WO2015162722A1

WO2015162722A1 - 映像投写装置

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Publication number: WO2015162722A1
Application number: PCT/JP2014/061434
Authority: WO
Inventors: 将史山本; 瀬尾　欣穂; 浦田　浩之
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2015-10-29
Anticipated expiration: 2016-10-23

Abstract

　映像投写装置１は、操作者のジェスチャをセンサ２にて検出し操作信号を生成する操作検出部３と、映像信号に基づき映像光を生成し投写面に映像を投写する映像投写部４と、を備える。投写面が映像投写装置１が設置される設置面１１である場合、操作検出部３のセンサ２は、操作者のジェスチャを検出する複数の検出素子１６から構成される。複数の検出素子の検出範囲は互いに異なり、複数の検出素子の少なくとも１個は、その検出範囲に投写される映像画面が所定の割合以上含まれるジェスチャ監視素子１６ｇである。

Description

映像投写装置

　本発明は、ジェスチャ検出機能を有する映像投写装置に関する。

　本技術分野の背景技術として、特許文献１がある。該文献の要約には、課題として、「映像光の投影方向とは異なる所定方向において行われた操作者のジェスチャを検出可能とし、プロジェクタと投影面との間隔が狭い場合でも操作者のジェスチャを検出することができ、投影面に投影された画像の視認性を低下させることなく、さらに、操作者のジェスチャの検出感度を向上させることができる画像投影装置を提供する」と記載され、解決手段として、「光源からの光を光変調素子により映像光に変調し、結像光学系を介して映像光を投影し、投影面２０に画像表示を行う画像投影装置１であって、映像光の投影方向Ｄ１とは異なる所定方向において行われた操作者ＯＰのジェスチャＪＳを検出することが可能なジェスチャ検出手段１３と、ジェスチャ検出手段１３によるジェスチャの検出可能範囲を定めるための検出範囲設定手段と、ジェスチャ検出手段１３の検出結果であるジェスチャ情報に基づいて制御信号を生成する制御信号生成手段とを備えた構成としてある」と記載されている。

特開２００８－２８７１４２号公報

　特許文献１では、ジェスチャ検出手段は検出範囲に物体が入った際に操作者のジェスチャと認識するものであり、その物体が手であるか人体であるかを区別することは考慮されていない。そのため、検出範囲を例えば人が通ることでジェスチャと認識され、操作者の意図に反した制御が行われてしまうという問題が生じる。

　映像投写装置の中で、特に短焦点レンズを用いた机上投写プロジェクタにおいては、操作者は、映像が投写されている机上面に近い位置で操作する。この場合、ジェスチャの検出範囲に操作者が手を入れようとすると、背面にある操作者の人体も含まれてしまうことが多い。その結果、手と人体のどちらが検出されたかを識別できず、誤動作の原因となる。

　本発明の目的は、操作者の手と人体を区別することでジェスチャの検出精度を向上させ、操作者の意図に従った制御を行う映像投写装置を提供することである。

　本発明は、操作者のジェスチャに基づいて投写する映像を制御可能な映像投写装置であって、映像信号に基づき映像光を生成し投写面に映像を投写する映像投写部と、操作者のジェスチャを検出するためのセンサと、該センサにて検出されたジェスチャに基づき前記投写映像を制御するための操作信号を生成する操作検出部と、を備え、前記センサは複数の検出素子を含み、前記投写面が当該映像投写装置が設置される設置面である場合、該複数の検出素子の少なくとも１個の所定検出素子は、その検出範囲に含まれる前記投写される映像画面が所定の割合以上となることを特徴とする。

　本発明によれば、ジェスチャの誤検出がなく操作者の意図に従った制御を行う映像投写装置を提供できる。

実施例１に係る映像投写装置の概観図。映像投写装置の内部構成を示すブロック図。センサを映像投写装置の上側に配置した場合を示す図。センサを映像投写装置の上側に配置し、検出範囲を拡大した場合を示す図。センサを映像投写装置の下側に配置した場合を示す図。人体の動きによる誤検出の例を示した図。センサの構成例と検出範囲を示した図。検出範囲の設定例を示した図。ジェスチャ監視素子による手と人体の動きの分離を説明する図。ジェスチャ監視素子をセンサと別体に構成した例を示す図。ジェスチャ監視素子による操作範囲を制限した例を示す図。用途に応じたセンサの検出範囲の設定を示す図。手の動きと人体の動きによって得られる信号の周波数成分を示した図（実施例２）。人体の動きを検出する一例を示した図。人体によるセンサの出力信号の時間変化を示した図。サーモパイルを用いたセンサの検出回路構成の一例を示した図（実施例３）。対象物温度に対する増幅器の出力電圧を示した図。センサの変化分検出回路の構成を示した図。ｚ方向のジェスチャを示した図（実施例４）。ｚ方向ジェスチャ時の手と検出範囲の関係を示した図。ｚ方向動作時の各ＣＨのセンサ信号の時間変化を示した図。ｚ方向ジェスチャの検出を実現するフローチャートを示した図。正常な検出素子と故障状態の検出素子の出力信号の時間変化を示した図（実施例５）。検出素子の故障判定のフローチャートを示した図。手振りのパターンを示す図。エラー判定から除外するパターンを示す図。ジェスチャの種類を示した図（実施例６）。

　以下、本発明の映像投写装置の実施例について図面を用い説明する。以下に述べる実施例では、机上投写プロジェクタを対象とし、操作者のジェスチャに基づいて投写する映像を制御する構成について説明する。

