視認システム
【課題】パターン画像をカメラ認識システムで追跡する。
【解決手段】ペン又はポインタなどの誘導物の基準面に対する方向性を見出し継続的に追随するように、ペン又はポインタなどの誘導物に配置された投射装置から基準面へ赤外画像又は近赤外画像を投射する。
【解決手段】ペン又はポインタなどの誘導物の基準面に対する方向性を見出し継続的に追随するように、ペン又はポインタなどの誘導物に配置された投射装置から基準面へ赤外画像又は近赤外画像を投射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、画像位置に加え、ペン又はポインタなどの誘導物の基準面に対する方向性を見出し継続的に追随するように、ペン又はポインタなどの誘導物に配置された投射装置から基準面へ赤外画像又は近赤外画像を投射することに関する。本発明は更に、画像位置及びペン又はポインタなどの誘導物の方向性を見出して追随する為の、装置、システム、方法にも関する。
【背景技術】
【0002】
発行された国際特許出願(特許文献1)は、データのプレゼンテーション、コンピュータ支援型オフィス作業、及び/又は、コンピュータとの対話などの為の、ドローイングとライティング(writing)とポインティングのデバイスに関する。この発明は、データのプレゼンテーション、コンピュータ支援型オフィス作業、及び/又は、コンピュータとの対話などの為の、ドローイングとライティングとポインティングのデバイスとの対話の為のカメラ及び認識のシステムにも関する。この先行発明は更に、ドローイングとライティングとポインティングの為のシステムに関し、このシステムは、データのプレゼンテーション、コンピュータ支援型オフィス作業、及び/又は、コンピュータとの対話に適しており、ドローイングとライティングとポインティングのデバイスや、投射スクリーンを備えたコンピュータシステムに加えられたカメラ及び認識のシステムや、コンピュータスクリーンや、フラットスクリーンや、仮想スクリーンなどを含む。この発明は、データのプレゼンテーションや、コンピュータ支援型オフィス作業や、コンピュータとの対話などでの、ドローイングやライティングやポインティングなどの方法にも関し、単数又は複数の目標物の位置及び向きの継続的な検出方法にも関する。目標物ごとに1つ以上のコードパターンがある。どのコードパターンも、カメラ及び認識のシステムにより検出されるように適応している。コードパターン群は、各自の自己相関特性及び相互相関特性が良好であるように選択される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第02/27461号パンフレット
【特許文献2】米国特許第5938308号
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】Jakob Blad;”New Design Method for Diffractive Optics”、チャルマース工科大学、イェーテボリ(2003)、pp.15‐23。
【非特許文献2】Gerschberg‐Saxtonアルゴリズム」[Jorgen Bengtsson、”Diffractive Optics Design”、チャルマース工科大学、イェーテボリ(1997)、pp.25‐27。
【非特許文献3】E.Ha(ウムラウト)llstig、L.Sjo(ウムラウト)gvist、M.Lindgren;Opt. Eng. Volume42(3)(2003)pp.613‐619。
【0005】
(特許文献2)は、一方の画像をもう一方の画像に投影でき、これによって、2番目の画像を説明する人を補佐するハンドヘルドのポインタを記載している。このポインタには、複雑なパターン画像、即ち矢印又は企業ロゴのような所望の画像を作る為に、レーザ光源又は別のコヒーレント光源と、回折性光学素子とを使う必要がある。このような回折性光学素子を用い、生成された光の実質上すべてをリダイレクトすることにより、画像作成
プロセスにおいて光の一部を遮断するマスク又はスライドを使用した場合に比べ、エネルギーが節約される。(特許文献1)並びに(特許文献2)の教示は、ここでは、この2つの特許明細書に既に記載された原理及び方法を説明する必要はないと思われるので、これによって参照により本願に組み込まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
(特許文献2)の目的は、視聴者が容易に見ることのできる視認性の高い矢印などの複雑なパターン画像を作ることである。(特許文献2)の目的はパターン画像をカメラ認識システムで追跡することではない。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、1つの態様においては、赤外画像又は近赤外画像、場合によっては強度の低い可視光の画像の、投射装置から基準面への投射に関し、この投射装置には、画像位置に加え、基準面に対するペン又はポインタなどの誘導物の方向性を見出して継続的に追随する為のペン又はポインタなどの誘導物がある。これに関して、重要なことは、赤外光又は近赤外光を用いることにより、又は強度の低い可視光を用いることにより、パターン画像を人間には不可視の画像又はほとんど見えない画像にすることである。基準面は、この文脈においては、任意の3次元表面や、平面や、背面投射スクリーン(裏面にプロジェクタを備えている)や、前面投射や、ある程度垂直に向けられたLCD又はCRTスクリーン並びにテーブルトップ面などの表示画面を含む、任意の形態の表示面などと考えられる。
【0008】
本発明のもう1つの態様は、パターン画像を、(特許文献1)に見られるようなカメラ認識システムにより追跡し、画像位置及び向きを捜し出して入力デバイスとしてコンピュータシステムに継続的に報告することである。予想されるのは、投影される画像が(特許文献1)で説明されているように自己相関特性及び相互相関特性が良好な1つ以上のコードパターンを備えていることである。本発明に従って、パターン画像を、強さのレベルをほんのわずか変更することにより、又は、波長帯の比較的狭い赤外光又は近赤外光を用いることにより、人間にはほとんど見えない画像又は本質的に不可視な画像にする。これは、とりわけ、回折性光学素子群を備えた投射装置を設けることで得られ、このこと自体は当該分野で既知である。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の好適な実施形態に係る透過型回折性光学素子を用いて位置決めを行う投射装置の軸方向断面概略図。
【図2】光学素子の光配向が図1と同一だがチップが細いもう1つの好適な実施形態の軸方向断面概略図。
【図3】本発明の好適な実施形態に係る反射型回折性光学素子を用いて位置決めを行う投射装置の軸方向断面概略図。
【図4】本発明の好適な実施形態に係る透過型回折性光学素子を用いて位置決めを行う投射装置の軸方向断面概略図。
【図5】装置を表示画面に接近させて操作している図。
【図6】装置を表示画面から離して操作している図。
【図7】装置の向きを傾けながら装置を表示画面に接近させて操作している図。
【図8】装置の向きを傾けながら装置を表示画面から離して操作している図。
【図9】フロント投射スクリーン又は考えうる他の表示画面よりも前にカメラ及び認識の装置が配置され、投射装置をスクリーンに接近させて操作している、本発明に係るシステムの図。
【図10】投射装置をスクリーンから離して操作している図9のシステムの図。
【図11】バック投射スクリーン又は考えうる他の表示画面の背後にカメラ及び認識の装置が配置され、投射装置をスクリーンに接近させて操作している、システムの図。
【図12】投射装置をスクリーンから離して操作している図11のシステムの図。
