投影儀及投影儀附件的製作方法

2023-08-11 05:34:16

專利名稱：投影儀及投影儀附件的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種有電子黑板功能的投影儀，並涉及一種將電子黑板功 能添加到投影儀上的投影儀附件。
背景技術：
近年來，已經開發了坐標輸入器件，將具有兩個超聲波接收器以及一 個紅外光光電檢測器的信號處理器與具有紅外光發射器件和超聲波發生 器的電子筆組合在一起。這種器件具有電子黑板能力的形式，其中，比如 將信號處理器安裝在白板中，通過測量從電子筆到兩個超聲波接收器的距 離而得到電子筆的位置，再將該位置輸入到個人計算機中作為坐標。
關於它的結構，將信號處理器安裝在白板的角上，由投影儀將個人計 算機的圖像投影到白板上，並利用電子筆將投影圖像的位置讀入信號處理 器，以指定投影圖像的特定位置(如板的四角)。隨後，通過將電子筆的位 置與先前存儲的特定位置進行比較，計算電子筆在板上的坐標。將這些算 出的坐標傳送到個人計算機，由此，對在板上繪製的圖或滑鼠光標的運動 進行處理(比如參考日本專利待審公開No.2002-331796(第3到5頁，圖3)。
圖1A和圖1B示出現有技術的典型示例，以下對其迸行描述。
如圖1A所示，安裝在屏幕100上的信號處理器102設置紅外光電檢測器120、超聲波接收器121和超聲波接收器122。由電子筆103同時發射紅外光 脈衝104和超聲波脈衝105(本文使用"脈衝"表示僅在瞬間發射的信號)。
利用與看見閃電的時間到聽到它的時間之間的差值計算閃電距離同樣的 原理，信號處理器102能夠通過測量從將紅外光脈衝104輸入紅外光電檢測 器120到將超聲波輸入超聲波接收器121和122的時間間隔，信號處理器102 能夠發現從電子筆103到每個超聲波接收器121和122的距離。超聲波接收 器121和122固定到信號處理器102上，並可按三角測量的原理(如果已知從
特定點到兩個相異己知點的距離，就能算出特定點的位置)，發現從超聲 波接收器121和122看到電子筆103的位置。
如圖1B所示，由投影儀將圖像投影到白板上，並由電子筆103指定投 影圖像左上角161、投影圖像右上角162、投影圖像左下角163和投影圖像 右下角164，以便將投影圖像106的位置存儲在信號處理器102中(坐標的初 始化)。當隨後在投影圖像106中使用電子筆103時，通過比較電子筆103 與投影圖像的位置，計算電子筆103在圖像內的位置，由此，可以移動個 人計算機的滑鼠光標，並且可以指定屏幕上的圖標。這決定了現有技術的 示例的結構。
然而，在上述現有技術的示例中，只能在其中已經安裝了信號處理器 的白板上獲取平面表面上的坐標，而不能夠在沒有信號處理器的白板上獲 得該坐標。另一問題在於需要諸如指定圖像的四個角對坐標進行初始化。

發明內容
鑑於這些問題實現本發明，本發明的目的怎樣提出一種具有電子黑板 功能的投影儀，以及將電子黑板功能附加於投影儀的投影儀附件，隨時投 影儀及投影儀附件通過給投影儀設置信號處理器或者給投影儀設置用於 獲取自投影儀到屏幕距離的裝置，能夠給出關於上述兩個問題的解決方案。
為了解決上述問題，本發明的投影儀包括紅外光電檢測器，用以對 電子筆發射的紅外光進行光電檢測，在屏幕上操縱該電子筆，並且該電子 筆配備有紅外光發射器件和超聲波發生器；以及至少兩個超聲波接收器， 用於檢測由所述電子筆發射的超聲波。所述投影儀具有獲得所述電子筆在所述屏幕上的位置的能力。
