KR20080054337A - 위치 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

위치 검출 장치는, 프로젝터(12)에 의해 그 후면으로부터 결상광이 투영되는 표시 스크린(11)의 전면에 광을 투영하기 위한 표시 장치(2)와, 표시 스크린(11)의 후면에 배치되고, 표시 장치(2)에 의해 투영된 광을 그 후면으로부터 취하여, 광을 전기 신호로 변환하기 위한 결상 장치(3)와, 결상 장치(3)로부터 얻은 전기 신호를 분석하여, 표시 장치(2)의 표시 스크린(11)상의 위치를 계산하기 위한 화상 처리 장치(4)를 포함한다.

Description

위치 검출 장치{POSITION DETECTING APPARATUS}
본 발명은 표시 스크린상에 표시 장치에 의해 표시되는 위치를 광학적으로 검출하는 위치 검출 장치에 관한 것이다.
표시 스크린상에 표시되는 위치를 광학적으로 검출하는 장치로서, 위치 검출 장치가 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 1). 이 장치는 광원 및 역반사(retroreflective) 물질을 갖고, 표시 스크린의 정면 외주(外周)에 마련되어, 표시 스크린에 평행한 스캐닝 빔을 방사하고, 표시 스크린에 배치된 표시 장치로부터의 역반사광에 의해 형성된 화상을 취함으로써, 표시 장치가 표시하는 위치를 검출한다.
(특허 문헌 1) 일본 공개 특허 제 2004－5171 호(단락 0016 및 도 1)
상술한 바와 같이, 표시 스크린의 정면에서 표시 장치의 화상이 취해지는 방법에서는, 스크린에 방해물이 놓이면, 이 장치가 방해물로부터 표시 장치를 구별할 수 없어, 이 장치가 표시 장치의 위치를 정확하게 검출할 수 없다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 표시 스크린상에 표시 장치에 의해 표시되는 위치를 정확하게 검출할 수 있는 위치 검출 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 위치 검출 장치는, 프로젝터에 의해 그 후면으로부터 결상광이 투영되는 표시 스크린의 전면에 광을 투영하기 위한 표시 장치와, 표시 스크린의 후면에 배치되고, 표시 장치에 의해 투영된 광을 그 후면으로부터 취하여, 광을 전기 신호로 변환하기 위한 결상 장치와, 결상 장치로부터 얻은 전기 신호를 분석하여, 표시 장치의 표시 스크린상의 좌표 위치를 계산하기 위한 화상 처리 장치를 포함한다.
본 발명에 따르면, 위치 검출 장치는, 스크린의 후면으로부터 그 화상을 취함으로써, 표시 장치에 의해 표시 스크린의 전면에 투영된 광의 위치를 검출하므로, 표시 스크린에 놓인 방해물이 있더라도, 장치는 표시 장치의 표시 스크린상의 위치를 정확하게 검출할 수 있다.
(실시예 1)
도 1 및 도 2에 본 발명에 따른 실시예 1의 위치 검출 장치를 나타낸다. 도 1은 위치 검출 장치의 구성도이고, 도 2는 위치 검출 장치의 한 표시 장치의 구성도이다. 도면에 나타낸 위치 검출 장치는, 소정 파장의 광을 투영하는 표시 장치(2A, 2B)(간략화를 위해, 이들 각각을 간단히 "2"라 함)와, 후면(11b) 쪽으로부터 표시 스크린(11)(후방 프로젝터의 표시 스크린)의 표시면(11a)의 화상을 취하기 위한 결상 장치(3)와, 결상 장치(3)로부터 얻은 전기 신호를 분석하여, 표시 장치(2A, 2B, 혹은 2)로부터 표시 스크린(11)상에 투영된 광의 2차원 좌표를 계산하기 위한 화상 처리 장치(4)를 포함한다.
