JP5886080B2 - Input device and input system including the input device - Google Patents
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Description
本発明は、入力位置の座標検出をおこなう入力装置、および、当該入力装置を具備する入力システムに関する。 The present invention relates to an input device that performs coordinate detection of an input position, and an input system including the input device.
タッチペン、スタイラスペン等の操作部材(以下、ペンと記載する)と、当該ペンによる座標入力を受け付けるタブレット、タッチパネル等の座標入力装置(位置検出装置ともいう)とを組み合わせた入力システムが知られている。ペンを、座標入力装置の座標入力領域に接触させ、座標入力装置は、ペンが接触(以下、タッチと記載する)した位置の座標を求める。求められた座標は、例えば座標入力装置とは別体の液晶ディスプレイ、または座標入力装置に一体的に積層されている液晶パネル等の表示画面に点画像、直線画像等のオブジェクトを表示するため等に用いられる。 An input system that combines an operation member (hereinafter referred to as a pen) such as a touch pen or a stylus pen and a coordinate input device (also referred to as a position detection device) such as a tablet or a touch panel that accepts coordinate input by the pen is known. Yes. The pen is brought into contact with the coordinate input area of the coordinate input device, and the coordinate input device obtains the coordinates of the position where the pen is in contact (hereinafter referred to as touch). The obtained coordinates are, for example, for displaying an object such as a point image or a straight line image on a display screen such as a liquid crystal display separate from the coordinate input device, or a liquid crystal panel laminated integrally with the coordinate input device. Used for.
図8は、特許文献1に記載の座標入力装置を示す構成概略図である。図8に示すように、蛍光染料201を均一に添加した状態に形成された平板部材202の四隅200a、200b、200c、200dは凹面に形成され、この凹面に向かって受光器203a、203b、203c、203dが配置されている。受光器203a、203b、203c、203dはそれぞれ検出回路部211に接続されている。これにより、平板部材202の内部を伝播して四隅200a〜200dの凹面に達した光のうち、各受光器203a〜203dに向かうもののみが各受光器203a〜203dに向けて出射され、それ以外の光は凹面から外部に出射される際に受光器203a〜203d以外に向かって屈折される。平板部材202の四辺には光吸収部材204a、204b、204c、204dが配置されている。平板部材202の上面に手動操作で動かされる光源部205と組み合わされて使用される。具体的には、光源部205より射出されたスポット光は、平板部材202の上面よりその内部に入射される。平板部材202の内部に添加された蛍光染料201は、入射光が当たると励起され発光するが、このとき光は等方的に発せられる。そして、蛍光染料201が励起され発光した位置を受光器203a、203b、203c、203dを用いて特定する。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating a coordinate input device described in
特許文献2に記載のタッチパネルは、図9(a)に示すように、導光板1101、導光板1101に光を入射する光源1102、導光板1101の側面の一部に配置された受光素子1104、1105、および、導光板1101の側面と受光素子との間に被検出体1201により散乱した光源1102からの光を受光素子1104、1105に結像する結像手段1107を具備している。そして、受光素子1104、1105が配置された導光板1101の側面の一部には光吸収手段1108を配置し、受光素子1104、1105は、図9(b)に示すように、光源1102の照射範囲外に配置されている。受光素子1104、1105が配設されている導光板1101の角は、図9(b)に示すように、平面的に、すなわち、導光板1101の表面と直角をなす面を有した切り欠き1222が設けられている。当該切り欠き1222の当該面から出射した光を受光素子1104、1105が受光する構成である。
As shown in FIG. 9A, the touch panel described in
しかしながら、上述の特許文献1および2は、いずれも、導光板の角部に切り欠きを設ける必要があり、導光板の製造加工が煩雑である。特に、導光板をガラスから構成する場合は、切り欠きの加工が容易でなく、コスト高となる。
However, both
本発明は、上記の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、伝導光板自体に伝搬光を取り出すための構造を設けなくとも、導光板の内部を放射状に伝搬する伝搬光を、導光板における互いに離れた複数の箇所から取り出して、その取り出した光から導光板の上面への光入射位置の位置座標を検出することができる信頼性の高い(座標)入力装置、および、当該入力装置を具備する入力システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to propagate propagating light propagating radially inside the light guide plate without providing a structure for extracting propagating light in the conductive light plate itself. A highly reliable (coordinate) input device capable of detecting the position coordinates of the light incident position on the upper surface of the light guide plate from the plurality of positions separated from each other in the light guide plate, and the input An object of the present invention is to provide an input system including the apparatus.
