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JP3966592B2 - 光走査型タッチパネル - Google Patents

光走査型タッチパネル Download PDF

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JP3966592B2 JP34974097A JP34974097A JP3966592B2 JP 3966592 B2 JP3966592 B2 JP 3966592B2 JP 34974097 A JP34974097 A JP 34974097A JP 34974097 A JP34974097 A JP 34974097A JP 3966592 B2 JP3966592 B2 JP 3966592B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータの表示画面等を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とし、その平面をタッチして情報を入力する光走査型タッチパネルに関し、特にその光学系の構成に関する。
【0002】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータ等の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なう場合には、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。
【0003】
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、反射体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。
【0004】
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。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光器から発光された光の光路と、受光器に受光される光の光路とが同一で、その途中にハーフミラー等の光分離器を配置する構成が多く採られている。しかし、そのような光分離器として用いられるハーフミラーでは、発光器から受光器へ直接受光される光が存在するため、それがノイズとなって測定結果に影響する可能性があった。
【0006】
また、従来のこの種の装置では、走査光を発光する発光器は、それが発光する光の光軸が走査面と平行になるように配置されている場合が多く、また反射してきた走査光を受光する受光器も、その受光する光の指向方向が走査面と平行になるように配置されている場合が多かった。このため、光送受部が比較的大型化して装置全体の小型化の障害となっている場合が多かった。
【0007】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ハーフミラーを使用した場合の光分離器の欠点を排除した光走査型タッチパネルを提供することを目的とする。
【0008】
本発明の他の目的は、光送受部をより小型可能な光走査型タッチパネルを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、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の周辺に、少なくとも2組の光送受ユニット及び光再帰性反射体を設けた光走査型タッチパネルであって、光送受ユニットは、発光器と、この発光器により発光された光を上述の平面の範囲と実質的に平行である面内で角度走査を行なう光走査部と、この光走査部により走査される光の光再帰性反射体による反射光を受光する受光器と、発光器が発光した光を光走査部へ通過させ、光再帰性反射体による反射光を受光器へ分離する光分離器とからなり、光分離器が、光再帰性反射体による反射光を受光器の方向へ反射させる反射面と、発光器が発光した光を光走査部へ通過させるための反射面とその背面との間を貫通する開口とを有すると共に前記反射面とその背面とが平行でないように構成された反射体を備えたことを特徴とする。
【0010】
このような請求項1の発明では、発光器が発光した光を光走査部へ通過させるための反射体の反射面を貫通する開口が発光器から発生された光の開口制御を行なうと共に、反射体の反射面がその背面と平行でないことにより、発光器が発光した光が直接受光器に受光される割合が低くなる
【0013】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、その反射面が上述の平面の範囲と交叉する反射鏡を更に備え、光走査部は、発光器が発光した光を上述の平面の範囲と交叉する面内に走査し、反射鏡は、光走査部が上述の平面の範囲と交叉する面内に走査した光を上述の平面の範囲と平行な面内に反射すべくなしてあることを特徴とする。
【0014】
このような請求項2の発明では、発光器が発光した光が上述の平面の範囲と交叉する面内に光走査部により走査され、光走査部が上述の平面の範囲と交叉する面内に走査した光を反射鏡が上述の平面の範囲と平行な面内に反射するので、装置構成をより小型化出来る。
【0015】
請求項3の発明は、請求項2の発明において、反射鏡の反射面が上述の平面の範囲に対して45°で交叉し、光走査部が発光器が発光した光を上述の平面の範囲と直交する面内に走査するように配置されていることを特徴とする。
【0016】
