JP2005228247A

JP2005228247A - 座標入力装置

Info

Publication number: JP2005228247A
Application number: JP2004038505A
Authority: JP
Inventors: Katsuhide Hasegawa; 勝英長谷川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-02-16
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2005-08-25

Abstract

【課題】全範囲で充分な検出光量を高効率で得ることができ、しかも、画面の大きさや横縦比等が異なっても同じ部材が使用できる低コストで高性能な座標入力装置を提供すること。
【解決手段】概略矩形平面状の座標入力領域の周囲に設けられる再帰性反射手段として、ビーズ型又はプリズム型の微細構造を有する再帰性反射体を用いたものであって、指示手段の幅の１／２より小さく、前記微細構造の平均寸法の４倍より大きい、一定ピッチを有する三角波状又は台形波状の凹凸面上に前記再帰性反射体を設けたものを用いる。角度検出手段がコリメートされた光ビームを前記座標入力領域の全領域をスキャンして反射光量を検出するものであって、当該光ビームの直径を前記再帰性反射手段の凹凸面のピッチの２倍以上とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、座標入力装置に関するものである。より詳しくは、平板状の入力面に指示具や指によって指示して座標を入力することにより、接続されたコンピュータを制御したり、文字や図形等を書き込むために用いられる座標入力装置であって、その性能を改善する技術に関するものである。

近年、大型ディスプレィの画面の明るさが改善され、明るく照明された環境においても十分使用できるようになり、又、コンピュータの普及が進んだため、会議室等で使用する大型のコンピュータ用ディスプレィの需要が拡大されつつある。このような用途において、コンピュータ画面を用いたプレゼンテーションや会議を行う場合、画面を直接操作できる座標入力装置は非常に便利なものである。

この種の装置として、入力面の上辺両端部に２個１組のレーザースキャナーを設置し、入力面の周囲に設けた再帰性反射部材からの反射光を検出するようにして、指や指示具によって遮蔽された方向を計測して、三角測量の原理により、指や指示具の位置を検出するものが種々提案されている。角度検出器としては、前記レーザースキャナーだけでなく、リニアセンサーと拡散光源によるものも提案されている。

ところが、道路標識等の用途で市販されている再帰反射材は、再帰反射効率が高いものは最も広角な特性のものでも入射角が３０〜４５度以上では急激に効率が低下してしまうし、４５度以上の広角な特性のものは再帰反射効率そのものが非常に低いものしかないのが実情である。従って、この種の装置に用いる場合、入力領域が正方形に近く入射角４５度＋αの範囲で済む場合は市販のものをそのまま使用可能であるが、近年増加している横と縦の比が１６：９等の横長画面のディスプレイの場合は再帰性反射部材への入射角が大きくなってしまい、充分な反射光が得られないという問題があった。

このような問題を解決するために、例えば、特許文献１においては、入射角が大きくなる部分に鋸歯状の部材を用いて、その斜面に再帰性反射材を貼り付けることで入射角を緩和することを提案している。又、特許文献２では再帰性反射部材の前面にフレネル等の屈折部材を設けて光線の方向を曲げて入射角を緩和することを提案している。

特開平１１−１１０１１６号公報特開２００１−２９０５８４号公報

しかしながら、前記従来例においては、以下のような問題が残っている。

前記第１の従来例は、画面周囲の一部に鋸歯状の面を設けてその斜面に再帰性反射材を貼り付けることで実質的に入射角を減少させることで改善するものであるが、この方法では、画面の大きさに合わせて鋸歯状部材を製造し、その斜面に再帰性反射材を貼り付けねばならない。再帰性反射材そのものの角度特性にもよるが、その斜面形状は画面の大きさや縦横比の条件によって角度や長さ等が異なってくるため、画面に応じた専用の大型の部品が必要になり、貼り付け作業も面倒でコストが高くなってしまう欠点がある。

又、前記第２の従来例においては、屈折部材を用いて入射角を実質的に減少させるものであり、屈折部材としてフレネルビームスプリッタ等を用いるとしている。この場合においても画面の大きさや縦横比の条件に対応する専用の屈折部材が必要で、大型の専用型を必要とし、非常に高価なものになってしまうという問題がある。

