JP2008146463A

JP2008146463A - 位置検出装置

Info

Publication number: JP2008146463A
Application number: JP2006334561A
Authority: JP
Inventors: Shigenori Shibue; 重教渋江; Yoshinori Asamura; 吉範浅村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-12-12
Filing date: 2006-12-12
Publication date: 2008-06-26
Also published as: US20080136905A1; KR100912322B1; KR20080054337A; CN101201716A; CN101201716B; EP1933227A1

Abstract

【課題】障害物があっても表示画面上の指示体の指示位置を正確に検知できる位置検知装置を得ることを目的とする。
【解決手段】背面側から投影装置１２の映像が投影される表示スクリーン１１の前面に光を投射する指示体２と、前記表示スクリーン１１の背面側に設置され、前記指示体２が前記表示スクリーン１１に投射した光を前記表示スクリーン１１の背面側から撮像し、電気信号に変換する撮像手段３と、前記撮像手段３からの電気信号を解析し、前記表示スクリーン１１上の前記指示体２の座標位置を算出する画像処理手段４とを備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、指示体により表示画面上に指示された指示位置を光学的に検出する位置検出装置に関するものである。

光学的に画面上の指示位置を検出する装置としては、表示画面の前面側の外縁部に光源と再帰反射材を設け、表示画面に平行な走査光を照射して画面上に置かれた指示体の再帰反射光による像を撮像し、指示体の指示位置を検出する位置検出装置が提案されている。（例えば特許文献１参照。）

特開２００４−５１７１号公報（段落００１６、第１図）

上記のように、表示画面の前面側で指示体を撮像する方法では、画面上に障害物が置かれると、障害物と指示体との区別ができず、指示体の位置を正確に検出することができないという問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、障害物があっても表示画面上の指示体の指示位置を正確に検知できる位置検知装置を得ることを目的とする。

この発明にかかる位置検出装置においては、背面側から投影装置の映像が投影される表示スクリーンの前面側に光を投射する指示体と、前記表示スクリーンの背面側に設置され、前記指示体が前記表示スクリーンに投射した光を前記表示スクリーンの背面側から撮像し、電気信号に変換する撮像手段と、前記撮像手段からの電気信号を解析し、前記表示スクリーン上の前記指示体の座標位置を算出する画像処理手段とを備えてなるものである。

この発明は、表示スクリーンの前面側に投射された指示体の光の位置を表示スクリーンの背面側から撮像して検知するので、表示スクリーン上に障害物があっても表示スクリーン上の指示体の指示位置を正確に検出することができる位置検知装置が得られる。

実施の形態１．
図１、２は、本発明の実施の形態１における位置検出装置を示したもので、図１は位置検出装置を示す構成図、図２は位置検出装置の指示体を示す構成図である。図において、位置検出装置は、所定波長の光を投射する指示体２Ａ、２Ｂ（総称して２と表記する）と、リアプロジェクタの表示画面である表示スクリーン１１の表示面１１ａを背面側１１ｂから撮像する撮像手段３と、前記撮像手段３の電気信号を解析して前記指示体２Ａ、２Ｂ又は２が投射した光の前記表示スクリーン１１上の２次元座標を算出する画像処理手段４とを有する。

指示体２は、表示スクリーン１１の前面側１１ａに先端部を当て、表示スクリーン１１上に所定波長の光を投射するものである。その構成は、図２に示すように波長の異なる複数の発光ダイオードを有する発光部２１と、投射させる光の波長（発光ダイオード）を選択するスイッチ２２と、選択された発光ダイオードを駆動するためのドライバ２３と、発光部２１からの光を効率よく出力するために先端部に設けられたレンズ２４、及び電源２５が筐体２６に備えられたものである。発光部２１には波長の異なる３種類の発光ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃが備えられ、２１ａは赤（６６０ｎｍ）、２１ｂは青緑（５００ｎｍ）、２１ｃは紫（４２０ｎｍ）の光を発光する。これらの波長は、投影装置１２の光源となる図示しない発光ランプの線スペクトルである波長４４０ｎｍ、５５０ｎｍ、５８０ｎｍ以外の波長、つまり、投影装置１２から投影される光の中で輝度が低く、事実上ほとんど出力されない波長から選択している。そして、選択スイッチ２２により発光させるダイオードを切り替えることにより、指示体２が投射する光の波長を変更することができる。本実施の形態では、２本の指示体２Ａ、２Ｂを使用し、指示体２Ａは、選択スイッチ２２により発光ダイオード２１ａを選択して赤色光（６６０ｎｍ）を投射するように設定し、指示体２Ｂは、発光ダイオード２１ｂを選択して青緑色光（５００ｎｍ）を投射するように設定し、２つの指示体２Ａ、２Ｂが投射する光の波長が重ならないようにする。なお、本実施の形態では、指示体２として、２つの指示体２Ａ、２Ｂを用いる例を示したが、１つ又は３つ以上の指示体２を用いてもよい。

