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Diese Anmeldung ist eine Fortsetzung der internationalen Anmeldung
PCT/JP00/00581 .
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Positionsdetektionsvorrichtung zum optischen Detektieren einer Position, die durch einen Bezeichner innerhalb einer vorbestimmten Zone auf einem Computerbildschirm oder dergleichen bezeichnet wird.
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HINTERGRUNDTECHNIK
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Einhergehend mit der Ausbreitung von Computersystemen, und zwar hauptsächlich von Personalcomputern, ist eine Vorrichtung zum Eingeben von neuen Informationen oder zum Erteilen von verschiedenen Instruktionen für ein Computersystem verwendet worden, indem auf eine Position an einem Bildschirm einer Anzeigevorrichtung, worauf Informationen durch das Computersystem angezeigt werden, mit einem Bezeichner wie etwa einem Finger einer Person oder einem spezifischen Werkzeug gezeigt wird. Um eine Eingabeoperation bezüglich der Informationen, die an dem Bildschirm der Anzeigevorrichtung eines Personalcomputers oder dergleichen angezeigt werden, durch ein Berührungsverfahren auszuführen, muß eine berührte Position (bezeichnete Position) auf dem Bildschirm mit hoher Genauigkeit detektiert werden.
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Als Beispiel für eine Vorrichtung zum Detektieren solch einer bezeichneten Position auf dem Bildschirm, der als Koordinatenoberfläche fungiert, offenbart die
japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 62-32491/1987 eine optische Positionsdetektionsvorrichtung. Diese Vorrichtung umfaßt: ein Bezeichnungsglied zum Zeigen an einem Bildschirm; wenigstens zwei optische Scanner zum Emittieren von Scanlicht auf den Bildschirm; ein Reflexionsglied zum Reflektieren des Scanlichtes; und ein Mittel zum Detektieren einer Zeit, zu der das Scanlicht auf das Bezeichnungsglied auftraf, und detektiert die Position des Bezeichnungsgliedes auf dem Bildschirm auf der Basis der Beziehung zwischen der Startzeit oder Endzeit des optischen Scannens der optischen Scanner und der Zeit, zu der das Scanlicht auf das Bezeichnungsglied auftraf.
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Außerdem ist eine andere optische Positionsdetektionsvorrichtung in der
japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 57-211637/1982 offenbart. Diese Vorrichtung scant konvergiertes Licht wie etwa einen Laserstrahl von außerhalb des Bildschirms in einem Winkel, berechnet Winkel, in denen ein Spezialstift, der ein Reflexionsmittel hat, existiert, aus zwei jeweiligen Zeitlagen von reflektiertem Licht von dem Spezialstift und detektiert die Koordinaten der Position aus den berechneten Winkeln unter Verwendung des Triangulationsprinzips.
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Ferner wird noch eine andere optische Positionsdetektionsvorrichtung in der
japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 62-5428/1987 vorgeschlagen. In dieser Vorrichtung ist ein Lichtretroreflektor an einem Rahmen auf beiden Seiten des Bildschirms positioniert, wird Rückkehrlicht von einem im Winkel gescanten Laserstrahl von dem Lichtretroreflektor detektiert, wird ein Winkel von einer Position, wo ein Finger oder ein Stift existiert, aus einer Zeitlage berechnet, zu der der Lichtstrahl durch den Finger oder den Stift unterbrochen wird, und werden die Koordinaten der Position aus dem berechneten Winkel unter Verwendung des Triangulationsprinzips detektiert.
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Aus der
JP 11085399 A ist ferner eine optische Positionsdetektionsvorrichtung bekannt, welche einen Lichtretroreflektor, wenigstens zwei optische Transceiver mit einer optischen Scaneinheit, und einer lichtempfangseinheit und einem Montageglied zum Montieren des Lichtretroreflektors und der optischen Transceiver bekannt.
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Keine der herkömmlichen optischen Positionsdetektionsvorrichtungen, wie oben beschrieben, hat eine Montagestruktur, da diese Vorrichtungen inkorporiert sind, indem der vordere Teil des Körpers einer existierenden Anzeigevorrichtung umgebildet wurde, und daher ist das Problem vorhanden, daß sie nicht leicht zu handhaben sind. Da die herkömmlichen optischen Positionsdetektionsvorrichtungen eine Konfiguration haben, die nur auf einen Bildschirm mit vorbestimmter Größe anwendbar ist, ist zusätzlich solch ein zeitaufwendiges Problem vorhanden, daß eine spezielle optische Positionsdetektionsvorrichtung gemäß jeder von verschiedenen Größen von Bildschirmen hergestellt werden muß.
