JP2014002476A - Coordinate input device and coordinate input system - Google Patents
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Abstract
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21(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21(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. 21A and 21B, the
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
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22(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23(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。
Moreover, in 3rd Embodiment of
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16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
ところで、座標入力装置を備えたタッチパネルは、座標入力装置を装置本体として、少なくとも導光板の縁部を保持する額縁部材を備えているのが一般的である。しかし、上述の特許文献1の技術においては、この額縁部材について、一切考慮されていない。
By the way, the touch panel provided with the coordinate input device generally includes a frame member that holds at least the edge portion of the light guide plate with the coordinate input device as the device main body. However, in the technique of the above-mentioned
ここで、導光板、額縁部材等といった、線膨張係数が異なる部材を、ねじで締結するか、あるいは接着剤で接着した場合、環境の変化(例えば、高温環境への変化、低温環境への変化)が生じたとき、各部材は線膨張係数の違いによって伸縮する。その結果、導光板の変形等が発生し、信号品質が低下するおそれがある。 Here, when a member having a different linear expansion coefficient, such as a light guide plate or a frame member, is fastened with a screw or bonded with an adhesive, an environmental change (for example, a change to a high temperature environment or a change to a low temperature environment) ), Each member expands and contracts due to a difference in linear expansion coefficient. As a result, the light guide plate may be deformed and the signal quality may be degraded.
本発明は、上記課題を鑑みなされたものであり、その目的は、環境の変化が生じた場合であっても、導光板が変形せず、良好な信号品質を得るとともに、安定な信号検出が可能な座標入力装置、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 problems, and its purpose is to obtain a good signal quality and stable signal detection even when the environment changes, the light guide plate is not deformed. An object is to provide a coordinate input device and a coordinate input system.
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有する装置本体と、該装置本体における上記導光部材の縁部に設けられた額縁部材とを備えた座標入力装置であって、上記装置本体には、上記導光部材の伸縮によって額縁部材に生じる応力を緩和し、装置本体と額縁部材との相対位置を変化させる緩和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 position of the light guide member in 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 light guide member when contacting the target object; A coordinate input device comprising an apparatus main body and a frame member provided at an edge of the light guide member in the apparatus main body, wherein stress generated in the frame member by expansion and contraction of the light guide member And a relaxation member that changes the relative position between the apparatus main body and the frame member is provided.
上記の構成によれば、上記装置本体には、上記導光部材の伸縮によって額縁部材に生じる応力を緩和し、装置本体と額縁部材との相対位置を変化させる緩和部材が設けられているので、環境の変化(例えば、高温環境への変化、低温環境への変化)が生じ、導光部材の伸縮したときであっても、緩和部材によって額縁部材に生じる応力が緩和される。そして、これによって、装置本体と額縁部材との相対位置が変化するので、導光部材は変形しない。それゆえ、上記の構成によれば、環境の変化が生じた場合であっても、導光部材が変形せず、良好な信号品質を得るとともに、安定な信号検出が可能な座標入力装置を実現することができる。 According to the above configuration, the apparatus main body is provided with a relaxation member that relieves stress generated in the frame member due to expansion and contraction of the light guide member and changes a relative position between the apparatus main body and the frame member. Even when an environmental change (for example, a change to a high temperature environment or a change to a low temperature environment) occurs and the light guide member expands or contracts, the stress generated in the frame member is reduced by the relaxation member. And since the relative position of an apparatus main body and a frame member changes by this, a light guide member does not deform | transform. Therefore, according to the above configuration, even when the environment changes, the light guide member is not deformed, and a coordinate input device capable of obtaining a good signal quality and stable signal detection is realized. can do.
