CN105247414B - 影像投射装置 - Google Patents

Abstract

提供一种进行高精度的动作检测的影像投射装置。影像投射装置(1)具有：投射部(4)，光学地投射影像；以及动作检测部(14)，检测人的动作并根据检测结果生成操作投射影像的信号。动作检测部(14)根据所述投射部(4)投射光的方向以及/或者所述影像投射装置(1)的设置状态来控制检测动作的范围(2a)。具有用于检测动作的激光光源和光电二极管、或者具有检测红外线的热电型传感器。

Description

影像投射装置

技术领域

本发明涉及一种影像投射装置。

背景技术

作为本技术领域的背景技术，有下述的专利文献1。在该公报的摘要中，作为课题记载了“提供一种不会使存在于投射影像内的人感到不适、并且不会使观看影像的人感到不适的投射型影像显示装置”，作为解决手段记载了该投射型影像显示装置“具备：驱动机构，通过驱动人检测单元使其向特定的方向移动自如从而调整所述人检测单元的检测范围；以及控制单元，在所述人检测单元检测到存在人时，使所投射的影像状态变化”。

专利文献1：日本特开2011-43834号公报

发明内容

在专利文献1中，控制人检测单元使得即便在使投影仪的投射范围变化了的情况下也使该投射范围与对人进行检测的传感器的检测范围成为相同的范围，以人的大的活动为对象来进行人的检测。但是，由于检测范围宽且灵敏度低，因此人的肢体语言那样的细微的活动(以下，记为动作(Gesture))的检测是困难的。

目前，例如在影像投射装置(以下，有时简记为投射装置)中，开发了如下功能：检测投射装置的操作者的动作，与该动作对应地控制投射装置本身或者显示图像。例如，考虑如下控制：当检测到某个动作时切断投射装置的电源、或者使所显示的画面滚动并且进行帧前进。

然而，动作只在受限的狭小空间中进行，因此课题在于使动作检测范围最佳化来进行高精度的动作检测。

为了解决上述课题，本发明采用例如权利要求书记载的结构。

本申请包括解决上述课题的多个构成要素，但是如果举出其一例，则本发明是一种影像投射装置，投射具有影像信息的光来显示影像，该影像投射装置的特征在于，具备：投射部，该投射部具有：产生光的光源部、使用该光源部产生的光来生成基于所述影像信息的光学性的影像的光控制部、和投射该光控制部所生成的光的投射光学部；以及动作检测部，该动作检测部具有：具备对所述影像投射装置的操作者的动作进行检测的传感器的检测元件、和根据该检测元件检测出的动作来生成用于对与所述影像信息有关的影像信号进行操作的操作信号的操作信号生成部。

根据本发明，具有能够实现使动作检测高精度化了的影像投射装置这样的效果。

附图说明

图1是实施例1的投射装置的概观图。

图2A是表示投射装置的投射状态的第1概观图。

图2B是表示投射装置的投射状态的第2概观图。

图3是表示投射装置的内部结构的框图。

图4是表示对检测元件的倾斜度进行调整的机构的图。

图5是表示使用了激光扫描的检测范围调整方法的图。

图6是表示桌上投射时的检测范围设定的例子的图。

图7A是表示使用了无源型传感器时的检测方法的第1图。

图7B是表示使用了无源型传感器时的检测方法的第2图。

图8是表示投射装置的影像为画面的情况的图。

图9是表示TOF方式的原理的图。

图10是表示实现使用了激光光源的线扫描(Line scan)的结构的概观图。

图11A是表示从+y轴方向观看的检测元件的激光照射范围的第1图。

图11B是表示从+y轴方向观看的检测元件的激光照射范围的第2图。

(符号说明)

1：投射装置；2：检测元件；2a：检测范围；3：检测信号运算部；3a：信号检测部；3b：动作运算部；3c：操作信号生成部；4：投射部；4a：影像控制部；4b：光源部；4c：光学系统；4d：成像器；4e：投射透镜；4f：投射镜；5：检测范围切换部；5a：检测范围切换信号生成部；5b：检测元件控制部；6：外部设备；7：激光光源；8：角度可变镜；9：受光元件；10：屏幕；11：投射装置配置台；12：旋转台；13：柱面透镜；14：动作检测部。

