JP2014120009A - Position determination device and input device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、投影表示される画像に対する物体の位置を、当該物体からの反射光により判定する位置判定装置及び入力装置に関する。 The present invention relates to a position determination device and an input device that determine the position of an object with respect to an image to be projected and displayed by reflected light from the object.
電子機器の入力インターフェースとして、投影された画像を利用者が何らかの物体（例えば、利用者の指や利用者が操作する棒などの器具）でタッチすることによって入力操作を行なうことができる入力装置が知られている。 As an input interface of an electronic device, there is an input device capable of performing an input operation by allowing a user to touch a projected image with some object (for example, an instrument such as a user's finger or a stick operated by the user). Are known.
特許文献１には、光源としての赤外線レーザからのビームはプロジェクタモジュールのプロジェクタ走査手段であるＭＥＭＳミラーの一部で走査され、反射ミラーで設置面に平行として、投影画像の所定箇所を指がタッチすると、指で反射された非可視光の赤外線はビームスプリッタによってフォトダイオードに入射し、測距手段によりＴＯＦ法で指の距離が測定される電子機器が記載されている。
In
投影面に投影された画像に対する物体の位置を判定する装置は、例えば、バーチャルユーザインタフェース（ＶＵＩ）等と称せられるような入力装置に利用することができ、判定した物体の位置に応じたコマンドを電子機器に入力することができる。
このような物体の位置は、画像の２次元平面における位置に加えて、高さ位置（当該２次元平面の直角な方向の位置）も判定するようにすれば、物体の３次元位置により多彩なコマンド入力が可能となる。
An apparatus for determining the position of an object with respect to an image projected on a projection plane can be used for an input device called a virtual user interface (VUI), for example, and a command corresponding to the determined position of the object is used. Can be input to electronic equipment.
The position of such an object can be varied depending on the three-dimensional position of the object if the height position (position in the direction perpendicular to the two-dimensional plane) is determined in addition to the position of the image in the two-dimensional plane. Command input is possible.
このような３次元位置の判定をするために、物体からの反射光を受光する受光部を高さ方向に複数設け、いずれの受光部で反射光を受光したかにより、物体の高さ位置を判定する方法が考えられる。
しかしながら、このような方法では、判定する高さレベルを増やすにはそれに応じた多数の受光部を設ける必要があった。
また、物体が高さ方向に移動した場合、投影面と平行な面における物体の位置が変化してしまい、当該物体の直下の位置を高精度に判定することが困難であった。
In order to determine such a three-dimensional position, a plurality of light receiving units that receive reflected light from the object are provided in the height direction, and the height position of the object is determined depending on which light receiving unit receives the reflected light. A method of judging can be considered.
However, in such a method, in order to increase the height level to be determined, it is necessary to provide a large number of light receiving units corresponding to the height level.
Further, when the object moves in the height direction, the position of the object on a plane parallel to the projection plane changes, and it is difficult to determine the position immediately below the object with high accuracy.
本発明は、上記従来の事情に鑑みなされたものであり、画像に対する物体の高さを含めた位置を判定することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and an object thereof is to determine a position including the height of an object with respect to an image.
本発明に係る位置判定装置は、画像が投影される投影面に対する物体の位置を判定する位置判定装置であって、投影面に照射される光の輝度を変更する輝度変更部と、前記投影面に照射される光の前記物体による反射光を受光する受光部と、前記受光部から前記輝度に応じて出力される検出信号に基づいて、前記物体の投影面に対する高さを判定する高さ判定部と、を有する。
これにより、物体の高さを判定することができる。
A position determination apparatus according to the present invention is a position determination apparatus that determines the position of an object with respect to a projection plane on which an image is projected, the luminance changing unit that changes the luminance of light irradiated on the projection plane, and the projection plane A light receiving unit that receives light reflected by the object and a height determination that determines a height of the object with respect to the projection plane based on a detection signal output according to the luminance from the light receiving unit Part.
Thereby, the height of the object can be determined.
ここで、上記画像は、種々な光線による水平走査及び垂直走査で投影表示することができるが、鮮明な画像を投影表示することができる、反射光による高精度な高さ判定を行なうことができる等の利点があることから、レーザ光線により走査投影するのが好ましい。
レーザ光線により画像を投影表示する場合、画像を走査投影するレーザ光線とは別に、例えば赤外線レーザ光のように不可視なレーザ光を位置検出用に重畳して用い、当該位置検出用レーザ光の物体による反射光により、物体の高さを判定することも可能である。
Here, the image can be projected and displayed by horizontal scanning and vertical scanning with various light rays, but a sharp image can be projected and displayed, and the height can be determined with high accuracy by reflected light. Therefore, it is preferable to perform scanning projection with a laser beam.
When an image is projected and displayed with a laser beam, an invisible laser beam such as an infrared laser beam is superimposed for position detection, for example, separately from the laser beam for scanning and projecting an image, and the object of the position detection laser beam is used. It is also possible to determine the height of the object based on the reflected light.
レーザ光線により画像を投影表示する場合、レーザ光を走査する走査部として、小型化、低消費電力化、処理の高速化などで有利なＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)型の走査ミラーを用いるのが好ましい。
物体としては、例えば、利用者の指、利用者が用いる指示棒やペン等の器具が挙げられるが、画像に対して何らかの指示を行なうために用いられる全ての物が包含される。
When an image is projected and displayed by a laser beam, a MEMS (Micro Electro Mechanical System) type scanning mirror that is advantageous in terms of downsizing, low power consumption, and high-speed processing is used as a scanning unit that scans the laser beam. preferable.
Examples of the object include a user's finger and an instrument such as a pointing stick and a pen used by the user, but all objects used for giving some instruction to the image are included.
