(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射型のスクリーン、画像をスクリーンに投影するためのプロジェクタ、プロジェクタに画像信号を供給する画像入力装置、スクリーン上の画像を指示するための光学的ポインタを備えた画像形成システムにおいて、
スクリーンは、光学的ポインタから照射される光線を感知する光センサがマトリクス状に配置されており、
プロジェクタは、光学的ポインタと同種の光信号を複数個所含んだ状態でスクリーンに画像投影し、
画像入力装置は、光線を感知した光センサから発せられる電気信号に基づき、スクリーン上の光線の位置であるスクリーン上座標を計算する光線位置検出機能、光線位置検出機能により計算されたスクリーン上座標を基準に、ある定められた画像パタンを元画像に重ね合わせるための位置合わせ機能、及び元画像と画像パタンの画像信号を合成する画像編集機能を有し、
位置合わせ機能は、スクリーン上の前記光信号を検出した位置であるスクリーン上座標と投影画像中の光信号照射位置である投影画像座標とから、スクリーン上座標と投影画像座標の相対位置関係を計算して両者の位置合わせを行うことを特徴とする画像投影システム。
【請求項２】
請求項１記載の画像投影システムにおいて、
画像入力装置は、前記光線位置検出機能で得られた投影画像のスクリーン上座標から補正投影領域を計算し、スクリーン上で投影画像に歪みが生じないように、元画像を補正する補正機能を有することを特徴とする画像投影システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロジェクタからスクリーンに画像を投影する画像投影システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プロジェクタを使用し、複数の聴講者に講義、講演、説明等を行う機会が増えている。これは専ら、プロジェクタの投影画像の品質が高まったこと、パソコン等の情報入力機器のハード及びソフトの機能が充実したこと等による。
【０００３】
しかし従来の画像投影システムにおいて、スクリーン上に投影されている画像の編集を行うためには、プロジェクタ使用者（プレゼンテータと呼ぶ）、もしくはその代行がパソコン等の情報入力機器上でマウス操作、キー入力操作等を行わなければならなかった。
【０００４】
従って、プレゼンテータが、説明の効果を上げるために説明文中の、強調したい文字列に下線を引いたり文字列を囲んだりしようとしても、説明しながらのパソコン操作が煩わしく、思うに任せなかった。
【０００５】
この不具合を解決するためには、説明しながら恰も黒板にペンで線を書く感覚で、スクリーン上の元画像にある種の画像パターンをマーキングできる技術が必要である。
【０００６】
特開平５−４６１２９号公報においては、磁気センサを配置したスクリーンと、先端に磁石を備えた指示棒（磁石ポインタ）を組み合わせ、プレゼンテータが磁石ポインタでスクリーン上の位置を指示し、磁石センサにより検出された信号を座標検出装置に供給して、ここからの座標データを画像信号処理装置に入力すると共に、画像源から供給される画像信号にシンボルＭとして合成し、この表示信号をプロジェクタからスクリーンに投影する画像表示装置が提供されている。また、特開平８−１６０５３９号公報においては、接触式の入力方法の他、非接触式の入力方法が挙げられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平５−４６１２９号公報に示す装置は、指示棒で位置指定し、スクリーン上に画像を形成することができるので、上記煩わしさが改善できる。しかし、大きな会場で講演する場合等は、プレゼンテータがスクリーン近傍で指示棒を持ちながら説明するのではなく、光学式のポインタによりある程度スクリーンから距離を置いて場所から説明する場合が多く、このような会場には適用することができない。
【０００８】
また、画像信号処理装置内でスクリーン上の座標データと画像信号データを一致させる手段がなく、プロジェクタをスクリーンに対して動かした場合、スクリーン上の元画像の位置とシンボルＭの位置関係が合わなくなる。
【０００９】
また、特開平８−１６０５３９号公報の技術は、透過型プロジェクタにのみ有効な手段であり、反射型のプロジェクタには適さない（通常、プロジェクタの画像投影は、半透明スクリーンの裏面より投影しスクリーン上に画像を形成する方式「透過型」と、白地スクリーンの表面側から投影しスクリーン表面に像を形成する方式「反射型」がある）。
