JPH04506876A - ライトペンシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 投射像用のライトペンシステム 関連する８願 高解像度ビデオ画面の電話会議装置と題して、Ｔ、　Ｅｌ、　Ｊｕｄｄ　Ｌ。

Ｓ、　Ｓｍｏｏｔにより１９８９年８月２６日付で出願された米国特許出願第２ ３７５０１号は、本願出願人に譲渡され、本願発明の主題に関係する事項を包含 している。上記出願の内容は上の記載によって本願中に組み込むものとする。

発明の分野 本願発明は画面に映写される映像を離れた所からコントロールするのに適するラ イトペンシステムに関する。このライトペンシステムは、大画面に背後から投射 するビデオ表示の電話会議システムに特に有利である。

発明の背景 従来のライトペン装置はビデオ表示画面のすぐ近くで操作するように設計されて いる。こうした従来のライトペンは受動型（非発光）の装置で、表示画面の小区 画から放射される光−一ライトペンが直接触れている画面のその区画からの光− 一を受け取り、その光かあるときだけ電気信号を発する回路を組み込んでいる。

　一般に表示画面は、表示画面中の一部分だけが一定時間光を発することがてき るラスタ走査表示装置である。この場合、表示装置に接続されたビデオ情報ジェ ネレータ（例えば、ホストコンピュータのビデオ表示コントローラ）は、表示さ れている画面の特定箇所に関する情報をいつでも持っている。

このように画面表示に関与する回路はライトペンの電気出力信号をライトペンが 今度触している表示画面のどの箇所かを決定するために使用することができる。

したがってライトペン・表示コントローラ回路は、例えば現在のペン位置にカー ソルを表示するというような位置情報にまで機能させることができる。

あるいは位置情報はホストコンピュータ（すなわちビデオ像を作り出しているホ ストコンピュータ）によって、ウィンドウのような画面表示されたオブジェクト を任意に設定するためにも使用できる。　上述したような従来例のライトペン装 置は小規模のラスク走査表示画面のすぐ近くで操作するには適している。

しかし上述の従来型ライトペン装置は、使用者がライトペンを使って遠く離れた 所から画面を指さすような大画面投射ビデオ像に使用するには不適当である。

大画面投射像から相当に離れた所から従来のライトペン装置を使用するに当たっ ては障害となる多くの問題がある。こうした大画面投射像は一般に、半透明な画 面の裏側に光を投射する投射装置によって形成される。そして像はこの半透明画 面の前側から見られる。ライトペンで指さした位置が曖昧になるのを防止するた めには、従来のライトペン装置でやるとすれば見ている画面の小区画からのみ受 光しなければならなかった。画面前面からの光は等方性をもって広がるので、画 面から遠く離れた所から従来型ライトペン装置を使用して小画面区画から光を集 めるには望遠鏡的調整が必要とされよう。このような望遠鏡的調整をして集めら れた光はライトペン装置の方に向けられた全光のほんの一部分に過ぎない。投射 された像からの画面光の量は少ないから大画面投射像表示画面から遠く離れた所 で使用するには従来型ライトペンの感度は概して不適当である。一方、数フィー ト離れた所から発っせられる小区画画面の光に応答するに十分な高感度のライト ペン装置を用いた場合には、通常の部屋の照明光その他の光障害から簡単に干渉 されてしまうことになろう。こうした理由から従来型ライトペンは大画面投射映 像表示に使用するには適さず、特に大画面に背後から投射するビデオ像表示のも のにとっては不適である。

こうしたことを考え、本発明は大画面投射映像表示、特に背後から投射されるビ デオ像表示の大画面に使用するのに適したライトペンシステムを提供することを 目的とする。

発明の概要 背後から投射されるビデオ像表示に使用するのに適した本発明の具体例によれば 、従来型の受動的（非発光型）ライトペン装置に代わって能動的手持ちレーザポ インタが採用される。このレーザポインタを使うときは、１個または２個以上の 補助ビデオカメラを投射画面の背後に設置するが、画面の前面全体をカバーする レーザポインタで連係動作できるように投射画面の裏側を最大隔置れるような上 記補助ビデオカメラが投射画面に向かって設置される。

