JP2013232095A - Coordinate input device and coordinate input system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、指、又はタッチペン、スタイラスペン等の棒状の操作部材ペン等の被検出体を使用する光学式の座標入力装置及び座標入力システムに関するものであり、詳細には、複数の被検出体を同時使用する場合の識別に関する。 The present invention relates to an optical coordinate input device and a coordinate input system that use a detection object such as a finger or a bar-shaped operation member pen such as a touch pen or a stylus pen. Specifically, the present invention relates to a plurality of detection objects. It is related with the identification when using simultaneously.
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 An 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 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.
ところで、この種の座標入力装置では、複数のペン又は指が同時に表示パネルにタッチされた場合には、それぞれのペン又は指をどのように識別するかが問題となる。 By the way, in this type of coordinate input device, when a plurality of pens or fingers are simultaneously touched on the display panel, there is a problem of how to identify each pen or finger.
例えば、2つの発光ペンを使用した場合において、三角測量法を用いて各発光ペンのタッチ位置を検出する場合に、検出器からの各発光ペンの視認方向が一致する場合には、各発光ペンを識別することができない。 For example, when two light-emitting pens are used and the touch position of each light-emitting pen is detected using the triangulation method, and the viewing direction of each light-emitting pen from the detector matches, each light-emitting pen Cannot be identified.
そこで、例えば特許文献1に開示されている座標入力装置100では、図12に示すように、検出器L・R及び検出器CL・CRの二対の検出器を備えている。これにより、各発光ペンの座標値P1(x1,y1)及びP2(x2,y2)を検出できるようになっている。
Therefore, for example, the
また、例えば、特許文献2に開示されている座標入力装置200では、図13に示すように、複数の発光ペンにおける各発光周期を互いに異ならせている。これにより、複数種の発光ペンを互いに識別できるようになっている。
Further, for example, in the
しかしながら、上記従来の座標入力装置は、以下の問題点を有している。 However, the conventional coordinate input device has the following problems.
すなわち、特許文献1に開示された座標入力装置100では、2種類の発光ペンを同時に使用するために、二対の検出器L・R及び検出器CL・CRを備えている。この結果、高価な検出器を二対準備しなければならないので、座標入力装置100のコストが高くなるという問題点を有している。
That is, the
また、特許文献2に開示された座標入力装置200においては、複数の発光ペンにおける発光周期の制御が必要となると共に、互いに異なる発光周期を検出するための周期検出部が必要となるという問題点を有している。また、被検出体が指の場合には、発光ペンを使用しないので、発光周期を互いに異ならせるという余地がなく、複数の指の座標位置を検出できないという問題点を有している。
Further, in the
さらに、複数の被検出体を使用しない場合でも、一対の受光部から被検出体への視認角度が小さい場合には、三角測量法では検出精度が悪くなるという問題を有している。 Further, even when a plurality of detection objects are not used, if the viewing angle from the pair of light receiving units to the detection object is small, the triangulation method has a problem that the detection accuracy is deteriorated.
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、コストの増大を抑制しつつ、受光部から被検出体への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得ると共に、加えて、ペン又は指のいずれの被検出体においても複数の被検出体における同時使用を可能とし得る座標入力装置及び座標入力システム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 prevent a decrease in detection accuracy when the viewing angle from the light receiving unit to the detected object is small while suppressing an increase in cost. In addition, another object of the present invention is to provide a coordinate input device and a coordinate input system that can enable simultaneous use of a plurality of detection objects in either a pen or a finger detection object.
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、上記導光部材内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、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求める検出手段とを備えた座標入力装置であって、上記導光部材の外周には、該導光部材から出射される光を反射して該導光部材に再入射させる反射板が設けられていると共に、上記検出手段は、被検出体からの直接光と上記反射板による反射光とにおける受光手段の出力によって、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を特徴としている。 In order to solve the above problems, a 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 in the light guide member, and a surface of the light guide member. Detecting means for obtaining coordinates of a contact position of the detected body with respect to the surface of the light guide member based on an output of the light receiving means that detects propagation light based on the contact when the detected body is contacted In the coordinate input device, a reflection plate that reflects light emitted from the light guide member and re-enters the light guide member is provided on an outer periphery of the light guide member, and the detection unit Is characterized in that the coordinates of the position of contact of the light guide member on the surface of the detected body with the output of the light receiving means in the direct light from the detected body and the reflected light from the reflecting plate are obtained.
上記の発明によれば、座標入力装置は、板状の導光部材と、上記導光部材内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、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 propagation light propagating through the light guide member, and a detected object on the surface of the light guide member. Detecting means for obtaining coordinates of a contact position on the surface of the light guide member in the detected body based on the output of the light receiving means that detects the propagation light based on the contact when the light is touched.
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. .
そこで、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、導光部材の外周には、該導光部材から出射される光を反射して該導光部材に再入射させる反射板が設けられている。そして、検出手段は、被検出体からの直接光と上記反射板による反射光とにおける受光手段の出力によって、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。 Therefore, in the present invention, in order to avoid the occurrence of such a region where position detection is difficult, the light emitted from the light guide member is reflected on the outer periphery of the light guide member and re-applied to the light guide member. A reflecting plate for incidence is provided. And a detection means calculates | requires the coordinate of the contact position to the surface of the light guide member in a to-be-detected body by the output of the light-receiving means in the direct light from a to-be-detected body and the reflected light by the said reflecting plate.
この結果、2つの受光手段からの被検出体への視認角度が小さい場合においても、反射板を介した反射光の受光手段への入射角度は大きくなる。 As a result, even when the viewing angle from the two light receiving means to the detected object is small, the incident angle of the reflected light to the light receiving means via the reflector increases.
また、この構成では、高価な検出部を増加することもないので、コストの増大を抑制することができると共に、後述するように、ペン又は指のいずれの被検出体においても複数の被検出体を同時使用した場合において、その識別を容易に行うことができる。 In addition, this configuration does not increase the number of expensive detection units, so that it is possible to suppress an increase in cost and, as will be described later, a plurality of detection objects in any detection object of a pen or a finger. Can be easily identified when they are used simultaneously.
したがって、コストの増大を抑制しつつ、受光手段から被検出体への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得ると共に、加えて、ペン又は指のいずれの被検出体においても複数の被検出体における同時使用を可能とし得る座標入力装置を提供することができる。 Therefore, while suppressing an increase in cost, it is possible to prevent a decrease in detection accuracy when the viewing angle from the light receiving means to the detected object is small, and in addition, a plurality of detected objects such as a pen or a finger It is possible to provide a coordinate input device that can enable simultaneous use in a detection object.
本発明の座標入力装置では、前記板状の導光部材は、方形にてなっていると共に、前記少なくとも2つの受光手段は、方形の導光部材の一辺近傍に設けられており、前記反射板は、導光部材における上記少なくとも2つの受光手段が設けられた側の一辺の外周か若しくはその一辺とは対向する対向辺の外周かのいずれか一方又は両方に設けられていることが好ましい。 In the coordinate input device of the present invention, the plate-shaped light guide member has a square shape, and the at least two light receiving means are provided in the vicinity of one side of the square light guide member. Is preferably provided on one or both of the outer circumference of one side of the light guide member on the side where the at least two light receiving means are provided, or the outer circumference of the opposite side facing the one side.
これにより、反射板が、導光部材における少なくとも2つの受光手段が設けられた側の一辺の外周か若しくはその一辺とは対向する対向辺の外周かのいずれか一方に設けられている場合には、被検出体からの直接光と反射板からの反射光との2つの方向の伝搬光により、被検出体と受光手段との視認角度を求めることができる。したがって、2つの受光手段からの被検出体への直接光での視認角度が小さい場合においても、1つの反射光を採用することにより、被検出体と受光手段との視認角度を精度よく求めることができる。 Thereby, when the reflection plate is provided on either the outer periphery of one side of the light guide member on the side where at least two light receiving means are provided or the outer periphery of the opposite side opposite to the one side The viewing angle between the detected object and the light receiving means can be obtained from the propagation light in the two directions of the direct light from the detected object and the reflected light from the reflecting plate. Therefore, even when the viewing angle of the direct light from the two light receiving means to the detected body is small, the viewing angle between the detected body and the light receiving means can be obtained accurately by adopting one reflected light. Can do.
