JP2017146753A - 位置検出装置、及び、そのコントラスト調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】指示体と操作面のコンストラストを十分に大きく取れて、指示体による指示位置を容易に検出できる位置検出装置及びそのコントラスト調整法を提供する。
【解決手段】位置検出装置は、操作面に検出光を照射する第１照射部４１１及び第２照射部４１２と、操作面を撮像する撮像部と、撮像画像に基づいて指示体により指示された指示位置を検出する検出部と、を備える。第１照射部は、第２照射部よりも操作面に近い側に配置され、第２照射部よりも発光強度が強い。位置検出装置が、第１照射部と第２照射部の少なくとも一方の発光強度を調整することによって指示体と操作面との間のコントラストが閾値を超えるように調整する調整部を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、操作面上における指示体の指示位置を検出可能な位置検出装置に関する。

特許文献１には、位置検出装置としての機能を有するインタラクティブプロジェクターが開示されている。このインタラクティブプロジェクターは、投写画面をスクリーンに投写するとともに、発光ペンや指などの指示体（pointing element）を含む画像をカメラで撮像し、この撮像画像を用いて指示体の指示位置を検出することが可能である。すなわち、インタラクティブプロジェクターは、対象物の先端がスクリーンに接しているときに投写画面に対して描画等の所定の指示が入力されているものと認識し、その指示に応じて投写画面を再描画する。従って、ユーザーは、投写画面をユーザーインターフェースとして用いて、各種の指示を入力することが可能である。

特開２０１２−１５０６３６号公報

インタラクティブプロジェクターでは、指示体の指示位置を検出するために、赤外光などの検出光を指示体に照射し、指示体で反射された検出光をカメラで撮像する。撮像された画像から指示体の指示位置を検出する際には、指示体と投写画面のコントラストの差を利用して指示体が画像内のどこにあるかが判定される。このため、カメラで撮像される画像では、指示体と投写画面のコントラストの差が十分に大きなことが望まれる。

しかしながら、本願の発明者は、指示体と投写画面のコンストラストを十分に大きくすることが必ずしも容易ではなく、検出光の照射状態によっては、コントラストが十分に得られない場合があることを見いだした。このような問題は、インタラクティブプロジェクターに限らず、一般に、操作面上で指示体により指示された指示位置を検出する位置検出装置に共通する問題である。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、操作面上で指示体により指示された指示位置を検出する位置検出装置が提供される。この位置検出装置は、前記操作面に検出光を照射する第１照射部及び第２照射部と；前記操作面を撮像する撮像部と；前記撮像部で撮像された撮像画像に基づいて、前記指示体により指示された指示位置を検出する検出部と；を備える。前記第１照射部は、前記第２照射部よりも前記操作面に近い側に配置され、前記第２照射部よりも発光強度が強い。
この位置検出装置によれば、操作面により近い第１照射部の発光強度が第２照射部の発光強度よりも強いので、十分なコントラストを得ることができ、撮像画像から指示体の指示位置を決定できる。

（２）本発明の他の形態による位置検出装置は、前記操作面に検出光を照射する第１照射部及び第２照射部と；前記操作面を撮像する撮像部と；前記撮像部で撮像された撮像画像に基づいて、前記指示体により指示された指示位置を検出する検出部と；前記第１照射部及び前記第２照射部の少なくとも一方の発光強度を調整することによって、前記撮像画像における前記指示体と前記操作面との間のコントラストが閾値を超えるように調整する調整部と；を備える。
この位置検出装置によれば、調整部が第１照射部と第２照射部の発光強度を調整することによって十分なコントラストを得ることができ、撮像画像から指示体の指示位置を決定できる。

（３）上記位置検出装置において、更に、前記位置検出装置の使用環境を取得する使用環境取得部を備え、前記調整部は、前記位置検出装置の使用環境に応じて前記発光強度の調整を行うものとしてもよい。
この構成によれば、位置検出装置の使用環境に応じて発光強度を調整することによって、十分なコントラストを得ることが可能である。

（４）上記位置検出装置において、前記使用環境は、前記位置検出装置の設置姿勢と、前記位置検出装置と前記操作面の間の距離と、環境光下における前記操作面の明るさと、のうちの少なくとも１つを含むものとしてもよい。
この構成によれば、位置検出装置の設置姿勢や、撮像部と操作面の間の距離、環境光下の操作面の明るさ等の使用環境に応じて発光強度を調整することによって、十分なコントラストを得ることが可能である。

（５）上記位置検出装置において、前記第１照射部は、前記第２照射部よりも前記操作面に近い側に配置され、前記調整部は、前記第１照射部の発光強度が前記第２照射部よりも強くなるように調整するものとしてもよい。
この構成によれば、操作面により近い第１照射部の発光強度を高めることによって、良好なコントラストを得ることが可能である。

（６）上記位置検出装置において、前記第１照射部及び前記第２照射部は、時分割で前記検出光を照射し、前記撮像部は、前記第１照射部の発光期間と前記第２照射部の発光期間のそれぞれにおいて撮像を行うものとしてもよい。
この構成によれば、第１照射部と第２照射部で得られるコントラストの正負が逆転している領域が存在していても、両者が時分割で照射を行うので、それぞれの発光期間において撮像された撮像画像を利用することによって十分なコントラストを得ることができる。

