JP3827450B2 - 光走査型タッチパネル - Google Patents

Description

【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４，２６７，４４３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的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、光送受信部の構成を小型化するために発光素子と反射光を受光する受光素子とが近接しており、走査角度が小さいところでは、光走査を行う際に発光素子からの出射レーザ光の裾野の一部が直接受光素子に入射される可能性がある。発光素子から直接レーザ光が受光素子に入射された場合には、受光素子の出力レベルが変動し、その直接入射光を反射光と誤認することになり、走査光の遮断範囲を正確に計測できず、この結果、指示物の正しい位置または大きさを算出できないという問題がある。
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、遮断範囲であるか否かを判断するための受光素子の出力に対するしきい値を、走査角度に応じて複数段に切り換えることにより、走査光の遮断範囲を正確に計測でき、この結果、指示物の正しい位置または大きさを算出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。
【０００９】
【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、所定領域の外側に設けた光再帰性反射部材と、前記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、及び、光によって照射された部分の前記光再帰性反射部材による反射光を受光する受光素子を有する少なくとも２つの光送受部と、前記光走査部での走査角度及び前記受光素子での受光結果に基づいて、前記所定領域に指示物で形成される走査光の遮断範囲を計測する計測部と、該計測部での計測結果に基づいて前記指示物の位置及び大きさを算出する算出部とを備える光走査型タッチパネルにおいて、前記走査光の角度を検出する角度検出手段と、異なるレベルの複数の基準値を記憶する記憶部とを備え、前記計測部は、前記角度検出手段で検出される走査光の角度に応じて、前記記憶部に記憶されている複数の基準値から選択した１つの基準値と前記受光素子での受光結果とを比較することにより、前記走査光の遮断範囲を計測するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
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、前記走査光の角度が小さい場合には大きい基準値を選択し、前記走査光の角度が大きい場合には小さい基準値を選択するようにしたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る光走査型タッチパネルは、請求項１または２において、前記角度検出手段は、光走査の開始を検出する光走査開始検出手段と、計時機能を有するタイマとを有し、前記光走査開始検出手段にて光走査の開始を検出した時点から前記タイマにて計時される経過時間に応じて前記走査光の角度を検出するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る光走査型タッチパネルは、請求項３において、前記光走査開始検出手段は、前記受光素子にて所定レベル以上の光を受光し始めたタイミングを光走査の開始タイミングとすることを特徴とする。
【００１３】
受光素子の受光レベルが所定のしきい値より大きい場合には、走査光は光再帰性反射部材で反射されて受光素子に受光されたと判断して、その範囲は指示物で形成される走査光の遮断範囲でないとし、一方、受光素子の受光レベルが所定のしきい値より小さい場合には、走査光が指示物で遮断されたと判断して、その範囲を指示物で形成される走査光の遮断範囲として計測し、その計測結果に基づいて前記指示物の位置及び大きさを算出する。ここで、本発明の光走査型タッチパネルにあっては、遮断範囲であるか否かの基準となるそのしきい値を、走査角度に応じて変更する。即ち、走査光の一部が直接入射する可能性がある小さな走査角度ではしきい値を大きく設定し、そうでない大きな走査角度ではしきい値を小さく設定する。このようにすることにより、直接入射光を考慮してしきい値を設定するので、正確な遮断範囲を計測することが可能となり、この遮断範囲に基づいて算出される指示物の位置及び大きさも正確な値が得られる。
【００１４】
また、光走査部におけるポリゴンミラーの回転角速度が一定であれば、その走査角度は回転時間に比例するので、走査開始からの経過時間によって走査角度を検出するようにしており、正確な走査角度を容易に検出することが可能となる。
【００１５】
【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。
【００１６】
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１０５．６ｃｍ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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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１ａ，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１１ａ，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。
【００２０】
ポリゴンミラー１６ａ，１６ｂの回転により、９０度以上の光の角的走査を実現する。受光素子１３ａ，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。
【００２１】
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。
【００２２】
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，２ｂ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。
【００２３】
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に入射する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）に至って走査開始位置になる。そして、指示物Ｓの一端に至る位置（Ｐ１）にいた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、その後の走査終了位置（Ｐｅ）に至るまでは再帰性反射シート７により反射される。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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７ａ，７ｂにて示されているように、両光送受ユニット１ａ，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。
【００２７】
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７ｂ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。
【００２８】
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。
【００２９】
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１１ａ，１１ｂの発光動作が制御される。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、ＭＰＵ５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。
【００３０】
また、ＭＰＵ５は、走査光の遮断範囲を計測するための走査角度に応じた複数のしきい値、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，大きさの算出値等を記憶する書き込み可能なメモリ（ＲＡＭ）２６とを内蔵している。
【００３１】
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。
【００３２】
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３０ａ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３２ａ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、ＭＰＵ５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として入力されている。このしきい値Ｒｅｆの大きさは、一定ではなく、走査角度に応じて変動する。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、各光走査時に、光走査開始からの経過時間を計測でき、その計測結果はＭＰＵ５に出力される。また、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。ここで、コンパレータ３３ａに加えるしきい値Ｒｅｆは、一定ではなく、走査角度に応じて変動させる。ＭＰＵ５は、第２タイマ３９ａによる計時結果により光走査開始からの経過時間を認識し、その経過時間に応じたしきい値をＲＯＭ２５から読み出し、そのしきい値をデジタル変換したしきい値Ｒｅｆをコンパレータ３３ａへ入力するようにする。なお、ポリゴンミラー１６ａの回転の走査角速度が一定であるので、その走査角度は回転時間に比例し、光走査開始からの経過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。
【００３８】
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。
【００３９】
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，１ｂ、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。
【００４０】
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，１１ｂ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。
【００４１】
なお、図５において、θ00，φ00は両光送受ユニット１ａ，１ｂを結ぶ基準線から受光素子１３ａ，１３ｂまでの角度を、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。
【００４２】
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並びにコンパレータ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。
【００４３】
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、第２タイマ３９ａによって、光走査開始からの経過時間が計時される。この経過時間に応じてＭＰＵ５はコンパレータ３３ａにおけるしきい値Ｒｅｆを決定する。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
また、しきい値Ｒｅｆは、発光素子１１ａ（１１ｂ）から出射されたレーザ光の一部が直接受光素子１３ａ（１３ｂ）に入射される可能性が高い、小さな走査角度（光走査開始直後）ではもっとも大きく、走査角度が小さくなるにつれて、言い換えると光走査開始からの経過時間が長くなるにつれて、小さくなっていく。
【００４７】
ところで、上述のようにしてコンパレータ３３ａにしきい値Ｒｅｆが設定されると、ＭＰＵ５は、コンパレータ３３ａ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。
【００４８】
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並びにコンパレータ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。
【００４９】
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１３ａ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１３ｂ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。
【００５０】
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。
【００５１】
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１３ａ，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。
【００５２】
このように本発明の光走査型タッチパネルにあっては、光走査角度（光走査開始からの経過時間）に応じてコンパレータ３３ａのしきい値Ｒｅｆの大きさを変動させ、受光素子１３ａ（１３ｂ）の出力をこのしきい値Ｒｅｆと比較することによって光走査の遮断範囲を得るようにしたので、受光素子１３ａ（１３ｂ）への直接入射光の影響を除去して、正確な遮断範囲を求めることができる。
【００５３】
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Ｐｘ，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。
【００５４】
Ｐｘ＝（ｔａｎφ）÷（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）×Ｌ …（１）
Ｐｙ＝（ｔａｎθ・ｔａｎφ）÷（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）×Ｌ …（２）
【００５５】
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Ｐ１〜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（Ｐｃｘ，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。
【００５６】
Ｐｃｘ＝Ｐｃｘ（θ１＋ｄθ／２，φ１＋ｄφ／２） …（３）
Ｐｃｙ＝Ｐｃｙ（θ１＋ｄθ／２，φ１＋ｄφ／２） …（４）
【００５７】
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Ｐｃの座標を求めることができる。
【００５８】
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。
【００５９】
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）
【００６０】
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，ｔ２と下記（６），（７）式の関係が成り立つ。
θ１＝ω×ｔ１ …（６）
θ２＝ω×ｔ２ …（７）
【００６１】
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。
【００６２】
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、Ｄ１，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（ｒ１），ＢＰｃ（ｒ２）が、下記（８），（９）式の如く求められる。
【００６３】
ＯＰｃ＝ｒ１＝（Ｐｃｘ² ＋Ｐｃｙ² ）^1/2 …（８）
ＢＰｃ＝ｒ２＝｛（Ｌ−Ｐｃｘ）² ＋Ｐｃｙ² ｝^1/2 …（９）
【００６４】
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（１０），（１１）式に従って計測可能である。
【００６５】

