JP2014021789A - Input device, and input system including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力位置の座標検出をおこなう入力装置、および、当該入力装置を具備する入力システムに関する。 The present invention relates to an input device that performs coordinate detection of an input position, and an input system including the input device.
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)と、当該ペンによる座標入力を受け付けるタブレット、タッチパネル等の座標入力装置とを組み合わせた入力システムが知られている。ペンを、座標入力装置の座標入力領域に接触させ、座標入力装置は、ペンが接触(以下、タッチと記載する)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、または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、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。 There is known an input system in which a bar-shaped operation member (hereinafter referred to as a pen) such as a touch pen or a stylus pen is combined with a coordinate input device such as a tablet or a touch panel that accepts coordinate input by the pen. The pen is brought into contact with the coordinate input area of the coordinate input device, and the coordinate input device obtains the coordinates of the position where the pen is in contact (hereinafter referred to as touch). The obtained coordinates are, for example, 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 laminated integrally with the coordinate input device. Used for.
図21は、特許文献2に開示されている情報入力装置としての液晶表示装置を示す構成概略図である。図21に示す液晶表示装置は、赤外(IR)光源301bと、表示面200Aから出力されたIR光が再入射されたときに当該再入射された光を検出する複数の受光素子210と、を有する光学パネル200と、スタイラスペン201と、を有している。スタイラスペン201は、ペン先部203の表面が、透過率が高いため光の損失が殆どない第1材料で覆われ、第1材料で覆われているペン先部203の内部に、IR光に対する透過率が第1材料より低く、IR光に対する反射率が第1材料より高い第2材料からなる反射部204が形成されている。スタイラスペン201を、光学パネル200の表面に接触または近接させると、光学パネル200のIR光源301bで発生したIR光が、ペン先部203を透過して内部の反射部204に到達する。反射部204で、当該光が反射されて再度、光学パネル200の外面に戻される。光学パネル200の外面に達した反射光は、光学パネル200内に再入射され、受光素子210で受光され、位置検出や操作指令検出など、所定の目的のための処理に供される。
FIG. 21 is a schematic configuration diagram showing a liquid crystal display device as an information input device disclosed in
上述の特許文献1の構成は、スタイラスペン201のペン先部203を光学パネル200の表面に接触させなくても受光素子210において光を受光する。そのため、スタイラスペン使用者の意に反して受光素子が光を検出する虞、つまり誤動作を招来する虞がある。
In the configuration of
また、特許文献1のペン先部203の内部に設けられた反射部204は、平面や凹面の反射面を有しているが、このような形状の反射面では反射した反射光は導光板に再結合し難い。つまり、反射光は、そのほとんどがスタイラスペン201の接触または近接する領域(タッチ面)から入射してその反対側の面(背面)に抜ける。そのため、受光素子は、タッチ面におけるスタイラスペン201の接触または近接領域のちょうど背面側に配設するしかなく、受光素子の設置箇所が限られる。また、スタイラスペン201の接触または近接領域は、特許文献2に示すように表示領域も兼ねているので、其処に受光素子が配設されることによる表示品位の低下が避けられない。
Moreover, although the
本発明は、上記の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、誤動作がなく、受光素子を表示領域から外して設置することができる新規な構成の入力装置、およびそれを具備する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 an object of the present invention is to provide an input device having a novel configuration in which a light receiving element can be set off from a display area without malfunctioning, and the input device. To provide an input system.