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Die vorliegende Erfindung ist angesichts solcher Umstände gemacht worden, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optische Positionsdetektionsvorrichtung vorzusehen, die ohne weiteres an eine existierende Anzeigevorrichtung montiert werden kann. Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße optische Positionsdetektionsvorrichtung ist auf verschiedene Größen von Bildschirmen anwendbar und die Notwendigkeit des Herstellens einer speziellen Detektionsvorrichtung gemäß jeder Größe von Bildschirmen ist eliminiert, was zu einer guten Produktivität führt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Eine optische Positionsdetektionsvorrichtung des ersten Aspektes umfaßt: einen Lichtretroreflektor; wenigstens zwei optische Transceiver-Einheiten, die jeweils eine optische Scaneinheit zum Scannen von Licht im Winkel in einer Ebene und eine Lichtempfangseinheit zum Empfangen von reflektiertem Licht des Scanlichtes von dem Lichtretroreflektor enthalten; und ein Außenmontageglied zum Montieren des Lichtretroreflektors und der optischen Transceiver-Einheiten an eine Vorrichtung, die eine vorbestimmte Zone enthält, die zu detektieren ist (zum Beispiel eine Anzeigevorrichtung, die einen Bildschirm enthält).
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Da die optische Positionsdetektionsvorrichtung des ersten Aspektes durch das Außenmontageglied außen an eine Anzeigevorrichtung oder dergleichen montierbar ist, kann sie ohne weiteres an eine existierende Anzeigevorrichtung montiert werden.
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Eine optische Positionsdetektionsvorrichtung des zweiten Aspektes basiert auf dem ersten Aspekt, wobei das Außenmontageglied einen Veränderungsmechanismus enthält, der die Positionen des Lichtretroreflektors und der optischen Transceiver-Einheiten einstellen kann.
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Die optische Positionsdetektionsvorrichtung des zweiten Aspektes kann zum Beispiel die Positionen des Lichtretroreflektors und der optischen Transceiver-Einheiten gemäß der Größe eines Bildschirms verändern und verschiedenen Größen von Bildschirmen entsprechen.
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Eine optische Positionsdetektionsvorrichtung des dritten Aspektes basiert auf dem zweiten Aspekt, wobei der Veränderungsmechanismus einen Schiebeteil umfaßt, der sich in eine Richtung bewegt, und einen Führungsteil, der die Bewegung des Schiebeteils führt.
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Die optische Positionsdetektionsvorrichtung des dritten Aspektes kann jeder Bildschirmgröße entsprechen, indem der Schiebeteil längs des Führungsteils bewegt/eingestellt wird.
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Eine optische Positionsdetektionsvorrichtung des vierten Aspektes basiert auf dem dritten Aspekt, wobei ein Überlappungsabschnitt des Lichtretroreflektors an der Verbindungsstelle zwischen dem Schiebeteil und dem Führungsteil vorhanden ist.
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Da in der optischen Positionsdetektionsvorrichtung des vierten Aspektes solch ein Überlappungsabschnitt des Lichtretroreflektors vorgesehen ist, bildet der Lichtretroreflektor keinen unebenen Abschnitt an der Verbindungsstelle zwischen dem Schiebeteil und dem Führungsteil, und deshalb werden Detektionscharakteristiken nicht gemindert.
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Eine optische Positionsdetektionsvorrichtung des vierten Aspektes basiert auf den ersten bis vierten Aspekten, wobei das Außenmontageglied einen elastischen Körper auf einer Fläche enthält, um an der Anzeigevorrichtung oder dergleichen angebracht zu werden.
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Selbst wenn der Bildschirm eine sich verjüngende Form hat, weist die optische Positionsdetektionsvorrichtung des fünften Aspektes eine hohe Adhäsion mit dem Bildschirm auf, wodurch der Bildschirm sicher eingespannt ist.
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Eine optische Positionsdetektionsvorrichtung des sechsten Aspektes umfaßt einen Lichtretroreflektor, der an einen Abschnitt mit einem Niveauunterschied an der Peripherie des Bildschirms montiert ist.
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In der optischen Positionsdetektionsvorrichtung des sechsten Aspektes ist ein Positionsveränderungsmechanismus bezüglich des Lichtretroreflektors unnötig, wodurch die Größe der Struktur reduziert wird. Da ferner das Scanlicht nicht von dem Bildschirm getrennt ist, wird die Betriebsfähigkeit verbessert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1(a) und 1(b) sind Vorder- und Seitenansichten einer optischen Positionsdetektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2 ist eine Ansicht, die die Struktur einer optischen Einheit und den optischen Weg zeigt; 3 ist eine Vorderansicht einer Anzeigevorrichtung; 4 ist eine Vorderansicht, die einen Zustand zeigt, wenn die optische Positionsdetektionsvorrichtung der ersten Ausführungsform außen an die Anzeigevorrichtung montiert ist; 5(a) und 5(b) sind Seitenansichten, die den Prozeß zum Montieren der optischen Positionsdetektionsvorrichtung der ersten Ausführungsform außen an die Anzeigevorrichtung zeigen; 6(a) und 6(b) sind Vorderansichten, die den Prozeß zum Montieren einer optischen Positionsdetektionsvorrichtung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung außen an die Anzeigevorrichtung zeigen; 7(a) und 7(b) sind Seitenansichten, die den Prozeß zum Montieren der optischen Positionsdetektionsvorrichtung der zweiten Ausführungsform außen an die Anzeigevorrichtung zeigen; 8(a) und 8(b) sind Seitenansichten, die den Prozeß zum Montieren einer optischen Positionsdetektionsvorrichtung der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung außen an die Anzeigevorrichtung zeigen; 9 ist eine Vorderansicht, die einen Zustand zeigt, wenn eine optische Positionsdetektionsvorrichtung der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung außen an die Anzeigevorrichtung montiert ist; 10(a) und 10(b) sind Vorder- und Seitenansichten, die einen Zustand zeigen, wenn eine optische Positionsdetektionsvorrichtung der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung außen an die Anzeigevorrichtung montiert ist; 11 ist eine Ansicht, die zeigt, wie der Positionsdetektionsprozeß abläuft; 12 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip zum Berechnen der Position und Größe eines Bezeichners zeigt; 13 ist ein schematisches Diagramm, das das Triangulationsprinzip zum Detektieren von Koordinaten zeigt; 14 ist ein schematisches Diagramm, das einen Bezeichner und den Unterbrechungsbereich zeigt; 15 ist ein Zeitlagendiagramm, das die Beziehung zwischen dem Lichtempfangssignal, dem Scanwinkel und der Scanzeit zeigt; und 16 ist ein schematisches Diagramm, das das Meßprinzip eines Durchmessers eines Querschnitts des Bezeichners zeigt.
