JPH0776902B2 - ライトペンシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 関連する出願 高解像度ビデオ画面の電話会議装置と題して、T.H.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237501号は、本出願人に譲渡され、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画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、表示画面のその小区画
からの放射される光−−ライトペンが直接触れている画
面の区画からの光−−を受け取り、その光があるときだ
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
光を発することがで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接触し
てる表示画面のどの箇所にライトペンがあるかを決定す
るの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）を介してウィンドウのような画面表示されるオブジ
ェクトを任意に設定するためにも利用できる。

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
タ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、ライトペンを使
って使用者が遠く離れた所から画面を指すような大画面
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機によって結像される。結ばれた
像はこの半透明画面の表側から見れる。そこでライトペ
ンで指さした位置が曖昧になるのを防止するため、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。画面表側から
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
の光を集めるには望遠鏡的調整が必要とされよう。しか
し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
ペンは大画面投射影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
不適格となっていた。

こうしたことを考え、本発明は大画面投射影像表示、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、従来型の受動型（非発光）ラ
イトペン装置に代わって可視性の平行ビームを放射する
第１放射源である能動型手持ちレーザポインタからなる
投光手段を採用している。このレーザポインタを使うと
きは、１個または２個以上のビデオカメラを画面の裏側
（背後）に設置するのであるが、画面の表側（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
画面の裏側を最大限見れるような上記ビデオカメラから
なる位置検出手段を画面に向けて設置する。

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ビデ
オ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透過度を有する光を通過
させ、それ以外の波長では光を拒否するものを選択す
る。レーザポインタで画面の表側を指すと、暗黒を背景
に光の濃密なスポットが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へレーザ光を伝播させ、
ビデオカメラに到達する。

ビデオカメラからのビデオ出力は、ビデオカメラのラス
タ中にあるスポット像の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を介して取り出され
る。この情報はホストコンピュータからなる処理手段に
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。

さらに、本発明の投光手段は、レーザポインタが赤外線
源のような広領域ビームによって増大される。すなわち
不可視性の広領域ビームを放射する投光手段の第２放射
源からの発光を検出するセンサが画面の上端と下端に図
示（図１）のように取り付けられ、これらセンサの電気
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、
ビデオカメラと協働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と、広領域ビームを放射する第
２放射源が、センサ付き画面を介して出力信号をホスト
コンピュータに送るように選択的に起動される。この出
力信号はカーソルと一致している画面上のオブジェクト
がレーザポインタすなわち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。

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、位置検出手段
としてビデオカメラと狭周波数帯域光フィルタとに代わ
って赤外線カメラを採用するものである。赤外線カメラ
と共に使用するときは、レーザポインタの可視性の平行
ビームは、光線を重ね合わせて投射される赤外線の不可
視性の平行ビームで増大される。このシステムを使うと
投射機からの可視光線後方散乱やその他の可視光線環境
光は、赤外線カメラで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域からの光スポット
だけが赤外線カメラで見られることになる。赤外線カメ
ラの電気出力は上記のビデオカメラの電気出力と同様
で、ビデオ表示をホストコンピュータで制御するのに利
用することができる。

本発明のさらに別の具体例は、先の２つの具体例を組合
わせるもので、最初の具体例の投光手段の第１放射源を
２番目の具体例の赤外線等により増大する構成とする。
なお、位置検出手段として、ビデオカメラと狭周波数帯
域光フィルタとに代わって赤外線カメラを採用する。

本発明のライトペンシステムによれば表示画面の表側に
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、ビデオカメラに検出
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影像が表示されるが、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
で同時に操作するのに使用することができるのである。

図面の簡単な説明 図１は大画面で裏側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い
て略示する概念図である。