本発明の座標入力装置では、上記装置本体の裏面側に配され、少なくとも上記装置本体を支持するための筐体を備え、上記額縁部材は、上記緩和部材によって上記筐体に保持されていることが好ましい。この緩和部材は、上記額縁部材と上記保持部材との間の線膨張係数の差に起因する応力を緩和する。 In the coordinate input device according to the present invention, the coordinate input device is provided on the back side of the device main body and includes at least a housing for supporting the device main body, and the frame member is held by the relaxation member on the housing. Is preferred. The relaxation member relieves stress caused by a difference in linear expansion coefficient between the frame member and the holding member.
上記の構成によれば、上記額縁部材と上記筐体とは、緩和部材によって保持されているので、環境の変化が生じたときであっても、上記額縁部材及び上記筐体は、互いの相対的な位置関係が変化する。それゆえ、上記額縁部材と上記筐体との間で発生する伸縮の違いが緩和される。よって、上記の構成によれば、環境の変化が生じた場合であっても、導光部材が変形せず、良好な信号品質を得るとともに、安定な信号検出が可能になる。 According to the above configuration, since the frame member and the housing are held by the relaxation member, the frame member and the housing are relative to each other even when an environmental change occurs. The positional relationship changes. Therefore, the difference in expansion and contraction that occurs between the frame member and the housing is reduced. Therefore, according to the above configuration, even when the environment changes, the light guide member is not deformed, and good signal quality is obtained and stable signal detection is possible.
上記緩和部材は、両面テープであってもよい。 The relaxation member may be a double-sided tape.
この場合、保持部材と額縁部材との線膨張係数の違いによって発生する伸縮量差に起因する応力は、緩和部材としての両面テープの変形によって緩和される。その結果、上記の構成によれば、額縁部材で発生する応力を低減することができる。 In this case, the stress caused by the difference in expansion and contraction caused by the difference in linear expansion coefficient between the holding member and the frame member is alleviated by deformation of the double-sided tape as the relaxing member. As a result, according to said structure, the stress which generate | occur | produces with a frame member can be reduced.
本発明の座標入力装置は、上記筐体及び上記額縁部材にはそれぞれ、互いに連通する第1及び第2の開口部が形成されており、上記緩和部材は、上記第1及び第2の開口部の両方に挿入され、上記第1及び第2の開口部の何れか一方に係止されるリベットであり、第1及び第2の開口部のうち、リベットを係止する一方の開口部は、他方の開口部よりも寸法が小さくなっていてもよい。 In the coordinate input device according to the present invention, the casing and the frame member are each formed with first and second openings that communicate with each other, and the relaxation member includes the first and second openings. The rivet is inserted into both of the first and second openings, and one of the first and second openings is used to lock the rivet. The dimension may be smaller than the other opening.
上記の構成によれば、上記緩和部材は、上記第1及び第2の開口部の両方に挿入され、上記第1及び第2の開口部の何れか一方に係止されるリベットである。そして、リベットを係止する一方の開口部は、他方の開口部よりも寸法が小さくなっているので、リベットが上記第1及び第2の開口部に挿入された状態では、上記第1及び第2の開口部のうちリベットを係止しない上記他方の開口部と、リベットとの間にクリアランスが形成される。このクリアランスによって、環境の変化が生じたときであっても、上記額縁部材及び上記筐体は、互いの相対的な位置関係が変化する。それゆえ、上記額縁部材と上記筐体との間で発生する伸縮の違いが緩和される。よって、上記の構成によれば、環境の変化が生じた場合であっても、導光部材が変形せず、良好な信号品質を得るとともに、安定な信号検出が可能になる。 According to said structure, the said relaxation member is a rivet inserted in both the said 1st and 2nd opening part, and latched by either one of the said 1st and 2nd opening part. Since one opening for locking the rivet has a smaller size than the other opening, the first and second rivets are inserted in the first and second openings. A clearance is formed between the other opening of the two openings that does not lock the rivet and the rivet. Even when an environmental change occurs due to this clearance, the relative positional relationship between the frame member and the housing changes. Therefore, the difference in expansion and contraction that occurs between the frame member and the housing is reduced. Therefore, according to the above configuration, even when the environment changes, the light guide member is not deformed, and good signal quality is obtained and stable signal detection is possible.
