(57)【要約】【課題】操作面の反射特性に応じて、自発光指示体の検出位置を補正すること。【解決手段】操作面上で自発光指示体が発する光の撮像結果に基づいて、前記自発光指示体による指示位置を検出する検出部と、前記自発光指示体が前記操作面に接触する接触位置と前記自発光指示体の発光位置との間の距離である先端オフセットに応じて決まる補正値を用いて、前記指示位置を補正する補正部と、を備え、前記補正部は、前記操作面の反射特性に応じて異なる補正値を用いて前記指示位置を補正する位置検出装置。【選択図】図９
2018132912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作面上で自発光指示体が発する光を撮像した結果に基づいて、前記自発光指示体による指示位置を検出する検出部と、
前記自発光指示体が前記操作面に接触する接触位置と前記自発光指示体の発光位置との間の距離である先端オフセットに応じて決まる補正値を用いて、前記指示位置を補正する補正部と、を備え、
前記補正値は、前記操作面の反射特性に応じて値が異なる
位置検出装置。
【請求項２】
前記操作面の反射特性を導出する導出部を更に備える
請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記反射特性を導出するための光を前記操作面に照射する照射部を更に備える
請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記反射特性を導出するための光の波長領域は、前記自発光指示体が発する光の波長領域と同じである
請求項３に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記自発光指示体が発する光は、赤外線である
請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記補正値は、前記操作面上の位置に応じて値が異なる
請求項１から請求項５までの何れか一項に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記操作面に画像を投写する投写部を更に備える
請求項１から請求項６までの何れか一項に記載の位置検出装置。
【請求項８】
操作面上で自発光指示体が発する光を撮像した結果に基づいて、前記自発光指示体による指示位置を検出し、
前記自発光指示体が前記操作面に接触する接触位置と前記自発光指示体の発光位置との間の距離である先端オフセットに応じて決まる補正値であって、前記操作面の反射特性に応じて異なる補正値を用いて、前記指示位置を補正する
位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、操作面上における指示体の位置の検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１，２には、位置検出装置としての機能を有するインタラクティブプロジェクターが開示されている。これらのインタラクティブプロジェクターは、投写画面をスクリーンに投写するとともに、発光ペンや指などの指示体（pointing element）を含む画像をカメラで撮像し、この撮像画像を用いて指示体の位置を検出することが可能である。すなわち、インタラクティブプロジェクターは、指示体の先端がスクリーンに接しているときに投写画面に対して描画等の指示が入力されているものと認識し、その指示に応じて投写画面を再描画する。従って、ユーザーは、投写画面をユーザーインターフェースとして用いて、各種の指示を入力することが可能である。
【０００３】
特許文献１，２では、指示体の検出のためにスクリーンの表面にカーテン状（又は層状）の検出光を射出する光照射装置（「ライトカーテンユニット」とも呼ぶ）が利用されている。指示体がスクリーンに接したときに指示体によって検出光が反射されると、その反射光の位置がカメラで撮像されるので、その撮像画像を解析することによって投写画面上における指示体の位置を決定することができる。このように位置を決定することを、以下、「位置を検出する」ともいい、検出された位置を「検出位置」ともいう。
【０００４】
カーテン状の検出光は、スクリーン表面からやや離れた位置に存在する。従って、指示体として指（非発光指示体）を用いる場合には、検出光が指で反射する位置は、スクリーン表面からやや離れた位置となる。このため、カメラでこの反射光を含む撮像画像を解析して指示体の位置を検出すると、検出光の指での反射位置とスクリーン表面との距離に起因する誤差を含む位置が得られる。特許文献２には、この誤差を解消するために、検出光が指で反射する反射位置とスクリーン表面との距離を用いて、指示位置を補正する技術が記載されている。
【０００５】
なお、特許文献２には、発光ペンを指示体として用いた場合には上記のような補正が不要であり、発光ペンが発する光の像の位置を、発光ペンの検出位置とみなすことができる旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１５８８８７号公報
【特許文献２】特開２０１５−１５８８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願の発明者は、発光ペンのような自発光指示体を用いた場合に、スクリーン表面（以下、操作面とも呼ぶ）の反射特性が、指示体の検出位置に影響を与えることを見出した。この現象は、カメラとライトカーテンユニットとを用いて自発光指示体の位置を検出するインタラクティブプロジェクターに限られず、一般に、操作面上で自発光指示体により指示された位置を検出する技術に共通すると考えられる。
【０００８】
