JP2011099994A - 位置検出機能付き投射型表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】画像が投射される面近傍に光源を配置しなくても、画像が投射される面と画像投射装置との間の対象物体の位置を光学的に検出することのできる位置検出機能付き投射型表示装置を提供すること。
【解決手段】画像投射装置200を備えた投射型表示装置に対して位置検出機能を付加して位置検出機能付き投射型表示装置を構成するにあたって、検出領域10Rに向けて赤外光からなる位置検出光L2を出射する位置検出用光源部11を設け、検出領域10Rで対象物体Obにより反射した位置検出光L3を光検出器30によって検出する。位置検出用光源部11は、第1発光素子12A、第2発光素子12B、および第3発光素子12Cを備えており、これら3つの発光素子12から出射された位置検出光L2によって対象物体ObのXY座標を検出する。
【選択図】図2
【解決手段】画像投射装置200を備えた投射型表示装置に対して位置検出機能を付加して位置検出機能付き投射型表示装置を構成するにあたって、検出領域10Rに向けて赤外光からなる位置検出光L2を出射する位置検出用光源部11を設け、検出領域10Rで対象物体Obにより反射した位置検出光L3を光検出器30によって検出する。位置検出用光源部11は、第1発光素子12A、第2発光素子12B、および第3発光素子12Cを備えており、これら3つの発光素子12から出射された位置検出光L2によって対象物体ObのXY座標を検出する。
【選択図】図2
Description
本発明は、画像を投射するとともに画像の投射側に位置する対象物体の位置を光学的に検出することのできる位置検出機能付き投射型表示装置に関するものである。
携帯電話、カーナビゲーション、パーソナルコンピューター、券売機、銀行の端末などの電子機器では、近年、液晶装置などの画像生成装置の前面にタッチパネルが配置された位置検出機能付き表示装置が用いられ、かかる位置検出機能付き表示装置では、画像生成装置に表示された画像を参照しながら、情報の入力を行なう。このようなタッチパネルは、検出領域内において対象物体の位置を検出するための位置検出装置として構成されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の位置検出装置は光学式であり、直視型の表示装置において画像の表示面側に検出領域を設定し、検出領域を挟む両側に複数の発光ダイオードと複数のフォトトランジスターとを配置した構成を有している。かかる位置検出装置では、検出領域内に対象物体が進入すると、対象物体によって光が遮られるので、光が遮られたフォトトランジスターを特定すれば対象物体の位置を検出することができる。
また、液晶パネルなどの直視型表示パネルに対して入力操作側に透光板を設け、透光板に対して入力操作側とは反対側に光源および受光素子を配置した位置検出装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
かかる特許文献2に記載の位置検出装置では、光源から出射された位置検出光を透光板を介して入力操作側に出射し、対象物体で反射した位置検出光を受光素子で受光する。
ここに、本願発明者は、スクリーン部材に画像を表示するとともに、スクリーン部材の前側(スクリーン面側)での対象物体の位置を検出する位置検出機能付き投射型表示装置を提案するものである。
しかしながら、かかる位置検出機能付き投射型表示装置を構成するにあたって、特許文献1に記載の構成を採用すると、スクリーン部材の周りに発光ダイオードやフォトトランジスターを多数配置することになるため、実用的ではない。
また、位置検出機能付き投射型表示装置では、透光板や光源、受光素子をスクリーン部材の前側に設けることが現実的に不可能であることから、特許文献2に記載の構成を採用することができない。
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、画像が投射される面近傍に光源を配置しなくても、画像が投射される面と画像投射装置との間の対象物体の位置を光学的に検出することのできる位置検出機能付き投射型表示装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明は、画像投射装置から画像を投射し、前記画像が投射される面と前記画像投射装置との間の対象物体の位置を光学的に検出する位置検出機能付き投射型表示装置であって、前記画像投射装置に設けられ、前記対象物体に向けて位置検出光を出射する位置検出用光源部と、前記対象物体により反射した前記位置検出光を検出する光検出器と、前記光検出器の受光結果に基づいて前記位置検出光の出射方向に交差する仮想面内における前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、を備え、前記位置検出用光源部は、前記位置検出光として、第1強度分布をもつ第1位置検出光と、前記画像投射装置からみて前記第1強度分布の最大強度部分と重ならない位置に最大強度部分を有する第2強度分布をもつ第2位置検出光と、前記画像投射装置からみて前記第1強度分布の最大強度部分と前記第2強度分布の最大強度部分とを結ぶ仮想の直線と重ならない位置に最大強度部分を有する第3強度分布をもつ第3位置検出光と、を出射することを特徴とする。
本発明では、投射型表示装置に対して位置検出機能を付加して位置検出機能付き投射型表示装置を構成するにあたって、画像が投射される面と画像投射装置との間に位置する対象物体に向けて位置検出光を出射する位置検出用光源部を設け、対象物体により反射した位置検出光を光検出器によって検出する。ここで、位置検出用光源部は、位置検出光として、第1強度分布をもつ第1位置検出光と、前記画像投射装置からみて第1強度分布の最大強度部分と重ならない位置に最大強度部分を有する第2強度分布をもつ第2位置検出光と、前記画像投射装置からみて第1強度分布の最大強度部分と第2強度分布の最大強度部分とを結ぶ仮想の直線と重ならない位置に最大強度部分を有する第3強度分布をもつ第3位置検出光とを出射する。このため、第1位置検出光、第2位置検出光、および第3位置検出光のうちの2つ位置検出光と、他の組み合わせの2つ位置検出光とを用いれば、位置検出部は、光検出器の受光結果に基づいて前記位置検出光の出射方向に交差する仮想面内における対象物体の位置を検出することができる。例えば、対象物体で反射した第1位置検出光の光検出器での検出結果と、対象物体で反射した第2位置検出光の光検出器での検出結果とを用いれば、第1強度分布の最大強度部分、および第2強度分布の最大強度部分から対象物体までの距離の比が分る。また、対象物体で反射した第2位置検出光の光検出器での検出結果と、対象物体で反射した第3位置検出光の光検出器での検出結果とを用いれば、第2強度分布の最大強度部分、および第3強度分布の最大強度部分から対象物体までの距離の比が分る。従って、これらの比に相当する位置を対象物体の位置として検出することができる。それ故、比較的簡素な構成で、画像が投射される面と画像投射装置との間の対象物体の位置を光学的に検出することができる。また、位置検出用光源部が画像投射装置に設けられているため、画像の投射方向を設定すれば、位置検出光の出射方向を同時に設定することができる。
本発明において、前記第1強度分布、前記第2強度分布および前記第3強度分布では、最大強度部分から離間するに伴って強度が単調減少していることが好ましい。このように構成すると、比較的簡素な処理で対象物体の位置を精度よく検出することができる。
本発明において、前記位置検出用光源部は、前記第1位置検出光、前記第2位置検出光、および前記第3位置検出光を異なるタイミングで出射することが好ましい。本発明では、第1位置検出光、第2位置検出光、および第3位置検出光の波長を変えれば、第1位置検出光、第2位置検出光、および第3位置検出光を同時に出射してもよい。この場合でも、第1位置検出光、第2位置検出光、および第3位置検出光を各々、検出することができる。この場合、第1位置検出光、第2位置検出光、および第3位置検出光を選択的に検出する光検出器が必要となる。しかるに、第1位置検出光、第2位置検出光、および第3位置検出光を異なるタイミングで出射すれば、1つの光検出器で第1位置検出光、第2位置検出光、および第3位置検出光を検出することができるので、構成の簡素化を図ることができる。
本発明において、前記位置検出光は、赤外光からなることが好ましい。かかる構成によれば、位置検出光が画像の表示を妨げないという利点がある。
