JP2003091358A

JP2003091358A - 座標入力装置

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Publication number: JP2003091358A
Application number: JP2001284542A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hirabayashi; 健平林
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-09-19
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2003-03-28
Anticipated expiration: 2021-09-19
Also published as: JP4759189B2

Abstract

(57)【要約】【課題】光学式の座標入力装置の光学系の調整、特に
座標入力面に対する平行度の調整を容易にする。【解決手段】扇状の平面光を出射する光学ユニットの
２組を間隔を置いて、座標入力面へ設置する。更に、扇
状の平面光の要に対応する位置を支点として、扇状の平
面光を座標入力面に平行になるように調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学式の座標入力
装置に関し、特に大面積の座標入力面から指などで入力
するのに好都合な座標入力装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】表示された画像に対応して指や差し棒な
どで入力する装置として、代表的にはタッチパネルが広
く利用されている。この入力方式には、静電容量方式、
抵抗膜方式、超音波方式、光学式などがあり、それぞれ
の特徴を活かし目的、使用環境に応じて使い分けられて
いる。大画面の表示装置、例えば大型フラットディスプ
レイや投影表示装置、の応用の拡大、さらに電子黒板や
テレビ会議システムの機能拡充の要請から、大面積型の
座標入力技術が重要となっている。

【０００３】この大型化では、方式による技術限界や経
済性などの面から光学式の座標入力装置が利用され、特
開平１１−８５３９９号公報に光走査型タッチパネルが
開示されている。この技術は、角形基板の隣合う２隅に
それぞれ光走査ユニットを設け、同ユニットから走査さ
れた光が角形基板の残りの３辺に設けた再帰性反射体か
ら反射され同ユニットに戻り、その光を検出するように
なっている。指などで光が遮断されると、各光走査ユニ
ットから見た遮断の方向を検出し、光走査ユニット間の
距離を基に遮断された位置を算出し、その座標が入力さ
れるようになっている。この光学式の座標入力装置は、
非常に大型の座標入力にも適用でき、しかも構成が単純
化されているので、入力面積当たりの価格も比較的安価
に実現できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この光走査し、光遮断
位置を検出する座標入力装置は、光走査の原点から反射
点までの距離をかなり大きくとれるので、入力面の大面
積化が容易に実現できる。しかし、光走査の原点から反
射点までの距離が大きくなる程、即ち座標入力の範囲、
面積が大きくなる程、光の出射の方向と座標入力面との
平行度に要求される条件が厳しくなる。

【０００５】即ち、光が走査する平面と座標入力の平面
とが所定の間隔を保持して平行になるように、光の出射
方向を調整する精度は、座標入力面積とともに高精度が
要求される。従来は、発光素子、受光素子、ポリゴンミ
ラーを搭載したユニットの面を支持する３点での高さ調
整により、光学走査面と座標入力面との間隔及び平行度
とを併行して調整していた。個々点の高さ調整を順に繰
り返しながら所定の間隔と平行度に追い込んで行くた
め、非常に手間が掛かる。場合によっては、追い込みき
れずに、程々で妥協せざるを得ないこともある。本発明
はこのよう問題を鑑み、間隔と平行度の調整が容易な光
学式座標入力装置を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の座標入力装置
は、座標入力面に平行で扇状の光を出射する光源部と受
光部とを含む光学ユニットが２組間隔を置いて座標入力
面に設置され、各光源部から出射した光は座標入力面の
周囲に設置された光反射部によって反射され各受光部へ
結像するような角光路が各光学ユニットに対して形成さ
れていて、光路中に光遮蔽が生じると、その遮蔽点の結
像位置を２組の光学ユニットでそれぞれ検出し、各検出
結果と２組の光学ユニットの間隔とを付き合わせて座標
入力面内での遮蔽位置を求め、認識する装置である。

【０００７】予め扇状の平面光を出射するように光学系
が調整された光学ユニットを用いるので、座標入力装置
への組み込みでは座標入力面と扇状の平面光との平行度
の調整を容易にすることができる。

