CN100401241C - 投影仪及投影仪附件 - Google Patents

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Abstract

一种用于将光阀上的显示图像放大并投影到屏幕上的投影仪配备有：红外光电检测器，用于对电子笔发射的红外光进行光电检测，在屏幕上操纵所述电子笔并且所述电子笔配备有红外光发射器件和超声波发生器；至少两个超声波接收器，用于检测由所述电子笔所发射的超声波；用于测量所述投影仪离屏幕的距离的装置；以及装置，用于提供其中已经利用已放大和投影的投影矩形图像的边长对所述电子笔在所述屏幕上的位置进行归一化的坐标数据，其中，根据所述红外光电检测器的输出、所述超声波接收器的输出和用于测量所述投影仪离屏幕的距离的所述装置的输出来计算所述电子笔在所述屏幕上的位置。

Description

投影仪及投影仪附件
技术领域
本发明涉及一种有电子黑板功能的投影仪，并涉及一种将电子黑板功能添加到投影仪上的投影仪附件。
背景技术
近年来，已经开发了坐标输入器件，将具有两个超声波接收器以及一个红外光光电检测器的信号处理器与具有红外光发射器件和超声波发生器的电子笔组合在一起。这种器件具有电子黑板能力的形式，其中，比如将信号处理器安装在白板中，通过测量从电子笔到两个超声波接收器的距离而得到电子笔的位置，再将该位置输入到个人计算机中作为坐标。
关于它的结构，将信号处理器安装在白板的角上，由投影仪将个人计算机的图像投影到白板上，并利用电子笔将投影图像的位置读入信号处理器，以指定投影图像的特定位置(如板的四角)。随后，通过将电子笔的位置与先前存储的特定位置进行比较，计算电子笔在板上的坐标。将这些算出的坐标传送到个人计算机，由此，对在板上绘制的图或鼠标光标的运动进行处理(比如参考日本专利待审公开No.2002-331796(第3到5页，图3)。
图1A和图1B示出现有技术的典型示例，以下对其进行描述。
如图1A所示，安装在屏幕100上的信号处理器102设置红外光电检测器120、超声波接收器121和超声波接收器122。由电子笔103同时发射红外光脉冲104和超声波脉冲105(本文使用“脉冲”表示仅在瞬间发射的信号)。利用与看见闪电的时间到听到它的时间之间的差值计算闪电距离同样的原理，信号处理器102能够通过测量从将红外光脉冲104输入红外光电检测器120到将超声波输入超声波接收器121和122的时间间隔，信号处理器102能够发现从电子笔103到每个超声波接收器121和122的距离。超声波接收器121和122固定到信号处理器102上，并可按三角测量的原理(如果已知从特定点到两个相异已知点的距离，就能算出特定点的位置)，发现从超声波接收器121和122看到电子笔103的位置。
如图1B所示，由投影仪将图像投影到白板上，并由电子笔103指定投影图像左上角161、投影图像右上角162、投影图像左下角163和投影图像右下角164，以便将投影图像106的位置存储在信号处理器102中(坐标的初始化)。当随后在投影图像106中使用电子笔103时，通过比较电子笔103与投影图像的位置，计算电子笔103在图像内的位置，由此，可以移动个人计算机的鼠标光标，并且可以指定屏幕上的图标。这决定了现有技术的示例的结构。
然而，在上述现有技术的示例中，只能在其中已经安装了信号处理器的白板上获取平面表面上的坐标，而不能够在没有信号处理器的白板上获得该坐标。另一问题在于：需要诸如指定图像的四个角对坐标进行初始化。
发明内容
鉴于这些问题实现本发明，本发明的目的怎样提出一种具有电子黑板功能的投影仪，以及将电子黑板功能附加于投影仪的投影仪附件，随时投影仪及投影仪附件通过给投影仪设置信号处理器或者给投影仪设置用于获取自投影仪到屏幕距离的装置，能够给出关于上述两个问题的解决方案。
为了解决上述问题，本发明的投影仪包括：红外光电检测器，用以对电子笔发射的红外光进行光电检测，在屏幕上操纵该电子笔，并且该电子笔配备有红外光发射器件和超声波发生器；以及至少两个超声波接收器，用于检测由所述电子笔发射的超声波。所述投影仪具有获得所述电子笔在所述屏幕上的位置的能力。