このような請求項3の発明では、発光器が発光した光が上述の平面の範囲と直交する面内に光走査部により走査され、光走査部が上述の平面の範囲と直交する面内に走査した光を反射鏡が上述の平面の範囲と平行な面内に反射するので、装置構成をより小型化出来る。
【0017】
請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれかにおいて、光走査部が3乃至6面の反射面を有するポリゴンミラーで構成されていることを特徴する。
【0018】
このような請求項4の発明では、光走査部を構成するポリゴンミラーを小さく構成することが可能になる。
【0019】
【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。
【0020】
図1は、本発明の光走査型タッチパネルの実施の形態の一例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。
【0022】
遮断物(指示物)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】
また、参照符号Sは遮断物(指示物)としての人の指の断面を示している。
【0025】
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本実施の形態では4角形のポリゴンミラー16a,16bと等を有する。
【0026】
なお、参照符号18a,18bはタイミング検出用受光素子であり、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、またポリゴンミラー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。
【0027】
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の開口(アパーチャ)153a,153b(図5参照)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、投射光の光路に遮断物(指示物)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。
【0028】
なお、ポリゴンミラー16a,16bの回転により、90度以上のレーザ光の角度走査が実現される。
【0029】
図1に戻って、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,ペン等の遮断物(指示物)Sの位置,大きさを計測演算すると共に、装置全体の動作を制御するMPUであり、6はMPUでの計測結果等を表示する表示装置である。
【0030】
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、たと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、まずタイミング検出用受光素子18b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、遮断物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、遮断物Sの他端に至る位置(P2)までの間は遮断物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。
【0031】
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なわれる。ここで、光送受ユニット1aは図1上で時計回り方向に表示画面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。
【0032】
たとえば光送受ユニット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。
【0033】
ところで、前述の図2は両光送受ユニット1a,1bにおける光路及び動作を説明するための模式図であって、本発明の光走査型タッチパネルでは両光送受ユニット1a(1b)は実際には図3の平面図及び図4の側面図に示されているように構成されている。なお、図5はビームスプリッタの詳細な構成を示す模式的側面図である。
【0034】
光送受ユニット1a(1b)は、筐体10a(10b)内部に半導体レーザ発生装置等の発光素子11a(11b)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)とを収納しており、上面には発光素子11a(11b)の直上部分にプリズムミラー17a(17b)が配置されており、受光素子13a(13b)の直上部分にはビームスプリッタ15a(15b)が配置されている。更に、筐体10a(10b)の上面のビームスプリッタ15a(15b)を挟んでプリズムミラー17a(17b)の逆側の部分にはポリゴンミラー16a(16b)が図示しないパルスモータのモータ軸に取り付けられている。
【0035】
なお、前述の如く、発光素子11a(11b)とプリズムミラー17a(17b)との間にはコリメータレンズ12a(12b)が、ビームスプリッタ15a(15b)と受光素子13a(13b)との間には可視光カットフィルタ14a(14b)がそれぞれ配置されている。
【0036】
図5はビームスプリッタ15aの具体的な構成を示す側面図である。ビームスプリッタ15aは、プリズムミラー17aとポリゴンミラー16aとの間のレーザ光の光路に対してポリゴンミラー16aに面する反射面(以下、主反射面という)151aが45°の角度になるように、プリズムミラー17aに面する反射面(以下、副反射面という)152aが45°ではない角度(図5に示されている例では50°程度)になるように、V字状の側断面に形成されている。更にビームスプリッタ15aには主反射面151aに対して45°の角度の開口153aがプリズムミラー17aとポリゴンミラー16aとの間のレーザ光の光路上に設けられている。この開口153aの直径は本実施の形態では1ミリ程度である。
