JP2011014107A

JP2011014107A - 座標検出装置

Info

Publication number: JP2011014107A
Application number: JP2009160275A
Authority: JP
Inventors: Masashi Kawasaki; 正史川崎; Toru Baba; 亨馬場
Original assignee: Hitachi Solutions Ltd
Current assignee: Hitachi Solutions Ltd
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2011-01-20

Abstract

【課題】再帰反射テープを張り巡らせた表示枠を設置することなく、指もしくは専用ペンなどの座標指示物により指示された座標位置を検出することができ、別の表示装置に装着させたりすることができる座標検出装置を提供すること。
【解決手段】座標入力面の２箇所に設置された光学ユニットから前記座標入力面を走査する照射光を出力し、その照射光によって座標入力面を順次走査し、座標指示物による反射光を受光センサにより受光し、各受光センサでの受光タイミングに基づき座標指示物の座標位置を検出する座標検出装置において、
前記座標指示物は再帰反射構造を有し、２つの光学ユニット内の受光センサが反射された反射光のうち最大受光レベルの反射光の受光タイミングを検出する手段と、当該受光タイミングに相当する照射光の走査角度と２つの光学ユニットの設置間隔の値に基づき、前記座標入力面に挿入された座標指示物の座標位置を検出する手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子黒板やコンピュータディスプレイ等に取り付ける光学式センサを使用した座標検出装置に関するものである。

近年では、電子黒板やコンピュータディスプレイに取り付け、専用の電子ペンあるいは指を用いることで画面上の座標を直接指定する入力装置が考えられている。
例えば、下記の特許文献１（特開平９−０９１０９４号）では、四角形状の座標入力面の２隅部に光源部を設けると共に、これら２つの光源部から照射される光を各光源部へと再帰反射する再帰反射部を光源部の対向辺部分に設け、さらに前記２つの光源部と同じ位置に設置され、再帰反射された光を受光し、その角度を検出する検出部を用い、座標入力面に挿入された指、または電子ペンなどの座標指示物の位置を検出する装置を示している。
また、下記の特許文献２（特開２０００−１３２３３９号）では、前記特許文献１の装置が１点のみ検出できるのに対し、２点同時入力に対しても対応した入力装置を示している。

特開平０９−０９１０９４号特開２０００−１３２３３９号

しかしながら、前記２つの先行技術にあっては、座標入力面の３辺に取り付けた再帰反射テープにより照射光を再帰的に反射させる構造であるため、再帰反射テープが必ず必要となり、その再帰反射テープを貼り付けるための表示枠が必要となる。表示枠の３つの辺に再帰反射テープを貼るということは、予め固定された表示枠が必要になってしまうため、センサ自体を取り外して別の表示装置に装着させたりすることや、持ち運びなどができず、利用用途が限られてしまうという問題点がある。

本発明の目的は、再帰反射テープを張り巡らせた表示枠を設置することなく、指もしくは専用ペンなどの座標指示物により指示された座標位置を検出することができ、別の表示装置に装着させたりすることができる座標検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る座標検出装置は、座標入力面の２箇所に設置された光学ユニットから前記座標入力面を走査する照射光を出力し、その照射光によって座標入力面を順次走査し、前記座標入力面に挿入された座標指示物による反射光を前記光学ユニット内に設置した受光センサにより受光し、各受光センサでの受光タイミングに基づき前記座標入力面に挿入された座標指示物の座標位置を検出する座標検出装置において、
前記座標指示物は再帰反射構造を有し、
前記２つの光学ユニット内の受光センサが前記再帰反射構造により反射された反射光のうち最大受光レベルの反射光の受光タイミングを検出する手段と、
当該受光タイミングに相当する前記各光学ユニットのそれぞれの照射光の走査角度と前記２つの光学ユニットの設置間隔の値に基づき、前記座標入力面に挿入された座標指示物の座標位置を検出する手段とを備えることを特徴とする。
また、前記照射光を出力していない状態で前記光学ユニットの受光センサが受光した外来光のスペクトルと前記照射光を出力して座標指示物による反射光を受光した状態での反射光のスペクトルをそれぞれ検出する手段と、検出した２つの光の波長が閾値よりも離れていない場合には前記光学ユニットから出力する照射光のスペクトルを変える手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、再帰反射テープを張り巡らせた表示枠を設置することなく、指もしくは専用ペンに再帰反射構造もしくは再帰反射テープを装着するだけで座標点の認識ができ、各種表示装置からの取り外し、持ち出して、別の装置への装着が可能になるなどの効果がある。

