光学式位置検出装置
【課題】より低消費電力で高速・高精度に指示体の検出が可能な光学式位置検出装置を提供する。
【解決手段】光学式位置検出装置は、複数の光源部１０とカメラ部２０と検出部３０と制御部４０とからなる。複数の光源部１０は、検出面の所定の領域を照らす光をそれぞれ発し、これらを組み合わせて検出面全面を選択的に照らす。カメラ部２０は、検出面全面を撮像可能な画角を有し、光源部１０により照らされる指示体２の像を撮像する。検出部３０は、カメラ部２０により撮像される指示体２の像を用いて指示体２の指示位置を算出する。制御部４０は、初期スキャン時に複数の光源部１０を所定の順序で点灯させると共に、一旦検出部３０により指示体２の指示位置が検出されると、検出される指示体２の指示位置をカバーする範囲を照らす光源部１０を点灯させ、それ以外の光源部１０を消灯させるよう制御する。
【解決手段】光学式位置検出装置は、複数の光源部１０とカメラ部２０と検出部３０と制御部４０とからなる。複数の光源部１０は、検出面の所定の領域を照らす光をそれぞれ発し、これらを組み合わせて検出面全面を選択的に照らす。カメラ部２０は、検出面全面を撮像可能な画角を有し、光源部１０により照らされる指示体２の像を撮像する。検出部３０は、カメラ部２０により撮像される指示体２の像を用いて指示体２の指示位置を算出する。制御部４０は、初期スキャン時に複数の光源部１０を所定の順序で点灯させると共に、一旦検出部３０により指示体２の指示位置が検出されると、検出される指示体２の指示位置をカバーする範囲を照らす光源部１０を点灯させ、それ以外の光源部１０を消灯させるよう制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学式位置検出装置に関し、特に、低消費電力で高速な指示体検出が可能な光学式位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、指示体の指示位置を検出するために、光源にＬＥＤ等を用いた光学式位置検出装置が知られている。例えば、本願発明者と同一発明者による特許文献１は、光源の個数を減らして低消費電力、低コスト化を図ったものである。この光学式位置検出装置は、検出面の周辺３辺に設けられる再帰反射部材と、指示体の影の像を撮像するための２つの撮像ユニットとを有するものである。そして、撮像ユニットは、カメラ部と光源とからなるものである。光源は、カメラ部の水平方向左右の一方側近傍に設けられている。これにより、撮像ユニットに用いられる光源の個数を１つに減らすことができ、低消費電力、低コストとなると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１０７６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、検出面が大きくなった場合、光源が１つだと、検出面全体をカバーするような光を照射するのは難しかった。光源にＬＥＤを用いた場合、１つのＬＥＤだけで広範囲を照射するためにはある程度強力なものを用いる必要があり、低消費電力化、低コスト化を図れない場合があった。
【０００５】
また、撮像ユニットの光源以外からの外来光の影響を排除するために、外来光よりも強い光を照射できる光源を用いることが好ましいが、強い光を照射可能なＬＥＤ等は消費電力やコストも高くなってしまう場合があった。外来光の影響を排除するための他の方法として、光源に赤外ＬＥＤを用い、カメラ部に赤外透過フィルタを用いて指示体を撮像するものもある。しかしながら、この場合でも赤外透過フィルタを用いるため、ここでの光量ロスを考慮すると、ある程度強い光を照射できる光源を用いなければならない。
【０００６】
さらに、指示体の検出感度を高め、高速な動きにも追従して検出できるようにするには、毎秒６０コマ程度の高速撮像が必要となるが、撮像速度が速くなると、その分シャッタ速度も短くなるため、より光量が必要となる。したがって、このような場合にも、光源の低消費電力化の実現は難しかった。
【０００７】
そして、光学式位置検出装置を例えばコンピュータに接続するデジタイザに適用した場合、ＵＳＢを用いて接続することが多い。このとき、ＵＳＢバスパワーにより電源を供給するように構成した場合には、ＵＳＢバスパワーでは最大で消費電流は５００ｍＡであるという制限がある。したがって、強い光を照射できる光源を用いたデジタイザでは、このようなＵＳＢバスパワーで電源を供給しようとすると、最大消費電流を超えてしまう場合もあり得るため、ＵＳＢバスパワーによる電源供給は難しかった。
【０００８】
本発明は、斯かる実情に鑑み、より低消費電力で高速・高精度に指示体の検出が可能な光学式位置検出装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による光学式位置検出装置は、検出面の所定の領域を照らす光をそれぞれ発し、これらを組み合わせて検出面全面を選択的に照らすことが可能な複数の光源部と、検出面全面を撮像可能な画角を有し、光源部により照らされる指示体の像を撮像するカメラ部と、カメラ部により撮像される指示体の像を用いて指示体の指示位置を算出する検出部と、初期スキャン時に複数の光源部を同時に又は所定の順序で点灯させると共に、一旦検出部により指示体の指示位置が検出されると、検出される指示体の指示位置をカバーする範囲を照らす光源部を点灯させ、それ以外の光源部を消灯させる又は点灯パワーを減らすよう制御する制御部と、を具備するものである。
【００１０】
ここで、複数の光源部のそれぞれは、検出面方向で帯状の領域を照らす光を発すれば良い。
【００１１】
また、複数の光源部のそれぞれは、検出面方向で扇状の領域を照らす光を発しても良い。
【００１２】
また、複数の光源部のそれぞれは、検出面方向で方形状の領域を照らす光を発しても良い。
【００１３】
また、複数の光源部のそれぞれは、検出面方向で円形状の領域を照らす光を発しても良い。
【００１４】
また、複数の光源部のそれぞれは、ビーム形成レンズとＬＥＤとを具備するものであれば良い。
【００１５】
また、複数の光源部のそれぞれは、シリンドリカルレンズとＬＥＤとを具備するものであっても良い。
【００１６】
また、検出面が光を透過し、複数の光源部のそれぞれは、検出面の裏面側に設けられる導光板と、ＬＥＤとを具備するものであっても良い。
【００１７】
また、検出面が光を透過し、複数の光源部は、検出面の裏面側に設けられる拡散板と、複数のＬＥＤとを具備するものであっても良い。
【００１８】
また、複数の光源部のそれぞれは、検出面に対して垂直方向に離れた検出面の表面側に設けられても良い。
【００１９】
また、検出面が光を透過し、複数の光源部のそれぞれは、検出面に対して垂直方向に離れた検出面の裏面側に設けられても良い。
【００２０】
また、複数の光源部のそれぞれは赤外ＬＥＤを具備し、カメラ部は赤外透過フィルタを具備するものであっても良い。
【００２１】
また、制御部は、初期スキャン時の光源部を同時に又は所定の順序で点灯させるときの各光源部の照射パワーよりも、指示体の指示位置をカバーする範囲を照らす光源部の照射パワーのほうが強くなるように制御しても良い。
【００２２】
また、カメラ部は、検出面に対して垂直方向に離れた検出面の表面側から検出面全面を撮像しても良い。
【００２３】
また、検出面が光を透過し、カメラ部は、検出面に対して垂直方向に離れた検出面の裏面側から検出面全面を撮像しても良い。
【００２４】
さらに、カメラ部は、撮像可能な画角のうちの任意の場所の任意の大きさに画定されるウィンドウの領域を撮像するウィンドウイング機能を具備するものであっても良い。
【００２５】
また、検出部は、分離度フィルタを用いて指示体の像を検出しても良い。
【００２６】
さらに、表示装置を具備し、該表示装置の表示面が検出面であっても良い。
【００２７】
また、表示装置は、その表示面が光透過性材料からなり、表示面の裏面側に光源部を配置するものであっても良い。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の光学式位置検出装置には、低消費電力化が図れ、高速・高精度に指示体の指示位置の検出が可能であるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の第１実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の第２実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図である。
【図３】図３は、本発明の第３実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図である。
【図４】図４は、本発明の第４実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図である。
【図５】図５は、本発明の第５実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図である。
【図６】図６は、本発明の光学式位置検出装置のカメラ部のウィンドウ機能を説明するための概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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、本発明の第１実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図である。図示の通り、本発明の光学式位置検出装置は、検出面１に入力される指示体２の指示位置を検出するものであり、光源部１０と、カメラ部２０と、検出部３０と、制御部４０から主に構成されている。