尚、反射材そのものの入射角特性の改善については道路標識や夜間作業用の安全服等に用いるものとして多数の提案が行われている。その多くは反射材の内部構造に関するものであるが、反射材に凹凸を設けるものも僅かながら見受けられる。中でも特開平１０−１１１６６０号は、発泡材を用いて反射フィルムの表面を凹凸にする製法を提案しており、本発明が提案する一定の条件を満たすことで座標検出装置に使用可能なものを作成可能な製法である。

しかし、本発明は座標検出装置に使用可能にする条件を提案するものであり、他の製法でも作成可能であることは言うまでもない。

本発明では、概略矩形平面状の座標入力領域の周囲に設けられる再帰性反射手段として、ビーズ型又はプリズム型の微細構造を有する再帰性反射体を用いたものであって、指示手段の幅の１／２より小さく、前記微細構造の平均寸法の４倍より大きい、一定ピッチを有する三角波状又は台形波状の凹凸面上に前記再帰性反射体を設けたものを用いる。

又、本発明の更に好ましい実施態様では、角度検出手段がコリメートされた光ビームを前記座標入力領域の全領域をスキャンして反射光量を検出するものであって、当該光ビームの直径を前記再帰性反射手段の凹凸面のピッチの２倍以上とする。

又、本発明の更に好ましい実施態様では、角度検出手段が前記再帰性反射手段の像をラインセンサー上に結像手段によって結像させ、前記指示手段によって遮蔽ないし拡散ないし吸収されることによる不到来方向である影の位置を検出するものであって、当該角度検出手段の検出出力の空間分解能を前記再帰性反射手段の凹凸面のピッチの２分の１より低くしたものを用いる。

前記検出出力の空間分解能は、結像手段として用いる光学系の解像力、リニアセンサーの画素数、又はリニアセンサーの出力信号をローパスフィルターによって周波数制限することの何れか又は組み合わせによって制限する。

本発明によれば、概略矩形平面状の座標入力領域の周囲に設けられる再帰性反射手段として、ビーズ型又はプリズム型の微細構造を有する再帰性反射体を用いたものであって、指示手段の幅の１／２より小さく、前記微細構造の平均寸法の４倍より大きい一定ピッチを有する三角波状又は台形波状の凹凸面上に前記再帰性反射体を設けたものを用いたため、全範囲で充分な検出光量を高効率で得ることができ、しかも、画面の大きさや横縦比等が異なっても同じ部材が使用できる。従って、低コストで高性能な座標入力装置が実現できる効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

［実施の形態１］
本発明に係る座標入力装置の概略構成について図１を用いて説明する。

本装置は大別して、２個１組の角度検出ユニット２Ａ，２Ｂと再帰性反射部材３Ａ，３Ｂ，３Ｃと、角度検出ユニットの検出信号から座標情報を算出したり、接続されたコンピュータ等の外部機器との通信を行ったりする不図示の制御ユニット５から成る。

図において、１は座標入力領域であって、矩形状のこの領域内にある指やペン形状等の指示具４の位置を検出して、座標情報として外部接続機器に送出するのが本装置の機能である。尚、領域の形は概略矩形状であれば良く、用途に応じて長円状等でも構わないが、その場合でも実質的には外接する矩形の範囲が入力領域とみなせる。

入力領域１の上辺の左右近傍に角度検出ユニット２Ａ，２Ｂが所定の位置に設置されている。本実施の形態の角度検出ユニット２Ａ，２Ｂはレーザースキャナーを用いたものであって、赤外線のレーザービームが入力範囲１の全面を走査するように９０度弱の走査範囲を有するものである。

又、角度検出ユニット２Ａ，２Ｂが設置された上辺を除く三辺には再帰性反射部材３Ａ，３Ｂ，３Ｃが設置されている。その位置は入力領域１内の指示具４やレーザービームと干渉せず、又、装置を無駄に大型化しないよう、入力領域１の外周に沿って若干外側に設置されている。又、図の紙面垂直方向の高さ位置は角度検出ユニット２Ａ，２Ｂと同じ高さであり、レーザービームが確実に入射するようにレーザービームの太さより充分大きい幅とされている。

