JP4175715B2 - 光走査型タッチパネル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示画面上での指示物の位置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】
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の一例として、光学的な位置検出方法が、特開昭６２−５４２８号公報などに提案されている。この方法は、表示画面の両側枠に光再帰性反射体を配置し、角度走査したレーザ光線のこの光再帰性反射体からの戻り光を検知し、指またはペン等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等の存在角度を求め、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。
【０００４】
このような走査光により位置検出を行う光走査型タッチパネルは、一般的に表示画面の外側に設けられた再帰性反射体と、レーザ光などの光を出射する発光素子と、出射された光を角度走査するポリゴンミラーなどの光走査手段と、その走査光の再帰性反射体による反射光を偏向する偏向素子と、偏向された反射光を受光する受光素子とを備えており、発光素子からの光を光走査手段にて走査させ、その走査光の再帰性反射体での反射光を再び光走査手段で反射させ、その反射光を偏向素子を介して受光素子に受光させる構成を有している。その走査光の経路に指，任意のペンなどの指示物が存在する場合には、再帰性反射体での反射光が受光素子に受光されない。そこで、光走査手段の走査角度及び受光素子での受光結果に基づいて、それらの指示物の位置を検出することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
光走査型タッチパネルでは、光走査手段での走査光が偏向素子の幅を走査して受光素子に直接入射される光を、１回の光走査の基準信号としている。また、再帰性反射体の一縁に走査光が到達してその反射光が受光素子で受光されて走査開始信号が得られる。
【０００６】
光走査を行う場合、このような基準信号と走査開始信号とは走査時間的に極めて近接しており、基準信号が走査開始信号に影響を及ぼすので、両信号の判別が難しいという課題があった。そこで、従来では、例えば、走査光の光走査手段への入射角を実装上、走査光のビームサイズの３倍以上に相当する角度分だけ離すことにより、その影響を緩和している。このような手法では、実装上の設計自由度を制限することになり、小型な構成の実現を妨げる要因になっている。また、基準信号と走査開始信号とを分離するために特定のスライスレベルを設定する必要があり、回路構成が複雑になるという問題がある。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成にて、基準信号と走査開始信号とを容易に判別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。
【０００８】
【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、光を出射する光出射手段と、所定領域と実質的に平行である面内で前記光を角度走査する光走査手段と、該光走査手段による走査光を受光する受光手段とを備え、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手段の受光出力に基づいて検出する光走査型タッチパネルにおいて、前記光出射手段と前記光走査手段との間であって、前記光出射手段から出射される前記光の経路を妨げない領域に、走査光とはならないノイズ光としての拡散光を遮断するために、前記光照射手段から前記光走査手段へ向かう平行光の経路に長手方向を沿わせて配置される偏平四角柱状の遮光手段を備え、該遮光手段の光路側の部位に無反射処理を施していることを特徴とする。
【０００９】
基準信号と走査開始信号との判別が困難である理由は、光走査型タッチパネルの種々の部材における反射光，回折光などがノイズ光として光走査手段に照射されて反射し、その反射光が正規の走査光に加わった形で受光素子に受光されて、基準信号は裾野が広がったような形状になり、これに続く走査開始信号との境界が不明瞭になる点にあると考えられる。よって、本発明では、このようなノイズ光が光走査手段に到達しないように、光出射手段から光走査手段への正規の照射光の経路に関与しない領域に遮光手段を設ける。この遮光手段によって、ノイズ光は遮断されて光走査手段に到達せず、正規の走査光のみが受光手段に入射され、基準信号の立ち下がりが尖鋭となって、走査開始信号との境界が明瞭となり、基準信号と走査開始信号との判別を容易に行える。
