检测物体用的光学装置及使用它的坐标输入设备制造方法及图纸

公开一种检测放置在检测平面（３１）上并被光线照射的物体（３３）的方向或位置的物体检测光学装置（１；３０），后者包括：由多个光源（２）和与光源对应的多个透镜形成的光投射装置，这样安排多个光源和多个透镜以便形成与检测平面平行的扇形投射图案，后者就像是从虚点光源（１３）投射出来的一样；以及具有狭缝或透镜（４）和线性光敏接收组（５）的光接收装置，这样安排狭缝或透镜以及线性光敏接收组，以便形成带有与光投射装置形成的扇形投射图案对应的视场的光接收图案。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及检测物体用的光学装置及其在坐标输入设备上的应用，尤指其中使用多个发光二极管来形成扇形泛光照明图案的检测物体用的光学装置，及其在坐标输入设备上的应用。在作为坐标输入设备装在处理装置中的数字化仪和图形输入板中，有各种各样检测物体角度(方向)或位置用的系统。压敏电阻膜系统、电容系统、电磁感应系统等便是一些例子。在非接触系统中还有一些能够检测物体角度或位置的光学系统。在图9中，示出按照传统光学系统的用于物体位置检测装置中的光学装置的典型配置。从点光源91发出的光通过柱面透镜92转变成平面扇形光束。然后被半反射镜93反射90度，接着入射到具有后向反射特性的后向反射件95上。这里，后向反射特性是使入射光沿其入射方向直接返回的反射特性。入射到后向反射件95上的光线以入射方向相反的方向反射，穿过半反射镜93，由透镜96聚焦，然后投射在线性电荷耦合器件(CCD)97上。在利用其中在有效范围边缘上设有后向反射件并利用影子的光线遮断系统的位置检测装置的情况下，由于物体遮断光线，为了检测物体的方向，可以从线性CCD97输出信号的分布检测影子的方向。但是，因为在这个例子中使用半反射镜93，所以光线在半反射镜93上反射及由其中穿过时光的衰减或损失是无法避免的。另外，正如图10所示，在传统的光学装置中有一种系统使用带有狭缝的反射镜94，用来代替图9所示的半反射镜。在这种情况下，问题是后向反射件反射的光线只有一部分可以用作线性CCD的输入光。作为用光学方法检测物体角度和位置的物体检测装置的另一个例子，有日本公开特许公报NO.S62-5428中所公开的一种装置。该装置是这样配置的，使得两个光学装置分别投射扇形的光线，后者平行于坐标检测面，并且，线性光敏接收传感器接收从设置在坐标检测面边缘部分的后向反射面后向反射的光线，该边缘部分处在设置两个光学装置的位置的对面。通过使物体，手指或笔遮断一部分光线，该装置检测该影子的方向。从布置在预定位置上的两个光学装置进行这样的检测，利用后面将要解释的三角测量原理，即可准确地计算出手指或笔的坐标。美国专利No.4,507,557公开了一种几乎相同的先有技术系统。这个例子用宽方向性高功率的单一的发光二极管装备该系统，其中发光二极管用作独立光源，而不用透镜或反射镜。在日本公开特许公报平9-319501中，公开了一种使用位置检测器件(PSD)代替线性CCD作为光敏接收传感器的系统。PSD是一种用光接收点来产生不同电信号的组件，在PSD上的光接收点和从笔反射的光的光接收角度有着一对一的对应关系。然后，将这束光线入射到角度检测装置，使得通过预先确定光接收角度、PSD上的光接收点和PSD产生的电信号之间的对应关系，从直接用PSD测量的的电信号的值，即可识别出笔的指向位置。在这一先有技术中，LED(发光二极管)和柱面透镜是这样布置的，使得从LED发射的光线被刚好放置的LED前面的所述柱面透镜变成与坐标输入面平行的光束。在这些类型的光学物体检测装置中，光敏接收扇形区的场变成扇形平面，尤其是在光敏接收扇形区上设置线性光敏接收阵列、以便检测从物体发出的光或物体影子方向的检测装置的情况下。然后，在物体上设置后向反射件并利用物体本身的后向反射光的情况下，或者在有效区对面边缘上设置后向反射件并在物体遮断光线的情况下利用影子的情况下，后向反射光于是以与投射光的同一路径返回，使得以扇形投射图案投射光线的光源和接收后向反射光的光敏接收扇形区必须设置得尽量靠近。近年来，可以获得具有优异的后向反射特性的材料，使得通过把投射图案和光敏接收图案放置得彼此靠近来大大改善光效率。于是，可以利用分别在图9或图10的情况下的半反射镜或带有狭缝的反射镜，把光投射扇形区和光敏接收扇形区安排得完全重叠。但是，在这些情况下，都存在上述光线衰减、或者只有一部分光线被有效接收的问题。