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BESTER MODUS ZUM IMPLEMENTIEREN DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Beschreibung erläutert eingehend die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die einige Ausführungsformen von ihr zeigen.
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(Erste Ausführungsform)
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1(a) und 1(b) sind Vorder- und Seitenansichten einer optischen Positionsdetektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Diese optische Positionsdetektionsvorrichtung hat insgesamt die Form eines hohlen rechteckigen Parallelepipedkörpers ohne Deckel und Boden und umfaßt vier Seitenrahmen 1a, 1b, 1c und 1d.
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Der obere Seitenrahmen 1a in 1(a) hat eine größere Breite im Vergleich zu den drei anderen Seitenrahmen 1b, 1c und 1d und inkorporiert optische Einheiten 10a und 10b an seinen beiden Enden, die eine später beschriebene innerne Struktur haben.
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Ferner haben dieser Seitenrahmen 1a und der gegenüberliegende Seitenrahmen 1c (auf der unteren Seite in 1(a)) eine höhere Höhe im Vergleich zu den einander zugewandten Seitenrahmen 1b und 1d (auf der linken Seite und der rechten Seite in 1(a)), und die höheren Abschnitte dienen als Führungsteile 2a und 2c mit Schienen (nicht gezeigt), die sich in der Höhenrichtung erstrecken. Schiebeteile 3a und 3c sind an den Führungsteilen 2a und 2c angebracht, so daß die Schiebeteile 3a und 3c in der Höhenrichtung längs der Schienen der Führungsteile 2a und 2c beweglich sind.
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Ferner sind diese drei Seitenrahmen 1b, 1c und 1d mit einem Lichtretroreflektor 4 versehen.
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2 ist eine Ansicht, die die Struktur der optischen Einheiten 10a, 10b und den optischen Weg zeigt. Die beiden optischen Einheiten 10a und 10b haben dieselbe innerne Struktur. Die optische Einheit 10a (10b) enthält ein Lichtemissionselement 11, das aus einer Laserdiode (LD) zum Emittieren von Infrarotlaserlicht gebildet ist; eine Kollimationslinse 12 zum Bilden von parallelem Licht aus dem Laserlicht von dem Lichtemissionselement 11; ein Lichtempfangselement 13, das aus einer Fotodiode (PD) zum Empfangen von reflektiertem Licht von dem Lichtretroreflektor 4 gebildet ist; ein Lichtblockierglied 14, das eine Apertur 14a zum Begrenzen des einfallenden Lichtes auf dem Lichtempfangselement 13 hat; einen Polygonspiegel 15, der zum Beispiel die Form einer quadratischen Säule hat, zum Scannen des Laserlichtes von dem Lichtemissionselement 11 im Winkel; einen Aperturspiegel 16 zum Begrenzen des Lichtes, das von der Kollimationslinse 12 auf den Polygonspiegel 15 zu projizieren ist, durch eine Apertur 16a und zum Reflektieren von Licht, das von dem Lichtretroreflektor 4 reflektiert wird, durch den Polygonspiegel 15 hin zu dem Lichtempfangselement 13; eine Kondensorlinse 17 zum Fokussieren des reflektierten Lichtes von dem Aperturspiegel 16; einen Motor 18 zum Rotieren des Polygonspiegels 15 und einen Hauptkörper der optischen Einheit 19, worauf diese Glieder montiert und befestigt sind.
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Das Laserlicht, das durch das Lichtemissionselement 11 emittiert wird, wird durch die Kollimationslinse 12 zu parallelem Licht gemacht, durchläuft die Apertur 16a des Aperturspiegels 16 und wird dann in einer Ebene, die zu den Seitenrahmen 1a, 1b, 1c und 1d der optischen Positionsdetektionsvorrichtung 1 im wesentlichen orthogonal ist, mit der Rotation des Polygonspiegels 15 im Winkel gescant und auf den Lichtretroreflektor 4 der Seitenrahmen 1b, 1c und 1d projiziert. Nachdem das reflektierte Licht von dem Lichtretroreflektor 4 durch den Polygonspiegel 15 und Aperturspiegel 16 reflektiert ist, wird das reflektierte Licht durch die Kondensorlinse 17 fokussiert, durchläuft es die Apertur 14a des Lichtblockiergliedes 14 und tritt in das Lichtempfangselement 13 ein. Falls jedoch ein Objekt auf dem Weg des Scanlichtes vorhanden ist, wird das Scanlicht unterbrochen, und deshalb tritt das reflektierte Licht nicht in das Lichtempfangselement 13 ein.
