JP4161007B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像表示装置において画面上の画像やメニュー画面の一部を遠隔操作により指し示す位置指定装置により指し示された画面上の指定位置を検出する位置検出装置に関する。

近年、デジタル放送の普及と共に、視聴者が求める情報が細分化され、その細分化された情報を個々に要求し、その要求に対する情報を提供する環境が整備されてきている。また、双方向通信の進展と共に、画面上の映像の一部を選択し、その選択された映像に関連する詳細な情報を提供する要求も高まりつつある。
このような環境において、例えば、テレビジョンの操作では、リモコン操作によってチャンネルを切り替えたり、メニュー画面のボタンをリモコンの上下左右の矢印キーによって選択したりする操作が行われている。しかし、このリモコン操作によっては、画面上の任意の位置を指し示すことができない。

そこで、従来、コンピュータから出力される画面をプロジェクタ装置によりスクリーンに投影し、赤外線カメラでスクリーンを撮影し、操作者がレーザポインタにより赤外線でスクリーン上の所望の位置を指定することで、赤外線カメラで撮影された画像から、操作者がスクリーン上で指し示した位置を検出する技術が存在する（例えば、特許文献１参照。）。
また、画像表示装置の画面の画素毎に光センサを備え、操作者がリモコンのレーザ光で画面上の任意の位置を指し示すことで、光センサによって、操作者が所望する位置を検出する技術も存在している（例えば、特許文献２参照。）。
特開平６−２４２８８４号公報（段落番号６−１３、第１−３図） 特開２００１−１７５４１３号公報（段落番号１２−４３、第１−４図）

前記従来の技術において、スクリーン上で赤外線により指し示された位置を、赤外線カメラで検出する技術では、（赤外線）カメラでスクリーンを撮影する必要があるため、カメラの設置に伴う画角の調整等、設置調整が煩雑であるという問題がある。さらに、カメラの設置に伴い、装置全体が大型化するため一般的な家庭では使用することができないという問題がある。

また、画像表示装置の画面の画素毎に光センサを備えてリモコンのレーザ光を検出する技術では、画素毎に光センサを備えたディスプレイを製作する必要があるため、ディスプレイそのものの製作費が高くなってしまうという問題がある。さらに、画素サイズが微細になるほど、光センサを微細に加工しなければならず、高精細ディスプレイを構成することは困難であるという問題がある。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、現在、広く普及している様々なディスプレイにおいて、画面上の任意の位置を指定し、その位置を検出することが可能な位置検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、まず、請求項１に記載の位置検出装置は、画面上の任意の位置を位置指示光により指し示す位置指定装置から、前記位置指示光を中心として拡散方向が異なり、かつ、時間に伴って光強度が変調された２つのスリット拡散光を照射されることで、前記位置指示光により指し示された画面上の指示位置及び前記位置指定装置の三次元位置を検出する位置検出装置であって、前記画面の表示領域外に配置され、前記スリット拡散光を検出する複数の光検出手段と、前記スリット拡散光を検出した前記光検出手段の照射位置を検出する照射位置検出手段と、前記スリット拡散光の位相を検出する位相検出手段と、前記照射位置検出手段で検出された前記光検出手段の照射位置に基づいて、前記スリット拡散光の交点を、前記指示位置として算出するとともに、前記照射位置検出手段で検出された前記光検出手段の照射位置と、前記位相検出手段で検出された当該照射位置における位相とに基づいて、当該指示位置を前記位置指示光により指し示す前記位置指定装置の三次元位置を算出する指示位置算出手段と、を備える構成とした。

かかる構成によれば、位置検出装置は、画面の表示領域外に複数配置された光検出手段によって、位置指定装置から照射された拡散方向の異なる２つのスリット状の拡散光（スリット拡散光）を検出する。また、照射位置検出手段によって、スリット拡散光を照射された光検出手段の位置（照射位置）を検出する。この光検出手段の照射位置は、スリット拡散光毎に２点とし、計４点の照射位置を検出する。なお、この照射位置は、スリット拡散光の光強度に基づいて検出してもよいし、ＣＣＤ等の二次元センサに基づいて検出することとしてもよい。
そして、位置検出装置は、指示位置算出手段によって、照射位置検出手段で検出された４点の照射位置から、各スリット拡散光の交点を算出し、その交点を指示位置として特定する。
そして、位置検出装置は、位相検出手段によって、時間に伴って強度変調された、例えば正弦波状のスリット拡散光の位相を検出する。なお、位置検出装置では、予めスリット拡散光の周波数を既知の情報として保持しているものとする。これによって、位置検出装置は、個々の光検出手段と位置指定装置との距離を測定することができ、指示位置算出手段によって、さらに、位置指定装置の位置（三次元位置）を特定することができる。
なお、この位置指示光は、操作者が視覚可能な可視光（波長が約３８０ｎｍ〜約７８０ｎｍ）で、スリット拡散光は、可視光の波長領域外の波長を持つ不可視光とすることが望ましい。これによって、操作者は、自分の指示したい位置のみを位置指示光で確認することができる。

また、請求項２に記載の位置検出装置は、請求項１に記載の位置検出装置において、前記光検出手段が、前記画像表示装置の表示領域外である画面の左右及び／又は上下に各一列づつ配置されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、位置検出装置は、光検出手段を画像表示装置の表示領域外である画面の左右及び／又は上下に各一列づつ配置して構成される。これによって、例えば、画面の左右に光検出手段を一列づつ配置したとき、水平方向に拡散したスリット拡散光を左側に配置した光検出手段と右側に配置した光検出手段とで特定することができる。また、画面の上下左右に光検出手段を一列づつ配置したときは、十字状に拡散したスリット拡散光を各々の光検出手段によって特定することができる。

さらに、請求項３に記載の位置検出装置は、請求項１に記載の位置検出装置において、前記光検出手段が、前記画像表示装置の表示領域外である画面の左側、右側、上部又は下部の少なくとも一箇所に並列して配置されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、位置検出装置は、光検出手段を画像表示装置の表示領域外である画面の左側、右側、上部又は下部の少なくとも一箇所に並列して配置して構成される。これによって、例えば、画面の左側に光検出手段を二列並列して配置したとき、水平方向に拡散したスリット拡散光を、各列の中で検出した２つの光検出手段の位置によって特定することができる。

本発明は、以下に示す優れた効果を奏する。
本発明によれば、位置指定装置から照射される強度変調されたスリット状の拡散光の位相を検出することができる。また、本発明によれば、位置指定装置の位置を特定することが可能になり、位置指定装置の位置によって表示画像を切り替える等のアプリケーションを作成することができる。

また、本発明によれば、フォトディテクタ等の光検出手段を、既存の投射型ディスプレイ、ＣＲＴモニタ、液晶モニタ、プラズマディスプレイ、ＥＬディスプレイ等の表示装置の表示領域外に配置するという簡単な構成で画像表示装置を実現することができるため、低コストで画像表示装置を製作することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第一の実施の形態］
図１は、参考例である第一の実施の形態に係る位置指定装置１０及び位置検出装置２０を含んだ画像表示システム１の構成を示した概略図である。図１に示すように画像表示システム１は、位置指定装置１０を備えたリモコン装置２、光検出器２２を複数配列した光検出器アレイ２１と光信号検出処理手段２３とを備えた位置検出装置２０、表示装置３０及び画像表示制御装置４０で構成されている。なお、画像表示装置３は、位置検出装置２０、表示装置３０及び画像表示制御装置４０で構成されている。

