位置检测装置和图像显示装置.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103677445 A (43)申请公布日 2014.03.26 CN 103677445 A (21)申请号 201310431855.5 (22)申请日 2013.09.22 2012-206008 2012.09.19 JP G06F 3/042(2006.01) G06F 3/0346(2013.01) G03B 21/14(2006.01) G03B 21/00(2006.01) G01B 11/00(2006.01) (71)申请人 船井电机株式会社 地址 日本大阪府大东市 (72)发明人 平井智久 (74)专利代理机构 隆天国际知识产权代理有限 公司 7

2、2003 代理人 金鹏 陈昌柏 (54) 发明名称 位置检测装置和图像显示装置 (57) 摘要 本发明公开一种位置检测装置和图像显示装 置。该位置检测装置包括 ： 多个光接收部， 接收来 自指示物的反射激光束 ； 透镜 ； 遮蔽部， 布置在光 接收部和透镜之间， 具有遮蔽表面， 该遮蔽表面在 正交于投影表面的方向上限制被引导至光接收部 的反射激光束 ； 以及确定部， 确定指示物所指示 的投影图像中的三维位置。该遮蔽部的遮蔽表面 具有如下凹形形状 ： 该凹形形状的相对端部比凹 形形状的中心部更靠近所述透镜。 根据本发明， 能 够检测指示点相对于投影图像的三维位置。 (30)优先权数据 (51)I

3、nt.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 12 页 附图 12 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书12页 附图12页 (10)申请公布号 CN 103677445 A CN 103677445 A 1/2 页 2 1. 一种位置检测装置， 包括 ： 多个光接收部， 布置在从投影表面起算的不同高度处， 接收来自用于指示投影图像一 部分的指示物的反射激光束， 其中， 图像通过扫描激光束被投影到所述投影表面上 ； 透镜， 将来自所述指示物的反射激光束引导至所述光接收部 ； 遮蔽部， 布置在所述光接收部和所述透镜之间以在平行于所述投影表面的方向上延

4、伸， 具有遮蔽表面， 所述遮蔽表面在正交于所述投影表面的高度方向上限制被引导至所述 光接收部的反射激光束 ； 以及 确定部， 基于所述多个光接收部的检测结果， 确定所述指示物所指示的所述投影图像 中的三维位置， 其中 所述遮蔽部的遮蔽表面具有如下凹形形状 ： 所述凹形形状的相对端部比所述凹形形状 的中心部更靠近所述透镜。 2. 根据权利要求 1 所述的位置检测装置， 其中， 所述遮蔽部的遮蔽表面具有如下弯曲 形状 ： 所述弯曲形状的相对端部比所述弯曲形状的中心部更靠近所述透镜。 3. 根据权利要求 2 所述的位置检测装置， 其中， 所述遮蔽部的遮蔽表面具有连接如下 多个位置的所述弯曲形状 ：

5、即从所述透镜被引导至所述光接收部的所述反射激光束的光斑 直径是预定值的多个位置。 4. 根据权利要求 3 所述的位置检测装置， 其中， 所述遮蔽部的遮蔽表面具有连接如下 多个位置的所述弯曲形状 ： 即从所述透镜被引导至所述光接收部的所述反射激光束的光斑 直径被最小化的多个位置。 5. 根据权利要求 2 所述的位置检测装置， 其中， 所述遮蔽部的遮蔽表面具有连接如下 多个位置的所述弯曲形状 ： 即从所述透镜被引导至所述光接收部的所述反射激光束的光斑 的点图像强度分布峰值被最大化的多个位置。 6. 根据权利要求 2 所述的位置检测装置， 其中， 所述遮蔽部的遮蔽表面具有连接从所 述透镜被引导至所述

6、光接收部的所述反射激光束的多个光会聚点的所述弯曲形状。 7. 根据权利要求 1 所述的位置检测装置， 其中， 所述确定部被配置为， 基于所述多个光 接收部的检测结果的组合， 确定在所述高度方向上划分的区域中用户用所述指示物在所述 投影图像上进行的操作。 8. 根据权利要求 1 所述的位置检测装置， 其中， 所述确定部被配置为， 基于所述多个光 接收部的检测结果的组合， 确定用所述指示物在所述投影图像中的图标图像上进行的拖放 操作。 9. 根据权利要求 1 所述的位置检测装置， 其中， 所述遮蔽部的遮蔽表面被配置为， 根据 正交于所述投影表面的所述高度方向上所述指示物的高度， 阻挡被引导至所述光

