JP2010191961A - 検出モジュール及び検出モジュールを含む光学的検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】検出エリアに触れられた物体の接触位置を検出することができる上、従来の光学的検出システムより構造を単純にすることにより、容易かつ安価な検出モジュール及び検出モジュールを含む光学的検出システムを提供する。
【解決手段】光学的検出システムに用いるモジュール１００ａ，１００ｂは、第１の光発生ユニット１０１ａ，１０１ｂ及び検出ユニット１０５ａ，１０５ｂを備える。第１の光発生ユニット１０１ａ，１０１ｂは、第１のコリメート光ビームを放射する第１の光源１０２ａ，１０２ｂと、第１のコリメート光ビームを第１の平面光に変換して検出エリア２０２内へ放射するように配置し、検出エリア２０２内にある物体により、第１の平面光の一部を反射して第１の反射光に形成する第１の光変換レンズ１０４ａ，１０４ｂとを有する。検出ユニット１０５ａ，１０５ｂは、導光レンズ１０６ａ，１０６ｂ及び検出器１０８ａ，１０８ｂを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、検出モジュール及び検出モジュールを含む光学的検出システムに関する。

従来、コンピュータの入力システムに利用する光学的検出システムは、検出エリア（例えば、表示モニタ又はタッチパネル）の周囲に配置されている。

例えば、特許文献１で開示している技術では、表示モニタの左上及び右上の箇所にそれぞれ取り付けられた１組のカメラにより、表示モニタの任意の場所に接する物体の側面と机上座標検出領域面との両方のイメージを撮像し、２つのカメラから出力される画像信号に基づいて表示モニタ上の物体の接触位置を計算する。

例えば、特許文献２では、表示モニタの一辺に配置された数個の光源と、表示モニタの残る三辺にそれぞれ取り付けられたリフレクターとを含み、２つの検出器により、表示モニタに接触された物体（例えば、指、スタイラスなど）の変位を検出する技術が開示されている。特許文献３では、同様の方式により、表示モニタの一辺に取り付けられた画像検出ユニットと、表示モニタの残る三辺にそれぞれ取り付けられた３つのリフレクタとを含む、構造が複雑な発光ユニットを有する光学的検出システムが開示されている。

上述したように、従来の光学的検出システムは、表示モニタの四辺に、カメラ、光検出器、光学レンズ又はリフレクタが取り付けられていたため、構造が複雑であり製造及び修理を行うための費用が多くかかった。そのため、コンピュータ入力システムに利用でき、容易かつ安価に製作できる光検出装置が求められていた。

米国特許第７４１４６１７号明細書 米国特許第７５３８７５９号明細書 台湾特許第４９６９６５号公報

本発明の目的は、検出エリアに触れられた物体の接触位置を検出することができる上、構造が単純で容易かつ安価に製作することができる検出モジュール及び検出モジュールを含む光学的検出システムを提供することを目的とする。

（１） 第１の光発生ユニット及び検出ユニットを備え、検出エリア内にある物体の位置を検出する光学的検出システムに用いるモジュールであって、前記第１の光発生ユニットは、第１のコリメート光ビームを放射する第１の光源と、前記第１のコリメート光ビームを第１の平面光に変換して前記検出エリア内へ放射するように配置し、前記検出エリア内にある前記物体により、前記第１の平面光の一部を反射して第１の反射光を形成する第１の光変換レンズとを有し、前記検出ユニットは、前記第１の反射光を受けて案内するように配置された導光レンズと、前記導光レンズにより案内された前記第１の反射光を受け、前記物体のイメージを結像するように配置された検出器とを有することを特徴とする光学的検出システムに用いるモジュール。

（２） 第２のコリメート光ビームを放射する第２の光源と、前記第２のコリメート光ビームを第２の平面光に変換して前記検出エリア内へ放射するように配置し、前記検出エリア内にある前記物体により、前記第２の平面光の一部を反射して第２の反射光を形成する第２の光変換レンズとを有する少なくとも１つの第２の光発生ユニットをさらに備え、前記導光レンズは、第１の反射光及び第２の反射光を受けて案内するように配置され、前記検出器は、前記物体により形成され、前記導光レンズにより案内された第１の反射光及び第２の反射光を受け、前記物体のイメージを結像するように配置されていることを特徴とする（１）に記載の光学的検出システムに用いるモジュール。

（３） 前記第１の光変換レンズ及び前記第２の光変換レンズは、ライン発生レンズ又はシリンドリカルレンズであり、前記第１の光源及び前記第２の光源は、赤外レーザダイオード及びコリメートレンズをそれぞれ有し、前記検出ユニットは、可視光線を濾過する赤外線ロングパスフィルタを有し、前記導光レンズは、凸レンズ又は複合レンズアセンブリであり、前記検出器は、リニアＣＭＯＳセンサ、リニアＣＣＤ又は位置感知検出器のラインセンサであることを特徴とする（１）又は（２）に記載の光学的検出システムに用いるモジュール。

