JP2017102801A - 位置検出装置、画像表示装置及び画像表示システム - Google Patents

Abstract

【課題】検出領域が広くても、検出精度の低下を抑制することができる位置検出装置を提供する。
【解決手段】 タッチパネル（位置検出装置）は、導光部材６００、受光センサ、導光部材に光を照射する光源、受光センサの出力から位置情報を求める処理装置を有している。導光部材６００は、光を射出する面に対向する面に複数の拡散部７０１、及び反射領域７０３が設けられている。反射領域７０３は、拡散部７０１に入射する光を増やす働きを有している。導光部材６００は、一側の端面に光源からの光が入射される。導光部材６００の中を進行している光が拡散部７０１に入射すると、該光は拡散され、光を射出する面への入射角が全反射の臨界角を超えると、照明光として導光部材６００から外部に射出される。
【選択図】図９

Description

本発明は、位置検出装置、画像表示装置及び画像表示システムに係り、更に詳しくは、物体の位置を検出する位置検出装置、該位置検出装置を有する画像表示装置、及び該画像表示装置を備える画像表示システムに関する。

近年、液晶ディスプレイなどのフラットパネル・ディスプレイにタッチパネルを搭載した電子情報ボードが、通常の会議や遠隔会議で活用されている。

この電子情報ボードでは、電子ペンや操作者の指がディスプレイの表示領域に接触したときに、その接触位置を検出する必要がある。

例えば、特許文献１には、支持体の外周縁の少なくとも一部分に沿って及びその上に配置されて検出領域を定める光ファイバ照明アセンブリを有する光学式タッチパネルが開示されている。

しかしながら、従来の位置検出装置では、検出領域が広くなると、検出精度が低下するおそれがあった。

本発明は、検出領域における物体の位置を検出する位置検出装置であって、光源と前記検出領域の領域外に設けられ、前記光源からの光が入射され、前記検出領域に照明光を射出する導光部材と、前記照明光を受光する受光器と、前記受光器の出力に基づいて前記物体の位置を求める処理装置とを備え、前記導光部材は、光を射出する面に対向する面に、該導光部材の内部を進行する光を反射する反射領域、及び該導光部材の内部を進行する光を拡散する複数の拡散部を有する位置検出装置である。

本発明の位置検出装置によれば、検出領域が広くても、検出精度の低下を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る電子情報ボードシステムの概略図である。 電子情報ボードの外観図である。 電子情報ボードを説明するための図（その１）である。 電子情報ボードを説明するための図（その２）である。 コントローラを説明するための図である。 タッチパネルを説明するための図である。 処理装置を説明するための図である。 導光部材に入射される光源から光を説明するための図である。 導光部材における拡散部及び反射領域を説明するための図である。 拡散部で反射された光を説明するための図である。 導光部材の配置位置を説明するための図である。 導光部材から射出される照明光を説明するための図である。 比較例１の導光部材を説明するための図である。 比較例２の導光部材を説明するための図である。 比較例３の導光部材を説明するための図である。 位置検出を説明するための図である。 図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）は、それぞれ図１６のときに受光センサで受光される光量を説明するための図である。 導光部材の変形例を説明するための図である。 ４つの受光センサを用いた位置検出を説明するための図である。 タッチパネルの変形例を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を図１〜図１７（Ｂ）に基づいて説明する。図１には、一実施形態に係る画像表示システムとしての電子情報ボードシステム１が示されている。

この電子情報ボードシステム１は、画像表示装置としての電子情報ボード１０、端末としてのノートパソコン９０、ネットワーク２０４などを備えている。

ネットワーク２０４としては、インターネット又はＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等であっても良い。

ノートパソコン９０は、電子情報ボード１０に接続されている。電子情報ボード１０は、ネットワーク２０４に接続されている。

電子情報ボード１０は、一例として図２に示されるように、ディスプレイ２０、位置検出装置としてのタッチパネル２４、スタンド４０、機器収納部５０などを備えている。なお、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系を用い、電子情報ボード１０が設置されている床面に直交する方向をＺ軸方向とし、ディスプレイ２０の左右方向をＸ軸方向として説明する。そして、ディスプレイ２０の奥行き方向を＋Ｙ方向とする。

ディスプレイ２０は、液晶パネル又はプラズマパネルなどのフラットパネルを有している。このディスプレイ２０の筐体前面には画像が表示される表示面２２が形成されている。また、ディスプレイ２０の筐体前面にタッチパネル２４が設けられている。

