(57)【要約】【課題】投影領域及び撮影領域を一致させる環境において、あおりがある光学系を有する投影手段及び撮影手段のいずれか一方を利用することができる光学装置及び光学システムを提供する。【解決手段】  ＰＣ２との間で情報通信を行うＰＣ１と、ＰＣ１に接続され、ＰＣ２から入力された情報をＰＣ１を介して受信し、当該情報を投影領域に投影するプロジェクタ４と、ＰＣ１に接続され、当該投影領域を撮影し、撮影画像をＰＣ１を介してＰＣ２に送信するカメラ５とを備える光学装置であって、プロジェクタ４及びカメラ５の少なくともいずれか一方は、あおり角を有し、当該プロジェクタ４及びカメラ５の画角の中心を通る線が一致するように、プロジェクタ４及びカメラ５を配置する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影画像を投影領域に投影する投影手段と、前記投影手段と主点の位置が光学的に一致するように配され、当該投影領域を撮影する撮影手段とを備える光学装置であって、
前記投影手段及び前記撮影手段の少なくとも一方は、あおり角を有する光学系を有し、
前記投影手段の画角の中心を通る線と前記撮影手段の画角の中心を通る線投影手段とが一致するように、前記投影手段及び前記撮影手段を配置することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記投影手段と前記撮影手段の画角が一致していることを特徴とする請求項１記載の光学装置。
【請求項３】
前記あおり角を有する光学系を有する投影手段及び／または撮影手段は、それぞれ投影レンズまたは撮影レンズを固定する係合部を備え、
前記係合部は、画角の中心を通る線と投影レンズまたは撮影レンズの光軸とが一致するように、投影レンズまたは撮影レンズを傾けて固定することを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
投影画像を投影領域に投影する投影手段と、前記投影手段と主点の位置が光学的に一致するように配され、当該投影領域を撮影する撮影手段とを備え、
前記投影手段及び前記撮影手段の少なくとも一方は、あおり角を有する光学系を有し、
前記投影手段の画角の中心を通る線と前記撮影手段の画角の中心を通る線投影手段とが一致するように、前記投影手段及び前記撮影手段を配置する光学装置と、
前記投影手段に投影される情報を送信すると共に前記撮影手段で撮影された撮影画像を受信する情報処理装置と
を有することを特徴とする光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影手段及び投影手段を含む光学装置及び光学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、カメラ及びプロジェクタが接続されているサーバ（例えばコンピュータ）と、ネットワークを介して当該サーバに接続されるクライアント（例えばコンピュータ）とを備える遠隔指示システムが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
この指示システムでは、サーバに接続されているカメラが対象物として立体物を撮影し、ネットワークを介して撮影画像をクライアントに送信する。クライアントは、表示装置の表示画面に撮影画像を表示し、当該表示画面上にアノテーション画像などが書き込まれると、当該アノテーション画像をネットワークを介してサーバに送信する。サーバは受信したアノテーション画像をプロジェクタに送信し、プロジェクタは受信したアノテーション画像を立体物を含む投影領域の適切な位置（これは、クライアントが、撮影画像の範囲内でアノテーション画像を書き込んだ位置に対応する）に投影する。
【０００４】
この指示システムは、ハーフミラーを使用して、カメラの光学系の光軸及び画角とプロジェクタの光学系の光軸及び画角とを一致させている、即ち、カメラ及びプロジェクタの視野を一致させている。このプロジェクタの光学系の光軸は、レンズの中心を通過する水平な軸であり、画角の中心を通過する軸と一致する。プロジェクタから投影される光は、その光軸を中心として、上下左右対称に広がる。従って、このプロジェクタを使用して画像をスクリーンに投影した状態は図８（Ａ）にようになる。
【０００５】
また、従来より、テーブル上に置いてスクリーンに画像等を投影するプロジェクタや天井から吊してスクリーンに画像等を投影するプロジェクタが販売されている。この種のプロジェクタは、あおりがある光学系を採用しており、あおり角を有するプロジェクタ（もしくは打ち込み角を有するプロジェクタ）と呼ばれている。あおり角（打ち込み角、以下あおり角で統一する）とは、プロジェクタからの画像を表示するスクリーンからそのプロジェクタに対して垂直に下ろした線と、プロジェクタが投影する画像の中心を通過する線とがなす角度のことを意味する。上述の図８の（Ａ）があおり角のないプロジェクタの一例であり、図８の（Ｂ）があおり角を有するプロジェクタの一例である。
【特許文献１】米国特許公開２００４／００７０６７４号公報
