(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標入力面に平行な扇状の光を出射する光源部と受光部とを有する光学ユニット本体を基板上に配備して成る２組の光学ユニットが所定の間隔を維持して当該座標入力面の一縁側の近傍に設置されると共に、当該２組の光学ユニットにおけるそれぞれの当該光源部から出射した光が当該座標入力面の当該一縁側以外の他縁側の周囲に設置された光反射部によって反射されて当該受光部のそれぞれへ結像することで複数の光路が形成され、且つ当該複数の光路中の光遮蔽点のそれぞれの結像位置と当該２組の光学ユニットの当該所定の間隔とから当該光遮蔽点の座標を求める座標入力装置であって、
前記光学ユニットを保持する平板状の保持部と、前記扇状の光平面の要に対応する位置を支点として含むと共に、前記基板を貫通して先端部が前記保持部に係合して前記光学ユニット本体を支持する支点支持部と、前記扇状の光平面の光軸に平行で前記支点を含む第一の直線と当該第一の直線に当該光平面上で直角な第二の直線とに係る当該支点以外の各直線上に対応する位置を含むと共に、前記保持部及び前記基板を係止して前記光学ユニット本体の支持に供される複数の支持部と、を有する調整手段を備え、
前記調整手段は、前記支点支持部の前記先端部における前記保持部への係合部分の位置及び方向の設定、並びに前記複数の支持部における当該保持部及び前記基板の間の距離寸法の設定が調整可能であることにより、前記支点を中心として前記扇状の光平面と前記座標入力面との平行度を調整できることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
請求項１記載の座標入力装置において、前記光源部は、出射する前記扇状の光平面の扇を成す拡がり角度を可変できることを特徴とする座標入力装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の座標入力装置において、前記支点支持部及び前記複数の支持部は、前記基板をシーソー動作させて前記保持部へ締結保持可能であると共に、当該基板及び当該保持部を押圧可能なスプリングが付設された調整ネジであることを特徴とする座標入力装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載の座標入力装置において、前記支点支持部は、前記基板を貫通して先端部が前記保持部に設けられた位置決め用の穴周囲の壁部に接触係合して前記光学ユニット本体を支持するために当該光学ユニット本体に一体的に設けられた突起物であり、
前記調整手段は、前記突起物の前記先端部における前記保持部の前記穴周囲の壁部への接触係合部分の位置及び方向の設定が調整可能であることを特徴とする座標入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式の座標入力装置に関し、特に大面積の座標入力面から指などで入力するのに好都合な座標入力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
表示された画像に対応して指や差し棒などで入力する装置として、代表的にはタッチパネルが広く利用されている。この入力方式には、静電容量方式、抵抗膜方式、超音波方式、光学式などがあり、それぞれの特徴を活かし目的、使用環境に応じて使い分けられている。
大画面の表示装置、例えば大型フラットディスプレイや投影表示装置、の応用の拡大、さらに電子黒板やテレビ会議システムの機能拡充の要請から、大面積型の座標入力技術が重要となっている。
【０００３】
この大型化では、方式による技術限界や経済性などの面から光学式の座標入力装置が利用され、特開平１１−８５３９９号公報に光走査型タッチパネルが開示されている。この技術は、角形基板の隣合う２隅にそれぞれ光走査ユニットを設け、同ユニットから走査された光が角形基板の残りの３辺に設けた再帰性反射体から反射され同ユニットに戻り、その光を検出するようになっている。指などで光が遮断されると、各光走査ユニットから見た遮断の方向を検出し、光走査ユニット間の距離を基に遮断された位置を算出し、その座標が入力されるようになっている。この光学式の座標入力装置は、非常に大型の座標入力にも適用でき、しかも構成が単純化されているので、入力面積当たりの価格も比較的安価に実現できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この光走査し、光遮断位置を検出する座標入力装置は、光走査の原点から反射点までの距離をかなり大きくとれるので、入力面の大面積化が容易に実現できる。しかし、光走査の原点から反射点までの距離が大きくなる程、即ち座標入力の範囲、面積が大きくなる程、光の出射の方向と座標入力面との平行度に要求される条件が厳しくなる。