すなわち、上記の課題を解決するために、本発明に係る入力装置は、
内部を光が伝搬する導光板と、
上記導光板の上面に接触する操作部材と、
上記導光板における互いに離れた複数の箇所に在って、導光板を伝搬する光の一部を取り出す複数の光取り出し部と、
各上記光取り出し部によって取り出された光を受光する受光手段と、
上記導光板における互いに離れた二箇所の光取り出し部から取り出した光の進行方向を上記受光手段の受光結果から求めて、当該進行方向と、当該二箇所の光取り出し部の離間距離とから、前記導光板の上記上面に接触した接触物の位置座標を検出する検出手段と、を備え、
上記操作部材は、上記導光板の上記上面に接触する接触面が設けられた先端部を有しており、上記先端部は、導光板の上面に接触した上記接触面から導光板を伝搬する光の一部を入射させて、当該入射させた光を散乱させて当該導光板の上面に接触した当該接触面から再び導光板に入射させる構成であり、
上記複数の光取り出し部は、上記導光板の上面に接触した上記接触面から当該導光板に入射した散乱光が導光板の内部を伝搬する伝搬光の一部を取り出すことを特徴としている。
That is, in order to solve the above-described problem, the input device according to the present invention includes:
A light guide plate through which light propagates;
An operation member in contact with the upper surface of the light guide plate;
A plurality of light extraction portions for extracting a part of the light propagating through the light guide plate at a plurality of locations apart from each other in the light guide plate;
A light receiving means for receiving the light extracted by each of the light extraction units;
The traveling direction of the light extracted from the two light extraction portions separated from each other in the light guide plate is obtained from the light reception result of the light receiving means, and from the traveling direction and the separation distance of the two light extraction portions, Detecting means for detecting the position coordinates of the contact object in contact with the upper surface of the light guide plate,
The operation member has a tip portion provided with a contact surface that comes into contact with the upper surface of the light guide plate, and the tip portion transmits light that propagates through the light guide plate from the contact surface in contact with the upper surface of the light guide plate. Is incident on the light guide plate again from the contact surface that is in contact with the upper surface of the light guide plate by scattering the incident light,
The plurality of light extraction portions are characterized in that scattered light incident on the light guide plate is extracted from the contact surface in contact with the upper surface of the light guide plate to extract part of the propagation light propagating in the light guide plate.
上記の構成によれば、操作部材の先端部は、導光板の上面に接触した接触面から導光板を伝搬する光の一部を入射させて、入射させた光を散乱させて導光板の上面に接触した当該接触面から再び導光板に入射させる。すなわち、操作部材(例えばペンのような構造物)は、導光板の上面に接触した状態で、光(散乱光)を再び導光板に入射させる。そのため、従来構成のような誤作動は生じない。 According to the above configuration, the distal end portion of the operation member causes a part of the light propagating through the light guide plate to be incident from the contact surface in contact with the upper surface of the light guide plate, and scatters the incident light to cause the upper surface of the light guide plate to The light is incident on the light guide plate again from the contact surface in contact with the light guide. That is, the operation member (for example, a structure such as a pen) causes light (scattered light) to enter the light guide plate again in a state where it is in contact with the upper surface of the light guide plate. For this reason, the malfunction does not occur as in the conventional configuration.
また、上記の構成によれば、操作部材の先端部の接触面から再び導光板に入射する光は散乱光であるため、導光板において再結合する。そのため、再結合した光は導光板の内部を伝搬することができるので、例えば導光板の端部まで伝搬させることができる。これにより、導光板の端部に受光手段を配設することが可能である。つまり、従来構成のようにスタイラスペンの接触または近接する領域のちょうど背面に受光手段を配設する必要がなく、受光手段の配設位置に自由度がある。そのため、例えば表示領域にタッチ機能を兼ね備えた入力装置の場合であっても受光手段を表示領域から外した位置に配設することができ、表示品位が損なわれることがない。 Moreover, according to said structure, since the light which injects into a light guide plate again from the contact surface of the front-end | tip part of an operation member is scattered light, it recombines in a light guide plate. Therefore, since the recombined light can propagate through the inside of the light guide plate, it can be propagated to the end portion of the light guide plate, for example. Thereby, it is possible to arrange the light receiving means at the end of the light guide plate. In other words, unlike the conventional configuration, it is not necessary to dispose the light receiving means just behind the area where the stylus pen touches or is close to the stylus pen. Therefore, for example, even in the case of an input device having a touch function in the display area, the light receiving means can be disposed at a position removed from the display area, and display quality is not impaired.
また本発明に係る入力装置の一形態は、上記の構成に加えて、
上記先端部には、上記入射させた光を散乱させる、上記接触面が設けられた光散乱部と、光を反射する光反射部とが設けられていることが好ましい。
Moreover, in addition to said structure, one form of the input device which concerns on this invention is
The tip portion is preferably provided with a light scattering portion provided with the contact surface for scattering the incident light and a light reflecting portion for reflecting the light.
上記の構成によれば、光反射部が設けられていることにより、上記光散乱部において散乱した光が接触面を介して導光板に入射する入射光量を、光反射部が設けられていない構成に比べて増加させることができる。これにより、より一層正確な接触位置の座標検出が可能となる。 According to said structure, the light reflection part is provided, and the light quantity which the light scattered in the said light scattering part injects into a light-guide plate through a contact surface is not provided with a light reflection part Can be increased compared to Thereby, it is possible to detect the coordinates of the contact position more accurately.