本開示は、上記を踏まえ、自発光指示体の検出位置を、操作面の反射特性に応じて補正することを解決課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一形態は、操作面上で自発光指示体が発する光を撮像した結果に基づいて、前記自発光指示体による指示位置を検出する検出部と；前記自発光指示体が前記操作面に接触する接触位置と前記自発光指示体の発光位置との間の距離である先端オフセットに応じて決まる補正値を用いて、前記指示位置を補正する補正部と、を備え；前記補正値は、前記操作面の反射特性に応じて値が異なる位置検出装置である。この形態によれば、操作面の反射特性に応じた補正が実現できる。
【００１０】
上記形態において、前記操作面の反射特性を導出する導出部を更に備えてもよい。この形態によれば、反射特性を外部から位置検出装置に入力しなくてもよくなる。
【００１１】
上記形態において、前記反射特性を導出するための光を前記操作面に照射する照射部を更に備えてもよい。この形態によれば、反射特性を導出するための光を照射する装置を、別途、用意しなくてもよくなる。
【００１２】
上記形態において、前記反射特性を導出するための光の波長領域は、前記自発光指示体が発する光の波長領域と同じであってもよい。この形態によれば、上記２つの波長領域が異なることによって起因する誤差を防止できる。ここでいう誤差とは、導出された反射特性と、実際の反射特性との誤差のことである。
【００１３】
上記形態において、前記自発光指示体が発する光は、赤外線であってもよい。この形態によれば、可視光線の影響を受けずに、指示位置の検出ができる。
【００１４】
上記形態において、前記補正値は、前記操作面上の位置に応じて値が異なってもよい。この形態によれば、操作面上の位置に応じた誤差を低減できる。
【００１５】
上記形態において、前記操作面に画像を投写する投写部を更に備えてもよい。この形態によれば、自発光指示体の指示位置に応じた画像を操作面上に投写できる。
【００１６】
本開示は、上記以外の種々の形態で実現できる。例えば、位置検出方法や、この方法を実現するためのプログラム、このプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】位置検出システムの斜視図。
【図２】位置検出システムの正面図。
【図３】位置検出システムの側面図。
【図４】プロジェクターの内部構成を示すブロック図。
【図５】自発光指示体の指示位置の検出誤差を示す図。
【図６】先端オフセットの分布例を示す図。
【図７】先端オフセットに応じた指示位置の検出誤差とその補正方法を示す図。
【図８】補正値修正処理を示すフローチャート。
【図９】全拡散板による反射の様子を模式的に示す図。
【図１０】スクリーン板に対する赤外線の投写および反射の様子を模式的に示す図。
【図１１】位置ずれ量と、反射特性との関係を示すグラフ。
【図１２】補正値と、補正係数との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施形態１：
図１は、位置検出システム９００の斜視図である。位置検出システム９００は、プロジェクター１００と、スクリーン板９２０と、層状検出光照射部４４０（ライトカーテンユニット）と、自発光指示体７０とを有している。プロジェクター１００は、インタラクティブプロジェクターであり、且つ、位置検出方法を実行する位置検出装置として機能する。層状検出光照射部４４０は、プロジェクター１００の一部であるが、図１では図示の便宜上、別体として描かれている。
【００１９】
スクリーン板９２０の前面は、投写スクリーン面ＳＳ（projection Screen Surface）として利用される。プロジェクター１００は、支持部材９１０によってスクリーン板９２０の前方かつ上方に固定されている。なお、図１では投写スクリーン面ＳＳを水平面に直交させて配置しているが、投写スクリーン面ＳＳを水平に配置して位置検出システム９００を使用することも可能である。
【００２０】
プロジェクター１００は、投写スクリーン面ＳＳ上に投写画面ＰＳ（Projected Screen）を投写する。投写画面ＰＳは、通常、プロジェクター１００内で描画された画像を含んでいる。プロジェクター１００内で描画された画像がない場合には、プロジェクター１００から投写画面ＰＳに光が照射されて、白色画像が表示される。本明細書において、「投写スクリーン面ＳＳ」とは、画像が投写される部材の表面を意味する。また、「投写画面ＰＳ」とは、プロジェクター１００によってスクリーン面ＳＳ上に投写された画像の領域を意味する。通常は、投写スクリーン面ＳＳの一部に投写画面ＰＳが投写される。投写スクリーン面ＳＳは、指示体による位置の指示を行う操作面としても利用されるので、「操作面ＳＳ」とも呼ぶ。
【００２１】
自発光指示体７０は、発光可能な先端部７１と、使用者が保持する軸部７２と、軸部７２に設けられたボタンスイッチ７３とを有するペン型の指示体である。自発光指示体７０の先端部７１は、例えば赤外線を発する。自発光指示体７０の構成や機能については後述する。位置検出システム９００では、１つ又は複数の自発光指示体７０とともに、１つ又は複数の非発光指示体８０（非発光のペンや指など）を利用可能である。
【００２２】
図２は、位置検出システム９００の正面図であり、図３はその側面図である。本明細書では、操作面ＳＳの左右に沿った方向をＸ方向と定義し、操作面ＳＳの上下に沿った方向をＹ方向と定義し、操作面ＳＳの法線に沿った方向をＺ方向と定義している。また、図２における操作面ＳＳの左上の位置を座標（Ｘ，Ｙ）の原点（０，０）としている。なお、便宜上、Ｘ方向を「左右方向」とも呼び、Ｙ方向を「上下方向」とも呼び、Ｚ方向を「前後方向」とも呼ぶ。また、Ｙ方向（上下方向）のうち、プロジェクター１００から見て投写画面ＰＳが存在する方向を「下方向」と呼ぶ。なお、図３では、図示の便宜上、スクリーン板９２０のうちの投写画面ＰＳの範囲にハッチングを付している。
【００２３】