【特許文献２】特開２００５−３３７５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、投影手段と撮影手段とをハーフミラーを介して両者の主点の位置を光学的に一致させる環境において、あおりがある光学系を有する投影手段及び／又は撮影手段を利用することができる光学装置及び光学システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１の光学装置は、投影画像を投影領域に投影する投影手段と、前記投影手段と主点の位置が光学的に一致するように配され、当該投影領域を撮影する撮影手段とを備える光学装置であって、前記投影手段及び前記撮影手段の少なくとも一方は、あおり角を有する光学系を有し、前記投影手段の画角の中心を通る線と前記撮影手段の画角の中心を通る線投影手段とが一致するように、前記投影手段及び前記撮影手段を配置することを特徴とする。
【０００８】
請求項２の光学装置は、請求項１記載の光学装置において、前記投影手段と前記撮影手段の画角が一致していることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の光学装置は、請求項２に記載の光学装置において、  前記あおり角を有する光学系を有する投影手段及び／または撮影手段は、それぞれ投影レンズまたは撮影レンズを固定する係合部を備え、前記係合部は、画角の中心を通る線と投影レンズまたは撮影レンズの光軸とが一致するように、投影レンズまたは撮影レンズを傾けて固定することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の光学システムは、投影画像を投影領域に投影する投影手段と、前記投影手段と主点の位置が光学的に一致するように配され、当該投影領域を撮影する撮影手段とを備え、前記投影手段及び前記撮影手段の少なくとも一方は、あおり角を有する光学系を有し、前記投影手段の画角の中心を通る線と前記撮影手段の画角の中心を通る線投影手段とが一致するように、前記投影手段及び前記撮影手段を配置する光学装置と、前記投影手段に投影される情報を送信すると共に前記撮影手段で撮影された撮影画像を受信する情報処理装置とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１、４の発明によれば、投影手段と撮影手段とをハーフミラーを介して両者の主点の位置を光学的に一致させる環境において、あおりがある光学系を有する投影手段及び／または撮影手段を利用することができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、本発明を用いない場合と比べて、撮影領域と投影領域との整合が容易になる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、本発明を用いない場合に比べて、係合部に固定される投影レンズ又は撮影レンズの収差による影響を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係る光学装置の構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１の光学装置は、サーバとして機能するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）１（情報処理装置）、クライアントとして機能するＰＣ２を備えており、これらは、ネットワーク３を介して互いに接続されている。なおＰＣ１はあってもなくてもよく、後述するプロジェクタ４とカメラ５を直接またはネットワークを介してＰＣ２に接続してもよい。
【００１７】
ＰＣ１には、プロジェクタ４（投影手段）及びカメラ５（撮影手段）が接続されている。プロジェクタ４及びカメラ５は、メインユニット６を構成し、１つの箱状のケースに組み込まれている。なお図１においてプロジェクタ４とカメラ５は並列されているが、実際にはハーフミラーを介して両者の主点が光学的に一致するように配置されている。また、好適にはプロジェクタ４とカメラ５は、それぞれの投影領域と撮影領域とが一致している。
【００１８】
プロジェクタ４は、ＰＣ１からの制御コマンドに基づいて、テーブル１０上に置かれた対象物９に対して、単なる光線を照射する又はアノテーション画像（注釈画像）等を投影する。尚、アノテーション画像は、線、文字、記号、図形、色、フォント（書体）等のあらゆる態様の画像を含む。
【００１９】
カメラ５は、ＰＴＺ（Pan-Tilt-Zoom）カメラ又はビデオカメラで構成され、対象物９を含むテーブル１０の反射画像を撮影し、撮影画像をＰＣ１に出力する。本実施形態において、カメラ５は、レンズの中心軸が受光素子の中央部の垂直線（法線）と一致する、いわゆるあおりのない光学系を採用している。
【００２０】
ＰＣ１は、カメラ５により撮影された撮影画像をネットワーク３を介してＰＣ２に出力する。ＰＣ２には、モニタ等で構成される表示部２０が接続されており、表示部２０は、撮影画像の表示領域１５及びユーザインターフェース（ＵＩ）１６を表示する。尚、ＰＣ２は、表示部２０を備える一体型のパーソナルコンピュータで構成してもよい。
【００２１】
ＰＣ１及びＰＣ２には、それぞれ不図示のマイクとスピーカが接続されており、それらを使って、ＰＣ１及びＰＣ２のユーザは互いに音声でコミュニケーションをすることができる。
【００２２】
