投写型映像表示装置
【課題】多様なインタラクティブ機能を実現可能な投写型映像表示装置を簡易な構成で提供する。
【解決手段】プロジェクタ１００は、入力された映像信号に基づく映像光を投写面に投写する投写部と、投写面に向けて不可視光を出射可能に構成され、かつ、不可視光の照射範囲が映像光の投写領域と投写領域外の所定の領域とを含むように配置された不可視光発光部３００と、映像光を構成する複数の色光のうちの少なくとも１つと不可視光とを受光可能に構成され、投写面を撮像して撮像画像を生成する撮像部５００と、撮像画像に基づいて、所定の領域内に侵入した物体の位置および挙動の少なくとも一方を検出する侵入物検出部と、侵入物検出部によって検出された物体の位置および挙動の少なくとも一方に基づいて、投写映像を変更する表示制御部とを備える。
【解決手段】プロジェクタ１００は、入力された映像信号に基づく映像光を投写面に投写する投写部と、投写面に向けて不可視光を出射可能に構成され、かつ、不可視光の照射範囲が映像光の投写領域と投写領域外の所定の領域とを含むように配置された不可視光発光部３００と、映像光を構成する複数の色光のうちの少なくとも１つと不可視光とを受光可能に構成され、投写面を撮像して撮像画像を生成する撮像部５００と、撮像画像に基づいて、所定の領域内に侵入した物体の位置および挙動の少なくとも一方を検出する侵入物検出部と、侵入物検出部によって検出された物体の位置および挙動の少なくとも一方に基づいて、投写映像を変更する表示制御部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、投写型映像表示装置に関し、より特定的には、ユーザのインタラクティブな操作により投写画像を変更可能に構成された投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の投写型映像表示装置（以下、プロジェクタという）として、たとえば特開２０１−２４３５７６号公報（特許文献１）には、壁上に本投影画面を投写するとともに、プロジェクタが配置される机上に、ＶＵＩ（Virtual User Interface）画面を投写するように構成されたプロジェクタをが開示される。この特許文献１では、ＶＵＩ画面上に物体（ペンまたはユーザの指）が置かれると、プロジェクタからＶＵＩ画面に向かうレーザ光が物体により散乱する。この物体による散乱光を受光素子が検出すると、その検出信号に基づいて投影画面を切換える動作指示を作成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１２４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されるプロジェクタは、レーザ光を投写面に照射して投写面に画像を表示する、いわゆるレーザプロジェクタであって、走査部で操作されたレーザ光の一部を本投影画面に照射するとともに、レーザ光の残りをＶＵＩ画面の投影面に照射する。そして、受光素子が机上の物体による散乱光を検出すると、受光素子の光検出タイミングにおけるレーザ光の走査位置に基づいて、物体の位置を算出する。
【０００５】
このように、特許文献１では、投写面に照射されるレーザ光の一部を机に向かって照射することにより、ＶＵＩ画面上の物体の位置を特定することができる。しかしながら、プロジェクタの黒表示時には、ＶＵＩ画面の投影面である机に向かって照射されるレーザ光の光量が少なくなるため、受光素子が散乱光を正確に検出することが困難となってしまう。また、蛍光灯を点灯させた室内において画像を投写する場合には、机上のＶＵＩ画面に蛍光灯からの光が映り込むことによって、物体による散乱光を正確に検出できない虞がある。
【０００６】
さらに、特許文献１に記載されるプロジェクタにおいては、物体の位置を算出するためには、共振型ＭＥＭＳミラーがレーザ光を走査するタイミングと、受光素子が散乱光を検出するタイミングとを同期させる必要がある。そのため、高速動作が可能な受光素子が必要となり、プロジェクタがより複雑で高価となってしまう。
【０００７】
また、ＶＵＩ画面の外部に置かれた物体については、散乱光が発生しないため、受光素子は物体の位置を特定することができない。したがって、ユーザが操作を行なうことができる範囲がＶＵＩ画面上に限定されるため、多様なインタラクティブ機能の要求に応えることが困難となっていた。
【０００８】
それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、多様なインタラクティブ機能を実現可能な投写型映像表示装置を簡易な構成で提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のある局面に従えば、投写型映像表示装置は、入力された映像信号に基づく映像光を投写面に投写する投写部と、投写面に向けて不可視光を出射可能に構成され、かつ、不可視光の照射範囲が映像光の投写領域と投写領域外の所定の領域とを含むように配置された不可視光発光部と、映像光を構成する複数の色光のうちの少なくとも１つと不可視光とを受光可能に構成され、投写面を撮像して撮像画像を生成する撮像部と、撮像画像に基づいて、所定の領域内に侵入した物体の位置および挙動の少なくとも一方を検出する侵入物検出部と、侵入物検出部によって検出された物体の位置および挙動の少なくとも一方に基づいて、投写映像を変更する表示制御部とを備える。
【００１０】
好ましくは、表示制御部は、所定の領域を複数の領域に分割するとともに、複数の領域間で、物体が検出されたときの投写映像の変更態様を異ならせる。
【００１１】
好ましくは、不可視光発光部は、侵入物検出部により物体が検出されないまま経過した時間が所定時間に達した場合には、不可視光の照射範囲を制限する。
【００１２】
好ましくは、不可視光発光部は、投写面上の互いに異なる領域を照射するように配列された複数の発光素子を含み、侵入物検出部により物体が検出されないまま経過した時間が所定時間に達した場合には、複数の発光素子のうちの一部の発光素子の駆動を停止させる。
【００１３】
好ましくは、不可視光発光部は、不可視光の照射範囲を制限している状態で侵入物検出部により物体が検出された場合には、不可視光の照射範囲に対する制限を解除する。
【００１４】
好ましくは、投写部は、不可視光の照射範囲を制限している場合には、不可視光の照射範囲をユーザに明示するための画像を、映像光に重畳させて表示する。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、多様なインタラクティブ機能を備えた投写型映像表示装置を簡易な構成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態に係るプロジェクタの外観構成を示す図である。
【図２】本体キャビネットの内部構成を説明するための斜視図である。
【図３】図１の撮像部の主要部の概略構成図である。
【図４】図１の赤外光発光部の概略構成を示す斜視図である。
【図５】本実施の形態に係るプロジェクタの制御構造を説明する図である。
【図６】本実施の形態におけるキャリブレーション処理を説明する概念図である。
【図７】本実施の形態におけるキャリブレーション処理を説明するフローチャートである。
【図８】本実施の形態に従うプロジェクタにおけるインタラクティブモードでの投写画像の一例を示す図である。
【図９】投写領域外におけるユーザの操作位置の検出について説明する図である。
【図１０】インタラクティブモードに設定された場合のユーザの指示内容の一例を示す図である。
【図１１】インタラクティブモードに設定された場合のプロジェクタの動作を説明するフローチャートである。
【図１２】インタラクティブモードに設定された場合のプロジェクタの動作を説明するフローチャートである。
【図１３】プロジェクタがインタラクティブモードに設定されている場合の赤外光発光部の動作を説明するタイミングチャートである。
【図１４】ユーザによる操作を待ち受ける待機状態のときの投写画像の一例を示す図である。
【図１５】本実施の形態による赤外光発光部の変更例を説明する図である。
【図１６】本実施の形態による赤外光発光部の変更例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１８】
図１は、この発明の実施の形態に係るプロジェクタの外観構成を示す図である。本実施の形態では、便宜上、プロジェクタ１００から見て投写面のある方を前、投写面と反対方向を後ろ、投写面からプロジェクタ１００から見て右方向を右、投写面からプロジェクタ１００を見て左方向を左、前後左右方向に垂直な方向であってプロジェクタ１００から投写面に向かう方向を下、その反対方向を上と定義する。また、上記左右方向をＸ方向、上記前後方向をＹ方向、上記上下方向をＺ方向と定義する。
【００１９】
図１を参照して、プロジェクタ１００は、いわゆる短焦点投写型のプロジェクタであって、略方形状の本体キャビネット２００と、赤外光発光部３００と、撮像部５００とを備える。
【００２０】
本体キャビネット２００には、映像光を透過するための投写口２１１が設けられている。投写口２１１から下斜め前方へ出射された映像光が、プロジェクタ１００の前方に配された投写面に拡大投写される。本実施の形態では、投写面はプロジェクタ１００が載置される床面に設けられる。なお、本体キャビネット２００の後面が床面に接するようにプロジェクタ１００を設置する場合には、投写面を壁面に設けることができる。
【００２１】
赤外光発光部３００は、本体キャビネット２００の下面側に設置される。赤外光発光部３００は、プロジェクタ１００の前方に向けて赤外光（以下、「ＩＲ光」ともいう）を出射する。赤外光発光部３００は、図１に示すように、赤外光を投写面（床面）に対して略平行に出射する。赤外光発光部３００は、赤外光の照射範囲が、プロジェクタ１００が映像光を投写可能な範囲（以下、投写領域という）を少なくとも含むように、赤外光を出射可能に構成される。
【００２２】
赤外光発光部３００は、本願発明における「不可視光発光部」を構成する。不可視光とは、可視光外の波長による光のことであり、具体的には、赤外光、遠赤外光、または紫外光などである。本実施の形態において、赤外光発光部３００は「不可視光発光部」の代表例として示される。すなわち、赤外光以外の不可視光を発光する発光部を赤外光発光部３００に代えて用いることも可能である。なお、赤外光発光部３００は、図１に示すように本体キャビネット２００に併設されていてもよく、本体キャビネット２００に内蔵されていてもよい。
【００２３】
撮像部５００は、本体キャビネット２００の上面側に設置される。撮像部５００は、たとえばＣＣＤ（Charge Couple Device）センサ、あるいはＣＭＯＳ（Completely Metal Oxide Semiconductor）センサ等からなる撮像素子と、撮像素子の前方に配置された光学レンズ等とを備える。撮像部５００は、投写領域を少なくとも含む範囲を撮像する。撮像部５００は、その撮像画像を示す画像データ（以下、「撮像データ」という）を生成する。なお、撮像部５００は、図１に示すように本体キャビネット２００に併設されていてもよく、本体キャビネット２００に内蔵されていてもよい。
【００２４】
本実施の形態に係るプロジェクタ１００は、通常の映像表示動作に対応する「通常モード」と、ユーザのインタラクティブな操作により投写面に投写される画像を変更することができる「インタラクティブモード」とを選択して実行可能に構成される。ユーザは、本体キャビネット２００に設けられた操作パネルまたはリモコンを操作することにより、通常モードおよびインタラクティブモードのいずれかを選択することができる。
【００２５】
プロジェクタ１００がインタラクティブモードに設定された場合には、ユーザは、指やポインタなどを用いて投写画像上で操作することにより、投写画像の表示態様をインタラクティブに変更することができる。
【００２６】