　図１は、実施例１に係る映像投写装置の概観図である。映像投写装置１は、設置面（机）１１上に設置され、装置内部で生成した映像光を投写レンズ４ｄで拡大した後、反射ミラー４ｅで反射して設置面１１に映像画面１０を投写する。投射映像のフォーカスは、フォーカスリング１５で調整する。反射ミラー４ｅ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映像投写装置１と対向するように収納される。映像投写装置１は、操作者のジェスチャを検出するセンサ２を有する。センサ２は、検出範囲２ａ内の操作者の手の動きとその方向を検出する。センサ２は、操作者の手を検出するために光源を有してもよいし、光源を有さないパッシブ型のセンサであってもよい。例えばパッシブ型のセンサセンサ２として、操作者の手の温度を検出する温度センサである焦電型センサを使用することもできる。

　図２は、映像投写装置１の内部構成を示すブロック図である。映像投写装置１は、操作検出部３と映像投写部４を有する。

　まず操作検出部３から説明する。操作検出部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。信号検出部３ａはセンサ２からの信号を検出して、ジェスチャ判定部３ｂに供給する。ジェスチャ判定部３ｂは供給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処理を行う。操作信号生成部３ｃはジェスチャ判定部３ｂの判定結果に応じた操作信号を生成し、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、映像投写装置１に供給する映像信号を制御する。

　このように、操作者のジェスチャに基づいて操作信号が生成され、この操作信号により映像投写装置１から投写される映像が制御される。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動作を行う。なお、外部機器６は、映像投写装置１に映像信号を供給する装置であれば何でもよい。例えば、映像投写装置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よい。

　次に映像投写部４について説明する。映像投写部４は、映像制御部４ａ、光源部４ｂ、光制御部４ｃ、投写レンズ４ｄ、投写ミラー４ｅを有する。映像制御部４ａは、外部機器６から供給された映像信号に応じ、光源部４ｂ、光制御部４ｃに制御信号を送る。光源部４ｂは、ハロゲンランプ、ＬＥＤ、レーザ等の光源であり、映像制御部４ａの制御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、映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から供給された映像信号に基づく光学的な映像を生成する。投写レンズ４ｄは光制御部４ｃから出力された映像を拡大する。投写ミラー４ｅは投写レンズ４ｄから放射された光を反射し、設置面１１に映像画面１０を投写する。投写ミラー４ｅは非球面ミラーを用いており、同サイズの映像画面を投写する場合、一般的な投写装置と比較し投写距離を短くすることができる。本実施例では投写ミラー４ｅを用いた映像投写部４の例を示したが、映像投写を実現できる構成であれば他の構成でもよい。なお、以下では投写レンズ４ｄと投写ミラー４ｅを併せて、投写光学部と呼ぶ。

　次に、センサ２の配置に関し説明するが、図３～図６を用いて、一般的な配置における問題点を述べる。以後、説明を容易にするためにｘ、ｙ、ｚ軸を用いて方向を示す。設置面（机上面）１１はｘｚ面で、映像投写装置１はｙ方向に起立して設置される。映像投写装置１に対し操作者はｚ方向に位置することになる。操作者の操作方向は、ｘ、ｙ、ｚの３方向が存在する。

　図３は、センサ２を映像投写装置１の上側（ｙ方向）に配置した場合を示す図である。このときのセンサ２の検出範囲を２ａで示す。人間による直感的な操作を行う場合、映像画面１０が投写された設置面１１上に近い空間でジェスチャ操作することが想定される。図３は、このときの操作者の人体２０と手２１の位置関係を示す。このようにセンサ２を配置した場合、映像投写装置１に近い位置では手２１が検出範囲２ａから外れることとなり、ジェスチャ検出が不可能となる（×印）。

　図４は、センサ２を映像投写装置１の上側に配置し、かつ検出範囲２ａを拡大した場合を示す図である。検出範囲２ａを映像画面１０を含むように拡大した場合、映像投写装置１に近い位置では良好に検出可能だが、映像投写装置１から遠い映像画面１０端部位置では検出感度が低下するため、ジェスチャ判定が困難になる。よって、映像画面の端部位置まで感度を低下させず、かつ設置面に近い高さで検出可能とすることが必要である。

　図５は、センサ２を映像投写装置１の下側に配置した場合を示す図である。このようなセンサ配置と検出範囲２ａの場合、センサ２からの距離によらず感度が低下しないため、設置面に近い映像画面上でジェスチャ検出が可能である。センサ２の設置面１１からの高さは、操作者の手２１の高さに合わせて設定することが望ましい。一例として経済産業省の人体寸法・形状データの調査によると、手の長さは平均１９ｃｍであることから、それ以下の値に設定すればよい。

　しかしながら図５のように検出範囲２ａを設定すると、手２１の動きだけではなく背景の人体２０の動きも検出することとなり、操作者の意図と異なるジェスチャを検出することになる（以下、誤検出と呼ぶ）。

　図６は、人体の動きによる誤検出の例を示した図である。人体２０がｘ方向に移動してセンサ２の検出範囲２ａ内に入ると、センサ２は人体２０の動きと方向をジェスチャと認識し、誤検出が生じる。そのため、手２１によるジェスチャと人体２０の動きを分離することが必要となる。

　このような問題点を鑑み、以下では、映像画面端での感度を低下させず、設置面に近い映像画面上での直感的な操作が可能で、誤検出を抑制する構成を述べる。すなわち、誤検出を抑制するためのセンサ２の構成と、手と人体の動きを分離する検出範囲２ａの設定を説明する。

