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JP2001282446A - レンズおよびそれを使用した座標入力/検出装置並びに情報表示入力装置 - Google Patents

レンズおよびそれを使用した座標入力/検出装置並びに情報表示入力装置

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Publication number
JP2001282446A
JP2001282446A JP2000099492A JP2000099492A JP2001282446A JP 2001282446 A JP2001282446 A JP 2001282446A JP 2000099492 A JP2000099492 A JP 2000099492A JP 2000099492 A JP2000099492 A JP 2000099492A JP 2001282446 A JP2001282446 A JP 2001282446A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
lens
touch panel
panel
detection device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000099492A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuki Matsuura
康樹 松浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ある方向には平行光束でそれに直交する
方向には広く拡散する光束を設計どうりに得ること、容
易にできるレンズを提供する。 【解決手段】 X軸方向の光軸Oに直交し且つ互いに直
交する第1の方向(Z軸方向)には凸レンズの特性をも
ち、第2の方向(Y軸方向)には凹レンズの特性をもつ
1個のレンズであり、光の入射面と出射面のうちの一方
の面である第1の面9aが、Z軸方向には凸形状でY軸
方向には凹形状をなしている。さらに、他方の面である
第2の面9bが、Z軸方向にはフラットな形状でY軸方
向には凹形状をなしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、入射光をある方
向には平行光束にし、それに直交する方向には扇形状に
拡散する光束にするためのレンズ、およびそのレンズを
使用した座標入力/検出装置並びに情報表示入力装置に
関する。座標入力/検出装置は、例えば光学式座標入力
装置、光学的位置検出装置、あるいは光学式タッチパネ
ル等に用いられる。また、情報表示入力装置は、座標入
力/検出装置とディスプレイを有する情報表示装置とを
備えたものであり、例えばタッチパネル付き大画面ディ
スプレイ装置、電子黒板、テレビ会議用装置、大型プロ
ジェクション・タッチパネル装置、ディスプレイ一体型
タブレット、マルチメディアボードなどと称されてい
る。
【0002】
【従来の技術】一般に、各種の研究発表の場、会議やプ
レゼンテーション等においては、発表内容や議事内容等
を多数の人が一時に見られる情報伝達媒体として黒板又
はホワイトボードが使用されることが多いが、近年、書
いた内容を保存したり紙にプリントして出力することが
できる電子黒板の需要が増加している。
【0003】また、ディスプレイ上のタッチパネルを人
の指又はタッチぺン等によって指示したり文字等を書き
込んだりすると、その指示あるいは書き込んだ情報をリ
アルタイムでコンピュータに入力したり、それに対応す
る種々の情報を表示したりする情報表示入力システムも
開発されてきた。そのような装置において、タッチパネ
ルから入力を行う場合には、パネル面上での指示位置
(タッチ位置)を高精度に検出できるようにする必要が
ある。
【0004】パネル面上の指示位置を検出する座標入力
/検出装置としては、表示画面等のパネル面の外周に多
数の発光素子と受光素子を対向配置することにより、パ
ネル面上の全面に光のマトリクスを構成し、指又は任意
のペン等がパネルに接触することによる光の遮断位置を
検出する装置がある(例えば、特許2678231号参
照)。
【0005】この装置は、高いS/Nが得られるという
利点を有するため、大型の表示装置に適用を拡張させる
ことも可能であるが、発光素子と受光素子の配置間隔に
検出の分解能が比例するので、入力座標値を高精度に求
めるためには、発光素子と受光素子をそれぞれ小さい配
列ピッチで多数配置しなければならず、その信号処理回
路も複雑になる。そのため、コストがかかるという欠点
を有する。
【0006】また、特開平5−53717号公報に見ら
れるように、レーザ光線等の光線をパネル面の外側の2
ケ所から、それぞれその投射角度を走査して投射し、再
帰的に反射する機能を有する専用ペンからの反射光か
ら、専用ペンが存在する角度をそれぞれ求め、求めた角
度を三角測量の原理に当てはめて位置座標を計算するよ
うにした光学式2次元座標入力装置もある。しかし、こ
の座標入力装置は、専用のペンを使用しなければならな
いため、操作性に問題があり、指や任意のペンにより入
力できない欠点を有する。
【0007】さらに、特開平11−85376号公報に
見られるように、ディスプレイパネルの一辺の両隅の外
側に、発光素子と受光素子とポリゴンミラー等を有する
一対の光送受ユニットを配置し、その各ポリゴンミラー
を回転させて2つの光ビームによりパネル面の略全面を