この画像表示システム１は、位置検出装置２０によって、リモコン装置２から照射される可視光のビーム光Ｂで指し示される表示装置３０の画面上の指定位置Ｔを、ビーム光Ｂと同時に照射されるプローブ光（スリット拡散光）Ｐから算出し、その指定位置Ｔに基づいて画像表示の制御を行うものである。

リモコン装置２は、位置指定装置１０を備え、表示装置３０における画面上の任意の位置を指し示すと共に、操作者が画像表示装置３に対して操作を指示するものである。この位置指定装置１０は、可視光のビーム光Ｂとそのビーム光Ｂを中心としたスリット状の拡散光であるプローブ光Ｐとを投射するものである。

画像表示装置３は、位置検出装置２０、表示装置３０及び画像表示制御装置４０を備え、リモコン装置２から照射されるプローブ光Ｐに基づいて、操作者がリモコン装置２のビーム光Ｂで指し示した位置を検出すると共に、操作者が所望する画像を表示するものである。

位置検出装置２０は、表示装置３０の左右の表示領域外に複数の光検出器２２を配列した光検出器アレイ２１と光信号検出処理手段２３とを備え、リモコン装置２から出射されるプローブ光Ｐに基づいて、操作者がリモコン装置２のビーム光Ｂで指し示す画面上の指定位置Ｔを検出するものである。

表示装置３０は、テレビ映像やパソコンの画面等を表示するディスプレイである。例えば、投射型ディスプレイ、ＣＲＴモニタ、液晶モニタ、プラズマディスプレイ、ＥＬディスプレイ等である。

画像表示制御装置４０は、位置検出装置２０で検出された表示装置３０の画面上の指定位置Ｔに基づいて、画面の表示を制御するものである。例えば、パソコン等のコンピュータや、データ放送の受像機等で、アイコン、メニュー画面のボタン等を選択されることで別の画面を表示したり、特定の大きさの領域を選択されることで、その領域の画面を拡大して表示したり等のユーザインタフェースの処理を行うものである。

（位置指定装置１０の構成）
次に、図２を参照（適宜図１参照）して、第一の実施の形態である画像表示システム１におけるリモコン装置２内の位置指定装置１０の構成について説明する。図２は、位置指定装置１０の構成を示すブロック図である。図２に示したように位置指定装置１０は、第一光投射手段１１と、第二光投射手段１２と、光合成投射手段１３とを備えて構成した。

第一光投射手段１１は、第一光源部１１ａを備え、可視波長領域のビーム光（位置指示光）Ｂを出力するものである。この第一光源部１１ａは、例えばレーザダイオード、発光ダイオード等で、特定の可視波長領域の光を出力するものとする。この第一光源部１１ａから出力されたビーム光Ｂは光合成投射手段１３に入力される。

第二光投射手段１２は、第二光源部１２ａと波形整形部１２ｂとを備え、不可視波長領域で中心と周辺で光強度が異なるスリット状に広がったプローブ光（スリット拡散光）Ｐを出力するものである。

第二光源部１２ａは、不可視光の光を出力する光源である。この第二光源部１２ａは、例えばレーザダイオード、発光ダイオード等で、赤外線等の不可視光を出力するものとする。この第二光源部１１ａから出力された光は波形整形部１２ｂに入力される。

波形整形部１２ｂは、第二光源部１２ａから出力された不可視光の波形をスリット状の光（スリット拡散光）に整形するものである。この波形整形部１２ｂには、例えばシリンドリカルレンズ、ホログラム回折光学素子等を用いることができる。なお、この波形整形部１２ｂは、スリット拡散光を水平（横）方向に拡散させるものとする。この波形整形部１２ｂでスリット状に拡散されたプローブ光Ｐは光合成投射手段１３に出力される。

光合成投射手段１３は、第一光投射手段１１から出力されたビーム光（位置指示光）Ｂと、波形整形部１２ｂから出力されたプローブ光Ｐとを、ビーム光Ｂを中心として同一方向に投射するものである。例えば、光合成投射手段１３は、ダイクロイックミラー１３ａで構成され、第一光投射手段１１から出力された光のみを９０°向きを変えて反射させ、第二光投射手段１２から出力された光はそのまま通過させることで、プローブ光Ｐとビーム光Ｂとを同一方向に出力させることができる。

なお、ダイクロイックミラー１３ａは、特定の波長領域の光のみを反射させるもので、ここでは第一光投射手段１１から出力された可視波長領域の光のみを反射させるものとする。

このように構成した位置指定装置１０をリコモン装置２に備えることで、操作者は、画面上のビーム光Ｂで指し示した位置を視覚することができ、操作者の所望する位置を直接指定することができる。なお、位置指定装置１０は、リコモン装置２の投射ボタン（図示せず）によって、ビーム光Ｂ及びプローブ光Ｐを送出したり停止したりする構成とすることが望ましい。

また、位置指定装置１０が、プローブ光Ｐをビーム光Ｂと同時に投射することで、位置検出装置２０では、ビーム光Ｂで指し示された画面上の位置をプローブ光Ｐから検出することが可能になる。このビーム光Ｂで指し示された画面上の位置をプローブ光Ｐから検出する方法については後記する。

なお、リコモン装置２において、決定ボタン等によって画面の操作を行う場合は、従来のリモコン装置と同様に、赤外線のパルス信号列データを送出する。あるいは、プローブ光Ｐとは異なる波長の赤外線を送出し、画像表示装置３側でその赤外線を操作用の制御信号として受信することとしてもよい。

（位置検出装置２０の構成）
次に、図３を参照（適宜図１参照）して、第一の実施の形態である画像表示システム１における画像表示装置３内の位置検出装置２０の構成について説明する。図３は、位置検出装置２０の構成を示すブロック図である。図３に示したように位置検出装置２０は、光検出器２２を配列した光検出器アレイ２１と、照射位置検出部２４及び指示位置算出部２５を含んだ光信号検出処理手段２３とを備えて構成した。

光検出器アレイ２１は、光検出器２２を一列に複数配置して、位置指定装置１０から照射されるプローブ光（スリット拡散光）Ｐを検出するものである。ここでは、光検出器２２を一列配置した光検出器アレイ２１を１つ図示しているが、実際は、表示装置３０の左右の表示領域外に備えられている。なお、図示していないが、光検出器アレイ２１の前面（受光側）には、プローブ光Ｐの波長領域の光のみを透過させる光学フィルタを配置することが望ましい。これによって、プローブ光Ｐ以外の外光の影響を抑えることができる。

光検出器（光検出手段）２２は、プローブ光Ｐを検出して電気信号に変換するものである。例えば、フォトディテクタ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）等の受光素子を用いることができる。また、プローブ光Ｐとして、５００ｎｍ〜９００ｎｍの波長の光を使用する場合は、ＧａＡｓフォトダイオード、９００ｎｍ〜１５００ｎｍの波長（近赤外）の光を使用する場合は、ＩｎＧａＡｓフォトダイオード、さらに長波長（１５００ｎｍ超）の光を使用する場合は、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＩｎＳｂ等の光電素子を用いることができる。ここで電気信号に変換された信号は、光信号検出処理手段２３の照射位置検出部２４に出力される。

光信号検出処理手段２３は、照射位置検出部２４及び指示位置算出部２５を備え、光検出器アレイ２１の光検出器２２から入力されるプローブ光Ｐを電気信号に変換した信号の強度（光強度）に基づいて、リモコン装置２のビーム光Ｂで指し示された画面上の指定位置Ｔを算出するものである。

