坐标检测设备、坐标检测的方法及电子信息板系统的制作方法
【专利摘要】一种坐标检测设备，包括光发射元件，该光发射元件被提供在围绕显示器的表面的周边部分中，并且在平行于显示器的表面的方向上发射光；光接收元件，该光接收元件被提供在围绕显示器的表面的周边部分中，并且接收从光发射元件发射的光；以及偏振单元，该偏振单元将由光接收元件的光接收表面接收的光的振荡方向限制于预定方向，在该预定方向中在光接收表面上仅形成实像，其中基于由光接收元件接收的光的光强度分布来检测指示单元接触显示器的表面的接触位置的坐标。
【专利说明】坐标检测设备、坐标检测的方法及电子信息板系统
【背景技术】
[0001]本发明大体涉及一种坐标检测设备、一种坐标检测的方法及一种电子信息板系统。
[0002]相关技术描述
[0003]近年来,开发出一种被称作电子复写式板(electronic copyboard)或交互式白板(interactive whiteboard, IffB)的电子信息板。
[0004]例如，这种类型的电子信息板系统通过将利用如液晶面板或等离子面板的扁平面板的接触面板显示器与用于检测在接触面板显示器的显示元件表面上出现接触的坐标的坐标检测设备进行组合来构成。
[0005]用于电子信息板系统的坐标检测设备包括:例如，用于光学地检测接触位置的一对发光传感器，其被提供在接触面板显示器的上方边角(upper comers)。在接触面板显示器的周边部分中提供用于反射来自发光传感器的光的回射片(retroreflect1n plate)。
[0006]例如，当如专用触控笔、手指、指点棒(pointing stock)等的指示单元的末端接触接触面板显示器的防护玻璃的表面时，来自发光传感器的光在该接触位置处被中断。穿过除了接触位置之外的位置的光在回射片上反射，并且由发光传感器接收。因而，在坐标检测设备中检测到被反射的光被中断的指示单元的接触位置的坐标。
[0007]进一步，在电子信息板系统的坐标检测设备中，基于来自发光传感器的检测信号，获得在触控笔(指示单元)的接触位置处中断的光的角度，并且利用如在日本专利N0.4627781中公开的三角测量原理来计算接触位置的坐标。
[0008]进一步，根据日本专利N0.2678231中公开的检测坐标的另一种方法，在接触面板显示器的周边部分中布置多个发光二极管和多个光接收元件，以便在接触面板显示器的X方向或Y方向上彼此面对。在这种检测坐标的方法中，当从光发射元件发射的光在接触位置处被触控笔或手指中断时，可以利用光接收元件获得的检测信号的降低的输出电平来检测坐标。
[0009]然而，日本专利N0.4627781基于检测的光的降低的接收光强度来计算触控笔或手指的位置，该位置对应于由触控笔或手指中断光造成的遮挡位置。在这种检测坐标的方法中，发光传感器发射的检测光平行于接触面板显示器的防护玻璃的表面而行进，被回射片反射，以便通过与行进路径类似的路径而返回。由发光传感器接收该反射的光。
[0010]如日本专利N0.2678231中公开的，在接触面板显示器的周边部分中布置多个光发射元件和多个光接收元件以便彼此面对、并且从光发射元件发射的光由光接收元件接收的情况下，基于不能从光发射元件接收光的一个光接收元件的位置来计算坐标。
[0011]在日本专利N0.4627781和日本专利N0.2678231中，因为光入射到发光传感器的光接收单元、或光接收元件实质上平行于接触面板显示器的防护玻璃的表面照射，因而由在接触面板显示器的元件的表面或防护玻璃的表面上的全部反射所造成的反射光的分量除了到达发光传感器或光接收元件的光之外，入射到发光传感器的光接收单元或光接收元件上。
[0012]如此，当接收从接触面板显示器或防护玻璃的表面反射的光、并且触控笔或手指接触防护玻璃的表面时，防护玻璃由该接触造成的压力而轻微地表现出弯曲变形。由此，在防护玻璃的表面上反射的全部反射光的反射角度变化，从而改变到达光接收元件的光的光强度。
[0013]如果光强度如此改变，则会在检测坐标位置时出现误差，因为检测到光强度降低的位置或降低的光强度，犹如专用触控笔或手指中断了光一样。因此出现接触位置的坐标不能准确被检测的问题。
【发明内容】
[0014]本发明的至少一个实施方式的目的在于提供一种坐标检测设备，一种检测坐标的方法以及一种电子信息板系统，其实质上避免了由相关现有技术的限制和缺点造成的一个或多个问题。
[0015]本发明的实施方式的一个方面是提供一种坐标检测设备，包括光发射兀件，该光发射元件被提供在围绕显示器的表面的周边部分中，并且在平行于显示器的表面的方向上发射光；光接收元件，该光接收元件本提供在围绕显示器的表面的周边部分中，并且接收从光发射元件发射的光；以及偏振单元，该偏振单元将由光接收元件的光接收表面接收的光的振荡方向限制于预定方向，在该预定方向中在光接收表面上仅形成实像，其中基于由光接收元件接收的光的光强度分布来检测指示单元接触显示器的表面的接触位置的坐标。