【図13】データプロジェクタから1メートルのフロント投射スクリーンに表示され、較正スペクトルアナライザを用いて記録された、任意のRGB設定の一般的なデータプロジェクタのスペクトルの例の図。
【図14】本発明に係る投射装置によって投影されるパターン画像の望ましいタイプの図。
【図15】図14に表示された所望の強度パターンをもたらす回折性光学素子として用いられる位相パターンを繰り返し得る為に、いわゆる「Gerschberg‐Saxtonアルゴリズム」により生成された位相パターンの図。
【図16】遠視野で得られた、又は代案として、レンズ群及び/又は曲面鏡群を備えたシステムを用いることにより回折性光学素子の付近で得られた、結果の強度パターンのシミュレーション。
【図17】図14の所望の強度パターンの非対称の部分を形成する生成された位相パターンの図。
【図18】遠視野で得られた結果の強度パターンの図。
【図19】図14に示されているような所望の対称な強度パターンの位相のレベルが2つ別々である位相格子。
【図20】遠視野で得られた結果の強度パターンの図。
【図21】図14の所望の強度パターンの非対称の部分の位相のレベルが2つ別々である位相格子の図。
【図22】位相のみ2つ別々の位相のレベルである回折格子が非対称のパターンを作れない為に深刻なエラーが起きた結果の回折パターンの図。
【図23】位相のみ2つ別々の位相のレベルである回折性格子によって作成可能な単純な対称な強度パターンの例の図。
【図24】位相のみ2つ別々の位相のレベルである回折性格子によって作成可能な単純な対称な強度パターンのもう1つの例の図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
投影される画像位置の検出は、画像位置及び向きを捜し出して入力デバイスとしてコンピュータシステムに継続的に報告する為に、(特許文献1)に見られるようなカメラ及び認識のシステムにより行われる場合がある。
【0011】
請求項では、本発明によるシステムの新規かつ特殊な特質、並びにシステムで用いる装置及び誘導物を説明する。
本発明の更なる態様は、遠隔操作の為かつスクリーンに接近した操作の為のフロント投射システム及び背面投射システムを含む異なるディスプレイに用いられることである。遠隔操作は一般的に、ポインティングと選択とドラッグアンドドロップの各操作であるが、これらに限定されない。スクリーン付近の操作は一般的に、ポインティングと、選択と、ドラッグアンドドロップと、ライティングと、ドローイングと、消去であるが、これらに限定されない。
【0012】
本発明によって得られる重要な利点は、ペン又はポインタなどの誘導物から投影されたパターン画像が、人間には直接みえない又はただほとんど見えないということである。ほとんど見えない又は本質的に不可視というのは、この文脈においては、実際上、表示された画像全体の中ではパターン画像を視聴者又はユーザ(単数又は複数)が無視できることを意味する。従って、このパターンの位置及び向きを受信するコンピュータシステムが、発表者と視聴者とに、矢印や、ドローイング又はライティングの一連のストロークや、例えば、コンピュータにより生成されたスクリーン上のオブジェクトの選択などの、所望の視覚フィードバックを行っている間、画像は発表者の注意をそらすこともなければ視聴者
の注意をそらすこともない。
【0013】
なおまた、本発明に従って、用いられる波長は、データプロジェクタシステムで用いられる人間の視覚の波長帯域の範囲を適切に外れた、赤外放射又は近赤外放射でよい。従って、カメラ認識システムにより検出可能な画像パターンを作るのに必要なエネルギーは、データプロジェクタからの非常に強い光強度の存在下で発表者と視聴者とにはっきり見える可視光の矢印又はロゴを作る為に必要なエネルギーより、かなり少ない。
【0014】
本発明の更なる特質は、カメラ認識システムが、プロジェクタの光をブロックするが赤外光又は近赤外光は通す光学フィルタを装備しており、これによって、検出プロセスが、可視光のデータプロジェクタの画像の他のパターンに反応を示さなくなることである。
【0015】
本発明のもう1つの態様では、赤外光又は近赤外光もペン又はポインタなどの誘導物の中で符号化され、カメラと共に配置された赤外線のリモートコントロールデコーダにより復号されて、ペン又はポインタなどの誘導物の実際の状態及び実際のイベントの情報をもたらす。この情報にはユーザ識別に関する情報も含まれている場合がある。
【0016】
代替の実施形態では、カメラ及び認識のシステムと共に赤外放射源も配置され、同時にペン又はポインタなどの誘導物の内部に赤外線の受信機及びデコーダが配置されている。このような双方向の赤外線通信リンクを用いると、ロバストな通信を保ちながら送信エネルギーを最低限のレベルに調整できるので、エネルギー消費を最小に抑えることができる。
【0017】
本発明の更なる利点は、通常は近赤外線の帯域幅には他に重大な光源がないので、カメラ及び認識のシステムにより検出可能である為に必要なのは、赤外レーザ又はLED光源の強度の低い操作のみだということである。更に、光は、小さな点に集中する代わりに、投影される画像に広がるので、レーザの安全要件はより満足されやすい。
定義
1)近赤外光又は近赤外放射が意味するのは、波長750nm〜1300nmの電磁放射である。
2)赤外光又は赤外線放射が意味するのは、波長>1300nmの電磁放射である。
3)可視光又は可視放射が意味するのは、波長400nm〜750nmの電磁放射、即ち、人間により通常検出される光である。
4)対称なパターン又は画像が意味するのは、「反転(invert)」可能な画像である。厳密には、画像の中心付近に原点(x、y=0、0)があり、これにより、画素点x、yが対称操作により−x、−yに置き換えられた結果、パターン又は画像が、同一又は本質的に同一のパターン又は画像になる。
5)非対称のパターン又は画像が意味するのは、上記の定義(4)の対称操作に従って反転できず、同一のもの又は非常によく似たパターン又は画像を得ることができないパターン又は画像である。「非対称(asymmetric)」(対称でない)とは、上記の定義(4)で定義される対称操作に対応するものである。
【0018】
本発明の実施形態を添付の図面を参照して以下に記載し、本発明に係る新規かつ特殊な更なる特質も明白にする。
第一に、回折性光学素子を用いて赤外画像を生成する原理を記載する。その後で、幾つかの好適な実施形態の詳細な記述を、詳細なシステムの動作原理と共に記載する。
【0019】
先に触れた1つの態様の本発明は、近赤外か赤外の画像又は強度の低い可視光の画像の、基準面への投射に関する。この文脈において、基準面は、任意の3次元表面や、平面や、背面投射スクリーンや、場合によってはフロント投射スクリーンなどの、あらゆる形態
のディスプレイを包含するものと考えられる。ある程度垂直の表面の代わりに、テーブルトップ面があってもよい。
【0020】
画像の強度分布は、自己相関特性及び相互相関特性が良好になるよう選択される。近赤外光又は赤外光から形成された画像は、パターンの位置を突き止めて追跡する為に用いたカメラシステムの感度範囲内にある。代表的なデータプロジェクタのスペクトル出力を図13に示す。見ての通り、光はほぼ400nm〜700nmの波長帯域に限られている。よって、用いられる波長はデータプロジェクタに用いられる波長とは異なるので、データプロジェクタを用いてもう1つの画像を同時に投影する為に用いられた光は、近赤外画像又は赤外画像にも、これに関連するカメラ検出システムにも干渉しない。
【0021】