【００１０】
反射型プロジェクタにおいては、プロジェクタ本体とスクリーンを切り離して搬送できるため、可搬性に優れ便利であり、また透過型に比較して安価であり、さらに透過型に比較して画像品質が良好である。従って、このような利点を持つ反射型プロジェクタに適さないというのは致命的な欠陥となる。
【００１１】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、反射型プロジェクタにおいて、プレゼンテータが説明時にスクリーン上の画像に重ね合わせて簡単な操作でマーキング等ができる画像投影システムを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、反射型のスクリーン、画像をスクリーンに投影するためのプロジェクタ、プロジェクタに画像信号を供給する画像入力装置、スクリーン上の画像を指示するための光学的ポインタを備えた画像形成システムにおいて、スクリーンは、光学的ポインタから照射される光線を感知する光センサがマトリクス状に配置されており、プロジェクタは、光学的ポインタと同種の光信号を複数個所含んだ状態でスクリーンに画像投影し、画像入力装置は、光線を感知した光センサから発せられる電気信号に基づき、スクリーン上の光線の位置であるスクリーン上座標を計算する光線位置検出機能、光線位置検出機能により計算されたスクリーン上座標を基準に、ある定められた画像パタンを元画像に重ね合わせるための位置合わせ機能、及び元画像と画像パタンの画像信号を合成する画像編集機能を有し、位置合わせ機能は、スクリーン上の前記光信号を検出した位置であるスクリーン上座標と投影画像中の光信号照射位置である投影画像座標とから、スクリーン上座標と投影画像座標の相対位置関係を計算して両者の位置合わせを行うことを特徴とするものである。
【００１３】
また上記目的を達成するために、請求項２記載の発明は、請求項１記載の画像投影システムにおいて、画像入力装置は、前記光線位置検出機能で得られた投影画像のスクリーン上座標から補正投影領域を計算し、スクリーン上で投影画像に歪みが生じないように、元画像を補正する補正機能を有することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項１記載の発明では、画像入力装置は、光線を感知した光センサから発せられる電気信号に基づき、スクリーン上の光線の位置であるスクリーン上座標を計算し、計算されたスクリーン上座標を基準に、ある定められた画像パタンを元画像に重ね合わせ、さらに、元画像と画像パタンの画像信号を合成する。
【００１７】
また、請求項１記載の発明では、スクリーン上に形成（投影）されている元画像に重ね合わせ、プレゼンテータの操作により、あるパタンの画像を描画（投影）する技術において、必要となる位置合わせに際し、プレゼンテータが意識することなく、自動で位置合わせが行われる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態を示す画像投影システムの全体構成図である。
この画像投影システムは、反射型のスクリーン１、画像をスクリーン１に投影するためのプロジェクタ２、プロジェクタ２に画像信号を供給する画像入力装置３、スクリーン１上の画像を指示するための光学的ポインタ４を備えている。
【００１９】
画像入力装置３は、光信号受信時にスクリーン１上の光センサより発せられる電気信号が送られ、この信号に基づき、スクリーン１上の光線の照射位置５を計算する光線位置検出手段、光線位置検出手段により計算された光線位置を基準に、ある定められた画像を元画像に重ね合わせた画像信号を合成する画像編集手段を兼ねることもできる。プレゼンテータＰは、光学的ポインタ４により可視光をスクリーン１に照射し、スクリーン１上の投影画像の所望の位置を指示することができる。
【００２０】
図２はスクリーンの概略構成図である。
スクリーン１表面には、マトリクス状に配置された複数の透明もしくはスクリーン地と同系色の光センサ１１が存在し、それぞれの光センサ１１が特定の光線（光信号）を受け取ると、光センサ１１はオフレベルからオンレベルに変位し、その電気信号から、変位した（即ち光が照射された）光センサ１１の位置が、スクリーン上座標として、光線位置検出手段１２により認識される。
