專利名稱：光學(xué)位置檢測設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)位置檢測設(shè)備，且更具體地涉及利用圖像傳感器在由指示器指示的檢測區(qū)域上以光學(xué)方式檢測位置的光學(xué)位置檢測設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來，已開發(fā)了多種利用圖像傳感器的光學(xué)位置檢測設(shè)備和數(shù)字化儀。本發(fā)明人提交的例如專利文獻1公開了一種光學(xué)數(shù)字化儀，所述數(shù)字化儀具有圖像傳感器，所述圖像傳感器圍繞檢測區(qū)域布置以將指示器成像；用于將指示器在圖像傳感器上成像的成像透鏡；和用于將圖像傳感器的觀察角度擴張的曲面鏡。在此技術(shù)中，曲面鏡被利用以防止如下缺點，即在圖像傳感器靠近檢測區(qū)域的相鄰角部設(shè)置的情況中，圖像傳感器物理上位于檢測區(qū)域的在側(cè)向方向上的外側(cè)。通過利用曲面鏡，圖像傳感器和光源能設(shè)置在檢測區(qū)域的側(cè)向尺寸內(nèi)。引用列表專利文獻專利文獻1 日本專利申請Kokai公開第2001-142630號然而，在專利文獻1的技術(shù)中，曲面鏡仍設(shè)置在檢測區(qū)域的相鄰角部附近，使得存在對于曲面鏡的安裝位置的限制。此外，曲面鏡、圖像傳感器和光源的設(shè)置位置需要精確地確定，且難于將這些部件單獨地以選擇方式安裝。此外，當(dāng)位置檢測功能應(yīng)用于黑板或白板以構(gòu)造數(shù)字化儀時，難于安裝可覆蓋極大檢測區(qū)域的此曲面鏡。此外，可考慮到將一對曲面鏡和一對圖像傳感器一體形成為單元以固定它們之間的相對位置，以便于其定位。然而，在此情況中，單元尺寸相應(yīng)地增加，使得單元覆蓋了檢測區(qū)域的整個側(cè)，使得在其中檢測區(qū)域極大的情況中，整個設(shè)備的尺寸增加。此外，在專利文獻1中，半鏡等用于使得光源和圖像傳感器的光軸相互重合，使得光量衰減從而導(dǎo)致低效率。此外，難于使得包括曲面鏡的各部件的光軸相互重合。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題考慮到以上所述的情況，本發(fā)明的目的是提供光學(xué)位置檢測設(shè)備，所述光學(xué)位置檢測設(shè)備具有緊湊的檢測單元且可容易地拆卸和附接。為實現(xiàn)本發(fā)明的上述的目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供了光學(xué)位置檢測設(shè)備， 所述光學(xué)位置檢測設(shè)備包括反向反射構(gòu)件，所述反向反射構(gòu)件設(shè)置在所述指示器上，或設(shè)置為覆蓋檢測區(qū)域的周邊的至少一部分；和檢測單元，所述檢測單元設(shè)置在所述檢測區(qū)域的周邊的一個部分處，并通過利用從所述反向反射構(gòu)件反射的反射光來檢測所述指示器的指示位置，所述檢測單元包括至少兩個檢測部分，每個檢測部分具有發(fā)出沿所述檢測區(qū)域的表面方向行進的光的光源部分和將從所述光源部分發(fā)出的且被所述反向反射構(gòu)件反射的光成像的照相機部分。光源部分具有足夠?qū)捯岳霉庹丈湔麄€檢測區(qū)域的照射角度。照
4相機部分包括超寬角度透鏡和圖像傳感器，所述照相機部分設(shè)置為靠近光源部分，并具有足夠?qū)捯詫⒄麄€檢測區(qū)域成像的觀察角度。所述兩個檢測部分設(shè)置為使得所述兩個檢測部分之間的距離小于所述檢測區(qū)域的在從所述檢測單元向所述檢測區(qū)域的方向上觀察的寬度。光源部分可包括復(fù)曲面透鏡和多個LED。超寬角度透鏡和/或復(fù)曲面透鏡可由透鏡樹脂模制。超寬角度透鏡可形成為薄形透鏡，所述薄形透鏡的上平面表面和下平面表面沿所述檢測區(qū)域的所述表面方向延伸，且所述超寬角度透鏡與所述光源部分堆疊。所述檢測單元可包括三個檢測部分，所述三個檢測部分設(shè)置為使得在所述三個檢測部分中的在兩側(cè)的兩個檢測部分之間的距離小于所述檢測區(qū)域的在從所述檢測單元向所述檢測區(qū)域的方向上觀察的寬度，且剩余的一個檢測部分設(shè)置在所述兩個檢測部分之間。檢測單元可以可拆卸地附接到檢測區(qū)域的周邊的一個部分。設(shè)置為覆蓋檢測區(qū)域的周邊的至少一部分的反向反射構(gòu)件可以可拆卸地附接到檢測區(qū)域的周邊。檢測單元和/或反向反射構(gòu)件可具有磁體以可拆卸地附接到檢測區(qū)域的周邊。