【００３１】
光源は、検出面１の所定の領域を照らす光を発する複数の光源部１０からなり、これらを組み合わせて検出面全面を選択的に照らすことが可能である。図示例では、１０個の光源部を有するように示しているが、本発明はこれに限定されず、検出面１の大きさや各光源部１０の照射領域に応じて、任意の個数であれば良い。また、図示例の光源部１０は、検出面方向で帯状の領域を照らす光を発するように構成されている。より具体的には、光源部１０は、ビーム形成レンズ１１とＬＥＤ１２とからなる。ビーム形成レンズ１１は、凹面と凸面を有するレンズからなり、ＬＥＤ１２からの光を、水平方向では各ＬＥＤ１２からの光が略平行な帯状の光となるように屈折（集光）させると共に、垂直方向には検出面１に対して略平行な光となるように屈折（集光）させるものである。即ち、検出面１に平行であり、検出面方向で帯状の光を照射可能とするものである。ビーム形成レンズ１１の屈折面や湾曲率は、検出面方向に沿う光とすると共に、複数の光源部１０で検出面全面をカバー可能な帯状の光となるように決定されれば良い。また、ビーム形成レンズ１１は、例えば、レンズ用樹脂で構成されれば良い。レンズ用樹脂とは、プラスチックやアクリル、ポリカーボネート等の樹脂である。レンズ用樹脂でレンズを成形すれば、研磨加工が必要なく安価に製造可能となる。なお、図示例では、複数の光源部１０のビーム形成レンズ１１がそれぞれ一体的に成形されている。
【００３２】
カメラ部２０は、検出面全面を撮像可能な画角を有し、光源部１０により照らされる指示体２の像を撮像するものである。図示例では、２つのカメラ部２０が検出面１の左右の上角にそれぞれ配置される例を示している。各カメラ部２０は、検出面全面を撮像可能な画角を有するものである。より具体的には、検出面１上に入力される指示体２を、検出面１に平行な視線方向で検出可能なように、検出面１に平行な視線、且つ検出面方向に広がる視野を有する。カメラ部２０は、例えばレンズとイメージセンサからなるものである。レンズは、検出面全面を撮像可能な画角のものである。例えば水平画角が広い広角レンズからなり、検出面１に平行な視線で検出面方向に広がる視野を有するように配置される。また、広角レンズは、例えばレンズ用樹脂で構成されれば良い。イメージセンサは、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子である。イメージセンサは、リニアイメージセンサやエリアイメージセンサであれば良い。エリアイメージセンサの場合には、指示体の検出面へのタッチ検出の前後の指示体の高さ方向の動きも検出可能なため、より高度な検出が可能となる。
【００３３】
なお、本発明の光学式位置検出装置に用いられるカメラ部２０は、上述のものには限定されず、検出面全面を撮像可能な画角を有し、光源部１０により照らされる指示体２の像を撮像可能なものであれば、いかなる構成であっても良い。例えば、検出面方向全体をカバー可能な画角を有するレンズ構成であれば、いかなるレンズであっても構わない。
【００３４】
また、外来光の影響により指示体を誤認識することを防止するために、光源部１０のＬＥＤを赤外ＬＥＤとし、カメラ部２０は赤外透過フィルタを具備するように構成しても良い。また、光源部による光をパルス光等にし、パルス光に連動してカメラ部にて撮像するようにしても良い。
【００３５】
検出部３０は、カメラ部２０により撮像される指示体２の像を用いて指示体２の指示位置を算出するものである。検出部３０は、２つのカメラ部２０によりそれぞれ撮像された指示体２の像の位置と、２つのカメラ部２０間の距離とを用いて、三角測量の原理により指示体の指示位置（２次元座標）を算出する。検出面１上に指示体２が入力されていない（置かれてない）場合には、カメラ部２０では指示体は撮像されない。検出面１上に指示体２が入力されると（置かれると）、光源部１０により照らされた指示体２が、各カメラ部２０にてそれぞれ撮像される。したがって、この２つの像の位置を用いれば、三角測量の原理により、検出面１上における指示位置座標を算出可能となる。
【００３６】
なお、検出部３０における指示体２の検出は、カメラ部２０により撮像された指示体２の像を、例えばパターン認識等により行われれば良い。指示体２のパターン認識による検出には、例えば、分離度フィルタを用いれば良い。分離度フィルタとは、狭い範囲の濃淡値の分布が２重の環形にどの程度近いかを測定するものであり、分離度が所定のしきい値以上であれば指示体の像であると認識できるものである。分離度フィルタを用いることで、外来光や紛らわしい像を排除し、安定的に指示体の検出を行える。
【００３７】
さて、本発明の光学式位置検出装置は、このような構成の装置に対して以下に説明するような制御を行う制御部を有することが、特に特徴的な点である。制御部４０は、初期スキャン時に複数の光源部１０を同時に又は所定の順序で点灯させるよう制御する。ここで、初期スキャン時とは、指示体２が検出されるまでの走査期間をいう。なお、複数の光源部１０を同時に点灯させる場合、消費電流が規定値を超える場合があるため、個々の光源部１０の点灯パワーを減らして、トータルの消費電流を規定値内に収めるように制御しても良い。また、光源部１０を所定の順序で点灯させる場合には、端から順番に点灯させても良いし、ランダムに点灯させても良い。
【００３８】
そして、制御部４０は、一旦検出部３０により指示体２の指示位置が検出されると、検出される指示体２の指示位置をカバーする範囲（図のグレー部分）を照らす光源部１０を点灯させ、それ以外の光源部１０を消灯させる又は点灯パワーを減らすよう制御する。また、各光源部１０の初期スキャン時の発光量と、検出される指示体の指示位置をカバーする範囲を照らすときの発光量を異ならせることも可能である。即ち、制御部は、初期スキャン時の光源部を同時に又は所定の順序で点灯させるときの各光源部の照射パワーよりも、指示体の指示位置をカバーする範囲を照らす光源部の照射パワーのほうが強くなるように制御する。これにより、初期スキャン時の消費電流を減少させつつ、指示体撮像時には照射パワーを強めて検出感度を高めることも可能である。
【００３９】
指示体２が移動する場合には、指示体の動きに追従して指示体の指示位置を検出し続けることも可能である。この場合、制御部４０は、指示体２の移動に追従して指示体２を照らす光源部１０を切り替えながら指示体２を照らし続け、指示体２を照らす以外の光源部１０を消灯させるよう、フィードバック制御を行う。即ち、検出部３０により検出された指示体２の指示位置座標から、その位置を照らす光源部１０を決定してこれを点灯させ、それ以外の光源部１０を消灯させるが、検出された指示位置座標が変化した場合には、これに応じてその位置を照らす光源部１０を新たに決定してこれを点灯させ、それ以外の光源部１０を消灯させることを繰り返す。
【００４０】
このような制御により、指示体２を照らす光源部１０の点灯数は最小限となり、消費電流も最小限に抑えることが可能となる。光源部１０を少なくとも１つのみ点灯させれば良いので、非常に強い光を放つことも可能であるため、シャッタ速度の短い高速撮像時にも、十分な光量を確保できるようになる。したがって、低消費電力化を図ったまま、高速に移動する指示体の検出を高精度に行うことが可能となる。
【００４１】
初期スキャン時には、シャッタ速度と露光時間との関係や消費電力の関係で、指示体２を撮像するのに十分な光量とならない場合もあるが、初期スキャン時は簡易的な検出にとどめ、指示体２がある程度確認できたところで、指示体２を照らす光源部１０のみを点灯させ、正確な指示体２の像を検出するように制御することも可能である。なお、指示体検出時には、指示体を照らす以外の光源部を消灯しても良いが、点灯パワーを減らすように制御することで、検出面上で常に指示体２の検出の待機状態となるため、他の指示体が新たに入力された場合に、初期スキャンを行わずに、即、指示体を検出できるようにもなる。
【００４２】
なお、検出部３０や制御部４０は、マイクロプロセッサやパーソナルコンピュータ等の電子計算機を用いて実現することが可能である。制御部４０に制御信号を入力し、制御部４０から複数の光源部１０への点灯信号を出力する。以下、制御信号の詳細を説明する。例えば１０個の光源部に対して４ビットの制御信号により、連続する３つの光源部を同時に点灯させるよう制御するには、以下に示す表のようにすれば良い。なお、ＡＢＣＤ、Ｐ１−Ｐ１０は、図１における制御部４０の制御信号と出力信号（点灯信号）に対応している。
【表１】
初期スキャン時には、上記の表１の制御信号ＡＢＣＤのすべてのパターンを入力し、検出面全面を順に走査する。走査中に指示体２が検出されると、検出部３０から制御部４０に指示体の指示位置情報が送られる。例えばＰ５の点灯信号が入力される光源部１０が照らす範囲内に指示体２の指示位置座標が存在する場合には、Ｐ５に対応する光源部１０を中心に連続する３つの光源部１０を点灯させるために、制御信号ＡＢＣＤは０１００とする。指示体２が移動した場合、例えば、Ｐ６に対応する光源部１０が照らす範囲内に指示体２の指示位置座標が移動した場合には、Ｐ６に対応する光源部１０を中心に連続する３つの光源部１０を点灯させるために、制御信号ＡＢＣＤは０１０１とする。このように連続した３つの光源部を同時に点灯させた場合、指示体を照らす光の範囲（幅）が１つ点灯するのに比べて広いため、高速に移動する指示体でも照らし続けることが可能となる。指示体が検出されなくなった場合には、制御信号ＡＢＣＤを００００の初期状態とし、改めて検出面全面をスキャンするように制御すれば良い。なお、制御信号やビット数等については、これに限定されず、本願発明の意図する光源部の制御が行えれば如何なるものであっても良い。