（４） 検出エリア内にある物体の接触位置を検出する光学的検出システムであって、前記検出エリアに向けられ、互いに所定の間隔をおいて配置された請求項１から３のうちの何れかのモジュール２つと、前記２つのモジュールと通信し、前記物体と前記モジュールとにより形成される２つの挟角と前記２つのモジュールまでの距離に基づき、三角測量により接触位置を判断する処理ユニットと、を備えることを特徴とする光学的検出システム。

（５） 前記２つのモジュールは、表示モニタの周囲の隣接した箇所に一体化したり、着脱可能に取り付けたりし、前記２つのモジュールの前記検出エリアは、前記表示モニタの表示エリア内にそれぞれ位置することを特徴とする（４）に記載の光学的検出システム。

本発明の検出モジュール及び検出モジュールを含む光学的検出システムは、検出エリアに触れられた物体の接触位置を検出することができる上、構造が単純で、容易かつ安価に製作することができる。

本発明の一実施形態に係る２つの光学的検出モジュールを検出エリアの周囲に配置したときの状態を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る検出モジュールにより物体を検出するときの状態を示す模式図及び信号と位置との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る検出エリア内に物体が位置し、光学的検出システムに物体が結像されるときの状態を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る光学的検出システムをラップトップ型パソコンへ着脱可能に取り付けたときの状態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る光学的検出システムを表示モニタの隣接した箇所へ着脱可能に取り付けたときの状態を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る光学的検出システム／モジュールを表示モニタの縁部へ一体化するように取り付けたときの状態を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る光学的検出システム／モジュールを表示モニタの縁部へ着脱可能に取り付けたときの状態を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

本発明の一実施形態による光学的検出システムは、表示モニタに利用することができる。この光学的検出システムは、表示モニタに接触された物体（例えば、ユーザの指、スタイラス）の接触位置を判断することができる。

本実施形態の光学的検出システムは、表示モニタ上の物体の接触位置を判断するために用いる光発生ユニット及び検出ユニットをそれぞれ有する光学的検出モジュールを含む。一般に、検出エリア（例えば、表示モニタの表示面内の検出エリア）に接触された物体の座標を判断するためには、座標データを処理し、検出エリア上の物体の接触位置を判断したりする処理ユニットと、２つの光学的検出モジュールとが必要である。

以下、図１〜図３に基づき、光学的検出システム及び光学的検出モジュールの構造及び検出原理を説明する。

図１を参照する。図１に示すように、各光学的検出モジュール１００ａ，１００ｂは、検出エリア２０２の上隅部にそれぞれ配置されている。光学的検出モジュール１００ａ，１００ｂは、検出エリア２０２に向けて（即ち、点線矢印が示す方向）それぞれ配置されている。ここで、「検出エリア２０２に向けて」とは、各モジュールの第１の光発生ユニットから検出エリアに向けて放射された第１の平面光が、検出エリアにより各モジュールの検出ユニットへ反射され、物体位置を検出することを意味する。

本実施形態の第１の光発生ユニット１０１ａ，１０１ｂは、第１の光源１０２ａ，１０２ｂ及び第１の光変換レンズ１０４ａ，１０４ｂをそれぞれ含む。

第１の光源１０２ａ，１０２ｂのそれぞれは、方向精度が高い第１のコリメート光ビームを放射する。例えば、第１の光源１０２ａ，１０２ｂはレーザ光源（例えば、波長が約７８０ｎｍ、８０８ｎｍ、８５０ｎｍなどのレーザ光を放射することが可能な赤外レーザダイオードなど）であることが好ましい。第１の光源１０２ａ，１０２ｂは、レーザ光源の他に、レーザダイオードが放射するレーザ光の発散角が大きくなることを防ぐために、レーザビームをコリメート光ビームへ変換するコリメートレンズが必要である。

各第１の光変換レンズ１０４ａ，１０４ｂは、第１の光源１０２ａ，１０２ｂの光路上（例えば、光源の前方）へそれぞれ配置される。さらに、第１の光変換レンズ１０４ａ，１０４ｂ及び第１の光源１０２ａ，１０２ｂを用い、第１のコリメート光ビームを第１の平面光へ変換し、検出エリア２０２へ放射してもよい。ここで、第１の光変換レンズ１０４ａ，１０４ｂには、ライン発生レンズ（ｌｉｎｅ−ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｌｅｎｓ）（例えば、シリンドリカルレンズ）など、コリメート光ビームを平面光へ変換することができるレンズを用いてもよく、本実施形態の態様だけに限定されるわけではない。