そこで、上記の課題を解決するために、本発明に係る入力装置は、
上面に被検出体を接触させることができ、且つ、光を内部において伝搬させる導光板と、
上記導光板の下面に隣接する隣接面を有した光学部材であって、当該導光板における互いに離れた複数の箇所から当該隣接面を通して導光板の伝搬光の一部をそれぞれ取り出して入射させ、当該入射させた光をそれぞれ、当該導光板の下面よりも下方に向けて出射させる光学部材と、
各上記箇所から取り出されて上記光学部材から出射した光を受光する受光手段と、
上記上面への上記被検出体の接触による伝搬光の変化を受光手段の受光結果に基づいて検出し、上記上面への上記被検出体の接触位置の位置座標を検出する検出手段と、を備えていることを特徴としている。
Therefore, in order to solve the above problems, an input device according to the present invention includes:
A light guide plate capable of bringing a detection object into contact with the upper surface and propagating light therein;
An optical member having an adjacent surface adjacent to the lower surface of the light guide plate, wherein a part of the propagation light of the light guide plate is taken out and incident through the adjacent surface from a plurality of locations separated from each other in the light guide plate, An optical member that emits the incident light downward from the lower surface of the light guide plate, and
A light receiving means for receiving the light extracted from each of the locations and emitted from the optical member;
Detecting means for detecting a change in propagating light due to contact of the detected object with the upper surface based on a light reception result of a light receiving means, and detecting a position coordinate of a contact position of the detected object with the upper surface; It is characterized by having.
上記の構成によれば、光学部材が、導光板から伝搬光の一部を取り出して入射させ、当該入射させた光を当該導光板の下面よりも下方に向けて出射させるので、導光板自体に伝搬光を当該導光板の下面よりも下方に向けて出射させるための構成、例えば従来構成に設けられたような切り欠きを設ける必要がない。例えば、導光板をガラスから構成する場合であっても、本発明の構成によれば、導光板の製造コストを、当該導光板自体に切り欠きを設ける場合と比較して抑えることができる。 According to the above configuration, the optical member extracts a part of the propagation light from the light guide plate and makes it incident, and the incident light is emitted downward from the lower surface of the light guide plate. There is no need to provide a configuration for emitting propagating light downward from the lower surface of the light guide plate, for example, a notch provided in a conventional configuration. For example, even when the light guide plate is made of glass, according to the configuration of the present invention, the manufacturing cost of the light guide plate can be suppressed as compared with the case where the light guide plate itself is provided with a notch.
また本発明に係る入力装置の一形態は、上記の構成に加えて、
上記光学部材の端面の一部は、円錐面または双曲面であり、
上記円錐面または双曲面によって、上記光学部材に入射した光の光路が変わることが好ましい。
Moreover, in addition to said structure, one form of the input device which concerns on this invention is
A part of the end surface of the optical member is a conical surface or a hyperboloid,
The optical path of the light incident on the optical member is preferably changed by the conical surface or the hyperboloid.
上記の構成によれば、上記光学部材の端面の一部が、円錐面または双曲面であることから、広範囲から光を集光して、受光手段に光を導くことが可能である。よって、導光板の光入射位置の検出可能範囲を導光板の上面の広範囲に実現することができる。 According to said structure, since a part of end surface of the said optical member is a conical surface or a hyperboloid, it is possible to condense light from a wide range and to guide light to a light-receiving means. Therefore, the detectable range of the light incident position of the light guide plate can be realized in a wide range on the upper surface of the light guide plate.
また本発明に係る入力装置の一形態は、上記の構成に加えて、
上記光学部材は、導光板よりも屈折率が同じか高い材料によって構成されていることが好ましい。
Moreover, in addition to said structure, one form of the input device which concerns on this invention is
The optical member is preferably made of a material having the same or higher refractive index than the light guide plate.
上記の構成によれば、導光板よりも屈折率が高い材料によって光学部材が構成されているので、導光板から光学部材への光の取り出し効率を向上させることができる。 According to said structure, since the optical member is comprised with the material whose refractive index is higher than a light guide plate, the extraction efficiency of the light from a light guide plate to an optical member can be improved.
また本発明に係る入力装置の一形態は、上記の構成に加えて、
上記導光板は、ガラスからなることが好ましい。
Moreover, in addition to said structure, one form of the input device which concerns on this invention is
The light guide plate is preferably made of glass.
上記の構成によれば、導光板が保護ガラスとして機能することにより、耐環境性に優れ、撓みが生じることなく、高精度の位置座標検出の実現に寄与することができる。 According to said structure, when a light-guide plate functions as protective glass, it is excellent in environmental resistance and can contribute to realization of a highly accurate position coordinate detection, without producing bending.
