CN107407994A - 交互式投影仪以及交互式投影*** - Google Patents

交互式投影仪以及交互式投影*** Download PDF

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Abstract

提高指示体的末端与屏幕之间的距离的检测精度。交互式投影仪具有：投射部；多台照相机；以及位置检测部，其根据由多台照相机所拍摄的包含所述指示体的多个图像，来检测指示体相对于投射画面的三维位置。当将远离所述投射画面的方向定义为Z方向时，所述第2照相机在所述Z方向上配置于比所述第1照相机靠近所述投射画面的位置。

Description

交互式投影仪以及交互式投影***
技术领域
本发明涉及能够受理用户通过指示体对投射画面发出的指示的交互式投影仪及交互式投影***。
背景技术
在专利文献1中公开了这样的投射型显示装置(投影仪)：能够将投射画面投射到屏幕上，并且通过照相机拍摄包含手指等对象物(object)的图像，使用该拍摄图像检测对象物的位置。手指等对象物作为用于对投射画面进行指示的指示体而被利用。即，在对象物的末端与屏幕接触时，投影仪识别出对投射画面输入有描绘等规定的指示这一情况，并根据该指示再次描绘投射画面。因此，用户能够将投射画面用作用户界面来输入各种指示。这样，将能够利用屏幕上的投射画面作为可输入用户界面的类型的投影仪称为“交互式投影仪”。此外，将用于对投射画面进行指示的对象物称为“指示体(pointing element)”。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-150636号公报
发明内容
发明要解决的课题
在典型的交互式投影仪中，根据指示体的末端是否与屏幕接触来判定指示体是否进行了指示。因此，指示体的末端与屏幕之间的距离的检测很重要。但是，在现有技术中，指示体的末端与屏幕之间的距离的检测精度未必充分，期望提高检测精度。
用于解决课题的手段
本发明是为了解决上述课题的至少一部分而完成的，能够作为以下的方式或者应用例而实现。
(1)根据本发明的一个方式，提供能够受理用户通过指示体对投射画面发出的指示的交互式投影仪。该交互式投影仪具有：投射部，其将所述投射画面投射到屏幕面上；多台照相机，它们包含对所述投射画面的区域进行摄像的第1照相机和第2照相机；以及位置检测部，其根据由所述多台照相机拍摄到的包含所述指示体的多个图像，检测出所述指示体相对于所述投射画面的三维位置。在将远离所述投射画面的方向定义为Z方向时，所述第2照相机在所述Z方向上配置于比所述第1照相机靠近所述投射画面的位置。
根据该交互式投影仪，位于更接近投射画面的位置处的第2照相机所拍摄的图像与第1照相机所拍摄的图像相比，关于投射画面的法线方向的分辨率更高，能够更高精度地确定指示体距投射画面的距离。
(2)在上述交互式投影仪中，可以是，所述第1照相机具有朝向第1方向的第1光轴，所述第2照相机具有朝向第2方向的第2光轴，所述第1方向和所述第2方向都是通过所述投射画面的区域的方向，并且都是相对于所述Z方向以及与所述Z方向垂直的方向都倾斜的方向。
根据该结构，能够更高精度地确定指示体距投射画面的距离。
(3)在上述交互式投影仪中，可以是，所述第1方向与所述第2方向互相平行。
根据该结构，能够进一步高精度地确定指示体的三维位置。
(4)在上述交互式投影仪中，可以是，所述第1方向和所述第2方向与所述Z方向所成的角度在50度～70度的范围内。
根据该结构，能够进一步高精度地确定指示体的三维位置。
(5)在上述交互式投影仪中，可以是，当将在所述投射画面上互相垂直并且与所述Z方向垂直的两个方向定义为X方向和Y方向，将+Y方向称为上方向，将-Y方向称为下方向，并且定义为所述投射画面被投射于比所述交互式投影仪靠下方的位置时，(i)所述第2照相机在所述Y方向上被配置于比所述第1照相机向所述上方向偏移的位置，并且，(ii)所述第2照相机被配置于距所述投射画面的下端的距离比所述第1照相机距所述投射画面的下端的距离近的位置。
根据该结构，由于第2照相机距投射画面的下端的距离比第1照相机距投射画面的下端的距离近，因此，能够在维持第2照相机中的Z坐标分辨率比第1照相机中的Z坐标分辨率高的状态下将第2照相机设置于上方向。其结果是，在第2照相机所拍摄的图像中，投射画面的上端附近与下端附近的Y方向倍率之差变小，因此，能够提高三维位置的检测精度。
本发明能够通过各种方式来实现，例如，能够通过如下的各种各样的方式来实现：包含有屏幕和自发光指示体中的一方或者双方、以及交互式投影仪在内的***；交互式投影仪的控制方法或者控制装置；用于实现这些方法或者装置的功能的计算机程序；以及记录该计算机程序的非暂时性的记录介质(non-transitory storage medium)等。
附图说明
图1是交互式投影***的立体图。