自己相関特性と相互相関特性のみならず円対称性も良好なパターン画像の例を、図14に示す。白色と黒色とを用いてそれぞれ光強度の高低を呈示するよう、各グレースケールカラーを、図14でも、この後のどの強度のグラフでも、文書印刷品質の為に反転する。(特許文献1)に記載の方法及びシステムに基づきパターン全体の中心の位置を突き止めて追跡するのに必要なのは、図14に描写されているように画像の一部分のみである。本発明の好適な実施形態から投影されたパターンは、幾何学的に円錐曲線の一部といえるので、更に分析して実際のアジマス及びエレベーションの配向角と基準面に対するペンの距離とを捜し出せる。カメラ及び認識のシステムを用いてパターンの正確な位置決めを行うには、画像の端部は鋭くくっきりしている必要がある、又は代案として、コントラスト及び鮮明度の要求が低い状態で画像を広い区域に分配する必要がある。
【0022】
画像を投影する好適な実施形態は、コンピュータにより生成された回折性光学素子と、赤外ダイオードレーザとを用いることによりなされる。図14に見られるようなパターンの生成に必要な回折性光学素子の位相パターンは、コンピュータ計算により容易に作られる。回折性光学素子のパターンを算出する計算法は、科学技術文献[Jakob Blad;”New Design Method for Diffractive Optics”、チャルマース工科大学、イェーテボリ(2003)、pp.15‐23参照]に報告されているように、数多くある。
【0023】
図15は、いわゆる「Gerschberg‐Saxtonアルゴリズム」[Jorgen Bengtsson、”Diffractive Optics Design”、チャルマース工科大学、イェーテボリ(1997)、pp.25‐27参照]を用いて、図14に表示されている強度パターンのような概算の強度パターンを得る回折性光学素子として使用することができる位相パターンを繰り返し得ることにより生成された位相パターンを示す。
【0024】
図15のグレースケールのグラフは、ここでは文書印刷品質の為に反転されており、回折性光学素子に分布されている範囲[0〜2π]の位相レベルを表す。そのフーリエ変換に関して対応する「回折された画像」を図16に描写する。ここでは、位相のレベルが16段階の場合に256ピクセルを回折性光学素子に用い、回折損失による光のレベルの強度の低下は別として、図14とほぼ同一の強度分布が再現されていることが分かる。図16のグレーの部分の光強度のレベルが十分高いとすれば、検出カメラシステムのしきい値を用いてグレーの部分を「明るい/白い」(図14〜図24が反転されていることを思い出していただきたい)として符号化することができる。図17が示すのは、非対称のパターン(図14のパターンの一部と類似点のある)に対応する強度分布の位相パターンを、回折性光学素子に同数のピクセルの解像度と同数の位相のレベルとを用いる同一のアルゴリズムを用いて生成できることである(「非対称」の意味については、定義(5)参照)。
【0025】
位相の2つのレベルがそれぞれ別である格子を用いることが関心をひくのは、製造も設計も簡単だからである。位相のみ2つ別々の格子を用いれば、干渉することも正負を混同することもなく、どのような対称な回折パターンを生成することもできる(「対称」の意味については、定義(4)参照)。図14の画像の回折性光学素子及び対応する回折パターンを、図19と図20にそれぞれ表示する。見て分かるとおり、同数のピクセルについては、本質的に、所望のパターンの主要な特質が再現されるが、解像度は、回折性光学素子の2つのそれぞれ別々の位相のレベルの柔軟性が制限されているせいで低い。図22に、位相の2つのレベルがそれぞれ別である図21の格子を用いて非対称のパターンを生成しようと試みた結果を示す。見て分かるとおり、結果として生じた図22の回折パターンは、元のパターンと元のパターンを反転した画像との重ね合わせである。これは、位相のみ2つ別々である位相のレベルの回折格子で非対称のパターンを作ることが難しいためである。
【0026】
従って、検出器カメラシステムで用いる非対称のパターンを作るには、位相レベルが2つより多い位相格子が前もって必要になる。なおまた、この格子は一般に、ピクセル解像度を同一にして用いた場合、位相の2つのレベルがそれぞれ別である格子と比較して画質が良い。位相のレベルが2つ別々である回折格子からなる単純な対称なパターンの他の例を、図23及び図24に表示する。図24に見られるような画像パターンを用いて、格子の解像度による回折されたパターンの角度広がりを推定することができる。原点を通り円を横切っている任意の一本の線を考える。これにより、2次元の円の「線形モデル」が構成され、原点にたいし対抗する半円ごとに回折された点が2つずつある。当初のビームの方向からの1次元の回折性格子によるレーザービームの角度偏差は、以下の公式のように推定される。
【0027】
【数1】
【0028】
αは、1次元のブレーズド格子によってレーザービームを操作する1次回折の適用可能な角度の広がりである[E.Ha(ウムラウト)llstig、L.Sjo(ウムラウト)gvist、M.Lindgren;Opt. Eng. Volume42(3)(2003)pp.613‐619参照]。ここでは、λは光の波長(単位は長さ)であり、Δはピクセルピッチ(単位は長さ)であり、Δは格子の周期でピクセル単位である。ピクセルピッチは格子を作成する解像度から推定でき、高分子材料又はマイクロマシン加工シリコン上に生産される一般的な回折性光学素子については、解像度は一般的に0.5pmかこれより良い。よって、ピクセルのピッチを1pmにできる。波長を近赤外の範囲内の850nmとする。0〜3π/4ラジアンの間に等間隔の位相のレベルを4つ用いることにより、最大に回折された1次回折ビームの角度が、sinα≒0.2125で与えられ、ほぼ12°である角度になる。それ故に、同様な解像度と位相レベルの精度とによる2次元格子への反射(又はその中を透過)後の5cmの自由空間伝搬を用いて、直径ほぼ2cmの円又は同様なパターンを作ることができる。注目されるのは、解像度が高いほど、又はピクセルのピッチが短いほど、角度広がりが大きくなることである。回折されたパターンを、回折性光学素子と接近(およそ10cm未満)している画像として提供する実施形態の提案を、以下で論じる。
【0029】
回折現象によって、回折性光学素子のあらゆる振幅及び位相分布のフーリエ変換が「遠視野(far‐field)」で行われる。代案として、フーリエ変換を遠視野から動かし回折性光学素子の出力に接近させることが可能であり、この場合、レンズとして作動し
回折性光学素子の付近に配置されたレンズ又は球面鏡を用いる。レンズ又は曲面鏡の位相分布には、フーリエ変換を平面波の波面から焦点面へ移動させる特性がある。レンズか、曲面鏡か、これらの組み合わせのうち、2つ以上を用いれば、回折性光学素子及びレーザダイオードに対するフーリエ変換のパターンの位置及びサイズを制御できる。
【0030】
図15に見られるような位相分布のパターンの回折性光学素子は、回折性光学素子の製造者により提供される。これらは透過型又は反射型の構成要素の形態である。この構成要素群を、図1〜図4に図示のように、レンズ、鏡、光源などの光学素子群を備えた光学的配向の本発明の代替の実施形態に使用することができる。
【0031】
図1及び図2を参照すると、ケーシング12を備えた誘導デバイス16(ペン、ポインタ)には、バッテリ1と、プリント回路基板2と、レーザダイオード3と、反射型コリメートレンズ4と、透過型回折性光学素子5と、レンズ6と、チップ7と、2つのボタン即ち8及び9とがある。接近させて操作している際には誘導デバイスからスクリーンへと得られたパターン10が投影され、離して操作している際には誘導デバイスからスクリーンへとパターン11が投影される。
