JP2006065595A - Input device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力装置に関するものであり、特に、入力領域に対して光を走査することによって指示器の位置を検出する光走査型の入力装置に関するものである。 The present invention relates to an input device, and more particularly to an optical scanning type input device that detects the position of an indicator by scanning light with respect to an input region.
従来よりコンピュータや情報端末など、表示画面に対し指示器を用いて入力を行う装置は広く知られている。この中でも、抵抗膜方式の入力装置が広く使われている。 2. Description of the Related Art Conventionally, devices that perform input using an indicator on a display screen, such as computers and information terminals, are widely known. Of these, resistive film type input devices are widely used.
抵抗膜方式の入力装置は、2枚の透明抵抗膜からなるタッチパネルを表示装置上に配置するという構造上、光の透過率が減少してしまうことから、表示品質を低下させてしまうという問題があった。 The resistance film type input device has a problem in that the display quality is deteriorated because the light transmittance decreases due to the structure in which the touch panel composed of two transparent resistance films is arranged on the display device. there were.
この問題を解決するため、入力領域に対して光を走査することによって入力を検出する入力装置が知られており、多くの提案をみるところである(例えば、特許文献1参照。)。 In order to solve this problem, an input device that detects an input by scanning light with respect to the input area is known, and many proposals are being seen (for example, see Patent Document 1).
特許文献1に示した従来技術の入力装置を図面を用いて説明する。
図7は、特許文献1に示した従来技術の入力装置を示す構成図である。図8は、特許文献1に示した従来技術の入力装置の光送受ユニットを示す構成図である。
A conventional input device disclosed in
FIG. 7 is a block diagram showing a conventional input device disclosed in
図7において、80は表示画面、50は光送受ユニット、51は光を入射方向に反射する再帰性反射シート、52は受光信号検出回路、53は発光素子駆動回路、54はMPU、55はポリゴン制御回路、56は表示装置、57は指やペンなどの指示物である
図8において、58は赤外線レーザを出射するレーザダイオードからなる発光素子、59は光を平行光にするコリメートレンズ、60はポリゴンミラー、62はハーフミラー、63は受光素子、64は可視光カットフィルタである。
In FIG. 7, 80 is a display screen, 50 is a light transmission / reception unit, 51 is a retroreflective sheet that reflects light in the incident direction, 52 is a light reception signal detection circuit, 53 is a light emitting element drive circuit, 54 is an MPU, and 55 is a polygon. In FIG. 8, 58 is a light emitting element composed of a laser diode that emits an infrared laser, 59 is a collimating lens that collimates light, and 60 is a display circuit. A polygon mirror, 62 is a half mirror, 63 is a light receiving element, and 64 is a visible light cut filter.
特許文献1に示した従来技術の入力装置は、走査される光が指示物57によって遮られることを検出することにより指示物57の位置を特定するものである。
The input device of the prior art shown in
図7を用いて指示物57の検出の手順を説明する。MPU54は、発光素子駆動回路53を駆動することにより、光送受ユニット50から光を表示画面80上に走査する。光の経路上に指示物57が無い場合は、光は再帰性反射シート51に達する。再帰性反射シート51は、光を入射方向に反射するため、光は光送受ユニット50に戻ってくる。光の経路上に指示物57が有る場合は、光は指示物57に遮られて光送受ユニット50に戻ってこない。
このように、光送受ユニット50に光が戻ってくるかどうかを受光信号検出回路52で検出し、その時の光の走査方向に指示物57が有るかどうか判断する。図7に示すごとく光送受ユニット50を表示画面80の端に2つ設けることにより指示物57の位置を特定することができる。
The procedure for detecting the
In this way, the light reception
図8を用いて光送受ユニット50の動作を説明する。発光素子58から発射した光は、コリメートレンズ59で平行光に変換される。ハーフミラー62では、光はそのまま通過し、ポリゴンミラー60で反射し、再帰性反射シート51に向かう。指示物57が無い場合は、再帰性反射シート51から光は戻って、ポリゴンミラー60で再び反射した後、ハーフミラー62で反射し、可視光カットフィルタ64を通過して受光素子63に達する。ポリゴン制御回路55は、図示しないモータ等によってポリゴンミラー60を回転させる
ことにより光の走査方向を変化させている。このようにして、光送受ユニット50は表示画面80上の光の走査を実現している。
The operation of the optical transmission /
また、入力装置ではないが、光を用いて薄膜などの被測定物の厚さを測定する変位測定装置が知られている(例えば、特許文献2参照。)。 Moreover, although it is not an input device, the displacement measuring device which measures the thickness of to-be-measured objects, such as a thin film, using light is known (for example, refer patent document 2).