本発明において、前記位置検出用光源部は、前記第1位置検出光を出射する第1光源と、前記第2位置検出光を出射する第2光源と、前記第3位置検出光を出射する第3光源と、を備えていることが好ましい。本発明では、第1位置検出光、第2位置検出光、および第3位置検出光を共通の光源から出射してもよい。この場合、共通の光源から位置検出光が出射される向きを切り換える構成や、共通の光源の前側に、透光部を備えた強度分布形成用の遮光マスクを配置し、かかるマスクの位置を切り換える構成を採用することにより、第1位置検出光、第2位置検出光、および第3位置検出光を出射することになる。しかるに、位置検出用光源部に第1位置検出光を出射する第1光源、第2位置検出光を出射する第2光源、および第3位置検出光を出射する第3光源を設ければ、第1光源、第2光源および第3光源を点灯させることにより、第1位置検出光、第2位置検出光、および第3位置検出光を出射することができるので、構成の簡素化を図ることができる。
本発明において、前記第1光源、前記第2光源および前記第3光源は、前記位置検出光を発散光として出射することが好ましい。このように構成すると、光軸に相当する位置が強度分布の最大強度部分となり、かかる最大強度部分から離間するに伴って強度が単調減少する強度分布を形成することができる。
本発明において、前記画像が投射される面と前記画像投射装置との間には、前記対象物体を検出する検出領域が設定されており、前記第1光源、前記第2光源および前記第3光源は、前記検出領域の端部を通る方向に光軸を向けていることが好ましい。光軸に相当する位置が強度分布の最大強度部分となる場合、最大強度部分の周辺に強度の等高線が同心状に形成される結果、最大強度部分の周りに強度が等しい個所が発生してしまう。このような場合、最大強度部分のいずれの側に対象物体が位置するかを判別する処理が必要になるが、第1光源、第2光源および第3光源の光軸が検出領域の端部を通る場合には、かかる事態を回避することができるので、簡素な処理で対象物体の位置を検出することができる。
本発明において、さらに、前記第1位置検出光、前記第2位置検出光、および前記第3位置検出光と異なる強度分布をもつ第4位置検出光を出射する第4光源を備え、前記位置検出部は、少なくとも前記第4位置検出光を出射したときの前記光検出器の受光結果に基づいて前記位置検出光の出射方向における前記対象物体の位置を検出することが好ましい。このように構成すると、対象物体の三次元の座標を検出することができる。
この場合、前記第4光源については、前記画像投射装置に設けられていることが好ましい。このように構成すれば、画像の投射方向を設定すれば、第4位置検出光の出射方向を同時に設定することができる。
本発明において、前記第4光源については、前記画像投射装置以外の個所に設けられている構成を採用してもよい。
本発明において、前記位置検出用光源部、前記光検出器、および前記位置検出部はいずれも、前記画像投射装置に設けられていることが好ましい。このように構成すると、位置検出に必要な要素が画像投射装置に設けられているので、持ち運びに便利であるとともに、画像投射装置の向きを調整すれば、光検出器の光軸方向を調整することができる。
次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、互いに交差する軸をX軸、Y軸およびZ軸とし、Z軸に沿う方向に画像を投射するものとして説明する。また、以下に参照する図面では、説明の便宜上、X軸方向を横方向とし、Y軸方向と縦方向として表してある。また、以下に参照する図面では、X軸方向の一方側をX1側とし、他方側をX2側とし、Y軸方向の一方側をY1側とし、他方側をY2側として示してある。また、以下の説明で参照する図においては、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならしめてある。
[実施の形態1]
(位置検出機能付き投射型表示装置の全体構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き投射型表示装置の構成を模式的に示す説明図であり、図1(a)、(b)は、位置検出機能付き投射型表示装置の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。
(位置検出機能付き投射型表示装置の全体構成)
図1は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き投射型表示装置の構成を模式的に示す説明図であり、図1(a)、(b)は、位置検出機能付き投射型表示装置の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。
図1に示す位置検出機能付き投射型表示装置100は、液晶プロジェクター、あるいはデジタル・マイクロミラー・デバイスと称せられる画像投射装置200を備えており、かかる画像投射装置200は、筐体250の前面部201に設けられた投射レンズ210からスクリーン部材290に向けて画像表示光L1を拡大投射する。従って、画像投射装置200は、筐体250の内部にカラーの画像表示光を生成して投射レンズ210を介して出射する光学装置(図示せず)を備えている。本形態において、スクリーン部材290は横長の四角形である。
(光学式位置検出装置の構成)
図2は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き投射型表示装置100に用いた光学式位置検出装置の説明図であり、図2(a)、(b)は、画像投射装置を前面側からみたときの説明図、および位置検出装置の全体構成を示す説明図である。図3は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き投射型表示装置100に用いた光学式位置検出装置の電気的構成を示す説明図である。
図2は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き投射型表示装置100に用いた光学式位置検出装置の説明図であり、図2(a)、(b)は、画像投射装置を前面側からみたときの説明図、および位置検出装置の全体構成を示す説明図である。図3は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き投射型表示装置100に用いた光学式位置検出装置の電気的構成を示す説明図である。
本形態の位置検出機能付き投射型表示装置100は、以下に説明するように、画像が投射される面としてのスクリーン部材290と、画像投射装置200との間に設定された検出領域10R内の対象物体Obの位置を光学的に検出する光学式位置検出装置10を備えている。
図2および図3に示すように、光学式位置検出装置10は、画像投射装置200に設けられた位置検出用光源部11を備えており、かかる位置検出用光源部11は、検出領域10Rに向けて赤外光からなる位置検出光L2を出射する。また、光学式位置検出装置10は、光検出器30および位置検出部50を備えており、光検出器30は、検出領域10Rで対象物体Obにより反射した位置検出光L3を検出する。位置検出部50は、信号処理部51とXY座標検出部52とを備えており、光検出器30での検出結果に基づいて対象物体Obの位置を検出する。このように構成した光学式位置検出装置10は、位置検出光L2の出射方向に対して交差する仮想面(XY平面)内における対象物体Obの位置(X座標およびY座標)を検出する。
位置検出用光源部11は、光源としての複数の発光素子12(第1発光素子12A、第2発光素子12B、第3発光素子12C)と、これらの発光素子12を駆動する光源駆動部14とを有している。画像投射装置200の前面部201には、X軸方向の略中央位置に投射レンズ210が設けられているとともに、前面部201において投射レンズ210をX軸方向の両側で挟む位置に発光素子12が設けられている。発光素子12は、LED(発光ダイオード)等により構成され、赤外光からなる位置検出光L2を発散光として放出する。すなわち、位置検出光L2は、指やタッチペン等の対象物体Obにより効率的に反射される波長域を有することが好ましいことから、対象物体Obが指等の人体であれば、人体の表面で反射率の高い赤外線(特に可視光領域に近い近赤外線、例えば波長で850nm付近)、あるいは950nmであることが望ましい。本形態では、いずれの発光素子12もピーク波長が850nm付近の波長域にある赤外光を出射する。
光源駆動部14は、発光素子12を駆動する光源駆動回路140と、光源駆動回路140を介して複数の発光素子12の各々の発光強度を制御する光源制御部145とを備えている。光源駆動回路140は、第1光源としての第1発光素子12Aを駆動する光源駆動回路140aと、第2光源としての第2発光素子12Bを駆動する光源駆動回路140bと、第3光源としての第3発光素子12Cを駆動する光源駆動回路140cとを備えている。光源制御部145は、光源駆動回路140a〜140cを介して発光素子12を制御する。光源制御部145と位置検出部50とは、信号線で接続されており、発光素子12に対する駆動と、位置検出部50での検出動作とは、連動して行われる。