图2是交互式投影***的侧视图以及主视图。
图3是示出投影仪与自发光指示体的内部结构的框图。
图4是示出利用了自发光指示体和不发光指示体的操作的情况的说明图。
图5是示出两台照相机的配置和朝向的说明图。
图6是示出照相机的假想的配置例的说明图。
图7是示出两台照相机的其他的配置的说明图。
具体实施方式
(A.***的概要)
图1是本发明的一个实施方式中的交互式投影***900的立体图。该***900具有交互式投影仪100、屏幕板920以及自发光指示体70。屏幕板920的前表面被用作投射屏幕面SS(projection Screen Surface)。投影仪100借助支承部件910而固定于屏幕板920的前方和上方。另外，在图1中，将投射屏幕面SS铅直地配置，但也可以将投射屏幕面SS水平地配置来使用该***900。
投影仪100将投射画面PS(Projected Screen)投射到投射屏幕面SS上。投射画面PS通常包含有在投影仪100内描绘的图像。当不存在在投影仪100内描绘的图像的情况下，从投影仪100向投射画面PS照射光，而显示白色图像。在本说明书中，“投射屏幕面SS”(或者“屏幕面SS”)意味着部件的供图像投射的表面。此外，“投射画面PS”意味着被投影仪100投射到投射屏幕面SS上的图像的区域。通常，将投射画面PS投射到投射屏幕面SS的一部分上。
自发光指示体70是具有能够发光的末端部71、使用者把持着的轴部72以及设置于轴部72的按钮开关73的笔型指示体。自发光指示体70的结构和功能在后面叙述。在该***900中，能够与1个或者多个自发光指示体70一起利用1个或者多个不发光指示体80(不发光的笔、手指等)。
图2的(A)是交互式投影***900的侧视图，图2的(B)是其主视图。在本说明书中，将沿着屏幕面SS的左右的方向定义为X方向，将沿着屏幕面SS的上下的方向定义为Y方向，将沿着屏幕面SS的法线的方向定义为Z方向。另外，为了方便，也将X方向称为“左右方向”，将Y方向称为“上下方向”，将Z方向称为“前后方向”。此外，将Y方向(上下方向)中的从投影仪100观察时投射画面PS所在的方向称为“下方向”。另外，在图2的(A)中，为了图示的方便，对屏幕板920中的投射画面PS的范围赋予阴影线。
投影仪100具有：投射透镜210，其将投射画面PS投射到屏幕面SS上；第1照相机310和第2照相机320，它们拍摄投射画面PS的区域；以及检测光照射部410，其用于对指示体(自发光指示体70和不发光指示体80)照射检测光。作为检测光，例如使用近红外光。两台照相机310、320至少具有接受包含检测光的波长在内的波长区域的光来进行拍摄的第1拍摄功能。两台照相机310、320中的至少一方还具有接受包含可见光在内的光来进行拍摄的第2拍摄功能，优选构成为能够切换这2种拍摄功能。例如，两台照相机310、320优选分别具有近红外滤光器切换机构(未图示)，该近红外滤光器切换机构能够将近红外滤光器配置于透镜前或者使该近红外滤光器从透镜前后退，该近红外滤光器遮断可见光而仅使近红外光通过。两台照相机310、320的配置和朝向在后面叙述。
图2的(B)的例子示出了交互式投影***900以白板模式动作的情况。白板模式是用户能够使用自发光指示体70或不发光指示体80在投射画面PS上任意描绘的模式。在屏幕面SS上投射有包含工具箱TB在内的投射画面PS。该工具箱TB包含：使处理复原的取消按钮UDB；选择鼠标指针的指针按钮PTB；选择描绘用的笔工具的笔按钮PEB；选择用于将所描绘的图像消去的橡皮工具的橡皮按钮ERB；以及使画面接着前进或返回到前面的前方/后方按钮FRB。用户使用指示体点击这些按钮，由此，能够进行与该按钮对应的处理或者选择工具。另外，也可以在***900刚启动后选择鼠标指针来作为默认工具。在图2的(B)的例子中，在用户选择笔工具之后，使自发光指示体70的末端部71在与屏幕面SS接触的状态下在投射画面PS内移动，由此，在投射画面PS内描绘出了描绘线的情况。该线的描绘是通过投影仪100的内部的投射图像生成部(后述)进行的。
另外，交互式投影***900也能够在白板模式以外的其他的模式下动作。例如，该***900也能够在将从个人计算机(未图示)经由通信线路传送来的数据的图像显示到投射画面PS上的PC交互式模式下动作。在PC交互式模式中，例如能够显示表计算软件等的数据的图像，并利用在该图像内显示的各种工具和图标进行数据的输入、生成、修正等。
图3是示出交互式投影仪100与自发光指示体70的内部结构的框图。投影仪100具有控制部700、投射部200、投射图像生成部500、位置检测部600、摄像部300、检测光照射部410以及信号光发送部430。
控制部700进行投影仪100内部的各部分的控制。此外，控制部700判定由位置检测部600所检测出的指示体(自发光指示体70或不发光指示体80)在投射画面PS上进行的指示的内容，并根据该指示的内容对投射图像生成部500发出生成或者变更投射图像的指令。
