位置検出システム、表示システム及び情報処理システム
【課題】 赤外光の周波数帯域の画像を撮像することで、対象物の像を適切に撮像し、対
象物の位置検出精度を向上させる位置検出システム、表示システム及び情報処理システム
等を提供すること。
【解決手段】 位置検出システム４００は、撮像画像を撮像する撮像部５００と、撮像部
５００からの撮像画像に基づいて、対象面に設定された検出エリアでの対象物の座標情報
を求める座標演算部４３０と、を含み、検出エリアには、赤外光の周波数帯域の照射光が
出射され、撮像部５００は、撮像画像として赤外光の周波数帯域の画像である赤外光帯域
画像を撮像し、座標演算部４３０は、赤外光帯域画像に基づいて、対象物の座標情報を求
める。
象物の位置検出精度を向上させる位置検出システム、表示システム及び情報処理システム
等を提供すること。
【解決手段】 位置検出システム４００は、撮像画像を撮像する撮像部５００と、撮像部
５００からの撮像画像に基づいて、対象面に設定された検出エリアでの対象物の座標情報
を求める座標演算部４３０と、を含み、検出エリアには、赤外光の周波数帯域の照射光が
出射され、撮像部５００は、撮像画像として赤外光の周波数帯域の画像である赤外光帯域
画像を撮像し、座標演算部４３０は、赤外光帯域画像に基づいて、対象物の座標情報を求
める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出システム、表示システム及び情報処理システム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外光を照射して、対象物からの反射を検知する近接センサではＸ、Ｙ座標の特定が困
難である。また、ＣＣＤなどの撮像素子で検知するシステムは安価でない。特許文献１で
は、レンズ群を配置した光学系を工夫することでＬＥＤ光を用いた座標入力、位置検出手
法を提案しているが、構成部品が多いためコスト面で優位性がなく、さらに位置検出精度
が低い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４２６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、投写型表示装置（プロジェクター）の視認性向上のため、投写型表示装置の光源
の明るさが向上している。そのため、対象面（プロジェクターの投影面）の前に位置する
対象物に投写型表示装置から投射された表示画像が写り込んでしまうことがあり、画像処
理による対象物の位置検出を困難にしているという問題がある。
【０００５】
本発明の幾つかの態様によれば、赤外光の周波数帯域の画像を撮像することで、対象物
の像を適切に撮像し、対象物の位置検出精度を向上させる位置検出システム、表示システ
ム及び情報処理システム等を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、撮像画像を撮像する撮像部と、前記撮像部からの前記撮像画像に基
づいて、対象面に設定された検出エリアでの対象物の座標情報を求める座標演算部と、を
含み、前記検出エリアには、赤外光の周波数帯域の照射光が出射され、前記撮像部は、前
記撮像画像として赤外光の周波数帯域の画像である赤外光帯域画像を撮像し、前記座標演
算部は、前記赤外光帯域画像に基づいて、前記対象物の前記座標情報を求める位置検出シ
ステムに関係する。
【０００７】
本発明の一態様では、検出エリアに対して赤外光が出射され、撮像部は赤外光の周波数
帯域の画像である赤外光帯域画像を撮像する。よって、対象物の形状に着目した画像を取
得することができ、表示画像の影響による位置検出精度の低下を抑止すること等が可能に
なる。
【０００８】
また、本発明の一態様では、前記対象面に沿って設定される座標軸をＸ軸及びＹ軸とし
、前記Ｘ軸及びＹ軸に直交し前記対象面の裏側から表側へ向かう方向をＺ軸正方向とし、
Ｚ１をＺ１≧０、Ｚ２をＺ２＞Ｚ１を満たす値とした場合に、前記照射光は、Ｚ１≦Ｚ≦
Ｚ２を満たすＺ座標範囲に出射されてもよい。
【０００９】
これにより、照射光のＺ座標範囲をＺ１≦Ｚ≦Ｚ２に限定することができ、必要な範囲
において、撮像画像における対象物の像を鮮明にすること等が可能になる。ここで、Ｚ１
、Ｚ２は例えば対象物の検出範囲の下限及び上限に対応する。照射光が照射された範囲に
おいては、赤外光帯域画像を鮮明に撮像することができるため、対象物の検出が必要な範
囲に対して照射光を出射することで、対象物を鮮明に撮像することが可能になる。
【００１０】
また、本発明の一態様では、前記照射光は、前記対象面に沿った方向に出射されてもよ
い。
【００１１】
これにより、対象面に沿った方向で広い領域に照射光を出射すること等が可能になる。
【００１２】
また、本発明の一態様では、前記撮像部は、レンズ部及び光学フィルターを有する光学
系と、撮像素子を有し、前記光学フィルターは、可視光の周波数帯域を非通過とし、赤外
光の周波数帯域を通過するフィルター特性を有してもよい。
【００１３】
これにより、光学フィルターを用いることで、撮像部において赤外光帯域画像を撮像す
ることが可能になるため、簡単な構成でシステムを実現すること等ができる。
【００１４】
また、本発明の一態様では、前記座標演算部は、前記座標情報として、前記検出エリア
でのＸ座標情報及びＹ座標情報を求めてもよい。
【００１５】
これにより、検出エリアでの座標系におけるＸ座標情報及びＹ座標情報を求めることが
可能になる。
【００１６】
また、本発明の一態様では、前記撮像部の光軸と前記対象面とが斜め方向に交差する場
合に、前記座標演算部は、前記撮像部に対して設定されるカメラ座標系における座標情報
に対して所定の座標変換処理を行うことで、前記検出エリアでのＸ座標情報及びＹ座標情
報を求めてもよい。
【００１７】
これにより、斜め方向から対象面を撮像することにより生じる画像の歪みを、座標変換
処理により補正すること等が可能になる。
【００１８】
また、本発明の一態様では、前記座標演算部は、前記撮像画像の情報から得られるカメ
ラ座標系での奥行き特定情報に基づいて、前記対象物の前記検出エリアでのＺ座標情報を
求めてもよい。
【００１９】
これにより、撮像画像から奥行き特定情報を取得し、取得した奥行き特定情報に基づい
て検出エリアでの座標系におけるＺ座標情報を求めることができる。よって、対象物が対
象面に触れているか否かの判定を行うこと等が可能になる。
【００２０】
また、本発明の一態様では、前記撮像部は、複数のカメラを有し、前記座標演算部は、
前記複数のカメラから取得された複数の撮像画像の視差情報に基づいて得られた奥行き特
定情報により、前記検出エリアでの前記Ｚ座標を求めてもよい。
【００２１】
これにより、複数のカメラにより複数の撮像画像を取得し、取得した複数の撮像画像の
視差情報に基づいて奥行き特定情報を取得すること等が可能になる。
【００２２】
また、本発明の一態様では、前記撮像部は、デプスカメラを有し、前記座標演算部は、
前記デプスカメラにより得られた前記奥行き特定情報に基づいて、前記検出エリアでの前
記Ｚ座標を求めてもよい。
【００２３】
これにより、２眼等の複数のカメラを有する撮像装置を用いずに、奥行き特定情報を取
得すること等が可能になる。
【００２４】
また、本発明の一態様では、前記座標演算部は、前記カメラ座標系での前記奥行き特定
情報に基づいて、前記検出エリアでのＸ座標情報及びＹ座標情報の少なくとも一方の補正
処理を行ってもよい。
【００２５】
これにより、奥行き特定情報、或いは奥行き特定情報により求められる検出エリアでの
Ｚ座標情報に基づいて、検出エリアでのＸ座標情報及びＹ座標情報の少なくとも一方の補
正処理を行うことが可能になる。よって、対象物が対象面に対して浮いている状況でのず
れを補正すること等ができる。
【００２６】
また、本発明の一態様では、光学式位置検出装置を含み、前記光学式位置検出装置は、
前記照射光を出射する出射部と、前記照射光が前記対象物に反射することによる前記反射
光を受光する受光部と、前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物の初期座標情報を
検出する検出部と、を含み、前記照射光は、前記光学式位置検出装置の前記出射部により
出射され、前記座標演算部は、前記撮像画像のうち、前記初期座標情報により特定され、
かつ、前記撮像画像よりも狭い範囲の画像に対して処理を行って、前記対象物の最終座標
情報を求めてもよい。
【００２７】
これにより、光学式位置検出装置の出射部から出射された照射光を、撮像部での撮像に
おいても用いることが可能になり、システムの構成を簡単化すること等ができる。
【００２８】
また、本発明の他の態様は、上述の位置検出システムと、画像を表示する表示装置と、
を含む表示システムに関係する。
【００２９】
また、本発明の他の態様は、上述の位置検出システムと、前記位置検出システムからの
検出情報に基づいて処理を行う情報処理装置と、前記情報処理装置からの画像データに基
づいて画像の表示を行う表示装置と、を含む情報処理システムに関係する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態の位置検出システムの構成例。
【図２】投写型表示装置を用いた本実施形態の位置検出システムの具体例。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）は複数のカメラにより取得される視差情報を含む撮像画像の例。
【図４】投写型表示装置を用いた本実施形態の位置検出システムの他の具体例。
【図５】本実施形態の撮像部の構成例。
【図６】赤外線光学フィルターを用いた赤外光帯域画像の具体例
【図７】光学式位置検出装置と本実施形態の位置検出システムとを併用する例。
【図８】図８（Ａ）は赤外線光学フィルターとして用いられるハイパスフィルターの例、図８（Ｂ）は赤外線光学フィルターとして用いられるバンドバスフィルターの例。
【図９】光学式位置検出装置による画像処理の対象範囲の限定を説明する図。
【図１０】図１０（Ａ）は対象物が対象面に対して浮いている例、図１０（Ｂ）は対象物が対象面に接している例。
【図１１】撮像部に対して設定される座標系と対象面に対して設定される座標系を説明する図。
【図１２】一般的な射影変換を説明する図。
【図１３】光学式位置検出装置が投写型表示装置に搭載される例。
【図１４】図１４（Ａ）は斜め方向からの撮像により画像が歪む例、図１４（Ｂ）は座標変換により歪みを補正した例。
【図１５】本実施形態の情報処理システムの構成例。
【図１６】本実施形態の光学式位置検出装置の構成例。
【図１７】受光部の構成例。
【図１８】図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）は受光ユニットの構成例。
【図１９】照射部の構成例。
【図２０】図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）は座標情報検出手法を説明する図。
【図２１】図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）は発光制御信号の信号波形例。
【図２２】照射部の他の構成例。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の
範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明さ
れる構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００３２】
１．本実施形態の手法
まず、本実施形態の手法について説明する。投写型表示装置（プロジェクター、図２の
ＰＲ）により画像を対象面（図２の２０）に投射した上で、投射した画像とユーザーの用
いる対象物（オブジェクト、図２のＯＢ）の連携によりユーザインターフェースを実現す
るシステムが考えられる。このようなシステムでは、例えば画像上の任意のマークをさわ
ることにより、表示が切り替わる等の操作を行うことが考えられるため、対象物ＯＢの位
置検出手法が重要となってくる。
【００３３】
具体的な位置検出手法としては、撮像装置による撮像画像の画像処理を用いる手法等が
考えられる。例えば、検出対象となる対象物ＯＢをテンプレートとして保持しておき、テ
ンプレートマッチング処理を行うことで画像上での対象物ＯＢの位置（座標情報）を取得
する。そのため、撮像装置が実空間のどの範囲を撮像しているかということがわかってい
れば、実空間における位置情報を取得することができる。
【００３４】
しかしながら、画像処理による位置認識が困難である場合がある。例えば、投写型表示
装置ＰＲにより画像を投射する場合には、投写型表示装置ＰＲ、ユーザー及び対象面２０
の位置関係は図２のようになる。そのため、投写型表示装置ＰＲから投射された画像が、
ユーザーの使用する対象物ＯＢ上（例えばユーザーの指の上）に表示されてしまうことが
考えられる。つまり、対象物ＯＢが対象面２０（画像の表示面）にとけ込むような形にな
ってしまい、画像処理による認識が難しい。そうでなくても、縦横の線が多い複雑な画像
を表示する場合には、撮像画像も縦横の線が非常に多くなり、表示画像による線（エッジ
）なのか対象物ＯＢによる線なのかの判断が困難である。
【００３５】
そこで、本出願人は以下の手法を提案する。後述する図５に示すように、赤外光の周波
数帯域を透過させ、他の周波数帯域の光を遮断する赤外フィルターＦＩを撮像部５００に
設ける。そして撮像画像として、赤外光帯域画像を撮像し、当該赤外光帯域画像に基づい
て対象物ＯＢを認識する。赤外光帯域画像は図６に示すように、対象物ＯＢの形状を撮像
することが可能であり、対象物ＯＢ上に表示された表示画像や、背景となる対象面２０に
表示された表示画像等の情報を遮断することができる。これにより、表示画像による影響
（対象物ＯＢへの写り込みや、縦横の線の多い複雑な画像の表示等による影響）を抑止し
、画像処理による対象物ＯＢの検出精度を向上させることが可能になる。
【００３６】
以下、具体的な実施形態について説明する。なお、本実施形態は撮像画像の画像処理に
よる位置検出に関するものであるが、ここでは画像処理による位置検出に加え、光学式位
置検出装置１００を併用する実施形態を例としてあげる。なぜなら、画像処理による位置
検出は処理負荷が重く、広い領域（例えば電子黒板の表示面等）をＸＧＡ程度の高精度で
処理を行うことはコスト或いは処理時間の観点から現実的でないからである。
【００３７】
具体的には、まず光学式位置検出装置１００を用いて、対象物ＯＢの概略的な位置（初
期座標情報）を取得しておいて、その概略位置により特定される範囲に対して撮像装置に
よる撮像画像を用いて画像処理を行う。このようにすれば、撮像画像の演算処理量、演算
処理時間を抑えることが可能になり、コスト、応答速度ともに実用的なものにすることが
できる。ただし、以下の説明はあくまで例示であり、光学式位置検出装置１００を用いず
に位置検出処理を行ってもよいことは言うまでもない。
【００３８】
以下、まず光学式位置検出装置１００と撮像装置を連動させた位置検出手法について説
明する。具体的には、システム構成例、撮像装置の構成、初期座標情報の取得と処理対象
範囲の設定手法、最終座標情報の取得手法の順に説明していく。撮像装置の構成のところ
で、本実施形態の手法である赤外光帯域画像を撮像する手法について詳しく述べる。その
後で、本実施形態の具体例で用いることができる光学式位置検出装置１００の構成例につ
いて説明する。
【００３９】
２．位置検出システムの具体例
２．１ システム構成例
図１に本実施形態の位置検出システムの構成例を示す。本実施形態の位置検出システム
４００は、撮像部５００と、光学式位置検出装置１００からの初期座標情報を取得する座
標情報取得部４１０と、撮像部５００からの撮像画像を取得する撮像画像取得部４２０と
、座標演算処理を行う座標演算部４３０と、を含む。
【００４０】
座標演算部４３０は、奥行き特定情報取得部４３１と、補正部４３３と、座標変換部４
３５と、を含む。奥行き特定情報取得部４３１は、座標情報取得部４１０からの初期座標
情報に基づいて、画像処理を行う対象となる範囲を限定した上で、撮像画像から奥行き特
定情報を取得する。補正部４３３は、奥行き特定情報に基づいてＸ座標情報及びＹ座標情
報の少なくとも一方の補正処理を行う。座標変換部４３５は、座標変換を行うことで、歪
みが生じた撮像画像の変換処理を行う。
【００４１】
光学式位置検出装置１００は座標情報取得部４１０に接続される。撮像部５００は撮像
画像取得部４２０に接続される。座標情報取得部４１０と、撮像画像取得部４２０は、奥
行き特定情報取得部４３１に接続される。奥行き特定情報取得部４３１は、補正部に接続
される。補正部４３３は、座標変換部４３５に接続される。
【００４２】
２．２ 撮像装置の構成例
本実施形態における撮像装置（撮像部５００）の構成について説明する。図２に示した
ように、本実施形態においては例えば、対象面２０（スクリーン）に対して表示画像を投
影する投写型表示装置ＰＲ（プロジェクター）に撮像装置が搭載される。ただし、撮像装
置の位置はこれに限定されるものではなく、投写型表示装置ＰＲとは別の位置に設けられ
てもよい。また、本実施形態の画像表示手法は投写型表示装置ＰＲによるものに限定され
るものではない。
【００４３】
また、本実施形態における撮像装置は、奥行き特定情報を取得可能な構成を取る必要が
ある。そのため、図２に示したように２つの撮像部（５００−１及び５００−２）が所定
の距離だけ離れた位置に設けられ、視差情報（或いはステレオ画像）を取得することが可
能な形態となる。それぞれの撮像部で取得される撮像画像の例を、図３（Ａ）及び図３（
Ｂ）に示す。或いは２眼の撮像装置を用いずに、Ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ方式等に
より奥行き情報を持った画像を取得可能な撮像装置を用いてもよい。この場合の例を図４