本發明的另一種投影儀配備有紅外光電檢測器，用於對電子筆發射 的紅外光進行光電檢測，在屏幕上操縱該電子筆，並且該電子筆配備有紅 外光發射器件和超聲波發生器；至少兩個超聲波接收器，用以檢測所述電
子筆發射的超聲波；以及用於測量距所述屏幕距離的裝置。
此外，上述投影儀還可以設有根據所述紅外光電檢測器的輸出、所 述超聲波接收器的輸出，以及測量距所述屏幕距離的裝置的輸出獲得所述 電子筆在屏幕上位置的裝置。另外，上述投影儀還可以設有校準裝置，利 用所述電子筆估算投影儀-屏幕距離，以指示由所述投影儀顯示的校準點； 根據投影儀-屏幕距離，校正通過轉換離電子筆尖的距離所獲得的笛卡爾 坐標垂直分量；對每個校準點進行所述校正；並將所得坐標存儲為校正後 坐標。
本發明的另一種投影儀是一種將處於光閥上的顯示圖像放大並投影 至屏幕上的投影儀，所述投影儀配備有紅外光電檢測器，用於對電子筆 發射的紅外光進行光電檢測，在屏幕上操縱該電子筆，並且該電子筆配備 有紅外光發射器件和超聲波發生器；至少兩個超聲波接收器，用於檢測由 所述電子筆發射的超聲波；用於測量距所述屏幕距離的裝置；用於提供坐 標數據的裝置，其中所述電子筆在所述屏幕上的位置被已經放大且投影之 投影矩形圖像的邊長歸一化；根據所述紅外光電檢測器的輸出、所述超聲 波接收器的輸出和用於測量離所述屏幕的距離的裝置的輸出來計算所述 電子筆在所述屏幕上的位置；以及通過以下方式進行校準裝置利用所述 電子筆估算投影儀-屏幕距離，以指示由所述投影儀顯示的校準點；根據 投影儀-屏幕距離，校正通過轉換離電子筆尖的距離獲得的笛卡爾坐標垂 直分量；對每個校準點進行所述校正；以及將所得坐標存儲為校正後的坐 標；並且在實際繪製時，所述裝置用於根據離筆尖的距離產生笛卡爾坐 標；利用校準期間所得的投影儀-屏幕距離校正所述垂直分量；以及利用 校準期間所得的校正後坐標，便將校正後的笛卡爾坐標轉換到面板坐標系 統。
上述投影儀可以是反射鏡投影型投影儀。
本發明的投影儀附件包括紅外光電檢測器，用於對電子筆發射的紅外光進行光電檢測，在屏幕上操縱該電子筆，並且該電子筆設有紅外光發
射器件和超聲波發生器；以及至少兩個超聲波接收器，用於檢測由所述電 子筆發射的超聲波；所述投影儀附件向所述投影儀附加獲得所述電子筆在 屏幕上位置的能力。
本發明的另一種投影儀附件配備有紅外光電檢測器，用於對電子筆 發射的紅外光進行光電檢測，在屏幕上操縱該電子筆，並且該電子筆設有 紅外光發射器件和超聲波發生器；至少兩個超聲波接收器，用於檢測由所 述電子筆所發射的超聲波；以及用於測量距所述屏幕距離的裝置。
上述投影儀附件還可以包括用於根據所述紅外光電檢測器的輸出、 所述超聲波接收器的輸出，以及用於測量離所述屏幕距離的裝置的輸出獲 得電子筆在屏幕上位置的裝置。
上述投影儀附件還可以包括校準裝置，用於利用所述電子筆估算投影 儀-屏幕距離，以指示由所述投影儀顯示的校準點；根據投影儀-屏幕距離， 校正通過轉換離電子筆尖的距離獲得的笛卡爾坐標垂直分量；對每個校準 點進行所述校正；以及將產生的坐標存儲為校正後的坐標。
所述投影儀是反射鏡投影型投影儀。
根據本發明，通過給投影儀提供信號處理器或給投影儀提供用於獲取 從投影儀到屏幕的距離的裝置，實現具有電子黑板功能的投影儀和給投影 儀賦予電子黑板功能的投影儀附件，從而實現對現有技術示例中兩個問題 的解決方案，這些問題在於不能夠獲得除了其中安裝信號處理器的白板 之外的任意平面表面上的坐標，並因而不能獲得沒有信號處理器的白板上 的坐標；另外，需要通過指定屏幕的四個角進行坐標初始化。