本形態においては、光検出器30および位置検出部50も、位置検出用光源部11と同様、画像投射装置200に設けられており、位置検出部50は、画像投射装置200の内部に配置されている。
光検出器30は、画像投射装置200の前面部201において、投射レンズ210に対してY軸方向の一方側に設けられており、受光部31を検出領域10Rに向けている。光検出器30は、フォトダイオードやフォトトランジスター等からなり、本形態では、フォトダイオードが用いられている。光検出器30は、位置検出部50に電気的に接続されており、光検出器30での検出結果は、位置検出部50に出力される。
(位置検出光L2の強度分布の構成)
図4は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き投射型表示装置100に用いた光学式位置検出装置で利用される位置検出光の強度分布の説明図であり、図4(a)、(b)、(c)は各々、第1位置検出光が形成する第1強度分布の説明図、第2位置検出光が形成する第2強度分布の説明図、および第3位置検出光が形成する第3強度分布の説明図である。
図4は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き投射型表示装置100に用いた光学式位置検出装置で利用される位置検出光の強度分布の説明図であり、図4(a)、(b)、(c)は各々、第1位置検出光が形成する第1強度分布の説明図、第2位置検出光が形成する第2強度分布の説明図、および第3位置検出光が形成する第3強度分布の説明図である。
本形態の光学式位置検出装置10において、位置検出用光源部11は、複数の発光素子12(第1発光素子12A、第2発光素子12B、第3発光素子12C)を備えており、これらの発光素子12はいずれも、画像投射装置200からみたときに四角形の検出領域10Rが位置する側に光軸L12a、L12b、L12cを向けている。本形態では、複数の発光素子12はいずれも、検出領域10Rの端部に光軸L12a、L12b、L12cを向けている。より具体的には、第1発光素子12Aの光軸L12aは、検出領域10Rの4つの角部分10Ra〜10Rdのうち、角部分10Raを通っており、第2発光素子12Bの光軸L12bは、検出領域10Rの角部分10Rbを通っており、第3発光素子12Cの光軸L12cは、検出領域10Rの角部分10Rcを通っている。また、第1発光素子12Aから出射される第1位置検出光L2a、第2発光素子12Bから出射される第2位置検出光L2b、および第3発光素子12Cから出射される第3位置検出光L2cはいずれも発散光であり、かかる発散光では、光軸L12a、L12b、L12c付近で最も強度が大で、光軸L12a、L12b、L12cから離間するほど、強度が連続的に低下していく。
このため、第1発光素子12Aから出射された第1位置検出光L2aは、図4(a)に示す第1強度分布L2a1を検出領域10Rに形成する。かかる第1強度分布L2a1においては、光軸L12aが通る角部分10Raが第1強度分布L2a1の最大強度部分L2a0であり、最大強度部分L2a0から離間するに従って強度が単調減少している。本形態の第1強度分布L2a1においては、最大強度部分L2a0から離間するに従って強度が略直線的に減少している。また、第2発光素子12Bから出射された第2位置検出光L2bは、図4(b)に示す第2強度分布L2b1を検出領域10Rに形成する。かかる第2強度分布L2b1においては、光軸L12bが通る角部分10Rbが第2強度分布L2b1の最大強度部分L2b0であり、最大強度部分L2b0から離間するに従って強度が単調減少している。本形態の第2強度分布L2b1においては、最大強度部分L2b0から離間するに従って強度が略直線的に減少している。また、第3発光素子12Cから出射された第3位置検出光L2cは、図4(c)に示す第3強度分布L2c1を検出領域10Rに形成する。かかる第3強度分布L2c1においては、光軸L12cが通る角部分10Rcが第3強度分布L2c1の最大強度部分L2c0であり、最大強度部分L2c0から離間するに従って強度が単調減少している。本形態の第3強度分布L2c1においては、最大強度部分L2c0から離間するに従って強度が略直線的に減少している。
ここで、第1強度分布L2a1の最大強度部分L2a0と、第2強度分布L2b1の最大強度部分L2b0とはX軸方向でずれており、画像投射装置200からみたとき重ならない位置にある。また、画像投射装置200からみたとき、第3強度分布L2c1の最大強度部分L2c0は、第2強度分布L2b1の最大強度部分L2b0と第1強度分布L2a1の最大強度部分L2a0とを結ぶ仮想の直線とは重ならない位置にある。すなわち、第1強度分布L2a1の最大強度部分L2a0、第2強度分布L2b1の最大強度部分L2b0、および第3強度分布L2c1の最大強度部分L2c0は、仮想の三角形の角部分に位置する。このため、第1強度分布L2a1、第2強度分布L2b1、および第3強度分布L2c1は、互いに異なる方向の強度勾配を有している。
このように構成した第1強度分布L2a1、第2強度分布L2b1、および第3強度分布L2c1において、検出領域10Rに形成された強度分布の強度レベルは高いことが好ましい。そこで、本形態では、図2(a)に示すように、3つの発光素子12(第1発光素子12A、第2発光素子12B、第3発光素子12C)の各々には、発光素子12から放出された位置検出光L2のうち、検出領域10Rの外側に向かおうとする位置検出光を検出領域10R内に導く反射ミラー13a〜13cが設けられている。本形態において、反射ミラー13a〜13cは、発光素子12の光軸(第1発光素子12A、第2発光素子12B、第3発光素子12Cの光軸L12a、L12b、L12c)が向かう検出領域10R上の形状に対応する形状をもって発光素子12の側方位置から位置検出光L2の放出方向に向けて延在している。より具体的には、反射ミラー13a〜13cは、発光素子12の光軸を囲む4方向のうち、互いに直交する2方向に、光軸と平行な2つの反射面を備えている。
(座標検出の基本原理)
本形態の位置検出機能付き投射型表示装置100においては、位置検出用光源部11において、発光素子12を点灯させて検出領域10Rの位置検出光L2の強度分布を形成するとともに、対象物体Obで反射した位置検出光L2を光検出器30で検出し、かかる光検出器30での検出結果に基づいて、位置検出部50は、検出領域10R内の対象物体Obの位置を検出する。そこで、図5を参照して、座標検出の原理を説明する。
本形態の位置検出機能付き投射型表示装置100においては、位置検出用光源部11において、発光素子12を点灯させて検出領域10Rの位置検出光L2の強度分布を形成するとともに、対象物体Obで反射した位置検出光L2を光検出器30で検出し、かかる光検出器30での検出結果に基づいて、位置検出部50は、検出領域10R内の対象物体Obの位置を検出する。そこで、図5を参照して、座標検出の原理を説明する。
図5は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き投射型表示装置100の光学式位置検出装置10の原理を模式的に示す説明図であり、図5(a)、(b)は、対象物体で反射した位置検出光の強度を示す説明図、および対象物体で反射した位置検出光の強度が等しくなるように位置検出光の強度分布を調整する様子を示す説明図である。
本形態の位置検出機能付き投射型表示装置100においては、位置検出用光源部11の第1発光素子12Aおよび第2発光素子12Bが順次点灯して第1位置検出光L2aおよび第2位置検出光L2bを出射すると、図4(a)、(b)に示す第1強度分布L2a1および第2強度分布L2b1が順次形成される。以下の説明では、第1強度分布L2a1の最大強度部分L2a0と、第2強度分布L2b1の最大強度部分L2b0とはY軸方向の位置が一致し、かつ、X軸方向でずれているため、第1強度分布L2a1におけるX軸方向の成分をX座標検出用第1強度分布L2Xaとし、第2強度分布L2b1におけるX軸方向の成分をX座標検出用第2強度分布L2Xbとして説明する。