また本発明に係る入力システムは、上記の課題を解決するために、
上記構成を具備した入力装置と、
上記導光板の上記上面に接触して、当該接触した位置から光を出射する操作部材と、を具備していることを特徴としている。
Moreover, in order to solve said subject, the input system which concerns on this invention
An input device having the above configuration;
An operation member that comes into contact with the upper surface of the light guide plate and emits light from the contacted position.
上記の構成によれば、簡易な構成でありながら信頼性の高い入力座標検出を行う入力システムを提供することができる。 According to the above configuration, it is possible to provide an input system that performs highly reliable input coordinate detection with a simple configuration.
また本発明に係る入力システムの一形態は、上記の構成に加えて、
複数の画素を有する画像表示パネルをさらに具備し、
上記検出手段によって検出された上記位置座標に基づいて、上記画像表示パネルの上記画素を駆動することが好ましい。
Moreover, in addition to said structure, one form of the input system which concerns on this invention is
An image display panel having a plurality of pixels;
It is preferable to drive the pixels of the image display panel based on the position coordinates detected by the detection means.
上記の構成によれば、画像表示パネルにおける上記位置座標に対応した画素を駆動して視認することができるように構成することができる。 According to said structure, it can comprise so that the pixel corresponding to the said position coordinate in an image display panel can be driven and visually recognized.
本発明によれば、簡易な構成でありながら信頼性の高い入力座標検出を実現する(座標)入力装置、および、当該入力装置を具備する入力システムを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a (coordinate) input device that realizes highly reliable input coordinate detection with a simple configuration, and an input system including the input device.
〔実施形態1〕
本発明に係る入力システムの一実施形態について、図1〜図7を参照して説明する。以下では、本発明に係る入力システムの一実施形態を中心に説明し、そのなかで本発明に係る入力装置の一実施形態であるペン入力装置を説明する。
An embodiment of an input system according to the present invention will be described with reference to FIGS. Hereinafter, an embodiment of the input system according to the present invention will be mainly described, and a pen input device which is an embodiment of the input device according to the present invention will be described.
図1は、本実施形態の入力システムの構成を示す斜視図である。 FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the input system of this embodiment.
(1)入力システムの構成
本実施形態の入力システム50は、図1に示すように、ペン入力装置40と、ペン3(操作部材)とを具備しており、ペン入力装置40の表面であるタッチ面(上面)にペン3がタッチ(接触)すると、タッチ面でのタッチ位置座標を求めることができる。
(1) Configuration of Input System As shown in FIG. 1, the
●ペン入力装置40
ペン入力装置40は、図1に示すように、液晶表示パネル2(画像表示パネル)と、液晶表示パネル2の表示面側に重ねて配置された四角形の導光板1と、導光板1の背面に密着固定された光学部材60と、光学部材60から光が出射する位置に配設された撮像ユニット10、20(受光手段)と、図示しない検出装置(検出手段)とを有している。
● Pen
As shown in FIG. 1, the
液晶表示パネル2は、一対の基板間に液晶層を挟持しており、各基板には、電圧印加によって当該液晶層の液晶分子の配向を変えるための各種電極が少なくとも設けられている。そして、電圧印加によって液晶分子の配向を変化させることによって、各画素の液晶層を透過する光の透過量を調整して所望の表示をおこなう。液晶表示パネル2の構成は、従来周知の液晶表示パネルを用いることができる。
The liquid
導光板1は、透光性材料からなる矩形の一枚の平板であり、図1に示すように液晶表示パネル2の表示面側に重ねて配設されている。導光板1は、図1に示すように、撮像ユニット10、20を配設する一辺側が液晶表示パネル2よりも大きく構成されており、撮像ユニット10、20のそれぞれの少なくとも一部分を背面(下面)側に配設している。これにより、ペン入力装置40のタッチ面に沿って拡がる方向のサイズの大型化を抑制し、コンパクトサイズの実現に寄与している。
