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TECHNISCHES
GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Optikabtasttyp-Berührfeld zum
optischen Detektieren der Position eines Indikators an einem Anzeigebildschirm.
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HINTERGRUNDTECHNIK
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Mit der Verbreitung von Computersystemen, hauptsächlich Personalcomputern,
wurde eine Vorrichtung zum Eingeben neuer Informationen oder zum
Erteilen verschiedener Befehle an ein Computersystem durch Zeigen
an eine Position an einem Anzeigeschirm einer Anzeigevorrichtung,
an welcher Informationen durch das Computersystem angezeigt werden,
mit dem Finger einer Person oder einem spezifischen Indikator verwendet.
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Um eine Eingabeoperation bezüglich der
Informationen, die an dem Anzeigeschirm der Anzeigevorrichtung eines
Personalcomputers oder von ähnlichem
durch ein Berührungsverfahren
auszuführen, ist
es erforderlich, eine berührte
Position (angegebene Position) an dem Anzeigeschirm mit hoher Genauigkeit
zu detektieren. Als ein Beispiel eines solchen Verfahrens des Detektierens
der angezeigten Position an dem Anzeigeschirm, der als eine Koordinatenoberfläche dient,
offenbart die japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnr. 62-5428/1987
ein optisches Positionsdetektierverfahren. Bei diesem Verfahren
ist ein Lichtrückreflektor
an einen Rahmen an beiden Seiten des Anzeigeschirms positio niert,
wird Rückkehrlicht
von einem winkelmäßig abgetasteten
Laserstrahl von dem Lichtrückreflektor
detektiert, wird ein Winkel einer Position, wo ein Finger oder Stift
vorhanden ist, aus einem Timing berechnet, mit dem der Laserstrahl
von dem Finger oder Stift abgeschnitten wird, und wird die Koordinate
der Position von dem berechneten Winkel gemäß dem Triangulationsprinzip
detektiert. Bei diesem Verfahren kann die Genauigkeit der Detektion
mit einer geringen Anzahl von Teilen erhalten werden, und die Position
des Fingers, beliebigen Stiftes oder von ähnlichem ist ebenfalls detektierbar.
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Ein Optikabtasttyp-Berührfeld zum
Ausführen
einer solchen Positionsdetektion durch Abtastlicht ist aufgebaut
durch einen Rückreflektor,
der allgemein an der Außenseite
des Anzeigeschirms positioniert ist, ein Lichtemissionselement zum
Emittieren von Licht, wie Laserlicht, eine optische Abtasteinheit, wie
einen Polygonspiegel zum winkelmäßigen Abtasten
des emittierten Lichts, ein Ablenkelement zum Ablenken des reflektierten
Lichts des Abtastlichts von dem Rückreflektor, und ein Lichtempfangselement zum
Empfangen des detektierten Lichts, so dass das Licht von dem Lichtemissionselement
von der optischen Abtasteinheit abgetastet wird, das reflektierte Licht
des Abtastlichts von dem Rückreflektor
wieder durch die optische Abtasteinheit reflektiert wird, und das
resultierende reflektierte Licht von dem Lichtempfangselement durch
das Ablenkelement empfangen wird. Wenn ein Indikator, wie ein Stift
und beliebiger Stift auf dem Pfad des Abtastlichts vorhanden ist,
wird das Licht, das von dem Rückreflektor
reflektiert wird, nicht von dem Lichtempfangselement empfangen.
Es ist daher möglich,
die Position eines solchen Indikators basierend auf dem Abtastwinkel der optischen
Abtasteinheit und dem Lichtempfangsergebnis bei dem Lichtempfangselement
zu detektieren.
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Bei einem solchen Optikabtasttyp-Berührfeld wird
im allgemeinen die Effizienz von Rückreflexion umso niedriger,
umso größer der
Einfallswinkel an dem Rückreflektor
wird, und wird die Lumineszenz umso niedriger, umso länger der
Abstand von der optischen Abtasteinheit zu dem Rückreflektor wird, da das reflektierte
Licht von dem Rückreflektor
aufgrund des Diffraktionseffektes des Strahl weiter ist. Folglich wird
in dem Fall, in dem der Anzeigebereich eine rechtwinklige Form hat,
da der Diagonalabschnitt der entfernteste Punkt für Abtastlicht
ist und einen großen
Einfallswinkel hat, der Pegel des Lichtempfangssignals an dem Diagonalabschnitt
niedriger. Als ein Ergebnis wird das S/N-Verhältnis verschlechtert, was eine
Funktionsstörung
verursacht. Zusätzlich
ist es auch wichtig, einige Maßnahmen
gegen Störlicht
zu unternehmen, das das S/N-Verhältnis
verschlechtert.
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Die vorliegende Erfindung wurde im
Hinblick auf solche Zustände
erfunden, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Optikabtasttyp-Berührfeld zu
schaffen, das geeignet ist, durch Erhöhen des Pegels des Lichtempfangssignals
ein hohes S/N-Verhältnis
zu erzielen und dadurch die Position des Indikators genau zu detektieren.
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Die US-A 525 764 offenbart ein Grafikeingabesystem
zum Digitalisieren des Ortes eines Gegenstandes auf einer planaren
Oberfläche.
Das System setzt außerhalb
beider Ecken von einer langen Seite einer Zeichnungsoberfläche angebrachte
erste und zweite Laserabtaster ein, die Laserstrahlen über der planaren
Oberfläche
unter Verwendung eines Drehens von Strahlablenkabtastspiegeln abtasten.
Um die Position eines Gegenstandes zu digitalisieren, bewegt ein
Anwender einen Stift zu der geeigneten Position, so dass Licht von
einem rückreflektierenden Kragen
des Stifts zurück
zu jedem Abtastspiegel reflektiert und von dort durch einen Parabolspiegel
gesammelt und zu einem Fotodetektor gerichtet wird.
