JP2005107607A - 光学式位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源の個数を減らしても操作性が損なわれず、低消費電力、低コストであり、コンパクトな光学式位置検出装置を提供する。
【解決手段】本発明の光学式位置検出装置は、検出領域２の周辺に設けられ、入射してきた光をその方向に再帰反射する再帰反射部材７と、検出領域２に置かれた指示体１の影の像を異なる２ヶ所からそれぞれ撮影する２つの撮像ユニット３と、撮像ユニット３により撮影された座標を用いて三角測量の原理で指示体の指示位置座標を算出する処理部３０とからなる。撮像ユニット３は、撮像素子４と結像手段５と１つの光源６とからなり、光源６は撮像素子４の水平方向左右の一方側近傍に設けられる。処理部３０は、光源により生ずる指示体１の影の像の一側端の座標を用いて指示体１の指示位置座標を算出する。
【選択図】図３

Description

本発明は指示体の指示位置座標を検出する光学式位置検出装置に関し、特に、光源の個数を減らしても操作性が損なわれず、低消費電力、低コストであり、コンパクトな光学式位置検出装置に関する。

近来、タッチパネルやタッチバッドに利用されている抵抗被膜方式や電磁誘導方式のデジタイザに代えて、光源を用いる光方式のデジタイザが注目されている。典型的な従来の光デジタイザは、米国特許第４５０７５５７号明細書等に開示される。図１は、従来の光デジタイザの概略を説明するための図であり、図１（ａ）はその外観上面図、図１（ｂ）はその光源部分を指示体側から見た模式的な正面図である。図示のように、指やペン等の指示体１が検出領域２上に置かれたとき、検出領域２の角２ヶ所に設けられた２つの検出ユニット３により三角測量の原理により指示位置座標を検出するものである。検出ユニット３は、図１（ｂ）に示すように、イメージセンサ４と結像手段であるスリット５、その上部近傍に設けられるＬＥＤ等の光源６からなる。光源６から放射された光は、検出領域２の周りに設けられる再帰反射部材７に入射する。再帰反射部材７とは、入射した光を入射してきた方向に反射する特性を有するものである。検出領域２上に光源からの光を遮るものが何も置かれていないときには、光源６から放射された光は、検出領域２上を通過して再帰反射部材７に入射し、逆の光路を通って検出ユニット３に戻ってくる。指示体１が検出領域２上に置かれた場合には、光の航路の一部が遮られて、検出ユニット３に戻らなくなる。この影をイメージセンサ４で撮像し、その影の方向を検出することで、指示体１の指示位置の検出が可能となる。即ち、既知の位置にある２つの検出ユニット３でそれぞれの影の座標を検出することで、三角測量の原理で指示体１の指示位置座標を検出できる。

ここで、図１（ｂ）に示すように、光源６は、イメージセンサ４との視野のズレを最小限にするためにスリット５になるべく近付ける必要がある。そして、図１（ｂ）に示す従来例では、光源の左右不均等による影の左右のズレをなくすために、スリット５の上部近傍に光源６が設けられている。しかしながら、上方向に光源を設けた場合、図１（ｃ）に示すように、検出領域が上下方向に広がってしまい、検出領域２に確実にタッチしていなくても誤認して検出されてしまう場合があった。これは、例えば手書き文字入力を行う場合には続け文字等になってしまうため致命的である。したがって、光源６は、なるべく検出領域２に近い位置に配置することが好ましい。

そこで、特開２００２−１３２４３５号公報では、検出面に近いところでタッチ検出を行うべく、光源を検出面に近付けた光デジタイザを開示している。図２は、上記公報の光デジタイザの概略を説明するための図であり、図２（ａ）はその検出ユニット部分の外観側面図、図２（ｂ）はその検出ユニット部分の正面図である。図示のように、光源６が発する光線を折り曲げるミラー手段８を設けることにより、光源６からの光を検出領域２に近付けることが可能となる。これにより、検出領域２に確実にタッチしていない場合の誤認を防ぐことが可能となる。

米国特許第４５０７５５７号明細書（第１図、第４図） 特開２００２−１３２４３５号公報（第１図）

しかしながら、上記特開２００２−１３２４３５号公報の光デジタイザでは、１つの検出ユニットに光源を２つ用いている。これは、各検出ユニットで検出される影の中心を入力された位置として三角測量の原理を用いて指示位置座標を検出するようにしていたため、光源の左右不均等による指示体の影のズレを防止するために、結像手段の左右に光源を配置していたのである。このため、光源を２つ用いる分消費電力が高くなり、光源にかかるコストも２倍となり、さらには検出ユニットの小型化の障害にもなっていた。また、上記米国特許第４５０７５５７号明細書に開示の光デジタイザでは、１つの検出ユニットに光源は１つであるが、上述したような操作性の面での問題点があった。したがって、これらを解決した光学式位置検出装置の開発が望まれていた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、光源の個数を減らしても操作性が損なわれず、低消費電力、低コストであり、コンパクトな光学式位置検出装置を提供しようとするものである。

