JP3946936B2 - Optical digitizer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光デジタイザに関し、特に、小型・低消費電力であり、電子手帳等のPDAや携帯電話等の小型の液晶表示装置をタッチパネル化するのに適した光デジタイザに関する。
【0002】
【従来の技術】
近来、PDA等の携帯型のペン入力コンピュータが普及しつつある。これらの多くは液晶表示装置の上に感圧型抵抗皮膜方式のタッチパネルが積置されており、指やペンでタッチし、或いはドローすることでメニュー画面の操作や図形入力を行なうことができるので、利用者は通常のペンとノートの感覚で使用することができる。しかし、感圧抵抗皮膜方式のタッチパネルでは、液晶表示装置の上に感圧抵抗皮膜を積置するため、その構造上、液晶表示装置の表示が暗くなってしまうことがある。また、感圧抵抗皮膜上をペンにより指示するため、皮膜が破けてしまう等の問題もあった。更に、その構造上、分解能を高くすることも難しかった。そこで、感圧型抵抗皮膜方式のタッチパネルに換えて、光学方式のデジタイザを搭載することが提案されている。
【0003】
光デジタイザにおける、指示体の位置を検出するための光信号を得る手段として、大きくは、指示体自体に発光ダイオード(LED)等の光源を設け、そこからの光を検出する方式と、撮像装置近傍にLED等の発光素子を設け、そこからの光を反射する再帰反射部材を指示体の先端に設け、そこからの再帰反射光を検出する方式と、座標読取面の周囲に光源枠を設け、光源枠からの光が遮断された方向を検出する方式の3通りがある。便宜上、本明細書中では、これらの方式をそれぞれ、発光方式、反射方式、遮断方式と呼ぶことにする。なお、遮断方式には、光源枠が直接的に発光するもの以外に、再帰反射枠を設けて撮像装置近傍に設けられた光源からの光を再帰反射することで間接的に発光するものもある。
【0004】
図10に、従来提案されている遮断方式の光デジタイザの一例を示す。図10は、光デジタイザの平面概略図である。図示のように、指示体となる指22が座標読取面1上に置かれると、座標読取面1の上方に設けられる2つのカメラ等の撮像装置30により撮像され、撮像装置30からの信号を画像処理部4で処理して指示体22の指示位置座標が検出される。撮像装置30は、結像レンズ32等の光学系と、イメージセンサ33とからなる。図示の例では、座標読取面1の周囲3辺に光源枠23が設けられており、該光源枠23から発せられた光が指示体22により遮断される影の位置を撮像装置30で検出する遮断方式の光デジタイザである。この遮断による影の方向を左右の撮像装置30で検出することで三角測量の原理により指示体22の指示位置座標検出するものである。また、座標読取面1の裏面には、LCD等の表示装置10が積置されており、タッチパネルとして機能している。なお、光源枠23は、直接的に発光するものを示したが、撮像装置30の近傍にLED等の発光源を設け、そこから発せられた光を再帰反射する再帰反射枠である間接的に発光する光源枠とした例も存在する。また、光源枠を設けず、指示体をLED内蔵型スタイラス等の専用ペンとすることで、光源からの光を撮像して指示位置座標を検出するものもある。
【0005】
このような従来例では、三角測量の原理上、2つの撮像装置30を結ぶ基線上は勿論のこと、基線の近傍では座標検出精度が悪くなる(検出不能となる)ため、座標読取面1は、基線からある程度距離をおいた位置に画定しなければならなかった。そのため、基線から座標読取面までの部分、及び撮像装置等が実装される部分が無効領域40となっており、この部分が光デジタイザの小型化の妨げとなっていた。
【0006】
米国特許第5,164,585号公報に、スタイラスからの光路をx軸とy軸のそれぞれの反射鏡により180度折り返すことで小型化した発光方式の光デジタイザの例が開示されている。この例では、x軸とy軸の反射鏡が直交する位置関係にあり、2つの撮像装置を結ぶ基線は座標読取面の対角線の1つと平行になっている。この例は、座標読取面の裏面に集光レンズや画像処理回路が組み込まれているため、その構造上、裏面に表示装置を設けたタッチパネルには応用できるものではなかった。また、撮像装置用の視野窓が周囲枠の2辺にあるので、その部分には光源枠を設けることができないため、ここからの光を撮像することは不可能であり、検出不能領域ができてしまう。従って、遮断方式のタッチパネルに応用することができなかった。
【0007】
同様に光路をx軸とy軸のそれぞれの反射鏡等により180度折り返すことで小型化した光デジタイザの例としては、特開平10−171585号公報がある。この光デジタイザは、発光方式又は遮断方式に適応可能であるが、この例でも座標読取面の裏面にレンズやピンホール、イメージセンサ、更にはハーフミラー等を配置しなければならないため、光デジタイザの裏面に表示装置を設けることができなかった。更に、遮断方式に応用する場合、座標読取面の周囲枠は、再帰反射部材等を用いた間接的に発光する反射枠は使用できず、直接的に発光する光源枠でなければならないため、消費電力が高くなっていた。これは、座標読取面の1辺の長さにほぼ等しい長さを有する凸レンズを必要とするため、間接的に発光させるための光源を配置する場所が確保できないためである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
PDAや携帯電話の液晶表示装置等のように、非常に小さい表示装置をタッチパネル化する場合、図10に示すような従来の光デジタイザでは、無効領域が大きいため小型化には限界があった。特に携帯電話等の2インチクラスの液晶画面に応用しようとした場合、その無効領域が大きいため現実的に実装することが難しかった。
【0009】
また、上述の米国特許第5,164,585号公報や特開平10−171585号公報に開示の例では、その構造上、座標読取面の裏面に構成部品が必要となるため、背後に表示装置を配置してタッチパネルとすることはできなかった。更に、遮断方式の光デジタイザに応用した場合、座標読取面の周囲枠を直接的に発光する光源枠としなければならず、低消費電力化の妨げとなっていた。
【0010】
