JP2000089903A

JP2000089903A - 光走査型タッチパネル

Info

Publication number: JP2000089903A
Application number: JP25556498A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Nakazawa; 文彦中沢; Satoshi Sano; 聡佐野; Nobuyasu Yamaguchi; 伸康山口; Yasuhide Iwamoto; 康秀岩本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1998-09-09
Publication date: 2000-03-31
Anticipated expiration: 2018-09-09
Also published as: JP3797803B2

Abstract

(57)【要約】【課題】指示物に伴う走査光の遮断範囲を検出するた
めのしきい値レベルを所望のタイミングで設定できる光
走査型タッチパネルを提供する。【解決手段】指示物Ｓが存在しない場合に、発光素子
１１ａ，１１ｂの発光動作を停止させ、その停止期間
に、走査光がオフである場合の受光素子１３ａ，１３ｂ
での受光結果に所定値を加算することにより、走査光の
遮断範囲を検出するための比較用基準信号（しきい値レ
ベル）を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータシス
テム等により情報が表示される表示装置の表示画面上で
の指示物の位置及び大きさを光学的に検出する光走査型
タッチパネルに関する。

【０００２】

【従来の技術】主としてパーソナルコンピュータ等のコ
ンピュータシステムの普及に伴って、コンピュータシス
テムにより情報が表示される表示装置の表示画面上を人
の指または特定の指示物により指示することにより、新
たな情報を入力したり、コンピュータシステムに対して
種々の指示を与えたりする装置が利用されている。

【０００３】このようなパーソナルコンピュータ等の表
示装置の表示画面に表示された情報に対してタッチ方式
にて入力操作を行う場合には、その表示画面上での接触
位置（指示位置）を高精度に検出する必要がある。この
ような座標面となる表示画面上の指示位置を検出する方
法として、「キャロル方式」（米国特許４，２６７，４
４３号）が知られている。この方法は、表示画面の前面
の枠に発光素子と受光素子とを対向配置させることによ
って表示画面の前面に光のマトリックスを構成し、指ま
たはペンの接触による光の遮断位置を検出している。こ
の方法では、高いＳ／Ｎが得られて大型の表示装置に適
用を拡張させることも可能であるが、発光素子及び受光
素子の配置間隔に検出の分解能が比例するので、検出の
分解能を高めるためにはその配置間隔を狭くする必要が
ある。従って、大画面に対してペン先等のような細い物
で接触した場合にもその接触位置を精度良く検出するた
めには、配置すべき発光素子及び受光素子の数が増大
し、構成が大嵩になると共に、信号処理も複雑になると
いう問題がある。

【０００４】また、他の光学的な位置検出方法が、特開
昭５７−２１１６３７号公報に開示されている。この方
法は、レーザ光線のような絞った光を表示画面の外側か
ら角度走査し、反射手段を有する専用ペンからの反射光
の２つのタイミングから専用ペンが存在する角度をそれ
ぞれ求め、求めた角度を三角測量の原理にあてはめて位
置座標を計算にて検出する。この方法では、部品点数を
大幅に削減でき、また、高い分解能を有することも可能
である。しかしながら、専用の反射ペンを利用しなけれ
ばならない等、操作性に問題があり、また、指，任意の
ペン等の位置は検出することができない。

【０００５】更に他の光学的な位置検出方法が、特開昭
６２−５４２８号公報に提案されている。この方法は、
表示画面の両側枠に光再帰性反射体を配置し、角度走査
したレーザ光線のこの光再帰性反射体からの戻り光を検
知し、指またはペンによって光線が遮断されるタイミン
グから指またはペンの存在角度を求め、求めた角度から
三角測量の原理にて位置座標を検出する。この方法で
は、部品点数が少なくて検出精度を維持でき、指，任意
のペン等の位置も検出できる。

【０００６】また、指，任意のペン等の位置だけでな
く、その大きさも検出するようにした光学的検出方法
を、本発明と同一出願人により特願平９−２５４２２０
号に提案している。この方法は、表示画面とほぼ平行な
面内でレーザ光を角度走査する少なくとも２つの光送受
信部を表示画面の隅に配置し、表示画面の少なくとも３
つの辺に沿って光再帰性反射体を設け、走査平面内の
指，ペン等の指示物による走査光の遮断範囲を計測し、
三角測量の原理にて走査平面内における指示物の位置を
算出すると共に、その指示物の大きさも算出する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】光を角度走査するよう
にした上述の３つの従来例では、複数の光反射面を持つ
ポリゴンミラーを回転させて光の角度走査を実現してい
る。そして、光の角度走査時での光再帰性反射体からの
戻り光を検知し、その検知レベルが所定のしきい値レベ
ルより小さい範囲を指またはペンによって光線が遮断さ
れる遮断範囲として検出する。この所定のしきい値レベ
ルの設定は、重要な処理であり、そのレベルを、受光系
のノイズ，使用環境等に応じて頻繁に変えることが、指
示物の位置または大きさの算出精度の向上に結びつく。

【０００８】ポリゴンミラーの光反射面の個数が少ない
場合には、光再帰性反射体からの戻り光がない期間が比
較的長いので、この戻り光がない期間を利用して、上記
しきい値レベルの設定を行うことができる。ところが、
走査効率を上げるためにポリゴンミラーの光反射面の個
数を多くした場合には、光再帰性反射体からの戻り光が
ない期間が短くなり、その期間内に上記しきい値レベル
の設定を行うことはできず、適切なしきい値レベルの設
定を適当なタイミングで行えないという問題がある。

【０００９】また、このような光走査型タッチパネルで
は、照明光のような外乱光の影響を受けることが多い。
しかしながら、従来例では、外乱光の状態を考慮するこ
となく算出動作を行っていて、適切な外乱光の環境であ
るか否かを判断しておらず、外乱光の誤差要因によって
正確な算出結果を得られないという問題がある。