照射位置検出部（照射位置検出手段）２４は、光強度測定部（光強度測定手段）２４ａを備え、どの光検出器２２（２２_１〜２２_Ｎ）がプローブ光Ｐを照射されたかを光強度に基づいて検出するものである。光強度測定部２４ａは、光検出器２２から入力される電気信号に基づいて、個々の光検出器２２が照射された光の強度（光強度）を測定するものである。

この照射位置検出部２４では、光検出器アレイ２１毎に光強度が最も強かった光検出器２２の照射位置を検出する。この光検出器２２の照射位置及び光強度は、指示位置算出部２５に出力される。
なお、この照射位置検出部２４では、照射された光が隣合う光検出器２２にまたがり、その隣合った光検出器２２で検出された光強度がほぼ同等の場合等において、各光検出器２２の位置に予め光強度に応じた重み付けを行っておくことで、その重み付けに基づいて照射位置を求め、指示位置算出部２５に出力することも可能である。

指示位置算出部（指示位置算出手段）２５は、照射位置検出部２４から出力される光検出器２２の照射位置及び光強度に基づいて、画面上の指定位置Ｔを算出するものである。
なお、照射された光が隣合う光検出器２２にまたがり、その隣合った光検出器２２で検出された光強度がほぼ同等の場合等において、照射位置前後の複数個の光検出器２２で検出された光強度の和を照射位置における光強度とすることも可能である。

ここで、図４を参照（適宜図３参照）して、指示位置算出部２５が光検出器２２の照射位置及び光強度に基づいて、指定位置Ｔを算出する方法について説明する。図４に示すように、位置指定装置１０は、表示装置３０に対してビーム光Ｂ及びプローブ光Ｐを投射しているものとする。

ここで、表示装置３０の画面に対して横方向をｘ軸、縦方向をｙ軸とし、表示装置３０の左右に配置された個々の光検出器アレイ２１において光強度が最も強かった光検出器２２の照射位置がＬ（第一照射位置）及びＲ（第二照射位置）で、第一照射位置Ｌの座標が（ｘ_１，ｙ_１）、光強度がＩ_１、第二照射位置Ｒの座標が（ｘ_２，ｙ_２）、光強度がＩ_２であったとする。
このとき、ビーム光Ｂで指し示された指定位置Ｔの座標（ｘ，ｙ）は、（１）式で示した直線上に存在することになる。

ｙ＝｛（ｙ_２−ｙ_１）／（ｘ_２−ｘ_１）｝・ｘ＋ｙ_１ …（１）

一方、スリット状に広がったプローブ光Ｐの中心と周辺とで直線的に異なる光強度分布を持つ場合、α及びβ（α，β＞０）を既知の定数、ｌをプローブ光Ｐの中心からの距離とすると、光強度Ｉは（２）式で表現される。

Ｉ＝−αｌ＋β …（２）

すなわち、第一照射位置Ｌの光強度Ｉ_１及び第二照射位置Ｒの光強度Ｉ_２は、それぞれ（３）式及び（４）式となる。

Ｉ_１＝−αｌ_１＋β …（３）
Ｉ_２＝−αｌ_２＋β …（４）

指示位置算出部２５では、前記した（１）式、（３）式及び（４）式に基づいて、指定位置Ｔの座標（ｘ，ｙ）を（５）式及び（６）式のように算出することができる。

なお、前記（２）式、（３）式及び（４）式において、α及びβを既知の定数として説明したが、操作者が、操作をはじめる前に位置指定装置１０からのビーム光Ｂによって、例えば画面の中心位置等の特定場所を指示し、そのとき検出された第一照射位置Ｌの光強度Ｉ_１及び第二照射位置Ｒの光強度Ｉ_２を（３）式及び（４）式に代入することで、α及びβを予め得ることも可能である。

また、βはプローブ光Ｐの中心（指定位置Ｔ）における光強度に相当する。そこで、プローブ光Ｐの広がり角をφ、位置指定装置１０の光源（図示せず）の出力光強度をβ_０、位置指定装置１０から表示装置３０の画面までの距離をｄとすると、βを（７）式で表すことができる。

すなわち、位置指定装置１０の光源（図示せず）の出力光強度β_０を予め測定しておくことで、位置指定装置１０から表示装置３０の画面までの距離ｄを、（８）式で算出することができる。

さらに指示位置算出部２５では、プローブ光Ｐの傾き、すなわち位置指定装置１０の表示装置３０の画面に対する傾きθを、（９）式によって算出することもできる。

θ＝ｔａｎ^−１｛（ｙ_２−ｙ_１）／（ｘ_２−ｘ_１）｝ …（９）

以上、一実施形態に基づいて、画像表示システム１の構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ここでは、光検出器２２を一列に配列した光検出器アレイ２１を表示装置３０の左右の表示領域外に設置したが、表示装置３０の上下の表示領域外に設置する構成としてもよい。この場合、位置指定装置１０における波形整形部１２ｂ（図２）では、プローブ光（スリット拡散光）Ｐを垂直（縦）方向に拡散させるものとする。

さらに、光検出器アレイ２１は表示装置３０の上下左右のいずれか１つの表示領域外に、光検出器２２を二列に配列したものを設置する構成としてもよい。
例えば、図５に示すように、光検出器アレイ２１を、表示装置３０の左側の表示領域外に２つ配置し、光検出器２２を二列に並列に配列した構成において、スリット状に広がったプローブ光Ｐが、中心と周辺とで直線的に異なる光強度分布を持つ場合、α及びβ（α，β＞０）を既知の定数、ｌをプローブ光Ｐの中心（指定位置Ｔ）からの距離とすると、光強度Ｉは前記（２）式で表現される。

すなわち、第一照射位置Ｌの光強度Ｉ_１及び第二照射位置Ｒの光強度Ｉ_２は、それぞれ前記した（３）式及び前記（４）式と同様に表現される。
これにより、指示位置算出部２５（図３）では、前記した（３）式及び（４）式に基づいて、指定位置Ｔの座標（ｘ，ｙ）を（１０）式及び（１１）式のように算出することができる。

なお、（１０）式及び（１１）式におけるα及びβは、操作者が、操作をはじめる前に位置指定装置１０からのビーム光Ｂによって、例えば画面の中心位置等の特定場所を指示し、そのとき検出された第一照射位置Ｌの光強度Ｉ_１及び第二照射位置Ｒの光強度Ｉ_２を（３）式及び（４）式に代入することで、予め求めておくこととしてもよい。

また、位置指定装置１０の光源（図示せず）の出力光強度をβ_０、プローブ光Ｐの広がり角をφとすると、位置指定装置１０から表示装置３０の画面までの距離ｄを、前記（８）式で算出することができる。さらに、プローブ光Ｐの傾き、すなわち位置指定装置１０の表示装置３０の画面に対する傾きθを、前記（９）式によって算出することもできる。

（画像表示システム１の動作）
次に、図１、図３及び図６を参照して、画像表示システム１の動作について説明する。図６は、画像表示システム１の動作を示すフローチャートである。

＜光投射ステップ＞
まず、操作者が、リモコン装置２を表示装置３０に向け、投射ボタン（図示せず）を押下することで、位置指定装置１０からビーム光（位置指示光）Ｂとプローブ光（スリット拡散光）Ｐとが、表示装置３０の画面に投射される（ステップＳ１）。このビーム光Ｂは、操作者が所望する画面上の指定位置Ｔを視覚して指し示す可視光であり、プローブ光Ｐは、位置検出装置２０が指定位置Ｔを算出するために用いられる、中心と周辺とで異なる光強度分布を持つスリット状の不可視光である。