に示す。
【００４４】
次に、撮像部５００に赤外線光学フィルターＦＩを設け、赤外光帯域画像を撮像する手
法について説明する。図５に撮像部５００の構成を示す。撮像部５００は、レンズ部ＬＥ
と、撮像素子ＩＭと、赤外線光学フィルターＦＩを含む。ここで、赤外線光学フィルター
ＦＩは可視光を透過せず、赤外光を透過する光学フィルターであり、少なくとも撮像素子
ＩＭの前方に設けられる。赤外線光学フィルターＦＩは、図５の例ではレンズ部ＬＥの前
方に設けられているが、レンズ部ＬＥと撮像素子ＩＭとの間に設けられてもよい。レンズ
部ＬＥは単板である必要はなく、組み合わせレンズであってもよい。また、レンズ部ＬＥ
（或いはレンズ群の一部）に赤外光を透過し可視光を透過しない光学フィルター機能を付
与してもよい。
【００４５】
近年、プロジェクターの視認性向上のため、プロジェクターの光源が著しく明るくなっ
てきている。そのため、プロジェクターが投影する表示画像によっては、表示画像が対象
物ＯＢに写り込んでしまい、画像処理による対象物ＯＢの位置検出が困難である。その点
、赤外線光学フィルターＦＩを用いて赤外光帯域画像を撮像することにより、図６のよう
な撮像画像を取得することができる。図６に示したように、赤外光を用いた撮像画像（赤
外光帯域画像）では対象物ＯＢの模様（写り込んだ表示画像等）を考慮することなく、対
象物ＯＢの形状情報を取得することができる。よって投写型表示装置ＰＲが投影する表示
画像によらず、画像処理により対象物ＯＢの認識を行うことが可能になる。
【００４６】
この場合、本実施形態のように画像処理による位置認識と、光学式位置検出装置１００
とを併用する手法は構成を簡単化することが可能であるというメリットを有する。なぜな
ら、光学式位置検出装置１００での位置検出の際に出射される照射光を、撮像部５００で
の撮像の際の照射光としても用いることができるためである。図７に示したように、対象
面２０に沿った方向に、光学式位置検出装置１００から照射光が出射される。この照射光
は後述するように赤外帯域の光である。光学式位置検出装置１００から照射される赤外光
は、光学式位置検出装置における概略座標（初期座標情報）を取得する際に用いられると
ともに、撮像部５００での撮像画像を鮮明にする効果を有する。撮像部５００での撮像は
、一般的な光源（電灯や日光等の白色光）に含まれる赤外成分でも行うことが可能である
が、光強度は赤外光源を用意した場合に比べて低い。そのため、光学式位置検出装置の照
射部から出射される赤外光を、撮像部５００での撮像にも流用することで、赤外成分の光
強度を高め撮像画像（赤外光帯域画像）を鮮明にすることができる。さらに、撮像部５０
０用に独自の照射部を設ける必要がないため、位置検出システム４００の構成を複雑にす
ることがない。
【００４７】
次に赤外線光学フィルターＦＩの光学特性について図８を用いて説明する。赤外線光学
フィルターＦＩは例えば、８４０ｎｍ〜９５０ｎｍ程度の近赤外の周波数帯域を用いるこ
とが考えられる。その場合、赤外線光学フィルターＦＩはハイパスフィルター或いはバン
ドパスフィルターを用いればよく、ハイパスフィルターであれば、図８（Ａ）のＦ１或い
はＦ２の特性のフィルター等を用いればよい。また、バンドパスフィルターであれば、図
８（Ｂ）のＧ１或いはＧ２の特性のフィルター等を用いればよい。
【００４８】
２．３ 初期座標情報の取得と処理対象範囲の設定
本実施形態の手法においては、まず、光学式位置検出装置１００を用いて、初期座標情
報を取得する。例えば本実施形態においては、上述したような光学式位置検出装置を用い
て、対象物ＯＢのＸ座標情報及びＹ座標情報を取得する。ここで、光学式位置検出装置１
００は、対象面２０（スクリーン）に対して取り付けられてもよいし、投写型表示装置Ｐ
Ｒに取り付けられてもよい。
【００４９】
そして、取得したＸ座標情報及びＹ座標情報を対象物ＯＢの初期座標情報とする。この
初期座標情報により特定される範囲を、撮像装置による位置検出を行う際の処理対象範囲
とする。このようにして、例えば図９に示すように、撮像装置により得られた撮像画像に
対する画像処理の対象範囲を、撮像画像全体（図９のＣ２）よりも狭い範囲（図９のＣ１
）に限定することが可能となる。そのため、光学式検出手法等に比べて処理負荷の重い画
像処理による検出手法を、現実的な処理時間、コストで実現することが可能になる。
【００５０】
初期座標情報から、画像処理の処理対象範囲を特定する手法は種々考えられる。通常は
、初期座標情報を含む範囲を設定すればよい。その際には、光学式位置検出装置１００に
よる座標情報の誤差等が問題にならない程度に広く、かつ、処理負荷が重くなりすぎない
程度に狭い領域を指定する。
【００５１】
また、図１０（Ａ）のように対象物ＯＢが対象面２０に触れていないような状況では、
光学式位置検出装置による初期座標情報はＡ１に対応する座標となる。それに対して、撮
像画像においては、あたかもＡ２の位置に対象物ＯＢがあるように見える。つまり、撮像
画像上では、初期座標情報に対してΔＹだけＹ座標情報がずれることになる。よって、画
像処理の処理対象範囲は、ΔＹのずれを考慮して中心又は大きさ等を決定する必要がある
点に留意する。
【００５２】
２．４ 最終座標情報の取得
次に、初期座標情報に基づいて画像処理の処理対象範囲が適切に設定された後に、撮像
画像に対する画像処理により、対象物ＯＢの最終座標情報を求める手法について説明する
。なお、撮像装置は対象面全面を撮影するものとする。つまり、ここでは処理対象範囲を
撮影するものではなく、全面を撮影した上で処理対象範囲のデータを取り込むことになる
が、手法はこれに限定されるものではない。
【００５３】
２．４．１ Ｚ座標情報に基づく補正
まずは、撮像画像上での対象物ＯＢの座標を求める。これは、公知の画像処理手法を用
いればよい。例えば、対象物ＯＢをテンプレートとしてテンプレートマッチング処理等を
行う。これにより、撮像画像上でのＸ座標情報及びＹ座標情報を取得することができる。
【００５４】
それとともに、Ｚ座標情報を取得する。ここではまず、撮像装置のキャリブレーション
を事前に行っておくものとする。ここでのキャリブレーションとは、図１０（Ａ）におけ
るΔＺ＝０（つまり図１０（Ｂ）のように対象面２０に接している）場合に、２つの撮像
部が取得する撮像画像において、対象物ＯＢの位置が同一になるように設定しておく。つ
まり、図３（Ｂ）におけるδはΔＺが０の時には０となり、ΔＺが大きくなるほど大きく
なるように設定されることになる。
【００５５】
ここで、適切な係数Ａ（Ａは撮像装置の設計やキャリブレーション等により決定される
）を設定すれば、ΔＺの値は下式（１）により表される。
【００５６】
ΔＺ＝Ａ・δ （１）
よって、δ＝０の場合には、ΔＺ＝０となり、対象物ＯＢが対象面２０に触れていると
判定することができる。この場合図１０（Ｂ）のような状態であるため、撮像画像によっ
て得られたＸ座標情報及びＹ座標情報は、そのまま真のＸ座標情報及びＹ座標情報として
用いることができる。
【００５７】
それに対して、δ≠０の場合には、ΔＺは上式（１）により求められる０でない値とな
る。その場合、図１０（Ａ）のような状態となっているため、Ｙ座標情報は真のＹ座標情
報に比べてΔＹだけずれていることになる。このとき、撮像装置（及び撮像装置を搭載し
たプロジェクター）の設置位置と方向から、対象面２０と撮像装置の光軸方向とのなす角
度θは既知である。よって図よりΔＹの値は下式（２）により求めることができる。
【００５８】
ΔＹ＝ΔＺ／ｔａｎθ （２）
よって、撮像画像から得られたＹ座標情報を上式（２）のΔＹだけ補正した値が、真の
Ｙ座標情報となる。なお、この場合Ｘ座標情報についての補正は必要ない。今回の座標設
定においては、対象物ＯＢが対象面２０から浮いていようが触れていようが、Ｘ軸方向で
の位置に変化はないからである。もちろん座標系の設定によってはＸ座標情報について補
正の必要が生じる場合があることは言うまでもない。
【００５９】
２．４．２ 座標変換
次に、撮像画像により得られたＸ座標情報、Ｙ座標情報について、座標変換を行う。上
述してきた撮像部に対して設定される座標系でのＸ座標情報及びＹ座標情報は、あくまで
、撮像画像上での座標情報であって、画像の歪みの分、実空間における座標情報とは一致
しない。そのため、座標変換（射影変換）を行うことにより、歪みを解消し、実空間にお
ける適切な座標情報を求める必要がある。なお、撮像部５００に対して設定される座標系
及び対象面２０に対して設定される座標系を図１１に示す。
【００６０】
一般的な座標変換である射影変換の式を下式（３）に示す。下式（３）において、ｘ’
、ｙ’が変換後の座標を表し、ｘ、ｙが変換前の座標を表すものとする。各ｈは任意の係
数である。
【００６１】
【数１】
【００６２】
射影変換を施した例を図１２に示す。射影変換を行うことで、任意の四角形を別の任意
の四角形に移すことが可能となる。つまり、図１２に示したように、歪んだ撮像画像を歪
みのない状態に戻すことができる。この際、係数ｈについては、キャリブレーション等に
より求めてもよい。つまり、対象面上の任意の点と、撮像画像上における対応する点との
位置関係を求めることにより、射影変換の係数を設定することができる。
【００６３】
このようにして求めた、座標変換後のＸ座標情報、Ｙ座標情報及び、上述したＺ座標情
報（ΔＺ）が本実施形態の手法により求められる最終座標情報となる。
【００６４】
以上の本実施形態では、図１に示したように、位置検出システム４００は、撮像画像を
撮像する撮像部５００と、撮像部５００からの撮像画像に基づいて、対象面２０に設定さ
れた検出エリアでの対象物ＯＢの座標情報を求める座標演算部４３０とを含む。そして、
検出エリアには赤外光の周波数帯域の照射光が出射され、撮像部５００は撮像画像として
赤外光の周波数帯域の画像である赤外光帯域画像を撮像する。座標演算部４３０は、赤外
光帯域画像に基づいて、対象物ＯＢの座標情報を求める。
【００６５】
これにより、撮像画像に基づいて対象物ＯＢの位置検出を行うシステムにおいて、赤外
光を用いることが可能になる。上述したように、表示画像が対象物ＯＢに写り込むことに
より、画像処理による対象物ＯＢの認識が困難になるという問題があった。それに対して
、赤外光を用いて赤外光帯域画像を撮像すれば、図６のように対象物ＯＢの形状情報を適
切に取得することができ、対象物ＯＢの位置認識の精度を向上させることが可能となる。
【００６６】
また、対象面２０に対して図１１のように座標系を設定する。対象面２０に沿った平面
においてＸ軸、Ｙ軸を設定し、図１１の例では、重力方向をＹ軸正方向、Ｙ軸に直交する
方向をＸ軸とする。さらに、Ｘ軸及びＹ軸に直交し、対象面２０の裏側から表側へ向かう
方向をＺ軸正方向とする。ここで、Ｚ１をＺ１≧０、Ｚ２をＺ２＞Ｚ１を満たす値とする
。このとき、照射光はＺ１≦Ｚ≦Ｚ２を満たすＺ座標範囲に対して出射されてもよい。
【００６７】
これにより、照射光が出射されるＺ座標範囲をＺ１≦Ｚ≦Ｚ２の範囲に限定することが
可能になる。よって、Ｚ１≦Ｚ≦Ｚ２をスクリーン（対象面２０）に近い範囲に設定して
おけば、スクリーンの近くにある対象物ＯＢが、撮像画像において鮮明になる。上述した
ように、本実施形態の位置検出システムでは、対象物ＯＢが対象面２０のどの位置を指し
示しているか、また、対象面２０に触れているか否かを検出することが重要であるから、
スクリーンに近い対象物ＯＢが鮮明に撮像されることは非常に有用である。つまり、例え
ばＺ１及びＺ２は対象物の検出を行いたい範囲（Ｚ座標範囲）の下限及び上限に対応する
ことになる。また、照射光が図１３に示したような光学式位置検出装置１００の照射部に
より出射される場合が想定されうる。この場合、図１８（Ａ）を用いて後述するように、
光学式位置検出装置１００の受光部ユニットＰＤにはスリットＳＬＴが設けられ、受光す
るＺ座標範囲が狭く限定されている。これは検出範囲（Ｚ座標範囲）をある程度狭くする
ことで、光学式位置検出装置１００による位置検出（Ｘ座標情報及びＹ座標情報）の精度
を高めるためである。その場合、照射光のＺ座標範囲も狭く限定しておくと、狭い範囲に
照射光が集中するため、より効果的となる。つまり、Ｚ１及びＺ２は、光学式位置検出装
置１００のＸ座標情報及びＹ座標情報の検出精度が確保できる程度に狭いＺ座標範囲の上
限及び下限に対応する値としてもよい。
【００６８】
また、照射光は、対象面２０に沿った方向に出射されてもよい。
【００６９】
これにより、上述したＺ座標範囲の限定とあわせて、図７（或いは図１３のＲＤＥＴ）
に示すような方向、範囲に照射光は出射されることになる。上述したように、対象物ＯＢ
がスクリーン上のどの位置を指し示しているかを検出することが重要であるから、スクリ
ーンに沿った方向ではスクリーンと同程度の領域で、対象物ＯＢを認識する必要がある。
よって、照射光は対象面２０に沿った方向に出射することで、スクリーンと同程度の大き
さの領域において、撮像部５００での撮像画像における対象物ＯＢの像を鮮明にすること
ができる。また、照射光が光学式位置検出装置の照射部により出射される場合が想定され
うるため、照射光をＸＹ平面に沿った方向に出射することで、光学式位置検出装置により
Ｘ座標情報及びＹ座標情報を取得することが可能になる。
【００７０】
また、撮像部５００は、図５に示したようにレンズ部ＬＥ及び光学フィルター（赤外線
光学フィルターＦＩ）を有する光学系と、撮像素子ＩＭを含んでもよい。そして、光学フ
ィルターは、可視光の周波数帯域を非通過とし、赤外光の周波数帯域を通過するフィルタ
ー特性を有する。
【００７１】
これにより、光学フィルターを用いることで、可視光を遮断し、赤外光の周波数帯域の
画像を取得することが可能になる。光学フィルターを撮像素子ＩＭの前方に設ければよい
ため、簡単な構成により赤外光帯域画像を撮像することができる。この際の光学フィルタ
ーの特性は例えば図８（Ａ）や図８（Ｂ）に示したものを用いればよい。
【００７２】
また、座標演算部４３０は、座標情報として、検出エリアに設定された座標系における
Ｘ座標情報及びＹ座標情報を求める。
【００７３】
ここで、Ｘ軸、Ｙ軸（及びＺ軸）は、対象面２０上の検出エリアに対して設定される座
標系の軸である。処理過程で用いる撮像部５００に対して設定される座標系（カメラ座標
系）とは異なるため注意が必要である。Ｘ軸、Ｙ軸は図１１に示したような方向とする。
つまり、Ｘ軸及びＹ軸により規定されるＸＹ平面は対象面２０を含む平面であり、かつ、
鉛直方向の正方向（重力方向）がＹ軸正方向に対応する。また、Ｙ軸に直交し、図１１に
おいて手前方向をＸ軸正方向とし、ＸＹ平面に垂直で、かつ、対象面２０の裏側から表側
の方向をＺ軸正方向とする。ただし、ＸＹＺ軸の方向はこれに限定されるものではない。
【００７４】
これにより、検出エリアに対して設定された座標系において、Ｘ座標情報及びＹ座標情
報を求めることが可能になる。よって、対象面２０に表示された画像のどの部分をポイン
ティングしているのか等の情報を取得することができる。
【００７５】
また、図４に示したように撮像部５００の光軸と対象面２０とが斜め方向に交差する場
合に、座標演算部４３０は、カメラ座標系における座標情報に対して所定の座標変換処理
を行うことで、検出エリアでのＸ座標情報及びＹ座標情報を求めてもよい。
【００７６】
これにより、座標変換処理を行うことで検出エリアでの最終座標情報を求めることが可
能になる。図４に示したように、撮像部５００の光軸方向と対象面２０とが斜め方向に交
差する場合には、撮像画像における対象面２０の形は図１４（Ａ）に示したように歪むこ
とになる。これはつまり、検出エリアでの座標系とカメラ座標系とで軸が一致しないこと
による。画像処理による位置検出手法では、まずカメラ座標系での座標情報が取得される
のであるから、これら２つの座標系の間での座標変換処理を行うことで、図１４（Ｂ）の
ように歪みを補正した上で、検出エリアに対して設定された座標系での最終座標情報を求
める必要がある。
【００７７】
また、座標演算部４３０は、撮像画像の情報から得られるカメラ座標系での奥行き特定
情報に基づいて、検出エリアでの座標系におけるＺ座標情報を求める。
【００７８】
これにより、検出エリアに対して設定された座標系において、Ｚ座標情報を求めること
が可能になる。よって、対象面２０に表示された画像のどの部分をポインティングしてい
るかにとどまらず、図１０（Ｂ）のように当該ポインティング対象に触れているのか（対
象面２０に触れているか）、図１０（Ａ）のように浮いた状態なのか等の判定を行うこと
ができる。
【００７９】
また、図２に示したように撮像部５００は複数のカメラを有し、座標演算部４３０は、
複数のカメラから取得された複数の撮像画像の視差情報に基づいて得られた奥行き特定情
報により、検出エリアでのＺ座標情報を求めてもよい。
【００８０】
ここで、視差とは、２観測地点での位置の違いにより対象点が見える方向が異なること
を意味する。つまり、異なる位置に設けられた２つのカメラにより得られる２つの撮像画
像においては、対象物ＯＢの位置がずれることになり、ここでは視差情報とは当該画像の
ずれを表すものとする。
【００８１】
これにより、複数のカメラを用いて取得した複数の撮像画像の視差情報に基づいて、検
出エリアに設定された座標系でのＺ座標情報を求めることが可能になる。具体的には図３
（Ａ）、図３（Ｂ）及び式（１）を用いて上述したように、対象物ＯＢの位置のずれδか
ら検出エリアでの座標系におけるＺ座標（ΔＺ）を求めることができる。なお、δから直
接求められるのは、カメラ座標系におけるＺ座標であるが、カメラ座標系から検出エリア
での座標系へのＺ座標の値の変換は容易であり、そのための値も上式（１）の係数Ａに含
まれているものとする。
【００８２】
また、撮像部５００はデプスカメラを有し、座標演算部４３０は、デプスカメラにより
得られた奥行き特定情報に基づいて検出エリアでの座標系におけるＺ座標を求めてもよい