【0037】
なお、ビームスプリッタ15bも同一に構成されており、以下の説明で必要な場合にはビームスプリッタ15aの各構成要素の末尾の「a」を「b」に代えて記述する。
【0038】
以上のような光送受ユニット1a(1b)の構成により、発光素子11a(11b)から発光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、プリズムミラー17a(17b)により屈折してビームスプリッタ15a(15b)の開口153a(153b)を通過してポリゴンミラー16a(16b)で反射し、再帰性反射シート7へ投射される。
【0039】
ところで、レーザ光の内の開口153a(153b)を通過しない部分はビームスプリッタ15a(15b)の副反射面152a(152b)で反射される。この際、副反射面152a(152b)はプリズムミラー17a(17b)から投射されるレーザ光の光軸に対しては45°ではない角度に設置されているため、副反射面152a(152b)で反射されたレーザ光がたとえビームスプリッタ15a(15b)のケーシングの天面で反射されたとしても、受光素子13a(13b)へ入射する可能性は非常に少ない。このことは、受光素子13a(13b)での受光信号へのノイズの混入を防止する効果がある。
【0040】
再帰性反射シート7で反射された光はポリゴンミラー16a(16b)へ戻って反射し、ビームスプリッタ15a(15b)の主反射面151a(151b)に入射して受光素子13a(13b)側へ反射し、可視光カットフィルタ14a(14b)を通過して最後に受光素子13a(13b)に受光される。この際、主反射面151a(151b)の開口153a(153b)の部分に入射した光はそのままプリズムミラー17a(17b)方向へ通過して受光素子13a(13b)方向へ反射することはない。しかし、開口153a(153b)をそのまま通過する光はわずかであるので、実用上の問題はない。
【0041】
ところで、上述の図3において示されているように、本発明の光走査型タッチパネルの光送受ユニット1a(1b)では、発光素子11a(11b)はそれからポリゴンミラー16a(16b)に至る光路が発光素子11a(11b)側で表示画面10の縁辺からより遠ざかるように、また受光素子13a(13b)はそれにポリゴンミラー16a(16b)から至る光路が受光素子13a(13b)側で表示画面10の縁辺からより遠ざかるようにそれぞれ筐体10a(10b)に配置されている。
【0042】
このような発光素子11a(11b)及び受光素子13a(13b)の配置は、ポリゴンミラー16a(16b)による走査光がビームスプリッタ15a(15b)及びプリズムミラー17a(17b)に遮られて表示画面10方向へ十分に走査されないという問題を解決するために採られている。
【0043】
更に、本発明の光走査型タッチパネルの光送受ユニット1a(1b)では、発光素子11a(11b)はそのレーザ光の発光方向が表示画面10と、換言すればポリゴンミラー16a(16b)による走査面と直交するように筐体10a(10b)内に配置されており、また受光素子13a(13b)もその受光の指向性の方向が表示画面10と、換言すればポリゴンミラー16a(16b)による走査面と直交するように筐体10a(10b)内に配置されている。
【0044】
このような発光素子11a(11b)及び受光素子13a(13b)の配置は、発光素子11a(11b)をそのレーザ光の発光方向が表示画面10と、換言すればポリゴンミラー16a(16b)による走査面と平行になるように筐体10a(10b)上に配置するよりも、また受光素子13a(13b)をその受光の指向性の方向が表示画面10と、換言すればポリゴンミラー16a(16b)による走査面と平行になるように筐体10a(10b)上に配置するよりも、光送受ユニット1a(1b)を小型化するために効果を奏する。
【0045】
なお、本発明の光走査型タッチパネルでは上述の如く、発光素子11a(11b)はそのレーザ光の発光方向がポリゴンミラー16a(16b)による走査面と直交するように、また受光素子13a(13b)もその受光の指向性の方向がポリゴンミラー16a(16b)による走査面と直交するようにそれぞれ配置されているが、ある程度の角度、たとえば60°等の角度で交叉するように配置しても同様の効果が発揮されることは言うまでもない。
【0046】
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。
【0047】
このような再帰性反射シートの鋸歯状部分7a,7bにより、たと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。
【0048】
図6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。
【0049】
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及びタイミング検出用受光素子18a,18bでの反射光の受光信号をMPU5へ送る。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。MPU5は、受光素子13a,13b及びタイミング検出用受光素子18a,18bからの受光信号に基づいて、遮断物(指示物)の位置,大きさを計測し、その計測結果を表示装置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。