操作者は、専用の電子ペン１００を用いて、表示面２２に文字や図形などを書き込むことができる。

電子ペン１００は、ペン先が表示面２２に接触すると、筆記検知信号を無線信号として送信する。さらに、電子ペン１００は、ペン尻が表示面２２に接触すると、消去検知信号を無線信号として送信する。

タッチパネル２４は、電子ペン１００の接触位置を検出する。なお、タッチパネル２４の詳細については後述する。

機器収納部５０には、一例として図３及び図４に示されるように、コントローラ６０、ＵＳＢソケット７２、ＶＧＡ入力ソケット８２、ネットワークソケット２０２などが収納されている。

ディスプレイ２０は、コントローラ６０により制御される。表示面２２には、操作者によって入力操作される画面操作部２６や、ノートパソコン９０から取り込まれた画像が表示されるＰＣ画像表示部２８が設けられている。

ディスプレイ２０の近くには、ペン信号受信部２１０が設けられている。ペン信号受信部２１０は、電子ペン１００から出力される筆記検知信号及び消去検知信号を受信する。ペン信号受信部２１０は、筆記検知信号及び消去検知信号を受信すると、タッチパネル２４に通知する。

ＵＳＢソケット７２には、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ケーブル７０が接続される。ＶＧＡ入力ソケット８２には、ＶＧＡ（Ｖｉｄｅｏ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ａｒｒａｙ）ケーブル８０が接続される。

コントローラ６０は、ＵＳＢソケット７２及びＶＧＡ入力ソケット８２を介してノートパソコン９０と接続される。

ネットワークソケット２０２には、光ファイバなどの通信ケーブル２００が接続される。コントローラ６０は、ネットワークソケット２０２を介してネットワーク２０４に接続される。

ノートパソコン９０は、磁気ディスク装置などのストレージ９４を有している。このストレージ９４には、各種コンテンツ及びコンテンツ表示用アプリケーションソフトウエアなどのプログラムが格納されている。

操作者は、ストレージ９４に格納されている各種コンテンツの中から所望のコンテンツを選択し、ノートパソコン９０のモニタ９２に当該コンテンツを表示させることができる。そして、操作者は、モニタ９２に表示されている画像のデータを、ＵＳＢケーブル７０及びＶＧＡケーブル８０を介して、コントローラ６０に転送することができる。コントローラ６０は、ノートパソコン９０から画像データを受信すると、ディスプレイ２０のＰＣ画像表示部２８に該画像を表示する。これにより、ノートパソコン９０のモニタ９２に表示されている画像と同じ画像が、電子情報ボード１０のディスプレイ２０に表示される。

次に、コントローラ６０の構成について説明する。コントローラ６０は、図５に示されるように、コントローラオペレーションシステム部２２０、アプリケーション部２３０、映像入力デバイス部２４０などを有している。

コントローラオペレーションシステム部２２０は、コントローラ６０で行われる制御処理を管理、実行するメイン制御部である。

アプリケーション部２３０は、イベント信号判断部２３１、映像入力処理部２３２、画像描画処理部２３４、画面消去処理部２３６、及び画面操作処理部２３８などを有している。

イベント信号判断部２３１は、コントローラオペレーションシステム部２２０から入力されるイベント信号を監視し、入力されたイベント信号に応じた処理を行う。

映像入力処理部２３２は、ノートパソコン９０からの画像をキャプチャする。

画像描画処理部２３４は、イベント信号判断部２３１を介してタッチパネル２４から入力される位置情報に基づいて手書きのグラフィックを生成し、既に表示されている画像に手書きのグラフィックを重畳してディスプレイ２０に表示する。

画面消去処理部２３６は、イベント信号判断部２３１を介してタッチパネル２４から入力される位置情報に基づいて現在表示されている画像の背景色でグラフィックを生成し、既に表示されている画像に背景色のグラフィックを重畳してディスプレイ２０に表示する。これにより、ディスプレイ２０に表示された手書きグラフィックに背景色のグラフィックが重畳されて見かけ上は、ディスプレイ２０から消去される。

画面操作処理部２３８は、電子ペン１００が画面操作部２６に接触すると、タッチパネル２４からの位置情報（信号）をマウスイベントなどのポインティングディバイス信号に変換し、画面操作部２６のオン・オフ操作に対応する処理を行う。

また、画面操作処理部２３８は、電子ペン１００が表示面２２に接触すると、タッチパネル２４からの位置情報とともにマウスダウンイベントをコントローラオペレーションシステム部２２０に通知する。