표시 스크린(11)의 전면(11a)이 표시 장치(1)의 첨단(tip)에 접촉되면, 이 표시 장치는 소정 파장의 광을 표시 스크린(11)에 투영한다. 도 2에 나타낸 표시 장치의 구성으로서, 각각이 상이한 파장을 갖는 복수의 LED(light－emitting diode)를 포함하는 광 방사부(21)와, 투영될 광(LED)의 파장을 선택하기 위한 스위치(22)와, 선택된 LED를 구동하기 위한 드라이버(23)와, 광 방사부(21)로부터 광을 능률적으로 출력하기 위해 그 첨단에 마련된 렌즈(24)와, 전원(25)이 하우징(26)에 마련된다. 광 방사부(21)는, 각각이 상이한 파장을 갖는 LED의 세 가지 타입(21a, 21b, 21c)과 함께 마련된다. LED(21a)는 적색 광(660㎚)을, LED(21b)는 녹색 광(560㎚)을, LED(21c)는 자색 광(420㎚)을 방사한다. 이 파장은, 도시하지 않은 프로젝터(12)의 광원인 광 방사 램프로부터의 광의 선 스펙트럼(440㎚, 550㎚, 580 ㎚)을 제외한 파장으로부터 선택된다. 즉, 파장은, 프로젝터(12)가 낮은 강도로 투영하거나 사실상 거의 투영하지 않는 파장대로부터 선택된다. 광을 방사하기 위하여 선택 스위치(22)에 의해 한 LED에서 다른 LED로 전환할 때, 표시 장치(2)는 자신의 광의 파장을 바꾸어 광을 방사할 수 있다. 본 실시예에서는, 두 표시 장치(2A, 2B)를 이용하여, 표시 장치(2A)의 LED(21a)를 적색 광(660㎚)을 방사하도록 선택하고, 표시 장치(2B)의 LED(21b)를 청록 광(500㎚)을 방사하도록 선택하였으므로, 표시 장치(2A, 2B)에 의해 투영된 광의 파장은 각각 서로 다르다. 또한, 본 실시예에서는, 두 표시 장치(2A, 2B)가 표시 장치로서 사용되었음이 예시되었고, 한 표시 장치(2), 또는 셋 이상의 표시 장치(2)가 사용될 수 있다.
결상 장치(3)는 도시하지 않은 후방 프로젝터 하우징에 내장되어, 도 1에 나타낸 바와 같이, 카메라(결상 장치(3)의 주요 구성 요소)는 후방 프로젝터의 프로젝터(12) 가까이에 설치된다. 보다 구체적으로는, 결상 장치(3)는, 프로젝터(12)의 전면 및 결상 장치(3)의 카메라가 표시 스크린(11)과 대략 평행한 평면상에 각각 정렬된 방법으로 배치된다. 이는 결상 장치(3)의 결상 영역이 표시 스크린(11)상의 프로젝터(12)가 화상을 투영하는 영역을 포함할 수 있도록 하며, 프로젝터(12)가 표시 스크린(11)에 화상을 투영하는 광학 경로를 결상 장치(3)가 막는 것을 방지한다. 또한, 결상 장치(3)는, 파장별로 광을 구별하기 위하여 도시하지 않은 광학 필터와 함께 마련되어 있으므로, 결상 장치는 표시 장치(2)가 투영할 수 있는 파장(660㎚, 500㎚, 420㎚)의 광을 전기 신호로 변환하여, 파장을 구별한다.
결상 장치(3)로부터 파장별로 출력된 전기 신호에 근거하여, 화상 처리 장 치(4)는 표시 장치(2A, 2B)의 위치를 표시 스크린(11)상의 2차원 좌표로서 각각 계산한다. 각 표시 장치(2A, 2B)에 대하여 계산된 2차원 좌표 위치 정보는 LAN(Local－Area Network) 또는 USB(Universal Serial Bus) 등의 외부 인터페이스(30)를 통하여 컴퓨터(31)에 입력된다.
컴퓨터(31)는 화상 정보를 저장하고, 저장된 정보를 화상 신호로서 프로젝터(12)에 출력한다. 이때, 위치 정보가 외부 인터페이스(30)로부터 입력되면, 컴퓨터에 설치된 애플리케이션 소프트웨어가 입력된 위치 정보에 근거하여 화상 정보를 제어하고, 제어된 화상 정보를 화상 신호로서 프로젝터(12)에 출력한다.