上述のライン発生レンズは、第１の平面光により検出エリア全体を走査することができるように、選択的に迅速に回動させたり揺動させたりしてもよい。

他の実施形態において、各光学的検出モジュール１００ａ，１００ｂは、遮光部材１１０ａ，１１０ｂをさらに含んでもよい。例えば、遮光部材１１０ａは、光学的検出モジュール１００ｂの検出ユニット１０５ｂの中に、第１の光源１０２ａから放射された平面光が放射されることを防ぐことができる。詳細には、遮光部材１１０ａは、第１の光源１０２ａから放射された光が光学的検出モジュール１００ｂの検出ユニット１０５ｂの中に放射されることを防ぐために用い、遮光部材１１０ｂは、第１の光源１０２ｂから放射された光が光学的検出モジュール１００ａの検出ユニット１０５ａの中に入ることを防ぐために用いる。このように、一般には、遮蔽効果を得るために、一方の光学的検出モジュールの遮光要素を他方の光学的検出モジュールの発光ユニットに対して適宜配置する。

一般に、第１の光発生ユニットから放射される平面光は、検出エリア２０２の表面より略高い上、検出エリア２０２の表面に対して略並行である。本実施形態の検出エリア２０２は、表示モニタの表示面に位置する。そのため、検出エリア２０２の表面（例えば、表示モニタの表示面）に、物体（例えば、指）が接触すると、第１の平面光の一部が物体により反射され、第１の反射光が形成される（図２に示す）。

図１を再び参照する。図１に示すように、各検出ユニット１０５ａ，１０５ｂは、導光レンズ１０６ａ，１０６ｂ及び検出器１０８ａ，１０８ｂをそれぞれ含む。

各導光レンズ１０６ａ，１０６ｂは、物体により反射された第１の反射光を受光し、検出器１０８ａ，１０８ｂのそれぞれへ案内するように配置する。一般に、導光レンズ１０６ａ，１０６ｂは、検出器１０８ａ，１０８ｂの光路（例えば、検出器の前方）へ配置する。これにより、各検出器１０８ａ，１０８ｂは、導光レンズ１０６ａ，１０６ｂにより案内された第１の反射光を受光し、検出器１０８ａ，１０８ｂに物体のイメージが結像される。

本実施形態の導光レンズ１０６ａ，１０６ｂは、単一の凸レンズ及び複合レンズアセンブリを含むが、本発明の態様はこれらだけに限定されるわけではなく、反射光を検出器へ案内し、検出器上へ物体のイメージを結像することができる他の光学レンズを用いてもよい。例えば、複合レンズアセンブリは、１列又はアレイ状に配列された複数の複合凸レンズを含んだり、少なくとも１つの凸レンズを含んだり、１列又はアレイ状に配列された少なくとも１つの凸レンズを含んだりしてもよい。本実施形態の導光レンズは単一の凸レンズであるが（図１に示す）、反射光を案内し、検出器上に物体のイメージを結像することができる他のレンズを用いてもよい。

一般に、ここで述べる検出器には、一次元位置信号を検出する装置を用いる。この検出器は、例えば、リニアＣＭＯＳ（ｌｉｎｅａｒ ＣＭＯＳ）センサ、リニアＣＣＤ（ｌｉｎｅａｒ ＣＣＤ）及び光学位置感知検出器（ｏｐｔｉｃａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｓｅｎｓｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を含むがこれらだけに限定されるわけではない。

各検出ユニットは、検出器１０８ａ，１０８ｂの中に可視光線が入らないように、可視光線を濾過する赤外線ロングパスフィルタをさらに含んでもよい。この赤外線ロングパスフィルタは、７５０ｎｍ以上の波長を通し、７５０ｎｍより短い波長の可視光を濾過することができる。

例えば、本実施形態において、各第１の光源１０２ａ，１０２ｂは、波長８５０ｎｍを放射する赤外レーザダイオード及びコリメートレンズを含み、検出ユニット１０５ａ，１０５ｂは、赤外線ロングパスフィルタを含んでもよい。これにより、検出器１０８ａ，１０８ｂは、周囲の可視光線により干渉され難くなるため、光学的検出システムの検出機能を向上させることができる。

赤外線ロングパスフィルタは、選択的に検出器１０８ａ，１０８ｂの光の入射側（即ち、導光レンズ側）へ薄膜状に形成したり、導光レンズの光の入射側（即ち、検出エリア側）又は導光レンズの発光側（即ち、検出器側）へ薄膜状に形成したり、独立装置の態様にして、導光レンズの光の入射側の前方、又は導光レンズと検出器との間へ配置したりしてもよい。

