JP3579096B2 - 表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、スクリーンに表示された画像に対する操作等の入力を光で行うポインタを持つディスプレイ装置に関し、特に、複数のポインタで同時に操作等ができるディスプレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディスプレイ装置を有する計算機システムにおいて、ディスプレイ装置に表示された画像を操作するための指示を受付ける手段として、ディスプレイ装置の表示画面（スクリーン）に直接、手またはその他のものを接触させて、操作のための指示を行うものがある。従来技術に係るこのような指示手段としては、タッチパネルやスタイラスペンがある。これらの方法では、指示を行う人は、ディスプレイの画面に指等を接触させながら操作する必要があり、大型ディスプレイ装置のように、画面から離れた場所から画面を見ることが多い場合には、この方法で画面上の位置を指示しようとすると、不便である。
【０００３】
そこで、大型ディスプレイ装置において、表示画面であるスクリーン上の位置を、スクリーンから離れている場所から指示する装置として、特開平５−１５０７５３号公報「光ビーム投写型画像表示装置」に記載されたものがある。この表示装置は、画像をスクリーン上に表示する投射器がスクリーンの背面にある背面投射型の大型表示装置である。この装置では、赤外線レーザ光を出力する発光素子を組み込んだものをスクリーン上の位置を指示するためのポインタとして利用している。ポインタから出力された赤外線レーザ光がスクリーンに当たった位置は、スクリーンの背面に設けられたセンサで検知される。そして、その位置からユーザの入力位置を同定する。赤外線は、不可視であるため、同定した位置に画像を表示することにより、位置が確認できるようにしている。
【０００４】
しかし、この装置では、一人のユーザのみがスクリーン上で指示を行うことを前提としており、複数の人が同時にポインタを持って、スクリーン上の複数の位置を指示する場合については、考慮していない。この場合には、一人のユーザが指定した位置と他のユーザが指定した位置とが区別できない。そのため、位置の同定を誤り、ユーザの意図とは異なった指示が行われるという問題があった。従って、複数の人が同時にポインタを利用することはできない。
【０００５】
この問題を解決するためのポインタが、特開平５−２２４６３６号公報「コンピュータ出力投影画像と相互作用する方法及び装置」に記載されている。この装置においては、赤外線または可視光を送出する複数のポインタを用いる。複数のポインタ相互の識別は、異なる周波数（３５ｋＨｚ以下の周波数）で、上記赤外線または可視光を変調して、異なる周波数の矩形波とすることにより行う。赤外線または可視光を検出する際には、変調周波数に応じたバンドパスフィルタを用いることにより、ポインタ間の区別を行うことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとしている課題】
上記従来技術では、複数のポインタからの出力光を区別できるようにするために、各ポインタは、出力光を変調する変調装置を有することが必要であった。
【０００７】
本発明の第１の目的は、変調装置を有しないで、複数のユーザがポインタにより同時に位置を指定できる表示装置を提供することである。
【０００８】
ところで、前面投射型の大型表示装置の場合、投射器からの光とポインタからの光の何れもスクリーンの前面で反射されて、ポインタの投射位置を検知するセンサに入る。このため、ポインタからの光と投射器からの光が同じ色または同じ強度である場合のように光として同じ性質を持っている場合は、ポインタの位置を認識することができない。背面投射型の大型表示装置の場合においても、スクリーンの透過性が悪いために、スクリーンの背面で反射される投射器からの光が多い場合は、上記と同様な問題が起こる可能性がある。
【０００９】
本発明の第２の目的は、投射器から出る光とポインタから出る光が同じ状態の可能性があり、かつ両者の光がポインタの位置を測定する装置に入りうる場合に、変調装置を有しないで、両者の光を識別できる表示装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、画像が表示されるスクリーンと、上記スクリーンに光を投射することにより上記画像の表示を行う表示手段と、上記スクリーン上の位置を指定するための位置指定手段とを有する表示装置において、上記位置指定手段は、光の色、光の強度、および光の偏光状態のうちの少なくとも１つについて互いに異なる、上記位置を指定するための光を、上記スクリーンの前面から上記スクリーンに投射する複数のポインタと、上記複数のポインタにより、上記スクリーンに投射された複数の上記光を受付けるカメラと、受付けた上記光により、上記ポインタが指定する位置を識別する位置識別手段と、受付けた上記光は、上記光の色、光の強度、および光の偏光状態のうちの少なくとも１つが互いに異なることに基づいて、上記複数のポインタのうちのいずれのポインタにより投射された光であるかを、上記識別された位置ごとに識別するポインタ識別手段とを有することとしたものである。
【００１１】
また、上記第２の目的を達成するために、画像が表示されるスクリーンと、１つの偏光状態にある光をスクリーンに投射することにより表示を行う表示手段と、上記スクリーン上の位置を指定するための位置指定手段とを有し、上記位置指定手段は、上記スクリーンに、上記表示手段が投射する光と異なる偏光状態にある光を少なくとも含むとともに、上記含まれる光の色および強度のうちの少なくとも１つについて互いに異なる、上記位置を指定するための光を、上記スクリーンの前面から投射する複数のポインタと、上記表示手段が投射する光と異なる偏光状態にある光を選択して透過させる偏光選択手段と、上記偏光選択手段により選択された偏光を受付けるカメラと、受付けた上記光により、上記ポインタが指定する位置を識別する位置識別手段と、上記複数のポインタにより、上記スクリーンに投射された光のうち、受付けた上記光は、光の色および光の強度のうちの少なくとも１つが互いに異なることに基づいて、上記複数のポインタのうちのいずれのポインタにより投射された光であるかを、上記識別された位置ごとに識別するポインタ識別手段とを有することとしたものである。
【００１２】
【作用】
上記複数のポインタは、個々のポインタ毎に異なる特性の光を投射する。上記カメラは、大型ディスプレイのスクリーン上に映っている光を入力される。上記位置識別手段は、それを画像処理し、複数の入力位置を検知する。さらに、ポインタ識別手段は、ポインタ毎の光の色、強度、または光の偏光状態に基づいて、スクリーン上の複数の入力位置を個々のポインタ毎に区別する。以上の動作により、複数のユーザが同時に複数のポインタで入力してもそれぞれのポインタ毎に入力位置を同定することができる。
【００１３】
光の色を区別するためには、例えば、ポインタごとに異なる発光色の発光ダイオードを有することとすればよい。光の強度を区別するためには、例えば、ポインタごとに、異なる強度で、発光ダイオードを発光させることとすればよい。また、光の偏光状態を区別するためには、例えば、ポインタごとに異なる偏光を出すように、ポインタごとに異なる偏光板を発光ダイオードの前面に設けて、この偏光板を介して、光を出力することとすればよい。このように、複数のポインタ相互の識別を、光の色、強度、または光の偏光状態で行っているため、変調装置を必要とせず、簡単な構成のポインタで複数のポインタが識別できる。
【００１４】
また、表示手段から出る光を１つの偏光状態にある光とし、ポインタからは、異なる偏光状態を含む光を出力することとし、カメラには、偏光選択手段により、表示手段が出力する光は入らないようにする。これにより、変調装置を設けること無く、表示手段からの光とポインタからの光とを区別することができ、かつポインタの位置を正しく認識することができる。
【００１５】
【実施例】
本発明に係る表示装置の第１の実施例を、図１を用いて説明する。図１は、表示装置のブロック図である。本装置は、透過型スクリーンの背面に、画像をスクリーンに表示する投射部があり、ユーザは、スクリーンの前面から画像を見るとともに、ポインタにより指示を行う背面投射型表示装置である。以下では、ポインタが２台の場合について述べるが、本発明は、これに限られるものではない。本表示装置は、ポインタ１０１，１０２と、その入力にしたがって処理を行う計算機システムからなる。計算機システムは、全体を制御する制御部１０６と、表示面であるスクリーン１０３と、スクリーンの背面に設けられ、スクリーン１０３の裏に映ったポインタ１０１，１０２による投射点１０１１，１０２１を含めてスクリーン１０３の背面全体を撮影するカメラ１０５と、カメラ１０５が撮影した映像からユーザの入力位置を検知する入力検出部１０７と、制御部１０６からの表示すべき情報をアナログのＲＧＢ信号に変換する表示部１０８と、表示部１０８からのアナログのＲＧＢ信号に基づいてスクリーン１０３に映像を投影する投射部１０４と、制御部１０６、入力検出部１０７、及び表示部１０８を接続するバス１０９とを有する。
【００１６】
入力検出部１０７は、上記複数のポインタ１０１，１０２により、上記スクリーン１０３に投射された複数の上記光を受付けて、投射された位置を識別するとともに、上記光の色が互いに異なることに基づいて、上記複数のポインタ１０１，１０２のうちのいずれのポインタにより投射された光であるかを識別する機能を有する。
【００１７】
計算機システムのハードウエア構成を図１３に示す。計算機システムは、ＣＰＵ１３１と、主記憶１３２と、表示部１０８と、投射部１０４と、ハードディスク１３４と、入出力制御部１３５と、カメラ１０５とを有する。上記の制御部１０６は、ＣＰＵ１３１、主記憶１３２により実現され、入力検出部１０７は、ＣＰＵ１３１と、主記憶１３２と、入出力制御部１３５により実現される。
【００１８】
主記憶１３２には、ＣＰＵ１３１が実行する制御部１０６、入力検出部１０７および表示部１０８の処理プログラムが、実行時に記憶される。
【００１９】
ハードディスク１３４には、ポインタ１０１，１０２により指定され、入力検出部１０７により識別された位置の情報、およびポインタの識別情報（ポインタ種）等が記憶される。また、ＣＰＵ１３１が実行する制御部１０６、入力検出部１０７および表示部１０８の処理プログラムが、記憶されており、これらの処理プログラムの実行時に主記憶に転送される。
【００２０】
表示部１０８は、ＣＰＵ１３１からスクリーン１０３に表示する画像を生成するための描画命令を受け、この描画命令に基づいてＲＧＢ信号を生成し、投射部１０４に出力する。図１６に、表示部１０６の内部構成を示す。表示部１０６は、描画部１０６１と、フレームメモリ１０６２と、ＲＧＢ信号発生器１０６３とを有する。描画部１０６１は、制御部１０６から受付けた描画命令に従って、図形に対応したデータを求め、フレームメモリ１０６２にそのデータを格納する。ＲＧＢ信号発生器１０６３は、そのフレームメモリ１０６２内のビットマップ情報をＲＧＢ信号に変換する。例えば、直線を表示する際には、制御部１０６は、始点と終点の座標と直線を引く、という命令を表示部１０６に出力する。描画部１０６１は、制御部１０６からの座標を参照し、フレームメモリ１０６２上に直線を発生する。ＲＧＢ信号発生部１０６３は、一定周期毎にフレームメモリ１０６２を走査し、ＲＧＢ信号を発生する。
【００２１】
入出力制御部１３５は、ＣＰＵ１３１からの指示を受けて、後述するタイミングで、カメラ１０５からのアナログのＲＧＢ信号をアナログ／デジタル変換して、得られたデジタルデータを主記憶１３２に送る。主記憶１３２は、このデジタルデータを記憶する。
【００２２】
図１により、表示装置の各構成要素について説明する。ポインタ１０１，１０２は、可視光を出力する発光素子（発光ダイオード、またはレーザダイオード）を有し、ポインタ１０１，１０２ごとに異なる波長の光を出力する。ポインタ１０１，１０２の構成を図１４に示す。ポインタ１０１，１０２は、発光ダイオード１４１と、発光ダイオード１４１をオン／オフするためのスイッチ１４２と、電池１４３とを有する。
【００２３】
スクリーン１０３は、前述のように透過型であり、例えば、スクリーンの背面から投射部１０４により投射された光をスクリーン正面方向に屈折させるフレネルレンズと拡散面とで構成される。
【００２４】
投射部１０４は、光源にＣＲＴ（陰極線管）を用いたＣＲＴ投射型、光源にＲＧＢそれぞれを出力する３本の可視光のレーザを用いて、それらから出力されるレーザビームを直接映像信号で強度変調するレーザ投射型、または、液晶を利用した色フィルタを用いた液晶投射型のいずれでもよい。
【００２５】
スクリーン１０３の裏に配置されているカメラ１０５は、スクリーン１０３全体を撮影できるように配置されている。もし、スクリーン１０３とカメラ１０５との距離がとれない場合には、反射鏡を使って光路を長くしたり、レンズとして広角レンズを使用して、スクリーン１０３全体をカメラ１０５が撮影できるようにする。カメラ１０５は、撮影したスクリーン１０３の映像を映像信号として出力する。
【００２６】
カメラ１０５と投射部１０４とは、同期を取って動作させることとしてもよいし、同期を取らないで動作させてもよい。同期を取って動作させる場合は、投射部１０４の垂直帰線期間にカメラ１０５で撮影することが望ましい。こうすると、もし、投射部１０４からの光がカメラ１０５に入る場合でも、投射１０４からの光とポインタ１０１，１０２からの光を容易に区別することができるからである。
【００２７】
本実施例における、ポインタを識別するための原理を説明する。ユーザは、異なる波長の光を投射するポインタ１０１，１０２をそれぞれ操作して、スクリーン１０３上に光を投射する。図１のようにスクリーン１０３の裏側（背面側）では、ポインタ１０１，１０２で指示している位置に各ポインタ１０１，１０２に対応した色の投射点１０１１，１０２１が現れる。これをスクリーン１０３の裏から見れば、各ポインタ１０１，１０２ごとの投射点１０１１，１０２１の位置により、入力位置を検知することができ、投射点１０１１，１０２１の色により、それぞれのポインタ１０１，１０２を区別することができる。
【００２８】
なお、投射点１０１１，１０２１の色は、表示されている画像の色と一致している場合がある。しかし、以下の理由から、本実施例では、問題とならない。本実施例のような背面投射型の表示装置の場合は、画像は背面からスクリーン１０３に投射され、ポインタ１０１，１０２からの光は、スクリーン１０３の前面から投射される。そして、本実施例のスクリーン１０３は、入射された光を透過させる性質を有するため、カメラ１０５には、ポインタ１０１，１０２からの光が主に入り、スクリーン１０３で反射されてカメラ１０５に入る画像の光は少なく、投射点１０１１，１０２１の色と、画像の色とが混同されることは少ないからである。
【００２９】
次に、この識別処理を行う入力検出部１０７について説明する。入力検出部１０７は、カメラ１０５が撮影した映像を元にユーザの入力を同定する。カメラ１０５が撮影した映像は、図示するようなスクリーン１０３全体を撮影したカメラ画像１１０である。カメラ１０５は、撮影したカメラ画像１１０をアナログのＲＧＢ信号に変換し、入力検出部１０７に送る。入力検出部１０７は、カメラ１０５から送られたアナログのＲＧＢの信号を、所定のタイミングで１フレーム分の信号をサンプリングする。