프로젝터(12)는 화상 신호를 수신하고, 표시 스크린(11)의 후면으로부터 화상을 투영하여 투영된 화상이 표시 스크린(11)의 전면(11a)상에 화상을 형성한다. 따라서, 컴퓨터(31)에 의해 출력된 화상 신호로부터 형성된 화상은 표시 스크린(11)의 전면에서 볼 수 있다.
이 장치의 동작을 이하에 설명한다.
표시면(11a)이 두 표시 장치(2A, 2B)와 동시에 접촉하면, 표시 장치(2A)에 의해 투영된 660㎚ 파장의 광으로 인한 광점(light spot)(20A) 및 표시 장치(2B)에 의해 투영된 500㎚ 파장의 광으로 인한 광점(20B)은, 표시 스크린(11)의 후면(11b)에 나타난다. 동시에, 표시 스크린(11)의 후면(11b)상에, 프로젝터(12) 또한 화상을 투영한다. 그러나, 결상 장치(3)는 광을 파장별로 구별하여, 도 3에 나타낸 바와 같이, 결상 장치가 화상으로서 광점(20A, 20B)의 화상만을 검출하도록 한다. 또한, 결상 장치는, 표시 장치(2A)에 의해 투영된 점(20A)으로부터의 광과 표시 장 치(2B)에 의해 투영된 점(20B)으로부터의 광을 구별하는 동안 상이한 신호를 출력한다. 표시 스크린(11)상에 방해물이 있더라도, 결상 장치(3)는 표시 장치(2A, 2B)에 의해 투영된 점(20A, 20B)으로부터의 광만을 검출하므로, 결상 장치(3)는 실수로 방해물을 검출하지 않는다.
화상 처리 장치(4)는, 결상 장치(3)에 의해 출력된 신호로부터, 점(20A)으로부터의 광에 따른 전기 신호 SR과 점(20B)으로부터의 광에 따른 전기 신호 SB를 분리하고, 화상 처리 장치는 표시 스크린(11)상에 표시 장치(2A, 2B)에 의해 표시된 좌표 위치를 각각 계산한다. 도 4를 이용하여, 좌표 계산을 이하에 설명한다. 도면에서, 도 4(a)는 수평 동기화 신호를 나타내고, 도 4(b)는 표시 장치(2A)에 의해 투영된 점(20A)으로부터 적색 광을 검출하기 위한 신호를 나타내며, 도 4(c)는 표시 장치(2B)에 의해 투영된 점(20B)으로부터 청록 광을 검출하기 위한 신호를 나타낸다. 도 4(a)에서, 수평 동기화 신호의 원점(starting point) SHO는 표시 스크린(11)상의 수평 방향의 좌단(x＝0)에 대응하고, 그 종점(ending point) SHe는 표시 스크린(11)상의 수평 방향의 우단(x＝X)에 대응한다. 즉, 원점 SHO와 점(20A)으로부터의 적색 광이 검출됨으로 인한 전기 신호인 시점(time point) SRH 사이의 시간 tRH를 이용하여, 표시 스크린상의 광점(20A)의 수평 위치(Rx)를 계산할 수 있다. 유사한 방법으로, 시간 SHO와 광 신호가 검출된 시점 SBH 사이의 시간 tBH를 이용하여, 청록 광점(20B)의 수평 위치 Bx를 계산할 수 있다.
유사한 계산이 다음과 같이 수직 좌표에 대해서도 이루어진다. 도 4(d)에서, 수평 동기화 신호의 원점 SVO는 표시 스크린(11)상의 수직 방향의 하단(y＝0)에 대응하고, 그 종점 SVe는 표시 스크린(11)상의 수직 방향의 상단(y＝Y)에 대응한다. 도 4(e)는 표시 장치(2A)에 의해 투영된 점(20A)으로부터 적색 광을 검출할 때의 신호를 나타내고, 도 4(f)는 표시 장치(2B)에 의해 투영된 점(20B)으로부터 청록 광을 검출할 때의 신호를 나타낸다. 즉, 원점 SVO와 점(20A)으로부터의 적색 광이 검출됨으로 인한 전기 신호인 시점 SRV 사이의 시간 tRV를 이용하여, 표시 스크린상의 광점(20A)의 수직 위치(Ry)를 계산할 수 있다. 시간 SVO와 광 신호가 검출된 시점 SBV 사이의 시간 tBV를 이용하여, 청록 광점(20B)의 수직 위치 By를 또한 계산할 수 있다.
