JP6631280B2 - 位置検出装置、位置検出システム、及び、位置検出方法 - Google Patents

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１，２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。これら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、指示体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。

特許文献１，２では、指示体の検出のためにスクリーンの表面にカーテン状（又は層状）の検出光を射出する光照射装置（「ライトカーテンユニット」とも呼ぶ）が利用されている。指示体がスクリーンに接したときに指示体によって検出光が反射されると、その反射光の位置がカメラで撮像されるので、その撮像画像を解析することによって投写画面上における指示体の位置を決定することができる。

カーテン状の検出光は、スクリーン表面からやや離れた位置に存在する。従って、指示体として指（非発光指示体）を用いる場合には、検出光が指で反射する位置は、スクリーン表面からやや離れた位置となる。このため、カメラでこの反射光を含む撮像画像を解析して指示体の指示位置を決定すると、検出光の指での反射位置とスクリーン表面との距離に起因する誤差を含む位置が得られる。特許文献２には、この誤差を解消するために、検出光が指で反射する反射位置とスクリーン表面との距離を用いて、指示位置を補正する技術が記載されている。

なお、特許文献２では、発光ペンを指示体として用いた場合には上記のような補正が不要であり、発光ペンが発する光の像の位置を、発光ペンの指示位置とみなすことができる旨が記載されている。

特開２０１５−１５８８８７号公報 特開２０１５−１５８８９０号公報

しかしながら、本願の発明者は、発光ペンのような自発光指示体を用いた場合にも、自発光指示体の発光位置とスクリーン表面（「操作面」とも呼ぶ）との間にはゼロでない距離（「先端オフセット」と呼ぶ）があり、この先端オフセットに起因して、自発光指示体の指示位置に検出誤差が生じる場合があることを見出した。また、自発光指示体の物理的な発光位置は変化しないものの、撮像画像の解析で得られる先端オフセットは一定では無く、スクリーン表面の位置に応じて変化することが分かった。画像解析で得られる先端オフセットが一定で無い理由は、スクリーンからの反射光の影響や、カメラから見える光の大きさの影響を受けて、発光位置に誤差が発生するからである。

上述のような課題は、カメラとライトカーテンユニットとを用いて自発光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に限らず、一般に、操作面上で自発光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課題であった。

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。
本発明の第１形態は、操作面上で自発光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、前記操作面上で前記自発光指示体が発する光を撮像して撮像画像を生成する撮像部と、前記撮像画像に基づいて、前記自発光指示体による前記指示位置を検出する検出部と、前記自発光指示体が前記操作面に接触する接触位置と前記自発光指示体の発光位置との間の距離である先端オフセットに応じて決まる補正値を用いて、前記指示位置を補正する補正部と、を備える。前記先端オフセットは、前記操作面上の位置に応じて異なる値を取るように設定されており、前記補正部は、前記操作面上の位置に応じて異なる補正値を用いて前記指示位置を補正する。
本発明の第２形態は、操作面上で自発光指示体により指示された指示位置を検出する位置検出方法であって、（ａ）前記操作面上で前記自発光指示体が発する光を撮像して撮像画像を生成する工程と、（ｂ）前記撮像画像に基づいて、前記自発光指示体による前記指示位置を検出する工程と、（ｃ）前記自発光指示体が前記操作面に接触する接触位置と前記自発光指示体の発光位置との間の距離である先端オフセットに応じて決まる補正値を用いて前記指示位置を補正する工程と、を備える。前記先端オフセットは、前記操作面上の位置に応じて異なる値を取るように設定されており、前記工程（ｃ）は、前記操作面上の位置に応じて異なる補正値を用いて前記指示位置を補正する。

（１）本発明の一形態によれば、操作面上で自発光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、前記操作面上で前記自発光指示体が発する光を撮像して撮像画像を生成する撮像部と；前記撮像画像に基づいて、前記自発光指示体による前記指示位置を検出する検出部と；前記自発光指示体が前記操作面に接触する接触位置と前記自発光指示体の発光位置との間の距離である先端オフセットに応じて決まる補正値を用いて、前記指示位置を補正する補正部と、を備える。前記補正部は、前記操作面上の位置に応じて異なる補正値を用いて前記指示位置を補正する。
この位置検出装置によれば、先端オフセットに応じて決まる補正値を用いて自発光指示体の指示位置を補正し、この際、操作面上の位置に応じて異なる補正値を用いるので、操作面上の位置に応じた適切な補正値を用いて指示位置を補正できる。この結果、先端オフセットに起因して生じる指示位置の検出誤差を低減することが可能である。

