(57)【要約】【課題】遠隔にある指示端末から、実空間の対象物を指し示すことができる装置を提供する。【解決手段】被指示投光装置１によれば、対象物を撮影するカメラ１１と、カメラにより撮影された画像情報を他の装置へ送信し、該他の装置から指示座標情報（ｘ，ｙ）を受信する送受信手段と、指示座標情報に基づいて、画角である投光角（θ，ψ）を計算する計算手段と、カメラに近接して配置され、投光角に基づいて対象物に点投光する投光手段１２とを有する。計算手段は、画像情報の画像中心点（ｘｍａｘ／２，ｙｍａｘ／２）を、投光角（０゜，０゜）とする。投光手段１２は、２軸（θ，ψ）を制御できるものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を撮影するカメラと、
前記カメラにより撮影された画像情報を他の装置へ送信し、該他の装置から指示座標情報（ｘ，ｙ）を受信する送受信手段と、
前記指示座標情報に基づいて、画角である投光角（θ，ψ）を計算する計算手段と、
前記カメラに近接して配置され、前記投光角に基づいて前記対象物に点投光する投光手段と
を有することを特徴とする被指示投光装置。
【請求項２】
前記計算手段は、前記画像情報の画像中心点（ｘｍａｘ／２，ｙｍａｘ／２）を、前記投光角（０゜，０゜）とすることを特徴とする請求項１に記載の被指示投光装置。
【請求項３】
前記投光手段は、２軸（θ，ψ）を制御できるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の被指示投光装置。
【請求項４】
前記投光手段は、θ方向軸とθ方向回転用サーボモータとψ方向軸とψ方向回転用サーボモータとを有し、一方の軸に点投光発生源を有し、該一方の軸を他方の軸の入れ子状にしたジンバル機構からなることを特徴とする請求項３に記載の被指示投光装置。
【請求項５】
前記投光手段は、プレーナ型ガルバノ機構であって、一方の１軸ガルバノ機構を他方のガルバノ機構の入れ子状にしたジンバル機構からなり、該１軸ガルバノ機構の中心部分に点投光発生源を有することを特徴とする請求項３に記載の被指示投光装置。
【請求項６】
前記投光手段は、平行光線発光源と、該平行光線発光源から発光される光線に対するθ方向制御用ガルバノミラー及びψ方向制御用ガルバノミラーとを有することを特徴とする請求項３に記載の被指示投光装置。
【請求項７】
前記投光装置は、平行光線発光源と、２軸プレーナ型ガルバノミラーとを有し、
該２軸プレーナ型ガルバノミラーは、一方の１軸ガルバノミラーを他方の１軸ガルバノミラーの入れ子状にしたジンバル機構からなり、
前記平行光線発光源から発光される光線が、前記入れ子状にされた１軸ガルバノミラーに発光され、θ方向及びψ方向に制御されることを特徴とする請求項３に記載の被指示投光装置。
【請求項８】
携帯端末又は携帯電話機に搭載されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の被指示投光装置。
【請求項９】
前記他の装置へ送信された先の画像情報を蓄積する蓄積手段を更に有し、
前記カメラは、前記計算手段によって前記投光角を計算する際に、前記対象物を撮影して現在の画像情報を取得し、
前記計算手段は、前記先の画像情報と前記現在の画像情報とに基づいて変位情報を導出し、該変位情報を前記指示座標情報に反映する
ことを特徴とする請求項８に記載の被指示投光装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の被指示投光装置と、該被指示投光装置に対して投光位置を指示する指示装置とを有するシステムであって、
前記指示装置は、
前記被指示投光装置から受信した前記画像情報を画面表示する手段と、
表示された前記画像情報について投光位置を指示させる指示手段と、
前記指示された位置を前記指示座標情報（ｘ，ｙ）に変換する手段と、
変換された前記指示座標情報を前記被指示投光装置へ送信する手段と
を有することを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠隔指示のための被指示投光装置及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、インターネット及び携帯電話網等の通信網の発達に伴って、情報伝達のためには、音声及び文字だけでなく、静止画像及び動画像も利用されている。従って、実空間の対象物を相手先に想定させるためには、その画像情報を相手先端末へ送信することにより、相手方は容易に理解することができる。
【０００３】
