專利名稱：使用了區(qū)域圖像傳感器的位置檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及檢測位于檢測面上的指示體的位置檢測裝置，尤其涉及在攝像部分中使用了區(qū)域(area)圖像傳感器的位置檢測裝置。
背景技術：
檢測位于檢測面上的指示體的位置檢測裝置有電磁感應式、壓敏式、光學式等各種形式。電磁感應閾值檢測裝置是根據(jù)指示體自身所發(fā)射電磁波的發(fā)射強度的平面分布來求出2維坐標的裝置。在該方式中，需要發(fā)射電磁波的專用的指示體，而無法利用手指等進行輸入。
壓敏式位置檢測裝置是在檢測面上配置有電阻覆蓋膜等，通過該電阻覆蓋膜等檢測指示體的指示位置并輸出指示位置坐標的裝置。然而，在壓敏式位置檢測裝置中，存在如果使用尖端銳利的指示體會劃破檢測面的問題。另外，在用于與顯示裝置組合在一起的所謂觸摸面板顯示裝置的情況下，由于是隔著電阻覆蓋膜等來觀察顯示畫面，所以存在顯示變暗等問題。
特開昭62-5428號公報以及特開平11-85377號公報等所公開的光學式位置檢測裝置是利用2個攝像部分從2個位置對安置于檢測面上的指示體進行拍攝，通過三角測量的原理求出指示體的指示坐標位置的裝置。該裝置是通過圖像識別等來檢測指示體的形狀并輸出指示位置坐標的裝置、或在指示體或檢測面的周圍設置將入射光向入射方向反射的向后反射部件并從光源向該向后反射部件發(fā)射光線，由此根據(jù)有光部分或陰影部分的位置來輸出指示位置坐標的裝置等。圖1是使用三角測量原理檢測指示體的指示位置的遮蔽式光學式位置檢測裝置的俯視圖。由2個攝像部分3對置于檢測面1上的手指等的指示體2進行拍攝。例如，在攝像部分3上設置向檢測面1發(fā)射光線的LED等光源，該光線入射到向后反射框4，并由攝像部分3的傳感器對向入射方向反射回的光線進行拍攝。當指示體2置于檢測面1上時，其放置部分成為陰影并被攝像部分3拍攝到，因此可以根據(jù)三角測量原理由該陰影部分的位置計算出指示位置坐標。由于上述光學式位置檢測裝置的檢測面可以具有保護玻璃等硬物，所以可以使用尖端銳利的指示體，并且即使在應用于觸摸面板顯示裝置的情況下也不會影響顯示，故非常適用。另外，光學式位置檢測裝置也可以適用于等離子體顯示器等大型顯示裝置中，因此今后對其需求可能日益提高。
上述裝置所用的攝像部分的傳感器通常由線性圖像傳感器構(gòu)成。這是由于，對指示體的檢測基本上不需要高度方向的信息，只要檢測出在水平方向上的陰影或光的位置即可。
然而，在光學式位置檢測裝置中，使用在光學式位置檢測裝置上的攝像部分對準非常困難。即，由于線性圖像傳感器是由1行構(gòu)成的傳感器，所以將該1行的攝像部分的視野對準在平行于檢測面且接近檢測面的位置上很困難。為了解決上述安裝角度或安裝位置難以調(diào)整的問題，提出了例如特開平11-85399號公報所公開的利用螺栓來對攝像部分的高度和傾角進行微調(diào)的方案等。
如上所述，光學式位置檢測裝置的攝像部分的安裝位置非常難以調(diào)整。即使設置了可以通過螺栓調(diào)整高度和傾角的機構(gòu)，但對于外行來說，將攝像部分的視野正確地調(diào)整為平行于檢測面是很困難的，即使在產(chǎn)品發(fā)貨時進行了正確調(diào)整，也會在產(chǎn)品搬運時或安裝時發(fā)生位置錯誤，并且在用于大型檢測面的情況下，也會由于因溫度變化所造成的檢測面的變形等而使攝像部分的位置發(fā)生變化，導致視野偏離。在此情況下，最終用戶幾乎不可能進行位置調(diào)整，而必須通過維護服務等進行調(diào)整。
可以考慮通過在垂直方向上擴展成像透鏡的視角使攝像部分的視野在檢測面的垂直方向上擴展，從而避免了對攝像部分的位置對準的苛刻要求。圖2是從橫向觀察圖1所示的位置檢測裝置的圖。如圖所示，將攝像部分3的視野5通過成像透鏡等在垂直方向上擴展，使得即使在攝像部分3的安裝位置有偏差的情況下，也可以將向后反射框4包括在其視野之內(nèi)而構(gòu)成。然而，在將視野在垂直方向上擴展的情況下，會受到外來光線等的影響。即，盡管位置檢測必須檢測出檢測面1附近的指示體2的陰影，但往往會導致因視野擴展而將指示體以外的外來光，諸如由太陽或日光燈等發(fā)出的光所產(chǎn)生的陰影誤認為是由指示體所產(chǎn)生的陰影，從而輸出錯誤的坐標。因此，將攝像部分的視野在檢測面的垂直方向上擴展是很困難的。另外，不僅有在檢測面的周圍設置向后反射框的例子，也有在指示體上設置向后反射部件并檢測光的部分來計算出指示體的指示位置的例子。在此情況下，無法區(qū)別是外來光線還是其本身就是指示體，從而導致誤識別。為了避免外來光線的影響，雖然可以將框加高，但如果設置了較高的框，又會產(chǎn)生操作性變差等問題。