角度検出ユニット２Ａは、光ビーム１０１の方向から走査を開始し、光ビーム１０２Ａの方向までは再帰性反射部材３Ｃ上を、光ビーム１０２Ａの方向から光ビーム１０３Ａの方向までは再帰性反射部材３Ｂ上を一定角速度で走査する。角度検出ユニット２Ｂも同様に再帰性反射部材３Ａ，３Ｂ上を一定角速度で走査する。

再帰性反射部材３Ａ，３Ｂ，３Ｃで反射された光は入射方向に再帰的に反射されるので、高い効率で角度検出ユニット２Ａ，２Ｂに戻ってくる。入力領域１内に指示具４がある場合には、その方向の光ビームは指示具４によって吸収ないし拡散反射されるため、その方向では検出光量が減少し、指示具４の位置に応じた角度検出信号が得られる。この角度検出信号を用いて三角測量の原理で不図示の制御ユニットが座標情報を生成して外部接続機器に送信するようになっており、これにより外部接続機器の操作が行える。

尚、座標入力領域１を表示領域として画像を表示する平面状表示装置を設け、不図示のコンピュータや放送受信機、ビデオテープレコーダー、ＧＰＳ装置等、画像情報を発生する外部接続機器からの画像を表示させるようにしても良い。その場合、文字や線画の描画操作等、あたかも『紙と鉛筆』のような関係で情報の入出力を可能とする他、ボタン操作やアイコンの選択決定等の入力操作を自由に行えるようにできる。

尚、本発明は必ずしも表示領域と座標入力可能領域を重ねて使用する必要はなく、別々に設置していても良い。又、表示装置自体は必須ではないことは言うまでもない。

以下、本願発明の座標入力装置の詳細について具体的に説明する。

＜指示具４の詳細説明＞
本発明では指でも良く、ペン状の細いもの、筆状の先端形状が変化するもの、指示棒状の長いものやスタンプ状等の太いものでも指示具４として用いることが可能である。その表面からの反射状態が再帰性反射部材からの反射と識別可能なら使用可能である。

又、描画や文字入力、コンピュータのアイコン操作等、操作用スイッチがあった方が使い勝手の良い場合も多い。そのような用途には専用指示具としてリモートコントロール機能のある操作スイッチ付きのものを用いれば良い。例えば、ペン先スイッチとペンサイドスイッチを設け、その状態を赤外線信号で送出することは容易に実施可能である。通信方法としては、マイクロ波等の電波や超音波等も適用可能であることは言うまでもない。

＜角度検出ユニット２Ａ，２Ｂの詳細説明＞
図２及び図３を用いて本実施の形態の角度検出器２Ａの動作を説明する。

図において、２０１は光源である半導体レーザーであって、赤外線の光ビームを発射する。光ビームの大きさは、完全な遮蔽が行えるように使用する指示具又は指より小さく、又、検出出力が後述する再帰性反射部材の凹凸による影響を充分抑圧するためにその凹凸のピッチの２倍より大きい必要があり、本例ではコリメート光学系を用いたビーム整形により５ｍｍφに調整されたビームを射出する半導体レーザーを用いている。このコリメート光学系によるビーム整形は必須ではなく、レーザーの射出光のプロファイルが前記の条件の範囲内であればそのまま使用することができる。

次に、光ビームは偏光ビームスプリッタ２０２に入射する。偏光ビームスプリッタ２０２は良く知られているように偏光方向によって透過と反射を切り換えられるもので、レーザーの射出光の偏光方向が透過するように設置されている。次に、１／４λ板２０３を透過することで、光ビームは直線偏光から円偏光に変換され、スキャナーミラー２０４に入射して反射され、１０１Ａ方向のビームに偏向される。再帰性反射部材３Ｃに反射されて戻った光は、再びスキャナーミラー２０４で反射して１／４λ板２０３で再度直線偏光に戻されるが、最初とは直角の偏光であるので、偏光ビームスプリッタ２０２で反射してシリコンフォトダイオード２０５に入射し、電気信号に変換されて検知信号が得られる。