【０００８】次の発明は、扇状の光平面の要に対応させ
て、光学ユニットを下から支持し、その位置を支点とし
て扇状の光平面と座標入力面との平行度を調整するよう
に構成された座標入力装置である。光を扇状に出射する
要位置の座標入力面に対する位置、高さが、先ず設定さ
れるので、後は座標入力面に対する平行度さへ調整すれ
ばよい。より具体的には、要に相当する位置以外で光学
ユニットの最少２点の位置の高さを相互に調整すれば座
標入力面に平行な光学面を作ることができ、調整が非常
に容易になる。

【０００９】更に、扇状の光平面の光軸に平行で支点を
含む第一の直線と、第一の直線に直角な支点を含む第二
の直線とに対応する２つの直線上で、該支点以外の位置
で光学ユニットを支持する支柱がそれぞれ設けられ、支
点に対する各支柱の高さ調整により扇状の光平面と座標
入力面との平行度が調整される座標入力装置である。第
一の直線上での高さ調整は、座標入力面に対する扇状の
光平面の仰ぎ角を調整し、第二の直線上での高さ調整
は、座標入力面に対する扇状の光平面の左右バランスを
調整することになる。それぞれの役割が明確に分担され
るので、更に調整が単純化される。

【００１０】更なる発明は、光源部から出射する扇状の
光平面の扇の拡がり角度を変えることが出来る座標入力
装置である。典型的には、座標入力面の左右の両隅に光
学ユニットを設置する場合の４５度の拡がり角度であ
る。拡がり角度を可変にすれば様々な状況に対応でき、
例えば座標入力面の形状にあわせて拡がり角度を選択で
きる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の全体構成の一例を、図１
に概念的に示した。座標入力面１の下側の左右両端に光
学ユニット２（Ａ）、２（Ｂ）が設置されている。各光
学ユニット２からは扇状の平面光が座標入力面１と平行
な方向に出射され、座標入力面１の上で光学ユニット２
（Ａ）、２（Ｂ）の光路が重なり合う領域を形成する。

【００１２】図で座標入力面１の左右および上側に反射
部３（Ａ）、３（Ｂ）、３（Ｃ）が設置されている。光
学ユニット２から出射した扇状の光は反射部３で光を出
射した光学ユニット２の方向へ反射される。反射部３は
シート内部に高密度の三面体キューブを配置し、入射光
を光学ユニット２の方向へ反射する再帰性反射シートが
用いられている。又、図１の反射部３は三辺に沿って直
線状に示してあるがるが、形状や配置は座標入力面１に
もよって最適な形態を設定すればよい。

【００１３】反射部３から反射され、光学ユニット２へ
再帰した光は、光学ユニット２内の受光部へ結像され
る。受光部にはラインセンサなどが用いられる。例え
ば、指などで座標入力面にタッチすると扇状の平面光の
一部が遮光され、光学ユニット２（Ａ）、２（Ｂ）はそ
れぞれの光路での遮光の方角に対応する光学像を受光部
が検知する。

【００１４】各光学ユニット２の受光部の検知信号は演
算部４へ入力し、光学ユニット２（Ａ）、２（Ｂ）から
の遮光の方角に関する情報と、予め入力された光学ユニ
ット２（Ａ）と２（Ｂ）との距離に関する情報とから三
角測量の原理により遮光位置、即ち座標値を演算する。
演算された座標値はインターフェース部５を介してＰＣ
６へ出力される。また光学ユニット２を制御する信号は
逆に演算部４から各光学ユニット２へ送られ、発光、受
光の制御をする。