【0032】
図3を参照すると、ケーシング12を備えた誘導デバイス16(ペン、ポインタ)には、バッテリ1と、プリント回路基板2と、レーザダイオード3と、チップ7付近に取り付けられたレンズ4を場合によっては用いる透過型回折性光学素子5と、反射型回折環状曲面鏡14と、環状曲面鏡13と、2つのボタン即ち8及び9とがある。接近させて操作している際には誘導デバイスからスクリーンへと得られたパターン10が投影され、離して操作している際には誘導デバイスからスクリーンへとパターン11が投影される。
【0033】
図4を参照すると、ケーシング12を備えた誘導デバイス16(ペン、ポインタ)には、バッテリ1と、プリント回路基板2と、レーザダイオード3と、反射型コリメートレンズ4と、後端部7付近に取り付けられた透過型回折性光学素子5と、環状曲面鏡13と、遠隔操作のパターンを形成する光のニュートラルなウィンドウ及び/又はもう1つの透過型回折性光学素子15とがある。接近させて操作している際には誘導デバイスからスクリーンへと得られたパターン10が投影され、離して操作している際には誘導デバイスからスクリーンへとパターン11が投影される。
【0034】
これらの実施形態の各ケーシング12には、ライティングとドローイングとポインティング用の自然で直観的に分り人間工学的な道具をユーザに提供する為に、従来のホワイトボードマーカ又はペンを模倣するという目的がある。1つの光源又は多数の光源から光を放出するのに必要なエネルギーを1つ以上の電池が供給している。プリント回路基板は、1つ又は2つ以上のボタンスイッチと、レーザダイオード駆動回路と、レーザを変調する回路と、遠隔の赤外線リンク及び/又は無線周波数リンクの、インタフェースの電力の管理を行う場合がある。レーザダイオードは赤外ダイオード又は近赤外ダイオードの場合がある。
【0035】
コリメートレンズ4の目的は、レーザービームのアパーチャを大きくして回折性光学素子5の表面を覆うことである。凹レンズ6と凸面鏡13に加え、場合によっては14も、誘導デバイスがスクリーンに接近させて操作している際にパターンを広い領域に拡大させる為のものである。環状の鏡13と鏡14、場合によっては反射型回折性光学素子である環状の13及び14は、レーザービームの中心部に自由な領域の経路をもたらし、誘導デバイスをスクリーンから離して操作している際に、その光強度の画像を形成する。
【0036】
誘導物は、図5、図6、図7、図8に図示のように、スクリーンに対し異なる向き及び距離に保持されている。投影されたパターン画像の位置と形状とサイズとの変更を利用し
て、横方向の位置と向き(エレベーション及びアジマス)とを捜し出し誘導物からスクリーン面までの距離を推定できる。
【0037】
図9及び図10は、誘導デバイスとカメラ及び認識のシステムとが、フロント投射スクリーンやリア投射スクリーンや他のディスプレイのシステムなどより前に設置されていても、誘導デバイスをスクリーンに接近させてもスクリーンから離しても使用できる状況を図示する。スクリーンに接近した場合(図9)、誘導デバイスはカメラ18の視野の範囲内にある場合がある。従って、誘導デバイスにコードパターンがある場合は、(特許文献1)に記載された方法を含む組み合わせた機能がある。
【0038】
図11及び図12は、リア投射スクリーンよりも前で誘導デバイスを操作しており、誘導デバイスからの投影パターン画像をリア投射スクリーン面に投影しながら誘導デバイスをスクリーンに接近して及び/又はスクリーンから離して使用することができ、スクリーンの背後にプロジェクタに接近して設置されたカメラ及び認識のシステムにより誘導デバイスを検出できる構成を示す。
【0039】
本発明を本発明の好適な実施形態について記載したが、以下の請求項により規定されている本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、構成及び実装の詳細の種々の変更をなされうることを、光学系の設計の当業者は認めるであろう。
【技術分野】
【0001】
本発明は、画像位置に加え、ペン又はポインタなどの誘導物の基準面に対する方向性を見出し継続的に追随するように、ペン又はポインタなどの誘導物に配置された投射装置から基準面へ赤外画像又は近赤外画像を投射することに関する。本発明は更に、画像位置及びペン又はポインタなどの誘導物の方向性を見出して追随する為の、装置、システム、方法にも関する。
【背景技術】
【0002】
発行された国際特許出願(特許文献1)は、データのプレゼンテーション、コンピュータ支援型オフィス作業、及び/又は、コンピュータとの対話などの為の、ドローイングとライティング(writing)とポインティングのデバイスに関する。この発明は、データのプレゼンテーション、コンピュータ支援型オフィス作業、及び/又は、コンピュータとの対話などの為の、ドローイングとライティングとポインティングのデバイスとの対話の為のカメラ及び認識のシステムにも関する。この先行発明は更に、ドローイングとライティングとポインティングの為のシステムに関し、このシステムは、データのプレゼンテーション、コンピュータ支援型オフィス作業、及び/又は、コンピュータとの対話に適しており、ドローイングとライティングとポインティングのデバイスや、投射スクリーンを備えたコンピュータシステムに加えられたカメラ及び認識のシステムや、コンピュータスクリーンや、フラットスクリーンや、仮想スクリーンなどを含む。この発明は、データのプレゼンテーションや、コンピュータ支援型オフィス作業や、コンピュータとの対話などでの、ドローイングやライティングやポインティングなどの方法にも関し、単数又は複数の目標物の位置及び向きの継続的な検出方法にも関する。目標物ごとに1つ以上のコードパターンがある。どのコードパターンも、カメラ及び認識のシステムにより検出されるように適応している。コードパターン群は、各自の自己相関特性及び相互相関特性が良好であるように選択される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第02/27461号パンフレット
【特許文献2】米国特許第5938308号
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】Jakob Blad;”New Design Method for Diffractive Optics”、チャルマース工科大学、イェーテボリ(2003)、pp.15‐23。
【非特許文献2】Gerschberg‐Saxtonアルゴリズム」[Jorgen Bengtsson、”Diffractive Optics Design”、チャルマース工科大学、イェーテボリ(1997)、pp.25‐27。
【非特許文献3】E.Ha(ウムラウト)llstig、L.Sjo(ウムラウト)gvist、M.Lindgren;Opt. Eng. Volume42(3)(2003)pp.613‐619。
【0005】
(特許文献2)は、一方の画像をもう一方の画像に投影でき、これによって、2番目の画像を説明する人を補佐するハンドヘルドのポインタを記載している。このポインタには、複雑なパターン画像、即ち矢印又は企業ロゴのような所望の画像を作る為に、レーザ光源又は別のコヒーレント光源と、回折性光学素子とを使う必要がある。このような回折性光学素子を用い、生成された光の実質上すべてをリダイレクトすることにより、画像作成
プロセスにおいて光の一部を遮断するマスク又はスライドを使用した場合に比べ、エネルギーが節約される。(特許文献1)並びに(特許文献2)の教示は、ここでは、この2つの特許明細書に既に記載された原理及び方法を説明する必要はないと思われるので、これによって参照により本願に組み込まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