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Die EP-A-0 897 161 offenbart ein
Optikabtasttyp-Berührfeld gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Ein Optikabtasttyp-Berührfeld der
vorliegenden Erfindung enthält:
eine Optikabtasteinheit zum winkelmäßigen Abtasten von Licht in
einer Ebene im wesentlichen parallel zu einem vorbestimmten Bereich;
und eine Lichtempfangseinheit zum Empfangen von reflektiertem Licht
von Abtastlicht der Optikabtasteinheit; einen Lichtrückreflektor,
der außerhalb
des vorbestimmten Bereichs vorgesehen ist; welches reflektierte
Licht von dem Lichtrückreflektor zum
Detektieren einer Abtastlichtabschneideposition empfangen wird,
welche in dem vorbestimmten Bereich durch einen Indikator erzeugt
wird, basierend auf einer Lichtempfangsausgabe der Lichtempfangseinheit,
die einem Abtastwinkel entspricht; dadurch gekennzeichnet, dass
die Optikabtasteinheit mit einem Schutzfilm versehen ist, der einen
maximalen Reflexionsgrad unter einem Einfallswinkel entsprechend
einem Abtastwinkel hat, bei welchem eine Menge des reflektierten
Lichts minimal ist.
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Bei dem Optikabtasttyp-Berührfeld der
vorliegenden Erfindung ist die Optikabtasteinheit mit dem Schutzfilm
versehen, der den maximalen Reflexionsgrand unter einem Einfalls winkel
entsprechend einem Abtastwinkel hat, unter welchem die Menge des
reflektierten Lichtes minimal ist, um den Lichtempfangssignalpegel
beim Abtasten der Position, an welcher die Menge des reflektierten
Lichts hinsichtlich des Lichts minimal ist, zu verbessern.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein schematisches Diagramm, das die Basisstruktur eines Optikabtasttyp-Berührfeldes der
vorliegenden Erfindung zeigt; 2 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Struktur einer Optikeinheit
und eines Optikpfades zeigt; 3 ist
eine Draufsicht, die die Beziehung zwischen dem Abtastlicht und
Reflexionslicht bei dem Optikabtasttyp-Berührfeld zeigt; 4 ist eine Illustration, die Profile des
Abtastlichts und Reflexionslichts im Schnitt längs der C-C-Linie von 3 zeigt; 5 ist eine Vorderansicht eines Aperturspiegels; 6 ist eine Vorderansicht
eines Aperturspiegels; 7 ist
ein schematisches Diagramm eines Abtastlichtempfangssystems unter
Verwendung des Aperturspiegels von 6; 8 ist ein Graph, der die
Beziehung zwischen dem Abtastwinkel und der Lichtempfangsabtastoberflächenöffnungsweite
zeigt; 9 ist eine Vorderansicht
eines Aperturspiegels; 10 ist
eine Seitenschnittansicht des Aperturspiegels; 11 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen
der Filmdicke eines Schutzfilms des Aperturspiegels und dem Reflexionsgrad
zeigt; 12 ist ein Graph,
der die Wellenlängenreflexionscharakteristik
eines Antireflexionsfilms des Aperturspiegels zeigt; 13 ist ein Graph, der die
Reflexionsgradcharakteristik einer Kaltspiegelbeschichtung und die
Transmissionsgradcharakteristik eines Grenzfilters im Sichtbaren zeigt; 14 ist ein schematisches
Diagramm, das die Gestaltungsformung der Optikglieder einer Optikeinheit und
eines Zustandes von Abtastlicht zeigt; 15 ist eine Draufsicht eines Polygonspiegels; 16 ist ein Graph, der die
Beziehung zwischen der Filmdicke eines Schutzfilms des Polygonspiegels
und dem Reflexionsgrad zeigt; 17 ist
ein schematisches Diagramm, das einen Zustand des Implementierens
des Optikabtasttyp-Berührfeldes
zeigt; 18 ist ein schematisches
Diagramm, das das Prinzip von Triangulation zum Detektieren einer
Koordinate zeigt; 19 ist
ein schematisches Diagramm, das einen Indikator und einen Grenzbereich
zeigt; 20 ist ein Timing-Diagramm,
das die Beziehung zwischen dem Lichtempfangssignal und dem Abtastwinkel
und der Abtastzeit zeigt; und 21 ist
ein schematisches Diagramm, das das Messprinzip des Durchmessers
eines Querschnittes des Indikators zeigt.
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BESTE WEISE
ZUM IMPLEMENTIEREN DER ERFINDUNG
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Die nachfolgende Beschreibung wird
die vorliegende Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
erklären,
die ein Ausführungsbeispiel
davon darstellen. Die 1 ist
ein schematisches Diagramm, das die Basisstruktur eines Optikabtasttyp-Berührfeldes
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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In der 1 ist
das Bezugszeichen 10 ein rechtwinkliger Anzeigeschirm einer
CRT-, Flachanzeigenfeld- (PDB, LCD, EL, etc.) oder Projektionstypbildanzeigevorrichtung
eines Elektronikgeräts,
wie eines Personalcomputers, und das Optikabtasttypberührfeld ist
bei diesem Ausführungsbeispiel als
der Anzeigeschirm eines PDPs (Plasma Anzeigefeld) gestaltet.
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Optikeinheiten 1a und 1b,
die darin ein Optiksystem haben, das aus einem Lichtemissionselement,
einem Lichtempfangselement, einem Polygonspiegel und verschiedenen
Linsen besteht, sind jeweils an den Außenseiten von beiden Ecken
einer kurzen Seite (bei diesem Ausführungsbeispiel die rechte Seite)
dieses rechtwinkligen Anzeigeschirms 10 vorgesehen, der
die Ausdehnung einer Ebene hat, die als ein Zielbereich spezifiziert
ist, um von einem Indikator S, wie einem Finger und Stift, berührt zu werden.
Außerdem
ist eine Rekursionsreflexionsschicht 7 als ein Rückreflektor
an der Außenseite
von drei bezüglich
der rechten Seite des Anzeigeschirms 10 anderen Seiten
vorgesehen, nämlich
den oberen, unteren und linken Seiten.