図３のようにスキャナーミラー２０４の回転により、光ビームの方向が反時計周りに変化し、１０３Ａの方向まで入力面上の光ビームの方向が変化する。この間、光ビームは再帰性反射部材３Ｃ，３Ｂ上をスキャンしてその再帰反射光が連続的にシリコンフォトダイオード２０５で検出される。図４の４０１はこのときの検出信号波形である。横軸ξは時間軸をスキャナーの回転角度に換算したもの、縦軸は電圧である。ξ＝０〜１５°は光ビームが再帰性反射部材３Ｃ上を、１５〜４５°は３Ｂ上をスキャンしている状態であり、距離の変化と後述する再帰性反射特性によって若干出力のむらが生じているが、影の検出には充分である。

４０２は指示具によって遮蔽されたときの波形の一例を示すものである。後述するように、制御ユニットにて、予め指示具のない状態の４０１の波形を記憶しておき、指示具が存在する状態の４０２の波形と差し引きすることで影のみを分離して、その重心を求めることで、指示具の方向が検出できるものである。

尚、シリコンフォトダイオード２０５の受光部の感度を改善する目的で集光光学系を設けることが可能であるのは言うまでもない。又、本実施の形態では、偏光ビームスプリッタ２０２と１／４λ板２０３を用いてビームスプリッタによる光量減少を極力少なくしているが、光量が確保できれば通常のビームスプリッタを用いても良い。或は、出射ビームの光路と入射ビームの光路を分離してビームスプリッタを省略することも可能であるが、その場合、後述する観測角が生じて再帰性反射効率が余り落ちないよう、又、スキャナミラー２０４が大きくならないよう、できるだけ近づけて設置する必要がある。

尚、角度検出器２Ｂは左右対象であるので説明を省略する。

又、角度検出器として、レーザースキャナーでなく、ラインセンサーを用いることも可能なことは言うまでもない。その場合、投光にはレーザー又はＬＥＤ等の光源を用いて１０１Ａの方向から１０３Ａの方向までをほぼ均一に照明し、結像光学系でラインセンサー上に再帰反射光の像を結ぶようにしてその像の位置から角度を求めるようにすれば良い。

＜制御ユニット５の動作説明＞
前述のようにして角度検出器２Ａ，２Ｂから得られた検出波形から、指示具の座標を演算してコンピュータ等の外部機器との通信を行う制御ユニット５の動作について図４及び図５を用いて説明する。

先ず、動作開始すると、検出ユニット制御手段５０１によって角度検出器２Ａ，２Ｂの駆動制御が開始され、スキャナーの回転が安定した時点の検出波形が波形処理部５０２に入力され、参照用の波形として波形記憶部５０３に格納される。この時には指示具が存在していないと考えられ、図４の４０１に示す波形が格納されることになる。必要に応じてこの波形の品位を確認するようにしても良い。例えば、ごみの付着により極端にレベルの低い部分があったり、外部から強力な妨害光が入っていてレベルが極端に大きい場合等、誤動作の可能性が検出可能であり、そのような場合に警告信号を出力したり動作を停止することは容易に行える。

ところで、参照用の波形４０１が格納された後は、連続的な検出動作に移る。この状態で指示具４が入力面に近づき光路を遮ると影の波形４０２が現われる。波形処理部５０２は検出信号と波形記憶部５０３に格納されている波形４０１との差分４０２を監視しているので、このピークレベルが所定の大きさを超えたことで指示具４による入力があることを検知する。勿論、この検知は角度検出ユニット２Ａ，２Ｂの両方で行えるが、両者ほぼ同時に検知されるのでどちらか一方でも両者検知された場合としても構わない。影の方向は波形４０２の重心であり、角度検出ユニット２Ａ，２Ｂ両者の角度情報を座標演算部５０４に送る。座標演算部は、この２つの角度から指示具４の座標を良く知られた三角測量の演算によって求め、通信制御部５０５に送る。これを受けて通信制御部５０５は、不図示の外部機器に指示具による入力が前記座標にあったことを送出するようになっている。

尚、前記ピークレベルの検出は、１段階でも良いし、２段階以上設けることも可能である。又、所謂チャタリング防止のため、ヒステリシスを付けることも必要に応じて行える。方向の検出方法は前記重心以外にもピーク位置そのもの等、種々実施可能であることも言うまでもない。

又、指示具の説明で前述したように、スイッチ付きの指示具を用いた場合は、制御ユニットにその受信手段を追加し、スイッチ情報を検出座標と共に出力すれば良いことは明らかである。