図２を参照する。図２に示すように、本実施形態の光学的検出モジュール１００ｂは、導光レンズ１０６ｂにより、反射光を検出器１０８ｂに結像させる。図２に示すように、検出エリアが２本の指で触れられると、検出器１０８ｂ（即ち、リニアセンサ）に指のイメージが結像され、２本の指により発生された反射光の信号を検出する。図２に示す信号と位置との関係を示すグラフにおいて、Ｙ軸は、信号強度を表し、Ｘ軸は、検出器上の対応した位置を表す。

本実施形態の光学的検出システムは、２つの光学的検出モジュールと通信することが可能な処理ユニット（図１では図示せず）をさらに含んでもよい。この処理ユニットは、三角測量により、検出エリア内にある物体の接触位置を判断することができる。一般に、処理ユニットは、検出器１０８ａ，１０８ｂが得た位置信号を処理するために、有線接続及び無線接続のうちの少なくとも何れか１つの方式により、２つのモジュールと通信可能に接続されている。処理ユニットは、２つのモジュールと一体化させて１つの装置にしたり、単独で配置したりしてもよい。

例えば、処理ユニットを２つのモジュールと分離して単独で設置する場合、赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信技術を利用してモジュールと通信接続したり、パラレルポート、ＵＳＢなどの有線通信技術を利用してモジュールと通信接続したりしてもよい。処理ユニットと２つのモジュールとが１つの装置に一体化される場合、２つのモジュールは、パラレルポート、ＵＳＢ又はその他の技術手段により処理ユニットと接続されてもよい。

図３を参照する。以下、処理ユニットが検出エリア内にある物体の接触位置を三角測量により判断する際の原理を、図３に基づき説明する。

本実施形態では、各導光レンズ１０６ａ，１０６ｂの中心を参考点１１５ａ，１１５ｂとして用いる。光学的検出ユニットの２つのモジュールを所定の位置に配置すると、２つの参考点１１５ａ，１１５ｂを結ぶ線１２５の距離Ｓを得ることができる。

図３に示すように、検出エリアに物体３００が触れると、２つのモジュールの光発生ユニット（図示せず）から発生された平面光が反射され、２つの反射光１２０ａ，１２０ｂが形成される。反射光１２０ａ，１２０ｂのそれぞれが導光レンズ１０６ａ，１０６ｂのうちの何れか１つを通ると、検出器１０８ａ，１０８ｂにイメージ３００’ａ，３００’ｂがそれぞれ結像される。

図３に示すように、各導光レンズ１０６ａ，１０６ｂは、軸線１３０ａ，１３０ｂを有し、軸線１３０ａ，１３０ｂと線１２５とにより挟角θ_１，θ_２が形成される。つまり、２つのモジュールが所定の位置に配置されると、挟角θ_１，θ_２を得ることができる。

検出器１０８ａ，１０８ｂに結像されるイメージ３００’ａ，３００’ｂは、検出器１０８ａ，１０８ｂと、軸線１３０ａ，１３０ｂとの交点から距離ΔＬ_１，ΔＬ_２で離れている。この距離ΔＬ_１，ΔＬ_２は、検出エリア内にある物体３００の接触位置に応じて変わる。処理ユニットは、イメージ３００’ａ，３００’ｂの結像位置に基づき、距離ΔＬ_１，ΔＬ_２を得ることができる。図３に示すように、Ｆは、導光レンズ１０６ａ，１０６ｂの焦点距離（即ち、参考点１１５ａ，１１５ｂから検出器１０８ａ，１０８ｂまでの垂直方向距離）である。

挟角Δθ_１，Δθ_２は、反射光１２０ａ，１２０ｂと軸線１３０ａ，１３０ｂとの間に形成されている。挟角αは、２つの反射光１２０ａ，１２０ｂ間に形成されている。挟角β_１，β_２は、反射光１２０ａ，１２０ｂと線１２５との間に形成されている。前述の挟角Δθ_１，Δθ_２，α，β_１，β_２は、検出エリア内にある物体３００の接触位置に応じて変化する。処理ユニットは、以下の数式（１）に基づいて計算し、Δθ_１及び／又はΔθ_２を得る。

Δθ_ｎ＝ａｒｃｔａｎ（ΔＬ_ｎ／Ｆ） 数式（１）

続いて、処理ユニットは、以下の数式（２）に基づき、β_ｎを計算する。ここで、ｎ＝１又は２（即ち、β_１又はβ_２）である。

β_ｎ＝θ_ｎ−Δθ_ｎ 数式（２）

その後、処理ユニットは、β_１、β_２及び距離Ｓに基づき、検出エリア内にある物体３００の座標（即ち、接触位置）を計算する。

処理ユニットは、上述の演算処理を行うために、ハードウェア、ソフトウェア及びファームウェアのうちの少なくとも何れか１つの中に配置してもよい。例えば、コンピュータに内蔵した中央処理装置と、適宜なソフトウェアとを組み合わせて検出エリア内にある物体の接触位置を計算してもよい。