X座標検出用第1強度分布L2XaおよびX座標検出用第2強度分布L2Xbを利用してX軸方向の位置(X座標)を検出するには、図5(a)に示すように、まず、第1期間において、第2発光素子12Bを消灯させる一方、第1発光素子12Aを点灯させて、X軸方向の他方側X2から一方側X1に向かって強度が単調減少していくX座標検出用第1強度分布L2Xaを形成する。次に、第2期間においては、第1発光素子12Aを消灯させる一方、第2発光素子12Bを点灯させてX軸方向の一方側X1から他方側X2に向かって強度が単調減少していくX座標検出用第2強度分布L2Xbを形成する。従って、検出領域10Rに対象物体Obが配置されると、対象物体Obにより第1位置検出光L2aおよび第2位置検出光L2bが反射され、その反射光の一部が光検出器30により検出される。ここで、第1期間に形成するX座標検出用第1強度分布L2Xa、および第2期間に形成するX座標検出用第2強度分布L2Xbは、一定の分布を有しているので、以下の方法などにより、光検出器30での検出結果に基づいて、対象物体ObのX座標を検出することができる。
例えば、第1期間においてX座標検出用第1強度分布L2Xaを形成した際の光検出器30での検出値LXaと、第2期間においてX座標検出用第2強度分布L2Xbを形成した際の光検出器30での検出値LXbとが等しくなるように、発光素子12に対する制御量(駆動電流)を調整した際の調整量に基づいて対象物体ObのX座標を検出する。かかる方法では、図5(b)に示すように、第1期間における光検出器30での検出値LXaと、第2期間における光検出器30での検出値LXbとが等しければ、図4に示す第1強度分布L2a1の最大強度部分L2a0から対象物体Obまでの距離と、第2強度分布L2b1の最大強度部分L2b0から対象物体Obまでの距離とが等しいことが分る。
これに対して、第1期間における光検出器30での検出値LXaと、第2期間における光検出器30での検出値LXbとが相違している場合、検出値LXa、LXbが等しくなるように、第1発光素子12Aおよび第2発光素子12Bに対する制御量(駆動電流)を調整して、図5(b)に示すように、再度、第1期間においてX座標検出用第1強度分布L2Xaを形成し、第2期間においてX座標検出用第2強度分布L2Xbを形成する。その結果、第1期間における光検出器30での検出値LXaと、第2期間における光検出器30での検出値LXbとが等しくなれば、第1期間での第1発光素子12Aに対する制御量の調整量ΔLXaと、第2期間での第2発光素子12Bに対する制御量の調整量ΔLXbとの比は、図4に示す第1強度分布L2a1の最大強度部分L2a0と第2強度分布L2b1の最大強度部分L2b0との中間地点からの対象物体Obのズレ量の比に対応する。また、第1期間における光検出器30での検出値LXaと、第2期間における光検出器30での検出値LXbとが等しくなったときの第1期間での第1発光素子12Aに対する制御量と、第2期間での第2発光素子12に対する制御量との比は、図4に示す第1強度分布L2a1の最大強度部分L2a0から対象物体Obまでの距離と、第2強度分布L2b1の最大強度部分L2b0から対象物体Obまでの距離との比に対応する。それ故、第1強度分布L2a1の最大強度部分L2a0から対象物体Obまでの距離と、第2強度分布L2b1の最大強度部分L2b0から対象物体Obまでの距離との比が分るので、対象物体ObのX座標を検出することができる。
なお、第1期間における光検出器30での検出値LXaと、第2期間における光検出器30での検出値LXbとが相違している場合、検出値LXa、LXbが等しくなるように、例えば、第1期間での第1発光素子12Aに対する制御量を調整量ΔLXa分だけ減少させてもよく、あるいは、第2期間での第2発光素子12Bに対する制御量を調整量ΔLXb分だけ増大させてもよい。その結果、第1期間における光検出器30での検出値LXaと、第2期間における光検出器30での検出値LXbとが等しくなれば、制御量を調整した後の第1期間での第1発光素子12Aに対する制御量と、制御量を調整した後の第2期間での第2発光素子12Bに対する制御量との比は、図4に示す第1強度分布L2a1の最大強度部分L2a0から対象物体Obまでの距離と、第2強度分布L2b1の最大強度部分L2b0から対象物体Obまでの距離との比に対応する。それ故、第1強度分布L2a1の最大強度部分L2a0から対象物体Obまでの距離と、第2強度分布L2b1の最大強度部分L2b0から対象物体Obまでの距離との比が分るので、対象物体ObのX座標を検出することができる。
上記のいずれの方法を採用する場合でも同様に、第3期間および第4期間において、Y軸方向で離間する発光素子12、例えば、第2発光素子12Bおよび第3発光素子12Cを順次点灯させて上記の処理を行なえば、対象物体ObのY座標を検出することができる。
上記のように、光検出器30での検出結果に基づいて対象物体Obの検出領域10R内の位置情報を取得するにあたって、例えば、光源制御部145や位置検出部50としてマイクロプロセッサーユニット(MPU)を用い、これにより所定のソフトウェア(動作プログラム)を実行することに従って処理を行う構成を採用することができる。また、図6を参照して以下に説明するように、論理回路などのハードウェアを用いた信号処理部で処理を行う構成を採用することもできる。
(位置検出部50の構成例)
図6は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き投射型表示装置100での信号処理内容を示す説明図であり、図6(a)、(b)は各々、本発明を適用した位置検出機能付き投射型表示装置100の位置検出部50の説明図、および位置検出部50の発光強度補償指令部での処理内容を示す説明図である。ここに示す位置検出部50は、図5を参照して説明した方法のうち、第1期間および第2期間における光検出器30での検出値LXa、LXbが等しくなるように、第1発光素子12Aおよび第2発光素子12Bに対する制御量(駆動電流)を調整した際の調整量あるいは制御量に基づいて対象物体ObのX座標を検出する方法である。なお、X軸座標およびY座標を検出するための構成は同様であるため、以下の説明ではX座標を求める場合のみを説明する。
図6は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き投射型表示装置100での信号処理内容を示す説明図であり、図6(a)、(b)は各々、本発明を適用した位置検出機能付き投射型表示装置100の位置検出部50の説明図、および位置検出部50の発光強度補償指令部での処理内容を示す説明図である。ここに示す位置検出部50は、図5を参照して説明した方法のうち、第1期間および第2期間における光検出器30での検出値LXa、LXbが等しくなるように、第1発光素子12Aおよび第2発光素子12Bに対する制御量(駆動電流)を調整した際の調整量あるいは制御量に基づいて対象物体ObのX座標を検出する方法である。なお、X軸座標およびY座標を検出するための構成は同様であるため、以下の説明ではX座標を求める場合のみを説明する。
図6(a)に示すように、本形態の位置検出機能付き投射型表示装置100において、光源駆動回路140は、第1期間では可変抵抗111を介して複数の発光素子12の各々に所定電流値の駆動パルスを印加し、第2期間では可変抵抗112および反転回路113を介して複数の発光素子12の各々に所定電流値の駆動パルスを印加するものとして表される。従って、光源駆動回路140は、第1期間と第2期間とでは、発光素子12に対して逆相の駆動パルスを印加することになる。そして、第1期間においてX座標検出用第1強度分布L2Xaを形成した際の第1位置検出光L2aが対象物体Obで反射した光が共通の光検出器30で受光されるとともに、第2期間においてX座標検出用第2強度分布L2Xbを形成した際の第2位置検出光L2bが対象物体Obで反射した光が共通の光検出器30で受光される。光強度信号生成回路150において、光検出器30には、1kΩ程度の抵抗30rが直列に電気的接続されており、それらの両端にはバイアス電圧Vbが印加されている。
かかる光強度信号生成回路150において、光検出器30と抵抗30rとの接続点P1には、位置検出部50が電気的に接続されている。光検出器30と抵抗30rとの接続点P1から出力される検出信号Vcは、下式
Vc=V30/(V30+抵抗30rの抵抗値)
V30:光検出器30の等価抵抗
で表される。従って、環境光が光検出器30に入射しない場合と、環境光が光検出器30に入射している場合とを比較すると、環境光が光検出器30に入射している場合には、検出信号Vcのレベルおよび振幅が大きくなる。
Vc=V30/(V30+抵抗30rの抵抗値)
V30:光検出器30の等価抵抗
で表される。従って、環境光が光検出器30に入射しない場合と、環境光が光検出器30に入射している場合とを比較すると、環境光が光検出器30に入射している場合には、検出信号Vcのレベルおよび振幅が大きくなる。
