JP2013250814A - Coordinate input device, and coordinate input system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a coordinate input device having high position detection accuracy of a detected body.SOLUTION: A coordinate input device comprises: a plate-like light guide plate 10; an LED 4a that causes light to be made incident on the light guide plate 10; at least two imaging units; and detection unit that detects, when the surface of the light guide plate 10 is contacted by a finger, coordinates of a contact position of the finger on the surface of the light guide plate 10 on the basis of output of the imaging units that has detected scattering of light caused by the finger. The coordinate input device further includes an optical coupling member 5 that couples light beams emitted from the LED 4a to be made incident obliquely on a back face of the light guide plate 10.

Description

本発明は、板状の導光部材と、導光部材に光を入射させる光源と、受光手段と、上記導光部材の表面に被検出体を接触したときの該被検出体による光散乱を検知した受光手段の出力に基づいて、該被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を検出する検出手段とを備えた光学式の座標入力装置、及び座標入力システムに関するものである。   The present invention includes a plate-shaped light guide member, a light source that makes light incident on the light guide member, a light receiving unit, and light scattering by the detected object when the detected object contacts the surface of the light guide member. The present invention relates to an optical coordinate input device and a coordinate input system provided with detection means for detecting the coordinates of the contact position of the detected body with the surface of the light guide member based on the detected output of the light receiving means. .

タッチペン、スタイラスペン等の棒状の操作部材(以下、「ペン」と記載する)又は指等による座標入力を受け付ける導光部材とからなる光学式の座標入力装置又は位置検出装置、並びに座標入力装置又は位置検出装置と表示パネルとを組み合わせたタブレット、タッチパネル等の座標入力システムが知られている。   An optical coordinate input device or position detection device comprising a bar-shaped operation member (hereinafter referred to as “pen”) such as a touch pen or a stylus pen, or a light guide member that receives coordinate input by a finger or the like, and a coordinate input device or A coordinate input system such as a tablet or a touch panel in which a position detection device and a display panel are combined is known.

上記座標入力システムでは、上記ペン又は指を座標入力装置の座標入力領域に接近又は接触させることにより、座標入力装置又は位置検出装置が該ペン又は指における接近又は接触した位置の座標を求める。求められた座標は、例えば座標入力装置とは別体の液晶ディスプレイ、又は該座標入力装置に一体的に積層されている液晶パネル等の表示画面に点画像又は直線画像等のオブジェクトを表示するため等に用いられる。   In the coordinate input system, the coordinate input device or the position detection device obtains the coordinates of the approached or touched position of the pen or finger by causing the pen or finger to approach or contact the coordinate input area of the coordinate input device. The obtained coordinates are for displaying an object such as a point image or a straight line image on a display screen such as a liquid crystal display separate from the coordinate input device or a liquid crystal panel integrally laminated on the coordinate input device. Used for etc.

例えば、特許文献1の第1の実施形態に開示されているタッチパネル100は、図20(a)(b)に示すように、導光板101と、導光板101に光を入射する光源102と、導光板101の側面の一部に配置された受光素子104・105と、導光板101の側面と受光素子104・105との間に被検出体110により散乱した光源102からの光を受光素子104・105に結像する結像手段107とを備えている。また、受光素子104・105が配置された導光板101の側面には光吸収手段108が配置され、受光素子104・105は、図20(b)に示すように、光源102の照射範囲外に配置されている。   For example, as shown in FIGS. 20A and 20B, the touch panel 100 disclosed in the first embodiment of Patent Document 1 includes a light guide plate 101, a light source 102 that makes light incident on the light guide plate 101, The light receiving elements 104 and 105 arranged on a part of the side surface of the light guide plate 101 and the light from the light source 102 scattered by the detected object 110 between the side surface of the light guide plate 101 and the light receiving elements 104 and 105 are received by the light receiving element 104. An image forming unit 107 that forms an image on 105 is provided. Further, light absorbing means 108 is disposed on the side surface of the light guide plate 101 on which the light receiving elements 104 and 105 are disposed, and the light receiving elements 104 and 105 are outside the irradiation range of the light source 102 as shown in FIG. Has been placed.

上記タッチパネル100の座標検出原理は、以下のとおりである。   The principle of coordinate detection of the touch panel 100 is as follows.

導光板101の側面に配置された光源102から照射された光は導光板101の内部で全反射を繰り返しながら伝播する。導光板101に指等の被検出体110がタッチされない状態では、受光素子104・105は光源102の照射範囲外に配置されているため、導光板101の内部を伝搬する伝搬光を受光しない。一方、透明の導光板101上に指等の被検出体110がタッチされると、被検出体110のタッチ位置にて、導光板101内の伝搬光が乱され、散乱光が発生する。散乱光の一部は受光素子104・105の方向にも伝搬して、図21(a)(b)に示すように、受光素子104・105で受光される。これにより、その方位角が測定され、三角測量法により散乱光が発生した点、つまり、指等の被検出体110がタッチされたポイントが特定される。   Light emitted from the light source 102 disposed on the side surface of the light guide plate 101 propagates while repeating total reflection inside the light guide plate 101. In a state where the detected object 110 such as a finger is not touched on the light guide plate 101, the light receiving elements 104 and 105 are arranged outside the irradiation range of the light source 102, and thus do not receive the propagation light propagating inside the light guide plate 101. On the other hand, when the detection object 110 such as a finger is touched on the transparent light guide plate 101, the propagation light in the light guide plate 101 is disturbed at the touch position of the detection object 110, and scattered light is generated. A part of the scattered light also propagates in the direction of the light receiving elements 104 and 105 and is received by the light receiving elements 104 and 105 as shown in FIGS. Thereby, the azimuth angle is measured, and the point where the scattered light is generated by the triangulation method, that is, the point where the detected object 110 such as a finger is touched is specified.

また、特許文献1の第3の実施形態には、図22(a)(b)に示すように、光源102a及び受光素子104aと光源102b及び受光素子104bとを導光板101の向かい合う端面にそれぞれ配置し、光源102a・102bを交互に点灯させることにより、受光素子104a・104bに直接到達する光の影響をなくすことができるタッチパネル100’が記載されている。これにより、光源102a・102bと受光素子104a・104bの配置の自由度を増すことが可能となるとしている。   In the third embodiment of Patent Document 1, as shown in FIGS. 22A and 22B, the light source 102a, the light receiving element 104a, the light source 102b, and the light receiving element 104b are respectively disposed on the opposite end surfaces of the light guide plate 101. There is described a touch panel 100 ′ that can be arranged and light sources 102a and 102b are alternately turned on to eliminate the influence of light directly reaching the light receiving elements 104a and 104b. Accordingly, it is possible to increase the degree of freedom of arrangement of the light sources 102a and 102b and the light receiving elements 104a and 104b.

ところで、このようなタッチパネル100’においては、指等の被検出体を複数存在させたい場合がある。このような場合、受光素子が二つしかないときには、図15に示すように、指等の被検出体における接触位置の取り得る組み合わせが複数存在することになり、接触位置を確定できない。この場合、受光素子を少なくとも3つ用いることによって、複数の指等の被検出体における接触位置を決定することができる。   By the way, in such a touch panel 100 ′, there are cases where it is desired to have a plurality of detected bodies such as fingers. In such a case, when there are only two light receiving elements, as shown in FIG. 15, there are a plurality of possible combinations of contact positions on the detection target such as a finger, and the contact positions cannot be determined. In this case, by using at least three light receiving elements, it is possible to determine the contact position on the detection object such as a plurality of fingers.

特開2009−258967号公報(2009年11月5日公開)JP 2009-258967 A (published on November 5, 2009)

しかし、特許文献1の技術では、被検出体の位置検出精度が低いという問題がある。   However, the technique of Patent Document 1 has a problem that the position detection accuracy of the detected object is low.

特許文献1の技術では、被検出体110のタッチ位置での散乱光を検出しており、伝搬光の導光板101の表面への反射回数が多ければ多いほど、被検出体110の位置検出に寄与する散乱光成分が多くなる。特許文献1のタッチパネル100では、光源102は、導光板101の側面に配置されている。よって、光源102の出射光は、導光板101の側面に対して略垂直に入射することになる。それゆえ、導光板101内においては、導光板101の表面または裏面に対して0°に近い角度で反射する反射成分の光強度が最大となる。このような反射成分は、導光板101の表面または裏面に対する反射角度が極めて小さいので、導光板101内での全反射の回数が少ない。その結果、引用文献1の技術では、被検出体110の位置検出に寄与する散乱光成分が少ないので、被検出体110の位置検出精度が低くなるという問題がある。   In the technique of Patent Document 1, scattered light at the touch position of the detection object 110 is detected, and the more the number of times the propagation light is reflected on the surface of the light guide plate 101, the more the position detection of the detection object 110 is performed. More scattered light components contribute. In the touch panel 100 of Patent Document 1, the light source 102 is disposed on the side surface of the light guide plate 101. Therefore, the light emitted from the light source 102 is incident on the side surface of the light guide plate 101 substantially perpendicularly. Therefore, in the light guide plate 101, the light intensity of the reflection component reflected at an angle close to 0 ° with respect to the front or back surface of the light guide plate 101 is maximized. Since such a reflection component has a very small reflection angle with respect to the front surface or the back surface of the light guide plate 101, the number of total reflections in the light guide plate 101 is small. As a result, the technique of the cited document 1 has a problem that the position detection accuracy of the detected object 110 is lowered because the scattered light component contributing to the position detection of the detected object 110 is small.

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、被検出体の位置検出精度が高い座標入力装置、及び座標入力システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a coordinate input device and a coordinate input system with high position detection accuracy of a detection target.

本発明の座標入力装置は、上記の課題を解決するために、板状の導光部材と、導光部材に光を入射させる光源と、少なくとも2つの受光手段と、上記導光部材の表面に被検出体を接触したときの導光部材内の伝搬光を検知した受光手段の出力に基づいて、該被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を検出する検出手段とを備えた座標入力装置であって、光源の出射光を上記導光部材の裏面に対し斜めに入射するように結合する光結合部材が設けられていることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the coordinate input device of the present invention has a plate-shaped light guide member, a light source that makes light incident on the light guide member, at least two light receiving means, and a surface of the light guide member. Detecting means for detecting the coordinates of the contact position of the light guide member on the surface of the light guide member based on the output of the light receiving means that has detected the propagation light in the light guide member when contacting the target object; In the coordinate input device, an optical coupling member that couples the emitted light of the light source so as to be incident obliquely on the back surface of the light guide member is provided.

上記の構成によれば、座標入力装置は、板状の導光部材と、導光部材に光を入射させる光源と、少なくとも2つの受光手段と、上記導光部材の表面に被検出体を接触したときの導光部材内の伝搬光を検知した受光手段の出力に基づいて、該被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を検出する検出手段とを備えている。   According to said structure, a coordinate input device contacts a to-be-detected body to the plate-shaped light guide member, the light source which injects light into a light guide member, at least 2 light-receiving means, and the surface of the said light guide member And detecting means for detecting the coordinates of the contact position of the detected body on the surface of the light guide member based on the output of the light receiving means that detects the propagation light in the light guide member.

このような座標入力装置では、被検出体のタッチ位置での散乱光を検出しており、伝搬光の導光部材の表面への反射回数が多ければ多いほど、被検出体の位置検出に寄与する散乱光成分が多くなる。特許文献1のタッチパネルでは、光源は、導光部材の側面に配置されており、光源の出射光は、導光部材の側面に対して略垂直に入射することになる。それゆえ、導光部材内においては、導光部材の表面または裏面に対して0°に近い角度で反射する反射成分の光強度が最大となる。このような反射成分は、導光部材の表面または裏面に対する反射角度が極めて小さいので、導光部材内での全反射の回数が少ない。その結果、引用文献1の技術では、被検出体の位置検出に寄与する散乱光成分が少ないので、被検出体の位置検出精度が低くなるという問題がある。   In such a coordinate input device, scattered light at the touch position of the detected object is detected, and the greater the number of times the propagating light is reflected on the surface of the light guide member, the more contributed to the position detection of the detected object. More scattered light components are generated. In the touch panel of Patent Document 1, the light source is disposed on the side surface of the light guide member, and the light emitted from the light source is incident substantially perpendicular to the side surface of the light guide member. Therefore, in the light guide member, the light intensity of the reflection component reflected at an angle close to 0 ° with respect to the front surface or the back surface of the light guide member is maximized. Since such a reflection component has a very small reflection angle with respect to the front surface or the back surface of the light guide member, the number of total reflections in the light guide member is small. As a result, the technique of the cited document 1 has a problem that the position detection accuracy of the detected object is lowered because the scattered light component contributing to the position detection of the detected object is small.

そこで、上記の構成によれば、光源の出射光を上記導光部材の裏面に対し斜めに入射するように結合する光結合部材が設けられている。これによって、導光部材内を伝搬する光は、導光部材の表面または裏面に対して0°に近い角度で反射する反射成分の強度が減少し、導光部材の表面または裏面での全反射回数が多くなる。その結果、上記の構成によれば、被検出体の位置検出に寄与する散乱光成分が多くなり、被検出体の位置検出精度が高い座標入力装置を実現することができる。   Therefore, according to the above configuration, the optical coupling member that couples the emitted light of the light source so as to be incident obliquely on the back surface of the light guide member is provided. As a result, the intensity of the reflection component of the light propagating in the light guide member is reflected at an angle close to 0 ° with respect to the front surface or back surface of the light guide member, and total reflection on the front surface or back surface of the light guide member The number of times increases. As a result, according to the above configuration, the scattered light component contributing to the position detection of the detected object increases, and a coordinate input device with high position detection accuracy of the detected object can be realized.

本発明の座標入力装置では、上記光結合部材は、上記導光部材に接する接面と、光源の出射光の光軸方向が上記導光部材の裏面に対して傾斜するように上記光源を配置するための光源配置部とを備え、上記接面を介して、上記光源の光を上記導光部材へ入射させることが好ましい。   In the coordinate input device according to the aspect of the invention, the light coupling member may be arranged such that the light coupling member is in contact with the light guide member and the light axis direction of the light emitted from the light source is inclined with respect to the back surface of the light guide member. It is preferable that the light source arrangement part is provided, and the light of the light source is incident on the light guide member through the contact surface.

これによって、確実に、上記導光部材の裏面に対し斜めに入射するように光源の出射光を結合することが可能になる。被検出体の位置検出精度が高い座標入力装置を実現することができる。   Thus, it is possible to reliably combine the light emitted from the light source so as to be incident obliquely with respect to the back surface of the light guide member. A coordinate input device with high position detection accuracy of the detected object can be realized.

本発明の座標入力装置では、上記光源は、上記導光部材を伝搬する光の上記裏面に対する伝搬角θが25°〜48°になるように、上記光結合部材に設置されていることが好ましい。 In the coordinate input apparatus of the present invention, the light source may be propagated angle theta p with respect to the rear surface of the light propagating through the light guide member is such that the 25 ° to 48 °, is installed in the optical coupling member preferable.