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3 ist eine Vorderansicht einer Anzeigevorrichtung. Eine Anzeigevorrichtung 20, die eine flache rechteckige Parallelepipedform hat, umfaßt, wie in 3 gezeigt, einen Bildschirm 21 und einen Bildschirmrahmen 22, auf den der Bildschirm 21 montiert ist. Die optische Positionsdetektionsvorrichtung 1 mit der wie oben beschriebenen Struktur ist außen an solch eine Anzeigevorrichtung 20 montiert. 4 ist eine Vorderansicht, die einen Zustand zeigt, wenn die optische Positionsdetektionsvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform außen an die Anzeigevorrichtung 20 montiert ist, und 5(a) und 5(b) sind Seitenansichten, die den Prozeß zum Montieren der optischen Positionsdetektionsvorrichtung 1 außen an die Anzeigevorrichtung 20 zeigen.
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In einem Zustand, wenn die Schiebeteile 3a und 3c an ihrer hintersten Position angeordnet sind, werden die Seitenrahmen 1a, 1b, 1c und 1d der optischen Positionsdetektionsvorrichtung 1 mit den äußeren Rändern der vier Seiten des Bildschirmrahmens 22 der Anzeigevorrichtung 20 versehen (5(a)). Als nächstes werden die Schiebeteile 3a und 3c auf der Rückseite hin zu der Vorderseite bewegt, bis sie die hintere Fläche der Anzeigevorrichtung 20 berühren, um die optische Positionsdetektionsvorrichtung 1 außen an der Anzeigevorrichtung 20 zu befestigen (5(b)).
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Die optische Positionsdetektionsvorrichtung 1 kann in der ersten Ausführungsform, wie oben beschrieben, an jeder beliebigen Position befestigt werden und kann einer Reihe von Anzeigevorrichtungen 20 entsprechen, die verschiedene Dicken haben.
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(Zweite Ausführungsform)
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6(a) und 6(b) sind Vorderansichten, die den Prozeß zum Montieren einer optischen Positionsdetektionsvorrichtung 1 der zweiten Ausführungsform außen an die Anzeigevorrichtung 20 zeigen, und 7(a) und 7(b) sind Seitenansichten, die den Prozeß zum äußeren Montieren der optischen Positionsdetektionsvorrichtung 1 zeigen. Diese optische Positionsdetektionsvorrichtung 1 hat insgesamt die Form eines hohlen rechteckigen Parallelepipedkörpers ohne Deckel und Boden.
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Der obere Seitenrahmen 1a umfaßt einen Führungsteil 5a mit einer Schiene (nicht gezeigt), die sich in die linke und rechte Richtung erstreckt, und einen Schiebeteil 6a, der längs der Schiene in der linken und rechten Richtung beweglich ist. Der Führungsteil 5a und der Schiebeteil 6a inkorporieren optische Einheiten 10a bzw. 10b an beiden Enden, die die Struktur haben, die in 2 gezeigt ist.
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Der untere Seitenrahmen 1c, der dem Seitenrahmen 1a zugewandt ist, umfaßt einen Führungsteil 5c mit einer Schiene (nicht gezeigt), die sich in der linken und rechten Richtung erstreckt, und einen Schiebeteil 6c, der längs der Schiene in der linken und rechten Richtung beweglich ist. Des weiteren umfassen die einander zugewandten linken und rechten Seitenrahmen 1b und 1d Führungsteile 5b und 5d mit Schienen, die sich in der aufwärtigen und abwärtigen Richtung erstrecken, und Schiebeteile 6b und 6d, die längs der Schienen in der aufwärtigen und abwärtigen Richtung beweglich sind.
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Diese unteren, linken und rechten Seitenrahmen 1c, 1b und 1d sind mit einem Lichtretroreflektor 4 versehen. Sich verjüngende Überlappungsabschnitte 7c, 7b und 7d mit dem Lichtretroreflektor 4 sind an den jeweiligen Grenzen zwischen den Führungsteilen 5c, 5b, 5d und Schiebeteilen 6c, 6b, 6d dieser Seitenrahmen 1c, 1b und 1d vorgesehen, um zu verhindern, daß der Lichtretroreflektor 4 einen unebenen Abschnitt hat. Die Bildung von solchen Überlappungsabschnitten 7c, 7b und 7d macht es möglich, das Bilden einer insensitiven Zone auf Grund eines unebenen Abschnittes des Lichtretroreflektors 4 sicher zu verhindern.
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Ferner umfassen die oberen und unteren Seitenrahmen 1a und 1c Führungsteile 2a, 2c und Schiebeteile 3a, 3c, die jenen in der ersten Ausführungsform ähnlich sind.
