KR20060096182A - 에어리어 이미지 센서를 사용한 위치 검출 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 이아이티
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Abstract

촬상부의 부착 위치 조정이 불필요하고 보수도 용이하며, 온도 변화 등의 환경 변화에 의한 영향도 받지 않으며, 저렴한 구성 요소로 실현 가능한 위치 검출 장치를 제공하기 위하여, 감광 소자를 2 차원적으로 배열한 에어리어 이미지 센서 (70) 및 결상 렌즈 (71) 를 포함하는 촬상부 (7) 를, 검출면 (1) 의 측방 2 곳에 배치한다. 선택 수단 (10) 은 촬상부 (7) 에서 촬상된 임의의 시야 내 재귀반사 프레임 (4) 등의 특정한 시야에 대응하는 특정 화소를 감광 소자로부터 선택한다. 화상 처리 수단 (11) 은 선택된 특정 화소에 대응하는 특정 화상 신호를 화상처리하여 지지체 (2) 의 지지 위치 좌표를 출력한다.
에어리어 이미지 센서, 위치 검출 장치

Description

에어리어 이미지 센서를 사용한 위치 검출 장치 {POSITION SENSOR USING AREA IMAGE SENSOR}
기술분야
본 발명은 검출면 상에 위치하는 지시체를 검출하는 위치 검출 장치에 관한 것으로, 특히 촬상부에 에어리어 이미지 센서 (area image sensor) 를 사용한 위치 검출 장치에 관한 것이다.
배경기술
검출면 상에 위치하는 지시체를 검출하는 위치 검출 장치로는 전자유도식이나 감압식, 광학식 등 여러 가지가 있다. 전자유도 임계값 검출장치는 지시체 자체에서 방사되는 전자파 방사강도의 평면분포로부터 2차원 좌표를 구하는 것이다. 이 방식에서는 전자파를 방사하는 전용 지시체가 필요하며, 손가락 등으로 입력할 수는 없는 것이다.
감압식 위치 검출 장치는, 저항 피막 등을 검출면 상에 배치하고, 지시체의 지시 위치를 이 저항 피막 등으로 검출하여 지시 위치 좌표를 출력하는 것이다. 그러나, 감압식 위치 검출 장치에서는 앞의 예리한 지시체를 사용하면 검출면이 찢어진다는 문제가 있었다. 또한, 표시장치와 조합한 이른바 터치 패널 표시 장 치에 응용한 경우에는 저항 피막 등을 통하여 표시화면을 보게 되기 때문에 표시가 어두워지는 등의 문제도 있었다.
일본 공개특허공보 소62-5428호나 일본 공개특허공보 평11-85377호 등에 개시된 바와 같은 광학식 위치 검출 장치는, 검출면 상에 놓인 지시체를 2개의 촬상부에 의해 2 곳에서 촬상해 지시체의 지시 위치 좌표를 삼각측량의 원리로 구하는 것이다. 여기에는, 화상인식 등에 의해 지시체의 형상을 검출하여 지시 위치 좌표를 출력하는 것이나, 입사된 광을 입사된 방향으로 반사시키는 재귀(再歸)반사 부재를 지시체 또는 검출면 주위에 형성하여 그것을 향해 광원으로부터 광을 방사함으로써, 광이 있는 부분 또는 그림자 부분의 위치로부터 지시 위치 좌표를 출력하는 것 등이 있다. 도 1 은 삼각측량의 원리를 이용하여 지시체의 지시 위치를 검출하는 차폐식의 광학식 위치 검출 장치의 상부 평면도이다. 검출면 (1) 상에 놓인 손가락 등의 지시체 (2) 를 2개의 촬상부 (3) 로 촬상하는 것이다. 예를 들어, 촬상부 (3) 에는 LED 등의 광원이 검출면 (1) 을 향해 광을 방사하도록 형성되고, 그 광이 재귀반사 프레임 (4) 에 입사되며, 입사된 방향으로 반사되어 되돌아온 광을 촬상부 (3) 의 센서로 촬상한다. 지시체 (2) 가 검출면 (1) 상에 놓이면 그 부분이 그림자가 되어 촬상부 (3) 에 촬상되기 때문에, 그 그림자 부분의 위치로부터 삼각측량의 원리를 이용하여 지시 위치 좌표를 산출할 수 있는 것이다. 이들 광학식 위치 검출 장치는 검출면이 보호유리 등의 단단한 것이어도 상관없기 때문에 앞의 예리한 지시체를 사용하는 것도 가능하고, 또한, 터치패널 표시 장치에 응용한 경우에도 표시에 영향을 미치는 일은 없기 때문에 양호하게 적 용할 수 있는 것이다. 이후 플라즈마 디스플레이 등의 대형 표시 장치에도 적용 가능하여, 향후 광학식 위치 검출 장치의 수요는 점점 더 높아질 것으로 생각되고 있다.
이들 장치에 사용되는 촬상부의 센서는, 통상 리니어 (linear) 이미지 센서로 구성되어 있다. 이것은 표시체의 검출에서는 기본적으로 높이 방향의 정보는 불필요하고, 수평 방향에서의 그림자 또는 광의 위치를 검출할 수 있으면 되기 때문이다.
그러나, 광학식 위치 검출 장치는, 그것에 사용하는 촬상부의 위치정렬이 매우 어려웠다. 즉, 리니어 이미지 센서는 1 라인으로 구성되는 센서이기 때문에 이 1 라인에 의한 촬상부의 시야를 검출면을 따라 평행하게, 또한, 검출면에 더 가까운 위치에 맞추는 것은 어려웠다. 이러한 부착 각도나 부착 위치의 조정이 어렵다는 문제를 해결하기 위한 것으로는, 일본 공개특허공보 평11-85399호에 개시된 바와 같이 나사에 의해 촬상부의 높이 및 경사를 미세조정할 수 있게 한 것 등도 있다.
상기 서술한 바와 같이, 광학식 위치 검출 장치는 촬상부의 부착 위치의 조정이 매우 어려운 것이었다. 만일 나사에 의해 높이나 경사를 조정할 수 있는 기구를 형성하였다고 해도 초보자가 촬상부의 시야를 검출면에 평행하고 정확하게 맞추는 것은 어렵고, 만일 제품 출하시에 정확하게 맞춰졌다고 해도 제품 반송시나 설치시에 위치가 틀려지는 경우도 있으며, 또한, 대형 검출면에 적용한 경우에는 온도 변화에 의한 검출면의 변형 등에 의해 촬상부의 위치가 변화하여 시야가 어긋 나는 경우도 있었다. 이러한 경우, 엔드 유저측에서 위치를 맞추는 것은 불가능에 가까워, 보수 서비스 등에 의해 조정할 필요가 있었다.