また、本発明に係る位置判定装置は、上記構成に加えて、前記高さを検出した時の物体の投影面と平行な面における位置（例えば、後述する実施形態に示すＹ座標）を、当該検出時の光線と投影面とがなす角度、及び、検出された高さに基づいて補正する位置補正部を有するようにしてもよい。
これにより、投影面と平行な面における物体の位置を高精度に判定することができる。
Further, in addition to the above-described configuration, the position determination device according to the present invention uses a position (for example, a Y coordinate shown in an embodiment described later) on a plane parallel to the projection plane of the object when the height is detected. You may make it have the position correction | amendment part correct | amended based on the angle which the light ray at the time of a detection and a projection surface make, and the detected height.
Thereby, the position of the object in a plane parallel to the projection plane can be determined with high accuracy.
ここで、上記の高さ判定において、受光部は、例えば、受光した反射光量に応じた検出信号を出力する方式のもの、あるいは、所定の閾値を上回る反射光量を受光したときに検出信号を出力する方式のものを用いることができる。
後者の方式の受光部を用いた場合には、例えば、前記輝度変更部は、前記輝度を低いレベルから高いレベルへ変更するのが好ましい。これにより、例えば、輝度レベルが低いときに検出信号が得られる場合は、反射光量が大きくなる低い位置に物体があることが判定され、輝度レベルを高くして検出信号が得られる場合は、反射光量が小さくなる高い位置に物体があることが判定される。
Here, in the above height determination, the light receiving unit outputs, for example, a detection signal corresponding to the received reflected light amount, or outputs a detection signal when a reflected light amount exceeding a predetermined threshold is received. Can be used.
When the latter type of light receiving unit is used, for example, the luminance changing unit preferably changes the luminance from a low level to a high level. Thus, for example, when a detection signal is obtained when the luminance level is low, it is determined that there is an object at a low position where the amount of reflected light is large, and when a detection signal is obtained with a high luminance level, reflection is performed. It is determined that the object is at a high position where the amount of light is small.
また、本発明に係る位置判定装置は、上記構成に加えて、前記輝度変更部は、前記投影する画像のフレーム毎に光の輝度を変更するのが好ましい。
例えば、静止した物体や動きの比較的遅い物体については、光の輝度の変更は数フレーム毎と言ったようにそれほど迅速に行なわなくても、物体の高さや位置を正確に判定できるが、光の輝度の変更を画像の１走査毎（すなわち、１フレーム毎）に行なうようにすれば、動きの比較的速い物体について高さや位置を正確に判定できる。
また、本発明に係る位置判定装置は、上記構成に加えて、前記輝度変更部は、前記投影される画像中の物体の位置検出する領域の光の輝度を変更するのが好ましい。
例えば、投影される画像に物体による操作入力を受け付けるキーボード画像が含まれる場合には、キーボード画像の領域だけの輝度を変更し、他の画像部分は一定の輝度で投影表示する。
Moreover, in the position determination device according to the present invention, in addition to the above configuration, it is preferable that the luminance changing unit changes the luminance of light for each frame of the projected image.
For example, for a stationary object or a relatively slow moving object, it is possible to accurately determine the height and position of an object without changing the brightness of the light every few frames. If the luminance is changed every scan of the image (that is, every frame), the height and position of the relatively fast moving object can be accurately determined.
In the position determination device according to the present invention, in addition to the above configuration, it is preferable that the luminance changing unit changes the luminance of light in a region where the position of an object in the projected image is detected.
For example, when the projected image includes a keyboard image that accepts an operation input by an object, the luminance of only the keyboard image region is changed, and the other image portions are projected and displayed at a constant luminance.
本発明に係る位置判定装置は、例えば、ＶＵＩ等といった入力装置に設けることができる。
本発明に係る入力装置は、物体からの反射光により、水平走査及び垂直走査により投影面に投影される画像に対する物体の位置を、当該物体からの反射光により判定して、当該物体の位置に応じた入力を受け付ける入力装置であって、投影面に照射される光の輝度を変更する輝度変更部と、前記投影面に照射される光の前記物体による反射光を受光する受光部と、前記受光部から前記輝度に応じて出力される検出信号に基づいて、前記物体の投影面に対する高さを判定する高さ判定部と、を有する。
これにより、物体の高さに応じた入力を受け付けることができる。
The position determination device according to the present invention can be provided in an input device such as a VUI, for example.
The input device according to the present invention determines the position of the object relative to the image projected on the projection plane by the horizontal scanning and the vertical scanning by the reflected light from the object, and determines the position of the object by the reflected light from the object. An input device that accepts a corresponding input, a luminance changing unit that changes the luminance of light irradiated on the projection surface, a light receiving unit that receives reflected light from the object of the light irradiated on the projection surface, and A height determination unit that determines the height of the object with respect to the projection plane based on a detection signal output according to the luminance from the light receiving unit.
Thereby, the input according to the height of the object can be received.
また、本発明に係る入力装置は、上記構成に加えて、前記高さを検出した時の物体の前記垂直走査方向の位置を、当該検出時の光線と投影面とがなす角度、及び、検出された高さに基づいて補正する位置補正部を有するようにしてもよい。
これにより、物体の垂直走査方向の位置を高精度に判定して、これに応じた入力を受け付けることができる。
In addition to the above-described configuration, the input device according to the present invention detects the position of the object in the vertical scanning direction when the height is detected, the angle formed by the light beam and the projection plane at the time of detection, and detection You may make it have a position correction | amendment part correct | amended based on made height.
Thereby, the position of the object in the vertical scanning direction can be determined with high accuracy, and an input corresponding to this can be accepted.
なお、本発明は、例えば、レーザプロジェクタ等といった画像表示装置にその入力部として設けることができる。
すなわち、水平走査及び垂直走査により表示用画像と操作用画像と投影し、当該操作用画像に対する物体の位置を、当該物体からの反射光により判定して、当該物体の位置に応じた入力を受け付ける画像表示装置として、投影面に照射される光の輝度を変更する輝度変更部と、前記投影面に照射される光の前記物体による反射光を受光する受光部と、前記受光部から前記輝度に応じて出力される検出信号に基づいて、前記物体の投影面に対する高さを判定する高さ判定部と、を有するようにしてもよい。
The present invention can be provided as an input unit in an image display device such as a laser projector.