[0016]实施方式的其他目的和优点部分地在下面的描述中陈述，部分由该说明书是显而易见的，或者可以通过实践本发明学习到。可以借助在附加的权利要求中特别指出的元件和组合实现和获得本发明的目的和优点。
[0017]应当理解，前面一般性的描述和下面详细的描述仅是示例和解释性的，而不是限制所要求保护的发明。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是图示应用本发明的实施方式的坐标检测设备的电子信息板系统的透视图；
[0019]图2示意性地图示电子信息板系统的一部分；
[0020]图3是图示电子信息板的控制器的结构的方框图；
[0021]图4图示坐标检测设备的结构；
[0022]图5示意性地图示应用本发明的检测光学接触面板的坐标的原理；
[0023]图6是从显示单元的正面看的发光传感器的正视图；
[0024]图7示意性地图示入射在光接收元件的光的光强度的分布的例子；
[0025]图8图示触控笔的接触位置和发光传感器之间的位置关系；
[0026]图9图示一个实施方式的坐标检测设备的结构；
[0027]图10示意性地图示包括光接收元件、光接收透镜、回射片(retroreflect1nplate)和显示器表面的结构；
[0028]图11示意性地图示将光偏振器布置在光接收透镜的正面的结构；
[0029]图12示意性地图示在没有虚像(virtual image)的情况下光强度的分布；
[0030]图13示意性地图示在读取位置处存在虚像的情况下的光强度的改变的图案；
[0031]连同附图阅读下面的详细描述，实施方式的其他目的和进一步的特征将变得显而易见。
【具体实施方式】
[0032]下面参照本发明实施方式的图1至图13给出描述。相同的附图标记隶属于相同的部件，并且省略对部件的重复描述。
[0033]附图标记典型地指定如下:
[0034]10:电子信息板系统
[0035]20:显示单元；
[0036]22:防护玻璃；
[0037]24:坐标检测设备；
[0038]30:键盘；
[0039]40:支架；
[0040]50:装置容纳部分；
[0041]60:控制器；
[0042]90:用户 PC ;
[0043]100:触控笔；
[0044]120:笔尖可移动部分；
[0045]130:笔尾可移动部分；
[0046]200:通信线路；
[0047]210:笔信号接收部件；
[0048]220:控制器操作系统部件；
[0049]230:应用部件；
[0050]231:事件信号确定部件；
[0051]232:图像输入处理部件；
[0052]234:屏幕绘画处理部件；
[0053]236:屏幕擦除处理部件；
[0054]238:屏幕操作处理部件；
[0055]240:图像输入装置部件；
[0056]250:接触面板驱动部件；
[0057]300，310:发光传感器；
[0058]301:聚光透镜；
[0059]302:光接收元件；
[0060]320,330,340:回射片；
[0061]350:发光传感器电路；
[0062]380:第二光源；
[0063]382:狭缝；
[0064]383:光源；
[0065]384,385,386:柱面透镜；
[0066]387:半反射镜(halfmirror)；
[0067]390:接触面板区域；
[0068]400:光偏振器；
[0069]KA:实像光路径；
[0070]KB:虚像光路径；
[0071]JA，JB:位置；
[0072]Ll-Ln:探测光；
[0073]LA，LB，LC，LD:光行进方向；
[0074]M:实像；
[0075]N:虚像。
[0076](电子信息板系统的结构)
[0077]图1是表示应用本发明的第一实施方式的坐标检测设备的电子信息板系统的透视图。参照图1，电子信息板系统10包括显示单元20、支架40和装置容纳部分50。显示单元20包括扁平面板，如液晶面板或等离子面板。防护玻璃22附着于显示单元的显示元件面的正面。防护玻璃22形成显示单元20的表面，并且被提供有光学接触面板类型的坐标检测设备24，其检测出现接触的坐标位置。
[0078]进一步，在电子信息板系统10中，专用触控笔(指示单元)100的末端接触防护玻璃22来写入字符、图形等。指点棒或操作者的手指或手也可以用作指示单元来代替触控笔100。
[0079]当触控笔100的笔尖(一个末端)接触防护玻璃22的表面(显示器表面)时，触控笔100以无线信号发送抄写检测信号(transcript1n detect1n signal)。当接收到从触控笔100发送的抄写检测信号时，显示单元20显示在由坐标检测设备24检测的坐标位置处写入的字符、图形等。
