JP4742351B2

JP4742351B2 - 座標入力装置

Info

Publication number: JP4742351B2
Application number: JP2001282962A
Authority: JP
Inventors: 康樹松浦
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2021-09-18
Also published as: JP2003091356A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的に座標を入力するタッチパネルの座標入力装置に関し、特に、光学式タッチパネル、大画面タッチパネル、電子黒板、テレビ会議システム、大型プロジェクションタッチパネル、ディスプレイ一体型タブレットに適用可能な光学式の座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のタッチパネルの光学式の座標入力装置として、背面投影式画像表示装置の表面に１対の光学ユニットと再帰反射部を配設しておき拡散光がタッチ動作により遮断されるとその遮断位置を光学的に検出して座標に変換するように構成したものがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の座標入力装置には、次のような問題があった。
（１）タッチパネルのタッチ部分がスクリーン板とフレネルレンズにより構成されているため、タッチ部分を指及び専用ペン等の任意の遮蔽物で接触すると、タッチ部分に筆圧を生じる。そのため、タッチ部分のスクリーン板とフレネルレンズが筆圧によりへこんでしまいタッチ面と拡散光とのクリアランス変化し、タッチ面へのタッチ（拡散光遮断）とデタッチ（拡散光非遮断）がばらつき、座標検出の精度が著しく低下することがあった。
（２）タッチ部分の構成として、背面投影式画像表示装置の表面に、スクリーン板とフレネルレンズを個々に取り付けていたため、組み立ての際の作業性が悪く、しかもガラスを扱うため危険が伴った。
【０００４】
（３）また、高分子材料よりなるスクリーン板とフレネルレンズの取り付け構造が、周囲を完全に固定、または周囲を押さえて固定するようにしているため、スクリーン板とフレネルレンズが環境の温度変化で熱膨張すると、変形をおこしたわんでしまう。その結果、スクリーン板とフレネルレンズに投影された画像がゆがみ、画像品質が低下することがあった。
（４）タッチ面に板ガラスを用いようとした場合、板ガラスに凹面に形成されていると、タッチ面と拡散光の照射クリアランスが凹面中央部分で最大となるため、その部分では、タッチ（拡散光遮断）とデタッチ（拡散光非遮断）の動作を大きくしないと、座標の検知精度が著しく低下する。
（５）また、タッチ面に板ガラスを用いようとした場合、不慮の行為により、ガラスが割れたときに、ガラスの破片が使用者側に飛散し、非常に危険となる。その対策として、強化ガラスを用いることも可能であるが、高価であり、コスト面で不利となる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑み、座標の検出が高精度であって、組み立て性に優れかつ安全であり、また温度環境が変化しても投影画像が高品質である、座標入力装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、背面投影式の画像表示装置と、この画像表示装置の前面周囲の異なる２箇所に設置されて画像表示装置の表示面と平行かつ扇状の拡散光を照射する発光部と、画像表示装置の前面に設置されて発光部からの拡散光を再帰反射させる再帰反射部と、この再帰反射部からの反射光を受光する１対の受光部とを備え、画像表示装置の前面が指または専用ペンでタッチされると拡散光が遮断され、その遮断位置を１対の受光部が検出して座標に変換する座標入力装置において、画像表示装置の前面タッチ部として、フレネルレンズと高分子材料製スクリーン板と板ガラスと開口部を有するフレームとを積層して予め一体に構成し、前記フレームの開口部から露出する外側の板ガラス表面をタッチ面としたスクリーンユニットを備え、前記スクリーンユニットは、前記板ガラスが前記フレームの開口部内側と該フレームに固定される複数の板バネとに挟まれ該複数の板バネに押圧されて前記フレームに固定され、前記高分子材料製スクリーン板と前記フレネルレンズが前記板ガラスのタッチ面の反対側の面と前記フレームに固定される複数の押さえ部材とに挟まれ該複数の押さえ部材に押圧されて前記板ガラスに固定されてなることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明の座標入力装置において、スクリーンユニットを構成する板ガラスとフレネルレンズと高分子材料製スクリーン板との間を、温度変化による相互の膨張・収縮の変位を可能とする押圧支持構造としたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明の座標入力装置において、板ガラスの凸面側を外側表面のタッチ面としたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る座標入力装置の分解斜視図である。符号１は背面投影式画像表示装置（以下、プロジェクタ装置と称する。）であり、下部の左右にそれぞれ光学ユニット２が取り付けられる。プロジェクタ装置１の内部には、光学ユニット２を駆動するための制御基盤（図示せず）が配設されている。ここで、光学ユニット２は、図示されていないが発光部と受光部とから構成され、異なる２箇所のコーナー部（左右上部コーナー、右上下コーナー、左上下コーナー）に設置されることで、本発明の対象とする座標入力装置を構成することができる。スクリーンユニット３には、再帰反射板４〜８がネジ等の締結部材（図示せず）により取り付けられる。また、スクリーンユニット３は、プロジェクタ装置１の前面に取り付けられて画像が投影される。
【００１１】
光学ユニット２から出射されて、広角に拡散された拡散光２１はタッチ面２２に対してほぼ平行かつ薄膜状であり、再帰反射板４〜８を照射する。次いで、拡散光２１は再帰反射板４〜８により反射されて、再度、光学ユニット２に配設されている結像レンズ（図示せず）に入射され、ＣＣＤ（図示せず）に結像される。ここで、スクリーンユニット３のタッチ面２２を、指または専用ペンでタッチすると、拡散光２１が遮断され、その遮断位置がＣＣＤにより検出されて座標として出力される。なお、外装枠９は、拡散光２１の照射が妨げられないように、プロジェクタ装置１の前面に取り付けられる。
【００１２】
図２は、図１のスクリーンユニット３を取り出して単体で示した斜視図である。図３は、図２のスクリーンユニット３の構成を示す分解斜視図である。スクリーンユニット３は、板金により形成されたフレーム１０と、タッチ面２２となる板ガラス１１と、投影した画像が表示されるスクリーン板１２と、フレネルレンズ１３と、板ガラス１１を固定する板ばね１４と、スクリーン板１２とフレネルレンズ１３を固定する押さえ部材１５〜１８とにより構成されている。これらを順に組み込んで一体のスクリーンユニット３としたことで、板ガラス１１は大判であっても取扱が簡単となり、安全性も向上する。
【００１３】
図４は、図２のＡ−Ａ線断面図であり、板ガラス１１とスクリーン板１２とフレネルレンズ１３がフレーム１０に固定される部分の構造を示す。なお、図２のＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線の各断面図も図４とほぼ同様な構造である。図４において、板ガラス１１は、フレーム１０の開口部内側に当接され、その上から複数の板ばね１４により押圧することで、フレーム１０に固定される。板ばね１４は、その他端部がねじ２４によりフレーム１０に固定される。
【００１４】
なおここで、板ガラス１１が衝撃等により割れたり欠けたりするのを防ぐため、例えばウレタン等の緩衝部材（図示せず）を板ガラス１１とフレーム１０の間に挟んでもよい。また、フレネルレンズ１３の上端と押さえ：上１８は両面テープ２３により貼着される。同様に、フレネルレンズ１３の上端とスクリーン板１２の上端も、両面テープ２３により貼着される。なお、フレネルレンズ１３の上端と押さえ：上１８、フレネルレンズ１３の上端とスクリーン板１２の上端の固着には、両面テープ２３以外に、接着剤、ねじ等を用いることも可能であるが、いずれも上端部分のみを固着するようにする。
【００１５】