また、反射板が、導光部材における少なくとも2つの受光手段が設けられた側の一辺の外周か若しくはその一辺とは対向する対向辺の外周かの両方に設けられている場合には、被検出体からの直接光と、2つの反射板からの反射光との3つの方向の伝搬光により、被検出体と受光手段との視認角度を求めることができる。したがって、2つの受光手段からの被検出体への直接光での視認角度が小さい場合においても、2つの反射光を採用することにより、被検出体と受光手段との視認角度をさらに精度よく求めることができる。 Further, when the reflection plate is provided on either the outer periphery of one side of the light guide member on the side where at least two light receiving means are provided or the outer periphery of the opposite side opposite to the one side, the detected object The viewing angle between the detected object and the light receiving means can be obtained from the propagating light in three directions of the direct light from the body and the reflected light from the two reflecting plates. Therefore, even when the viewing angle of the direct light from the two light receiving means to the detected body is small, the viewing angle between the detected body and the light receiving means is obtained with higher accuracy by adopting the two reflected lights. be able to.
本発明の座標入力装置では、前記導光部材には、該導光部材の内部を伝搬する伝搬光を360度の方向から該導光部材の下面よりも下方に取り出す光取り出し部が設けられていると共に、前記受光手段は、上記光取り出し部によって取り出された上記伝搬光を上記導光部材の上記下面よりも下方にて受光することが好ましい。 In the coordinate input device according to the aspect of the invention, the light guide member is provided with a light extraction portion that extracts propagating light propagating through the light guide member from a direction of 360 degrees below the lower surface of the light guide member. The light receiving means preferably receives the propagating light extracted by the light extraction unit below the lower surface of the light guide member.
これにより、光取り出し部は、導光部材の内部を伝搬する伝搬光を360度の方向から該導光部材の下面よりも下方に取り出す。このため、反射板からの反射光の伝搬光がどの方向から伝搬されても、受光手段はその伝搬光を受光することができる。 Accordingly, the light extraction unit extracts the propagation light propagating through the light guide member from the direction of 360 degrees below the lower surface of the light guide member. For this reason, the light receiving means can receive the propagating light regardless of which direction the propagating light of the reflected light from the reflecting plate is propagated.
本発明の座標入力装置では、前記被検出体は、少なくとも2つの第1被検出体と第2被検出体との同時使用が可能となっており、前記第1被検出体及び第2被検出体は、それぞれ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、前記受光手段は、上記第1被検出体及び第2被検出体の各発光部から上記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第1伝搬光及び第2伝搬光における該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 of the present invention, the detected object can be used simultaneously with at least two of the first detected object and the second detected object, and the first detected object and the second detected object. The body includes 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, and the light receiving means includes the first detected body and the second detected body. It is assumed that light emitted from the light guide member in the first propagation light and the second propagation light that are incident on the light guide member from each light emitting portion of the detected body and propagate through the light guide member is received. it can.
これにより、被検出体は、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。そして、本発明では、被検出体は、少なくとも2つの第1被検出体と第2被検出体との同時使用が可能となっている。 Thereby, the to-be-detected body consists of the light emitting pen which has the light emission part which makes light incident on this light guide member by contacting the surface of a light guide member. In the present invention, the object to be detected can be used simultaneously with at least two of the first object to be detected and the second object to be detected.
このような座標入力装置において、2本以上の発光ペンを同時に使用し、かつ各発光ペンがそれぞれ同じ波長領域の光を用いている場合には、受光手段の視線方向に発光ペンが2本並んだとき、受光手段から見て奥に位置する発光ペンから発せられた光は、手前にある発光ペンによって遮断されるため、三角測量法では位置検出ができないという問題が発生する。 In such a coordinate input device, when two or more light emitting pens are used at the same time and each light emitting pen uses light of the same wavelength region, two light emitting pens are arranged in the line-of-sight direction of the light receiving means. At this time, since the light emitted from the light emitting pen located behind the light receiving means is blocked by the light emitting pen in front, there is a problem that the position cannot be detected by the triangulation method.
この問題を解決するために、例えば、2本の発光ペンに対して、それそれ異なる波長の光を発生させ、かつ各発光ペンに対して必須の一対の第1受光手段と第2受光手段とを2組用意するのでは、装置の部品点数が増大し、コスト高になる。 In order to solve this problem, for example, a pair of first light receiving means and second light receiving means which generate light of different wavelengths for two light emitting pens and which are essential for each light emitting pen, If two sets are prepared, the number of parts of the apparatus increases and the cost increases.
ここで、本発明では、まず、光を導光部材に入射させる発光ペンが2本以上の複数同時に使用される場合でも、受光手段は、三角測量法において必須の少なくとも一対の受光手段しか設けられていない。 Here, in the present invention, first, even when two or more light emitting pens that allow light to enter the light guide member are used at the same time, the light receiving means is provided only with at least a pair of light receiving means essential for triangulation. Not.
この状況下において、2つの受光手段にて各発光ペンからの発光を識別するために、本発明では、前述したように、導光部材から出射される光を反射して該導光部材に再入射させる反射板が設けられていると共に、検出手段は、被検出体からの直接光と上記反射板による反射光とにおける受光手段の出力によって、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。 In this situation, in order to identify the light emission from each light-emitting pen by the two light receiving means, in the present invention, as described above, the light emitted from the light guide member is reflected and re-applied to the light guide member. A reflection plate to be incident is provided, and the detection unit is configured to contact the surface of the light guide member on the detected body with the output of the light receiving unit in the direct light from the detected body and the reflected light from the reflection plate. Find the coordinates of.
すなわち、受光手段の視線方向に発光ペンが2本並んだとき、受光手段から見て奥に位置する発光ペンから発せられた直接光は、手前にある発光ペンによって遮断されるため、三角測量法では位置検出ができない。しかしながら、そのような場合であっても、第1被検出体と第2被検出体との各反射光は重畳することにはならない。 That is, when two light emitting pens are lined up in the line-of-sight direction of the light receiving means, the direct light emitted from the light emitting pen located in the back as viewed from the light receiving means is blocked by the light emitting pen in front, so that the triangulation method In position detection is not possible. However, even in such a case, the reflected lights of the first detection target and the second detection target do not overlap.
この結果、受光手段の視線方向に発光ペンが2本並んだときであっても、発光ペンの接触位置を容易に検出することができる。 As a result, even when two light emitting pens are arranged in the line-of-sight direction of the light receiving means, the contact position of the light emitting pen can be easily detected.
したがって、被検出体が発光ペンからなっている場合においても、複数の被検出体における同時使用を可能とし得る座標入力装置を提供することができる。 Therefore, even when the detected object is a light emitting pen, it is possible to provide a coordinate input device that can simultaneously use a plurality of detected objects.
本発明の座標入力装置では、前記被検出体は、少なくとも2つの第1被検出体と第2被検出体との同時使用が可能となっており、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、前記第1被検出体及び第2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散乱させるようになっており、前記受光手段は、導光部材内を伝搬する照明光、第1被検出体によるその散乱光である第1伝搬光と、上記第2被検出体によるその散乱光である第2伝搬光とを受光すると共に、前記検出手段は、第1被検出体及び第2被検出体の導光部材への接触による上記照明光の散乱に基づく受光手段の出力強度の変化を検出して、該第1被検出体及び第2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, the detected object can be used simultaneously with at least two of the first detected object and the second detected object, and the illumination light is emitted from the end of the light guide member. A light source to be incident is provided, and the first detected body and the second detected body come to scatter the illumination light propagating through the light guide member by contacting the surface of the light guide member. The light receiving means includes illumination light propagating in the light guide member, first propagation light that is scattered light by the first detected body, and second propagation light that is scattered light by the second detected body. And detecting the change in the output intensity of the light receiving means based on the scattering of the illumination light due to the contact of the first detected body and the second detected body with the light guide member, The contact position of the first detected body and the second detected body to the surface of the light guide member You may be seeking target.