＜光検出ステップ＞
そして、位置検出装置２０の光検出器２２が、位置指定装置１０から投射されたプローブ光Ｐを受光（検出）する（ステップＳ２）。なお、ここでは、光検出器２２は、表示装置３０の左右の表示領域外に光検出器アレイ２１として一列に配置されているものとする。

＜照射位置検出ステップ＞
そして、位置検出装置２０の光強度測定部２４ａが、ステップＳ２で受光したプローブ光Ｐの各光検出器２２における光の強度（光強度）を測定する（ステップＳ３）。この光検出器２２における光強度を測定することで、照射位置検出部２４は、表示装置３０の左右に配置された光検出器アレイ２１毎に、光強度が最も強かった光検出器２２の位置（第一照射位置Ｌ及び第二照射位置Ｒ）を、プローブ光Ｐが照射された照射位置として特定する（ステップＳ４）。

＜指示位置算出ステップ＞
ステップＳ３で測定された光強度とステップＳ４で特定された光検出器２２の照射位置（第一照射位置Ｌ及び第二照射位置Ｒ）とに基づいて、指示位置算出部２５が、表示装置３０の画面上の指定位置Ｔを算出する（ステップＳ５）。この指定位置Ｔの算出は、前記した（５）式及び（６）式に基づいて行われる。

＜画像表示ステップ＞
ステップＳ５で算出された指定位置Ｔに基づいて、画像表示制御装置４０が画面の表示を制御する（ステップＳ６）。例えば、指示された位置がメニュー画面のボタンの場合は、そのボタンが選択されたものとして動作を行う。

以上の各ステップによって、位置指定装置１０から投射される可視光のビーム光Ｂを直接画面上に投射することで、操作者は画面上で指示したい位置を直接指し示すことが可能になると共に、位置検出装置２０によって、操作者によって指し示された指示位置Ｔを検出することができる。

なお、指示位置算出ステップ（ステップＳ５）で、位置指定装置１０から表示装置３０の画面までの距離や、位置指定装置１０の表示装置３０の画面に対する傾きを算出することで、画像表示ステップ（ステップＳ６）において、位置指定装置１０の距離に基づいて画像を拡大・縮小させたり、位置指定装置１０の傾きに基づいて画像を回転させたり等の種々の動作を行うことも可能である。

［第二の実施の形態］
次に、図７を参照して、参考例である第二の実施の形態に係る位置指定装置１０Ｂ及び位置検出装置２０Ｂを含んだ画像表示システム１Ｂについて説明する。図７は、画像表示システム１Ｂの構成を示した概略図である。図７に示したように画像表示システム１Ｂは、位置指定装置１０Ｂを備えたリモコン装置２Ｂ、光検出器２２を複数配列した光検出器アレイ２１と光信号検出処理手段２３Ｂとを備えた位置検出装置２０Ｂ、表示装置３０及び画像表示制御装置４０で構成されている。なお、画像表示装置３Ｂは、位置検出装置２０Ｂ、表示装置３０及び画像表示制御装置４０で構成されている。

この画像表示システム１Ｂは、位置検出装置２０Ｂによって、リモコン装置２Ｂから照射される可視光のビーム光Ｂで指し示される表示装置３０の画面上の指定位置Ｔを、ビーム光Ｂと同時に照射されるプローブ光（スリット拡散光）Ｐ１及びＰ２から算出し、その指定位置Ｔに基づいて画像表示の制御を行うものである。

リモコン装置２Ｂは、位置指定装置１０Ｂを備え、表示装置３０における画面上の任意の位置を指し示すと共に、操作者が画像表示装置３に対して、操作を指示するものである。この位置指定装置１０は、可視光のビーム光Ｂと、そのビーム光Ｂを中心に交差（クロス）した２つのスリット状の拡散光であるプローブ光Ｐ１及びＰ２とを投射するものである。

位置指定装置１０Ｂは、図８に示すように、位置指定装置１０（図２）の波形整形部１２ｂを、十字にクロスしたスリット拡散光を生成するように機能を変更した波形整形部１２Ｂｂとすることで実現することができる。この波形整形部１２Ｂｂは、例えば、第二光源部１２ａから出力された光を光学的に二分配し、それぞれの光を集光方向の異なる２つのシリンドリカルレンズに通すことで、スリット状の拡散光を生成し、これら２つの拡散光の光軸を合わせて投射することで、２つの交差した拡散光（スリット拡散光）を生成することができる。あるいは、入力された光を十字の干渉縞として整形するホログラム回折光学素子を用いて、十字にクロスしたスリット拡散光を生成することもできる。

画像表示装置３Ｂは、位置検出装置２０Ｂ、表示装置３０及び画像表示制御装置４０を備え、リモコン装置２Ｂから照射されるプローブ光Ｐ１及びＰ２に基づいて、操作者がリモコン装置２Ｂのビーム光Ｂで指し示した位置を検出すると共に、操作者が所望する画像を表示するものである。表示装置３０及び画像表示制御装置４０は、図１に示したものと同一であるので、説明を省略する。

位置検出装置２０Ｂは、表示装置３０の上下左右の表示領域外に複数の光検出器２２を配列した光検出器アレイ２１と光信号検出処理手段２３Ｂとを備え、リモコン装置２Ｂから出射されるプローブ光Ｐ１及びＰ２に基づいて、操作者がリモコン装置２Ｂのビーム光Ｂで指し示す画面上の指定位置Ｔを検出するものである。

光信号検出処理手段２３Ｂについては、図３及び図７を参照して説明を行う。
光信号検出処理手段２３Ｂは、図３に示すように光信号検出処理手段２３の構成において、照射位置検出部２４及び指示位置算出部２５を、それぞれ機能を変更した照射位置検出部２４Ｂ及び指示位置算出部２５Ｂとすることで実現することができる。

照射位置検出部２４Ｂは、表示装置３０の上下左右の表示領域外に設置された４つの光検出器アレイ２１毎に光強度が最も強かった光検出器２２の照射位置を検出する。この光検出器２２の照射位置及び光強度は、指示位置算出部２５Ｂに出力される。

指示位置算出部２５Ｂは、照射位置検出部２４Ｂから出力される光検出器２２の照射位置に基づいて、画面上の指定位置Ｔを算出するものである。また、指示位置算出部２５Ｂは、照射位置検出部２４Ｂから出力される光検出器２２の光強度に基づいて、位置指定装置１０Ｂから表示装置３０の画面までの距離を算出するものでもある。

ここで、図９を参照（適宜図３参照）して、指示位置算出部２５Ｂがプローブ光Ｐ１及びＰ２を受光した光検出器２２の位置に基づいて、指定位置Ｔを算出する方法について説明する。図９に示すように、位置指定装置１０Ｂは、表示装置３０に対してビーム光Ｂとプローブ光Ｐ１及びＰ２とを投射しているものとする。

ここで、表示装置３０の画面に対して横方向をｘ軸、縦方向をｙ軸とし、表示装置３０の上下左右に配置された個々の光検出器アレイ２１毎に光強度が最も強かった光検出器２２の照射位置がＬ（第一照射位置）、Ｒ（第二照射位置）、Ｕ（第三照射位置）及びＤ（第四照射位置）で、第一照射位置Ｌの座標が（ｘ_１，ｙ_１）、第二照射位置Ｒの座標が（ｘ_２，ｙ_２）、第三照射位置Ｕの座標が（ｘ_３，ｙ_３）、第四照射位置Ｄの座標が（ｘ_４，ｙ_４）であったとする。

