JP2013190980A - Coordinate input device, coordinate input system, and coordinate input method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、導光部材の内部を伝搬する伝搬光を受光する受光手段と、導光部材に被検出体を接触したときの接触位置の座標を三角測量法を用いて求める検出手段とを備えた座標入力装置、座標入力システム、及び座標入力方法に関するものである。詳細には、位置検出が困難となる領域の発生を回避し得る座標入力装置、座標入力システム、及び座標入力方法に関する。 The present invention includes a light receiving means for receiving propagating light propagating through the inside of the light guide member, and a detection means for obtaining coordinates of a contact position when the detected object is brought into contact with the light guide member by using a triangulation method. The present invention relates to a coordinate input device, a coordinate input system, and a coordinate input method. Specifically, the present invention relates to a coordinate input device, a coordinate input system, and a coordinate input method that can avoid the occurrence of a region in which position detection is difficult.
タッチペン、スタイラスペン等の棒状の操作部材(以下、「ペン」と記載する)又は指等による座標入力を受け付ける導光部材とからなる光学式の座標入力装置又は位置検出装置、並びに座標入力装置又は位置検出装置と表示パネルとを組み合わせたタブレット、タッチパネル等の座標入力システムが知られている。 An optical coordinate input device or position detection device comprising a bar-shaped operation member (hereinafter referred to as “pen”) such as a touch pen or a stylus pen, or a light guide member that receives coordinate input by a finger or the like, and a coordinate input device or A coordinate input system such as a tablet or a touch panel in which a position detection device and a display panel are combined is known.
上記座標入力システムでは、上記ペン又は指を座標入力装置の座標入力領域に接近又は接触させることにより、座標入力装置又は位置検出装置が該ペン又は指における接近又は接触した位置の座標を求める。求められた座標は、例えば座標入力装置とは別体の液晶ディスプレイ、又は該座標入力装置に一体的に積層されている液晶パネル等の表示画面に点画像又は直線画像等のオブジェクトを表示するため等に用いられる。 In the coordinate input system, the coordinate input device or the position detection device obtains the coordinates of the approached or touched position of the pen or finger by causing the pen or finger to approach or contact the coordinate input area of the coordinate input device. The obtained coordinates are for displaying an object such as a point image or a straight line image on a display screen such as a liquid crystal display separate from the coordinate input device or a liquid crystal panel integrally laminated on the coordinate input device. Used for etc.
具体的には、例えば、特許文献1に開示されているタッチパネル装置100は、図14に示すように、表示面111とその周辺のベゼル112とを有する表示装置110に対して指示体120により入力可能となっており、2つのカメラ部101・101と検出部102とから主に構成されている。2つのカメラ部101・101は、ベゼル112に配置され、所定の間隔を設けて配置されている。各カメラ部101・101は、それぞれレンズ光軸が表示装置110の表示面111に対して略垂直となるように配置される円周魚眼レンズを有し、表示面111上を撮像可能なものである。検出部102は、2つのカメラ部101・101により撮像されるそれぞれの指示体120の像と、2つのカメラ部101・101との間の距離とを用いて三角測量法の原理で指示体220の指示位置を検出するようになっている。
Specifically, for example, as shown in FIG. 14, the
また、例えば、特許文献2に開示されているタッチパネル200は、図15(a)(b)に示すように、導光板201と、導光板201に光を入射する光源202と、導光板201の側面の一部に配置された受光素子204・205と、導光板201の側面と受光素子204・205との間に被検出体210により散乱した光源202からの光を受光素子204・205に結像する結像手段207とを備えている。また、受光素子204・205が配置された導光板201の側面には光吸収手段208が配置され、受光素子204・205は、図15(b)に示すように、光源202の照射範囲外に配置されている。
Further, for example, as shown in FIGS. 15A and 15B, the
上記タッチパネル200の座標検出原理は、以下のとおりである。
The principle of coordinate detection of the
導光板201の側面に配置された光源202から照射された光は導光板201の内部で全反射を繰り返しながら伝播する。通常の状態では、受光素子204・205は光源202の照射範囲外に配置されているため、導光板201の内部を伝搬する伝搬光を受光しない。ここで、透明の導光板201上に指等の被検出体210がタッチされると、伝搬光が乱され、散乱光が発生する。散乱光の一部は受光素子204・205の方向にも伝搬し、図16(a)(b)に示すように、受光素子204・205で受光される。これにより、その方位角が測定され、三角測量法により散乱光が発生した点、つまり、指等の被検出体210がタッチされたポイントが特定される。 Light emitted from the light source 202 disposed on the side surface of the light guide plate 201 propagates while repeating total reflection inside the light guide plate 201. In a normal state, since the light receiving elements 204 and 205 are arranged outside the irradiation range of the light source 202, they do not receive propagating light propagating through the light guide plate 201. Here, when the detection object 210 such as a finger is touched on the transparent light guide plate 201, the propagation light is disturbed and scattered light is generated. A part of the scattered light also propagates in the direction of the light receiving elements 204 and 205 and is received by the light receiving elements 204 and 205 as shown in FIGS. Thereby, the azimuth angle is measured, and the point where the scattered light is generated by the triangulation method, that is, the point where the detected object 210 such as a finger is touched is specified.
上記従来の特許文献1及び特許文献2に開示された座標入力装置においては、座標検出原理においていずれも三角測量法を採用しているので、死角となって位置検出が困難となる領域を有するという問題点を有している。
In the conventional coordinate input devices disclosed in Patent Document 1 and
例えば、特許文献1に開示されたタッチパネル装置100では、三角測量法を用いた位置検出において、光学ユニットである2つのカメラ部101・101からの角度が極度の鋭角となる場所の検出精度は低くなる。このため、一般的には、検出精度の低さを補うために光学ユニットをタッチエリアよりも外側に配置することによって常に検出する位置に角度を持たせている構造を採用している。しかし、タッチエリアの外側にカメラ部101・101を配置するために必然的に額縁は大きくなってしまう。
For example, in the
また、特許文献2に開示されたタッチパネル200においても、三角測量法を用いているので、光源202の近傍においては、やはり、受光素子204・205からの角度が極端な鋭角となるので、検出することが困難である。また、タッチパネル200では、導光板201における照射範囲203外に被検出体210にタッチされた場合には、死角となって、位置検出できない。
Further, since the
尚、特許文献3には、複数の受光部を備えた座標入力装置が開示されている。この座標入力装置300は、図17に示すように、導光板301と、上記導光板301に接触位置からスポット光を入射させる発光ペン302と、導光板301の周囲の側面に配置された複数の受光器303…と、導光板301の周囲に設けられた光吸収部材304と、受光器303…の出力信号を受けて導光板301におけるスポット光の位置座標に関わる信号を出力する検出回路部305とから構成されている。
Note that Patent Document 3 discloses a coordinate input device including a plurality of light receiving units. As illustrated in FIG. 17, the
しかし、この座標入力装置300は、発光ペン302の導光板301への接触位置を4つの受光器303…にて検知し、これら4つの出力強度の全てを用いて、発光ペン302の座標位置を検出するものであり、特許文献1、2に開示された2つの受光部での出力により発光ペンの接触位置を算出するものとは異なり、上述した課題は生じない。
However, this
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、三角測量法を用いて被検出体の接触位置を検出する場合に、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置、座標入力システム、及び座標入力方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and its purpose is to detect in a region where position detection is difficult when detecting the contact position of the detection object using the triangulation method. An object of the present invention is to provide a coordinate input device, a coordinate input system, and a coordinate input method that can suppress a decrease in accuracy.
本発明の座標入力装置は、上記課題を解決するために、板状の導光部材と、上記導光部材の内部を伝搬する伝搬光を受光する少なくとも2つの受光手段と、上記導光部材の表面に被検出体を接触したときの該接触に基づく伝搬光を検知した上記受光手段の出力に基づいて、三角測量法を用いて上記被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を用いて求める検出手段とを備えた座標入力装置であって、上記受光手段は少なくとも3つ設けられていると共に、上記被検出体における上記導光部材の表面への接触位置に基づく受光手段からの出力に基づいて、いずれの2つの受光手段の出力によって上記接触位置の座標を求めるかを選択する選択手段が設けられていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the coordinate input device of the present invention includes a plate-shaped light guide member, at least two light receiving means for receiving propagation light propagating through the light guide member, and the light guide member. The coordinates of the contact position of the light guide member on the surface of the detected body using the triangulation method based on the output of the light receiving means that has detected the propagation light based on the contact with the surface to be detected. A coordinate input device including at least three light receiving means and a light receiving means based on a contact position of the detected body to the surface of the light guide member. On the basis of the output, a selection means is provided for selecting which of the two light receiving means is used to obtain the coordinates of the contact position.
本発明の座標入力方法は、上記課題を解決するために、前記記載の座標入力装置を用いた座標入力方法であって、被検出体における上記導光部材の表面への接触位置に基づく受光手段からの出力に基づいて、いずれの2つの受光手段の出力によって上記接触位置の座標を求めるかを選択することを特徴としている。 In order to solve the above problems, the coordinate input method of the present invention is a coordinate input method using the coordinate input device described above, and is a light receiving means based on a contact position of the detected body with the surface of the light guide member. On the basis of the output from, it is selected whether the coordinates of the contact position are obtained by the output of any two light receiving means.
上記の発明によれば、座標入力装置は、板状の導光部材と、上記導光部材の内部を伝搬する伝搬光を受光する少なくとも2つの受光手段と、上記導光部材の表面に被検出体を接触したときの該接触に基づく伝搬光を検知した上記受光手段の出力に基づいて、三角測量法を用いて上記被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を用いて求める検出手段とを備えている。 According to the above invention, the coordinate input device includes a plate-shaped light guide member, at least two light receiving means for receiving propagating light propagating through the light guide member, and detection on the surface of the light guide member. Based on the output of the light receiving means that detects the propagation light based on the contact when the body is contacted, the coordinates of the contact position on the surface of the light guide member in the detected body are obtained using triangulation. Detecting means.
この種の三角測量法を用いる座標入力装置では、被検出体の接触位置が導光部材における受光手段の近傍位置である場合には、検出限界を越えるので、検出精度が低くなる。すなわち、三角測量法での算出において、2つの受光手段を結ぶ線に対する少なくとも1個の受光手段への入射角度が鋭角過ぎる場合には、計算しても誤差が大きくなるので、検出精度が低くなる。 In a coordinate input device using this kind of triangulation method, when the contact position of the detected object is a position near the light receiving means in the light guide member, the detection limit is exceeded, so the detection accuracy is low. That is, in the calculation by the triangulation method, if the incident angle to at least one light receiving means with respect to the line connecting the two light receiving means is too acute, the error will increase even if it is calculated, and the detection accuracy will be low. .
この課題を回避すべく、受光手段への入射角度が鋭角過ぎるのを防止するために額縁幅を広くしたのでは、装置のコンパクト化を図ることができない。 In order to avoid this problem, if the frame width is increased in order to prevent the incident angle on the light receiving means from being too acute, the apparatus cannot be made compact.
このため、本発明では、このような位置検出が困難となる領域の発生を回避すべく、受光手段を少なくとも3つ設けている。しかしながら、受光手段を少なくとも3つ設けた場合には、逆に、いずれの2つの受光手段における出力に基づいて、位置検出を行うべきかが問題となる。 For this reason, in the present invention, at least three light receiving means are provided in order to avoid the occurrence of such a region where position detection is difficult. However, when at least three light receiving means are provided, on the contrary, it becomes a problem whether position detection should be performed based on the output from any two light receiving means.
そこで、本発明では、選択手段を設けて、被検出体における上記導光部材の表面への接触位置に基づく受光手段からの出力に基づいて、いずれの2つの受光手段の出力によって上記接触位置の座標を求めるかを選択するようになっている。 Therefore, in the present invention, a selection unit is provided, and based on the output from the light receiving unit based on the contact position on the surface of the light guide member in the detection target, the contact position is determined by the output of any two light receiving units. It is designed to select whether to obtain coordinates.