図２は、本体キャビネット２００の内部構成を説明するための斜視図である。
図２を参照して、本体キャビネット２００は、光源装置１０と、クロスダイクロイックミラー２０と、折り返しミラー３０と、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）４０と、投写ユニット５０とを備える。
【００２７】
光源装置１０は、複数（たとえば３個とする）の光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを含む。光源１０Ｒは、赤色波長域の光（以下、「Ｒ光」という）を発光する赤色光源であり、たとえば赤色ＬＥＤ（Light Emitting Device）や赤色ＬＤ（Laser Diode）からなる。光源１０Ｒには、光源１０Ｒで発生した熱を放出するためのヒートシンクおよびヒートパイプからなる冷却部４００Ｒ（図示せず）が設けられている。
【００２８】
光源１０Ｇは、緑色波長域の光（以下、「Ｇ光」という）発光する緑色光源であり、たとえば緑色ＬＥＤや緑色ＬＤからなる。光源１０Ｇには、光源１０Ｇで発生した熱を放出するためのヒートシンク４１０Ｇおよびヒートパイプ４２０Ｇからなる冷却部４００Ｇが設けられている。
【００２９】
光源１０Ｂは、青色波長域の光（以下、「Ｂ光」という）を発光する青色光源であり、たとえば青色ＬＥＤや青色ＬＤからなる。光源１０Ｂには、光源１０Ｂで発生した熱を放出するためのヒートシンク４１０Ｂおよびヒートパイプ４２０Ｂからなる冷却部４００Ｂが設けられている。
【００３０】
クロスダイクロイックミラー２０は、光源装置１０から入射された光のうち、Ｂ光のみを透過し、Ｒ光およびＧ光を反射する。クロスダイクロイックミラー２０を透過したＢ光、およびクロスダイクロイックミラー２０で反射されたＲ光およびＧ光は、折り返しミラー３０へ導かれ、そこで反射され、ＤＭＤ４０に入射される。
【００３１】
ＤＭＤ４０は、マトリクス状に配置された複数のマイクロミラーを含む。１つのマイクロミラーは、１つの画素を構成する。マイクロミラーは、入射するＲ光、Ｇ光およびＢ光に対応するＤＭＤ駆動信号に基づいて、高速でオン・オフ駆動される。
【００３２】
マイクロミラーの傾斜角度が変えられることによって各光源からの光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）が変調される。具体的には、ある画素のマイクロミラーがオフ状態のときには、このマイクロミラーによる反射光は投写ユニット５０には入射しない。一方、マイクロミラーがオン状態のときには、このマイクロミラーによる反射光は投写ユニット５０に入射する。各光源の発光期間に占めるマイクロミラーがオン状態となる期間の比率を調整することにより、画素ごとに画素の階調が調整される。
【００３３】
ＤＭＤ４０は、光源装置１０からＲ光、Ｇ光、Ｂ光が時分割で出射されるタイミングに同期して、各マイクロミラーを駆動する。投写ユニット５０は、投写レンズユニット５１と、反射ミラー５２とを含む。ＤＭＤ４０により反射された光（映像光）は、投写レンズユニット５１を通過し、反射ミラー５２へ出射される。映像光は、反射ミラー５２によって反射され、本体キャビネット２００に設けられた投写口２１１から外部へ出射される。投写面には、Ｒ，Ｇ，Ｂの色光による画像が順に投写される。投写面上に投写される各色の色光による画像は、人間の目には、それらの色光による画像が重ね合わせて生成されるカラー画像として認識される。
【００３４】
図３は、図１の撮像部５００の主要部の概略構成図である。
図３を参照して、撮像部５００は、光学レンズ５０２と、ＧＢ光除去フィルタ（以下、「ＧＢカットフィルタ」という）５０４と、フィルタ切替制御部５０６と、撮像素子５０８と、メモリ５１０とを含む、
撮像部５００は、投写面（床面）の少なくとも投写領域を含む範囲を撮像して撮像データを生成する。すなわち、撮像部５００は、投写領域が十分に収まる範囲であって、投写領域とその外周の領域とを含む所定の範囲を撮像範囲とする。
【００３５】
撮像部５００において、被写界の光学像は、光学レンズ５０２を通して撮像素子５０８の受光面つまり撮像面に照射される。撮像面では、光電変換によって被写界の光学像に対応する電荷（撮像データ）が生成される。ＧＢカットフィルタ５０４は、光学レンズ５０２と撮像素子５０８との間に配置される。ＧＢカットフィルタ５０４は、撮像素子５０８への入射光のうちＧ光およびＢ光を遮光し、Ｒ光および不可視光を透過する。
【００３６】
フィルタ切替制御部５０６は、本体キャビネット２００から出力される切替指令を受けて、ＧＢカットフィルタ５０４が撮像素子５０８の光路に挿入された状態と、当該光路からＧＢカットフィルタ５０４が取り除かれた状態とのいずれかに選択的に駆動する。
【００３７】
本実施の形態では、プロジェクタ１００がインタラクティブモードに設定されているときには、フィルタ切替制御部５０６は、ＧＢカットフィルタ５０４を、撮像素子５０８の光路に挿入された状態に駆動する。一方、プロジェクタ１００が通常モードに設定されているときには、フィルタ切替制御部５０６は、ＧＢカットフィルタ５０４を、当該光路から取り除かれた状態に駆動する。このような構成とすることにより、インタラクティブモードの実行中は、撮像部５００により生成された撮像データに基づいて、ユーザの指示内容を判定することができる。一方、通常モードの実行中には、撮像データに基づいて、投写面に表示された内容を表わす画像データを生成することができる。たとえば、投写画像上に文字等が筆記された状態を撮像することにより、当該状態を１つの画像データとして保管することができる。
【００３８】
図４は、図１の赤外光発光部３００の概略構成を示す斜視図である。
図４を参照して、赤外光発光部３００は、赤外光を発光する発光源３２０と、発光源３２０を収容する筐体３１０とを含む。発光源３２０は、赤外光を発光する複数（たとえば５個とする）の発光素子３１１〜３１５からなる。発光素子３１１〜３１５は、たとえばＬＥＤからなる。発光素子３１１〜３１５は、Ｘ方向（左右方向）に沿って配列されている。
【００３９】
これら発光素子３１１〜３１５の光軸はいずれも投写面に対して平行（Ｙ方向）となっている。発光素子３１１〜３１５の光軸と投写面との間隔は、構造上可能な限り短くすることが望ましい。赤外光が投写面から離れるに従って、実際にユーザによりタッチ操作された位置と、散乱光位置検出部２０４によって検出される操作位置との間にずれが生じてしまい、インタラクティブ機能が正常に動作しなくなる虞があるためである。
【００４０】
筐体３１０には、プロジェクタ１００の前方側に位置する側面にスリット３２２が形成されている。発光素子３１１〜３１５により発光された赤外光は、スリット３２２を透過すると、投写面に対して略平行に進行する。
【００４１】
なお、発光源３２０は、プロジェクタ１００がインタラクティブモードに設定されている場合には点灯（オン）される一方で、プロジェクタ１００が通常モードに設定されている場合には消灯（オフ）される。このような構成とすることにより、インタラクティブモードでは、ユーザが指やポインタによって投写面上の赤外光の照射範囲内をタッチ操作をすることによって、接触した位置（操作位置）に応じて投写映像の表示態様を変更することができる。また、通常モードにおいては、発光源３２０の無駄な発光を抑えることにより、省電力化を実現できる。
【００４２】
図５は、本実施の形態に係るプロジェクタ１００の制御構造を説明する図である。
図５を参照して、プロジェクタ１００は、光源装置１０（図２）と、ＤＭＤ４０（図２）と、投写ユニット５０（図２）と、投写領域検出部２０２と、散乱光位置検出部２０４と、侵入物動作判定部２０６と、素子制御部２０８と、発光制御部２１０と、キャリブレーション用パターン保存部２１２と、映像信号処理部２１４と、操作受付部２１６とを備える。
【００４３】
操作受付部２１６は、ユーザが操作するリモコンから送信されるリモコン信号を受信する。操作受付部２１６は、リモコン信号を受信するだけでなく、本体キャビネット２００に設けられた操作パネルからの信号を受け付けることができる。操作受付部２１６は、リモコンまたは操作パネルへの操作がなされると、当該操作を受付け、素子制御部２０８への各種動作のトリガとなるコマンド信号を送る。
【００４４】
映像信号処理部２１４は、図示しない入力部から与えられる映像信号を受信する。映像信号処理部２１４は、受信した映像信号を、表示のための信号に処理して出力する。具体的には、映像信号処理部２１４は、受信した映像信号を１フレーム（１画面）ごとにフレームメモリ（図示せず）に書込むとともに、フレームメモリに書込まれた映像を読出す。そして、この書込みと読出しとの処理の過程において、各種の画像処理を施すことにより、映像信号処理部２１４は、受信した映像信号を変換して投写画像用の表示映像信号を生成する。
【００４５】
なお、映像信号処理部２１４が行なう画像処理には、プロジェクタ１００からの投写光の光軸と投写面との相対的な傾きによって生じる画像歪みを補正するための画像歪み補正処理や、投写面に表示される投写画像の表示サイズを拡大または縮小させるための画像サイズ調整処理などが含まれる。
【００４６】
素子制御部２０８は、映像信号処理部２１４から出力される表示映像信号に従って、映像の表示動作を制御するための制御信号を生成する。生成された制御信号は、光源装置１０およびＤＭＤ４０へそれぞれ出力される。
【００４７】
具体的には、素子制御部２０８は、表示映像信号に応じてＤＭＤ４０を駆動制御する。素子制御部２０８は、光源装置１０からＲ光、Ｇ光、Ｂ光が順に出射されるタイミングに同期してＤＭＤ４０を構成する複数のマイクロミラーを駆動する。これにより、ＤＭＤ４０は、表示映像信号に基づいてＲ光、Ｇ光、Ｂ光を変調してＲ，Ｇ，Ｂの色光ごとの画像を順に出射する。
【００４８】
また、素子制御部２０８は、光源装置１０の出射光量を制御するための制御信号を生成して光源装置１０へ出力する。光源装置１０の出射光量の制御は、ユーザがリモコン、操作パネルまたはメニュー画面を操作することにより投写画像の明るさ調整を指示した場合に行なわれる。あるいは、映像信号処理部２１４から与えられた表示映像信号の明るさに応じて、表示制御部２０８が自動的に投写画像の明るさ調整を行なうことも可能である。
【００４９】
（キャリブレーション処理）
本実施の形態に係るプロジェクタ１００は、映像の表示動作を行なうための前処理として、撮像部５００による画像座標系をプロジェクタ１００による座標画像系に変換するためのキャリブレーション処理を実行する。このキャリブレーション処理を実行することによって、上述したインタラクティブモードの実行が可能となる。なお、キャリブレーション処理を実行するのに先立って、投写画像の歪み状態の自動調整が行なわれる。
【００５０】
キャリブレーション処理は、電源投入時や投写指示時に実行されるプロジェクタ１００の初期設定に含まれている。なお、初期設定として行なう以外に、プロジェクタ１００の配置が変更されたことが図示しない傾斜センサ等によって検出された場合において、キャリブレーション処理を行なう構成としてもよい。
【００５１】
表示制御部２０８は、操作受付部２１６を介してキャリブレーション処理の実行が指示されると、所定のキャリブレーション用パターンを投写面に投写させる。このキャリブレーション用パターンは、予めキャリブレーション用パターン保存部２１２に記憶されている。本実施の形態では、キャリブレーション用パターンを、画面全体を白色の単色表示とする全白画像とする。
【００５２】
撮像部５００は、表示制御部２０８の指示に従って、投写面を撮像する。撮像部５００は、投写面の撮像画像を表わす画像データ（撮像データ）を生成して、投写領域検出部２０２へ出力する。
【００５３】
