(57)【要約】【課題】被投影体上の投影領域におけるユーザの動作を検出できる投影装置を提供する。【解決手段】投影装置１は、光源１６と、表示素子としてのマイクロミラー素子１５と、投影レンズ２０と、撮像素子５４と、位置検出部５８とを備える。光源１６は、投影画像を形成するための可視光と赤外光とを射出する。マイクロミラー素子１５は、光源１６から射出された光を変調して光像を形成する。投影レンズ２０は、マイクロミラー素子１５によって変調された光像を投影して、被投影体に画像を投影し、さらに、マイクロミラー素子１５で反射した赤外光を被投影体に投影する。撮像素子５４は、赤外光に対して感度を有し、被投影体を撮影するように構成されている。位置検出部５８は、撮像素子を用いて撮影された赤外線の反射画像に基づいて、被投影体における指し示された位置を検出する。【選択図】図２
2016057363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外光と投影画像を形成するための可視光とを射出する光源と、
前記光源から射出された前記可視光を変調して光像を形成する表示素子と、
前記表示素子によって変調された前記光像を投影して、被投影体に画像を投影し、さらに、前記表示素子から出射された前記赤外光を前記被投影体に投影する投影レンズと、
前記赤外光に対して感度を有し、前記赤外光が投影された前記被投影体を撮影する撮像素子と、
前記撮像素子を用いて撮影された赤外線の反射画像に基づいて、前記被投影体における指し示された位置を検出する位置検出部と
を備える投影装置。
【請求項２】
前記可視光は、赤色光と緑色光と青色光とを含み、
前記光源は、青色光源と赤色光源とを含み、
前記赤色光は、前記赤色光源から射出され、
前記青色光は、前記青色光源から射出され、
前記緑色光と前記赤外光とは、それぞれ前記青色光源から射出された前記青色光を励起光とする蛍光として生成される、
請求項１に記載の投影装置。
【請求項３】
前記光源は、前記赤色光と前記緑色光と前記青色光と前記赤外光とを順次に射出する、
請求項２に記載の投影装置。
【請求項４】
前記光源は、前記赤色光と前記緑色光と前記青色光とを順次に射出し、前記赤外光を前記赤色光が射出されている期間に含まれる期間に射出する、
請求項２に記載の投影装置。
【請求項５】
前記光像に前記赤色光が所定の条件以上含まれているとき、前記光源は、前記赤色光と前記緑色光と前記青色光とを順次に射出し、前記赤外光を前記赤色光が射出されている期間に含まれる期間に射出し、
前記光像に前記赤色光が所定の条件以上含まれていないとき、前記光源は、前記赤色光と前記緑色光と前記青色光と前記赤外光とを順次に射出する、
請求項２に記載の投影装置。
【請求項６】
前記撮像素子に像を形成する撮影レンズをさらに備える、請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の投影装置。
【請求項７】
前記撮像素子は、前記投影レンズへの入射光に基づいて前記反射画像を取得する、請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の投影装置。
【請求項８】
前記光像として前記投影レンズから出射させる画像光を透過させ、前記投影レンズからの反射光を前記撮像素子に反射させる偏光分離装置をさらに備える、
請求項７に記載の投影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリーン等の被投影体に画像を投影する投影装置が知られている。例えば特許文献１には、青色のレーザ光源を用いて発生させた青色光と、この青色光を励起光として発生させた緑色の蛍光と、赤色の発光ダイオードを用いて発生させた赤色光とを用いてカラー画像を投影する投影装置に係る技術が開示されている。
【０００３】
投影装置により画像が投影される領域における被投影体へのタッチといったユーザの動作が検出され得ると、種々の投影動作が可能となる。例えば、検出結果に応じた投影画像のページ送りや拡大縮小といった投影画像の操作が行われ得る。また、検出結果の軌跡に基づいて文字や図形が重畳投影によって描画される等の動作が行われ得る。このような動作を行えるインタラクティブ・ホワイトボードが知られている。
【０００４】
インタラクティブ・ホワイトボードにおいて、ユーザによる入力を検出する方法としては、様々な方法がある。例えば、間隙を有する２枚の電気伝導性のシートがホワイトボードに設けられ、これらの接触を検出する感圧型のホワイトボードが知られている。また、ホワイトボードに埋め込まれたワイヤと、スタイラスペンに埋め込まれたコイルとの間の電磁誘導で接触位置を検出する電磁気型のホワイトボードが知られている。また、ホワイトボードの表面に、ホワイトボードと平行に赤外レーザ光線を照射し、この光線が遮られたときの反射光を赤外線カメラ等で検出するレーザシャワー型のホワイトボードや、光線が遮られたことを検出する検出器がホワイトボードに設けられたホワイトボードが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１３３７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、被投影体上の投影領域におけるユーザの動作を検出できる投影装置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】
