(57)【要約】この装置の一実施の形態は、（ｉ）レーザ走査式プロジェクタであって、この走査式プロジェクタにより照射される拡散面上に光を投影する、レーザ走査式プロジェクタ、（ｉｉ）拡散面と走査式プロジェクタにより照射されているエリア内に入る少なくとも１つの物体とにより散乱された光を、時間の関数として検出する、少なくとも１つの検出器、および（ｉｉｉ）（ａ）検出器の信号から、物体と拡散面との画像を再構成すること、および（ｂ）物体と拡散面との間の距離の変動を判定すること、が可能な電子機器、を備えている。
2013525923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想インタラクティブスクリーン装置において、
（ｉ）レーザ走査式プロジェクタであって、該レーザ走査式プロジェクタにより照射される拡散面上に光を投影するものであり、かつ少なくとも１つの走査ミラーを含んでいる、レーザ走査式プロジェクタ、
（ｉｉ）前記拡散面と前記走査式プロジェクタにより照射されているエリア内に入る少なくとも１つの物体とにより散乱された光を、時間の関数として検出する、少なくとも１つの検出器であって、該検出器と前記プロジェクタとが同期化されている、検出器、および、
（ｉｉｉ）（ａ）前記検出器の信号から、前記物体と前記拡散面との画像を再構成すること、および（ｂ）前記拡散面に対する前記物体の位置を判定すること、が可能な電子機器、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２】
（ｉ）前記プロジェクタが、前記電子機器に提供される同期化情報を生成し、かつ前記電子機器が、前記検出器から受け取った時間依存信号情報を、画像マトリクスに変換するよう構成されており、および／または、
（ｉｉ）前記走査式プロジェクタが、新たな画像フレームのたびに、または任意の新たな画像ラインで、前記電子機器に同期パルスを提供する、または（ｉｉｉ）前記走査式プロジェクタが、新たな画像フレームのたびに、または任意の新たな画像ラインで、前記電子機器に同期パルスを提供し、かつ前記プロジェクタの走査ミラーが該走査ミラーの固有周波数で励振され、さらに前記同期パルスが該固有周波数で発せられて、前記ミラーが該パルスと同調する、
ことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記電子機器が、映し出された前記物体の幅を用いて、前記物体と前記拡散面との間の距離Ｄを、および／または前記物体と前記拡散面との間の距離Ｄの変動を、判定することが可能なものであることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
検出された前記幅が所与の時間間隔の間に急速に２回減少しかつ同じ低水準に２回達したときに、この動作に対して前記装置がマウスのダブルクリックとして応答するようなアルゴリズムを該装置が含み、このとき前記装置が（ｉ）フォトダイオードであって、ＣＣＤアレイではなく、かつレンズのカメラではない、単一の光検出器、あるいは（ｉｉ）互いに空間的に分離されている少なくとも２つの検出器、を含むものであることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項５】
インタラクティブスクリーンを使用する方法であって、
ａ）画像またはインタラクティブスクリーンを、走査式プロジェクタを用いて投影するステップ、
ｂ）前記走査式プロジェクタにより照射されているエリアの少なくとも一部内に、物体を置くステップ、
ｃ）前記プロジェクタの走査ミラーの動きを、該走査式プロジェクタにより提供されるライン走査の開始時点または終了時点で、少なくとも１つの光検出器で取得された入力と同期させるステップ、
ｄ）前記物体の影の幅を評価することにより、前記少なくとも１つの光検出器で該物体を検出するステップ、および、
ｅ）前記走査式プロジェクタで投影されたインタラクティブスクリーンと前記物体とが相互作用したときに、前記エリアの少なくとも一部に対する該物体の位置を判定するステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、２０１０年４月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／３２９，８１１号の優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般に、レーザ走査式プロジェクタおよびこのプロジェクタを利用している装置に関し、より具体的には、インタラクティブスクリーンまたはタッチスクリーン用途に使用し得る装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザ走査式プロジェクタは現在、組込み型マイクロプロジェクタ用途向けに開発中である。このタイプのプロジェクタは、典型的には、３色のレーザ（ＲＧＢ）と、レーザにより提供された光ビームをスクリーンなどの拡散面を横切るように走査させるための、１つまたは２つの高速走査ミラーとを含む。現在、レーザを変調させて様々なビーム強度を実現することにより画像を生成している。
【０００４】
バーコード読取り装置は、バーコードパターンの像を走査しかつ読み取るために、レーザスキャナを利用している。レーザを使用して光のビームを提供し、このビームを走査ミラーで走査してバーコードを照射し、さらに照射されたバーコードによって散乱された光を、光検出器を用いて収集することによってバーコードパターンの像を生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
何らかのインタラクティブ機能を実行し得るプロジェクタは、典型的にはレーザスキャナを利用し、通常、ＣＣＤ検出器のアレイを少なくとも１つ必要とし、さらに少なくとも１つの結像レンズを要する。こういった部品はかさばるため、この技術は、例えば携帯電話などの小型装置に組み込む用途には使用することができない。
【０００６】
本書において記述または引用されているいずれの参照も、従来技術を構成するものであると承認されたものではない。出願人は、引用されたあらゆる文献の正確さおよび適切性に意義を申し立てる権利を明確に有する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の１以上の実施形態は、（ｉ）レーザ走査式プロジェクタであって、このレーザ走査式プロジェクタにより照射される拡散面上に光を投影する、レーザ走査式プロジェクタ、（ｉｉ）拡散面と走査式プロジェクタにより照射されているエリア内に入る少なくとも１つの物体とにより散乱された光を、時間の関数として検出する、少なくとも１つの検出器、および（ｉｉｉ）（ａ）検出器の信号から、物体と拡散面との画像を再構成すること、および（ｂ）拡散面に対する物体の位置を判定すること、が可能な電子機器、を備えている装置に関する。
【０００８】
いくつかの実施形態によれば、この装置は、（ｉ）レーザ走査式プロジェクタであって、このレーザ走査式プロジェクタにより照射される拡散面上に光を投影する、レーザ走査式プロジェクタ、（ｉｉ）拡散面と走査式プロジェクタにより照射されているエリア内に入る少なくとも１つの物体とにより散乱された光を、時間の関数として検出する、少なくとも１つの検出器、および（ｉｉｉ）（ａ）検出器の信号から、物体と拡散面との画像を再構成すること、および（ｂ）物体と拡散面との間の距離Ｄを、および／または物体と拡散面との間の距離Ｄの変動を、判定すること、が可能な電子機器、を備えている。少なくともいくつかの実施形態によれば、電子機器は、前記検出器と組み合わせて拡散面上での物体のＸＹ位置を判定することも可能である。
