JP3998116B2 - 座標検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種ディスプレイの画像が表示される表示面に接触又は接近した手指やペンなどの指示物体の位置座標を光学的に検出する座標検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
コンピュータなどへの手書き図形や文字などの描画情報の入力デバイス、コンピュータなどにより制御される画像上の特定の位置を指示するためポインティングデバイス、いわゆる電子黒板における描画情報の入力デバイスなどとして利用される装置として、各種ディスプレイの画像が表示される表示面に接触又は接近した手指やペンなどの指示物体の位置座標を光学的に検出する座標検出装置が知られている。
【0003】
この種の座標検出装置の基本構成は、光源と受光素子を有する少なくとも2つの受発光装置より出射された検出光を表示面上で相互に交差させ、それら検出光を表示面の周辺に配設された再帰性反射部材により再帰反射させて各受発光素子の受光素子に受光させ、表示面に接触又は接近した指示物体の位置座標を求めるための信号を、各受発光装置の受光素子より出力せしめるというものである。
【0004】
この種の座標検出装置の一例が特開平9−91094号公報に開示されている。ここに開示された装置においては、検出光としてレーザ光を用い、それを表示面に沿って回転走査させ、また、再帰性反射部材としてコーナーキューブリフレクタを用いている。
【0005】
なお、再帰性反射部材としては、コーナーキューブリフレクタ以外にも、例えば3M社製の「2000X」のようなテープ状の再帰性反射シートも知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
この種の座標検出装置における問題点を、図18乃至図20により説明する。これら各図において、500は透明な表示面部材であり、その表面が各種ディスプレイの画像が表示される表示面501となる。502は光源と受光素子を有する受発光装置、504は受発光装置502より出射される検出光、506は検出光504を、それを出射した受発光装置502へ再帰反射させる再帰性反射部材である。
【0007】
検出光504が表示面501に対して図18に示すような関係となった場合、表示面501上に、手指やペンなどの指示物体の表示面501への接触又は接近を検出するための本来の検出領域508より上方に不要な検出領域510が生じる。このような不要検出領域510が生じた場合、ユーザが指示物体により表示面501に文字などを描画する際に、指示物体の先端が本来の検出領域508に進入する前に不要検出領域510に入り検出光504を遮るため指示物体の座標が検出される。また、指示物体の先端を本来の検出領域508より引き離しても、不要検出領域510から抜けるまでは指示物体が検出光504を遮るため、その位置座標が検出される。その結果、描画した文字などの分離すべき線が繋がるような、いわゆる尾引現象が起きるという不都合がある。また、不要検出領域510を含めた検出領域が本来の高さより上まで広がるため、表示面501と垂直な方向から指示物体を大きく傾けた場合などに、指示物体の先端の実際の位置座標と、検出される位置座標の誤差が大きくなりやすいという不都合もある。
【0008】
また、図19又は図20に示すように、検出光504が表示面501から浮くと、本来の高さよりも上に検出領域512が形成され、その下に不感領域514が生じる。このような場合にも、図18に関連して説明したと同様の不都合が起きることは明らかである。
【0009】
本発明の目的は、図18乃至図20に関連して述べたような不都合を容易かつ確実に回避でき、指示物体の位置座標を高精度に検出可能な座標検出装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1乃至9記載の発明の特徴は、光源と受光素子を有する少なくとも2つの受発光装置より出射された検出光が表示面部材の表示面上で相互に交差し、各受発光装置より出射された検出光を表示面の周辺に配設した再帰性反射部材により再帰反射させて各受発光素子の受光素子に受光せしめ、表示面に対し、ある検出高さ以内に接近した指示物体の位置座標を求めるための信号が各受発光装置の受光素子より出力されるという基本構成を有する座標検出装置において、各受発光装置より出射される検出光を表示面と垂直な方向に検出高さより広がるようにコリメートし、各受発光装置より出射される検出光の一部が表示面部材の端面に当たるように、各受発光装置より出射される検出光と表示面との垂直方向の相対位置を決定し、かつ、表示面から検出高さ以内の範囲の検出光のみが再帰反射されるように、再帰性反射部材の上端の表示面からの高さを決定することである。