このとき、ビーム光Ｂで指し示された指定位置Ｔの座標（ｘ，ｙ）は、（１２）式で示した第一照射位置Ｌと第二照射位置Ｒとを結んだ直線と、（１３）式で示した第三照射位置Ｕと第四照射位置Ｄとを結んだ直線との交点となる。

ｙ＝｛（ｙ_２−ｙ_１）／（ｘ_２−ｘ_１）｝・ｘ
＋ｙ_１−｛（ｙ_２−ｙ_１）／（ｘ_２−ｘ_１）｝・ｘ_１ …（１２）
ｙ＝｛（ｙ_４−ｙ_３）／（ｘ_４−ｘ_３）｝・ｘ
＋ｙ_３−｛（ｙ_４−ｙ_３）／（ｘ_４−ｘ_３）｝・ｘ_３ …（１３）

すなわち、指定位置Ｔの座標（ｘ，ｙ）は、（１４）式及び（１５）式で求めることができる。

このように、位置検出装置２０Ｂは、指定位置Ｔの算出においてプローブ光Ｐ１及びＰ２の光強度分布を考慮する必要がないため、外乱の影響を受けにくく光検出器２２の数を増やすことで、位置検出の精度を高めることができる。

また、指示位置算出部２５Ｂでは、前記した（１４）式及び（１５）式によって、指定位置Ｔの座標（ｘ，ｙ）が求められるため、さらに、第一照射位置Ｌと指定位置Ｔとの距離ｌ_Ｌ及び第二照射位置Ｒと指定位置Ｔとの距離ｌ_Ｒを、（１６）式及び（１７）式で求めることもできる。

また、スリット状に広がったプローブ光Ｐが、中心と周辺とで直線的に異なる光強度分布を持つ場合、α及びβ（α，β＞０）を既知の定数、ｌをプローブ光Ｐの中心（指定位置Ｔ）からの距離とすると、光強度Ｉは前記（２）式で表現されることから、第一照射位置Ｌの光強度Ｉ_Ｌ及び第二照射位置Ｒの光強度Ｉ_Ｒは、それぞれ（１８）式及び（１９）式となる。なお、この（１８）式及び（１９）式により、βは（２０）式となる。

Ｉ_Ｌ＝−αｌ_Ｌ＋β …（１８）
Ｉ_Ｒ＝−αｌ_Ｒ＋β …（１９）

ここで、プローブ光Ｐの広がり角をφ、位置指定装置１０Ｂの光源（図示せず）の出力光強度をβ_０、位置指定装置１０Ｂから表示装置３０の画面までの距離をｄとすると、βは前記（７）式で表現されることから、出力光強度β_０を予め測定しておくことで、位置指定装置１０Ｂから表示装置３０の画面までの距離ｄを、（２１）式で算出することができる。

なお、位置指定装置１０Ｂの表示装置３０の画面に対する傾きは、図４で説明した方法と同様に算出することができる。

以上、一実施形態に基づいて、画像表示システム１Ｂの構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ここでは、光検出器２２を一列に配列した光検出器アレイ２１を表示装置３０の上下左右の表示領域外に設置したが、表示装置３０の上下いずれか一方及び左右いずれか一方の表示領域外に、光検出器２２を二列に並列に配列したものを設置する構成としてもよい。

例えば、図１０に示したように、光検出器アレイ２１を、表示装置３０の左側及び下側の表示領域外にそれぞれ２つ配置し、光検出器２２を二列に並列に配列した構成において、第一照射位置Ｌと第二照射位置Ｒとを結んだ直線と、第三照射位置Ｕと第四照射位置Ｄとを結んだ直線との交点として、前記した（１４）式及び（１５）式によって指示位置Ｔを算出することができる。

さらに、第一照射位置Ｌと指定位置Ｔとの距離ｌ_Ｌ及び第二照射位置Ｒと指定位置Ｔとの距離ｌ_Ｒも、前記した（１６）式及び（１７）式で算出することができる。

また、スリット状に広がったプローブ光Ｐが、中心と周辺とで直線的に異なる光強度分布を持つ場合、プローブ光Ｐの広がり角をφ、位置指定装置１０Ｂの光源（図示せず）の出力光強度をβ_０、位置指定装置１０Ｂから表示装置３０の画面までの距離をｄとすると、βは前記（７）式で表現されることから、出力光強度β_０を予め測定しておくことで、位置指定装置１０Ｂから表示装置３０の画面までの距離ｄを、前記した（８）式で算出することができる。なお、位置指定装置１０Ｂの表示装置３０の画面に対する傾きは、図４で説明した方法と同様に算出することができる。

（画像表示システム１Ｂの動作）
次に、図３、図７及び図１１を参照して、画像表示システム１Ｂの動作について説明する。図１１は、画像表示システム１Ｂの動作を示すフローチャートである。

＜光投射ステップ＞
まず、操作者が、リモコン装置２Ｂを表示装置３０に向け、投射ボタン（図示せず）を押下することで、位置指定装置１０Ｂからビーム光（位置指示光）Ｂと十字にクロスしたプローブ光（スリット拡散光）Ｐ１及びＰ２とが、表示装置３０の画面に投射される（ステップＳ１１）。

＜光検出ステップ＞
そして、位置検出装置２０Ｂの光検出器２２が、位置指定装置１０Ｂから投射されたプローブ光Ｐ１及びＰ２を受光（検出）する（ステップＳ１２）。なお、ここでは、光検出器２２は、表示装置３０の上下左右の表示領域外に光検出器アレイ２１として一列に配置されているものとする。

＜照射位置検出ステップ＞
そして、位置検出装置２０Ｂの光強度測定部２４ａが、ステップＳ１２で受光したプローブ光Ｐ１及びＰ２の各光検出器２２における光の強度（光強度）を測定する（ステップＳ１３）。この光検出器２２における光強度を測定することで、照射位置検出部２４Ｂは、表示装置３０の上下左右に配置された光検出器アレイ２１毎に、光強度が最も強かった光検出器２２の位置（第一照射位置Ｌ、第二照射位置Ｒ、第三照射位置Ｕ及び第四照射位置Ｄ）を、プローブ光Ｐ１及びＰ２が照射された照射位置として特定する（ステップＳ１４）。

＜指示位置算出ステップ＞
そして、指示位置算出部２５Ｂが、ステップＳ１４で特定された光検出器２２の照射位置である第一照射位置Ｌと第二照射位置Ｒとを結んだ直線と、第三照射位置Ｕと第四照射位置Ｄとを結んだ直線との交点を、表示装置３０の画面上の指定位置Ｔとして算出する（ステップＳ１５）。この指定位置Ｔの算出は、前記した（１４）式及び（１５）式に基づいて行われる。

＜画像表示ステップ＞
ステップＳ１５で算出された指定位置Ｔに基づいて、画像表示制御装置４０が画面の表示を制御する（ステップＳ１６）。例えば、指示された位置がメニュー画面のボタンの場合は、そのボタンが選択されたものとして動作を行う。

［第三の実施の形態］
次に、図１２を参照して、本発明における第三の実施の形態に係る位置指定装置１０Ｃ及び位置検出装置２０Ｃを含んだ画像表示システム１Ｃについて説明する。図１２は、画像表示システム１Ｃの構成を示した概略図である。図１２に示したように画像表示システム１Ｃは、位置指定装置１０Ｃを備えたリモコン装置２Ｃ、光検出器２２を複数配列した光検出器アレイ２１と光信号検出処理手段２３Ｃとを備えた位置検出装置２０Ｃ、表示装置３０及び画像表示制御装置４０で構成されている。なお、画像表示装置３Ｃは、位置検出装置２０Ｃ、表示装置３０及び画像表示制御装置４０で構成されている。