【０００７】
本発明の一態様によれば、投影装置は、赤外光と投影画像を形成するための可視光とを射出する光源と、前記光源から射出された前記可視光を変調して光像を形成する表示素子と、前記表示素子によって変調された前記光像を投影して、被投影体に画像を投影し、さらに、前記表示素子から出射された前記赤外光を前記被投影体に投影する投影レンズと、前記赤外光に対して感度を有し、前記赤外光が投影された前記被投影体を撮影する撮像素子と、前記撮像素子を用いて撮影された赤外線の反射画像に基づいて、前記被投影体における指し示された位置を検出する位置検出部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、被投影体上の投影領域におけるユーザの動作を検出できる投影装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】各実施形態に係る投影装置の使用状況を説明するための図。
【図２】各実施形態に係る投影装置の構成例の概略を示すブロック図。
【図３】第１の実施形態に係る投影光学系の構成例の概略を示す図。
【図４】各実施形態に係る蛍光ホイールの構成例の概略を示す図。
【図５】第１の実施形態に係る光源の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図６】第２の実施形態に係る光源の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図７】第３の実施形態に係る投影光学系の構成例の概略を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１の実施形態］
第１の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る投影装置１の使用状況の概略を図１に示す。投影装置１は、例えば被投影体であるスクリーンとなるホワイトボード９００の上辺の近傍に設置される。投影装置１の投影レンズ２０は、超短焦点のレンズであり、ホワイトボード９００の全面に画像を投影することができる。投影装置１は、例えばスクリーンからの垂直距離が１５ｃｍ程度となるように配置されることで、６０型のスクリーンの全面に画像を投影することができる。
【００１１】
また、投影装置１は、ユーザ９１０によってホワイトボード９００上が指し示されたとき、指された点を検出することができる。投影装置１は、検出された点に基づいて、投影画像を変化させることができる。例えば、ユーザ９１０の動作に応じてページ送りや拡大又は縮小といった画像の変更が行われたり、ユーザ９１０がスタイラスペンや指でホワイトボード９００に字や図形を書くような動作を行うと、その動作に応じた字や図形が投影画像としてホワイトボード９００に投影描画されたりする。
【００１２】
投影装置１は、ホワイトボード９００上の指された点を検出するため、赤外光を、投影レンズ２０を介してホワイトボード９００に照射し、その反射光を、撮影レンズ５２を介して撮像（撮影）する。投影装置１は、撮像により得られた赤外線画像を解析して、ホワイトボード９００上の指された点を特定する。
【００１３】
投影装置１の構成例の概略を図２に示す。投影装置１は、表示素子としてマイクロミラー表示素子を用いたＤｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（ＤＬＰ）（登録商標）方式を採用しいている。投影装置１は、入出力コネクタ部１１と、入出力インターフェース（Ｉ／Ｆ）１２と、画像変換部１３と、投影処理部１４と、マイクロミラー素子１５と、光源部１６と、照射ミラー１８と、投影レンズ２０と、ＣＰＵ２５と、メインメモリ２６と、プログラムメモリ２７と、操作部２８と、音声処理部３０と、スピーカ３２と、撮影レンズ５２と、撮像素子５４と、画像処理部５６と、位置検出部５８と、重畳画像作成部６０と、システムバスＳＢとを有する。
【００１４】
入出力コネクタ部１１には、例えばピンジャック（ＲＣＡ）タイプのビデオ入力端子や、Ｄ−ｓｕｂ１５タイプのＲＧＢ入力端子といった端子が設けられており、アナログ画像信号が入力される。入力された画像信号は、入出力Ｉ／Ｆ１２及びシステムバスＳＢを介して画像変換部１３に入力される。入力された各種規格のアナログ画像信号は、入出力Ｉ／Ｆ１２においてデジタル画像信号に変換される。なお、入出力コネクタ部１１には、例えばＨＤＭＩ（登録商標）端子等も設けられ、アナログ画像信号のみならずデジタル画像信号も入力され得るように構成されてもよい。また、入出力コネクタ部１１には、アナログ信号又はデジタル信号による音声信号が入力される。入力された音声信号は、入出力Ｉ／Ｆ１２及びシステムバスＳＢを介して音声処理部３０に入力される。
【００１５】