촬상부의 위치정렬이 엄격해지지 않도록 결상 렌즈의 화각 (image angle) 을 수직방향으로도 확대함으로써 촬상부의 시야를 검출면의 수직방향으로 넓히는 것도 생각할 수 있다. 도 2 는 도 1 에 나타내는 바와 같은 위치 검출 장치를 가로방향에서 본 도면이다. 도시한 바와 같이 촬상부 (3) 의 시야 (5) 를 결상 렌즈 등으로 수직방향으로 넓힘으로써 촬상부 (3) 의 부착 위치가 어긋난 경우에도 그 시야 내에 재귀반사 프레임 (4) 이 포함되도록 구성하는 것은 가능하다. 그러나, 수직방향으로 시야를 확대한 경우 외래광 등의 영향을 받는다. 즉, 위치 검출에는 검출면 (1) 의 근방만의 지시체 (2) 의 그림자를 검출할 필요가 있음에도 불구하고 시야를 확대함으로써 지시체 이외의 외래광, 예를 들어 태양이나 형광등의 광에 의해 생기는 그림자를 지시체에 의해 생긴 그림자로 잘못 인식하여 잘못된 좌표를 출력하게 되는 경우가 있다. 이 때문에 촬상부의 시야를 검출면의 수직방향으로 확대하는 것은 어려웠다. 또한, 검출면 주위에 재귀반사 프레임을 형성하는 예가 아니라, 지시체에 재귀반사 부재를 형성하여 광의 부분을 검출하고 지시체의 지시 위치를 산출하는 예도 있지만, 이 경우에는 외래광이 있으면 그 자체를 지시체와 구별할 수 없어 오인하게 된다. 외래광의 영향을 없애기 위해 프레임을 높게 하는 것도 생각할 수 있지만, 너무 높은 테두리를 형성하면 조작성이 나빠지는 등의 문제가 있었다.
또한, 지시 위치 좌표의 검출 정밀도를 높이기 위해서는, 촬상부의 시야를 최대한 검출면에 평행할 뿐 아니라, 검출면에 가까운 곳에 맞출 필요가 있다. 검출면에 가까운 위치에 시야를 맞추는 것은 지시체가 검출면에 닿지 않았는데 닿았다고 오인하는 경우나, 비스듬히 검출면에 닿았을 때 검출하는 위치와 검출면이 어긋나는 것에 의한 지시 위치 좌표의 오차 등을 없애기 위해 중요한 것이다. 그러나, 검출면이 커지면 그 평면성의 영향을 받는 경우가 있다. 도 3 에 나타내는 바와 같이 검출면 (1) 이 변형되어 있는 경우, 시야 (5) 가 도중에 검출면의 변형에 의해 가려져 재귀반사 프레임 (4) 까지 닿지 않게 된다. 이렇게 되면 검출면 전체를 검출할 수 없게 된다. 따라서, 검출면 전체를 검출할 수 있게 하기 위해서 촬상부 (3) 의 위치를 높게 하여 비스듬하게 상방향에서 검출면을 내려다 보도록 구성하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 촬상부 (3) 의 위치를 높여 내려다보게 한 경우, 도 4 와 같이 검출면 (1) 의 코너 부분의 재귀반사 프레임 (4) 이 굴절되어 보이게 된다. 이러한 경우, 1 라인으로 구성되는 리니어 이미지 센서에서는 그 시야도 직선이기 때문에, 굴절되어 보이는 재귀반사 프레임 (4) 전체를 촬상하는 것이 불가능해진다.
또한, 에어리어 이미지 센서 등을 사용한 카메라에 의해 넓은 시야로 검출면 상을 촬상하고, 그것을 화상처리부로 전송되어 화상처리하고 지시 위치 좌표 검출에 사용하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 지시 위치 좌표를 검출하기 위해서는 매초 100프레임 정도의 프레임 레이트가 필요해지기 때문에 에어리어 이미지 센서로부터 화상처리부로 전송되는 데이터량이 방대해지고, 그것을 처리하기 위해서는 고속의 인터페이스나 처리장치가 필요해지기 때문에 제품비용이 상승하게 되어 비현실적이었다.
본 발명은 이러한 실정을 감안하여, 촬상부의 부착 위치 조정이 불필요하고 보수도 용이하며, 온도 변화 등의 환경 변화에 의한 영향도 받지 않고 저렴한 구성요소로 실현 가능한 위치 검출 장치를 제공하고자 하는 것이다.
발명의 개시
상기 서술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 위치 검출 장치는, 감광 소자를 2 차원적으로 배열한 에어리어 이미지 센서와 결상 렌즈가 있고, 검출면의 측방 2 곳에서 검출면 상을 임의의 시야로 촬상하여 화상 신호를 출력하는 한 쌍의 촬상부, 화상 신호를 입력으로 하여, 임의의 시야 내의 특정한 시야에 대응하는 특정 화소를 감광 소자로부터 선택하는 선택수단, 및 선택수단에 의해 선택된 특정 화소에 대응하는 특정 화상 신호를 입력으로 하여 화상처리하고, 지시체가 지시하는 검출면 상의 지시 위치의 좌표를 출력하는 화상처리수단을 구비한다.
여기에서 촬상부는, 추가로 검출면 상을 따른 광을 방사하는 광원을 갖고, 그 광원은 결상 렌즈의 근방에 배치되도록 해도 된다.
또한, 광을 재귀반사하는 재귀반사 부재를 사용하고, 재귀반사 부재는 지시체에 형성되거나 또는 검출면의 적어도 주위 3변에 연속하여 형성되도록 해도 된다.
또한, 특정 화소에 대응하는 특정한 시야는 재귀반사 부재 이미지의 일부 또 는 전부를 포함하는 영역이면 된다.
그리고 촬상부에 의해 촬상되어 특정한 시야를 획정 (畵定) 하는 기준이 되는 마커수단을 갖고, 선택수단은 마커수단을 기준으로 하여 특정한 시야에 대응하는 특정 화소를 감광 소자로부터 선택하도록 해도 된다. 마커수단은 검출면의 적어도 4 곳에 배치되면 된다.
또한, 마커수단은, 반사 이미지가 특징적 형상이 되도록 구성한 재귀반사 부재이어도 되고, 광을 방사하는 발광부이어도 된다.
여기에서 발광부는, 발광 이미지가 특징적 형상이 되도록 구성해도 되고, 특정한 시야를 획정할 때에만 발광하도록 구성해도 된다.
추가로, 캘리브레이션 수단을 갖고, 그 캘리브레이션 수단은 자동적으로 소정 간격으로 또는 수동으로 임의로 상기 선택수단에 특정 화소를 선택하게 해도 된다.
또한, 선택수단이 선택하는 특정 화소는 화소배열에 준하여 직선상으로 배열되는 화소, 비스듬히 배열되는 화소, 또는 굴절된 부분을 가져 배열되는 화소 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
또한, 선택수단에 의해 선택되는 특정 화소에 관한 화소 선택 정보를 기억하는 메모리를 갖고, 선택수단은 메모리에 기억된 화소 선택 정보를 사용하여, 촬상부에서 촬상되는 화상 신호로부터 특정 화소에 대응하는 특정 화상 신호를 출력하도록 해도 된다.