（２）上記位置検出装置において、前記補正部は、前記操作面上の位置と、前記撮像部から前記操作面までの距離とに応じて異なる補正値を用いて前記指示位置を補正するものとしてもよい。
この構成によれば、補正値が、操作面上の位置のみでなく、撮像部から操作面までの距離に応じて異なる値を取るので、より適切な補正値を用いて指示位置を補正でき、先端オフセットに起因して生じる指示位置の検出誤差を更に低減できる。

（３）上記位置検出装置において、前記補正部は、前記操作面上の座標と、前記撮像部から前記操作面までの距離とを変数とする関数を用いて前記補正値を決定するものとしてもよい。
この構成によれば、操作面上の座標と、撮像部から操作面までの距離とを変数とする関数を用いて補正値を容易に決定できる。

（４）上記位置検出装置において、前記関数は、前記操作面上の座標と、前記撮像部から前記操作面までの距離とを変数として、前記先端オフセットを与える関数としてもよい。
この構成によれば、操作面上の座標と、撮像部から操作面までの距離とを変数とする関数を用いて先端オフセットを求めることができ、この先端オフセットに応じて補正値を決定できる。

（５）上記位置検出装置は、更に、前記操作面上に画像を投写する投写部を備えるものとしてもよい。
この構成によれば、自発光指示体の指示位置に応じた適切な画像を操作面上に投写できる。

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。 自発光指示体の指示位置の検出誤差を示す説明図。 先端オフセットの分布例を示す説明図。 先端オフセットに応じた指示位置の検出誤差とその補正方法を示す説明図。

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、層状検出光照射部４４０（ライトカーテンユニット）と、自発光指示体７０とを有している。なお、層状検出光照射部４４０は、インタラクティブプロジェクター１００の一部であるが、図１では、図示の便宜状、別体として描いている。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の左上の位置を座標（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の領域を撮像するカメラ３１０と、指示体（自発光指示体７０及び非発光指示体８０）に層状検出光ＬＬ（図２Ｂ）を照射するための層状検出光照射部４４０とを有している。層状検出光照射部４４０は、非発光指示体８０が投写画面ＰＳ（すなわち操作面ＳＳ）に接していることを検出するために、投写画面ＰＳの表面全体に亘って層状（又はカーテン状）の検出光ＬＬを射出する照射部である。層状検出光ＬＬとしては、例えば赤外光を利用できる。ここで、「層状」又は「カーテン状」とは、ほぼ一様な厚さの薄い空間形状を意味する。操作面ＳＳと層状検出光ＬＬとの間の距離は、例えば１〜１０ｍｍ（好ましくは１〜５ｍｍ）の範囲の値に設定される。

カメラ３１０は、層状検出光ＬＬ（赤外光）と自発光指示体７０が発する赤外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。カメラ３１０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、カメラ３１０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、撮像部３００と、信号光送信部４３０と、層状検出光照射部４４０とを有している。

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）の指示位置に応じて、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２Ａ）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。

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で説明したカメラ３１０を有している。前述したように、このカメラ３１０は、層状検出光ＬＬと自発光指示体７０が発する赤外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、層状検出光照射部４４０によって照射された層状検出光ＬＬ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がカメラ３１０によって受光されて撮像される様子が描かれている。カメラ３１０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。カメラ３１０の撮像は、層状検出光照射部４４０から発せられる層状検出光ＬＬがオン状態（発光状態）である第１の期間と、層状検出光ＬＬ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。

位置検出部６００は、カメラ３１０で撮像された画像を解析して、指示体（自発光指示体７０や非発光指示体８０）の指示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、補正部６２０と、補正データメモリー６３０とを有している。検出部６１０は、カメラ３１０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。補正部６２０は、検出部６１０で検出された指示位置を補正する機能を有する。補正データメモリー６３０は、補正部６２０による補正に利用される補正データを格納する不揮発性メモリーである。

検出部６１０と補正部６２０は、自発光指示体７０と非発光指示体８０の両方に関して指示位置の検出とその補正とを行う機能を有しているが、以下では、主として自発光指示体７０を対象とした指示位置の検出とその補正の機能について説明する。補正部６２０は、自発光指示体７０が操作面ＳＳに接触する接触位置と、自発光指示体７０の発光位置との間の距離である先端オフセットに応じて決まる補正値を用いて、検出部６１０で検出された指示位置を補正する機能を有する。この機能については更に後述する。

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、カメラ３１０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。