このような構成とすることにより、後記実施の形態に関連して詳述するように、図18乃至20に関連して説明したような不都合を容易かつ確実に回避し、指示物体の位置座標を高精度に検出可能となる。
【0011】
請求項2記載の発明の特徴は、各受発光装置より出射される検出光を表示面と垂直な方向には検出高さより広がるようにコリメートするとともに、表示面と平行な方向には扇状に拡散させることである。このような構成によれば、検出光を回転多面鏡などで回転走査することなく、表示面の全域にわたって位置座標の検出が可能となる。したがって、回転多面鏡などの高速可動部材を受発光装置に設ける必要がなく、受発光装置の製造コスト及び保守コストの面で一般に有利である。また、回転多面鏡などの高速可動部材の動作音が発生しないため、装置の静粛性を高めることができる。
【0012】
検出光の一部が当たる表示面部材の端面で反射された検出光が受発光装置に戻ると、その反射光がノイズ成分として作用し検出感度を低下させる要因となる。このような有害な反射光を生じさせないようにするため、請求項3記載の発明は表示面部材の端面の検出光が当たる特定の範囲を正反射面とし、請求項4記載の発明は表示面部材の端面の検出光が当たる特定の範囲を光吸収面とし、請求項5記載の発明は表示面部材の端面の検出光が当たる特定の範囲の表示面に近い部分を正反射面、それ以外の部分を光吸収面とし、請求項6記載の発明は、そのような表示面部材の端面の検出光が当たる特定の範囲を、表示面となす角度が鋭角となるように傾斜させることを特徴とする。ここで、表示面部材の端面の検出光があたる特定の範囲とは、有害な反射光を発生させる可能性がある範囲である。換言すれば、検出光の一部が当たる表示面部材の端面の、受発光装置と略正対する限られた範囲のことである。ただし、表示面部材の端面の他の部分も、又は全体を、そのような構成とすることも可能であることは当然である。
【0013】
請求項7記載の発明の特徴は、表示面部材の背面側にスクリーン及びフレネルレンズを順に配設することである。このような構成とすることにより、プロジェクタより放射状に出射された光を平行光に屈折させてスクリーンに結像させ、スクリーンで結像光を拡散させることにより、プロジェクタにより投影された画像の全域を表示面に広視野角で表示させることができる。
【0014】
請求項8記載の発明の特徴は、表示面部材、スクリーン及びフレネルレンズをフレーム部材により一体的に保持し、表示面部材をフレーム部材の係合部分より所定の高さだけ突出せしめることにより、フレーム部材に検出光を当てることなく表示面部材の端面にのみ当てることができるようにし、フレーム部材に検出光が当たることによる有害な反射光の発生を防止することである。
【0015】
請求項9記載の発明の特徴は、各受発光装置の受光素子より出力される信号から指示物体の位置座標を求める手段と、求めた位置座標を外部のコンピュータなどの装置へ入力するためのインターフェース手段を有することである。このような構成の座標検出装置は、それに接続したコンピュータなどの外部装置に位置座標を入力し、外部装置側では、座標計算処理を行うことなく、入力された位置座標情報に従って表示面上の手指などの動きに追従させて表示面に文字や図形などを表示させるような処理を容易に実行することができるため、コンピュータや電子黒板などのための描画情報などの入力デバイスとして使い勝手がよい。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図1乃至図17を参照し、本発明の実施の形態について説明する。なお、説明の重複を避けるため、これら図面中で同一又は同様の部材などには同一の参照番号を用いる。
【0017】