本発明の一実施の形態である座標検出装置の概略構成を示すブロック図である。光学ユニットの一例を示す図である。本発明の一実施の形態である座標検出装置の概略構成を示すブロック図である。光学ユニットの他の例を示す図である。再帰反射テープを巻きつけた指による座標指示物の例を示す図である。再帰反射材を取り付けたペンによる座標指示物の例を示す図である。座標位置を検出する三角測量の原理を説明する図である。走査制御部と演算部の構成例を示すブロック図である。走査制御部と演算部の他の構成例を示すブロック図である。ＬＥＤの発光波長を制御する構成を示す図である。ＬＥＤの発光波長を制御する処理を示すフローチャートである。光学ユニットを新規に取り付けた場合の検出範囲の設定の仕方を示す図である。本願発明の光学ユニットを大型液晶テレビの上部に取り付けて利用する例を示す図である。

以下、本発明を実施する場合の一形態を、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明の実施の一形態に関わるシステム全体の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態における座標入力装置１０１は、四角形状の座標入力領域１０２の上側中心に設置され、２点同時入力を検出できる光学ユニット１０３（左側光学ユニット１０３ａ、右側光学ユニット１０３ｂ）と光学ユニット１０３で検出した再帰反射構造、もしくは再帰反射テープを貼られた挿入物１０４（電子ペンまたは指などの座標指示物）の座標位置を検出する演算部１０５と、光学ユニット１０３による照射光の走査を制御する走査制御部１０６とを備える。

光学式ユニット１０３は、図２に示すように、照射光１０７を走査範囲αの範囲で走査する複数のＬＥＤ（発光ダイオード）１０９が円弧状に並べた構造を有し、その下部には反射光を受光する受光センサ１０８が設けられている。
ここで、走査範囲αは０〜πであり、具体的には１７０度程度に設定されている。
ここで、ＬＥＤ１０９が照射する光は通常白色であるが、本発明においては外来光、迷光などによる誤動作を防止するために、後述するように、照射光１０７の波長を外来光、迷光などのピーク値の波長と異なるように変更する手段が用意されている。この場合、ＬＥＤリン光体変換層を使用して所望の波長の光へ変更させるようにさせてもよい。

図３は、座標入力装置１０１の他の例を示す図であり、四角形状の座標入力領域１０２の左上隅と右上隅に光学ユニット１０３（左側光学ユニット１０３ｃ、右側光学ユニット１０３ｄ）を設置したものである。
この例の光学ユニット１０３は、図４に示すように、照射光１０７を走査範囲αの範囲で走査する複数のＬＥＤ（発光ダイオード）１０９をほぼ直線状に並べた構造を有し、その下部には反射光を受光する受光センサ１０８が設けられている。
この構成にあっては、照射光１０７の走査範囲αは０〜π/２であり、具体的には８５度程度に設定されている。

以上の構成において、座標入力領域１０２内で座標を指示する場合、図５に示すように、指５０１に再帰反射テープ５０２を貼り付けて座標入力領域１０２の入力面に接触する。指５０１を入力面に接触した場合、再帰反射テープ５０２によってＬＥＤからの照射光１０７が再帰反射され、光学ユニット１０３の受光センサ１０８で受光される。

あるいは図６（ａ）に示すように、先端に光吸収体６０１を取り付けられ、その外側に再帰反射材６０２を巻きつけた構造のペン６０３を使用して座標入力領域１０２の入力面に接触する。
ペン６０３を入力面に接触した場合、その接触圧力によって、図６（ｂ）、（ｄ）に示すように光吸収体６０１が再帰反射材６０２の内部に引き込み、再帰反射材６０２がＬＥＤからの照射光１０７を反射する位置まで降下し、照射光１０７が再帰反射され、光学ユニット１０３の受光センサ１０８で受光される。