【0050】
また、MPU5は、計時機能を有する2つのタイマ(第1タイマ24aと第2タイマ24b)、及び、想定される遮断物(指示物)の大きさの情報を記憶しておくための読出し専用メモリ(ROM)25と書き込み可能なメモリ(RAM)26とを内蔵している。
【0051】
次に、本発明の光走査型タッチパネルによる位置検出動作について、その原理を示す図7の模式図を参照して説明する。但し、図7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、指示物として指を用いた場合を示している。
【0052】
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。なお、図7において、θ00,φ00は両光送受ユニット1a,1bを結ぶ基準線から両タイミング検出用受光素子18a,18b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は基準線から遮断物(指示物)の基準線側端部までの角度を、θ2,φ2は基準線から遮断物(指示物)の基準線と逆側端部までの角度をそれぞれ示している。
【0053】
図8のタイミングチャートに、受光素子13a,13b及びタイミング検出用受光素子18a,18bでの受光信号の波形を示す。まず、走査角度がθ00(φ00) においてタイミング検出用受光素子18a(18b)が光送受ユニット1a(1b)から直接受光する。これによって受光信号検出回路3a(3b)から出力される信号はポリゴンミラー16a(16b)の回転、換言すればそれを回転させているパルスモータ21の回転の補正に使用される。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、タイミング検出用受光素子18a(18b)からの出力信号が4回でポリゴンミラー16a(16b)が1回転したことになる。
【0054】
走査光の光路に遮断物(指示物)が存在しないときには、再帰性反射シート7からの反射光が受光素子13a,13bに入射され、その光路に遮断物(指示物)が存在するときには、その反射光が受光素子13a,13bに入射されない。従って、図7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。
【0055】
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。このような角度は、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8参照)。従って、指示物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。
【0056】
なお、θ00及びφ00とθ0及びφ0とは、両光送受ユニット1a,1bを結ぶ基準線と両タイミング検出用受光素子18a,18b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。
【0057】
次に、このようにして求めた遮断範囲から、指示物(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の上辺,左辺を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。
【0058】
Px=(tanφ)÷(tanθ+tanφ)×L …(1)
Py=(66nθ・tanφ)÷(tanθ+tanφ)×L …(2)
【0059】
ところで、遮断物(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/立ち上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、遮断物(指)S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。
【0060】
Pcx=Pcx(θ1+dθ/2,φ1+dφ/2) …(3)
Pcy=Pcy(θ1+dθ/2,φ1+dφ/2) …(4)
【0061】
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。
【0062】
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。
【0063】
ポリゴンミラー16a,16bの回転の走査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、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。
【0064】
θ=ω×T …(5)
【0065】
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。
【0066】
θ1=ω×t1 …(6)
θ2=ω×t2 …(7)
【0067】
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(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。
【0068】
