JP4161007B2 - 位置検出装置 - Google Patents
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Description
このような環境において、例えば、テレビジョンの操作では、リモコン操作によってチャンネルを切り替えたり、メニュー画面のボタンをリモコンの上下左右の矢印キーによって選択したりする操作が行われている。しかし、このリモコン操作によっては、画面上の任意の位置を指し示すことができない。
また、画像表示装置の画面の画素毎に光センサを備え、操作者がリモコンのレーザ光で画面上の任意の位置を指し示すことで、光センサによって、操作者が所望する位置を検出する技術も存在している(例えば、特許文献2参照。)。
そして、位置検出装置は、指示位置算出手段によって、照射位置検出手段で検出された4点の照射位置から、各スリット拡散光の交点を算出し、その交点を指示位置として特定する。
そして、位置検出装置は、位相検出手段によって、時間に伴って強度変調された、例えば正弦波状のスリット拡散光の位相を検出する。なお、位置検出装置では、予めスリット拡散光の周波数を既知の情報として保持しているものとする。これによって、位置検出装置は、個々の光検出手段と位置指定装置との距離を測定することができ、指示位置算出手段によって、さらに、位置指定装置の位置(三次元位置)を特定することができる。
なお、この位置指示光は、操作者が視覚可能な可視光(波長が約380nm〜約780nm)で、スリット拡散光は、可視光の波長領域外の波長を持つ不可視光とすることが望ましい。これによって、操作者は、自分の指示したい位置のみを位置指示光で確認することができる。
本発明によれば、位置指定装置から照射される強度変調されたスリット状の拡散光の位相を検出することができる。また、本発明によれば、位置指定装置の位置を特定することが可能になり、位置指定装置の位置によって表示画像を切り替える等のアプリケーションを作成することができる。
[第一の実施の形態]
図1は、参考例である第一の実施の形態に係る位置指定装置10及び位置検出装置20を含んだ画像表示システム1の構成を示した概略図である。図1に示すように画像表示システム1は、位置指定装置10を備えたリモコン装置2、光検出器22を複数配列した光検出器アレイ21と光信号検出処理手段23とを備えた位置検出装置20、表示装置30及び画像表示制御装置40で構成されている。なお、画像表示装置3は、位置検出装置20、表示装置30及び画像表示制御装置40で構成されている。
次に、図2を参照(適宜図1参照)して、第一の実施の形態である画像表示システム1におけるリモコン装置2内の位置指定装置10の構成について説明する。図2は、位置指定装置10の構成を示すブロック図である。図2に示したように位置指定装置10は、第一光投射手段11と、第二光投射手段12と、光合成投射手段13とを備えて構成した。
次に、図3を参照(適宜図1参照)して、第一の実施の形態である画像表示システム1における画像表示装置3内の位置検出装置20の構成について説明する。図3は、位置検出装置20の構成を示すブロック図である。図3に示したように位置検出装置20は、光検出器22を配列した光検出器アレイ21と、照射位置検出部24及び指示位置算出部25を含んだ光信号検出処理手段23とを備えて構成した。
なお、この照射位置検出部24では、照射された光が隣合う光検出器22にまたがり、その隣合った光検出器22で検出された光強度がほぼ同等の場合等において、各光検出器22の位置に予め光強度に応じた重み付けを行っておくことで、その重み付けに基づいて照射位置を求め、指示位置算出部25に出力することも可能である。
なお、照射された光が隣合う光検出器22にまたがり、その隣合った光検出器22で検出された光強度がほぼ同等の場合等において、照射位置前後の複数個の光検出器22で検出された光強度の和を照射位置における光強度とすることも可能である。
このとき、ビーム光Bで指し示された指定位置Tの座標(x,y)は、(1)式で示した直線上に存在することになる。
I2=−αl2+β …(4)
