JP3805316B2 - Optical scanning touch panel - 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」が知られている（例えば、特許文献１参照。）。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開示されている（例えば、特許文献２参照。）。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提案されている（例えば、特許文献３参照。）。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提案している（例えば、特許文献４参照。）。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】
【特許文献１】
米国特許第４，２６７，４４３号明細書
【特許文献２】
特開昭５７−２１１６３７号公報
【特許文献３】
特開昭６２−５４２８号公報
【特許文献４】
特開平１１−１１０１１６号公報
【０００８】
【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。
【０００９】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、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を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光走査型タッチパネルは、光を発する発光素子と、該発光素子から発せられた光を所定領域と実質的に平行である面内で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、前記発光素子の発光動作を停止する手段と、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前記発光素子の発光動作を停止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。
【００１１】
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発光素子の発光動作を停止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。
【００１２】
【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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。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。
【００２７】
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、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、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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１１ａ，１１ｂからのレーザ光がポリゴンミラー１６ａ，１６ｂ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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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（１３ｂ）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。
【００５０】
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（１６ｂ）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（１３ｂ）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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
Ｐｘ＝（ｔａｎφ）÷（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）×Ｌ …（１）
Ｐｙ＝（ｔａｎθ・ｔａｎφ）÷（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）×Ｌ …（２）
【００５４】
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。
【００５５】
Ｐｃｘ＝Ｐｃｘ（θ１＋ｄθ／２，φ１＋ｄφ／２） …（３）
Ｐｃｙ＝Ｐｃｙ（θ１＋ｄθ／２，φ１＋ｄφ／２） …（４）
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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）
【００５９】
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）
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
ＯＰｃ＝ｒ１＝（Ｐｃｘ² ＋Ｐｃｙ² ）^1/2 …（８）
ＢＰｃ＝ｒ２＝｛（Ｌ−Ｐｃｘ）² ＋Ｐｃｙ² ｝^1/2 …（９）
【００６３】
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。
【００６４】

【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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ＭＰＵ５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。
【００６８】
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，１１ｂ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。
【００６９】
【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、所定時間にわたって発光素子の発光動作を停止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
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
２７ 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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical scanning touch panel that optically detects the position and size of an indicator on a display screen of a display device on which information is displayed by a computer system or the like.
[0002]
[Prior art]
With the spread of computer systems such as personal computers mainly, new information can be input by instructing on the display screen of a display device on which information is displayed by the computer system with a human finger or a specific indicator, Devices that give various instructions to a computer system are used.
[0003]
When an input operation is performed on the information displayed on the display screen of a display device such as a personal computer by a touch method, the contact position (indicated position) on the display screen is detected with high accuracy. There is a need. As a method for detecting the indicated position on the display screen serving as such a coordinate plane, a “carol method” is known (see, for example, Patent Document 1). In this method, a light matrix is formed on the front surface of the display screen by arranging a light emitting element and a light receiving element facing each other on the front frame of the display screen, and a light blocking position due to a finger or pen contact is detected. . In this method, it is possible to obtain a high S / N and to expand the application to a large display device, but the detection resolution is proportional to the arrangement interval of the light emitting element and the light receiving element, so that the detection resolution is increased. Therefore, it is necessary to narrow the arrangement interval. Therefore, in order to detect the contact position with high accuracy even when a small object such as a pen tip is contacted to the large screen, the number of light emitting elements and light receiving elements to be arranged increases, and the configuration is large. There is a problem that the signal processing becomes complicated as well as bulky.
[0004]
Further, another optical position detection method is disclosed (for example, see Patent Document 2). In this method, a focused light such as a laser beam is angle-scanned from the outside of the display screen, the angles at which the dedicated pen exists are determined from two timings of the reflected light from the dedicated pen having the reflecting means, and the obtained angles Is applied to the principle of triangulation and position coordinates are detected by calculation. In this method, the number of parts can be greatly reduced, and high resolution can be achieved. However, there is a problem in operability such as the use of a dedicated reflective pen, and the position of a finger, an arbitrary pen, etc. cannot be detected.
[0005]
Furthermore, another optical position detection method has been proposed (see, for example, Patent Document 3). In this method, optical retroreflectors are arranged on both side frames of the display screen, the return light from the optical retroreflector of the angle-scanned laser beam is detected, and from the timing when the light beam is blocked by a finger or a pen. The presence angle of the finger or pen is obtained, and the position coordinates are detected from the obtained angle by the principle of triangulation. In this method, the number of parts is small and detection accuracy can be maintained, and the position of a finger, an arbitrary pen, or the like can be detected.
