JP3805316B2

JP3805316B2 - 光走査型タッチパネル

Info

Publication number: JP3805316B2
Application number: JP2003070098A
Authority: JP
Inventors: 文彦中沢; 聡佐野; 伸康山口; 康秀岩本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2018-09-09
Also published as: JP2003337658A

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
５ＭＰＵ
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
２５ＲＯＭ
２６ＲＡＭ
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

Claims

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。