【００３０】
サンプリングのタイミングとしては、以下の２つの方法があり、どちらの方法でも良い。
【００３１】
１．一定周期ごとにサンプリングを行う
入力検出部１０７が１フレーム分の画像データについて、入力位置やポインタ種の識別等の所定の処理を行うのに必要な時間よりも大きな時間にサンプリング周期を決めておく方法である。例えば、２０ミリ秒毎に入力検出部１０７はサンプリングを行うというように決める。
【００３２】
２．一定周期ごとにはサンプリングを行わない
入力検出部１０７が１フレーム分の画像データについて、入力位置やポインタ種の識別等の所定の処理を終了した時点で、入力検出部１０７がすぐにカメラ１０４からのＲＧＢ信号をサンプリングする。
【００３３】
カメラ１０５からの映像の１フレーム分をサンプリングすると、次に、その映像の中に投射点１０１１，１０２１があるかどうかを検査し、ユーザの入力があったかどうかを判断する。
【００３４】
ところで、入力検出部１０７は、入力位置とイベント種とを検知する必要がある。ここで、入力位置とイベント種とは、おのおの次のようなものである。
【００３５】
代表的な入力装置であるマウスを例にして説明すると、入力位置とは、マウスを動かしたときに、その移動に追従して動く表示画面上のカーソルの位置である。イベント種とは、ユーザの指示の種別を表し、例えば、特定の表示の要求／特定の表示の消去の要求等である。マウスの場合、イベント種の識別は、マウスのボタンを押したとき（ボタンダウン）、そのボタンを離したとき（ボタンアップ）等により行われる。本実施例では、入力位置の指定及びイベント種の入力をポインタ１０１，１０２により実現するため、次のような入力方法を採用する。
【００３６】
入力位置は、ユーザがポインタ１０１，１０２からの光でスクリーン１０３上を投射した位置とする。
【００３７】
イベント種に関しては、ポインタ１０１，１０２のスイッチ１４２をオンすることにより、ユーザがスクリーン１０３上のある位置に投射を開始足したときに、その位置で、マウスのボタンダウンに相当する入力がされたとする。また、ポインタ１０１，１０２のスイッチをオンした状態で（投射した状態で）、ポインタ１０１，１０２の投射位置をユーザが希望する位置まで移動させた後、その位置で、スイッチ１４２のオフ動作を行うことにより、マウスのボタンアップに相当する入力がされたと判断する。上記のようにボタンダウンを定義すると、ポインタ１０１，１０２が初めて投射されるまでは、ユーザは、投射位置が不明のため、間違った位置でボタンダウンをすることになるか農政がある。しかし、本実施例では、ボタンアップがされた投射位置にあるメニューが選択されたとするので、メニューの選択を誤ることはない。
【００３８】
なお、ボタンダウンを、マウスのダブルクリックと同様に、２回連続してオン動作が行われたときとすれば、誤った位置で１回オン動作をしてもボタンダウンとは解釈されず、メニューの選択は無効とされる。この結果、ボタンダウンが行われた投射位置にあるメニューのみが選択される。
【００３９】
さらに、入力検出部１０７は、ポインタ種（それぞれのポインタを識別するためのユニークな番号）も出力する。複数の人が同時に入力を行うことができる環境を提供するため、複数のユーザがそれぞれポインタを持ち、同時に入力を行う場合に、入力検出部１０７は、同時に入力される複数の入力デバイス（ポインタ）をそれぞれ区別する必要があるからである。
【００４０】
入力検出部１０７は、上記の入力位置、イベント種、ポインタ種を検出するため、カメラ画像をサンプリングした後、まず、入力位置とポインタ種の検出を同時に行い、次にイベント種の検出を行う。
【００４１】
入力検出部１０７の動作を図１５の処理フローにより説明する。
【００４２】
ステップ２０１
カメラ１０５は、スクリーン全体を映した画像１１０をＲＧＢ信号に変換し、入力検出部１０７に送る。入力検出部１０７は、この信号をサンプリングする。サンプリングの順序としては、１フレームを構成する走査線を上から下に向かって順次サンプリングする。１本の走査線については、左から右に向かって順次サンプリングする。このときの１走査線上での画素数をＭとする。サンプリングにより、スクリーン１０３を撮影した１フレームのカメラ映像１１０について、各画素のＲＧＢ成分ごとに、８ビットのデータが作成される。このデータは、主記憶１３２に記憶される。
【００４３】
ステップ２０２
以下のステップ２１１までの処理により、入力検出部１０７は、入力情報を検知するため、入力位置とポインタ種のチェックを同時に行う。その後に、イベント種の判定を行う。ステップ２０２から２１１のうち、ステップ２０２から２０７では、各ポインタ種ごとにサンプリング画像内にポインタがあるかどうかを検査する。以下では、ポインタ種として、赤色光を出力するポインタ（以下では、赤のポインタと呼ぶ）を検索する方法を示す。赤のポインタをチェックするため、入力検出部１０７は、サンプリング画像のなかで、もっとも赤い点を検索する。
【００４４】
ステップ２０２で入力位置を検出するため、各ポインタの色の強度の情報を記憶する変数（最大変数）を０に初期化する。例えば赤の場合には、赤最大変数を０に設定する。
【００４５】
ステップ２０３
１フレーム内の最初の画素から最後の画素までの１画素ごとに、サンプリングされたデータに関し、ステップ２０３の下位の処理ステップであるステップ２０４から２０７を実行する。
【００４６】
ステップ２０４
入力検出部１０７は、各画素のＲＧＢ値をサンプリングの順序と同じ順序で検査し、ほかの成分（ＧＢ）の成分が０で、赤最大変数よりもＲの成分が大きいかどうかを判断する。画素が見つかれば、ステップ２０５に進み、そうでないときは、次の画素についてステップ２０４を行う。
【００４７】
ステップ２０５
その画素の番号（１フレーム内の画素について、サンプリング順に付された１連判号）からカメラ座標（Ｐｘ，Ｐｙ）を獲得する。このときの計算は、その画素がＮ番目の画素である場合、以下の式で計算できる。
【００４８】
Ｐｘ＝ｍｏｄ（Ｎ，Ｍ），Ｐｙ＝ｉｎｔｅｇｅｒ（Ｎ／Ｍ） ｉｎｔｅｇｅｒは整数化する関数
この座標は、カメラ１０１の撮像面上で定義される座標系での座標であり、この座標系をカメラ座標系と呼ぶ。一方、表示される画像の位置は、投射部１０４が投射する画素についての座標系（画面座標系）で管理されている。従って、カメラ座標系で求まった位置を画面座標系での位置に変換する必要がある。カメラ座標系と画面座標系との対応関係は、投射部１０４とスクリーン１０３とカメラ１０５との位置関係により決まる。このため、入力検出部１０７は、あらかじめカメラ座標系（Ｐｘ，Ｐｙ）と画面座標系（Ｘ，Ｙ）との座標変換式 Ｘ＝ｆＸ（Ｐｘ，Ｐｙ）、Ｙ＝ｆＹ（Ｐｘ，Ｐｙ） を記憶している。そして、この変換式により、求めたカメラ画像上の位置を画面座標系での位置に後述のステップ２１０で変換する。
【００４９】
ステップ２０６
赤最大変数にステップ２０５の画素のＲの値を設定する。
【００５０】
ステップ２０７
ほかのポインタの色についても、ステップ２０４−２０６と同じ処理を行う。
【００５１】
以上のステップ２０４から２０７が全画素について行われることにより、ポインタの色ごとに、その色の最大値を持つ画素のカメラ座標を得ることができる。
【００５２】
ステップ２０８
入力位置を検知したかどうかを各色について調べる。赤最大変数の値が０であれば、ステップ２０９に進む。赤最大変数の値が０でない場合には、どこかの点で入力があったと判断し、ステップ２１０−２１２へ進み、入力情報を出力する。
【００５３】
ステップ２０９
赤からの入力がなかったと入力検出部１０７は判断する。
【００５４】
ステップ２１０
カメラ座標上の位置を計算機内部で管理している画面座標系に変換する。このため、入力検出部１０７は、あらかじめカメラ画像系（Ｐｘ，Ｐｙ）と画面座標系（Ｘ，Ｙ）との変換式、Ｘ＝Ｘ（Ｐｘ，Ｐｙ）、Ｙ＝Ｙ（Ｐｘ，Ｐｙ）を記憶しており、カメラ画像上でのポインタ位置（Ｐｘ，Ｐｙ）を画面座標系に変換する。
【００５５】
このようにして、入力位置の検出を、各ポインタ種の発光色ごとに決まるＲＧＢのパターンの有無により行い、各ポインタ種ごとに入力位置を検出することができる。
【００５６】
ステップ２１１
イベント種をチェックする。本実施例では、ポインタが発光を開始したかどうか、発光が終了したかどうかというポインタ１０１，１０２の発光状態の変化でイベント種を検出する。このため、入力検出部１０７は１つ前のステータス情報を記憶しておく。具体的には、主記憶１３２に記憶しておく。ここで、ステータス情報とは、ポインタによる投射位置、ポインタの色、投射状態の３つを指す。投射状態とは、ポインタ１０１，１０２により投射されているかどうかの状態を指す。また、前回、今回とは、前回のサンプリング時、今回のサンプリング時を意味する。従って、フレームの数で考えると、１フレーム分の処理がカメラからの１フレームを送る周期よりも短い場合は、前回とは、１フレーム前を指す。１フレーム分の処理がカメラからの１フレームを送る周期よりも長い場合は、前回とは、２フレーム以上前を指す。
【００５７】
入力検出部１０７が、上述のポインタ１０１，１０２により入力が行われたことを検出する処理を行うごとに、１つ前のステータス情報と比べ、その情報によって入力検出部１０７は、以下のような入力情報を生成する。この情報は、制御部１０６に送られる。ここで、入力情報とは、全てのポインタに関する、ポインタによる投射位置、ポインタの色、入力状態の３つを指す。入力状態とは、ボタンダウンであるか、ボタンアップであるか、または移動中であるかどうかの状態を指す。
【００５８】
・今回、ポインタにより入力が行われたことを検知し、前回も検知した場合
入力状態に関して、前回検知したポインタ種が今回検知した座標位置へ移動中であるとした入力情報を制御部１０６に送信する。
【００５９】
・今回、ポインタにより入力が行われたことを検知し、前回は検知しなかった場合
入力状態に関して、前回検知したポインタ種が今回検知した座標位置でボタンダウンされたとした入力情報を制御部１０６に送信する。
【００６０】
・今回、ポインタにより入力が行われたことを検知しないで、前回、検知した場合
入力状態に関して、今回検知したポインタ種が前回の座標位置でボタンアップされたとした入力情報を制御部１０６に送信する。
【００６１】
・今回、ポインタにより入力が行われたことを検知しないで、前回も検知しなかった場合
処理対象のポインタ種からの入力が引き続き無いとして、制御部１０６になにも送信しない。
【００６２】
ステップ２１２
ステップ２１１で生成された入力情報、たとえば、検知したポインタ種（赤）、イベント種（ボタンダウン）、イベント発生位置（ｘ，ｙ）を制御部１０６に対して送る。
【００６３】
ステップ２１３
ステップ２０８から２１２と同じ処理を、各ポインタの発光色ごとに行う。
【００６４】
上記では、色として、赤のように３原色のうちの１つの色成分のみを持つものについて述べたが、本発明は、これに限らず、ＲＧＢの２または３色からなる色についても同様に検出することができる。
【００６５】
また、色の検出を１画素についてのみ行った。この方法は試作の結果、充分、有効であることが確認された。なお、通常は、最大の強度を有する画素は、複数集まっていることが考えられるので、その集まりを検出することとしてもよい。この方法の方が、１画素のみを検出するよりは、確実と考えられる。
【００６６】
なお、スクリーンは大画面であるため、ポインタの投射点のサイズが小さくなりすぎる可能性があり、カメラで撮影した場合、解像度が不足する可能性があるが、試作の結果、通常のポインタ、カメラで充分検出可能であることが確認された。
【００６７】
入力検出部１０７から上記の入力情報を受けた制御部１０６は、各ポインタごとにその入力情報に従った処理を実行する。たとえば、複数のメニューが画面上に表示されている場合に、ボタンアップが画面上のいずれか１つのメニュー上で行われたときは、ボタンアップが行われた位置のメニューが選択されたと解釈し、そのメニューを開く処理を行う。この実行結果として、開かれたメニューを表示する画像を生成するためのデータを表示部１０８に送る。この時に、ポインタ１０１，１０２は、手振れ等のために、その指定位置がふらついている場合がある。そこで、メニューの位置指定には、メニューの１つ１つごとに、許容領域を設け、ポインタ１０１，１０２が１つのメニューの許容領域内にあるときは、そのメニューが選択されたとする。
【００６８】
表示部１０８は、このデータに従って、アナログのＲＧＢ信号を生成する。生成したＲＧＢ信号を投射部１０４に送る。
【００６９】
投射部１０４は、ＲＧＢ信号にしたがって、光をスクリーン１０３に投射する。
【００７０】
ここで、前述のカメラ座標系での位置座標を画面座標系での位置座標に変換する変換式を決定する方法を説明する。２つの座標系の対応は、投射部１０４、スクリーン１０３、カメラ１０５の位置関係により決まるが、これらの位置関係は、スクリーンの位置等を動かすことにより変わるので、２つの座標系の対応関係は、必ずしも固定的なものではない。そのために本表示装置の使用開始時に、変換式を決定する必要がある。
【００７１】
本実施例では、あらかじめスクリーン１０３上に投射部１０４により、スクリーン１０３上に２つの印を表示し、その印を１つのポインタでポインティングすることによって、カメラ座標系と画面座標系とを変換する変換式を決定する。この印は、スクリーン１０３の対角線上の２点に表示される。そして、この２点の、カメラ座標系での座標と画面座標系での座標とを対応させることにより変換式を求める。
【００７２】
画面座標系は、ｘ−ｙ座標で（０、０）から（１２８０、１０２４）の座標を持つ。まず、制御部１０６は、画面座標系上の（１００、１００）の位置にあらかじめ決められた上記印を表示する。ユーザは、スクリーン１０３上に映った印を見て、その印の上にポインタで光を投射し、印の上で発光を止める。入力検出部１０７は、使用開始時は、デフォルトの変換式、Ｘ＝Ｐｘ，Ｙ＝Ｐｙを記憶しているため、この式によりカメラ座標系で検出した座標をそのまま制御部１０６に出力する。制御部１０６は、その検出座標をＰ１（Ｐｘ１，Ｐｙ１）として記憶する。次に、制御部１０６は、前の印を消し、（１０００、９００）の点に前回と同様の印を表示する。前回と同様、ユーザは、スクリーン１０３上に映った印を見て、その印の上にポインタで光を投射し、印の上で発光を止める。入力検出部は、カメラ座標上でのポインティング点を検出し、その座標を制御部１０６に出力する。制御部１０６は、検出座標をＰ２（Ｐｘ２，Ｐｙ２）として記憶する。
【００７３】
次に制御部１０６は、上記の２つの検出座標を用いて、カメラ座標系の座標を線形変換により画面座標系の座標に変換する変換式を作成する。すなわち、上記のＰ１の座標値（Ｐｘ１，Ｐｙ１）と、Ｐ２の座標値（Ｐｘ２，Ｐｙ２）を以下の式のＰｘ１，Ｐｙ１、Ｐｘ２，Ｐｙ２に代入して、変換式を求める。
【００７４】
Ｘ＝（（１０００−１００）／（Ｐｘ２−Ｐｘ１））＊（Ｐｘ−Ｐｘ１）＋１００
Ｙ＝（（９００−１００）／（Ｐｙ２−Ｐｙ１））＊（Ｐｙ−Ｐｙ１）＋１００
この式が、カメラ座標系での座標（Ｐｘ，Ｐｙ）を、画面座標系での座標（Ｘ，Ｙ）へ変換する変換式である。
【００７５】
