JP2013038626A - 撮像装置およびプロジェクター - Google Patents

Abstract

【課題】赤外線および可視光による撮像が可能な撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像装置４は、投写面を撮像する撮像素子４１と、赤外線の透過率が可視光の透過率より高い光学フィルター４４と、可視光の透過率が光学フィルター４４より高い可視光透過部材４５と、撮像素子４１に入射する光の光路上に光学フィルター４４を配置する第１状態と光路上に可視光透過部材４５を配置する第２状態とを切り替える切替部５と、を備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、撮像装置、およびプロジェクターに関する。

従来、光源から射出される光を画像情報に応じて変調し、スクリーン等の投写面に拡大投写するプロジェクターが知られている。近年、プロジェクターにより投影される画像に対して、図形や文字等を重ねて表示できるように構成された技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のプロジェクターは、撮像装置を備え、先端から赤外線を射出するポインティングデバイス、並びに、画像出力装置および画像解析装置を兼ねるＰＣ（Personal Computer）と組み合わされることで、インタラクティブホワイトボードシステムとなる表示システムを構成している。撮像装置は、外装筐体の開口部内に配置されるカメラを有し、この開口部は、赤外線を透過するカバーによって閉塞されている。カメラは、投写面上で操作されたポインティングデバイスから射出される赤外線を検出する。そして、プロジェクターは、ポインティングデバイスの軌跡に応じた図形等を元の画像に重ねて投影可能に構成されている。

特開２０１１−２６５０号公報

特許文献１には、赤外線を透過するカバーについて詳細に説明されていないが、カメラがポインティングデバイスから発せられる赤外線以外の光を受光して誤認識しないよう、赤外線以外の可視光等の波長をカットする部材が採用されていることが考えられる。
これによって、特許文献１に記載のプロジェクターは、カメラがポインティングデバイスから発せられる赤外線を検出して元の画像に重ねて投影できるとはいうものの、赤外線以外の可視光による撮像が困難に構成されている。これにより、特許文献１に記載のプロジェクターは、カメラが投写面に投写された画像を撮像することが困難なため、投写面に投写される画像に基づいて加工を施すことができないという課題がある。例えば、投写面上におけるポインティングデバイスの位置を合わせる（キャリブレーション）ための調整用パターンや、投写される画像の歪をカメラが撮像できないため、キャリブレーションや画像の歪補正を自動でできず、プロジェクターの操作が煩雑になるという課題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る撮像装置は、被写体を撮像する撮像素子と、赤外領域の透過率が可視光領域の透過率より高い光学フィルターと、可視光領域の透過率が前記光学フィルターの前記可視光領域の透過率より高い可視光透過部材と、前記撮像素子に入射する光の光路上に前記光学フィルターを配置する第１状態と前記光路上に前記可視光透過部材を配置する第２状態とを切り替える切替部と、を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、撮像装置は、光学フィルターおよび可視光透過部材を備え、切替部によって光学フィルターが撮像素子に入射する光の光路上に配置される第１状態と、可視光透過部材が光路上に配置される第２状態とが切り替えられるように構成されている。これによって、撮像素子は、第１状態において、光学フィルターを透過する赤外線を受光して撮像し、第２状態において、可視光透過部材を透過する可視光を受光して撮像することが可能となる。
また、撮像素子に入射する光の光路上には、第１状態において光学フィルターが配置され、第２状態において可視光透過部材が配置されるので、第１状態と第２状態とで撮像素子に至る光の屈折状態の差を低減することが可能となる。よって、撮像素子は、第１状態および第２状態の双方で焦点ずれを抑制して撮像することが可能となる。
したがって、本適用例の撮像装置によれば、赤外線および可視光による確実な撮像が可能となる。

［適用例２］上記適用例に記載の撮像装置において、前記被写体からの光を前記撮像素子に結像させる撮像レンズをさらに備え、前記第１状態および前記第２状態において、前記光学フィルターおよび前記可視光透過部材は、前記撮像素子と前記撮像レンズとの間へ挿入されることが好ましい。

本適用例によれば、光学フィルターおよび可視光透過部材は、撮像素子と撮像レンズとの間に配置されるので、光学フィルターおよび可視光透過部材には、撮像レンズによって撮像素子に結像しようとする光が入射することとなる。これによって、光学フィルターおよび可視光透過部材が撮像レンズ内や、撮像レンズに対して撮像素子とは反対側に配置される構成に比べ、光学フィルターおよび可視光透過部材の大きさ、および第１状態と第２状態とを切り替える移動量を小さく構成することができる。よって、撮像装置の小型化が図れる。
また、光学フィルターおよび可視光透過部材は、撮像素子に近接して配置されることとなるので、第１状態と第２状態とで撮像素子に至る光の屈折状態の差をさらに効率よく低減することが可能となる。
したがって、本適用例の撮像装置によれば、小型化を図りつつ、赤外線画像および可視光画像の確実な撮像が可能となる。

［適用例３］上記適用例に係る撮像装置において、前記切替部は、前記光学フィルターおよび前記可視光透過部材を保持し、前記撮像素子の光軸に沿う方向に延出する中心軸を中心とする回転により前記第１状態と前記第２状態とが切り替えられる可動部材と、前記可動部材を回転可能に支持するベース部材と、を備えることが好ましい。