[0006]
The same applicant as the present invention has proposed an optical detection method that detects not only the position of a finger, an arbitrary pen, etc., but also the size thereof (see, for example, Patent Document 4). In this method, at least two optical transmission / reception units that angularly scan laser light in a plane substantially parallel to the display screen are arranged at the corners of the display screen, and the optical retroreflector is disposed along at least three sides of the display screen. Provided is to measure the scanning light blocking range by an indicator such as a finger or a pen in the scanning plane, calculate the position of the indicator in the scanning plane by the principle of triangulation, and calculate the size of the indicator .
[0007]
[Patent Document 1]
US Pat. No. 4,267,443 [Patent Document 2]
JP 57-2111637 A [Patent Document 3]
JP 62-5428 A [Patent Document 4]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-110116
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described three conventional examples in which light is angularly scanned, angular scanning of light is realized by rotating a polygon mirror having a plurality of light reflecting surfaces. Then, the return light from the light retroreflector at the time of the angle scanning of the light is detected, and a range in which the detection level is smaller than a predetermined threshold level is detected as a blocking range where the light beam is blocked by the finger or the pen. . Such an optical scanning touch panel is often affected by disturbance light such as illumination light. However, in the conventional example, the calculation operation is performed without considering the state of the disturbance light, and it is not determined whether or not the environment is an appropriate disturbance light environment. There is a problem that cannot be obtained.
[0009]
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide an optical scanning touch panel that can detect the degree of influence of disturbance light and prevent a situation in which an accurate calculation result cannot be obtained due to disturbance light. And
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Optical scanning type touch panel according to the present invention, a light emitting element for emitting light, a light scanning unit for scanning angles in a plane parallel light emitted in a predetermined region substantially from the light emitting element, the scanning light An optical scanning touch panel comprising: a light receiving element that partially receives light; and a measurement unit that measures a blocking position of scanning light formed by an indicator in the predetermined area based on an output of the light receiving element corresponding to a scanning angle A means for stopping the light emitting operation of the light emitting element, a timer for measuring a predetermined time, and a case where the light scanning operation of the light emitting element is stopped and the optical scanning unit is operated for the predetermined time measured by the timer. A calculating means for calculating a difference between a maximum value and a minimum value of a light reception result in the light receiving element, and a comparing means for comparing the difference calculated by the calculating means with a predetermined reference value. To do.
[0011]
In the optical scanning touch panel of the present invention, the light emitting operation of the light emitting element is stopped for a predetermined time to activate the optical scanning unit, and the difference between the maximum value and the minimum value of the light receiving result in the light receiving element during that time is obtained and obtained. The difference is compared with a predetermined reference value. When this difference is large, the influence of disturbance light is large, and when this difference is small, it is considered that the influence of disturbance light is small. Therefore, the degree of the influence of disturbance light can be detected by obtaining the difference and comparing it with a reference value.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing embodiments thereof. FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of an optical scanning touch panel according to the present invention.
[0013]
In FIG. 1, reference numeral 10 is a display screen of a CRT or flat display panel (PDP, LCD, EL, etc.), a projection type video display device, etc. in an electronic device such as a personal computer. It is configured as a display screen of a PDP (plasma display) having a display size of 05.6 × 51.8 cm in the vertical direction and a diagonal size of 105.6 cm.
[0014]
For example, one short side of the rectangular display screen 10 (the right side in this embodiment) that is a range of a plane defined as a target area to be touched by an indicator (blocker) S such as a finger or a pen. The light transmission / reception units 1a and 1b each having an optical system including a light emitting element, a light receiving element, a polygon mirror and the like are provided outside the two corners. Further, the retroreflective sheet 7 is provided on the three sides excluding the right side of the display screen 10, that is, outside the upper and lower sides and the left side. These components are arranged in a state of being shielded by a not-shown cage-like shield installed on the front side of the housing.
[0015]
Reference numeral 70 is a light shielding member. The light shielding member 70 is configured so that light is not directly incident between the light transmitting / receiving units 1a and 1b, specifically, the light projected from the light transmitting / receiving unit 1a is not incident on the light transmitting / receiving unit 1b, and vice versa. In order to prevent light projected from the light transmission / reception unit 1b from entering the light transmission / reception unit 1a, the light transmission / reception unit 1a is provided on a line connecting the light transmission / reception units 1a, 1b. The light shielding member 70 is an object having a practical light reflectance of “0”, and is configured to have a height approximately equal to the height of the retroreflective sheet 7.
