JP4037822B2 - 電子ペンの位置検出方法／電子ペン／プロジェクタ／電子黒板システム - Google Patents

Description

本発明は、電子ペン、電子黒板に関する。

近年、様々なプレゼンテーションの場で、電子黒板が使用されるようになってきている。電子黒板を用いたプレゼンテーションでは、まず、プロジェクタが、あらかじめ作成されたフォーマット画像をスクリーン上に投射する。そして、発表者が、スクリーン上に投射されたフォーマット画像に電子ペンで加筆していく。

このような電子黒板において、スクリーン上に投射されたフォーマット画像と、電子ペンによる加筆画像を合成するためには、電子ペンに発光部および／または超音波発生部を、プロジェクタまたはスクリーンに光および／または超音波検出部を設けて、プロジェクタまたはスクリーンに電子ペンの位置を検出させることが必要になる。

これまで、発光部を有する電子ペンの位置検出は、赤外光を使用することによって周囲の可視光の影響を排除しつつ、プロジェクタが、発光している電子ペンを撮影して、撮影画像の最大輝度の位置を現在の電子ペンの位置と判断することによってなされている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−２４０４０７号公報

プレゼンテーションの場では、発表者の身体の一部がプロジェクタの投射範囲に入ったり、プロジェクタの投射範囲に周囲の光が混入したりすることがよくある。このような場合、プロジェクタの投射範囲のバックグラウンドレベルが時間的に変動することになる。かかる状況のもとで、従来技術のように、バックグラウンドレベルの時間的変動を何ら考慮せずに、発光している電子ペンの撮影データの最大輝度の位置を単に求めていたのでは、電子ペンの位置検出の精度が担保できないおそれがある。

また、プロジェクタの投射範囲に他の発光体がある場合には、この発光体を電子ペンと誤認するおそれがある。

本発明の目的は、プロジェクタの投射範囲のバックグラウンドレベルが時間的に変動したり、他の発光体が存在したりする場合であっても、精度の高い、電子ペンの位置検出ができる方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、発光素子を有する電子ペンが、プロジェクタから、発光素子に関する発光指示を含む信号を受信すると、所定の時間だけ、発光素子を発光させる。そして、プロジェクタは、発光素子が発光している状態における電子ペンの第１の画像と、発光素子が発光していない状態における電子ペンの第２の画像を取得する。プロジェクタは、第１の画像と第２の画像の差分画像を求め、差分画像の最大輝度の位置を電子ペンの現在の位置と判断することにより、電子ペンの現在の位置を検出する。

以上説明したように、本発明によれば、プロジェクタの投射範囲のバックグラウンドレベルが時間的に変動したり、他の発光体が存在したりする場合であっても、電子ペンの正確な位置検出が可能になる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１（ａ）を参照すると、本発明の一実施形態の電子ペン１は、受光素子１１と、受光判断部１２と、タイマ１３と、発光制御部１４と、発光素子１５を含む。

図１（ｂ）を参照すると、本発明の一実施形態のプロジェクタ２は、撮影制御部２１と、タイマ２２と、発光素子２３と、撮像素子２４と、差分演算部２５を含む。

受光素子１１は、プロジェクタ２の発光素子２３から、電子ペン１の発光素子１５に関する発光指示を含む信号光を受信する。そして、受光素子１１は、発光素子１５に関する発光指示を含む信号光を受信した旨を受光判断部１２に通知する。受光素子１１は、光波以外に、電波、音波を受信するものでもよい。

受光判断部１２は、受光素子１１から、発光素子１５に関する発光指示を含む信号光を受信した旨の通知を受信し、タイマ１３を起動する。

タイマ１３は、受光判断部１２によって起動され、一定時間、例えば１．０ｍｓだけ時間をカウントする。

発光制御部１４は、タイマ１３がカウントされている間だけ、発光素子１５を発光させる。

発光素子１５は、発光制御部１４によって励起され発光する。発光素子１５は、例えば赤外ＬＥＤ（発光ダイオード）である。発光素子１５の側が電子ペン１のペン先になる。

撮影制御部２１は、電子ペン１の発光素子１５に関する発光指示を含む信号光を生成するため、発光素子２３を発光させる。

タイマ２２は、撮影制御部２１が発光素子２３を発光させてから、時間をカウントし始める。タイマ２２は、電子ペン１のタイマ１３と同期していることが望ましい。

発光素子２３は、撮影制御部２１によって励起され、電子ペン１の発光素子１５に関する発光指示を含む信号光を送信する。発光素子２３は、光波以外に、例えば、電波、音波を送信するものでもよい。