上記の構成によれば、上記光源は、上記導光部材を伝搬する光の上記裏面に対する伝搬角θが25°〜48°になるように、上記光結合部材に設置されているので、例えば導光部材の材料がアクリル樹脂である場合、指接触によって生じた散乱光による光量変化量が大きくなり、被検出体の位置検出精度が高い座標入力装置を実現することができる。 According to said structure, since the said light source is installed in the said optical coupling member so that propagation angle (theta) p with respect to the said back surface of the light which propagates the said light guide member may be 25 degrees-48 degrees, When the material of the light guide member is acrylic resin, the amount of change in the amount of light due to scattered light generated by finger contact becomes large, and a coordinate input device with high position detection accuracy of the detection target can be realized.

本発明の座標入力装置では、上記光結合部材の屈折率は、上記導光部材の屈折率と同じであることが好ましい。   In the coordinate input device of the present invention, it is preferable that the refractive index of the optical coupling member is the same as the refractive index of the light guide member.

これによって、光結合部材と導光部材との界面にて発生する光損失をなくすことができる。その結果、上記の構成によれば、光源からの光を導光部材へ効率よく光結合することができる。   Thereby, the optical loss which generate | occur | produces in the interface of an optical coupling member and a light guide member can be eliminated. As a result, according to the above configuration, the light from the light source can be efficiently optically coupled to the light guide member.

また、当該技術分野で用いられる導光部材の材料、光源の種類等を考慮すると、上記光源は、その出射光の光軸と導光部材の裏面の法線とのなす角度が45±10°になるように、上記光結合部材に配置されていることが好ましい。   In consideration of the material of the light guide member used in the technical field, the type of the light source, etc., the angle between the optical axis of the emitted light and the normal of the back surface of the light guide member is 45 ± 10 °. It is preferable that the optical coupling member is disposed.

本発明の座標入力システムは、上記の課題を解決するために、上述の座標入力装置を備えた座標入力システムであって、画像表示モジュールを備えていることを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, a coordinate input system according to the present invention is a coordinate input system including the coordinate input device described above, and includes an image display module.

上記の構成によれば、上述の座標入力装置と画像表示パネルとを備えているので、被検出体の位置検出精度が高い座標入力システムを実現することができる。   According to said structure, since the above-mentioned coordinate input device and an image display panel are provided, a coordinate input system with high position detection accuracy of a to-be-detected body is realizable.

本発明の座標入力装置は、以上のように、板状の導光部材と、導光部材に光を入射させる光源と、少なくとも2つの受光手段と、上記導光部材の表面に被検出体を接触したときの該被検出体による光散乱を検知した受光手段の出力に基づいて、該被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を求める検出手段とを備えた座標入力装置であって、光源の出射光を上記導光部材の裏面に対し斜めに入射するように結合する光結合部材が設けられている構成である。   As described above, the coordinate input device of the present invention includes a plate-shaped light guide member, a light source that causes light to enter the light guide member, at least two light receiving means, and a detection target on the surface of the light guide member. A coordinate input device comprising: a detecting unit that obtains coordinates of a position of contact with the surface of the light guide member in the detected object based on an output of the light receiving unit that detects light scattering by the detected object when contacted; In this configuration, an optical coupling member that couples the emitted light of the light source so as to be incident obliquely with respect to the back surface of the light guide member is provided.

また、本発明の座標入力システムは、以上のように、上記座標入力装置を備えた座標入力システムであって、画像表示モジュールを備えている構成である。   Moreover, the coordinate input system of this invention is a coordinate input system provided with the said coordinate input device as mentioned above, Comprising: It is the structure provided with the image display module.

それゆえ、被検出体の位置検出精度が高いという効果を奏する。   Therefore, there is an effect that the position detection accuracy of the detection object is high.

本発明における座標入力装置、及び座標入力システムの実施の一形態を示すものであって、座標入力装置における光源ユニットの点灯制御方法を示す平面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of a coordinate input device and a coordinate input system according to the present invention, and a lighting control method for a light source unit in the coordinate input device. 上記座標入力システムの構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the said coordinate input system. (a)は座標入力システムの構成を示す平面図であり、(b)は座標入力システムの構成を示す側面断面図である。(A) is a top view which shows the structure of a coordinate input system, (b) is side sectional drawing which shows the structure of a coordinate input system. (a)は座標入力システムの構成を示す側面図であり、(b)は座標入力システムの縁部の構成を拡大して示す要部側面図である。(A) is a side view which shows the structure of a coordinate input system, (b) is a principal part side view which expands and shows the structure of the edge part of a coordinate input system. 座標入力システムの構成を示すものであって、図7のA−A線矢視断面図である。FIG. 8 shows a configuration of a coordinate input system, and is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 7. 1個のLEDにおける導光板への照射領域を示す平面図である。It is a top view which shows the irradiation area | region to the light-guide plate in one LED. 導光板に指をタッチしたときの散乱光の光路を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the optical path of scattered light when a finger touches a light-guide plate. (a)〜(c)は、導光板とLEDとの間に設けられた光結合部材の構成を示す断面図である。(A)-(c) is sectional drawing which shows the structure of the optical coupling member provided between the light-guide plate and LED. 導光板を伝搬する光の、指の位置検出に寄与する伝搬角θの設定を検証した結果を示し、導光板の指接触による光量変化と伝搬角θとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having verified the setting of propagation angle (theta) p which contributes to finger position detection of the light which propagates a light guide plate, and shows the relationship between the light quantity change by the finger contact of a light guide plate, and propagation angle (theta) p . 光源ユニットと撮像ユニットとの位置関係を示す平面図、及び該平面図に示された光源ユニットにおける光結合部材の構成を示す断面図である。It is a top view which shows the positional relationship of a light source unit and an imaging unit, and sectional drawing which shows the structure of the optical coupling member in the light source unit shown by this top view. (a)は座標入力装置の検出原理を示す平面図であり、(b)は座標入力装置の撮像ユニットにおける撮像素子の光信号を示す波形図である。(A) is a top view which shows the detection principle of a coordinate input device, (b) is a wave form diagram which shows the optical signal of the image pick-up element in the imaging unit of a coordinate input device. (a)は導光板の表面における各所に指が接触された場合の接触位置を示す平面図であり、(b)は該指の接触位置に対応して撮像素子の検出画像に現れる画素番号と信号強度との関係を示す波形図である。(A) is a top view which shows the contact position when a finger | toe contacts the various places in the surface of a light-guide plate, (b) is the pixel number which appears in the detection image of an image pick-up element corresponding to the contact position of this finger | toe It is a wave form diagram which shows the relationship with signal strength. (a)は上記座標入力装置における撮像ユニットでの撮像状況を示す斜視図であり、(b)は上記撮像ユニットの撮像素子での像を示す平面図である。(A) is a perspective view which shows the imaging condition in the imaging unit in the said coordinate input device, (b) is a top view which shows the image in the image pick-up element of the said imaging unit. 本発明における座標入力装置の他の実施の形態を示すものであって、指が撮像ユニットの近接位置に接触された状態を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing another embodiment of the coordinate input device according to the present invention and showing a state in which a finger is brought into contact with a proximity position of an imaging unit. 導光板の一方の第1の端部に2つの撮像ユニットが設けられている場合に、指が同時に2箇所に接触された場合の不具合を示す平面図である。It is a top view which shows the malfunction when a finger | toe is simultaneously contacted at two places when two imaging units are provided in one 1st edge part of the light-guide plate. 上記他の実施の形態における座標入力装置の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the coordinate input device in said other embodiment. 上記他の実施の形態における座標入力装置の光源ユニットの点灯制御方法を示す平面図である。It is a top view which shows the lighting control method of the light source unit of the coordinate input device in said other embodiment. 上記他の実施の形態における座標入力装置において、指が撮像ユニットの近接位置に接触された場合の検出方法を示す平面図である。In the coordinate input device in the other embodiment, it is a plan view showing a detection method when a finger is brought into contact with the proximity position of the imaging unit. 上記他の実施の形態における座標入力装置において、複数の指が導光板に接触された場合の検出方法を示す平面図である。It is a top view which shows the detection method when the several finger | toe is contacted with the light-guide plate in the coordinate input device in the said other embodiment. (a)は従来の座標入力装置としての位置検出装置の構成を示す斜視図であり、(b)は上記位置検出装置の要部の構成を示す平面図である。(A) is a perspective view which shows the structure of the position detection apparatus as a conventional coordinate input device, (b) is a top view which shows the structure of the principal part of the said position detection apparatus. (a)は上記従来の座標入力装置としての位置検出装置の検出原理を示す平面図であり、(b)は上記位置検出装置における受光素子の光信号を示す波形図である。(A) is a top view which shows the detection principle of the position detection apparatus as the said conventional coordinate input device, (b) is a wave form diagram which shows the optical signal of the light receiving element in the said position detection apparatus. (a)(b)は上記従来の座標入力装置としての位置検出装置における変形例の構成を示すものであって、光源の点灯制御方法を示す平面図である。(A) and (b) are the top views which show the structure of the modification in the position detection apparatus as said conventional coordinate input device, and show the lighting control method of a light source.

本発明の座標入力装置は、板状の導光部材と、導光部材に光を入射させる光源と、少なくとも2つの受光手段と、上記導光部材の表面に被検出体を接触したときの導光部材内の伝搬光を検知した受光手段の出力に基づいて、該被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を検出する検出手段とを備えた構成となっている。本発明の座標入力装置においては、導光部材の表面に被検出体を接触したとき、受光手段が該接触による導光部材内の伝搬光を検知する。そして、検出手段は、受光手段の出力に基づいて、被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を検出する。   The coordinate input device according to the present invention includes a plate-shaped light guide member, a light source that makes light incident on the light guide member, at least two light receiving means, and a guide when a detected object comes into contact with the surface of the light guide member. Based on the output of the light receiving means that has detected the propagation light in the optical member, the detection means detects the coordinates of the contact position of the detected body to the surface of the light guide member. In the coordinate input device of the present invention, when the detected object comes into contact with the surface of the light guide member, the light receiving means detects the propagation light in the light guide member due to the contact. And a detection means detects the coordinate of the contact position to the surface of the light guide member in a to-be-detected body based on the output of a light-receiving means.

ここで、検出手段が検出する「受光手段の出力」は、導光部材の表面に被検出体が接触していないときの受光手段の出力と、導光部材の表面に被検出体を接触させたときの受光手段の出力との出力差を識別できる出力像を意味する。それゆえ、「受光手段の出力」は、導光部材の表面に被検出体を接触させたときの受光手段の出力が、導光部材の表面に被検出体が接触していないときの受光手段の出力よりも大きい出力像と、導光部材の表面に被検出体を接触させたときの受光手段の出力が、導光部材の表面に被検出体が接触していないときの受光手段の出力よりも小さい出力像との両方を包含する。   Here, the “output of the light receiving means” detected by the detecting means refers to the output of the light receiving means when the detected body is not in contact with the surface of the light guide member and the detected body in contact with the surface of the light guide member. This means an output image in which the output difference from the output of the light receiving means can be identified. Therefore, the “output of the light receiving means” means that the output of the light receiving means when the detected body is brought into contact with the surface of the light guide member is the light receiving means when the detected body is not in contact with the surface of the light guide member. Output of the light receiving means when the detected object is in contact with the surface of the light guide member and the output of the light receiving means when the detected object is not in contact with the surface of the light guide member And both smaller output images.

また、被検出体は、導光部材の表面に接触することによって、上記出力差を識別できるものであればよく、例えば、指、棒状のタッチペン、発光ペン等が挙げられる。   Moreover, the to-be-detected body should just identify the said output difference by contacting the surface of a light guide member, for example, a finger | toe, a stick-shaped touch pen, a light emitting pen etc. are mentioned.

以下の実施形態では、被検出体が指であり、かつ検出手段が検出する「受光手段の出力」が、導光部材の表面に被検出体を接触させたときの受光手段の出力が、導光部材の表面に被検出体が接触していないときの受光手段の出力よりも大きい出力像である構成を例にして説明する。この場合、「受光手段の出力」は、「導光部材の表面に被検出体を接触したときの該被検出体による光散乱を検知した受光手段の出力」であり、さらに具体的には、被検出体の存在による散乱光の受光ピークである。   In the following embodiments, the output of the light receiving means when the detected body is a finger and the detection means detects that the output of the light receiving means is in contact with the surface of the light guide member. An explanation will be given by taking as an example a configuration in which the output image is larger than the output of the light receiving means when the detection object is not in contact with the surface of the optical member. In this case, the “output of the light receiving means” is “the output of the light receiving means that detects light scattering by the detected object when the detected object is in contact with the surface of the light guide member”, and more specifically, It is a light reception peak of scattered light due to the presence of the detection target.

〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図1〜図15に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
[Embodiment 1]
One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

(座標入力システムの構成)
本実施の形態の座標入力装置を備えた座標入力システムの構成について、図2及び図3(a)(b)に基づいて説明する。図2は、上記座標入力システムの構成を示す分解斜視図である。図3(a)は座標入力システムの構成を示す平面図であり、図3(b)は座標入力システムの構成を示す側面断面図である。尚、本明細書においては、図2におけるZ方向を座標入力システムの前側とする。また、図2におけるX方向を座標入力システムの長手方向とし、図2におけるY方向を座標入力システムの短手方向とする。
(Configuration of coordinate input system)
A configuration of a coordinate input system including the coordinate input device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3A and 3B. FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the coordinate input system. FIG. 3A is a plan view showing the configuration of the coordinate input system, and FIG. 3B is a side sectional view showing the configuration of the coordinate input system. In this specification, the Z direction in FIG. 2 is the front side of the coordinate input system. 2 is the longitudinal direction of the coordinate input system, and the Y direction in FIG. 2 is the short direction of the coordinate input system.

本実施の形態の座標入力システム1は、図2に示すように、画像表示モジュールとしての液晶表示モジュール2と、この液晶表示モジュール2の前面側に設けられた座標入力装置3Aとを備えている。   As shown in FIG. 2, the coordinate input system 1 according to the present embodiment includes a liquid crystal display module 2 as an image display module and a coordinate input device 3 </ b> A provided on the front side of the liquid crystal display module 2. .

上記液晶表示モジュール2は、図3(a)(b)に示すように、一対の図示しない基板間に液晶層を挟持し、かつ各基板には、電圧印加によって当該液晶層の液晶分子の配向を変えるための各種電極が設けられた液晶表示パネル2aとを備えている。この液晶表示パネル2aでは、電極間に電圧を印加することにより液晶分子の配向を変化させることによって、各画素の液晶層を透過する光の透過量を調整して所望の表示を行う。上記液晶表示パネル2aはシャーシ2bに支持されていると共に、液晶表示パネル2aの前面には保護ガラス2cが設けられている。尚、液晶表示モジュール2の構成は、従来周知の液晶表示モジュールを用いることができる。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the liquid crystal display module 2 has a liquid crystal layer sandwiched between a pair of substrates (not shown), and the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are aligned on each substrate by voltage application. And a liquid crystal display panel 2a provided with various electrodes for changing. In the liquid crystal display panel 2a, a desired display is performed by adjusting the amount of light transmitted through the liquid crystal layer of each pixel by changing the orientation of the liquid crystal molecules by applying a voltage between the electrodes. The liquid crystal display panel 2a is supported by the chassis 2b, and a protective glass 2c is provided on the front surface of the liquid crystal display panel 2a. Note that a conventionally known liquid crystal display module can be used as the configuration of the liquid crystal display module 2.