以上述べたように、本実施例によれば、複数のユーザは、異なる発光色を持つポインタで大型スクリーンを投射することにより、それぞれの人が独立に入力を行うことができる。また、ポインタは可視光をスクリーンに投射するため、表示装置の投射部が動作していなくても、可視光の色を容易に確認することができる。
【００７６】
上記実施例においては、ポインタ種の区別として、ＲＧＢの色（光の周波数）を変化させて、複数のポインタを区別するようにした。上記は、背面投射型のため、投射部からの光の色とポインタの投射する光の色が同一でも誤認は生じないが、前面投射型の場合は、誤認が生じる可能性がある。そのため、前面投射型の場合は、投射部からの光の色が限定されているとき、投射部からの光の色と異なる色をポインタで用いることが望ましい。
【００７７】
ポインタの色を変化させる他にも、各ポインタの光の強度を変えてポインタを区別する方法も考えられる。例えば、光の強度が異なる複数の赤色ポインタを用いた場合には、入力検出部は、あらかじめ各ポインタごとにＲ成分値の強度範囲を測定しておき、これを記憶しておく。入力検出部は、検出したＲ成分値がどのポインタの強度範囲にはいるかをチェックして、ポインタ種を判別し、各ポインタごとの入力位置を同定する。
【００７８】
次に、この方法を用いた第２の実施例について説明する。本実施例では、複数のポインタを光の強弱で区別する。色はすべて同じとし、赤色の場合を例に説明する。
【００７９】
本実施例に係る表示装置の構成を図６に示す。本実施例は、第１の実施例と同様に背面投射型の表示装置である。本実施例では、２つの赤色ポインタ６０１、６０２は異なる明るさの光を照射する。ポインタ６０１はポインタ６０２より強い光を照射する。カメラ１０５は、強さの異なる２つの赤色の点６０１１’，６０２１’を含むカメラ画像１１０を撮影し、撮影したカメラ画像１１０を入力検出部６０７へディジタル信号の形で出力する。カメラ画像１１０の内、赤の成分（０−２５５の範囲の値で表される。値が大きいほど明るい）を考えると、ポインタからの光によって照射されている点６０１１’，６０２１’は、赤の成分について、０より大きい値を持つ。一方、投射部１０４から投射される光は、透過型スクリーン１０３により、大部分がスクリーンの前面方向に透過していき、スクリーン１０３により反射されてカメラ１０５に入る光は、わずかであるため、ポインタから投射された光の当たっていない部分（点６０１１’，６０２１’以外の部分）のカメラ画像１１０については、赤の成分は、ほぼ０である。
【００８０】
次に、入力検出部６０７の動作について述べる。入力検出部６０７は、あらかじめポインタ６０１，６０２により照射される点６０１１，６０２１の光の強度を測定しておき、これを記憶しておく。測定の方法は、使用開始時に、制御部１０６がスクリーン１０３にポインタ６０１，６０２を投射するように１つのポインタごとに順次指示する表示をスクリーン１０３にする。その表示を見て、ユーザが表示に従ってポインタを点灯し、その画像をカメラ１０５により撮影する。その時の各ポインタ６０１，６０２の強度をハードディスク１３４に記憶しておく。測定の結果、ポインタ６０１の光がカメラ１０５に入ると、赤の成分の値が２００前後である画素が検出され、ポインタ６０２の光がカメラ１０５に入ると、赤の成分の値が１００前後である画素が検出されることが確認されているとする。
【００８１】
ポインタ６０１，６０２の入力位置を検出するときは、入力検出部６０７は、検出した赤の成分値がどのポインタの強度範囲にはいるかを調べ、ポインタ種を判別し、各ポインタごとの入力位置を同定する。すなわち、入力検出部６０７は、カメラ１０５からの映像の赤の成分を検査し、１５０から２５５の間であればポインタ６０１の光であると判断し、５０から１５０の間であればポインタ６０２の光であると判断する。次に、第１の実施例と同様に、入力検出部６０７は、検出したそれぞれのポインタ６０１，６０２からの光の現在の発光状態と前回の発光状態とを比較して、イベント種を確定し、制御部１０６に得られた入力情報を送信する。
ポインタ６０１とポインタ６０２の発光強度を異ならせるには、図１４のポインタの回路において、発光ダイオード１４１と電池１４３の間に抵抗を直列に挿入し、この抵抗の大きさをポインタ６０１とポインタ６０２で異ならせることとすればよい。
【００８２】
なお、図６に示す構成要素と図１に示す構成要素における共通部分は、同一符号で示し、その詳細説明は省略する。
【００８３】
以上のように、本実施例によれば、ポインタを用いて入力を行う大画面表示装置において複数のユーザが同時に操作指示を入力することができる。
【００８４】
第１、第２の実施例では、スクリーン１０３の裏側に見える、ポインタの投射点の映像をカメラ１０５で撮影している。このとき、投射部１０４から投射された光のうち大部分は、スクリーン１０３を透過する。しかし、スクリーンの透過性が悪い場合には、投射光の一部はスクリーン１０３の背面方向に反射され、スクリーンの背面においても投射部１０４がスクリーン１０３に投射している映像が見える。このため、図２のスクリーン１０３上に図示したように、スクリーン１０３上には、投射部１０４からの光とポインタ１０１，１０２からの光が背面から見える。従って、カメラ１０５は、投射部１０４から投射され、スクリーン１０３で反射した反射光と、ポインタから投射された光とを同時に受け取ってしまい、両者の光がスクリーン上の同じ位置で反射され、かつ同じ色もしくは強度であるときは、入力検出部はポインタの位置を認識することができない。また、両者の光がスクリーン上の異なる位置で反射され、かつ同じ色もしくは強度であるときは、入力検出部はポインタの位置を誤認してしまう場合がある。次に述べる第３の実施例では、偏光を用いることにより、この問題を解決する。
【００８５】
本発明の第３の実施例を説明する。本実施例の構成を図２に示す。本実施例では、投射部１０４は、その前面に、投射部１０４から右回りの偏光（以下では右偏光と呼ぶ）のみを投射するための右偏光板２０１を装着している。カメラ１０５は、その前面に、右回りの偏光のみを透過させないための左偏光板２０２を装着している。偏光板２０１，２０２の詳細は後述する。
【００８６】
投射部１０４からは、右偏光板２０１によって右偏光を持つ光だけが投射され、スクリーン１０３に投射される。これに対し、カメラ１０５には左偏光板２０２を装着しているため、スクリーン１０３で反射された、投射部１０４からの右偏光だけを持つ光は、カメラ１０５の前面にある左偏光板２０２でカットされ、カメラ１０５には入射しない。ポインタ１０１、１０２からの光は、通常、右偏光と左偏光（左回りの偏光）を含む任意の偏光を持つ。そのため、ポインタ１０１，１０２の光は、スクリーン１０３を通り、カメラ１０５の前面にある左偏光板２０２に入射する。この左偏光板２０２により、ポインタ１０１、１０２からの光のうち、左偏光を持った光が左偏光板２０２を通り抜け、カメラ１０５に入射する。この結果、スクリーン１０３上には、投射部１０４からの画像２０１１と、ポインタ１０１，１０２からの光による投射点１０１１，１０２１とがあるが、カメラ画像２０３には、ポインタ１０１，１０２からの投射点の像１０１１’，１０２１’のみがある。
【００８７】
以上のように、投射部１０４とカメラ１０５に異なる偏光板２０１、２０２を装着することにより、カメラ１０５には、図２のカメラ画像２０３に示すように投射部１０４からの光は入射せず、ポインタ１０１，１０２からの光だけが入射する。こうして、カメラ１０５は不要な光を省いたユーザの入力したポインタの映像だけを撮影することができる。入力検出部１０７は、このカメラ画像２０３を上記第１の実施例で述べた方法で検査することにより、ポインタ１０１、１０による入力を検知することができる。
ここで、偏光板２０１，２０２の構成及び動作について、図７、８、９を参照して述べる。図７は、右偏光板２０１の構成を示す。右偏光板２０１は、直線偏光のみを通す直線偏光板２０１５と、直線偏光を右偏光にする１／４波長板２０１６から構成される。すなわち、投射部１０４から出た光７１４１のうち、直線偏光７１５１のみが、直線偏光板２０１５を通過し、直線偏光７１５１は、１／４波長板２０１６により、右偏光７１６１に変えられ、スクリーン１０３に投射される。
【００８８】
図８は、左偏光板２０２の構成を示す。左偏光板２０２は、右偏光を直線偏光に変える１／４波長板２０２６と、この直線偏光を通過させないように透過軸が配置されている直線偏光板２０２５とから構成される。ここで透過軸とは、直線偏光板２０２５に固有の軸であって、この軸方向と同じ方向の振動面を有する直線偏光のみが直線偏光板２０２５を透過することができる。１／４波長板２０２６に入る光には、投射部１０４から出て、スクリーン１０３で反射された右偏光７１６１と、ポインタ１０１，１０２からのあらゆる方向の偏光を含む光７１６１’とがある。右偏光７１６１と光７１６１’中の右偏光とは、１／４波長板２０２６により、直線偏光７２６１及び直線偏光を含む光７２６１’に変えられる。この直線偏光の光の振動面と直線偏光板２０２５の透過軸とは直交するため、光７２６１は、直線偏光板２０２５を通過することができない。光７２５１は、光７２６１’のうち、直線偏光板２０２５を通過した光である。
【００８９】
上記直線偏光板２０１５，２０２５は、グラン−トムソン・プリズム、ニコル・プリズム、２色性色素材料を塗布した透明プラスチック材料等により実現することができる。１／４波長板は、水晶板、チタン酸バリウム結晶等により実現することができる。１／４波長板は、波長に応じてその厚さが決まるが、厚さを決めるための基準となる波長については、投射部１０４から出力される光のうち、代表的な色の波長、出力される光の波長の上限値と下限値の平均、または出力される光量を考慮した重み付き平均とすればよい。
【００９０】
図７に示すように、直線偏光を右偏光に変えるためには、直線偏光板２０１５の透過軸と、１／４波長板２０１６の進相軸とを一定の関係になるように配置する必要がある。これを図９に示す。ここで、進相軸とは、以下のようなものである。１／４波長板２０１６には、１／４波長板２０１６に入射した直線偏光が、その偏光状態を変えないで１／４波長板２０１６を通過できる、互いに直交する２つの振動面の方向がある。この２つの方向のうち、光の伝搬速度が速い方の方向と同じ方向を有する軸を進相軸と呼ぶ。
【００９１】
図９において、投射部１０４から出た光７１４１は、順に、直線偏光板２０１５、１／４波長板２０１６、スクリーン１０３、１／４波長板２０２６、を通過して、直線偏光板２０２５に入る。また、直線偏光板２０１５の透過軸７１５に対して、１／４波長板２０１６の進相軸７１６は、１／４波長板２０１６からみて、反時計周りに４５度に配置されている。さらに、図８に示すように、１／４波長板２０２６に入ってきた右偏光を、直線偏光板２０２５でカットするためには、１／４波長板２０２６の進相軸７２６と、直線偏光板２０１５の透過軸とを一定の関係になるように配置する必要がある。このため、図９において、直線偏光板２０２５の透過軸７２５に対して、１／４波長板２０２６の進相軸７２６は、１／４波長板２０２６からみて時計周りに４５度に配置されている。
【００９２】
なお、図２に示す構成要素と図１に示す構成要素における共通部分は、同一符号で示し、その詳細説明は省略する。
【００９３】
以上のように、本実施例によれば、ポインタを用いて入力を行う大画面表示装置において複数のユーザが同時に操作指示を入力することができる。
【００９４】
また、投射部１０４とカメラ１０５の前面に偏光特性の異なる偏光板を装着することにより、スクリーンの裏側へ反射された投射部１０４からの光をカメラが撮影することを防ぐことができ、ポインタからの光を精度良く撮影できる。
【００９５】
なお、本実施例においては、右偏光板と左偏光板の組み合せとしたが、本発明は、これに限られるものではなく、互いに透過軸が直交する直線偏光板を組み合わせても良い。
【００９６】
さらに、本実施例では、１／４波長板を用いて、円偏光を生成したが、他の波長板を用いて、楕円偏光を生成しても良い。
【００９７】
また、本実施例では、複数のポインタを扱っているが、ポインタ種が一種類である場合に、ポインタからの光と投射部からの光とを区別するために、本実施例の偏光板を有する投射部とカメラとを用いることとしても良い。
【００９８】
また、第２の実施例に、本実施例のような偏光板を有する投射部とカメラとを適用することもできる。
【００９９】
次に、本発明の第４の実施例を図３により説明する。第３の実施例では、背面投写型大型ディスプレイを対象としていたが、本実施例では、第３の実施例の手法を背面投写型大型ディスプレイよりも安価な前面投写型大型ディスレイに適用したものである。
【０１００】
前面投写型ディスプレイの場合には、投射部１０４はスクリーン３０１の前面に設けられる。スクリーン３０１は、反射型スクリーンであり、スクリーン３０１の前面から投射された、投射部１０４からの光を前面に反射する。このスクリーン３０１は不透過性のシートであり、背面からスクリーン３０１を見てもなにも見えない。カメラ１０５は、スクリーン３０１の前面からスクリーン３０１を撮影する必要がある。このため、前面投写型ディスプレイの場合には、スクリーン上に、投射部１０４からの光と、ユーザが指示等を入力するために利用するポインタ１０１，１０２からの光とが混在する。スクリーン３０１を前面からカメラ１０５で撮影したのでは、スクリーン３０１上に映っている光が、ポインタからの光か、投射部１０４からの光なのかが区別できない。本実施例では、第２の実施例と同様に偏光板を利用することによりこの問題を解決する。
【０１０１】
本実施例に係る表示装置のシステム構成を図３に示す。図３に示すように、投射部１０４は、その前面に、投射部１０４から右偏光のみを投射するための右偏光板２０１を装着している。カメラ１０５は、その前面に、右回りの偏光のみを透過させないための左偏光板２０２を装着している。投射部１０４から出た光は、右偏光板２０１により、右偏光に変えられて、スクリーン３０１に到達する。スクリーン３０１で反射され、カメラ１０５に入射する投射部１０４からの光は、カメラ１０５の前にある左偏光板２０２により、フィルタリングされ、カメラ１０５に入射できない。一方、ユーザがポインタ１０１、１０２で投射する光は、スクリーン３０１で反射した後、カメラ１０５の前にある左偏光板２０２でフィルタリングされる。しかし、ポインタ１０１、１０２からの光は、右偏光と左偏光とをもっているため、左偏光であるポインタからの光がカメラ１０５に入射する。この結果、カメラ１０５では、カメラ画像３０２のように、ポインタ１０１，１０２からの光１０１１’，１０２１’だけが撮影され、投射部１０４からの光は撮影されない。入力検出部１０７は、このカメラ画像３０２を処理することにより、ポインタ１０１，１０２による入力を検知することができる。
なお、図３に示す構成要素と図１に示す構成要素における共通部分は、同一符号で示し、その詳細説明は省略する。
【０１０２】
このように、本実施例によれば、前面投写型の大型ディスプレイの場合でも、可視光を投射するポインタを用いて入力を行うことができる。本実施例は、複数の色により識別される複数のポインタを用いる場合について述べたが、１つのポインタを用いる場合でも、本実施例のように偏光板を利用することにより、投射部からの光とポインタからの光とを精度良く区別することができる。
【０１０３】
