JP2593162B2 - 座標および外力検出装置 - Google Patents
座標および外力検出装置Info
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- JP2593162B2 JP2593162B2 JP31216087A JP31216087A JP2593162B2 JP 2593162 B2 JP2593162 B2 JP 2593162B2 JP 31216087 A JP31216087 A JP 31216087A JP 31216087 A JP31216087 A JP 31216087A JP 2593162 B2 JP2593162 B2 JP 2593162B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （発明の属する技術分野） 本発明は、感圧面の一部に加わった外力の有無、該外
力の加わった位置、または該外力の大きさを識別するこ
とのできる座標および外力検出装置に関するものであ
る。
力の加わった位置、または該外力の大きさを識別するこ
とのできる座標および外力検出装置に関するものであ
る。
（従来の技術） 各種機器を操作制御する場合、操作者の意志を直接的
に入力する手段として、操作キーが表示された面を直接
に触れる動作を検出するタッチセンサを用いると効果的
なことは良く知られている。従来このタッチセンサの種
類には、 a.2枚の導電シートを直接接触しないように重ね、外力
の加わった部分だけが導通するようにし、導通した座標
位置を検出する電位抵抗変化検出型のタッチセンサ b.導電シートに導電物体が接近または接触したとき生じ
る誘導電位または電磁波を検出する電磁誘導検出型のタ
ッチセンサ c.導電シートに導電物体が接近したとき、導電シートと
導電物体との間の静電容量の増加を検出する電磁誘導検
出型のタッチセンサ d.表示面に近い空間に光線または超音波のビームを張
り、物体が表示面に触れようとすることを該ビームを遮
るビーム遮断型のタッチセンサ などのものがあり、実用化されてきた。しかしながら、
これらには次の欠点があった。
に入力する手段として、操作キーが表示された面を直接
に触れる動作を検出するタッチセンサを用いると効果的
なことは良く知られている。従来このタッチセンサの種
類には、 a.2枚の導電シートを直接接触しないように重ね、外力
の加わった部分だけが導通するようにし、導通した座標
位置を検出する電位抵抗変化検出型のタッチセンサ b.導電シートに導電物体が接近または接触したとき生じ
る誘導電位または電磁波を検出する電磁誘導検出型のタ
ッチセンサ c.導電シートに導電物体が接近したとき、導電シートと
導電物体との間の静電容量の増加を検出する電磁誘導検
出型のタッチセンサ d.表示面に近い空間に光線または超音波のビームを張
り、物体が表示面に触れようとすることを該ビームを遮
るビーム遮断型のタッチセンサ などのものがあり、実用化されてきた。しかしながら、
これらには次の欠点があった。
（ａ）外力の大きさの測定が困難 タッチセンサの応用分野は、従来機器の操作制御にほ
ぼ限られてきた。この理由として、外力の大きさを測定
出来ないことが挙げられる。
ぼ限られてきた。この理由として、外力の大きさを測定
出来ないことが挙げられる。
手書き文字筆跡入力や、歩行時の足圧分布の測定など
の応用分野においては、接触の有無だけではなく、接触
力の大小を測定できることが必要である。しかし上記ｂ
〜ｃにおいては、外力の大きさがある閾値を超えたか、
それ未満かの２値情報しか得ることができない。また上
記ｄにおいては、検出原理からして、接触したか否の判
定さえ厳密には行なうことができないため、不適当であ
り、従来は大掛かりな測定装置を用いて測定を行ってい
た。
の応用分野においては、接触の有無だけではなく、接触
力の大小を測定できることが必要である。しかし上記ｂ
〜ｃにおいては、外力の大きさがある閾値を超えたか、
それ未満かの２値情報しか得ることができない。また上
記ｄにおいては、検出原理からして、接触したか否の判
定さえ厳密には行なうことができないため、不適当であ
り、従来は大掛かりな測定装置を用いて測定を行ってい
た。
上記ａにおいては、導通部分の電気抵抗変化によって
外力の大きさを検出可能であるが、接触する位置によっ
