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技術 2次元の位置情報を投影する機能を備えたプロジェクタ

出願人 プラスビジョン株式会社
発明者 中村洋一松岡毅
出願日 2005年7月5日 (13年4ヶ月経過) 出願番号 2005-196372
公開日 2007年1月25日 (11年9ヶ月経過) 公開番号 2007-017516
状態 未査定
技術分野 投影装置 イメージ分析
主要キーワード 赤外光透過フィルター コーナー領域 固有パターン 赤外光フィルタ 入力切替回路 折り返し用 赤外光受光 位置パターン
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2007年1月25日)のものです。
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図面 (13)

課題

プロジェクタ投影画面内の位置を示す非可視光投影することで、投影画面内の位置検出を行うことが可能なプロジェクタを提供する。

解決手段

プロジェクタにより投影される投影面430に位置情報を投影する投影方法は、可視光により投影面430に投影データを投影する第1のステップと、投影面の座標位置を表す位置情報を赤外光で投影面430に投影する第2のステップとを有する。位置情報は、好ましくは、複数の識別パターン400から構成される。

概要

背景

概要

プロジェクタ投影画面内の位置を示す非可視光投影することで、投影画面内の位置検出を行うことが可能なプロジェクタを提供する。 プロジェクタにより投影される投影面430に位置情報を投影する投影方法は、可視光により投影面430に投影データを投影する第1のステップと、投影面の座標位置を表す位置情報を赤外光で投影面430に投影する第2のステップとを有する。位置情報は、好ましくは、複数の識別パターン400から構成される。

目的

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、プロジェクタの投影面内の位置情報を投影し、かつ、投影面内の位置検出を行うことが可能なプロジェクタを提供することを目的とする。
さらに本発明は、投影画面内の位置情報を利用して、投影面上の入力ペン等の入力情報を併せて投影して表示することができるプロジェクタシステムを提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

プロジェクタにより投影される投影面に位置情報を投影する投影方法であって、投影面に可視光により画像データを投影する第1のステップと、投影面の座標位置を表す位置情報を可視光以外の光で投影面に投影する第2のステップと、を含む、位置情報の投影方法。

請求項2

第2のステップは、第1のステップによる投影中に行われる、請求項1に記載の位置情報の投影方法。

請求項3

第2のステップは、赤外光により位置情報を投影する、請求項1または2に記載の位置情報の投影方法。

請求項4

投影される位置情報は、投影面に対応する複数の識別パターンを含む、請求項1ないし3いずれか1つに記載の位置情報の投影方法。

請求項5

位置情報の投影方法はさらに、投影面に投影された位置情報を読取るステップと、読取られた位置情報に基づき第2の画像データを作成するステップと、作成された第2の画像データと投影用の画像データを合成するステップと、合成された画像データを投影面に投影するステップと、を有する、位置情報の投影方法。

請求項6

位置情報を読取るステップは、投影面上においてポインティング装置を移動することにより行われる、請求項5に記載の位置情報の投影方法。

請求項7

合成された画像データは、ポインティング装置の移動軌跡を含む、請求項5に記載の位置情報の投影方法。

請求項8

投影面に画像データを投影するプロジェクタであって、可視光による投影動作中に、投影面の座標位置を表す位置情報を可視光以外の光として投影する位置情報投影手段を有するプロジェクタ。

請求項9

位置情報投影手段は、位置情報を記憶する記憶部を有する、請求項8に記載のプロジェクタ。

請求項10

位置情報投影手段は、位置情報を一定のサイクルで投影する、請求項8に記載のプロジェクタ。

請求項11

位置情報投影手段は、光源から発せられた光のうち、赤外光を抽出する抽出手段を含み、位置情報投影手段は、抽出された赤外光により位置情報を投影する、請求項8に記載のプロジェクタ。

