(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部と拡散レンズと読取レンズと受光部とを備えて表示面の縁部の異なる位置に配置された２個の光学ユニットと、
前記表示面の縁部に沿って配置されて前記発光部から出射された後に前記拡散レンズで扇状に拡散された光をその出射方向へ反射させる再帰性の反射部とを有し、
前記反射部で反射された光を前記読取レンズで結像させて前記受光部で受光するとともにその受光が妨げられた位置を検出することにより前記表示面上の指示された位置を示す座標を検出する座標検出装置において、
前記発光部の光軸と前記受光部の光軸とが同一軸上に配置され、かつ、前記拡散レンズで拡散された光の発光中心点と前記読取レンズの主点とが一致していることを特徴とする座標検出装置。
【請求項２】
前記発光部と前記受光部との光軸上にハーフミラーが配置されていることを特徴とする請求項１記載の座標検出装置。
【請求項３】
前記発光部と前記拡散レンズと前記読取レンズと前記受光部と前記ハーフミラーとが一つの筐体に取り付けられていることを特徴とする請求項２記載の座標検出装置。
【請求項４】
前記光学ユニットは、前記発光部と前記受光部との光学調整機構を備えていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の座標検出装置。
【請求項５】
前記光学ユニットは、前記表示面の表面に対して近接した位置に配置されていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の座標検出装置。
【請求項６】
前記光学ユニットの取付位置を調整する取付位置調整機構を有することを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の座標検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タッチパネルなどのパネル面上の指示された位置を示す座標を検出する座標検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、タッチパネルなどで使用される座標検出装置としては様々な方式のものが知られている。その中で、発光部と受光部とを備えた２個の光学ユニットをタッチパネルのパネル面の縁部の異なる位置に配置し、さらに、発光部から出射された光をその出射方向へ反射させる再帰性の反射部をパネル面の縁部に沿って配置した構造の座標検出装置が知られており、例えば、特開平９−９１０９４号公報に記載されている。
【０００３】
このような２個の光学ユニットと反射部とを備えた座標検出装置では、発光部からの光がパネル面に沿って平行に、かつ、扇状に出射され、その光は反射部で反射された後に発光部に向けて戻るとともに受光部で受光される。そして、パネル面上の或る位置を指などで触れることによりその位置を通過していた光が遮光されると、２つの受光部上でそれぞれ光を受光しない箇所が発生し、その箇所を検出して演算することによりパネル面上の指などで触れた位置を示す座標が検出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平９−９１０９４号公報に記載された座標検出装置によれば、発光部の光軸と受光部の光軸とが異なる軸上に位置するため、発光部と受光部とを所定の間隔を隔てて配置しなければならず、発光部と受光部とを備えた光学ユニットの小型化を図ることが困難である。
【０００５】
また、発光部の光軸と受光部の光軸とが異なる軸上に位置することから、発光部から出射された後に扇状に拡散された光の発光中心点と、受光部の手前に配置されてこの受光部上に結像させる読取レンズの主点とがずれており、座標の検出精度が低い。
【０００６】
そこで本発明は、使用する光学ユニットの小型化を図ることができる座標検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