これにより、被検出体は、例えば指からなっており、導光部材の表面に接触することによって導光部材内を伝搬する照明光を散乱させるようになっている。そして、本発明では、被検出体は、少なくとも2つの第1被検出体と第2被検出体との同時使用が可能となっている。 Thereby, the detected object is made of, for example, a finger, and scatters illumination light propagating through the light guide member by contacting the surface of the light guide member. In the present invention, the object to be detected can be used simultaneously with at least two of the first object to be detected and the second object to be detected.
このような座標入力装置において、2つ以上の被検出体を同時に使用し、かつ受光手段の視線方向に被検出体が2つ以上並んだとき、受光手段から見て奥に位置する被検出体からの伝搬光の直接光と、手前に存在する被検出体からの伝搬光の直接光とは、受光手段の同じ位置に像が形成されるため、三角測量法ではどちらが奥に存在するかを検出することができないという問題が発生する。 In such a coordinate input device, when two or more objects to be detected are used at the same time and two or more objects to be detected are arranged in the line-of-sight direction of the light receiving means, the detected object is located behind the light receiving means. Because the direct light of the light propagating from the light and the direct light of the propagating light from the object to be detected in the foreground form an image at the same position of the light receiving means, which is behind in the triangulation method? The problem that it cannot be detected occurs.
ここで、本発明では、まず、指等の被検出体が複数同時に使用される場合でも、受光手段は、三角測量法において必須の少なくとも一対の受光手段しか設けられていない。 Here, in the present invention, first, even when a plurality of detection objects such as fingers are used at the same time, the light receiving means is provided with only at least a pair of light receiving means essential in the triangulation method.
この状況下において、2つの受光手段にて各発光ペンからの発光を識別するために、本発明では、前述したように、導光部材から出射される光を反射して該導光部材に再入射させる反射板が設けられていると共に、検出手段は、被検出体からの直接光と上記反射板による反射光とにおける受光手段の出力によって、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。 In this situation, in order to identify the light emission from each light-emitting pen by the two light receiving means, in the present invention, as described above, the light emitted from the light guide member is reflected and re-applied to the light guide member. A reflection plate to be incident is provided, and the detection unit is configured to contact the surface of the light guide member on the detected body with the output of the light receiving unit in the direct light from the detected body and the reflected light from the reflection plate. Find the coordinates of.
すなわち、受光手段の視線方向に指等の被検出体が2つ並んだとき、受光手段から見て奥に位置する被検出体から発せられた直接光は、手前にある被検出体によって遮断されるため、三角測量法では位置検出ができない。しかしながら、そのような場合であっても、第1被検出体と第2被検出体との各反射光は重畳することにはならない。 That is, when two detection objects such as fingers are arranged in the line-of-sight direction of the light receiving means, direct light emitted from the detection objects located in the back as viewed from the light receiving means is blocked by the detection objects in front. Therefore, the position cannot be detected by the triangulation method. However, even in such a case, the reflected lights of the first detection target and the second detection target do not overlap.
この結果、受光手段の視線方向に指等の被検出体が2つ並んだときであっても、被検出体の接触位置を容易に検出することができる。 As a result, even when two detected objects such as fingers are arranged in the line-of-sight direction of the light receiving means, the contact position of the detected object can be easily detected.
したがって、被検出体が指等の発光ペンを使用しない被検出体からなっている場合においても、複数の被検出体における同時使用を可能とし得る座標入力装置を提供することができる。 Accordingly, it is possible to provide a coordinate input device that can enable simultaneous use of a plurality of detection objects even when the detection object includes a detection object that does not use a light emitting pen such as a finger.
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ペン入力及び指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、コストの増大を抑制しつつ、受光手段から被検出体への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得ると共に、加えて、ペン又は指のいずれの被検出体においても複数の被検出体における同時使用を可能と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 touch panel which performs pen input and finger input, seeing the image of an image display panel. Therefore, while suppressing an increase in cost, it is possible to prevent a decrease in detection accuracy when the viewing angle from the light receiving means to the detected object is small, and in addition, a plurality of detected objects such as a pen or a finger It is possible to provide a coordinate input system including a coordinate input device that can enable simultaneous use in a detection object.
本発明の座標入力装置は、以上のように、導光部材の外周には、該導光部材から出射される光を反射して該導光部材に再入射させる反射板が設けられていると共に、上記検出手段は、被検出体からの直接光と上記反射板による反射光とにおける受光手段の出力によって、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ものである。 As described above, in the coordinate input device of the present invention, the outer periphery of the light guide member is provided with the reflector that reflects the light emitted from the light guide member and re-enters the light guide member. The detecting means obtains the coordinates of the contact position of the light guide member on the surface of the detected body with the output of the light receiving means in the direct light from the detected body and the reflected light from the reflecting plate.
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.
それゆえ、コストの増大を抑制しつつ、受光手段から被検出体への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得ると共に、加えて、ペン又は指のいずれの被検出体においても複数の被検出体における同時使用を可能とし得る座標入力装置及び座標入力システムを提供するという効果を奏する。 Therefore, while suppressing an increase in cost, it is possible to prevent a decrease in detection accuracy when the viewing angle from the light receiving means to the detected object is small, and in addition, a plurality of detected objects of either a pen or a finger are used. It is possible to provide a coordinate input device and a coordinate input system that can be used simultaneously in the detected object.
〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図1〜図9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としての座標入力装置3Aとを備えている。
As shown in FIG. 2, the coordinate
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上に被検出体としてのタッチペン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
(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に基づいて以下に詳述する。
(Configuration of coordinate input device)
Next, the configuration of the coordinate
上記座標入力装置3Aは、図2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に接触される発光ペンとしてのタッチペン40とを有している。