上述した本発明の目的を達成するために、本発明による光学式位置検出装置は、検出領域の周辺の少なくとも３辺に設けられ、入射してきた光をその方向に再帰反射する再帰反射部材と、再帰反射部材の少なくとも２辺が入る撮像視野をそれぞれ有し、検出領域に置かれた指示体の影の像を異なる２ヶ所からそれぞれ撮影する２つの撮像部と、２つの撮像部の各々の水平方向左右の一方側近傍にそれぞれ設けられ、再帰反射部材の少なくとも２辺が入る放射範囲をそれぞれ有し、再帰反射部材に向かって光を放射する２つの光源と、それぞれの撮像部により撮影された光源により生ずる指示体の影の像の一側端の座標を利用して三角測量の原理で指示体の指示位置座標を算出する処理部とを具備するものである。

ここで、光源は、検出領域に対して撮像部よりも上側となる水平方向左右の一方側近傍に設けられれば良い。また、指示体から見て右側の撮像部近傍の光源は指示体から見て撮像部の水平方向左側近傍に設けられ、指示体から見て左側の撮像部近傍の光源は指示体から見て撮像部の水平方向右側近傍に設けられても良い。

また、処理部は、指示体から見て右側の撮像部で撮像された影の像の右側端の座標と、指示体から見て左側の撮像部で撮像された影の像の左側端の座標とを用いて、指示体の指示位置座標を算出すれば良い。さらに処理部は、指示体の影の像の一側端の座標から影の内側に所定量ずらした座標を用いて、指示体の指示位置座標を算出しても良い。

さらに、撮像部が撮像素子と結像手段からなり、撮像素子と結像手段との間、又は結像手段と再帰反射部材との間に、撮像視野を屈折させるミラー手段を有しても良い。

さらにまた、表示装置を有し、該表示装置の表示面が検出領域であっても良い。そして、表示装置の表示面には、指示体の指示位置座標に対応する位置にカーソルが表示されるようにしても良い。

本発明の光学式位置検出装置には、光源の個数を減らしても操作性が損なわれず、低消費電力、低コストであり、コンパクトな光学式位置検出装置が実現できるという利点がある。また、タッチの誤認もなく、後述するお手つき問題もなくなるという利点もある。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図示例と共に説明する。図３（ａ）は本発明の光学式位置検出装置の第１実施例の概略上面図を、図３（ｂ）はその検出ユニットの正面図を表わす。本発明の光学式位置検出装置は、図示のように検出ユニット３には１つの光源６しか用いていない点に特徴があるものである。以下に本発明の光学式位置検出装置の構造を具体的に説明する。

本発明の光学式位置検出装置は、検出領域２の周辺の少なくとも３辺に設けられる再帰反射部材７を有する。再帰反射部材７は、入射してきた光をその方向に再帰反射する部材であり、極小ガラスビーズを敷き詰めたもの等からなる。そして、再帰反射部材７の開口部、図３の例では上部の２ヶ所に検出ユニット３が配置される。検出ユニット３は、ＣＣＤ等の撮像素子４とレンズ等の結像手段５とＬＥＤ等の光源６とからなる。撮像素子４と結像手段５からなる撮像部の視野、即ち撮像視野は、再帰反射部材７の２辺が入る視野であれば良い。同様に、光源６の放射範囲も、再帰反射部材７の２辺が入る視野であれば良い。当然ながら、同一検出ユニット内の撮像視野と放射範囲の領域は再帰反射部材７の同じ２辺であり、ほぼ同じ領域である。図３（ｂ）に示す例では、本発明の光源６は、撮像部４，５の水平方向左右の一方側近傍、より詳しくは、検出領域２に対して撮像部よりも上側となる水平方向左右の一方側近傍に設けられる。具体的には、例えば指示体１から見て右側の撮像素子４の近傍の光源６は指示体から見て撮像素子４の水平方向左側近傍に設けられ、指示体１から見て左側の撮像素子４の近傍の光源６は指示体から見て撮像素子４の水平方向右側近傍に設けられている。