本適用例によれば、可動部材は、光学フィルターおよび可視光透過部材を保持してベース部材に支持され、回転されることによって、第１状態と第２状態とが切り替えられる。また、可動部材は、撮像素子の光軸に沿う方向に延出する中心軸を中心として回転する。つまり、光学フィルターおよび可視光透過部材は、可動部材が回転されることによって、撮像素子の光軸に直交する面内で移動し、撮像素子と撮像レンズとの間に対して出し入れされることとなる。これによって、撮像素子と撮像レンズとの間への挿入と、退避とによって第１状態と第２状態とを切り替える構成を容易に実現することが可能となる。
また、光学フィルターおよび可視光透過部材は、可動部材の回転によって移動する構成なので、他の移動形態、例えば、直線上に沿って移動する構成に比べ、高精度の移動が可能となる。よって、光学フィルターおよび可視光透過部材のサイズを効率よく設定して、小型化や低コスト化を図ることや、可動部材の位置を検出する検出スイッチを設けることで、容易に第１状態か第２状態かを検知することが可能となる。

［適用例４］本適用例に係るプロジェクターは、光源から射出された光を画像情報に応じて変調して投写する投写部と、前記投写部から射出された光が投影される投写面を撮像する上記適用例のいずれかに記載の撮像装置と、を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、プロジェクターは、投写部と前述した撮像装置とを備えているので、撮像素子が撮像した赤外線および可視光による撮像画像に基づいて画像の投影が可能となる。
例えば、このプロジェクターにポインティングデバイスを加えたシステム等において、以下のように適用することができる。すなわち、第２状態において、投写部が投写した調整用パターンを撮像装置が撮像して（可視光画像の撮像）、投写面上におけるポインティングデバイスの位置を合わせるためのキャリブレーションや画像の歪補正を自動的に行うこと等に利用することが可能となる。そして、第１状態において、投写面上で操作されたポインティングデバイスからの赤外線画像を撮像装置が撮像し、画像情報にこの赤外線による情報を重ねた重畳画像を投写部が投写面に投影させることが可能となる。これによって、操作者の煩雑性を低減してインタラクティブな入出力を容易に可能とし、授業や会議等の利用範囲が広がるプロジェクターの提供が可能となる。

第１実施形態に係るプロジェクターを用いた表示システムの構成を示す模式図。 第１実施形態のプロジェクターの外観を示す斜視図。 第１実施形態のプロジェクターの概略構成を示す模式図。 第１実施形態の撮像装置の斜視図。 第１実施形態の撮像装置の分解斜視図。 第１実施形態の第２状態における撮像装置を示す図。 第１実施形態の撮像装置の平面図。 第２実施形態の切替部の模式図。 変形例２の撮像装置を模式的に示す断面図。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態に係るプロジェクターについて、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るプロジェクター１を用いた表示システム１００の概略構成を示す模式図である。
表示システム１００は、本実施形態のプロジェクター１、図示しないケーブルを介してプロジェクター１に接続された画像出力装置としてのＰＣ（Personal Computer）２０、およびポインティングデバイス３０を備えている。

プロジェクター１は、図１に示すように、スクリーン等の投写面ＳＣの上方の壁面に設置された支持装置４０に支持され、下方を向く側から斜め下方に光を投写し、ＰＣ２０から送信される画像情報に応じた画像を投写面ＳＣに投影する。プロジェクター１は、後で詳細に説明するが、撮像装置４（図３参照）を備え、被写体としての投写面ＳＣを撮像できるように構成されている。

ポインティングデバイス３０は、先端が投写面ＳＣに押し当てられると先端部から赤外線を発する。
ＰＣ２０は、プロジェクター１に画像情報を送信すると共に、撮像装置４が撮像した撮像画像に基づく制御を行う。

表示システム１００は、撮像装置４が撮像した画像に基づいて、調整を施すことや、画像情報にポインティングデバイス３０の軌跡が重畳された重畳画像を投写面ＳＣに投影することが可能に構成されている。

〔プロジェクターの主な構成〕
図２は、本実施形態のプロジェクター１の外観を示す斜視図であり、図１におけるプロジェクター１を下方側（光を投写する側）から見た図である。図３は、本実施形態のプロジェクター１の概略構成を示す模式図である。
プロジェクター１は、図２、図３に示すように、外装を構成する外装筐体２、制御部（図示省略）、投写部としての光学ユニット３および撮像装置４を備えている。

なお、図示は省略するが、外装筐体２の内部には、さらに、光学ユニット３に備えられた光源装置３１や制御部に電力を供給する電源装置、光学ユニット３を冷却する冷却装置等が配置されている。また、以下では、説明の便宜上、プロジェクター１が支持装置４０に支持された状態において、投写面ＳＣに対する法線方向を前後方向として投写面ＳＣに向かう方向を前方向（＋Ｙ方向）、重力に逆らう方向を上方向（＋Ｚ方向）、投写面ＳＣに向かって右側を右方向（＋Ｘ方向）として記載する。

外装筐体２は、合成樹脂製の部材が複数組み合わされて構成されており、図２に示すように、−Ｚ側の面を形成する投写側面２Ａ、＋Ｚ側の面を形成する治具取付面２Ｂ、左右の面をそれぞれ形成する左側面２Ｃ、右側面２Ｄ、および前後の面をそれぞれ形成する前面２Ｆ、後面２Ｅを有している。

投写側面２Ａには、図２に示すように、前後方向における後方（−Ｙ方向）寄りに、第１傾斜面２１ａおよび第２傾斜面２１ｂを有する凹部２１が形成され、凹部２１の後方には、複数のキーを有する操作パネル２２が配置されている。