本発明の座標入力装置では、上記導光部材は、上記緩和部材によって上記額縁部材に保持されていることが好ましい。この緩和部材は、上記額縁部材と上記導光部材との間の線膨張係数の差に起因する応力を緩和する。 In the coordinate input device of the present invention, it is preferable that the light guide member is held on the frame member by the relaxation member. The relaxation member relieves stress caused by a difference in linear expansion coefficient between the frame member and the light guide member.
これによって、環境の変化が生じたときであっても、額縁部材及び導光部材は、互いの相対的な位置関係が変化する。よって、上記の構成によれば、環境の変化が生じた場合であっても、導光部材が変形せず、良好な信号品質を得るとともに、安定な信号検出が可能になる。 Thereby, even when the environmental change occurs, the relative positional relationship between the frame member and the light guide member changes. Therefore, according to the above configuration, even when the environment changes, the light guide member is not deformed, and good signal quality is obtained and stable signal detection is possible.
本発明の座標入力装置は、上記緩和部材は、両面テープであり、上記導光部材の表面及び裏面の両方に設けられていることが好ましい。 In the coordinate input device of the present invention, it is preferable that the relaxation member is a double-sided tape and is provided on both the front surface and the back surface of the light guide member.
この場合、導光部材と額縁部材との線膨張係数の違いによって発生する伸縮量差に起因する応力は、緩和部材としての両面テープの変形によって緩和される。その結果、上記の構成によれば、額縁部材で発生する応力を低減することができる。 In this case, the stress resulting from the difference in expansion and contraction caused by the difference in linear expansion coefficient between the light guide member and the frame member is alleviated by deformation of the double-sided tape as the relaxation member. As a result, according to said structure, the stress which generate | occur | produces with a frame member can be reduced.
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.
また、本発明の座標入力システムは、上記装置本体の裏面側に配され、上記額縁部材を保持する板状の保持部材を備えている場合、画像表示モジュールを備え、上記筐体は、上記画像表示モジュール及び上記装置本体を支持するように構成されていることが好ましい。 When the coordinate input system of the present invention includes a plate-like holding member that is disposed on the back side of the apparatus main body and holds the frame member, the coordinate input system includes an image display module, and the housing includes the image It is preferable that the display module and the apparatus main body are configured to be supported.
上記の構成によれば、環境の変化が生じた場合であっても、導光部材が変形せず、良好な信号品質を得るとともに、安定な信号検出が可能な座標入力システムを実現することができる。 According to the above configuration, it is possible to realize a coordinate input system in which a light guide member is not deformed even when an environmental change occurs, a good signal quality is obtained, and stable signal detection is possible. it can.
本発明の座標入力装置は、以上のように、上記装置本体には、上記導光部材の伸縮によって額縁部材に生じる応力を緩和し、装置本体と額縁部材との相対位置を変化させる緩和部材が設けられている構成である。 As described above, in the coordinate input device of the present invention, the apparatus body has a relaxation member that relieves stress generated in the frame member due to expansion and contraction of the light guide member and changes a relative position between the apparatus body and the frame member. It is the structure provided.
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。 As described above, the coordinate input system of the present invention is a coordinate input system including the coordinate input device, and includes an image display module.
それゆえ、環境の変化が生じた場合であっても、導光部材が変形せず、良好な信号品質を得るとともに、安定な信号検出が可能になるという効果を奏する。 Therefore, even when the environment changes, the light guide member is not deformed, and it is possible to obtain a good signal quality and to enable stable signal detection.
〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図1〜図14に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
[Embodiment 1]
An 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(装置本体)3Aとを備えている。
As shown in FIG. 2, the coordinate
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
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
(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8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(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。図8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。
(Configuration of coordinate input device)
Next, the configuration of the coordinate
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
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
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
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
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、貫通孔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
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
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
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
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8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
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
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
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
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
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
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
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
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
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の各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7(a)(b)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に対して斜めに入射されるようになっている。
Here, in the present embodiment, the light source units 4 </ b> A and 4 </ b> B are disposed on the back side of the
上記光結合部材5は、詳細には、図7(a)に示すように、例えば、三角柱のプリズム5aからなっているとすることができる。このプリズム5aは導光板10に対して例えば両面テープ5b又は接着剤を用いて接着することができる。そして、このプリズム5aの傾斜面にLED4aを接着することにより、図7(a)に示すように、導光板10に対して斜めに光を入射させることができるものとなる。
Specifically, as shown in FIG. 7A, the
尚、図7(b)に示すように、LED4aとして砲弾型のLED4aを使用することもできる。この場合には、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ブロック5cを用いることができる。これによっても、導光板10に対して斜めに光を入射させることができるものとなる。
As shown in FIG. 7B, a bullet-
次に、座標入力装置3Aには、図8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。
Next, as shown in FIG. 8, the coordinate
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,
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
(座標入力装置の特徴的構成)
ところで、通常、座標入力装置は、上述の座標入力装置3Aを装置本体として、少なくとも、座標入力装置3Aにおける導光板10の縁部を保持する額縁部材を備えている。図9は、このような額縁部材を備えた座標入力装置の構成を示す断面図である。
(Characteristic configuration of coordinate input device)
By the way, the coordinate input device normally includes a frame member that holds at least the edge of the
図9に示されるように、額縁部材9は、フレーム本体91とフレーム本体91を保持するためのフレーム保持部材92とから構成されている。フレーム本体91及び導光板10は、接着剤によって接着されている(図9の接着部)。また、フレーム本体91とフレーム保持部材92とは、ねじによって締結されている(図9のねじ締結部)。また、フレーム保持部材92は、筐体12によって支持されている。この筐体12は、座標入力装置3Aの後面側、さらに具体的には液晶表示モジュール2の後面側に配置されており、液晶表示モジュール2の各種部材、及び座標入力装置3Aの各種部材を収容する構成になっている。この筐体12は、少なくとも座標入力装置3Aの各種部材を背面側から支持する支持部材であるともいえる。
As shown in FIG. 9, the
なお、筐体12は、液晶表示モジュール2と一体化した構成であってもよい。すなわち、座標入力装置3Aは、独立した液晶表示モジュール2及び筐体12と、フレーム保持部材92とを備えた構成と、液晶表示モジュール2及び筐体12が一体化した複合モジュールと、フレーム保持部材92とを備えた構成とがある。座標入力装置3Aが後者の構成である場合、狭額縁(フレーム幅が狭い)座標入力装置を実現することが可能になる。
Note that the
ここで、導光板10、フレーム本体91、フレーム保持部材92、及び筐体12等といった、線膨張係数が異なる部材を、ねじで締結するか、あるいは接着剤で接着した場合、環境の変化(例えば、高温環境への変化、低温環境への変化)が生じたとき、各部材は線膨張係数の違いによって伸縮する。その結果、導光板10の変形等が発生し、信号品質が低下するおそれがある。