【００４３】
また、本発明の光学式位置検出装置は、表示装置の表示面を検出面とするタッチパネルディスプレイとして構成されても良い。例えば、液晶ディスプレイの表示面を検出面とし、液晶ディスプレイのバックライト等の近傍に本発明の位置検出装置の光源部を配置しても良い。さらに、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ、電子ペーパ等の表示面が光透過性材料からなる表示装置の表示面を検出面とし、裏面側に光源部を配置するものであっても良い。表示装置のバックライトの影響を受けないように、光源部に赤外ＬＥＤを用い、カメラ部に赤外透過フィルタを設けても良い。
【００４４】
次に、本発明の第２実施例の光学式位置検出装置を説明する。図２は、本発明の第２実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表わしているため、重複説明は省略する。
【００４５】
第１実施例では、光源部が検出面方向で帯状の領域を照らす光を発するものであったが、第２実施例の光学式位置検出装置は、図示の通り、複数の光源部１０ａが、扇状の領域を照らす光を発している。より具体的には、光源部１０ａは、シリンドリカルレンズ１１ａとＬＥＤ１２ａとからなる。シリンドリカルレンズ１１ａは、円筒形の屈折面を有し、レンズ平面側が拡散面である平凸レンズであり、ＬＥＤ１２ａからの光を水平方向では各ＬＥＤ１２ａからの光が扇状に広がる光となるように屈折（拡散）させると共に、垂直方向には検出面１に対して略平行な光となるように屈折（集光）させるものである。即ち、検出面１に平行であり、検出面方向で扇状の光を照射可能とするものである。シリンドリカルレンズ１１ａの屈折面や湾曲率は、検出面方向に沿う光とすると共に、複数の光源部１０で検出面全面をカバー可能な光となるように決定されれば良い。また、複数のＬＥＤ１２ａは、図示のように横方向に直線上に並ぶと共に、放射状に広がるようにそれぞれ所定の傾きで配置されれば良い。また、ＬＥＤ１２ａは、扇状に配置されても良い。第１実施例のビーム形成レンズと同様、第２実施例のシリンドリカルレンズも、例えば、レンズ用樹脂で構成されれば良い。
【００４６】
また、図示例のカメラ部２０ａは、超広角レンズとイメージセンサとからなるものであり、検出面１の上辺にそれぞれ配置される例を示している。各カメラ部２０ａは、検出面全面を撮像可能な画角を有するものであり、例えば水平画角が１７０度以上程度であれば良い。
【００４７】
このように構成された本発明の第２実施例の光学式位置検出装置でも、第１実施例と同様に制御部４０にて光源部１０ａの点灯制御を行う。即ち、制御部４０は、初期スキャン時に複数の光源部１０ａを所定の順序で点灯させる。そして、一旦検出部３０により指示体２の指示位置が検出されると、検出される指示体２の指示位置をカバーする範囲を照らす光源部１０ａを点灯させ、それ以外の光源部１０ａを消灯させるよう制御する。これにより、第１実施例と同様の作用効果が得られる。
【００４８】
次に、本発明の第３実施例の光学式位置検出装置を説明する。図３は、本発明の第３実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表わしているため、重複説明は省略する。
【００４９】
第１実施例や第２実施例では、光源部にレンズを用いた構成を示したが、第３実施例では、光源部から発せられた光を導光板を用いて検出面に導く構成を示している。検出面１ｂは、光を透過するものからなる。例えば、検出面１ｂは、ガラスやポリカーボネート樹脂等、光透過性材料であれば良い。そして、複数の光源部１０ｂは、導光板１３とＬＥＤ１２ｂとからなる。導光板１３とＬＥＤ１２ｂは、検出面１ｂの裏面側に設けられるエッジライト方式とする。図示例において、複数のＬＥＤ１２ｂは、照射方向が左側となるように検出面１ｂの右側辺に並べられる。そして、ＬＥＤ１２ｂに対応する複数の帯状の導光板が長手方向を左右に配置されている。ＬＥＤ１２ｂからの光が導光板１３の側部から入射し、導光板１３内で表面反射を繰り返して導光板１３の全面が照らされる。このような構成の光源部１０ｂを複数組み合わせて用いることで、検出面全面を選択的に照らすことが可能となる。
【００５０】
第１実施例や第２実施例では、レンズを用いてＬＥＤからの光を検出面方向で帯状や扇状にしていたが、第３実施例では、導光板を用いて検出面方向で帯状の光を発光させている。なお、導光板を帯状ではなく扇状のものとすれば、第２実施例と同様に検出面方向で扇状の光を発光させることも可能となる。
【００５１】
このように構成された本発明の第３実施例の光学式位置検出装置でも、制御部４０にて光源部１０ｂの点灯制御を行う。即ち、制御部４０は、初期スキャン時に複数の光源部１０ｂを所定の順序で点灯させる。そして、カメラ部２０ｂにより撮像し、一旦検出部３０により指示体２の指示位置が検出されると、検出される指示体２の指示位置をカバーする範囲を照らす光源部１０ｂを点灯させ、それ以外の光源部１０ｂを消灯させるよう制御する。これにより、第１実施例や第２実施例と同様の作用効果が得られる。
【００５２】
次に、本発明の第４実施例の光学式位置検出装置を説明する。図４は、本発明の第４実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表わしているため、重複説明は省略する。
【００５３】
第３実施例では、光源をエッジライト方式として構成したが、第４実施例では、直下型方式の光源としている。第４実施例では、光源部から発せられた光を拡散板を用いて検出面に導いている。検出面１ｃは、光を透過するものからなる。例えば、検出面１ｃは、ガラスやポリカーボネート樹脂等、光透過性材料であれば良い。そして、光源部１０ｃは、拡散板１４と複数のＬＥＤ１２ｃとからなる。拡散板１４とＬＥＤ１２ｃは、検出面１ｃの裏面側に設けられる直下型方式とする。図示例において、複数のＬＥＤ１２ｃは、所定の間隔を開けてマトリックス状に検出面１ｃの裏面側に配置され、裏面側から拡散板１４に光を入射するように構成されている。ＬＥＤ１２ｃからの光が拡散板１４に入射すると、拡散板１４により拡散して所定の範囲を照らす。拡散板１４に複数のＬＥＤ１２ｃからの光を組み合わせて入射することで、検出面全面を選択的に照らすことが可能となる。
【００５４】
このように構成された本発明の第４実施例の光学式位置検出装置でも、制御部４０にて光源部１０ｃの点灯制御を行う。即ち、制御部４０は、初期スキャン時に複数のＬＥＤ１２ｃを所定の順序で点灯させる。そして、カメラ部２０ｃにより撮像し、一旦検出部３０により指示体２の指示位置が検出されると、検出される指示体２の指示位置をカバーする範囲を照らすＬＥＤ１２ｃを点灯させ、それ以外のＬＥＤ１２ｃを消灯させるよう制御する。これにより、第１実施例乃至第３実施例と同様の作用効果が得られる。
【００５５】
なお、第４実施例では、光源部により照らされる指示体の直接像をカメラ部により撮像する例を示したが、本発明はこれに限定されず、カメラ部を検出面に対して垂直方向に離れた位置に配置し、検出面の表面側から指示体を撮像するように構成し、直下型方式やエッジライト方式のバックライトを背景として、指示体の影の像をカメラ部により撮像するものであっても良い。
【００５６】
次に、本発明の第５実施例の光学式位置検出装置を説明する。図５は、本発明の第５実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図であり、図５（ａ）はその正面図、図５（ｂ）はその側面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表わしているため、重複説明は省略する。
【００５７】
第５実施例では、検出面の表面側の離れた位置から指示体の指示位置を検出するものである。図示の通り、複数の光源部１０ｄ及びカメラ部２０ｄが、それぞれ検出面に１ｄに対して垂直方向に離れた検出面１ｄの表面側に設けられている。例えば、検出面１ｄは室内の壁面等とし、光源部１０ｄ及びカメラ部２０ｄが天井面に吊り下げられて設置される。複数の光源部１０ｄは、検出面１ｄに対して垂直方向に離れた位置から、これらを組み合わせて検出面全面を選択的に照らすことが可能なように配置される。即ち、例えば右上に配置されたＬＥＤで検出面の右上を照らし、右下に配置されたＬＥＤで検出面の右下を照らすというように、複数のＬＥＤを組み合わせて検出面全面を隈なく照らすように構成する。光源部１０ｄは、検出面１ｄに対して垂直方向に離れた位置から検出面１ｄ上を照らすので、隈なく照らすように、検出面方向で円形状の領域を照らす光を発する場合には、照射領域が隣の照射領域と一部重なるようにＬＥＤの照射方向を調整すれば良い。また、方形状の領域を照らす光を発するように構成しても良い。
【００５８】
カメラ部２０ｄは、第５実施例では１つのカメラ部としている。第１実施例等では、カメラ部は検出面に平行な視線方向で検出可能なものであったが、第５実施例では、カメラ部２０ｄは、検出面１ｄに対して垂直方向に離れた検出面１ｄの表面側から検出面全面を撮像するものである。即ち、指示体２を上部からの視線で撮像するものである。
【００５９】
