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JP2001084091A - 座標入力装置 - Google Patents

座標入力装置

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Publication number
JP2001084091A
JP2001084091A JP25754899A JP25754899A JP2001084091A JP 2001084091 A JP2001084091 A JP 2001084091A JP 25754899 A JP25754899 A JP 25754899A JP 25754899 A JP25754899 A JP 25754899A JP 2001084091 A JP2001084091 A JP 2001084091A
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JP
Japan
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light receiving
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coordinate
coordinate input
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Application number
JP25754899A
Other languages
English (en)
Inventor
Yotaro Mizuno
陽太朗 水野
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 座標入力者の指,指輪,着衣の一部等によっ
て検出座標値に誤差が含まれることを防止し、誤った座
標値が出力されることにより、不必要な入力をホストコ
ンピュータ等に行い、コンピュータ上のソフトをハング
アップさせたり誤動作させることを回避する。 【解決手段】 タッチパネル3の異なる位置に設置さ
れ、該タッチパネル3にほぼ平行に光を射出する受発光
源部1と、タッチパネル3に設置され前記受発光源部1
の光源部からの光を該受発光源部1に向けて反射する反
射部4とを有する。前記受光部は前記光源部の設置位置
に設置され、前記反射部4からの反射光を受光し、前記
光源部からの光を前記タッチパネル3上で遮蔽物により
遮蔽した時に、その遮蔽された位置を該受光部を走査す
ることにより検出する。前記受光部は繰り返し走査さ
れ、前回走査時における検出位置と今回走査時とにおけ
る検出位置との差分を演算部20で求め、その差分をも
とに、入力座標を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、座標検出装置、よ
り詳細には、光学式座標入力装置,光学的位置検出装
置,光学式タッチパネル等において、情報の入力や選択
をするためにペン等の指示部材や指等によって指示され
た座標位置を検出するいわゆるタッチパネル方式の座標
検出(入力)装置に関し、例えば、ホワイトボード,電
子黒板,テレビ会議システム,ディスプレー一体型タブ
レット等に利用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来、座標検出装置としては、ペンで座
標入力面(タッチパネル)を押さえたとき、あるいは、
ペンが座標入力面に接近したときに、静電または電磁誘
導によって電気的な変化を検出するものがある。また、
他の方式として、特開昭61−239322号公報とし
て知られているような超音波方式のタッチパネル座標検
出装置がある。これは簡単にいうと、パネル上に送出さ
れた表面弾性波を、該パネルに触れることにより、その
表面弾性波を減衰させ、その位置を検出するものであ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、静電または電
磁誘導によって座標位置を検出するものでは、座標入力
面に電気的なスイッチ機能を有するため製造コストが高
く、また、ペンと本体とをつなぐケーブルが必要である
ため操作性に難点があった。また、超音波方式のもので
は、指入力を前提としているため、パネル上で吸収を伴