投射画面の背後から後方散乱する光をカメラが拾ってしまうのを防止するため、 狭周波数帯域光フィルタを上記補助カメラの前に設置する。このフィルタとして は、レーザポインタの波長で高レベルの伝送性を有する光を通過させ、それ以外 の波長では光を拒否するものを選択する。レーザポインタで投射画面の前面を指 すと、暗黒を背景にした光の濃密なスポットか半透明投射画面と狭周波数帯域光 フィルタを通して前から後ろヘレーザ光を伝播させ補助カメラに到達させる。

補助カメラからのビデオ出力は、補助カメラのラスク中のスポット像のＸ−Ｙ位 置情報に対応するストローブ信号を出すしきい値検出器経由で取り出される。こ の情報はホストコンピュータにより投射像中のオブジェクトの座標に関連付ける ことができ、レーザポインタの表示画面上の現時点でのスポット位置にカーソル を表示するか、あるいはウィンドウとかプルダウンメニューのような画面のオブ ジェクトを任意に制御するのに用いることができる。

本発明に係るライトペンシステムのもう一つの具体例では、手持ちのレーザポイ ンタを赤外線源のような広いビーム光源によって増大するものである。そこでは 広いビーム光源からの発光を検出するセンサーが画面の上端と下端に図示（図２ ）のように取り付けられる。これらセンサーの電気出力は画面上のビデオ像表示 を制御するホストコンピュータに接続される。このようにしてレーザポインタは 、補助カメラと協動して画面の特定箇所にカーソルを表示するように使用される 。広いビーム光源は次に、センサー付き画面を介して信号をホストコンピュータ に送るように選択的に起動される。この信号はカーソルと一致している画面上の オブジェクトがレーザポインタおよびカーソルが動くのにつれて動くか、あるい は別のやり方でカーソル位置に対応せしめられるようにされるのである。

本発明の別の具体例は、投射機の極端に大きい後方散乱や周囲の光環境対策に特 に適するもので、赤外線ビデオカメラに代って補助カメラと狭周波数帯域光フィ ルタを採用するものである。

赤外線カメラを使用するときはレーザポインタが見えるレーザ源は光線を重ね合 わせて投射された赤外線レーザ源で増大される。このシステムを使うと投射機設 備からの可視光線後方散乱やその他の可視光線環境光は、赤外線補助カメラから 完全に無視され二重ビーム（可視および赤外）レーザポインタの赤外部からの光 スポットだけが補助カメラで見られることになる。赤外線補助カメラの電気出力 は上記の可視光補助カメラの電気出水発明のライトペンシステムによれば表示画 面の前面に可視レーザ光を当てることができるから、レーザポインタが指してい る画面上の位置に使用者が即座にフィードバックできるのであって、これは上記 した本発明のライトペンシステムの大きな利点である。このフィードバックは即 座に行われるものであって、補助カメラに検圧されるビデオ像の処理時間に左右 されるものではない。したがって正確なポインティングが容易に行われるのであ る。

また、大画面投射ビデオ像を利用する電話会議システムにも使用できることも本 発明のライトペンシステムの利点である。

すなわち電話会議では複数の離れた場所にいる会議参加者に一つの映像が表示さ れるが、ある場所にいる参加者は本発明のライトペンを、例えばシンポジウムの 最中に説明を容易にするため全部の場所にカーソル表示したり、あるいは表示さ れた像を全ての離れた場所で同時に操作するため使用することができるのである 。