また本発明に係る入力装置の一形態は、上記の構成に加えて、
上記光反射部は、光反射側に向けて凸となった凸曲面を有しており、
上記光散乱部は、上記凸曲面と、上記接触面との間に位置していることが好ましい。
Moreover, in addition to said structure, one form of the input device which concerns on this invention is
The light reflecting portion has a convex curved surface that is convex toward the light reflecting side,
The light scattering portion is preferably located between the convex curved surface and the contact surface.
上記の構成によれば、凸曲面と接触面との間に光散乱部が設けられていることから、凸曲面に入射する前の光と、凸曲面において反射した反射光との双方について散乱させることができる。 According to the above configuration, since the light scattering portion is provided between the convex curved surface and the contact surface, both the light before entering the convex curved surface and the reflected light reflected on the convex curved surface are scattered. be able to.
これにより、操作部材の先端部の接触面から再び導光板に入射する光は十分に散乱した状態となっており、導光板への結合効率を高めることができ、よって、より一層正確な接触位置の座標検出が可能となる。 As a result, the light incident on the light guide plate again from the contact surface at the tip of the operation member is sufficiently scattered, and the coupling efficiency to the light guide plate can be increased, so that a more accurate contact position. It is possible to detect the coordinates.
また本発明に係る入力装置の一形態は、上記の構成に加えて、
上記先端部は、上記接触面が導光板の上面に接触する際の押圧により当該接触面の面積が広がる材料から構成されていることが好ましい。
Moreover, in addition to said structure, one form of the input device which concerns on this invention is
It is preferable that the said front-end | tip part is comprised from the material which the area of the said contact surface spreads by the press at the time of the said contact surface contacting the upper surface of a light-guide plate.
上記の構成によれば、操作部材から導光板への光結合効率を高めることができるため、位置検出精度を向上させることができる。 According to said structure, since the optical coupling efficiency from an operation member to a light-guide plate can be improved, position detection accuracy can be improved.
また本発明に係る入力装置の一形態は、上記の構成に加えて、
上記光散乱部は、上記接触面に向けて凸となった容器状の構造体であり、当該容器状の構造体が光散乱性を有する樹脂から構成されており、
上記光反射部は、上記容器状の構造体に収容された球形の構造物であり、金属から構成されていることが好ましい。
Moreover, in addition to said structure, one form of the input device which concerns on this invention is
The light scattering portion is a container-like structure that is convex toward the contact surface, and the container-like structure is made of a resin having light scattering properties,
The light reflecting portion is a spherical structure housed in the container-like structure, and is preferably made of metal.
上記の構成によれば、上記容器状の構造体である光散乱部によって光散乱を実現し、球形の金属によって光を反射させることができる。 According to said structure, light scattering can be implement | achieved by the light-scattering part which is the said container-shaped structure, and light can be reflected with a spherical metal.
また本発明に係る入力システムは、上記の課題を解決するために、
上記構成を具備した入力装置と、
複数の画素を有する画像表示パネルと、を備え、
上記検出手段によって検出された上記位置座標に基づいて、上記画像表示パネルの上記画素を駆動することを特徴としている。
Moreover, in order to solve said subject, the input system which concerns on this invention
An input device having the above configuration;
An image display panel having a plurality of pixels,
The pixel of the image display panel is driven based on the position coordinates detected by the detection means.
上記の構成によれば、画像表示パネルにおける上記位置座標に対応した画素を駆動して視認することができるように構成することができる。 According to said structure, it can comprise so that the pixel corresponding to the said position coordinate in an image display panel can be driven and visually recognized.
本発明によれば、誤動作がなく、受光素子を表示領域から外して設置することができる新規な構成の入力装置、およびそれを具備する入力システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an input device having a novel configuration in which a light receiving element can be set off from a display area without malfunction and an input system including the input device.
〔実施形態1〕
本発明に係る入力装置の一実施形態である座標入力装置と、本発明に係る入力システムの一実施形態である座標入力システムとについて、図1〜図14に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
A coordinate input device that is an embodiment of the input device according to the present invention and a coordinate input system that is an embodiment of the input system according to the present invention will be described with reference to FIGS. It is.
(1)座標入力システムの構成
本実施形態の座標入力システム(入力システム)は、操作ペン(操作部材)および座標入力モジュールを具備する座標入力装置(入力装置)と、液晶表示モジュール(画像表示モジュール)とを備えて成る。
(1) Configuration of Coordinate Input System A coordinate input system (input system) according to the present embodiment includes a coordinate input device (input device) including an operation pen (operation member) and a coordinate input module, and a liquid crystal display module (image display module). ) And comprising.