撮像手段３は、主構成要素であるカメラを図１に示すようにリアプロジェクタの投影装置１２に近接するように、図示しないリアプロジェクタの筐体内に収納・設置されている。具体的には、投影装置１２の前面と撮像手段３のカメラの前面が表示スクリーン１１と略平行な平面上に並ぶように設置されている。これにより、撮像手段３の撮像範囲は、投影装置１２が表示スクリーン１１に映像を映し出す範囲をカバーし、しかも、投影装置１２が表示スクリーン１１に映像を投影する光路を撮像手段３が遮断することもない。さらに、撮像手段３には波長によって光を区別するために図示しない光学フィルタが設けられ、指示体２が投射可能な波長６６０ｎｍ、５００ｎｍ、４２０ｎｍの光を波長ごとに区別して電気信号に変換し、信号出力する。

画像処理手段４は、波長ごとに区別して撮像手段３から出力された電気信号を基に各指示体２Ａ、２Ｂの位置を区別して、表示スクリーン１１上の２次元座標として算出する。算出した各指示体２Ａ、２Ｂの２次元の位置情報はＬＡＮ、ＵＳＢなどの外部インターフェース３０を経由してコンピュータ３１に入力される。

コンピュータ３１は内部に映像情報を保有しており、保有する映像情報を映像信号として投影装置１２に出力する。このとき、外部インターフェース３０から位置情報が入力されると、内部にインストールされたアプリケーションソフトウェアにより、入力された位置情報に基づいて、映像情報を制御し、制御した映像情報を映像信号として投影装置１２に出力する。

映像信号を受けた投影装置１２は、表示スクリーン１１の背面側から映像を投影し、投影された映像が表示スクリーン１１の最前面１１ａで結像することにより、表示スクリーン１１の前面側からコンピュータ３１が出力した映像信号による映像を見ることが可能となる。

次に、動作について説明する。
２つの指示体２Ａ及び２Ｂを表示スクリーン１１の表示面１１ａに同時に当てると、指示体２Ａから投射された波長６６０ｎｍの光２０Ａと、指示体２Ｂから投射された波長５００ｎｍの光２０Ｂが表示スクリーン１１の背面側１１ｂに映し出される。このとき、実際の表示スクリーン１１の背面側１１ｂには、投影装置１２からの映像も映し出されている。しかし、撮像手段３は波長によって光を区別し、図３に示すように光２０Ａと２０Ｂのみが像として検出される。しかも、指示体２Ａから投射された光２０Ａと指示体２Ｂから投射された光２０Ｂとを区別して信号を出力する。また、表示スクリーン１１上に障害物があっても、撮像手段３は、指示体２Ａ、２Ｂから投射された光２０Ａと光２０Ｂのみを撮像するので、障害物が誤って検知されることはない。

画像処理手段４では、撮像手段３が出力した信号から光２０Ａの電気信号ＳＲと光２０Ｂの電気信号ＳＢを分離し、指示体２Ａと２Ｂによって指示されたスクリーン１１上の座標位置を独立して演算する。図４に座標演算の一例を示す。図中、（ａ）は水平同期信号、（ｂ）は指示体２Ａから投射された赤色の光２０Ａを検出する信号、（ｃ）は指示体２Ｂから投射された青緑色の光２０Ｂを検出する信号を示す。（ａ）において、水平同期信号の起点ＳＨ_Ｏが表示スクリーン１１上の水平方向の左端部（ｘ＝０）と対応し、終点ＳＨ_ｅが表示スクリーン１１上の水平方向の右端部（ｘ＝Ｘ）に対応する。すなわち、ＳＨ_Ｏから赤色光２０Ａによる電気信号ＳＲ_Ｈを検出するまでの時間ｔＲ_Ｈによって光２０Ａの表示スクリーン１１上の水平方向の位置（Ｒｘ）を算出することができる。同様に青緑色光２０Ｂの水平方向の位置Ｂｘも、ＳＨ_ＯからＳＢ_Ｈを検出するまでの時間ｔＢ_Ｈによって算出することができる。

垂直方向の座標についても、（ｄ）において、垂直同期信号の起点ＳＶ_Ｏが表示スクリーン１１上の下端部（ｙ＝０）と対応し、終点ＳＶ_ｅが表示スクリーン１１上の上端部（ｙ＝Ｙ）に対応し、（ｅ）が指示体２Ａから投射された赤色の光２０Ａを検出する信号、（ｆ）が指示体２Ｂから投射された青緑色の光２０Ｂを検出する信号を示す。すなわち、ＳＶ_Ｏから赤色光２０Ａによる電気信号ＳＲ_Ｖを検出するまでの時間ｔＲ_Ｖによって光２０Ａの表示スクリーン１１上の垂直方向の位置（Ｒｙ）を算出することができ、青緑色光２０Ｂの垂直方向の位置Ｂｙも、ＳＶ_Ｏから電気信号ＳＢ_Ｖを検出するまでの時間ｔＢ_Ｖによって算出することができる。