。
【００８３】
ここで、デプスカメラとは、例えばＴｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ方式等を用いたカメ
ラが考えられる。これは、赤外光のパスル波或いはサインカーブ波を被写体に照射し、反
射光の位相差を検出することで奥行き特定情報を取得するものである。
【００８４】
これにより、上述した複数のカメラを用いた場合と同様に、奥行き特定情報を取得でき
、検出エリアでの座標系におけるＺ座標情報を求めることが可能になる。
【００８５】
また、座標演算部４３０は、カメラ座標系での奥行き特定情報に基づいて、検出エリア
での座標系におけるＸ座標情報及びＹ座標情報の少なくとも一方の補正処理を行ってもよ
い。
【００８６】
これにより、カメラ座標系での奥行き特定情報に基づいて、検出エリアでの座標系にお
けるＸ座標情報及びＹ座標情報の少なくとも一方の補正処理を行うことが可能になる。図
１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示したように対象物ＯＢが対象面２０に接しているか浮いて
いるかにより、処理が異なる。図１０（Ａ）のように対象物ＯＢが対象面２０から浮いて
いる場合には、撮像画像から得られるＸＹ座標（Ａ１）に比べて、実際のＸＹ座標（Ａ２
）はΔＹだけずれることになる。そのため、Ｚ＞０の場合には、このΔＹだけＹ座標を補
正する必要が生じる。それに対し、Ｚ＝０の場合には、ずれが生じないため補正も必要な
い。なお、上述したカメラ座標系から検出エリア座標系への座標変換処理は補正処理後に
行われるものとするが、これに限定されるものではない。
【００８７】
また、位置検出システム４００は、光学式位置検出装置１００を含んでもよい。光学式
位置検出装置１００は、照射光を出射する出射部と、照射光が対象物ＯＢに反射すること
による反射光を受光する受光部と、受光部での受光結果に基づいて対象物ＯＢの初期座標
情報を検出する検出部と、を含む。そして、上述してきた本実施形態における照射光は、
光学式位置検出装置の出射部により出射される。さらに、座標演算部４３０は、撮像画像
取得部４２０で取得した撮像画像のうち、初期座標情報により特定され、かつ、撮像画像
よりも狭い範囲の画像に対して処理を行い、対象物ＯＢの最終座標情報を求める。
【００８８】
ここで初期座標情報とは、上述したように、対象物ＯＢの概略的な座標情報のことであ
る。本実施形態においては、光学式位置検出装置１００により概略的な座標情報である初
期座標情報を求めることで、画像処理による位置検出処理の対象範囲を撮像画像全体（図
９のＣ２）に比べて狭い範囲（図９のＣ１）に限定する。また、最終座標情報とは、撮像
画像に対する画像処理により求められる最終的な座標情報のことである。
【００８９】
これにより、光学式位置検出装置が自らの位置検出処理のために出射する照射光を、撮
像部５００での撮像にも用いることが可能になる。これにより、撮像部５００での撮像画
像を、照射光がない場合に比べて鮮明にすることが可能になるとともに、撮像部５００の
ための出射部を独自に設ける必要がないため、位置検出システム４００の構成を複雑にす
ることがないという効果がある。
【００９０】
また、本実施形態は、上述してきた位置検出システムと、画像を表示する表示装置とを
含む表示システムに関係する。
【００９１】
これは具体的には例えば、上述してきたような投写型表示装置ＰＲ（プロジェクター）
に撮像部を搭載し、画像処理による位置検出を行うとともに、光学式位置検出装置による
位置検出手法を併用するシステムに相当する。さらに具体的には、後述する図１５の１０
及び１００の構成等が考えられる。
【００９２】
これにより、投写型表示装置ＰＲ（プロジェクター）により画像を対象面２０に投射し
た上で、投射した画像とユーザーの用いる対象物ＯＢ（オブジェクト）の連携によるユー
ザインターフェースを実現すること等が可能になる。なお、画像の表示は投写型表示装置
ＰＲによるものに限定されるわけではない。
【００９３】
また、本実施形態は、上述してきた位置検出システムと、位置検出システムからの検出
情報に基づいて処理を行う情報処理装置と、情報処理装置からの画像データに基づいて画
像の表示を行う表示装置とを含む情報処理システムに関係する。
【００９４】
図１５に、本実施形態の情報処理システムの構成例を示す。図１５の構成例は、光学式
位置検出装置１００、情報処理装置３０及び表示装置１０を含む。情報処理装置３０は、
例えばパーソナルコンピューター（ＰＣ）などであって、光学式位置検出装置１００から
の検出情報に基づいて処理を行う。光学式位置検出装置１００と情報処理装置３０とは、
ＵＳＢケーブルＵＳＢＣを介して電気的に接続される。表示装置１０は、例えば投射型表
示装置（プロジェクター）などであって、情報処理装置３０からの画像データに基づいて
、表示部（スクリーン）２０に画像を表示する。ユーザーは、表示部２０に表示された画
像を参照しながら、表示画像のアイコン等をポインティングすることで、情報処理装置３
０に対して必要な情報を入力することができる。
【００９５】
なお、図１５では、光学式位置検出装置１００が表示部２０に取り付けられているが、
他の場所に取り付けることもできる。例えば、光学式位置検出装置１００を表示装置１０
に取り付けてもよいし、天井や壁などに取り付けてもよい。また、表示装置１０としては
、投射型表示装置（プロジェクター）に限定されるものではなく、例えばデジタルサイネ
ージ用表示装置であってもよい。
【００９６】
これにより、投写型表示装置ＰＲ（プロジェクター）により画像を対象面２０に投射し
た上で、投射した画像とユーザーの用いる対象物ＯＢ（オブジェクト）の連携によるユー
ザインターフェースを実現することが可能になる。その際、位置検出システムによる検出
情報の処理及び表示装置に表示する表示画像（画像データ）の処理や制御等を情報処理装
置により行うことができる。
【００９７】
３．光学式位置検出装置の構成例
図１６に、本実施形態の光学式位置検出装置１００を用いた光学式検出システムの基本
的な構成例を示す。図１６の光学式位置検出装置１００は、検出部２００、処理部３００
、照射部ＥＵ及び受光部ＲＵを含む。なお、本実施形態の光学式検出システムは図１６の
構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他
の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００９８】
なお、光学式検出システムは、上述したように検出部２００や処理部３００を含む光学
式位置検出装置１００として実現される形態には限定されない。情報処理装置（例えばＰ
Ｃ等）により、検出部２００や処理部３００の機能が実現され、照射部ＥＵ及び受光部Ｒ
Ｕと、上記情報処理装置とが連動して動作することにより、光学式検出システムが実現さ
れてもよい。
【００９９】
検出部２００は、照射光ＬＴが対象物ＯＢにより反射することによる反射光ＬＲの受光
結果に基づいて、対象物ＯＢの対象物情報（例えば、座標情報や反射率情報）を検出する
。具体的には例えば、検出部２００は、対象物ＯＢが検出されるエリアである検出エリア
ＲＤＥＴがＸ−Ｙ平面に沿ったエリアである場合に、少なくとも検出エリアＲＤＥＴに存
在する対象物ＯＢのＸ座標情報及びＹ座標情報を検出する。なお、検出部２００による座
標情報の検出手法については、後述する。また、具体的には対象物ＯＢの反射率に関する
情報である反射率情報を検出する。
【０１００】
検出エリアＲＤＥＴとは、対象物ＯＢが検出されるエリア（領域）であって、具体的に
は、例えば照射光ＬＴが対象物ＯＢに反射されることによる反射光ＬＲを、受光部ＲＵが
受光して、対象物ＯＢを検出することができるエリアである。より具体的には、受光部Ｒ
Ｕが反射光ＬＲを受光して対象物ＯＢを検出することが可能であって、かつ、その検出精
度について、許容できる範囲の精度が確保できるエリアである。
【０１０１】
処理部３００は、検出部２００が検出した対象物情報に基づいて種々の処理を行う。
【０１０２】
照射部ＥＵは、検出エリアＲＤＥＴに対して照射光ＬＴを出射する。後述するように、
照射部ＥＵは、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子から成る光源部を含み、光源部が
発光することで、例えば赤外光（可視光領域に近い近赤外線）を出射する。
【０１０３】
受光部ＲＵは、照射光ＬＴが対象物ＯＢにより反射することによる反射光ＬＲを受光す
る。受光部ＲＵは、複数の受光ユニットＰＤを含んでもよい。受光ユニットＰＤは、例え
ばフォトダイオードやフォトトランジスターなどを用いることができる。
【０１０４】
図１７に、本実施形態の受光部ＲＵの具体的な構成例を示す。図１７の構成例では、受
光部ＲＵは受光ユニットＰＤを含む。受光ユニットＰＤは、入射光が入射する角度（Ｙ−
Ｚ平面上の角度）を制限するためのスリット等（入射光制限部）が設けられ、検出エリア
ＲＤＥＴに存在する対象物ＯＢからの反射光ＬＲを受光する。検出部２００は、受光ユニ
ットＰＤの受光結果に基づいて、Ｘ座標情報及びＹ座標情報を検出する。なお、照射部Ｅ
Ｕは、検出エリアＲＤＥＴに対して照射光ＬＴを出射する。また検出エリアＲＤＥＴは、
Ｘ−Ｙ平面に沿ったエリアである。なお、図１７の構成例は１つの受光ユニットで構成さ
れるが、２つ以上の受光ユニットを含む構成としてもよい。
【０１０５】
図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）に、スリットＳＬＴ（入射光制限部）を有する受光ユニッ
トＰＤの構成例を示す。図１８（Ａ）に示すように、受光素子ＰＨＤの前面にスリットＳ
ＬＴを設けて、入射する入射光を制限する。スリットＳＬＴはＸ−Ｙ平面に沿って設けら
れ、入射光が入射するＺ方向の角度を制限することができる。すなわち受光ユニットＰＤ
は、スリットＳＬＴのスリット幅で規定される所定の角度で入射する入射光を受光するこ
とができる。
【０１０６】
図１８（Ｂ）は、スリットＳＬＴを有する受光ユニットの上から見た平面図である。例
えばアルミニウム等の筐体（ケース）内に配線基板ＰＷＢが設けられ、この配線基板ＰＷ
Ｂ上に受光素子ＰＨＤが実装される。
【０１０７】
図１９に、本実施形態の照射部ＥＵの詳細な構成例を示す。図１９の構成例の照射部Ｅ
Ｕは、光源部ＬＳ１、ＬＳ２と、ライトガイドＬＧと、照射方向設定部ＬＥを含む。また
反射シートＲＳを含む。そして照射方向設定部ＬＥは光学シートＰＳ及びルーバーフィル
ムＬＦを含む。なお、本実施形態の照射部ＥＵは、図１９の構成に限定されず、その構成
要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの
種々の変形実施が可能である。
【０１０８】
光源部ＬＳ１、ＬＳ２は、光源光を出射するものであり、ＬＥＤ（発光ダイオード）等
の発光素子を有する。この光源部ＬＳ１、ＬＳ２は例えば赤外光（可視光領域に近い近赤
外線）の光源光を放出する。即ち、光源部ＬＳ１、ＬＳ２が発光する光源光は、ユーザー
の指やタッチペン等の対象物により効率的に反射される波長帯域の光や、外乱光となる環
境光にあまり含まれない波長帯域の光であることが望ましい。具体的には、人体の表面で
の反射率が高い波長帯域の光である８５０ｎｍ付近の波長の赤外光や、環境光にあまり含
まれない波長帯域の光である９５０ｎｍ付近の赤外光などである。
【０１０９】
光源部ＬＳ１は、図１９のＦ１に示すようライトガイドＬＧの一端側に設けられる。ま
た第２の光源部ＬＳ２は、Ｆ２に示すようにライトガイドＬＧの他端側に設けられる。そ
して光源部ＬＳ１が、ライトガイドＬＧの一端側（Ｆ１）の光入射面に対して光源光を出
射することで、照射光ＬＴ１を出射し、第１の照射光強度分布ＬＩＤ１を対象物の検出エ
リアに形成（設定）する。一方、光源部ＬＳ２が、ライトガイドＬＧの他端側（Ｆ２）の
光入射面に対して第２の光源光を出射することで、第２の照射光ＬＴ２を出射し、第１の
照射光強度分布ＬＩＤ１とは強度分布が異なる第２の照射光強度分布ＬＩＤ２を検出エリ
アに形成する。このように照射部ＥＵは、検出エリアＲＤＥＴでの位置に応じて強度分布
が異なる照射光を出射することができる。
【０１１０】
ライトガイドＬＧ（導光部材）は、光源部ＬＳ１、ＬＳ２が発光した光源光を導光する
ものである。例えばライトガイドＬＧは、光源部ＬＳ１、ＬＳ２からの光源光を曲線状の
導光経路に沿って導光し、その形状は曲線形状になっている。具体的には図１９ではライ
トガイドＬＧは円弧形状になっている。なお図１９ではライトガイドＬＧはその中心角が
１８０度の円弧形状になっているが、中心角が１８０度よりも小さい円弧形状であっても
よい。ライトガイドＬＧは、例えばアクリル樹脂やポリカーボネートなどの透明な樹脂部
材等により形成される。
【０１１１】
ライトガイドＬＧの外周側及び内周側の少なくとも一方には、ライトガイドＬＧからの
光源光の出光効率を調整するための加工が施されている。加工手法としては、例えば反射
ドットを印刷するシルク印刷方式や、スタンパーやインジェクションで凹凸を付ける成型
方式や、溝加工方式などの種々の手法を採用できる。
【０１１２】
プリズムシートＰＳとルーバーフィルムＬＦにより実現される照射方向設定部ＬＥは、
ライトガイドＬＧの外周側に設けられ、ライトガイドＬＧの外周側（外周面）から出射さ
れる光源光を受ける。そして曲線形状（円弧形状）のライトガイドＬＧの内周側から外周
側へと向かう方向に照射方向が設定された照射光ＬＴ１、ＬＴ２を出射する。即ち、ライ
トガイドＬＧの外周側から出射される光源光の方向を、ライトガイドＬＧの例えば法線方
向（半径方向）に沿った照射方向に設定（規制）する。これにより、ライトガイドＬＧの
内周側から外周側に向かう方向に、照射光ＬＴ１、ＬＴ２が放射状に出射されるようにな
る。
【０１１３】
このような照射光ＬＴ１、ＬＴ２の照射方向の設定は、照射方向設定部ＬＥのプリズム
シートＰＳやルーバーフィルムＬＦなどにより実現される。例えばプリズムシートＰＳは
、ライトガイドＬＧの外周側から低視角で出射される光源光の方向を、法線方向側に立ち
上げて、出光特性のピークが法線方向になるように設定する。またルーバーフィルムＬＦ
は、法線方向以外の方向の光（低視角光）を遮光（カット）する。
【０１１４】
このように本実施形態の照射部ＥＵによれば、ライトガイドＬＧの両端に光源部ＬＳ１
、ＬＳ２を設け、これらの光源部ＬＳ１、ＬＳ２を交互に点灯させることで、２つの照射
光強度分布を形成することができる。すなわちライトガイドＬＧの一端側の強度が高くな
る照射光強度分布ＬＩＤ１と、ライトガイドＬＧの他端側の強度が高くなる照射光強度分
布ＬＩＤ２を交互に形成することができる。
【０１１５】
このような照射光強度分布ＬＩＤ１、ＬＩＤ２を形成し、これらの強度分布の照射光に
よる対象物の反射光を受光することで、環境光などの外乱光の影響を最小限に抑えた、よ
り精度の高い対象物の検出が可能になる。即ち、外乱光に含まれる赤外成分を相殺するこ
とが可能になり、この赤外成分が対象物の検出に及ぼす悪影響を最小限に抑えることが可
能になる。
【０１１６】
４．光学式位置検出装置による座標検出手法
図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）は、本実施形態の光学式位置検出装置１００による座標情
報検出の手法を説明する図である。
【０１１７】
図２０（Ａ）のＥ１は、図１９の照射光強度分布ＬＩＤ１において、照射光ＬＴ１の照
射方向の角度と、その角度での照射光ＬＴ１の強度との関係を示す図である。図２０（Ａ
）のＥ１では、照射方向が図２０（Ｂ）のＤＤ１の方向（左方向）である場合に強度が最
も高くなる。一方、ＤＤ３の方向（右方向）である場合に強度が最も低くなり、ＤＤ２の
方向ではその中間の強度になる。具体的には方向ＤＤ１から方向ＤＤ３への角度変化に対
して照射光の強度は単調減少しており、例えばリニア（直線的）に変化している。なお図
２０（Ｂ）では、ライトガイドＬＧの円弧形状の中心位置が、照射部ＥＵの配置位置ＰＥ
になっている。
【０１１８】
また図２０（Ａ）のＥ２は、図１９の照射光強度分布ＬＩＤ２において、照射光ＬＴ２
の照射方向の角度と、その角度での照射光ＬＴ２の強度との関係を示す図である。図２０
（Ａ）のＥ２では、照射方向が図２０（Ｂ）のＤＤ３の方向である場合に強度が最も高く
なる。一方、ＤＤ１の方向である場合に強度が最も低くなり、ＤＤ２の方向ではその中間
の強度になる。具体的には方向ＤＤ３から方向ＤＤ１への角度変化に対して照射光の強度
は単調減少しており、例えばリニアに変化している。なお図２０（Ａ）では照射方向の角
度と強度の関係はリニアな関係になっているが、本実施形態はこれに限定されず、例えば
双曲線の関係等であってもよい。
【０１１９】
そして図２０（Ｂ）に示すように、角度θの方向ＤＤＢに対象物ＯＢが存在したとする
。すると、光源部ＬＳ１が発光することで照射光強度分布ＬＩＤ１を形成した場合（Ｅ１
の場合）には、図２０（Ａ）に示すように、ＤＤＢ（角度θ）の方向に存在する対象物Ｏ
Ｂの位置での強度はＩＮＴａになる。一方、光源部ＬＳ２が発光することで照射光強度分
布ＬＩＤ２を形成した場合（Ｅ２の場合）には、ＤＤＢの方向に存在する対象物ＯＢの位
置での強度はＩＮＴｂになる。
【０１２０】
従って、これらの強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めることで、対象物ＯＢの位置す
る方向ＤＤＢ（角度θ）を特定できる。そして例えば後述する図２１（Ａ）、図２１（Ｂ
）の手法により光学式位置検出装置の配置位置ＰＥからの対象物ＯＢの距離を求めれば、
求められた距離と方向ＤＤＢとに基づいて対象物ＯＢの位置を特定できる。或いは、後述
する図２２に示すように、照射部ＥＵとして２個の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２を設け、