從以下參考附圖的描述，將使本發明的上述和其他目的、特徵和優點 變得愈見明顯，所述附圖示出本發明的示例。


圖1A和1B是說明現有技術電子黑板的視圖2是說明利用本發明投影系統的形式的視圖3是表示本發明投影儀結構的方框圖4表示利用校準操作和實際繪製操作的坐標轉換處理。"
具體實施例方式
圖2示出本發明投影系統的一種實施例。這種投影系統包括屏幕l、
在屏幕上繪製表格的電子筆3，以及投影儀7。電子筆3具有紅外光發射器
件和超聲波發生器。
此外，圖3示出投影儀7的構成方塊。
投影儀7包括信號處理器IO、投影光學系統40和CPU30。信號處理器 IO包括紅外光電檢測器70、超聲波接收器71和72、用於測量距屏幕距離 的距離測量裝置73、以及用於根據這些組件的輸出計算離電子筆3距離的 距離計算器50。
在這種情況下，投影光學系統40表示反射鏡投影系統，用於利用多個 非球形反射鏡將顯示圖像投影在光閥上(圖中未示出)。這類投影儀可以實 現超短聚焦，並且它的特徵在於利用電子黑板功能提供的優點，即給出演 示的人站在屏幕前面而不會阻礙投影光的能力，從而耀光和陰影同時被消 除。
在這種情況下，由超聲波傳感器構成用於測量距屏幕距離的距離測量 裝置73。
所述超聲波傳感器利用具有固定周期的脈衝驅動具有大約40到50千 赫振蕩頻率的壓電彎曲振動器，將超聲波脈衝發送到空氣中，並使用相同 的振動器檢測自屏幕l反射的脈衝回波。
用於測量距屏幕距離的距離測量裝置73可以是毫米波回波探測裝置。
向屏幕發送連續的毫米波會引起與來自屏幕的反射波的幹涉。
當振蕩頻率發生擺動時，會使幹涉波峰和波谷的位置發生變化。可以 根據頻率的跟蹤寬度和幹涉幅度檢測投影儀與屏幕間的距離。
距離計算器50根據由距離測量裝置73測得的距屏幕的距離信息、以及 由超聲波接收器71和72接收到的超聲波脈衝51和52與由紅外光電檢測器 70光電檢測到的來自電子筆3的紅外光脈衝4之間的時間差，計算屏幕上的 電子筆3與投影儀7之間的三維坐標差。
CPU30執行用於按照需要校正在投影圖像輸入中的、投影期間的不規 則四邊形變形的處理，並且將這樣得到的投影圖像輸入作為輸出提供給光閥。同時，CPU30根據距離計算器50的輸出計算電子筆3的位置，並且將該
結果提供到投影儀以外。
以下說明有關投影儀的工作過程。
投影儀7將輸入圖像投影到屏幕1上。
用來獲得電子筆3位置的原理與其中將信號處理器設置於屏幕上的現 有技術示例原理類似，但與現有技術示例相比，超聲波接收器71和72並不 處於屏幕表面上，並且不能夠使用二維區域三角測量的原理。實際上，即 使利用超聲波脈衝51和52發現從電子筆到超聲波接收器71和72的兩個距 離，也僅能夠將電子筆3的位置確定為圓上的某個位置，所述圓取連接兩 個超聲波接收器71和72的線的一部分作為中心，並且與該直線垂直，比如 由超聲波接收器確定的那樣，通過電子筆3的位置8可以看到。
因此，為了獲得電子筆3在屏幕上的位置，必須獲得從超聲波接收器 71和72到屏幕的距離。 一旦發現這一距離，則將電子筆3的位置限制在由 超聲波接收器獲得的電子筆位置8所描述的圓之間的交點9。儘管在該表面 和該圓之間存在兩個交點，而電子筆3實際上還可以位於交點90處，因此， 僅需要考慮交點9。