【０００９】
少なくとも１つの実施形態において、走査式プロジェクタおよび検出器は、プロジェクタからの照射角度が検出器の光収集角度と異なるように互いに対して変位され、かつ電子機器は、（ｉ）検出器の信号から、物体および拡散面の２Ｄ画像を再構成すること、および（ｉｉ）映し出された物体の幅Ｗを感知して、物体と拡散面との間の距離Ｄを、および／またはこの距離Ｄの変動を、判定することが可能である。
【００１０】
一実施の形態において、この装置は少なくとも２つの検出器を含む。一方の検出器はプロジェクタの走査ミラー近傍に位置していることが好ましく、また他方の検出器はプロジェクタの走査ミラーから変位されている。物体とスクリーンとの間の距離は、２つの検出器により生成された画像を比較することによって得ることが好ましい。一方の検出器はプロジェクタから１０ｍｍ以内に位置し、かつ他方の検出器はプロジェクタから少なくとも３０ｍｍ離れて位置していることが好ましい。
【００１１】
検出器は、カメラではなく、ＣＣＤアレイではなく、かつレンズを有していないことが好ましい。検出器は単一の光センサであり、光センサアレイではないことが好ましい。２つの検出器が使用される場合には、好適には両方の検出器が単一の光センサであり、例えば、単一のフォトダイオードである。
【００１２】
本開示のさらなる実施形態は、インタラクティブスクリーンを使用する方法に関し、この方法は、
ａ）インタラクティブスクリーンを、走査式プロジェクタを用いて投影するステップ、
ｂ）走査式プロジェクタにより照射されているエリアの少なくとも一部内に、物体を置くステップ、
ｃ）プロジェクタの走査ミラーの動き、または走査式プロジェクタにより提供されるライン走査の開始時点および／または終了時点を、少なくとも１つの光検出器で取得された入力すなわち信号と同期させるステップ、
ｄ）物体の影の幅を評価することにより、少なくとも１つの光検出器で物体を検出するステップ、および、
ｅ）走査式プロジェクタで投影されたインタラクティブスクリーンと物体とが相互作用したときに、前記エリアの少なくとも一部に対する物体の位置を判定するステップ、
を含む。
【００１３】
さらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明の中に明記され、そしてある程度は、その説明から当業者には容易に明らかになるであろうし、あるいは、書かれた説明およびその請求項の他、添付の図面において説明されたように実施形態を実施することにより認識されるであろう。
【００１４】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方は、単に例示であり、請求項の本質および特徴を理解するための概要または構成を提供することを意図したものであることを理解されたい。
【００１５】
添付の図面は、さらなる理解を提供するために含まれ、また本明細書に組み込まれかつその一部を構成する。図面は１以上の実施形態を示し、そしてその記述とともに、種々の実施形態の原理および動作を説明するのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施の形態の概略断面図
【図２】図１の走査式プロジェクタが拡散面上に完全に白いスクリーンを表示しているときの、図１の検出器が収集した散乱放射のパワー推移を時間の関数として示した図
【図３Ａ】図２に示されている単一フレームの中心部分の拡大図
【図３Ｂ】拡散面が図１のプロジェクタの走査ミラーで照射されているときの、この拡散面を横切るライン走査の方向を概略的に示した図
【図３Ｃ】図３Ｂの物体についての情報を含んだデータで、時間に対する検出パワーの変調を示している図
【図４Ａ】各ライン走査の開始時点に関連付けられる２つの同期化機構とともに、投影された画像を示している図
【図４Ｂ】図４Ａの同期化機構に関連付けられるパルスを示した図
【図５】走査式プロジェクタにより照射されているエリア内に手が挿入されたときに、図１の装置で検出された画像
【図６】図１に示されている照射エリア内に挿入された物体が、どのように２つの影を作り出すかを概略的に説明した図
【図７Ａ】拡散面上に据えられた細長い物体の、検出された２つの像ＡおよびＢ
【図７Ｂ】拡散面上に据えられた細長い物体の、検出された１つの像
【図８】装置と照射している物体とを示した概略図であって、どのようにして２つの影が結合して１つの影となり、この影が図７Ｂの像を作り出すかを示している図
【図９Ａ】拡散面から指を数ミリ上下させた運動に対応する、検出された位置の変化をプロットした図
【図９Ｂ】一実施の形態による、ライン走査の向きに対する指および指の影の位置を概略的に示した図
【図９Ｃ】投影された画像、同期化機構、および画像の下部に位置付けられたスライダを示した図
【図１０Ａ】拡散面に沿った運動に対応する検出された幅の変化をプロットした図
【図１０Ｂ】伸ばした指が角度αで傾斜している手の画像
【図１１】２つの近接した物体が照射領域内に据えられ、この２つの物体の得られる影（像）が重複していることを装置とともに概略的に示した図
【図１２】２つの空間的に分離されている検出器を含んでいる装置の一実施の形態を概略的に示した図
【図１３Ａ】２つの検出器を利用している装置の実施形態から得られた画像
【図１３Ｂ】２つの検出器を利用している装置の実施形態から得られた画像
【図１３Ｃ】ライン走査の向きに対する指および指の影の位置を概略的に示した図
【図１４】全ての指が拡散面上で静止していた場合の指の画像
【図１５】中指が持ち上げられたときの指の画像
【図１６Ａ】例示的な投影されているインタラクティブキーボードの画像を示した図
【図１６Ｂ】拡散面上に投影された、例示的な変更されたキーボードを示す図
【図１７Ａ】緑色光のみを収集した検出器により得られた手の画像
【図１７Ｂ】赤色光のみを収集した検出器により得られた手の画像
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、装置１０の一実施の形態を示す概略図である。この実施形態において、装置１０はインタラクティブスクリーンを伴うプロジェクタ装置であり、この実施形態のインタラクティブスクリーンは、インタラクティブスクリーン用途の仮想タッチスクリーンである。より具体的には、図１は、レーザ走査式プロジェクタ１４に付された単一の光検出器１２を使用して画像を生成し得る手法について概略的に示している。走査式プロジェクタ１４は、スポットを３色（赤、緑、青）で生成し、このスポットをプロジェクタ１４から特定の距離の位置にあるスクリーン１６’などの拡散面１６を横切って走査させて、拡散面の上方すなわち拡散面の前の空間（容積）１８を照射する。スクリーン１６’などの拡散面１６は、例えばポインタまたは指などの物体２０で触れたときに、仮想タッチスクリーンとして機能し得る。物体２０は、拡散面１６とは異なる拡散（光散乱）特性を有することが好ましく、これは物体とスクリーン１６との区別を容易にするためである。すなわち、ポインタまたは指などの物体２０が照射エリア内に位置しているときには、光検出器１２で収集される光が変化し、収集されるパワーは、拡散面１６によって与えられるものとは異なったものになる。検出器１２が収集および検出した情報は、さらなる処理のために電子機器１５へと提供される。
【００１８】