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Die 2 ist
eine perspektivische Ansicht, die die Struktur der Optikeinheiten 1a, 1b,
und des optischen Pfades zeigt. Beide der Optikeinheiten 1a und 1b haben
dieselbe interne Struktur. Die Optikeinheit 1a (1b)
enthält
ein Lichtempfangselement 11, das aus einer Laserdiode (LD)
zum Emittieren von infrarotem Laserlicht (Wellenlänge: 780
nm) besteht; eine Kollimationslinse 12 zum Verändern des
Laserlichts von dem Lichtemissionselement 11 in paralleles
Licht; ein Lichtempfangselement 13, das aus einer Fotodiode
(PD) zum Empfangen von reflektiertem Licht von der Rekursionsreflexionsschicht 7 besteht;
einen Polygonspiegel 14, der zum Beispiel die Form einer
quadratischen Säule
zum winkelmäßigen Abtasten
des Laserlichts von dem Lichtemissionselement 11 hat; einen
Aperturspiegel 15 als eine Ablenkeinheit zum Begrenzen
von Licht, das von der Kollimationslinse 12 auf den Polygonspiegel 14 projiziert werden
soll, durch ein Loch 15a und zum Reflektieren von Licht,
das durch den Polygonspiegel 14 von der Rekursionsreflexionsschicht 7 zu
dem Lichtempfangselement 13 reflektiert wird; eine Kondensorlinse 16 zum
Fokussieren des reflektierten Lichts von dem Aperturspiegel 15 auf
das Lichtempfangselement 13; einen Motor 17 zum
Drehen des Polygonspiegels 14; und einen Optikeinheithauptkörper 18,
an welchem diese Glieder angebracht und befestigt sind.
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Das Laserlicht, das von dem Lichtemissionselement 11 emittiert
wird, wird durch die Kollimationslinse 12 parallel gemacht,
geht durch das Loch 15a des Aperturspiegels 15 hindurch,
und wird dann winkelmäßig in einer
Ebene, die im wesentlichen parallel zu dem Anzeigeschirm 10 ist,
durch Drehung des Polygonspiegels 14 abgetastet und auf
die Rekursionsreflexionsschicht 7 projiziert. Nachdem das
reflektierte Lichte von der Rekursionsreflexionsschicht 7 von dem
Polygonspiegel 14 und dem Aperturspiegel 15 reflektiert
wurde, wird das reflektierte Licht durch die Kondensorlinse 16 fokussiert,
um in das Lichtempfangselement 13 einzutreten. Jedoch wird,
wenn der Indikator S in dem Optikpfad des Abtastlichts vorhanden
ist, das Abtastlicht abgeschnitten, und daher tritt das reflektierte
Licht nicht in das Lichtempfangselement ein.
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Die Optikeinheiten 1a und 1b sind
mit Lichtemissionselemententreibern 2a und 2b zum
Betreiben der jeweiligen Lichtemissionselemente 11, Lichtempfangssignaldetektoren 3a und 3b zum
Konvertieren der Lichtmenge, die von den jeweiligen Lichtempfangselementen 13 empfangen
wurden, in elektrische Signale, und einer Polygonsteuerung 4 zum Steuern
des Betriebs der jeweiligen Polygonspiegel 14 verbunden.
Außerdem
repräsentiert
das Bezugszeichen 5 eine MPU zum Berechnen der Position
und Größe des Indikators
S und zum Steuern des Betriebs des gesamten Geräts, und repräsentiert 6 eine Anzeigevorrichtung
zum Anzeigen der Ergebnisse von Berechnungen, die von der MPU 5 ausgeführt wurden.
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Die MPU 5 überträgt Betriebssteuersignale zu
den Emissionselementtreibern 2a und 2b, so dass die
Lichtemissionstreiber 2a und 2b gemäß den Betriebssteuersignalen
betrieben werden, und die Lichtemissionsoperationen der jeweiligen
Lichtemissionselemente 11 werden gesteuert. Die Lichtempfangssignaldetektoren 3a und 3b übertragen
die Lichtempfangssignale des reflektierten Lichts der jeweiligen
Lichtempfangselemente 13 zu der MPU 5. Die MPU 5 berechnet
die Position und Größe des Indikators
S basierend auf den Lichtempfangssignalen von den jeweiligen Lichtempfangselementen 13 und zeigt
die Ergebnisse der Berechnungen an der Anzeigevorrichtung 6 an.
Hier kann auch die Anzeigevorrichtung 6 als der Anzeigeschirm 10 dienen.
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Bei einem solchen Optikabtasttyp-Berührfeld der
vorliegenden Erfindung wird, wenn die Erklärung bezüglich zum Beispiel der Optikeinheit 1b gegeben ist,
wie in der 1 gezeigt
ist, das projizierte Licht von der Optikeinheit 1b in einer
Gegenuhrzeigersinnrichtung in der 1 von
einer Position abgetastet, wo das projizierte Licht von dem Aperturspiegel 15 reflektiert
wird und direkt in das Lichtempfangselement 13 zu einer
Position (Ps) eintritt, wo das projizierte Licht von einem Ende
der Rekursionsreflexionsschicht reflektiert wird, das heißt einer
Abtaststartposition. Dann wird das projizierte Licht von der Rekursionsre flexionsschicht 7 reflektiert,
bis es zu einer Position (P1) kommt, wo das projizierte Licht ein Ende
des Indikators S erreicht, jedoch das projizierte Licht von dem
Indikator S bis zu einer Position (P2) abgeschnitten wird, wo es
das andere Ende des Indikators S erreicht, und dann das projizierte
Licht von der Rekursionsreflexionsschicht 7 reflektiert
wird, bis es zu einer Abtastendposition (Pe) kommt.
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Bei einem solchen Abtasten von Licht
wird ein Detektionslichtsignal, das abgegeben wird, wenn das projizierte
Licht von dem Lichtemissionselement 11 direkt in das Lichtempfangselement 13 von
dem Polygonspiegel 14 durch den Aperturspiegel 15 eintritt,
ohne die Rekursionsreflexionsschicht 7 zu erreichen, als
ein Referenzsignal verwendet. Außerdem dient ein Detektionslichtsignal,
das abgegeben wird, wenn das Abtastlicht das Ende (PS in der 1) der Rekursionsreflexionsschicht 7 erreicht
und davon reflektiert wird, als ein Abtaststartsignal, und dann
wird ein Rekursionsreflexionssignal erhalten, wenn das reflektierte
Licht von der Rekursionsreflexionsschicht 7 in das Lichtempfangselement 13 eintritt.
