(57)【要約】      （修正有）【課題】操作物体の位置を、３次元情報を加味して高精度に認識し、かつ、良好な入力操作性を実現する。【解決手段】操作入力装置２は、投射光線を走査することにより、操作表示板３上の投射面に画像を投影する走査型投射部２２と、検出可能空間に進入した操作ペンからの散乱光を検出する光検出部２１１と、光検出部２１１が散乱光を連続して検出する期間とに基づいて光源からの操作ペンの距離を算出し、当該距離と光検出部２１１が散乱光を検出した時の投影エリア上の走査位置を示す情報とに基づいて、制御内容または表示内容を指定するための操作ペンの投影面上の座標を算出する位置算出部２１２とを備える。【選択図】図２
2014232456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作物体の位置情報を計測して、コンピュータの制御内容または投影面に出力される表示内容を指定するための操作入力装置であって、
光源が出力する光を走査することにより、前記投影面に画像を投影する投影部と、
前記投影部により走査された前記光の、前記投影面を含む所定の検出範囲に進入した前記操作物体からの散乱光を検出する光検出部と、
前記光検出部が前記散乱光を連続して検出する連続検出期間に基づいて基準点からの前記操作物体の距離を算出し、前記距離と前記光検出部が前記散乱光を検出した時の前記投影面上の走査位置を示す位置情報とに基づいて、前記制御内容を実行すべき、または、前記表示内容を表示すべき前記操作物体の投影面上の座標を算出する位置算出部とを備える
操作入力装置。
【請求項２】
前記位置算出部は、前記連続検出期間と前記光を走査する走査速度とから、前記連続検出期間に対応した前記投影面上の走査区間を前記操作物体の検知幅として算出し、当該検知幅と前記操作物体の実際の幅に対応する前記参照幅とに基づいて前記距離を算出する
請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項３】
前記位置算出部は、前記参照幅に対する前記検知幅の比率が大きいほど、前記距離が小さいと判定する
請求項２に記載の操作入力装置。
【請求項４】
さらに、
前記参照幅を更新する更新部を備え、
前記更新部は、前記操作物体が前記投影面に接触する動作について前記位置算出部で算出された前記距離を複数回の操作について取得することにより前記距離の分布データ取得し、当該分布データに基づいて前記参照幅を更新する
請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項５】
前記更新部は、前記分布データに表された前記距離が、前記基準点と前記投影面との距離よりも大きい領域に存在することを示す場合には、前記参照幅を現在値よりも小さい値に更新し、前記分布データに表された前記距離が、前記基準点と前記投影面との距離よりも小さい領域に支配的に存在することを示す場合には、前記参照幅を現在値よりも大きい値に更新する
請求項４に記載の操作入力装置。
【請求項６】
さらに、
前記参照幅を更新する更新部を備え、
前記更新部は、前記投影面上に設けられた所定の更新領域に前記操作物体が接触したときの前記連続検出期間に基づいて前記参照幅を更新する
請求項１に記載の操作入力装置。
【請求項７】
前記更新領域は、前記検出範囲内かつ前記投影面の表面のうち、前記光源から最も遠い領域に設けられている
請求項６に記載の操作入力装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の操作入力装置と、
前記投影面内の入力すべき位置を指示する前記操作物体と、
前記投影面が表示される操作表示板とを備え、
前記操作入力装置は、前記距離に応じて、前記投影面上の前記座標に表示するカーソルの大きさを変化させる
操作入力システム。
【請求項９】
画像が表示された投影面の任意の位置に対して操作物体を用いて操作することにより、コンピュータの制御内容または投影面に出力される表示内容を指定するための操作入力方法であって、
光源が出力する光を走査することにより、前記投影面に前記画像を投影する投影ステップと、
前記投影面を含む所定の検出範囲に操作物体が進入した場合に、当該操作物体からの散乱光を検出する検出ステップと、
前記操作物体を検出した時の前記投影面上の走査位置を示す位置情報を取得する位置取得ステップと、
前記主走査方向に前記光を走査している間に、前記散乱光を連続して検出する連続検出期間に基づいて、基準点からの前記操作物体の距離を算出する距離算出ステップと、
前記距離算出ステップで算出された前記距離と前記位置取得ステップで取得された前記位置情報とに基づいて、前記制御内容を実行すべき、または、前記表示内容を表示すべき前記操作物体の投影面上の座標を算出する座標算出ステップとを含む
操作入力方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影画面に対してユーザが操作することにより入力を実行するための操作入力装置及び操作入力方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、投影画像を生成する走査光ビームを用いて操作入力のための物体の座標を検出する技術として、例えば、特許文献１のようなセンサ装置が提供されている。特許文献１のセンサ装置は、まず、光源から出射された光ビームを、偏向器により垂直方向および水平方向に走査させることにより被照射面上に投影する。被照射面を含む検知対象空間に操作物体が進入すると、光検出部が操作物体により反射された光ビームを受光し、当該受光信号を発生する。さらに、センサ装置は、被照射面上の光ビームの離散的な各走査点に対応するタイミングでタイミング信号を出力している。センサ装置は、光検出部の出力とタイミング信号とに基づき、操作物体の被照射面上の座標を特定して物体の認識を行う。
【０００３】