図１の実施形態において、検出器１２は、カメラではなく、ＣＣＤアレイセンサ／検出器ではなく、さらに１以上のレンズを含むものでもない。例えば、検出器１２は単一のフォトダイオードでもよく、ニュージャージー州ＮｅｗｔｏｎのＴｈｏｒｌａｂｓから入手可能なＰＤＡ５５などが挙げられる。走査式プロジェクタ１４および検出器１２は、好適には少なくとも２０ｍｍ、より好適には少なくとも３０ｍｍ（例えば、４０ｍｍ）、横方向に分離され、すなわち互いに対して変位した位置にあり、そのためプロジェクタからの照射角度は、検出器１２の光収集角度と大きく（好適には少なくとも４０ミリラジアン（mrad）、より好適には少なくとも６０mradだけ）異なる。本実施形態において、プロジェクタからの検出器の変位はＸ軸に沿ったものである。本実施形態において、電子機器１５は、データ収集ボードまたは回路基板を備えているコンピュータである。少なくとも本実施形態の電子機器１５（例えば、コンピュータ）は（ａ）検出器の信号から、物体および拡散面の、少なくとも２Ｄ画像を再構成すること、および（ｂ）映し出された物体２０の幅Ｗ（本実施形態における映し出された物体の幅Ｗは、物体の影を含む）を感知して、物体２０と拡散面１６との間の距離Ｄの変動を判定すること、が可能である。（少なくとも本実施形態における幅は、プロジェクタと検出器の間の直線方向、例えばＸ軸に沿った方向における寸法である）。本実施形態において電子機器１５は、例えば人の指などの細長い物体に関するＸＹＺ位置を検出することができる。次いでこのＸＹＺ位置を利用して、電子機器１５（または別の電子機器）とユーザとの間で相互作用を実現することができる。すなわち、ユーザは指の動きを使って、コンピュータのマウスの機能を果たしたり、表示された画像の一部を拡大・縮小したり、画像の３Ｄ画像操作を実行したり、インタラクティブゲームを行なったり、ブルートゥース装置とコンピュータとの間で通信を行なったり、あるいは投影された画像をインタラクティブスクリーンとして利用したりすることができる。
【００１９】
すなわち、少なくとも１つの実施形態において、装置１０は、（ｉ）拡散面１６（例えば、プロジェクタで照射されたスクリーン１６’）上に光を投影するためのレーザ走査式プロジェクタ１４、（ｉｉ）拡散面１６と、プロジェクタ１４により照射されている空間すなわち容積１８内に入る、あるいはこの容積内で動いている、少なくとも１つの物体２０とにより散乱された光を、時間の関数として検出する、少なくとも１つの検出器１２（各検出器は単一の光検出器であり、光検出器のアレイではない）、さらに（ｉｉｉ）（ａ）検出器の信号から、物体および拡散面の画像を再構成すること、および（ｂ）物体と拡散面との間の距離Ｄを、および／または物体と拡散面との間の距離Ｄの変動を、判定すること、が可能な電子機器１５（例えば、コンピュータ）、を備えている。
【００２０】
図２は、走査式プロジェクタが完全に白いスクリーンを表示しているとき（すなわち、走査式プロジェクタ１４がこの表面上にいかなる画像をも投影することなくこれを照射しているとき）に検出器１２によって収集された、拡散面１６から散乱された放射パワーの推移を、時間の関数として示したものである。図２は、相対的に高い検出パワーに対応する単一フレーム２５が続いている状態を示している。各フレームは多数のライン走査に相当し、また各フレームの持続時間は約１６ｍｓである。フレームはプロジェクタの帰線時間に相当する低パワーレベル２７で分離され、この帰線時間の間は、走査ミラーを画像の位置の始点に戻すためにレーザの電源が切られる。
【００２１】
図３Ａは、図２の単一フレームの中心を拡大した図である。この図は、検出された信号がパルスの連続から成るものであることを示し、この各パルスは画像の１本のラインＬｉに相当する。より具体的には、図３Ａは、時間に対する検出パワーの変調（すなわち、拡散面１６から向けられかつ検出器１２で収集／検出された、散乱光すなわち拡散光の変調）を示している。拡散面１６を照射するために、プロジェクタ１４は走査ミラーを利用してレーザビームを拡散面１６を横切って走査させる。走査ラインＬｉ（本書ではライン走査とも称する）を図３Ｂに概略的に図示する。すなわち、図３Ａに示されている変調は、拡散面１６を照射している個々のライン走査Ｌｉに対応する。つまり、図３Ａの増減サイクルの夫々は、拡散面１６を照射している１本のライン走査Ｌｉに対応する。図３Ａに示されている最も高いパワー（パワーピーク）は、ライン走査の中間領域に対応する。図３Ｂに示されているように、ライン走査Ｌｉは向きが変化する。例えば、レーザビームは左から右へと走査され、その後右から左へ、さらに左から右へと走査される。各走査ラインの終了時点で、通常短時間の間レーザの電源が切られ（これをラインの持続時間の終了時点と称する）、走査ミラーは次のラインの開始点へと戻される。
【００２２】
プロジェクタ（またはプロジェクタの走査ミラー）と検出器は互いに同期させることが好ましい。検出信号を走査式プロジェクタと（例えば、走査ミラーの動き、走査開始時点と）同期させることにより、時間依存情報を空間依存情報（本書では画像マトリクスと称する）へと変換して、電子機器１５を用いて物体２０の２Ｄ画像または３Ｄ画像を再構成することができる。走査式プロジェクタは、新たな画像フレームのたびに、および／または任意の新たな走査画像ラインで、電子機器に同期パルスを提供することが好ましい。
【００２３】
同期を達成し得る手法を説明するために、プロジェクタが白いスクリーン（すなわち、画像を含まない照射されたスクリーン）を表示し、かつ図３Ｂに示したように細長い物体２０が照射容積１８内に挿入されている、簡単な例について検討したい。
【００２４】
初めの数ライン（１からｋ）においては、走査ビームが物体２０で妨害されることがなく、フォトダイオードに収集される信号は図３Ａに示したものに類似したものとなる。照射容積１８内に手、ポインタ、または指などの物体が入って、走査ラインｋ＋１からｎまでに相当する走査ビームが遮られると、走査ビームが物体に妨害されることによって検出器１２で検出される光のパワーが低下することになる。（例えば、図３Ｂではｋ＝３である。）この変化を図３Ｃで説明する。より具体的には、図３Ｃは図３Ａと同様に時間に対する検出パワーの変調を示しているが、ここでの変調は、物体２０と拡散面１６との両方から散乱すなわち拡散されて、検出器１２により収集／検出された光によるものである。すなわち、図３Ａと３Ｃに示されているパターンは互いに異なったものである。
【００２５】
装置１０は、検出器から得た時間依存情報を空間情報へと変換し、画像マトリクスを生成する。例えば、物体の２Ｄ画像（本書では画像マトリクスとも称される）を生成するために、１つの方法は、フォトダイオードにより検出された信号から各１本のラインを隔離または識別するステップ、および、画像マトリクスを形成するステップであって、このとき第１ラインが光検出器の信号における第１ラインに対応し、第２ラインが光検出器の信号における第２ラインに対応する等となるステップ、を含む。その数学的操作を実行するためには、同期化のため、全ての１本のラインの始まる時点を認識することが好ましい。
【００２６】
検出器とコンピュータとから成る検出システムがプロジェクタに物理的に接続されている実施形態において、同期化の一手法では、プロジェクタが、各１本のラインの開始時点で電気パルスを発する。このパルスをその後使用し、各ラインの開始時点に対応して、フォトダイオードのデータ収集を始動させる。得られたデータの各組はラインの開始時点から始まっているため、データは同期化されて、画像行列を形成するためのｎ本のラインを容易に取り出すことができる。例えば、プロジェクタの走査ミラーはその固有周波数で励振されるため、同期パルスがその固有周波数で発せられて、ミラーはこのパルスと同調する。
【００２７】