　図７は、センサ２の構成例と検出範囲を示した図であり、（ａ）はｚ方向から見た図、（ｂ）はｙ方向とｘ方向から見た図である。

　（ａ）で示すように、センサ２は複数（ここでは４個）の検出素子１６を有し、それぞれの検出素子１６は異なる検出範囲を持つ。以下、センサ２の中心からｙ’方向、ｘ’方向、ｙ方向、ｘ方向に位置する検出素子をそれぞれＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４と呼ぶことにする。センサ２では、各検出素子１６からの信号振幅と信号出力の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、ＣＨ４の信号出力後にＣＨ１とＣＨ３の信号が検出され、最後にＣＨ２の信号が検出される。このときＣＨ４とＣＨ２の信号出力には時間差が生じる。時間的にＣＨ４、ＣＨ２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。以下の説明では４個の検出素子１６を用いているが、検出素子数は４個に限らず、手振りの動き方向に応じて適宜増減すればよい。

　（ｂ）は、センサ２のｘｚ断面とｙｚ断面方向の各検出素子１６の検出範囲２ａの例を示す。ここでは、各検出素子１６（ＣＨ１～ＣＨ４）の検出範囲２ａが、センサ２の中心軸（ｚ方向）から放射状（ｘ方向、ｙ方向）に拡がるように配置した例を示す。なお、各ＣＨの検出範囲２ａの中心軸は、必ずしも放射状に拡がる必要はなく、センサ２の中心軸に平行であっても、各ＣＨの検出範囲２ａが異なればよい。また、各ＣＨの検出範囲２ａの一部が重なっていてもよい。

　次に、手と人体の動きを分離するための検出範囲２ａの設定について説明する。
図８は、検出範囲２ａの設定例を示した図である。検出素子１６のうち少なくとも１個の所定検出素子は、その検出範囲２ａに含まれる映像画面１０が所定の割合以上となるように設定する。以下、検出範囲２ａに映像画面１０が占める割合を「映像画面占有率」と呼ぶことにする。図８の場合は、所定検出素子をＣＨ１の検出素子としており、この検出素子（ＣＨ１）は、他の素子よりも映像画面占有率が大きくなるよう設定している。映像画面占有率が所定値以上の検出素子を用いることで、操作者の映像画面上での手の動きと、操作者の人体の動きを分離することができる。以降、映像画面占有率が所定値以上としている所定検出素子を「ジェスチャ監視素子」（符号１６ｇ）と呼ぶことにする。図７と図８において、ＣＨ１がジェスチャ監視素子１６ｇである。

　図９は、ジェスチャ監視素子による手と人体の動きの分離を説明する図である。図８に示す手２１の動きと人体２０の動きに対し、ジェスチャ監視素子ＣＨ１（１６ｇ）とその他の検出素子ＣＨ３に生じるセンサ信号の変化を示している。

　ジェスチャ監視素子ＣＨ１において、手２１の動きは検出範囲２ａ（ＣＨ１）を横切るため大きな信号変化が生じる。しかし、人体２０の動きは検出範囲２ａ（ＣＨ１）を横切る割合が少ないため信号変化は小さい。一方他の検出素子ＣＨ３では、手２１と人体２０のいずれの動きも検出するので信号変化は大きくなる。このようにジェスチャ監視素子は、操作者の手の動きを他の人体の動きよりも優先して検出する。ジェスチャ監視素子の信号レベルと他の検出素子の信号レベルを比較することで、手と人体の動きを分離することができる。手と人体の動きを分離するには、ジェスチャ監視素子と他の検出素子の信号レベルに明確な差が発生すれば良く、これを満足するようジェスチャ監視素子の映像画面占有率を定めればよい。例えば、映像画面占有率が約５０％以上とすれば、実用的に満足できるものとなる。

　前述の例では、ジェスチャ監視素子１６ｇはセンサ２内に含まれる構成としたが、ジェスチャ監視素子はセンサ２と別に設けてもよい。ジェスチャ監視素子がセンサ２内に含まれ、センサ２を下側（設置面側）に傾けた場合を想定する。このときジェスチャ監視素子は映像画面（設置面）に検出範囲を持つようになる。しかし、他の検出素子も下向きとなるため、映像画面の端部における検出感度が低下する可能性がある。これに対しジェスチャ監視素子を別体として設けることで、センサ２の操作性に対する自由度が高まり、映像画面端部での感度を確保できるメリットがある。

　図１０は、ジェスチャ監視素子をセンサ２と別体に構成した例を示す図である。映像投写装置１には、センサ２とは別体のジェスチャ監視素子１７ｇを設け、ジェスチャ監視素子１７ｇは映像画面１０のみを検出するよう異なる位置に配置する。領域２ｂはジェスチャ監視素子１７ｇが検出する範囲を示し、この領域２ｂにおける手の動作のみ検出可能となる。このようにジェスチャ監視素子を別体として設けることで、検出感度を低下させず、手と人体の分離を行うことが可能となる。

　図１１は、ジェスチャ監視素子による操作範囲を制限した例を示す図である。別体で構成したジェスチャ監視素子１７ｇは、手と人体の分離を行うだけでなく、その検出範囲２ｂを制限することで操作者の操作範囲を制限することが可能である。例えば、操作者の操作範囲を映像画面１０の中央のみに制限するような使い方が可能である。