Here, when members having different linear expansion coefficients such as the
そこで、座標入力装置3Aにおいては、導光板10とフレーム本体91とは、互いに線膨張係数が近い材料で構成されている。また、座標入力装置3Aには、導光板10の伸縮によって額縁部材9に生じる応力を緩和する緩和部材が設けられている。
Therefore, in the coordinate
具体的には、図9に示されるように、筐体12とフレーム保持部材92とは、伸縮自在な強粘着の両面テープ14によって固定されている。両面テープ14は、導光板10の伸縮によって額縁部材9(具体的にはフレーム保持部材92)に生じる応力を緩和する緩和部材として機能する。両面テープは、紙、セロファン、アクリルフォーム等で構成される基材の両面にアクリル等からなる柔軟性の粘着剤が塗布されたテープである。座標入力装置3Aにおいて、特に好ましい両面テープは、アクリルフォーム基材にアクリル系粘着剤が塗布されたテープである。
Specifically, as shown in FIG. 9, the
すなわち、筐体12とフレーム保持部材92とは、両面テープ14によって保持されているので、環境の変化が生じたときであっても、筐体12及びフレーム保持部材92は、互いの相対的な位置関係が変化する。それゆえ、筐体12とフレーム保持部材92との間で発生する伸縮の違いが緩和される。すなわち、環境の変化が生じたときに、筐体12とフレーム保持部材92との線膨張係数の違いによって発生する伸縮量差に起因する応力は、両面テープ14の変形によって緩和される。
That is, since the
筐体12及びフレーム保持部材92は、両面テープ14における基材両面に塗布された粘着剤によって、互いに保持されていることになる。例えば、筐体12及びフレーム保持部材92が接着剤によって接着されている場合、接着剤は、固化することで部材間を接着する機能があるので、一旦接着すると環境が変化しても部材間の相対位置は変化しない。一方、両面テープ14における粘着剤が塗布される基材(例えば、アクリルフォーム基材)は、上述したねじ締結または接着剤と異なり、環境変化による導光板10の伸縮に応じて変形し得る。そして、座標入力装置3Aは、この基材の変形によって、環境変化に対応可能になる。すなわち、導光板10が伸縮しても、フレーム本体91及びフレーム保持部材92と筐体12との相対位置が変化するので、フレーム本体91及びフレーム保持部材92で発生する応力を低減することができる。よって、図9の構成によれば、環境の変化が生じた場合であっても、導光板10が変形せず、良好な信号品質を得るとともに、安定な信号検出が可能になる。なお、基材の変形量は、基材の外形サイズ、厚さ等によって制御することができる。
The
また、筐体12とフレーム保持部材92とを固定するための部材(緩和部材)は、上述した「両面テープ14」に限定されず、フレーム保持部材92と筐体12との間の線膨張係数の差に起因する応力を緩和する構成であればよい。図10は、筐体12とフレーム保持部材92とを固定するための部材(緩和部材)の他の例を示し、図10(a)は、断面図であり、図10(b)は、平面図である。なお、図10(b)では、プッシュリベット15を省略している。
Further, the member (relaxation member) for fixing the
図10(a)に示されるように、筐体12とフレーム保持部材92とは、プッシュリベット15によって固定されている。このプッシュリベット15は、筐体12に形成された開口部12a(第1の開口部)、及びフレーム保持部材92に形成された開口部92a(第2の開口部)に挿入されている。開口部12a及び開口部92aは互いに連通している。そして、開口部12a及び開口部92aのうち、一方の開口部12aにプッシュリベット15が係止されることによって、筐体12とフレーム保持部材92とは固定される。
As shown in FIG. 10A, the
ここで、図10(b)に示されるように、フレーム保持部材92に形成された開口部92aは、筐体12に形成された開口部12aよりも寸法が大きくなっている。すなわち、開口部12a及び開口部92aのうち、プッシュリベット15を係止する一方の開口部12aは、他方の開口部92aよりも寸法が小さくなっている。
Here, as shown in FIG. 10B, the opening 92 a formed in the
このため、筐体12とフレーム保持部材92とが固定された状態では、開口部92aを形成する側壁とプッシュリベット15との間にクリアランスが形成される。このクリアランスによって、環境の変化が生じたときであっても、筐体12及びフレーム保持部材92は、互いの相対的な位置関係が変化する。すなわち、環境の変化が生じたときに、筐体12とフレーム保持部材92との線膨張係数の違いによって発生する伸縮量差に起因する応力は、このクリアランスによって緩和される。その結果、導光板10、及びフレーム本体91等で発生する応力を低減することができる。よって、図10(a)及び(b)の構成によれば、環境の変化が生じた場合であっても、導光板10が変形せず、良好な信号品質を得るとともに、安定な信号検出が可能になる。
Therefore, in a state where the
なお、座標入力装置3Aは、図10(a)及び(b)に示された構成に限定されず、開口部12a及び開口部92aのうち、一方の開口部にプッシュリベット15が係止された構成であればよい。例えば、開口部12a及び開口部92aのうち、一方の開口部92aにプッシュリベット15が係止されることによって筐体12とフレーム保持部材92とが固定される構成であってもよい。この場合、開口部12a及び開口部92aのうち、プッシュリベット15を係止する一方の開口部92aは、他方の開口部12aよりも寸法が小さくなる。ただし、筐体12とフレーム保持部材92との固定強度を確保するという観点では、図10(a)及び(b)に示された構成が特に好ましい。
The coordinate
また、上述の座標入力装置3Aは、筐体12とフレーム保持部材92とを固定するための部材が、導光板10の伸縮によって額縁部材9に生じる応力を緩和する緩和部材として機能する構成であった。しかし、座標入力装置3Aは、この構成に限定されず、導光板10の伸縮によって額縁部材9に生じる応力を緩和する緩和部材を備えた構成であればよい。
In the coordinate
図11は、座標入力装置3Aの変形例の概略構成を示す断面図である。図11に示されるように、額縁部材9は、導光板10の表面及び裏面の両面から挟む構成であってもよい。この場合、緩和部材としての両面テープ14は、額縁部材9と導光板10との間に設けられている。このように額縁部材9及び導光板10は、伸縮自在な強粘着の両面テープ14によって保持されているので、環境の変化が生じたときであっても、額縁部材9及び導光板10は、互いの相対的な位置関係が変化する。それゆえ、額縁部材9と導光板10との間で発生する伸縮の違いが緩和される。すなわち、環境の変化が生じたときに、額縁部材9と導光板10との線膨張係数の違いによって発生する伸縮量差に起因する応力は、両面テープ14の変形によって緩和される。よって、図11の構成によれば、環境の変化が生じた場合であっても、導光板10が変形せず、良好な信号品質を得るとともに、安定な信号検出が可能になる。なお、図11に示された構成において、導光板10の表面及び裏面の両面に設けられた両面テープ14は、導光板10内を伝搬する光を吸収する光吸収部材として機能し得る。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a modified example of the coordinate
(座標入力装置の座標検出原理)
次に、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8、図12(a)(b)及び図13(a)(b)に基づいて説明する。図12(a)は座標入力装置3Aの検出原理を示す平面図であり、図12(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13(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13(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)
