JP7119488B2 - プロジェクター、及び、プロジェクターの制御方法 - Google Patents

プロジェクター、及び、プロジェクターの制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、プロジェクター、及び、プロジェクターの制御方法の制御方法に関する。
従来、光を発する指示体の位置を検出するシステムが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1記載のシステムは、撮像部によって撮像された画像から自発光指示体が発する光を検出する。また、特許文献1記載のシステムは、自発光指示体の発光に伴う消費電力を抑制するため、自発光指示体が、プロジェクターから自発光指示体に送信される信号光の受光強度に基づき、自発光指示体の発光量を調整する。
特開2016-186677号公報
上記従来の構成では、自発光指示体が発する光量を、自発光指示体が受光する信号光の強度に基づき、自発光指示体そのものにより調整を行っていた。この手法は、実際に自発光指示体が発する検出用の光の強度に基づく調整ではなく、発光強度を自発光指示体とプロジェクターにとって最適とするには改善の余地があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、被検出デバイスが発する光を検出する構成において、被検出デバイスの発光強度を、被検出デバイスと検出装置にとって最適化し、実際の検出により近い条件に基づき調整できるようにすることを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の検出装置は、被検出デバイスが発する光を受光する受光部と、前記受光部の受光状態に基づき、検出領域に対する前記被検出デバイスの操作を検出する検出部と、前記検出領域の端部から前記受光部までの距離情報に基づき、前記被検出デバイスの発光強度を算出する発光制御部と、を備える。
本発明によれば、検出領域の端から検出装置の受光部までの距離に基づき、被検出デバイスが発する光の発光強度を算出するので、被検出デバイスが発する光を受光し検出するために必要な発光強度を的確に算出できる。このため、被検出デバイスの発光強度を、実際の検出により近い条件に基づき、適切に調整できる。
また、本発明は、表示面に画像を表示する表示部を備え、前記受光部は、前記表示面に設定される前記検出領域を含む範囲を撮像する撮像部であり、前記検出部は、前記撮像部の撮像画像に基づき、前記検出領域に対する前記被検出デバイスの操作を検出する構成であってもよい。
この構成によれば、表示面に設定される検出領域で被検出デバイスが発する光を検出する場合に、適切な被検出デバイスの発光強度を求めることができる。
また、本発明は、前記検出領域において前記被検出デバイスを用いる位置指示操作が行われる場合に、前記検出部は、前記撮像部の撮像画像に基づき前記検出領域における指示位置を検出する構成であってもよい。
この構成によれば、撮像画像に基づき検出領域における被検出デバイスの指示位置を検出する場合に、適切な被検出デバイスの発光強度を求めることができる。
また、本発明は、前記表示部を制御する表示制御部を備え、前記表示制御部が前記表示面の一部に画像表示領域を設定して前記画像を表示させる場合、前記検出部は、前記画像表示領域に対する前記被検出デバイスの操作を検出する構成であってもよい。
この構成によれば、画像を表示面に表示させる検出装置により、表示面に設定される検出領域で被検出デバイスが発する光を検出する場合に、適切な被検出デバイスの発光強度を求めることができる。
また、本発明は、前記発光制御部は、前記画像表示領域において前記撮像部から最も遠い位置と、前記撮像部との間の距離に基づき、前記被検出デバイスの発光強度を算出する構成であってもよい。
この構成によれば、撮像画像に基づき検出領域における被検出デバイスの指示位置を検出する場合に必要な被検出デバイスの発光強度を、的確に求めることができる。
また、本発明は、前記発光制御部により算出された前記被検出デバイスの発光強度に基づき、前記被検出デバイスに対して前記被検出デバイスの発光強度を設定する設定部を備える構成であってもよい。
この構成によれば、被検出デバイスの光を受光して検出する場合に、被検出デバイスの発光強度を適切な強度に設定できる。
また、本発明は、前記被検出デバイスに信号を送信する送信部を備え、前記設定部は、前記被検出デバイスに対して前記被検出デバイスの発光強度を設定する制御情報を前記送信部により送信させる構成であってもよい。
この構成によれば、被検出デバイスに制御情報を送信して、被検出デバイスの発光強度を適切な強度に設定できる。
また、上記課題を解決するため、本発明の検出装置の制御方法は、被検出デバイスが発する光を受光部によって受光して、検出領域に対する前記被検出デバイスの操作を検出する検出装置により、前記検出領域の端部から前記受光部までの距離情報に基づき、前記被検出デバイスの発光強度を算出する。
本発明によれば、検出領域の端から検出装置の受光部までの距離に基づき、被検出デバイスが発する光の発光強度を算出するので、被検出デバイスが発する光を受光し検出するために必要な発光強度を的確に算出できる。このため、被検出デバイスの発光強度を、実際の検出により近い条件に基づき、適切に調整できる。
本発明は、上述した検出装置、及び、検出装置の制御方法以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、上記の方法を実行するためにコンピューター(或いはプロセッサー)が実行するプログラムとして実現してもよい。また、上記プログラムを記録した記録媒体、プログラムを配信するサーバー装置、上記プログラムを伝送する伝送媒体、上記プログラムを搬送波内に具現化したデータ信号等の形態で実現できる。
検出システムの概略構成図。 検出システムの正面図。 検出システムの側面図。 検出システムを構成するプロジェクター及び指示体のブロック図。 プロジェクターの制御部の機能ブロック図。 プロジェクターの動作を示すフローチャート。 プロジェクターの動作を示す説明図。
[検出システムの概要]
図1は、本発明の一実施形態における検出システム900(投射システム)の斜視図である。検出システム900は、プロジェクター100(検出装置)と、自発光指示体70(被検出デバイス)とを有する。また、検出システム900では、プロジェクター100と組み合わせて非発光指示体80を使用可能である。プロジェクター100は、表示面に画像光を投射するとともに、被検出デバイスである自発光指示体70の指示位置を検出する検出装置としても機能する。
