ｓｐに押し付ける操作が行われた場合等に、先端部の押圧を検知し、検知結果を制御部３０に出力する。
姿勢検出部３４は、投写面Ｓｐに対する発光ペン３の姿勢、即ち発光ペン３の指示方向（ペン先が向く方向）を検出し、検出結果を制御部３０に出力する。具体的には、姿勢検出部３４は、投写面Ｓｐに平行な面内での指示方向、即ち発光ペン３を投写面Ｓｐに投影した場合の発光ペン３の指示方向を検出する。発光ペン３の指示方向を検出するためのセンサーとしては、例えば、加速度センサー、角速度センサー及び地磁気センサー等のうちの１つ又は複数が組み合わされて使用される。なお、指示方向の検出精度については、さほど高い精度は要求されず、例えば、３０度単位や４５度単位であってもよい。
発光部３５は、発光ペン３の先端部の近傍に配置された光源（例えば、ＬＥＤ）を備えて構成され、制御部３０の制御に基づいて赤外光を発する。制御部３０は、同期信号受信部３２で周期的に受信される同期信号に同期して、発光部３５を繰り返し発光させる。具体的には、制御部３０は、例えば、同期信号の１周期を複数の期間（以降、「フェーズ」とも呼ぶ。）に区分し、このうちのいくつかの所定のフェーズ（以降、「位置検出用フェーズ」と呼ぶ。）では、発光部３５を必ず発光させ、他のフェーズ（以降、「状態判別用フェーズ」と呼ぶ。）では、先端スイッチ３３の状態及び姿勢検出部３４の検出結果に基づいて、発光部３５の発光の有無を決定する。そして、制御部３０は、複数の周期に亘る発光部３５の発光状態の推移（以降、「発光シーケンス」とも呼ぶ。）によって、先端スイッチ３３の状態と、姿勢検出部３４の検出結果とに係る情報をプロジェクター１に通知する。なお、発光シーケンスによって通知される上記の情報は、検出情報に相当する。
図５は、プロジェクター１の制御部１０の概略構成を示すブロック図である。制御部１０は、制御プログラムによって実現される機能ブロックとして、撮像画像解析部２５と、位置検出部２６と、方向判別部としての状態判別部２７と、インタラクティブ制御部２８と、設定部としての無効領域設定部２９とを有している。
撮像画像解析部２５は、撮像部１４から入力される撮像画像情報に基づく画像、即ち撮像部１４が繰り返し撮像した撮像画像のそれぞれを解析し、撮像画像内の検出領域Ａｄの中から、指示体からの光、即ち発光ペン３が発した光と指Ｆ等で反射した検出光とを抽出する。撮像画像解析部２５は、撮像画像内の検出領域Ａｄに含まれる赤外光の像のうち、大きさが所定の範囲内のものを、指示体からの光であると判断して抽出し、所定の範囲外のものについては、ノイズと判断して抽出しない。
ここで、制御部１０は、同期信号の１周期を区分した複数のフェーズのうち、上述した位置検出用フェーズにおいては、ライトカーテンユニット２から検出光を射出させ、状態判別用フェーズにおいては、ライトカーテンユニット２から検出光を射出させない。このため、撮像画像解析部２５によって抽出される光のうち、常に位置検出用フェーズにおいてのみ抽出される光は、ライトカーテンユニット２の検出光、即ち指Ｆ等の第２指示体によって反射された光であると判別することができる。一方、位置検出用フェーズに加えて状態判別用フェーズにおいても抽出され得る光は、発光ペン３が発した光であると判別できる。このように、撮像画像解析部２５は、撮像画像から、発光ペン３が発した光と、指Ｆ等で反射した検出光とを区別して抽出する。なお、ライトカーテンユニット２からの検出光は、発光ペン３でも反射するが、撮像画像解析部２５は、発光ペン３の発光と検出光の反射光がほぼ等しい位置で抽出された場合には、検出光の反射光を無視するようになっている。
位置検出部２６は、撮像画像解析部２５の解析結果のうち、位置検出用フェーズで撮像された撮像画像を解析した結果に基づいて、発光ペン３及び指Ｆ等による指示位置を検出する。なお、投写領域Ａｐに表示される入力画像上の位置と、撮像画像内における投写領域Ａｐ上の位置とは、事前に行われるキャリブレーション処理によって対応付けがなされており、位置検出部２６は、撮像画像上で抽出された指示位置から、入力画像上の指示位置を特定することができる。位置検出部２６は、検出した指示位置を表す情報を、インタラクティブ制御部２８及び無効領域設定部２９に出力する。