(特許文献2)の目的は、視聴者が容易に見ることのできる視認性の高い矢印などの複雑なパターン画像を作ることである。(特許文献2)の目的はパターン画像をカメラ認識システムで追跡することではない。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、1つの態様においては、赤外画像又は近赤外画像、場合によっては強度の低い可視光の画像の、投射装置から基準面への投射に関し、この投射装置には、画像位置に加え、基準面に対するペン又はポインタなどの誘導物の方向性を見出して継続的に追随する為のペン又はポインタなどの誘導物がある。これに関して、重要なことは、赤外光又は近赤外光を用いることにより、又は強度の低い可視光を用いることにより、パターン画像を人間には不可視の画像又はほとんど見えない画像にすることである。基準面は、この文脈においては、任意の3次元表面や、平面や、背面投射スクリーン(裏面にプロジェクタを備えている)や、前面投射や、ある程度垂直に向けられたLCD又はCRTスクリーン並びにテーブルトップ面などの表示画面を含む、任意の形態の表示面などと考えられる。
【0008】
本発明のもう1つの態様は、パターン画像を、(特許文献1)に見られるようなカメラ認識システムにより追跡し、画像位置及び向きを捜し出して入力デバイスとしてコンピュータシステムに継続的に報告することである。予想されるのは、投影される画像が(特許文献1)で説明されているように自己相関特性及び相互相関特性が良好な1つ以上のコードパターンを備えていることである。本発明に従って、パターン画像を、強さのレベルをほんのわずか変更することにより、又は、波長帯の比較的狭い赤外光又は近赤外光を用いることにより、人間にはほとんど見えない画像又は本質的に不可視な画像にする。これは、とりわけ、回折性光学素子群を備えた投射装置を設けることで得られ、このこと自体は当該分野で既知である。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の好適な実施形態に係る透過型回折性光学素子を用いて位置決めを行う投射装置の軸方向断面概略図。
【図2】光学素子の光配向が図1と同一だがチップが細いもう1つの好適な実施形態の軸方向断面概略図。
【図3】本発明の好適な実施形態に係る反射型回折性光学素子を用いて位置決めを行う投射装置の軸方向断面概略図。
【図4】本発明の好適な実施形態に係る透過型回折性光学素子を用いて位置決めを行う投射装置の軸方向断面概略図。
【図5】装置を表示画面に接近させて操作している図。
【図6】装置を表示画面から離して操作している図。
【図7】装置の向きを傾けながら装置を表示画面に接近させて操作している図。
【図8】装置の向きを傾けながら装置を表示画面から離して操作している図。
【図9】フロント投射スクリーン又は考えうる他の表示画面よりも前にカメラ及び認識の装置が配置され、投射装置をスクリーンに接近させて操作している、本発明に係るシステムの図。
【図10】投射装置をスクリーンから離して操作している図9のシステムの図。
【図11】バック投射スクリーン又は考えうる他の表示画面の背後にカメラ及び認識の装置が配置され、投射装置をスクリーンに接近させて操作している、システムの図。
【図12】投射装置をスクリーンから離して操作している図11のシステムの図。
【図13】データプロジェクタから1メートルのフロント投射スクリーンに表示され、較正スペクトルアナライザを用いて記録された、任意のRGB設定の一般的なデータプロジェクタのスペクトルの例の図。
【図14】本発明に係る投射装置によって投影されるパターン画像の望ましいタイプの図。
【図15】図14に表示された所望の強度パターンをもたらす回折性光学素子として用いられる位相パターンを繰り返し得る為に、いわゆる「Gerschberg‐Saxtonアルゴリズム」により生成された位相パターンの図。
【図16】遠視野で得られた、又は代案として、レンズ群及び/又は曲面鏡群を備えたシステムを用いることにより回折性光学素子の付近で得られた、結果の強度パターンのシミュレーション。
【図17】図14の所望の強度パターンの非対称の部分を形成する生成された位相パターンの図。
【図18】遠視野で得られた結果の強度パターンの図。
【図19】図14に示されているような所望の対称な強度パターンの位相のレベルが2つ別々である位相格子。
【図20】遠視野で得られた結果の強度パターンの図。
【図21】図14の所望の強度パターンの非対称の部分の位相のレベルが2つ別々である位相格子の図。
【図22】位相のみ2つ別々の位相のレベルである回折格子が非対称のパターンを作れない為に深刻なエラーが起きた結果の回折パターンの図。
【図23】位相のみ2つ別々の位相のレベルである回折性格子によって作成可能な単純な対称な強度パターンの例の図。
【図24】位相のみ2つ別々の位相のレベルである回折性格子によって作成可能な単純な対称な強度パターンのもう1つの例の図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
投影される画像位置の検出は、画像位置及び向きを捜し出して入力デバイスとしてコンピュータシステムに継続的に報告する為に、(特許文献1)に見られるようなカメラ及び認識のシステムにより行われる場合がある。
【0011】
請求項では、本発明によるシステムの新規かつ特殊な特質、並びにシステムで用いる装置及び誘導物を説明する。
本発明の更なる態様は、遠隔操作の為かつスクリーンに接近した操作の為のフロント投射システム及び背面投射システムを含む異なるディスプレイに用いられることである。遠隔操作は一般的に、ポインティングと選択とドラッグアンドドロップの各操作であるが、これらに限定されない。スクリーン付近の操作は一般的に、ポインティングと、選択と、ドラッグアンドドロップと、ライティングと、ドローイングと、消去であるが、これらに限定されない。
【0012】
本発明によって得られる重要な利点は、ペン又はポインタなどの誘導物から投影されたパターン画像が、人間には直接みえない又はただほとんど見えないということである。ほとんど見えない又は本質的に不可視というのは、この文脈においては、実際上、表示された画像全体の中ではパターン画像を視聴者又はユーザ(単数又は複数)が無視できることを意味する。従って、このパターンの位置及び向きを受信するコンピュータシステムが、発表者と視聴者とに、矢印や、ドローイング又はライティングの一連のストロークや、例えば、コンピュータにより生成されたスクリーン上のオブジェクトの選択などの、所望の視覚フィードバックを行っている間、画像は発表者の注意をそらすこともなければ視聴者
の注意をそらすこともない。
【0013】
なおまた、本発明に従って、用いられる波長は、データプロジェクタシステムで用いられる人間の視覚の波長帯域の範囲を適切に外れた、赤外放射又は近赤外放射でよい。従って、カメラ認識システムにより検出可能な画像パターンを作るのに必要なエネルギーは、データプロジェクタからの非常に強い光強度の存在下で発表者と視聴者とにはっきり見える可視光の矢印又はロゴを作る為に必要なエネルギーより、かなり少ない。
【0014】
本発明の更なる特質は、カメラ認識システムが、プロジェクタの光をブロックするが赤外光又は近赤外光は通す光学フィルタを装備しており、これによって、検出プロセスが、可視光のデータプロジェクタの画像の他のパターンに反応を示さなくなることである。
【0015】