プロジェクター１００は、投写画面ＰＳを操作面ＳＳ上に投写する投写レンズ２１０と、投写画面ＰＳの領域を撮像するカメラ３１０と、指示体（自発光指示体７０及び非発光指示体８０）に層状検出光ＬＬ（図３）を照射するための層状検出光照射部４４０とを有している。層状検出光照射部４４０は、非発光指示体８０が投写画面ＰＳ（すなわち操作面ＳＳ）に接していることを検出するために、投写画面ＰＳの表面全体に亘って層状（又はカーテン状）の検出光ＬＬを射出する照射部である。層状検出光ＬＬとしては、例えば赤外線を利用できる。ここで、「層状」又は「カーテン状」とは、ほぼ一様な厚さの薄い空間形状を意味する。操作面ＳＳと層状検出光ＬＬとの間の距離は、例えば１〜１０ｍｍ（好ましくは１〜５ｍｍ）の範囲の値に設定される。
【００２４】
カメラ３１０は、層状検出光ＬＬ（赤外線）と自発光指示体７０が発する赤外線の波長を含む波長領域の光を受光して撮像する第１の撮像機能を少なくとも有している。カメラ３１０は、更に、可視光線を含む光を受光して撮像する第２の撮像機能を有し、これらの２つの撮像機能を切り替え可能に構成されていることが好ましい。例えば、カメラ３１０は、可視光線を遮断して近赤外線のみを通過させる近赤外フィルターをレンズの前に配置したりレンズの前から後退させたりすることが可能な近赤外フィルター切換機構（図示せず）をそれぞれ備えることが好ましい。図３に示すように、カメラ３１０は操作面ＳＳからＺ方向に距離Ｌだけ離れた位置に設置されている。
【００２５】
図２の例は、位置検出システム９００がホワイトボードモードで動作している様子を示している。ホワイトボードモードは、自発光指示体７０や非発光指示体８０を用いて投写画面ＰＳ上にユーザーが任意に描画できるモードである。操作面ＳＳ上には、ツールボックスＴＢを含む投写画面ＰＳが投写されている。このツールボックスＴＢは、処理を元に戻す取消ボタンＵＤＢと、マウスポインターを選択するポインターボタンＰＴＢと、描画用のペンツールを選択するペンボタンＰＥＢと、描画された画像を消去する消しゴムツールを選択する消しゴムボタンＥＲＢと、画面を次に進めたり前に戻したりする前方／後方ボタンＦＲＢと、を含んでいる。ユーザーは、指示体を用いてこれらのボタンをクリックすることによって、そのボタンに応じた処理を行ったり、ツールを選択したりすることが可能である。なお、位置検出システム９００の起動直後は、マウスポインターがデフォルトツールとして選択されるようにしてもよい。図２の例では、ユーザーがペンツールを選択した後、自発光指示体７０の先端部７１を投写画面ＰＳ内で移動させることにより、投写画面ＰＳ内に線が描画されてゆく様子が描かれている。この移動は、自発光指示体７０の先端部７１が操作面ＳＳに接した状態で実施される。この線の描画は、プロジェクター１００の内部の投写画像生成部（後述）によって行われる。
【００２６】
なお、位置検出システム９００は、ホワイトボードモード以外の他のモードでも動作可能である。例えば、位置検出システム９００は、パーソナルコンピューター（図示せず）から通信回線を介して転送されたデータの画像を投写画面ＰＳに表示するＰＣインタラクティブモードでも動作可能である。ＰＣインタラクティブモードにおいては、例えば表計算ソフトウエアなどのデータの画像が表示され、その画像内に表示された各種のツールやアイコンを利用してデータの入力、作成、修正等を行うことが可能となる。
【００２７】
図４は、プロジェクター１００と自発光指示体７０の内部構成を示すブロック図である。プロジェクター１００は、制御部７００と、投写部２００と、投写画像生成部５００と、位置検出部６００と、撮像部３００と、信号光送信部４３０と、層状検出光照射部４４０とを有している。
【００２８】
制御部７００は、プロジェクター１００内部の各部の制御を行う。制御部７００は、位置検出部６００で検出された指示体（自発光指示体７０や非発光指示体８０）の指示位置に応じて、投写画面ＰＳ上で行われた指示の内容を判定するとともに、その指示の内容に従って投写画像を作成又は変更することを投写画像生成部５００に指令する。
【００２９】
投写画像生成部５００は、投写画像を記憶する投写画像メモリー５１０を有しており、投写部２００によって操作面ＳＳ上に投写される投写画像を生成する機能を有する。投写画像生成部５００は、更に、投写画面ＰＳ（図２）の台形歪みを補正するキーストーン補正部としての機能を有することが好ましい。
【００３０】
投写部２００は、投写画像生成部５００で生成された投写画像を操作面ＳＳ上に投写する機能を有する。投写部２００は、図３で説明した投写レンズ２１０の他に、光変調部２２０と、光源２３０とを有する。光変調部２２０は、投写画像メモリー５１０から与えられる投写画像データに応じて光源２３０からの光を変調することによって投写画像光ＩＭＬを形成する。この投写画像光ＩＭＬは、典型的には、ＲＧＢの３色の可視光線を含むカラー画像光であり、投写レンズ２１０によって操作面ＳＳ上に投写される。なお、光源２３０としては、超高圧水銀ランプ等の光源ランプの他、発光ダイオード等の種々の光源を採用可能である。発光ダイオードは、レーザーダイオードでもよい。また、光変調部２２０としては、透過型又は反射型の液晶パネルやデジタルミラーデバイス等を採用可能であり、色光別に複数の光変調部２２０を備えた構成としてもよい。
【００３１】
信号光送信部４３０は、自発光指示体７０によって受信される装置信号光ＡＳＬを送信する機能を有する。装置信号光ＡＳＬは、同期用の近赤外線信号であり、プロジェクター１００の信号光送信部４３０から自発光指示体７０に対して定期的に発せられる。自発光指示体７０の先端発光部７７は、装置信号光ＡＳＬに同期して、予め定められた発光パターン（発光シーケンス）を有する近赤外線である指示体信号光ＰＳＬ（後述）を発する。また、撮像部３００のカメラ３１０は、指示体（自発光指示体７０及び非発光指示体８０）の位置検出を行う際に、装置信号光ＡＳＬに同期した所定のタイミングで撮像を実行する。
【００３２】