うような材質(柔らかく弾力性を伴う)でペン入力を行
わせ直線を描いた場合、押した時点では安定な減衰が得
られるが、ペンを移動するとき充分な接触が得られず、
直線が切れてしまう。するとペンの移動に伴い、ペンの
持つ弾力性のため応力を受け歪みを生じ、移動中に復帰
させる力が働く。そのため、ペン入力時に曲線を描こう
とすると、ペンを抑える力が弱くなり歪みを元へ戻す力
が優るため、復帰して安定な減衰が得られず、入力が途
絶えたと判断してしまう。このため、ペン入力の場合
に、信頼性が確保できないという問題を有する。
【0004】しかしながら、上述のような従来技術が保
有する問題についても、先に本出願人が特願平10−1
27035号公報として提案したものに代表される光学
式の座標検出装置によって解消され、比較的簡単な構成
により、タッチパネル型の座標検出装置が実現できる。
近年、このような座標検出装置は、パーソナルコンピュ
ータ等の普及に伴い、情報の入力や選択をするための有
力なツールとして位置付けられ、本出願人が特願平10
−127035号公報として提案したもの以外にも鋭意
検討されつつあるが、本格的な実用化に向けていまだ解
決されねばならない課題が多々存在する。その中に、例
えば、座標を検知する際に、光路を遮った障害物(座標
入力者の指,指輪,着衣の一部など)により誤った座標
を検知してしまうことがある。
【0005】本発明は、上述のごとき光学式の座標検出
装置に関するものであり、例えば、座標入力をする際
に、座標入力者の指,指輪,着衣の一部、或いは、ごみ
等により、光路を誤って遮った障害物により誤った座標
が検知されるのを防止し、さらには、誤った座標値が出
力されることにより、不必要な入力をホストコンピュー
タ等に行い、コンピュータ上のソフトをハングアップさ
せたり誤動作させたりすることを回避することを目的と
するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、タッ
チパネルの異なる位置に設置され、タッチパネルにほぼ
平行に光を射出する光源部と、タッチパネルに設置され
前記光源部からの光を該光源部に向けて反射する反射部
と、前記光源部の設置位置に設置され、前記反射部から
の反射光を受光する受光部を有し、前記光源部からの光
を前記タッチパネル上で遮蔽物により遮蔽した時に、そ
の遮蔽された位置を入力座標位置として検出する座標入
力装置において、前記受光部を繰り返し走査して前回走
査時の検出位置と今回走査時における検出位置との差分
をとり、該差分をもとに、入力座標を検知することを特
徴としたものである。
【0007】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記差分の大きい方の座標を入力座標とすることを
特徴としたものである。
【0008】
【発明の実施の形態】最初に、本発明が適用される光学
式の座標入力装置について、その原理について説明す
る。なお、ここで説明する原理は光学式の座標入力装置
に関する一例であって、本発明は、この方式に限定され
るものではなく、光学式の座標入力装置全般について適
用されることはいうまでもない。
【0009】図1は、本発明が適用される光学式の座標
入力装置の一例を示す平面概略構成図で、図中、1は受
発光手段(光学ユニット)、2は指示手段(または指示
位置)、3は座標入力領域(タッチパネル)で、該座標
入力領域3は四角形の形状をなし、電子的に画像を表示
するディスプレイ表面やマーカー等のペンで書き込むホ
ワイトボードなどが考えられる。この座標入力領域3上
を光学的に不透明な材質からなるユーザの指やペン,支
持棒などの指示手段2で触った場合を考える。このとき
の指示手段2の座標を検出することがこのような光学式
の座標入力装置の目的である。
【0010】座標入力領域(タッチパネル)3の上方両
端に受発光手段(光学ユニット)1が装着されている。
受発光手段1からは座標入力領域3に向けて、L1,L
2,…Lnの光ビームの束(プローブ光)が照射されて
いる。実際には、点光源81から広がる座標入力面に平
行な面に沿って進行する扇形板状の光波である。座標入
力領域3の周辺部分には、再帰性反射部材4が再帰反射
面を座標入力装置3の中央に向けて装着されている。再
帰性反射部材4は、入射した光を、入射角度によらずに
同じ方向に反射する特性をもった部材である。例えば、