각 표시 장치(2A, 2B)에 대하여 계산된 2차원 좌표 위치 정보는 화상 처리 장치(4)로부터 LAN 또는 USB 등의 외부 인터페이스(30)를 통하여 컴퓨터(31)에 입력되고, 컴퓨터(31)는 입력된 위치 정보에 근거하여 컴퓨터에 저장된 화상을 제어한다. 그 후, 위치 정보에 근거하여 제어된 화상은 후방 프로젝터의 표시 스크린(11)상에 실시간으로 표시된다.
상술한 실시예에 따르면, 결상 장치(3)는, 표시 스크린(11)의 후면으로부터, 표시 장치(2)가 표시 장치(2)의 위치를 검출하기 위하여 표시 스크린의 전면에 투영한 광의 화상을 취하므로, 표시 스크린(11)상에 방해물이 있더라도, 장치는 표시 스크린(11)상에 하나 이상의 표시 장치(2)에 의해 표시된 위치를 정확하게 검출할 수 있다. 또한, 결상 장치(3)는, 결상 장치의 카메라의 전면 및 프로젝터(12)가 표시 스크린(11)과 대략 평행한 평면상에 각각 정렬된 방식으로 배치되어 있으므로, 프로젝터(12)가 표시 스크린(11)에 화상을 투영하는 광학 경로를 결상 장치(3)가 막는 것을 방지하고, 표시 스크린(11)상에 투영된 화상의 품질이 저하하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 결상 장치(3)는 화상을 취하여, 표시 장치(2)에 의해 투영된 소정 파장의 광을 구별하도록 구성되었고, 광을 그 파장에 대응하는 전기 신호로 변환하도록 구성되었으므로, 이 장치는 하나 이상의 표시 장치(2)에 의해 투영된 광을 다른 광으로부터 구별할 수 있고, 실수로 외광(outside light) 등을 검출하는 일 없이 표시 장치(2)의 각 위치를 정확하게 검출할 수 있다. 특히, 표시 장치(2)에 의해 투영될 광의 파장이 복수의 파장 중에서 선택될 수 있으므로, 실수로 외광을 검출함으로써 유발될 수 있는 오작동은, 사용 중인 파장을 적절히 변경함으로써 쉽게 방지될 수 있다.
표시 장치(2)에 의해 투영될 광의 파장은 프로젝터(12)의 광원의 선 스펙트럼과는 다른 파장으로부터 선택된다. 따라서, 표시 스크린(11)상에 프로젝터에 의해 투영된 화상은 표시 스크린(11)상에 하나 이상의 표시 장치(2)에 의해 투영된 광과 혼동되지 않고, 이 장치는 표시 장치(2)의 위치를 실수로 검출하지 않는다. 또한, 표시 장치(2)의 광－방사 부재(21)의 파장은 적외선과 같은 비가시 광 대역에서 선택될 수 있다. 이 경우에, 결상 장치(3)는 검출될 적외선을 구별하도록 요 구된다. 또한, 표시 장치(2)에 의해 투영된 광의 파장이 외광 또는 프로젝터로부터 투영된 화상에 포함되는 파장 중 하나와 일치하더라도, 표시 장치에 의해 투영된 광의 강도를 외광의 강도와 프로젝터로부터 투영된 화상의 강도보다 높게 설정한다면, 이 장치는 표시 장치(2)의 위치를 검출할 수 있어, 표시 장치(2)에 의해 투영된 광을 외광으로부터 또한 프로젝터에 의해 투영된 화상으로부터 구별한다.