つまり、特許文献１のセンサ装置は、操作物体からの反射光を光検出部で受光できる構成となっており、当該光検出部の受光信号を観測することで検知対象空間への操作物体の進入を検知し、これと上記タイミング信号とにより検知位置を特定する。これにより、特定された検知位置に対応したユーザ入力操作が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０２６９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたセンサ装置では、光源と被照射面との間に設定された検知対象空間に存在する操作物体を検知する。この場合、検知対象空間内であって被照射面上にない操作物体を検知した場合、被照射面上の座標として特定された検知位置の誤差が大きくなる。つまり、検知対象空間における操作物体の３次元位置を、タイミング信号と光検出部の受光信号とに基づき、被照射面の２次元平面上の座標として特定するため、検知位置の誤差が大きくなる。よって、この検知位置に基づいてなされた操作入力の精度は低く、操作性が損なわれる。
【０００６】
また、検知対象空間を、光源からの距離が一様である領域として検知対象空間の範囲を狭めれば、上述した検知位置の誤差を抑制できる。しかし、この場合には、光検出部における受光信号レベルが低くなり、検出不良が頻発してしまう。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、操作物体の位置を、３次元情報を加味して高精度に認識し、かつ、良好な入力操作性を実現した操作入力装置、操作入力システム及び操作入力方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る操作入力装置は、操作物体の位置情報を計測して、コンピュータの制御内容または投影面に出力される表示内容を指定するための操作入力装置であって、光源が出力する光を走査することにより、前記投影面に画像を投影する投影部と、前記投影部により走査された前記光の、前記投影面を含む所定の検出範囲に進入した前記操作物体からの散乱光を検出する光検出部と、前記光検出部が前記散乱光を連続して検出する連続検出期間に基づいて基準点からの前記操作物体の距離を算出し、前記距離と前記光検出部が前記散乱光を検出した時の前記投影面上の走査位置を示す位置情報とに基づいて、前記制御内容を実行すべき、または、前記表示内容を表示すべき前記操作物体の投影面上の座標を算出する位置算出部とを備える。
【０００９】
本態様によれば、操作物体からの散乱光を連続して検出する連続検出期間に基づいて、基準点と操作物体との距離を算出する。つまり、算出された上記距離を加味して操作物体の投影面上の座標を算出するので、操作物体の３次元情報が反映された高精度な座標の特定が実現される。よって、入力操作性を向上させることが可能となる。
【００１０】
例えば、本発明の一態様に係る操作入力装置において、前記位置算出部は、前記連続検出期間と前記光を走査する走査速度とから、前記連続検出期間に対応した前記投影面上の走査区間を前記操作物体の検知幅として算出し、当該検知幅と前記操作物体の実際の幅に対応する前記参照幅とに基づいて前記距離を算出するように構成してもよい。
【００１１】
本態様によれば、上記連続検出期間と、光の走査速度とから、当該連続検出期間に対応した投影面上の走査区間である検知幅を算出し、当該検知幅と操作物体の実際の幅に対応する参照幅とに基づいて上記距離を算出することが可能となる。
【００１２】
例えば、本発明の一態様に係る操作入力装置において、前記位置算出部は、前記参照幅に対する前記検知幅の比率が大きいほど、前記距離が小さいと判定するように構成してもよい。
【００１３】
本態様によれば、正確な３次元情報を加味した高精度な操作物体の位置特定が可能となる。
【００１４】
例えば、本発明の一態様に係る操作入力装置において、さらに、前記参照幅を更新する更新部を備え、前記更新部は、前記操作物体が前記投影面に接触する動作について前記位置算出部で算出された前記距離を複数回の操作について取得することにより前記距離の分布データ取得し、当該分布データに基づいて前記参照幅を更新するように構成してもよい。
【００１５】
本態様によれば、操作中の実データを基にして操作物体の参照データを更新できるので、操作入力装置としての機能を停止させずに、操作物体の位置特定精度を確保することが可能となる。
【００１６】
例えば、本発明の一態様に係る操作入力装置において、前記更新部は、前記分布データに表された前記距離が、前記基準点と前記投影面との距離よりも大きい領域に存在することを示す場合には、前記参照幅を現在値よりも小さい値に更新し、前記分布データに表された前記距離が、前記基準点と前記投影面との距離よりも小さい領域に支配的に存在することを示す場合には、前記参照幅を現在値よりも大きい値に更新するように構成してもよい。
【００１７】
本態様によれば、操作物体の参照幅の高精度な較正が可能となる。
【００１８】
例えば、本発明の一態様に係る操作入力装置において、さらに、前記参照幅を更新する更新部を備え、前記更新部は、前記投影面上に設けられた所定の更新領域に前記操作物体が接触したときの前記連続検出期間に基づいて前記参照幅を更新するように構成してもよい。
【００１９】
本態様によれば、操作前に参照幅を更新できるので、操作入力装置としての機能を停止させずに、操作物体の位置特定精度を確保することが可能となる。
【００２０】
例えば、本発明の一態様に係る操作入力装置において、前記更新領域は、前記検出範囲内かつ前記投影面の表面のうち、前記光源から最も遠い領域に設けられているように構成してもよい。
【００２１】
本態様によれば、更新領域が、投影面へ投射光線が入る角度が最も浅くなる。よって、投影面に近い高さ範囲からのみの散乱光を捉える状況を作り出すことが出来るため、より正確に参照幅を測定することができる。
【００２２】