As shown in FIG. 2, 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。尚、本実施の形態では、導光板10は、方形の板材にてなっているが、本発明においては、必ずしも方形に限られることはない。また、導光板10の四隅も直角でなくてもよく、例えば円弧状であってもよい。
The
また、導光板10における撮像ユニット20・30を配設する一辺近傍の両端近傍には、それぞれ、タッチ面から背面に貫通した光取り出し部としての貫通孔11が設けられている。
Further, in the vicinity of both ends of the
ここで、図3〜図5に基づいて、貫通孔11及び撮像ユニット20の詳細について説明する。図3は、貫通孔11及びその周辺を示す部分拡大平面図であり、図4は、図3におけるA−A線の矢視断面図である。また、図5は、図3におけるB−B線矢視断面図である。尚、導光板10の一辺近傍の両側に設けられた2つの貫通孔11・11はそれぞれ同じ構造であり、かつ、撮像ユニット20・30もそれぞれ同じ構成であるので、図3〜図5では、説明の便宜上、導光板10に設けられた2つの貫通孔11・11のうちの一方と、その貫通孔11の下方に配設された1つの撮像ユニット20について説明し、他の1つの貫通孔11と撮像ユニット30とについては説明を省略する。
Here, the details of the through
貫通孔11は、図3及び図4に示すように、導光板10におけるタッチ面側の開口径が背面側の開口径よりも大きく構成されており、かつ、タッチ面側から背面側に向かって径が連続的に小さくなった漏斗形状となっている。換言すれば、貫通孔11の壁面は、タッチ面及び背面と垂直な方向に対して傾斜している。尚、本実施の形態においては、貫通孔11は、導光板10の端部に切り欠かれているのではなく、貫通孔11が導光板10の端部よりも内側に配されて、貫通孔11の全体が完全に導光板10に含まれた状態となっている。ただし、本発明の光取り出し部においては、必ずしもこれに限らず、導光板10の端部に切り欠かれたものであってもよい。
As shown in FIGS. 3 and 4, the through
撮像ユニット20は、導光板10の背面に対向する位置の、貫通孔11及びその周囲の直下に配されている。
The
図5に示すように、タッチペン40から導光板10に入射して結合した光は、全反射しながら導光板10の内部を伝搬光13a・14aにより伝搬する。そして、貫通孔11の壁面11aまで達すると、該壁面11aによって光の光路が変化し、導光板10の背面に向かい、さらに背面から出射して撮像ユニット20に入射する。
As shown in FIG. 5, the light incident on the
ここで、貫通孔11の壁面11aは、導光板10の背面に対して、45度以下、例えば30度又は45度で傾斜している。これにより、導光板10の内部を伝搬して貫通孔11の壁面11aに至った光の全反射条件を破綻させることができる。例えば、貫通孔11の壁面11aは、導光板10の内部を伝搬して該壁面に至った光を、90度変化させて導光板10の背面に向かわせ、背面からさらに下方に出射させることができる。
Here, the
尚、貫通孔11における漏斗形状の壁面11aには、ミラーコーティングが施してあってもよい。ミラーティングを施して光反射加工することによって、より効果的に光路を変換することができ、光量のロスも抑えることが可能である。
The funnel-shaped
撮像ユニット20は、図5に示すように、伝搬光13aの光入射側から、レンズ21と、可視光カットフィルタ22と、撮像素子23とをこの順で有している。そのため、撮像ユニット20に入射した上記光は、まず、レンズ21によって集光され、続いて可視光カットフィルタ22によって可視光が遮断されて、撮像素子23に受光される。撮像素子23では、受光した光が光電変換されて画像が形成される。この点については、後述する。
As shown in FIG. 5, the
本実施の形態では、撮像ユニット20は導光板10に固定されている。具体的には、図4に示すように、撮像ユニット20と導光板10とは、固定用部材20a及び接着剤20bを介して固定されている。
In the present embodiment, the
固定用部材20aは円柱構造である。ただし、構造はこれに限定されるものでなく、また、そのサイズも特に限定はない。しかし、コンパクトで、かつ、十分な強度を有していることが好ましい。また、接着剤20bの種類も特に限定されるものではなく、従来周知の接着剤を使用することができる。
The fixing
ところで、本実施の形態では、図2に示すように、撮像ユニット20・30が、導光板10の端部よりも内側に配されている。そのため、導光板10の上面における全面のうちの一部の領域が座標検出可能領域となっている。そこで、本実施の形態では、これを利用して、導光板10への撮像ユニット20・30の固定位置を規定している。
By the way, in this Embodiment, as shown in FIG. 2, the
以下に、図6を用いて、導光板10への撮像ユニット20・30の固定位置について説明する。図6は、導光板10における貫通孔11・11の位置を示す平面図である。
Below, the fixing position of the
図6に示すように、導光板10の座標検出可能領域10aは、導光板10の上面の端部から該上面の中心に向けて狭まった領域である。座標検出可能領域10aでは、上述したように光が伝播し全反射する。そのため、座標検出可能領域10aは、固定用部材20a及び接着剤20bは、座標検出可能領域10aから外れた位置にある。これにより、例えば接着剤20bの形成時に気泡を含んでしまったような場合であっても、上述した全反射条件を破綻させることがなく、位置座標の検出の妨げにならないため好ましい。換言すれば、座標検出可能領域10aに接着剤20bを設けた場合、接着剤20bに気泡があると、全反射条件が破綻して、伝搬光が漏れる虞がある。また、特に、座標検出可能領域10aから外れた領域のなかの、撮像ユニット20・30が導光板10の内部を伝搬した伝搬光を受光できる受光可能領域から外れた受光外領域10b(図中の斜線部)において、固定用部材20a及び接着剤20bを設けることが望ましい。受光外領域10bであれば、伝搬光を乱すことはない。ここで、受光可能領域とは、導光板10に設けられた2つの貫通孔11・11のそれぞれの中心と、四角形の座標検出可能領域10aの四隅のうちの各貫通孔11・11に最も近い隅に隣り合っている2つの隅とを結んだ直線よりも座標検出可能領域10aに近い側の領域をいう。
As shown in FIG. 6, the coordinate
尚、図2に示す撮像ユニット30も、図5に示す撮像ユニット20と同一の構成である。撮像ユニット20・30では、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
導光板10の厚さは1〜3mmが主に用いられる。導光板10の材料としては、例えばアクリルが用いられ、ポリカーボネートやガラスでも構わない。また、導光板10の厚さは1〜3mmが主に用いられるが、これより厚くてもかまわない。さらに、導光板10のサイズ(タッチ面のサイズ)は、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
尚、貫通孔11は、円錐体にも似た構造である。しかし、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。
The through
尚、上述の固定用部材20a及び接着剤20bは、撮像ユニット20側では、撮像素子23に接着されているが、本発明はこれに限定されるものではない。
The fixing
(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7に基づいて説明する。図7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7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。
(Configuration of touch pen)
Next, the structure of the touch pen of this Embodiment is demonstrated based on FIG. FIG. 7 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部材である。
The
タッチペン40は、図7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. 7, 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、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、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。
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。
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5に示すように、導光板10の内部を伝搬する伝搬光13a・14aは、貫通孔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23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. 5, the propagation lights 13 a and 14 a 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5、並びに図8(a)(b)に基づいて、以下に説明する。図8(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8(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5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. 5, 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5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の伝搬光13a・14aは、円錐面状の貫通孔11の壁面11aにも導かれ、該壁面11a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、貫通孔11の壁面11a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. 5, the infrared light emitted from the
次に、撮像ユニット20・30の処理について、図8(a)(b)に基づいて説明する。尚、図8(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, processing of the
図2及び図8(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13a・14a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. 8A, the light incident on the
詳細には、図8(a)において、タッチペン40が点P1 の位置にあるとき、図8(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. 8 (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8(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33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33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、図示しない位置座標検出部を設けている。位置座標検出部は座標入力装置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
(検出限界となる領域での措置)
本実施の形態の座標入力装置3Aでは、図2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。
(Measures in the detection limit area)
In the coordinate
そこで、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、図2に示すように、導光板10の外周には、該導光板10から出射される光を反射して該導光板10に再入射させる反射板4が設けられている。そして、検出手段としての検出部7は、被検出体としてのタッチペン40からの直接光と反射板4による反射光とにおける撮像ユニット20・30の出力によって、タッチペン40における導光板10の表面への接触位置Pの座標を求める。
Therefore, in this embodiment, in order to avoid the occurrence of such a region where position detection is difficult, the light emitted from the
この結果、2つの撮像ユニット20・30からのタッチペン40への視認角度が小さい場合においても、反射板4を介した反射光の撮像ユニット20・30への入射角度は大きくなる。
As a result, even when the viewing angle from the two
また、この構成では、高価な検出部を増加することもないので、コストの増大を抑制することができる。 Further, with this configuration, an increase in cost can be suppressed because an expensive detection unit is not increased.