＜再帰性反射部材３Ｂの詳細説明＞
上記の説明において、図４に示すようなほぼ均一な検出信号が得られるものとしたが、再帰性反射部材３Ｂに本発明を適用することによってこれが実現しているものであり、その詳細を以下に説明する。

図６及び図７は本実施の形態の再帰性反射部材３Ｂの一部拡大断面図である。

図において、３１は頂角δの三角波状のベース部材、３２はフィルム状のビーズ型再帰性反射材である。本例では、頂角δ１２０°、凹凸のピッチは２ｍｍとしている。

一般的なビーズ型再帰性反射材３２の詳細構造は図８に示すように屈折率が２前後と非常に大きく直径が１００μｍ程度のビーズ３０１を非常に稠密且つ均一な分布で反射膜３０２に焦点を結ぶように低屈折率の樹脂３０３で固定したもので、フィルムとしての強度を受け持つベース３０４と他の部材に貼り付けるための接着層３０５が積層されたものが各種市販されている。尚、ビーズ３０１の直径は大きいとフィルムとしての柔軟性が損なわれ、小さいと反射膜３０２との距離の誤差に敏感になって均一な特性が得にくくなるため、前述の１００μｍ程度のものが良く用いられている。

このようなフィルムの再帰性反射特性の一例を図８の３２１に示す。縦軸ηは再帰性反射効率であり、波形３２１の０°を１として相対値で示してある。この値が大きいほど大きな反射光量が得られる。横軸θは入射角で、フィルム面に垂直に入射したときを０度とする。測定条件としてはこれに加えて観測角と呼ばれる入射方向と出射方向の差の角度があり、図８は観測角０度の場合を示している。尚、観測角を大きくすると全体に効率が低下するが入射角特性の曲線の形はほぼ同様であり、角度検出ユニットにビームスプリッタを用いずに入出射光路を分離した場合は考慮する必要がある。

３２１は効率と角度特性ともに高性能なものの例で、入射角４０度程度まではほぼ一定の反射効率を示し、その先は６０度程度まで直線的に効率が低下する特性を示す。このフィルムを再帰性反射部材３Ａ，３Ｂ，３Ｃとしてそのまま用いた場合の検出出力は図１６のようになってしまう。入射角が５０〜６０度と大きくなる範囲（ξ＝１５〜２５付近）で、検出困難になることが分かる。従って、少なくとも３Ｂはこのままでは使用できない。

その他、図８の３２２は高輝度を特徴にするため正面方向の効率を優先したものの例で、０度付近は非常に高効率であるが３２１より角度特性は劣っており、角度に応じてほぼ直線的に低下する特性を示す。従って、この場合は更に検出困難な範囲が大きくなる。又、図８の３２３は超広角を特徴にするもので、６０度以上まで或る程度の再帰性を保つがその効率そのものが非常に低いものである。この場合はより大きな出力のレーザーを用いたり、高感度の検出素子が必要になり、高価、大型になる問題がある。

一方、本発明を適用して、三角波状の凹凸面に前記図８の３２１の特性のフィルムを貼り付けたものの特性が図８の３２４である。３０度付近に若干の低下は見られるが、０度〜６０度超までほぼ均一な高い効率を維持している。このような特性が得られる原理を図６、図７及び図１０を用いて説明する。

図６は図１の下辺中央付近の拡大図である。右側の角度検出器２Ａからの光線１０４Ａは入射角θＡで入射し、左側の角度検出器２Ｂからの光線１０４Ｂは入射角θＢで入射する。再帰性反射フィルム３２はベース３１の斜面に貼り付けられているため、フィルム３２への入射角はη＝（１８０°−δ）／２だけ増減し、右向き斜面ではθ１，θ２、左向き斜面ではθ１，θ２’となる。又、図１の下辺左隅付近では図７のようになる。この位置でも同様に入射角はηだけ増減する。