走査させ、ディスプレイパネルの他の辺に設けた再帰反
射シートによって反射させ、その反射ビームを上記一対
の光送受ユニットの各受光部で受光し、三角測量の原理
を利用して位置座標を計算するようにした装置もある。
【0008】この装置は、人の指や任意のペンでの入力
が可能で、視認性にも優れ、大型化なども比較的容易で
ある。しかし、機械的な回転部を有するため騒音や振動
が発生し、検出精度を上げにくく、故障や耐久性の問題
などもある。
【0009】そこで、本出願人は、先に、少なくとも二
つの光出射手段によって、それぞれタッチパネル上の所
定領域をパネル面に略平行に進行し、そのパネル面に垂
直な方向には略一定の厚さの平行光束をなし、パネル面
に平行な方向には扇形状をなす光束を出射し、タッチパ
ネルの周縁部に設けられた再帰反射シートによって反射
させ、その反射光を少なくとも二つの強度分布検出手段
によって受光してそれぞれその光の強度分布を検出し、
その各強度分布から、タッチパネル上の所定領域を進行
する光が遮られた遮光位置の座標を特定するようにした
座標入力/検出装置を提案している。
【0010】この装置によれば、タッチパネルのパネル
面を指やペン等の任意の指示物体で指示して、パネル面
の所定領域上の全域に亘って照射されている光束の一部
を遮ると、そのパネル面上の遮光位置の座標が精度よく
検出され、所望の入力操作を行うことができる。したが
って、反射部材を有する特殊なペンを使用する必要がな
い。しかも、ポリゴンミラーのような機械的な走査機構
を使用しないので、騒音や振動が発生することがなく、
検出精度もよい。さらに、故障が少なく耐久性もよいな
ど、これまでの問題点を全て解決できるものである。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような座
標入力/検出装置によって、タッチパネルの略全域にお
いて指示位置を精度よく検出できるようにするために
は、パネル面に垂直な方向にはなるべく薄い平行光束と
なり、パネル面に平行な方向にはパネル面の略全域に広
がるように扇形状に拡散した光束を、パネル面に近接し
て出射する必要がある。
【0012】そのため、これまでに提案した装置では、
光出射手段として、レーザダイオード(LD)や発光ダ
イオード(LED)による光源と、複数個のシリンドリ
カルレンズを組み合わせて使用していた。
【0013】例えば、光学ユニットの発光部6を図15
に示すように構成し、レーザダイオードによる光源3か
ら楕円錘状に発光される光を、タッチパネル10のパネ
ル面10aに垂直なZ軸方向にのみ凸レンズとして作用
するシリンドリカルレンズ91を透過させることによっ
て、パネル面10aに垂直な方向(Z軸方向)には略均
一な厚みの平行光束にし、さらに、パネル面に平行な方
向にのみ凹レンズとして作用する2つのシリンドリカル
レンズ92,93を透過させることによって、パネル面
10aに平行な方向(Y軸方向)に扇形状に拡散された
光束にする。
【0014】なお、この図15において、二点鎖線の枠
aで囲んだ部分は、発光部6を矢印A方向から見た図で
あり、説明の便宜上タッチパネルの側面から見た図と一
緒に示している。このようにして、発光部6からは、パ
ネル面10aに垂直な方向には一定の厚さの薄い平行光
束であり、パネル面10aに平行な方向には設置位置を
中心に所定角度で扇形状に拡散した光束が、パネル面1
0aに略平行に出射され、パネル面10aの検出領域の
略全面に放射される。
【0015】しかしながら、このように光源に対して複
数のシリンドリカルレンズを組み合わせて使用するた
め、複数の各レンズの特性を精密に管理する必要がある
だけでなく、その各レンズを光軸を一致させて配置し、
その間隔や設置角度等を個々に且つ相対的に精密に調整
する必要があり、設計どうりの出射光束を得るために
は、ミクロンオーダの寸法管理が必要になる。
【0016】しかし、調整誤差が生じるのは避けられ
ず、設計どおりの拡散光束が得られなくなる可能性があ
る。そうすると、パネル面の全域において指示体のタッ
チ位置を確実に検出することができなくなるばかりか、
光源にレーザダイオードを使用する場合には、拡散光束
の中央部の光強度が強すぎて、その照射光を人間が直視
した場合の安全レベルを超える恐れもあった。
【0017】この発明はこのような問題を解決するため
になされたものであり、点光源から発光される光を所望
の光束、特にある方向には平行光束でそれに直交する方
向には広く拡散する光束を設計どうりに得ることが、複
数のレンズの位置調整などすることなく簡単にできるよ
うにするレンズを提供することを目的とする。また、そ
のレンズを使用して、タッチパネル上の全域において指
示体のタッチ位置を高精度で検出できる座標入力/検出
装置と、その座標入力/検出装置を備えた操作性がよい
情報表示入力装置を提供することも目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するため、光軸に直交し且つ互いに直交する第1の
方向には凸レンズの特性をもち、第2の方向には凹レン
ズの特性をもつレンズを提供する。そのレンズは、光の
入射面と出射面のうちの少なくとも一方の面が、上記第
1の方向には凸形状で第2の方向には凹形状をなしてい
るとよい。さらに、上記光の入射面と出射面のうちの他
方の面が、上記第1の方向にはフラットな形状で第2の
方向には凹形状をなしていてもよい。
【0019】このレンズを使用すれば、1個のレンズ
で、点光源から発光される光を第1の方向には平行光束
で第2の方向には広く拡散する光束を設計どうりに得る