（７）上記位置検出装置において、前記第１照射部及び前記第２照射部の発光強度は、前記第１照射部の発光時に得られる第１コントラストが閾値を超える第１領域と、前記第２照射部の発光時に得られる第２コントラストが閾値を超える第２領域との和が、前記操作面の全領域を包含するように調整されているものとしてもよい。
この構成によれば、操作面ＳＳの全領域において、指示体を明瞭に識別することが可能となる。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、位置検出装置、自発光指示体と位置検出装置とを含む位置検出システム、位置検出方法、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体（non-transitory storage medium）等の様々な形態で実現することができる。

位置検出システムの斜視図。 位置検出システムの正面図。 位置検出システムの側面図。 プロジェクターの内部構成を示すブロック図。 検出光強度の調整前のコントラストを示す説明図。 検出光強度の調整後のコントラストを示す説明図。

図１は、本発明の一実施形態としての位置検出システム９００の斜視図である。このシステム９００は、位置検出装置としてのインタラクティブプロジェクター１００と、操作面を提供するスクリーン板９２０と、自発光指示体７０とを有している。スクリーン板９２０の前面は、投写スクリーン面ＳＳ（projection Screen Surface）として利用される。プロジェクター１００は、支持部材９１０によってスクリーン板９２０の前方かつ上方に固定されている。なお、図１では投写スクリーン面ＳＳを鉛直に配置しているが、投写スクリーン面ＳＳを水平に配置してこのシステム９００を使用することも可能である。

プロジェクター１００は、投写スクリーン面ＳＳ上に投写画面ＰＳ（Projected Screen）を投写する。投写画面ＰＳは、通常は、プロジェクター１００内で描画された画像を含んでいる。プロジェクター１００内で描画された画像がない場合には、プロジェクター１００から投写画面ＰＳに光が照射されて、白色画像が表示される。本明細書において、「投写スクリーン面ＳＳ」とは、画像が投写される部材の表面を意味する。また、「投写画面ＰＳ」とは、プロジェクター１００によって投写スクリーン面ＳＳ上に投写された画像の領域を意味する。通常は、投写スクリーン面ＳＳの一部に投写画面ＰＳが投写される。投写スクリーン面ＳＳは、指示体による位置指示を行う操作面としても利用されるので、「操作面ＳＳ」とも呼ぶ。

自発光指示体７０は、発光可能な先端部７１と、使用者が保持する軸部７２と、軸部７２に設けられたボタンスイッチ７３とを有するペン型の指示体である。自発光指示体７０の先端部７１は、例えば近赤外光を発する。自発光指示体７０の構成や機能については後述する。このシステム９００では、１つ又は複数の自発光指示体７０とともに、１つ又は複数の非発光指示体８０（非発光のペンや指など）を利用可能である。

図２Ａは、位置検出システム９００の正面図であり、図２Ｂはその側面図である。本明細書では、操作面ＳＳの左右に沿った方向をＸ方向と定義し、操作面ＳＳの上下に沿った方向をＹ方向と定義し、操作面ＳＳの法線に沿った方向をＺ方向と定義している。また、図２Ａにおける操作面ＳＳの左下の位置を座標（Ｘ，Ｙ）の原点（０，０）としている。なお、便宜上、Ｘ方向を「左右方向」とも呼び、Ｙ方向を「上下方向」とも呼び、Ｚ方向を「前後方向」とも呼ぶ。また、Ｙ方向（上下方向）のうち、プロジェクター１００から見て投写画面ＰＳが存在する方向を「下方向」と呼ぶ。なお、図２Ｂでは、図示の便宜上、スクリーン板９２０のうちの投写画面ＰＳの範囲にハッチングを付している。

プロジェクター１００は、投写画面ＰＳを操作面ＳＳ上に投写する投写レンズ２１０と、投写画面ＰＳの領域を撮像する第１カメラ３１０及び第２カメラ３２０と、指示体（自発光指示体７０及び非発光指示体８０）に検出光を照明するための２つの照射部４１１，４１２とを有している。検出光としては、例えば近赤外光が使用される。２台のカメラ３１０，３２０は、検出光の波長を含む波長領域の光を受光して撮像する第１の撮像機能を少なくとも有している。２台のカメラ３１０，３２０のうちの少なくとも一方は、更に、可視光を含む光を受光して撮像する第２の撮像機能を有し、これらの２つの撮像機能を切り替え可能に構成されていることが好ましい。例えば、２台のカメラ３１０，３２０は、可視光を遮断して近赤外光のみを通過させる近赤外フィルターをレンズの前に配置したりレンズの前から後退させたりすることが可能な近赤外フィルター切換機構（図示せず）をそれぞれ備えることが好ましい。図２Ｂに示すように、カメラ３１０は操作面ＳＳからＺ方向に距離Ｌだけ離れた位置に設置されている。