位置検出部50は概ね、位置検出用信号抽出回路190、位置検出用信号分離回路170、および発光強度補償指令回路180を備えている。なお、発光強度補償指令回路180は、図3に示す光源制御部145の一部としても機能している。
位置検出用信号抽出回路190は、1nF程度のキャパシタからなるフィルター192を備えており、かかるフィルター192は、光検出器30と抵抗30rとの接続点P1から出力された信号から直流成分を除去するハイパスフィルターとして機能する。このため、フィルター192によって、光検出器30と抵抗30rとの接続点P1から出力された検出信号Vcからは、第1期間および第2期間における光検出器30による位置検出光L2の位置検出信号Vdが抽出される。すなわち、位置検出光L2は変調されているのに対して、環境光はある期間内において強度が一定であると見なすことができるので、環境光に起因する低周波成分あるいは直流成分はフィルター192によって除去される。
また、位置検出用信号抽出回路190は、フィルター192の後段に、220kΩ程度の帰還抵抗194を備えた加算回路193を有しており、フィルター192によって抽出された位置検出信号Vdは、バイアス電圧Vbの1/2倍の電圧V/2に重畳された位置検出信号Vsとして位置検出用信号分離回路170に出力される。
位置検出用信号分離回路170は、第1期間において発光素子12に印加される駆動パルスに同期してスイッチング動作を行なうスイッチ171と、比較器172と、比較器172の入力線に各々、電気的接続されたキャパシタ173とを備えている。このため、位置検出信号Vsが位置検出用信号分離回路170に入力されると、位置検出用信号分離回路170から発光強度補償指令回路180には、第1期間での位置検出信号Vsの実効値Veaと、第2期間での位置検出信号Vsの実効値Vebとが交互に出力される。
発光強度補償指令回路180は、実効値Vea、Vebを比較して、図6(b)に示す処理を行ない、第1期間での位置検出信号Vsの実効値Veaと、第2期間での位置検出信号Vsの実効値Vebとが同一レベルとなるように制御信号Vfを光源駆動回路140に出力し、光源駆動回路140を制御する。すなわち、発光強度補償指令回路180は、第1期間での位置検出信号Vsの実効値Veaと、第2期間での位置検出信号Vsの実効値Vebとを比較して、それらが等しい場合、現状の駆動条件を維持させる。これに対して、第1期間での位置検出信号Vsの実効値Veaが、第2期間での位置検出信号Vsの実効値Vebより低い場合、発光強度補償指令回路180は、可変抵抗111の抵抗値を下げさせて第1期間での第1発光素子12Aからの出射光量を高める。また、第2期間での位置検出信号Vsの実効値Vebが、第1期間での位置検出信号Vsの実効値Veaより低い場合、発光強度補償指令回路180は、可変抵抗112の抵抗値を下げさせて第2期間での第2発光素子12Bからの出射光量を高める。
このようにして、位置検出機能付き投射型表示装置100では位置検出部50の発光強度補償指令回路180によって、第1期間および第2期間での光検出器30による検出量が同一となるように、第1発光素子12Aおよび第2発光素子12Bの制御量(電流量)を制御する。従って、発光強度補償指令回路180には、第1期間での位置検出信号Vsの実効値Veaと、第2期間での位置検出信号Vsの実効値Vebとが同一レベルとなるような発光素子12に対する制御量に関する情報が存在するので、かかる情報を位置検出信号VgとしてXY座標検出部52に出力すれば、XY座標検出部52は、検出領域10Rにおける対象物体ObのX座標を得ることができる。また、同様な原理を利用すれば、XY座標検出部52は、検出領域10Rにおける対象物体ObのY座標を得ることができる。
また、本形態では、位置検出用信号抽出回路190において、フィルター192は、光検出器30と抵抗30rとの接続点P1から出力された検出信号Vcから、環境光に起因する直流成分を除去して位置検出信号Vdを抽出する。このため、光検出器30と抵抗30rとの接続点P1から出力された検出信号Vcに環境光の赤外成分に起因する信号成分が含まれている場合でも、かかる環境光の影響をキャンセルすることができる。
(XY座標検出動作)
図2、図4および図7を参照して、本形態の位置検出機能付き投射型表示装置100において、検出領域10R内の対象物体Obの位置を検出する動作を具体的に説明する。図7は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き投射型表示装置100でのXY座標を検出する動作を示す説明図である。
図2、図4および図7を参照して、本形態の位置検出機能付き投射型表示装置100において、検出領域10R内の対象物体Obの位置を検出する動作を具体的に説明する。図7は、本発明の実施の形態1に係る位置検出機能付き投射型表示装置100でのXY座標を検出する動作を示す説明図である。
本形態の位置検出機能付き投射型表示装置100において、検出領域10R内の対象物体ObのXY座標を検出するには、以下に説明する第1期間および第2期間によってX座標を検出し、第3期間および第4期間によってY座標を検出する。
本形態の位置検出機能付き投射型表示装置100において、検出領域10R内の対象物体ObのX座標を検出するには、まず、第1期間において、第2発光素子12Bおよび第3発光素子12Cを消灯させる一方、第1発光素子12Aを点灯させて、図4(a)に示す第1強度分布L2a1を形成する。次に、第2期間においては、第1発光素子12Aおよび第3発光素子12Cを消灯させる一方、第2発光素子12Bを点灯させて、図4(b)に示す第2強度分布L2b1を形成する。その結果、第1期間における光検出器30での検出値と、第2期間における光検出器30での検出値とが等しければ、図4に示す第1強度分布L2a1の最大強度部分L2a0から対象物体Obまでの距離と、第2強度分布L2b1の最大強度部分L2b0から対象物体Obまでの距離とが等しいことが分る。
これに対して、第1期間における光検出器30での検出値と、第2期間における光検出器30での検出値とが相違している場合、これらの検出値が等しくなるように、第1発光素子12Aおよび第2発光素子12Bに対する制御量(駆動電流)を調整して、再度、第1期間において第1強度分布L2a1を形成し、第2期間において第2強度分布L2b1を形成する。その結果、第1期間における光検出器30での検出値と、第2期間における光検出器30での検出値とが等しくなれば、第1期間での第1発光素子12Aに対する制御量の調整量と、第2期間での第2発光素子12Bに対する制御量の調整量との比を求める。あるいは、第1期間における光検出器30での検出値と、第2期間における光検出器30での検出値とが等しくなったときの第1期間での第1発光素子12Aに対する制御量と、第2期間での第2発光素子12Bに対する制御量との比を求める。これらの比は、図4に示す第1強度分布L2a1の最大強度部分L2a0から対象物体Obまでの距離と、第2強度分布L2b1の最大強度部分L2b0から対象物体Obまでの距離との比に対応するので、対象物体Obは、図7(a)に示す線Xab上にあることが分る。
次に、検出領域10R内の対象物体ObのY座標を検出するには、まず、第3期間において、第1発光素子12Aおよび第3発光素子12Cを消灯させる一方、第2発光素子12Bを点灯させて、図4(b)に示す第2強度分布L2b1を形成する。次に、第4期間においては、第1発光素子12Aおよび第2発光素子12Bを消灯させる一方、第3発光素子12Cを点灯させて、図4(c)に示す第3強度分布L2c1を形成する。その結果、第3期間における光検出器30での検出値と、第4期間における光検出器30での検出値とが等しければ、図4に示す第2強度分布L2b1の最大強度部分L2b0から対象物体Obまでの距離と、第3強度分布L2c1の最大強度部分L2c0から対象物体Obまでの距離とが等しいことが分る。
これに対して、第3期間における光検出器30での検出値と、第4期間における光検出器30での検出値とが相違している場合、これらの検出値が等しくなるように、第2発光素子12Bおよび第3発光素子12Cに対する制御量(駆動電流)を調整して、再度、第3期間において第2強度分布L2b1を形成し、第4期間において第3強度分布L2c1を形成する。その結果、第3期間における光検出器30での検出値と、第4期間における光検出器30での検出値とが等しくなれば、第3期間での第2発光素子12Bに対する制御量の調整量と、第4期間での第3発光素子12Cに対する制御量の調整量との比を求める。また、第3期間における光検出器30での検出値と、第4期間における光検出器30での検出値とが等しくなったときの第3期間での第2発光素子12Bに対する制御量と、第4期間での第3発光素子12Cに対する制御量との比を求める。これらの比は、図4に示す第1強度分布L2a1の最大強度部分L2a0から対象物体Obまでの距離と、第2強度分布L2b1の最大強度部分L2b0から対象物体Obまでの距離との比に対応するので、対象物体Obは、図7(b)に示す線Ybc上にあることが分る。