本実施形態の光学的検出システム／モジュールは、検出エリア内にある物体の接触位置を検出するために用いる。一般の表示モニタは、表示面に検出エリアを設けると、タッチ入力機能を備えたスクリーンとして用いることができる。検出エリアは、表示モニタをなるべく広く覆うことが好ましい。ここで、表示モニタは、デスクトップ型パソコン、ラップトップ型パソコン、タブレット型パソコンの表示モニタに限定されるわけではなく、ＴＶスクリーン（例えば、陰極線管（ＣＲＴ）テレビスクリーン、液晶テレビスクリーン、プラズマテレビスクリーンなど）、プロジェクションスクリーンなどを含んでもよい。また、上述の表示装置／スクリーン以外にも、検出エリア及びタッチ入力機能を備えた他の装置を用いてもよい。例えば、ある物体に所定の機能を有する少なくとも１つのエリアを設け、所定の機能を実行することができる光学的検出システムとして用いてもよい。

本実施形態の光学的検出システム／モジュールは、表示モニタの周囲に、一体化したり着脱可能に取り付け、表示モニタの表示エリア内に各モジュールの検出エリアをそれぞれ位置させる。ここで「表示モニタの周囲」とは、表示モニタの縁部に直接接触したり、接触せずに周囲に設けられた状態を含む。例えば、上述のモジュールは、表示モニタの少なくとも１つの縁部と一体化したり、着脱可能に取り付けられたりしてもよい。好適には、２つのモジュールは、表示モニタの１つの縁部の各両端にそれぞれ配置され、検出エリアにより、表示モニタの表示範囲全体を覆うことが好ましい。

図４を参照する。図４は、本発明の一実施形態に係る光学的検出システム４００をラップトップ型パソコン４１０へ着脱可能に取り付けたときの状態を示す斜視図である。

本発明の一実施形態による光学的検出システム４００は、ハウジング４０２に配置された２つの光学的検出モジュール（図４では図示せず）を含む。光学的検出システム４００は、処理ユニット（図４では図示せず）をさらに含む。この処理ユニットは、ハウジング４０２と一体化させたり、ラップトップ型パソコン４１０に内蔵されたＣＰＵと、適宜なアプリケーションソフトウェアとの組み合わせにより、処理ユニットの機能を得てもよい。

図４に示すように、光学的検出システム４００のハウジング４０２は、２つのモジュールの検出エリアが表示モニタ４１２の表示範囲を広く覆うことができるように、ラップトップ型パソコン４１０の表示モニタ４１２の上縁部へ着脱可能に取り付けたり、表示モニタ４１２の上縁部以外の箇所へ取り付けたりしてもよい。例えば、ハウジング４０２の表示範囲の少なくとも一部が、２つのモジュールの検出エリアにより覆われる限り、表示モニタ４１２の縁部のうちの少なくとも１つをハウジング４０２に配置してもよい。

光学的検出システム４００は、接続線４０４をさらに含んでもよい。この接続線４０４は、一方の端部がラップトップ型パソコン４１０上に設けられたスロットの中に挿入するコネクタ４０４ａ（例えば、ＵＳＢアダプタ）を有し、他方の端部がハウジング４０２の中の構成要素（図１に示す）と電気的に接続されている。このように、接続線４０４は、ラップトップ型パソコン４１０から光学的検出システム４００へ電源を供給し、光学的検出システム４００からラップトップ型パソコン４１０のＣＰＵへ信号（又は計算により得たデータ）を送信するために用いる。

本実施形態の光学的検出システム４００は、電源及び信号を伝送するために接続線４０４を用いているが、本発明の態様はこれらだけに限定されるわけではなく、例えば、外部電源に接続された付加的な電源線（図４では図示せず）を用いたり、ハウジング４０２内に電池（図４では図示せず）（アルカリ電池、二次電池及び太陽電池を含む）を配置し、光学的検出システム４００へ電源を供給したりしてもよく、この場合、接続線４０４は信号の伝送だけに用いられる。

図５は、本発明の一実施形態による光学的検出システム５００を表示モニタ５１２の隣接した箇所へ着脱可能に取り付けたときの状態を示す模式図である。

図５の光学的検出システム５００の構造は、上述の光学的検出システム４００と略同じであるため、ここでは繰り返して述べない。

図５に示すように、光学的検出システム５００のハウジング５０２は、コンピュータ本体５１０の表示モニタ５１２の上縁部の上方へ着脱可能に取り付けられているため、ハウジング５０２の中に配置された２つの光学的検出モジュール（図５では図示せず）の検出エリアは、表示モニタ５１２の表示範囲をなるべく広く覆うことができる。このハウジング５０２は、例えば、表示モニタ５１２の表示範囲の少なくとも一部を２つの光学的検出モジュールの検出エリアで覆うことができる限り、表示モニタ５１２の他の縁部の隣接した箇所に取り付けてもよく、表示モニタ５１２の上縁部の上方以外の箇所に取り付けてもよい。