画像マトリクスを形成するやり方については考慮する必要がある。例えばラインＬｉは、左から右へと、さらに次いで右から左へと投影（走査）される。（このライン走査の方向は、例えば図３Ｂに示されている）。すなわちプロジェクタは、各特定のラインが左から右へと走査されているか、あるいは右から左へと走査されているかに関する情報を提供する必要があり、そして光検出システムの電子機器１５は、画像マトリクスを形成するときに、その情報に応じてラインごとに対応させて画像データを反転させる。
【００２８】
いくつかの実施形態において、検出システムはプロジェクタと物理的に接続されているものではなく、あるいは、プロジェクタは同期パルスを生成する能力を備えているものではない。本書において「検出システム」という用語は、検出器１２と、電子機器１５と、検出器および／または電子機器１５に付随の随意的な増幅器および／または電子装置とを含むものである。これらの実施形態においては、検出システムが認識することができ、かつ同期化の目的の他、左から右へのラインと右から左へのラインとを判別するために使用することができる、いくつかの予め画成された機構を導入することによって、検出器が提供する画像データの検出と、この画像に関連するライン走査の位置とを同期させることができる。１つの考えられる解決策が一例として図４Ａに示されている。ここでは、投影された画像に対して鉛直な２つのライン１７Ａおよび１７Ｂのような、追加の同期化機構が含まれている。この実施形態においては、例えば、左の投影されたライン（ライン１７Ａ）は、右の投影されたライン（ライン１７Ｂ）よりも明るい。これらのライン１７Ａ、１７Ｂは、画像を表示するためにプロジェクタが通常使用しているエリア内に位置付けてもよいし、あるいは図４Ａに示したように、レーザが通常電源を切っている領域内（ラインの持続時間の終了時点）に設けてもよい。すなわち、光検出器によって検出された信号はライン１７Ａおよび１７Ｂに相当する一連のパルス１７Ａ’、１７Ｂ’を含み、これを使用することで１本のラインＬｉの開始時点（および／または終了時点）を判定することができる。このことについては、例えば図４Ｂに示されている。さらに、照度は非対称であるため、左から右へのライン（より明るいパルスが左側にある）と右から左へのライン（より明るいパルスが右側にある）とを判別することができる。
【００２９】
図５は、プロジェクタ１４が完全に白いスクリーンを投影しかつ物体２０（手）が照射容積１８内に挿入されているときの、図１に示した装置１０により検出された画像を示したものである。光検出器１２は、光を検出すると、検出した光の強度に対応した電気信号を生成する。この画像を生成したシステム１０は、光検出器と、光検出器１２によって生成された電気信号を増幅し、かつこれをさらなる処理のためにコンピュータ１５のデータ収集ボードへと送信する、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）とを含むものであった。図５の画像を取得するため、この実施形態において、検出器の信号のサンプリング周波数は１０ＭＨｚであり、かつ検出器および増幅用電子装置（ＴＩＡ）の立ち上がり時間は約０．５μｓであった。検出器１２が優れた分解能のデータを生成することができるよう、すなわち優れた画像分解能の２Ｄ画像マトリクスを提供できるよう、この立ち上がり時間は可能な限り短いものであることが好ましい。１本のラインを書くための持続時間が例えば３０μｓであり、かつ立ち上がり時間がおよそ０．５μｓであると仮定すると、画像ライン方向における最大の画像分解能は約６０サンプル点（例えば、再生成された画像で６０画素）である。
【００３０】
図６は、図１に示されている装置１０で３Ｄ情報を得る手法を概略的に示したものである。照射容積１８内の、拡散面１６から距離Ｄだけ離れた位置にある物体２０について検討したい。この実施形態において、物体２０の光錯乱特性は拡散面１６と異なっていることに留意されたい。拡散面１６は照射角度θiでプロジェクタ１４により照射され、また検出器１２は物体２０を角度θdで「見る」。画像を再構成すると、２つの像が見えるはずであると予想される。１つ目の像（像Ａ）は物体自体の像であり、また２つ目の像（像Ｂ）は物体の影の像であり（図７Ａに示されている）、これは検出器１２から見るとスクリーンが物体２０で遮られているためである。
【００３１】
２つの像ＡおよびＢの隔たりＤｘは、以下の式、
Ｄｘ＝Ｄ（sin(θi)＋sin(θd)）で与えられる。ここで、Ｄは物体から拡散面１６までの距離である。
【００３２】
すなわち、Ｄ＝Ｄｘ／（sin(θi)＋sin(θd)）
そのため、２つの角度θiおよびθdが分かると、距離Ｄの測定が可能となる。
【００３３】
図７Ａは、スクリュードライバのような物体２０の２つの像ＡおよびＢ（像Ａは物体自体の像であり、また像Ｂは物体の影の像である）が存在していることを示し、このときこの物体は、照射容積１８内の、スクリーン１６’から距離Ｄの位置に置かれている。図７Ｂは、距離Ｄｘが小さくなって、両方の像が１つの像にまとまったことを示している。この条件下で動作している装置１０が図８に概略的に示されている。装置１０が唯一の（すなわち、単一の）検出器１２を利用しているものであり、さらに指などの比較的大きな物体２０が照射領域（容積１８）内に入りかつこれがスクリーン１６’から数ミリしか離れていないとき、像ＡおよびＢが図７Ｂに示したように単一の像に結合してしまって、検出器から２つの分離した像Ａおよび像Ｂを「見る」ことができない場合には、この方法を用いて物体の鉛直の運動を検出することは困難となり得ることに留意されたい。すなわち、物体とスクリーン１６’との間の距離Ｄを判定するために、所与の物体の２つの分離像を検出するよう試みる代わりに、検出された物体の幅Ｗを測定し、かつこの幅Ｗを時間の関数として辿ることで、物体とスクリーンとの間の距離Ｄの変動に関する情報を得ることができる。この実施形態において、幅Ｗは、物体およびその影と、さらにこれらの間の空間（存在している場合には）との幅である。（注：この技術は、距離Ｄの絶対値ではなく、単に相対値を与えるものであり、これは幅Ｗが物体自体の幅にも依存するためである。）図９Ａは、物体２０（１本の指）を照射容積１８内に挿入し、さらにこの指をスクリーン１６’から数ミリまで上げたり下げたりしたときの、検出された幅Ｗの変化を示している。より具体的には、図９Ａは、時間（横軸）に対する測定された幅Ｗ（縦軸、画素数）をプロットしたものである。図９Ａは、指をスクリーンから距離Ｄだけ持ち上げると、像の幅Ｗがどのように変化するかを示している。例えば、指をスクリーンから離して持ち上げたときに幅Ｗは約５５画像画素まで増加し、また指をスクリーン１６’に触れるように下げたときに約４０画像画素まで減少した。図９Ａはさらに、指を再び持ち上げる前に約１５秒間、指がスクリーン１６’と触れたままであったことも示している。すなわち図９Ａは、検出された幅Ｗの、時間での推移（および／または時間への依存関係）を検出することによって、単一の検出器１２を使用している装置１０を用いて指の上下運動を容易に検出し得ることを示している。つまり、図９Ａは、検出された指の幅Ｗの変動を（画像画素で）示したものである。指は同じ横方向の位置で保持したまま、スクリーン１６’に対して上下させた。
【００３４】