本発明のもう1つの態様では、赤外光又は近赤外光もペン又はポインタなどの誘導物の中で符号化され、カメラと共に配置された赤外線のリモートコントロールデコーダにより復号されて、ペン又はポインタなどの誘導物の実際の状態及び実際のイベントの情報をもたらす。この情報にはユーザ識別に関する情報も含まれている場合がある。
【0016】
代替の実施形態では、カメラ及び認識のシステムと共に赤外放射源も配置され、同時にペン又はポインタなどの誘導物の内部に赤外線の受信機及びデコーダが配置されている。このような双方向の赤外線通信リンクを用いると、ロバストな通信を保ちながら送信エネルギーを最低限のレベルに調整できるので、エネルギー消費を最小に抑えることができる。
【0017】
本発明の更なる利点は、通常は近赤外線の帯域幅には他に重大な光源がないので、カメラ及び認識のシステムにより検出可能である為に必要なのは、赤外レーザ又はLED光源の強度の低い操作のみだということである。更に、光は、小さな点に集中する代わりに、投影される画像に広がるので、レーザの安全要件はより満足されやすい。
定義
1)近赤外光又は近赤外放射が意味するのは、波長750nm〜1300nmの電磁放射である。
2)赤外光又は赤外線放射が意味するのは、波長>1300nmの電磁放射である。
3)可視光又は可視放射が意味するのは、波長400nm〜750nmの電磁放射、即ち、人間により通常検出される光である。
4)対称なパターン又は画像が意味するのは、「反転(invert)」可能な画像である。厳密には、画像の中心付近に原点(x、y=0、0)があり、これにより、画素点x、yが対称操作により−x、−yに置き換えられた結果、パターン又は画像が、同一又は本質的に同一のパターン又は画像になる。
5)非対称のパターン又は画像が意味するのは、上記の定義(4)の対称操作に従って反転できず、同一のもの又は非常によく似たパターン又は画像を得ることができないパターン又は画像である。「非対称(asymmetric)」(対称でない)とは、上記の定義(4)で定義される対称操作に対応するものである。
【0018】
本発明の実施形態を添付の図面を参照して以下に記載し、本発明に係る新規かつ特殊な更なる特質も明白にする。
第一に、回折性光学素子を用いて赤外画像を生成する原理を記載する。その後で、幾つかの好適な実施形態の詳細な記述を、詳細なシステムの動作原理と共に記載する。
【0019】
先に触れた1つの態様の本発明は、近赤外か赤外の画像又は強度の低い可視光の画像の、基準面への投射に関する。この文脈において、基準面は、任意の3次元表面や、平面や、背面投射スクリーンや、場合によってはフロント投射スクリーンなどの、あらゆる形態
のディスプレイを包含するものと考えられる。ある程度垂直の表面の代わりに、テーブルトップ面があってもよい。
【0020】
画像の強度分布は、自己相関特性及び相互相関特性が良好になるよう選択される。近赤外光又は赤外光から形成された画像は、パターンの位置を突き止めて追跡する為に用いたカメラシステムの感度範囲内にある。代表的なデータプロジェクタのスペクトル出力を図13に示す。見ての通り、光はほぼ400nm〜700nmの波長帯域に限られている。よって、用いられる波長はデータプロジェクタに用いられる波長とは異なるので、データプロジェクタを用いてもう1つの画像を同時に投影する為に用いられた光は、近赤外画像又は赤外画像にも、これに関連するカメラ検出システムにも干渉しない。
【0021】
自己相関特性と相互相関特性のみならず円対称性も良好なパターン画像の例を、図14に示す。白色と黒色とを用いてそれぞれ光強度の高低を呈示するよう、各グレースケールカラーを、図14でも、この後のどの強度のグラフでも、文書印刷品質の為に反転する。(特許文献1)に記載の方法及びシステムに基づきパターン全体の中心の位置を突き止めて追跡するのに必要なのは、図14に描写されているように画像の一部分のみである。本発明の好適な実施形態から投影されたパターンは、幾何学的に円錐曲線の一部といえるので、更に分析して実際のアジマス及びエレベーションの配向角と基準面に対するペンの距離とを捜し出せる。カメラ及び認識のシステムを用いてパターンの正確な位置決めを行うには、画像の端部は鋭くくっきりしている必要がある、又は代案として、コントラスト及び鮮明度の要求が低い状態で画像を広い区域に分配する必要がある。
【0022】
画像を投影する好適な実施形態は、コンピュータにより生成された回折性光学素子と、赤外ダイオードレーザとを用いることによりなされる。図14に見られるようなパターンの生成に必要な回折性光学素子の位相パターンは、コンピュータ計算により容易に作られる。回折性光学素子のパターンを算出する計算法は、科学技術文献[Jakob Blad;”New Design Method for Diffractive Optics”、チャルマース工科大学、イェーテボリ(2003)、pp.15‐23参照]に報告されているように、数多くある。
【0023】
図15は、いわゆる「Gerschberg‐Saxtonアルゴリズム」[Jorgen Bengtsson、”Diffractive Optics Design”、チャルマース工科大学、イェーテボリ(1997)、pp.25‐27参照]を用いて、図14に表示されている強度パターンのような概算の強度パターンを得る回折性光学素子として使用することができる位相パターンを繰り返し得ることにより生成された位相パターンを示す。
【0024】
図15のグレースケールのグラフは、ここでは文書印刷品質の為に反転されており、回折性光学素子に分布されている範囲[0〜2π]の位相レベルを表す。そのフーリエ変換に関して対応する「回折された画像」を図16に描写する。ここでは、位相のレベルが16段階の場合に256ピクセルを回折性光学素子に用い、回折損失による光のレベルの強度の低下は別として、図14とほぼ同一の強度分布が再現されていることが分かる。図16のグレーの部分の光強度のレベルが十分高いとすれば、検出カメラシステムのしきい値を用いてグレーの部分を「明るい/白い」(図14〜図24が反転されていることを思い出していただきたい)として符号化することができる。図17が示すのは、非対称のパターン(図14のパターンの一部と類似点のある)に対応する強度分布の位相パターンを、回折性光学素子に同数のピクセルの解像度と同数の位相のレベルとを用いる同一のアルゴリズムを用いて生成できることである(「非対称」の意味については、定義(5)参照)。
【0025】
位相の2つのレベルがそれぞれ別である格子を用いることが関心をひくのは、製造も設計も簡単だからである。位相のみ2つ別々の格子を用いれば、干渉することも正負を混同することもなく、どのような対称な回折パターンを生成することもできる(「対称」の意味については、定義(4)参照)。図14の画像の回折性光学素子及び対応する回折パターンを、図19と図20にそれぞれ表示する。見て分かるとおり、同数のピクセルについては、本質的に、所望のパターンの主要な特質が再現されるが、解像度は、回折性光学素子の2つのそれぞれ別々の位相のレベルの柔軟性が制限されているせいで低い。図22に、位相の2つのレベルがそれぞれ別である図21の格子を用いて非対称のパターンを生成しようと試みた結果を示す。見て分かるとおり、結果として生じた図22の回折パターンは、元のパターンと元のパターンを反転した画像との重ね合わせである。これは、位相のみ2つ別々である位相のレベルの回折格子で非対称のパターンを作ることが難しいためである。
【0026】