【００１０】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、ポリゴンミラーの光反射面の個数を多くした場
合にあっても、走査光の遮断範囲を検出するためのしき
い値レベルを所望のタイミングで設定できる光走査型タ
ッチパネルを提供することを目的とする。

【００１１】本発明の他の目的は、外乱光の影響の程度
を検知でき、外乱光によって正確な算出結果が得られな
い事態を防止できる光走査型タッチパネルを提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る光走査型
タッチパネルは、所定領域と実質的に平行である面内で
光を角度走査する光走査部と、走査光の一部を受光する
受光素子と、前記所定領域に指示物で形成される走査光
の遮断位置を走査角度に対応した前記受光素子の出力に
基づいて計測する計測部とを備える光走査型タッチパネ
ルにおいて、走査光をオフする手段を設け、走査光がオ
フ状態にある場合の前記受光素子の受光出力レベルに基
づいて、前記計測部における前記受光素子の受光信号か
ら前記指示物による走査光の遮断位置を検出するための
比較用基準信号を生成するようにしたことを特徴とす
る。

【００１３】請求項１の光走査型タッチパネルでは、走
査光をオフとして、そのオフ期間に、走査光がオフであ
る場合の受光素子での受光結果に基づいて、走査光の遮
断位置を検出するための比較用基準信号（しきい値レベ
ル）を設定する。よって、その比較用基準信号（しきい
値レベル）を所望のタイミングで設定できる。

【００１４】請求項２に係る光走査型タッチパネルは、
請求項１において、指示物の存在の有無を検出する検出
手段を更に備え、該検出手段にて指示物がないと判断さ
れた場合に、走査光をオフして、前記比較用基準信号を
生成するようにしたことを特徴とする。

【００１５】請求項２の光走査型タッチパネルでは、指
示物がないと判断された場合に、走査光をオフして比較
用基準信号（しきい値レベル）を設定する。よって、指
示物の位置，大きさの算出動作に支障をきたすことな
く、比較用基準信号（しきい値レベル）を設定できる。

【００１６】請求項３に係る光走査型タッチパネルは、
請求項１において、所定時間を計時するタイマを更に備
え、該タイマが前記所定時間を計時する間に、走査光を
オフするようにしたことを特徴とする。

【００１７】請求項３の光走査型タッチパネルでは、所
定時間の間に、走査光をオフして比較用基準信号（しき
い値レベル）を設定する。よって、指示物の位置，大き
さの算出動作に支障をきたすことなく、比較用基準信号
（しきい値レベル）を設定できる。

【００１８】請求項４に係る光走査型タッチパネルは、
所定領域と実質的に平行である面内で光を角度走査する
光走査部と、走査光の一部を受光する受光素子と、前記
所定領域に指示物で形成される走査光の遮断位置を走査
角度に対応した前記受光素子の出力に基づいて計測する
計測部とを備える光走査型タッチパネルにおいて、走査
光をオフする手段と、所定時間を計時するタイマと、該
タイマで計時される前記所定時間走査光をオフして前記
光走査部を作動させた場合における前記受光素子での受
光結果の最大値と最小値との差を演算する演算手段と、
該演算手段にて演算された差と所定の基準値とを比較す
る比較手段とを備えることを特徴とする。

【００１９】請求項４の光走査型タッチパネルでは、所
定時間にわたって走査光をオフして光走査部を作動さ
せ、その間の受光素子での受光結果の最大値と最小値と
の差を求め、求めた差を所定の基準値と比較する。この
差が大きい場合には外乱光の影響が大きく、この差が小
さい場合には外乱光の影響が小さいと考えられる。よっ
て、上記差を求めて基準値と比較することにより、外乱
光の影響の程度を検知できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明
の光走査型タッチパネルの基本構成を示す模式図であ
る。

【００２１】図１において参照符号１０は、パーソナル
コンピュータ等の電子機器におけるＣＲＴまたはフラッ
トディスプレイパネル（ＰＤＰ，ＬＣＤ，ＥＬ等），投
射型映像表示装置等の表示画面であり、本実施の形態で
は横方向９２．０ｃｍ×縦方向５１．８ｃｍで対角１０
５．６ｃｍの表示寸法を有するＰＤＰ（プラズマディス
プレイ）の表示画面として構成されている。

【００２２】例えば指，ペン等である指示物（遮断物）
Ｓによりタッチするための目標区域として規定された平
面の範囲であるこの長方形の表示画面１０の一つの短辺
（本実施の形態では右側の辺）の両隅の外側には、発光
素子，受光素子，ポリゴンミラー等を含む光学系を内部
に有する光送受ユニット１ａ，１ｂがそれぞれ設けられ
ている。また、表示画面１０の右側の辺を除く３辺、つ
まり、上下両側の辺及び左側の辺の外側には再帰性反射
シート７が設けられている。これらの部品は筐体の前面
側に設置されている図示しない庇状の遮蔽体により遮蔽
された状態で配置されている。

【００２３】なお、参照符号７０は光遮蔽部材である。
この光遮蔽部材７０は、両光送受ユニット１ａ，１ｂ間
で直接光が入射されないように、具体的には光送受ユニ
ット１ａから投射された光が光送受ユニット１ｂへ入射
されないように、また逆に光送受ユニット１ｂから投射
された光が光送受ユニット１ａへ入射されないように、
両光送受ユニット１ａ，１ｂを結ぶ線上に設けられてい
る。またこの光遮蔽部材７０は、光の反射率が実用上”
０”である物体で、再帰性反射シート７の高さとほぼ同
じ程度の高さに構成されている。