第１傾斜面２１ａは、第２傾斜面２１ｂに対して後面２Ｅ側に位置し、後方から前方に向かうに従って、＋Ｚ方向（治具取付面２Ｂに近接する方向）に向かうように傾斜している。第２傾斜面２１ｂは、第１傾斜面２１ａに連接し、後方から前方に向かうに従って、−Ｚ方向（治具取付面２Ｂから離間する方向）に向かうように傾斜している。

第１傾斜面２１ａには、左側面２Ｃ側寄りに形成された凹部２１１が設けられており、この凹部２１１の底部分には、第１開口部２１１Ｈが形成されている。
投写側面２Ａは、プロジェクター１が支持装置４０に支持された状態において、下方を向くように配置され（図１参照）、プロジェクター１は、この第１開口部２１１Ｈから投写面ＳＣに光を投写する。

第１傾斜面２１ａにおける凹部２１１の＋Ｘ方向には、略矩形状の第２開口部２１２Ｈおよび第３開口部２１３Ｈが順次形成されている。
第２開口部２１２Ｈ内には、後述する撮像装置４が配置される。第３開口部２１３Ｈ内には、リモコン（図示省略）からの赤外線信号を受光する受光装置（図示省略）が配置され、この第３開口部２１３Ｈは、赤外線を透過し、可視光をカットするカバー２３により閉塞される。

左側面２Ｃの前側には、複数のスリット状の孔を有する吸気口２１４が形成されている。この吸気口２１４の内側には、図示は省略するが、エアフィルターおよび吸気ファンが配置されており、吸気ファンの駆動によって、吸気口２１４およびエアフィルターを介して外装筐体２内を冷却するための冷却空気が導入される。
右側面２Ｄには、図示は省略するが、排気口が設けられており、この排気口の内側には、排気ファンが配置されている。そして、吸気ファンにより導入され、外装筐体２内を冷却した空気は、この排気口から排出される。

治具取付面２Ｂには、図１に示すように、金具５０が取り付けられ、プロジェクター１は、この金具５０を介して支持装置４０に取り付けられる。
また、治具取付面２Ｂには、図示は省略するが、開口部が形成されており、接続端子に接続されたケーブル（図示省略）は、この開口部からプロジェクター１の外部に出される。そして、プロジェクター１の外部に出されたケーブルは、支持装置４０内に挿通されて、壁面を経てＰＣ２０等の外部の機器に接続される。

制御部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、コンピューターとして機能するものであり、プロジェクター１の動作の制御、例えば、画像の投写に関わる制御等を行う。

〔光学ユニットの構成〕
光学ユニット３は、制御部による制御の下、光源３１１から射出された光を画像情報に応じて変調して投写する。
光学ユニット３は、図３に示すように、光源装置３１、インテグレーター照明光学系３２、色分離光学系３３、リレー光学系３４、電気光学装置３５、投写光学装置３６、およびこれらの光学部品を光路上の所定位置に配置する光学部品用筐体３７を備えている。
光学ユニット３は、図３に示すように平面視略Ｌ字状に形成され、一方の端部に光源装置３１が着脱可能に配置され、他方の端部に投写光学装置３６が配置される。

光源装置３１は、超高圧水銀ランプやメタルハライドランプ等からなる放電型の光源３１１、リフレクター３１２および光透過部材としての平行化レンズ３１３等を備えている。光源装置３１は、光源３１１から射出された光をリフレクター３１２にて反射した後、平行化レンズ３１３よって射出方向を揃え、インテグレーター照明光学系３２に向けて射出する。

インテグレーター照明光学系３２は、第１レンズアレイ３２１、第２レンズアレイ３２２、偏光変換素子３２３、および重畳レンズ３２４を備えている。
第１レンズアレイ３２１は、光源装置３１から射出された光を複数の部分光に分割する光学素子であり、光源装置３１から射出された光の光軸Ｃに対して略直交する面内にマトリクス状に配列される複数の小レンズを備えている。

第２レンズアレイ３２２は、第１レンズアレイ３２１と略同様の構成を有しており、重畳レンズ３２４とともに、第１レンズアレイ３２１から射出された部分光を後述する液晶ライトバルブ３５１の表面に重畳させる。
偏光変換素子３２３は、第２レンズアレイ３２２から射出されたランダム偏光光を液晶ライトバルブ３５１で利用可能な略１種類の偏光光に揃える機能を有する。

色分離光学系３３は、２枚のダイクロイックミラー３３１，３３２、および反射ミラー３３３を備え、インテグレーター照明光学系３２から射出された光を赤色光（以下「Ｒ光」という）、緑色光（以下「Ｇ光」という）、青色光（以下「Ｂ光」という）の３色の色光に分離する機能を有する。

リレー光学系３４は、入射側レンズ３４１、リレーレンズ３４３、および反射ミラー３４２，３４４を備え、色分離光学系３３で分離されたＲ光をＲ光用の液晶ライトバルブ３５１Ｒまで導く機能を有する。なお、光学ユニット３は、リレー光学系３４がＲ光を導く構成としているが、これに限らず、例えば、Ｂ光を導く構成としてもよい。

電気光学装置３５は、光変調装置としての液晶ライトバルブ３５１および色合成光学装置としてクロスダイクロイックプリズム３５２を備え、色分離光学系３３で分離された各色光を画像情報に応じて変調し、変調した各色光を合成する。

液晶ライトバルブ３５１は、３色の色光毎に備えられており（Ｒ光用の液晶ライトバルブを３５１Ｒ、Ｇ光用の液晶ライトバルブを３５１Ｇ、Ｂ光用の液晶ライトバルブを３５１Ｂとする）、それぞれ透過型の液晶パネル、およびその両面に配置された入射側偏光板、射出側偏光板を有している。