換言すると、スクリーン板１２とフレネルレンズ１３を押圧して固定するために押さえ部材１５〜１８が用いられるが、この中で、押さえ：上１８の部分にのみ両面テープ２３が貼着される。すなわち、押さえ：上１８のみがスクリーン板１２とフレネルレンズ１３とに一体的に固定され、残りの押さえ部材１５〜１７に押さえられる左右の辺と下側の辺は、押さえ部材１５〜１７の端部と一体的に固定されず、単にスクリーン板１２とフレネルレンズ１３を押さえ部材１５〜１７が押圧して支持していることになる。その結果、環境の温度変化により、スクリーン板１２とフレネルレンズ１３が膨張・収縮した場合に、膨張率の違いによるストレスを発生しないようにしたものである。
【００１６】
また、フレネルレンズ１３に当接する押さえ部材１５〜１８の端部は、当接する部分の面から後方の離間する方向に後退するように折曲して、膨張・収縮した場合の相対移動を可能にしている。なお、押さえ部材１５〜１８は、その本体部分がフレーム１０に、ねじ（図示せず）等により固定される。また、板ガラス１１とスクリーン板１２の当接部については、フレネルレンズ１３側から押さえ部材１５〜１８による押圧のみで支持しているため、環境の温度変化により、板ガラス１１とスクリーン板１２とフレネルレンズ１３が膨張・収縮した場合に、板ガラス１１とスクリーン板１２とフレネルレンズ１３との間に膨張率の違いがあっても、相互間の変位を自在にしてストレスを発生しないようにしたものである。
【００１７】
図５は、図４の板ガラス１１を取り出して単体で示した端面図である。板ガラス１１は、基ガラス１９の一面に、高分子材料からなり裏面に粘着剤が塗布されたシート２０を貼着して構成されている。このシート２０がタッチ面２２となり、タッチ面２２は、タッチ動作によりキズが付くことを防ぐため、ハードコート処理が施されている。また、このシート２０には、外光による反射によって画像の視野が損なわれるのを防ぐため、拡散材を練り混むことがある。さらには、シート２０にはマット加工やノングレア加工を施こすことも可能である。
【００１８】
図６、図７は、本発明に係る座標入力装置の要部説明図である。図６は、光学ユニット２から出射され、再帰反射板：上８に反射される拡散光２１の経路を示している。他の再帰反射板４〜７の場合も同様に拡散光２１の経路を形成する。図において、光学ユニット２から出射された拡散光２１は、スクリーンユニット３のタッチ面２２に沿ってほぼ平行で一定のすき間を介して、再帰反射板：上８に入射して反射され、同様の経路を経て、光学ユニット２に入射される。
【００１９】
光学ユニット２に入射された拡散光２１は、光学ユニット２内の結像レンズ（図示せず）によりＣＣＤ（図示せず）に結像される。ここで、指または専用ペン等の遮蔽物２５により、タッチ面２２をタッチすると、その位置を通過する拡散光２１の一部が遮断されて、光学ユニット２に入射される。その結果、光学ユニット２内のＣＣＤには結像されない部分が発生する。その欠損位置を１対のＣＣＤで検出し三角法の原理を用いることにより、遮断された位置の座標として算出する。
【００２０】
図８は、板ガラス１１に曲率を有する場合を示す説明図である。一般にフロート製法で作られた板ガラスは曲率を有しているため、それをスクリーンユニット３の板ガラス１１として用いる場合は、外側に凸として用いる。すなわち、凸になっている側がタッチ面となるように、フレーム１０に取り付けられる。この場合、板ガラス１１の中央部分が最も凸な部分となり、拡散光２１とタッチ面２２のすき間が小さくなる。そのため、中央部分では、指または専用ペンによるタッチ動作が確実になる。つまり、中央部分ではすき間が小さいため、指または専用ペンのタッチ寸前のわずかな変位により、拡散光２１の遮断・非遮断がなされて検出精度が向上する。このことは、使用頻度の多い中央部分の座標検出精度が向上することで、タッチパネル全体の性能を向上することにもなる。
【００２１】
図９は、図８の場合と比較のために示した説明図である。板ガラス１１の凹になっている側が外側のタッチ面となる。この場合、板ガラス１１の中央部分が最も凹な部分となり、拡散光２１とタッチ面２２のすき間が大きくなる。そのため、中央部分では、指または専用ペンによるタッチ動作が不確実になる。つまり、中央部分ではすき間が大きいため、指または専用ペンのタッチの際に大きな変位によって拡散光２１の遮断・非遮断がなされることとなり座標検出精度が著しく低下する。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、画像表示装置の前面タッチ部を、フレネルレンズと高分子材料製スクリーン板と板ガラスを積層して形成し、外側の板ガラス表面をタッチ面としたことで、タッチ時の筆圧によるへこみが無くなる。その結果、タッチ面と拡散光のすき間の変化がなくなり、タッチ性、座標検出精度が向上する。