したがって、コストの増大を抑制しつつ、撮像ユニット20・30からタッチペン40への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得る座標入力装置3Aを提供することができる。
Therefore, it is possible to provide the coordinate
ここで、本実施の形態の座標入力装置3Aでは、板状の導光板10は、方形にてなっていると共に、2つの撮像ユニット20・30は、方形の導光板10の一辺10c近傍に設けられており、反射板4は、導光板10における2つの撮像ユニット20・30が設けられた側の一辺10cの外周か若しくはその一辺10cとは対向する対向辺10dの外周かのいずれか一方又は両方に設けられている。
Here, in the coordinate input device 3 </ b> A of the present embodiment, the plate-shaped
これにより、反射板4が、導光板10における2つの撮像ユニット20・30が設けられた側の一辺10cの外周に設けられている場合には、タッチペン40からの直接光である伝搬光13a・14aと反射板4からの反射光である例えば伝搬光13b・14bとの2つの方向の伝搬光13a・13b及び伝搬光14a・14bにより、タッチペン40と撮像ユニット20・30との視認角度を求めることができる。したがって、2つの撮像ユニット20・30からのタッチペン40への直接光である伝搬光13a・14aの視認角度が小さい場合においても、例えば一辺10cの反射板4による1つの反射光である伝搬光13b・14bを採用することにより、タッチペン40と撮像ユニット20・30との視認角度を精度よく求めることができる。尚、この場合、例えば対向辺10dの反射板4による1つの反射光である伝搬光13c・14cを採用することも可能である。
Thereby, when the reflecting
また、図2に示すように、反射板4・4が、導光板10における2つの撮像ユニット20・30が設けられた側の一辺10cの外周及びその一辺10cとは対向する対向辺10dの外周の両方に設けられている場合には、タッチペン40からの直接光である伝搬光13a・14aと、2つの反射板4・4からの反射光である伝搬光13b・14b及び伝搬光13c・14cとの3つの方向の伝搬光13a・13b・13cにより、タッチペン40と撮像ユニット20・30との視認角度を求めることができる。したがって、2つの撮像ユニット20・30からのタッチペン40への直接光である伝搬光13a・14aの視認角度が小さい場合においても、2つの反射光である伝搬光13b・14b及び伝搬光13c・14cを採用することにより、タッチペン40と撮像ユニット20・30との視認角度をさらに精度よく求めることができる。
Further, as shown in FIG. 2, the
尚、本実施の形態では、撮像ユニット20・30は、2つとして説明したが、本発明においては、必ずしもこれに限らず、3つ以上設けられていてもよい。
In the present embodiment, two
また、本実施の形態の座標入力装置3Aでは、導光板10には、該導光板10の内部を伝搬する伝搬光13a・13b・13c及び伝搬光14a・14b・14cを360度の方向から該導光板10の下面よりも下方に取り出す光取り出し部としての貫通孔11・11が設けられている。そして、撮像ユニット20・30は、貫通孔11・11によって取り出された伝搬光13a・13b・13c及び伝搬光14a・14b・14cを導光板10の下面よりも下方にて受光する。
Further, in the coordinate
これにより、貫通孔11は、導光板10の内部を伝搬する伝搬光13a・13b・13c及び伝搬光14a・14b・14cを360度の方向から該導光板10の下面よりも下方に取り出す。このため、反射板4・4からの反射光の伝搬光13b・13c及び伝搬光14b・14cがどの方向から伝搬されても、撮像ユニット20・30はその伝搬光13b・13c及び伝搬光14b・14cを受光することができる。
Thereby, the through-
(複数のタッチペンでの座標検出)
本実施の形態の座標入力装置3A及び座標入力システム1では、複数のタッチペン40を使用する場合においても、簡易な構成にて各タッチペン40の識別を簡易かつ確実に行うことができるようになっている。以下に、その構成について、図1及び図2に基づいて説明する。図1は座標入力装置3Aの構成を示す平面図である。
(Coordinate detection with multiple touch pens)
In the coordinate
図1に示すように、本実施の形態の座標入力装置3Aにおいて、複数のタッチペン40として2本のタッチペン40A・40Bが使用されている場合について説明する。尚、本発明では、3本以上のタッチペン40を使用しても、その作用及び効果は3本のタッチペン40A・40Bの使用時と同様である。
As shown in FIG. 1, the case where two
本実施の形態の座標入力装置3Aでは、被検出体は、少なくとも2つの第1被検出体してのタッチペン40Aと第2被検出体としてのタッチペン40Bとの同時使用が可能となっている。タッチペン40A及びタッチペン40Bは、それぞれ導光板10の表面に接触することによって該導光板10に光を入射させる発光部42を有する発光ペンからなっている。また、撮像ユニット20・30は、タッチペン40A及びタッチペン40Bの前記各発光部42・42から導光板10にそれぞれ入射して該導光板10の内部を伝搬する第1伝搬光13a及び第2伝搬光14a、並びに第1伝搬光13a’及び第2伝搬光14a’における該導光板10からの出射光を受光する。
In the coordinate
このような座標入力装置3Aにおいて、2本以上の発光ペンとしてのタッチペン40A及びタッチペン40Bを同時に使用し、かつ各タッチペン40A及びタッチペン40Bがそれぞれ同じ波長領域の光を用いている場合には、図1に示すように、撮像ユニット20・30の視線方向にタッチペン40A及びタッチペン40Bが2本並んだとき、撮像ユニット20から見て奥に位置するタッチペン40Bから発せられた光は、手前にあるタッチペン40Aによって遮断されるため、三角測量法では位置検出ができないという問題が発生する。
In such a coordinate
この問題を解決するために、例えば、2本のタッチペン40A及びタッチペン40Bに対して、それそれ異なる波長の光を発生させ、かつ各タッチペン40A及びタッチペン40Bに対して必須の一対の撮像ユニット20・30とを2組用意するのでは、装置の部品点数が増大し、コスト高になる。
In order to solve this problem, for example, the two
ここで、本実施の形態では、まず、光を導光板10に入射させるタッチペン40A及びタッチペン40Bが2本以上の複数同時に使用される場合でも、撮像ユニット20・30は、三角測量法において必須の少なくとも一対の撮像ユニット20・30しか設けられていない。
Here, in the present embodiment, first, even when two or
この状況下において、2つの撮像ユニット20・30にて各タッチペン40A及びタッチペン40Bからの発光を識別するために、本実施の形態では、前述したように、導光板10から出射される光を反射して該導光板10に再入射させる反射板4・4が設けられている。尚、反射板4は、方形の導光板10の一辺10cの外周か若しくはその一辺10cとは対向する対向辺10dの外周かのいずれか一方又は両方に設けられている。
In this situation, in order to identify the light emission from each
また、検出手段としての検出部7は、タッチペン40A及びタッチペン40Bからの直接光である伝搬光13a・14a及び伝搬光13a’・14a’と反射板4・4による反射光である伝搬光13b・13c及び伝搬光14b・14c、並びに伝搬光13b’・13c’及び伝搬光14b’・14c’とにおける撮像ユニット20・30の出力によって、タッチペン40A及びタッチペン40Bにおける導光板10の表面への接触位置P1 ・P2 の座標を求める。
Further, the
すなわち、撮像ユニット20・30の視線方向にタッチペン40A及びタッチペン40Bが2本並んだとき、撮像ユニット20から見て奥に位置するタッチペン40Bから発せられた直接光である伝搬光13a’は、手前にあるタッチペン40Aによって遮断されるため、三角測量法では位置検出ができない。しかしながら、そのような場合であっても、タッチペン40A及びタッチペン40Bとの各反射光である伝搬光13b・13c及び伝搬光14b・14c、並びに伝搬光13b’・13c’及び伝搬光14b’・14c’は重畳することにはならない。
That is, when two
この結果、撮像ユニット20・30の視線方向にタッチペン40A及びタッチペン40Bが2本並んだときであっても、タッチペン40A及びタッチペン40Bの接触位置P1 ・P2 を容易に検出することができる。
As a result, even when two
したがって、被検出体が発光ペンとしてタッチペン40A及びタッチペン40Bからなっている場合においても、複数のタッチペン40A及びタッチペン40Bにおける同時使用を可能とし得る座標入力装置3Aを提供することができる。
Therefore, even when the object to be detected includes the
このように、本実施の形態の座標入力装置3Aは、板状の導光板10と、導光板10内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・40A・40B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、タッチペン40・40A・40Bにおける導光板10の表面への接触位置の座標を求める検出部7とを備えている。そして、導光板10の外周には、導光板10から出射される光を反射して導光板10に再入射させる反射板4が設けられている。検出部7は、タッチペン40・40A・40Bからの直接光と反射板4による反射光とにおける撮像ユニット20・30の出力によって、タッチペン40・40A・40Bにおける導光板10の表面への接触位置の座標を求める。
As described above, the coordinate
この結果、2つの撮像ユニット20・30からのタッチペン40・40A・40Bへの視認角度が小さい場合においても、反射板4を介した反射光の撮像ユニット20・30への入射角度は大きくなる。
As a result, even when the viewing angles from the two
また、この構成では、高価な検出部を増加することもないので、コストの増大を抑制することができると共に、複数のタッチペン40A・40Bを同時使用した場合において、その識別を容易に行うことができる。
In addition, this configuration does not increase the number of expensive detection units, so that an increase in cost can be suppressed and the identification can be easily performed when a plurality of
したがって、コストの増大を抑制しつつ、撮像ユニット20・30からタッチペン40への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得ると共に、加えて、複数のタッチペン40A・40Bにおける同時使用を可能とし得る座標入力装置3Aを提供することができる。
Therefore, it is possible to prevent a decrease in detection accuracy when the viewing angle from 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、方形にてなっていると共に、少なくとも2つの撮像ユニット20・30は、方形の導光板10の一辺10cの近傍に設けられており、反射板4は、導光板10における少なくとも2つの撮像ユニット20・30が設けられた側の一辺10cの外周か若しくはその一辺10cとは対向する対向辺10dの外周かのいずれか一方又は両方に設けられている。
Further, in the coordinate
これにより、反射板4が、導光板10の一辺10cか対向辺10dの外周かのいずれか一方に設けられている場合には、2つの撮像ユニット20・30からのタッチペン40への直接光での視認角度が小さい場合においても、1つの反射板4を採用することにより、タッチペン40と撮像ユニット20・30との視認角度を精度よく求めることができる。
Thereby, when the reflecting
また、反射板4。4が、導光板10の一辺10cの周辺と対向辺10dの周辺かの両方に設けられている場合には、タッチペン40からの直接光と、2つの反射板4・4からの反射光との3つの方向の伝搬光により、タッチペン40と撮像ユニット20・30との視認角度を求めることができる。したがって、2つの撮像ユニット20・30からのタッチペン40への直接光での視認角度が小さい場合においても、2つの反射光を採用することにより、タッチペン40と撮像ユニット20・30との視認角度をさらに精度よく求めることができる。
Further, in the case where the reflection plate 4.4 is provided on both the periphery of the one
また、本実施の形態の座標入力装置3Aでは、導光板10には、導光板10の内部を伝搬する伝搬光を360度の方向から導光板10の下面よりも下方に取り出す貫通孔11が設けられていると共に、撮像ユニット20・30は、貫通孔11によって取り出された伝搬光を導光板10の下面よりも下方にて受光する。
Further, in the coordinate
これにより、反射板4からの反射光の伝搬光がどの方向から伝搬されても、撮像ユニット20・30はその伝搬光を受光することができる。
As a result, the
また、本実施の形態の座標入力装置3Aでは、被検出体は、少なくとも2つのタッチペン40A及びタッチペン40Bの同時使用が可能となっており、タッチペン40A及びタッチペン40Bは、それぞれ導光板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を有する発光ペンからなっている。そして、撮像ユニット20・30は、タッチペン40A及びタッチペン40Bの各発光部42・42から導光板10にそれぞれ入射して導光板10の内部を伝搬する第1伝搬光及び第2伝搬光における該導光部材からの出射光を受光する。
