JP6566044B2 - 位置検出装置、画像表示装置及び画像表示システム - Google Patents
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Description
本発明は、位置検出装置、画像表示装置及び画像表示システムに係り、更に詳しくは、物体の位置を検出する位置検出装置、該位置検出装置を有する画像表示装置、及び該画像表示装置を備える画像表示システムに関する。
近年、液晶ディスプレイなどのフラットパネル・ディスプレイにタッチパネルを搭載した電子情報ボードが、通常の会議や遠隔会議で活用されている。
この電子情報ボードでは、電子ペンや操作者の指などがディスプレイの表示領域に接触したときに、その接触位置を検出する必要がある。
例えば、特許文献1には、導光部材と、導光部材の縁部に結合されて該導光部材の内部を照明する照明光源と、非発光被検出体と発光被検出体とが導光部材に接触したときに発生する該導光部材の内部を伝播する伝搬光の進行方向を検知する少なくとも2つの方向検知手段とを備え、方向検知手段による伝搬光の進行方向の検知に基づいて三角測量法により接触点の位置座標を求める座標入力装置において、照明光源を周期的に点滅させる照明光源点滅手段と、照明光源の点灯期間に非発光被検出体の位置検出を行い、照明光源の消灯期間に発光被検出体の位置検出を行う検出手段とが設けられていることを特徴とする座標入力装置が開示されている。
本発明は、検出領域における非発光体及び発光体の位置を検出する位置検出装置であって、前記検出領域の周囲に配置された反射部材と、前記反射部材に向けて光を射出する複数の照明光源と、前記反射部材で反射された光、及び前記発光体から射出された光を受光する複数の受光センサと、前記複数の照明光源及び前記発光体を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記非発光体及び前記発光体の過去の検出状況に基づいて、前記非発光体を検出対象とする非発光体検出モードと前記発光体を検出対象とする発光体検出モードの時間比率及びタイミングを設定する、位置検出装置である。
本発明の位置検出装置によれば、非発光体及び発光体の両方を検出対象としつつ、検出精度の低下を抑制することができる。
以下、本発明の一実施形態を図1〜図23に基づいて説明する。図1には、一実施形態に係る画像表示システムとしての電子情報ボードシステム1が示されている。
この電子情報ボードシステム1は、画像表示装置としての電子情報ボード10、端末としてのノートパソコン90、ネットワーク204などを備えている。
ネットワーク204としては、インターネット又はLAN(Local Area Network)等であっても良い。
ノートパソコン90は、電子情報ボード10に接続されている。電子情報ボード10は、ネットワーク204に接続されている。
電子情報ボード10は、一例として図2に示されるように、ディスプレイ20、位置検出装置としてのタッチパネル24、スタンド40、機器収納部50などを備えている。なお、本明細書では、XYZ3次元直交座標系を用い、電子情報ボード10が設置されている床面に直交する方向をZ軸方向とし、ディスプレイ20の左右方向をX軸方向として説明する。そして、ディスプレイ20の奥行き方向を+Y方向とする。
ディスプレイ20は、液晶パネル又はプラズマパネルなどのフラットパネルを有している。このディスプレイ20の筐体前面には画像が表示される表示面22が形成さ
操作者は、専用の電子ペン100や操作者の指を用いて、表示面22に文字や図形などを書き込むことができる。
操作者は、専用の電子ペン100や操作者の指を用いて、表示面22に文字や図形などを書き込むことができる。
電子ペン100は、ペン先101(図3A参照)が透明になっており、光を透過させることができる。また、電子ペン100は、発光部102を有し、ペン先101を発光させることができる(図3B参照)。
さらに、電子ペン100は、タッチパネル24との無線による双方向の通信を行う通信部103を有している。通信部103は、ペン先101が表示面22に押しつけられると、その旨をタッチパネル24に通知する。また、通信部103は、発光部102の点灯指示、消灯指示をタッチパネル24から受信する。
タッチパネル24は、一例として図4に示されるように、受光センサ300、受光センサ310、照明光源410、照明光源420、再帰反射板430、制御装置350(図4では、図示省略、図5参照)などを有している。
受光センサ300と照明光源410は、表示面22の左上の角部に設けられている。受光センサ310と照明光源420は、表示面22の右上の角部に設けられている。
再帰反射板430は、表示面22の+X側、−X側、−Z側に設けられている。
照明光源410から射出された光は、表示面22上を進行し、再帰反射板430で反射されて、受光センサ300で受光される。
照明光源420から射出された光は、表示面22上を進行し、再帰反射板430で反射されて、受光センサ310で受光される。
制御装置350は、照明光源410及び照明光源420の点灯(オン)、消灯(オフ)を制御する。また、制御装置350は、受光センサ300の出力と受光センサ310の出力に基づいて、表示面22上における電子ペン100や操作者の指の位置座標を求める。さらに、制御装置350は、電子ペン100の通信部103と無線による通信を行い、電子ペン100における発光部102の点灯(オン)、消灯(オフ)を制御する。