[0016]
FIG. 2 is a schematic diagram showing an internal configuration and optical paths of the optical transmission / reception units 1a and 1b. Both optical transmission / reception units 1a and 1b include light-emitting elements 11a and 11b made of laser diodes that emit infrared laser light, collimator lenses 12a and 12b for converting laser light from the light-emitting elements 11a and 11b into parallel light, and recursion. Light receiving elements 13a and 13b that receive reflected light from the reflective sheet 7, and a visible light cut filter 14a that blocks visible light components of external light from display screens, illumination lights, etc. incident on the light receiving elements 13a and 13b. 14b, beam splitters 15a and 15b for guiding the reflected light to the light receiving elements 13a and 13b, and, for example, quadrangular columnar polygon mirrors 16a and 16b for angularly scanning the laser light from the light emitting elements 11a and 11b. .
[0017]
By rotating the polygon mirrors 16a and 16b, angle scanning of light of 90 degrees or more is realized. The light receiving elements 13a and 13b receive the laser beams scanned from the polygon mirrors 16a and 16b at the start of each scan, thereby determining the timing of the synchronization signal and correcting the rotational speed of the polygon mirrors 16a and 16b. Is used to generate information.
[0018]
The laser beams emitted from the light emitting elements 11a and 11b are collimated by collimator lenses 12a and 12b, pass through beam splitters 15a and 15b, which will be described later, and then substantially the same as the display screen 10 by rotation of the polygon mirrors 16a and 16b. Are scanned in the plane parallel to each other and projected onto the retroreflective sheet 7. The reflected light from the retroreflective sheet 7 is reflected by the polygon mirrors 16a and 16b and the beam splitters 15a and 15b, and then enters the light receiving elements 13a and 13b through the visible light cut filters 14a and 14b. The However, when the indicator S is present in the optical path of the projection light, the projection light is blocked, so that the reflected light does not enter the light receiving elements 13a and 13b.
[0019]
Each of the light transmitting / receiving units 1a and 1b includes light emitting element driving circuits 2a and 2b for driving the light emitting elements 11a and 11b, and light receiving signal detecting circuits 3a and 3b for converting the amount of light received by the light receiving elements 13a and 13b into electric signals, A polygon control circuit 4 that controls the operation of the polygon mirrors 16a and 16b is connected. Reference numeral 5 denotes an MPU that calculates the position and size of the indicator S and controls the operation of the entire apparatus. Reference numeral 5 denotes a display device that displays a calculation result of the MPU 5 and the like.
[0020]
In such an optical scanning touch panel of the present invention, as shown in FIG. 1, for example, the optical transmission / reception unit 1b will be described. The projected light from the optical transmission / reception unit 1b is directly incident on the light receiving element 13b. Scanning in the counterclockwise direction in FIG. 1 through the position shielded by the light shielding member 70 from the start position reaches the position (Ps) reflected by the tip portion of the retroreflective sheet 7. Then, it is reflected by the retroreflective sheet 7 until it reaches a position (P1) that reaches one end of the indicator S, but is blocked by the indicator S until it reaches a position (P2) that reaches the other end of the indicator S. Until the subsequent scanning position (Pe), the light is reflected by the retroreflective sheet 7.
[0021]
However, in the light transmission / reception unit 1a, light is scanned clockwise in FIG. Here, the light transmission / reception unit 1a sets the lower side of the display screen 10 in the clockwise direction in FIG. 1 as the scanning start direction, and conversely the light transmission / reception unit 1b has the upper side of the display screen 10 in the counterclockwise direction in FIG. The reason why is set as the scanning start direction will be described.
[0022]
In the case of the optical transmission / reception unit 1b, either the upper side or the left side of the display screen 10 may be the scanning start direction. However, when viewed from the optical transmission / reception unit 1b, the upper side of the display screen 10 is more distant than the lower side. Since the reflected light amount is large because of the proximity, and the reflection surface of the retroreflective sheet 7 is substantially perpendicular to the upper side of the display screen 10, the reflected light amount is large. Is the scanning start direction. In other words, in the case of the light transmission / reception unit 1b, if the lower side of the display screen 10 is the scanning start direction, the lower side of the display screen 10 is farther away from the upper side, so the amount of reflected light at the start of scanning becomes smaller. Moreover, since the reflective surface of the retroreflective sheet 7 is curved, the amount of reflected light becomes small. However, the curve of the retroreflective sheet 7 is not an essential problem, and it is of course possible to adopt a configuration that does not allow the curve.
[0023]
By the way, as shown in FIG. 1, the retroreflective sheet 7 is arranged in a “U” shape so as to surround the display screen 10 with the side where both the light transmitting / receiving units 1 a and 1 b are arranged as an opening. ing. Furthermore, as indicated by reference numerals 7a and 7b, a portion where the light projection angle from both the light transmitting and receiving units 1a and 1b to the retroreflective sheet 7 is reduced, specifically, both the light transmitting and receiving units 1a and 1b, A retroreflective sheet is installed in a sawtooth shape at a portion far from both the light transmitting / receiving units 1a, 1b on two sides (upper side and lower side in FIG. 1) orthogonal to the side where 1b is arranged. Yes.