この結果、受光手段からの出力に基づいて2つの受光手段を選択するので、少なくとも3つの受光手段がある場合においても最適な受光手段を選択することができる。 As a result, since the two light receiving means are selected based on the output from the light receiving means, the optimum light receiving means can be selected even when there are at least three light receiving means.
したがって、三角測量法を用いて被検出体の接触位置を検出する場合に、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置、及び座標入力方法を提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a coordinate input device and a coordinate input method that can suppress a decrease in detection accuracy in a region where position detection is difficult when the contact position of a detection object is detected using triangulation. it can.
本発明の座標入力装置では、前記板状の導光部材は、方形に形成されており、前記少なくとも3つの受光手段は、上記方形の導光部材の隅角部にそれぞれ設けられ、前記導光部材を複数の領域に分割し、分割された領域毎に予め実測して求めた選択すべき2つの受光手段が記憶された記憶手段を備えていると共に、前記選択手段は、前記被検出体における上記導光部材の表面への接触位置に基づく受光手段からの出力に基づいて、該被検出体の接触位置がどの分割された領域に属するかを判断した後、記憶手段に記憶された上記選択すべき2つの受光手段を選択することが好ましい。 In the coordinate input device of the present invention, the plate-shaped light guide member is formed in a square shape, and the at least three light receiving means are respectively provided at corners of the square light guide member, The member is divided into a plurality of regions, and each of the divided regions includes a storage unit that stores two light receiving units to be selected, which are obtained by actual measurement in advance. Based on the output from the light receiving means based on the contact position on the surface of the light guide member, after determining which divided region the contact position of the detected object belongs to, the selection stored in the storage means Preferably, two light receiving means to be selected are selected.
これにより、少なくとも3つの受光手段は、方形の導光部材の隅角部に設けられる。このため、額縁幅が広くなることはない。 Thus, at least three light receiving means are provided at the corners of the rectangular light guide member. For this reason, the frame width does not increase.
また、本発明では、導光部材を複数の領域に分割し、分割された領域毎に予め実測して求めた選択すべき2つの受光手段が記憶された記憶手段を備えている。そして、選択手段は、被検出体における上記導光部材の表面への接触位置に基づく受光手段からの出力に基づいて、該被検出体の接触位置がどの分割された領域に属するかを判断した後、記憶手段に記憶された上記選択すべき2つの受光手段を選択する。 In the present invention, the light guide member is divided into a plurality of regions, and the storage unit stores two light receiving units to be selected, which are obtained by actual measurement in advance for each of the divided regions. Then, the selection unit determines which divided region the contact position of the detected body belongs based on an output from the light receiving unit based on the contact position of the detected body with the surface of the light guide member. Thereafter, the two light receiving means to be selected stored in the storage means are selected.
このため、実際の被検出体における導光部材の表面への接触位置を検出する場合には、全ての受光手段からの出力に基づいて、おおよその位置を算出し、その被検出体の接触位置がどの分割された領域に属するかを判断する。その後、記憶手段に記憶された上記選択すべき2つの受光手段を選択して、被検出体の接触位置の座標を求める。この結果、その分割領域の最適な2つの受光手段による被検出体の接触位置が求まるので、検出品質の向上を図ることができる。 For this reason, when detecting the contact position on the surface of the light guide member in the actual detected body, the approximate position is calculated based on the outputs from all the light receiving means, and the contact position of the detected body It is determined to which divided area belongs. Thereafter, the two light receiving means to be selected stored in the storage means are selected, and the coordinates of the contact position of the detected object are obtained. As a result, the contact position of the detection object by the optimum two light receiving means in the divided area is obtained, so that the detection quality can be improved.
本発明の座標入力装置では、前記検出手段は、三角測量法に必要な2つの受光手段を結ぶ線に対する少なくとも1つの受光手段からの前記接触位置への視認角度が閾値角度以下であるか否かを判断する判断手段を備えていると共に、前記選択手段は、上記接触位置の座標を求めるべく、方形の導光部材における一辺の両端に設けた受光手段を選択した結果、判断手段により、少なくとも1つの受光手段からの上記接触位置への視認角度が閾値角度以下であると判断とされたときには、上記一辺の一端に設けた受光手段と、上記一辺に対向する辺の少なくとも一方の端部に設けた受光手段とを選択することが好ましい。 In the coordinate input device of the present invention, the detection means determines whether or not a viewing angle from at least one light receiving means to the contact position with respect to a line connecting the two light receiving means necessary for the triangulation method is equal to or less than a threshold angle. Determination means, and the selection means selects at least one light receiving means provided at both ends of one side of the rectangular light guide member to obtain the coordinates of the contact position. When it is determined that the viewing angle from the two light receiving means to the contact position is equal to or less than the threshold angle, the light receiving means provided at one end of the one side and the at least one end of the side facing the one side are provided. It is preferable to select the light receiving means.
すなわち、三角測量法を用いた位置検出においては、2つの受光手段間の近傍位置は、各受光手段からの角度が極度の鋭角となるので、検出精度が低くなる。 That is, in the position detection using the triangulation method, the detection accuracy is low at the vicinity position between the two light receiving means because the angle from each light receiving means is an extremely acute angle.
そこで、本発明では、検出手段は、三角測量法に必要な2つの受光手段を結ぶ線に対する少なくとも1つの受光手段からの前記接触位置への視認角度が閾値角度以下であるか否かを判断する判断手段を備えている。このため、閾値角度を用いて検出限界であるか否かを判断するので、判断基準が明確かつ客観的となり、品質の向上を図ることができる。 Therefore, in the present invention, the detection means determines whether or not the viewing angle from at least one light receiving means to the contact position with respect to a line connecting the two light receiving means necessary for the triangulation method is equal to or smaller than a threshold angle. Judgment means is provided. For this reason, since it is judged whether it is a detection limit using a threshold angle, a judgment standard becomes clear and objective, and it can aim at the improvement of quality.
また、選択手段は、接触位置の座標を求めるべく、方形の導光部材における一辺の両端に設けた受光手段を選択した結果、判断手段により、少なくとも1つの受光手段からの上記接触位置への視認角度が閾値角度以下であると判断とされたときには、上記一辺の一端に設けた受光手段と、上記一辺に対向する辺の少なくとも一方の端部に設けた受光手段とを選択する。 Further, as a result of selecting the light receiving means provided at both ends of one side of the rectangular light guide member in order to obtain the coordinates of the contact position, the selection means visually recognizes the contact position from at least one light receiving means. When it is determined that the angle is equal to or smaller than the threshold angle, a light receiving unit provided at one end of the one side and a light receiving unit provided at at least one end of the side opposite to the one side are selected.
この結果、三角測量法に必要な2つの受光手段を結ぶ線に対する少なくとも1つの受光手段からの前記接触位置への視認角度が閾値角度以下となることを回避することができる。 As a result, it is possible to avoid that the viewing angle from the at least one light receiving means to the contact position with respect to the line connecting the two light receiving means necessary for the triangulation method is equal to or less than the threshold angle.
また、判断手段により、少なくとも1つの受光手段からの上記接触位置への視認角度が閾値角度以下であると判断とされたときには、上記一辺の一端に設けた受光手段と、上記一辺に対向する辺の少なくとも一方の端部に設けた受光手段とを選択する。このため、一辺の一端に設けた受光手段と、上記一辺に対向する辺の少なくとも一方の端部に設けた受光手段とを選択することによって、無駄な演算を省略して、被検出体における精度の高い接触位置を短時間にて求めることが可能となる。 Further, when the judging means judges that the viewing angle from the at least one light receiving means to the contact position is equal to or smaller than the threshold angle, the light receiving means provided at one end of the one side and the side facing the one side And a light receiving means provided at at least one of the ends. For this reason, by selecting the light receiving means provided at one end of one side and the light receiving means provided at at least one end of the side opposite to the one side, useless calculation is omitted, and accuracy in the detection target is reduced. It is possible to obtain a high contact position in a short time.
また、これにより、額縁幅を広くすることなく、被検出体における精度の高い接触位置を求めることができる。 In addition, this makes it possible to obtain a highly accurate contact position on the detection object without increasing the frame width.
本発明の座標入力装置では、前記被検出体は、前記導光部材の表面に接触することによって該導光部材に光を入射させる発光部を有する発光ペンからなっていると共に、上記導光部材には、上記被検出体の発光部から該導光部材にそれぞれ入射して該導光部材の内部を伝搬する伝搬光を上記受光手段へ出射する光路変換部が設けられ、前記受光手段は、上記伝搬光における導光部材からの出射光を受光するとすることができる。 In the coordinate input device according to the aspect of the invention, the object to be detected is made of a light emitting pen having a light emitting portion that makes light incident on the light guide member by contacting the surface of the light guide member. Is provided with an optical path changing unit that emits propagating light that is incident on the light guide member from the light emitting unit of the detected object and propagates through the light guide member, and the light receiving unit includes: It can be assumed that the light emitted from the light guide member in the propagation light is received.
これにより、発光ペンから発光され、導光部材を導光して出射された伝搬光の出射光は、光路変換部を介して2つの受光手段へそれぞれ出射される。この結果、受光手段には、伝搬光の出射光の例えば線状の像が現れるので、それぞれの受光手段の像にて発光ペンにおける、該受光手段間の一辺の両角を求めることができ、三角測量法にて、発光ペンが接触した導光部材上の位置の平面座標を検出することができる。 Thereby, the emitted light of the propagating light emitted from the light-emitting pen and guided through the light guide member is emitted to the two light receiving units via the optical path conversion unit. As a result, for example, a linear image of the outgoing light of the propagating light appears in the light receiving means, and therefore, both corners of one side between the light receiving means in the light emitting pen can be obtained from the images of the respective light receiving means. By the surveying method, the plane coordinates of the position on the light guide member in contact with the light-emitting pen can be detected.
また、本発明では、発光ペンからの発光部から発光された光は、導光部材の上方の空気中を光路とするのではなく、導光部材の内部を光路としている。このため、発光ペンを持つ指等で発光ペンの光路が遮蔽されて発光ペンの座標位置を求めるために補間処理をすることもないので、確実、かつ精度よく検出できる。 In the present invention, the light emitted from the light emitting unit from the light emitting pen does not use the air above the light guide member as an optical path, but uses the inside of the light guide member as an optical path. For this reason, since the light path of the light-emitting pen is shielded by a finger or the like having the light-emitting pen and no interpolation processing is performed to obtain the coordinate position of the light-emitting pen, detection can be performed reliably and accurately.
したがって、被検出体として発光ペンを用いる場合に、三角測量法を用いて被検出体の接触位置を検出するときに、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置を提供することができる。 Therefore, when using a light emitting pen as the detected object, coordinate input that can suppress a decrease in detection accuracy in areas where position detection is difficult when detecting the contact position of the detected object using triangulation An apparatus can be provided.
本発明の座標入力装置では、前記導光部材の端部から照明光を入射させる光源が設けられ、前記被検出体は、前記導光部材の表面に接触することによって上記導光部材内を伝搬する上記照明光を減衰させると共に、前記受光手段は、導光部材内を伝搬する照明光及び被検出体により減衰された照明光の伝搬光を受光すると共に、前記検出手段は、被検出体の導光部材への接触による上記照明光の減衰に基づく受光手段の出力強度の減少を検出して、該被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を求めるとすることができる。 In the coordinate input device of the present invention, a light source that allows illumination light to enter from the end of the light guide member is provided, and the detected object propagates through the light guide member by contacting the surface of the light guide member. The illumination light is attenuated, and the light receiving means receives illumination light propagating in the light guide member and propagation light of the illumination light attenuated by the detected object, and the detecting means is configured to detect the detected light of the detected object. By detecting a decrease in the output intensity of the light receiving means based on the attenuation of the illumination light due to the contact with the light guide member, the coordinates of the contact position on the surface of the light guide member in the detected body can be obtained.
