JP5014171B2

JP5014171B2 - Position detection device

Info

Publication number: JP5014171B2
Application number: JP2008006752A
Authority: JP
Inventors: 吉範浅村; 重教渋江
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-01-16
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2028-01-16
Also published as: JP2009169653A

Description

本発明は、表示画面上に指示された指示体の位置を検出する位置検出装置に関する。 The present invention relates to a position detection device that detects the position of an indicator indicated on a display screen.

光学的に画面上の指示位置を検出する装置では、表示画面の前面側の外縁部に光源および再帰反射材を設け、表示画面に対して平行な走査光を照射して画面上に存在する指示体の再帰反射光による像を撮像することによって、指示体の指示位置を検出する位置検出装置がある（例えば、特許文献１参照）。 In a device that optically detects the indicated position on the screen, a light source and a retroreflective material are provided on the outer edge of the front side of the display screen, and scanning light parallel to the display screen is irradiated to indicate the position on the screen. There is a position detection device that detects an indication position of an indicator by taking an image of a body retroreflected light (see, for example, Patent Document 1).

また、指示体の先端部が表示画面に接触している間のみ指示体から識別信号を出力し、識別信号を受信している間に受信した位置情報を有効と判断する位置検出装置がある（例えば、特許文献２参照）。 In addition, there is a position detection device that outputs an identification signal from the pointer only while the tip of the pointer is in contact with the display screen, and determines that the received positional information is valid while receiving the identification signal ( For example, see Patent Document 2).

特開２００４−５１７１号公報（第４頁、第１図）JP 2004-5171 A (page 4, FIG. 1) 特開２００３−２６３２７４号公報（第５、６頁、第４図）JP 2003-263274 A (pages 5 and 6 and FIG. 4)

しかし、特許文献１では、表示画面上に障害物が存在すると、障害物と指示体との区別ができずに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。 However, in Patent Document 1, if there is an obstacle on the display screen, there is a problem that the obstacle cannot be distinguished from the indicator and the position of the indicator cannot be accurately detected.

また、特許文献２では、筐体内部にバッテリーを備える指示体の先端が表示画面に接触している間に識別信号を出力し続けるため、指示体内部のバッテリーが短時間で消耗してしまうという問題がある。 Further, in Patent Document 2, since the identification signal is continuously output while the tip of the indicator provided with the battery inside the housing is in contact with the display screen, the battery inside the indicator is consumed in a short time. There's a problem.

本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、表示画面上に障害物が存在しても指示体の指示位置を正確に検出するとともに、指示体内部のバッテリーの消耗を防ぐことを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems, and accurately detects the pointing position of the indicator even when an obstacle is present on the display screen, and prevents the battery inside the pointer from being consumed. With the goal.

上記の課題を解決するために、本発明による位置検出装置は、投影装置から表示スクリーンの背面側に投影される映像の非有効期間を検出し、非有効期間に非可視光を表示スクリーンの背面側に投射する同期信号投射手段と、同期信号投射手段によって投射された非可視光を表示スクリーンの前面側から受光することにより、非有効期間を認識する間のみ、表示スクリーンの前面側に光を投射して指示することが可能な指示体と、指示体から投射された光を表示スクリーンの背面側から撮影して電気信号に変換する撮像手段と、撮像手段にて変換された電気信号を解析し、表示スクリーン上における指示体の指示位置を算出する画像処理手段とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a position detection device according to the present invention detects an ineffective period of an image projected from the projection device to the back side of the display screen, and transmits invisible light to the back surface of the display screen during the ineffective period. By receiving the invisible light projected by the synchronizing signal projecting means from the front side of the display screen, the light is projected on the front side of the display screen only while the ineffective period is recognized. An indicator that can be projected and instructed, an imaging unit that captures light projected from the indicator from the back side of the display screen and converts it into an electrical signal, and an analysis of the electrical signal converted by the imaging unit And an image processing means for calculating the indication position of the indicator on the display screen.

本発明によると、同期信号投射手段は投影装置から表示スクリーンの背面側に投影される映像の非有効期間を検出し、非有効期間に非可視光を表示スクリーンの背面側に投射し、指示体は同期信号投射手段によって投射された非可視光を表示スクリーンの前面側から受光することにより、非有効期間を認識する間のみ、表示スクリーンの前面側に光を投射して指示することが可能であり、撮像手段は指示体から投射された光を表示スクリーンの背面側から撮影して電気信号に変換し、画像処理手段は撮像手段にて変換された電気信号を解析し、表示スクリーン上における指示体の指示位置を算出するので、表示画面上に障害物が存在しても指示体の指示位置を正確に検出するとともに、指示体内部のバッテリーの消耗を防ぐことが可能である。
According to the present invention, the synchronization signal projecting means detects the ineffective period of the image projected from the projection device to the back side of the display screen, projects invisible light to the back side of the display screen during the ineffective period, and By receiving the invisible light projected by the synchronizing signal projection means from the front side of the display screen, it is possible to project and instruct the light on the front side of the display screen only while recognizing the ineffective period. Yes, the imaging means captures the light projected from the indicator from the back side of the display screen and converts it into an electrical signal, and the image processing means analyzes the electrical signal converted by the imaging means, and instructs the display screen Since the pointing position of the body is calculated, it is possible to accurately detect the pointing position of the pointer even if there is an obstacle on the display screen and to prevent the battery inside the pointer from being consumed.