また、本発明の一態様に係る操作入力システムは、上記記載の操作入力装置と、前記投影面内の入力すべき位置を指示する前記操作物体と、前記投影面が表示される操作表示板とを備え、前記操作入力装置は、前記距離に応じて、前記投影面上の前記座標に表示するカーソルの大きさを変化させる。
【００２３】
本態様によれば、高さ（光源から距離）方向の情報を有効活用するため、当該高さ方向の情報を用いて、ユーザにより使い勝手のよいアプリケーションを提供することが可能となる。
【００２４】
なお、本発明は、このような特徴的な処理部を備える操作入力装置及び操作入力システムとして実現することができるだけでなく、操作入力装置及び操作入力システムに含まれる特徴的な処理部が実行する処理をステップとする傾き操作入力方法として実現することができる。また、操作入力装置及び操作入力システムに含まれる特徴的な処理部としてコンピュータを機能させるためのプログラムまたは操作入力方法に含まれる特徴的なステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできる。そして、そのようなプログラムを、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等のコンピュータ読取可能な非一時的な記録媒体やインターネット等の通信ネットワークを介して流通させることができるのは、言うまでもない。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一態様に係る操作入力装置によれば、投射光線により検出された操作物体の検知幅を加味して高精度な操作物体の座標を算出するので、操作物体による入力操作性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態１に係る操作入力システムの概略構成図である。
【図２】実施の形態１に係る操作入力システムの機能ブロック構成の一例を示す図である。
【図３Ａ】従来の操作入力システムの概略構成図である。
【図３Ｂ】従来の操作入力システムにおける操作物体の検出原理を説明する図である。
【図４Ａ】投影エリア上において挿入状態の異なる操作物体の検出態様を比較した図である。
【図４Ｂ】挿入状態の異なる操作物体の光源からの距離と検知幅との関係を表す図である。
【図４Ｃ】挿入状態の異なる操作物体の光検出部における検知期間を比較した図である。
【図５】操作物体の検知幅と基準位置からの距離との関係を表すグラフである。
【図６】算出された操作物体の操作点を、本発明及び従来の方式で比較した図である。
【図７】実施の形態１に係る操作入力方法を説明する動作フローチャートである。
【図８】実施の形態２に係る操作入力装置の参照幅の動的補正を表す図である。
【図９Ａ】実施の形態３に係る操作入力システムにおける参照幅の第１の静的補正を表す図である。
【図９Ｂ】実施の形態３に係る操作入力システムにおける参照幅の第２の静的補正を表す図である。
【図１０】実施の形態４に係る操作入力システムの応用例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
【００２８】
（実施の形態１）
［操作入力装置の基本構成］
図１は、実施の形態１に係る操作入力システムの概略構成図である。本実施の形態に係る操作入力システム１は、操作入力装置２と、操作表示板３と、操作ペン４とで構成されている。
【００２９】
操作入力装置２は、投射開口部２３から操作表示板３の表面に配置された投影エリア３１に向けて、水平方向及び垂直方向に走査して投射光を出射する。これにより、投影エリア３１には、操作入力用の画像が投影される。
【００３０】
ユーザは、投影エリア３１上の投影画像を見て、当該投影画像に対して、操作ペン４や指等の棒状の操作物体により投影エリア３１上の位置を指示する。
【００３１】
操作入力装置２は、投射光の操作ペン４からの反射光または散乱光（以下、まとめて散乱光と記す）を受光部２１で検出する。受光部２１は、上記検出結果と投射光線の走査状態とに基づいて操作ペン４の位置を認識し、走査ペン４の投影エリア３１上の座標を特定する。このとき、投影エリア３１上に存在する操作ペン４からの散乱光を受光部２１が検知できるように、受光部２１には開口領域が設けられている。これにより、図１に示すような、投影エリア３１に垂直な方向の予め定められた範囲内に制限された光の検出範囲である検出可能空間が設定される。
【００３２】
操作入力装置２は、操作ペン４の位置情報を計測して、コンピュータの制御内容または投影面である投影エリア３１に出力される表示内容を指定するためのプロジェクタである。
【００３３】
図２は、実施の形態１に係る操作入力システムの機能ブロック構成の一例を示す図である。本実施の形態において、操作入力システム１を構成する操作入力装置２は、受光部２１と、走査型投射部２２と、投射開口部２３と、ＣＰＵ２４と、操作部２５とを備える。以下、操作入力装置２の構成要素について説明する。
【００３４】
走査型投射部２２は、レーザスキャン方式のプロジェクタであり、レーザ光発生部と、駆動制御部とで構成され、レーザ光発生部が出力するレーザ光を主走査方向（水平方向）及び副走査方向（垂直方向）に走査することにより、投影エリア３１表面に画像を投影する投影部である。レーザ光発生部は、例えば、３つのレーザ光源２２６Ａ、２２６Ｂ及び２２６Ｃと、ダイクロイックミラー２２７Ａ及び２２７Ｂと、レンズ２２８とで構成され、投影エリア３１上における画像形成用のための画像情報を反映したレーザ光を発生する。
【００３５】
レーザ光源２２６Ａ〜２２６Ｃ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、光源駆動部２２３から個別に供給される駆動電流により互いに独立して駆動され、単色成分のレーザ光を出力する。これにより、例えば、レーザ光源２２６Ａからは赤色成分（Ｒ）、レーザ光源２２６Ｂからは緑色成分（Ｇ）、レーザ光源２２６Ｃからは青色成分（Ｂ）といったように、特定の波長の単色成分レーザ光が出射される。