請求項12

位置情報投影手段は、位置情報に基づき赤外光を照明されたDMDを駆動する、請求項8ないし11いずれか1つに記載のプロジェクタ

請求項13

請求項8ないし12いずれか1つに記載のプロジェクタと、プロジェクタとデータ通信が可能なポインティング装置とを有し、ポインティング装置は、投影面に投影された位置情報を読取る手段と、読取られたデータを送信する送信手段とを含み、プロジェクタは、送信された読取りデータに基づき画像データを作成する手段と、作成された画像データと投影用の画像データを合成する手段と、合成された画像データを投影面に投影する手段とを有する、プロジェクタシステム

請求項14

ポインティング装置はさらに、読取られた位置情報に基づきポインティング装置の座標位置を算出する算出手段を含む、請求項13に記載のプロジェクタシステム。

請求項15

電子黒板描画面に、画像データが投影される、請求項8ないし14いずれか1つに記載のプロジェクタシステム。

技術分野

0001

本発明は、テレビやDVDなどの映像投影することができる前面投射型または背面投射型プロジェクタに関し、特に、背面投射型のプロジェクタによる投影面に2次元位置情報を投影するプロジェクタおよび投影面上で操作された入力装置の位置を投影することができるプロジェクタシステムに関する。

0002

プロジェクタによる投影画像に、筆記情報を合成して表示する電子黒板機能プロジェクタ機能をもつ投影表示システムが知られている。これは、電子黒板の所定の位置に超音波を発生させる装置を配置して、ペンの位置を三角測量の原理により検出し、検出された位置情報を基にして、筆記情報を作成し、投影画像に合成させるものである。

0003

特許文献1は、プロジェクタを使用した電子黒板システムに関するもので、
図12(A)に示すように、ホワイトボード1の信号処理器2に、赤外光受光部21、超音波受信部22、超音波受信部23が設けられている。電子ペン3からは、同時に赤外光パルス4と超音波パルス5が出力される。の光が見えてから音が聞こえるまでの時間で雷までの距離が判る原理を利用し、信号処理器2は赤外光受光部20に赤外光パルス4が入力してから、超音波受信部21、22に超音波が入力するまでの時間を測ることで、電子ペン3から超音波受信部21、22までの距離を知ることができる。超音波受光部21,22は信号処理器2に固定されていることから、超音波受信部21,22からみた電子ペン3の位置は三角測量の原理から求めることができる。図12(B)に示すように、プロジェクタでホワイトボードに映像を投射し、投射映像6のどの位置に電子ペン3があるかを算出し、その結果、パソコンに電子ペンの座標を出力したり、またマウスカーソルを動かしたり、画面上のアイコンを指定することを可能にしている。

0004

特開2005−128611号

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、上記特許文献1に示すような電子黒板システムでは、超音波発生装置のようなものをプロジェクタの投影画面に設けなければならず、利用できる場所や範囲が限定されてしまう。さらには、装置が大型化し、コストも高くなってしまうという課題を有している。

0006

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、プロジェクタの投影面内の位置情報を投影し、かつ、投影面内の位置検出を行うことが可能なプロジェクタを提供することを目的とする。
さらに本発明は、投影画面内の位置情報を利用して、投影面上の入力ペン等の入力情報を併せて投影して表示することができるプロジェクタシステムを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明に係る、プロジェクタにより投影される投影面に位置情報を投影する投影方法は、投影面に可視光により画像データを投影する第1のステップと、投影面の座標位置を表す位置情報を可視光以外の光で投影面に投影する第2のステップとを有する。

0008

好ましくは、第2のステップは、第1のステップによる投影中に、一定のサイクルで行われ、また、可視光以外の赤外光により位置情報を投影する。これにより、投影面に通常の映像が投影されるが、位置情報は赤外光であるため、肉眼で認識することはできない。

0009

位置情報の投影方法はさらに、投影面に投影された位置情報を読取るステップと、読取られた位置情報に基づき画像データを作成するステップと、作成された画像データと投影用の画像データを合成するステップと、合成された画像データを投影面に投影するステップとを有する。好ましくは、位置情報を読取るステップは、投影面上においてポインティング装置を移動することにより行われ、合成された画像データは、ポインティング装置の移動軌跡を含む。

