JP3931030B2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出面上において指示体の指示位置座標を検出する光遮断方式の光デジタイザに関する。特に、指示体が検出面上でタッチしたことが検出される高さを低くした光デジタイザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
抵抗皮膜方式や電磁誘導方式のデジタイザに代えて、より高精度な検出能力を有する光方式のデジタイザが注目されている。図５に、リニアイメージセンサを用いた光デジタイザの一例を示す。図５（ａ）は、光デジタイザの平面概略図である。図５（ｂ）は、その一部断面の側面図である。図示のように、指示体となるペン２が検出面１上に置かれたときに、検出面１の上方に設けられる２つの検出ユニット３により三角測量の原理により指示位置座標を検出するものである。２つの検出ユニット３のそれぞれは、図５（ｂ）に示すように、リニアイメージセンサ１３の結像レンズ９の上にＬＥＤ光源１１を配置した構成となっている。検出面１に光を遮るものが何も置かれていない時には、検出ユニット３から、検出面１上を通過して再帰反射部材２２に入射した光は、逆の光路を通って検出ユニット３に戻ってくる。検出面１にペン２等が置かれた時には、光の光路の一部が遮られて、検出ユニット３に帰らなくなる。この影の部分がイメージセンサ１３で撮像できるため、その影の方向を２つ検出ユニット３，３により検出することで、光を遮ったもののある方向を検出することができる。即ち、ペン２が存在する方向が、２つの異なる既知の位置にある検出ユニット３，３によって検出できれば、三角測量の原理によりペン２の指示位置座標を算出できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す例では、図６に示すように、光源１１から検出面１に向けて放射される行きの光の光路と再帰反射部材２２から反射される帰りの光の光路の検出面からの各高さが一致しておらず、特に行きの光路が検出面１から高く離れているために、ペンが検出面にタッチする前に（ペンが浮いている状態で）、ＬＥＤ光源１１から発し再帰反射部材２２に向かう光線を遮断した時点でタッチ検出がなされてしまう。そのため、漢字などの文字をペンで書こうとした時に続け文字となってしまうという問題がある。また、指によるタッチ操作では、検出面にタッチした実感がないのにタッチ検出がなされてしまうので、操作性が悪い。
【０００４】
本発明は、斯かる実情に鑑み、検出面に近いところでタッチ検出を行なうことが可能な光デジタイザを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
斯かる課題を解決すべく、本発明に係る位置検出装置は、一辺を除く周囲三辺に再帰反射部材が設けられた長方形形状の検出面を有し、該検出面上に位置する指示体の指示位置座標を検出すべく、前記検出面の前記一辺の両端部にそれぞれ、前記検出面に向けて光線を発する光源と、前記再帰反射部材からの再帰反射光を受ける撮像手段と、該撮像手段の前面に設けられ前記再帰反射光を結像する結像レンズとを有し、前記検出面上に位置する指示体が光路を遮断することにより生じる影を前記各撮像手段により検出し、三角測量の原理により指示体の座標位置を算出する位置検出装置において、
前記結像レンズの左右近傍で、前記光源が発する行きの光線と前記再帰反射部材により反射された帰りの光線の前記検出面からの各高さが同一となる位置に、前記光源が発する行きの光線を前記検出面に向けて折り曲げるミラー手段を備えることを特徴とする。
【０００６】
また、前記ミラー手段は曲面ミラーであって、前記光源の光線を集光または拡散する機能をも併せ持つものとすることができる。前記光源は、前記結像レンズと前記曲面ミラーの左右の位置に備えられ、おおよそ前記検出面に平行な方向から該曲面ミラーに向かって光線を発するものとすることもできる。
【０００７】
本発明に係る他の態様による位置検出装置は、一辺を除く周囲三辺に再帰反射部材が設けられた長方形形状の検出面を有し、該検出面上に位置する指示体の指示位置座標を検出すべく、前記検出面の前記一辺の両端部にそれぞれ、前記検出面に向けて光を照射する光源と、前記再帰反射部材からの再帰反射光を受ける撮像手段と、該撮像手段の前面に設けられ前記再帰反射光を結像する結像レンズとを有し、前記検出面上に位置する指示体が光路を遮断することにより生じる影を前記各撮像手段により検出し、三角測量の原理により指示体の座標位置を算出する位置検出装置において、
前記撮像手段の受光面が前記検出面の方向に対して直角の方向に配置されており、
前記光源の近傍で、前記光源が発する行きの光線と前記再帰反射部材により反射された帰りの光線の前記検出面からの各高さが同一となる位置に、前記撮像手段の撮像視野を折り曲げるミラー手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記ミラー手段は前記結像レンズのレンズ部材の一部として構成されるものとすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。複数の図面にわたって用いた参照符号と同一の符号を付した部分は同一物をあらわしている。