上記座標入力システム1では、液晶表示パネル2aに表示された画面を見ながら、液晶表示パネル2aの前側に設けられた座標入力装置3Aの導光板10上に被検出体としての例えば指を接触させることにより、その指における接触位置の座標が特定され、所望のデータ入力ができるようになっている。   In the coordinate input system 1, for example, a finger as a detection object is brought into contact with the light guide plate 10 of the coordinate input device 3 </ b> A provided on the front side of the liquid crystal display panel 2 a while viewing the screen displayed on the liquid crystal display panel 2 a. Thus, the coordinates of the contact position on the finger are specified, and desired data can be input.

(座標入力装置の構成)
次に、上記座標入力システム1に備えられた座標入力装置3Aの構成について、前記図2及び図3(a)(b)、並びに図4(a)(b)〜図8に基づいて以下に詳述する。図4(a)は座標入力システム1の構成を示す側面図であり、図4(b)は座標入力システム1の縁部の構成を拡大して示す要部側面図である。図5は座標入力システム1の構成を示すものであって、図7のA−A線矢視断面図である。図6は1個のLEDにおける導光板10への照射領域を示す平面図である。図7は導光板10に指8をタッチしたときの散乱光の光路を示す斜視図である。図8(a)(b)は、導光板10とLED4aとの間に設けられた光結合部材の構成を示す断面図である。
(Configuration of coordinate input device)
Next, the configuration of the coordinate input device 3A provided in the coordinate input system 1 will be described below with reference to FIG. 2, FIG. 3 (a) (b), and FIG. 4 (a) (b) to FIG. Detailed description. 4A is a side view showing the configuration of the coordinate input system 1, and FIG. 4B is an enlarged side view showing the configuration of the edge of the coordinate input system 1. As shown in FIG. FIG. 5 shows a configuration of the coordinate input system 1, and is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG. 6 is a plan view showing an irradiation area to the light guide plate 10 in one LED. FIG. 7 is a perspective view showing an optical path of scattered light when the finger 8 touches the light guide plate 10. 8A and 8B are cross-sectional views showing the configuration of the optical coupling member provided between the light guide plate 10 and the LED 4a.

上記座標入力装置3Aは、図2及び図3(a)(b)に示すように、長方形の透明の導光部材としての導光板10と、長方形の導光板10の隅角部にそれぞれ配設された受光手段としての撮像ユニット20・30・40・50と、導光板10の長手方向における両辺の各背面側に設けられた光源としての光源ユニット4A・4Bと、光源ユニット4A・4Bからの光を導光板10に結合させる光結合部材5と、後述する検出手段としての検出部6とを備えている。また、図3(b)に示すように、導光板10における縁部における光源ユニット4A・4Bが配設された箇所の表面側及び裏面側には、光吸収部材7・7が設けられている。   As shown in FIGS. 2 and 3A and 3B, the coordinate input device 3 </ b> A is disposed at a corner portion of the light guide plate 10 as a rectangular transparent light guide member and the rectangular light guide plate 10. From the image pickup units 20, 30, 40, 50 as the received light receiving means, the light source units 4A, 4B as the light sources provided on the back sides of both sides in the longitudinal direction of the light guide plate 10, and the light source units 4A, 4B An optical coupling member 5 that couples light to the light guide plate 10 and a detection unit 6 as detection means described later are provided. Moreover, as shown in FIG.3 (b), the light absorption members 7 and 7 are provided in the surface side and back surface side of the location in which the light source unit 4A * 4B in the edge part in the light-guide plate 10 is arrange | positioned. .

導光板10は、透光性材料からなる一枚の長方形の平板からなっており、液晶表示モジュール2における液晶表示パネル2aの表示面側に重ねて配設されている。尚、導光板10は、完全な長方形である必要はなく、後述するように、隅角部に貫通孔11が形成されていたり、角が切り欠かれていたり、又は角が曲面加工されていたりする等の実質的な四角形であってよい。   The light guide plate 10 is made of a single rectangular flat plate made of a translucent material, and is disposed on the display surface side of the liquid crystal display panel 2 a in the liquid crystal display module 2. The light guide plate 10 does not have to be a complete rectangle, and as will be described later, through holes 11 are formed in corners, corners are notched, or corners are curved. It may be a substantially quadrangular shape.

導光板10の大きさは、図3(a)(b)に示すように、4つの辺の周辺が液晶表示パネル2aよりも大きく構成されている。これにより、撮像ユニット20・30・40・50を、導光板10の背面側に配設することができる。この結果、座標入力装置3Aの後述する指8における導光板10への接触面に沿って拡がる方向のサイズの大型化を抑制し、座標入力装置3Aのコンパクトサイズの実現に寄与している。長方形の導光板10の大きさは、例えば、対角線が例えば60インチとすることができるが、これに制限されるものではない。例えば、60インチ、70インチ、80インチ、…とさらに大きくてもよく、又は60インチ以下でもよい。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the size of the light guide plate 10 is configured such that the periphery of the four sides is larger than the liquid crystal display panel 2a. Accordingly, the imaging units 20, 30, 40, and 50 can be disposed on the back side of the light guide plate 10. As a result, an increase in the size of the coordinate input device 3A in the direction of spreading along the contact surface with the light guide plate 10 of the finger 8 described later is suppressed, which contributes to the realization of the compact size of the coordinate input device 3A. The size of the rectangular light guide plate 10 may be, for example, a diagonal of 60 inches, but is not limited thereto. For example, it may be larger, such as 60 inches, 70 inches, 80 inches, or 60 inches or less.

導光板10の厚さは1〜3mmが主に用いられる。ただし、これより厚くてもよい。本実施の形態では、厚さは例えば3mmとなっている。導光板10の材料としては、例えばアクリルが用いられ、ポリカーボネート又はガラスでもよい。   The thickness of the light guide plate 10 is mainly 1 to 3 mm. However, it may be thicker than this. In the present embodiment, the thickness is 3 mm, for example. As a material of the light guide plate 10, for example, acrylic is used, and polycarbonate or glass may be used.

また、導光板10における撮像ユニット20・30・40・50を配設する4箇所の隅角部には、図4(a)(b)に示すように、凹型の円錐面状の光路変換部としての貫通孔11がそれぞれ形成されている。尚、本実施の形態では、貫通孔11が円錐面状に構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、双曲面状又は多角面状に構成されていてもよい。また、貫通穴11の中央部は必ずしも貫通している必要はない。導光板10の厚さの途中まで斜面が形成されていてもよい。この場合は、撮像ユニット20・30・40・50が密閉されるので、撮像ユニット20・30・40・50の内部に異物が混入することがなくなる。   Further, at the four corners of the light guide plate 10 where the imaging units 20, 30, 40, 50 are disposed, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), a concave conical optical path conversion unit is provided. The through-holes 11 are respectively formed. In addition, in this Embodiment, although the through-hole 11 is comprised by the conical surface shape, this invention is not limited to this, You may be comprised by the hyperboloid shape or the polygonal surface shape. Further, the central portion of the through hole 11 does not necessarily have to penetrate. The slope may be formed up to the middle of the thickness of the light guide plate 10. In this case, since the imaging units 20, 30, 40, and 50 are sealed, no foreign matter is mixed into the imaging units 20, 30, 40, and 50.

図5に示すように、貫通孔11の円錐面の壁面11aと導光板10の背面とがなす角度γは、45度以下であり、例えば30度又は24度が選ばれる。貫通孔11における円錐面状の壁面11aにはミラーコーティングが施されている。これにより、図5に示すように、導光板10の内部を伝搬して貫通孔11に至った光の光路を、貫通孔11によって導光板10の下方、つまり導光板10の背面に向けて変化させる。尚、壁面11aにミラーコーティングが施されていなくても、貫通孔11の円錐面によって、光路を導光板10の下方に変化させることが可能である。また、本実施の形態では、光変換部材を導光板10の隅角部の貫通孔11として設けたため、導光板10から光変換部材が突出するのを回避している。   As shown in FIG. 5, the angle γ formed between the conical wall surface 11a of the through hole 11 and the back surface of the light guide plate 10 is 45 degrees or less, and for example, 30 degrees or 24 degrees is selected. A mirror coating is applied to the conical surface wall surface 11 a in the through hole 11. As a result, as shown in FIG. 5, the optical path of the light propagating through the inside of the light guide plate 10 and reaching the through hole 11 is changed by the through hole 11 below the light guide plate 10, that is, toward the back surface of the light guide plate 10. Let Even if the wall surface 11 a is not mirror-coated, the optical path can be changed below the light guide plate 10 by the conical surface of the through hole 11. In the present embodiment, since the light conversion member is provided as the through hole 11 in the corner portion of the light guide plate 10, the light conversion member is prevented from protruding from the light guide plate 10.

次に、撮像ユニット20・30・40・50は、導光板10における4箇所の隅角部における円錐面状の貫通孔11の直下に配置されている。これにより、撮像ユニット20・30・40・50は、導光板10の表面よりも上方には突出していない構造となっている。   Next, the imaging units 20, 30, 40, and 50 are disposed immediately below the conical surface through holes 11 at the four corners of the light guide plate 10. Thus, the imaging units 20, 30, 40, and 50 have a structure that does not protrude above the surface of the light guide plate 10.

また、本実施の形態の座標入力装置3Aでは、撮像ユニット20・30・40・50は、導光板10における縁部の互いに離れた4箇所の隅角部に設けられている。ただし、本発明においては、撮像ユニット20・30・40・50の設置箇所は、必ずしも隅角部に限らない。例えば、導光板10における長手方向に沿う一方の第1の縁部には、少なくとも2箇所に撮像ユニット20・30が設けられており、導光板10における該第1の縁部に対向する他方の第2の縁部にも少なくとも2箇所に撮像ユニット40・50が設けられているとすることができる。この理由は、後述するように、本実施の形態の座標入力装置3Aでは、導光板10における一方の第1の縁部の撮像ユニット20・30と、導光板10における他方の第2の縁部の撮像ユニット40・50とは、互いに交互に使用されるためである。すなわち、三角測量法においては少なくとも2個の受光手段が必要となるため、各第1の縁部及び第2の縁部には、それぞれ2以上の撮像ユニット20・30及び撮像ユニット40・50を設けておく必要がある。   Further, in the coordinate input device 3 </ b> A of the present embodiment, the imaging units 20, 30, 40, and 50 are provided at four corners of the light guide plate 10 that are separated from each other. However, in the present invention, the installation locations of the imaging units 20, 30, 40, and 50 are not necessarily limited to the corners. For example, imaging units 20 and 30 are provided in at least two locations on one first edge along the longitudinal direction of the light guide plate 10, and the other of the other edges of the light guide plate 10 facing the first edge. It can be assumed that the imaging units 40 and 50 are provided in at least two places on the second edge. As will be described later, in the coordinate input device 3A of the present embodiment, the reason is that the imaging units 20 and 30 on one first edge of the light guide plate 10 and the second edge of the other side of the light guide plate 10 This is because the imaging units 40 and 50 are used alternately. That is, since triangulation requires at least two light receiving means, two or more imaging units 20 and 30 and imaging units 40 and 50 are provided on each of the first edge and the second edge. It is necessary to provide it.

上記撮像ユニット20・40は、図5に示すように、レンズ21・41と光学フィルタ22・42と撮像素子23・43とを有している。また、撮像ユニット30も、同様に、図7に示すように、レンズ31と光学フィルタ32と撮像素子33とを有している。さらに、撮像ユニット50も図示しないが、同様の構成を有している。   As shown in FIG. 5, the imaging units 20 and 40 include lenses 21 and 41, optical filters 22 and 42, and imaging elements 23 and 43. Similarly, the imaging unit 30 also includes a lens 31, an optical filter 32, and an imaging element 33, as shown in FIG. Furthermore, although the imaging unit 50 is not shown, it has the same configuration.

図5に示す光学フィルタ22・42等は、指8から放射される波長帯の光を透過し、それ以外の波長帯の光を遮断する役割を果たす。光学フィルタ22・42等により、太陽光や、液晶表示パネル用バックライト光等の迷光が遮断され、SN比を高くすることができる。ただし、指8の接触による散乱光の検出においては、バックグラウンドとなる映像信号との差分をとれば足りるため、必ずしも光学フィルタは必要ではない。   The optical filters 22 and 42 shown in FIG. 5 transmit the light in the wavelength band emitted from the finger 8 and play the role of blocking the light in the other wavelength bands. The optical filters 22 and 42 and the like block sunlight and stray light such as backlight light for a liquid crystal display panel, and can increase the SN ratio. However, in the detection of scattered light due to the contact of the finger 8, it is sufficient to take a difference from the background video signal, so an optical filter is not necessarily required.

また、本実施の形態の撮像素子23・33・43等は、例えば2次元のイメージセンサからなっている。ただし、必ずしも2次元に限らず、1次元のイメージセンサであってもよい。また、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補形金属酸化膜半導体)カメラであってもよい。   In addition, the image pickup devices 23, 33, 43, and the like according to the present embodiment are composed of, for example, a two-dimensional image sensor. However, the image sensor is not necessarily limited to two dimensions, and may be a one-dimensional image sensor. Alternatively, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) camera may be used.

撮像素子23・33・43等の受光面は、それぞれ、導光板10の表面と平行であるように配設されている。   The light receiving surfaces of the image pickup devices 23, 33, and 43 are arranged so as to be parallel to the surface of the light guide plate 10.

撮像ユニット20・30・40・50は、導光板10に接続されており、導光板10を伝搬しない光は撮像素子23・33・43等に結合しない構造になっている。   The imaging units 20, 30, 40, and 50 are connected to the light guide plate 10, and have a structure in which light that does not propagate through the light guide plate 10 is not coupled to the imaging elements 23, 33, and 43.

次に、導光板10における長手方向の両辺の縁部に設けられた光源ユニット4A・4Bは、図3(a)に示すように、それぞれ、直列に複数並べられたLED4a…を備えており、各LED4aは、例えば赤外光等の光を発するようになっている。ただし、必ずしも赤外光に限らず、可視光、紫外光であってもよい。また、必ずしもLED4aを使用する必要はなく、LD(laser diode)等を用いることもできる。   Next, the light source units 4A and 4B provided at the edges of both sides in the longitudinal direction of the light guide plate 10 are each provided with a plurality of LEDs 4a ... arranged in series, as shown in FIG. Each LED 4a emits light such as infrared light. However, it is not necessarily limited to infrared light, and may be visible light or ultraviolet light. Further, it is not always necessary to use the LED 4a, and an LD (laser diode) or the like can also be used.