光學(xué)位置檢測設(shè)備可進一步包括在檢測區(qū)域的周邊內(nèi)的定位基部構(gòu)件，所述定位基部構(gòu)件由鐵磁材料制成，設(shè)置在檢測單元和/或反向反射構(gòu)件內(nèi)的磁體能附著到所述定位基部構(gòu)件。檢測單元可同時檢測多個指示器的指示位置。根據(jù)本發(fā)明的第二方面提供了光學(xué)位置檢測設(shè)備，包括指示器，所述指示器在所述指示器的尖端部具有光源，和檢測單元，所述檢測單元設(shè)置在所述檢測區(qū)域的周邊的一個部分處，并通過利用從所述指示器的所述光源發(fā)出的光來檢測所述指示器的指示位置， 所述檢測單元包括至少兩個照相機部分，所述至少兩個照相機部分將從所述指示器的所述光源發(fā)出的光成像。照相機部分中的每個照相機部分包括超寬角度透鏡和圖像傳感器，并具有足夠?qū)捯詫⒄麄€檢測區(qū)域成像的觀察角度。所述兩個照相機部分布置為使得所述兩個照相機部分之間的距離小于所述檢測區(qū)域的在從所述檢測單元向所述檢測區(qū)域的方向上觀察的寬度。根據(jù)本發(fā)明的第三方面提供了光學(xué)位置檢測設(shè)備，包括檢測單元，所述檢測單元設(shè)置在檢測區(qū)域的周邊的一個部分處，并檢測所述指示器的指示位置，所述檢測單元包括發(fā)出沿所述檢測區(qū)域的表面方向行進的光的光源部分和將從所述光源部分發(fā)出的且被所述指示器反射的光成像的至少兩個照相機部分。照相機部分中的每個照相機部分包括超寬角度透鏡和圖像傳感器，并具有足夠?qū)捯詫⒄麄€檢測區(qū)域成像的觀察角度。光源部分設(shè)置在至少兩個照相機部分之間，并具有足夠?qū)捯岳霉庹丈湔麄€檢測區(qū)域的照射角度。所述兩個照相機部分布置為使得所述兩個照相機部分之間的距離小于所述檢測區(qū)域的在從所述檢測單元向所述檢測區(qū)域的方向上觀察的寬度。光源部分可包括多個紅外LED，并且照相機部分中的每個照相機部分可包括紅外線透射濾光器且僅在從光源部分發(fā)光期間執(zhí)行成像操作。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的光學(xué)位置檢測設(shè)備具有如下優(yōu)點，即檢測單元構(gòu)造為形狀緊湊，且光學(xué)位置檢測設(shè)備的拆卸和附接可容易地進行。


圖1是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備的示意性構(gòu)造視圖。圖2是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備的檢測單元的構(gòu)造的透視圖。圖3是用于解釋在根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備中使用的光源部分的視圖。圖4是用于解釋在根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備中使用的照相機部分的構(gòu)造的視圖。圖5是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備的示意性構(gòu)造視圖。圖6是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備的示意性構(gòu)造視圖。圖7是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備的示意性構(gòu)造視圖。
具體實施例方式用于實現(xiàn)本發(fā)明的實施例將在下文中參考附圖描述。圖1是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備的示意性構(gòu)造視圖。第一實施例是其中檢測通過例如手指或指示條的指示器的位置的示例，所述指示器自身不具有特殊的功能。如在圖1中示出， 能檢測指示器2在檢測區(qū)域1上的指示位置的光學(xué)位置檢測設(shè)備主要通過反向反射構(gòu)件10 和檢測單元20構(gòu)成。反向反射構(gòu)件10設(shè)置為覆蓋檢測區(qū)域1的至少一部分。更具體地，反向反射構(gòu)件 10設(shè)置為覆蓋圍繞檢測區(qū)域1的三個邊。檢測單元20設(shè)置在檢測區(qū)域1的周邊的一個部分處。更具體地，檢測單元20設(shè)置在檢測區(qū)域1的未設(shè)置反向反射構(gòu)件10的一個邊上。檢測單元20通過利用來自反向反射構(gòu)件10的反射光來檢測指示器2的指示位置。圖1中示出的檢測單元20包括兩個檢測部分21。兩個檢測部分21設(shè)置為使得兩個檢測部分21之間的距離小于檢測區(qū)域1的在從檢測單元20向檢測區(qū)域的方向上觀察的寬度。