【００１１】
また、遮光手段の光走査手段側の面に無反射処理を施している。よって、光走査手段にこのようなノイズ光が到達して反射した場合においても、遮光手段の光走査手段側の面に無反射処理が施されているので、その反射光が受光手段に入射されることがなく、正規の走査光のみが受光手段に入射され、基準信号の立ち下がりが尖鋭となって、走査開始信号との境界が明瞭となり、基準信号と走査開始信号との判別を容易に行える。
【００１２】
本発明に係る光走査型タッチパネルは、所定領域と実質的に平行である面内で光を角度走査する光走査手段と、該光走査手段による走査光を受光する受光手段とを備え、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手段の受光出力に基づいて検出する光走査型タッチパネルにおいて、前記光走査手段と前記受光手段との間であって、前記光走査手段による走査光の経路を妨げない領域に、走査光とはならないノイズ光としての拡散光を遮断するために、前記光走査手段から前記受光手段へ向かう平行光の経路に沿わせて配置される偏平四角柱状の遮光手段を備え、該遮光手段の光路側の部位に無反射処理を施していることを特徴とする。
【００１３】
受光手段でのノイズ光の影響を除去するように、受光手段の走査光入射側であって、走査光の経路に関与しない領域に遮光手段を設ける。この遮光手段によって、ノイズ光が受光手段まで到達せず、正規の走査光のみが受光手段に入射され、基準信号の立ち下がりが尖鋭となって、走査開始信号との境界が明瞭となり、基準信号と走査開始信号との判別を容易に行える。
【００１６】
【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。
【００１７】
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矩形状の表示画面であり、本実施の形態では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。
【００１８】
例えば指，ペン等である指示物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，各種のレンズ等を含む光学系を内部に有する光学ユニット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体としての再帰性反射シート７が設けられている。
【００１９】
（第１実施の形態）
図２は、第１実施の形態における光学ユニット１ａ，１ｂの構成及び光路を示す図である。両光学ユニット１ａ，１ｂは同じ内部構成をなしている。光学ユニット１ａ（１ｂ）は、赤外線レーザ光を出射するレーザダイオード（ＬＤ）からなる発光素子１１と、発光素子１１からのレーザ光を平行光にするためのコリメーションレンズ１２と、再帰性反射シート７からの反射光を受光するフォトダイオード（ＰＤ）からなる受光素子１３と、発光素子１１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１４と、アパーチャ１５ａによりコリメーションレンズ１２からポリゴンミラー１４への投射光を制限すると共に、ポリゴンミラー１４を介した再帰性反射シート７からの反射光を受光素子１３側へ反射するアパーチャミラー１５と、アパーチャミラー１５での反射光を受光素子１３に集束させるための集光レンズ１６と、ポリゴンミラー１４を回転させるモータ１７と、アパーチャミラー１５，ポリゴンミラー１４間の光路に対して走査領域とは反対側に設けられており、ノイズ光がポリゴンミラー１４に照射されることを防止する遮光部材１８と、これらの光学部材を取付け固定するための光学ユニット本体１９とを備える。なお、集光レンズ１６は、光学ユニット本体１８の中空部に嵌挿された円筒状のレンズホルダ２０内に固定されている。
【００２０】
発光素子１１から出射されたレーザ光は、コリメーションレンズ１２にて平行光にされ、アパーチャミラー１５のアパーチャ１５ａを通過した後、ポリゴンミラー１４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１４及びアパーチャミラー１５にて反射された後、集光レンズ１７で集束されて受光素子１３に入射される。但し、走査光の経路に指示物Ｓが存在する場合には走査光が遮断されるため、反射光が受光素子１３に入射されることはない。
【００２１】
各光学ユニット１ａ，１ｂには、各発光素子１１を駆動する発光素子駆動回路２ａ，２ｂと、各受光素子１３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、各ポリゴンミラー１４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での算出結果などを表示する表示装置である。