てもセンサ外部から見たセンサの電気抵抗が異なるの
で、その補正が複雑になる欠点があった。
外力の大きさを検出可能であるが、接触する位置によっ
てもセンサ外部から見たセンサの電気抵抗が異なるの
で、その補正が複雑になる欠点があった。
（ｂ）環境によっては動作困難 強力な漏洩電磁波や誘導電位が生じている工場内、実
験室、直射日光下などの環境においては、指や物体が近
づかなくとも、センサが誤動作する場合がしばしばあ
り、実用上の問題となっていた。
験室、直射日光下などの環境においては、指や物体が近
づかなくとも、センサが誤動作する場合がしばしばあ
り、実用上の問題となっていた。
（発明の目的） 本発明は、設置される電磁的・光学的環境条件に左右
されず、可撓シートに接触することにより、その位置座
標と接触時の外力の大きさを測定することのできる外力
検出装置を実現することを目的とするものである。
されず、可撓シートに接触することにより、その位置座
標と接触時の外力の大きさを測定することのできる外力
検出装置を実現することを目的とするものである。
（発明の構成） （発明の特徴と従来技術との差異） 本発明は片面に入射光線の反射面、その裏面を外力感
応面とした可撓性の可撓シートを有し、入射光線に対し
透過性および周囲と異なる屈折率を有する透明板を前記
可撓シートと微小な一定間隔をもって配置し、外力感応
面に外力が加ったとき、局所的に生ずる光学的干渉現象
であるニュートンリングの存在，多重数，形状，大きさ
を検出するようにして、外力の存在，位置，大きさを識
別することを最も主要な特徴とするものである。
応面とした可撓性の可撓シートを有し、入射光線に対し
透過性および周囲と異なる屈折率を有する透明板を前記
可撓シートと微小な一定間隔をもって配置し、外力感応
面に外力が加ったとき、局所的に生ずる光学的干渉現象
であるニュートンリングの存在，多重数，形状，大きさ
を検出するようにして、外力の存在，位置，大きさを識
別することを最も主要な特徴とするものである。
したがって本発明は、従来技術のタッチセンサのよう
な外力の大きさが測定できず、環境によって動作が困難
なものとは異なる。
な外力の大きさが測定できず、環境によって動作が困難
なものとは異なる。
（実施例） 第１図は本発明の一実施例の構成を示す図であり、図
において、１は可撓性の可撓シートで例えば高分子フィ
ルムなどにより構成される。２は入射光線の少なくとも
一部を表面で反射することのできる例えば金属蒸着など
によって可撓シート上に構成される光線反射面、３は光
線に対する透過性および周囲と異なる屈折率を有し、可
撓シート１と接近し微小な一定間隔をもって対向する透
明板である。これは可撓シートにより硬い材質、例えば
ガラス等の物質で構成される。４は前記透明板３の片面
であり、光線反射面２と対向する対向面、５は可撓シー
トに外力が加わっていないとき、光線反射面２と対向面
４との間隔を一定に保持する保持枠である。この場合は
上、下に示してあるが、可撓シート、透明板の周縁で保
持する等の手段がある。６は照明灯で、前記透明板３を
経由して可撓シート１の光線反射面２を照明する。これ
は、例えばハロゲンランプ等により構成される。７は撮
像管で透明板３が経由し、光線反射面２と対向面４との
境界を撮像し、画像信号として出力する。これは、CCD,
ビジコンなどで構成される。８は撮像管７の出力から画
像信号を取出す撮像回路、９は画像処理回路で、前記撮
像回路８の出力に対して、いわゆる境界追跡法、塗潰し
法などの方法により、１または複数のニュートンリング
の存在を検出するとともに、該リングの大きさ、本数、
およびリングの重心位置を２次元的に計算し、可撓シー
ト１に加わった外力の有無、該外力が加わった位置、も
しくは該外力の大きさを識別する、これは画像処理プロ
セッサなどにより構成される。
において、１は可撓性の可撓シートで例えば高分子フィ
ルムなどにより構成される。２は入射光線の少なくとも
一部を表面で反射することのできる例えば金属蒸着など
によって可撓シート上に構成される光線反射面、３は光
線に対する透過性および周囲と異なる屈折率を有し、可
撓シート１と接近し微小な一定間隔をもって対向する透
明板である。これは可撓シートにより硬い材質、例えば
ガラス等の物質で構成される。４は前記透明板３の片面