投写領域検出部２０２は、撮像部５００から撮像データを取得するとともに、映像信号処理部２１４からキャリブレーション用パターン（例えば全白画像）を基に生成された画像データを取得する。投写領域検出部２０２は、撮像データと画像データとを比較することによって、撮像部５００の画像座標系における投写領域の位置情報を検出する。
【００５４】
図６は、本実施の形態におけるキャリブレーション処理を説明する概念図である。図７は、本実施の形態におけるキャリブレーション処理を説明するフローチャートである。なお、図６（ｂ）は、表示制御部２０８に入力されるキャリブレーション用パターン（全白画像）を示す図である。図６（ａ）は、投写面に投写されたキャリブレーション用パターンを撮像部５００で撮像した画像を示す図である。
【００５５】
ここで、図６（ｂ）に示すように、ＤＭＤ４０の画像表示領域の左上の隅を原点（０，０）、右方向をＸ方向、下方向をＹ方向としたＸＹ座標系を設定する。同様に、図６（ａ）に示すように、撮像画像の左上の隅を原点（０，０）、右方向をｘ方向、下方向をｙ方向としたｘｙ座標系を設定する。撮像画像内には、Ｒ光のみで表示されたキャリブレーション用パターンの投写画像が含まれている。
【００５６】
図７を参照して、ステップＳ０１により、表示制御部２０８は、キャリブレーション用パターン保存部２１２から読み出した画像データに基づいてＤＭＤ４０を駆動することによりキャリブレーション用パターン（例えば全白画像）を投写する。
【００５７】
ステップＳ０２では、撮像部５００は、投写面を撮像して撮像画像（撮像データ）を取得する。
【００５８】
ステップＳ０３により、投写領域検出部２０２は、撮像部５００から撮像画像（図６（ａ））を取得すると、所定の読出し方向に沿って撮像画像を順に読み出すことにより、撮像画像における、投写画像の４隅（図中の点Ｃ１〜Ｃ４）のｘｙ座標を検出する。投写領域検出部２０２は、ステップＳ０４により、検出した投写画像の４隅の座標を、撮像画像における投写領域の位置を示す位置情報として記憶する。
【００５９】
（インタラクティブモード）
以下に、インタラクティブモードに設定された場合のプロジェクタ１００の動作について、図面を参照して説明する。
【００６０】
図１を参照して、プロジェクタ１００がインタラクティブモードに設定された場合には、赤外光発光部３００は、赤外光を投写面（床面）に対して略平行に出射する。赤外光の照射範囲には、プロジェクタ１００の投写領域が少なくとも含まれている。
【００６１】
赤外光の照射範囲内に物体（たとえば、ユーザの指先またはポインタなど）６００が侵入すると、物体６００により発散光となり散乱する。撮像部５００は、散乱された赤外光を受光する。撮像部５００は、ＧＢカットフィルタ５０４（図３）を透過して撮像素子５０８に入射された映像光（Ｒ光）および赤外光に基づいて撮像データを生成する。撮像部５００により生成された撮像データは、投写領域検出部２０２および散乱光位置検出部２０４（図５）に出力される。
【００６２】
散乱光位置検出部２０４は、撮像部５００から撮像データを取得すると、投写領域検出部２０２により検出され、かつ記憶されている撮像画像における投写領域の位置を示す位置情報に基づいて、散乱赤外光の位置を検出する。具体的には、散乱光位置検出部２０４は、撮像画像において所定の閾値以上の明るさを有する点の位置情報と、投写領域の位置情報とに基づいて、投写領域における散乱赤外光の位置を検出する。これにより、散乱光位置検出部２０４は、投写領域内への物体６００の侵入の有無、および投写領域に侵入した物体６００の位置を検出する。
【００６３】
このとき、散乱光位置検出部２０４は、投写領域の位置情報に基づいて、散乱赤外光が投写領域内に位置するか、投写領域外の所定の領域内に位置するかを検出する。そして、散乱赤外光が投写領域内に位置する場合には、散乱光位置検出部２０４は、投写領域における散乱赤外光のＸＹ座標を表わす位置情報を検出する。検出された散乱赤外光の位置は、図１に示す物体６００の位置（点Ｐ１）であり、ユーザの操作位置に相当する。
【００６４】
以下に、図６を用いて、図５の散乱光位置検出部２０４における散乱赤外光の位置検出方法について説明する。
【００６５】
図６（ａ）に示すように、撮像画像の左上の隅を原点（０，０）としたｘｙ座標系において、座標（ｘａ，ｙｂ）で表わされる点Ｐ１がタッチ操作されたものとする。散乱光位置検出部２０４は、投写領域検出部２０２から入力される投写領域の位置情報に基づいて、投写領域内における点Ｐ１の位置を認識する。具体的には、投写画像の左上の隅（点Ｃ１）および右上の隅（点Ｃ２）のｘ座標と、点Ｐ１のｘ座標ｘａとに基づいて、点Ｃ１および点Ｃ２の間における点Ｐ１の内分比率（ｘ１：ｘ２）を算出する。同様にして、投写画像の左下の隅（点Ｃ３）および右下の隅（点Ｃ４）のｘ座標と、点Ｐ１のｘ座標ｘａとに基づいて、点Ｃ３および点Ｃ４の間における点Ｐ１の内分比率（ｘ３：ｘ４）を算出する。また、点Ｃ１および点Ｃ３のｙ座標と点Ｐ１のｙ座標ｙａとに基づいて、点Ｃ１および点Ｃ３の間における点Ｐ１の内分比率（ｙ１：ｙ２）を算出する。さらに、点Ｃ２および点Ｃ４のｙ座標と点Ｐ１のｙ座標ｙａとに基づいて、点Ｃ２および点Ｃ４の間における点Ｐ１の内分比率（ｙ３：ｙ４）を算出する。
【００６６】
以上のようにして、投写領域内における点Ｐ１の位置を認識すると、散乱光位置検出部２０４は、図６（ｂ）に示される画像表示領域内において、点Ｐ１に対応する位置のＸＹ座標（Ｘａ，Ｙａ）を算出する。具体的には、散乱光位置検出部２０４は、画像表示領域の４隅（図中の点Ｃ１〜Ｃ４）のうちの左上の隅（点Ｃ１）および右上の隅（点Ｃ２）の間をｘ１：ｘ２に内分する点Ｓ１と、左下の隅（点Ｃ３）および右下の隅（点Ｃ４）の間をｘ３：ｘ４に内分する点Ｓ２を算出する。同様に、散乱光位置検出部２０４は、点Ｃ１および点Ｃ３の間をｙ１：ｙ２に内分する点Ｓ３と、点Ｃ２および点Ｃ４の間をｙ３：ｙ４に内分する点Ｓ４とを算出する。そして、散乱光位置検出部２０４は、点Ｓ１および点Ｓ２を結ぶ線分と、点Ｓ３および点Ｓ４を結ぶ線分とが交差する点のＸＹ座標（Ｘａ，Ｙａ）を、画像表示領域における点Ｐ１に対応する点の位置情報として認識する。
【００６７】
再び図５を参照して、散乱光位置検出部２０４により検出された物体６００の位置情報（操作位置の位置情報）は、侵入物動作判定部２０６へ送出される。侵入物動作判定部２０６は、物体６００の位置情報に基づいて、ユーザの指示内容を判定する。
【００６８】
具体的には、侵入物動作判定部２０６は、投写面がタッチ操作されている場合には、操作された位置を、散乱光位置検出部２０４から与えられる物体６００の位置情報によって認識する。そして、侵入物動作判定部２０６は、その操作位置に応じたユーザの指示内容を判定する。
【００６９】
あるいは、ユーザが投写面をタッチ操作したまま操作位置を移動させた場合には、侵入物動作判定部２０６は、散乱光位置検出部２０４から与えられる物体６００の位置情報に基づいて、操作位置の移動状態（移動方向や移動量など）を認識する。そして、侵入物動作判定部は、その操作位置の移動状態に応じたユーザの指示内容を判定する。
【００７０】
映像信号処理部２１４は、表示制御部２０８を通じて侵入物動作判定部２０６から送信されるユーザの指示内容に基づいて、表示制御信号に対して所定の画像処理を施す。素子制御部２０８は、処理後の表示映像信号に従って、光源装置１０およびＤＭＤ４０を駆動制御する。この結果、ユーザの指示内容に従って投写画像の表示態様が変更する。
【００７１】
図８は、本実施の形態に従うプロジェクタ１００におけるインタラクティブモードでの投写画像の一例を示す図である。
【００７２】
図８（ａ）に示すように、投写面には、複数（たとえば３個とする）の映像信号に基づく複数の画像Ａ〜Ｃから構成された投写画像が表示されている。この投写画像上において、ユーザが指またはポインタなどで画像Ｃをタッチ操作すると、プロジェクタ１００においては、散乱光位置検出部２０４が、投写面の撮像画像に基づいて投写画像上の物体の位置情報を検出する。そして、侵入物動作判定部２０６は、検出された物体の位置情報に基づいて、ユーザからの指示内容を判定する。映像信号処理部２１４および表示制御部２０８は、判定された指示内容に従って投写画像を変更する。図８（ａ）の例では、物体の位置情報に基づいてユーザにより画像Ｃが選択されたことを判定すると、表示制御部２０８は、選択された画像Ｃを画面全体に表示させる。
【００７３】
また、図８（ｂ）には、画面内の任意の位置に操作対象となるアイコン画像Ｄが重畳して表示されている投写画像が示される。この投写画像上において、ユーザが指またはポインタなどでアイコン画像Ｄをドラッグアンドドロップする操作を行なうと、プロジェクタ１００は、この操作に対応してアイコン画像Ｄを、投写画面上の指定された位置に表示させる。具体的には、散乱光位置検出部２０４は、投写面の撮像画像に基づいて投写画像上の物体の位置情報を検出する。侵入物動作判定部２０６は、検出された物体の位置情報に基づいて、物体の移動方向、軌跡および移動後の指先の位置などの移動情報を検出する。そして、侵入物動作判定部２０６は、検出された物体の移動情報に基づいてユーザからの指示内容を判定する。表示制御部２０８は、判定された指示内容に従って投写画像を変更する。
【００７４】
図８（ｂ）の例では、物体の位置情報に基づいてユーザによりアイコン画像Ｄをドラッグアンドドロップする操作が行なわれたことを判定すると、表示制御部２０８は、アイコン画像Ｄを指定された位置に移動して表示させる。
【００７５】
このように、本実施の形態によるプロジェクタ１００によれば、ユーザが投写画像上を操作することにより、投写画像を変更することができる。さらに、本実施の形態によるプロジェクタ１００は、図９に示される投写領域外の所定の領域内をユーザが操作することによっても、投写画像を変更することができる。なお、「所定の領域」とは、赤外光発光部による赤外光の照射範囲と撮像部の撮像範囲とが重なり合う領域であって、投写領域の外周に位置する領域である。
【００７６】
図９において、所定の領域は、３つの領域Ａ〜Ｃに分けられる。領域Ａは投写領域の前方に位置する領域であり、領域Ｂは投写領域の左隣に位置する領域であり、領域Ｃは投写領域の右隣に位置する領域である。
【００７７】
本実施の形態では、３つの領域Ａ〜Ｃのうちのユーザがタッチ操作した領域に応じて、投写映像の変更態様を異ならせる。図１０は、ユーザがタッチ操作した領域に対応付けて設定された指示内容の例を説明する図である。図１０では、散乱光位置検出部２０４によって検出された物体の位置情報ごとに動作指示が対応付けて設定されている。たとえば、物体が領域Ａに位置する場合には、投写画像を所定の倍率で拡大表示させる「ズーム表示」が設定されている。なお、投写画像を拡大表示させるときの拡大倍率は、予め定められた時間内にユーザが領域Ａをタッチする回数に応じて、可変に設定することも可能である。
【００７８】
また、物体が領域Ｂに位置する場合には、投写画像を切換える「ページ送り」が設定されている。「ページ送り」とは、それまで投写面に表示されていたフレームの画像を次のフレームの画像に切換え表示させることを指す。これに対して、物体が領域Ｃに位置する場合には、投写画像を切換える「ページ戻り」が設定されている。「ページ戻り」とは、それまで投写面に表示されていたフレームの画像を前のフレームの画像に切換え表示させることを指す。
【００７９】
図１１および図１２は、インタラクティブモードに設定された場合のプロジェクタ１００の動作を説明するフローチャートである。図１１および図１２のフローチャートは、プロジェクタ１００がインタラクティブモードに設定されたときに、図５の制御構造において予め格納したプログラムを実行することで実現できる。
【００８０】
図１１を参照して、ステップＳ１１において、プロジェクタ１００の表示映像部２０８は、光源装置１０およびＤＭＤ４０を制御することにより、表示映像信号に基づく映像光を投写面に投影する。
【００８１】
ステップＳ１２では、赤外光発光部３００が、投写面と略平行に赤外光を出射する。このとき、発光源３２０を構成する複数の発光素子３１１〜３１５はすべてオン状態に駆動されている。
