JP2010079818A - イメージセンサを用いた位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 再帰反射テープを保護する光透過性の保護部材による反射光に起因する指示物体の指示位置の誤検出を防止することができる位置検出装置を提供することにある。
【解決手段】 座標入力面に接近または接触された座標指示物体を撮影する複数のイメージセンサと、座標入力面を取り囲むように設置され、光源からの光を入射方向に再帰反射する再帰反射部材と、この再帰反射部材の再帰反射面側に設置され、再帰反射部材を保護する光透過性の保護部材とで構成され、座標入力面における指示物体の指示位置を検出する装置であって、
前記再帰反射部材のうち前記各イメージセンサの視野位置に存在する隅部分の再帰反射部材の表面側の保護部材からの反射光が対応する視野位置のイメージセンサに入力されないように光路を変更する光路変更手段を設置したことを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、イメージセンサと、このイメージセンサ近傍に設置された光源と、入力面を取り囲むように設置している再帰反射性のある反射テープと反射テープを保護するアクリル板を用いた座標入力システムの位置検出装置に関するものである。

近年、電子黒板（Interactive White Board, 略してＩＷＢ）の普及が進行している。ＩＷＢは一般的な表示装置として用いられているＰＤＰ、ＬＣＤ、プロジェクターなどを用い、この表示画面上にあたかも黒板にチョークで入力するがごとく、指や電子ペンなどの入力手段と位置検出装置を用いて入力情報をパソコン（PC）などの演算装置で処理し、処理結果を表示装置に投影することにより実現するものである。

位置検出装置を用いた座標入力システムとして、タブレット、タッチパネルなどが普及し始めている。これを実現せしめている位置検出装置として、電磁誘導方式、超音波方式など様々な技術が実用化されている。
本発明で対象としているイメージセンサによる画像処理を利用した位置検出装置は近年普及しつつあり、描画応答性の良さ、また赤外線、太陽光線、温度変化などの外部ノイズ耐性が強いとの利点から、利用数が年々増加している
このようなイメージセンサを使用した代表的な特許文献として下記のようなものがある

特許第３９３１０３０号 位置検出装置 特許第３９８６７１０号 座標検出装置

イメージセンサを用いた位置検出装置は、座標入力面上の入力位置を検出するために、入力面の周囲にイメージセンサを取り付ける必要がある。
主要構成としてはイメージセンサ、及びセンサの取得画像を処理する制御基板が必要である。イメージセンサは２つ以上を設置することにより、入力面上の位置を複数の視野位置より検出し、三角法により計算することで計算される。
またイメージセンサの近傍にはＬＥＤ（発光ダイオード）など、座標入力面上に光を照射する光源を複数個設置し、さらに座標入力面周囲を取り囲むように反射枠を設置し、この反射枠に反射テープを貼り付け、ＬＥＤなどで構成された光源からの照射光を照射している。

反射テープはコーナーキューブリフレクタなどの再帰反射性のある反射素材を使用している。ＬＥＤなどで構成された光源からの照射光は再帰反射テープ上で入射と同方向に再帰反射される。イメージセンサで構成された位置検出装置はこの反射光を受光している。
このように座標入力面上に光線を照射する環境を構築し、座標入力面上に指示物体が接近して光線を遮断することで指示物体の影が検出される。この位置を複数の位置検出装置で取得し、各位置検出装置が検出した座標に基づき制御基板で指示物体の座標入力面における指示位置座標を算出する。
これらのイメージセンサや基板類は、安全と品質確保の観点により外部に露出して設置することは出来ない。これはユーザが制御基板などに触れることにより生じる感電事故、またそれらの物理的破損を避けるために必要である。
また露出して設置することで、周囲環境の影響を受け易くなり、例えば外部からの埃などを受けたり、また制御基板から発生する不要輻射、また周囲環境からのノイズの影響により動作上の問題が引き起こされる可能性が高くなる。
このため、イメージセンサ、制御基板などは外部から隔離するためにカバーを設置することで、ユーザが容易に触れない、また周囲環境からの影響が少なくなるように対処されている。

