画像表示装置
【課題】画像表示装置において、部品点数及び製造コストの低減を図る。
【解決手段】画像表示装置１は、可視光を変調し出射するＬＤ２と、ＬＤ２からの光をＬＤ２と同期して平面Ｐ上に２次元走査する光走査デバイス４と、平面Ｐ上に表示された画像Ｇを撮像する撮像部５と、撮像部５により撮像される画像Ｇの時間的変化に基づいて、画像Ｇ上の任意の位置を指示するために用いられる指等の指示手段の有無を判別する画像処理部６と、を備える。指示手段として人の指等が用いられる場合においても、指等による画像指示の有無を判別可能であるため、部品点数の低減を図ることができる。また、従来のように、不可視光を出射し、指示手段で反射した不可視光の受光タイミングに応じて指示手段の位置を検出する画像表示装置と比べ、高い時間分解能を持つ複雑な検出回路等が不要であり、構成を簡単化することができるので、製造コストの低減を図ることができる。
【解決手段】画像表示装置１は、可視光を変調し出射するＬＤ２と、ＬＤ２からの光をＬＤ２と同期して平面Ｐ上に２次元走査する光走査デバイス４と、平面Ｐ上に表示された画像Ｇを撮像する撮像部５と、撮像部５により撮像される画像Ｇの時間的変化に基づいて、画像Ｇ上の任意の位置を指示するために用いられる指等の指示手段の有無を判別する画像処理部６と、を備える。指示手段として人の指等が用いられる場合においても、指等による画像指示の有無を判別可能であるため、部品点数の低減を図ることができる。また、従来のように、不可視光を出射し、指示手段で反射した不可視光の受光タイミングに応じて指示手段の位置を検出する画像表示装置と比べ、高い時間分解能を持つ複雑な検出回路等が不要であり、構成を簡単化することができるので、製造コストの低減を図ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの可視光を走査手段により平面上に２次元走査することで平面上に画像を表示可能な画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図１３に示されるように、画像Ｇ上の任意の位置を指示するために用いられる指示手段１００の位置を検出するため、光出射手段２００から指示手段１００に不可視光Ｌを出射する画像表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この画像表示装置において、指示手段１００には、光出射手段２００からの不可視光Ｌを偏向し、その不可視光Ｌを入射方向に反射する再帰性反射部材が設けられている。この指示手段１００により反射された不可視光Ｌは、光出射手段２００内の受光手段により受光される。指示手段１００の位置は、この受光手段による不可視光の受光タイミングに基づいて求められる。
【０００３】
ところで、特許文献１に記載の技術においては、指示手段１００を人の指等で代用することは困難であり、部品点数の低減を図ることが難しい。また、反射光の受光タイミングに基づく位置検出のため、ピコセカンド（ｐｓ）オーダの高い時間分解能が必要となり、複雑で高性能の検出回路が必要とされる。このため、製造コストが上がる虞がある。
【特許文献１】特開２００６−２７７３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の従来の問題を解決するためになされたものであり、部品点数及び製造コストの低減を図ることができる画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、光源からの光を平面上に２次元走査する走査手段と、前記走査手段と同期して可視光を変調し出射することで平面上に画像を表示可能な光源と、を備えた画像表示装置において、前記光源により平面上に表示された画像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像される画像の時間的変化に基づいて、画像上の任意の位置を指示するために用いられる指示手段の有無を判別する判別手段と、を備えるものである。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の画像表示装置において、画像が表示される平面と前記撮像手段との間に、前記光源からの光と同一色の光のみを透過するフィルタが設けられたものである。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置において、前記光源は、平面上にさらに基準マークを表示可能であり、前記撮像手段は、前記光源により平面上に表示された基準マークを撮像し、前記判別手段は、前記撮像手段により撮像された画像を基準マークに基づいて分割し、分割された画像ごとにその時間的変化を検出するものである。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項３に記載の画像表示装置において、前記判別手段は、前記撮像手段により撮像された基準マークに基づいて、平面上の基準マークの傾き及び／又は歪みを検出し、前記光源は、前記判別手段による検出結果に応じて画像を補正するものである。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項３又は請求項４に記載の画像表示装置において、前記判別手段が、前記分割された画像のうちの特定の画像上で前記指示手段を検出したとき、前記光源は平面上の画像を切り替え表示するものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、画像上の指示手段の有無に応じて、撮像される画像が時間的に変化し、その変化に基づいて指示手段による画像指示の有無が判別されるので、指示手段として人の指等が用いられる場合においても画像指示の有無を判別可能である。このため、部品点数の低減を図ることができる。また、従来のように、不可視光を出射して指示手段で反射した不可視光を受光し、その受光タイミングに応じて指示手段の位置を検出する画像表示装置と比べ、高い時間分解能を持つ複雑な検出回路等が不要であり、構成を簡単化することができるので、製造コストの低減を図ることができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、表示した画像のみを撮像することができるので、指示手段による画像指示に起因して画像の一部が隠され、その結果として、撮像された画像の形状が時間的に変化したかどうかを判別することにより、画像上の指示手段の有無を高精度に判別することができる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、撮像された画像を基として、その画像が基準マークを用いて分割され、その分割された画像ごとに指示手段による画像指示の有無が判別されるので、画像が表示される平面との間の距離、平面に対する光出射方向又は平面の形状に拘らず、画像の中で指示手段により指示された部位を基準マークを用いて検出することができる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、撮像される基準マークは、画像が表示される平面に対する光出射方向や平面の形状に応じて傾き又は歪むので、この傾きや歪みに応じて画像を補正することで、上記の光出射方向や平面の形状に拘らず、平面に所望の大きさや形状で画像を表示することが可能になる。
【００１４】
請求項５の発明によれば、画像上で特定の部位を指示手段により指示することで画像が切り替わるので、画像が表示される平面をタッチスクリーンとして使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の第１の実施形態に係る画像表示装置について図１乃至図６（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。まず、画像表示装置の構成について図１を参照して説明する。この画像表示装置１は、平面Ｐ上に光を投射することにより画像Ｇを表示し、人の指等による画像Ｇ上での指示やその位置を、画像Ｇを撮像することにより検出し、その検出結果に応じて例えば画像Ｇの表示を切り替える。
【００１６】