この画像表示システム１Ｃは、位置検出装置２０Ｃによって、リモコン装置２Ｃから照射される可視光のビーム光Ｂで指し示される表示装置３０の画面上の指定位置Ｔを、ビーム光Ｂと同時に照射されるプローブ光（スリット拡散光）Ｐ１及びＰ２から算出し、その指定位置Ｔに基づいて画像表示の制御を行うものである。表示装置３０及び画像表示制御装置４０は、図１に示したものと同一であるので、説明を省略する。

（位置指定装置１０Ｃの構成）
ここで図１３を参照（適宜図１２参照）して、第三の実施の形態である画像表示システム１Ｃにおけるリモコン装置２Ｃ内の位置指定装置１０Ｃの構成について説明する。図１３は、位置指定装置１０Ｃの構成を示すブロック図である。図１３に示したように位置指定装置１０Ｃは、第一光投射手段１１と、第二光投射手段１２Ｃと、光合成投射手段１３と、強度変調手段１４とを備えて構成した。第一光出射手段１１及び光合成投射手段１３は図２で説明したものと同じものであり、第二光出射手段１２Ｃの波形整形部１２Ｂｂは図８で説明したものと同じものであるので、ここでは説明を省略する。

第二光源部１２Ｃａは、後記する強度変調手段１４から出力される強度変調信号に基づいて、光強度を時間に伴って変化させた不可視光を出力する光源である。この第二光源部１２Ｃａは、例えばレーザダイオード、発光ダイオード等で、赤外線等の不可視光を出力するものとする。この第二光源部１２Ｃａから出力された不可視光は波形整形部１２Ｂｂに入力される。

強度変調手段１４は、時間に伴って異なる強さの強度変調信号を生成するものである。例えば、既知の正弦波発生回路等によって、正弦波の位相に応じた強度の信号（強度変調信号）を生成する。ここで生成された強度変調信号は第二光源部１２Ｃａに入力される。
このように位置指定装置１０Ｃを構成することで、プローブ光Ｐ１及びＰ２の位相を変化させることができる。

（位置検出装置２０Ｃの構成）
次に、図１４を参照（適宜図１２参照）して、第三の実施の形態である画像表示システム１Ｃにおける画像表示装置３Ｃ内の位置検出装置２０Ｃの構成について説明する。図１４は、位置検出装置２０Ｃの構成を示すブロック図である。図１４に示したように位置検出装置２０Ｃは、光検出器２２を配列した光検出器アレイ２１と、照射位置検出部２４Ｃ及び指示位置算出部２５Ｃを含んだ光信号検出処理手段２３Ｃとを備えて構成した。位相検出部２４ｂ及び指示位置算出部２５Ｃ以外の構成は、図３と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。

位相検出部（位相検出手段）２４ｂは、光検出器２２で検出されたプローブ光Ｐ１及びＰ２の位相を検出するものである。この位相検出部２４ｂでは、光強度測定部２４ａで光検出器アレイ２１毎に光強度が最も強かった光検出器２２で検出された信号の位相を検出する。例えば、図１２においては、プローブ光Ｐ１及びＰ２が照射されている第一照射位置Ｌ、第二照射位置Ｒ、第三照射位置Ｕ及び第四照射位置Ｄにおける信号の位相を検出する。ここで検出された位相は、指示位置算出部２５Ｃに出力される。

指示位置算出部（指示位置算出手段）２５Ｃは、照射位置検出部２４Ｃから出力される光検出器２２の照射位置と、位相検出部２４ｂで検出された照射位置の位相とに基づいて、画面上の指定位置Ｔ及び位置指定装置１０Ｃの位置を算出するものである。

ここで、図１５を参照（適宜図１４参照）して、指示位置算出部２５Ｃが光検出器２２の照射位置及びその照射位置における位相に基づいて、位置指定装置１０Ｃの位置（三次元位置）を算出する方法について説明する。

ここで、表示装置３０の画面に対して横方向をｘ軸、縦方向をｙ軸、そのｘｙ平面に対して垂直方向をｄ軸とし、表示装置３０の上下左右に配置された個々の光検出器アレイ２１毎に光強度が最も強かった光検出器２２の照射位置がＬ（第一照射位置）、Ｒ（第二照射位置）、Ｕ（第三照射位置）及びＤ（第四照射位置）で、それぞれの座標が（ｘ_１，ｙ_１）、（ｘ_２，ｙ_２）、（ｘ_３，ｙ_３）及び（ｘ_４，ｙ_４）であったとする。さらに、それぞれの照射位置（Ｌ、Ｒ、Ｕ及びＤ）で検出した位相がθ_１、θ_２、θ_３及びθ_４であったとする。

このとき、それぞれの照射位置（Ｌ、Ｒ、Ｕ及びＤ）から位置指定装置１０Ｃまでの距離ｄ１、ｄ２、ｄ３及びｄ４は、以下の（２２）〜（２５）式で求められる。なお、ｃは光速度、ｆはプローブ光Ｐ１及びＰ２の強度変調周波数である。

ｄ_１＝θ_１・ｃ／（２πｆ） …（２２）
ｄ_２＝θ_２・ｃ／（２πｆ） …（２３）
ｄ_３＝θ_３・ｃ／（２πｆ） …（２４）
ｄ_４＝θ_４・ｃ／（２πｆ） …（２５）

さらに、位置指定装置１０Ｃの位置をＯ（ｘ_０，ｙ_０，ｄ_０）とすると、以下の（２６）〜（２９）式の関係が成り立つ。

（ｘ_０−ｘ_１）^２＋（ｙ_０−ｙ_１）^２＋ｄ_０ ^２＝ｄ_１ ^２ …（２６）
（ｘ_０−ｘ_２）^２＋（ｙ_０−ｙ_２）^２＋ｄ_０ ^２＝ｄ_２ ^２ …（２７）
（ｘ_０−ｘ_３）^２＋（ｙ_０−ｙ_３）^２＋ｄ_０ ^２＝ｄ_３ ^２ …（２８）
（ｘ_０−ｘ_４）^２＋（ｙ_０−ｙ_４）^２＋ｄ_０ ^２＝ｄ_４ ^２ …（２９）

指示位置算出部２５Ｃでは、前記した（２６）〜（２９）式に基づいて、位置指定装置１０Ｃの位置Ｏ（ｘ_０，ｙ_０，ｄ_０）を（３０）〜（３２）式で算出することができる。

なお、指定位置Ｔや位置指定装置１０Ｃの表示装置３０の画面に対する傾きは、図４及び図９で説明した方法で算出することができる。

以上、説明したように、位置検出装置２０Ｃは、スリット状の拡散光であるプローブ光Ｐ１及びＰ２の光強度分布を考慮することなく、位置指定装置１０Ｃの位置Ｏを求めることができる。このように、位置検出装置２０Ｃは、外光等によって変化を受けやすい光強度分布を用いないため、高精度に位置指定装置１０Ｃの位置Ｏを求めることが可能になる。

また、位置検出装置２０Ｃは、位置指定装置１０Ｃの三次元の位置を検出することができるため、位置指定装置１０Ｃを含んだリモコン装置２Ｃ（図１２）の前後、左右又は上下の動きに応じて、表示装置３０の画面に表示された画像を切り替える等のアプリケーションを容易に構築することができる。