In the coordinate
この結果、撮像ユニット20・30の視線方向にタッチペン40A及びタッチペン40Bが2本並んだときであっても、反射板4からの反射光によって、タッチペン40A及びタッチペン40Bンの接触位置を容易に検出することができる。
As a result, even when two
したがって、被検出体がタッチペン40A及びタッチペン40Bからなっている場合においても、複数のタッチペン40A及びタッチペン40Bにおける同時使用を可能とし得る座標入力装置3Aを提供することができる。
Therefore, even when the detected object includes the
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3A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。このため、座標入力装置3Aを、液晶表示パネル2の画像を見ながらペン入力するタッチパネルとして機能させることができる。
The coordinate
したがって、コストの増大を抑制しつつ、撮像ユニット20・30からタッチペン40への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得ると共に、加えて、複数のタッチペン40A及びタッチペン40Bにおける同時使用を可能とし得る座標入力装置3Aを備えた座標入力システム1を提供することができる。
Accordingly, it is possible to prevent a decrease in detection accuracy when the viewing angle from 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11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、又は2つのタッチペン40A・40B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、及び2つの指を同時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構成について説明する。 First, a configuration for detecting a finger as a detection target will be described.
(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。
(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. 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
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指6を接触させることにより、その指6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
(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3Bの構成について、前記図9に基づいて以下に詳述する。
(Configuration of coordinate input device)
Next, the 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撮像ユニット20・30と、導光板10の例えば二辺の周辺に設けられた光源としての光源ユニット5と、検出手段としての検出部7とを有している。
As shown in FIG. 9, the coordinate input device 3 </ b> B includes a
すなわち、本実施の形態の座標入力装置3Bは、前記実施の形態1に記載した座標入力装置3Aとは、導光板10の周辺に光源ユニット5が設けられている点が異なっている。
That is, the coordinate
すなわち、本実施の形態の座標入力装置3Bには、導光板10における二辺の周辺には、該導光板10に光を入射させる複数のLED(light emitting diode)5aを並べた光源としての光源ユニット5・5が該二辺に沿って設けられている。この二辺は、両端に撮像ユニット20・30が設けられた導光板10の一辺とは異なる二辺である。この結果、導光板10における二辺の光源ユニット5・5は、互いに対向しており、上記撮像ユニット20・30は、光源ユニット5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、光源ユニット5・5は、本発明においては、必ずしも導光板10における二辺の周辺に限らず、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三辺の周辺であってもよい。
That is, the coordinate
光源ユニット5に複数並べられたLED5a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LED5a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7が設けられている。この検出部7は、指6による光散乱に基づく撮像素子23・33の出力強度の変化を検知して、指6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6が使用される。ただし、必ずしも指6に限らず、発光しない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
(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10及び図11(a)(b)に基づいて以下に説明する。図10は、図9のB−B線矢視断面図である。また、図11(a)は指6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11(b)は指6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LED5a…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、貫通孔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。尚、図9においては、受光手段としての撮像ユニット20・30の他に、受光手段としての撮像ユニット50・60が設けられているが、撮像ユニット20・30のみであってもよい。すなわち、本は発明においては、少なくとも2つの受光手段としての撮像ユニット20・30が設けられていれば足りる。
The light incident on the
上記の撮像素子23への光入射により、撮像素子23では、図11(a)に示すように、貫通孔11の壁面11a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。
With the light incident on the
この状態において、被検出体としての指6を導光板10の表面に接触させると、その接触位置P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7にて、指6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。
In this state, when 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LED5a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、一部の光は屈折率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 Nm contacts the surface of the light guide plate, the total reflection condition is:
sin (90 ° −θ P )> Nm / N
Therefore, a part of the light cannot satisfy the total reflection condition and is not confined in the
すなわち、導光板10に指6が接触しなければ、導光板10内の照明光は、指6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6の存在による光散乱により、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7にて、指6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
(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7における指6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11(a)(b)に基づいて、以下に説明する。
(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6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6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 formed by the
最初に、指6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 on 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LED5a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 flux that satisfies the conditions shown in FIG. 5 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15a・16aは、円錐面状の貫通孔11・11の壁面11a・11aにも導かれ、該壁面11a・11a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、貫通孔11・11の壁面11a・11aの反射光は、図10に示すように、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、LED5a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11(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、LED5a…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、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11(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. 11A, the light incident on the
次に、この状態で、指6が導光板10における例えば接触位置P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, detection of an output image on the
この場合、図10に示すように、指6の導光板10への接触によって、導光板10内の伝搬角θP の光が乱され、この結果、光量が減縮される。光量が減縮された伝搬光15aは、円錐面状の貫通孔11の壁面11aに導かれ、該壁面11a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11(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BLの像を形成する。
In this case, as shown in FIG. 10, by contact with the
撮像素子33についても同様に取得画像の分析から指6の接触点の位置が特定され、指6と撮像素子33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(5)及び関係式(6)
Y=tanα・X …関係式(5)
Y=tanβ・(L−X) …関係式(6)
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(7)
Y=(tanα・tanβ)・L/(tanα+tanβ) …式(8)
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6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6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 (5)
Y = tan β · (L−X)... (6)
Satisfied. Solving this, the coordinates (X, Y) of the contact point are
X = tan β · L / (tan α + tan β) (7)
Y = (tan α · tan β) · L / (tan α + tan β) (8)
The coordinates X · Y of the point where the
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6の接触位置Pの座標に基づいて、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6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 coordinates of the contact position P of the
このように、本実施の形態の座標入力装置3Bは、板状の導光板10と、導光板10の端部から照明光を入射させる光源ユニット5と、導光板10内を伝搬する照明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の表面に指6を接触したときの指6による光散乱を検知した撮像ユニット20・30の出力に基づいて、指6における導光板10の表面への接触位置Pの座標を求める検出部7とを備えている。
As described above, the coordinate