図２は図１のライトペンシステムの変形例について略示
するものである。

発明の詳細な説明 大画面の裏側からビデオ像を投射するシステムに使う本
発明のライトペンシステムを図１に示す。

ビデオ像投射システム10は、半透明の画面12を有し、ビ
デオ像はこの半透明の画面12の裏側14から投射され、表
側16から観られる。

本発明のライトペンシステムは通常のビデオ像裏側投射
システムでも使用可能だが、図１のビデオ像投射システ
ム10は高解像の半透明の画面12での表示に特に採用され
たものである。

高解像のビデオ像を型成する一技術は、１個のカメラで
やるよりもよりよい解像（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一部分を占める下像［sub
−image］を作る投射機（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、半透明の画面12は12Aおよび12Bの各部に
分割されている。画面12の各部12A、12Bは一下像を表示
する。画面12の各部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、画面12の各部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、画面12の一方の各部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、他方の各部12Bに下像を
形成するもう一つの投射機は図１に示されていないが、
これら各カメラは半透明の画面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のための外部からのビデオ信号はライン13経由で
ビデオ像投射システム10に入るもので、ホストコンピュ
ータなどの画像合成装置15およびライン17経由で画面12
の各部12A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から構成される単一の高解
像ビデオ像を作り出すために複数のカメラを使用するこ
とにはいくつかの問題があることに注意しなければなら
ない。問題の一つは、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、一定画面に高解像ビデオ像を
作るのに単に隣接させればよいというものではない。も
う一つの問題は、下像が互いに隣接させられたとき、境
界線に好ましくない重複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237501号に記載されている。

図１の裏側投射、大画面のビデオ投射像システム10用ラ
イトペンとしてはレーザポインタ20を用いる。レーザポ
インタ20は従来技術の手持ちレーザ装置で、電磁波スペ
クトルの可視域のよく調整された平行ビーム21を発す
る。レーザポインタ20から出る平行ビーム21の一部は、
レーザポインタ20を持つ者を含め半透明の画面12の表側
16に居る者がレーザポインタ20が指している画面上のス
ポット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からのビームの残部は経路23上に半透
明の画面12を通過し付属のビデオカメラ24Aのようなビ
デオカメラにより検出される。画面上は投射機18Aのよ
うな各投射機と連携する１台のビデオカメラ24Aしか描
かれていないが、通常、付属の各ビデオカメラ24Aは半
透明の画面12を構成する各部12A,12Bの一つと一致する
視野を持っている。このようにビデオカメラ24Aの視野
は、半透明な各部12Aと一致している。

狭周波数帯域光フィルタ26Aが半透明な各部12Aとビデオ
カメラ24Aとの間に設置される。このような光フィルタ
が１個、各ビデオカメラ24Aと対応して設けられる。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、半透明の画面12の裏側14から後方散乱する投射機18
Aからの放射、その他の周囲からの光が、ビデオカメラ2
4Aに入ることを阻止するためである。こうしてレーザポ
インタ20が半透明な各部12Aの表側16を指さすときは、
前から後ろへ半透明の画面12と光フィルタ26Aを通過し
てレーザ光が伝播するため、光の濃密な箇所が暗い所を
背景としてビデオカメラ24Aに見える。この暗い背景は
光フィルタ26Aによって形成されたものである。

レーザ光のスポットにより形成された像は、具体的には
１個１個のセンサーが１画素をなすビデオカメラ24Aを
構成しているセンサー群（図面上、CCDセンサー）のラ
スタ列に捕捉される。レーザスポットのある場所に対応
している画素がレーザスポットにより感受され、その他
の画素は感受されずにそのまま残される。ビデオカメラ
24Aのセンサーのラスタ列が、ビデオ信号としてライン2
7で定期的に読み取られる。このビデオ信号は、レーザ
スポットに対応する画素を検出し、そのレーザスポット
のＸ−Ｙ位置を示す信号を作るしきい値検出器28に送ら
れる。この位置指示信号は、ライン13経由で受信した外
部からのビデオ信号を修正するために位置情報を利用す
るホストコンピュータまたは画像合成装置15にライン29
経由で送信される。これは投射機18Aにライン17経由で
送信されたビデオ信号が、例えばスポット22の現在位置
を示すカーソルを含むように、あるいは、デスプレイウ
インドウ領域を作動させるような外部からのビデオ信号
の別の修正を行えるようにするためである。