［第四の実施の形態］
次に、図１６を参照して、本発明における第四の実施の形態に係る位置検出装置２０Ｄの構成について説明する。前記した第一乃至第三の実施の形態（図１、図７及び図１２）において、光検出器２２は、光を検出して電気信号に変換する、例えばフォトディテクタ等の受光素子を用いることとして説明を行ったが、マイクロレンズを用いることとしてもよい。図１６は、マイクロレンズを用いた位置検出装置２０Ｄの構成を示すブロック図である。

図１６に示したように位置検出装置２０Ｄは、マイクロレンズ２２Ｂを配列したマイクロレンズアレイ２１Ｂと、照射位置検出部２４、指示位置算出部２５及び光電変換部２６を含んだ光信号検出処理手段２３Ｄとを備えて構成した。照射位置検出部２４及び指示位置算出部２５は、図３で説明したものと同一であるので説明を省略する。

マイクロレンズアレイ２１Ｂは、マイクロレンズ２２Ｂを一列に複数配置して、位置指定装置１０（１０Ｂ、１０Ｃ）（図１、図７及び図１２）から照射されるプローブ光（スリット拡散光）を検出するものである。

マイクロレンズ２２Ｂは、数μｍから数ｍｍ程度の大きさの微小なレンズであり、光を検出する光検出手段としての役割を果たすものである。このマイクロレンズ２２Ｂで受光した光は、光ファイバＦを介して光電変換部２６に入力される。

光電変換部２６は、リニアセンサ、二次元センサ等で構成され、光ファイバＦを介して入力される光信号を電気信号に変換するものである。例えば、既存のＣＣＤを用いた一次元センサ（ＣＣＤラインセンサ）や、二次元センサ（ＣＣＤエリアセンサ）等を使用することができる。特に二次元センサを使用した場合は、照射位置検出部２４及び指示位置算出部２５は、受光し電気信号に変換された信号を二次元の画像とみなし、照射位置及び指示位置を特定することができる。
このように、位置検出装置２０Ｄは、既存のＣＣＤ等の一次元センサや二次元センサを使用することができるため、低コストで構築することができる。

［第五の実施の形態］
次に、図１７を参照して、本発明における第五の実施の形態に係る位置検出装置２０Ｅの構成について説明する。前記した第四の実施の形態（図１６）において、光電変換部２６として、既存のＣＣＤ等の一次元センサや二次元センサを用いた例について説明したが、蓄積型の一次元センサや二次元センサ（例えば、蓄積型ＣＣＤ）を用いることも可能である。この場合、蓄積型ＣＣＤ等では露出時間が長いため、図１３で説明した位置指定装置１０Ｃから出力される強度変調されたプローブ光の位相を検出することができない。

そこで、位置検出装置２０Ｅは、図１７に示したように、マイクロレンズ２２Ｂを配列したマイクロレンズアレイ２１Ｂと、照射位置検出部２４、指示位置算出部２５、光電変換部２６Ｅ及び信号抽出部２７を含んだ光信号検出処理手段２３Ｅとを備えて構成した。光電変換部２６Ｅ及び信号抽出部２７以外の構成は、図３と同一のものであるので同一の符号を付し説明を省略する。

光電変換部２６Ｅは、蓄積型の二次元センサ等で構成され、光信号を電気信号に変換するものである。この光電変換部２６Ｅは、例えば蓄積型ＣＣＤを用いることで、露光時間を長くすることができるため、受光した光量を上げて感度を高めることができる。

信号抽出部２７は、光ファイバＦを介して入力される光信号を特定の時間間隔でサンプリング（抽出）するものである。この信号抽出部２７は、例えば、光速サンプリング素子として、高速ゲート付イメージインテンシファイアを用いることができる。

ここで、図１８を参照（適宜図１３、図１７参照）して、位置検出装置２０Ｅが光検出器（マイクロレンズ２２Ｂ）から位置指定装置１０Ｃまでの距離を算出する方法について説明する。図１８は、位置指定装置１０Ｃから照射される強度変調されたプローブ光の時間と光強度（受光強度）の関係を示したグラフである。Ｉは最大受光強度を示し、Ｔは周期を示している。

マイクロレンズ２２Ｂから位置指定装置１０Ｃまでの距離をｄ、マイクロレンズ２２Ｂで受光したプローブ光の受光強度をＩ_ｄとしたとき、ある時間ｔにおける受光強度Ｉ_ｄが（３３）式で表されるものとする。なお、ｆは強度変調周波数、ｃは光速度を表す。

Ｉ_ｄ＝Ｉ・ｓｉｎ^２｛２πｆ（ｔ＋ｄ／ｃ）｝ …（３３）

ここで、信号抽出部２７の第一サンプリング時間をｔ_１、第二サンプリング時間をｔ_２＝ｔ_１＋Ｔ／２とする。このとき、第一サンプリング時間ｔ_１及び第二サンプリング時間ｔ_２で受光したプローブ光の受光強度Ｉ_１及びＩ_２は、（３４）式及び（３５）式で表すことができる。

Ｉ_１＝Ｉ・ｓｉｎ^２｛２πｆ（ｔ_１＋ｄ／ｃ）｝ …（３４）
Ｉ_２＝Ｉ・ｓｉｎ^２｛２πｆ（ｔ_２＋ｄ／ｃ）｝
＝Ｉ・ｓｉｎ^２｛２πｆ（ｔ_１＋Ｔ／２＋ｄ／ｃ）｝ …（３５）

また、最大受光強度Ｉは、（３６）式により求めることができる。

Ｉ＝Ｉ_１＋Ｉ_２ …（３６）

さらに、マイクロレンズ２２Ｂから位置指定装置１０Ｃまでの距離ｄは、（３７）式により算出することができる。

Ｉ_１／Ｉ_２＝ｔａｎ^２｛２πｆ（ｔ_１＋ｄ／ｃ）｝ …（３７）

以上、説明したように位置検出装置２０Ｅは、外光等によって変化を受けやすい光強度分布を用いないため、高精度に位置指定装置１０Ｃの位置を求めることが可能になる。さらに、光電変換部２６Ｅとして蓄積型ＣＣＤを使用することができるため、受光感度を高めることができる。

［位置指定装置及び位置検出装置の利用例］
次に、図１９及び図２０を参照して、本発明に係る位置指定装置及び位置検出装置の利用例について説明する。
図１９は、テレビ受像機、コンピュータディスプレイ等に本発明を適用した例を示す図である。図１９（ａ）は、操作者Ｍが、位置指定装置（図示せず）を備えたリモコン装置２によって、位置検出装置（図示せず）を備えた画像表示装置３（テレビ受像機、コンピュータディスプレイ等）を操作している状態を示す模式図である。図１９（ｂ）は、操作者Ｍが、位置指定装置１０を備えたメガネ４によって、位置検出装置（図示せず）を備えた画像表示装置３を操作している状態を示す模式図である。

図１９（ａ）に示すように、操作者Ｍは、画像表示装置３の画面に表示されたメニュー画面等のボタンを、直接リモコン装置２から投射されるビーム光によって指し示すことができる。これによって、従来、上下左右の方向キーを数回押下して決定ボタンを押下することで所望のボタン位置を選択していたところを、所望のボタン位置にビーム光を照射させて決定キーを押下するだけで所望のボタン位置を選択することが可能になり、操作性を向上させることができる。

さらに、画面上にカーソルが表示されて位置を特定する場合であっても、カーソル位置をビーム光に合わせて動作させることができる。これによって、従来、マウス等の入力手段を適当な量だけ移動させることでカーソルの移動を行っていたところを、直接リモコン装置２のビーム光によって移動させることが可能になる。