本実施形態の座標入力システムの一部の構成について、図1、図2に基づいて説明する。図1は、座標入力システムの一部の構成を示す分解斜視図である。また、図2(a)は、座標入力システムの一部の構成を示す平面図であり、図2(b)は、その側面断面図である。なお、図1におけるZ方向を座標入力システム(座標入力モジュール)の前側(タッチ側)とする。また、図1におけるX方向を座標入力モジュールの長辺方向とし、図1におけるY方向を座標入力モジュールの短辺方向とする。 A part of the configuration of the coordinate input system according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a part of the coordinate input system. Moreover, Fig.2 (a) is a top view which shows the structure of a part of coordinate input system, FIG.2 (b) is the side sectional drawing. 1 is the front side (touch side) of the coordinate input system (coordinate input module). 1 is the long side direction of the coordinate input module, and the Y direction in FIG. 1 is the short side direction of the coordinate input module.
(1−1)液晶表示モジュール
本実施形態の座標入力システム1に構成される液晶表示モジュール2は、図1に示すように座標入力モジュールの前側とは反対側に配設された画像表示モジュールである。
(1-1) Liquid Crystal Display Module The liquid
液晶表示モジュール2は、図2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を備えている。液晶表示パネル2a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。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。なお、液晶表示モジュール2は、上述の構成に限定されるものではなく、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 FIG. 2, the liquid
本実施形態の座標入力システム1の使用者は、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モジュール3Aの導光板10上に操作ペンを接触させる。
The user of the coordinate
(1−2)座標入力モジュール
本実施形態の座標入力システム1では、液晶表示パネル2aの前側に設けられた座標入力モジュール3Aの導光板10上に操作ペンを接触させて、その接触位置の座標が座標入力モジュール3Aにより特定され、所望のデータ入力ができるようになっている。そこで、続いて座標入力モジュール3Aの構成について、図4〜図7に基づいて説明する。図4は座標入力システム1の一部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3(a)は座標入力システム1の一部の構成を示す側面図であり、図3(b)は座標入力システム1の一部の構成の縁部の構成を拡大して示す要部側面図である。図5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6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7は導光板10に操作ペン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。
(1-2) Coordinate Input Module In the coordinate
座標入力モジュール3Aは、図1および図2(a)に示すように、長方形の導光板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の長辺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、検出部6(検出手段)(図4)とを備えている。また、図2(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前面側および背面側には、光吸収部材7が設けられている。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2A, 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。なお、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、例えば図2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、座標入力モジュール3Aのタッチ面に沿って拡がる方向のサイズの大型化を抑制し、座標入力モジュール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、または60インチ以下でもよい。
For example, as shown in FIG. 2, 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、ポリカーボネートまたはガラスでもよい。
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3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(光取り出し部)がそれぞれ形成されている。なお、本実施形態では、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, as shown in FIG. 3, through-holes 11 (as concave conical surface-shaped optical path conversion portions) are formed at four corners of the
図4に示すように、貫通孔11の円錐面の壁面11a(光取り出し部)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度または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4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、本実施形態では、光路変換部を導光板10の隅角部の貫通孔11として設けたため、導光板10から光路変換部が突出するのを回避している。
As shown in FIG. 4, 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、座標入力モジュール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、座標入力モジュール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の縁部および第2の縁部には、それぞれ2以上の撮像ユニット20,30および撮像ユニット40,50を設けておく必要がある。
In the coordinate input module 3 </ b> A, the
撮像ユニット20,40は、図4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. 4, the
図4に示す光学フィルタ22,42等は、操作ペン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、操作ペン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. 4 play a role of transmitting light in the wavelength band emitted from the
また、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。
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2(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、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、座標入力モジュール3Aでは、撮像ユニット20,30および光源ユニット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および光源ユニット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および撮像ユニット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または撮像ユニット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との間または撮像ユニット40と撮像ユニット50との間に設けられている。また、図4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4A,4B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, the