ＥＵ１、ＥＵ２の各照射ユニットに対する対象物ＯＢの方向ＤＤＢ１（θ１）、ＤＤＢ２
（θ２）を求めれば、これらの方向ＤＤＢ１、ＤＤＢ２と照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２間
の距離ＤＳとにより、対象物ＯＢの位置を特定できる。
【０１２１】
このような強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めるために、本実施形態では、受光部Ｒ
Ｕが、照射光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の対象物ＯＢの反射光（第１の反射光）を受
光する。この時の反射光の検出受光量をＧａとした場合に、このＧａが強度ＩＮＴａに対
応するようになる。また受光部ＲＵが、照射光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の対象物Ｏ
Ｂの反射光（第２の反射光）を受光する。この時の反射光の検出受光量をＧｂとした場合
に、このＧｂが強度ＩＮＴｂに対応するようになる。従って、検出受光量ＧａとＧｂの関
係が求まれば、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係が求まり、対象物ＯＢの位置する方向ＤＤ
Ｂを求めることができる。
【０１２２】
例えば光源部ＬＳ１の制御量（例えば電流量）、変換係数、放出光量を、各々、Ｉａ、
ｋ、Ｅａとする。また光源部ＬＳ２の制御量（電流量）、変換係数、放出光量を、各々、
Ｉｂ、ｋ、Ｅｂとする。すると下式（４）、（５）が成立する。
【０１２３】
Ｅａ＝ｋ・Ｉａ （４）
Ｅｂ＝ｋ・Ｉｂ （５）
また光源部ＬＳ１からの光源光（第１の光源光）の減衰係数をｆａとし、この光源光に
対応する反射光（第１の反射光）の検出受光量をＧａとする。また光源部ＬＳ２からの光
源光（第２の光源光）の減衰係数をｆｂとし、この光源光に対応する反射光（第２の反射
光）の検出受光量をＧｂとする。すると下式（６）、（７）が成立する。
【０１２４】
Ｇａ＝ｆａ・Ｅａ＝ｆａ・ｋ・Ｉａ （６）
Ｇｂ＝ｆｂ・Ｅｂ＝ｆｂ・ｋ・Ｉｂ （７）
従って、検出受光量Ｇａ、Ｇｂの比は下式（８）のように表せる。
【０１２５】
Ｇａ／Ｇｂ＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ） （８）
ここでＧａ／Ｇｂは、受光部ＲＵでの受光結果から特定することができ、Ｉａ／Ｉｂは
、照射部ＥＵの制御量から特定することができる。そして図２０（Ａ）の強度ＩＮＴａ、
ＩＮＴｂと減衰係数ｆａ、ｆｂとは一意の関係にある。例えば減衰係数ｆａ、ｆｂが小さ
な値となり、減衰量が大きい場合は、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂが小さいことを意味する。
一方、減衰係数ｆａ、ｆｂが大きな値となり、減衰量が小さい場合は、強度ＩＮＴａ、Ｉ
ＮＴｂが大きいことを意味する。従って、上式（８）から減衰率の比ｆａ／ｆｂを求める
ことで、対象物の方向、位置等を求めることが可能になる。
【０１２６】
より具体的には、一方の制御量ＩａをＩｍに固定し、検出受光量の比Ｇａ／Ｇｂが１に
なるように、他方の制御量Ｉｂを制御する。例えば光源部ＬＳ１、ＬＳ２を逆相で交互に
点灯させる制御を行い、検出受光量の波形を解析し、検出波形が観測されなくなるように
（Ｇａ／Ｇｂ＝１になるように）、他方の制御量Ｉｂを制御する。そして、この時の他方
の制御量Ｉｂ＝Ｉｍ・（ｆａ／ｆｂ）から、減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求めて、対象物の
方向、位置等を求める。
【０１２７】
また下式（９）、（１０）のように、Ｇａ／Ｇｂ＝１になると共に制御量ＩａとＩｂの
和が一定になるように制御してもよい。
【０１２８】
Ｇａ／Ｇｂ＝１ （９）
Ｉｍ＝Ｉａ＋Ｉｂ （１０）
上式（９）、（１０）を上式（８）に代入すると下式（１１）が成立する。
【０１２９】
Ｇａ／Ｇｂ＝１＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ）
＝（ｆａ／ｆｂ）・{（Ｉｍ−Ｉｂ）／Ｉｂ} （１１）
上式（１１）より、Ｉｂは下式（１２）のように表される。
【０１３０】
Ｉｂ＝{ｆａ／（ｆａ＋ｆｂ）}・Ｉｍ （１２）
ここでα＝ｆａ／（ｆａ＋ｆｂ）とおくと、上式（１２）は下式（１３）のように表さ
れ、減衰係数の比ｆａ／ｆｂは、αを用いて下式（１４）のように表される。
【０１３１】
Ｉｂ＝α・Ｉｍ （１３）
ｆａ／ｆｂ＝α／（１−α） （１４）
従って、Ｇａ／Ｇｂ＝１になると共にＩａとＩｂの和が一定値Ｉｍになるように制御す
れば、そのときのＩｂ、Ｉｍから上式（１３）によりαを求め、求められたαを上式（１
４）に代入することで、減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求めることができる。これにより、対
象物の方向、位置等を求めることが可能になる。そしてＧａ／Ｇｂ＝１になると共にＩａ
とＩｂの和が一定になるように制御することで、外乱光の影響等を相殺することが可能に
なり、検出精度の向上を図れる。
【０１３２】
次に本実施形態の光学式検出システムを用いて対象物の座標情報を検出する手法の一例
について説明する。図２１（Ａ）は、光源部ＬＳ１、ＬＳ２の発光制御についての信号波
形例である。信号ＳＬＳ１は、光源部ＬＳ１の発光制御信号であり、信号ＳＬＳ２は、光
源部ＬＳ２の発光制御信号であり、これらの信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２は逆相の信号になっ
ている。また信号ＳＲＣは受光信号である。
【０１３３】
例えば光源部ＬＳ１は、信号ＳＬＳ１がＨレベルの場合に点灯（発光）し、Ｌレベルの
場合に消灯する。また光源部ＬＳ２は、信号ＳＬＳ２がＨレベルの場合に点灯（発光）し
、Ｌレベルの場合に消灯する。従って図２１（Ａ）の第１の期間Ｔ１では、光源部ＬＳ１
と光源部ＬＳ２が交互に点灯するようになる。即ち光源部ＬＳ１が点灯している期間では
、光源部ＬＳ２は消灯する。これにより図１９に示すような照射光強度分布ＬＩＤ１が形
成される。一方、光源部ＬＳ２が点灯している期間では、光源部ＬＳ１は消灯する。これ
により図１９に示すような照射光強度分布ＬＩＤ２が形成される。
【０１３４】
このように検出部２００は、第１の期間Ｔ１において、光源部ＬＳ１と光源部ＬＳ２を
交互に発光（点灯）させる制御を行う。そしてこの第１の期間Ｔ１において、光学式位置
検出装置（照射部）から見た対象物の位置する方向が検出される。具体的には、例えば上
述した式（９）、（１０）のようにＧａ／Ｇｂ＝１になると共に制御量ＩａとＩｂの和が
一定になるような発光制御を、第１の期間Ｔ１において行う。そして図２０（Ｂ）に示す
ように対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求める。例えば上式（１３）、（１４）から減
衰係数の比ｆａ／ｆｂを求め、図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）で説明した手法により対象物
ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求める。
【０１３５】
そして第１の期間Ｔ１に続く第２の期間Ｔ２では、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて
対象物ＯＢまでの距離（方向ＤＤＢに沿った方向での距離）を検出する。そして、検出さ
れた距離と、対象物ＯＢの方向ＤＤＢとに基づいて、対象物の位置を検出する。即ち図２
０（Ｂ）において、光学式位置検出装置の配置位置ＰＥから対象物ＯＢまでの距離と、対
象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求めれば、対象物ＯＢのＸ、Ｙ座標位置を特定できる。
このように、光源の点灯タイミングと受光タイミングの時間のずれから距離を求め、これ
と角度結果を併せることで、対象物ＯＢの位置を特定できる。
【０１３６】
具体的には図２１（Ａ）では、発光制御信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２による光源部ＬＳ１、
ＬＳ２の発光タイミングから、受光信号ＳＲＣがアクティブになるタイミング（反射光を
受光したタイミング）までの時間Δｔを検出する。即ち、光源部ＬＳ１、ＬＳ２からの光
が対象物ＯＢに反射されて受光部ＲＵで受光されるまでの時間Δｔを検出する。この時間
Δｔを検出することで、光の速度は既知であるため、対象物ＯＢまでの距離を検出できる
。即ち、光の到達時間のずれ幅（時間）を測定し、光の速度から距離を求める。
【０１３７】
なお、光の速度はかなり速いため、電気信号だけでは単純な差分を求めて時間Δｔを検
出することが難しいという問題もある。このような問題を解決するためには、図２１（Ｂ
）に示すように発光制御信号の変調を行うことが望ましい。ここで図２１（Ｂ）は、制御
信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２の振幅により光の強度（電流量）を模式的に表している模式的な
信号波形例である。
【０１３８】
具体的には図２１（Ｂ）では、例えば公知の連続波変調のＴＯＦ（Time Of Flight）方
式で距離を検出する。この連続波変調ＴＯＦ方式では、一定周期の連続波で強度変調した
連続光を用いる。そして、強度変調された光を照射すると共に、反射光を、変調周期より
も短い時間間隔で複数回受光することで、反射光の波形を復調し、照射光と反射光との位
相差を求めることで、距離を検出する。なお図２１（Ｂ）において制御信号ＳＬＳ１、Ｓ
ＬＳ２のいずれか一方に対応する光のみを強度変調してもよい。また図２１（Ｂ）のよう
なクロック波形ではなく、連続的な三角波やＳｉｎ波で変調した波形であってもよい。ま
た、連続変調した光としてパルス光を用いるパルス変調のＴＯＦ方式で、距離を検出して
もよい。距離検出手法の詳細については例えば特開２００９−８５３７号などに開示され
ている。
【０１３９】
図２２に、本実施形態の照射部ＥＵの変形例を示す。図２２では、照射部ＥＵとして第
１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２が設けられる。これらの第１、第２の照射ユニッ
トＥＵ１、ＥＵ２は、対象物ＯＢの検出エリアＲＤＥＴの面に沿った方向において所与の
距離ＤＳだけ離れて配置される。即ち図１６のＸ軸方向に沿って距離ＤＳだけ離れて配置
される。
【０１４０】
第１の照射ユニットＥＵ１は、照射方向に応じて強度が異なる第１の照射光を放射状に
出射する。第２の照射ユニットＥＵ２は、照射方向に応じて強度が異なる第２の照射光を
放射状に出射する。受光部ＲＵは、第１の照射ユニットＥＵ１からの第１の照射光が対象
物ＯＢに反射されることによる第１の反射光と、第２の照射ユニットＥＵ２からの第２の
照射光が対象物ＯＢに反射されることによる第２の反射光を受光する。そして検出部２０
０は、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを検出する。
【０１４１】
具体的には検出部２００は、第１の反射光の受光結果に基づいて、第１の照射ユニット
ＥＵ１に対する対象物ＯＢの方向を第１の方向ＤＤＢ１（角度θ１）として検出する。ま
た第２の反射光の受光結果に基づいて、第２の照射ユニットＥＵ２に対する対象物ＯＢの
方向を第２の方向ＤＤＢ２（角度θ２）として検出する。そして検出された第１の方向Ｄ
ＤＢ１（θ１）及び第２の方向ＤＤＢ２（θ２）と、第１、第２の照射ユニットＥＵ１、
ＥＵ２の間の距離ＤＳとに基づいて、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを求める。
【０１４２】
図２２の変形例によれば、図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）のように光学式位置検出装置と
対象物ＯＢとの距離を求めなくても、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを検出できるようになる。
【０１４３】
なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効
果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるで
あろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば
、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記
載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換え
ることができる。また撮像装置、光学式位置検出装置等の構成、動作も本実施形態で説明
したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１４４】
１０ 表示装置、２０ 対象面、３０ 情報処理装置、１００ 光学式位置検出装置、
２００ 検出部、３００ 処理部、４００ 位置検出システム、
４１０ 座標情報取得部、４２０ 撮像画像取得部、４３０ 座標演算部、
４３１ 特定情報取得部、４３３ 補正部、４３５ 座標変換部、５００ 撮像部、
ＥＵ 照射部、ＦＩ 赤外線光学フィルター、ＩＭ 撮像素子、ＬＥ レンズ部、
ＬＦ ルーバーフィルム、ＬＧ ライトガイド、ＯＢ 対象物、ＰＤ 受光ユニット、
ＰＨＤ 受光素子、ＰＲ 投写型表示装置、ＰＳ プリズムシート、ＰＳ 光学シート、
ＲＤＥＴ 検出エリア、ＲＳ 反射シート、ＲＵ 受光部、ＳＬＴ スリット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出システム、表示システム及び情報処理システム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
赤外光を照射して、対象物からの反射を検知する近接センサではＸ、Ｙ座標の特定が困
難である。また、ＣＣＤなどの撮像素子で検知するシステムは安価でない。特許文献１で
は、レンズ群を配置した光学系を工夫することでＬＥＤ光を用いた座標入力、位置検出手
法を提案しているが、構成部品が多いためコスト面で優位性がなく、さらに位置検出精度
が低い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４２６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、投写型表示装置（プロジェクター）の視認性向上のため、投写型表示装置の光源
の明るさが向上している。そのため、対象面（プロジェクターの投影面）の前に位置する
対象物に投写型表示装置から投射された表示画像が写り込んでしまうことがあり、画像処
理による対象物の位置検出を困難にしているという問題がある。
【０００５】
本発明の幾つかの態様によれば、赤外光の周波数帯域の画像を撮像することで、対象物
の像を適切に撮像し、対象物の位置検出精度を向上させる位置検出システム、表示システ
ム及び情報処理システム等を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、撮像画像を撮像する撮像部と、前記撮像部からの前記撮像画像に基
づいて、対象面に設定された検出エリアでの対象物の座標情報を求める座標演算部と、を
含み、前記検出エリアには、赤外光の周波数帯域の照射光が出射され、前記撮像部は、前
記撮像画像として赤外光の周波数帯域の画像である赤外光帯域画像を撮像し、前記座標演
算部は、前記赤外光帯域画像に基づいて、前記対象物の前記座標情報を求める位置検出シ
ステムに関係する。
【０００７】
本発明の一態様では、検出エリアに対して赤外光が出射され、撮像部は赤外光の周波数
帯域の画像である赤外光帯域画像を撮像する。よって、対象物の形状に着目した画像を取
得することができ、表示画像の影響による位置検出精度の低下を抑止すること等が可能に
なる。
【０００８】
また、本発明の一態様では、前記対象面に沿って設定される座標軸をＸ軸及びＹ軸とし
、前記Ｘ軸及びＹ軸に直交し前記対象面の裏側から表側へ向かう方向をＺ軸正方向とし、
Ｚ１をＺ１≧０、Ｚ２をＺ２＞Ｚ１を満たす値とした場合に、前記照射光は、Ｚ１≦Ｚ≦
Ｚ２を満たすＺ座標範囲に出射されてもよい。
【０００９】
これにより、照射光のＺ座標範囲をＺ１≦Ｚ≦Ｚ２に限定することができ、必要な範囲
において、撮像画像における対象物の像を鮮明にすること等が可能になる。ここで、Ｚ１
、Ｚ２は例えば対象物の検出範囲の下限及び上限に対応する。照射光が照射された範囲に
おいては、赤外光帯域画像を鮮明に撮像することができるため、対象物の検出が必要な範
囲に対して照射光を出射することで、対象物を鮮明に撮像することが可能になる。
【００１０】
また、本発明の一態様では、前記照射光は、前記対象面に沿った方向に出射されてもよ
い。
【００１１】
これにより、対象面に沿った方向で広い領域に照射光を出射すること等が可能になる。
【００１２】
また、本発明の一態様では、前記撮像部は、レンズ部及び光学フィルターを有する光学
系と、撮像素子を有し、前記光学フィルターは、可視光の周波数帯域を非通過とし、赤外
光の周波数帯域を通過するフィルター特性を有してもよい。
【００１３】
これにより、光学フィルターを用いることで、撮像部において赤外光帯域画像を撮像す
ることが可能になるため、簡単な構成でシステムを実現すること等ができる。
【００１４】
また、本発明の一態様では、前記座標演算部は、前記座標情報として、前記検出エリア