【００３６】
ダイクロイックミラー２２７Ａ及び２２７Ｂ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で、レーザ光源２２６Ａ〜２２６Ｃ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２２６Ａ及び２２６Ｂから出射された赤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２２７Ａ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２２７Ｂ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２２７Ｂにおいてレーザ光源２２６Ｃから出射された青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光として走査ミラー２２９へ出射される。
【００３７】
走査ミラー２２９は、上記レーザ光発生部で合成されたレーザ光を偏向して走査することにより、操作表示板３上の投影エリア３１に画像を投影する。走査ミラー２２９としては、例えば、小型化、低消費電力化及び処理の高速化などで有利なＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）型の走査ミラーが用いられる。走査ミラー２２９は、走査制御部２２４から駆動信号が入力される走査駆動部２２５により水平方向（Ｘ）及び垂直方向（Ｙ）で走査変位される。
【００３８】
映像処理部２２１は、パーソナルコンピュータ等の外部から入力された映像信号に基づいて、所定の時間間隔で映像データを光源制御部２２２に送信する。これにより、光源制御部２２２は、所定の走査位置における画素情報を得る。また、映像処理部２２１は、走査角情報、つまり、所定の時刻における投射光の走査位置についての情報を受光部２１へ送信する。
【００３９】
光源制御部２２２は、上記画素情報に基づいて投影範囲に複数の画素からなる映像を投影するために、駆動電流波形信号により光源駆動部２２３を制御する。
【００４０】
光源駆動部２２３は、光源制御部２２２による制御に基づいて、各レーザ光源２２６Ａ〜２２６Ｃを駆動して発光させる。各レーザ光源２２６Ａ〜２２６Ｃは、光源駆動部２２３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い出力（光量）の大きいレーザ光を出力する。また、各レーザ光源２２６Ａ〜２２６Ｃ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。
【００４１】
受光部２１は、光検出部２１１と位置算出部２１２とを備える。
【００４２】
光検出部２１１は、受光部開口を介して、走査型投射部２２により走査された投射光線の、検出可能空間に進入した操作ペン４からの散乱光を検出し、当該検出を示す検出信号を位置算出部２１２に送信する。
【００４３】
位置算出部２１２は、光検出部２１１からの上記検出信号を受けた場合、映像処理部２２１から受信している走査角情報に基づいて、検出可能空間に進入した操作ペン４を検知した時の投射光線の投射エリア３１上の走査位置を特定する。また、位置算出部２１２は、当該投射光線からの受光信号に基づいて、走査型投射部２２が水平方向に走査している間に光検出部２１１が散乱光を連続して検出する連続検出期間を取得する。また、位置算出部２１２は、上記連続検出期間と投射光線を走査する走査速度とから、当該連続検出期間に対応した投影エリア３１上の走査区間を操作ペン４の検知幅として算出する。また、位置算出部２１２は、算出した検知幅と、予めメモリなどに格納されている操作ペン４の主走査方向での実際の幅に対応した参照幅とに基づいて、操作ペン４と光源（基準点）との距離を算出する。そして、位置算出部２１２は、算出した距離と投射光線の投射エリア３１上の走査位置とに基づいて、制御内容を実行すべき、または、表示内容を表示すべき操作ペン４の投影エリア３１上の座標を算出する。
【００４４】
ＣＰＵ２４は、走査型投射部２２の駆動制御部に指示を与えるプロセッサである。また、ＣＰＵ２４は、走査ミラー２２９の走査状態を制御するためのデータなどを格納するメモリを有している。
【００４５】
操作部２５は、操作入力装置２の電源を入れる操作、画像情報の投影角度を変更する操作及び投影画像の解像度を変更する操作などを受け付ける。
【００４６】
［従来の操作入力装置］
ここで、従来の操作入力システムの構成及びその問題点を説明する。
【００４７】
図３Ａは、従来の操作入力システムの概略構成図である。従来の操作入力システムの構成要素は、本実施の形態に係る操作入力システムの構成要素と実質的に同じである。操作入力装置５０２は、投射開口部５２３から操作表示板上の投影面に向けて投射光を出射する。操作入力装置５０２は、操作物体からの散乱光を受光部５２１で検出する。受光部５２１は、上記検出結果と投射光の走査状態とに基づいて操作物体の位置を認識し、ユーザの操作入力を生成する。このとき、操作物体からの散乱光を受光部５２１が検知できるように、受光部５２１の開口領域が設けられている。これにより、図３Ａに示すような検出可能空間が設定される。
【００４８】
図３Ｂは、従来の操作入力システムにおける操作物体の検出原理を説明する図である。従来の操作入力システムでは、光検出時のタイミング情報に基づいて、該タイミングに描画しているスクリーン上の画素位置を特定し、当該画素位置をユーザの操作指示した位置としていた。この場合、同時刻の投射光線上に存在する操作物体は、実際の位置に拘わらず、すべて同一の位置と特定されてしまう。具体的には、図３Ｂに示すように、操作ペン５０４が検出可能空間内において挿入状態Ａ及びＢにある場合が想定される。挿入状態Ａの場合では、操作ペン５０４は投影面に触れておらず、また、挿入状態Ｂの場合の操作ペン５０４と比べて光源からの距離が短い。本来、挿入状態Ａの操作ペン５０４が投影面で特定されるべき位置はＰＡであり、挿入状態Ｂの操作ペン５０４が投影面で特定されるべき位置はＰＢである。しかしながら、従来の操作入力システムでは、同一時刻における投射光線からの散乱光により操作ペン５０４が検知される。これにより、挿入状態Ａの操作ペン５０４の投影面上の位置は、ＰＢと特定されてしまう。このため、挿入状態Ａの操作ペン５０４の位置誤差が大きくなる。よって、この検知位置に基づいてなされた操作入力の精度は低くなり、操作性が損なわれる。