更具體地，兩個檢測部分21設(shè)置在檢測區(qū)域1的兩個垂直側(cè)內(nèi)，使得在圖1的圖中兩個檢測部分21之間的距離小于檢測區(qū)域1的上側(cè)向邊的長度。如在后文中詳述，本發(fā)明的光學(xué)位置檢測設(shè)備構(gòu)造為利用三角測量原理檢測指示器的指示位置，使得兩個檢測部分21之間的距離影響檢測精度，且兩個檢測部分 21之間的距離越小則檢測精度越差。因此，兩個檢測部分21可設(shè)置為使得兩個檢測部分 21間的間隔例如為檢測區(qū)域1的上側(cè)向邊的長度的1/2，而檢測精度維持在可接受的水平。 只要檢測精度處在可接受的范圍內(nèi)，兩個檢測部分之間的距離可形成為更小。因此，檢測單元的側(cè)向長度可形成為更短，使得整個檢測單元可構(gòu)造為緊湊的形狀。
圖2是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備的檢測單元的檢測部分的構(gòu)造的透視圖。在圖2中，與圖1中相同的附圖標(biāo)號指示了與圖1相同的部分。如在圖2中示出，檢測部分21主要包括光源部分30和照相機部分40。光源部分30構(gòu)造為具有使得整個檢測區(qū)域(見圖1)能被光照射的照射角度。艮口， 光源部分30構(gòu)造為具有在表面方向上覆蓋了整個檢測區(qū)域1的照射角度。光源部分30通過利用例如多個以扇形設(shè)置的LED (發(fā)光二極管)實現(xiàn)了大約120度至180度的照射角度。照相機部分40將從光源部分30發(fā)出的且被反向反射構(gòu)件10(見圖1)反射的光成像。照相機部分40包括超寬角度透鏡和圖像傳感器，所述照相機部分40設(shè)置為靠近光源部分30，并具有足夠?qū)捯詫φ麄€檢測區(qū)域1成像的觀察角度。即，照相機部分40構(gòu)造為具有在表面方向上覆蓋了整個檢測區(qū)域1的觀察角度。照相機部分通過利用超寬角度透鏡實現(xiàn)了大約120度至180度的觀察角度。在本發(fā)明中，照相機部分的超寬角度透鏡包括不修正扭曲的魚眼透鏡。透鏡不需要總是在透鏡側(cè)上修正，且在扭曲不在透鏡側(cè)被修正的情況中，圖像傳感器用于按需要修正所成像的數(shù)據(jù)。希望的是具有包括光源部分30和照相機部分40的檢測部分的檢測單元相對于檢測區(qū)域1設(shè)置得越靠近，則光源部分30的照射角度和照相機部分40的觀察角度越大，以覆蓋整個檢測區(qū)域1。每個具有以上構(gòu)造的檢測部分21具有柔性基板25，所述柔性基板25連接到設(shè)置在檢測單元內(nèi)側(cè)或外側(cè)的控制器或計算機(未示出)。檢測單元和控制器等可通過利用 USB(通用串行總線)的有線連接而相互連接，或通過利用藍牙(注冊商標(biāo))的無線連接而相互連接。如下將參考圖3描述光源部分30的具體構(gòu)造。圖3是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備中利用的光源部分的構(gòu)造的視圖。圖3(a)是光源部分的頂視圖，且圖3(b)是沿線b-b截取的橫截面視圖。在圖3中，與圖2中相同的附圖標(biāo)號指示了與圖2相同的部分。如圖中所示，光源部分30例如包括復(fù)曲面透鏡31和多個LED32。
如在圖3中示出，復(fù)曲面透鏡31是具有反射表面的透鏡，所述反射表面的形狀通過將作為平面凸透鏡的具有圓柱形反射表面的圓柱透鏡彎曲而獲得。復(fù)曲面透鏡31構(gòu)造為從LED32輻射光，使得輻射角度在水平方向上至少為120度，且將光在垂直方向上聚集。 即，復(fù)曲面透鏡31可平行于檢測區(qū)域1的表面輻射光且具有相對于檢測區(qū)域1的表面方向的寬輻射模式。復(fù)曲面透鏡31的反射表面或彎曲可設(shè)定為使得從復(fù)曲面透鏡31輻射的光沿檢測區(qū)域1的表面方向行進，且光均勻地在整個檢測區(qū)域1上輻射。此外，復(fù)曲面透鏡31 可由例如透鏡樹脂制成。透鏡樹脂是例如塑料、丙烯酸或聚碳酸酯的樹脂。當(dāng)透鏡由透鏡樹脂模制時，可消除進行拋光過程的需要，從而使透鏡制造成本降低。多個LED32布置為扇形，如在圖3 (a)中示出，且通過復(fù)曲面透鏡31發(fā)出沿檢測區(qū)域1的表面方向行進的光。例如，LED32可以是紅外LED。此外，LED32可以直接設(shè)置在柔性基板25上。在本發(fā)明的光學(xué)位置檢測設(shè)備中利用的光源部分不限制于圖中所示的示例，而是只要光源部分具有足夠?qū)捯岳霉庹丈湔麄€檢測區(qū)域的照射角度，所述光源部分可具有任何構(gòu)造。例如，可采用以下構(gòu)造每個LED具有寬照射角度的數(shù)個LED用于在表面方向上發(fā)出覆蓋整個檢測區(qū)域的光。