液晶ライトバルブ３５１は、図示しない微小画素がマトリクス状に形成された矩形状の画素領域を有し、各画素が表示画像信号に応じた光透過率に設定され、画素領域内に表示画像を形成する。そして、色分離光学系３３で分離された各色光は、液晶ライトバルブ３５１にて変調された後、クロスダイクロイックプリズム３５２に射出される。

クロスダイクロイックプリズム３５２は、４つの直角プリズムを貼り合わせた平面視略正方形状をなし、直角プリズム同士を貼り合わせた界面には、２つの誘電体多層膜が形成されている。クロスダイクロイックプリズム３５２は、誘電体多層膜が液晶ライトバルブ３５１Ｒ，３５１Ｂにて変調された色光を反射し、液晶ライトバルブ３５１Ｇにて変調された色光を透過して、各色光を合成する。

投写光学装置３６は、複数のレンズを組み合わせた組レンズ部３６１、および非球面形状の反射ミラーを有する反射部３６２を備えている。クロスダイクロイックプリズム３５２にて合成された光は、組レンズ部３６１にて拡大され、反射部３６２によって広角化されて反射する。そして、反射部３６２で反射された光は、外装筐体２の第１開口部２１１Ｈ（図２参照）を通過して、投写面ＳＣに投写される（図１参照）。

このように、投写光学装置３６が組レンズ部３６１および反射部３６２を備えることで、本実施形態のプロジェクター１は、投写距離の短い、いわゆる短焦点プロジェクターとして構成される。

撮像装置４は、前述したように、第２開口部２１２Ｈ内に配置され、投写面ＳＣに投写された画像および投写面ＳＣ上で操作されたポインティングデバイス３０から発せられる赤外線を撮像可能に構成されている。

〔撮像装置の構成〕
ここで、撮像装置４について詳細に説明する。
図４は、撮像装置４の斜視図である。図５は、撮像装置４の分解斜視図である。
撮像装置４は、図４、図５に示すように、撮像素子４１、回路基板４２、撮像レンズ４３、光学フィルター４４、可視光透過部材４５、および切替部５を備えている。

撮像素子４１は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等で構成されている。
回路基板４２は、撮像素子４１が実装され、図示しないケーブルを介して制御部に接続されている。回路基板４２は、撮像素子４１の受光部４１１が投写面ＳＣ側を向き、投写面ＳＣを効率よく撮像するように、第１傾斜面２１ａ（図１、図２参照）に沿うように（Ｘ−Ｙ平面に対して傾斜して）配置されている。

撮像レンズ４３は、詳細な図は省略するが、複数のレンズから構成され、投写面ＳＣに投写された画像および投写面ＳＣ上で操作されたポインティングデバイス３０から発せられる赤外線を撮像素子４１に結像させる。また、撮像レンズ４３は投射面ＳＣ全体を撮像可能とするため広角レンズとなっている。

光学フィルター４４は、赤外領域の透過率が可視光領域の透過率より高い部材、換言すると赤外線を透過し、可視光をカットするいわゆるＩＲフィルターとして形成されている。本実施形態の光学フィルター４４は、ガラスの板材に蒸着等による薄膜が形成されて構成されている。

可視光透過部材４５は、可視光領域の透過率が光学フィルター４４の可視光領域の透過率より高くなるように構成されている。また、可視光透過部材４５は、ガラスの板材で、光学フィルター４４と同等の厚さを有して形成されている。
光学フィルター４４および可視光透過部材４５は、図５に示すように、平面視矩形に形成され、後述する切替部５の可動部材５１に並設して配置される。なお、光学フィルター４４、可視光透過部材４５は、ガラス製に限らず合成樹脂製等であってもよい。

光学フィルター４４および可視光透過部材４５は、可動部材５１が回転されることにより、撮像素子４１に入射する光の光路上に光学フィルター４４が配置される第１状態と、この光路上に可視光透過部材４５が配置される第２状態とが切り替えられる。具体的に、光学フィルター４４および可視光透過部材４５は、可動部材５１が回転されることにより、撮像素子４１と撮像レンズ４３との間への挿入と、退避とが行われて、第１状態と第２状態とが切り替えられる。

切替部５は、図５に示すように、可動部材５１、ベース部材５２、駆動部５３および押え部材５４を備え、第１状態と第２状態とを切り替え可能に構成されている。
図６は、第２状態における撮像装置４を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。なお、図６は、回路基板４２、ベース部材５２および押え部材５４を省略した図である。

可動部材５１は、光学フィルター４４および可視光透過部材４５を保持し、ベース部材５２に対して回転可能に支持される。可動部材５１は、図６（ａ）に示すように、平面視において、一方の端部から他方の端部に向かって放射状に広がる形状を有している。そして、可動部材５１には、一方の端部側に中心軸５１Ｊを中心とする丸孔（軸受５１１）が形成され、他方の端部には、中心軸５１Ｊを中心とするギア部５１Ｇが形成されている。中心軸５１Ｊは、図５に示すように、撮像素子４１の光軸４１Ｊに沿う方向に延出している。

可動部材５１には、軸受５１１とギア部５１Ｇとの間に、２つの矩形状の凹部が形成されており、光学フィルター４４および可視光透過部材４５は、この凹部に接着されて並設される（図５参照）。また、この２つの凹部の底面には、それぞれ開口部が形成されており、第１状態、第２状態においてそれぞれの部材を透過した光は、この開口部を通過して撮像素子４１に射出される。