すなわち、特許文献2のタッチパネルにおいては、受光手段の受光量を0に維持した状態において、被検出体の存在による散乱光の受光ピークを検知するものとなっていた。この結果、受光手段は光源の照射範囲外に配置されなければ、受光手段の受光量を0に維持することができず、また、被検出体による散乱光の受光量は微小であるので、受光手段から遠方での被検出体の接触検出においては信号品質が低下し、大型タッチパネルへの適用は困難であるという問題点を有していた。
That is, in the touch panel of
そこで、本発明では、受光手段は、被検出体の導光部材への接触による照明光の例えば散乱又は吸収等の減衰に基づく受光手段の出力強度の減少を検出して、該被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を求める。 Therefore, in the present invention, the light receiving means detects a decrease in output intensity of the light receiving means based on attenuation of illumination light, for example, scattering or absorption due to contact of the detected object with the light guide member, and The coordinates of the contact position on the surface of the light guide member are obtained.
すなわち、本発明では、特許文献2に対して発想の転換を図り、特許文献2では、被検出体の存在による散乱光の受光ピークを検知するのに対して、本発明では、受光手段に一定量の受光量を与えた状態で、被検出体の存在による照明光の減衰に基づいて受光手段における出力強度の減少を検知するようになっている。
That is, in the present invention, the concept is changed with respect to
この結果、受光手段は照明光の照射範囲内に設けられているので、受光手段には絶えず一定の受光量が与えられており、その状態で受光手段から遠方での被検出体の接触による例えば散乱又は吸収等の光減衰により、その一定の受光量に強度低下が生じる。このため、この強度低下を検知することにより、検出手段にて被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を求めることができる。したがって、導光部材を使用する光学式の座標入力装置において、大型タッチパネルに適用した場合においても、死角を発生することなく、指等の被検出体の座標位置を検出し得る座標入力装置を提供することができる。 As a result, since the light receiving means is provided within the illumination light irradiation range, the light receiving means is constantly given a constant amount of received light. In this state, for example, by contact of the detected object far away from the light receiving means. Due to light attenuation such as scattering or absorption, a decrease in intensity occurs in the certain amount of received light. For this reason, by detecting this decrease in strength, the coordinates of the contact position of the detected body on the surface of the light guide member can be obtained by the detecting means. Therefore, in an optical coordinate input device using a light guide member, even when applied to a large touch panel, a coordinate input device capable of detecting the coordinate position of a detected object such as a finger without generating a blind spot is provided. can do.
また、このような座標入力装置において、三角測量法を用いて被検出体の接触位置を検出するときに、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置を提供することができる。 In addition, in such a coordinate input device, a coordinate input device that can suppress a decrease in detection accuracy in a region where position detection is difficult when the contact position of the detected object is detected using triangulation is provided. can do.
本発明の座標入力システムは、上記課題を解決するために、前記記載の座標入力装置を備えた座標入力システムであって、画像表示パネルを備えていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, a coordinate input system according to the present invention is a coordinate input system including the coordinate input device described above, and includes an image display panel.
上記の発明によれば、座標入力装置を、画像表示パネルの画像を見ながらタッチペン又は指にて入力するタッチパネルとして機能させることができる。したがって、三角測量法を用いて被検出体の接触位置を検出する場合に、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置を備えた座標入力システムを提供することができる。 According to said invention, a coordinate input device can be functioned as a touchscreen which inputs with a touch pen or a finger, seeing the image of an image display panel. Accordingly, it is possible to provide a coordinate input system including a coordinate input device that can suppress a decrease in detection accuracy in a region where position detection is difficult when the contact position of a detection object is detected using triangulation. Can do.
本発明の座標入力装置は、以上のように、受光手段は少なくとも3つ設けられていると共に、上記被検出体における上記導光部材の表面への接触位置に基づく受光手段からの出力に基づいて、いずれの2つの受光手段の出力によって上記接触位置の座標を求めるかを選択する選択手段が設けられているものである。 As described above, the coordinate input device of the present invention is provided with at least three light receiving means, and based on the output from the light receiving means based on the contact position of the detected body to the surface of the light guide member. The selection means is provided for selecting whether the coordinates of the contact position are obtained by the output of any two light receiving means.
本発明の座標入力システムは、以上のように、前記記載の座標入力装置を備えた座標入力システムであって、画像表示パネルを備えているものである。 As described above, the coordinate input system of the present invention is a coordinate input system including the coordinate input device described above, and includes an image display panel.
本発明の座標入力装置の座標入力方法は、以上のように、被検出体における導光部材の表面への接触位置に基づく受光手段からの出力に基づいて、いずれの2つの受光手段の出力によって上記接触位置の座標を求めるかを選択する方法である。 As described above, the coordinate input method of the coordinate input device according to the present invention is based on the output of any two light receiving means based on the output from the light receiving means based on the contact position of the detected object to the surface of the light guide member. This is a method for selecting whether to obtain the coordinates of the contact position.
それゆえ、三角測量法を用いて被検出体の接触位置を検出する場合に、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置、座標入力システム及び座標入力装置の座標入力方法を提供するという効果を奏する。 Therefore, when detecting the contact position of the detected object using the triangulation method, a coordinate input device, a coordinate input system, and a coordinate input device that can suppress a decrease in detection accuracy in a region where position detection is difficult are described. There is an effect that a coordinate input method is provided.
〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図1〜図8に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
[Embodiment 1]
One embodiment of the present invention is described below with reference to FIGS.
(座標入力システムの構成)
本実施の形態の座標入力装置を備えた座標入力システムの構成について、図2に基づいて説明する。図2は、上記座標入力システムの構成を示す斜視図である。
(Configuration of coordinate input system)
A configuration of a coordinate input system including the coordinate input device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the coordinate input system.
本実施の形態の座標入力システム1は、図2に示すように、画像表示パネルとしての液晶表示パネル2と、この液晶表示パネル2の上側に設けられた座標入力装置3Aとを備えている。
As shown in FIG. 2, the coordinate input system 1 of the present embodiment includes a liquid
上記液晶表示パネル2は、一対の図示しない基板間に液晶層を挟持しており、各基板には、電圧印加によって当該液晶層の液晶分子の配向を変えるための各種電極が少なくとも設けられている。そして、電圧印加によって液晶分子の配向を変化させることによって、各画素の液晶層を透過する光の透過量を調整して所望の表示を行う。液晶表示パネル2の構成は、従来周知の液晶表示パネルを用いることができる。
The liquid
上記座標入力システム1では、液晶表示パネル2に表示された画面を見ながら、液晶表示パネル2の上側に設けられた座標入力装置3Aの後述する導光板10上に被検出体及び発光ペンとしての例えばタッチペン40を接触させることにより、そのタッチペン40における接触位置の座標が特定され、所望のデータ入力ができるようになっている。
In the coordinate input system 1, while viewing the screen displayed on the liquid
(座標入力装置の構成)
次に、上記座標入力システム1に備えられた座標入力装置3Aの構成について、前記図2、及び図3に基づいて以下に詳述する。図3は、図2のA−A線矢視断面図である。
(Configuration of coordinate input device)
Next, the configuration of the coordinate
上記座標入力装置3Aは、図3に示すように、四角形の透明の導光部材としての導光板10と、導光板10の一辺の両端にそれぞれ配設された受光手段としての撮像ユニット20・30と、導光板10に接触される被検出体としてのタッチペン40とを有している。
As shown in FIG. 3, the coordinate input device 3 </ b> A includes a
導光板10は、透光性材料からなる一枚の平板からなっており、液晶表示パネル2の表示面側に重ねて配設されている。導光板10の大きさは、液晶表示パネルと略同じ大きさの四角形つまり方形となっている。詳細には、図2に示すように、撮像ユニット20・30を配設する一辺側が液晶表示パネル2よりも大きく構成されている。これにより、撮像ユニット20・30の少なくとも一部分を、導光板10の背面側に配設することができる。この結果、座標入力装置3Aのタッチペン40における導光板10への接触面に沿って拡がる方向のサイズの大型化を抑制し、座標入力装置3Aのコンパクトサイズの実現に寄与している。
The
また、導光板10における撮像ユニット20・30を配設する2箇所の隅角部には、凹型の円錐面状の光路変換部としての切り欠き11がそれぞれ形成されている。この切り欠き11の円錐面と導光板10背面とがなす角度(図3に示すγ)は、45度以下であり、30度又は45度が選ばれる。円錐面状の切り欠き11にはミラーコーティング11aが施されている。これにより、図3に示すように、導光板10の内部を伝搬して切り欠き11に至った光の光路を、切り欠き11によって導光板10の下方、つまり導光板10の背面に向けて変化させる。尚、ミラーコーティング11aが無くても、切り欠き11の円錐面によって、光路を導光板10の下方に変化させることが可能である。すなわち、導光板10は、完全な四角形である必要はなく、上述のように、角が切り欠かれていたり、又は角が曲面加工されていたりする等の実質的な四角形であってよい。