さらに本発明は、座標の検出精度が高い座標検出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、発光部と拡散レンズと読取レンズと受光部とを備えて表示面の縁部の異なる位置に配置された２個の光学ユニットと、前記表示面の縁部に沿って配置されて前記発光部から出射された後に前記拡散レンズで扇状に拡散された光をその出射方向へ反射させる再帰性の反射部とを有し、前記反射部で反射された光を前記読取レンズで結像させて前記受光部で受光するとともにその受光が妨げられた位置を検出することにより前記表示面上の指示された位置を示す座標を検出する座標検出装置において、前記発光部の光軸と前記受光部の光軸とが同一軸上に配置され、かつ、前記拡散レンズで拡散された光の発光中心点と前記読取レンズの主点とが一致している。
【０００９】
したがって、発光部と受光部とを近接させて配置することができ、光学ユニットの小型化を図ることができるとともに、座標の検出精度が高くなる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記発光部と前記受光部との光軸上にハーフミラーが配置されている。
【００１１】
したがって、このハーフミラーを使用することにより、発光部と受光部とを任意の位置に配置することが可能になり、設計の自由度が高くなる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記発光部と前記拡散レンズと前記読取レンズと前記受光部と前記ハーフミラーとが一つの筐体に取り付けられている。
【００１３】
したがって、光学ユニットが小型化され、光学ユニットの組立に用いる部品点数が少なくなる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載の発明において、前記光学ユニットは、前記発光部と前記受光部との光学調整機構を備えている。
【００１７】
したがって、各光学ユニット毎に発光部と受光部との光学調整を行うことができ、しかも、タッチパネルなどの装置に組み込む前に光学調整を行える。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項１、２、３又は４記載の発明において、前記光学ユニットは、前記表示面の表面に対して近接した位置に配置されている。
【００１９】
したがって、発光部の光軸と受光部の光軸とを表示面の表面に近接させることができ、表示面上の座標の検出精度が高くなる。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項１、２、３、４又は５記載の発明において、前記光学ユニットの取付位置を調整する取付位置調整機構を有する。
【００２１】
したがって、光学ユニットの取付位置を調整することにより、座標の検出精度を高めることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の基本構成を示す概略平面図である。タッチパネル１には表示面であるパネル面１ａが設けられており、このパネル面１ａは外形形状が四角形に形成されている。パネル面１ａの縁部である２個所のコーナー部にはそれぞれ光学ユニット２が配置されている。さらに、パネル面１ａの周囲の４辺のうち、光学ユニット２に挟まれた１辺を除く他の３辺の縁部に沿って反射部３が配置されている。反射部３には、シート内部に高密度の三面体キューブが配置された再帰性反射シートが用いられている。２個の光学ユニット２には演算部４が接続され、この演算部４はインターフェース部５を介してパーソナルコンピュータ６に接続されている。
【００２３】
パネル面１ａの周囲にはフレーム７が設けられており（図５参照）、このフレーム７に光学ユニット２、反射部３、反射部３を覆う外装ケース８等が取り付けられている。
【００２４】
図２は光学ユニット２の内部構造を示す縦断正面図、図３はその底面図、図４はその側面図である。光学ユニット２には、筐体９、第１保持プレート１０、第２保持プレート１１、回路基板１２、１３、裏板１４等が設けられている。発光部１５、拡散レンズ１６、ハーフミラー１７、保護ガラス１８、読取レンズ１９、受光部であるＣＣＤ２０は、筐体９に取り付けられている。
【００２５】
発光部１５からは演算部４の制御によりレーザー光が出射され、発光部１５から出射されたレーザー光は拡散レンズ１６によりパネル面１ａに対して平行に、かつ、扇状（ここでは、９０°）に拡散され、ハーフミラー１７に当たる。ハーフミラー１７に当たったレーザー光は、その１／２がハーフミラー１７をまっすぐに透過して残りの１／２が裏板１４側へ反射される。ハーフミラー１７をまっすぐに透過したレーザー光は、さらに、保護ガラス１８を透過してまっすぐに進行した後に反射部３に当たり、出射方向に向けて反射される。反射部３で反射されて出射方向へ戻ったレーザー光は、保護ガラス１８を透過した後にハーフミラー１７に当たり、ハーフミラー１７に当たったレーザー光は、その１／２がハーフミラー１７をまっすぐに透過して発光部１５側へ進行するとともに残りの１／２が読取レンズ１９側へ反射され、読取レンズ１９によりＣＣＤ２０上に結像され、ＣＣＤ２０で受光される。