次に、本発明の第５の実施例を説明する。上記第１から第４までの実施例では、ポインタからの光の周波数や強度がポインタごとに異なることを利用して、複数のポインタを区別していた。本実施例では、複数のポインタの区別を光の偏光状態で区別する。
【０１０４】
本実施例の構成を図４に示す。本実施例では、２つの赤色ポインタに互いに異なる偏光板を設置した。ポインタ１０１には左偏光のみを透過させる左偏光板４０１を、ポインタ１０２には、右偏光のみを透過させる右偏光板４０２を、各ポインタの前に設置する。これにより、ポインタ１０１からは、左偏光を持つ光が投射され、ポインタ１０２からは、右偏光を持つ光が投射される。
【０１０５】
カメラ１０５の前には、入力検出部４０７からの信号に従って、右偏光と左偏光のうち、通過させる偏光を選択することのできる可変偏光板４０３を設置する。可変偏光板４０３は、図１０に示すように、１／４波長板４０３７と、１／２波長板４０３６と、直線偏光板４０３５とから構成される。１／２波長板４０３６は、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶で構成されており、電圧が印加されていないときは、入射された直線偏光の振動面の方向を９０度回転させる。所定の電圧が印加されているときは、入射された直線偏光の振動面の方向を変えない。
【０１０６】
図１２に、１／４波長板４０３７の進相軸１２３７、および直線偏光板４０３５の透過軸１２３５の向きを示す。本図では、１／４波長板４０３７の進相軸１２３７の向きは、左偏光が入射したときに、これを、垂直方向に振動面を持つ直線偏光に変えるように配置されている。すなわち、進相軸１２３７は、光の入射方向から見て、反時計方向に垂直方向１２０１から４５度傾けて配置されている。また、直線偏光板４０３５の透過軸１２３５は、１／２波長板４０３６に電圧を印加しているときに、ポインタ１０２からの右偏光を透過するように、水平方向に配置されている。
【０１０７】
図１１に、ポインタ１０１からの左偏光、及びポインタ１０２からの右偏光が、可変偏光板４０３に入射したときに、１／４波長板４０３７及び１／２波長板４０３６により、その振動面がどのように変わるかを示す。１／２波長板４０３６を通過後の光の振動面は、電圧を印加しているときは、ポインタ１０１からの光については、垂直方向である。このため、直線偏光板４０３５を通過する。すなわち、可変偏光板４０３を通過する。図中では、１／２波長板を通過後の光が直線偏光板４０３５を通過することを「○」で示す。また、この時、ポインタ１０２からの光の振動面は、水平方向であるため、直線偏光板４０３５を通過しない。すなわち、可変偏光板４０３を通過しない。図中では、１／２波長板を通過後の光が直線偏光板４０３５を通過しないことを「×」で示す。電圧を印加していないときは、逆になり、ポインタ１０１からの光は、可変偏光板４０３を通過しないが、ポインタ１０２からの光は通過する。
【０１０８】
入力検出部４０７は、可変偏光板用インタフェース４０４を介して、可変偏光板４０３を上記のようにオン／オフ制御することにより、左偏光だけをカメラ１０５に入射させたり、右偏光だけをカメラ１０５に入射させたりできる。
【０１０９】
次に、処理手順について述べる。入力検出部４０７は、まず、ポインタ１０１の入力を検知する。入力検出部４０７は、可変偏光板４０３に対し、左偏光のみを透過するように可変偏光板４０３に電圧を印加しないというオフ信号を送信する。可変偏光板４０３は、この信号を受けて、左偏光だけを透過させるように変化する。カメラ１０５に左偏光だけが入射する。このため、カメラ１０５には図４のように左偏光の光を投射しているポインタ１０１からの光だけが入射し、ポインタ１０２からの右偏光は入射しない。カメラ１０５は、このポインタ１０１からの光１０１１’だけが映っている画像を入力検出部４０７に送る。入力検出部４０７は、第１の実施例と同様にカメラ１０５からの画像を１フレームずつサンプリングする。そして、１フレームごとにポインタ１０１からの光が有する色の画素があるかどうかを検索し、ポインタ１０１の入力位置を検索する。一方、ポインタ１０２からの光を検知するため、入力検出部４０７は、可変偏光板４０３の偏光特性を右偏光のみを透過するように変えて、カメラ１０５に、ポインタ１０２が投射している右偏光だけが入射するようにする。こうして、入力検出部４０７は、ポインタ１０２により指示された位置を検知する。次に、第１の実施例と同様に、入力検出部４０７は、検出したそれぞれのポインタの現在の発光状態と前回の発光状態とを比較して、イベント種を確定し、制御部１０６に入力情報を送信する。
なお、図４に示す構成要素と図１に示す構成要素における共通部分は、同一符号で示し、その詳細説明は省略する。
【０１１０】
以上のように、本実施例によれば、ポインタを用いて入力する大画面用入力装置において複数のユーザが同時に入力することができる。
【０１１１】
ところで、ポインタで入力する際には、入力位置、ポインタ種、イベント種を知る必要がある。上記の第１から第５の実施例では、イベント種の区別をポインタの投射光の発生・消滅により行っている。しかし、ポインタの投射光の発生・消滅の組み合わせだけでは表現できないほどの多数のイベント種が必要になる場合がある。多数のイベント種を表現するため、マウスの場合にはクリックボタンの数を複数用意している。次に述べる第６の実施例では、ポインタで多数のイベント種を表現できるようにするため、ポインタに複数のボタンを設け、そのボタン操作によって識別される複数のイベント種に関する情報をポインタから入力検出部に無線により直接送信する。
【０１１２】
本発明の第６の実施例を図５，１７，１８を用いて説明する。本実施例では、ポインタ５０１、５０２は、多数のイベント種をユーザが指定するときに、そのイベント種の指定に必要となる数だけの選択ボタンが設けられている。
【０１１３】
図５に第６の実施例の機能ブロック図を示す。入力検出部５０７は、受信装置（アンテナ）５０３を介して各ポインタ５０１、５０２からの無線通信によって、ポインタ種とイベント種とを得る。
【０１１４】
図１８に第６の実施例のハードウエアの構成を示す。本実施例は、第１の実施例に、ＲＦインタフェース部１８１と、アンテナ５０３とを追加したものである。入力検出部５０７は、ＣＰＵ１３１と、主記憶１３２と、入出力制御部１３５と、ＲＦインタフェース部１８１とにより実現される。ＲＦインタフェース部１８１は、アンテナ５０３を介して受付けたＲＦ信号を復調して、復調した信号からポインタ種とイベント種を検出する。検出したポインタ種とイベント種は、入出力制御部１３５を介したハードディスク１３４に格納される。
【０１１５】
図１７にポインタ５０１，５０２の内部構成を示す。ポインタ５０１，５０２は、発光ダイオード１４１と、スイッチ１４２と、電池１４３と、イベント種を選択するための選択ボタン１７１，１７２，１７３と、選択ボタン１７１，１７２，１７３に応じた変調周波数を有するＲＦ信号を出力する変調部１７７と、ＲＦ信号を受けて、電波を出力するアンテナ１７８と、選択ボタン１７１，１７２，１７３がオンのときハイ、オフのときはロウの信号を出力するための抵抗１７４，１７５，１７６とを有する。ユーザが選択ボタン１７１，１７２，１７３のいずれかを選択すると、変調部１７７は、ユーザが選択したボタンに対応するイベント種を示す信号と、送信をしたのはどのポインタ５０１，５０２であるかを識別するためのポインタ種を示す信号とを１組として、この組に対応した変調周波数を有するＲＦ信号を出力する。
【０１１６】
入力検出部５０７は、受信装置（アンテナ）５０３を介して各ポインタ５０１、５０２からの無線通信によって、ポインタ種とイベント種とを得る。
【０１１７】
一方、上記第１の実施例で記述した方法により、入力検出部５０７はカメラ画像から定期的に入力位置とポインタ種を検出し、ポインタ種ごとに入力位置を記憶する。入力検出部５０７は、ポインタ５０１，５０２から無線で送られてきたポインタ種とイベント情報とを受信すると、あらかじめ入力検出部１０７内に記憶している入力位置を、無線で送られてきたポインタ種をキーにして検索し、ポインタ５０１，５０２から送信されたポインタ種の入力位置を検索する。次に、入力検出部５０７は、検索した入力位置と、送信されてきたポインタ種およびイベント種を制御部１０６に入力情報として出力する。制御部１０６は、入力検出部５０７からの入力位置、ポインタ種、イベント種に従って処理を行う。
なお、図５に示す構成要素と図１に示す構成要素における共通部分は、同一符号で示し、その詳細説明は省略する。
【０１１８】
本実施例によれば、ポインタを用いて入力する大画面表示装置において、本発明の実施例１、２、３、４、５では実現できない多数のイベント種を定義することができる。本実施例では、複数のポインタを用いて入力を行う場合について述べたが、本実施例のイベント種を指定する方法は、ポインタが１つの場合にも適用することができる。
【０１１９】
本発明に係るポインタを有する大画面表示装置は、大画面表示装置を利用するプラント監視システムに適用することができる。例えば、この表示装置と、監視対象であるプラントの状態に関する情報を収集し、処理するプラント監視用計算機システムとを有するプラント監視システムにおいて、表示装置は、上記プラントの状態を表示するとともに、上記プラントの監視に関する指示を受付けて、プラント監視用計算機システムに上記指示を送り、プラントの監視を行うこととしてもよい。
【０１２０】
また、本発明に係るポインタを有する大画面表示装置は、大画面表示装置を利用する交通管制システムに適用することができる。例えば、この表示装置と、管制対象である航空機または自動車の移動状態に関する情報を収集し、処理する管制用計算機システムとを有する交通管制システムにおいて、表示装置は、航空機等の移動状態を表示するとともに、航空機等の管制に関する指示を受付けて、上記管制用計算機システムに上記指示を送り、航空機等の管制を行うこととしてもよい。
【０１２１】
また、本発明に係るポインタを有する大画面表示装置は、大画面表示装置を利用するプレゼンテーションシステムに適用することができる。例えば、この表示装置と、プレゼンテーションすべき情報を上記表示装置に出力する計算機システムとを有するプレゼンテーションシステムにおいて、上記表示装置は、上記情報を表示するとともに、受付けた入力を上記計算機システムに送り、プレゼンテーションを行うこととしてもよい。
【０１２２】
また、本発明に係るポインタを有する大画面表示装置は、大画面表示装置を利用する電子会議システムに適用することができる。例えば、この表示装置と、上記表示装置に表示する画像を外部から受付ける通信装置とを有する電子会議システムにおいて、表示装置は、上記受付けた画像を表示するとともに、受付けた入力を上記通信装置に出力し、外部との会議を行うこととしてもよい。
【０１２３】
【発明の効果】
本発明によれば、発光特性の異なる可視光を投射するポインタを用いて入力操作を行うため、ポインタの各々が出力する可視光を容易に確認することができるとともに、複数の人が同時に、大画面への入力操作を行うことができる。
【０１２４】
また、本発明に係る表示装置は、すべての大画面ディスプレイ装置を用いるシステムで利用することができる。このようなシステムとしては、たとえば、プラント制御システム、交通管制システム、プレゼンテーションシステム、電子会議システムなどがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る表示装置のブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係る表示装置のブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施例に係る表示装置のブロック図である。
【図４】本発明の第４の実施例に係る表示装置のブロック図である。
【図５】本発明の第５の実施例に係る表示装置のブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係る表示装置のブロック図である。
【図７】偏光板の構成を示す説明図である。
【図８】偏光板の構成を示す説明図である。
【図９】偏光板の進相軸、透過軸の配置を示す説明図である。
【図１０】可変偏光板の構成を示す説明図である。
【図１１】可変偏光板の動作を示す説明図である。
【図１２】可変偏光板の進相軸、透過軸の配置を示す説明図である。
【図１３】計算機システムのハードウエアのブロック図。
【図１４】ポインタのブロック図。
【図１５】入力検出部の処理フロー。
【図１６】表示部のブロック図。
【図１７】ポインタのブロック図。
【図１８】計算機システムのハードウエアのブロック図。
【符号の説明】
１０１、１０２、５０１、５０２…ポインタ、１０３…表示スクリーン、１０４…投射部、１０５…カメラ、１０６…制御部、１０７…入力検出部、１０８…表示部、１０９、２０３、３０２、４０５…カメラ画像、２０１、２０２、４０１、４０２、４０３…偏光板、３０１…前面投写型表示スクリーン、５０３…受信機
【産業上の利用分野】
本発明は、スクリーンに表示された画像に対する操作等の入力を光で行うポインタを持つディスプレイ装置に関し、特に、複数のポインタで同時に操作等ができるディスプレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディスプレイ装置を有する計算機システムにおいて、ディスプレイ装置に表示された画像を操作するための指示を受付ける手段として、ディスプレイ装置の表示画面（スクリーン）に直接、手またはその他のものを接触させて、操作のための指示を行うものがある。従来技術に係るこのような指示手段としては、タッチパネルやスタイラスペンがある。これらの方法では、指示を行う人は、ディスプレイの画面に指等を接触させながら操作する必要があり、大型ディスプレイ装置のように、画面から離れた場所から画面を見ることが多い場合には、この方法で画面上の位置を指示しようとすると、不便である。
【０００３】
そこで、大型ディスプレイ装置において、表示画面であるスクリーン上の位置を、スクリーンから離れている場所から指示する装置として、特開平５−１５０７５３号公報「光ビーム投写型画像表示装置」に記載されたものがある。この表示装置は、画像をスクリーン上に表示する投射器がスクリーンの背面にある背面投射型の大型表示装置である。この装置では、赤外線レーザ光を出力する発光素子を組み込んだものをスクリーン上の位置を指示するためのポインタとして利用している。ポインタから出力された赤外線レーザ光がスクリーンに当たった位置は、スクリーンの背面に設けられたセンサで検知される。そして、その位置からユーザの入力位置を同定する。赤外線は、不可視であるため、同定した位置に画像を表示することにより、位置が確認できるようにしている。
【０００４】
しかし、この装置では、一人のユーザのみがスクリーン上で指示を行うことを前提としており、複数の人が同時にポインタを持って、スクリーン上の複数の位置を指示する場合については、考慮していない。この場合には、一人のユーザが指定した位置と他のユーザが指定した位置とが区別できない。そのため、位置の同定を誤り、ユーザの意図とは異なった指示が行われるという問題があった。従って、複数の人が同時にポインタを利用することはできない。
【０００５】