上述したように、物体の幅は「事前に」分かっていないため、この技術は距離Ｄに関する絶対的な情報を与えるものではない。この絶対的な情報を得るために、１つの例示的な実施形態では、インタラクティブスクリーンで新たな物体を使用するたびに校正シーケンスを利用する。校正モードが作動されると、物体２０を上へと動かし、さらにスクリーンに触れるまで下へと動かす。校正シーケンスの間、物体２０が上下に移動しているときに、検出システムは物体２０の幅を測定し続ける。その後、全シーケンス中に測定された最小値と同じであるとして、物体の正確な幅が判定される。この検出方法はよく機能するが、プロジェクタと検出器の位置に対する物体の配向に関し、特有の事例に限定され得る。例えば、プロジェクタ１４および検出器１２が図１に示したようにＸ軸に沿って分離しているとき、物体２０がＹ軸から４５°以内、好適には３０°以内を指している場合にこの方法はよく機能し、さらに物体２０（例えば指）が図９Ｂに示したように図１および８のＹ軸に沿った方向を指している場合に最もよく機能する。また、検出の帯域幅の制限により、再構成された画像の分解能は、プロジェクタのラインに沿った方向の方が低くなる。これにより、この実施形態では距離情報が物体の影から推定されるため、再構成された影が最も高い分解能を有するような方向にこの影を生成することが好ましい（したがって、図９Ｂに示されているように、幅ＷがＸ軸に沿っていると最も高い分解能で測定される）。すなわち、（単一の検出器を利用している装置にとって）好適な構造とは、投影された照射ライン（走査ラインＬｉ）が検出器の変位に対して垂直であるようなものである。すなわち、検出器がＸ方向に沿って変位している場合、細長い物体の向きや、プロジェクタにより提供される走査ラインの向きは、好適にはＹ軸に沿ったものとするべきである。
【００３５】
さらに、物体の位置を判定するために使用されるアルゴリズムは（ソフトウエアまたはハードウエアのどちらで実行されるものであっても）、「事前」には分からない、表示されている画像からも影響を受ける可能性がある。一例として、投影された画像の極暗いエリア内に物体２０が位置している場合には、アルゴリズムが正しい情報を提供することができない場合がある。例えば、以下で詳細に論じるようなスライダすなわち白い長方形の使用が、この問題に対する解決策となり得る。
【００３６】
投影された画像が細長い特徴（例えば、手または指の絵）を含んでいるとき、投影された特徴が物体２０として誤認識されることがあり、それによりアルゴリズムが不適切な結果を与えてしまう可能性がある。この問題に対しても、図９Ｃに示しかつ以下で詳細に論じるような、例えば、スライダ２２すなわち白い長方形２２を使用することが解決策となり得る。スライダは既定の位置に据えられているため、スライダ上での指の運動を容易に検出することができる。
【００３７】
つまり、いくつかの実施形態によれば、均一に照射されたいくつかの部分を、投影された画像に加えてもよい。この実施形態においてアルゴリズムは、画像のこの均一に照射された部分を分析し、その部分に位置している物体のみを検出する。すなわち、本実施形態において、投影された画像は均一に照射されたエリア１６”すなわちスライダ２２をさらに含み、このスライダ２２は拡散面１６上に投影された小さな白い長方形または四角形である。エリア２２内には、手や指などの投影画像は存在しない。物体がエリア１６”すなわちスライダ２２内に入ると、プログラムによって、物体と、この物体のＸ座標およびＹ座標が検出される。つまり、この実施形態においては、均一に照射された（白い）エリア内に物体が位置しているときに、検出システムがこの物体２０を単に検出するようにコンピュータがプログラムされている。物体２０が一旦検出されると、検出システムはその物体の位置している場所が「分かる」。物体が白いエリアの中心に対してＸ方向および／またはＹ方向に動くと、物体の画像が変わることにより物体の運動が検出され、また均一に照射されたエリア１６”は、物体２０の位置を連続的に辿るように移動される。
【００３８】
この方法は、仮想ディスプレイまたは仮想キーボードなどの用途に使用することができ、この場合には指を照射容積１８内で動かして、プロジェクタ１４がスクリーン１６’上に投影しているディスプレイまたはキーボード上の様々な場所をこの指で指し示す。指の上下運動を検出し、例として画像を見るための投影システム内において装置１０を使用するときにズームを制御するために利用してもよいし、あるいは他の制御機能のために利用することができ、また指の水平運動は、スクリーン１６’上に並んで存在している複数の画像の中から様々な画像を選択するために利用してもよい。
【実施例】
【００３９】
以下の実施例から、種々の実施形態がさらに明らかになるであろう。
【００４０】
実施例１
図１は、実施例１に相当する実施形態を概略的に示している。この例示的な実施形態において、プロジェクタ１４および光検出器１２はＸ軸に沿って分離して設けられている。またプロジェクタのラインはＹ軸に沿ったものであり、さらに細長い物体（例えば、指）の方向はこのＹ軸に沿っている。こういった条件で再構成された典型的な画像を図５に示す。この例示的な実施形態においてプロジェクタは、変化している画像、例えば、絵または写真を投影する。投影された画像は、同期化機構、例えば図４Ａに示されている２つの明るいライン１７Ａ、１７Ｂをさらに含んでいる。例えば、単一の検出器システムにおいて、電子機器が検出アルゴリズムを含むように構成してもよく、このアルゴリズムは以下のステップの１以上を含み得る。
【００４１】
（ｉ）校正ステップ：この適用を開始する際、プロジェクタは拡散面１６上に同期化機構に加えて完全に白い画像を投影する。次いで、白いスクリーンの画像（画像Ｉ0）を検出器１２が取得する。すなわち、白いスクリーンに相当する校正画像Ｉ0を検出してコンピュータのメモリに保存する。投影された画像の中心は、画像のエッジや角の部分よりも明るい可能性が高いことに留意されたい。
【００４２】
（ｉｉ）待機段階：プロジェクタは絵などの任意の画像を、投影している同期化機構（例えば、ライン１７Ａおよび１７Ｂ）に加えて拡散面１６上に投影する。同期化機構の強度はアルゴリズムによって監視される。この強度が、校正画像Ｉ0において検出された同期化機構の強度から著しく変化している場合には、同期化機構の位置している領域と物体が交差したことを意味する。次にアルゴリズムは、均一に照射されたエリア１６”を画像内に（例えば、図９Ｃに示されているように）置く。このエリアは、例えば、画像エリアの下部側に据えられた白い長方形２２でもよい。（この均一に照射されたエリアを、本書では「スライダ」またはスライダエリア２２と称する。）すなわち、本実施形態においてユーザは、手、ポインタ、または指を同期化機構の近くで動かして、インタラクティブスクリーンまたはキーボードの作業を開始する。
【００４３】
あるいは、プロジェクタ１４が画像を投影し、かつ検出システム（電子機器１５と検出器１２との組合せ）が常に平均の画像パワーを監視して、手、ポインタ、または指などの物体が照射容積１８内に入ったかどうかを検出する。電子機器１５は、映し出された物体の幅を見て、物体と拡散面との間の距離Ｄを、および／または物体と拡散面との間の距離Ｄの変動を、判定することができるように構成することが好ましい。物体２０が照射エリア内に入ると、検出される散乱放射の平均パワーが変化し、これにより動いている物体が検出されたという信号が電子機器１５に送られる。物体が検出されると、プロジェクタ１４は白いエリア２２を画像のエッジ位置にＸ軸に沿って投影し、すなわち白いエリア２２を置く。この白いエリアがスライダである。
【００４４】
（ｉｉｉ）「照射ムラの排除」ステップ：プロジェクタが拡散面１６上に一連の投影画像を生成すると、アルゴリズムはリアルタイムで画像Ｉiを生成し、かつこれを校正画像で除算して、新たな画像マトリクスＩ'iを生成する。ここで、Ｉ'i＝Ｉi／Ｉ0が、各投影された画像に対応する。この除算によって、プロジェクタが提供する照射におけるムラが排除される。