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In einem Zustand, wenn die Schiebeteile 6a, 6b, 6c, 6d und die Führungsteile 5a, 5b, 5c, 5d angeordnet sind, um einen minimalen Überlappungsabschnitt zu haben, und die Schiebeteile 3a und 3c an den hintersten Positionen angeordnet sind, wird der obere linke Rand der optischen Positionsdetektionsvorrichtung 1 mit dem oberen linken Rand des Bildschirmrahmens 22 der Anzeigevorrichtung 20 versehen, und dann werden die oberen und linken Seitenrahmen 1a und 1b der optischen Positionsdetektionsvorrichtung 1 mit den oberen bzw. linken äußeren Rändern des Bildschirmrahmens 22 der Anzeigevorrichtung 20 versehen (6(a) und 7(a)). Als nächstes werden die Schiebeteile 6a und 6c hin zu der linken Seite bewegt, bis der rechte Seitenrahmen 1d den rechten äußeren Rand des Bildschirmrahmens 22 der Anzeigevorrichtung 20 berührt, und die Schiebeteile 6b und 6d werden hin zu der oberen Seite bewegt, bis der untere Seitenrahmen 1c den unteren äußeren Rand des Bildschirmrahmens 22 der Anzeigevorrichtung 20 berührt, und dann werden die Schiebeteile 3a und 3c auf der Rückseite hin zu der Vorderseite bewegt, bis sie die hintere Fläche der Anzeigevorrichtung 20 berühren, um die optische Positionsdetektionsvorrichtung 1 außen an der Anzeigevorrichtung 20 zu befestigen (6(b) und 7(b)).
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Da die optische Positionsdetektionsvorrichtung 1 in der zweiten Ausführungsform, wie oben beschrieben, an jeder beliebigen Position befestigt werden kann und einer Reihe von Anzeigevorrichtungen 20 entsprechen kann, die verschiedene Größen, d. h., Längen, Breiten und Dicken haben, ist es möglich, die optische Positionsdetektionsvorrichtung 1 an verschiedene Größen der Anzeigevorrichtung 20 zu montieren.
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(Dritte Ausführungsform)
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8(a) und 8(b) sind Seitenansichten, die den Prozeß zum Montieren einer optischen Positionsdetektionsvorrichtung 1 der dritten Ausführungsform außen an die Anzeigevorrichtung 20 zeigen. In 8(a) und 8(b) sind dieselben Teile wie jene, die in 5 gezeigt sind, mit denselben Zahlen versehen, und ihre Erläuterung wird weggelassen.
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Bei dieser optischen Positionsdetektionsvorrichtung 1 ist ein elastischer Körper 7 an einer Fläche des oberen Seitenrahmens 1a und des Schiebeteils 3a angebracht, um an der Anzeigevorrichtung 20 angebracht zu werden. Selbst wenn ein sich verjüngender Teil 23 an dem oberen äußeren Rand des Bildschirmrahmens 22 der Anzeigevorrichtung 20 vorgesehen ist, ist deshalb die Adhäsion zwischen der optischen Positionsdetektionsvorrichtung 1 und der Anzeigevorrichtung 20 hoch, und die optische Positionsdetektionsvorrichtung 1 kann auf gewisse Weise außen an der Anzeigevorrichtung 20 befestigt werden.
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Während die obige Ausführungsform ein Beispiel dafür zeigt, wenn der elastische Körper 7 nur an dem oberen Seitenrahmen 1a angebracht ist, sei erwähnt, daß es natürlich möglich ist, ähnliche elastische Körper 7 an anderen Seitenrahmen 1b, 1c und 1d vorzusehen.
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(Vierte Ausführungsform)
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9 ist eine Vorderansicht, die einen Zustand zeigt, wenn eine optische Positionsdetektionsvorrichtung 1 der vierten Ausführungsform außen an die Anzeigevorrichtung 20 montiert ist. In 9 sind dieselben Teile wie jene, die in 4 gezeigt sind, mit denselben Zahlen versehen, und ihre Erläuterung wird weggelassen. Auf der Vorderfläche der Anzeigevorrichtung 20 ist, wie in 9 gezeigt, eine Vielzahl von imaginären Schaltflächen 8 zwischen dem Bildschirm 21 und der optischen Positionsdetektionsvorrichtung 1, d. h., an dem Bildschirmrahmen 22 angeordnet.
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Durch das Montieren der optischen Positionsdetektionsvorrichtung 1 außen an die Anzeigevorrichtung 20 kann gemäß der vorliegenden Erfindung selbst dann, wenn eine bezeichnete Position in einer Zone außerhalb des Bildschirms 21 liegt, nämlich in der Zone des Bildschirmrahmens 22, die bezeichnete Position detektiert werden. Als Resultat wird es möglich, die Zone außerhalb des Bildschirms 21 effektiv zu verwenden und den Positionsdetektionsbereich zu vergrößern.
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(Fünfte Ausführungsform)
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10(a) und 10(b) sind Vorder- und Seitenansichten, die einen Zustand zeigen, wenn eine optische Positionsdetektionsvorrichtung 1 der fünften Ausführungsform außen an die Anzeigevorrichtung 20 montiert ist. In 10(a) und 10(b) sind dieselben Teile wie jene, die in 6 und 7 gezeigt sind, mit denselben Zahlen versehen, und ihre Erläuterung wird weggelassen.