【００２４】図２は、光送受ユニット１ａ，１ｂの内部
構成及び光路を示す模式図である。両光送受ユニット１
ａ，１ｂは、赤外線レーザ光を出射するレーザダイオー
ドからなる発光素子１１ａ，１１ｂと、発光素子１１
ａ，１１ｂからのレーザ光を平行光にするためのコリメ
ータレンズ１２ａ，１２ｂと、再帰性反射シート７から
の反射光を受光する受光素子１３ａ，１３ｂと、受光素
子１３ａ，１３ｂに入射される表示画面，照明灯等から
の外部光の可視光成分を遮断する可視光カットフィルタ
１４ａ，１４ｂと、反射光を受光素子１３ａ，１３ｂに
導くためのビームスプリッタ１５ａ，１５ｂと、発光素
子１１ａ，１１ｂからのレーザ光を角度走査するための
例えば４角柱状のポリゴンミラー１６ａ，１６ｂとを有
する。

【００２５】ポリゴンミラー１６ａ，１６ｂの回転によ
り、９０度以上の光の角度走査を実現する。受光素子１
３ａ，１３ｂは、各１走査の開始時点においてポリゴン
ミラー１６ａ，１６ｂから走査されたレーザ光を受光す
ることにより、同期信号のタイミングを決定し、ポリゴ
ンミラー１６ａ，１６ｂの回転速度の補正のための情報
の生成に利用される。

【００２６】発光素子１１ａ，１１ｂから出射されたレ
ーザ光は、コリメータレンズ１２ａ，１２ｂにて平行光
にされ、後述するビームスプリッタ１５ａ，１５ｂを通
過した後、ポリゴンミラー１６ａ，１６ｂの回転によっ
て表示画面１０と実質的に平行である面内を角度走査さ
れて再帰性反射シート７に投射される。そして、再帰性
反射シート７からの反射光が、ポリゴンミラー１６ａ，
１６ｂ及びビームスプリッタ１５ａ，１５ｂにて反射さ
れた後、可視光カットフィルタ１４ａ，１４ｂを通っ
て、受光素子１３ａ，１３ｂに入射される。但し、投射
光の光路に指示物Ｓが存在する場合には投射光が遮断さ
れるため、反射光は受光素子１３ａ，１３ｂに入射され
ることはない。

【００２７】各光送受ユニット１ａ，１ｂには、発光素
子１１ａ，１１ｂを駆動する発光素子駆動回路２ａ，２
ｂと、受光素子１３ａ，１３ｂの受光量を電気信号に変
換する受光信号検出回路３ａ，３ｂと、ポリゴンミラー
１６ａ，１６ｂの動作を制御するポリゴン制御回路４と
が接続されている。また、参照符号５は指示物Ｓの位
置，大きさを算出すると共に、装置全体の動作を制御す
るＭＰＵであり、６はＭＰＵ５での算出結果等を表示す
る表示装置である。

【００２８】このような本発明の光走査型タッチパネル
においては、図１に示されているように、例えば光送受
ユニット１ｂに関して説明すると、光送受ユニット１ｂ
からの投射光は、受光素子１３ｂに直接入射する走査開
始位置から光遮蔽部材７０により遮蔽される位置を経て
図１上で反時計方向回りに走査され、再帰性反射シート
７の先端部分で反射される位置（Ｐｓ）に至る。そし
て、指示物Ｓの一端に至る位置（Ｐ１）に至るまでは再
帰性反射シート７により反射されるが、指示物Ｓの他端
に至る位置（Ｐ２）までの間は指示物Ｓによって遮断さ
れ、その後の走査位置（Ｐｅ）に至るまでは再帰性反射
シート７により反射される。

【００２９】但し、光送受ユニット１ａでは、図１上で
時計方向回りに光の走査が行われる。ここで、光送受ユ
ニット１ａは図１上で時計方向回りに表示画面１０の下
辺側を走査開始方向とし、逆に光送受ユニット１ｂは図
１上で反時計回り方向に表示画面１０の上辺側を走査開
始方向とする理由について説明する。

【００３０】光送受ユニット１ｂの場合には、表示画面
１０の上辺側または左辺側のいずれを走査開始方向とし
てもよいが、光送受ユニット１ｂから見た場合、表示画
面１０の上辺の方が下辺よりも距離的に近いために反射
光量が大であること、及び再帰性反射シート７の反射面
が表示画面１０の上辺ではほぼ直角であるために反射光
量が大であることにより、表示画面１０の上辺側を走査
開始方向としている。換言すれば、光送受ユニット１ｂ
の場合に表示画面１０の下辺側を走査開始方向とする
と、表示画面１０の下辺の方が上辺よりも距離的に遠い
ため、走査開始時点の反射光量が小さくなり、また再帰
性反射シート７の反射面が湾曲しているために反射光量
が小さくなる。但し、再帰性反射シート７の湾曲に関し
ては本質的な問題ではなく、湾曲させないような構成を
採ることも勿論可能である。

【００３１】ところで、図１に示されているように、再
帰性反射シート７は両光送受ユニット１ａ，１ｂが配置
されている辺を開口部とし、表示画面１０を囲むように
して”Ｕ”字状に配置されている。更に、参照符号７
ａ，７ｂにて示されているように、両光送受ユニット１
ａ，１ｂから再帰性反射シート７への光の投射角度が小
さくなる部分、具体的には両光送受ユニット１ａ，１ｂ
が配置されている辺と直交する２辺（図１上では上側の
辺と下側の辺）の両光送受ユニット１ａ，１ｂから遠い
部分には鋸歯状に再帰性反射シートが設置されている。