That is, the display image and the operation image are projected by horizontal scanning and vertical scanning, the position of the object with respect to the operation image is determined by reflected light from the object, and an input corresponding to the position of the object is accepted. As an image display device, a luminance changing unit that changes the luminance of light irradiated on the projection surface, a light receiving unit that receives reflected light from the object of the light irradiated on the projection surface, and the luminance from the light receiving unit to the luminance And a height determination unit that determines the height of the object relative to the projection plane based on the detection signal output accordingly.
また、上記の画像表示装置は、上記の構成に加えて、前記高さを検出した時の物体の前記垂直走査方向の位置を、当該検出時の光線と投影面とがなす角度、及び、検出された高さに基づいて補正する位置補正部を有するようにしてもよい。
なお、このような画像表示装置では、操作用画像（物体により入力を行なう画像）と、表示用画像（閲覧用の画像）とを、同じ画像とする態様も、異なる画像とする態様もいずれも採用することができる。
Further, in addition to the above configuration, the image display device described above detects the position of the object in the vertical scanning direction when the height is detected, an angle formed by the light beam at the time of detection and the projection plane, and detection You may make it have a position correction | amendment part correct | amended based on made height.
In such an image display device, the operation image (image input by an object) and the display image (viewing image) are both the same image or different images. Can be adopted.
本発明によると、画像に対する物体の高さを含めた位置を判定することができ、これによって、入力装置においては物体の位置に応じた多彩な入力を行なうことができる。 According to the present invention, it is possible to determine a position including the height of an object with respect to an image, and thereby various inputs corresponding to the position of the object can be performed in the input device.
図１には、本発明の一実施形態に係るレーザプロジェクタ１を示してあり、このレーザプロジェクタ１は、本発明の一実施形態に係る位置判定装置及び入力装置を内蔵して備えている。
本実施形態のレーザプロジェクタ１は、例えばテーブル１００の上に設置されて、レーザ光の走査により、スクリーンなどの投影面２００に表示用画像２０１を投影表示し、また、当該テーブルの上面などの投影面１００に操作用画像１０１を投影表示する。なお、図２に示すように、表示用画像２０１を投影する側と反対側の上部に設けたプロジェクタ筐体の窓１ａから、レーザ光を斜め下方へ走査照射して操作用画像１０１を投影する。
FIG. 1 shows a
The
図１に示すレーザプロジェクタ１は、表示用画像２０１と操作用画像１０１は同じ画像を投影表示しており、利用者が物体（図示の例では、棒状の器具）Ｆを投影面１００（走査用画像１０１）に対して移動させることで操作用画像１０１に入力したコマンドが表示用画像２０１及び操作用画像１０１に反映される。
なお、表示用画像２０１と操作用画像１０１とを異なる画像で投影表示してもよく、例えば、後述するように操作用画像１０１は物体Ｌにより利用者からの操作入力を受け付けるアルファベット等の複数の文字キーを含むキーボード画像が表示され、表示用画像２０１は利用者によりキー操作入力されたアルファベットなどの文字からなる文章が表示されるようにしてもよい。
In the
The
本実施形態のレーザプロジェクタ１は、操作用画像１０１を投影する投影表示形の入力装置を備えており、投影面１００上の操作用画像１０１に対して任意の位置に置かれた物体Ｌからの反射光を受光部１０で受光することで、操作用画像１０１に対する物体Ｌの高さを含む位置座標を判定し、当該判定した位置に応じたコマンド入力を受け付ける。
なお、本実施形態では、操作用画像１０１を投影するレーザ光を物体Ｌが反射することで物体Ｌの高さを含む位置を判定するが、操作用画像１０１を投影するレーザ光とは別に、位置判定用のレーザ光（例えば、赤外線等の不可視なレーザ光）を、操作用画像を投影するレーザ光に重畳して走査し、物体Ｌの位置判定用レーザ光の反射により物体Ｌの高さを含む位置を判定するようにしてもよい。
The
In the present embodiment, the position including the height of the object L is determined by reflecting the laser light that projects the
図２には、操作用画像１０１に対する物体Ｌの位置判定の概要を示してある。
操作用画像１０１は窓１ａから照射されるレーザ光の水平走査及び垂直走査により投影面１００上に表示されており、反射されたレーザ光を受光する受光部１０がプロジェクタ１の下部に操作用画像１０１側に面して設けられている。受光部１０の検出範囲内で、物体Ｌを投影面１００に対して移動操作して、操作用画像１０１を走査投影しているレーザ光が物体Ｌにより反射されると、この反射光が受光部１０で受光される。
FIG. 2 shows an outline of the position determination of the object L with respect to the
The