【００８２】
ステップＳ１３により撮像部５００のメモリ５１０に記憶されている撮像データを読み出すと、散乱光位置検出部２０４は、ステップＳ１４では、撮像データに基づいて赤外光の照射範囲内に物体が侵入したか否かを判定する。具体的には、散乱光位置検出部２０４は、撮像画像内に所定の閾値以上の明るさを有する点が存在するか否かを判定する。
【００８３】
赤外光の照射範囲内に物体が侵入していないと判定されたときには（ステップＳ１４のＮＯ判定時）、散乱光位置検出部２０４は、ユーザから投写画像の変更が指示されていないと判断して、一連の処理を終了する。
【００８４】
これに対して、赤外光の照射範囲内に物体が侵入していると判定されたときには（ステップＳ１４のＹＥＳ判定時）、散乱光位置検出部２０４は、ステップＳ１５により、投写領域の位置情報に基づいて散乱赤外光の位置（物体の位置）を検出する。
【００８５】
ステップＳ１６では、散乱光位置検出部２０４は、投写領域の位置情報に基づいて、散乱赤外光が投写領域内に位置するか否か、すなわち、侵入した物体が投写領域内に位置するか否かを判定する。物体が投写領域内に位置すると判定された場合には（ステップＳ１６のＹＥＳ判定時）、散乱光位置検出部２０４は、投写領域における散乱赤外光のＸＹ座標を表わす位置情報を検出する。検出された散乱光の位置情報は、侵入物動作判定部２０６へ出力される。
【００８６】
ステップＳ１７では、侵入物動作判定部２０６は、散乱光の位置情報に基づいて、物体が移動したが否かを判定する。物体が移動したと判定された場合（ステップＳ１７のＹＥＳ判定時）には、侵入物動作判定部２０６は、ステップＳ１８により、物体の移動状態（移動方向や移動量）に基づいてユーザの指示内容を判定する。一方、物体が移動していないと判定された場合（ステップＳ１７のＮＯ判定時）には、侵入物動作判定部２０６は、ステップＳ１９により、物体の位置に基づいてユーザの指示内容を判定する。
【００８７】
これに対して、ステップＳ１６において物体が投写領域外の所定の領域内に位置すると判定された場合（ステップＳ１６のＮＯ判定時）には、散乱光位置検出部２０４は、ステップＳ２０により、物体が投写領域外の複数の領域Ａ〜Ｃのいずれの領域に位置するか否かを判定する。ステップＳ２１では、侵入物動作判定部２０６は、物体が位置する領域に基づいてユーザの指示内容を判定する。
【００８８】
ステップＳ１８，Ｓ１９，Ｓ２１によってユーザの指示内容が判定されると、映像信号処理部２１４は、表示制御部２０８を通じて侵入物動作判定部２０６から送信されるユーザの指示内容に基づいて、表示制御信号に対して所定の画像処理を施す。素子制御部２０８は、処理後の表示映像信号に従って、光源装置１０およびＤＭＤ４０を駆動制御する。この結果、ユーザの指示内容に従って投写画像の表示態様が変更する。
【００８９】
（赤外光発光部の構成）
図１３は、プロジェクタ１００がインタラクティブモードに設定されている場合の赤外光発光部３００の動作を説明するタイミングチャートである。
【００９０】
図１３を参照して、まず時刻ｔ１において、プロジェクタ１００がインタラクティブモードに設定されると、赤外光発光部３００は、発光源３２０を構成する複数の発光素子３１１〜３１５（図４）を全てオン状態に駆動する。すなわち、発光源３２０による赤外光の発光量は、発光源３２０が発光可能な赤外光の発光量に対して１００％となる。これにより、発光源３２０は、撮像部の撮像範囲を赤外光の照射範囲に含むように赤外光を出射する。この状態で、撮像範囲内に物体が侵入したことによって撮像部が散乱赤外光を受光すると、散乱光位置検出部は、撮像部からの撮像データに基づいて、投写領域内または投写領域外の所定の領域内における散乱赤外光の位置（すなわち、物体の位置）を検出する。
【００９１】
発光制御部２１０（図５）は、侵入物動作判定部２０６から送信されるユーザの指示内容に基づいて、ユーザによる投写画面（または所定の領域）上での操作が終了したと判断されると、操作が終了した時点からの経過時間の計時を開始する。すなわち、発光制御部２１０は、ユーザによる操作がないまま経過した時間を計時する。図１３に示すように、時刻ｔ２においてユーザによる操作が終了した場合に、新たな操作がないまま、その経過時間が所定時間Ｔｔｈに達すると（時刻ｔ３）、発光制御部２１０は、発光源３２０による赤外光の発光量を減少させる。
【００９２】
具体的には、発光制御部２１０は、発光源３２０を構成する複数の発光素子３１１〜３１５のうちの一部をオン状態からオフ状態に切換える。このとき、発光制御部２１０は、例えば図１４に示すように、発光素子３１１〜３１５のうちの中央部分に位置する発光素子３１３のみをオン状態に維持し、残りの発光素子３１１，３１２，３１４，３１５をオフ状態に駆動する。これにより、発光源３２０による赤外光の発光量は、約２０％に低下する。
【００９３】
このようにユーザによる投写画面上での操作がないまま経過した時間が所定時間Ｔｔｈに達した場合には、赤外光の発光量を低減させることにより、ユーザによる操作を待ち受ける待機状態のときに赤外光発光部３００が消費する電力を削減することができる。この結果、プロジェクタ１００としても、消費電力を削減することができる。
【００９４】
その一方で、上記のように複数の発光素子３１１〜３１５の一部の発光素子３１３のみをオン状態としたことによって、図１４に示すように、赤外光の照射範囲は通常時よりも狭くなる。そのため、投写画像上で照射範囲外の領域をユーザが指し示した場合には、撮像部５００により散乱赤外光が受光されないため、ユーザの動作指示を判定することができないという不具合が生じる虞がある。
【００９５】
このような不具合を回避するため、ユーザによる操作を待ち受ける待機状態のときには、図１４に示すように、赤外光の照射範囲に対応する投写画像内の領域に、ユーザに対して指示する位置を指定するための画像Ｇ１を投写画像に重畳させて表示する。ユーザが画像Ｇ１を指し示すと、再び撮像部５００により散乱赤外光が受光される。図１３では、時刻ｔ４においてユーザが画像Ｇ１を指し示すと、発光制御部２１０は、オフ状態にされている発光素子３１１，３１２，３１４，３１５をオン状態に切換える。これにより、赤外光の発光量は元の１００％に戻される。この結果、赤外光の照射範囲に対する制限が解除される。
【００９６】
（変更例）
上記のように、発光源３２０を構成する複数の発光素子３１１〜３１５は、Ｘ方向に沿って配列される。図１５には、発光源３２０における発光素子３１１〜３１５の配置態様が例示される。
【００９７】
図１５（ａ）に示す配置態様は、図４で説明したものと同様である。複数の発光素子３１１〜３１５は、光軸が投写面に対して平行となるように配置されるとともに、赤外光の出射方向が互いに平行となるように配置される。
【００９８】
これに対して、図１５（ｂ）に示す配置態様では、複数の発光素子３１１〜３１５は、図１５（ａ）と同様に光軸が投写面に対して平行となるように配置される一方で、赤外光の出射方向は互いに平行とはなっていない。ここで、図１５（ａ）に示す配置態様と図１５（ｂ）に示す配置態様とを比較すると、赤外光の照射範囲は図１５（ｂ）に示す配置態様の方が広くなっている。その結果、図１５（ｂ）に示す配置態様によれば、投写面上においてユーザがタッチ操作可能な領域を拡げることができるため、インタラクティブ機能をより充実させることが可能となる。
【００９９】
また、赤外光発光部３００の他の形態としては、図１６に示すように、スリット３２２にシリンドリカルレンズ３２４をさらに配置する構成とすることも可能である。図１６において、シリンドリカルレンズ３２４は、その長手方向をＸ方向に略一致させて配置されている。シリンドリカルレンズ３２４の曲率を適当に設定することにより、発光源３２０から出射された赤外光をＺ方向について集光することができる。これにより、赤外光発光部３００は、赤外光を投写面と平行に出射させることができる。
【０１００】
赤外光の照射範囲がＺ方向に広がっている場合には、ユーザの指が投写面に接触するよりも早いタイミングで、赤外光がユーザの指によって発散光となり散乱する。そのため、実際にユーザによりタッチ操作された位置と、散乱光位置検出部２０４によって検出される操作位置との間にずれが生じてしまい、インタラクティブ機能が正常に動作しなくなる虞がある。これに対して、図１６に示す構成では、赤外光を投写面と平行に進行させることができるため、ユーザの操作位置と散乱光位置検出部２０４によって検出される操作位置との間のずれを低減することができる。この結果、インタラクティブ機能を正常に動作させることができる。
【０１０１】
なお、図１６に示す構成において、シリンドリカルレンズ３２４の光軸と投写面との間隔は、構造上可能な限り短くすることが望ましい。赤外光が投写面から離れるに従って、上述したユーザの操作位置と散乱光位置検出部２０４によって検出される操作位置との間のずれが大きくなるためである。
【０１０２】
なお、上記の実施の形態では、光変調素子として、ＤＭＤを例示したが、反射型の液晶パネルや、透過型の液晶パネルであってもよい。
【０１０３】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０４】
１０ 光源装置、１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ 光源、２０ クロスダイクロイックミラー、３０ 折り返しミラー、５０ 投写ユニット、５１ 投写レンズユニット、５２ 反射ミラー、１００ プロジェクタ、２００ 本体キャビネット、２０２ 投写領域検出部、２０４ 散乱光位置検出部、２０６ 侵入物動作判定部、２０８ 素子制御部、２１０ 発光制御部、２１１ 投写口、２１２ キャリブレーション用パターン保存部、２１４ 映像信号処理部、２１６ 操作受付部、３００ 赤外光発光部、３１０ 筐体、３１１〜３１５ 発光素子、３２０ 発光源、３２２ スリット、３２４ シリンドリカルレンズ、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ 冷却部、４１０Ｇ，４１０Ｂ ヒートパイプ、５００ 撮像部、５０２ 光学レンズ、５０４ ＧＢカットフィルタ、５０６ フィルタ切替制御部、５０８ 撮像素子、５１０ メモリ、６００ 物体。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、投写型映像表示装置に関し、より特定的には、ユーザのインタラクティブな操作により投写画像を変更可能に構成された投写型映像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の投写型映像表示装置（以下、プロジェクタという）として、たとえば特開２０１−２４３５７６号公報（特許文献１）には、壁上に本投影画面を投写するとともに、プロジェクタが配置される机上に、ＶＵＩ（Virtual User Interface）画面を投写するように構成されたプロジェクタをが開示される。この特許文献１では、ＶＵＩ画面上に物体（ペンまたはユーザの指）が置かれると、プロジェクタからＶＵＩ画面に向かうレーザ光が物体により散乱する。この物体による散乱光を受光素子が検出すると、その検出信号に基づいて投影画面を切換える動作指示を作成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１２４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されるプロジェクタは、レーザ光を投写面に照射して投写面に画像を表示する、いわゆるレーザプロジェクタであって、走査部で操作されたレーザ光の一部を本投影画面に照射するとともに、レーザ光の残りをＶＵＩ画面の投影面に照射する。そして、受光素子が机上の物体による散乱光を検出すると、受光素子の光検出タイミングにおけるレーザ光の走査位置に基づいて、物体の位置を算出する。