画像表示装置１は、可視光を出射するレーザダイオード（以下、ＬＤという）２と、ＬＤ２を駆動する駆動回路で構成されるＬＤ駆動部３と、ＬＤ２からの可視光を平面Ｐ上に２次元走査する光走査デバイス４（走査手段）と、を備える。ＬＤ駆動部３は、ＬＤ２の光出力を変調し、変調した可視光をＬＤ２から出射させて、平面Ｐ上に画像Ｇと基準マークＭとを表示する。このようしてＬＤ２及びＬＤ駆動部３は光源を構成する。また、画像表示装置１は、ＬＤ２、ＬＤ駆動部３及び光走査デバイス４（以下、ＬＤ２等という）により平面Ｐ上に表示された画像Ｇ及び基準マークＭを撮像する撮像部５（撮像手段）を備える。以下、撮像部５により撮像された画像Ｇ及び基準マークＭを、それぞれ、撮像画像Ｇｉ、撮像基準マークＭｉということにする。
【００１７】
さらに、画像表示装置１は、撮像画像Ｇｉを撮像基準マークＭｉに基づいて処理する画像処理部６と、表示すべき画像Ｇに応じて又は画像処理部６からの信号に応じてＬＤ駆動部３及び光走査デバイス４を制御する制御部７と、を備える。ＬＤ駆動部３及び光走査デバイス４は、制御部７により制御され、同期して駆動する。画像処理部６は、処理した撮像画像Ｇｉの時間的変化に基づいて、画像Ｇ上の任意の位置を指示するために用いられる指示手段の有無を判別する（判別手段）。この指示手段は、特に限定されず、人の指やペン等の有形物であればよい。画像Ｇが表示される平面Ｐと撮像部５との間には、ＬＤ２からの可視光と同一色の可視光のみを透過する光学部材から成るフィルタ８が配設されている。このフィルタ８により、外部からの光を遮光することができる。ＬＤ２等、画像処理部６及び制御部７は、装置本体の筐体（不図示）に内装されている。撮像部５及びフィルタ８は、装置本体の筐体内部に設けられていても、その筐体外部に設けられていてもよい。
【００１８】
ＬＤ２等は、例えば１色の可視光で、キー等を含む画像Ｇを矩形状に表示し、さらにその四隅に基準マークＭを表示する。図１においては、画像Ｇの一例としてアルファベットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのキーを図示する。基準マークＭは、形状が例えば十字であり、その交差点が画像Ｇの角と合うように表示される。画像Ｇの形状、基準マークＭの数、位置及び形状は上記に限定されない。
【００１９】
光走査デバイス４は、例えば、ポリゴンミラー、ガルバノミラー又はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー若しくはこれらの組み合わせにより構成されており、ＬＤ２からの可視光を垂直方向と水平方向の２方向すなわち２軸方向に走査可能である。この２軸方向の光走査により、平面Ｐに２次元の画像Ｇを投影することが可能になる。
【００２０】
撮像部５は、ＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラ等により構成される。この撮像部５には、フィルタ８の作用により、ＬＤ２からの可視光と同一色の可視光のみが入射する。従って、基本的には画像Ｇ及び基準マークＭだけが撮像部５により撮像される。この撮像は、所定の時間間隔でもって行われる。撮像画像Ｇｉ及び撮像基準マークＭｉのデータは、撮像部５から画像処理部６に送出される。撮像部５は、装置本体の筐体外部に配設される場合、有線を用いて又は無線でデータを画像処理部６に送出する。
【００２１】
上記のように構成された撮像部５においては、基本的に、表示した画像Ｇ及び基準マークＭのみを撮像することができるので、指示手段による画像指示に起因して画像Ｇの一部が隠され、その結果として、撮像された画像Ｇの形状が時間的に変化したかどうかを判別することにより、画像Ｇ上の指示手段の有無を高精度に判別することができる。
【００２２】
画像処理部６は、ＣＰＵを含むマイクロコンピュータ等により構成される。このマイクロコンピュータ等は、撮像部５から送出された撮像画像Ｇｉ及び撮像基準マークＭｉのデータに基づき、撮像画像Ｇｉの濃淡値を画素ごとに２値化すると共に、撮像画像Ｇｉを撮像基準マークＭｉを基準に分割する。画像Ｇが複数のキーを含む場合、画像処理部６は、撮像画像Ｇｉをそれらのキーに切り分けるように複数の分割線で分割する。例えば、図２に示されるように、複数のアルファベットのキーが２行２列の行列状に配列され、画面一杯に表示されて成る撮像画像Ｇｉの場合、図中上下の撮像基準マークＭｉの略中間と、図中左右の撮像基準マークＭｉの略中間に、縦と横の分割線Ｄ（二点鎖線で示す）が設定される。これらの分割線Ｄにより、撮像画像Ｇｉが分割され、４個のキーに切り分けられる。
【００２３】
また、画像処理部６は、分割した撮像画像Ｇｉごとにその時間的変化を検出する。具体的には、画像処理部６は、分割した撮像画像Ｇｉごとに、時間的に前の撮像画像Ｇｉと現在の撮像画像Ｇｉとを比較し、撮像画像Ｇｉにおける文字やキー枠（以下、文字等という）の面積減少、すなわち文字等を形成する画素数の減少を検出する。この画素数減少は、指示手段による画像Ｇの指示に起因して生ずる。画像処理部６は、分割した撮像画像Ｇｉのうちの特定の撮像画像上で指示手段を検出したとき、すなわち、指示手段による画像Ｇの特定部位の指示を検出したとき、その検出情報を制御部７に送出する。
【００２４】
ここで、分割された１つの撮像画像Ｇｉにおける文字等の面積減少について具体例を挙げて説明する。複数のキーを含む画像の中で、図３（ａ）に示されるようにアルファベットＡのキー画像Ｇ１がユーザにより指Ｆで指示され、いわゆるキー画像Ｇ１の打鍵動作が行われたとする。このとき、図３（ｂ）に示されるように、画像処理部６で分割して得られた、キー画像Ｇ１の撮像画像（以下、撮像キー画像Ｇｉ１という）は、その中の文字等の一部がくり抜かれた形状となる。具体的には、撮像キー画像Ｇｉ１の中の文字等において、キー画像Ｇ１で指Ｆや手等により隠されていた部分に対応する部分ｇが、指Ｆや手等の形状に合わせてくり抜かれた形状となる。その結果、打鍵前と比べ、撮像キー画像Ｇｉ１における文字等の面積が減少する。すなわち、文字等を形成する画素数が減少する。従って、この画素数減少を検出することにより、キー画像Ｇ１の打鍵すなわち指Ｆ等の指示手段によるキー画像Ｇ１の指示を検出することが可能となる。
【００２５】
ユーザが画像Ｇの所望の部位を指等の指示手段を用いて指示するとき、その指示手段やユーザの体により他の部分も隠れる虞がある。その隠れる部分が少ない場合、その部分に対応する撮像画像Ｇｉにおいて、文字等を形成する画素数の減少数は少量になる。上記の隠れる部分が多い場合には、上記の画素数の減少数は多量になる。そこで、指示の誤検出を防止するため、画像指示の有無を判断する上で基準となる画素数の減少数につき、下限値と上限値とが設定されていることが望ましい。画素数の減少数が下限値以上で且つ上限値以下であるときに、画像処理部６が、指示手段による指示があったと判断することが望ましい。
【００２６】
制御部７は、ＣＰＵを含むマイクロコンピュータ等により構成される。このマイクロコンピュータ等には、例えばパーソナルコンピュータ等の外部装置から、表示すべき画像Ｇの情報が入力される。マイクロコンピュータ等は、入力された画像Ｇの情報に応じてＬＤ２等を制御する。画像Ｇの情報は、制御部７内に設けられたメモリに格納されていてもよい。
【００２７】
また、制御部７は、画像処理部６から送出された検出情報に応じてＬＤ２等を制御する。この制御により、ＬＤ２等は、分割された撮像画像Ｇｉのうち、その上で指示手段が検出された撮像画像に応じて、平面上の画像Ｇを切り替え表示する。画像Ｇの切り替え表示の一例として、図４に示される、メニューの階層表示が挙げられる。具体的には、画像Ｇの中に、各種メニューを示す複数のキー（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのキーで示す）が表示され、それらのうちのいずれかがユーザの指Ｆにより指示されてメニューが選択されたとき、そのメニューに従属する下位のメニューを示すキー（ａ、ｂのキーで示す）が画像Ｇとして表示される。このメニューの階層表示において、メニューを示す画像は、キーに限定されず、タグ等であってもよい。また、画像切り替え表示により、メニューの階層表示に限定されず、ページ送り又はページ戻しが行われてもよい。
【００２８】