【００２３】
また請求項１の発明によれば、フレネルレンズと高分子材料製スクリーン板と板ガラスを予め一体に構成してスクリーンユニットとしたことで、組み立て時の作業性が向上するとともに、ガラス取扱いの際の危険性が低減される。また、板ガラスを強化ガラスとした場合と同等の安全性が得られる。
【００２４】
請求項２の発明によれば、スクリーンユニットを構成する板ガラスとフレネルレンズと高分子材料製スクリーン板との間を、温度変化による相互の膨張・収縮の変位を可能とする押圧支持構造としたことで、環境の温度変化があっても、各部が単独で自在に膨張・収縮するため、相互に影響し合うことなくストレスが発生しない。その結果、フレネルレンズ、スクリーン板にたわみが発生しないため、投影画像の投影精度、結像精度が損なわれることがなくなる。
【００２５】
請求項３の発明によれば、板ガラスの凸面側を外側表面のタッチ面としたことで、特に、中央部分においてタッチ面と拡散光のすき間が小さくなる。そのため、中央部分を指または専用ペンによりタッチ、デタッチして拡散光を遮断、非遮断する場合に、指または専用ペンの小さな動きで拡散光の遮断、非遮断が確実に行われ、座標の検出精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る座標入力装置の実施の形態を示す分解斜視図である。
【図２】図２は図１のスクリーンユニットを取り出して単体で示した斜視図である。
【図３】図３は図２のスクリーンユニットの構成を示す分解斜視図である。
【図４】図４は図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図５は図４の板ガラスを取り出して単体で示した端面図である。
【図６】図６は本発明に係る座標入力装置の実施の形態の要部説明図である。
【図７】図７は本発明に係る座標入力装置の実施の形態の要部説明図である。
【図８】図８は板ガラスに曲率を有する場合を示す説明図である。
【図９】図９は比較のために示した説明図である。
【符号の説明】
１背面投影式画像表示装置（プロジェクタ装置）
２光学ユニット
３スクリーンユニット
４〜８再帰反射板
９外装枠
１０フレーム
１１板ガラス
１２スクリーン板
１３フレネルレンズ
１４板ばね
１５〜１８押さえ部材
１９基ガラス
２０シート
２１拡散光
２２タッチ面
２３両面テープ
２４ねじ
２５遮蔽物

Claims

背面投影式の画像表示装置と、この画像表示装置の前面周囲の異なる２箇所に設置されて画像表示装置の表示面と平行かつ扇状の拡散光を照射する発光部と、画像表示装置の前面に設置されて発光部からの拡散光を再帰反射させる再帰反射部と、この再帰反射部からの反射光を受光する１対の受光部とを備え、画像表示装置の前面が指または専用ペンでタッチされると拡散光が遮断され、その遮断位置を１対の受光部が検出して座標に変換する座標入力装置において、
画像表示装置の前面タッチ部として、フレネルレンズと高分子材料製スクリーン板と板ガラスと開口部を有するフレームとを積層して予め一体に構成し、前記フレームの開口部から露出する外側の板ガラス表面をタッチ面としたスクリーンユニットを備え、
前記スクリーンユニットは、前記板ガラスが前記フレームの開口部内側と該フレームに固定される複数の板バネとに挟まれ該複数の板バネに押圧されて前記フレームに固定され、前記高分子材料製スクリーン板と前記フレネルレンズが前記板ガラスのタッチ面の反対側の面と前記フレームに固定される複数の押さえ部材とに挟まれ該複数の押さえ部材に押圧されて前記板ガラスに固定されてなることを特徴とする座標入力装置。
請求項１記載の座標入力装置において、スクリーンユニットを構成する板ガラスとフレネルレンズと高分子材料製スクリーン板との間を、温度変化による相互の膨張・収縮の変位を可能とする押圧支持構造としたことを特徴とする座標入力装置。
請求項１または請求項２記載の座標入力装置において、板ガラスの凸面側を外側表面のタッチ面としたことを特徴とする座標入力装置。