この問題を解決するためのポインタが、特開平５−２２４６３６号公報「コンピュータ出力投影画像と相互作用する方法及び装置」に記載されている。この装置においては、赤外線または可視光を送出する複数のポインタを用いる。複数のポインタ相互の識別は、異なる周波数（３５ｋＨｚ以下の周波数）で、上記赤外線または可視光を変調して、異なる周波数の矩形波とすることにより行う。赤外線または可視光を検出する際には、変調周波数に応じたバンドパスフィルタを用いることにより、ポインタ間の区別を行うことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとしている課題】
上記従来技術では、複数のポインタからの出力光を区別できるようにするために、各ポインタは、出力光を変調する変調装置を有することが必要であった。
【０００７】
本発明の第１の目的は、変調装置を有しないで、複数のユーザがポインタにより同時に位置を指定できる表示装置を提供することである。
【０００８】
ところで、前面投射型の大型表示装置の場合、投射器からの光とポインタからの光の何れもスクリーンの前面で反射されて、ポインタの投射位置を検知するセンサに入る。このため、ポインタからの光と投射器からの光が同じ色または同じ強度である場合のように光として同じ性質を持っている場合は、ポインタの位置を認識することができない。背面投射型の大型表示装置の場合においても、スクリーンの透過性が悪いために、スクリーンの背面で反射される投射器からの光が多い場合は、上記と同様な問題が起こる可能性がある。
【０００９】
本発明の第２の目的は、投射器から出る光とポインタから出る光が同じ状態の可能性があり、かつ両者の光がポインタの位置を測定する装置に入りうる場合に、変調装置を有しないで、両者の光を識別できる表示装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、画像が表示されるスクリーンと、上記スクリーンに光を投射することにより上記画像の表示を行う表示手段と、上記スクリーン上の位置を指定するための位置指定手段とを有する表示装置において、上記位置指定手段は、光の色、光の強度、および光の偏光状態のうちの少なくとも１つについて互いに異なる、上記位置を指定するための光を、上記スクリーンの前面から上記スクリーンに投射する複数のポインタと、上記複数のポインタにより、上記スクリーンに投射された複数の上記光を受付けるカメラと、受付けた上記光により、上記ポインタが指定する位置を識別する位置識別手段と、受付けた上記光は、上記光の色、光の強度、および光の偏光状態のうちの少なくとも１つが互いに異なることに基づいて、上記複数のポインタのうちのいずれのポインタにより投射された光であるかを、上記識別された位置ごとに識別するポインタ識別手段とを有することとしたものである。
【００１１】
また、上記第２の目的を達成するために、画像が表示されるスクリーンと、１つの偏光状態にある光をスクリーンに投射することにより表示を行う表示手段と、上記スクリーン上の位置を指定するための位置指定手段とを有し、上記位置指定手段は、上記スクリーンに、上記表示手段が投射する光と異なる偏光状態にある光を少なくとも含むとともに、上記含まれる光の色および強度のうちの少なくとも１つについて互いに異なる、上記位置を指定するための光を、上記スクリーンの前面から投射する複数のポインタと、上記表示手段が投射する光と異なる偏光状態にある光を選択して透過させる偏光選択手段と、上記偏光選択手段により選択された偏光を受付けるカメラと、受付けた上記光により、上記ポインタが指定する位置を識別する位置識別手段と、上記複数のポインタにより、上記スクリーンに投射された光のうち、受付けた上記光は、光の色および光の強度のうちの少なくとも１つが互いに異なることに基づいて、上記複数のポインタのうちのいずれのポインタにより投射された光であるかを、上記識別された位置ごとに識別するポインタ識別手段とを有することとしたものである。
【００１２】
【作用】
上記複数のポインタは、個々のポインタ毎に異なる特性の光を投射する。上記カメラは、大型ディスプレイのスクリーン上に映っている光を入力される。上記位置識別手段は、それを画像処理し、複数の入力位置を検知する。さらに、ポインタ識別手段は、ポインタ毎の光の色、強度、または光の偏光状態に基づいて、スクリーン上の複数の入力位置を個々のポインタ毎に区別する。以上の動作により、複数のユーザが同時に複数のポインタで入力してもそれぞれのポインタ毎に入力位置を同定することができる。
【００１３】
光の色を区別するためには、例えば、ポインタごとに異なる発光色の発光ダイオードを有することとすればよい。光の強度を区別するためには、例えば、ポインタごとに、異なる強度で、発光ダイオードを発光させることとすればよい。また、光の偏光状態を区別するためには、例えば、ポインタごとに異なる偏光を出すように、ポインタごとに異なる偏光板を発光ダイオードの前面に設けて、この偏光板を介して、光を出力することとすればよい。このように、複数のポインタ相互の識別を、光の色、強度、または光の偏光状態で行っているため、変調装置を必要とせず、簡単な構成のポインタで複数のポインタが識別できる。
【００１４】
また、表示手段から出る光を１つの偏光状態にある光とし、ポインタからは、異なる偏光状態を含む光を出力することとし、カメラには、偏光選択手段により、表示手段が出力する光は入らないようにする。これにより、変調装置を設けること無く、表示手段からの光とポインタからの光とを区別することができ、かつポインタの位置を正しく認識することができる。
【００１５】
【実施例】
本発明に係る表示装置の第１の実施例を、図１を用いて説明する。図１は、表示装置のブロック図である。本装置は、透過型スクリーンの背面に、画像をスクリーンに表示する投射部があり、ユーザは、スクリーンの前面から画像を見るとともに、ポインタにより指示を行う背面投射型表示装置である。以下では、ポインタが２台の場合について述べるが、本発明は、これに限られるものではない。本表示装置は、ポインタ１０１，１０２と、その入力にしたがって処理を行う計算機システムからなる。計算機システムは、全体を制御する制御部１０６と、表示面であるスクリーン１０３と、スクリーンの背面に設けられ、スクリーン１０３の裏に映ったポインタ１０１，１０２による投射点１０１１，１０２１を含めてスクリーン１０３の背面全体を撮影するカメラ１０５と、カメラ１０５が撮影した映像からユーザの入力位置を検知する入力検出部１０７と、制御部１０６からの表示すべき情報をアナログのＲＧＢ信号に変換する表示部１０８と、表示部１０８からのアナログのＲＧＢ信号に基づいてスクリーン１０３に映像を投影する投射部１０４と、制御部１０６、入力検出部１０７、及び表示部１０８を接続するバス１０９とを有する。
【００１６】
入力検出部１０７は、上記複数のポインタ１０１，１０２により、上記スクリーン１０３に投射された複数の上記光を受付けて、投射された位置を識別するとともに、上記光の色が互いに異なることに基づいて、上記複数のポインタ１０１，１０２のうちのいずれのポインタにより投射された光であるかを識別する機能を有する。
【００１７】
計算機システムのハードウエア構成を図１３に示す。計算機システムは、ＣＰＵ１３１と、主記憶１３２と、表示部１０８と、投射部１０４と、ハードディスク１３４と、入出力制御部１３５と、カメラ１０５とを有する。上記の制御部１０６は、ＣＰＵ１３１、主記憶１３２により実現され、入力検出部１０７は、ＣＰＵ１３１と、主記憶１３２と、入出力制御部１３５により実現される。
【００１８】
主記憶１３２には、ＣＰＵ１３１が実行する制御部１０６、入力検出部１０７および表示部１０８の処理プログラムが、実行時に記憶される。
【００１９】
ハードディスク１３４には、ポインタ１０１，１０２により指定され、入力検出部１０７により識別された位置の情報、およびポインタの識別情報（ポインタ種）等が記憶される。また、ＣＰＵ１３１が実行する制御部１０６、入力検出部１０７および表示部１０８の処理プログラムが、記憶されており、これらの処理プログラムの実行時に主記憶に転送される。
【００２０】
表示部１０８は、ＣＰＵ１３１からスクリーン１０３に表示する画像を生成するための描画命令を受け、この描画命令に基づいてＲＧＢ信号を生成し、投射部１０４に出力する。図１６に、表示部１０６の内部構成を示す。表示部１０６は、描画部１０６１と、フレームメモリ１０６２と、ＲＧＢ信号発生器１０６３とを有する。描画部１０６１は、制御部１０６から受付けた描画命令に従って、図形に対応したデータを求め、フレームメモリ１０６２にそのデータを格納する。ＲＧＢ信号発生器１０６３は、そのフレームメモリ１０６２内のビットマップ情報をＲＧＢ信号に変換する。例えば、直線を表示する際には、制御部１０６は、始点と終点の座標と直線を引く、という命令を表示部１０６に出力する。描画部１０６１は、制御部１０６からの座標を参照し、フレームメモリ１０６２上に直線を発生する。ＲＧＢ信号発生部１０６３は、一定周期毎にフレームメモリ１０６２を走査し、ＲＧＢ信号を発生する。
【００２１】
入出力制御部１３５は、ＣＰＵ１３１からの指示を受けて、後述するタイミングで、カメラ１０５からのアナログのＲＧＢ信号をアナログ／デジタル変換して、得られたデジタルデータを主記憶１３２に送る。主記憶１３２は、このデジタルデータを記憶する。
【００２２】
図１により、表示装置の各構成要素について説明する。ポインタ１０１，１０２は、可視光を出力する発光素子（発光ダイオード、またはレーザダイオード）を有し、ポインタ１０１，１０２ごとに異なる波長の光を出力する。ポインタ１０１，１０２の構成を図１４に示す。ポインタ１０１，１０２は、発光ダイオード１４１と、発光ダイオード１４１をオン／オフするためのスイッチ１４２と、電池１４３とを有する。
【００２３】
スクリーン１０３は、前述のように透過型であり、例えば、スクリーンの背面から投射部１０４により投射された光をスクリーン正面方向に屈折させるフレネルレンズと拡散面とで構成される。
【００２４】
投射部１０４は、光源にＣＲＴ（陰極線管）を用いたＣＲＴ投射型、光源にＲＧＢそれぞれを出力する３本の可視光のレーザを用いて、それらから出力されるレーザビームを直接映像信号で強度変調するレーザ投射型、または、液晶を利用した色フィルタを用いた液晶投射型のいずれでもよい。
【００２５】
スクリーン１０３の裏に配置されているカメラ１０５は、スクリーン１０３全体を撮影できるように配置されている。もし、スクリーン１０３とカメラ１０５との距離がとれない場合には、反射鏡を使って光路を長くしたり、レンズとして広角レンズを使用して、スクリーン１０３全体をカメラ１０５が撮影できるようにする。カメラ１０５は、撮影したスクリーン１０３の映像を映像信号として出力する。
【００２６】
カメラ１０５と投射部１０４とは、同期を取って動作させることとしてもよいし、同期を取らないで動作させてもよい。同期を取って動作させる場合は、投射部１０４の垂直帰線期間にカメラ１０５で撮影することが望ましい。こうすると、もし、投射部１０４からの光がカメラ１０５に入る場合でも、投射１０４からの光とポインタ１０１，１０２からの光を容易に区別することができるからである。
【００２７】
本実施例における、ポインタを識別するための原理を説明する。ユーザは、異なる波長の光を投射するポインタ１０１，１０２をそれぞれ操作して、スクリーン１０３上に光を投射する。図１のようにスクリーン１０３の裏側（背面側）では、ポインタ１０１，１０２で指示している位置に各ポインタ１０１，１０２に対応した色の投射点１０１１，１０２１が現れる。これをスクリーン１０３の裏から見れば、各ポインタ１０１，１０２ごとの投射点１０１１，１０２１の位置により、入力位置を検知することができ、投射点１０１１，１０２１の色により、それぞれのポインタ１０１，１０２を区別することができる。
【００２８】
なお、投射点１０１１，１０２１の色は、表示されている画像の色と一致している場合がある。しかし、以下の理由から、本実施例では、問題とならない。本実施例のような背面投射型の表示装置の場合は、画像は背面からスクリーン１０３に投射され、ポインタ１０１，１０２からの光は、スクリーン１０３の前面から投射される。そして、本実施例のスクリーン１０３は、入射された光を透過させる性質を有するため、カメラ１０５には、ポインタ１０１，１０２からの光が主に入り、スクリーン１０３で反射されてカメラ１０５に入る画像の光は少なく、投射点１０１１，１０２１の色と、画像の色とが混同されることは少ないからである。
【００２９】
次に、この識別処理を行う入力検出部１０７について説明する。入力検出部１０７は、カメラ１０５が撮影した映像を元にユーザの入力を同定する。カメラ１０５が撮影した映像は、図示するようなスクリーン１０３全体を撮影したカメラ画像１１０である。カメラ１０５は、撮影したカメラ画像１１０をアナログのＲＧＢ信号に変換し、入力検出部１０７に送る。入力検出部１０７は、カメラ１０５から送られたアナログのＲＧＢの信号を、所定のタイミングで１フレーム分の信号をサンプリングする。
【００３０】
サンプリングのタイミングとしては、以下の２つの方法があり、どちらの方法でも良い。
【００３１】
１．一定周期ごとにサンプリングを行う
入力検出部１０７が１フレーム分の画像データについて、入力位置やポインタ種の識別等の所定の処理を行うのに必要な時間よりも大きな時間にサンプリング周期を決めておく方法である。例えば、２０ミリ秒毎に入力検出部１０７はサンプリングを行うというように決める。
【００３２】
２．一定周期ごとにはサンプリングを行わない
入力検出部１０７が１フレーム分の画像データについて、入力位置やポインタ種の識別等の所定の処理を終了した時点で、入力検出部１０７がすぐにカメラ１０４からのＲＧＢ信号をサンプリングする。
【００３３】
カメラ１０５からの映像の１フレーム分をサンプリングすると、次に、その映像の中に投射点１０１１，１０２１があるかどうかを検査し、ユーザの入力があったかどうかを判断する。
【００３４】
ところで、入力検出部１０７は、入力位置とイベント種とを検知する必要がある。ここで、入力位置とイベント種とは、おのおの次のようなものである。
【００３５】
代表的な入力装置であるマウスを例にして説明すると、入力位置とは、マウスを動かしたときに、その移動に追従して動く表示画面上のカーソルの位置である。イベント種とは、ユーザの指示の種別を表し、例えば、特定の表示の要求／特定の表示の消去の要求等である。マウスの場合、イベント種の識別は、マウスのボタンを押したとき（ボタンダウン）、そのボタンを離したとき（ボタンアップ）等により行われる。本実施例では、入力位置の指定及びイベント種の入力をポインタ１０１，１０２により実現するため、次のような入力方法を採用する。
【００３６】
入力位置は、ユーザがポインタ１０１，１０２からの光でスクリーン１０３上を投射した位置とする。
【００３７】
イベント種に関しては、ポインタ１０１，１０２のスイッチ１４２をオンすることにより、ユーザがスクリーン１０３上のある位置に投射を開始足したときに、その位置で、マウスのボタンダウンに相当する入力がされたとする。また、ポインタ１０１，１０２のスイッチをオンした状態で（投射した状態で）、ポインタ１０１，１０２の投射位置をユーザが希望する位置まで移動させた後、その位置で、スイッチ１４２のオフ動作を行うことにより、マウスのボタンアップに相当する入力がされたと判断する。上記のようにボタンダウンを定義すると、ポインタ１０１，１０２が初めて投射されるまでは、ユーザは、投射位置が不明のため、間違った位置でボタンダウンをすることになるか農政がある。しかし、本実施例では、ボタンアップがされた投射位置にあるメニューが選択されたとするので、メニューの選択を誤ることはない。