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Bei der fünften Ausführungsform ist der Lichtretroreflektor 4 direkt an einen Abschnitt mit einem Niveauunterschied montiert, der auf den linken, unteren und rechten Seiten des Bildschirms 21 der Anzeigevorrichtung 20 vorgesehen ist. Ferner ist nur der Seitenrahmen 1a, der jenem der zweiten Ausführungsform ähnlich ist, die optischen Einheiten 10a und 10b inkorporiert und den Führungsteil 5a und Schiebeteil 6a hat, außen an den oberen äußeren Rand der Anzeigevorrichtung 20 montiert.
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In der fünften Ausführungsform ist es nicht notwendig, die linken, unteren und rechten Führungsteile und Schiebeteile mit dem Lichtretroreflektor 4 vorzusehen, wodurch eine Reduzierung der Größe der Struktur möglich ist. Da ferner das Scanlicht dem Bildschirm 21 näher kommt, ist es möglich, die Betriebsfähigkeit zu verbessern.
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Als nächstes erläutert die folgende Beschreibung die Operation der Positionsdetektion, die durch Montieren der optischen Positionsdetektionsvorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung, die die oben beschriebene Struktur hat, außen an die Anzeigevorrichtung 20 bewirkt wird. 11 ist eine Ansicht, die die Positionsdetektionsverarbeitungsbedingung zeigt, einschließlich der Schaltungsstruktur, die mit den optischen Einheiten 10a und 10b verbunden ist.
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Die optischen Einheiten 10a und 10b sind mit Lichtemissionselementtreibern 32a und 32b zum Antreiben der jeweiligen Lichtemissionselemente 11 verbunden, mit Lichtempfangssignaldetektoren 33a und 33b zum Konvertieren der Lichtmenge, die durch die jeweiligen Lichtempfangselemente 13 empfangen wird, in elektrische Signale und mit einem Polygoncontroller 34 zum Steuern der Operation der jeweiligen Polygonspiegel 15. Ferner bezeichnet Bezugszeichen 35 eine MPU zum Berechnen der Position und Größe eines Bezeichners S wie etwa eines Fingers und eines Stiftes und zum Steuern der gesamten Operation der Vorrichtung, und 36 bezeichnet eine Anzeige zum Anzeigen der Resultate von Berechnungen, die durch die MPU 35 ausgeführt werden.
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Die MPU 35 sendet Antriebssteuersignale zu den Lichtemissionselementtreibern 32a und 32b, so daß die Lichtemissionselementtreiber 32a und 32b gemäß den Antriebssteuersignalen angetrieben werden und die Lichtemissionsoperationen der jeweiligen Lichtemissionselemente 11 gesteuert werden. Die Lichtempfangssignaldetektoren 33a und 33b senden die Lichtempfangssignale des reflektierten Lichtes der jeweiligen Lichtempfangselemente 13 zu der MPU 35. Die MPU 35 berechnet die Position und Größe des Bezeichners S auf der Basis der Lichtempfangssignale von den jeweiligen Lichtempfangselementen 13 und zeigt die Resultate der Berechnungen an der Anzeige 36 an.
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Falls die Erläuterung beispielsweise bezüglich der optischen Einheit 10b erfolgt, wird das projizierte Licht von der optischen Einheit 10b, wie in 11 gezeigt, von einer Position, wo das projizierte Licht direkt in das Lichtempfangselement 13 eintritt, in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn in 11 zu einer Position (Ps) gescant, wo das projizierte Licht durch ein Ende des Lichtretroreflektors 4 reflektiert wird, das heißt, zu einer Scanstartposition. Dann wird das projizierte Licht durch den Lichtretroreflektor 4 reflektiert, bis es zu einer Position (P1) gelangt, wo das projizierte Licht ein Ende des Bezeichners S erreicht, aber das projizierte Licht durch den Bezeichner S bis zu einer Position (P2), wo es das andere Ende des Bezeichners S erreicht, unterbrochen wird, und dann wird das projizierte Licht durch den Lichtretroreflektor 4 reflektiert, bis es an eine Scanendposition (Pe) gelangt.
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Die folgende Beschreibung erläutert als nächstes konkrete Operationen zum Berechnen der Position und Größe des Bezeichners S. 12 ist ein schematisches Diagramm, das das Berechnungsprinzip zeigt. In 12 ist jedoch die Darstellung von den Bildungsgliedern außer den optischen Einheiten 10a und 10b, dem Lichtretroreflektor 4 und dem Bildschirm 21 weggelassen. Übrigens zeigt 12 ein Beispiel, bei dem ein Finger als Bezeichner S verwendet wird.
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Die MPU 35 steuert den Polygoncontroller 34, um die jeweiligen Polygonspiegel 15 in den optischen Einheiten 10a und 10b zu rotieren, wodurch das Laserlicht von den jeweiligen Lichtemissionselementen 11 im Winkel gescant wird. Als Resultat tritt das reflektierte Licht von dem Lichtretroreflektor 4 in die jeweiligen Lichtempfangselemente 13 ein. Die Menge des empfangenen Lichtes, das in die jeweiligen Lichtempfangselemente 13 eingetreten ist, wie oben erwähnt, wird als Lichtempfangssignale erhalten, die die Ausgaben der Lichtempfangssignaldetektoren 33a und 33b sind.