また、図１９（ｂ）に示すように、位置指定装置１０を備えたメガネ４を装着した操作者Ｍが、画像表示装置３の画面の方向を向き、メニュー画面の所望のボタン位置にビーム光を一定時間照射することで、ボタンを選択することができる。これによって、例えば、手の障害等でリモコン装置２（図１９（ａ））を操作することができない人に対しても、画像表示装置３の操作手段を提供することができる。

さらに、コンピュータディスプレイで位置指定装置１０を備えたメガネ４を使用すれば、キーボードから手を離すことなくカーソルの動作等の画面操作を行うことが可能になり、操作性を向上させることができる。

図２０は、表示画像の中から、詳細に見たい部分を拡大することが可能なバーチャルスコープに本発明を適用した例を示す図である。図２０（ａ）は、バーチャルスコープに使用する表示画像の拡大領域を指定する虫メガネＳＣの構成を示す概略図である。図２０（ｂ−１）、（ｂ−２）は、虫メガネＳＣの位置に基づいて、画像が拡大される様子を示す概念図である。なお、バーチャルスコープは、「深谷、三ッ峰、井上、“バーチャルスコープ”、第７回画像センシングシンポジウム講演論文集、ｐｐ．２１１−２１４、２００１」等に開示されている。

図２０（ａ）に示すように、バーチャルスコープに使用する虫メガネＳＣは、内部に位置指定装置１０を備えている。なお、この位置指定装置１０から照射されるビーム光Ｂは、一点を照射するものではなく、矩形領域を照射するレーザ光を用いる。この場合、レーザ光で照射された画面上における矩形領域の各頂点の座標は、矩形領域の中心の照射位置に対して、虫メガネＳＣと画面との距離及びレーザ光の投射角度に基づいて演算を行うことで容易に算出することができる。

また、図２０（ｂ−１）に示すように、画面Ｇからｄ１だけ離れた位置から、虫メガネＳＣのビーム光Ｂを画面Ｇに対して照射することで、ビーム光Ｂによって画面Ｇ上に照射された矩形領域ｇ１の画像が拡大表示（拡大画像Ｅ１）される。この拡大画像Ｅ１は、画面Ｇが切り替わって表示されることとしてもよいし、別の表示装置に表示されることとしてもよい。

図２０（ｂ−２）は、図２０（ｂ−１）における距離ｄ１をさらに離した状態（距離ｄ２：ｄ１＜ｄ２）を表している。このように、ｄ１より遠い位置に虫メガネＳＣを配置することで、画面Ｇに照射される矩形領域ｇ２は、図２０（ｂ−１）の矩形領域ｇ１よりも大きくなるため、拡大表示された拡大画像Ｅ２は、図２０（ｂ−１）の拡大画像Ｅ１よりも拡大率が小さくなる。

このように、本発明に係る位置指定装置及び位置検出装置は、テレビ受像機等のリモコン装置としての利用、コンピュータにおけるマウス等の入力装置としての利用、バーチャルスコープとしての利用等、表示画面を持つ種々の装置において応用することが可能である。

参考例である第一の実施の形態に係る位置指定装置及び位置検出装置を含んだ画像表示システムの構成を示した概略図である。 参考例である第一の実施の形態に係る位置指定装置の構成を示すブロック図である。 参考例である第一の実施の形態に係る位置検出装置の構成を示すブロック図である。 光検出器を画面の左右の表示領域外に配置したときの、指定位置を算出する方法を説明するための説明図である。 光検出器を画面の一方（左側）の表示領域外に並列に配置したときの、指定位置を算出する方法を説明するための説明図である。 参考例である第一の実施の形態に係る位置指定装置及び位置検出装置を含んだ画像表示システムの動作を示すフローチャートである。 参考例である第二の実施の形態に係る位置指定装置及び位置検出装置を含んだ画像表示システムの構成を示した概略図である。 参考例である第二の実施の形態に係る位置指定装置の構成を示すブロック図である。 光検出器を画面の上下左右の表示領域外に配置したときの、指定位置を算出する方法を説明するための説明図である。 光検出器を画面の左側及び下側の表示領域外にそれぞれ並列に配置したときの、指定位置を算出する方法を説明するための説明図である。 参考例である第二の実施の形態に係る位置指定装置及び位置検出装置を含んだ画像表示システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の第三の実施の形態に係る位置指定装置及び位置検出装置を含んだ画像表示システムの構成を示した概略図である。 本発明の第三の実施の形態に係る位置指定装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第三の実施の形態に係る位置検出装置の構成を示すブロック図である。 照射位置及び位相に基づいて、光検出器から位相指定装置までの距離を算出する方法を説明するための説明図である。 本発明の第四の実施の形態に係る位置検出装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第五の実施の形態に係る位置検出装置の構成を示すブロック図である。 光検出器から位置指定装置までの距離を算出する方法を説明するための説明図である。 （ａ）本発明の位置指定装置及び位置検出装置をテレビ受像機に適用した場合の例を示す図である。 （ｂ）本発明の位置指定装置をメガネに適用した場合の例を示す図である。 （ａ）本発明の位置指定装置を適用するバーチャルスコープの全体図である。（ｂ）本発明の位置指定装置を適用したバーチャルスコープの動作の概念を示す概念図である。

符号の説明

１、１Ｂ、１Ｃ ……画像表示システム
２、２Ｂ、２Ｃ ……リモコン装置
３、３Ｂ、３Ｃ ……画像表示装置
１０、１０Ｂ、１０Ｃ ……位置指定装置
１１ ……第一光投射手段
１２、１２Ｃ ……第二光投射手段
１３ ……光合成投射手段
１４ ……強度変調手段
２０、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ
……位置検出装置
２１ ……光検出器アレイ
２２ ……光検出器（光検出手段）
２３、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ、２３Ｅ
……光信号検出処理手段
２４、２４Ｂ、２４Ｃ ……照射位置検出部（照射位置検出手段）
２４ａ ……光強度測定部（光強度測定手段）
２４ｂ ……位相検出部（位相検出手段）
２５、２５Ｂ、２５Ｃ ……指示位置算出部（指示位置算出手段）
２６、２６Ｅ ……光電変換部
２７ ……信号抽出部
３０ ……表示装置
４０ ……画像表示制御装置

Claims (3)

1. 画面上の任意の位置を位置指示光により指し示す位置指定装置から、前記位置指示光を中心として拡散方向が異なり、かつ、時間に伴って光強度が変調された２つのスリット拡散光を照射されることで、前記位置指示光により指し示された画面上の指示位置及び前記位置指定装置の三次元位置を検出する位置検出装置であって、
   前記画面の表示領域外に配置され、前記スリット拡散光を検出する複数の光検出手段と、
   前記スリット拡散光を検出した前記光検出手段の照射位置を検出する照射位置検出手段と、
   前記スリット拡散光の位相を検出する位相検出手段と、
   前記照射位置検出手段で検出された前記光検出手段の照射位置に基づいて、前記スリット拡散光の交点を、前記指示位置として算出するとともに、前記照射位置検出手段で検出された前記光検出手段の照射位置と、前記位相検出手段で検出された当該照射位置における位相とに基づいて、当該指示位置を前記位置指示光により指し示す前記位置指定装置の三次元位置を算出する指示位置算出手段と、
   を備えていることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記光検出手段は、前記画像表示装置の表示領域外である画面の左右及び／又は上下に各一列づつ配置されていることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記光検出手段は、前記画像表示装置の表示領域外である画面の左側、右側、上部又は下部の少なくとも一箇所に並列して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。

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