図1は、本発明による座標検出装置の一例を説明するための概略正面図である。図1において、100は透明な表示面部材である。この表示面部材100の正面が、各種ディスプレイの画像が表示される表示面101となる。この表示面101は、ユーザが手指やペンなどの指示物体を用いて文字や図形を描画するため面でもあり、その指示物体の位置座標が検出される。この指示物体の位置座標の検出のために、複数の受発光装置102が設けられる。ここに示す例では、図1に示すように、表示面101の左下コーナーと右下コーナーに対向されて2つの受発光装置102L,102Rがそれぞれ配設される。なお、受発光装置102の配置及び個数は変更が許されるものである。受発光装置102L,102Rからは、表示面101と垂直な方向には略平行にコリメートされ、表示面101と平行な方向には扇状に拡散せしめられた検出光103L,103Rが、それらが表示面101上で相互に交差するように出射される。これら検出光103L,103Rを、出射元の受発光装置102L,102Rへ再帰反射させるための再帰性反射部材104が、図示のように表示面101の周辺に配設される。
【0018】
図2は、図1のA−A’線で切断した概略断面図である。図2に示すように、検出光103Lは、所望の検出領域の高さ(検出高さ)より若干広がるように、高さ方向(表示面101の垂直方向)にコリメートされる。そして、図示のように、検出光103Lの一部が受発光装置102Lと対向する表示面部材100の端面に当たるように、表示面101と検出光103Lの高さ方向の相対位置(換言すれば表示面101と受発光装置102Lの高さ方向の相対位置)が調節される。そして、所望の検出高さ以下の検出光103Lだけが再帰反射されるように、再帰性反射部材104の上端の表示面101からの高さが調整される。再帰性反射部材104の上端より上に向かう検出光は再帰反射されないため、図2にに網掛けして示すように、表示面101の全域にわたって略均一の検出高さを持つ検出領域110が形成され、また、検出領域110と表示面101の間に不感領域は生じない。このように再帰性反射部材104の高さによって検出高さを確定する構成であるため、検出光103Lの高さが変動しても、再帰性反射部材104の高さ調整のみにより、容易に検出高さを精密調整することができる。換言すれば、検出光103Lの高さ、換言すれば受発光装置102Lの高さを、それほど精密に調整する必要はない。なお、ここで言う再帰性反射部材104の上端とは、有効な再帰性反射面の上端を意味する。例えば、再帰性反射部材104を、前述の3M社製「2000X」のようなテープ状の再帰性反射シートを板部材に貼り付けた構成とする場合には、再帰性反射シートの上端が上記の上端である。
以上に述べたことは、もう一方の受発光装置102Rに関しても同様である。
さて、受発光装置102より出射された検出光103の一部が図2に示すように表示面部材100の端面に当たるため、その反射光が受発光装置102に届くとノイズ成分として作用し、検出感度の低下をもたらす危険がある。そのような有害な反射光の発生を阻止するため、好ましくは、表示面部材100の端面の検出光103が当たる少なくとも特定範囲に対し、図3乃至図8のいずれかに示すような工夫が施される。この特定の範囲とは、有害な反射光を発生させる可能性がある範囲であり、検出光の一部が当たる表示面部材の端面の、受発光装置102と略正対する限られた範囲のことである。ここに示す例では、受発光装置102は表示面部材100の左下又は右下コーナーに対向するため、そのコーナー部分の端面のみが工夫の対象範囲となる。ただし、表示面部材100の端面の他の部分にも、又は全体に同様の工夫を施してもよい。
【0019】
図3に示す工夫は、表示面部材100の端面の検出光103が当たる特定範囲を正反射面(例えば鏡面)100Aとする。ただし、検出光103の高さ方向の中心は、表示面101より上方にあることが前提である。正反射面100Aに当たった検出光103は正反射されるが、検出光103はわずかに高さ方向に広がっているため、正反射面100Aからの反射光は受発光装置102から反れ、受発光素子102に受光されることはない。
【0020】
図4に示す工夫は、表示面部材100の端面の検出光103が当たる特定範囲を光吸収面(例えば黒面)100Bとする。ただし、検出光103の高さ方向の中心は、表示面101より上方にあることが前提である。検出光は光吸収面100Bで吸収され、受発光装置102に戻らない。
【0021】