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Ferner bezeichnen in 12, θ00 und ϕ00 die Winkel von einer Referenzlinie, die die zwei optischen Einheiten 10a und 10b miteinander verbindet, bis zu den jeweiligen Lichtempfangselementen; bezeichnen θ0 und ϕ0 die Winkel von der Referenzlinie, die die zwei optischen Einheiten 10a und 10b miteinander verbindet, bis zu den Enden des Lichtretroreflektors 4; bezeichnen θ1 und ϕ1 die Winkel von der Referenzlinie bis zu einem Ende des Bezeichners S auf der Referenzlinienseite; und bezeichnen θ2 und ϕ2 die Winkel von der Referenzlinie bis zu dem anderen Ende des Bezeichners S auf der gegenüberliegenden Seite der Referenzlinie.
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Wenn der Bezeichner S auf dem optischen Weg des Scanlichtes auf dem Bildschirm 21 vorhanden ist, tritt das Licht, das von den optischen Einheiten 10a und 10b projiziert wird und dann durch den Bezeichner S reflektiert wird, nicht in die jeweiligen Lichtempfangselemente 13 ein. In einem Zustand, wie in 12 gezeigt, tritt deshalb das reflektierte Licht nicht in das Lichtempfangselement 13 in der optischen Einheit 10a ein, wenn der Scanwinkel in einem Bereich zwischen 0° und θ0 liegt; tritt das reflektierte Licht in jenes Lichtempfangselement 13 ein, wenn der Scanwinkel in einem Bereich zwischen θ0 und θ1 liegt; und tritt das reflektierte Licht nicht in jenes Lichtempfangselement 13 ein, wenn der Scanwinkel in einem Bereich zwischen θ1 und θ2 liegt. Ähnlich tritt das reflektierte Licht nicht in das Lichtempfangselement 13 in der optischen Einheit 10b ein, wenn der Scanwinkel in einem Bereich zwischen 0° und ϕ0 liegt; tritt das reflektierte Licht in jenes Lichtempfangselement 13 ein, wenn der Scanwinkel in einem Bereich zwischen ϕ0 und ϕ1 liegt; und tritt das reflektierte Licht nicht in jenes Lichtempfangselement 13 ein, wenn der Scanwinkel in einem Bereich zwischen ϕ1 und ϕ2 liegt.
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Die folgende Beschreibung erläutert als nächstes einen Prozeß zum Berechnen von Koordinaten einer zentralen Position (bezeichneten Position) des Bezeichners S (eines Fingers bei diesem Beispiel) gemäß dem Unterbrechungsbereich, der auf die obenerwähnte Weise berechnet wurde. Zuerst wird eine Konvertierung von Winkeln in Orthogonalkoordinaten auf der Basis der Triangulation erläutert. Die Position der optischen Einheit 10a wird, wie in 13 gezeigt, als Ursprung O festgelegt, die obere Seite und die linke Seite des Bildschirms 21 werden als X-Achse und Y-Achse festgelegt, und die Länge der Referenzlinie (der Abstand zwischen den optischen Einheiten 10a und 10b) wird als L festgelegt. Ferner wird die Position der optischen Einheit 10b als B festgelegt. Wenn ein zentraler Punkt P (Px, Py), der durch den Bezeichner S auf dem Bildschirm 21 bezeichnet wird, in Winkeln von θ und ϕ bezüglich der X-Achse von den optischen Einheiten 10a und 10b positioniert ist, können die Werte der X-Koordinate Px und der Y-Koordinate Py des Punktes P gemäß dem Triangulationsprinzip berechnet werden, wie es durch die folgenden Gleichungen (1) bzw. (2) gezeigt ist. Px(θ, ϕ) = (tanϕ) ÷ (tanθ + tanϕ) × L (1) Py(θ, ϕ) = (tanθ·tanϕ) ÷ (tanθ + tanϕ) × L (2)
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Da der Bezeichner S (Finger) Dimensionen hat, werden übrigens dann, wenn der Detektionswinkel zu der Zeitlage des Anstiegs/Abfalls des detektierten Lichtempfangssignals verwendet wird, wie in 14 gezeigt, vier Punkte (P1 bis P4 in 14) am Rand des Bezeichners S (Finger) detektiert. Diese vier Punkte unterscheiden sich alle von dem bezeichneten zentralen Punkt (Pc in 14). Somit werden die Koordinaten (Pcx, Pcy) des zentralen Punktes Pc wie folgt berechnet. Pcx und Pcy können so ausgedrückt werden, wie es durch die folgenden Gleichungen (3) bzw. (4) gezeigt ist. Pcx(θ, ϕ) = Pcx(θ1 + dθ/2, ϕ1 + dϕ/2) (3) Pcy(θ, ϕ) = Pcy(θ1 + dθ/2, ϕ1 + dϕ/2) (4)
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Durch Einsetzen von θ1 + dθ/2 und ϕ1 + dϕ/2, die durch die Gleichungen (3) und (4) ausgedrückt werden, für θ und ϕ der obigen Gleichungen (1) und (2) können dann die Koordinaten des bezeichneten zentralen Punktes Pc erhalten werden.