上記のように構成された画像表示装置１においては、画像Ｇ上の指示手段の有無に応じて、撮像画像Ｇｉが時間的に変化し、その変化に基づいて指示手段による画像指示の有無が判別されるので、指示手段として人の指等が用いられる場合にであっても、人の指等による画像指示の有無を判別可能である。このため、部品点数の低減を図ることができる。また、従来のように、不可視光を出射して指示手段で反射した不可視光を受光し、その受光タイミングに応じて指示手段の位置を検出する画像表示装置と比べ、高い時間分解能を持つ複雑な検出回路等が不要であり、構成を簡単化することができるので、製造コストの低減を図ることができる。
【００２９】
また、上述の撮像画像Ｇｉの時間的変化の検出により、ユーザによる指示手段を用いた画像Ｇの指示とその指示部位との検出が可能となる。従って、画像Ｇに複数のキーを含ませ、撮像画像Ｇｉをそれぞれのキーに切り分けるように分割することで、画像Ｇを操作パネルに見立て、分割された撮像画像Ｇｉの指示をキーの打鍵操作とみなすことができる。この打鍵操作により画像Ｇが切り替わるので、平面Ｐをタッチスクリーンとして使用することが可能になる。
【００３０】
次に、基準マークＭを表示することによる効果について図５及び図６（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。図５に示されるように、画像表示装置１と平面Ｐとの間の距離が変わると、画像Ｇの形状は変化しないが、画像Ｇの大きさがその距離に応じて変化する。画像Ｇの大きさの変化に伴って、基準マークＭの平面Ｐ上における位置は変化するが、基準マークＭは画像Ｇの大きさに拘らずその四隅に表示される。このため、画像Ｇと基準マークＭとの位置関係は上記の距離に拘らず変わらない。従って、画像Ｇの撮像画像を基として、その撮像画像が撮像基準マークを用いて分割され、その分割された撮像画像ごとに指示手段による画像指示の有無が判別されるので、画像表示装置１と平面Ｐとの間の距離に拘らず、画像Ｇの中で指示手段により指示された部位を基準マークＭを用いて導き出すことができる。
【００３１】
また、図６（ａ）に示されるように、画像表示装置１の装置本体１ａが平面Ｐに正対する位置から水平方向に角度をもった位置に在り、撮像部５が装置本体１ａの筐体外で、平面Ｐに正対する位置に在るとき、図６（ｂ）に示されるように、撮像画像Ｇｉは、矩形状ではなく、台形の頭部を横にした形状となる。
【００３２】
ここで、撮像画像Ｇｉの両側端部のうち、それらの縦方向の長さが異なる場合には長い方の側端部の縦方向の長さを基準長Ｈとし、それらの長さが略等しい場合にはその長さを基準長Ｈとする。また、撮像画像Ｇｉ中の任意の位置における縦方向の長さをｙとする。そして、数式（Ｈ−ｙ）／Ｈ×１００を計算して得られる値を撮像画像Ｇｉの圧縮率ということにする。そうすると、図６（ｂ）に示される撮像画像Ｇｉは、その一方の側端部から他方の側端部にかけて圧縮率を高めつつ縦方向に圧縮された形状であるといえる。
【００３３】
また、図６（ｃ）に示されるように、装置本体１ａが平面Ｐに正対する位置に在り、撮像部５が装置本体１ａの筐体に内装され、平面Ｐの水平断面が画像表示装置１側に凸となる曲線を形成しているとき、図６（ｄ）に示されるように、撮像画像Ｇｉは、その両側端部から中央部にかけて圧縮率を高めつつ縦方向に圧縮された形状となる。
【００３４】
しかしながら、基準マークＭは画像Ｇの四隅に表示されるので、撮像画像Ｇｉの形状変化が生じた場合においても、撮像画像Ｇｉと撮像基準マークＭｉとの位置関係は、平面Ｐに対する画像Ｇの投影方向や平面Ｐの形状に拘らず変わらない。従って、撮像基準マークＭｉの互いの位置関係に基づいて分割線Ｄを設定することができ、この分割線Ｄによって撮像画像Ｇｉが分割され、その分割された撮像画像Ｇｉごとに指示手段による画像指示の有無が判別される。このため、平面Ｐに対する光出射方向すなわち画像Ｇの投影方向や平面Ｐの形状に拘らず、画像Ｇにおける指示部位を基準マークＭを用いて導き出すことができる。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施形態に係る画像表示装置について図７乃至図１２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。本実施形態の画像表示装置の構成は、第１の実施形態と同じであるので、その構成については図１を流用して説明する。本実施形態の画像表示装置１は、第１の実施形態に比べ、画像処理部６が、画像Ｇが表示される平面Ｐとの位置関係や平面Ｐの形状等（以下、平面Ｐとの位置関係等という）に合わせて画像Ｇを補正する処理を行う点で異なる。画像処理部６は、平面Ｐとの位置関係等に応じて生ずる撮像基準マークＭｉの傾きや歪みを検出し、その検出結果に応じて平面Ｐとの位置関係や平面Ｐの形状を推定する。そして、画像処理部６は、その推定結果に基づいて画像Ｇを補正する。
【００３６】
ここで、まず、平面Ｐとの位置関係とそれに応じた撮像基準マークＭｉの歪み例、さらにその歪みに応じた画像処理部６における推定処理について図７及び図８（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。
【００３７】
例えば、上述の図６（ａ）に示されるように、画像表示装置１の装置本体１ａが平面Ｐに正対する位置から水平方向に角度をもった位置に在り、撮像部５が装置本体１ａの筐体外で、平面Ｐに正対する位置に在るとき、撮像基準マークＭｉは歪んだ形状となる。そのときの撮像基準マークＭｉの縦線は歪みが無いときと変わらず、その横線が傾く。
【００３８】
具体的には、画像表示装置１が、平面Ｐに向かって平面視で時計回りの方向に角度をもった位置に在るときには、図７に示されるように、図中左上、右上、左下、右下の撮像基準マークＭｉのそれぞれにおいて、横線が傾き、縦線と横線によって示される撮像画像Ｇｉの内角θ１、θ２、θ３、θ４が、数式θ１≒θ３＞９０°及びθ２≒θ４＜９０°を満たす。従って、画像処理部６は、内角θ１〜θ４がこの数式を満たすことを算出したとき、画像表示装置１が、平面Ｐに向かって、平面視で時計回りの方向に角度をもった位置から画像Ｇ及び基準マークＭを投影していると推定する。
【００３９】
上記と同様に、装置本体１ａが、図８（ａ）に示されるように、平面Ｐに正対する位置から、平面視で反時計回りの方向に角度をもった位置に在る場合、内角θ１、θ２、θ３、θ４は、図８（ｂ）に示されるように、数式θ１≒θ３＜９０°及びθ２≒θ４＞９０°を満たす。また、装置本体１ａが、図８（ｃ）に示されるように、平面Ｐに正対する位置から、側面視で時計回りの方向に角度をもった位置に在る場合、内角θ１、θ２、θ３、θ４は、図８（ｄ）に示されるように、数式θ１≒θ２＞９０°及びθ３≒θ４＜９０°を満たす。また、装置本体１ａが、図８（ｅ）に示されるように、平面Ｐに正対する位置から、側面視で反時計回りの方向に角度をもった位置に在る場合、内角θ１、θ２、θ３、θ４は、図８（ｆ）に示されるように、数式θ１≒θ２＜９０°及びθ３≒θ４＞９０°を満たす。従って、画像処理部６は、内角θ１、θ２、θ３、θ４が満たす上記の数式に基づいて、平面Ｐとの位置関係を推定する。
【００４０】
次に、平面Ｐの形状とそれに応じた撮像基準マークＭｉの歪み例、さらにその歪みに応じた画像処理部６における推定処理について図９及び図１０（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。
【００４１】
例えば、上述の図６（ｃ）に示されるように、装置本体１ａが平面Ｐに正対する位置に在り、撮像部５が装置本体１ａの筐体に内装され、平面Ｐの水平断面が画像表示装置１側に凸となる曲線を形成しているとき、撮像基準マークＭｉは、図９に示されるように、その縦線が歪みの無いときと変わらず、その横線が撮像画像Ｇｉの中央方向（以下、画像中央方向という）に傾く。そして、内角θ１、θ２、θ３、θ４が、数式θ１≒θ２≒θ３≒θ４＜９０°を満たす。従って、画像処理部６は、撮像基準マークＭｉの横線における画像中央方向への傾きを検出し、内角θ１〜θ４がこの数式を満たすことを算出したとき、平面Ｐの水平断面が画像表示装置１側に凸となる曲線を形成していると推定する。
【００４２】