[0024]
Due to the sawtooth portions 7a and 7b of the retroreflective sheet, for example, the projection light from the light transmitting / receiving unit 1b is scanned from the position Ps to the position P3 of one end of the sawtooth portion 7b of the retroreflective sheet. Since the incident angle to the retroreflective sheet 7 gradually decreases, the amount of reflected light also decreases accordingly. However, between the position P3 at one end of the sawtooth portion 7b of the retroreflective sheet and the position P4 at the other end, the light enters the sawtooth portion 7b of the retroreflective sheet at a substantially right angle. Reduction is avoided.
[0025]
FIG. 3 is a block diagram showing the relationship between the MPU 5 and other circuits. The polygon control circuit 4 includes a pulse motor 21 that rotates the polygon mirrors 16 a and 16 b and a pulse motor drive circuit 22 that drives the pulse motor 21.
[0026]
The MPU 5 sends a drive control signal to the light emitting element drive circuits 2a and 2b, and the light emitting element drive circuits 2a and 2b are driven in accordance with the drive control signal, thereby controlling the light emitting operation of the light emitting elements 11a and 11b. While the off signal is output from the MPU 5 to the light emitting element driving circuits 2a and 2b, the light emitting operation of the light emitting elements 11a and 11b is stopped so that the laser light is not emitted from the light emitting elements 11a and 11b. .
[0027]
The light reception signal detection circuits 3a and 3b send light reception signals of reflected light from the light receiving elements 13a and 13b to the MPU 5. The MPU 5 calculates the position and size of the indicator S based on the light reception signals from the light receiving elements 13a and 13b, and displays the calculation result on the display device 6. The display device 6 can also serve as the display screen 10. The MPU 5 detects the timing of the optical scanning start based on the light reception signals from the light receiving elements 13a and 13b. Further, the MPU 5 sends a drive control signal for driving the pulse motor 21 to the pulse motor drive circuit 22.
[0028]
The MPU 5 includes a read-only memory (ROM) 25 that stores an algorithm for calculating the position and size of the indicator S, and an intermediate value of the calculation procedure, and a calculated value of the position and size of the indicator S. A writable memory (RAM) 26 for storing a threshold value for measuring the scanning light blocking range and a timer 27 for measuring a predetermined time from the detected timing of the optical scanning are incorporated.
[0029]
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of the light reception signal detection circuit 3a. The light reception signal detection circuit 3b has the same configuration as that of the light reception signal detection circuit 3a. When necessary, “a” at the end of the reference numeral is replaced with “b”.
[0030]
Since the light receiving element 13a outputs a light receiving signal in which the amount of received light is proportional to the current value, the current / voltage (I / V) converter 30a converts the output signal (current) from the light receiving element 13a into a voltage signal. The voltage signal output from the current / voltage converter 30a passes through the low-pass filter 31a and is input as a signal to be compared from the amplifier 32a to one input terminal of the comparator 33a. The output of the comparator 33a is input to the first timer 34a, and the output thereof is input to the MPU 5. The output of the amplifier 32a is also given to the A / D converter 36a, converted into a digital signal and inputted to the MPU 5. The digital signal output from the MPU 5 is converted into an analog signal by the D / A converter 35a and input as a comparison threshold value Ref to the other input terminal of the comparator 33a. This threshold value Ref is set by the MPU 5 as described later.
[0031]
Further, the output of the low-pass filter 31a is input as a signal to be compared to one input terminal of the comparator 38a via the amplifier 37a. The output of the comparator 38a is input to the second timer 39a, and the output thereof is input to the MPU 5. The comparison threshold TH of the comparator 38a is set to an appropriate level between the maximum output at the timing detection and the maximum output at the indication position detection.
[0032]
The operation of the light reception signal detection circuit 3a (3b is the same) and the MPU 5 having the above configuration will be described. Since the comparison threshold value TH in the comparator 38a is a level between the maximum output at the time of timing detection and the maximum output at the time of detection of the indicated position, the comparator 38a has the light receiving element 13a directly reflected light from the polygon mirror 16a. The signal “1” is output only during the period in which light is received, and the signal “0” is output during the other periods. Therefore, the timing at which the output signal of the comparator 38a rises from “0” to “1” is the timing for starting optical scanning.
[0033]
The second timer 39a starts the time measuring operation at the timing when the output signal of the comparator 38a rises from “0” to “1” (light scanning start timing), and rises from the next “0” to “1” (light The timing operation is continued until the scanning start timing). That is, the second timer 39a is reset at every timing of the start of optical scanning, and the measurement result is output to the MPU 5. As described above, the second timer 39a measures the time interval (time interval from the start of the optical scan to the start of the next optical scan) when the output signal of the comparator 38a rises from “0” to “1”, thereby generating the polygon. The rotation state of the mirror 16a can be monitored.