Next, the coordinate detection principle when the
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
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
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θP が、
sin(90°−θP )>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
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
ここで、図8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12(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12(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. 8, infrared light that is scattered light of the
例えば、図13(a)に示すように、指8が導光板10上の点P1 〜点P9 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13(b)に示すように、点P1 〜点P9 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P1 〜点P9 の角度を求めることができる。図13(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 illustrated in FIG. 13A, when the
(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14(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14(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14(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14(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
図5及び図14(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、前記伝搬光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 14A, the light incident on the
詳細には、図14(a)において、指8が点P1 の位置にあるとき、図14(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P2 の位置に移動したとき、線状の像27が形成される。
Specifically, in FIG. 14 (a), the time the
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
図14(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α1 ’(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α1 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α1 ’が求められ、この傾き角度α1 ’から角度α1 が求められる。同様に、指8が点P2 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α2 ’を求めることにより、角度α2 が求められる。
The position of the
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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には光源ユニット4Bが消灯され、光源ユニット4Bが点灯している期間には光源ユニット4Aが消灯される。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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態について図15〜図20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
これに対して、本実施の形態の座標入力装置3B(装置本体)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
本実施の形態の座標入力装置3Bの構成について、図15〜図20に基づいて説明する。図15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16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17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18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19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20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
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
例えば、図15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P1 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15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P2 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. 15, in the
また、図16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P1
及び点P2 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P3 及び点P4に存在していると誤認識する可能性がある。
Further, as shown in FIG. 16, for example, two
And when contacted simultaneously to the point P 2, the
そこで、本実施の形態の座標入力装置3Bでは、図17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
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
そして、本実施の形態の座標入力装置3Bにおいても、図18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
これにより、図19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P2 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. 19, the coordinate contact position P 2 of the
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