또한, 촬상부에서 촬상되는 화상 신호를 일시 기억하는 버퍼 메모리를 갖고, 선택수단은 메모리에 기억된 화소 선택 정보를 사용하여 버퍼 메모리에 기억된 화상 신호로부터 특정 화소에 대응하는 특정 화상 신호를 출력하도록 해도 된다.
여기에서 메모리는 시리얼 액세스 방식의 메모리이고, 기억된 화소 선택 정보는, 입력되는 클록신호에 동기하여 판독되도록 구성되어도 된다.
또한, 선택수단과 화상처리수단 사이는 고속 시리얼 전송 인터페이스에 의해 접속되고, 화상처리수단은 PC 에 포함되는 구성이면 된다.
그리고 화상처리수단은 마이크로 컴퓨터로 구성되고, 지시 위치의 좌표는 마이크로 컴퓨터가 갖는 인터페이스를 통하여 출력되도록 구성되어도 된다.
그리고 또한, 표시장치를 갖는 구성으로 하고, 검출면을 표시장치의 표시면을 보호하는 투명판으로 구성해도 된다.
또한, 본 발명에 의한 검출면 상에 위치하는 지시체를 검출하는 위치 검출 장치는, 감광 소자를 2 차원적으로 배열한 에어리어 이미지 센서와 결상 렌즈가 있고, 상기 검출면의 측방 2 곳에서 상기 검출면 상을 임의의 시야로 촬상하여 화상 신호를 출력하는 한 쌍의 촬상부, 상기 촬상부에 의해 촬상되는 상기 임의의 시야 내의 소정 부분을 획정하는 기준이 되는 마커수단, 상기 촬상부에서 출력되는 화상 신호를 입력으로 하여 상기 마커수단에 기초하여 화상 신호의 소정 부분을 획정하고, 그 획정된 소정 부분의 화상 신호를 사용하여 지시체가 지시하는 검출면 상의 지시 위치의 좌표를 산출하는 화상처리수단, 및 자동적으로 소정 간격으로 또는 수동으로 임의로 상기 마커수단의 위치 변동을 검출하여 소정 부분을 다시 획정하는 추종수단을 구비하는 것이어도 된다.
상기 수단에 의하면 이하와 같은 작용이 얻어진다. 즉, 촬상부의 부착 위치를 정비할 필요가 없어, 부착 위치를 조정하는 대신에 에어리어 이미지 센서의 특정 화소를 선택하기만 하면 되기 때문에 조립공정수를 삭감할 수 있고, 보수성 (maintenance) 도 좋아진다는 작용이 얻어진다. 촬상부가 비스듬히 부착되었다고 해도 에어리어 이미지 센서의 화소배열에 대하여 비스듬히 배열되는 화소를 선택하면 된다. 또한, 직선이 아니라 굴절된 부분을 선택하는 것도 가능하기 때문에, 검출면이 뒤로 젖혀져 있는 경우에도 촬상부를 다소 높은 위치에 형성하여 검출면 전체에서 검출 가능한 상태로 하는 것도 용이하다. 그리고 촬상부의 시야를 검출면에 대하여 용이하게 낮게 설정할 수 있기 때문에, 검출 정밀도도 높아지고 조작성도 향상된다. 또한, 에어리어 이미지 센서를 사용하였다고 해도 특정 화소에 대응하는 특정 화상 신호만을 화상처리하기 때문에 전용의 고속 인터페이스나 고가의 처리장치가 필요하지 않아 저렴하게 제조 가능하다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 삼각측량의 원리를 이용하여 지시체의 지시 위치를 검출하는 일반적인 차폐식의 광학식 위치 검출 장치의 구성을 설명하기 위한 상부 평면도이다.
도 2 는 도 1 에 나타내는 위치 검출 장치를 가로방향에서 본 도면이다.
도 3 은 검출면이 변형된 경우에서의 촬상부의 시야에 미치는 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 는 촬상부의 위치를 높게 하여 내려다 보도록 구성한 경우의 촬상부에 촬상되는 화상을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 는 본 발명의 위치 검출 장치의 상부 평면도이다.
도 6 은 본 발명의 위치 검출 장치에 사용되는 촬상부의 구성의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 은 본 발명의 위치 검출 장치에 사용되는 제어부의 구성의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 8 은 본 발명의 위치 검출 장치에서의 지시체의 지시 위치 검출순서를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 9 는 본 발명의 위치 검출 장치의 화소영역 선택순서를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 10 은 검출면에 평행한 시야가 되도록 설치되는 촬상부에 의해 촬상되는 화상을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 은 촬상부의 위치를 높게 하여 내려다 보도록 구성한 경우에 선택되는 특정 화소를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 는 본 발명의 위치 검출 장치에 사용되는 마이크로 컴퓨터에서의 처리순서를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 13 은 본 발명의 위치 검출 장치를 다른 방식에 적용한 경우의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 14 는 도 13 에 나타내는 위치 검출 장치에 사용되는 마커부재의 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 15 는 마커부재를 사용한 경우 촬상부에 의해 촬상되는 화상을 설명하기 위한 도면이다.
도 16 은 본 발명의 위치 검출 장치에 사용되는 제어부의 다른 구성의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 17 은 도 16 에 나타내는 구성의 제어부에서의 각 신호의 타이밍을 설명하기 위한 타이밍차트이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 실시형태를 도시예와 함께 설명한다. 도 5 는 본 발명의 위치 검출 장치의 상부 평면도이다. 도면 중 도 1 과 동일한 부호를 붙인 부분은 동일한 것을 나타내며, 기본적인 구성은 도 1 에 나타내는 종래의 것과 마찬가지이다. 또한, 도 5 에서는 재귀반사 프레임 (4) 을 검출면 (1) 주변의 적어도 3변에 형성하여, 손가락 등의 지시체 (2) 에 의해 차단된 그림자의 위치를 촬상부 (7) 에서 검출하는 예에 대하여 주로 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며 지시체 (2) 에 재귀반사 부재를 형성하여 그 재귀반사 부재에 의한 광의 위치를 촬상부 (7) 에서 검출하는 것이더라도 상관없다. 그리고 재귀반사 부재는 특히 사용하지 않고 지시체 (2) 가 검출면 (1) 상에 놓인 것을 촬상부 (7) 에 의해 촬상된 화상의 화상처리에 의해 검출하는 방식이나, 지시체 자체에 광원을 형성하여 그 광의 위치를 검출하는 방식도 물론 가능하다. 본 발명에서 가장 특징으로 하는 부분은, 촬상부 (7) 에 감광 소자를 2 차원적으로 배열한 에어리어 이미지 센서를 사용하는 점과, 촬상부 (7) 가 촬상하는 시야 내의 특정한 시야를 선택하는 선택수단을 갖는 제어부 (10) 를 구비하는 점에 있다. 이하에 이들을 중심으로 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명의 위치 검출 장치에 사용되는 촬상부 (7) 는 감광 소자를 2 차원적으로 배열한 에어리어 이미지 센서와 결상 렌즈로 주로 구성되어 있고, 검출면 (1) 의 측방 2 곳에 배치된다. 그리고, 2 곳에서 검출면 상을 촬상하여 화상 신호를 출력하는 것이다. 도 5 에 나타내는 바와 같은 재귀반사 부재를 사용하는 위치 검출 장치의 경우에는 결상 렌즈의 근방에 광원이 필요해진다. 도 5 에 예시한 예의 경우, 재귀반사 프레임 (4) 은 검출면 (1) 의 적어도 주위 3변에 연속하여 형성된다. 프레임에 연속하여 형성하지 않으면 지시체 (2) 에 대응하는 그림자 부분의 검출이 불가능해지기 때문이다.