0010

本発明に係るプロジェクタは、可視光による投影動作中に、投影面の座標位置を表す位置情報を可視光以外の光として投影する位置情報投影手段を有する。好ましくは、位置情報はDMDにより表示され、位置情報投影手段は、位置情報を記憶する記憶部を有する。

0011

本発明に係るプロジェクタシステムは、プロジェクタと、プロジェクタとデータ通信が可能なポインティング装置とを有し、ポインティング装置は、投影面に投影された位置情報を読取る手段と、読取られたデータを送信する手段とを含み、プロジェクタは、送信された読取りデータに基づき画像データを作成する手段と、作成された画像データと投影用の画像データを合成する手段と、合成されたデータを投影面に投影する手段とを有する。

0012

好ましくは、ポインティング装置は、読取られた位置情報に基づきポインティング装置の座標位置を算出する算出手段、および座標位置情報をプロジェクタに送信する送信手段を含み、プロジェクタは、座標位置情報を受信する受信手段を含む。

発明の効果

0013

本発明によれば、プロジェクタの投影面に可視光以外の光で投影面の座標位置を表す位置情報を投影するようにしたので、通常動作時の画像表示干渉することなく、その位置情報を利用して、ペン入力装置等のポインティング装置による移動軌跡を検出し、これを投影面上に合成して投影することができる。

発明を実施するための最良の形態

0014

以下、本発明に係るプロジェクタシステムの好ましくは構成を図面を参照して詳細に説明する。

0015

図1は、本発明の実施例に係るプロジェクタシステムの構成を示す図である。プロジェクタシステム10は、背面投射型のプロジェクタ100と、プロジェクタ100による投影面上で操作されるポインティング装置200とを有する。ポインティング装置200は、有線または無線によりデータをプロジェクタ100に送信可能であり、また、後述するように、ユーザーが投影面に映し出された画像等に対して文字や図形等を仮想的に入力するための入力装置としても機能することができる。

0016

図2は、プロジェクタ100の一般的な構成を示す図である。同図は、DMD(Digital Micro-mirror Device)を用いたDLP方式のプロジェクタを示している。ランプ110から発せられた光は、集光ミラーである楕円ミラー112で反射され、光学部品であるライトトンネルまたは光インテグレータ114に入射される。ライトトンネル114において均一な光線束とされた光は、カラーホイール116に入射される。

0017

カラーホイール116は、円周上にR(赤色)、G(緑色)、B(青色)のカラーフィルターと赤外光の透過フィルターを配列しており、これらがモータ118によって回転される。カラーホイール116に入射された光は、R、G、Bの可視光と、可視光以外の赤外光に分離され、R、G、B光および赤外光が、順次、コンデンサレンズ120、折り返し用平面ミラー122、第2の折り返し用の球面ミラー124、第2のコンデンサレンズ126を介してDMD128を照明する。DMD128の反射光は、投影レンズ130に入射され、そこで拡大されスクリーン状に映像が投影される。

0018

図3は、カラーホイールの構成を示す図である。上記したように、カラーホール116は、R、G、Bのカラーフィルター140、142、144と、赤外光透過フィルター146とを有している。ランプ110により発光される光は、可視光の波長と赤外光の波長を含んでおり、この光が、回転するカラーホイール116に対して略垂直に入射される。これにより、カラーホイール116からは、カラーフィルター140〜144により選択されたR、G、B光が順次出射され、かつ、カラーホイールが1回転される度に赤外光フィルター146により選択された赤外光が出射される。すなわち、ランプ110から発せられた光は、カラーホイール116により可視光と赤外光に分離される。

0019

図4は、DMDの平面図である。DMD128は、シリコン基板上に複数のミラー150を2次元アレイ状に配列している。ミラー150は、M行×N列に配置され、例えば、XGA、SVGA等の解像度に応じた数のミラーが配列されている。各ミラー150は、例えばヒンジによって回動可能に支持され、1つ1つが±12度(オンオフ)で傾斜される。ミラー150の表面は、鏡として機能し、照射された光を反射する。各ミラー150は、ディジタル信号で制御され、1秒間に数千回というハイスピード高速にオン・オフに切り替えられる。