The
導光板1の液晶表示パネル2とは反対側の表面が、ペン3によってタッチされるタッチ面である。すなわち、導光板1はペン入力装置40の最表面に在る。
The surface of the
導光板1は、ガラスから構成されている。これにより、プラスチックによって構成される場合と比較して、耐環境性に優れ、撓みが生じることない。本発明では、導光板の内部を伝搬する光の伝搬方向を検出し、それに基づいて、導光板への光の入射位置、つまりタッチ位置の位置座標を検出する機構である。そのため、耐環境性はともかく、撓みは検出精度を劣化させる。よって、本実施形態のように導光板1をガラスによって構成することにより、撓みがなく、高精度の位置座標検出の実現に寄与することができる。しかしながら、本発明は、導光板の材料をガラスに限定するものではなく、プラスチック、または、これら以外の導光材として従来周知の材料を用いて構成してもよい。
The
導光板1は、伝搬光の一部が導光板1の背面から後述する光学部材60に取り出されるので、従来構成のように導光板に切り欠きを設ける必要がない。すなわち、導光板1は、内部に光を伝搬させることができる構成(構造)であるだけでよく、その他の加工は必要ない。
In the
光学部材60は、導光板1の背面と、後述する撮像ユニット10、20との間に配設された透光材である。
The
図2は、光学部材60の外形を示す図であり、図3は、図1に示す切断線A−A´の矢視断面図である。
FIG. 2 is a view showing the outer shape of the
光学部材60は、上面(隣接面)が平坦で、図2に示すように、導光板1の背面に接着固定されている。光学部材60は、導光板1の内部を伝搬している光を導光板1の背面から光を取り出して、取り出した光を自身に入射させて内部にて結合させて内部を伝搬させる構成となっている。光学部材60と導光板1との接着方法は特に限定されるものではないが、上述のように、光学部材60は導光板1から光を取り出して入射させるので、これを妨げない方法あるいは材料を用いて接着固定する。
The
光学部材60は、導光板1よりも、屈折率が同じか高い材料から構成されている。これにより、導光板1の内部を伝搬した光が光学部材60と導光板1との境界面で反射して再び導光板1の内部に戻ることを防いで導光板1からの光の取り出し効率を高めることができる。本実施形態では、導光板1がガラスによって構成されているため、光学部材60は、ガラスよりも屈折率の高い高屈折率ガラスやポリカーボネートから構成されている。これにより、導光板1から効率的に光を取り出して、光学部材60内部に入射させることができる。
The
なお、上述のように、本発明は導光板をガラス以外の材料から構成することができるので、例えば導光板がアクリルの場合には、同様に光学部材はアクリルや高屈折率ガラス、ポリカーボネートから構成することができる。 In addition, as mentioned above, since this invention can comprise a light-guide plate from materials other than glass, for example, when a light-guide plate is an acrylic, an optical member is similarly comprised from an acrylic, high refractive index glass, and a polycarbonate. can do.
なお、本実施形態では、光学部材60は導光板1よりも屈折率の高い材料によって構成されているが、導光板1の内部を伝搬した光が光学部材60と導光板1との境界面で反射して再び導光板1の内部に戻ることがないようにすればよく、光学部材60は導光板1と同じ屈折率を有する材料から構成されてもよい。
In the present embodiment, the
光学部材60は、図2および図3に示すように、上面に隣接した端面の、導光板1の角部に近い領域に、凹型の円錐面状の切り欠き60aが設けられている。この切り欠き60aの円錐面と光学部材60の背面とがなす角度(図2に示すγ)は、45度以下であり、30度や45度が選ばれる。円錐面状の切り欠き60aにはミラーコーティング(光路変換部)を施してあってもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
そして、図2に示すように光学部材60の内部を伝搬して切り欠き60aに至った光は、その光路を切り欠き60aによって光学部材60の下方、すなわち、光学部材60の背面に向けて変化させる。すなわち、導光板1の内部を伝搬した光は、導光板1の下面よりも下方に向かう。
Then, as shown in FIG. 2, the light that propagates through the
なお、本実施形態では、切り欠き60aが円錐面状に構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、双曲面状または多角面状に構成されていてもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、光学部材60の形状が、上面側からみると図3に示すように扇形に似た形状となっているが、これに限定されるものではない。
In the present embodiment, the shape of the
また光学部材60の製造方法は特に限定されるものではないが、プラスチック成型やガラス成型を行うと安価に製造できる。
Moreover, the manufacturing method of the
光学部材60は、図1に示すように矩形の導光板1の四隅のうちの隣り合う二隅近傍の背面に配設されている。光学部材60の配設位置は、これに限定されるものではない。後述する検出方法を実現するために2つの撮像ユニット10、20を互いに離して配設するので、その撮像ユニット10、20の配設位置に対応させて、導光板1の内部を伝播した光が、最終的に撮像ユニットのそれぞれに入射する光の経路の途中に光学部材60を配すればよい。