また、画面操作処理部２３８は、電子ペン１００が表示面２２に接触したまま移動させられた場合、タッチパネル２４からの位置情報とともにマウスアップイベントをコントローラオペレーションシステム部２２０に通知する。

タッチパネル２４は、一例として図６に示されるように、表示面２２を取り囲む４つの導光部材６００、表示面２２の四隅に設けられた４つの受光センサ（３００、３１０、３２０、３３０）、各導光部材に光を照射する４つの光源７０２（図６では不図示、図８参照）、及び処理装置３５０（図６では不図示、図７参照）を有している。

処理装置３５０は、ペン信号受信部２１０を介して筆記検知信号又は消去検知信号を受信すると、各受光センサの出力から電子ペン１００の位置情報を求め、該位置情報とともに筆記検知信号又は消去検知信号をコントローラオペレーションシステム部２２０に伝送する。

また、処理装置３５０は、電子ペン１００の位置情報、筆記検知信号又は消去検知信号を所定のイベント信号に変換してコントローラオペレーションシステム部２２０に通知する。

各導光部材６００は、一例として図８に示されるように、一側の端面に光源７０２からの光（発散光）が入射される。なお、光源７０２は、複数の赤外ＬＥＤを有している。また、各導光部材６００の側面は、入射した光が全反射されるように鏡面加工されている。そこで、導光部材６００に入射した光は、導光部材６００の中を導光部材６００の長手方向に沿って進行する。

さらに、各導光部材６００は、一例として図９に示されるように、光を射出する面に対向する面に複数の拡散部７０１、及び反射領域７０３が設けられている。

拡散部７０１は、塗装材を塗布することによって形成されている。なお、拡散部７０１は、側面の表面性状を荒らすことでも実現可能である。

反射領域７０３は、表示面２２に対して直交しており、拡散部７０１に入射する光を増やす働きを有している。

導光部材６００の中を進行している光が拡散部７０１に入射すると、該光は拡散され、一例として図１０に示されるように、光を射出する面への入射角が全反射の臨界角を超えると、導光部材６００から外部に射出される。各導光部材６００から外部に射出された光は、表示面２２上を進行する。全反射の臨界角は、導光部材６００の材質によって異なり、一般的に用いられるアクリル樹脂の場合は、４２．２度である。なお、以下では、煩雑さを避けるため、導光部材６００から外部に射出される光を「照明光」ともいう。

ところで、各導光部材６００は、一例として図１１に示されるように、反射領域７０３が表示面２２の＋Ｙ側に位置するように配置されている。この場合は、一例として図１２に示されるように、Ｙ軸方向に関して、表示面２２の近くに照明光を射出することができ、位置検出精度を向上させることができる。

なお、図１３には、比較例１として、反射領域７０３がなくて、断面積が導光部材６００よりも小さい導光部材を用いる場合が示されている。この場合は、照明光の光量が少なくて、大型のディスプレイに対応できない。

また、図１４には、比較例２として、比較例１に対してＹ軸方向に関する大きさを大きくした導光部材を用いる場合が示されている。この場合は、照明光の断面の大きさが大きくなり、位置検出精度が低下するおそれがある。

また、図１５には、比較例３として、比較例１に対してＺ軸方向に関する大きさを大きくした導光部材を用いる場合が示されている。この場合は、タッチパネル２４のベゼル幅が増加し、デザイン性の低下や製品サイズ増加によるコスト増を招く。

各導光部材６００から照明光が射出されているときに、電子ペン１００のペン先が表示面２２に接触すると、照明光の一部が遮光される（図１６参照）。図１６の場合、受光センサ３００では、角度αに対応する受光光量が減少し（図１７（Ａ）参照）、受光センサ３１０では、角度βに対応する受光光量が減少する（図１７（Ｂ）参照）。

そして、処理装置３５０は、受光センサ３００の出力信号と受光センサ３１０の出力信号とに基づいて、三角測量の数式を用いて、表示面２２における電子ペン１００のペン先が接触している位置座標を求め、コントローラ６０に通知する。

以上説明したように、本実施形態に係るタッチパネル２４は、表示面２２を取り囲む４つの導光部材６００、表示面２２の四隅に設けられた４つの受光センサ（３００、３１０、３２０、３３０）、各導光部材に光を照射する４つの光源７０２、各受光センサの出力から位置情報を求める処理装置３５０を有している。