【００３８】
なお、ボタンダウンを、マウスのダブルクリックと同様に、２回連続してオン動作が行われたときとすれば、誤った位置で１回オン動作をしてもボタンダウンとは解釈されず、メニューの選択は無効とされる。この結果、ボタンダウンが行われた投射位置にあるメニューのみが選択される。
【００３９】
さらに、入力検出部１０７は、ポインタ種（それぞれのポインタを識別するためのユニークな番号）も出力する。複数の人が同時に入力を行うことができる環境を提供するため、複数のユーザがそれぞれポインタを持ち、同時に入力を行う場合に、入力検出部１０７は、同時に入力される複数の入力デバイス（ポインタ）をそれぞれ区別する必要があるからである。
【００４０】
入力検出部１０７は、上記の入力位置、イベント種、ポインタ種を検出するため、カメラ画像をサンプリングした後、まず、入力位置とポインタ種の検出を同時に行い、次にイベント種の検出を行う。
【００４１】
入力検出部１０７の動作を図１５の処理フローにより説明する。
【００４２】
ステップ２０１
カメラ１０５は、スクリーン全体を映した画像１１０をＲＧＢ信号に変換し、入力検出部１０７に送る。入力検出部１０７は、この信号をサンプリングする。サンプリングの順序としては、１フレームを構成する走査線を上から下に向かって順次サンプリングする。１本の走査線については、左から右に向かって順次サンプリングする。このときの１走査線上での画素数をＭとする。サンプリングにより、スクリーン１０３を撮影した１フレームのカメラ映像１１０について、各画素のＲＧＢ成分ごとに、８ビットのデータが作成される。このデータは、主記憶１３２に記憶される。
【００４３】
ステップ２０２
以下のステップ２１１までの処理により、入力検出部１０７は、入力情報を検知するため、入力位置とポインタ種のチェックを同時に行う。その後に、イベント種の判定を行う。ステップ２０２から２１１のうち、ステップ２０２から２０７では、各ポインタ種ごとにサンプリング画像内にポインタがあるかどうかを検査する。以下では、ポインタ種として、赤色光を出力するポインタ（以下では、赤のポインタと呼ぶ）を検索する方法を示す。赤のポインタをチェックするため、入力検出部１０７は、サンプリング画像のなかで、もっとも赤い点を検索する。
【００４４】
ステップ２０２で入力位置を検出するため、各ポインタの色の強度の情報を記憶する変数（最大変数）を０に初期化する。例えば赤の場合には、赤最大変数を０に設定する。
【００４５】
ステップ２０３
１フレーム内の最初の画素から最後の画素までの１画素ごとに、サンプリングされたデータに関し、ステップ２０３の下位の処理ステップであるステップ２０４から２０７を実行する。
【００４６】
ステップ２０４
入力検出部１０７は、各画素のＲＧＢ値をサンプリングの順序と同じ順序で検査し、ほかの成分（ＧＢ）の成分が０で、赤最大変数よりもＲの成分が大きいかどうかを判断する。画素が見つかれば、ステップ２０５に進み、そうでないときは、次の画素についてステップ２０４を行う。
【００４７】
ステップ２０５
その画素の番号（１フレーム内の画素について、サンプリング順に付された１連判号）からカメラ座標（Ｐｘ，Ｐｙ）を獲得する。このときの計算は、その画素がＮ番目の画素である場合、以下の式で計算できる。
【００４８】
Ｐｘ＝ｍｏｄ（Ｎ，Ｍ），Ｐｙ＝ｉｎｔｅｇｅｒ（Ｎ／Ｍ） ｉｎｔｅｇｅｒは整数化する関数
この座標は、カメラ１０１の撮像面上で定義される座標系での座標であり、この座標系をカメラ座標系と呼ぶ。一方、表示される画像の位置は、投射部１０４が投射する画素についての座標系（画面座標系）で管理されている。従って、カメラ座標系で求まった位置を画面座標系での位置に変換する必要がある。カメラ座標系と画面座標系との対応関係は、投射部１０４とスクリーン１０３とカメラ１０５との位置関係により決まる。このため、入力検出部１０７は、あらかじめカメラ座標系（Ｐｘ，Ｐｙ）と画面座標系（Ｘ，Ｙ）との座標変換式 Ｘ＝ｆＸ（Ｐｘ，Ｐｙ）、Ｙ＝ｆＹ（Ｐｘ，Ｐｙ） を記憶している。そして、この変換式により、求めたカメラ画像上の位置を画面座標系での位置に後述のステップ２１０で変換する。
【００４９】
ステップ２０６
赤最大変数にステップ２０５の画素のＲの値を設定する。
【００５０】
ステップ２０７
ほかのポインタの色についても、ステップ２０４−２０６と同じ処理を行う。
【００５１】
以上のステップ２０４から２０７が全画素について行われることにより、ポインタの色ごとに、その色の最大値を持つ画素のカメラ座標を得ることができる。
【００５２】
ステップ２０８
入力位置を検知したかどうかを各色について調べる。赤最大変数の値が０であれば、ステップ２０９に進む。赤最大変数の値が０でない場合には、どこかの点で入力があったと判断し、ステップ２１０−２１２へ進み、入力情報を出力する。
【００５３】
ステップ２０９
赤からの入力がなかったと入力検出部１０７は判断する。
【００５４】
ステップ２１０
カメラ座標上の位置を計算機内部で管理している画面座標系に変換する。このため、入力検出部１０７は、あらかじめカメラ画像系（Ｐｘ，Ｐｙ）と画面座標系（Ｘ，Ｙ）との変換式、Ｘ＝Ｘ（Ｐｘ，Ｐｙ）、Ｙ＝Ｙ（Ｐｘ，Ｐｙ）を記憶しており、カメラ画像上でのポインタ位置（Ｐｘ，Ｐｙ）を画面座標系に変換する。
【００５５】
このようにして、入力位置の検出を、各ポインタ種の発光色ごとに決まるＲＧＢのパターンの有無により行い、各ポインタ種ごとに入力位置を検出することができる。
【００５６】
ステップ２１１
イベント種をチェックする。本実施例では、ポインタが発光を開始したかどうか、発光が終了したかどうかというポインタ１０１，１０２の発光状態の変化でイベント種を検出する。このため、入力検出部１０７は１つ前のステータス情報を記憶しておく。具体的には、主記憶１３２に記憶しておく。ここで、ステータス情報とは、ポインタによる投射位置、ポインタの色、投射状態の３つを指す。投射状態とは、ポインタ１０１，１０２により投射されているかどうかの状態を指す。また、前回、今回とは、前回のサンプリング時、今回のサンプリング時を意味する。従って、フレームの数で考えると、１フレーム分の処理がカメラからの１フレームを送る周期よりも短い場合は、前回とは、１フレーム前を指す。１フレーム分の処理がカメラからの１フレームを送る周期よりも長い場合は、前回とは、２フレーム以上前を指す。
【００５７】
入力検出部１０７が、上述のポインタ１０１，１０２により入力が行われたことを検出する処理を行うごとに、１つ前のステータス情報と比べ、その情報によって入力検出部１０７は、以下のような入力情報を生成する。この情報は、制御部１０６に送られる。ここで、入力情報とは、全てのポインタに関する、ポインタによる投射位置、ポインタの色、入力状態の３つを指す。入力状態とは、ボタンダウンであるか、ボタンアップであるか、または移動中であるかどうかの状態を指す。
【００５８】
・今回、ポインタにより入力が行われたことを検知し、前回も検知した場合
入力状態に関して、前回検知したポインタ種が今回検知した座標位置へ移動中であるとした入力情報を制御部１０６に送信する。
【００５９】
・今回、ポインタにより入力が行われたことを検知し、前回は検知しなかった場合
入力状態に関して、前回検知したポインタ種が今回検知した座標位置でボタンダウンされたとした入力情報を制御部１０６に送信する。
【００６０】
・今回、ポインタにより入力が行われたことを検知しないで、前回、検知した場合
入力状態に関して、今回検知したポインタ種が前回の座標位置でボタンアップされたとした入力情報を制御部１０６に送信する。
【００６１】
・今回、ポインタにより入力が行われたことを検知しないで、前回も検知しなかった場合
処理対象のポインタ種からの入力が引き続き無いとして、制御部１０６になにも送信しない。
【００６２】
ステップ２１２
ステップ２１１で生成された入力情報、たとえば、検知したポインタ種（赤）、イベント種（ボタンダウン）、イベント発生位置（ｘ，ｙ）を制御部１０６に対して送る。
【００６３】
ステップ２１３
ステップ２０８から２１２と同じ処理を、各ポインタの発光色ごとに行う。
【００６４】
上記では、色として、赤のように３原色のうちの１つの色成分のみを持つものについて述べたが、本発明は、これに限らず、ＲＧＢの２または３色からなる色についても同様に検出することができる。
【００６５】
また、色の検出を１画素についてのみ行った。この方法は試作の結果、充分、有効であることが確認された。なお、通常は、最大の強度を有する画素は、複数集まっていることが考えられるので、その集まりを検出することとしてもよい。この方法の方が、１画素のみを検出するよりは、確実と考えられる。
【００６６】
なお、スクリーンは大画面であるため、ポインタの投射点のサイズが小さくなりすぎる可能性があり、カメラで撮影した場合、解像度が不足する可能性があるが、試作の結果、通常のポインタ、カメラで充分検出可能であることが確認された。
【００６７】
入力検出部１０７から上記の入力情報を受けた制御部１０６は、各ポインタごとにその入力情報に従った処理を実行する。たとえば、複数のメニューが画面上に表示されている場合に、ボタンアップが画面上のいずれか１つのメニュー上で行われたときは、ボタンアップが行われた位置のメニューが選択されたと解釈し、そのメニューを開く処理を行う。この実行結果として、開かれたメニューを表示する画像を生成するためのデータを表示部１０８に送る。この時に、ポインタ１０１，１０２は、手振れ等のために、その指定位置がふらついている場合がある。そこで、メニューの位置指定には、メニューの１つ１つごとに、許容領域を設け、ポインタ１０１，１０２が１つのメニューの許容領域内にあるときは、そのメニューが選択されたとする。
【００６８】
表示部１０８は、このデータに従って、アナログのＲＧＢ信号を生成する。生成したＲＧＢ信号を投射部１０４に送る。
【００６９】
投射部１０４は、ＲＧＢ信号にしたがって、光をスクリーン１０３に投射する。
【００７０】
ここで、前述のカメラ座標系での位置座標を画面座標系での位置座標に変換する変換式を決定する方法を説明する。２つの座標系の対応は、投射部１０４、スクリーン１０３、カメラ１０５の位置関係により決まるが、これらの位置関係は、スクリーンの位置等を動かすことにより変わるので、２つの座標系の対応関係は、必ずしも固定的なものではない。そのために本表示装置の使用開始時に、変換式を決定する必要がある。
【００７１】
本実施例では、あらかじめスクリーン１０３上に投射部１０４により、スクリーン１０３上に２つの印を表示し、その印を１つのポインタでポインティングすることによって、カメラ座標系と画面座標系とを変換する変換式を決定する。この印は、スクリーン１０３の対角線上の２点に表示される。そして、この２点の、カメラ座標系での座標と画面座標系での座標とを対応させることにより変換式を求める。
【００７２】
画面座標系は、ｘ−ｙ座標で（０、０）から（１２８０、１０２４）の座標を持つ。まず、制御部１０６は、画面座標系上の（１００、１００）の位置にあらかじめ決められた上記印を表示する。ユーザは、スクリーン１０３上に映った印を見て、その印の上にポインタで光を投射し、印の上で発光を止める。入力検出部１０７は、使用開始時は、デフォルトの変換式、Ｘ＝Ｐｘ，Ｙ＝Ｐｙを記憶しているため、この式によりカメラ座標系で検出した座標をそのまま制御部１０６に出力する。制御部１０６は、その検出座標をＰ１（Ｐｘ１，Ｐｙ１）として記憶する。次に、制御部１０６は、前の印を消し、（１０００、９００）の点に前回と同様の印を表示する。前回と同様、ユーザは、スクリーン１０３上に映った印を見て、その印の上にポインタで光を投射し、印の上で発光を止める。入力検出部は、カメラ座標上でのポインティング点を検出し、その座標を制御部１０６に出力する。制御部１０６は、検出座標をＰ２（Ｐｘ２，Ｐｙ２）として記憶する。
【００７３】
次に制御部１０６は、上記の２つの検出座標を用いて、カメラ座標系の座標を線形変換により画面座標系の座標に変換する変換式を作成する。すなわち、上記のＰ１の座標値（Ｐｘ１，Ｐｙ１）と、Ｐ２の座標値（Ｐｘ２，Ｐｙ２）を以下の式のＰｘ１，Ｐｙ１、Ｐｘ２，Ｐｙ２に代入して、変換式を求める。
【００７４】
Ｘ＝（（１０００−１００）／（Ｐｘ２−Ｐｘ１））＊（Ｐｘ−Ｐｘ１）＋１００
Ｙ＝（（９００−１００）／（Ｐｙ２−Ｐｙ１））＊（Ｐｙ−Ｐｙ１）＋１００
この式が、カメラ座標系での座標（Ｐｘ，Ｐｙ）を、画面座標系での座標（Ｘ，Ｙ）へ変換する変換式である。
【００７５】
以上述べたように、本実施例によれば、複数のユーザは、異なる発光色を持つポインタで大型スクリーンを投射することにより、それぞれの人が独立に入力を行うことができる。また、ポインタは可視光をスクリーンに投射するため、表示装置の投射部が動作していなくても、可視光の色を容易に確認することができる。
【００７６】
上記実施例においては、ポインタ種の区別として、ＲＧＢの色（光の周波数）を変化させて、複数のポインタを区別するようにした。上記は、背面投射型のため、投射部からの光の色とポインタの投射する光の色が同一でも誤認は生じないが、前面投射型の場合は、誤認が生じる可能性がある。そのため、前面投射型の場合は、投射部からの光の色が限定されているとき、投射部からの光の色と異なる色をポインタで用いることが望ましい。
【００７７】
ポインタの色を変化させる他にも、各ポインタの光の強度を変えてポインタを区別する方法も考えられる。例えば、光の強度が異なる複数の赤色ポインタを用いた場合には、入力検出部は、あらかじめ各ポインタごとにＲ成分値の強度範囲を測定しておき、これを記憶しておく。入力検出部は、検出したＲ成分値がどのポインタの強度範囲にはいるかをチェックして、ポインタ種を判別し、各ポインタごとの入力位置を同定する。
【００７８】
次に、この方法を用いた第２の実施例について説明する。本実施例では、複数のポインタを光の強弱で区別する。色はすべて同じとし、赤色の場合を例に説明する。
【００７９】
本実施例に係る表示装置の構成を図６に示す。本実施例は、第１の実施例と同様に背面投射型の表示装置である。本実施例では、２つの赤色ポインタ６０１、６０２は異なる明るさの光を照射する。ポインタ６０１はポインタ６０２より強い光を照射する。カメラ１０５は、強さの異なる２つの赤色の点６０１１’，６０２１’を含むカメラ画像１１０を撮影し、撮影したカメラ画像１１０を入力検出部６０７へディジタル信号の形で出力する。カメラ画像１１０の内、赤の成分（０−２５５の範囲の値で表される。値が大きいほど明るい）を考えると、ポインタからの光によって照射されている点６０１１’，６０２１’は、赤の成分について、０より大きい値を持つ。一方、投射部１０４から投射される光は、透過型スクリーン１０３により、大部分がスクリーンの前面方向に透過していき、スクリーン１０３により反射されてカメラ１０５に入る光は、わずかであるため、ポインタから投射された光の当たっていない部分（点６０１１’，６０２１’以外の部分）のカメラ画像１１０については、赤の成分は、ほぼ０である。