例えば、図5に示すように、光検出器アレイ21を、表示装置30の左側の表示領域外に2つ配置し、光検出器22を二列に並列に配列した構成において、スリット状に広がったプローブ光Pが、中心と周辺とで直線的に異なる光強度分布を持つ場合、α及びβ(α,β>0)を既知の定数、lをプローブ光Pの中心(指定位置T)からの距離とすると、光強度Iは前記(2)式で表現される。
これにより、指示位置算出部25(図3)では、前記した(3)式及び(4)式に基づいて、指定位置Tの座標(x,y)を(10)式及び(11)式のように算出することができる。
次に、図1、図3及び図6を参照して、画像表示システム1の動作について説明する。図6は、画像表示システム1の動作を示すフローチャートである。
まず、操作者が、リモコン装置2を表示装置30に向け、投射ボタン(図示せず)を押下することで、位置指定装置10からビーム光(位置指示光)Bとプローブ光(スリット拡散光)Pとが、表示装置30の画面に投射される(ステップS1)。このビーム光Bは、操作者が所望する画面上の指定位置Tを視覚して指し示す可視光であり、プローブ光Pは、位置検出装置20が指定位置Tを算出するために用いられる、中心と周辺とで異なる光強度分布を持つスリット状の不可視光である。
そして、位置検出装置20の光検出器22が、位置指定装置10から投射されたプローブ光Pを受光(検出)する(ステップS2)。なお、ここでは、光検出器22は、表示装置30の左右の表示領域外に光検出器アレイ21として一列に配置されているものとする。
そして、位置検出装置20の光強度測定部24aが、ステップS2で受光したプローブ光Pの各光検出器22における光の強度(光強度)を測定する(ステップS3)。この光検出器22における光強度を測定することで、照射位置検出部24は、表示装置30の左右に配置された光検出器アレイ21毎に、光強度が最も強かった光検出器22の位置(第一照射位置L及び第二照射位置R)を、プローブ光Pが照射された照射位置として特定する(ステップS4)。
ステップS3で測定された光強度とステップS4で特定された光検出器22の照射位置(第一照射位置L及び第二照射位置R)とに基づいて、指示位置算出部25が、表示装置30の画面上の指定位置Tを算出する(ステップS5)。この指定位置Tの算出は、前記した(5)式及び(6)式に基づいて行われる。
ステップS5で算出された指定位置Tに基づいて、画像表示制御装置40が画面の表示を制御する(ステップS6)。例えば、指示された位置がメニュー画面のボタンの場合は、そのボタンが選択されたものとして動作を行う。
次に、図7を参照して、参考例である第二の実施の形態に係る位置指定装置10B及び位置検出装置20Bを含んだ画像表示システム1Bについて説明する。図7は、画像表示システム1Bの構成を示した概略図である。図7に示したように画像表示システム1Bは、位置指定装置10Bを備えたリモコン装置2B、光検出器22を複数配列した光検出器アレイ21と光信号検出処理手段23Bとを備えた位置検出装置20B、表示装置30及び画像表示制御装置40で構成されている。なお、画像表示装置3Bは、位置検出装置20B、表示装置30及び画像表示制御装置40で構成されている。
光信号検出処理手段23Bは、図3に示すように光信号検出処理手段23の構成において、照射位置検出部24及び指示位置算出部25を、それぞれ機能を変更した照射位置検出部24B及び指示位置算出部25Bとすることで実現することができる。
+y1−{(y2−y1)/(x2−x1)}・x1 …(12)
y={(y4−y3)/(x4−x3)}・x
+y3−{(y4−y3)/(x4−x3)}・x3 …(13)
IR=−αlR+β …(19)
次に、図3、図7及び図11を参照して、画像表示システム1Bの動作について説明する。図11は、画像表示システム1Bの動作を示すフローチャートである。
まず、操作者が、リモコン装置2Bを表示装置30に向け、投射ボタン(図示せず)を押下することで、位置指定装置10Bからビーム光(位置指示光)Bと十字にクロスしたプローブ光(スリット拡散光)P1及びP2とが、表示装置30の画面に投射される(ステップS11)。