でのＸ座標情報及びＹ座標情報を求めてもよい。
【００１５】
これにより、検出エリアでの座標系におけるＸ座標情報及びＹ座標情報を求めることが
可能になる。
【００１６】
また、本発明の一態様では、前記撮像部の光軸と前記対象面とが斜め方向に交差する場
合に、前記座標演算部は、前記撮像部に対して設定されるカメラ座標系における座標情報
に対して所定の座標変換処理を行うことで、前記検出エリアでのＸ座標情報及びＹ座標情
報を求めてもよい。
【００１７】
これにより、斜め方向から対象面を撮像することにより生じる画像の歪みを、座標変換
処理により補正すること等が可能になる。
【００１８】
また、本発明の一態様では、前記座標演算部は、前記撮像画像の情報から得られるカメ
ラ座標系での奥行き特定情報に基づいて、前記対象物の前記検出エリアでのＺ座標情報を
求めてもよい。
【００１９】
これにより、撮像画像から奥行き特定情報を取得し、取得した奥行き特定情報に基づい
て検出エリアでの座標系におけるＺ座標情報を求めることができる。よって、対象物が対
象面に触れているか否かの判定を行うこと等が可能になる。
【００２０】
また、本発明の一態様では、前記撮像部は、複数のカメラを有し、前記座標演算部は、
前記複数のカメラから取得された複数の撮像画像の視差情報に基づいて得られた奥行き特
定情報により、前記検出エリアでの前記Ｚ座標を求めてもよい。
【００２１】
これにより、複数のカメラにより複数の撮像画像を取得し、取得した複数の撮像画像の
視差情報に基づいて奥行き特定情報を取得すること等が可能になる。
【００２２】
また、本発明の一態様では、前記撮像部は、デプスカメラを有し、前記座標演算部は、
前記デプスカメラにより得られた前記奥行き特定情報に基づいて、前記検出エリアでの前
記Ｚ座標を求めてもよい。
【００２３】
これにより、２眼等の複数のカメラを有する撮像装置を用いずに、奥行き特定情報を取
得すること等が可能になる。
【００２４】
また、本発明の一態様では、前記座標演算部は、前記カメラ座標系での前記奥行き特定
情報に基づいて、前記検出エリアでのＸ座標情報及びＹ座標情報の少なくとも一方の補正
処理を行ってもよい。
【００２５】
これにより、奥行き特定情報、或いは奥行き特定情報により求められる検出エリアでの
Ｚ座標情報に基づいて、検出エリアでのＸ座標情報及びＹ座標情報の少なくとも一方の補
正処理を行うことが可能になる。よって、対象物が対象面に対して浮いている状況でのず
れを補正すること等ができる。
【００２６】
また、本発明の一態様では、光学式位置検出装置を含み、前記光学式位置検出装置は、
前記照射光を出射する出射部と、前記照射光が前記対象物に反射することによる前記反射
光を受光する受光部と、前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物の初期座標情報を
検出する検出部と、を含み、前記照射光は、前記光学式位置検出装置の前記出射部により
出射され、前記座標演算部は、前記撮像画像のうち、前記初期座標情報により特定され、
かつ、前記撮像画像よりも狭い範囲の画像に対して処理を行って、前記対象物の最終座標
情報を求めてもよい。
【００２７】
これにより、光学式位置検出装置の出射部から出射された照射光を、撮像部での撮像に
おいても用いることが可能になり、システムの構成を簡単化すること等ができる。
【００２８】
また、本発明の他の態様は、上述の位置検出システムと、画像を表示する表示装置と、
を含む表示システムに関係する。
【００２９】
また、本発明の他の態様は、上述の位置検出システムと、前記位置検出システムからの
検出情報に基づいて処理を行う情報処理装置と、前記情報処理装置からの画像データに基
づいて画像の表示を行う表示装置と、を含む情報処理システムに関係する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態の位置検出システムの構成例。
【図２】投写型表示装置を用いた本実施形態の位置検出システムの具体例。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）は複数のカメラにより取得される視差情報を含む撮像画像の例。
【図４】投写型表示装置を用いた本実施形態の位置検出システムの他の具体例。
【図５】本実施形態の撮像部の構成例。
【図６】赤外線光学フィルターを用いた赤外光帯域画像の具体例
【図７】光学式位置検出装置と本実施形態の位置検出システムとを併用する例。
【図８】図８（Ａ）は赤外線光学フィルターとして用いられるハイパスフィルターの例、図８（Ｂ）は赤外線光学フィルターとして用いられるバンドバスフィルターの例。
【図９】光学式位置検出装置による画像処理の対象範囲の限定を説明する図。
【図１０】図１０（Ａ）は対象物が対象面に対して浮いている例、図１０（Ｂ）は対象物が対象面に接している例。
【図１１】撮像部に対して設定される座標系と対象面に対して設定される座標系を説明する図。
【図１２】一般的な射影変換を説明する図。
【図１３】光学式位置検出装置が投写型表示装置に搭載される例。
【図１４】図１４（Ａ）は斜め方向からの撮像により画像が歪む例、図１４（Ｂ）は座標変換により歪みを補正した例。
【図１５】本実施形態の情報処理システムの構成例。
【図１６】本実施形態の光学式位置検出装置の構成例。
【図１７】受光部の構成例。
【図１８】図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）は受光ユニットの構成例。
【図１９】照射部の構成例。
【図２０】図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）は座標情報検出手法を説明する図。
【図２１】図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）は発光制御信号の信号波形例。
【図２２】照射部の他の構成例。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の
範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明さ
れる構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００３２】
１．本実施形態の手法
まず、本実施形態の手法について説明する。投写型表示装置（プロジェクター、図２の
ＰＲ）により画像を対象面（図２の２０）に投射した上で、投射した画像とユーザーの用
いる対象物（オブジェクト、図２のＯＢ）の連携によりユーザインターフェースを実現す
るシステムが考えられる。このようなシステムでは、例えば画像上の任意のマークをさわ
ることにより、表示が切り替わる等の操作を行うことが考えられるため、対象物ＯＢの位
置検出手法が重要となってくる。
【００３３】
具体的な位置検出手法としては、撮像装置による撮像画像の画像処理を用いる手法等が
考えられる。例えば、検出対象となる対象物ＯＢをテンプレートとして保持しておき、テ
ンプレートマッチング処理を行うことで画像上での対象物ＯＢの位置（座標情報）を取得
する。そのため、撮像装置が実空間のどの範囲を撮像しているかということがわかってい
れば、実空間における位置情報を取得することができる。
【００３４】
しかしながら、画像処理による位置認識が困難である場合がある。例えば、投写型表示
装置ＰＲにより画像を投射する場合には、投写型表示装置ＰＲ、ユーザー及び対象面２０
の位置関係は図２のようになる。そのため、投写型表示装置ＰＲから投射された画像が、
ユーザーの使用する対象物ＯＢ上（例えばユーザーの指の上）に表示されてしまうことが
考えられる。つまり、対象物ＯＢが対象面２０（画像の表示面）にとけ込むような形にな
ってしまい、画像処理による認識が難しい。そうでなくても、縦横の線が多い複雑な画像
を表示する場合には、撮像画像も縦横の線が非常に多くなり、表示画像による線（エッジ
）なのか対象物ＯＢによる線なのかの判断が困難である。
【００３５】
そこで、本出願人は以下の手法を提案する。後述する図５に示すように、赤外光の周波
数帯域を透過させ、他の周波数帯域の光を遮断する赤外フィルターＦＩを撮像部５００に
設ける。そして撮像画像として、赤外光帯域画像を撮像し、当該赤外光帯域画像に基づい
て対象物ＯＢを認識する。赤外光帯域画像は図６に示すように、対象物ＯＢの形状を撮像
することが可能であり、対象物ＯＢ上に表示された表示画像や、背景となる対象面２０に
表示された表示画像等の情報を遮断することができる。これにより、表示画像による影響
（対象物ＯＢへの写り込みや、縦横の線の多い複雑な画像の表示等による影響）を抑止し
、画像処理による対象物ＯＢの検出精度を向上させることが可能になる。
【００３６】
以下、具体的な実施形態について説明する。なお、本実施形態は撮像画像の画像処理に
よる位置検出に関するものであるが、ここでは画像処理による位置検出に加え、光学式位
置検出装置１００を併用する実施形態を例としてあげる。なぜなら、画像処理による位置
検出は処理負荷が重く、広い領域（例えば電子黒板の表示面等）をＸＧＡ程度の高精度で
処理を行うことはコスト或いは処理時間の観点から現実的でないからである。
【００３７】
具体的には、まず光学式位置検出装置１００を用いて、対象物ＯＢの概略的な位置（初
期座標情報）を取得しておいて、その概略位置により特定される範囲に対して撮像装置に
よる撮像画像を用いて画像処理を行う。このようにすれば、撮像画像の演算処理量、演算
処理時間を抑えることが可能になり、コスト、応答速度ともに実用的なものにすることが
できる。ただし、以下の説明はあくまで例示であり、光学式位置検出装置１００を用いず
に位置検出処理を行ってもよいことは言うまでもない。
【００３８】
以下、まず光学式位置検出装置１００と撮像装置を連動させた位置検出手法について説
明する。具体的には、システム構成例、撮像装置の構成、初期座標情報の取得と処理対象
範囲の設定手法、最終座標情報の取得手法の順に説明していく。撮像装置の構成のところ
で、本実施形態の手法である赤外光帯域画像を撮像する手法について詳しく述べる。その
後で、本実施形態の具体例で用いることができる光学式位置検出装置１００の構成例につ
いて説明する。
【００３９】
２．位置検出システムの具体例
２．１ システム構成例
図１に本実施形態の位置検出システムの構成例を示す。本実施形態の位置検出システム
４００は、撮像部５００と、光学式位置検出装置１００からの初期座標情報を取得する座
標情報取得部４１０と、撮像部５００からの撮像画像を取得する撮像画像取得部４２０と
、座標演算処理を行う座標演算部４３０と、を含む。
【００４０】
座標演算部４３０は、奥行き特定情報取得部４３１と、補正部４３３と、座標変換部４
３５と、を含む。奥行き特定情報取得部４３１は、座標情報取得部４１０からの初期座標
情報に基づいて、画像処理を行う対象となる範囲を限定した上で、撮像画像から奥行き特
定情報を取得する。補正部４３３は、奥行き特定情報に基づいてＸ座標情報及びＹ座標情
報の少なくとも一方の補正処理を行う。座標変換部４３５は、座標変換を行うことで、歪
みが生じた撮像画像の変換処理を行う。
【００４１】
光学式位置検出装置１００は座標情報取得部４１０に接続される。撮像部５００は撮像
画像取得部４２０に接続される。座標情報取得部４１０と、撮像画像取得部４２０は、奥
行き特定情報取得部４３１に接続される。奥行き特定情報取得部４３１は、補正部に接続
される。補正部４３３は、座標変換部４３５に接続される。
【００４２】
２．２ 撮像装置の構成例
本実施形態における撮像装置（撮像部５００）の構成について説明する。図２に示した
ように、本実施形態においては例えば、対象面２０（スクリーン）に対して表示画像を投
影する投写型表示装置ＰＲ（プロジェクター）に撮像装置が搭載される。ただし、撮像装
置の位置はこれに限定されるものではなく、投写型表示装置ＰＲとは別の位置に設けられ
てもよい。また、本実施形態の画像表示手法は投写型表示装置ＰＲによるものに限定され
るものではない。
【００４３】
また、本実施形態における撮像装置は、奥行き特定情報を取得可能な構成を取る必要が
ある。そのため、図２に示したように２つの撮像部（５００−１及び５００−２）が所定
の距離だけ離れた位置に設けられ、視差情報（或いはステレオ画像）を取得することが可
能な形態となる。それぞれの撮像部で取得される撮像画像の例を、図３（Ａ）及び図３（
Ｂ）に示す。或いは２眼の撮像装置を用いずに、Ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ方式等に
より奥行き情報を持った画像を取得可能な撮像装置を用いてもよい。この場合の例を図４
に示す。
【００４４】
次に、撮像部５００に赤外線光学フィルターＦＩを設け、赤外光帯域画像を撮像する手
法について説明する。図５に撮像部５００の構成を示す。撮像部５００は、レンズ部ＬＥ
と、撮像素子ＩＭと、赤外線光学フィルターＦＩを含む。ここで、赤外線光学フィルター
ＦＩは可視光を透過せず、赤外光を透過する光学フィルターであり、少なくとも撮像素子
ＩＭの前方に設けられる。赤外線光学フィルターＦＩは、図５の例ではレンズ部ＬＥの前
方に設けられているが、レンズ部ＬＥと撮像素子ＩＭとの間に設けられてもよい。レンズ
部ＬＥは単板である必要はなく、組み合わせレンズであってもよい。また、レンズ部ＬＥ
（或いはレンズ群の一部）に赤外光を透過し可視光を透過しない光学フィルター機能を付
与してもよい。
【００４５】
近年、プロジェクターの視認性向上のため、プロジェクターの光源が著しく明るくなっ
てきている。そのため、プロジェクターが投影する表示画像によっては、表示画像が対象
物ＯＢに写り込んでしまい、画像処理による対象物ＯＢの位置検出が困難である。その点
、赤外線光学フィルターＦＩを用いて赤外光帯域画像を撮像することにより、図６のよう
な撮像画像を取得することができる。図６に示したように、赤外光を用いた撮像画像（赤
外光帯域画像）では対象物ＯＢの模様（写り込んだ表示画像等）を考慮することなく、対
象物ＯＢの形状情報を取得することができる。よって投写型表示装置ＰＲが投影する表示
画像によらず、画像処理により対象物ＯＢの認識を行うことが可能になる。
【００４６】
この場合、本実施形態のように画像処理による位置認識と、光学式位置検出装置１００
とを併用する手法は構成を簡単化することが可能であるというメリットを有する。なぜな
ら、光学式位置検出装置１００での位置検出の際に出射される照射光を、撮像部５００で
の撮像の際の照射光としても用いることができるためである。図７に示したように、対象
面２０に沿った方向に、光学式位置検出装置１００から照射光が出射される。この照射光
は後述するように赤外帯域の光である。光学式位置検出装置１００から照射される赤外光
は、光学式位置検出装置における概略座標（初期座標情報）を取得する際に用いられると
ともに、撮像部５００での撮像画像を鮮明にする効果を有する。撮像部５００での撮像は
、一般的な光源（電灯や日光等の白色光）に含まれる赤外成分でも行うことが可能である
が、光強度は赤外光源を用意した場合に比べて低い。そのため、光学式位置検出装置の照
射部から出射される赤外光を、撮像部５００での撮像にも流用することで、赤外成分の光
強度を高め撮像画像（赤外光帯域画像）を鮮明にすることができる。さらに、撮像部５０
０用に独自の照射部を設ける必要がないため、位置検出システム４００の構成を複雑にす
ることがない。
【００４７】
次に赤外線光学フィルターＦＩの光学特性について図８を用いて説明する。赤外線光学
フィルターＦＩは例えば、８４０ｎｍ〜９５０ｎｍ程度の近赤外の周波数帯域を用いるこ
とが考えられる。その場合、赤外線光学フィルターＦＩはハイパスフィルター或いはバン
ドパスフィルターを用いればよく、ハイパスフィルターであれば、図８（Ａ）のＦ１或い
はＦ２の特性のフィルター等を用いればよい。また、バンドパスフィルターであれば、図
８（Ｂ）のＧ１或いはＧ２の特性のフィルター等を用いればよい。
【００４８】
２．３ 初期座標情報の取得と処理対象範囲の設定
本実施形態の手法においては、まず、光学式位置検出装置１００を用いて、初期座標情
報を取得する。例えば本実施形態においては、上述したような光学式位置検出装置を用い
て、対象物ＯＢのＸ座標情報及びＹ座標情報を取得する。ここで、光学式位置検出装置１
００は、対象面２０（スクリーン）に対して取り付けられてもよいし、投写型表示装置Ｐ
Ｒに取り付けられてもよい。
【００４９】
そして、取得したＸ座標情報及びＹ座標情報を対象物ＯＢの初期座標情報とする。この
初期座標情報により特定される範囲を、撮像装置による位置検出を行う際の処理対象範囲
とする。このようにして、例えば図９に示すように、撮像装置により得られた撮像画像に
対する画像処理の対象範囲を、撮像画像全体（図９のＣ２）よりも狭い範囲（図９のＣ１
）に限定することが可能となる。そのため、光学式検出手法等に比べて処理負荷の重い画
像処理による検出手法を、現実的な処理時間、コストで実現することが可能になる。
【００５０】
初期座標情報から、画像処理の処理対象範囲を特定する手法は種々考えられる。通常は
、初期座標情報を含む範囲を設定すればよい。その際には、光学式位置検出装置１００に
よる座標情報の誤差等が問題にならない程度に広く、かつ、処理負荷が重くなりすぎない
程度に狭い領域を指定する。
【００５１】
また、図１０（Ａ）のように対象物ＯＢが対象面２０に触れていないような状況では、
光学式位置検出装置による初期座標情報はＡ１に対応する座標となる。それに対して、撮
像画像においては、あたかもＡ２の位置に対象物ＯＢがあるように見える。つまり、撮像
画像上では、初期座標情報に対してΔＹだけＹ座標情報がずれることになる。よって、画
像処理の処理対象範囲は、ΔＹのずれを考慮して中心又は大きさ等を決定する必要がある
点に留意する。
【００５２】
２．４ 最終座標情報の取得