【００４９】
これは、従来の操作入力システムでは、操作ペン５０４の高さ方向（図３ＢのＺ方向）の位置情報、つまり３次元情報を加味せずに投影面上の位置が特定されることに起因するものである。
【００５０】
これに対して、本発明に係る操作入力システムでは、位置算出部２１２において、光検出時のタイミング情報と検知幅情報とに基づいて、光源Ｏから投影エリア３１までの投射光線上のどの位置に操作物体があるかを算出し、当該算出した点を操作物体の投射面上の座標特定に用いる。これにより、従来の操作入力システムで生じる誤差の発生、及び当該誤差に起因する操作性の低下を防止することが可能となる。
【００５１】
［本発明に係る操作入力装置の算出原理］
以下、本発明に係る操作入力装置が、操作物体の位置を特定する原理を説明する。
【００５２】
図４Ａは、投影エリア上において挿入状態の異なる操作物体の検出態様を比較した図である。図４Ａには、例えば、図３Ｂに示す挿入状態と同様に操作ペン４が検出可能空間内において挿入状態Ａ及びＢにある場合が想定されている。挿入状態Ａの場合では、操作ペン４は投影エリア３１に触れておらず、また、挿入状態Ｂの場合の操作ペン４と比べて光源Ｏからの距離が短い。ここで、光検出部２１１は、挿入状態Ａ及びＢに対して、同一走査角を有する投射光線からの散乱光により操作ペン４を検知する。
【００５３】
しかしながら、本実施の形態に係る操作入力装置２では、操作ペン４の検知幅を取得することにより、操作ペン４が、光源Ｏと投射光線が投影エリア３１に到達する点Ｐ（ｔ）とを結ぶ光線上のどの位置に存在するかを算出することが可能である。以下、操作ペン４の検知幅を取得する原理について説明する。
【００５４】
図４Ａの挿入状態Ａでは、投射光線が、ｍ行目の水平走査の開始点Ｐ（ｔｓ（ｍ））と（ｍ＋１）行目の水平走査の開始点Ｐ（ｔｓ（ｍ＋１））との間で水平走査されている区間において操作ペン４を検知している。このとき、光検出部２１１は、操作ペン４からの散乱光を、Ｐ（ｔａｓ）〜Ｐ（ｔａｅ）の走査区間で検知する。ここで、Ｐ（ｔａｓ）〜Ｐ（ｔａｅ）の走査区間は、走査型投射部２２が水平方向に走査している間に光検出部２１１が挿入状態Ａの操作ペン４の散乱光を連続して検出する検知幅である。これに対して、図４Ａの挿入状態Ｂにおいても、投射光線が、同じくＰ（ｔｓ（ｍ））とＰ（ｔｓ（ｍ＋１））との間で水平走査されている区間において操作ペン４を検知している。このとき、光検出部２１１は、操作ペン４からの散乱光を、Ｐ（ｔｂｓ）〜Ｐ（ｔｂｅ）の区間で検知する。ここで、Ｐ（ｔｂｓ）〜Ｐ（ｔｂｅ）の走査区間は、走査型投射部２２が水平方向に走査している間に光検出部２１１が挿入状態Ｂの操作ペン４の散乱光を連続して検出する検知幅である。
【００５５】
図４Ｂは、挿入状態の異なる操作物体の光源からの距離と検知幅との関係を表す図である。
【００５６】
図４Ｂに示すように、挿入状態Ａにおける光源Ｏから操作ペン４までの距離ＤＡは、挿入状態Ｂにおける光源Ｏから操作ペン４までの距離ＤＢより短い。この関係より、光検出部２１１が、挿入状態Ａの操作ペン４を連続検知する走査角の範囲である検知幅ＷＡは、挿入状態Ｂの操作ペン４を検知する走査角の範囲である検知幅ＷＢよりも大きくなる。つまり、光源Ｏから操作ペン４までの距離が短いほど、検知幅は大きくなる。
【００５７】
図４Ｃは、挿入状態の異なる操作物体の光検出部における検知期間を比較した図である。具体的には、図４Ｃは、光検出部２１１で検知される受光信号のタイムチャートを表している。光検出部２１１では、光源Ｏから操作ペン４までの距離に応じて、操作ペン４からの散乱光を連続して検知している連続検出期間が変化する。ここで、位置算出部２１２は、光検出部２１１において受光レベルが変化した期間を操作ペン４の連続検出期間として取得する。具体的には、挿入状態Ａにおける連続検出期間はｔＷＡであり、挿入状態Ｂにおける連続検出期間はｔＷＢであり、ｔＷＡ＞ｔＷＢとなっている。
【００５８】
図５は、操作物体の検知幅と基準位置からの距離との関係を表すグラフである。同図において、横軸は、位置算出部２１２で取得した操作物体の検知幅を表し、縦軸は、光源（基準位置）からの操作物体の距離を表している。上記検知幅と、図５に表されたグラフとから、光源（基準位置）からの操作物体の距離が算出される。なお、図５に表されたグラフｆ（Ｗ，ｒｅｆ＿Ｗ）は、取得された検知幅Ｗと操作物体の水平走査方向での実際の幅である参照幅ｒｅｆ＿Ｗとの比をパラメータとしている。
【００５９】
つまり、位置算出部２１２は、光検出部２１１で得られた受光信号に基づいて操作物体の検知幅を取得し、当該検知幅と予め操作入力装置２のメモリなどに格納されている操作物体の参照幅とを、グラフｆ（Ｗ，ｒｅｆ＿Ｗ）に代入することにより、光源（基準位置）からの操作物体の距離を算出する。
【００６０】
なお、投射光線の走査速度は、投影エリア３１内で均一でない構成をとることがあるため、連続検出期間ｔＷから検知幅Ｗを算出する場合の変換係数は、走査タイミングにより異なるものを適用することが望ましい。
【００６１】
図６は、算出された操作物体の操作点を、本発明及び従来の方式で比較した図である。本発明に係る操作入力装置２では、挿入状態Ａにある操作ペン４について、位置算出部２１２は、検知幅及び参照幅の関係から算出した基準点からの距離Ｄと、特定した投射光線の走査位置とから、空間的な操作ペン４の位置を加味して投影エリア３１上の位置として特定する。具体的には、図６において、挿入状態Ａの場合には、操作ペン４の位置をＰ’（ｔ）と特定する。