通常、再帰反射テープで反射された光は、光源から離れるほど光が減衰して位置検出装置を構成するイメージセンサに入射される。このとき再帰反射テープの特性上、光源から再帰反射テープに照射される入射光と反射光は一致しているが、保護用の透過性アクリル板を再帰反射テープ上に設置した場合、アクリル板上においても全反射が発生する。そのため、再帰反射テープの再帰反射光とアクリル板上で発生する二重反射光が合成され、通常では光が減衰されるはずの検出エリア左下および右下で高輝度の合成反射光が発生することがあり、この合成反射光によって指示物体の指示位置を正確に検出できなくなるという問題が発生していた。

本発明の目的は、再帰反射テープを保護する光透過性の保護部材による反射光に起因する指示物体の指示位置の誤検出を防止することができる位置検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る位置検出装置は、座標入力面に接近または接触された座標指示物体を撮影する複数のイメージセンサと、各イメージセンサに対応して設けられ、各イメージセンサの視野方向の前記座標入力面に接近または接触された座標指示物体に向けて光を照射する光源と、前記座標入力面を取り囲むように設置され、前記光源からの光を入射方向に再帰反射する再帰反射部材と、この再帰反射部材の再帰反射面側に設置され、再帰反射部材を保護する光透過性の保護部材とで構成され、座標入力面における指示物体の指示位置を検出する装置であって、
前記座標入力面を取り囲むように設置した前記再帰反射部材のうち前記各イメージセンサの視野位置に存在する隅部分の再帰反射部材の表面側の保護部材からの反射光が対応する視野位置のイメージセンサに入力されないように光路を変更する光路変更手段を設置したことを特徴とする。
また、前記光路変更手段が、前記隅部分の再帰反射部材の裏面側に設置したスペーサで構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、座標入力面を取り囲むように設置した再帰反射部材のうち各イメージセンサの視野位置に存在する隅部分の再帰反射部材の表面側の保護部材からの反射光が対応する視野位置のイメージセンサに入力されないように光路を変更する光路変更部材を隅部分の再帰反射部材の裏面側に設置したことにより、イメージセンサの視野位置に存在する隅部分からの再帰反射光と保護部材からの反射光とが合成されることはなくなり、保護部材による反射光に起因する指示物体の指示位置の誤検出を防止することができる。

以下、本発明を実施する場合の一形態を図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明が対象にしているイメージセンサを使用した位置検出装置を用いた座標入力装置を用いた画像処理システムの概要を示したものである。
本システムは、座標入力面１上に接触または接近した指示物体２の位置を複数のイメージセンサ３ａ，３ｂにて捉え、制御基板４にてイメージセンサ３ａ，３ｂが撮影した画像より指示物体２の位置(X,Y)を演算して出力するものである。
この座標の情報をパソコンなどの演算装置５に送り、投影装置６を通して座標入力面１上に結果を表示させる。
ここで、指示物体２は指、棒などや、赤外線などの通信機能を備えた電子ペンなどを用い、制御基板４と連動させて付加機能を追加した電子ペンなどが考えられる。
座標入力面１としては、PDPやLCDなどの表示画面を用いる方法やホワイトボードを用いて構成することも可能である。

図２は、イメージセンサ３ａ，３ｂの詳細について、図３はイメージセンサ３ａ，３ｂの機能についての説明図である。
イメージセンサ３ａ，３ｂは、CCDやCMOSなどの受光素子を用い、撮像レンズを通して画像を取得している。
イメージセンサ３ａ，３ｂの近傍には、その視野方向の座標入力面に向けて光を照射するＬＥＤ７（光源）複数個設置されている。ＬＥＤ７から照射される光は後述する再帰反射テープ上で入射と同じ方向に反射され、反射光がイメージセンサ３ａ，３ｂ上に受光される。このため、座標読み取りの精度向上のためには、イメージセンサ３ａ，３ｂ上の光軸と光源からの光軸を一致させる必要がある。
このＬＥＤ７により座標入力面１の周囲を取り囲むように反射枠が設置され、その反射枠の内側に再帰反射テープ８ａ〜８ｃを取り付け、ＬＥＤ７からの再帰反射光をイメージセンサ３ａ，３ｂに向けて入射するように構成している。
再帰反射テープ８ａ〜８ｃは、コーナーキューブリフレクタなどの再帰反射性のある反射素材を使用している。