另外，為了提高指示位置坐標的檢測精度，必須將攝像部分的視野對準在盡量與檢測面平行且靠近檢測面的位置上。當指示體明明未接觸檢測面但被誤認為接觸、或傾斜地與檢測面接觸時，將視野對準與檢測面靠近的位置上對于消除因檢測位置與檢測面發(fā)生錯位而造成的指示位置坐標的誤差等是重要的。因此，如果檢測面變大，就會受到其平面性的影響。在如圖3所示的檢測面1翹曲的情況下，視野5中途被檢測面的翹曲所遮擋而無法到達向后反射框4。如果這樣，就無法完整地對檢測面進行檢測。因此，為了完整地對檢測面進行檢測，還考慮將攝像部分3的位置提高，從斜上方俯視檢測面的結(jié)構(gòu)。然而，在將攝像部分3的位置提高而俯視檢測面的情況下，如圖4所示，檢測面1的角的部分的向后反射框4將發(fā)生曲折而被觀察到。在此情況下，由于在由1行構(gòu)成的線性圖像傳感器中，其視野也是直線狀的，所以不可能對發(fā)生曲折而可見的向后反射框4完整地拍攝。
另外，還考慮通過使用了區(qū)域圖像傳感器等的照相機以較寬的視野對檢測面上進行拍攝，將其向圖像處理部分傳送并進行圖像處理，以用于指示位置坐標的檢測。然而，由于為了進行指示位置坐標檢測，幀速率必須達到每秒100幀左右，因此，從區(qū)域圖像傳感器向圖像處理部分傳送的數(shù)據(jù)量很大，為了對其進行處理，必須使用高速的接口和處理裝置，因此，產(chǎn)品成本提高，不具有實用性。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，本發(fā)明提供一種位置檢測裝置，該裝置不需要調(diào)整攝像部分的安裝位置，易于維護，不受諸如溫度變化等環(huán)境變化的影響，并可以用廉價的構(gòu)成部件來實現(xiàn)。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明的位置檢測裝置具有一對攝像部分、選擇裝置、和圖像處理裝置，上述一對攝像部分包括將感光元件呈二維排列的區(qū)域圖像傳感器和成像透鏡，從檢測面?zhèn)鹊?處位置上以某一視野對檢測面上進行拍攝并輸出圖像信號；上述選擇裝置以上述圖像信號為輸入，從感光元件中選擇出與上述某一視野內(nèi)的特定視野相對應的特定像素；上述圖像處理裝置將與上述選擇裝置所選擇的特定像素相對應的特定圖像信號為輸入進行圖像處理，并輸出指示體所指示的在檢測面上的指示位置的坐標。
這里，上述攝像部分還可以具有沿檢測面發(fā)光的光源，并將該光源配置在上述成像透鏡的附近。
還可以使用將光線進行向后反射的向后反射部件，并且該向后反射部件設在指示體上，或者也可以設置在檢測面的至少周圍3個邊上。
另外，對應于特定像素的特定視野也可以是包含向后反射部件的像的一部分或者全部的區(qū)域。
還可以具有標記裝置，該標記裝置作為對由攝像部分所拍攝的特定視野進行劃定的基準，以上述標記裝置為基準，上述選擇裝置從感光元件中選擇出與特定的視野相對應的特定像素。上述標記裝置可以設置在檢測面的至少4處位置上。
上述標記裝置也可以是構(gòu)成為使反射像成為特征形狀的向后反射部件，也可以是發(fā)射光線的發(fā)光部分。
上述發(fā)光部分可以是使發(fā)光像成為特征形狀的結(jié)構(gòu)，也可以是僅在劃定特定的視野時發(fā)光的結(jié)構(gòu)。
還可以具有校準裝置，該校準裝置自動地以規(guī)定的間隔或者手動方式任意地使上述選擇裝置選擇特定像素。
上述選擇裝置所選擇的特定像素可以選擇按照像素排列而呈直線狀排列的像素、傾斜排列的像素、或者具有曲折部分而排列的像素中的任意一種。
還可以具有存儲器，用于存儲與上述選擇裝置所選擇的特定像素有關的像素選擇信息，上述選擇裝置利用由上述存儲器所存儲的像素選擇信息來從上述攝像部分所拍攝的圖像信號中輸出與上述特定像素相對應的特定圖像信號。
另外，還可以具有暫時存儲由攝像部分所拍攝的圖像信號的緩沖存儲器，上述選擇裝置利用由上述存儲器所存儲的像素選擇信息從存儲于緩沖存儲器的圖像信號中輸出與上述特定像素相對應的特定圖像信號。
此處，存儲器是串行存取方式的存儲器，所存儲的像素選擇信息與輸入的時鐘信號同步地被讀出。
另外，上述選擇裝置與圖像處理裝置之間可以通過高速串行傳送接口來連接，上述圖像處理裝置可以包含在個人計算機中。
上述圖像處理裝置還可以由微型計算機構(gòu)成，并由微型計算機所具有的接口來輸出指示位置的坐標。
另外，還可以作為具有顯示裝置的結(jié)構(gòu)，上述檢測面由保護上述顯示裝置的顯示面的透明板構(gòu)成。
另外，檢測位于本發(fā)明的檢測面上的指示體的位置檢測裝置也可以包括一對攝像部分、標記裝置、圖像處理裝置、和跟蹤裝置，上述一對攝像部分包括將感光元件呈二維排列的區(qū)域圖像傳感器和成像透鏡，從檢測面?zhèn)确降?處位置上以某一視野對上述檢測面上進行拍攝并輸出圖像信號；上述標記裝置作為對由攝像部分所拍攝的特定視野進行劃定的基準；上述圖像處理裝置以上述攝像部分所輸出的圖像信號為輸入信號，根據(jù)上述標記裝置來劃定圖像信號的規(guī)定部分，并使用該劃定的規(guī)定部分的圖像信號來計算出指示體所指示的在檢測面上的指示位置的坐標；上述跟蹤裝置自動地以規(guī)定的間隔或者以手動方式任意地檢測上述標記裝置的位置變動并對規(guī)定部分進行重新劃定。