投射图像生成部500具有存储投射图像的投射图像存储器510，并且具有生成由投射部200投射到屏幕面SS上的投射图像的功能。投射图像生成部500优选还具有作为对投射画面PS(图2的(B))的梯形畸变进行校正的梯形畸变校正部的功能。
投射部200具有将投射图像生成部500所生成的投射图像投射到屏幕面SS上的功能。投射部200除了具有在图2中说明的投射透镜210之外，还具有光调制部220和光源230。光调制部220根据从投射图像存储器510提供的投射图像数据对来自光源230的光进行调制，由此，形成投射图像光IML。该投射图像光IML典型地是包含RGB这3色的可见光的彩色图像光，并被投射透镜210投射到屏幕面SS上。另外，作为光源230，除了超高压水银灯等光源灯之外，还能够采用发光二极管或激光二极管等各种光源。此外，作为光调制部220，能够采用透射型或者反射型的液晶面板或数字反射镜器件等，也可以是根据色光不同而具有多个调制部220的结构。
检测光照射部410遍及屏幕面SS及其前方的空间照射用于检测指示体(自发光指示体70以及不发光指示体80)的末端部的照射检测光IDL。作为照射检测光IDL，例如使用近红外光。检测光照射部410仅在包含照相机310、320的拍摄定时在内的规定的期间亮灯，而在其他的期间熄灯。或者，检测光照射部410可以在***900的动作中始终维持亮灯状态。
信号光发送部430具有发送被自发光指示体70接收的装置信号光ASL的功能。装置信号光ASL是同步用的近红外光信号，从投影仪100的信号光发送部430定期地对自发光指示体70发出。自发光指示体70的末端发光部77与装置信号光ASL同步地发出具有预先确定的发光模式(发光顺序)的近红外光即指示体信号光PSL(后述)。此外，摄像部300的照相机310、320在进行指示体(自发光指示体70以及不发光指示体80)的位置检测时，在与装置信号光ASL同步的规定的定时执行拍摄。
摄像部300具有图2中说明的第1照相机310和第2照相机320。如上所述，两台照相机310、320具有接受包含检测光的波长在内的波长区域的光来进行拍摄的功能。在图3的例子中，描绘了如下情况：检测光照射部410所照射的照射检测光IDL在指示体(自发光指示体70以及不发光指示体80)上反射，其反射检测光RDL被两台照相机310、320接受而被拍摄。两台照相机310、320还接受从自发光指示体70的末端发光部77发出的近红外光即指示体信号光PSL而进行拍摄。两台照相机310、320的拍摄在从检测光照射部410发出的照射检测光IDL为接通状态(发光状态)的第1期间、以及照射检测光IDL为断开状态(不发光状态)的第2期间这两种期间内被执行。位置检测部600通过对这2种期间内的图像进行比较，能够判定出图像内包含的各个指示体是自发光指示体70和不发光指示体80中的哪个。
另外，优选的是，两台照相机310、320中的至少一方除了具有使用包含近红外光在内的光进行拍摄的功能之外，还具有使用包含可见光在内的光进行拍摄的功能。这样，能够通过该照相机拍摄投射到屏幕面SS上的投射画面PS，并且投射图像生成部500能够利用该图像执行梯形畸变校正。利用了1台以上的照相机的梯形畸变校正的方法是公知的，因此，这里省略其说明。
位置检测部600具有这样的功能：使用由两台照相机310、320所拍摄的图像，并利用三角测量来确定指示体(自发光指示体70、不发光指示体80)的末端部的三维位置。此时，位置检测部600也利用自发光指示体70的发光模式来判定图像内的各个指示体是自发光指示体70和不发光指示体80中的哪个。
在自发光指示体70上除了设置有按钮开关73之外，还设置有信号光接收部74、控制部75、末端开关76以及末端发光部77。信号光接收部74具有接收从投影仪100的信号光发送部430发出的装置信号光ASL的功能。末端开关76是如下开关：当自发光指示体70的末端部71被按压时成为接通状态，当末端部71被释放时为断开状态。末端开关76通常是断开状态，当自发光指示体70的末端部71与屏幕面SS接触时，末端开关76由于该接触压力而成为接通状态。当末端开关76为断开状态时，控制部75以表示末端开关76为断开状态的特定的第1发光模式使末端发光部77发光，由此，发出了具有第1发光模式的指示体信号光PSL。另一方面，当末端开关76为接通状态时，控制部75以表示末端开关76为接通状态的特定的第2发光模式使末端发光部77发光，由此，发出具有第2发光模式的指示体信号光PSL。这些第1发光模式和第2发光模式互相不同，因此，位置检测部600通过对两台照相机310、320所拍摄到的图像进行分析，由此，能够识别出末端开关76是接通状态还是断开状态。