【００２２】
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、各発光素子１１の発光動作が制御される。受光信号検出回路３ａ，３ｂは、各受光素子１３での反射光の受光信号をＭＰＵ５へ送る。ＭＰＵ５は、各受光素子１３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。
【００２３】
このような本発明の光走査型タッチパネルにおいては、図１に示されているように、例えば光学ユニット１ｂに関して説明すると、光学ユニット１ｂからの投射光は、走査光がアパーチャミラー１５で反射されて受光素子１３に直接入射する位置から図１上で反時計方向回りに走査され、再帰性反射シート７の先端部分で反射される位置（Ｐｓ）に至って走査開始位置になる。そして、指示物Ｓの一端に至る位置（Ｐ１）までは再帰性反射シート７により反射されるが、指示物Ｓの他端に至る位置（Ｐ２）までの間は指示物Ｓによって遮断され、その後の走査終了位置（Ｐｅ）に至るまでは再帰性反射シート７により反射される。
【００２４】
このような光走査において、発光素子１１からの投射光が、再帰性反射シート７に到らずにポリゴンミラー１４にてアパーチャミラー１５を走査して直接受光素子１３に入射された検出光信号を基準信号とする。また、再帰性反射シート７の先端部分（図１のＰｓ）へ走査光が到達して反射された検出光信号が走査開始信号となり、その後、再帰性反射シート７からの反射光が受光素子１３に入射されて再帰性反射信号が得られる。なお、この基準信号を検出した時点から走査角度を計測するようにしている。
【００２５】
次に、第１実施の形態の特徴部分である遮光部材１８の作用について説明する。図３は、このような遮光部材が存在しない従来例を示す図であり、図３（ａ）は従来例の構成及び光路の模式図、図３（ｂ）は従来例におけるポリゴンミラー１４への照射光のビーム形状を示す図、図３（ｃ）は従来例における基準信号及び再帰性反射信号を示す図である。なお、図３（ａ）にあって、図２と同一部分には同一番号を付している。
【００２６】
遮光部材が存在しない従来例では、図３（ａ）の破線，図３（ｂ）のＡに示すように、走査光とはならないノイズ光としての拡散光がポリゴンミラー１４へ照射され、その反射光が受光素子１３に入射される。その結果、図３（ｃ）に示す基準信号Ｂの辺縁が尖鋭でなく、これに続く再帰性反射信号Ｃとの境界が不明瞭となって、正確に基準信号Ｂと再帰性反射信号Ｃとの判別を行えない。
【００２７】
一方、図４は、遮光部材１８が存在する第１実施の形態を示す図であり、図４（ａ）は第１実施の形態の構成及び光路の模式図、図４（ｂ）は第１実施の形態におけるポリゴンミラー１４への照射光のビーム形状を示す図、図４（ｃ）は第１実施の形態における基準信号及び再帰性反射信号を示す図である。遮光部材１８は、図４（ａ）に示すように、アパーチャ１５ａからポリゴンミラー１４へ向かう平行光の経路にその長手方向を沿わせた偏平四角柱状の支持材１８ａと、その支持材１８ａの光路側の表面に貼付された無反射テープ１８ｂとから構成されており、その光路に対して走査領域と反対側であって、その光路を妨げないような領域に設置されている。
【００２８】
第１実施の形態では、このような遮光部材１８が存在するので、ノイズ光となる拡散光は、この遮光部材１８の表面で吸収または散乱されて、ポリゴンミラー１４に照射されない。よって、図４（ｂ）に示すように、ポリゴンミラー１４への照射光のビーム形状では走査領域と反対側のこの拡散光の成分（図３（ｂ）のような成分Ａ）がなくなり、その結果、図４（ｃ）に示す基準信号Ｂの辺縁が尖鋭となり、これに続く再帰性反射信号Ｃとの境界が明瞭であって、基準信号Ｂと再帰性反射信号Ｃとを正確に判別できる。
【００２９】
このように第１実施の形態では、遮光部材１８を設けて、アパーチャミラー１５などの光学部材における内部反射光，アパーチャ１５ａでの回折光などの拡散光となるノイズ光が、走査光学系に入射しないようにしたので、基準信号と再帰性反射信号（走査開始信号）とを容易かつ正確に判別できる。
【００３０】
（第２実施の形態）
図５は、第２実施の形態における光学ユニット１ａ，１ｂの構成及び光路を示す図である。図５において、図２と同一部分には同一番号を付してそれらの説明は省略する。
【００３１】
この第２実施の形態では、ポリゴンミラー１４の外接円の近傍に、その長手方向をポリゴンミラー１４の軸心方向に合わせて、遮光部材１８を光学ユニット本体１９に立設させている。なお、他の構成、光走査の動作、基準信号の検出などは第１実施の形態と同様である。
【００３２】