【００２６】
保護ガラス１８は、塵や埃、タッチパネル使用者の指等の異物が筐体９内に侵入することを防止するために設けられている。また、この保護ガラス１８は、反射部３へ向けて進行するレーザー光が保護ガラス１８を透過するときにこの保護ガラス１８の表面で反射しても、その反射光をＣＣＤ２０で受光されない方向へ反射させるようにするため、パネル面１ａに対する垂直方向に対して６°傾けてある。
【００２７】
発光部１５の光軸とＣＣＤ２０の光軸とは同一軸上に配置され、これらの光軸上にハーフミラー１７が配置されている。また、拡散レンズ１６により拡散されたレーザー光の発光中心点“Ａ”と、読取レンズ１９の主点“Ｂ”とが一致している。
【００２８】
発光部１５にはこの発光部１５を駆動制御する回路基板１２が接続され、ＣＣＤ２０にはこのＣＣＤ２０を駆動制御する回路基板１３が接続されている。回路基板１２は第２保持プレート１１に固定され、この第２保持プレート１１がネジ２１で第１保持プレート１０に固定されている。さらに、そのネジ２１により板バネ２２が締付固定され、この板バネ２２により発光部１５が第２保持プレート１１に押し付けられて位置決めされている。
【００２９】
第２保持プレート１１には一対の調整用長穴１１ａが形成され、第１保持プレート１０における調整用長穴１１ａと対向する位置には丸穴１０ａが形成されている（図４参照）。そして、ネジ２１を緩め、これらの丸穴１０ａと調整用長穴１１ａとに偏心ピン（図示せず）を挿入して第２保持プレート１１をスライドさせ、又は、偏心ピンを回動させることにより、第２保持プレート１１を上下方向（矢印Ｘ方向）と左右方向（矢印Ｙ方向）とに調整することができる。第２保持プレート１１を上下、左右方向へ調整することにより発光部１５を上下、左右方向へ位置調整することができ、これらの調整用長穴１１ａと丸穴１０ａとが発光部１５の光学調整機構の一部とされている。回路基板１２には、偏心ピンを挿入するための逃し穴１２ａが形成されている。
【００３０】
第１保持プレート１０には、この第１保持プレート１０を筐体９に固定するためのネジ（図示せず）が挿入される２個の丸穴１０ｂ、１０ｃが形成されている（図３参照）。一方の丸穴１０ｂはネジと同径に形成され、他方の丸穴１０ｃはネジより大径に形成されている。さらに、第１保持プレート１０には調整用長穴１０ｄが１個形成され、筐体９におけるこの調整用長穴１０ｄと重なる位置には丸穴９ａが形成されている。そして、第１保持プレート１０と筐体９とを連結しているネジを緩め、これらの丸穴９ａと調整用長穴１０ｄとに偏心ピン（図示せず）を挿入して回動させることにより、丸穴１０ｂに挿入されているネジを中心に第１保持プレート１０を回動させて発光部１５を前後方向（矢印Ｚ方向）へ位置調整することができる。第１保持プレート１０を前後方向へ位置調整することにより発光部１５を前後方向へ位置調整することができ、これらの丸穴１０ｂ、１０ｃと調整用長穴１０ｄと丸穴９ａとが発光部１５の光学調整機構の一部とされている。
【００３１】
回路基板１３はネジ２３により筐体９に固定され、この回路基板１３にＣＣＤ２０が固定されている。さらに、回路基板１３には一対の調整用長穴１３ａが形成され、筐体９における調整用長穴１３ａと対向する位置には丸穴９ｂが形成されている（図３参照）。そして、ネジ２３を緩め、これらの丸穴９ｂと調整用長穴１３ａとに偏心ピン（図示せず）を挿入して回路基板１３をスライドさせ、又は、偏心ピンを回動させることにより、回路基板１３を前後方向（矢印Ｚ方向）と左右方向（矢印Ｙ方向）とに調整することができる。回路基板１３を前後、左右方向へ調整することによりＣＣＤ２０を前後、左右方向へ位置調整することができ、これらの調整用長穴１３ａと丸穴９ｂとがＣＣＤ２０の光学調整機構の一部とされている。
【００３２】
図５ないし図７は、フレーム７への光学ユニット２の取付構造及び取付位置調整機構を示す図面であり、図５は正面図、図６は平面図、図７は側面図である。筐体９の外周面には一対の突起２４が形成され、これらの突起２４にはＬ字型のブラケット２５がネジ２６により固定され、一対のブラケット２５にはコの字型のブラケット２７がネジ２８により固定されている。