上述したように、光源ユニット4A,4Bは、導光板10における長辺方向に沿う両辺の第1の縁部および第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5に示すように、LED4aが導光板10における長辺方向に沿う両辺に設けられている方が、導光板10における短辺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に接触された操作ペン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に接触された操作ペン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
ここで、操作ペン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5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、本実施形態では、図1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を設けており、図6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
上記光結合部材5は、詳細には、図6(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また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6(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. 6A, the
なお、図6(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. 6B, a bullet-
座標入力モジュール3Aには、更に、図4および図7に示す検出部6が設けられている。検出部6は、操作ペン8による光散乱に基づく撮像素子での出力を検知して、操作ペン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。
The coordinate
また、導光板10における第1の縁部および第2の縁部には、光源ユニット4A,4Bおよび撮像ユニット20,30,40,50に重ならないように光吸収部材7が設けられている。この光吸収部材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。
A
(1−3)操作ペン
図8は、本実施形態の座標入力システム1に具備される操作ペン8の構成を示す断面図である。なお、説明の便宜上、図8には導光板10も図示している。
(1-3) Operation Pen FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the
操作ペン8は、棒状の形状を有しており、その長手方向に沿って、導光板10と接触する側に近いペン先部81(先端部)と、操作ペンの使用者が持つ部分である持ち手部82とを有している。
The
ここで、本発明の特徴の一つは、この操作ペン8のペン先部81の構成である。具体的には、ペン先部81は、導光板10と接触する接触面85を有する光散乱部83を有しており、この光散乱部83が、導光板10に接触した接触面85から導光板10を伝搬する光(つまり、光源ユニット4Aから出射して導光板10を導光される光)の一部を入射させて、当該入射させた光を散乱させる。散乱した光は、導光板10と接触した接触面85から再び導光板10に入射し、導光板10を導光し、撮像ユニット20によって受光される。
Here, one of the features of the present invention is the configuration of the
光散乱部83は、光散乱性を有する樹脂から構成することができるが、光散乱部83を構成する材料はこれに限定されるものではない。光散乱部83は、微細粒子が混合されていたり、微細構造を形成していたりなどして、散乱性の高められたものが好ましい。
The
光散乱部83は、使用者が操作ペン8を導光板10に接触させた衝撃により光散乱部83としての機能を維持する範囲内で変形する柔軟性を有した材料から構成することが好ましい。変形により接触面85の面積が広がり、光源ユニットから出射して導光板10内部を伝搬する光の伝搬条件を崩して光散乱部83に当該伝搬光を入射させ易くなり、且つ、散乱させた光を効果的に導光板10内部に入射、結合させ易くなる。光散乱部83を構成する材料の具体例としては、シリコンが挙げられる。あるいは、アクリルなどの樹脂のフォーム剤でもよい。アクリル系のフォーム剤も上記と同様で、微細構造を形成されているため、光散乱性が高い。
The
なお、本実施形態では光散乱部83の先端は、光散乱部83を導光板10に接触させていない状態で、曲面を有しているが、この構造に限定されるものではない。
In the present embodiment, the tip of the
光散乱部83は、更に、ペン先部81が導光板10の上面を摺動するときに摩擦力を低減させるため、表面にコーティング加工がなされていてもよい。コーティング材料としては摩擦低減を実現できるものであれば特に制限はないが、例えばフッ素樹脂などを採用することができる。なお、光散乱部83自体が耐磨耗性を有する材料から構成することも可能である。
Further, the
ここで、光散乱部83は、光反射部84および持ち手部82に対して脱着可能に構成されている。これにより、光散乱部83に損傷が発生した場合に損傷していない別の光散乱部83に交換可能である。光散乱部83は、光反射部84に接続する側に凹部が設けられており、この凹部を光反射部84の先端に形成された凸部と嵌合させる構成とすればよい。この場合、光反射部84の凸部の先端面が平坦面となっていて、操作ペン8を導光板10の上面で摺動させている間は光散乱部83が光反射部84から外れないようになっている。
Here, the
また、図8に示すように、ペン先部81には更に、光散乱部83の内部に配設される光反射面86を有した光反射部84も設けられている。光散乱部83によって散乱光となった光は、光反射面86によって反射され、接触面85へと向かい、接触面85から導光板10へと放射される。なお、図8では光反射面86は平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、図9に示すように、接触面85に向けて凸となった凸曲面状の光反射面86´であってもよく、または、他の表面形状を有していてもよい。
As shown in FIG. 8, the
光反射部84は、持ち手部82と一体的に構成することができる。例えば光反射部84自体は光反射性を有さず、光反射部84における光散乱部83の内部に配設される部分、つまり光反射面86を含む部分のみに光反射加工を施した構成としてもよい。しかし、光反射部84全体を光反射性の材料から構成してもよい。光反射部84もしくは光反射面86は、例えばアルミニウムから構成することができる。アルミニウム以外でも金や銀でもよい。導光板を伝搬している光の波長に対する反射率の高い材質を選択することが好ましい。
The
なお、光反射部84の変形例として図10に示す構成を採用することができる。図10は、椀状の容器である光散乱部83´に、球状の光反射部84´が収容されたペン先部81´を有した操作ペンの先端部分を示している。球状の光反射部84´の表面が凸曲面の光反射面86´を構成し、光散乱部83´が持ち手部82に対して脱着可能に配設されている。
Note that the configuration shown in FIG. 10 can be adopted as a modification of the
(2)座標検出原理
座標入力モジュール3Aにおける、操作ペン8が導光板10に接触したときの座標検出原理について、図4、図7、図11、図12に基づいて説明する。図11(a)は座標入力モジュール3Aの検出原理を示す平面図であり、図11(b)は座標入力モジュール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操作ペンが接触した場合の接触位置を示す平面図であり、図12(b)は当該操作ペン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。
(2) Coordinate detection principle The coordinate detection principle when the
まず、座標入力モジュール3Aでは、図4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4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。なお、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の表面および背面の光吸収部材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. 4, the light incident on the