図12は、反射光が低レベルである時間間隔を、MPU5に内蔵した第1タイマ24a及び第2タイマ24bを用いて測定する際のMPU5でのアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。MPU5は受光信号検出回路3a,3bからの受光信号の変化を検知し、そのレベルが低下するとこれらのタイマ24a,24bを起動させて計時動作を開始し、そのレベルが回復するとタイマ24a,24bを停止させて計時動作を終了する。
【0069】
MPU5はまず、受光信号検出回路3a,3bからの受光信号の変化を調べ(ステップS1)、受光信号検出回路3aからの受光信号に変化が生じたか否かを判断する(ステップS2)。変化が生じていなければ(ステップS2でNO)、ステップS6に処理が進む。変化が生じている場合には(ステップS2でYES)、MPU5はその受光信号のレベルが低いか否かを判断し(ステップS3)、低いときには(ステップS3でYES)第1タイマ24aを起動させ(ステップS4)、高いときには(ステップS3でNO)第1タイマ24aを停止させて(ステップS5)、ステップS6に処理を進める。ステップS6においては、MPU5は受光信号検出回路3bからの受光信号に変化が生じたか否かを判断する。変化が生じていなければ(ステップS6でNO)、処理はリターンする。変化が生じている場合には(ステップS6でYES)、MPU5はその受光信号のレベルが低いか否かを判断し(ステップS7)、低いときには(ステップS7でYES)第2タイマ24bを起動させ(ステップS8)、高いときには(ステップS7でNO)第2タイマ24bを停止させて(ステップS9)、処理はリターンする。
【0070】
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遮断物(指示物)の断面長を求めることも可能である。図13は、この断面長計測の原理を示す模式図である。図13において、D1,D2はそれぞれ光送受ユニット1a,1bから見た遮断物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)から遮断物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。
【0071】
OPc=r1=(Pcx2 +Pcy2 1/2 …(8)
BPc=r2={(L−Pcx)2 +Pcy2 1/2 …(9)
【0072】
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。
【0073】
Figure 0003966592
【0074】
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。
【0075】
ところで、上述のようにして、遮断物(指示物)の断面長を求めることが可能であるということは、たとえば筆を使用して表示画面10上に文字を書いたような場合には、微妙に変化する線の太さ,かすれ具合等の墨跡をそのまま再現することが可能であることを意味している。しかしそのためには、なるべく表示画面10の表面に近い位置にレーザ光を走査する必要がある。換言すれば、ある程度以上に表示画面10の表面から離れた位置にレーザ光を走査した場合には、筆の根元の太さが変化しない部分を検出することになるからである。
【0076】
このような観点から本願発明者らが種々の市販の筆を使用してテストを行なったところ、表示画面10の表面から5ミリまでの位置、好ましくは3ミリまでの位置にレーザ光を走査させることが必要であることが判明した。またその際に使用されるレーザ光は、ビームの幅(表示画面10の表面と平行な方向のサイズ)が高さ(表示画面10の表面と垂直な方向のサイズ)の1/2 以下であることが、解像度の面から望ましいことも判明した。
【0077】
なお、上述の本願発明者らによるテストは市販の筆によって行なわれたが、それに限らず同様の性質、即ち筆圧に応じて接触面への接触面積が変化するような器具、または筆を模して作成された本発明の光走査型タッチパネル専用の器具等を使用した場合にも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【0078】
次に、光送受ユニット1a,1bの他の構成例について、図14及び図5の模式図を参照して説明する。なお、図15は図14のA−A矢符方向の断面図である。
【0079】
この構成例では、発光素子11a(11b),受光素子13a(13b),ビームスプリッタ15a(15b)及びポリゴンミラー16a(16b)等はいずれも表示画面10よりも低い位置に配置されており、ポリゴンミラー16a(16b)はその回転軸が表示画面10と平行になるように配置されている。また、発光素子11a(11b)とビームスプリッタ15a(15b)との間の光路はポリゴンミラー16a(16b)の回転軸と直交し且つ表示画面10と平行になるように配置されている。更に、ポリゴンミラー16a(16b)と表示画面10との間には、反射鏡19a(19b)がその表面が表示画面10の表面と45°の角度となるようにして配置されている。
【0080】
このような構成では、発光素子11a(11b)から投射されたレーザ光はビームスプリッタ15a(15b)を通過してポリゴンミラー16a(16b)により表示画面10に対して直交する面内に走査され、更に反射鏡19a(19b)により表示画面10の表面に平行な面内に走査される。また、その再帰性反射シート7からの反射光は、反射鏡19a(19b)で表示画面10の表面と直交する面に反射され、更にポリゴンミラー16a(16b)及びビームスプリッタ15a(15b)にて反射された後、受光素子13a,13bに入射される。
【0081】
このような図14及び図15に示されている光送受ユニット1a(1b)の構成は、パルスモータ21a(21b)として偏平な円板状のモータを使用する際に光送受ユニット1a(1b)の小型化に有効である。