本发明的另一种投影仪配备有：红外光电检测器，用于对电子笔发射的红外光进行光电检测，在屏幕上操纵该电子笔，并且该电子笔配备有红外光发射器件和超声波发生器；至少两个超声波接收器，用以检测所述电子笔发射的超声波；以及用于测量所述投影仪距所述屏幕距离的装置。
此外，上述投影仪还可以设有：根据所述红外光电检测器的输出、所述超声波接收器的输出，以及测量所述投影仪距所述屏幕距离的装置的输出获得所述电子笔在屏幕上位置的装置。另外，上述投影仪还可以设有校准装置，利用所述电子笔估算投影仪-屏幕距离，以指示由所述投影仪显示的校准点；根据投影仪-屏幕距离，校正通过转换电子笔尖到超声波接收器的距离所获得的笛卡尔坐标垂直分量；对每个校准点进行所述校正；并将所得坐标存储为校正后坐标。
本发明的另一种投影仪是一种将处于光阀上的显示图像放大并投影至屏幕上的投影仪，所述投影仪配备有：红外光电检测器，用于对电子笔发射的红外光进行光电检测，在屏幕上操纵该电子笔，并且该电子笔配备有红外光发射器件和超声波发生器；至少两个超声波接收器，用于检测由所述电子笔发射的超声波；用于测量所述投影仪距所述屏幕距离的装置；用于提供坐标数据的装置，其中所述电子笔在所述屏幕上的位置被已经放大且投影之投影矩形图像的边长归一化；根据所述红外光电检测器的输出、所述超声波接收器的输出和用于测量所述投影仪离所述屏幕的距离的装置的输出来计算所述电子笔在所述屏幕上的位置；以及通过以下方式进行校准装置：利用所述电子笔估算投影仪-屏幕距离，以指示由所述投影仪显示的校准点；根据投影仪-屏幕距离，校正通过转换电子笔尖到超声波接收器的距离获得的笛卡尔坐标垂直分量；对每个校准点进行所述校正；以及将所得坐标存储为校正后的坐标；并且在实际绘制时，所述装置用于：根据笔尖到超声波接收器的距离产生笛卡尔坐标；利用校准期间所得的投影仪-屏幕距离校正所述垂直分量；以及利用校准期间所得的校正后坐标，便将校正后的笛卡尔坐标转换到平面坐标系统。
上述投影仪可以是反射镜投影型投影仪。
本发明的投影仪附件包括：红外光电检测器，用于对电子笔发射的红外光进行光电检测，在屏幕上操纵该电子笔，并且该电子笔设有红外光发射器件和超声波发生器；以及至少两个超声波接收器，用于检测由所述电子笔发射的超声波；所述投影仪附件向所述投影仪附加获得所述电子笔在屏幕上位置的能力。
本发明的另一种投影仪附件配备有：红外光电检测器，用于对电子笔发射的红外光进行光电检测，在屏幕上操纵该电子笔，并且该电子笔设有红外光发射器件和超声波发生器；至少两个超声波接收器，用于检测由所述电子笔所发射的超声波；以及用于测量所述投影仪距所述屏幕距离的装置。
上述投影仪附件还可以包括：用于根据所述红外光电检测器的输出、所述超声波接收器的输出，以及用于测量所述投影仪离所述屏幕距离的装置的输出获得电子笔在屏幕上位置的装置。
上述投影仪附件还可以包括校准装置，用于利用所述电子笔估算投影仪-屏幕距离，以指示由所述投影仪显示的校准点；根据投影仪-屏幕距离，校正通过转换电子笔尖到超声波接收器的距离获得的笛卡尔坐标垂直分量；对每个校准点进行所述校正；以及将产生的坐标存储为校正后的坐标。
所述投影仪是反射镜投影型投影仪。
根据本发明，通过给投影仪提供信号处理器或给投影仪提供用于获取从投影仪到屏幕的距离的装置，实现具有电子黑板功能的投影仪和给投影仪赋予电子黑板功能的投影仪附件，从而实现对现有技术示例中两个问题的解决方案，这些问题在于：不能够获得除了其中安装信号处理器的白板之外的任意平面表面上的坐标，并因而不能获得没有信号处理器的白板上的坐标；另外，需要通过指定屏幕的四个角进行坐标初始化。
从以下参考附图的描述，将使本发明的上述和其他目的、特征和优点变得愈见明显，所述附图示出本发明的示例。
附图说明
图1A和1B是说明现有技术电子黑板的视图；
图2是说明利用本发明投影系统的形式的视图；
图3是表示本发明投影仪结构的方框图；
图4表示利用校准操作和实际绘制操作的坐标转换处理。
具体实施方式
图2示出本发明投影系统的一种实施例。这种投影系统包括：屏幕1、在屏幕上绘制表格的电子笔3，以及投影仪7。电子笔3具有红外光发射器件和超声波发生器。
此外，图3示出投影仪7的构成方块。
投影仪7包括：信号处理器10、投影光学系统40和CPU30。信号处理器10包括：红外光电检测器70、超声波接收器71和72、用于测量所述投影仪距屏幕距离的距离测量装置73、以及用于根据这些组件的输出计算离电子笔3距离的距离计算器50。