[0034]
Since the output of the amplifier 32a is converted into a digital signal by the A / D converter 36a and input to the MPU 5, the MPU 5 can monitor the output signal of the light receiving element 13a for a certain period as a digital signal.
[0035]
The MPU 5 can output a digital signal to the D / A converter 35a and convert it to an analog signal, and then give a comparison threshold value Ref to the other input terminal of the comparator 33a. The comparator 33a compares the output of the amplifier 32a with the threshold value Ref given from the MPU 5, and outputs “1” when the output of the amplifier 32a is equal to or higher than the threshold value, and “0” otherwise. "Is output. The first timer 34a measures the duration time of the “1” output and “0” output from the comparator 33a, and outputs the time measurement result to the MPU 5.
[0036]
Next, the calculation operation of the position and size of the pointing object S by the optical scanning touch panel of the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic diagram showing an implementation state of the optical scanning touch panel. However, in FIG. 5, components other than the optical transmission / reception units 1a and 1b, the retroreflective sheet 7, and the display screen 10 are not shown. Moreover, the case where a finger is used as the pointing object S is shown.
[0037]
The MPU 5 controls the polygon control circuit 4 to rotate the polygon mirrors 16a and 16b in the light transmission / reception units 1a and 1b, thereby angle-scanning the laser beams from the light emitting elements 11a and 11b. As a result, the reflected light from the retroreflective sheet 7 enters the light receiving elements 13a and 13b. In this way, the amount of light received by the light receiving elements 13a and 13b is obtained as a light receiving signal that is an output of the light receiving signal detection circuits 3a and 3b.
[0038]
In FIG. 5, θ00 and φ00 indicate that the laser beams from the light emitting elements 11a and 11b are directly reflected by the polygon mirrors 16a and 16b from the reference line connecting both the light transmitting and receiving units 1a and 1b and enter the light receiving elements 13a and 13b. Θ0, φ0 are the angles from the reference line connecting both the light transmitting / receiving units 1a, 1b to the end of the retroreflective sheet 7, and θ1, φ1 are from the reference line to the reference line side end of the indicator S The angles θ2 and φ2 indicate the angles from the reference line to the reference line of the indicator S and the opposite end.
[0039]
FIG. 6A shows the waveform of the light reception signal by the light receiving element 13a and the waveform of the threshold value Ref in the comparator 33a when the indicator S is not present, and FIG. 6B shows the comparison by the comparator 33a at that time. The waveform of the output signal is shown. The same applies to the optical transmission / reception unit 1b.
[0040]
The light receiving element 13a (13b) directly receives light from the light emitting element 11a (11b) at a scanning angle of θ00 (φ00). This state is detected as the timing when the output signal of the comparator 38a changes from “0” to “1”, and the period is further counted by the second timer 39a. As a result, the MPU 5 can monitor the rotation cycle of the polygon mirror 16a (16b), so that the rotation of the pulse motor 21 rotating the polygon mirror 16a (16b) is corrected by controlling the polygon control circuit 4 as necessary. In addition, a predetermined elapsed time from the start of optical scanning is measured by the timer 27 in the MPU 5.
[0041]
When the polygon mirror 16a (16b) is a four-sided regular polygon as in the present embodiment, the polygon mirror 16a (16b) is rotated by a quarter in one cycle counted by the second timer 39a. It will be.
[0042]
When the indicator S is not present in the optical path of the scanning light, retroreflective following the direct incidence on the light receiving element 13a (13b) at the timing of θ00 (φ00) shown in FIG. The reflected light from the sheet 7 enters the light receiving element 13a (13b). As shown in FIG. 6A, the amount of light reflected from the retroreflective sheet 7 receives reflected light from the nearest portion of the retroreflective sheet 7 at the first angle θ0 (φ0). It reaches the maximum, and then gradually decreases while temporarily decreasing at the farthest diagonal corner of the retroreflective sheet 7, and then gradually increases and reaches the minimum at an angle of 90 ° to complete one cycle of scanning.
[0043]
By the way, when the threshold value Ref is set in the comparator 33a, the MPU 5 sets the time when the output signal of the comparator 33a is “1”, in other words, the level of the input signal to the comparator 33a is equal to or higher than the threshold value Ref. The time measurement result of the first timer 34a that has timed is input. When the apparatus is normal, a relatively short time “1” output caused by light directly incident on the light receiving element 13 a and a relatively long time “1” caused by reflected light from the retroreflective sheet 7. The output is obtained as an output signal of the comparator 33a. However, since a relatively short time “1” output caused by the direct incident light on the light receiving element 13a is synchronized with the timing period of the second timer 39a, as shown in FIG. The MPU 5 stores only a relatively long duration of “1” output due to the reflected light from the retroreflective sheet 7 in the RAM 26 as a measurement time.