なお、第５実施例では、カメラ部２０ｄが１つであり、上部から指示体２を撮像するため、指示体２の指示位置は、撮像された画像内における指示体２の像の存在する位置で検出すれば良い。したがって、第５実施例の検出部３０ｄでは、三角測量の原理による演算は行わない。
【００６０】
このように構成された本発明の第５実施例の光学式位置検出装置でも、制御部４０にて光源部１０ｄの点灯制御を行う。即ち、制御部４０は、初期スキャン時に複数の光源部１０ｄを所定の順序で点灯させる。そして、カメラ部２０ｄにより撮像し、一旦検出部３０により指示体２の指示位置が検出されると、検出される指示体２の指示位置をカバーする範囲を照らす光源部１０ｄを点灯させ、それ以外の光源部１０ｄを消灯させる又は点灯パワーを減らすよう制御する。これにより、第１実施例乃至第４実施例と同様の作用効果が得られる。
【００６１】
ここで、カメラ部２０ｄは、ウィンドウイング機能を有するものであっても良い。図６を用いて、ウィンドウイング機能について説明する。図６は、本発明の光学式位置検出装置のカメラ部のウィンドウ機能を説明するための概略上面図である。なお、光源部やカメラ部等の構成は基本的に第５実施例のものを用いることとし、図示は省略した。
【００６２】
本発明の光学式位置検出装置では、光源部により検出面を部分的に選択的に照らすものであるため、カメラ部としてはその照らされた範囲に画定されたウィンドウの領域のみを撮像可能なウィンドウイング機能を有するものが好ましい。カメラ部は、撮像可能な画角のうちの任意の場所の任意の大きさに画定されるウィンドウ２５の領域を撮像する。ウィンドウ２５は、光源部により照らされる範囲（図のグレー部分）に掛かるように画定されれば良い。そして、必要により撮像されたウィンドウ２５の画像情報に対して、検出部では分離度フィルタ３５を適用して指示体２の像の検出を行えば良い。ウィンドウイング機能により、カメラ部の視野全体よりも狭い領域を撮像することで、撮像画像のデータ容量は小さくなるため、カメラ部における撮像速度も高速となり、さらに検出部における処理も高速となるので、高速に移動する指示体に対しても反応良く指示位置を検出可能となる。
【００６３】
また、本発明の光学式位置検出装置は、マルチタッチにも適用可能である。即ち、複数の指示体を検出することも可能である。例えばウィンドウイング機能を有するカメラ部にて複数の指示体を検出する場合には、ウィンドウ２５の位置を切り替えると共に、光源部の点灯させるＬＥＤの位置を切り替えて２回撮像すれば良い。さらに、複数のウィンドウを同時に撮像可能なマルチウィンドウイング機能を有するカメラ部を用いれば、光源部の点灯させるＬＥＤを制御部にて複数選択し、１回の撮像で複数の指示体の指示位置検出も可能となる。
【００６４】
なお、ウィンドウイング機能を有するカメラ部は、第５実施例だけでなく、第１実施例乃至第４実施例の２つのカメラ部を用いる構成の位置検出装置にも適用可能である。第１実施例乃至第４実施例の光学式位置検出装置であっても、光源部により照らされた領域のみをウィンドウイング機能で撮像することで、より高速な検出が可能となる。
【００６５】
また、第５実施例では、複数の光源部が、それぞれ検出面に対して垂直方向に離れた検出面の表面側に設けられている例を示したが、本発明はこれに限定されず、検出面が光を透過するものであれば、光源部は、検出面に対して垂直方向に離れた検出面の裏面側に設けられても良い。この場合、カメラ部は表面側に設けられて表側から撮像しても良いし、裏面側から撮像しても良い。
【００６６】
なお、本発明の光学式位置検出装置は、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、光源部とカメラ部の組み合わせは各実施例においてそれぞれ置換可能であり、置換した場合にもそれぞれ同様の作用効果が得られる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 検出面
２ 指示体
１０ 光源部
１１ ビーム形成レンズ
１１ａ シリンドリカルレンズ
１３ 導光板
１４ 拡散板
２０ カメラ部
２５ ウィンドウ
３０ 検出部
３５ 分離度フィルタ
４０ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学式位置検出装置に関し、特に、低消費電力で高速な指示体検出が可能な光学式位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、指示体の指示位置を検出するために、光源にＬＥＤ等を用いた光学式位置検出装置が知られている。例えば、本願発明者と同一発明者による特許文献１は、光源の個数を減らして低消費電力、低コスト化を図ったものである。この光学式位置検出装置は、検出面の周辺３辺に設けられる再帰反射部材と、指示体の影の像を撮像するための２つの撮像ユニットとを有するものである。そして、撮像ユニットは、カメラ部と光源とからなるものである。光源は、カメラ部の水平方向左右の一方側近傍に設けられている。これにより、撮像ユニットに用いられる光源の個数を１つに減らすことができ、低消費電力、低コストとなると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１０７６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、検出面が大きくなった場合、光源が１つだと、検出面全体をカバーするような光を照射するのは難しかった。光源にＬＥＤを用いた場合、１つのＬＥＤだけで広範囲を照射するためにはある程度強力なものを用いる必要があり、低消費電力化、低コスト化を図れない場合があった。
【０００５】
また、撮像ユニットの光源以外からの外来光の影響を排除するために、外来光よりも強い光を照射できる光源を用いることが好ましいが、強い光を照射可能なＬＥＤ等は消費電力やコストも高くなってしまう場合があった。外来光の影響を排除するための他の方法として、光源に赤外ＬＥＤを用い、カメラ部に赤外透過フィルタを用いて指示体を撮像するものもある。しかしながら、この場合でも赤外透過フィルタを用いるため、ここでの光量ロスを考慮すると、ある程度強い光を照射できる光源を用いなければならない。
【０００６】
さらに、指示体の検出感度を高め、高速な動きにも追従して検出できるようにするには、毎秒６０コマ程度の高速撮像が必要となるが、撮像速度が速くなると、その分シャッタ速度も短くなるため、より光量が必要となる。したがって、このような場合にも、光源の低消費電力化の実現は難しかった。
【０００７】
そして、光学式位置検出装置を例えばコンピュータに接続するデジタイザに適用した場合、ＵＳＢを用いて接続することが多い。このとき、ＵＳＢバスパワーにより電源を供給するように構成した場合には、ＵＳＢバスパワーでは最大で消費電流は５００ｍＡであるという制限がある。したがって、強い光を照射できる光源を用いたデジタイザでは、このようなＵＳＢバスパワーで電源を供給しようとすると、最大消費電流を超えてしまう場合もあり得るため、ＵＳＢバスパワーによる電源供給は難しかった。
【０００８】
本発明は、斯かる実情に鑑み、より低消費電力で高速・高精度に指示体の検出が可能な光学式位置検出装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による光学式位置検出装置は、検出面の所定の領域を照らす光をそれぞれ発し、これらを組み合わせて検出面全面を選択的に照らすことが可能な複数の光源部と、検出面全面を撮像可能な画角を有し、光源部により照らされる指示体の像を撮像するカメラ部と、カメラ部により撮像される指示体の像を用いて指示体の指示位置を算出する検出部と、初期スキャン時に複数の光源部を同時に又は所定の順序で点灯させると共に、一旦検出部により指示体の指示位置が検出されると、検出される指示体の指示位置をカバーする範囲を照らす光源部を点灯させ、それ以外の光源部を消灯させる又は点灯パワーを減らすよう制御する制御部と、を具備するものである。
【００１０】
ここで、複数の光源部のそれぞれは、検出面方向で帯状の領域を照らす光を発すれば良い。
【００１１】
また、複数の光源部のそれぞれは、検出面方向で扇状の領域を照らす光を発しても良い。
【００１２】
また、複数の光源部のそれぞれは、検出面方向で方形状の領域を照らす光を発しても良い。
【００１３】
また、複数の光源部のそれぞれは、検出面方向で円形状の領域を照らす光を発しても良い。
【００１４】
また、複数の光源部のそれぞれは、ビーム形成レンズとＬＥＤとを具備するものであれば良い。
【００１５】
また、複数の光源部のそれぞれは、シリンドリカルレンズとＬＥＤとを具備するものであっても良い。
【００１６】
また、検出面が光を透過し、複数の光源部のそれぞれは、検出面の裏面側に設けられる導光板と、ＬＥＤとを具備するものであっても良い。
【００１７】
また、検出面が光を透過し、複数の光源部は、検出面の裏面側に設けられる拡散板と、複数のＬＥＤとを具備するものであっても良い。
【００１８】
また、複数の光源部のそれぞれは、検出面に対して垂直方向に離れた検出面の表面側に設けられても良い。
【００１９】
また、検出面が光を透過し、複数の光源部のそれぞれは、検出面に対して垂直方向に離れた検出面の裏面側に設けられても良い。
【００２０】
また、複数の光源部のそれぞれは赤外ＬＥＤを具備し、カメラ部は赤外透過フィルタを具備するものであっても良い。
【００２１】
また、制御部は、初期スキャン時の光源部を同時に又は所定の順序で点灯させるときの各光源部の照射パワーよりも、指示体の指示位置をカバーする範囲を照らす光源部の照射パワーのほうが強くなるように制御しても良い。