画像変換部１３は、スケーラとも称される。画像変換部１３は、入力された画像データについて、解像度数、階調数等を調整する変換を行い、投影に適した所定のフォーマットの画像データを生成する。また、画像変換部１３は、いわゆる台形補正に係る画像処理も行う。すなわち、投影装置１は、超単焦点の投影レンズ２０を用いてホワイトボード９００に対して斜めから画像を投影する。ホワイトボード９００に長方形の画像を投影するために、投影装置１には、非球面の反射ミラー等が用いられ、光学的にいわゆる台形歪みが発生しないような光学系となっている。しかし、投影装置１とスクリーンが図１のような規定の配置で用いられない場合（スクリーンが光学系の光軸に対して傾いている場合）、投影レンズ２０から射出される画像を投影角度に応じた台形とする画像変換を行う必要がある。画像変換部１３は、このような画像変換を行う。画像変換部１３は、変換した画像データを投影処理部１４へ送信する。
【００１６】
また、画像変換部１３は、必要に応じて後述する重畳画像作成部６０によって作成された画像を重畳した画像データを、加工画像データとして投影処理部１４に送信する。重畳画像作成部６０で作成される画像は、例えば投影装置１の各種動作状態を示すＯｎ  Ｓｃｒｅｅｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ（ＯＳＤ）用のシンボルや、ユーザが指し示すことを検出した結果に基づいて作成される画像である。
【００１７】
光源部１６は、可視光である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の原色光を射出する。また、光源部１６は、赤外（ＩＲ）光を射出する。ここで、光源部１６は、複数色の色を時分割で順次射出するように構成されている。光源部１６の構成については、後に詳述する。光源部１６から射出された光は、照射ミラー１８で全反射し、マイクロミラー素子１５に入射する。
【００１８】
マイクロミラー素子１５は、アレイ状に配列された複数の微小ミラーを有する。各微小ミラーは、高速でオン／オフ動作して、光源部１６から照射された光を投影レンズ２０の方向に反射させたり、投影レンズ２０の方向からそらしたりする。マイクロミラー素子１５には、微小ミラーが例えばＷＸＧＡ（Ｗｉｄｅ  ｅＸｔｅｎｄｅｄ  Ｇｒａｐｈｉｃ  Ａｒｒａｙ）（横１２８０画素×縦８００画素）分だけ並べられている。各微小ミラーにおける反射によって、マイクロミラー素子１５は、例えばＷＸＧＡ解像度の画像を形成する。このように、マイクロミラー素子１５は空間的光変調素子として機能する。
【００１９】
投影処理部１４は、画像変換部１３から送信された画像データに応じて、その画像データが表す画像を表示させるため、マイクロミラー素子１５を駆動する。すなわち、投影処理部１４は、マイクロミラー素子１５の各微小ミラーをオン／オフ動作させる。ここで投影処理部１４は、マイクロミラー素子１５を高速に時分割駆動する。単位時間の分割数は、所定のフォーマットに従ったフレームレート、例えば６０［フレーム／秒］と、色成分の分割数、例えば３［色］と、表示階調数、例えば２５６［階調］とを乗算して得られる数である。また、投影処理部１４は、マイクロミラー素子１５の動作と同期させて光源部１６の動作も制御する。すなわち、投影処理部１４は、各フレームを時分割して、フレーム毎に全色成分の光を順次射出するように光源部１６の動作を制御する。
【００２０】
投影レンズ２０は、マイクロミラー素子１５から導かれた光を、ホワイトボード等の被投影体に投影する光に調整する。したがって、マイクロミラー素子１５による反射光で形成された光像は、投影レンズ２０を介して、ホワイトボード等の被投影体に投影され表示される。投影レンズ２０は、投影画像の合焦状態を調整するためのフォーカス調整機構を有する。
【００２１】
音声処理部３０は、ＰＣＭ音源等の音源回路を備える。入出力コネクタ部１１から入力されたアナログ音声データに基づいて、又は投影動作時に与えられたデジタル音声データをアナログ化した信号に基づいて、音声処理部３０は、スピーカ３２を駆動して拡声放音させる。また、音声処理部３０は、必要に応じてビープ音等を発生させる。スピーカ３２は、音声処理部３０から入力された信号に基づいて音声を出力する一般的なスピーカである。
【００２２】
ＣＰＵ２５は、画像変換部１３、投影処理部１４、音声処理部３０、画像処理部５６、位置検出部５８、重畳画像作成部６０の動作を制御する。このＣＰＵ２５は、メインメモリ２６及びプログラムメモリ２７と接続されている。メインメモリ２６は、例えばＳＲＡＭで構成される。メインメモリ２６は、ＣＰＵ２５のワークメモリとして機能する。プログラムメモリ２７は、電気的に書き換え可能な不揮発性メモリで構成される。プログラムメモリ２７は、ＣＰＵ２５が実行する動作プログラムや各種定型データ等を記憶する。また、ＣＰＵ２５は、操作部２８と接続されている。操作部２８は、投影装置１の本体に設けられるキー操作部と、投影装置１専用の図示しないリモートコントローラからの赤外光を受光する赤外線受光部とを含む。操作部２８は、ユーザが本体のキー操作部又はリモートコントローラで操作したキーに基づくキー操作信号をＣＰＵ２５に出力する。ＣＰＵ２５は、メインメモリ２６及びプログラムメモリ２７に記憶されたプログラムやデータを用いて、操作部２８からのユーザの指示に応じて投影装置１の各部の動作を制御する。
【００２３】
撮影レンズ５２は、ホワイトボード９００の方向を撮影するためのレンズである。撮像素子５４は、赤外線に対して感度を有する撮像素子である。撮像素子５４は、撮影レンズ５２を介してホワイトボード９００の方向を撮影する。撮像素子５４は、撮影によって取得した赤外線画像の画像信号を画像処理部５６へと出力する。