[0044]
FIG. 7A shows the waveform of the light reception signal by the light receiving element 13a and the waveform of the threshold value Ref in the comparator 33a when the indicator S is present, and FIG. 7B shows the comparison by the comparator 33a at that time. The waveform of the output signal is shown. The same applies to the optical transmission / reception unit 1b.
[0045]
When the indicator S exists in the optical path of the scanning light on the display screen 10, the reflected light from the indicator S of the light projected from the light transmitting / receiving units 1a and 1b is not incident on the light receiving elements 13a and 13b. Therefore, in the state as shown in FIG. 5, the reflected light is not incident on the light receiving element 13a when the scanning angle is from 0 ° to θ0, and the light receiving element 13a is between the scanning angle from θ0 to θ1. The reflected light is incident on the light receiving element 13a, and the reflected light is not incident on the light receiving element 13a when the scanning angle is between θ1 and θ2. Similarly, no reflected light is incident on the light receiving element 13b when the scanning angle is between 0 ° and φ0, and reflected light is incident on the light receiving element 13b when the scanning angle is between φ0 and φ1, and the scanning angle is φ1. To φ2, no reflected light is incident on the light receiving element 13b.
[0046]
Such an angle is obtained from the comparison result between the level of the received light signal and the threshold value Ref as shown in FIGS. 7A and 7B, in other words, from the rising or falling timing of the received light signal (FIG. 8 ( a), see (b)). Therefore, the blocking range by the finger of the person as the indicator S can be obtained as dθ = θ2−θ1 and dφ = φ2−φ1.
[0047]
Note that θ00 and φ00 and θ0 and φ0 are known from the positional relationship between the reference line connecting both the light transmitting and receiving units 1a and 1b and the light receiving elements 13a and 13b and the positional relationship of the end portions of the retroreflective sheet 7. Needless to say.
[0048]
Here, the setting operation of the threshold value Ref for detecting the scanning light blocking range by the optical scanning touch panel of the present invention will be described.
[0049]
When the light receiving level below the threshold value Ref is not detected in the optical scanning, that is, when it is determined that there is no indicator S, the MPU 5 transmits the light emitting element driving circuit 2a ( An off signal is output to 2b) to stop the light emitting operation of the light emitting element 11a (11b). During this time, the MPU 5 adds a predetermined value (margin voltage) to the light reception output of the light receiving element 13a (13b) input via the A / D converter 36a, and the digital addition value is added to the D / A converter. To 35a. The D / A converter 35a converts the digital signal output from the MPU 5 into an analog signal and sets it as a threshold value (reference voltage) Ref for comparison output by the comparator 33a. This margin voltage is determined based on fluctuations in the amount of light received due to noise in the light receiving system, digitizing errors during A / D conversion, accumulated time-series received light data, and the like.
[0050]
Further, the MPU 5 performs the following operation to detect the degree of the influence of disturbance light on the calculation operation of the optical scanning touch panel. During a predetermined time counted by the timer 27, the MPU 5 outputs an off signal to the light emitting element driving circuit 2a (2b) to stop the light emitting operation of the light emitting element 11a (11b), and then the polygon mirror 16a (16b). Rotate. During this time, the MPU 5 detects the maximum value and the minimum value in the light reception output of the light receiving element 13a (13b) input via the A / D converter 36a. The difference between the maximum value and the minimum value is obtained, the difference is compared with the reference value, and the comparison result is output.
[0051]
When the difference between the maximum value and the minimum value is large, there is disturbance light (illumination lamp, etc.) that has a large influence on the calculation operation of the optical scanning touch panel. When the difference is small, the calculation operation is not performed. It can be said that there is no disturbing light that has a great influence. Therefore, for example, when the above margin voltage is adopted as the reference value, if the difference is larger than the reference value (margin voltage), it is determined that the ambient light environment is such that the optical scanning touch panel cannot be used. When the difference is smaller than the reference value (margin voltage), it is determined that the ambient light environment can use the optical scanning touch panel. Therefore, by outputting the comparison result between the difference and the reference value (margin voltage), it is possible to easily determine whether the optical scanning touch panel is in an usable environment.