如上所述，在本实施方式中，根据末端开关76的通/断来进行自发光指示体70的末端部71是否与屏幕面SS接触的接触判定。但是，由于自发光指示体70的末端部71的三维位置能够通过使用了由两台照相机310、320所拍摄到的图像的三角测量来求出，因此，也能够使用该三维位置来执行自发光指示体70的末端部71的接触判定。但是，基于三角测量的Z坐标(屏幕面SS的法线方向的坐标)的检测精度有时未必高。因此，如果根据末端开关76的通/断来进行接触判定，则在能够更高精度地执行接触判定这方面是优选的。
自发光指示体70的按钮开关73具有与末端开关76相同的功能。因此，控制部75在用户按下按钮开关73的状态下使末端发光部77以上述第2发光模式发光，在未按下按钮开关73的状态下使末端发光部77以上述第1发光模式发光。换言之，控制部75在末端开关76和按钮开关73中的至少一方接通的状态下使末端发光部77以上述第2发光模式发光，在末端开关76和按钮开关73双方都断开的状态下使末端发光部77以上述第1发光模式发光。
但是，可以对按钮开关73分配与末端开关76不同的功能。例如，在对按钮开关73分配与鼠标的右点击按钮相同的功能的情况下，当用户按下按钮开关73时，右点击的指示被传递到投影仪100的控制部700，执行与该指示对应的处理。这样，在对按钮开关73分配与末端开关76不同的功能的情况下，末端发光部77根据末端开关76的通/断状态以及按钮开关73的通/断状态而以互相不同的4种发光模式发光。在该情况下，自发光指示体70能够对末端开关76与按钮开关73的通/断状态的4种组合进行区别，并传递至投影仪100。
图4是示出利用了自发光指示体70和不发光指示体80的操作的情况的说明图。在该例中，自发光指示体70的末端部71和不发光指示体80的末端部81都远离屏幕面SS。自发光指示体70的末端部71的XY坐标(X71，Y71)处于工具箱TB的橡皮按钮ERB之上。此外，这里，选择鼠标指针PT作为表示自发光指示体70的末端部71的功能的工具，以使鼠标指针PT的末端OP71存在于橡皮按钮ERB之上的方式将鼠标指针PT描绘于投射画面PS。如上所述，自发光指示体70的末端部71的三维位置是通过使用了由两台照相机310、320所拍摄到的图像的三角测量来决定的。因此，在投射画面PS上，以下述方式描绘鼠标指针PT：将处于鼠标指针PT的末端的操作指针OP71配置于通过三角测量确定的末端部71的三维坐标(X71，Y71，Z71)中的XY坐标(X71，Y71)的位置处。即，鼠标指针PT的末端OP71被配置于自发光指示体70的末端部71的三维坐标(X71，Y71，Z71)中的XY坐标(X71，Y71)处，并在该位置进行用户的指示。例如，用户通过在该状态下按下自发光指示体70的按钮开关73，由此能够选择橡皮工具。这样，在本实施方式中，即使在自发光指示体70处于离开屏幕面SS的状态的情况下，通过按压按钮开关73，也能够将与操作指针OP71处的投射画面PS的内容相对应的指示提供给投影仪100，其中，该操作指针OP71被配置在末端部71的XY坐标(X71，Y71)处。
在图4的(B)中，还选择笔工具PE作为表示不发光指示体80的末端部81的功能的工具，在投射画面PS上描绘出笔工具PE。如上所述，不发光指示体80的末端部81的三维位置也通过使用了由两台照相机310、320所拍摄到的图像的三角测量来确定。因此，在投射画面PS上，以如下的方式描绘出笔工具PE：将处于笔工具PE的末端的操作指针OP81配置于通过三角测量确定的末端部81的三维坐标(X81，Y81，Z81)中的XY坐标(X81，Y81)的位置处。但是，在用户利用不发光指示体80向投影仪100发出指示时，在使不发光指示体80的末端部81接触到投射画面PS上的状态下进行该指示(描绘、工具的选择等)。
在图4的例子中，即使在指示体(自发光指示体70、不发光指示体80)的末端部远离投射画面PS的情况下，由各个指示体所选择的工具(鼠标指针PT、笔工具PE)也被描绘并显示在投射画面PS上。因此，具有如下优点：即使在用户未使指示体的末端部与投射画面PS接触的情况下，也容易理解该指示体选择了哪个工具，从而操作容易。此外，以将工具的操作指针OP配置于指示体的末端部的三维坐标中的XY坐标的位置处的方式描绘该工具，因此，具有如下优点：用户能够适当地识别出使用中的工具的位置。
另外，该交互式投影***900可以构成为能够同时利用多个自发光指示体70。在该情况下，上述的指示体信号光PSL的发光模式优选为能够识别出多个自发光指示体70的固有的发光模式。更具体而言，在能够同时利用N个(N是2以上的整数)自发光指示体70的情况下，指示体信号光PSL的发光模式优选为能够区别开N个自发光指示体70。另外，当在1组发光模式中包含有多次单位发光期间的情况下，在1次单位发光期间内，能够表现出发光与不发光这两种值。这里，1次单位发光期间相当于自发光指示体70的末端发光部77表现出通/断的1位信息的期间。在1组发光模式由M个(M是2以上的整数)单位发光期间构成的情况下，通过1组发光模式能够区别2M个状态。因此，构成1组发光模式的单位发光期间的数量M优选被设定为满足下式。