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）層状検出光ＬＬ： 非発光指示体８０の指示位置を検出するために、投写画面ＰＳの全面にわたって照射されるカーテン状の近赤外光である。
（３）反射検出光ＲＤＬ：層状検出光ＬＬ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、カメラ３１０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、自発光指示体７０の発光位置と操作面ＳＳとの間の距離である先端オフセットＤ、及び、この先端オフセットＤに起因して発生する指示位置の検出誤差を示す説明図である。ここでは、操作面ＳＳ上に自発光指示体７０の先端が接触している状態で、先端発光部７７が発光している様子を描いている。カメラ位置Ｃは、カメラ３１０の撮像基準位置（例えばレンズ位置）を示している。先端発光部７７は、操作面ＳＳからゼロで無い距離Ｄ（先端オフセットＤ）だけ離れている。従って、カメラ３１０で撮像した撮像画像を解析して決定される先端発光部７７の発光位置（すなわち、自発光指示体７０の指示位置）は、この先端オフセットＤに応じた検出誤差を含んでいる。逆に、撮像画像を解析して決定される自発光指示体７０の指示位置と、実際の指示位置との間の誤差が分かれば、その誤差に対応する先端オフセットＤを算出することが可能である。こうして算出される先端オフセットＤは、自発光指示体７０の先端発光部７７と操作面ＳＳとの間の物理的な距離では無く、指示位置の検出誤差を表す値としての意味を有する。

図５は、プロジェクター１００において実測された指示位置の検出誤差から算出された先端オフセットＤの分布の一例を示している。この図に示すように、先端オフセットＤは、一定値では無く、操作面ＳＳの位置座標（Ｘ、Ｙ）に応じて異なる値を取ることが判明した。この例では、先端オフセットＤは、凹曲面状の分布を有する。実際には、図５の分布は、いくつかの実測データを曲面近似したものである。

検出誤差から算出された先端オフセットＤが一定値で無い理由は、撮像画像を解析して検出される指示位置の検出誤差が、操作面ＳＳにおける反射光（自発光指示体７０の発光の反射光）の影響や、カメラ３１０から見える光の大きさがカメラ３１０から遠いほど小さくなることの影響を受けて変動するからである。先端オフセットＤは、更に、自発光指示体７０の持ち方や、操作面ＳＳの素材の影響を受けて変動する場合もある。

先端オフセットＤは、更に、プロジェクター１００の投写距離に応じて変化する傾向を有している。プロジェクター１００の投写距離は、ある程度の許容範囲内で任意に設定可能である。この投写距離は、図２Ｂにおいて、操作面ＳＳとプロジェクター１００の投写レンズ２１０の間のＺ方向の距離に相当する。また、投写距離に応じてカメラ３１０から操作面ＳＳまでの距離が変わるため、図５の先端オフセットＤは、カメラ３１０から操作面ＳＳまでの距離Ｌ（図２Ｂ）の関数として表すことができる。

以上の点を考慮すると、自発光指示体７０の指示位置の検出誤差を表す先端オフセットＤは、以下のような関数として表現可能である。

ここで、Ｘ，Ｙは操作面ＳＳ上の座標、Ｌはカメラ３１０と操作面ＳＳとの間の距離である。すなわち、先端オフセットＤは、操作面ＳＳ上の座標（Ｘ，Ｙ）と、カメラ３１０から操作面ＳＳまでの距離Ｌとを変数とする関数を用いて表される。

先端オフセットＤを与える関数Ｄ（Ｘ，Ｙ，Ｌ）の一例は以下の通りである。

ここで、Ｌｍａｘはカメラ３１０と操作面ＳＳとの間の距離Ｌの最大値、Ｌｍｉｎはカメラ３１０と操作面ＳＳとの間の距離Ｌの最小値、Ｃｉｍａｘは最大距離Ｌｍａｘにおける係数Ｃｉ（ｉ＝０〜５）の値、Ｃｉｍｉｎは最小距離Ｌｍｉｎにおける係数Ｃｉの値である。

上記（２ａ）式では、先端オフセットＤが、操作面ＳＳ上の座標Ｘ，Ｙの２次式で表されている。また、（２ｂ）式によれば、（２ａ）式の右辺の各項の係数Ｃｉ（ｉ＝０〜５）は、最大距離Ｌｍａｘにおける係数値Ｃｉｍａｘと、最小距離Ｌｍｉｎにおける係数値Ｃｉｍｉｎを、実際の距離Ｌに応じて線形補間して得られる値である。

なお、カメラ３１０と操作面ＳＳとの間の距離Ｌは、プロジェクター１００自身が実測可能である。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、距離Ｌを測定可能である。位置検出部６００（図３）は、このような距離測定部としての機能を有することが好ましい。

上記（２ａ）の代わりに、先端オフセットＤを、操作面ＳＳ上の座標値Ｘ，Ｙの１次式又は３次以上の高次式で表すことも可能である。但し、図５に示したような曲面を表現するためには、２次式以上の関数として表現することが好ましい。