ことができ、複数のレンズの位置調整などが不要にな
る。したがって、拡散方向の中央部での光強度のバラツ
キもすくなくなり、安全レベルを超えるような恐れもな
くなる。
【0020】この発明による座標入力/検出装置は、タ
ッチパネルと、そのタッチパネル上の所定領域をパネル
面に略平行に進行し、パネル面に垂直な方向には略一定
の厚さの平行光束をなし、パネル面に平行な方向には扇
形状をなす光束を出射する少なくとも二つの光出射手段
と、上記タッチパネルの周縁部に設けられ、各光出射手
段から出射された光をほぼ同一光路に向けて反射する反
射手段と、その反射された光を受光し、受光した光の強
度分布を検出する少なくとも二つの強度分布検出手段
と、それによって検出された強度分布から、タッチパネ
ル上の所定領域を進行する光が遮られた遮光位置の座標
を特定する座標特定手段とを備えている。
【0021】そして、上記の目的を達成するため、上記
光出射手段を、光源と、その光源と同一光軸上に配置さ
れ、光軸および上記パネル面に直交する第1の方向には
凸レンズの特性をもち、光軸に直交して上記パネル面に
平行な第2の方向には凹レンズの特性をもつ1個のレン
ズとによって構成したものである。
【0022】上記レンズは、光源の発光による光を入射
する側の面が、上記第1の方向には凸形状で第2の方向
には凹形状をなしているとよい。さらに、上記レンズ
は、入射した光を出射する側の面が、上記第1の方向に
はフラットな形状で第2の方向には凹形状をなしている
とよい。
【0023】この発明による情報表示入力装置は、上記
座標入力/検出装置と、各種の情報を表示するディスプ
レイを有する情報表示装置とからなり、その情報表示装
置のディスプレイがタッチパネルを兼ね、そのディスプ
レイ上に透明なタッチパネルを配置したものである。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
に基づいて具体的に説明する。まず、この発明によるレ
ンズの実施形態を図1から図3によって説明する。図1
は、そのレンズを3次元座標軸と共に示す斜視図であ
る。このレンズ9は、X軸方向の光軸Oに直交し且つ互
いに直交する第1の方向(Z軸方向)には凸レンズの特
性をもち、第2の方向(Y軸方向)には凹レンズの特性
をもつ1個のレンズである。
【0025】そして、この実施形態では、光の入射面と
出射面のうちの一方の面である第1の面9aが、Z軸方
向には凸形状でY軸方向には凹形状をなしている。ま
た、他方の面である第2の面9bが、Z軸方向にはフラ
ットな形状でY軸方向には凹形状をなしている。したが
って、このレンズの第1の面9a側は、互いに直交する
シリンドリカルな凸レンズと凹レンズが一体になった形
状および特性をもち、第2の面9b側は、面9a側の凹
レンズと同方向のシリンドリカルな凹レンズの形状及び
特性をもつ。
【0026】図2及び図3は、このレンズ9による光源
から入射する光の屈折状況を示す図であり、図2は図1
に示したレンズ9のY軸方向の中央部をのX−Z面に沿
って切断した断面図、図3は上方から見た平面図を、光
源であるレーザダイオードと共に示している。
【0027】光源3は発光中心がレンズ9の光軸O上に
位置するようにし、レンズ9の第1の面9aから所定距
離だけ離して配置される。それによって、レーザダイオ
ードである光源3が発光される楕円錘状のレーザ光は、
レンズ9の第1の面9a側に入射し、第2の面9b側か
ら出射する。
【0028】そして、レーザ光がレンズ9を透過する際
に、前述のZ軸方向には図2に示すように、第1の面9
a側の凸レンズの特性によって、一定の厚みDの平行光
束になるように屈折される。同時に、Y軸方向には図3
に示すように、第1の面9a側の凹レンズの特性と第2
の面9b側の凹レンズの特性によって、楕円錘状に広が
っているレーザ光がさらに大きく拡散されて扇形状に広
がる。すなわち、このレンズ9は拡散レンズとして機能
する。このように、このレンズ9を使用すれば、1個の
レンズで、光源3から発光される光を第1の方向には平
行光束で第2の方向には広く拡散する光束を設計どうり
に得ることができ、複数のレンズの位置調整などが不要
である。
【0029】次に、このレンズを使用したこの発明によ
る座標入力/検出装置の実施形態について説明する。図
4はその座標入力/検出装置の全体構成の概略を示すブ
ロック図、図5はその一対の光学ユニットによるタッチ
パネル上の検出領域を示す説明図である。
【0030】まず、図4を参照して、この座標入力/検
出装置は、タッチパネル10の下辺の両隅部に、それぞ
れ光出射手段と強度分布検出手段を構成する光源、CC
D,ハーフミラー,レンズ等を含む光学系を内蔵する一
対の光学ユニット1L及び1Rが下辺に対して傾斜して
設けられている。また、タッチパネル10の下辺を除く
3辺には、反射手段である再帰反射シート2が設けられ
ている。その再帰反射シート2は、例えば円錐形状のコ
ーナキューブが多数配列されたものであり、入射した光
を同一光路に向けて反射する特性を有する。
【0031】下辺を除く3辺に再帰反射シート2を設
け、光学ユニット1L及び1Rを下辺の左右の隅部に配
置したのは、下辺に再帰反射シート2を配置すると、そ
の上にゴミが溜り易く、そのゴミによって再帰反射シー
ト2の反射性能が低下する恐れがあるためである。
【0032】左右の光学ユニット1L及び1Rからの出
射光は、図5に示すように、タッチパネル10のパネル
面10aに平行な方向には、それぞれ角度θA内の領域
とθB内の領域をカバーする扇形状に広がる光束とな
り、いずれもパネル面10aの略全域を検知できるよう