[0080]当触控笔100的笔尾(另一个末端)接触防护玻璃22的表面(显示器表面)时，触控笔100以无线信号发送用于擦除的检测信号。当接收到从触控笔100发送的擦除检测信号时，显示单元20擦除在由坐标检测设备24检测的坐标位置处写入的字符、图形等。[0081 ] 装置容纳部分50容纳不同的装置，如控制器、打印机或视频磁盘装置。进一步，在装置容纳部分50的上表面上安装用于执行输入操作的键盘30。
[0082]图2示意性地图示电子信息板系统10的一部分。如图2所示，显示单元20由控制器60控制，并且显示由通过输入来操作的不同的屏幕操作部件26和用户个人计算机(PC) 90取得的图像。
[0083]进一步，控制器60包括连接通用串行总线(USB)电缆70的通用串行总线(USB)插口 72、以及连接视频图形阵列(VGA)电缆80的视频图形阵列(VGA)输入插口 82。
[0084]用户个人计算机(PC) 90通过USB插口 72和VGA输入插口 82连接控制器60。进一步，用户PC 90包括存储器94，如磁盘装置。存储器94存储不同的内容和程序，如用于显示该内容的应用软件。操作者在存储器94中存储的内容中选择所需的内容，并且在显示器92上显示选择的内容。
[0085]因此，当将在用户PC 90的显示器92上显示的图像数据从用户PC 90通过USB电缆70和VGA电缆80传输到控制器60时，控制器60将与在用户PC 90上显示的图像数据对应的图像显示在显示单元20上。
[0086]进一步，控制器60通过网络插口 202连接如光纤的通信线路200以及如英特网或局域网(LAN)的网络204。
[0087]进一步，如图2所示，电子信息板系统10包括笔信号接收单元210，用于接收从触控笔100发送的检测信号。当笔信号接收部件210接收从触控笔100发送的检测信号时，笔信号接收部件210将检测信号发送到坐标检测设备24。由此，坐标检测设备24通过接收来自触控笔100的检测信号来检测到触控笔100执行了输入操作，并且将该检测信号输出到控制器60。
[0088](电子信息板的控制系统)
[0089]图3是表示电子信息板系统10的控制器的结构的方框图。参照图3，电子信息板系统10的控制器60包括笔信号接收单元210、控制器操作系统部分220、应用部件230、图像输入装置部件240和接触面板驱动部件250。进一步，应用部件230包括事件信号确定部件231、图像输入处理部件232、图像绘画处理部件234、屏幕擦除处理部件236和屏幕操作处理部件238。
[0090]控制器操作系统部件220是主控制单元，用于管理和实施控制器60执行的控制处理。
[0091]应用部件230执行用于产生在显示单元20上显示的整个图像的控制处理、当从触控笔100检测到抄写检测信号时、使得在用户PC屏幕28上显示图像的控制处理、以及显示抄写的图形、抄写的字符等的控制处理。
[0092]事件信号确定部件231监测从控制器操作系统部件220输入的事件信号，并且执行与输入的事件信号对应的控制处理。
[0093]图像输入处理部件232执行将从用户PC 90输入的图像显示在显示器单元20上的控制处理。
[0094]图像绘画处理部件234通过事件信号确定部件231基于从坐标检测设备24输入的坐标位置的数据产生手写图形，将手写图形叠加在已经显示的图像上，并且在显示单元20上显示具有叠加的手写图形的图像。
[0095]图像擦除处理部件236通过事件信号确定部件231利用图像的背景颜色产生图形，该图像是基于在坐标检测设备24输入的坐标位置处的信息而当前显示的，图像擦除处理部件236将利用背景颜色产生的图形叠加在已经显示的图像上，并且在显示单元20上显示具有叠加的图形的图像。由此，将背景颜色图形叠加在显示单元20上显示的手写图形上，以看上去从显示单元20擦除手写图形。
[0096]屏幕操作处理部件238将从坐标检测设备24输入的坐标位置的信息(信号)转换成定点装置信号、如鼠标事件，并且通过打开或关闭由显示单元20的显示玻璃22显示的屏幕操作部件26来执行处理。进一步，屏幕操作处理部件238将坐标位置的信息作为鼠标下移事件、连同坐标位置的坐标值一起传输到控制器操作系统部件220，该坐标位置是触控笔100接触的位置、并且由坐标检测设备24的发光传感器300和310检测。进一步，在触控笔100接触坐标检测设备24的防护玻璃22时移动触控笔100的情况下，将这种移动作为鼠标上移事件连同坐标位置的坐标值一起传输到控制器操作系统部件220。
[0097]接触面板驱动部件250将从触控笔100和坐标检测设备24输入的坐标位置信号、抄写检测信号和擦除检测信号转换成预定事件信号，并且将转换的信号传输到控制器操作系统部件220。进一步，当由笔信号接收部件210接收抄写检测信号或擦除检测信号时，接触面板驱动部件250将坐标位置信号以及抄写检测信号和擦除检测信号中的任意一个传输到控制器操作系统部件220。
[0098](检测坐标的方法)