この再帰反射テープ８ａ〜８ｃは、図４で示すようにその表面に設置されたアクリル板４１によって保護されている。
ＬＥＤ７から照射された光線は再帰反射テープ８ａ〜８ｃ上で入射と同方向に再帰反射される。イメージセンサ３ａ，３ｂはこの反射光を受光している。
このように座標入力面１上に光線を照射する環境を作成し、座標入力面１上に指示物体２が接近または接触して光線を遮断することでイメージセンサ３ａ，３ｂ上に影が検出される。この影の位置を複数のイメージセンサ３ａ，３ｂにて取得し、制御基板４にて指示物体２の接近または接触座標を算出する。
このようにイメージセンサを用いた位置検出装置の場合、カメラと光源の光軸を一致させる、もしくは近づけることが必要である。

図４は座標検出装置の検出座標誤差や誤動作の原因である合成反射光の条件を説明する模式図である。
座標入力面１における左右の隅部分において再帰反射テープ８ａ〜８ｃの再帰反射光とアクリル板４１の二重反射光４３が合成され、高輝度の合成反射光４４が発生する。

図５は合成反射光の発生を防止するスペーサ５１についての説明図である。
スペーサ５１を反射テープ８ｂの左右隅部分の背面側（反射面の裏側）から挿入し、アクリル板４１の隅部分に図６に示すような傾斜を付け、この傾斜によりアクリル板４１の二重反射光４３の角度を調整し、反射テープ８ｂの再帰反射光と重複しない光路に変更するように構成したものである。この構成により、座標ずれや誤動作を防止し、正常な検出エリアを確保することが可能になる。
なお、二重反射光４３の反射光の光路を変更する手段としては、スペーサ５１を用いる代わりに、検出エリアのコーナー部分にＲ加工やＣ面加工を施しても同様な効果を得ることができる。

本発明における一実施の形態の画像処理システムの概略構成を示す図である。 本発明の位置検出装置を構成しているイメージセンサ、反射枠,制御部などの構成を示す図である。 本発明における位置検出装置の位置検出方法の概略構成を示す図である。 合成反射光の発生過程を示す模式図である。 本発明の合成反射光防止機構の概略構成を示す図である。 本発明の合成反射光が解消した状態を示す模式図である。

符号の説明

１ 座標入力面
２ 指示物体
３ａ，３Ｂ イメージセンサ
４ 制御基板
５ 演算装置
６ 投影装置
７ ＬＥＤ（光源）
８ａ〜８ｃ 再帰反射テープ
４１ アクリル板
４２ 再帰反射光
４３ 二重反射光
４４ 合成反射光
５１ スペーサ

Claims (2)

1. 座標入力面に接近または接触された座標指示物体を撮影する複数のイメージセンサと、各イメージセンサに対応して設けられ、各イメージセンサの視野方向の前記座標入力面に接近または接触された座標指示物体に向けて光を照射する光源と、前記座標入力面を取り囲むように設置され、前記光源からの光を入射方向に再帰反射する再帰反射部材と、この再帰反射部材の再帰反射面側に設置され、再帰反射部材を保護する光透過性の保護部材とで構成され、座標入力面における指示物体の指示位置を検出する装置であって、
   前記座標入力面を取り囲むように設置した前記再帰反射部材のうち前記各イメージセンサの視野位置に存在する隅部分の再帰反射部材の表面側の保護部材からの反射光が対応する視野位置のイメージセンサに入力されないように光路を変更する光路変更手段を設置したことを特徴とするイメージセンサを用いた位置検出装置。
2. 前記光路変更手段が、前記隅部分の再帰反射部材の裏面側に設置したスペーサで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサを用いた位置検出装置。

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