Daneben wird der Abtastwinkel auf die Detektion dieses Referenzsignals
hin gemessen.
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Die 3 ist
eine Draufsicht, die schematisch die Beziehung zwischen dem Abtastlicht
und dem Reflexionslicht von der Rekursionsreflexionsschicht 7 an
der Optikabtasttyp-Berührfläche zeigt. Das
Licht, das von dem Lichtemissionselement 11 emittiert und
von der Kollimationslinse 12 parallel gemacht wurde, wird
von dem Polygonspiegel 14 durch das Loch 15a des
Aperturspiegels 15 abgetastet. Dieses Abtastlicht A wird
von der Rekursionsreflexionsschicht 7 reflektiert, und
das resultierende Reflexionslicht B wird von dem Polygonspiegel 14 wieder reflektiert,
von der Lichtempfangsoberfläche
des Aperturspiegels 15 reflektiert und zu der Kondensorlinse 16 geleitet.
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Zu dieser Zeit wird das Reflexionslicht
B im Vergleich zum Abtastlicht A weiter. Die 4 ist eine Darstellung, die die Profile
des Abtastlichts A und des Reflexionslichts B im Schnitt längs der
C-C-Linie in dem Abtastbereich von der 3 zeigt. Im Vergleich mit dem Abtastlicht
A, das einen Durchmesser von ungefähr 1 mm mit der Optikachse
in seiner Mitte hat, hat das Reflexionslicht B einen größeren Durchmesser
von ungefähr
30 mm mit der Optikachse in seiner Mitte.
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Daher trägt, wenn ein Rauschpegel spezifiziert
ist, eine Erhöhung
des Lichtempfangsbereichs, das heißt des effektiven Lichtempfangsbereichs
des Aperturspiegels 15, zu einer Verbesserung des S/N-Verhältnisses
bei. Jedoch ist es nicht bevorzugt, den Aperturspiegel 15 unbegrenzt
zu vergrößern, und
der Aperturspiegel 15 sollte im Hinblick auf eine Verbesserung
des Freiheitsgrades der Montagegestaltung in einer kleinen Größe hergestellt
werden. Aus diesem Grund ist es erforderlich, den Polygonspiegel 14 und
den Aperturspiegel 15 in optimalen Größen zu gestalten. Insbesondere
variiert der effektive Lichtempfangsbereich des Polygonspiegels 14 gemäß einem
Abtastwinkel beim Abtasten. Außerdem
ist es, da der Lichtempfangssignalpegel beim Abtasten des entfernsten
Punktes innerhalb der Abtastregion den niedrigsten Pegel bestimmt,
wünschenswert,
den Aperturspiegel 15 und den Polygonspiegel 14 so
zu gestalten, dass ein Querschnittsbereich des Polygonspiegels 14 vom
Aperturspiegel 15 aus betrachtet und ein Querschnittsbereich
des Aperturspiegels 15 von einer optischen Achsenrichtung
beim Abtasten des fernsten Punktes aus betrachtet identisch zueinander
sind, und es ist möglich, ein
optimales Abtastlichtempfangssystem in einer solchen Ausgestaltung
zu konstruieren.
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Die 5 ist
eine Vorderansicht des Aperturspiegels 15 der vorliegenden
Erfindung, gestaltet unter Berücksichtigen
der oben angegebenen Aspekte. Die Form des Aperturspiegels 15 ist
asymmetrisch in einer Abtastrichtung (die Rechts-und-Links-Richtung) über der
Optikachse. Durch Formen des Aperturspiegels 15 in einer
solchen asymmetrischen Form kann der effektive Lichtempfangsbereich
vergrößert werden,
und folglich wird das S/N-Verhältnis verbessert.
Insbesondere kann, wenn der Montageraum in Betracht gezogen wird,
die Asymmetrie in der Abtastrichtung effektiv die Lichtempfangseffizienz durch
Sichern eines großen
Lichtempfangsbereichs auf der Abtaststartseite verbessern.
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Daneben trägt, da der Anzeigeschirm 10 unter
dem Pfad des Abtastlichts liegt, selbst wenn die Unterseite der
Lichtempfangsoberfläche
des Aperturspiegels 15 vergrößert ist, sie nicht zu einer
Verbesserung der Lichtempfangseffizienz bei. Es ist daher bevorzugt,
einen großen
Lichtempfangsbereich auf der Seite sicherzustellen, die höher als
die Abtastoberfläche
des Polygonspiegels 14 ist, indem die Form des Aperturspiegels 15 in
der Vertikalrichtung über der
Optikachse asymmetrisch gestaltet wird. Die 6 ist eine Vorderansicht des Aperturspiegels 15, der
entsprechend gestaltet ist, und die 7 ist
ein schematisches Diagramm eines Abtastlichtempfangssystems der
vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines solchen Aperturspiegels 15.
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Diese Struktur garantiert den Aperturspiegel 15 mit
einer Lichtempfangsoberflächenhöhe, so hoch wie
die Höhe
der Lichtempfangsoberfläche
des Polygonspiegels 14, und es ist bedeutungslos, den Aperturspiegel 15 größer als
dieses Niveau zu machen, da, selbst wenn der Aperturspiegel 15 größer als
dieses Niveau gemacht wäre,
nur ein Bereich, der nicht zum Empfang von Licht beiträgt, zunähme. Durch Gestalten
des Aperturspiegels 15, um eine solche Struktur zu haben,
ist es möglich,
die Lichtempfangseffizienz im Vergleich zu einer Struktur zu verbessern,
die eine Lichtempfangsoberfläche
symmetrisch in der Vertikalrichtung hat, ohne die Abtastoberflächenhöhe zu ändern.
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Die 8 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Abtastwinkel und der Lichtempfangsabtastoberflächenöffnungsweite
zeigt. Da die Strahlweite endlich ist, braucht sich die Lichtempfangsoberfläche auf
der Abtastbereichsseite nicht in einen Detektionsbereich erstrecken.