このように、右向き斜面と左向き斜面の一方では入射角が緩和し、他方ではきつくなることになる。本例のように凹凸面のピッチが光ビームの直径より充分小さければ、再帰性反射効率は右向き斜面と左向き斜面の平均値になるが、その際両斜面の寄与率を考慮する必要がある。図１０の（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ入射角θが０，３０°，６０°弱のときの斜面の見え方を示すものである。θが０の時には、左右ともほぼ同じ比率であるが、３０°，６０°弱と大きくなるに従って入射角が小さい方の斜面（Ｂで示す）の割合が増加し、入射角が大きい方の斜面（Ｄで示す）の割合が減少する。θがδ／２以上では、入射角が大きい方の斜面は隠れてしまうことになる。この寄与率をＳ１，Ｓ２（但し、Ｓ１＋Ｓ２＝１）とおくと、
０≦θ≦δ／２では
Ｓ1 （θ，η）＝（１＋ＴＡＮη×ＴＡＮθ）／２
Ｓ２（θ，η）＝（１−ＴＡＮη×ＴＡＮθ）／２
δ／２＜θでは
Ｓ１（θ，η）＝１、Ｓ２（θ，η）＝０
である。

従って、フィルムの反射率をＲ０（θ）としたとき、反射率Ｒ（θ，η）は、
０≦θ≦δ／２では、
Ｒ（θ，η）＝Ｓ１（θ，η）×Ｒ０（θ−η）＋Ｓ２（θ，η）×Ｒ０（θ＋η）
δ／２＜θでは、
Ｒ（θ，η）＝Ｒ０（θ−η）
と表わされる。

図８の３２４の特性は、特性Ｒ０（θ）が３２１のフィルムを用い、δ＝１２０°のときのものである。

例えば、θ＝０では、Ｒ（０，３０）＝０．５×Ｒ０（−３０）＋０．５×Ｒ０（３０）≒１、
θ＝４０では、Ｒ（４０，３０）＝０．７４２×Ｒ０（１０）＋０．２５３×Ｒ０（７０）≒０．７４、
θ＝６０では、Ｒ（６０，３０）＝１×Ｒ０（３０）＋０×Ｒ０（９０）≒１
であり、図８の特性３２４と良く対応していることが分かる。

尚、δの値や使用するフィルムを変更することで特性Ｒ（θ，η）は種々のものが得られる。最終的に得られる検出出力は、角度検出器から反射部までの距離等の要因でも変化するので、単に特性Ｒ（θ，η）を均一にするのではなく、それら他の要因の影響も総合的に考慮して所望の検出出力が得られるようにδの値や使用するフィルムを定めても良い。

又、前記他の要因の影響は、入力部の横縦比や画面の大きさと光ビームの広がり方の関係等によって変わるものであるが、可成りの範囲で同じ特性Ｒ（θ，η）のものが使用できる。従って、一種類の部材を生産して所望の大きさに切断して使用するようにすれば、共通に使うことが可能であり、型費用が大幅に節約でき量産によるコスト削減ができる利点がある。

このように三角波状の凹凸面に反射フィルムを貼り付けた部材を用いることで著しい改良ができるが、この凹凸のピッチに関しては使用するフィルムの微細構造の大きさから下限が定まる。即ち、左右の各斜面に有効な反射ビーズが充分なければならないが、ピッチがビーズの直径の４倍以下では片側の斜面に１個ずつしか存在できず、ビーズの稠密度が著しく損なわれてしまう。従って、凹凸面のピッチは使用するフィルムの微細構造の大きさの４倍以上であることが必要といえる。本例は、ビーズの直径０．１ｍｍに対してピッチは２ｍｍであり、十分大きい。尚、前述したように再帰性反射フィルムにはプリズムタイプのものもあるが、その場合でも事情は同様であり、その微細構造であるマイクロプリズムの大きさの４倍以上のピッチとする必要がある。

尚、以上の説明では単純化のために、反射フィルムが三角波状の斜面に完全に固着していることとしたが、実際には頂上部や谷底部で所謂曲げＲが生じてしまう。容易に推測できるように、このＲが大きいと三角波状の凹凸面の有効部分が減少してしまうことになるので、凹凸のピッチに対して充分小さなＲであることが望ましい。このＲは再帰性反射フィルムの厚さが薄いほど小さくでき、又、三角波の頂角δが大きいほどＲ部分が短くなって影響が少なくなるが、本例ではフィルム厚さ０．１７ｍｍでＲは０．３ｍｍ以下と凹凸のピッチ２ｍｍに対して充分小さくでき、頂角も１２０°と大きいためその影響は実質的に無視できる程度に小さい。影響する度合いを加味して設計することは当業者なら容易なので、加工上Ｒを大きくしなければならない場合は、必要充分な性能が得られる範囲でＲを大きくしても良いことは言うまでもない。