ここで、本実施の形態では、光源ユニット4A・4Bは、導光板10における長手方向の両辺の縁部に設けられている。すなわち、本実施の形態の座標入力装置3Aでは、撮像ユニット20・30及び光源ユニット4Aは、導光板10における長手方向に沿う一方の第1の縁部に設けられていると共に、撮像ユニット40・50及び光源ユニット4Bは、該第1の縁部に対向する他方の第2の縁部にそれぞれ設けられている。この場合、光源ユニット4A・4B及び撮像ユニット20・30・40・50は、いずれも導光板10の背面側に設けられているので、光源ユニット4A・4Bは、撮像ユニット20・30又は撮像ユニット40・50は、両者が重ならないように、撮像ユニット20と撮像ユニット30との間又は撮像ユニット40と撮像ユニット50との間に設けられている。また、図5に示すように、光源ユニット4Aの方が、撮像ユニット20に比べて、導光板10の外周端近傍に設けられており、光源ユニット4Bの方が、撮像ユニット40に比べて、導光板10の外周端近傍に設けられている。したがって、撮像ユニット20・30・40・50においては、光源ユニット4・4からの直接光が撮像ユニット20・30・40・50の信号検出有効エリア内に入射しないようになっている。さらに、導光板10の信号検出有効エリア外の部分に切り込みを入れるか若しくは光吸収部材7を貼り付ける、又は信号検出有効エリア外には光路変換部である貫通孔11を形成しないようにする。これにより、確実に不要光が遮断できるようになるので好ましい。   Here, in the present embodiment, the light source units 4 </ b> A and 4 </ b> B are provided at the edges of both sides in the longitudinal direction of the light guide plate 10. That is, in the coordinate input device 3A of the present embodiment, the imaging units 20 and 30 and the light source unit 4A are provided on one first edge along the longitudinal direction of the light guide plate 10, and the imaging units 40 and 50 and the light source unit 4B are respectively provided on the other second edge facing the first edge. In this case, since the light source units 4A, 4B and the imaging units 20, 30, 40, 50 are all provided on the back side of the light guide plate 10, the light source units 4A, 4B are the imaging units 20, 30 or imaging units. 40 and 50 are provided between the imaging unit 20 and the imaging unit 30 or between the imaging unit 40 and the imaging unit 50 so that they do not overlap. Further, as shown in FIG. 5, the light source unit 4 </ b> A is provided near the outer peripheral end of the light guide plate 10 compared to the imaging unit 20, and the light source unit 4 </ b> B is compared to the imaging unit 40. It is provided in the vicinity of the outer peripheral end of the light guide plate 10. Therefore, in the imaging units 20, 30, 40, and 50, direct light from the light source units 4 and 4 does not enter the signal detection effective area of the imaging units 20, 30, 40, and 50. Further, the light guide plate 10 is not cut or attached to the portion outside the signal detection effective area, or the light absorbing member 7 is attached, or the through hole 11 that is an optical path changing portion is not formed outside the signal detection effective area. This is preferable because unnecessary light can be reliably blocked.

上述したように、光源ユニット4A・4Bは、導光板10における長手方向に沿う両辺の第1の縁部及び第2の縁部に設けられていることが好ましい。この理由は、図6に示すように、LED4aが導光板10における長手方向に沿う両辺の及び第2の縁部に設けられている方が、導光板10における短手方向に沿う両辺の縁部に設けられている場合よりも、導光板10内でのLED4aの光の到達距離が短いためである。すなわち、これにより、光源ユニット4A・4Bからの光量が大きくなり、かつ導光板10に接触された指8から撮像ユニット20・30・40・50への距離も小さくなるため、導光板10に接触された指8からの散乱光における撮像ユニット20・30・40・50での検出強度が大きくなるためである。   As described above, the light source units 4 </ b> A and 4 </ b> B are preferably provided on the first edge and the second edge on both sides along the longitudinal direction of the light guide plate 10. The reason for this is that, as shown in FIG. 6, the LED 4 a is provided on both sides along the longitudinal direction of the light guide plate 10 and on the second edge, and the edges of both sides along the short side of the light guide plate 10. This is because the light reaching distance of the LED 4a in the light guide plate 10 is shorter than the case where the light guide plate 10 is provided. That is, this increases the amount of light from the light source units 4A and 4B, and also reduces the distance from the finger 8 in contact with the light guide plate 10 to the imaging units 20, 30, 40, and 50. This is because the detection intensity of the scattered light from the finger 8 at the imaging units 20, 30, 40, and 50 increases.

ここで、指8からの散乱光を撮像素子23・33・43等にて検出するときに、撮像素子23・33・43等での散乱光の出力をできるだけ大きくする必要がある。そのためには、LED4aからの導光板10の内部での伝搬光の光量が大きい方が好ましい。そこで、図6に示すように、1個のLED4aの放射角度δが小さくなるようにしている。LED4aの放射角度δが大きいと1個のLED4aにおける照射領域の光量密度が減少するためである。   Here, when the scattered light from the finger 8 is detected by the imaging devices 23, 33, 43, etc., it is necessary to increase the output of the scattered light from the imaging devices 23, 33, 43, etc. as much as possible. For this purpose, it is preferable that the amount of propagating light from the LED 4a inside the light guide plate 10 is larger. Therefore, as shown in FIG. 6, the radiation angle δ of one LED 4a is made small. This is because when the radiation angle δ of the LED 4a is large, the light amount density of the irradiation region in one LED 4a decreases.

また、座標入力装置3Aには、図7に示すように、検出手段としての検出部6が設けられている。この検出部6は、指8による光散乱に基づく撮像素子23・33での出力を検知して、指8における導光板10の表面への接触位置の座標を求めるものである。具体的には、CPUからなっている。   Further, as shown in FIG. 7, the coordinate input device 3A is provided with a detection unit 6 as detection means. The detection unit 6 detects outputs from the image pickup devices 23 and 33 based on light scattering by the finger 8 and obtains coordinates of a contact position of the finger 8 on the surface of the light guide plate 10. Specifically, it consists of a CPU.

また、導光板10における第1の縁部及び第2の縁部には、光源ユニット4A・4B及び撮像ユニット20・30・40・50に重ならないように光吸収部材7・7が設けられている。この光吸収部材7・7は、例えば黒色ポリエステルフィルム等からなる高遮光フィルムを導光板10に貼着してなっており、導光板10の端部での反射光が反対側の端部に戻らないように、該反射光を吸収するものとなっている。   Further, light absorbing members 7 and 7 are provided on the first edge and the second edge of the light guide plate 10 so as not to overlap the light source units 4A and 4B and the imaging units 20, 30, 40, and 50. Yes. The light absorbing members 7 and 7 are formed by sticking a high light-shielding film made of, for example, a black polyester film or the like to the light guide plate 10 so that the reflected light at the end of the light guide plate 10 returns to the opposite end. So that the reflected light is absorbed.

ここで、本実施の形態の座標入力システム1では、被検出体として例えば指8が使用される。ただし、必ずしも指8に限らず、棒状のタッチペン等の被検出体であってもよい。   Here, in the coordinate input system 1 of this Embodiment, the finger | toe 8 is used as a to-be-detected body, for example. However, the detection target is not necessarily limited to the finger 8 and may be a detected object such as a stick-shaped touch pen.

(光結合部材5の構成)
ここで、本実施の形態では、光源ユニット4A・4Bを導光板10の背面側に配設している。この場合、光源ユニット4A・4BのLED4aの光を導光板10に対して垂直に入射させたのでは、入射光は導光板10の内部を導光せず、そのまま、導光板10の前面に抜けていく。そこで、本実施の形態では、図2に示すように、導光板10と光源ユニット4A・4Bとの間に光結合部材5・5を設けており、図8(a)〜(c)に示すように、光源ユニット4A・4BのLED4a…からの光は、この光結合部材5・5を介して導光板10の裏面に対して斜めに入射されるようになっている。より具体的には、光結合部材5は、導光板10と両面テープ5b又は接着剤を介して接する接面と、LED4aの出射光の光軸方向が導光板10の裏面に対して傾斜するようにLED4aを配置するための光源配置部とを備えている。そして、光結合部材5は、上記接面(両面テープ5b又は接着剤)を介して、LED4aの出射光を導光板10へ入射させるようになっている。
(Configuration of optical coupling member 5)
Here, in the present embodiment, the light source units 4 </ b> A and 4 </ b> B are disposed on the back side of the light guide plate 10. In this case, if the light from the LEDs 4a of the light source units 4A and 4B is incident on the light guide plate 10 perpendicularly, the incident light does not guide the inside of the light guide plate 10 and passes through the front surface of the light guide plate 10 as it is. To go. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, optical coupling members 5 and 5 are provided between the light guide plate 10 and the light source units 4A and 4B, as shown in FIGS. As described above, the light from the LEDs 4a of the light source units 4A and 4B is incident on the back surface of the light guide plate 10 through the optical coupling members 5 and 5 at an angle. More specifically, the optical coupling member 5 has a contact surface that is in contact with the light guide plate 10 via the double-sided tape 5b or an adhesive, and an optical axis direction of light emitted from the LED 4a is inclined with respect to the back surface of the light guide plate 10. And a light source arrangement part for arranging the LEDs 4a. And the optical coupling member 5 makes the emitted light of LED4a inject into the light-guide plate 10 through the said contact surface (double-sided tape 5b or adhesive agent).

これによって、導光板10内を伝搬する光は、導光板10の表面または裏面に対して0°に近い角度で反射する反射成分の強度が減少し、導光板10の表面または裏面での全反射回数が多くなる。その結果、被検出体の位置検出に寄与する散乱光成分が多くなり、被検出体の位置検出精度が高い座標入力装置を実現することができる。   As a result, the intensity of the reflection component of the light propagating in the light guide plate 10 is reflected at an angle close to 0 ° with respect to the front or back surface of the light guide plate 10, and the total reflection on the front or back surface of the light guide plate 10 is thereby achieved. The number of times increases. As a result, the scattered light component contributing to the position detection of the detected object increases, and a coordinate input device with high position detection accuracy of the detected object can be realized.

上記光結合部材5は、詳細には、図8(a)に示すように、例えば、三角柱のブロック5aからなっているとすることができる。このブロック5aは、導光板10に対し例えば両面テープ5b又は接着剤によって接着され得る。そして、このブロック5aの傾斜面5c(光源配置部)にLED4aを接着し、LED4aの出射光の光軸が導光板10の裏面に対して傾斜するようにする。これにより、LED4aの出射光を、図8(a)に示すように、導光板10に対して斜めに入射させることができる。   Specifically, as shown in FIG. 8A, the optical coupling member 5 can be composed of, for example, a triangular prism block 5a. The block 5a can be bonded to the light guide plate 10 with, for example, a double-sided tape 5b or an adhesive. And LED4a is adhere | attached on the inclined surface 5c (light source arrangement | positioning part) of this block 5a, and the optical axis of the emitted light of LED4a is made to incline with respect to the back surface of the light-guide plate 10. FIG. Thereby, the emitted light of LED4a can be made incident on the light-guide plate 10 diagonally as shown to Fig.8 (a).

尚、図8(b)に示すように、LED4aとして砲弾型のLED4aを使用する場合には、光結合部材5として、砲弾型のLED4aを導光板10に対して斜めに固定できる透明のブロック5a’を用いることができる。ブロック5a’は、砲弾型LEDとしてのLED4aを収容する収容部5c’(光源配置部)を有している。そして、この収容部5c’は、導光板10の裏面に対して傾斜するように延びている。ブロック5a’によっても、LED4aの出射光を、導光板10に対して斜めに入射させることができる。   As shown in FIG. 8B, when a bullet-type LED 4 a is used as the LED 4 a, a transparent block 5 a that can fix the bullet-type LED 4 a obliquely with respect to the light guide plate 10 as the optical coupling member 5. 'Can be used. The block 5a 'has a housing part 5c' (light source arrangement part) for housing the LED 4a as a bullet-type LED. The accommodating portion 5 c ′ extends so as to be inclined with respect to the back surface of the light guide plate 10. Also by the block 5 a ′, the light emitted from the LED 4 a can enter the light guide plate 10 obliquely.

また、図8(c)に示されるように、光結合部材5は、導光板10の裏面に接着(固定)された、三角柱形状体5dを有するシート状のもの(例えば、プリズムシート)であってもよい。この場合、図8(c)に示されるように、LED4aと光結合部材5とは離間しており、エアギャップが設けられている。また、光結合部材5は、三角柱形状体5aがLED4aと対向するように導光板10の裏面に接着されている。LED4aの出射光は、光結合部材5に形成された三角柱形状体5dによって、導光板10内に入射する。そして、導光板10内を全反射しつつ、伝搬する。このように、図8(c)の構成によれば、光結合部材5によって、光源ユニット4A・4Bを導光板10の背面側に配設している場合であっても、導光板10内部を伝搬する伝搬成分の光量を増加させることができる。   As shown in FIG. 8C, the optical coupling member 5 is a sheet-like member (for example, a prism sheet) having a triangular prism-shaped body 5d bonded (fixed) to the back surface of the light guide plate 10. May be. In this case, as shown in FIG. 8C, the LED 4a and the optical coupling member 5 are separated from each other, and an air gap is provided. The optical coupling member 5 is bonded to the back surface of the light guide plate 10 so that the triangular prism-shaped body 5a faces the LED 4a. The light emitted from the LED 4 a enters the light guide plate 10 by the triangular prism-shaped body 5 d formed on the optical coupling member 5. Then, the light propagates while totally reflecting in the light guide plate 10. As described above, according to the configuration of FIG. 8C, even if the light source unit 4 </ b> A or 4 </ b> B is disposed on the back side of the light guide plate 10 by the optical coupling member 5, It is possible to increase the amount of propagating component to propagate.

また、三角柱形状体5dは、公知のプリズムシート等に使用される形状であればよいが、断面が2等辺三角形である三角柱形状よりも断面が直角三角形である直角三角柱形状であることが好ましい。具体的には、光結合部材5の三角柱形状体5dは、直角三角形を形成する3側面として、導光板10の裏面に平行な第1の面5dと、導光板10の裏面に垂直な第2の面5dと、傾斜面としての第3の面5dとを有する。第3の面5dは、第2の面5dから伝搬方向に傾斜した面である。三角柱形状体5dを上述のような直角三角柱形状とすることによって、導光板10内において、伝搬方向に向けて伝搬する光の量を増やすことができる。その結果、LED4aの出射光の、導光板10の伝搬方向への指向性を高めることができる。また、三角柱形状体の代わりに曲面形状体のものを用いても構わない。光源の条件や導光板10内部の伝搬に応じて光結合部材の形状を適宜、選択することができる。ここで、伝搬方向は、光源ユニット4Aが設けられた第1の縁部から、光源ユニット4Bが設けられた第2の縁部へ向かう方向を意味する。 In addition, the triangular prism-shaped body 5d may be a shape used for a known prism sheet or the like, but is preferably a right-angled triangular prism shape whose section is a right triangle rather than a triangular prism shape whose section is an isosceles triangle. Specifically, a triangular prism shaped body 5d of the optical coupling member 5, a third side forming a right triangle, the first surface 5d 1 parallel to the back surface of the light guide plate 10, the perpendicular to the rear surface of the light guide plate 10 2 surface 5d 2 and a third surface 5d 3 as an inclined surface. The third surface 5d 3 of a surface inclined to the propagation direction from the second surface 5d 2. By making the triangular prism-shaped body 5d into the right triangular prism shape as described above, the amount of light propagating in the propagation direction in the light guide plate 10 can be increased. As a result, the directivity of the light emitted from the LED 4a in the propagation direction of the light guide plate 10 can be enhanced. Further, a curved shape body may be used instead of the triangular prism shape body. The shape of the optical coupling member can be appropriately selected according to the conditions of the light source and the propagation inside the light guide plate 10. Here, the propagation direction means a direction from the first edge where the light source unit 4A is provided toward the second edge where the light source unit 4B is provided.