Das S/N-Verhältnis
wird am meisten verringert, wenn der Diagonalabschnitt (wenn der
Abtastwinkel 66 Grad ist) abgetastet wird, bei welchem die Menge
an reflektiertem Licht minimal ist, und daher wird bei der vorliegenden
Erfindung, um eine Lichtempfangsabtastoberflächenöffnungsweite (w + W) für dieses
Abtasten sicherzustellen, die Weite des Aperturspiegels 15 auf dieses
Lichtempfangsabtastoberflächenweite
(w + W) spezifiziert. Außerdem
ist bei der vorliegenden Erfindung der Polygonspiegel 14 an
einer maximal montierbaren Höhe
eingesetzt, und die Höhe
des Aperturspiegels 15 ist gemäß der Höhe des Polygonspiegels 14 bestimmt.
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Die 9 und
die 10 sind die Frontansicht
und die Seitenschnittansicht des Aperturspiegels 15 der
vorlie genden Erfindung. Aus dem oben angegebenen Grund hat der Aperturspiegel 15 der vorliegenden
Erfindung eine asymmetrische Form in der Abtast- (Rechts-und-Links-)
Richtung und der Vertikalrichtung, wie in der 9 gezeigt ist.
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Der Aperturspiegel 15 besteht
aus einem Metall, wie Aluminium, aber, wenn seine Oberfläche rostet,
verschlechtert sich seine Reflexionsgradcharakteristik. Bei der
vorliegenden Erfindung hat daher eine Oberfläche des Aperturspiegels 15,
die dem Polygonspiegel 14 zugewandt ist, einen Spiegelüberzug,
und die Spiegelüberzugsoberfläche ist
mit einem Schutzfilm 15b bedeckt, der aus einem Dielektrikum,
wie SiO und SiO2, zum Schützen der
Spiegelüberzugsoberfläche vor
Feuchtigkeit und Staub besteht, die Rost verursachen. Daneben ist
bei diesem Beispiel der Einfallswinkel des Reflexionslichts von der
Rekursionsreflexionsschicht 7 auf den Aperturspiegel 15 (Schutzfilm 15b)
45 Grad.
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Die 11 ist
ein Graph, der die Beziehung der Filmdicke des Schutzfilms 15b,
bestehend aus SiO2, und dem Reflexionsgrad
zeigt, wenn Licht, das eine Wellelänge von 780 nm hat, unter einem
Winkel von 45 Grad in den Aperturspiegel 15 eintritt. Es
ist aus der 11 zu verstehen,
dass der Reflexionsgrad maximal ist, wenn die Filmdicke des Schutzfilms 15b 2003 Å ist. Bei
der vorliegenden Erfindung ist daher die Filmdicke des Schutzfilms 15b,
der aus SiO2 besteht, 2300 Å, um den
maximalen Reflexionsgrad für
das Laserlicht mit einer Wellenlänge
von 780 nm zu erzielen, die zum Abtasten verwendet wird, wodurch
das S/N-Verhältnis
verbessert wird.
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Außerdem ist es möglich, auf
der Oberfläche des
Aperturspiegels 15 einen Antireflexionsfilm vorzusehen,
der eine Mehrfachschichtfilmstruktur hat, um eine Reflexion von
anderem Licht als dem Abtastlicht einer spezifischen Wellenlänge (780
mm) zu vermeiden. Die 12 ist
ein Graph, der die Wellenlängen-Reflexionsgrad-Charakteristika
dieses Antireflexionsfilms zeigt, wenn der Einfallswinkel 45 Grad
ist, und dieser Antireflexionsfilm hat eine Charakteristik eines
selektiven Reflektierens von Licht in der Nähe von 780 nm. Somit ist es,
da eine Charakteristik mit einem hohen Reflexionsgrad nur für den spezifischen Einfallswinkel
(45 Grad) und die Wellenlänge (780 nm) von einfallendem
Licht durch Bereitstellen eines solchen Antireflexionsfilms auftritt,
möglich,
nur gewünschtes
Rekursionsreflexionslicht zu dem Lichtempfangssystem zu leiten und
eine Reflexion von Störlicht
zu verhindern, wodurch das S/N-Verhältnis verbessert wird.
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Ferner ist es durch Kombinieren einer
Kaltspiegelbeschichtung zum effizienten Entfernen von Infrarotstrahlungskomponenten
und eines Grenzfilters für
sichtbares Licht und geeignetes Verwenden des Bandunterschiedes
dazwischen, möglich,
eine Funktion eines selektiven Reflektierens des Rekursionsreflexionslichts
der spezifischen Wellenlänge
(780 nm) auszuführen.
Die 13 ist ein Graph,
der die Reflexionscharakteristik dieser Kaltspiegelbeschichtung und
die Transmissionsgradcharakteristik dieses Grenzfilters für sichtbares
Licht zeigt, und es ist aus der 13 zu
verstehen, dass nur Licht in der Nähe von 780 nm selektiv reflektiert
werden kann. Ferner ist es auch möglich, eine ähnliche
Funktion durch Kombinieren einer Heißbeschichtung und eines Grenzfilters
für infrarotes
Licht auszuführen.
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Als nächstes erklärt die nachfolgende Beschreibung
eine Anordnung der Optikeinheiten 1a und 1b bei
dem Optikabtasttyp-Berührfeld
der vorliegenden Erfindung. Die 14 ist
ein schematisches Diagramm, das die Positionsgestaltung der Optikglieder
der Optikeinheiten 1a und 1b und einen Zustand von
Abtastlicht zeigt.
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In der 14 repräsentiert 6 einen
Abtaststartwinkel (der Winkel, der von der Optikachse von parallelem
Licht von dem Loch 15a und dem Optikpfad von Abtastlicht
entsprechend Ps in der 1 gebildet
ist, der tatsächlich
die Rekursionsreflexionsschicht 7 streift), und der Abtaststartwinkel δ ist ausgedrückt durch
die Summe eines Winkels α,
der durch eine Abtastreferenzlinie (die Linie, die beide Optikeinheiten 1a und 1b verbindet)
und die Optikachse von parallelem Licht von dem Loch 15a (d.
h. den Winkel des Kippens der Optikeinheit 1a, 1b von der
Abtastreferenzlinie zu einer Nichtabtastbereichsseite (Nichtdetektionsbereichsseite))
gebildet ist, und eines Winkels β,
der von der Abtastreferenzlinie und dem Optikpfad des Abtastlichts
entsprechend Ps gebildet ist. Daneben repräsentiert D den Abstand vom Aperturspiegel 15 zum
Polygonspiegel 14, ist w eine Weite an dem Aperturspiegel 15 von
dem Optikpfad des Abtastlichts zu einem Ende der Abtastbereichsseite
(Detektionsbereichsseite), und ist W eine Weite des Aperturspiegels 15 von
dem Optikpfad des Abtastlichts zu einem Ende der Nichtabtastbereichsseite
(nicht Detektionsbereichsseite).