　また、ジェスチャ監視素子１７ｇの検出範囲２ｂを可変とすることで、状況に応じて操作範囲の制限を変更することができる。例えば、映像画面上どの位置でも操作可能とする場合は検出範囲２ｂを映像画面１０全体に拡げ、映像投写装置１の正面のみでの操作に制限したい場合は検出範囲２ｂを映像画面中央に制限する。その面積を所定の割合（例えば１／３）とすれば、操作可能範囲を１／３に制限できる。また、使用環境により操作範囲を、映像画面の左側、右側、四隅等、変更可能なことは言うまでもない。操作範囲は映像投写装置１のメニュー画面から切替えてもよいし、機械的なスイッチで切替えてもよい。もしくは、操作範囲切替モードを有効にした後ジェスチャにより操作範囲を切替えてもよい。操作範囲切替モードはメニューにより有効にしてもよいし、特定のジェスチャにより有効化してもよい。

　また、センサ２による検出範囲の設定は、誤検出抑制と操作性のどちらを優先するかによって最適化できる。
図１２は、用途に応じたセンサ２の検出範囲の設定を示す図であり、設置面１１に映像を投写するような映像投写装置１の設置において、（ａ）は誤検出抑制を優先する場合、（ｂ）は操作性を優先する場合を示す。ここでは、いずれの場合もセンサ２の中心軸は、映像投写装置の設置面に対し傾くように映像投写装置に取り付けられている。ここで、設置面１１からセンサ２の中心までの高さｈ、センサ２の検出範囲２ａの角度を２θ、設置面に対するセンサ２の中心軸の傾きφ、センサ２から映像画面１０の端部までの距離Ｌ、手２１の全長をＨとする。

　まず（ａ）の誤検出抑制を優先する場合を説明する。操作に必要な範囲は映像画面１０内であるため、画面端に検出範囲２ａを設定するための関係式は（１）式のようになる。
（φ－θ）＝ｔａｎ^－１（ｈ／Ｌ）・・・（１）
　（１）式のように設定することで、センサ２は映像画面１０の外側に存在する人体等の動きを検出しないので、誤検出を抑制することができる。

　次に（ｂ）の操作性を優先する場合を説明する。ジェスチャを直感的に行うためには映像画面１０に近い高さで操作を行う。そのため、手２１のサイズＨを基準に検出範囲２ａを決定することにより、ジェスチャ監視素子１６ｇの検出範囲を決定する。ここでは映像画面端部を操作する手２１の高さ中央Ｈ／２にセンサ２の中心軸を設定する。このときの関係式は（２）、（３）式のようになる。
φ＝ｔａｎ^－１（（Ｈ／２－ｈ）／Ｌ）・・・（２）
ただし、θ－φ＞ｔａｎ^－１（ｈ／Ｌ）・・・（３）
　一例として手の長さＨ＝１９ｃｍのときは、センサ２の中心軸が映像画面端において、設置からの高さ９．５ｃｍを通るように設定すればよい。

　次に、図１を参照して、映像投写装置１に対するセンサ２の取付け位置について説明する。センサ２の取付け位置は、スペース確保が容易で、映像投写部４から投写される映像光（投写光）の影響を受けにくくするため、設置面１１に映像を投写するように映像投写装置１を配置した場合において、映像光を出力する映像光出力部である投写レンズ４ｄの下方（好ましくは直下）とするのがよい。センサ２の検出範囲を設置面１１の映像画面１０上に設定するためには、センサ２を映像画面の近くに配置することが望ましい。ここで映像投写部４は、設置面からの距離を設けるため中央より上側に配置され、投写レンズ４ｄからの出射方向は上側となる。そのため投写レンズ４ｄ下側にスペースを確保しやすい。また、映像投写部４によるセンサ２への直接光による影響は少なくなる。

　以上まとめると、センサ２の好ましい設置位置の例は、設置面１１からの高さｈ＝１０ｃｍ以内、水平方向に対するセンサ２の中心軸の傾きφ＝±５°、検出範囲２ａの検出幅角２θ＝１５～３５°である。

　また、センサ２の左右方向（ｘ方向）の検出範囲に関しても合わせて調整を行うのがよい。人間の水平方向（ｘ方向）の手振りは２０～３０ｃｍが適切であり、それ以上になると手振りが大きくなるため操作性が損なわれる。一方非常に狭い範囲に設定すると、ちょっとした仕草により反応するため誤検出が発生する可能性がある。そのため水平方向の距離２０～３０ｃｍを基準に調整するのが望ましい。例えば映像画面端で手振りが２０～３０ｃｍとなるよう検出範囲を調整してもよい。また、各検出素子の検出範囲を独立して設定してもよい。等方的に拡がる視野ではなく、異方性をもつ視野に設定してもよい。例えば水平方向（ｘ方向）は映像画面端で２０～３０ｃｍに拡がるように設定し、垂直方向（ｙ方向）は手振りが小さい方が操作者にとって好ましいため、１０ｃｍ程度の拡がりに設定してもよい。このように、操作性に応じ必要な検出範囲を適宜設定するのがよい。

　実施例２では、ジェスチャ監視素子を用いるとともに、手と人体の動作速度の違いを利用して手と人体の動きを分離し、高精度にジェスチャを検出するものである。ここでは、まず手と人体の動作速度の違いを説明し、手と人体の動きを分離する速度制約に関し説明する。

　図１３は、手の動きと人体の動きによって得られる信号の周波数成分を示した図である。実線が手の動き、破線が人体の動きによって得られる信号を示す。手の動きのピークは２．７Ｈｚであり、人体の動きのピークは１．２Ｈｚである。なお、人体の動きはオフィス内を歩く程度の速度で測定したものである。これらの速度差（周波数差）は約２．３倍であり、この速度差を抽出することで手と人体の動きをより高精度に分離することができる。