【００２２】
また、カメラ部は、検出面に対して垂直方向に離れた検出面の表面側から検出面全面を撮像しても良い。
【００２３】
また、検出面が光を透過し、カメラ部は、検出面に対して垂直方向に離れた検出面の裏面側から検出面全面を撮像しても良い。
【００２４】
さらに、カメラ部は、撮像可能な画角のうちの任意の場所の任意の大きさに画定されるウィンドウの領域を撮像するウィンドウイング機能を具備するものであっても良い。
【００２５】
また、検出部は、分離度フィルタを用いて指示体の像を検出しても良い。
【００２６】
さらに、表示装置を具備し、該表示装置の表示面が検出面であっても良い。
【００２７】
また、表示装置は、その表示面が光透過性材料からなり、表示面の裏面側に光源部を配置するものであっても良い。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の光学式位置検出装置には、低消費電力化が図れ、高速・高精度に指示体の指示位置の検出が可能であるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の第１実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の第２実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図である。
【図３】図３は、本発明の第３実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図である。
【図４】図４は、本発明の第４実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図である。
【図５】図５は、本発明の第５実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図である。
【図６】図６は、本発明の光学式位置検出装置のカメラ部のウィンドウ機能を説明するための概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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、本発明の第１実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図である。図示の通り、本発明の光学式位置検出装置は、検出面１に入力される指示体２の指示位置を検出するものであり、光源部１０と、カメラ部２０と、検出部３０と、制御部４０から主に構成されている。
【００３１】
光源は、検出面１の所定の領域を照らす光を発する複数の光源部１０からなり、これらを組み合わせて検出面全面を選択的に照らすことが可能である。図示例では、１０個の光源部を有するように示しているが、本発明はこれに限定されず、検出面１の大きさや各光源部１０の照射領域に応じて、任意の個数であれば良い。また、図示例の光源部１０は、検出面方向で帯状の領域を照らす光を発するように構成されている。より具体的には、光源部１０は、ビーム形成レンズ１１とＬＥＤ１２とからなる。ビーム形成レンズ１１は、凹面と凸面を有するレンズからなり、ＬＥＤ１２からの光を、水平方向では各ＬＥＤ１２からの光が略平行な帯状の光となるように屈折（集光）させると共に、垂直方向には検出面１に対して略平行な光となるように屈折（集光）させるものである。即ち、検出面１に平行であり、検出面方向で帯状の光を照射可能とするものである。ビーム形成レンズ１１の屈折面や湾曲率は、検出面方向に沿う光とすると共に、複数の光源部１０で検出面全面をカバー可能な帯状の光となるように決定されれば良い。また、ビーム形成レンズ１１は、例えば、レンズ用樹脂で構成されれば良い。レンズ用樹脂とは、プラスチックやアクリル、ポリカーボネート等の樹脂である。レンズ用樹脂でレンズを成形すれば、研磨加工が必要なく安価に製造可能となる。なお、図示例では、複数の光源部１０のビーム形成レンズ１１がそれぞれ一体的に成形されている。
【００３２】
カメラ部２０は、検出面全面を撮像可能な画角を有し、光源部１０により照らされる指示体２の像を撮像するものである。図示例では、２つのカメラ部２０が検出面１の左右の上角にそれぞれ配置される例を示している。各カメラ部２０は、検出面全面を撮像可能な画角を有するものである。より具体的には、検出面１上に入力される指示体２を、検出面１に平行な視線方向で検出可能なように、検出面１に平行な視線、且つ検出面方向に広がる視野を有する。カメラ部２０は、例えばレンズとイメージセンサからなるものである。レンズは、検出面全面を撮像可能な画角のものである。例えば水平画角が広い広角レンズからなり、検出面１に平行な視線で検出面方向に広がる視野を有するように配置される。また、広角レンズは、例えばレンズ用樹脂で構成されれば良い。イメージセンサは、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子である。イメージセンサは、リニアイメージセンサやエリアイメージセンサであれば良い。エリアイメージセンサの場合には、指示体の検出面へのタッチ検出の前後の指示体の高さ方向の動きも検出可能なため、より高度な検出が可能となる。
【００３３】
なお、本発明の光学式位置検出装置に用いられるカメラ部２０は、上述のものには限定されず、検出面全面を撮像可能な画角を有し、光源部１０により照らされる指示体２の像を撮像可能なものであれば、いかなる構成であっても良い。例えば、検出面方向全体をカバー可能な画角を有するレンズ構成であれば、いかなるレンズであっても構わない。
【００３４】
また、外来光の影響により指示体を誤認識することを防止するために、光源部１０のＬＥＤを赤外ＬＥＤとし、カメラ部２０は赤外透過フィルタを具備するように構成しても良い。また、光源部による光をパルス光等にし、パルス光に連動してカメラ部にて撮像するようにしても良い。
【００３５】
検出部３０は、カメラ部２０により撮像される指示体２の像を用いて指示体２の指示位置を算出するものである。検出部３０は、２つのカメラ部２０によりそれぞれ撮像された指示体２の像の位置と、２つのカメラ部２０間の距離とを用いて、三角測量の原理により指示体の指示位置（２次元座標）を算出する。検出面１上に指示体２が入力されていない（置かれてない）場合には、カメラ部２０では指示体は撮像されない。検出面１上に指示体２が入力されると（置かれると）、光源部１０により照らされた指示体２が、各カメラ部２０にてそれぞれ撮像される。したがって、この２つの像の位置を用いれば、三角測量の原理により、検出面１上における指示位置座標を算出可能となる。
【００３６】
なお、検出部３０における指示体２の検出は、カメラ部２０により撮像された指示体２の像を、例えばパターン認識等により行われれば良い。指示体２のパターン認識による検出には、例えば、分離度フィルタを用いれば良い。分離度フィルタとは、狭い範囲の濃淡値の分布が２重の環形にどの程度近いかを測定するものであり、分離度が所定のしきい値以上であれば指示体の像であると認識できるものである。分離度フィルタを用いることで、外来光や紛らわしい像を排除し、安定的に指示体の検出を行える。
【００３７】
さて、本発明の光学式位置検出装置は、このような構成の装置に対して以下に説明するような制御を行う制御部を有することが、特に特徴的な点である。制御部４０は、初期スキャン時に複数の光源部１０を同時に又は所定の順序で点灯させるよう制御する。ここで、初期スキャン時とは、指示体２が検出されるまでの走査期間をいう。なお、複数の光源部１０を同時に点灯させる場合、消費電流が規定値を超える場合があるため、個々の光源部１０の点灯パワーを減らして、トータルの消費電流を規定値内に収めるように制御しても良い。また、光源部１０を所定の順序で点灯させる場合には、端から順番に点灯させても良いし、ランダムに点灯させても良い。
【００３８】
そして、制御部４０は、一旦検出部３０により指示体２の指示位置が検出されると、検出される指示体２の指示位置をカバーする範囲（図のグレー部分）を照らす光源部１０を点灯させ、それ以外の光源部１０を消灯させる又は点灯パワーを減らすよう制御する。また、各光源部１０の初期スキャン時の発光量と、検出される指示体の指示位置をカバーする範囲を照らすときの発光量を異ならせることも可能である。即ち、制御部は、初期スキャン時の光源部を同時に又は所定の順序で点灯させるときの各光源部の照射パワーよりも、指示体の指示位置をカバーする範囲を照らす光源部の照射パワーのほうが強くなるように制御する。これにより、初期スキャン時の消費電流を減少させつつ、指示体撮像時には照射パワーを強めて検出感度を高めることも可能である。
【００３９】
指示体２が移動する場合には、指示体の動きに追従して指示体の指示位置を検出し続けることも可能である。この場合、制御部４０は、指示体２の移動に追従して指示体２を照らす光源部１０を切り替えながら指示体２を照らし続け、指示体２を照らす以外の光源部１０を消灯させるよう、フィードバック制御を行う。即ち、検出部３０により検出された指示体２の指示位置座標から、その位置を照らす光源部１０を決定してこれを点灯させ、それ以外の光源部１０を消灯させるが、検出された指示位置座標が変化した場合には、これに応じてその位置を照らす光源部１０を新たに決定してこれを点灯させ、それ以外の光源部１０を消灯させることを繰り返す。
【００４０】