図5に示す工夫は、検出光103の高さ方向の中心が表示面101より下方にあることが前提であり、表示面部材100の端面の検出光103が当たる特定範囲において、受発光装置102に正対する部分、つまり検出光103の高さ方向の中心部分が当たる部分を光吸収面(例えば黒面)100Cとし、それ以外の部分を正反射面(例えば鏡面)100Dとする。すなわち、正対する部分で反射された光は受発光装置102に戻る可能性が高いため、その部分では検出光103を吸収し、他方、正対しない部分では受発光装置102に戻らない方向へ正反射させるわけである。
【0022】
図6に示す工夫は、図4と同様に、表示面部材100の端面の検出光103が当たる特定範囲を光吸収面(例えば黒面)100Eとして検出光103を吸収し、受発光装置102に戻る反射光を発生させない。図4との違いは、検出光103の高さ方向の中心が表示面101より下方に来ても支障がないように、光吸収面100Eの高さ方向のサイズが大きくとられる点である。
【0023】
図7に示す工夫は、表示面部材100の端面の検出光103が当たる特定範囲を正反射面(例えば鏡面)100Fとするとともに、この正反射面100Fを表示面101となす角度θが少なくとも鋭角となるように傾ける。この角度θは、正反射面100Fからの正反射光が受発光装置102から反れるように選ばれる。このような工夫により、検出光103の高さ方向の中心が表示面101より下方にある場合にも、有害な反射光の発生をより確実に防止できる。
【0024】
図8に示す工夫は、表示面部材100の端面の検出光103が当たる特定範囲を光吸収面(例えば黒面)100Gとするとともに、この光吸収面100Gを表示面101となす角度θが少なくとも鋭角となるように傾ける。このように光吸収面100Gを傾けることにより、光吸収面100Gにおける光吸収が不十分で反射光が生じても、たとえ検出光103の高さ方向の中心が表示面101より下方にある場合でも、その反射光は受発光装置102から反れるため悪影響を及ぼさない。
【0025】
次に、受発光装置102について説明する。図9は受発光装置102の構成の一例の説明図である。なお、図9は図1のx−z方向を主体にして作図されているが、図中の二点鎖線の枠内は同一の構成要素を別の方向(x−y方向又はy−z方向)から見た様子を示している。
【0026】
図9に示すように、受発光装置102は発光部205と受光部206を有する。発光部205は、光源として例えばレーザダイオード207を有する。レーザダイオード207から表示面101に向かって垂直方向に出射されたレーザ光は、一方向の倍率のみ変更可能なシリンドリカルレンズ208によってx方向にコリメートされ、さらにシリンドリカルレンズ208とは曲率の分布が直交するシリンドリカルレンズ209,210によってy方向に集光される。シリンドリカルレンズ210を通過したレーザ光は、スリット板211に開けられたy方向に狭いx方向のスリットに入射する。このスリットは、二次光源を形成するものである。二次光源12から出射されたレーザ光はハーフミラー213によってx方向(表示面101と平行な方向)へ反射されることにより、前述のように表示面101に垂直な方向については略平行にコリメートされ、かつ表示面101と平行な方向には扇状に拡散する検出光103が受発光装置102の外部へ射出される。
【0027】
射出された検出光103(ここではレーザ光)は、再帰性反射部材104によって再帰反射され、同一経路を辿ってハーフミラー213に戻る。この再帰反射光はハーフミラー213を透過して受光部206に入射する。受光部206に入射した再帰反射光は、シリンドリカルレンズ214によって線状に集光された後、シリンドリカルレンズ214の焦点距離fだけ離れた受光素子215に受光される。かくして、受光素子215の受光面に、検出光103の様々な方向成分の再帰反射光の有無に応じた、y軸に平行な線状の光強度分布が形成される。この受光素子215は例えばCCDラインセンサである。
【0028】
なお、シリンドリカルレンズ214に代えて、同心円上に同じ曲率を持つレンズを用いることも可能である。また、図示しないが、受発光装置102は、レーザダイオードよりx方向に射出されたレーザ光を拡散レンズによってy方向に扇状に拡散させ、それをスリットを通すことなく、ハーフミラーを通して前述のような検出光102として表示面101上へ射出し、その再帰反射光を前記ハーフミラーによってz方向へ曲げ、結像レンズを通して受光素子に結像させるような構成とすることもできる。