도 6 을 사용하여 촬상부 (7) 의 구성의 일례를 설명한다. 도 6 은 본 발명의 위치 검출 장치에 사용하는 것이 가능한 촬상부 (7) 의 한 구성예이다. 도 6(a) 가 그 상부 평면도이고, 도 6(b) 가 그 측면도이다. 도시한 바와 같이 촬상부 (7) 는, 에어리어 이미지 센서 (70) 와, 결상 렌즈 (71), 그리고 광원 (72) 을 갖는다. 에어리어 이미지 센서 (70) 는 CCD 방식이나 CMOS 방식 등 여러 가지 센서를 이용할 수 있다. 또한, 에어리어 이미지 센서의 모든 화소에 대응하는 화상 신호만 출력할 뿐만 아니라 대충 일부의 영역에 제한 가능한 모드를 갖는 센서도 이용 가능하다. 본 발명의 위치 검출 장치에 사용되는 에어리어 이미지 센서는, 고속 동작이 필요한 A/D 컨버터 등이 별도로 필요없는 CMOS 방식의 에어리 어 이미지 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 이로 인해 제품비용을 억제하는 것이 가능해진다. 광원 (72) 은 예를 들어 LED 등을 사용하는 것이 가능하고, 도시예에서는 2개의 광원을 형성하고 있다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 광원은 1개이어도 된다. 광원의 수나 배치는 검출면의 크기 등에 따라 여러 가지로 변경 가능하다. 또한, 도 6 의 촬상부는 그 크기를 작게 구성하기 위해 프리즘 미러 (73) 를 사용하는 예를 도시하였지만 이것에는 한정되지 않고, 프리즘 미러를 사용하지 않고 결상 렌즈와 에어리어 이미지 센서를 배열해도 물론 상관없다. 또한, 결상 렌즈 (71) 는 검출면 (1) 에 평행한 방향으로는 화각이 넓게, 검출면 (1) 전체를 촬상할 수 있는 시야가 되도록 구성된다. 또한, 결상 렌즈 (71) 의 검출면 (1) 에 수직인 방향의 화각에 대해서는, 후술하는 바와 같이 에어리어 이미지 센서의 시야를 제어할 수 있기 때문에 특별히 제한은 없고, 적당한 화각을 임의로 결정하면 된다.
이와 같이 구성된 촬상부 (7) 에 있어서, 광원 (72) 에서 나온 광은 검출면 (1) 에 평행하게 검출면 상을 따라 방사되어 재귀반사 프레임 (4) 에 입사된다. 재귀반사 프레임 (4) 은 입사된 방향으로 광을 반사시키기 때문에 다시 검출면 (1) 상을 따라 촬상부 (7) 로 되돌아온다. 이 광은 결상 렌즈 (71) 에서 집광되고, 프리즘 미러 (73) 로 90도 굴절되어 에어리어 이미지 센서 (70) 에 재귀반사 프레임의 이미지가 결상된다. 그리고 에어리어 이미지 센서는 화상 신호를 출력한다.
에어리어 이미지 센서에 의해 출력된 화상 신호는 제어부 (10) 로 전송된다. 제어부 (10) 는, 촬상부 (7) 가 촬상하는 시야 내의 특정한 시야에 대응하는 특정 화소를 감광 소자에서 선택하는 선택수단을 갖고 있다. 구체적으로는, 에어리어 이미지 센서 (70) 의 감광 소자 모든 화소로부터 특정한 시야에 대응하는 특정 화소, 즉 재귀반사 프레임 (4) 을 촬상할 수 있는 시야에 대응하는 부분의 특정 화소만을 선택할 수 있는 선택수단을 갖는다. 예를 들어 촬상부 (7) 의 시야에는 재귀반사 프레임 (4) 이외에도 그 상부나 검출면 (1) 이 들어가지만, 지시체의 위치 검출에 필요한 부분이라는 것은 재귀반사 프레임 (4) 의 이미지 부분만이다. 따라서, 재귀반사 프레임 (4) 의 이미지 부분의 특정한 시야에 대응하는 특정 화소를 선택하면 된다. 또한, 선택수단에서는 에어리어 이미지 센서의 감광 소자의 임의의 특정 화소를 선택할 수 있기 때문에, 재귀반사 프레임 (4) 의 이미지 전부에 대응하는 부분을 선택할 필요는 없으며, 검출면 (1) 에 더 가까운 부분의 재귀반사 프레임의 이미지에 대응하는 화소를 선택함으로써 검출정밀도가 높아지고, 또한, 조작성도 양호한 위치 검출 장치를 실현할 수 있게 된다.
그리고, 좌우 2개의 촬상부 (7) 각각으로부터, 선택된 특정 화소에 대응하는 특정 화상 신호를 USB 등의 고속 시리얼 전송 인터페이스 수단을 통하여 PC (11) 로 보낸다. 특정 화상 신호는, 특정한 시야에 대응하는 부분만의 데이터이기 때문에 전용 고속 인터페이스 등은 불필요하고, USB 등의 일반적인 인터페이스를 이용하는 것이 가능하다. 화상처리부로서 PC (11) 를 사용하는 것이 가능하고, PC (11) 는 전송된 화상 신호를 기초로 화상처리를 하여 지시체가 지시하는 검출면 상의 지시 위치의 좌표를 출력한다. 구체적으로는, 좌우 2개의 촬상부 (7) 로 부터의 특정 화상 신호에 포함되는 그림자 부분의 위치로부터 삼각측량의 원리로 검출면 (1) 상의 좌표를 산출한다. 또한, 예를 들어 본 발명의 위치 검출 장치를 터치패널 표시 장치에 적용하는 경우에는 검출면 (1) 을 투명판으로 구성하고, 그 후에 표시화면을 겹쳐 표시장치 (12) 를 배치하면 된다.