図７は、以上の２つの光学ユニット１０３を用いて座標指示物１０４によって指示された座標位置を検出する原理を説明する図である。
図７において、２つの光学ユニット１０３をＡとＢとし、その設置間隔がＬであるとする。そして、座標指示物１０４の指示位置をＣとする。
２つの光学ユニットＡ，Ｂから照射した照射光１０７ａ，１０７ｂの再帰反射テープ５０２または再帰反射材６０２の反射光を受光した時の走査角度がそれぞれθ１、θ２であった場合、指示位置Ｃの座標位置Ｘ，Ｙは三角測量の原理に基づき容易に算出することができる。
なお、詳細については、前記の特許文献１等に開示されているので詳細な説明は省略する。

図８は、走査制御部１０６と演算部１０５の詳細構成を示すブロック図である。
走査制御部１０６は、２つの光学ユニット１０３ａ，１０３ｂ内に設けた複数のＬＥＤ１０９を走査範囲αの間で走査する走査カウンタ（Ａ）８０１Ａ、８０１Ｂと、この走査カウンタ（Ａ）８０１Ａ、８０１Ｂのカウント出力をコードして各ＬＥＤ１０９を順次駆動し、照射光１０７を出力されるデコーダ８０２Ａ，８０２Ｂを備えている。
演算部１０５は、座標指示物１０５からの反射光を受光する受光センサ１０８Ａ、１０８Ｂと、１つの走査期間中に受光した光のうち最大強度で受光した光のピーク値を保持するピークホールド回路（Ａ）８０３Ａ，８０３Ｂと、ピーク値を示した光の走査タイミングを記憶する走査タイミング記憶回路（Ａ）８０４Ａ，８０３Ｂと、ピーク値を示した光の走査タイミングを走査角度の値に変換する角度変換回路（Ａ）８０５Ａ、８０５Ｂと、これらの２つの走査角度の値と光学ユニット１０３の設置間隔Ｌの値に基づき、指示物１０４で指示された座標位置を演算によって求める座標位置演算部８０６とを備えている。

受光センサ１０８Ａ、１０８Ｂは、指示物１０４が座標入力面に置かれない限り、反射光を受光することはない。しかし、指示物１０４が座標入力面に置かれた場合、指示物１０４の再帰反射テープまたは再帰反射材からの反射光を最大強度で受光する。ピークホールド回路（Ａ）８０３Ａ，８０３Ｂは、１つの走査期間中に受光した最大強度の反射光のピーク値を保持し、その時の走査カウンタＡ，Ｂの値、すなわち走査タイミングの値を走査タイミング記憶回路８０４Ａ、８０４Ｂに記憶させる。なお、ピークホールド回路（Ａ）８０３Ａ，８０３Ｂに保持されたピーク値は１走査期間が終了する毎にリセットされる。
角度変換回路（Ａ）８０５Ａ、８０５Ｂは、記憶した走査タイミングの値を走査角度の値に変換し、位置座標演算部８０６に入力する。
位置座標演算部８０６は、入力された走査角度の値と光学ユニット１０３の設置間隔Ｌの値に基づき、指示物１０４で指示された座標位置を演算によって求める。

ここで、特許文献１、あるいは特許文献２に開示されているように、本発明においては座標入力面を囲む３つの辺に表示枠が設けられていない。そのため、各種の外来光、あるいは迷光が座標入力面に入射される。
これらの外来光のスペクトルがＬＥＤの照射光のスペクトルと大きく異なれば問題ないが、スペクトルが同じような場合、特に最大強度の光の波長の差が閾値より小さい場合、位置座標を誤って検出することが予想される。

そこで、図９に示すように、受光センサ１０８ａ（または１０８ｂ）で検出した光のスペクトルを解析する解析手段９０１を設け、解析したスペクトルのうち最も強度が大きい光の波長データを出力するように構成し、ＬＥＤを全く駆動しない状態での外来光のみの波長データを取得し、またＬＥＤを駆動して走査範囲αを走査して再帰反射材からの反射光を受光した時の波長データを取得し、両者の差が閾値より小さい時にはＬＥＤ１０９による照射光１０７の波長を別の波長にシフトするようにする。
具体的には、図１０（ａ）に示すように、照射光１０７を出力するＬＥＤ１０９に対して発光波長が異なる光を出力する波長制御用のＬＥＤ１１０を付加する。あるいは図１０（ｂ）に示すように、発光波長が異なる光を出力する波長制御用のＬＥＤ１１１、１１２を付加し、これらの波長制御用のＬＥＤ１１０あるいは１１１，１１２を駆動して照射光１０７と混合することによって照射光１０７の波長を別の波長にシフトする。