そして、位置検出装置20Bの光検出器22が、位置指定装置10Bから投射されたプローブ光P1及びP2を受光(検出)する(ステップS12)。なお、ここでは、光検出器22は、表示装置30の上下左右の表示領域外に光検出器アレイ21として一列に配置されているものとする。
そして、位置検出装置20Bの光強度測定部24aが、ステップS12で受光したプローブ光P1及びP2の各光検出器22における光の強度(光強度)を測定する(ステップS13)。この光検出器22における光強度を測定することで、照射位置検出部24Bは、表示装置30の上下左右に配置された光検出器アレイ21毎に、光強度が最も強かった光検出器22の位置(第一照射位置L、第二照射位置R、第三照射位置U及び第四照射位置D)を、プローブ光P1及びP2が照射された照射位置として特定する(ステップS14)。
そして、指示位置算出部25Bが、ステップS14で特定された光検出器22の照射位置である第一照射位置Lと第二照射位置Rとを結んだ直線と、第三照射位置Uと第四照射位置Dとを結んだ直線との交点を、表示装置30の画面上の指定位置Tとして算出する(ステップS15)。この指定位置Tの算出は、前記した(14)式及び(15)式に基づいて行われる。
ステップS15で算出された指定位置Tに基づいて、画像表示制御装置40が画面の表示を制御する(ステップS16)。例えば、指示された位置がメニュー画面のボタンの場合は、そのボタンが選択されたものとして動作を行う。
次に、図12を参照して、本発明における第三の実施の形態に係る位置指定装置10C及び位置検出装置20Cを含んだ画像表示システム1Cについて説明する。図12は、画像表示システム1Cの構成を示した概略図である。図12に示したように画像表示システム1Cは、位置指定装置10Cを備えたリモコン装置2C、光検出器22を複数配列した光検出器アレイ21と光信号検出処理手段23Cとを備えた位置検出装置20C、表示装置30及び画像表示制御装置40で構成されている。なお、画像表示装置3Cは、位置検出装置20C、表示装置30及び画像表示制御装置40で構成されている。
ここで図13を参照(適宜図12参照)して、第三の実施の形態である画像表示システム1Cにおけるリモコン装置2C内の位置指定装置10Cの構成について説明する。図13は、位置指定装置10Cの構成を示すブロック図である。図13に示したように位置指定装置10Cは、第一光投射手段11と、第二光投射手段12Cと、光合成投射手段13と、強度変調手段14とを備えて構成した。第一光出射手段11及び光合成投射手段13は図2で説明したものと同じものであり、第二光出射手段12Cの波形整形部12Bbは図8で説明したものと同じものであるので、ここでは説明を省略する。
このように位置指定装置10Cを構成することで、プローブ光P1及びP2の位相を変化させることができる。
次に、図14を参照(適宜図12参照)して、第三の実施の形態である画像表示システム1Cにおける画像表示装置3C内の位置検出装置20Cの構成について説明する。図14は、位置検出装置20Cの構成を示すブロック図である。図14に示したように位置検出装置20Cは、光検出器22を配列した光検出器アレイ21と、照射位置検出部24C及び指示位置算出部25Cを含んだ光信号検出処理手段23Cとを備えて構成した。位相検出部24b及び指示位置算出部25C以外の構成は、図3と同様であるので同一の符号を付して説明を省略する。
d2=θ2・c/(2πf) …(23)
d3=θ3・c/(2πf) …(24)
d4=θ4・c/(2πf) …(25)
(x0−x2)2+(y0−y2)2+d0 2=d2 2 …(27)
(x0−x3)2+(y0−y3)2+d0 2=d3 2 …(28)
(x0−x4)2+(y0−y4)2+d0 2=d4 2 …(29)
次に、図16を参照して、本発明における第四の実施の形態に係る位置検出装置20Dの構成について説明する。前記した第一乃至第三の実施の形態(図1、図7及び図12)において、光検出器22は、光を検出して電気信号に変換する、例えばフォトディテクタ等の受光素子を用いることとして説明を行ったが、マイクロレンズを用いることとしてもよい。図16は、マイクロレンズを用いた位置検出装置20Dの構成を示すブロック図である。