In addition,
また、本実施の形態では、光変換部材を導光板10の隅角部の切り欠き11として設けたため、導光板10から光変換部材が突出するのを回避している。
In this embodiment, since the light conversion member is provided as the
導光板10の厚さは1〜3mmが主に用いられる。本実施の形態では、厚さ例えば2mmとなっている。導光板10の材料としては、例えばアクリルが用いられ、ポリカーボネート又はガラスでもよい。また導光板10の厚さは1〜3mmが主に用いられるが、これより厚くてもよい。また、導光板10の四角形の大きさは、例えば約1m角とすることができるが、これに制限されるものではない。
The thickness of the
撮像ユニット20・30は、導光板10の円錐面状の切り欠き11の直下に配置されている。つまり、撮像ユニット20・30は、導光板10の端部における互いに離れた二箇所に配設されている。また、撮像ユニット20・30は、導光板10の表面よりも上方には突出していない。
The
上記撮像ユニット20は、レンズ21と可視光カットフィルタ22と撮像素子23とを有している。また、撮像ユニット30も、同様に、レンズ31と可視光カットフィルタ32と撮像素子33とを有している。撮像素子23・33の受光面は、それぞれ、導光板10の表面と平行であるように配設されている。
The
撮像ユニット20・30は、導光板10に接続されており、導光板10を伝搬しない光は撮像素子23・33に結合しない構造になっている。
The
尚、本実施の形態では、切り欠き11が円錐面状に構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、双曲面状又は多角面状に構成されていてもよい。
In the present embodiment, the
(タッチペンの構成)
次に、本実施の形態のタッチペンの構成について、図4及び図5に基づいて説明する。図4は、本実施の形態のタッチペン40の構成を示す平面図である。尚、図4においては、説明の便宜上、筐体の一部を取り外して、内部構造を露出させている。また、図5は、タッチペンの先端に設けられた光散乱部材の構成を示す断面図である。
(Configuration of touch pen)
Next, the structure of the touch pen of this Embodiment is demonstrated based on FIG.4 and FIG.5. FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the
上記タッチペン40は、いわゆるタッチペン又はスタイラスペンと呼ばれる操作用具である。
The
タッチペン40は、図4に示すように、外形となる筐体41の内部に、光を出射する発光素子42aと、該発光素子42aから発光された光をタッチペン40の先端から導光板10へ導入させる導入部42bとを有する発光部42と、電源装置43と、制御装置44とを格納している。そして、タッチペン40の光出射先端側には、光を拡散させる光散乱部材45が導入部42bに固定されて取り付けられている。
As shown in FIG. 4, the
この光散乱部材45は、光拡散材料を含有する樹脂から構成されている。上記光拡散材料としては、ガラスビーズを用いることができる。また、上記樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、又はシリコンラバーを用いることができ、弾性を有して構成されていることが好ましい。弾性材を用いることによって、座標入力装置3Aの導光板10にタッチペン40の先端つまり光散乱部材45を接触させて用いる場合に、導光板10表面を傷付けることなく、かつ、接触によって僅かに接触部分が変形して導光板10表面との接触面積を大きくすることができる。この結果、図5に示すように、導光板10表面に導入される光量を多くすることができる。すなわち、導光板10の内部における深さ方向に対して複数の放射状の方向に、タッチペン40からの光を入射させることができるようになっている。
The
光散乱部材45の光出射面は、図5に示すように、曲面を有している。すなわち、光散乱部材45は概ね半球体であり、直径が例えば2.5〜5.5mmとなっている。直径が2.5よりも小さいと、十分に拡散した光を形成することができない虞がある。また、光散乱部材45を座標入力装置3Aの導光板10に接触させて用いる場合に、十分な接触面積を確保することができる光が十分に導光板10表面に導入されない虞がある。一方、直径が5.5mmを超える場合、拡散光が拡がり過ぎて正確な位置検出を行うことが困難になる虞がある。また、光散乱部材45を座標入力装置3Aの導光板10に接触させる場合に、接触面積が広すぎることから摩擦抵抗が大きくなりすぎて操作性を損なう虞がある。この結果、直径を2.5〜5.5mmとすれば、光を効率よく拡散させることができつつ、位置座標を精度よく検出することができる。また、滑らかな書き味つまりタッチ感を実現することができる。尚、この曲面は、均一な曲率によって構成されている必要はなく、タッチペン40の最も先端部となる領域とそれを囲む領域とで曲率を異ならせてもよい。
The light emitting surface of the
さらに、この曲面には、表面に微細な凹凸形状が設けられていてもよい。この微細な凹凸形状によって、光を拡散させることができる。また、光散乱部材45を座標入力装置3Aの導光板10に接触させて用いる場合、この微細な凹凸形状によって導光板10との接触面積が減少し、摺動させたときの摩擦力が低減するので、滑らかな書き味つまりタッチ感を実現することができる。尚、このように、微細な凹凸形状を設ける態様の場合は、光散乱部材45に光拡散材料を含めることなく樹脂単体で構成し、該樹脂における導光板10との対向領域に微細な凹凸形状を設けることによっても、光拡散効果を奏することができる。換言すれば、光拡散材料を含めるのに加えて微細な凹凸形状を形成すれば、光拡散効果をより高めることができる。微細な凹凸形状は、型成形によって形成することができるが、この方法に限定されるものでない。尚、微細な凹凸形状を設けることにより導光板10との接触面積が減少するが、それによる導入光量の減少は5%程度であるため、位置座標の検出に大きな影響は与えない。
Further, the curved surface may be provided with a fine uneven shape on the surface. Light can be diffused by this fine uneven shape. Further, when the
また、光散乱部材45の光出射面には、耐磨耗加工が施されていることが好ましい。光散乱部材45がポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂によって構成されている場合には不要であるが、光散乱部材45自体が耐磨耗に優れていない他の材料から構成されている場合には、その光出射面に耐磨耗加工を施すことは有効である。耐磨耗加工とは、特に制限はないが、例えばポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂を光散乱部材45の光出射面にコーティングする加工が挙げられる。
Further, the light emitting surface of the
さらに、この光散乱部材45は、タッチペン40に対して着脱可能に構成されている。これにより、光散乱部材45が何らかの理由で損傷した場合又は経時劣化した場合であっても、光散乱部材45を交換するだけでタッチペン40の使用を継続することができる。また、タッチペン40自体を交換する構成に比べて、低コストで使用を継続することができる。さらに、着脱可能であるために、光散乱部材45が取り付けられる側の部材である導入部42bには、光散乱部材45と接触する部分に、溝構造、咬合する構造、又は嵌め合う構造を設ける一方、光散乱部材45には、その構造に合う構造を設けておくことが好ましい。尚、本実施の形態では、導入部42bに光散乱部材45を取り付ける態様となっている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、筐体41に光散乱部材45を取り付ける態様であってもよく、他の態様であってもよい。
Further, the
上記発光素子42aは、例えば赤外光等の光を発するLED(light emitting diode)又はLD(laser diode)を用いることができる。尚、LED又はLDは、1つのタッチペン40に対して1つだけ設けられている構成に限らず、複数個を搭載してもよい。
As the
上記電源装置43は、例えば電池を内蔵する構成とすることができるほか、充電式に構成されていてもよい。
The
上記制御装置44は、発光素子42aの発光を制御する。例えば、発光素子42aが導光板10に接触したときにのみに発光する仕組み等が盛り込まれる。この仕組みは感圧スイッチ等を用いることにより構成され、発光時間を制御できるため、消費電力を低減し、電池寿命を延ばすことができる。
The
上記構成のタッチペン40では、電源装置43から電源を受けた発光素子42aは所定波長の光を発光する。この発光素子42aから発光された光は、導入部42bを経て光散乱部材45に入射し、該光散乱部材45の光拡散材料及び上記微細な凹凸形状によって乱反射する。そして、光散乱部材45の光出射面から拡散光となって出射される。
In the
以上のように、タッチペン40には、光を出射する発光部42が設けられており、ペン先から光が拡散放射される構成となっている。したがって、タッチペン40のペン先が導光板10に接触すると、ペン先から放射された赤外光の一部が、導光板10に結合して、導光板10内を伝搬する。タッチペン40は、ペン先から光を拡散放射するため、導光板10に結合した光は、導光板10内を拡散放射しながら導光伝搬される。
As described above, the
そして、図3に示すように、導光板10の内部を伝搬する伝搬光10a・10bは、切り欠き11を介して撮像ユニット20・30にそれぞれ入射する。撮像ユニット20・30では、撮像素子13から得られる各画像から、タッチペン40が接触した箇所における導光板10の二次元平面内での撮像ユニット20・30とのなす角度を求める。これにより、以下に述べる2次元座標の算出原理に基づいて、二次元平面内での位置座標を精度よく求めることができる。
As shown in FIG. 3, the propagation lights 10 a and 10 b propagating through the
(2次元座標位置の算出)
上述のようにして求めた、タッチペン40が接触した箇所における導光板10の二次元平面内での撮像ユニット20・30とのなす角度を用いて、タッチペン40が接触した箇所における2次元座標位置の算出方法について、前記図2及び図3、並びに図6(a)(b)に基づいて、以下に説明する。図6(a)は座標入力装置3Aにおける撮像ユニット20での撮像状況を示す斜視図であり、図6(b)は撮像ユニット20の撮像素子23での像を示す平面図である。
(Calculation of 2D coordinate position)
Using the angle formed with the
図3に示すように、まず、タッチペン40のペン先が座標入力装置3Aにおける導光板10の表面に接触したとき、タッチペン40から放射される赤外光の一部が屈折率Nの導光板10内に入射する。この入射光のうち、導光板10内の伝搬角θP が、
sin(90°−θP )>1/N
に示す条件を満たす光束は、導光板10内に閉じ込められ、導光板10の表面、及び裏面での反射を繰り返し、導光板10内を進行する。
As shown in FIG. 3, first, when the pen tip of the
sin (90 ° −θ P )> 1 / N
The light flux that satisfies the conditions shown in FIG. 5 is confined in the
ここで、図2に示すように、タッチペン40から発せられた赤外光はペン先を中心にして導光板10の2次元平面に対して放射状に拡散され、導光板10内を伝搬する。そして、その光束のうちの一部における伝搬光10a・10bは、円錐面状の切り欠き11の端面にも導かれ、該端面の反射光が撮像ユニット20・30にて受光される。具体的には、切り欠き11の端面の反射光は、レンズ21・31にて集光され、続いて、可視光カットフィルタ22・32を通って、最後に撮像素子23・33に受光される。可視光カットフィルタ22・32は、タッチペン40から放射される波長帯の光を透過し、それ以外の波長帯の光を遮断する役割を果たす。可視光カットフィルタ22・32により、太陽光や、液晶表示パネル用バックライト光等の迷光が遮断され、SN比を高くすることができる。
Here, as shown in FIG. 2, the infrared light emitted from the
次に、撮像ユニット20・30の処理について、図6(a)(b)に基づいて説明する。尚、図6(a)(b)においては、撮像ユニット20についてのみ説明するが、撮像ユニット30においても同様の処理が行われる。
Next, the processing of the
図2及び図6(a)に示すように、撮像ユニット20・30に入射した光は、レンズ21・31を経て、撮像素子23・33に線状の像25を形成する。線状の像25の位置はタッチペン40の位置によって変化し、撮像ユニットの取得画像を分析することにより、伝搬光10a・10bと導光板10の一辺とがなす角度α・βがそれぞれ求められ。そして、この角度α・βにより、三角測量法を用いて発光源となるペン先が接した点の位置座標が求められる。
As shown in FIG. 2 and FIG. 6A, the light incident on the
詳細には、図6(a)において、タッチペン40が点P1 の位置にあるとき、図6(b)にも示すように、線状の像25が形成される。また、このタッチペン40が点P2 の位置に移動したとき、線状の像27が形成される。
Specifically, in FIG. 6 (a), the case where the
光を照射している状態にあるタッチペン40のペン先が導光板10に接触していないとき、撮像素子23の取得画像には何も現れない。一方、発光部42から光を照射している状態にあるタッチペン40のペン先が導光板10に接触して赤外光が導光板10に結合すると、その光束のうちの一部における伝搬光10aが撮像素子23に導かれ、撮像素子23の撮像面に線状の像が形成され、取得画像上に線状の像25が現れる。
When the pen tip of the
図6(b)に示す線状の像25の位置は、タッチペン40のペン先における接触点の位置に依存して変化し、ペン先の接触点の位置を変えると、線状の像25は線状の像27のように変化する。その線状の像25・27の軌跡は一点鎖線で示した扇形状26になる。その扇形の中心と線状の像25を結ぶ線分の傾き角度α1 ’(円弧の中心を回転中心とする)は、タッチペン40と撮像素子23を結ぶ線分と導光板10の上記或る一辺とがなす角度α1 と同じ角度になる。したがって、撮像素子の取得画像から傾き角度α1 ’が求められ、この傾き角度α1 ’から角度α1 が求められる。同様に、タッチペン40が点P2 の位置に移動すると、線状の像27が形成され、その線状の像27の傾き角度α2 ’を求めることにより、角度α2 が求められる。
The position of the
撮像素子23についても同様に取得画像の分析から発光点の位置が特定され、タッチペン40と撮像素子23とを結ぶ線分と導光板10の上記或る一辺とがなす角度βが求められる。
Similarly, for the
そして、撮像素子23と撮像素子33との間の間隔をL、撮像素子23からの画像を読み取り求めた輝点の角度をα、撮像素子23からの取得画像を読み取り求めた輝点の角度をβとしたとき、輝点の座標(X、Y)は下記の関係式(1)及び関係式(2)
Y=tanα・X …関係式(1)
Y=tanβ・(L−X) …関係式(2)
を満足する。これを解くと、輝点の座標(X、Y)は、
X=tanβ・L/(tanα+tanβ) …式(3)
Y=(tanα・tanβ)・L/(tanα+tanβ) …式(4)