【００４５】
（ｉｖ）「スライダモード」。アルゴリズムは、スライダエリア２２内に入ってくる任意の細長い物体２０を、例えば、画像２値化や輪郭検出のような従来の技術を用いてさらに検出する。物体２０のスクリーン１６’までの距離Ｄを、上述したように幅Ｗを測定することによりさらに監視する。
【００４６】
（ｖ）スクリーンとの相互作用。指などの細長い物体は、エリア上またはエリア内部のその最初の位置に対して、図９Ｃに示すように、横方向に（例えば、左から右へ）または上下に動かしてもよい。いくつかの実施形態においては、指などの物体２０が横方向に動き、かつスクリーン１６’のスライダエリア２２の内部に触れているとき、画像（例えば、絵）はスライドしている指の方向へと動き、次に現れる画像のためにいくらかの余裕が残される。指がスクリーンから上方に持ち上げられた場合には、画像の中心の周囲を「ズーム」するように画像を変化させる。
【００４７】
例えば、このアルゴリズムは、スライダエリア２２沿いの画像パワーを計算することによって、指が白いエリア２２内に到達した時点を検出することができる。「タッチ」動作は、スライダ画像内で指の幅Ｗを測定することによって検出される。例えば、「スライダ移動」動作は、指がスライダを横切って動くときに検出される。「スライダ移動」動作が検出されたとき、指がスライダエリア内で左右に動くにつれて、新たな一連の絵をその後表示してもよい。
【００４８】
あるいは、スライダエリア２２はキーボードの画像を含んでもよく、このとき映し出されたキーを横切る指の動きは、どのキーが押されようとしているかについて情報を提供し、一方指の上下運動はキーの押圧に相当する。つまり実施例１の実施形態は、仮想キーボードとしても機能し得、すなわちこの実施形態を使用して仮想キーボードを実現することができる。このキーボードは、例えば、「タイピング用キーボード」でもよいし、あるいは音楽を演奏することが可能な仮想の「ピアノキー」でもよい。
【００４９】
すなわち本実施形態において、検出器および電子機器は、（ｉ）検出器の信号から、物体および拡散面の少なくとも２Ｄ画像を再構成すること、および（ｉｉ）映し出された物体の幅Ｗを感知して、物体と拡散面との間の距離Ｄを、および／またはこの距離Ｄの変動を、判定すること、（ｉｉｉ）および／または、拡散面に対する物体の位置（例えば、ＸＹ位置）を判定すること、が可能であるように構成される。
【００５０】
図１０Ａは、指の位置を時間に応じて増減するものとして（指はスライダエリア２２に沿ってＸ方向に移動させた）検出した、アルゴリズムの結果（画像画素における横方向位置）を示したものである。より具体的には、図１０Ａは、指の最初の位置がスライダエリア２２の左側（スライダの中心から約２０５画像画素）であったことを示している。指はその後、スライダの中心から約４０画像画素の位置まで右へと動き（Ｘ方向において連続的な動き）、その位置で約８秒間留まった。さらに再び指は左へと連続的な動きで移動して、スライダの中心から約２１０画素の位置に到達した。指はその後、その位置から（Ｘ方向において連続的な動きで）スライダの中心より約２５〜３０画素の位置に達するまで右へと動き、その位置で約２０秒間静止した後、再び左へと動いてスライダの中心から左に約１９５画素の位置に達した。次いで指は、図１０Ａの右側に階段状の下降曲線で示したように、少しずつ徐々に右へと移動した。
【００５１】
指の位置に加えて、投影された画像に対する物体（指など）の角度も判定することができる。例えば指の角度は、走査ラインごとに、そのライン上あるいはそのライン上方での指のエッジ位置を検出することによって判定することができる。アルゴリズムは次いで、指のエッジ関数Ｙ（Ｘ）を計算することができ、ここでＹおよびＸは投影された画像の座標である。その後、指の角度αを関数Ｙ（Ｘ）の平均の傾きとして計算する。図１０Ｂは、伸ばした指が角度αで傾斜している手の画像を示している。角度αに関する情報は、例えば、写真などの投影された画像をその相当する角度だけ回転させるために、その後利用することができる。
【００５２】
以下は、投影された画像の画像操作のために利用し得る、例示的なアルゴリズムの説明である。このアルゴリズムは、指の位置の２Ｄまたは３Ｄ情報を利用する。
【００５３】
指の画像の検出を利用するアルゴリズム：
（Ｉ）投影された画像領域内に検出された指が存在しない場合‐待機；
（ＩＩ）投影された画像領域内で検出された指が１本のみ存在し、さらに；
（ａ）指がスクリーンに触れていない場合‐待機；
（ｂ）指がスクリーンに触れかつＸ／Ｙにおいて動いている場合‐指の移動に従って画像を移動させる；
（ｃ）指がスクリーンに触れかつＸ／Ｙにおいて動いていない場合‐指の回転角αに基づいて、画像を画像平面内で回転させる；
（ＩＩＩ）投影された画像領域内で２本の指が検出され、
（ａ）指１がスクリーンに触れ、かつ指２がスクリーンに触れていない場合‐指２の高さに比例した大きさだけ画像をズームインする；
（ｂ）指１がスクリーンに触れず、かつ指２がスクリーンに触れている場合‐指１の高さに比例した大きさだけ画像をズームアウトする；さらに、
（ＩＶ）２本の指のいずれも触れていない場合‐両指の高さの差に比例した振幅で画像の３Ｄ回転を実行する。
【００５４】
すなわち、少なくとも１つの実施形態によれば、インタラクティブスクリーンを利用する方法は、
ａ）画像またはインタラクティブスクリーンを、このインタラクティブスクリーン上に投影するステップ、
ｂ）インタラクティブスクリーンの付近に物体を置くステップ、
ｃ）物体の画像を形成し、かつこの画像から物体の位置に関する情報を得るステップ、
ｄ）前記情報を利用して、電子機器により動作を始動させるステップ、
を含む。
【００５５】
例えば、物体は１以上の指でもよく、かつ始動／実行される動作は、（ｉ）投影された画像の少なくとも一部をズームインまたはズームアウトする動作、および／または（ｉｉ）投影された画像の少なくとも一部の回転、とし得る。例えば、この方法は、前記インタラクティブスクリーンに対する２本の指の高さ（すなわち、指とスクリーンとの間の距離Ｄ）を監視および／または判定するステップをさらに含み、２本の指の間の高さの差を利用して画像の回転を始動／実行させるものでもよい。あるいは、インタラクティブスクリーンに対する少なくとも１つの指の高さを判定および／または監視して、実行されるズームの大きさを指の高さに比例するようにしてもよい（例えば、Ｄの値が大きくなるにつれて、さらにズームする）。
【００５６】
いくつかの例示的な実施形態において、アルゴリズムは、どの指がスクリーンに触れているかを検出し、各指に関連した異なった動作を始動させる（例えば、ズーム、回転、右または左への動き、上または下への動き、特定の組の文字または記号の表示など）。
【００５７】
多数の物体（例えば、多数の指）が照射領域内（容積１８）にある場合、多数の影が像を混同させることがある。図１１は、２以上の近接した物体が照射領域内に挿入されたときにどのようなことが起こるかを概略的に示したものである。多数の影の像によって２以上の物体の像が互いに重なり合い、これにより物体を解像することが困難になる。仮想キーボード用途では、例えばキーを互いに適当な距離だけ間隔を空けて設け、ユーザの指が「タイピング」中に互いに離れた状態になるようにすることによって、この問題を回避することができる。例えば、仮想の「タイピング」キーボード用途において、投影されたキーは互いに約５ｍｍから１５ｍｍ離れていることが好ましい。これは、例えば、照射エリアに亘ってキーボードの拡大像を投影することによって達成し得る。
【００５８】
実施例２