電話会議に使うときは、遠隔地でも図１の半透明の画面
12上に見られるものと同一像が観られるべきものである
なら、レーザスポット22の位置をライン29′経由でその
遠隔地に伝送することが好ましい。この場合は画面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
る画面に現出することができ、あるいは遠隔地に表示さ
れるビデオ像をレーザスポット22位置に応答してそのほ
かの形に修正することもできる。

さらに、レーザポインタ20は広領域光源80で拡大されて
いる。通常この広領域光源80は広領域光線82を作る赤外
線源である。このような広領域の赤外線源は一般に標準
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。

そして、センサー84と85が各々、画面12の各部12Aの下
端と上端に配置されている。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が画面12の他方の各
部12Bにも配置され、それらをラインがホストコンピュ
ータ（図示せず）に接続している。

広領域ビームの赤外線源である広領域光源80は次のよう
に用いられる。すなわち図面を参照して述べたように、
ホストコンピュータ15はレーザポインタ20が作る平行ビ
ーム21の画面上のスポット22に半透明の画面12上にカー
ソルが現れるようにする。そしてレーザポインタ20の使
用者が広領域光源80を作動すれば、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
において信号がセンサーの一方で受信されれば、ホスト
コンピュータ15はスポット22にある画像を、使用者がレ
ーザポインタ20を動かすにつれてレーザのスポット22と
共に、あるいはそうではないやり方で追随するように動
かす。こうしてセンサー84、85、94、95のいずれか一つ
で広領域光源80から光を受ければ、ライン86とか87のよ
うなライン経由で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、画面上のレーザのスポット22の場所とは無
関係に広領域光源80を作動すると広領域光線82がセンサ
ーの一つに当たるように選択されているのがよい。そう
すれば上記の画面操作性は広領域光源80を消せば作動し
なくできるわけである。

前記したように、例えば広領域光源80を用いないとき
は、カーソルがスポット22位に表示されるように外部か
らのビデオ信号をホストコンピュータ15は修正するもの
になる。しかし広領域光源80を用いるときは、広領域光
源80はセンサー84、85、94、95の少なくとも１つにより
検出され、それらセンサーはホストコンピュータ15へ信
号を送るものとなる。したがってセンサー84、85、94、
95で信号が受信されたら、ホストコンピュータ15が外部
からのビデオ信号を修正する方法は変更されることにな
る。例えばスポット22にカーソルを単に表示するのでは
なく、信号をセンサー84、85、94、95から受信したらビ
デオ信号の別の修正、例えばあるレーザのスポット22お
よびそれに対応するカーソルと一致しているそのビデオ
像中のオブジェクトを移動させるなどの修正を行うこと
ができる。

裏側投射方式の大画面ビデオ投射システムに使用される
ライトペンのもう一つの例を図２に示す。図２のビデオ
像投射システムは、図１の光フィルタ26Aを使わないよ
うにするためにビデオカメラ24Aが赤外線ビデオカメラ2
4A′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。もっとも、電磁波スペクトルの
可視域にある平行ビーム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で置き換えられても
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
域成分に平行ビーム44を出すレーザ42を備えている。さ
らに平行赤外ビーム48を出す赤外レーザ46も備えてい
る。平行可視ビーム44と平行赤外ビーム48は、ミラー50
およびビーム結合器52とで結合され、可視放射および赤
外放射の合致ビームをなすビーム54を形成する。

ビーム54の可視域成分は、半透明の画面12の表側16にい
る観者全員ならびにレーザポインティング装置40の使用
者に対して半透明画面12上に可視スポット22′を形成す
る。ビーム54の合致している赤外成分はカメラ24′を構
成している赤外線センサーのラスタ列によって検出され
る「赤外スポット」に相当する成分を形成している。特
にカメラ24A′は、半透明の画面12を線58上に前方から
後方へ通過した赤外放射の細い平行ビームを検出する。
こうして赤外線カメラ24A′はスポット22′の赤外線像
を形成する。