と表され、上述のように求めた角度α・βと、予め求めることができる間隔Lとにより、ペン先が接触した地点の座標X・Yが求められる。このうち間隔Lは撮像素子23と撮像素子33との間の間隔であり、固定の値である。角度α・βを求めることにより、ペン入力位置の座標X・Yを求めることができる。
The distance between the
Y = tan α · X (1)
Y = tan β · (L−X) ... Relational expression (2)
Satisfied. Solving this, the coordinates (X, Y) of the bright spot are
X = tan β · L / (tan α + tan β) Equation (3)
Y = (tan α · tan β) · L / (tan α + tan β) (4)
The coordinates X and Y of the point where the pen tip contacts are obtained from the angles α and β obtained as described above and the interval L that can be obtained in advance. Among these, the space | interval L is a space | interval between the image pick-up
尚、撮像素子23と撮像素子33との間の間隔Lとは、レンズ21の光軸中心とレンズ31の光軸中心との間の距離である。
The distance L between the
タッチペン40の位置座標を以上の方法で求めるために、座標入力システム1には、図2に示すように、検出部4を設けている。検出部4は座標入力装置3Aに設けることができる。
In order to obtain the position coordinates of the
また、以上の方法にて求められたタッチペン40の位置座標に基づいて、液晶表示パネル2の位置座標に対応する位置にある画素を駆動して、ユーザが、タッチペン40のタッチ位置を視認することができるようにすることが可能である。そのためには、液晶表示パネル2の駆動を制御する図示しない制御部が、位置座標検出部で求めた位置座標の情報を取得して、該情報に基づいて液晶表示パネル2を駆動すればよい。
Further, based on the position coordinates of the
(複数の撮像ユニットの選択)
本実施の形態の座標入力装置3Aでは、図1に示すように、被検出体としてのタッチペン40の接触位置Pが導光板10における受光手段としての撮像ユニット20・30の近傍位置の領域Sである場合には、検出限界を越えるので、検出精度が低くなる。すなわち、三角測量法での算出において、2つの撮像ユニット20・30を結ぶ線に対する少なくとも1個の撮像ユニット20又は撮像ユニット30への入射角度が鋭角過ぎる場合には、計算しても誤差が大きくなるので、検出精度が低くなる。
(Selecting multiple imaging units)
In the coordinate
この課題を回避すべく、撮像ユニット20・30への入射角度が鋭角過ぎるのを防止するために額縁幅を広くしたのでは、装置のコンパクト化を図ることができない。
In order to avoid this problem, if the frame width is increased in order to prevent the incident angle on the
このため、本実施の形態では、このような位置検出が困難となる領域の発生を回避すべく、受光手段を少なくとも3つ設けている。具体的には、図1に示すように、撮像ユニット20・30・50・60を、方形の導光板10の隅角部に設けている。このように、撮像ユニット20・30・50・60を方形の導光板10の隅角部に設けた場合には、額縁幅が広くなることはない。
For this reason, in this embodiment, at least three light receiving means are provided in order to avoid the occurrence of such a region where position detection is difficult. Specifically, as shown in FIG. 1, the
しかしながら、このように撮像ユニット20・30・50・60を4つ設けた場合には、逆に、撮像ユニット20・30・50・60のうちのいずれの2つの撮像ユニットにおける出力に基づいて、位置検出を行うべきかが問題となる。
However, when four
そこで、本実施の形態では、選択手段として選択部7を設けて、タッチペン40における導光板10の表面への接触位置Pに基づく撮像ユニット20・30・50・60からの出力に基づいて、いずれの2つの撮像ユニットの出力によって接触位置Pの座標を求めるかを選択するようになっている。
Therefore, in the present embodiment, the
この結果、撮像ユニット20・30・50・60からの出力に基づいて2つの撮像ユニットを選択するので、少なくとも3つの撮像ユニット20・30・50・60がある場合においても最適な撮像ユニット20・30、撮像ユニット20・50、撮像ユニット50・60、撮像ユニット60・30のいずれかを選択することができる。
As a result, since the two imaging units are selected based on the outputs from the
したがって、三角測量法を用いてタッチペン40の接触位置Pを検出する場合に、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置3A、及び座標入力方法を提供することができる。
Therefore, when detecting the contact position P of the
ここで、選択部7における撮像ユニット20・30・50・60の選択方法について説明する。ここでは、受光手段は例えば撮像ユニット20・30・50の3つであるとして、図7に基づいて説明する。図7は撮像ユニット20・30・50の選択方法を示す平面図である。
Here, the selection method of the
まず、本実施の形態の座標入力装置3Aでは、導光板10を複数の領域に分割する。例えば、図7に示すように、導光板10の縦及び横の半分に分割して、分割領域D1〜D4とする。そして、分割領域D1〜D4毎に、撮像ユニット20・30・50のうちのいずれの一組の撮像ユニット20・30又は撮像ユニット20・50を選択すれば最も精度の高い位置検出ができるかを実測によって決定する。尚、分割領域D1〜D4は、必ずしもこれに限らず、より、細かく分割することも可能である。また、本実施の形態では、撮像ユニット30・50の組み合わせについては考慮していない。すなわち、撮像ユニット間距離の明確な撮像ユニット20・30又は撮像ユニット20・50の組み合わせしか考えていない。ただし、必ずしもこれに限らず、撮像ユニット30・50の組み合わせを用いることも可能である。
First, in the coordinate
実測の結果、例えば、図8に示す撮像ユニット20・30・50の各出力が得られたとする。ここで、本実施の形態では、撮像ユニット20・30又は撮像ユニット20・50の組み合わせのいずれを選択するかの判断基準として、
判断基準1:検出出力の大きい撮像ユニットを選択する。
As a result of the actual measurement, for example, it is assumed that outputs of the
Judgment criterion 1: An imaging unit having a large detection output is selected.
判断基準2:近くの撮像ユニットを選択する。
を用いている。
Judgment criterion 2: Select a nearby imaging unit.
Is used.
したがって、例えば、分割領域D1の接触位置P1 では、検出出力の大きい撮像ユニットを選択する判断基準1により撮像ユニット20・50を選択する。また、分割領域D2の接触位置P2 では、近くの撮像ユニットを選択する判断基準2により撮像ユニット20・50を選択する。分割領域D3の接触位置P3 では、検出出力の大きい撮像ユニットを選択する判断基準1により撮像ユニット20・30を選択する。分割領域D4の接触位置P4 では、近くの撮像ユニットを選択する判断基準2により撮像ユニット20・30を選択する。
Thus, for example, the contact position P 1 of the divided regions D1, the criterion 1 to select a large imaging unit detection output selecting imaging unit 20 - 50. Further, the contact position P 2 of the divided regions D2, selects the
一方、本実施の形態では、検出限界以内においては、その検出限界以内の角度を示す撮像ユニット20・30・50・60を採用しないようにしている。具体的には、図1に示すように、2つの撮像ユニット20・30間における近傍位置の領域Sは、各撮像ユニット20・30からの角度が極度の鋭角となるので、検出精度が低くなる。そこで、本実施の形態では、図1に示すように、撮像ユニット20・30・50からの接触位置への視認角度が閾値角度以下であるか否かを判断する判断手段としての判断部5を設けている。そして、判断部5は、閾値角度として例えば10度を採用しており、撮像ユニット20・30では閾値角度10度以下となる領域Sでは、最初から撮像ユニット20・30を選択しないように設定し、他の撮像ユニット20・50を選択するようにしている。この撮像ユニット20・50は、撮像ユニット20・30に対して導光板10の一辺の一端に設けた撮像ユニット20と、該一辺に対向する辺の少なくとも一方の端部に設けた撮像ユニット50との組み合わせになっている。これにより、閾値角度10度以下となる場合に、その撮像ユニット20・30を選択することが回避できるようになっている。
On the other hand, in the present embodiment, the
そして、本実施の形態ではこれら分割領域D1〜D4・領域Sにおける撮像ユニット20・30又は撮像ユニット20・50の組み合わせは、図1に示すように、記憶手段としての記憶部6に記憶されている。
In the present embodiment, the combinations of the
したがって、実際のタッチペン40における導光板10の表面への接触位置Pを検出する場合には、まず、全ての撮像ユニット20・30・50からの出力に基づいて、おおよその位置を算出する。この場合、2つの座標が得られた場合には、例えばその中間位置をおおよその位置として算出する。そして、求まったおおよその位置が、分割領域D1〜D4におけるいずれに属するかを求める。その後、その分割領域D1〜D4に基づいて記憶部6に記憶された選択すべき2つの撮像ユニット20・30又は撮像ユニット20・50の組み合わせを選択して、タッチペン40の接触位置Pの座標を求める。この結果、その分割領域D1〜D4の最適な2つの撮像ユニット20・30又は撮像ユニット20・50によるタッチペン40の接触位置Pが求まるので、検出品質の向上を図ることができる。
Therefore, when detecting the contact position P to the surface of the
このように、本実施の形態の座標入力装置3Aでは、板状の導光板10と、導光板10の内部を伝搬する伝搬光を受光する少なくとも2つの撮像ユニット20・30と、導光板10の表面にタッチペン40を接触したときの該接触に基づく伝搬光を検知した撮像ユニット20・30の出力に基づいて、三角測量法を用いてタッチペン40における導光板10の表面への接触位置の座標を用いて求める検出部4とを備えている。そして、受光手段は、少なくとも3つの撮像ユニット20・30・50が設けられている。また、タッチペン40における導光板10の表面への接触位置Pに基づく撮像ユニット20・30・50からの出力に基づいて、いずれの2つの撮像ユニット20・30又は撮像ユニット20・50の出力によって接触位置Pの座標を求めるかを選択する選択部7が設けられている。
Thus, in the coordinate
また、本実施の形態の座標入力方法は、座標入力装置3Aを用いた座標入力方法であって、タッチペン40における導光板10の表面への接触位置Pに基づく撮像ユニット20・30・50からの出力に基づいて、いずれの2つの撮像ユニット20・30又は撮像ユニット20・50の出力によって接触位置Pの座標を求めるかを選択する。
In addition, the coordinate input method according to the present embodiment is a coordinate input method using the coordinate input device 3 </ b> A, and is obtained from the
この結果、撮像ユニット20・30・50からの出力に基づいて2つの撮像ユニット20・30又は撮像ユニット20・50を選択するので、少なくとも3つの撮像ユニット20・30・50がある場合においても最適な受光手段を選択することができる。
As a result, since the two
したがって、三角測量法を用いてタッチペン40の接触位置Pを検出する場合に、位置検出が困難となる領域Sでの検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置3A、及び座標入力方法を提供することができる。
Therefore, when detecting the contact position P of the
また、本実施の形態の座標入力装置3Aでは、板状の導光板10は、方形に形成されており、少なくとも3つの撮像ユニット20・30・50は、方形の導光板10の隅角部にそれぞれ設けられ、導光板10を複数の分割領域D1〜D4に分割し、分割領域D1〜D4毎に予め実測して求めた選択すべき2つの撮像ユニット20・30又は撮像ユニット20・50が記憶された記憶部6を備えている。そして、選択部7は、タッチペン40における導光板10の表面への接触位置Pに基づく撮像ユニット20・30又は撮像ユニット20・50からの出力に基づいて、タッチペン40の接触位置Pがどの分割領域D1〜D4に属するかを判断した後、記憶部6に記憶された選択すべき2つの撮像ユニット20・30又は撮像ユニット20・50を選択する。
In the coordinate
この結果、その分割領域D1〜D4の最適な2つの撮像ユニット20・30又は撮像ユニット20・50によるタッチペン40の接触位置Pが求まるので、検出品質の向上を図ることができる。
As a result, the optimum contact position P of the
また、本実施の形態の座標入力装置3Aでは、検出部4は、三角測量法に必要な2つの撮像ユニット20・30を結ぶ線に対する少なくとも1つの撮像ユニット20又は撮像ユニット30からの接触位置Pへの視認角度が閾値角度以下であるか否かを判断する判断部5を備えている。そして、選択部7は、接触位置Pの座標を求めるべく、方形の導光板10における一辺の両端に設けた撮像ユニット20・30を選択した結果、判断部5により、少なくとも1つの撮像ユニット20又は撮像ユニット30からの接触位置Pへの視認角度が閾値角度以下であると判断とされたときには、上記一辺の一端に設けた撮像ユニット20と、上記一辺に対向する辺の少なくとも一方の端部に設けた撮像ユニット50とを選択する。
Further, in the coordinate
このため、閾値角度を用いて検出限界であるか否かを判断するので、判断基準が明確かつ客観的となり、品質の向上を図ることができる。 For this reason, since it is judged whether it is a detection limit using a threshold angle, a judgment standard becomes clear and objective, and it can aim at the improvement of quality.