撮像素子２４は、撮影制御部２１の制御によって、電子ペン１を撮影する。撮像素子２４による電子ペン１の撮影は、タイマ２２が所定の時間をカウントすると、撮影制御部２１が撮影素子２４に撮影指示を送ることによってなされる。撮像素子２４による電子ペン１の撮影は、電子ペン１の発光素子１５が発光しているときと、発光していないときのそれぞれで行うように、撮影のタイミングが決定される。例えば、撮影制御部２１がタイマ２２を起動してから、０．５ｍｓをカウントした後（電子ペン１の発光素子１５が発光している）と、１．５ｍｓをカウントした後（電子ペン１の発光素子１５が発光していない）というように撮影のタイミングを決定する。撮像素子２４は、例えば、赤外領域にも感度を有する２次元ＰＳＤ（位置検出素子）、２次元ＣＣＤ、２次元ＣＭＯＳセンサである。

差分演算部２５は、撮像素子２４が発光素子１５の発光しているときに撮影した画像と、発光素子１５の発光していないときに撮影した画像から差分画像を求める。そして、差分演算部２５は、この差分画像の最大輝度の位置を現在の電子ペン１の位置と判断することにより、電子ペン１の現在の位置を検出する。

図２を参照すると、電子ペン１とプロジェクタ２からなる電子黒板システムが示されている。３は、プロジェクタ２が投射するスクリーンである。プロジェクタ２の発光素子２３から電子ペン１に向けて、電子ペン１の発光素子１５に関する発光指示を含む信号光が送信される。プロジェクタ２の撮像素子２４は、電子ペン１を撮影する。

次に、図３のシーケンス図を参照して、本発明の一実施形態の、電子ペンの位置検出方法について詳細に説明する。

ステップ１で、プロジェクタ２の発光素子２３から、電子ペン１の発光素子１５に関する発光指示を含む信号光を送信する。この信号光の送信は、撮影制御部２１が、発光素子２３を制御することによりなされる。発光指示は、一般的なリモコンに見られる赤外線パルスでもよい。

ステップ２で、電子ペン１の発光素子１５に関する発光指示を含む信号光が送信された後、プロジェクタ２の撮影制御部２１が、タイマ２２を起動する。

ステップ３で、電子ペン１の受光素子１１が、ステップ１で送信された、発光素子１５に関する発光指示を含む信号光を受信する。

ステップ４で、電子ペン１の発光素子１５に関する発光指示を含む信号光を受信後、受光判断部１２が、タイマ１３を起動する。

なお、ステップ２とステップ４のタイマ２２とタイマ１３の起動は、同期されるのが望ましいが、発光素子１５が発光している時間のオーダー（本実施形態ではｍｓのオーダー）に比べて、ステップ１から４の処理が十分に高速であれば、必ずしも同期は必要ではない。

ステップ５で、電子ペン１の発光制御部１４が、タイマ１３がカウントされている間（１．０ｍｓ）、発光素子１５を発光させる。

ステップ６で、プロジェクタ２の撮影制御部２１が、タイマ２２が所定の時間（０．５ｍｓ）をカウントしたら、撮像素子２４に電子ペン１を撮影させる。この時刻では、電子ペン１の発光素子１５は発光している。したがって、発光素子１５が発光している電子ペン１の画像が取得される。

ステップ７で、プロジェクタ２の撮影制御部２１が、タイマ２２が所定の時間（１．５ｍｓ）をカウントしたら、撮影素子２４に電子ペン１を撮像させる。この時刻では、電子ペン１の発光素子１５は発光していない。したがって、発光素子１５が発光していない電子ペン１の画像が取得される。この画像は、プロジェクタ２の投射範囲のバックグラウンドレベルの画像となる。

図４を参照すると、ステップ５から７におけるタイミングチャートが示されている。プロジェクタ２が発光指示を送ると、タイマ２２と、発光指示を受信した電子ペン１のタイマ１３が起動される。タイマ１３が起動されると、発光素子１５が１．０ｍｓ間発光しつづける。一方、プロジェクタ２の撮像素子２４は、タイマ２２が起動されてから０．５ｍｓ後と１．５ｍｓ後に、電子ペン１の様子を撮影する。

ステップ８で、差分演算部２５が、ステップ６と７で取得した画像の差分を計算し、差分画像（バックグラウンドレベルが差し引かれた画像）の最大輝度の位置を電子ペン１の現在の位置とする。差分画像の最大輝度の位置を求める方法は、従来技術と同様である。

なお、電子ペン１の撮影は、プロジェクタ２が、先に発光素子１５が発光していない電子ペン１を撮影し、その後、発光指示を送り、発光素子１５が発光している電子ペン１を撮影してもよい。すなわち、本発明にとって重要なのは、発光素子１５が発光している電子ペン１の画像と、発光素子１５が発光していない電子ペン１の画像を取得することであり、２つの画像取得のタイミング、順序などは適宜変更可能である。