撮像部３００は、図２，図３で説明したカメラ３１０を有している。前述したように、このカメラ３１０は、層状検出光ＬＬと自発光指示体７０が発する赤外線の波長を含む波長領域の光を受光して撮像する機能を有する。図４の例では、層状検出光照射部４４０によって照射された層状検出光ＬＬが指示体（自発光指示体７０及び非発光指示体８０）で反射され、その反射検出光ＲＤＬがカメラ３１０によって受光されて撮像される様子が描かれている。カメラ３１０は、更に、自発光指示体７０の先端発光部７７から発せられる近赤外線である指示体信号光ＰＳＬも受光して撮像する。カメラ３１０の撮像は、層状検出光照射部４４０から発せられる層状検出光ＬＬがオン状態（発光状態）である第１の期間と、層状検出光ＬＬがオフ状態（非発光状態）である第２の期間と、の両方で実行される。位置検出部６００は、これらの２種類の期間における画像を比較することによって、画像内に含まれる個々の指示体が、自発光指示体７０と非発光指示体８０の何れであるかを判定することが可能である。
【００３３】
位置検出部６００は、カメラ３１０で撮像された画像を解析して、指示体（自発光指示体７０や非発光指示体８０）の指示位置を決定する機能を有する。この際、位置検出部６００は、自発光指示体７０の発光パターンを利用して、画像内の個々の指示体が自発光指示体７０と非発光指示体８０の何れであるかについても判定する。本実施形態において、位置検出部６００は、検出部６１０と、補正部６２０と、補正データメモリー６３０とを有している。検出部６１０は、カメラ３１０で撮像された撮像画像を解析して指示体の指示位置を検出する機能を有する。補正部６２０は、検出部６１０で検出された指示位置を補正する機能を有する。補正データメモリー６３０は、補正部６２０による補正に利用される補正データを格納する不揮発性メモリーである。
【００３４】
検出部６１０及び補正部６２０は、自発光指示体７０と非発光指示体８０との両方に関して指示位置の検出とその補正とを行う機能を有している。以下では、主として自発光指示体７０を対象とした指示位置の検出とその補正の機能について説明する。補正部６２０は、自発光指示体７０が操作面ＳＳに接触する接触位置と、自発光指示体７０の発光位置との間の距離である先端オフセットに応じて決まる補正値を用いて、検出部６１０で検出された指示位置を補正する機能を有する。この機能については更に後述する。
【００３５】
自発光指示体７０には、ボタンスイッチ７３の他に、信号光受信部７４と、制御部７５と、先端スイッチ７６と、先端発光部７７とが設けられている。信号光受信部７４は、プロジェクター１００の信号光送信部４３０から発せられた装置信号光ＡＳＬを受信する機能を有する。先端スイッチ７６は、自発光指示体７０の先端部７１が押されるとオン状態になり、先端部７１が押されていないとオフ状態になるスイッチである。先端スイッチ７６は、通常はオフ状態にあり、自発光指示体７０の先端部７１が操作面ＳＳに接触するとその接触圧によってオン状態になる。先端スイッチ７６がオフ状態のときには、制御部７５は、先端スイッチ７６がオフ状態であることを示す特定の第１の発光パターンで先端発光部７７を発光させることによって、第１の発光パターンを有する指示体信号光ＰＳＬを発する。一方、先端スイッチ７６がオン状態になると、制御部７５は、先端スイッチ７６がオン状態であることを示す特定の第２の発光パターンで先端発光部７７を発光させることによって、第２の発光パターンを有する指示体信号光ＰＳＬを発する。これらの第１の発光パターンと第２の発光パターンは、互いに異なるので、位置検出部６００は、カメラ３１０で撮像された画像を分析することによって、先端スイッチ７６がオン状態かオフ状態かを識別することが可能である。
【００３６】
自発光指示体７０のボタンスイッチ７３は、先端スイッチ７６と同じ機能を有する。従って、制御部７５は、ユーザーによってボタンスイッチ７３が押された状態では上記第２の発光パターンで先端発光部７７を発光させ、ボタンスイッチ７３が押されていない状態では上記第１の発光パターンで先端発光部７７を発光させる。換言すれば、制御部７５は、先端スイッチ７６とボタンスイッチ７３の少なくとも一方がオンの状態では上記第２の発光パターンで先端発光部７７を発光させ、先端スイッチ７６とボタンスイッチ７３の両方がオフの状態では上記第１の発光パターンで先端発光部７７を発光させる。
【００３７】
但し、ボタンスイッチ７３に対して先端スイッチ７６と異なる機能を割り当てるようにしてもよい。例えば、ボタンスイッチ７３に対してマウスの右クリックボタンと同じ機能を割り当てた場合には、ユーザーがボタンスイッチ７３を押すと、右クリックの指示がプロジェクター１００の制御部７００に伝達され、その指示に応じた処理が実行される。このように、ボタンスイッチ７３に対して先端スイッチ７６と異なる機能を割り当てた場合には、先端発光部７７は、先端スイッチ７６のオン／オフ状態及びボタンスイッチ７３のオン／オフ状態に応じて、互いに異なる４つの発光パターンで発光する。この場合には、自発光指示体７０は、先端スイッチ７６とボタンスイッチ７３のオン／オフ状態の４つの組み合わせを区別しつつ、プロジェクター１００に伝達することが可能である。
【００３８】
図４に描かれている５種類の信号光の具体例をまとめると以下の通りである。
（１）投写画像光ＩＭＬ：操作面ＳＳに投写画面ＰＳを投写するために、投写レンズ２１０によって操作面ＳＳ上に投写される画像光（可視光線）である。
（２）層状検出光ＬＬ： 非発光指示体８０の指示位置を検出するために、投写画面ＰＳの全面に亘って照射されるカーテン状の近赤外線である。
（３）反射検出光ＲＤＬ：層状検出光ＬＬとして照射された近赤外線のうち、指示体（自発光指示体７０及び非発光指示体８０）によって反射され、カメラ３１０によって受光される近赤外線である。
（４）装置信号光ＡＳＬ：プロジェクター１００と自発光指示体７０との同期を取るために、プロジェクター１００の信号光送信部４３０から定期的に発せられる近赤外線である。