このように、位置検出装置20Dは、既存のCCD等の一次元センサや二次元センサを使用することができるため、低コストで構築することができる。
次に、図17を参照して、本発明における第五の実施の形態に係る位置検出装置20Eの構成について説明する。前記した第四の実施の形態(図16)において、光電変換部26として、既存のCCD等の一次元センサや二次元センサを用いた例について説明したが、蓄積型の一次元センサや二次元センサ(例えば、蓄積型CCD)を用いることも可能である。この場合、蓄積型CCD等では露出時間が長いため、図13で説明した位置指定装置10Cから出力される強度変調されたプローブ光の位相を検出することができない。
I2=I・sin2{2πf(t2+d/c)}
=I・sin2{2πf(t1+T/2+d/c)} …(35)
次に、図19及び図20を参照して、本発明に係る位置指定装置及び位置検出装置の利用例について説明する。
図19は、テレビ受像機、コンピュータディスプレイ等に本発明を適用した例を示す図である。図19(a)は、操作者Mが、位置指定装置(図示せず)を備えたリモコン装置2によって、位置検出装置(図示せず)を備えた画像表示装置3(テレビ受像機、コンピュータディスプレイ等)を操作している状態を示す模式図である。図19(b)は、操作者Mが、位置指定装置10を備えたメガネ4によって、位置検出装置(図示せず)を備えた画像表示装置3を操作している状態を示す模式図である。
2、2B、2C ……リモコン装置
3、3B、3C ……画像表示装置
10、10B、10C ……位置指定装置
11 ……第一光投射手段
12、12C ……第二光投射手段
13 ……光合成投射手段
14 ……強度変調手段
20、20B、20C、20D、20E
……位置検出装置
21 ……光検出器アレイ
22 ……光検出器(光検出手段)
23、23B、23C、23D、23E
……光信号検出処理手段
24、24B、24C ……照射位置検出部(照射位置検出手段)
24a ……光強度測定部(光強度測定手段)
24b ……位相検出部(位相検出手段)
25、25B、25C ……指示位置算出部(指示位置算出手段)
26、26E ……光電変換部
27 ……信号抽出部
30 ……表示装置
40 ……画像表示制御装置
Claims (3)
- 画面上の任意の位置を位置指示光により指し示す位置指定装置から、前記位置指示光を中心として拡散方向が異なり、かつ、時間に伴って光強度が変調された2つのスリット拡散光を照射されることで、前記位置指示光により指し示された画面上の指示位置及び前記位置指定装置の三次元位置を検出する位置検出装置であって、
前記画面の表示領域外に配置され、前記スリット拡散光を検出する複数の光検出手段と、
前記スリット拡散光を検出した前記光検出手段の照射位置を検出する照射位置検出手段と、
前記スリット拡散光の位相を検出する位相検出手段と、
前記照射位置検出手段で検出された前記光検出手段の照射位置に基づいて、前記スリット拡散光の交点を、前記指示位置として算出するとともに、前記照射位置検出手段で検出された前記光検出手段の照射位置と、前記位相検出手段で検出された当該照射位置における位相とに基づいて、当該指示位置を前記位置指示光により指し示す前記位置指定装置の三次元位置を算出する指示位置算出手段と、
を備えていることを特徴とする位置検出装置。 - 前記光検出手段は、前記画像表示装置の表示領域外である画面の左右及び/又は上下に各一列づつ配置されていることを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。
- 前記光検出手段は、前記画像表示装置の表示領域外である画面の左側、右側、上部又は下部の少なくとも一箇所に並列して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。
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