状態判別部２７は、撮像画像解析部２５の解析結果のうち、状態判別用フェーズで撮像された撮像画像を複数の周期に亘って解析した結果に基づいて、発光ペン３の発光シーケンスを認識する。そして、状態判別部２７は、発光シーケンスによって発光ペン３の検出情報を取得し、取得した検出情報に基づいて発光ペン３の先端スイッチ３３の状態と、発光ペン３の指示方向とを判別する。状態判別部２７は、判別した先端スイッチ３３の状態を表す情報をインタラクティブ制御部２８に出力し、判別した発光ペン３の指示方向を表す情報を無効領域設定部２９に出力する。
インタラクティブ制御部２８は、位置検出部２６で特定された指示位置と、状態判別部２７によって判別された先端スイッチ３３の状態とに基づいて、プロジェクター１の動作を制御する。例えば、インタラクティブ制御部２８は、位置検出部２６で検出された指示位置にカーソルやポインターを重畳して表示させる処理を画像情報処理部１６に行わせたり、指Ｆ等による指示位置が移動した場合や、先端スイッチ３３が押圧された状態で発光ペン３による指示位置が移動した場合に、指示位置の軌跡に従って線を描画する処理を画像情報処理部１６に行わせたりすることができる。また、インタラクティブ制御部２８は、何らかの選択メニューを投写させているときに、指Ｆ等による指示がなされた場合や発光ペン３の先端スイッチ３３が押圧された場合には、指示位置に基づいて選択された項目を確定する処理等を行う。
無効領域設定部２９は、位置検出部２６で特定された発光ペン３による指示位置と、状態判別部２７によって判別された発光ペン３の指示方向とに基づいて、検出領域Ａｄ内に無効領域を設定する。無効領域は、指Ｆ等の第２指示体の検出が無効となる領域であり、ユーザーが発光ペン３により検出領域内を指示する際に、発光ペン３を持つ手や袖等がライトカーテンユニット２の検出光に当たりやすい位置に設定される。具体的には、発光ペン３を持つユーザーは、発光ペン３を自分から遠ざかる方向に向けて指示を行うことが多いため、無効領域設定部２９は、発光ペン３の指示位置から見て、ユーザーが位置している側、即ち発光ペン３の指示方向とは反対側に無効領域を設定する。無効領域の詳細については、後述する。
次に、プロジェクター１の動作について説明する。
図６は、プロジェクター１の動作を説明するためのフローチャートである。プロジェクター１の制御部１０は、プロジェクター１が投写面Ｓｐに画像を投写している間、図６に示すフローに従って動作する。
図６に示すように、ステップＳ１０１では、制御部１０は、撮像画像解析部２５の解析結果に基づいて、撮像画像における検出領域Ａｄ内で指示体からの光が抽出されたか否かを判断する。そして、制御部１０は、指示体からの光が抽出されていない場合には、ステップＳ１０８に処理を移し、指示体からの光が抽出された場合には、ステップＳ１０２に処理を移す。
指示体からの光が抽出されてステップＳ１０２に処理が移行した場合には、制御部１０は、撮像画像解析部２５が、発光ペン３の発光と、指Ｆ等で反射した検出光とを区別して抽出した光の中に、発光ペン３の発光が含まれるか否かを判断する。そして、制御部１０は、発光ペン３の発光が抽出された場合にはステップＳ１０３に処理を移し、発光ペン３の発光が抽出されず、指Ｆ等で反射した検出光のみが抽出された場合にはステップＳ１０６に移行する。
発光ペン３の発光が抽出されてステップＳ１０３に移行した場合には、位置検出部２６が発光ペン３による指示位置を検出する。そして、ステップＳ１０４では、状態判別部２７が、発光ペン３の先端スイッチ３３の状態と、発光ペン３の指示方向とを判別する。
続くステップＳ１０５では、無効領域設定部２９が、発光ペン３による指示位置と、発光ペン３の指示方向とに基づいて、検出領域Ａｄ内に無効領域を設定し、設定した無効領域に関する情報を位置検出部２６に出力する。