7、接收部的 所述反射激光束。 10. 根据权利要求 1 所述的位置检测装置， 其中， 所述遮蔽部是通过弯曲板状构件形成 的。 11. 根据权利要求 1 所述的位置检测装置， 其中， 所述光接收部包括第一光接收部和第二光接收部， 所述第二光接收部在正交于所述投 影表面的所述高度方向上布置的位置高于所述第一光接收部的位置 ； 以及 所述确定部被配置为， 基于所述第一光接收部和所述第二光接收部的检测结果的组 权 利 要 求 书 CN 103677445 A 2 2/2 页 3 合， 确定在正交于所述投影表面的所述高度方向上所述指示物的高度位置。 12. 根据权利要求 11 所述的位置检测装置， 其中，

8、 所述确定部被配置为， 基于所述第一 光接收部和所述第二光接收部的检测结果的组合， 确定在正交于所述投影表面的所述高度 方向上所述指示物的三个等级的高度位置。 13. 根据权利要求 1 所述的位置检测装置， 其中， 所述光接收部被配置为在平行于所述 投影表面的方向上延伸。 14. 根据权利要求 1 所述的位置检测装置， 其中， 所述激光束通过 MEMS 扫描镜来扫描。 15. 根据权利要求 1 所述的位置检测装置， 其中， 通过扫描所述激光束来投影三维图像 ； 以及 所述确定部被配置为， 基于所述多个光接收部的检测结果， 确定在所述指示物所指示 的三维投影图像中的三维位置。 16. 一种图像显

9、示装置， 包括 ： 激光束光源部， 输出激光束 ； 扫描部， 扫描从所述激光束光源部输出的激光束以将图像投影在投影表面上 ； 多个光接收部， 布置在从所述投影表面起算的不同高度处， 接收来自用于指示投影图 像一部分的指示物的反射激光束 ； 透镜， 将来自所述指示物的反射激光束引导至所述光接收部 ； 遮蔽部， 布置在所述光接收部和所述透镜之间以在平行于所述投影表面的方向上延 伸， 具有遮蔽表面， 所述遮蔽表面在正交于所述投影表面的高度方向上限制被引导至所述 光接收部的反射激光束 ； 以及 确定部， 基于所述多个光接收部的检测结果， 确定所述指示物所指示的所述投影图像 中的三维位置， 其中， 所述

10、遮蔽部的遮蔽表面具有如下凹形形状 ： 所述凹形形状的相对端部比所述凹形形状 的中心部更靠近所述透镜。 17. 根据权利要求 16 所述的图像显示装置， 其中， 所述遮蔽部的遮蔽表面具有如下弯 曲形状 ： 所述弯曲形状的相对端部比所述弯曲形状的中心部更靠近所述透镜。 18. 根据权利要求 16 所述的图像显示装置， 其中， 所述确定部被配置为， 基于所述多个 光接收部的检测结果的组合， 确定在所述高度方向上划分的区域中用户用所述指示物在所 述投影图像上进行的操作。 19. 根据权利要求 16 所述的图像显示装置， 其中， 所述确定部被配置为， 基于所述多个 光接收部的检测结果的组合， 确定用所述

11、指示物在所述投影图像中的图标图像上进行的拖 放操作。 20. 根据权利要求 16 所述的图像显示装置， 其中， 所述遮蔽部的遮蔽表面具有连接如 下多个位置的弯曲形状 ： 即从所述透镜被引导至所述光接收部的所述反射激光束的光斑直 径是预定值的多个位置。 权 利 要 求 书 CN 103677445 A 3 1/12 页 4 位置检测装置和图像显示装置 技术领域 0001 本发明涉及一种用激光束投影图像的图像显示装置以及一种用于检测相对于投 影图像的指示物位置的位置检测装置。 背景技术 0002 诸如激光投影仪之类的图像显示装置用激光束将图像投影到投影表面上， 这种图 像显示装置已经投入实际应用。

12、在这种图像显示装置中， 已知用来检测用户在投影图像中 所指位置的技术。 0003 日本专利特开号 2009-258569 公开了一种电子装置， 该电子装置通过投影仪模块 的 MEMS 镜的一部分来扫描来自红外激光器的光束， 通过反射镜使得该光束与安装面平行， 并且当手指触摸投影图像的预定区域时， 通过分束器使得从手指反射的红外光束入射到光 电二极管上， 以借助距离测量装置通过 TOF 方法来测量至手指的距离。该电子装置检测投 影图像二维表面中的手指位置。 0004 已经开发出了采用投影图像作为触摸操作表面的用户界面。例如， 采用该用户界 面来作为个人电脑等的用户界面， 以便检测指示点， 识别投

13、影图像中已经被选择的图标， 并 当用户用手指等指示该图标时完成预定处理。 0005 尽管该用户界面能够通过检测二维表面中的投影图像指示点来检测平面中手指 的位置和移动， 然而， 该用户界面不能检测与该平面垂直的方向上的指示点。换句话说， 该 用户界面不能检测三维空间中的指示点， 并且当采用前述用户界面时， 能够被识别的用户 操作的数量有限。 0006 此外， 例如已经开发出了投影针对右眼的图像和针对左眼的图像以允许看到这些 图像的用户将这些图像识别为三维图像的技术。 当在用于三维图像的用户界面中采用该技 术时， 该用户界面不能检测高度方向上的指示点， 从而该用户界面不能充分起到用户界面 的作用