本実施形態では、受光部１０はフォトダイオード（ＰＤ）で構成されており、後述するように、受光部１０は投影面１００から所定の高さｎまでの検出範囲を有している。窓１０ａからのレーザ光が水平走査及び垂直走査（図中のＹ軸方向）されることで投影面１００上に操作用画像１０１が投影され、操作用画像からの反射光を受光する受光部１０の検出範囲は、投影面１００から垂直方向（図中のＺ軸方向）に高さｎで、投影面１００と平行な面では操作用画像１０１の全範囲をカバーする大きさである。検出範囲の高さｎは、例えば１０ｍｍ程度に設定され、本実施形態では、後述するように１２ｍｍに設定されている。である。
なお、図２には、投影面１００に垂直な方向をＺ軸、操作用画像１０１の垂直走査方向をＹ軸として示してあり、後述する図１、図６，図８におけるＺ軸及びＹ軸も同様である。
In the present embodiment, the
2 shows the direction perpendicular to the
ここで、操作用画像１０１に対する物体Ｌの位置を判定する基本的な原理は、概ね下記のとおりである。
操作用画像１０１はレーザ光の画素スポットを水平走査及び垂直走査することで投影されるが、画素スポットの走査位置タイミングと、操作用画像１０１からの反射光の受光タイミングとにより、操作用画像１０１のいずれの位置で反射光が発生したかを特定することができ、これによって、レーザ光を反射した物体Ｌの位置を判定することができる。
Here, the basic principle for determining the position of the object L with respect to the
The
図３には、本実施形態に係るレーザプロジェクタ１の主要な機能構成を示してある。
レーザプロジェクタ１は、レーザ光の光学系として、緑色レーザ光源１１、２色レーザ光源１２、光合成器１３、コリメートレンズ１４、ＭＥＭＳミラー１５、ビームスプリッタ１６、ビームスプリッタ１７、レンズ１８、光検出器１９、レーザパワー検出器２０を有している。
FIG. 3 shows a main functional configuration of the
The
緑色レーザ光源１１は緑色レーザ光を出射し、２色レーザ１２は赤色レーザと青色レーザとを出射する。
なお、２色レーザ光源１２を用いることにより、互いに独立な赤色レーザと青色レーザとを用いる場合に比べ、部品点数の削減や光学系の小型化が可能となるが、２色レーザの代わりに、互いに独立な赤色レーザと青色レーザとを用いてもよい。
The green laser light source 11 emits green laser light, and the two-
By using the two-color
光合成器１３は、緑色レーザ光の光路と２色レーザ光の光路とを重ね合わせて、コリメートレンズ１４に出力する。また、光合成器１３は、レーザ光の一部をレーザパワー検出器２０に出力する。
コリメートレンズ１４は、レーザ光を集光して平行光にする。
The
The collimating
ＭＥＭＳミラー１５は、駆動信号により水平及び垂直方向へ揺動することで、入射されたレーザ光を水平走査及び垂直走査して反射し、表示対象の画像を投影面に投影する。ＭＥＭＳミラー１５は、レーザ光を画像のフレーム単位で走査し、１フレームの間に画像の画素数に応じた回数、走査位置を変更し、この走査位置の一連の変更をフレーム毎に繰り返す。
本実施形態では、共振型ＭＥＭＳミラー１５を用いるが、他のタイプの共振型走査ミラーやＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、又は、２軸ガルバノミラーなどを用いてもよく、また、水平走査と垂直走査と行なう２つのスキャンミラーを組み合わせて用いてもよい。
The
In this embodiment, the
ビームスプリッタ１６は、ＭＥＭＳミラー１５により走査されたレーザ光を分割し、一方のレーザ光をビームスプリッタ１７に入射し、他方のレーザ光を光検出器１９に入射する。
ビームスプリッタ１７は、ビームスプリッタ１６からのレーザ光を、投影面１００（操作用画像１０１）に向かうレーザ光と、投影面２００（表示用画像２０１）に向かうレーザ光とに分割する。
The
The
本実施形態では、表示用画像２０１を投影する表示用画像表示部と、操作用画像１０１を投影する操作用画像表示部とは、上記のようにビームスプリッタ１７に至る経路で共用されている。
なお、表示用画像表示部と操作用画像表示部とを、それぞれレーザ光源や走査ミラーを備えた別経路の構成としてもよい。
In the present embodiment, the display image display unit that projects the
The display image display unit and the operation image display unit may be configured as separate paths each including a laser light source and a scanning mirror.
光検出器１９は入射した光を検出し、光検出器１９の検出結果は、ＭＥＭＳミラー１５の揺動角を検出するために用いられる。また、これらの検出結果は、画像投影のためのレーザ光の出射タイミングの確認にも用いられる。
レーザパワー検出器２０は、光合成器１３からの光の強度を測定し、レーザパワー検出器２０の検出結果は、緑色レーザ１１および２色レーザ１２が出力するレーザ光の強度の制御に用いられる。
The
The
レーザプロジェクタ１は、画像投影に係る制御系として、レーザ制御部２１、投影位置算出部２２、中央処理部（ＣＰＵ）２３、ミラー制御部２４、ミラードライバ２５を有している。
The
レーザ制御部２１は、レーザパワー検出器２０の検出結果に基づいて、緑色レーザ１１および２色レーザ１２を制御する。具体的には、レーザ制御部２１は、緑色レーザ１１および２色レーザ１２が、所定のタイミングで指定された強度のレーザ光を出力するように、緑色レーザ１１および２色レーザ１２の駆動電流などを制御する。
The
投影位置算出部２２は、光検出器１９の検出結果に基づいて、画像の投影位置（ＭＥＭＳミラー１５により走査された光の進行方向）を検出する。具体的には、投影位置算出部２２は、レーザ光の出力タイミングの指定値と、光検出器１９によるレーザ光の検出タイミングに基づいて、画像の投影位置を検出する。検出された投影位置は、走査異常の検出に用いられる。
The projection
ＣＰＵ２３は、画像の投影及び物体Ｌによる入力位置（座標）の判定に係る統括的な制御を行う。例えば、ＣＰＵ２３は、投影画像に応じた画像信号をレーザ制御部２１に送り、また、投影位置算出部２２の検出結果（投影位置）をミラー制御部２４に与える。
The
ミラー制御部２４は、ミラードライバ２５の駆動信号を作成し、この駆動信号はＭＥＭＳミラー１５の駆動周波数や駆動波形を指定する。詳しくは、ミラー制御部２４は、垂直走査方向と水平走査方向についての駆動信号を作成する。
ミラー制御部２４は、ＣＰＵ２３から投影位置に応じた信号を受け取り、受け取った信号に基づいて、ミラードライバ２５の駆動信号を作成する。
The
The
ミラードライバ２５は、ミラー制御部２４からの駆動信号に応じて、ＭＥＭＳミラー１５に走査動作を行なわせる。具体的には、ミラードライバ２５は、ＭＥＭＳミラー１５に対して、駆動信号に応じた波形の電流を生成し、生成した電流をＭＥＭＳミラー１５に与える。
より詳しくは、ミラードライバ２５は、ミラー制御部２４からの駆動周波数の制御指示あるいは波形パターンの生成または切替指示に基づいて、水平方向駆動のためのパルス矩形波や、垂直方向駆動のためのＤＣ波形を生成する。