本発明は、斯かる実情に鑑み、三角測量の原理に基づく無効領域及びイメージセンサ等の物理的部品実装領域を減らし、更にイメージセンサの配置の自由度が高いために小型化が可能であり、PDAや携帯電話等に使用されるような小型液晶表示装置にも適応可能な光デジタイザを提供しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上述した本発明の目的を達成するために、長方形形状の座標読取面上において指示された指やスタイラス等の指示体の指示位置を三角測量の原理を用いて検出する本発明の光デジタイザは、結像レンズとイメージセンサとからなり、前記指示体の指示位置に対応する光情報を電気信号に変換し、前記座標読取面の周辺2個所に配置される2つの撮像手段であって、該2つの撮像手段を結ぶ基線が前記座標読取面の1辺に平行である2つの撮像手段と、前記撮像手段からの出力信号を処理することにより前記座標読取面上において指示された前記指示体の指示位置を算出する信号処理手段と、前記座標読取面に沿って進行する光路を前記座標読取面に対して平行な面に180度折り返して前記撮像手段へ入射する光路とする光学反射手段とを具備する。
【0012】
指示体は、光源を有し、前記撮像手段は、前記座標読取面上において指示された前記指示体の前記光源からの光を受光結像して電気信号に変換する発光方式であっても良い。
【0013】
撮像手段は、その近傍に光源を有し、前記指示体は、該光源から発せられた光を再帰反射することで間接的に発光する再帰反射部材を有し、前記撮像手段は、前記座標読取面上において指示された前記指示体からの再帰反射光を受光結像して電気信号に変換する反射方式であっても良い。
【0014】
更に、前記座標読取面の周辺3辺に、直接的又は間接的に発光する光源枠を備え、前記光学反射手段は、前記座標読取面の前記光源枠が設けられていない1辺に配置され、前記撮像手段は、前記座標読取面上において指示された前記指示体の影の像を受光結像して電気信号に変換する遮断方式であっても良い。
【0015】
撮像手段は、その近傍に光源を有し、前記光源枠は、該光源から発せられた光を再帰反射することで間接的に発光する再帰反射部材からなる。
【0016】
光学反射手段は、前記座標読取面の、前記基線に平行であり前記撮像手段が位置する側の1辺とは対向する側の1辺の全体に渡って配置される。
【0017】
座標読取面は、透明板で形成され、前記光学反射手段により180度折り返された前記撮像手段へ入射する光路は、前記透明板の内部に位置しても良い。
【0018】
光学反射手段は、前記座標読取面の、前記基線に平行であり前記撮像手段が位置する側の1辺の両端の近傍にそれぞれ配置されても良い。
【0019】
更に、前記結像レンズと前記イメージセンサの間に配置され、前記イメージセンサの受光面が前記座標読取面に対して平行となるように、前記光学反射手段により180度折り返された光路を90度折り曲げて前記イメージセンサへ入射する光路とする第2の光学反射手段を具備しても良い。
【0020】
更に、前記結像レンズと前記イメージセンサの間に配置され、前記イメージセンサの受光面が前記座標読取面の1辺に対して平行となるように、前記光学反射手段により180度折り返された光路を更に前記座標読取面に平行な面に180度折り返して前記イメージセンサへ入射する光路とする第2の光学反射手段を具備しても良い。
【0021】
結像レンズは、入光面である第1面が凹面であり出光面である第2面が凸面である単レンズであっても良い。
【0022】
更に、前記座標読取面の背面に表示装置を備えていても良い。また、アタッチメント形態として、既存の表示装置に着脱自在な機構を更に有していても良い。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。図1は、本発明の第1実施例の発光方式の光デジタイザであり、図1(a)はその平面概略図であり、図1(b)はその側面概略図である。図示のように、指示体であるスタイラス2は、その先端にLED等の光源25を有しており、この光源25からの光を座標読取面1の周辺2個所に配置される2つの撮像装置3で撮像してその出力信号を三角測量の原理を用いて画像処理部4で処理することで、スタイラス2の指示位置座標を検出する。また、座標読取面1に重なるように、その背面にLCD10が積置されている。通常、LCD10の表面には保護ガラス6が設けられており、本発明ではこの保護ガラス6の表面を座標読取面1としている。更に、撮像装置3が設けられている1辺と対向する1辺の全体に渡って、光学反射手段としてプリズム5が設けられている。プリズム5は、図1(b)に示すように、保護ガラス6を中心に、スタイラス2の先端のLED25からの光を180度折り返すように構成されている。このようにして、座標読取面に沿って進行するスタイラス2の先端のLED25からの光の光路を、プリズム5により180度折り返し、撮像装置3へ入射する光路とする。なお、2つの撮像装置3は、撮像装置間を結ぶ基線が座標読取面1の1辺に対して平行となるように配置され、更に180度に折り返された光を受光するように配置される。即ち、図1(b)に示すように、撮像装置3へ入射する光路が、保護ガラス6の裏面を通るように配置する。このように構成することで、従来存在した基線近傍の三角測量の原理に基づく無効領域がなくなるので、小型化が可能となる。なお、撮像装置3は、図示のように、絞り31、結像レンズ32、イメージセンサ33からなるものであるが、本発明はこれに限定されず、従来からある種々の撮像装置が使用可能である。また、プリズム5は、これに限定されず、180度光路を折り返せるものであれば種々使用可能である。例えば、2つのミラーを用いて180度折り返すように構成しても良い。更に、図示の例では保護ガラス6とLCD10の間に撮像装置3へ入射する光路が通るようにしたが、本発明はこれに限定されず、例えば1つのミラーを用いて一旦90度に折り曲げ、更に別のミラーを用いて90度に折り曲げLCD10の裏面に撮像装置3へ入射する光路が通るように構成しても勿論構わない。こうすることで、撮像装置の実装される部分の無効領域も無くすることが可能となる。このような構成は、光デジタイザの配置面積に制限があるが、厚みの制限があまりない場合等に特に有効である。
【0024】