具体实施方式

下面，使用附图说明本发明的实施例。

实施例1

在本实施例中，记载投射装置以及检测人的检测部的结构、根据投射方向而不同的最佳的检测范围、以及控制为最佳的检测范围的检测范围控制部。

首先说明投射装置以及检测部的结构。

图1是实施例1的投射装置的概观图。

本实施例的结构具有投射装置1、检测元件2、屏幕10、投射装置配置台11。投射装置1配置在投射装置配置台11上，向屏幕10投射影像。检测元件2对检测范围2a内的动作进行检测。检测元件2既可以具有用于检测动作的光源，也可以是不具有光源的无源型的传感器。

接着，说明与投射方向相应的检测范围的最佳化。

图2A以及图2B是表示投射装置1的投射状态的第1以及第2概观图。图2A是表示向屏幕10投射了影像的情况(下面，记为壁面投射时)的图，图2B是表示向投射装置配置台11投射了影像的情况(下面，记为桌上投射时)的图。

首先说明图2A。在图2A中，进行动作的操作者(下面，记为操作者)位于屏幕10附近，观看投射到屏幕10的图像的观察者从远离屏幕10的位置进行观察。操作者一般以不遮挡投射画面的方式避开投射部1的投射画面而站立。因此，操作者与检测元件2的距离有变远的倾向。另外，屏幕10根据用户的使用环境而变化，例如设想将墙壁、某个物体设为屏幕10的情况。因此，操作者在心理上容易站到远离屏幕10的位置，即设想在远离检测元件2的位置进行动作。

接着说明图2B。在图2B中进行桌上投射，因此操作者遮挡影像的情况少，设想位于画面附近而进行动作。

基于上述理由，在壁面投射时和在桌上投射时由于所需的操作范围不同，因此关于检测元件2的检测范围，需要以双方的操作范围为前提来规定。

但是，如果规定为包含双方的操作范围的检测范围，则检测范围变宽，灵敏度相应地变低。另外，由于包含对于一个投射状态而言不需要的范围而进行检测，因此有可能发生如检测出操作者以外的人员的动作那样的误检测。根据以上可知，为了同时实现灵敏度和所需的操作范围的检测，需要根据投射状态来切换检测范围。

关于此处的投射状态，仅以壁面、桌上为例子来举出，但是投射方向、设置场所、投射装置1与屏幕10的距离是各种各样的。例如投射方向不限于桌上、壁面而还设想天花板，设置场所还设想壁面、天花板。因此，需要根据配置、投射状态来设定最佳的检测范围2a。

接着，说明控制为最佳的检测范围的检测范围控制部。

图3是表示投射装置1的内部结构的框图。

投射装置1具有动作检测部14和投射部4。

首先说明动作检测部14。动作检测部14具有检测信号运算部3和检测范围切换部5。检测信号运算部3具有信号检测部3a、动作判定部3b、操作信号生成部3c。在检测信号运算部3中，信号检测部3a检测包含从检测元件2提供的操作者的动作信息的信号，并提供给动作判定部3b。接着，动作判定部3b根据所提供的信号进行判别各种动作的变化的信号处理。而且，操作信号生成部3c将与动作判定部3b的输出信号相应的操作指令信号输出给PC(Personal Computer：个人计算机)、智能手机等外部设备6。外部设备6根据操作信号生成部3c的操作信号来控制提供给投射装置1的影像信号。

由此，按照基于操作者的动作而生成的操作指令信号，控制从投射装置1投射到屏幕10的影像。例如，根据操作者移动手的方向来进行使显示的图像滚动或帧前进那样的操作。此外，外部设备6只要是向投射装置1提供影像信号的装置，就可以是任何设备。例如，也可以是向投射装置1所具备的卡接口插入的卡片状存储介质。