根據(jù)上述裝置，可以獲得以下的作用，即無須調(diào)整攝像部分的安裝位置，而可以僅通過選擇區(qū)域圖像傳感器的特定像素來代替安裝位置的調(diào)整，從而可以減少組裝工時，獲得良好的可維護性。即使將攝像部分傾斜地安裝，也可以選擇相對于區(qū)域圖像傳感器的像素排列傾斜排列的像素。
由于不僅可以選擇直線，也可以選擇曲折的部分，所以即使當檢測面翹曲時，也可以容易地將攝像部分設置在略高的位置上以成為可以檢測整個檢測面的狀態(tài)。由于可以容易地將攝像部分的視野相對于檢測面設定得較低，所以可以提高檢測精度，提高操作性。另外，由于僅對與區(qū)域圖像傳感器的特定像素相對應的特定圖像信號進行圖像處理，所以無須專用的高速接口或昂貴的處理裝置，從而可以廉價地制造。


圖1是用于說明利用三角測量原理來檢測指示體的指示位置的、通常的遮蔽式光學式位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)的上平面圖。
圖2是從橫向觀察圖1所示的位置檢測裝置的圖。
圖3是說明當檢測面翹曲時對攝像部分的視野所造成的影響的圖。
圖4是說明增高攝像部分的位置并進行俯視的結(jié)構(gòu)時攝像部分所拍攝的圖像的圖。
圖5是本發(fā)明的位置檢測裝置的上平面圖。
圖6是可用于本發(fā)明的位置檢測裝置的攝像部分結(jié)構(gòu)的一個例子。
圖7是可用于本發(fā)明的位置檢測裝置的控制部分結(jié)構(gòu)的一個例子。
圖8是說明本發(fā)明的位置檢測裝置的指示體的指示位置檢測步驟的流程圖。
圖9是說明本發(fā)明的位置檢測裝置的像素區(qū)域選擇步驟的流程圖。
圖10是說明將視野設置為平行于檢測面的攝像部分所拍攝的圖像。
圖11是提高攝像部分的位置并進行俯視的結(jié)構(gòu)時所選擇的特定像素的說明圖。
圖12是本發(fā)明的位置檢測裝置上所使用的微型計算機的處理步驟的流程圖。
圖13是將本發(fā)明的位置檢測裝置應用于其它方式時的例子。
圖14是圖13所示的位置檢測裝置中所使用的標記部件的例子。
圖15是使用標記部件時攝像部分所拍攝的圖像。
圖16是本發(fā)明的位置檢測裝置中所使用的控制部分的另一構(gòu)成例。
圖17是圖16所示結(jié)構(gòu)的控制部分的各信號時序的時序圖。
具體實施例方式
下面，與圖示例一起說明本發(fā)明的實施方式。圖5是本發(fā)明的位置檢測裝置的上平面圖。圖中，具有與圖1相同符號的部分表示相同的部件，其基本結(jié)構(gòu)與圖1所示的現(xiàn)有裝置相同。另外，在圖5中，主要說明了在檢測面1的至少周圍3個邊上設置向后反射框4，并利用攝像部分7來檢測諸如手指等指示體2所遮擋的陰影的位置的例子，但本發(fā)明并不限于此，也可以在指示體2上設置向后反射部件，并利用攝像部分7來檢測上述向后反射部件的光的位置。另外，當然也可以不使用向后反射部件而通過對攝像部分7所拍攝的圖像進行圖像處理來對指示體2位于檢測面1上的情況進行檢測的方式、或者在指示體本身上設置光源并檢測該光的位置的方式。本發(fā)明的最大特征在于在攝像部分7上使用感光元件呈2維排列的區(qū)域圖像傳感器、和包括具有選擇攝像部分7所拍攝的視野內(nèi)的特定視野的選擇裝置之控制部分10。下面以此為中心進行具體說明。
本發(fā)明的位置檢測裝置所使用的攝像部分7主要由感光元件呈2維排列的區(qū)域圖像傳感器和成像透鏡構(gòu)成，并配置在檢測面1側(cè)的2個部位上。這樣，從2個部位對檢測面進行拍攝并輸出圖像信號。在使用如圖5所示的向后反射部件的位置檢測裝置的情況下，需要在成像透鏡的附近設置光源。在如圖5所示例子的情況下，在檢測面1的至少周圍3個邊上連續(xù)地設置向后反射框4。這是因為，如果不連續(xù)地設置該框，就無法檢測出對應于指示體2的陰影部分。
利用圖6來說明攝像部分7的結(jié)構(gòu)的一個例子。圖6是可用于本發(fā)明的位置檢測裝置的攝像部分7的一個構(gòu)成例。圖6(a)為其上平面圖，圖6(b)為其側(cè)視圖。如圖所示，攝像部分7包括區(qū)域圖像傳感器70、成像透鏡71、和光源72。區(qū)域圖像傳感器70可以使用諸如CCD方式或CMOS方式等各種傳感器。另外，不僅可以輸出對應于區(qū)域圖像傳感器的全部像素的圖像信號，還可以使用具有可以大致限制為一部分區(qū)域的模式的傳感器。本發(fā)明的位置檢測裝置所使用的區(qū)域圖像傳感器優(yōu)選無須另外配置高速A/D轉(zhuǎn)換器等的CMOS方式的區(qū)域圖像傳感器。據(jù)此可以降低產(chǎn)品的成本。光源72可以使用例如LED等，在圖中設有2個光源。然而，本發(fā)明并不限于此，也可以設有1個光源。光源的數(shù)量和配置可以根據(jù)檢測面的尺寸等來改變。