このような制御により、指示体２を照らす光源部１０の点灯数は最小限となり、消費電流も最小限に抑えることが可能となる。光源部１０を少なくとも１つのみ点灯させれば良いので、非常に強い光を放つことも可能であるため、シャッタ速度の短い高速撮像時にも、十分な光量を確保できるようになる。したがって、低消費電力化を図ったまま、高速に移動する指示体の検出を高精度に行うことが可能となる。
【００４１】
初期スキャン時には、シャッタ速度と露光時間との関係や消費電力の関係で、指示体２を撮像するのに十分な光量とならない場合もあるが、初期スキャン時は簡易的な検出にとどめ、指示体２がある程度確認できたところで、指示体２を照らす光源部１０のみを点灯させ、正確な指示体２の像を検出するように制御することも可能である。なお、指示体検出時には、指示体を照らす以外の光源部を消灯しても良いが、点灯パワーを減らすように制御することで、検出面上で常に指示体２の検出の待機状態となるため、他の指示体が新たに入力された場合に、初期スキャンを行わずに、即、指示体を検出できるようにもなる。
【００４２】
なお、検出部３０や制御部４０は、マイクロプロセッサやパーソナルコンピュータ等の電子計算機を用いて実現することが可能である。制御部４０に制御信号を入力し、制御部４０から複数の光源部１０への点灯信号を出力する。以下、制御信号の詳細を説明する。例えば１０個の光源部に対して４ビットの制御信号により、連続する３つの光源部を同時に点灯させるよう制御するには、以下に示す表のようにすれば良い。なお、ＡＢＣＤ、Ｐ１−Ｐ１０は、図１における制御部４０の制御信号と出力信号（点灯信号）に対応している。
【表１】
初期スキャン時には、上記の表１の制御信号ＡＢＣＤのすべてのパターンを入力し、検出面全面を順に走査する。走査中に指示体２が検出されると、検出部３０から制御部４０に指示体の指示位置情報が送られる。例えばＰ５の点灯信号が入力される光源部１０が照らす範囲内に指示体２の指示位置座標が存在する場合には、Ｐ５に対応する光源部１０を中心に連続する３つの光源部１０を点灯させるために、制御信号ＡＢＣＤは０１００とする。指示体２が移動した場合、例えば、Ｐ６に対応する光源部１０が照らす範囲内に指示体２の指示位置座標が移動した場合には、Ｐ６に対応する光源部１０を中心に連続する３つの光源部１０を点灯させるために、制御信号ＡＢＣＤは０１０１とする。このように連続した３つの光源部を同時に点灯させた場合、指示体を照らす光の範囲（幅）が１つ点灯するのに比べて広いため、高速に移動する指示体でも照らし続けることが可能となる。指示体が検出されなくなった場合には、制御信号ＡＢＣＤを００００の初期状態とし、改めて検出面全面をスキャンするように制御すれば良い。なお、制御信号やビット数等については、これに限定されず、本願発明の意図する光源部の制御が行えれば如何なるものであっても良い。
【００４３】
また、本発明の光学式位置検出装置は、表示装置の表示面を検出面とするタッチパネルディスプレイとして構成されても良い。例えば、液晶ディスプレイの表示面を検出面とし、液晶ディスプレイのバックライト等の近傍に本発明の位置検出装置の光源部を配置しても良い。さらに、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ、電子ペーパ等の表示面が光透過性材料からなる表示装置の表示面を検出面とし、裏面側に光源部を配置するものであっても良い。表示装置のバックライトの影響を受けないように、光源部に赤外ＬＥＤを用い、カメラ部に赤外透過フィルタを設けても良い。
【００４４】
次に、本発明の第２実施例の光学式位置検出装置を説明する。図２は、本発明の第２実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表わしているため、重複説明は省略する。
【００４５】
第１実施例では、光源部が検出面方向で帯状の領域を照らす光を発するものであったが、第２実施例の光学式位置検出装置は、図示の通り、複数の光源部１０ａが、扇状の領域を照らす光を発している。より具体的には、光源部１０ａは、シリンドリカルレンズ１１ａとＬＥＤ１２ａとからなる。シリンドリカルレンズ１１ａは、円筒形の屈折面を有し、レンズ平面側が拡散面である平凸レンズであり、ＬＥＤ１２ａからの光を水平方向では各ＬＥＤ１２ａからの光が扇状に広がる光となるように屈折（拡散）させると共に、垂直方向には検出面１に対して略平行な光となるように屈折（集光）させるものである。即ち、検出面１に平行であり、検出面方向で扇状の光を照射可能とするものである。シリンドリカルレンズ１１ａの屈折面や湾曲率は、検出面方向に沿う光とすると共に、複数の光源部１０で検出面全面をカバー可能な光となるように決定されれば良い。また、複数のＬＥＤ１２ａは、図示のように横方向に直線上に並ぶと共に、放射状に広がるようにそれぞれ所定の傾きで配置されれば良い。また、ＬＥＤ１２ａは、扇状に配置されても良い。第１実施例のビーム形成レンズと同様、第２実施例のシリンドリカルレンズも、例えば、レンズ用樹脂で構成されれば良い。
【００４６】
また、図示例のカメラ部２０ａは、超広角レンズとイメージセンサとからなるものであり、検出面１の上辺にそれぞれ配置される例を示している。各カメラ部２０ａは、検出面全面を撮像可能な画角を有するものであり、例えば水平画角が１７０度以上程度であれば良い。
【００４７】
このように構成された本発明の第２実施例の光学式位置検出装置でも、第１実施例と同様に制御部４０にて光源部１０ａの点灯制御を行う。即ち、制御部４０は、初期スキャン時に複数の光源部１０ａを所定の順序で点灯させる。そして、一旦検出部３０により指示体２の指示位置が検出されると、検出される指示体２の指示位置をカバーする範囲を照らす光源部１０ａを点灯させ、それ以外の光源部１０ａを消灯させるよう制御する。これにより、第１実施例と同様の作用効果が得られる。
【００４８】
次に、本発明の第３実施例の光学式位置検出装置を説明する。図３は、本発明の第３実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表わしているため、重複説明は省略する。
【００４９】
第１実施例や第２実施例では、光源部にレンズを用いた構成を示したが、第３実施例では、光源部から発せられた光を導光板を用いて検出面に導く構成を示している。検出面１ｂは、光を透過するものからなる。例えば、検出面１ｂは、ガラスやポリカーボネート樹脂等、光透過性材料であれば良い。そして、複数の光源部１０ｂは、導光板１３とＬＥＤ１２ｂとからなる。導光板１３とＬＥＤ１２ｂは、検出面１ｂの裏面側に設けられるエッジライト方式とする。図示例において、複数のＬＥＤ１２ｂは、照射方向が左側となるように検出面１ｂの右側辺に並べられる。そして、ＬＥＤ１２ｂに対応する複数の帯状の導光板が長手方向を左右に配置されている。ＬＥＤ１２ｂからの光が導光板１３の側部から入射し、導光板１３内で表面反射を繰り返して導光板１３の全面が照らされる。このような構成の光源部１０ｂを複数組み合わせて用いることで、検出面全面を選択的に照らすことが可能となる。
【００５０】
第１実施例や第２実施例では、レンズを用いてＬＥＤからの光を検出面方向で帯状や扇状にしていたが、第３実施例では、導光板を用いて検出面方向で帯状の光を発光させている。なお、導光板を帯状ではなく扇状のものとすれば、第２実施例と同様に検出面方向で扇状の光を発光させることも可能となる。
【００５１】
このように構成された本発明の第３実施例の光学式位置検出装置でも、制御部４０にて光源部１０ｂの点灯制御を行う。即ち、制御部４０は、初期スキャン時に複数の光源部１０ｂを所定の順序で点灯させる。そして、カメラ部２０ｂにより撮像し、一旦検出部３０により指示体２の指示位置が検出されると、検出される指示体２の指示位置をカバーする範囲を照らす光源部１０ｂを点灯させ、それ以外の光源部１０ｂを消灯させるよう制御する。これにより、第１実施例や第２実施例と同様の作用効果が得られる。
【００５２】
次に、本発明の第４実施例の光学式位置検出装置を説明する。図４は、本発明の第４実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表わしているため、重複説明は省略する。
【００５３】
第３実施例では、光源をエッジライト方式として構成したが、第４実施例では、直下型方式の光源としている。第４実施例では、光源部から発せられた光を拡散板を用いて検出面に導いている。検出面１ｃは、光を透過するものからなる。例えば、検出面１ｃは、ガラスやポリカーボネート樹脂等、光透過性材料であれば良い。そして、光源部１０ｃは、拡散板１４と複数のＬＥＤ１２ｃとからなる。拡散板１４とＬＥＤ１２ｃは、検出面１ｃの裏面側に設けられる直下型方式とする。図示例において、複数のＬＥＤ１２ｃは、所定の間隔を開けてマトリックス状に検出面１ｃの裏面側に配置され、裏面側から拡散板１４に光を入射するように構成されている。ＬＥＤ１２ｃからの光が拡散板１４に入射すると、拡散板１４により拡散して所定の範囲を照らす。拡散板１４に複数のＬＥＤ１２ｃからの光を組み合わせて入射することで、検出面全面を選択的に照らすことが可能となる。
【００５４】
このように構成された本発明の第４実施例の光学式位置検出装置でも、制御部４０にて光源部１０ｃの点灯制御を行う。即ち、制御部４０は、初期スキャン時に複数のＬＥＤ１２ｃを所定の順序で点灯させる。そして、カメラ部２０ｃにより撮像し、一旦検出部３０により指示体２の指示位置が検出されると、検出される指示体２の指示位置をカバーする範囲を照らすＬＥＤ１２ｃを点灯させ、それ以外のＬＥＤ１２ｃを消灯させるよう制御する。これにより、第１実施例乃至第３実施例と同様の作用効果が得られる。