図５に示すように、本実施形態のハウジング５０２は、サポート５０６により、固定面（例えば、机の上面）上に取り付けられており、当業者なら分かるように、光学的検出システム５００は、ハウジング５０２及びサポート５０６を適宜設計することにより、様々なサイズの表示モニタに応用することができる。例えば、サポート５０６は、選択的に調整可能なサポートとして用い、ハウジング５０２の高さを調整したり、ハウジング５０２を選択的に伸縮式に形成することにより、ハウジング５０２の両端の距離を変えて様々なサイズの表示モニタに適用したりすることができる。光学的検出システム５００は、ハウジング５０２とコンピュータ本体５１０とを電気的に接続する接続線５０４をさらに含むことができる。

本実施形態の光学的検出システムは、検出エリアのサイズが基本的に制限されていない上、２つのモジュールの配置角度及び位置を適宜調整することにより、検出エリアの範囲を調整することができる。

理論上、本実施形態の光学的検出システムを大型の表示モニタに応用する際、第１の光源の光強度を高めると、検出効果を維持することができるが、光源の光強度は、安全を考慮して所定の規格により上限が制約されている。そのため実際には、上述の光学的検出システム／モジュールの検出エリアは、対角線長さを７６．２ｃｍ以下にしなければ、検出エリア（即ち、表示モニタ）内にある物体の接触位置を正確に検出することができない虞があった。即ち、光学的検出システム／モジュールは、検出エリアの対角線長さが７６．２ｃｍより大きい場合、反射光の信号が不均一で強度が下がるため、検出エリア（即ち、表示モニタ）内にある物体の接触位置を検出する機能が低下する虞があった。

上述したことに鑑み、本実施形態は、大型の表示エリアを有する表示モニタに適用することができる、大型の検出エリアを備える光学的検出システム／モジュールを提供する。

本実施形態の各モジュールは、第１の光発生ユニット、少なくとも１つの第２の光発生ユニット及び検出ユニットをさらに含んでもよい。第１の光発生ユニット及び検出ユニットは、図１〜図３に示す第１の光発生ユニット１０１ａ，１０１ｂ及び検出ユニット１０５ａ，１０５ｂに類似する。さらに、本実施形態の第１の光発生ユニット及び検出ユニットは、上述した他の実施形態の構成要素をさらに選択的に含んでもよい。例えば、モジュールは、選択的に遮光部材又は赤外線ロングパスフィルタを含んでもよい。第１の光発生ユニット及び検出器は、上述しているため説明を省略し、以下では、第２の光発生ユニットの構造のみを説明する。

本実施形態において、各第２の光発生ユニットは、第２の光源及び第２の光変換レンズを含む。第２の光源は、方向精度が高い第２のコリメート光ビームを放射する。適宜な第２の光源の実施例は、第１の光源に類似する。

第２の光変換レンズは、第２の光源の光路上（例えば、第２の光源の前）に配置される。第２の光変換レンズは、第２の光源とともに第２のコリメート光ビームを第２の平面光へ変換し、検出エリア２０２の中へ入れる。第２の光変換レンズの構造は、第１の光変換レンズに類似する。

本実施形態の第１の光発生ユニット、第２の光発生ユニット及び検出ユニットを適宜配置すると、検出ユニットの導光レンズにより、第１の反射光及び第２の反射光を受け、第１の反射光及び第２の反射光を検出器へ案内し、検出器に物体のイメージを結像することができる。

第１の光発生ユニットと第２の光発生ユニットとは、所定の間隔をおいて配置されているが、これだけに限定されるわけではなく、第１の光発生ユニットと第２の光発生ユニットとの相対位置及び距離は、各モジュールの第１の光発生ユニット及び第２の光発生ユニットが検出エリアに向かって平面光を放射することができる限り、他の態様にしてもよい。例えば、第１の光発生ユニット及び第２の光発生ユニットのそれぞれを略同じ方向に向けたり、互いに異なる方向に向けたりしてもよい（例えば、一方を左に向けて他方を右に向けたり、一方を右下に向けて他方を右上へ向けたりしてもよい）。

本実施形態のモジュールは、大面積の検出エリアに適用する光学的検出システムの感度及び精度を向上させるために、複数の光発生ユニットを含んでもよい。詳細には、光発生ユニットの数を増やし、大面積の検出エリア内へ放射される平面光の強度を高めるとともに、平面光の均一度を向上させる。また、物体により反射される光の強度が高まると、検出される感度及び精度も向上する。本実施形態の光発生ユニットの数は、検出エリアの面積に応じて決定してもよい。一般に、検出エリアの面積が大きいほど、光発生ユニットの数を多くする。例えば、光学的検出システムが所望の検出感度及び精度を得るためには、３つ以上の光発生ユニットが必要である。