ここで、図4に示すように、導光板10の表面に操作ペン8が接触つまりタッチすると、導光板10の内部における全反射条件が崩れ、操作ペン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の表面およ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. 4, 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7に示すように、操作ペン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の壁面11aにも導かれ、該壁面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の壁面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、操作ペン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
例えば、図12(a)に示すように、操作ペン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12(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
(3)2次元座標位置の算出方法
次に、操作ペン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に基づいて説明する。なお、この処理は、検出部6が行う。ここで、図13(a)は座標入力モジュール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。なお、図13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。
(3) Calculation Method of Two-Dimensional Coordinate Position Next, a calculation method of the two-dimensional coordinate position of the
図4および図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の位置は操作ペン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操作ペン8が接した点の位置座標が求められる。
As shown in FIGS. 4 and 13A, the light incident on the
詳細には、図13(a)において、操作ペン8が点P1 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、この操作ペン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. 13 (a), the case where 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、操作ペン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、操作ペン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
図13(b)に示す線状の像25の位置は、操作ペン8における接触点の位置に依存して変化し、操作ペン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、操作ペン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、操作ペン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、操作ペン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)および関係式(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、操作ペン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、座標入力モジュール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操作ペン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、使用者が、操作ペン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 coordinate of the
(4)複数の操作ペンにおける接触位置の座標検出方法
本実施形態の座標入力モジュール3Aにおいては、複数の操作ペン8が導光板10に接触された場合においても、支障なく、それぞれの操作ペン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14に基づいて説明する。図14は本実施形態の座標入力モジュール3Aにおいて、複数の操作ペン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。
(4) Coordinate detection method of contact position in a plurality of operation pens In the coordinate
前述したように、座標入力モジュール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の表面に操作ペン8等の被検出体を接触したときの当該操作ペン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、操作ペン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 module 3 </ b> A includes the plate-shaped
このような座標入力モジュール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、操作ペン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 module 3 </ b> A, the light reception peak of the scattered light due to the presence of the detection object such as the
本実施形態の座標入力モジュール3Aでは、撮像ユニット20,30および光源ユニット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および光源ユニット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または撮像ユニット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、操作ペン8の接触による散乱光を検出することができない。そこで、本実施形態では、図14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。
By the way, when it is set as such a structure, when 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にて操作ペン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にて操作ペン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、操作ペン8の接触による散乱光を検出することができる。
Thus, the light from the
この結果、例えば、第1の被検出体としての操作ペン8Aと第2の被検出体としての操作ペン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には先に接触した操作ペン8Aと後に接触した操作ペン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操作ペン8のデータを除くことにより、後の光源ユニット4Aの点灯による操作ペン8Aを検出することができる。このため、3以上の操作ペン8の導光板10への接触においても各操作ペン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以上の操作ペン8の同時検出が可能である。 Further, as will be described in the second embodiment described later, it is possible to simultaneously detect three or more operation pens 8 by increasing the number of light receiving means.