14、。 发明内容 0007 已经提出了本发明来解决前述问题， 本发明的一个目的是检测指示物相对于投影 图像的三维位置。 0008 根据本发明第一方案的位置检测装置， 包括 ： 多个光接收部， 布置在从投影表面起 算的不同高度处， 接收来自用于指示投影图像一部分的指示物的反射激光束， 其中， 图像通 过扫描激光束被投影到该投影表面上 ； 透镜， 将来自该指示物的反射激光束引导至所述光 接收部 ； 遮蔽部， 布置在所述光接收部和该透镜之间以在平行于该投影表面的方向上延伸， 具有遮蔽表面， 该遮蔽表面在正交于该投影表面的高度方向上限制被引导至该光接收部的 反射激光束 ； 以及确定部， 基于所述多个光接收

15、部的检测结果， 确定该指示物所指示的该投 影图像中的三维位置， 而该遮蔽部的该遮蔽表面具有如下凹形形状 ： 该凹形形状的相对端 部比该凹形形状的中心部更靠近该透镜。 说 明 书 CN 103677445 A 4 2/12 页 5 0009 在根据本发明第一方案的位置检测装置中， 如本文以上所述， 当诸如指示器或用 户手指之类的器物的指示物指示投影图像的一部分时， 能够基于扫描时机和光接收部接收 反射激光束的时机来检测平行于投影表面的平面上该指示物的位置， 这些光接收部布置在 从投影表面起算的不同高度处， 从而， 基于这些光接收部的检测结果， 确定部能够确定在平 行于投影表面的平面中以及在正交于

16、投影表面的高度方向上指示物指示的投影图像中的 位置。因而， 能够检测指示物相对于投影图像的三维位置。而且， 根据指示物相对于具有一 定宽度的投影图像所在的位置， 在被透镜引导至光接收部的反射激光束中产生像差。 例如， 当该指示物位于投影图像的端部时， 被透镜引导至光接收部上的反射激光束的光斑直径变 得比当指示物位于投影图像的中心部时更大， 但是遮蔽部的遮蔽表面具有凹形弯曲形状， 从而反射激光束能够被限制在反射激光束的光斑直径不大的位置。因而， 能够防止在正交 于投影表面的高度方向上发生光接收部的错误检测。 0010 在根据第一方案的前述位置检测装置中， 优选地， 该遮蔽部的该遮蔽表面具有如 下

17、弯曲形状 ： 该弯曲形状的相对端部比该弯曲形状的中间部更靠近透镜。 根据这一结构， 需 要限制的反射激光束能够被具有该弯曲形状的遮蔽表面容易地遮蔽， 从而， 能够可靠地防 止光接收部的错误检测。 0011 在遮蔽部的遮蔽表面具有弯曲形状的前述结构中， 优选地， 该遮蔽部的遮蔽表面 具有连接如下多个位置的弯曲形状 ： 即从透镜被引导至光接收部的反射激光束的光斑直径 是预定值的多个位置。根据这一结构， 能够在反射激光束的光斑直径变得比该预定值更大 之前有效地遮蔽需要限制的反射激光束。因而， 相对于反射激光束的像差有效地限制了反 射激光束， 从而， 能够更可靠地防止光接收部的错误检测。 0012 在

18、这种情况下， 优选地， 遮蔽部的遮蔽表面具有连接如下多个位置的弯曲形状 ： 即 从透镜被引导至光接收部的反射激光束的光斑直径被最小化的多个位置。根据这一结构， 在反射激光束的光斑直径被最小化的位置处能够有效地遮蔽需要限制的反射激光束。因 而， 相对于反射激光束的像差有效地限制了反射激光束， 从而能够更可靠地防止光接收元 件部的错误检测。 0013 在遮蔽部的遮蔽表面具有弯曲形状的前述结构中， 优选地， 遮蔽部的遮蔽表面具 有连接如下多个位置的弯曲形状 ： 即从透镜被引导至光接收部的反射激光束的光斑的点图 像强度分布峰值最大化的多个位置。根据这一结构， 能够在反射激光束的光斑的点图像强 度分布峰