このようにして線Xab、Ybcを求めた後、図7(c)に示すように、線Xab、Ybcの交点の座標を求めれば、対象物体ObのXY座標を求めることができる。なお、本形態では、第1期間において第1発光素子12Aを点灯させ、第2期間および第3期間において第2発光素子12Bを点灯させ、第3期間において第3発光素子12Cを点灯させたが、他の組み合わせを採用しても同様に、対象物体ObのXY座標を求めることができる。
なお、本形態では、第1強度分布L2a1の最大強度部分L2a0、第2強度分布L2b1の最大強度部分L2b0、および第3強度分布L2c1の最大強度部分L2c0が検出領域10Rの角部分10Ra、10Rb、10Rcにあったが、最大強度部分L2a0、L2b0、L2c0の一部あるいは全てが検出領域10Rの内側にあってもよく、かかる構成でも同様に、上記の方法により対象物体ObのXY座標を求めることができる。
また、第1強度分布L2a1の最大強度部分L2a0、第2強度分布L2b1の最大強度部分L2b0、および第3強度分布L2c1の最大強度部分L2c0の一部あるいは全てが検出領域10Rの外側にあってもよく、かかる構成でも同様に、上記の方法により対象物体ObのXY座標を求めることができる。
(本形態の主な効果)
以上説明したように、本形態では、投射型表示装置に対して位置検出機能を付加して位置検出機能付き投射型表示装置100を構成するにあたって、検出領域10Rに向けて赤外光からなる位置検出光を出射する位置検出用光源部11を設け、検出領域10Rで対象物体Obにより反射した位置検出光L3を光検出器30によって検出する。ここで、位置検出用光源部11から出射された位置検出光L2は、検出領域10Rに強度分布を形成し、かかる強度分布を利用して対象物体ObのXY座標を光学的に検出する。このため、本形態によれば、画像が投射される面(スクリーン部材290)の近傍に光源を配置しなくても、位置検出部50は、光検出器30の受光結果に基づいて対象物体ObのXY座標を光学的に検出することができる。
以上説明したように、本形態では、投射型表示装置に対して位置検出機能を付加して位置検出機能付き投射型表示装置100を構成するにあたって、検出領域10Rに向けて赤外光からなる位置検出光を出射する位置検出用光源部11を設け、検出領域10Rで対象物体Obにより反射した位置検出光L3を光検出器30によって検出する。ここで、位置検出用光源部11から出射された位置検出光L2は、検出領域10Rに強度分布を形成し、かかる強度分布を利用して対象物体ObのXY座標を光学的に検出する。このため、本形態によれば、画像が投射される面(スクリーン部材290)の近傍に光源を配置しなくても、位置検出部50は、光検出器30の受光結果に基づいて対象物体ObのXY座標を光学的に検出することができる。
また、位置検出用光源部11は、位置検出光L2として、第1強度分布L2a1をもつ第1位置検出光L2aと、第1強度分布L2a1の最大強度部分L2a0からずれた位置に最大強度部分L2b0を有する第2強度分布L2b1をもつ第2位置検出光L2bと、2つの最大強度部分L2a0、L2b0を結ぶ仮想の直線上からずれた位置に最大強度部分L2c0を有する第3強度分布L2c1をもつ第3位置検出光L2cとを出射する。このため、第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2b、および第3位置検出光L2cのうちの2つ位置検出光と、他の組み合わせの2つ位置検出光とを用いれば、位置検出部50は、光検出器30の受光結果に基づいて対象物体ObのXY座標を検出することができる。それ故、比較的簡素な構成で、スクリーン部材290と画像投射装置200との間の対象物体Obの位置を光学的に検出することができる。また、位置検出光L2は、赤外光からなるため、位置検出光L2が画像の表示を妨げないという利点がある。
また、第1強度分布L2a1、第2強度分布L2b1および第3強度分布L2c1では、最大強度部分L2a0、L2b0、L2c0から離間するに伴って強度が単調減少している。特に本形態では、第1強度分布L2a1、第2強度分布L2b1および第3強度分布L2c1では、最大強度部分L2a0、L2b0、L2c0から離間するに伴って強度が略直線的に減少している。このため、比較的簡素な処理で対象物体Obの位置を精度よく検出することができる。
また、位置検出用光源部11は、第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2b、および第3位置検出光L2cを異なるタイミングで出射する。このため、第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2b、および第3位置検出光L2cの波長が同一でも1つの光検出器30で第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2b、および第3位置検出光L2c検出することができるので、構成の簡素化を図ることができる。
さらに、位置検出用光源部11は、第1位置検出光L2aを出射する第1発光素子12Aと、第2位置検出光L2bを出射する第2発光素子12Bと、第3位置検出光L2cを出射する第3発光素子12Cとを備えている。このため、第1発光素子12A、第2発光素子12B、および第3発光素子12Cを点灯させることにより、第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2b、および第3位置検出光L2cを所定のタイミング出射することができるので、構成の簡素化を図ることができる。しかも、第1発光素子12A、第2発光素子12B、および第3発光素子12Cは、発光ダイオードであり、発散光からなる赤外光を出射する。このため、光軸L12a、L12b、L12cに相当する位置が強度分布の最大強度部分となり、かかる最大強度部分から離間するに伴って強度が単調減少する強度分布を容易に形成することができる。
また、第1発光素子12A、第2発光素子12B、および第3発光素子12Cは、光軸L12a、L12b、L12cを検出領域10Rの端部を通る方向に向けている。このたため、第1強度分布L2a1、第2強度分布L2b1および第3強度分布L2c1では、最大強度部分L2a0、L2b0、L2c0の周りに強度が等しい個所が発生してしまう事態を回避することができるので、簡素な処理で対象物体Obの位置を検出することができる。
さらに、本形態では、位置検出用光源部11、光検出器30、および位置検出部50のいずれもが画像投射装置200に設けられている。このため、位置検出に必要な要素が全て画像投射装置200に設けられているので、持ち運びに便利であるとともに、画像投射装置200の向きを調整すれば、光検出器30の光軸方向を調整することができる。
また、位置検出用光源部11は、画像投射装置200において画像を投射する投射レンズ210が位置する前面部201から前記位置検出光を出射する。このため、画像投射装置200の前面部201が向く方向を調整するだけで、画像表示光L1および位置検出光L2の出射方向を調整することができる。また、光検出器30も、位置検出用光源部11と同様、画像投射装置200の前面部201に設けられている。このため、画像表示用の光および位置検出光と同一方向に光検出器30を確実に向けることができる。従って、画像投射装置200の前面部201が向く方向を調整するだけで、画像表示用の光および位置検出光の出射方向、および光検出器30の光軸中心が向く方向を調整することができる。
[実施の形態2]
図8は、本発明の実施の形態2に係る位置検出機能付き投射型表示装置100に用いた光学式位置検出装置10の説明図であり、図8(a)、(b)、(c)は、画像投射装置200を前面側からみたときの説明図、光学式位置検出装置10の全体構成を示す説明図、および第4発光素子から出射された位置検出光の強度分布の説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
図8は、本発明の実施の形態2に係る位置検出機能付き投射型表示装置100に用いた光学式位置検出装置10の説明図であり、図8(a)、(b)、(c)は、画像投射装置200を前面側からみたときの説明図、光学式位置検出装置10の全体構成を示す説明図、および第4発光素子から出射された位置検出光の強度分布の説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