特許文献2に示した従来技術の変位測定装置は、光を照射し、被測定物からの反射光を検出することで被測定物の厚さを測定する。これは、照射した光が被測定物上で焦点を結んだ場合は、検出される反射光が最大になり、照射した光が被測定物上で焦点を結ばなかった場合は、検出される反射光がきわめて少なくなるという原理を利用したものである。
特許文献2に示した従来技術の変位測定装置は、液晶レンズを用いて焦点の位置を被測定物の厚さ方向に変化させながら、反射光の検出を行うため被測定物の厚さを測定することができる。
The conventional displacement measuring apparatus shown in
The prior art displacement measuring apparatus shown in
液晶レンズとは、透明電極が形成された透明基板を対向し、その間に液晶を充填した構造を有するもので、透明電極間の印加電圧に依存して光の屈折率が変化する現象を利用し、レンズとしての働きをさせたものである。 A liquid crystal lens has a structure in which a transparent substrate on which a transparent electrode is formed is opposed to each other and a liquid crystal is filled between them, and utilizes the phenomenon that the refractive index of light changes depending on the voltage applied between the transparent electrodes. , Which has worked as a lens.
しかしながら、特許文献1に示した従来技術の入力装置は、光送受ユニット50を複数設ける必要があり小型化できないという欠点があった。また、可動部であるポリゴンミラー60を持つため、機械的に壊れやすいという欠点があった。また、ポリゴンミラー60を回転させるため消費電力が大きいという欠点があった。
However, the input device of the prior art disclosed in
また、特許文献2に示した従来技術の変位測定装置は、そもそも被測定物の厚みを測定するものであり、入力装置のように2次元的位置を検出するものではない。
Further, the conventional displacement measuring apparatus shown in
本発明の目的は、上記課題を解決しようとするもので、小型化が可能で、壊れ難く、消費電力の少ない入力装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an input device that can be miniaturized, is not easily broken, and consumes less power.
上記目的を達成するため、本発明の入力装置は下記に示す構造を採用する。 In order to achieve the above object, the input device of the present invention adopts the following structure.
入力領域に対して光を走査することによって指示器の位置を検出する光走査型の入力装置において、
光を発射する発光素子と、発光素子を駆動する発光駆動回路と、光を平行にするコリメートレンズと、光の進行方向に焦点の位置を変化させる第1の液晶レンズと、 光の進行方向と垂直な方向に焦点の位置を変化させる第2の液晶レンズと、第1の液晶レンズと第2の液晶レンズとを制御する液晶レンズ制御部と、指示器に反射して戻ってきた光を受光する受光素子と、受光素子に向けてに光を反射するハーフミラーと、受光素子の光の入射側に設けられた光絞り部と、受光素子の信号を増幅する増幅器と、液晶レンズ制御部の制御状態と増幅器の信号とから指示器の位置を検出する位置検出部と、を有することを特徴とする。
In an optical scanning type input device that detects the position of an indicator by scanning light with respect to an input area,
A light emitting element that emits light, a light emission drive circuit that drives the light emitting element, a collimating lens that collimates the light, a first liquid crystal lens that changes a focal position in the light traveling direction, and the light traveling direction; A second liquid crystal lens that changes the position of the focus in the vertical direction, a liquid crystal lens control unit that controls the first liquid crystal lens and the second liquid crystal lens, and light that is reflected back to the indicator and receives light A light receiving element, a half mirror that reflects light toward the light receiving element, an optical diaphragm provided on the light incident side of the light receiving element, an amplifier that amplifies the signal of the light receiving element, and a liquid crystal lens control unit And a position detector for detecting the position of the indicator from the control state and the signal of the amplifier.
第1の液晶レンズは、複数の同心円状の透明電極を有することを特徴とする。 The first liquid crystal lens has a plurality of concentric transparent electrodes.
第2の液晶レンズは、複数の平行に配置した直線状の透明電極を有することを特徴とする。 The second liquid crystal lens has a plurality of linear transparent electrodes arranged in parallel.