本発明の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施形態による位置検出装置の構成図である。図１に示すように、位置検出装置は、リアプロジェクタである投影装置１２から出力される映像信号の同期信号を検出して映像ブランキング期間（非有効期間）を示す同期信号を生成する同期信号生成手段６（同期信号投射手段）と、同期信号生成手段６にて生成された同期信号に基づいて非可視光を表示スクリーン１１に投射する非可視光投射手段５（同期信号投射手段）と、非可視光投射手段５から出力される非可視光を受光して同期信号を解析し、映像信号のブランキング期間のみ所定の波長の光を表示面１１ａ側から表示スクリーン１１に投射する指示体２Ａおよび２Ｂ（以下、指示体を総称して指示体２とする）と、同期信号生成手段６にて生成された同期信号に基づいて映像信号のブランキング期間に指示体２Ａおよび２Ｂから投射された光を表示スクリーン１１の背面１１ｂ側から撮像する撮像手段３と、撮像手段３にて撮像した表示スクリーン１１上の指示体２Ａおよび２Ｂの２次元座標を算出する画像処理手段４とからなる。なお、非可視光投射手段５から投射される非可視光は、例えば赤外線であってもよい。 FIG. 1 is a configuration diagram of a position detection apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the position detection device detects a synchronization signal of a video signal output from a projection device 12 that is a rear projector, and generates a synchronization signal indicating a video blanking period (invalid period). Generation means 6 (synchronization signal projection means), non-visible light projection means 5 (synchronization signal projection means) for projecting invisible light onto the display screen 11 based on the synchronization signal generated by the synchronization signal generation means 6, An indicator 2A that receives the invisible light output from the invisible light projection means 5 and analyzes the synchronization signal, and projects light of a predetermined wavelength onto the display screen 11 from the display surface 11a only during the blanking period of the video signal. And 2B (hereinafter, the indicators are collectively referred to as an indicator 2) and the indicators 2A and 2B during the blanking period of the video signal based on the synchronization signal generated by the synchronization signal generating means 6. From the imaging means 3 that images the emitted light from the back surface 11b side of the display screen 11, and the image processing means 4 that calculates the two-dimensional coordinates of the indicators 2A and 2B on the display screen 11 captured by the imaging means 3. Become. The invisible light projected from the invisible light projection unit 5 may be infrared rays, for example.

指示体２は、表示スクリーン１１の表示面１１ａに先端部を当てて、所定の波長の光を表示スクリーン１１に投射する。図２は、本発明の実施形態による指示体２の構成図である。図２に示すように、指示体２は、非可視光投射手段５から投射された光を受光する受光部２６と、受光部２６にて受光した光を同期信号に電気的に変換する同期変換部２７と、波長が各々異なる複数のダイオード（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）を備える発光部２１と、指示体２から投射させる光の波長、すなわち発光ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃのいずれか１つを選択するためのスイッチ２２と、同期変換部２７から出力される同期信号に従って選択された発光部２１を駆動させるドライバ２３と、発光部２１から出力される光を効率よく投射するために指示体２の先端部に設けられたレンズ２４と、指示体２を駆動させるための電源であるバッテリー２５とからなり、それらは筐体２８に収められている。 The indicator 2 projects a light having a predetermined wavelength onto the display screen 11 by placing the tip on the display surface 11 a of the display screen 11. FIG. 2 is a configuration diagram of the indicator 2 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the indicator 2 includes a light receiving unit 26 that receives light projected from the invisible light projection unit 5, and synchronous conversion that electrically converts light received by the light receiving unit 26 into a synchronization signal. Select one of the light emitting unit 21 having a plurality of diodes (21a, 21b, 21c) having different wavelengths and the wavelength of light projected from the indicator 2, that is, the light emitting diodes 21a, 21b, 21c. A switch 22 for driving, a driver 23 for driving the light emitting unit 21 selected according to the synchronization signal output from the synchronization converting unit 27, and the indicator 2 for efficiently projecting the light output from the light emitting unit 21. It consists of a lens 24 provided at the tip and a battery 25 that is a power source for driving the indicator 2, and these are housed in a housing 28.