なお、図8(a)〜(c)に示された構成は、LED4aの出射光を、光結合部材5を介して導光板10へ入射させる構成であった。しかし、座標入力装置3Aは、この構成に限定されず、例えば、光結合部材5と導光板10とが溶着などによって一体化した構成であってもよい。また、座標入力装置3Aは、光源ユニット4Aと導光板10とを溶着固定することによって光結合部材5を省略した構成であってもよい。   8A to 8C is a configuration in which the light emitted from the LED 4a is incident on the light guide plate 10 through the optical coupling member 5. However, the coordinate input device 3A is not limited to this configuration, and may be a configuration in which, for example, the optical coupling member 5 and the light guide plate 10 are integrated by welding or the like. The coordinate input device 3A may have a configuration in which the light coupling member 5 is omitted by welding and fixing the light source unit 4A and the light guide plate 10.

ここで、導光板10を伝搬する光の、指8の位置検出に寄与する伝搬角θの設定を検証した。この検証では、一方の端面が45°に傾斜した45°傾斜面である導光板を用いた。そして、45°傾斜面からランバード分布のレーザ光(平行光)を入射させて導光板内に光を伝搬させている。そして、導光板の指接触によって生じた散乱光による光量変化量を、45°傾斜面と反対側の他方の端面に設けられたパワーメータによって測定する。45°傾斜面に対する入射角を変化させて、各入射角に対する導光板の指接触で生じた散乱光による光量変化量を測定した。なお、この検証では、導光板として、厚さ1mmまたは2mm、長さ330mmのアクリル導光板を用いた。図9は、上記検証の結果を示し、導光板の指接触による光量変化と伝搬角θとの関係を示すグラフである。図9のグラフの縦軸は、パワーメータによる変化量を示す。 Here, the setting of the propagation angle θ p of the light propagating through the light guide plate 10 contributing to the detection of the position of the finger 8 was verified. In this verification, a light guide plate having a 45 ° inclined surface with one end surface inclined at 45 ° was used. Then, a laser beam (parallel light) having a Lambert distribution is incident from a 45 ° inclined surface to propagate the light into the light guide plate. Then, the amount of change in the amount of light due to the scattered light caused by the finger contact with the light guide plate is measured by a power meter provided on the other end surface opposite to the 45 ° inclined surface. The amount of change in the amount of light due to scattered light generated by finger contact of the light guide plate with respect to each incident angle was measured by changing the incident angle with respect to the 45 ° inclined surface. In this verification, an acrylic light guide plate having a thickness of 1 mm or 2 mm and a length of 330 mm was used as the light guide plate. Figure 9 shows the result of the verification is a graph showing the relationship between amount of light caused by the finger contact of the light guide plate and the propagation angle theta p. The vertical axis of the graph in FIG. 9 indicates the amount of change by the power meter.

図9に示されるように、伝搬角θが25°以上である場合、指接触によって生じた散乱光による光量変化量が大きくなっていることがわかる。アクリル導光板の臨界角が48°であることを考えると、導光板内を伝搬する光の中でも、伝搬角θが25°以上48°未満である角度成分の光が、指の位置検出に大きく寄与することがわかる。なお、この傾向は、アクリル導光板の厚さが1mmである場合、及びアクリル導光板の厚さが2mmである場合の両方において見られた。 As shown in FIG. 9, when the propagation angle theta p is 25 ° or more, it can be seen that the light intensity variation due to scattered light produced by the finger contact is increased. Given the critical angle of the acrylic light guide plate is 48 °, among the light propagating in the light guide plate, light angular component propagation angle theta p is less than 25 ° or 48 ° is, the position detection of the finger It turns out that it contributes greatly. This tendency was observed both when the thickness of the acrylic light guide plate was 1 mm and when the thickness of the acrylic light guide plate was 2 mm.

図9の結果から、ランバード分布のレーザ光を出射する光源(LED)を用いた場合、指の位置検出を良好にするためには、強度ピークが45°傾斜面に対し36〜37°になるように入射角を設定すればよいことがわかる。   From the results shown in FIG. 9, when a light source (LED) that emits a laser beam having a Lambert distribution is used, the intensity peak is 36 to 37 ° with respect to a 45 ° inclined surface in order to improve finger position detection. It can be seen that the incident angle should be set as described above.

また、光結合部材5としてのブロック5aまたは5a’の屈折率は、導光板10の屈折率よりも大きいか、あるいは同じであることが好ましい。より好ましくは、光結合部材5の屈折率は、導光板10の屈折率と同じである。これによって、ブロック5aまたは5a’と導光板10との界面にて発生する光損失をなくすことができる。その結果、LED4aからの光を導光板10へ効率よく光結合することができる。   The refractive index of the block 5 a or 5 a ′ as the optical coupling member 5 is preferably larger than or equal to the refractive index of the light guide plate 10. More preferably, the refractive index of the optical coupling member 5 is the same as the refractive index of the light guide plate 10. As a result, it is possible to eliminate the optical loss that occurs at the interface between the block 5a or 5a 'and the light guide plate 10. As a result, the light from the LED 4a can be optically coupled to the light guide plate 10 efficiently.

また、図9の結果を考慮すると、本実施の形態においては、LED4aは、導光板10を伝搬する光の裏面に対する伝搬角θが25°以上48°未満になるように、光結合部材5(ブロック5aまたは5a’)に設置されていればよい。LED4aの出射光の光軸と導光板10の裏面の法線とのなす角度θは、ブロック5aまたは5a’の屈折率、導光板10の屈折率、LED4aの放射角等に応じて、適宜、導光板10を伝搬する光の裏面に対する伝搬角θが25°以上48°未満になるように設計することができる。当該分野で使用されるLED4aの種類や導光板10の材料等を考慮すると、角度θを、好ましくは45°±10°(35°以上55°以下)、より好ましくは45°±5°(40°以上50°以下)に設定すればよい。 In consideration of the result of FIG. 9, in the present embodiment, the LED 4 a has the light coupling member 5 so that the propagation angle θ p with respect to the back surface of the light propagating through the light guide plate 10 is 25 ° or more and less than 48 °. (Block 5a or 5a ′) may be installed. The angle θ 1 formed by the optical axis of the light emitted from the LED 4a and the normal line of the back surface of the light guide plate 10 is appropriately determined according to the refractive index of the block 5a or 5a ′, the refractive index of the light guide plate 10, the radiation angle of the LED 4a, etc. , the propagation angle theta p for the back surface of the light propagating through the light guide plate 10 can be designed to be less than 48 ° 25 ° or more. Considering the materials of LED4a type and the light guide plate 10 used in the art, the angle theta 1, preferably 45 ° ± 10 ° (35 ° or 55 ° or less), more preferably 45 ° ± 5 ° ( 40 ° to 50 °).

なお、ブロック5aまたは5a’の屈折率が導光板10の屈折率よりも大きい場合、角度θを相対的に大きく設定しても、スネルの法則によって、導光板10を伝搬する光の光軸と導光板10の裏面の法線とのなす角度θは、角度θよりも小さくなる。このため、角度θを相対的に大きく設定しても、伝搬角θを大きくすることができる。その結果、容易に伝搬角θを25°以上48°未満にすることができる。 When the refractive index of the block 5a or 5a ′ is larger than the refractive index of the light guide plate 10, the optical axis of the light propagating through the light guide plate 10 according to Snell's law even if the angle θ 1 is set relatively large. the angle theta 2 between the back side of the normal line of the light guide plate 10 is smaller than the angle theta 1. For this reason, even if the angle θ 1 is set relatively large, the propagation angle θ p can be increased. As a result, the easily propagation angle theta p can be less than 48 ° 25 ° or more.

また、光結合部材5としてのブロック5aまたは5a’が、撮像ユニット20・30・40・50の有効視野領域内に配置されていると、撮像ユニットへ向かって導光する指からの散乱光成分がブロック5aまたは5a’によって遮られるおそれかある。この現象は、例えば液晶表示パネル2a(表示領域)のエッジ部分に指8をタッチした場合に生じる。   Further, when the block 5a or 5a ′ as the optical coupling member 5 is disposed in the effective visual field region of the imaging units 20, 30, 40, and 50, the scattered light component from the finger that guides the light toward the imaging unit. May be blocked by the block 5a or 5a ′. This phenomenon occurs, for example, when the finger 8 touches the edge portion of the liquid crystal display panel 2a (display area).

そこで、図10に示されるように、光結合部材5としてのブロック5aまたは5a’は、撮像ユニット40の有効視野領域よりも後方に配置されている。すなわち、光結合部材5としてのブロック5aまたは5a’は、撮像ユニット40の有効視野領域を避けて配置されている。これによって、撮像ユニットへ向かって導光する指からの散乱光成分がブロック5aまたは5a’によって遮られるのを防止することができる。   Therefore, as illustrated in FIG. 10, the block 5 a or 5 a ′ as the optical coupling member 5 is disposed behind the effective field area of the imaging unit 40. In other words, the block 5 a or 5 a ′ as the optical coupling member 5 is arranged avoiding the effective visual field region of the imaging unit 40. Thereby, it is possible to prevent the scattered light component from the finger guided to the imaging unit from being blocked by the block 5a or 5a '.

(座標入力装置の座標検出原理)
上記構成の座標入力装置3Aにおける、指8が導光板10に接触されたときの座標検出原理について、前記図5、図7、図11(a)(b)及び図12(a)(b)に基づいて説明する。図11(a)は座標入力装置3Aの検出原理を示す平面図であり、図11(b)は座標入力装置3Aの撮像ユニットにおける撮像素子の光信号を示す波形図である。図12(a)は導光板の表面における各所に指が接触された場合の接触位置を示す平面図であり、図12(b)は該指の接触位置に対応して撮像素子の検出画像に現れる画素番号と信号強度との関係を示す波形図である。
(Coordinate detection principle of coordinate input device)
With respect to the coordinate detection principle when the finger 8 is brought into contact with the light guide plate 10 in the coordinate input device 3A having the above-described configuration, FIG. 5, FIG. 7, FIG. 11 (a) (b) and FIG. 12 (a) (b) Based on FIG. 11A is a plan view showing the detection principle of the coordinate input device 3A, and FIG. 11B is a waveform diagram showing the optical signal of the image sensor in the imaging unit of the coordinate input device 3A. FIG. 12A is a plan view showing a contact position when a finger is brought into contact with various places on the surface of the light guide plate, and FIG. 12B shows a detection image of the image sensor corresponding to the contact position of the finger. It is a wave form diagram which shows the relationship between the pixel number which appears and signal strength.

まず、座標入力装置3Aでは、図5に示すように、導光板10における少なくとも一辺の縁部に沿って設けられた光源ユニット4Aの複数の前記LED4a…から導光板10に光が斜めに入射される。   First, in the coordinate input device 3A, as shown in FIG. 5, light is obliquely incident on the light guide plate 10 from the plurality of LEDs 4a of the light source unit 4A provided along at least one edge of the light guide plate 10. The

導光板10に入射された光は、図5に示すように、導光板10の内部の全面に伝搬光として導光する。すなわち、導光板10の屈折率と空気の屈折率との相違により導光板10の内部では光が全反射を繰り返す。この全反射される光は、導光板10の端面から出射される。尚、導光板10の端面にて反射されて戻ろうとする光は導光板10の表面及び背面の光吸収部材7・7にて吸収され、撮像ユニット20・30側に戻ってくることはない。   As shown in FIG. 5, the light incident on the light guide plate 10 is guided as propagating light to the entire inner surface of the light guide plate 10. That is, light repeats total reflection inside the light guide plate 10 due to the difference between the refractive index of the light guide plate 10 and the refractive index of air. The totally reflected light is emitted from the end face of the light guide plate 10. The light that is reflected by the end face of the light guide plate 10 and returned is absorbed by the light absorbing members 7 and 7 on the front and back surfaces of the light guide plate 10 and does not return to the imaging units 20 and 30 side.

ここで、図5に示すように、導光板10の表面に指8を接触つまりタッチさせると、導光板10の内部における全反射条件が崩れ、指8にて屈折率nの導光板10内を導光する赤外光の一部が散乱される。この散乱光のうち、導光板10内の伝搬角θが、
sin(90°−θ)>1/n
に示す条件を満たす光束は、導光板10の表面及び裏面での反射を繰り返し、導光板10内を進行する。
Here, as shown in FIG. 5, when the finger 8 is brought into contact with, or touched with, the surface of the light guide plate 10, the total reflection condition in the light guide plate 10 is broken, and the finger 8 passes through the light guide plate 10 having the refractive index n. Part of the infrared light that is guided is scattered. Of this scattered light, the propagation angle θ P in the light guide plate 10 is
sin (90 ° −θ P )> 1 / n
The light beam satisfying the conditions shown in (2) repeats reflection on the front and back surfaces of the light guide plate 10 and travels in the light guide plate 10.

ここで、図7に示すように、指8の散乱光である赤外光は導光板10の2次元平面に対して放射状に拡散され、導光板10内を伝搬する。そして、その光束のうちの一部の伝搬光13a・14aは、円錐面状の貫通孔11・11の壁面11a・11aにも導かれ、該壁面11a・11aの反射光が撮像ユニット20・30にて受光される。具体的には、貫通孔11・11の壁面11a・11aの反射光は、撮像ユニット20・30におけるレンズ21・31にて集光され、続いて、光学フィルタ22・32を通って、最後に撮像素子23・33に受光される。これにより、図11(b)に示すように、各撮像素子23・33における画素番号のところに発光ピークが現れる。したがって、検出部6は、各撮像素子23・33から得られる各画像における画素番号を角度に換算することにより、図11(a)に示すように、指8が接触した箇所における導光板10の二次元平面内での撮像ユニット20・30からの視認角度である角度α・βを求める。   Here, as shown in FIG. 7, infrared light that is scattered light of the finger 8 is diffused radially with respect to the two-dimensional plane of the light guide plate 10 and propagates in the light guide plate 10. A part of the propagation light 13a / 14a of the luminous flux is also guided to the wall surfaces 11a / 11a of the conical through holes 11/11, and the reflected light of the wall surfaces 11a / 11a is captured by the imaging units 20/30. The light is received at. Specifically, the reflected light of the wall surfaces 11a and 11a of the through holes 11 and 11 is collected by the lenses 21 and 31 in the imaging units 20 and 30, and then passes through the optical filters 22 and 32, and finally. Light is received by the image sensors 23 and 33. As a result, as shown in FIG. 11B, a light emission peak appears at the pixel number in each of the image sensors 23 and 33. Therefore, the detection unit 6 converts the pixel number in each image obtained from each of the image pickup devices 23 and 33 into an angle, so that the light guide plate 10 at the location where the finger 8 is in contact as shown in FIG. Angles α and β, which are viewing angles from the imaging units 20 and 30 in the two-dimensional plane, are obtained.