第２実施の形態における遮光部材１８の特徴について詳述する。図６は、第２実施の形態の一例の構成及び光路の模式図、図７は、第２実施の形態の他の例の構成及び光路の模式図である。
【００３３】
図６に示す構成例では、偏平四角柱状の支持材１８ａのアパーチャ１５ａ側の表面に無反射テープ１８ｂを貼付した構成をなす遮光部材１８が、ポリゴンミラー１４の外接円の近傍であって、アパーチャ１５ａからの平行光の経路に対して走査領域と反対側であり、その光路を妨げないような領域に設けられている。この例では、このような遮光部材１８が存在するので、図６の破線で示すノイズ光となる拡散光は、この遮光部材１８の表面で吸収または散乱されて、ポリゴンミラー１４に照射されない。
【００３４】
図７に示す構成例では、偏平四角柱状の支持材１８ａのアパーチャ１５ａ側の表面及びポリゴンミラー１４側の表面に無反射テープ１８ｂ及び１８ｃを貼付した構成をなす遮光部材１８が、ポリゴンミラー１４の外接円の近傍であって、アパーチャ１５ａからの平行光の経路に対して走査領域と反対側であり、その光路を妨げないような領域に設けられている。この例では、このような遮光部材１８が存在するので、図７の破線で示すノイズ光となる拡散光は、この遮光部材１８の表面で吸収または散乱されて、ポリゴンミラー１４に照射されない。また、図７の一点鎖線で示すように、遮光部材１８の縁を通ってポリゴンミラー１４に到達するノイズ光となる拡散光が存在する場合でも、その反射光はこの遮光部材１８の裏面で吸収または散乱されて受光素子まで到達しない。
【００３５】
よって、このような構成の遮光部材１８を設けた第２実施の形態でも、第１実施の形態と同様に、ノイズ光となる拡散光が走査光学系に入射しないようにしたので、得られる基準信号の辺縁が尖鋭となり、これに続く再帰性反射信号との境界が明瞭であって、基準信号と再帰性反射信号（走査開始信号）とを容易かつ正確に判別できる。また、この第２実施の形態では、ポリゴンミラー１４の近傍にのみ遮光部材１８を設けるので、第１実施の形態と比べて、遮光部材１８の面積が少なくて済む。
【００３６】
（第３実施の形態）
図８は、第３実施の形態における光学ユニット１ａ，１ｂの構成及び光路を示す図である。図８において、図２と同一部分には同一番号を付してそれらの説明は省略する。
【００３７】
この第３実施の形態では、集光レンズ１６を固定するレンズホルダ２０のアパーチャミラー１５側に、ポリゴンミラー１４の走査開口幅のアパーチャを有する遮光部材１８を設けている。なお、他の構成、光走査の動作、基準信号の検出などは第１実施の形態と同様である。
【００３８】
第３実施の形態における遮光部材１８の特徴について詳述する。図９は、このような遮光部材１８が存在しない従来例の構成及び光路の模式図、図１０は遮光部材１８が存在する第３実施の形態の構成及び光路の模式図である。なお、図９にあって、図８と同一部分には同一番号を付している。
【００３９】
遮光部材が存在しない従来例では、図９の実線矢符に示すように、ポリゴンミラー１４からの走査光が斜め方向からアパーチャミラー１５に照射されると、その反射光がレンズホルダ２０の内面で散乱反射し、その散乱反射光がノイズ光として受光素子１３に入射される。この結果、図１１（ａ）に示すように、得られる基準信号の幅が広くなる。なお、図１１（ａ）でハッチングを付した部分は、この散乱反射光によるノイズ成分を表す。よって、従来例では、幅が広い基準信号が得られるので、これに続く再帰性反射信号（走査開始信号）との境界が不明瞭となって、両信号の判別が難しい。
【００４０】
これに対して、レンズホルダ２０に遮光部材１８を設けた第３実施の形態では、図１０の実線矢符に示すように、ポリゴンミラー１４からの走査光が斜め方向にアパーチャミラー１５へ照射された場合でも、その反射光は遮光部材１８によって遮断されて受光素子１３に入射されない。この結果、図１１（ｂ）に示すように、走査光のみからなる正確な基準信号を得ることができる。よって、第３実施の形態では、幅が狭い基準信号が得られるので、これに続く再帰性反射信号（走査開始信号）との境界は明瞭となって、両信号の判別を容易かつ正確に行える。
【００４１】
（第４実施の形態）
基準信号の幅を狭くすることによって、基準信号と再帰性反射信号（走査開始信号）との判別を容易に行えるようにした第４実施の形態について説明する。
【００４２】
図１２は、光学ユニット１ａ（１ｂ）の光学部材の配置設計と光走査の状態とを示す模式図である。図において、δは走査開始角度（アパーチャ１５ａからの平行光の光軸と図１におけるＰｓに相当する走査光の光路とのなす角度）、Ｌ１はアパーチャミラー１５からポリゴンミラー１４までの距離、ｗはアパーチャミラー１５における走査光の光路から検出領域側（走査領域側）の端までの幅をそれぞれ示す。よって、更に、走査光のビーム幅をｄ、アパーチャミラー１５から受光素子１３までの距離をＬ２とした場合、以下の条件（１）を満たす場合には、走査光の再帰性反射シート７での反射光が光学ユニット１ａ（１ｂ）に遮断されることなく受光素子１３で受光することが可能である。そして、この条件（１）を満たすように各光学部材の位置が設計されている。