図７及び図８は、検出領域Ａｄ内に設定された無効領域Ａｘを示す図であり、検出領域Ａｄを正面から見た図である。ここで、図７は、発光ペン３の指示方向Ｄｓが右を向いている例を示し、図８は、発光ペン３の指示方向Ｄｓが左下を向いている例を示している。
図７及び図８に示すように、本実施形態の無効領域Ａｘは、４つの境界線Ｌ１〜Ｌ４で囲まれた矩形の領域であり、発光ペン３の指示位置Ｐｓ及び指示方向Ｄｓに応じて、無効領域Ａｘの配置や傾きも変化する。具体的には、無効領域Ａｘは、指示方向Ｄｓに垂直な境界線Ｌ１，Ｌ３と、指示方向Ｄｓに平行な境界線Ｌ２，Ｌ４で囲まれている。また、境界線Ｌ１は、指示位置Ｐｓを通るように配置されており、これに対向する境界線Ｌ３は、指示位置Ｐｓ（境界線Ｌ１）よりも指示方向Ｄｓとは反対側に配置されている。つまり、無効領域Ａｘは、発光ペン３の指示位置Ｐｓに対して、指示方向Ｄｓとは反対側に設定される。また、境界線Ｌ２及び境界線Ｌ４は、指示位置Ｐｓから等しい距離に配置されている。
図６に戻って、ステップＳ１０６では、位置検出部２６が、指Ｆ等の第２指示体による指示位置を検出する。ここでステップＳ１０５において無効領域Ａｘが設定されている場合には、位置検出部２６は、無効領域Ａｘを除く範囲にある指示位置のみを検出する。つまり、位置検出部２６は、無効領域Ａｘ内で第２指示体によりなされた指示を無視する。
ステップＳ１０７では、インタラクティブ制御部２８が、位置検出部２６で特定された指示位置と、状態判別部２７によって判別された先端スイッチ３３の状態に基づいて、上述したような指示位置に応じた制御を実行する。
ステップＳ１０８では、制御部１０は、入力操作部１２からの操作信号に基づいて、ユーザーにより動作を終了するための操作がなされたか否かを判断する。そして、制御部１０は、操作がなされた場合には、必要な終了処理を行った後に動作を終了し、操作がなされていない場合には、ステップＳ１０１に処理を戻す。
以上説明したように、本実施形態のプロジェクター１、画像投写システム１００及びそれらの制御方法によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態によれば、無効領域設定部２９は、発光ペン３の指示位置Ｐｓと指示方向Ｄｓとに基づいて、検出領域Ａｄ内に、指Ｆ等による指示位置が無効となる無効領域Ａｘを設定する。このため、発光ペン３で指示を行う際に手や袖等が触れやすい位置を無効領域Ａｘに設定することにより、手や袖等が触れた位置を、第２指示体による指示位置として誤検出してしまうことを抑制することが可能となる。
（２）本実施形態によれば、無効領域設定部２９は、発光ペン３による指示位置Ｐｓに対して指示方向Ｄｓとは反対側に無効領域Ａｘを設定するため、発光ペン３で指示を行う際に手や袖が触れやすい位置を無効領域Ａｘに設定することが可能となる。
（３）本実施形態によれば、状態判別部２７は、発光ペン３から取得した検出情報（発光シーケンス）に基づいて指示方向Ｄｓを判別するため、プロジェクター１に指示方向Ｄｓを検出する手段を備える必要がなく、プロジェクター１の処理を簡略化することが可能となる。
（４）本実施形態によれば、発光ペン３は、先端スイッチ３３の押圧の有無によって発光シーケンスを変更する。つまり、発光ペン３は、先端スイッチ３３の押圧の有無に拘らず発光部３５を発光させる構成であるため、先端スイッチ３３の押圧の有無に拘らず、指示位置Ｐｓと指示方向Ｄｓとをプロジェクター１に通知することができる。
（第２実施形態）
以下、第２実施形態の画像投写システム１００について説明する。
上記第１実施形態では、発光ペン３の指示方向Ｄｓを、発光ペン３に備わる姿勢検出部３４が検出する構成を示したが、本実施形態では、発光ペン３の発光部３５から投写面Ｓｐに照射される光の輝度分布に基づいて、プロジェクター１が指示方向Ｄｓを検出する。このため、本実施形態の発光ペン３には、姿勢検出部３４が不要であり、発光ペン３の制御部３０は、状態判別用フェーズにおける発光部３５の発光の有無を、先端スイッチ３３の状態のみに応じて決定する。