然后將參考圖4描述照相機部分40的特定構(gòu)造。圖4是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備中利用的照相機部分4的構(gòu)造的視圖。圖4(a)是照相機部分的頂視圖，且圖4(b)是沿線b-b截取的橫截面視圖。在圖4中，與圖2中相同的附圖標(biāo)號指示了與圖2中相同的或相應(yīng)的部分。如所示出，照相機部分40包括例如超寬角度透鏡41和圖像傳感器42。如在圖4中示出，超寬角度透鏡41例如由兩組四元件透鏡構(gòu)成。更具體地，超寬角度透鏡41包括第一透鏡411、第二透鏡412、第三透鏡413和第四透鏡414，所述四個透鏡以此次序從檢測區(qū)域向圖像傳感器42的成像表面布置。在第三透鏡413和第四透鏡414 之間設(shè)置了光圈415。第一透鏡411是負彎月透鏡，具有面向檢測區(qū)域側(cè)的凸出表面，第二透鏡412是負透鏡，具有面向成像表面?zhèn)鹊男澢砻妫谌哥R413是正透鏡，具有面向檢測區(qū)域側(cè)的凸出表面，且第四透鏡414是正透鏡，具有面向成像表面?zhèn)鹊耐钩霰砻妗Ｒ陨贤哥R形成為薄片透鏡組，所述薄片透鏡組具有沿檢測區(qū)域1的表面方向延伸的上表面和下表面。然后，此超寬角度透鏡41與光源部分30堆疊，如在圖2中示出。更具體地，超寬角度透鏡41和復(fù)曲面透鏡31垂直布置。此構(gòu)造允許減小檢測部分21的厚度， 且允許光源部分30和照相機部分40的光軸相互接近。此外，超寬角度透鏡41可例如由透鏡樹脂制成。當(dāng)透鏡由透鏡樹脂模制時，可消除進行拋光過程的需要，從而使透鏡制造成本降低。圖像傳感器42是固態(tài)圖像感測裝置，例如CXD或CMOS。圖像傳感器42僅需是線性圖像傳感器或面型圖像傳感器。在圖像傳感器42是面型圖像傳感器的情況中，圖像傳感器42可檢測指示器在被位置檢測設(shè)備接觸檢測之前和之后在高度方向上的運動，使得可實現(xiàn)高水平檢測。圖像傳感器42可直接設(shè)置在柔性基板25上。在圖3中示出的光源部分 30的柔性基板25和在圖4中示出的照相機部分40的柔性基板25可通過單個共同基板形成。在本發(fā)明的光學(xué)位置檢測設(shè)備中利用的照相機部分不限制于附圖中示出的示例， 而是只要照相機部分有具有足夠?qū)捯詫φ麄€檢測區(qū)域1成像的觀察角度的透鏡構(gòu)造，所述照相機部分可具有任何構(gòu)造。例如，只要整個檢測區(qū)域在表面方向上可被觀察角度覆蓋，可利用任何透鏡構(gòu)造。此外，可利用不修正扭曲的魚眼透鏡，且觀察角度可超過180度。根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備通過具有以上所述構(gòu)造的檢測單元和反向反射構(gòu)件形成。檢測單元和反向反射構(gòu)件可以可拆卸地附接到檢測區(qū)域的周邊。 例如，在本發(fā)明的光學(xué)位置檢測設(shè)備與黑板或白板一起利用作為數(shù)字化儀的情況中，檢測單元附接到一個部分，例如附接到作為檢測區(qū)域的黑板的周邊的上側(cè)向邊，且反向反射構(gòu)件附接為覆蓋周邊，例如黑板的兩個垂直邊和下側(cè)向邊，如在圖1中示出。檢測單元和反向反射構(gòu)件可各在用作附接表面的后表面上具有磁體，以附接到檢測區(qū)域的周邊/從所述周邊拆卸。磁體的利用使得易于將檢測單元和反向反射構(gòu)件附接到黑板或白板。此外，在其中本發(fā)明的光學(xué)位置檢測設(shè)備與液晶顯示裝置或等離子顯示裝置一起使用作為觸摸面板的情況中，由磁體可附著的鐵磁材料制成的定位基部構(gòu)件可利用雙面膠帶附接到顯示區(qū)的邊框。定位基部構(gòu)件優(yōu)選地具有例如凹入部分，設(shè)置在檢測單元或反向反射構(gòu)件內(nèi)的磁體配合到所述凹入部分，以便于檢測單元或反向反射構(gòu)件的定位。作為定位基部構(gòu)件，可利用具有類似于邊框的框架形狀的定位基部構(gòu)件。在此情況中，檢測單元或反向反射構(gòu)件的安裝位置被事先確定，使得檢測單元或反向反射構(gòu)件的布置可以是方便的。此外，作為框架狀定位基部構(gòu)件的替代，可利用設(shè)置在對應(yīng)于檢測單元或反向反射構(gòu)件的磁體的位置處的板狀定位基部構(gòu)件。也在此情況中，通過允許磁體配合到形成在定位基部構(gòu)件內(nèi)的凹入部分，檢測單元和反向反射構(gòu)件可容易地布置。檢測區(qū)域內(nèi)的檢測位置的標(biāo)定可在將檢測單元和反向反射構(gòu)件安裝之后作為檢測精確指示位置的調(diào)整過程執(zhí)行。