ｄ／２＋ｗ＞（Ｌ１＋Ｌ２）ｔａｎδ …（１）
【００４３】
アパーチャミラー１５，ポリゴンミラー１４間の距離（Ｌ１）の設計に自由度が少なくてＬ１の長さをあまり大きくできない場合には、条件（１）を満たしながらアパーチャミラー１５，受光素子１３間の距離（Ｌ２）を長く設定することにより、基準信号の幅を縮小できる。図１３は、ポリゴンミラー１４及びアパーチャミラー１５を固定してＬ１を一定（３０ｍｍ）にし、受光素子１３の位置を変動させてＬ２を変化させた場合のこれらの各光学部材の位置関係を示す模式図である。受光素子１３の位置は３ヶ所（▲１▼：Ｌ２＝５ｍｍ，▲２▼：Ｌ２＝１０ｍｍ，▲３▼：Ｌ２＝１５ｍｍ）設定している。
【００４４】
図１４は、図１３のように光学部材を配置した場合の光学的な展開図である。図１４において、反射面はポリゴンミラー１４の位置に相当し、偏向面はアパーチャミラー１５の位置に相当する。また、図１５に、それぞれの位置に受光素子１３を配置した場合における基準信号とそれに続く再帰性反射信号とを示す。
【００４５】
図１５から、Ｌ２を長くすることにより、つまり、受光素子１３をアパーチャミラー１５から遠く離して配置することにより、基準信号の幅を縮小できることが分かる。従って、受光素子１３，アパーチャミラー１５間の距離（Ｌ２）を長くする場合には、基準信号の幅が短くなり、基準信号と再帰性反射信号（走査開始信号）との判別を容易に行える。
【００４６】
また、このＬ２を長くすることは、条件（１）の関係から、走査開始角δを大きくした場合と同様の効果があることが分かる。
【００４７】
例えば、アパーチャミラー１５，ポリゴンミラー１４間の距離（Ｌ１）が１０ｍｍであって、走査開始角δを２０°確保する場合には、アパーチャミラー１５，受光素子１３間の距離（Ｌ２）を２５ｍｍ程度にすれば良い。
【００４８】
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１６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１６では光学ユニット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。
【００４９】
ＭＰＵ５はポリゴン制御回路４を制御することにより、光学ユニット１ａ，１ｂ内の各ポリゴンミラー１４を回転させて、各発光素子１１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からの反射光が各受光素子１３に入射する。このようにして各受光素子１３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。
【００５０】
なお、図１６において、θ00，φ00は両光学ユニット１ａ，１ｂを結ぶ基準線から各受光素子までの角度を、θ０，φ０は両光学ユニット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。ここで、この（θ00＋θ０）または（φ00＋φ０）が前述した走査開始角度δに相当する。
【００５１】
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、光学ユニット１ａ，１ｂから投射された光の指示物Ｓからの反射光は各受光素子１３に入射されない。従って、図１６に示されているような状態では，走査角度が０°からθ０までの間では光学ユニット１ａ内の受光素子１３には反射光は入射されず、走査角度がθ０からθ１までの間ではその受光素子１３に反射光が入射され、走査角度がθ１からθ２までの間ではその受光素子１３に反射光が入射されない。同様に、走査角度が０°からφ０までの間では光学ユニット１ｂ内の受光素子１３には反射光は入射されず、走査角度がφ０からφ１までの間ではその受光素子１３に反射光が入射され、走査角度がφ１からφ２までの間ではその受光素子１３に反射光が入射されない。
【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１７に示すように、光学ユニット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（光学ユニット１ａ，１ｂ間の距離）をＬとする。また、光学ユニット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、光学ユニット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（２），（３）式のように求めることができる。