另外，例中為了減小圖6的攝像部分的尺寸而使用了多棱反射鏡73，但本發(fā)明并不限于此，當然也可以不使用多棱反射鏡而采用成像透鏡和區(qū)域圖像傳感器并排的結(jié)構(gòu)。另外，成像透鏡71的畫面視角在平行于檢測面1的方向上很寬，構(gòu)成為可以拍攝整個檢測面1的視野。為了可以對區(qū)域圖像傳感器的視野進行后面所述的控制，可以任意地確定成像透鏡71在垂直于檢測面1方向上的畫面視角為適當?shù)漠嬅嬉暯?，而并無特別的限制。
在上述結(jié)構(gòu)的攝像部分7中，光源72所發(fā)出的光平行于檢測面1并沿檢測面上發(fā)射，入射到向后反射框4。向后反射框4將光向入射方向反射，因此，使光線再次沿檢測面1回到攝像部分7。該光線在成像透鏡71會聚，并由多棱反射鏡73以90°折射后，向后反射框的像成像于區(qū)域圖像傳感器70。然后，區(qū)域圖像傳感器輸出圖像信號。
區(qū)域圖像傳感器所輸出的圖像信號傳送至控制部分10?？刂撇糠?0具有選擇裝置，用于從感光元件中選擇對應于攝像部分7所拍攝的視野內(nèi)的特定視野的特定像素。具體地，具有選擇裝置，可以從區(qū)域圖像傳感器70的所有感光元件的像素中選擇出對應于特定視野的特定像素，即與可拍攝向后反射框4的視野相對應的部分的特定像素。例如，雖然除向后反射框4以外，其上部和檢測面1也進入了攝像部分7的視野中，但檢測指示體的位置所必需的部分僅是向后反射框4的像的部分。因此，選擇與向后反射框4的像的部分的特定視野相對應的特定像素即可。另外，由于在選擇裝置中可以選擇區(qū)域圖像傳感器的感光元件的任意特定像素，所以無須選擇與向后反射框4的所有像相對應的部分，而是通過選擇接近于檢測面1的部分之向后反射框的像所對應的像素，從而能夠?qū)崿F(xiàn)檢測精度提高、且操作性良好的位置檢測裝置。
將分別從左右2個攝像部分7將所選擇出的對應于特定像素的特定圖像信號經(jīng)由USB等高速串行傳送接口傳送至個人計算機11。由于特定圖像信號是僅對應于特定視野的部分的數(shù)據(jù)，所以無須專用的高速接口等，而可以利用USB等普通的接口。可以使用個人計算機11作為圖像處理部分，個人計算機11根據(jù)傳送來的圖像信號進行圖像處理，輸出指示體所指示的在檢測面上的指示位置坐標。具體地，利用三角測量原理，根據(jù)來自左右2個攝像部分7的特定圖像信號所包含的陰影部分的位置計算出檢測面1上的坐標。
另外，在例如將本發(fā)明的位置檢測裝置應用于觸摸面板顯示裝置的情況下，檢測面1可以由透明板構(gòu)成，并在其后面與顯示畫面相重合來配置顯示裝置12。
其次，利用圖7來詳細說明設置于本發(fā)明的位置檢測裝置的攝像部分上的選擇裝置。圖7是說明本發(fā)明的位置檢測裝置中所使用的控制部分10的方框圖。雖然有左右2個攝像部分7，但由于它們的圖像信號處理相同，所以僅說明其中之一的處理。來自攝像部分7的區(qū)域圖像傳感器的圖像信號暫時存儲于緩沖存儲器20中。緩沖存儲器優(yōu)選使用寫入/讀出速度高達某種程度的RAM等。緩沖存儲器20中所存儲的圖像信號可以是與區(qū)域圖像傳感器的全部像素相對應的圖像信號，但如果具有可以將拍攝范圍限制在區(qū)域圖像傳感器側(cè)的模式，則也可以利用上述模式預先將限制在大致一部分區(qū)域的圖像信號存儲在緩沖存儲器20中。不同于圖像信號，由像素記數(shù)器21對沿區(qū)域圖像存儲器的掃描線傳送來的圖像信號中的像素時鐘信號進行記數(shù)，并將該值作為地址寫入到緩沖存儲器20。緩沖存儲器20與作為控制部分10的主要部分的微型計算機22相連接。微型計算機20具有作為與個人計算機11相連接的連接裝置的諸如USB等接口。另外，還具有SRAM等存儲部分23，用于存儲通過下述校準等在個人計算機11內(nèi)設定的像素選擇信息。根據(jù)上述像素選擇信息，微型計算機22從緩沖存儲器20中讀出與特定像素相對應的特定圖像信號，即檢測指示位置坐標所必需的部分的圖像信號，并通過接口傳送至個人計算機11。對緩沖存儲器20的讀寫命令可以根據(jù)來自微型計算機22的指示進行。在個人計算機11中，通過驅(qū)動軟件等根據(jù)傳送來的圖像計算出指示體的指示位置坐標。