The
More specifically, the
上記のように、ＣＰＵ２３は、投影される画像１０１，２０１を構成する各画素について、レーザ光の出力タイミングと、ＭＭＥＭＳミラー１５の走査位置とを管理しており、操作用画像１０１中のある点からレーザ光が反射された場合、この反射光を受光したタイミングにより、操作用画像１０１中のレーザ光を反射した位置が特定される。
したがって、操作用画像１０１中のある位置に物体Ｌが置かれて、操作用画像１０１を表示するレーザ光が物体Ｌから反射されると、この反射光の検出タイミングと画素の走査位置とから、物体Ｌの位置座標が特定される。
As described above, the
Therefore, when the object L is placed at a certain position in the
レーザプロジェクタ１は、物体Ｌによる操作用画像１０１に対する指示位置を判定する入力装置部として、受光部１０、アンプ２７、Ａ／Ｄ変換部２８、位置判定部２９、輝度変更部３０を有している。
The
本実施形態では、受光部１０は、閾値が設定されており、この閾値を上回る光量のレーザ光を受光したときに検出信号を出力する。後述するように、この閾値は、物体Ｌの投影面１００（操作用画像１０１）からの高さを判定する基準となるものである。
輝度変更部３０は、ＣＰＵ２３を介してレーザ制御部２１を制御し、緑色レーザ１１および２色レーザ１２から出力するレーザ光の輝度を後述するように変更する。すなわち、輝度変更部３０は操作用画像１０１を表示する投影面１００に照射されるレーザ光の輝度を変更する。したがって、受光部１０が受光する物体Ｌからの反射レーザ光の光量は、輝度変更部３０により変更された輝度に応じて変化する。
In the present embodiment, the
The
受光部１０から出力された検出信号は、アンプ２７によって増幅され、Ａ／Ｄ変換部２８に入力されて、デジタル信号として出力される。
Ａ／Ｄ変換部２８から出力された検出信号はＣＰＵ２３に入力され、位置判定部２９が、当該検出信号に基づいて、上記のように物体Ｌの高さを含めた位置を判定する。
The detection signal output from the
The detection signal output from the A /
位置判定部２９は高さ判定部３１と位置補正部３２とを有している。
高さ判定部３１は、後述するように、受光部１０から出力される検出信号に応じて、物体Ｌの投影面１００に対する高さを判定する。
位置補正部３２は、後述するように、物体Ｌの高さを検出した時の物体Ｌの投影面１００と平行な面における位置（本例では、Ｙ軸方向の位置）を、この検出時のレーザ光線と投影面１００とがなす角度、及び、検出された高さに基づいて補正する。すなわち、窓１ａから斜め下方に照射されるレーザ光の反射によって検出される物体ＬのＹ軸方向の位置を補正して、物体Ｌの直下のＹ軸方向の位置を求める。
The
As will be described later, the
As will be described later, the position correction unit 32 determines the position (in this example, the position in the Y-axis direction) of the object L on the plane parallel to the
〔高さ判定の説明〕
図４には、受光部１０の検出範囲を投影面１００と平行に見て示してある。なお、同図に向かって左側に受光部１０が位置する。
操作用画像１０１を投影しているレーザ光は、検出範囲内に位置する物体Ｌによって反射されて受光部１０で受光される。この場合、図４（ａ）に示すように物体Ｌが投影面１００に対して高い位置にあるときと、同図（ｂ）に示すように物体Ｌが投影面１００に対して低い位置にあるときとを比べると、前者に比べて後者の方が物体Ｌで反射されるレーザ光の光量は大きくなる。
[Explanation of height judgment]
In FIG. 4, the detection range of the
The laser light projecting the
すなわち、物体Ｌの投影面１００に対する位置が高くなるに応じて、物体Ｌからの反射光量が減少する。
したがって、照射されるレーザ光の輝度が同じ場合には、物体Ｌが投影面１００に対して高い位置にあるときは、受光部１０が受光する反射レーザ光の光量は比較的小さくなり、また、物体Ｌが投影面１００に対して低い位置にあるときは、受光部１０が受光する反射レーザ光の光量は比較的大きくなる。
That is, the amount of reflected light from the object L decreases as the position of the object L with respect to the
Therefore, when the brightness of the irradiated laser light is the same, when the object L is at a high position with respect to the
図５には、輝度変更部３０が行なう輝度変更方法の一例を示してある。
この例では、輝度変更部３０は、輝度レベル１〜４として透過率が１００％〜７０％のレイヤーを有しており、ＣＰＵ２３による制御下で投影される画像にいずれかのレイヤーを重ねることで、画像を表示するために投影面に照射されるレーザ光の輝度を変更する。
したがって、輝度レベル１のときには、最も大きい輝度のレーザ光により操作用画像１０１が投影面１００に投影され、輝度レベル４のときには、最も小さい輝度のレーザ光により操作用画像１０１が投影面１００に投影される。
FIG. 5 shows an example of the luminance changing method performed by the
In this example, the
Therefore, when the luminance level is 1, the
このように操作用画像１０１を投影するレーザ光の輝度が変化すると、これに応じて、物体Ｌから反射されたレーザ光を受光する受光部１０の受光量も変化する。
したがって、図４に示したようにレーザ光を反射する物体Ｌが一定の高さにある場合でも、照射されるレーザ光の輝度が大きくなるに応じて、受光部１０の受光量は大きくなる。
When the brightness of the laser light that projects the
Therefore, even when the object L that reflects the laser beam is at a certain height as shown in FIG. 4, the amount of light received by the
本実施形態では、図６に示すように、高さｎ（１２ｍｍ）の検出範囲をＡ〜Ｄの４つの高さ領域に分けて処理しており、高さ領域Ｄは投影面１００から１ｍｍの高さ、高さ領域Ｃは投影面１００から１〜４ｍｍの高さ、高さ領域Ｂは投影面１００から４〜８ｍｍの高さ、高さ領域Ａは投影面１００から８〜１２ｍｍの高さとしている。
なお、図６（図８についても同様）に示すように、窓１ａから斜め下方にレーザ光が照射される。