[0099]图4图示坐标检测设备的结构。如图4所示，坐标检测设备24包括在防护玻璃22的周边部分的上侧的左角和右角中的一对发光传感器300和310。在防护玻璃的周边部分的左侧和右侧和下侧上布置回射片320、330和340。在左侧和右侧和下侧上，沿防护玻璃22的边缘布置回射片320、330和340。在垂直于防护玻璃22的表面的方向上，回射片320、330和340的宽度是7mm至10mm。因此，如果在发光传感器300和310以及回射片320、330和340之间存在障碍物、如触控笔100或手指，则在存在障碍物的坐标位置处由回射片320、330和340反射的反射光不能被发光传感器300和310接收。
[0100]在左上角布置的发光传感器300沿平行于防护玻璃22的平面发射红外线。发射红外线的方向完全朝向右侧的反射板330和下侧的反射板340，垂直于反射板330和反射板340的表面。在右上角布置的发光传感器310沿平行于防护玻璃22的平面发射红外线。发射红外线的方向完全朝向左侧的反射板320和下侧的反射板340，垂直于反射板320和反射板340的表面。
[0101]在没有任何东西接触防护玻璃22的情况下，发光传感器300和310发射的红外线由反射板320、330和340反射，并且反射光由发光传感器300和310接收。
[0102]此处，在笔尖可移动部分120或笔尾可移动部分130接触防护玻璃22的情况下，从发光传感器300和310发射的红外线在笔尖可移动部分120或笔尾可移动部分130接触防护玻璃22的位置处被中断。因此，发光传感器电路350基于发光传感器300和310的检测信号来检测红外线被中断的位置相对于水平方向的梯度角(angle of a gradient),并且利用三角测量的公式来计算和转换成X-Y坐标上的坐标位置。由发光传感器电路350获得的坐标位置的信号通过控制器操作系统部件220传输到屏幕绘画处理部件234、屏幕擦除处理部件236和屏幕操作处理部件238。
[0103]在触控笔100中，可以将光发射元件嵌入笔尖可移动部分120和笔尾可移动部分130中。在触控笔100的笔尖或笔尾中提供光发射元件的情况下，没必要再发射红外线。当发光传感器300和310接收从接触位置发射的光(红外线)时，就可以检测接触位置的坐标。
[0104](光学接触面板中的坐标检测的原理)
[0105]接下来描述可应用本发明的实施方式的光学接触面板的坐标检测设备24的原理。坐标检测的原理是与包括光学接触面板的坐标检测设备有关的例子。本发明的实施方式不限于这种方法，并且可以应用于所有光学坐标检测设备。
[0106]图5示意性地图示应用本发明的实施方式的检测光学接触面板的坐标的原理。如图5所示，接触面板区域390具有矩形的轮廓形状，并且被形成在电子地显示图像的显示单元20的防护玻璃22的表面上。接下来描述触控笔100由光学不透明材料制成的情况，这种触控笔接触该接触面板区域390。此时，坐标检测设备24检测触控笔100接触该接触面板区域390的接触位置的坐标。
[0107]在接触面板区域390的上方的两个角上提供一对发光传感器300和310。
[0108]发光传感器300和310发射一束探测光L1、L2、L3...、Ln，其是向着接触面板区域390发射的光束。具体地，该束探测光L1、L2、L3...、Ln是沿平行于从第二光源380延伸的接触面板区域390的表面的表面行进的扇状光波。
[0109]在接触面板区域390的周边中提供回射片320、330和340，因而回射表面围绕接触面板区域390的三侧表面，即右侧、左侧和下侧表面。
[0110]回射片320、330和340是具有一种如下属性的元件，该属性是不管入射角怎样，都能以相同的方向反射入射光。参照图5,描述作为例如从发光传感器300和310发射的光波中的一个光的L12。光L12由回射片320、330和340反射，再次向着发光传感器300和310行进与反射光Lll相同的光路径。在每个发光传感器300和310中安装下面描述的光接收单元。光接收单元确定与每个探测光LI至Ln对应的回射光是否返回到发光传感器300和310。
[0111]接下来描述用户使触控笔100接触该接触面板区域390上的任意位置的情况。此时，从发光传感器300发射的探测光LlO在触控笔100的接触位置处被中断，不能到达回射片320、330和340。因此，探测光LlO的回射光不能到达发光传感器300。因此，当发光传感器300检测到不能接收与探测光LlO对应的回射光的事件时，能够检测触控笔100接触了探测光LlO的延长线(直线L)。以与此相同的方式，从安装在图5右上端的发光传感器310发射探测光。当发光传感器310检测到不能接收与探测光L13对应的回射光的事件时，能够检测触控笔100接触了探测光L13的延长线(直线R)。如果能够确定直线L和R，则可以通过运算来计算直线L和R之间的交叉点处的坐标，以获得触控笔100插入和接触所在的坐标。