例えば、図12(a)に示すように、指8が導光板10上の点P〜点Pにそれぞれ接触された場合、撮像ユニット40の撮像素子43には、図12(b)に示すように、点P〜点Pに対応する画素番号の位置に各ピークが現れる。この画素番号を角度に変換することにより、点P〜点Pの角度を求めることができる。図12(b)においては、概ね、画素番号100≒角度80度、画素番号200≒角度60度、画素番号300≒角度40度、画素番号400≒角度20度とみることができる。 For example, as shown in FIG. 12A, when the finger 8 is in contact with each of the points P 1 to P 9 on the light guide plate 10, the image sensor 43 of the image pickup unit 40 has the image sensor 43 shown in FIG. As shown, each peak appears at the position of the pixel number corresponding to the points P 1 to P 9 . By converting this pixel number into an angle, the angles of the points P 1 to P 9 can be obtained. In FIG. 12B, it can be roughly seen that pixel number 100≈angle 80 degrees, pixel number 200≈angle 60 degrees, pixel number 300≈angle 40 degrees, pixel number 400≈angle 20 degrees.

(2次元座標位置の算出方法)
次に、指8が接触した箇所における導光板10の2次元座標位置の算出方法について、図13(a)(b)に基づいて説明する。尚、この処理は、検出部6が行う。ここで、図13(a)は座標入力装置3Aにおける撮像ユニット20での撮像状況を示す斜視図であり、図13(b)は撮像ユニット20の撮像素子23での像を示す平面図である。尚、図13(a)(b)においては、撮像ユニット20についてのみ説明するが、撮像ユニット30においても同様の処理が行われる。
(Calculation method of 2D coordinate position)
Next, a method for calculating the two-dimensional coordinate position of the light guide plate 10 at the place where the finger 8 is in contact will be described with reference to FIGS. This processing is performed by the detection unit 6. Here, FIG. 13A is a perspective view showing an imaging state in the imaging unit 20 in the coordinate input device 3A, and FIG. 13B is a plan view showing an image in the imaging element 23 of the imaging unit 20. . Although only the imaging unit 20 will be described in FIGS. 13A and 13B, the same processing is performed in the imaging unit 30.

図5及び図13(a)に示すように、撮像ユニット20に入射した光は、レンズ21を経て、撮像素子23に線状の像25を形成する。線状の像25の位置は指8の位置によって変化し、撮像素子23の取得画像を分析することにより、伝搬光13aと導光板10の一辺とがなす角度αがそれぞれ求められる。また、撮像ユニット30に入射した光によっても、同様にして、レンズ31を経て、撮像素子33に線状の像25を形成する。そして、撮像素子33の取得画像を分析することにより、伝搬光14aと導光板10の一辺とがなす角度βが求められる。この角度α・βにより、三角測量法を用いて指8が接した点の位置座標が求められる。   As shown in FIGS. 5 and 13A, the light incident on the imaging unit 20 passes through the lens 21 and forms a linear image 25 on the imaging element 23. The position of the linear image 25 varies depending on the position of the finger 8, and the angle α formed between the propagation light 13 a and one side of the light guide plate 10 is obtained by analyzing the acquired image of the image sensor 23. Similarly, a linear image 25 is formed on the image pickup device 33 through the lens 31 by the light incident on the image pickup unit 30. Then, by analyzing the acquired image of the image sensor 33, an angle β formed by the propagation light 14a and one side of the light guide plate 10 is obtained. Based on the angles α and β, the position coordinates of the point touched by the finger 8 are obtained using triangulation.

詳細には、図13(a)において、指8が点Pの位置にあるとき、図13(b)にも示すように、線状の像25が形成される。また、この指8が点Pの位置に移動したとき、線状の像27が形成される。 Specifically, in FIG. 13 (a), the time the finger 8 is in the position of point P 1, as shown in FIG. 13 (b), the linear image 25 is formed. Also, the fingers 8 when moved to the position of the point P 2, the image 27 of the line shape is formed.

光源ユニット4Aからの光を照射している状態において、指8が導光板10に接触していないとき、撮像素子23・33の取得画像には何も変化が起こらない。一方、指8が導光板10に接触して散乱光が発生すると、その光束のうちの一部における伝搬光13a・14aが撮像素子23・33に導かれ、撮像素子23・33の撮像面に線状の像が形成され、取得画像上に線状の像25が現れる。   When the light from the light source unit 4A is irradiated, when the finger 8 is not in contact with the light guide plate 10, no change occurs in the acquired images of the image sensors 23 and 33. On the other hand, when the finger 8 comes into contact with the light guide plate 10 and scattered light is generated, the propagation lights 13a and 14a in a part of the light flux are guided to the imaging elements 23 and 33, and are applied to the imaging surfaces of the imaging elements 23 and 33. A linear image is formed, and a linear image 25 appears on the acquired image.

図13(b)に示す線状の像25の位置は、指8における接触点の位置に依存して変化し、指8の接触点の位置を変えると、線状の像25は線状の像27のように変化する。その線状の像25・27の軌跡は一点鎖線で示した扇形状26になる。その扇形の中心と線状の像25を結ぶ線分の傾き角度α’(円弧の中心を回転中心とする)は、指8と撮像素子23を結ぶ線分と導光板10の上記或る一辺とがなす角度αと同じ角度になる。したがって、撮像素子の取得画像から傾き角度α’が求められ、この傾き角度α’から角度αが求められる。同様に、指8が点Pの位置に移動すると、線状の像27が形成され、その線状の像27の傾き角度α’を求めることにより、角度αが求められる。 The position of the linear image 25 shown in FIG. 13B changes depending on the position of the contact point on the finger 8, and when the position of the contact point on the finger 8 is changed, the linear image 25 becomes linear. It changes like an image 27. The trajectories of the linear images 25 and 27 have a fan shape 26 indicated by a one-dot chain line. The inclination angle α 1 ′ of the line segment connecting the fan-shaped center and the linear image 25 (with the center of the circular arc as the rotation center) is the line segment connecting the finger 8 and the image pickup device 23 and the light guide plate 10 described above. The angle is the same as the angle α 1 formed by one side. Therefore, the inclination angle α 1 ′ is obtained from the acquired image of the image sensor, and the angle α 1 is obtained from the inclination angle α 1 ′. Similarly, when the finger 8 moves to the position of the point P 2, a linear image 27 is formed, and the angle α 2 is obtained by obtaining the inclination angle α 2 ′ of the linear image 27.

撮像素子33についても同様に取得画像の分析から発光点の位置が特定され、指8と撮像素子33とを結ぶ線分と導光板10の上記或る一辺とがなす角度βが求められる。   Similarly, for the image sensor 33, the position of the light emitting point is specified from the analysis of the acquired image, and the angle β formed by the line segment connecting the finger 8 and the image sensor 33 and the certain side of the light guide plate 10 is obtained.

そして、撮像素子23と撮像素子33との間の間隔をL、撮像素子23からの画像を読み取り求めた輝点の角度をα、撮像素子23からの取得画像を読み取り求めた輝点の角度をβとしたとき、輝点の座標(X、Y)は下記の関係式(1)及び関係式(2)
Y=tanα・X …関係式(1)
Y=tanβ・(L−X) …関係式(2)
を満足する。これを解くと、輝点の座標(X、Y)は、
X=tanβ・L/(tanα+tanβ) …式(3)
Y=(tanα・tanβ)・L/(tanα+tanβ) …式(4)
と表され、上述のように求めた角度α・βと、予め求めることができる間隔Lとにより、指8が接触した地点の座標X・Yを求めることができる。このうち間隔Lは撮像素子23と撮像素子33との間の間隔であり、固定の値である。角度α・βを求めることにより、座標入力装置3Aでの座標X・Yを求めることができる。
The distance between the image sensor 23 and the image sensor 33 is L, the angle of the bright spot obtained by reading the image from the image sensor 23 is α, and the angle of the bright spot obtained by reading the acquired image from the image sensor 23 is When β is defined, the coordinates (X, Y) of the bright spot are the following relational expressions (1) and (2).
Y = tan α · X (1)
Y = tan β · (L−X) ... Relational expression (2)
Satisfied. Solving this, the coordinates (X, Y) of the bright spot are
X = tan β · L / (tan α + tan β) Equation (3)
Y = (tan α · tan β) · L / (tan α + tan β) (4)
The coordinates X and Y of the point where the finger 8 touches can be obtained from the angles α and β obtained as described above and the interval L that can be obtained in advance. Among these, the space | interval L is a space | interval between the image pick-up element 23 and the image pick-up element 33, and is a fixed value. By obtaining the angles α and β, the coordinates X and Y in the coordinate input device 3A can be obtained.

尚、撮像素子23と撮像素子33との間の間隔Lとは、レンズ21の光軸中心とレンズ31の光軸中心との間の距離である。   The distance L between the image sensor 23 and the image sensor 33 is a distance between the optical axis center of the lens 21 and the optical axis center of the lens 31.

また、以上の方法にて求められた指8の位置座標に基づいて、液晶表示パネル2aの位置座標に対応する位置にある画素を駆動して、ユーザが、指8のタッチ位置を視認することができるようにすることが可能である。そのためには、液晶表示パネル2aの駆動を制御する図示しない制御部が、検出部6で求めた位置座標の情報を取得して、該情報に基づいて液晶表示パネル2aを駆動すればよい。   Further, based on the position coordinates of the finger 8 obtained by the above method, the pixel at the position corresponding to the position coordinates of the liquid crystal display panel 2a is driven, and the user visually recognizes the touch position of the finger 8. Is possible. For this purpose, a control unit (not shown) that controls the driving of the liquid crystal display panel 2a may acquire information on the position coordinates obtained by the detection unit 6 and drive the liquid crystal display panel 2a based on the information.

(複数の指における接触位置の座標検出方法)
本実施の形態の座標入力装置3Aにおいては、複数の指8が導光板10に接触された場合においても、支障なく、それぞれの指8の座標位置を検出することができるようになっている。そのための構成を図1に基づいて説明する。図1は本実施の形態の座標入力装置3Aにおいて、複数の指8の導光板10への接触においても検出可能とするための構成を示す説明図である。
(Coordinate detection method for contact position on multiple fingers)
In the coordinate input device 3A of the present embodiment, even when a plurality of fingers 8 are in contact with the light guide plate 10, the coordinate position of each finger 8 can be detected without hindrance. A configuration for this will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration for enabling detection even when a plurality of fingers 8 touch the light guide plate 10 in the coordinate input device 3A of the present embodiment.

前述したように、本実施の形態の座標入力装置3Aは、板状の導光板10と、導光板10に光を入射させる光源ユニット4A・4Bと、少なくとも2つの撮像ユニット20・30・40・50と、導光板10の表面に指8等の被検出体を接触したときの該指8による光散乱を検知した撮像ユニット20・30・40・50の出力に基づいて、指8における導光板10の表面への接触位置の座標を検出する検出部6とを備えている。   As described above, the coordinate input device 3A of the present embodiment includes the plate-shaped light guide plate 10, the light source units 4A and 4B that allow light to enter the light guide plate 10, and at least two imaging units 20, 30, 40, and so on. 50 and the light guide plate in the finger 8 based on the output of the imaging units 20, 30, 40, and 50 that detect light scattering by the finger 8 when the detected object such as the finger 8 contacts the surface of the light guide plate 10. And a detection unit 6 that detects the coordinates of the position of contact with the surface of 10.

このような座標入力装置3Aでは、撮像ユニット20・30・40・50の受光変化量を0に維持した状態において、指8等の被検出体の存在による散乱光の受光ピークを検知する。   In such a coordinate input device 3A, the light reception peak of the scattered light due to the presence of the detection object such as the finger 8 is detected in a state where the light reception change amount of the imaging units 20, 30, 40, and 50 is maintained at zero.

本実施の形態の座標入力装置3Aでは、撮像ユニット20・30及び光源ユニット4Aは、導光板10における長手方向に沿う第1の縁部に設けられ、撮像ユニット40・50及び光源ユニット4Bは、長手方向に沿う第1の縁部に対向する第2の縁部とにそれぞれ設けられている。   In the coordinate input device 3A of the present embodiment, the imaging units 20 and 30 and the light source unit 4A are provided at the first edge along the longitudinal direction of the light guide plate 10, and the imaging units 40 and 50 and the light source unit 4B are It is provided on each of the second edges facing the first edge along the longitudinal direction.

ところで、このような構成とした場合において、第1の縁部の光源ユニット4Aと該第1の縁部に対向する第2の縁部の光源ユニット4Bとを同時に点灯した場合には、撮像ユニット20・30又は撮像ユニット40・50には互いの対向する光源ユニット4A・4Bからの光が入射するので、指8の接触による散乱光を検出することができない。   By the way, when it is set as such a structure, when the light source unit 4A of the 1st edge part and the light source unit 4B of the 2nd edge part facing this 1st edge part are lighted simultaneously, an imaging unit Since the light from the light source units 4A and 4B facing each other is incident on the 20 and 30 or the imaging units 40 and 50, the scattered light due to the contact of the finger 8 cannot be detected.

そこで、本実施の形態では、図1に示すように、第1の縁部の光源ユニット4Aと第2の縁部の光源ユニット4Bとは交互に点灯される。すなわち、光源ユニット4Aが点灯している期間は光源ユニット4Bは消灯され、光源ユニット4Bが点灯している期間は光源ユニット4Aは消灯される。点滅速度は、例えば、60Hzにて交互に点灯される。ただし、必ずしもこれに限らず、点滅速度として、例えば、240Hzとすることが可能であり、60Hzよりも遅くすることも可能である。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the light source unit 4A at the first edge and the light source unit 4B at the second edge are lit alternately. That is, the light source unit 4B is turned off while the light source unit 4A is turned on, and the light source unit 4A is turned off while the light source unit 4B is turned on. The blinking speed is alternately turned on at 60 Hz, for example. However, the present invention is not necessarily limited to this, and the blinking speed can be set to 240 Hz, for example, and can be slower than 60 Hz.

そして、導光板10における第1の縁部の光源ユニット4Bが点灯している期間に該第1の縁部に設けられた撮像ユニット20・30にて指8における導光板10の表面への接触位置の座標を検出する。一方、導光板10における第2の縁部の光源ユニット4Bが点灯している期間に該第2の縁部に設けられた撮像ユニット40・50にて指8における導光板10の表面への接触位置の座標を検出する。   And in the period when the light source unit 4B of the 1st edge part in the light-guide plate 10 is lighting, the contact to the surface of the light-guide plate 10 in the finger | toe 8 in the imaging unit 20 * 30 provided in this 1st edge part Detect position coordinates. On the other hand, in the period when the light source unit 4B at the second edge of the light guide plate 10 is lit, the imaging unit 40, 50 provided at the second edge contacts the surface of the light guide plate 10 with the finger 8. Detect position coordinates.

これにより、撮像ユニット20・30には対向する光源ユニット4Bからの光が入射しないようにされ、かつ撮像ユニット40・50には光源ユニット4Aからの光が入射しないようにされる。このため、指8の接触による散乱光を検出することができる。   As a result, the light from the light source unit 4B facing the imaging units 20 and 30 is prevented from entering, and the light from the light source unit 4A is prevented from entering the imaging units 40 and 50. For this reason, the scattered light by contact of the finger | toe 8 is detectable.