【００１０】
図１は、本発明の三角測量の原理に基づき指示体の座標位置を検出する光デジタイザの好適な実施形態を示す図である。本発明の発明者は、上記課題を解決するには、光源が検出面に向けて発する光線の角度と再帰反射光線がリニアイメージセンサに入る角度との開きをできるだけ小さくすることが必要であることに気づいた。しかしながら、光源を結像レンズの横に配置しようとすると、光源がレンズやイメージセンサやその間の光路にぶつかってしまう。そこで熟考したところ、光源（発光ダイオード）やリニアイメージセンサの部材の大きさの制限よりも更に上記二つの光線の間の角度の開きを小さくするにはミラー手段で光線を折り曲げることが有効であるとの天啓を得て、図１に示す構成を考え付いた。
【００１１】
図１（ａ）は、本発明の位置検出装置の要部である、検出面の一辺の左右にそれぞれ設けられる検出ユニット３内部のリニアイメージセンサ１３、結像レンズ９、光源（発光ダイオード）１１及びミラー１２の位置関係を横から見た図である。図１（ｂ）は、本発明の位置検出装置の要部である検出ユニット３内部のリニアイメージセンサ１３、結像レンズ９、光源（発光ダイオード）１１及びミラー１２の位置関係を光線の進行方向（ペン２の位置からリニアイメージセンサ１３を見る方向）から見た図である。図示するように光源を下向きに配置してミラー１２でその進行方向をおよそ９０度折り曲げることにより光線の行きと帰りとの検出面からの高さを同一にすることができる。しかも、図１（ｂ）に示すように、ミラー１２は、結像レンズ９のすぐ近くに配置することができる。図５、図６に示す再帰反射部材２２は、光線が来た方向と同一方向に光線を返す機能を持つ部材であって、一般に用いられているものでは、方向が１度狂うと光の量が１０分の１程度に減殺される。図１に示すように、ミラー１２を結像レンズ９の直ぐ近くに配置することにより、行きと帰りの光路が良く揃い、光源１１が２つ設けられることと相俟って、充分な信号の強度を得ることができる。
【００１２】
図１（ｃ）は、実施形態におけるミラーをシリンドリカル凹面ミラーに変更した例を示す図である。図１（ａ）では、ミラーを平面ミラーとしていたが、広がりのある光源の光線を縦方向に集光して検出面に平行なビームとなるようにミラーをシリンドリカル曲面ミラーとすることもできる。このようにミラーを曲面ミラーとすることで、光源の光線を指示体のタッチ検出や座標検出に効率よく使用することができる。ここで、シリンドリカル曲面ミラーとは、筒状の曲面を持つミラーをいう。
【００１３】
【実施例】
次に図２以降を参照しつつ、本発明の実施例について説明する。図２は、シリンドリカルミラーを用い光源を左右に配置した実施例を示す図である。この図は平面図であり、検出ユニット３内部を上から見ている。結像レンズ９の左右両側にシリンドリカル凹面ミラー２５をそれぞれ配置し、その両側に図のように光源１１を配置する。結像レンズの像を結ぶ位置にはリニアイメージセンサ１３が置かれる。この構成によりリニアイメージセンサ１３に入射する光線の高さ（ペン２の位置を検出する検出面１からの高さ）と同一の高さ（あるいはほぼ同一の高さ）にて光源からの光を位置検出面に投げかけることが可能となる。
【００１４】
図３は、リニアイメージセンサを下向きに配置した実施例を示す図である。図３（ａ）は、光線を横から見ており、図３（ｂ）は、光線の進行方向から見ている。この実施例では、光源１１は、折り曲げられずにまっすぐ検出面に向いて光線を発している。リニアイメージセンサ１３は、その受光面が下向きに配置される。そして、検出面１の周辺に設けられた再帰反射部材２２からの再帰反射光線は、ミラー１２によりほぼ９０度折り曲げられてリニアイメージセンサ１３に入射する。この実施例でも二つの光線の検出面からの高さはほぼ同一とすることができる。
【００１５】
図４は、結像レンズとミラー部材とを一つの光学部材にて構成した実施例を示す図である。この実施例は、図３に示したリニアイメージセンサを下向きに配置した実施例の変形実施例である。リニアイメージセンサを下向きに配置した場合、リニアイメージセンサに入射する光は、光線折り曲げ手段（ミラー手段）により折り曲げられ、その直後に結像レンズにより屈折される。本発明の発明者は、このミラーとレンズとを一体的な一つの光学部材として構成することにより、もっと本発明の検出ユニットの機構を単純化することができると考えた。図４（ａ）は、この実施例を横から見た図、図４（ｂ）は、光線の進行方向から見た図である。図３に示すミラー１２及び結像レンズ９の代わりにミラー付結像レンズ１９を設けたのがこの発明の特徴である。
【００１６】