また、これら高さ領域の数や、各高さ領域の高さ幅は、レーザ光の輝度レベルの設定や、受光部１０の閾値の設定等に応じて、種々設定することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the detection range of height n (12 mm) is divided into four height areas A to D, and the height area D is 1 mm from the
As shown in FIG. 6 (the same applies to FIG. 8), laser light is irradiated obliquely downward from the
In addition, the number of these height regions and the height width of each height region can be variously set according to the setting of the brightness level of the laser light, the setting of the threshold value of the
上記のように、受光部１０が検出信号を出力する受光量は、投影面１００に照射されるレーザ光の物体Ｌによる反射量と、当該レーザ光の輝度レベルとに関係する。
本実施形態では、輝度変更部３０は投影面１００に照射されるレーザ光の輝度を低いレベルから高いレベル（輝度レベル４から輝度レベル１）へと変更し、その時の輝度レベルのレーザ光の反射を受光することによって受光部１０が検出信号を出力したときの物体Ｌの高さを対応付けている。
As described above, the amount of light received by the
In the present embodiment, the
すなわち、受光部１０の閾値を、輝度レベル１のレーザ光が照射されたときに高さ範囲Ａにある物体Ｌからの反射光の受光で検出信号を出力し、輝度レベル２のレーザ光が照射されたときに高さ範囲Ｂにある物体Ｌからの反射光の受光で検出信号を出力し、輝度レベル３のレーザ光が照射されたときに高さ範囲Ｃにある物体Ｌからの反射光の受光で検出信号を出力し、輝度レベル４のレーザ光が照射されたときに高さ範囲Ｄにある物体Ｌからの反射光の受光で検出信号を出力するように設定されている。
That is, the detection signal is output by receiving the reflected light from the object L in the height range A when the laser beam with the
これにより、高さ判定部３１は、受光部１０からの検出信号の入力と、当該入力時におけるレーザ光の輝度とに基づいて、物体Ｌがいずれの高さ領域にあるかを判定する。
高さ判定部３１は、図７に示すような関係テーブルを有しており、輝度レベル１で検出信号が得られたときは物体Ｌの高さ（検出高）を１２ｍｍと判定し、輝度レベル２で検出信号が得られたときは物体Ｌの高さ（検出高）を８ｍｍと判定し、輝度レベル３で検出信号が得られたときは物体Ｌの高さ（検出高）を４ｍｍと判定し、輝度レベル４で検出信号が得られたときは物体Ｌの高さ（検出高）を１ｍｍと判定する。
したがって、レーザ光の輝度レベルを変更することによって、物体Ｌの投影面１００からの高さが判定される。
Thereby, the
The
Therefore, the height of the object L from the
〔Ｙ軸方向の位置補正の説明〕
あるＹ軸方向の位置（Ｙ座標位置）に物体Ｌはある場合であっても、この物体Ｌの高さ位置が変化した場合には、斜め下方に照射されるレーザ光による画素スポットの走査位置タイミングと、物体Ｌから反射されたレーザ光の受光タイミングとから検出されるＹ座標位置は変化する。すなわち、検出されるＹ座標位置が変動し、物体Ｌの直下のＹ座標位置を判定することができない。
[Description of position correction in the Y-axis direction]
Even when the object L is at a certain position in the Y-axis direction (Y coordinate position), if the height position of the object L changes, the scanning position of the pixel spot by the laser beam irradiated obliquely downward The Y coordinate position detected from the timing and the light reception timing of the laser beam reflected from the object L changes. That is, the detected Y coordinate position varies, and the Y coordinate position directly below the object L cannot be determined.
これに対して、位置補正部３２が、下記のように、高さ判定部３１で得られた物体Ｌの高さを用いて補正処理を行ない、物体Ｌの直下のＹ座標位置を判定する。
まず、検出した物体ＬのＹ座標の値から、図８に示すように、その時のレーザ光が投影面１００となす角度θを求める。
図８に示す例では、装置の設計により、Ｙ１は操作用画像１０１の下端に対応する最小のＹ座標の値（０）、Ｙ４は操作用画像１０１の上端に対応する最大のＹ座標の値（６９０）であり、また、θ１はＹ１を検出するレーザ光が投影面１００となす角度（６０°）、θ４はＹ４を検出するレーザ光が投影面１００となす角度（３５°）である。
In contrast, the position correction unit 32 performs correction processing using the height of the object L obtained by the
First, as shown in FIG. 8, an angle θ formed by the laser beam at that time with the
In the example shown in FIG. 8, Y1 is the minimum Y coordinate value (0) corresponding to the lower end of the
位置補正部３２は、検出されたＹ座標の値から、Ｙを検出するレーザ光が投影面１００となす角度θｙを、下記の計算式によって演算処理して求める。
θｙ＝６０−（Ｙ＊（（θ１−θ４）／（Ｙ４−Ｙ１）））
なお、図８に示す他のＹ２やＹ３の座標の値が検出されると、同様にして、それらの角度θ３、θ４が求められ、図８に示す例では図９に示すとおりである。
The position correction unit 32 obtains an angle θy formed by the laser beam for detecting Y and the
θy = 60− (Y * ((θ1-θ4) / (Y4-Y1)))
When other Y2 and Y3 coordinate values shown in FIG. 8 are detected, their angles θ3 and θ4 are obtained in the same manner, and the example shown in FIG. 8 is as shown in FIG.