このような構成の光学式位置検出装置において、検出領域２に指示体１が置かれた場合、撮像部の一端側からしか光源で検出領域を照らしていないため、両端から照らした場合の本来の影の位置１０よりも余計な影１１が発生する。図４に、図３に示した状態の場合に左右各検出ユニットから出力される信号の一例を示す。図４（ａ）が指示体１から見て右側の検出ユニット３の出力信号、図４（ｂ）が左側の検出ユニット３の出力信号をそれぞれ示している。同図では、Ａ／Ｄコンバータで２値化され、影の部分が０となり、明るい部分が１となっているものの一例を示している。図３と同様に、本来の影の位置を参照符号１０で、余計な影の位置を参照符号１１で示している。ここで、三角測量の原理により指示位置座標を算出する場合、従来の光学式位置検出装置ように影の中心を入力された位置として処理した場合には、実際の入力位置との誤差が大きくなってしまう。したがって、本発明では、処理部３０において、影の像の一端側の座標を用いて三角測量の原理で指示位置座標を算出するようにする。図３の構成では、指示体１から見て右側の検出ユニット３で撮像された影の像（図４（ａ））においては右側端の座標を用い、左側の検出ユニット３で撮像された影の像（図４（ｂ））においては左側端の座標を用いて、三角測量の原理により指示体１の指示位置座標として算出するようにする。

このように構成することで、指示体１の検出ユニット側の端部が検出可能となる。光デジタイザにおいて、図形を描画するような用途に用いる場合には正確な指示位置座標が必要となるが、大型の電子黒板等に利用されるような光デジタイザであれば、端部が検出できれば十分である場合も少なくない。さらに、本発明の光学式位置検出装置では、指やペンで検出面をタッチする場合に手のひら等も同時に検出面に触れてしまう所謂お手つき問題も起こり難い。これは、検出面上部の検出ユニットに近い側の端部のみ検出するため、その下側に位置する手のひらの影の影響は受けないからである。このように、本発明によれば、光源が１つであっても操作性を損ねることなく、お手つき問題がないという観点からすれば、むしろ光源を２つ用いたものよりも操作性が良い光学式位置検出装置を実現可能である。

処理部３０において、影に対して用いる座標を一端側の端部ではなく、一端側の座標を利用してそこから影の内側に所定量ずらした座標を用いて指示体１の指示位置座標を算出するようにしても良い。こうすることで、本来の指示位置に近付けることも可能となる。

なお、処理部３０は、ＤＳＰ等により構成しても良いし、電子計算機等の上位装置のドライバレベルで実現しても構わない。

次に、本発明の光学式位置検出装置の第２実施例を説明する。第１実施例では、撮像部の横近傍に光源を配置した例を説明したが、本第２実施例では、撮像部の撮像視野を屈折させるためのミラー手段設けた点が異なる部分である。図５は、本発明の第２実施例の光学式位置検出装置を説明するための図であり、図５（ａ）はその上面図概略図を、図５（ｂ）はその検出ユニットの構成例を、図５（ｃ）は検出ユニットの別の構成例を示している。

撮像素子４と結像レンズ５との組合せからなる撮像部の撮像視野を９０度屈折させるための、プリズムミラー等のミラー手段９を、図５（ｂ）に示すように結像レンズと再帰反射部材７の間、又は図５（ｃ）に示すように撮像素子４と結像レンズ５の間に設ける。このように構成することで、撮像素子４の高さ制限から解放され、薄型化が可能となる。なお、図示例では９０度直角に屈折させるミラー手段を示したが、本発明はこれに限定されず、光学式位置検出装置のデザイン、設置場所の制限等に応じて、任意の角度に屈折させても良い。また、図示例では上下方向に屈折させた例を示したが、左右方向に屈折させるものであっても勿論構わない。部品レイアウトに応じて、種々の変更が可能である。

さらに、本発明の光学式位置検出装置の検出領域の部分に液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ、フラットＣＲＴディスプレイ等の表示装置を設けることも可能である。表示装置の表示面を検出領域とすることで、タッチパネルディスプレイを構成できる。ここで、マイクロソフト社のＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）等のＯＳのように、表示画面にカーソルを表示するものに位置検出機能付表示装置を適用する場合、従来の光学式位置検出装置では、タッチした部分にカーソルが表示されるため、指にカーソルが隠れてしまい、カーソルを見失ってしまうという問題があった。しかしながら、本発明の光学式位置検出装置では、指の検出ユニット側の端部、即ち指の上部端が入力位置となるため、カーソルが指の上に表示されるので、指にカーソルが隠れて見失ってしまうようなことがなくなる。