なお、以下では、対象物が操作者の指のときを「非発光体検出モード」ともいい、対象物が電子ペン100のときを「発光体検出モード」ともいう。
《非発光体検出モードでの位置座標の検出》
非発光体検出モードでは、制御装置350は、照明光源410及び照明光源420を点灯させ、電子ペン100における発光部102を消灯させる。
《非発光体検出モードでの位置座標の検出》
非発光体検出モードでは、制御装置350は、照明光源410及び照明光源420を点灯させ、電子ペン100における発光部102を消灯させる。
操作者の指が表示面22上に位置すると、照明光源410から射出された光の一部、及び照明光源420から射出された光の一部が、操作者の指によって遮光される。指によって遮光された光は、受光センサ300及び310で受光されない。照明光源410及び照明光源420から、操作者の指によって遮光されない角度に射出された光は、そのまま再帰反射板430で反射され、受光センサ300及び310で受光される(図6参照)。
これにより、受光センサ300で受光される光量、及び受光センサ310で受光される光量が変化する(図7A及び図7B参照)。
制御装置350は、受光センサ300の出力と受光センサ310の出力に基づいて、三角測量の数式を用いて、表示面22上における操作者の指の位置座標を求める。
制御装置350は、非発光体検出モードのときに、電子ペン100から表示面22に押しつけられた旨の通知があっても、電子ペン100の発光部102は消灯のままとする。そこで、非発光体検出モードのときに、電子ペン100が表示面22上に存在していても、照明光源410及び照明光源420から射出され電子ペン100のペン先101に向かう光は、ペン先101を透過して再帰反射板430に向かうことができる。再帰反射板430で反射された光は、そのまま受光センサ300及び310で受光される(図8参照)。
すなわち、非発光体検出モードのときには、表示面22上に電子ペン100が存在していても、検出結果に影響しない。
《発光体検出モードでの位置座標の検出》
発光体検出モードでは、制御装置350は、照明光源410及び照明光源420を消灯させる。また、制御装置350は、電子ペン100から表示面22に押しつけられた旨の通知があると、電子ペン100の発光部102を点灯させる。
《発光体検出モードでの位置座標の検出》
発光体検出モードでは、制御装置350は、照明光源410及び照明光源420を消灯させる。また、制御装置350は、電子ペン100から表示面22に押しつけられた旨の通知があると、電子ペン100の発光部102を点灯させる。
電子ペン100のペン先101から射出された光は、受光センサ300及び受光センサ310で受光される(図9参照)。
これにより、受光センサ300で受光される光量、及び受光センサ310で受光される光量が変化する(図10A及び図10B参照)。
制御装置350は、受光センサ300の出力と受光センサ310の出力に基づいて、三角測量の数式を用いて、表示面22上における電子ペン100の位置座標を求める。
ところで、発光体検出モードのときに、表示面22上に操作者の指が存在しても、照明光源410及び照明光源420は消灯されているため、受光センサ300及び受光センサ310には検知されない。
すなわち、発光体検出モードのときには、表示面22上に操作者の指が存在していても、検出結果に影響しない。
非発光体検出モードと発光体検出モードの主な違いが図11に示されている。非発光体検出モードでは、照明光源410及び照明光源420を点灯し、発光部102を消灯し、受光センサ300及び受光センサ310は操作者の指のみを検知できる。発光体検出モードでは、照明光源410及び照明光源420を消灯し、発光部102を点灯し、受光センサ300及び受光センサ310は電子ペン100のみを検知できる。
そこで、電子ペン100の位置検出と操作者の指の位置検出とを時分割で行うことが考えられる。ここで、非発光体検出モードの時間をtf、発光体検出モードの時間をtpとする。このときの切り替え周期Tは、tf+tpとなる。
図12には、従来の時分割方式の一例が示されている。この方式では、各検知モードの時間をt=tf=tpとし、1回の検知モードt[s]間に受光センサ300及び受光センサ310は、操作者の指又は電子ペン100を1回検知できるとする。すなわち、受光センサの検知レートは1/t[Hz]である。
従来の時分割方式では、検知モードの切り替え周期Tは常に一定なので、操作者の指の検知レート及び電子ペン100の検知レートも一定となる。図12の例では、受光センサ300及び受光センサ310は、5T=10t[s]間に、操作者の指と電子ペン100をそれぞれ5回検出することができる。
図13には、従来の時分割方式において、操作者の指による入力がない場合が示されている。この場合、受光センサ300及び受光センサ310は、10回検出する性能があるにも関わらず、電子ペン100を5回しか検出していない。
図14には、本実施形態における時分割方式が示されているす。ここでは、操作者の指による入力が少ないことを予測して、tf:tp=1:3とし、発光体検出モードの比率を上げている。その結果、受光センサ300及び受光センサ310の検出性能は、従来方式と同じ10回だが、電子ペン100を7回検出することができている。