然后，將描述通過利用根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的具有以上構(gòu)造的光學(xué)位置檢測設(shè)備進行的檢測指示器的指示位置的過程。本發(fā)明的第一實施例具有用于檢測例如手指或指示條的指示器的指示位置的構(gòu)造，所述指示器自身不具有特殊功能。在本實施例中，從檢測部分21的光源部分30發(fā)出的光被反向反射構(gòu)件10反射，且被反向反射且返回到初始位置的反射光被照相機部分40成像。在本發(fā)明中，光源部分30具有足夠?qū)捯岳霉庹丈湔麄€檢測區(qū)域的照射角度，且超寬角度透鏡具有足夠?qū)捯詫τ谡麄€檢測區(qū)域成像的觀察角度，使得所有設(shè)置在檢測區(qū)域的三個邊上的反向反射構(gòu)件10的圖像在每個檢測部分21的照相機部分40中被捕獲。在例如手指的指示器2輸入到檢測區(qū)域1內(nèi)的情況中，來自反向反射構(gòu)件10的反射光被指示器2中斷，結(jié)果是通過每個檢測部分21檢測到對應(yīng)于陰影的圖像。基于三角測量原理，利用被兩個檢測部分21檢測到的陰影的位置和兩個檢測部分21 之間的距離，可計算出指示器的指示位置(二維坐標(biāo))。此計算可通過設(shè)置在檢測單元20 內(nèi)部或外部的計算機執(zhí)行。此外，在根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備中，圖像傳感器可檢測多個陰影的位置，這允許同時檢測多個指示器的指示位置。即，可在位置檢測設(shè)備中實現(xiàn)所謂的多接觸檢測。在本發(fā)明的光學(xué)位置檢測設(shè)備中，兩個檢測部分可設(shè)置為相互靠近，使得兩個檢測部分之間的距離小于檢測區(qū)域的寬度，從而產(chǎn)生對于多接觸檢測的優(yōu)點。即，在本發(fā)明的兩個檢測部分設(shè)置為在檢測區(qū)域的中央部分附近相互靠近情況中，當(dāng)兩個指示器輸入到檢測區(qū)域的左側(cè)部分和右側(cè)部分時，每個檢測部分可檢測一個指示器，而具有與另一個指示器更小的干涉。另一方面，在檢測部分設(shè)置在檢測區(qū)域的兩個角部附近的情況中，如在現(xiàn)有技術(shù)中的情況，則輸入到例如左側(cè)的指示器將中斷處在左側(cè)角部的檢測部分的視場，使得更可能使得輸入到右側(cè)的指示器進入到輸入到左側(cè)的指示器的盲點。如從以上比較顯見， 可理解的是本發(fā)明的光學(xué)位置檢測設(shè)備在多接觸檢測中是有利的。雖然在以上的描述中檢測單元20包括兩個檢測部分21，但本發(fā)明不限制于此，而是檢測單元20可包括三個檢測部分。在此情況中，三個檢測部分可設(shè)置為使得在三個檢測部分中的在兩側(cè)的兩個檢測部分之間的距離小于檢測區(qū)域的在從檢測單元向檢測區(qū)域的方向上觀察的寬度，且剩余的一個檢測部分設(shè)置在所述兩個檢測部分之間。特別地，在采用了可檢測多個指示器的指示位置的構(gòu)造的情況中，可降低由于輸入到給定的檢測部分前方的指示器所導(dǎo)致的盲點。檢測部分的數(shù)量可增加到四個或更多個。如上所述，根據(jù)本發(fā)明提供了具有緊湊的檢測單元且可容易地拆卸和附接的光學(xué)位置檢測設(shè)備。此外，對于檢測部分的布置位置的限制小，使得可增加檢測部分的數(shù)量以降低偽識別。然后，將參考圖5描述根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備。圖5是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備的示意性構(gòu)造視圖。第二實施例是指示器具有反向反射構(gòu)件的情況。在圖5中，與圖1中相同的附圖標(biāo)號指示與圖1相同的部分。 如在圖5中示出，將被輸入到檢測區(qū)域1的指示器3在指示器3的尖端部分處具有反向反射構(gòu)件13，而未設(shè)置在第一實施例中利用的覆蓋了檢測區(qū)域的三個邊的反向反射構(gòu)件。其他構(gòu)造與第一實施例中的構(gòu)造相同，且將省略其描述。將描述通過利用根據(jù)第二實施例的具有以上構(gòu)造的光學(xué)位置檢測設(shè)備執(zhí)行的指示器的指示位置檢測過程。在指示器3不輸入到檢測區(qū)域1的情況中，通過檢測部分21的照相機部分40檢測不到任何對象。當(dāng)指示器3輸入到檢測區(qū)域1時，從檢測部分21的光源部分30發(fā)出的光被設(shè)置在指示器3的尖端處的反向反射構(gòu)件13反射，且反向反射的光被照相機部分40成像。