다음으로, 도 7 을 사용하여 본 발명의 위치 검출 장치의 촬상부에 형성되는 선택수단에 대하여 상세하게 설명한다. 도 7 은 본 발명의 위치 검출 장치에 사용되는 제어부 (10) 를 설명하기 위한 블록도이다. 촬상부 (7) 는 좌우에 2개 있는데, 각각의 화상 신호처리는 동일하기 때문에 한 쪽 처리만 설명한다. 촬상부 (7) 의 에어리어 이미지 센서로부터의 화상 신호는 버퍼 메모리 (20) 에 일단 축적된다. 버퍼 메모리는 어느 정도 기입·판독 속도가 고속인 SRAM 등을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 버퍼 메모리 (20) 에 축적하는 화상 신호는 에어리어 이미지 센서의 모든 화소에 대응하는 화상 신호이면 되지만, 에어리어 이미지 센서측에 촬상 범위를 제한할 수 있는 모드가 있으면 그러한 모드로 미리 대충 일부의 에어리어에만 제한된 화상 신호를 버퍼 메모리 (20) 에 축적해도 된다. 그리고, 화상 신호와는 별도로 에어리어 이미지 센서의 주사선을 따라 전송된 화상 신호 중 화소클록신호를 화소 카운터 (21) 에 의해 카운트하고, 이 값을 버퍼 메모리 (20) 에 어드레스로서 기입한다. 그리고, 버퍼 메모리 (20) 는 제어부 (10) 의 주요부인 마이크로 컴퓨터 (22) 에 접속된다. 마이크로 컴퓨터 (22) 는 PC (11) 와의 접속수단인 USB 등의 인터페이스를 갖는다. 그리고 후술하는 캘리브레이션 등에 의해 PC (11) 내에서 설정된 화소 선택 정보를 기억하기 위한 SRAM 등 의 기억부 (23) 도 갖는다. 이 화소 선택 정보를 기초로 마이크로 컴퓨터 (22) 가 버퍼 메모리 (20) 로부터 특정 화소에 대응하는 특정 화상 신호, 즉 지시 위치 좌표의 검출에 필요한 부분의 화상 신호를 판독하고, 인터페이스를 통하여 PC (11) 에 송신한다. 버퍼 메모리 (20) 에 대한 판독 및 기록하는 명령은, 마이크로 컴퓨터 (22) 로부터의 지시에 의해 실시하면 된다. PC (11) 에서는 드라이버 소프트웨어 등에 의해, 전송된 화상으로부터 지시체의 지시 위치 좌표를 산출한다.
다음으로, 도 8 을 사용하여 본 발명의 위치 검출 장치의 검출순서를 설명한다. 도 8 은, 도 5 에 나타내는 본 발명의 위치 검출 장치에서의 검출순서를 설명하기 위한 플로우차트이다. 먼저, 나중에 상세하게 설명하는 화소영역 선택순서가 실시된다 (단계 801). 이것은 촬상부 (7) 의 특정한 시야에 대응하는 에어리어 이미지 센서의 특정 화소를 결정하기 위해 실시되는 것이다. 그리고, 특정 화소가 결정되면 상위의 PC (11) 로부터의 지시에 기초하여 마이크로 컴퓨터 (22) 는 특정 화소에 대응하는 특정 화상 신호를 SRAM 등의 버퍼 메모리 (20) 로부터 어드레스를 참조하여 판독된다 (단계 802). 판독된 특정 화상 신호는 인터페이스를 통하여 PC (11) 에 송신된다. 이로써 검출면 (1) 상에서의 위치 검출이 가능한 상태가 된다. 그리고, PC (11) 에서는 전송된 특정 화상 신호를 참조하여 지시체가 검출되는지를 판단한다 (단계 803). 도 5 의 위치 검출 장치에 있어서, 검출면 (1) 상에 지시체 (2) 가 놓여진 경우, 그 그림자의 위치가 좌우 각각의 촬상부 (7) 에서 검출된다. 이들 그림자의 위치로부터 삼각측량의 원리에 의해 지시체 (2) 의 지시 위치 좌표를 계산한다 (단계 804). 그리고 단계 802 로 되돌아가 위치 검출을 계속한다. 또한, 재귀반사 프레임 (4) 을 사용하지 않고 지시체 (2) 에 재귀반사 부재를 형성하는 예의 경우에는, 지시체가 놓이면 광의 위치가 검출되어, 그 광의 위치로부터 좌표를 계산하게 된다.
단계 803 에서 지시체 (2) 가 검출되지 않는 경우, 그 검출되지 않는 상태가 어느 소정 시간 계속되었는지를 판단한다 (단계 805). 소정시간이 경과하기 전이면 단계 802 로 되돌아가 위치 검출을 계속한다. 단계 805 에 있어서 소정시간이 경과한 경우에는, 이번에는 단계 801 로 되돌아가 화소영역 선택순서를 실시하여 특정 화소를 다시 결정한다. 이것은 온도 변화 등에 의한 촬상부의 미동 등으로 인해 촬상부의 시야가 변화한 경우에라도 그것에 맞춰 시야를 재조정하는 것이 가능해지는 것이다. 즉, 소정 시간 사용하지 않은 경우에 그 시간을 이용하여 자동적으로 캘리브레이션하도록 한 것이다. 또한, 도시예에서는 자동적으로 캘리브레이션하도록 하고 있지만 본 발명은 이것에 한정되지 않으며, 수동으로 임의로 특정 화소를 선택하도록 해도 되는 것은 물론이다.
다음으로, 화소영역 선택순서를 도 9 를 사용하여 상세하게 설명한다. 도 9 는 본 발명의 위치 검출 장치에서의 화소영역 선택순서를 설명하기 위한 플로우차트이다. 먼저 PC (11) 로부터의 지시에 기초하여, 마이크로 컴퓨터 (22) 는 촬상부 (7) 의 촬상 시야에 대응하는 모든 화소의 화상 신호를 버퍼 메모리 (20) 에서 판독된다 (단계 901). 판독된 화상 신호는 인터페이스를 통하여 PC (11) 로 송신되고, PC (11) 는 이 화상을 기초로 촬상부 (7) 의 특정한 시야를 결정한다 (단계 902). 그리고, 특정한 시야가 결정되면 그 특정한 시야에 대응하 는 에어리어 이미지 센서의 감광 소자의 특정 화소를 선택한다 (단계 903). PC (11) 는 이렇게 선택한 특정 화소에 관한 화소 선택 정보를 마이크로 컴퓨터 (22) 에 인터페이스를 통하여 송신하고, 마이크로 컴퓨터 (22) 는 그 내부의 기억부 (23) 에 화소 선택 정보를 기억시킨다 (단계 904).
이하, 더 구체적으로 상기 각 단계를 설명한다. 예를 들어, 검출면 (1) 에 거의 평행한 시야가 되도록 촬상부 (7) 가 설치되어 있는 경우, 단계 901 에 의해 판독되는 촬상부 (7) 에 의해 촬상되는 화상은 도 10 에 나타내는 것과 같은 것이 된다. 또한, 도면 중 A, B, C 는 도 5 의 재귀반사 프레임 (4) 에 붙인 위치 A, B, C 에 대응하는 것이다. 도 10 을 참조하면, 재귀반사 프레임 (4) 의 부분이 밝게 검출되는 부분인데, 검출면 (1) 이 보호유리 등이 반사되는 것인 경우, 도시한 바와 같이 검출면 (1) 측에도 밝은 부분이 반사되어 큰 광의 띠와 같은 상태가 된다. 따라서, 지시체 (2) 의 위치 검출에 필요한 부분은 광의 띠 부분의 가로방향 중심선보다도 위의 부분이 되기 때문에, 중심선의 상측 광의 띠 부분 전부에 대응하는 위치를 특정한 시야로서 결정하면 된다 (단계 902). 또한, 송신하는 데이터를 더 삭감시키기 위해서는, 재귀반사 프레임 (4) 에 대응하는 부분 전부를 포함하는 영역을 특정한 시야로 할 필요는 없고, 그 일부, 구체적으로는 중심선 상부이고 가장 가까운 부분을 특정한 시야로 하면 조작성도 좋아지기 때문에 바람직하다. 따라서, 특정한 시야는 검출면에 가까워지면 가까워질수록 지시체의 오검출이나 오차를 줄이는 것이 가능하기 때문에, 가능하다면 중심선에 가까운 부분을 특정한 시야로서 결정하면 된다.