図９は、第２実施形態に係るプロジェクター１の制御部１０ａの概略構成を示すブロック図であり、図１０は、発光ペン３が発する光の輝度分布を説明するための説明図である。
図９に示すように、制御部１０ａは、第１実施形態と同様、制御プログラムによって実現される機能ブロックとして、撮像画像解析部２５ａと、位置検出部２６ａと、状態判別部２７ａと、インタラクティブ制御部２８ａと、設定部としての無効領域設定部２９ａとを有している。
本実施形態の撮像画像解析部２５ａは、撮像画像から、発光ペン３が発した光と、指Ｆ等で反射した検出光とを区別して抽出するとともに、発光ペン３が発した光の輝度分布に基づいて、発光ペン３の指示方向Ｄｓを検出する。
発光ペン３が投写面Ｓｐに接触していたり、接近していたりする場合には、発光ペン３から発せられる赤外光は、投写面Ｓｐに照射される。発光ペン３が投写面Ｓｐに対して垂直の姿勢である場合には、赤外光の輝度分布は、発光ペン３のペン先を中心にして均等な広がりを有することになるが、図１０に示すように、発光ペン３が投写面Ｓｐに対して傾いている場合には、赤外光の輝度分布は、発光ペン３の傾きに応じて偏った分布となる。具体的には、赤外光が照射された投写面Ｓｐにおいて、所定の閾値以上の明るさを有する範囲は、ペン先（指示位置）から指示方向Ｄｓに向かって延出するような形状になるとともに、発光ペン３のペン先から指示方向Ｄｓに向かう際の輝度変化は、反対方向に向かう際の輝度変化に比べて緩やかとなる。このように、撮像画像解析部２５ａは、発光ペン３が発した光の輝度分布に基づいて、発光ペン３の指示方向Ｄｓを検出することができる。このため、本実施形態では、撮像画像解析部２５ａが方向判別部に相当する。
上記以外の構成については、第１実施形態と同様である。即ち、位置検出部２６ａは、撮像画像解析部２５ａの解析結果に基づいて、発光ペン３及び指Ｆ等による指示位置を検出し、状態判別部２７ａは、撮像画像解析部２５ａの解析結果に基づいて、発光ペン３の先端スイッチ３３の状態を判別する。そして、インタラクティブ制御部２８ａは、位置検出部２６ａで特定された指示位置と、状態判別部２７ａによって判別された先端スイッチ３３の状態に基づいて、プロジェクター１の動作を制御する。
また、第１実施形態と同様、無効領域設定部２９ａは、位置検出部２６ａで特定された発光ペン３による指示位置Ｐｓと、撮像画像解析部２５ａによって検出された発光ペン３の指示方向Ｄｓとに基づいて、検出領域Ａｄ内に無効領域Ａｘを設定する。そして、無効領域Ａｘが設定されると、位置検出部２６ａは、指Ｆ等の第２指示体による指示位置を検出する際、無効領域Ａｘを除く範囲にある指示位置のみを検出する。
以上説明したように、本実施形態のプロジェクター１、画像投写システム１００及びそれらの制御方法によれば、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（１）本実施形態によれば、撮像画像解析部２５ａは、発光ペン３が発する光の輝度分布に基づいて指示方向Ｄｓを判別するため、指示方向Ｄｓを容易に判別することが可能となる。
（２）本実施形態によれば、発光ペン３は、先端スイッチ３３の押圧の有無に拘らず発光部３５を発光させる構成であるため、撮像画像解析部２５ａは、発光ペン３のペン先が投写面Ｓｐに近接してさえいれば、先端スイッチ３３の押圧の有無に拘らず、発光ペン３の指示方向Ｄｓを検出することが可能となる。
（第３実施形態）
以下、第３実施形態の画像投写システム１００について説明する。
上記第１実施形態では、位置検出部２６は、指Ｆ等による指示位置を検出する際に、無効領域Ａｘを設定した後で、無効領域Ａｘを除く範囲にある指示位置を検出するようにしている。これに対し、本実施形態のプロジェクター１は、検出領域Ａｄの全域から指Ｆ等による指示位置を検出した後で無効領域Ａｘを設定し、検出済みの指示位置が無効領域Ａｘの範囲内の場合に、その指示位置を無効にする。
図１１は、第３実施形態に係るプロジェクター１の制御部１０ｂの概略構成を示すブロック図であり、図１２は、第３実施形態に係るプロジェクター１の動作を説明するためのフローチャートである。