【００２１】
この光線位置検出手段１２は、単独の機器として設置し、光線位置信号を画像編集手段に伝えてもよいが、画像入力装置３内に組み込むこともできる。光センサ１１の配置間隔は、位置分解能を高めるためには密にすべきであるが、密にすればする程製作コストが高くなるため、コストパフォーマンスの観点から決定されるべきである。通常、光センサ１１は数ｍｍ〜数ｃｍ間隔に配置される。
【００２２】
このようにスクリーン１に光センサ１１をマトリクス状に配置することで、スクリーン１上に形成（投影）されている元画像に重ね合わせ、プレゼンテータＰの操作により、ある画像パタンを描画（投影）することが可能となる。
【００２３】
また、光信号及び光センサ１１を用いることで、従来技術にあるようにスクリーン１に指示棒を接触させる必要がないため、プレゼンテータＰがスクリーン１から離れた位置にいても説明がし易く、説明しながら恰も黒板にペンで線を書く感覚でスクリーン１上の元画像にある種の画像パタンをマーキングできる。また、反射型スクリーンであるので、前述の投影型スクリーンにあるような不具合もない。
【００２４】
光センサ１１で光信号を感知する場合、投影画像自体が画像に応じて様々な色を放っているので、光センサ１１は光信号と投影画像の光とを分離してセンシングできなければならず、このため光信号としては、赤外光を用いるか、あるいは光の照射強度にある変調を掛けた可視光を用い、光センサ１１が画像の光と分離し感知できるように構成することが望ましい。
【００２５】
光信号として赤外光を用いる場合、光センサ１１としては、従来より一般に使用されている光センサ１１を用いることができ、例えば、焦電型センサ、量子型センサ（参考；丹野他「センサの基礎とその応用」森北出版）等を利用できる。これらのセンサは比較的安価であるため、スクリーン１の製作コストの点で有利である。また投影画像と光の波長域が異なるため、フィルタリング等を施すことで、安定した信号検出が可能である。
【００２６】
また、光信号として可視光を用いる場合、光学的ポインタ４に赤外光と可視光を共に発信する機構を設ける必要がなく、光学的ポインタ４の構成を簡素化できる。また、位置合わせ手段としてプロジェクタ２で扱う可視光によって光信号を発信できるので、プロジェクタ２に赤外光を発信するための機構か必要なく、負担が掛からない。但し、光センサ１１及び光センサ１１の信号を伝達する導体は、透明かスクリーンの地の色と同系統の色合いとし、投影画像の品質が低下しないように配慮する必要がある。
【００２７】
ここで、本発明は、図１の画像入力装置３に、光線（光信号）を感知した光センサ１１から発せられる電気信号に基づきスクリーン１上の光線の位置（スクリーン上座標）を計算する光線位置検出手段、光線位置検出手段により計算されたスクリーン上座標を基準に、ある定められた画像パタンを元画像に重ね合わせるための位置合わせ手段、及び画像信号を合成する画像編集手段としての機能を持たせている。
【００２８】
ここで、スクリーン上座標と投影画像座標の位置合わせの概念について以下説明する。
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）はスクリーン１に画像が投影されている場合の投影範囲１０（一点鎖線で表示される領域）を示している。プロジェクタ２からの投影画像は、一般的には放射状の光であり、輪郭は長方形をなしている。
【００２９】
その光軸がスクリーン１の法線と平行であれば、（ａ）に示す通り画像が歪むことなく長方形を保っている。光線が法線に対して上下方向にある角度を持っている場合は、長方形は（ｂ）に示すような形状に歪み、同時に画像も歪む。光軸が法線に対して左右方向にある角度を持っている場合は、長方形は（ｃ）に示すような形状に歪み、同時に画像も歪む。
【００３０】
図５にはスクリーン１とその表面に配置された光センサ１１が示されており、各光センサ１１はスクリーン上座標と対応している。図では便宜上（１，１）から（２４，１４）までの３３６個のセンサが示されている。また、図では光センサ１１の配置が認識できるように輪郭を示しているが、実際には投影画像の視認性を妨げないように、透明かスクリーン地の色と同系色にすることが望ましい。
【００３１】