発光部２１は、波長の異なる３種類の発光ダイオード２１ａ、２１ｂ、２１ｃを備えており、発光ダイオード２１ａは赤（６６０ｎｍ）、発光ダイオード２１ｂは青緑（５５０ｎｍ）、発光ダイオード２１ｃは青（４４０ｎｍ）の光をそれぞれ発光する。スイッチ２２の操作で発光ダイオード（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）を切り替えることによって、指示体２から投射される光の波長を変更することができる。 The light emitting unit 21 includes three types of light emitting diodes 21a, 21b, and 21c having different wavelengths. The light emitting diode 21a is red (660 nm), the light emitting diode 21b is blue-green (550 nm), and the light emitting diode 21c is blue (440 nm). Each light is emitted. By switching the light emitting diodes (21a, 21b, 21c) by operating the switch 22, the wavelength of the light projected from the indicator 2 can be changed.

本発明の実施形態では、指示体２Ａおよび指示体２Ｂを使用し、指示体２Ａはスイッチ２２の操作によって発光ダイオード２１ａを選択して赤色の光を投射するように設定し、指示体２Ｂはスイッチ２２の操作によって発光ダイオード２１ｂを選択して青緑の光を投射するように設定する。このとき、指示体２Ａおよび指示体２Ｂが投射する光の波長が重ならないようにする。なお、本発明の実施形態では、２つの指示体２Ａおよび指示体２Ｂを使用したが、１つまたは３つ以上の指示体２であってもよい。 In the embodiment of the present invention, the indicator 2A and the indicator 2B are used, and the indicator 2A selects the light emitting diode 21a by operating the switch 22 and sets it to project red light, and the indicator 2B The light emitting diode 21b is selected by the operation 22 and set to project blue-green light. At this time, the wavelengths of light projected by the indicator 2A and the indicator 2B are made not to overlap. In the embodiment of the present invention, two indicators 2A and 2B are used, but one or three or more indicators 2 may be used.

撮像手段３は、図１に示すように、投影装置１２に近接するように筐体（図示せず）内に収納され設置されている。すなわち、投影装置１２の前面と撮像手段３の前面とが表示スクリーン１１と略平行な平面内に並ぶように設置されている。こうすることによって、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上に映像を投影する範囲を含む。また、投影装置１２が表示スクリーン１１上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。撮像手段３には、波長によって光を区別するための光学フィルタ（図示せず）が設けられており、指示体２から投射された光を波長ごとに区別して電気信号に変換した後、画像処理手段４に出力される。 As shown in FIG. 1, the imaging unit 3 is housed and installed in a housing (not shown) so as to be close to the projection device 12. In other words, the front surface of the projection device 12 and the front surface of the imaging unit 3 are installed so as to be aligned in a plane substantially parallel to the display screen 11. By doing so, the imaging range of the imaging means 3 includes a range in which the projection device 12 projects an image on the display screen 11. In addition, the imaging unit 3 does not block the optical path through which the projection device 12 projects an image on the display screen 11. The imaging means 3 is provided with an optical filter (not shown) for distinguishing light according to the wavelength. After the light projected from the indicator 2 is distinguished for each wavelength and converted into an electrical signal, image processing is performed. Output to means 4.

画像処理手段４では、波長ごとに区別した電気信号を撮像手段３から入力し、入力された電気信号に基づいて指示体２Ａおよび指示体２Ｂの位置を判別して、表示スクリーン１１上の２次元座標として処理により算出する。算出された指示体２Ａおよび指示体２Ｂの２次元の位置情報は、ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）やＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）等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。 In the image processing means 4, an electrical signal distinguished for each wavelength is input from the imaging means 3, the positions of the indicator 2 A and the indicator 2 B are determined based on the input electrical signal, and two-dimensional on the display screen 11. It is calculated by processing as coordinates. The calculated two-dimensional position information of the indicator 2A and the indicator 2B is input to the computer 31 via an external interface 30 such as a LAN (Local Area Network) or a USB (Universal Serial Bus).

同期信号生成手段６は、投影装置１２から投射される映像の垂直同期信号と有効映像とが出力されない期間（ブランキング期間）を検出して同期信号として非可視光投射手段５および画像処理手段４に出力する。非可視光投射手段５では、同期信号生成手段６から入力される同期信号の有効期間のみ、例えば赤外線などの非可視光のパルスを表示スクリーン１１上に投射する。一方、画像処理手段４では、同期信号生成手段６から入力された同期信号に基づいて撮像タイミング信号を生成して撮像手段３に出力する。撮像手段３は、画像処理手段４から入力した撮像タイミング信号に従って指示体２から投射される光を撮像する。 The synchronization signal generation means 6 detects a period (blanking period) in which the vertical synchronization signal of the image projected from the projection device 12 and the effective image are not output (blanking period), and uses the invisible light projection means 5 and the image processing means 4 as the synchronization signal. Output to. The non-visible light projection unit 5 projects a pulse of non-visible light such as infrared rays on the display screen 11 only during the effective period of the synchronization signal input from the synchronization signal generation unit 6. On the other hand, the image processing unit 4 generates an imaging timing signal based on the synchronization signal input from the synchronization signal generation unit 6 and outputs it to the imaging unit 3. The imaging unit 3 images the light projected from the indicator 2 according to the imaging timing signal input from the image processing unit 4.