[0112]接下来描述利用发光传感器300检测在探测光LI至Ln之间哪个探测光被中断的方法。图6图示发光传感器300的内部结构的概要。图6是从显示单元20的正面看的发光传感器300的正视图。
[0113]为了便于说明，使用平行于接触面板区域39的表面(接触面板面)的二维平面用于说明。发光传感器300包括第二光源380、聚光透镜301和光接收兀件302。第二光源380以扇状形状将探测光LI至Ln从聚光透镜301发射到接触面板区域390。从第二光源380发射的扇状形状的光是在箭头LA、箭头LB的方向和其他方向上行进的一组光束。
[0114]在光行进方向LA上行进的探测光被回射片330反射，在光行进方向LC上作为反射光返回，穿过聚光透镜301，并且达到光接收元件302上的位置JA。在光行进方向LB上行进的探测光被回射片340反射，在光行进方向LD上作为反射光返回，穿过聚光透镜301，并且到达光接收元件302上的位置JB。
[0115]如上所述，由第二光源380发射到接触面板区域390的光被回射片330和340反射，通过相同的路径返回，并通过聚光透镜301的功能到达光接收元件302的不同位置JA和JB。因此，当触控笔100接触该接触面板区域390的某个位置以中断探测光时，光不会到达光接收元件302上与探测光对应的一个点。因此，通过检查光接收元件302上光强度的分布，能够知道哪个探测光被中断。
[0116]图7示意性地图示入射在光接收元件上的光的光强度的分布的例子。参照图7，光接收元件302被安装在聚光透镜301的焦平面上。如图7所示，从第二光源380向透镜的正前侧(图7的右侧方向)发射的探测光被回射片330反射，并且以相同的光路返回。因此，反射的光会聚在第二光源380的位置处。将聚光透镜301的中心安装在与第二光源的位置相同的位置中。在回射片330上反射并且回到聚光透镜301的回射光穿过聚光透镜301的中心，进一步在聚光透镜301的后侧沿对称的光路径行进。
[0117]接下来描述光接收元件302上的光强度的分布，此时回射光入射在该光接收元件302上。如果触控笔100未接触该接触面板区域390，则光接收元件301上的光强度的分布实质上是恒定的。然而，如图7所示，在触控笔100接触该接触面板区域390的情况下，穿过接触位置的探测光被中断。因此，在光接收元件301的位置Dn处出现光强度变弱的区域(暗点(scotoma))。该位置Dn对应于中断的探测光的输出和入射角θ n。通过检测位置Dn，可以知道该输出和入射角θ n。换一种说法，可以将该输出和入射角θη表示为Dn的函数:
[0118]【公式I】
[0119]θ n = arctan (Dn/1)
[0120]此处，分别将图5左上的发光传感器300上的输出和入射角θ η和位置Ln替换为Θ nL 和 DnL。
[0121]参照图8，利用发光传感器300和接触面板区域390的几何相对位置的转换(transformat1n) g,可以将由触控笔100的接触位置形成的角度Θ L表示为由公式I获得的DnL的函数，如下所示:
[0122]【公式2】
[0123]0L = g(0nL)，其中 Θ nL = arctan (DnL/f)
[0124]在右上角的发光传感器310中，可以适用与上面类似的说明，通过将后缀“L”替换成后缀“R”，并且利用右发光传感器310和接触面板区域390的几何相对位置的转换h，如下所示:
[0125]【公式3】
[0126]9L = h(0nR),其中 Θ nR = arctan (DnR/f)
[0127]图8图示触控笔100的接触位置与发光传感器300和310之间的位置关系。如图8所示，接触面板区域390上安装发光传感器300和310的位置之间的距离被标记为“W”。如果横坐标轴与连接接触位置和发光传感器300和310的线性直线之间的梯度角度(anglesof gradient)分别被指定为0L和Θ R，则由下面的公式4和公式5获得由接触面板区域390上的触控笔100指示的接触位置的坐标(X，y)。
[0128]【公式4】
[0129]X = wtan Θ R/ (tan Θ L+tan Θ R)
[0130]【公式5】
[0131]y = wtan Θ L.tan θ R/ (tan θ L+tan θ R)
[0132]同样，可以将坐标(x，y)表示为DnL和DnR的函数。换句话说，检测左右发光传感器300和310的光接收元件302上的盲点的位置DnL和DnR，并且考虑发光传感器300和310的几何布置，以检测由触控笔100指示的接触位置的坐标。
[0133](坐标检测设备的结构)
[0134]图9图示一个实施方式的坐标检测设备的光学系统。参照图9，为了方便说明，从X方向的观察方向图示光学系统A，从z方向的观察方向图示光学系统B。从y方向的观察方向图示形成显示器表面的防护玻璃22。