次に、図2に本発明の第2実施例を示す。図中、図1と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。図2は、遮断方式の光デジタイザであり、図2(a)はその平面概略図であり、図2(b)はその側面概略図である。図示のように、座標読取面1のプリズム5が設けられている1辺以外の3辺に、再帰反射枠20が設けられている。また、撮像装置3の近傍に、LED34が設けられており、このLED34からの光がLCD10と保護ガラス6の間を通ってプリズム5で180度折り返され、座標読取面1上に沿って進行し、再帰反射枠20に入射する。再帰反射枠20に入射した光は入射した方向に戻るように再帰反射し、再度プリズム5で180度折り返されて結像レンズ32により撮像装置3内のイメージセンサ33に結像される。そして、座標読取面1上に指22を置くと、撮像装置3ではその影の像が撮像でき、これにより指22の指示位置座標を算出できるものである。このように構成することで、上述の第1実施例と同様の効果が得られる。即ち、基線近傍の三角測量の原理に基づく無効領域を少なくすることができるので、小型化が可能となる。また、再帰反射枠を使用できるため、直接的に発光する発光枠に比べて消費電力も低く押さえることが可能となる。しかしながら、本発明はこれに限定されず、直接的に発光する発光枠を用いることも勿論可能である。また、再帰反射枠としては、ガラスビーズを用いたもの等があるが、コーナキューブアレイ等、再帰反射効果が得られるものなら種々使用可能である。更に、撮像装置3は、絞り31、結像レンズ32、イメージセンサ33からなるものであり、従来からある種々の撮像装置が使用可能であるが、省スペース化を図るために、図示例では、結像レンズ32には、平凸レンズ等をレンズの光軸に対し平行にスライスし、更に扇状にV字カットしたものを示している。これは、本出願人による特願2000−101831に開示したレンズ構造であり、詳説は省略する。また、プリズム5の構造も、図示例には限定されず、第1実施例と同様に種々変形可能である。
【0025】
次に、図3に本発明の第3実施例を示す。図中、他の図と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。図3は、遮断方式の光デジタイザであり、図3(a)はその平面概略図であり、図3(b)はその側面概略図である。本実施例は、更に構成部品を減らす目的で、保護ガラス、プリズム、再帰反射枠を透明なアクリル素材で一体成型したものである。図示のように、保護ガラスの1辺に、プリズム面50が一体成型され、残りの3辺に、コーナキューブアレイ面21が一体成型されている。LED34から発せられた光は、座標読取面1が形成される透明板の内部を通り、プリズム面50で180度折り返される。折り返された光は座標読取面1に沿って進行し、コーナキューブアレイ面21に入射する。コーナキューブアレイ面21は、再帰反射特性を有するため、入射した光は、入射した方向に戻るように再帰反射し、再度プリズム面50で180度折り返され、撮像装置3へ入射するように構成されている。そして指22等の指示体が座標読取面1上の光路を遮断すると、その影の方向を撮像装置3で検出できるので、指示体の指示位置座標を求めることが可能となる。このような構成とすることで部品点数が減らせるので、容易に製造可能となる。携帯電話等の2インチクラスの液晶表示装置をタッチパネル化する場合、コスト的にも安価なものが望まれるので、このような場合に特に有効である。なお、図示例では、周囲枠を、一体成型の容易性からコーナキューブアレイ面としたが、本発明はこれに限定されず、再帰反射特性を有する面であれば種々使用可能である
【0026】
次に、図4に本発明の第4実施例を示す。図中、他の図と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。図4は、遮断方式の光デジタイザであり、図4(a)はその平面概略図であり、図4(b)はその側面概略図である。これまで説明してきた第1乃至第3実施例と異なる点は、光路を180度折り返すための光学反射手段51が、座標読取面の1辺の全体に渡って配置されるのではなく、図示のように座標読取面1の1辺の両端の近傍にそれぞれ配置されるところである。そして撮像装置3は、光学反射手段51の近傍に配置されている。LED34から発せられた光は、光学反射手段51(図示例ではミラー51a,51b)で180度折り返されて座標読取面1に沿って進行し、再帰反射枠20で再帰反射して戻ってきて、再度光学反射手段51で180度折り返されて結像レンズ32でイメージセンサ33に結像される。指22が座標読取面1上で指示されるとその影の像を撮像することで指示位置を検出できるのは上述の実施例と同様である。このように構成することで、三角測量の原理に基づく無効領域の裏面に撮像装置を実装することになるので、イメージセンサ等の物理的部品実装領域に基づく無効領域を減らすことが可能となり、光デジタイザの小型化が可能となる。なお、図示例では光学反射手段に2つのミラーを組み合わせたものを示したが、本発明はこれに限定されず、180度折り返すことができるものであれば上述の実施例と同様にプリズム等、種々の部材が使用可能である。
【0027】
次に、図5に本発明の第5実施例を示す。図中、他の図と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。図5は、遮断方式の光デジタイザであり、基本的な構成は図4に示す光デジタイザと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図5に示すように、ミラー51により180度折り返された光路を、結像レンズ32とイメージセンサ33の間で更に90度折り曲げる第2の反射手段52を設けた点にある。座標読取面に沿って進行する光路は、ミラー51で180度折り返され、結像レンズ32を通った後、第2のミラー52で90度折り曲げられ、イメージセンサ33へ入射する光路となる。このような構成とすることで、イメージセンサ33の受光面を座標読取面1に対して平行になるようにすることができるため、イメージセンサ33の物理的大きさの制限を受けることなく所望の実装レイアウトとすることが可能となる。なお、第2ミラー52で折り曲げる角度は90度に限定されず、イメージセンサ33の実装位置に併せて種々変更可能なのは勿論である。
【0028】
ところで、これまでの実施例では、結像レンズとして、図6(a)に示すように、入光面が平面であり、出光面が凸面であり、また、入光面は狭く出光面は広くなるようにV字カットされた扇状のレンズを図示したが、これは単レンズで広角なレンズを実現するのに有効なレンズであるからである。しかしながら、このレンズ構造では、焦点距離(バックフォーカス)が短いため、結像レンズとイメージセンサとの間にミラーを配置するのは物理的に不可能な場合がある。その場合は、図6(b)に示すように、その入光面を凹面に加工することで、バックフォーカスを伸ばすことが可能となる。このような構成とすることで、結像レンズとイメージセンサとの間にミラー等を配置することが可能となる。