具体的に、第２状態において、可視光透過部材４５は、図６（ｂ）に示すように、撮像素子４１と撮像レンズ４３との間に挿入される。そして、撮像レンズ４３から射出され、可視光透過部材４５を透過した光は、凹部の開口部を通過して撮像素子４１に射出される。図示は省略するが、第１状態において、光学フィルター４４は、撮像素子４１と撮像レンズ４３との間に挿入される。そして、撮像レンズ４３から射出され、光学フィルター４４を透過した光は、凹部の開口部を通過して撮像素子４１に射出される。

ベース部材５２は、図５に示すように、回路基板４２と可動部材５１との間に配置され、可動部材５１を回転可能に支持する。
ベース部材５２は、図５に示すように、平面視矩形状に形成され、一方の端部近傍に支持軸５２１が形成され、他方の端部近傍に歯車支持軸５２２が設けられている。
支持軸５２１は、可動部材５１の軸受５１１に挿入され、可動部材５１を回転可能に支持する。歯車支持軸５２２は、後述する中継ギア５３２に挿入され、中継ギア５３２を回転可能に支持する。

また、ベース部材５２には、支持軸５２１と歯車支持軸５２２との間に、開口部５２３およびガイド突起５２４が設けられ、歯車支持軸５２２の近傍に丸孔５２５が形成されている。

開口部５２３は、光学フィルター４４または可視光透過部材４５を透過した光が通過するように形成されている。ガイド突起５２４は、中心軸５１Ｊを中心とする円弧状に突出する部位であり、開口部５２３と歯車支持軸５２２との間に形成されている。そして、ガイド突起５２４は、可動部材５１に接して可動部材５１が滑らかに回転するように案内する。丸孔５２５は、後述するステッピングモーター５３１のピニオン５３１１が挿通される。

駆動部５３は、図５に示すように、ステッピングモーター５３１、中継ギア５３２を備え、制御部の指示に基づいて可動部材５１を回転させる。
ステッピングモーター５３１は、駆動軸に組み込まれたピニオン５３１１を有している。ステッピングモーター５３１は、図５の図面視におけるベース部材５２の下方からピニオン５３１１が丸孔５２５に挿通され、ベース部材５２の下面に取り付けられる。

中継ギア５３２は、ステッピングモーター５３１で発生した駆動力を可動部材５１に伝達する。具体的に、中継ギア５３２は、合成樹脂製であり、図５、図６に示すように、同軸上に積層された大ギア部５３２１および小ギア部５３２２を備えている。中継ギア５３２は、ベース部材５２の歯車支持軸５２２に支持され、大ギア部５３２１がピニオン５３１１に噛合され、小ギア部５３２２が可動部材５１のギア部５１Ｇに噛合されて配置される。

押え部材５４は、図５に示すように、可動部材５１に対してベース部材５２の反対側に配置される。押え部材５４は、平面視矩形状に形成され、中央部には、撮像レンズ４３を保持する円筒部５４１が形成されている。押え部材５４は、ベース部材５２にネジ等で固定され、ベース部材５２とで可動部材５１を回転可能に保持する。

〔撮像装置の動作〕
ここで、撮像装置４の動作について説明する。
図７は、撮像装置４の平面図であり、（ａ）は、第２状態を示す図、（ｂ）は、第１状態を示す図である。なお、図７は、回路基板４２、ベース部材５２および押え部材５４を省略した図である。

撮像装置４は、制御部の指示に基づいてステッピングモーター５３１が作動することによって可動部材５１が回転し、第１状態と第２状態とが切り替えられる。そして、撮像装置４は、第１状態においては、光学フィルター４４を透過する赤外線画像の撮像が可能となり、第２状態においては、可視光透過部材４５を透過する可視光画像の撮像が可能となる。

具体的に、第２状態において、撮像装置４は、図７（ａ）に示すように、可視光透過部材４５が撮像素子４１と撮像レンズ４３との間に配置され、投写面ＳＣ（図１参照）に投写された画像を撮像することが可能となる。つまり、撮像素子４１は、光学ユニット３から投写面ＳＣに投写された調整用パターン等の画像を撮像することが可能となる。

表示システム１００は、撮像素子４１が撮像した画像に基づいて、調整を施すことが可能となる。例えば、表示システム１００は、プロジェクター１から投写された調整用パターンに基づいて、ポインティングデバイス３０が投写面ＳＣに指し示す位置を自動で合わせるオートキャリブレーションや、自動による画像の歪補正等を行う。

一方、撮像装置４は、第２状態から第１状態に切り替えられるように指示されると、ピニオン５３１１は、図７（ｂ）の図面視における時計回りに回転する。ピニオン５３１１が時計回りに回転すると、中継ギア５３２を介してピニオン５３１１に噛合している可動部材５１は、中心軸５１Ｊを中心に時計回りに回転する。そして、可動部材５１が所定の位置まで回転すると、図７（ｂ）に示すように、光学フィルター４４が撮像素子４１と撮像レンズ４３との間に配置される第１状態となる。

第１状態において、撮像素子４１は、投写面ＳＣ上にて操作され、ポインティングデバイス３０から発せられる赤外線を撮像することが可能となる。
ＰＣ２０は、撮像装置４が撮像した撮像画像に基づいて赤外線の射出位置の解析を行い、画像情報にこの射出位置の軌跡を示す線を重畳した重畳画像を生成し、この重畳画像の画像情報をプロジェクター１に送信する。そして、プロジェクター１は、ポインティングデバイス３０の軌跡を示す線が反映されたこの重畳画像を投写面ＳＣに投影する。