一般说来，点光源和柱面透镜可以用来形成扇形投射图案。对于与扇形投射图案的投射面垂直的表面上的光学组件，最理想的是平行光线。作为实现输入面积大的所谓电子黑板的光学装置的一个例子，有日本公开特许公报平11-85377。在这个例子中，利用激光束作为光源，并用多角形反射镜在黑板上进行扫描。这种装置的缺陷是难以确定光学装置的位置和调整它的角度。为了解决这种装置中光学装置的安装角度调整难的问题，日本公开特许公报平11-85399建议用螺旋装置对该光学装置的高度和倾斜角进行微调。可以列举美国专利No.4,107,522作为利用一个单独的光学装置来检测物体的例子。这是要实现一个加密系统，其中一个发光二极管用于所述投射扇形区。近年来，实现了一种所谓输入/输出合并(Consolidation)型坐标输入装置。这里，使坐标输入装置的输入面和诸如液晶显示装置等显示表面一个放置在另一个上面。在输入/输出合并型坐标输入装置之间，有一个电磁感应系统供可以用笔输入手写字母的装置使用。在这种情况下，检测电磁通量用的天线设置在液晶显示装置的背后。对于可以用一个手指操作的装置，在显示装置前面展开一个透明的触模屏。触摸屏使用带有透明导电片的矩阵电极系统，或者用一个系统来检测多根垂直或水平对齐的光束的遮断。在图9或图10举例说明的光学装置中，或在利用日本公开特许公报No.S62-5428所提出的确定物体位置的系统中，都利用反射镜来辐射光线。这种反射镜不经过精确的调整便无法把适当数量的光线投射在检测区域的表面上。随着检测区域变大，一个边缘上的反射镜安装角度的微小偏差都会在检测区域另一个边缘上被放大成大的偏差，这使调整极其困难。此外，在利用点光源和透镜作为投射手段的情况下，需要对各自的位置作精细的调整。在视场上加上反射镜的情况下，它们彼此影响，使实际的安装任务需要复杂的调整。为了把反射光引向光敏接收器，这种反射镜需要有诸如狭缝等空间设置，或者要求反射镜本身就是半反射镜，使得这个系统存在产生光损耗的问题。例如，在反射镜乃是半反射镜的情况下，来自点光源的光线被半反射镜以90度的角度反射时光量减半，被后向反射件反射的光线穿过半反射镜之后被线性光敏接收器接收的光线再次减半，总共产生3/4的光损耗。另外，为了只用一个LED获得足够的光量，就像美国专利No.4,507,557和美国专利No.4,107,522中所公开的，需要一种高功率的昂贵的发光二极管，并要用宽方向性的专用二极管。此外，在日本公开特许公报平9-319501的情况下，使用点光源和柱面透镜作为光源，这要求非常精细的调整。此外，在其中使用激光束的日本公开特许公报平No.11-85377的情况下，需要昂贵的激光二极管，而且对激光束的处理要特别小心。另外，在这个系统中，因为多角形反射镜旋转，以扫描激光束，需要有旋转的物理机构和使其旋转的马达，这样光学装置本身就难以做得紧凑。本专利技术提供一种检测物体用的光学装置，它不像先有技术那样使用反射镜或透镜，不必对位置进行精细的调整，以低价格实现，还提供利用这样的光学装置的坐标输入设备。按照本专利技术，提供一种检测物体的光学装置，通过检测后向反射件反射的后向反射光的存在或不存在，来检测放置在检测平面上并被光线照射的物体的方向和位置，所述光学装置包括光投射装置，它具有与所述光源对应的多个光源和多个透镜，其中这样设置所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种物体检测光学装置（１；３０），用来通过检测后向反射件（３２）反射的后向反射光的存在或不存在，来检测设置在检测平面（３１）上并被光线照射的物体（３３）的方向和位置，所述光学装置的特征在于它包括：光投射装置，它具有多个光源（２）和与所述 光源对应的多个透镜，其中所述多个光源和所述多个透镜以这样的方式排列，以便形成一个与所述检测平面平行的扇形投射图案，所述投射图案就像是从一个虚的点光源（１３）投射出来的一样；和光接收装置，它具有一条狭缝或一个透镜（４）以及一个线性光敏接收 组（５），其中以这样的方式安排所述狭缝或所述透镜以及所述线性光敏接收组，以便形成一个带有与所述光投射装置形成的所述扇形投射图案对应的视场的光接收图案。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：村上东，小川保二，福崎康弘，
申请(专利权)人：株式会社纽科姆，
类型：发明
国别省市：JP[日本]