また、三角測量法に必要な2つの撮像ユニット20・30を結ぶ線に対する少なくとも1つの撮像ユニット20又は撮像ユニット30からの接触位置Pへの視認角度が閾値角度以下となることを回避することができる。
Further, it is possible to avoid that the visual angle to the contact position P from at least one
また、接触位置Pへの視認角度が閾値角度以下となる場合に、一辺の一端に設けた撮像ユニット20と、上記一辺に対向する辺の少なくとも一方の端部に設けた撮像ユニット50とを選択することによって、無駄な演算を省略して、タッチペン40における精度の高い接触位置を短時間にて求めることが可能となる。
In addition, when the viewing angle to the contact position P is equal to or smaller than the threshold angle, the
また、これにより、額縁幅を広くすることなく、タッチペン40における精度の高い接触位置Pを求めることができる。
In addition, this makes it possible to obtain a highly accurate contact position P on the
また、本実施の形態の座標入力装置3Aでは、被検出体は、導光板10の表面に接触することによって導光板10に光を入射させる発光部42を有するタッチペン40からなっている。そして、導光板10には、タッチペン40の発光部42から導光板10にそれぞれ入射して導光板10の内部を伝搬する伝搬光10a・10bを撮像ユニット20・30・50へ出射する切り欠き11が設けられ、撮像ユニット20・30・50は、伝搬光10a・10bにおける導光板10からの出射光を受光する。
Further, in the coordinate input device 3 </ b> A of the present embodiment, the detection target includes the
これにより、タッチペン40から発光され、導光板10を導光して出射された伝搬光10a・10bの出射光は、切り欠き11を介して2つの撮像ユニット20・30又は撮像ユニット20・50へそれぞれ出射される。この結果、撮像ユニット20・30・50には、伝搬光10a・10bの出射光の例えば線状の像が現れるので、それぞれの撮像ユニット20・30・50の像にてタッチペン40における、撮像ユニット20・30間又は撮像ユニット20・50間の一辺の両角を求めることができ、三角測量法にて、タッチペン40が接触した導光板10上の位置の平面座標を検出することができる。
Thereby, the emitted light of the propagating
また、本実施の形態では、タッチペン40からの発光部42から発光された光は、導光板10の上方の空気中を光路とするのではなく、導光板10の内部を光路としている。このため、タッチペン40を持つ指等でタッチペン40の光路が遮蔽されてタッチペン40の座標位置を求めるために補間処理をすることもないので、確実、かつ精度よく検出できる。
In the present embodiment, the light emitted from the
したがって、被検出体としてタッチペン40を用いる場合に、三角測量法を用いてタッチペン40の接触位置Pを検出するときに、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置3Aを提供することができる。
Therefore, when the
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態について図9〜図13に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態1と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. The configurations other than those described in the present embodiment are the same as those in the first embodiment. For convenience of explanation, members having the same functions as those shown in the drawings of the first embodiment are given the same reference numerals, and explanation thereof is omitted.
前記実施の形態1における座標入力装置3A及び座標入力システム1では、被検出体は、発光ペンとしてのタッチペン40を使用するものであった。しかし、本実施の形態の座標入力装置3B及び座標入力システム1では、被検出体として指を使用する点が異なっている。
In the coordinate
最初に、被検出体としての指を検出するための基本構成について説明する。 First, a basic configuration for detecting a finger as an object to be detected will be described.
(座標入力システムの基本構成)
本実施の形態の座標入力装置を備えた座標入力システムの基本構成について、図9に基づいて説明する。図9は、上記座標入力システムの構成を示す斜視図である。
(Basic configuration of coordinate input system)
A basic configuration of a coordinate input system including the coordinate input device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a perspective view showing the configuration of the coordinate input system.
本実施の形態の座標入力システム1は、図9に示すように、画像表示パネルとしての液晶表示パネル2と、この液晶表示パネル2の上側に設けられた座標入力装置3Bとを備えている。
As shown in FIG. 9, the coordinate input system 1 according to the present embodiment includes a liquid
上記液晶表示パネル2は、一対の図示しない基板間に液晶層を挟持しており、各基板には、電圧印加によって当該液晶層の液晶分子の配向を変えるための各種電極が少なくとも設けられている。そして、電圧印加によって液晶分子の配向を変化させることによって、各画素の液晶層を透過する光の透過量を調整して所望の表示を行う。液晶表示パネル2の構成は、従来周知の液晶表示パネルを用いることができる。
The liquid
上記座標入力システム1では、液晶表示パネル2に表示された画面を見ながら、液晶表示パネル2の上側に設けられた座標入力装置3Bの後述する導光板10上に被検出体としての例えば指8を接触させることにより、その指8における接触位置の座標が特定され、所望のデータ入力ができるようになっている。
In the coordinate input system 1, for example, a finger 8 as a detected object is placed on a light guide plate 10 (to be described later) of a coordinate input device 3 </ b> B provided on the upper side of the liquid
(座標入力装置の基本構成)
次に、上記座標入力システム1に備えられた座標入力装置3Bの基本構成について、前記図9、及び図10に基づいて以下に詳述する。図10は、図9のA−A線矢視断面図である。
(Basic configuration of coordinate input device)
Next, the basic configuration of the coordinate
上記座標入力装置3Bは、図9に示すように、四角形つまり方形の透明の導光部材としての導光板10と、導光板10の一辺の両端にそれぞれ配設された受光手段としての撮像ユニット20・30と、導光板10の三辺の周辺に設けられた光源としての光源ユニット9と、検出手段としての検出部4とを有している。
As shown in FIG. 9, the coordinate input device 3 </ b> B includes a
導光板10は、透光性材料からなる一枚の平板からなっており、液晶表示パネル2の表示面側に重ねて配設されている。導光板10の大きさは、液晶表示パネルと略同じ大きさの四角形となっている。詳細には、図9に示すように、撮像ユニット20・30を配設する一辺側が液晶表示パネル2よりも大きく構成されている。これにより、撮像ユニット20・30の少なくとも一部分を、導光板10の背面側に配設することができる。この結果、座標入力装置3Bの指8における導光板10への接触面に沿って拡がる方向のサイズの大型化を抑制し、座標入力装置3Bのコンパクトサイズの実現に寄与している。
The
また、導光板10における撮像ユニット20・30を配設する2箇所の隅角部には、凹型の円錐面状の光路変換部としての切り欠き11がそれぞれ形成されている。この切り欠き11の円錐面と導光板10背面とがなす角度(図10に示すγ)は、45度以下であり、30度又は45度が選ばれる。円錐面状の切り欠き11にはミラーコーティング11aが施されている。これにより、図10に示すように、導光板10の内部を伝搬して切り欠き11に至った光の光路を、切り欠き11によって導光板10の下方、つまり導光板10の背面に向けて変化させる。尚、ミラーコーティング11aが無くても、切り欠き11の円錐面によって、光路を導光板10の下方に変化させることが可能である。すなわち、導光板10は、完全な四角形である必要はなく、上述のように、角が切り欠かれていたり、又は角が曲面加工されていたりする等の実質的な四角形であってよい。
In addition,
また、本実施の形態では、光変換部材を導光板10の隅角部の切り欠き11として設けたため、導光板10から光変換部材が突出するのを回避している。
In this embodiment, since the light conversion member is provided as the
導光板10の厚さは1〜3mmが主に用いられる。ただし、これよりも厚くてもよい。本実施の形態では、厚さが例えば2mmとなっている。導光板10の材料としては、例えばアクリルが用いられ、ポリカーボネート又はガラスでもよい。また、導光板10の四角形の大きさは、例えば約1m角とすることができるが、これに制限されるものではない。
The thickness of the
撮像ユニット20・30は、導光板10の円錐面状の切り欠き11の直下に配置されている。つまり、撮像ユニット20・30は、導光板10の端部における互いに離れた二箇所に配設されている。また、撮像ユニット20・30は、導光板10の表面よりも上方には突出していない。
The
上記撮像ユニット20は、レンズ21と可視光カットフィルタ22と撮像素子23とを有している。また、撮像ユニット30も、同様に、レンズ31と可視光カットフィルタ32と撮像素子33とを有している。本実施の形態の撮像素子23・33は、例えば2次元のイメージセンサからなっている。ただし、必ずしも2次元に限らず、1次元のイメージセンサであってもよい。
The
撮像素子23・33の受光面は、それぞれ、導光板10の表面と平行であるように配設されている。
The light receiving surfaces of the
撮像ユニット20・30は、導光板10に接続されており、導光板10を伝搬しない光は撮像素子23・33に結合しない構造になっている。
The
尚、本実施の形態では、切り欠き11が円錐面状に構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、多角面状に構成されていてもよい。
In the present embodiment, the
次に、本実施の形態では、導光板10の周辺に光源としての光源ユニット9が設けられている。
Next, in the present embodiment, a
すなわち、座標入力装置3Bには、導光板10における三辺の周辺には、該導光板10に光を入射させる複数のLED(light emitting diode)9aを並べた光源としての光源ユニット9が該三辺に沿って設けられている。この三辺は、両端に撮像ユニット20・30が設けられた導光板10の一辺とは異なる三辺である。この結果、導光板10における三辺の光源ユニット9は、撮像ユニット20・30に対向しており、上記撮像ユニット20・30は、光源ユニット9からの照明光の照射範囲内に設けられていることになる。尚、本発明においては、必ずしも導光板10における三辺の周辺に限らず、例えば、両端に撮像ユニット20・30が設けられた導光板10の一辺とは異なる他の一辺の周辺であってもよい。
That is, the coordinate
光源ユニット9に複数並べられたLED9aは、例えば赤外光等の光を発するようになっている。ただし、必ずしも赤外光に限らず、可視光、紫外光であってもよい。また、必ずしもLED9aを使用する必要はなく、LD(laser diode)等を用いることもできる。
A plurality of
次に、座標入力装置3Bには、図9に示すように、検出手段としての検出部4が設けられている。この検出部4は、指8による光散乱又は光吸収による光減衰に基づく撮像素子23・33の出力強度の減少を検知して、指8における導光板10の表面への接触位置の座標を求めるものである。具体的には、CPUからなっている。
Next, as shown in FIG. 9, the coordinate
ここで、本実施の形態の座標入力システム1では、被検出体として例えば指8が使用される。ただし、必ずしも指8に限らず、棒状のタッチペン等の被検出体であってもよい。 Here, in the coordinate input system 1 of this Embodiment, the finger | toe 8 is used as a to-be-detected body, for example. However, the detection target is not necessarily limited to the finger 8 and may be a detected object such as a stick-shaped touch pen.
(座標入力装置の座標検出原理)
上記構成の座標入力装置3Bにおける、指6が導光板10に接触されたときの座標検出原理について、図9、図10及び図11(a)(b)に基づいて以下に説明する。図11(a)は指8が導光板10に接触されていないときの撮像素子23の出力像を示す平面図であり、図10(b)は指8が導光板10に接触されたときの撮像素子23の出力像を示す平面図である。
(Coordinate detection principle of coordinate input device)
The coordinate detection principle when the
まず、座標入力装置3Bでは、図9及び図10に示すように、導光板10における少なくとも一辺の周辺に沿って複数設けられたLED9a…から、導光板10に光が入射される。
First, in the coordinate
導光板10に入射された光は、導光板10の内部を伝搬光として導光し、切り欠き11を介して少なくとも2箇所に設けられた撮像素子23・33へそれぞれ出射される。これにより、撮像素子23では、図11(a)に示すように、切り欠き11の形状に基づく、扇形状の明部23aの出力像が得られる。尚、図11(a)では、撮像素子23の出力像しか示していないが、撮像素子33の出力像も同様である。
The light incident on the
この状態において、被検出体としての指8を導光板10の表面に接触させると、その接触位置での伝搬光が乱される。この結果、撮像素子23・33での受光量に強度低下が生じる。具体的には、図11(b)に示すように、明部23aの中に、線状の暗部BLが生じる。したがって、撮像素子23・33におけるこの受光量の強度低下を示す暗部BLを検知することにより、検出部4にて、指8における導光板10の表面への接触位置の座標を求めることができる。尚、撮像素子23・33が、1次元のイメージセンサである場合には、点の像が現れる。
In this state, when the finger 8 as the detection object is brought into contact with the surface of the
この検出原理について、詳述する。 This detection principle will be described in detail.