　次に、手と人体の動きを分離する速度制約に関し説明する。
図１４は、人体の動きを検出する一例を示した図であり、検出範囲２ａを横切るようにｘ方向に速度ｖで歩いている例を示す。人体２０は、点Ａを時間ｔ＝ｔＡで、点Ｂを時間ｔ＝ｔＢで通過したとする。ここでは、図７のセンサ２の検出素子ＣＨ４とＣＨ２を用いて、ｘ方向の動きを検出する。

　図１５は、人体によるセンサ２の出力信号の時間変化を示した図である。ｔＡは検出範囲２ａ内の位置Ａを人体が横切る時間を示し、ｔｂは検出範囲２ａ内の位置Ｂを人体が横切る時間を示す。人体２０が位置ＡからＢまでを横切る速度ｖは、ｖ＝（ＡからＢまでの距離）／（ｔＢ－ｔＡ）から求まる。

　一般に、人が動く速度と手振り（ジェスチャ）の速度に差があり、図１３に示したように、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から、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までの移動時間に対する閾値Ｔ０を設定しておく。そして、図１４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位置を横切る時にセンサ２（ＣＨ４）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位置を横切る時にセンサ２（ＣＨ２）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（ｔＢ－ｔＡ）を閾値Ｔ０と比較する。比較の結果、（ｔＢ－ｔＡ）＜Ｔ０であれば、当該移動体を手によるジェスチャとして判定或いは検出する。（ｔＢ－ｔＡ）＞Ｔ０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）。本発明者らの実験では、人が動く速度は１～１．５ｍ／ｓｅｃであり、手振りの速度は２～４ｍ／ｓｅｃであるため、これらを基にして上記閾値Ｔ０を設定してもよい。このように本実施例では、移動体の通過時間を測定して閾値Ｔ０と比較することで、操作者の手以外の人体の動きによる誤検出を排除し、ジェスチャの検出精度をさらに向上することができる。

　実施例３では、ジェスチャ検出に用いる検出素子１６について述べる。センサ２の検出素子１６には、サーモパイルのような手（人体）からの赤外線放射を検出する素子を使用できる。またＬＥＤとＰＤを用いたアクティブセンサを用いてもよい。手の動きを検出可能なセンサであればこの限りではない。

　例えばサーモパイルを用いる場合、周辺温度の影響により信号検出ができなくなる場合があり、その影響をなくすため信号の時間変化分を検出する回路構成（以下、変化分検出回路）とするのが望ましい。以下サーモパイルを用いた検出回路の構成、その問題点、変化分検出回路の構成に関し説明する。

　図１６は、サーモパイルを用いたセンサ２の検出回路構成の一例を示した図である。センサ２（検出素子１６）からの出力信号は、信号検出部３ａで検出され、ジェスチャ判定部３ｂに送られる。信号検出部３ａは、信号を増幅する増幅器１８、Ａ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ変換部１９、抵抗コンデンサ等の電子部品から構成される。Ａ／Ｄ変換部１９はＡ／Ｄ変換の機能をもつＩＣを用いてもよいし、Ａ／Ｄの機能をもつマイコンを使用し後段のジェスチャ判定部３ｂと合わせて処理してもよい。

　センサ２（検出素子）に用いるサーモパイルは、対象物（例えば人の手）の温度とサーモパイル自身の温度差にほぼ比例した信号を出力する。サーモパイルの出力信号は増幅器１８により増幅される。また、増幅器１８の正極性端子にはサーモパイルの正極性端子信号が入力され、負極性端子には基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。そして増幅器１８は、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サーモパイルからの検出信号を増幅し、電圧Ｖｏｂｊを出力する。

　図１７は、対象物温度に対する増幅器１８の出力電圧を示した図である。対象物温度をＴｏｂｊ、サーモパイル温度をＴｓ、基準電圧をＶｒｅｆ、増幅器１８の出力電圧をＶｏｂｊ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１８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との関係で決まり、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、増幅器１８のゲインによって定まる係数である。

　式（４）で示すように、サーモパイル温度Ｔｓと対象物温度Ｔｏｂｊの差が大きくなると、出力電圧Ｖｏｂｊが飽和し、ＶｃｃもしくはＧＮＤに張り付くという問題を生じる。映像投写装置１では光源部４ｂからの発熱のため、サーモパイル温度Ｔｓも大幅に温度上昇して、対象物の検出が困難になる。これを回避するため、変化分検出回路を使用しサーモパイルの温度上昇による影響をなくす。

　図１８は、センサ２の変化分検出回路の構成を示した図である。変化分検出回路は、センサ２の正極性端子と増幅器１８の正極端子間に直列にコンデンサＣを、増幅器１８の正極性端子と負極性端子間に抵抗Ｒを挿入した構成である。この検出回路によれば、ＣＲ時定数回路により短時間での温度変化には反応するが、長時間の温度変化であるサーモパイルの温度Ｔｓ上昇には無依存となる。この時定数はジェスチャの操作時間に合わせ、例えば３ｓｅｃ以下とするのが望ましい。このときの出力電圧Ｖｏｂｊは、対象物温度がＴｏｂｊ１からＴｏｂｊ２に変化した場合、式（５）で表される。
Ｖｏｂｊ＝α（Ｔｏｂｊ２－Ｔｏｂｊ１）・・・（５）
　このように変化分検出回路を用いることで、映像投写装置１内の温度上昇によるサーモパイルの温度上昇に依存せず、信号検出が可能となる。