【００２４】
画像処理部５６は、撮像素子５４から取得した画像信号に対して一般的な画像処理を施す。画像処理部５６は、画像処理後の画像情報を位置検出部５８へと出力する。位置検出部５８は、画像処理部５６から取得した画像情報に基づいて、ユーザが指し示す位置を検出する。例えば、画像処理部５６で行われる画像処理に輪郭抽出が含まれ、位置検出部５８は、抽出された輪郭に基づいて、ユーザの指や、ユーザが保持するペンや、指し棒の先端等を検出することができる。
【００２５】
重畳画像作成部６０は、入出力コネクタ部１１から入力された画像信号に基づく投影画像に重畳する画像を作成する。重畳画像には、例えば投影装置１の各種動作状態を示すＯＳＤ用のシンボルが含まれる。また、重畳画像には、例えばユーザがホワイトボード９００を指し示す様子を撮像素子５４が撮影し、位置検出部５８が検出した位置に基づいて作成される画像が含まれる。例えば、ユーザがホワイトボード９００上に字を書くような動作を行ったとき、この動作に応じてユーザが示す軌跡に従って字を表す画像が重畳画像として作成される。
【００２６】
次に、投影装置１の投影光学系について説明する。投影装置１の光学系のうち、光源部１６、マイクロミラー素子１５、投影レンズ２０等に係る部分を図３に示す。
【００２７】
光源部１６には、青色光源として機能するレーザ光源ユニット１２０が設けられている。レーザ光源ユニット１２０は、青色のレーザ光を発する半導体発光素子である半導体レーザ（レーザダイオード；ＬＤ）１２１を有する。ＬＤ１２１は、レーザ光源ユニット１２０内にアレイ状に配列されている。例えば本実施形態では、３行８列に計２４個のＬＤ１２１がアレイ状に配置されている。各ＬＤ１２１が発する青色のレーザ光は、各ＬＤ１２１に対応して配置されたコリメータレンズ１２２を通り平行光となる。
【００２８】
コリメータレンズ１２２と対向した位置には、ミラー１２３が階段状に配置されている。ＬＤ１２１から射出された青色のレーザ光は、ミラー１２３で反射し、その光路を９０度変化させつつ、１つの光束にまとめられる。このようにして、光束がレーザ光源ユニット１２０から射出される。
【００２９】
青色レーザ光の光束の光路上には、レンズ１４１，１４２及び第１のダイクロイックミラー１４３が配置されている。ミラー１２３で反射したレーザ光は、レンズ１４１，１４２によって平行な光束とされた後、第１のダイクロイックミラー１４３に入射する。第１のダイクロイックミラー１４３は、青色光を透過する。透過光の光路には、レンズ１４４，１４５及び蛍光ホイール１４６が配置されている。第１のダイクロイックミラー１４３を透過した青色光は、レンズ１４４，１４５を介して蛍光ホイール１４６に照射される。
【００３０】
蛍光ホイール１４６は、円盤形状をしている。蛍光ホイール１４６は、４つの領域に分割されている。蛍光ホイール１４６の模式図を図４に示す。蛍光ホイール１４６の４つの領域を、それぞれＢ領域、Ｇ領域、Ｒ領域、ＩＲ領域と称することにする。
【００３１】
蛍光ホイール１４６のＢ領域には、透過用の拡散板が形成されている。この拡散板は、青色光を透過し、かつその光を拡散させる板である。Ｂ領域に入射した青色レーザ光は、蛍光ホイール１４６を透過する。
【００３２】
蛍光ホイール１４６のＧ領域は、青色の励起光に基づいて緑色の蛍光を発する。Ｇ領域には、青色レーザ光が入射する面に、青色の光が照射された際に緑色の蛍光を放射する蛍光体が塗布されている。蛍光体の裏面には、反射板が形成されている。Ｇ領域に青色レーザ光が入射すると、蛍光ホイール１４６のＧ領域では緑色の蛍光が放射される。この緑色の蛍光は、等方的に放射される。蛍光体の裏面側に放射された蛍光は、反射板によって反射される。したがって、蛍光層から放射された蛍光は、レンズ１４５，１４４側に導かれる。
【００３３】
蛍光ホイール１４６のＲ領域（Ｒ期間に対応する領域）には、後述するように、光源の点灯の制御（光源部１６の動作パターン）により、Ｒ領域には光が入射しないように制御される。したがって、Ｒ領域は、どのような構成を有していてもよいが、光源の点灯の制御により、Ｇの発光期間とＲの発光期間の長さがある程度可変できるように、Ｒ領域（Ｒ期間に対応する領域）にも緑色の蛍光層が施されていることが好ましい。
【００３４】
蛍光ホイール１４６のＩＲ領域は、青色の励起光に基づいて赤外の蛍光を発する。ＩＲ領域には、青色レーザ光が入射する面に、青色の光が照射された際に赤外の蛍光を放射する蛍光体が塗布されている。蛍光体の裏面には、反射板が形成されている。ＩＲ領域に青色レーザ光が入射すると、蛍光ホイール１４６のＩＲ領域では赤外の蛍光が放射される。この赤外光は、等方的に放射される。蛍光体の裏面側に放射された赤外光は、反射板によって反射される。したがって、蛍光層から放射された赤外光は、レンズ１４５，１４４側に導かれる。
【００３５】
蛍光ホイール１４６は、回転駆動部であるモータ１４７の駆動により回転する。この回転は、投影処理部１４によって、マイクロミラー素子１５とともに同期制御される。投影処理部１４は、制御の際、蛍光ホイール１４６に形成された図示しないマーカの回転を検出し、その検出結果を利用する。