図７に、ミラー付結像レンズの製造方法を示す。図７（ａ）は凸レンズを光線の進行方向から見た図であり、図７（ｂ）は凸レンズを横から見た図である。この凸レンズは、片面が球面であり、他方の面は平面となっている。このレンズを図に示すように、４１，４２，４３の三つの部分に分けてカットし、４１と４３とを捨てて、４２を取り出して用いる。さらに、平面側の端の部分を図７（ｃ）に示すように４５度の角度でカットする。こうしてできたのが図７（ｄ）に示すミラー付結像レンズ１９である。４５度でカットした面はプリズムと同様の原理で全反射するので、ミラーとして機能する。なお、結像レンズ１９の構成をわかりやすく説明するために、この製造方法を示したが、他の製造方法でも同じ物が製造できる。
【００１７】
本発明の光デジタイザは、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、左右の光源を複数のＬＥＤの集合（複数ならべる）として実現することにより、大きな検出面を持つ光デジタイザを実現することができる。これは本発明により、光源のスペース面での制約が緩和されることにより実現可能な効果である。
【００１８】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の光デジタイザによれば、検出面に近いところでタッチ検出を行なうことが可能な光デジタイザを提供できるので、ペン先が検出面にタッチしたか離れたかを正確に検出できるので文字認識に適した光デジタイザを提供できる。また、指によるタッチ操作においても、検出面に指がタッチしたという操作者の実感と装置のタッチ検出とが一致するので操作性のよい光デジタイザを提供できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光デジタイザの実施形態を示す図である。
【図２】 シリンドリカルミラーを用い光源を左右に配置した実施例を示す図である。
【図３】 リニアイメージセンサを下向きに配置した実施例を示す図である。
【図４】 結像レンズとミラー部材とを一つの光学部材にて構成した実施例を示す図である。
【図５】 リニアイメージセンサを用いた光デジタイザを示す図である。
【図６】 リニアイメージセンサを用いた光デジタイザの課題を説明する図である。
【図７】 結像レンズとミラー部材とを一つの光学部材にて構成する場合のその部材を製造する方法を説明する図である。
【符号の説明】
１ 検出面
２ ペン
３ 検出ユニット
９ 結像レンズ
１１ 光源（発光ダイオード、ＬＥＤ）
１２ ミラー
１３ リニアイメージセンサ
１９ ミラー付結像レンズ
２２ 再帰反射部材
２４、２５ シリンドリカル凹面ミラー

Claims (5)

1. 一辺を除く周囲三辺に再帰反射部材が設けられた長方形形状の検出面を有し、該検出面上に位置する指示体の指示位置座標を検出すべく、前記検出面の前記一辺の両端部であって検出面から僅かに上方のそれぞれの位置に、前記検出面上を通過し前記検出面の直角に交わる二辺に設けられた前記再帰反射部材に向かう光線を発する光源と、前記再帰反射部材からの再帰反射光を受けるイメージセンサから成る撮像手段と、該撮像手段の前面に設けられ前記再帰反射光を結像する結像レンズとを有し、前記検出面上に位置する指示体が光路を遮断することにより生じる影を前記各撮像手段により検出し、三角測量の原理により指示体の座標位置を算出する位置検出装置において、
   前記結像レンズの左右近傍で、前記検出面に対して横向きに設けられた前記光源が発する行きの光線と前記再帰反射部材により反射された帰りの光線の前記検出面からの各高さが同一となる位置に、前記光源が発する行きの光線の大部分を前記再帰反射部材に向けて折り曲げるミラー手段を備えることを特徴とする位置検出装置。
2. 請求項１に記載の位置検出装置であって、
   前記ミラー手段は曲面ミラーであって、前記光源の光線を集光または拡散する機能をも併せ持つものである位置検出装置。
3. 請求項２に記載の位置検出装置であって、
   前記光源は、前記結像レンズと前記曲面ミラーの左右の位置に備えられ、おおよそ前記検出面に平行な方向から該曲面ミラーに向かって光線を発する位置検出装置。
4. 一辺を除く周囲三辺に再帰反射部材が設けられた長方形形状の検出面を有し、該検出面上に位置する指示体の指示位置座標を検出すべく、前記検出面の前記一辺の両端部であって検出面から僅かに上方のそれぞれの位置に、前記検出面上を通過し前記検出面の直角に交わる二辺に設けられた前記再帰反射部材に向かう光線を発する光源と、前記再帰反射部材からの再帰反射光を受けるイメージセンサから成る撮像手段と、該撮像手段の前面に設けられ前記再帰反射光を結像する結像レンズとを有し、前記検出面上に位置する指示体が光路を遮断することにより生じる影を前記各撮像手段により検出し、三角測量の原理により指示体の座標位置を算出する位置検出装置において、
   前記結像レンズの左右近傍で、前記検出面に対して下向きに設けられた前記光源が発する行きの光線と前記再帰反射部材により反射された帰りの光線の前記検出面からの各高さが同一となる位置に、前記光源が発する行きの光線の大部分を前記再帰反射部材に向けて折り曲げるミラー手段を備えることを特徴とする位置検出装置。
5. 請求項４に記載の位置検出装置であって、
   前記ミラー手段は曲面ミラーであって、前記光源の光線を集光または拡散する機能をも併せ持つものである位置検出装置。

Images