　前記各実施例では、ジェスチャの方向がｘ方向とｙ方向を主に説明したが、本実施例ではｚ方向のジェスチャの検出に関し説明する。

　図１９は、ｚ方向のジェスチャを示した図であり、ｚ方向の操作は映像投写装置１を手２１で覆う動作で行う。

　図２０は、ｚ方向ジェスチャ時の手と検出範囲の関係を示した図である。センサ２の各検出素子ＣＨ１～ＣＨ４の検出範囲２ａは、手２１の範囲に含まれるものとする。ｚ方向のジェスチャの検出は、各検出素子ＣＨ１～ＣＨ４の検出信号を用いて、これらの検出信号が同期しているか否かで判定する。

　図２１は、ｚ方向動作時の各ＣＨのセンサ信号の時間変化を示した図である。この検出回路には、前記実施例３の変化分検出回路（図１８）を用いており、縦軸のセンサ信号は増幅器１８の出力レベルである。手２１がセンサ２に近づくにつれ各ＣＨからのセンサ信号が上昇し、検出範囲を完全に覆った時センサ信号はピークとなる。検出範囲を覆う状態が継続すると、変化分検出回路のコンデンサＣと抵抗Ｒの時定数に従って、所定の保持時間後にセンサ信号が減少する。本来のz方向のジェスチャであれば、各ＣＨで検出する信号の立上り時間や保持時間は同期するはずである。よって、各ＣＨの立上り時間の差（ｔｍｉｎ～ｔｍａｘ）と信号レベルが閾値Ｖｔｈ以上となっている保持時間ｔｈｏｌｄを評価することで、ｚ方向のジェスチャであるか否かを判定する。

　図２２は、ｚ方向ジェスチャの検出を行うフローチャートを示した図である。ｚ方向の判定は、閾値判定、立上り時間差判定、信号レベル維持期間判定の３段階ある。以下フローチャートに沿って説明する。

　Ｓ１０１～Ｓ１０２では、閾値判定を行う。閾値判定では、センサ２の出力信号を信号検出部３ａにてＡ／Ｄ変換した各ＣＨの信号を使用する。オフセットレベルからの信号変化を検出し、信号レベルが閾値Ｖｔｈを超えたら次の立上り時間を検出する。信号レベルが閾値を超えなければ閾値判定を繰り返す。

　Ｓ１０３では、立上り時間を検出する。立上り時間検出では、各ＣＨについて閾値Ｖｔｈを超えた時間を検出する。ｚ方向のジェスチャに対し、各ＣＨの信号がほぼ同時に立上るという特徴がある。一方ｚ方向以外の動きに対しては、各ＣＨの立上り時間に差が生じる。そこで、ｚ方向のジェスチャと他の方向の動きを区別するため立上り時間を検出する。

　Ｓ１０４では、立上り時間差を判定する。Ｓ１０３で得られた立上り時間のうち、最小値ｔｍｉｎと最大値ｔｍａｘを求める。立上り時間差（ｔｍａｘ－ｔｍｉｎ）が所定時間未満であれば、次の信号レベル維持期間判定（Ｓ１０５）を行う。立上り時間差（ｔｍａｘ－ｔｍｉｎ）が所定時間以上であれば、閾値判定処理（Ｓ１０１）に戻る。所定時間の値は手の動き速度に依存するが、操作性を考慮すると５０～１００ｍｓｅｃ程度が望ましい。

　Ｓ１０５では、信号レベル維持期間を判定する。ここでは、全検出素子ＣＨ１～ＣＨ４の信号レベルが閾値Ｖｔｈを超える期間ｔｈｏｌｄを検出する。検出したｔｈｏｌｄが所定時間以上であればｚ方向のジェスチャとみなす。所定時間は人間に不快感を与えない時間として６００ｍｓｅｃ程度とすることが望ましい。それ以上の時間ではセンサ２を手で覆う時間が長くなるため、操作者にストレスを感じさせるものとなる。
Ｓ１０６では、操作に応じた制御信号を出力する。

　本実施例によれば、ｚ方向のジェスチャ検出において、操作者の意図しない誤検出を抑制することが可能となる。例えば映像上に指を差す動作では、センサ２に非常に近い位置でない限り検出範囲２ａを完全に覆う可能性が低くなるため、ｚ方向の動作と指差動作を分離可能となる。また、本実施例で説明したｚ方向の動作を複数回繰り返すことで、z方向のジェスチャと認識してもよい。人間が意図して操作しない限り、z方向の動作が複数回入力される可能性は低い。そのためz方向の動作を複数回行うことでジェスチャと認識することで、さらなる誤検出低減に有効である。

　実施例５では、センサ２内の検出素子１６の故障状態を検出する方法に関し説明する。故障状態の検出には実施例３の変化分検出回路（図１８）を用い、複数の検出素子１６の信号レベルを比較することで故障状態を判定する。

　図２３は、正常な検出素子と故障状態の検出素子の出力信号の時間変化を示した図である。ここでは一例として、ＣＨ１を故障状態の検出素子（故障素子）、ＣＨ２を正常な検出素子（正常素子）として示している。センサ２の前で手振りをした際、正常素子であるＣＨ２は信号を出力するが（最大値ＣＨ２ＭＡＸ）、故障素子であるＣＨ１は信号出力が小さい、もしくはゼロとなる（最大値ＣＨ１ＭＡＸ）。そのため、各ＣＨの信号レベルを比較することで故障判定が可能となる。

　図２４は、検出素子の故障判定のフローチャートを示した図である。ここでは４個の検出素子を用いた故障判定を説明する。故障判定は、センサ２の前で手振りを行い、各検出素子の閾値判定、カウントクリア判定、エラー除外判定、エラー判定、故障判定の５段階の判定から構成される。以下、フローチャートに沿って説明する。