図面の簡単な説明 図１は大画面で裏面からビデオ像を投射するシステムに使われるライトペンシス テムを、本発明の具体例につき概略を示す概念図である。

図２は図１のライトペンシステムの変形例について概略示すもので、画面のオブ ジェクトは操作できるようにされている。

図３は大画面で裏面からビデオ像を投射するシステムに使われる図１のライトペ ンシステムのもう一つの変形例の概念図である。

発明の詳細な説明 大画面で裏面からビデオ像を投射するシステムに使われる本発明のライトペンシ ステムが図１に表わされている。

ビデオ像投射システム１０は、半透明画面１２を有するもので、ビデオ像はこの 半透明画面１２の裏面から投射され、表面１６から観られる。

本発明のライトペンシステムは通常の裏面ビデオ像投射システムでも使用可能だ か、図１のビデオシステム１０は高解像の半透明画面１２での表示に特に採用で きる。

高解像のビデオ像を形成する一技術は、１個のカメラでやるよりも高い解像（多 くの画素）でビデオ信号を発信させるため２個またはそれ以上のカメラ（図示せ ず）を使用することである。このシステムでは各カメラは、高解像ビデオ表示を 結ぶ箇所を占める下像［ｓｕｂ−ｉｍａｇｅ］を作るための投射機（例えば図１ の１８Ａ）その他の表示装置を組み込んでいる。

図１において、半透明画面１２は１２Ａおよび１２Ｂの各部に分割されている。

画面の各部は一下像を表示する。部分画面１２Ａ、１２Ｂに形成されるこれら下 像は、単一の高解像ビデオ像を形成するように隣接して配置される。

図１において、部分画面１２Ａ、１２Ｂに表示される各々の下像は特殊な投射機 で形成される。図１においては、部分画面１２Ａに下像を形成させる１個の投射 機１８Ａしか表されておらず、部分画面１２Ｂに下像を形成するもう一つの投射 機は図１には示されていないが、これら各カメラは半透明画面１２の関連箇所に 連携させて遠くに配置したカメラのビデオ下像を投射する。投射機１８Ａのため のビデオ外部信号はライン１３からビデオ像投射システム１０に入るもので、ホ ストコンピュータその他の画像発生機１５およびライン１７経由で部分画面１２ Ａ上の表示のために投射機１８Ａに伝送される。

複数の個々に投射された下像を構成する単一の高解像ビデオ像を作り出す複数の カメラを使用することにはいくつかの問題かあることに注意しなければならない 。問題の１は複数のカメラを互いに隣接させて単純に配置することができない点 である。

カメラのそのような配置は、どのカメラの視野でもない空間箇所と両方のカメラ の視野中の空間箇所とがあるようなカメラ視野の錯綜する重なりをもたらす。そ うしたわけで個々のカメラが作り出す下像は、一定置面に高解像ビデオ像を作る のに単にか互いに隣接させられたとき、境界線に好ましくない重なりなどが生ず るという問題である。こうした問題を解決して複数の下像から成る単一の高解像 を形成するためのカメラや投射機の空間的配列は、上記の米国特許出願第２３７ ５０１号に記載されている。

図１の裏面投射、大画面ビデオシステムｌｏ用ライトペンシステムはレーザポイ ンタ２０を用いる。レーザポインタ２ｏは従来技術の手持ちレーザ装置で電磁気 スペクトルの可視域中のよく平行にされた光線２１を発する。レーザポインタ２ ｏからの光線２１の一部は、レーザポインタ２ｏを持つ者を含め半透明画面１２ の前面１６から観る者がレーザポインタ２ｏが指している画面上の箇所２２を見 ることができるように、半透明画面１２により拡散される。

レーザポインタ２０からの光線の残部は経路２３に沿って半透明画面１２を通過 し補助ビデオカメラ２４Ａのような補助ビデオカメラにより探知される。図面上 は投射機１８Ａのような各投射機と連携する１台の補助ビデオカメラが描かれて いる。

通常、各補助ビデオカメラは半透明画面１２を構成する部分画面１２Ａ、１２Ｂ の一つと一致する視野を持つ。こうして補助カメラ２４Ａの視野は半透明画面１ ２Ａと一致する。

狭周波数帯域光フィルタ２６Ａか半透明画面１２Ａと補助ビデオカメラ２４Ａと の間に設置される。このような光フィルタか１個、各補助ビデオカメラと対応し て設けられている。光フィルタ２６Ａはレーザポインタ２０の波長に対応する放 射を通過させるが、それ以外の放射は通過させない。これは、半透明画面１２の 裏面１４から後方散乱する投射機１８Ａからの放射、その他の周囲からの光が、 補助ビデオカメラ２４Ａに入ることを阻止するのである。こうしてレーザポイン タ２０が半透明画面１２Ａの前面１６を指さすときは、前から後ろへ半透明画面 １２と光フィルタ２６Ａを通過してレーザ光が伝播するため、光の強烈な箇所が 暗い所を背景として補助ビデオカメラ２４Ａに見える。この暗い半透明画面は光 フィルタ２６Ａによって形成される。

