JPS61296202A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、板またはシート状の平面上に接触する指や筆
記具等の物体の位置を光学的に検出する位置検出装置に
関し、特に操作者の指の位置検出を行う電子黒板、パネ
ルタッチ入力装置等に好適なものである。

〔開示の概要〕

末完明書及び図面は、板またはシート状の平面上に接触
する指や筆記具等の物体の位置を光学的に検出する位置
検出装置において、平面体上の被検出物体を光で走査す
るための回転発光源と、被検出物体からの反射光を集光
する集光レンズと。

集光レンズにより結像された光位置を検知する光位置検
知手段と、回転発光源の回転角度を検出する回転角度検
出手段と１回転角度検出手段の出力と光位置検知手段の
出力とによって、平面体上の被検出物体の位置を演算す
る演算手段とを具備することにより、従来のＬＥＤ＋フ
ォトトランジスタ方式の大きな欠点である製造原価問題
を解消し、画面サイズに関係なく、同一コストで、より
高分解能でパネルタッチ入力を実現できる技術を開示す
るものである。

なお、この概要は、あくまでも本発明の技術内容に迅速
にアクセスするためにのみ供されるものであって１本発
明の技術的範囲および権利解決に対しては何の影響も及
ぼさないものである。

〔従来の技術〕

いわゆるパネルタッチ入力装置は、キーボードやライト
ペン等の特別な器具を用いることなく。

表示画面上に示された情報の文字又はパターンに指で直
接接触することにより、その情報を上述の器具で指定し
たのと同様に入力することができるので簡便な入力手段
として利用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕 従来のパネルタッチ入力装置としては、例えば第６図に
示すように、透明表示パネルＡの内面側に設けた複数の
透明電極Ｂを用いて、そのパネルＡの外面に指Ｃが接触
した時の静電容量の差を検知することにより、指の接触
位置を検出する静電容量方式のものがある。しかし、こ
の方式のものでは、パネル面Ａの汚れ等による誤検知が
多く、さらに透明電極Ｂの位置が固定されているので、
検出位置の数量的及び位置的な制約があるという欠点が
ある。

また、従来のパネルタッチ入力装置の他の構成方式とし
ては、第７図に示すような透明の導電性薄膜をパネルと
して用いた導電性薄膜方式がある。この方式のものは、
パネル面Ｅへの指の接触圧により、パネル面上にマトリ
クス状に配置された透明電極Ｆの接触部分の抵抗値が下
がるので、この抵抗値の変化を検知することにより接触
位置の検出を可能にする方式である。しかし、この方式
のものは導電性薄膜Ｆの機械的な強度の点や。

接触圧力に対する応答の不均一性等の大きな欠点がある
。

さらにまた、従来のパネルタッチ入力装置としては、第
８図に示すようなＬＥＤ＋フォトトランジスタ方式のも
のがある。この方式は上述の２つの方式に比較して、は
るかに信頼性が高く高性能ではあるが、ＬＥＤ　（発光
ダイオード）と、フォトトランジスタとを本図のように
全周に沿って狭い間隔で多数個数べて対向配置しなけれ
ばならないので、大画面になればなるほど製造コスト（
原価）も比例して高くなり、製造コストの制約が大きく
なるという慣れがある。

本発明は上述の問題点に鑑み、従来のＬＥＤ＋フォトト
ランジスタ方式の大きな欠点である製造原価問題を解消
し、画面サイズに関係なく、同一コストで、より高分解
能でパネルタッチ入力を実現できる位置検出装置を提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するめの手段〕

本目的を達成するために、本発明はａ）平面体上の被検
出物体を光で走査するための回転発光源と、被検出物体
からの反射光を集光する集光レンズと、集光レンズによ
り結像された光位置を検知する光位置検知手段と１回転
発光源の回転角度を検出する回転角度検出手段と、該回
転角度検出手段の出力と光位置検知手段の出力とによっ
て、平面体上の被検出物体の位置を演算する演算手段と
を具備したことを特徴とする。