19、值被最大化的位置处有效地遮蔽需要限制的反射激光束。因而， 相对于反射激光 束的像差有效地限制了反射激光束， 从而， 能够更可靠地防止光接收部的错误检测。 0014 在遮蔽部的遮蔽表面具有弯曲形状的前述结构中， 优选地， 遮蔽部的遮蔽表面具 有连接从透镜被引导至光接收部的反射激光束的多个光会聚点的弯曲形状。根据这一结 构， 能够在反射激光束的光会聚点的位置处有效地遮蔽需要限制的反射激光束。 因而， 相对 于反射激光束的像差有效地限制了反射激光束， 从而能够更可靠地防止光接收部的错误检 测。 0015 在根据第一方案的前述位置检测装置中， 优选地， 确定部被配置为， 基于多个光接 收部的检测结果的

20、组合， 确定在高度方向上划分的区域中用户用指示物在投影图像上进行 的操作。根据这一结构， 能够容易地确定用户用指示物在高度方向上划分的区域中进行的 预定操作。 说 明 书 CN 103677445 A 5 3/12 页 6 0016 在根据第一方案的前述位置检测装置中， 优选地， 确定部被配置为， 基于多个光接 收部的检测结果的组合， 确定用指示物在投影图像中的图标图像上进行的拖放操作。根据 这一结构， 基于多个光接收部的检测结果的组合， 能够确定用户已经用手指等拖放了投影 图像中的图标， 从而， 能够采用该位置检测装置作为例如个人电脑等的用户界面。 0017 在根据第一方案的前述位置检测装置

21、中， 优选地， 遮蔽部的遮蔽表面被配置为， 根 据正交于投影表面的高度方向上的指示物的高度， 阻挡被引导至光接收部的反射激光束。 根据这一结构， 根据该指示物的高度限制了被引导至光接收部的反射激光束， 从而， 能够基 于没有被限制的激光束容易地确定指示物的高度位置。 0018 在根据第一方案的前述位置检测装置中， 优选地， 通过弯曲板状构件来形成遮蔽 部。根据这一结构， 能够容易地以凹形方式形成遮蔽部的遮蔽表面。 0019 在根据第一方案的前述位置检测装置中， 优选地， 该光接收部包括第一光接收部 和第二光接收部， 该第二光接收部在正交于该投影表面的高度方向上布置的位置高于第一 光接收部的位置

22、 ； 并且确定部优选地被配置为， 基于第一光接收部和第二光接收部的检测 结果的组合， 确定在正交于投影表面的高度方向上该指示物的高度位置。 根据这一结构， 能 够基于第一光接收部和第二光接收部的检测结果的组合来精确地确定指示物的高度位置。 0020 在这种情况下， 优选地， 确定部被配置为， 基于第一光接收部和第二光接收部的检 测结果的组合， 确定在正交于投影表面的高度方向上指示物的三个等级的高度位置。根据 这一结构， 能够用采用了两个光接收部的简单结构来容易地确定指示物的三个等级的高度 位置。 0021 在根据第一方案的前述位置检测装置中， 优选地， 该光接收部被配置为在平行于 投影表面的方

23、向上延伸。根据这一结构， 能够在平行于投影表面的方向上广泛地检测反射 激光束。 0022 在根据第一方案的前述位置检测装置中， 优选地， 激光束通过微机电系统 （MEMS） 扫描镜来扫描。根据这一结构， 通过采用 MEMS 扫描镜， 能够减小扫描部的尺寸， 能够减少扫 描部的功耗， 并且能够增大扫描部的处理速度。 0023 在根据第一方案的前述位置检测装置中， 优选地， 通过扫描该激光束来投影三维 图像 ； 以及确定部优选地被配置为， 基于多个光接收部的检测结果， 确定在指示物所指示的 三维投影图像中的三维位置。 根据这一结构， 能够容易地检测三维图像中用户的预定操作。 0024 根据本发明第

24、二方案的图像显示装置， 包括 ： 激光束光源部， 输出激光束 ； 扫描 部， 扫描从该激光束光源部输出的激光束以将图像投影在投影表面上 ； 多个光接收部， 布置 在从该投影表面起算的不同高度处， 接收来自用于指示投影图像一部分的指示物的反射激 光束 ； 透镜， 将来自该指示物的反射激光束引导至该光接收部 ； 遮蔽部， 布置在该光接收部 和该透镜之间以在平行于该投影表面的方向上延伸， 具有遮蔽表面， 该遮蔽表面在正交于 该投影表面的高度方向上限制被引导至光接收部的反射激光束 ； 以及确定部， 基于多个光 接收部的检测结果， 确定该指示物所指示的该投影图像中的三维位置， 而该遮蔽部的该遮 蔽表面具