検出システム900では、プロジェクター100に対応する位置に、スクリーン板920が配置される。スクリーン板920の前面は、スクリーンSS(表示面)として利用される。プロジェクター100は、支持部材910によってスクリーン板920の前方かつ上方に固定されている。なお、図1ではスクリーンSSを鉛直に配置しているが、スクリーンSSを水平に配置してこの検出システム900を使用することも可能である。また、スクリーンSSは、壁面に壁掛けされた幕であってもよいし、家具の一面であってもよく、壁面や床面をスクリーンSSとして利用する態様であってもよい。本実施形態において、スクリーンSSは、画像が投射される部材の表面を指す。
プロジェクター100は、スクリーンSSに画像光を投射することにより、スクリーンSS上に投射画像としての投射画面PSを形成する。投射画面PSは、プロジェクター100によってスクリーンSS上に投射された画像の領域を指す。プロジェクター100の通常の使用状態において、投射画面PSはスクリーンSSに収まるように投射される。
投射画面PSは、例えば、プロジェクター100が記憶し、或いはプロジェクター100が生成する画像データに基づき投射される画像である。プロジェクター100は、表示装置の一態様であり、プロジェクター100が投射画面PSを投射する動作は、表示装置が画像を表示する動作の一態様である。プロジェクター100内で描画された画像がない場合には、プロジェクター100から投射画面PSに光が照射されて、白色画像が表示される。
検出システム900は、プロジェクター100によって投射画面PSをスクリーンSSに投射する表示システムとして機能する。また、検出システム900では、スクリーンSSにおいて、自発光指示体70及び非発光指示体80によって位置指示操作を行うことができ、自発光指示体70及び非発光指示体80により指示された指示位置をプロジェクター100が検出する。
自発光指示体70は、発光可能な先端部71と、使用者が保持する軸部72と、軸部72に設けられたボタンスイッチ73とを有するペン型の指示体である。自発光指示体70の構成や機能については後述する。
検出システム900で利用可能な自発光指示体70の数は、1つであっても複数であってもよく、特に制限されない。非発光指示体80も同様である。非発光指示体80は、発光しないペンや、ユーザーの手指などである。以下、自発光指示体70と非発光指示体80とを区別しない場合は、単に、指示体780とも呼ぶ。
[検出システムの構成]
図2は、検出システム900の正面図であり、図3は検出システム900の側面図である。以下の説明では、スクリーンSSの左右に沿った方向をX方向と定義し、スクリーンSSの上下に沿った方向をY方向と定義し、スクリーンSSの法線に沿った方向をZ方向と定義する。なお、便宜上、X方向を「左右方向」とも呼び、Y方向を「上下方向」とも呼び、Z方向を「前後方向」とも呼ぶ。また、Y方向のうち、プロジェクター100から見て投射画面PSが存在する方向を「下方向」と呼ぶ。なお、図3では、図示の便宜上、スクリーン板920のうちの投射画面PSの範囲にハッチングを付している。
プロジェクター100は、投射画面PSをスクリーンSS上に投射する投射レンズ210と、投射画面PSの領域を撮像する第1カメラ310及び第2カメラ320と、指示体780に検出光を照明するための検出光照射部410とを有する。第1カメラ310及び第2カメラ320を総称する場合、以下ではカメラ310,320と表記する。
第1カメラ310及び第2カメラ320の画角、すなわち撮像範囲は、スクリーンSSにおいて、少なくとも投射画面PSを含む範囲である。
検出光照射部410が照射する検出光としては、例えば近赤外光が使用される。
カメラ310,320は、検出光照射部410が発する検出光の波長を含む波長領域の光を受光して撮像する第1の撮像機能を少なくとも有する。カメラ310,320のうちの少なくとも一方は、更に、可視光を含む光を受光して撮像する第2の撮像機能を有し、これらの2つの撮像機能を切り替え可能に構成されていることが好ましい。例えば、カメラ310,320は、可視光を遮断して近赤外光のみを通過させる近赤外フィルターをレンズの前に配置したりレンズの前から後退させたりすることが可能な、図示しない近赤外フィルター切換機構をそれぞれ備えることが好ましい。カメラ310,320は、左右方向(X方向)の位置が同じで、前後方向(Z方向)に所定の距離を空けて並んで配置されている。カメラ310,320の配置は、本実施形態に限定されない。例えば、前後方向(Z方向)の位置が同じで、左右方向(X方向)に所定の距離を空けて並んで配置されてもよい。また、X,Y,Z全ての方向において位置が異なってもよい。カメラ310,320をZ方向の位置を変えて(前後方向にずらして)配置すると、三角測量による3次元位置の算出におけるZ座標の精度が高いため、好ましい。
プロジェクター100は、自発光指示体70または非発光指示体80の位置指示操作を検出し、指示位置を特定し、指示位置に対応する動作を行うことができる。例えば、プロジェクター100は、ホワイトボードモードで動作する。ホワイトボードモードでは、ユーザーが自発光指示体70または非発光指示体80の操作により線や図形を描画する操作を行い、プロジェクター100は、指示位置の軌跡に対応して線や図形を描画し、描画した画像を投射画面PSとして投射する。また、ホワイトボードモードで、プロジェクター100は、メニューバーを含む画像を投射画面PSとして投射してもよい。メニューバーは、例えば、自発光指示体70や非発光指示体80の操作により描画する図形の種類、形状、線の太さ、色などの属性を設定したり、描画した図形や画像の保存を指示したりするボタンを含む。自発光指示体70や非発光指示体80の操作により、メニューバーのボタンが指定されることに応じて、プロジェクター100は、図形の描画や画像データの保存等の処理を行う。
また、検出システム900は、ホワイトボードモード以外の他のモードでも動作可能である。例えば、この検出システム900は、パーソナルコンピューター等の図示しない画像ソースから入力される画像データに基づき、投射画面PSを投射する動作モードを実行できる。この動作モードでは、例えば、プロジェクター100は、表計算ソフトウェアなどのデータの画像を投射する。また、この動作モードにおいて、プロジェクター100は、自発光指示体70や非発光指示体80の操作に基づき、投射画面PSとして投射するデータの入力、作成、修正等を行ってもよい。
[プロジェクターと自発光指示体の構成]