に出射される。この角度θAおよびθBを大きくする程、
扇形状の光束がパネル面10a上の隅々まで行き渡るこ
とになり、位置検出を広範囲に行うことが可能になる。
この光学ユニット1L及び1Rからの出射される各光束
は、パネル面10aに垂直な方向には、一定の厚さの薄
い平行光束になっている。
【0033】図4において、左側の光学ユニット1Lか
ら出射される扇形状の光束を、説明の便宜上、L1,L
2,L3,…………,Lmからなる光の束で構成されて
いるものとし、同様に、右側の光学ユニット1Rから出
射される扇形状の光束を、R1,R2,R3,………
…,Rmからなる光の束で構成されているものとする。
【0034】光学ユニット1L及び1Rから出射された
レーザ光は、いずれもタッチパネル10のパネル面10
aに平行に進行し、3辺に設けられた再帰反射シート2
に達すると反射されて、反射光L2′,R2′で示すよ
うに再び同一光路を通って光学ユニット1L又は1Rに
戻る。但し、このパネル面10a上に指示体Pのような
遮光物が存在すると、それに当たった投射光はそこで遮
断されて再帰反射シート2に到達しないため、その反射
光が光学ユニット1L又は1Rに戻ることはない。
【0035】その反射光が戻らなかった光の方向を、各
光学ユニット1L又は1R内の強度分布検知手段による
検知信号から知ることができる。その詳細は後述する
が、光学ユニット1L又1R内の強度分布検知手段によ
る検知信号に基づいて、座標特定手段である演算部20
が、タッチパネル10上の所定領域を進行する光が指示
体Pによって遮られた遮光位置の座標を特定する演算処
理を行う。その演算部20によって特定された位置の座
標データをインタフェース部26を通してコンピュータ
14ヘ出力する。
【0036】次に、光学ユニット1L及び1Rの構成及
びその出射光束および再帰反射シート2による反射光束
の光路について、図6によって具体的に説明する。光学
ユニット1Lと1Rは同じ構成であるから、図6による
光学ユニットの説明は、光学ユニット1Lと1Rに共通
である。図6において、10はタッチパネルであり、そ
のパネル面10aに平行な方向の座標軸をX軸とY軸、
パネル面10aと直交する方向の座標軸をZ軸とする。
【0037】光学ユニットは、光出射手段である発光部
6と、強度分布検出手段である受光部7と、光分割手段
であるハーフミラー11とを備えている。なお、この図
6は基本的にはX−Z面から見た図であるが、二点鎖線
の枠aで囲んだ部分は、発光部6を矢印A方向から見た
図であり、二点鎖線の枠bで囲んだ部分は、受光部7を
矢印B方向から見た図であり、これらを図示の都合上一
緒に示している。
【0038】発光部6は、図2及び図3によって説明し
たように、レーザダイオード(LD)による光源3とこ
の発明によるレンズ9とによって構成され、レンズ9
は、光軸Oに直交し、タッチパネル10のパネル面10
aにも直交するZ軸方向には凸レンズの特性をもち、光
軸Oに直交しパネル面10aには平行なY軸方向には凹
レンズ(拡散レンズ)の特性をもつ。そして、第1の面
9aに光源3の発光によるレーザ光を入射する。
【0039】その入射したレーザ光がレンズ9を透過す
ることにより、その凸レンズと凹レンズの特性によっ
て、パネル面10aに垂直な方向には厚さが薄い平行光
束となり、パネル面10aに平行な方向には扇形状に広
く拡散する光束となって、パネル面10aの略全域に放
射される。このように、1個のレンズ9によって所望の
光束を容易に得ることができ、複数のレンズを個々に及
び相対的に調整する手数がかからず、調整誤差が発生す
ることもない。
【0040】図7は、タッチパネル10に垂直な方向で
あるZ方向におけるレーザ光束の光量分布特性、図8
は、タッチパネル10に平行な方向であるY方向におけ
るレーザ光束の光量分布特性をそれぞれ示す曲線図であ
る。この図7及び図8において、レンズ9に入射するレ
ーザ光束の特性を太線で、レンズ9を透過した後の特性
を細線で示している。
【0041】扇形状に拡散したレーザ光束は、入力座標
値の検出精度を高めるためには、厚さ方向(Z軸方向)
にはなるべく薄くして、タッチパネル10に垂直な方向
の検出領域を少なくして、指示体によるタッチ以外の遮
光に誤検知を防ぐ必要がある。そのため、レーザ光束の
光量分布が所定幅内に集中する方が望ましく、レンズ9
を透過した後の最大値pが高い方がよい。
【0042】また、タッチパネル10上の全域にに射出
光が行き渡るように、Y軸方向には光量分布が広範囲に
なるべく均一になるのが望ましく、レンズ9を透過した
後の最大値qは低い方がよい。安全性の基準は、この最
大値pとqの積の値で規制されるが、この座標入力/検
出装置では、1個のレンズ9と光源3との関係だけでこ
の値が決まるので、安全基準をクリアして最適な値にす
ることが容易である。
【0043】図6の説明に戻って、上述のようにして発
光部6から射出されたレーザ光束は、ハーフミラー11
を透過してパネル面10aに略平行に進行し、パネル面
10aの検出領域の略全面に放射される。その光束は、
途中で遮られることがなければ、タッチパネル10の周
辺に設けられた再帰反射シート2に達し、そこで再帰的
に反射され、その反射光束は再び同一光路を辿って同じ
光学ユニットに戻り、ハーフミラー11で90°反射さ
れて受光部7に入射する。
【0044】受光部7は、凸レンズによる集光レンズ
(結像レンズ)12と光−電気変換素子であるCCD1
3とからなる。そして、反射光束は、パネル面10aに
水平な方向には集光レンズ12の中心に集光するように