ＵＩ１６は、ペン、テキスト、及び消去などのボタン群と、線種や色種のアイコンとを含む。表示領域１５には、カメラ５で撮影された撮影画像が表示される。同図においては、対象物９を含むテーブル１０をカメラ５により撮影した撮影画像が表示領域１５に表示されている。
【００２３】
例えば、ＵＩ１６のペンボタンが押下されて、表示領域１５内の対象物９上に図形等が記載されると、当該図形の情報はＰＣ２からＰＣ１を介してプロジェクタ４に出力される。プロジェクタ４は当該図形の情報に基づいて対象物９上に図形を投影する。
【００２４】
このように、対象物９上やその周辺に記載された情報等は、ＰＣ２に画像として送信され、ＰＣ２では、この画像上にアノテーション画像を書き込むことで、当該アノテーション画像が対象物９上やその周辺に投影されるので、対象物９側のユーザとＰＣ２側のユーザは会議などのコミュニケーションが図れる。
【００２５】
また、ＰＣ２は、ＰＣ１に対して制御コマンドを出力し、プロジェクタ４及びカメラ５の動作（例えば、カメラ５の撮影角度、カメラ５の撮影画像の明るさ、並びにプロジェクタ４の投影画像の明るさなど）を制御しても良い。
【００２６】
尚、同図においては、クライアントは、ＰＣ２の１台が記載されているが、複数のクライアント（ＰＣ）を備えていてもよい。
【００２７】
図２（Ａ）、（Ｂ）は、プロジェクタ４の概略構成を示す図である。
【００２８】
プロジェクタ４は、例えば、テキサス・インスツルメンツ社のＤＬＰ（Digital Light Processing）を利用したあおり角を有するプロジェクタである。
【００２９】
プロジェクタ４は、ランプ４１、レンズ４２、カラーホイール４３、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）４４及び投影レンズユニット４５を備えている。また、ランプ４１、レンズ４２、カラーホイール４３、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）４４は、筐体４０の内部に組み込まれており、投影レンズユニット４５は筐体４０の一カ所に設けられた係合部４６に固定されている。
【００３０】
プロジェクタ４では、ランプ４１からの光をレンズ４２を介してＲＧＢのカラーホイール４３を透過させてＤＭＤ４４に入射させる。カラーホイール４３では、ランプ４１の光をＲＧＢの３原色に分離している。ＤＭＤ４４では、入射された光（各単色の映像）を投影レンズユニット４５に向けて反射する。
【００３１】
プロジェクタ４は、あおり角を有している。
【００３２】
光学系にあおりがある場合では、投影レンズのレンズ収差の影響を受けやすい。そこで、図２（Ｂ）に示すように、画角の中心を通る線に対して、投影レンズユニット４５の中心を通過する線（光軸）が一致する角度の分だけ、係合部４６を水平面から傾けて形成する。これにより、係合部４６に固定される投影レンズユニット４５も水平面から当該角度の分だけ傾けられるので、投影レンズのレンズ収差の影響が軽減される。
【００３３】
図３は、メインユニット６と対象物９との位置関係を示す図である。
【００３４】
テーブル１０の上方には、シェード２１のついたラック２２が設置されている。ラック２２には、メインユニット６を収納する収納部２３が設けられている。また、シェード２１には、メインユニット６からの投影光を対象物９側に導くと共にテーブル１０及び対象物９からの反射光をメインユニット６へ導くためのミラー２４が設けられている。メインユニット６は、ミラー２４を介して対象物９の画像を取得すると共にアノテーション画像をミラー２４を介して対象物９及びテーブル１０上に投影する。
【００３５】
図４は、メインユニット６の概略構成を示す図である。
【００３６】
メインユニット６は、箱状の筐体３１を有している。筐体３１は、側面の一部に投影光及び反射光を入出力するための開口部３３を有し、さらに、開閉する天板３２及び底板３４を備えている。また、筐体３１内部には、プロジェクタ４及びカメラ５が設置されており、さらに、カメラ５とプロジェクタ４の主点の位置を光学的に一致させるためのハーフミラー８が設置されている。ここで、カメラ５の画角の中心を通る線とプロジェクタ４の画角の中心を通る線とを一致させる。また、さらに撮影領域と投影領域とを一致させると、投影画像と撮影画像の関係の制御が容易になり、好適である。
【００３７】
プロジェクタ４は、上述したように、あおり角を有する光学系を採用しているため、筐体３１の底板３４にプロジェクタ４及びカメラ５を直接設置すると、ハーフミラー８を使用してもカメラ５の画角の中心を通る線とプロジェクタ４の画角の中心を通る線とを一致させることができない。
【００３８】
そこで、図４では、プロジェクタ４の底と筐体３１の底板３４との間に、水平面から所定の角度（即ち、カメラ５の画角の中心を通る線とプロジェクタ４の画角の中心を通る線とを一致させる角度）分だけプロジェクタ４を傾ける支持部材３５を設けている。支持部材３５は筐体３１の底板３４に固定されており、さらにプロジェクタ４と支持部材３５とは、ネジ止め、接着、溶接等で固定されている。
【００３９】