【００６２】
これに対して、従来の操作入力装置では、挿入状態Ａにある操作ペン４の位置をＰ（ｔ）と特定する。
【００６３】
＜効果＞
以上、本実施の形態に係る操作入力装置２によれば、投射光線により検出された操作物体の検知幅を取得して、基準点と操作物体との距離を算出する。算出された上記距離を加味して操作物体の投影エリア３１上の座標を算出するので、操作物体の高精度な座標の特定が実現される。よって、入力操作性を向上させることが可能となる。
【００６４】
［操作入力方法］
次に、本発明の実施の形態１に係る操作入力方法を説明する。
【００６５】
図７は、実施の形態１に係る操作入力方法を説明する動作フローチャートである。本実施の形態に係る操作入力方法は、画像が表示された投影面の任意の位置に対して操作物体を用いて操作することにより、コンピュータの制御内容または投影面に出力される表示内容を指定するための方法である。
【００６６】
まず、走査型投射部２２は、光線を偏向走査し、投影エリア３１に向けて投射光線を出射する（Ｓ１０）。ステップＳ１０は、光源が出力する光を主走査方向（水平方向）及び副走査方向（垂直方向）に走査することにより、投影エリア３１表面に画像を投影する投影ステップである。
【００６７】
次に、受光部２１の位置算出部２１２は、操作物体からの散乱光を受光した場合（Ｓ１２）、走査型投射部２２から操作物体を検知した時の走査角情報を取得する（Ｓ１４）。ステップＳ１２は、投影エリア３１表面に垂直な方向の予め定められた範囲内に制限された検出可能空間に操作物体が進入した場合に、当該操作物体からの散乱光を検出する検出ステップである。また、ステップＳ１４は、操作物体を検出した時の投影エリア３１上の走査位置を示す位置情報を取得する位置取得ステップである。
【００６８】
また、受光部２１の位置算出部２１２は、操作物体の検知幅を取得し、当該検知幅と参照幅とに基づいて、光源（基準位置）から操作物体までの距離を算出する（Ｓ１６）。ステップＳ１６は、主走査方向に光を走査している間に、散乱光を連続して検出する連続検出期間に基づいて、基準点からの操作物体の距離を算出する距離算出ステップである。より具体的には、上記連続検出期間と操作物体の実際の幅である参照幅とに基づいて、上記距離を算出する。
【００６９】
次に、受光部２１の位置算出部２１２は、算出した上記距離及び取得した上記走査角情報に基づいて、操作物体の座標を算出する（Ｓ１８）。ステップＳ１８は、距離算出ステップで算出された距離と位置取得ステップで取得された位置情報とに基づいて、制御内容を実行すべき、または、表示内容を表示すべき操作物体の投影面上の座標を算出する座標算出ステップである。
【００７０】
＜効果＞
以上の操作入力方法によれば、投射光線により検出された操作物体の検知幅を取得して、基準位置と操作物体との距離を算出する。そして、算出された上記距離を加味して操作物体の投影面上の座標を算出するので、操作物体の高精度な座標の特定が実現される。よって、入力操作性を向上させることが可能となる。
【００７１】
なお、操作ペン４は棒状の操作物体であるため、受光部２１は操作ペン４の一端から他端にわたり投影光線の反射光または散乱光を検知する可能性がある。この場合には、例えば、位置算出部２１２が、所定の走査角範囲において取得される複数の検知幅のうち最小の検知幅を操作ペン４の先端接触部の位置情報として選択することにより、高精度な位置検出を実現することが可能となる。
【００７２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、操作物体の実際の幅に対応する参照幅を、メモリなどの格納手段に格納されたデータを固定して用いるのではなく、操作物体の変更などがあっても動的に更新できる構成について説明する。
【００７３】
図８は、実施の形態２に係る操作入力装置の参照幅の動的補正を表す図である。操作入力システムの使用環境の変化に伴い、操作物体の参照幅が変化する場合が想定される。例えば、操作物体が、操作ペン４から指に変更された場合であっても、参照幅としては操作ペン４の実際の幅を継続して採用してしまう場合などである。図８の中央に示すように、操作ペン４の幅よりも指が太い場合には、当該指がスクリーン面を正確にタッチしていたとしても、取得されるデータはＣのようになる。つまり、指がスクリーン面よりも上方において操作しているものと判断されてしまう。
【００７４】
このような場合を想定し、本実施の形態に係る操作入力装置は、参照幅としてメモリなどに予め格納されているデータを使用せずに、操作中のデータから参照幅を更新する。
【００７５】
具体的には、例えば、ＣＰＵ２４は、参照幅を更新する更新部を備える。更新部は、操作物体が投影エリア３１表面に接触する動作について位置算出部２１２で取得された検知幅と現在採用している参照幅とから算出された操作物体の高さ（光源と操作物体との距離）を複数回の操作について取得する。この取得された複数の距離データを、当該距離の分布データとして取得することにより、当該分布データに基づいて前記参照幅を更新する。
【００７６】
当該分布データから、図８のＡに示すような分布データが取得された場合には、現在採用している参照幅が、現在使用している操作物体の幅よりも大きいと判定し、現在使用している参照幅より小さい値へと参照幅を更新する。つまり更新部は、分布データに表された距離が、基準点と投影エリア３１との距離よりも大きい領域に存在することを示す場合には、参照幅を現在値よりも小さい値に更新する。
【００７７】
一方、図８のＣに示すような分布データが取得された場合には、現在採用している参照幅が、現在使用している操作物体の幅よりも小さいと判定し、現在使用している参照幅より大きい値へと参照幅を更新する。つまり、分布データに表された距離が、基準点と投影エリア３１との距離よりも小さい領域に支配的に存在することを示す場合には、参照幅を現在値よりも大きい値に更新する。