伝搬し、パネル面10aに垂直な方向には平行光束のま
ま集光レンズ12に入射するように伝搬する。そのた
め、集光レンズ12の作用を受けて、集光レンズ12の
焦点面に設置されたCCD13の受光面13a上に、Y
軸方向に平行な細い線状(受光素子の配列ライン対応す
る)に結像する。
【0045】これにより、CCD13の受光面13a上
に、Y軸方向に平行な光の強度分布が、再帰反射光の有
無に応じて形成され、それがCCD13に検出されて電
気信号に変換される。すなわち、再帰反射光を指やペン
等で遮った場合、受光面13a上の遮られた再帰反射光
に相当する位置に光強度の弱い点(後述するピーク点)
が生じ、それが検出信号の波形に現われる。
【0046】ここで、この光学ユニットの組立構造の例
を図9によって説明する。図9はこの光学ユニットを一
部分解して示す斜視図である。レーザダイオードによる
光源3は、回路基板8にリード線を半田付けされて取り
付けられ、その回路基板8は、複数本のねじ14によっ
てレンズブロック4に取りつけられる。なお、光源3と
しては点光源に近いものであればよく、発光ダイオード
(LED)を用いてもよい。
【0047】レンズブロック4内には、レンズ9とハー
フミラー11と、図6に示した集光レンズ12が位置合
わせして装着されている。また、このレンズブロック4
には、光源3からのレーザ光束を入射するための入射窓
41と、その入射したレーザ光束をレンズ9及びハーフ
ミラー11を透過して再帰反射シート2に向けて出射
し、再帰反射シート2による反射光を入射させるための
窓42を設けている。CCD13はCCD基板5上に取
り付けられ、そのCCD基板5もねじ14によってレン
ズブロック4に取り付けられる。
【0048】次に、図4に示した演算部20の詳細につ
いて説明する。図10はその演算部20の構成例を光学
ユニット1L,1Rと共に示すブロック図である。この
演算部20は、全体を統括制御するCPU21と、その
制御プログラム等の固定的データを格納するROM22
と、一時的なデータを格納するRAM23と、光学ユニ
ット1L及び1Rに設けられた光源3の発光時間間隔を
制御するタイマ24と、ピーク検出器25L及び25R
と、xy演算器29と、この演算部20をコンピュータ
に接続するためのインタフェース部26と、上記各部を
接続するバス27とを備えている。なお、RAM23に
は、波形メモリ28L,28Rの領域が設けられてい
る。
【0049】この演算部20によって、左右の光学ユニ
ット1L,1Rの各CCD13から入力される再帰反射
光のパネル面に平行な方向の強度分布に応じた電気信号
に基づいて、パネル面上を進行する光が遮られた位置の
座標を特定する処理を行う。その処理について、図11
から図13によって説明する。図11は演算部20にお
いて、CPU21が座標特定処理を実行するために使用
する部分だけを示すブロック図である。
【0050】図4に示した左右の光学ユニット1L,1
Rの各CCD13L,13R(図6におけるCCD13
に相当する)から電気信号として出力される再帰反射光
のパネル面に平行な方向の光強度分布を表す波形データ
がこの演算部20に入力され、図10に示したRAM2
3内の波形メモリ28Lおよび28Rにそれぞれ格納さ
れる。ピーク検出器25Lおよび25Rは、その波形メ
モリ28Lおよび28Rに格納された波形データのピー
ク点の位置を検出する処理を実行する。
【0051】図12は、ピーク点の説明図である。例え
ば、光学ユニット1Lから出射された光L1,L2,L
3,………,Ln−1,Ln,………,Lmで構成され
る扇形状の光束において、n番目の光Lnが指やペン等
の指示体Pによって遮られると、その光は再帰反射シー
ト2に到達することは無い。よって、n番目の光Lnが
光学ユニット1LのCCD13Lによって受光されるこ
とはないので、CCD13Lの受光素子列の中心Cから
距離DnLの位置に光強度の弱い点(暗点)が生じる。
その結果、CCD13Lから出力される光の強度分布の
波形にレベル低下のピーク点が出現することになる。
【0052】ピーク検出器25Lおよび25Rは、例え
ば平滑化微分等の波形演算手法を用いて、この波形のピ
ーク点となった暗点の位置Dn(左側の光学ユニット1
LのCCD13L上ではDnL、右側の光学ユニット1
Rの受光素子13R上ではDnR)をそれぞれ検出す
る。
【0053】ピーク検出器25Lおよび25Rによって
波形データからピーク点の位置が検出されると、xy演
算器29は、波形データにピーク点を出現させた指示体
Pの位置座標(x,y)を算出する。そのxy演算器2
9による指示体Pの位置座標(x,y)の算出処理につ
いて図13によって説明する。
【0054】図12で示した指示体Pによって遮られた
光学ユニット1L側の光Lnの出射/入射角θnLと、
同様に光学ユニット1R側の光Rnの出射/入射角θn
Rは、それぞれ次式により算出することができる。 θnL=arctan(DnL/f) ………(1) θnR=arctan(DnR/f) ………(2)
【0055】ここで、DnLはピーク検出器25Lで検
出された光学ユニット1LにおけるCCD13上の暗点
の位置、DnRはピーク検出器25Rで検出された光学
ユニット1RにおけるCCD13上の暗点の位置、fは
集光レンズ12と受光素子13の間の距離で、集光レン
ズ12の焦点距離に相当する。
【0056】また、(1)式で得たθnLと(2)式で
得たθnRを用いることにより、図13に示す光学ユニ
ット1L側の光Lnのタッチパネル10の下辺(X軸方
向)とのなす角度θLと、光学ユニット1R側の光Rn