그리고, 특정한 시야가 결정되면 단계 903 에서 그 특정한 시야에 대응하는 에어리어 이미지 센서의 감광 소자의 특정 화소가 선택된다. 특정 화소는 에어리어 이미지 센서의 감광 소자의 화소배열에 준하여 직선상으로 선택하면 되지만, 촬상부가 비스듬하게 형성되어 있는 경우에는 비스듬히 배열되는 화소를 선택하면 되고, 검출면의 변형 등으로 특정한 시야가 직선적이지 않은 경우에는 변형을 따라 화소를 선택하면 된다.
또한, 도 11(a) 에 나타내는 바와 같이, 검출면 (1) 의 변형 등 때문에 재귀반사 프레임이 시야 내에 들어가지 않아 지시체를 검출할 수 없게 되는 것을 피하기 위해 촬상부 (7) 의 설치위치를 높게 한 경우, 촬상부 (7) 에 의해 촬상되는 화상은 도 11(b) 에 나타내는 것과 같은 것이 된다. 또한, 도면 중 A, B, C 는 도 5 의 재귀반사 프레임 (4) 에 붙인 위치 A, B, C 에 대응하는 것이다. 이와 같이 검출면 (1) 의 코너 부분의 재귀반사 프레임 (4) 이 굴절되어 보이게 되지만, 도 11(c) 에 나타내는 바와 같이 특정 화소는 굴절한 부분을 가져 배열되는 화소를 선택함으로써 재귀반사 프레임 (4) 을 적확하게 특정한 시야로 하는 것이 가능해진다. 그리고, 단계 904 에 있어서 이 특정 화소에 대한 화소 선택 정보를 마이크로 컴퓨터 (22) 의 기억부 (23) 에 기억시킨다.
다음으로 마이크로 컴퓨터 (22) 의 처리순서에 대하여 설명한다. 도 12 는 본 발명의 위치 검출 장치에 사용되는 마이크로 컴퓨터 (22) 에서의 처리순서를 설명하기 위한 플로우차트이다. 먼저 마이크로 컴퓨터 (22) 는, PC (11) 로부터의 데이터를 기다리고 (단계 1201), 전송된 데이터가 화소 선택 정보이면 (단계 1202) 화소 선택 정보를 기억부 (23) 에 기억시킨다 (단계 1203). 전송된 데이터가 화소 선택 정보가 아니면 (단계 1202) 2개의 촬상부 (7) 로부터의 화상 신호를 화소 카운터 (21) 가 생성하는 어드레스에 따라 연속하는 영역에 저장되도록 버퍼 메모리 (20) 에 기입한다 (단계 1204). PC (11) 로부터의 명령이 화상 요구인 경우, 그것이 전체 화상 요구인지 특정 화상 요구인지를 판단하여 (단계 1205), 캘리브레이션을 위한 전체 화상 요구이면 버퍼 메모리 내의 전체 화상 신호를 인터페이스를 통하여 PC (11) 로 송신한다 (단계 1206). PC (11) 로부터의 명령이 특정 화상 요구이면, 기억부 (23) 에 기억된 화소 선택 정보에 기초하여 버퍼 메모리를 랜덤 액세스하여 판독함으로써, 선택된 특정 화소에 대응하는 특정 화상 신호를 인터페이스를 통하여 PC (11) 로 송신한다 (단계 1207).
이와 같이 본 발명의 위치 검출 장치는, 촬상부의 부착 위치에 관해서는, 엄밀한 위치 정합 등이 필요하지 않게 되어 제조비용도 저렴해지고 보수성도 좋아진다. 또한, 위치 검출시에는 필요한 특정 화소의 특정 화상 신호만을 송신하기 때문에, 전용 고속 인터페이스 등은 불필요해진다. 그리고 좌표의 계산 등은 PC 측에서 이루어지기 때문에, 고가의 전용 처리회로 등도 불필요해진다. 그리고 또한, 촬상부의 물리적인 위치조정을 하지 않고 촬상부의 시야를 최대한 검출면에 가까운 위치로 조정하는 것이 가능해지기 때문에 검출 정밀도를 높게 할 수 있으며, 또한, 조작성도 향상된다.
상기 서술한 예에서는, 재귀반사 프레임을 검출면의 주변에 형성하여 그 재귀반사재에 의한 광을 차단한 그림자의 위치를 촬상부에서 검출하는 차단식 위치 검출 장치를 설명하였지만, 이하에, 반사 프레임은 형성하지 않고 대신에 지시체 (2) 에 재귀반사재 (13) 를 형성하고, 촬상부에서는 재귀반사재에서 빛나는 부분의 위치를 검출하는 발광식 위치 검출 장치에 대하여 도 13 을 사용하여 설명한다. 도 13 은 본 발명의 위치 검출 장치를 다른 방식에 적용한 경우의 예를 설명하기 위한 도면이다. 도면 중 도 5 와 동일한 부호를 붙인 부분은 동일한 것을 나타내고 있고, 기본적인 구성은 도 5 에 나타내는 예와 동일하다. 또한, 처리순서 등도 도 8, 도 9, 도 12 에 나타내는 순서와 기본적으로는 같다. 본 실시예에서는 도 9 의 단계 902 에서의 촬상부의 특정한 시야를 결정하는 과정에서의 결정순서가 상기 서술한 실시예와는 다르다. 본 실시예에서는 재귀반사 프레임이 없기 때문에 미리 재귀반사 프레임에 의해 특정한 시야를 결정할 수 없다. 그래서, 그 대신에 촬상부 (7) 의 특정한 시야를 획정하는 기준이 되는 마커부재를 검출면 (1) 주변에 형성한다. 도시한 바와 같이 검출면 (1) 의 적어도 4 곳에 마커부재 (14) 를 형성한다. 마커부재에 붙인 A, B, C 는 오른쪽 촬상부 (7) 에 의해 촬상되는 마커이다. 마커부재 (14) 는, 예를 들어 도 14(a) 와 같이 반사 이미지가 특징적인 형상, 예를 들어 지시체 (2) 의 선단형상과는 다른 삼각형 등의 형상이 되도록 구성한 재귀반사 부재이다. 또한, 도 14(b) 에 나타내는 바와 같이 재귀반사 부재를 스트라이프상으로 구성한 것 등이어도 된다. 즉, 검출면 (1) 상에 놓이는 지시체 (2) 의 이미지로 오인하지 않는 특징적인 이미지가 되도록 구성되어 있으면 도시예의 형상에는 특정되지 않으며, 여러 가지 형상을 생각할 수 있다. 그리고, 마커부재 (14) 는 재귀반사 부재가 아니라 LED 등의 발 광원을 사용해도 된다. 이 경우, 발광 이미지를 특징적인 형상이 되게 구성하는 것도 생각할 수 있지만, 촬상부 (7) 의 특정한 시야를 획정할 때, 즉 캘리브레이션시에만 발광하도록 구성해 두면 된다. 이렇게 함으로써, 지시체의 검출시에는 발광원이 영향을 미치는 일이 없고, 또한, 소비전력을 억제하는 것도 가능해진다.