【００７８】
なお、上述したような実際の操作中の分布データにより参照幅を更新する他、操作物体が上方からスクリーン面へ降下し、スクリーン面にタッチした後、上方へ上昇するというタッチ折り返しの軌跡を取得することにより参照幅を更新してもよい。
【００７９】
＜効果＞
本実施の形態に係る操作入力装置によれば、操作中の実データを基にして操作物体の参照データを更新できるので、操作入力装置としての機能を停止させずに、操作物体の位置特定精度を確保することが可能となる。
【００８０】
（実施の形態３）
本実施の形態では、操作物体の実際の幅に対応する参照幅を、メモリなどの格納手段に格納されたデータを固定して用いるのではなく、操作物体の変更などがあっても更新できる構成について説明する。
【００８１】
図９Ａは、実施の形態３に係る操作入力システムにおける参照幅の第１の更新を表す図である。また、図９Ｂは、実施の形態３に係る操作入力システムにおける参照幅の第２の更新を表す図である。操作入力システムの使用環境の変化に伴い、操作物体の参照幅が変化する場合が想定される。例えば、操作物体が、操作ペン４から指に変更された場合であっても、参照幅としては操作ペン４の実際の幅を継続して採用してしまう場合などである。
【００８２】
このような場合を想定し、本実施の形態に係る操作入力装置では、参照幅としてメモリなどに予め格納されているデータを使用せずに、操作前に、操作ペン４を投影エリア３１上に設けられた所定の更新領域３２に触れさせることにより、参照幅が更新される。なお、更新領域は、図９Ａのように投影エリア３１内に設けられてもよいし、検出可能空間内であれば、図９Ｂのように投影エリア３１外の周辺領域に設けられてもよい。
【００８３】
具体的には、例えば、ＣＰＵ２４は、参照幅を更新する更新部を備える。ＣＰＵ２４は、例えば、実際の操作前に、操作ペン４を更新領域３２に触れさせるようユーザに促す。更新部は、更新領域３２に操作ペン４が接触したときの、光検出部２１１が散乱光を連続して検出する連続検出期間に基づいて参照幅を更新する。
【００８４】
＜効果＞
本実施の形態に係る操作入力装置によれば、操作前に参照幅を更新できるので、操作入力装置としての機能を停止させずに、操作物体の位置特定精度を確保することが可能となる。
【００８５】
なお、上記更新領域は、検出可能空間かつ投影エリア３１表面のうち、光源Ｏから最も遠い領域に設けられてもよい。これによれば、更新領域が、投影エリア３１へ投射光線が入る角度が最も浅くなる。よって、投影エリア３１表面に近い高さ範囲からのみの散乱光を捉える状況を作り出すことが出来るため、より正確に参照幅を測定することが可能となる。
【００８６】
（実施の形態４）
本実施の形態に係る操作入力システムは、実施の形態１〜３のいずれかに示された操作入力装置と、投影エリア内の入力すべき位置を指示する操作ペン４と、投影エリアが表示される操作表示板３とを備える。操作入力装置２は、光検出部２１１が散乱光を連続して検出する連続検出期間と参照幅とに基づいて算出された光源Ｏと操作ペン４との距離に応じて投影エリア３１上の入力座標を算出し、当該距離に応じて当該座標に表示するカーソルの大きさを変化させる。
【００８７】
図１０は、実施の形態４に係る操作入力システムの応用例を説明する図である。図１０に示すように、操作ペン４の検出高さ（光源Ｏからの距離）が高いほど（図中Ｂ点）投影エリア３１に表示すべきカーソルのサイズを小さくする。一方、操作ペン４の検出高さ（光源Ｏからの距離）が低いほど（図中Ａ点）投影エリア３１に表示すべきカーソルのサイズを大きくする。つまり、本操作入力システムは、操作物体の投影エリアからの高さ情報を描画線の太さに対応させた、グラフィックツールとして適用できる。
【００８８】
＜効果＞
本実施の形態に係る操作入力システムによれば、高さ（光源から距離）方向の情報を有効活用するため、当該高さ方向の情報を用いて、ユーザにより使い勝手のよいアプリケーションを提供することが可能となる。
【００８９】
なお、本実施の形態に係る操作入力システムは、投影エリア３１からの高さ方向に操作空間を複数に区切った層を設け、操作する層に応じて異なる動作を行わせるようにしてもよい。例えば、最下層での操作には、アクティブなアプリケーションを対応させ、上層に対する操作には、アプリケーションを切り替える等に対応させることも可能である。
【００９０】
以上、本発明の実施の形態に係る操作入力装置、操作入力システム及び操作入力方法について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【００９１】
上記実施の形態では、赤成分（Ｒ）、緑成分（Ｇ）及び青成分（Ｂ）の３つの色成分のレーザ光を合成し、この合成光を走査ミラーにより走査することで投影面にカラー画像を投影表示する走査型投射部２２の一構成例を例示したが、本発明は、複数のレーザ光源から出力された異なる色成分のレーザ光を合成してカラー画像を表示する種々な画像表示装置に適用できるものである。また、上記実施の形態では、合成光のホワイトバランスがとれる状態を例にして説明したが、本発明は、他の所定の色状態とすることもできることは、以上の説明から明らかである。
【００９２】
また、上記実施の形態では、光源としてレーザ光源を用いたが、これに限定されず、光源として例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）光源等を用いることもできる。
【００９３】
また、上記操作入力装置及び操作入力システムを構成する駆動制御部、位置算出部２１２、ＣＰＵ２４及び操作部２５は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクドライブ、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムとして構成されても良い。ＲＡＭまたはハードディスクドライブには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、本発明の操作入力装置及び操作入力システムは、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