Ｐｘ（θ，φ）＝（ｔａｎφ）÷（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）×Ｌ …（２）
Ｐｙ（θ，φ）＝（ｔａｎθ・ｔａｎφ）÷（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）×Ｌ …（３）
【００５３】
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１８に示すように、指示物Ｓ（指）のエッジ部の４点（図１８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１８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。Ｐｃｘ，Ｐｃｙは、それぞれ以下の（４），（５）式のように表せる。
Ｐｃｘ（θ，φ）＝Ｐｃｘ（θ１＋ｄθ／２，φ１＋ｄφ／２）…（４）
Ｐｃｙ（θ，φ）＝Ｐｃｙ（θ１＋ｄθ／２，φ１＋ｄφ／２）…（５）
【００５４】
そこで、（４），（５）式で表されるθ１＋ｄθ／２，φ１＋ｄφ／２を上記（２），（３）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。
【００５５】
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（２），（３）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（２），（３）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。
【００５６】
ところで、各ポリゴンミラー１４の走査角速度が一定である場合には、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１９は、受光信号検出回路３ａからの受光信号と、光学ユニット１ａ内のポリゴンミラー１４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１４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（６）式に示すような比例関係が成り立つ。
θ＝ω×Ｔ …（６）
【００５７】
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（７），（８）式の関係が成り立つ。
θ１＝ω×ｔ１ …（７）
θ２＝ω×ｔ２ …（８）
【００５８】
従って、ポリゴンミラー１４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。
【００５９】
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２０は、この断面長計測の原理を示す模式図である。図２０において、Ｄ１，Ｄ２はそれぞれ光学ユニット１ａ，１ｂから見た指示物Ｓの断面長である。まず、光学ユニット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（９），（１０）式の如く求められる。
ＯＰｃ＝ｒ１＝（Ｐｃｘ² ＋Ｐｃｙ² ）^1/2 …（９）
ＢＰｃ＝ｒ２＝｛（Ｌ−Ｐｃｘ）² ＋Ｐｃｙ² ｝^1/2 …（１０）
【００６０】
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（１１），（１２）式に従って計測可能である。
Ｄ１＝ｒ１・２ｓｉｎｄθ／２
＝（Ｐｃｘ² ＋Ｐｃｙ² ）^1/2 ・２ｓｉｎｄθ／２ …（１１）
Ｄ２＝ｒ２・２ｓｉｎｄφ／２
＝｛（Ｌ−Ｐｃｘ）² ＋Ｐｃｙ² ｝^1/2 ・２ｓｉｎｄφ／２…（１２）
【００６１】
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、（１１），（１２）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。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように本発明では、ノイズ光が光走査手段に到達しないように、そのノイズ光を遮断する遮光手段を設けるようにしたので、光走査手段での走査光のみが受光手段に入射されて、正確な基準信号が得られ、基準信号と走査開始信号との判別を容易に行うことが可能となる。
【００６３】
また、遮光手段の光走査手段側の面に無反射処理を施すようにしたので、ノイズ光が光走査手段に到達した場合にあっても、その反射光は受光手段に入射されず、光走査手段での走査光のみが受光手段に入射されて、正確な基準信号が得られ、基準信号と走査開始信号との判別を容易に行うことが可能となる。