本発明の入力装置によれば、第1の液晶レンズと第2の液晶レンズとを設けたことによって、ポリゴンミラーのような可動部が必要なくなり、壊れ難く、消費電力を少なくすることができるとともに、第1の液晶レンズと第2の液晶レンズとにより、焦点を自由に制御可能とすることができる。これにより、焦点からの反射光を利用した高精度の入力装置を実現できる。 According to the input device of the present invention, the provision of the first liquid crystal lens and the second liquid crystal lens eliminates the need for a movable part such as a polygon mirror, makes it difficult to break, and reduces power consumption. The focus can be freely controlled by the first liquid crystal lens and the second liquid crystal lens. Thereby, a highly accurate input device using reflected light from the focal point can be realized.
焦点を自由に制御可能となったことによって、本発明の入力装置は、入力領域の縁に1箇所取り付けるのみで動作させることができる。このため格段に小型化できる。
また、焦点を自由に制御できるので、入力領域の大きさが異なるさまざまな入力装置においても対応可能であり、ハードウエアの変更なしに、そのまま応用することができる。このため入力装置としてのコストを格段に小さくすることができる。
Since the focus can be freely controlled, the input device of the present invention can be operated only by being attached to the edge of the input region. For this reason, it can be remarkably downsized.
Moreover, since the focus can be freely controlled, it can be applied to various input devices having different input areas, and can be applied as it is without changing hardware. For this reason, the cost as an input device can be remarkably reduced.
以下図面により本発明の実施の形態を詳述する。図1は、本発明の入力装置の第1の構成図であり、指示器に焦点が合った状態を示す図である。図2は、本発明の入力装置の第2の構成図であり、指示器に焦点が合っていない状態を示す図である。図3は、本発明の入力装置の使用形態例を示す図であって、図3(a)は正面図であり、図3(b)は側面図である。図4は、本発明の入力装置の液晶レンズの断面図である。図5は、本発明の入力装置の液晶レンズの透明電極パターン図であって、図5(a)は同心円状の透明電極パターン図であり、図5(b)は直線状の透明電極パターン図である。図6は、本発明の入力装置の光絞り部を示す図であって、図6(a)は光が中心に集まっている図であり、図6(b)は光が広がっている図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a first configuration diagram of an input device according to the present invention, and shows a state in which an indicator is in focus. FIG. 2 is a second block diagram of the input device of the present invention, and shows a state where the indicator is not focused. 3A and 3B are diagrams showing an example of how the input device of the present invention is used, in which FIG. 3A is a front view and FIG. 3B is a side view. FIG. 4 is a cross-sectional view of the liquid crystal lens of the input device of the present invention. FIG. 5 is a transparent electrode pattern diagram of the liquid crystal lens of the input device of the present invention, FIG. 5 (a) is a concentric transparent electrode pattern diagram, and FIG. 5 (b) is a linear transparent electrode pattern diagram. It is. 6A and 6B are diagrams showing an optical aperture section of the input device according to the present invention. FIG. 6A is a diagram in which light is concentrated at the center, and FIG. 6B is a diagram in which light is spread. is there.
[構造説明:図1〜図6]
まず、本発明の入力装置の構成を図1から図6とを用いて説明する。
図1において、1は指やペン等の指示器、2は光送受ユニット、3はレーザダイオードや赤外線発光LED(Light Emitting Diode)からなる発光素子、4は発光駆動回路、5は光を平行光にするコリメートレンズ、6は第1の液晶レンズ、7は第2の液晶レンズ、8は液晶レンズ制御部、9はハーフミラー、10は光絞り部、11はフォトダイオードやフォトトランジスタからなる受光素子、12は増幅器、13は位置検出部、20は微小な穴であるピンホールである。
[Structure explanation: FIGS. 1 to 6]
First, the configuration of the input device of the present invention will be described with reference to FIGS.
In FIG. 1, 1 is an indicator such as a finger or a pen, 2 is a light transmission / reception unit, 3 is a light emitting element made up of a laser diode or an infrared light emitting LED (Light Emitting Diode), 4 is a light emission drive circuit, and 5 is a parallel light. A collimating lens, 6 is a first liquid crystal lens, 7 is a second liquid crystal lens, 8 is a liquid crystal lens control unit, 9 is a half mirror, 10 is an optical aperture unit, and 11 is a light receiving element comprising a photodiode or phototransistor. , 12 are amplifiers, 13 is a position detector, and 20 is a pinhole which is a minute hole.
図3において、14は電子機器、15は入力領域、16は焦点走査軌跡である。 In FIG. 3, 14 is an electronic device, 15 is an input area, and 16 is a focus scanning locus.
図4において、17は透明基板、18は透明電極、19は液晶である。また、図4における矢印は光の入射と出射との方向を示している。 In FIG. 4, 17 is a transparent substrate, 18 is a transparent electrode, and 19 is a liquid crystal. Moreover, the arrow in FIG. 4 has shown the direction of incidence | injection and emission of light.
図6において、21は光照射領域である。なお、図1から図6において同一の構成には同一の番号を付与している。
In FIG. 6,
[原理説明:図1、図2、図6]
まずはじめに、本発明の入力装置の検出の基本原理を図1と図2と図6とを用いて説明する。
図1に示すように、発光駆動回路4により発光素子3から発射された光は、ハーフミラー9をそのまま通過し、コリメートレンズ5で平行光に変換された後、第2の液晶レンズ7と第1の液晶レンズ6とで屈折し焦点を結ぶ。
指示器1が焦点に位置した場合、指示器1上の1点で反射した光はハーフミラー9まで戻り、そこで反射し光絞り部10上で再び1点に集まり、すべての光がピンホール20を通過し受光素子11に到達する。図6(a)は、この時の光絞り部10上の様子を示している。
図2に示すように、指示器1が焦点に位置していない場合、指示器1上の広範な領域に広がって反射した光はハーフミラー9で反射し光絞り部10上で再び広範な領域を占める。つまり、ピンホール20を通過し受光素子11に到達する光はごく微量となる。図6(b)は、この時の光絞り部10上の様子を示している。
液晶レンズ制御部8は第1の液晶レンズ6と第2の液晶レンズ7とを駆動し焦点の位置を2次元的に走査し、位置検出部13は増幅器12によって増幅された受光信号がピークを迎えた時を捉え、その時点の焦点の位置が指示器1の位置であると検出することができる。
[Principle explanation: Fig.1, Fig.2, Fig.6]
First, the basic principle of detection of the input device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 6. FIG.
As shown in FIG. 1, the light emitted from the
When the
As shown in FIG. 2, when the
The liquid crystal
[液晶レンズの原理説明:図4、図5]
次に、本発明の入力装置の液晶レンズについて図4と図5とを用いて説明する。
図4に示すように、液晶レンズは透明電極18が形成された透明基板17を対向し、その間に液晶19を充填した構造をとる。透明電極18間に電圧をかけると、液晶19内の分子の向きが変わり、これにより、光の屈折率が変化する。屈折率は透明電極18間の電圧に依存する。すなわち、高電圧をかけると屈折率が高く、低電圧をかけると屈折率が低くなる。
[Principle explanation of liquid crystal lens: Fig.4, Fig.5]
Next, the liquid crystal lens of the input device of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 4, the liquid crystal lens has a structure in which a
図5(a)に示すように、透明電極18を同心円状に形成し、外側の透明電極18を高電圧で駆動で駆動し、内側の透明電極18に向かうに従って低電圧で駆動すれることによって凸レンズとして動作させることができ、駆動電圧の変化率を変えることで焦点距離を変化させることができる。第1の液晶レンズ6は、図5(a)に示すような同心円状の透明電極18を持った液晶レンズである。
図5(b)に示すように、透明電極18を直線状に形成し、一方の端の透明電極18を高電圧で駆動で駆動し、他方の端の透明電極18に向かうに従って低電圧で駆動すれることによって、光を左右に屈折させることができる。第2の液晶レンズ7は、図5(b)に示すような直線状の透明電極18を持った液晶レンズである。
As shown in FIG. 5 (a), the
As shown in FIG. 5B, the
[動作説明:図3]
次に、本発明の入力装置の使用形態例を図3を用いて説明する。
図3に示すように、電子機器14の入力領域15の端に設けられた光送受ユニット2は、第1の液晶レンズ6と第2の液晶レンズ7とによって、焦点を図3(a)に示す焦点走査軌跡16のように2次元的に走査する。これによって指示器1の位置を検出する。
[Description of operation: Fig. 3]
Next, a usage example of the input device of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 3, the optical transmission /
もし、三次元的な指示器1の位置を特定したければ、図5(b)に示すような直線状の透明電極18を持った液晶レンズを第2の液晶レンズ7と直交するように重ね配置することで容易に拡張できる。
If it is desired to specify the position of the three-
本発明の入力装置は、光の進行方向に焦点の位置を変化させる第1の液晶レンズのみならず、光の進行方向と垂直な方向に焦点の位置を変化させる第2の液晶レンズを設けたことによって、焦点を2次元的に自由に制御可能となり、入力装置へ応用が可能となった。また、従来技術の入力装置のポリゴンミラーのような可動部が必要なくなり、壊れ難く、消費電力を少なくすることができる。また、焦点を2次元的に自由に制御可能となったことにより、本発明の入力装置は入力領域の縁に1箇所取り付けるのみで動作させることができる。このため格段に小型化できる。 The input device according to the present invention includes not only the first liquid crystal lens that changes the focal position in the light traveling direction, but also the second liquid crystal lens that changes the focal position in a direction perpendicular to the light traveling direction. As a result, the focal point can be freely controlled two-dimensionally and applied to an input device. In addition, a movable part such as a polygon mirror of an input device according to the prior art is not required, it is difficult to break, and power consumption can be reduced. Further, since the focal point can be freely controlled two-dimensionally, the input device of the present invention can be operated only by being attached to the edge of the input region. For this reason, it can be remarkably downsized.
本発明の入力装置は、壊れ難さや低消費電力が求められるコンピュータや、情報端末等に適用することができる。特に持ち運び等の理由から小型化が求められる携帯情報端末に好適である。 The input device of the present invention can be applied to computers, information terminals and the like that are required to be difficult to break and have low power consumption. In particular, it is suitable for portable information terminals that are required to be downsized for reasons such as carrying around.
1 指示器
2 光送受ユニット
3 発光素子
4 発光駆動回路
5 コリメートレンズ
6 第1の液晶レンズ
7 第2の液晶レンズ
8 液晶レンズ制御部
9 ハーフミラー
10 光絞り部
11 受光素子
12 増幅器
13 位置検出部
14 電子機器
15 入力領域
16 焦点走査軌跡
17 透明基板
18 透明電極
19 液晶
20 ピンホール
21 光照射領域
50 光送受ユニット
51 再帰性反射シート
52 受光信号検出回路
53 発光素子駆動回路
54 MPU
55 ポリゴン制御回路
56 表示装置
57 指示物
58 発光素子
59 コリメートレンズ
60 ポリゴンミラー
62 ハーフミラー
63 受光素子
64 可視光カットフィルタ
80 表示画面
DESCRIPTION OF
55
Claims (3)
光を発射する発光素子と、前記発光素子を駆動する発光駆動回路と、前記発光素子からの光を平行にするコリメートレンズと、光の進行方向に焦点の位置を変化させる第1の液晶レンズと、光の進行方向と垂直な方向に焦点の位置を変化させる第2の液晶レンズと、前記第1の液晶レンズと前記第2の液晶レンズとを制御する液晶レンズ制御部と、前記指示器に反射して戻ってきた光を受光する受光素子と、前記受光素子に向けて光を反射するハーフミラーと、前記受光素子の光の入射側に設ける光絞り部と、前記受光素子の信号を増幅する増幅器と、前記液晶レンズ制御部の制御状態と前記増幅器の信号とから前記指示器の位置を検出する位置検出部と、を有することを特徴とする入力装置。 In an optical scanning type input device that detects the position of an indicator by scanning light with respect to an input area,
A light-emitting element that emits light, a light-emitting drive circuit that drives the light-emitting element, a collimator lens that collimates the light from the light-emitting element, and a first liquid crystal lens that changes a focal position in the traveling direction of the light A second liquid crystal lens that changes a focus position in a direction perpendicular to the light traveling direction, a liquid crystal lens control unit that controls the first liquid crystal lens and the second liquid crystal lens, and the indicator A light receiving element that receives the reflected light, a half mirror that reflects the light toward the light receiving element, an optical aperture provided on the light incident side of the light receiving element, and an amplifying signal of the light receiving element An input device comprising: an amplifier for detecting a position of the indicator from a control state of the liquid crystal lens control unit and a signal of the amplifier.
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