図２Ａの例は、位置検出システム９００がホワイトボードモードで動作している様子を示している。ホワイトボードモードは、自発光指示体７０や非発光指示体８０を用いて投写画面ＰＳ上にユーザーが任意に描画できるモードである。操作面ＳＳ上には、ツールボックスＴＢを含む投写画面ＰＳが投写されている。このツールボックスＴＢは、処理を元に戻す取消ボタンＵＤＢと、マウスポインターを選択するポインターボタンＰＴＢと、描画用のペンツールを選択するペンボタンＰＥＢと、描画された画像を消去する消しゴムツールを選択する消しゴムボタンＥＲＢと、画面を次に進めたり前に戻したりする前方／後方ボタンＦＲＢと、を含んでいる。ユーザーは、指示体を用いてこれらのボタンをクリックすることによって、そのボタンに応じた処理を行ったり、ツールを選択したりすることが可能である。なお、システム９００の起動直後は、マウスポインターがデフォールトツールとして選択されるようにしてもよい。図２Ａの例では、ユーザーがペンツールを選択した後、自発光指示体７０の先端部７１を操作面ＳＳに接した状態で投写画面ＰＳ内で移動させることにより、投写画面ＰＳ内に線が描画されてゆく様子が描かれている。この線の描画は、プロジェクター１００の内部の投写画像生成部（後述）によって行われる。

なお、位置検出システム９００は、ホワイトボードモード以外の他のモードでも動作可能である。例えば、このシステム９００は、パーソナルコンピューター（図示せず）から通信回線を介して転送されたデータの画像を投写画面ＰＳに表示するＰＣインタラクティブモードでも動作可能である。ＰＣインタラクティブモードにおいては、例えば表計算ソフトウェアなどのデータの画像が表示され、その画像内に表示された各種のツールやアイコンを利用してデータの入力、作成、修正等を行うことが可能となる。

図３は、インタラクティブプロジェクター１００と自発光指示体７０の内部構成を示すブロック図である。プロジェクター１００は、制御部７００と、投写部２００と、投写画像生成部５００と、位置検出部６００と、使用環境取得部８００と、撮像部３００と、検出光照射部４１０と、信号光送信部４３０とを有している。検出光照射部４１０は、第１照射部４１１と、第２照射部４１２と、調整部４１３とを含んでいる。使用環境取得部８００は、プロジェクター１００の使用環境を取得する機能を有しており、姿勢センサー８１０と、距離測定部８２０と、操作面明度測定部８３０とを含んでいる。

制御部７００は、プロジェクター１００内部の各部の制御を行う。また、制御部７００は、位置検出部６００で検出された指示体（自発光指示体７０や非発光指示体８０）によって投写画面ＰＳ上で行われた指示の内容を判定するとともに、その指示の内容に従って投写画像を作成又は変更することを投写画像生成部５００に指令する。

投写画像生成部５００は、投写画像を記憶する投写画像メモリー５１０を有しており、投写部２００によって操作面ＳＳ上に投写される投写画像を生成する機能を有する。投写画像生成部５００は、更に、投写画面ＰＳ（図２（Ｂ））の台形歪みを補正するキーストーン補正部としての機能を有することが好ましい。

投写部２００は、投写画像生成部５００で生成された投写画像を操作面ＳＳ上に投写する機能を有する。投写部２００は、図２Ｂで説明した投写レンズ２１０の他に、光変調部２２０と、光源２３０とを有する。光変調部２２０は、投写画像メモリー５１０から与えられる投写画像データに応じて光源２３０からの光を変調することによって投写画像光ＩＭＬを形成する。この投写画像光ＩＭＬは、典型的には、ＲＧＢの３色の可視光を含むカラー画像光であり、投写レンズ２１０によって操作面ＳＳ上に投写される。なお、光源２３０としては、超高圧水銀ランプ等の光源ランプの他、発光ダイオードやレーザーダイオード等の種々の光源を採用可能である。また、光変調部２２０としては、透過型又は反射型の液晶パネルやデジタルミラーデバイス等を採用可能であり、色光別に複数の光変調部２２０を備えた構成としてもよい。

２つの照射部４１１，４１２は、指示体（自発光指示体７０及び非発光指示体８０）の先端部を検出するための照射検出光ＩＤＬを操作面ＳＳとその前方の空間にわたってそれぞれ照射する。照射検出光ＩＤＬとしては、例えば近赤外光が使用される。照射部４１１，４１２は、カメラ３１０，３２０の撮像タイミングを含む所定の期間にのみ点灯し、他の期間では消灯する。また、本実施形態では、照射部４１１，４１２は、互いに重なり合わない異なる発光期間において発光するように、時分割で点灯する。なお、図２Ｂに示すように、第１照射部４１１は、第２照射部４１２よりも操作面ＳＳに近い位置に配置されている。調整部４１３は、これらの照射部４１１，４１２の発光強度を調整することによって、撮像画像における指示体と操作面ＳＳのコントラストを好ましい範囲に調整する。この点については更に後述する。

信号光送信部４３０は、自発光指示体７０によって受信される装置信号光ＡＳＬを送信する機能を有する。装置信号光ＡＳＬは、同期用の近赤外光信号であり、プロジェクター１００の信号光送信部４３０から自発光指示体７０に対して定期的に発せられる。自発光指示体７０の先端発光部７７は、装置信号光ＡＳＬに同期して、予め定められた発光パターン（発光シーケンス）を有する近赤外光である指示体信号光ＰＳＬ（後述）を発する。また、撮像部３００のカメラ３１０，３２０は、指示体（自発光指示体７０及び非発光指示体８０）の位置検出を行う際に、装置信号光ＡＳＬに同期した所定のタイミングで撮像を実行する。