図10に示すように、周囲が空気である導光板10の端部に設けられたある1つのLED9aから赤外光が屈折率Nの導光板10内に入射する。この入射光のうち、導光板10内の伝搬角θP が、
sin(90°−θP)>1/N
に示す条件(全反射条件)を満たす光束は、導光板10内に閉じ込められ、導光板10の表面、及び裏面での反射を繰り返し、導光板10内を進行する。
As shown in FIG. 10, infrared light enters the
sin (90 ° −θ P )> 1 / N
The light beam satisfying the condition (total reflection condition) is confined in the
ここで、導光板10の表面に屈折率Nmの物質が接触すると、全反射条件は、
sin(90°−θP)>Nm/N
となる。このため、一部の光は、全反射条件を満足することができなくなり、導光板10内に閉じ込められなくなって、屈折率Nmの物質側に入射する。例えば、人間の皮膚の屈折率は約1.37であるため、指6が導光板10に接触することにより、導光板10内に閉じ込められる光量が減少する。
Here, when a substance having a refractive index of Nm contacts the surface of the
sin (90 ° −θ P )> Nm / N
It becomes. For this reason, a part of the light cannot satisfy the total reflection condition, is not confined in the
すなわち、導光板10に指8が接触しなければ、導光板10内の照明光は、指8の接触位置にてそのまま全反射して、撮像素子23・33に入射されるが、指8の存在による光散乱又は光吸収による光減衰によって、撮像素子23・33に向かう伝搬光の光量が減少する。この結果、図11(b)に示すように、図11(a)に示す扇形状の明部23aとなった出力像に線状の暗部BLが現れる。したがって、この暗部BLに基づいて、後述するように、検出部4にて、指8における導光板10の表面への接触位置の座標を求めることができる。尚、図11(b)では、撮像素子23の出力像しか示していないが、撮像素子33の出力像も同様である。
That is, if the finger 8 does not contact the
(2次元座標位置の算出方法)
上述のようにして検知した撮像素子23・33の暗部BLに基づいて、検出部4における指8が接触した箇所における2次元座標位置の算出方法について、前記図9及び図10、並びに図12(a)(b)に基づいて、以下に説明する。図12(a)は座標入力装置3Bにおける撮像ユニット20での撮像状況を示す斜視図であり、図12(b)は撮像ユニット20の撮像素子23での像を示す平面図である。
(Calculation method of 2D coordinate position)
Based on the dark portions BL of the
まず、本実施の形態では、指8が接触した箇所における導光板10の2次元平面内での撮像ユニット20・30とのなす角度と撮像素子23・33間の距離とを用いて、三角測量法にて指8が接触した箇所における2次元座標位置を算出する。
First, in the present embodiment, triangulation is performed using the angle between the
最初に、指8が導光板10に接触していないときの撮像素子23・33に出力像の検出について説明する。
First, detection of an output image in the
まず、図10に示すように、導光板10の端部に設けられたある1つのLED9aから赤外光が屈折率Nの導光板10内に入射する。この入射光のうち、導光板10内の伝搬角θP が、
sin(90°−θP )>1/N
に示す条件(全反射条件)を満たす光束は、導光板10内に閉じ込められ、導光板10の表面、及び裏面での反射を繰り返し、導光板10内を進行する。
First, as shown in FIG. 10, infrared light enters the
sin (90 ° −θ P )> 1 / N
The light beam satisfying the condition (total reflection condition) is confined in the
ここで、図9に示すように、その光束のうちの一部における伝搬光10a・10bは、円錐面状の切り欠き11・11の端面にも導かれ、該端面の反射光が撮像ユニット20・30にて受光される。具体的には、切り欠き11・11の端面の反射光は、レンズ21・31にて集光され、続いて、可視光カットフィルタ22・32を通って、最後に撮像素子23・33に受光される。可視光カットフィルタ22・32は、LED9aにて発光される波長帯の光を透過し、それ以外の波長帯の光を遮断する役割を果たす。可視光カットフィルタ22・32により、太陽光や、液晶表示パネル用バックライト光等の迷光が遮断され、SN比を高くすることができる。
Here, as shown in FIG. 9, the
次いで、図12(a)に示すように、撮像ユニット20に入射した光は、レンズ21を経て、撮像素子23に線状の像を形成する。ここで、LED9a…は複数存在しており、広範囲の角度から導光板10に入射される。このため、図12(b)において一点鎖線で示すように、撮像素子23に線状の複数の像が集合して扇形状になり、図12(a)に示すように、撮像素子23において明部23aの出力像として現れる。
Next, as shown in FIG. 12A, the light incident on the
次に、この状態で、図12(a)に示すように、指8が導光板10における例えば点P1 の位置に接触されたときの撮像素子23・33に出力像の検出について説明する。
Next, in this state, as shown in FIG. 12 (a), the detection will be described of the output image on the
この場合、図10に示すように、指8の導光板10への接触によって、導光板10内の伝搬角θP の光が散乱又は吸収され、この結果、光量が減縮される。光量が減縮された伝搬光10aは、円錐面状の切り欠き11の端面に導かれ、該端面の反射光が撮像ユニット20にて受光される。そして、撮像ユニット20に入射した光は、レンズ21を経て、図12(b)に示すように、撮像素子23において扇形状の明部23aの中に線状の暗部BL1 の像を形成する。
In this case, as shown in FIG. 10, by contact with the
また、この指8が点P2 の位置に移動したとき、線状の暗部BL2 の像が形成される。 Also, the fingers 8 when moved to the position of the point P 2, the image of the linear dark portion BL 2 is formed.
図12(b)に示す線状の暗部BL1・BL2の位置は、指8における接触点の位置に依存して変化し、指8の接触点の位置を変えると、線状の暗部BL1の像は、線状の暗部BL2の像のように変化する。その線状の暗部BL1・BL2の像の軌跡は一点鎖線で示した扇形状の明部23aの内部に存在する。その扇形の中心と線状の暗部BL1の像を結ぶ線分の傾き角度α1 ’(円弧の中心を回転中心とする)は、指8と撮像素子23とを結ぶ線分と導光板10における撮像ユニット20・30側の一辺とがなす角度α1 と同じ角度になる。したがって、撮像素子23の取得画像から傾き角度α1 ’が求められ、この傾き角度α1 ’から角度α1 が求められる。同様に、指8が点P2 の位置に移動すると、線状の暗部BL2の像が形成され、その線状の暗部BL2の像における傾き角度α2 ’を求めることにより、角度α2 が求められる。
The positions of the linear dark portions BL 1 and BL 2 shown in FIG. 12B change depending on the position of the contact point on the finger 8. If the position of the contact point of the finger 8 is changed, the linear dark portion BL is changed. 1 of the image changes as the image of the linear dark portion BL 2. The locus of the images of the linear dark portions BL 1 and BL 2 exists inside the fan-shaped
撮像素子23についても同様に取得画像の分析から指8の接触点の位置が特定され、指8と撮像素子23とを結ぶ線分と導光板10における撮像ユニット20・30側の一辺とがなす角度βが求められる。
Similarly, for the
そして、撮像素子23と撮像素子33との間の間隔をL、撮像素子23からの画像を読み取り求めた接触点の角度をα、撮像素子23からの取得画像を読み取り求めた接触点の角度をβとしたとき、接触点の座標(X、Y)は下記の関係式(1)及び関係式(2)
Y=tanα・X …関係式(1)
Y=tanβ・(L−X) …関係式(2)
を満足する。これを解くと、接触点の座標(X、Y)は、
X=tanβ・L/(tanα+tanβ) …式(3)
Y=(tanα・tanβ)・L/(tanα+tanβ) …式(4)
と表され、上述のように求めた角度α・βと、予め求めることができる間隔Lとにより、指8が接触した地点の座標X・Yが求められる。このうち間隔Lは撮像素子23と撮像素子33との間の間隔であり、固定の値である。したがって、角度α・βを求めることにより、指8の接触位置の座標X・Yを求めることができる。
Then, the interval between the
Y = tan α · X (1)
Y = tan β · (L−X) ... Relational expression (2)
Satisfied. Solving this, the coordinates (X, Y) of the contact point are
X = tan β · L / (tan α + tan β) Equation (3)
Y = (tan α · tan β) · L / (tan α + tan β) (4)
The coordinates X · Y of the point where the finger 8 is in contact are obtained from the angles α · β obtained as described above and the interval L that can be obtained in advance. Among these, the space | interval L is a space | interval between the image pick-up
尚、撮像素子23と撮像素子33との間の間隔Lとは、レンズ21の光軸中心とレンズ31の光軸中心との間の距離である。
The distance L between the
以上の方法にて求められた指8の接触位置座標に基づいて、液晶表示パネル2の位置座標に対応する位置にある画素を駆動して、ユーザが、指8のタッチ位置を視認することができるようにすることが可能である。そのためには、液晶表示パネル2の駆動を制御する図示しない制御部が、位置座標検出部で求めた位置座標の情報を取得して、該情報に基づいて液晶表示パネル2を駆動すればよい。
Based on the contact position coordinates of the finger 8 obtained by the above method, the user can visually recognize the touch position of the finger 8 by driving a pixel at a position corresponding to the position coordinate of the liquid
(複数の撮像ユニットの選択)
本実施の形態の座標入力装置3Bでは、図13に示すように、受光手段としての撮像ユニット20・30・50・60を方形の導光板10における4つの隅角部に配設することが可能である。
(Selecting multiple imaging units)
In the coordinate
ここで、このように受光手段としての4つの撮像ユニット20・30・50・60を、方形の導光板10の各隅角部に配設した場合、図13に示すように、光源としての光源ユニット9…を導光板10の全周囲の端部に配設しておき、光源ユニット9…が、導光板10の全周囲の端部から照明光を入射させるようにすることが好ましい。必要条件としては、導光板10の周囲に受光手段としての撮像ユニット50・60を増やした場合、撮像ユニット50・60の対向位置に光源が存在することが好ましい。
Here, when the four
これにより、受光手段としての4つの撮像ユニット20・30・50・60は、導光板10における全ての範囲が照明光の照射範囲内に設けられていることになる。したがって、指8が導光板10のいずれの場所に接触されても、指8の接触位置Pの位置座標を確実に特定することが可能となる。
As a result, the four
また、光源ユニット9…と撮像ユニット20・30・50・60とを対向して配置するため、撮像ユニット20・30・50・60の配置の自由度が高くなり、大型タッチパネルに適用した場合の信号品質低下も生じ難い。
In addition, since the
ここで、本実施の形態の座標入力装置3Bにおいても、少なくとも3つの受光手段として、4つの撮像ユニット20・30・50・60を設けた場合には、前記実施の形態1の座標入力装置3Aと同様に、いずれか2つの撮像ユニットを選択するかが問題となる。
Here, also in the coordinate
そこで、本実施の形態の座標入力装置3Bにおいても、この問題を解決するために、図13に示すように、受光手段は少なくとも3つ設けられていると共に、指8における導光板10の表面への接触位置Pに基づく撮像ユニット20・30・50・60からの出力に基づいて、いずれの2つの受光手段の出力によって接触位置の座標を求めるかを選択する選択手段として選択部7が設けられている。
Therefore, in order to solve this problem, the coordinate
そして、本実施の形態の座標入力方法では、指8における導光板10の表面への接触位置Pに基づく撮像ユニット20・30・50・60からの出力に基づいて、いずれの2つの撮像ユニット20・30、撮像ユニット20・50、撮像ユニット50・60、又は撮像ユニット60・30の出力によって接触位置Pの座標を求めるかを選択する。
And in the coordinate input method of this Embodiment, based on the output from
この結果、撮像ユニット20・30・50・60からの出力に基づいて2つの撮像ユニット20・30、撮像ユニット20・50、撮像ユニット50・60、又は撮像ユニット60・30を選択するので、少なくとも3つの受光手段がある場合においても最適な受光手段を選択することができる。
As a result, since the two
したがって、三角測量法を用いて指8の接触位置Pを検出する場合に、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置3B、及び座標入力方法を提供することができる。
Therefore, when detecting the contact position P of the finger 8 using the triangulation method, a coordinate
また、本実施の形態の座標入力装置3Bにおいても、少なくとも3つの撮像ユニット20・30・50・60は、方形の導光板10の隅角部にそれぞれ設けられ、導光板10を複数の領域に分割し、分割された領域毎に予め実測して求めた選択すべき2つの撮像ユニット20・30・50・60が記憶された記憶手段としての記憶部6を備えていると共に、選択部7は、指8における導光板10の表面への接触位置Pに基づく撮像ユニット20・30・50・60からの出力に基づいて、指8の接触位置Pがどの分割された領域に属するかを判断した後、記憶部6に記憶された選択すべき2つの撮像ユニット20・30、撮像ユニット20・50、撮像ユニット50・60、又は撮像ユニット60・30を選択する。
Also in the coordinate
この結果、その分割領域の最適な2つの撮像ユニット20・30、撮像ユニット20・50、撮像ユニット50・60、又は撮像ユニット60・30による指8の接触位置Pが求まるので、検出品質の向上を図ることができる。
As a result, the contact position P of the finger 8 by the two optimal
また、本実施の形態の座標入力装置3Bにおいても、検出手段としての検出部4は、三角測量法に必要な2つの撮像ユニット20・30、撮像ユニット20・50、撮像ユニット50・60、又は撮像ユニット60・30をそれぞれ結ぶ線に対する少なくとも1つの撮像ユニット20・30・50・60からの接触位置Pへの視認角度が閾値角度以下であるか否かを判断する判断手段としての判断部5を備えている。そして、選択部7は、接触位置Pの座標を求めるべく、方形の導光板10における一辺の両端に設けた撮像ユニット20・30、撮像ユニット20・50、撮像ユニット50・60、又は撮像ユニット60・30を選択した結果、判断部5により、少なくとも1つの撮像ユニット20・30・50・60からの接触位置Pへの視認角度が閾値角度以下であると判断とされたときには、一辺の一端に設けた撮像ユニット20・30・50・60と、上記一辺に対向する辺の少なくとも一方の端部に設けた撮像ユニット50・60・30・20とを選択する。
Also in the coordinate
このため、閾値角度を用いて検出限界であるか否かを判断するので、判断基準が明確かつ客観的となり、品質の向上を図ることができる。 For this reason, since it is judged whether it is a detection limit using a threshold angle, a judgment standard becomes clear and objective, and it can aim at the improvement of quality.