因此，基于利用由兩個檢測部分21檢測到的反射光的位置和兩個檢測部分21之間距離進行的三角測量的原理，可計算出指示器的指示位置(二維坐標(biāo))。因為在第二實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備內(nèi)未設(shè)置圍繞檢測區(qū)域的例如反向反射構(gòu)件的框架構(gòu)件，所以檢測區(qū)域不需要形成為矩形，而是具有照相機部分可檢測指示器的距離的區(qū)域可設(shè)定為檢測區(qū)域。另外，在環(huán)境光和反射光相互不可區(qū)分的情況中，由于不存在圍繞檢測區(qū)域的框架構(gòu)件而存在指示器被偽識別的可能性。為防止此情況，例如將不反射的框架構(gòu)件用于圍繞檢測區(qū)域的周邊，以阻擋環(huán)境光。替代地，可采用光源部分形成為發(fā)出脈沖光且濾光合適地執(zhí)行以僅檢測對應(yīng)于脈沖光的反射光的構(gòu)造。另外，替代地，可采用如下構(gòu)造將紅外 LED用作光源部分的LED，紅外線透射濾光器設(shè)置在照相機部分中，且成像操作僅在從光源部分發(fā)出光期間執(zhí)行。與第一實施例相同的其他構(gòu)造、應(yīng)用和效果及其描述將被省略。然后，將參考圖6描述根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備。圖6是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備的示意性構(gòu)造視圖。第三實施例是指示器具有光源的情況。在圖6中，與圖1和圖2相同的附圖標(biāo)號指示了與圖1和圖2中相同的部分。如在圖6中示出，將輸入到檢測區(qū)域1內(nèi)的指示器4在指示器4的尖端處具有例如LED的光源33，而未設(shè)置在第一實施例中利用的覆蓋了檢測區(qū)域的三個邊的反向反射構(gòu)件或在第二實施例中利用的處在指示器尖端部分處的反向反射構(gòu)件。此外，檢測單元20具有至少兩個將從指示器4的光源33發(fā)出的光成像的照相機部分40。即，照相機部分和光源部分整體地堆疊來形成第一和第二實施例中的檢測部分，而在第三實施例中，在檢測單元內(nèi)僅設(shè)置照相機部分40。將描述通過利用根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的具有以上構(gòu)造的光學(xué)位置檢測設(shè)備執(zhí)行的指示器的指示位置檢測過程。在指示器4不輸入到檢測區(qū)域1的情況中，通過檢測單元20的照相機部分40檢測不到任何對象。當(dāng)指示器4輸入到檢測區(qū)域1時，從設(shè)置在指示器4的尖端處的光源33發(fā)出的光被每個照相機部分40成像。因此，基于利用由兩個照相機部分40檢測到的光的位置和兩個照相機部分40之間距離進行的三角測量的原理， 可計算出指示器的指示位置(二維坐標(biāo))。在第三實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備中也不設(shè)置圍繞檢測區(qū)域的框架構(gòu)件，使得在環(huán)境光和反射光相互不可區(qū)分的情況中，存在偽識別指示器的可能性。為防止此情況，例如將不反射的壁構(gòu)件用于圍繞檢測區(qū)域的周邊。替代地，可采用如下構(gòu)造設(shè)置在指示器的尖端處的光源形成為發(fā)射脈沖光，且濾光合適地執(zhí)行以僅檢測對應(yīng)于脈沖光的反射光。另外， 替代地，可采用如下構(gòu)造將紅外LED用作設(shè)置在指示器的尖端處的光源部分，紅外線透射濾光器設(shè)置在照相機部分中，且成像操作僅在從紅外LED發(fā)光期間執(zhí)行。與第一和第二實施例相同的其他構(gòu)造、應(yīng)用和效果及其描述將被省略。然后，將參考圖7描述根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備。圖7是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備的示意性構(gòu)造視圖。第四實施例是自身不具有特殊功能的例如手指或指示條指示器的圖像被直接成像以檢測指示器所指示的位置的情況。在圖7中，與圖6相同的附圖標(biāo)號指示了與圖6中相同的部分。如在圖7中示出，指示器2是手指等。檢測單元20具有至少兩個照相機部分40。 光源部分35設(shè)置在兩個照相機部分之間，且構(gòu)造為具有足夠?qū)捯岳霉庹丈湔麄€檢測區(qū)域1的照射角度。