下面利用圖8說明本發(fā)明的位置檢測裝置的檢測步驟。圖8是說明圖5所示的本發(fā)明的位置檢測裝置的檢測步驟的流程圖。首先，執(zhí)行將在后面詳細說明的圖像區(qū)域選擇步驟(步驟801)。該步驟是為了確定與攝像部分7的特定視野相對應的區(qū)域圖像傳感器的特定像素而執(zhí)行的步驟。當確定了特定像素時，微型計算機22根據(jù)來自上一級的個人計算機11的指示，參照地址后從SRAM等緩沖存儲器20中讀出與特定像素相對應的特定圖像信號(步驟802)。所讀出的特定像素信號經(jīng)接口傳送至個人計算機11。據(jù)此成為可以在檢測面1上進行位置檢測的狀態(tài)。此外，在個人計算機11中，根據(jù)傳送來的特定圖像信號來判斷是否對指示體進行檢測(步驟803)。在圖5的位置檢測裝置中，當指示體2置于檢測面1上時，其陰影的位置可以由分別在左右的攝像部分7進行檢測。根據(jù)三角測量原理從上述陰影的位置檢測出指示體2的指示位置坐標(步驟804)。然后返回到步驟802，繼續(xù)進行位置檢測。另外，在不使用向后反射框4而在指示體2上設置有向后反射部件的例子的情況下，一旦放置指示體，就檢測光的位置，并根據(jù)上述光的位置計算出坐標。
當步驟803中未檢出指示體2時，判斷上述未檢出狀態(tài)是否在某個規(guī)定時間內(nèi)持續(xù)(步驟805)。如果在經(jīng)過規(guī)定時間之前，則返回到步驟802，繼續(xù)進行位置檢測。在步驟805，當經(jīng)過了規(guī)定時間時，返回到步驟801，執(zhí)行像素區(qū)域選擇步驟并重新確定特定像素。這樣，即使當由于溫度變化等造成攝像部分發(fā)生微動等導致攝像部分的視野發(fā)生變化時，也可以對視野進行再調(diào)整以適應上述變化。即，當在規(guī)定時間內(nèi)未使用時，利用上述時間自動地進行校準。另外，在圖示例中是進行自動校準的，但本發(fā)明并不限于此，當然也可以采用手動方式任意地對特定像素進行選擇。
下面，利用圖9詳細說明圖像區(qū)域選擇步驟。圖9是說明本發(fā)明的位置檢測裝置的像素區(qū)域選擇步驟的流程圖。首先，微型計算機22根據(jù)來自個人計算機11的指令從緩沖存儲器20中讀出與攝像部分7的拍攝視野相對應的全部像素的圖像信號(步驟901)。所讀出的圖像信號通過接口傳送至個人計算機11，個人計算機11根據(jù)該圖像來確定攝像部分7的特定視野(步驟902)。
在確定了特定視野后，選擇與該特定視野相對應的區(qū)域圖像傳感器的感光元件的特定像素(步驟903)。個人計算機11將關于上述選擇出的特定像素的像素選擇信息通過接口傳送至微型計算機22，微型計算機22將像素選擇信息存儲在其內(nèi)部的存儲部分23中(步驟904)。
下面，具體說明上述各步驟。例如，當以形成與檢測面1大致平行的視野的方式設置了攝像部分7時，通過步驟901讀出的、由攝像部分7所拍攝的圖像如圖10所示。圖中A、B、C與圖5的向后反射框4上的位置A、B、C相對應。參照圖10，向后反射框4的部分是明亮的檢測部分，但當檢測面1為諸如保護玻璃之類的反射物時，如圖所示，在檢測面1的一側(cè)也反射明亮的部分，呈較大的光帶的狀態(tài)。因此，由于檢測指示體2的位置所必需的部分是該光帶部分的橫向中心線以上的部分，所以可以將與中心線上側(cè)的光帶部分完全對應的位置確定為特定視野(步驟902)。另外，為了進一步減少所傳送的數(shù)據(jù)，無須將包含整個與向后反射框4相對應部分的區(qū)域作為特定視野，而將其一部分，具體地是將中心線上部且最接近的部分作為特定視野，則也可以使操作性得到改善，很理想。因此，特定視野越靠近檢測面越可以減少指示體的誤檢測或誤差，因而，可以將盡量靠近中心線的部分確定為特定視野。
當確定了特定視野后，在步驟903中，選擇與該特定視野相對應的區(qū)域圖像傳感器的感光元件的特定像素。特定像素可以根據(jù)區(qū)域圖像傳感器的感光元件的像素排列選擇為直線狀，但當攝像部分傾斜設置時，可以選擇傾斜排列的像素，而當由于檢測面翹曲等原因而導致特定視野不是直線時，可以沿該翹曲來選擇像素。
如圖11(a)所示，為了避免因檢測面1的翹曲等而使向后反射框未進入視野內(nèi)從而無法檢測指示體，而將攝像部分7的設置位置提高，這種情況下，攝像部分7所拍攝的圖像如圖11(b)所示。圖中A、B、C是與圖5的向后反射框上的位置A、B、C相對應的位置。這樣，檢測面1的角部的向后反射框4發(fā)生曲折而可見，但如圖11(c)所示，通過選擇具有曲折部分而排列的像素作為特定像素，可以可靠地將向后反射框4作為特定視野。在步驟904中，將與上述特定像素相對應的像素選擇信息存儲于微型計算機22的存儲部分23中，下面，說明微型計算機22的處理步驟。圖12是說明本發(fā)明的位置檢測裝置所使用的微型計算機22的處理步驟的流程圖。首先，微型計算機22等待來自個人計算機11的數(shù)據(jù)(步驟1201)，如果傳送來的數(shù)據(jù)是像素選擇信息(步驟1202)，則將像素選擇信息存儲于存儲部分23中(步驟1203)。