上記と同様に、図１０（ａ）に示されるように、平面Ｐの水平断面が画像表示装置１から遠方に凸となる曲線を形成している場合、図１０（ｂ）に示されるように、撮像基準マークＭｉの横線は画像中央方向とは反対方向に傾き、内角θ１、θ２、θ３、θ４は数式θ１≒θ２≒θ３≒θ４＞９０°を満たす。また、図１０（ｃ）に示されるように、平面Ｐの縦断面が画像表示装置１側に凸となる曲線を形成している場合、図１０（ｄ）に示されるように、撮像基準マークＭｉの縦線は画像中央方向に傾き、内角θ１、θ２、θ３、θ４は数式θ１≒θ２≒θ３≒θ４＜９０°を満たす。また、図１０（ｅ）に示されるように、平面Ｐの縦断面が画像表示装置１側に凸となる曲線を形成している場合、図１０（ｆ）に示されるように、撮像基準マークＭｉの縦線は画像中央方向とは反対方向に傾き、内角θ１、θ２、θ３、θ４は数式θ１≒θ２≒θ３≒θ４＞９０°を満たす。従って、画像処理部６は、撮像基準マークＭｉの縦線又は横線の傾きと、内角θ１、θ２、θ３、θ４が満たす上記の数式に基づいて、平面Ｐの形状を推定する。
【００４３】
次に、画像処理部６における画像補正処理について図１１（ａ）〜（ｃ）及び図１２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。例えば、上述の図６（ａ）に示されるように、装置本体１ａが平面Ｐに正対する位置から、平面視で時計回り方向に角度をもった位置に在り、撮像部５が平面Ｐに正対する位置に在る場合、撮像画像Ｇｉにおいては、図１１（ａ）に示されるように歪みが発生し、図中左側端部の縦の長さＨＬと図中右側端部の縦の長さＨＲとの間にＨＬ＜ＨＲの関係が成立する。画像処理部６は、その撮像画像Ｇｉの歪み量を算出する。そして、画像処理部６は、その算出結果に基づいて、図１１（ｂ）に示されるように画像左側端部の縦の高さＨＬ’と画像右側端部の縦の長さＨＲ’との間にＨＬ’＞ＨＲ’の関係が成立する画像Ｇの投影を制御部７に指示する。制御部７は、この指示に基づいてＬＤ２等及び光走査デバイス４を制御し、この制御に基づいてＬＤ２等は画像Ｇを補正する。上記の画像補正の結果、平面Ｐに実際に表示される画像Ｇは、所望の形状、例えば図１１（ｃ）に示されるように矩形状となる。なお、さらに、画像処理部６は、画像Ｇを全体的に横方向に圧縮して表示するかのように光走査デバイス４による走査の幅を狭め、それに合わせてＬＤ２の光出力を変調してもよい。この場合、画像Ｇが平面Ｐ上で横方向に伸びて表示されることを防ぐことができる。
【００４４】
また、上述の図６（ｃ）に示されるように、装置本体１ａが平面Ｐに正対する位置に在り、撮像部５が装置本体１ａの筐体に内装され、平面Ｐの水平断面が画像表示装置１側に凸となる曲線を形成している場合、撮像画像Ｇｉにおいては、図１２（ａ）に示されるように歪みが発生し、中央部の縦の長さＨＭと両側端部ＨＥとの間にＨＭ＜ＨＥの関係が成立する。画像処理部６は、その撮像画像Ｇｉの歪み量を算出する。そして、画像処理部６は、その算出結果に基づいて、図１２（ｂ）に示されるように画像中央部の縦の高さＨＭ’と画像両側端部の縦の長さＨＥ’との間にＨＭ’＞ＨＥ’の関係が成立する画像Ｇの投影を制御部７に指示する。制御部７は、この指示に基づいてＬＤ２等及び光走査デバイス４を制御し、この制御に基づいてＬＤ２等は画像Ｇを補正する。上記の画像補正の結果、平面Ｐに実際に表示される画像Ｇは、所望の形状、例えば図１２（ｃ）に示されるように矩形状となる。
【００４５】
従って、本実施形態においては、平面Ｐに対する光出射方向すなわち画像Ｇの投影方向又は平面Ｐの形状に拘らず、平面Ｐに所望の大きさや形状で画像を表示することが可能になる。本実施形態においても、第１の実施形態と同じ効果を奏することは可能である。
【００４６】
なお、本発明は、上記第１及び第２の実施形態の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、撮像画像Ｇｉの時間的変化の検出は、時間的に前の撮像画像Ｇｉと現在の撮像画像Ｇｉとのパターンマッチングを行い、それらが一致しているか否かを検出することにより行われてもよい。また、画像処理部６により記憶される画像Ｇと撮像画像Ｇｉとを比較することにより、画像指示の検出が行われても構わない。また、画像指示の有無の判断は、画像Ｇが指示手段により指示されている時間や、画像Ｇ上での指示手段の動き、例えばその速度等に基づいて行われてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る画像表示装置の構成図。
【図２】上記装置の撮像部による撮像画像を示す図。
【図３】（ａ）はユーザによる画像指示時の様子を示す図、（ｂ）はその時の撮像画像を示す図。
【図４】上記装置による画像切り替え表示の一例を示す図。
【図５】画像が表示される平面と上記装置との間の距離に応じた画像変化を示す図。
【図６】（ａ）は上記装置が画像を平面の斜め横から投影しているときの様子を示す斜視図、（ｂ）はそのときの上記撮像部による撮像画像を示す図、（ｃ）は画像が表示される平面が曲面を形成しているときの様子を示す斜視図、（ｄ）はそのときの同撮像部による撮像画像を示す図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る画像表示装置が平面の斜め横から画像を投影しているときの撮像画像の内角を示す図。
【図８】（ａ）は上記装置が平面の斜め横で上記とは異なる方向から画像を投影しているときの様子を示す斜視図、（ｂ）はそのときの撮像画像の内角を示す図、（ｃ）は同装置が平面の斜め上方から画像を投影しているときの様子を示す斜視図、（ｄ）はそのときの撮像画像の内角を示す図、（ｅ）は同装置が平面の斜め下方から画像を投影しているときの様子を示す斜視図、（ｆ）はそのときの撮像画像の内角を示す図。
【図９】画像が表示される平面の水平断面が曲がっているときの上記装置による撮像画像の内角及び撮像基準マークの傾きを示す図。
【図１０】（ａ）は上記平面の水平断面が上記とは異なる方向に曲がっているときの様子を示す斜視図、（ｂ）はそのときの撮像画像の内角及び撮像基準マークの傾きを示す図、（ｃ）は同平面の縦断面が曲がっているときの様子を示す斜視図、（ｄ）はそのときの撮像画像の内角及び撮像基準マークの傾きを示す図、（ｅ）は同平面の縦断面が上記とは異なる方向に曲がっているときの様子を示す斜視図、（ｆ）はそのときの撮像画像の内角及び撮像基準マークの傾きを示す図。
【図１１】（ａ）は上記装置が画像を平面の斜め横から投影しているときの同装置による画像補正前の撮像画像を示す図、（ｂ）は同装置による画像補正時の投影画像を示す図、（ｂ）はその時の実際の表示画像の図。
【図１２】（ａ）は画像が表示される平面が曲面を形成しているときの上記装置による画像補正前の撮像画像を示す図、（ｂ）は同装置による画像補正時の投影画像を示す図、（ｂ）はその時の実際の表示画像の図。
【図１３】従来の画像表示装置の構成図。
【符号の説明】
【００４８】
１ 画像表示装置
２ ＬＤ（光源）
３ ＬＤ駆動部（光源）
４ 光走査デバイス（走査手段）
５ 撮像部（撮像手段）
６ 画像処理部（判別手段）
７ 制御部
８ フィルタ
Ｇ 画像
Ｇｉ 撮像画像
Ｆ 指
Ｍ 基準マーク
Ｍｉ 撮像基準マーク
Ｐ 平面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの可視光を走査手段により平面上に２次元走査することで平面上に画像を表示可能な画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、図１３に示されるように、画像Ｇ上の任意の位置を指示するために用いられる指示手段１００の位置を検出するため、光出射手段２００から指示手段１００に不可視光Ｌを出射する画像表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この画像表示装置において、指示手段１００には、光出射手段２００からの不可視光Ｌを偏向し、その不可視光Ｌを入射方向に反射する再帰性反射部材が設けられている。この指示手段１００により反射された不可視光Ｌは、光出射手段２００内の受光手段により受光される。指示手段１００の位置は、この受光手段による不可視光の受光タイミングに基づいて求められる。
【０００３】
ところで、特許文献１に記載の技術においては、指示手段１００を人の指等で代用することは困難であり、部品点数の低減を図ることが難しい。また、反射光の受光タイミングに基づく位置検出のため、ピコセカンド（ｐｓ）オーダの高い時間分解能が必要となり、複雑で高性能の検出回路が必要とされる。このため、製造コストが上がる虞がある。