　Ｓ２０１～Ｓ２０２では、各ＣＨの信号測定を行い、測定した信号が閾値Ｅｔｈを超えたか否かを判定を行う。閾値Ｅｔｈを超えた場合は各ＣＨの最大値検出を行うが、閾値を超えない場合は再度信号測定を行う。

　Ｓ２０３では、各ＣＨの最大値検出を行う。測定開始後一定検出期間（エラー検出期間）内で、各検出素子の最大値（以下、ＣＨ１ＭＡＸ，ＣＨ２ＭＡＸ，ＣＨ３ＭＡＸ，ＣＨ４ＭＡＸ）を検出する。

　Ｓ２０４～Ｓ２０５では、カウントクリア判定を行う。カウントクリア判定では、Ｓ２０３で検出したそれぞれのＣＨの最大値を閾値Ｅｔｈと比較する。閾値以上である場合、そのＣＨのエラーカウントをクリアする。閾値未満の場合はエラーカウントをクリアせず、最大値検出（Ｓ２０６）へ進む。ここで閾値Ｅｔｈはノイズレベル以上に設定するか、信号レベルの大きさに応じ設定してもよい。手振りが入力されたことを検出できるレベルであればよい。エラー検出期間は故障判定時のエラーカウント値と合わせ、検出の緊急度によって決めればよい。時間的にすぐにエラー検出が必要な場合は検出期間、エラーカウント数を少なく設定すればよい。

　Ｓ２０６では、最大値検出を行う。最大値検出では、各ＣＨの最大値（ＣＨ１ＭＡＸ，ＣＨ２ＭＡＸ，ＣＨ３ＭＡＸ，ＣＨ４ＭＡＸ）の中の最大値（以下ＣＨＭＡＸ）と最小値（以下ＣＨＭＩＮ）を求める。

　Ｓ２０７では、エラー除外判定を行う。エラー除外判定は、検出素子が故障状態なのか、あるいは正常であるが信号が検出されていないのかを区別するために導入する。図２５と図２６を用いてエラー除外判定のパターンを説明する。

　図２５は手振りのパターンを示す図で、（ａ）はｙ方向の手振りの組み合わせ、（ｂ）はｘ方向の手振りの組み合わせを示す。例えばパターン（１）のようにＣＨ４側をｙ軸方向に手振りした場合、ＣＨ４は大きな出力信号が得られるが、ＣＨ２は小さな信号しか得られない。つまり一方のＣＨに偏った手振りを行うと、故障状態なのか、正常であるが偏った手振りなのか判別することは難しい。このように、偏った手振りについてはエラー判定から除外する。

　図２６は、エラー判定から除外するパターンを示す図である。除外するのは図２５の（１）（３）（４）（６）の場合で、その時の最小値ＣＨＭＩＮと最大値ＣＨＭＡＸの組み合わせを示している。すなわち、図２６に示すＣＨＭＡＸとＣＨＭＩＮの組み合わせの場合は、エラー判定から除外する。

　Ｓ２０８では、エラー判定を行う。エラー判定では、各検出素子の最大値（ＣＨ１ＭＡＸ，ＣＨ２ＭＡＸ，ＣＨ３ＭＡＸ，ＣＨ４ＭＡＸ）をＣＨＭＡＸ値と比較し、式（６）を満たす場合エラーと判定する。
（各検出素子の最大値）＜ＣＨＭＡＸ／（一定係数）・・・（６）
　エラーと判定したＣＨについては、エラーカウント値をインクリメントする。

　Ｓ２０９では故障判定を行う。Ｓ２０８のエラー判定処理のカウント値が一定値を超えた場合、その検出素子は故障状態であると判定する。各検出素子の最大値検出時の検出期間と合わせ、カウント値は任意に設定してよい。

　本実施例によれば、センサ２内の検出素子１６の故障状態を精度良く検出することができる。

　実施例６では、ジェスチャの種類に対する映像画面操作機能の割当ての例について説明する。映像画面操作の主な機能として、ＰａｇｅＵｐ／ＰａｇｅＤｏｗｎ（パワーポイントやｐｄｆ等表示時、次ページもしくは前ページにページ移動する機能）、ＰｏｗｅｒＯｎ／Ｏｆｆ（電源ＯＮ／ＯＦＦ）、ＦｒａｍｅＬｏｃｋ（表示画面を停止）、ＥＮＴＥＲ（選択／決定）、Ｂｌａｎｋ（表示ＯＮ／ＯＦＦ）、Ｚｏｏｍ（表示を拡大）がある。これらの機能にＧｅｓｔｕｒｅＯＮ／ＯＦＦ（ジェスチャの有効／無効切替）を追加し、ジェスチャによる各画面操作機能を実現する。

　図２７は、ジェスチャの種類を示した図であり、（ａ）はｚ方向、（ｂ）はｙ方向、（ｃ）はｘ方向のジェスチャを示す。

　（ａ）のｚ方向のジェスチャは押込み動作であり、他の方向の動作と比較し大きな動作となる。そこでプロジェクタの表示状態を大きく変える機能を割当てることが直感的な動作として望ましい。ｚ方向のジェスチャは、ＰｏｗｅｒＯＮ／ＯＦＦ、Ｂｌａｎｋ、ＦｒａｍｅＬｏｃｋのような表示状態を変える機能を割り当てることが望ましい。