上記の所定の角度は、プロジェクタ４の仕様により計算される。例えば、プロジェクタ４が、図５に示すように、投写距離が１．４５ｍであり、高さ０．５ｍのスクリーンの下端がレンズ中心から０．０７ｍ上方にある状態で、スクリーンにフィットさせて画像を投影できる仕様である場合を想定する。この場合、スクリーンの中心は、レンズ中心から０．３２ｍ上方にあり、投写距離が１．４５ｍであるため、所定の角度（θ）は、θ＝tan-1(0.32/1.45)の式で算出される。
【００４０】
この場合、支持部材３５は、水平面から所定の角度（θ＝tan-1(0.32/1.45)）だけ傾いた斜面を備え、当該斜面にプロジェクタ４が固定される。図４の方向Ａから見た場合のプロジェクタ４とカメラ５との配置関係を図６（Ａ）に示す。
【００４１】
また、図６（Ｂ）に示すように、筐体３１の底板３４とカメラ５との間に支持部材３５ａを設置しても、カメラ５の画角の中心を通る線とプロジェクタ４の画角の中心を通る線とを一致させることができる。この場合、支持部材３５ａは、支持部材３５と同様にプロジェクタ４の仕様により計算される、水平面から所定の角度だけ傾いた斜面を備える。
【００４２】
図６（Ｃ），（Ｄ）に示すように、筐体３１の天板３２から当該所定の角度だけ傾くように、吊下部材３６又は吊下部材３６ａを介してプロジェクタ４又はカメラ５を吊すようにしてもよい。
【００４３】
尚、カメラ５の画角の中心を通る線とプロジェクタ４の画角の中心を通る線とを一致させるための方法は、支持部材３５又は支持部材３５ａや吊下部材３６又は３６ａを用いる方法に限定されるものではない。上述したように、プロジェクタ４の仕様により計算される所定の角度だけプロジェクタ４又はカメラ５を傾けることができる方法であれば、どのような方法であってもよい。
【００４４】
上記メインユニット６では、プロジェクタ４があおり角を有する光学系を採用し、かつカメラ５はあおりのない光学系を採用しているが、例えば、図７（Ａ）又は図７（Ｂ）のように、カメラ５があおり角を有していても良い。また、プロジェクタ４とカメラ５がともにあおり角を有していても、それぞれの画角の中心を通る線を一致させれば実施できる。図７（Ａ）のカメラ５は、撮影レンズを上下左右又は前後にシフトさせると共に伸縮可能な部材で構成されているレンズシフト部５１を備えている。図７（Ｂ）のカメラ５は、受光素子を左右上下にシフトさせる受光素子シフト部５２及び撮影レンズを固定する係合部５３を備えている。
【００４５】
カメラ５があおりのある光学系を採用し、プロジェクタ４があおりがない光学系を採用しても、カメラ５の仕様により計算される所定の角度だけプロジェクタ４又はカメラ５を傾けることにより、カメラ５の光軸及び画角とプロジェクタ４の光軸及び画角とを一致させることができる。この場合、カメラ５の光軸及び画角とプロジェクタ４の光軸及び画角とを一致させるための方法は、支持部材３５又は支持部材３５ａや吊下部材３６又は３６ａを用いる方法でも、その他の方法でもよい。
【００４６】
また、図７（Ｂ）の最下段に示すように、カメラ５についても、画角の中心を通る線に対して、撮影レンズの中心を通過する線（光軸）が一致する角度の分だけ、係合部５３を水平面から傾けて形成してもよい。これにより、係合部５３に固定される撮影レンズも水平面から当該角度の分だけ傾けられるので、撮影レンズのレンズ収差の影響が軽減される。図７（Ａ）の最下段のカメラ５の場合には、レンズシフト部５１が伸縮可能であり、撮影レンズを傾けることができるので、画角の中心を通る線に対して、撮影レンズの中心を通過する線（光軸）が一致する角度の分だけレンズシフト部５１を傾けて固定すればよい。
【００４７】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態に係る光学装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）は、プロジェクタ４の概略構成を示す図である。
【図３】メインユニット６と対象物９との位置関係を示す図である。
【図４】メインユニット６の概略構成を示す図である。
【図５】プロジェクタ４の仕様の一例を示す図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｄ）は、プロジェクタ４とカメラ５との配置関係を例を示す図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は、あおりのある光学系を採用したカメラ５の概略構成を示す図である。
【図８】（Ａ）、（Ｂ）は、従来のプロジェクタの光軸と画角の中心を通過する軸との関係の例を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１，２  ＰＣ
３  ネットワーク
４  プロジェクタ
５  カメラ
６  メインユニット
９  対象物
１０  テーブル
３１  筐体
３２  天板
３３  開口部
３４  底板
３５，３５ａ  支持部材
３６，３６ａ  吊下部材
【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】
2009229509.tif 000008
【図７】
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【図８】
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