次に、位置補正部３２は、高さ判定部３１が判定した物体Ｌの高さ（検出高）と、検出されたＹ座標の値について上記で求めた角度θとに基づいて、補正距離（ｍｍ）を、下記の計算式によって演算処理して求める。
「補正距離」＝「検出高」／Ｓｉｎθ＊Ｓｉｎ（１８０−９０−θ）
Next, the position correction unit 32 determines a correction distance (based on the height (detection height) of the object L determined by the
“Correction distance” = “detection height” / Sinθ * Sin (180−90−θ)
図１０には、一例として、Ｙ２（１８８）を検出したときに、検出高に応じて求められる補正距離を示してある。
すなわち、Ｙ２が検出されたときの角度θは、上記のように５３°として求められ、上記の計算式により、補正距離は、検出高が１２ｍｍのときは９ｍｍ、検出高が８ｍｍのときは６ｍｍ、検出高が４ｍｍのときは３ｍｍ、検出高が１ｍｍのときは１ｍｍと求められる。
FIG. 10 shows, as an example, a correction distance obtained according to the detection height when Y2 (188) is detected.
That is, the angle θ when Y2 is detected is obtained as 53 ° as described above, and the correction distance is 9 mm when the detected height is 12 mm, and 6 mm when the detected height is 8 mm. When the detected height is 4 mm, 3 mm is obtained, and when the detected height is 1 mm, 1 mm is obtained.
次に、位置補正部３２は、補正距離（ｍｍ）を、下記のように演算処理してＹ座標の値の補正値に換算し、この補正値を上記検出されたＹ座標の値から差し引く演算処理を行なって、物体の高さにかかわらず一定な物体直下のＹ座標の値を求める。
本例では、装置の設計からＹ１とＹ４との距離が１６５ｍｍであるとすると、下記の計算式によって、図１１に示すように、上記の補正距離毎の補正値が求められる。
「補正値」＝（「補正距離」＊６９０）／１６５
そして、検出したＹ座標の値を、当該検出時の検出高に応じた補正値で補正する。
Next, the position correction unit 32 calculates the correction distance (mm) as follows, converts the correction distance into a correction value of the Y coordinate value, and subtracts the correction value from the detected Y coordinate value. Processing is performed to obtain a constant Y coordinate value directly under the object regardless of the height of the object.
In this example, when the distance between Y1 and Y4 is 165 mm from the design of the apparatus, the correction value for each correction distance is obtained by the following calculation formula as shown in FIG.
“Correction value” = (“Correction distance” * 690) / 165
Then, the detected Y coordinate value is corrected with a correction value corresponding to the detected height at the time of detection.
〔処理動作の全体的な説明〕
上記の輝度変更部３０、高さ判定部３１及び位置補正部３２による処理は、本実施形態では、図１３に示す手順でなされる。
レーザプロジェクタ１の起動に伴って操作用画像１０１に対する物体の高さを含めた位置を判定する処理が開始されると、まず、輝度変更部３０がレーザ光の輝度レベルを一定以上として、物体Ｌによって反射されるレーザ光を受光することで検出信号を出力する状態として、位置判定部２９が、操作用画像１０１の走査タイミングと検出信号の出力タイミングとより、物体ＬのＹ座標の値を検出して保持する（ステップＳ１）。
[Overall description of processing operations]
In the present embodiment, the processes by the
When the processing for determining the position including the height of the object with respect to the
そして、輝度変更部３０が、レーザ光の輝度レベルを最小（輝度レベル４）に変更して設定し（ステップＳ２）、位置判定部２９が、上記と同様にして、物体ＬのＹ座標の値を検出する（ステップＳ３）。
この結果、Ｙ座標の値が検出できないときには、輝度変更部３０が、輝度レベルが最大でないことを確認して（ステップＳ４）、輝度レベルを１段階上げる（ステップＳ５）。
Then, the
As a result, when the value of the Y coordinate cannot be detected, the
すなわち、まず、レーザ光の輝度レベルを最低レベル（輝度レベル４）に変更し、Ｙ座標が検出されるまで、あるいは、輝度レベルが最高レベル（輝度レベル１）に達するまで、上記の処理を繰り返す。
なお、輝度レベルを最高レベルとしてもＹ座標を検出できない場合は、処理を終了する。
That is, first, the luminance level of the laser beam is changed to the lowest level (luminance level 4), and the above processing is repeated until the Y coordinate is detected or until the luminance level reaches the highest level (luminance level 1). .
If the Y coordinate cannot be detected even when the luminance level is the highest level, the process is terminated.
他方、Ｙ座標の値を検出したときは（ステップＳ３）、このときの輝度レベルに基づいて、高さ判定部３１が、上記のように物体Ｌの高さを判定して、判定した高さ情報を保持する（ステップＳ６）。
そして、位置補正部３２が、高さ判定部３１が保持した物体Ｌの高さ情報に基づいて、上記のように、角度θを算出し（ステップＳ７）、補正距離を算出し（ステップＳ８）、補正距離を補正値に換算し（ステップＳ９）、この補正値によって上記検出されたＹ座標の値を補正する（ステップＳ１０）。
On the other hand, when the value of the Y coordinate is detected (step S3), the
Then, the position correction unit 32 calculates the angle θ as described above based on the height information of the object L held by the height determination unit 31 (step S7), and calculates the correction distance (step S8). The correction distance is converted into a correction value (step S9), and the value of the detected Y coordinate is corrected by this correction value (step S10).
上記の一連の処理によって、物体Ｌの高さと補正されたＹ座標の値が求められ、物体の３次元的な座標が精度よく求められる。 Through the series of processes described above, the height of the object L and the corrected Y coordinate value are obtained, and the three-dimensional coordinates of the object are obtained with high accuracy.