【００３２】このような再帰性反射シートの鋸歯状部分
７ａ，７ｂにより、例えば光送受ユニット１ｂからの投
射光はＰｓの位置から再帰性反射シートの鋸歯状部分７
ｂの一端の位置Ｐ３まで走査が進むに伴って再帰性反射
シート７への入射角度が次第に小さくなるため反射光量
もそれに伴って低下する。しかし、再帰性反射シートの
鋸歯状部分７ｂの一端の位置Ｐ３から他端の位置Ｐ４ま
での間は再帰性反射シートの鋸歯状部分７ｂにほぼ直角
に入射するので再帰性反射率のそれ以上の低下が回避さ
れる。

【００３３】図３は、ＭＰＵ５と他の回路との関係を示
すブロック図である。ポリゴン制御回路４は、ポリゴン
ミラー１６ａ，１６ｂを回転させるパルスモータ２１
と、パルスモータ２１を駆動するパルスモータ駆動回路
２２とを有する。

【００３４】ＭＰＵ５は、発光素子駆動回路２ａ，２ｂ
に駆動制御信号を送り、その駆動制御信号に応じて発光
素子駆動回路２ａ，２ｂが駆動されて、発光素子１１
ａ，１１ｂの発光動作が制御される。そして、オフ信号
がＭＰＵ５から発光素子駆動回路２ａ，２ｂへ出力され
ている間は、発光素子１１ａ，１１ｂの発光動作が停止
されて発光素子１１ａ，１１ｂからレーザ光が出射され
ないようになっている。

【００３５】受光信号検出回路３ａ，３ｂは、受光素子
１３ａ，１３ｂでの反射光の受光信号をＭＰＵ５へ送
る。ＭＰＵ５は、受光素子１３ａ，１３ｂからの受光信
号に基づいて、指示物Ｓの位置，大きさを算出し、その
算出結果を表示装置６に表示する。なお、表示装置６は
表示画面１０を兼用することも可能である。また、ＭＰ
Ｕ５は、受光素子１３ａ，１３ｂからの受光信号に基づ
いて光走査開始のタイミングを検出する。更に、ＭＰＵ
５は、パルスモータ２１を駆動するための駆動制御信号
をパルスモータ駆動回路２２へ送る。

【００３６】ＭＰＵ５は、指示物Ｓの位置，大きさの算
出手順のアルゴリズム等を記憶しておく読出し専用メモ
リ（ＲＯＭ）２５と、前記算出手順の中途の値、指示物
Ｓの位置，大きさの算出値、走査光の遮断範囲を計測す
るためのしきい値等を記憶する書き込み可能なメモリ
（ＲＡＭ）２６と、検出した光走査開始のタイミングか
ら所定時間を計時するタイマ２７とを内蔵している。

【００３７】図４は受光信号検出回路３ａの構成例を示
すブロック図である。なお、受光信号検出回路３ｂも受
光信号検出回路３ａと同様の構成であり、必要な場合に
は参照符号の末尾の「ａ」を「ｂ」に代えて説明する。

【００３８】受光素子１３ａは受光量を電流値に比例さ
せた受光信号として出力するため、電流／電圧（Ｉ／
Ｖ）変換器３０ａにより受光素子１３ａからの出力信号
（電流）を電圧信号に変換する。電流／電圧変換器３０
ａから出力される電圧信号はローパスフィルタ３１ａを
通過してアンプ３２ａからコンパレータ３３ａの一方の
入力端子に比較対象の信号として入力される。このコン
パレータ３３ａの出力は第１タイマ３４ａに入力されて
おり、その出力はＭＰＵ５に入力されている。アンプ３
２ａの出力はまたＡ／Ｄ変換器３６ａにも与えられてお
り、デジタル信号に変換されてＭＰＵ５に入力される。
なお、コンパレータ３３ａの他方の入力端子には、ＭＰ
Ｕ５から出力されたデジタル信号がＤ／Ａ変換器３５ａ
によりアナログ信号に変換されて比較のしきい値Ｒｅｆ
として入力される。このしきい値Ｒｅｆは、後述するよ
うにしてＭＰＵ５で設定される。

【００３９】更に、ローパスフィルタ３１ａの出力はア
ンプ３７ａを介してコンパレータ３８ａの一方の入力端
子に比較対象の信号として入力されている。このコンパ
レータ３８ａの出力は第２タイマ３９ａに入力されてお
り、その出力はＭＰＵ５に入力されている。なお、コン
パレータ３８ａの比較のしきい値ＴＨはタイミング検出
時の最高出力と指示位置検出時の最高出力との間の適宜
のレベルに設定されている。

【００４０】このような構成の受光信号検出回路３ａ
（３ｂも同一）及びＭＰＵ５の動作について説明する。
コンパレータ３８ａにおける比較のしきい値ＴＨは、タ
イミング検出時の最高出力と指示位置検出時の最高出力
との間のレベルであるので、コンパレータ３８ａは、受
光素子１３ａがポリゴンミラー１６ａからの直接反射光
を受光している期間においてのみ信号”１”を出力し、
それ以外の期間においては信号”０”を出力する。従っ
て、このコンパレータ３８ａの出力信号が”０”から”
１”に立ち上がるタイミングが、光走査開始のタイミン
グとなる。

【００４１】第２タイマ３９ａは、コンパレータ３８ａ
の出力信号が”０”から”１”に立ち上がるタイミング
（光走査開始のタイミング）で計時動作を開始し、次
の”０”から”１”に立ち上がるタイミング（光走査開
始のタイミング）まで計時動作を継続する。即ち、第２
タイマ３９ａは、光走査開始のタイミング毎にリセット
されることになり、その計測結果はＭＰＵ５に出力され
る。このように、第２タイマ３９ａにて、コンパレータ
３８ａの出力信号が”０”から”１”に立ち上がる時間
間隔（光走査開始から次の光走査開始までの時間間隔）
を計時することにより、ポリゴンミラー１６ａの回転状
態をモニタできる。