N×Q≦2M…(1)
这里，Q是通过自发光指示体70的开关73、76来区别的状态的数量，在本实施方式的例子中，Q＝2或者Q＝4。例如，在Q＝4的情况下，优选的是，当N＝2时，将M设定为3以上的整数，当N＝3～4时，将M设定为4以上的整数。此时，当位置检测部600(或者控制部700)识别N个自发光指示体70以及各自发光指示体70的开关73、76的状态时，使用在1组发光模式的M个单位发光期间内由各照相机310、320所分别拍摄到的M个图像来执行该识别。另外，该M位的发光模式是在将照射检测光IDL维持为断开状态的状态下将指示体信号光PSL设定为接通或断开的模式，在照相机310、320所拍摄到的图像中未映入不发光指示体80。因此，为了拍摄因检测不发光指示体80的位置所使用的图像，优选进一步追加照射检测光IDL为接通状态的1位的单位发光期间。但是，在位置检测用的单位发光期间，指示体信号光PSL可以是通/断中的任意。在该位置检测用的单位发光期间得到的图像也能够用于自发光指示体70的位置检测。
将图3中描绘的5种的信号光的具体例汇总如下。
(1)投射图像光IML：为了向屏幕面SS投射投射画面PS而由投射透镜210向屏幕面SS上投射的图像光(可见光)。
(2)照射检测光IDL：为了检测指示体(自发光指示体70以及不发光指示体80)的末端部而由检测光照射部410遍及屏幕面SS及其前方的空间所照射的近红外光。
(3)反射检测光RDL：作为照射检测光IDL而照射的近红外光中的被指示体(自发光指示体70以及不发光指示体80)反射并被两台照相机310、320接受的近红外光。
(4)装置信号光ASL：为了实现投影仪100与自发光指示体70的同步而从投影仪100的信号光发送部430定期发出的近红外光。
(5)指示体信号光PSL：在与装置信号光ASL同步的定时从自发光指示体70的末端发光部77发出的近红外光。指示体信号光PSL的发光模式根据自发光指示体70的开关73、76的通/断状态而变更。此外，具有识别多个自发光指示体70的固有的发光模式。
在本实施方式中，自发光指示体70和不发光指示体80的末端部的位置检测、以及由自发光指示体70和不发光指示体80所指示的内容的判别分别如下述这样执行。
＜自发光指示体70的位置检测方法以及指示内容的判别方法的概要＞
自发光指示体70的末端部71的三维位置(X71，Y71，Z71)是位置检测部600使用两台照相机310、320所拍摄到的图像并根据三角测量而确定的。此时，关于是否是自发光指示体70，能够通过判断在规定的多个定时所拍摄的图像中是否出现了末端发光部77的发光模式来进行识别。此外，关于自发光指示体70的末端部71是否与屏幕面SS接触(即末端开关76是否接通)，能够利用在上述多个定时拍摄的图像中的末端发光部77的发光模式来进行判别。位置检测部600还能够根据自发光指示体70的开关73、76的通/断状态以及末端部71的XY坐标(X71，Y71)处的投射屏幕面SS的内容来判别该指示内容。例如，如图4的(B)所例示的那样，当在末端部71的XY坐标(X71，Y71)的位置位于工具箱TB内的任意一个按钮之上的状态下末端开关76为接通的情况下，该按钮的工具被选择。此外，如图2的(B)所例示的那样，如果末端部71的XY坐标(X71，Y71)位于投射画面PS内的工具箱TB以外的位置处，则基于所选择的工具的处理(例如描绘)被选择。控制部700利用自发光指示体70的末端部71的XY坐标(X71，Y71)，以使预先选择的指针或标记配置于投射画面PS内的位置(X71，Y71)处的方式使投射图像生成部500描绘该指针或标记。此外，控制部700执行遵从由自发光指示体70所指示的内容的处理，并使投射图像生成部500描绘包含该处理结果在内的图像。
＜不发光指示体80的位置检测方法以及指示内容的判别方法的概要＞
不发光指示体80的末端部81的三维位置(X81，Y81，Z81)也是使用由两台照相机310、320所拍摄的图像并根据三角测量而确定的。此时，关于是否是不发光指示体80，能够通过判断在规定的多个定时所拍摄的图像中是否出现有自发光指示体70的发光模式来进行识别。另外，关于两台照相机310、320所拍摄的两个图像中的不发光指示体80的末端部81的位置，能够利用模板匹配或特征提取等公知的技术来确定。例如，在通过模板匹配来识别作为手指的不发光指示体80的末端部81的情况下，预先准备与手指相关的多个模板，在两台照相机310、320所拍摄到的图像中检索适合这些模板的部分，由此，能够识别手指的末端部81。此外，关于不发光指示体80的末端部81是否与屏幕面SS接触，能够根据通过三角测量所确定的末端部81的Z坐标值与屏幕面SS的表面的Z坐标值之差是否在微小的容许差以下、即末端部81是否与屏幕面SS的表面充分接近来确定。作为该容许差，例如优选使用2mm～6mm左右的小值。此外，在位置检测部600判定为不发光指示体80的末端部81与屏幕面SS接触的情况下，根据该接触位置处的投射屏幕面SS的内容来判别其指示内容。控制部700利用位置检测部600所检测到的不发光指示体80的末端的XY坐标(X81，Y81)，以使预先选择的指针或标记配置于投射画面PS内的位置(X81，Y81)处的方式使投射图像生成部500描绘该指针或标记。此外，控制部700执行遵从由不发光指示体80所指示的内容的处理，并使投射图像生成部500描绘包含该处理结果在内的图像。