【特許文献１】特開２００６−２７７３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の従来の問題を解決するためになされたものであり、部品点数及び製造コストの低減を図ることができる画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、光源からの光を平面上に２次元走査する走査手段と、前記走査手段と同期して可視光を変調し出射することで平面上に画像を表示可能な光源と、を備えた画像表示装置において、前記光源により平面上に表示された画像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像される画像の時間的変化に基づいて、画像上の任意の位置を指示するために用いられる指示手段の有無を判別する判別手段と、を備えるものである。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の画像表示装置において、画像が表示される平面と前記撮像手段との間に、前記光源からの光と同一色の光のみを透過するフィルタが設けられたものである。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置において、前記光源は、平面上にさらに基準マークを表示可能であり、前記撮像手段は、前記光源により平面上に表示された基準マークを撮像し、前記判別手段は、前記撮像手段により撮像された画像を基準マークに基づいて分割し、分割された画像ごとにその時間的変化を検出するものである。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項３に記載の画像表示装置において、前記判別手段は、前記撮像手段により撮像された基準マークに基づいて、平面上の基準マークの傾き及び／又は歪みを検出し、前記光源は、前記判別手段による検出結果に応じて画像を補正するものである。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項３又は請求項４に記載の画像表示装置において、前記判別手段が、前記分割された画像のうちの特定の画像上で前記指示手段を検出したとき、前記光源は平面上の画像を切り替え表示するものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、画像上の指示手段の有無に応じて、撮像される画像が時間的に変化し、その変化に基づいて指示手段による画像指示の有無が判別されるので、指示手段として人の指等が用いられる場合においても画像指示の有無を判別可能である。このため、部品点数の低減を図ることができる。また、従来のように、不可視光を出射して指示手段で反射した不可視光を受光し、その受光タイミングに応じて指示手段の位置を検出する画像表示装置と比べ、高い時間分解能を持つ複雑な検出回路等が不要であり、構成を簡単化することができるので、製造コストの低減を図ることができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、表示した画像のみを撮像することができるので、指示手段による画像指示に起因して画像の一部が隠され、その結果として、撮像された画像の形状が時間的に変化したかどうかを判別することにより、画像上の指示手段の有無を高精度に判別することができる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、撮像された画像を基として、その画像が基準マークを用いて分割され、その分割された画像ごとに指示手段による画像指示の有無が判別されるので、画像が表示される平面との間の距離、平面に対する光出射方向又は平面の形状に拘らず、画像の中で指示手段により指示された部位を基準マークを用いて検出することができる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、撮像される基準マークは、画像が表示される平面に対する光出射方向や平面の形状に応じて傾き又は歪むので、この傾きや歪みに応じて画像を補正することで、上記の光出射方向や平面の形状に拘らず、平面に所望の大きさや形状で画像を表示することが可能になる。
【００１４】
請求項５の発明によれば、画像上で特定の部位を指示手段により指示することで画像が切り替わるので、画像が表示される平面をタッチスクリーンとして使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の第１の実施形態に係る画像表示装置について図１乃至図６（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。まず、画像表示装置の構成について図１を参照して説明する。この画像表示装置１は、平面Ｐ上に光を投射することにより画像Ｇを表示し、人の指等による画像Ｇ上での指示やその位置を、画像Ｇを撮像することにより検出し、その検出結果に応じて例えば画像Ｇの表示を切り替える。
【００１６】
画像表示装置１は、可視光を出射するレーザダイオード（以下、ＬＤという）２と、ＬＤ２を駆動する駆動回路で構成されるＬＤ駆動部３と、ＬＤ２からの可視光を平面Ｐ上に２次元走査する光走査デバイス４（走査手段）と、を備える。ＬＤ駆動部３は、ＬＤ２の光出力を変調し、変調した可視光をＬＤ２から出射させて、平面Ｐ上に画像Ｇと基準マークＭとを表示する。このようしてＬＤ２及びＬＤ駆動部３は光源を構成する。また、画像表示装置１は、ＬＤ２、ＬＤ駆動部３及び光走査デバイス４（以下、ＬＤ２等という）により平面Ｐ上に表示された画像Ｇ及び基準マークＭを撮像する撮像部５（撮像手段）を備える。以下、撮像部５により撮像された画像Ｇ及び基準マークＭを、それぞれ、撮像画像Ｇｉ、撮像基準マークＭｉということにする。
【００１７】
さらに、画像表示装置１は、撮像画像Ｇｉを撮像基準マークＭｉに基づいて処理する画像処理部６と、表示すべき画像Ｇに応じて又は画像処理部６からの信号に応じてＬＤ駆動部３及び光走査デバイス４を制御する制御部７と、を備える。ＬＤ駆動部３及び光走査デバイス４は、制御部７により制御され、同期して駆動する。画像処理部６は、処理した撮像画像Ｇｉの時間的変化に基づいて、画像Ｇ上の任意の位置を指示するために用いられる指示手段の有無を判別する（判別手段）。この指示手段は、特に限定されず、人の指やペン等の有形物であればよい。画像Ｇが表示される平面Ｐと撮像部５との間には、ＬＤ２からの可視光と同一色の可視光のみを透過する光学部材から成るフィルタ８が配設されている。このフィルタ８により、外部からの光を遮光することができる。ＬＤ２等、画像処理部６及び制御部７は、装置本体の筐体（不図示）に内装されている。撮像部５及びフィルタ８は、装置本体の筐体内部に設けられていても、その筐体外部に設けられていてもよい。
【００１８】
ＬＤ２等は、例えば１色の可視光で、キー等を含む画像Ｇを矩形状に表示し、さらにその四隅に基準マークＭを表示する。図１においては、画像Ｇの一例としてアルファベットＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのキーを図示する。基準マークＭは、形状が例えば十字であり、その交差点が画像Ｇの角と合うように表示される。画像Ｇの形状、基準マークＭの数、位置及び形状は上記に限定されない。
【００１９】
光走査デバイス４は、例えば、ポリゴンミラー、ガルバノミラー又はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー若しくはこれらの組み合わせにより構成されており、ＬＤ２からの可視光を垂直方向と水平方向の２方向すなわち２軸方向に走査可能である。この２軸方向の光走査により、平面Ｐに２次元の画像Ｇを投影することが可能になる。
【００２０】
撮像部５は、ＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラ等により構成される。この撮像部５には、フィルタ８の作用により、ＬＤ２からの可視光と同一色の可視光のみが入射する。従って、基本的には画像Ｇ及び基準マークＭだけが撮像部５により撮像される。この撮像は、所定の時間間隔でもって行われる。撮像画像Ｇｉ及び撮像基準マークＭｉのデータは、撮像部５から画像処理部６に送出される。撮像部５は、装置本体の筐体外部に配設される場合、有線を用いて又は無線でデータを画像処理部６に送出する。