【０００５】
このように、特許文献１では、投写面に照射されるレーザ光の一部を机に向かって照射することにより、ＶＵＩ画面上の物体の位置を特定することができる。しかしながら、プロジェクタの黒表示時には、ＶＵＩ画面の投影面である机に向かって照射されるレーザ光の光量が少なくなるため、受光素子が散乱光を正確に検出することが困難となってしまう。また、蛍光灯を点灯させた室内において画像を投写する場合には、机上のＶＵＩ画面に蛍光灯からの光が映り込むことによって、物体による散乱光を正確に検出できない虞がある。
【０００６】
さらに、特許文献１に記載されるプロジェクタにおいては、物体の位置を算出するためには、共振型ＭＥＭＳミラーがレーザ光を走査するタイミングと、受光素子が散乱光を検出するタイミングとを同期させる必要がある。そのため、高速動作が可能な受光素子が必要となり、プロジェクタがより複雑で高価となってしまう。
【０００７】
また、ＶＵＩ画面の外部に置かれた物体については、散乱光が発生しないため、受光素子は物体の位置を特定することができない。したがって、ユーザが操作を行なうことができる範囲がＶＵＩ画面上に限定されるため、多様なインタラクティブ機能の要求に応えることが困難となっていた。
【０００８】
それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、多様なインタラクティブ機能を実現可能な投写型映像表示装置を簡易な構成で提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のある局面に従えば、投写型映像表示装置は、入力された映像信号に基づく映像光を投写面に投写する投写部と、投写面に向けて不可視光を出射可能に構成され、かつ、不可視光の照射範囲が映像光の投写領域と投写領域外の所定の領域とを含むように配置された不可視光発光部と、映像光を構成する複数の色光のうちの少なくとも１つと不可視光とを受光可能に構成され、投写面を撮像して撮像画像を生成する撮像部と、撮像画像に基づいて、所定の領域内に侵入した物体の位置および挙動の少なくとも一方を検出する侵入物検出部と、侵入物検出部によって検出された物体の位置および挙動の少なくとも一方に基づいて、投写映像を変更する表示制御部とを備える。
【００１０】
好ましくは、表示制御部は、所定の領域を複数の領域に分割するとともに、複数の領域間で、物体が検出されたときの投写映像の変更態様を異ならせる。
【００１１】
好ましくは、不可視光発光部は、侵入物検出部により物体が検出されないまま経過した時間が所定時間に達した場合には、不可視光の照射範囲を制限する。
【００１２】
好ましくは、不可視光発光部は、投写面上の互いに異なる領域を照射するように配列された複数の発光素子を含み、侵入物検出部により物体が検出されないまま経過した時間が所定時間に達した場合には、複数の発光素子のうちの一部の発光素子の駆動を停止させる。
【００１３】
好ましくは、不可視光発光部は、不可視光の照射範囲を制限している状態で侵入物検出部により物体が検出された場合には、不可視光の照射範囲に対する制限を解除する。
【００１４】
好ましくは、投写部は、不可視光の照射範囲を制限している場合には、不可視光の照射範囲をユーザに明示するための画像を、映像光に重畳させて表示する。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、多様なインタラクティブ機能を備えた投写型映像表示装置を簡易な構成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態に係るプロジェクタの外観構成を示す図である。
【図２】本体キャビネットの内部構成を説明するための斜視図である。
【図３】図１の撮像部の主要部の概略構成図である。
【図４】図１の赤外光発光部の概略構成を示す斜視図である。
【図５】本実施の形態に係るプロジェクタの制御構造を説明する図である。
【図６】本実施の形態におけるキャリブレーション処理を説明する概念図である。
【図７】本実施の形態におけるキャリブレーション処理を説明するフローチャートである。
【図８】本実施の形態に従うプロジェクタにおけるインタラクティブモードでの投写画像の一例を示す図である。
【図９】投写領域外におけるユーザの操作位置の検出について説明する図である。
【図１０】インタラクティブモードに設定された場合のユーザの指示内容の一例を示す図である。
【図１１】インタラクティブモードに設定された場合のプロジェクタの動作を説明するフローチャートである。
【図１２】インタラクティブモードに設定された場合のプロジェクタの動作を説明するフローチャートである。
【図１３】プロジェクタがインタラクティブモードに設定されている場合の赤外光発光部の動作を説明するタイミングチャートである。
【図１４】ユーザによる操作を待ち受ける待機状態のときの投写画像の一例を示す図である。
【図１５】本実施の形態による赤外光発光部の変更例を説明する図である。
【図１６】本実施の形態による赤外光発光部の変更例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１８】
図１は、この発明の実施の形態に係るプロジェクタの外観構成を示す図である。本実施の形態では、便宜上、プロジェクタ１００から見て投写面のある方を前、投写面と反対方向を後ろ、投写面からプロジェクタ１００から見て右方向を右、投写面からプロジェクタ１００を見て左方向を左、前後左右方向に垂直な方向であってプロジェクタ１００から投写面に向かう方向を下、その反対方向を上と定義する。また、上記左右方向をＸ方向、上記前後方向をＹ方向、上記上下方向をＺ方向と定義する。
【００１９】
図１を参照して、プロジェクタ１００は、いわゆる短焦点投写型のプロジェクタであって、略方形状の本体キャビネット２００と、赤外光発光部３００と、撮像部５００とを備える。
【００２０】
本体キャビネット２００には、映像光を透過するための投写口２１１が設けられている。投写口２１１から下斜め前方へ出射された映像光が、プロジェクタ１００の前方に配された投写面に拡大投写される。本実施の形態では、投写面はプロジェクタ１００が載置される床面に設けられる。なお、本体キャビネット２００の後面が床面に接するようにプロジェクタ１００を設置する場合には、投写面を壁面に設けることができる。
【００２１】
赤外光発光部３００は、本体キャビネット２００の下面側に設置される。赤外光発光部３００は、プロジェクタ１００の前方に向けて赤外光（以下、「ＩＲ光」ともいう）を出射する。赤外光発光部３００は、図１に示すように、赤外光を投写面（床面）に対して略平行に出射する。赤外光発光部３００は、赤外光の照射範囲が、プロジェクタ１００が映像光を投写可能な範囲（以下、投写領域という）を少なくとも含むように、赤外光を出射可能に構成される。
【００２２】
赤外光発光部３００は、本願発明における「不可視光発光部」を構成する。不可視光とは、可視光外の波長による光のことであり、具体的には、赤外光、遠赤外光、または紫外光などである。本実施の形態において、赤外光発光部３００は「不可視光発光部」の代表例として示される。すなわち、赤外光以外の不可視光を発光する発光部を赤外光発光部３００に代えて用いることも可能である。なお、赤外光発光部３００は、図１に示すように本体キャビネット２００に併設されていてもよく、本体キャビネット２００に内蔵されていてもよい。
【００２３】
撮像部５００は、本体キャビネット２００の上面側に設置される。撮像部５００は、たとえばＣＣＤ（Charge Couple Device）センサ、あるいはＣＭＯＳ（Completely Metal Oxide Semiconductor）センサ等からなる撮像素子と、撮像素子の前方に配置された光学レンズ等とを備える。撮像部５００は、投写領域を少なくとも含む範囲を撮像する。撮像部５００は、その撮像画像を示す画像データ（以下、「撮像データ」という）を生成する。なお、撮像部５００は、図１に示すように本体キャビネット２００に併設されていてもよく、本体キャビネット２００に内蔵されていてもよい。
【００２４】
本実施の形態に係るプロジェクタ１００は、通常の映像表示動作に対応する「通常モード」と、ユーザのインタラクティブな操作により投写面に投写される画像を変更することができる「インタラクティブモード」とを選択して実行可能に構成される。ユーザは、本体キャビネット２００に設けられた操作パネルまたはリモコンを操作することにより、通常モードおよびインタラクティブモードのいずれかを選択することができる。
【００２５】
プロジェクタ１００がインタラクティブモードに設定された場合には、ユーザは、指やポインタなどを用いて投写画像上で操作することにより、投写画像の表示態様をインタラクティブに変更することができる。
【００２６】
図２は、本体キャビネット２００の内部構成を説明するための斜視図である。
図２を参照して、本体キャビネット２００は、光源装置１０と、クロスダイクロイックミラー２０と、折り返しミラー３０と、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）４０と、投写ユニット５０とを備える。
【００２７】
光源装置１０は、複数（たとえば３個とする）の光源１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを含む。光源１０Ｒは、赤色波長域の光（以下、「Ｒ光」という）を発光する赤色光源であり、たとえば赤色ＬＥＤ（Light Emitting Device）や赤色ＬＤ（Laser Diode）からなる。光源１０Ｒには、光源１０Ｒで発生した熱を放出するためのヒートシンクおよびヒートパイプからなる冷却部４００Ｒ（図示せず）が設けられている。
【００２８】
光源１０Ｇは、緑色波長域の光（以下、「Ｇ光」という）発光する緑色光源であり、たとえば緑色ＬＥＤや緑色ＬＤからなる。光源１０Ｇには、光源１０Ｇで発生した熱を放出するためのヒートシンク４１０Ｇおよびヒートパイプ４２０Ｇからなる冷却部４００Ｇが設けられている。
【００２９】
光源１０Ｂは、青色波長域の光（以下、「Ｂ光」という）を発光する青色光源であり、たとえば青色ＬＥＤや青色ＬＤからなる。光源１０Ｂには、光源１０Ｂで発生した熱を放出するためのヒートシンク４１０Ｂおよびヒートパイプ４２０Ｂからなる冷却部４００Ｂが設けられている。
【００３０】
クロスダイクロイックミラー２０は、光源装置１０から入射された光のうち、Ｂ光のみを透過し、Ｒ光およびＧ光を反射する。クロスダイクロイックミラー２０を透過したＢ光、およびクロスダイクロイックミラー２０で反射されたＲ光およびＧ光は、折り返しミラー３０へ導かれ、そこで反射され、ＤＭＤ４０に入射される。
【００３１】
ＤＭＤ４０は、マトリクス状に配置された複数のマイクロミラーを含む。１つのマイクロミラーは、１つの画素を構成する。マイクロミラーは、入射するＲ光、Ｇ光およびＢ光に対応するＤＭＤ駆動信号に基づいて、高速でオン・オフ駆動される。
【００３２】
マイクロミラーの傾斜角度が変えられることによって各光源からの光（Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光）が変調される。具体的には、ある画素のマイクロミラーがオフ状態のときには、このマイクロミラーによる反射光は投写ユニット５０には入射しない。一方、マイクロミラーがオン状態のときには、このマイクロミラーによる反射光は投写ユニット５０に入射する。各光源の発光期間に占めるマイクロミラーがオン状態となる期間の比率を調整することにより、画素ごとに画素の階調が調整される。
【００３３】