【００５５】
なお、第４実施例では、光源部により照らされる指示体の直接像をカメラ部により撮像する例を示したが、本発明はこれに限定されず、カメラ部を検出面に対して垂直方向に離れた位置に配置し、検出面の表面側から指示体を撮像するように構成し、直下型方式やエッジライト方式のバックライトを背景として、指示体の影の像をカメラ部により撮像するものであっても良い。
【００５６】
次に、本発明の第５実施例の光学式位置検出装置を説明する。図５は、本発明の第５実施例の光学式位置検出装置を説明するための概略構成図であり、図５（ａ）はその正面図、図５（ｂ）はその側面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は概ね同一物を表わしているため、重複説明は省略する。
【００５７】
第５実施例では、検出面の表面側の離れた位置から指示体の指示位置を検出するものである。図示の通り、複数の光源部１０ｄ及びカメラ部２０ｄが、それぞれ検出面に１ｄに対して垂直方向に離れた検出面１ｄの表面側に設けられている。例えば、検出面１ｄは室内の壁面等とし、光源部１０ｄ及びカメラ部２０ｄが天井面に吊り下げられて設置される。複数の光源部１０ｄは、検出面１ｄに対して垂直方向に離れた位置から、これらを組み合わせて検出面全面を選択的に照らすことが可能なように配置される。即ち、例えば右上に配置されたＬＥＤで検出面の右上を照らし、右下に配置されたＬＥＤで検出面の右下を照らすというように、複数のＬＥＤを組み合わせて検出面全面を隈なく照らすように構成する。光源部１０ｄは、検出面１ｄに対して垂直方向に離れた位置から検出面１ｄ上を照らすので、隈なく照らすように、検出面方向で円形状の領域を照らす光を発する場合には、照射領域が隣の照射領域と一部重なるようにＬＥＤの照射方向を調整すれば良い。また、方形状の領域を照らす光を発するように構成しても良い。
【００５８】
カメラ部２０ｄは、第５実施例では１つのカメラ部としている。第１実施例等では、カメラ部は検出面に平行な視線方向で検出可能なものであったが、第５実施例では、カメラ部２０ｄは、検出面１ｄに対して垂直方向に離れた検出面１ｄの表面側から検出面全面を撮像するものである。即ち、指示体２を上部からの視線で撮像するものである。
【００５９】
なお、第５実施例では、カメラ部２０ｄが１つであり、上部から指示体２を撮像するため、指示体２の指示位置は、撮像された画像内における指示体２の像の存在する位置で検出すれば良い。したがって、第５実施例の検出部３０ｄでは、三角測量の原理による演算は行わない。
【００６０】
このように構成された本発明の第５実施例の光学式位置検出装置でも、制御部４０にて光源部１０ｄの点灯制御を行う。即ち、制御部４０は、初期スキャン時に複数の光源部１０ｄを所定の順序で点灯させる。そして、カメラ部２０ｄにより撮像し、一旦検出部３０により指示体２の指示位置が検出されると、検出される指示体２の指示位置をカバーする範囲を照らす光源部１０ｄを点灯させ、それ以外の光源部１０ｄを消灯させる又は点灯パワーを減らすよう制御する。これにより、第１実施例乃至第４実施例と同様の作用効果が得られる。
【００６１】
ここで、カメラ部２０ｄは、ウィンドウイング機能を有するものであっても良い。図６を用いて、ウィンドウイング機能について説明する。図６は、本発明の光学式位置検出装置のカメラ部のウィンドウ機能を説明するための概略上面図である。なお、光源部やカメラ部等の構成は基本的に第５実施例のものを用いることとし、図示は省略した。
【００６２】
本発明の光学式位置検出装置では、光源部により検出面を部分的に選択的に照らすものであるため、カメラ部としてはその照らされた範囲に画定されたウィンドウの領域のみを撮像可能なウィンドウイング機能を有するものが好ましい。カメラ部は、撮像可能な画角のうちの任意の場所の任意の大きさに画定されるウィンドウ２５の領域を撮像する。ウィンドウ２５は、光源部により照らされる範囲（図のグレー部分）に掛かるように画定されれば良い。そして、必要により撮像されたウィンドウ２５の画像情報に対して、検出部では分離度フィルタ３５を適用して指示体２の像の検出を行えば良い。ウィンドウイング機能により、カメラ部の視野全体よりも狭い領域を撮像することで、撮像画像のデータ容量は小さくなるため、カメラ部における撮像速度も高速となり、さらに検出部における処理も高速となるので、高速に移動する指示体に対しても反応良く指示位置を検出可能となる。
【００６３】
また、本発明の光学式位置検出装置は、マルチタッチにも適用可能である。即ち、複数の指示体を検出することも可能である。例えばウィンドウイング機能を有するカメラ部にて複数の指示体を検出する場合には、ウィンドウ２５の位置を切り替えると共に、光源部の点灯させるＬＥＤの位置を切り替えて２回撮像すれば良い。さらに、複数のウィンドウを同時に撮像可能なマルチウィンドウイング機能を有するカメラ部を用いれば、光源部の点灯させるＬＥＤを制御部にて複数選択し、１回の撮像で複数の指示体の指示位置検出も可能となる。
【００６４】
なお、ウィンドウイング機能を有するカメラ部は、第５実施例だけでなく、第１実施例乃至第４実施例の２つのカメラ部を用いる構成の位置検出装置にも適用可能である。第１実施例乃至第４実施例の光学式位置検出装置であっても、光源部により照らされた領域のみをウィンドウイング機能で撮像することで、より高速な検出が可能となる。
【００６５】
また、第５実施例では、複数の光源部が、それぞれ検出面に対して垂直方向に離れた検出面の表面側に設けられている例を示したが、本発明はこれに限定されず、検出面が光を透過するものであれば、光源部は、検出面に対して垂直方向に離れた検出面の裏面側に設けられても良い。この場合、カメラ部は表面側に設けられて表側から撮像しても良いし、裏面側から撮像しても良い。
【００６６】
なお、本発明の光学式位置検出装置は、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、光源部とカメラ部の組み合わせは各実施例においてそれぞれ置換可能であり、置換した場合にもそれぞれ同様の作用効果が得られる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 検出面
２ 指示体
１０ 光源部
１１ ビーム形成レンズ
１１ａ シリンドリカルレンズ
１３ 導光板
１４ 拡散板
２０ カメラ部
２５ ウィンドウ
３０ 検出部
３５ 分離度フィルタ
４０ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出面に入力される指示体の指示位置を検出可能な光学式位置検出装置であって、該光学式位置検出装置は、
検出面の所定の領域を照らす光をそれぞれ発し、これらを組み合わせて検出面全面を選択的に照らすことが可能な複数の光源部と、
検出面全面を撮像可能な画角を有し、前記光源部により照らされる指示体の像を撮像するカメラ部と、
前記カメラ部により撮像される指示体の像を用いて指示体の指示位置を算出する検出部と、
初期スキャン時に前記複数の光源部を同時に又は所定の順序で点灯させると共に、一旦検出部により指示体の指示位置が検出されると、検出される指示体の指示位置をカバーする範囲を照らす光源部を点灯させ、それ以外の光源部を消灯させる又は点灯パワーを減らすよう制御する制御部と、
を具備することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式位置検出装置において、前記複数の光源部のそれぞれは、検出面方向で帯状の領域を照らす光を発することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光学式位置検出装置において、前記複数の光源部のそれぞれは、検出面方向で扇状の領域を照らす光を発することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光学式位置検出装置において、前記複数の光源部のそれぞれは、検出面方向で方形状の領域を照らす光を発することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光学式位置検出装置において、前記複数の光源部のそれぞれは、検出面方向で円形状の領域を照らす光を発することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項６】
請求項２に記載の光学式位置検出装置において、前記複数の光源部のそれぞれは、ビーム形成レンズとＬＥＤとを具備することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項７】
請求項３に記載の光学式位置検出装置において、前記複数の光源部のそれぞれは、シリンドリカルレンズとＬＥＤとを具備することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項８】
請求項１に記載の光学式位置検出装置において、検出面が光を透過し、前記複数の光源部のそれぞれは、検出面の裏面側に設けられる導光板と、ＬＥＤとを具備することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項９】