【００２１】
上記のように構成された撮像部５においては、基本的に、表示した画像Ｇ及び基準マークＭのみを撮像することができるので、指示手段による画像指示に起因して画像Ｇの一部が隠され、その結果として、撮像された画像Ｇの形状が時間的に変化したかどうかを判別することにより、画像Ｇ上の指示手段の有無を高精度に判別することができる。
【００２２】
画像処理部６は、ＣＰＵを含むマイクロコンピュータ等により構成される。このマイクロコンピュータ等は、撮像部５から送出された撮像画像Ｇｉ及び撮像基準マークＭｉのデータに基づき、撮像画像Ｇｉの濃淡値を画素ごとに２値化すると共に、撮像画像Ｇｉを撮像基準マークＭｉを基準に分割する。画像Ｇが複数のキーを含む場合、画像処理部６は、撮像画像Ｇｉをそれらのキーに切り分けるように複数の分割線で分割する。例えば、図２に示されるように、複数のアルファベットのキーが２行２列の行列状に配列され、画面一杯に表示されて成る撮像画像Ｇｉの場合、図中上下の撮像基準マークＭｉの略中間と、図中左右の撮像基準マークＭｉの略中間に、縦と横の分割線Ｄ（二点鎖線で示す）が設定される。これらの分割線Ｄにより、撮像画像Ｇｉが分割され、４個のキーに切り分けられる。
【００２３】
また、画像処理部６は、分割した撮像画像Ｇｉごとにその時間的変化を検出する。具体的には、画像処理部６は、分割した撮像画像Ｇｉごとに、時間的に前の撮像画像Ｇｉと現在の撮像画像Ｇｉとを比較し、撮像画像Ｇｉにおける文字やキー枠（以下、文字等という）の面積減少、すなわち文字等を形成する画素数の減少を検出する。この画素数減少は、指示手段による画像Ｇの指示に起因して生ずる。画像処理部６は、分割した撮像画像Ｇｉのうちの特定の撮像画像上で指示手段を検出したとき、すなわち、指示手段による画像Ｇの特定部位の指示を検出したとき、その検出情報を制御部７に送出する。
【００２４】
ここで、分割された１つの撮像画像Ｇｉにおける文字等の面積減少について具体例を挙げて説明する。複数のキーを含む画像の中で、図３（ａ）に示されるようにアルファベットＡのキー画像Ｇ１がユーザにより指Ｆで指示され、いわゆるキー画像Ｇ１の打鍵動作が行われたとする。このとき、図３（ｂ）に示されるように、画像処理部６で分割して得られた、キー画像Ｇ１の撮像画像（以下、撮像キー画像Ｇｉ１という）は、その中の文字等の一部がくり抜かれた形状となる。具体的には、撮像キー画像Ｇｉ１の中の文字等において、キー画像Ｇ１で指Ｆや手等により隠されていた部分に対応する部分ｇが、指Ｆや手等の形状に合わせてくり抜かれた形状となる。その結果、打鍵前と比べ、撮像キー画像Ｇｉ１における文字等の面積が減少する。すなわち、文字等を形成する画素数が減少する。従って、この画素数減少を検出することにより、キー画像Ｇ１の打鍵すなわち指Ｆ等の指示手段によるキー画像Ｇ１の指示を検出することが可能となる。
【００２５】
ユーザが画像Ｇの所望の部位を指等の指示手段を用いて指示するとき、その指示手段やユーザの体により他の部分も隠れる虞がある。その隠れる部分が少ない場合、その部分に対応する撮像画像Ｇｉにおいて、文字等を形成する画素数の減少数は少量になる。上記の隠れる部分が多い場合には、上記の画素数の減少数は多量になる。そこで、指示の誤検出を防止するため、画像指示の有無を判断する上で基準となる画素数の減少数につき、下限値と上限値とが設定されていることが望ましい。画素数の減少数が下限値以上で且つ上限値以下であるときに、画像処理部６が、指示手段による指示があったと判断することが望ましい。
【００２６】
制御部７は、ＣＰＵを含むマイクロコンピュータ等により構成される。このマイクロコンピュータ等には、例えばパーソナルコンピュータ等の外部装置から、表示すべき画像Ｇの情報が入力される。マイクロコンピュータ等は、入力された画像Ｇの情報に応じてＬＤ２等を制御する。画像Ｇの情報は、制御部７内に設けられたメモリに格納されていてもよい。
【００２７】
また、制御部７は、画像処理部６から送出された検出情報に応じてＬＤ２等を制御する。この制御により、ＬＤ２等は、分割された撮像画像Ｇｉのうち、その上で指示手段が検出された撮像画像に応じて、平面上の画像Ｇを切り替え表示する。画像Ｇの切り替え表示の一例として、図４に示される、メニューの階層表示が挙げられる。具体的には、画像Ｇの中に、各種メニューを示す複数のキー（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのキーで示す）が表示され、それらのうちのいずれかがユーザの指Ｆにより指示されてメニューが選択されたとき、そのメニューに従属する下位のメニューを示すキー（ａ、ｂのキーで示す）が画像Ｇとして表示される。このメニューの階層表示において、メニューを示す画像は、キーに限定されず、タグ等であってもよい。また、画像切り替え表示により、メニューの階層表示に限定されず、ページ送り又はページ戻しが行われてもよい。
【００２８】
上記のように構成された画像表示装置１においては、画像Ｇ上の指示手段の有無に応じて、撮像画像Ｇｉが時間的に変化し、その変化に基づいて指示手段による画像指示の有無が判別されるので、指示手段として人の指等が用いられる場合にであっても、人の指等による画像指示の有無を判別可能である。このため、部品点数の低減を図ることができる。また、従来のように、不可視光を出射して指示手段で反射した不可視光を受光し、その受光タイミングに応じて指示手段の位置を検出する画像表示装置と比べ、高い時間分解能を持つ複雑な検出回路等が不要であり、構成を簡単化することができるので、製造コストの低減を図ることができる。
【００２９】
また、上述の撮像画像Ｇｉの時間的変化の検出により、ユーザによる指示手段を用いた画像Ｇの指示とその指示部位との検出が可能となる。従って、画像Ｇに複数のキーを含ませ、撮像画像Ｇｉをそれぞれのキーに切り分けるように分割することで、画像Ｇを操作パネルに見立て、分割された撮像画像Ｇｉの指示をキーの打鍵操作とみなすことができる。この打鍵操作により画像Ｇが切り替わるので、平面Ｐをタッチスクリーンとして使用することが可能になる。
【００３０】
次に、基準マークＭを表示することによる効果について図５及び図６（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。図５に示されるように、画像表示装置１と平面Ｐとの間の距離が変わると、画像Ｇの形状は変化しないが、画像Ｇの大きさがその距離に応じて変化する。画像Ｇの大きさの変化に伴って、基準マークＭの平面Ｐ上における位置は変化するが、基準マークＭは画像Ｇの大きさに拘らずその四隅に表示される。このため、画像Ｇと基準マークＭとの位置関係は上記の距離に拘らず変わらない。従って、画像Ｇの撮像画像を基として、その撮像画像が撮像基準マークを用いて分割され、その分割された撮像画像ごとに指示手段による画像指示の有無が判別されるので、画像表示装置１と平面Ｐとの間の距離に拘らず、画像Ｇの中で指示手段により指示された部位を基準マークＭを用いて導き出すことができる。
【００３１】
また、図６（ａ）に示されるように、画像表示装置１の装置本体１ａが平面Ｐに正対する位置から水平方向に角度をもった位置に在り、撮像部５が装置本体１ａの筐体外で、平面Ｐに正対する位置に在るとき、図６（ｂ）に示されるように、撮像画像Ｇｉは、矩形状ではなく、台形の頭部を横にした形状となる。
【００３２】
ここで、撮像画像Ｇｉの両側端部のうち、それらの縦方向の長さが異なる場合には長い方の側端部の縦方向の長さを基準長Ｈとし、それらの長さが略等しい場合にはその長さを基準長Ｈとする。また、撮像画像Ｇｉ中の任意の位置における縦方向の長さをｙとする。そして、数式（Ｈ−ｙ）／Ｈ×１００を計算して得られる値を撮像画像Ｇｉの圧縮率ということにする。そうすると、図６（ｂ）に示される撮像画像Ｇｉは、その一方の側端部から他方の側端部にかけて圧縮率を高めつつ縦方向に圧縮された形状であるといえる。
【００３３】
また、図６（ｃ）に示されるように、装置本体１ａが平面Ｐに正対する位置に在り、撮像部５が装置本体１ａの筐体に内装され、平面Ｐの水平断面が画像表示装置１側に凸となる曲線を形成しているとき、図６（ｄ）に示されるように、撮像画像Ｇｉは、その両側端部から中央部にかけて圧縮率を高めつつ縦方向に圧縮された形状となる。