図4は、プロジェクター100と自発光指示体70の内部構成を示すブロック図である。プロジェクター100は、制御部700と、投射部200(表示部)と、投射画像生成部500と、位置検出部600(検出部)と、撮像部300と、検出光照射部410と、信号光送信部430とを有する。
制御部700は、プロジェクター100内部の各部の制御を行う。また、制御部700は、位置検出部600で検出された自発光指示体70及び/または非発光指示体80の3次元位置の検出、及び、スクリーンSSへの接触検出を行う。制御部700は、自発光指示体70及び/または非発光指示体80の操作により指示された内容を判定し、その指示に基づき投射画像生成部500が投射画像を作成又は変更する処理を制御する。
投射画像生成部500は、投射画像を記憶する投射画像メモリー510を有する。投射画像メモリー510は、投射部200が投射する画像をフレーム単位で格納する、いわゆるフレームメモリーである。
投射画像生成部500は、画像データに基づいて、スクリーンSS上に投射される投射画像を投射画像メモリー510に描画する。投射画像生成部500は、投射画像メモリー510の画像を示す画像信号を光変調部220に出力して、投射部200により投射画面PSを投射させる。投射画像生成部500は、投射画像メモリー510に描画した画像に対する画像処理を実行する。例えば、投射画像生成部500は、投射画面PSの台形歪み等を補正する幾何補正処理、投射画面PSを拡大または縮小するデジタルズーム処理、投射画面PSの色調等を補正する色補正処理等を実行する。
投射部200は、投射画像生成部500で処理された画像をスクリーンSS上に投射する。投射部200は、投射レンズ210、光変調部220、及び、光源230を有する。光変調部220は、投射画像メモリー510から入力される画像信号に従って光源230からの光を変調し、投射画像光IMLを形成する。投射画像光IMLは、典型的には、RGBの3色の可視光を含むカラー画像光であり、投射レンズ210によってスクリーンSS上に投射される。なお、光源230としては、超高圧水銀ランプ等のランプ、LED(発光ダイオード)やレーザーダイオード等の固体光源、或いは他の光源など、種々の光源を採用可能である。また、光変調部220としては、透過型又は反射型の液晶パネルやデジタルミラーデバイス等を採用可能であり、色光別に複数の光変調部220を備えた構成としてもよい。
検出光照射部410は、指示体780の先端部を検出するための照射検出光IDLを、スクリーンSSを含む方向に照射する。照射検出光IDLとしては、例えば近赤外光が使用される。検出光照射部410は、例えば、LED等の検出光源と、検出光源が発する検出光を拡散させてスクリーンSSに向けて照射検出光IDLとして照射する光学素子とを有する装置である。
信号光送信部430は、同期用の近赤外光信号である装置信号光ASLを送信する。装置信号光ASLは、自発光指示体70が後述する光検出部74により受信可能な光信号である。信号光送信部430は、プロジェクター100の起動中、装置信号光ASLを定期的に送信する。
装置信号光ASLは、例えば、自発光指示体70に対し、先端発光部77から予め定められた発光パターンを有する近赤外光である指示体信号光PSLを送信するタイミングを指定する制御信号である。自発光指示体70は、例えば、装置信号光ASLを受信したタイミングに同期して、指示体信号光PSLを送信する。撮像部300のカメラ310,320は、指示体780の位置検出を行う際に、装置信号光ASLに同期した所定のタイミングで撮像を実行する。このため、プロジェクター100は、自発光指示体70が指示体信号光PSLを発光するタイミングに合わせて、撮像部300による撮像を行える。
撮像部300は第1カメラ310及び第2カメラ320を有する。カメラ310,320は、CMOSイメージセンサー等の光受光素子を備え、検出光の波長を含む波長領域の光を受光して撮像する。図4に示すように、カメラ310,320は、自発光指示体70が発する指示体信号光PSLと、検出光照射部410が発した照射検出光IDLが自発光指示体70または非発光指示体80に反射した反射光である反射検出光RDLとを受光し、撮像する。従って、カメラ310,320の撮像画像から、指示体信号光PSL、及び、反射検出光RDLを検出できる。
位置検出部600は、カメラ310,320が撮像した撮像画像から指示体信号光PSL、及び、反射検出光RDLを検出し、検出した光の像について撮像画像における位置を特定し、自発光指示体70、及び非発光指示体80の位置を検出する。
カメラ310,320は、例えば、検出光照射部410から照射検出光IDLが照射される第1の期間と、検出光照射部410から照射検出光IDLが照射されない第2の期間と、の両方で撮像を実行する。位置検出部600は、これらの2種類の期間における画像を比較することによって、画像内に含まれる個々の指示体が、自発光指示体70と非発光指示体80のいずれであるかを判定することが可能である。
なお、カメラ310,320の少なくとも一方は、近赤外光を含む光を用いて撮像する機能に加えて、可視光を含む光を用いて撮像する機能を有することが好ましい。こうすれば、スクリーンSS上に投射された投射画面PSをそのカメラで撮像し、その画像を利用して投射画像生成部500がキーストーン補正を実行することが可能である。1台以上のカメラを利用したキーストーン補正の方法は周知なので、ここではその説明は省略する。
位置検出部600は、例えば、カメラ310,320で撮像された撮像画像を解析し、三角測量を利用して指示体780の先端部の3次元位置座標を算出する。位置検出部600は、上述の第1の期間と第2の期間における撮像画像を比較することによって、画像内に含まれる個々の指示体780が、自発光指示体70と非発光指示体80のいずれであるかを判定する。また、位置検出部600は、算出した指示体780の先端部の3次元位置(座標)、又は自発光指示体70の発光パターンに基づいて、指示体780の投射画面PS(スクリーンSS)への接触を検出する。
自発光指示体70は、上述した先端部71、軸部72、及びボタンスイッチ73に加え、光検出部74と、制御部75と、先端スイッチ76と、先端発光部77と、発光量調整部78と、電源部79と、を備える。
制御部75は、自発光指示体70の各部を制御して、装置信号光ASLを受光したことに対応する動作や、自発光指示体70の操作に対応する動作を実行する。
光検出部74は、信号光送信部430が送信する装置信号光ASLを受信する。光検出部74は、装置信号光ASLを受信したタイミングを示す制御信号や、装置信号光ASLをデコードして得られるデータ等を制御部75に出力する。