このようにして演算した各指示体２Ａ、２Ｂの２次元の位置情報は画像処理手段４からＬＡＮ、ＵＳＢなどの外部インターフェース３０を経由してコンピュータ３１に入力され、入力された位置情報を基にコンピュータ３１は保有する映像情報を制御する。そして、位置情報を基に制御された映像がリアルタイムでリアプロジェクタの表示スクリーン１１に表示される。

上記実施の形態によれば、指示体２が表示スクリーンの前面側に投射した光を撮像手段３が表示スクリーン１１の背面側から撮像して指示体２の位置を検出するようにしたので、表示スクリーン１１上に障害物がある場合も、表示スクリーン１１上の単数、又は複数の指示体２の指示位置を正確に検出することができる。しかも、撮像手段３のカメラの前面と投影装置１２の前面が表示スクリーン１１と略平行な平面上に並ぶようにしたので、撮像手段３が投影装置１２から表示スクリーン１１に向かって投影された光路を遮断することなく、表示スクリーン１１に映し出される映像の質を低下させることもない。

また、撮像手段３は、指示体２から投射された所定波長の光を区別して撮像し、電気信号に変換するように構成したので、表示スクリーン１１上の単数又は複数の指示体２が投射した光を他の光と区別し、外光等を誤認識することなく、正確に指示体２の指示位置を検出することができる。とくに、指示体２には複数の波長から投射する光を選択できるようにしたので、使用する波長を適宜変更することにより、外光の誤認識による誤動作を防止することが容易となる。

また、指示体２が投射する光の波長を投影装置１２の光源の線スペクトルと異なる波長から選択するようにしたので、表示スクリーン１１に映し出された映像と表示スクリーン１１上の単数又は複数の指示体２が投射した光を混同して指示体２の位置を誤認識することもない。なお、指示体２の発光体２１の波長としては、赤外光等の非可視領域から選択することも可能である。この場合、撮像手段３には、赤外光を区別して検知できるものを使用する必要がある。なお、指示体２から投射する光の波長が、外光や投影装置の映像に含まれる波長と重なった場合でも、投射する光の強度を外光や投影装置の映像より高くなるように設定した場合には、指示体２から投射された光を外光や投影装置からの映像と区別して指示体２の位置を検出することが可能となる。

さらに、撮像手段３は、複数の指示体２Ａ、２Ｂから投射された波長の異なる光を区別して電気信号に変換するように構成したので、複数の指示体２Ａ及び指示体２Ｂを同時に使用し、表示スクリーン１１上に示されたそれぞれの指示位置を独立して検出することができる。本実施の形態では、指示体２には３種類の異なる波長の光を選択して投射することができるようにしたので、３つの指示体２Ａ、２Ｂ、２Ｃを同時に使用しても、それぞれが投射する光の波長が重ならないようにスイッチ２２を調整すれば、３つの指示体２Ａ、２Ｂ、２Ｃの指示位置を同時に独立して算出することができる。また、本実施の形態に限定されることなく、撮像手段３が区別できる波長の種類、及びそれに対応した指示体２が投射する光の波長の種類を増加させれば、同時に使用できる指示体２の数を増加させることは可能である。

なお、本実施の形態では、指示体２Ａ、２Ｂの位置を表示スクリーン１１上の２次元座標の位置として検出するようにしたが、Ｘ軸あるいはＹ軸のみの１次元座標として位置を検出するようにしてもよい。

また、指示体２には、指示体２を表示スクリーン１１に押し当てたときのみ電源が入るようなプッシュスイッチを設け、電源２５の消耗を抑制するように構成してもよい。

また、指示体２にレーザー光のように集光性のある光源を搭載し、離れた位置から表示スクリーン１１にスポット的に光を照射できるように構成すれば、表示スクリーン１１に指示体２を押し当てることなく位置を指示することが可能となる。

この発明の実施の形態１による位置検出装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１による指示体を示す構成図である。この発明の実施の形態１による位置検出装置の動作説明図である。この発明の実施の形態１による撮像手段の電気信号を示す図である。

符号の説明

２指示体、３撮像手段、４画像処理手段、１１表示スクリーン、１２投影装置、

Claims

背面側から投影装置の映像が投影される表示スクリーンの前面側に光を投射する指示体と、
前記表示スクリーンの背面側に設置され、前記指示体が前記表示スクリーンに投射した光を前記表示スクリーンの背面側から撮像し、電気信号に変換する撮像手段と、
前記撮像手段からの電気信号を解析し、前記表示スクリーン上の前記指示体の位置を算出する画像処理手段と、
を備えてなる位置検出装置。
前記撮像手段は、前記撮像手段の前面と前記投影装置の前面とが前記表示スクリーンと略平行の平面内に並ぶように設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。
前記撮像手段は、前記指示体から投射された所定波長の光を区別して電気信号に変換することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
前記撮像手段は、複数の指示体から投射された前記所定波長の異なる光を区別して電気信号に変換することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
前記所定波長は、前記投影装置の光源の線スペクトルと異なる波長から選択することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の位置検出装置。