しかし、例えばコンピュータの操作方法や、室内での物の在処等の実空間の対象物が、指示される側（被指示側）に存在する場合、指示する側（指示側）は、文章等でその指示物を伝えなければならず、十分に伝えることが困難な場合がある。
【０００４】
尚、遠隔指示のものではなく、単に被指示者に実空間の対象物を指し示すためのものとしては、その対象物に対して点投光するシステムがある（例えば非特許文献１参照）。また、点投光の位置を制御するために、ガルバノミラーを用いるものもある（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】
東京アセンブリングシステム株式会社、”電子部品実装光指示装置”、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１５年３月７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔａｓ−ｊｐ．ｃｏｍ／Ｑｍａｔｅ．ｈｔｍ＞
【特許文献１】
特許第２７２２３１４号公報
【０００６】
そこで、本発明は、遠隔にある指示端末から、実空間の対象物を指し示すことができる装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明における被指示投光装置によれば、
対象物を撮影するカメラと、
カメラにより撮影された画像情報を他の装置へ送信し、該他の装置から指示座標情報（ｘ，ｙ）を受信する送受信手段と、
指示座標情報に基づいて、画角である投光角（θ，ψ）を計算する計算手段と、
カメラに近接して配置され、投光角に基づいて対象物に点投光する投光手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明の他の実施形態によれば、計算手段は、画像情報の画像中心点（ｘｍａｘ／２，ｙｍａｘ／２）を、投光角（０゜，０゜）とすることも好ましい。
【０００９】
また、本発明の他の実施形態によれば、投光手段は、２軸（θ，ψ）を制御できるものであることも好ましい。
【００１０】
更に、本発明の他の実施形態によれば、投光手段は、θ方向軸とθ方向回転用サーボモータとψ方向軸とψ方向回転用サーボモータとを有し、一方の軸に点投光発生源を有し、該一方の軸を他方の軸の入れ子状にしたジンバル機構からなることも好ましい。
【００１１】
更に、本発明の他の実施形態によれば、投光手段は、プレーナ型ガルバノ機構であって、一方の１軸ガルバノ機構を他方のガルバノ機構の入れ子状にしたジンバル機構からなり、該１軸ガルバノ機構の中心部分に点投光発生源を有することも好ましい。
【００１２】
更に、本発明の他の実施形態によれば、投光手段は、平行光線発光源と、該平行光線発光源から発光される光線に対するθ方向制御用ガルバノミラー及びψ方向制御用ガルバノミラーとを有することも好ましい。
【００１３】
更に、本発明の他の実施形態によれば、
投光装置は、平行光線発光源と、２軸プレーナ型ガルバノミラーとを有し、
２軸プレーナ型ガルバノミラーは、一方の１軸ガルバノミラーを他方の１軸ガルバノミラーの入れ子状にしたジンバル機構からなり、
平行光線発光源から発光される光線が、入れ子状にされた１軸ガルバノミラーに発光され、θ方向及びψ方向に制御されることも好ましい。
【００１４】
更に、本発明の他の実施形態によれば、携帯端末又は携帯電話機に搭載されることも好ましい。
【００１５】
更に、本発明の他の実施形態によれば、
他の装置へ送信された先の画像情報を蓄積する蓄積手段を更に有し、
カメラは、計算手段によって投光角を計算する際に、対象物を撮影して現在の画像情報を取得し、
計算手段は、先の画像情報と現在の画像情報とに基づいて変位情報を導出し、該変位情報を指示座標情報に反映する
ことも好ましい。
【００１６】
更に、前述した被指示投光装置と、該被指示投光装置に対して投光位置を指示する指示装置とを有するシステムであって、
指示装置は、
被指示投光装置から受信した画像情報を画面表示する手段と、
表示された画像情報について投光位置を指示させる指示手段と、
指示された位置を指示座標情報（ｘ，ｙ）に変換する手段と、
変換された指示座標情報を被指示投光装置へ送信する手段と
を有することも好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を用いて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明による被指示投光端末１と指示端末２とからなるシステム構成図である。
