JP2010282463A - タッチパネル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シンプルな構造で製造コストも低く、コンピュータ等の表示装置に容易に組み込み可能なタッチパネル装置を提供する。
【解決手段】表示面１１とその周辺のベゼル１２とを有する表示装置１０に対して指示体２０により入力可能なタッチパネル装置は、２つのカメラ部１，１と検出部２とから主に構成される。２つのカメラ部は、ベゼル１２に配置され、所定の間隔を設けて配置される。各カメラ部１は、それぞれレンズ光軸が表示装置１０の表示面１１に対して略垂直となるように配置される円周魚眼レンズを有し、表示面１１上を撮像可能なものである。検出部２は、２つのカメラ部１，１により撮像されるそれぞれの指示体２０の像と、２つのカメラ部１，１の間の距離とを用いて三角測量の原理で指示体２０の指示位置を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明はタッチパネル装置に関し、特に、表示面とその周辺のベゼルとを有する表示装置に対して指示体により入力可能なタッチパネル装置に関する。

近来から表示装置に対して指示体による入力が可能なタッチパネル装置が種々開発されている。タッチパネル装置には、例えば静電容量方式や電磁誘導方式、抵抗皮膜方式、光学式等、種々の方式のものがある。この中で、光学式タッチパネル装置は、表示装置の表示面上にセンサ等の膜を配置する必要もなく、また、ペン入力する際にタッチパネルに手を付いてしまって誤入力となる所謂お手付き問題も生じず、コンピュータ等の表示装置に用いられるのにも都合が良いものであった。

光学式のタッチパネル装置として、例えば、本願発明者と同一人による特許文献１には、指示体を撮像する２つのカメラが検出領域の周辺に配置される光デジタイザが開示されている。光デジタイザは、検出領域である表示面の面方向に平行な視野を有するカメラを用いたものである。そして、特許文献１では、検出領域の隣り合う角部の近傍にカメラを配置すると物理的に側方に飛び出してしまうことを防ぐために、カメラの光軸を曲面ミラーを用いて表示面の内側に折り曲げていた。

特開２００１−１４２６３０号公報

しかしながら、上述の特許文献１では、曲面ミラーを検出領域の隣り合う角部の近傍にそれぞれ配置することには変わりなく、曲面ミラーの設置位置には制限があった。また、曲面ミラーとイメージセンサや光源の配置位置は正確に決定する必要があり、製造コストも高くなる。また、光源とイメージセンサの光軸を合わせるためにハーフミラー等を用いているため、光量が減衰するので低効率であった。さらに、曲面ミラーを含めた光軸を合わせるのも難しかった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、シンプルな構造で製造コストも低く、コンピュータ等の表示装置に容易に組み込み可能なタッチパネル装置を提供しようとするものである。

上述した本発明の目的を達成するために、本発明によるタッチパネル装置は、表示装置のベゼルに配置され、所定の間隔を設けて配置される２つのカメラ部であって、それぞれレンズ光軸が表示装置の表示面に対して略垂直となるように配置される円周魚眼レンズを有し、表示装置の表示面上を撮像可能な２つのカメラ部と、２つのカメラ部により撮像されるそれぞれの指示体の像と、２つのカメラ部の間の距離とを用いて三角測量の原理で指示体の指示位置を検出する検出部と、を具備するものである。

ここで、２つのカメラ部は、表示装置の表示面から垂直な方向でベゼルから突出していても良い。

また、２つのカメラ部は、未使用時にベゼル内に埋め込まれるように、表示装置の表示面から垂直な方向でベゼル内に移動可能に構成されても良い。

さらに、指示体を照らす、又は指示体を発光させる光源部を具備するものであっても良い。

さらに、２つのカメラ部を用いてステレオ画像を撮像するステレオ画像生成部を具備しても良い。

また、表示装置が３次元表示装置であっても良い。

本発明のタッチパネル装置には、シンプルな構造で製造コストも低く、コンピュータ等の表示装置に容易に組み込み可能であるという利点がある。

図１は、本発明のタッチパネル装置を説明するための概略正面図である。 図２は、本発明のタッチパネル装置のカメラ部の視野を説明するための概略側面図である。 図３は、本発明のタッチパネル装置のカメラ部の構成を説明するための概略側面図である。 図４は、本発明のタッチパネル装置のカメラ部により撮像される画像の一例である。 図５は、本発明のタッチパネル装置のカメラ部間の距離が狭い例を説明するための概略正面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明のタッチパネル装置を説明するための概略正面図である。また、図２は、本発明のタッチパネル装置のカメラ部の視野を説明するための概略側面図である。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。図示の通り、本発明のタッチパネル装置は、表示装置１０に配置されるカメラ部１，１と、検出部２から主に構成されている。表示装置１０は、表示面１１の周辺にベゼル１２を有する。ベゼル１２は、表示装置１０の筺体の一部をなすものである。

本発明のタッチパネル装置は、この表示装置１０の表示面１１に対して指示体２０により入力が可能なものである。なお、本明細書中では、タッチパネル装置はマンマシンインタフェースであり、用語「入力」とは、コンピュータ等の電子計算機に対して所定の指示を送ったり、タッチした位置を送ったりすることを意味する。また、指示体２０は、指やスタイラス等の入力するための物を意味する。

ここで、カメラ部１，１は、所定の間隔Ｌを設けて配置されている。図示例では、図１に示されるように、カメラ部１，１はベゼル１２の上部左右の角部近傍に配置されている。ここで、後述のように、本発明のタッチパネル装置では、２つのカメラ部１，１間の距離Ｌを用いて三角測量の原理で指示体の指示位置を検出するため、カメラ部１，１間の間隔は既知の間隔としておく。なお、２つのカメラ部１，１間の距離Ｌが検出精度に影響し、間隔が広いほうが精度も高くなる。したがって、精度を高めるためには、その間隔がなるべく広くなるように角部近傍に配置されれば良い。

また、図２に示されるように、各カメラ部１は、それぞれレンズ光軸が表示面１１に対して略垂直となるように配置される円周魚眼レンズを有するものであり、表示装置１０の表示面１１上を撮像可能なものである。ここで、本明細書中では、略垂直とは厳密に表示面に対してレンズ光軸が９０度である必要は必ずしもなく、概ね表示装置の表示面を観察する操作者のほうを向いていれば良い概念である。各カメラ部は、例えば図２に示されるように、それぞれ撮像画角（水平・垂直画角）が概ね１８０度程度であれば良い。

本発明のタッチパネル装置の指示体の検出領域は、２つのカメラ部１，１の視野が重なるところである。視野が重なるところの範囲内であれば、各カメラ部で撮像される指示体の像を用いて指示体の指示位置を検出可能である。なお、図示例では、カメラ部からの視野が有限のように示されているが、これは説明の都合上であり、実際にはカメラ部にて撮像可能な距離となる。

図３に、カメラ部１の構成を説明するための概略側面図を示す。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。図示の通り、カメラ部１は、円周魚眼レンズ部３０と、撮像素子部４０とからなるものである。円周魚眼レンズ部３０は、全周の範囲を撮像可能であり円周画像を生成するものである。カメラ部１は、例えば撮像画角が１８０度程度であり、表示面１１上を撮像可能なものであれば特殊なものである必要はなく、市販のカメラモジュールを用いることも可能である。例えば、ＳＭＫ株式会社製のＭＤＣ０１シリーズの撮像画角１９０度のカメラモジュール等が適用可能である。カメラ部の撮像画角としては、カメラ部が配置されたベゼルの周辺の表示面の縁が写る範囲の画角であれば、表示面全体を撮像可能となる。

なお、カメラ部の撮像画角が１８０度未満であったとしても、例えばレンズ光軸を表示面に対して若干傾斜させ、より具体的には、図１上で表示面の底辺側に向けて下目使いに、例えば５度程度傾斜させれば、例えば撮像画角が１７０度程度であっても表示面上を撮像可能となる。これにより、レンズ部のコストを抑えることも可能である。

そして、検出部２は、このような２つのカメラ部１，１により撮像されるそれぞれの指示体の像と、２つのカメラ部１，１の間の距離Ｌとを用いて、三角測量の原理で指示体の指示位置を検出する。カメラ部により撮像される指示体の像については、以下に詳細に説明する。

図４に、カメラ部１により撮像される画像の一例を示す。図４に示した画像は、図１に示されるカメラ部１，１のうち、右上角部近傍に配置される側のカメラ部により撮像された画像の一例である。図示の通り、カメラ部１では、円周画像の円周の１／４の右下周辺に表示面１１が撮像される。そして、表示面１１上に指示体２０が入力されると、指示体２０の像が、円周画像の右下周辺の表示面１１上に撮像される。図示例では、表示面１１の４辺のうち、カメラ部１が配置される角部の２辺（上辺及び右辺）は奥行き方向となるため殆ど撮像されず、この角部から遠い２辺（下辺及び左辺）が円周画像の円周の１／４の右下周辺に沿って撮像されている。なお、図１に示されるカメラ部１，１のうち、左上角部近傍に配置される側のカメラ部により撮像される表示面１１の２辺（下辺及び右辺）は、円周画像の円周の１／４の左下周辺に沿って撮像されることになる。

したがって、この円周画像の円周の１／４の範囲のどこに指示体２０が位置するのかを、２つのカメラ部１，１でそれぞれ検出することで、この検出された位置とカメラ部１，１間の距離とを用いて、三角測量の原理で指示体の指示位置を検出することが可能となる。なお、三角測量の原理で演算を行うときには、指示体の像の円周上の位置を直線上の座標軸に変換して処理すれば良い。

ここで、各円周画像内の指示体２０の位置については、既知の又は今後開発されるべき種々のパターン認識手法を用いて検出すれば良い。また、検出部は、撮像された画像からパターン認識等により指示体を検出してその指示位置を演算するものであるため、コンピュータ等の電子計算機で実現可能である。

さらに、本発明のタッチパネル装置では、表示装置の表示面上に近い位置だけでなく、表示面上から離れたところに指示体があってもカメラ部により撮像可能であるため、検出部では指示体の３次元位置も検出可能である。また、表示面上から離れたところの指示体も撮像可能であることから、タッチインタフェースだけでなく、所謂ジェスチャインタフェースも実現可能となる。

このように、本発明のタッチパネル装置によれば、円周画像が撮像可能な２つのカメラ部を用いるだけで指示体の指示位置を検出可能であるため、シンプルな構造で製造コストも低く製造可能であり、カメラモジュールをベゼル内に配置すれば良いため、コンピュータ等の表示装置に容易に組み込み可能である。

ここで、図２や図３に示されるように、本発明のタッチパネル装置に用いられるカメラ部は、画角が概ね１８０度程度の円周魚眼レンズを用いるため、円周魚眼レンズ部３０については、表示面１１から垂直な方向でベゼル１２から突出することになる。したがって、例えば所謂ノートパソコンの液晶モニタのベゼルに本発明のタッチパネル装置が組み込まれた場合には、液晶モニタを閉じたときに、本体側にカメラ部が収容される凹部を設ければ良い。また、未使用時にベゼル内にカメラ部が埋め込まれるように、表示装置の表示面から垂直な方向でベゼル内に移動可能に構成されても良い。これにより、未使用時にはカメラ部が突出することもない。

また、本発明のタッチパネル装置は、表示面１１に鏡面反射する指示体の鏡面反射像をも検出して指示体のタッチ検出を行うことが可能である。カメラ部から見ると、表示面上に指示体の鏡面反射像が写る。表示面に指示体が完全にタッチすると、指示体の像と鏡面反射像は一体となり、その間の距離はゼロとなる。しかしながら、タッチ前であれば、指示体の像と鏡面反射像の間には隙間が開く。したがって、指示体の像と鏡面反射像との距離を元に、指示体が表示面にタッチしたかどうかをより正確に検出することが可能となる。