また、この方法では差分によりバックグラウンドの影響が小さくなるので、発光素子１５に可視ＬＥＤを使用してもよい。

（ａ）は、本発明の一実施形態の電子ペンの構成を示した図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態のプロジェクタの構成を示した図である。 本発明の一実施形態の電子黒板システムの構成を示した図である。 本発明の一実施形態の、電子ペンの位置検出方法の処理の流れを示したシーケンス図である。 電子ペンの発光のタイミング、プロジェクタによる電子ペンの画像取得のタイミングを示したタイミングチャートである。

符号の説明

１ 電子ペン
１１ 受光素子
１２ 受光判断部
１３ タイマ
１４ 発光制御部
１５ 発光素子
２ プロジェクタ
２１ 撮影制御部
２２ タイマ
２３ 発光素子
２４ 撮像素子
２５ 差分演算部
３ スクリーン

Claims (17)

1. 電子黒板システムでプロジェクタが電子ペンの位置を検出する方法において、
   前記プロジェクタが、前記電子ペンに、前記電子ペンに備えられた発光素子に関する発光指示を含む信号を送信する第１のステップと、
   前記電子ペンが、前記プロジェクタから前記信号を受信すると、所定の時間だけ、前記発光素子を発光させる第２のステップと、
   前記プロジェクタが、前記発光素子が発光している状態における前記電子ペンの第１の画像と、前記発光素子が発光していない状態における前記電子ペンの第２の画像を取得する第３のステップと、
   前記プロジェクタが、前記第１の画像と前記第２の画像の差分画像を求め、前記差分画像の最大輝度の位置を前記電子ペンの現在の位置と判断する第４のステップを有することを特徴とする方法。
2. 前記第２のステップにおける前記発光素子の発光時間、および、前記第３のステップにおける前記第１の画像および前記第２の画像の取得のタイミングを、それぞれ前記電子ペンおよび前記プロジェクタに備えられたタイマを用いて決定する、請求項１に記載の方法。
3. 電子黒板システムで用いられ、プロジェクタが位置を検出できるように発光素子が備えられた電子ペンにおいて、
   前記プロジェクタから、前記発光素子に関する発光指示を含む信号を受信する受信手段と、
   前記受信手段が前記信号を受信すると、所定の時間だけ、前記発光素子を発光させる発光制御手段を有することを特徴とする電子ペン。
4. 前記発光素子の発光時間を決定するタイマをさらに有する、請求項３に記載の電子ペン。
5. 前記発光素子は赤外ＬＥＤである、請求項３または４に記載の電子ペン。
6. 前記受信手段は、光波である前記信号を受信する、請求項３から５のいずれか１項に記載の電子ペン。
7. 前記受信手段は、電波である前記信号を受信する、請求項３から５のいずれか１項に記載の電子ペン。
8. 前記受信手段は、音波である前記信号を受信する、請求項３から５のいずれか１項に記載の電子ペン。
9. 電子黒板システムで用いられ、発光素子が備えられた電子ペンを撮像素子によって撮影することにより、前記電子ペンの位置を検出するプロジェクタにおいて、
   前記電子ペンに、前記発光素子に関する発光指示を含む信号を送信する送信手段と、
   前記撮像素子に、前記発光素子が発光している状態における前記電子ペンの第１の画像と、前記発光素子が発光していない状態における前記電子ペンの第２の画像を取得させる撮影制御手段と、
   前記第１の画像と前記第２の画像の差分画像を求め、前記差分画像の最大輝度の位置を前記電子ペンの現在の位置と判断する差分演算手段を有することを特徴とするプロジェクタ。
10. 前記第１の画像および前記第２の画像の取得のタイミングを決定するタイマをさらに有する、請求項９に記載のプロジェクタ。
11. 前記撮像素子は２次元ＰＳＤである、請求項９または１０に記載のプロジェクタ。
12. 前記撮像素子は２次元ＣＣＤである、請求項９または１０に記載のプロジェクタ。
13. 前記撮像素子は２次元ＣＭＯＳセンサである、請求項９または１０に記載のプロジェクタ。
14. 前記送信手段は、光波である前記信号を送信する、請求項９から１３のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
15. 前記送信手段は、電波である前記信号を送信する、請求項９から１３のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
16. 前記送信手段は、音波である前記信号を送信する、請求項９から１３のいずれか１項に記載のプロジェクタ。
17. 請求項９から１６のいずれか１項に記載のプロジェクタが投影したスクリーン上に、請求項３から８のいずれか１項に記載の電子ペンを用いて加筆する電子黒板システム。
    

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