【００３６】
青色のレーザ光は、蛍光ホイール１４６のＧ領域又はＩＲ領域に入射すると、緑色又は赤外の蛍光を放射する。この蛍光は、レンズ１４５，１４４側に導かれ、レンズ１４５，１４４を通過した蛍光は、第１のダイクロイックミラー１４３に入射する。
【００３７】
第１のダイクロイックミラー１４３は、緑色光及び赤外光を反射する。反射光の光路には、レンズ１４８と第２のダイクロイックミラー１４９が配置されている。第１のダイクロイックミラー１４３で反射した緑色又は赤外の蛍光は、レンズ１４８を介して第２のダイクロイックミラー１４９に入射する。第２のダイクロイックミラー１４９は緑色光及び赤外光を反射する。この反射光の光路には、レンズ１５０と、インテグレータ１５１と、レンズ１５２と、ミラー１５３と、レンズ１５４と、照射ミラー１８とがこの順に配置されている。インテグレータ１５１は、光束の輝度分布を均一にする素子である。第２のダイクロイックミラー１４９で反射した緑色光及び赤外光は、レンズ１５０を介してインテグレータ１５１を通り輝度分布が均一な光束とされ、レンズ１５２、ミラー１５３、レンズ１５４を介して照射ミラー１８に入射する。
【００３８】
また、レーザ光源ユニット１２０から射出された青色レーザ光がＢ領域に入射したとき、この青色レーザ光は、以下の経路を通る。レーザ光源ユニット１２０から射出された青色レーザ光は、蛍光ホイール１４６のＢ領域の拡散板に入射し、この拡散板を拡散しつつ透過する。透過光の光路上には、レンズ１５６、ミラー１５７、レンズ１５８、ミラー１５９、レンズ１６０、第２のダイクロイックミラー１４９が配置されている。拡散板を透過した青色光は、レンズ１５６を介してミラー１５７で反射し、レンズ１５８を介してさらにミラー１５９で反射し、レンズ１６０を介して、第２のダイクロイックミラー１４９に入射する。第２のダイクロイックミラー１４９は、青色光を透過させる。第２のダイクロイックミラー１４９を透過した青色光は、レンズ１５０を介してインテグレータ１５１を通り輝度分布が均一な光束とされる。インテグレータ１５１から出射した青色光は、レンズ１５２、ミラー１５３、レンズ１５４を介して照射ミラー１８に入射する。
【００３９】
光源部１６は、さらに赤色光を発する半導体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）１３１を光源として有する発光ダイオードユニット１３０を有する。発光ダイオードユニット１３０は、赤色光源として機能する。ＬＥＤ１３１から射出された光の光路上には、レンズ１３２，１３３及び第１のダイクロイックミラー１４３が配置されている。ＬＥＤ１３１が発する赤色光は、レンズ１３２，１３３を介して、第１のダイクロイックミラー１４３に入射する。第１のダイクロイックミラー１４３は、赤色光を透過する。第１のダイクロイックミラー１４３を透過した赤色光は、レンズ１４８を介して第２のダイクロイックミラー１４９に入射する。第２のダイクロイックミラー１４９は赤色光を反射する。第２のダイクロイックミラー１４９で反射した赤色光は、レンズ１５０を介してインテグレータ１５１を通り輝度分布が均一な光束とされる。インテグレータ１５１から出射した赤色光は、レンズ１５２、ミラー１５３、レンズ１５４を介して照射ミラー１８に入射する。
【００４０】
照射ミラー１８で反射した緑色光、青色光、赤色光はそれぞれ、レンズ１５５を介してマイクロミラー素子１５に照射される。マイクロミラー素子１５は、投影レンズ２０方向への反射光によって光像を形成する。このマイクロミラー素子１５から投影レンズ２０へ向かう光をオン光と称することにする。このオン光による光像はレンズ１５５及び投影レンズ２０を介して投影対象であるホワイトボード９００等に照射される。
【００４１】
同様に、照射ミラー１８で反射した赤外光は、レンズ１５５を介してマイクロミラー素子１５に照射される。マイクロミラー素子１５で投影レンズ２０の方向へと反射したオン光は、レンズ１５５及び投影レンズ２０を介して投影対象であるホワイトボード９００等に照射される。この赤外光は、観察者の視覚では認識されない。
【００４２】
本実施形態に係る投影装置１の投影動作について説明する。この投影動作は、ＣＰＵ２５の制御の下、投影処理部１４が実行するものである。光源部１６の動作は、投影処理部１４により制御される。投影処理部１４は、光源部１６内の各色を発する半導体レーザやＬＥＤのオン又はオフや、それら光源と蛍光体との組み合わせなどを変化させることで、例えば赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の３色の光と、赤外光（ＩＲ）とを、光源部１６から順次射出させる。
【００４３】
光源部１６の動作のタイミングチャートを図５に示す。図５の上段（Ｒ−ＬＥＤ）は、赤色の発光ダイオード（ＬＥＤ）１３１がオンになっているタイミングを示す。赤色のＬＥＤ１３１がオンになっているとき、光源部１６からは、赤色光が射出される。
【００４４】