レーザ光により形成された像は、各受光素子が１つの画素を成すセンサーを撮像 手段とする補助ビデオカメラ２４Ａのそのセンサー（図面上はＣＣＤセンサー） のラスク列に捕捉される。

補助ビデオカメラ２４Ａ中のセンサーのこのラスク列で検出した信号は、ビデオ 信号としてライン２７で定期的に読み取られる。このビデオ信号は、レーザ箇所 に対応する画素を検出するしき９値検知器２８に送られ、そのレーザ箇所のＸ− Ｙ位置を示す信号を作る。この位置指示信号はライン１７経由て投射機１８Ａに 伝送されたビデオ信号か、例えば光スポット２２の現在位地を示すカーソルを含 むように、あるいはビデオ外部信号のその他の修正信号が表示ウィンドウ領域に おいて活性化による表示かＳれるように、ライン１３経由で受け取ったビデオ外 部信号を修正すへく、位置情報を使うホストコンピュータまたは図表オーバーレ イ装置１５にライン２９経由で伝送される。

電話会議に使うときは、遠隔地で図１の半透明画面１２に見られるように同一像 を観るものであるときは、レーザスポット２２の位置をライン２９゛経由て遠隔 地に伝送することか好ましい。このときは半透明画面１２のレーザスポット２２ 位置に対応するカーソルを遠隔地にある画面に現すことかでき、あるいは遠隔地 に表示されたビデオ像は、シーサスポット２２位置に対応して修正され得る。

別のライトペンシステムを図２に示す。図２では図１のライトベンシステムか画 像中に含んでいる特定のオブジエクトを操作することを容易にしている。すなわ ちレーザポインタ２０は広領域の光源８０て拡大されている。通常この広領域の 光源８０は広領域光線８２を作り出す赤外線源である。このような広領域の赤外 線源は一般に標準的テレビ受信機に使われるリモートコントロール装置に見られ るもので、一般に赤外線発光ＬＥＤを有している。

図１のライトベンシステムは、図２ではセンサー８４と８５が各々、部分画面１ ２Ａの下端と上端に位置するように変更されている。センサー８４．８５は各々 、ライン８６．８７を介してホストコンピュータ１５に接続されている。同様な 一組のセンサー９４．９５か部分画面１２Ｂに対応して部分画面１２Ｂに関係づ けられたホストコンピュータ（図示せず）に接続されている。

広い光線の赤外線源８０は次のように用いられる。すなわち図に基づき上記した ように、ホストコンピュータ１５はレーザポインタ２０によって作られた光線２ １か画面に当る位置２２で半透明画面１２上にカーソルが現れるようにする。も しレーザポインタ２０の使用者か広領域光源８０に働きかけた場合は、センサー ８４．８５（または９４．９５）のいずれか一方がホストコンピュータ１５のよ うな相応のコンピュータに信号を送ることになる。図において信号かセンサーの 一方にて受信される限り、ホストコンピュータ１５は位置２２にある画像を、使 用者がレーザポインタ２０を動かすにつれて位置２２と共に、あるいはそれ以外 の方法で追随するように動かす。こうしてセンサー８４．８５．９４．９５の一 つで広領域光源８０から光を受けることは、ライン８６とか８７のようなライン 経由の信号をホストコンピュータ１５のようなコンピュータに伝送することにな り、上記した画面操作性を高めるものとなる。好ましくはセンサー８４．８５． ９４．９５の位置は、画面上の位置２２の場所とは無関係に広領域光線８２が広 領域光源８０の作用時にセンサーの一つに当たるように選択するのかよい。その 結果、上記した画面操作性は広領域光源８０か消されたとき作用しなくなるよう にするのである。