のタッチパネル10の下辺(X軸方向)とのなす角度θ
Rを次の式により算出することができる。 θL=g(θnL) ………(3) θR=h(θnR) ………(4) ここで、タッチパネル10と光学ユニット1Lとの幾何
学的な相対位置関係の変形係数、hはタッチパネル10
と光学ユニット1Rとの幾何学的な相対位置関係の変形
係数である。
【0057】そして、指示体Pによる遮光位置の座標
(x,y)は、三角測量の原理により、次式によって算
出される。 x=wtanθR/(tanθL+tanθR) ………(5) y=wtanθL・tanθR/(tanθL+tanθR) ………(6) ここで、wは光学ユニット1L及び1R間の距離であ
る。
【0058】以上により、指示体Pによる遮光位置の座
標(x,y)は、DnL、DnRを検出することにより
(1)〜(6)式の演算によって算出される。これらの
演算に必要なプログラムはCPU21の処理プログラム
の一部として予めROM22に格納しておくことができ
る。
【0059】ここで、以上の構成を有する座標入力/検
出装置全体の動作をまとめて説明する。図13に示した
ように、この座標入力/検出装置のタッチパネル10の
パネル面10a上の任意の位置を指やペン等の指示体P
で指示すると、光学ユニット1L及び1Rからそれぞれ
出射された光LnおよびRnが指示体Pによって遮ら
れ、再帰反射シート2に到達しないので、光学ユニット
1L及び1Rの各CCD13(図4)に受光されること
はない。
【0060】これによって、各CCD13上のある位置
(DnL,DnR)に光強度の弱い点(暗点)が発生し、
その反射光束のパネル面10aに平行な方向の強度分布
に応じた波形データが、波形メモリ28Lおよび28R
に格納される。この波形データに基づいて、ピーク検出
器25Lおよび25Rが各CCD13上の暗点位置(D
nL,DnR)を検出し、xy演算器29によりその遮
光位置の座標(x,y)を算出する。こうして得られた
座標(x,y)のデータが、インタフェース部26を介
して図4のコンピュータ14に入力され、指示位置に対
応した処理がなされる。
【0061】最後に、この発明による座標入力/検出装
置を備えた情報表示入力装置の一実施形態を図14によ
って説明する。図14は、その情報表示入力装置である
マルチメディアボードを斜め前方側から見た斜視図であ
る。
【0062】この情報表示入力装置80は、各種情報を
表示する大画面のディスプレイと上述した座標入力/検
出装置のタッチパネルとを兼ねたボード部81と、キャ
スタ82上に載置されたコンピュータ収納部83、ビデ
オデッキ収納部84、及びプリンタ収納部85とが重ね
て設けられており、ボード部81は背面側に設けられた
支柱によって支持されて、プリンタ収納部85の上部に
設置されている。このプリンタ収納部85の上面は図示
していないキーボードを置くためのキーボード台86も
兼ねている。
【0063】ボード部81は、大画面のフラットパネル
81aを用いた情報表示装置であるプラズマカラーディ
スプレイに、前述した座標入力/検出装置を組み込んだ
ものであり、そのフラットパネル81aを前述したタッ
チパネル10に兼用し、その枠体81b内の下部におけ
る左右両隅部に、前述した一対の光学ユニット1L,1
Rが収納されている。また、フラットパネル81aの下
辺以外の周囲には再帰反射シートが設けられている。こ
のボード部81の背面側には、プラズマカラーディスプ
レイの駆動ユニットと、図4に示した演算部20等を含
む座標入力/検出装置のコントローラユニット等が設け
られている。
【0064】この情報表示入力装置80によれば、ボー
ド部81のプロジェクタのような大画面で、指先やペン
によるフラットパネル81aの画面上への自由な書き込
みや指示により、その書き込み情報をそのまま表示した
り、指示に応じた情報を表示したり、コンピュータ収納
部83に収納されたコンピュータに入力したりすること
ができ、そのコンピュータからのデータ、あるいはビデ
オデッキ収納部84に収納されたビデオデッキからの再
生画像データ等による鮮明なカラー画像を表示すること
もできる。また、画面に表示された情報をプリンタ収納
部85に収納されたプリンタによって、用紙にプリント
して出力することもできる。
【0065】ボード部81の画面に表示された情報は、
1画面を1ページとして、書き込んだ情報等をページ単
位で管理するため、全ページの一覧表示やページの並べ
替え、ページの削除や追加等の編集も容易に行うことが
できる。その作成した各ページをファイルとして保存し
ておくこともできる。
【0066】したがって、会議や打合せ用のツールとし
て、あるいはプレゼンテーション用のツールとして非常
に便利である。コンピュータにキーボードを接続して操
作し、ボード部81を通常のコンピュータの表示画面と
して使用することもでき、コンピュータの操作方法の教
育用などに活用することができる。この実施形態では、
ボード部81のディスプレイのフラットパネルをタッチ
パネルに兼用したが、情報表示装置のディスプレイ上に
座標入力/検出装置のタッチパネルとして、透明なタッ
チパネルを配置するようにしてもよい。
【0067】なお、この発明によるレンズを、座標入力
/検出装置および情報表示入力装置に使用した例につい
て説明したが、これらに限らず、エレベータや電車など
の入口安全確認用、自動ドアの人体検知用など各種の光
学的センサシステムにおける投射光束形成などにも使用
できる。
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