【0029】
以上に述べた受発光装置102は、レーザビームを回転走査する構成の受発光装置に比べ、回転多面鏡のような高速可動部を持たないため、一般に、製造コスト及び保守コストの両面で有利であり、また静粛性も向上する。
【0030】
受発光装置102L,102Rの受光素子215からは、受光素子215の受光面上の光強度分布に対応した信号が出力されるが、その出力信号に基づいて表示面101に接触した又は検出高さ以内に接近した手指やペンなどの指示物体の位置座標を求めることができる。以下、受光素子215の出力信号と、それに基づいて位置座標の求める方法について図10及び図11を参照し説明する。
【0031】
図10は、指示物体の位置と受光素子215上の光強度分布との関係を説明するための図である。受発光装置102から出射された検出光103を遮る指示物体がA位置にあるとする。検出光103のA位置に向かう成分は指示物体に遮られて再帰性反射部材104に到達しないため、その方向成分の再帰反射光は受光素子215に入射しない。かくして、受発光素子215の光強度分布(出力信号の強度分布)に、A位置に対応するピーク点(暗点)が生じる。このピーク点と受光素子215の中心からの距離Dから、A位置の方向θを次式により計算できる。
θ=arctan(D/f) ・・・(1)
ただし、fはシリンドリカルレンズ214の焦点距離(シリンドリカルレンズ214と受光素子215との距離に等しい)である。
【0032】
ここで図11を参照する。受発光装置102Lから見た指示物体(A位置)の方向θLは、受発光装置102L内の受光素子215の光強度分布のピーク点の中心からの距離から(1)式により求められた角度θl を用いて、次式により計算することができる。
θL=g(θl) ・・・(2)
同様に、受発光装置102Rから見た指示物体(A位置)の方向θRは、受発光装置102R内の受光素子215の光強度分布のピーク点の中心からの距離から(1)式により求められた角度θr を用い次式により計算することができる。
θR=h(θr) ・・・(3)
ただし、(2)式のgと(3)式のhは、受発光装置102L,102Rと指示物体との幾何学的な相対位置関係の変換係数である。
【0033】
表示面101上の指示物体の位置座標(x,y)は、三角測量の原理により、次の2式により計算することができる。
x=WtanθR/(tanθL+tanθR) ・・・(4)
y=WtanθL・tanθR/(tanθL+tanθR)・・・(5)
ただし、Wは受発光装置102L,102Rの間隔である。
【0034】
以上に述べたように、受発光装置102L,102Rの受光素子215の出力信号に基づいて表示面101上の指示物体の位置座標を計算することができる。
なお、座標検出装置には、そのような計算手段を具備させず、受発光装置102L,102Rの受光素子215の出力信号をそのまま又はデジタルデータとして外部へ出力し、外部のコンピュータなどで位置座標の計算をさせる構成とすることも、座標検出装置に位置座標計算手段を具備せしめ、それによって計算した位置座標を外部へ出力するように構成することもできる。
【0035】
図12は、本発明による座標検出装置のコントローラの一例を示すブロック図である。ここに示す例は、前述のような指示物体の位置座標計算機能を座標検出装置側に具備させた場合である。
【0036】
図12に示すコントローラは、受発光装置102L,102Rとコントローラ内の各部を集中的に制御するCPU322と、CPU322のための制御プログラムなどの固定的データを格納したROM323と、可変的データを一時的に記憶するためのRAM324と、受発光装置102L,102Rのレーザダイオード207の発光時間間隔を制御するためのタイマ325と、受発光装置102L,102Rの受光素子207の出力信号のピーク点を検出するためのピーク検出器318、前述の位置座標計算を行うためのxy演算器319と、受発光装置102L,102Rの制御回路310と、外部のコンピュータなどとのインターフェース回路320とをバス321で相互接続した構成である。制御回路310は、レーザダイオード207の駆動回路311、受光素子215の駆動回路312及び受光素子215の出力信号をデジタルデータに変換するA/D変換器313からなる。なお、タイマ325、ピーク検出器318、xy演算器319の全部又は一部をハードウェアとしては用意せず、その機能をプログラムによって実現することも可能である。