先端スイッチ76は、自発光指示体70の先端部71が押されるとオン状態になり、先端部71が解放されるとオフ状態になるスイッチである。先端スイッチ76は、通常はオフ状態にあり、先端部71がスクリーンSSに接触するとその接触圧によってオン状態になる。制御部75は、先端スイッチ76がオンである状態と、先端スイッチ76がオフの状態とで、異なる指示体信号光PSLを送信する。具体的には、先端スイッチ76がオフ状態のときには、制御部75は、先端スイッチ76がオフ状態であることを示す特定の第1の発光パターンで先端発光部77を発光させ、第1の発光パターンを有する指示体信号光PSLを発する。一方、先端スイッチ76がオン状態になると、制御部75は、先端スイッチ76がオン状態であることを示す特定の第2の発光パターンで先端発光部77を発光させ、第2の発光パターンを有する指示体信号光PSLを発する。これらの第1の発光パターンと第2の発光パターンは、互いに異なる。このため、プロジェクター100は、位置検出部600によりカメラ310,320の撮像画像を解析して、先端スイッチ76がオンかオフかを識別できる。
ボタンスイッチ73は、先端スイッチ76と同じ機能を有する。制御部75は、ユーザーによってボタンスイッチ73が押された状態で、上記第2の発光パターンで先端発光部77を発光させ、ボタンスイッチ73が押されていない状態で、上記第1の発光パターンで先端発光部77を発光させる。つまり、制御部75は、先端スイッチ76とボタンスイッチ73の少なくとも一方がオンの状態では上記第2の発光パターンで先端発光部77を発光させ、先端スイッチ76とボタンスイッチ73の両方がオフの状態では上記第1の発光パターンで先端発光部77を発光させる。なお、ボタンスイッチ73に対して先端スイッチ76と異なる機能が割り当てられた構成であっても良い。
電源部79は、電源として一次電池、二次電池、光電池等の電池を備え、自発光指示体70の各構成に電力を供給する。自発光指示体70は、電源部79からの電源供給をオン/オフする電源スイッチを備えていてもよい。電源部79は、発光量調整部78に制御され、先端発光部77に供給する電流を調整する。ここで、一次電池は交換可能であり、二次電池は交換または充電可能である。
図5は、プロジェクター100が備える制御部700の機能ブロック図である。
制御部700は、プロセッサー710、及び、メモリー720を備える。メモリー720は、プロセッサー710が実行する制御プログラムやデータを不揮発的に記憶する記憶装置であり、フラッシュROM等の半導体記憶素子等で構成される。メモリー720は、プロセッサー710のワークエリアを構成するRAMを含んでもよい。
プロセッサー710は、CPU(Central Processing Unit)、マイコン、その他の演算処理装置で構成される。プロセッサー710は、メモリー720が記憶する制御プログラム721を実行することによって、投射制御部711、通信制御部712、検出制御部713、及び発光制御部714として機能する。つまり、これらの機能ブロックは、プロセッサー710が、制御プログラム721を実行することにより、ソフトウェアとハードウェアの協働により実現される。
メモリー720は、制御プログラム721のほか、設定データ722、撮像画像データ723、距離データ724、及び、光量設定データ725を記憶する。
設定データ722は、プロジェクター100の動作に関する設定値を含む。設定データ722に含まれる設定値は、例えば、投射画像生成部500が実行する画像処理に関する設定や、投射画像生成部500が画像処理に用いるパラメーター等である。
撮像画像データ723は、カメラ310,320が出力する撮像画像データである。撮像部300は、カメラ310,320により撮像を行う毎に撮像画像データを制御部700に出力する。制御部700は、撮像画像データを解析する処理を行うため、メモリー720に撮像画像データを一時的に記憶する。
距離データ724は、後述するように発光制御部714が投射画面PSの端部までの距離を算出する処理で使用されるデータであり、プロジェクター100の各部について既知の距離を示す情報(距離情報)を含む。
光量設定データ725は、距離データ724が算出した距離に対応して、先端発光部77が発光する光量を設定するためのデータである。例えば、光量設定データ725は、カメラ310,320からの距離と、必要な先端発光部77の光量とを対応付けるテーブル、データ、演算式、関数、プログラム等を含む。
投射制御部711(表示制御部)は、投射画像生成部500及び投射部200を制御して、投射画像生成部500により描画された画像を投射部200によって投射画面PSとして投射させる。
通信制御部712は、信号光送信部430を制御して、自発光指示体70に対し制御信号を送信させる。また、通信制御部712は、撮像画像データ723を解析することにより、自発光指示体70が発する赤外線信号を解析する。例えば、制御部75が、先端発光部77が発光するタイミングを、制御データを含むようにエンコードして、指示体信号光PSLを送信する構成であってもよい。この場合、通信制御部712は、撮像画像データ723に指示体信号光PSLの像が写るタイミングを特定してデコードすることにより、指示体信号光PSLに乗せて自発光指示体70が送信した制御データを受信できる。
検出制御部713は、位置検出部600を制御して、自発光指示体70、及び、非発光指示体80の位置を検出する。また、検出制御部713は、位置検出に関するキャリブレーションを実行する。
発光制御部714は、指示体信号光PSLをカメラ310,320により検出するために必要な先端発光部77の光量を求め、先端発光部77の光量を設定する。この処理において、発光制御部714は、自発光指示体70が使用される投射画面PSの隅からカメラ310,320までの距離の検出、検出した距離に対応する先端発光部77の光量の算出、先端発光部77の光量の設定等の各種の動作を行う。
[プロジェクターによる位置検出]
ここで、プロジェクター100が自発光指示体70及び非発光指示体80の位置を検出する処理について説明する。
図4に示すように、検出システム900において送受信される信号光は、次の5通りである。
(1)投射画像光IML:スクリーンSSに投射画面PSを投射するために、投射レンズ210によってスクリーンSS上に投射される画像光である。投射画像光IMLはユーザーが視認可能な画像を形成するため、可視光である。
(2)照射検出光IDL:自発光指示体70及び非発光指示体80を検出するために、検出光照射部410が照射する近赤外光である。
(3)反射検出光RDL:照射検出光IDLが自発光指示体70及び非発光指示体80に反射した反射光であり、照射検出光IDLと同様に近赤外光である。