As shown in FIG. 1, the
撮像ユニット10、20は、光学部材60の円錐面状の切り欠き60aの直下に配置され、導光板1の端部における互いに離れた二箇所に配設されている。また、撮像ユニット10、20は、導光板1のタッチ面よりも上方には突出していない。撮像ユニット10は、レンズ11と、可視光カットフィルタ12と、撮像素子13とを有している。また撮像ユニット20も同様に、レンズ21と、可視光カットフィルタ22、撮像素子23とを有している。撮像ユニット10、20は、導光板1および光学部材60の少なくとも一方に接続されていて、導光板1を伝搬しない光は撮像素子13、23に結合しない構造になっている。
The
●ペン3
一方、ペン入力装置40に対応するペン3は、いわゆるタッチペン、スタイラスペンと呼ばれる操作部材である。本実施形態のペン3の詳細について、図4を用いて説明する。
●
On the other hand, the
図4は、ペン3の構成を示す断面図である。ペン3は、外形となる筐体35の内部に、赤外光を出射する発光素子31および当該赤外光をペン3の先端へと導く導光部材32を有する発光部30と、電源装置33と、制御装置34とが、格納されている。そして、本実施形態のペン3の特徴的構成として、ペン3の先端に発光部30が配置された構成となっているとともに、その光出射側に、光を拡散させる光拡散部材36を取り付けている点がある。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the
この光拡散部材36は、光拡散材料を含有する樹脂から構成されている。上記光拡散材料としては、ガラスビーズを用いることができる。また上記樹脂としては、フッ素樹脂(具体例としてはポリテトラフルオロエチレン)、シリコンラバーを用いることができ、弾性を有して構成されていることが好ましい。弾性材を用いることによって、ペン入力装置40の導光板1にペン3の先端、すなわち光拡散部材36を接触させて用いる場合に、導光板1表面を傷付けることなく、且つ、接触によって僅かに接触部分が変形して導光板1表面との接触面積を大きくすることができるので、導光板1表面にカップリングする光量を多くすることができる。
The
光拡散部材36の光出射面は、図3に示すように、曲面を有している。すなわち、光拡散部材36は概ね半球体である。なお、この曲面は、均一な曲率によって構成されている必要はなく、ペン3の最も先端部となる領域とそれを囲む領域とで曲率を異ならせても良い。なお、この曲面には、表面に微細な凹凸形状が設けられていても良い。
The light emitting surface of the
また、光拡散部材36の光出射面には、耐磨耗加工が施されていることが好ましい。光拡散部材36がポリテトラフルオロエチレンによって構成されている場合には不要であるが、光拡散部材36自体が耐磨耗に優れていない他の材料から構成されている場合には、その光出射面に耐磨耗加工を施すことは有効である。耐磨耗加工とは、特に制限はないが、例えばポリテトラフルオロエチレンを光拡散部材36の光出射面にコーティングする加工が挙げられる。
Further, it is preferable that the light emitting surface of the
さらに、この光拡散部材36は、ペン3に対して着脱可能に構成されている。光拡散部材36が何らかの理由で損傷した場合(経時劣化を含む)であっても、光拡散部材36を交換するだけでペン3の使用を継続することができる。ペン3ごと交換する構成に比べて、低コストで使用を継続することができる。着脱可能であるために、光拡散部材36が取り付けられる側の部材(本実施形態では、導光部材32)には、光拡散部材36と接触する部分に、溝構造、咬合する構造、または、嵌め合う構造が設けられており(不図示)、光拡散部材36には、その構造に合う構造が設けられている(不図示)。なお、本実施形態では、導光部材32に光拡散部材36を取り付ける態様であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、筐体35に光拡散部材36を取り付ける態様であってもよく、他の態様であってもよい。
Further, the
上記発光素子31は、赤外光を発するLED(light emitting diode)あるいはLD(laser diode)を用いることができる。なお、LEDもしくはLDは、1つのペン3に対して1つだけ設けられている構成に限らず、複数個を搭載してもよい。
The
上記電源装置33から電源を受けて発光した発光素子31からの赤外光は、上記導光部材32を経てこの光拡散部材36に入射し、当該光拡散部材36の上記光拡散材料および上記微細凹凸によって乱反射する。そして、光拡散部材36の光出射面から拡散光となって出射される。
Infrared light from the
電源装置33は、例えば電池を内蔵する構成とすることができるほか、充電式に構成されていてもよい。
The
上記制御装置34は、発光素子31の発光を制御する。例えば、発光素子31が導光板1に接触したときにのみに発光する仕組み等が盛り込まれる。この仕組みは感圧スイッチ等を用いることにより構成され、発光時間を制御できるため、消費電力を低減し、電池寿命を延ばすことができる。
The
以上のように、ペン3には、赤外光を出射する光源が設けられており、ペン先から赤外光が拡散放射される構成となっている。ペン3のペン先が導光板1に接触すると、ペン先から放射された赤外光の一部が、導光板1に結合して、導光板1内を伝搬する。ペン3は、ペン先から赤外光を拡散放射するため、導光板1に結合した光は、導光板1内を拡散放射する。これにより、位置座標を精度よく求めることができる。
As described above, the
そして、撮像ユニット10、20は、図1に示すように導光板1の内部を伝搬する赤外光(以下、伝搬光4a、4bと記載する)を、光学部材60を介して、それぞれ捕らえて、撮像素子13から得られる各画像から、当該接触の二次元の位置座標を求める。撮像素子13の受光面は、導光板1の表面と平行であるように配設されている。以下に、ペン入力の検出原理について詳述する。
The
(2)ペン入力の検出原理
ペン3のペン先がペン入力装置のタッチ面(透明導光板表面)に接触したとき、ライトペンから放射される赤外光の一部が屈折率N1の導光板1内に入射する。この入射光のうち、導光板1内の伝搬角θPが、式;