由CPU30根據投影儀7和屏幕1之間的距離計算投影圖像在屏幕上的位 置。利用這一位置作為參考，對電子筆3的位置歸一化，並提供作為坐標 數據的輸出。因此，可以獲得電子筆3的位置，而無需投影儀7將圖像投影 到屏幕1上。
在使用電子筆3之前實現校準。圖4示出校準操作過程。
校準時，首先利用電子筆3指示由投影儀7顯示的校準點，對投影儀-屏幕距離進行估算，然後使用投影儀-屏幕距離作為基準，校正通過轉換 離筆尖的距離獲得的笛卡爾坐標的垂直分量。對每個校準點實行所述校 正，然後，將產生的坐標存儲為校正後的坐標。
在實際繪製中，根據離筆尖的距離產生笛卡爾坐標，利用在校準中獲 得的投影儀-屏幕距離校正垂直分量，然後，利用在校準期間獲得的校正 後的坐標，將校正後的笛卡爾坐標轉換到面板坐標系統。
儘管本實施例中已經描述了以下的情況:利用距離測量裝置73獲得離 屏幕的距離，其中假定屏幕尺寸是可變的，但是，當把投影體安裝在固定位置時，可將距屏幕的距離作為輸入直接加到投影儀上。
此外，己經描述了將信號處理器10安裝在投影儀7中的情況，但是，
作為一種選擇，還可將信號處理器io設置為附件。
儘管前面的描述涉及投影儀為反射鏡投影型投影儀的情況，但是對於 透鏡投影型的投影儀而言，本發明也是有效的。
儘管己經利用特定條件描述了本發明的優選實施例，但是這樣的描述 僅是說明性的，應該理解在不脫離所附權利要求的精神和範圍的情況下， 可以進行修改和改型。
權利要求
1.一種投影儀，包括光電檢測器，用於對目標體發射的光進行光電檢測，在投射面上操縱該目標體，並且該目標體配備有光發射器件和超聲波發生器；以及至少兩個超聲波接收器，用於檢測由所述目標體發射的超聲波；所述投影儀具有當所述目標體在所述投射面上時獲得所述目標體在所述投射面上位置的能力。
2. —種投影儀，包括-光電檢測器，用於對目標體發射的光進行光電檢測，在投射面上操縱 該目標體，並且該目標體配備有光發射器件和超聲波發生器；至少兩個超 聲波接收器，用於檢測由所述目標體發射的超聲波；以及用於測量所述投影儀距所述投射面距離的裝置。
3. 根據權利要求2所述的投影儀，其中，所述投影儀還包括用於根據所述光電檢測器的輸出、所述超聲波接收器的輸出，以及用 於測量所述投影儀距所述投射面距離的裝置的輸出獲得所述目標體在所 述投射面上位置的裝置。
4. 根據權利要求3所述的投影儀，其中，所述投影儀還包括校準裝置，用於利用所述目標體估算投影儀-投射面距離，以指示由所述投影儀顯示 的校準點；根據投影儀-投射面距離，校正通過轉換目標體尖端到超聲波接收器 的距離獲得的笛卡爾坐標垂直分量； 對每個校準點進行該校正；以及將所得的坐標存儲為校正後的坐標。
5. —種用於將處於光閥上的顯示圖像放大並投影到投射面上的投影儀， 所述投影儀包括光電檢測器，用於對目標體發射的光進行光電檢測，在投射面上操縱 該目標體，並且該目標體配備有光發射器件和超聲波發生器；至少兩個超聲波接收器，用於檢測由所述目標體發射的超聲波；用於測量所述投影儀距所述投射面距離的裝置；用於提供坐標數據的裝置，其中所述目標體在所述投射面上的位置被已經放大且投影之投影矩形圖像的邊長歸一化；根據所述光電檢測器的輸 出、所述超聲波接收器的輸出和用於測量所述投影儀離所述投射面的距離 的裝置的輸出來計算當所述目標體在所述投射面上時所述目標體在所述 投射面上的位置；以及用於通過以下方式進行校準的裝置 利用所述目標體估算投影儀-投射面距離，以指示由所述投影儀所 顯示的校準點；根據投影儀-投射面距離，校正通過轉換目標體尖端到超聲波接 收器的距離而獲得的笛卡爾坐標垂直分量； 對每個校準點進行該校正；以及 將所得坐標存儲為校正後的坐標； 以及在實際繪製時，用於 根據離目標體尖端的距離產生笛卡爾坐標； 利用在校準期間獲得的投影儀-投射面距離校正垂直分量；以及 利用在校準期間獲得的校正後的坐標，將校正後的笛卡爾坐標轉換到 平面坐標系統。