図２のライン27上にある赤外線カメラ24A′のビデオ出
力信号は、機能的には図１のビデオカメラ24Aのビデオ
出力信号と同じである。カメラ24A′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出器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すなわち画像合成
装置15によりライン29経由で受信され、外部からのビデ
オ信号がライン17経由で投射機18Aに伝送される前にラ
イン13経由で受信した外部からのビデオ信号を修正する
のに使われる。上述したように外部からのビデオ信号
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２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、半透明の画面12の裏側14から多量の後方散乱光
が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敏感でないからで
ある。

本発明については裏側から投射のビデオシステムに関し
て記述してきたが、本発明のライトペンシステムはビデ
オ投射機や付属カメラが画面の裏側ではなく表側に取り
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、本発明のライトペ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、ビデオカメラ
が非ビデオ像中の特定場所にあるレーザのスポットを検
出すると、特定の動作がトリガーされる。例えば新らし
い像が表示されるなどである。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】投射された画像が表示される画面と、 画面に画像を投射する投射機と、 画面の任意の位置にスポットを形成する投光手段と、 画面に形成されたスポットの位置を検出する位置検出手
   段と、 画面上の画像を制御し位置検出手段の検出信号に応じて
   画像を修正する処理手段とからなるライトペンシステム
   において、 上記投光手段が可視性の平行ビームを放射してスポット
   を形成する第１放射源と不可視性の広領域ビームを放射
   する第２放射源とを同時放射可能に備え、 上記画面が画面または画面近くに上記投光手段の第２放
   射源の放射を検出するセンサを備え、 上記処理手段が上記センサの検出信号に応じて画像を修
   正するように設定されていることを特徴とするライトペ
   ンシステム。
2. 【請求項２】投射された画像が表示される画面と、 画面に画像を投射する投射機と、 画面の任意の位置にスポットを形成する投光手段と、 画面に形成されたスポットの位置を検出する位置検出手
   段と、 画面上の画像を制御し位置検出手段の検出信号に応じて
   画像を修正する処理手段とからなるライトペンシステム
   において、 上記投光手段が上記可視性の平行ビームと上記不可視性
   の平行ビームとを合致結合させる手段を備えていること
   を特徴とするライトペンシステム。
3. 【請求項３】投射された画像が表示される画面と、 画面に画像を投射する投射機と、 画面の任意の位置にスポットを形成する投光手段と、 画面に形成されたスポットの位置を検出する位置検出手
   段と、 画面上の画像を制御し位置検出手段の検出信号に応じて
   画像を修正する処理手段とからなるライトペンシステム
   において、 上記投光手段が上記可視性の平行ビームと上記不可視性
   の平行ビームとを合致結合させて放射してスポットを形
   成する第１放射源と、上記不可視性の広領域ビームを放
   射する第２放射源とを同時放射可能に備え、 上記画面が画面または画面近くに上記投光手段の第２放
   射源の放射を検出するセンサを備え、 上記処理手段が上記センサの検出信号に応じて画像を修
   正するように設定されていることを特徴とするライトペ
   ンシステム。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかのライトペンシス
   テムにおいて、位置検出手段がスポットを撮像するカメ
   ラとカメラのビデオ信号をＸ−Ｙ座標信号へ変換するし
   きい値検出器とを備えていることを特徴とするライトペ
   ンシステム。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれかのライトペンシス
   テムにおいて、位置検出手段の検出信号を遠隔送信する
   送信手段を備えていることを特徴とするライトペンシス
   テム。
6. 【請求項６】請求項１〜５のいずれかのライトペンシス
   テムにおいて、処理手段が遠隔送信されてきた画像情報
   を受信する受信手段を備えていることを特徴とするライ
   トペンシステム。