次に、初期座標情報に基づいて画像処理の処理対象範囲が適切に設定された後に、撮像
画像に対する画像処理により、対象物ＯＢの最終座標情報を求める手法について説明する
。なお、撮像装置は対象面全面を撮影するものとする。つまり、ここでは処理対象範囲を
撮影するものではなく、全面を撮影した上で処理対象範囲のデータを取り込むことになる
が、手法はこれに限定されるものではない。
【００５３】
２．４．１ Ｚ座標情報に基づく補正
まずは、撮像画像上での対象物ＯＢの座標を求める。これは、公知の画像処理手法を用
いればよい。例えば、対象物ＯＢをテンプレートとしてテンプレートマッチング処理等を
行う。これにより、撮像画像上でのＸ座標情報及びＹ座標情報を取得することができる。
【００５４】
それとともに、Ｚ座標情報を取得する。ここではまず、撮像装置のキャリブレーション
を事前に行っておくものとする。ここでのキャリブレーションとは、図１０（Ａ）におけ
るΔＺ＝０（つまり図１０（Ｂ）のように対象面２０に接している）場合に、２つの撮像
部が取得する撮像画像において、対象物ＯＢの位置が同一になるように設定しておく。つ
まり、図３（Ｂ）におけるδはΔＺが０の時には０となり、ΔＺが大きくなるほど大きく
なるように設定されることになる。
【００５５】
ここで、適切な係数Ａ（Ａは撮像装置の設計やキャリブレーション等により決定される
）を設定すれば、ΔＺの値は下式（１）により表される。
【００５６】
ΔＺ＝Ａ・δ （１）
よって、δ＝０の場合には、ΔＺ＝０となり、対象物ＯＢが対象面２０に触れていると
判定することができる。この場合図１０（Ｂ）のような状態であるため、撮像画像によっ
て得られたＸ座標情報及びＹ座標情報は、そのまま真のＸ座標情報及びＹ座標情報として
用いることができる。
【００５７】
それに対して、δ≠０の場合には、ΔＺは上式（１）により求められる０でない値とな
る。その場合、図１０（Ａ）のような状態となっているため、Ｙ座標情報は真のＹ座標情
報に比べてΔＹだけずれていることになる。このとき、撮像装置（及び撮像装置を搭載し
たプロジェクター）の設置位置と方向から、対象面２０と撮像装置の光軸方向とのなす角
度θは既知である。よって図よりΔＹの値は下式（２）により求めることができる。
【００５８】
ΔＹ＝ΔＺ／ｔａｎθ （２）
よって、撮像画像から得られたＹ座標情報を上式（２）のΔＹだけ補正した値が、真の
Ｙ座標情報となる。なお、この場合Ｘ座標情報についての補正は必要ない。今回の座標設
定においては、対象物ＯＢが対象面２０から浮いていようが触れていようが、Ｘ軸方向で
の位置に変化はないからである。もちろん座標系の設定によってはＸ座標情報について補
正の必要が生じる場合があることは言うまでもない。
【００５９】
２．４．２ 座標変換
次に、撮像画像により得られたＸ座標情報、Ｙ座標情報について、座標変換を行う。上
述してきた撮像部に対して設定される座標系でのＸ座標情報及びＹ座標情報は、あくまで
、撮像画像上での座標情報であって、画像の歪みの分、実空間における座標情報とは一致
しない。そのため、座標変換（射影変換）を行うことにより、歪みを解消し、実空間にお
ける適切な座標情報を求める必要がある。なお、撮像部５００に対して設定される座標系
及び対象面２０に対して設定される座標系を図１１に示す。
【００６０】
一般的な座標変換である射影変換の式を下式（３）に示す。下式（３）において、ｘ’
、ｙ’が変換後の座標を表し、ｘ、ｙが変換前の座標を表すものとする。各ｈは任意の係
数である。
【００６１】
【数１】
【００６２】
射影変換を施した例を図１２に示す。射影変換を行うことで、任意の四角形を別の任意
の四角形に移すことが可能となる。つまり、図１２に示したように、歪んだ撮像画像を歪
みのない状態に戻すことができる。この際、係数ｈについては、キャリブレーション等に
より求めてもよい。つまり、対象面上の任意の点と、撮像画像上における対応する点との
位置関係を求めることにより、射影変換の係数を設定することができる。
【００６３】
このようにして求めた、座標変換後のＸ座標情報、Ｙ座標情報及び、上述したＺ座標情
報（ΔＺ）が本実施形態の手法により求められる最終座標情報となる。
【００６４】
以上の本実施形態では、図１に示したように、位置検出システム４００は、撮像画像を
撮像する撮像部５００と、撮像部５００からの撮像画像に基づいて、対象面２０に設定さ
れた検出エリアでの対象物ＯＢの座標情報を求める座標演算部４３０とを含む。そして、
検出エリアには赤外光の周波数帯域の照射光が出射され、撮像部５００は撮像画像として
赤外光の周波数帯域の画像である赤外光帯域画像を撮像する。座標演算部４３０は、赤外
光帯域画像に基づいて、対象物ＯＢの座標情報を求める。
【００６５】
これにより、撮像画像に基づいて対象物ＯＢの位置検出を行うシステムにおいて、赤外
光を用いることが可能になる。上述したように、表示画像が対象物ＯＢに写り込むことに
より、画像処理による対象物ＯＢの認識が困難になるという問題があった。それに対して
、赤外光を用いて赤外光帯域画像を撮像すれば、図６のように対象物ＯＢの形状情報を適
切に取得することができ、対象物ＯＢの位置認識の精度を向上させることが可能となる。
【００６６】
また、対象面２０に対して図１１のように座標系を設定する。対象面２０に沿った平面
においてＸ軸、Ｙ軸を設定し、図１１の例では、重力方向をＹ軸正方向、Ｙ軸に直交する
方向をＸ軸とする。さらに、Ｘ軸及びＹ軸に直交し、対象面２０の裏側から表側へ向かう
方向をＺ軸正方向とする。ここで、Ｚ１をＺ１≧０、Ｚ２をＺ２＞Ｚ１を満たす値とする
。このとき、照射光はＺ１≦Ｚ≦Ｚ２を満たすＺ座標範囲に対して出射されてもよい。
【００６７】
これにより、照射光が出射されるＺ座標範囲をＺ１≦Ｚ≦Ｚ２の範囲に限定することが
可能になる。よって、Ｚ１≦Ｚ≦Ｚ２をスクリーン（対象面２０）に近い範囲に設定して
おけば、スクリーンの近くにある対象物ＯＢが、撮像画像において鮮明になる。上述した
ように、本実施形態の位置検出システムでは、対象物ＯＢが対象面２０のどの位置を指し
示しているか、また、対象面２０に触れているか否かを検出することが重要であるから、
スクリーンに近い対象物ＯＢが鮮明に撮像されることは非常に有用である。つまり、例え
ばＺ１及びＺ２は対象物の検出を行いたい範囲（Ｚ座標範囲）の下限及び上限に対応する
ことになる。また、照射光が図１３に示したような光学式位置検出装置１００の照射部に
より出射される場合が想定されうる。この場合、図１８（Ａ）を用いて後述するように、
光学式位置検出装置１００の受光部ユニットＰＤにはスリットＳＬＴが設けられ、受光す
るＺ座標範囲が狭く限定されている。これは検出範囲（Ｚ座標範囲）をある程度狭くする
ことで、光学式位置検出装置１００による位置検出（Ｘ座標情報及びＹ座標情報）の精度
を高めるためである。その場合、照射光のＺ座標範囲も狭く限定しておくと、狭い範囲に
照射光が集中するため、より効果的となる。つまり、Ｚ１及びＺ２は、光学式位置検出装
置１００のＸ座標情報及びＹ座標情報の検出精度が確保できる程度に狭いＺ座標範囲の上
限及び下限に対応する値としてもよい。
【００６８】
また、照射光は、対象面２０に沿った方向に出射されてもよい。
【００６９】
これにより、上述したＺ座標範囲の限定とあわせて、図７（或いは図１３のＲＤＥＴ）
に示すような方向、範囲に照射光は出射されることになる。上述したように、対象物ＯＢ
がスクリーン上のどの位置を指し示しているかを検出することが重要であるから、スクリ
ーンに沿った方向ではスクリーンと同程度の領域で、対象物ＯＢを認識する必要がある。
よって、照射光は対象面２０に沿った方向に出射することで、スクリーンと同程度の大き
さの領域において、撮像部５００での撮像画像における対象物ＯＢの像を鮮明にすること
ができる。また、照射光が光学式位置検出装置の照射部により出射される場合が想定され
うるため、照射光をＸＹ平面に沿った方向に出射することで、光学式位置検出装置により
Ｘ座標情報及びＹ座標情報を取得することが可能になる。
【００７０】
また、撮像部５００は、図５に示したようにレンズ部ＬＥ及び光学フィルター（赤外線
光学フィルターＦＩ）を有する光学系と、撮像素子ＩＭを含んでもよい。そして、光学フ
ィルターは、可視光の周波数帯域を非通過とし、赤外光の周波数帯域を通過するフィルタ
ー特性を有する。
【００７１】
これにより、光学フィルターを用いることで、可視光を遮断し、赤外光の周波数帯域の
画像を取得することが可能になる。光学フィルターを撮像素子ＩＭの前方に設ければよい
ため、簡単な構成により赤外光帯域画像を撮像することができる。この際の光学フィルタ
ーの特性は例えば図８（Ａ）や図８（Ｂ）に示したものを用いればよい。
【００７２】
また、座標演算部４３０は、座標情報として、検出エリアに設定された座標系における
Ｘ座標情報及びＹ座標情報を求める。
【００７３】
ここで、Ｘ軸、Ｙ軸（及びＺ軸）は、対象面２０上の検出エリアに対して設定される座
標系の軸である。処理過程で用いる撮像部５００に対して設定される座標系（カメラ座標
系）とは異なるため注意が必要である。Ｘ軸、Ｙ軸は図１１に示したような方向とする。
つまり、Ｘ軸及びＹ軸により規定されるＸＹ平面は対象面２０を含む平面であり、かつ、
鉛直方向の正方向（重力方向）がＹ軸正方向に対応する。また、Ｙ軸に直交し、図１１に
おいて手前方向をＸ軸正方向とし、ＸＹ平面に垂直で、かつ、対象面２０の裏側から表側
の方向をＺ軸正方向とする。ただし、ＸＹＺ軸の方向はこれに限定されるものではない。
【００７４】
これにより、検出エリアに対して設定された座標系において、Ｘ座標情報及びＹ座標情
報を求めることが可能になる。よって、対象面２０に表示された画像のどの部分をポイン
ティングしているのか等の情報を取得することができる。
【００７５】
また、図４に示したように撮像部５００の光軸と対象面２０とが斜め方向に交差する場
合に、座標演算部４３０は、カメラ座標系における座標情報に対して所定の座標変換処理
を行うことで、検出エリアでのＸ座標情報及びＹ座標情報を求めてもよい。
【００７６】
これにより、座標変換処理を行うことで検出エリアでの最終座標情報を求めることが可
能になる。図４に示したように、撮像部５００の光軸方向と対象面２０とが斜め方向に交
差する場合には、撮像画像における対象面２０の形は図１４（Ａ）に示したように歪むこ
とになる。これはつまり、検出エリアでの座標系とカメラ座標系とで軸が一致しないこと
による。画像処理による位置検出手法では、まずカメラ座標系での座標情報が取得される
のであるから、これら２つの座標系の間での座標変換処理を行うことで、図１４（Ｂ）の
ように歪みを補正した上で、検出エリアに対して設定された座標系での最終座標情報を求
める必要がある。
【００７７】
また、座標演算部４３０は、撮像画像の情報から得られるカメラ座標系での奥行き特定
情報に基づいて、検出エリアでの座標系におけるＺ座標情報を求める。
【００７８】
これにより、検出エリアに対して設定された座標系において、Ｚ座標情報を求めること
が可能になる。よって、対象面２０に表示された画像のどの部分をポインティングしてい
るかにとどまらず、図１０（Ｂ）のように当該ポインティング対象に触れているのか（対
象面２０に触れているか）、図１０（Ａ）のように浮いた状態なのか等の判定を行うこと
ができる。
【００７９】
また、図２に示したように撮像部５００は複数のカメラを有し、座標演算部４３０は、
複数のカメラから取得された複数の撮像画像の視差情報に基づいて得られた奥行き特定情
報により、検出エリアでのＺ座標情報を求めてもよい。
【００８０】
ここで、視差とは、２観測地点での位置の違いにより対象点が見える方向が異なること
を意味する。つまり、異なる位置に設けられた２つのカメラにより得られる２つの撮像画
像においては、対象物ＯＢの位置がずれることになり、ここでは視差情報とは当該画像の
ずれを表すものとする。
【００８１】
これにより、複数のカメラを用いて取得した複数の撮像画像の視差情報に基づいて、検
出エリアに設定された座標系でのＺ座標情報を求めることが可能になる。具体的には図３
（Ａ）、図３（Ｂ）及び式（１）を用いて上述したように、対象物ＯＢの位置のずれδか
ら検出エリアでの座標系におけるＺ座標（ΔＺ）を求めることができる。なお、δから直
接求められるのは、カメラ座標系におけるＺ座標であるが、カメラ座標系から検出エリア
での座標系へのＺ座標の値の変換は容易であり、そのための値も上式（１）の係数Ａに含
まれているものとする。
【００８２】
また、撮像部５００はデプスカメラを有し、座標演算部４３０は、デプスカメラにより
得られた奥行き特定情報に基づいて検出エリアでの座標系におけるＺ座標を求めてもよい
。
【００８３】
ここで、デプスカメラとは、例えばＴｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ方式等を用いたカメ
ラが考えられる。これは、赤外光のパスル波或いはサインカーブ波を被写体に照射し、反
射光の位相差を検出することで奥行き特定情報を取得するものである。
【００８４】
これにより、上述した複数のカメラを用いた場合と同様に、奥行き特定情報を取得でき
、検出エリアでの座標系におけるＺ座標情報を求めることが可能になる。
【００８５】
また、座標演算部４３０は、カメラ座標系での奥行き特定情報に基づいて、検出エリア
での座標系におけるＸ座標情報及びＹ座標情報の少なくとも一方の補正処理を行ってもよ
い。
【００８６】
これにより、カメラ座標系での奥行き特定情報に基づいて、検出エリアでの座標系にお
けるＸ座標情報及びＹ座標情報の少なくとも一方の補正処理を行うことが可能になる。図
１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示したように対象物ＯＢが対象面２０に接しているか浮いて
いるかにより、処理が異なる。図１０（Ａ）のように対象物ＯＢが対象面２０から浮いて
いる場合には、撮像画像から得られるＸＹ座標（Ａ１）に比べて、実際のＸＹ座標（Ａ２
）はΔＹだけずれることになる。そのため、Ｚ＞０の場合には、このΔＹだけＹ座標を補
正する必要が生じる。それに対し、Ｚ＝０の場合には、ずれが生じないため補正も必要な
い。なお、上述したカメラ座標系から検出エリア座標系への座標変換処理は補正処理後に
行われるものとするが、これに限定されるものではない。
【００８７】
また、位置検出システム４００は、光学式位置検出装置１００を含んでもよい。光学式
位置検出装置１００は、照射光を出射する出射部と、照射光が対象物ＯＢに反射すること
による反射光を受光する受光部と、受光部での受光結果に基づいて対象物ＯＢの初期座標
情報を検出する検出部と、を含む。そして、上述してきた本実施形態における照射光は、
光学式位置検出装置の出射部により出射される。さらに、座標演算部４３０は、撮像画像
取得部４２０で取得した撮像画像のうち、初期座標情報により特定され、かつ、撮像画像
よりも狭い範囲の画像に対して処理を行い、対象物ＯＢの最終座標情報を求める。
【００８８】
ここで初期座標情報とは、上述したように、対象物ＯＢの概略的な座標情報のことであ
る。本実施形態においては、光学式位置検出装置１００により概略的な座標情報である初
期座標情報を求めることで、画像処理による位置検出処理の対象範囲を撮像画像全体（図
９のＣ２）に比べて狭い範囲（図９のＣ１）に限定する。また、最終座標情報とは、撮像
画像に対する画像処理により求められる最終的な座標情報のことである。
【００８９】
これにより、光学式位置検出装置が自らの位置検出処理のために出射する照射光を、撮
像部５００での撮像にも用いることが可能になる。これにより、撮像部５００での撮像画
像を、照射光がない場合に比べて鮮明にすることが可能になるとともに、撮像部５００の
ための出射部を独自に設ける必要がないため、位置検出システム４００の構成を複雑にす
ることがないという効果がある。
【００９０】
また、本実施形態は、上述してきた位置検出システムと、画像を表示する表示装置とを
含む表示システムに関係する。
【００９１】
これは具体的には例えば、上述してきたような投写型表示装置ＰＲ（プロジェクター）
に撮像部を搭載し、画像処理による位置検出を行うとともに、光学式位置検出装置による
位置検出手法を併用するシステムに相当する。さらに具体的には、後述する図１５の１０
及び１００の構成等が考えられる。
【００９２】
これにより、投写型表示装置ＰＲ（プロジェクター）により画像を対象面２０に投射し
た上で、投射した画像とユーザーの用いる対象物ＯＢ（オブジェクト）の連携によるユー
ザインターフェースを実現すること等が可能になる。なお、画像の表示は投写型表示装置
ＰＲによるものに限定されるわけではない。
【００９３】
また、本実施形態は、上述してきた位置検出システムと、位置検出システムからの検出
情報に基づいて処理を行う情報処理装置と、情報処理装置からの画像データに基づいて画
像の表示を行う表示装置とを含む情報処理システムに関係する。
【００９４】
図１５に、本実施形態の情報処理システムの構成例を示す。図１５の構成例は、光学式
位置検出装置１００、情報処理装置３０及び表示装置１０を含む。情報処理装置３０は、
例えばパーソナルコンピューター（ＰＣ）などであって、光学式位置検出装置１００から
の検出情報に基づいて処理を行う。光学式位置検出装置１００と情報処理装置３０とは、
ＵＳＢケーブルＵＳＢＣを介して電気的に接続される。表示装置１０は、例えば投射型表
示装置（プロジェクター）などであって、情報処理装置３０からの画像データに基づいて
、表示部（スクリーン）２０に画像を表示する。ユーザーは、表示部２０に表示された画
像を参照しながら、表示画像のアイコン等をポインティングすることで、情報処理装置３
０に対して必要な情報を入力することができる。
【００９５】
なお、図１５では、光学式位置検出装置１００が表示部２０に取り付けられているが、
他の場所に取り付けることもできる。例えば、光学式位置検出装置１００を表示装置１０