如果傳送來的數(shù)據(jù)不是像素選擇信息(步驟1202)，則將來自2個攝像部分7的圖像信號寫入到緩沖存儲器20中，使其存放在按照像素記數(shù)器21所產(chǎn)生的地址而連續(xù)的區(qū)域中(步驟1204)。當來自個人計算機11的命令是圖像請求時，判斷其請求是全圖像請求還是特定圖像請求(步驟1205)，如果是用于校準的全圖像請求，則將緩沖存儲器中的全圖像信號通過接口向個人計算機11傳送(步驟1206)。如果來自個人計算機11的命令是特定圖像請求，則根據(jù)存儲部分23中所存儲的像素選擇信息，對緩沖存儲器進行隨機存取并讀出，從而通過接口將與所選擇的特定像素相對應的特定圖像信號向個人計算機11傳送(步驟1207)。
這樣，本發(fā)明的位置檢測裝置的攝像部分的安裝位置不必進行嚴格的位置對準等，因此制造成本低，且維護性良好。另外，在位置檢測時只需傳送必要的特定像素的特定圖像信號，因此無須專用的高速接口等。由于坐標的計算等在個人計算機一側(cè)進行，所以無須昂貴的專用處理電路等。另外，由于攝像部分無須進行物理的位置調(diào)整，即可以將攝像部分的視野盡可能地調(diào)整為靠近檢測面的位置，所以可以提高檢測精度，并提高操作性。
在上述例中，說明了將向后反射框設置在檢測面的周圍，由攝像部分檢測將向后反射材料所反射的光遮斷的陰影位置的遮斷式位置檢測裝置，下面利用圖13來說明不設置反射框而是在指示體2上設置向后反射材料13，由攝像部分檢測向后反射材料的發(fā)光部分的位置之發(fā)光式位置檢測裝置。圖13是將本發(fā)明的位置檢測裝置應用到其它方式時的例子。圖中，具有與圖5相同符號的部分表示相同的部件，其基本結(jié)構(gòu)與圖5所示的例子相同。另外，處理步驟也與圖8、圖9、圖12所示的步驟基本相同。在本實施例中，圖9的步驟902中，確定攝像部分的特定視野的過程之確定步驟與上述實施例不同。由于在本實施例中沒有向后反射框，所以無法預先根據(jù)向后反射框確定特定視野。因此，作為替代，在檢測面1的周圍設置標記部件作為劃定攝像部分7的特定視野的基準。如圖所示，在檢測面1的至少4處位置上設有標記部件14。標記在標記部件上的A、B、C是右側(cè)的攝像部分7所拍攝的標記。標記部件14是例如圖14(a)所示的反射像為特征性的形狀，譬如與指示體2的尖端形狀不同的三角形等形狀的向后反射部件。也可以如圖14(b)所示，使向后反射部件為條狀等結(jié)構(gòu)。即，只要不會被誤認為是置于檢測面1上的指示體2的像那樣的特征像，就可以考慮各種形狀，而并不限于圖示例子的形狀。另外，標記部件14也可以不使用向后反射部件，而使用LED等發(fā)光源。此時，既可以考慮使發(fā)光像為特征形狀的結(jié)構(gòu)，也可以僅在劃定攝像部分7的特定視野時，即校準時發(fā)光的結(jié)構(gòu)。據(jù)此，在檢測指示體時不會受到發(fā)光源的影響，還可以抑制功耗。
在上述結(jié)構(gòu)的位置檢測裝置中，由攝像部分7的視野所獲得的圖像如圖15所示。這樣，在圖9的確定攝像部分7的特定視野的步驟902中，可以將連接標記部件14的像的線確定為特定視野。
另外，即使當因溫度變化等使攝像部分發(fā)生微動或因檢測面的翹曲而造成攝像部分的視野發(fā)生變化時，也可以使用跟蹤功能檢測標記部件的位置變化來對視野進行再調(diào)整。該跟蹤功能可以在規(guī)定的間隔自動地進行工作，當然也可以手動地進行任意的操作。
下面利用圖16說明本發(fā)明的位置檢測裝置所使用的控制部分10的另一例子。利用圖7所說明的控制部分10是使用了緩沖存儲器和像素記數(shù)器的結(jié)構(gòu)，但圖16所示的控制部分29的不同之處在于，沒有使用上述結(jié)構(gòu)，而是使用了串行存取方式的存儲器。在圖16所示的控制部分29中，包含用于圖像處理的微型計算機，該微型計算機也執(zhí)行圖像處理。然而，本發(fā)明并不限于此，當然也可以如圖7所述，由上一級的個人計算機進行圖像處理。在下面的說明中，由于左右2個攝像部分7各自的圖像信號處理相同，所以僅就其中之一的處理進行說明。
與來自攝像部分7的區(qū)域圖像傳感器的所有像素相對應的圖像信號(圖像數(shù)據(jù))輸入到圖像處理用微型計算機32。如果采用可以將拍攝范圍限制在區(qū)域圖像傳感器側(cè)的模式，則也可以利用該模式輸入預先限定在大致一部分區(qū)域的圖像信號。另外，將沿區(qū)域圖像傳感器的掃描線傳送來的圖像信號中的像素時鐘信號輸入到串行存取方式的存儲部分30和AND電路31輸入側(cè)的一個輸入端。將作為串行存取方式的存儲部分30的輸出的讀出信號輸入到AND電路31輸入側(cè)的另一個輸入端，將AND電路31的輸出輸入到圖像處理用微型計算機32。此處，串行存取方式的存儲部分30具體地是與輸入時鐘同步地按序列進行1比特信息之讀寫的存儲器，例如在所輸入的時鐘信號的上升沿作為讀出信號讀出預先存儲的像素選擇信息。作為該串行存取方式的存儲部分，可以使用諸如ST微電子(ST Microelectronics)公司生產(chǎn)的串行閃速存儲器。下面利用圖17說明各信號的動作時序。