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Hier ist es, wenn die Strahlweite
des Abtastlichts durch d bezeichnet ist, wenn ferner die folgende
Bedingung (1) erfüllt
ist, möglich,
das Reflexionslicht des Abtast lichts von der Rekursionsreflexionsschicht 7 durch
die Lichtempfangselemente 13 zu empfangen, ohne von den
Optikeinheiten 1a und 1b abgeschnitten zu werden.
Daher sind die Positionen der jeweiligen Optikglieder gestaltet,
um diese Bedingung (1) zu erfüllen.
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D/2 + w < D
tanδ (1)
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Durch Annehmen solcher Gestaltungsspezifikationen
ist es möglich,
unnötigen
Montageraum zu eliminieren, Licht innerhalb des Abtastbereichs abzutasten
und das reflektierte Licht zu empfangen, und nur das Rekursionsreflexionslicht
zu empfangen, selbst beim Start des Abtastens. Ferner ist ein Beispiel
von spezifischen numerischen Werten beispielsweise α = 6 Grad, β = 3 Grad, δ = 9 Grad,
w + W = 7 mm, d = 3 mm, und D = 45 mm. In diesem Fall kann der Aperturspiegel 15 eine
asymmetrische Form (w ≠ W)
oder eine symmetrische Form (w = W) haben.
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Nebenbei ist es, wie oben beschrieben
ist, um die minimale Lichtmenge beim Abtasten des Diagonalabschnitts
(die Richtung von 60 Grad von der Abtastreferenzlinie) innerhalb
des Abtastbereichs sicherzustellen, wenn der Polygonspiegel 14 mit
vier Flächen
verwendet wird, da der Einfallswinkel 33 Grad (der Abtastwinkel
ist 66 Grad) für
einen Abtaststartwinkel δ von
6 Grad ist, möglich,
einen effektiven Lichtempfangsbereich von cos33° der Flächenweite des Polygonspiegels 14 sicherzustellen.
Entsprechend ist, wenn die Flächenweite
des Polygonspiegels 14 11 mm ist, die Weite (w + W) des
Aperturspiegels 15 gegeben durch 11 × cos33° = 9,23 mm.
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Wie beim oben beschriebenen Aperturspiegel 15 wird,
wenn die Oberfläche
des Polygonspiegels 14 rostet, die Reflexionsgradcharakteristik
verschlechtert. Bei der vorliegenden Erfindung ist daher, wie in
der 15 gezeigt ist,
die Oberfläche
des Polygonspiegels 14 mit einem Schutzfilm 14a bedeckt, der
aus einem Dielektrikum besteht, wie SiO und SiO2,
um die Spiegelüberzugsoberfläche vor
Feuchtigkeit und Staub zu schützen,
die Rost verursachen.
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Die 16 ist
ein Graph, der die Beziehung zwischen der Filmdicke des Schutzfilm 14a und
dem Reflexionsgrad zeigt, wenn Licht, das eine Wellenlänge von
780 nm hat, in den Polygonspiegel 14 eintritt, der den
Schutzfilm 14a hat, der aus SiO2 besteht. In
der 16 geben die einfach
gestrichelte Linie, die kurz gestrichelte Linie und die doppelt
gestrichelte Linie die Charakteristika an, wenn die Einfallswinkel
33 Grad, 66 Grad bzw. 90 Grad sind. Unter Beachtung des Versatzwinkels
ist der Einfallswinkel des Polygonspiegels 14 nicht kleiner
als 45 Grad. Durch Einstellen der Filmdicke des Schutzfilms 14a innerhalb
eines Bereichs zwischen 2500 Å,
was den maximalen Reflexionsgrad ergibt, wenn der Einfallswinkel 66 Grad
ist, und 2800 Å,
was den maximalen Reflexionsgrad ergibt, wenn der Einfallswinkel 33 Grad
ist, ist es möglich,
den maximalen Reflexionsgrad für
den Einfallswinkel zwischen 33 Grad und 66 Grad einzustellen.
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Als nächstes erklärt die folgende Beschreibung
einen Betrieb des Berechnens der Position und Größe des Indikators S durch das
Optikabtasttyp-Berührfeld
der vorliegenden Erfindung. Die 17 ist ein
schematisches Diagramm, das einen Zustand einer Implementierung
des Optikabtasttyp-Berühr feldes
zeigt. In der 17 ist
jedoch eine Darstellung der Bestandteilsglieder mit Ausnahme der
Optikeinheiten 1a, 1b, der Rekursionsreflexionsschicht 7 und des
Anzeigeschirms 10 weggelassen. Im übrigen zeigt die 17 ein Beispiel, bei welchem
ein Finger als der Indikator S verwendet wird.
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Die MPU 5 steuert die Polygonsteuerung 4, um
die jeweiligen Polygonspiegel 14 in den Optikeinheiten 1a und 1b zu
drehen, wodurch das Laserlicht von den jeweiligen Lichtemissionselementen 11 winkelmäßig abgetastet
wird. Als ein Ergebnis tritt das reflektierte Licht von der Rekursionsreflexionsschicht 7 in
die jeweiligen Lichtempfangselemente 13 ein. Die Menge
des empfangenen Lichts, das in die jeweiligen Lichtempfangselemente 13 eintritt,
wie oben angegeben ist, wird als die Lichtempfangssignale erhalten,
die die Ausgaben der Lichtempfangssignaldetektoren 3a und 3b sind.