【0029】
図7に本発明の第6実施例を示す。図中、他の図と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。図7は、遮断方式の光デジタイザであり、図7(a)はその一部平面概略図であり、図7(b)はその側面概略図である。本実施例では、図7に示すように、ミラー51により180度折り返された光路を、結像レンズ32とイメージセンサ33の間で更に180度折り曲げる第2の反射手段53を設けた点にある。座標読取面に沿って進行する光路は、ミラー51で180度折り返され、結像レンズ32を通った後、第2のミラー53で更に180度折り返され、イメージセンサ33へ入射する光路となる。ここで、仮にミラー51を、座標読取面1の1辺に対して45度の角度で配置した場合、図7(a)に示すように第2の反射手段53は、座標読取面1の1辺に対して22.5度の角度で配置される。即ち、第2の反射手段53は、180度折り返す方向の軸と直行する軸に対して45度の角度で反射するものである。こうすることで、イメージセンサ33の受光面を座標読取面1の1辺に対して平行となるようにすることができる。このような構成により、イメージセンサの物理的大きさの制限を受けることなく所望な実装レイアウトとすることが可能となるため、撮像装置をコンパクトに組み立てることが可能となる。
【0030】
次に、図8に、本発明の第7実施例を示す。本実施例は、本発明をポータブル光デジタイザに適応したものである。図8(a)はその斜視図であり、図8(b)はその平面概略図であり、図8(c)はその側面概略図である。図中、他の図と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。この光デジタイザは、発光方式のデジタイザであって、机上等に置いて使用するものである。図示のように、直方体の筐体で形成した本実施例の光デジタイザを文鎮のように机上に配置し、その前面で、指示体自体に光源が設けられたスタイラス等により指示する指示位置を検出できるものである。なお、結像レンズ32の近傍にLEDを設け、指示体の先端に再帰反射部材等を設けてそこからの反射光を検出する反射方式の光デジタイザであっても良い。従来では無効領域の分だけ筐体を大きくするか、若しくは装置近傍では座標読取不能であったが、本実施例の光デジタイザでは、無効領域が折り込まれたような状態となるので非常に奥行きの短い棒状のコンパクトな光デジタイザが実現可能である。従来例で説明した米国特許第5,164,585号公報や特開平10−171585号公報に開示した例では、x座標、y座標用のそれぞれのために2つの180度折り返す反射鏡が必要となるため、少なくとも座標読取面の2辺を囲むような構成とならざるを得ず、装置の大型化は避けられなかったが、本実施例によれば、座標読取面の1辺のみに対して装置を置くことが可能なため、コンパクトな装置が実現可能となる。なお、図示例では左右それぞれにイメージセンサ33を配置したが、更に別のミラー等を用いて、例えば装置の中心付近に一つイメージセンサを設け、それを左右の結像レンズで共用することも勿論可能である。
【0031】
次に、図9に、本発明の第8実施例を示す。本実施例は、既存の表示装置に装着してタッチパネル化をすることを目的とした光デジタイザであり、図9(a)は表示装置に装着した状態の側面図であり、図9(b)はその光デジタイザの一部拡大図である。図示の例は、遮断方式の光デジタイザであり、座標読取面の周辺3辺に再帰反射枠20が設けられている。再帰反射枠20が設けられていない座標読取面の1辺の両端近傍に、撮像装置3が設けられている。また、座標読取面は、保護ガラス6で画定されている。本実施例の光デジタイザは、既存の表示装置11、例えばブラウン管表示装置や液晶表示装置へ着脱自在な着脱機構12を更に有しており、アタッチメント形態としている。図9(b)に示すように、撮像装置3は、光源であるLED34を有しており、そこからの光が表示画面上の座標読取面に沿って進行する。そして、再帰反射枠20で再帰反射して戻ってきた光が、光学反射手段としてのミラー51等で180度折り返され、結像レンズ32を通った光が第2の反射手段52で90度折り曲げられて、イメージセンサ33へ入射する。これらの構成は、これまで説明してきた実施例と同様であり、アタッチメント形態となる構成は図示例に限定されるものではなく、上述の種々の実施例を応用可能である。なお、保護ガラス6は、単なる透明ガラスであっても良いが、反射防止用のフィルタ等で構成されることで、モニタフィルタ一体型の光デジタイザも実現可能である。
【0032】
なお、本発明の光デジタイザは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、発光方式、反射方式、遮断方式はそれぞれ変更可能であり、いかなる方式であっても本発明の効果が得られることは勿論である。また、結像レンズは、従来から良く知られる光学系で構成されても勿論良い。更に、180度折り返す光学反射手段は、プリズムに限定されず、180度折り返せるものであれば、ミラーの組合せ等、種々使用可能である。
【0033】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の光デジタイザによれば、無効領域を減らせるため、小型化が可能であり、PDAや携帯電話等に使用されるような小型液晶表示装置にも適応可能であるという優れた効果を奏し得る。また、装置の小型化が可能であるため、ポータブル光デジタイザにも応用可能であり、更にアタッチメント形態とすることも容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の第1実施例の光デジタイザであり、図1(a)はその平面概略図であり、図1(b)はその側面概略図である。
【図2】図2は、本発明の第2実施例の光デジタイザであり、図2(a)はその平面概略図であり、図2(b)はその側面概略図である。
【図3】図3は、本発明の第3実施例の光デジタイザであり、図3(a)はその平面概略図であり、図3(b)はその側面概略図である。
【図4】図4は、本発明の第4実施例の光デジタイザであり、図4(a)はその平面概略図であり、図4(b)はその側面概略図である。
【図5】図5は、本発明の第5実施例の光デジタイザである。