なお、本発明の光学式位置検出装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、本発明では検出領域の上部、即ち指示体から見て上側の２ヶ所に検出ユニットを配置した例を図示したが、本発明はこれに限定されず、検出領域の下部、即ち指示体から見て下側の２ヶ所に検出ユニットを配置しても良い。この場合には、光源は、指示体から見て右側の撮像部近傍の光源は指示体から見て撮像部の水平方向右側近傍に設けられ、指示体から見て左側の撮像部近傍の光源は指示体から見て撮像部の水平方向左側近傍に設けられることになる。即ち、光源は、検出領域に対して撮像部よりも上側の位置になるような側に設けられれば良い。

図１は、従来の光学式位置検出装置を説明するための図である。 図２は、従来の他の光学式位置検出装置を説明するための図である。 図３は、本発明の光学式位置検出装置の第１実施例を説明するための図である。 図４は、本発明の光学式位置検出装置の検出ユニットから出力される信号を説明するための図である。 図５は、本発明の光学式位置検出装置の第２実施例を説明するための図である。

符号の説明

１ 指示体
２ 検出領域
３ 検出ユニット
４ 撮像素子
５ 結像手段
６ 光源
７ 再帰反射部材
８ ミラー手段
９ ミラー手段
１０ 本来の影
１１ 余計な影
３０ 処理部

Claims (9)

1. 検出領域に置かれた指示体の指示位置座標を検出する光学式位置検出装置であって、該装置は、
   前記検出領域の周辺の少なくとも３辺に設けられ、入射してきた光をその方向に再帰反射する再帰反射部材と、
   前記再帰反射部材の少なくとも２辺が入る撮像視野をそれぞれ有し、検出領域に置かれた指示体の影の像を異なる２ヶ所からそれぞれ撮影する２つの撮像部と、
   前記２つの撮像部の各々の水平方向左右の一方側近傍にそれぞれ設けられ、前記再帰反射部材の少なくとも２辺が入る放射範囲をそれぞれ有し、再帰反射部材に向かって光を放射する２つの光源と、
   前記それぞれの撮像部により撮影された前記光源により生ずる指示体の影の像の一側端の座標を利用して三角測量の原理で前記指示体の指示位置座標を算出する処理部と、
   を具備することを特徴とする光学式位置検出装置。
2. 請求項１に記載の光学式位置検出装置において、前記光源は、前記検出領域に対して前記撮像部よりも上側となる水平方向左右の一方側近傍に設けられることを特徴とする光学式位置検出装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光学式位置検出装置において、前記指示体から見て右側の撮像部近傍の光源は指示体から見て撮像部の水平方向左側近傍に設けられ、前記指示体から見て左側の撮像部近傍の光源は指示体から見て撮像部の水平方向右側近傍に設けられることを特徴とする光学式位置検出装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の光学式位置検出装置において、前記処理部は、前記指示体から見て右側の撮像部で撮像された影の像の右側端の座標と、前記指示体から見て左側の撮像部で撮像された影の像の左側端の座標とを用いて、指示体の指示位置座標を算出することを特徴とする光学式位置検出装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載の光学式位置検出装置において、前記処理部は、指示体の影の像の一側端の座標から影の内側に所定量ずらした座標を用いて、前記指示体の指示位置座標を算出することを特徴とする光学式位置検出装置。
6. 請求項１乃至請求項５の何れかに記載の光学式位置検出装置において、前記撮像部が撮像素子と結像手段からなり、撮像素子と結像手段との間、又は結像手段と再帰反射部材との間に、撮像視野を屈折させるミラー手段を有することを特徴とする光学式位置検出装置。
7. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載の光学式位置検出装置であって、さらに、表示装置を有し、該表示装置の表示面が検出領域であることを特徴とする光学式位置検出装置。
8. 請求項７に記載の光学式位置検出装置において、前記表示装置の表示面には、前記指示体の指示位置座標に対応する位置にカーソルが表示されることを特徴とする光学式位置検出装置。
9. 検出領域に置かれた指示体の指示位置座標を検出する光学式位置検出装置であって、該装置は、
   前記検出領域の周辺に設けられ、入射してきた光をその方向に再帰反射する再帰反射部材と、
   前記検出領域に置かれた指示体の影の像を異なる２ヶ所からそれぞれ撮影する２つの撮像ユニットであって、該撮像ユニットの各々は、撮像素子と結像手段と１つの光源とからなり、前記光源は前記撮像素子の水平方向左右の一方側近傍に設けられ再帰反射部材に向かって光を放射する、２つの撮像ユニットと、
   前記それぞれの撮像ユニットにより撮影された前記光源により生ずる指示体の影の像の一側端の座標を用いて三角測量の原理で前記指示体の指示位置座標を算出する処理部と、
   を具備することを特徴とする光学式位置検出装置。