【００４２】アンプ３２ａの出力はＡ／Ｄ変換器３６ａ
によりデジタル信号に変換されてＭＰＵ５に入力される
ので、ＭＰＵ５はある一定期間における受光素子１３ａ
の出力信号をデジタル信号としてモニタすることが可能
である。

【００４３】ＭＰＵ５は、Ｄ／Ａ変換器３５ａへデジタ
ル信号を出力してアナログ信号に変換した上でコンパレ
ータ３３ａの他方の入力端子に比較のしきい値Ｒｅｆを
与えることが可能である。そして、コンパレータ３３ａ
は、アンプ３２ａの出力とＭＰＵ５から与えられるしき
い値Ｒｅｆとを比較し、アンプ３２ａの出力がしきい値
以上である場合に”１”を出力し、そうでない場合に”
０”を出力する。第１タイマ３４ａは、このコンパレー
タ３３ａからの”１”出力及び”０”出力の継続時間を
計時し、その計時結果をＭＰＵ５へ出力する。

【００４４】次に、本発明の光走査型タッチパネルによ
る指示物Ｓの位置，大きさの算出動作について説明す
る。図５は、光走査型タッチパネルの実施状態を示す模
式図である。但し、図５では光送受ユニット１ａ，１
ｂ、再帰性反射シート７，表示画面１０以外の構成部材
は図示を省略している。また、指示物Ｓとして指を用い
た場合を示している。

【００４５】ＭＰＵ５はポリゴン制御回路４を制御する
ことにより、光送受ユニット１ａ，１ｂ内のポリゴンミ
ラー１６ａ，１６ｂを回転させて、発光素子１１ａ，１
１ｂからのレーザ光を角度走査する。この結果、再帰性
反射シート７からの反射光が受光素子１３ａ，１３ｂに
入射する。このようにして受光素子１３ａ，１３ｂに入
射した光の受光量は受光信号検出回路３ａ，３ｂの出力
である受光信号として得られる。

【００４６】なお、図５において、θ00，φ00は両光送
受ユニット１ａ，１ｂを結ぶ基準線から発光素子１１
ａ，１１ｂからのレーザ光がポリゴンミラー１６ａ，１
６ｂで直接反射して受光素子１３ａ，１３ｂに入射する
角度を、θ０，φ０は両光送受ユニット１ａ，１ｂを結
ぶ基準線から再帰性反射シート７の端部までの角度を、
θ１，φ１は基準線から指示物Ｓの基準線側端部までの
角度を、θ２，φ２は基準線から指示物Ｓの基準線と逆
側端部までの角度をそれぞれ示している。

【００４７】図６（ａ）に、指示物Ｓが存在しない場合
の受光素子１３ａによる受光信号の波形及びコンパレー
タ３３ａにおけるしきい値Ｒｅｆの波形を示し、図６
（ｂ）に、そのときのコンパレータ３３ａによる比較出
力信号の波形を示す。なお、光送受ユニット１ｂの場合
もこれと同様である。

【００４８】走査角度がθ00（φ00) において受光素子
１３ａ（１３ｂ）が発光素子１１ａ（１１ｂ）から直接
受光する。この状態はコンパレータ３８ａの出力信号
が”０”から”１”に変化するタイミングとして検出さ
れ、更に第２タイマ３９ａによってその周期が計時され
る。これによってＭＰＵ５は、ポリゴンミラー１６ａ
（１６ｂ）の回転周期をモニタ出来るので、それを回転
させているパルスモータ２１の回転の補正を、必要に応
じてポリゴン制御回路４を制御することにより行う。ま
た、ＭＰＵ５内のタイマ２７によって、光走査開始から
所定の経過時間が計時される。

【００４９】なお、本実施の形態のようにポリゴンミラ
ー１６ａ（１６ｂ）が４面の正多角形である場合には、
第２タイマ３９ａが計時する１周期においてポリゴンミ
ラー１６ａ（１６ｂ）が１／４回転したことになる。

【００５０】走査光の光路に指示物Ｓが存在しない場合
には、図６（ａ）に示されているθ00（φ00) のタイミ
ングにおいて、受光素子１３ａ（１３ｂ）への直接の入
射に続いて再帰性反射シート７からの反射光が受光素子
１３ａ（１３ｂ）に入射する。再帰性反射シート７から
の反射光量は、図６（ａ）に示されているように、最初
のθ０（φ０) の角度において再帰性反射シート７の最
も近い部分からの反射光を受光するため最大となり、そ
の後は漸減しつつ再帰性反射シート７の最も遠い対角線
方向の隅部で一旦最小となり、その後は漸増して９０°
の角度において最低となって１周期の走査が終了する。

【００５１】ところで、コンパレータ３３ａにしきい値
Ｒｅｆが設定されると、ＭＰＵ５は、コンパレータ３３
ａの出力信号が”１”である、換言すればコンパレータ
３３ａへの入力信号のレベルがしきい値Ｒｅｆ以上であ
る時間を計時した第１タイマ３４ａの計時結果を入力す
る。装置が正常である場合には、受光素子１３ａへの直
接入射光に起因する比較的短時間の”１”出力と再帰性
反射シート７からの反射光に起因する比較的長時間の”
１”出力とがコンパレータ３３ａの出力信号として得ら
れる。しかし、受光素子１３ａへの直接入射光に起因す
る比較的短時間の”１”出力は第２タイマ３９ａによる
計時周期と同期しているので、図６（ｂ）に示されてい
るように、ＭＰＵ５は再帰性反射シート７からの反射光
に起因する比較的長時間の”１”出力の継続時間のみを
計測時間としてＲＡＭ２６に記憶する。

【００５２】図７（ａ）に、指示物Ｓが存在する場合の
受光素子１３ａによる受光信号の波形及びコンパレータ
３３ａにおけるしきい値Ｒｅｆの波形を示し、図７
（ｂ）に、そのときのコンパレータ３３ａによる比較出
力信号の波形を示す。なお、光送受ユニット１ｂの場合
もこれと同様である。