(5)本実施形態の作用効果
このように本実施形態における座標入力装置は、座標入力モジュール3Aと、操作ペン8とを備えて成り、操作ペン8のペン先部81,81´(具体的には光散乱部83,83´)は、導光板10の上面に接触した接触面85から導光板10を伝搬する光の一部を入射させて、入射させた光を散乱させて導光板10の上面に接触した当該接触面85から再び導光板10に入射させる。すなわち、操作ペン8は、導光板10の上面に接触した状態で、光(散乱光)を再び導光板に入射させる。そのため、従来構成のような誤作動は生じない。
(5) Effects of this Embodiment As described above, the coordinate input device according to this embodiment includes the coordinate
また、操作ペン8のペン先部81,81´(具体的には光散乱部83,83´)の接触面85から再び導光板10に入射する光は散乱光であるため、導光板10において再結合して導光板の内部を伝搬することができるので、例えば導光板10の端部に設けた光取り出し部である貫通孔11まで伝搬させることができる。これにより、導光板10の端部に受光手段(撮像ユニット)を配設することが可能である。つまり、従来構成のようにスタイラスペンの接触または近接する領域のちょうど背面に受光手段を配設する必要がなく、受光手段の配設位置に自由度がある。そのため、例えば表示領域にタッチ機能を兼ね備えた入力装置の場合であっても受光手段を表示領域から外した位置に配設することができ、表示品位が損なわれることがない。
Further, since light incident on the
また、操作ペン8には、光反射部84,84´が設けられていることにより、光散乱部83,83´において散乱した光が接触面85を介して導光板10に入射する入射光量を、光反射部84,84´(光反射面86,86´)が設けられていない構成に比べて増加させることができる。例えば、椀状の光散乱部83´をシリコンゴムで構成し、ここに球体の金属を収容してその金属表面を光反射面86´とした構成においては、シリコンゴムから構成した椀状の光散乱部に透明樹脂の球体を収容した比較構成の操作ペンに比べて、受光素子によって取得された信号の強さ(階調)を1.2倍とすることができる。
Further, since the
このように光反射部84,84´(光反射面86,86´)を設けて導光板10に放射して結合する光量を増加させることにより、つまり結合効率を高めることができることにより、接触位置の座標検出をより精度よく行うことが可能となる。
Thus, by providing the
また、本実施形態の座標入力システム1は、本実施形態の座標入力モジュール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、座標入力モジュール3Aを、液晶表示モジュール2の画像を見ながら操作ペン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モジュール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、操作ペン8等の被検出体の座標位置を検出し得る座標入力モジュール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 module 3 </ b> A can be functioned as a touch panel that is input by a detected object such as the
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について図15〜図20に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、本実施形態において説明すること以外の構成は、前記実施形態1と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施形態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
前記実施形態1の座標入力モジュール3Aでは、撮像ユニット20,30および光源ユニット4Aは、導光板10における長辺方向に沿う第1の縁部に設けられ、撮像ユニット40,50および光源ユニット4Bは、長辺方向に沿う第1の縁部に対向する第2の縁部にそれぞれ設けられていた。
In the coordinate
これに対して、本実施形態の座標入力システムに具備される座標入力モジュール3Bにおいては、導光板10における長辺方向に沿う第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における長辺方向に沿う第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
座標入力モジュール3Bの構成について、図15〜図20に基づいて説明する。図15は、実施形態1の座標入力モジュール3Aにおいて操作ペン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は実施形態1の座標入力モジュール3Aにおいて操作ペンが同時に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、本実施形態における座標入力モジュール3Bの構成を示す斜視図である。図18は、座標入力モジュール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、座標入力モジュール3Bにおいて、操作ペン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は座標入力モジュール3Bにおいて、複数の操作ペン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における長辺方向に沿う第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。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から離れた操作ペン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に近接した操作ペン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。また、図16に示すように、例えば、導光板10の表面に2つの操作ペン8A,8Bが点P1 および点P2 に同時に接触された場合、撮像ユニット20,30では、2つの操作ペン8A,8Bが点P3 および点P4に存在していると誤認識する可能性がある。そこで、本実施形態の座標入力モジュール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。
That is, when the two
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。
Specifically, three
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、本実施形態の座標入力モジュール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に近接した操作ペン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. 19, the coordinate contact position P 2 of the
これにより、撮像ユニット20,30に近接した操作ペン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つの操作ペン8A,8Bが点P1 および点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つの操作ペン8A,8Bの点P1 および点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 および点P2 とは別に、2つの操作ペン8A,8Bが点P5 および点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 および点P2 と、図20に示す撮像ユニット20,60にて求めた点P1 および点P2 とは一致する。この結果、2つの操作ペン8A,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つの操作ペン8A,8Bの接触位置である点P1 および点P2 を正確に求めることができる。なお、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、操作ペン8の5点の同時検出が可能である。
In addition, as shown in FIG. 20, when two operating
このように、座標入力モジュール3Bでは、導光板10における第1の縁部および第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および撮像ユニット40,70,50が設けられている。
As described above, in the coordinate
この結果、操作ペン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、複数の操作ペン8の同時接触においても、各操作ペン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、座標入力モジュール3Bでは、導光板10における第1の縁部および第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および光源ユニット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および撮像ユニット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および光源ユニット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
なお、本実施形態の座標入力システムでは、被検出体として操作ペン8が使用されているが、操作ペン8に加えて指等の別の被検出体を併せて用いることも可能である。
In the coordinate input system according to the present embodiment, the
尚、本発明は、各実施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 an implementation obtained by appropriately combining the technical means disclosed in each embodiment. The form is also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、例えばタッチペンなどの操作部材(および指)を用いてタッチ機能を実現するタッチパネルとしての座標入力システムに好適に用いることができる。 The present invention can be suitably used for a coordinate input system as a touch panel that realizes a touch function using an operation member (and a finger) such as a touch pen.