るレンズを使用すれば、点光源から発光される光を所望
の光束、特にある方向には平行光束でそれに直交する方
向には広く拡散する光束を得ることが容易になり、複数
のレンズの位置調整などする必要がなくなるため、調整
誤差などが発生せず、調整の手間もかからない。そし
て、この発明によるレンズを使用した座標入力/検出装
置は、タッチパネル上の略全域において指示体のタッチ
位置を高精度で検出でき、その座標入力/検出装置を備
えた情報表示入力装置によれば、その画面上の指示位置
や書き込み位置を高精度に検知して、正確な指示情報の
入力や書き込み情報の表示などを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明によるレンズの一実施形態を示す斜視
図である。
【図2】図1に示したレンズによる光源から入射する光
の屈折状況を示すX−Z面に沿う断面図である。
【図3】同じくその上方から見た平面図である。
【図4】この発明による座標入力/検出装置の一実施形
態の概略を示すブロック図である。
【図5】図4に示した一対の光学ユニットによるタッチ
パネル上の検出領域を示す説明図である。
【図6】同じくその光学ユニットの構成とその出射光束
及び反射光束の光路を示す光路図である。
【図7】同じくその光学ユニット内のレンズに入射する
レーザ光束と出射するレーザ光束のZ軸方向における光
量分布特性を示す曲線図である。
【図8】同じくそのY軸方向おける光量分布特性を示す
曲線図である。
【図9】同じくその光学ユニットを一部分解して示す斜
視図である。
【図10】図4に示した演算部の構成を光学ユニットと
共に示すブロック図である。
【図11】図10に示した演算部においてCPUが座標
特定処理を実行するために使用する部分を示すブロック
図である。
【図12】図11におけるピーク検出器によって検出す
るピーク点の説明図である。
【図13】図11におけるxy演算器によって行う遮光
位置の座標を演算する処理を説明するための説明図であ
る。
【図14】この発明による情報表示入力装置の一実施形
態の外観を示す斜視図である。
【図15】先に提案した座標入力/検出装置における光
学ユニットの発光部の構成例を示す光路図である。
【符号の説明】
1L,1R:光学ユニット 2:再帰反射シート(反射手段) 3:光源 4:レンズブロック 5:CCD基板 6:発光部(光出射手段) 7:受光部(強度分布検出手段) 8:回路基板 9:レンズ(拡散レンズ) 9a:第1の面 9b:第2の面 10:タッチパネル 10a:パネル面 11:ハーフミラー 12:集光レンズ 13:CCD(光−電気変換素子) 13a:受光面 14:コンピュータ 20:演算部 21:CPU 22:ROM 23:RAM 24:タイマ 25L,25R:ピーク検出器 26:インタフェース部 27:バス 28L,28R:波形メモリ 29:xy演算器 80:情報表示入力装置 81:入力部 81a:フラットパネル 81b:枠体 82:キャスタ 83:コンピュータ収納部 84:ビデオデッキ収納部 85:プリンタ収納部 86:キーボード台
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成12年4月3日(2000.4.3)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0026
【補正方法】変更
【補正内容】
【0026】図2及び図3は、このレンズ9による光源
から入射する光の屈折状況を示す図であり、図2は図1
に示したレンズ9のY軸方向の中央部をX−Z面に沿っ
て切断した断面図、図3は上方から見た平面図を、光源
であるレーザダイオードと共に示している。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0035
【補正方法】変更
【補正内容】
【0035】その反射光が戻らなかった光の方向を、各
光学ユニット1L又は1R内の強度分布検知手段による
検知信号から知ることができる。その詳細は後述する
が、光学ユニット1L又は1R内の強度分布検知手段に
よる検知信号に基づいて、座標特定手段である演算部2
0が、タッチパネル10上の所定領域を進行する光が指
示体Pによって遮られた遮光位置の座標を特定する演算
処理を行う。その演算部20によって特定された位置の
座標データをインタフェース部26を通してコンピュー
タ14ヘ出力する。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0042
【補正方法】変更
【補正内容】
【0042】また、タッチパネル10上の全域に射出光
が行き渡るように、Y軸方向には光量分布が広範囲にな
るべく均一になるのが望ましく、レンズ9を透過した後
の最大値qは低い方がよい。安全性の基準は、この最大
値pとqの積の値で規制されるが、この座標入力/検出
装置では、1個のレンズ9と光源3との関係だけでこの
値が決まるので、安全基準をクリアして最適な値にする
ことが容易である。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0044
【補正方法】変更
【補正内容】
【0044】受光部7は、凸レンズによる集光レンズ
(結像レンズ)12と光−電気変換素子であるCCD1
3とからなる。そして、反射光束は、パネル面10aに
水平な方向には集光レンズ12の中心に集光するように
伝搬し、パネル面10aに垂直な方向には平行光束のま
ま集光レンズ12に入射するように伝搬する。そのた
め、集光レンズ12の作用を受けて、集光レンズ12の