【００１９】
図１によれば、被指示投光端末１は、対象物３を撮影するカメラ１１と、その対象物３に点投光する投光装置１２と、撮影した画像を表示する表示画面１３とを有する。また、被指示投光端末１は、内部に、画像情報を送信し、指示座標情報を受信する送受信部と、その指示座標情報に基づいて画角である投光角（θ，ψ）を計算する計算部とを有する。
【００２０】
特に、カメラ１１と投光装置１２とは、対象物に向かって、近接した位置に配置される必要がある。カメラ１１と投光装置１２の距離が無視できない程度離れていると、指示点に変位が生じる。一般に、この変位は、力メラのパララックスとして知られているものである。
【００２１】
一方、指示端末２は、少なくとも、表示画面２３と、投光位置を指示するカーソルボタン２４とを有する。被指示投光端末１と指示端末２とは、通信網４を介して通信可能である。
【００２２】
図２は、本発明による被指示投光端末と指示端末との間のシーケンス図である。以下では、図１と共に、図２のシーケンスを説明する。
【００２３】
（Ｓ１０）被指示投光端末１は、カメラ１１を用いて対象物３を撮影する。その画像情報は、表示画面１３に表示される。
（Ｓ１１）被指示投光端末１は、その画像情報を、通信網４を介して指示端末２へ送信する。このとき、その画像を、送信された先の画像情報として、蓄積手段に蓄積しておく。
（Ｓ２０）指示端末２は、被指示投光端末１から送信された画像情報を受信する。
（Ｓ２１）指示端末２は、その画像情報を表示画面２３に表示する。
（Ｓ２２）指示端末２は、表示画面２３上で、投光する指示点をカーソルボタン２４を用いて入力させる。
（Ｓ２３）指示端末２は、その指示点を、受信した画像情報における指示座標情報（ｘ，ｙ）に変換する。
（Ｓ２４）指示端末２は、指示座標情報を、被指示投光端末１へ送信する。
（Ｓ１２）被指示投光端末１は、指示端末２から送信された指示座標情報を受信する。
（Ｓ１３）被指示投光端末１は、計算部を用いて、受信した指示座標情報から投光角（θ及びψ）を計算する。計算部は、画像情報の画像中心点（ｘｍａｘ／２，ｙｍａｘ／２）を、投光角（０゜，０゜）として変換する。このとき、カメラは、対象物を再度撮影して現在の画像情報を取得し、先の画像情報と現在の画像情報とに基づいて変位情報を導出し、該変位情報を前記指示座標情報に反映する。
（Ｓ１４）被指示投光端末１は、計算した投光角（θ及びψ）に従って投光装置１２から投光する。
【００２４】
図３は、図２に対する指示端末の他のシーケンス図である。
【００２５】
図３によれば、指示端末２は、被指示投光端末１から受信した画像を表示するプロセスと、カーソルボタン２４による指示から求められたＸＹ座標値を被指示投光端末１へ送信するプロセスとに分けられている。これにより、プロセス毎の処理を簡易化し、高速に処理することができ、処理効率を向上させることもできる。この結果、画像をリアルタイムの動画とすることもできるので、現在のその時点で指示したい点を、指示される側に伝えることができ、より有用性が増大する。
【００２６】
図４は、指定した方向に投光できる投光装置の概略図である。
【００２７】
図４によれば、指定した方向を２角（θ・ψ）で表現して投光する。θは左右方向を示し、ψは上下方向を示す。
【００２８】
図５は、２つのガルバノミラーによる２角度可変投光装置の機構構成図である。
【００２９】
図５によれば、θ方向制御用ガルバノミラーとψ方向制御用ガルバノミラーとによって、平行光線発光源から出力されたレーザの角度を変更することができる。
【００３０】
図６は、１軸プレーナ型ガルバノミラーの概略図である。
【００３１】
図６のようなガルバノミラーは、例えば特許第２７２２３１４号「プレーナ型ガルバノミラー及びその製造方法」に記載されている。これによれば、その小型化が容易であり、携帯電話機のサイズへの実装は十分に可能である。
【００３２】
図７は、図６のミラーの制御説明図である。
【００３３】
プレーナ型ガルバノミラーは、微細加工（マイクロマシン）技術によりシリコン単結晶素材等から作成される。図７によれば、ミラー部が、１軸に対して左右に傾斜可能である。ミラー部全体が正極又は負極に帯電可能であって、ミラー部の左右部分に相対する電極部分が、左右相反して正極又は負極に帯電する。これにより、電場による吸引・反発力によって、ミラー部を、軸を支点にして傾斜させることができる。
【００３４】
図８は、２軸プレーナ型ガルバノミラーの概略図である。
【００３５】