本実施形態では、過去の一定時間内における操作者の指による入力状況と電子ペン100による入力状況とから、今後の入力状況を予測し、非発光体検出モードの時間tfと発光体検出モードの時間tpの最適な比率を算出する。
制御装置350は、算出された比率に基づいて、照明光源410、照明光源420、及び発光部102を制御して検出モードを切り替え、受光センサ300の出力と受光センサ310の出力とから、操作者の指の位置座標及び電子ペン100の位置座標を算出する。
図15には、本実施形態において、検出の途中で、非発光体検出モードの時間tfと発光体検出モードの時間tpの比率が変更された場合の例が示されている。
このように、非発光体検出モードの時間tfと発光体検出モードの時間tpの比率を最適化する処理を逐次行うことにより、操作者の指による入力状況及び電子ペン100による入力状況に合わせて、操作者の指の検出回数又は電子ペン100の検出回数を従来方式よりも増加させることができ、操作者の指の検出精度及び電子ペンの検出精度を向上させることができる。
ここで、非発光体検出モードの時間tfと発光体検出モードの時間tpの比率を算出する方法の例について説明する。
タッチパネル24の検出レートをf[Hz]、検出モードの比率の更新周期をT[s]とする。また、過去の一定時間内での、操作者の指による入力数をNf、電子ペン100による入力数をNpとする。
操作者の指による入力時の位置座標の変化量の合計をLf、電子ペン100による入力時の位置座標の変化量の合計をLpとする。
また、設計時における非発光体検出モードの重み係数をs、発光体検出モードの重み係数を1−sとする。
このとき、T[s]内での、非発光体検出モードの時間tfと発光体検出モードの時間tpの比率を、次の(1)式で算出する。
ところで、図16Aに示されるように、各検知モードが固まってしまうと、操作者の指又は電子ペン100を検出できない時間が長くなってしまう。そこで、非発光体検出モードの時間tfと発光体検出モードの時間tpの比率を保ったまま、タッチパネル24の検出レートの範囲内でまばらになるように検出モードを切り替える(図16B参照)。
上記(1)式で求めた非発光体検出モードの時間tfと発光体検出モードの時間tpのうち、長いほうの検出モードを検出モードAとし、その時間をtA、短いほうの検出モードを検出モードBとし、その時間をtBとする。
T[s]間での検出モードBの検出回数をn回とすると検出モードAの検出回数はfT−n回となり、次の(2)式が得られる。
図17に示されるように、検出モードAと検出モードBを交互に切り替えると、T[s]間で長いほうの検出モードAの回数はn+1回となる。
そこで、長いほうの検出モードAの1回の時間は、次の(4)式となる。
次に、図18〜図20に示されるように、電子ペン100を収納することができる収納部500を有し、該収納部500に電子ペン100が収納されているか否かの情報が制御装置350に通知される場合について説明する。
なお、図18では、収納部500としてホルダが用いられ、電子ペン100は磁石によって該ホルダに固定される。また、図19では、収納部500としてスタンドが用いられ、電子ペン100は該スタンドに収納される。さらに、図20では、収納部500としてトレーが用いられ、電子ペン100は該トレーに収納される。
そして、収納部500に電子ペン100が収納されているか否かの判別方法として、電気的な方法、光学的な方法、及び機械的な方法がある。電気的な方法としては、例えば、電気接点を用いた方法がある。光学的な方法としては、例えば、光センサを用いた方法がある。機械的な方法としては、例えば、押し下げスイッチを用いた方法がある。
この場合の、制御装置350における処理動作の例が図21に示されている。
最初のステップS401では、収納部500における電子ペン100の有無に関する情報を取得する。
次のステップS403では、電子ペン100の有無を判断する。収納部500に電子ペン100が収納されていれば、ここでの判断は肯定され、ステップS405に移行する。
このステップS405では、非発光体検出モードのみで座標検出を行う。電子ペン100は使用されないと判断できるからである。
一方、上記ステップS403において、収納部500に電子ペン100が収納されていなければ、ステップS403での判断は否定され、ステップS407に移行する。
このステップS407では、上述した時分割方式で、非発光体検出モードと発光体検出モードとを切り替えて座標検出を行う。
これにより、検出精度を更に向上させることができる。
さらに、収納部500に複数の電子ペン100を収納することが可能であり、かつ、収納されている電子ペン100の本数に関する情報を制御装置350が得ることができる場合について説明する。なお、この場合は、複数組の受光センサを有しているものとする。
この場合の、制御装置350における処理動作の例が図22に示されている。
最初のステップS501では、収納部500における電子ペン100の有無に関する情報を取得する。
次のステップS503では、全ての電子ペン100が収納部500に収納されているか否かを判断する。収納部500に全ての電子ペン100が収納されていれば、ここでの判断は肯定され、ステップS505に移行する。