【図6】図6は、結像レンズの構造を示すものであり、図6(a)は入光面が平面のものであり、図6(b)は入光面が凹面のものである。
【図7】図7は、本発明の第6実施例の光デジタイザであり、図7(a)はその一部平面概略図であり、図7(b)はその側面概略図である。
【図8】図8は、本発明の第7実施例の光デジタイザであり、図8(a)はその斜視図であり、図8(b)はその平面概略図であり、図8(c)はその側面概略図である。
【図9】図9は、本発明の第8実施例の光デジタイザであり、図9(a)は表示装置に装着した状態の側面図であり、図9(b)はその光デジタイザの一部拡大図である。
【図10】図10は、従来の光デジタイザの一例である。
【符号の説明】
1 座標読取面
2 スタイラス
3 撮像装置
4 画像処理部
5 プリズム
6 保護ガラス
11 表示装置
12 着脱機構
20 再帰反射枠
21 コーナキューブアレイ面
22 指
23 光源枠
25 光源
30 撮像装置
32 結像レンズ
33 イメージセンサ
40 無効領域
50 プリズム面
51 ミラー
52 第2のミラー
53 第2のミラー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical digitizer, and more particularly to an optical digitizer that is small in size and low in power consumption and suitable for making a small liquid crystal display device such as a PDA such as an electronic notebook or a mobile phone into a touch panel.
[0002]
[Prior art]
Recently, portable pen input computers such as PDAs are becoming popular. Many of these are equipped with a pressure-sensitive resistive film type touch panel on the liquid crystal display device, so that you can operate the menu screen and input graphics by touching or drawing with your finger or pen, Users can use it like a normal pen and notebook. However, in the pressure sensitive resistance type touch panel, since the pressure sensitive resistance film is placed on the liquid crystal display device, the display of the liquid crystal display device may become dark due to its structure. In addition, since the pen is instructed on the pressure sensitive resistance film, there is a problem that the film is broken. Furthermore, due to its structure, it has been difficult to increase the resolution. Therefore, it has been proposed to mount an optical digitizer in place of the pressure-sensitive resistive film type touch panel.
[0003]
As means for obtaining an optical signal for detecting the position of an indicator in an optical digitizer, a method of detecting a light from a light source such as a light emitting diode (LED) provided on the indicator itself, and an imaging apparatus A light emitting element such as an LED is provided in the vicinity, a retroreflective member that reflects the light from the LED is provided at the tip of the indicator, and a light source frame is provided around the coordinate reading surface and a method for detecting retroreflected light therefrom. There are three methods for detecting the direction in which light from the light source frame is blocked. For convenience, in the present specification, these methods are referred to as a light emission method, a reflection method, and a blocking method, respectively. In addition to the light source frame that directly emits light, the blocking method also includes a retroreflective frame that indirectly emits light by retroreflecting light from a light source provided near the imaging device. .