【００３３】
ブラケット２５には、このブラケット２５を正面側から見たときに拡散レンズ１６により拡散されたレーザー光の発光中心点“Ａ”と重なる位置に、半抜きされた突起２９が形成され、ブラケット２７にはこの突起２９が嵌合する嵌合穴３０が形成されている。
【００３４】
ブラケット２７におけるブラケット２５にネジ止めされた両側面には、ネジ２８が挿通される長穴（図示せず）と調整用長穴２７ａとが形成され、ブラケット２５における調整用長穴２７ａと対向する位置には丸穴２５ａが形成されている（図５参照）。そして、ネジ２８を緩め、丸穴２５ａと調整用長穴２７ａとに偏心ピン（図示せず）を挿入して回動させることにより、筐体９とブラケット２５とが嵌合穴３０に嵌合されている突起２９を中心として矢印ａ方向へ回動する。これにより、光学ユニット２の取付位置を調整することができ、これらの調整用長穴２７ａと丸穴２５ａとが光学ユニット２の取付位置調整機構の一部とされている。
【００３５】
ブラケット２７には固定板３１がネジ３２により連結されている。固定板３１には、一対の長穴３１ａと、光軸上に位置する長穴３１ｂと、一対の調整用長穴３１ｃとが形成されている。固定板３１とブラケット２７とを連結するネジ３２は長穴３１ａに挿通され、長穴３１ｂにはブラケット２７に形成された半抜きされた突起３３が嵌合され、ブラケット２７における調整用長穴３１ｃと重なる位置に丸穴２７ｂが形成されている。そして、ネジ３２を緩め、これらの丸穴２７ｂと調整用長穴３１ｃとに偏心ピン（図示せず）を挿入して回動させることにより、突起３３が長穴３１ｂに沿ってスライドする方向（矢印ｂ方向）へブラケット２７をスライドさせることができる。これにより、光学ユニット２の取付位置を調整することができ、これらの調整用長穴３１ｃと丸穴２７ｂとが光学ユニット２の取付位置調整機構の一部とされている。
【００３６】
フレーム７への固定板３１の連結は、固定板３１に形成された半抜きされた突起３４をフレーム７の穴部（図示せず）に嵌合させ、ネジ３５を締め付けることにより行われている。さらに、光学ユニット２は、発光部１５及びＣＣＤ２０の光軸がパネル面１ａの表面に対して近接した位置に配置されている。
【００３７】
このような構成において、発光部１５から出射されたレーザー光が拡散レンズ１６で拡散され、拡散されたレーザー光はハーフミラー１７と保護ガラス１８とを透過して反射部３に向けて進行し、反射部３で反射された後に同じ光軸上を進行して光学ユニット２側へ戻る。そして、光学ユニット２側へ戻り、保護ガラス１８を透過してハーフミラー１７によりＣＣＤ１５側へ反射されたレーザー光が読取レンズ１９でＣＣＤ２０上に結像され、ＣＣＤ２０で検出される。
【００３８】
このような状態のときに、パネル面１ａ上の或る位置を指などで触れるとその位置を通過していたレーザー光が指で遮光され、２つの光学ユニット２の各ＣＣＤ２０においてそれぞれ光を受光しない箇所が発生する。その箇所を検出したＣＣＤ２０の検出結果から演算部４で演算する（三角測量の原理に基づいて演算する）ことにより、指などで触れられた箇所の座標を検出することができる。
【００３９】
ここで、本実施の形態の座標検出装置では、発光部１５の光軸とＣＣＤ２０の光軸とが同一軸上に配置されており、かつ、それらの光軸上にハーフミラー１７が配置されている。このため、発光部１５とＣＣＤ２０とを近接させた任意の位置に配置することができ、光学ユニット２の小型化を図ることができるとともに設計の自由度を高くすることができる。
【００４０】
また、拡散レンズ１６で拡散された光の発光中心点“Ａ”と読取レンズ１９の主点“Ｂ”とが一致しているので、座標の検出精度を高くすることができる。しかも、光学ユニット２がパネル面１ａに対して近接した位置に配置されているので、発光部１５の光軸とＣＣＤ２０の光軸とをパネル面１ａの表面に近接させることができ、座標の検出精度をより一層高くすることができる。さらに、光学ユニット２がパネル面１ａに対して近接した位置に配置されることにより、タッチパネル１の高さ寸法が小さくなり、タッチパネル１の小型化が達成される。
【００４１】