在这种情况下，投影光学系统40表示反射镜投影系统，用于利用多个非球形反射镜将显示图像投影在光阀上(图中未示出)。这类投影仪可以实现超短聚焦，并且它的特征在于利用电子黑板功能提供的优点，即给出演示的人站在屏幕前面而不会阻碍投影光的能力，从而耀光和阴影同时被消除。
在这种情况下，由超声波传感器构成用于测量所述投影仪距屏幕距离的距离测量装置73。
所述超声波传感器利用具有固定周期的脉冲驱动具有大约40到50千赫振荡频率的压电弯曲振动器，将超声波脉冲发送到空气中，并使用相同的振动器检测自屏幕1反射的脉冲回波。
用于测量所述投影仪距屏幕距离的距离测量装置73可以是毫米波回波探测装置。
向屏幕发送连续的毫米波会引起与来自屏幕的反射波的干涉。
当振荡频率发生摆动时，会使干涉波峰和波谷的位置发生变化。可以根据频率的跟踪宽度和干涉幅度检测投影仪与屏幕间的距离。
距离计算器50根据由距离测量装置73测得的所述投影仪距屏幕的距离信息、以及由超声波接收器71和72接收到的超声波脉冲51和52与由红外光电检测器70光电检测到的来自电子笔3的红外光脉冲4之间的时间差，计算屏幕上的电子笔3与投影仪7之间的三维坐标差。
CPU30执行用于按照需要校正在投影图像输入中的、投影期间的不规则四边形变形的处理，并且将这样得到的投影图像输入作为输出提供给光阀。同时，CPU30根据距离计算器50的输出计算电子笔3的位置，并且将该结果提供到投影仪以外。
以下说明有关投影仪的工作过程。
投影仪7将输入图像投影到屏幕1上。
用来获得电子笔3位置的原理与其中将信号处理器设置于屏幕上的现有技术示例原理类似，但与现有技术示例相比，超声波接收器71和72并不处于屏幕表面上，并且不能够使用二维区域三角测量的原理。实际上，即使利用超声波脉冲51和52发现从电子笔到超声波接收器71和72的两个距离，也仅能够将电子笔3的位置确定为圆上的某个位置，所述圆取连接两个超声波接收器71和72的线的一部分作为中心，并且与该直线垂直，比如由超声波接收器确定的那样，通过电子笔3的位置8可以看到。
因此，为了获得电子笔3在屏幕上的位置，必须获得从超声波接收器71和72到屏幕的距离。一旦发现这一距离，则将电子笔3的位置限制在由超声波接收器获得的电子笔位置8所描述的圆之间的交点9。尽管在该表面和该圆之间存在两个交点，而电子笔3实际上还可以位于交点90处，因此，仅需要考虑交点9。
由CPU30根据投影仪7和屏幕1之间的距离计算投影图像在屏幕上的位置。利用这一位置作为参考，对电子笔3的位置归一化，并提供作为坐标数据的输出。因此，可以获得电子笔3的位置，而无需投影仪7将图像投影到屏幕1上。
在使用电子笔3之前实现校准。图4示出校准操作过程。
校准时，首先利用电子笔3指示由投影仪7显示的校准点，对投影仪-屏幕距离进行估算，然后使用投影仪-屏幕距离作为基准，校正通过转换离笔尖的距离获得的笛卡尔坐标的垂直分量。对每个校准点实行所述校正，然后，将产生的坐标存储为校正后的坐标。
在实际绘制中，根据离笔尖的距离产生笛卡尔坐标，利用在校准中获得的投影仪-屏幕距离校正垂直分量，然后，利用在校准期间获得的校正后的坐标，将校正后的笛卡尔坐标转换到平面坐标系统。
尽管本实施例中已经描述了以下的情况：利用距离测量装置73获得所述投影仪离屏幕的距离，其中假定屏幕尺寸是可变的，但是，当把投影体安装在固定位置时，可将距屏幕的距离作为输入直接加到投影仪上。
此外，已经描述了将信号处理器10安装在投影仪7中的情况，但是，作为一种选择，还可将信号处理器10设置为附件。
尽管前面的描述涉及投影仪为反射镜投影型投影仪的情况，但是对于透镜投影型的投影仪而言，本发明也是有效的。
尽管已经利用特定条件描述了本发明的优选实施例，但是这样的描述仅是说明性的，应该理解：在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以进行修改和改型。

Claims (18)

1.一种投影仪，包括：
红外光电检测器，用于对电子笔发射的红外光进行光电检测，在屏幕上操纵该电子笔，并且该电子笔配备有红外光发射器件和超声波发生器；以及至少两个超声波接收器，用于检测由所述电子笔发射的超声波；
所述投影仪具有获得所述电子笔在所述屏幕上位置的能力。
2.一种投影仪，包括：