本実施形態の光学的検出システム／モジュールは、表示モニタの周囲に隣接した箇所に一体化したり、着脱可能に取り付けられ、各モジュールの検出エリアは、表示モニタの表示エリア内に位置する。例えば、上述の光学的検出モジュールは、表示モニタの少なくとも１つの縁部と一体化したり、着脱可能に取り付けたりしてもよい。

本実施形態の光学的検出システム／モジュールは、図２及び図３に示す実施形態に類似し、検出エリアの中の物体の接触位置を計算／判断することができる。

図６及び図７を参照する。図６及び図７は、本発明の一実施形態による光学的検出システム／モジュールを表示モニタの周囲に配置したときの状態を示す模式図である。

図６を参照する。図６に示すように、本実施形態の光学的検出システム／モジュールは、表示モニタの縁部に一体化されている。

本実施形態の光学的検出システムは、処理ユニット（図６では図示せず）と、表示モニタ６１２の上縁部にそれぞれ配置した２つの光学的検出モジュール１５０ａ，１５０ｂを含んでもよい。各光学的検出モジュール１５０ａ，１５０ｂは、第１の光発生ユニット１０１ａ，１０１ｂ、第２の光発生ユニット１６１ａ，１６１ｂ及び検出ユニット１０５ａ，１０５ｂを含む。

図６に示すように、各モジュールの第１の光発生ユニット１０１ａ，１０１ｂ及び第２の光発生ユニット１６１ａ，１６１ｂは、それぞれ異なる方向に向け、検出エリア（即ち、６１２の表示面）に向けて平面光がそれぞれ放射されるように配置されている。さらに、各モジュールの検出ユニットは、検出エリアからの反射光を受光することができるように配置されている。

図６に示すように、本実施形態の光学的検出システム／モジュールは、表示モニタの上縁部に配置されているが、本発明はこの態様だけに限定されるわけではなく、表示モニタ６１２の左縁部、右縁部又は下縁部に一体化されたり、表示モニタ６１２の少なくとも１つの縁部へ着脱可能に取り付けたり（図４のように）、前述した縁部に直接接触しないように、表示モニタ６１２の少なくとも１つの縁部に隣接した箇所へ取り付けたりしてもよい（図５のように）。

図７に示すように、本実施形態の光学的検出システム／モジュールは、表示モニタ７１２の縁部へ着脱可能に取り付けられている。

本実施形態の光学的検出システムは、処理ユニット（図７では図示せず）と、ハウジング１８０にそれぞれ配置した２つの光学的検出モジュール１７０ａ，１７０ｂとを含む。ハウジング１８０は、フレーム状であり、表示モニタ７１２の周囲へ着脱可能に取り付けられている。各光学的検出モジュール１７０ａ，１７０ｂは、第１の光発生ユニット１０１ａ，１０１ｂ、２つの第２の光発生ユニット１６１ａ，１６３ａ，１６１ｂ，１６３ｂ及び検出ユニット１０５ａ，１０５ｂを含む。

図７に示すように、各モジュールの第１の光発生ユニット及び第２の光発生ユニットは、異なる方向へ向けられ、かつ、検出エリア（表示モニタ７１２の表示面）に向けて平面光を放射するように配置されている。例えば、光学的検出モジュール１７０ａは、第１の光発生ユニット１０１ａ及び一方の第２の光発生ユニット１６３ａの光放射面が左下へ向けられ、第２の光発生ユニット１６１ａの光放射面が右下へ向けられている。各モジュールの検出ユニットは、検出エリアからの反射光を受光することができるように配置されている。

図７に示すように、本実施形態の光学的検出システム／モジュールは、表示モニタ７１２の４つの縁部へ着脱可能に取り付けられたハウジング１８０の中に配置されているが、本実施形態の態様だけに限定されるわけではない。例えば、ハウジング１８０は、表示モニタ７１２の４つの縁部を必ずしもフレーム状に形成して覆う必要はなく、棒状（図４のように）に形成して覆ったり、Ｕ字形又はＬ字形に形成して４つの縁部の一部だけを覆ったり、表示モニタ７１２の少なくとも１つの縁部に一体化（図６のように）させたりしてもよい。また、他の実施形態の光学的検出システム／モジュールは、前記縁部へ直接接触させずに、表示モニタ７１２の少なくとも１つの縁部に隣接した箇所へ取り付けてもよい（図５のように）。

上述したことから分かるように、本発明の検出モジュール及び検出モジュールを含む光学的検出システムは、検出エリアに触れられた物体の接触位置を検出して判断することができる上、従来の光学的検出システムと異なり構造が複雑でないため、容易かつ経済的に表示モニタなどの入力装置へ応用することができる。