接着说明投射部4。投射部4具有影像控制部4a、光源部4b、光控制部4c、投射镜4e。影像控制部4a根据从外部设备6提供的影像信号，向光源部4b、光控制部4c输出控制信号。光源部4b包括卤素灯、LED、激光器等射出光的光源，根据影像控制部4a的输出信号来调整光量。在光源部4b包含R、G、B三色的情况下，也可以根据影像信号而分别独立地控制光量。光控制部4c具有镜(Mirror)、透镜、棱镜、成像器(例如液晶面板那样的显示设备)等光学系统构成要素，使用从光源部4b射出的光，生成基于从外部设备6提供的影像信号的光学性的影像。投射透镜4d放大从光控制部4c输出的影像。投射镜4e反射从投射透镜4d射出的光并将影像投射到例如之前的屏幕10。投射镜4e使用了非球面镜，在投射相同尺寸的影像的情况下，与一般的投射装置相比能够缩短投射距离。在本实施例中示出了使用投射镜4e的投射部4的一个例子，但是不仅是该结构，只要是能够实现影像投射的结构，则也可以是其它结构。此外，下面有时将投射透镜4d和投射镜4e合起来称为投射光学部。

接着，说明检测范围切换部5。

这里说明检测范围切换部5的结构，特别是说明检测范围的切换部、检测灵敏度的设定。

首先说明检测范围切换部5的结构。

检测范围切换部5具有检测范围切换信号生成部5a和检测元件控制部5b。检测范围切换信号生成部5a检测投射装置1的状态，输出与状态相应的信号。检测范围切换信号生成部5a具有对设置场所、直至屏幕10为止的投射距离等投射状态(桌上投射、壁面投射等)进行检测的传感器。关于传感器，也可以使用操作者进行切换的机械性开关、对投射装置1的倾斜度进行检测的陀螺传感器、用于对与投射装置配置台11的接触进行检测的压力传感器。另外也可以使用照度传感器。在壁面投射时或者桌上投射时，如果配置成使照度传感器靠近投射装置配置台11侧，则能够根据检测出的光的照度进行状态检测。另外，也可以由操作者电气性地通过遥控器等而向检测范围切换信号生成部5a发送信号，输入投射装置1的状态。

此外关于投射状态，不仅是在壁面投射、桌上投射时，通过使用上述的传感器，在倾斜地配置了投射装置1的情况下也能够进行检测。另外，在检测元件2具有激光光源作为动作检测用的光源的情况下，通过将其朝向屏幕10进行投射，从而能够根据投射光与反射光的时间差来进行直至屏幕10为止的投射距离测定。与由检测元件2检测出的距离信息相应的信号从信号检测部3a被输出到检测范围切换信号生成部5a。

检测元件2例如使用以用于检测激光的光电二极管或者用于检测人体产生的红外线的热电型传感器(Pyroelectric sensor)为代表的元件，作为检测用的元件。作为检测用的电磁波，根据使用哪个而所使用的传感器当然也会变化，检测元件2是否具有光源也会变化。

检测元件控制部5b根据从检测范围切换信号生成部5a提供的信号来控制检测元件2的检测范围2a。

接着说明检测范围的切换部。

图4是表示对检测元件2的倾斜度进行调整的机构的图。检测元件2配置在投射装置1所具有的旋转台12上。旋转台12根据检测元件控制部5b的信号来控制检测元件2的设定角度。由此能够切换检测范围2a的位置。

为了扩大缩小检测范围2a的区域，也可以在检测元件2上设置可动透镜。可动透镜根据投射装置1的投射方向来变更与检测元件2的距离，调整检测区域2a。在检测元件2是对例如以红外线为代表的电磁波的强度的变化进行检测的热电型传感器的情况下，通过移动热电型传感器上部的霍尔、菲涅尔透镜的位置也能够扩大缩小检测区域。