0020

図5は、プロジェクタの電気的構成を示すブロック図である。プロジェクタ100は、ポインティング装置200とデータ通信を行うデータ通信部300、ランプ110の駆動を行うランプ駆動回路310、カラーホイール116およびモータ118を駆動するカラーホイール駆動回路320、DMD128を駆動するDMD駆動回路330、DMD128によって投影される画像データ等を生成する画像処理回路340、投影面に投影される位置情報やポインティング装置の移動軌跡、プログラムデータ等を記憶するメモリ350、プログラムに従い各部の制御を行うCPU360を含んでいる。

0021

画像処理回路340は、DMD128のミラー画素に対応するR、G、Bのフォーマットプレーンを有するディジタル画像データを生成し、CPU360は、これらのフレームデータに基づきDMD駆動回路330の駆動する。画像処理回路340はさらに、メモリ350に格納された、投影面の座標位置を表す位置情報に対応する画像データを生成する。

0022

図6(a)〜(d)は、座標位置を表す位置情報を説明する図である。位置情報は、座標位置を識別するための複数の識別パターン400を有している。1つの識別パターン400は、6×6画素から構成され、DMD128の画素数に対応する数の識別パターンが用意されている。識別パターン400の各画素は、2値情報(図には、白または黒で表している)で構成される。すべての識別パターン400は、左上のコーナー領域に、3画素が黒(例えば、2値情報が「1」)である基準パターン410を含んでいる。基準パターン410以外の画素領域には、当該識別パターンの座標位置を示す固有位置パターン420が構成されている。

0023

図7は、DMDによる投影面と識別パターンの関係を示す図である。DMD128がM×Nの画素を有するとき、投影面430には、M×Nの画素が投影される。投影面430において、一番左上の6×6画素領域P1が、1つの識別パターン400に対応する。この識別パターン400は、上記したように基準パターン410と、この座標位置を識別するための固有の位置パターン420を含んでいる。識別パターン400の周囲には1画素分の境界領域440が割り当てられ、この境界領域を隔てて次の識別パターン400が配列される。境界領域440は、位置情報を含まない値(例えば、2値データが「0」)に設定される。こうして、DMDによる投影面430の全領域上に、境界領域440を介して識別パターン400が配列されている。

0024

これらの識別パターン400は、位置情報としてメモリ350に格納されており、画像処理回路340は、メモリ350から読み出された位置情報をDMD128のフォーマット情報に変換する。変換された位置情報は、赤外光によりDMDが照明されるタイミングで投影される。

0025

図8は、ポインティング装置の構成を示すブロック図である。ポインティング装置200は、ペン状のハウジング210内に、赤外光検知用のCCDを含む撮像装置220と、撮像装置220より撮像された撮像信号をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換器230と、変換されたディジタル信号を識別パターンとパターンマッチングする画像処理回路240と、プロジェクタ100にデータを送信する送信回路250とを含んでいる。

0026

ハウジング210の先端には筆記部260が設けられ、筆記部260内には、図示しない対物レンズが取り付けられている。筆記部260を投射面に当接または近接させることで、対物レンズを介して一定の範囲の光学的な読取を行うことができる。本実施例では、撮像装置220による読取り範囲は、12×12画素に対応する領域である。撮像装置220によって読取られた信号は、アナログ・ディジタル変換器230により2値化され、画像処理回路240へ供給される。

0027

画像処理回路240は、複数の識別パターン400をメモリに格納しており、読取られた画素パターンと識別パターンとをパターンマッチングする。パターンマッチングでは、先ず、読取られた画像パターンから基準パターンを探しだし、マッチングすべき領域を切り出す。次に、切り出された領域内に含まれる位置パターンの比較を行う。これにより、投射面上の、ポインティング装置200の筆記部260が位置する座標位置が算出される。画像処理回路240は、算出した座標位置を送信回路250へ供給し、送信回路250は、座標位置をプロジェクタ100へ送信する。