sin(90°−θP)>1/N
に示す条件を満たす光束は、導光板1内に閉じ込められ、導光板1の表面、および裏面での反射を繰り返し、導光板1内を進行する。そして、導光板1と、光学部材60との界面に至ると、導光板1を伝搬していた光は、屈折率N2(N2>N1)の光学部材60に入射し、図2に示すように、光学部材60内の伝搬角θPが、式;
sin(90°−θP)>1/N
に示す条件を満たす光束は、光学部材60内に閉じ込められ、光学部材60の表面、および裏面での反射を繰り返し、光学部材60内を進行する。
(2) Pen input detection principle When the pen tip of the
sin (90 ° −θ P )> 1 / N
The light beam satisfying the conditions shown in FIG. 2 is confined in the
sin (90 ° −θ P )> 1 / N
The light beam satisfying the conditions shown in FIG. 5 is confined in the
結果として、ペン3から発せられた赤外光はペン先を中心にして放射状に拡散され、導光板1内を伝搬し、その光束のうちの一部の光束4a、4b(図1)が、光学部材60の円錐面状の切り欠き60aに導かれると、当該円錐面で反射して、光学部材60の下方に導かれて撮像ユニット10、20で受光される。撮像ユニット10、20では、光学部材60からの出射光は、まずレンズ11、21にて集光され、続いて、可視光カットフィルタ12、22を通って、最後に撮像素子13、23に受光される。可視光カットフィルタ12、22はペン3から放射される赤外光を透過し、それ以外の波長帯の光を遮断する役割を果たす。可視光カットフィルタ12により、太陽光や、液晶表示パネルバックライト光等の迷光が遮断され、SN比を高くすることができる。
As a result, the infrared light emitted from the
ここで図5は、検出原理を説明する図である。 FIG. 5 is a diagram for explaining the detection principle.
図5(a)に示すように、ペン3から発せられ導光板1内および光学部材60内を伝搬し、出射された光はレンズ11を経て、撮像素子13に線状の像15を形成する。線状の像15の位置はペン3の位置によって変化し、撮像ユニットの取得画像を分析することにより、光束4a、4bと導光板1の一辺とがなす角度α、βがそれぞれ求められ、三角測量の原理を用いて発光源となるペン先が接した点の位置座標が求められる。図5(a)において、ペンが3aの位置にあるとき、線状の像15が形成される。このペンが3bの位置に移動したとき、線状の像17が形成される。
As shown in FIG. 5A, the light emitted from the
図5(b)に撮像素子13の取得画像を示す。赤外線を照射している状態にあるペン3のペン先が導光板1に接触していないとき、撮像素子13の取得画像には何も現れない。一方、赤外線を照射している状態にあるペン3のペン先が導光板1に接触して赤外光が導光板1に結合すると、図2に示すように、その光束のうちの一部の光束4aが光学部材60を経由して撮像素子13に導かれ、撮像素子13の撮像面に線状の像が形成され、取得画像上に線状の像15が現れる。
FIG. 5B shows an acquired image of the
図5に示す線状の像15の位置は、ペン3のペン先の接触点の位置に依存して変化し、ペン先の接触点の位置を変えると、線状像は破線で示した線状像17のように変化する。その線状像の軌跡は一点鎖線で示した扇形状16になる。その扇形の中心18と線状像を結ぶ線分の回転角度α1’(円弧の中心を回転中心とする)は、ペン3と撮像素子13を結ぶ線分と導光板1の上記辺Aとがなす角度α1と同じ角度になる。撮像素子の取得画像からα1’が求められ、α1’からα1が求められる。同様にペンが3bの位置に移動すると、線状像17が形成され、その線状像17の傾きα2‘を求めることにより、α2が求められる。
The position of the
撮像ユニット20の撮像素子についても同様に取得画像の分析から発光点の位置が特定され、ペン3と当該撮像素子とを結ぶ線分と辺Aとがなす角度βが求められる。
Similarly, for the image sensor of the
そして、撮像素子間の間隔をL、撮像素子13からの画像を読み取り求めた輝点の変位角度をα、撮像素子23からの取得画像を読み取り求めた輝点の変位角度をβとしたとき、輝点の座標(X、Y)は下記の関係式(1)および(2);
Y=tanα・X …(1)
Y=tanβ・(L−X) …(2)
を満足する。これを解くと、輝点の座標(X、Y)は、
X=tanβ・L/(tanα+tanβ) …(3)
Y=(tanα・tanβ)・L/(tanα+tanβ) …(4)
と表され、上述のように求めたα、βと、予め求めることができるLにより、ペン先が接触した地点の座標X、Yが求められる。このうちLは撮像素子13と撮像素子23の間の間隔であり固定の値である。α、βを求めることにより、ペン入力座標X、Y(位置座標)を求めることができる。
Then, when the interval between the image sensors is L, the displacement angle of the bright spot obtained by reading the image from the
Y = tan α · X (1)
Y = tan β · (L−X) (2)
Satisfied. Solving this, the coordinates (X, Y) of the bright spot are
X = tan β · L / (tan α + tan β) (3)
Y = (tan α · tan β) · L / (tan α + tan β) (4)
The coordinates X and Y of the point where the pen tip contacts are obtained by α and β obtained as described above and L that can be obtained in advance. Among these, L is an interval between the