各導光部材６００は、一側の端面に光源７０２からの光が入射される。各導光部材６００は、光を射出する面に対向する面に複数の拡散部７０１、及び反射領域７０３が設けられている。拡散部７０１は、導光部材６００の内部を進行する光を拡散し、反射領域７０３は、導光部材６００の内部を進行する光を反射する。拡散部７０１は、塗装材を塗布したり、側面の表面性状を荒らすことによって形成される。

反射領域７０３は、表示面２２に対して直交しており、拡散部７０１に入射する光を増やす働きを有している。

導光部材６００の中を進行している光が拡散部７０１に入射すると、該光は拡散され、他の側面への入射角が全反射の臨界角を超えると、照明光として導光部材６００から外部に射出される。この照明光は、表示面２２上を進行する。

この場合は、コスト高を抑制しつつ照明光の光量を大きくすることが可能となり、表示面２２が広くても、検出精度の低下を抑制することができる。

そして、電子情報ボード１０は、タッチパネル２４を有しているため、操作者の要求に合致した処理を行うことができる。

また、電子情報ボードシステム１は、電子情報ボード１０を備えているため、結果として、意図したプレゼンテーションや、効率的な会議を行うことが可能となる。

なお、上記実施形態において、一例として図１８に示されるように、反射領域７０３に対向する側面部が、該側面部で反射された光が拡散部７０１に向かうように、反射領域７０３に対して非平行であっても良い。この場合は、照明光の光量をさらに大きくすることができる。

また、上記実施形態において、一例として図１９に示されるように、処理装置３５０は、４つの受光センサの出力信号から電子ペン１００の位置を検出しても良い。

また、上記実施形態では、受光センサが４つ用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、複数の受光センサが用いられれば良い。同時に複数の物体位置を検出する必要がなければ、図２０に示されるように、２つの受光センサが用いられても良い。

また、上記実施形態では、タッチパネル２４が電子情報ボード１０に用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、タッチパネル２４が、プロジェクタ装置や、デジタルサイネージ装置に用いられても良い。

１…電子情報ボードシステム（画像表示システム）、１０…電子情報ボード（画像表示装置）、２０…ディスプレイ（表示手段）、２２…表示面（検出領域）、２４…タッチパネル（位置検出装置）、２６…画面操作部、２８…ＰＣ画像表示部、４０…スタンド、５０…機器収納部、６０…コントローラ、７２…ＵＳＢソケット、８２…ＶＧＡ入力ソケット、９０…ノートパソコン（端末）、９２…モニタ、９４…ストレージ、１００…電子ペン（物体）、２０２…ネットワークソケット、２０４…ネットワーク、２１０…ペン信号受信部、２２０…コントローラオペレーションシステム部、２３０…アプリケーション部、２３１…イベント信号判断部、２３２…映像入力処理部、２３４…画像描画処理部、２３６…画面消去処理部、２３８…画面操作処理部、２４０…映像入力デバイス部、３００…受光センサ（受光器）、３１０…受光センサ（受光器）、３２０…受光センサ（受光器）、３３０…受光センサ（受光器）、３５０…処理装置、６００…導光部材、７０１…拡散部、７０２…光源、７０３…反射領域。

特許第５４１５９５４号公報

Claims (10)

1. 検出領域における物体の位置を検出する位置検出装置であって、
   光源と
   前記検出領域の領域外に設けられ、前記光源からの光が入射され、前記検出領域に照明光を射出する導光部材と、
   前記照明光を受光する受光器と、
   前記受光器の出力に基づいて前記物体の位置を求める処理装置とを備え、
   前記導光部材は、光を射出する面に対向する面に、該導光部材の内部を進行する光を反射する反射領域、及び該導光部材の内部を進行する光を拡散する複数の拡散部を有する位置検出装置。
2. 前記反射領域は、前記検出領域に対して直交していることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記導光部材における光を射出する面は、前記反射領域で反射された光が入射され前記拡散部に向かう方向に反射する反射面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
4. 前記拡散部は、塗装材を塗布することによって形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の位置検出装置。
5. 前記拡散部は、表面性状を荒らすことによって形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の位置検出装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の位置検出装置を備える画像表示装置。
7. 請求項６に記載の画像表示装置と、
   該画像表示装置に画像を転送する端末とを備える画像表示システム。
8. 前記画像表示装置がプロジェクタ装置であることを特徴とする請求項７に記載の画像表示システム。
9. 前記画像表示装置が電子情報ボードであることを特徴とする請求項７に記載の画像表示システム。
10. 前記画像表示装置がデジタルサイネージ装置であることを特徴とする請求項７に記載の画像表示システム。

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