上述したように、単一の軸外検出器を利用した装置１０や、幅検出手法を用いたプロセスはよく機能するが、これらはポインタなどの単一の物体の検出に最もよく適しているであろう。上述したように、多数の物体が、これらの影の像が単一の軸外検出器から見て互いに重複または接触するような形で照射領域内に据えられたとき、この多数の影が像を混同させることがある。（例えば、図１３Ａの左上部分を参照されたい）。近接した物体の分解能の問題を解決するために、実施例２の実施形態では、間隔を空けて設けられた２つの検出器１２Ａ、１２Ｂを利用して２つの異なる画像を生成する。これを図１２に概略的に示す。２つの検出器間の距離は、例えば２０ｍｍ以上でもよい。第１検出器１２Ａは、この検出器が直接の物体の影のみを検出するように、すなわち像が互いに重なり合うのを防ぎかつ正確な２Ｄ情報を与えるように（図１３Ａの左下部分参照）、プロジェクタの発光点にできる限り近づけて置かれる。第２検出器１２Ｂは軸外に置かれ（例えば、第１検出器から距離Ｘ離れた位置）、かつ検出器１２Ａから「見える」像とは異なる像が「見える」（図１３Ｂの左上部分参照）。例えば、第１検出器１２Ａはプロジェクタから１０ｍｍ以内に位置付けてもよく、また第２検出器１２Ｂは第１検出器１２Ａから少なくとも３０ｍｍ離れた位置に位置付けてもよい。図１２の実施形態において、物体に関する３Ｄ情報は、軸上検出器１２Ａと軸外検出器１２Ｂとで夫々得られた画像における差を分析することによって、コンピュータ１５または類似の装置から得ることができる。より具体的には、プロジェクタの近傍に据えられた検出器（１２Ａ）で検出された物体の影を、プロジェクタからさらに離して据えられている検出器（１２Ｂ）で検出された物体の影と比較することによって、３Ｄ情報を判定することができる。
【００５９】
２つの検出器を使用するときの理想的な構成は、図１２、１３Ｂ、および１３Ｃで示されているように、これらの検出器が１方向に（例えば、Ｘ軸に沿って）変位し、細長い物体２０（例えば指）がこの軸（Ｘ軸）に略沿った方向を指し、かつプロジェクタのラインＬｉが他方の軸（Ｙ）に沿っているものである。２つの検出器から得られた画像（図１４の上部および下部参照）を比較して（例えば、互いに差し引いて）、より良い画像情報を生み出すことができる。図１２、１３Ｂ、および１３Ｃに示されている実施形態において、走査式プロジェクタ１４は遅い走査軸と速い走査軸とを有する。２つの検出器は、これらの検出器の位置に沿ったラインがこの速い軸方向に沿ったものではなく、好適には遅い軸方向に沿ったものとなるように位置付けられる。本実施形態においては、細長い物体の長さが、最初にこの速い軸方向に沿って（例えば、速い軸方向から３０°以内に）配向されることが好ましい。
【００６０】
実施例３
図１４は、こういった条件下で得られた画像を示している。より具体的には、図１４の上の左側は軸外検出器１２Ｂにより得られた画像である。図１４の上の右側は、同じ画像を２値化して描いたものである。図１４の下の左側は、軸上検出器１２Ａにより得られた画像である。図１４の下の右側は、軸上検出器と軸外検出器とにより得られた画像の差として計算された偽彩色画像を示したものである。
【００６１】
図１４では、全ての指が拡散面（スクリーン１６’）に触れていた。図１５の画像は、中指が持ち上げられたときに得られたものである。図１５の上の左部分には、中指に隣接した暗いエリアが描かれている。これは、持ち上げられた指により生成された影である。影のサイズＷは、指の端部がスクリーンからどの程度持ち上げられたか（距離Ｄ）を示す。下の右の画像に見られるように、指のエッジでの青色エリアがかなり大きいが（図１４の下の右側のものと比較して）、これは軸外検出器１２Ｂから見た影がより長いためである。図１５の下の右側は、軸上検出器により提供された正規化された画像から、軸外検出器により得られた正規化された画像を差し引いて得られた偽彩色画像である。（暗い青色のエリア（丸が付されたエリア参照）は負の数に対応する。）その検出システムで２つの空間的に分離されている光検出器を利用している１つの例示的な実施形態において、動いている物体を検出するためのアルゴリズム（すなわち、「タッチ」および位置検出アルゴリズム）は以下のステップを含む。
【００６２】
ａ）校正ステップ：プロジェクタ１４が拡散面１６上に完全に白いスクリーンを投影しているときに、校正画像Ｉ01およびＩ02を取得する。校正画像Ｉ01は軸上検出器１２Ａにより得られた画像に相当し、また校正画像Ｉ02は軸外検出器１２Ｂにより得られた画像に相当する。すなわち、校正画像Ｉ01およびＩ02は、２つの検出器から見た白いスクリーンに相当する。これらの校正画像は、取得した後にコンピュータのメモリに保存してもよい。
【００６３】
ｂ）画像Ｉ1およびＩ2のリアルタイムでの取得。プロジェクタ１４が拡散面１６上に一連の投影画像を生成すると、アルゴリズムが一連の画像対Ｉ1、Ｉ2を生成する（画像Ｉ1、Ｉ2はリアルタイムで取得された画像に相当し、画像Ｉ1は軸上検出器１２Ａで取得され、かつ画像Ｉ2は軸外検出器１２Ｂで取得された画像に相当する）。
【００６４】
ｃ）画像Ａ1、Ａ2およびＢの計算。画像Ｉ1、Ｉ2が生成された後、アルゴリズムはこれらの画像を校正画像で除算することにより正規化し、新たな画像マトリクスＡ1およびＡ2を生成する。ここで、Ａi＝Ｉi／Ｉ0iが、各投影された画像に対応する。この除算によって、照射のムラが排除される。すなわち、Ａ1＝Ｉ1／Ｉ01およびＡ2＝Ｉ2／Ｉ02であり、ここで本書において除算とは、２つの画像マトリクスの対応している単一要素の一方を他方で割ることを意味する。つまり、マトリクスＩiにおける全ての要素が、校正マトリクスＩ0iの対応している要素で除算される。その後、２つの画像（画像マトリクス）Ａ1およびＡ2を比較することにより、画像Ｂが計算される。これは、例えば、１つの検出器から得られた画像マトリクスを他方の検出器で得られた画像マトリクスから差し引くことによって行うことができる。本実施形態においては、Ｂ＝Ａ2−Ａ1である。
【００６５】
ｄ）軸上画像Ａ1（すなわち、軸上検出器に対応する画像）から、２値化および輪郭検出などの従来の方法を用いて指の横の位置を得る。
【００６６】
ｅ）物体が検出されたら、物体（例えば指）の端部の周囲にウィンドウを画成する。マトリクスＢのウィンドウ内の画素（Ｐ）のうち、特定の閾値を下回っているものの個数を数える。物体（指など）とスクリーンとの間の距離は、この数（Ｐ）に比例する。我々の研究室で使用した例示的な実施形態においては、８画素未満が−０．７の閾値未満であった場合に指がスクリーンに触れているものと見なした。この数はほとんどの指でうまく機能するように思われたが、例えばマニキュアをした指などの特別な事例に対処するために、時には何らかの再校正が必要となることもあるであろう。
【００６７】
したがって、動いている物体を検出する方法は、
ａ）走査式プロジェクタにより照射されているエリアの少なくとも一部内に、物体を置くステップ、
ｂ）プロジェクタの走査ミラーの動き、または走査式プロジェクタにより提供されるライン走査の開始時点および／または終了時点を、少なくとも１つの光検出器で取得された入力と同期させるステップ、
ｃ）少なくとも１つの光検出器で物体を検出するステップ、および、
ｄ）走査式プロジェクタにより照射されているエリアの少なくとも一部に対する、物体の位置を判定するステップ、
を含む。
【００６８】
一実施の形態によれば、この方法は、
ａ）インタラクティブスクリーンまたは画像を、走査式プロジェクタを用いて投影するステップ、
ｂ）走査式プロジェクタにより照射されているエリアの少なくとも一部内に、物体を置くステップ、