撮像部３００は、図２Ａ，図２Ｂで説明した第１カメラ３１０と第２カメラ３２０とを有している。前述したように、２台のカメラ３１０，３２０は、検出光の波長を含む波長領域の光を受光して撮像する機能を有する。図３の例では、照射部４１１によって照射された照射検出光ＩＤＬが指示体（自発光指示体７０及び非発光指示体８０）で反射され、その反射検出光ＲＤＬが２台のカメラ３１０，３２０によって受光されて撮像される様子が描かれている。２台のカメラ３１０，３２０は、更に、自発光指示体７０の先端発光部７７から発せられる近赤外光である指示体信号光ＰＳＬも受光して撮像する。２台のカメラ３１０，３２０の撮像は、検出光照射部４１０から発せられる照射検出光ＩＤＬがオン状態（発光状態）である第１の期間と、照射検出光ＩＤＬがオフ状態（非発光状態）である第２の期間と、の両方で実行される。位置検出部６００は、これらの２種類の期間における画像を比較することによって、画像内に含まれる個々の指示体が、自発光指示体７０と非発光指示体８０のいずれであるかを判定することが可能である。

なお、２台のカメラ３１０，３２０の少なくとも一方は、近赤外光を含む光を用いて撮像する機能に加えて、可視光を含む光を用いて撮像する機能を有することが好ましい。こうすれば、操作面ＳＳ上に投写された投写画面ＰＳをそのカメラで撮像し、その画像を利用して投写画像生成部５００がキーストーン補正を実行することが可能である。１台以上のカメラを利用したキーストーン補正の方法は周知なので、ここではその説明は省略する。

位置検出部６００は、２台のカメラ３１０，３２０で撮像された画像を用い、三角測量を利用して指示体（自発光指示体７０や非発光指示体８０）の先端部の三次元位置を決定する機能を有する。この際、位置検出部６００は、自発光指示体７０の発光パターンを利用して、画像内の個々の指示体が自発光指示体７０と非発光指示体８０のいずれであるかについても判定する。本実施形態において、位置検出部６００は、検出部６１０と、コントラスト測定部６２０とを有している。検出部６１０は、カメラ３１０，３２０で撮像された撮像画像を解析して指示体の指示位置を検出する機能を有する。コントラスト測定部６２０は、カメラ３１０，３２０で撮像された撮像画像におけるコントラストを測定する機能を有する。こうして得られるコントラストは、２つの照射部４１１，４１２の発光強度の調整（後述）に使用される。

使用環境取得部８００は、プロジェクター１００の使用環境を取得する機能を有する。本実施形態では、プロジェクター１００の使用環境として、以下を利用可能である。
（ａ）プロジェクター１００の設置姿勢
（ｂ）プロジェクター１００と操作面ＳＳの間の距離
（ｃ）環境光下の操作面ＳＳの明るさ

姿勢センサー８１０は、プロジェクター１００の設置姿勢を検出するためのセンサーである。姿勢センサー８１０は、プロジェクター１００が水平姿勢（操作面ＳＳが鉛直）か垂直姿勢（操作面ＳＳが水平）かを検出可能に構成されていることが好ましい。姿勢センサー８１０としては、例えばジャイロを使用可能である。

距離測定部８２０は、プロジェクター１００と操作面ＳＳの間の距離を測定する。例えば、距離測定部８２０は、図２Ｂに示したカメラ３１０と操作面ＳＳの距離Ｌを、プロジェクター１００と操作面ＳＳの間の代表的な距離として測定可能である。この距離Ｌは、例えば予め準備された基準パターン画像を操作面ＳＳに投写して２台のカメラ３１０，３２０でそれぞれ撮像し、それらの撮像画像を用いた三角測量を用いて測定可能である。或いは、基準パターン画像を１つのカメラ３１０で撮像し、その撮像画像と投写画像メモリー５１０内の基準パターン画像とを用いた三角測量を実行することによっても距離Ｌを測定できる。なお、本実施形態において、距離Ｌは、プロジェクター１００と操作面ＳＳの間の代表的な距離として使用されており、カメラ３１０以外の他の代表点と操作面ＳＳとの距離を測定してもよい。

操作面明度測定部８３０は、環境光下の操作面ＳＳの明るさを測定する。例えば、操作面明度測定部８３０は、投写部２００と検出光照射部４１０のいずれからも光を操作面ＳＳ上に投写しない状態（バックグラウンド状態）において、操作面ＳＳの明るさを測定する。この操作面ＳＳの明るさも、２つの照射部４１１，４１２の発光強度の調整（後述）に利用可能である。

自発光指示体７０には、ボタンスイッチ７３の他に、信号光受信部７４と、制御部７５と、先端スイッチ７６と、先端発光部７７とが設けられている。信号光受信部７４は、プロジェクター１００の信号光送信部４３０から発せられた装置信号光ＡＳＬを受信する機能を有する。先端スイッチ７６は、自発光指示体７０の先端部７１が押されるとオン状態になり、先端部７１が解放されるとオフ状態になるスイッチである。先端スイッチ７６は、通常はオフ状態にあり、自発光指示体７０の先端部７１が操作面ＳＳに接触するとその接触圧によってオン状態になる。先端スイッチ７６がオフ状態のときには、制御部７５は、先端スイッチ７６がオフ状態であることを示す特定の第１の発光パターンで先端発光部７７を発光させることによって、第１の発光パターンを有する指示体信号光ＰＳＬを発する。一方、先端スイッチ７６がオン状態になると、制御部７５は、先端スイッチ７６がオン状態であることを示す特定の第２の発光パターンで先端発光部７７を発光させることによって、第２の発光パターンを有する指示体信号光ＰＳＬを発する。これらの第１の発光パターンと第２の発光パターンは、互いに異なるので、位置検出部６００は、２台のカメラ３１０，３２０で撮像された画像を分析することによって、先端スイッチ７６がオン状態かオフ状態かを識別することが可能である。