　（ｂ）のｙ方向ジェスチャは、画面に対しスイッチを押すような動作となる。そのため入力や機能の切替えに割当てることが望ましい。ｙ方向ジェスチャには、Ｚｏｏｍ、ＥＮＴＥＲ、ＧｅｓｔｕｒｅＯＮ／ＯＦＦのような機能を割当てることが望ましい。

　（ｃ）のｘ方向のジェスチャは、ページを送る動作に最適である。そのためＰａｇｅＵＰ／ＰａｇｅＤｏｗｎを割り当てることが望ましい。

　以上、ジェスチャの種類と映像画面操作機能の割当てについて説明したが、直感的に結びつきやすい対応関係とすることで、映像投写装置の使い勝手が向上する。

　１：映像投写装置、２：センサ、２ａ，２ｂ：検出範囲、３：操作検出部、３ａ：信号検出部、３ｂ：ジェスチャ判定部、３ｃ：操作信号生成部、４：映像投写部、４ａ：映像制御部、４ｂ：光源部、４ｃ：光制御部、４ｄ：投写レンズ、４ｅ：投写ミラー、６：外部機器、１０：映像画面、１１：設置面、１６：検出素子、１６ｇ，１７ｇ：ジェスチャ監視素子、１８：増幅器、１９：Ａ／Ｄ変換部、２０：人体、２１：手。

Claims

　操作者のジェスチャに基づいて投写する映像を制御可能な映像投写装置であって、
　映像信号に基づき映像光を生成し投写面に映像を投写する映像投写部と、操作者のジェスチャを検出するためのセンサと、該センサにて検出されたジェスチャに基づき前記投写映像を制御するための操作信号を生成する操作検出部と、を備え、
　前記センサは、複数の検出素子を含み、
　前記投写面が当該映像投写装置が設置される設置面である場合、
　該複数の検出素子の少なくとも１個の所定検出素子は、その検出範囲に含まれる前記投写される映像画面が所定の割合以上となることを特徴とする映像投写装置。
　請求項１に記載の映像投写装置であって、
　前記所定検出素子は、他の検出素子が含まれる前記センサと別体で構成し、前記センサとは異なる位置に配置したことを特徴とする映像投写装置。
　請求項１に記載の映像投写装置であって、
　前記所定検出素子は、前記操作者の手の動きを優先して検出することを特徴とする映像投写装置。
　請求項１に記載の映像投写装置であって、
　前記映像投写部は投写レンズと投写ミラーを有し、前記センサは、前記投写レンズよりも前記映像画面側の位置に配置したことを特徴とする映像投写装置。
　請求項１に記載の映像投写装置であって、
　前記センサの検出範囲は放射状に拡がるものであって、該検出範囲の中心軸方向は、前記設置面に対し上向きに設定したことを特徴とする映像投写装置。
　請求項１に記載の映像投写装置であって、
　前記所定検出素子の検出範囲に前記映像画面が含まれる割合は５０％以上であることを特徴とする映像投写装置。
　請求項１に記載の映像投写装置であって、
　前記映像画面に対し前記所定検出素子の検出範囲が占める面積を所定の割合としたことを特徴とする映像投写装置。
　請求項１に記載の映像投写装置であって、
　前記センサが検出するジェスチャの方向は、前記映像画面と平行で前記センサに向う方向、前記映像画面と平行で前記センサに向う方向と垂直な方向、前記映像画面と垂直な方向の３方向であることを特徴とする映像投写装置。
　請求項１に記載の映像投写装置であって、
　前記センサに含まれる前記複数の検出素子からの検出信号の時間差を求め、該時間差を閾値と比較することで、前記センサで検出した信号が前記操作者の手の動きによるものか否かを判定することを特徴とする映像投写装置。
　請求項１に記載の映像投写装置であって、
　前記検出素子として前記操作者からの赤外線放射を検出するサーモパイルを用いたことを特徴とする映像投写装置。
　請求項１に記載の映像投写装置であって、
　前記操作検出部は、前記センサからの検出信号の時間変化を検出する信号検出部を有することを特徴とする映像投写装置。
　請求項１に記載の映像投写装置であって、
　前記センサにより前記映像画面と平行で前記センサに向う方向のジェスチャを検出する場合、前記複数の検出素子からの検出信号を用いて、所定時間内で該複数の検出信号の立ち上がりが生じているか否かで判定することを特徴とする映像投写装置。
　請求項１に記載の映像投写装置であって、
　前記センサに対して手振り動作を行い、前記複数の検出素子からの信号レベルを比較することで、故障状態の検出素子であるか否かを判定することを特徴とする映像投写装置。
　操作者のジェスチャに基づいて投写する映像を制御可能な映像投写装置であって、
　映像信号に基づき映像光を生成し投写面に映像を投写する映像投写部と、操作者のジェスチャを検出するためのセンサと、該センサにて検出されたジェスチャに基づき前記投写映像を制御するための操作信号を生成する操作検出部と、を備え、
　前記操作検出部の前記センサは、前記操作者のジェスチャを検出する複数の検出素子を含み、
　前記映像投写装置の設置面に前記映像を投写するように前記映像投写装置を設置した場合に、前記センサは前記映像光を投射するための映像光投写部の下方に位置し、かつ前記センサの中心軸が前記設置面に対し傾いていることを特徴とする映像投写装置。
　請求項１４に記載の映像投写装置であって、
　前記センサは複数の検出素子を含み、
　前記複数の検出素子の少なくとも１個の所定検出素子の検出範囲の中心軸が、前記センサの中心軸に対し傾いていることを特徴とする映像投写装置。