図１１に示すように、制御部１０ｂは、第１実施形態と同様、制御プログラムによって実現される機能ブロックとして、撮像画像解析部２５ｂと、位置検出部２６ｂと、状態判別部２７ｂと、インタラクティブ制御部２８ｂと、設定部としての無効領域設定部２９ｂとを有している。
撮像画像解析部２５ｂは、撮像部１４から入力される撮像画像情報に基づく画像、即ち撮像部１４が繰り返し撮像した撮像画像のそれぞれを解析し、撮像画像内の検出領域Ａｄの中から、指示体からの光、即ち発光ペン３が発した光と指Ｆ等で反射した検出光とを抽出する。
そして、撮像画像解析部２５ｂによって指示体からの光が抽出されると（ステップＳ１１１：Ｙｅｓ）、位置検出部２６ｂは、撮像画像解析部２５ｂで抽出された発光ペン３及び指Ｆ等による指示位置を検出する（ステップＳ１１２）。位置検出部２６ｂは、検出した指示位置を表す情報を、無効領域設定部２９ｂに出力する。
また、状態判別部２７ｂは、撮像画像解析部２５ｂの解析結果に基づいて、発光ペン３の先端スイッチ３３の状態と、発光ペン３の指示方向Ｄｓとを判別する（ステップＳ１１３）。状態判別部２７ｂは、判別した先端スイッチ３３の状態を表す情報をインタラクティブ制御部２８ｂに出力し、判別した発光ペン３の指示方向Ｄｓを表す情報を無効領域設定部２９ｂに出力する。
無効領域設定部２９ｂは、位置検出部２６ｂで特定された発光ペン３による指示位置Ｐｓと、状態判別部２７ｂによって判別された発光ペン３の指示方向Ｄｓとに基づいて、検出領域Ａｄ内に無効領域Ａｘを設定する（ステップＳ１１４）。そして、無効領域設定部２９ｂは、位置検出部２６ｂで検出された指Ｆ等の第２指示体による指示位置のうち、設定した無効領域Ａｘの範囲内の指示位置を無効にして、有効な指示位置のみをインタラクティブ制御部２８ｂに出力する（ステップＳ１１５）。
インタラクティブ制御部２８ｂは、無効領域設定部２９ｂから出力された指示位置と、状態判別部２７ｂによって判別された先端スイッチ３３の状態に基づいて、プロジェクター１の動作を制御する（ステップＳ１１６）。
そして、制御部１０ｂは、ユーザーにより動作を終了するための操作がなされた場合には（ステップＳ１１７：Ｙｅｓ）、必要な終了処理を行った後に動作を終了し、操作がなされていない場合には（ステップＳ１１７：Ｎｏ）、当該フローを繰り返す。
以上説明したように、本実施形態のプロジェクター１、画像投写システム１００及びそれらの制御方法によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
（変形例）
また、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
上記第２実施形態では、撮像画像解析部２５ａが、発光ペン３が発する光の輝度分布に基づいて、発光ペン３の指示方向Ｄｓを検出するようにしているが、指示方向Ｄｓの検出方法は、この態様に限定されない。例えば、発光ペン３のペン先の発光部３５に加え、ペン先の反対側の端部にも発光部を備えるようにして、撮像画像解析部２５ａが、これら２つの発光部が発する光の位置関係に基づいて指示方向Ｄｓを検出するようにしてもよい。この場合には、２つの発光部を識別可能とするために、それぞれが異なる波長の光を発するようにしてもよいし、それぞれが異なる発光シーケンスで発光するようにしてもよい。なお、ペン先の発光部３５が発する光が第１の光に相当し、ペン先の反対側の発光部が発する光が第２の光に相当する。また、ペン先の近傍から第１の光とは異なる第３の光を発光させ、第２の光と第３の光の位置関係に基づいて指示方向Ｄｓを検出するようにしてもよい。
また、ライトカーテンユニット２が、指Ｆ等の第２指示体を検出するための平面状の検出光（第１検出光）に加えて、第１検出光よりも投写面Ｓｐから離れた位置に平面状の第２検出光を射出し、撮像画像解析部２５ａが、発光ペン３の発光部３５が発する光の位置（又は第１検出光が反射した位置）と、第２検出光が反射した位置とに基づいて、発光ペン３の指示方向Ｄｓを検出するようにしてもよい。この場合にも、第１検出光と第２検出光とを識別可能とするために、互いに異なる波長としてもよいし、互いに異なる発光シーケンスで射出されるようにしてもよい。