이렇게 구성된 위치 검출 장치에서는, 촬상부 (7) 의 시야에 의한 화상은 도 15 에 나타내는 바와 같아진다. 따라서, 도 9 에서의 촬상부 (7) 의 특정한 시야를 결정하는 단계 902 에서는 마커부재 (14) 의 이미지를 잇는 선을 특정한 시야로서 결정하면 되게 된다.
또한, 온도 변화 등에 의한 촬상부의 미동이나 검출면의 변형 등으로 촬상부의 시야가 변화한 경우에라도 마커부재의 위치 변동을 검출하여 시야를 재조정하는 추종기능을 적용하는 것도 가능하다. 이 추종기능은 일정한 간격으로 자동적으로 작동시켜도 되고, 수동으로 임의로 작동시켜도 된다.
다음으로, 도 16 을 사용하여 본 발명의 위치 검출 장치에 사용되는 제어부 (10) 의 다른 예를 설명한다. 도 7 을 사용하여 설명한 제어부 (10) 는 버퍼 메모리와 화소 카운터를 사용한 구성이지만, 도 16 에 나타내는 제어부 (29) 는 이들 대신에 시리얼 액세스 방식의 메모리를 사용하는 점이 다른 부분이다. 또한, 도 16 에 나타내는 제어부 (29) 에서는, 마이크로 컴퓨터로 화상처리도 실시하도록 화상처리용 마이크로 컴퓨터를 포함하여 나타내고 있다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 도 7 에서 설명한 바와 같이 화상처리는 상위의 PC 로 실시하게 해도 된다. 이하의 설명에서는, 촬상부 (7) 는 좌우에 2개 있지만 각각의 화상 신호처리는 동일하기 때문에, 한 쪽 처리만 설명한다.
촬상부 (7) 의 에어리어 이미지 센서로부터의 모든 화소에 대응하는 화상 신호 (화상 데이터) 는 화상처리용 마이크로 컴퓨터 (32) 에 입력된다. 또한, 에어리어 이미지 센서측에 촬상범위를 제한할 수 있는 모드가 있으면, 그러한 모드로 미리 대략적인 일부의 에어리어에만 제한된 화상 신호를 입력하도록 해도 된다. 또한, 에어리어 이미지 센서의 주사선을 따라 전송된 화상 신호 중의 화소 클록 신호를 시리얼 액세스 방식의 기억부 (30) 와 AND 회로 (31) 의 입력측의 일방에 입력한다. 그리고, 시리얼 액세스 방식의 기억부 (30) 의 출력인 판독 신호를 AND 회로 (31) 의 입력측의 타방에 입력하고, AND 회로 (31) 의 출력을 화상처리용 마이크로 컴퓨터 (32) 에 입력한다. 여기에서 시리얼 액세스 방식의 기억부 (30) 는 구체적으로는 1비트의 정보의 판독 및 기록이 입력 클록에 동기하여 순차적으로 실시되는 메모리이고, 미리 기억된 화소 선택 정보는, 예를 들어 입력되는 클록신호의 상승으로 판독신호로서 판독하는 것이다. 이 시리얼 액세스 방식의 기억부로는, 예를 들어 ST 마이크로일렉트로닉스 주식회사가 제조하고 있는 시리얼 플래시메모리를 이용할 수 있다. 이하에, 도 17 을 사용하여 각 신호의 동작 타이밍을 설명한다.
도 17 은 도 16 에 나타내는 제어부의 각 신호의 동작타이밍을 설명하기 위한 타이밍차트이다. 도시한 바와 같이 각 화소클록신호의 상승시마다 화상데이터가 바뀐다. 시리얼 액세스 방식의 기억부 (30) 로부터는, 화소클록신호의 상 승으로 미리 기억된 화소 선택 정보가 판독 신호로서 판독되기 때문에, 그 판독 신호는 예를 들어 도시한 바와 같아진다. 따라서, AND 회로 (31) 의 출력은 화소클록신호 및 판독신호가 함께 HIGH 인 타이밍으로 HIGH 가 된다. 화상처리용 마이크로 컴퓨터 (32) 에서는, 화상데이터가 안정된 상태일 때, 즉 AND 회로출력의 하강으로 화상데이터가 추출된다.
이렇게 구성된 제어부 (29) 의 처리순서를 이하에 설명한다. 화상처리용 마이크로 컴퓨터 (32) 는, 도 8, 도 9 및 도 12 에서 설명한 화상처리 순서와 거의 동일한 처리를 한다. 따라서, 먼저 화소영역 선택순서 (단계 801) 에 의해 특정한 시야에 대응하는 특정 화소를 결정한다. 특정 화소를 결정하는 순서는 지금까지 설명한 순서와 같이 재귀반사 프레임의 이미지나 마커수단의 이미지에서 적절히 결정하면 된다. 본 실시예의 제어부 (29) 는, 화상처리용 마이크로 컴퓨터 (32) 에는 항상 화상 신호가 입력되어 있기 때문에 그것을 사용하여 특정 화소를 결정하면 된다. 그리고, 결정된 특정 화소에 관한 화소 선택 정보를 미리 시리얼 액세스 방식의 기억부 (30) 에 기억시켜 둔다. 지시체의 지시 위치 좌표를 검출하는 경우, 시리얼 액세스 방식의 기억부 (30) 의 판독신호와 화소클록신호가 함께 HIGH 일 때에 AND 회로 (31) 의 출력이 HIGH 가 되기 때문에, AND 회로 (31) 의 출력이 HIGH 일 때, 바람직하게는 화상 신호가 안정되는 하강 타이밍으로 화상 신호를 추출한다. 이로써 화소 선택 정보에 의해 선택된 특정 화소에 대응하는 특정 화상 신호가 입력된다. 화상처리용 마이크로 컴퓨터 (32) 에서는, 이 특정 화상 신호를 기초로 화상처리하여 지시체에 의한 그림자 또는 광의 장소에 서 지시체의 지시 위치 좌표를 출력한다. 도 16 의 예에서는, 용량이 적은 좌표 데이터를 출력하게 되므로, 좌표 데이터는 저속의 RS-232C 등의 인터페이스를 통하여 상위의 PC 등에 송신된다. 또한, 좌표계산까지 실시하는 화상처리용 마이크로 컴퓨터를 사용하지 않고, 단순히 특정 화상 신호를 추출할 때까지를 실시하는 마이크로 컴퓨터를 사용해도 된다. 이 경우에는 특정 화상 신호를 인터페이스를 통하여 PC 에 송신하여 PC 측에서 좌표계산 등의 화상처리를 하면 된다.