このステップS505では、非発光体検出モードのみで座標検出を行う。電子ペン100は使用されないと判断できるからである。
一方、上記ステップS503において、収納部500に全ての電子ペン100が収納されていなければ、ステップS503での判断は否定され、ステップS507に移行する。
このステップS507では、収納部500にない電子ペン100が1本のみであるか否かを判断する。収納部500にない電子ペン100が1本のみであれば、ここでの判断は肯定され、ステップS509に移行する。
このステップS509では、同時検出モードで座標検出を行う。同時検出モードでは、1組の受光センサで電子ペン100の座標を検出し、他の1組の受光センサで操作者の指を検出する。
一方、上記ステップS507において、収納部500にない電子ペン100が1本のみでなければ、ステップS507での判断は否定され、ステップS511に移行する。
このステップS511では、上述した時分割方式で、非発光体検出モードと発光体検出モードとを切り替えて座標検出を行う。
また、制御装置350は、収納部500に電子ペン100が収納されているか否かによって、UI(ユーザインターフェース)画像を変更しても良い。ペン入力に適したUI画像と指入力に適したUI画像は異なるからである。これにより、操作性を向上させることができる。
この場合の、制御装置350における処理動作の例が図23に示されている。
最初のステップS601では、収納部500における電子ペン100の有無に関する情報を取得する。
次のステップS603では、電子ペン100の有無を判断する。収納部500に電子ペン100が収納されていれば、ここでの判断は肯定され、ステップS605に移行する。
このステップS605では、指入力に最適化されたUI画像を表示する。電子ペン100は使用されないと判断できるからである。
一方、上記ステップS603において、収納部500に電子ペン100が収納されていなければ、ステップS603での判断は否定され、ステップS607に移行する。
このステップS607では、ペン入力に最適化されたUI画像を表示する。
さらに、収納部500に複数の電子ペン100を収納することが可能であり、かつ、収納されている電子ペン100の本数に関する情報を制御装置350が得ることができる場合、制御装置350は、収納部500から取り出されている電子ペン100の本数に応じたUI画像を表示させても良い。これにより、操作性をさらに向上させることができる。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係るタッチパネル24では、操作者の指が非発光体であり、電子ペン100が発光体である。
以上説明したように、本実施形態に係るタッチパネル24は、受光センサ300、受光センサ310、照明光源410、照明光源420、再帰反射板430、制御装置350などを有している。
再帰反射板430は表示面の周囲に配置され、照明光源410及び照明光源420は、再帰反射板430に向けて光を射出する。受光センサ300及び受光センサ310は、再帰反射板430で反射された光、及び電子ペン100から射出された光を受光する。
制御装置350は、照明光源410、照明光源420、電子ペン100の発光部102を制御するとともに、操作者の指及び電子ペン100の過去の検出状況に基づいて、非発光体検出モードと発光体検出モードの時間比率及びタイミングを設定する。
この場合は、操作者の指及び電子ペン100の両方を検出対象としつつ、検出精度の低下を抑制することができる。
なお、上記実施形態において、受光センサを増設し、複数の非発光体、及び複数の発光体の位置座標を検出できるようにしても良い。
また、上記実施形態において、操作者が、非発光体検出モードと発光体検出モードの時間比率及びタイミングの少なくとも一方を設定できるようにしても良い。
また、上記実施形態において、制御装置350は、操作者の指及び電子ペン100による過去の入力情報を学習する機能を有していても良い。
そして、電子情報ボード10は、タッチパネル24を有しているため、操作者の要求に合致した処理を行うことができる。
また、電子情報ボードシステム1は、電子情報ボード10を備えているため、結果として、意図したプレゼンテーションや、効率的な会議を行うことが可能となる。
また、上記実施形態では、発光体として、発光部を有する電子ペンが用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、制御装置350によって点灯及び消灯することが可能な発光部を有していれば良い。
また、上記実施形態では、非発光体として、操作者の指が用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、指し棒や、発光部を有しない電子ペンであっても良い。
なお、上記実施形態では、タッチパネル24が電子情報ボード10に用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、タッチパネル24が、プロジェクタ装置、デジタルサイネージ装置に用いられても良い。