上記第１実施形態では、無効領域設定部２９は、発光ペン３による指示位置Ｐｓ及び発光ペン３の指示方向Ｄｓに基づいて、矩形の無効領域Ａｘを設定しているが、無効領域Ａｘの形状はこれに限定されない。例えば、無効領域Ａｘは、円形や楕円形等、矩形以外の形状であってもよい。また、図１３に示すように、無効領域設定部２９は、例えば、指示方向Ｄｓに垂直な方向に貫通するように無効領域Ａｘを設定してもよい。
また、無効領域設定部２９は、投写面Ｓｐが鉛直か水平かに基づいて、無効領域Ａｘを変更してもよい。例えば、無効領域設定部２９は、投写面Ｓｐが鉛直の場合には、図１４に示すように、指示位置Ｐｓの上側に比べて下側が大きくなるように無効領域Ａｘを設定してもよい。
上記第１実施形態では、無効領域設定部２９は、境界線Ｌ１が指示位置Ｐｓを通るように無効領域Ａｘを設定しているが、指示位置Ｐｓが無効領域Ａｘの内側又は外側に位置するように無効領域Ａｘを設定してもよい。ここで、指示位置Ｐｓが無効領域Ａｘの内側に位置する場合には、無効領域設定部２９は、指示位置Ｐｓより指示方向Ｄｓ側の範囲に比べて、指示方向Ｄｓとは反対側の範囲のほうが広くなるように、即ち指示位置Ｐｓから境界線Ｌ１までの距離に比べて、指示位置Ｐｓから境界線Ｌ３までの距離のほうが長くなるように無効領域Ａｘを設定することが望ましい。
上記第１実施形態において、無効領域Ａｘの大きさは、画素数単位で定めてもよいが、実際の投写面Ｓｐ上で所望の大きさになるように定めてもよい。例えば、投写面Ｓｐ上における投写領域Ａｐのサイズ（投写サイズ）を測定する測定手段、又は投写サイズをユーザーに入力させる手段をプロジェクター１に備えるようにして、無効領域設定部２９が、投写サイズに応じて無効領域Ａｘの画素数を調整するようにすれば、投写面Ｓｐ上における無効領域Ａｘの大きさを、投写サイズに拘らずに一定とすることも可能となる。この態様によれば、無効領域Ａｘを、例えば、ユーザー（人）の大きさに対して適切な大きさにすることが可能となり、無効領域Ａｘが無駄に大きくなりすぎてしまうことを抑制できる。
上記第１実施形態では、発光ペン３の姿勢検出部３４が、３０度単位や４５度単位で指示方向を検出することを例示したが、より高い精度で検出するようにしてもよいし、より低い精度（例えば、９０度単位や１８０度単位）で検出してもよい。検出精度が１８０度単位の場合、姿勢検出部３４は、例えば、右方向と左方向の２つの方向のいずれかに指示方向を決定すればよい。
上記第１実施形態では、姿勢検出部３４で検出した検出結果（指示方向）を、発光部３５の発光シーケンスによってプロジェクター１に通知しているが、この態様に限定されない。例えば、プロジェクター１と発光ペン３の双方に、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等によって無線通信を行うための通信部を備えるようにして、これら通信部を介して検出結果を通知するようにしてもよい。この場合には、プロジェクター１は、発光ペン３に送信する同期信号についても、通信部を介して送信してもよい。
上記第１〜第３実施形態では、位置検出装置の一例として、プロジェクター１について説明したが、位置検出装置は、プロジェクター１に限定されず、他の画像表示装置（例えば、液晶ディスプレイ）であってもよいし、画像表示装置以外の各種装置にも適用可能である。また、ライトカーテンユニット２から平面状の検出光を射出する態様に限定されず、第２指示体による指示位置をタッチパネルによって検出する態様であってもよい。また、第１指示体は、光を発する発光ペン３に限定されず、電波を発する指示体であってもよい。