【００１５】本発明では、光学ユニット２内のレンズ系
（後述する）で扇状の平面光を作っておき、座標入力面
１への光学ユニット２の設置の時には、座標入力面１と
扇状の平面光との平行度、即ち光学ユニット２の平面と
の調整さえ行えばよい。原理的には平面は３点で規定で
きるので、座標入力面１と光学ユニット２の底面の３点
位置での高さ（間隔）調整をすれば良いことになる。し
かも、その内の１点を扇状の平面光の要に対応する位置
に選び、支点として作用させれば、座標入力面１と光学
ユニット２とが平行になるよう調整すると、その間隔は
自然に決まってしまようにできる。

【００１６】残りの２点を、扇状の平面光の光軸と平行
な支点を含む直線上に１点とその直線と直角で支点を含
む直線上にもう１点に選べば、さらに調整が容易にな
る。この場合の２点のそれぞれの役割は、座標入力面１
と光軸との調整及び扇状の平面光の左右の平行バランス
の調整と独立したものとなるので、調整は単純化され
る。

【００１７】前記の説明の３点での調整に限らず、調整
の作業性、精度、調整後の安定性などのために調整点を
増加させて行うことが可能である。また、図１の座標入
力面１と２組の光学ユニット２とを基本構成単位と考
え、この単位構成を複数組み合わせて構成した座標入力
装置にしてもよい。例えば、入力面が湾曲して一平面に
収まらない座標入力装置には、基本構成単位で複数分割
して、全体で座標入力装置として機能させても良いこと
は言うまでもない。

【００１８】

【実施例】図２に、光学ユニット２の光学系の配置例を
示した。図２（ａ）は光学系を側面から見た図、（ｂ）
はその正面の図である。発光素子７から出射した光は拡
散レンズ８により一定の幅（厚み）を持ち、直線状に拡
がる拡散光である。

【００１９】この拡散光はハーフミラー９で直角方向に
折り曲げられた平面光となり、座標入力面１（図１）と
平行に進行する光、即ち扇状の平面光となる。この平面
光は反射部３（図１）の再帰性反射シートから反射され
光学ユニット２に戻ってくる。

【００２０】戻ってきた光はハーフミラー９を通過し、
結像レンズ１０によって受光素子１１へ結像され、光電
変換され、結像状態に対応した信号を演算部へ出力す
る。その受光素子１１としては、結像状態から遮光位置
の方角を検知するようにラインセンサやＣＣＤなどが用
いられる。

【００２１】光学系の配置はこの例に限られるものでは
なく、例えば発光素子７、拡散レンズ８、ハーフミラー
９を座標入力面１と平行に配置し、結像レンズ１０、受
光素子１１の配置を直角方向に設置しても構わぬことは
言うまでもない。また、座標入力面１と平行な扇状の平
面光の要の位置とは、その扇形の見掛け上の頂点に対応
する位置である。

【００２２】光学ユニット２の調整機構について、一つ
の例として図３の部分斜視図と図４のその上面図をを用
いて説明する。光学ユニット２は光学ユニット本体１２
と基板１３とで構成され、相互に固定されている。な
お、光学ユニット本体１２には先に述べた図２のような
光学系が内蔵されている。一方、座標入力面１には、そ
れに連続して保持部１４が設けられている。基本的に
は、保持部１４の平面に対する基板１３の面を３本の調
整ネジ１７で高さと平行度を調整して、扇状平面光１５
を座標入力面１に平行に設定する。

【００２３】図３の実施例では、特に好ましい例とし
て、扇状平面光１５の要に相当する位置で基板１３の下
側に支点となる突起物１６を設けている。この突起物１
６に対して、更に好ましい例として保持部１４に図５に
示すような穴１８や凹部を設ければ、突起物１６の保持
部１４上の位置決めが容易に行え、結局、扇状平面光１
５の要と座標入力面１との位置合わせが一義的になされ
ることになる。