次に、三角波状の凹凸面のピッチの上限について図１１を用いて説明する。

図１１は角度検出器から見た再帰性反射材の正面拡大図であって、指示具が再帰性反射材の直前にある場合を示している。指示具が再帰性反射材から離れて角度検出器に近づくに連れて、相対的に指示具の影４５０の見掛けの幅は広くなるが、直前にある場合に最も狭くなる。このとき、図１１（ａ）のように、指示具の幅が凹凸のピッチより小さいと反射効率が低い部分の前に位置するときに遮蔽が充分できなくなってしまい、検出出力が小さくなってしまうことが分かる。従って、凹凸のピッチは指示具の幅より小さくなければならず、望ましくは１／２以下であることが必要である。本例では凹凸のピッチを２ｍｍとしており、指示具として指（直径１２〜１６ｍｍ）又は直径５ｍｍ以上のペンを使用することで条件を満たしている。

又、反射率特性Ｒ（θ，η）の説明で前述したように、角度検出器からの光ビームは、このピッチの２倍以上であることが望ましく、その直径は５ｍｍとしてある。このことにより、反射光が凹凸のピッチで受ける強度変調を小さく留めることができるとともに、ペンの直径と同等以下とすることで充分な遮蔽が得られるようにしてある。

尚、光ビームの直径をこれより小さいものとして得られる強度変調のある検出信号を電気的に低域透過フィルター又は帯域遮断フィルターを用いて強度変調成分を抑圧するようにしても同様であることは言うまでもない。

以上説明したように、本発明によれば、概略矩形平面状の座標入力領域の周囲に設けられる再帰性反射手段として、ビーズ型又はプリズム型の微細構造を有する再帰性反射体を用いたものであって、指示手段の幅の１／２より小さく、前記微細構造の平均寸法の４倍より大きい、一定ピッチを有する三角波状又は台形波状の凹凸面上に前記再帰性反射体を設けたので、入射角度が大きい方向でも充分な反射効率で充分な大きさの遮蔽による検出波形を得ることができ、又、画面サイズや横縦比が異なっても同じ部材を使用して低コストな装置を実現することができるという優れた効果が得られた。

［実施の形態２］
前記実施の形態１においては、角度検出ユニットとしてスキャナーを用いる方式であったが、実施の形態２としてＣＣＤリニアセンサーを用いるものについて図１２及び図１３を用いて説明する。

全体構成は、前記実施の形態１と同様であるので省略する。

図１２は角度検出ユニット２Ａの上面図、図１３は側面から見た断面図である。

図において、２１１は外乱光抑圧のための赤外透過フィルター、２１２は開口絞り、２１３，２１４は結像レンズ、２１５はＣＣＤリニアセンサーである。又、２２１は照明レンズであって、赤外ＬＥＤランプ２２２の光を入力面１に垂直な方向には集光して、平行な方向には扇状に広げて均一に照明するためのものである。

このような構成において、赤外ＬＥＤランプ２２２の光は、再帰性反射材３Ａ，３Ｂ，３Ｃに反射して戻り、その像が結像レンズ２１３，２１４によりＣＣＤリニアセンサー２１５に結像されるようになっている。これにより、ＣＣＤリニアセンサー２１５からの出力は、前記実施の形態１とほぼ同様に得られることは明らかであろう。

しかし、何点か異なる点があるので、その点に絞って説明すると、本例ではビームスプリッタを使用していないため、照明光と反射光が精確には同軸でなく、観測角が生じている。このため、若干再帰性反射効率が下がるが、光源にＬＥＤを用いてより大光量で照明すれば問題はない。最も大きな差は結像レンズ２１３，２１４を用いているために、光軸方向と左右の画角の大きい方向で光量差が生じることである。これは、周辺光量落ちとしてカメラ等で周知のものであり、このため実施の形態１に比べて入力面１の各辺に平行な方向（１０１Ａ，１０３Ａ等）の光量が小さくなる傾向が強くなる。従って、反射特性は入射角が０の方向をやや大き目にした方が検出出力の均一さを良好にできる。