[0135]此处,描述每个发光传感器300和310的光发射单兀。形成发光传感器300和310的光发射单兀的光源383是光发射兀件、如激光二极管或点状LED,其可以将光的光斑尺寸减小到一定程度。
[0136]进一步，将从光源383在垂直于显示器表面(防护玻璃22的表面)的方向上发射的光变成平行光，其通过柱面透镜384仅在X方向上具有宽度。当该平行光由半反射镜387反射以在X和y方向上行进时，平行光的宽度处于垂直于显示器表面(防护玻璃22的表面)的z方向上。通过两个柱面透镜385和386将来自柱面透镜384的平行光会聚到y方向上，该柱面透镜385和386在垂直于柱面透镜384的曲率的方向x的方向y上具有曲率。光学系统A图示了柱面透镜384、385和386，以及沿x方向观察到的会聚该光的状态。
[0137]通过该组柱面透镜的功能，在柱面透镜386的后侧(输出侧)形成平行光汇聚成线性形状的区域。在柱面透镜386的后侧(输出侧)提供细长的狭缝382，该狭缝382在y方向上是狭窄的，在X方向上是长的。换句话说，在狭缝的位置处形成线性形状的第二光源380。从第二光源380发射的光由半反射镜387反射，并且沿显示器表面(防护玻璃的表面)行进。在水平方向上来自半反射镜387的光不会在垂直于显示器表面(防护玻璃22的表面)的垂直方向z上发散，而是沿显示器表面行进。此时，该光保持为平行光，并且在平行于显示器表面(防护玻璃22的表面)的方向X和y上发散，如同来自作为中心的第二光源380的扇形一样。
[0138]如上所述，沿显示器表面(防护玻璃22的表面)行进的光被在显示器表面周边中提供的回射片330反射，并且通过实质上相同的光路径在向着半反射镜387的方向上(箭头C)返回。因此，穿过半反射镜387的光平行于显示器表面(防护玻璃22的表面)行进，穿过透镜301，入射到光接收元件302上。
[0139]图9中虚线围绕的部件E是每个发光传感器300和310的主体，其中容纳坐标检测设备24的光发射元件。每个发光传感器300和310的主体E具有包括发射光路径和接收光路径的结构。在发射光路径中，来自光源383的光由半反射镜387反射，反射的光行进到回射片330。在接收光路径中，来自回射片330的光由光接收元件302接收。在主体E中，在来自回射片330的反射光由光接收元件302接收之前，提供光接收开口(光接收区域)。在光接收开口中，提供聚光透镜301和光偏振器(偏振单兀)400,光偏振器(偏振单元)400将到光接收元件302的光的振荡方向限制在通过使偏振分量穿透或阻挡偏振分量而仅获得实像的方向上。
[0140]在每个发光传感器300和310的主体E的光接收区域中，在半反射镜387和聚光透镜301之间插入光偏振器400。光偏振器400阻挡在z方向上振荡的S偏振分量(S波)，并且使在y方向上振荡的P偏振分量(P波)在其间穿透。光偏振器400被成形为具有与聚光透镜301对应的尺寸的盘状，并且被提供成可绕光轴旋转。因此，可以调整光偏振器400，以阻挡S偏振分量(S波)以及使P偏振分量(P波)来穿透光偏振器400。
[0141](光偏振器400的功能)
[0142]图10示意性地图示包括光接收元件、光接收透镜、回射片和显示器表面的示例结构。图11示意性地图示将光偏振器布置在光接收透镜的正面的结构。
[0143]参照图10，向着光接收元件302产生在防护玻璃22的表面22a上反射的实像光路径KA和虚像光路径KB。
[0144]因为从回射片330到光接收元件302的实像光路径KA和虚像光路径KB同时入射在光接收元件302上，因而在光接收元件302上形成实像M和虚像N。换句话说，因为由实像光路径KA造成的回射分量没有100%占据来自回射片330的反射光，因此不可避免地产生由虚像光路径KB造成的回射分量。如上所述，在光接收元件302的光接收表面302a上形成实像M和虚像N。
[0145]如图11所示，在第一实施方式中，在聚光透镜301的正前侧(forward side)(回射片330的侧面)提供光偏振器400。因此，吸收了在虚像光路径KB中包含的S偏振分量，由此仅使P偏振分量穿透光偏振器400。通过在聚光透镜301的正前侧提供光偏振器400，防止虚像光路径KB到达光接收元件302的光接收表面，即、使形成实像M的P偏振分量(P波)穿透，且形成虚像N的S偏振分量(S波)被阻挡。
[0146]光偏振器400具有仅使从回射片330反射的一部分光穿透光偏振器400的属性。此处，该部分光的电场矢量仅在光偏振器400的入射上述反射光的面上的预定方向上振荡。因此，布置光偏振器400，以使P偏振分量(P波)穿透以及阻挡S偏振分量(S波)，其中电场矢量VA仅在图11的平面上振荡，且电场矢量VB在垂直于图11的平面的方向上振荡。