이렇게 구성하면, 도 7 에 설명한 예와 같은 버퍼 메모리를 사용하는 것보다도 적은 용량의 메모리를 사용하는 것이 가능해지기 때문에, 제품비용을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 위치 검출 장치는 상기 서술한 도시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경을 가할 수 있는 것은 물론이다. 촬상부의 촬상소자에 에어리어 이미지 센서를 사용하고, 그 촬상시야 내 특정한 시야에 대응하는 화소를 선택 가능한 수단을 사용하고 있다면, 위치 검출 방식은 차단식이어도 되고 발광식이어도 되며 그 밖의 방식이어도 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 위치 검출 장치에 의하면, 촬상부의 부착 위치 조정이 불필요하고 보수도 용이하며, 온도 변화 등의 환경 변화에 의한 영향도 받지 않고 저렴한 구성요소로 실현 가능한 위치 검출 장치를 제공할 수 있다는 우수한 효과를 나타낸다. 본 발명의 위치 검출 장치에는 촬상부의 특정한 시야를 간단히 결정하는 것이 가능하기 때문에, 기존의 표시장치에 나중에 부착하는 형태로 위치 검출 장치를 형성하여 터치패널 표시 장치로 하는 것도 용이하다. 그리고, 재귀반사 프레임의 폭을 좁은 것으로 해도 유효하게 특정한 시야를 획정할 수 있기 때문에, 프레임이 조작상의 장애가 잘 생기지 않아 사용하기 편한 위치 검출 장치를 실현할 수 있다.

Claims (21)

  1. 검출면 상에 위치하는 지시체를 검출하는 위치 검출 장치로서,
    감광 소자를 2 차원적으로 배열한 에어리어 이미지 센서 (area image sensor) 와 결상 렌즈를 포함하고, 상기 검출면의 측방 2 곳에서 상기 검출면 상을 임의의 시야로 촬상하여 화상 신호를 출력하는 한 쌍의 촬상부,
    상기 화상 신호를 입력으로 하여, 상기 임의의 시야 내의 특정한 시야에 대응하는 특정 화소를 상기 감광 소자로부터 선택하는 선택수단, 및
    상기 선택수단에 의해 선택된 상기 특정 화소에 대응하는 특정 화상 신호를 입력으로 하여 화상처리하고, 상기 지시체가 지시하는 검출면 상의 지시 위치의 좌표를 출력하는 화상처리수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 촬상부는 상기 검출면 상에 따른 광을 방사하는 광원을 더 포함하며, 상기 광원은 상기 결상 렌즈의 근방에 배치되는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광을 재귀(再歸)반사하는 재귀반사 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 재귀반사 부재는 상기 지시체에 형성되는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 재귀반사 부재는 상기 검출면의 적어도 주위 3 변에 연속하여 형성되는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 특정 화소에 대응하는 상기 특정한 시야는 상기 재귀반사 부재 이미지의 일부 또는 전부를 포함하는 영역인 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촬상부에 의해 촬상되어 상기 특정한 시야를 획정 (畵定) 하는 기준이 되는 마커수단을 더 포함하며, 상기 선택수단은 상기 마커수단을 기준으로 하여 상기 특정한 시야에 대응하는 특정 화소를 상기 감광 소자로부터 선택하는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 마커수단은 상기 검출면의 4 곳 이상에 배치되는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 마커수단은 반사 이미지가 특징적 형상이 되도록 구성한 재귀반사 부재인 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 마커수단은 광을 방사하는 발광부인 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 마커수단은 발광 이미지가 특징적 형상이 되도록 구성한 발광부인 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 발광부는 상기 특정한 시야를 획정할 때에만 발광하는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    캘리브레이션 수단을 더 포함하며, 상기 캘리브레이션 수단은 자동적으로 소정 간격으로 또는 수동으로 임의로 상기 선택수단에 특정 화소를 선택하게 하는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택수단이 선택하는 특정 화소는 화소배열에 준하여, 직선상으로 배열되는 화소, 비스듬히 배열되는 화소, 또는 굴절된 부분을 갖도록 배열되는 화소 중 임의의 하나인 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택수단에 의해 선택되는 상기 특정 화소에 관한 화소 선택 정보를 기억하는 메모리를 더 포함하며, 상기 선택수단은 상기 메모리에 기억된 상기 화소 선택 정보를 사용하여, 상기 촬상부에서 촬상되는 상기 화상 신호로부터 상기 특정 화소에 대응하는 특정 화상 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 촬상부에서 촬상되는 상기 화상 신호를 일시 기억하는 버퍼 메모리를 더 포함하고, 상기 선택수단은 상기 메모리에 기억된 상기 화소 선택 정보를 사용하여 상기 버퍼 메모리에 기억된 상기 화상 신호로부터 상기 특정 화소에 대응하는 상기 특정 화상 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 메모리는 시리얼 액세스 방식의 메모리이고, 상기 기억된 상기 화소 선택 정보는 입력되는 클록신호에 동기하여 판독되는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택수단과 상기 화상처리수단 사이는 고속 시리얼 전송 인터페이스에 의해 접속되고, 상기 화상처리수단은 PC 에 포함되는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  19. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화상처리수단은 마이크로 컴퓨터로 구성되고, 상기 지시 위치의 좌표는 상기 마이크로 컴퓨터가 갖는 인터페이스를 통하여 출력되는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    표시장치를 더 포함하고, 상기 검출면은 상기 표시장치의 표시면을 보호하는 투명판인 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
  21. 검출면 상에 위치하는 지시체를 검출하는 위치 검출 장치로서,
    감광 소자를 2 차원적으로 배열한 에어리어 이미지 센서와 결상 렌즈를 포함하고, 상기 검출면의 측방 2 곳에서 상기 검출면 상을 임의의 시야로 촬상하여 화상 신호를 출력하는 한 쌍의 촬상부,
    상기 촬상부에 의해 촬상되는 상기 임의의 시야 내의 소정 부분을 획정하는 기준이 되는 마커수단,
    상기 촬상부에서 출력되는 화상 신호를 입력으로 하여 상기 마커수단에 기초하여 화상 신호의 소정 부분을 획정하고, 그 획정된 소정 부분의 화상 신호를 사용하여 지시체가 지시하는 검출면 상의 지시 위치의 좌표를 산출하는 화상처리수단, 및
    자동적으로 소정 간격으로 또는 수동으로 임의로 상기 마커수단의 위치의 변동을 검출하여 소정 부분을 다시 획정하는 추종수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 위치 검출 장치.
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