专利名称：位置检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对在显示屏上由指示单元所指示的位置进行光学检 测的位置检测装置。
背景技术：
作为对显示屏上的指示位置进行光学检测的装置，(例如，在专利文献1中)提出了一种位置检测装置；该装置在显示屏的前周缘处设置有 光源和反射材料，并且通过发射平行于显示屏的扫描光束并对由来自设 置在显示屏上的指示单元的反射光生成的图像进行拍摄来检测指示单元 所指示的位置。
专利文献l:日本专利特开2004-5171号公报(第0016段和图1)。 在上述方法中，在显示屏的正面拍摄指示单元的图像，存在以下问题当屏上放置有阻碍物时，该装置不能将指示单元与阻碍物区分开，致使该装置不能准确地检测指示单元的位置。
发明内容
为了解决上述问题而作出本发明，本发明的目的在于获得一种能够 准确地检测在显示屏上由指示单元所指示的位置的位置检测装置。
根据本发明的位置检测装置包括指示单元，其用于将光投射到显 示屏的正面上，投影仪从所述显示屏的背侧将成像光投射在所述显示屏 上；成像单元，其设置在所述显示屏的背侧，用于从所述显示屏的背侧 采集所述指示单元所投射的所述光，并将所述光转换成电信号；以及图 像处理单元，其用于分析从所述成像单元获得的所述电信号，并计算所 述指示单元在所述显示屏上的坐标位置。
根据本发明，位置检测装置通过从显示屏的背侧拍摄指示单元投射
到显示屏的正面上的光的图像来检测该光的位置；因此，即使显示屏上
放置有阻碍物，该装置也能够准确地检测指示单元在显示屏上的位置。
图1是根据本发明的实施方式1的位置检测装置的结构图2是根据本发明的实施方式1的指示单元的结构图3是用于解释根据本发明的实施方式1的位置检测装置的操作的 图；以及
图4中的(a)、 (b)、 (c)、 (d)、 (e)和(f)是根据本发明的实施方 式1的成像单元所输出的电信号的图。
具体实施例方式
实施方式l
在图1和图2中，例示了根据本发明的实施方式1的位置检测装置。 图1是该位置检测装置的结构图，图2是该位置检测装置的指示单元的 结构图。图中所示的位置检测装置包括投射预定波长的光的指示单元 2A和指示单元2B (为了方便，将它们中的每一个都简称为"2");用于 从显示屏11 (背投影仪的显示屏)的背面llb侧采集显示屏11的显示面 lla的图像的成像单元3;和用于分析从成像单元3获得的电信号并计算 从指示单元2A、 2B或2投射的光在显示屏11上的二维坐标的图像处理 单元4。
当用指示单元2的端部接触显示屏11的正面lla时，该单元将预定 波长的光投射到显示屏11上。作为图2中所示的指示单元的结构，在外 壳26中设置有包括各具有不同波长的多个发光二极管的发光部21;用 于选择要投射的光的波长(发光二极管)的开关22;用于驱动所选择的 发光二极管的驱动器23;设置在外壳26的端部用于有效地输出来自发光 部2的光的透镜24;和电源25。发光部21设置有三种类型的发光二极 管21a、 21b和21c，其中各种发光二极管具有不同的波长。发光二极管 21a发射红光(660纳米)；发光二极管21b发射蓝绿光(560纳米)；发
光二极管21c发射紫光(420纳米)。这些波长是从除了来自作为投影仪 12的光源的发光灯(图中未示出)的光中的线光谱(440纳米、550纳米 和580纳米)之外的波长中选择的；即，这些波长是从投影仪12以低强 度投射或实际上几乎不投射的波段中选择的。当利用选择开关22从发光 二极管中的一个切换到另一个来发光时，指示单元2可以改变光的波长 而发光。在本实施方式中，使用两个指示单元2A和2B，选择指示单元 2A的发光二极管21a来发射红光(660纳米)，选择指示单元2B的发光 二极管21b来发射蓝绿光(500纳米)，使得指示单元2A和指示单元2B所投射的光的波长彼此不同。此外，在本实施方式中，例示了将两个指 示单元2A和2B用作指示单元；可以使用一个指示单元2或三个或更多 个指示单元2。
成像单元3容纳在背投影仪外壳(图中未示出)中，使得可以靠近 背投影仪的投影仪12安装摄像机(成像单元3的主要组件)，如图1所示。更具体地说，按以下方式放置成像单元3，即，使投影仪12的正面 和成像单元3的摄像机的正面都排列在大致平行于显示屏11的平面上。 这使成像单元3的成像区域能够包括显示屏11上的投影仪12将图像投射到其上的区域，并且防止成像单元3遮挡投影仪12将图像投射到显示 屏ll上所经过的光路。此外，为了按波长区分光，成像单元3设置有滤光器(图中未示出)，使得该成像单元按区分波长的方式将指示单元2能 够投射的波长(660纳米、500纳米和420纳米)的光转换成电信号。