[0004]
FIG. 10 shows an example of a conventionally proposed blocking type optical digitizer. FIG. 10 is a schematic plan view of the optical digitizer. As shown in the figure, when a
[0005]
In such a conventional example, because of the principle of triangulation, not only on the base line connecting the two
[0006]
U.S. Pat. No. 5,164,585 discloses an example of a light-emitting optical digitizer that is miniaturized by folding the optical path from the stylus 180 degrees by means of the x-axis and y-axis reflecting mirrors. In this example, the x-axis and y-axis reflecting mirrors are orthogonal to each other, and the base line connecting the two imaging devices is parallel to one of the diagonal lines of the coordinate reading surface. In this example, since a condenser lens and an image processing circuit are incorporated on the back surface of the coordinate reading surface, the structure cannot be applied to a touch panel provided with a display device on the back surface. Also, since the field window for the imaging device is on the two sides of the peripheral frame, it is impossible to provide a light source frame at that portion, so it is impossible to image light from here, and an undetectable area is created. End up. Therefore, it could not be applied to a blocking type touch panel.
[0007]
Similarly, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-171585 is an example of an optical digitizer that is miniaturized by folding the optical path 180 degrees by respective reflecting mirrors for the x axis and y axis. This optical digitizer can be applied to the light emission method or the blocking method, but in this example as well, a lens, a pinhole, an image sensor, and a half mirror must be arranged on the back side of the coordinate reading surface. A display device could not be provided on the back side. In addition, when applied to the blocking method, the frame around the coordinate reading surface cannot be a reflective frame that indirectly emits light using a retroreflective member, but must be a light source frame that directly emits light. The power was high. This is because a convex lens having a length approximately equal to the length of one side of the coordinate reading surface is required, and a place for arranging a light source for indirectly emitting light cannot be secured.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
When a very small display device such as a liquid crystal display device of a PDA or a cellular phone is made into a touch panel, the conventional optical digitizer as shown in FIG. In particular, when trying to apply to a 2-inch class liquid crystal screen such as a mobile phone, it is difficult to implement it practically because the invalid area is large.
[0009]
Further, in the examples disclosed in the above-mentioned US Pat. No. 5,164,585 and Japanese Patent Laid-Open No. 10-171585, a structural part is required on the back surface of the coordinate reading surface, so that a display device is provided behind. The touch panel could not be arranged. Furthermore, when applied to a block-type optical digitizer, the peripheral frame of the coordinate reading surface must be a light source frame that directly emits light, which hinders low power consumption.
[0010]
In view of such circumstances, the present invention reduces the ineffective area based on the principle of triangulation and a physical component mounting area such as an image sensor, and further allows a reduction in size because the degree of freedom of arrangement of the image sensor is high. It is an object of the present invention to provide an optical digitizer that can also be applied to a small liquid crystal display device used in a PDA, a mobile phone or the like.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object of the present invention, an optical digitizer of the present invention that detects the pointing position of a pointing member such as a finger or a stylus designated on a rectangular coordinate reading surface using the principle of triangulation, Two imaging means comprising an imaging lens and an image sensor, which convert optical information corresponding to the indication position of the indicator into an electrical signal, and are arranged at two locations around the coordinate reading surface, Two imaging means whose base line connecting the two imaging means is parallel to one side of the coordinate reading surface, and instructions of the indicator indicated on the coordinate reading surface by processing an output signal from the imaging means A signal processing means for calculating a position; and an optical reflecting means for turning an optical path traveling along the coordinate reading surface into a plane parallel to the coordinate reading surface by 180 degrees and entering the imaging means. To.
[0012]
The indicator may include a light source, and the imaging unit may be a light emission method that receives and forms an image of light from the light source of the indicator indicated on the coordinate reading surface and converts the light into an electrical signal. .
[0013]
The imaging means includes a light source in the vicinity thereof, and the indicator includes a retroreflective member that indirectly emits light by retroreflecting light emitted from the light source, and the imaging means includes the coordinate reading A reflection method may be employed in which retroreflected light from the indicator indicated on the surface is received and imaged and converted into an electrical signal.
[0014]
Furthermore, a light source frame that emits light directly or indirectly is provided on three sides around the coordinate reading surface, and the optical reflecting means is disposed on one side of the coordinate reading surface where the light source frame is not provided. The image pickup means may be a blocking method in which a shadow image of the indicator indicated on the coordinate reading surface is received and formed into an electric signal.
[0015]
The imaging means has a light source in the vicinity thereof, and the light source frame is made of a retroreflective member that indirectly emits light by retroreflecting light emitted from the light source.
[0016]
The optical reflecting means is arranged over the entire one side of the coordinate reading surface that is parallel to the base line and opposite to the one side where the imaging means is located.
[0017]
The coordinate reading surface may be formed of a transparent plate, and an optical path incident on the imaging unit that is folded back 180 degrees by the optical reflecting unit may be located inside the transparent plate.
[0018]
The optical reflecting means may be arranged in the vicinity of both ends of one side of the coordinate reading surface parallel to the base line and on the side where the imaging means is located.
[0019]
Further, an optical path which is disposed between the imaging lens and the image sensor and is turned 180 degrees by the optical reflecting means so that the light receiving surface of the image sensor is parallel to the coordinate reading surface is 90 degrees. You may provide the 2nd optical reflection means made into the optical path which bends and injects into the said image sensor.