0028

また、ポインティング装置は、複数の線種、例えば、細線用、中線用、太線用のものが用意され、かつ、複数の色、例えば、赤、青、黒のものが用意されている。ポインティング装置毎に識別コードが付与されており、送信回路250は、データの送信時に、併せて識別コードを送信する。

0029

次に、本実施例のプロジェクタシステムの動作について説明する。ランプ110が点灯され、その光は、回転するカラーホイール116に入射される。カラーホイール116からのR、G、Bの可視光および赤外光がDMD128を照射する。DMD128は、画像処理回路340により生成された画像データに応答してミラー画素がオン・オフ制御され、このオン・オフ制御は、カラーホイール116の回転に同期して行われる。こうして、投影面上に、画像データが投影される。

0030

さらに、DMD128は、カラーホイール116の赤外光のタイミングに同期して画像処理回路340により生成された位置情報に応答してミラー画素がオン・オフ制御される。これにより、通常の画像データが投影されている最中に、赤外光による位置情報が投影面に表示される。位置情報は、カラーホイール116の1回転に付き1回の割合で一定の期間だけ表示されるが、この置情報は、赤外光による表示あるため、投影面において肉眼により認識されず、よって、投影されている画像に何ら干渉することはない。

0031

一方、ユーザーは、ポインティング装置200を用い、投影面上で文字や図形等の入力を行うことができる。ポインティング装置の筆記部260を投影面上で移動させると、撮像装置220が、投影面にある位置情報すなわち識別パターン400を読取る。筆記部260の読取領域は、12×12画素であり、例えば、図9に示すようなパターンが読取られる。画像処理回路240は、読取られた識別パターン400の基準パターン410を基準に読取りデータの切り出しを行い、当該切り出された読取りデータに含まれる識別パターンをパターンマッチングし、そこに含まれる位置パターンを特定する。これにより、識別パターン400、すなわち、筆記部260の座標位置が算出される。画像処理回路240は、撮像装置220から順次送られてくる読取りデータから、筆記部260の移動軌跡を算出する。送信回路250は、算出された座標位置をプロジェクタ100に送信する。

0032

プロジェクタ100において、データ通信部300は、ポインティング装置200から座標位置およびポインティング装置の識別コードを受信すると、CPU360は、識別コードを解読し、ポインティング装置の線種、および色を判別する。同時に、CPU360は、受信した座標位置に基づき、ポインティング装置200の移動軌跡に対応する画像データを画像処理回路340に生成させる。

0033

画像処理回路340は、ポインティング装置200の移動軌跡に対応する画像データと、投影面に投影している画像データとの合成を行う。合成された画像データは、DMD128によって投影面に表示される。こうして、投影面においてポインティング装置200により描画された文字、図形等が、投影されている画像に上書きされるかの如く、合成して表示される。

0034

次に、本発明の第2の実施例について説明する。第1の実施例では、ポインティング装置200が、アナログ・ディジタル変換器230、画像処理回路240を包含する例を示したが、アナログ・ディジタル変換器230および画像処理回路240は、プロジェクタ側に設けるようにしてもよい。この場合、ポインティング装置200によって読取られた信号は、送信回路250によってプロジェクタに送信される。プロジェクタは、受信した読取り信号ディジタル変換し、これをパターンマッチングし、ポインティング装置の座標位置を算出する。これにより、ポインティング装置側の構成を簡易にし、ポインティング装置の小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。なお、ポインティング装置にアナログ・ディジタル変換器230、プロジェクタ側に画像処理回路240を設けても良い。

0035

次に、本発明の第3の実施例について説明する。図10(a)は、ポインティング装置の構成を示すブロック図である。第3の実施例では、ポインティング装置に、線種、色の切り替えを行うペン切換回路270が設けられている。ペン切換回路270は、図10(b)に示すように、線種と色の組合せを予めメモリ等に格納しており、選択された線種と色に対応する識別コードを、ポインティング装置の識別コードの代わりに送信するようにする。これにより、ポインティング装置を、線種および色毎に複数用意する必要はなくなる。