【００２４】次に、調整ネジ１７について説明する。図
３、図４の実施例では、特に好ましい例として、突起物
１６と調整ネジ１７（Ｂ）とを結ぶ線が扇状平面光１５
の光軸と平行であり、突起物１６と調整ネジ１７
（Ａ）、１７（Ｃ）とが光軸に垂直な線上にある。この
実施例の場合には、支点となる突起物１６に対して調整
ネジ１７（Ｂ）を調整すると扇状平面光１５の仰ぎ角の
みを調整することになる。調整ネジ１７（Ａ）、１７
（Ｃ）を調整すると扇状平面光１５の左右のバランス
（座標入力面１に対する平行度）のみを変えることにな
る。扇状平面光１５の仰ぎ角、左右のバランスを個々に
独立して調整するので、調整作業は単純化できる。

【００２５】調整ネジ１７と基板１３との間での作用力
は、調整ネジ１７（Ｃ）は上方向からのスプリング圧に
より下方に押さえつけられ、他の調整ネジ１７（Ａ）、
１７（Ｂ）は反対に下方から上方に向けてスプリング圧
がかかるようにする。上方からの押圧に対して、突起物
１６を支点としたシーソー動作をする。また、調整ネジ
１７にピッチが粗と密の２種類のネジを組み込み、粗調
整と最終段階の微量調整とでネジを使い分ける効率的且
つ高精度の調整も可能である。更に、突起物１６の高さ
を調整可能に、例えばネジ込み方式にしてもよい。

【００２６】図３、図４、図５は、好ましい実施例とし
て説明したものであり、例えば、突起部１６が扇状平面
光１５の要の位置と一致しない例、各調整ネジ１７と突
起物１６との配列が直線上にない例など、本発明に含ま
れることは言うまでもない。

【００２７】

【発明の効果】請求項１は、扇状の平面光を出射する光
学系の調整と座標入力面への合わせ込みとを別々に行う
ことができるので、座標入力装置の製造が容易になる。
請求項２は、扇状の平面光の要の位置を支点として座標
入力面への平行度のみを調整すれば済み、調整が容易に
なる。請求項３は、扇状の平面光の座標入力面への平行
度の調整を、仰ぎ角の調整と左右バランスの調整とを独
立に実施できるので、調整作業が単純化される。請求項
４は、扇状の平面光の拡がり角度が可変なので、多様な
座標入力面への対応が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体構成の一例を、概念的に示した図
である。

【図２】本発明の光学ユニットの光学系の配置例を示し
た図である。

【図３】光学ユニットの調整機構の一例を部分斜視図で
示した図である。

【図４】図３の例を上面図で示した図である。

【図５】保持部の位置決め用の穴の断面図である。

【符号の説明】

１座標入力面２光学ユニット３反射部４演算部５インターフェース部６ＰＣ７発光素子８拡散レンズ９ハーフミラー１０結像レンズ１１受光素子１２光学ユニット本体１３基板１４保持部１５扇状平面光１６突起物１７調整ネジ１８穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】座標入力面に平行な扇状の光を出射する
光源部と受光部とを有する２組の光学ユニットが間隔を
置いて該座標入力面に設置され、各光源部から出射した
光は該座標入力面の周囲に設置された光反射部によって
反射され各受光部へ結像する各光路が形成され、光路中
の光遮蔽点の各結像位置と２組の光学ユニットの間隔か
ら光遮蔽点の座標を求めることを特徴とする座標入力装
置。
【請求項２】扇状の光平面の要に対応する位置に該光
学ユニットを支持する支点が設けられ、該支点を中心と
して扇状の光平面と該座標入力面との平行度が調整され
ることを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
【請求項３】扇状の光平面の光軸に平行で該支点を含
む第一の直線と第一の直線に直角な第二の直線とに対応
する各直線上で該支点以外に該光学ユニットを支持する
各支柱が設けられ、該支点に対する各支柱の高さ調整に
より扇状の光平面と該座標入力面との平行度が調整され
ることを特徴とする請求項２に記載の座標入力装置。
【請求項４】該光源部から出射する扇状の光平面の扇
の拡がり角度は可変であることを特徴とする請求項１に
記載の座標入力装置。