コンピュータ３１は、内部に映像情報を保有しており、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を経由して画像処理手段４から指示体２Ａおよび指示体２Ｂの位置情報が入力されると、コンピュータ３１の内部にインストールされたアプリケーションソフトによって、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。 The computer 31 has video information inside, and outputs the video information to the projection device 12 as a video signal. At this time, when the position information of the indicator 2A and the indicator 2B is input from the image processing unit 4 via the external interface 30, it is based on the input position information by the application software installed in the computer 31. The video information is controlled, and the controlled video information is output to the projection device 12 as a video signal.

コンピュータ３１から映像信号が入力された投影装置１２は、表示スクリーン１１の背面１１ｂ側に映像を投影し、投影された映像が表示スクリーン１１の表示面１１ａで結像することによって、表示スクリーン１１の表示面１１ａ側から映像を見ることが可能となる。 The projection device 12 to which the video signal is input from the computer 31 projects the video on the back surface 11 b side of the display screen 11, and the projected video is imaged on the display surface 11 a of the display screen 11. An image can be viewed from the display surface 11a side.

次に、位置検出装置の動作について説明する。 Next, the operation of the position detection device will be described.

図３は、本発明の実施形態による同期信号生成手段６の電気信号を示す図である。例えば、投影装置１２に対して図３（ａ）および（ｂ）に示すようなタイミングで映像の垂直同期信号および画像信号が入力されると、投影装置１２は表示スクリーン１１に対して図３（ｃ）および（ｄ）に示すようなタイミングで垂直同期信号および画像信号を出力する。投影装置１２からは表示スクリーン１１上に映像を投影する際、有効映像を出力する期間と、有効映像を出力しないブランキング期間とが存在する。このとき、同期信号生成手段６では、図３（ｅ）に示すような投影装置１２が出力する垂直同期信号から有効映像が生じるまでのブランキング期間を検出し、同期信号として非可視光投射手段５に出力する。 FIG. 3 is a diagram showing an electrical signal of the synchronization signal generating means 6 according to the embodiment of the present invention. For example, when a vertical synchronizing signal and an image signal of a video are input to the projection device 12 at timings as shown in FIGS. 3A and 3B, the projection device 12 receives the display screen 11 from FIG. A vertical synchronizing signal and an image signal are output at timings as shown in c) and (d). When projecting an image on the display screen 11 from the projection device 12, there are a period during which an effective image is output and a blanking period during which no effective image is output. At this time, the synchronization signal generation means 6 detects a blanking period from the vertical synchronization signal output from the projection device 12 as shown in FIG. 3E until an effective image is generated, and uses the invisible light projection means as the synchronization signal. 5 is output.

非可視光投射手段５では、図３（ｅ）の”Ｌ”期間のみ、同期信号生成手段６から入力される同期信号の有効期間として非可視光のパルスを表示スクリーン１１上に投射する。 The invisible light projection unit 5 projects a pulse of invisible light on the display screen 11 as an effective period of the synchronization signal input from the synchronization signal generation unit 6 only during the “L” period of FIG.

指示体２では、非可視光投射手段５から投射された非可視光のパルスを受光部２６によって受光する。受光部２６にて受光した非可視光のパルスを同期変換部２７にて電気的に変換して、図３（ｅ）に示す同期信号を復元してドライバ２３に出力する。ドライバ２３では、同期変換部２７から入力された同期信号の有効期間のみ、発光部２１が駆動するように制御を行う。すなわち、投影装置１２から表示スクリーン１１上に投影される映像のうち、有効映像を出力しないブランキング期間のみ指示体２の発光ダイオード２１ａ〜２１ｃのいずれかが駆動するように制御を行う。 In the indicator 2, the light-receiving unit 26 receives a pulse of invisible light projected from the invisible light projection unit 5. The invisible light pulse received by the light receiving unit 26 is electrically converted by the synchronization conversion unit 27 to restore the synchronization signal shown in FIG. The driver 23 performs control so that the light emitting unit 21 is driven only during the effective period of the synchronization signal input from the synchronization conversion unit 27. That is, control is performed so that one of the light emitting diodes 21a to 21c of the indicator 2 is driven only during a blanking period in which an effective image is not output among images projected from the projection device 12 onto the display screen 11.