上述のように、本実施形態では、自発光指示体７０の先端部７１が操作面ＳＳに接しているか否かの接触判定を、先端スイッチ７６のオン／オフに応じて行っている。ところで、自発光指示体７０の先端部７１の三次元位置は、２台のカメラ３１０，３２０で撮像された画像を用いた三角測量によって求めることができるので、この三次元位置を用いて自発光指示体７０の先端部７１の接触判定を実行することも可能である。但し、三角測量によるＺ座標（操作面ＳＳの法線方向の座標）の検出精度は、必ずしも高くない場合がある。従って、先端スイッチ７６のオン／オフに応じて接触判定を行うようにすれば、接触判定をより精度良く実行できる点で好ましい。

自発光指示体７０のボタンスイッチ７３は、先端スイッチ７６と同じ機能を有する。従って、制御部７５は、ユーザーによってボタンスイッチ７３が押された状態では上記第２の発光パターンで先端発光部７７を発光させ、ボタンスイッチ７３が押されていない状態では上記第１の発光パターンで先端発光部７７を発光させる。換言すれば、制御部７５は、先端スイッチ７６とボタンスイッチ７３の少なくとも一方がオンの状態では上記第２の発光パターンで先端発光部７７を発光させ、先端スイッチ７６とボタンスイッチ７３の両方がオフの状態では上記第１の発光パターンで先端発光部７７を発光させる。

但し、ボタンスイッチ７３に対して先端スイッチ７６と異なる機能を割り当てるようにしてもよい。例えば、ボタンスイッチ７３に対してマウスの右クリックボタンと同じ機能を割り当てた場合には、ユーザーがボタンスイッチ７３を押すと、右クリックの指示がプロジェクター１００の制御部７００に伝達され、その指示に応じた処理が実行される。このように、ボタンスイッチ７３に対して先端スイッチ７６と異なる機能を割り当てた場合には、先端発光部７７は、先端スイッチ７６のオン／オフ状態及びボタンスイッチ７３のオン／オフ状態に応じて、互いに異なる４つの発光パターンで発光する。この場合には、自発光指示体７０は、先端スイッチ７６とボタンスイッチ７３のオン／オフ状態の４つの組み合わせを区別しつつ、プロジェクター１００に伝達することが可能である。

図３に描かれている５種類の信号光の具体例をまとめると以下の通りである。
（１）投写画像光ＩＭＬ：操作面ＳＳに投写画面ＰＳを投写するために、投写レンズ２１０によって操作面ＳＳ上に投写される画像光（可視光）である。
（２）照射検出光ＩＤＬ： 指示体（自発光指示体７０及び非発光指示体８０）の先端部を検出するために、検出光照射部４１０（４１１，４１２）によって操作面ＳＳとその前方の空間にわたって照射される近赤外光である。
（３）反射検出光ＲＤＬ：照射検出光ＩＤＬとして照射された近赤外光のうち、指示体（自発光指示体７０及び非発光指示体８０）によって反射され、２台のカメラ３１０，３２０によって受光される近赤外光である。
（４）装置信号光ＡＳＬ：プロジェクター１００と自発光指示体７０との同期をとるために、プロジェクター１００の信号光送信部４３０から定期的に発せられる近赤外光である。
（５）指示体信号光ＰＳＬ：装置信号光ＡＳＬに同期したタイミングで、自発光指示体７０の先端発光部７７から発せられる近赤外光である。指示体信号光ＰＳＬの発光パターンは、自発光指示体７０のスイッチ７３，７６のオン／オフ状態に応じて変更される。また、複数の自発光指示体７０を識別する固有の発光パターンを有する。

図４は、検出光強度の調整前のコントラストの例を示す説明図である。図４の横軸は、操作面ＳＳ上の位置を示している。実際には、操作面ＳＳ上の位置は２次元であるが、図４では図示の便宜上、一次元で表現している。縦軸は指示体（特に非発光指示体８０）と操作面ＳＳのコントラストの値を示す。コントラストは、撮像画像における操作面ＳＳの画素値に対する指示体の画素値の比である。このコントラストは、例えば、指示体の先端を含む一定サイズの領域（例えば２０×２０画素）の中の操作面ＳＳの画素値の平均と指示体の画素値の平均との比として算出することができる。縦軸の上半分は、ポジティブコントラストの範囲であり、下半分はネガティブコントラストの範囲である。「ポジティブコントラスト」は、撮像画像において指示体が操作面ＳＳよりも明るい状態を意味しており、「ネガティブコントラスト」は、指示体が操作面ＳＳよりも暗い状態を意味している。ポジティブコントラスト閾値ＰＣｔは、コントラストがこの閾値ＰＣｔ以上の場合に指示体を操作面ＳＳと区別して明瞭に認識し得る閾値である。ネガティブコントラスト閾値ＮＣｔは、コントラストがこの閾値ＮＣｔ以下の場合に指示体を操作面ＳＳと区別して明瞭に認識し得る閾値である。