(B.照相机的优选的配置以及朝向)
图5的(A)是示出两台照相机310、320的配置和朝向的说明图。该图示出了穿过各照相机310、320的照相机基准位置O1、O2的YZ平面上的配置。第1照相机310被配置于距屏幕面SS的垂直距离(Z方向的距离)比第2照相机320大的位置。这里，将两台照相机310、320与屏幕面SS的配置如以下这样模型化。
(1)图像面MP1、MP2：是各照相机的成像面。在现实的照相机中，图像面MP1、MP2相当于图像传感器的受光面。
(2)照相机基准位置O1、O2：是各照相机的基准坐标位置。在图5的模型中，在第1照相机310中，与三维空间内的任意的物点相对应的图像面MP1上的像形成于连接该物点和照相机基准位置O1所成的直线与图像面MP1的交点的位置处。第2照相机320也同样。在现实的照相机中，照相机基准位置O1、O2相当于位于该照相机的透镜的大致中心处的聚光位置。此外，在现实的照相机中，透镜的中心位于图像面MP1、MP2的前方。但是，即使如图5的(A)那样使图像面MP1、MP2位于照相机基准位置O1、O2(透镜的中心)的前方，也与现实的照相机等价。
(3)光轴V1、V2：是各照相机的光学***的光轴，与图像面MP1、MP2垂直。将与光轴方向平行的单位向量也称为“光轴向量”。第1照相机310的光轴V1的方向是相对于Z方向以及Y方向都倾斜且以通过投射画面PS的区域的方式朝着斜下方的方向。第2照相机320的光轴V2也同样地是相对于投射画面PS的Z方向以及Y方向都倾斜且以通过投射画面PS的区域的方式朝着斜下方的方向。此外，在图5的(A)的例子中，两个光轴V1、V2互相平行，但也可以不平行。
(4)视场角2θ1，2θ2：是各照相机的视场角。光轴V1、V2的朝向和视场角2θ1、2θ2的大小被设定成各个照相机310、320能够对投射画面PS的整体进行拍摄。两个照相机310、320的视场角2θ1、2θ2可以相等，也可以不同。
(5)投射画面PS的法线NV：是针对投射画面PS(即屏幕面SS)的法线。也将与法线方向平行的单位向量称为“法线向量”或者“投射画面法线向量”。另外，也可以考虑投射画面PS或屏幕面SS不是平面而是曲面的情况。在该情况下，将投射画面PS的几何学的中心处的法线定义为“投射画面PS的法线NV”。
在图5的(A)中，描绘了不发光指示体80的末端部81从投射画面PS离开距离δZ的状态。如上所述，不发光指示体80的末端部81的三维位置是通过利用了由两台照相机310、320所拍摄的图像的三角测量来确定的。如在现有技术中也说明的那样，在交互式投影***900中，期望高精度地检测不发光指示体80的末端部81与屏幕面SS在Z方向上的距离δZ。因此，在本实施方式中，通过对两台照相机310、320的配置和朝向进行设计，提高了不发光指示体80的末端部81与屏幕面SS之间的Z方向上的距离δZ的检测精度。另外，也将Z方向上的距离δZ的检测精度称为“Z坐标的分辨率”。
另外，照相机310、320的Z坐标的分辨率在投射画面PS的下端PSb最低，在投射画面PS的上端PSt最高，在投射画面PS的中心PSc处为最低与最高的中间。该理由在于，投射画面PS的下端PSb距离照相机310、320最远。实际上，Z坐标的分辨率最低的位置(称为“最差位置”)在图4的(B)中是投射画面PS的下边的左右的端部附近的位置。但是，如图5的(A)那样，如果预先在分别穿过各照相机310、320的照相机基准位置O1、O2的YZ平面上对Z坐标的分辨率进行研究，则最差位置处的Z坐标的分辨率也与此成比例，因此，在实用性方面很充分。另外，图5的(A)投射画面PS的下端PSb相当于投射画面PS的4条边中的下边与穿过第1照相机310的照相机基准位置O1(即透镜中心)的第1YZ平面相交的第1交点。第2照相机320也同样，图5的(A)中的投射画面PS的下端PSb相当于投射画面PS的下边与穿过第2照相机320的照相机基准位置O2(即透镜中心)的第2YZ平面相交的第2交点。
在图5的(A)中，第2照相机320被配置于距投射画面PS的垂直距离(Z方向的距离)比第1照相机310小的位置。此外，两台照相机31、320被配置于Y方向的位置相同(距投射画面PS的高度相同)的位置。而且，两台照相机310、320的光轴V1、V2互相平行。