(4)装置信号光ASL:プロジェクター100と自発光指示体70との同期をとるために、プロジェクター100の信号光送信部430が発する近赤外光である。
(5)指示体信号光PSL:自発光指示体70が先端発光部77から発する近赤外光である。
プロジェクター100は、反射検出光RDLを利用して非発光指示体80の位置を検出する。また、プロジェクター100は、指示体信号光PSLを利用して自発光指示体70の位置を検出するが、反射検出光RDLにより自発光指示体70の位置を検出してもよい。
第1カメラ310及び第2カメラ320は、投射画面PSに対してオフセットした位置にある。すなわち、図2に示すように、第1カメラ310及び第2カメラ320は、投射画面PSの中心に対しX方向においてオフセットしており、オフセット量は距離D11である。距離D11は、投射画面PSを投射する投射レンズ210に対する第1カメラ310及び第2カメラ320のオフセット量である。また、第1カメラ310と第2カメラ320とは、スクリーンSSに対して、異なる位置に配置される。図3に示すように、第1カメラ310と第2カメラ320とはZ方向においてオフセットしており、オフセット量は距離D12である。距離D11、D12はプロジェクター100の構造により決定され、プロジェクター100の設置状態にかかわらず既知である。プロジェクター100は、距離D11、D12を示すデータを含む距離データ724を記憶している。
検出制御部713は、位置検出部600を制御し、第1カメラ310が撮像した撮像画像と、第2カメラ320が撮像した撮像画像とのそれぞれから、指示体信号光PSLの像を検出する。ここで、第1カメラ310と第2カメラ320の位置は、上述したようにスクリーンSSに対してオフセットしているので、撮像画像における指示体信号光PSLの像の位置は、第1カメラ310と第2カメラ320とで異なる。
検出制御部713は、撮像画像における指示体信号光PSLの像の位置の差と、距離データ724とに基づき、三角測量の演算処理を実行し、自発光指示体70の位置を特定できる。同様に、検出制御部713は、カメラ310,320の撮像画像のそれぞれにおいて反射検出光RDLの像の位置を検出する。検出制御部713は、検出した像の位置の差と、距離データ724とに基づき、三角測量の演算処理を実行し、非発光指示体80の位置を特定できる。これらの処理において、位置検出部600は、検出制御部713の制御に従って三角測量に係る演算処理を実行してもよい。また、位置検出部600が、撮像画像データ723における指示体信号光PSL及び/または反射検出光RDLの像の位置の検出を実行し、検出制御部713が、三角測量に係る演算処理を実行してもよい。
検出制御部713は、上述した三角測量による位置検出を、キャリブレーションとして実行してもよい。すなわち、撮像画像における指示体信号光PSLの像の位置に基づき、自発光指示体70の位置を三角測量により求めることで、第1カメラ310または第2カメラ320の撮像画像における像の位置と、スクリーンSSにおける自発光指示体70の位置とを対応付けることができる。その後は、第1カメラ310または第2カメラ320の撮像画像における指示体信号光PSLの像の位置を特定すれば、三角測量の処理を行わずに、自発光指示体70の位置を特定できる。非発光指示体80についても同様である。
以下の実施形態では、位置検出用のカメラとして、カメラ310,320のうち第1カメラ310を利用する例を説明する。この場合、第1カメラ310は、受光部、及び撮像部に相当する。この例では、検出制御部713は、キャリブレーション処理として、第1カメラ310の撮像画像における指示体信号光PSLの像の位置と、スクリーンSSにおける自発光指示体70の位置とを対応付けるキャリブレーションデータを生成する。また、第1カメラ310の撮像画像における反射検出光RDLの像の位置と、スクリーンSSにおける非発光指示体80の位置とを対応付けるキャリブレーションデータを生成する。これらのキャリブレーションデータは、設定データ722としてメモリー720に記憶される。
その後、検出制御部713は、設定データ722のキャリブレーションデータに基づき、第1カメラ310の撮像画像から自発光指示体70及び非発光指示体80の位置を検出する。
プロジェクター100が指示体信号光PSLにより自発光指示体70の位置を検出する場合、先端発光部77は、第1カメラ310の撮像画像において指示体信号光PSLの像を検出できる程度の光量で発光すればよい。撮像画像における指示体信号光PSLの像は、自発光指示体70が第1カメラ310から近いほど鮮明になるから、自発光指示体70が第1カメラ310に近い場合は、先端発光部77の光量を抑えても位置検出に支障が無い。
自発光指示体70は、スクリーンSSにおいて、プロジェクター100が投射画面PSを投射する領域で使用される。このため、投射画面PSが小さい場合や、投射画面PSが第1カメラ310に近い場合は、先端発光部77の光量を抑えることができる。先端発光部77の光量を抑えることで、自発光指示体70の消費電力量を抑えることができ、電源部79の電池の交換や充電の頻度を低下させ、利便性を高めることができる。
そこで、プロジェクター100は、自発光指示体70が使用される範囲である投射画面PSのうち、第1カメラ310から最も遠い位置までの距離を求め、求めた距離に対応するように先端発光部77の光量を設定する。
投射画面PSにおいて第1カメラ310から最も遠い位置は、投射画面PSの四隅のいずれかである。図2には、投射画面PSの隅を符号C1、C2、C3、C4でそれぞれ示す。上述のように、第1カメラ310は、投射画面PSの中心に対し、図2に示すようにX方向において隅C1、C2側にオフセットしている。従って、投射画面PSにおいて第1カメラ310から最も遠い隅部は、隅C3である。
[プロジェクターの動作]
図6は、プロジェクター100の動作を示すフローチャートである。図7は、プロジェクター100の動作の説明図である。
図6には、制御部700がキャリブレーションを行うステップを含む、プロジェクター100の動作を示している。
検出制御部713は、予めメモリー720が記憶するキャリブレーション画像を投射部200によりスクリーンSSに投射させる(ステップS11)。キャリブレーション画像が投射される範囲は、少なくとも投射画面PSが投射される範囲を含み、好ましくは投射画面PSと同じ範囲である。
検出制御部713は、第1カメラ310により撮像を実行させ、撮像画像データを取得して、撮像画像データ723として記憶させる(ステップS12)。