焦点面に設置されたCCD13の受光面13a上に、Y
軸方向に平行な細い線状(受光素子の配列ラインに対応
する)に結像する。
フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA03 CC00 FF41 GG06 GG07 GG18 HH12 JJ26 LL08 LL16 PP22 QQ24 QQ29 QQ31 UU05 UU07 2H087 KA06 LA01 NA00 PA01 PA17 PB01 QA03 QA06 QA07 QA11 QA31 RA06 RA45 5B068 AA04 AA15 AA22 BB18 BC02 BC04 BE08 CD06 5B087 AA02 AE03 CC12 CC34 9A001 BB04 HH34 KK16

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光軸に直交し且つ互いに直交する第1の
    方向には凸レンズの特性をもち、第2の方向には凹レン
    ズの特性をもつことを特徴とするレンズ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のレンズにおいて、光の入
    射面と出射面のうちの少なくとも一方の面が、前記第1
    の方向には凸形状で前記第2の方向には凹形状をなして
    いるレンズ。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のレンズにおいて、前記光
    の入射面と出射面のうちの他方の面が、前記第1の方向
    にはフラットな形状で前記第2の方向には凹形状をなし
    ているレンズ。
  4. 【請求項4】 タッチパネルと、該タッチパネル上の所
    定領域をパネル面に略平行に進行し、該パネル面に垂直
    な方向には略一定の厚さの平行光束をなし、該パネル面
    に平行な方向には扇形状をなす光束を出射する少なくと
    も二つの光出射手段と、 前記タッチパネルの周縁部に設けられ、各光出射手段か
    ら出射された光をほぼ同一光路に向けて反射する反射手
    段と、 該反射手段によって反射された光を受光し、その受光し
    た光の強度分布を検出する少なくとも二つの強度分布検
    出手段と、 その各強度分布検出手段によって検出された強度分布か
    ら、前記タッチパネル上の所定領域を進行する光が遮ら
    れた遮光位置の座標を特定する座標特定手段とを備え、 前記光出射手段が、光源と、該光源と同一光軸上に配置
    され、該光軸および前記パネル面に直交する第1の方向
    には凸レンズの特性をもち、前記光軸に直交して前記パ
    ネル面に平行な第2の方向には凹レンズの特性をもつ1
    個のレンズとからなることを特徴とする座標入力/検出
    装置。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の座標入力/検出装置にお
    いて、前記レンズは、前記光源の発光による光を入射す
    る側の面が、前記第1の方向には凸形状で前記第2の方
    向には凹形状をなしていることを特徴とする座標入力/
    検出装置。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の座標入力/検出装置にお
    いて、前記レンズは、前記入射した光を出射する側の面
    が、前記第1の方向にはフラットな形状で前記第2の方
    向には凹形状をなしていることを特徴とする座標入力/
    検出装置。
  7. 【請求項7】 請求項4乃至6のいずれか一項に記載の
    座標入力/検出装置と、各種の情報を表示するディスプ
    レイを有する情報表示装置とからなり、該情報表示装置
    のディスプレイが前記タッチパネルを兼ねることを特徴
    とする情報表示入力装置。
  8. 【請求項8】 請求項4乃至6のいずれか一項に記載の
    座標入力/検出装置と、各種の情報を表示するディスプ
    レイを有する情報表示装置とからなり、該情報表示装置
    のディスプレイ上に前記タッチパネルとして透明なタッ
    チパネルを配置したことを特徴とする情報表示入力装
    置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012159401A (ja) * 2011-02-01 2012-08-23 Seiko Epson Corp 光学式検出装置、電子機器及び投射型表示装置
JP2017026425A (ja) * 2015-07-21 2017-02-02 京セラ株式会社 光学式センサ
DE112017002456T5 (de) 2016-05-13 2019-02-28 Mitsubishi Electric Corp. Optische Linse und Herstellungsverfahren für eine optische Linse

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012159401A (ja) * 2011-02-01 2012-08-23 Seiko Epson Corp 光学式検出装置、電子機器及び投射型表示装置
JP2017026425A (ja) * 2015-07-21 2017-02-02 京セラ株式会社 光学式センサ
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