従って、検出器カメラシステムで用いる非対称のパターンを作るには、位相レベルが2つより多い位相格子が前もって必要になる。なおまた、この格子は一般に、ピクセル解像度を同一にして用いた場合、位相の2つのレベルがそれぞれ別である格子と比較して画質が良い。位相のレベルが2つ別々である回折格子からなる単純な対称なパターンの他の例を、図23及び図24に表示する。図24に見られるような画像パターンを用いて、格子の解像度による回折されたパターンの角度広がりを推定することができる。原点を通り円を横切っている任意の一本の線を考える。これにより、2次元の円の「線形モデル」が構成され、原点にたいし対抗する半円ごとに回折された点が2つずつある。当初のビームの方向からの1次元の回折性格子によるレーザービームの角度偏差は、以下の公式のように推定される。
【0027】
【数1】
【0028】
αは、1次元のブレーズド格子によってレーザービームを操作する1次回折の適用可能な角度の広がりである[E.Ha(ウムラウト)llstig、L.Sjo(ウムラウト)gvist、M.Lindgren;Opt. Eng. Volume42(3)(2003)pp.613‐619参照]。ここでは、λは光の波長(単位は長さ)であり、Δはピクセルピッチ(単位は長さ)であり、Δは格子の周期でピクセル単位である。ピクセルピッチは格子を作成する解像度から推定でき、高分子材料又はマイクロマシン加工シリコン上に生産される一般的な回折性光学素子については、解像度は一般的に0.5pmかこれより良い。よって、ピクセルのピッチを1pmにできる。波長を近赤外の範囲内の850nmとする。0〜3π/4ラジアンの間に等間隔の位相のレベルを4つ用いることにより、最大に回折された1次回折ビームの角度が、sinα≒0.2125で与えられ、ほぼ12°である角度になる。それ故に、同様な解像度と位相レベルの精度とによる2次元格子への反射(又はその中を透過)後の5cmの自由空間伝搬を用いて、直径ほぼ2cmの円又は同様なパターンを作ることができる。注目されるのは、解像度が高いほど、又はピクセルのピッチが短いほど、角度広がりが大きくなることである。回折されたパターンを、回折性光学素子と接近(およそ10cm未満)している画像として提供する実施形態の提案を、以下で論じる。
【0029】
回折現象によって、回折性光学素子のあらゆる振幅及び位相分布のフーリエ変換が「遠視野(far‐field)」で行われる。代案として、フーリエ変換を遠視野から動かし回折性光学素子の出力に接近させることが可能であり、この場合、レンズとして作動し
回折性光学素子の付近に配置されたレンズ又は球面鏡を用いる。レンズ又は曲面鏡の位相分布には、フーリエ変換を平面波の波面から焦点面へ移動させる特性がある。レンズか、曲面鏡か、これらの組み合わせのうち、2つ以上を用いれば、回折性光学素子及びレーザダイオードに対するフーリエ変換のパターンの位置及びサイズを制御できる。
【0030】
図15に見られるような位相分布のパターンの回折性光学素子は、回折性光学素子の製造者により提供される。これらは透過型又は反射型の構成要素の形態である。この構成要素群を、図1〜図4に図示のように、レンズ、鏡、光源などの光学素子群を備えた光学的配向の本発明の代替の実施形態に使用することができる。
【0031】
図1及び図2を参照すると、ケーシング12を備えた誘導デバイス16(ペン、ポインタ)には、バッテリ1と、プリント回路基板2と、レーザダイオード3と、反射型コリメートレンズ4と、透過型回折性光学素子5と、レンズ6と、チップ7と、2つのボタン即ち8及び9とがある。接近させて操作している際には誘導デバイスからスクリーンへと得られたパターン10が投影され、離して操作している際には誘導デバイスからスクリーンへとパターン11が投影される。
【0032】
図3を参照すると、ケーシング12を備えた誘導デバイス16(ペン、ポインタ)には、バッテリ1と、プリント回路基板2と、レーザダイオード3と、チップ7付近に取り付けられたレンズ4を場合によっては用いる透過型回折性光学素子5と、反射型回折環状曲面鏡14と、環状曲面鏡13と、2つのボタン即ち8及び9とがある。接近させて操作している際には誘導デバイスからスクリーンへと得られたパターン10が投影され、離して操作している際には誘導デバイスからスクリーンへとパターン11が投影される。
【0033】
図4を参照すると、ケーシング12を備えた誘導デバイス16(ペン、ポインタ)には、バッテリ1と、プリント回路基板2と、レーザダイオード3と、反射型コリメートレンズ4と、後端部7付近に取り付けられた透過型回折性光学素子5と、環状曲面鏡13と、遠隔操作のパターンを形成する光のニュートラルなウィンドウ及び/又はもう1つの透過型回折性光学素子15とがある。接近させて操作している際には誘導デバイスからスクリーンへと得られたパターン10が投影され、離して操作している際には誘導デバイスからスクリーンへとパターン11が投影される。
【0034】
これらの実施形態の各ケーシング12には、ライティングとドローイングとポインティング用の自然で直観的に分り人間工学的な道具をユーザに提供する為に、従来のホワイトボードマーカ又はペンを模倣するという目的がある。1つの光源又は多数の光源から光を放出するのに必要なエネルギーを1つ以上の電池が供給している。プリント回路基板は、1つ又は2つ以上のボタンスイッチと、レーザダイオード駆動回路と、レーザを変調する回路と、遠隔の赤外線リンク及び/又は無線周波数リンクの、インタフェースの電力の管理を行う場合がある。レーザダイオードは赤外ダイオード又は近赤外ダイオードの場合がある。
【0035】
コリメートレンズ4の目的は、レーザービームのアパーチャを大きくして回折性光学素子5の表面を覆うことである。凹レンズ6と凸面鏡13に加え、場合によっては14も、誘導デバイスがスクリーンに接近させて操作している際にパターンを広い領域に拡大させる為のものである。環状の鏡13と鏡14、場合によっては反射型回折性光学素子である環状の13及び14は、レーザービームの中心部に自由な領域の経路をもたらし、誘導デバイスをスクリーンから離して操作している際に、その光強度の画像を形成する。
【0036】
誘導物は、図5、図6、図7、図8に図示のように、スクリーンに対し異なる向き及び距離に保持されている。投影されたパターン画像の位置と形状とサイズとの変更を利用し
て、横方向の位置と向き(エレベーション及びアジマス)とを捜し出し誘導物からスクリーン面までの距離を推定できる。
【0037】
図9及び図10は、誘導デバイスとカメラ及び認識のシステムとが、フロント投射スクリーンやリア投射スクリーンや他のディスプレイのシステムなどより前に設置されていても、誘導デバイスをスクリーンに接近させてもスクリーンから離しても使用できる状況を図示する。スクリーンに接近した場合(図9)、誘導デバイスはカメラ18の視野の範囲内にある場合がある。従って、誘導デバイスにコードパターンがある場合は、(特許文献1)に記載された方法を含む組み合わせた機能がある。
【0038】
図11及び図12は、リア投射スクリーンよりも前で誘導デバイスを操作しており、誘導デバイスからの投影パターン画像をリア投射スクリーン面に投影しながら誘導デバイスをスクリーンに接近して及び/又はスクリーンから離して使用することができ、スクリーンの背後にプロジェクタに接近して設置されたカメラ及び認識のシステムにより誘導デバイスを検出できる構成を示す。
【0039】
本発明を本発明の好適な実施形態について記載したが、以下の請求項により規定されている本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、構成及び実装の詳細の種々の変更をなされうることを、光学系の設計の当業者は認めるであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プレゼンテーションや、コンピュータ支援型作業や、コンピュータとの対話式の用途などの為の視認システムであって、