また、三角測量法に必要な2つの受光手段を結ぶ線に対する少なくとも1つの受光手段からの前記接触位置への視認角度が閾値角度以下となることを回避することができる。 In addition, it is possible to avoid that the viewing angle from at least one light receiving unit to the contact position with respect to a line connecting two light receiving units necessary for the triangulation method is equal to or less than a threshold angle.
さらに、一辺の一端に設けた受光手段と、上記一辺に対向する辺の少なくとも一方の端部に設けた受光手段とを選択することによって、無駄な演算を省略して、被検出体における精度の高い接触位置を短時間にて求めることが可能となる。 Further, by selecting the light receiving means provided at one end of one side and the light receiving means provided at at least one end of the side opposite to the one side, useless calculation is omitted, and the accuracy of the detected object is improved. A high contact position can be obtained in a short time.
また、これにより、額縁幅を広くすることなく、指8における精度の高い接触位置を求めることができる。 In addition, this makes it possible to obtain a highly accurate contact position on the finger 8 without increasing the frame width.
また、本実施の形態の座標入力装置3Bでは、導光板10の端部から照明光を入射させる光源ユニット9…が設けられ、指8は、導光板10の表面に接触することによって導光板10の内部を伝搬する照明光を散乱又は吸収により減衰させる。また、撮像ユニット20・30・50・60は、導光板10の内部を伝搬する照明光及び指8によるその散乱光である伝搬光を受光する。さらに、検出部4は、指8の導光板10への接触による照明光の散乱又は吸収による減衰に基づく撮像ユニット20・30・50・60の出力強度の減少を検出して、指8における導光板10の表面への接触位置の座標を求める。
Further, in the coordinate
この結果、このような座標入力装置3Bにおいて、三角測量法を用いて指8の接触位置Pを検出するときに、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置3B及び座標入力方法を提供することができる。
As a result, in such a coordinate
また、本実施の形態の座標入力システム1は、本実施の形態の座標入力装置3Bを備えた座標入力システムであって、液晶表示パネル2を備えている。
The coordinate input system 1 of the present embodiment is a coordinate input system including the coordinate
この構成により、座標入力装置3Bを、液晶表示パネル2の画像を見ながら指8にて入力するタッチパネルとして機能させることができる。したがって、三角測量法を用いて指8の接触位置Pを検出する場合に、位置検出が困難となる領域での検出精度の低下を抑制し得る座標入力装置3Bを備えた座標入力システム1を提供することができる。
With this configuration, the coordinate input device 3 </ b> B can function as a touch panel for inputting with the finger 8 while viewing the image on the liquid
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and the technical means disclosed in different embodiments can be appropriately combined. Such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、導光部材の内部を伝搬する伝搬光を受光する受光手段と、導光部材に被検出体を接触したときの接触位置の座標を三角測量法を用いて求める検出手段とを備えた光学式の座標入力装置、座標入力システム、及び座標入力方法に適用できる。また、タッチペンタイプ及び指タイプのいずれにも適用可能である。 The present invention includes a light receiving means for receiving propagating light propagating through the inside of the light guide member, and a detection means for obtaining coordinates of a contact position when the detected object is brought into contact with the light guide member by using a triangulation method. The present invention can be applied to optical coordinate input devices, coordinate input systems, and coordinate input methods. Moreover, it is applicable to both a touch pen type and a finger type.
1 座標入力システム
2 液晶表示パネル(画像表示パネル)
3A 座標入力装置
3B 座標入力装置
4 検出部(検出手段)
5 判断部(判断手段被)
6 記憶部(記憶手段)
7 選択部(選択手段)
8 指(被検出体)
9 光源ユニット(光源)
9a LED
10 導光板(導光部材)
10a 伝搬光
10b 伝搬光
11 切り欠き(光路変換部)
20 撮像ユニット(受光手段)
21 レンズ
22 可視光カットフィルタ
23 撮像素子
23a 明部
25 像
27 像
30 撮像ユニット(受光手段)
32 可視光カットフィルタ
33 撮像素子
40 タッチペン(被検出体、発光ペン)
42 発光部
45 光散乱部材
50 撮像ユニット(受光手段)
60 撮像ユニット(受光手段)
BL 暗部
BL1 暗部
BL2 暗部
L 間隔
1 Coordinate
3A coordinate
5. Judgment part (determination means cover)
6 Storage unit (storage means)
7 Selection part (selection means)
8 fingers (object to be detected)
9 Light source unit (light source)
9a LED
10 Light guide plate (light guide member)
10a Propagating light 10b Propagating light 11 Notch (optical path changing unit)
20 Imaging unit (light receiving means)
21
32 Visible light cut
42
60 Imaging unit (light receiving means)
BL Dark part BL 1 Dark part BL 2 Dark part L Interval
Claims (7)
上記受光手段は少なくとも3つ設けられていると共に、
上記被検出体における上記導光部材の表面への接触位置に基づく受光手段からの出力に基づいて、いずれの2つの受光手段の出力によって上記接触位置の座標を求めるかを選択する選択手段が設けられていることを特徴とする座標入力装置。 A plate-shaped light guide member, at least two light receiving means for receiving the propagation light propagating through the light guide member, and the propagation light based on the contact when the object to be detected contacts the surface of the light guide member A coordinate input device comprising: a detecting unit that obtains the coordinates of the contact position of the detected body with the surface of the light guide member using a triangulation method based on the output of the light receiving unit that detects ,
At least three light receiving means are provided, and
A selection means is provided for selecting whether the coordinates of the contact position are to be obtained by the output of any two light receiving means based on the output from the light receiving means based on the contact position on the surface of the light guide member in the detected body. Coordinate input device characterized by being provided.
前記少なくとも3つの受光手段は、上記方形の導光部材の隅角部にそれぞれ設けられ、
前記導光部材を複数の領域に分割し、分割された領域毎に予め実測して求めた選択すべき2つの受光手段が記憶された記憶手段を備えていると共に、
前記選択手段は、前記被検出体における上記導光部材の表面への接触位置に基づく受光手段からの出力に基づいて、該被検出体の接触位置がどの分割された領域に属するかを判断した後、記憶手段に記憶された上記選択すべき2つの受光手段を選択することを特徴とする請求項1記載の座標入力装置。 The plate-shaped light guide member is formed in a square shape,
The at least three light receiving means are respectively provided at corners of the rectangular light guide member,
The light guide member is divided into a plurality of regions, and includes a storage unit that stores two light receiving units to be selected, which are obtained by actual measurement for each divided region.
The selection unit determines which divided region the contact position of the detected body belongs to based on an output from the light receiving unit based on the contact position of the detected body with the surface of the light guide member. 2. The coordinate input device according to claim 1, wherein the two light receiving means to be selected stored in the storage means are selected later.
前記選択手段は、上記接触位置の座標を求めるべく、方形の導光部材における一辺の両端に設けた受光手段を選択した結果、判断手段により、少なくとも1つの受光手段からの上記接触位置への視認角度が閾値角度以下であると判断とされたときには、上記一辺の一端に設けた受光手段と、上記一辺に対向する辺の少なくとも一方の端部に設けた受光手段とを選択することを特徴とする請求項2記載の座標入力装置。 The detection means includes a determination means for determining whether or not a viewing angle from at least one light receiving means to the contact position with respect to a line connecting two light receiving means necessary for the triangulation method is equal to or less than a threshold angle. And
The selection means selects the light receiving means provided at both ends of one side of the rectangular light guide member in order to obtain the coordinates of the contact position. As a result, the judgment means visually recognizes the contact position from at least one light receiving means. When it is determined that the angle is equal to or less than a threshold angle, the light receiving means provided at one end of the one side and the light receiving means provided at at least one end of the side opposite to the one side are selected. The coordinate input device according to claim 2.
上記導光部材には、上記被検出体の発光部から該導光部材にそれぞれ入射して該導光部材の内部を伝搬する伝搬光を上記受光手段へ出射する光路変換部が設けられ、
前記受光手段は、上記伝搬光における導光部材からの出射光を受光することを特徴とする請求項1,2又は3記載の座標入力装置。 The object to be detected is composed of a light emitting pen having a light emitting unit that makes light incident on the light guide member by contacting the surface of the light guide member, and
The light guide member is provided with an optical path changing unit that emits propagating light that is incident on the light guide member from the light emitting unit of the detected body and propagates through the light guide member, and exits to the light receiving unit.
The coordinate input device according to claim 1, 2 or 3, wherein the light receiving means receives light emitted from the light guide member in the propagation light.
前記被検出体は、前記導光部材の表面に接触することによって上記導光部材内を伝搬する上記照明光を減衰させると共に、
前記受光手段は、導光部材内を伝搬する照明光及び被検出体により減衰された照明光の伝搬光を受光すると共に、
前記検出手段は、被検出体の導光部材への接触による上記照明光の減衰に基づく受光手段の出力強度の減少を検出して、該被検出体における導光部材の表面への接触位置の座標を求めることを特徴とする請求項1,2又は3記載の座標入力装置。 A light source for allowing illumination light to enter from an end of the light guide member;
The detected body attenuates the illumination light propagating through the light guide member by contacting the surface of the light guide member,
The light receiving means receives the illumination light propagating in the light guide member and the propagation light of the illumination light attenuated by the detected object,
The detection means detects a decrease in the output intensity of the light receiving means based on the attenuation of the illumination light due to the contact of the detected body with the light guide member, and determines the position of contact of the detected body with the surface of the light guide member. The coordinate input device according to claim 1, wherein coordinates are obtained.
画像表示パネルを備えていることを特徴とする座標入力システム。 A coordinate input system comprising the coordinate input device according to claim 1,
A coordinate input system comprising an image display panel.
被検出体における上記導光部材の表面への接触位置に基づく受光手段からの出力に基づいて、いずれの2つの受光手段の出力によって上記接触位置の座標を求めるかを選択することを特徴とする座標入力方法。 A coordinate input method using the coordinate input device according to any one of claims 1 to 5,
Based on the output from the light receiving means based on the contact position on the surface of the light guide member in the detected body, it is selected whether the coordinates of the contact position are obtained by the output of any two light receiving means. Coordinate input method.
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-
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