또한, 결상 장치(3)는 복수의 표시 장치(표시 장치(2A, 2B))에 의해 투영되어 상이한 파장을 갖는 광을 서로 구별하도록 구성되었고, 각각의 광을 전기 신호로 변환하도록 구성되었으므로, 표시 스크린(11)상에 위치를 표시하기 위하여 복수의 표시 장치(표시 장치(2A, 2B))가 동시에 사용되더라도, 표시된 위치의 각각은 독립적으로 검출될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 표시 장치(2)는, 각각 상이한 파장을 갖는 광의 3종류 중 1종류가 투영되도록 선택될 수 있게 구성되어, 표시 장치의 스위치(22)가 설정되어 세 개의 표시 장치(표시 장치(2A, 2B, 2C))가 동시에 사용되더라도, 이 장치에 의해 투영될 광의 파장이 서로 다르게 한다면, 세 개의 표시 장치(2A, 2B, 2C)에 의해 표시되는 위치는 동시에 그리고 독립적으로 계산될 수 있다. 또한, 본 실시예에 제한되는 일 없이, 결상 장치(3)가 구별할 수 있는 파장의 수가 증가되고, 각각의 표시 장치(2)로부터 투영된 광의 파장의 수가 증가되면, 동시에 사용될 수 있는 표시 장치(2)의 수를 증가시킬 수 있다.
본 실시예에서는, 표시 장치(2A, 2B)의 위치가 표시 스크린(11)상에 2차원 좌표로서 검출되었다. 그러나, 위치는 x－축 또는 y－축 중 어느 한쪽에 관한 1차원 좌표로서 검출될 수 있다.
또한, 전원(25)의 전기를 절약하기 위하여, 표시 장치(2)는, 표시 스크린(11)이 표시 장치(2)에 의해 접촉되었을 때에만 장치에 전압을 가하는 푸시 스위치를 갖도록 구성될 수 있다.
또한, 레이저 광 등의 집광 특성을 갖는 광원을 갖도록 표시 장치(2)를 구성하여, 표시 장치가 다소의 거리로부터 표시 스크린(11)상에 광을 점 방사(spot－emit)할 수 있는 경우, 표시 스크린(11)에 표시 장치(2)를 접촉하지 않고도 위치를 표시할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1의 위치 검출 장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1의 표시 장치의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1의 위치 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 실시예 1의 결상 장치가 출력하는 전기 신호의 도면이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
2A : 표시 장치 2B : 표시 장치
3 : 결상 장치 4 : 화상 처리 장치
11 : 표시 스크린 11a : 전면
11b : 후면 12 : 프로젝터
30 : 외부 인터페이스 31 : 컴퓨터

Claims (6)

  1. 프로젝터에 의해 표시 스크린의 후면으로부터 결상광이 투영되는 표시 스크린의 전면에 광을 투영하는 하나 이상의 표시 장치와,
    상기 표시 스크린의 후면에 배치되고, 상기 표시 장치에 의해 투영된 광을 표시 스크린으로부터 취하여, 상기 광을 전기 신호로 변환하는 결상 장치와,
    상기 결상 장치로부터 얻은 상기 전기 신호를 분석하여, 상기 표시 장치의 상기 표시 스크린상의 위치를 계산하는 화상 처리 장치
    를 포함하는 위치 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 결상 장치는, 상기 결상 장치의 전면 및 상기 프로젝터가 상기 표시 스크린과 대략 평행한 평면상에 각각 정렬되는 방식으로 배치되는 위치 검출 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 결상 장치는, 상기 하나 이상의 표시 장치에 의해 투영된 소정 파장의 광을 구별하여, 상기 광을 전기 신호로 변환하는 위치 검출 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 결상 장치는, 복수의 상기 표시 장치에 의해 투영된 소정의 상이한 파 장의 광을 서로 구별하여, 상기 광을 전기 신호로 변환하는 위치 검출 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 소정의 파장은 상기 프로젝터의 광원의 선 스펙트럼과는 다른 파장으로부터 선택되는 위치 검출 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 소정의 파장은 상기 프로젝터의 광원의 선 스펙트럼과는 다른 파장으로부터 선택되는 위치 검출 장치.
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