なお、本実施形態の表示システム１００は、第１状態において、手動によるキャリブレーションも可能に構成されている。すなわち、プロジェクター１から順次投写されるマーク画像に合わせて、操作者がポインティングデバイス３０を指し示すことに伴って発する赤外線を撮像することにより手動によるキャリブレーションが行われる。

撮像装置４は、第１状態から第２状態に切り替えられるように指示されると、ピニオン５３１１および可動部材５１は、第２状態から第１状態に切り替えられる場合と反対方向に回転する。そして、可動部材５１が所定の位置まで回転すると、図７（ａ）に示すように、可視光透過部材４５が撮像素子４１と撮像レンズ４３との間に配置される第２状態となる。

このように、撮像装置４は、制御部の指示に基づいて駆動部５３が作動することによって可動部材５１が回転して第１状態と第２状態とが切り替えられ、赤外線による撮像および可視光による撮像を行う。そして、プロジェクター１は、撮像装置４が撮像した撮像画像に基づいた画像を投影する。

以上説明したように、本実施形態の撮像装置４およびプロジェクター１によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）撮像装置４は、光学フィルター４４および可視光透過部材４５を備え、切替部５によって光学フィルター４４が撮像素子４１に入射する光の光路上に配置される第１状態と、可視光透過部材４５がこの光路上に配置される第２状態とが切り替えられるように構成されている。これによって、撮像素子４１は、第１状態において、光学フィルター４４を透過する赤外線を受光して撮像し、第２状態において、可視光透過部材４５を透過する可視光を受光して撮像することが可能となる。
また、撮像素子４１に入射する光の光路上には、第１状態において光学フィルター４４が配置され、第２状態において可視光透過部材４５が配置されるので、第１状態と第２状態とで撮像素子４１に至る光の屈折状態の差を低減することが可能となる。よって、撮像素子４１は、第１状態および第２状態の双方で焦点ずれを抑制して撮像することが可能となる。
したがって、撮像装置４は、赤外線および可視光による確実な撮像が可能となる。

（２）撮像装置４は、撮像レンズ４３が広角レンズであるので、より広範囲の領域を撮像することができる。そして、光学フィルター４４および可視光透過部材４５は、撮像素子４１と撮像レンズ４３との間に配置されるので、光学フィルター４４および可視光透過部材４５には、撮像レンズ４３を透過し撮像素子４１に結像しようとする光が入射することとなる。これによって、光学フィルター４４および可視光透過部材４５が撮像レンズ４３内や、撮像レンズ４３の外側（撮像レンズ４３に対して撮像素子４１の反対側）に配置される構成に比べ、光学フィルター４４および可視光透過部材４５の大きさ、および第１状態と第２状態とを切り替える移動量を小さく構成することができる。よって、撮像装置４の小型化が図れる。
また、光学フィルター４４および可視光透過部材４５は、撮像素子４１に近接して配置されることとなるので、第１状態と第２状態とで撮像素子４１に至る光の屈折状態の差をさらに効率よく低減することが可能となる。
したがって、撮像装置４は、小型化が図られつつ、赤外線および可視光による確実な撮像が可能となり、ひいては大型化を抑制して撮像装置４を備えるプロジェクター１の提供が可能となる。

（３）光学フィルター４４および可視光透過部材４５は、可動部材５１に保持され、可動部材５１がベース部材５２に対して回転されることによって、第１状態と第２状態とが切り替えられる。これによって、撮像素子４１と撮像レンズ４３との間への挿入と、退避とによって第１状態と第２状態とを切り替える構成を容易に実現することが可能となる。
また、光学フィルター４４および可視光透過部材４５を、他の移動形態、例えば、直線上に沿って移動する構成に比べ、高精度の移動が可能となる。よって、光学フィルター４４および可視光透過部材４５のサイズを効率よく設定して、小型化や低コスト化を図ることや、可動部材５１の位置を検出する検出スイッチを設けることで、容易に第１状態か第２状態かを検知することが可能となる。

（４）プロジェクター１は、第２状態において、投写面ＳＣに投写された調整用パターンを撮像装置４が撮像して、オートキャリブレーションや自動による画像の歪補正等に利用する。そして、プロジェクター１は、第１状態において、投写面ＳＣ上で操作されたポインティングデバイス３０からの赤外線を撮像装置４が撮像して重畳画像を投写面ＳＣに投影させる。これによって、操作者の煩雑性を低減してインタラクティブな入出力を容易に可能とし、授業や会議等の利用範囲が広がるプロジェクター１の提供が可能となる。

（５）撮像装置４は、スクリーンはもとより、教室や会議室の壁、黒板等の投写面ＳＣであっても投写された画像を撮像することが可能なので、利用範囲の自由度が増すプロジェクター１の提供が可能となる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係るプロジェクター１について、図面を参照して説明する。以下の説明では、第１実施形態のプロジェクター１と同様の構造および同様の部材には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略または簡略化する。

本実施形態のプロジェクター１は、第１実施形態のプロジェクター１の撮像装置４と構成の異なる撮像装置１４を備えている。そして、本実施形態の撮像装置１４は、第１実施形態のステッピングモーター５３１に替えてソレノイド１５２Ｓを有し、このソレノイド１５２Ｓの駆動により、第１状態と第２状態とが切り替えられるように構成されている。