25、有如下凹形形状 ： 该凹形形状的相对端部比该凹形形状的中心部更靠近透镜。 0025 在根据本发明第二方案的图像显示装置中， 如本文以上所述， 当诸如指示器或用 户手指之类的器物的指示物指示投影图像的一部分时， 能够基于扫描时机和光接收部接收 反射激光束的时机来检测平行于投影表面的平面上该指示物的位置， 这些光接收部布置在 说 明 书 CN 103677445 A 6 4/12 页 7 从投影表面起算的不同高度处， 从而， 基于这些光接收部的检测结果， 确定部能够确定在平 行于投影表面的平面中以及在正交于投影表面的高度方向上由指示物指示的投影图像中 的位置。因而， 能够检测指示物相对于投影图像的

26、三维位置。而且， 根据指示物相对于具有 一定宽度的投影图像所在的位置， 在被透镜引导至光接收部的反射激光束中产生像差。例 如， 当该指示物位于投影图像的端部时， 被透镜引导至光接收部上的反射激光束的光斑直 径变得比当指示物位于投影图像的中心部时更大， 但是遮蔽部的遮蔽表面具有凹形弯曲形 状， 从而使得反射激光束能够被限制在反射激光束的光斑直径不大的位置。 因而， 能够防止 在正交于投影表面的高度方向上发生光接收部的错误检测。 0026 在根据第二方案的前述图像显示装置中， 优选地， 该遮蔽部的该遮蔽表面具有如 下弯曲形状 ： 该弯曲形状的相对端部比该弯曲形状的中间部更靠近透镜。 根据这一结构，

27、 需 要限制的反射激光束能够被具有该弯曲形状的遮蔽表面容易地遮蔽， 从而， 能够可靠地防 止光接收部的错误检测。 0027 在根据第二方案的前述图像显示装置中， 优选地， 确定部被配置为， 基于多个光接 收部的检测结果的组合， 确定在高度方向上划分的区域中用户用指示物在投影图像上进行 的操作。 根据这一结构， 能够容易地确定用户在高度方向上划分的区域中进行的预定操作。 0028 在根据第二方案的前述图像显示装置中， 优选地， 确定部被配置为， 基于多个光接 收部的检测结果的组合， 确定用指示物在投影图像中的图标图像上进行的拖放操作。根据 这一结构， 基于多个光接收部的检测结果的组合， 能够确定

28、用户已经用手指等拖放了投影 图像中的图标， 从而， 能够采用该图像显示装置作为例如个人电脑等的用户界面。 0029 在根据第二方案的前述图像显示装置中， 优选地， 遮蔽部的遮蔽表面具有连接如 下多个位置的弯曲形状 ： 即从透镜被引导至光接收部的反射激光束的光斑直径是预定值的 多个位置。根据这一结构， 能够在反射激光束的光斑直径变得比该预定值更大之前有效地 遮蔽需要限制的反射激光束。 因而， 相对于反射激光束的像差有效地限制了反射激光束， 从 而， 能够更可靠地防止光接收部的错误检测。 0030 根据本发明的诸如确定部之类的功能部能够具有采用电子组件的电路配置， 也能 够被配置为采用计算机硬件和

29、软件的功能模块， 并且被配置为使该计算机硬件执行该软 件。 0031 根据本发明， 能够检测指示点相对于投影图像的三维位置。 0032 本发明的前述和其他目的、 特征、 方案和优点将从以下结合附图对本发明的详细 描述中变得更为清晰。 附图说明 0033 图 1 是示出根据本发明实施例的图像显示装置的外形的透视图 ； 0034 图 2 是根据本发明该实施例的图像显示装置的主要部分的框图 ； 0035 图 3 是示出根据本发明该实施例的图像显示装置的功能的透视图 ； 0036 图 4 是示出根据本发明该实施例的图像显示装置的功能的侧立面图 ； 0037 图 5 是示出根据本发明该实施例的图像显示装

30、置的光接收部周围的结构的剖面 图 ； 0038 图 6 是示出根据本发明该实施例的图像显示装置的光接收部周围的结构的透视 说 明 书 CN 103677445 A 7 5/12 页 8 图 ； 0039 图 7 是示出根据本发明该实施例的图像显示装置的光接收部周围的结构的平面 图 ； 0040 图 8 是示出根据本发明该实施例的图像显示装置的遮蔽部的功能的透视图 ； 0041 图 9 是示出根据本发明该实施例的图像显示装置的遮蔽部的功能的侧立面图 ； 0042 图 10 示出根据本发明该实施例的图像显示装置的光接收部的功能 ； 0043 图 11 示出根据本发明该实施例的图像显示装置执行的确定

31、处理 ； 0044 图 12 示出根据本发明该实施例的图像显示装置的应用实例 ； 以及 0045 图 13 示出透镜产生的像差。 具体实施方式 0046 之后将参照附图描述本发明的实施例。 0047 图 1 示出了根据本发明实施例的激光投影仪 1。该激光投影仪 1 并入有根据本发 明实施例的位置检测装置。例如， 根据该实施例的激光投影仪 1 设置在桌子 100 上， 将通过 扫描激光束投影的相同图像投影并显示为诸如屏幕之类的投影表面 200 上的图像 201， 并 将该图像投影并显示为诸如桌子 100 的上表面之类的投影表面上的操作图像 101。在该图 所示的示例中， 从设置在与投影显示图像