【０００５】
即ち、光が走査する平面と座標入力の平面とが所定の間隔を保持して平行になるように、光の出射方向を調整する精度は、座標入力面積とともに高精度が要求される。
従来は、発光素子、受光素子、ポリゴンミラーを搭載したユニットの面を支持する３点での高さ調整により、光学走査面と座標入力面との間隔及び平行度とを併行して調整していた。個々点の高さ調整を順に繰り返しながら所定の間隔と平行度に追い込んで行くため、非常に手間が掛かる。場合によっては、追い込みきれずに、程々で妥協せざるを得ないこともある。
本発明はこのよう問題を鑑み、間隔と平行度の調整が容易な光学式座標入力装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の第１の発明は、座標入力面に平行な扇状の光を出射する光源部と受光部とを有する光学ユニット本体を基板上に配備して成る２組の光学ユニットが所定の間隔を維持して当該座標入力面の一縁側の近傍に設置されると共に、当該２組の光学ユニットにおけるそれぞれの当該光源部から出射した光が当該座標入力面の当該一縁側以外の他縁側の周囲に設置された光反射部によって反射されて当該受光部のそれぞれへ結像することで複数の光路が形成され、且つ当該複数の光路中の光遮蔽点のそれぞれの結像位置と当該２組の光学ユニットの当該所定の間隔とから当該光遮蔽点の座標を求める座標入力装置であって、前記光学ユニットを保持する平板状の保持部と、前記扇状の光平面の要に対応する位置を支点として含むと共に、前記基板を貫通して先端部が前記保持部に係合して前記光学ユニット本体を支持する支点支持部と、前記扇状の光平面の光軸に平行で前記支点を含む第一の直線と当該第一の直線に当該光平面上で直角な第二の直線とに係る当該支点以外の各直線上に対応する位置を含むと共に、前記保持部及び前記基板を係止して前記光学ユニット本体の支持に供される複数の支持部と、を有する調整手段を備え、前記調整手段は、前記支点支持部の前記先端部における前記保持部への係合部分の位置及び方向の設定、並びに前記複数の支持部における当該保持部及び前記基板の間の距離寸法の設定が調整可能であることにより、前記支点を中心として前記扇状の光平面と前記座標入力面との平行度を調整できることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２の発明は、上記座標入力装置において、前記光源部は、出射する前記扇状の光平面の扇を成す拡がり角度を可変できることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第３の発明は、上記何れかの座標入力装置において、前記支点支持部及び前記複数の支持部は、前記基板をシーソー動作させて前記保持部へ締結保持可能であると共に、当該基板及び当該保持部を押圧可能なスプリングが付設された調整ネジであることを特徴とする。
【０００９】
本発明の第４の発明は、上記何れかの座標入力装置において、前記支点支持部は、前記基板を貫通して先端部が前記保持部に設けられた位置決め用の穴周囲の壁部に接触係合して前記光学ユニット本体を支持するために当該光学ユニット本体に一体的に設けられた突起物であり、前記調整手段は、前記突起物の前記先端部における前記保持部の前記穴周囲の壁部への接触係合部分の位置及び方向の設定が調整可能であることを特徴とする。
【００１０】
以下の実施形態（実施例）では、光源部が発光素子７、受光部が受光素子１１、光反射部が反射部３（Ａ）、３（Ｂ）、３（Ｃ）、支点支持部が突起物１７、複数の支持部が調整ネジ１７（Ａ）、１７（Ｂ）、１７（Ｃ）、調整手段が保持部１４と突起物１７と調整ネジ１７（Ａ）、１７（Ｂ）、１７（Ｃ）とによる構成、にそれぞれ対応している。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の全体構成の一例を、図１に概念的に示した。
座標入力面１の下側の左右両端に光学ユニット２（Ａ）、２（Ｂ）が設置されている。各光学ユニット２からは扇状の平面光が座標入力面１と平行な方向に出射され、座標入力面１の上で光学ユニット２（Ａ）、２（Ｂ）の光路が重なり合う領域を形成する。
【００１２】
図で座標入力面１の左右および上側に反射部３（Ａ）、３（Ｂ）、３（Ｃ）が設置されている。光学ユニット２から出射した扇状の光は反射部３で光を出射した光学ユニット２の方向へ反射される。反射部３はシート内部に高密度の三面体キューブを配置し、入射光を光学ユニット２の方向へ反射する再帰性反射シートが用いられている。又、図１の反射部３は三辺に沿って直線状に示してあるが、形状や配置は座標入力面１にもよって最適な形態を設定すればよい。