図８は、本実施形態の撮像装置１４の模式図であり、（ａ）は、第２状態を示す図、（ｂ）は、第１状態を示す図である。
撮像装置１４は、第１実施形態と同様の撮像素子４１、回路基板４２（図８において図示省略）、撮像レンズ４３、光学フィルター４４、可視光透過部材４５、および第１実施形態の切替部５と構成の異なる切替部１５を備えている。
切替部１５は、図８に示すように、可動部材１５１、駆動部１５２および図示しないベース部材、押え部材を備えている。

可動部材１５１は、第１実施形態の可動部材５１と同様に、光学フィルター４４および可視光透過部材４５を保持し、可動部材５１のギア部５１Ｇが削除された形状を有している。可動部材１５１は、可動部材５１と同様の軸受５１１を有し、回転可能に構成されている。また、可動部材１５１には、軸受５１１近傍の端部に、光学フィルター４４および可視光透過部材４５と反対側に突出する突起部１５１１が設けられている。

駆動部１５２は、ソレノイド１５２Ｓおよび圧縮コイルバネ１５２Ｂを備えている。
ソレノイド１５２Ｓは、コイル、固定鉄芯（いずれも図示省略）、および可動鉄芯１５２Ｆを備え、電流が供給されることで可動鉄芯１５２Ｆが直進運動を得るように構成されている。具体的に、可動鉄芯１５２Ｆは、コイルに電流が供給されると固定鉄芯に引き寄せられ、電流が供給されないと固定鉄芯への吸引力は消滅する。

本実施形態のソレノイド１５２Ｓは、電流が供給された際に、可動鉄芯１５２Ｆの突出量が小さくなるプル型のソレノイドが採用されており、その吸引力は、圧縮コイルバネ１５２Ｂの付勢力より大きいタイプが採用されている。ソレノイド１５２Ｓは、図８の図面視における突起部１５１１の上方に配置され、可動鉄芯１５２Ｆが突起部１５１１に接続されて配置される。

圧縮コイルバネ１５２Ｂは、軸受５１１に対してソレノイド１５２Ｓの反対側に配置され、一端が図示しないベース部材に当接し、他端が図８の図面視における可動部材１５１の下面に当接する。そして、圧縮コイルバネ１５２Ｂは、可動部材１５１を上方に付勢する。
図示しないベース部材、押え部材は、可動部材１５１を回転可能に保持する。

切替部１５は、制御部の指示に基づいて、ソレノイド１５２Ｓへの電力の供給と、電力の供給停止により可動部材１５１が回転し、第１状態と第２状態とが切り替えられる。
具体的に、ソレノイド１５２Ｓに電流が供給されると、可動鉄芯１５２Ｆは、圧縮コイルバネ１５２Ｂの付勢力に抗して突出量が小さくなるように移動する。可動部材１５１は、突起部１５１１が可動鉄芯１５２Ｆに引張られ、図８（ａ）に示すように、可視光透過部材４５が撮像素子４１と撮像レンズ４３との間に挿入されて第２状態となる。

一方、ソレノイド１５２Ｓへの電流の供給が停止されると、圧縮コイルバネ１５２Ｂの付勢力によって、可動部材１５１は、図８（ｂ）の図面視において時計回りに回転する。そして、可動部材１５１に保持されている光学フィルター４４は、図８（ｂ）に示すように、撮像素子４１と撮像レンズ４３との間に挿入されて第１状態となる。

以上説明したように、本実施形態の撮像装置１４およびプロジェクター１によれば、第１実施形態の効果に加え、以下の効果を得ることができる。
（１）ソレノイド１５２Ｓによる直進運動を利用して可動部材１５１を容易に回転させることができる。よって、撮像装置１４は、簡単な構造で電動式による第１状態と第２状態との切り替えが可能となる。また、ソレノイド１５２Ｓは、永久磁石を備える必要がないので、小型、軽量なタイプのソレノイドの採用が可能となり、切替部１５の小型化、軽量化、ひいてはプロジェクター１の小型化、軽量化が図れる。

（２）第１状態より使用される頻度が少ないと考えられる第２状態において、ソレノイド１５２Ｓに電流が供給されるように構成されているので、プロジェクター１の低消費電力化が可能となる。

なお、前記実施形態は、以下のように変更してもよい。
（変形例１）
第１実施形態では、ステッピングモーター５３１を用いて可動部材５１を回転させるように構成されているが、ステッピングモーター５３１に限らず、直流モーター等を用いて可動部材５１を回転させるように構成してもよい。
また、第１状態と第２状態とで可動部材５１によるＯＮとＯＦＦとが切り替わる検出スイッチを設けてもよい。

（変形例２）
前記実施形態の光学フィルター４４および可視光透過部材４５は、撮像素子４１と撮像レンズ４３との間に配置されるように構成されているが、撮像素子４１に入射する光の光路上に配置可能に構成されていれば、他の箇所であってもよい。
図９は、変形例２の撮像装置２４を模式的に示す断面図であり、（ａ）は、第２状態を示す図、（ｂ）は、第１状態を示す図である。

図９に示すように、光学フィルター４４および可視光透過部材４５は、切替部２５の可動部材２５１に併設して保持され、撮像レンズ４３の外側（撮像レンズ４３に対して撮像素子４１とは反対側）の光路上に配置可能に構成されている。
可動部材２５１は、図９に示すように、光学フィルター４４および可視光透過部材４５を保持する枠部２５１２と、撮像素子４１および撮像レンズ４３の側方を覆うように形成された側面部２５１３とを有している。側面部２５１３の端部には、回転軸２５１Ｊが設けられ、回転軸２５１Ｊの近傍には、側面部２５１３から突出する突起部２５１１が設けられている。そして、この突起部２５１１には、第２実施形態のソレノイド１５２Ｓと同様に構成されたソレノイド２５２Ｓの可動鉄芯が接続されている。