上記第１実施形態では、光変調装置として、透過型の液晶ライトバルブ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを用いているが、反射型の液晶ライトバルブ等、反射型の光変調装置を用いることも可能である。また、入射した光の射出方向を、画素としてのマイクロミラー毎に制御することにより、光源２１から射出された光を変調するデジタルミラーデバイス等を用いることもできる。また、色光別に複数の光変調装置を備える構成に限定されず、１つの光変調装置で複数の色光を時分割で変調する構成としてもよい。
１…プロジェクター、２…ライトカーテンユニット、３…発光ペン、１０…制御部、１１…記憶部、１２…入力操作部、１３…同期信号送信部、１４…撮像部、１５…画像情報入力部、１６…画像情報処理部、１７…画像投写部、２１…光源、２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ…液晶ライトバルブ、２２ｉ…画像形成領域、２３…投写光学系、２４…ライトバルブ駆動部、２５…撮像画像解析部、２６…位置検出部、２７…状態判別部、２８…インタラクティブ制御部、２９…無効領域設定部、３０…制御部、３１…記憶部、３２…同期信号受信部、３３…先端スイッチ、３４…姿勢検出部、３５…発光部、１００…画像投写システム、Ａｄ…検出領域、Ａｐ…投写領域、Ａｘ…無効領域、Ｄｓ…指示方向、Ｆ…指、Ｌ１〜Ｌ４…境界線、Ｐｓ…指示位置、Ｓｐ…投写面、Ｔ…固定部材。

Claims (4)

  1. 検出領域内で第１指示体による指示位置と第２指示体による指示位置とを検出する位置検出部と、
    前記第１指示体の指示方向を判別する方向判別部と、
    前記位置検出部で検出された前記第１指示体の指示位置と、前記方向判別部で判別された前記第１指示体の指示方向とに基づいて、前記検出領域内に、前記第２指示体による指示位置が無効となる無効領域を設定する設定部と、
    を備え、
    前記位置検出部は、前記第１指示体が発する光の位置に基づいて、前記第１指示体の指示位置を検出し、
    前記方向判別部は、前記第１指示体が発する光の輝度分布に基づいて、前記第１指示体の指示方向を判別することを特徴とする位置検出装置。
  2. 請求項１に記載の位置検出装置であって、
    前記設定部は、前記位置検出部で検出された前記第１指示体の指示位置に対して、前記方向判別部で判別された前記指示方向とは反対側に前記無効領域を設定することを特徴とする位置検出装置。
  3. 光を発する第１指示体と、検出領域に沿って検出光を射出する検出光射出装置と、位置検出装置と、を備えた位置検出システムであって、
    前記位置検出装置は、
    前記検出領域内で前記第１指示体が発する光の位置に基づいて、前記第１指示体による指示位置を検出するとともに、前記検出領域内で前記検出光が第２指示体で反射した位置に基づいて、前記第２指示体による指示位置を検出する位置検出部と、
    前記第１指示体の指示方向を判別する方向判別部と、
    前記位置検出部で検出された前記第１指示体の指示位置と、前記方向判別部で判別された前記第１指示体の指示方向とに基づいて、前記検出領域内に、前記第２指示体による指示位置が無効となる無効領域を設定する設定部と、
    を備え、
    前記方向判別部は、前記第１指示体が発する光の輝度分布に基づいて、前記第１指示体の指示方向を判別することを特徴とする位置検出システム。
  4. 検出領域内で第１指示体による指示位置と第２指示体による指示位置とを検出する位置検出装置の制御方法であって、
    前記第１指示体が発する光の位置に基づいて、前記検出領域内で前記第１指示体による指示位置を検出し、
    前記第１指示体が発する光の輝度分布に基づいて、前記第１指示体の指示方向を判別し、
    検出された前記第１指示体の指示位置と、判別された前記第１指示体の指示方向とに基づいて、前記検出領域内に、前記第２指示体による指示位置が無効となる無効領域を設定する、ことを特徴とする位置検出装置の制御方法。
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