〔作　用〕

本発明では、単一の回転発光源で被検出物体を走査し、
その物体からの反射光を集光レンズにより光位置検知手
段に結像し、回転発光源の回転角と光位置検知手段の出
力とにより物体の位置を演算して検出する。この検出値
は位置情報として外部の制御装置等へ送られる。

〔実施例〕

以下１図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の実施例の配置構成を示す０本図におい
て、ｌはパネルタッチ板に相当する平面（平面り、２は
指向性が強く照度の高い光（コヒーレントビーム）を発
生するレーザ等の光源、３はこの光源の光を反射してそ
の反射光によりパネル１上をスキャンさせるための回転
反射鏡である。４はパネル１上の物体ｍで反射した反射
光を集光するレンズ（または組合せレンズ系）であり、
このレンズ４はパネル１の全域が視野に入るように十分
に広角であることが必要とされる。５はレンズ４を通っ
た光が照射される一次元の位置検出素子であり、例えば
浜松フォトニクス社製の「半導体装置検出素子（ＰＳＤ
）Ｊ等がこれに相当する。

次に１本実施例の動作を説明する。

以上の構成において、光源２から出た光は、この光を反
射する反射鏡３が回転することにより、パネルｌ上を隈
なくスキャンするビーム６となる。その際、パネルｌ上
に被検出物体（パネルタッチ装置の場合では、オペレー
タ等の指が該当する）ｍが存在している場合には、ビー
ム６は本図に示すようにその物体ｍ（Ｏ印及びΔ印）に
当たるが、ビーム６のパワー（照度）が大きいのでビー
ムが当った位置で光が乱反射されて輝いている状態にな
る。

即ち、この０印及びΔ印の物体ｍの位置に発光源がある
のと等価な状態ができる。このため１本図示のようにパ
ネルｌの外側に集光レンズ４を置くと、このレンズ４と
同じ光軸上にレンズと平行に置かれたＰＳＤ　（半導体
装置検出素子）５の検知部上に、物体ｍで反射したビー
ム６を結像させることができる。

上述のＰＳＤ５は一次元の位置検出素子であるので、パ
ネルｌ上の被検出物体ｍの位置において、本図のＸ軸方
向とＹ軸方向とで決定される位置のうちのＸ軸上の位置
を決定する。一方、Ｙ軸方向の位置は、ＰＳＤ５でＸ軸
上の位置を検知した時点における反射鏡３の角度（第１
図の０１゜及びθ２）で決定される。また、このＹ軸方
向の位置に関係なく、物体ｍからの反射ビーム６を常に
ＰＳＤＳ上に安定して結像させるのには、レンズ４とし
て比較的被写界深度の大きいレンズを使う必要がある。

＄２図は上述のＰＳＤ５の基本構造と光スポットの位置
検出原理を示す、ＰＳＤは１周知の様にシリコンフォト
ダイオードを応用した光スポットの位置検出用センサで
あるが、その構造は本図に示すようなものであって、平
板状シリコンの表面に２層５１、裏面にＮ層５２）およ
び中間の１９５３の三層から構成されている。このＰＳ
Ｄ５の１層５１側に入射された光（ビーム）６は直ちに
光電変換されて、光電流として２層５１に互いに一定距
離を置いて取り付けられた一対の電極５４Ａ、５４Ｂか
ら分割出力される。

即ち、ＰＳＤ５にレンズ４で集光、されたビーム６の光
スポットが入射すると、その入射位置には、光スポット
の光エネルギーに比例した電荷が発生し、この電荷は光
電流として抵抗層である２層５１を通り、一対の電極５
４Ａ、５４Ｂから出力される。この抵抗層である２層５
１は、全面に均一な抵抗値を有するようにあらかじめ作
られているので、上述の光電流は電極５４Ａ、５４Ｂま
での距離（即ち、抵抗値）に逆比例して分割されて電極
５４Ａ、５４Ｂから取り出される。