0036

さらにポインティング装置は、図10(a)に示すように、ポインティング装置の読取機能を有効または無効にするための入力切替回路280を有するようにしてもよい。入力切替回路280は、例えばユーザーの操作によりオン・オフの選択が可能である。オンが選択されたとき、入力切替回路280は、送信回路250に対して、送信回路250が有効に動作可能であることを示す許可信号を与え、オフが選択されたとき、送信回路250が動作不可であることを示す不許可信号を与える。あるいは、入力切替回路280は、撮像装置220に対して、許可信号または不許可信号を与えるようにしてもよい。

0037

送信無効または読取無効の状態のとき、ポインティング装置200は、通常のマジック等のペンとして実際に投影面(例えば、電子黒板)に文字、図形等を描画できるようにし、送信有効または読取有効の場合にのみ、ポインティング装置の移動軌跡を画像データに合成し、これを投影表示することができる。

0038

次に、本発明の第4の実施例について説明する。第5の実施例は、電子黒板をリアプロジェクタの投影面に適用したものである。図11に示すように、電子黒板500は、文字、図形等を描画する描画面510を有している。さらに、電子黒板500の下部には、プロジェクタ520が接続されている。プロジェクタ520は、画像データを、投影面510に投影するように図2の光学系を構成している。つまり、描画面510は、筆記面および投影面として機能する。プロジェクタにより投影面510に画像を投影している最中に、投影面510上をポインティング装置200を移動させると、その移動軌跡に対応する画像データがプロジェクタにおいて生成され、その画像データが合成されて投影面510に投影される。

0039

本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

0040

上記実施例では、単一のランプからの光をカラーホイールを用いて可視光と赤外光に分割したが、可視光用光源別個に、赤外光用の光源を用いるようにしてもよい。この場合、赤外光用の光源からの光を一定のタイミングでDMDを照明するようにすれば、カラーホイールには赤外光透過フィルターを設ける必要はない。そして、第1の実施例と同様に、赤外光がDMD128を照明するタイミングと同期してDMD128に位置情報を投影させる。さらに、単一のDMD128を用いたが、複数のDMDを用いた光学系であってもよい。この場合、一方のDMDは、赤外線による位置情報の表示用に用いるようにすれば、DMDにより常に位置情報が投影面に投影されることになる。さらに、ランプの光源は、放電ランプや、それ以外にも、ダイオードレーザを用いたものであっても良い。また、DMD128によって位置情報を形成せずに、赤外光の透過領域、及び不透過領域によって位置情報が形成されたフィルムであって、可視光を透過するフィルムを、DMD128の前に配置するだけでもよい。

0041

本発明に係るプロジェクタおよびプロジェクタシステムは、画像は映像などを表示するための入力機能付き表示装置として利用することができる。

図面の簡単な説明

0042

本発明の実施例に係るプロジェクタシステムの構成を示すブロック図である。
本発明の実施例に係るプロジェクタの光学系の構成を示す図である。
カラーホイールの構成を示す平面図である。
DMDの平面図である。
本発明の実施例に係るプロジェクタの電気的構成を示すブロック図である。
座標位置を表す位置情報を説明する図である。
プロジェクタによる投射面と識別パターンの関係を示す図である。
ポインティング装置の構成を示すブロック図である。
読取りパターンの例を示す図である。
本発明の第3の実施例に係るポインティング装置の構成を示す図である
本発明の第4の実施例に係る電子黒板の構成を示す図である
従来の電子黒板システムを示す図である。

符号の説明

0043

10:プロジェクタシステム100:プロジェクタ
110:ランプ116:カラーホイール
128:DMD140〜144:カラーフィルター
146:赤外光透過フィルター150:反射ミラー
200:ポインティング装置210:ハウジング
220:撮像装置250:送信回路
260:筆記部 400:識別パターン
410:基準パターン420:固有パターン
430:投影面 440:境界領域
500:電子黒板

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