光源部分35例如通過多個紅外LED形成，所述紅外LED布置為以徑向方式展開。光源部分35可具有如下構(gòu)造多個紅外LED每個以預(yù)先確定的角度傾斜以允許來自徑向展開的LED的光線性布置，如在圖7中示出，或多個紅外LED以扇形布置。此外，散射板可設(shè)置在LED前方以使得來自LED的光均勻。例如，雙凸透鏡(lenticular lens)可用作散射板以使得平滑的光在檢測區(qū)域的表面方向上寬范圍照射。此外，在第四實施例的光學(xué)位置檢測設(shè)備中，照相機部分直接將指示器的圖像成像，使得例如可采用如下構(gòu)造光源部分35形成為以極短的時間間隔發(fā)出強光且成像操作在發(fā)光期間執(zhí)行。光源部分的發(fā)光量可基于快門速度、照相機部分的光圈和檢測區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)照明來確定。可采用如下構(gòu)造多個紅外LED用作光源部分的LED，紅外線透射濾光器設(shè)置在照相機部分的透鏡前方或圖像傳感器前方，且成像操作僅在從光源部分發(fā)光期間執(zhí)行。在此情況中，可降低環(huán)境光的影響。將描述通過利用根據(jù)第四實施例的具有以上構(gòu)造的光學(xué)位置檢測設(shè)備執(zhí)行的指示器的指示位置檢測過程。在指示器2不輸入到檢測區(qū)域1的情況中，通過檢測單元20的照相機部分40不將任何對象成像。當(dāng)指示器2輸入到檢測區(qū)域1時，指示器2被從光源部分35發(fā)出的光照射，且通過每個照相機部分40成像作為反射光的指示器2的圖像。因此， 基于利用由兩個照相機部分40檢測到的指示器2的圖像的位置和兩個照相機部分40之間距離進行的三角測量的原理，可計算出指示器的指示位置(二維坐標(biāo))。與第一至第三實施例相同的其他構(gòu)造、應(yīng)用和效果及其描述將被省略。本發(fā)明的光學(xué)位置檢測設(shè)備不限制于以上闡述的示例，而是可不偏離本發(fā)明的范圍而作出各種變型。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)位置檢測設(shè)備，所述光學(xué)位置檢測設(shè)備能檢測將輸入到檢測區(qū)域的指示器的指示位置，所述光學(xué)位置檢測設(shè)備包括反向反射構(gòu)件，所述反向反射構(gòu)件設(shè)置在所述指示器上，或設(shè)置為覆蓋所述檢測區(qū)域的周邊的至少一部分；和檢測單元，所述檢測單元設(shè)置在所述檢測區(qū)域的周邊的一個部分處，并通過利用從所述反向反射構(gòu)件反射的反射光來檢測所述指示器的指示位置，所述檢測單元包括至少兩個檢測部分，每個檢測部分具有發(fā)出沿所述檢測區(qū)域的表面方向行進的光的光源部分和將從所述光源部分發(fā)出的且被所述反向反射構(gòu)件反射的光成像的照相機部分，其中所述光源部分具有足夠?qū)捯杂霉庹丈湔麄€檢測區(qū)域的照射角度，所述照相機部分包括超寬角度透鏡和圖像傳感器，所述照相機部分設(shè)置為靠近所述光源部分，且具有足夠?qū)捯詫⒄麄€檢測區(qū)域成像的觀察角度，并且所述兩個檢測部分布置為使得所述兩個檢測部分之間的距離小于所述檢測區(qū)域的在從所述檢測單元向所述檢測區(qū)域的方向上觀察的寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)位置檢測設(shè)備，其中所述光源部分包括復(fù)曲面透鏡和多個 LED。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)位置檢測設(shè)備，其中所述超寬角度透鏡和/或所述復(fù)曲面透鏡由透鏡樹脂模制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的光學(xué)位置檢測設(shè)備，其中所述超寬角度透鏡形成為薄形透鏡，所述薄形透鏡的上平面表面和下平面表面沿所述檢測區(qū)域的所述表面方向延伸，且所述超寬角度透鏡與所述光源部分堆疊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項所述的光學(xué)位置檢測設(shè)備，其中所述檢測單元包括三個檢測部分，所述三個檢測部分設(shè)置為使得在所述三個檢測部分中的在兩側(cè)的兩個檢測部分之間的距離小于所述檢測區(qū)域的在從所述檢測單元向所述檢測區(qū)域的方向上觀察的寬度，且剩余的一個檢測部分設(shè)置在所述兩個檢測部分之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項所述的光學(xué)位置檢測設(shè)備，其中所述檢測單元可拆卸地附接到所述檢測區(qū)域的周邊的一個部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項所述的光學(xué)位置檢測設(shè)備，其中設(shè)置為覆蓋所述檢測區(qū)域的周邊的至少一部分的所述反向反射構(gòu)件可拆卸地附接到所述檢測區(qū)域的周邊。