であり、光線反射面２と対向する対向面、５は可撓シー
トに外力が加わっていないとき、光線反射面２と対向面
４との間隔を一定に保持する保持枠である。この場合は
上、下に示してあるが、可撓シート、透明板の周縁で保
持する等の手段がある。６は照明灯で、前記透明板３を
経由して可撓シート１の光線反射面２を照明する。これ
は、例えばハロゲンランプ等により構成される。７は撮
像管で透明板３が経由し、光線反射面２と対向面４との
境界を撮像し、画像信号として出力する。これは、CCD,
ビジコンなどで構成される。８は撮像管７の出力から画
像信号を取出す撮像回路、９は画像処理回路で、前記撮
像回路８の出力に対して、いわゆる境界追跡法、塗潰し
法などの方法により、１または複数のニュートンリング
の存在を検出するとともに、該リングの大きさ、本数、
およびリングの重心位置を２次元的に計算し、可撓シー
ト１に加わった外力の有無、該外力が加わった位置、も
しくは該外力の大きさを識別する、これは画像処理プロ
セッサなどにより構成される。
第２図は、可撓シート１に指Ｆなどで外力が加わった
せ場合の、外力近傍の第１図の拡大図であって、10は外
力が可撓シート１に加わったとき光線反射面２と対向面
４の空隙を撮像したときに観察されるニュートンリング
である。
せ場合の、外力近傍の第１図の拡大図であって、10は外
力が可撓シート１に加わったとき光線反射面２と対向面
４の空隙を撮像したときに観察されるニュートンリング
である。
第３図は実際に可撓シート１に外力を加えた場合に、
撮像回路８から出力される画像情報を第２図のＡ矢印方
向から撮像したものであり楕円形の滑らかな閉曲線で形
成されるニュートンリング10の存在が明らかである。
撮像回路８から出力される画像情報を第２図のＡ矢印方
向から撮像したものであり楕円形の滑らかな閉曲線で形
成されるニュートンリング10の存在が明らかである。
次に本実施例の動作を上記各図にもとづいて説明す
る。
る。
可撓シート１および透明板３は、第１図に示すように
照明灯６によって照明されており、可撓シートに外力が
加わっていないとき、保持枠５によって微小な一定間隔
をもって可撓シート１と透明板３は対向している。
照明灯６によって照明されており、可撓シートに外力が
加わっていないとき、保持枠５によって微小な一定間隔
をもって可撓シート１と透明板３は対向している。
ここで、照明灯６による照明方法として、図面では透
明板３の外からこれを透過して対向面４、光線反射面２
の照明しているが、透明板３の端面、即ち保持枠５に支
持されている部分から透明板３の内部を伝播させ対向面
４、光線反射面２に光を照射してもよい。
明板３の外からこれを透過して対向面４、光線反射面２
の照明しているが、透明板３の端面、即ち保持枠５に支
持されている部分から透明板３の内部を伝播させ対向面
４、光線反射面２に光を照射してもよい。
いま、指Ｆや物体が可撓シート１に接触すると、第２
図の側面拡大図に示すように光線反線面２と対向面４と
が接触するか、この部分の間隔が周囲の部分より狭くな
る光学的要因により、ニュートンリング10が発生する。
図の側面拡大図に示すように光線反線面２と対向面４と
が接触するか、この部分の間隔が周囲の部分より狭くな
る光学的要因により、ニュートンリング10が発生する。
この状態は、撮像器７のレンズ系7Aで透明板３の全域
を撮像できるようになっており、撮像回路８で画像信号
に変換される。この画像信号は第３図に示すように例え
ば楕円形の滑らかな閉曲線で形成されたニュートンリン
グ10の存在を検知する。このときの周囲、特に外力が加
わっている側からの光線入射がニュートンリング10の検
出が難かしくするおそれがあるが、実際にはニュートン
リングの近傍は指や物体などの押圧物によって光線入射
が遮断される場合が殆どであり、実用上はニュートンリ
ングの検出が充分可能である。
を撮像できるようになっており、撮像回路８で画像信号
に変換される。この画像信号は第３図に示すように例え
ば楕円形の滑らかな閉曲線で形成されたニュートンリン
グ10の存在を検知する。このときの周囲、特に外力が加
わっている側からの光線入射がニュートンリング10の検
出が難かしくするおそれがあるが、実際にはニュートン
リングの近傍は指や物体などの押圧物によって光線入射
が遮断される場合が殆どであり、実用上はニュートンリ
ングの検出が充分可能である。