（５）指示体信号光ＰＳＬ：装置信号光ＡＳＬに同期したタイミングで、自発光指示体７０の先端発光部７７から発せられる近赤外線である。指示体信号光ＰＳＬの発光パターンは、自発光指示体７０のスイッチ７３，７６のオン／オフ状態に応じて変更される。また、複数の自発光指示体７０を識別する固有の発光パターンを有する。
【００３９】
図５は、自発光指示体７０の発光位置と操作面ＳＳとの間の距離である先端オフセットＤ、及び、この先端オフセットＤに起因して発生する指示位置の検出誤差を示す。ここでは、操作面ＳＳ上に自発光指示体７０の先端が接触している状態で、先端発光部７７が発光している様子を描いている。カメラ位置Ｃは、カメラ３１０の撮像基準位置（例えばレンズ位置）を示している。先端発光部７７は、操作面ＳＳから距離Ｄ（先端オフセットＤ）だけ離れている。距離Ｄは、ゼロよりも大きい。従って、カメラ３１０で撮像した撮像画像を解析して決定される先端発光部７７の発光位置（すなわち、自発光指示体７０の指示位置）は、この先端オフセットＤに応じた検出誤差を含んでいる。逆に、撮像画像を解析して決定される自発光指示体７０の指示位置と、実際の指示位置との間の誤差が分かれば、その誤差に対応する先端オフセットＤを算出することが可能である。こうして算出される先端オフセットＤは、自発光指示体７０の先端発光部７７と操作面ＳＳとの間の物理的な距離では無く、指示位置の検出誤差を表す値としての意味を有する。
【００４０】
図６は、プロジェクター１００において実測された指示位置の検出誤差から算出された先端オフセットＤの分布の一例を示している。この図に示すように、先端オフセットＤは、一定値では無く、操作面ＳＳの位置座標（Ｘ、Ｙ）に応じて異なる値を取ることが判明した。この例では、先端オフセットＤは、凹曲面状の分布を有する。実際には、図６の分布は、いくつかの実測データを曲面近似したものである。
【００４１】
検出誤差から算出された先端オフセットＤが一定値で無い理由は、撮像画像を解析して検出される指示位置の検出誤差が、操作面ＳＳにおける反射光（自発光指示体７０の発光の反射光）の影響や、カメラ３１０から見える光の大きさがカメラ３１０から遠いほど小さくなることの影響を受けて変動するからである。先端オフセットＤは、更に、自発光指示体７０の持ち方や、操作面ＳＳの素材の影響を受けて変動する場合もある。
【００４２】
先端オフセットＤは、更に、プロジェクター１００の投写距離に応じて変化する傾向を有している。プロジェクター１００の投写距離は、ある程度の許容範囲内で任意に設定可能である。この投写距離は、図３において、操作面ＳＳとプロジェクター１００の投写レンズ２１０の間のＺ方向の距離に相当する。また、投写距離に応じてカメラ３１０から操作面ＳＳまでの距離が変わるため、図６の先端オフセットＤは、カメラ３１０から操作面ＳＳまでの距離Ｌ（図３）の関数として表すことができる。
【００４３】
以上の点を考慮すると、自発光指示体７０の指示位置の検出誤差を表す先端オフセットＤは、以下のような関数として表現可能である。
Ｄ＝Ｄ（Ｘ，Ｙ，Ｌ）…（１）
ここで、Ｘ，Ｙは操作面ＳＳ上の座標、Ｌはカメラ３１０と操作面ＳＳとの間の距離である。すなわち、先端オフセットＤは、操作面ＳＳ上の座標（Ｘ，Ｙ）と、カメラ３１０から操作面ＳＳまでの距離Ｌとを変数とする関数を用いて表される。
【００４４】
先端オフセットＤを与える関数Ｄ（Ｘ，Ｙ，Ｌ）の一例は以下の通りである。
Ｄ（Ｘ，Ｙ，Ｌ）＝Ｃ0＋Ｃ1Ｘ＋Ｃ2Ｙ＋Ｃ3Ｘ2＋Ｃ4Ｙ2＋Ｃ5ＸＹ…（２ａ）
Ｃi＝｛（Ｌ−Ｌmin）／（Ｌmax−Ｌmin）｝Ｃimax
＋｛（Ｌmax−Ｌ）／（Ｌmax−Ｌmin）｝Ｃimin…（２ｂ）
ここで、Ｌmaxはカメラ３１０と操作面ＳＳとの間の距離Ｌの最大値、Ｌminはカメラ３１０と操作面ＳＳとの間の距離Ｌの最小値、Ｃimaxは最大距離Ｌmaxにおける係数Ｃi（ｉ＝０〜５）の値、Ｃiminは最小距離Ｌminにおける係数Ｃiの値である。
【００４５】
上記（２ａ）式では、先端オフセットＤが、操作面ＳＳ上の座標Ｘ，Ｙの２次式で表されている。また、（２ｂ）式によれば、（２ａ）式の右辺の各項の係数Ｃi（ｉ＝０〜５）は、最大距離Ｌmaxにおける係数値Ｃimaxと、最小距離Ｌminにおける係数値Ｃiminとを、実際の距離Ｌに応じて線形補間して得られる値である。
【００４６】
なお、カメラ３１０と操作面ＳＳとの間の距離Ｌは、プロジェクター１００自身が実測可能である。例えば、予め準備された基準パターン画像を操作面ＳＳに投写してカメラ３１０で撮像し、その撮像画像と投写画像メモリー５１０内の基準パターン画像とを用いた三角測量を実行することによって、距離Ｌを測定可能である。位置検出部６００（図４）は、このような距離測定部としての機能を有することが好ましい。
【００４７】
上記（２ａ）の代わりに、先端オフセットＤを、操作面ＳＳ上の座標値Ｘ，Ｙの１次式又は３次以上の高次式で表すことも可能である。但し、図６に示したような曲面を表現するためには、２次式の関数として表現することが好ましい。
【００４８】
また、上記（２ｂ）の代わりに他の補間式を利用することも可能である。例えば、上記（２ｂ）では、各係数Ｃiについて、２つの距離Ｌmax，Ｌminに対応する２つの既知の係数値Ｃimax，Ｃiminを用いて補間を行っているが、この代わりに、３つ以上の距離に対応する３つ以上の既知の係数値を用いて補間を行うようにしてもよい。３つ以上の既知の係数値を用いて補間を行う場合には、隣接する２つの係数値の間を線形補間してもよく、或いは、３つ以上の既知の係数値の間を曲線補間してもよい。
【００４９】
先端オフセットＤを与える関数Ｄ（Ｘ，Ｙ，Ｌ）の他の例は以下の通りである。
Ｄ（Ｘ，Ｙ，Ｌ）＝｛（Ｌ−Ｌmin）／（Ｌmax−Ｌmin）｝Ｄmax
＋｛（Ｌmax−Ｌ）／（Ｌmax−Ｌmin）｝Ｄmin…（３ａ）