【００１３】
反射部３から反射され、光学ユニット２へ再帰した光は、光学ユニット２内の受光部へ結像される。受光部にはラインセンサなどが用いられる。
例えば、指などで座標入力面にタッチすると扇状の平面光の一部が遮光され、光学ユニット２（Ａ）、２（Ｂ）はそれぞれの光路での遮光の方角に対応する光学像を受光部が検知する。
【００１４】
各光学ユニット２の受光部の検知信号は演算部４へ入力し、光学ユニット２（Ａ）、２（Ｂ）からの遮光の方角に関する情報と、予め入力された光学ユニット２（Ａ）と２（Ｂ）との距離に関する情報とから三角測量の原理により遮光位置、即ち座標値を演算する。演算された座標値はインターフェース部５を介してＰＣ６へ出力される。また光学ユニット２を制御する信号は逆に演算部４から各光学ユニット２へ送られ、発光、受光の制御をする。
【００１５】
本発明では、光学ユニット２内のレンズ系（後述する）で扇状の平面光を作っておき、座標入力面１への光学ユニット２の設置の時には、座標入力面１と扇状の平面光との平行度、即ち光学ユニット２の平面との調整さえ行えばよい。原理的には平面は３点で規定できるので、座標入力面１と光学ユニット２の底面の３点位置での高さ（間隔）調整をすれば良いことになる。しかも、その内の１点を扇状の平面光の要に対応する位置に選び、支点として作用させれば、座標入力面１と光学ユニット２とが平行になるよう調整すると、その間隔は自然に決まるようにできる。
【００１６】
残りの２点を、扇状の平面光の光軸と平行な支点を含む直線上に１点とその直線と直角で支点を含む直線上にもう１点に選べば、さらに調整が容易になる。この場合の２点のそれぞれの役割は、座標入力面１と光軸との調整及び扇状の平面光の左右の平行バランスの調整と独立したものとなるので、調整は単純化される。
【００１７】
前記の説明の３点での調整に限らず、調整の作業性、精度、調整後の安定性などのために調整点を増加させて行うことが可能である。また、図１の座標入力面１と２組の光学ユニット２とを基本構成単位と考え、この単位構成を複数組み合わせて構成した座標入力装置にしてもよい。例えば、入力面が湾曲して一平面に収まらない座標入力装置には、基本構成単位で複数分割して、全体で座標入力装置として機能させても良いことは言うまで
もない。
【００１８】
【実施例】
図２に、光学ユニット２の光学系の配置例を示した。図２（ａ）は光学系を側面から見た図、（ｂ）はその正面の図である。発光素子７から出射した光は拡散レンズ８により一定の幅（厚み）を持ち、直線状に拡がる拡散光である。
【００１９】
この拡散光はハーフミラー９で直角方向に折り曲げられた平面光となり、座標入力面１（図１）と平行に進行する光、即ち扇状の平面光となる。この平面光は反射部３（図１）の再帰性反射シートから反射され光学ユニット２に戻ってくる。
【００２０】
戻ってきた光はハーフミラー９を通過し、結像レンズ１０によって受光素子１１へ結像され、光電変換され、結像状態に対応した信号を演算部へ出力する。
その受光素子１１としては、結像状態から遮光位置の方角を検知するようにラインセンサやＣＣＤなどが用いられる。
【００２１】
光学系の配置はこの例に限られるものではなく、例えば発光素子７、拡散レンズ８、ハーフミラー９を座標入力面１と平行に配置し、結像レンズ１０、受光素子１１の配置を直角方向に設置しても構わぬことは言うまでもない。また、座標入力面１と平行な扇状の平面光の要の位置とは、その扇形の見掛け上の頂点に対応する位置である。
【００２２】
光学ユニット２の調整機構について、一つの例として図３の部分斜視図と図４のその上面図を用いて説明する。光学ユニット２は光学ユニット本体１２と基板１３とで構成され、相互に固定されている。なお、光学ユニット本体１２には先に述べた図２のような光学系が内蔵されている。一方、座標入力面１には、それに連続して保持部１４が設けられている。基本的には、保持部１４の平面に対する基板１３の面を３本の調整ネジ１７で高さと平行度を調整して、扇状平面光１５を座標入力面１に平行に設定する。
【００２３】
図３の実施例では、特に好ましい例として、扇状平面光１５の要に相当する位置で基板１３の下側に支点となる突起物１６を設けている。この突起物１６に対して、更に好ましい例として保持部１４に図５に示すような穴１８や凹部を設ければ、突起物１６の保持部１４上の位置決めが容易に行え、結局、扇状平面光１５の要と座標入力面１との位置合わせが一義的になされることになる。
【００２４】