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Bei dem oben erwähnten Beispiel wird zuerst der Durchschnittswert des Winkels berechnet und dann in die Konvertierungstriangulationsgleichungen (1) und (2) eingesetzt, um die Koordinaten des zentralen Punktes Pc als bezeichnete Position zu berechnen. Es ist jedoch auch möglich, die Koordinaten des zentralen Punktes Pc zu berechnen, indem zuerst die Orthogonalkoordinaten der vier Punkte P1 bis P4 aus den Scanwinkeln gemäß den Konvertierungstriangulationsgleichungen (1) und (2) berechnet werden und dann der Durchschnitt der berechneten Koordinatenwerte der vier Punkte berechnet wird. Des weiteren ist es auch möglich, die Koordinaten des zentralen Punktes Pc als bezeichnete Position unter Berücksichtigung der Parallaxe und durch einfaches Betrachten der bezeichneten Position zu bestimmen.
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Wenn die Scanwinkelgeschwindigkeit von jedem Polygonspiegel 15 konstant ist, sind übrigens die Informationen über den Scanwinkel durch Zeitmessung erhältlich. 15 ist ein Zeitlagendiagramm, das die Beziehung zwischen dem Lichtempfangssignal von dem Lichtempfangssignaldetektor 33a und dem Scanwinkel θ und der Scanzeit T des Polygonspiegels 15 in der optischen Einheit 10a zeigt. Wenn die Scanwinkelgeschwindigkeit des Polygonspiegels 15 konstant ist, wird dann, falls die Scanwinkelgeschwindigkeit als ω bezeichnet wird, eine proportionale Beziehung, wie sie unten durch die Gleichung (5) gezeigt ist, zwischen dem Scanwinkel θ und der Scanzeit T aufgestellt. θ = ω × T (5)
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Deshalb bilden die Winkel θ1 und θ2 zu der Zeit des Abfalls und Anstiegs des Lichtempfangssignals die Beziehungen, die unten durch die Gleichungen (6) und (7) gezeigt sind, mit der Scanzeit t1 und t2. θ1 = ω × t1 (6) θ2 = ω × t2 (7)
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Wenn die Scanwinkelgeschwindigkeit der Polygonspiegel 15 konstant ist, ist es somit möglich, den Unterbrechungsbereich und die Koordinatenposition des Bezeichners S (Finger) unter Verwendung der Zeitinformationen zu messen.
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Zusätzlich ist es auch möglich, die Größe (den Durchmesser eines Querschnitts) des Bezeichners S (Finger) gemäß dem gemessenen Unterbrechungsbereich zu berechnen. 16 ist ein schematisches Diagramm, das das Prinzip zum Messen des Durchmessers des Querschnitts des Bezeichners S zeigt. In 16 bezeichnen D1 und D2 Durchmesser der Querschnitte des Bezeichners S aus der Sicht von den jeweiligen optischen Einheiten 10a und 10b. Zuerst werden die Abstände OPc(r1) und BPc(r2) von den Positionen O(0, 0) und B(L, 0) der optischen Einheiten 10a und 10b zu dem zentralen Punkt Pc (Pcx, Pcy) des Bezeichners S berechnet, wie es unten durch die Gleichungen (8) und (9) gezeigt ist. OPc = r1 = (Pcx2 + Pcy2)1/2 (8) BPc = r2 = {(L – Pcx)2 + Pcy2}1/2 (9)
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Da der Radius des Querschnitts des Bezeichners S durch das Produkt aus dem Abstand zu dem zentralen Punkt und dem Sinus einer Hälfte des Unterbrechungswinkels approximiert werden kann, sind die Durchmesser D1 und D2 der Querschnitte gemäß den Gleichungen (10) und (11) unten meßbar. D1 = 2·r1·sin(dθ/2)
= 2(Pcx2 + Pcy2)1/2·sin/dθ/2) (10) D2 = 2·r2·sin(dϕ/2)
= 2{(L – Pcx)2 + Pcy2}1/2·sin/dϕ/2) (11)
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Wenn des weiteren dθ/2, dϕ/2 ≒ 0 sind, ist es möglich, sin(dθ/2) ≒ dθ/2 ≒ tan(dθ/2) und sin(dϕ/2) ≒ dϕ/2 tan(dϕ/2) zu approximieren, und deshalb kann dθ/2 oder tan(dθ/2) oder dϕ/2 oder tan(dϕ/2) für sin(dθ/2) und sin(dϕ/2) in den Gleichungen (10) und (11) eingesetzt werden.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Die optische Positionsdetektionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann, wie oben beschrieben, auf einfache Weise außen an eine existierende Anzeigevorrichtung montiert werden. Weiterhin kann die optische Positionsdetektionsvorrichtung einer Reihe von Anzeigevorrichtungen entsprechen, die verschiedene Bildschirmgrößen haben, da ihre Größe auf eine beliebige Größe eingestellt werden kann. Da es des weiteren nicht erforderlich ist, die optische Positionsdetektionsvorrichtung gemäß jeder Bildschirmgröße herzustellen, ist es möglich, eine ausgezeichnete Produktivität zu erzielen.