Ｄmax＝Ｃ0max＋Ｃ1maxＸ＋Ｃ2maxＹ＋Ｃ3maxＸ2＋Ｃ4maxＹ2＋Ｃ5maxＸＹ…（３ｂ）
Ｄmin＝Ｃ0min＋Ｃ1minＸ＋Ｃ2minＹ＋Ｃ3minＸ2＋Ｃ4minＹ2＋Ｃ5minＸＹ…（３ｃ）
ここで、Ｌmaxはカメラ３１０と操作面ＳＳとの間の距離Ｌの最大値、Ｌminはカメラ３１０と操作面ＳＳとの間の距離Ｌの最小値、Ｄmaxは最大距離Ｌmaxにおける先端オフセットＤの値、Ｄminは最小距離Ｌminにおける先端オフセットＤの値、Ｃimaxは最大距離Ｌmaxにおける係数Ｃi（ｉ＝０〜５）の値、Ｃiminは最小距離Ｌminにおける係数Ｃiの値である。
【００５０】
これらの（３ａ）〜（３ｃ）式では、先端オフセットＤを、２つの距離Ｌmax，Ｌminに対応する２つの既知の値Ｄmax，Ｄminを用いて補間している点で上記（２ａ），（２ｂ）と異なる。なお、上記（２ａ），（２ｂ）式に関して説明した各種の変形は、（３ａ）〜（３ｃ）式についても同様に適用可能である。
【００５１】
図７は、自発光指示体７０の先端オフセットＤに応じた指示位置の検出誤差と、その補正方法の一例を示す。ここでは、操作面ＳＳ上の点Ｐ１（Ｘｐ，Ｙｐ）を自発光指示体７０で指示した場合を想定している。図７の下部には、先端オフセットＤの曲面の例を示している。検出部６１０（図４）は、カメラ位置Ｃで撮像した撮像画像を解析することによって、検出位置Ｘｍを決定する。この検出位置Ｘｍは、カメラ位置Ｃと、指示点Ｐ１（Ｘｐ，Ｙｐ）における先端オフセットＤの曲面上の点Ｐ２とを結ぶ直線が、操作面ＳＳと交差する位置に相当する。
【００５２】
このとき、検出位置Ｘｍの誤差Ｘｅｒｒは、次式で表される。
Ｘｅｒｒ＝Ｄ（Ｘｃ−Ｘｍ）／Ｌ…（４）
ここで、Ｄは先端オフセット、Ｌはカメラ３１０と操作面ＳＳとの間の距離、Ｘｃはカメラ位置ＣのＸ座標値、Ｘｍは撮像画像を解析して得られた検出位置のＸ座標値である。なお、距離Ｌは既知であり、先端オフセットＤは、検出位置の座標値（Ｘｍ，Ｙｍ）と距離Ｌとを先端オフセットＤの関数（例えば（２ａ）〜（２ｂ）式又は（３ａ）〜（３ｃ）式）に代入することによって得られる。また、カメラ位置ＣのＸ座標値Ｘｃは既知である。従って、撮像画像の解析によって検出位置（Ｘｍ，Ｙｍ）を決定すれば、上記（４）式に従って検出誤差Ｘｅｒｒを算出できる。
【００５３】
補正部６２０（図４）は、下記（５ａ）式に示すように、この検出誤差Ｘｅｒｒを補正値として使用して、検出位置Ｘｍを補正することによって補正後の検出位置Ｘｍｃを求めることができる。同様に、Ｙ座標値に関しても、下記（５ｂ）式に示すように、検出誤差Ｙｅｒｒを補正値として使用して、検出位置Ｙｍを補正することによって補正後の検出位置Ｙｍｃを求めることができる。
Ｘｍｃ＝Ｘｍ＋Ｘｅｒｒ…（５ａ）
Ｙｍｃ＝Ｙｍ＋Ｙｅｒｒ…（５ｂ）
【００５４】
補正データメモリー６３０は、上述した検出位置の補正に用いる補正値を格納する。例えば、上記（２ａ）〜（２ｂ）式、又は、（３ａ）〜（３ｃ）式を使用する場合には、補正データメモリー６３０は、係数Ｃimax，Ｃiminと、距離Ｌの最大値Ｌmax及び最小値Ｌminとを格納することが好ましい。この代わりに、上述した検出誤差Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒを予め算出しておき、これらを検出位置の補正データとして補正データメモリー６３０内に格納しておいてもよい。この場合には、検出誤差Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒを、操作面ＳＳの座標値Ｘ，Ｙと、カメラ３１０と操作面ＳＳとの間の距離Ｌとを変数とする関数として表現することが好ましい。
【００５５】
なお、上述した説明では、自発光指示体７０の指示位置の補正に用いる先端オフセットＤや補正値Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒを、操作面ＳＳの座標値Ｘ，Ｙと、カメラ３１０と操作面ＳＳとの間の距離Ｌとを変数とする関数として表現していたが、距離Ｌを変数とせず、操作面ＳＳの座標値Ｘ，Ｙを変数とする関数として表現するようにしてもよい。但し、操作面ＳＳの座標値Ｘ，Ｙと距離Ｌとを変数とする関数として先端オフセットＤや補正値Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒを表現するようにすれば、より正確な補正を実行することが可能である。
【００５６】
また、自発光指示体７０の指示位置の補正に用いる補正値は、関数として表現する必要はなく、テーブルやマップなどの他の形式で表現しても良い。これらの場合にも、補正値Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒとしては、少なくとも操作面ＳＳ上の位置に応じて異なる値を使用することが好ましい。
【００５７】
以上のように、本実施形態では、自発光指示体７０の先端オフセットＤに応じて決まる補正値Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒを用いて指示位置Ｘｍ，Ｙｍを補正する際に、操作面ＳＳ上の位置に応じて異なる補正値を用いて自発光指示体７０の指示位置を補正するので、操作面ＳＳ上の位置に応じた適切な補正値を用いて指示位置を補正できる。この結果、自発光指示体７０の発光位置と操作面ＳＳとの先端オフセットＤに起因して生じる指示位置の検出誤差を低減することが可能である。
【００５８】
実施形態２：
実施形態２の説明は、実施形態１と異なる点を主な対象とする。特に説明しない内容については、実施形態１と同じである。
【００５９】