図１１は、スキャン光の波長制御処理を示すフローチャートであり、まず、ＬＥＤ１０９がオフ時の外来光の波長データを取得して記憶する（ステップ１１０１）。
次に、ＬＥＤ１０９による照射光のスキャン時の座標指示物からの最大レベルの反射光の波長データを取得する（ステップ１１０２）。
次に、２つの波長データで示される光の波長は閾値以上離れているかを比較し（ステップ１１０３）、離れていない場合には波長制御用のＬＥＤ１１０、または１１１、１１２を駆動してスキャンを実行するように制御する（ステップ１１０４）。
以上の制御を行うことにより、外来光による誤動作を防止することが可能に成る。

ところで、本願発明においては座標入力領域を明示的に識別する表示枠が設けられていないので、どこから何処までが有効な座標入力面であるかが分からない。
そこで、光学ユニット１０３ａ，１０３ｂを座標入力面に新規に取り付けた場合には、図１２に示すように、点線１２０〜１２７で示すような複数の位置を座標指示物１０４で指示し、座標が検出可能であるかを調べる。座標指示物１０４を置いても反射光が受光されない位置は、照射光が届かない検出不可能な位置であり、座標指示物１０４からの反射光が受光できた位置が検出可能な位置である。そこで、点線１２０〜１２７で示すような複数の位置を座標指示物１０４で指示し、座標指示物１０４からの反射光が受光できた位置を結ぶ範囲の領域を座標入力領域として登録し、これ以外の領域での操作は無効、またはエラーとする。

本願発明は、光学ユニット１０３ａ，１０３ｂと走査制御部１０５を一体化構造にし、例えば図１３に示すように大型液晶テレビ１３０の上部に取り付け、テレビ画面を座標入力面として利用する座標検出装置として活用することができる。
大型液晶テレビ１３０の上部に取り付けた光学ユニット１０３ａ，１０３ｂと走査制御部１０５は、使用しなくなったならば取り外しておくことができる。

１０１座標入力装置
１０２座標入力領域
１０３a 光学ユニット
１０３b 光学ユニット
１０４座標指示物
１０５演算部
１０６走査制御部
１０７照射光
１０８受光センサ
１０９ＬＥＤ
５０２再帰反射テープ
６０２再帰反射材
９０１スペクトル解析手段
１１０波長制御用のＬＥＤ
１１１、１１２波長制御用のＬＥＤ

Claims

座標入力面の２箇所に設置された光学ユニットから前記座標入力面を走査する照射光を出力し、その照射光によって座標入力面を順次走査し、前記座標入力面に挿入された座標指示物による反射光を前記光学ユニット内に設置した受光センサにより受光し、各受光センサでの受光タイミングに基づき前記座標入力面に挿入された座標指示物の座標位置を検出する座標検出装置において、
前記座標指示物は再帰反射構造を有し、
前記２つの光学ユニット内の受光センサが前記再帰反射構造により反射された反射光のうち最大受光レベルの反射光の受光タイミングを検出する手段と、
当該受光タイミングに相当する前記各光学ユニットのそれぞれの照射光の走査角度と前記２つの光学ユニットの設置間隔の値に基づき、前記座標入力面に挿入された座標指示物の座標位置を検出する手段とを備えることを特徴とする座標検出装置。
前記照射光を出力していない状態で前記光学ユニットの受光センサが受光した外来光のスペクトルと前記照射光を出力して座標指示物による反射光を受光した状態での反射光のスペクトルをそれぞれ検出する手段と、検出した２つの光の波長が閾値よりも離れていない場合には前記光学ユニットから出力する照射光のスペクトルを変える手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の座標検出装置。