受発光手段1から発した扇形板状の光波のうちある一つ
のビームL10に注目すると、ビームL10は再帰性反
射部材4によって反射されて再び同じ光路を再帰反射光
L11として受発光手段1に向かって戻るように進行す
る。受発光手段1には、後に述べる受光手段が設置され
ており、プローブ光L1〜Lnのそれぞれに対して、そ
の再帰光が受発光手段に再帰したかどうかを判断するこ
とができる。
【0011】いま、ユーザーが手で位置2を触った場合
を考える。このときプローブ光L12は位置2で手に遮
られて再帰性反射部材4には到達しない。従って、プロ
ーブ光L12の再帰光は受発光手段1には到達せず、プ
ローブ光L12に対応する再帰光が受光されないことを
検出することによって、プローブ光L12の延長線(直
線L)上に支持物体2が挿入されたことを検出すること
ができる。同様に、図1の右上方に設置された受発光手
段1からもプローブ光を照射し、プローブ光L13に対
応する再帰光が受光されないことを検出することによっ
て、プローブ光L13の延長線(直線R)上に支持物体
が挿入されたことを検出することができる。直線Lおよ
び直線Rを求めることができれば、この交点座標を演算
により算出することにより、指示手段2が挿入された座
標を得ることができる。
【0012】次に、受発光手段1の構成とプローブ光L
1からLnのうち、どのプローブ光が遮断されたかを検
出する機構について説明する。図2は、受発光手段1の
内部の構造の概略を示す図で、図2は、図1の座標入力
面に取り付けられた受発光手段1を、座標入力面3に垂
直な方向から見た図である。ここでは、簡単のため、座
標入力面3に平行な2次元平面で説明を行う。
【0013】受発光手段1は、図2に示す概略の構成で
は、点光源81,集光レンズ51および受光素子50か
ら構成される。点光源81は光源から見て受光素子50
と反対の方向に扇形に光を射出するものとする。点光源
81から射出された扇形の光は矢印53,58、その他
の方向に進行するビームの集合であると考える。53方
向に進行したビームは再帰性反射部材4で反射されて、
集光レンズ51を通り、受光素子50上の位置57に到
達する。また、進行方向58に沿って進行したビームは
再帰性反射部材4によって受光素子50上の位置56に
到達する。このように、点光源81から発し、再帰性反
射部材4で反射され同じ経路を戻ってきた光は、集光レ
ンズ51の作用によって、それぞれ受光素子50上のそ
れぞれ異なる位置に到達する。従って、ある位置に指示
手段2が挿入されあるビームが遮断されると、そのビー
ムに対応する受光素子50上の点に光が到達しなくな
る。よって、受光素子50上の光強度の分布を調べるこ
とによって、どのビームが遮られたかを知ることができ
る。
【0014】図3を用いて上記受発光手段1の動作を詳
しく説明する。図3において、受光素子50は集光レン
ズ51の焦点面に設置されているものとする。点光源8
1から図3の右側に向けて発した光は再帰性反射部材4
によって反射され同じ経路を戻ってくる。従って、点光
源81の位置に再び集光する。集光レンズ51の中心は
点光源81の位置と一致するように設置する。再帰性反
射部材4から戻った再帰光は集光レンズ51の中心を通
るので、レンズ後方(受光素子側)に対称の経路で進行
する。このとき受光素子50上の光強度分布を考える。
指示手段80に示す指示手段が挿入されていなければ、
受光素子50上の光強度分布はほぼ一定であるが、図3
に示すように、指示手段80の位置に光を遮る指示手段
80が挿入された場合、ここを通過するビームは遮ら
れ、受光素子50上では位置Dnの位置に、光強度が弱
い領域が生じる(暗点)。この位置Dnは遮られたビー
ムの出射/入射角θnと対応しており、Dnを検出する
ことによりθnを知ることができる。すなわち、θnは
Dnの関数として θn=arctan(Dn/f) 式(1) と表すことができる。ここで、特に、図1左上方の受発
光手段1におけるθnをθnL,DnをDnLと置き換
える。
【0015】さらに、図4に示す平面図において、受発
光手段1と座標入力領域3との幾何学的な相対位置関係
の変換gにより、指示手段80と座標入力領域3とのな
す角θLは、式(1)で求められるDnLの関数とし
て、 θL=g(θnL) ただし、θnL=arctan(DnL/f) 式(2) と表すことができる。