基于从成像单元3按波长分别输出的电信号，图像处理单元4分别 将指示单元2A和2B的位置计算为显示屏11上的二维坐标。通过诸如局域网(LAN)或通用串行总线(USB)的外部接口30将针对指示单元2A 和指示单元2B中的每一个计算出的二维坐标位置信息输入到计算机31 中。
计算机31存储图像信息并将存储的信息作为图像信号输出到投影 仪12。同时，如果从外部接口30输入位置信息，则安装在计算机中的应用软件基于所输入的位置信息对图像信息进行控制，并将被控制的图像 信息作为图像信号输出到投影仪12。
投影仪12接收图像信号并从显示屏11的背侧投射图像，使所投射 的图像在显示屏11的最前表面lla上形成图像；因此，可以从显示屏11 的前侧看到根据计算机31所输出的图像信号而生成的图像。
下面描述该装置的操作。
当用两个指示单元2A和2B同时接触显示面lla时，在显示屏11 的背面llb上出现由于指示单元2A所投射的660纳米波长的光而产生的 光点20A和由于指示单元2B所投射的500纳米波长的光而产生的光点 20B。同时，在显示屏11的背面llb上，投影仪12也产生图像。然而， 成像单元3按波长区分光，从而该成像单元仅将光点20A和光点20B的 图像检测为图像，如图3所示。此外，当在来自指示单元2A所投射的光 点20A的光与来自指示单元2B所投射的光点20B的光之间进行区分时， 成像单元输出不同的信号。即使当显示屏ll上有阻碍物时，由于成像单 元3仅检测来自指示单元2A和指示单元2B所投射的光点20A和光点 20B的光，因此成像单元3也不会错误地检测到阻碍物。
图像处理单元4从成像单元3所输出的信号中分离出对应于来自光 点20A的光的电信号SR和对应于来自光点20B的光的电信号SB，并且 该图像处理单元分别计算在显示屏11上由指示单元2A和指示单元2B 所指示的坐标位置。下面将利用图4来例示坐标计算。在图中，图4中 的(a)例示了水平同步信号，图4中的(b)例示了用于检测来自指示 单元2A所投射的光点20A的红光的信号，图4中的(c)例示了用于检 测来自指示单元2B所投射的光点20B的蓝绿光的信号。在图4中的(a) 中，水平同步信号的起点SH。对应于显示屏11上水平方向的最左端 (x-0)，其终点SHe对应于显示屏ll上水平方向的最右端(x=X)。艮P， 利用起点SHo与检测到由于来自光点20A的红光而产生的电信号的时间 点SRH之间的时间tRH，可以计算出光点20A在显示屏上的水平位置 (Rx)。以类似的方式，利用时间SH。与检测到光信号的时间点SBH之间 的时间tBH，可以计算出蓝绿光点20B的水平位置Bx。
如下对垂直坐标进行类似的计算。在图4中的(d)中，垂直同步信 号的起点SV。对应于显示屏11上垂直方向的最底端(y=0)，其终点SVe对应于显示屏11上垂直方向的最顶端(y=Y);图4中的(e)例示了当 检测到来自指示单元2A所投射的光点20A的红光时的信号；图4中的 (f)例示了当检测到来自指示单元2B所投射的光点20B的蓝绿光时的 信号。即，利用起点SV。与检测到由于来自光点20A的红光而产生的电 信号的时间点SRv之间的时间tRv，可以计算出光点20A在显示屏上的 垂直位置(Ry)。利用时间SV。与检测到光信号的时间点SBv之间的时间 tBv，可以计算出蓝绿光点20B的垂直位置By。
将针对指示单元2A和指示单元2B中的每一个计算出的二维坐标位 置信息从图像处理单元4通过诸如LAN或USB的外部接口 30输入到计 算机31中；计算机31基于所输入的位置信息对其中存储的图像进行控 制。然后，将基于位置信息而被控制的图像实时显示在背投影仪的显示 屏11上。
根据上述实施方式，由于成像单元3从显示屏11的背侧拍摄指示单 元2投射到显示屏的正面上的光的图像以检测指示单元2的位置，因此 即使在显示屏11上放置有阻碍物，装置也能够准确地检测在显示屏11 上由一个或更多个指示单元2所指示的指示位置。此外，由于按使成像 单元的摄像机的正面和投影仪12的正面都排列在大致平行于显示屏11 的平面上的方式放置成像单元3，因此可以防止成像单元3遮挡投影仪 12将图像投射到显示屏11上所经过的光路，并且可以防止投射到显示屏 ll上的图像的质量降低。