[0020]
Further, an optical path which is disposed between the imaging lens and the image sensor and is turned 180 degrees by the optical reflecting means so that a light receiving surface of the image sensor is parallel to one side of the coordinate reading surface. May be further provided with a second optical reflecting means which is turned 180 degrees into a plane parallel to the coordinate reading surface and used as an optical path incident on the image sensor.
[0021]
The imaging lens may be a single lens in which the first surface that is the light incident surface is a concave surface and the second surface that is the light output surface is a convex surface.
[0022]
Further, a display device may be provided on the back surface of the coordinate reading surface. Moreover, as an attachment form, you may further have a mechanism which can be attached or detached to the existing display apparatus.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described together with illustrated examples. FIG. 1 is a light-emitting optical digitizer according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a schematic plan view thereof, and FIG. 1 (b) is a schematic side view thereof. As shown, the
[0024]
Next, FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts. FIG. 2 is a block-type optical digitizer, FIG. 2 (a) is a schematic plan view thereof, and FIG. 2 (b) is a schematic side view thereof. As shown in the figure,
[0025]
Next, FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in the other figures represent the same thing. FIG. 3 is a block diagram type optical digitizer, FIG. 3 (a) is a schematic plan view thereof, and FIG. 3 (b) is a schematic side view thereof. In the present embodiment, protective glass, prisms, and retroreflective frames are integrally formed of a transparent acrylic material for the purpose of further reducing the number of components. As shown in the figure, the
[0026]
Next, FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in the other figures represent the same thing. 4A and 4B are block-type optical digitizers, FIG. 4A is a schematic plan view thereof, and FIG. 4B is a schematic side view thereof. The difference from the first to third embodiments described so far is that the optical reflecting means 51 for turning the optical path 180 degrees is not arranged over the entire side of the coordinate reading surface, but shown in the drawing. In this way, the coordinate reading
[0027]
Next, FIG. 5 shows a fifth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in the other figures represent the same thing. FIG. 5 shows a block-type optical digitizer whose basic configuration is the same as that of the optical digitizer shown in FIG. 4, but the feature of this illustrated example is that it is 180 by a
[0028]
By the way, in the embodiments so far, as shown in FIG. 6A, as the imaging lens, the light incident surface is a flat surface, the light exit surface is a convex surface, the light entrance surface is narrow and the light exit surface is wide. The fan-shaped lens cut in a V-shape is shown in the figure, because this is a lens effective for realizing a wide-angle lens with a single lens. However, in this lens structure, since the focal length (back focus) is short, it may be physically impossible to dispose a mirror between the imaging lens and the image sensor. In this case, as shown in FIG. 6B, the back focus can be extended by processing the light incident surface into a concave surface. With such a configuration, a mirror or the like can be disposed between the imaging lens and the image sensor.
[0029]
FIG. 7 shows a sixth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in the other figures represent the same thing. 7A and 7B are block-type optical digitizers, FIG. 7A is a schematic partial plan view thereof, and FIG. 7B is a schematic side view thereof. In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the second reflecting means 53 is provided for bending the optical path folded back 180 degrees by the
[0030]
Next, FIG. 8 shows a seventh embodiment of the present invention. In this embodiment, the present invention is applied to a portable optical digitizer. FIG. 8A is a perspective view thereof, FIG. 8B is a schematic plan view thereof, and FIG. 8C is a schematic side view thereof. In the figure, the same reference numerals as those in the other figures represent the same thing. This optical digitizer is a light-emitting type digitizer that is used on a desk or the like. As shown in the figure, the optical digitizer of this embodiment formed with a rectangular parallelepiped housing is placed on the desk like a paperweight, and the indication position indicated by the stylus etc. with the light source provided on the indicator itself is detected on the front side It can be done. It is also possible to use a reflection type optical digitizer in which an LED is provided in the vicinity of the
[0031]
Next, FIG. 9 shows an eighth embodiment of the present invention. The present embodiment is an optical digitizer intended to be attached to an existing display device to form a touch panel, and FIG. 9A is a side view of the state attached to the display device, and FIG. Is a partially enlarged view of the optical digitizer. The illustrated example is a block-type optical digitizer, and a
[0032]
Note that the optical digitizer of the present invention is not limited to the above-described illustrated examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, the light emission method, the reflection method, and the blocking method can be changed, and the effect of the present invention can be obtained by any method. In addition, the imaging lens may of course be constituted by a conventionally well-known optical system. Further, the optical reflection means that turns back 180 degrees is not limited to a prism, and various types of mirror reflection means can be used as long as they can turn back 180 degrees.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical digitizer of the present invention, the ineffective area can be reduced, so that the size can be reduced, and the present invention can also be applied to a small liquid crystal display device used for a PDA, a mobile phone, or the like. An excellent effect can be achieved. In addition, since the apparatus can be miniaturized, it can be applied to a portable optical digitizer and can be easily formed in an attachment form.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an optical digitizer according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a schematic plan view thereof, and FIG. 1 (b) is a schematic side view thereof.
FIG. 2 is an optical digitizer according to a second embodiment of the present invention, FIG. 2 (a) is a schematic plan view thereof, and FIG. 2 (b) is a schematic side view thereof.
3 is an optical digitizer according to a third embodiment of the present invention, FIG. 3 (a) is a schematic plan view thereof, and FIG. 3 (b) is a schematic side view thereof.