図４には、２つのコントラストＣＶ１，ＣＶ２の分布が実線で描かれている。第１コントラストＣＶ１は、第２照射部４１２が発光せずに第１照射部４１１のみが発光した状態で撮像された撮像画像におけるコントラストである。一方、第２コントラストＣＶ２は、第１照射部４１１が発光せずに第２照射部４１２のみが発光した状態で撮像された撮像画像におけるコントラストである。ここでは、第１照射部４１１と第２照射部４１２の発光強度（検出光強度）は同じものと仮定している。これらのコントラストＣＶ１，ＣＶ２は、カメラ３１０（又は３２０）で撮像して得られた撮像画像を用いて、コントラスト測定部６２０が算出したものである。操作面ＳＳのほぼ全体に亘るコントラストＣＶ１，ＣＶ２の分布は、例えば、２つの照射部４１１，４１２を時分割で点灯させている状態で、非発光指示体８０の先端を操作面ＳＳ上で移動させつつカメラ３１０を用いて複数の位置で撮像を行い、得られた複数の撮像画像を解析することによって求めることができる。

この例では、第１コントラストＣＶ１は、操作面ＳＳ上のすべての位置において、２つの閾値ＰＣｔ，ＮＣｔの間にある。従って、第１照射部４１１を用いた場合には、指示体と操作面ＳＳのコントラストが不十分であり、検出部６１０が撮像画像から指示体を明瞭に認識することができない可能性がある。一方、第２コントラストＣＶ２は、操作面ＳＳ上の一部の領域Ｒ２１では２つの閾値ＰＣｔ，ＮＣｔの間にあり、その他の領域Ｒ２２ではネガティブコントラスト閾値ＮＣｔ以下となっている。従って、第２照射部４１２を用いた場合には、領域Ｒ２２では撮像画像から指示体を明瞭に認識することができるが、領域Ｒ２１では指示体を明瞭に認識できない可能性がある。検出光照射部４１０の調整部４１３は、これらのコントラストＣＶ１，ＣＶ２の測定結果に応じて、２つの照射部４１１，４１２の少なくとも一方の検出光強度を調整することによって、操作面ＳＳ上の任意の位置において、コントラストが２つの閾値ＰＣｔ，ＮＣｔのいずれかを超えるように調整することが可能である。なお、本明細書において、「コントラストが閾値を超える」という語句は、コントラストがポジティブコントラスト閾値ＰＣｔ以上となるか又はネガティブコントラスト閾値ＮＣｔ以下となること、を意味する。

図５は、検出光強度の調整後のコントラストの例を示す説明図である。ここでは、第１照射部４１１の検出光強度を高めることによって、第１コントラストＣＶ１を図４に比べて増大させている。この調整の結果、第１コントラストＣＶ１は、操作面ＳＳ上の領域Ｒ１１ではポジティブコントラスト閾値ＰＣｔ以上となり、その他の領域Ｒ１２では２つの閾値ＰＣｔ，ＮＣｔの間の値を取る。従って、第１照射部４１１を用いた場合には、領域Ｒ１１において撮像画像から指示体を明瞭に認識することが可能となる。また、第１照射部４１１の発光時に得られるコントラストＣＶ１が閾値ＰＣｔを超える領域Ｒ１１と、第２照射部４１２の発光時に得られるコントラストＣＶ２が閾値ＮＣｔを超える領域Ｒ２２との和が、操作面ＳＳの全領域を包含している。言い換えれば、操作面ＳＳ上のすべての位置が領域Ｒ１１または領域Ｒ２２に属している。このようなコントラストＣＶ１，ＣＶ２が得られる場合には、操作面ＳＳ上の任意の位置において、指示体（特に指示体の先端）を操作面ＳＳと区別して明瞭に識別することが可能となる。実際には、操作面ＳＳが、プロジェクター１００から画像が投写される領域である投写画面ＰＳ（図２Ｂ）よりもやや広い場合が多い。この場合には、第１照射部４１１の発光時に得られるコントラストＣＶ１が閾値ＰＣｔを超える領域Ｒ１１と、第２照射部４１２の発光時に得られるコントラストＣＶ２が閾値ＮＣｔを超える領域Ｒ２２との和が、少なくとも投写画面ＰＳの全領域を包含することが好ましい。

なお、図５の例では、第１照射部４１１の発光強度を高めていたが、第２照射部４１２の発光強度を弱めるようにしても良い。また、場合によっては、第１照射部４１１の発光強度を弱めたり、第２照射部４１２の発光強度を強めたりすることによって好ましいコントラストが得られる場合もある。この説明から理解できるように、２つの照射部４１１，４１２の少なくとも一方を調整することによって、指示体と操作面ＳＳのコントラストが閾値ＰＣｔ、ＮＣｔを超えるように調整することが可能である。

通常の場合には、２つの照射部４１１，４１２のうち、操作面ＳＳにより近い第１照射部４１１の発光強度を、より遠い第２照射部４１２の発光強度よりも高めることによって、図５のような好ましいコントラストＣＶ１，ＣＶ２が得られる。従って、実験的又は経験的に、操作面ＳＳにより近い第１照射部４１１の発光強度を、操作面ＳＳからより遠い第２照射部４１２の発光強度よりも十分に高く設定しておくことによって、好ましいコントラストが得られるようにしても良い。但し、上述したように、撮像部３００で撮像した撮像画像を解析して得られたコントラストを用いて照射部４１１，４１２の発光強度を調整するようにすれば、実際の設置環境に応じて適切な調整を行うことが可能である。

なお、２つの照射部４１１，４１２は、互いに重なり合わない異なる発光期間に発光するように、時分割で発光することが好ましい。２つの照射部４１１，４１２を時分割で発光させるようにすれば、図５の例のように、それぞれの発光期間で得られるコントラストにおいて、その正負が逆転している領域が操作面ＳＳ上に存在していても、異なる発光期間における撮像画像を利用すれば、いずれの領域においても十分なコントラストを容易に得ることができる。但し、２つの照射部４１１，４１２を同時に発光させても良い。この場合にも、２つの照射部４１１，４１２の少なくとも一方の発光強度を調整することによって、操作面ＳＳの任意の位置においてコントラストが閾値を超えるようにすることが好ましい。

検出光照射部４１０の調整部４１３は、更に、撮像部３００で撮像した撮像画像を解析して得られたコントラストと共に、使用環境取得部８００で取得されるプロジェクター１００の使用環境を利用して、照射部４１１，４１２の発光強度を調整するようにしてもよい。使用環境を利用した発光強度の調整は、例えば、以下のように実行できる。

（ａ）プロジェクター１００の設置姿勢を用いた発光強度の調整
姿勢センサー８１０は、プロジェクター１００の設置姿勢（水平姿勢か垂直姿勢か）を検出可能である。プロジェクター１００の設置姿勢は、操作面ＳＳ上の環境光の強さに影響を与え得るので、コントラストにもかなり大きな影響がある可能性がある。そこで、調整部４１３は、例えば、プロジェクター１００が水平姿勢である場合よりも垂直姿勢である場合の方が、第１照射部４１１の発光強度（又は第１照射部４１１と第２照射部４１２の発光強度の比）が高くなるように調整してもよい。こうすれば、より好ましいコントラストを得ることが可能である。

（ｂ）プロジェクター１００と操作面ＳＳの間の距離Ｌを用いた発光強度の調整
距離測定部８２０は、プロジェクター１００と操作面ＳＳの間の距離Ｌ（図２Ｂ）を測定可能である。調整部４１３は、この距離Ｌが遠いほど、第１照射部４１１の発光強度（又は第１照射部４１１と第２照射部４１２の発光強度の比）が高くなるように調整することによって、より好ましいコントラストを得るようにしてもよい。なお、プロジェクター１００と操作面ＳＳの間の距離Ｌは、投写画面ＰＳの大きさ（すなわち投写サイズ）と等価である。

（ｃ）環境光下の操作面ＳＳの明るさを用いた発光強度の調整
操作面明度測定部８３０は、投写部２００と検出光照射部４１０から光を操作面ＳＳ上に投写せず、環境光のみの状態における操作面ＳＳの明るさを測定可能である。調整部４１３は、この状態における操作面ＳＳが明るいほど第１照射部４１１の発光強度（又は第１照射部４１１と第２照射部４１２の発光強度の比）が高くなるように調整することによって、より好ましいコントラストを得るようにしてもよい。

なお、２つのカメラ３１０，３２０で撮像した２つの撮影画像に関して、コントラストＣＶ１，ＣＶ２の分布が同様の傾向を示す場合と大幅に異なる場合とが発生しうる。後者の場合には、２つのカメラ３１０，３２０が撮像した２つの撮像画像のそれぞれについて、操作面ＳＳ上の任意の位置において指示体を明瞭に認識し得るように、２つの照射部４１１，４１２の発光強度を調整することが好ましい。

以上のように、上記実施形態では、調整部４１３は、２つの照射部４１１，４１２の少なくとも一方の発光強度を調整することによって、撮像画像における指示体と操作面ＳＳのコントラストが閾値ＰＣｔ，ＮＣｔを超えるように調整する。この結果、操作面ＳＳの任意の位置において、操作面ＳＳから指示体（自発光指示体７０や非発光指示体８０）を明瞭に識別することが可能である。

・変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

・変形例１：
上記実施形態では、検出光照射部４１０が２つの照射部４１１，４１２を有する例を説明したが、本発明は、１つの照射部のみを有する位置検出装置やプロジェクターにも適用可能である。この場合にも、調整部４１３が１つの照射部の発光強度を調整することによって、指示体と操作面ＳＳのコントラストが閾値を超えるようにすることが好ましい。なお、１つの照射部の１回の発光では、操作面ＳＳの任意の位置においてコントラストが閾値を超えるように調整を行えない場合も考えられる。この場合には、１つの照射部を複数の発光期間で互いに異なる発光強度で発光させるとともに、それらの複数の発光期間でそれぞれ撮像して得られる複数の撮像画像を使用して、操作面ＳＳの任意の位置においてコントラストが閾値を超えるように調整を行うことが好ましい。このような調整は、複数の照射部を同じタイミングで点灯させる場合にも適用可能である。

・変形例２：
上記実施形態では、ステレオカメラ方式（三角測量）で指示体の指示位置を検出するインタラクティブプロジェクターを説明したが、本発明は、他のタイプのインタラクティブプロジェクターにも適用可能である。例えば、上述した特許文献１に記載されているような層状検出光を照射する照射部（ライトカーテンユニット）を利用したインタラクティブプロジェクターにも本発明を適用可能である。