図４は、本発明の実施形態による撮像手段３によって検出された指示体２Ａおよび指示体２Ｂの位置を示す図である。図４に示すように、指示体２Ａおよび指示体２Ｂで発光した光を同時に表示スクリーン１１の表示面１１ａに投射すると、指示体２Ａ（波長６６０ｎｍ）の光２０Ａと、指示体２Ｂ（波長５５０ｎｍ）の光２０Ｂが表示スクリーン１１の背面１１ｂ側に映し出される。撮像手段３では、内部に備える光学フィルターによって指示体２Ａおよび指示体２Ｂの光を区別し、図４に示すように光２０Ａおよび光２０Ｂのみが像として検出される。そして、撮像手段３は、図３（ｆ）に示す画像処理手段４から入力された撮像タイミング信号に従って光２０Ａおよび光２０Ｂを撮像する。すなわち、撮像手段３は、投影装置１２から表示スクリーン１１上に投射された映像信号のブランキング期間に同期して、出力される映像の１フレームごとに１回、指示体２から投射される光を撮像するように画像処理手段４によって制御される。 FIG. 4 is a diagram showing the positions of the indicator 2A and the indicator 2B detected by the imaging means 3 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, when the light emitted from the indicator 2A and the indicator 2B is simultaneously projected onto the display surface 11a of the display screen 11, the light 20A of the indicator 2A (wavelength 660 nm) and the indicator 2B (wavelength 550 nm) The light 20B is projected on the back surface 11b side of the display screen 11. In the imaging means 3, the light of the indicator 2A and the indicator 2B is distinguished by an optical filter provided therein, and only the light 20A and the light 20B are detected as an image as shown in FIG. Then, the imaging unit 3 images the light 20A and the light 20B according to the imaging timing signal input from the image processing unit 4 illustrated in FIG. That is, the imaging means 3 is light projected from the indicator 2 once for each frame of the output video in synchronization with the blanking period of the video signal projected from the projection device 12 onto the display screen 11. Is controlled by the image processing means 4 so that

撮像手段３によって指示体２から投射される光を検出する際に、投影装置１２から有効映像が出力されていると、表示スクリーン１１の背面１１ｂ側では指示体２から投射された光と投影装置１２から投射された映像とが干渉し合ってしまい、撮像手段３が指示体２の位置を正確に検出できない場合がある。しかし、本実施形態のように、撮像手段３による撮像を、投影装置１２から有効映像が投射されていない期間（ブランキング期間）に同期して行うため、撮像手段３が指示体２の位置を誤検出することはない。また、撮像手段３では、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とを区別して撮像して画像処理手段４に出力しているため、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２から投射された光のみを撮像するので、障害物が誤って検出されることはない。 When detecting the light projected from the indicator 2 by the imaging means 3, if the effective image is output from the projection device 12, the light projected from the indicator 2 and the projection device on the back surface 11b side of the display screen 11 The image projected from 12 may interfere with each other, and the imaging unit 3 may not be able to accurately detect the position of the indicator 2. However, as in the present embodiment, since the imaging by the imaging unit 3 is performed in synchronization with a period during which no effective image is projected from the projection device 12 (blanking period), the imaging unit 3 determines the position of the indicator 2. There is no false detection. Further, since the imaging unit 3 distinguishes and captures the light 20A projected from the indicator 2A and the light 20B projected from the indicator 2B and outputs the image to the image processing unit 4, there is an obstacle on the display screen 11. Even if there is an object, the image pickup means 3 picks up only the light projected from the indicator 2, so that an obstacle is not erroneously detected.

画像処理手段４では、撮像手段３より入力した信号から光２０Ａの電気信号ＳＲと光２０Ｂの電気信号ＳＢとを分離し、表示スクリーン１１上に指示された指示体２Ａおよび指示体２Ｂの指示位置をそれぞれ独立して演算することによって求める。図５は、本発明の実施形態による画像処理手段４における座標演算の一例を示す図である。図５（ａ）〜（ｃ）は、図４に示すｘ座標方向における指示体２Ａおよび指示体２Ｂの位置を検出している。図５に示すように、（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の位置を検出する信号を示している。（ａ）では、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）に対応し、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。ＳＨ_Oから（ｂ）に示す指示体２Ａの光２０Ａを検出するＳＲ_Hまでの時間ｔＲ_Hによって、表示スクリーン１１上の光２０Ａの水平方向の位置（Ｒｘ）を算出することができる。同様に、ＳＨ_Oから（ｃ）に示す指示体２Ｂの光２０Ｂを検出するＳＢ_Hまでの時間ｔＢＨによって、表示スクリーン１１上の光２０Ｂの水平方向の位置（Ｂｘ）を算出することができる。 In the image processing means 4, the electrical signal SR of the light 20 A and the electrical signal SB of the light 20 B are separated from the signal input from the imaging means 3, and the indication positions of the indicator 2 A and the indicator 2 B indicated on the display screen 11. Are obtained by calculating each independently. FIG. 5 is a diagram showing an example of coordinate calculation in the image processing means 4 according to the embodiment of the present invention. 5A to 5C detect the positions of the indicator 2A and the indicator 2B in the x-coordinate direction shown in FIG. As shown in FIG. 5, (a) is a horizontal synchronization signal, (b) is a signal for detecting red light 20A projected from the indicator 2A, and (c) is blue-green light projected from the indicator 2B. A signal for detecting the position of 20B is shown. In (a), the starting point SH _O of the horizontal synchronizing signal corresponds to the horizontal left end (x = 0) on the display screen 11, and the end point SH _e is the horizontal right end (x = X) on the display screen 11. ). The horizontal position (Rx) of the light 20A on the display screen 11 can be calculated from the time tR _H from SH 2 _O to SR _H for detecting the light 20A of the indicator 2A shown in (b). Similarly, the horizontal position (Bx) of the light 20B on the display screen 11 can be calculated from the time tBH from SH 2 _O to SB _H for detecting the light 20B of the indicator 2B shown in (c).