【0016】図1の右上方の受発光手段1についても同
様の説明により、上記式(2)のL記号をR記号に置き
換えて、右側の受発光手段1と座標入力領域3との幾何
学的な相対位置関係の変換hにより、 θR=h(θnR) ただし、θnR=arctan(DnR/f) 式(3) と表すことができる。
【0017】ここで、座標入力領域上の、受発光手段の
取り付け間隔を図4に示すwとし、原点と座標を図4に
示すようにとれば、座標入力領域3上の指示手段80で
指示した点の座標(x,y)は、 x=wtanθR/(tanθL+tanθR) 式(4) y=wtanθL・tanθR/(tanθL+tanθR) 式(5) =x・tanθL となる。
【0018】図5は、前記θL(θR)の求め方を説明
するための図で、図5において、 tanαL=a/t t:光源81から受光部50(中心)までの距離 a:受光部50上での遮蔽物の受光部中心からの距離
(受光部中心を0とし、左側を+、右側を−とする) θL=βL−αL βL:受光部50のタッチパネル3に対する角度、 である。
【0019】上述のように、x,yは、DnL,DnR
の関数として表すことができる。すなわち、左右の受発
光手段1上の受光素子50上の暗点の位置DnL,Dn
Rを検出し、受発光手段の幾何学的配置を考慮すること
により、指示手段80で指示した点の座標を検出するこ
とができる。
【0020】次に、図6を参照して、座標入力領域、例
えば、ディスプレイの表面などに、光学系を設置する例
について説明する。図6は、図1,図2で述べた左右の
受発光手段1のうち一方を、ディスプレイタッチパネル
3の表面に設置した場合の実施例である。図6におい
て、3はディスプレイ面の断面を示しており、図2で示
したy軸の負から正に向かう方向に見たものである。ま
た、図6において、AおよびBは、説明のため視点を図
に示したように変えて表示したものである。
【0021】次に、上記受発光手段のうち発光手段につ
いて説明する。光源83としてレーザーダイオード,ピ
ンポイントLEDなどスポットをある程度絞ることが可
能な光源を用いる。光源83からディスプレイ3の面に
垂直に発した光はシリンドリカルレンズ84によってx
方向にのみコリメートされる。このコリメートは後にハ
ーフミラー87で折り返された後、ディスプレイ面と垂
直な方向に平行光として配光するためである。シリンド
リカルレンズ84を出た後、該シリンドリカルレンズ8
4とは曲率の分布が直交する2枚のシリンドリカルレン
ズ85,86で図6のy方向に対して集光される。図6
のA部分はこの様子を説明するためにシリンドリカルレ
ンズ群の配置と高速の集光状態を、視点をz軸に対して
回転し、x方向から見たものである。
【0022】このシリンドリカルレンズ群の作用によ
り、線状に集光した領域がシリンドリカルレンズ86の
後方に形成される。ここにy方向に狭くx方向に細長い
スリット82を挿入する。すなわち、スリット位置に線
状の二次光源81を形成する。二次光源81から発した
光はハーフミラー87で折り返され、ディスプレイ面3
の垂直方向には広がらず平行光で、ディスプレイ面3と
平行方向には二次光源81を中心に扇形状に広がりなが
ら、ディスプレイ面3に沿って進行する。進行した光は
ディスプレイ周辺端に設置してある再帰性反射部材4で
反射されて、同様の経路でハーフミラー87方向(矢印
C)に戻る。ハーフミラー87を透過した光は、ディス
プレイ面3に平行に進みシリンドリカルレンズ51を通
り受光素子50に入射する。
【0023】このとき、二次光源81とシリンドリカル
レンズ51はハーフミラー87に対して共役な位置関係
にある(図6のD)。従って、二次光源81は図3の光
源81に対応し、シリンドリカルレンズ51は図3のレ
ンズ51に対応する。また、図6のB部分は、受光側の
シリンドリカルレンズと受光素子を、視点を変えてz軸
方向から見たものであり、図3のレンズ51,受光素子
50に対応する。
【0024】図7は、本発明による座標入力位置の一実
施例を説明するための全体概略構成図で、図中、20は
演算部,21はインターフェース,30はPCで、その
他、受発光手段1,タッチパネル3,再帰性反射部材4
等は図1乃至図6にて説明した動作と同様の動作をす
る。図8は、ある時点における各走査時の検出位置信号
を表したものであり、図8(A)から(C)は、それぞ