[0147]形成虚像光路径B，因为(a)防护玻璃22的折射率大于空气的折射率，(b)虚像光路径KB的入射角相对于防护玻璃22的表面非常大。因此，入射到光接收元件的光中的S偏振分量(S波)的比值很高。通过光偏振器400来阻挡由防护玻璃22反射且产生形成虚像N的S偏振分量的大部分反射光。进一步，因为通过实像光路径KA且形成实像M的光穿透了光偏振器400，结果，在光接收元件302的光接收表面302a上形成实像M (real image)。
[0148]可以提供每个具有与光偏振器400类似功能的偏振薄膜或偏振膜片来代替利用光偏振器400，以覆盖聚光透镜301的前表面。
[0149](由形成虚像造成的误差检测的原因)
[0150]接下来描述当在光接收元件302的光接收表面302a上形成虚像并且触控笔100接触防护玻璃22的表面22a时错误地检测该接触位置的原因。图12示意性地图示在不具有虚像的情况下的光强度的分布。图13示意性地图示在读取位置处具有虚像的情况下的光强度的改变的图案。
[0151]参照图12，在当触控笔100未接触光接收元件302的光接收表面302a时读取的光强度分布Tl中，穿过读取在光接收元件302的光接收表面302a上形成的实像的光强度的位置的光强度大于阈值R。将触控笔100未接触光接收元件302的光接收表面302a的光强度分布Tl与触控笔100接触光接收元件302的光接收表面302a的光强度分布Tl比较。首先，检测由触控笔100的接触造成的光强度的下降位置TM1，由此检测触控笔100接触的坐标位置。在第一实施方式中，将坐标位置Gl确定为下降位置TMl的中心位置，其中光强度等于或小于阈值R。
[0152]在图12中图示了未检测触控笔100的情况下的光强度。然而，在触控笔100接触防护玻璃22的表面22a的情况下，防护玻璃22的表面22a轻微地表现出由触控笔100的压力造成的弯曲变形。结果，如图13所示，在光接收元件302的光接收表面302a上由在防护玻璃22的表面22a上反射的光形成的虚像N移动，并且可能与实像M重叠。
[0153]在静态状态中，虚像N被布置为平行于实像M。然后，如果由于触控笔100的压力在防护玻璃22中出现弯曲变形，则虚像N的位置移动。参照图13，通过防护玻璃22的弯曲变形，在虚像N的下部，虚像N移动并与实像M部分重叠。防护玻璃22的弯曲变形不仅在触控笔22接触的点处出现，而且连续出现在接触点的附近。因此，虚像N移动到与接触点附近对应的一定范围。图13示意性地图示由防护玻璃22的弯曲变形造成的虚像N的移动。
[0154]如上所述，因为虚像N移动并且与实像M部分地重叠，因此不仅触控笔100接触的位置处的实像M的光强度改变，而且接触位置附近的光强度也会改变。因此，光强度出现如图13所示地改变。
[0155]换句话说，由触控笔100在防护玻璃22的表面22a上的接触造成的光强度的下降(dip) TM包括由于存在触控笔100而造成的下降TMl和下降TN。当检测到由虚像N造成的下降TN时，由下降TMl造成的光强度分布不同于进一步由下降TN造成的光强度分布。
[0156]因此，当触控笔100接触防护玻璃22的表面的位置通过选择光强度等于或小于阈值R的范围的阈值处理时，将由图13中粗线指示的下降位置TM2的中心位置检测为坐标位置G2。
[0157]当检测实像M和虚像N两者时，下降位置TM2的坐标位置G2变得宽于实像M的坐标位置G1，这是因为增加了由虚像N造成的下降TN。因此，检测的坐标位置G2是从检测的实像M向右移动的错误的位置。结果，坐标位置G2错误地被检测为实像M的坐标位置。通过虚像N的存在来检测坐标位置G2，来代替检测实像M的坐标位置Gl。因此，不能准确地检测坐标位置。
[0158]在第一实施方式中，因为将光偏振器400如上所述地布置在聚光透镜301的正前侦牝因此可以防止虚像N被形成在光接收元件302的光接收表面302a上，并且检测仅利用实像的坐标位置。因此，如果在防护玻璃22的表面22a上出现弯曲变形，则在光接收元件302中获得的光强度分布的形状不会变形，由此能够检测准确的接触位置。
[0159]可以将易于由接触压力造成弯曲变形的薄玻璃用作防护玻璃22，这是因为可以通过避免虚像N的影响来准确地检测接触位置，即使在防护玻璃22的表面22a上出现弯曲变形。通过将防护玻璃22制作得尽可能薄，触控笔100施加的接触压力的弹性变高，以提高抄写操作的感觉。进一步，通过使防护玻璃22变薄，可以缩小显示单元20的显示元件面与防护玻璃22的表面22a之间的间隙。因此，实质上减少了由防护玻璃22的厚度造成的视差。如果在电子信息板系统中的抄写时的接触压力高，则变薄的防护玻璃22的弹性变形可以提供好的抄与感觉。
[0160]通过减少由防护玻璃22的厚度造成的视差，可以减少笔尖与显示手写所在的显示器表面(防护玻璃22的表面22a)之间的距离。例如，当用铅笔在纸上书写时，铅笔的笔尖与纸之间的距离是零(笔尖直接接触纸)。然而，因为触控笔100是用于在防护玻璃22的表面22a上抄写，因此触控笔100的笔尖与表面22a之下的显示元件面之间存在距离(笔尖未直接接触显示元件面)。通过使防护玻璃22变薄，可以与用铅笔在纸上书写的情况类似地制造视差等。结果，可以实质上提升利用触控笔100抄写的舒适性。