【００５３】表示画面１０上の走査光の光路に指示物Ｓ
が存在する場合には、光送受ユニット１ａ，１ｂから投
射された光の指示物Ｓからの反射光は受光素子１３ａ，
１３ｂに入射されない。従って、図５に示されているよ
うな状態では，走査角度が０°からθ０までの間では受
光素子１３ａには反射光は入射されず、走査角度がθ０
からθ１までの間では受光素子１３ａに反射光が入射さ
れ、走査角度がθ１からθ２までの間では受光素子１３
ａに反射光が入射されない。同様に、走査角度が０°か
らφ０までの間では受光素子１３ｂには反射光は入射さ
れず、走査角度がφ０からφ１までの間では受光素子１
３ｂに反射光が入射され、走査角度がφ１からφ２まで
の間では受光素子１３ｂに反射光が入射されない。

【００５４】このような角度は、図７（ａ），（ｂ）に
示すような受光信号のレベルとしきい値Ｒｅｆとの比較
結果、言い換えると受光信号の立ち上がりまたは立ち下
がりのタイミングから求められる（図８（ａ），（ｂ）
参照）。従って、指示物Ｓとしての人の指による遮断範
囲を、ｄθ＝θ２−θ１，ｄφ＝φ２−φ１として求め
ることができる。

【００５５】なお、θ00及びφ00とθ０及びφ０とは、
両光送受ユニット１ａ，１ｂを結ぶ基準線と受光素子１
３ａ，１３ｂとの位置関係及び再帰性反射シート７の端
部の位置関係から既知であることは言うまでもない。

【００５６】ここで、本発明の光走査型タッチパネルに
よる走査光の遮断範囲を検出するためのしきい値Ｒｅｆ
の設定動作について説明する。

【００５７】光走査にあってしきい値Ｒｅｆを下回る受
光レベルを検出しない場合、つまり、指示物Ｓがないと
判断された場合、タイマ２７が計時する所定時間の間
に、ＭＰＵ５から発光素子駆動回路２ａ（２ｂ）へオフ
信号を出力して、発光素子１１ａ（１１ｂ）の発光動作
を停止させる。そして、この間にＭＰＵ５は、Ａ／Ｄ変
換器３６ａを介して入力される受光素子１３ａ（１３
ｂ）の受光出力に所定の値（マージン電圧）を加算し、
そのデジタル加算値をＤ／Ａ変換器３５ａへ出力する。
Ｄ／Ａ変換器３５ａは、ＭＰＵ５から出力されたデジタ
ル信号をアナログ信号に変換してコンパレータ３３ａに
よる比較出力のためのしきい値（基準電圧）Ｒｅｆとし
て設定する。なお、このマージン電圧は、受光系におけ
るノイズに伴う受光量のゆらぎ、Ａ／Ｄ変換時のデジタ
リング誤差、蓄積された時系列の受光データ等に基づい
て決定される。

【００５８】また、ＭＰＵ５は以下のような動作を行っ
て、光走査型タッチパネルの算出動作に対する外乱光の
影響の程度を検知する。タイマ２７が計時する所定時間
の間に、ＭＰＵ５から発光素子駆動回路２ａ（２ｂ）へ
オフ信号を出力して発光素子１１ａ（１１ｂ）の発光動
作を停止させた状態で、ポリゴンミラー１６ａ（１６
ｂ）を回転させる。そして、この間において、Ａ／Ｄ変
換器３６ａを介して入力される受光素子１３ａ（１３
ｂ）の受光出力における最大値と最小値とを、ＭＰＵ５
で検出する。この最大値と最小値との差を求め、その差
を基準値と比較し、その比較結果を出力する。

【００５９】上記最大値と最小値との差が大きい場合に
は、光走査型タッチパネルの算出動作に大きな影響を与
える外乱光（照明灯等）が存在し、その差が小さい場合
には、その算出動作に大きな影響を与える外乱光は存在
しないと言える。よって、例えば、前記基準値として上
記マージン電圧を採用する場合、その基準値（マージン
電圧）よりその差が大きいときには、光走査型タッチパ
ネルを使用できないような外乱光の環境であると判断
し、一方、その基準値（マージン電圧）よりその差が小
さいときには、光走査型タッチパネルを使用できる外乱
光の環境であると判断する。よって、その差と基準値
（マージン電圧）との比較結果を出力することにより、
光走査型タッチパネルが使用可能環境であるか否かを容
易に判別できる。

【００６０】次に、このようにして求めた遮断範囲か
ら、指示物Ｓ（本例では指）の中心位置（指示位置）の
座標を求める処理について説明する。まず、三角測量に
基づく角度から直交座標への変換を説明する。図９に示
すように、光送受ユニット１ａの位置を原点Ｏ、表示画
面１０の右辺，上辺をＸ軸，Ｙ軸に設定し、基準線の長
さ（光送受ユニット１ａ，１ｂ間の距離）をＬとする。
また、光送受ユニット１ｂの位置をＢとする。表示画面
１０上の指示物Ｓが指示した中心点Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）
が、光送受ユニット１ａ，１ｂからＸ軸に対してθ，φ
の角度でそれぞれ位置している場合、点ＰのＸ座標Ｐ
ｘ，Ｙ座標Ｐｙの値は、三角測量の原理により、それぞ
れ以下の（１），（２）式のように求めることができ
る。

【００６１】Ｐｘ＝（ｔａｎφ）÷（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）×Ｌ …（１）Ｐｙ＝（ｔａｎθ・ｔａｎφ）÷（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）×Ｌ …（２）