次に、調整ネジ１７について説明する。図３、図４の実施例では、特に好ましい例として、突起物１６と調整ネジ１７（Ｂ）とを結ぶ線が扇状平面光１５の光軸と平行であり、突起物１６と調整ネジ１７（Ａ）、１７（Ｃ）とが光軸に垂直な線上にある。
この実施例の場合には、支点となる突起物１６に対して調整ネジ１７（Ｂ）を調整すると扇状平面光１５の仰ぎ角のみを調整することになる。調整ネジ１７（Ａ）、１７（Ｃ）を調整すると扇状平面光１５の左右のバランス（座標入力面１に対する平行度）のみを変えることになる。扇状平面光１５の仰ぎ角、左右のバランスを個々に独立して調整するので、調整作業は単純化できる。
【００２５】
調整ネジ１７と基板１３との間での作用力は、調整ネジ１７（Ｃ）は上方向からのスプリング圧により下方に押さえつけられ、他の調整ネジ１７（Ａ）、１７（Ｂ）は反対に下方から上方に向けてスプリング圧がかかるようにする。上方からの押圧に対して、突起物１６を支点としたシーソー動作をする。
また、調整ネジ１７にピッチが粗と密の２種類のネジを組み込み、粗調整と最終段階の微量調整とでネジを使い分ける効率的且つ高精度の調整も可能である。
更に、突起物１６の高さを調整可能に、例えばネジ込み方式にしてもよい。
【００２６】
図３、図４、図５は、好ましい実施例として説明したものであり、例えば、突起部１６が扇状平面光１５の要の位置と一致しない例、各調整ネジ１７と突起物１６との配列が直線上にない例など、本発明に含まれることは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の第１の発明に係る座標入力装置によれば、扇状の光平面と座標入力面との平行度を調整可能な調整手段を設けており、具体的には光学ユニット本体を支持するための扇の要に相当する位置（支点）を含む支点支持部の先端部における保持部への係合部分の位置及び方向の設定を調整することで光を扇状に出射する要位置の座標入力面に対する位置、高さが設定され、更に、扇の要位置以外の最少２点の位置の高さを相互に調整できるように、支持部の一部（第一の直線上の位置を含む）による高さ調整で座標入力面に対する扇状の光平面の仰角を設定し、且つ支持部の他部（第二の直線上の位置を含む）による高さ調整で座標入力面に対する扇状の光平面の左右バランスを設定できるため、調整作業が単純化されて扇状の平面光を出射する光学系の調整と座標入力面への合わせ込みとを別々に行うことができ、座標入力装置の製造が容易になる。第２の発明に係る座標入力装置によれば、扇状の平面光の拡がり角度が可変なので、多様な座標入力面への対応が容易になる。典型的な例は、座標入力面の左右の両隅に光学ユニットを設置する場合の４５度の拡がり角度であり、係る拡がり角度を可変にすれば様々な状況に対応でき、例えば座標入力面の形状に合わせて拡がり角度を選択できる。第３の発明に係る座標入力装置によれば、支点支持部及び各支持部を汎用的な調整ネジとして、基板をシーソー動作させて締結保持する以外、基板及び保持部を押圧可能なスプリングが付設されたタイプのものを用いるため、シーソー動作を伴う調整（光平面の仰角、左右バランス）を精度良く行うことができる。第４の発明に係る座標入力装置によれば、支点支持部について、基板を貫通して先端部が保持部に設けられた位置決め用の穴周囲の壁部に接触係合して光学ユニット本体を支持するために光学ユニット本体に一体的に設けられた突起物としており、突起物の先端部における保持部の穴周囲の壁部への接触係合部分の位置及び方向の設定を調整できるため、構造上簡易に作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の全体構成の一例を、概念的に示した図である。
【図２】本発明の光学ユニットの光学系の配置例を示した図である。
【図３】光学ユニットの調整機構の一例を部分斜視図で示した図である。
【図４】図３の例を上面図で示した図である。
【図５】保持部の位置決め用の穴の断面図である。
【符号の説明】
１    座標入力面
２    光学ユニット
３    反射部
４    演算部
５    インターフェース部
６    ＰＣ
７    発光素子
８    拡散レンズ
９    ハーフミラー
１０    結像レンズ
１１    受光素子
１２    光学ユニット本体
１３    基板
１４    保持部
１５    扇状平面光
１６    突起物
１７    調整ネジ
１８    穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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