一方、投影画像は前述の通り、ある歪みを持ってスクリーン１上に投影されることが多い（投影範囲１０）。投影画像座標を仮に（１，１）から（６４０，４８０）に設定すると、その（１，１）のスクリーン上座標〔図中では（３，３）〕、（６４０，１）のスクリーン上座標〔図中では（２３，３）〕、及び（６４０，４８０）のスクリーン上座標〔図中では（１８，１３）〕を予め光線位置検出手段により認識しておくことで、位置合わせ手段により、任意の投影画像座標に対応するスクリーン上座標が比例計算により得られる。
【００３２】
即ち、任意の位置の文字列に下線を引く、あるいは文字列を線で囲む等の操作を行う場合、予め位置合わせを行っておくことにより、スクリーン１上の該当部分に光線を照射することで、投影画像座標のどの部分にこれらの画像パタンを合成すべきか計算できるようになる。
【００３３】
ここに示した例においては、投影画像の左上隅の点〔投影画像座標における（１，１）の点〕と、右上隅の点〔投影画像座標における（６４０，１）の点〕、及び右下隅の点〔投影画像座標における（６４０，４８０）の点）を光学的ポインタ４で指示し、位置合わせを行っているが、投影画像座標は（１，１）、（６４０，１）及び（６４０，４８０）である必要はなく、任意の複数の点（３点以上が望ましい）を設定してよい。
【００３４】
ここで、例えば、プレゼンテータＰの手による位置合わせを行っても良い（以下、本発明における参考例と称する）が、本発明では、予め投影画像中に位置合わせ用の光信号を加えている。どちらの場合もプロジェクタ２を立ち上げた直後にこの操作を行うことで、投影画像座標とスクリーン上座標の位置関係が画像入力装置３内に記憶されるので、以後プロジェクタ２とスクリーン１の位置関係が変わらない限り、操作する必要はない。
【００３５】
参考例では、位置合わせ用の光信号の照射をプレゼンテータＰ自身が行うので、プロジェクタ２または画像入力装置３に光信号発生のための機構を設ける必要がなく、コスト的に有利である。一方、本発明では、使用者が意識することなく、自動で位置合わせが行われるため、便利である。
【００３６】
次に図７を用いて、スクリーン上座標と投影画像座標の位置関係計算までの動作説明を行う。ここでは光学的ポインタ４による位置合わせを説明する。
プロジェクタ２、画像入力装置３、光学的ポインタ４、スクリーン１の各電源を投入すると、プロジェクタ２、画像入力装置３、光学的ポインタ４は内部テスト等のイニシャライズを行う（Ｓ１−１〜Ｓ１−３）。またスクリーン１は光センサ１１の電源をオンする（Ｓ１−４）。
【００３７】
イニシャライズ終了後、プロジェクタ２から光線位置検出用画像パタンが表示される（Ｓ２）。この画像では使用者に対して位置合わせのための光照射を行うよう画面中で促し、照射する部分を示す（図８参照）。この照射部に向けてプレゼンテータＰは光学的ポインタ４の光線を照射する（Ｓ３）。
【００３８】
光線が照射されると、光センサ１１により光線が検出され（Ｓ４）、その信号が画像入力装置３内の光線位置検出手段にてスクリーン上座標として認識され、さらに投影画像座標との位置関係が位置合わせ手段により計算される（Ｓ５）。
【００３９】
この光学的ポインタ４を使用した画像パタン形成方法の例を図３及び図９を用いて説明する。図９においては、図７におけるスクリーン上座標と投影画像座標の位置合わせが終了し、実際に使用する場面から説明する。
【００４０】
始めにプレゼンテータＰは、画像入力装置３から投影すべき元画像をプロジェクタ２に送り（Ｓ１１）、プロジェクタ２はこの画像をスクリーン１に投影する（Ｓ１２）。画像入力装置３としてパソコンを使用する場合、プレゼンテーション用のアプリケーションソフトを起動し、このアプリケーションソフト上で投影すべき所望のファイルを読み込み、これをパソコン画面に出力する代わりに、もしくはパソコン画面に出力するのと同時に、プロジェクタ２に出力するのが一般的である。プレゼンテータＰは、投影された画像を基に、聴講者に光学的ポインタ４を使用して説明を行い、必要に応じて元画像に画像パタンを書き加える。
【００４１】
図３において、ボタン４２ａを押し続けることで光線（光信号）が照射され、可視光線によってスクリーン１上の画像が指示できると共に、赤外光線によって光センサ１１に位置が検出される。ボタン４２ａを離すと最後に検出した光センサ１１の位置情報（画像パタン開始点と呼ぶ）が光線位置検出手段に送られる（Ｓ１３）。
【００４２】