[0052]
Next, processing for obtaining the coordinates of the center position (designated position) of the pointing object S (finger in this example) from the cut-off range obtained in this way will be described. First, the conversion from an angle based on triangulation to Cartesian coordinates will be described. As shown in FIG. 9, the position of the optical transmission / reception unit 1a is set to the origin O, the right side and the upper side of the display screen 10 are set to the X axis and the Y axis, and the length of the reference line (distance between the optical transmission / reception units 1a and 1b). Let L be L. The position of the optical transmission / reception unit 1b is B. When the center point P (Px, Py) indicated by the indicator S on the display screen 10 is located at angles of θ and φ with respect to the X axis from the light transmitting / receiving units 1a and 1b, respectively, the X of the point P The values of the coordinates Px and Y coordinates Py can be obtained by the following formulas (1) and (2), respectively, based on the principle of triangulation.
[0053]
Px = (tan φ) ÷ (tan θ + tan φ) × L (1)
Py = (tan θ · tan φ) ÷ (tan θ + tan φ) × L (2)
[0054]
By the way, since the indicator S (finger) has a size, when the detected angle at the rising / falling timing of the detected light reception signal is adopted, as shown in FIG. Four points (P1 to P4 in FIG. 10) of the edge portion are detected. These four points are all different from the designated center point (Pc in FIG. 10). Therefore, the coordinates (Pcx, Pcy) of the center point Pc are obtained as follows. When Px = Px (θ, φ) and Py = Py (θ, φ), Pcx and Pcy can be expressed by the following equations (3) and (4), respectively.
[0055]
Pcx = Pcx (θ1 + dθ / 2, φ1 + dφ / 2) (3)
Pcy = Pcy (θ1 + dθ / 2, φ1 + dφ / 2) (4)
[0056]
Therefore, by substituting θ1 + dθ / 2 and φ1 + dφ / 2 represented by the equations (3) and (4) as θ and φ in the above equations (1) and (2), the coordinates of the instructed center point Pc are obtained. Can be sought.
[0057]
In the above-described example, the average value of the angle is first obtained, and the average value of the angle is substituted into the triangulation conversion formulas (1) and (2) to obtain the coordinates of the center point Pc that is the designated position. First, the orthogonal coordinates of the four points P1 to P4 are obtained from the scanning angle according to the triangulation conversion formulas (1) and (2), the average of the obtained coordinate values of the four points is calculated, and the center point It is also possible to obtain the coordinates of Pc. Further, it is possible to determine the coordinates of the center point Pc that is the designated position in consideration of the parallax and the visibility of the designated position.
[0058]
Incidentally, as described above, since the rotational angular velocities of the polygon mirrors 16a and 16b are constant, the information of the scanning angle can be obtained by measuring the time. FIG. 11 is a timing chart showing the relationship between the light reception signal from the light reception signal detection circuit 3a and the scanning angle θ and scanning time T of the polygon mirror 16a. When the scanning angular velocity of the polygon mirror 16a is constant, assuming that the scanning angular velocity is ω, the scanning angle θ and the scanning time T have a proportional relationship as shown in the following equation (5).
θ = ω × T (5)
[0059]
Therefore, the angles θ1 and θ2 at the time of falling and rising of the received light signal have the relationship between the scanning times t1 and t2 and the following expressions (6) and (7).
θ1 = ω × t1 (6)
θ2 = ω × t2 (7)
[0060]
Therefore, when the scanning angular velocities of the polygon mirrors 16a and 16b are constant, it is possible to measure the blocking range and coordinate position of the indicator S (finger) using the time information.
[0061]
In the optical scanning touch panel of the present invention, the size (cross-sectional length) of the indicator S (finger) can be obtained from the measured blocking range. FIG. 12 is a schematic diagram showing the principle of the cross-sectional length measurement. In FIG. 12, D1 and D2 are cross-sectional lengths of the indicator S as viewed from the optical transmission / reception units 1a and 1b, respectively. First, the distances OPc (r1) and BPc (r2) from the positions O (0, 0) and B (L, 0) of the optical transmission / reception units 1a and 1b to the center point Pc (Pcx, Pcy) of the indicator S are It is obtained as shown in the following equations (8) and (9).
[0062]
OPc = r1 = (Pcx ² + Pcy ² ) ^1/2 (8)
BPc = r2 = {(L-Pcx) ² + Pcy ² } ^1/2 (9)
[0063]
Since the cross-sectional length can be approximated by the product of the distance and the sine value of the cutoff angle, the cross-sectional lengths D1 and D2 can be measured according to the following equations (10) and (11).
[0064]

[0065]
In the case of θ, φ≈0, it can be approximated as sinθ≈dθ≈tandθ, sindφ≈dφ≈tandφ. Therefore, in the equations (10) and (11), dθ or tandθ, dφ instead of sindθ and sindφ. Alternatively, tandφ may be used.