れ各走査時における位置Xの信号レベルを示している。
【0025】図8(A)における(n−1)走査時点に
おける検出信号は、光路に遮蔽物が無いことを示してい
る(図5で示した位置aは存在しない)。図8(B)に
おけるn走査時(前回走査時とする)点における検出信
号は、X 1またはXの位置に遮蔽物があると考えられ
る(しかし、現時点では特定しない)。図8Cにおける
(n+1)走査時(今回走査時とする)点における検出
信号は、X1′,X′の位置に遮蔽物があることを示
しており、位置a(図5に示すa)はX1またはX
考えられる。この時、本発明では│X1−X′│と│
−X′│を参照し、位置aを特定する。例えば、
│X1−X′│と│X−X′│が、ある範囲内に
入っている場合は、│X−X′│と│X−X
│の大きい方を採用する(ある範囲内での移動量の大き
い方を採用する)。
【0026】
【発明の効果】本発明によると、光源部からの光をタッ
チパネル上で遮蔽物により遮蔽した時に、その遮蔽され
た位置を受光部を走査して検出する座標入力装置におい
て、受光部を繰り返し走査し、前回走査時における検出
位置と今回走査時における検出位置との差分をとり、該
差分をもとに、入力座標を検知するようにしたので、入
力位置を検出する際に、1回の走査だけでなく、前回の
走査時における検出位置と今回の走査時における検出位
置の差分を参照しているので、光路を遮る障害物があっ
ても正しく入力座標位置を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明が適用される光学式の座標入力装置の
一例を示す平面概略構成図である。
【図2】 受発光手段の内部の構造の概略を示す図であ
る。
【図3】 上記発光手段の動作を詳しく説明する図であ
る。
【図4】 上記発光手段の動作を詳しく説明する平面図
である。
【図5】 入力座標位置の求め方を説明するための図で
ある。
【図6】 座標入力領域、例えば、ディスプレイの表面
などに、光学系を設置する例を説明するための図であ
る。
【図7】 本発明による座標入力位置の一実施例を説明
するための全体概略構成図である。
【図8】 本発明による入力座標位置を検出する動作原
理を説明するための図である。
【符号の説明】
1…受発光手段(光学ユニット)、2…指示手段(また
は指示位置)、3…座標入力領域(タッチパネル)、4
…再帰性反射部材、20…演算部、21…インターフェ
ース、30…PC、50…受光素子、51…集光レン
ズ、53,58…矢印、55…再帰性反射部材、56,
57…位置、58…進行方向、80…指示手段、81…
点光源、82…スリット、84…シリンドリカルレン
ズ、87…ハーフミラー。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 タッチパネルの異なる位置に設置され、
    タッチパネルにほぼ平行に光を射出する光源部と、タッ
    チパネルに設置され前記光源部からの光を該光源部に向
    けて反射する反射部と、前記光源部の設置位置に設置さ
    れ、前記反射部からの反射光を受光する受光部を有し、
    前記光源部からの光を前記タッチパネル上で遮蔽物によ
    り遮蔽した時に、その遮蔽された位置を入力座標位置と
    して検出する座標入力装置において、前記受光部を繰り
    返し走査し、前回走査時における検出位置と、今回走査
    時における検出位置との差分をとり、該差分をもとに、
    入力座標を検知することを特徴とする座標入力装置。
  2. 【請求項2】 前記差分の大きい方の座標を入力座標と
    することを特徴とする請求項1に記載の座標入力装置。
JP25754899A 1999-09-10 1999-09-10 座標入力装置 Pending JP2001084091A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010015247A (ja) * 2008-07-01 2010-01-21 Nitto Denko Corp 光学式タッチパネルおよびその製造方法
JP2013210956A (ja) * 2012-03-30 2013-10-10 Ricoh Co Ltd ディスプレイ装置

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