〔変形例〕
輝度変更部３０により、レーザ光の輝度を変更するタイミングは必要に応じて任意に設定するようにすればよいが、一例として、投影する操作用画像１０１のフレーム毎に変更するようにしてもよい。これによって、動きの比較的速い物体の高さや位置をより正確に判定することができる。
輝度変更部３０によりレーザ光の輝度を変更する領域は、操作用画像１０１の物体Ｌの高さ及び位置を検出する必要がある領域だけとしてもよい。例えば、図１２に示すように、物体Ｌによる操作入力を受け付けるキーボード画像４０と、操作入力された文字等を表示するディスプレイ画像４１とを含む画像を投影する場合、キーボード画像４０だけを輝度レベルを変更するようにしてもよい。これによって、ディスプレイ画像等の他の画像部分は視認性が良好な一定の輝度によって表示することができる。
[Modification]
The timing of changing the luminance of the laser beam by the
The region where the luminance of the laser beam is changed by the
また、輝度変更部３０は、透過率を違えたレイヤーを画像に重ねる方法の他、種々な方法によって画像を投影するレーザ光の輝度を変更することができる。例えば、輝度変更部３０がＣＰＵ２３を介してレーザ制御部２１を直接的に制御して、レーザ光源１１，１２から出力するレーザ光の輝度を変更するようにしてもよい。
In addition, the
また、受光部１０は受光した反射光量に応じた値の検出信号を出力し、位置判定部２９が検出信号の値に基づいて物体Ｌの高さを判定するようにしてもよい。上記のように受光部１０に閾値が設定されている場合は、輝度を低いレベルから高いレベルへ変更するのが好ましいが、反射光量に応じた値の検出信号を出力する受光部を用いる場合には、輝度レベルの変更態様は任意であってよい。
Alternatively, the
本発明は、例えば、レーザプロジェクタ等の画像表示装置の入力装置として利用することが可能であり、他にも、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、携帯情報端末等といったあらゆる電子機器において、投影された操作用画像で利用者からの入力を受け付ける入力装置に利用することが可能である。 The present invention can be used as an input device of an image display device such as a laser projector, for example, and can be used for a projected operation in any electronic device such as a personal computer, a mobile phone, and a portable information terminal. It can be used for an input device that accepts an input from a user by an image.
１：レーザプロジェクタ、１０：受光部、
２９：位置判定部、 ３０：輝度変更部、
３１：高さ判定部、 ３２：位置補正部、
１００：投影面、 １０１：操作用画像、
Ｌ：物体、
1: laser projector, 10: light receiving unit,
29: Position determination unit, 30: Brightness change unit,
31: Height determination unit, 32: Position correction unit,
100: Projection plane 101: Image for operation
L: object,
Claims (7)
投影面に照射される光の輝度を変更する輝度変更部と、
前記投影面に照射される光の前記物体による反射光を受光する受光部と、
前記受光部から前記輝度に応じて出力される検出信号に基づいて、前記物体の投影面に対する高さを判定する高さ判定部と、
を有することを特徴とする位置判定装置。 A position determination device that determines the position of an object with respect to a projection plane on which an image is projected,
A luminance changing unit for changing the luminance of light irradiated on the projection surface;
A light receiving unit that receives light reflected by the object of light irradiated on the projection surface;
A height determination unit that determines the height of the object relative to the projection plane based on a detection signal output according to the luminance from the light receiving unit;
A position determination apparatus comprising:
前記高さを検出した時の物体の投影面と平行な面における位置を、当該検出時の光線と投影面とがなす角度、及び、検出された高さに基づいて補正する位置補正部を有することを特徴とする位置判定装置。 The position determination device according to claim 1,
A position correcting unit that corrects the position of the object in a plane parallel to the projection plane when the height is detected based on the angle formed by the light beam and the projection plane at the time of detection and the detected height; A position determination device characterized by that.
前記輝度変更部は、前記輝度を低いレベルから高いレベルへ変更することを特徴とする位置判定装置。 In the position determination apparatus according to claim 1 or 2,
The brightness changing unit changes the brightness from a low level to a high level.
前記輝度変更部は、前記投影する画像のフレーム毎に光の輝度を変更することを特徴とする位置判定装置。 The position determination device according to any one of claims 1 to 3,
The position determination apparatus, wherein the brightness changing unit changes the brightness of light for each frame of the projected image.
前記輝度変更部は、前記投影される画像中の物体の位置検出する領域の光の輝度を変更することを特徴とする位置判定装置。 The position determination apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The brightness changing unit changes the brightness of light in a region where the position of an object in the projected image is detected.
投影面に照射される光の輝度を変更する輝度変更部と、
前記投影面に照射される光の前記物体による反射光を受光する受光部と、
前記受光部から前記輝度に応じて出力される検出信号に基づいて、前記物体の投影面に対する高さを判定する高さ判定部と、
を有することを特徴とする入力装置。 An input device that receives the input according to the position of the object by determining the position of the object with respect to the image projected on the projection plane by the horizontal scanning and the vertical scanning by the reflected light from the object by the reflected light from the object. There,
A luminance changing unit for changing the luminance of light irradiated on the projection surface;
A light receiving unit that receives light reflected by the object of light irradiated on the projection surface;
A height determination unit that determines the height of the object relative to the projection plane based on a detection signal output according to the luminance from the light receiving unit;
An input device comprising:
前記高さを検出した時の物体の前記垂直走査方向の位置を、当該検出時の光線と投影面とがなす角度、及び、検出された高さに基づいて補正する位置補正部を有することを特徴とする入力装置。 The input device according to claim 6,
A position correcting unit that corrects the position of the object in the vertical scanning direction when the height is detected based on the angle formed between the light beam and the projection surface at the time of detection and the detected height; Characteristic input device.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012275212A JP2014120009A (en) | 2012-12-18 | 2012-12-18 | Position determination device and input device |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2019186974A1 (en) * | 2018-03-29 | 2019-10-03 | 日本電気株式会社 | Image identification register device, image identification register system, product information display method, and program |
-
2012
- 2012-12-18 JP JP2012275212A patent/JP2014120009A/en active Pending
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| JPWO2019186974A1 (en) * | 2018-03-29 | 2021-03-11 | 日本電気株式会社 | Image identification cash register device, image identification cash register system, product information display method, and program |
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