図５の下段（Ｂ−ＬＤ）は、青色の半導体レーザ（ＬＤ）１２１がオンになっているタイミングを示す。青色のＬＤ１２１がオンになっているときは、蛍光ホイール１４６の位置によって光源部１６から射出される光の波長が異なる。図５において、「Ｂ期間」と記載されている期間は、青色のレーザ光が蛍光ホイールのＢ領域の拡散板に入射するときであり、光源部１６からは、青色光が射出される。図５において、「Ｇ期間」と記載されている期間は、青色のレーザ光が蛍光ホイール１４６のＧ領域の蛍光体に入射するときであり、光源部１６からは、緑色光が射出される。図５において、「ＩＲ期間」と記載されている期間は、青色のレーザ光が蛍光ホイールのＩＲ領域の蛍光体に入射するときであり、光源部１６からは、赤外光が射出される。
【００４５】
このように、本実施形態に係る光源部１６からは、青色光、緑色光、赤色光、赤外光が順次射出される。光源部１６から射出された青色光、緑色光、赤色光、赤外光は、マイクロミラー素子１５に順次入射する。
【００４６】
マイクロミラー素子１５では、赤色光、緑色光、及び青色光について、微小ミラー毎（画素毎）に、画像データに基づく階調が高い程入射した光が投影レンズ２０に導かれる時間が長くされ、階調が低い程入射した光が投影レンズ２０に導かれる時間が短くされる。すなわち、投影処理部１４は、階調が高い画素に対応する微小ミラーが長時間オン状態となるように、階調が低い画素に対応する微小ミラーが長時間オフ状態となるように、マイクロミラー素子１５を制御する。このようにすることで、投影レンズ２０から射出される赤色光、緑色光、及び青色光について、微小ミラー毎（画素毎）に各色の階調が表現され得る。
【００４７】
フレーム毎に、微小ミラーがオンになっている時間で表現された階調が各色について組み合わされることでカラー画像が表現される。以上のようにして、投影レンズ２０からは、画像が表現された投影光が射出される。この投影光が、例えばホワイトボード９００に投影されることで、ホワイトボード９００にはカラー画像が表示される。
【００４８】
光源部１６から赤外光が射出されているとき、マイクロミラー素子１５は全ての微小ミラーがオン状態になっている。すなわち、光源部１６から赤外光が射出されているとき、投影レンズ２０からは、投影領域の全体に渡って赤外光が射出される。なお、この赤外光は、人間の目では知覚されないので、投影される画像には影響を与えない。
【００４９】
光源部１６から赤外光が射出されているとき、撮像素子５４は、投影領域の撮影を行う。撮像素子５４は、赤外光に対して感度を有する撮像素子であるので、光源部１６から射出され、投影レンズ２０を介して投影領域全体に照射された赤外光によって照らされた物体を撮像する。図１に示すように、投影装置１は、ホワイトボード９００の近傍に設置されるので、撮像素子５４は、ホワイトボード９００の近傍の物体のみを撮像する。
【００５０】
撮像素子５４で取得された画像信号は、画像処理部５６によって画像処理される。画像処理部５６で画像処理されることで取得された反射画像情報に基づいて、位置検出部５８は、画像に含まれる、例えばユーザの指先やペン先や指し棒の先端の位置を検出する。検出された位置に基づいて、各種動作が行われる。例えば検出された位置の動きに基づいて、ページがめくられるように投影されている画像が変更されたり、投影画像の一部が拡大されたり、重畳画像の書き込みが行われたりする。
【００５１】
位置検出部５８が検出した位置情報は、例えば重畳画像作成部６０に伝達される。例えばユーザの動作に応じた文字や図形の描画を行うとき、重畳画像作成部６０は、検出された位置情報に応じて重畳画像を作成する。作成された重畳画像は、投影処理部１４に伝達されて、ホワイトボードに投影される。また、例えばユーザの動作に応じてページ送り等を行うとき、検出された位置情報は、例えば入出力コネクタ部１１に接続されたＰＣに伝達され、入出力コネクタ部１１に接続されたＰＣでページ送り等が行われる。また、ＰＣが用いられずに、ＣＰＵ２５の制御下でページ送り等が制御されているとき、検出された位置情報は、ＣＰＵ２５に伝達される。ＣＰＵ２５は、検出された位置除法に基づいて、ページ送り等の制御を行う。
【００５２】
撮像素子５４は、投影レンズ２０から照射された赤外光の反射光を撮影するので、画像に基づく位置検出における外乱の影響は小さくなる。また、赤外光によれば、エッジ検出が容易に行われることとなり、画像処理部５６における画像処理演算量は、一般のＲＧＢカメラが用いられる場合と比較して小さくなる。
【００５３】
本実施形態によれば、被投影体であるホワイトボード９００の近傍におけるユーザの動作が容易に取得され得る。
【００５４】
インタラクティブ・ホワイトボードにおいて、ユーザの入力を検出する方法としては、いくつかの方法がある。例えば、ホワイトボードに感圧機構を設けたものや、電磁誘導の検出機構を設けたものや、ホワイトボードの例えば上部からホワイトボードと平行に赤外光を照射し、この赤外光が遮られた位置を赤外線カメラで撮影するレーザシャワー方式を用いたもの等が知られている。これらの方式では、ホワイトボードに特殊な機構が組み込まれている必要がある。これに対して本実施形態では、ホワイトボードに対して複雑な仕組みを設ける必要はない。また、レーザシャワー方式を用いたシステムでは、ホワイトボードの周囲に凹凸があったり、ホワイトボードが湾曲していたりすると、システムが設置できない。これに対して本実施形態に係る投影装置１は、ホワイトボードの凹凸や湾曲等に依存せずに機能し得る。また、赤外光の照射に画像投影に用いる光学系が利用されているので、画像の投影領域に確実に赤外光が照射され得る。