[0066]
Next, an operation of on / off control of light emission of the light emitting elements 11a and 11b will be described. In the optical scanning touch panel of the present invention, when the optical scanning is stopped or the optical scanning speed is low, the light emitting operation of the light emitting elements 11a and 11b is stopped, and the operator's body accompanying the continuous irradiation of the laser light So that you can avoid harm.
[0067]
When the optical scanning touch panel is activated such as when the power is turned on, a certain time is required until the rotational speeds of the polygon mirrors 16a and 16b rotated by the pulse motor 21 reach the steady rotational speed. Therefore, in consideration of the safety of the operator, the light emitting elements 11a and 11b are turned on after the polygon mirrors 16a and 16b reach the steady rotational speed. Thereafter, the optical scanning speed is monitored by the MPU 5 based on the measurement result of the scanning start timing interval obtained by the second timer 39a. When the optical scanning speed becomes smaller than a predetermined speed, specifically, when the measurement result obtained by the second timer 39a becomes larger than a predetermined value, the light emitting element driving circuits 2a and 2b are sent to. An off signal is output from the MPU 5, and the light emitting operation of the light emitting elements 11a and 11b is stopped. Therefore, when the scanning speed of the laser beam becomes slow, the operator is prevented from being continuously irradiated with the laser beam, thereby ensuring the safety of the operator.
[0068]
However, since it is necessary to adjust the optical system at the time of manufacturing the optical scanning touch panel, it is necessary to stop the pulse motor 21 and cause the light emitting elements 11a and 11b to emit light while the scanning is interrupted. Therefore, the optical scanning touch panel of the present invention is provided with a switch that can select whether or not to perform the operation mode as described above (function to turn off the laser light when the scanning speed is slow). By this switch switching operation, it is possible to use properly the operation mode that turns off the laser beam when the scanning speed is slower than the predetermined speed and the operation mode that does not turn off the laser beam even if the scanning speed is slow. It is.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, in the optical scanning touch panel of the present invention, the light emission operation of the light emitting element is stopped for a predetermined time and the optical scanning unit is activated, and the difference between the maximum value and the minimum value of the light reception result in the light receiving element during that period. Since the obtained difference is compared with a predetermined reference value, the degree of influence of disturbance light can be detected, and an erroneous detection operation can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of an optical scanning touch panel of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an internal configuration and an optical path of an optical transmission / reception unit.
FIG. 3 is a block diagram of an optical scanning touch panel according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of a light reception signal detection circuit.
FIG. 5 is a schematic view showing an implementation state of the optical scanning touch panel of the present invention.
FIG. 6 is a waveform diagram showing a waveform of a received light signal and a waveform of a comparison output signal when there is no indicator.
FIG. 7 is a waveform diagram showing a waveform of a received light signal and a waveform of a comparison output signal when an indicator is present.
FIG. 8 is a timing chart showing a change in level of a received light signal.
FIG. 9 is a schematic diagram showing the principle of triangulation for coordinate detection.
FIG. 10 is a schematic diagram showing an indicator and a blocking range.
FIG. 11 is a timing chart showing a relationship among a light reception signal, a scanning angle, and a scanning time.
FIG. 12 is a schematic diagram showing the principle of cross-sectional length measurement.
[Explanation of symbols]
1a, 1b Light transmission / reception units 2a, 2b Light emitting element drive circuits 3a, 3b Light reception signal detection circuit 5 MPU
7 Retroreflective sheet 10 Display screen (coordinate plane)
11a, 11b Light emitting elements 13a, 13b Light receiving elements 16a, 16b Polygon mirror 25 ROM
26 RAM
27 Timer 33a (33b), 38a (38b) Comparator 34a (34b) First timer 39a (39b) Second timer

Claims (1)

光を発する発光素子と、該発光素子から発せられた光を所定領域と実質的に平行である面内で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、前記発光素子の発光動作を停止する手段と、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前記発光素子の発光動作を停止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。 A light emitting element for emitting light, a light scanning unit for scanning angles in a plane parallel light emitted in a predetermined region substantially from the light emitting element, a light receiving element for receiving a part of the scanning light, the A light scanning touch panel comprising: a measuring unit that measures a blocking position of scanning light formed by an indicator in a predetermined area based on an output of the light receiving element corresponding to a scanning angle, and stops a light emitting operation of the light emitting element Means, a timer for measuring a predetermined time, and a maximum value of a light reception result of the light receiving element when the light scanning unit is activated by stopping the light emitting operation of the light emitting element for the predetermined time counted by the timer An optical scanning touch panel, comprising: calculating means for calculating a difference between the difference and the minimum value; and comparing means for comparing the difference calculated by the calculating means with a predetermined reference value.

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