红外光电检测器，用于对电子笔发射的红外光进行光电检测，在屏幕上操纵该电子笔，并且该电子笔配备有红外光发射器件和超声波发生器；至少两个超声波接收器，用于检测由所述电子笔发射的超声波；以及
用于测量所述投影仪距所述屏幕距离的装置。
3.根据权利要求2所述的投影仪，其中，所述投影仪还包括：
用于根据所述红外光电检测器的输出、所述超声波接收器的输出，以及用于测量所述投影仪距所述屏幕距离的装置的输出获得所述电子笔在所述屏幕上位置的装置。
4.根据权利要求3所述的投影仪，其中，所述投影仪还包括校准装置，用于
利用所述电子笔估算投影仪-屏幕距离，以指示由所述投影仪显示的校准点；
根据投影仪-屏幕距离，校正通过转换电子笔尖到超声波接收器的距离获得的笛卡尔坐标垂直分量；
对每个校准点进行该校正；以及
将所得的坐标存储为校正后的坐标。
5.一种用于将处于光阀上的显示图像放大并投影到屏幕上的投影仪，所述投影仪包括：
红外光电检测器，用于对电子笔发射的红外光进行光电检测，在屏幕上操纵该电子笔，并且该电子笔配备有红外光发射器件和超声波发生器；
至少两个超声波接收器，用于检测由所述电子笔发射的超声波；
用于测量所述投影仪距所述屏幕距离的装置；
用于提供坐标数据的装置，其中所述电子笔在所述屏幕上的位置被已经放大且投影之投影矩形图像的边长归一化；根据所述红外光电检测器的输出、所述超声波接收器的输出和用于测量所述投影仪离所述屏幕的距离的装置的输出来计算所述电子笔在所述屏幕上的位置；以及
用于通过以下方式进行校准的装置：
利用所述电子笔估算投影仪-屏幕距离，以指示由所述投影仪所显示的校准点；
根据投影仪-屏幕距离，校正通过转换电子笔尖到超声波接收器的距离而获得的笛卡尔坐标垂直分量；
对每个校准点进行该校正；以及
将所得坐标存储为校正后的坐标；
以及在实际绘制时，用于：
根据离笔尖的距离产生笛卡尔坐标；
利用在校准期间获得的投影仪-屏幕距离校正垂直分量；以及
利用在校准期间获得的校正后的坐标，将校正后的笛卡尔坐标转换到平面坐标系统。
6.根据权利要求1所述的投影仪，其中，所述投影仪是反射镜投影型投影仪。
7.根据权利要求2所述的投影仪，其中，所述投影仪是反射镜投影型投影仪。
8.根据权利要求3所述的投影仪，其中，所述投影仪是反射镜投影型投影仪。
9.根据权利要求4所述的投影仪，其中，所述投影仪是反射镜投影型投影仪。
10.根据权利要求5所述的投影仪，其中，所述投影仪是反射镜投影型投影仪。
11.一种投影仪用的投影仪附件，所述投影仪附件包括：
红外光电检测器，用于对电子笔发射的红外光进行光电检测，在屏幕上操纵该电子笔，并且该电子笔配备有红外光发射器件和超声波发生器；以及至少两个超声波接收器，用于检测由所述电子笔所发射的超声波；
所述投影仪附件向所述投影仪附加获得所述电子笔在所述屏幕上位置的能力。
12.一种投影仪用的投影仪附件，所述投影仪附件包括：
红外光电检测器，用于对电子笔发射的红外光进行光电检测，在屏幕上操纵该电子笔，并且该电子笔配备有红外光发射器件和超声波发生器；至少两个超声波接收器，用于检测由所述电子笔所发射的超声波；以及
用于测量所述投影仪距所述屏幕距离的装置。
13.根据权利要求12所述的投影仪附件，其中，所述投影仪附件还包括：
用于根据所述红外光电检测器的输出、所述超声波接收器的输出，以及用于测量所述投影仪距所述屏幕距离的所述装置的输出获得所述电子笔在所述屏幕上位置的装置。
14.根据权利要求13所述的投影仪附件，其中，所述投影仪附件还包括校准装置，用于
利用所述电子笔估算投影仪-屏幕距离，以指示由所述投影仪显示的校准点；
根据投影仪-屏幕距离，校正通过转换电子笔尖到超声波接收器的距离获得的笛卡尔坐标的垂直分量；
对每个校准点进行所述校正；以及
将所得的坐标存储为校正后的坐标。
15.根据权利要求11所述的投影仪附件，其中，所述投影仪是反射镜投影型投影仪。
16.根据权利要求12所述的投影仪附件，其中，所述投影仪是反射镜投影型投影仪。
17.根据权利要求13所述的投影仪附件，其中，所述投影仪是反射镜投影型投影仪。
18.根据权利要求14所述的投影仪附件，其中，所述投影仪是反射镜投影型投影仪。
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