【００５５】
さらに、光源部１６では、赤外光を発生させるために、青色のＬＤ１２１と蛍光ホイール１４６に設けられた蛍光体とが用いられている。このため、赤外光を射出しない光源部と比較して、光源部１６の構造をほとんど変更させる必要がなく、赤外光を射出するために光源部１６が複雑化されることがほとんどない。
【００５６】
なお、ホワイトボード９００と例えばユーザの指との間の距離を求めるため、撮影レンズ５２及び撮像素子５４が２つ以上設けられ、視差を用いた立体視の技術が適用されてもよい。
【００５７】
また、上記説明では、赤色光、緑色光、青色光の３色を用いるプロジェクタの例を示したが、マゼンタやイエロー等の補色や、白色光等を組み合わせて画像を形成するように、これら色の光を射出できるようにプロジェクタが構成されてもよい。
【００５８】
本実施形態では、投影装置１に撮影レンズや撮像素子５４が設けられる例を示した。しかしながらこれに限らず、撮影レンズ５２、撮像素子５４、画像処理部５６等は、投影装置１の外部に投影装置１とは別装置として設けられてもよい。
【００５９】
［第２の実施形態］
第２の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。第１の実施形態では、図５に示すように、光源部１６から青色光が射出されるＢ期間と、緑色光が射出されるＧ期間と、赤色光が射出されるＲ期間と、赤外光が射出されるＩＲ期間とが順次に設けられていた。このような光源部１６の動作パターンを第１のモードと称することにする。本実施形態では、第１のモードと異なり、ＩＲ期間がＲ期間の一部と重なるように設けられるようにしている。このような光源部１６の動作パターンを第２のモードと称することにする。
【００６０】
第２のモードに係る光源部１６の動作のタイミングチャートを図６に示す。図６に示すように、第２のモードに係るＢ期間及びＧ期間は、第１のモードに係るＢ期間及びＧ期間と同様である。また、第２のモードでは、第１のモードにおけるＲ期間とＩＲ期間とを合わせた期間がＲ期間となっている。このため、第２のモードでは、Ｒ期間の一部においてＩＲ期間が重なっている。
【００６１】
本実施形態に係る蛍光ホイール１４６は、第１の実施形態に係る蛍光ホイール１４６と同様である。すなわち、第１のモードと第２のモードとでは、青色のＬＤ１２１及び蛍光ホイール１４６の動作は、第１の実施形態の場合と同様である。また、Ｂ期間及びＧ期間のマイクロミラー素子１５の動作は第１の実施形態の場合と同様である。
【００６２】
第２のモードでは、Ｒ期間において、赤色のＬＥＤ１３１から赤色光が射出され、光源部１６から赤色光が射出される。また、Ｒ期間の一部において、青色のＬＤ１２１からも青色レーザ光が射出され、このレーザ光が蛍光ホイール１４６のＩＲ領域に入射し、光源部１６からは赤色光と同時に赤外光が射出される。光源部１６から射出された赤外光は、赤色光と共に、マイクロミラー素子１５で反射する。すなわち、第１の実施形態では、入力画像に関わらず投影領域の全面に均一に赤外光が照射されるが、本実施形態では、入力画像の赤色成分に応じて、赤外光が照射される領域と強度とが異なることになる。そこで、本実施形態では、投影画像に赤色成分が含まれているとき、投影装置１は、第２のモードで動作させるようにする。一方、投影画像に赤色成分が含まれていないとき、投影装置１は、第１のモードで動作させるようにする。
【００６３】
第２のモードによれば、第１の実施形態の場合と同様の効果とともに、第１のモードよりもＲ期間が長く設定されるので、投影画像の画質が向上する。したがって、本実施形態によれば、投影画像に赤色成分が含まれているときは、画質が向上する。しかし、投影画像に赤色成分が含まれていないときには、赤外光もオフ光となってしまうので、第１の実施形態の場合のように第１のモードで動作させるようにする。
【００６４】
なお、本実施形態では、投影画像に赤色成分が含まれているか否かで適用されるモードを変化させると記載したが、赤色成分が含まれているか否かの判断は適宜に設定され得る。全投影領域に対する赤色成分を含む領域の広さや、赤色成分の強度等の組み合わせに応じて、適宜にいずれのモードが用いられるかの判断基準が設定され得る。
【００６５】
［第３の実施形態］
第３の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態では、第１の実施形態の投影装置と光学系の構成が異なり、投影レンズ２０が撮影レンズ５２としても用いられる。すなわち、被投影体で反射した赤外光が投影レンズ２０を介して撮像素子５４に導かれる。
【００６６】
本実施形態に係る投影装置１の光学系の構成例を図７に示す。図７に示すように、レンズ１５５と投影レンズ２０との間に、偏光子１８２と、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１８４と、λ／４板１８６とが設けられている。
【００６７】
マイクロミラー素子１５で反射した光は、偏光子１８２を透過する。偏光子１８２を透過した光は直線偏光となる。この光は、偏光ビームスプリッタ１８４を透過する。偏光ビームスプリッタ１８４を透過した光は、λ／４板１８６を透過して円偏光となり、投影レンズ２０から射出される。
【００６８】