圖17是圖16所示控制部分的各信號時序的時序圖。如圖所示，圖像數(shù)據(jù)在各像素時鐘信號的每個上升沿進行切換。由于在像素時鐘信號的上升沿將預先存儲的像素選擇信息作為讀出信號從串行存取方式的存儲部分30讀出，所以其讀出信號如圖所示。因此，當像素時鐘信號和讀出信號均為“高”(HIGH)的定時，AND電路31的輸出變?yōu)椤案摺薄．攬D像數(shù)據(jù)處于穩(wěn)定狀態(tài)時，即在AND電路輸出的下降沿，圖像處理用微型計算機32提取圖像數(shù)據(jù)。
下面說明上述結(jié)構(gòu)的控制部分29的處理步驟。圖像處理用微型計算機32執(zhí)行與圖8、圖9和圖12所述的圖像處理步驟基本相同的處理。所以，首先通過像素區(qū)域選擇步驟(步驟801)確定與特定視野相對應的特定像素。確定特定像素的步驟與上述說明的步驟相同，可以利用向后反射框或標記裝置的像來適當確定。由于圖像處理用微型計算機中始終輸入圖像信號，所以本實施例的控制部分29可以利用它來確定特定像素。然后，將與所確定的特定像素有關的像素選擇信息預先存儲在串行存取方式的存儲部分30中。當檢測指示體的指示位置坐標時，由于串行存取方式的存儲部分30的讀出信號與像素時鐘信號同時為“高”時，AND電路31的輸出為“高”，所以在AND電路31的輸出為“高”時，優(yōu)選在圖像信號穩(wěn)定的下降沿的定時提取圖像信號。據(jù)此，輸入根據(jù)像素選擇信息而選擇的對應于特定像素的特定圖像信號。在圖像處理用微型計算機32中，進行基于上述特定圖像信號的圖像處理，并由指示體的陰影或光的位置來輸出指示體的指示位置坐標。在圖16的例子中，由于輸出容量較小的坐標數(shù)據(jù)，所以可以通過諸如RS-232C等接口向上一級的個人計算機等傳送坐標數(shù)據(jù)。也可以利用微型計算機執(zhí)行至僅僅提取特定圖像信號為止的處理，而不是利用圖像處理用微型計算機進行直至坐標計算為止的處理。此時，可以將特定圖像信號通過接口傳送至個人計算機，并在個人計算機一側(cè)進行坐標計算等圖像處理。
由于上述結(jié)構(gòu)可以使用比如圖7所述例子的緩沖存儲器的容量更小的存儲器，從而可以抑制產(chǎn)品的成本。
本發(fā)明的位置檢測裝置并不限于上述圖示例子，而可以在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)進行各種變更。如果將區(qū)域圖像傳感器用于攝像部分的攝像元件，并使用可以對其拍攝視野內(nèi)的與特定視野相對應的像素進行選擇的裝置，則位置檢測方式可以是遮斷式，也可以是發(fā)光式，還可以是其它方式。
根據(jù)上述的本發(fā)明的位置檢測裝置，可以獲得以下有益效果即可以提供一種位置檢測裝置，該位置檢測裝置無需調(diào)整攝像部分的安裝位置，易于維護，且不受溫度變化等環(huán)境變化的影響，可以由廉價的構(gòu)成要素實現(xiàn)。由于在本發(fā)明的位置檢測裝置中，可以簡單地確定攝像部分的特定視野，所以可以容易地在現(xiàn)有的顯示裝置上以追加的方式設置位置檢測裝置，并作為觸摸面板顯示裝置。另外，由于即使減小向后反射框的寬度也可以有效地劃定特定視野，所以該框難以妨礙操作，可以實現(xiàn)便于使用的良好的位置檢測裝置。
權(quán)利要求
1.一種檢測位于檢測面上的指示體的位置檢測裝置，其特征在于具有一對攝像部分、選擇裝置、和圖像處理裝置，所述一對攝像部分包括將感光元件呈二維排列的區(qū)域圖像傳感器和成像透鏡，從所述檢測面?zhèn)鹊?個部位以某一視野對所述檢測面上進行拍攝并輸出圖像信號；所述選擇裝置以所述圖像信號作為輸入信號，從所述感光元件中選擇出與所述某一視野內(nèi)的特定視野相對應的特定像素；所述圖像處理裝置將與所述選擇裝置選擇的所述特定像素相對應的特定圖像信號作為輸入進行圖像處理，并輸出所述指示體指示的在檢測面上的指示位置的坐標。
2.權(quán)利要求1所述的位置檢測裝置，其特征在于，所述攝像部分還具有沿檢測面上發(fā)光的光源，該光源配置在所述成像透鏡的附近。
3.權(quán)利要求2所述的位置檢測裝置，其特征在于，還具有將所述光進行向后反射的向后反射部件。
4.權(quán)利要求3所述的位置檢測裝置，其特征在于，所述向后反射部件設置在所述指示體上。
5.權(quán)利要求3所述的位置檢測裝置，其特征在于，所述向后反射部件設置在所述檢測面的至少周圍3個邊上。