上記実施の形態1では、位置検出用光源部11は、位置検出光L2として、第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2b、および第3位置検出光L2cを出射したが、本形態では、位置検出用光源部11は、さらに、位置検出光L2の出射方向(Z軸方向)で強度が変化する第4位置検出光L2dを出射してZ座標検出用強度分布を形成する。より具体的には、図8(a)、(b)に示すように、位置検出用光源部11は、第4位置検出光L2dを出射する第4発光素子12Dを備えている。かかる第4発光素子12Dは、光軸L12d1を検出領域10Rの角部分10Rdに向けており、画像投射装置200からみたとき、光軸L12a1,L12b1,L12c1,L12d1は、互いに異なる角度方向に向いている。このため、位置検出用光源部11から出射された第4位置検出光L2dは、図8(c)に示すように、検出領域10Rの角部分10Rdを最大強度部分L2d0とする強度分布L2d1を形成し、画像投射装置200からみたとき、第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2b、第3位置検出光L2c、および第4位置検出光L2dの最大強度部分L2a0、L2b0,L2c0、L2d0は重ならない位置にある。なお、第4発光素子12Dにも、検出領域10Rの外側に向かおうとする位置検出光L2dを検出領域10R内に導く反射ミラー13dが設けられている。
このような構成の位置検出用光源部11では、第1発光素子12A、第2発光素子12B、および第3発光素子12Cを全て点灯させるとともに、第4発光素子12Dも点灯させると、図4に示す第1強度分布L2a1、第2強度分布L2b1、第3強度分布L2c1、および強度分布L2d1が合成される結果、位置検出光L2の出射方向(Z軸方向)で強度が変化する位置検出光が出射されることになる。このようにして合成された位置検出光は、Z軸方向で強度が単純に変化する一方、X軸方向およびY軸方向では強度が一定である。従って、対象物体Obで反射した位置検出光を光検出器30で受光すれば、位置検出部50は、光検出器30の検出結果に基づいてZ座標を検出することができる。それ故、比較的簡素な構成で、スクリーン部材290と画像投射装置200との間の対象物体ObのXYZ座標を光学的に検出することができる。
かかるZ座標の検出は、検出領域10RにおいてZ軸方向の所定範囲を検出有効領域として設定するのに利用することができる。例えば、スクリーン部材290の表面から5cm以内の範囲を検出有効領域と設定すれば、スクリーン部材290の表面から5cmを超える位置で対象物体Obを検出した場合には、その検出結果を無効とすることができる。このため、スクリーン部材290の表面から5cm以内の範囲に対象物体Obを検出した場合のみ、対象物体ObのXY座標を入力とみなすなどの処理を行なうことができる。
[実施の形態2の変形例]
実施の形態3では、第1発光素子12A、第2発光素子12B、第3発光素子12C、および第4発光素子12Dを同時に点灯させてZ座標を検出したが、第1発光素子12A、第2発光素子12B、第3発光素子12C、および第4発光素子12Dを順次点灯させたときの光検出器30の検出値を合計した結果に基づいてZ座標を検出してもよい。
実施の形態3では、第1発光素子12A、第2発光素子12B、第3発光素子12C、および第4発光素子12Dを同時に点灯させてZ座標を検出したが、第1発光素子12A、第2発光素子12B、第3発光素子12C、および第4発光素子12Dを順次点灯させたときの光検出器30の検出値を合計した結果に基づいてZ座標を検出してもよい。
[実施の形態3]
上記実施の形態2では、第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2b、第3位置検出光L2cおよび第4位置検出光L2dを全て用いてZ座標を検出したが、図9を参照して、第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2bおよび第3位置検出光L2cのうちの1つと、第4位置検出光L2dとを用いてZ座標を検出する形態を説明する。
上記実施の形態2では、第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2b、第3位置検出光L2cおよび第4位置検出光L2dを全て用いてZ座標を検出したが、図9を参照して、第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2bおよび第3位置検出光L2cのうちの1つと、第4位置検出光L2dとを用いてZ座標を検出する形態を説明する。
図9は、本発明の実施の形態3に係る位置検出機能付き投射型表示装置100の構成を模式的に示す説明図であり、図9(a)、(b)は、位置検出機能付き投射型表示装置100の要部を横方向からみた様子を模式的に示す説明図、および光学式位置検出装置10の全体構成を示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
図9に示す位置検出機能付き投射型表示装置100も、実施の形態1、2、3と同様、画像投射装置200に設けられた位置検出用光源部11は、第1位置検出光L2aを出射する第1発光素子12A,第2位置検出光L2bを出射する第2発光素子12B、および第3位置検出光L2cを出射する第3発光素子12Cを備えている。また、本形態では、第4位置検出光L2dを出射する第4発光素子12Dを備えており、第4位置検出光L2dは、第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2b、および第3位置検出光L2cと異なる強度分布を形成する。
図9には、第4発光素子12Dが画像投射装置200とは別の個所において、第1発光素子12A,第2発光素子12B、および第3発光素子12CからZ軸方向で離間した位置に設けられた例を示してあるが、実施の形態3の変形例で説明するように、第4発光素子12Dも、第1発光素子12A,第2発光素子12B、および第3発光素子12Cと同様、画像投射装置200に設けられた位置検出用光源部11に含ませてもよい。
このように構成した位置検出機能付き投射型表示装置100でも、実施の形態1と同様、第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2bおよび第3位置検出光L2cを用いて対象物体ObのXY座標を検出する。
これに対して、対象物体ObのZ座標を検出するには、第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2bおよび第3位置検出光L2cのうちの1つ(例えば、第1位置検出光L2a)と、第4位置検出光L2dとを用いてZ座標を検出する。ここで、第1位置検出光L2aのZ軸方向の強度分布および第4位置検出光L2dのZ軸方向の強度分布は、予め把握できるので、第1位置検出光L2aを出射したときの光検出器30での検出結果と、第4位置検出光L2dを出射したときの光検出器30での検出結果とを比較すれば、対象物体Obと第1発光素子12AとのZ軸方向の距離と、対象物体Obと第4発光素子12DとのZ軸方向の距離との比を検出することができる。その際、第1位置検出光L2aおよび第4位置検出光L2dのZ軸方向の強度は、X軸方向よびY軸方向で変化しているが、対象物体ObのXY座標については、第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2bおよび第3位置検出光L2cを用いて検出済みである。従って、第1位置検出光L2aおよび第4位置検出光L2dを用いて、対象物体Obと第1発光素子12AとのZ軸方向の距離と、対象物体Obと第4発光素子12DとのZ軸方向の距離との比に対してXY座標の補正を行なえば、対象物体ObのZ座標を検出することができる。
[実施の形態3の変形例]
上記実施の形態3では、第4発光素子12Dを画像投射装置200とは別の個所に設けられたが、第4発光素子12Dも、第1発光素子12A,第2発光素子12B、および第3発光素子12Cと同様、画像投射装置200に設けられた位置検出用光源部11に含ませた場合も、実施の形態3と同様な方法でZ座標を検出することができる。その場合、Z座標の検出精度を高めるという観点からすれば、第4発光素子12Dについては、第1発光素子12Aから離間した位置に設けることが好ましい。
上記実施の形態3では、第4発光素子12Dを画像投射装置200とは別の個所に設けられたが、第4発光素子12Dも、第1発光素子12A,第2発光素子12B、および第3発光素子12Cと同様、画像投射装置200に設けられた位置検出用光源部11に含ませた場合も、実施の形態3と同様な方法でZ座標を検出することができる。その場合、Z座標の検出精度を高めるという観点からすれば、第4発光素子12Dについては、第1発光素子12Aから離間した位置に設けることが好ましい。