この結果、例えば、第1の被検出体としての指8Aと第2の被検出体としての指8Bとが同時に導光板10に接触される場合、撮像ユニット20・30・40・50の検出信号を用いて分離検出することができる。厳密には、上辺である第2の縁部における撮像ユニット40・50の信号検出と下辺である第1の縁部における撮像ユニット20・30の信号検出とは交互になるので同時ではない。しかし、点滅周期を短くしたり、前後データから動きを補間する信号処理を適用したりすることによって、同時検出している場合と同等の扱いをすることが可能である。また、補間データは誤認識点の除去のみに利用すれば、実際の接触点からのずれを小さく抑えることが可能になる。   As a result, for example, when the finger 8A as the first detected body and the finger 8B as the second detected body are simultaneously in contact with the light guide plate 10, the detection signals of the imaging units 20, 30, 40, and 50 are detected. Can be separated and detected. Strictly speaking, since the signal detection of the imaging units 40 and 50 at the second edge that is the upper side and the signal detection of the imaging units 20 and 30 at the first edge that is the lower side are alternated, they are not simultaneous. However, by shortening the blinking cycle or applying signal processing that interpolates movement from the preceding and following data, it is possible to handle the same as in the case of simultaneous detection. Further, if the interpolation data is used only for removing the erroneous recognition point, it is possible to suppress the deviation from the actual contact point.

例えば、撮像ユニット20・30には先に接触した指8Aと後に接触した指8Aとの両方が検出される。しかし、光源ユニット4Aの先の点灯により検出した指8のデータを除くことにより、後の光源ユニット4Aの点灯による指8Aを検出することができる。このため、3以上の指8の導光板10への接触においても各指8の接触位置の座標を求めることができる。   For example, the imaging units 20 and 30 detect both the finger 8A that touches first and the finger 8A that touches later. However, by removing the data of the finger 8 detected by the previous lighting of the light source unit 4A, the finger 8A due to the subsequent lighting of the light source unit 4A can be detected. Therefore, the coordinates of the contact position of each finger 8 can be obtained even when three or more fingers 8 are in contact with the light guide plate 10.

また、後述する実施の形態2にて説明するように、受光手段を増加することによっても、3以上の指8の同時検出が可能である。   Further, as will be described later in Embodiment 2, it is possible to simultaneously detect three or more fingers 8 by increasing the number of light receiving means.

このように、本実施の形態の座標入力装置3Aは、撮像ユニット20・30及び光源ユニット4Aは、導光板10における長手方向に沿う一方の第1の縁部に設けられ、撮像ユニット40・50及び光源ユニット4Bは、長手方向に沿う第1の縁部に対向する他方の第2の縁部とにそれぞれ設けられている。   As described above, in the coordinate input device 3A of the present embodiment, the imaging units 20 and 30 and the light source unit 4A are provided on one first edge along the longitudinal direction of the light guide plate 10, and the imaging units 40 and 50 are provided. And the light source unit 4B is provided in the other 2nd edge part which opposes the 1st edge part along a longitudinal direction, respectively.

また、本実施の形態の座標検出方法は、本実施の形態の座標入力装置3Aを用いた座標検出方法であって、導光板10における第1の縁部の光源ユニット4Aが点灯している期間に該第1の縁部に設けられた撮像ユニット20・30にて指8Aにおける導光板10の表面への接触位置の座標を検出する一方、導光板10における第2の縁部の光源ユニット4Bが点灯している期間に該第2の縁部に設けられた撮像ユニッ40・50にて指8における導光板10の表面への接触位置の座標を検出する。   Moreover, the coordinate detection method of this Embodiment is a coordinate detection method using the coordinate input device 3A of this Embodiment, Comprising: The period when the light source unit 4A of the 1st edge part in the light-guide plate 10 is lighting. The coordinates of the contact position of the finger 8A on the surface of the light guide plate 10 are detected by the imaging units 20 and 30 provided at the first edge portion, while the light source unit 4B at the second edge portion of the light guide plate 10 is detected. The coordinates of the contact position of the finger 8 on the surface of the light guide plate 10 are detected by the imaging units 40 and 50 provided at the second edge during the period when is lit.

これにより、導光板10を使用する光学式の座標入力装置3Aにおいて、複数の指8の座標位置を検出し得る座標入力装置3A及び座標検出方法を提供することができる。   Thereby, in the optical coordinate input device 3A using the light guide plate 10, the coordinate input device 3A and the coordinate detection method capable of detecting the coordinate positions of the plurality of fingers 8 can be provided.

また、本実施の形態の座標入力装置3Aでは、板状の導光板10は、平面形状が長方形となっていると共に、撮像ユニット20・30・40・50及び光源ユニット4A・4Bは、導光板10における長辺側の縁部に設けられている。   In the coordinate input device 3A of the present embodiment, the planar light guide plate 10 has a rectangular planar shape, and the imaging units 20, 30, 40, and 50 and the light source units 4A and 4B have a light guide plate. 10 at the edge of the long side.

すなわち、本実施の形態では、指8等の被検出体が導光板10に接触された場合、その散乱光が撮像ユニット20・30・40・50にて検出される。このため、散乱光の光量が大きいほど、撮像ユニット20・30・40・50での検出強度が大きくなり、検出し易いことになる。そのためには、光源ユニット4A・4Bにおける導光板10材への照射領域の光量密度を大きくする必要がある。   That is, in the present embodiment, when a detection target such as the finger 8 is brought into contact with the light guide plate 10, the scattered light is detected by the imaging units 20, 30, 40, and 50. For this reason, the greater the amount of scattered light, the greater the detection intensity of the imaging units 20, 30, 40, 50, and the easier it is to detect. For that purpose, it is necessary to increase the light amount density of the irradiation region to the light guide plate 10 material in the light source units 4A and 4B.

そこで、本実施の形態では、導光板10が長方形の平面形状を有しているので、撮像ユニット20・30・40・50及び光源ユニット4A・4Bを、導光板10における長辺側の縁部に設けている。これにより、光源ユニット4A・4Bから導光板10の対向端部までの距離が小さくなるので、光源ユニット4A・4Bにおける導光板10への照射領域の光量密度を大きくすることができる。   Therefore, in the present embodiment, since the light guide plate 10 has a rectangular planar shape, the imaging units 20, 30, 40, and 50 and the light source units 4A and 4B are connected to the long side edge of the light guide plate 10. Provided. Thereby, since the distance from the light source units 4A and 4B to the opposite end portion of the light guide plate 10 is reduced, the light amount density of the irradiation region to the light guide plate 10 in the light source units 4A and 4B can be increased.

また、本実施の形態の座標入力システム1は、本実施の形態の座標入力装置3Aを備えた座標入力システムであって、液晶表示モジュール2を備えている。   The coordinate input system 1 of the present embodiment is a coordinate input system including the coordinate input device 3A of the present embodiment, and includes a liquid crystal display module 2.

この構成によれば、座標入力装置3Aを、液晶表示モジュール2の画像を見ながら指8等の被検出体にて入力するタッチパネルとして機能させることができる。したがって、導光板10を使用する光学式の座標入力装置3Aにおいて、大型タッチパネルに適用した場合においても、指8等の被検出体の座標位置を検出し得る座標入力装置3Aを備えた座標入力システム1を提供することができる。   According to this configuration, the coordinate input device 3 </ b> A can be made to function as a touch panel that inputs with a detected object such as the finger 8 while viewing the image of the liquid crystal display module 2. Therefore, in the optical coordinate input device 3A using the light guide plate 10, even when applied to a large touch panel, the coordinate input system provided with the coordinate input device 3A that can detect the coordinate position of the detected object such as the finger 8 or the like. 1 can be provided.

〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態について図14〜図19に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態1と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. The configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of the first embodiment are given the same reference numerals, and explanation thereof is omitted.

前記実施の形態1の座標入力装置3Aでは、撮像ユニット20・30及び光源ユニット4Aは、導光板10における長手方向に沿う第1の縁部に設けられ、撮像ユニット40・50及び光源ユニット4Bは、長手方向に沿う第1の縁部に対向する第2の縁部とにそれぞれ設けられていた。   In the coordinate input device 3A of the first embodiment, the imaging units 20 and 30 and the light source unit 4A are provided at the first edge along the longitudinal direction of the light guide plate 10, and the imaging units 40 and 50 and the light source unit 4B are , And the second edge facing the first edge along the longitudinal direction.

これに対して、本実施の形態の座標入力装置3Bにおいては、導光板10における長手方向に沿う第1の縁部には3つ以上の受光手段が設けられていると共に、導光板10における長手方向に沿う第1の縁部に対向する第2の縁部にも3つ以上の受光手段が設けられている点が異なっている。   On the other hand, in the coordinate input device 3B of the present embodiment, three or more light receiving means are provided at the first edge portion along the longitudinal direction of the light guide plate 10 and the longitudinal length of the light guide plate 10 is longer. The difference lies in that three or more light receiving means are also provided on the second edge facing the first edge along the direction.

本実施の形態の座標入力装置3Bの構成について、図14〜図19に基づいて説明する。図14は、実施の形態1の座標入力装置3Aにおいて指が撮像ユニットの近接位置に接触された状態を示す平面図である。図15は実施の形態1の座標入力装置3Aにおいて指が同時に2箇所に接触された場合の不具合を示す平面図である。図16は、本実施の形態における座標入力装置3Bの構成を示す斜視図である。図17は、座標入力装置3Bの光源ユニット4A・4Bの点灯制御方法を示す平面図である。図18は、座標入力装置3Bにおいて、指が撮像ユニットの近接位置に接触された場合の検出方法を示す平面図である。図19は座標入力装置3Bにおいて、複数の指が導光板に接触された場合の検出方法を示す平面図である。   The configuration of the coordinate input device 3B according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a plan view showing a state in which the finger is in contact with the proximity position of the imaging unit in the coordinate input device 3A of the first embodiment. FIG. 15 is a plan view showing a defect when a finger is simultaneously brought into contact with two places in the coordinate input device 3A of the first embodiment. FIG. 16 is a perspective view showing the configuration of the coordinate input device 3B in the present embodiment. FIG. 17 is a plan view showing a lighting control method for the light source units 4A and 4B of the coordinate input device 3B. FIG. 18 is a plan view showing a detection method when the finger is brought into contact with the proximity position of the imaging unit in the coordinate input device 3B. FIG. 19 is a plan view showing a detection method when a plurality of fingers are in contact with the light guide plate in the coordinate input device 3B.

すなわち、導光板10における長手方向に沿う第1の縁部に、受光手段として2つの撮像ユニット20・30が設けられている場合には、以下のように、検出に支障を来たす場合がある。   That is, when the two imaging units 20 and 30 are provided as the light receiving means at the first edge along the longitudinal direction of the light guide plate 10, detection may be hindered as follows.

例えば、図14に示すように、導光板10において、撮像ユニット20・30から離れた指8の接触位置Pの座標位置については容易に検出することが可能である。しかしながら、図14に示すように、導光板10において、撮像ユニット20・30に近接した指8の接触位置Pの座標については、各撮像ユニット20・30からの視認方向への角度が小さいので、位置変化に対する角度変化が小さい。この結果、検出精度が悪くなるという問題がある。 For example, as shown in FIG. 14, the light guide plate 10, it is possible to easily detect the coordinates of the contact position P 1 of the finger 8 away from the imaging unit 20, 30. However, as shown in FIG. 14, the light guide plate 10, for the coordinate contact position P 2 of the finger 8 in proximity to the imaging unit 20, 30, the angle of the viewing direction from the imaging unit 20, 30 is small The angle change with respect to the position change is small. As a result, there is a problem that detection accuracy is deteriorated.

また、図15に示すように、例えば、導光板10の表面に2つの指8A・8Bが点P及び点Pに同時に接触された場合、撮像ユニット20・30では、2つの指8A・8Bが点P及び点Pに存在していると誤認識する可能性がある。 Further, as shown in FIG. 15, for example, if two fingers 8A-8B are contacted simultaneously to the point P 1 and point P 2 on the surface of the light guide plate 10, the imaging unit 20, 30, two fingers 8A- There is a possibility that 8B is erroneously recognized as existing at the points P 3 and P 4 .

そこで、本実施の形態の座標入力装置3Bでは、図16に示すように、受光手段としての6つの撮像ユニット20・30・40・50・60・70が設けられている。具体的には、導光板10における長手方向に沿う一方の第1の縁部には3つの撮像ユニット20・60・30が設けられていると共に、導光板10における長手方向に沿う第1の縁部に対向する第2の縁部には、3つの撮像ユニット40・70・50が設けられている。   Therefore, in the coordinate input device 3B of the present embodiment, as shown in FIG. 16, six imaging units 20, 30, 40, 50, 60, and 70 are provided as light receiving means. Specifically, three imaging units 20, 60, and 30 are provided on one first edge portion along the longitudinal direction of the light guide plate 10, and the first edge along the longitudinal direction of the light guide plate 10 is provided. Three imaging units 40, 70, and 50 are provided on the second edge facing the part.

この場合、中央の撮像ユニット60・70が配置される箇所には、光源ユニット4A・4Bを配置しないようにする。これにより、LED4aの光が中央の撮像ユニット60・70に入射されるのを防止することができる。   In this case, the light source units 4A and 4B are not arranged at the locations where the central imaging units 60 and 70 are arranged. Thereby, it can prevent that the light of LED4a injects into the center imaging unit 60 * 70.

そして、本実施の形態の座標入力装置3Bにおいても、図17に示すように、第1の縁部の光源ユニット4Aと第2の縁部の光源ユニット4Bとは交互に点灯される。   Also in the coordinate input device 3B of the present embodiment, as shown in FIG. 17, the light source unit 4A at the first edge and the light source unit 4B at the second edge are alternately turned on.

これにより、図18に示すように、撮像ユニット20・30に近接した指8の接触位置Pの座標について、撮像ユニット30からの視認方向への角度βが小さい場合であっても、中央の撮像ユニット70を用いることによって、撮像ユニット30からの視認方向への角度βよりも大きい撮像ユニット70からの視認方向への角度β’を得ることができる。 Thus, as shown in FIG. 18, the coordinate contact position P 2 of the finger 8 in proximity to the imaging unit 20, 30, even when the angle β in the viewing direction from the imaging unit 30 is small, the center of By using the imaging unit 70, an angle β ′ in the viewing direction from the imaging unit 70 that is larger than the angle β in the viewing direction from the imaging unit 30 can be obtained.

これにより、撮像ユニット20・30に近接した指8の接触位置の検出精度が悪くなるという問題を解消することができる。   Thereby, the problem that the detection accuracy of the contact position of the finger 8 close to the imaging units 20 and 30 is deteriorated can be solved.