32、201 的投影仪壳体一侧相对的一侧的投影仪壳体 的窗口 1a 发出激光束， 这样， 操作图像 101 被投影。该激光投影仪 1 是本发明中 “图像显示 装置” 的示例。 0048 根据该实施例的激光投影仪 1 以相对较大的尺寸投影显示图像 201 以用于展示， 并以相对较小的尺寸将操作图像 101 投影为用户界面， 用户在该用户界面上执行触摸操 作。在以下描述的示例中， 当用户用手指操作该操作图像 101 中的图标时， 认为是用户操作 显示图像 201 中的图标， 并且与该图标上的操作相对应的预定处理被执行， 例如， 通过拖放 操作来移动图标的操作， 或者投影和显示另一个文件的图像的操作。 0

33、049 根据该实施例， 如后文所述检测指尖的位置， 采用用来指示操作图像 101 一部分 （例如图标） 的指尖作为指示物 （indicator） ， 但是也能够使用诸如指示器 （pointer） 之类的 各种实施方式， 只要该实施方式能够反射对于检测而言必要的激光束即可。为了更清楚地 检测指示点， 该指示物的反射率优选地高于其他部分的反射率。 例如， 手指的指甲或设置在 指示器尖端上的镜面部优选地用作检测对象的指示物。在该图所示的示例中， 从用户指尖 反射的激光束经由两个窗口 1b 和 1c 入射到设置在投影仪壳体中的位置检测装置上， 这两 个窗口 1b 和 1c 设置在投影仪壳体的支腿上的不

34、同高度位置处。 0050 同时将同一图像显示为显示图像 201 和操作图像 101 的图像显示装置 （激光投影 仪） 除了展示之外还能够用于各种目的。例如， 当图像显示装置包括像在个人计算机中那样 的信息处理功能时， 该显示图像201能够用作显示屏幕， 该操作图像101能够用作用户操作 的输入部。 0051 图 2 示出了根据该实施例的激光投影仪 1 主要部分的结构。该激光投影仪 1 主要 是由激光束光源2a到2c、 各种光学元件3到6、 扫描镜7、 各种驱动/控制单元8到14、 用于 输入用户操作 （例如， 激光投影仪 1 的设定） 的操作部 15 以及两个光接收器 16 和 17 组成。

35、该激光投影仪 1 合成红色 （R） 、 绿色 （G） 和蓝色 （B） 成分的激光束， 之后通过扫描镜 7 扫描 说 明 书 CN 103677445 A 8 6/12 页 9 该合成光束， 以将根据输入视频信号的彩色图像投影为显示图像201和操作图像101。 该输 入视频信号是从个人计算机、 存储装置等输入的静态图像信号或者移动图像信号。该扫描 镜 7 是本发明中 “扫描部” 的示例。 0052 各个激光束光源 2a 到 2c 是激光二极管 （LD） ， 所述激光二极管输出彼此不同的颜 色成分的激光束， 并且通过单独地从激光驱动器 12 提供的驱动电流来彼此独立地被驱动， 以输出单个颜色成分的

36、激光束。 因而， 发出了具有特定波长的单个颜色成分的激光束， 使得 蓝色成分 （B） 激光束从激光束光源 2a 发出， 绿色成分 （G） 激光束从激光束光源 2b 发出， 红 色成分 （R） 激光束从激光束光源 2c 发出。激光束光源 2a 到 2c 是本发明中 “激光束光源部” 的示例。 0053 分色镜 3 和 4 仅透射特定波长的激光束而将其他波长的激光束反射， 从而将从激 光束光源 2a 到 2c 发出的 R、 G 和 B 颜色成分的激光束合成。具体而言， 从激光束光源 2a 和 2b 发出的蓝色成分和绿色成分的激光束在光路上游的分色镜 3 中被合成， 之后被发射到光 路下游的分色镜4

37、。 该被发出的合成光束和从激光束光源2c发出的红色成分激光束在分色 镜 4 中被进一步合成， 并被作为目标最终颜色合成光束发出。在分色镜 3 和 4 中被合成的 该颜色合成光束通过透镜 5 被收集， 并入射到扫描镜 7 上。 0054 根据该实施例， 采用微机电系统 （MEMS） 扫描镜作为扫描镜 7， 该 MEMS 扫描镜有利 于减小尺寸、 降低功耗、 加快处理等。通过扫描镜驱动器 8 使得扫描镜 7 在水平方向 （X 方 向） 和竖直方向 （Y 方向） 上转移， 来自扫描镜控制部 9 的驱动信号输入到扫描镜驱动器 8 中， 该扫描镜 7 根据扫描镜 7 的偏转角 （deflection a