に取り付けてもよいし、天井や壁などに取り付けてもよい。また、表示装置１０としては
、投射型表示装置（プロジェクター）に限定されるものではなく、例えばデジタルサイネ
ージ用表示装置であってもよい。
【００９６】
これにより、投写型表示装置ＰＲ（プロジェクター）により画像を対象面２０に投射し
た上で、投射した画像とユーザーの用いる対象物ＯＢ（オブジェクト）の連携によるユー
ザインターフェースを実現することが可能になる。その際、位置検出システムによる検出
情報の処理及び表示装置に表示する表示画像（画像データ）の処理や制御等を情報処理装
置により行うことができる。
【００９７】
３．光学式位置検出装置の構成例
図１６に、本実施形態の光学式位置検出装置１００を用いた光学式検出システムの基本
的な構成例を示す。図１６の光学式位置検出装置１００は、検出部２００、処理部３００
、照射部ＥＵ及び受光部ＲＵを含む。なお、本実施形態の光学式検出システムは図１６の
構成に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他
の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００９８】
なお、光学式検出システムは、上述したように検出部２００や処理部３００を含む光学
式位置検出装置１００として実現される形態には限定されない。情報処理装置（例えばＰ
Ｃ等）により、検出部２００や処理部３００の機能が実現され、照射部ＥＵ及び受光部Ｒ
Ｕと、上記情報処理装置とが連動して動作することにより、光学式検出システムが実現さ
れてもよい。
【００９９】
検出部２００は、照射光ＬＴが対象物ＯＢにより反射することによる反射光ＬＲの受光
結果に基づいて、対象物ＯＢの対象物情報（例えば、座標情報や反射率情報）を検出する
。具体的には例えば、検出部２００は、対象物ＯＢが検出されるエリアである検出エリア
ＲＤＥＴがＸ−Ｙ平面に沿ったエリアである場合に、少なくとも検出エリアＲＤＥＴに存
在する対象物ＯＢのＸ座標情報及びＹ座標情報を検出する。なお、検出部２００による座
標情報の検出手法については、後述する。また、具体的には対象物ＯＢの反射率に関する
情報である反射率情報を検出する。
【０１００】
検出エリアＲＤＥＴとは、対象物ＯＢが検出されるエリア（領域）であって、具体的に
は、例えば照射光ＬＴが対象物ＯＢに反射されることによる反射光ＬＲを、受光部ＲＵが
受光して、対象物ＯＢを検出することができるエリアである。より具体的には、受光部Ｒ
Ｕが反射光ＬＲを受光して対象物ＯＢを検出することが可能であって、かつ、その検出精
度について、許容できる範囲の精度が確保できるエリアである。
【０１０１】
処理部３００は、検出部２００が検出した対象物情報に基づいて種々の処理を行う。
【０１０２】
照射部ＥＵは、検出エリアＲＤＥＴに対して照射光ＬＴを出射する。後述するように、
照射部ＥＵは、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子から成る光源部を含み、光源部が
発光することで、例えば赤外光（可視光領域に近い近赤外線）を出射する。
【０１０３】
受光部ＲＵは、照射光ＬＴが対象物ＯＢにより反射することによる反射光ＬＲを受光す
る。受光部ＲＵは、複数の受光ユニットＰＤを含んでもよい。受光ユニットＰＤは、例え
ばフォトダイオードやフォトトランジスターなどを用いることができる。
【０１０４】
図１７に、本実施形態の受光部ＲＵの具体的な構成例を示す。図１７の構成例では、受
光部ＲＵは受光ユニットＰＤを含む。受光ユニットＰＤは、入射光が入射する角度（Ｙ−
Ｚ平面上の角度）を制限するためのスリット等（入射光制限部）が設けられ、検出エリア
ＲＤＥＴに存在する対象物ＯＢからの反射光ＬＲを受光する。検出部２００は、受光ユニ
ットＰＤの受光結果に基づいて、Ｘ座標情報及びＹ座標情報を検出する。なお、照射部Ｅ
Ｕは、検出エリアＲＤＥＴに対して照射光ＬＴを出射する。また検出エリアＲＤＥＴは、
Ｘ−Ｙ平面に沿ったエリアである。なお、図１７の構成例は１つの受光ユニットで構成さ
れるが、２つ以上の受光ユニットを含む構成としてもよい。
【０１０５】
図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）に、スリットＳＬＴ（入射光制限部）を有する受光ユニッ
トＰＤの構成例を示す。図１８（Ａ）に示すように、受光素子ＰＨＤの前面にスリットＳ
ＬＴを設けて、入射する入射光を制限する。スリットＳＬＴはＸ−Ｙ平面に沿って設けら
れ、入射光が入射するＺ方向の角度を制限することができる。すなわち受光ユニットＰＤ
は、スリットＳＬＴのスリット幅で規定される所定の角度で入射する入射光を受光するこ
とができる。
【０１０６】
図１８（Ｂ）は、スリットＳＬＴを有する受光ユニットの上から見た平面図である。例
えばアルミニウム等の筐体（ケース）内に配線基板ＰＷＢが設けられ、この配線基板ＰＷ
Ｂ上に受光素子ＰＨＤが実装される。
【０１０７】
図１９に、本実施形態の照射部ＥＵの詳細な構成例を示す。図１９の構成例の照射部Ｅ
Ｕは、光源部ＬＳ１、ＬＳ２と、ライトガイドＬＧと、照射方向設定部ＬＥを含む。また
反射シートＲＳを含む。そして照射方向設定部ＬＥは光学シートＰＳ及びルーバーフィル
ムＬＦを含む。なお、本実施形態の照射部ＥＵは、図１９の構成に限定されず、その構成
要素の一部を省略したり、他の構成要素に置き換えたり、他の構成要素を追加するなどの
種々の変形実施が可能である。
【０１０８】
光源部ＬＳ１、ＬＳ２は、光源光を出射するものであり、ＬＥＤ（発光ダイオード）等
の発光素子を有する。この光源部ＬＳ１、ＬＳ２は例えば赤外光（可視光領域に近い近赤
外線）の光源光を放出する。即ち、光源部ＬＳ１、ＬＳ２が発光する光源光は、ユーザー
の指やタッチペン等の対象物により効率的に反射される波長帯域の光や、外乱光となる環
境光にあまり含まれない波長帯域の光であることが望ましい。具体的には、人体の表面で
の反射率が高い波長帯域の光である８５０ｎｍ付近の波長の赤外光や、環境光にあまり含
まれない波長帯域の光である９５０ｎｍ付近の赤外光などである。
【０１０９】
光源部ＬＳ１は、図１９のＦ１に示すようライトガイドＬＧの一端側に設けられる。ま
た第２の光源部ＬＳ２は、Ｆ２に示すようにライトガイドＬＧの他端側に設けられる。そ
して光源部ＬＳ１が、ライトガイドＬＧの一端側（Ｆ１）の光入射面に対して光源光を出
射することで、照射光ＬＴ１を出射し、第１の照射光強度分布ＬＩＤ１を対象物の検出エ
リアに形成（設定）する。一方、光源部ＬＳ２が、ライトガイドＬＧの他端側（Ｆ２）の
光入射面に対して第２の光源光を出射することで、第２の照射光ＬＴ２を出射し、第１の
照射光強度分布ＬＩＤ１とは強度分布が異なる第２の照射光強度分布ＬＩＤ２を検出エリ
アに形成する。このように照射部ＥＵは、検出エリアＲＤＥＴでの位置に応じて強度分布
が異なる照射光を出射することができる。
【０１１０】
ライトガイドＬＧ（導光部材）は、光源部ＬＳ１、ＬＳ２が発光した光源光を導光する
ものである。例えばライトガイドＬＧは、光源部ＬＳ１、ＬＳ２からの光源光を曲線状の
導光経路に沿って導光し、その形状は曲線形状になっている。具体的には図１９ではライ
トガイドＬＧは円弧形状になっている。なお図１９ではライトガイドＬＧはその中心角が
１８０度の円弧形状になっているが、中心角が１８０度よりも小さい円弧形状であっても
よい。ライトガイドＬＧは、例えばアクリル樹脂やポリカーボネートなどの透明な樹脂部
材等により形成される。
【０１１１】
ライトガイドＬＧの外周側及び内周側の少なくとも一方には、ライトガイドＬＧからの
光源光の出光効率を調整するための加工が施されている。加工手法としては、例えば反射
ドットを印刷するシルク印刷方式や、スタンパーやインジェクションで凹凸を付ける成型
方式や、溝加工方式などの種々の手法を採用できる。
【０１１２】
プリズムシートＰＳとルーバーフィルムＬＦにより実現される照射方向設定部ＬＥは、
ライトガイドＬＧの外周側に設けられ、ライトガイドＬＧの外周側（外周面）から出射さ
れる光源光を受ける。そして曲線形状（円弧形状）のライトガイドＬＧの内周側から外周
側へと向かう方向に照射方向が設定された照射光ＬＴ１、ＬＴ２を出射する。即ち、ライ
トガイドＬＧの外周側から出射される光源光の方向を、ライトガイドＬＧの例えば法線方
向（半径方向）に沿った照射方向に設定（規制）する。これにより、ライトガイドＬＧの
内周側から外周側に向かう方向に、照射光ＬＴ１、ＬＴ２が放射状に出射されるようにな
る。
【０１１３】
このような照射光ＬＴ１、ＬＴ２の照射方向の設定は、照射方向設定部ＬＥのプリズム
シートＰＳやルーバーフィルムＬＦなどにより実現される。例えばプリズムシートＰＳは
、ライトガイドＬＧの外周側から低視角で出射される光源光の方向を、法線方向側に立ち
上げて、出光特性のピークが法線方向になるように設定する。またルーバーフィルムＬＦ
は、法線方向以外の方向の光（低視角光）を遮光（カット）する。
【０１１４】
このように本実施形態の照射部ＥＵによれば、ライトガイドＬＧの両端に光源部ＬＳ１
、ＬＳ２を設け、これらの光源部ＬＳ１、ＬＳ２を交互に点灯させることで、２つの照射
光強度分布を形成することができる。すなわちライトガイドＬＧの一端側の強度が高くな
る照射光強度分布ＬＩＤ１と、ライトガイドＬＧの他端側の強度が高くなる照射光強度分
布ＬＩＤ２を交互に形成することができる。
【０１１５】
このような照射光強度分布ＬＩＤ１、ＬＩＤ２を形成し、これらの強度分布の照射光に
よる対象物の反射光を受光することで、環境光などの外乱光の影響を最小限に抑えた、よ
り精度の高い対象物の検出が可能になる。即ち、外乱光に含まれる赤外成分を相殺するこ
とが可能になり、この赤外成分が対象物の検出に及ぼす悪影響を最小限に抑えることが可
能になる。
【０１１６】
４．光学式位置検出装置による座標検出手法
図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）は、本実施形態の光学式位置検出装置１００による座標情
報検出の手法を説明する図である。
【０１１７】
図２０（Ａ）のＥ１は、図１９の照射光強度分布ＬＩＤ１において、照射光ＬＴ１の照
射方向の角度と、その角度での照射光ＬＴ１の強度との関係を示す図である。図２０（Ａ
）のＥ１では、照射方向が図２０（Ｂ）のＤＤ１の方向（左方向）である場合に強度が最
も高くなる。一方、ＤＤ３の方向（右方向）である場合に強度が最も低くなり、ＤＤ２の
方向ではその中間の強度になる。具体的には方向ＤＤ１から方向ＤＤ３への角度変化に対
して照射光の強度は単調減少しており、例えばリニア（直線的）に変化している。なお図
２０（Ｂ）では、ライトガイドＬＧの円弧形状の中心位置が、照射部ＥＵの配置位置ＰＥ
になっている。
【０１１８】
また図２０（Ａ）のＥ２は、図１９の照射光強度分布ＬＩＤ２において、照射光ＬＴ２
の照射方向の角度と、その角度での照射光ＬＴ２の強度との関係を示す図である。図２０
（Ａ）のＥ２では、照射方向が図２０（Ｂ）のＤＤ３の方向である場合に強度が最も高く
なる。一方、ＤＤ１の方向である場合に強度が最も低くなり、ＤＤ２の方向ではその中間
の強度になる。具体的には方向ＤＤ３から方向ＤＤ１への角度変化に対して照射光の強度
は単調減少しており、例えばリニアに変化している。なお図２０（Ａ）では照射方向の角
度と強度の関係はリニアな関係になっているが、本実施形態はこれに限定されず、例えば
双曲線の関係等であってもよい。
【０１１９】
そして図２０（Ｂ）に示すように、角度θの方向ＤＤＢに対象物ＯＢが存在したとする
。すると、光源部ＬＳ１が発光することで照射光強度分布ＬＩＤ１を形成した場合（Ｅ１
の場合）には、図２０（Ａ）に示すように、ＤＤＢ（角度θ）の方向に存在する対象物Ｏ
Ｂの位置での強度はＩＮＴａになる。一方、光源部ＬＳ２が発光することで照射光強度分
布ＬＩＤ２を形成した場合（Ｅ２の場合）には、ＤＤＢの方向に存在する対象物ＯＢの位
置での強度はＩＮＴｂになる。
【０１２０】
従って、これらの強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めることで、対象物ＯＢの位置す
る方向ＤＤＢ（角度θ）を特定できる。そして例えば後述する図２１（Ａ）、図２１（Ｂ
）の手法により光学式位置検出装置の配置位置ＰＥからの対象物ＯＢの距離を求めれば、
求められた距離と方向ＤＤＢとに基づいて対象物ＯＢの位置を特定できる。或いは、後述
する図２２に示すように、照射部ＥＵとして２個の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２を設け、
ＥＵ１、ＥＵ２の各照射ユニットに対する対象物ＯＢの方向ＤＤＢ１（θ１）、ＤＤＢ２
（θ２）を求めれば、これらの方向ＤＤＢ１、ＤＤＢ２と照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２間
の距離ＤＳとにより、対象物ＯＢの位置を特定できる。
【０１２１】
このような強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係を求めるために、本実施形態では、受光部Ｒ
Ｕが、照射光強度分布ＬＩＤ１を形成した際の対象物ＯＢの反射光（第１の反射光）を受
光する。この時の反射光の検出受光量をＧａとした場合に、このＧａが強度ＩＮＴａに対
応するようになる。また受光部ＲＵが、照射光強度分布ＬＩＤ２を形成した際の対象物Ｏ
Ｂの反射光（第２の反射光）を受光する。この時の反射光の検出受光量をＧｂとした場合
に、このＧｂが強度ＩＮＴｂに対応するようになる。従って、検出受光量ＧａとＧｂの関
係が求まれば、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂの関係が求まり、対象物ＯＢの位置する方向ＤＤ
Ｂを求めることができる。
【０１２２】
例えば光源部ＬＳ１の制御量（例えば電流量）、変換係数、放出光量を、各々、Ｉａ、
ｋ、Ｅａとする。また光源部ＬＳ２の制御量（電流量）、変換係数、放出光量を、各々、
Ｉｂ、ｋ、Ｅｂとする。すると下式（４）、（５）が成立する。
【０１２３】
Ｅａ＝ｋ・Ｉａ （４）
Ｅｂ＝ｋ・Ｉｂ （５）
また光源部ＬＳ１からの光源光（第１の光源光）の減衰係数をｆａとし、この光源光に
対応する反射光（第１の反射光）の検出受光量をＧａとする。また光源部ＬＳ２からの光
源光（第２の光源光）の減衰係数をｆｂとし、この光源光に対応する反射光（第２の反射
光）の検出受光量をＧｂとする。すると下式（６）、（７）が成立する。
【０１２４】
Ｇａ＝ｆａ・Ｅａ＝ｆａ・ｋ・Ｉａ （６）
Ｇｂ＝ｆｂ・Ｅｂ＝ｆｂ・ｋ・Ｉｂ （７）
従って、検出受光量Ｇａ、Ｇｂの比は下式（８）のように表せる。
【０１２５】
Ｇａ／Ｇｂ＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ） （８）
ここでＧａ／Ｇｂは、受光部ＲＵでの受光結果から特定することができ、Ｉａ／Ｉｂは
、照射部ＥＵの制御量から特定することができる。そして図２０（Ａ）の強度ＩＮＴａ、
ＩＮＴｂと減衰係数ｆａ、ｆｂとは一意の関係にある。例えば減衰係数ｆａ、ｆｂが小さ
な値となり、減衰量が大きい場合は、強度ＩＮＴａ、ＩＮＴｂが小さいことを意味する。
一方、減衰係数ｆａ、ｆｂが大きな値となり、減衰量が小さい場合は、強度ＩＮＴａ、Ｉ
ＮＴｂが大きいことを意味する。従って、上式（８）から減衰率の比ｆａ／ｆｂを求める
ことで、対象物の方向、位置等を求めることが可能になる。
【０１２６】
より具体的には、一方の制御量ＩａをＩｍに固定し、検出受光量の比Ｇａ／Ｇｂが１に
なるように、他方の制御量Ｉｂを制御する。例えば光源部ＬＳ１、ＬＳ２を逆相で交互に
点灯させる制御を行い、検出受光量の波形を解析し、検出波形が観測されなくなるように
（Ｇａ／Ｇｂ＝１になるように）、他方の制御量Ｉｂを制御する。そして、この時の他方
の制御量Ｉｂ＝Ｉｍ・（ｆａ／ｆｂ）から、減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求めて、対象物の
方向、位置等を求める。
【０１２７】
また下式（９）、（１０）のように、Ｇａ／Ｇｂ＝１になると共に制御量ＩａとＩｂの
和が一定になるように制御してもよい。
【０１２８】
Ｇａ／Ｇｂ＝１ （９）
Ｉｍ＝Ｉａ＋Ｉｂ （１０）
上式（９）、（１０）を上式（８）に代入すると下式（１１）が成立する。
【０１２９】
Ｇａ／Ｇｂ＝１＝（ｆａ／ｆｂ）・（Ｉａ／Ｉｂ）
＝（ｆａ／ｆｂ）・{（Ｉｍ−Ｉｂ）／Ｉｂ} （１１）
上式（１１）より、Ｉｂは下式（１２）のように表される。
【０１３０】
Ｉｂ＝{ｆａ／（ｆａ＋ｆｂ）}・Ｉｍ （１２）
ここでα＝ｆａ／（ｆａ＋ｆｂ）とおくと、上式（１２）は下式（１３）のように表さ
れ、減衰係数の比ｆａ／ｆｂは、αを用いて下式（１４）のように表される。
【０１３１】
Ｉｂ＝α・Ｉｍ （１３）
ｆａ／ｆｂ＝α／（１−α） （１４）
従って、Ｇａ／Ｇｂ＝１になると共にＩａとＩｂの和が一定値Ｉｍになるように制御す
れば、そのときのＩｂ、Ｉｍから上式（１３）によりαを求め、求められたαを上式（１
４）に代入することで、減衰係数の比ｆａ／ｆｂを求めることができる。これにより、対
象物の方向、位置等を求めることが可能になる。そしてＧａ／Ｇｂ＝１になると共にＩａ
とＩｂの和が一定になるように制御することで、外乱光の影響等を相殺することが可能に
なり、検出精度の向上を図れる。
【０１３２】
次に本実施形態の光学式検出システムを用いて対象物の座標情報を検出する手法の一例
について説明する。図２１（Ａ）は、光源部ＬＳ１、ＬＳ２の発光制御についての信号波
形例である。信号ＳＬＳ１は、光源部ＬＳ１の発光制御信号であり、信号ＳＬＳ２は、光
源部ＬＳ２の発光制御信号であり、これらの信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２は逆相の信号になっ