6.權(quán)利要求5所述的位置檢測裝置，其特征在于，對應于所述特定像素的所述特定視野是包含所述向后反射部件的像的一部分或者全部的區(qū)域。
7.權(quán)利要求1～4的任一項所述的位置檢測裝置，其特征在于，還具有作為對所述攝像部分拍攝的所述特定視野進行劃定的基準的標記裝置，以所述標記裝置為基準，所述選擇裝置從所述感光元件中選擇出與所述特定視野相對應的特定像素。
8.權(quán)利要求7所述的位置檢測裝置，其特征在于，所述標記裝置配置在所述檢測面的至少4個部位。
9.權(quán)利要求7或8所述的位置檢測裝置，其特征在于，所述標記裝置是構(gòu)成為使反射像成為特征形狀的向后反射部件。
10.權(quán)利要求7或8所述的位置檢測裝置，其特征在于，所述標記裝置是發(fā)射光線的發(fā)光部分。
11.權(quán)利要求10所述的位置檢測裝置，其特征在于，所述標記裝置是構(gòu)成為使發(fā)光像為特征形狀的發(fā)光部分。
12.權(quán)利要求10或11所述的位置檢測裝置，其特征在于，所述發(fā)光部分僅在劃定所述特定視野時發(fā)光。
13.權(quán)利要求1～12中任一項所述的位置檢測裝置，其特征在于，還具有校準裝置，該校準裝置自動地以規(guī)定的間隔或者以手動方式任意地使所述選擇裝置選擇特定像素。
14.權(quán)利要求1～13中任一項所述的位置檢測裝置，其特征在于，所述選擇裝置所選擇的特定像素是按照像素排列而呈直線狀排列的像素、傾斜排列的像素、或者具有曲折部分而排列的像素中的任意一者。
15.權(quán)利要求1～14中任一項所述的位置檢測裝置，其特征在于，還具有用于存儲與所述選擇裝置所選擇的所述特定像素有關的像素選擇信息的存儲器，所述選擇裝置利用存儲在所述存儲器的所述像素選擇信息從所述攝像部分所拍攝的所述圖像信號中輸出與所述特定像素相對應的特定圖像信號。
16.權(quán)利要求15所述的位置檢測裝置，其特征在于，還具有暫時存儲由所述攝像部分所拍攝的所述圖像信號的緩沖存儲器，所述選擇裝置利用存儲在所述存儲器中的所述像素選擇信息從存儲在所述緩沖存儲器中的所述圖像信號中輸出與所述特定像素相對應的所述特定圖像信號。
17.權(quán)利要求15所述的位置檢測裝置，其特征在于，所述存儲器是串行存取方式的存儲器，所述存儲的所述像素選擇信息與所輸入的時鐘信號同步地被讀出。
18.權(quán)利要求1～17的任一項所述的位置檢測裝置，其特征在于，所述選擇裝置與所述圖像處理裝置之間通過高速串行傳送接口進行連接，所述圖像處理裝置包含在個人計算機中。
19.權(quán)利要求1～17的任一項所述的位置檢測裝置，其特征在于，所述圖像處理裝置由微型計算機構(gòu)成，并通過所述微型計算機所具有的接口輸出所述指示位置的坐標。
20.權(quán)利要求1～19的任一項所述的位置檢測裝置，其特征在于，還具有顯示裝置，所述檢測面是保護所述顯示裝置的顯示面的透明板。
21.一種檢測位于檢測面上的指示體的位置檢測裝置，其特征在于該位置檢測裝置包括一對攝像部分、標記裝置、圖像處理裝置、和跟蹤裝置，所述一對攝像部分包括將感光元件呈二維排列的區(qū)域圖像傳感器和成像透鏡，從所述檢測面?zhèn)鹊?個部位以某一視野對所述檢測面上進行拍攝并輸出圖像信號；所述標記裝置作為對所述攝像部分拍攝的所述某一視野內(nèi)的規(guī)定部分進行劃定的基準；所述圖像處理裝置將所述攝像部分所輸出的圖像信號作為輸入，根據(jù)所述標記裝置來劃定圖像信號的規(guī)定部分，并使用該劃定的規(guī)定部分的圖像信號來計算出指示體所指示的在檢測面上的指示位置的坐標；所述跟蹤裝置自動地以規(guī)定的間隔或者以手動方式任意地檢測所述標記裝置的位置變動并對規(guī)定部分進行重新劃定。
全文摘要
本發(fā)明提供一種位置檢測裝置，該位置檢測裝置無需調(diào)整攝像部分的安裝位置，易于維護，且不受溫度變化等環(huán)境變化的影響，可以由廉價的構(gòu)成要素實現(xiàn)。為了提供這樣的位置檢測裝置，而將包括感光元件呈二維排列的區(qū)域圖像傳感器(70)和成像透鏡(71)的攝像部分(7)配置在檢測面?zhèn)鹊?個部位。選擇裝置(10)從感光元件中選擇出攝像部分(7)所拍攝的視野內(nèi)、與向后反射框(4)等的特定視野相對應的特定像素。圖像處理裝置(11)對所選擇的對應于特定像素的特定圖像信號進行圖像處理，并輸出指示體(2)的指示位置坐標。
文檔編號G06F3/03GK1860431SQ20048002086
公開日2006年11月8日 申請日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月19日
發(fā)明者小川保二, 恒崎賢仁 申請人:株式會社伊特, 株式會社施樂庫