【0037】
このコントローラの処理について、図13に示すフローチャートを参照して説明する。タイマ325より一定時間間隔で信号が出力される都度、図13に示す処理が実行される。まず、CPU322の制御により、受発光装置102L,102Rのレーザダイオード207が駆動回路311により駆動され一定時間発光させられる(ステップS1)。そして、受発光装置102L,102Rの受光素子215が駆動回路312により順次駆動され、光強度分布に対応したアナログ信号が各受光素子215より出力され、これはA/D変換器313によりデジタルの光強度分布データに変換されてRAM324に順次書き込まれる(ステップS2)。次に、それら2組の光強度分布データがRAM324より順次読み出されてピーク検出器318に入力され、各光強度分布のピーク点が検出され、ピーク点の中心からの距離DがRAM324に書き込まれる(ステップS3)。このピーク点の中心からの距離がxy演算器319に送られ、前記(1)式乃至(5)に従って表示面101上の指示物体の位置座標が計算され、計算結果がRAM324の特定領域に書き込まれる(ステップS4)。なお、位置座標計算に必要な変換係数g,hなどのパラメータは、例えばROM323より予め読み出されてxy演算器319に設定される。そして、RAM324の特定領域に書き込まれた位置座標は、インターフェース320を介して外部のコンピュータなどに出力される(ステップS5)。これで処理の1サイクルを終了する。
【0038】
このコントローラに接続されたコンピュータなどの装置において、入力された位置座標に応じた様々な処理を行うことができる。その処理内容は座標検出装置の用途に応じて様々である。例えば、順次入力される位置座標に従って、表示面部材100の背面側に配置されたディスプレイに指示物体の移動軌跡をそのまま、あるいは整形して描画することにより、ユーザが手指やペンなどで描画した文字や図形などを表示面101に表示させる。あるいは、各種の制御ボタンを含む画像を予めディスプレイに表示させて、その画像が表示された表示面101上でユーザが手指やペンなどで指示した制御ボタンに応じて、表示画像のスクロールや切り替え、拡大縮小などを行ったり、現在の表示画像のファクス送信や印刷を行う等々である。
【0039】
図14に、本発明による座標検出装置の断面構造の一例を示す。この例においては、表示面部材100の背面側(表示面101と反対面側)に、表面がマット加工されたスクリーン(拡散板)110と、フレネルレンズ111が順に配設され、フレーム部材112と押さえ部材113によって表示面部材100、スクリーン110及びフレネルレンズ111が一体的に保持される。再帰性反射部材104はフレーム部材112に取り付けられる。
【0040】
このようにスクリーン110とフレネルレンズ111を配設した構造によれば、背面側からプロジェクタより放射状に投影された画像光がフレネルレンズ111によって平行光に屈折され、略垂直方向からスクリーン110に結像されて拡散されるため、プロジェクタによる投影画像を表示面101に広視野角で表示させることができる。因みにフレネルレンズ111を設けないと、図15に模式的に示すように、スクリーン110に斜め方向から画像光が入射する画像端部は、ある方向からは見えにくくなる。
【0041】
また、表示面部材100は、例えば透明なアクリル板やガラス板からなり、その端部に所定高さの段部が形成され、その段部にフレーム部材112の鍔部を係合させるとにより、表示面部材100がフレーム部材112の鍔部より所定の高さだけ突出せしめられる。このように表示面部材100を突出させることにより、受発光装置102から出射される検出光の一部を、フレーム部材112に当てることなく表示面部材100の端面にのみ当てることができ、フレーム部材112に検出光が当たることによる有害な反射光の発生を防止できる。
【0042】
以上説明した本発明の座標検出装置は、いわゆる電子黒板の入力デバイスとして好適である。そのような電子黒板について図16及び図17を参照して簡単に説明する。図16は電子黒板の外観の一例を示す概略斜視図であり、図17は電子黒板のブロック構成の一例を示す概略ブロック図である。