【００３４】
しかしながら、基準マークＭは画像Ｇの四隅に表示されるので、撮像画像Ｇｉの形状変化が生じた場合においても、撮像画像Ｇｉと撮像基準マークＭｉとの位置関係は、平面Ｐに対する画像Ｇの投影方向や平面Ｐの形状に拘らず変わらない。従って、撮像基準マークＭｉの互いの位置関係に基づいて分割線Ｄを設定することができ、この分割線Ｄによって撮像画像Ｇｉが分割され、その分割された撮像画像Ｇｉごとに指示手段による画像指示の有無が判別される。このため、平面Ｐに対する光出射方向すなわち画像Ｇの投影方向や平面Ｐの形状に拘らず、画像Ｇにおける指示部位を基準マークＭを用いて導き出すことができる。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施形態に係る画像表示装置について図７乃至図１２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。本実施形態の画像表示装置の構成は、第１の実施形態と同じであるので、その構成については図１を流用して説明する。本実施形態の画像表示装置１は、第１の実施形態に比べ、画像処理部６が、画像Ｇが表示される平面Ｐとの位置関係や平面Ｐの形状等（以下、平面Ｐとの位置関係等という）に合わせて画像Ｇを補正する処理を行う点で異なる。画像処理部６は、平面Ｐとの位置関係等に応じて生ずる撮像基準マークＭｉの傾きや歪みを検出し、その検出結果に応じて平面Ｐとの位置関係や平面Ｐの形状を推定する。そして、画像処理部６は、その推定結果に基づいて画像Ｇを補正する。
【００３６】
ここで、まず、平面Ｐとの位置関係とそれに応じた撮像基準マークＭｉの歪み例、さらにその歪みに応じた画像処理部６における推定処理について図７及び図８（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。
【００３７】
例えば、上述の図６（ａ）に示されるように、画像表示装置１の装置本体１ａが平面Ｐに正対する位置から水平方向に角度をもった位置に在り、撮像部５が装置本体１ａの筐体外で、平面Ｐに正対する位置に在るとき、撮像基準マークＭｉは歪んだ形状となる。そのときの撮像基準マークＭｉの縦線は歪みが無いときと変わらず、その横線が傾く。
【００３８】
具体的には、画像表示装置１が、平面Ｐに向かって平面視で時計回りの方向に角度をもった位置に在るときには、図７に示されるように、図中左上、右上、左下、右下の撮像基準マークＭｉのそれぞれにおいて、横線が傾き、縦線と横線によって示される撮像画像Ｇｉの内角θ１、θ２、θ３、θ４が、数式θ１≒θ３＞９０°及びθ２≒θ４＜９０°を満たす。従って、画像処理部６は、内角θ１〜θ４がこの数式を満たすことを算出したとき、画像表示装置１が、平面Ｐに向かって、平面視で時計回りの方向に角度をもった位置から画像Ｇ及び基準マークＭを投影していると推定する。
【００３９】
上記と同様に、装置本体１ａが、図８（ａ）に示されるように、平面Ｐに正対する位置から、平面視で反時計回りの方向に角度をもった位置に在る場合、内角θ１、θ２、θ３、θ４は、図８（ｂ）に示されるように、数式θ１≒θ３＜９０°及びθ２≒θ４＞９０°を満たす。また、装置本体１ａが、図８（ｃ）に示されるように、平面Ｐに正対する位置から、側面視で時計回りの方向に角度をもった位置に在る場合、内角θ１、θ２、θ３、θ４は、図８（ｄ）に示されるように、数式θ１≒θ２＞９０°及びθ３≒θ４＜９０°を満たす。また、装置本体１ａが、図８（ｅ）に示されるように、平面Ｐに正対する位置から、側面視で反時計回りの方向に角度をもった位置に在る場合、内角θ１、θ２、θ３、θ４は、図８（ｆ）に示されるように、数式θ１≒θ２＜９０°及びθ３≒θ４＞９０°を満たす。従って、画像処理部６は、内角θ１、θ２、θ３、θ４が満たす上記の数式に基づいて、平面Ｐとの位置関係を推定する。
【００４０】
次に、平面Ｐの形状とそれに応じた撮像基準マークＭｉの歪み例、さらにその歪みに応じた画像処理部６における推定処理について図９及び図１０（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。
【００４１】
例えば、上述の図６（ｃ）に示されるように、装置本体１ａが平面Ｐに正対する位置に在り、撮像部５が装置本体１ａの筐体に内装され、平面Ｐの水平断面が画像表示装置１側に凸となる曲線を形成しているとき、撮像基準マークＭｉは、図９に示されるように、その縦線が歪みの無いときと変わらず、その横線が撮像画像Ｇｉの中央方向（以下、画像中央方向という）に傾く。そして、内角θ１、θ２、θ３、θ４が、数式θ１≒θ２≒θ３≒θ４＜９０°を満たす。従って、画像処理部６は、撮像基準マークＭｉの横線における画像中央方向への傾きを検出し、内角θ１〜θ４がこの数式を満たすことを算出したとき、平面Ｐの水平断面が画像表示装置１側に凸となる曲線を形成していると推定する。
【００４２】
上記と同様に、図１０（ａ）に示されるように、平面Ｐの水平断面が画像表示装置１から遠方に凸となる曲線を形成している場合、図１０（ｂ）に示されるように、撮像基準マークＭｉの横線は画像中央方向とは反対方向に傾き、内角θ１、θ２、θ３、θ４は数式θ１≒θ２≒θ３≒θ４＞９０°を満たす。また、図１０（ｃ）に示されるように、平面Ｐの縦断面が画像表示装置１側に凸となる曲線を形成している場合、図１０（ｄ）に示されるように、撮像基準マークＭｉの縦線は画像中央方向に傾き、内角θ１、θ２、θ３、θ４は数式θ１≒θ２≒θ３≒θ４＜９０°を満たす。また、図１０（ｅ）に示されるように、平面Ｐの縦断面が画像表示装置１側に凸となる曲線を形成している場合、図１０（ｆ）に示されるように、撮像基準マークＭｉの縦線は画像中央方向とは反対方向に傾き、内角θ１、θ２、θ３、θ４は数式θ１≒θ２≒θ３≒θ４＞９０°を満たす。従って、画像処理部６は、撮像基準マークＭｉの縦線又は横線の傾きと、内角θ１、θ２、θ３、θ４が満たす上記の数式に基づいて、平面Ｐの形状を推定する。
【００４３】
次に、画像処理部６における画像補正処理について図１１（ａ）〜（ｃ）及び図１２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。例えば、上述の図６（ａ）に示されるように、装置本体１ａが平面Ｐに正対する位置から、平面視で時計回り方向に角度をもった位置に在り、撮像部５が平面Ｐに正対する位置に在る場合、撮像画像Ｇｉにおいては、図１１（ａ）に示されるように歪みが発生し、図中左側端部の縦の長さＨＬと図中右側端部の縦の長さＨＲとの間にＨＬ＜ＨＲの関係が成立する。画像処理部６は、その撮像画像Ｇｉの歪み量を算出する。そして、画像処理部６は、その算出結果に基づいて、図１１（ｂ）に示されるように画像左側端部の縦の高さＨＬ’と画像右側端部の縦の長さＨＲ’との間にＨＬ’＞ＨＲ’の関係が成立する画像Ｇの投影を制御部７に指示する。制御部７は、この指示に基づいてＬＤ２等及び光走査デバイス４を制御し、この制御に基づいてＬＤ２等は画像Ｇを補正する。上記の画像補正の結果、平面Ｐに実際に表示される画像Ｇは、所望の形状、例えば図１１（ｃ）に示されるように矩形状となる。なお、さらに、画像処理部６は、画像Ｇを全体的に横方向に圧縮して表示するかのように光走査デバイス４による走査の幅を狭め、それに合わせてＬＤ２の光出力を変調してもよい。この場合、画像Ｇが平面Ｐ上で横方向に伸びて表示されることを防ぐことができる。
【００４４】
また、上述の図６（ｃ）に示されるように、装置本体１ａが平面Ｐに正対する位置に在り、撮像部５が装置本体１ａの筐体に内装され、平面Ｐの水平断面が画像表示装置１側に凸となる曲線を形成している場合、撮像画像Ｇｉにおいては、図１２（ａ）に示されるように歪みが発生し、中央部の縦の長さＨＭと両側端部ＨＥとの間にＨＭ＜ＨＥの関係が成立する。画像処理部６は、その撮像画像Ｇｉの歪み量を算出する。そして、画像処理部６は、その算出結果に基づいて、図１２（ｂ）に示されるように画像中央部の縦の高さＨＭ’と画像両側端部の縦の長さＨＥ’との間にＨＭ’＞ＨＥ’の関係が成立する画像Ｇの投影を制御部７に指示する。制御部７は、この指示に基づいてＬＤ２等及び光走査デバイス４を制御し、この制御に基づいてＬＤ２等は画像Ｇを補正する。上記の画像補正の結果、平面Ｐに実際に表示される画像Ｇは、所望の形状、例えば図１２（ｃ）に示されるように矩形状となる。
【００４５】