上記検出された画像信号は、前述した処理機能を有す
る画像処理回路９によって１または複数のニュートンリ
ングの存在を検出する。このニュートンリングは滑らか
な閉曲線となり、指や物体などの押圧物の描く輪郭線と
は明確に区別できる場合が殆どであるため、この検出は
実用上問題にならない確度で行われる。
る画像処理回路９によって１または複数のニュートンリ
ングの存在を検出する。このニュートンリングは滑らか
な閉曲線となり、指や物体などの押圧物の描く輪郭線と
は明確に区別できる場合が殆どであるため、この検出は
実用上問題にならない確度で行われる。
また、画像処理回路９の計算によって、可撓シート１
に加わった外力の有無、外力が加わった位置（座標x,
y）、外力の大きさ等を出力する。
に加わった外力の有無、外力が加わった位置（座標x,
y）、外力の大きさ等を出力する。
このようにして、投影画像を指し示したことによる座
標位置、指し示した動作による外力の大きさの情報を検
出できる。
標位置、指し示した動作による外力の大きさの情報を検
出できる。
また、この外力変化を、例えばトリガ発生回路11によ
り外部から電気的にトリガを掛けてサンプリング信号で
時系列に測定すれば、外力の時間的変化、外力の加わっ
た部分の軌跡を容易に得ることができる。
り外部から電気的にトリガを掛けてサンプリング信号で
時系列に測定すれば、外力の時間的変化、外力の加わっ
た部分の軌跡を容易に得ることができる。
（発明の効果） 以上説明したように本発明は、可撓シートと透明板と
を微小な一定間隔をもって保持配置し、可撓シートの外
力感応面に外力が加わったときのニュートンリングを撮
像し、これを画像処理することによって、外力の存在、
外力が加わった位置、外力の大きさ等を検知することが
できる。
を微小な一定間隔をもって保持配置し、可撓シートの外
力感応面に外力が加わったときのニュートンリングを撮
像し、これを画像処理することによって、外力の存在、
外力が加わった位置、外力の大きさ等を検知することが
できる。
これは、設置される電磁的・光学的環境条件に左右さ
れず、可撓シートに接触することにより、その位置座標
と接触時の外力の大きさを測定することができる。
れず、可撓シートに接触することにより、その位置座標
と接触時の外力の大きさを測定することができる。
また、時間的にその外力や位置座標の動きを追跡可能
とする外力入力手段を実現できるため、操作環境の如何
に関わらず、操作者の意志や物体の接触状況を直接的か
つアナログ量として随時測定する手段が得られる。これ
は単なる外力の有無、外力印加座標を利用した動作指示
選択への応用に止まらず、軌跡の力学的分析，外力印加
形状の時間的変化の測定など、広い応用範囲がもたらさ
れたことになる。
とする外力入力手段を実現できるため、操作環境の如何
に関わらず、操作者の意志や物体の接触状況を直接的か
つアナログ量として随時測定する手段が得られる。これ
は単なる外力の有無、外力印加座標を利用した動作指示
選択への応用に止まらず、軌跡の力学的分析，外力印加
形状の時間的変化の測定など、広い応用範囲がもたらさ
れたことになる。
これにより、機器の操作制御入力ばかりでなく、従来
大掛かりな測定位置が必要となっていた、手書き文字筆
跡入力や、歩行時の足圧分布の測定などの分野において
も、簡便で確度の高い外力測定手段を実現することがで
きる。
大掛かりな測定位置が必要となっていた、手書き文字筆
跡入力や、歩行時の足圧分布の測定などの分野において
も、簡便で確度の高い外力測定手段を実現することがで
きる。
第１図は本発明の一実施例の構成を示す側面図、第２図
は第１図の一部拡大図、第３図は可撓シートに外力が加
った時のニュートンリングの一例図である。 １……可撓シート、２……光線反射面、３……透明板、
４……対向面、５……保持枠、６……照明灯、７……撮
像器、7A……レンズ系、８……撮像回路、９……画像処
理回路、10……ニュートンリング、11……トリガ発生回
路。
は第１図の一部拡大図、第３図は可撓シートに外力が加
った時のニュートンリングの一例図である。 １……可撓シート、２……光線反射面、３……透明板、
４……対向面、５……保持枠、６……照明灯、７……撮
像器、7A……レンズ系、８……撮像回路、９……画像処
理回路、10……ニュートンリング、11……トリガ発生回