38、ngle） 将入射到扫描镜 7 上的彩色光 束反射， 在屏幕 200 和桌子 100 上的水平和竖直方向上用彩色光束扫描像素斑 p， 投影并显 示出显示图像 201 和操作图像 101。关于用于投影图像的像素斑 p 的扫描位置的信息从图 像处理部 10 输入到扫描镜控制部 9 和激光控制部 11 中， 并且相对于每一个扫描位置的彩 色像素被投影为像素斑 p。 0055 用于投影该显示图像201和操作图像101的颜色合成激光束从设置在激光投影仪 壳体上的窗口 （用于操作图像 101 的窗口 1a 和用于显示图像 201 的类似窗口） 发出， 光分束 单元 6 设置在从扫描镜 7 到这些窗口的光路

39、中。光分束单元 6 将从扫描镜 7 反射的颜色合 成激光束进行反射和透射以将该颜色合成激光束分束。 通过这些分束后的颜色合成激光束 将显示图像 201 和操作图像 101 投影和显示。 0056 图像处理部 10 基于输入视频信号以预定时间间隔将视频数据传输到激光控制部 11， 这样， 激光控制部 11 获得了预定扫描位置的像素信息。激光控制部 11 基于该像素信息 将用于扫描投影范围内的像素斑 p 的驱动电流信号输出到激光驱动器 12， 并控制来自激光 束光源 2a 到 2c 的光发射输出， 从而投影显示图像 201 和操作图像 101。 0057 激光驱动器 12 驱动激光束光源 2a 到

40、 2c， 以允许激光束光源 2a 到 2c 基于由激光 控制部 11 执行的前述控制来发出激光束。当等于或大于振荡阈值电流的电流从激光驱动 器 11 被提供时， 激光束光源 2a 到 2c 发出激光束， 并随着被提供的电流值增大而输出具有 更大输出 （光量） 的激光束。而且， 当小于振动阈值电流的电流被提供时， 该激光束光源 2a 到 2c 停止输出激光束。根据该实施例， 采用激光二极管 （LD） 作为激光束光源 2a 到 2c。 0058 光接收器 16 和 17 与如图 1 所示的两个窗口 1c 和 1b 相对应地布置在从桌子 100 的上表面 （操作图像 101） 起算的不同高度的位置处

41、。根据该实施例， 光接收器 16 经由窗口 说 明 书 CN 103677445 A 9 7/12 页 10 1c 在基本上等于或稍高于操作图像 101 高度的高度处面向操作图像 101， 光接收器 17 经由 窗口 1b 在稍高于光接收器 16 高度的高度处面向操作图像 101。如后文所述， 该光接收器 16 和 17 具有用于接收激光束的诸如光电二极管之类的光接收元件， 并且接收从用户的指 尖反射的激光束。 0059 控制部 13 和光接收器 16 和 17 独立地构成了位置检测装置， 控制部 13 具有确定 部 14， 该确定部 14 用于确定用户指尖所指示的操作图像的一部分的位置 （以

42、及由位置变化 指示的操作移动） 。用于指示反射激光束已经被光接收器 16 和 17 接收到的信号输入到控 制部 13 中， 关于用于投影图像的像素斑 p 的扫描位置的信息从图像处理部 10 输入到控制 部 13， 类似于扫描镜控制部 9 和激光控制部 11。 0060 基于输入到控制部13的输入， 确定部14从光接收器16和17已经接收到反射激光 束的时刻确定与操作图像 101（桌子 100） 平行的平面中的反射位置以及在该时刻的扫描位 置。换句话说， 确定部 14 确定与操作图像 101 平行的平面中用户指尖的二维位置。此外， 如后文所述， 确定部 14 基于光接收器 16 或光接收器 17

43、 是否接收到反射激光束来确定与桌 子 100（投影表面） 正交 （即垂直） 的方向上操作图像 101 中的反射位置 （用户指尖的位置） 。 0061 因而， 基于前述二维位置和高度位置， 确定部 14 确定用于指示操作图像 101 中的 图标等的用户指尖的三维位置。控制部 13 响应于确定部 14 的确定， 将用于表示该图标通 过例如拖放操作被移动的图像数据输入到图像处理部 10 中， 并将该图像数据反映到显示 图像 201 和操作图像 101 中。 0062 现在详细描述光接收器 16 和 17 的结构。如图 3 所示， 当用户的指尖指示操作图 像 101 的一部分时， 从窗口 1a 发出的