第２図において、電極間５４Ａ、５４Ｂの距離を２Ｌ、
光電流の値をＩｏ、電極５４Ａ、５４Ｂから取り出され
る電流の値をそれぞれ１１．Ｉ２とすれば、次の式（１
）の関係が成立する。

ＩＯ＝Ｉ□　＋Ｉ２　　　　　　　　（１）ここで、第
２図の左端部の電極５４Ａの位置を原点ＰＯとし、本図
に示すように、この原点ＰＯからＸの距離の位置に光ス
ポット６が入射したとすると、その位置Ｘは１次式（５
）で求めることができる。

このように、２つの電極５４Ａ、５４Ｂから出力される
電極値Ｉ、、Ｉ、を求めることにより、入射光６の光エ
ネルギの量とは無関係に、光の入射位置を求めることが
できる。

第３図は上式（５）に基づき上述のＰＳＤ５に入射した
ビーム６の位置Ｘを演算する回路の構成例を示す、第３
図において、７Ａ、７Ｂは上述の電流１１　、Ｉ２　を
電圧に変換する電流−電圧変換回路、８はこの変換回路
７Ａ、７Ｂの出力電圧値を合計する加算器であり、この
加算器８の出力は上式（５）の分母（Ｉｌ＋Ｉコ）に相
当する。９は電流Ｉ２を電圧に変換する変換回路７Ｂの
出力電圧を増幅する増幅器であり、この増幅器９の出力
は、上式（５）の分子（２ＬＸ１．）に相当する。加算
器８と増幅器９の出力はアナログ量の電圧信号として、
アナログ除算器およびＡ／Ｄ　（アナログ−デジタル）
変換器からなる処理回路１０に入力され、ここで所定の
演算を経たのちに、位置情報Ｘとして出力される。この
演算過程は本発明の主旨ではなく、公知の一般的な技術
が適用できるのでその詳細な説明は省略する。なお、回
路１０はＡ／Ｄ変換器だけで構成し、除算は後述のマイ
クロプロセッサで行うようにしてもよい。

また、第１図における回転ミラー３の回転角度はエンコ
ーダ等の角度検出手段により検出できる０例えば、第４
図に示すように、シャフトエンコーダ１１を内蔵したモ
ータ１２により両面ミラー３を回転させ、そのミラーの
回転角度θをエンコーダ１１の出力パルスをカウントし
た値に置換することによって得る。

即ち、第１図のパネルｌ上に置かれた操作者の指ｍの位
置情報又は、上述したように第３図の回路で演算した位
置情報Ｘと、エンコーダ１１のパルスカウント数とによ
って得られることになる。

これらの位置情報Ｘとエンコーダｉｔのパルスカウント
数情報は、マイクロプロセッサ等の演算装置１３へ送ら
れ、Ｘ−Ｙ座標軸の指の位置情報として処理される。

ところで、回転ミラー３は上述のような両面ミラーに限
定されず、８面体のポリゴンミラーや片面ミラーでもよ
い、また、ミラー３を全回転させずに振動素子を用いて
所定角度だけ往復回転させてもよい、さらに、ミラー３
の代りに回転台を同一位置に設けて、この回転台の上に
光源２を直接載置して回転発光源を構成してもよい、ま
た、集光レンズ４としてはフレンネルレンズも適用でき
る。また、光位置検知素子としてはＰＳＤ５に限定され
ず、Ｃ０Ｄ（″ｆｒ！、荷結合素子結合素子Ｔ（静電誘
導形トランジスタ）等の半導体素子も利用可能である０
本実施例は単に入力装置に限定されず１例えばＣＲＴデ
ィスプレイやＥＬ（エレクトロ　ルミネッセンス）、液
晶等の表示装置の画面上に、第１図に示すような透明な
材料でできたパネル１を有する本実施例のパネルタッチ
入力装置を装着することにより、情報の入力と出力とを
一つの画面上で行なうことができる。