路。
Claims (1)
- 【請求項１】入射光線の少なくとも一部を表面反射する
光線反射面を有し、その光線反射面の裏面である外力感
応面に加わる外力に対し可撓性を示す可撓シートと、入
射光線に対する透過性および周囲と異なる屈折率を有
し、前記外力感応面に外力が加わていないとき、前記光
線反射面と接近し一定間隔をもって対向する対向面を有
する透明板と、この透明板の入射面側から透明板を透過
して前記可撓シートと透明板の境界部分を撮像し画像信
号として出力する撮像手段と、前記可撓シートの外力感
応面に外力が加わることにより、この可撓シートを透明
板との間隔変化から局所的な光学的干渉現像であるニュ
ートンリングの存在、多重数、形状、大きさを検出し外
力の存在、外力の加わった位置、外力の大きを前記撮像
手段の出力にもとづいて識別処理する外力識別手段とか
ら構成されたことを特徴とする座標および外力検出装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31216087A JP2593162B2 (ja) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | 座標および外力検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31216087A JP2593162B2 (ja) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | 座標および外力検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01154421A JPH01154421A (ja) | 1989-06-16 |
| JP2593162B2 true JP2593162B2 (ja) | 1997-03-26 |
Family
ID=18025963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31216087A Expired - Fee Related JP2593162B2 (ja) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | 座標および外力検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2593162B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150025527A (ko) * | 2013-08-28 | 2015-03-11 | 엘지디스플레이 주식회사 | 액정표시장치의 빛샘 구분 장치 및 방법 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7538759B2 (en) * | 2004-05-07 | 2009-05-26 | Next Holdings Limited | Touch panel display system with illumination and detection provided from a single edge |
| JP4687820B2 (ja) * | 2009-11-09 | 2011-05-25 | ソニー株式会社 | 情報入力装置及び情報入力方法 |
-
1987
- 1987-12-11 JP JP31216087A patent/JP2593162B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150025527A (ko) * | 2013-08-28 | 2015-03-11 | 엘지디스플레이 주식회사 | 액정표시장치의 빛샘 구분 장치 및 방법 |
| KR102006266B1 (ko) | 2013-08-28 | 2019-08-01 | 엘지디스플레이 주식회사 | 액정표시장치의 빛샘 구분 장치 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01154421A (ja) | 1989-06-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |