JP5813533B2 - Input device and input system - 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棒状の操作部材(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近または接触させ、座標入力装置は、ペンが接近または接触(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。 There is known an input system in which a bar-shaped operation member (hereinafter referred to as a pen) such as a touch pen or a stylus pen is combined with a coordinate input device (position detection device) such as a tablet or a touch panel that accepts coordinate input by the pen. Yes. The pen is brought close to or in 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 approaches or touches (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.
特許文献1に記載の位置検出装置は、図17に示すように、導光板101と、導光板101の厚み方向で全反射し、面方向では所定の方向に向かって進行するように所定幅の光束を導光板101の側面から複数個列状に投射する投射手段102と、投射手段102からの各光束が導光板1の側面に沿って順次走査するように投射手段102の投射パターンを制御する投射制御手段103と、指示体104を有する。指示体104は、導光板101に接触させることにより、導光板101の内部を進行する光を導入し、導入した光を検知して検知信号を出力する検知部を有し、さらに検知信号と投射制御手段103による走査位置に基づいて指示体104が導光板101と接触する座標位置を演算する座標演算手段とを有している。
As shown in FIG. 17, the position detection device described in
また、タッチパネルに受光素子を設けた構成も知られている。例えば、特許文献2に記載のタッチパネルは、図18(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18(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で検知される信号強度の測定例を図19(b)に示す。横軸は受光素子上の画素番号であり、縦軸は受光素子で検知された光信号強度である。各受光素子はライン方向に複数の画素が配列されており、画素番号とは受光素子のライン方向の画素の位置を表す。ここで、信号強度は本来画素軸に対して離散的な値をとりうるが、ここでは模式的に連続的な曲線でデータを例示する。なお、図19(b)の横軸の画素番号と図18(a)の受光素子1104、1105との対応は次の通りである。すなわち、図19(b)の横軸の左側は、導光板の第1面を上にして受光素子の導光板とは反対側から受光素子を見て受光素子1104の左側の画素、受光素子1105の左側の画素に対応する。さらに、図19(b)の横軸の左側は、導光板の第1面を上にして各受光素子から導光板を見て右側のタッチ位置に対応する。図19(a)に示すように被検出体1210、受光素子1104、受光素子1105を結ぶ三角形のうち、受光素子1104、1105間の距離1111はタッチパネル固有の値である。受光素子1104の光信号1112の位置(画素番号)から角度αが、受光素子1105の光信号1113の位置(画素番号)から角度βが計測できる。三角測量の原理から被検出体1201の座標を計算する。 A configuration in which a light receiving element is provided on a touch panel is also known. For example, as shown in FIG. 18A, the touch panel described in Patent Document 2 includes a light guide plate 1101, a light source 1102 that makes light incident on the light guide plate 1101, and a light receiving element that is disposed on a part of the side surface of the light guide plate 1101. 1104 and 1105, and an imaging unit 1107 that images light from the light source 1102 scattered by the detection target 1201 on the light receiving elements 1104 and 1105 between the side surface of the light guide plate 1101 and the light receiving element. Then, light absorbing means 1108 is arranged on a part of the side surface of the light guide plate 1101 on which the light receiving elements 1104 and 1105 are arranged. The light receiving elements 1104 and 1105 are irradiated with a light source 1102 as shown in FIG. Arranged outside the range. A measurement example of the signal intensity detected by the light receiving elements 1104 and 1105 is shown in FIG. The horizontal axis is the pixel number on the light receiving element, and the vertical axis is the optical signal intensity detected by the light receiving element. Each light receiving element has a plurality of pixels arranged in the line direction, and the pixel number represents the position of the pixel in the line direction of the light receiving element. Here, the signal intensity can originally take a discrete value with respect to the pixel axis, but here, the data is schematically illustrated by a continuous curve. The correspondence between the pixel numbers on the horizontal axis in FIG. 19B and the light receiving elements 1104 and 1105 in FIG. 18A is as follows. That is, the left side of the horizontal axis in FIG. 19B is the pixel on the left side of the light receiving element 1104 when the light receiving element is viewed from the side opposite to the light guide plate of the light receiving element with the first surface of the light guide plate facing up, the light receiving element 1105. Corresponds to the pixel on the left side of. Further, the left side of the horizontal axis in FIG. 19B corresponds to the right touch position when the light guide plate is viewed from each light receiving element with the first surface of the light guide plate facing up. As shown in FIG. 19A, among the triangles connecting the detected object 1210, the light receiving element 1104, and the light receiving element 1105, the distance 1111 between the light receiving elements 1104 and 1105 is a value unique to the touch panel. The angle α can be measured from the position (pixel number) of the optical signal 1112 of the light receiving element 1104, and the angle β can be measured from the position (pixel number) of the optical signal 1113 of the light receiving element 1105. The coordinates of the detected object 1201 are calculated from the principle of triangulation.
本願発明者らは、特許文献2と同じくタッチパネル側に受光素子を実装した座標入力装置に関して、導光板における互いに離れた複数の箇所から、伝搬光を導光板の外部に取り出す光取り出し部と、当該光取り出し部から取り出された各上記箇所の光を受けて像を結像する受光手段と、を少なくとも備え、導光板の上面への光入射位置が変わるごとに各光入射位置の光を受光手段が受けると各上記像によって扇形の軌跡が描かれる構成を見出したが、扇形の軌跡を形成する画像を用いた場合、特許文献2に記載されている三角測量による角度検出は困難である。 The inventors of the present application relate to a coordinate input device in which a light receiving element is mounted on the touch panel side as in Patent Document 2, and a light extraction unit that extracts propagating light from a plurality of locations apart from each other in the light guide plate, A light receiving means for forming an image by receiving the light at each of the above-mentioned positions extracted from the light extraction portion, and receiving the light at each light incident position each time the light incident position on the upper surface of the light guide plate changes. However, when an image forming a fan-shaped trajectory is used, angle detection by triangulation described in Patent Document 2 is difficult.
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、導光板の上面への光入射位置が変わるごとに各光入射位置の光を受光手段が受けると各像によって扇形の軌跡が描かれる構成であって、且つ、三角測量の原理を用いて角度を正確且つ容易に検出することが可能な(座標)入力装置、およびそれ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-mentioned problems, and its purpose is to form a sector by each image when the light receiving means receives light at each light incident position every time the light incident position on the upper surface of the light guide plate changes. The present invention provides a (coordinate) input device capable of accurately and easily detecting an angle using the principle of triangulation, and an input system including the same. .
そこで、上記の課題を解決するために、本発明に係る第1の入力装置は、
上面から入射した光を内部において伝搬させる導光板と、
上記導光板における互いに離れた複数の箇所に在って、各箇所から伝搬光を導光板の外部に取り出す複数の光取り出し部と、
各上記光取り出し部から取り出された各上記箇所の光を受けて棒状の像を結像する受光手段と、を備えた、導光板の上記上面における上記光の光入射位置の位置座標を検出する入力装置であって、
導光板の上記上面への光入射位置が変わるごとに各光入射位置の光が或る光取り出し部から取り出されて上記受光手段に受光されて得られる各上記棒状の像を結ぶと、扇形の軌跡が描かれる構成となっており、
上記入力装置は、
上記導光板の上記上面において互いに異なる少なくとも二箇所の光入射位置から光が受光手段にそれぞれ入射して得られる少なくとも2つの棒状の像のそれぞれの長手方向に延伸した各直線の交点を、導光板における互いに離れた二箇所にある上記光取り出し部ごとに算出する交点算出手段と、
上記交点算出手段によって算出された上記交点を通る仮想軸を決定する仮想軸決定手段と、
第nの光入射位置から光が入射したときに、上記受光手段に結像する第nの棒状の像の長手方向に延伸した第nの直線と上記仮想軸とが成す角度を上記二箇所にある光取り出し部ごとに算出し、算出された2つの当該角度を基に、第nの光入射位置の位置座標を検出する検出手段と、をさらに備えていることを特徴としている。
Therefore, in order to solve the above problem, the first input device according to the present invention is:
A light guide plate that propagates light incident from the upper surface inside;
A plurality of light extraction portions that are located at a plurality of locations apart from each other in the light guide plate and extract propagation light from each location to the outside of the light guide plate;
Light receiving means for forming a rod-like image by receiving the light from each of the portions extracted from each of the light extraction portions, and detecting the position coordinates of the light incident position of the light on the upper surface of the light guide plate An input device,
Each time the light incident position on the upper surface of the light guide plate changes, the light at each light incident position is extracted from a certain light extraction portion and received by the light receiving means, and the rod-shaped images obtained are connected. It is configured to draw a trajectory,
The input device is
On the upper surface of the light guide plate, the intersection of each straight line extending in the longitudinal direction of at least two rod-shaped images obtained by light entering the light receiving means from at least two different light incident positions is used as the light guide plate. Intersecting point calculating means for calculating for each of the light extraction parts in two locations separated from each other,
Virtual axis determination means for determining a virtual axis passing through the intersection calculated by the intersection calculation means;
When light enters from the nth light incident position, the angle formed by the nth straight line extending in the longitudinal direction of the nth rod-shaped image formed on the light receiving means and the virtual axis is set at the two positions. It is characterized by further comprising detection means that calculates for each light extraction unit and detects the position coordinates of the nth light incident position based on the two calculated angles.
上記の構成によれば、導光板の上面への光入射位置が変わるごとに各光入射位置の光を受光手段が受けると各上記像によって扇形の軌跡が描かれる構成において、上記導光板の上記上面において互いに異なる少なくとも二箇所の光入射位置から光が受光手段にそれぞれ入射して得られる少なくとも2つの棒状の像のそれぞれの長手方向に延伸した各直線の交点を、導光板における互いに離れた二箇所にある上記光取り出し部ごとに算出する。そして、仮想軸を求めて、更に、この仮想軸と線状の像の長手方向に延設される直線とのなす角度を求めることによって、上記光取り出し部ごとに求められる角度に基づいて、三角測量の原理を用いて位置座標を正確に検出することができる。 According to the above configuration, when the light receiving unit receives light at each light incident position each time the light incident position on the upper surface of the light guide plate changes, the fan-shaped trajectory is drawn by each image. The intersections of the straight lines extending in the longitudinal direction of at least two rod-shaped images obtained by light entering the light receiving means from at least two different light incident positions on the upper surface are separated from each other on the light guide plate. It calculates for every said light extraction part in a location. Then, a virtual axis is obtained, and further, an angle formed between the virtual axis and a straight line extending in the longitudinal direction of the linear image is obtained. The position coordinates can be accurately detected using the principle of surveying.
また、本発明に係る第2の入力装置は、上記の課題を解決するために、
上面から入射した光を内部において伝搬させる導光板と、
上記導光板における互いに離れた複数の箇所に在って、各箇所から伝搬光を導光板の外部に取り出す複数の光取り出し部と、
各上記光取り出し部から取り出された各上記箇所の光を受けて像を結像する受光手段と、を備えた、導光板の上記上面における上記光の光入射位置の位置座標を検出する入力装置であって、
導光板の上記上面への光入射位置が変わるごとに各光入射位置の光が或る光取り出し部から取り出されて上記受光手段に受光されて得られる各上記像を結ぶと、扇形の軌跡が描かれる構成となっており、
上記入力装置は、
上記導光板の上記上面において互いに異なる少なくとも三箇所の光入射位置から光が受光手段にそれぞれ入射して得られる少なくとも三つの像が一つの円周上に位置する仮想円の中心点を、導光板における互いに離れた二箇所にある上記光取り出し部ごとに算出する中心点算出手段と、
上記中心点算出手段によって算出された上記中心点を通る仮想軸を決定する仮想軸決定手段と、
第nの光入射位置から光が入射したときに、上記受光手段に結像する第nの像と上記中心点とを結ぶ第nの直線と、上記仮想軸とが成す角度を上記二箇所にある光取り出し部ごとに算出し、算出された2つの当該角度を基に、第nの光入射位置の位置座標を検出する検出手段と、をさらに備えていることを特徴としている。
Moreover, in order to solve said subject, the 2nd input device which concerns on this invention
A light guide plate that propagates light incident from the upper surface inside;
A plurality of light extraction portions that are located at a plurality of locations apart from each other in the light guide plate and extract propagation light from each location to the outside of the light guide plate;
An input device for detecting a position coordinate of the light incident position of the light on the upper surface of the light guide plate, and a light receiving means for forming an image by receiving the light of the respective portions extracted from the respective light extraction portions Because
Each time the light incident position on the upper surface of the light guide plate changes, the light at each light incident position is extracted from a certain light extraction unit and received by the light receiving means to connect the images, and a fan-shaped locus is formed. It is a composition that is drawn,
The input device is
At the top surface of the light guide plate, at least three images obtained by light incident on the light receiving means from at least three light incident positions different from each other, the center point of the virtual circle where one circle is located on the circumference is used as the light guide plate. Center point calculating means for calculating for each of the light extraction parts located at two locations apart from each other,
Virtual axis determination means for determining a virtual axis passing through the center point calculated by the center point calculation means;
When light enters from the nth light incident position, the angle formed by the nth straight line connecting the nth image formed on the light receiving means and the central point and the virtual axis is set at the two positions. It is characterized by further comprising detection means that calculates for each light extraction unit and detects the position coordinates of the nth light incident position based on the two calculated angles.
上記の構成によれば、導光板の上面への光入射位置が変わるごとに各光入射位置の光を受光手段が受けると各上記像によって扇形の軌跡が描かれる構成において、上記導光板の上記上面において互いに異なる少なくとも三箇所の光入射位置から光が受光手段にそれぞれ入射して得られる少なくとも三つの像が一つの円周上に位置する仮想円の中心点を、導光板における互いに離れた二箇所にある上記光取り出し部ごとに算出する。そして、仮想軸を求めて、更に、この仮想軸と、線状の長手方向に延設される直線とのなす角度を求めることによって、上記光取り出し部ごとに求められる角度に基づいて、三角測量の原理を用いて位置座標を正確に検出することができる。 According to the above configuration, when the light receiving unit receives light at each light incident position each time the light incident position on the upper surface of the light guide plate changes, the fan-shaped trajectory is drawn by each image. At the center of the virtual circle where at least three images obtained by light incident on the light receiving means from at least three different light incident positions on the upper surface are located on one circumference are separated from each other on the light guide plate. It calculates for every said light extraction part in a location. Based on the angle obtained for each light extraction unit by obtaining an imaginary axis, and further obtaining an angle between the imaginary axis and a straight line extending in the linear longitudinal direction, triangulation The position coordinates can be accurately detected using the principle of.
また、本発明に係る第1および第2の入力装置は、上記の構成に加えて、
上記扇形の軌跡が描かれる領域の画像を、矩形領域に変換する画像補正手段をさらに備えていることが好ましい。
Further, the first and second input devices according to the present invention have the above configuration,
It is preferable that image correction means for converting the image of the area where the fan-shaped locus is drawn into a rectangular area is further provided.
上記の構成によれば、上記扇形の軌跡が描かれる領域の画像を、矩形領域に変換することにより、角度検出が容易となる。 According to said structure, angle detection becomes easy by converting the image of the area | region where the said fan-shaped locus | trajectory is drawn into a rectangular area.
また、本発明に係る第1および第2の入力装置は、上記の構成に加えて、
上記画像補正手段は、上記扇形の軌跡が描かれる領域の画像データの位置アドレスに対応したメモリアドレスに、画像補正後位置に対応した値を保持したメモリ手段を有していることが好ましい。
Further, the first and second input devices according to the present invention have the above configuration,
The image correcting means preferably includes memory means for holding a value corresponding to the post-image correction position at a memory address corresponding to the position address of the image data in the area where the fan-shaped locus is drawn.
上記の構成によれば、扇形の軌跡が描かれる領域の画像データの位置アドレスに対応したメモリアドレスに画像補正後位置に対応した値をもつ上記メモリ手段を使用することにより、画像データ用メモリへのバッファリングと同時に画像補正を行うので、簡易且つ高速に処理を完了することができる。 According to the above configuration, the memory means having the value corresponding to the post-image correction position is used for the memory address corresponding to the position address of the image data in the area where the fan-shaped trajectory is drawn. Since the image correction is performed simultaneously with the buffering, the processing can be completed easily and at high speed.
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、信頼性の高い位置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 said structure, the input system which performs a highly reliable position coordinate detection can be provided.
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.
以上のように、本発明により、導光板の上面への光入射位置が変わるごとに各光入射位置の光を受光手段が受けると各像によって扇形の軌跡が描かれる構成であって、且つ、三角測量の原理を用いて角度を正確且つ容易に検出することが可能な(座標)入力装置、およびそれを具備する入力システムを実現することができる。 As described above, according to the present invention, each time the light incident position on the upper surface of the light guide plate changes, the light receiving means receives the light at each light incident position, and a fan-shaped locus is drawn by each image, and An (coordinate) input device capable of accurately and easily detecting an angle using the principle of triangulation, and an input system including the same can be realized.
〔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12を参照して説明する。以下では、入力システムの一実施形態を説明する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. In the following, a pen input device which is an embodiment of the input device according to the present invention will be described in describing one embodiment of the input system.
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.
(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(座標入力装置)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。
(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の或る一辺の両端近傍にそれぞれ配設された撮像ユニット10、20(受光手段)と、撮像ユニット10、20によって撮像された画像に基づいてタッチ位置の位置座標を検出する検出装置60(交点算出手段、仮想軸決定手段、検出手段)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 crystal display panel 2 has a liquid crystal layer sandwiched between a pair of substrates, and each substrate is provided with at least various electrodes for changing the alignment of liquid crystal molecules of the liquid crystal layer by applying a voltage. Then, by changing the orientation of the liquid crystal molecules by applying a voltage, the amount of light transmitted through the liquid crystal layer of each pixel is adjusted to perform a desired display. As the configuration of the liquid crystal display panel 2, a conventionally known liquid crystal display panel can be used.
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として構成されている。
The surface of the
導光板1における撮像ユニット10、20を配設する一辺の両端近傍には、それぞれ、タッチ面から背面に貫通した貫通孔1h(光取り出し部)が設けられている。
In the vicinity of both ends of one side of the
以下、貫通孔1hおよび撮像ユニット10、20について、図2および図3を用いて説明する。図2は、貫通孔1hおよびその周辺を示した拡大平面図である。図3は、図2に示す切断線B−B´の矢視断面図である。なお、図1に示す2つの貫通孔1hはそれぞれ同じ構造であり、また撮像ユニット10、20もそれぞれ同じ構成であるので、図2および図3では、説明の便宜上、導光板1に設けられた2つの貫通孔1hのうちの一方と、その貫通孔1hの下方に配設された一つの撮像ユニット10について説明し、もう一つの貫通孔1hと撮像ユニット20とについては説明を省略する。
Hereinafter, the through-
撮像ユニット10は、導光板1の背面に対向する位置の、貫通孔1hおよびその周囲の直下に配されている。図3に示すように、ペン3から導光板1に入射して結合した光は、全反射しながら導光板1の内部を伝搬する(図中の矢印で示す方向に伝搬)。そして、貫通孔1hの上記壁面(導光板の上面の端部に隣接した端面)まで達すると、当該壁面によって光の光路が変化し、導光板1の背面に向かい、さらに背面から出射して撮像ユニット10に入射する。
The
導光板1に設けられた上記貫通孔1hの壁面は、導光板1の背面に対して、45度以下、例えば30度や45度で傾斜している(図3中のγ)。これにより、導光板1の内部を伝搬して当該壁面に至った光の全反射条件を破綻させることができる。例えば、貫通孔1hの壁面は、導光板1の内部を伝搬して当該壁面に至った光を、90度変化させて導光板1の背面に向かわせ、背面から更に下方に出射させることができる。
The wall surface of the through
なお、漏斗形状の壁面には、ミラーコーティングが施してあってもよい(光取り出し部)。ミラーティングを施して光反射加工することによって、より効果的に光路を変換することができ、光量のロスも抑えることが可能である。 The funnel-shaped wall surface may be mirror-coated (light extraction part). By performing mirror reflection and light reflection processing, the optical path can be more effectively converted, and the loss of light quantity can be suppressed.
導光板1の厚さは1〜3mmが主に用いられる。導光板1の材料としては、例えばアクリルが用いられ、ポリカーボネートやガラスでも構わない。また導光板1の厚さは1〜3mmが主に用いられるが、これより厚くてもかまわない。また、導光板1のサイズ(タッチ面のサイズ)は、約1m角とすることができるが、これに制限されるものではない。
The thickness of the
なお、貫通孔1hは、円錐体にも似た構造である。しかし本発明はこれに限定されるものではなく、多角面状に構成されていてもよい。
The through
撮像ユニット10は、図3に示すように、光入射側から、レンズ11と、可視光カットフィルタ12と、撮像素子13とをこの順で有している。そのため、撮像ユニット10に入射した上記光は、まずレンズ11によって集光され、続いて可視光カットフィルタ12によって可視光が遮断されて、撮像素子13に受光される。撮像素子13では、受光した光が光電変換されて画像が形成される。この点については、後述する。
As shown in FIG. 3, the
なお、撮像ユニット10と導光板1とは、図1および図2に示すように、固定用部材7を介して、固定されている。固定用部材7は円柱構造であるが、構造はこれに限定されるものでなく、また、そのサイズも特に限定はないが、コンパクトで、且つ、十分な強度を有していることが好ましい。固定用部材7は、撮像ユニット10および導光板1に対して接着剤などを用いて固定すればよい。本実施形態では、図1に示した撮像ユニット10、20が、導光板1の端部よりも内側に配されているため、導光板1の上面の全面のうちの一部の領域が座標検出可能領域となっている。そのため、固定用部材7は、当該座標検出可能領域から外れた位置にあればよい。
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4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 exit 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、一つのペン3に対して一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 light emitting element 31 may be an LED (light emitting diode) or an LD (laser diode) that emits infrared light. Note that the number of LEDs or LDs is not limited to one provided for one
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 light emitting element 31 that receives 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。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、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。
As described above, the
(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Nの導光板1内に入射する。この入射光のうち、図3に示す導光板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、図3に示すように、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。
(Pen input detection principle)
When the pen tip of the
sin (90 ° −θ P )> 1 / N
As shown in FIG. 3, the light flux satisfying the conditions shown in FIG. 3 is confined in the
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)は貫通孔1hの壁面に導かれ、当該端面の反射光が撮像ユニット10、20で受光される。具体的には、当該端面の反射光は、レンズ11にて集光され、続いて、可視光カットフィルタ12を通って、最後に撮像素子13に受光される。可視光カットフィルタ12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。
Infrared light emitted from the
ここで図5(a)は、導光板1が、片方の貫通孔1hの中心軸の位置で切断した断面図となっている。図5(a)に示すように、ペン3から発せられて導光板1内部に入射した光は、導光板1内を伝搬し、貫通孔1hの壁面で光路を変え、導光板1から出射してレンズ11に入射し、可視光カットフィルタ12を経て、撮像素子13に受光される。撮像素子13は、イメージセンサを有しており、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には、イメージセンサは何も結像しない。一方、図5(a)に示すようにペン3のペン先が導光板1に接触してペン3からの赤外光が導光板1に結合すると、イメージセンサでは、図5(b)に示すように線状の像15が形成される。
Here, FIG. 5A is a cross-sectional view in which the
この図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。すなわち、線状の像15は、導光板1の内部を伝搬する光の伝搬方向を示すものである。
The position of the
以下、図6および図7を用いて、検出原理の詳細を説明する。本実施形態では、上述のように、撮像ユニット10、20によって撮像された画像に基づいてタッチ位置の位置座標を検出する検出装置60を用いる。図6は、検出装置60の構成を示すブロック図である。図7(a)は、導光板1の一方の貫通孔1hおよびその近傍の部分平面図であり、図7(b)は、撮像素子13のイメージセンサに結像される像と当該像に基づいてタッチ位置の位置座標を検出する方法を模式的に示している。
Hereinafter, details of the detection principle will be described with reference to FIGS. 6 and 7. In the present embodiment, as described above, the
検出装置60は、図6に示すように、交点算出手段61と、仮想軸決定手段62と、角度決定手段63と、座標検出手段64とを備えている。
As shown in FIG. 6, the
交点算出手段61では、位置座標を検出する準備段階の前半として、少なくとも二箇所の光入射位置から光が受光手段にそれぞれ入射して得られる少なくとも2つの棒状の像のそれぞれの長手方向に延伸した各直線の交点を算出する。そのために、交点算出手段61は、直線抽出部61a(画像補正手段)と交点決定部61bとを有している。
In the intersection calculation means 61, as the first half of the preparation stage for detecting the position coordinates, at least two rod-like images obtained by light incident on the light receiving means from at least two light incident positions are stretched in the longitudinal direction. Calculate the intersection of each straight line. For this purpose, the
直線抽出部61aは、図7(a)に示すように、導光板1のタッチ面において第1の光入射位置(タッチ位置)から光が導光板1に結合して導光板1の内部を伝搬してそのうちの一部の光束が貫通孔1hにて取り出されて、図7(b)に示すように、撮像ユニット10の撮像素子13(イメージセンサ)に入射して得られる第1の棒状の像の長手方向に延伸する第1の直線と、当該第1の光入射位置とは異なる第2の光入射位置(タッチ位置)から光が導光板1に結合して導光板1の内部を伝搬してそのうちの一部の光束が貫通孔1hにて取り出されて、図7(b)に示すように、撮像ユニット10の撮像素子13(イメージセンサ)に入射して得られる第2の棒状の像の長手方向に延伸した第2の直線とを求める。
As shown in FIG. 7A, the straight
続いて、上記仮想軸決定手段62が、位置座標を検出する準備段階の後半として、交点算出部によって算出された交点を通る仮想軸を決定する。仮想軸の決定方法の一例としては、単純に撮像画像の底辺(横軸)を仮想軸として、各軸間の角度差は、撮像素子の取り付け設計角度差と取り付け誤差によって発生した角度誤差を加算した値として、角度誤差は正確な角度がわかっているリファレンス点の撮像結果を用いて測定することが可能である。その他の例としては、撮像ユニット10、20ごとに上述の過程で交点が算出されるので、これら交点同士を結ぶ線分を仮想軸に設定することも可能である。
Subsequently, the virtual axis determination means 62 determines a virtual axis passing through the intersection calculated by the intersection calculation unit as the latter half of the preparation stage for detecting the position coordinates. As an example of how to determine the virtual axis, simply use the bottom (horizontal axis) of the captured image as the virtual axis, and the angle difference between each axis is the difference between the mounting design angle difference of the image sensor and the angle error generated by the mounting error. As the measured value, the angle error can be measured using the imaging result of the reference point whose exact angle is known. As another example, since the intersection point is calculated for each of the
なお、本実施形態では、仮想軸は、図1に示す2つの貫通孔1h(2つの撮像ユニット)の各中心軸を結ぶ線分(辺A)と一致している。
In the present embodiment, the virtual axis coincides with a line segment (side A) connecting the central axes of the two through
続いて、角度決定手段63は、第nの光入射位置から光が導光板1に結合して導光板1の内部を伝搬してそのうちの一部の光束が一方の貫通孔1hにて取り出されて図6(b)に示すように撮像ユニット10の撮像素子13(イメージセンサ)に入射して得られる第nの棒状の像の長手方向に延伸する第nの直線を求めて、求めた第nの直線と上記仮想軸とが成す角度θn1を求める。且つ、第nの光入射位置から光が導光板1に結合して導光板1の内部を伝搬してそのうちの一部の光束が他方の貫通孔1hにて取り出されて撮像ユニット20(図1)の撮像素子23(イメージセンサ)に入射して得られる第nの棒状の像の長手方向に延伸する第nの直線を求めて、求めた第nの直線と上記仮想軸とが成す角度θn2を求める。そのために、角度決定手段63は、図8に示すように、メモリ631と、画像補正部632と、一次元化処理部633と、二値化処理部634と、抽出部635とを有している。
Subsequently, the
メモリ631では、撮像素子13、23のそれぞれで結像された、図5(b)において一点鎖線で示した扇形状16の領域の画像を含む撮像画像を記憶する。
The
画像補正部632では、メモリ631に格納された撮像画像を取得し、画像補正する。具体的には、画像補正部632では、線状像の軌跡によって形成される図5(b)において一点鎖線で示した扇形状16の領域の画像を、矩形領域の画像に補正する。図9は、画像を模式的に示す図であり、図9の(a)ではイメージセンサで結像された画像に含まれる扇形状16の領域を示し、図9の(b)において、この扇形状16の領域の画像が、上記画像補正部632によって、矩形領域16´の画像に補正された状態を示している。矩形領域16´に補正された画像は、再び、メモリ631に格納される。矩形領域16´に補正された画像は、撮像素子13、23それぞれに形成される。
The
一次元化処理部633は、矩形領域16´に補正された画像を、メモリ631から取得し、一次元化処理し、一次元データを作成する。作成された一次元データは、二値化処理部634に送られる。一次元データは、撮像素子13、23それぞれに形成される。
The one-
二値化処理部634では、図9の(b)に示す平均化方向に加算(平均)して、所定の閾値で二値化し、二値化データを作成する。二値化データは、撮像素子13、23それぞれに形成される。
In the
抽出部635では、二値化処理部634によって作成された二値化データから中央位置を抽出する。そして、抽出した中央位置を利用して、撮像素子13における上記角度θn1を求め、且つ、撮像素子23における上記角度θn2を求める。具体的には、求める角度(θn1またはθn2)をθxとしたとき、下記の式;
θx=(θE−θS)×(Rx/RW)+θS
(ただし、式中、
矩形領域に変換される前の扇形の角度の始角:θS(仮想軸を0とする)
矩形領域に変換される前の扇形の角度の終角:θE(仮想軸を0とする)
矩形領域の幅:RW
中央位置:Rx
とする)
に基づいてθxを求める。
The
θx = (θE−θS) × (Rx / RW) + θS
(However, in the formula,
Start angle of sector angle before being converted to rectangular area: θS (imaginary axis is 0)
End angle of sector angle before conversion to rectangular area: θE (imaginary axis is 0)
Width of rectangular area: RW
Center position: Rx
And)
Θx is obtained based on the above.
上述のように、本実施形態では、仮想軸の長さは、図1の2つの貫通孔1hの中心軸間を結ぶ直線(以下、辺Aと記載)と等しい。また、上記角度θn1は、図1に示す光束4bと辺Aとのなす角度βに相当し、上記角度θn2は、図1に示す光束4aと辺Aとのなす角度αに相当する。
As described above, in this embodiment, the length of the virtual axis is equal to a straight line (hereinafter referred to as side A) connecting the central axes of the two through
以上から、上記座標検出手段64において、図1の角度α(角度θn1)と、角度β(角度θn2)と、辺Aの両端の位置座標と、辺Aの長さとから三角測量の原理を用いて第nの光入射位置の位置座標を求める。なお、辺Aを仮想軸における交点間の距離とする場合、撮像画像上の交点等の単位は画素なので、三角測量における座標位置の特定はメートル等の実単位の撮像素子間の距離(あるいは光取り出し部の距離)等を基にすることになる。 From the above, the coordinate detection means 64 uses the principle of triangulation from the angle α (angle θn1), the angle β (angle θn2), the position coordinates of both ends of the side A, and the length of the side A in FIG. The position coordinates of the nth light incident position are obtained. When the side A is the distance between the intersections on the virtual axis, the unit of the intersection on the captured image is a pixel. Therefore, the coordinate position in the triangulation is specified by the distance between the imaging elements in the actual unit such as a meter (or light This is based on the distance of the take-out part).
なお、検出装置60は、入力システム50に構成されていればよく、ペン入力装置40の外部に設けてもよい。
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
また本実施形態のペン入力装置40の構成によれば、導光板1の内部を伝搬して上記端面に至った伝搬光を、撮像ユニット10、20の少なくとも一部分が導光板1の背面と対向する位置に配設されている。これにより、従来構成のように、導光板(平板部材)の上面の面積を拡げる方向に沿って撮像ユニット(センサーアレイ)配設されている構成と比較して、導光板の上面の面積を拡げる方向に装置が大型化することを抑えて、入力装置の小型化に寄与することができる。
Further, according to the configuration of the
また、本実施形態のペン入力装置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、撮像ユニット10、20がそれぞれ導光板1に固定されていることから、導光板1が環境温度の変化に応じて膨張、収縮した場合であっても、撮像ユニット10、20のそれぞれと導光板1とが位置ずれを起こすことがなく、相対位置を一定に保つことができる。
Moreover, in this embodiment, since 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一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、導光板1の内部を伝搬する光を貫通孔1hにて取り出す態様を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、導光板1の角部に、貫通孔1hの壁面と同じく導光板1の背面に対して傾斜している面を有した切り欠きを設けてもよい。
In addition, in the present embodiment, the mode in which the light propagating inside the
なお、本実施形態では、仮想軸が、図1に示す2つの貫通孔1h(2つの撮像ユニット)の各中心軸を結ぶ線分(辺A)と一致している態様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、仮想軸と、2つの貫通孔1h(2つの撮像ユニット)の各中心軸を結ぶ線分(辺A)とに角度差がある場合であってもよい。この場合には、当該角度差の角度が予め分かっているか当該角度を予め求めておき、その角度と、求めた上記角度θn1およびθn2とを用いて、三角測量に用いる角度を求めて、当該求めた角度と、2つの貫通孔1h(2つの撮像ユニット)の各中心軸を結ぶ線分(辺A)とを用いて上述のように三角測量の原理を用いて第nの光入射位置の位置座標を求めることができる。このように、角度差がある場合とは、撮像素子の設計上の設置角度と、実際に取り付けた撮像素子の設置角度との間の角度誤差(取り付け誤差)が生じた場合に生じ得る。
In addition, although this embodiment demonstrated the aspect in which the virtual axis corresponded with the line segment (side A) which connects each central axis of two through-
(本実施形態の作用効果)
本実施形態のペン入力装置40は、上述した検出装置60を有することにより、導光板の上面への光入射位置が変わるごとに各光入射位置の光を受光手段が受けると各上記像によって扇形の軌跡が描かれる構成において、受光手段から得られる画像から、三角測量のための角度を正確に検出することができる。
(Operational effect of this embodiment)
The
(変形例1)
上述の実施形態1では図8に示す角度決定手段63を備えているが、本変形例では図10に示すように、角度決定手段63´が、ピクセルカウンタ6300と、ルックアップテーブル(LUT)処理部6301(メモリ手段)と、メモリ631と、一次元化処理部633と、二値化処理部634と、抽出部635とを有している。
(Modification 1)
In the first embodiment described above, the
撮像素子13で結像された、図5(b)において一点鎖線で示した扇形状16の領域の画像を含む撮像画像を、ピクセルカウンタ6300が受け取ると、扇形状16の領域の画像データの位置アドレスを、ルックアップテーブル(LUT)処理部6301に送る。
When the
ルックアップテーブル処理部6301では、線状像の軌跡によって形成される図5(b)において一点鎖線で示した扇形状16の領域の画像データの位置アドレスに対応したメモリアドレスに、矩形領域16´の画像データの位置情報を対応付けたルックアップテーブルを用いて、扇形状16の領域の画像を、矩形領域16´の画像に補正する。当該ルックアップテーブルは、扇形状16の領域内の或る画素が、扇形状16の領域の画像が矩形領域16´の画像に補正されたときに、扇形状16の領域内での位置に対応した、当該矩形領域16´の領域内での位置になるように構成されている。図11は、本変形例における画像補正について示す図であり、一点鎖線で示した扇形状16の領域の画像を含む撮像画像データ全体に位置アドレスを設け、そのうちの扇形状16の領域の画像データの位置アドレスには、矩形領域16´の画像データの位置情報を対応付ける一方、扇形状16の領域外の画像データの位置アドレスには、異なる位置情報を対応付ける。これにより、図11に示すように、矩形領域16´の画像データを作成することができる。
In the look-up
矩形領域16´に補正された画像は、再び、メモリ631に格納される。以降の処理は、実施形態1と同じである。
The image corrected to the
本変形例によれば、ルックアップテーブルを使用することにより、メモリ631へのバッファリングと同時に画像補正が行うことができるので、簡易且つ高速に処理を完了することができる。
According to this modification, image correction can be performed simultaneously with buffering to the
(変形例2)
本変形例では、上述の実施形態1の図8に示す角度決定手段63に構成されたメモリ631および一次元化処理部633に代えて、図12に示すように、ピクセルカウンタ6300と、ルックアップテーブル(LUT)処理部6301(メモリ手段)と、加算器6302と、一次元データ用メモリ6303とを有した一次元化処理部633´を有している。
(Modification 2)
In the present modification, instead of the
これにより、撮像画像の位置アドレスに一次元データメモリの位置に対応した値をもつルックアップテーブル(LUT)と、一次元データメモリの値と撮像画像のピクセルの値とを加算する加算器とによって、図13に示すように、画像補正と一次元化とを同時に行うため、データ用メモリの容量が小さくなり、構成を簡素化することができる。 Thus, a lookup table (LUT) having a value corresponding to the position of the one-dimensional data memory at the position address of the captured image, and an adder for adding the value of the one-dimensional data memory and the value of the pixel of the captured image As shown in FIG. 13, since the image correction and the one-dimensionalization are simultaneously performed, the capacity of the data memory is reduced, and the configuration can be simplified.
〔実施形態2〕
図14〜図16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14は、本実施形態の入力システムのペン入力装置の一部の構成を示す断面図である。本実施形態と、上述の実施形態1との相違点は、ペン入力装置に具備される導光板の構造と、撮像ユニットの構成にある。なお、図14では、片方の撮像ユニットのみを図示しているが、もう片方の撮像ユニットも、図14に示す撮像ユニットと同一の構成である。
[Embodiment 2]
Another embodiment of the input system of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a partial configuration of the pen input device of the input system according to the present embodiment. The difference between the present embodiment and the first embodiment described above is the structure of the light guide plate provided in the pen input device and the configuration of the imaging unit. In FIG. 14, only one imaging unit is illustrated, but the other imaging unit has the same configuration as the imaging unit shown in FIG.
まず、本実施形態のペン入力装置に具備される導光板の構成について説明する。上述の実施形態1の導光板1では、光路変換部として貫通孔1hが設けられている。これに対して、本実施形態の導光板1´のタッチ面における、実施形態1の貫通孔1hと同じ位置に、凹部1h´が設けられている。
First, the configuration of the light guide plate provided in the pen input device of the present embodiment will be described. In the
上記凹部1h´は、底面がタッチ面と平行に構成され、開口端から当該底面に向かって開口径が徐々に小さくなった形状を有している。すなわち、凹部1h´の側面は導光板1´の厚さ方向に対して傾斜しており、この傾斜面は、実施形態1の貫通孔1hの壁面と同じく、導光板1´の背面に対して45度以下、例えば30度や45度で傾斜している(図14中のγ)。本実施形態では、この傾斜面によって、導光板1の内部を伝搬して当該壁面に至った光の全反射条件を破綻させることができる。全反射条件が破綻した光は、傾斜面によって反射して光路を変え、背面から更に下方に出射して、撮像ユニット10´に入射する。
The
本実施形態に具備される撮像ユニット10´は、上述の実施形態1の撮像ユニット10の可視光カットフィルタ12(図3)に代えて、アパーチャ14が、レンズ11と撮像素子13との間に配設されている。アパーチャ14は、凹部1h´の側面によって反射した光(伝搬光)以外の光が撮像素子13に入射することを防ぐために、凹部1h´の側面によって反射した光の光路のみが開口している一方、他の領域は遮光されている素子である。
The
そして、以上のように、伝搬光の光路変更部(凹部1h´の側面)が比較的小さい場合や、アパーチャ14を備えている場合には、撮像素子13(イメージセンサ)上に結像する像が、実施形態1の撮像素子13上に結像する像のように細長い線状の像15(図5)にはならず、長手方向が明瞭でない像となる。そのため、本実施形態のペン入力装置の構成の場合には実施形態1で説明したペン入力の検出原理とは異なる検出原理に基づいて、ペン入力の位置座標を求める。以下、本実施形態のペン入力の検出原理を、図15を用いて説明する。
As described above, when the optical path changing portion (side surface of the
図15(a)は、導光板1の一方の凹部1h´およびその近傍の部分平面図であり、図15(b)は、撮像素子13のイメージセンサに結像される像と当該像に基づいてタッチ位置の位置座標を検出する方法を模式的に示している。図14に示すように、ペン3から発せられて導光板1内部に入射した光は、導光板1内を伝搬し、凹部1h´の側面で光路を変え、導光板1から出射してレンズ11に入射し、アパーチャ14の開口部分を通過して、撮像素子13に受光される。撮像素子13は、イメージセンサを有しており、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、イメージセンサでは、図15(b)に示すように非線状の像15´が形成される。図15(b)に示すように像の長手方向が不明瞭である場合には、上述の実施形態1の検出装置60(図1、図6)に具備された交点算出手段61に代えて、図16に示す中心点算出手段610を備えて、異なる方法によって交点を算出する。
FIG. 15A is a partial plan view of one
中心点算出手段610は、図15(a)に示すように、導光板1´のタッチ面において第1の光入射位置(タッチ位置)から光が導光板1´に結合して導光板1の内部を伝搬してそのうちの一部の光束が凹部1h´にて取り出されて、図15(b)に示すように、撮像ユニット10´の撮像素子13(イメージセンサ)に入射して得られる第1の像と、同様に、図15(a)に示す第2の光入射位置(タッチ位置)からの光によって撮像素子13(イメージセンサ)に形成される第2の像と、図15(a)に示す第3の光入射位置(タッチ位置)からの光によって撮像素子13(イメージセンサ)に形成される第3の像と、を用いて、これら三つの像が一つの円周上に位置する仮想円の中心点を算出する。ここでは、三つの像(三つの光入射位置)を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、三つ以上であればよい。
As shown in FIG. 15A, the center point calculation means 610 is coupled to the
次に、中心点算出手段610によって算出された仮想円の中心点を通る仮想軸を、実施形態1と同じ仮想軸決定手段62によって決定する。以上の準備段階によって仮想線が設定された状態において、いよいよ位置座標検出段階として、角度決定手段63を用いる。
Next, the virtual axis passing through the center point of the virtual circle calculated by the center
この角度決定手段63は、第nの光入射位置から光が導光板1´に結合して導光板1´の内部を伝搬してそのうちの一部の光束が凹部1h´にて取り出されて図15(b)に示すように撮像ユニット10´の撮像素子13(イメージセンサ)に入射して得られる第nの像と、上記仮想円の中心点を結ぶ直線を求めて、求めた第nの直線と、上記仮想軸とが成す角度θnを求める。ここで、本実施形態においても、複数の光入射位置に基づいて撮像素子13上に結像される像の軌跡は、実施形態1よりも幅は狭いが扇形の軌跡となる。そのため、角度θnを求める方法は、実施形態1の方法と同じである。
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
1h 貫通孔(光取り出し部)
1h´ 凹部(光取り出し部)
2 液晶表示パネル
3 ペン(操作部材)
4a、4b 光束
7 固定用部材
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
14 アパーチャ
16 扇形状
16´ 矩形領域
17 線状像
20 撮像ユニット(受光手段)
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 検出装置(検出手段)
61 交点算出手段
61a 直線抽出部
61b 交点決定部
62 仮想軸決定手段
63 角度決定手段
64 座標検出手段
610 中心点算出手段
6300 ピクセルカウンタ
6301 ルックアップテーブル(LUT)処理部
6302 加算器
6303 一次元データ用メモリ
631 メモリ
632 画像補正部
633 一次元化処理部
634 二値化処理部
635 抽出部
1
1h 'recess (light extraction part)
2 Liquid
4a,
DESCRIPTION OF
23
50
61 intersection calculation means 61a straight
Claims (6)
上記導光板における互いに離れた複数の箇所に在って、各箇所から伝搬光を導光板の外部に取り出す複数の光取り出し部と、
各上記光取り出し部から取り出された各上記箇所の光を受けて棒状の像を結像する受光手段と、を備えた、導光板の上記上面における上記光の光入射位置の位置座標を検出する入力装置であって、
導光板の上記上面への光入射位置が変わるごとに各光入射位置の光が或る光取り出し部から取り出されて上記受光手段に受光されて得られる各上記棒状の像を結ぶと、扇形の軌跡が描かれる構成となっており、
上記入力装置は、
上記導光板の上記上面において互いに異なる少なくとも二箇所の光入射位置から光が受光手段にそれぞれ入射して得られる少なくとも2つの棒状の像のそれぞれの長手方向に延伸した各直線の交点を、導光板における互いに離れた二箇所にある上記光取り出し部ごとに算出する交点算出手段と、
上記交点算出手段によって算出された上記交点を通る仮想軸を決定する仮想軸決定手段と、
第nの光入射位置から光が入射したときに、上記受光手段に結像する第nの棒状の像の長手方向に延伸した第nの直線と上記仮想軸とが成す角度を上記二箇所にある光取り出し部ごとに算出し、算出された2つの当該角度を基に、第nの光入射位置の位置座標を検出する検出手段と、をさらに備えていることを特徴とする入力装置。 A light guide plate that propagates light incident from the upper surface inside;
A plurality of light extraction portions that are located at a plurality of locations apart from each other in the light guide plate and extract propagation light from each location to the outside of the light guide plate;
Light receiving means for forming a rod-like image by receiving the light from each of the portions extracted from each of the light extraction portions, and detecting the position coordinates of the light incident position of the light on the upper surface of the light guide plate An input device,
Each time the light incident position on the upper surface of the light guide plate changes, the light at each light incident position is extracted from a certain light extraction portion and received by the light receiving means, and the rod-shaped images obtained are connected. It is configured to draw a trajectory,
The input device is
On the upper surface of the light guide plate, the intersection of each straight line extending in the longitudinal direction of at least two rod-shaped images obtained by light entering the light receiving means from at least two different light incident positions is used as the light guide plate. Intersecting point calculating means for calculating for each of the light extraction parts in two locations separated from each other,
Virtual axis determination means for determining a virtual axis passing through the intersection calculated by the intersection calculation means;
When light enters from the nth light incident position, the angle formed by the nth straight line extending in the longitudinal direction of the nth rod-shaped image formed on the light receiving means and the virtual axis is set at the two positions. An input device, further comprising: a detecting unit that calculates each light extraction unit and detects the position coordinates of the nth light incident position based on the two calculated angles.
上記導光板における互いに離れた複数の箇所に在って、各箇所から伝搬光を導光板の外部に取り出す複数の光取り出し部と、
各上記光取り出し部から取り出された各上記箇所の光を受けて像を結像する受光手段と、を備えた、導光板の上記上面における上記光の光入射位置の位置座標を検出する入力装置であって、
導光板の上記上面への光入射位置が変わるごとに各光入射位置の光が或る光取り出し部から取り出されて上記受光手段に受光されて得られる各上記像を結ぶと、扇形の軌跡が描かれる構成となっており、
上記入力装置は、
上記導光板の上記上面において互いに異なる少なくとも三箇所の光入射位置から光が受光手段にそれぞれ入射して得られる少なくとも三つの像が一つの円周上に位置する仮想円の中心点を、導光板における互いに離れた二箇所にある上記光取り出し部ごとに算出する中心点算出手段と、
上記中心点算出手段によって算出された上記中心点を通る仮想軸を決定する仮想軸決定手段と、
第nの光入射位置から光が入射したときに、上記受光手段に結像する第nの像と上記中心点とを結ぶ第nの直線と、上記仮想軸とが成す角度を上記二箇所にある光取り出し部ごとに算出し、算出された2つの当該角度を基に、第nの光入射位置の位置座標を検出する検出手段と、をさらに備えていることを特徴とする入力装置。 A light guide plate that propagates light incident from the upper surface inside;
A plurality of light extraction portions that are located at a plurality of locations apart from each other in the light guide plate and extract propagation light from each location to the outside of the light guide plate;
An input device for detecting a position coordinate of the light incident position of the light on the upper surface of the light guide plate, and a light receiving means for forming an image by receiving the light of the respective portions extracted from the respective light extraction portions Because
Each time the light incident position on the upper surface of the light guide plate changes, the light at each light incident position is extracted from a certain light extraction unit and received by the light receiving means to connect the images, and a fan-shaped locus is formed. It is a composition that is drawn,
The input device is
At the top surface of the light guide plate, at least three images obtained by light incident on the light receiving means from at least three light incident positions different from each other, the center point of the virtual circle where one circle is located on the circumference is used as the light guide plate. Center point calculating means for calculating for each of the light extraction parts located at two locations apart from each other,
Virtual axis determination means for determining a virtual axis passing through the center point calculated by the center point calculation means;
When light enters from the nth light incident position, the angle formed by the nth straight line connecting the nth image formed on the light receiving means and the central point and the virtual axis is set at the two positions. An input device, further comprising: a detecting unit that calculates each light extraction unit and detects the position coordinates of the nth light incident position based on the two calculated angles.
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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