ここで、指示体の鏡面反射像は、カメラ部の視野の表示面への入射角が小さくなるほど、即ち、表示面に対して垂直方向にカメラ部からの視野が近づくほど反射率が下がり、鏡面反射像が薄くなる（検出しづらくなる）。鏡面反射像の表示面への入射角を大きくするほど、即ち、表示面に平行に近づくほど、反射率が上がり、鏡面反射像が強くなる（検出しやすくなる）。したがって、指示体の鏡面反射像を検出するカメラ部を、２つのカメラ部のうち指示体から遠いほうのカメラ部を用いるように検出部で制御することが好ましい。なお、指示体の指示位置を検出した後にタッチ検出を行うようにすれば、各カメラ部と指示体との位置関係は把握可能であるため、遠いほうのカメラ部を用いて鏡面反射像によりタッチ検出をすることが可能である。さらに、鏡面反射像の強いほうのカメラ部を用いてタッチ検出をしても良い。

さらに、本発明のタッチパネル装置は、カメラ部を所謂Ｗｅｂカメラとして用いることも可能である。近来の液晶モニタ等には、その上部中央にＷｅｂカメラが組み込まれたものが種々存在する。このようなＷｅｂカメラは、所謂単眼式カメラであるが、本発明のタッチパネル装置では、２つのカメラ部を用いているため、ステレオ画像を撮像するように構成することが可能である。例えば、液晶モニタ前にいる操作者を２つのカメラ部で撮像し、ステレオ画像生成部によりステレオ画像を生成する。このとき、魚眼レンズの歪曲収差をソフトウェア的に補正しても良い。

次に、本発明のタッチパネル装置のカメラ部間の距離が狭い例について説明する。図５は、本発明のタッチパネル装置のカメラ部間の距離が狭い例を説明するための概略正面図である。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ため重複説明は省略する。

上述の図示例では、環境光を利用して撮像する簡易的な構成のものを示していたため、光源としては室内の照明等であり、これに照らされた指示体をカメラ部で撮像するものであった。指示体が撮像可能な十分な明るさがあったりカメラ部の撮影感度が高ければこれでも良いが、暗い状況であっても指示体の検出を確実に行う場合には、光源部を設けることが好ましい。そこで、図５には、ベゼル１２に光源部３を設けた例を示した。光源部３は、指示体を照らすものであり、表示面１１全体に光を照射可能な照射角となるように構成されている。即ち、表示面１１の面方向全体をカバーするような照射角を有するように構成されている。光源部３は、例えば複数のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いれば良い。図示のように、光源部３は、複数のＬＥＤが横方向に直線状に並ぶと共に放射状に広がるようにそれぞれ所定の傾きで配置されても良いし、扇状に配置されても良い。また、均一な光を照射可能なように、ＬＥＤの前に散乱板が設けられても良い。散乱板としては、検出領域の面方向に広く滑らかな光を照射可能なように、例えば、レンチキュラレンズを用いることが可能である。光源部３は、ベゼル１２上に配置されても良し、ベゼル１２内、例えばベゼル１２と表示面１１の縁部の段差内に設けても良い。ベゼル１２内であれば目障りにもならない。

また、光源部は、指示体を照らすものだけではなく、指示体を発光させるものであっても良い。即ち、指示体の先端部等にＬＥＤ等の光源部を設けて、指示体自体を発光させるものであっても良い。さらに、光源部をカメラ部近傍に設けて、指示体の先端部に再帰反射部材を設けることで、指示体を発光させるものであっても良い。そしてＬＥＤは、外来光と区別するために、赤外ＬＥＤ等であっても良い。