・変形例３：
上記実施形態では、位置検出装置の一例としてインタラクティブプロジェクターを説明したが、本発明は、インタラクティブプロジェクター以外の他の位置検出装置にも適用可能である。例えば、自発光指示体を用いて操作面上の位置を指示するデジタイザやタブレットにも本発明を適用可能である。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

７０…自発光指示体、７１…先端部、７２…軸部、７３…ボタンスイッチ、７４…信号光受信部、７５…制御部、７６…先端スイッチ、７７…先端発光部、８０…非発光指示体、１００…インタラクティブプロジェクター、２００…投写部、２１０…投写レンズ、２２０…光変調部、２３０…光源、３００…撮像部、３１０，３２０…カメラ、４１０…検出光照射部、４１１…第１照射部、４１２…第２照射部、４１３…調整部、４３０…信号光送信部、５００…投写画像生成部、５１０…投写画像メモリー、６００…位置検出部、６１０…検出部、６２０…コントラスト測定部、７００…制御部、８００…使用環境取得部、８１０…姿勢センサー、８２０…距離測定部、８３０…操作面明度測定部、９００…位置検出システム、９１０…支持部材、９２０…スクリーン板、ＡＳＬ…装置信号光、ＣＶ１…第１コントラスト、ＣＶ２…第２コントラスト、ＥＲＢ…消しゴムボタン、ＦＲＢ…前方／後方ボタン、ＩＤＬ…照射検出光、ＩＭＬ…投写画像光、Ｌ…距離、ＮＣｔ…ネガティブコントラスト閾値、ＰＣｔ…ポジティブコントラスト閾値、ＰＥＢ…ペンボタン、ＰＳ…投写画面、ＰＳＬ…指示体信号光、ＰＴＢ…ポインターボタン、Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ２１，Ｒ２２…投写面ＳＳ上の領域、ＲＤＬ…反射検出光、ＳＳ…操作面（投写スクリーン面）、ＴＢ…ツールボックス、ＵＤＢ…取消ボタン

Claims (9)

1. 操作面上で指示体により指示された指示位置を検出する位置検出装置であって、
   前記操作面に検出光を照射する第１照射部及び第２照射部と、
   前記操作面を撮像する撮像部と、
   前記撮像部で撮像された撮像画像に基づいて、前記指示体により指示された指示位置を検出する検出部と、
   を備え、
   前記第１照射部は、前記第２照射部よりも前記操作面に近い側に配置され、前記第２照射部よりも発光強度が強い、位置検出装置。
2. 操作面上で指示体により指示された指示位置を検出する位置検出装置であって、
   前記操作面に検出光を照射する第１照射部及び第２照射部と、
   前記操作面を撮像する撮像部と、
   前記撮像部で撮像された撮像画像に基づいて、前記指示体により指示された指示位置を検出する検出部と、
   前記第１照射部及び前記第２照射部の少なくとも一方の発光強度を調整することによって、前記撮像画像における前記指示体と前記操作面との間のコントラストが閾値を超えるように調整する調整部と、
   を備える位置検出装置。
3. 請求項２に記載の位置検出装置であって、更に、
   前記位置検出装置の使用環境を取得する使用環境取得部を備え、
   前記調整部は、前記位置検出装置の使用環境に応じて前記発光強度の調整を行う、位置検出装置。
4. 請求項３に記載の位置検出装置であって、
   前記使用環境は、前記位置検出装置の設置姿勢と、前記位置検出装置と前記操作面の間の距離と、環境光下の前記操作面の明るさと、のうちの少なくとも１つを含む、位置検出装置。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載の位置検出装置であって、
   前記第１照射部は、前記第２照射部よりも前記操作面に近い側に配置され、
   前記調整部は、前記第１照射部の発光強度が前記第２照射部よりも強くなるように調整する、位置検出装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の位置検出装置であって、
   前記第１照射部及び前記第２照射部は、時分割で前記検出光を照射し、
   前記撮像部は、前記第１照射部の発光期間と前記第２照射部の発光期間のそれぞれにおいて撮像を行う、位置検出装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の位置検出装置であって、
   前記第１照射部及び前記第２照射部の発光強度は、前記第１照射部の発光時に得られる第１コントラストが閾値を超える第１領域と、前記第２照射部の発光時に得られる第２コントラストが閾値を超える第２領域との和が、前記操作面の全領域を包含するように調整されている、位置検出装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の位置検出装置であって、更に、
   前記操作面上に画像を投写する投写部を備える、位置検出装置。
9. 操作面上で指示体により指示された指示位置を検出する位置検出装置のコントラスト調整方法であって、
   （ａ）第１照射部及び第２照射部を用いて前記操作面に検出光を照射する工程と、
   （ｂ）前記操作面を撮像する工程と、
   （ｃ）前記工程（ｂ）で撮像された撮像画像に基づいて、前記指示体により指示された指示位置を検出する工程と、
   （ｄ）前記第１照射部及び前記第２照射部の少なくとも一方の発光強度を調整することによって、前記撮像画像における前記指示体と前記操作面との間のコントラストが閾値を超えるように調整する工程と、
   を備えるコントラスト調整方法。

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