此外，由于成像单元3被构造成按区分指示单元2所投射的预定波 长的光的方式拍摄图像，并将光转换成与其波长相对应的电信号，因此 该装置可以将由一个或更多个指示单元2投射的光与其他光区分开，并 能够准确地检测指示单元2的各个位置而不会错误地检测外部光等。具 体地说，由于可以从多个波长中选择要由指示单元2投射的光的波长， 因此可以通过恰当改变所使用的波长来容易地避免由于对外部光的错误 检测而导致的错误操作。
从不同于投影仪12的光源的线光谱的波长中选择要由指示单元2投射的光的波长；因此，投影仪投射在显示屏ll上的图像不会与一个或更
多个指示单元2投射在显示屏11上的光相混淆，并且该装置不会错误地
检测指示单元2的位置。此外，可以从诸如红外光的不可见光波段中选 择指示单元2中的发光部件21的波长。在这种情况下，要求成像单元3 区分待检测的红外光。此外，即使当指示单元2所投射的光的波长与包 含在外部光或从投影仪投射的图像中的波长之一相一致时，只要将指示 单元所投射的光的强度设置成高于外部光和从投影仪投射的图像的强 度，该装置就可以将指示单元2所投射的光与外部光和从投影仪投射的 图像区分开，从而检测指示单元2的位置。
此外，成像单元3被构造成将多个指示单元(指示单元2A和指示单 元2B)所投射的具有不同波长的光彼此区分开，并将光分别转换成电信 号；因此，即使当同时使用多个指示单元(指示单元2A和指示单元2B) 在显示屏11上指示位置时，也可以独立地检测各指示位置。根据本实施 方式，指示单元2被构造成可以选择各具有不同波长的三种类型的光中 的一种来投射；即使当同时使用三个指示单元(指示单元2A、指示单元 2B和指示单元2C)时，只要将指示单元的开关22设置成使这些单元所 投射的光的波长彼此不同，就可以同时且独立地对三个指示单元2A、 2B 和2C所指示的位置进行计算。此外，不限于本实施方式，如果增加成像 单元3能够区分的波长数，并增加从各指示单元2投射的光的波长数， 则可以增加能够同时使用的指示单元2的数量。
在本实施方式中，将指示单元2A和指示单元2B的位置检测为显示 屏11上的二维坐标；然而，可以将位置检测为x轴或y轴上的一维坐标。
此外，为了节省电源25的电力，可以将指示单元2构造成具有仅当 指示单元2接触显示屏11时才使该单元通电的按钮开关。
此外，当指示单元2被构造成包括具有聚光特性的光源(例如激光) 使得该单元可以从某一距离将光点发射到显示屏11上时，可以在指示单 元2不接触显示屏11的情况下指示位置。
权利要求
1、一种位置检测装置，该位置检测装置包括一个或更多个指示单元，其用于将光投射到显示屏的正面上，投影仪从所述显示屏的背侧将成像光投射在所述显示屏上；成像单元，其设置在所述显示屏的背侧，用于从所述显示屏的背侧采集所述指示单元所投射的所述光，并将所述光转换成电信号；以及图像处理单元，其用于分析从所述成像单元获得的所述电信号，并计算所述指示单元在所述显示屏上的位置。
2、 根据权利要求1所述的位置检测装置，其中，所述成像单元被按 使得所述成像单元的正面和所述投影仪的正面都排列在大致平行于所述 显示屏的平面上的方式来设置。
3、 根据权利要求1或2所述的位置检测装置，其中，所述成像单元 对所述一个或更多个指示单元所投射的预定波长的光进行区分，并将所 述光转换成电信号。
4、 根据权利要求1或2所述的位置检测装置，其中，所述成像单元 将多个所述指示单元所投射的不同预定波长的光彼此区分开，并将所述 光转换成电信号。
5、 根据权利要求3所述的位置检测装置，其中，所述预定波长是从 与所述投影仪的光源的线光谱不同的波长中选择的。
6、 根据权利要求4所述的位置检测装置，其中，所述预定波长是从 与所述投影仪的光源的线光谱不同的波长中选择的。
全文摘要
本发明提供了一种位置检测装置。该位置检测装置包括指示单元(2)，其用于将光投射到显示屏(11)的正面上，投影仪(12)从所述显示屏的背侧将成像光投射在所述显示屏上；成像单元(3)，其设置在所述显示屏(11)的背侧，用于从所述显示屏的背侧采集所述指示单元(2)所投射的所述光，并将所述光转换成电信号；以及图像处理单元(4)，其用于分析从所述成像单元(3)获得的所述电信号，并计算所述指示单元(2)在所述显示屏(11)上的位置。
文档编号G06F3/041GK101201716SQ200710139730
公开日2008年6月18日 申请日期2007年7月27日 优先权日2006年12月12日
发明者浅村吉范, 涉江重教 申请人:三菱电机株式会社