ここで、指6を検出する従来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、指6の存在による散乱光の受光ピークを検知するものが知られている。しかしながら、この構成では、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における接触検出の信号品質が低下し、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。
Here, a conventional touch panel that detects the
そこで、本実施の形態では、受光手段としての撮像ユニット20・30は、照明光の照射範囲内に設けられていると共に、検出部7は、指6による光散乱に基づく撮像ユニット20・30の出力強度の変化を検出して、指6における導光板10の表面への接触位置の座標を求める。
Therefore, in the present embodiment, the
すなわち、本実施の形態では、従来技術に対して発想の転換を図り、従来技術では、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、本実施の形態では、撮像ユニット20・30に最初から一定量の受光量を与えた状態で、指6の存在による光散乱に基づいて撮像ユニット20・30における出力強度の変化を検知するようになっている。
That is, in this embodiment, the concept is changed from the conventional technique, and in the conventional technique, the received light peak of scattered light due to the presence of the detected object is detected, whereas in this embodiment, the imaging unit is detected. A change in output intensity in the
この結果、撮像ユニット20・30は照明光の照射範囲内に設けられているので、撮像ユニット20・30には絶えず一定の受光量が与えられており、その状態で撮像ユニット20・30から遠方での指6の接触による光散乱により、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、検出部7にて指6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。
As a result, since the
したがって、導光板10を使用する光学式の座標入力装置3Bにおいて、大型タッチパネルに適用した場合においても、指6等の被検出体の座標位置を検出し得る座標入力装置3Bを提供することができる。
Therefore, even when the optical coordinate
(検出限界となる領域での措置)
本実施の形態の座標入力装置3Bでは、図9に示すように、被検出体としての指6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。
(Measures in the detection limit area)
In the coordinate
そこで、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、図9に示すように、導光板10の外周には、該導光板10から出射される光を反射して該導光板10に再入射させる反射板4が設けられている。そして、検出手段としての検出部7は、被検出体としての指6からの直接光と反射板4による反射光とにおける撮像ユニット20・30の出力によって、指6における導光板10の表面への接触位置Pの座標を求める。
Therefore, in this embodiment, in order to avoid the occurrence of such a region where position detection is difficult, the light emitted from the
この結果、2つの撮像ユニット20・30からの指6への視認角度が小さい場合においても、反射板4を介した反射光の撮像ユニット20・30への入射角度は大きくなる。
As a result, even when the viewing angle from the two
また、この構成では、高価な検出部を増加することもないので、コストの増大を抑制することができる。 Further, with this configuration, an increase in cost can be suppressed because an expensive detection unit is not increased.
したがって、コストの増大を抑制しつつ、撮像ユニット20・30から指6への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得る座標入力装置3Bを提供することができる。
Therefore, it is possible to provide the coordinate
ここで、本実施の形態の座標入力装置3Bでは、板状の導光板10は、方形にてなっていると共に、2つの撮像ユニット20・30は、方形の導光板10の一辺10c近傍に設けられており、反射板4は、導光板10における2つの撮像ユニット20・30が設けられた側の一辺10cの外周か若しくはその一辺10cとは対向する対向辺10dの外周かのいずれか一方又は両方に設けられている。
Here, in the coordinate
これにより、反射板4が、導光板10における2つの撮像ユニット20・30が設けられた側の一辺10cの外周に設けられている場合には、指6からの直接散乱光である伝搬光15a・16aと反射板4からの反射光である例えば伝搬光15b・16bとの2つの方向の伝搬光15a・15b及び伝搬光16a・16bにより、指6と撮像ユニット20・30との視認角度を求めることができる。したがって、2つの撮像ユニット20・30からの指6への直接光である伝搬光15a・16aの視認角度が小さい場合においても、例えば一辺10cの反射板4による1つの反射光である伝搬光15b・16bを採用することにより、タッチペン40と撮像ユニット20・30との視認角度を精度よく求めることができる。尚、この場合、例えば対向辺10dの反射板4による1つの反射光である伝搬光15c・16cを採用することも可能である。
Thereby, when the
また、図9に示すように、反射板4・4が、導光板10における2つの撮像ユニット20・30が設けられた側の一辺10cの外周及びその一辺10cとは対向する対向辺10dの外周の両方に設けられている場合には、指6からの直接光である伝搬光15a・16aと、2つの反射板4・4からの反射光である伝搬光15b・16b及び伝搬光15c・16cとの3つの方向の伝搬光15a・15b・15cにより、指6と撮像ユニット20・30との視認角度を求めることができる。したがって、2つの撮像ユニット20・30からの指6への直接光である伝搬光15a・16aの視認角度が小さい場合においても、2つの反射光である伝搬光15b・16b及び伝搬光15c・16cを採用することにより、指6と撮像ユニット20・30との視認角度をさらに精度よく求めることができる。
Further, as shown in FIG. 9, the
また、本実施の形態の座標入力装置3Bでは、導光板10には、該導光板10の内部を伝搬する伝搬光15a・15b・15c及び伝搬光16a・16b・16cを360度の方向から該導光板10の下面よりも下方に取り出す光取り出し部としての貫通孔11・11が設けられている。そして、撮像ユニット20・30は、貫通孔11・11によって取り出された伝搬光15a・15b・15c及び伝搬光16a・16b・16cを導光板10の下面よりも下方にて受光する。
Further, in the coordinate
これにより、貫通孔11は、導光板10の内部を伝搬する伝搬光15a・15b・15c及び伝搬光16a・16b・16cを360度の方向から該導光板10の下面よりも下方に取り出す。このため、反射板4・4からの反射光の伝搬光15b・15c及び伝搬光16b・16cがどの方向から伝搬されても、撮像ユニット20・30はその伝搬光15b・15c及び伝搬光16b・16cを受光することができる。
Thereby, the through-
(2つの指の同時使用)
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、複数の指6を使用する場合においても、簡易な構成にて各指6の識別を簡易かつ確実に行うことができるようになっている。
(Simultaneous use of two fingers)
In the coordinate
尚、複数の指6を使用する場合の構成は、前記実施の形態1において、(2つのタッチペンの同時使用)にて説明した内容と同一であるので、その説明を省略する。
In addition, since the structure in the case of using the several finger |
このように、本実施の形態の座標入力装置3Bは、板状の導光部材としての導光板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の表面に被検出体としての指6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、指6における導光板10の表面への接触位置Pの座標を求める検出手段としての検出部7とを備えている。
As described above, the coordinate
そして、導光板10の外周には、導光板10から出射される光を反射して該導光板10に再入射させる反射板4が設けられていると共に、検出部7は、指6からの直接光と反射板4による反射光とにおける撮像ユニット20・30の出力によって、指6における導光板10の表面への接触位置Pの座標を求める。
The outer periphery of the
この結果、2つの撮像ユニット20・30からの指6への視認角度が小さい場合においても、反射板4を介した反射光の撮像ユニット20・30への入射角度は大きくなる。
As a result, even when the viewing angle from the two
また、この構成では、高価な検出部を増加することもないので、コストの増大を抑制することができると共に、複数の指6を同時使用した場合において、その識別を容易に行うことができる。
In addition, this configuration does not increase the number of expensive detection units, so that an increase in cost can be suppressed and the identification can be easily performed when a plurality of
したがって、コストの増大を抑制しつつ、撮像ユニット20・30から指6への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得ると共に、加えて、複数の指6における同時使用を可能とし得る座標入力装置3Bを提供することができる。
Therefore, it is possible to prevent a decrease in detection accuracy when the viewing angle from the
また、本実施の形態の座標入力装置3Bでは、板状の導光板10は、方形にてなっていると共に、少なくとも2つの撮像ユニット20・30は、方形の導光板10における一辺の近傍に設けられており、反射板4は、導光板10における少なくとも2つの撮像ユニット20・30が設けられた側の一辺10cの外周か若しくはその一辺10cとは対向する対向辺10dの外周かのいずれか一方又は両方に設けられている。
Further, in the coordinate
したがって、2つの撮像ユニット20・30からの指6への直接光での視認角度が小さい場合においても、反射光を採用することにより、指6と撮像ユニット20・30との視認角度を精度よく求めることができる。
Therefore, even when the viewing angle of the direct light from the two
また、本実施の形態の座標入力装置3Bでは、導光板10には、導光板10の内部を伝搬する伝搬光を360度の方向から導光板10の下面よりも下方に取り出す光取り出し部としての貫通孔11が設けられていると共に、撮像ユニット20・30は、貫通孔11によって取り出された伝搬光を導光板10の上記下面よりも下方にて受光する。
Further, in the coordinate
これにより、反射板4からの反射光の伝搬光がどの方向から伝搬されても、撮像ユニット20・30はその伝搬光を受光することができる。
As a result, the
また、本実施の形態の座標入力装置3Bでは、指6は、少なくとも2つの第1被検出体としての指6と第2被検出体としての指6との同時使用が可能となっており、導光板10の端部から照明光を入射させる光源としての光源ユニット5が設けられ、指6・6は、導光板10の表面に接触することによって導光板10内を伝搬する照明光を散乱させるようになっており、撮像ユニット20・30は、導光板10内を伝搬する照明光、指6によるその散乱光である第1伝搬光と、他方の指6によるその散乱光である第2伝搬光とを受光すると共に、検出部7は、各指6・6の導光板10への接触による照明光の散乱に基づく撮像ユニット20・30の出力強度の変化を検出して、各指6・6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、撮像ユニット20・30の視線方向に指6・6が2つ並んだときであっても、指6・6の接触位置P・Pを容易に検出することができる。
As a result, even when the two
したがって、被検出体が指6等の発光ペンを使用しない被検出体からなっている場合においても、複数の指6・6における同時使用を可能とし得る座標入力装置3Bを提供することができる。
Therefore, even when the detected object is a detected object that does not use the light-emitting pen such as the
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1であって、液晶表示パネル2を備えている。このため、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入力するタッチパネルとして機能させることができる。
A coordinate