また、本実施例はディジタイザとしての入力専用装置と
しても利用できる。この場合は第１図のパネルｌ上に図
面等を置き、その上を何らかの物体、例えば鉄筆等でそ
の図面をトレースすることにより、図面上に記載された
画像情報を入力することができる。

また、第１図のパネルｌを黒板（又はホワイトボード）
として形成し、上述の実施例と同様な構成で得られる被
検出物体の位置情報を高速で処理して、所定の記憶装置
に記憶し、出力指示に応じてその記憶装置からまとめて
記録紙上に出力するように構成すると、いわゆる電子黒
板として使用することができる。この電子黒板は、例え
ば第５図に示すように、前実施例と同様の位置情報入力
装置１４、ＲＡＭ　（ランダムアクセスメモリ）のよう
な画像メモリ１５およびレーザプリンタのような画像出
力用プリンタ１６とからなる。

換言すれば、この場合の位置情報入力装置１４における
パネルｌは一般的な黒板またはホワイトボードであり、
このパネルｌに第２図〜第４図に示すその他の構成部品
が搭載される。また上述の指に相当するものは、黒板１
に書く人の持つチョークや、ホワイトボードマーカーで
ある０画像メモリ１５および出力用プリンタ１６として
は一般なものが適用可能であるので、その詳細な説明は
省略する。

更に本発明は、単に表示パネルのみの使用にとどまらず
、平面上の物体の位置検知を、高速で行なったり、また
大きな画面（平面）上での位置で行なうことにより、例
えば製品検査等の分野にまで幅広く応用分野が広まるこ
とが期待できる。更に、検出された入力情報をパターン
認識し、文字情報を活字に変換して出力することも可能
である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、表示パネル上の
操作者の指等の物体の位置を圧力などの物理的な駆動な
しに、１つの光源による光の走査で検出できるようにし
たので、廉価に経時変化による動作不良等の従来の問題
点が解消され、より信頼性の高い位置検出を行なうこと
ができる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の配置構成を示す模式第２図は
、第１図のＰＳＤの構造原理を説明する説明図。 第３図は！８１図の実施例の回路構成例を示す回路図、 第４図は第１図のミラー周辺の構成を示す斜視図、 第５図は本発明を電子黒板に応用した場合の構成例を示
すブロック図、 第６図〜第８図はそれぞれ従来のパネルタッチ入力装置
の構成例を示す説明図である。 １・・・パネル、 ？・・・光源、 ３・・・反射鏡、 ４・・・レンズ、 ５・・・ＰＳＤ。 ６・・・ビーム、 ７・・・電流−電圧変換器、 ８・・・加算器、 ９・・・増幅器。 １０・・・処理回路、 １１・・・シャフトエンコーダ、 １２・・・モータ、 １３・・・マイクロプロセッサ等の演算装置、１４・・
・入力装置、 １５・・・画像メモリ、 １６・・・プリンタ。 第１図 火施労りのミラー周１辺、ｃｖ％ｖ戸１図ｍ　　Ｊ　　
　ｌｉｔオ 穂の爽施ダリの電チ黒扱のブロック図 第５図 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ａ）平面体上の被検出物体を光で走査するための回
   転発光源と、 ｂ）前記被検出物体からの反射光を集光する集光レンズ
   と、 ｃ）該集光レンズにより結像された光位置を検知する光
   位置検知手段と、 ｄ）前記回転発光源の回転角度を検出する回転角度検出
   手段と、 ｅ）該回転角度検出手段の出力と前記光位置検知手段の
   出力とによって、前記平面体上の被検出物体の位置を演
   算する演算手段とを具備したことを特徴とする位置検出
   装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記平
   面体は画像表示機能を有するパネルタッチ板であり、前
   記被検出物体は操作者の指であることを特徴とする位置
   検出装置。