图5的(B)示出了两个照相机310、320的光轴向量V1、V2与投射画面法线向量NV的关系。光轴向量V1、V2从投射画面法线向量NV起斜着倾斜，光轴向量V1、V2的各自与投射画面法线向量NV所成的角θ1N、θ2N比90°小。由于投射画面法线向量NV朝着Z方向，因此，这些角度θ1N、θ2N相当于光轴V1、V2的方向与Z方向所成的角度。能够将这些角度θ1N、θ2N设定为超过0°且小于90°的范围，但优选设定为50°～70°的范围内的值。关于这一点在后文进一步叙述。如以下说明的那样，在本实施方式中，通过将第2照相机320配置于比第1照相机310靠近投射画面PS的位置，提高了Z坐标的分辨率。
图6示出了照相机的假想的配置例。这里，假想地示出了这样的情况：将照相机设定于沿着以投射画面PS的中心PSc为中心的圆弧状的轨迹CRC的3个照相机位置CMa、CMb、CMc处。另外，3个照相机位置CMa～CMc处的照相机的光轴Va～Vc都被设定为朝向投射画面PS的中心PSc的方向。这里，关于投射画面PS的中心PSc处的Z方向的距离δZ，考虑3个照相机位置CMa～CMc处的像的大小。在最下方的照相机位置CMc，光轴Vc与Z方向大致平行，因此，Z方向的像的尺寸极小。另一方面，在位于最高位置并且与投射画面PS最近的照相机位置CMa，Z方向的像的尺寸最大，在处于中间高度的照相机位置CMb，Z方向的像的尺寸是中等程度的大小。因此，在与投射画面PS最近的照相机位置CMa，与其他的照相机位置CMb、CMc相比，Z坐标的分辨率最高。
图5的(A)所示的第2照相机320的位置靠近图6的照相机位置CMa，因此，与将照相机设置于图6的其他的照相机位置CMb、CMc的情况相比，Z坐标的分辨率变高。此外，第1照相机310被配置于从图6的中间高度的照相机位置CMb进一步向上方移动的位置处。在该第1照相机310的位置，与照相机位置CMb相比，从照相机至投射画面PS的距离增大。因此，相比于图6的照相机位置CMb，图5的(A)的第1照相机310的Z坐标分辨率变低。这样，通过将第2照相机320配置于比第1照相机310靠近投射画面PS的位置，能够提高Z坐标的分辨率。
另外，关于第2照相机320，其光轴V2的角度θ2N(图5的(B))越小(越接近Z方向)，则图像面MP2上的Z方向的距离δZ的像越大，因此，Z坐标的分辨率越高。但是，当角度θ2N过小时，会导致投射画面PS在图像面MP2上的Y方向的像的宽度过小，因此，Y坐标的分辨率下降。如果从这些点出发来考虑Z坐标与Y坐标的分辨率的平衡，则优选将第2照相机320的光轴V2的角度θ2N设定为50°～70°的范围内的值，特别优选设定为60°～70°的范围。
关于第1照相机310，因其光轴V1的角度θ1N的不同而导致的Z坐标的分辨率的变化比第2照相机320小。另外，与第2照相机320相比，第1照相机310关于Y坐标能够得到更高的分辨率。另一方面，与第1照相机310相比，第2照相机320关于Z方向能够得到更高的分辨率。X坐标的分辨率在两个照相机310、320中是大致相同的程度。优选的是，综合考虑这些点，将两个照相机310、320的光轴V1、V2的角度θ1N、θ2N分别设定于使Y坐标与Z坐标的分辨率的平衡性良好的范围内。具体而言，优选将这些角度θ1N、θ2N都设定为50°～70°的范围内的值，特别优选设定在60°～70°的范围内。另外，如果将第1照相机310的光轴V1设定为与第2照相机320的光轴V2平行，则能够使三角测量中的坐标转换的计算简化，在能够更高精度地确定指示体的三维位置这方面是更优选的。
这样，在本实施方式中，通过将第2照相机320配置于比第1照相机310靠近投射画面PS的位置，能够提高Z坐标的分辨率，并且关于Y坐标也能够得到充分高的分辨率。另外，两台照相机310、320的沿着X方向的位置(X坐标)可以相同，也可以不同。
此外，在本实施方式中，进一步地，通过使两台照相机310、320的光轴V1、V2的方向朝向通过投射画面PS的区域这样的斜下方向，进一步提高了Z坐标的分辨率。另外，“通过投射画面PS的区域这样的斜下方向”相当于和Z方向及垂直于Z方向的方向(与Z方向垂直的任意的方向)都倾斜的方向。
图7示出照相机的其他的配置例。这是使第2照相机320比第1照相机310向上方移动的配置例，其他的结构和朝向与图5的(A)相同。使第2照相机320向上方移动的理由是为了减小第2照相机320的Y方向倍率的变化。即，在图5的(A)的配置中，由于第2照相机320与投射画面PS非常近，因此，投射画面PS的上端PSt与第2照相机320非常近，另一方面，投射画面PS的下端PSb距第2照相机320非常远。因此，在第2照相机320的像中，投射画面PS的上端PSt附近的Y方向倍率非常大，相反地，投射画面PS的下端PSb附近的Y方向倍率非常小。这样，在第2照相机320中，在投射画面PS的上端PSt附近与下端PSb附近的Y方向倍率之差较大的情况下，基于三角测量的Y坐标的检测精度可能下降。因此，通过如图7那样使第2照相机320的位置比第1照相机310向上方移动，由此，能够在第2照相机320的像中减小投射画面PS的下端PSb附近的Y方向倍率之差，因此，能够提高三维位置的检测精度。但是，在该情况下，也优选将第2照相机320的位置配置于距投射画面PS的下端PSb的距离比第1照相机310近的位置。这样的话，能够维持第2照相机320的Z坐标分辨率比第1照相机310高的状态，从而能够将Z坐标的分辨率维持得较高。