【００８０】
次に、入力検出部６０７の動作について述べる。入力検出部６０７は、あらかじめポインタ６０１，６０２により照射される点６０１１，６０２１の光の強度を測定しておき、これを記憶しておく。測定の方法は、使用開始時に、制御部１０６がスクリーン１０３にポインタ６０１，６０２を投射するように１つのポインタごとに順次指示する表示をスクリーン１０３にする。その表示を見て、ユーザが表示に従ってポインタを点灯し、その画像をカメラ１０５により撮影する。その時の各ポインタ６０１，６０２の強度をハードディスク１３４に記憶しておく。測定の結果、ポインタ６０１の光がカメラ１０５に入ると、赤の成分の値が２００前後である画素が検出され、ポインタ６０２の光がカメラ１０５に入ると、赤の成分の値が１００前後である画素が検出されることが確認されているとする。
【００８１】
ポインタ６０１，６０２の入力位置を検出するときは、入力検出部６０７は、検出した赤の成分値がどのポインタの強度範囲にはいるかを調べ、ポインタ種を判別し、各ポインタごとの入力位置を同定する。すなわち、入力検出部６０７は、カメラ１０５からの映像の赤の成分を検査し、１５０から２５５の間であればポインタ６０１の光であると判断し、５０から１５０の間であればポインタ６０２の光であると判断する。次に、第１の実施例と同様に、入力検出部６０７は、検出したそれぞれのポインタ６０１，６０２からの光の現在の発光状態と前回の発光状態とを比較して、イベント種を確定し、制御部１０６に得られた入力情報を送信する。
ポインタ６０１とポインタ６０２の発光強度を異ならせるには、図１４のポインタの回路において、発光ダイオード１４１と電池１４３の間に抵抗を直列に挿入し、この抵抗の大きさをポインタ６０１とポインタ６０２で異ならせることとすればよい。
【００８２】
なお、図６に示す構成要素と図１に示す構成要素における共通部分は、同一符号で示し、その詳細説明は省略する。
【００８３】
以上のように、本実施例によれば、ポインタを用いて入力を行う大画面表示装置において複数のユーザが同時に操作指示を入力することができる。
【００８４】
第１、第２の実施例では、スクリーン１０３の裏側に見える、ポインタの投射点の映像をカメラ１０５で撮影している。このとき、投射部１０４から投射された光のうち大部分は、スクリーン１０３を透過する。しかし、スクリーンの透過性が悪い場合には、投射光の一部はスクリーン１０３の背面方向に反射され、スクリーンの背面においても投射部１０４がスクリーン１０３に投射している映像が見える。このため、図２のスクリーン１０３上に図示したように、スクリーン１０３上には、投射部１０４からの光とポインタ１０１，１０２からの光が背面から見える。従って、カメラ１０５は、投射部１０４から投射され、スクリーン１０３で反射した反射光と、ポインタから投射された光とを同時に受け取ってしまい、両者の光がスクリーン上の同じ位置で反射され、かつ同じ色もしくは強度であるときは、入力検出部はポインタの位置を認識することができない。また、両者の光がスクリーン上の異なる位置で反射され、かつ同じ色もしくは強度であるときは、入力検出部はポインタの位置を誤認してしまう場合がある。次に述べる第３の実施例では、偏光を用いることにより、この問題を解決する。
【００８５】
本発明の第３の実施例を説明する。本実施例の構成を図２に示す。本実施例では、投射部１０４は、その前面に、投射部１０４から右回りの偏光（以下では右偏光と呼ぶ）のみを投射するための右偏光板２０１を装着している。カメラ１０５は、その前面に、右回りの偏光のみを透過させないための左偏光板２０２を装着している。偏光板２０１，２０２の詳細は後述する。
【００８６】
投射部１０４からは、右偏光板２０１によって右偏光を持つ光だけが投射され、スクリーン１０３に投射される。これに対し、カメラ１０５には左偏光板２０２を装着しているため、スクリーン１０３で反射された、投射部１０４からの右偏光だけを持つ光は、カメラ１０５の前面にある左偏光板２０２でカットされ、カメラ１０５には入射しない。ポインタ１０１、１０２からの光は、通常、右偏光と左偏光（左回りの偏光）を含む任意の偏光を持つ。そのため、ポインタ１０１，１０２の光は、スクリーン１０３を通り、カメラ１０５の前面にある左偏光板２０２に入射する。この左偏光板２０２により、ポインタ１０１、１０２からの光のうち、左偏光を持った光が左偏光板２０２を通り抜け、カメラ１０５に入射する。この結果、スクリーン１０３上には、投射部１０４からの画像２０１１と、ポインタ１０１，１０２からの光による投射点１０１１，１０２１とがあるが、カメラ画像２０３には、ポインタ１０１，１０２からの投射点の像１０１１’，１０２１’のみがある。
【００８７】
以上のように、投射部１０４とカメラ１０５に異なる偏光板２０１、２０２を装着することにより、カメラ１０５には、図２のカメラ画像２０３に示すように投射部１０４からの光は入射せず、ポインタ１０１，１０２からの光だけが入射する。こうして、カメラ１０５は不要な光を省いたユーザの入力したポインタの映像だけを撮影することができる。入力検出部１０７は、このカメラ画像２０３を上記第１の実施例で述べた方法で検査することにより、ポインタ１０１、１０による入力を検知することができる。
ここで、偏光板２０１，２０２の構成及び動作について、図７、８、９を参照して述べる。図７は、右偏光板２０１の構成を示す。右偏光板２０１は、直線偏光のみを通す直線偏光板２０１５と、直線偏光を右偏光にする１／４波長板２０１６から構成される。すなわち、投射部１０４から出た光７１４１のうち、直線偏光７１５１のみが、直線偏光板２０１５を通過し、直線偏光７１５１は、１／４波長板２０１６により、右偏光７１６１に変えられ、スクリーン１０３に投射される。
【００８８】
図８は、左偏光板２０２の構成を示す。左偏光板２０２は、右偏光を直線偏光に変える１／４波長板２０２６と、この直線偏光を通過させないように透過軸が配置されている直線偏光板２０２５とから構成される。ここで透過軸とは、直線偏光板２０２５に固有の軸であって、この軸方向と同じ方向の振動面を有する直線偏光のみが直線偏光板２０２５を透過することができる。１／４波長板２０２６に入る光には、投射部１０４から出て、スクリーン１０３で反射された右偏光７１６１と、ポインタ１０１，１０２からのあらゆる方向の偏光を含む光７１６１’とがある。右偏光７１６１と光７１６１’中の右偏光とは、１／４波長板２０２６により、直線偏光７２６１及び直線偏光を含む光７２６１’に変えられる。この直線偏光の光の振動面と直線偏光板２０２５の透過軸とは直交するため、光７２６１は、直線偏光板２０２５を通過することができない。光７２５１は、光７２６１’のうち、直線偏光板２０２５を通過した光である。
【００８９】
上記直線偏光板２０１５，２０２５は、グラン−トムソン・プリズム、ニコル・プリズム、２色性色素材料を塗布した透明プラスチック材料等により実現することができる。１／４波長板は、水晶板、チタン酸バリウム結晶等により実現することができる。１／４波長板は、波長に応じてその厚さが決まるが、厚さを決めるための基準となる波長については、投射部１０４から出力される光のうち、代表的な色の波長、出力される光の波長の上限値と下限値の平均、または出力される光量を考慮した重み付き平均とすればよい。
【００９０】
図７に示すように、直線偏光を右偏光に変えるためには、直線偏光板２０１５の透過軸と、１／４波長板２０１６の進相軸とを一定の関係になるように配置する必要がある。これを図９に示す。ここで、進相軸とは、以下のようなものである。１／４波長板２０１６には、１／４波長板２０１６に入射した直線偏光が、その偏光状態を変えないで１／４波長板２０１６を通過できる、互いに直交する２つの振動面の方向がある。この２つの方向のうち、光の伝搬速度が速い方の方向と同じ方向を有する軸を進相軸と呼ぶ。
【００９１】
図９において、投射部１０４から出た光７１４１は、順に、直線偏光板２０１５、１／４波長板２０１６、スクリーン１０３、１／４波長板２０２６、を通過して、直線偏光板２０２５に入る。また、直線偏光板２０１５の透過軸７１５に対して、１／４波長板２０１６の進相軸７１６は、１／４波長板２０１６からみて、反時計周りに４５度に配置されている。さらに、図８に示すように、１／４波長板２０２６に入ってきた右偏光を、直線偏光板２０２５でカットするためには、１／４波長板２０２６の進相軸７２６と、直線偏光板２０１５の透過軸とを一定の関係になるように配置する必要がある。このため、図９において、直線偏光板２０２５の透過軸７２５に対して、１／４波長板２０２６の進相軸７２６は、１／４波長板２０２６からみて時計周りに４５度に配置されている。
【００９２】
なお、図２に示す構成要素と図１に示す構成要素における共通部分は、同一符号で示し、その詳細説明は省略する。
【００９３】
以上のように、本実施例によれば、ポインタを用いて入力を行う大画面表示装置において複数のユーザが同時に操作指示を入力することができる。
【００９４】
また、投射部１０４とカメラ１０５の前面に偏光特性の異なる偏光板を装着することにより、スクリーンの裏側へ反射された投射部１０４からの光をカメラが撮影することを防ぐことができ、ポインタからの光を精度良く撮影できる。
【００９５】
なお、本実施例においては、右偏光板と左偏光板の組み合せとしたが、本発明は、これに限られるものではなく、互いに透過軸が直交する直線偏光板を組み合わせても良い。
【００９６】
さらに、本実施例では、１／４波長板を用いて、円偏光を生成したが、他の波長板を用いて、楕円偏光を生成しても良い。
【００９７】
また、本実施例では、複数のポインタを扱っているが、ポインタ種が一種類である場合に、ポインタからの光と投射部からの光とを区別するために、本実施例の偏光板を有する投射部とカメラとを用いることとしても良い。
【００９８】
また、第２の実施例に、本実施例のような偏光板を有する投射部とカメラとを適用することもできる。
【００９９】
次に、本発明の第４の実施例を図３により説明する。第３の実施例では、背面投写型大型ディスプレイを対象としていたが、本実施例では、第３の実施例の手法を背面投写型大型ディスプレイよりも安価な前面投写型大型ディスレイに適用したものである。
【０１００】
前面投写型ディスプレイの場合には、投射部１０４はスクリーン３０１の前面に設けられる。スクリーン３０１は、反射型スクリーンであり、スクリーン３０１の前面から投射された、投射部１０４からの光を前面に反射する。このスクリーン３０１は不透過性のシートであり、背面からスクリーン３０１を見てもなにも見えない。カメラ１０５は、スクリーン３０１の前面からスクリーン３０１を撮影する必要がある。このため、前面投写型ディスプレイの場合には、スクリーン上に、投射部１０４からの光と、ユーザが指示等を入力するために利用するポインタ１０１，１０２からの光とが混在する。スクリーン３０１を前面からカメラ１０５で撮影したのでは、スクリーン３０１上に映っている光が、ポインタからの光か、投射部１０４からの光なのかが区別できない。本実施例では、第２の実施例と同様に偏光板を利用することによりこの問題を解決する。
【０１０１】
本実施例に係る表示装置のシステム構成を図３に示す。図３に示すように、投射部１０４は、その前面に、投射部１０４から右偏光のみを投射するための右偏光板２０１を装着している。カメラ１０５は、その前面に、右回りの偏光のみを透過させないための左偏光板２０２を装着している。投射部１０４から出た光は、右偏光板２０１により、右偏光に変えられて、スクリーン３０１に到達する。スクリーン３０１で反射され、カメラ１０５に入射する投射部１０４からの光は、カメラ１０５の前にある左偏光板２０２により、フィルタリングされ、カメラ１０５に入射できない。一方、ユーザがポインタ１０１、１０２で投射する光は、スクリーン３０１で反射した後、カメラ１０５の前にある左偏光板２０２でフィルタリングされる。しかし、ポインタ１０１、１０２からの光は、右偏光と左偏光とをもっているため、左偏光であるポインタからの光がカメラ１０５に入射する。この結果、カメラ１０５では、カメラ画像３０２のように、ポインタ１０１，１０２からの光１０１１’，１０２１’だけが撮影され、投射部１０４からの光は撮影されない。入力検出部１０７は、このカメラ画像３０２を処理することにより、ポインタ１０１，１０２による入力を検知することができる。
なお、図３に示す構成要素と図１に示す構成要素における共通部分は、同一符号で示し、その詳細説明は省略する。
【０１０２】
このように、本実施例によれば、前面投写型の大型ディスプレイの場合でも、可視光を投射するポインタを用いて入力を行うことができる。本実施例は、複数の色により識別される複数のポインタを用いる場合について述べたが、１つのポインタを用いる場合でも、本実施例のように偏光板を利用することにより、投射部からの光とポインタからの光とを精度良く区別することができる。
【０１０３】
次に、本発明の第５の実施例を説明する。上記第１から第４までの実施例では、ポインタからの光の周波数や強度がポインタごとに異なることを利用して、複数のポインタを区別していた。本実施例では、複数のポインタの区別を光の偏光状態で区別する。
【０１０４】
本実施例の構成を図４に示す。本実施例では、２つの赤色ポインタに互いに異なる偏光板を設置した。ポインタ１０１には左偏光のみを透過させる左偏光板４０１を、ポインタ１０２には、右偏光のみを透過させる右偏光板４０２を、各ポインタの前に設置する。これにより、ポインタ１０１からは、左偏光を持つ光が投射され、ポインタ１０２からは、右偏光を持つ光が投射される。
【０１０５】
カメラ１０５の前には、入力検出部４０７からの信号に従って、右偏光と左偏光のうち、通過させる偏光を選択することのできる可変偏光板４０３を設置する。可変偏光板４０３は、図１０に示すように、１／４波長板４０３７と、１／２波長板４０３６と、直線偏光板４０３５とから構成される。１／２波長板４０３６は、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶で構成されており、電圧が印加されていないときは、入射された直線偏光の振動面の方向を９０度回転させる。所定の電圧が印加されているときは、入射された直線偏光の振動面の方向を変えない。
【０１０６】
図１２に、１／４波長板４０３７の進相軸１２３７、および直線偏光板４０３５の透過軸１２３５の向きを示す。本図では、１／４波長板４０３７の進相軸１２３７の向きは、左偏光が入射したときに、これを、垂直方向に振動面を持つ直線偏光に変えるように配置されている。すなわち、進相軸１２３７は、光の入射方向から見て、反時計方向に垂直方向１２０１から４５度傾けて配置されている。また、直線偏光板４０３５の透過軸１２３５は、１／２波長板４０３６に電圧を印加しているときに、ポインタ１０２からの右偏光を透過するように、水平方向に配置されている。
【０１０７】
図１１に、ポインタ１０１からの左偏光、及びポインタ１０２からの右偏光が、可変偏光板４０３に入射したときに、１／４波長板４０３７及び１／２波長板４０３６により、その振動面がどのように変わるかを示す。１／２波長板４０３６を通過後の光の振動面は、電圧を印加しているときは、ポインタ１０１からの光については、垂直方向である。このため、直線偏光板４０３５を通過する。すなわち、可変偏光板４０３を通過する。図中では、１／２波長板を通過後の光が直線偏光板４０３５を通過することを「○」で示す。また、この時、ポインタ１０２からの光の振動面は、水平方向であるため、直線偏光板４０３５を通過しない。すなわち、可変偏光板４０３を通過しない。図中では、１／２波長板を通過後の光が直線偏光板４０３５を通過しないことを「×」で示す。電圧を印加していないときは、逆になり、ポインタ１０１からの光は、可変偏光板４０３を通過しないが、ポインタ１０２からの光は通過する。