本発明における投光装置は、２軸（θ、ψ）を必要とする。そのために、図８によれば、図７で説明された１軸のガルバノミラーを、一方の１軸ガルバノミラーを他方の１軸ガルバノミラーの入れ子状にしたジンバル機構に構成している。それぞれの軸は、図７に説明したように、それぞれのミラー部をシーソー状に傾斜させることができる。
【００３６】
図９は、図８のミラーを用いた投光装置の概略図である。
【００３７】
図９によれば、図５と同様に、平行光線発光源から出力されたレーザを、中心のミラー部に当てることにより、２軸の角度（θ、ψ）を変更することができる。
【００３８】
図１０は、ＥＯプリズム型偏向素子を用いた投光装置の概略図である。
【００３９】
図５から図９までに説明した投光装置は、機械的な機構を有するものである。これに対し、図１０は、光学的な機構を有するものである。図１０によれば、電気光学媒質（電気光学結晶）を用いた光偏向素子を２個の用いることにより、２軸（θ、ψ）の角度調整を行うものである。しかしながら、この実施形態によれば、大きい角度変化を実現することが難しいという問題もある。
【００４０】
図１１は、本発明による投光装置に最適な第１の実施形態の機構構成図である。
【００４１】
図１１によれば、投光手段は、θ方向軸と、θ方向回転用サーボモータと、ψ方向軸と、ψ方向回転用サーボモータとを有し、サーボモータで角度調整できる。特に、一方の軸に点投光発生源を直接搭載し、その一方の軸を他方の軸の入れ子状にしたジンバル機構に構成されている。ジンバル機構自体の小型化は既に実現されており、実現容易な構成である。
【００４２】
図１２は、本発明による投光装置に最適な第２の実施形態の機構構成図である。
【００４３】
図１２によれば、図８で説明した２軸プレーナ型ガルバノミラーのミラー部に、投光装置を搭載したものである。この投光装置は、面発光レーザであってマイクロレンズによる平行光線発光源であってもよい。
【００４４】
図１３は、投光位置を画角で指示できることを示す説明図である。
【００４５】
カメラでは、撮影像の中心点（光軸）からの距離は、対象橡の方向（角度）を表している。撮像素子は、一般に、図のように撮影像の中心点を、撮像素子の中心点に合わせて設置される。
【００４６】
図１４は、撮像面に対するカメラの画角を示す説明図である。
【００４７】
力メラは、カメラに組み込まれたレンズ及び撮像素子によって決まる固有の画角を持っている。画角とは、撮像素子に写る画像の範囲を光軸からの角度で表したものである。このカメラの画角は、力メラ設計時に予め決められている。従って、対象像の撮像面上での位置から、容易に対象像の方向を求めることができる。
【００４８】
撮像面上での対象像の位置は、例えば撮像素子の左上を（０，０）としたＸＹ座標で表現される。例えば、図示した画角と、撮像素子の座標軸を持つカメラを仮定すると、以下のように相当する。
撮影像中心（θ，ψ）＝（０，０）：（ｘ，ｙ）＝（１２０゜，１６０゜）
Ｘ＝２４０はθ＝１２゜、Ｘ＝０は    θ＝−１２゜
Ｙ＝０は    ψ＝１６゜、Ｙ＝３２０はψ＝−１６゜
【００４９】
これらの（ｘ，ｙ）と（θ，ψ）の関係は、一般のカメラの場合、通常一次変換式で精度良く変換できる。
角度＝画素１ドット辺りの角度×光軸からのドット数
【００５０】
この例によれば、以下のようになる。
θ＝（２４／２４０）・（  Ｘ−１２０）
ψ＝（３２／３２０）・（−Ｙ＋１６０）
【００５１】
指示点は、指示端末において、被指示投光端末のカメラで撮影した画像を下絵にしながら生成されるので、指示点の座標値は、撮影像の持つ座標軸上の座標値（ｘ，ｙ）として生成することができる。即ち、指示点の座標値（ｘ，ｙ）は、カメラの光軸からの角度（θ、ψ）へ容易に変換できる。
【００５２】
本発明によるシステムが、不特定多数の利用者間で用いられる場合、被指示側が、いつも同じカメラ（画角・撮像素子のドット数が同じ）であるとは限らない。しかし、本発明によれば、指示側は、被指示側から受信した画像の座標値で指示点を被指示側へ送信し、被指示側において、座標値（ｘ，ｙ）から投光角（θ，ψ）へ変換する。従って、先の変換の変換係数は、被指示側の力メラに固有の値である。
【００５３】
カメラ１１の光軸と投光装置の投光軸方向とを一致させ、無視できる程度に近接して配置されていれば、投光装置に指示する投光角度は、先に求めた（θ，ψ）の値をそのまま用いればよい。
【００５４】
図１５は、指示点と投光点との変位を示す画面表示図である。
【００５５】