このように所望の特性に若干の違いはあるが、この例の場合前述のように凹凸状の再帰性反射部材を用いることで充分な光量を確保できることは明らかであり、本発明の効果が大きいことが分かる。

又、凹凸のピッチについては、本例の場合は、結像レンズ２１３，２１４の解像力とＣＣＤ２１５の画素の大きさで定まる空間分解能が、前記実施の形態１の光ビームの大きさに相当する。即ち、この分解能の１／２以下のピッチとすれば良い。

［その他の実施の形態］
前記実施の形態１と異なる凹凸形状の例を図１４及び図１５に示す。図１４の場合、谷底部に平面部を設け、山の斜面の角度をきつくしてあり、図８の３２２の特性のフィルムを使用した場合に良好な特性が得られるものである。この場合、正面方向は谷底部の、左右方向は斜面部の効率が高いが、他方の面の効率が低く平均した効率は実施の形態１より低くなる傾向があるが、平坦部の比率を変化させることで特性を大きく変化させられる特長がある。図１５は形状に丸みを持たせたものであり、特性は図１４のものと実施の形態１のものとの中間的なものとなる。

このように凹凸の形状は種々のものが適用可能である。

尚、以上の説明では再帰性反射部材を凹凸形状のベース材に反射フィルムを貼り付けたものとしたが、製造方法はこれに限るものではなく、フィルム製造時に凹凸になるようにしても良く、フィルムを加熱変形させても良いし、凹凸のベース材の上に再帰性のビーズを接着する等の方法でも構わない。本発明の主旨は、凹凸を有する再帰性反射部材の凹凸のピッチを指示具又は角度検出ユニットの分解能と関連付けて設定するものであり、製造方法によらず適用可能である。

本発明は、

本発明の特徴を説明する座標入力装置の全体構成を示す平面図である。角度検出器２Ａの概略構成図である。角度検出器２Ａの概略構成図である。角度検出器２Ａの出力波形例を示す波形図である。制御ユニット５の概略構成図である。再帰性反射部材３Ｂの断面模式図である。再帰性反射部材３Ｂの断面模式図である。再帰性反射部材３Ｂ等の特性図である。再帰性反射フィルムの断面図である。再帰性反射部材３Ｂの正面模式図である。再帰性反射部材３Ｂの正面模式図である。本発明の実施の形態２の角度検出器２Ａの上面図である。本発明の実施の形態２の角度検出器２Ａの断面図である。本発明の実施の形態３の再帰性反射部材３Ｂの断面模式図である。本発明の実施の形態３の再帰性反射部材３Ｂの断面模式図である。角度検出器２Ａの出力波形例を示す波形図である。

符号の説明

１座標入力領域
２Ａ，２Ｂ角度検出器
３Ａ〜３Ｃ再帰性反射部材
４指示具
５制御ユニット

Claims

概略矩形平面状の座標入力領域と、当該座標入力領域の周囲に設けられる再帰性反射手段と、当該座標入力領域の全領域に光を放射して前記再帰性反射手段からの反射光が任意の位置を指示する指示具又は指等の指示手段により遮蔽ないし拡散ないし吸収されることによる不到来方向を検出する２個１組の角度検出器と、当該角度検出器の出力から所定の演算により指示位置を表わす座標値を出力する座標演算手段から成る座標入力装置において、
前記再帰性反射手段の一部又は全てが、ビーズ型又はプリズム型の微細構造を有する再帰性反射体を用いたものであって、前記指示手段の幅より小さく、前記微細構造の平均寸法の４倍より大きい、一定ピッチを有する三角波状又は台形波状の凹凸面上に前記再帰性反射体を設けたものであることを特徴とする座標入力装置。
前記角度検出手段は、コリメートされた光ビームを前記座標入力領域の全領域をスキャンして反射光量を検出するものであって、当該光ビームの直径を前記再帰性反射手段の凹凸面のピッチの２倍以上としたことを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。
前記角度検出手段は、前記再帰性反射手段の像をラインセンサー上に結像手段によって結像させ、前記指示手段によって遮蔽ないし拡散ないし吸収されることによる不到来方向である影の位置を検出するものであって、当該角度検出手段の検出出力の空間分解能を前記再帰性反射手段の凹凸面のピッチの２分の１より低くしたことを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。