【０１０８】
入力検出部４０７は、可変偏光板用インタフェース４０４を介して、可変偏光板４０３を上記のようにオン／オフ制御することにより、左偏光だけをカメラ１０５に入射させたり、右偏光だけをカメラ１０５に入射させたりできる。
【０１０９】
次に、処理手順について述べる。入力検出部４０７は、まず、ポインタ１０１の入力を検知する。入力検出部４０７は、可変偏光板４０３に対し、左偏光のみを透過するように可変偏光板４０３に電圧を印加しないというオフ信号を送信する。可変偏光板４０３は、この信号を受けて、左偏光だけを透過させるように変化する。カメラ１０５に左偏光だけが入射する。このため、カメラ１０５には図４のように左偏光の光を投射しているポインタ１０１からの光だけが入射し、ポインタ１０２からの右偏光は入射しない。カメラ１０５は、このポインタ１０１からの光１０１１’だけが映っている画像を入力検出部４０７に送る。入力検出部４０７は、第１の実施例と同様にカメラ１０５からの画像を１フレームずつサンプリングする。そして、１フレームごとにポインタ１０１からの光が有する色の画素があるかどうかを検索し、ポインタ１０１の入力位置を検索する。一方、ポインタ１０２からの光を検知するため、入力検出部４０７は、可変偏光板４０３の偏光特性を右偏光のみを透過するように変えて、カメラ１０５に、ポインタ１０２が投射している右偏光だけが入射するようにする。こうして、入力検出部４０７は、ポインタ１０２により指示された位置を検知する。次に、第１の実施例と同様に、入力検出部４０７は、検出したそれぞれのポインタの現在の発光状態と前回の発光状態とを比較して、イベント種を確定し、制御部１０６に入力情報を送信する。
なお、図４に示す構成要素と図１に示す構成要素における共通部分は、同一符号で示し、その詳細説明は省略する。
【０１１０】
以上のように、本実施例によれば、ポインタを用いて入力する大画面用入力装置において複数のユーザが同時に入力することができる。
【０１１１】
ところで、ポインタで入力する際には、入力位置、ポインタ種、イベント種を知る必要がある。上記の第１から第５の実施例では、イベント種の区別をポインタの投射光の発生・消滅により行っている。しかし、ポインタの投射光の発生・消滅の組み合わせだけでは表現できないほどの多数のイベント種が必要になる場合がある。多数のイベント種を表現するため、マウスの場合にはクリックボタンの数を複数用意している。次に述べる第６の実施例では、ポインタで多数のイベント種を表現できるようにするため、ポインタに複数のボタンを設け、そのボタン操作によって識別される複数のイベント種に関する情報をポインタから入力検出部に無線により直接送信する。
【０１１２】
本発明の第６の実施例を図５，１７，１８を用いて説明する。本実施例では、ポインタ５０１、５０２は、多数のイベント種をユーザが指定するときに、そのイベント種の指定に必要となる数だけの選択ボタンが設けられている。
【０１１３】
図５に第６の実施例の機能ブロック図を示す。入力検出部５０７は、受信装置（アンテナ）５０３を介して各ポインタ５０１、５０２からの無線通信によって、ポインタ種とイベント種とを得る。
【０１１４】
図１８に第６の実施例のハードウエアの構成を示す。本実施例は、第１の実施例に、ＲＦインタフェース部１８１と、アンテナ５０３とを追加したものである。入力検出部５０７は、ＣＰＵ１３１と、主記憶１３２と、入出力制御部１３５と、ＲＦインタフェース部１８１とにより実現される。ＲＦインタフェース部１８１は、アンテナ５０３を介して受付けたＲＦ信号を復調して、復調した信号からポインタ種とイベント種を検出する。検出したポインタ種とイベント種は、入出力制御部１３５を介したハードディスク１３４に格納される。
【０１１５】
図１７にポインタ５０１，５０２の内部構成を示す。ポインタ５０１，５０２は、発光ダイオード１４１と、スイッチ１４２と、電池１４３と、イベント種を選択するための選択ボタン１７１，１７２，１７３と、選択ボタン１７１，１７２，１７３に応じた変調周波数を有するＲＦ信号を出力する変調部１７７と、ＲＦ信号を受けて、電波を出力するアンテナ１７８と、選択ボタン１７１，１７２，１７３がオンのときハイ、オフのときはロウの信号を出力するための抵抗１７４，１７５，１７６とを有する。ユーザが選択ボタン１７１，１７２，１７３のいずれかを選択すると、変調部１７７は、ユーザが選択したボタンに対応するイベント種を示す信号と、送信をしたのはどのポインタ５０１，５０２であるかを識別するためのポインタ種を示す信号とを１組として、この組に対応した変調周波数を有するＲＦ信号を出力する。
【０１１６】
入力検出部５０７は、受信装置（アンテナ）５０３を介して各ポインタ５０１、５０２からの無線通信によって、ポインタ種とイベント種とを得る。
【０１１７】
一方、上記第１の実施例で記述した方法により、入力検出部５０７はカメラ画像から定期的に入力位置とポインタ種を検出し、ポインタ種ごとに入力位置を記憶する。入力検出部５０７は、ポインタ５０１，５０２から無線で送られてきたポインタ種とイベント情報とを受信すると、あらかじめ入力検出部１０７内に記憶している入力位置を、無線で送られてきたポインタ種をキーにして検索し、ポインタ５０１，５０２から送信されたポインタ種の入力位置を検索する。次に、入力検出部５０７は、検索した入力位置と、送信されてきたポインタ種およびイベント種を制御部１０６に入力情報として出力する。制御部１０６は、入力検出部５０７からの入力位置、ポインタ種、イベント種に従って処理を行う。
なお、図５に示す構成要素と図１に示す構成要素における共通部分は、同一符号で示し、その詳細説明は省略する。
【０１１８】
本実施例によれば、ポインタを用いて入力する大画面表示装置において、本発明の実施例１、２、３、４、５では実現できない多数のイベント種を定義することができる。本実施例では、複数のポインタを用いて入力を行う場合について述べたが、本実施例のイベント種を指定する方法は、ポインタが１つの場合にも適用することができる。
【０１１９】
本発明に係るポインタを有する大画面表示装置は、大画面表示装置を利用するプラント監視システムに適用することができる。例えば、この表示装置と、監視対象であるプラントの状態に関する情報を収集し、処理するプラント監視用計算機システムとを有するプラント監視システムにおいて、表示装置は、上記プラントの状態を表示するとともに、上記プラントの監視に関する指示を受付けて、プラント監視用計算機システムに上記指示を送り、プラントの監視を行うこととしてもよい。
【０１２０】
また、本発明に係るポインタを有する大画面表示装置は、大画面表示装置を利用する交通管制システムに適用することができる。例えば、この表示装置と、管制対象である航空機または自動車の移動状態に関する情報を収集し、処理する管制用計算機システムとを有する交通管制システムにおいて、表示装置は、航空機等の移動状態を表示するとともに、航空機等の管制に関する指示を受付けて、上記管制用計算機システムに上記指示を送り、航空機等の管制を行うこととしてもよい。
【０１２１】
また、本発明に係るポインタを有する大画面表示装置は、大画面表示装置を利用するプレゼンテーションシステムに適用することができる。例えば、この表示装置と、プレゼンテーションすべき情報を上記表示装置に出力する計算機システムとを有するプレゼンテーションシステムにおいて、上記表示装置は、上記情報を表示するとともに、受付けた入力を上記計算機システムに送り、プレゼンテーションを行うこととしてもよい。
【０１２２】
また、本発明に係るポインタを有する大画面表示装置は、大画面表示装置を利用する電子会議システムに適用することができる。例えば、この表示装置と、上記表示装置に表示する画像を外部から受付ける通信装置とを有する電子会議システムにおいて、表示装置は、上記受付けた画像を表示するとともに、受付けた入力を上記通信装置に出力し、外部との会議を行うこととしてもよい。
【０１２３】
【発明の効果】
本発明によれば、発光特性の異なる可視光を投射するポインタを用いて入力操作を行うため、ポインタの各々が出力する可視光を容易に確認することができるとともに、複数の人が同時に、大画面への入力操作を行うことができる。
【０１２４】
また、本発明に係る表示装置は、すべての大画面ディスプレイ装置を用いるシステムで利用することができる。このようなシステムとしては、たとえば、プラント制御システム、交通管制システム、プレゼンテーションシステム、電子会議システムなどがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る表示装置のブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係る表示装置のブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施例に係る表示装置のブロック図である。
【図４】本発明の第４の実施例に係る表示装置のブロック図である。
【図５】本発明の第５の実施例に係る表示装置のブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係る表示装置のブロック図である。
【図７】偏光板の構成を示す説明図である。
【図８】偏光板の構成を示す説明図である。
【図９】偏光板の進相軸、透過軸の配置を示す説明図である。
【図１０】可変偏光板の構成を示す説明図である。
【図１１】可変偏光板の動作を示す説明図である。
【図１２】可変偏光板の進相軸、透過軸の配置を示す説明図である。
【図１３】計算機システムのハードウエアのブロック図。
【図１４】ポインタのブロック図。
【図１５】入力検出部の処理フロー。
【図１６】表示部のブロック図。
【図１７】ポインタのブロック図。
【図１８】計算機システムのハードウエアのブロック図。
【符号の説明】
１０１、１０２、５０１、５０２…ポインタ、１０３…表示スクリーン、１０４…投射部、１０５…カメラ、１０６…制御部、１０７…入力検出部、１０８…表示部、１０９、２０３、３０２、４０５…カメラ画像、２０１、２０２、４０１、４０２、４０３…偏光板、３０１…前面投写型表示スクリーン、５０３…受信機
Claims (7)
- 画像が表示されるスクリーンと、
上記スクリーンに光を投射することにより上記画像の表示を行う表示手段と、
上記スクリーン上の位置を指定するための位置指定手段とを有する表示装置において、
上記位置指定手段は、
光の色、光の強度、および光の偏光状態のうちの少なくとも１つについて互いに異なる、上記位置を指定するための光を、上記スクリーンの前面から上記スクリーンに投射する複数のポインタと、
上記複数のポインタにより、上記スクリーンに投射された複数の上記光を受付けるカメラと、
受付けた上記光により、上記ポインタが指定する位置を識別する位置識別手段と、
受付けた上記光は、上記光の色、光の強度、および光の偏光状態のうちの少なくとも１つが互いに異なることに基づいて、上記複数のポインタのうちのいずれのポインタにより投射された光であるかを、上記識別された位置ごとに識別するポインタ識別手段とを有し、
上記ポインタのうちの１つは、第１の発光手段と、上記第１の発光手段が出力する光を、第１の方向に上記光の振動面が回転する偏光に変える第１の偏光生成手段とを有し、
上記ポインタのうちの他の１つは、第２の発光手段と、上記第２の発光手段が出力する光を、上記第１の方向とは異なる第２の方向に上記光の振動面が回転する偏光に変える第２の偏光生成手段とを有し、
上記表示装置は、上記第１の方向に上記光の振動面が回転する偏光と上記第２の方向に上記光の振動面が回転する偏光とを切り換えて選択し、透過させる偏光選択手段を有し、
上記カメラは、上記偏光選択手段により選択された偏光を受付けること
を特徴とする表示装置。 - 請求項１記載の表示装置において、
上記第１の偏光生成手段は、上記第１の発光手段が出力する光のうち直線偏光のみを選択する直線偏光板と、選択された上記直線偏光を上記第１の方向に回転する偏光に変えるように配置された１／４波長板とを有し、
上記第２の偏光生成手段は、上記第２の発光手段が出力する光のうち直線偏光のみを選択する直線偏光板と、選択された上記直線偏光を上記第２の方向に回転する偏光に変えるように配置された１／４波長板とを有し、
上記偏光選択手段は、入射する上記２種類の偏光を互いに直交する振動面を有する直線偏光に変える１／４波長板と、上記得られた直線偏光の振動面を９０度回転させる場合と回転させない場合とを切り換えることができる振動面回転手段と、上記振動面回転手段を通過した２種類の偏光のうちのいずれかを通過させる直線偏光板とを有すること
を特徴とする表示装置。 - 画像が表示されるスクリーンと、
１つの偏光状態にある光をスクリーンに投射することにより表示を行う表示手段と、
上記スクリーン上の位置を指定するための位置指定手段とを有し、
上記位置指定手段は、
上記スクリーンに、上記表示手段が投射する光と異なる偏光状態にある光を少なくとも含むとともに、上記含まれる光の色および強度のうちの少なくとも１つについて互いに異なる、上記位置を指定するための光を、上記スクリーンの前面から投射する複数のポインタと、
上記表示手段が投射する光と異なる偏光状態にある光を選択して透過させる偏光選択手段と、
上記偏光選択手段により選択された偏光を受付けるカメラと、
受付けた上記光により、上記ポインタが指定する位置を識別する位置識別手段と、
上記複数のポインタにより、上記スクリーンに投射された光のうち、受付けた上記光は、光の色および光の強度のうちの少なくとも１つが互いに異なることに基づいて、上記複数のポインタのうちのいずれのポインタにより投射された光であるかを、上記識別された位置ごとに識別するポインタ識別手段とを有すること
を特徴とする表示装置。 - 請求項３記載の表示装置において、
上記表示手段は、上記スクリーンの前面に設けられ、上記スクリーンの前面から上記画像を表示するために光を投射すること
を特徴とする表示装置。 - 請求項３記載の表示装置において、
上記表示手段は、上記スクリーンの背面に設けられ、上記スクリーンの背面から上記画像を表示するために光を投射すること
を特徴とする表示装置。 - 請求項３、４または５記載の表示装置において、
上記表示手段は、発光手段と、上記発光手段が出力する光を、１つの方向に上記光の振動面が回転する偏光に変える偏光生成手段とを有すること
を特徴とする表示装置。 - 請求項６記載の表示装置において、
上記偏光生成手段は、上記発光手段が出力する光のうち直線偏光のみを選択する直線偏光板と、選択された上記直線偏光を上記１つの方向に回転する偏光に変えるように配置された１／４波長板とを有し、
上記偏光選択手段は、入射する上記偏光を直線偏光に変える１／４波長板と、上記得られた直線偏光を通過させない直線偏光板とを有すること
を特徴とする表示装置。
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