【００６４】
受光手段の走査光入射側に、光走査手段の走査開口幅に相当するアパーチャを有する遮光手段を設けるようにしたので、ノイズ光が受光手段まで到達せず、光走査手段での走査光のみが受光手段に入射されて、正確な基準信号が得られ、基準信号と走査開始信号との判別を容易に行うことが可能となる。
【００６５】
前述した条件（１）を満たすように光学部材を配置するようにしたので、所定領域内に光を走査させてその走査光の反射光が受光可能となる。また、この条件（１）を満たしながら偏向手段から受光手段までの距離（Ｌ２）を長く設定するようにしたので、基準信号の幅を縮小でき、基準信号と走査開始信号との判別を容易に行うことが可能となる。
【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】第１実施の形態における光学ユニットの構成及び光路を示す図である。
【図３】遮光部材が存在しない従来例における構成及び光路、ポリゴンミラーへの照射光のビーム形状、並びに、基準信号及び再帰性反射信号を示す図である。
【図４】遮光部材が存在する第１実施の形態における構成及び光路、ポリゴンミラーへの照射光のビーム形状、並びに、基準信号及び再帰性反射信号を示す図である。
【図５】第２実施の形態における光学ユニットの構成及び光路を示す図である。
【図６】第２実施の形態の一例における構成及び光路を示す図である。
【図７】第２実施の形態の他の例における構成及び光路を示す図である。
【図８】第３実施の形態における光学ユニットの構成及び光路を示す図である。
【図９】遮光部材が存在しない従来例における構成及び光路を示す図である。
【図１０】遮光部材が存在する第３実施の形態における構成及び光路を示す図である。
【図１１】図９，図１０の従来例，第３実施の形態における基準信号を示す図である。
【図１２】光学ユニットの光学部材の配置設計と光走査の状態とを示す図である。
【図１３】第４実施の形態における光学部材の位置関係を示す図である。
【図１４】第４実施の形態における光学的な展開図である。
【図１５】第４実施の形態における基準信号と再帰性反射信号とを示す図である。
【図１６】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１７】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１８】指示物及び遮断範囲を示す模式図である。
【図１９】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２０】断面長計測の原理を示す模式図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ 光学ユニット
５ ＭＰＵ
７ 再帰性反射シート
１０ 表示画面（座標面）
１１ 発光素子
１３ 受光素子
１４ ポリゴンミラー
１５ アパーチャミラー
１６ 集光レンズ
１８ 遮光部材
１８ａ 支持材
１８ｂ，１８ｃ 無反射テープ
２０ レンズホルダ
Ｓ 指示物

Claims (2)

1. 光を出射する光出射手段と、所定領域と実質的に平行である面内で前記光を角度走査する光走査手段と、該光走査手段による走査光を受光する受光手段とを備え、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手段の受光出力に基づいて検出する光走査型タッチパネルにおいて、前記光出射手段と前記光走査手段との間であって、前記光出射手段から出射される前記光の経路を妨げない領域に、走査光とはならないノイズ光としての拡散光を遮断するために、前記光照射手段から前記光走査手段へ向かう平行光の経路に長手方向を沿わせて配置される偏平四角柱状の遮光手段を備え、該遮光手段の光路側の部位に無反射処理を施していることを特徴とする光走査型タッチパネル。
2. 所定領域と実質的に平行である面内で光を角度走査する光走査手段と、該光走査手段による走査光を受光する受光手段とを備え、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手段の受光出力に基づいて検出する光走査型タッチパネルにおいて、前記光走査手段と前記受光手段との間であって、前記光走査手段による走査光の経路を妨げない領域に、走査光とはならないノイズ光としての拡散光を遮断するために、前記光走査手段から前記受光手段へ向かう平行光の経路に沿わせて配置される偏平四角柱状の遮光手段を備え、該遮光手段の光路側の部位に無反射処理を施していることを特徴とする光走査型タッチパネル。

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