ＤＭＤ４０は、光源装置１０からＲ光、Ｇ光、Ｂ光が時分割で出射されるタイミングに同期して、各マイクロミラーを駆動する。投写ユニット５０は、投写レンズユニット５１と、反射ミラー５２とを含む。ＤＭＤ４０により反射された光（映像光）は、投写レンズユニット５１を通過し、反射ミラー５２へ出射される。映像光は、反射ミラー５２によって反射され、本体キャビネット２００に設けられた投写口２１１から外部へ出射される。投写面には、Ｒ，Ｇ，Ｂの色光による画像が順に投写される。投写面上に投写される各色の色光による画像は、人間の目には、それらの色光による画像が重ね合わせて生成されるカラー画像として認識される。
【００３４】
図３は、図１の撮像部５００の主要部の概略構成図である。
図３を参照して、撮像部５００は、光学レンズ５０２と、ＧＢ光除去フィルタ（以下、「ＧＢカットフィルタ」という）５０４と、フィルタ切替制御部５０６と、撮像素子５０８と、メモリ５１０とを含む、
撮像部５００は、投写面（床面）の少なくとも投写領域を含む範囲を撮像して撮像データを生成する。すなわち、撮像部５００は、投写領域が十分に収まる範囲であって、投写領域とその外周の領域とを含む所定の範囲を撮像範囲とする。
【００３５】
撮像部５００において、被写界の光学像は、光学レンズ５０２を通して撮像素子５０８の受光面つまり撮像面に照射される。撮像面では、光電変換によって被写界の光学像に対応する電荷（撮像データ）が生成される。ＧＢカットフィルタ５０４は、光学レンズ５０２と撮像素子５０８との間に配置される。ＧＢカットフィルタ５０４は、撮像素子５０８への入射光のうちＧ光およびＢ光を遮光し、Ｒ光および不可視光を透過する。
【００３６】
フィルタ切替制御部５０６は、本体キャビネット２００から出力される切替指令を受けて、ＧＢカットフィルタ５０４が撮像素子５０８の光路に挿入された状態と、当該光路からＧＢカットフィルタ５０４が取り除かれた状態とのいずれかに選択的に駆動する。
【００３７】
本実施の形態では、プロジェクタ１００がインタラクティブモードに設定されているときには、フィルタ切替制御部５０６は、ＧＢカットフィルタ５０４を、撮像素子５０８の光路に挿入された状態に駆動する。一方、プロジェクタ１００が通常モードに設定されているときには、フィルタ切替制御部５０６は、ＧＢカットフィルタ５０４を、当該光路から取り除かれた状態に駆動する。このような構成とすることにより、インタラクティブモードの実行中は、撮像部５００により生成された撮像データに基づいて、ユーザの指示内容を判定することができる。一方、通常モードの実行中には、撮像データに基づいて、投写面に表示された内容を表わす画像データを生成することができる。たとえば、投写画像上に文字等が筆記された状態を撮像することにより、当該状態を１つの画像データとして保管することができる。
【００３８】
図４は、図１の赤外光発光部３００の概略構成を示す斜視図である。
図４を参照して、赤外光発光部３００は、赤外光を発光する発光源３２０と、発光源３２０を収容する筐体３１０とを含む。発光源３２０は、赤外光を発光する複数（たとえば５個とする）の発光素子３１１〜３１５からなる。発光素子３１１〜３１５は、たとえばＬＥＤからなる。発光素子３１１〜３１５は、Ｘ方向（左右方向）に沿って配列されている。
【００３９】
これら発光素子３１１〜３１５の光軸はいずれも投写面に対して平行（Ｙ方向）となっている。発光素子３１１〜３１５の光軸と投写面との間隔は、構造上可能な限り短くすることが望ましい。赤外光が投写面から離れるに従って、実際にユーザによりタッチ操作された位置と、散乱光位置検出部２０４によって検出される操作位置との間にずれが生じてしまい、インタラクティブ機能が正常に動作しなくなる虞があるためである。
【００４０】
筐体３１０には、プロジェクタ１００の前方側に位置する側面にスリット３２２が形成されている。発光素子３１１〜３１５により発光された赤外光は、スリット３２２を透過すると、投写面に対して略平行に進行する。
【００４１】
なお、発光源３２０は、プロジェクタ１００がインタラクティブモードに設定されている場合には点灯（オン）される一方で、プロジェクタ１００が通常モードに設定されている場合には消灯（オフ）される。このような構成とすることにより、インタラクティブモードでは、ユーザが指やポインタによって投写面上の赤外光の照射範囲内をタッチ操作をすることによって、接触した位置（操作位置）に応じて投写映像の表示態様を変更することができる。また、通常モードにおいては、発光源３２０の無駄な発光を抑えることにより、省電力化を実現できる。
【００４２】
図５は、本実施の形態に係るプロジェクタ１００の制御構造を説明する図である。
図５を参照して、プロジェクタ１００は、光源装置１０（図２）と、ＤＭＤ４０（図２）と、投写ユニット５０（図２）と、投写領域検出部２０２と、散乱光位置検出部２０４と、侵入物動作判定部２０６と、素子制御部２０８と、発光制御部２１０と、キャリブレーション用パターン保存部２１２と、映像信号処理部２１４と、操作受付部２１６とを備える。
【００４３】
操作受付部２１６は、ユーザが操作するリモコンから送信されるリモコン信号を受信する。操作受付部２１６は、リモコン信号を受信するだけでなく、本体キャビネット２００に設けられた操作パネルからの信号を受け付けることができる。操作受付部２１６は、リモコンまたは操作パネルへの操作がなされると、当該操作を受付け、素子制御部２０８への各種動作のトリガとなるコマンド信号を送る。
【００４４】
映像信号処理部２１４は、図示しない入力部から与えられる映像信号を受信する。映像信号処理部２１４は、受信した映像信号を、表示のための信号に処理して出力する。具体的には、映像信号処理部２１４は、受信した映像信号を１フレーム（１画面）ごとにフレームメモリ（図示せず）に書込むとともに、フレームメモリに書込まれた映像を読出す。そして、この書込みと読出しとの処理の過程において、各種の画像処理を施すことにより、映像信号処理部２１４は、受信した映像信号を変換して投写画像用の表示映像信号を生成する。
【００４５】
なお、映像信号処理部２１４が行なう画像処理には、プロジェクタ１００からの投写光の光軸と投写面との相対的な傾きによって生じる画像歪みを補正するための画像歪み補正処理や、投写面に表示される投写画像の表示サイズを拡大または縮小させるための画像サイズ調整処理などが含まれる。
【００４６】
素子制御部２０８は、映像信号処理部２１４から出力される表示映像信号に従って、映像の表示動作を制御するための制御信号を生成する。生成された制御信号は、光源装置１０およびＤＭＤ４０へそれぞれ出力される。
【００４７】
具体的には、素子制御部２０８は、表示映像信号に応じてＤＭＤ４０を駆動制御する。素子制御部２０８は、光源装置１０からＲ光、Ｇ光、Ｂ光が順に出射されるタイミングに同期してＤＭＤ４０を構成する複数のマイクロミラーを駆動する。これにより、ＤＭＤ４０は、表示映像信号に基づいてＲ光、Ｇ光、Ｂ光を変調してＲ，Ｇ，Ｂの色光ごとの画像を順に出射する。
【００４８】
また、素子制御部２０８は、光源装置１０の出射光量を制御するための制御信号を生成して光源装置１０へ出力する。光源装置１０の出射光量の制御は、ユーザがリモコン、操作パネルまたはメニュー画面を操作することにより投写画像の明るさ調整を指示した場合に行なわれる。あるいは、映像信号処理部２１４から与えられた表示映像信号の明るさに応じて、表示制御部２０８が自動的に投写画像の明るさ調整を行なうことも可能である。
【００４９】
（キャリブレーション処理）
本実施の形態に係るプロジェクタ１００は、映像の表示動作を行なうための前処理として、撮像部５００による画像座標系をプロジェクタ１００による座標画像系に変換するためのキャリブレーション処理を実行する。このキャリブレーション処理を実行することによって、上述したインタラクティブモードの実行が可能となる。なお、キャリブレーション処理を実行するのに先立って、投写画像の歪み状態の自動調整が行なわれる。
【００５０】
キャリブレーション処理は、電源投入時や投写指示時に実行されるプロジェクタ１００の初期設定に含まれている。なお、初期設定として行なう以外に、プロジェクタ１００の配置が変更されたことが図示しない傾斜センサ等によって検出された場合において、キャリブレーション処理を行なう構成としてもよい。
【００５１】
表示制御部２０８は、操作受付部２１６を介してキャリブレーション処理の実行が指示されると、所定のキャリブレーション用パターンを投写面に投写させる。このキャリブレーション用パターンは、予めキャリブレーション用パターン保存部２１２に記憶されている。本実施の形態では、キャリブレーション用パターンを、画面全体を白色の単色表示とする全白画像とする。
【００５２】
撮像部５００は、表示制御部２０８の指示に従って、投写面を撮像する。撮像部５００は、投写面の撮像画像を表わす画像データ（撮像データ）を生成して、投写領域検出部２０２へ出力する。
【００５３】
投写領域検出部２０２は、撮像部５００から撮像データを取得するとともに、映像信号処理部２１４からキャリブレーション用パターン（例えば全白画像）を基に生成された画像データを取得する。投写領域検出部２０２は、撮像データと画像データとを比較することによって、撮像部５００の画像座標系における投写領域の位置情報を検出する。
【００５４】
図６は、本実施の形態におけるキャリブレーション処理を説明する概念図である。図７は、本実施の形態におけるキャリブレーション処理を説明するフローチャートである。なお、図６（ｂ）は、表示制御部２０８に入力されるキャリブレーション用パターン（全白画像）を示す図である。図６（ａ）は、投写面に投写されたキャリブレーション用パターンを撮像部５００で撮像した画像を示す図である。
【００５５】
ここで、図６（ｂ）に示すように、ＤＭＤ４０の画像表示領域の左上の隅を原点（０，０）、右方向をＸ方向、下方向をＹ方向としたＸＹ座標系を設定する。同様に、図６（ａ）に示すように、撮像画像の左上の隅を原点（０，０）、右方向をｘ方向、下方向をｙ方向としたｘｙ座標系を設定する。撮像画像内には、Ｒ光のみで表示されたキャリブレーション用パターンの投写画像が含まれている。
【００５６】
図７を参照して、ステップＳ０１により、表示制御部２０８は、キャリブレーション用パターン保存部２１２から読み出した画像データに基づいてＤＭＤ４０を駆動することによりキャリブレーション用パターン（例えば全白画像）を投写する。
【００５７】
ステップＳ０２では、撮像部５００は、投写面を撮像して撮像画像（撮像データ）を取得する。
【００５８】
ステップＳ０３により、投写領域検出部２０２は、撮像部５００から撮像画像（図６（ａ））を取得すると、所定の読出し方向に沿って撮像画像を順に読み出すことにより、撮像画像における、投写画像の４隅（図中の点Ｃ１〜Ｃ４）のｘｙ座標を検出する。投写領域検出部２０２は、ステップＳ０４により、検出した投写画像の４隅の座標を、撮像画像における投写領域の位置を示す位置情報として記憶する。
【００５９】
（インタラクティブモード）
以下に、インタラクティブモードに設定された場合のプロジェクタ１００の動作について、図面を参照して説明する。
【００６０】
図１を参照して、プロジェクタ１００がインタラクティブモードに設定された場合には、赤外光発光部３００は、赤外光を投写面（床面）に対して略平行に出射する。赤外光の照射範囲には、プロジェクタ１００の投写領域が少なくとも含まれている。
【００６１】
赤外光の照射範囲内に物体（たとえば、ユーザの指先またはポインタなど）６００が侵入すると、物体６００により発散光となり散乱する。撮像部５００は、散乱された赤外光を受光する。撮像部５００は、ＧＢカットフィルタ５０４（図３）を透過して撮像素子５０８に入射された映像光（Ｒ光）および赤外光に基づいて撮像データを生成する。撮像部５００により生成された撮像データは、投写領域検出部２０２および散乱光位置検出部２０４（図５）に出力される。
【００６２】