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的光學(xué)位置檢測設(shè)備，其中所述檢測單元和/或所述反向反射構(gòu)件具有磁體，用于可拆卸地附接到所述檢測區(qū)域的周邊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)位置檢測設(shè)備，進一步包括在所述檢測區(qū)域的周邊內(nèi)的定位基部構(gòu)件，所述定位基部構(gòu)件由鐵磁材料制成，設(shè)置在所述檢測單元和/或所述反向反射構(gòu)件內(nèi)的所述磁體能附著到所述定位基部構(gòu)件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項所述的光學(xué)位置檢測設(shè)備，其中所述檢測單元同時檢測多個指示器的指示位置。
11.一種光學(xué)位置檢測設(shè)備，所述光學(xué)位置檢測設(shè)備能檢測指示在檢測區(qū)域上的指示位置，所述光學(xué)位置檢測設(shè)備包括指示器，所述指示器在所述指示器的尖端部處具有光源；和檢測單元，所述檢測單元設(shè)置在所述檢測區(qū)域的周邊的一個部分處，并通過利用從所述指示器的所述光源發(fā)出的光來檢測所述指示器的指示位置，所述檢測單元包括至少兩個照相機部分，所述至少兩個照相機部分將從所述指示器的所述光源發(fā)出的光成像，其中所述照相機部分中的每個照相機部分包括超寬角度透鏡和圖像傳感器，并具有足夠?qū)捯詫⒄麄€檢測區(qū)域成像的觀察角度，并且所述兩個照相機部分布置為使得所述兩個照相機部分之間的距離小于所述檢測區(qū)域的在從所述檢測單元向所述檢測區(qū)域的方向上觀察的寬度。
12.一種光學(xué)位置檢測設(shè)備，所述光學(xué)位置檢測設(shè)備能檢測將輸入到檢測區(qū)域的指示器的指示位置，所述光學(xué)位置檢測設(shè)備包括檢測單元，所述檢測單元設(shè)置在所述檢測區(qū)域的周邊的一個部分處，并檢測所述指示器的指示位置，所述檢測單元包括發(fā)出沿所述檢測區(qū)域的表面方向行進的光的光源部分和將從所述光源部分發(fā)出的且被所述指示器反射的光成像的至少兩個照相機部分，所述照相機部分中的每個照相機部分包括超寬角度透鏡和圖像傳感器，并具有足夠?qū)捯詫⒄麄€檢測區(qū)域成像的觀察角度，所述光源部分設(shè)置在所述至少兩個照相機部分之間，并具有足夠?qū)捯杂霉庹丈湔麄€檢測區(qū)域的照射角度，并且所述兩個照相機部分布置為使得所述兩個照相機部分之間的距離小于所述檢測區(qū)域的在從所述檢測單元向所述檢測區(qū)域的方向上觀察的寬度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)位置檢測設(shè)備，其中所述光源部分包括多個LED，并且所述照相機部分中的每個照相機部分包括紅外線透射濾光器且僅在從所述光源部分發(fā)光期間執(zhí)行成像操作。
全文摘要
本發(fā)明提供了光學(xué)位置檢測設(shè)備，所述光學(xué)位置檢測設(shè)備包括反向反射構(gòu)件(10)和檢測單元(20)。反向反射構(gòu)件設(shè)置為覆蓋檢測區(qū)域的周邊。檢測單元設(shè)置在檢測區(qū)域的周邊的一個部分處，并通過利用從反向反射構(gòu)件發(fā)射的反射光來檢測指示器的指示位置。檢測單元包括兩個檢測部分(21)，每個檢測部分(21)具有光源部分和照相機部分。光源部分具有足夠?qū)捯岳霉庹丈湔麄€檢測區(qū)域的照射角度。照相機部分包括超寬角度透鏡和圖像傳感器，所述照相機部分設(shè)置為靠近光源部分，并具有足夠?qū)捯詫⒄麄€檢測區(qū)域成像的觀察角度。兩個檢測部分布置為使得所述兩個檢測部分之間的距離小于檢測區(qū)域的在從檢測單元向檢測區(qū)域的方向上觀察的寬度。
文檔編號G06F3/042GK102422251SQ20108001825
公開日2012年4月18日 申請日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者小川保二 申請人:株式會社伊特, 株式會社施樂庫