視覚情報を表示でき1人以上のユーザに見えるようになっている基準面と、
前記基準面に対して用いる為のペン又はポインタなどの光投射装置を備える誘導物と、
基準面に呈示されている物体及び画像についての情報を検出し記録し転送するカメラ及び認識用の装置と、
前記カメラ及び認識用の装置と協働する為に前記カメラ及び認識用の装置に接続され、前記カメラ及び認識用の装置に出力信号群が検出され記録された際に前記出力信号群を受信するコンピュータ又はコンピューティングデバイスと、を備え、
前記光投射装置が回折性光学素子を備え、前記光投射装置が、前記基準面に人間の目には本質的に見えない符号化パターン画像を形成する光を放出するようになっており、これに対し、前記カメラ及び認識用の装置が前記符号化パターン画像を検出し記録するようになっていることを特徴とする、システム。
【請求項2】
前記光投射装置が、強度の低い可視光を放出する、
請求項1に記載のシステム。
【請求項3】
前記光投射装置が赤外光又は近赤外光を放出する、
請求項1に記載のシステム。
【請求項4】
前記光投射装置の前記回折性光学素子(単数又は複数)が、位相のみ、少なくとも2つ別個の位相のレベルの回折格子を備えた、
請求項1、2、3のうちいずれか1項に記載のシステム。
【請求項5】
前記誘導物と前記カメラ及び認識用の装置との間に直接の赤外線通信リンクが確立されている、
請求項1〜4のうちいずれか1項に記載のシステム。
【請求項6】
前記誘導物が、前記カメラ及び認識用の装置に関して信号を送信する及び/又は受信する赤外線遠隔型制御装置を備えた、
請求項5に記載のシステム。
【請求項7】
視覚情報を表示できる基準面に関して用いる為の誘導物であって、光投射装置を備えており、
前記光投射装置が回折性光学素子を備え、前記基準面に、人間の目には本質的に見えない符号化パターン画像を形成する光を放出するようになっていることを特徴とする、誘導物。
【請求項8】
前記光投射装置が、強度の低い可視光を放出する、
請求項7に記載の誘導物。
【請求項9】
前記光投射装置が赤外光又は近赤外光を放出する、
請求項7に記載の誘導物。
【請求項10】
前記光投射装置の前記回折性光学素子(単数又は複数)が、位相のみ、少なくとも2つ別個の位相のレベルの回折格子を備えた、
請求項7、8、9のうち1項に記載の誘導物。
【請求項11】
基準面に呈示されている物体及び画像についての情報を検出し記録し転送する装置であって、
前記基準面に呈示されており人間の目には本質的に見えない符号化パターン画像に応答するカメラ及び認識用の装置を備えていることを特徴とする装置。
【請求項12】
前記カメラ及び認識用の装置に接続されたコンピュータが、表示画面を備えており、前記表示画面に前記符号化パターン画像の位置及び運動を表示する、
請求項11に記載の装置。
【請求項1】
プレゼンテーションや、コンピュータ支援型作業や、コンピュータとの対話式の用途などの為の視認システムであって、
視覚情報を表示でき1人以上のユーザに見えるようになっている基準面と、
前記基準面に対して用いる為のペン又はポインタなどの光投射装置を備える誘導物と、
基準面に呈示されている物体及び画像についての情報を検出し記録し転送するカメラ及び認識用の装置と、
前記カメラ及び認識用の装置と協働する為に前記カメラ及び認識用の装置に接続され、前記カメラ及び認識用の装置に出力信号群が検出され記録された際に前記出力信号群を受信するコンピュータ又はコンピューティングデバイスと、を備え、
前記光投射装置が回折性光学素子を備え、前記光投射装置が、前記基準面に人間の目には本質的に見えない符号化パターン画像を形成する光を放出するようになっており、これに対し、前記カメラ及び認識用の装置が前記符号化パターン画像を検出し記録するようになっていることを特徴とする、システム。
【請求項2】
前記光投射装置が、強度の低い可視光を放出する、
請求項1に記載のシステム。
【請求項3】
前記光投射装置が赤外光又は近赤外光を放出する、
請求項1に記載のシステム。
【請求項4】
前記光投射装置の前記回折性光学素子(単数又は複数)が、位相のみ、少なくとも2つ別個の位相のレベルの回折格子を備えた、
請求項1、2、3のうちいずれか1項に記載のシステム。
【請求項5】
前記誘導物と前記カメラ及び認識用の装置との間に直接の赤外線通信リンクが確立されている、
請求項1〜4のうちいずれか1項に記載のシステム。
【請求項6】
前記誘導物が、前記カメラ及び認識用の装置に関して信号を送信する及び/又は受信する赤外線遠隔型制御装置を備えた、
請求項5に記載のシステム。
【請求項7】
視覚情報を表示できる基準面に関して用いる為の誘導物であって、光投射装置を備えており、
前記光投射装置が回折性光学素子を備え、前記基準面に、人間の目には本質的に見えない符号化パターン画像を形成する光を放出するようになっていることを特徴とする、誘導物。
【請求項8】
前記光投射装置が、強度の低い可視光を放出する、
請求項7に記載の誘導物。
【請求項9】
前記光投射装置が赤外光又は近赤外光を放出する、
請求項7に記載の誘導物。
【請求項10】
前記光投射装置の前記回折性光学素子(単数又は複数)が、位相のみ、少なくとも2つ別個の位相のレベルの回折格子を備えた、
請求項7、8、9のうち1項に記載の誘導物。
【請求項11】
基準面に呈示されている物体及び画像についての情報を検出し記録し転送する装置であって、
前記基準面に呈示されており人間の目には本質的に見えない符号化パターン画像に応答するカメラ及び認識用の装置を備えていることを特徴とする装置。
【請求項12】
前記カメラ及び認識用の装置に接続されたコンピュータが、表示画面を備えており、前記表示画面に前記符号化パターン画像の位置及び運動を表示する、
請求項11に記載の装置。
【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17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【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23】
【図24】
【公開番号】特開2013−33494(P2013−33494A)
【公開日】平成25年2月14日(2013.2.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−221513(P2012−221513)
【出願日】平成24年10月3日(2012.10.3)
【分割の表示】特願2007−541123(P2007−541123)の分割
【原出願日】平成17年11月2日(2005.11.2)
【出願人】(506132072)エプソン ノルウェー リサーチ アンド ディベロップメント アクティーゼルスカブ (4)
【氏名又は名称原語表記】EPSON NORWAY RESEARCH AND DEVELOPMENT AS
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年2月14日(2013.2.14)
【国際特許分類】
【出願日】平成24年10月3日(2012.10.3)
【分割の表示】特願2007−541123(P2007−541123)の分割
【原出願日】平成17年11月2日(2005.11.2)
【出願人】(506132072)エプソン ノルウェー リサーチ アンド ディベロップメント アクティーゼルスカブ (4)
【氏名又は名称原語表記】EPSON NORWAY RESEARCH AND DEVELOPMENT AS
【Fターム(参考)】
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