図５（ｄ）〜（ｆ）は、図４に示すｙ座標方向における指示体２Ａおよび指示体２Ｂの位置を検出している。（ｄ）は垂直同期信号、（ｅ）は指示体２Ａから投射された赤色の光２０Ａを検出する信号、（ｆ）は指示体２Ｂから投射された青緑色の光２０Ｂの位置を検出する信号を示している。（ｄ）では、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）に対応し、終点ＳＶ_eが表示スクリーン１１上の上端部（ｙ＝Ｙ）に対応する。ＳＶ_Oから（ｅ）に示す指示体２Ａの光２０Ａを検出するＳＲ_Vまでの時間ｔＲ_Hによって、表示スクリーン１１上の光２０Ａの垂直方向の位置（Ｒｙ）を算出することができる。同様に、ＳＶ_Oから（ｆ）に示す指示体２Ｂの光２０Ｂを検出するＳＢ_Vまでの時間ｔＢ_Vによって、表示スクリーン１１上の光２０Ｂの垂直方向の位置（Ｂｙ）を算出することができる。 5D to 5F detect the positions of the indicator 2A and the indicator 2B in the y-coordinate direction shown in FIG. (D) is a vertical synchronizing signal, (e) is a signal for detecting the red light 20A projected from the indicator 2A, and (f) is a signal for detecting the position of the blue-green light 20B projected from the indicator 2B. Is shown. In (d), the starting point SV _O of the vertical synchronization signal corresponds to the lower end (y = 0) on the display screen 11, and the end point SV _e corresponds to the upper end (y = Y) on the display screen 11. The vertical position (Ry) of the light 20A on the display screen 11 can be calculated from the time tR _H from SV _O to SR _V for detecting the light 20A of the indicator 2A shown in (e). Similarly, the vertical position (By) of the light 20B on the display screen 11 can be calculated from the time tB _V from SV _O to SB _V for detecting the light 20B of the indicator 2B shown in (f). .

画像処理手段４によって演算された指示体２Ａおよび指示体２Ｂの２次元の位置情報は、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では、入力された位置情報に基づいて保有する映像情報を制御する。そして、コンピュータ３１にて制御された映像は、リアルタイムで表示スクリーン１１に投射することにより表示される。 The two-dimensional position information of the indicator 2A and the indicator 2B calculated by the image processing means 4 is input to the computer 31 via the external interface 30. The computer 31 controls the video information held based on the input position information. The video controlled by the computer 31 is displayed by projecting it on the display screen 11 in real time.

なお、本実施形態では、指示体２Ａおよび指示体２Ｂの指示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軸または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。 In this embodiment, the indication positions of the indicator 2A and the indicator 2B are detected as the two-dimensional coordinate positions on the display screen 11, but the positions are detected as the one-dimensional coordinates of only the X axis or the Y axis. You may make it do.

以上のことから、指示体２から表示スクリーン１１の表示面１１ａ側に投射した光を、表示スクリーン１１の背面１１ｂ側から撮像手段３によって撮像して指示体２の指示位置を検出するので、表示スクリーン１１上に障害物が存在する場合であっても、表示スクリーン１１上に指示された単数または複数の指示体２の指示位置を正確に検出することが可能である。また、表示スクリーン１１上に投影装置１２から映像が映し出されていない期間、すなわち非有効期間のみ、指示体２から光が投射され、かつ指示体２から光が投射されるタイミングに同期して撮像手段３によって撮像するように制御されるので、表示スクリーン１１上に表示された指示体２の指示位置が誤検出されることがない。 From the above, the light projected on the display surface 11a side of the display screen 11 from the indicator 2 is imaged by the imaging means 3 from the back surface 11b side of the display screen 11 and the indicated position of the indicator 2 is detected. Even when there is an obstacle on the screen 11, it is possible to accurately detect the indicated position of one or more indicators 2 indicated on the display screen 11. In addition, light is projected from the indicator 2 and is imaged in synchronization with the timing at which light is projected from the indicator 2 only during a period when the image is not projected from the projection device 12 on the display screen 11, that is, the ineffective period. Since the control is performed so that the image is taken by the means 3, the indication position of the indicator 2 displayed on the display screen 11 is not erroneously detected.