また、上記（２ｂ）の代わりに他の補間式を利用することも可能である。例えば、上記（２ｂ）では、各係数Ｃｉについて、２つの距離Ｌｍａｘ，Ｌｍｉｎに対応する２つの既知の係数値Ｃｉｍａｘ，Ｃｉｍｉｎを用いて補間を行っているが、この代わりに、３つ以上の距離に対応する３つ以上の既知の係数値を用いて補間を行うようにしてもよい。３つ以上の既知の係数値を用いて補間を行う場合には、隣接する２つの係数値の間を線形補間してもよく、或いは、３つ以上の既知の係数値の間を曲線補間しても良い。

先端オフセットＤを与える関数Ｄ（Ｘ，Ｙ，Ｌ）の他の例は以下の通りである。

ここで、Ｌｍａｘはカメラ３１０と操作面ＳＳとの間の距離Ｌの最大値、Ｌｍｉｎはカメラ３１０と操作面ＳＳとの間の距離Ｌの最小値、Ｄｍａｘは最大距離Ｌｍａｘにおける先端オフセットＤの値、Ｄｍｉｎは最小距離Ｌｍｉｎにおける先端オフセットＤの値、Ｃｉｍａｘは最大距離Ｌｍａｘにおける係数Ｃｉ（ｉ＝０〜５）の値、Ｃｉｍｉｎは最小距離Ｌｍｉｎにおける係数Ｃｉの値である。

これらの（３ａ）〜（３ｃ）式では、先端オフセットＤを、２つの距離Ｌｍａｘ，Ｌｍｉｎに対応する２つの既知の値Ｄｍａｘ，Ｄｍｉｎを用いて補間している点で上記（２ａ），（２ｂ）と異なる。なお、上記（２ａ），（２ｂ）式に関して説明した各種の変形は、（３ａ）〜（３ｃ）式についても同様に適用可能である。

図６は、自発光指示体７０の先端オフセットＤに応じた指示位置の検出誤差と、その補正方法の一例を示す説明図である。ここでは、操作面ＳＳ上の点Ｐ１（Ｘｐ，Ｙｐ）を自発光指示体７０で指示した場合を想定している。図６の下部には、先端オフセットＤの曲面の例を示している。検出部６１０（図３）は、カメラ位置Ｃで撮像した撮像画像を解析することによって、検出位置Ｘｍを決定する。この検出位置Ｘｍは、カメラ位置Ｃと、指示点Ｐ１（Ｘｐ，Ｙｐ）における先端オフセットＤの曲面上の点Ｐ２とを結ぶ直線が、操作面ＳＳと交差する位置に相当する。

このとき、検出位置Ｘｍの誤差Ｘｅｒｒは、次式で表される。

ここで、Ｄは先端オフセット、Ｌはカメラ３１０と操作面ＳＳとの間の距離、Ｘｃはカメラ位置ＣのＸ座標値、Ｘｍは撮像画像を解析して得られた検出位置のＸ座標値である。なお、距離Ｌは既知であり、先端オフセットＤは、検出位置の座標値（Ｘｍ，Ｙｍ）と距離Ｌとを先端オフセットＤの関数（例えば（２ａ）〜（２ｂ）式又は（３ａ）〜（３ｃ）式）に代入することによって得られる。また、カメラ位置ＣのＸ座標値Ｘｃは既知である。従って、撮像画像の解析によって検出位置（Ｘｍ，Ｙｍ）を決定すれば、上記（４）式に従って検出誤差Ｘｅｒｒを算出できる。

補正部６２０（図３）は、下記（５ａ）式に示すように、この検出誤差Ｘｅｒｒを補正値として使用して、検出位置Ｘｍを補正することによって補正後の検出位置Ｘｍｃを求めることができる。同様に、Ｙ座標値に関しても、下記（５ｂ）式に示すように、検出誤差Ｙｅｒｒを補正値として使用して、検出位置Ｙｍを補正することによって補正後の検出位置Ｙｍｃを求めることができる。

補正データメモリー６３０は、上述した検出位置の補正に用いる補正データ（補正係数や補正値）を格納する。例えば、上記（２ａ）〜（２ｂ）式、又は、（３ａ）〜（３ｃ）式を使用する場合には、補正データメモリー６３０は、係数Ｃｉｍａｘ，Ｃｉｍｉｎと、距離Ｌの最大値Ｌｍａｘ及び最小値Ｌｍｉｎとを格納することが好ましい。この代わりに、上述した検出誤差Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒを予め算出しておき、これらを検出位置の補正データとして補正データメモリー６３０内に格納しておいてもよい。この場合には、検出誤差Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒを、操作面ＳＳの座標値Ｘ，Ｙと、カメラ３１０と操作面ＳＳとの間の距離Ｌとを変数とする関数として表現することが好ましい。