また、図20に示すように、導光板10の表面に2つの指8A・8Bが点P1 及び点P2 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P1 及び点P2 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P1 及び点P2 とは別に、2つの指8A・8Bが点P5 及び点P6とに設けられている可能性が検出される。この場合、図16に示す撮像ユニット20・30にて求めた点P1 及び点P2 と、図20に示す撮像ユニット20・60にて求めた点P1 及び点P2 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P1 及び点P2 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. 20, the case where two
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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(装置本体)
3B 座標入力装置(装置本体)
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
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)
9 額縁部材
10 導光板(導光部材)
11 貫通孔
11a 壁面
12 筐体
12a 開口部(第1の開口部)
13a 伝搬光
14 両面テープ(緩和部材)
15 プッシュリベット(緩和部材)
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)
91 フレーム本体(額縁部材)
92 フレーム保持部材(額縁部材)
92a 開口部(第2の開口部)
L 間隔
1 Coordinate
2a Liquid
3B coordinate input device (device main unit)
4A Light source unit (light source)
4B Light source unit (light source)
4a LED
5 Optical coupling member 6 Detection part (detection means)
7 Light
8A finger (first detected object)
8B finger (second object to be detected)
9
11 Through-
15 Push rivet (relaxation member)
20 Imaging unit (light receiving means)
21
31
50 Imaging unit (light receiving means)
60 Imaging unit (light receiving means)
70 Imaging unit (light receiving means)
91 Frame body (frame member)
92 Frame holding member (frame member)
92a opening (second opening)
L interval
Claims (8)
上記装置本体には、上記導光部材の伸縮によって額縁部材に生じる応力を緩和し、装置本体と額縁部材との相対位置を変化させる緩和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 Provided on the edge of the light guide member in the apparatus body, and a device body having a 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 output of the light receiving means A coordinate input device provided with a frame member,
The coordinate input device according to claim 1, wherein the device main body is provided with a relaxation member that relieves stress generated in the frame member due to expansion and contraction of the light guide member and changes a relative position between the device main body and the frame member.
上記額縁部材は、上記緩和部材によって上記筐体に保持されていることを特徴とする請求項1に記載の座標入力装置。 It is arranged on the back side of the device body, and at least includes a housing for supporting the device body,
The coordinate input device according to claim 1, wherein the frame member is held in the casing by the relaxation member.
第1及び第2の開口部のうち、リベットを係止する一方の開口部は、他方の開口部よりも寸法が小さくなっていることを特徴とする請求項2に記載の座標入力装置。 The casing and the frame member each have first and second openings that communicate with each other, and the relaxation member is inserted into both the first and second openings, A rivet locked to one of the first and second openings,
The coordinate input device according to claim 2, wherein, of the first and second openings, one of the openings that locks the rivet is smaller in size than the other opening.
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 any one of claims 1 to 6,
A coordinate input system comprising an image display module.
画像表示モジュールを備え、
上記筐体は、上記画像表示モジュール及び上記装置本体を支持するように構成され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 any one of claims 2 to 4,
It has an image display module,
The coordinate input system, wherein the casing is configured to support the image display module and the apparatus main body.
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Cited By (1)
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US10152174B2 (en) | 2014-04-16 | 2018-12-11 | Sharp Kabushiki Kaisha | Position input device and touch panel |
-
2012
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