なお、撮像素子間の間隔Lとは、レンズ11の光軸中心とレンズ21の光軸中心との間の距離である。
Note that the distance L between the imaging elements is a distance between the optical axis center of the
ペン3の位置座標を以上の方法で求めるために、入力システム50には、図示しない位置座標検出部を設けている。位置座標検出部はペン入力装置40に設けることができる。
In order to obtain the position coordinates of the
また、以上の方法で求められたペン3の位置座標に基づいて、液晶表示パネル2の当該位置座標に対応する位置にある画素を駆動して、ユーザが、ペン3のタッチ位置を視認することができるようにすることが可能である。そのためには、液晶表示パネル2の駆動を制御する制御部(不図示)が、位置座標検出部で求めた位置座標の情報を取得して、当該情報に基づいて液晶表示パネル2を駆動すればよい。
Further, based on the position coordinates of the
以上のように本実施形態の入力システム50は、導光板1における互いに離れた少なくとも二箇所において、伝搬した光を捕らえることによって、ペン3の位置座標を求めることができる。
As described above, the
また本実施形態のペン入力装置40の構成によれば、導光板1のタッチ面よりも上方に突出しない位置に撮像ユニットが設けられているので、導光板1のタッチ面がペン入力装置40の最上面となり、タッチ面よりも上方に撮像ユニットが出っ張らない。よって、本実施形態の入力システム50のペン入力装置40をテーブル型端末に適用した場合であっても、周囲が土手のように盛り上がることなく、テーブル面を完全にフラットにすることができる。
Further, according to the configuration of the
また本実施形態の入力システム50は、遮光方式ではなく、導光板の内部を伝搬した光が撮像素子によって受光される構成となっているので、太陽光を含む迷光によって誤認識が生じる虞がなく正確な位置検出を実現することができ、故に、屋外や窓際に装置を置くことも可能である。
In addition, the
また、本実施形態の入力システム50のペン入力装置40は、ペン3先からの放射光を受光する撮像ユニット10、20が導光板1に接続されていて、導光板1を伝搬しない光は撮像素子に結合しない構造になっている。よって、導光板1のタッチ面の法線方向から照明光が当てられても、その光は導光板1に結合しないため、迷光が撮像素子に導かれることはない。このため、ペン入力装置40は外光の影響を受けにくく、屋外や窓際に配置することが可能である。
In the
また、本実施形態では、ペン3先から出射される光が、ペン3先に設けた光拡散部材36によって拡散する構成となっている。これにより、ペン3の傾斜角度によることなく、十分な光量を導光板1にカップリングさせることができる。したがって、正確な位置検出を実現することができる。
Further, in the present embodiment, the light emitted from the tip of the
なお、本実施形態では、撮像素子13および撮像素子23の計2つの撮像素子を用いた構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、導光板1の端部における各箇所からミラーおよびシャッターを用いて1つの撮像素子に集めてもよい。
In addition, although this embodiment demonstrated the structure using the image pick-up
なおまた、本実施形態では、1つのペン3を用いた構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数のペンを用いた場合であっても例えば各ペンの発光タイミングを異ならせるなどすれば、導光板1のタッチ面に同時に複数のペンが接触していてもそれぞれの位置座標を求めることができる。
In this embodiment, the configuration using one
(3)本実施形態の作用効果
本実施形態の構成によれば、光学部材60が、導光板1から伝搬光の一部を取り出して入射させ、当該入射させた光を当該導光板1の下面よりも下方に向けて出射させるので、導光板1自体に、伝搬光を当該導光板1の下面よりも下方に向けて出射させるための構成、例えば従来構成に設けられたような切り欠きを設ける必要がない。そのため、導光板1の材料を制限することなく、また導光板1の製造コストを、導光板自体に切り欠きを設ける場合と比較して、抑えることができる。
(3) Effects of this Embodiment According to the configuration of this embodiment, the
〔実施形態2〕
図6および図7を用いて本発明の入力システムの他の実施形態について説明する。図6は、本実施形態の入力システムに具備されているペン入力装置に設けられた導光板1と光学部材60とを示した平面透視図である。図7は、図6に示す切断線B−B´の矢視断面図である。
[Embodiment 2]
Another embodiment of the input system of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a perspective plan view showing the
本実施形態と、上述の実施形態1との相違点は、光学部材の構造、および、撮像ユニットの配設位置にある。 The difference between the present embodiment and the first embodiment described above lies in the structure of the optical member and the arrangement position of the imaging unit.