【0082】
最後に、ポリゴンミラー16a,16bの面数に関して説明する。前述の如く、表示画面10に対して2ヶ所の光送受ユニット1a,1bから三角測量を行なうためには、それぞれに90°の走査が最低限必要である。このような観点から表示画面10に対して90°の走査を行なう場合のポリゴンミラー16a,16bの面数とサイズとの関係は図16のグラフに示されているようになる。なお、ポリゴンミラー16a,16bは言うまでもなく正多角形である。
【0083】
この結果と、本実施の形態の表示画面10のサイズとを考慮すると、光送受ユニット1a,1bに実際に備えることが可能なポリゴンミラー16a,16bのサイズは30〜40ミリ程度であるため、ポリゴンミラー16a,16bは3面〜6面が好ましい。
【0084】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の光走査型タッチパネルでは、指示物によって生じる走査光の遮断範囲を計測するようにしたので、指示物の大きさを考慮した正しい指示位置を精度良く検出できる、指示物の種類を判定して、所定の指示物ではない物体による誤検出を防止できる等、本発明は優れた効果を奏する。
【0085】
また、本発明の光走査型タッチパネルによれば、発光器及び受光器の配置が、光走査部による走査光が発光器及び受光器に付随する構成要素に遮られないように考慮されているため、光走査手段による走査光が走査領域方向へ十分に走査される。
【0086】
更に、本発明の光走査型タッチパネルによれば、発光器及び受光器の配置が、発光器をその発光方向が光走査部による走査面と交叉するように、また受光器もその受光の指向性の方向が光走査部による走査面と交叉するように共に考慮されているため、光送受器の小型化に効果を奏する。
【0087】
また更に、本発明の光走査型タッチパネルによれば、光走査部を構成するポリゴンミラーの反射面の面数を3乃至6面とすることにより、光走査部を小型することが可能になる。
【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】光送受ユニットの構成例を示す模式的平面図である。
【図4】光送受ユニットの構成例を示す模式的側面図である。
【図5】ビームスプリッタの具体的な構成例を示す模式的側面図である。
【図6】本発明の光走査型タッチパネルのブロック図である。
【図7】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】遮断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】遮断時間計測のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図13】断面長計測の原理を示す模式図である。
【図14】光送受ユニットの他の構成例を示す模式図である。
【図15】光送受ユニットの他の構成例を示す模式図である。
【図16】ポリゴンミラーの面数とサイズとの関係を示すグラフである。
【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
4 ポリゴン制御回路
5 MPU
6 表示装置
7 再帰性反射シート
7a,7b 再帰性反射シートの鋸歯状部分
10 表示画面(座標面)
11a,11b 発光素子
13a,13b 受光素子
15a,15b ビームスプリッタ
16a,16b ポリゴンミラー
18a,18b タイミング検出用受光素子
21a, 21b パルスモータ
22 パルスモータ駆動回路
151a,151b 主反射面
152a,152b 副反射面
153a,153b 開口(アパーチャ)

Claims (4)

  1. 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の周辺に、少なくとも2組の光送受ユニット及び光再帰性反射体を設けた光走査型タッチパネルにおいて、
    前記光送受ユニットは、発光器と、該発光器により発光された光を前記平面の範囲と実質的に平行である面内で角度走査を行なう光走査部と、該光走査部により走査される光の前記光再帰性反射体による反射光を受光する受光器と、前記発光器が発光した光を前記光走査部へ通過させ、前記光再帰性反射体による反射光を前記受光器へ分離する光分離器とからなり、
    前記光分離器が、前記光再帰性反射体による反射光を前記受光器の方向へ反射させる反射面と、前記発光器が発光した光を前記光走査部へ通過させるための前記反射面とその背面との間を貫通する開口とを有すると共に前記反射面とその背面とが平行でないように構成された反射体を備えたことを特徴とする光走査型タッチパネル。
  2. その反射面が前記平面の範囲と交叉する反射鏡を更に備え、
    前記光走査部は、前記発光器が発光した光を前記平面の範囲と交叉する面内に走査し、
    前記反射鏡は、前記光走査部が前記平面の範囲と交叉する面内に走査した光を前記平面の範囲と平行な面内に反射すべくなしてあること
    を特徴とする請求項1に記載の光走査型タッチパネル。
  3. 前記反射鏡の反射面は前記平面の範囲に対して45°で交叉し、前記光走査部は、前記発光器が発光した光を前記平面の範囲と直交する面内に走査するように配置されていることを特徴とする請求項2に記載の光走査型タッチパネル。
  4. 前記光走査部は、3乃至6面の反射面を有するポリゴンミラーで構成されていることを特徴する請求項1乃至3のいずれかに記載の光走査型タッチパネル。
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