【００６２】ところで、指示物Ｓ（指）には大きさがあ
るので、検出した受光信号の立ち上がり／立ち下がりの
タイミングでの検出角度を採用した場合、図１０に示す
ように、指示物Ｓ（指）のエッジ部の４点（図１０のＰ
１〜Ｐ４）を検出することになる。これらの４点は何れ
も指示した中心点（図１０のＰｃ）とは異なっている。
そこで、以下のようにして中心点Ｐｃの座標（Ｐｃ
ｘ，Ｐｃｙ）を求める。Ｐｘ＝Ｐｘ（θ，φ），Ｐｙ＝
Ｐｙ（θ，φ）とした場合に、Ｐｃｘ，Ｐｃｙは、それ
ぞれ以下の（３），（４）式のように表せる。

【００６３】Ｐｃｘ＝Ｐｃｘ（θ１＋ｄθ／２，φ１＋ｄφ／２） …（３）Ｐｃｙ＝Ｐｃｙ（θ１＋ｄθ／２，φ１＋ｄφ／２） …（４）

【００６４】そこで、（３），（４）式で表されるθ１
＋ｄθ／２，φ１＋ｄφ／２を上記（１），（２）式の
θ，φとして代入することにより、指示された中心点Ｐ
ｃの座標を求めることができる。

【００６５】なお、上述した例では、最初に角度の平均
値を求め、その角度の平均値を三角測量の変換式
（１），（２）に代入して、指示位置である中心点Ｐｃ
の座標を求めるようにしたが、最初に三角測量の変換式
（１），（２）に従って走査角度から４点Ｐ１〜Ｐ４の
直交座標を求め、求めた４点の座標値の平均を算出し
て、中心点Ｐｃの座標を求めるようにすることも可能で
ある。また、視差、及び、指示位置の見易さを考慮し
て、指示位置である中心点Ｐｃの座標を決定することも
可能である。

【００６６】ところで、前述したように、ポリゴンミラ
ー１６ａ，１６ｂの回転角速度が一定であるので、時間
を計時することにより走査角度の情報を得ることができ
る。図１１は、受光信号検出回路３ａからの受光信号
と、ポリゴンミラー１６ａの走査角度θ及び走査時間Ｔ
との関係を示すタイミングチャートである。ポリゴンミ
ラー１６ａの走査角速度が一定である場合、その走査角
速度をωとすると、走査角度θ及び走査時間Ｔには、下
記（５）式に示すような比例関係が成り立つ。 θ＝ω×Ｔ …（５）

【００６７】よって、受光信号の立ち下がり，立ち上が
り時の角度θ１，θ２は、それぞれの走査時間ｔ１，ｔ
２と下記（６），（７）式の関係が成り立つ。 θ１＝ω×ｔ１ …（６） θ２＝ω×ｔ２ …（７）

【００６８】従って、ポリゴンミラー１６ａ，１６ｂの
走査角速度が一定である場合には、時間情報を用いて、
指示物Ｓ（指）の遮断範囲及び座標位置を計測すること
が可能である。

【００６９】また、本発明の光走査型タッチパネルで
は、計測した遮断範囲から指示物Ｓ（指）の大きさ（断
面長）を求めることも可能である。図１２は、この断面
長計測の原理を示す模式図である。図１２において、Ｄ
１，Ｄ２はそれぞれ光送受ユニット１ａ，１ｂから見た
指示物Ｓの断面長である。まず、光送受ユニット１ａ，
１ｂの位置Ｏ（０，０），Ｂ（Ｌ，０）から指示物Ｓの
中心点Ｐｃ（Ｐｃｘ，Ｐｃｙ）までの距離ＯＰｃ（ｒ
１），ＢＰｃ（ｒ２）が、下記（８），（９）式の如く
求められる。

【００７０】ＯＰｃ＝ｒ１＝（Ｐｃｘ²＋Ｐｃｙ²）^1/2 …（８）ＢＰｃ＝ｒ２＝｛（Ｌ−Ｐｃｘ）²＋Ｐｃｙ²｝^1/2 …（９）

【００７１】断面長は距離と遮断角度の正弦値との積で
近似できるので、各断面長Ｄ１，Ｄ２は、下記（１
０），（１１）式に従って計測可能である。

【００７２】Ｄ１＝ｒ１・ｓｉｎｄθ ＝（Ｐｃｘ²＋Ｐｃｙ²）^1/2・ｓｉｎｄθ …（１０）Ｄ２＝ｒ２・ｓｉｎｄφ ＝｛（Ｌ−Ｐｃｘ）²＋Ｐｃｙ²｝^1/2・ｓｉｎｄφ …（１１）

【００７３】なお、θ，φ≒０である場合には、ｓｉｎ
ｄθ≒ｄθ≒ｔａｎｄθ，ｓｉｎｄφ≒ｄφ≒ｔａｎｄ
φと近似できるので、（１０），（１１）式においてｓ
ｉｎｄθ，ｓｉｎｄφの代わりに、ｄθまたはｔａｎｄ
θ，ｄφまたはｔａｎｄφとしても良い。

【００７４】次に、発光素子１１ａ，１１ｂの発光のオ
ン・オフ制御の動作について説明する。本発明の光走査
型タッチパネルでは、光走査が停止した場合、または、
光走査速度が遅い場合には、発光素子１１ａ，１１ｂの
発光動作を停止して、レーザ光の連続照射に伴うオペレ
ータの肉体への危害を回避できるようにしている。