图5是表示使用了激光扫描的检测范围调整方法的图。检测元件2具有激光光源7、角度可变镜8、受光元件9。检测元件控制部5b向激光光源7、角度可变镜8输出控制信号。角度可变镜8接受检测元件控制部5b的信号，其角度被控制为设定角度。另外，当然也可以通过在图4所示那样的旋转台12上设置激光光源7来控制检测范围2a。

接着说明进行动作时的检测范围的设定。

图6是表示桌上投射时的检测范围设定的例子的图，示出了检测元件2的检测范围(角度)2θ、投射装置1的法线方向与检测元件2的检测中心线所成的角度φ(下面记载为检测中心角度)、从检测元件2至动作位置的距离Lg、从投射装置配置台11至检测元件2的垂直方向距离hs、操作区域H的关系。检测范围2θ、检测中心角度φ与各参数的关系通过下面的(式1)、(式2)来表示。

2θ＝Arc Tan((H-hs)/Lg)+Arc Tan(hs/Lg)…(式1)

φ＝(1/2)(Arc Tan((H-hs)/Lg)-Arc Tan(hs/Lg))…(式2)

如上式所示，检测范围2θ、检测中心角度φ是由动作位置Lg、检测元件2的高度hs、操作区域H所决定的。操作范围H根据投射部1的投射状态而变化。虽已叙述过，在壁面投射时操作范围H大，在桌上投射时操作区域H小。如果设想实际使用环境，则设想为桌上投射时的操作区域H是几cm～10cm左右、壁面投射时是几cm～几十cm。动作位置Lg例如也可以设为离投射装置1最远的画面尺寸端部的距离。另外，在检测元件2使用激光光源的情况下，考虑安全性，也可以在不向人的眼睛照射的区域中设置操作范围H。在桌上投射时，也可以在人坐在投射装置1的正面的时候以不会照射到眼睛的方式设定检测范围2θ、检测中心角度φ。

接着说明检测灵敏度的设定。

在检测元件2使用了不具有动作检测用的光源的无源型传感器(例如热电型传感器)的情况下，实现高精度的动作检测，因此如下面所述那样，以使检测范围不与桌上或者壁面重叠的方式进行设定是有效的。

图7A以及图7B是示出使用了无源型传感器时的检测方法的第1以及第2图。

在作为无源型传感器举出热电型传感器的例子时，热电型传感器的检测量是由占据检测范围的热源的比例和热量所决定的。即，动作占据检测范围的比例越大，则检测量越大。另一方面，如果检测范围如图7A所示重叠在投射装置配置台11上，则存在不能进行动作的区域。因此，难以获得大的检测量。为了增大检测量，如图7B那样在检测范围下侧设置不灵敏区hg，以排除不能进行动作的区域的方式缩小检测范围来进行最佳化。由此，能够获得大的检测量。

也可以通过用户、环境来调整灵敏度。在考虑了热电型传感器的检测量的情况下，在相同的条件下进行了动作时，由于手的温度根据用户而不同，因此检测量不同。即便是相同的用户，检测量根据环境温度也不同。另外，在利用激光进行检测的情况下，检测量根据用户的手的反射率也不同。因此，也可以根据用户、环境来调整检测区域，提高灵敏度。也可以在使用激光时加强激光的强度、或者限定扫描范围来局部地提高灵敏度。

图8是表示投射装置1的影像为多画面的情况的图。在图8中映射出3个画面，一个是主画面，另外两个是子画面。在一边观看主画面一边对显示于子画面的例如图标进行动作从而进行操作的情况下，不需要将主画面设定为检测范围，因此将检测范围缩小到仅2个子画面。检测范围被缩小，因此检测元件2的检测量变大，检测灵敏度变高。在子画面彼此中也可以设置激光强度、检测范围的差。

另外，关于灵敏度的调整，既可以由用户侧来设定，也可以在投射装置1侧准备测试模式，并根据某个条件下的参照测定而自动地进行灵敏度调整。例如，在检测元件2为具有光源的传感器的情况下，检测出的反射光的量根据操作者的手的反射率而不同，检测灵敏度变化。也可以在测试模式中，光源产生规定的亮度的光来检测反射光，并根据反射光量来决定适合操作者的光源的亮度。