検出制御部713は、第1カメラ310の撮像画像を解析することにより、第1カメラ310の撮像画像における位置と、投射画面PSにおける位置とを対応付けるキャリブレーションデータを生成する(ステップS13)。検出制御部713は、ステップS13で生成したキャリブレーションデータを、設定データ722としてメモリー720に記憶させる。このキャリブレーションデータは、第1カメラ310の撮像画像における座標と、投射画面PSにおける座標とを対応付けるデータである。ここで、投射画面PSにおける座標は、投射画像メモリー510が記憶する画像における座標を指す。このキャリブレーションデータを利用することにより、第1カメラ310の撮像画像において反射検出光RDLまたは指示体信号光PSLの像を検出した場合に、検出した像に重なる投射画面PSの座標を特定できる。
なお、ステップS11~S13のキャリブレーションは、プロジェクター100が検出システム900において設置された場合、すなわちスクリーンSSに対しプロジェクター100が固定された場合に、1回、行えばよい。従って、設定データ722がキャリブレーションデータを含んでいる場合、プロセッサー710は、ステップS14以後の処理のみを行ってもよい。
発光制御部714は、距離検出用の画像を投射部200により投射させる(ステップS14)。距離検出用の画像は、予めメモリー720が記憶している画像データに基づく画像であり、投射画面PSを含む範囲に投射される。例えば、ステップS11で投射されるキャリブレーション用の画像を利用できる。
発光制御部714は、第1カメラ310の撮像画像を用いた三角測量を実行し、スクリーンSSから第1カメラ310までの距離を検出する(ステップS15)。ステップS15で、発光制御部714は、第1カメラ310の撮像画像を取得し、撮像画像データ723としてメモリー720に記憶させ、この撮像画像データ723を解析する。ステップS15で求める距離は、図3に示す距離D21、距離D22、及び、距離D23である。距離D21は、第1カメラ310からスクリーンSSまでのZ方向の距離である。距離D22は、第1カメラ310からスクリーンSSまでのY方向の距離であり、距離D23は、第1カメラ310から投射画面PSの端部である下端までの距離であり、隅C2、C3のY方向の位置により決まる。
図3において、距離D21はステップS13で求められる。また、距離D22は既知であり、距離D23は、ステップS13で求められる。距離D22をステップS13で求めることも可能である。
発光制御部714は、距離D21、D22、D23に基づいて、第1カメラ310の撮像画像における距離と、スクリーンSS上における現実の距離とを対応付ける(ステップS16)。第1カメラ310の撮像画像における距離は、撮像画像上に設定される座標系で表される座標間距離に相当する。ステップS16の処理により、第1カメラ310の撮像画像上の2点の距離を、現実の距離に換算することが可能となる。
発光制御部714は、ステップS16で対応付けた距離、ステップS13で記憶したキャリブレーションデータに基づいて、補正されていない投射画面PSにおける距離と、スクリーンSS上における現実の距離とを対応付ける(ステップS17)。
図7は、投射画像メモリー510に格納される、幾何補正されていない投射画像511と、幾何補正された投射画像512とを示す。投射画像511は矩形の画像であり、隅C14を原点として投射画像メモリー510に設定される座標系で、四隅の座標はC11(X1,0)、C12(X1,Y1)、C13(0,Y1)、C14(0,0)となる。投射画像512は、投射画像生成部500が、投射画像511を、スクリーンSS上の投射画面PSの台形歪みを補償するように変形させた画像である。投射画像511の四隅C11、C12、C13、C14は、幾何補正により移動され、投射画像512の隅C1、C2、C3、C4となる。
ステップS17では、発光制御部714により、投射画像511における距離と、現実の距離とが対応付けられる。さらに、発光制御部714は、幾何補正された投射画像512における隅について、投射画像511における座標を取得する(ステップS18)。すなわち、ステップS18で、発光制御部714は、隅C14を原点として投射画像メモリー510に設定される座標系で、隅C1~C4の座標C1(X3,Y2)、C2(X5,Y3)、C3(X4,Y3)、C4(X2,Y2)を取得する。
続いて、発光制御部714は、スクリーンSS上に投射される投射画面PSにおいて、第1カメラ310から最も遠い隅部を選択する(ステップS19)。本実施形態の例では、隅C3が選択される。ステップS19の選択は、例えば、ステップS11で投射されるキャリブレーション画像や、ステップS14で投射される画像に基づき発光制御部714が実行してもよい。また、ステップS19で、ユーザーが自発光指示体70や非発光指示体80による操作を行って、選択すべき隅部を指定してもよい。
発光制御部714は、ステップS18で取得したC3の座標(X4,Y3)から、ステップS17で対応付けた距離に基づき、第1カメラ310から隅C3までの現実の距離、すなわち図2及び図3に示す距離D1を算出する(ステップS20)。
発光制御部714は、ステップS20で算出した距離D1に適合する先端発光部77の光量の減光率を算出する(ステップS21)。ステップS21で算出される減光率は、第1カメラ310により自発光指示体70を検出可能な光量を、先端発光部77の発光量の最大値に対する割合で表現した値である。つまり、発光制御部714は、自発光指示体70を検出可能であって、先端発光部77の消費電力量を抑えるために適切な先端発光部77の光量を求め、求めた光量を、先端発光部77の減光率で表現する。
発光制御部714は、ステップS21で求めた減光率を自発光指示体70に設定するための装置信号光ASLを、信号光送信部430(送信部)により送信させる。
自発光指示体70の光検出部74は、装置信号光ASLを受光し、装置信号光ASLの受光タイミングや光量の変動を解析することで、装置信号光ASLに乗せられたデータを生成し、制御部75に出力する。また、制御部75が、光検出部74の装置信号光ASLの受光状態を解析して、装置信号光ASLに乗せられたデータを生成してもよい。制御部75は、受信したデータに基づき、発光量調整部78を制御する。
自発光指示体70の発光量調整部78は、制御部75が装置信号光ASLに基づき生成したデータが示す減光率に基づいて、先端発光部77の発光強度を調整する。具体的には、発光量調整部78は、制御部75の制御に従って先端発光部77に供給される電流量を調整する。先端発光部77は、電源部79から先端発光部77に供給される電流に比例して発光強度が強くなる(大きくなる)特性を有する。そのため、発光量調整部78が、先端発光部77に供給される電流を小さくするほど、先端発光部77の減光率が大きくなる。反対に、先端発光部77に供給される電流を電源部79が大きくするほど、先端発光部77の減光率が低減する。これにより、自発光指示体70では、先端発光部77の光量が、ステップS21で発光制御部714が算出した減光率に従って設定される。