【００９４】
さらに、これらの処理部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されているとしても良い。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
【００９５】
さらにまた、これらの処理部は、上記操作入力装置及び操作入力システムに脱着可能なＩＣカードまたは単体のモジュールから構成されているとしても良い。ＩＣカードまたはモジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカードまたはモジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしても良い。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、ＩＣカードまたはモジュールは、その機能を達成する。このＩＣカードまたはこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしても良い。
【００９６】
また、本発明の一態様は、操作入力方法であってもよい。すなわち、本発明に係る操作入力方法は、画像が表示された投影面の任意の位置に対して操作物体を用いて操作することにより、コンピュータの制御内容または投影面に出力される表示内容を指定するための操作入力方法であって、光源が出力する光を主走査方向及び副走査方向に走査することにより、投影面に画像を投影する投影ステップと、投影面に垂直な方向の予め定められた範囲内に制限された光の検出範囲に操作物体が進入した場合に、当該操作物体からの散乱光を検出する検出ステップと、操作物体を検出した時の投影面上の走査位置を示す位置情報を取得する位置取得ステップと、主走査方向に前記光を走査している間に散乱光を連続して検出する連続検出期間と操作物体の実際の幅である参照幅とに基づいて、基準点からの操作物体の距離を算出する距離算出ステップと、距離算出ステップで算出された距離と位置取得ステップで取得された位置情報とに基づいて、上記制御内容を実行すべき、または、上記表示内容を表示すべき操作物体の投影面上の座標を算出する座標算出ステップとを含む。
【００９７】
また、本発明は、上記操作入力方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしても良いし、上記コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしても良い。
【００９８】
さらに、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号をコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）  Ｄｉｓｃ）、半導体メモリなどに記録したものとしても良い。また、これらの非一時的な記録媒体に記録されている上記デジタル信号であるとしても良い。
【００９９】
また、本発明は、上記コンピュータプログラムまたは上記デジタル信号を、電気通信回線、無線または有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしても良い。
【０１００】
また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、上記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、上記マイクロプロセッサは、上記コンピュータプログラムに従って動作するとしても良い。
【０１０１】
また、上記プログラムまたは上記デジタル信号を上記非一時的な記録媒体に記録して移送することにより、または上記プログラムまたは上記デジタル信号を、上記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、例えば、パーソナルコンピュータが出力する画像を投影面に投影するプロジェクタなどに適用できる。
【符号の説明】
【０１０３】
１    操作入力システム
２、５０２    操作入力装置
３    操作表示板
４、５０４    操作ペン
２１、５２１    受光部
２２    走査型投射部
２３、５２３    投射開口部
２４    ＣＰＵ
２５    操作部
３１    投影エリア
３２、３３    更新領域
２１１    光検出部
２１２    位置算出部
２２１    映像処理部
２２２    光源制御部
２２３    光源駆動部
２２４    走査制御部
２２５    走査駆動部
２２６Ａ、２２６Ｂ、２２６Ｃ    レーザ光源
２２７Ａ、２２７Ｂ    ダイクロイックミラー
２２８    レンズ
２２９    走査ミラー
【図１】
2014232456.tif 000003
【図２】
2014232456.tif 000004
【図３Ａ】
2014232456.tif 000005
【図３Ｂ】
2014232456.tif 000006
【図４Ａ】
2014232456.tif 000007
【図４Ｂ】
2014232456.tif 000008
【図４Ｃ】
2014232456.tif 000009
【図５】
2014232456.tif 000010
【図６】
2014232456.tif 000011
【図７】
2014232456.tif 000012
【図８】
2014232456.tif 000013
【図９Ａ】
2014232456.tif 000014
【図９Ｂ】
2014232456.tif 000015
【図１０】
2014232456.tif 000016