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
2b シャーシ
2c 保護ガラス
3A,3B 座標入力モジュール
4A,4A 光源ユニット
4a LED
5 光結合部材
5a プリズム
5b 両面テープ
5c 透明ブロック
6 検出部(検出手段)
7 光吸収部材
8,8A,8B 操作ペン(操作部材)
10 導光板
11 貫通孔
11a 壁面
13a,14a 伝搬光
20,30,40,50,60,70 撮像ユニット(受光手段)
21,31,41レンズ
22,32,42 光学フィルタ
23,33,43 撮像素子
81,81´ ペン先部
82 持ち手部
83,83´ 光散乱部
84,84´ 光反射部
85 接触面
86,86´ 光反射面
L 間隔
1 Coordinate
2a Liquid
5
7
DESCRIPTION OF
21, 31, 41
Claims (6)
上記導光板の上面に接触する操作部材と、
上記導光板における互いに離れた複数の箇所に在って、導光板を伝搬する光の一部を取り出す複数の光取り出し部と、
各上記光取り出し部によって取り出された光を受光する受光手段と、
上記導光板における互いに離れた二箇所の光取り出し部から取り出した光の進行方向を上記受光手段の受光結果から求めて、当該進行方向と、当該二箇所の光取り出し部の離間距離とから、前記導光板の上記上面に接触した接触物の位置座標を検出する検出手段と、を備え、
上記操作部材は、上記導光板の上記上面に接触する接触面が設けられた先端部を有しており、上記先端部は、導光板の上面に接触した上記接触面から導光板を伝搬する光の一部を入射させて、当該入射させた光を散乱させて当該導光板の上面に接触した当該接触面から再び導光板に入射させる構成であり、
上記複数の光取り出し部は、上記導光板の上面に接触した上記接触面から当該導光板に入射した散乱光が導光板の内部を伝搬する伝搬光の一部を取り出すことを特徴とする入力装置。 A light guide plate through which light propagates;
An operation member in contact with the upper surface of the light guide plate;
A plurality of light extraction portions for extracting a part of the light propagating through the light guide plate at a plurality of locations apart from each other in the light guide plate;
A light receiving means for receiving the light extracted by each of the light extraction units;
The traveling direction of the light extracted from the two light extraction portions separated from each other in the light guide plate is obtained from the light reception result of the light receiving means, and from the traveling direction and the separation distance of the two light extraction portions, Detecting means for detecting the position coordinates of the contact object in contact with the upper surface of the light guide plate,
The operation member has a tip portion provided with a contact surface that comes into contact with the upper surface of the light guide plate, and the tip portion transmits light that propagates through the light guide plate from the contact surface in contact with the upper surface of the light guide plate. Is incident on the light guide plate again from the contact surface that is in contact with the upper surface of the light guide plate by scattering the incident light,
The input device characterized in that the plurality of light extraction units extract part of the propagation light propagating in the light guide plate from the scattered light incident on the light guide plate from the contact surface in contact with the upper surface of the light guide plate. .
上記光散乱部は、上記凸曲面と、上記接触面との間に位置していることを特徴とする請求項2に記載の入力装置。 The light reflecting portion has a convex curved surface that is convex toward the light reflecting side,
The input device according to claim 2, wherein the light scattering portion is located between the convex curved surface and the contact surface.
上記光反射部は、上記容器状の構造体に収容された球形の構造物であり、金属から構成されていることを特徴とする請求項2または3に記載の入力装置。 The light scattering portion is a container-like structure that is convex toward the contact surface, and the container-like structure is made of a resin having light scattering properties,
The input device according to claim 2, wherein the light reflecting portion is a spherical structure housed in the container-like structure, and is made of metal.
複数の画素を有する画像表示パネルと、を備え、
上記検出手段によって検出された上記位置座標に基づいて、上記画像表示パネルの上記画素を駆動することを特徴とする入力システム。 An input device according to any one of claims 1 to 5,
An image display panel having a plurality of pixels,
An input system for driving the pixels of the image display panel based on the position coordinates detected by the detection means.
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