散乱光位置検出部２０４は、撮像部５００から撮像データを取得すると、投写領域検出部２０２により検出され、かつ記憶されている撮像画像における投写領域の位置を示す位置情報に基づいて、散乱赤外光の位置を検出する。具体的には、散乱光位置検出部２０４は、撮像画像において所定の閾値以上の明るさを有する点の位置情報と、投写領域の位置情報とに基づいて、投写領域における散乱赤外光の位置を検出する。これにより、散乱光位置検出部２０４は、投写領域内への物体６００の侵入の有無、および投写領域に侵入した物体６００の位置を検出する。
【００６３】
このとき、散乱光位置検出部２０４は、投写領域の位置情報に基づいて、散乱赤外光が投写領域内に位置するか、投写領域外の所定の領域内に位置するかを検出する。そして、散乱赤外光が投写領域内に位置する場合には、散乱光位置検出部２０４は、投写領域における散乱赤外光のＸＹ座標を表わす位置情報を検出する。検出された散乱赤外光の位置は、図１に示す物体６００の位置（点Ｐ１）であり、ユーザの操作位置に相当する。
【００６４】
以下に、図６を用いて、図５の散乱光位置検出部２０４における散乱赤外光の位置検出方法について説明する。
【００６５】
図６（ａ）に示すように、撮像画像の左上の隅を原点（０，０）としたｘｙ座標系において、座標（ｘａ，ｙｂ）で表わされる点Ｐ１がタッチ操作されたものとする。散乱光位置検出部２０４は、投写領域検出部２０２から入力される投写領域の位置情報に基づいて、投写領域内における点Ｐ１の位置を認識する。具体的には、投写画像の左上の隅（点Ｃ１）および右上の隅（点Ｃ２）のｘ座標と、点Ｐ１のｘ座標ｘａとに基づいて、点Ｃ１および点Ｃ２の間における点Ｐ１の内分比率（ｘ１：ｘ２）を算出する。同様にして、投写画像の左下の隅（点Ｃ３）および右下の隅（点Ｃ４）のｘ座標と、点Ｐ１のｘ座標ｘａとに基づいて、点Ｃ３および点Ｃ４の間における点Ｐ１の内分比率（ｘ３：ｘ４）を算出する。また、点Ｃ１および点Ｃ３のｙ座標と点Ｐ１のｙ座標ｙａとに基づいて、点Ｃ１および点Ｃ３の間における点Ｐ１の内分比率（ｙ１：ｙ２）を算出する。さらに、点Ｃ２および点Ｃ４のｙ座標と点Ｐ１のｙ座標ｙａとに基づいて、点Ｃ２および点Ｃ４の間における点Ｐ１の内分比率（ｙ３：ｙ４）を算出する。
【００６６】
以上のようにして、投写領域内における点Ｐ１の位置を認識すると、散乱光位置検出部２０４は、図６（ｂ）に示される画像表示領域内において、点Ｐ１に対応する位置のＸＹ座標（Ｘａ，Ｙａ）を算出する。具体的には、散乱光位置検出部２０４は、画像表示領域の４隅（図中の点Ｃ１〜Ｃ４）のうちの左上の隅（点Ｃ１）および右上の隅（点Ｃ２）の間をｘ１：ｘ２に内分する点Ｓ１と、左下の隅（点Ｃ３）および右下の隅（点Ｃ４）の間をｘ３：ｘ４に内分する点Ｓ２を算出する。同様に、散乱光位置検出部２０４は、点Ｃ１および点Ｃ３の間をｙ１：ｙ２に内分する点Ｓ３と、点Ｃ２および点Ｃ４の間をｙ３：ｙ４に内分する点Ｓ４とを算出する。そして、散乱光位置検出部２０４は、点Ｓ１および点Ｓ２を結ぶ線分と、点Ｓ３および点Ｓ４を結ぶ線分とが交差する点のＸＹ座標（Ｘａ，Ｙａ）を、画像表示領域における点Ｐ１に対応する点の位置情報として認識する。
【００６７】
再び図５を参照して、散乱光位置検出部２０４により検出された物体６００の位置情報（操作位置の位置情報）は、侵入物動作判定部２０６へ送出される。侵入物動作判定部２０６は、物体６００の位置情報に基づいて、ユーザの指示内容を判定する。
【００６８】
具体的には、侵入物動作判定部２０６は、投写面がタッチ操作されている場合には、操作された位置を、散乱光位置検出部２０４から与えられる物体６００の位置情報によって認識する。そして、侵入物動作判定部２０６は、その操作位置に応じたユーザの指示内容を判定する。
【００６９】
あるいは、ユーザが投写面をタッチ操作したまま操作位置を移動させた場合には、侵入物動作判定部２０６は、散乱光位置検出部２０４から与えられる物体６００の位置情報に基づいて、操作位置の移動状態（移動方向や移動量など）を認識する。そして、侵入物動作判定部は、その操作位置の移動状態に応じたユーザの指示内容を判定する。
【００７０】
映像信号処理部２１４は、表示制御部２０８を通じて侵入物動作判定部２０６から送信されるユーザの指示内容に基づいて、表示制御信号に対して所定の画像処理を施す。素子制御部２０８は、処理後の表示映像信号に従って、光源装置１０およびＤＭＤ４０を駆動制御する。この結果、ユーザの指示内容に従って投写画像の表示態様が変更する。
【００７１】
図８は、本実施の形態に従うプロジェクタ１００におけるインタラクティブモードでの投写画像の一例を示す図である。
【００７２】
図８（ａ）に示すように、投写面には、複数（たとえば３個とする）の映像信号に基づく複数の画像Ａ〜Ｃから構成された投写画像が表示されている。この投写画像上において、ユーザが指またはポインタなどで画像Ｃをタッチ操作すると、プロジェクタ１００においては、散乱光位置検出部２０４が、投写面の撮像画像に基づいて投写画像上の物体の位置情報を検出する。そして、侵入物動作判定部２０６は、検出された物体の位置情報に基づいて、ユーザからの指示内容を判定する。映像信号処理部２１４および表示制御部２０８は、判定された指示内容に従って投写画像を変更する。図８（ａ）の例では、物体の位置情報に基づいてユーザにより画像Ｃが選択されたことを判定すると、表示制御部２０８は、選択された画像Ｃを画面全体に表示させる。
【００７３】
また、図８（ｂ）には、画面内の任意の位置に操作対象となるアイコン画像Ｄが重畳して表示されている投写画像が示される。この投写画像上において、ユーザが指またはポインタなどでアイコン画像Ｄをドラッグアンドドロップする操作を行なうと、プロジェクタ１００は、この操作に対応してアイコン画像Ｄを、投写画面上の指定された位置に表示させる。具体的には、散乱光位置検出部２０４は、投写面の撮像画像に基づいて投写画像上の物体の位置情報を検出する。侵入物動作判定部２０６は、検出された物体の位置情報に基づいて、物体の移動方向、軌跡および移動後の指先の位置などの移動情報を検出する。そして、侵入物動作判定部２０６は、検出された物体の移動情報に基づいてユーザからの指示内容を判定する。表示制御部２０８は、判定された指示内容に従って投写画像を変更する。
【００７４】
図８（ｂ）の例では、物体の位置情報に基づいてユーザによりアイコン画像Ｄをドラッグアンドドロップする操作が行なわれたことを判定すると、表示制御部２０８は、アイコン画像Ｄを指定された位置に移動して表示させる。
【００７５】
このように、本実施の形態によるプロジェクタ１００によれば、ユーザが投写画像上を操作することにより、投写画像を変更することができる。さらに、本実施の形態によるプロジェクタ１００は、図９に示される投写領域外の所定の領域内をユーザが操作することによっても、投写画像を変更することができる。なお、「所定の領域」とは、赤外光発光部による赤外光の照射範囲と撮像部の撮像範囲とが重なり合う領域であって、投写領域の外周に位置する領域である。
【００７６】
図９において、所定の領域は、３つの領域Ａ〜Ｃに分けられる。領域Ａは投写領域の前方に位置する領域であり、領域Ｂは投写領域の左隣に位置する領域であり、領域Ｃは投写領域の右隣に位置する領域である。
【００７７】
本実施の形態では、３つの領域Ａ〜Ｃのうちのユーザがタッチ操作した領域に応じて、投写映像の変更態様を異ならせる。図１０は、ユーザがタッチ操作した領域に対応付けて設定された指示内容の例を説明する図である。図１０では、散乱光位置検出部２０４によって検出された物体の位置情報ごとに動作指示が対応付けて設定されている。たとえば、物体が領域Ａに位置する場合には、投写画像を所定の倍率で拡大表示させる「ズーム表示」が設定されている。なお、投写画像を拡大表示させるときの拡大倍率は、予め定められた時間内にユーザが領域Ａをタッチする回数に応じて、可変に設定することも可能である。
【００７８】
また、物体が領域Ｂに位置する場合には、投写画像を切換える「ページ送り」が設定されている。「ページ送り」とは、それまで投写面に表示されていたフレームの画像を次のフレームの画像に切換え表示させることを指す。これに対して、物体が領域Ｃに位置する場合には、投写画像を切換える「ページ戻り」が設定されている。「ページ戻り」とは、それまで投写面に表示されていたフレームの画像を前のフレームの画像に切換え表示させることを指す。
【００７９】
図１１および図１２は、インタラクティブモードに設定された場合のプロジェクタ１００の動作を説明するフローチャートである。図１１および図１２のフローチャートは、プロジェクタ１００がインタラクティブモードに設定されたときに、図５の制御構造において予め格納したプログラムを実行することで実現できる。
【００８０】
図１１を参照して、ステップＳ１１において、プロジェクタ１００の表示映像部２０８は、光源装置１０およびＤＭＤ４０を制御することにより、表示映像信号に基づく映像光を投写面に投影する。
【００８１】
ステップＳ１２では、赤外光発光部３００が、投写面と略平行に赤外光を出射する。このとき、発光源３２０を構成する複数の発光素子３１１〜３１５はすべてオン状態に駆動されている。
【００８２】
ステップＳ１３により撮像部５００のメモリ５１０に記憶されている撮像データを読み出すと、散乱光位置検出部２０４は、ステップＳ１４では、撮像データに基づいて赤外光の照射範囲内に物体が侵入したか否かを判定する。具体的には、散乱光位置検出部２０４は、撮像画像内に所定の閾値以上の明るさを有する点が存在するか否かを判定する。
【００８３】
赤外光の照射範囲内に物体が侵入していないと判定されたときには（ステップＳ１４のＮＯ判定時）、散乱光位置検出部２０４は、ユーザから投写画像の変更が指示されていないと判断して、一連の処理を終了する。
【００８４】
これに対して、赤外光の照射範囲内に物体が侵入していると判定されたときには（ステップＳ１４のＹＥＳ判定時）、散乱光位置検出部２０４は、ステップＳ１５により、投写領域の位置情報に基づいて散乱赤外光の位置（物体の位置）を検出する。
【００８５】
ステップＳ１６では、散乱光位置検出部２０４は、投写領域の位置情報に基づいて、散乱赤外光が投写領域内に位置するか否か、すなわち、侵入した物体が投写領域内に位置するか否かを判定する。物体が投写領域内に位置すると判定された場合には（ステップＳ１６のＹＥＳ判定時）、散乱光位置検出部２０４は、投写領域における散乱赤外光のＸＹ座標を表わす位置情報を検出する。検出された散乱光の位置情報は、侵入物動作判定部２０６へ出力される。
【００８６】
ステップＳ１７では、侵入物動作判定部２０６は、散乱光の位置情報に基づいて、物体が移動したが否かを判定する。物体が移動したと判定された場合（ステップＳ１７のＹＥＳ判定時）には、侵入物動作判定部２０６は、ステップＳ１８により、物体の移動状態（移動方向や移動量）に基づいてユーザの指示内容を判定する。一方、物体が移動していないと判定された場合（ステップＳ１７のＮＯ判定時）には、侵入物動作判定部２０６は、ステップＳ１９により、物体の位置に基づいてユーザの指示内容を判定する。
【００８７】
これに対して、ステップＳ１６において物体が投写領域外の所定の領域内に位置すると判定された場合（ステップＳ１６のＮＯ判定時）には、散乱光位置検出部２０４は、ステップＳ２０により、物体が投写領域外の複数の領域Ａ〜Ｃのいずれの領域に位置するか否かを判定する。ステップＳ２１では、侵入物動作判定部２０６は、物体が位置する領域に基づいてユーザの指示内容を判定する。
【００８８】
ステップＳ１８，Ｓ１９，Ｓ２１によってユーザの指示内容が判定されると、映像信号処理部２１４は、表示制御部２０８を通じて侵入物動作判定部２０６から送信されるユーザの指示内容に基づいて、表示制御信号に対して所定の画像処理を施す。素子制御部２０８は、処理後の表示映像信号に従って、光源装置１０およびＤＭＤ４０を駆動制御する。この結果、ユーザの指示内容に従って投写画像の表示態様が変更する。
【００８９】
（赤外光発光部の構成）
図１３は、プロジェクタ１００がインタラクティブモードに設定されている場合の赤外光発光部３００の動作を説明するタイミングチャートである。
【００９０】