[0161]在第一实施方式中，利用触控笔100，使得以笔尖接触显示单元20的防护玻璃22的表面22a作为例子。然而，本实施方式不限于此。例如，可以使具有光发射元件的光笔、棒状指示组件或操作者的手指接触防护玻璃22的表面22a。
[0162]进一步，在第一实施方式中，在显示单元20的上侧的右上角和左上角中提供一对发光传感器300和310。然而，本实施方式不限于此。例如，可以在显示单元20的周边部分中布置如发光二极管的多个光发射元件和如光电二极管的多个光接收元件，以便面对X方向或y方向。
[0163]因为可以防止从光发射元件发射的光在显示器的表面上反射，以到达光接收元件，因此可以适当地控制到达光接收元件的光的光强度。因此，可以防止由于接触压力对显示器的表面的变形(弯曲变形)造成的光接收元件中的光强度的变化。结果，即使在接触压力高且在防护玻璃中出现变形的情况下，也可以准确地检测接触位置的坐标位置。
[0164]进一步，通过防止由于显示器的表面的变形引起的接触位置的错误检测，可以使形成显示器的表面的防护玻璃的厚度变薄。结果，因为防护玻璃的表面与显示元件面之间的间隙变小，因此可以实质上减少由该间隙造成的视差。由此，可以在利用电子信息板系统的抄写中提供好的抄写感觉。
[0165]在此叙述的所有例子和条件语言都是为了教导目的，帮助读者理解本发明的原理以及发明人贡献的增进现有技术的概念，并且不能解释为限制于这种特别叙述的例子和条件，也不能限制于说明书中这种例子的组织结构，这与表示本发明的优劣有关。虽然详细描述了坐标检测设备，但是应当理解，在不脱离本发明的精神和范围下，可以进行不同的改变、替换和变形。
【权利要求】
1.一种坐标检测设备，包括: 光发射元件，所述光发射元件被提供在围绕显示器的表面的周边部分中，并且在平行于显不器的表面的方向上发射光； 光接收元件，所述光接收元件被提供在围绕显示器的表面的周边部分中，并且接收从所述光发射元件发射的光；以及 偏振单元，所述偏振单元将由所述光接收元件的光接收表面接收的光的振荡方向限制于预定方向，在该预定方向中在所述光接收表面上仅形成实像， 其中基于由所述光接收元件接收的光的光强度分布来检测指示单元接触显示器的表面的接触位置的坐标。
2.根据权利要求1所述的坐标检测设备， 其中所述光发射元件和光接收元件形成一对发光传感器，该对发光传感器分别被布置在显示器的上侧的左角和右角， 其中该对发光传感器接收由在围绕显示器的表面的周边部分中提供的回射组件反射的光。
3.根据权利要求2所述的坐标检测设备， 其中所述偏振单元被提供在每个发光传感器的主体中。
4.根据权利要求1至3任一项所述的坐标检测设备， 其中所述偏振单元是阻挡S波且使P波穿透所述偏振单元的光偏振器，所述S波和P波被包含在由所述光接收元件的光接收表面接收的光中，S波在垂直方向上振荡，P波在水平方向上振荡。
5.根据权利要求1至4任一项所述的坐标检测设备， 其中防护玻璃形成所述显示器的表面， 其中所述偏振单元阻挡被包含在所述防护玻璃的表面上反射的光中且在垂直方向上振荡的S波，且使被包含在所述防护玻璃的表面上反射的光中且在水平方向上振荡的P波穿透所述偏振单元， 其中基于由所述光接收元件接收的光的光强度分布来检测所述指示单元接触所述防护玻璃的表面的接触位置的坐标。
6.根据权利要求1或2所述的坐标检测设备， 其中所述光发射元件被提供在接触所述显示器的表面的指示单元的末端处。
7.—种检测接触位置的坐标的方法，所述方法包括: 由光发射元件在平行于显示器的表面的方向上发射光，所述光发射元件被提供在围绕显示器的表面的周边部分中或者被提供在指示单元的末端处； 由光接收元件接收从所述光发射元件发射的光，所述光接收元件被提供在围绕所述显示器的表面的周边部分中； 基于由所述光接收元件接收的光的光强度分布来检测所述显示器的表面上的接触位置的坐标；以及 将由光接收元件的光接收表面接收的光的振荡方向限制于预定方向，在该预定方向中在所述光接收表面上仅形成实像。
8.根据权利要求7所述的检测接触位置的坐标的方法， 其中在发射光和接收光时，所述光发射兀件和光接收兀件形成一对发光传感器，该对发光传感器分别被布置在所述显示器的上侧的左角和右角中， 其中在接收光时，该对发光传感器接收由在围绕所述显示器的表面的周边部分中提供的回射组件反射的光。
9.一种电子信息板系统,包括: 根据权利要求1至6任一项所述的坐标检测设备；以及 显示单元，所述显示单元在由所述坐标检测设备检测的坐标位置处显示图形。
【文档编号】G06F3/042GK104423731SQ201410565744
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2013年8月21日
【发明者】大村克之 申请人:株式会社理光