4 is an optical digitizer according to a fourth embodiment of the present invention, FIG. 4 (a) is a schematic plan view thereof, and FIG. 4 (b) is a schematic side view thereof.
FIG. 5 is an optical digitizer according to a fifth embodiment of the present invention.
6A and 6B show the structure of an imaging lens. FIG. 6A shows a planar light incident surface, and FIG. 6B shows a concave light incident surface. .
7 is an optical digitizer according to a sixth embodiment of the present invention, FIG. 7 (a) is a schematic partial plan view thereof, and FIG. 7 (b) is a schematic side view thereof.
8 is an optical digitizer according to a seventh embodiment of the present invention, FIG. 8 (a) is a perspective view thereof, FIG. 8 (b) is a schematic plan view thereof, and FIG. ) Is a schematic side view thereof.
FIG. 9 is an optical digitizer according to an eighth embodiment of the present invention, FIG. 9 (a) is a side view of the optical digitizer mounted on a display device, and FIG. 9 (b) is a diagram of the optical digitizer. FIG.
FIG. 10 is an example of a conventional optical digitizer.
[Explanation of symbols]
1 Coordinate reading surface
2 Stylus
3 Imaging device
4 Image processing section
5 Prism
6 Protective glass
11 Display device
12 Detachment mechanism
20 retroreflective frames
21 Corner cube array surface
22 fingers
23 Light source frame
25 Light source
30 Imaging device
32 Imaging lens
33 Image sensor
40 Invalid area
50 Prism surface
51 mirror
52 Second mirror
53 Second mirror
Claims (6)
結像レンズとイメージセンサとからなり、前記指示体の指示位置に対応する光情報を電気信号に変換し、前記座標読取面の周辺2個所に配置される2つの撮像手段であって、該2つの撮像手段を結ぶ基線が前記座標読取面の1辺に平行である2つの撮像手段と、
前記撮像手段からの出力信号を処理することにより前記座標読取面上において指示された前記指示体の指示位置を算出する信号処理手段と、
前記基線に平行であり前記撮像手段が位置する側の1辺とは対向する側の前記座標読取面の1辺のみに限定して配置され、前記座標読取面に沿う第1面に沿って進行する光の光路を、前記第1面から所定の間隔を置いた平行な第2面に沿って進行する光路となるように光を複数回折り曲げて、折り返して前記撮像手段へ入射する光学反射手段と、
を具備することを特徴とする光デジタイザ。An optical digitizer for detecting the indicated position of a pointing object such as a finger or stylus indicated on a rectangular coordinate reading surface using the principle of triangulation, the optical digitizer,
Two imaging means comprising an imaging lens and an image sensor, which converts optical information corresponding to the indication position of the indicator into an electrical signal and is arranged at two locations around the coordinate reading surface, Two imaging means in which a base line connecting two imaging means is parallel to one side of the coordinate reading surface;
Signal processing means for calculating an indicated position of the indicator indicated on the coordinate reading surface by processing an output signal from the imaging means;
Arranged only on one side of the coordinate reading surface that is parallel to the base line and opposite the one side where the imaging means is located, and proceeds along the first surface along the coordinate reading surface Optical reflecting means for bending the light into a plurality of directions so as to be an optical path that travels along a parallel second surface spaced from the first surface by a predetermined distance. When,
An optical digitizer comprising:
結像レンズとイメージセンサとからなり、前記指示体の指示位置に対応する光情報を電気信号に変換し、前記座標読取面の周辺2個所に配置される2つの撮像手段であって、該2つの撮像手段を結ぶ基線が前記座標読取面の1辺に平行である2つの撮像手段と、
前記撮像手段からの出力信号を処理することにより前記座標読取面上において指示された前記指示体の指示位置を算出する信号処理手段と、
前記基線に平行であり前記撮像手段が位置する側の1辺の両端の近傍で、各撮像手段の直前に配置され、前記座標読取面に沿う第1面に沿って進行する光の光路を、前記第1面から所定の間隔を置いた平行な第2面に沿って進行する光路となるように光を複数回折り曲げて、折り返して前記撮像手段へ入射する光学反射手段と、を具備し、
前記座標読取面の裏側で三角測量の原理に基づく無効領域を前記撮像手段の実装領域とすることを特徴とする光デジタイザ。An optical digitizer for detecting the indicated position of a pointing object such as a finger or stylus indicated on a rectangular coordinate reading surface using the principle of triangulation, the optical digitizer,
Two imaging means comprising an imaging lens and an image sensor, which converts optical information corresponding to the indication position of the indicator into an electrical signal and is arranged at two locations around the coordinate reading surface, Two imaging means in which a base line connecting two imaging means is parallel to one side of the coordinate reading surface;
Signal processing means for calculating an indicated position of the indicator indicated on the coordinate reading surface by processing an output signal from the imaging means;
An optical path of light that travels along the first surface along the coordinate reading surface, arranged in front of each imaging means, in the vicinity of both ends of one side on the side where the imaging means is located, which is parallel to the base line, An optical reflecting means for bending the light a plurality of times so as to be an optical path that travels along a parallel second surface spaced from the first surface by a predetermined distance ;
An optical digitizer characterized in that an invalid area based on the principle of triangulation on the back side of the coordinate reading surface is used as a mounting area of the imaging means .
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