JP2007323328A - 座標入力装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】指示物体の反射分布特性に依存せずに安定した座標入力を行うことのできる座標入力装置を得る。
【解決手段】複数の光源31〜3nを、当該入力領域1内を照射し且つ異なる位置に設置する。これら複数の光源31〜3nからの照射光を光反射板5によって反射し、撮像装置4a,4bで光反射板5上の光強度分布を撮像する。座標演算手段7は、撮像装置4a,4bで得られた光強度分布に基づいて入力領域1内に存在する指示物体の光反射板5上の影位置を演算し、求めた影位置とその時の光源位置とに基づいて指示物体の2次元の位置座標を演算する。
【選択図】図1

Description

この発明は、タッチパネルなどにおいて、平面内における指等の指示物体の2次元座標を検出する座標入力装置に関するものである。
今日、平面の入力領域内に指等の指示物体を用いて、2次元位置を入力するための座標入力装置が用いられている。従来、このような座標入力装置として、平面内に光を照射し、この平面内に位置する指などの対象物を異なる位置に設置された2台のカメラで撮影し、得られた対象物の画像位置から三角測量の原理により対象物の2次元座標を演算するようにしたものがあった(例えば、特許文献1参照)。
特開2000−132340号公報
しかしながら、上記従来の技術では、カメラで撮像される対象物の像の強度分布形状が、対象物が有する反射率分布によって影響されるために、同じ太さの対象でもそれらの反射率分布が異なればカメラで得られる像の強度分布形状に差が出てしまう。そのため、強度分布形状から対象物の中心位置を求める際に差が生じ、その結果、異なる座標位置が得られてしまうといった問題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、指示物体の反射分布特性に依存せずに安定した座標入力を行うことのできる座標入力装置を得ることを目的とする。
この発明に係る座標入力装置は、当該入力領域内を照射し且つ異なる位置に設置された複数の光源と、複数の光源からの照射光を反射する光反射板と、光反射板上の光強度分布を撮像する撮像装置と、撮像装置で得られた光強度分布に基づいて指示物体の2次元の位置座標を演算する座標演算手段とを備えたものである。
この発明の座標入力装置は、光反射板上の光強度分布に基づいて指示物体の2次元位置座標を演算するようにしたので、指示物体の反射分布特性に依存せずに安定した座標入力を行うことができる。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による座標入力装置を示す構成図である。
図2は、この発明の実施の形態1による座標入力装置の側面図である。
本実施の形態の座標入力装置は、ディスプレイ(図示せず)の表示面の前面に装着した様子を示すものである。これらの図において、座標入力装置は、入力領域1、筐体2、光源31,…,3i,…,3n、撮像装置4a,4b、光反射板5、遮光板6、座標演算手段7を備えている。
入力領域1は、ディスプレイの表示面とほぼ同じサイズの四角形に形成され、ユーザが指や指示棒等の指示物体(図示せず)を用いて入力操作を行うための領域である。尚、入力領域1において上下方向や左右方向は特に限定されないが、便宜上、図1の横方向(左右方向)をX方向、縦方向(上下方向)をY方向として以下の説明を行う。また、指示物体は、ユーザの指、指示棒など入力領域1で位置を示すもので光を通さないものであればどのようなものでも良い。筐体2は、座標入力装置としての筐体であり、この筐体2に、n個の光源31〜3n、撮像装置4a,4b、光反射板5、遮光板6が設けられている。光源31〜3nは、入力領域1の上側に、入力領域1とは所定の間隔を持って配置される複数の光源である。これらの光源31〜3nは、入力領域1のいずれの位置においても、少なくとも2個の光源からの光が照射されるようにそれらの位置関係が設定されている。即ち、これら光源31〜3nは、Y方向については同一位置、X方向についてはそれぞれが異なる位置となるよう配置されている。これら光源31〜3nは、例えば、広い指向性を有する発光ダイオードや半導体レーザ、あるいは発光ダイオードや半導体レーザに光学レンズを組み合わせたもので形成されている。
光反射板5は、光源31〜3nによって照射されるものであり、光を拡散反射する特性を有している。この光反射板5は、入力領域1の下側に設置され、入力領域1の表示面に対してほぼ垂直でかつ光源31〜3nの設置方向(X方向)に対して平行となるように設けられ、X方向に長く、その長さは入力領域1の下辺よりも長くなるよう構成されている。また、光反射板5は入力領域1の下辺から所定の距離離して設けられている。
撮像装置4a,4bは、入力領域1の上側に位置し、かつ、X方向について互いに離して配置されている。これら撮像装置4a,4bは光源31〜3nによって照射される光反射板5における少なくともX方向の反射光パターンを撮像するものである。撮像装置4a,4bは各々結像光学レンズと撮像素子から構成される。この撮像素子は、例えばCCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサであり、1次元あるいは2次元の画素配列を有するものである。
遮光板6は、入力領域1の表示面から所定間隔を空けて表示面にほぼ平行に設けられ、入力領域1の下辺から光反射板5までを覆い、外部からの光が光反射板5を照射することを防止するためのものである。また、座標演算手段7は、撮像装置4a,4bで得られた光強度分布に基づいて指示物体の2次元の位置座標を演算する手段である。
次に、座標入力装置の制御構成について説明する。
図3は、座標入力装置の制御ブロック構成を示す図である。
制御ブロックは、座標演算手段7、制御回路8、光源駆動回路9、撮像装置駆動回路10を備えており、座標演算手段7は、画像処理回路11、データ記憶回路12、座標演算回路13で構成されている。
制御回路8は、光源駆動回路9〜座標演算回路13を制御する座標入力装置としての制御部である。光源駆動回路9は、制御回路8の制御に基づいて光源31〜3nを駆動するものである。即ち、制御回路8の制御により、光源31〜3nのうちのいずれか一つの光源を選択して点灯させるものである。撮像装置駆動回路10は、制御回路8の制御に基づいて撮像装置4a,4bを駆動するものであり、光源駆動回路9による光源点灯タイミングに同期して撮像装置4a,4bを同時に駆動し撮像させる。座標演算手段7における画像処理回路11は、撮像装置4a,4bからの画像データを入力とし、指示物体がない時の光強度分布データを基準強度分布データとして12に記憶させると共に、入力領域1内に指示物体が存在する場合の、基準強度分布データに対する強度分布データの変化に基づいて光反射板5における指示物体の影位置を演算するものである。データ記憶回路12は、画像処理回路11を介して撮像装置4a,4bで得られた光強度分布データを記憶するものである。座標演算回路13は、画像処理回路11で得たれた演算結果を入力し、その演算結果である影位置と、その時点の光源31〜3nの位置とに基づいて指示物体の2次元座標を演算し、演算結果として入力領域1における指示物体の2次元座標(x、y)を出力するものである。
次に、実施の形態1の座標入力装置の動作について説明する。
図4は、実施の形態1の動作を示すフローチャートである。
本実施の形態では、先ず、指示物体がない時の強度分布データを基準強度分布データとしてデータ記憶回路12に記憶させる(ステップST101〜ステップST106)。その後、予め求めた基準強度分布データに対する強度分布データの変化から光反射板5における指示物体の影位置を演算し、指示物体の影位置を元に指示物体の2次元の位置座標を演算する(ステップST107〜ステップST115)。
制御回路8は、動作開始時の指示物体がない状態においてスタート(ステップST101)後、光源番号iを1に初期化する(ステップST102)。次に、光源駆動回路9は、制御回路8の制御に基づいて、i番目の光源3iを点灯する。同時に、撮像装置駆動回路10は制御回路8の制御に基づいて撮像装置4a,4bを駆動し、撮像装置4a,4bは、その時の光反射板5上の反射光パターンを撮像する(ステップST103)。
画像処理回路11は、制御回路8の制御に基づき、撮像装置4a,4bの撮像によって得られるX方向の強度分布をそれぞれ基準強度分布データIai(x)、Ibi(x)としてデータ記憶回路12に記憶する(ステップST104)。次に、制御回路8は、iを1増やし(ステップST105)、iが光源の数n以下かを判定する(ステップST106)。n以下であればステップST103に戻り、ステップST103からステップST105を繰り返す。iがnより大きくなれば次のステップST107に進む。これらの動作により光源31〜3nについて撮像装置4a,4bの撮像により得られる基準強度分布データIa1(x)〜Ian(x)、Ib1(x)〜Ibn(x)を画像データ記憶回路12に記憶させる。
ステップST107以降の処理は、実際に指示物体が存在する場合の位置座標を求める処理である。先ず、ステップST107において、制御回路8は光源番号iを1に初期化する。次に、光源駆動回路9は、制御回路8の制御に基づきi番目の光源4iを点灯し、また、撮像装置駆動回路10は撮像装置4a,4bを駆動し、撮像装置4a,4bは、その時の光反射板5上の反射光パターンを撮像する(ステップST108)。これにより、画像処理回路11は、撮像装置4a,4bの撮像によって得られるX方向の強度分布をそれぞれ強度分布データPai(x)、Pbi(x)としてデータ記憶回路12に記憶させる(ステップST109)。
制御回路8は、次にiを1増やし(ステップST110)、iが光源の数n以下かを判定する(ステップST111)。n以下であればステップST108に戻り、ステップST108からステップST110を繰り返す。iがnより大きくなれば次のステップST112に進む。これらの動作により光源31〜3nについて撮像装置4a,4bの撮像により得られる強度分布データPa1(x)〜Pan(x)、Pb1(x)〜Pbn(x)が画像データ記憶回路12に記憶される。
ステップST112において、画像処理回路11は、光源と撮像装置が一致する基準強度分布データと強度分布データを比較する。例えば、Ia1(x)とPa1(x)、Ib1(x)とPb1(x)、Ia2(x)とPa2(x)、Ib2(x)とPb2(x)同士を比較する。具体的には、例えば基準強度分布データIai(x)に対する強度分布データPai(x)の強度比Rai(x)を次の式(1)で求める。
Rai(x)=Pai(x)/Iai(x) (1)
Pai(x)とIai(x)が同じであればRai(x)は1となる。
同様に基準強度分布データIbi(x)に対する強度分布データPbi(x)の強度比Rbi(x)を次の式(2)で求める。
Rbi(x)=Pbi(x)/Ibi(x) (2)
そして、Rai(x)、Rbi(x)が1に比べ所定の範囲内であれば差が無いと判定する。比較の結果、基準強度分布データと強度分布データに差が無ければ指示物体は入力領域1内に無いものと判定し、ステップST107に戻る(ステップST113)。ステップST113において基準強度分布データと強度分布データに差があれば、即ち、Rai(x)、Rbi(x)が1に比べ所定の範囲外であれば、指示物体は入力領域1内にあるものと判定し、ステップST114に進む。
ステップST114では、画像処理回路11にて基準強度分布データと強度分布データとの比較によって光反射板5上の影位置を演算する。Pai(x)で得られる影位置をXai、Pbi(x)で得られる影位置をXbiとする。具体的には、例えば図5に示すようにRai(x)が影判定しきい値Sを下回る範囲の中点Xaiとし、XbiについてもRbi(x)から同様に求める。
次に、座標演算回路13は、ステップST115において影位置Xai、Xbiを用いて座標(x、y)を演算し出力する。
図6は、演算の一例として、XaiとXa(i+1)を用いて座標(x、y)を求める場合を示す説明図である。
先ず、Xaiとi番目の光源3iの位置座標を結ぶ直線Lai、Xa(i+1)と(i+1)番目の光源3(i+1)の位置座標を結ぶ直線La(i+1)を求める。つまり、i番目の光源3iを点灯したときの影位置と光源位置を結ぶ直線を求める。そして、LaiとLa(i+1)の交点座標を求め、これを座標(x、y)とする。尚、ここでは、XaiとXa(i+1)を用いる場合を示したが、得られたXai、Xbiの内の任意の2つのデータを用いて求めてもよい。
以上のように実施の形態1の座標入力装置によれば、入力領域内に存在する指示物体の2次元の位置座標を検出する座標入力装置において、入力領域外に設けられ、当該入力領域内を照射し且つ異なる位置に設置された複数の光源と、入力領域外に設けられ、複数の光源からの照射光を反射する光反射板と、入力領域外に設けられ、光反射板上の光強度分布を撮像する撮像装置と、撮像装置で得られた光強度分布に基づいて指示物体の2次元の位置座標を演算する座標演算手段とを備えたので、指示物体の反射分布特性に依存せず、安定した座標入力を実現することができる。
また、実施の形態1の座標入力装置によれば、座標演算手段は、撮像装置で得られた光強度分布データを記憶するデータ記憶回路と、指示物体がない時の光強度分布データを基準強度分布データとしてデータ記憶回路に記憶させると共に、入力領域内に指示物体が存在する場合の、基準強度分布データに対する強度分布データの変化に基づいて光反射板における指示物体の影位置を演算する画像処理回路と、画像処理回路で求められた影位置と、その時の光源位置とに基づいて指示物体の2次元位置座標を演算する座標演算回路とを備えたので、指示物体によって光反射板上に生じる影の光強度分布は指示物体の反射率分布に依存しないため、指示物体の反射率分布の差によって検出される座標に差が出ることが無く安定した座標入力を実現することができる。
また、実施の形態1の座標入力装置によれば、入力領域内における全ての位置において少なくとも2つ以上の光源から光が照射されるように複数の光源が配置されているようにしたので、入力領域内全面において指示物体の2次元の位置座標を正確に演算することができる。
また、実施の形態1の座標入力装置によれば、撮像装置は所定の間隔を有し、それぞれが異なる位置に複数設置されるようにしたので、例えば、1つの撮像装置の直近に指示物体がある場合においても他の撮像装置で得られるデータから座標を求めることができる等、入力領域内全面において指示物体の2次元の位置座標を正確に演算することができる。
この発明の実施の形態1による座標入力装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態1による座標入力装置を示す側面図である。 この発明の実施の形態1による座標入力装置の制御ブロックの構成図である。 この発明の実施の形態1による座標入力装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態1による座標入力装置の影位置演算の説明図である。 この発明の実施の形態1による座標入力装置の位置座標演算の説明図である。
符号の説明
1 入力領域、4a,4b 撮像装置、5 光反射板、7 座標演算手段、11 画像処理回路、12 データ記憶回路、13 座標演算回路、31〜3n 光源。

Claims (4)

  1. 入力領域内に存在する指示物体の2次元の位置座標を検出する座標入力装置において、
    前記入力領域外に設けられ、当該入力領域内を照射し且つ異なる位置に設置された複数の光源と、
    前記入力領域外に設けられ、前記複数の光源からの照射光を反射する光反射板と、
    前記入力領域外に設けられ、前記光反射板上の光強度分布を撮像する撮像装置と、
    前記撮像装置で得られた光強度分布に基づいて指示物体の2次元の位置座標を演算する座標演算手段とを備えた座標入力装置。
  2. 座標演算手段は、
    撮像装置で得られた光強度分布データを記憶するデータ記憶回路と、
    指示物体がない時の光強度分布データを基準強度分布データとして前記データ記憶回路に記憶させると共に、入力領域内に指示物体が存在する場合の、前記基準強度分布データに対する強度分布データの変化に基づいて光反射板における前記指示物体の影位置を演算する画像処理回路と、
    前記画像処理回路で求められた影位置と、その時の光源位置とに基づいて前記指示物体の2次元位置座標を演算する座標演算回路とを備えたことを特徴とする請求項1記載の座標入力装置。
  3. 入力領域内における全ての位置において少なくとも2つ以上の光源から光が照射されるように複数の光源が配置されていることを特徴とする請求項1記載の座標入力装置。
  4. 撮像装置は所定の間隔を有し、それぞれが異なる位置に複数設置されたことを特徴とする請求項1の座標入力装置。
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