反射光は、投影レンズ２０を介してλ／４板１８６に入射する。λ／４板１８６に入射した光は、λ／４板１８６で、偏光ビームスプリッタ１８４を透過したときとは偏光面が９０°異なる偏光となる。この光は、偏光ビームスプリッタ１８４で反射して、レンズ１８８を介して、撮像素子５４へと導かれる。
このように、偏光子１８２と、偏光ビームスプリッタ１８４と、λ／４板１８６が偏光分離装置として機能する。
【００６９】
撮像素子５４は、撮像素子５４への入射光に基づいて画像信号を生成する。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００７０】
本実施形態によれば、投影光学系と撮影光学系とが重なることで、投影画像と撮像画像とに視差が生じない。このため、投影画像に対してユーザが指し示す位置を正確に検出することができる。また、投影レンズ２０と撮影レンズ５２とが共有されることで、投影装置１を小型化することができる。
【００７１】
本実施形態は、第２の実施形態と組み合わされて適用されてもよい。
【００７２】
なお、上記実施形態では、表示素子として、マイクロミラー表示素子を用いる構成で本発明を説明したが、本発明は、それに限定されるものではない。
例えば、表示素子として、単板式の反射型あるいは透過型の液晶表示素子を用いて時分割駆動される液晶方式の投影装置であっても、図５、図６に示されるような光源部１６の動作のタイミングチャートに同期して、画像信号を変調するように液晶表示素子を駆動すれば、本発明は、同様に適用できることは言うまでもない。
【００７３】
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
赤外光と投影画像を形成するための可視光とを射出する光源と、
前記光源から射出された前記可視光を変調して光像を形成する表示素子と、
前記表示素子によって変調された前記光像を投影して、被投影体に画像を投影し、さらに、前記表示素子から出射された前記赤外光を前記被投影体に投影する投影レンズと、
前記赤外光に対して感度を有し、前記赤外光が投影された前記被投影体を撮影する撮像素子と、
前記撮像素子を用いて撮影された赤外線の反射画像に基づいて、前記被投影体における指し示された位置を検出する位置検出部と
を備える投影装置。
［２］
前記可視光は、赤色光と緑色光と青色光とを含み、
前記光源は、青色光源と赤色光源とを含み、
前記赤色光は、前記赤色光源から射出され、
前記青色光は、前記青色光源から射出され、
前記緑色光と前記赤外光とは、それぞれ前記青色光源から射出された前記青色光を励起光とする蛍光として生成される、
［１］に記載の投影装置。
［３］
前記光源は、前記赤色光と前記緑色光と前記青色光と前記赤外光とを順次に射出する、
［２］に記載の投影装置。
［４］
前記光源は、前記赤色光と前記緑色光と前記青色光とを順次に射出し、前記赤外光を前記赤色光が射出されている期間に含まれる期間に射出する、
［２］に記載の投影装置。
［５］
前記光像に前記赤色光が所定の条件以上含まれているとき、前記光源は、前記赤色光と前記緑色光と前記青色光とを順次に射出し、前記赤外光を前記赤色光が射出されている期間に含まれる期間に射出し、
前記光像に前記赤色光が所定の条件以上含まれていないとき、前記光源は、前記赤色光と前記緑色光と前記青色光と前記赤外光とを順次に射出する、
［２］に記載の投影装置。
［６］
前記撮像素子に像を形成する撮影レンズをさらに備える、［１］乃至［５］のうち何れか１項に記載の投影装置。
［７］
前記撮像素子は、前記投影レンズへの入射光に基づいて前記赤外線画像を取得する、［１］乃至［５］のうち何れか１項に記載の投影装置。
［８］
前記光像として前記投影レンズから出射させる画像光を透過させ、前記投影レンズからの反射光を前記撮像素子に反射させる偏光分離装置をさらに備える、
［７］に記載の投影装置。
【符号の説明】
【００７４】
１…投影装置、１１…入出力コネクタ部、１２…入出力インターフェース、１３…画像変換部、１４…投影処理部、１５…マイクロミラー素子（表示素子）、１６…光源部、１８…照射ミラー、２０…投影レンズ、２６…メインメモリ、２７…プログラムメモリ、２８…操作部、３０…音声処理部、３２…スピーカ、５２…撮影レンズ、５４…撮像素子、５６…画像処理部、５８…位置検出部、６０…重畳画像作成部、１２０…レーザ光源ユニット、１２１…半導体レーザ、１２２…コリメータレンズ、１２３，１５３，１５７，１５９…ミラー、１３０…発光ダイオードユニット、１３１…発光ダイオード、１３２，１３３，１４１，１４２，１４４，１４５，１４８，１５０，１５２，１５４，１５５，１５６，１５８，１６０，１８８…レンズ、１４３…第１のダイクロイックミラー、１４６…蛍光ホイール、１４７…モータ、１４９…第２のダイクロイックミラー、１５１…インテグレータ、１８２…偏光子、１８４…偏光ビームスプリッタ、１８６…λ／４板。
【図１】
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【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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