可動部材２５１は、ソレノイド２５２Ｓの直進運動と、回転軸２５１Ｊに対してソレノイド２５２Ｓと反対側に配置された引張りコイルバネ２５２Ｂの付勢力とにより回転可能に構成され、制御部の指示に基づいて、第１状態と第２状態とが切り替えられる。

具体的に、ソレノイド２５２Ｓに電流が供給されると、引張りコイルバネ２５２Ｂの付勢力に抗して可動鉄芯が縮み、図９（ａ）に示すように、可視光透過部材４５は、撮像レンズ４３の前面を覆うように配置、つまり撮像素子４１に入射する光路上に配置されて第２状態となる。
一方、ソレノイド２５２Ｓへの電流の供給が停止されると、引張りコイルバネ２５２Ｂの付勢力によって、可動部材２５１は、図９（ｂ）の図面視において反時計回りに回転する。そして、可動部材２５１に保持されている光学フィルター４４は、図９（ｂ）に示すように、撮像レンズ４３の前面を覆うように配置されて第１状態となる。
また、変形例２のソレノイド２５２Ｓに替えてモーターを備える構成とし、このモーターを利用して可動部材２５１を回転させるように構成してもよい。

（変形例３）
変形例２における可視光透過部材４５を廃止して可動部材２５１を小型化し、光学フィルター４４が撮像素子４１の光路上に配置される状態（第１状態）と、光路上から退避する状態（退避状態）とが切り替えられるように構成してもよい。この場合、第１状態と退避状態とで撮像素子４１に至る光の屈折状態の差を低減するように撮像レンズ４３を設定することが可能なので、赤外線および可視光による確実な撮像を可能としつつ、大型化を抑制して撮像レンズ４３の外側で光学フィルター４４の配置を切り替える構成が可能となる。

（変形例４）
前記実施形態の光学フィルター４４および可視光透過部材４５は、ガラスの板材を基材とし、双方の部材が同程度の厚さを有して形成されているが、撮像素子４１に焦点が合うように透過する波長に対応する屈折率や板厚を考慮し、異なる材料を用いたり、異なる板厚の部材を用いたりしてもよい。つまり、第１状態および第２状態で撮像素子４１に焦点が合うように形成されていれば、光学フィルター４４、可視光透過部材４５を屈折率や板厚が異なる材料で構成してもよい。

（変形例５）
前記実施形態および変形例の切替部５，１５，２５は、電力により可動部材５１，１５１，２５１を回転させるように構成されているが、可動部材５１，１５１，２５１に接続される操作部を設け、この操作部を手動により操作することで、可動部材５１，１５１，２５１を回転させるように構成してもよい。

（変形例６）
前記実施形態のプロジェクター１は、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブ３５１を用いているが、反射型液晶ライトバルブを利用したものであってもよい。

（変形例７）
光源３１１は放電型のランプに限らず、その他の方式のランプや発光ダイオード等の固体光源で構成してもよい。

（変形例８）
前記実施形態では撮像装置１４，２４はプロジェクター１に内蔵される構成となっていたが、これに限らず、撮像装置１４，２４をプロジェクター１とは別に独立して構成してもよい。

１…プロジェクター、３…光学ユニット、４，１４，２４…撮像装置、５，１５，２５…切替部、２０…ＰＣ、３０…ポインティングデバイス、３６…投写光学装置、４０…支持装置、４１…撮像素子、４１Ｊ…光軸、４３…撮像レンズ、４４…光学フィルター、４５…可視光透過部材、５１，１５１，２５１…可動部材、５１Ｊ…中心軸、５２…ベース部材、５３，１５２…駆動部、１００…表示システム、３１１…光源、３６１…組レンズ部、３６２…反射部、５３１…ステッピングモーター、１５２Ｓ，２５２Ｓ…ソレノイド、ＳＣ…投写面。

Claims (4)

1. 被写体を撮像する撮像素子と、
   赤外領域の透過率が可視光領域の透過率より高い光学フィルターと、
   可視光領域の透過率が前記光学フィルターの前記可視光領域の透過率より高い可視光透過部材と、
   前記撮像素子に入射する光の光路上に前記光学フィルターを配置する第１状態と前記光路上に前記可視光透過部材を配置する第２状態とを切り替える切替部と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置であって、
   前記被写体からの光を前記撮像素子に結像させる撮像レンズをさらに備え、
   前記第１状態および前記第２状態において、前記光学フィルターおよび前記可視光透過部材は、前記撮像素子と前記撮像レンズとの間へ挿入されることを特徴とする撮像装置。
3. 請求項２に記載の撮像装置であって、
   前記切替部は、
   前記光学フィルターおよび前記可視光透過部材を保持し、前記撮像素子の光軸に沿う方向に延出する中心軸を中心とする回転により前記第１状態と前記第２状態とが切り替えられる可動部材と、
   前記可動部材を回転可能に支持するベース部材と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
4. 光源から射出された光を画像情報に応じて変調して投写する投写部と、
   前記投写部から射出された光が投影される投写面を撮像する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の撮像装置と、
   を備えることを特徴とするプロジェクター。

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