【００７５】電源投入時のような光走査型タッチパネル
の起動時には、パルスモータ２１によって回転されるポ
リゴンミラー１６ａ，１６ｂの回転数が定常回転数に達
するまでに一定の時間を要する。よって、オペレータの
安全性を考慮して、ポリゴンミラー１６ａ，１６ｂが定
常回転数に達した後に、発光素子１１ａ，１１ｂをオン
とする。その後、第２タイマ３９ａにて得られる走査開
始タイミングの間隔の測定結果に基づいて、光走査速度
をＭＰＵ５で監視する。そして、その光走査速度が所定
速度よりも小さくなった場合、具体的には、第２タイマ
３９ａで得られる測定結果が所定値よりも大きくなった
場合には、発光素子駆動回路２ａ，２ｂへオフ信号をＭ
ＰＵ５から出力して、発光素子１１ａ，１１ｂの発光動
作を停止させる。よって、レーザ光の走査速度が遅くな
った場合に、レーザ光が連続的にオペレータに照射され
ることを防止して、オペレータの安全性を確保する。

【００７６】但し、光走査型タッチパネルの製造時等で
は、光学系の調整が必要となるので、パルスモータ２１
を停止させて走査を中断したまま発光素子１１ａ，１１
ｂを発光させる必要がある。そこで、本発明の光走査型
タッチパネルでは、上述したような動作モード（走査速
度が遅い場合にレーザ光をオフとする機能）を行うか否
かを選択できるスイッチを設けている。このスイッチの
切り換え動作により、走査速度が所定速度より遅い場合
にレーザ光をオフとする動作モードと走査速度が遅くて
もレーザ光をオフとしない動作モードとを、状況に応じ
て使い分けることが可能である。

【００７７】

【発明の効果】以上のように、本発明の光走査型タッチ
パネルでは、走査光をオフとして、そのオフ期間に、走
査光がオフである場合の受光素子での受光結果に基づい
て走査光の遮断位置を検出するための比較用基準信号
（しきい値レベル）を設定するようにしたので、その比
較用基準信号（しきい値レベル）を所望のタイミングで
設定できる。

【００７８】また、本発明の光走査型タッチパネルで
は、指示物がないと判断された場合に、所定時間の間に
走査光をオフして、上記のような比較用基準信号（しき
い値レベル）の設定処理を行うようにしたので、指示物
の位置，大きさの算出動作に支障をきたすことなく、比
較用基準信号（しきい値レベル）を設定できる。

【００７９】また、本発明の光走査型タッチパネルで
は、所定時間にわたって走査光をオフして光走査部を作
動させ、その間の受光素子での受光結果の最大値と最小
値との差を求め、求めた差を所定の基準値と比較するよ
うにしたので、外乱光の影響の程度を検知でき、誤った
検出動作を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光走査型タッチパネルの基本構成を示
す模式図である。

【図２】光送受ユニットの内部構成及び光路を示す模式
図である。

【図３】本発明の光走査型タッチパネルのブロック図で
ある。

【図４】受光信号検出回路の構成例を示すブロック図で
ある。

【図５】本発明の光走査型タッチパネルの実施状態を示
す模式図である。

【図６】指示物が存在しない場合の受光信号の波形及び
その比較出力信号の波形を示す波形図である。

【図７】指示物が存在する場合の受光信号の波形及びそ
の比較出力信号の波形を示す波形図である。

【図８】受光信号のレベル変化を示すタイミングチャー
トである。

【図９】座標検出のための三角測量の原理を示す模式図
である。

【図１０】指示物及び遮断範囲を示す模式図である。

【図１１】受光信号と走査角度と走査時間との関係を示
すタイミングチャートである。

【図１２】断面長計測の原理を示す模式図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ光送受ユニット２ａ，２ｂ発光素子駆動回路３ａ，３ｂ受光信号検出回路５ＭＰＵ７再帰性反射シート１０表示画面（座標面）１１ａ，１１ｂ発光素子１３ａ，１３ｂ受光素子１６ａ，１６ｂポリゴンミラー２５ＲＯＭ２６ＲＡＭ２７タイマ３３ａ（３３ｂ），３８ａ（３８ｂ）コンパレータ３４ａ（３４ｂ）第１タイマ３９ａ（３９ｂ）第２タイマ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山口伸康神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内 (72)発明者岩本康秀神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内Ｆターム(参考） 5B068 AA04 AA22 BB20 BC04 BE08 BE11 CC12 CC17 5B087 AA02 AC02 CC26 CC34 DJ09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定領域と実質的に平行である面内で光
を角度走査する光走査部と、走査光の一部を受光する受
光素子と、前記所定領域に指示物で形成される走査光の
遮断位置を走査角度に対応した前記受光素子の出力に基
づいて計測する計測部とを備える光走査型タッチパネル
において、走査光をオフする手段を設け、走査光がオフ
状態にある場合の前記受光素子の受光出力レベルに基づ
いて、前記計測部における前記受光素子の受光信号から
前記指示物による走査光の遮断位置を検出するための比
較用基準信号を生成するようにしたことを特徴とする光
走査型タッチパネル。
【請求項２】指示物の存在の有無を検出する検出手段
を更に備え、該検出手段にて指示物がないと判断された
場合に、走査光をオフして、前記比較用基準信号を生成
するようにした請求項１記載の光走査型タッチパネル。
【請求項３】所定時間を計時するタイマを更に備え、
該タイマが前記所定時間を計時する間に、走査光をオフ
するようにした請求項１記載の光走査型タッチパネル。
【請求項４】所定領域と実質的に平行である面内で光
を角度走査する光走査部と、走査光の一部を受光する受
光素子と、前記所定領域に指示物で形成される走査光の
遮断位置を走査角度に対応した前記受光素子の出力に基
づいて計測する計測部とを備える光走査型タッチパネル
において、走査光をオフする手段と、所定時間を計時す
るタイマと、該タイマで計時される前記所定時間走査光
をオフして前記光走査部を作動させた場合における前記
受光素子での受光結果の最大値と最小値との差を演算す
る演算手段と、該演算手段にて演算された差と所定の基
準値とを比較する比較手段とを備えることを特徴とする
光走査型タッチパネル。