また、撮像手段３に備えられているカメラの前面と投影装置１２の前面とが表示スクリーン１１に対して略平行の同一平面内に並ぶように設置したので、投影装置１２から表示スクリーン１１に投射された光の光路を撮像手段３が遮断することなく、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。 In addition, since the front surface of the camera provided in the image pickup means 3 and the front surface of the projection device 12 are arranged so as to be aligned in the same plane substantially parallel to the display screen 11, the projection device 12 projects onto the display screen 11. The imaging means 3 does not block the optical path of the emitted light, and the quality of the image displayed on the display screen 11 is not deteriorated.

撮像手段３は、指示体２から投射された所定の波長の光を区別して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上に単数または複数の指示体２から投射された光をそれぞれ区別し、指示体２以外の外光など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。複数の指示体２を使用するときには、それぞれの指示体２から投射される光の波長を適宜変更可能であるため、複数の指示体２を同時に使用しても表示スクリーン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。本実施形態では、指示体２に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〜２Ｃを同時に使用しても、各指示体２Ａ〜２Ｃから投射される光の波長が重ならないようにスイッチ２２によって調整すれば、各指示体２Ａ〜２Ｃの指示位置を同時に独立して算出することが可能である。このときの指示体２から投射される光の波長は、投影装置１２の光源の線スペクトルとは異なる波長である。なお、撮像手段３が区別可能な波長の種類、およびそれに対応する指示体２から投射され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が可能である。 Since the imaging means 3 is configured to distinguish and convert the light of a predetermined wavelength projected from the indicator 2 into an electric signal, the light projected from the single or plural indicators 2 on the display screen 11 respectively. It is possible to distinguish and accurately detect the indication position of the indicator 2 without erroneously recognizing outside light other than the indicator 2. When a plurality of indicators 2 are used, the wavelength of light projected from each indicator 2 can be changed as appropriate. Therefore, even when a plurality of indicators 2 are used at the same time, each of the indicators 2 shown on the display screen 11 is used. Can be detected independently. In the present embodiment, since three types of light having different wavelengths can be selected and projected onto the indicator 2, even if the three indicators 2A to 2C are used simultaneously, the indicators 2A to 2C are used. If the adjustment is made by the switch 22 so that the wavelengths of the light projected from each other do not overlap, the indication positions of the indicators 2A to 2C can be calculated simultaneously and independently. The wavelength of the light projected from the indicator 2 at this time is a wavelength different from the line spectrum of the light source of the projection device 12. If the types of wavelengths that can be distinguished by the imaging unit 3 and the types of wavelengths of light projected from the corresponding indicators 2 are increased, the number of indicators 2 that can be used simultaneously can be increased. is there.

指示体２は、バッテリー２５によって発光部２１の発光ダイオード２１ａ〜２１ｃを駆動しているが、投影装置１２から投射される映像のブランキング期間のみ発光ダイオード２１ａ〜２１ｃを駆動しているため、消費電力を軽減することができ、バッテリー２５の寿命を延ばすことができる。また、指示体２にレーザー光のように集光性を有する光源を搭載して、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すれば、指示体２を表示スクリーン１１に押し当てることなく位置を指示することが可能である。 The indicator 2 drives the light emitting diodes 21a to 21c of the light emitting unit 21 by the battery 25. However, since the indicator 2 drives the light emitting diodes 21a to 21c only during the blanking period of the image projected from the projection device 12, Electric power can be reduced, and the life of the battery 25 can be extended. Further, if the indicator 2 is mounted with a light source having light condensing properties such as laser light so that the display screen 11 can be irradiated with light from a distant position, the indicator 2 is applied to the display screen 11. It is possible to indicate the position without pressing.

また、指示体２が光を投射する期間を、図３（ｅ）に示すように出力映像の垂直同期信号の直後とする必要はなく、投影装置１２から出力される映像信号のブランキング期間に同期させて制御すればよい。さらに、指示体２は図３（ｅ）に示す同期信号の立ち下がりエッジを検出してから一定期間光を投射するように制御してもよい。投影装置１２から出力される映像信号のブランキング期間が複数回ある場合は、１フレーム内のいずれか一回のブランキング期間に同期して指示体２から投射される光の発光制御および撮像の制御を行ってもよい。 Further, the period during which the indicator 2 projects light does not have to be immediately after the vertical synchronization signal of the output video as shown in FIG. 3E, but in the blanking period of the video signal output from the projection device 12. Control may be performed in synchronization. Further, the indicator 2 may be controlled to project light for a certain period after detecting the falling edge of the synchronization signal shown in FIG. When there are a plurality of blanking periods of the video signal output from the projection device 12, the emission control and imaging of light projected from the indicator 2 in synchronization with any one blanking period in one frame. Control may be performed.