このような光源部を用いることで、安定的に指示体の指示位置を検出可能となる。また、指示体の検出を高頻度に行い高精度なタッチパネル装置を実現するために、例えば９０コマ／秒のレートで撮像する場合には、その分シャッタ速度が速くなる。このため、カメラ部の撮影感度が不足するので、このような場合でも光源部を設けることが好ましい。また、このようにシャッタ速度が速くなると、室内の照明の蛍光灯のフリッカの影響を受け得る。したがって、光源部を設けておけばフリッカの影響も抑えることが可能となる。なお、簡易的には上述の図示例と同様、光源部は設けなくても良い。

さて、上述の通り、２つのカメラ部１，１間の距離Ｌは、三角測量の原理を用いるために測定精度に影響するものであるが、許容できる検出精度を維持しつつ、２つのカメラ部１，１間の距離を図示例のように短く配置することも可能である。このように２つのカメラ部間の距離を短くすると、マルチタッチ検出に有利となる。即ち、カメラ部間の距離が近いと、例えば２つの指示体の一方が他方の死角に入る可能性が低くなり、各カメラ部では、他方の指示体の干渉を殆ど受けることなく一方の指示体の検出が可能となる。

さらに、カメラ部間の距離Ｌを人間の目の幅と同程度とした場合には、上述のステレオ画像生成部では、ステレオ画像をより都合良く生成することが可能となる。

さらにまた、ステレオ画像生成部を用いると共に、本発明によるタッチパネル装置を設置する表示装置として３次元表示装置を適用することも可能である。この場合、本発明によるタッチパネル装置でステレオ画像を生成しつつ、３次元表示装置で３次元画像を再生することが可能となるため、例えば遠隔会議システム等に適用すれば、臨場感を高めることも可能となる。

なお、本発明のタッチパネル装置は、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、上述の図示例では、指示体としては指やスタイラス等であったが、本発明はこれに限定されず、例えば光源をペン先に設ける光ペンであっても良い。さらに、表示面の周辺３辺を覆う再帰反射枠を配置し、カメラ部近傍に設けられる光源部からの光の再帰反射光を撮像するように構成し、指示体により遮られた再帰反射光の影の位置を検出することで指示位置を検出するように構成しても良い。また、再帰反射部材をペン先に設ける再帰反射ペンを用いて、カメラ部近傍に設けられる光源からの光が再帰反射ペンで再帰反射する再帰反射光を検出することで指示位置を検出するように構成しても良い。

１ カメラ部
２ 検出部
３ 光源部
１０ 表示装置
１１ 表示面
１２ ベゼル
２０ 指示体
３０ 円周魚眼レンズ部
４０ 撮像素子部

Claims (6)

1. 表示面とその周辺のベゼルとを有する表示装置に対して指示体により入力可能なタッチパネル装置であって、該タッチパネル装置は、
   前記表示装置のベゼルに配置され、所定の間隔を設けて配置される２つのカメラ部であって、それぞれレンズ光軸が表示装置の表示面に対して略垂直となるように配置される円周魚眼レンズを有し、表示装置の表示面上を撮像可能な２つのカメラ部と、
   前記２つのカメラ部により撮像されるそれぞれの指示体の像と、２つのカメラ部の間の距離とを用いて三角測量の原理で指示体の指示位置を検出する検出部と、
   を具備することを特徴とするタッチパネル装置。
2. 請求項１に記載のタッチパネル装置において、前記２つのカメラ部は、表示装置の表示面から垂直な方向でベゼルから突出することを特徴とするタッチパネル装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のタッチパネル装置において、前記２つのカメラ部は、未使用時にベゼル内に埋め込まれるように、表示装置の表示面から垂直な方向でベゼル内に移動可能に構成されることを特徴とするタッチパネル装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載のタッチパネル装置であって、さらに、指示体を照らす、又は指示体を発光させる光源部を具備することを特徴とするタッチパネル装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載のタッチパネル装置であって、さらに、前記２つのカメラ部を用いてステレオ画像を撮像するステレオ画像生成部を具備することを特徴とするタッチパネル装置。
6. 請求項５に記載のタッチパネル装置において、表示装置が３次元表示装置であることを特徴とするタッチパネル装置。