また、図19に示すように、導光板10の表面に2つの指8A・8Bが点P及び点Pに同時に接触された場合について、撮像ユニット60を用いて2つの指8A・8Bの点P及び点Pへの視認角度を求める。その結果、撮像ユニット20と撮像ユニット60を用いた場合、点P及び点Pとは別に、2つの指8A・8Bが点P及び点Pとに設けられている可能性が検出される。この場合、図15に示す撮像ユニット20・30にて求めた点P及び点Pと、図19に示す撮像ユニット20・60にて求めた点P及び点Pとは一致する。この結果、2つの指8A・指8Bに対して3つの撮像ユニット20・30・60を用いることにより、導光板10における2つの指8A・指8Bの接触位置である点P及び点Pを正確に求めることができる。尚、この方式においては、一般的に、導光板10におけるN(Nは2以上の整数)点の同時接触に対して、N+1個の受光手段が存在すれば、N(Nは2以上の整数)点の同時接触を正確に検出することが可能である。また、本実施の形態のように、6つの撮像ユニット20・30・40・50・60・70を用いて、光源ユニット4A・4Bを交互に点滅制御することにより、指8の5点の同時検出が可能である。 Further, as shown in FIG. 19, the case where two fingers 8A · 8B on the surface of the light guide plate 10 is contacted simultaneously at the point P 1 and point P 2, the two fingers 8A · 8B by using the imaging unit 60 obtaining the viewing angle to the point P 1 and point P 2. As a result, when using the imaging unit 20 and the imaging unit 60, apart from the points P 1 and the point P 2, a possibility that two fingers 8A · 8B is provided and the point P 5 and the point P 6 is detected Is done. In this case, the points P 1 and P 2 obtained by the imaging units 20 and 30 shown in FIG. 15 coincide with the points P 1 and P 2 obtained by the imaging units 20 and 60 shown in FIG. As a result, by using the three imaging units 20, 30, 60 for the two fingers 8 A, 8 B, the points P 1 and P 2 that are the contact positions of the two fingers 8 A, 8 B on the light guide plate 10 are obtained. Can be obtained accurately. In this method, generally, if N + 1 light receiving means exist for simultaneous contact of N (N is an integer of 2 or more) points on the light guide plate 10, N (N is an integer of 2 or more). ) It is possible to accurately detect simultaneous contact of points. In addition, as in the present embodiment, the light source units 4A and 4B are alternately controlled to blink using the six imaging units 20, 30, 40, 50, 60, and 70, so that the five points of the finger 8 can be simultaneously controlled. Detection is possible.

このように、本実施の形態の座標入力装置3Bでは、導光板10における第1の縁部及び第2の縁部には、それぞれ少なくとも3つ以上の受光手段としての撮像ユニット20・60・30及び撮像ユニット40・70・50が設けられている。   As described above, in the coordinate input device 3B according to the present embodiment, the first and second edges of the light guide plate 10 each have at least three imaging units 20, 60, and 30 as light receiving means. In addition, imaging units 40, 70 and 50 are provided.

この結果、指8が導光板10のどの場所に存在する場合においても、接触位置の検出精度の低下を防止することができる。また、複数の指8の同時接触においても、各指8の接触位置を正確に検出することができる。   As a result, even when the finger 8 is present at any location on the light guide plate 10, it is possible to prevent the contact position detection accuracy from being lowered. Further, the contact position of each finger 8 can be accurately detected even in simultaneous contact of a plurality of fingers 8.

また、本実施の形態の座標入力装置3Bでは、導光板10における第1の縁部及び第2の縁部には、それぞれ少なくとも2つの光源ユニット4A・4A及び光源ユニット4B・4Bが備えられていることが好ましい。これにより、3つ以上の撮像ユニット20・60・30及び撮像ユニット40・70・50のそれぞれにおいて充分な検出強度を得るべく、光源ユニット4A・4A及び光源ユニット4B・4Bを増やすことにより、光量増加を図り、検出精度を高めることができる。   In the coordinate input device 3B of the present embodiment, at least two light source units 4A and 4A and light source units 4B and 4B are provided on the first edge and the second edge of the light guide plate 10, respectively. Preferably it is. Thereby, in order to obtain sufficient detection intensity in each of the three or more imaging units 20, 60, and 30 and the imaging units 40, 70, and 50, by increasing the light source units 4A and 4A and the light source units 4B and 4B, It is possible to increase the detection accuracy.

また、本実施の形態の座標入力装置3Aは、撮像ユニット20・30及び光源ユニット4Aは、導光板10における長手方向に沿う一方の第1の縁部に設けられ、撮像ユニット40・50及び光源ユニット4Bは、長手方向に沿う第1の縁部に対向する他方の第2の縁部とにそれぞれ設けられている。   In the coordinate input device 3A of the present embodiment, the imaging units 20 and 30 and the light source unit 4A are provided at one first edge portion along the longitudinal direction of the light guide plate 10, and the imaging units 40 and 50 and the light source The unit 4B is provided on each of the other second edges facing the first edge along the longitudinal direction.

また、本実施の形態の座標検出方法は、本実施の形態の座標入力装置3Bを用いた座標検出方法であって、導光板10における第1の縁部の光源ユニット4Aが点灯している期間に該第1の縁部に設けられた撮像ユニット20・30・60にて指8Aにおける導光板10の表面への接触位置の座標を検出する一方、導光板10における第2の縁部の光源ユニット4Bが点灯している期間に該第2の縁部に設けられた撮像ユニッ40・50・70にて指8における導光板10の表面への接触位置の座標を検出する。   Moreover, the coordinate detection method of this Embodiment is a coordinate detection method using the coordinate input device 3B of this Embodiment, Comprising: The period when the light source unit 4A of the 1st edge part in the light-guide plate 10 is lighting. The coordinates of the contact position of the finger 8A on the surface of the light guide plate 10 are detected by the imaging units 20, 30 and 60 provided on the first edge portion, while the light source of the second edge portion of the light guide plate 10 is detected. During the period when the unit 4B is lit, the coordinates of the contact position of the finger 8 on the surface of the light guide plate 10 are detected by the imaging units 40, 50 and 70 provided at the second edge.

これにより、導光板10を使用する光学式の座標入力装置3Bにおいて、複数の指8の座標位置を検出し得る座標入力装置3B及び座標検出方法を提供することができる。   Thereby, in the optical coordinate input device 3B using the light guide plate 10, the coordinate input device 3B and the coordinate detection method capable of detecting the coordinate positions of the plurality of fingers 8 can be provided.

また、本実施の形態の座標入力装置3Aでは、板状の導光板10は、平面形状が長方形となっていると共に、撮像ユニット20・30・60・40・50・70及び光源ユニット4A・4Bは、導光板10における長辺側の縁部に設けられている。   In the coordinate input device 3A of the present embodiment, the planar light guide plate 10 has a rectangular planar shape, and the imaging units 20, 30, 60, 40, 50, 70 and the light source units 4A, 4B. Is provided at the edge of the light guide plate 10 on the long side.

すなわち、本実施の形態では、指8等の被検出体が導光板10に接触された場合、その散乱光が撮像ユニット20・30・60・40・50・70にて検出される。このため、散乱光の光量が大きいほど、撮像ユニット20・30・60・40・50・70での検出強度が大きくなり、検出し易いことになる。そのためには、光源ユニット4A・4Bにおける導光板10材への照射領域の光量密度を大きくする必要がある。   That is, in the present embodiment, when a detection target such as the finger 8 is brought into contact with the light guide plate 10, the scattered light is detected by the imaging units 20, 30, 60, 40, 50, and 70. For this reason, the detection intensity in the imaging units 20, 30, 60, 40, 50, and 70 increases as the amount of scattered light increases, and the detection becomes easier. For that purpose, it is necessary to increase the light amount density of the irradiation region to the light guide plate 10 material in the light source units 4A and 4B.

そこで、本実施の形態では、導光板10が長方形の平面形状を有しているので、撮像ユニット20・30・60・40・50・70及び光源ユニット4A・4Bを、導光板10における長辺側の縁部に設けている。これにより、光源ユニット4A・4Bから導光板10の対向端部までの距離が小さくなるので、光源ユニット4A・4Bにおける導光板10への照射領域の光量密度を大きくすることができる。   Therefore, in this embodiment, since the light guide plate 10 has a rectangular planar shape, the imaging units 20, 30, 60, 40, 50, 70 and the light source units 4A, 4B are connected to the long side of the light guide plate 10. It is provided on the side edge. Thereby, since the distance from the light source units 4A and 4B to the opposite end portion of the light guide plate 10 is reduced, the light amount density of the irradiation region to the light guide plate 10 in the light source units 4A and 4B can be increased.

また、本実施の形態の座標入力システム1は、本実施の形態の座標入力装置3Bを備えた座標入力システムであって、液晶表示モジュール2を備えている。   The coordinate input system 1 according to the present embodiment is a coordinate input system including the coordinate input device 3B according to the present embodiment, and includes a liquid crystal display module 2.

この構成によれば、座標入力装置3Bを、液晶表示モジュール2の画像を見ながら指8等の被検出体にて入力するタッチパネルとして機能させることができる。したがって、導光板10を使用する光学式の座標入力装置3Bにおいて、大型タッチパネルに適用した場合においても、指8等の被検出体の座標位置を検出し得る座標入力装置3Bを備えた座標入力システム1を提供することができる。   According to this configuration, the coordinate input device 3 </ b> B can function as a touch panel that inputs with a detection object such as the finger 8 while viewing the image of the liquid crystal display module 2. Therefore, in the optical coordinate input device 3B that uses the light guide plate 10, even when applied to a large touch panel, the coordinate input system including the coordinate input device 3B that can detect the coordinate position of the detection target such as the finger 8 or the like. 1 can be provided.

なお、上述の座標入力装置は、光源点灯時に、被検出体の導光部材表面への接触によって生じる散乱光の受光ピークを検知する構成であった。しかし、本発明の座標入力装置は、上述した構成に限定されず、受光手段に一定量の受光量を与えた状態で、被検出体の導光部材表面への接触によって生じる光散乱現象に基づいて受光手段における出力強度の減少を検知する構成であってもよい。   The coordinate input device described above is configured to detect a light reception peak of scattered light caused by contact of the detected body with the surface of the light guide member when the light source is turned on. However, the coordinate input device of the present invention is not limited to the above-described configuration, and is based on a light scattering phenomenon caused by contact of the detected body with the surface of the light guide member in a state where a certain amount of received light is given to the light receiving means. In this case, a decrease in output intensity in the light receiving means may be detected.

尚、本発明は、各実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、各実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   It should be noted that the present invention is not limited to each embodiment, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and obtained by appropriately combining the technical means disclosed in each embodiment. Such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、板状の導光部材と、導光部材に光を入射させる光源と、受光手段と、上記導光部材の表面に被検出体を接触したときの該被検出体による光散乱を検知した受光手段の出力に基づいて、該被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を検出する検出手段とを備えた座標入力装置、座標検出方法、及び座標入力システムに適用することができる。また、座標入力装置は、指タイプ及びタッチペンタイプのいずれにも適用可能である。さらに、座標入力システムは、パソコン、テレビ、白板、タブレット端末等に適用が可能である。   The present invention includes a plate-shaped light guide member, a light source that makes light incident on the light guide member, a light receiving unit, and light scattering by the detected object when the detected object contacts the surface of the light guide member. The present invention is applied to a coordinate input device, a coordinate detection method, and a coordinate input system that include detection means for detecting the coordinates of the contact position of the detected body with respect to the surface of the light guide member based on the detected output of the light receiving means. be able to. Further, the coordinate input device can be applied to both a finger type and a touch pen type. Furthermore, the coordinate input system can be applied to a personal computer, a television, a white board, a tablet terminal, and the like.

1 座標入力システム
2 液晶表示モジュール(画像表示モジュール)
2a 液晶表示パネル
3A 座標入力装置
3B 座標入力装置
4A 光源ユニット(光源)
4B 光源ユニット(光源)
4a LED
5 光結合部材
5a,5a’ ブロック
5c 傾斜面(光源配置部)
5c’ 収納部(光源配置部)
6 検出部(検出手段)
7 光吸収部材
8 指(被検出体)
8A 指(第1の被検出体)
8B 指(第2の被検出体)
10 導光板(導光部材)
11 貫通孔
11a 壁面
13a 伝搬光
20 撮像ユニット(受光手段)
21 レンズ
22 光学フィルタ
23 撮像素子
30 撮像ユニット(受光手段)
31 レンズ
32 光学フィルタ
33 撮像素子
40 撮像ユニット(受光手段)
50 撮像ユニット(受光手段)
60 撮像ユニット(受光手段)
70 撮像ユニット(受光手段)
L 間隔
1 Coordinate input system 2 Liquid crystal display module (image display module)
2a Liquid crystal display panel 3A Coordinate input device 3B Coordinate input device 4A Light source unit (light source)
4B Light source unit (light source)
4a LED
5 Optical coupling member 5a, 5a 'Block 5c Inclined surface (light source arrangement part)
5c 'storage part (light source arrangement part)
6 Detection part (detection means)
7 Light Absorbing Member 8 Finger (Detected Object)
8A finger (first detected object)
8B finger (second object to be detected)
10 Light guide plate (light guide member)
11 Through-hole 11a Wall surface 13a Propagating light 20 Imaging unit (light receiving means)
21 Lens 22 Optical filter 23 Imaging device 30 Imaging unit (light receiving means)
31 Lens 32 Optical filter 33 Imaging device 40 Imaging unit (light receiving means)
50 Imaging unit (light receiving means)
60 Imaging unit (light receiving means)
70 Imaging unit (light receiving means)
L interval

Claims (6)

板状の導光部材と、導光部材に光を入射させる光源と、少なくとも2つの受光手段と、上記導光部材の表面に被検出体を接触したときの導光部材内の伝搬光を検知した受光手段の出力に基づいて、該被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を検出する検出手段とを備えた座標入力装置であって、
光源の出射光を上記導光部材の裏面に対し斜めに入射するように結合する光結合部材が設けられていることを特徴とする座標入力装置。
A plate-shaped light guide member, a light source for making light incident on the light guide member, at least two light receiving means, and detecting light propagating in the light guide member when the object to be detected contacts the surface of the light guide member A coordinate input device including detection means for detecting coordinates of a contact position of the detected body with the surface of the light guide member based on the output of the light receiving means,
A coordinate input device comprising an optical coupling member that couples light emitted from a light source so as to be incident obliquely with respect to the back surface of the light guide member.
上記光結合部材は、上記導光部材に接する接面と、光源の出射光の光軸方向が上記導光部材の裏面に対して傾斜するように上記光源を配置するための光源配置部とを備え、上記接面を介して、上記光源の光を上記導光部材へ入射させることを特徴とする請求項1に記載の座標入力装置。   The optical coupling member includes a contact surface that is in contact with the light guide member, and a light source arrangement portion for arranging the light source so that an optical axis direction of emitted light of the light source is inclined with respect to a back surface of the light guide member. 2. The coordinate input device according to claim 1, wherein the light of the light source is incident on the light guide member through the contact surface. 上記光源は、上記導光部材を伝搬する光の上記裏面に対する伝搬角θが25°以上48°未満になるように、上記光結合部材に設置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の座標入力装置。 The said light source is installed in the said optical coupling member so that the propagation angle (theta) p with respect to the said back surface of the light which propagates the said light guide member may be 25 to 48 degrees. The coordinate input device according to 2. 上記光結合部材の屈折率は、上記導光部材の屈折率と同じであることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の座標入力装置。   The coordinate input device according to claim 1, wherein a refractive index of the optical coupling member is the same as a refractive index of the light guide member. 上記光源は、その出射光の光軸と導光部材の裏面の法線とのなす角度が45±10°になるように、上記光結合部材に配置されていることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の座標入力装置。   The light source is disposed on the optical coupling member so that an angle formed by an optical axis of the emitted light and a normal line on the back surface of the light guide member is 45 ± 10 °. The coordinate input device of any one of -4. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の座標入力装置を備えた座標入力システムであって、
画像表示モジュールを備えていることを特徴とする座標入力システム。
A coordinate input system comprising the coordinate input device according to claim 1,
A coordinate input system comprising an image display module.
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