本国際特許出願は2015年12月2日に出願した日本国特許出願第2015−235410号、および2016年6月20日に出願した日本国特許出願第2016−121607号に基づきその優先権を主張するものであり、日本国特許出願第2015−235410号および日本国特許出願第2016−121607号の全内容を本願に援用する。
1…電子情報ボードシステム(画像表示システム)、10…電子情報ボード(画像表示装置)、20…ディスプレイ、22…表示面(検出領域)、24…タッチパネル(位置検出装置)、40…スタンド、50…機器収納部、90…ノートパソコン(端末)、100…電子ペン(発光体)、101…ペン先、102…発光部、103…通信部、204…ネットワーク、300…受光センサ(複数の受光センサの一部)、310…受光センサ(複数の受光センサの一部)、350…制御装置、410…照明光源(複数の照明光源の一部)、420…照明光源(複数の照明光源の一部)、430…再帰反射板(反射部材)、500…収納部。
Claims (15)
- 検出領域における非発光体及び発光体の位置を検出する位置検出装置であって、
前記検出領域の周囲に配置された反射部材と、
前記反射部材に向けて光を射出する複数の照明光源と、
前記反射部材で反射された光、及び前記発光体から射出された光を受光する複数の受光センサと、
前記複数の照明光源及び前記発光体を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記非発光体及び前記発光体の過去の検出状況に基づいて、前記非発光体を検出対象とする非発光体検出モードと前記発光体を検出対象とする発光体検出モードの時間比率及びタイミングを設定する、位置検出装置。 - 前記過去の検出状況は、過去の一定時間内での、前記非発光体による入力回数、前記発光体による入力回数を含むことを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。
- 前記過去の検出状況は、過去の一定時間内での、前記非発光体による入力時の位置座標の変化量の合計、前記発光体による入力時の位置座標の変化量の合計を含むことを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。
- 前記制御装置は、前記時間比率及び前記タイミングを設定する際に、設計時における、前記非発光体検出モードの重み係数及び前記発光体検出モードの重み係数を考慮することを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。
- 前記制御装置は、前記非発光体検出モードでは、前記複数の照明光源を点灯させ、前記発光体を非発光とさせ、前記発光体検出モードでは、前記複数の照明光源を消灯させ、前記発光体を発光させることを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。
- 前記発光体を収納することができる収納部を更に備え、
前記制御装置は、前記収納部に前記発光体が収納されていないときに、前記非発光体検出モードと前記発光体検出モードを切り替えて位置を検出し、前記収納部に前記発光体が収納されているときに、前記非発光体検出モードのみで位置を検出することを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。 - 前記発光体を複数収納することができる収納部を更に備え、
前記制御装置は、前記収納部に収納されている前記発光体の本数に応じて検出モードを異ならせることを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。 - 前記複数の受光センサは、2組の受光センサを含み、
前記制御装置は、前記収納部から1本の前記発光体が取り出されているときに、一の組の受光センサで前記非発光体の位置を検出し、他の組の受光センサで前記発光体の位置を検出することを特徴とする請求項7に記載の位置検出装置。 - 前記発光体を収納することができる収納部を更に備え、
前記制御装置は、前記収納部に前記発光体が収納されていないときに、前記発光体に適したUI画像を前記検出領域に表示させ、前記収納部に前記発光体が収納されているときに、前記非発光体に適したUI画像を前記検出領域に表示させることを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。 - 前記発光体を複数収納することができる収納部を更に備え、
前記制御装置は、前記収納部から取り出されている前記発光体の本数に応じたUI画像を前記検出領域に表示させることを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。 - 請求項1に記載の位置検出装置を備える画像表示装置。
- 請求項11に記載の画像表示装置と、
該画像表示装置に画像を転送する端末とを備える画像表示システム。 - 前記画像表示装置がプロジェクタ装置であることを特徴とする請求項12に記載の画像表示システム。
- 前記画像表示装置が電子情報ボードであることを特徴とする請求項12に記載の画像表示システム。
- 前記画像表示装置がデジタルサイネージ装置であることを特徴とする請求項12に記載の画像表示システム。
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