したがって、コストの増大を抑制しつつ、撮像ユニット20・30から指6への視認角度が小さい場合に検出精度の低下を防止し得ると共に、加えて、複数の指6・6における同時使用を可能と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。
Accordingly, it is possible to prevent a decrease in detection accuracy when the viewing angle from the
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、他の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 are possible within the scope shown in the claims, and the technical means disclosed in the other embodiments are appropriately combined. The obtained embodiment is also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、指、又はタッチペン、スタイラスペン等の棒状の操作部材ペン等の被検出体を複数同時使用する光学式の座標入力装置、及び座標入力システムに利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for an optical coordinate input device and a coordinate input system that simultaneously use a plurality of detection objects such as fingers or a bar-shaped operation member pen such as a touch pen or a stylus pen.
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 反射板
5 光源ユニット(光源)
5a LED
6 指(被検出体)
7 検出部(検出手段)
10 導光板(導光部材)
10c 一辺
10d 対向辺
11 貫通孔(光取り出し部)
11a 壁面
12a・13a 伝搬光〔直接光〕
12b・12c 伝搬光〔反射光〕
13b・13c 伝搬光〔反射光〕
15a・16a 伝搬光〔直接光〕
15b・15c 伝搬光〔反射光〕
16b・16c 伝搬光〔反射光〕
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(受光部)
23a 明部
25 像
27 像
30 撮像ユニット(受光手段)
31 レンズ
32 可視光カットフィルタ
33 撮像素子(受光部)
40 タッチペン(発光ペン、被検出体)
40A タッチペン(発光ペン、被検出体)
40B タッチペン(発光ペン、被検出体)
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
L 間隔
1 Coordinate
3A Coordinate
5a LED
6 fingers (detected body)
7 Detection part (detection means)
10 Light guide plate (light guide member)
10c One
11a Wall surfaces 12a and 13a Propagating light (direct light)
12b / 12c Propagating light [reflected light]
13b / 13c Propagating light [reflected light]
15a, 16a Propagating light (direct light)
15b / 15c Propagating light [reflected light]
16b, 16c Propagating light [reflected light]
20 Imaging unit (light receiving means)
21
31 Lens 32 Visible
40 Touch pen (light emitting pen, object to be detected)
40A touch pen (light emitting pen, object to be detected)
40B Touch pen (light emitting pen, object to be detected)
42
60 Imaging unit (light receiving means)
BL Dark part L interval
Claims (6)
上記導光部材の外周には、該導光部材から出射される光を反射して該導光部材に再入射させる反射板が設けられていると共に、
上記検出手段は、被検出体からの直接光と上記反射板による反射光とにおける受光手段の出力によって、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 propagation light propagating in the light guide member, and 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 detection means for obtaining coordinates of a position of contact of the light guide member with the surface of the light guide member based on the detected output of the light receiving means;
On the outer periphery of the light guide member, a reflection plate that reflects light emitted from the light guide member and re-enters the light guide member is provided.
The detection means obtains the coordinates of the contact position of the light guide member on the detected body with the output of the light receiving means in the direct light from the detected body and the reflected light from the reflector. Input device.
前記少なくとも2つの受光手段は、方形の導光部材の一辺近傍に設けられており、
前記反射板は、導光部材における上記少なくとも2つの受光手段が設けられた側の一辺の外周か若しくはその一辺とは対向する対向辺の外周かのいずれか一方又は両方に設けら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。 The plate-shaped light guide member has a square shape,
The at least two light receiving means are provided in the vicinity of one side of the rectangular light guide member,
The reflector is provided on one or both of the outer periphery of one side of the light guide member on the side where the at least two light receiving means are provided, or the outer periphery of the opposite side opposite to the one side. The coordinate input device according to claim 1, wherein:
前記受光手段は、上記光取り出し部によって取り出された上記伝搬光を上記導光部材の上記下面よりも下方にて受光することを特徴とする請求項1又は2記載の座標入力装置。 The light guide member is provided with a light extraction portion that extracts propagation light propagating through the light guide member from a direction of 360 degrees below the lower surface of the light guide member.
The coordinate input device according to claim 1, wherein the light receiving unit receives the propagating light extracted by the light extraction unit below the lower surface of the light guide member.
前記第1被検出体及び第2被検出体は、それぞれ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、
前記受光手段は、上記第1被検出体及び第2被検出体の各発光部から上記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第1伝搬光及び第2伝搬光における該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 detected object can be used simultaneously with at least two first detected objects and a second detected object,
The first detected body and the second detected body are each composed 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, and
In the first propagation light and the second propagation light, the light receiving means is incident on the light guide member from the light emitting portions of the first detection body and the second detection body, respectively, and propagates in the light guide member. The coordinate input device according to claim 1, wherein the light emitted from the light guide member is received.
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、
前記第1被検出体及び第2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散乱させるようになっており、
前記受光手段は、導光部材内を伝搬する照明光、第1被検出体によるその散乱光である第1伝搬光と、上記第2被検出体によるその散乱光である第2伝搬光とを受光すると共に、
前記検出手段は、第1被検出体及び第2被検出体の導光部材への接触による上記照明光の散乱に基づく受光手段の出力強度の変化を検出して、該第1被検出体及び第2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。 The detected object can be used simultaneously with at least two first detected objects and a second detected object,
A light source for allowing illumination light to enter from an end of the light guide member;
The first detected body and the second detected body are adapted to scatter the illumination light propagating through the light guide member by contacting the surface of the light guide member,
The light receiving means includes illumination light propagating in the light guide member, first propagated light that is scattered light by the first detected object, and second propagated light that is scattered light by the second detected object. While receiving light,
The detection means detects a change in output intensity of the light receiving means based on the scattering of the illumination light due to contact of the first detected body and the second detected body with the light guide member, and the first detected body and The coordinate input device according to claim 1, 2, or 3, wherein coordinates of a contact position on the surface of the light guide member in the second detected body 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.
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