6. 根據權利要求1所述的投影儀，其中，所述投影儀是反射鏡投影型投 影儀。
7. 根據權利要求2所述的投影儀，其中，所述投影儀是反射鏡投影型投 影儀。
8. 根據權利要求3所述的投影儀，其中，所述投影儀是反射鏡投影型投 影儀。
9. 根據權利要求4所述的投影儀，其中，所述投影儀是反射鏡投影型投 影儀。
10. 根據權利要求5所述的投影儀，其中，所述投影儀是反射鏡投影型投 影儀。
11. 一種投影儀用的投影儀附件，所述投影儀附件包括 光電檢測器，用於對目標體發射的光進行光電檢測，在投射面上操縱該目標體，並且該目標體配備有光發射器件和超聲波發生器；以及至少兩個超聲波接收器，用於檢測由所述目標體所發射的超聲波；所述投影儀附件向所述投影儀附加獲得當所述目標體在所述投射面 上時所述目標體在所述投射面上位置的能力。
12. —種投影儀用的投影儀附件，所述投影儀附件包括光電檢測器，用於對目標體發射的光進行光電檢測，在投射面上操縱該目標體，並且該目標體配備有光發射器件和超聲波發生器；至少兩個超 聲波接收器，用於檢測由所述目標體所發射的超聲波；以及 用於測量所述投影儀距所述投射面距離的裝置。
13. 根據權利要求12所述的投影儀附件，其中，所述投影儀附件還包括-用於根據所述光電檢測器的輸出、所述超聲波接收器的輸出，以及用於測量所述投影儀距所述投射面距離的所述裝置的輸出獲得當所述目標 體在所述投射面上時所述目標體在所述投射面上位置的裝置。
14. 根據權利要求13所述的投影儀附件，其中，所述投影儀附件還包括 校準裝置，用於利用所述目標體估算投影儀-投射面距離，以指示由所述投影儀顯示 的校準點；根據投影儀-投射面距離，校正通過轉換目標體尖端到超聲波接收器 的距離獲得的笛卡爾坐標的垂直分量； 對每個校準點進行所述校正；以及 將所得的坐標存儲為校正後的坐標。
15. 根據權利要求11所述的投影儀附件，其中，所述投影儀是反射鏡投 影型投影儀。
16. 根據權利要求12所述的投影儀附件，其中，所述投影儀是反射鏡投 影型投影儀。
17. 根據權利要求13所述的投影儀附件，其中，所述投影儀是反射鏡投 影型投影儀。
18. 根據權利要求14所述的投影儀附件，其中，所述投影儀是皮射鏡投 影型投影儀。
全文摘要
本發明公開了投影儀及附件，特別是一種用於將光閥上的顯示圖像放大並投影到屏幕上的投影儀，配備有紅外光電檢測器，用於對電子筆發射的紅外光進行光電檢測，在屏幕上操縱所述電子筆並且所述電子筆配備有紅外光發射器件和超聲波發生器；至少兩個超聲波接收器，用於檢測由所述電子筆所發射的超聲波；用於測量離所述屏幕的距離的裝置；以及裝置，用於提供其中已經利用已放大和投影的投影矩形圖像的邊長對所述電子筆在所述屏幕上的位置進行歸一化的坐標數據，其中，根據所述紅外光電檢測器的輸出、所述超聲波接收器的輸出和用於測量離所述屏幕的距離的所述裝置的輸出來計算所述電子筆在所述屏幕上的位置。
文檔編號H04N17/00GK101409810SQ20081009992
公開日2009年4月15日 申請日期2004年10月9日 優先權日2003年10月10日
發明者田村陽一 申請人:Nec顯示器解決方案株式會社