44、投影激光束 （颜色合成激光束） 从指尖被反射， 并且反 射激光束入射到窗口 1b 和 1c。反射激光束类似地入射到窗口 1b 和 1c， 而不管用户指尖在 操作图像 101 中的位置是什么。在激光束在操作图像 101 的中心部分被反射的情况和激光 束在操作图像 101 的端部被反射的情况这两种情况中， 从诸如用户指尖之类的指示物漫射 性反射的激光束类似地入射到窗口 1b 和 1c。 0063 而且， 如图 4 所示， 当用户指尖是位于操作图像 101 的垂直方向上 （在与桌子 100 的上表面正交的方向上） 时， 反射激光束也是类似地入射到窗口 1b 和 1c。如图 4 中的 （a） 图所示从

45、位于桌子 100 上表面上的指尖反射的激光束和如图 4 中的 （b） 图所示从朝上离开 桌子 100 上表面的位置处的指尖反射的激光束类似地入射到窗口 1b 和 1c。然而， 在图 4 的 （a） 图和 （b） 图中， 根据指尖的高度位置， 入射到窗口 1b 和 1c 的激光束的角度不同。 0064 如图 5 所示， 光接收器 16 和 17 设置在并入到激光投影仪 1 的框体 （case） 18 中， 并且处于与窗口 1b 和 1c 对应的不同高度位置处。光接收器 16 具有用于检测反射激光束 的施加的光接收元件 16a、 用于收集从窗口 1c 入射的反射激光束并将收集的激光束引导至 光接收

46、元件 16a 的透镜 16b、 以及布置在光接收元件 16a 和透镜 16b 之间的板状遮蔽构件 16c， 板状遮蔽构件 16c 的高度足以覆盖光接收元件 16a 的几乎下半部分。光接收器 17 类 似于光接收器 16， 具有光接收元件 17a、 用于收集从窗口 1b 入射的反射激光束并将收集的 激光束引导至光接收元件 17a 的透镜 17b、 以及高度足以覆盖光接收元件 17a 的几乎下半 部分的板状遮蔽构件 17c。光接收元件 16a 是本发明中 “光接收部” 或 “第一光接收部” 的 示例， 光接收元件 17a 是本发明中 “光接收部” 或 “第二光接收部” 的示例。该遮蔽构件 16c

47、和 17c 是本发明中 “遮蔽部” 的示例。 说 明 书 CN 103677445 A 10 8/12 页 11 0065 该遮蔽构件 16c 和 17c 的形状相同， 并且在与光接收元件 16a 和 17a 相对应的相 同方向上具有宽度， 光接收元件 16a 和 17a 在操作图像 101 的宽度方向 （X 方向） 上具有宽 度。比如以图 6 到图 8 示出的光接收器 16 为代表， 遮蔽构件 16c 具有如下弯曲形状 ： 该弯 曲形状的相对端部比该弯曲形状的中间部更靠近透镜 16b， 并且该遮蔽构件 16c 根据入射 角阻挡至光接收元件 16a 的反射激光束， 以限制对光接收元件 16a

48、的施加。而且， 如图 6 所 示， 遮蔽构件 16c 具有遮蔽表面 （阴影部分） ， 该遮蔽表面阻挡反射激光束， 以限制对位置与 透镜 16b 相对的光接收元件 16a 的施加。 0066 如图 8 所示， 从位于高度基本上等于桌子 100 上表面 （操作图像 101） 的高度处的 用户指尖 F11 和 F12 反射的激光束 L11 和 L12 通过透镜 16b 被收集并被施加至光接收元件 16a 的几乎上半部分成为光斑 S11 和 S12， 同时， 从位于更高位置 （高度 h） 处的用户指尖 F13 和 F14 反射的激光束 L13 和 L14 通过透镜 16b 被收集并被施加到光接收元件

49、16a 的几乎下 半部分成为光斑 S13 和 S14。换句话说， 随着激光束被反射的位置越高， 光接收元件 16a 的 施加位置越低， 而且施加到光接收元件 16a 的几乎下半部分的反射激光束被遮蔽构件 16c 阻挡。 0067 这里， 在指示位置 （反射位置） 如图 13 中的 （a） 图所示那样处于图像的中心部分 P1 和处于图像的端部 P2 处的情况下， 通过透镜被收集并且被施加到光接收元件 （PD） 的光通 量光斑如图 13 中的 （b） 图所示那样彼此不同。这是由于透镜产生的像差 （aberration） 引 起的， 并且来自端部 P2 的光斑的直径大于来自中心部分 P1 的光斑的直径。 0068 而且， 对于通过透镜 16b 被收集并且被施加至光接收元件 16a 的反射激光束也发 生类似的像差。例如， 如图 8 所示的光斑 S14 那样， 应当被遮蔽构件 16c 阻挡的反射激光束 的光斑直径由于像差被放大了， 因而担心该反射激光束不能被全部阻挡， 而是错误地被光 接收元件 16a 检测到。 0069