従って、本実施形態においては、平面Ｐに対する光出射方向すなわち画像Ｇの投影方向又は平面Ｐの形状に拘らず、平面Ｐに所望の大きさや形状で画像を表示することが可能になる。本実施形態においても、第１の実施形態と同じ効果を奏することは可能である。
【００４６】
なお、本発明は、上記第１及び第２の実施形態の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、撮像画像Ｇｉの時間的変化の検出は、時間的に前の撮像画像Ｇｉと現在の撮像画像Ｇｉとのパターンマッチングを行い、それらが一致しているか否かを検出することにより行われてもよい。また、画像処理部６により記憶される画像Ｇと撮像画像Ｇｉとを比較することにより、画像指示の検出が行われても構わない。また、画像指示の有無の判断は、画像Ｇが指示手段により指示されている時間や、画像Ｇ上での指示手段の動き、例えばその速度等に基づいて行われてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る画像表示装置の構成図。
【図２】上記装置の撮像部による撮像画像を示す図。
【図３】（ａ）はユーザによる画像指示時の様子を示す図、（ｂ）はその時の撮像画像を示す図。
【図４】上記装置による画像切り替え表示の一例を示す図。
【図５】画像が表示される平面と上記装置との間の距離に応じた画像変化を示す図。
【図６】（ａ）は上記装置が画像を平面の斜め横から投影しているときの様子を示す斜視図、（ｂ）はそのときの上記撮像部による撮像画像を示す図、（ｃ）は画像が表示される平面が曲面を形成しているときの様子を示す斜視図、（ｄ）はそのときの同撮像部による撮像画像を示す図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る画像表示装置が平面の斜め横から画像を投影しているときの撮像画像の内角を示す図。
【図８】（ａ）は上記装置が平面の斜め横で上記とは異なる方向から画像を投影しているときの様子を示す斜視図、（ｂ）はそのときの撮像画像の内角を示す図、（ｃ）は同装置が平面の斜め上方から画像を投影しているときの様子を示す斜視図、（ｄ）はそのときの撮像画像の内角を示す図、（ｅ）は同装置が平面の斜め下方から画像を投影しているときの様子を示す斜視図、（ｆ）はそのときの撮像画像の内角を示す図。
【図９】画像が表示される平面の水平断面が曲がっているときの上記装置による撮像画像の内角及び撮像基準マークの傾きを示す図。
【図１０】（ａ）は上記平面の水平断面が上記とは異なる方向に曲がっているときの様子を示す斜視図、（ｂ）はそのときの撮像画像の内角及び撮像基準マークの傾きを示す図、（ｃ）は同平面の縦断面が曲がっているときの様子を示す斜視図、（ｄ）はそのときの撮像画像の内角及び撮像基準マークの傾きを示す図、（ｅ）は同平面の縦断面が上記とは異なる方向に曲がっているときの様子を示す斜視図、（ｆ）はそのときの撮像画像の内角及び撮像基準マークの傾きを示す図。
【図１１】（ａ）は上記装置が画像を平面の斜め横から投影しているときの同装置による画像補正前の撮像画像を示す図、（ｂ）は同装置による画像補正時の投影画像を示す図、（ｂ）はその時の実際の表示画像の図。
【図１２】（ａ）は画像が表示される平面が曲面を形成しているときの上記装置による画像補正前の撮像画像を示す図、（ｂ）は同装置による画像補正時の投影画像を示す図、（ｂ）はその時の実際の表示画像の図。
【図１３】従来の画像表示装置の構成図。
【符号の説明】
【００４８】
１ 画像表示装置
２ ＬＤ（光源）
３ ＬＤ駆動部（光源）
４ 光走査デバイス（走査手段）
５ 撮像部（撮像手段）
６ 画像処理部（判別手段）
７ 制御部
８ フィルタ
Ｇ 画像
Ｇｉ 撮像画像
Ｆ 指
Ｍ 基準マーク
Ｍｉ 撮像基準マーク
Ｐ 平面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を平面上に２次元走査する走査手段と、
前記走査手段と同期して可視光を変調し出射することで平面上に画像を表示可能な光源と、を備えた画像表示装置において、
前記光源により平面上に表示された画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像される画像の時間的変化に基づいて、画像上の任意の位置を指示するために用いられる指示手段の有無を判別する判別手段と、を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
画像が表示される平面と前記撮像手段との間に、前記光源からの光と同一色の光のみを透過するフィルタが設けられたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記光源は、平面上にさらに基準マークを表示可能であり、
前記撮像手段は、前記光源により平面上に表示された基準マークを撮像し、
前記判別手段は、前記撮像手段により撮像された画像を基準マークに基づいて分割し、分割された画像ごとにその時間的変化を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記判別手段は、前記撮像手段により撮像された基準マークの傾き及び／又は歪みを検出し、
前記光源は、前記判別手段による検出結果に応じて画像を補正することを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記判別手段が、前記分割された画像のうちの特定の画像上で前記指示手段を検出したとき、前記光源は平面上の画像を切り替え表示することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項１】
光源からの光を平面上に２次元走査する走査手段と、
前記走査手段と同期して可視光を変調し出射することで平面上に画像を表示可能な光源と、を備えた画像表示装置において、
前記光源により平面上に表示された画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像される画像の時間的変化に基づいて、画像上の任意の位置を指示するために用いられる指示手段の有無を判別する判別手段と、を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
画像が表示される平面と前記撮像手段との間に、前記光源からの光と同一色の光のみを透過するフィルタが設けられたことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記光源は、平面上にさらに基準マークを表示可能であり、
前記撮像手段は、前記光源により平面上に表示された基準マークを撮像し、
前記判別手段は、前記撮像手段により撮像された画像を基準マークに基づいて分割し、分割された画像ごとにその時間的変化を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記判別手段は、前記撮像手段により撮像された基準マークの傾き及び／又は歪みを検出し、
前記光源は、前記判別手段による検出結果に応じて画像を補正することを特徴とする請求項３に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記判別手段が、前記分割された画像のうちの特定の画像上で前記指示手段を検出したとき、前記光源は平面上の画像を切り替え表示することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の画像表示装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−４３１５７（Ｐ２００９−４３１５７Ａ）
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０９７４８（Ｐ２００７−２０９７４８）
【出願日】平成１９年８月１０日（２００７．８．１０）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年８月１０日（２００７．８．１０）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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