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Ferner repräsentieren in der 17 θ00 und ϕ00 die Winkel
von der Abtastreferenzlinie zu den jeweiligen Lichtempfangselementen,
repräsentieren θ0 und ϕ0
die Winkel von der Abtastreferenzlinie zu den Enden der Rekursionsreflexionsschicht 7,
repräsentieren θ1 und ϕ1
die Winkel von der Abtastreferenzlinie zu einem Ende des Indikators
S auf der Referenzlinienseite, und repräsentieren θ2 und ϕ2 die Winkel von
der Abtastreferenzlinie zum anderen Ende des Indikators S auf der
entgegengesetzten Seite der Referenzseite. Hier entsprechen θ00 und ϕ00
dem oben angegebenen Winkel α; θ0 und ϕ0
dem oben angegebenen Winkel β;
und entsprechen (θ00
plus θ0) oder
(ϕ00 plus ϕ0) dem oben angegebenen Abtaststartwinkel δ.
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Wenn der Indikator S auf dem Optikpfad
des Abtastlichts an dem Anzeigeschirm 10 präsent ist, tritt
das Licht, das von den Optikeinheiten 1a und 1b projiziert
wird und dann von dem Indikator S reflektiert wird, nicht in die
jeweiligen Lichtempfangselemente 13 ein. Daher tritt in
einem Zustand, wie er in der 17 gezeigt
ist, das reflektierte Licht nicht in das Lichtempfangselement 13 in
der Optikeinheit 1a ein, wenn der Abtastwinkel in einem
Bereich zwischen 0° und θ0 ist, tritt
das reflektierte Licht in jenes Lichtempfangselement 13 ein,
wenn der Abtastwinkel in einem Bereich zwischen θ0 und θ1 ist, und tritt das reflektierte
Licht nicht in jenes Empfangselement 13 ein, wenn der Abtastwinkel
in einem Bereich zwischen θ1
und θ2
ist. Ähnlich
tritt das reflektierte Licht nicht in das Empfangselement 13 in
der Optikeinheit 1b ein, wenn der Abtastwinkel in einem
Bereich zwischen 0° und ϕ0
ist, tritt das reflektierte Licht in jenes Lichtempfangselement 13 ein,
wenn der Abtastwinkel in einem Bereich zwischen ϕ0 und ϕ1
ist, und tritt das reflektierte Licht nicht in jenes Lichtempfangselement 13 ein,
wenn der Abtastwinkel in einem Bereich zwischen ϕ1 und ϕ2
ist.
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Als nächstes erklärt die nachfolgende Beschreibung
einen Prozess des Berechnens einer Koordinate einer Zentralposition
(angegebene Position) des Indikators S (bei diesem Beispiel eines
Fingers) von Abschneidbereich, der in der oben angegebenen Weise
berechnet wurde. Zuerst wird eine Konversion eines Winkels in eine
orthogonale Koordinate basierend auf der Triangulation erklärt. Wie
in der 18 gezeigt ist,
ist die Position der Optikeinheit 1a als ein Ursprung O
eingestellt, sind die rechte Seite und obere Seite des Anzeigeschirms 10 als
die X-Achse und Y-Achse einge stellt, und ist die Länge der
Referenzlinie (der Abstand zwischen den Optikeinheiten 1a und 1b)
als L eingestellt. Außerdem
ist die Position der Optikeinheit 1b als B eingestellt.
Wenn ein Zentralpunkt P (Px, Py), der durch den Indikator S an dem Anzeigeschirm 10 angegeben
ist, unter Winkeln von θ und ϕ bezüglich der
X-Achse von den Optikeinheiten 1a und 1b positioniert
ist, können
die Werte der X-Koordinate Px und Y-Koordinate Py des Punkts P gemäß dem Prinzip
der Triangulation berechnet werden, wie durch Gleichungen (2) bzw.
(3) unten gezeigt ist.
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Px(θ, ϕ)
= (tanϕ) ÷ (tanθ + tanϕ) × L (2)
Py(θ, ϕ) = (tanθ·tanϕ) ÷ (tanθ + tanϕ) × L (3)
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Im übrigen werden, da der Indikator
S (Finger) Abmessungen hat, wenn der Detektionswinkel beim Timing
von Anstieg/Abfall des Detektionslichtempfangssignals angenommen
wird, wie in der 19 gezeigt
ist, vier Punkte (P1 bis P4 in der 19)
an dem Rand des Indikators S (Finger) detektiert. Diese vier Punkte
sind alle verschieden von dem angegebenen Zentralpunkt (Pc in der 19). Somit wird eine Koordinate
(Pcx, Pcy) des Zentralpunkts Pc folgendermaßen berechnet. Pcx und Pcy können ausgedrückt werden,
wie durch die folgenden Gleichungen (4) bzw. (5) gezeigt ist.
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Pcx(θ, ϕ)
= PCx(θ1
+ dθ/2, ϕ1
+ dϕ/2) (4)
Pcy(θ, ϕ) = Pcy(θ1 + dθ/2 , ϕ1
+ dϕ/2) (5)
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Dann kann durch Substituieren von θ1 + dθ/2 und ϕ1
+ dϕ/2 ausgedrückt
durch die Gleichungen (4) und (5) für θ und ϕ der Gleichungen
(2) und (3) oben die Koordinate des angegebenen Zentralpunktes Pc
erhalten werden.
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In dem oben angegebenen Beispiel
wird der Mittelwert des Winkels zuerst berechnet und dann in die
konvertierenden Gleichungen (1) und (2) der Triangulation substituiert,
um die Koordinate des Zentralpunktes als die angegebene Position
zu berechnen. Jedoch ist es auch möglich, die Koordinate des Zentralpunkts
Pc durch zuerst Berechnen der orthogonalen Koordinaten der vier
Punkte P1 bis P4 von dem Abtastwinkel gemäß dem konvertierenden Gleichungen
(2) und (3) der Triangulation zu berechnen und dann den Mittelwert
der berechneten Koordinatenwerte der vier Punkte zu berechnen. Außerdem ist es
auch möglich,
die Koordinate des Zentralpunkts Pc als die angegebene Position
durch Berücksichtigen
von Parallaxe und einfaches Betrachten der angegebenen Position
zu bestimmen.