ｃ）プロジェクタの走査ミラーの動きを検出システムと同期させて、少なくとも１つの検出器により得られた時間依存信号を、物体の少なくとも２Ｄ画像に変換するステップ、
ｄ）スクリーン１６からの物体の距離Ｄ、またはこの距離Ｄの変動を、物体の影の、形状、サイズ、または幅Ｗを分析することによって検出するステップ、および
ｅ）走査式プロジェクタで投影されたインタラクティブスクリーンまたは画像と物体とが相互作用したときに、前記エリアの少なくとも一部に対する物体の位置を判定するステップ、
を含む。
【００６９】
いくつかの実施形態によれば、空間的に分離されている少なくとも２つの検出器によって物体の画像を得、かつこれらの画像を、物体の位置に関する詳細な情報を得るために互いに比較する。２つの検出器は少なくとも２０ｍｍ離れていることが好ましい。
【００７０】
図１６は、このアルゴリズムを利用した用途の一例を示している。プロジェクタ１４が、文字を既定位置に含んだキーボードの画像を投影している。物体２０（指）の位置が監視されて、アルゴリズムはさらに、いつ指がスクリーンに触れているかを検出する。文字が位置している場所は分かっているため、アルゴリズムが、指がスクリーンに触れた位置に最も近い文字を見つけ出し、さらにこの文字を、キーボード画像の上側に投影する単語を作るためにファイルに加える。キーが押されるたびに電子機器は音を発して、ユーザになんらかのフィードバックを与える。さらに、指がスクリーンに触れている時間が長すぎたためにキーを誤って２度押してしまうことのないように、アルゴリズムは、「タッチ」が所与の指に対して検出されたときに、この指が前の画像で未だスクリーンに触れていなかったことをチェックする。
【００７１】
ユーザにさらなるフィードバックを提供するために、いくつかの追加の機能をアルゴリズムに組み込むことも可能であろう。一例として、多数の指が使用される場合、各指に対する音を異なるものとしてもよい。
【００７２】
図１６Ａに示されている投影画像は、特別なキー（「Ｋｅｙｂｏａｒｄ」）を含み得る。このキーが押されると、プロジェクタは様々なキーボードまたは書式設定（例えば、ＡＺＥＲＴＹ、ＱＷＥＲＴＹ、大文字、小文字（undercase）、フォント、テンキー、または他の言語）の、一連の選択肢を投影する。このプログラムはその後、投影されるキーパッドの種類をユーザの選択に従って変更し、すなわち投影されるキーパッドの種類をユーザの指示に従って選択する。
【００７３】
さらに、指の画像情報を利用して、より精巧な機能を実行することができる。一例としてアルゴリズムは、図１４に示されているように、１本の指の代わりに多数の指の端部に位置している影を監視することができる。多数の指の位置を監視することにより、アルゴリズムは、どの指がスクリーンのどの位置を打っているかを判定することができ、また様々な機能を様々な指に関連付けることができる。図１６Ｂは、例えば、拡散面上に投影された、変更されたキーボードを示している。この画像は多数の分割されたエリアから成り、これらの夫々が４種類の異なる文字を含んでいる。指がこれらのエリアのうちの１つに触れると、アルゴリズムによって、いずれの指が触れたのかが判定され、さらにどの指がこのエリアに触れたかに基づいて、選択されるべき文字が選定される。図１６Ｂで説明すると、例えば第２の指が上部エリアの２番目に触れると、そのエリア内の２番目の文字である文字「Ｔ」が選択される。いくつかの例示的な実施形態において、アルゴリズムは、いずれの指がスクリーンに触れているかを検出して、各指に関連した異なる動作や、あるいはその指に関連した特有の動作を始動させる（例えば、ズーム、回転、右または左への動き、上または下への動き、特定の組の文字または記号の表示など）。
【００７４】
画質は、不均一な室内照明を補償することによって（例えば、不均一な室内照明に起因するデータを排除することによって）、また画像のコントラストを改善することによって最適化することができる。検出器によって収集されるパワーは、走査式プロジェクタが発した光と室内照明からの光との和である。結果として、室内照明が変化すると、コントラストや画像パワー合計などの画像のパラメータが影響を受け、画像を処理する際にエラーを生じさせる可能性がある。
【００７５】
室内照明が画像に寄与しないようにするために、アルゴリズムは、例えば帰線時間中などのレーザの電源が切られているときに受けた信号を分析してもよい。これらの時間に亘る平均パワーを、次に、レーザのスイッチが入れられている間の信号から差し引く。最適な画質を得るためには、スクリーンの拡散係数と物体の拡散係数との間の差に応じたコントラストを最適化することが重要である。図１７Ａおよび１７Ｂは、緑色光のみ、または赤色光のみを集めたときに得られた手の画像である。図から分かるように、緑色光で照射された手（図１７Ａ）のコントラストの方が、赤色光で照射された画像（図１７Ｂ）よりも著しく優れており、これは、赤色光の代わりに緑色光で照射されたときの方が、肌の吸収係数がより高いという事実に起因する。
【００７６】
すなわち、検出器の前に緑色フィルタを挿入すると、画像のコントラストを改善することができる。緑色フィルタの使用は、アルゴリズム内で考慮されるべき色が１つのみとなるため、画像内容の補正アルゴリズムに対していくつかの利点を呈する。さらに、グリーンレーザの波長に中心を置いた狭スペクトルのフィルタを置くことで、周囲の室内光のほとんどを検出システムによって除去することができる。
【００７７】
他に明確に述べられていなければ、本書に明記されるいずれの方法も、そのステップを特定の順序で実行する必要があると解釈されることを全く意図していない。したがって、方法の請求項においてこれらのステップが行われる順序が実際に述べられていない場合、あるいは請求項または説明の中でこれらのステップが特定の順序に限定されるべきであると具体的に述べられていない場合には、何らかの特定の順序が推測されることは全く意図されていない。
【００７８】
本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の改変および変形が作製可能であることは当業者には明らかであろう。本発明の精神および内容を組み込んだ開示の実施形態の変更形態、コンビネーション、サブコンビネーション、および変形形態が、当業者には思い浮かぶであろうことから、本発明は、添付の請求項およびその同等物の範囲内にある全てのものを含むと解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００７９】
１０    装置
１２    光検出器
１４    レーザ走査式プロジェクタ
１５    電子機器
１６    拡散面
１８    照射容積
２０    物体
２２    スライダ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
2013525923.tif 000005
【図３Ｂ】
2013525923.tif 000006
【図３Ｃ】
2013525923.tif 000007
【図４Ａ】
2013525923.tif 000008
【図４Ｂ】
2013525923.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
2013525923.tif 000012
【図７Ｂ】
2013525923.tif 000013
【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【国際調査報告】
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