实施例2

在本实施例中，说明检测元件2使用激光光源并通过线扫描进行检测的方法。在本实施例中，说明所使用的Time-Of-Flight(飞行时间)方式(下面记载为TOF方式)的原理、使用了激光光源的线扫描的结构，说明检测区域2的控制。

首先说明TOF方式的原理。

图9是表示TOF方式的原理的图。TOF方式是使用激光光源7的光的射出时间与由受光元件9接收屏幕10的反射光的时间之差的距离测定方式。如果将该时间差设为t[s]，则距离L[m]根据光速3.0×10⁸[m/s]，如(式3)所示那样表示。

L[m]＝3.0×10⁸×t/2…(式3)

接着说明使用了激光器的线扫描的结构。

图10是表示实现使用了激光光源的线扫描的结构的概观图。线扫描是使用激光光源7、角度可变镜8、受光元件9、柱面透镜13来实现的。

首先，从激光光源7射出的光通过角度可变镜8而以任意的角度被反射。由角度可变镜8反射了的光入射到柱面透镜13，成为在Z方向上具有宽度的线光源。通过在X方向上对该线光源进行扫描，能够实现在Z方向上具有宽度、并且可进行X方向的活动检测的线扫描。

角度可变镜8使用仅在图10、图11A以及图11B所示的X方向上进行扫描的镜(Mirror)。在使用了实施例1的激光的检测元件2中，由于使用了2维地进行扫描的镜，因此成本变高，但是能够检测3轴方向的信息。另一方面，本实施例的1维地进行扫描的镜与实施例1相比仅检测2轴方向，但是成本便宜。本实施例2示出如下方法：通过使用1维地进行扫描的镜8和柱面透镜13，使成本有优势，并且得到与使用2维地进行扫描的镜的情况同样的功能。

接着说明检测区域2的控制。

图11A以及图11B是表示从+y轴方向观看的检测元件2的激光照射范围的第1以及第2图。此外，XYZ轴在之前的图10中已示出。

图11A是表示某个XZ平面上的检测元件2正上和端部的激光照射范围的差异的图。将正上部和端部的x坐标分别设为x0(＝0)、x+n以及x-n。关于在图中的横向上长的长方形，其长边的长度表示照射范围，短边的长度表示光的强度。在x0中从检测元件2至XZ平面为止的距离短，因此激光照射范围窄。另一方面，在x+n以及x-n中从检测元件2至XZ平面为止的距离长，因此激光照射范围宽。因此，在检测元件2的正上部和端部中激光的强度不同，因此随着从正上部向端部离开，检测灵敏度变低。即，即使在屏幕10的端部进行动作也有可能得不到充分的灵敏度。因此，需要使激光强度不依赖于场所而成为恒定，以便在屏幕10的哪个位置进行动作都能够获得同等的灵敏度。

图11B是示出由于将光强度设为恒定因此将激光照射范围控制为恒定的例子的图。由于将激光照射范围设为恒定，因此在检测元件2正上和端部中变更柱面透镜的透镜面的曲率。在检测元件2的正上使曲率变小，随着向端部离开而逐渐地使曲率变大。另外，为了进一步使光强度均匀，有效的是使端部的激光照射范围比检测元件2的正上更小。在端部中倾斜地照射激光，即使强度恒定，从受光元件9看到的视角也比检测元件2的正上更小。因此，相对地，受光强度变小，灵敏度变低。通过减小端部的照射范围，从而在屏幕10的哪个位置进行动作都能够得到同等的灵敏度。

此外，这里记载了在激光照射范围内调整强度，但是也可以根据是向检测元件2的正上照射还是向端部照射，来调整在激光光源7中产生的光强度。只要是能够实现同样的功能的方法，则也可以是其它方法。