引き続き別の点を同様にボタン４２ａにより指示し、画像パタンの別の点（画像パタン終了点）を指定する（Ｓ１４）。画像パタンとして、ボタン４３のそれぞれに直線、波線、長方形、楕円等が割り当てられており、画像パタン開始点及び終了点を指定後、所望のボタン４３を押すことで（Ｓ１５）、画像パタンが元画像に合成され形成できる。
【００４３】
仮に直前の指示をキャンセルする場合はボタン４２ｂを押せばよい。また、形成した画像パタンを消去するには、ボタン４２ｂをダブルクリックすることで対応させる。これらの操作に対応するボタンはここに示した例に止まらず、本発明の意図を逸脱するものでなければ、自由に組み合わせることができる。
【００４４】
上述したように本発明では、プロジェクタ２の立ち上げ時にプロジェクタ２からスクリーン１に投影した元画像の輪郭を位置検出手段により検出し、計算するものであるが、これが歪んで視認性に欠ける場合には、画像を補正し視認性に優れた画像を投影することもできる。
【００４５】
プロジェクタ２の画像をスクリーン１に映し出すとき、上述したように往々にして図４（ｂ），（ｃ）に示すように投影領域が歪んでしまうことがある。この歪みが大き過ぎると視認性が悪化してしまい支障となる。そこでこの領域が長方形から大幅に歪んでおり補正の必要がある場合は、現状の投影領域内で最も大きな形状となる元画像と相似形の長方形を補正投影領域として計算し、補正画像を投影すれば、視認性が回復する。勿論この補正画像投影を行っているときに前述の画像パタンマーキングを行うこともできる。
【００４６】
図１０には位置合わせ手段により計算される元画像の画像投影範囲を、ある定まった領域に変換する画像編集の例を示す。
スクリーン上座標と投影画像座標の位置関係計算までは（Ｓ１−１〜Ｓ１−４，Ｓ２〜Ｓ５）、図７と同様であるので説明は省略する。図１０に示すフローではその後、投影領域の補正（Ｓ６）、元画像の座標変換（Ｓ７）を行い、補正画像をスクリーン１に投影する。
【００４７】
具体的には、位置合わせの例として、図６において元画像の投影範囲１０の４つの頂点〔図中スクリーン上座標として（２，１）、（２４，１）、（４，１３）、（２２，１３）に相当する〕を光センサ１１により測定し、この領域内で投影画像の長方形と相似形の最大の長方形となる補正領域１３を計算し、元画像を上述した手動、自動の位置合わせ手段により計算し、補正領域１３に収まる補正画像を得て投影すればよい。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、画像入力装置は、光線を感知した光センサから発せられる電気信号に基づき、スクリーン上の光線の位置であるスクリーン上座標を計算し、計算されたスクリーン上座標を基準に、ある定められた画像パタンを元画像に重ね合わせ、さらに、元画像と画像パタンの画像信号を合成するので、光学的ポインタを利用して、黒板に線を書く感覚でスクリーン上の元画像にある種の画像パタンを容易にマーキングすることができる。
【００５０】
また本発明によれば、スクリーン上に形成（投影）されている元画像に重ね合わせ、プレゼンテータの操作により、あるパタンの画像を描画（投影）する技術において、必要となる位置合わせに際し、プレゼンテータが意識することなく、自動で位置合わせを行うことができ、使い勝手を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す画像投影システムの全体構成図である。
【図２】スクリーンの概略構成図である。
【図３】光学的ポインタの概略構成図である。
【図４】スクリーン上に画像が投影されている場合の投影範囲を示す図である。
【図５】スクリーン上の光センサと投影範囲を示す図である。
【図６】元画像の投影範囲と補正領域を示す図である。
【図７】光学的ポインタによるスクリーン上座標と投影画像座標の位置合わせ時のフローチャートである。
【図８】光線位置検出用画像パタンを示す図である。
【図９】画像パタン形成方法のフローチャートである。
【図１０】位置合わせ手段により計算される元画像の画像投影範囲を、ある定まった領域に変換する画像編集時のフローチャートである。
【符号の説明】
１  スクリーン
２  プロジェクタ
３  画像入力装置
４  光学的ポインタ
５  ポインタ照射位置
１１  光センサ
１２  光線位置検出手段
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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