図８は、補正値修正処理を示すフローチャートである。補正値修正処理は、投写スクリーン面ＳＳの反射特性に応じて、実施形態１で説明した補正値Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒを修正するための処理である。制御部７００は、プロジェクター１００の各部を制御することで補正値修正処理を実行する。制御部７００は、キャリブレーションの一環として、補正値修正処理を自動的に実行する。
【００６０】
まず、基準パターン画像を投写し（Ｓ８１０）、投写した基準パターン画像をカメラ３１０で撮像する（Ｓ８２０）。基準パターン画像については実施形態１で述べた通りである。
【００６１】
次に、距離Ｌを算出する（Ｓ８３０）。距離Ｌの算出は、実施形態１で述べたように、撮像した基準パターン画像を利用する。
【００６２】
次に、距離Ｌに応じた基準輝度を取得する（Ｓ８４０）。以下、基準輝度について説明する。
【００６３】
図９は、全拡散板Ｋによる反射の様子を模式的に示す。全拡散板Ｋおよび光源２３１は、距離に応じた基準輝度を取得するための実験に用いられる。
【００６４】
光源２３１は、入射光Ｓｉとしての赤外線を発する。全拡散板Ｋは、或る方向からの入射光Ｓｉの反射光を、全方向に拡散させる特性を有する。全方向への拡散とは、反射光Ｓｒの輝度Ｉｒが全方向についてほぼ均一であることを意味する。図９に示された半円は、反射し得る２次元的な方向の全方向について反射光Ｓｒの輝度Ｉｒが全方向について均一であることを模式的に示している。実際には、反射し得る３次元的な方向の全方向について、反射光Ｓｒの輝度Ｉｒはほぼ均一である。
【００６５】
図９は、光源２３１と全拡散板Ｋとの距離が距離Ｌ１である場合を示す。補正値修正処理の準備として、光源２３１と全拡散板Ｋとの距離を変化させ、各距離の場合における反射光Ｓｒの輝度Ｉｒを測定する。そして、距離と輝度Ｉｒとの関係を、補正データメモリー６３０に記憶させておく。Ｓ８４０は、Ｓ８３０で算出された距離に対応する輝度を読み出すことで実現される。
【００６６】
次に、赤外線をスクリーン板９２０に投写する（Ｓ８５０）。Ｓ８５０で投写される赤外線は、層状検出光ＬＬである。層状検出光ＬＬをスクリーン板９２０に投写するために、層状検出光照射部４４０が層状検出光ＬＬを投写する角度を、制御部７００の制御によって変更する。実施形態２における層状検出光照射部４４０には、このように角度を変更するための機構が設けられている。
【００６７】
次に、スクリーン板９２０で反射した赤外線の輝度を測定する（Ｓ８６０）。輝度の測定には、カメラ３１０を用いる。
【００６８】
図１０は、投写スクリーン面ＳＳに対する赤外線の投写、および、投写された赤外線の反射の様子を模式的に示す。投写スクリーン面ＳＳで反射する光の輝度Ｉは、全拡散板Ｋとは異なり、反射の方向によって大きさが異なる。具体的には、正反射の方向の反射光Ｓｒｒの輝度Ｉは大きくなり、乱反射の方向の反射光の輝度は小さくなる。Ｓ８６０で測定される輝度の値は、乱反射の方向の反射光を対象にする。このため、Ｓ８６０で測定される輝度値Ｉは、通常、全拡散板Ｋを用いて同じ距離において測定された輝度値Ｉｒよりも小さくなる。
【００６９】
次に、投写スクリーン面ＳＳの反射特性Ｒを導出する（Ｓ８７０）。反射特性Ｒは、下記式によって導出される。通常、０＜Ｒ＜１が満たされる。
Ｒ＝Ｉ／Ｉｒ…（６）
【００７０】
次に、補正係数ＣCを算出する（Ｓ８８０）。以下、補正係数ＣCについて説明する。図１１は、位置ずれ量（ピクセル）と、反射特性Ｒとの関係を示すグラフである。図１１は、Ｘ方向とＹ方向とのそれぞれについての位置ずれ量を示す。
【００７１】
図１１の内容は、実験によって取得されたものである。この実験には、位置検出システム９００を用いた。この実験では、反射特性Ｒ以外については条件を一定としつつ、反射特性Ｒの値を変更し、各反射特性Ｒの値の場合に位置ずれを測定した。反射特性Ｒの値を変更するために、反射特性Ｒの値が既知である板材を複数、用意し、投写スクリーン面ＳＳ上に配置した。
【００７２】
上記の実験結果は、反射特性Ｒが値Ｒ１の場合に、位置ずれ量がゼロであることを前提条件に整理されている。
【００７３】
図１１に示すように、おおよその傾向として、反射特性Ｒの値が値Ｒ１から離れるに連れて、位置ずれ量の絶対値が大きくなる。位置ずれ量と、反射特性Ｒとの関係は、おおよそ線形で近似される。実験で用いた反射特性Ｒの最小値は、値Ｒ２であった。値Ｒ２の場合の位置ずれ量は、線形近似による近似式から、Ｘ方向については−Ｊｘ（＜０）、Ｙ方向についてはＪｙ（＞０）と求まった。
【００７４】
図１２は、補正値Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒの変化量（ピクセル）と、補正係数ＣCとの関係を示すグラフである。このグラフの内容は、補正係数ＣCの各値を用いて計算を実施することによって求められたものである。図１２に示された直線は、算出された各値に基づく近似直線である。
【００７５】
補正係数ＣCは、補正値Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒを修正するために、補正値Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒに乗じる係数である。修正前の補正値Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒを、補正値Ｘｅｒｒ（ｏｌｄ），Ｙｅｒｒ（ｏｌｄ）と表記し、修正後の補正値Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒを、補正値Ｘｅｒｒ（ｎｅｗ），Ｙｅｒｒ（ｎｅｗ）と表記すると、以下の式が成立する。
Ｘｅｒｒ（ｎｅｗ）＝ＣC×Ｘｅｒｒ（ｏｌｄ）…（７ａ）
Ｙｅｒｒ（ｎｅｗ）＝ＣC×Ｙｅｒｒ（ｏｌｄ）…（７ｂ）
【００７６】
また、Ｘ方向の補正値の変化量を変化量Ｈｘ、Ｙ方向の補正値の変化量を変化量Ｈｙと表記すると、次の式が成立する。
Ｈｘ＝Ｘｅｒｒ（ｎｅｗ）−Ｘｅｒｒ（ｏｌｄ）…（８ａ）