另外，优选为激光光源7、受光元件8使用红外波长区域，以使得投射装置1的射出光不会影响动作的检测。通过使用红外波长区域，在外来光下也能够进行高灵敏度的检测。

Claims (14)

1.一种影像投射装置，投射具有影像信息的光来显示影像，该影像投射装置的特征在于，具备：

投射部，该投射部具有：产生光的光源部、使用该光源部产生的光来生成基于所述影像信息的光学性的影像的光控制部、和投射该光控制部所生成的光学性的影像的投射光学部；

检测元件，该检测元件具备对所述影像投射装置的操作者的动作进行检测的第1传感器；以及

动作检测部，该动作检测部具有：对表示所述投射部投射光的方向的所述影像投射装置的投射状态进行检测的第2传感器、根据由该第2传感器检测出的所述投射状态来控制所述检测元件检测所述动作的范围的检测元件控制部、和根据该检测元件检测出的动作来生成用于对与所述影像信息有关的影像信号进行操作的操作信号的操作信号生成部，

所述第2传感器检测向第1方向投射所述光学性的影像的第1投射状态以及向与所述第1方向不同的第2方向投射所述光学性的影像的第2投射状态来作为所述投射状态，

所述检测元件控制部在所述第2传感器检测到所述第1投射状态时和检测到所述第2投射状态时，分别进行控制以使所述检测元件检测所述动作的范围不同。

2.根据权利要求1所述的影像投射装置，其特征在于，

所述检测元件3维地检测所述动作。

3.根据权利要求2所述的影像投射装置，其特征在于，

所述检测元件具有：产生用于向所述影像投射装置的操作者照射的光的光源、以及反射该光源所产生的光而向所述操作者照射的设定角度被自由控制的角度可变镜。

4.根据权利要求3所述的影像投射装置，其特征在于，

所述检测元件所具有的光源是激光光源。

5.根据权利要求3所述的影像投射装置，其特征在于，

所述检测元件所具有的传感器是光电二极管。

6.根据权利要求1所述的影像投射装置，其特征在于，

所述检测元件所具有的传感器是对与所述影像投射装置有关的人所产生的红外线进行检测的热电型传感器。

7.根据权利要求6所述的影像投射装置，其特征在于，

所述检测元件具有将所述红外线聚光到所述热电型传感器的菲涅尔透镜。

8.根据权利要求7所述的影像投射装置，其特征在于，

所述检测元件控制部根据所述投射部投射光的方向，控制所述菲涅尔透镜与所述热电型传感器之间的距离。

9.根据权利要求3所述的影像投射装置，其特征在于，

具有柱面透镜，该柱面透镜接受从所述角度可变镜提供的光，向特定的平面的方向扩展所述光的行进方向而向所述操作者照射。

10.根据权利要求9所述的影像投射装置，其特征在于，

所述特定的平面的方向是所述投射部投射的光的投射方向。

11.根据权利要求10所述的影像投射装置，其特征在于，

所述柱面透镜的透镜面的曲率从中央部朝向端部而增加。

12.根据权利要求5所述的影像投射装置，其特征在于，

所述检测元件通过基于从所述光源射出了光的时刻与所述传感器检测出所述光的时刻之差的TOF方式来测定距离。

13.根据权利要求3所述的影像投射装置，其特征在于，

所述投射部对于所述显示部，向不同的显示区域投射基于多个影像的光，

所述检测元件在所述多个显示区域的某一个中检测所述动作。

14.根据权利要求1所述的影像投射装置，其特征在于，

由所述动作检测部所具有的所述第2传感器检测出的所述第1投射状态是向与配置所述影像投射装置的面垂直的面投射所述光学性的影像的投射状态，所述第2投射状态是向与配置所述影像投射装置的面平行的面投射所述光学性的影像的投射状态，

所述检测元件控制部在所述第2传感器检测到所述第1投射状态时，进行控制以使所述检测元件检测所述动作的范围大于在检测到所述第2投射状态时所述检测元件检测所述动作的范围。