【0043】
図17において、401と402は以上説明した本発明による座標検出装置とそのコントローラである。403は電子黒板の全体を制御するコンピュータ、404は座標検出装置401の表示面101に画像を表示するためのディスプレイである。このディスプレイ404は例えばプラズマディスプレイパネルであり、コンピュータ403の出力画像とビデオプレイヤー404による再生画像のいずれもディスプレイ404に表示させることができる。406は原稿画像を読み取ってコンピュータ403に入力するためのイメージスキャナ、407はコンピュータ403が画像をプリントアウトするためのプリンタである。コンピュータ403はネットワーク408とのインターフェースを有する。
【0044】
図16において、410は座標検出装置401とディスプレイ404を収納したパネル部であり、その前面に座標検出装置401の表示面101が露出する。411は機器収納部であり、この内部にコントローラ402、コンピュータ403、ビデオプレイヤー405、イメージスキャナ406及びプリンタ407が収納される。パネル部410と機器収納部411は移動台412に固定され、一体的に移動させることができる。この電子黒板の動作は基本的に既存の電子黒板と同様であるので、その説明は省略する。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1乃至9記載の発明による座標検出装置は、表示面上に、不要な検出領域や不感領域を生じさせることなく、適切な高さの検出領域を容易かつ確実に形成することができるため、表示面上で文字や図形などを描画したり特定位置をポイントする手指やペンなどの指示物体の位置座標を高精度に検出することができる。請求項2記載の発明による座標検出装置は、受発光装置に回転多面鏡などの高速可動部材を設ける必要がないため、受発光装置の製造コスト及び保守コストの面で一般に有利であるとともに、装置の静粛性を高めることができる。請求項3乃至6記載の発明による座標検出装置は、検出光の一部が当たる表示面部材の端面から受発光装置への有害光の戻りを防止することができる。請求項7記載の発明による座標検出装置は、プロジェクタにより投影された画像の全域を表示面に広視野角で表示させることができる。請求項8記載の発明による座標検出装置は、フレーム部材に検出光を当てることなく表示面部材の端面に検出光を当てることができ、フレーム部材に検出光が当たることによる有害な反射光の発生を防止できる。請求項9記載の発明による座標検出装置は、それに接続したコンピュータなどの外部装置に指示物体の位置座標を入力することができるため、コンピュータや電子黒板などのための描画情報などの入力デバイスとして使い勝手が良い、等々の効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による座標検出装置の一例を説明するための概略正面図である。
【図2】検出領域を説明するための図1のA−A’線で切断した概略断面図である。
【図3】表示面部材の端面による有害光の発生を防止するための工夫の一例を説明するための図である。
【図4】表示面部材の端面による有害光の発生を防止するための工夫の一例を説明するための図である。
【図5】表示面部材の端面による有害光の発生を防止するための工夫の一例を説明するための図である。
【図6】表示面部材の端面による有害光の発生を防止するための工夫の一例を説明するための図である。
【図7】表示面部材の端面による有害光の発生を防止するための工夫の一例を説明するための図である。
【図8】表示面部材の端面による有害光の発生を防止するための工夫の一例を説明するための図である。
【図9】受発光装置の構成の一例を示す図である。
【図10】受発光装置内の受光素子上の光強度分布と指示物体の位置との関係を説明するための図である。
【図11】指示物体の位置座標の計算方法の説明のための図である。
【図12】本発明による座標検出装置のコントローラの一例を示すブロック図である。
【図13】図12のコントローラの処理を説明するためのフローチャートである。
【図14】本発明による座標検出装置の断面構造の一例を示す概略断面図である。
【図15】フレネルレンズを設ける効果を説明するための図である。