【００６６】
なお、θ，φ≒０である場合には、ｓｉｎｄθ≒ｄθ≒ｔａｎｄθ，ｓｉｎｄφ≒ｄφ≒ｔａｎｄφと近似できるので、（１０），（１１）式においてｓｉｎｄθ，ｓｉｎｄφの代わりに、ｄθまたはｔａｎｄθ，ｄφまたはｔａｎｄφとしても良い。
【００６７】
【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、指示物による遮断範囲であるか否かを判断する際の基準となるしきい値を、走査角度に応じて変更するようにしたので、受光素子への直接入射光の影響を除去して、正確な遮断範囲を求めることができ、その結果、指示物の位置，大きさの精度が高い算出結果を得ることができる。
【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
５ ＭＰＵ
７ 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
２５ ＲＯＭ
２６ ＲＡＭ
３３ａ（３３ｂ），３８ａ（３８ｂ） コンパレータ
３４ａ（３４ｂ） 第１タイマ
３９ａ（３９ｂ） 第２タイマ

Claims (4)

1. 所定領域の外側に設けた光再帰性反射部材と、前記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、及び、光によって照射された部分の前記光再帰性反射部材による反射光を受光する受光素子を有する少なくとも２つの光送受部と、前記光走査部での走査角度及び前記受光素子での受光結果に基づいて、前記所定領域に指示物で形成される走査光の遮断範囲を計測する計測部と、該計測部での計測結果に基づいて前記指示物の位置及び大きさを算出する算出部とを備える光走査型タッチパネルにおいて、前記走査光の角度を検出する角度検出手段と、異なるレベルの複数の基準値を記憶する記憶部とを備え、前記計測部は、前記角度検出手段で検出される走査光の角度に応じて、前記記憶部に記憶されている複数の基準値から選択した１つの基準値と前記受光素子での受光結果とを比較することにより、前記走査光の遮断範囲を計測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。
2. 前記走査光の角度が小さい場合には大きい基準値を選択し、前記走査光の角度が大きい場合には小さい基準値を選択するようにした請求項１記載の光走査型タッチパネル。
3. 前記角度検出手段は、光走査の開始を検出する光走査開始検出手段と、計時機能を有するタイマとを有し、前記光走査開始検出手段にて光走査の開始を検出した時点から前記タイマにて計時される経過時間に応じて前記走査光の角度を検出するようにした請求項１または２記載の光走査型タッチパネル。
4. 前記光走査開始検出手段は、前記受光素子にて所定レベル以上の光を受光し始めたタイミングを光走査の開始タイミングとする請求項３記載の光走査型タッチパネル。

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