Ｈｙ＝Ｙｅｒｒ（ｎｅｗ）−Ｙｅｒｒ（ｏｌｄ）…（８ｂ）
【００７７】
このため、補正係数ＣCが１である場合、補正値Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒの変化量Ｈｘ，Ｈｙはゼロである。そして、補正係数が１よりも大きくなるに連れて、補正値Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒの変化量の絶対値は大きくなる。
【００７８】
補正値Ｘｅｒｒの変化量が、図１１と共に説明した−Ｊｘを相殺するＪｘになる補正係数ＣCの値は、値ＣCａであった。さらに、補正値Ｙｅｒｒの変化量が、Ｊｙを相殺する−Ｊｙになる補正係数ＣCの値も、値ＣCａであった。実際には、変化量Ｊｘ及び変化量−Ｊｙになる補正係数ＣCの値は、僅かに異なっていたが、殆ど同じであったため、本実施形態においては処理の簡略化のため同じ値であると見なす。このため、（７ａ）式、及び（７ｂ）式における補正係数が同一になっている。
【００７９】
上記の結果から、反射特性Ｒが値Ｒ１の場合は補正係数ＣCを１とし、反射特性Ｒが値Ｒ２の場合は補正係数ＣCを値ＣCａとなるように、１次関数で補正係数ＣCと反射特性Ｒとの関係を表すと、次式になる。
ＣC＝−｛（ＣCａ−１）／（Ｒ１−Ｒ２）｝Ｒ
＋｛Ｒ１（ＣCａ−１）／（Ｒ１−Ｒ２）｝＋１…（９）
【００８０】
Ｓ８８０において補正係数ＣCを求めることは、Ｓ８７０で求めた反射特性Ｒの値を（９）式に代入することによって実現される。
【００８１】
最後に、補正値を修正して（Ｓ８９０）、補正値修正処理を終える。補正値の修正は、上記の式（７ａ），（７ｂ）の通り、補正値Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒそれぞれに、Ｓ８８０で求めた補正係数ＣCの値を乗じることで実現される。
【００８２】
本実施形態によれば、投写スクリーン面ＳＳの反射特性Ｒに応じて補正値を修正することができる。ひいては、さらに正確に、自発光指示体７０の位置を検出できる。
【００８３】
本開示は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。
【００８４】
反射特性Ｒを導出するための光の投写（Ｓ８５０）は、層状検出光照射部４４０以外によって実行されてもよい。例えば、投写部２００によって実行されてもよい。或いは、別の光源による光を用いてもよい。別の光源は、プロジェクター１００の一部でもよいし、外部装置でもよい。
【００８５】
反射特性Ｒの値は、プロジェクター１００が導出しなくてもよい。例えば、予め他の装置を用いて導出しておき、プロジェクター１００に入力してもよい。
【００８６】
反射特性Ｒを導出するための光の波長領域は、自発光指示体７０が発する光の波長領域と同じでなくてもよい。例えば、上記したように、反射特性Ｒを導出するための光を、投写部２００が投写する場合に、可視光線を用いてもよい。投写部２００が投写する場合であっても、投写部２００に赤外線を照射する機能を追加して、赤外線を用いてもよい。
【００８７】
自発光指示体７０が発する光は、赤外線でなくてもよい。例えば、可視光線でもよい。
【００８８】
操作面ＳＳ上の位置に応じて補正値を変更しなくてもよい。例えば、反射特性Ｒの値のみに応じて補正値を決定してもよい。この場合、例えば、（４）式によって算出されるＸｅｒｒ（ｏｌｄ）を固定値（例えば１）にしてもよい。
【００８９】
位置検出方法を実行する位置検出装置は、インタラクティブプロジェクターでなくてもよい。例えば、自発光指示体を用いて操作面上の位置を指示する他の装置でもよい。当該他の装置は、デジタイザーや、タブレットでもよい。
【００９０】
上記実施形態において、ソフトウエアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ハードウエアによって実現されてもよい。また、ハードウエアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ソフトウエアによって実現されてもよい。ハードウエアとしては、例えば、集積回路、ディスクリート回路、又は、それらの回路を組み合わせた回路モジュールなど、各種回路を用いてもよい。
【符号の説明】
【００９１】
７０…自発光指示体，７１…先端部，７２…軸部，７３…ボタンスイッチ，７４…信号光受信部，７５…制御部，７６…先端スイッチ，７７…先端発光部，８０…非発光指示体，１００…プロジェクター，２００…投写部，２１０…投写レンズ，２２０…光変調部，２３０…光源，２３１…光源，３００…撮像部，３１０…カメラ，４３０…信号光送信部，４４０…層状検出光照射部，５００…投写画像生成部，５１０…投写画像メモリー，６００…位置検出部，６１０…検出部，６２０…補正部，６３０…補正データメモリー，７００…制御部，９００…位置検出システム，９１０…支持部材，９２０…スクリーン板，ＡＳＬ…装置信号光，Ｄ…先端オフセット，ＩＭＬ…投写画像光，Ｋ…全拡散板，Ｌ…距離，ＬＬ…層状検出光，ＰＳ…投写画面，ＰＳＬ…指示体信号光，ＲＤＬ…反射検出光，ＳＳ…操作面（投写スクリーン面），Ｘｅｒｒ…検出誤差（補正値），Ｘｍ…検出位置（指示位置），Ｘｍｃ…補正後の検出位置，Ｙｅｒｒ…検出誤差（補正値），Ｙｍ…検出位置（指示位置），Ｙｍｃ…補正後の検出位置
【図１】
2018132912.tif 000003
【図２】
2018132912.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2018132912.tif 000010
【図９】
2018132912.tif 000011
【図１０】
2018132912.tif 000012
【図１１】
2018132912.tif 000013
【図１２】
2018132912.tif 000014