【図16】本発明による座標検出装置を利用した電子黒板の外観の一例を示す概略斜視図である。
【図17】本発明による座標検出装置を利用した電子黒板のブロック構成の一例を示す概略ブロック図である。
【図18】座標検出装置における問題点を説明するための図である。
【図19】座標検出装置における問題点を説明するための図である。
【図20】座標検出装置における問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
100 表示面部材
101 表示面
102L,102R 受発光装置
103L,103R 検出光
104 再帰性反射部材
110 スクリーン
111 フレネルレンズ
207 レーザダイオード(光源)
215 受光素子
Claims (9)
- 光源と受光素子を有する少なくとも2つの受発光装置より出射された検出光が表示面部材の表示面上で相互に交差し、
前記各受発光装置より出射された検出光を前記表示面の周辺に配設した再帰性反射部材により再帰反射させて前記各受発光素子の受光素子に受光せしめ、
前記表示面に対し、ある検出高さ以内に接近した指示物体の位置座標を求めるための信号が前記各受発光装置の受光素子より出力され、
前記各受発光装置より出射される検出光は前記表示面と垂直な方向に前記検出高さより広がるようにコリメートされ、
前記各受発光装置より出射される検出光の一部が前記表示面部材の端面に当たるように、前記各受発光装置より出射される検出光と前記表示面との前記垂直方向の相対位置が決定され、かつ、
前記表示面から前記検出高さ以内の範囲の検出光のみが再帰反射されるように前記再帰性反射部材の上端の前記表示面からの高さが決定されてなる座標検出装置。 - 光源と受光素子を有する少なくとも2つの受発光装置より出射された検出光が表示面部材の表示面上で相互に交差し、
前記各受発光装置より出射された検出光を前記表示面の周辺に配設した再帰性反射部材により再帰反射させて前記各受発光素子の受光素子に受光せしめ、
前記表示面に対し、ある検出高さ以内に接近した指示物体の位置座標を求めるための信号が前記各受発光装置の受光素子より出力され、
前記各受発光装置より出射される検出光は、前記表示面と垂直な方向には前記検出高さより広がるようにコリメートされ、かつ、前記表示面と平行な方向には扇状に拡散され、
前記各受発光装置より出射される検出光の一部が前記表示面部材の端面に当たるように、前記各受発光装置より出射される検出光と前記表示面との前記垂直方向の相対位置が決定され、かつ、
前記表示面から前記検出高さ以内の範囲の検出光のみが前記再帰性反射部材により再帰反射されるように、前記再帰性反射部材の上端の前記表示面からの高さが決定されてなる座標検出装置。 - 前記表示面部材の端面の前記検出光が当たる特定の範囲が正反射面とされたことを特徴とする請求項1又は2記載の座標検出装置。
- 前記表示面部材の端面の前記検出光が当たる特定の範囲が光吸収面とされたことを特徴とする請求項1又は2記載の座標検出装置。
- 前記表示面部材の端面の前記検出光が当たる特定の範囲の前記表示面に近い部分が正反射面、それ以外の部分が光吸収面とされたことを特徴とする請求項1又は2記載の座標検出装置。
- 前記表示面部材の端面の前記検出光が当たる前記特定の範囲が、前記表示面となす角度が鋭角となるように傾斜せしめられたことを特徴とする請求項3又は4記載の座標検出装置。
- 前記表示面部材の背面側にスクリーン及びフレネルレンズが寿に配設されたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の座標検出装置。
- 前記表示面部材、前記スクリーン及び前記フレネルレンズがフレーム部材により一体的に保持され、前記表示面部材が、前記フレーム部材の前記表示面部材と係合する部分より所定の高さだけ突出せしめられたことを特徴とする請求項7記載の座標検出装置。
- 前記各受発光装置の受光素子より出力される信号から前記指示物体の位置座標を求める手段と、求めた位置座標を外部のコンピュータなどの装置へ入力するためのインターフェース手段を有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項記載の座標検出装置。
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