また、発光部１５、拡散レンズ１６、読取レンズ１９、ハーフミラー１７が一つの筐体９に取り付けられているので、光学ユニット２のさらなる小型化を図ることができる。しかも、光学ユニット２の組立に用いる部品点数が少なくなり、コストダウンを図ることができる。
【００４２】
光学ユニット２は、調整用長穴１１ａと丸穴１０ａとからなる発光部１５の光学調整機構、丸穴１０ｂ、１０ｃと調整用長穴１０ｄと丸穴９ａとからなる発光部１５の光学調整機構、調整長穴１３ａと丸穴９ｂとからなるＣＣＤ２０の光学調整機構を備えているので、各光学ユニット２毎に発光部１５とＣＣＤ２０との光学調整を行うことができ、しかも、光学ユニット２をタッチパネル１に組み込む前に光学調整を行うことができ、光学ユニット２の性能を保証することができる。
【００４３】
フレーム７へ取り付けられた光学ユニット２の取付位置を、調整長穴２７ａと丸穴２５ａとからなる取付位置調整機構、調整長穴３１ｃと丸穴２７ｂとからなる取付位置調整機構により調整することができ、この調整により、座標の検出精度を高めることができる。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の座標検出装置によれば、発光部の光軸と受光部の光軸とが同一軸上に配置されているので、発光部と受光部とを近接させて配置することができ、光学ユニットの小型化を図ることができるとともに、拡散レンズで拡散された光の発光中心点と読取レンズの主点とが一致しているので、座標の検出精度を高くすることができる。
。
【００４５】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の座標検出装置において、発光部と受光部との光軸上にハーフミラーが配置されているので、このハーフミラーを使用することにより発光部と受光部とを任意の位置に配置することが可能になり、設計の自由度を高くすることができる。
【００４６】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明の座標検出装置において、発光部と拡散レンズと読取レンズと受光部とハーフミラーとが一つの筐体に取り付けられているので、光学ユニットの小型化を図ることができ、また、光学ユニットの組立に用いる部品点数を少なくしてコストダウンを図ることかできる。
【００４８】
請求項４記載の発明によれば、請求項１、２又は３記載の発明の座標検出装置において、光学ユニットは、発光部と受光部との光学調整機構を備えているので、各光学ユニット毎に発光部と受光部との光学調整を行うことができ、しかも、光学ユニットをタッチパネル等の装置に組み込む前に光学調整を行えるので、光学ユニットの性能を保証することができる。
【００４９】
請求項５記載の発明によれば、請求項１、２、３又は４記載の発明の座標検出装置において、光学ユニットは、表示面の表面に対して近接した位置に配置されているので、発光部の光軸と受光部の光軸とを表示面の表面に近接させることができ、それによって表示面上の座標の検出精度を高くすることができる。
【００５０】
請求項６記載の発明によれば、請求項１、２、３、４又は５記載の発明の座標検出装置において、光学ユニットの取付位置を調整する取付位置調整機構を有するので、光学ユニットの取付位置を調整することにより座標の検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の基本構成を示す概略平面図である。
【図２】光学ユニットの内部構造を示す縦断正面図である。
【図３】光学ユニットの内部構造を示す底面図である。
【図４】光学ユニットの側面図である。
【図５】光学ユニットの取付構造を示す正面図である。
【図６】光学ユニットの取付構造を示す平面図である。
【図７】光学ユニットの取付構造を示す側面図である。
【符号の説明】
１ａ    表示面
２      光学ユニット
３      反射部
９      筐体
１５      発光部
１６      拡散レンズ
１７      ハーフミラー
１９      読取レンズ
２０      受光部
【図１】
0003986710.tif 000002
【図２】
0003986710.tif 000003
【図３】
0003986710.tif 000004
【図４】
0003986710.tif 000005
【図５】
0003986710.tif 000006
【図６】
0003986710.tif 000007
【図７】
0003986710.tif 000008