第1カメラ310が受光する指示体信号光PSLの受光強度は、受光部と発光部との距離の2乗に反比例する。従って、発光制御部714がステップS20で求める距離D1に対応させて先端発光部77の減光率を設定することで、位置検出に支障のないように、先端発光部77の消費電力量を低減でき、電池寿命を延ばすことができる。
以上説明したように、本実施形態のプロジェクター100は、自発光指示体70が発する光を受光する第1カメラ310と、第1カメラ310の受光状態に基づき、検出領域に対する自発光指示体70の操作を検出する位置検出部600と、を備える。プロジェクター100は、検出領域である投射画面PSの端部から第1カメラ310までの距離に基づき、位置検出部600による検出に適した自発光指示体70の発光強度を算出する発光制御部714を備える。発光制御部714は、一例として、発光強度を減光率として算出する。
本発明の検出装置、及び、検出装置の制御方法を適用したプロジェクター100によれば、検出領域である投射画面PSの端部から検出装置の第1カメラ310までの距離に基づき、自発光指示体70が発する光の発光強度を算出する。このため、自発光指示体70が発する光を受光し検出するために必要な発光強度を的確に算出できる。このため、自発光指示体70の発光強度を、実際の検出により近い条件に基づき、適切に調整できる。
また、検出システム900において、指示体信号光PSLを受光する側の装置であるプロジェクター100が、指示体信号光PSLを発する自発光指示体70の発光強度を算出する。このため、指示体信号光PSLを受光する側の装置の制御により、指示体信号光PSLの強度を求めるので、実際の検出に適した発光強度を求めることができる。これにより、実際の検出により近い条件で発光強度を調整できるという利点がある。さらに、発光強度の調整に関し、自発光指示体70による演算処理の負荷を増大させないので、自発光指示体70の構成の複雑化や大型化を招くことがないという利点がある。
プロジェクター100は、スクリーンSSに画像を表示する表示部としての投射部200を備える。第1カメラ310は、スクリーンSSに設定される検出領域を含む範囲を撮像する撮像部である。位置検出部600は、第1カメラ310の撮像画像に基づき、投射画面PSに対する自発光指示体70の操作を検出する。これにより、スクリーンSSに設定される検出領域で自発光指示体70が発する光を検出する場合に、適切な自発光指示体70の発光強度を求めることができる。
また、投射画面PSにおいて自発光指示体70を用いる位置指示操作が行われる場合に、位置検出部600は、第1カメラ310の撮像画像に基づき検出領域における指示位置を検出する。これにより、撮像画像に基づき検出領域における自発光指示体70の指示位置を検出する場合に、適切な自発光指示体70の発光強度を求めることができる。
また、プロジェクター100は、投射部200を制御する投射制御部711を備える。投射制御部711がスクリーンSSの一部に画像表示領域としての投射画面PSを設定して画像を表示させる場合、位置検出部600は、画像表示領域に対する自発光指示体70の操作を検出する。これにより、画像をスクリーンSSに表示させる検出装置により、スクリーンSSに設定される検出領域で自発光指示体70が発する光を検出する場合に、適切な自発光指示体70の発光強度を求めることができる。
また、発光制御部714は、画像表示領域において第1カメラ310から最も遠い位置である隅C3と、第1カメラ310との間の距離に基づき、自発光指示体70の発光強度を算出する。これにより、撮像画像に基づき検出領域における自発光指示体70の指示位置を検出する場合に必要な自発光指示体70の発光強度を、的確に求めることができる。
また、発光制御部714は、算出した自発光指示体70の発光強度に基づき、自発光指示体70に対して自発光指示体70の発光強度を設定する設定部として機能する。これにより、自発光指示体70の光を受光して検出する場合に、自発光指示体70の発光強度を適切な強度に設定できる。
また、プロジェクター100は、自発光指示体70に信号を送信する送信部としての信号光送信部430を備える。発光制御部714は、自発光指示体70に対して自発光指示体70の発光強度を設定する制御情報を含む装置信号光ASLを、信号光送信部430により送信させる。これにより、自発光指示体70に制御情報を送信して、自発光指示体70の発光強度を適切な強度に設定できる。
[他の実施形態]
上記実施形態は本発明を適用した一具体例を示すものであり、本発明はこれに限定されるものではない。
上記実施形態では、発光制御部714により、先端発光部77が発する指示体信号光PSLの減光率を求める構成としたが、発光制御部714は、先端発光部77の発光強度を算出してもよい。この場合、発光制御部714は、信号光送信部430によって、発光強度を指定する制御情報を含む装置信号光ASLを送信させる。制御部75は、装置信号光ASLに含まれる情報に基づき、発光量調整部78を制御して、先端発光部77の発光強度を調整すればよい。
また、上記実施形態において、発光制御部714は、距離D1に基づき、検出光照射部410が発する照射検出光IDLの発光強度、或いは減光率を求めてもよい。この場合、発光制御部714は、検出光照射部410の発光強度、或いは減光率を設定してもよい。この構成によれば、先端発光部77の発光強度と、検出光照射部410の発光強度とが、同じ処理で算出された距離D1に基づいて設定される。この場合、第1カメラ310の撮像画像に基づき自発光指示体70及び非発光指示体80の位置を検出する場合に、撮像画像における反射検出光RDLの像の明るさと、指示体信号光PSLの像の明るさとの差を小さくできる。このため、位置検出部600が撮像画像から反射検出光RDLの像と指示体信号光PSLの像との両方を的確に検出し、位置検出を行えるという利点がある。
また、プロジェクター100は、撮像部300が1台のカメラを有する構成にしてもよいし、3台以上のカメラを有する構成にしてもよい。撮像部300が1台のカメラを有する構成の場合には、カメラで撮像された1個の画像に基づいて自発光指示体70の2次元座標(X,Y)が決定される。非発光指示体80の位置検出のために、スクリーンSSに沿った層状の光を形成する構成を備えてもよい。また、撮像部300が3台以上のカメラを有する構成の場合には、m台(mは3以上の整数)のカメラで撮像されたm個の画像に基づいて、3次元座標(X,Y,Z)が決定される。例えば、m個の画像から2個の画像を任意に選択して得られるmC2個の組み合わせを用いてそれぞれ3次元座標を求め、それらの平均値を用いて最終的な3次元座標を決定しても良い。こうすれば、3次元座標の検出精度を更に高めることが可能である。