ている。また信号ＳＲＣは受光信号である。
【０１３３】
例えば光源部ＬＳ１は、信号ＳＬＳ１がＨレベルの場合に点灯（発光）し、Ｌレベルの
場合に消灯する。また光源部ＬＳ２は、信号ＳＬＳ２がＨレベルの場合に点灯（発光）し
、Ｌレベルの場合に消灯する。従って図２１（Ａ）の第１の期間Ｔ１では、光源部ＬＳ１
と光源部ＬＳ２が交互に点灯するようになる。即ち光源部ＬＳ１が点灯している期間では
、光源部ＬＳ２は消灯する。これにより図１９に示すような照射光強度分布ＬＩＤ１が形
成される。一方、光源部ＬＳ２が点灯している期間では、光源部ＬＳ１は消灯する。これ
により図１９に示すような照射光強度分布ＬＩＤ２が形成される。
【０１３４】
このように検出部２００は、第１の期間Ｔ１において、光源部ＬＳ１と光源部ＬＳ２を
交互に発光（点灯）させる制御を行う。そしてこの第１の期間Ｔ１において、光学式位置
検出装置（照射部）から見た対象物の位置する方向が検出される。具体的には、例えば上
述した式（９）、（１０）のようにＧａ／Ｇｂ＝１になると共に制御量ＩａとＩｂの和が
一定になるような発光制御を、第１の期間Ｔ１において行う。そして図２０（Ｂ）に示す
ように対象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求める。例えば上式（１３）、（１４）から減
衰係数の比ｆａ／ｆｂを求め、図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）で説明した手法により対象物
ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求める。
【０１３５】
そして第１の期間Ｔ１に続く第２の期間Ｔ２では、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて
対象物ＯＢまでの距離（方向ＤＤＢに沿った方向での距離）を検出する。そして、検出さ
れた距離と、対象物ＯＢの方向ＤＤＢとに基づいて、対象物の位置を検出する。即ち図２
０（Ｂ）において、光学式位置検出装置の配置位置ＰＥから対象物ＯＢまでの距離と、対
象物ＯＢの位置する方向ＤＤＢを求めれば、対象物ＯＢのＸ、Ｙ座標位置を特定できる。
このように、光源の点灯タイミングと受光タイミングの時間のずれから距離を求め、これ
と角度結果を併せることで、対象物ＯＢの位置を特定できる。
【０１３６】
具体的には図２１（Ａ）では、発光制御信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２による光源部ＬＳ１、
ＬＳ２の発光タイミングから、受光信号ＳＲＣがアクティブになるタイミング（反射光を
受光したタイミング）までの時間Δｔを検出する。即ち、光源部ＬＳ１、ＬＳ２からの光
が対象物ＯＢに反射されて受光部ＲＵで受光されるまでの時間Δｔを検出する。この時間
Δｔを検出することで、光の速度は既知であるため、対象物ＯＢまでの距離を検出できる
。即ち、光の到達時間のずれ幅（時間）を測定し、光の速度から距離を求める。
【０１３７】
なお、光の速度はかなり速いため、電気信号だけでは単純な差分を求めて時間Δｔを検
出することが難しいという問題もある。このような問題を解決するためには、図２１（Ｂ
）に示すように発光制御信号の変調を行うことが望ましい。ここで図２１（Ｂ）は、制御
信号ＳＬＳ１、ＳＬＳ２の振幅により光の強度（電流量）を模式的に表している模式的な
信号波形例である。
【０１３８】
具体的には図２１（Ｂ）では、例えば公知の連続波変調のＴＯＦ（Time Of Flight）方
式で距離を検出する。この連続波変調ＴＯＦ方式では、一定周期の連続波で強度変調した
連続光を用いる。そして、強度変調された光を照射すると共に、反射光を、変調周期より
も短い時間間隔で複数回受光することで、反射光の波形を復調し、照射光と反射光との位
相差を求めることで、距離を検出する。なお図２１（Ｂ）において制御信号ＳＬＳ１、Ｓ
ＬＳ２のいずれか一方に対応する光のみを強度変調してもよい。また図２１（Ｂ）のよう
なクロック波形ではなく、連続的な三角波やＳｉｎ波で変調した波形であってもよい。ま
た、連続変調した光としてパルス光を用いるパルス変調のＴＯＦ方式で、距離を検出して
もよい。距離検出手法の詳細については例えば特開２００９−８５３７号などに開示され
ている。
【０１３９】
図２２に、本実施形態の照射部ＥＵの変形例を示す。図２２では、照射部ＥＵとして第
１、第２の照射ユニットＥＵ１、ＥＵ２が設けられる。これらの第１、第２の照射ユニッ
トＥＵ１、ＥＵ２は、対象物ＯＢの検出エリアＲＤＥＴの面に沿った方向において所与の
距離ＤＳだけ離れて配置される。即ち図１６のＸ軸方向に沿って距離ＤＳだけ離れて配置
される。
【０１４０】
第１の照射ユニットＥＵ１は、照射方向に応じて強度が異なる第１の照射光を放射状に
出射する。第２の照射ユニットＥＵ２は、照射方向に応じて強度が異なる第２の照射光を
放射状に出射する。受光部ＲＵは、第１の照射ユニットＥＵ１からの第１の照射光が対象
物ＯＢに反射されることによる第１の反射光と、第２の照射ユニットＥＵ２からの第２の
照射光が対象物ＯＢに反射されることによる第２の反射光を受光する。そして検出部２０
０は、受光部ＲＵでの受光結果に基づいて、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを検出する。
【０１４１】
具体的には検出部２００は、第１の反射光の受光結果に基づいて、第１の照射ユニット
ＥＵ１に対する対象物ＯＢの方向を第１の方向ＤＤＢ１（角度θ１）として検出する。ま
た第２の反射光の受光結果に基づいて、第２の照射ユニットＥＵ２に対する対象物ＯＢの
方向を第２の方向ＤＤＢ２（角度θ２）として検出する。そして検出された第１の方向Ｄ
ＤＢ１（θ１）及び第２の方向ＤＤＢ２（θ２）と、第１、第２の照射ユニットＥＵ１、
ＥＵ２の間の距離ＤＳとに基づいて、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを求める。
【０１４２】
図２２の変形例によれば、図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）のように光学式位置検出装置と
対象物ＯＢとの距離を求めなくても、対象物ＯＢの位置ＰＯＢを検出できるようになる。
【０１４３】
なお、以上のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効
果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるで
あろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば
、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記
載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換え
ることができる。また撮像装置、光学式位置検出装置等の構成、動作も本実施形態で説明
したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１４４】
１０ 表示装置、２０ 対象面、３０ 情報処理装置、１００ 光学式位置検出装置、
２００ 検出部、３００ 処理部、４００ 位置検出システム、
４１０ 座標情報取得部、４２０ 撮像画像取得部、４３０ 座標演算部、
４３１ 特定情報取得部、４３３ 補正部、４３５ 座標変換部、５００ 撮像部、
ＥＵ 照射部、ＦＩ 赤外線光学フィルター、ＩＭ 撮像素子、ＬＥ レンズ部、
ＬＦ ルーバーフィルム、ＬＧ ライトガイド、ＯＢ 対象物、ＰＤ 受光ユニット、
ＰＨＤ 受光素子、ＰＲ 投写型表示装置、ＰＳ プリズムシート、ＰＳ 光学シート、
ＲＤＥＴ 検出エリア、ＲＳ 反射シート、ＲＵ 受光部、ＳＬＴ スリット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像画像を撮像する撮像部と、
前記撮像部からの前記撮像画像に基づいて、対象面に設定された検出エリアでの対象物
の座標情報を求める座標演算部と、
を含み、
前記検出エリアには、
赤外光の周波数帯域の照射光が出射され、
前記撮像部は、
前記撮像画像として赤外光の周波数帯域の画像である赤外光帯域画像を撮像し、
前記座標演算部は、
前記赤外光帯域画像に基づいて、前記対象物の前記座標情報を求めることを特徴とする
位置検出システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記対象面に沿って設定される座標軸をＸ軸及びＹ軸とし、前記Ｘ軸及びＹ軸に直交し
前記対象面の裏側から表側へ向かう方向をＺ軸正方向とし、 Ｚ１をＺ１≧０、Ｚ２をＺ
２＞Ｚ１を満たす値とした場合に、
前記照射光は、
Ｚ１≦Ｚ≦Ｚ２を満たすＺ座標範囲に出射されることを特徴とする位置検出システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記照射光は、
前記対象面に沿った方向に出射されることを特徴とする位置検出システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記撮像部は、
レンズ部及び光学フィルターを有する光学系と、撮像素子を有し、
前記光学フィルターは、
可視光の周波数帯域を非通過とし、赤外光の周波数帯域を通過するフィルター特性を有
することを特徴とする位置検出システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記座標演算部は、
前記座標情報として、前記検出エリアでのＸ座標情報及びＹ座標情報を求めることを特
徴とする位置検出システム。
【請求項６】
請求項５において、
前記撮像部の光軸と前記対象面とが斜め方向に交差する場合に、
前記座標演算部は、
前記撮像部に対して設定されるカメラ座標系における座標情報に対して所定の座標変換
処理を行うことで、前記検出エリアでのＸ座標情報及びＹ座標情報を求めることを特徴と
する位置検出システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記座標演算部は、
前記撮像画像の情報から得られるカメラ座標系での奥行き特定情報に基づいて、前記対
象物の前記検出エリアでのＺ座標情報を求めることを特徴とする位置検出システム。
【請求項８】
請求項７において、
前記撮像部は、
複数のカメラを有し、
前記座標演算部は、
前記複数のカメラから取得された複数の撮像画像情報の視差情報に基づいて得られた奥
行き特定情報により、前記検出エリアでの前記Ｚ座標を求めることを特徴とする位置検出
システム。
【請求項９】
請求項７において、
前記撮像部は、
デプスカメラを有し、
前記座標演算部は、
前記デプスカメラにより得られた前記奥行き特定情報に基づいて、前記検出エリアでの
前記Ｚ座標を求めることを特徴とする位置検出システム。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれかにおいて、
前記座標演算部は、
前記カメラ座標系での前記奥行き特定情報に基づいて、前記検出エリアでのＸ座標情報
及びＹ座標情報の少なくとも一方の補正処理を行うことを特徴とする位置検出システム。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
光学式位置検出装置を含み、
前記光学式位置検出装置は、
前記照射光を出射する出射部と、
前記照射光が前記対象物に反射することによる前記反射光を受光する受光部と、
前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物の初期座標情報を検出する検出部と、
を含み、
前記照射光は、
前記光学式位置検出装置の前記出射部により出射され
前記座標演算部は、
前記撮像画像のうち、前記初期座標情報により特定され、かつ、前記撮像画像よりも狭
い範囲の画像に対して処理を行って、前記対象物の最終座標情報を求めることを特徴とす
る位置検出システム。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の位置検出システムと、
画像を表示する表示装置と、
を含むことを特徴とする表示システム。
【請求項１３】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の位置検出システムと、
前記位置検出システムからの検出情報に基づいて処理を行う情報処理装置と、
前記情報処理装置からの画像データに基づいて画像の表示を行う表示装置と、
を含むことを特徴する情報処理システム。
【請求項１】
撮像画像を撮像する撮像部と、
前記撮像部からの前記撮像画像に基づいて、対象面に設定された検出エリアでの対象物
の座標情報を求める座標演算部と、
を含み、
前記検出エリアには、
赤外光の周波数帯域の照射光が出射され、
前記撮像部は、
前記撮像画像として赤外光の周波数帯域の画像である赤外光帯域画像を撮像し、
前記座標演算部は、
前記赤外光帯域画像に基づいて、前記対象物の前記座標情報を求めることを特徴とする
位置検出システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記対象面に沿って設定される座標軸をＸ軸及びＹ軸とし、前記Ｘ軸及びＹ軸に直交し
前記対象面の裏側から表側へ向かう方向をＺ軸正方向とし、 Ｚ１をＺ１≧０、Ｚ２をＺ
２＞Ｚ１を満たす値とした場合に、
前記照射光は、
Ｚ１≦Ｚ≦Ｚ２を満たすＺ座標範囲に出射されることを特徴とする位置検出システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記照射光は、
前記対象面に沿った方向に出射されることを特徴とする位置検出システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記撮像部は、
レンズ部及び光学フィルターを有する光学系と、撮像素子を有し、
前記光学フィルターは、
可視光の周波数帯域を非通過とし、赤外光の周波数帯域を通過するフィルター特性を有
することを特徴とする位置検出システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記座標演算部は、
前記座標情報として、前記検出エリアでのＸ座標情報及びＹ座標情報を求めることを特
徴とする位置検出システム。
【請求項６】
請求項５において、
前記撮像部の光軸と前記対象面とが斜め方向に交差する場合に、
前記座標演算部は、
前記撮像部に対して設定されるカメラ座標系における座標情報に対して所定の座標変換
処理を行うことで、前記検出エリアでのＸ座標情報及びＹ座標情報を求めることを特徴と
する位置検出システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記座標演算部は、
前記撮像画像の情報から得られるカメラ座標系での奥行き特定情報に基づいて、前記対
象物の前記検出エリアでのＺ座標情報を求めることを特徴とする位置検出システム。
【請求項８】
請求項７において、
前記撮像部は、
複数のカメラを有し、
前記座標演算部は、
前記複数のカメラから取得された複数の撮像画像情報の視差情報に基づいて得られた奥
行き特定情報により、前記検出エリアでの前記Ｚ座標を求めることを特徴とする位置検出
システム。
【請求項９】
請求項７において、
前記撮像部は、
デプスカメラを有し、
前記座標演算部は、
前記デプスカメラにより得られた前記奥行き特定情報に基づいて、前記検出エリアでの
前記Ｚ座標を求めることを特徴とする位置検出システム。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれかにおいて、
前記座標演算部は、
前記カメラ座標系での前記奥行き特定情報に基づいて、前記検出エリアでのＸ座標情報
及びＹ座標情報の少なくとも一方の補正処理を行うことを特徴とする位置検出システム。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
光学式位置検出装置を含み、
前記光学式位置検出装置は、
前記照射光を出射する出射部と、
前記照射光が前記対象物に反射することによる前記反射光を受光する受光部と、
前記受光部での受光結果に基づいて前記対象物の初期座標情報を検出する検出部と、
を含み、
前記照射光は、
前記光学式位置検出装置の前記出射部により出射され
前記座標演算部は、
前記撮像画像のうち、前記初期座標情報により特定され、かつ、前記撮像画像よりも狭
い範囲の画像に対して処理を行って、前記対象物の最終座標情報を求めることを特徴とす
る位置検出システム。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の位置検出システムと、
画像を表示する表示装置と、
を含むことを特徴とする表示システム。
【請求項１３】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の位置検出システムと、
前記位置検出システムからの検出情報に基づいて処理を行う情報処理装置と、
前記情報処理装置からの画像データに基づいて画像の表示を行う表示装置と、
を含むことを特徴する情報処理システム。
【図１】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１４９９８７（Ｐ２０１２−１４９９８７Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８６１０（Ｐ２０１１−８６１０）
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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