当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

１００ａ…光学的検出モジュール、 １００ｂ…光学的検出モジュール、 １０１ａ…第１の光発生ユニット、 １０１ｂ…第１の光発生ユニット、 １０２ａ…第１の光源、 １０２ｂ…第１の光源、 １０４ａ…第１の光変換レンズ、 １０４ｂ…第１の光変換レンズ、 １０５ａ…検出ユニット、 １０５ｂ…検出ユニット、 １０６ａ…導光レンズ、 １０６ｂ…導光レンズ、 １０８ａ…検出器、 １０８ｂ…検出器、 １１０ａ…遮光部材、 １１０ｂ…遮光部材、 １１５ａ…参考点、 １１５ｂ…参考点、 １２０ａ…反射光、 １２０ｂ…反射光、 １２５…線、 １３０ａ…軸線、 １３０ｂ…軸線、 １５０ａ…光学的検出モジュール、 １５０ｂ…光学的検出モジュール、 １６１ａ…第２の光発生ユニット、 １６１ｂ…第２の光発生ユニット、 １６３ａ…第２の光発生ユニット、 １６３ｂ…第２の光発生ユニット、 １７０ａ…光学的検出モジュール、 １７０ｂ…光学的検出モジュール、 １８０…ハウジング、 ２０２…検出エリア、 ３００…物体、 ３００’ａ…イメージ、 ３００’ｂ…イメージ、 ４００…光学的検出システム、 ４０２…ハウジング、 ４０４…接続線、 ４０４ａ…コネクタ、 ４１０…ラップトップ型パソコン、 ４１２…表示モニタ、 ５００…光学的検出システム、 ５０２…ハウジング、 ５０４…接続線、 ５０６…サポート、 ５１０…コンピュータ本体、 ５１２…表示モニタ、 ６１２…表示モニタ、 ７１２…表示モニタ。

Claims (5)

1. 第１の光発生ユニット及び検出ユニットを備え、検出エリア内にある物体の位置を検出する光学的検出システムに用いるモジュールであって、
   前記第１の光発生ユニットは、
   第１のコリメート光ビームを放射する第１の光源と、
   前記第１のコリメート光ビームを第１の平面光に変換して前記検出エリア内へ放射するように配置し、前記検出エリア内にある前記物体により、前記第１の平面光の一部を反射して第１の反射光を形成する第１の光変換レンズとを有し、
   前記検出ユニットは、
   前記第１の反射光を受けて案内するように配置された導光レンズと、
   前記導光レンズにより案内された前記第１の反射光を受け、前記物体のイメージを結像するように配置された検出器とを有することを特徴とする光学的検出システムに用いるモジュール。
2. 第２のコリメート光ビームを放射する第２の光源と、
   前記第２のコリメート光ビームを第２の平面光に変換して前記検出エリア内へ放射するように配置し、前記検出エリア内にある前記物体により、前記第２の平面光の一部を反射して第２の反射光を形成する第２の光変換レンズとを有する少なくとも１つの第２の光発生ユニットをさらに備え、
   前記導光レンズは、第１の反射光及び第２の反射光を受けて案内するように配置され、
   前記検出器は、前記物体により形成され、前記導光レンズにより案内された第１の反射光及び第２の反射光を受け、前記物体のイメージを結像するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学的検出システムに用いるモジュール。
3. 前記第１の光変換レンズ及び前記第２の光変換レンズは、ライン発生レンズ又はシリンドリカルレンズであり、
   前記第１の光源及び前記第２の光源は、赤外レーザダイオード及びコリメートレンズをそれぞれ有し、
   前記検出ユニットは、可視光線を濾過する赤外線ロングパスフィルタを有し、
   前記導光レンズは、凸レンズ又は複合レンズアセンブリであり、
   前記検出器は、リニアＣＭＯＳセンサ、リニアＣＣＤ又は位置感知検出器のラインセンサであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学的検出システムに用いるモジュール。
4. 検出エリア内にある物体の接触位置を検出する光学的検出システムであって、
   前記検出エリアに向けられ、互いに所定の間隔をおいて配置された請求項１から３のうちの何れかのモジュール２つと、
   前記２つのモジュールと通信し、前記物体と前記モジュールとにより形成される２つの挟角と前記２つのモジュールまでの距離に基づき、三角測量により接触位置を判断する処理ユニットと、を備えることを特徴とする光学的検出システム。
5. 前記２つのモジュールは、表示モニタの周囲の隣接した箇所に一体化したり、着脱可能に取り付けたりし、
   前記２つのモジュールの前記検出エリアは、前記表示モニタの表示エリア内にそれぞれ位置することを特徴とする請求項４に記載の光学的検出システム。

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