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Übrigens
wird, wenn die Abtastwinkelgeschwindigkeit des jeweiligen Polygonspiegels 14 konstant
ist, die Information über
den Abtastwinkel durch Messen der Zeit erhalten. Die 20 ist ein Timing-Diagramm,
das die Beziehung zwischen dem Lichtempfangssignal von dem Lichtempfangssignaldetektor 3a und
dem Abtastwinkel θ und
der Abtastzeit T des Polygonspiegels 14 in der Optikeinheit 1a zeigt.
Wenn die Abtastwinkelgeschwindigkeit des Polygonspiegels 14 konstant
ist, wird, wenn die Abtastwinkelgeschwindigkeit durch ω, repräsentiert
wird, eine proportionale Beziehung, wie durch die Gleichung (6)
unten gezeigt ist, zwischen dem Abtastwinkel θ in der Abtastzeit T eingerichtet.
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θ =
w × T (6)
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Daher richten die Winkel θ1 und θ2 zur Zeit des
Abfallens und Ansteigens des Lichtempfangssignals die Beziehungen
ein, die durch die Gleichungen (7) und (8) unten gezeigt sind, mit
der Abtastzeit t1 und t2.
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θ1
= ω × t1 (7)
θ2 = ω × t2 (8)
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Somit ist es, wenn die Abtastwinkelgeschwindigkeit
der Polygonspiegel 14 konstant ist, möglich, den Abschneidebereich
und die Koordinatenposition des Indikators S (Finger) durch Verwenden
der Zeitinformation zu messen.
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Außerdem ist es bei dem Optikabtasttyp-Berührfeld der
vorliegenden Erfindung möglich,
die Größe (den
Durchmesser des Querschnitts) des Indikators S (Finger) von dem
gemessenen Abschneidebereich zu berechnen. Die 21 ist ein schematisches Diagramm, das
das Prinzip des Messens des Durchmessers des Querschnitts des Indikators
S zeigt. In der 21 repräsentieren
D1 und D2 Durchmesser von Querschnitten des Indikators S von den Optikeinheiten 1a bzw. 1b aus
betrachtet. Zuerst werden Abstände
Opc (r1) und BPc (r2) von den Positionen O (0, 0) und B (L, 0) der
Optikeinheiten 1a und 1b zu dem Zentralpunkt Pc
(Pcx, Pcy) des Indikators S berechnet, wie durch die Gleichungen
(9) und (10) unten gezeigt ist.
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Opc = r1 = (Pcx2 + Pcy2)1/2 (9)
BPc = r2 = {(L – Pcx)2 + Pcy2}1/2 (10)
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Da der Radius des Querschnittes des
Indikators S durch das Produkt des Abstandes des Zentralpunktes
und dem Sinus einer Hälfte
des Abschneidewinkels angenähert
werden kann, sind die Durchmesser D1 und D2 der Querschnitte gemäß den Gleichungen
(11) und (12) unten messbar.
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D1 = 2·r1·sin (dθ/2) = 2(Pcx2 + Pcy2)1/2·sin(dθ/2) (11)
D2 = 2·r2·sin(dϕ/2) = 2{(L·Pcx)2 + Pcy2}1/2·sin(dϕ/2) (12)
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Ferner ist es wenn dθ/2, dϕ/2 ≒ 0, möglich, sin(dθ/2) ≒ dθ/2 ≒ tan(dθ/2) und
sin(dϕ/2) ≒ dϕ/2 ≒ tan(dϕ/2)
anzunähern,
und daher können
dθ/2 oder tan(dθ/2), oder
dϕ/2 oder tan(dϕ/2) substituiert werden für sin(dθ/2) und
sin(dϕ/2) in den Gleichungen (11) und (12).
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Im übrigen kann bei dem obigen
Beispiel, obwohl der Aperturspiegel 15 als die Ablenkeinheit
verwendet wird, jegliches optisches Glied, das die Lichttransmissions-
und Lichtreflexionsfunktionen hat, verwendet werden, und es ist
möglich,
zum Beispiel einen Halbspiegel, Strahlteiler etc., zu verwenden.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Wie oben beschrieben ist, ist es
bei der vorliegenden Erfindung, da die Form der Ablenkeinheit asymmetrisch
in der Abtastrichtung und/oder der Vertikalrichtung über der
Optikachse ist, möglich,
den effektiven Lichtempfangsbereich für das Abtastlicht zu vergrößern und
den Lichtempfangssignalpegel zu verbessern, wodurch ein hohes S/N-Verhältnis erzielt wird.
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Außerdem ist es, da die Höhe der Ablenkeinheit
so arrangiert ist, dass sie dieselbe wie die Höhe der Optikabtasteinheit ist,
möglich,
eine unnötige Lichtempfangsoberfläche von
der Ablenkeinheit zu eliminieren und einen Empfang von Störlicht zu
verhindern, wodurch ein hohes S/N-Verhältnis
erzielt wird.
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Ferner ist es, da die Weite der Ablenkeinheit so
arrangiert ist, dass sie dieselbe wie die Abtastoberflächenöffnungsweite
der Optikabtasteinheit beim Abtasten des Diagonalabschnittes innerhalb
des vorbestimmten Bereiches ist, möglich, eine unnötige Lichtempfangsoberfläche von
der Ablenkeinheit zu eliminieren und einen Empfang von Störlicht zu
verhindern, wodurch ein hohes S/N-Verhältnis erzielt wird.
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Zusätzlich ist es, da die Optikglieder
angeordnet sind, um die oben angegebene Bedingung (1) zu erfüllen, möglich, Licht
zuverlässig
innerhalb des vorbestimmten Bereiches abzutasten und das reflektierte
Licht sicher zu empfangen.
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Im übrigen ist es, da die Optikabtasteinheit mit
einem Schutzfilm versehen ist, der bei einem Einfallswinkel entsprechend
einem Abtastwinkel, bei welchem die reflektierte Lichtmenge minimal
ist, den maximalen Reflexionsgrad ergibt, möglich, den Lichtempfangssignalpegel
beim Abtasten einer Position zu verbessern, wo die reflektierte
Lichtmenge minimal ist, wodurch ein hohes S/N-Verhältnis erzielt wird.