なお、上述した説明では、自発光指示体７０の指示位置の補正に用いる先端オフセットＤや補正値Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒを、操作面ＳＳの座標値Ｘ，Ｙと、カメラ３１０と操作面ＳＳとの間の距離Ｌとを変数とする関数として表現していたが、距離Ｌを変数とせず、操作面ＳＳの座標値Ｘ，Ｙを変数とする関数として表現するようにしてもよい。但し、操作面ＳＳの座標値Ｘ，Ｙと距離Ｌとを変数とする関数として先端オフセットＤや補正値Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒを表現するようにすれば、より正確な補正を実行することが可能である。

また、自発光指示体７０の指示位置の補正に用いる補正係数や補正値は、関数として表現する必要はなく、テーブルやマップなどの他の形式で表現しても良い。これらの場合にも、補正値Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒとしては、少なくとも操作面ＳＳ上の位置に応じて異なる値を使用することが好ましい。

以上のように、本実施形態では、自発光指示体７０の先端オフセットＤに応じて決まる補正値Ｘｅｒｒ，Ｙｅｒｒを用いて指示位置Ｘｍ，Ｙｍを補正する際に、操作面ＳＳ上の位置に応じて異なる補正値を用いて自発光指示体７０の指示位置を補正するので、操作面ＳＳ上の位置に応じた適切な補正値を用いて指示位置を補正できる。この結果、自発光指示体７０の発光位置と操作面ＳＳとの先端オフセットＤに起因して生じる指示位置の検出誤差を低減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、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…カメラ，４３０…信号光送信部，４４０…層状検出光照射部，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…補正部，６３０…補正データメモリー，７００…制御部，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，Ｄ…先端オフセット，ＩＭＬ…投写画像光，Ｌ…距離，ＬＬ…層状検出光，ＰＳ…投写画面，ＰＳＬ…指示体信号光，ＲＤＬ…反射検出光，ＳＳ…操作面（投写スクリーン面），Ｘｅｒｒ…検出誤差（補正値），Ｘｍ…検出位置（指示位置），Ｘｍｃ…補正後の検出位置，Ｙｅｒｒ…検出誤差（補正値），Ｙｍ…検出位置（指示位置），Ｙｍｃ…補正後の検出位置

Claims (7)

1. 操作面上で自発光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、
   前記操作面上で前記自発光指示体が発する光を撮像して撮像画像を生成する撮像部と、
   前記撮像画像に基づいて、前記自発光指示体による前記指示位置を検出する検出部と、
   前記自発光指示体が前記操作面に接触する接触位置と前記自発光指示体の発光位置との間の距離である先端オフセットに応じて決まる補正値を用いて、前記指示位置を補正する補正部と、
   を備え、
   前記先端オフセットは、前記操作面上の位置に応じて異なる値を取るように設定されており、
   前記補正部は、前記操作面上の位置に応じて異なる補正値を用いて前記指示位置を補正する、位置検出装置。
2. 請求項１に記載の位置検出装置であって、
   前記補正部は、前記操作面上の位置と、前記撮像部から前記操作面までの距離とに応じて異なる補正値を用いて前記指示位置を補正する、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、
   前記補正部は、前記操作面上の座標と、前記撮像部から前記操作面までの距離とを変数とする関数を用いて前記補正値を決定する、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、
   前記関数は、前記操作面上の座標と、前記撮像部から前記操作面までの距離とを変数として、前記先端オフセットを与える関数である、位置検出装置。
5. 請求項１〜４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。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の位置検出装置と、
   前記自発光指示体と、
   を備える位置検出システム。
7. 操作面上で自発光指示体により指示された指示位置を検出する位置検出方法であって、
   （ａ）前記操作面上で前記自発光指示体が発する光を撮像して撮像画像を生成する工程と、
   （ｂ）前記撮像画像に基づいて、前記自発光指示体による前記指示位置を検出する工程と、
   （ｃ）前記自発光指示体が前記操作面に接触する接触位置と前記自発光指示体の発光位置との間の距離である先端オフセットに応じて決まる補正値を用いて前記指示位置を補正する工程と、
   を備え、
   前記先端オフセットは、前記操作面上の位置に応じて異なる値を取るように設定されており、
   前記工程（ｃ）は、前記操作面上の位置に応じて異なる補正値を用いて前記指示位置を補正する、位置検出方法。

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