[実施の形態4]
図10は、本発明の実施の形態4に係る位置検出機能付き投射型表示装置の構成を模式的に示す説明図であり、図10(a)、(b)は、位置検出機能付き投射型表示装置の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
図10は、本発明の実施の形態4に係る位置検出機能付き投射型表示装置の構成を模式的に示す説明図であり、図10(a)、(b)は、位置検出機能付き投射型表示装置の要部を斜め上からみた様子を模式的に示す説明図、および横方向からみた様子を模式的に示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態1と同様であるため、共通する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。
上記実施の形態1では、位置検出用光源部11、光検出器30、および位置検出部50のいずれもが画像投射装置200に設けられているが、本形態では、図10に示すように、光検出器30については、画像投射装置200とは別の位置、例えば、画像投射装置200の側方や、検出領域10Rの側方に設けられている。但し、本形態でも、位置検出用光源部11および位置検出部50については画像投射装置200に設けられている。
[その他の実施の形態]
上記実施の形態1〜4では、XY座標を求める際、位置検出用光源部11が第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2b、第3位置検出光L2cを異なるタイミングで出射したが、第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2b、第3位置検出光L2cの一部については、異なる波長の赤外光(位置検出光)とし、異なる波長の赤外光を同時に出射するように構成してもよい。かかる構成を実現する場合には、受光の波長域が異なる複数の光検出器を用いればよく、かかる光検出器によって、異なる波長の赤外光が同時に出射されても各々を受光することができる。
上記実施の形態1〜4では、XY座標を求める際、位置検出用光源部11が第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2b、第3位置検出光L2cを異なるタイミングで出射したが、第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2b、第3位置検出光L2cの一部については、異なる波長の赤外光(位置検出光)とし、異なる波長の赤外光を同時に出射するように構成してもよい。かかる構成を実現する場合には、受光の波長域が異なる複数の光検出器を用いればよく、かかる光検出器によって、異なる波長の赤外光が同時に出射されても各々を受光することができる。
また、上記実施の形態1では3つの発光素子(光源)を用い、上記実施の形態2,3では4つの発光素子(光源)を用いた例であったが、第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2b、および第3位置検出光L2cを共通の光源から出射してもよい。この場合でも、共通の光源から位置検出光が出射される向きを切り換える構成や、共通の光源の前側に、透光部を備えた透光部を備えた強度分布形成用の遮光マスクを配置し、かかるマスクの位置を切り換える構成を採用することにより、第1位置検出光L2a、第2位置検出光L2b、および第3位置検出光L2cを順次出射してもよい。
さらに、共通の光源からX軸方向およびY軸方向で強度が一定でZ軸方向で強度が変化するZ座標検出用位置検出光を出射してもよい。
10R・・検出領域、11・・位置検出用光源部、12・・発光素子、12A・・第1発光素子(第1光源)、12B・・第2発光素子(第2光源)、12C・・第3発光素子(第3光源)、30・・光検出器、50・・位置検出部、100・・位置検出機能付き投射型表示装置、200・・画像投射装置、290・・スクリーン部材、Ob・・対象物体
Claims (12)
- 画像投射装置から画像を投射し、前記画像が投射される面と前記画像投射装置との間の対象物体の位置を光学的に検出する位置検出機能付き投射型表示装置であって、
前記画像投射装置に設けられ、前記対象物体に向けて位置検出光を出射する位置検出用光源部と、
前記対象物体により反射した前記位置検出光を検出する光検出器と、
前記光検出器の受光結果に基づいて前記位置検出光の出射方向に交差する仮想面内における前記対象物体の位置を検出する位置検出部と、
を備え、
前記位置検出用光源部は、前記位置検出光として、第1強度分布をもつ第1位置検出光と、前記画像投射装置からみて前記第1強度分布の最大強度部分と重ならない位置に最大強度部分を有する第2強度分布をもつ第2位置検出光と、前記画像投射装置からみて前記第1強度分布の最大強度部分と前記第2強度分布の最大強度部分とを結ぶ仮想の直線に重ならない位置に最大強度部分を有する第3強度分布をもつ第3位置検出光と、を出射することを特徴とする位置検出機能付き投射型表示装置。 - 前記第1強度分布、前記第2強度分布および前記第3強度分布では、最大強度部分から離間するに伴って強度が単調減少していることを特徴とする請求項1に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。
- 前記位置検出用光源部は、前記第1位置検出光、前記第2位置検出光、および前記第3位置検出光を異なるタイミングで出射することを特徴とする請求項1または2に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。
- 前記位置検出光は、赤外光からなることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。
- 前記位置検出用光源部は、前記第1位置検出光を出射する第1光源と、前記第2位置検出光を出射する第2光源と、前記第3位置検出光を出射する第3光源と、を備えていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。
- 前記第1光源、前記第2光源および前記第3光源は、前記位置検出光を発散光として出射することを特徴とする請求項5に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。
- 前記画像が投射される面と前記画像投射装置との間には、前記対象物体を検出する検出領域が設定されており、
前記第1光源、前記第2光源および前記第3光源は、前記検出領域の端部を通る方向に光軸を向けていることを特徴とする請求項6に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。 - さらに、前記第1位置検出光、前記第2位置検出光、および前記第3位置検出光と異なる強度分布を有する第4位置検出光を出射する第4光源を備え、
前記位置検出部は、少なくとも前記第4位置検出光を出射したときの前記光検出器の受光結果に基づいて前記位置検出光の出射方向における前記対象物体の位置を検出することを特徴とする請求項5乃至7の何れか一項に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。 - 前記第4光源は、前記画像投射装置に設けられていることを特徴とする請求項8に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。
- 前記第4光源は、前記画像投射装置とは別の個所に設けられていることを特徴とする請求項8に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。
- 前記位置検出用光源部は、前記位置検出光の出射方向で強度が変化する位置検出光を出射し、
前記位置検出部は、当該位置検出光を出射したときの前記光検出器の受光結果に基づいて前記位置検出光の出射方向における前記対象物体の位置を検出することを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。 - 前記位置検出用光源部、前記光検出器、および前記位置検出部はいずれも、前記画像投射装置に設けられていることを特徴とする請求項1乃至11の何れか一項に記載の位置検出機能付き投射型表示装置。
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