投光中の画像を同じ力メラで撮影すると、投光された点を含めた画像が撮像できる。そこから、画像処理によって投光された点の座標を算出するのは容易である。算出された実際に投光された点と、指示点との差を算出し、投光装置の照射角度をその差分修正することで、指示点を正確に投光することが可能となる。
【００５６】
図１６は、被指示投光端末における手振れ補正の説明図である。
【００５７】
被指示投光端末が撮影画像を指示端末へ送信し、その指示端末から指示座標を受信するまでの間、被指示投光端末は固定しておくべきである。なぜなら、指示座標と、投光位置との関係が崩れてしまうからである。本発明によれば、被指示投光端末を、例えば携帯電話機のような手持ち可能な端末において実現するために、被指示投光端末は、手振れ補正の機能を備える必要がある。
【００５８】
手振れによる変位によれば、その支配的な要素は端末の回転方向の変位である。手振れが生じた後の画像を撮像したとすると、手振れ前の画像と、手振れ後の画像との変位では、対象画像が大きくなったり小さくなったりするのではなく、対象画像が上下左右方向に変位を生ずるか、回転するかである。一般的な画像処理である動き補償処理を用いれば、元と後の画像の間の上下左右回転による画像の変位の量の検出は容易である。
【００５９】
変位の量（ｄｘ２，ｄｙ２）が検出されれば、以下のような式により、投光点を元の画像での指示点に追尾させることが可能である。
Δθ２＝（２４／２４０）ｄｘ２
Δψ２＝（３２／３２０）ｄｙ２
【００６０】
図１７は、投光装置による光跡を示した説明図である。
【００６１】
図１７によれば、人間の視覚の残像現象を利用し、ガルバノミラーを高速に稼動させ、投光点を高速に動かすことにより、その光跡を図形として投影することができる。この図形を用いることにより、より高度な指示を出すことができる。
【００６２】
前述した本発明における種々の実施形態によれば、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。
【００６３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、遠隔にある指示端末から、実空間の対象物を容易に指し示すことができる。特に、実空間の対象物に投光することにより、遠隔から、人間が指差し指示をしたことと同じ効果が得られる。指示側では、その指示点が言葉として何と表現するのかを考える必要がなく、また、被指示側では、その点が言葉として何と言うものなのかを知る必要もなく、直接的に指示を受けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による被指示投光端末と指示端末とからなるシステム構成図である。
【図２】本発明による被指示投光端末と指示端末との間のシーケンス図である。
【図３】図２に対する指示端末の他のシーケンス図である。
【図４】指定した方向に投光できる投光装置の概略図である。
【図５】２つのガルバノミラーによる２角度可変投光装置の機構構成図である。
【図６】１軸プレーナ型ガルバノミラーの概略図である。
【図７】図６のミラーの制御説明図である。
【図８】２軸プレーナ型ガルバノミラーの概略図である。
【図９】図８のミラーを用いた投光装置の概略図である。
【図１０】ＥＯプリズム型偏向素子を用いた投光装置の概略図である。
【図１１】本発明による投光装置に最適な第１の実施形態の機構構成図である。
【図１２】本発明による投光装置に最適な第２の実施形態の機構構成図である。
【図１３】投光位置を画角で指示できることを示す説明図である。
【図１４】撮像面に対するカメラの画角を示す説明図である。
【図１５】指示点と投光点との変位を示す画面表示図である。
【図１６】被指示投光端末における手振れ補正の説明図である。
【図１７】投光装置による光跡を示した説明図である。
【符号の説明】
１  被指示投光端末
１１  カメラ
１２  投光装置
１３  表示画面
２  指示端末
２３  表示画面
２４  カーソルボタン
３  対象物
４  通信網
【図１】
2004271821.tif 000003
【図２】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2004271821.tif 000014
【図１３】
2004271821.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2004271821.tif 000017
【図１６】
2004271821.tif 000018
【図１７】
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