図６は、本発明の実施形態による同期信号生成手段６の電気信号を示す図である。例えば、投影装置１２に備えられる単一光源から出力された光をＲ、Ｇ、Ｂの３板式カラーホイールを使用して時分割処理する場合、投影装置１２から出力される映像の有効領域はカラーホイールＲ、Ｇ、Ｂ単位でまとめて出力される。ここで、カラーホイールを映像信号の３倍速で回転させた場合は、図６（ｄ）に示すように投影装置１２から出力される映像の有効領域は１フレームを９分割されて出力されるため、ブランキング期間も９回存在する。この場合、指示体２において９回あるブランキング期間から任意のブランキング期間に同期して制御を行ってもよい。例えば、投影装置１２から出力される映像信号の２番目のブランキング期間に同期して指示体２と撮像手段３とを制御する場合において、同期信号生成手段６は図６（ｅ）に示すような同期信号を非可視光投射手段５および画像処理手段４に出力し、図６（ｆ）に示すような撮像タイミングによって撮像手段３の制御を行う。 FIG. 6 is a diagram showing an electrical signal of the synchronization signal generating means 6 according to the embodiment of the present invention. For example, when light output from a single light source provided in the projection device 12 is processed in a time-sharing manner using a three-plate color wheel of R, G, and B, the effective area of the image output from the projection device 12 is a color. The data is output in units of wheels R, G, and B. Here, when the color wheel is rotated at the triple speed of the video signal, the effective area of the video output from the projection device 12 is output by dividing one frame into nine as shown in FIG. There are also 9 blanking periods. In this case, the indicator 2 may be controlled in synchronization with an arbitrary blanking period from nine blanking periods. For example, when controlling the indicator 2 and the imaging means 3 in synchronization with the second blanking period of the video signal output from the projection device 12, the synchronization signal generating means 6 is as shown in FIG. 6 (e). A simple synchronization signal is output to the invisible light projection means 5 and the image processing means 4, and the imaging means 3 is controlled at the imaging timing as shown in FIG.

なお、本実施形態では非可視光投射手段５から赤外線などの非可視光を投射したが、電波などを用いて指示体２に対して投影装置１２から投影される映像のブランキング期間を伝達しても同様の効果を奏する。 In this embodiment, invisible light such as infrared rays is projected from the invisible light projection means 5, but the blanking period of the image projected from the projection device 12 is transmitted to the indicator 2 using radio waves or the like. However, the same effect is obtained.

本発明の実施形態による位置検出装置の構成図である。It is a block diagram of the position detection apparatus by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による指示体の構成図である。It is a block diagram of the indicator by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による同期信号生成手段の電気信号を示す図である。It is a figure which shows the electric signal of the synchronous signal generation means by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による撮像手段によって検出された指示体の位置を示す図である。It is a figure which shows the position of the indicator detected by the imaging means by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による画像処理手段における座標演算の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the coordinate calculation in the image processing means by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による同期信号生成手段の電気信号を示す図である。It is a figure which shows the electric signal of the synchronous signal generation means by embodiment of this invention.

Explanation of symbols

２指示体、３撮像手段、４画像処理手段、５非可視光投射手段、６同期信号生成手段、１１表示スクリーン、１１ａ表示面、１１ｂ背面、１２投影装置、３０外部インターフェース、３１コンピュータ、２１発光部、２２スイッチ、２３ドライバ、２４レンズ、２５バッテリー、２６受光部、２７同期変換部、２８筐体。 2 indicator, 3 imaging means, 4 image processing means, 5 invisible light projection means, 6 synchronization signal generating means, 11 display screen, 11a display surface, 11b back surface, 12 projection device, 30 external interface, 31 computer, 21 light emission Part, 22 switch, 23 driver, 24 lens, 25 battery, 26 light receiving part, 27 synchronization conversion part, 28 housing.

Claims

Synchronization signal projection means for detecting an ineffective period of an image projected from the projection device to the back side of the display screen, and projecting invisible light to the back side of the display screen during the ineffective period;
By receiving the invisible light projected by the synchronization signal projecting means from the front side of the display screen, light is projected and directed to the front side of the display screen only while the ineffective period is recognized. A possible indicator,
Imaging means for photographing the light projected from the indicator from the back side of the display screen and converting it into an electrical signal;
Image processing means for analyzing the electrical signal converted by the imaging means and calculating an indication position of the indicator on the display screen;
A position detection device comprising:

The position detection device according to claim 1, wherein the front surface of the imaging unit and the front surface of the projection device are installed so as to be aligned in the same plane substantially parallel to the display screen.

The position detection apparatus according to claim 1, wherein the invisible light projected from the synchronization signal projecting unit is an infrared ray.

The position detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the imaging unit distinguishes and converts light having a predetermined wavelength projected from the indicator into an electric signal.

4. The position detection according to claim 1, wherein the imaging unit distinguishes and converts each of light having different predetermined wavelengths projected from the plurality of indicators into an electrical signal. 5. apparatus.

The position detection device according to claim 4, wherein the predetermined wavelength is a wavelength different from a line spectrum of a light source of the projection device.