図１３を参照して、まず時刻ｔ１において、プロジェクタ１００がインタラクティブモードに設定されると、赤外光発光部３００は、発光源３２０を構成する複数の発光素子３１１〜３１５（図４）を全てオン状態に駆動する。すなわち、発光源３２０による赤外光の発光量は、発光源３２０が発光可能な赤外光の発光量に対して１００％となる。これにより、発光源３２０は、撮像部の撮像範囲を赤外光の照射範囲に含むように赤外光を出射する。この状態で、撮像範囲内に物体が侵入したことによって撮像部が散乱赤外光を受光すると、散乱光位置検出部は、撮像部からの撮像データに基づいて、投写領域内または投写領域外の所定の領域内における散乱赤外光の位置（すなわち、物体の位置）を検出する。
【００９１】
発光制御部２１０（図５）は、侵入物動作判定部２０６から送信されるユーザの指示内容に基づいて、ユーザによる投写画面（または所定の領域）上での操作が終了したと判断されると、操作が終了した時点からの経過時間の計時を開始する。すなわち、発光制御部２１０は、ユーザによる操作がないまま経過した時間を計時する。図１３に示すように、時刻ｔ２においてユーザによる操作が終了した場合に、新たな操作がないまま、その経過時間が所定時間Ｔｔｈに達すると（時刻ｔ３）、発光制御部２１０は、発光源３２０による赤外光の発光量を減少させる。
【００９２】
具体的には、発光制御部２１０は、発光源３２０を構成する複数の発光素子３１１〜３１５のうちの一部をオン状態からオフ状態に切換える。このとき、発光制御部２１０は、例えば図１４に示すように、発光素子３１１〜３１５のうちの中央部分に位置する発光素子３１３のみをオン状態に維持し、残りの発光素子３１１，３１２，３１４，３１５をオフ状態に駆動する。これにより、発光源３２０による赤外光の発光量は、約２０％に低下する。
【００９３】
このようにユーザによる投写画面上での操作がないまま経過した時間が所定時間Ｔｔｈに達した場合には、赤外光の発光量を低減させることにより、ユーザによる操作を待ち受ける待機状態のときに赤外光発光部３００が消費する電力を削減することができる。この結果、プロジェクタ１００としても、消費電力を削減することができる。
【００９４】
その一方で、上記のように複数の発光素子３１１〜３１５の一部の発光素子３１３のみをオン状態としたことによって、図１４に示すように、赤外光の照射範囲は通常時よりも狭くなる。そのため、投写画像上で照射範囲外の領域をユーザが指し示した場合には、撮像部５００により散乱赤外光が受光されないため、ユーザの動作指示を判定することができないという不具合が生じる虞がある。
【００９５】
このような不具合を回避するため、ユーザによる操作を待ち受ける待機状態のときには、図１４に示すように、赤外光の照射範囲に対応する投写画像内の領域に、ユーザに対して指示する位置を指定するための画像Ｇ１を投写画像に重畳させて表示する。ユーザが画像Ｇ１を指し示すと、再び撮像部５００により散乱赤外光が受光される。図１３では、時刻ｔ４においてユーザが画像Ｇ１を指し示すと、発光制御部２１０は、オフ状態にされている発光素子３１１，３１２，３１４，３１５をオン状態に切換える。これにより、赤外光の発光量は元の１００％に戻される。この結果、赤外光の照射範囲に対する制限が解除される。
【００９６】
（変更例）
上記のように、発光源３２０を構成する複数の発光素子３１１〜３１５は、Ｘ方向に沿って配列される。図１５には、発光源３２０における発光素子３１１〜３１５の配置態様が例示される。
【００９７】
図１５（ａ）に示す配置態様は、図４で説明したものと同様である。複数の発光素子３１１〜３１５は、光軸が投写面に対して平行となるように配置されるとともに、赤外光の出射方向が互いに平行となるように配置される。
【００９８】
これに対して、図１５（ｂ）に示す配置態様では、複数の発光素子３１１〜３１５は、図１５（ａ）と同様に光軸が投写面に対して平行となるように配置される一方で、赤外光の出射方向は互いに平行とはなっていない。ここで、図１５（ａ）に示す配置態様と図１５（ｂ）に示す配置態様とを比較すると、赤外光の照射範囲は図１５（ｂ）に示す配置態様の方が広くなっている。その結果、図１５（ｂ）に示す配置態様によれば、投写面上においてユーザがタッチ操作可能な領域を拡げることができるため、インタラクティブ機能をより充実させることが可能となる。
【００９９】
また、赤外光発光部３００の他の形態としては、図１６に示すように、スリット３２２にシリンドリカルレンズ３２４をさらに配置する構成とすることも可能である。図１６において、シリンドリカルレンズ３２４は、その長手方向をＸ方向に略一致させて配置されている。シリンドリカルレンズ３２４の曲率を適当に設定することにより、発光源３２０から出射された赤外光をＺ方向について集光することができる。これにより、赤外光発光部３００は、赤外光を投写面と平行に出射させることができる。
【０１００】
赤外光の照射範囲がＺ方向に広がっている場合には、ユーザの指が投写面に接触するよりも早いタイミングで、赤外光がユーザの指によって発散光となり散乱する。そのため、実際にユーザによりタッチ操作された位置と、散乱光位置検出部２０４によって検出される操作位置との間にずれが生じてしまい、インタラクティブ機能が正常に動作しなくなる虞がある。これに対して、図１６に示す構成では、赤外光を投写面と平行に進行させることができるため、ユーザの操作位置と散乱光位置検出部２０４によって検出される操作位置との間のずれを低減することができる。この結果、インタラクティブ機能を正常に動作させることができる。
【０１０１】
なお、図１６に示す構成において、シリンドリカルレンズ３２４の光軸と投写面との間隔は、構造上可能な限り短くすることが望ましい。赤外光が投写面から離れるに従って、上述したユーザの操作位置と散乱光位置検出部２０４によって検出される操作位置との間のずれが大きくなるためである。
【０１０２】
なお、上記の実施の形態では、光変調素子として、ＤＭＤを例示したが、反射型の液晶パネルや、透過型の液晶パネルであってもよい。
【０１０３】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０４】
１０ 光源装置、１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ 光源、２０ クロスダイクロイックミラー、３０ 折り返しミラー、５０ 投写ユニット、５１ 投写レンズユニット、５２ 反射ミラー、１００ プロジェクタ、２００ 本体キャビネット、２０２ 投写領域検出部、２０４ 散乱光位置検出部、２０６ 侵入物動作判定部、２０８ 素子制御部、２１０ 発光制御部、２１１ 投写口、２１２ キャリブレーション用パターン保存部、２１４ 映像信号処理部、２１６ 操作受付部、３００ 赤外光発光部、３１０ 筐体、３１１〜３１５ 発光素子、３２０ 発光源、３２２ スリット、３２４ シリンドリカルレンズ、４００Ｒ，４００Ｇ，４００Ｂ 冷却部、４１０Ｇ，４１０Ｂ ヒートパイプ、５００ 撮像部、５０２ 光学レンズ、５０４ ＧＢカットフィルタ、５０６ フィルタ切替制御部、５０８ 撮像素子、５１０ メモリ、６００ 物体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された映像信号に基づく映像光を投写面に投写する投写部と、
前記投写面に向けて不可視光を出射可能に構成され、かつ、前記不可視光の照射範囲が前記映像光の投写領域と前記投写領域外の所定の領域とを含むように配置された不可視光発光部と、
前記映像光を構成する複数の色光のうちの少なくとも１つと前記不可視光とを受光可能に構成され、前記投写面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、前記所定の領域内に侵入した物体の位置および挙動の少なくとも一方を検出する侵入物検出部と、
前記侵入物検出部によって検出された物体の位置および挙動の少なくとも一方に基づいて、投写映像を変更する表示制御部とを備える、投写型映像表示装置。
【請求項２】
前記表示制御部は、前記所定の領域を複数の領域に分割するとともに、前記複数の領域間で、前記物体が検出されたときの前記投写映像の変更態様を異ならせる、請求項１に記載の投写型映像表示装置。
【請求項３】
前記不可視光発光部は、前記侵入物検出部により前記物体が検出されないまま経過した時間が所定時間に達した場合には、前記不可視光の照射範囲を制限する、請求項１または２に記載の投写型映像表示装置。
【請求項４】
前記不可視光発光部は、前記投写面上の互いに異なる領域を照射するように配列された複数の発光素子を含み、前記侵入物検出部により前記物体が検出されないまま経過した時間が所定時間に達した場合には、前記複数の発光素子のうちの一部の発光素子の駆動を停止させる、請求項１または２に記載の投写型映像表示装置。
【請求項５】
前記不可視光発光部は、前記不可視光の照射範囲を制限している状態で前記侵入物検出部により前記物体が検出された場合には、前記不可視光の照射範囲に対する制限を解除する、請求項３に記載の投写型映像表示装置。
【請求項６】
前記投写部は、前記不可視光の照射範囲を制限している場合には、前記不可視光の照射範囲をユーザに明示するための画像を、前記映像光に重畳させて表示する、請求項５に記載の投写型映像表示装置。
【請求項１】
入力された映像信号に基づく映像光を投写面に投写する投写部と、
前記投写面に向けて不可視光を出射可能に構成され、かつ、前記不可視光の照射範囲が前記映像光の投写領域と前記投写領域外の所定の領域とを含むように配置された不可視光発光部と、
前記映像光を構成する複数の色光のうちの少なくとも１つと前記不可視光とを受光可能に構成され、前記投写面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、前記所定の領域内に侵入した物体の位置および挙動の少なくとも一方を検出する侵入物検出部と、
前記侵入物検出部によって検出された物体の位置および挙動の少なくとも一方に基づいて、投写映像を変更する表示制御部とを備える、投写型映像表示装置。
【請求項２】
前記表示制御部は、前記所定の領域を複数の領域に分割するとともに、前記複数の領域間で、前記物体が検出されたときの前記投写映像の変更態様を異ならせる、請求項１に記載の投写型映像表示装置。
【請求項３】
前記不可視光発光部は、前記侵入物検出部により前記物体が検出されないまま経過した時間が所定時間に達した場合には、前記不可視光の照射範囲を制限する、請求項１または２に記載の投写型映像表示装置。
【請求項４】
前記不可視光発光部は、前記投写面上の互いに異なる領域を照射するように配列された複数の発光素子を含み、前記侵入物検出部により前記物体が検出されないまま経過した時間が所定時間に達した場合には、前記複数の発光素子のうちの一部の発光素子の駆動を停止させる、請求項１または２に記載の投写型映像表示装置。
【請求項５】
前記不可視光発光部は、前記不可視光の照射範囲を制限している状態で前記侵入物検出部により前記物体が検出された場合には、前記不可視光の照射範囲に対する制限を解除する、請求項３に記載の投写型映像表示装置。
【請求項６】
前記投写部は、前記不可視光の照射範囲を制限している場合には、前記不可視光の照射範囲をユーザに明示するための画像を、前記映像光に重畳させて表示する、請求項５に記載の投写型映像表示装置。
【図１】
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２５６０００（Ｐ２０１２−２５６０００Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３０２４８（Ｐ２０１１−１３０２４８）
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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