後方投射の大両面ビデオシステムに使用されるライトペンのもう一つの例を図３ に示す。図３のビデオ像投射システムは、図１の光フィルタ２６Ａを除去するた め補助ビデオカメラ２４Ａか赤外線ビデオカメラ２４Ａ３に交換されている点を 除けば図１のビデオ像投射システム１０と同様である。さらに、電磁波スペクト ルの可視域中に平行度の高い放射線２１を出す図１のレーザポインタ２０はレー ザポインティング装置４０て置き換えられている。

レーザポインティング装置４０は電磁波スペクトルの可視域成分に高平行度の赤 外線４８を作り出す赤外線レーザ４６も有する。高平行度可視光線４４と高平行 度赤外線４８は、可視光線と赤外線放射とが重なり合って一つの光線５４を形成 するように鏡５０と光線結合器５２を使って結合される。

光線５４の可視域成分は、半透明画面１２の前面１６にいる観者全員ならびにレ ーザポインティング装！４０の使用者か見える半透明画面１２上の可視域２２゛ を形成する。光線５４の共通線上の赤外線域成分はカメラ２４Ａ′を形成する赤 外線センサーのラスク列によって検知される。特にカメラ２４Ａ′は前から後ろ へ半透明画面１２を通過した赤外線光５８の高平行度光線を検知する。こうして 赤外線カメラ２４Ａ゛はスポット２２°に赤外線像を撮像する。

ｚ３のライン２７上にある赤外線カメラ２４Ａ′のビデオ出力１号は、機能的に は図１の可視光線補助カメラ２４Ａの巳デオと力信号と同じである。カメラ２４ Ａ′のビデオ信号出力は、半透明画面１２上のスポット２２′のＸ−Ｙ位置に対 応する信号を出力するしきい値検翅器２８へ伝送される。この位置指示信号はホ ストコンピュータまたはグラフィックオー／Ｘ−レイ装置１５によりライン２９ 経主で受信され、ビデオ外部信号がライン１７経由で信号投射機１２八に伝送さ れる前にライン１３経白で受信したビデオ外部信号を変更するのに使われる。上 述したようにビデオ外部信号は、例えばライトペンの現在位置を示すカーソルを 作るように修正されてもよい。スポット２２゛のＸ−Ｙ位置情報はライン２９′ 経由で遠く離れたビデオ表示場所に伝送される。図３に示した本発明の実施例は 、高レベルの包囲光があったり、半透明画面１２の裏面１４から多量の後一方散 乱光かある場合に、特に有効である。というのは赤外線カメラ２４Ａ°はかかる 包囲光や後方散乱光にセンシティブでないからである。

本発明については後方投射のビデオシステムに関して記述してきたか、本発明の ライトベンシステムはビデオ投射機や補助カメラか表示画面の後側ではなく前側 に取り付けられるときも使用可能であることに留意されたい。また、本発明のラ イトベンシステムはビデオ像ではない像についても使用可能である。

この場合、補助ビデオカメラか非ビデオ像中の特定場所にあるレーザスポットを 検知すると、特定の動作がトリガーされる。

例えば新らしい像か表示されるなどである。

最後に上記の本発明実施例は、単に具体的に説明するためのものである。これら のほかにも無数の変形例が当業者により本発明の精神および請求の範囲の記載か ら離れないで考察できるのである。