請求項１に記載の光学式位置検出装置において、検出面が光を透過し、前記複数の光源部は、検出面の裏面側に設けられる拡散板と、複数のＬＥＤとを具備することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項５の何れかに記載の光学式位置検出装置において、前記複数の光源部のそれぞれは、検出面に対して垂直方向に離れた検出面の表面側に設けられることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項５の何れかに記載の光学式位置検出装置において、検出面が光を透過し、前記複数の光源部のそれぞれは、検出面に対して垂直方向に離れた検出面の裏面側に設けられることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の光学式位置検出装置において、前記複数の光源部のそれぞれは赤外ＬＥＤを具備し、前記カメラ部は赤外透過フィルタを具備することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２の何れかに記載の光学式位置検出装置において、前記制御部は、初期スキャン時の光源部を同時に又は所定の順序で点灯させるときの各光源部の照射パワーよりも、指示体の指示位置をカバーする範囲を照らす光源部の照射パワーのほうが強くなるように制御することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３の何れかに記載の光学式位置検出装置において、前記カメラ部は、検出面に対して垂直方向に離れた検出面の表面側から検出面全面を撮像することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１３の何れかに記載の光学式位置検出装置において、検出面が光を透過し、前記カメラ部は、検出面に対して垂直方向に離れた検出面の裏面側から検出面全面を撮像することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１５の何れかに記載の光学式位置検出装置において、前記カメラ部は、撮像可能な画角のうちの任意の場所の任意の大きさに画定されるウィンドウの領域を撮像するウィンドウイング機能を具備することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６の何れかに記載の光学式位置検出装置において、前記検出部は、分離度フィルタを用いて指示体の像を検出することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１８】
請求項１乃至請求項１７の何れかに記載の光学式位置検出装置であって、さらに、表示装置を具備し、該表示装置の表示面が検出面であることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の光学式位置検出装置において、前記表示装置は、その表示面が光透過性材料からなり、表示面の裏面側に光源部を配置することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１】
検出面に入力される指示体の指示位置を検出可能な光学式位置検出装置であって、該光学式位置検出装置は、
検出面の所定の領域を照らす光をそれぞれ発し、これらを組み合わせて検出面全面を選択的に照らすことが可能な複数の光源部と、
検出面全面を撮像可能な画角を有し、前記光源部により照らされる指示体の像を撮像するカメラ部と、
前記カメラ部により撮像される指示体の像を用いて指示体の指示位置を算出する検出部と、
初期スキャン時に前記複数の光源部を同時に又は所定の順序で点灯させると共に、一旦検出部により指示体の指示位置が検出されると、検出される指示体の指示位置をカバーする範囲を照らす光源部を点灯させ、それ以外の光源部を消灯させる又は点灯パワーを減らすよう制御する制御部と、
を具備することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学式位置検出装置において、前記複数の光源部のそれぞれは、検出面方向で帯状の領域を照らす光を発することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光学式位置検出装置において、前記複数の光源部のそれぞれは、検出面方向で扇状の領域を照らす光を発することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光学式位置検出装置において、前記複数の光源部のそれぞれは、検出面方向で方形状の領域を照らす光を発することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光学式位置検出装置において、前記複数の光源部のそれぞれは、検出面方向で円形状の領域を照らす光を発することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項６】
請求項２に記載の光学式位置検出装置において、前記複数の光源部のそれぞれは、ビーム形成レンズとＬＥＤとを具備することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項７】
請求項３に記載の光学式位置検出装置において、前記複数の光源部のそれぞれは、シリンドリカルレンズとＬＥＤとを具備することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項８】
請求項１に記載の光学式位置検出装置において、検出面が光を透過し、前記複数の光源部のそれぞれは、検出面の裏面側に設けられる導光板と、ＬＥＤとを具備することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項９】
請求項１に記載の光学式位置検出装置において、検出面が光を透過し、前記複数の光源部は、検出面の裏面側に設けられる拡散板と、複数のＬＥＤとを具備することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項５の何れかに記載の光学式位置検出装置において、前記複数の光源部のそれぞれは、検出面に対して垂直方向に離れた検出面の表面側に設けられることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項５の何れかに記載の光学式位置検出装置において、検出面が光を透過し、前記複数の光源部のそれぞれは、検出面に対して垂直方向に離れた検出面の裏面側に設けられることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の光学式位置検出装置において、前記複数の光源部のそれぞれは赤外ＬＥＤを具備し、前記カメラ部は赤外透過フィルタを具備することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２の何れかに記載の光学式位置検出装置において、前記制御部は、初期スキャン時の光源部を同時に又は所定の順序で点灯させるときの各光源部の照射パワーよりも、指示体の指示位置をカバーする範囲を照らす光源部の照射パワーのほうが強くなるように制御することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３の何れかに記載の光学式位置検出装置において、前記カメラ部は、検出面に対して垂直方向に離れた検出面の表面側から検出面全面を撮像することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１３の何れかに記載の光学式位置検出装置において、検出面が光を透過し、前記カメラ部は、検出面に対して垂直方向に離れた検出面の裏面側から検出面全面を撮像することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１５の何れかに記載の光学式位置検出装置において、前記カメラ部は、撮像可能な画角のうちの任意の場所の任意の大きさに画定されるウィンドウの領域を撮像するウィンドウイング機能を具備することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１６の何れかに記載の光学式位置検出装置において、前記検出部は、分離度フィルタを用いて指示体の像を検出することを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１８】
請求項１乃至請求項１７の何れかに記載の光学式位置検出装置であって、さらに、表示装置を具備し、該表示装置の表示面が検出面であることを特徴とする光学式位置検出装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の光学式位置検出装置において、前記表示装置は、その表示面が光透過性材料からなり、表示面の裏面側に光源部を配置することを特徴とする光学式位置検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２８４０２（Ｐ２０１１−２８４０２Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７１５８２（Ｐ２００９−１７１５８２）
【出願日】平成２１年７月２２日（２００９．７．２２）
【出願人】（５０６２１０２１１）株式会社ニューコム (17)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２２日（２００９．７．２２）
【出願人】（５０６２１０２１１）株式会社ニューコム (17)
【Ｆターム（参考）】
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