本実施形態においては、図6に示すように、光学部材60´に設けられている切り欠き60a´が円錐面状ではなく、双曲面状になっている。この双曲面の中心位置と、導光板1の角の位置とが重畳方向に沿って一致している。
In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the
図7に示すように、光学部材60´は、導光板1の内部を伝搬している光を導光板1の背面から光を取り出して、取り出した光を自身に入射させて内部にて結合させて内部を伝搬させて切り欠き60a´に導かれる。
As shown in FIG. 7, the
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。本請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 As mentioned above, although embodiment which concerns on this invention was described, this invention is not limited to said embodiment. Various modifications can be made within the scope of the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、発光ペンを用いてペンの座標位置を求めるあらゆる種類の入力システムに提供することができる。 The present invention can be provided for any type of input system that uses a light emitting pen to determine the coordinate position of a pen.
1 導光板
2 液晶表示パネル(画像表示パネル)
3 ペン
4a、4b 光束
10 撮像ユニット(受光手段)
11 レンズ
12 可視光カットフィルタ
13 撮像素子
16 扇形状
17 線状像
18 中心
20 撮像ユニット(受光手段)
21 レンズ
22 可視光カットフィルタ
23 撮像素子
30 発光部
31 発光素子
32 導光部材
33 電源装置
34 制御装置
35 筐体
36 光拡散部材
40 ペン入力装置(入力装置)
50 入力システム
60、60´ 光学部材
60a、60a´ 切り欠き
1
3
DESCRIPTION OF
21
50
Claims (6)
上記導光板の下面に隣接する隣接面を有した複数の光学部材であって、上記導光板の下面に互いに離れて設けられると共に、当該導光板の下面における互いに離れた複数の箇所から当該隣接面を通して導光板の伝搬光の一部をそれぞれ取り出して入射させ、当該入射させた光をそれぞれ、当該導光板の下面よりも下方に向けて出射させる複数の光学部材と、
各上記箇所から取り出されて各上記光学部材から出射した光をそれぞれ受光する複数の受光手段と、
上記上面への上記被検出体の接触による伝搬光の変化を上記複数の受光手段の受光結果に基づいて検出し、三角測量の原理を用いて、上記上面への上記被検出体の接触位置の位置座標を検出する検出手段と、を備えていることを特徴とする入力装置。 A light guide plate capable of bringing a detection object into contact with the upper surface and propagating light therein;
A plurality of optical members having adjacent surfaces adjacent to the lower surface of the light guide plate, the optical members being provided apart from each other on the lower surface of the light guide plate , and the adjacent surfaces from a plurality of locations separated from each other on the lower surface of the light guide plate A plurality of optical members that take out and enter a part of the propagation light of the light guide plate through, and emit the incident light downward from the lower surface of the light guide plate,
A plurality of light receiving means for receiving each light emitted from each of the optical member is removed from the above point,
A change in propagation light due to the contact of the detected object with the upper surface is detected based on the light reception results of the plurality of light receiving means, and the contact position of the detected object with the upper surface is detected using the principle of triangulation . An input device comprising: detecting means for detecting position coordinates.
上記円錐面または双曲面によって、上記光学部材に入射した光の光路が変わることを特徴とする請求項1記載の入力装置。 A part of the end surface of the optical member is a conical surface or a hyperboloid,
The input device according to claim 1, wherein an optical path of light incident on the optical member is changed by the conical surface or the hyperboloid.
上記導光板の上記上面に接触して、当該接触した位置から光を出射する操作部材と、を具備していることを特徴とする入力システム。 An input device according to any one of claims 1 to 4,
An input system comprising: an operation member that contacts the upper surface of the light guide plate and emits light from the contacted position.
上記検出手段によって検出された上記位置座標に基づいて、上記画像表示パネルの上記画素を駆動する請求項5に記載の入力システム。 An image display panel having a plurality of pixels;
The input system according to claim 5, wherein the pixel of the image display panel is driven based on the position coordinates detected by the detection unit.
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