·变形例：
另外，本发明不限于上述实施例和实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内在各种方式中实施，例如也能够进行下面的变形。
·变形例1：
在上述实施方式中，摄像部300具有两台照相机310、320，但摄像部300也可以具有3台以上的照相机。在后者的情况下，根据m台(m是3以上的整数)照相机所拍摄的m个图像确定三维坐标(X，Y，Z)。例如，可以使用从m个图像中任意地选择两个图像所得到的mC2个组合，来分别求出三维坐标，并使用它们的平均值来确定最终的三维坐标。这样的话，能够进一步提高三维坐标的检测精度。
·变形例2：
在上述实施方式中，交互式投影***900能够以白板模式和PC交互模式动作，但也可以以仅在这些模式中的一个模式下进行动作的方式构成***。此外，交互式投影***900可以以仅在这两个模式以外的其他的模式下进行动作的方式构成，而且，也可以构成为能够在包含这两个模式在内的多个模式下进行动作。
·变形例3：
在上述实施方式中，图3所示的照射检测光IDL、反射检测光RDL、装置信号光ASL、指示体信号光PSL都是近红外光，但可以使它们中的一部分或者全部是近红外光以外的光。
·变形例4：
在上述实施方式中，投射画面被投射到平面状的屏幕板920上，但也可以是投射画面被投射到曲面状的屏幕上。在该情况下，能够使用两台照相机所拍摄到的图像，并利用三角测量来确定指示体的末端部的三维位置，因此，能够确定指示体的末端部与投射画面的位置关系。
以上，根据几个实施例对本发明的实施方式进行了说明，但上述发明的实施方式用于使本发明的理解变得容易，并不是限定本发明。本发明能够不脱离其主旨及权利要求书的情况下进行变更和改良，并且，在本发明中当然包含其等价物。
标号说明
70：自发光指示体；71：末端部；72：轴部；73：按钮开关；74：信号光接收部；75：控制部；76：末端开关；77：末端发光部；80：不发光指示体；81：末端部；100：交互式投影仪；200：投射部；210：投射透镜；220：光调制部；230：光源；300：摄像部；310：第1照相机；320：第2照相机；410：检测光照射部；430：信号光发送部；500：投射图像生成部；510：投射图像存储器；600：位置检测部；700：控制部；900：交互式投影***；910：支承部件；920：屏幕板。

Claims (6)

1.一种交互式投影仪，其能够受理用户通过指示体对投射画面发出的指示，其中，
该交互式投影仪具有：
投射部，其将所述投射画面投射到屏幕面上；
多台照相机，它们包含对所述投射画面的区域进行摄像的第1照相机和第2照相机；以及
位置检测部，其根据由所述多台照相机拍摄的包含所述指示体的多个图像，检测出所述指示体相对于所述投射画面的三维位置，
在将远离所述投射画面的方向定义为Z方向时，
所述第2照相机在所述Z方向上配置于比所述第1照相机靠近所述投射画面的位置。
2.根据权利要求1所述的交互式投影仪，其中，
所述第1照相机具有朝向第1方向的第1光轴，所述第2照相机具有朝向第2方向的第2光轴，所述第1方向和所述第2方向都是通过所述投射画面的区域的方向，并且都是相对于所述Z方向以及与所述Z方向垂直的方向都倾斜的方向。
3.根据权利要求2所述的交互式投影仪，其中，
所述第1方向与所述第2方向互相平行。
4.根据权利要求2或3所述的交互式投影仪，其中，
所述第1方向和所述第2方向与所述Z方向所成的角度在50度～70度的范围内。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的交互式投影仪，其中，
当将在所述投射画面上互相垂直并且与所述Z方向垂直的两个方向定义为X方向和Y方向，将+Y方向称为上方向，将-Y方向称为下方向，并且定义为所述投射画面被投射于比所述交互式投影仪靠下方的位置时，
(i)所述第2照相机在所述Y方向上被配置于比所述第1照相机向所述上方向偏移的位置，并且，
(ii)所述第2照相机被配置于距所述投射画面的下端的距离比所述第1照相机距所述投射画面的下端的距离近的位置。
6.一种交互式投影***，其中，
该交互式投影***具有：
权利要求1～5中的任意一项所述的交互式投影仪；以及
屏幕，其具有被投射所述投射画面的屏幕面。
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