また、上記実施形態では、自発光指示体70と非発光指示体80との両方を使用可能な構成のプロジェクター100を例示したが、プロジェクターは、少なくとも1本の自発光指示体70を使用可能であればよい。
また、上記実施形態では、図2に示した照射検出光IDLと、反射検出光RDLと、装置信号光ASLと、指示体信号光PSLとがすべて近赤外光であるものとしたが、これらのうちの一部又は全部を近赤外光以外の光としてもよい。
また、本発明の表示装置はプロジェクター100に限定されず、液晶表示パネルに画像を表示する液晶モニター又は液晶テレビを表示装置として採用してもよい。プラズマディスプレイパネル、OLED(Organic light-emitting diode)、OEL(Organic Electro Luminescence)ディスプレイ等の有機EL表示パネルを備えた表示装置を用いてもよい。この場合、表示パネルが本発明の表示面に相当する。
また、図5に示した各機能部は機能的構成を示すものであって、具体的な実装形態は特に制限されない。つまり、必ずしも各機能部に個別に対応するハードウェアが実装される必要はなく、一つのプロセッサーがプログラムを実行することで複数の機能部の機能を実現する構成とすることも勿論可能である。また、上記実施形態においてソフトウェアで実現される機能の一部をハードウェアで実現してもよく、或いは、ハードウェアで実現される機能の一部をソフトウェアで実現してもよい。その他、検出システム900を構成する他の各部の具体的な細部構成についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変更可能である。
70…自発光指示体(被検出デバイス)、71…先端部、72…軸部、73…ボタンスイッチ、74…光強度検出部、75…制御部、76…先端スイッチ、77…先端発光部、78…発光量調整部、79…電源部、80…非発光指示体、100…プロジェクター(検出装置)、200…投射部(表示部)、210…投射レンズ、220…光変調部、230…光源、300…撮像部、310…第1カメラ(受光部、撮像部)、320…第2カメラ、410…検出光照射部、430…信号光送信部(送信部)、500…投射画像生成部、510…投射画像メモリー、511…投射画像、512…投射画像、600…位置検出部(検出部)、700…制御部、710…プロセッサー、711…投射制御部(表示制御部)、712…通信制御部、713…検出制御部、714…発光制御部(光制御部、設定部)、720…メモリー、721…制御プログラム、722…設定データ、723…撮像画像データ、724…距離データ、725…光量設定データ、780…指示体、900…検出システム、910…支持部材、920…スクリーン板、ASL…装置信号光、C1~C4、C11~C14…隅、D1、D11、D12、D21、D22、D23…距離、IDL…照射検出光、IML…投射画像光、PS…投射画面、PSL…指示体信号光、RDL…反射検出光、SS…スクリーン(表示面)。

Claims (6)

  1. 表示面に設定される検出領域を含む範囲を撮像する撮像部と
    前記撮像部の撮像画像に基づき、検出領域に対する検出デバイスの操作を検出することにより、前記検出領域における前記被検出デバイスの指示位置を検出する検出部と、
    幾何補正を行う処理部と、
    前記処理部によって幾何補正された画像を前記表示面に投射する投射部と、
    前記検出領域である投射画像の端部から前記撮像部までの距離基づき、前記被検出デバイスの発光強度を算出する発光制御部と、を備え、
    前記発光制御部は、
    前記撮像部の前記撮像画像における位置と投射画面における位置とを対応付けるデータ、及び、前記撮像画像における距離と前記表示面における距離との対応に基づいて、幾何補正されていない画像における距離と前記表示面における距離とを対応付ける処理と、
    前記幾何補正されていない画像に対する前記幾何補正された画像の隅の位置を求める処理と、
    を実行することにより、前記幾何補正された画像を前記投射部により投射した前記投射画像の端部から前記撮像部までの距離を求める、プロジェクター
  2. 前記投射部を制御する表示制御部を備え、
    前記表示制御部が前記表示面の一部に画像表示領域を設定して前記投射部に画像を投射させる場合、前記検出部は、前記画像表示領域に対する前記被検出デバイスの操作を検出する、請求項記載のプロジェクター
  3. 前記発光制御部は、前記画像表示領域において前記撮像部から最も遠い位置と、前記撮像部との間の距離に基づき、前記被検出デバイスの発光強度を算出する、請求項2記載のプロジェクター
  4. 前記発光制御部により算出された前記被検出デバイスの発光強度に基づき、前記被検出デバイスに対して前記被検出デバイスの発光強度を設定する設定部を備える、請求項1からのいずれか1項に記載のプロジェクター
  5. 前記被検出デバイスに信号を送信する送信部を備え、
    前記設定部は、前記被検出デバイスに対して前記被検出デバイスの発光強度を設定する制御情報を前記送信部により送信させる、請求項記載のプロジェクター
  6. 表示面に設定される検出領域を含む範囲を撮像する撮像部と、前記撮像部の撮像画像に基づき、検出領域に対する被検出デバイスの操作を検出することにより、前記検出領域における前記被検出デバイスの指示位置を検出する検出部と、幾何補正を行う処理部と、前記処理部によって幾何補正された画像を前記表示面に投射する投射部と、を備えるプロジェクターにより、
    前記撮像部の前記撮像画像における位置と投射画面における位置とを対応付けるデータ、及び、前記撮像画像における距離と前記表示面における距離との対応に基づいて、幾何補正されていない画像における距離と前記表示面における距離とを対応付ける処理と、
    前記幾何補正されていない画像に対する前記幾何補正された画像の隅の位置を求める処理と、
    を実行することにより、前記幾何補正された画像を前記投射部により投射した投射画像の端部から前記撮像部までの距離を求め、
    求めた距離基づき、前記被検出デバイスの発光強度を算出する、プロジェクターの制御方法。
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