国際調査報告

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．ビデオ像を画面に投射する投射機を有するビデオ設備に関して使用されるラ イトペンシステムにおいて、上記画面上の所望箇所にスポットを形成する高平行 度光放射源と、 上記画面に上記スポットの上記箇所を示す位置指示出力信号を生成する補助ビデ オカメラ手段と、上記投射機により上記画面に表示されたビデオ像を上記位置指 示出力信号に応答して修正する手段と、を有するライトペンシステム。
2. ２．上記位置指示出力信号生成手段が、補助ビデオカメラと、 該補助ビデオカメラから出力されたビデオ信号を上記位置指示出力信号に変換す る検知器と、 を有する請求項１のライトペンシステム。
3. ３．補助ビデオカメラが少なくとも画面の一部をカバーする視野を有する請求項 １のライトペンシステム。
4. ４．ビデオ設備は、投射機が画面の裏側に設置されビデオ像が上記画面の前側か ら観られるものである請求項１のライトペンシステム。
5. ５．上記補助ビデオカメラが画面の裏側に配置され、光源が上記画面の前側に配 置されている請求項１のライトペンシステム。
6. ６．光源が電磁波スペクトルの可視域に放射光線を作り出し、上記光線の波長で 可視域を通す狭周波数帯域光フィルタをさらに有するもので、該フィルタは上記 画面と補助ビデオカメラとの間に配置されている請求項１のライトペンシステム 。
7. ７．補助ビデオカメラが赤外線ビデオカメラとされスポットを形成する放射光線 が可視域の高平行度光と赤外域の光線の同軸高平行度光線とであるようにされた 請求項１のライトペンシステム。
8. ８．上記ビデオ設備が上記画面に複数のビデオ下像を投射する複数の投射機を有 するライトペンシステムであって、上記スポット箇所を検知する上記下像の各々 と対応付けられた補助ビデオカメラが設けられていることを特徴とする請求項１ のライトペンシステム。
9. ９．画面に像を投射する投射機を有する表示設備に使用されるライトペンシステ ムにおいて、 上記画面の所望箇所にスポットを形成する高平行度放射光源と、 上記画面のスポット箇所を示す位置指示出力信号を生成する補助ビデオカメラ手 段と、 上記投射機により上記画面に表示された像を補正する上記位置指示出力信号に対 する応答手段と、を有するライトペンシステム。
10. １０．半透明画面の裏面にビデオ像を投射する投射機を有するビデオ設備に使用 されるライトペンシステムにおいて、上記画面の前面に位置する放射光源により 上記画面の前面に形成される放射スポットを検知し、該スポット位置を示す出力 信号を作り出す画面の裏側に配置した補助ビデオカメラを含む手段と、 上記投射機により上記画面上に表示されるビデオ像を補正する上記スポット箇所 に対する応答手段と、を有するライトペンシステム。
11. １１．上記放射光源が可視光線と赤外線の光源を有し、上記ビデオカメラが赤外 線ビデオカメラである請求項１０のライトペンシステム。
12. １２．上記放射光源が特定波長で高平行度放射光線を作り出すレーザで、上記シ ステムが該波長で伝送する狭周波数帯域光フィルタであって上記画面と上記ビデ オカメラとの間に配置してある請求項１０のライトペンシステム。
13. １３．上記ビデオ設備が隣接し合う部分画面に複数の下像を投射する複数の投射 機を有する請求項１０のライトペンシステムにおいて、 スポットが関係付けられた部分画面にあるとき該スポットの位置を検知するため の該画面の各部分画面に関係付けられたビデオカメラを含む手段と、 該スポットが上記投射機の下像中に位置するとき投射機によって作り出された下 像を補正する各投射機に関係付けられた手段と、 を有するライトペンシステム。
14. １４．上記修正手段がホストコンピュータである請求項１０のライトペンシステ ム。
15. １５．上記修正手段がグラフィックオーバーレイジェネレータである請求項１０ のライトペンシステム。
16. １６．半透明画面の裏面にビデオ像を投射する投射機を有するビデオ設備に使用 されるライトペンシステムにおいて、画面にその前面側から放射スポットを形成 する放射光線を発生する第１の光源と、該第１光源と一体に形成され広域光線を 発生する第２の光源とによりライトペンが構成され、画面の裏側に配置された上 記放射スポットを検知するビデオカメラを含んだ第１の検知手段と、 上記第２の光源からの放射光線が画面上に位置することをを検知する第２の検知 手段と、 を有し、 上記投射機により上記画面に表示されたビデオ像を修正する第１、第２の検知手 段の出力信号に対応して修正する応答手段と、 を有するライトペンシステム。
17. １７．画面にビデオ像を投射する投射機を有するビデオ設備に使用されるライト ペンシステムにおいて、上記画面の所望箇所にスポット形成するための高平行度 光源と、 放射の広領域光源と、 上記画面の上記スポット箇所を示す第１出力信号を発信する補助ビデオカメラと 、 上記広領域光線があることを感知し該広領域光線の存在に応答して第２出力信号 を発信するセンサー手段と、上記投射機により上記画面に表示されたビデオ像を 修正する上記第１、第２出力信号への応答手段と、を有するライトペンシステム 。