JP2001084091A

JP2001084091A - 座標入力装置

Info

Publication number: JP2001084091A
Application number: JP25754899A
Authority: JP
Inventors: Yotaro Mizuno; 陽太朗水野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-09-10
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2001-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】座標入力者の指，指輪，着衣の一部等によっ
て検出座標値に誤差が含まれることを防止し、誤った座
標値が出力されることにより、不必要な入力をホストコ
ンピュータ等に行い、コンピュータ上のソフトをハング
アップさせたり誤動作させることを回避する。【解決手段】タッチパネル３の異なる位置に設置さ
れ、該タッチパネル３にほぼ平行に光を射出する受発光
源部１と、タッチパネル３に設置され前記受発光源部１
の光源部からの光を該受発光源部１に向けて反射する反
射部４とを有する。前記受光部は前記光源部の設置位置
に設置され、前記反射部４からの反射光を受光し、前記
光源部からの光を前記タッチパネル３上で遮蔽物により
遮蔽した時に、その遮蔽された位置を該受光部を走査す
ることにより検出する。前記受光部は繰り返し走査さ
れ、前回走査時における検出位置と今回走査時とにおけ
る検出位置との差分を演算部２０で求め、その差分をも
とに、入力座標を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、座標検出装置、よ
り詳細には、光学式座標入力装置，光学的位置検出装
置，光学式タッチパネル等において、情報の入力や選択
をするためにペン等の指示部材や指等によって指示され
た座標位置を検出するいわゆるタッチパネル方式の座標
検出（入力）装置に関し、例えば、ホワイトボード，電
子黒板，テレビ会議システム，ディスプレー一体型タブ
レット等に利用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、座標検出装置としては、ペンで座
標入力面（タッチパネル）を押さえたとき、あるいは、
ペンが座標入力面に接近したときに、静電または電磁誘
導によって電気的な変化を検出するものがある。また、
他の方式として、特開昭６１−２３９３２２号公報とし
て知られているような超音波方式のタッチパネル座標検
出装置がある。これは簡単にいうと、パネル上に送出さ
れた表面弾性波を、該パネルに触れることにより、その
表面弾性波を減衰させ、その位置を検出するものであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、静電または電
磁誘導によって座標位置を検出するものでは、座標入力
面に電気的なスイッチ機能を有するため製造コストが高
く、また、ペンと本体とをつなぐケーブルが必要である
ため操作性に難点があった。また、超音波方式のもので
は、指入力を前提としているため、パネル上で吸収を伴
うような材質（柔らかく弾力性を伴う）でペン入力を行
わせ直線を描いた場合、押した時点では安定な減衰が得
られるが、ペンを移動するとき充分な接触が得られず、
直線が切れてしまう。するとペンの移動に伴い、ペンの
持つ弾力性のため応力を受け歪みを生じ、移動中に復帰
させる力が働く。そのため、ペン入力時に曲線を描こう
とすると、ペンを抑える力が弱くなり歪みを元へ戻す力
が優るため、復帰して安定な減衰が得られず、入力が途
絶えたと判断してしまう。このため、ペン入力の場合
に、信頼性が確保できないという問題を有する。

【０００４】しかしながら、上述のような従来技術が保
有する問題についても、先に本出願人が特願平１０−１
２７０３５号公報として提案したものに代表される光学
式の座標検出装置によって解消され、比較的簡単な構成
により、タッチパネル型の座標検出装置が実現できる。
近年、このような座標検出装置は、パーソナルコンピュ
ータ等の普及に伴い、情報の入力や選択をするための有
力なツールとして位置付けられ、本出願人が特願平１０
−１２７０３５号公報として提案したもの以外にも鋭意
検討されつつあるが、本格的な実用化に向けていまだ解
決されねばならない課題が多々存在する。その中に、例
えば、座標を検知する際に、光路を遮った障害物（座標
入力者の指，指輪，着衣の一部など）により誤った座標
を検知してしまうことがある。

【０００５】本発明は、上述のごとき光学式の座標検出
装置に関するものであり、例えば、座標入力をする際
に、座標入力者の指，指輪，着衣の一部、或いは、ごみ
等により、光路を誤って遮った障害物により誤った座標
が検知されるのを防止し、さらには、誤った座標値が出
力されることにより、不必要な入力をホストコンピュー
タ等に行い、コンピュータ上のソフトをハングアップさ
せたり誤動作させたりすることを回避することを目的と
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、タッ
チパネルの異なる位置に設置され、タッチパネルにほぼ
平行に光を射出する光源部と、タッチパネルに設置され
前記光源部からの光を該光源部に向けて反射する反射部
と、前記光源部の設置位置に設置され、前記反射部から
の反射光を受光する受光部を有し、前記光源部からの光
を前記タッチパネル上で遮蔽物により遮蔽した時に、そ
の遮蔽された位置を入力座標位置として検出する座標入
力装置において、前記受光部を繰り返し走査して前回走
査時の検出位置と今回走査時における検出位置との差分
をとり、該差分をもとに、入力座標を検知することを特
徴としたものである。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記差分の大きい方の座標を入力座標とすることを
特徴としたものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】最初に、本発明が適用される光学
式の座標入力装置について、その原理について説明す
る。なお、ここで説明する原理は光学式の座標入力装置
に関する一例であって、本発明は、この方式に限定され
るものではなく、光学式の座標入力装置全般について適
用されることはいうまでもない。

【０００９】図１は、本発明が適用される光学式の座標
入力装置の一例を示す平面概略構成図で、図中、１は受
発光手段（光学ユニット）、２は指示手段（または指示
位置）、３は座標入力領域（タッチパネル）で、該座標
入力領域３は四角形の形状をなし、電子的に画像を表示
するディスプレイ表面やマーカー等のペンで書き込むホ
ワイトボードなどが考えられる。この座標入力領域３上
を光学的に不透明な材質からなるユーザの指やペン，支
持棒などの指示手段２で触った場合を考える。このとき
の指示手段２の座標を検出することがこのような光学式
の座標入力装置の目的である。

【００１０】座標入力領域（タッチパネル）３の上方両
端に受発光手段（光学ユニット）１が装着されている。
受発光手段１からは座標入力領域３に向けて、Ｌ１，Ｌ
２，…Ｌｎの光ビームの束（プローブ光）が照射されて
いる。実際には、点光源８１から広がる座標入力面に平
行な面に沿って進行する扇形板状の光波である。座標入
力領域３の周辺部分には、再帰性反射部材４が再帰反射
面を座標入力装置３の中央に向けて装着されている。再
帰性反射部材４は、入射した光を、入射角度によらずに
同じ方向に反射する特性をもった部材である。例えば、
受発光手段１から発した扇形板状の光波のうちある一つ
のビームＬ１０に注目すると、ビームＬ１０は再帰性反
射部材４によって反射されて再び同じ光路を再帰反射光
Ｌ１１として受発光手段１に向かって戻るように進行す
る。受発光手段１には、後に述べる受光手段が設置され
ており、プローブ光Ｌ１〜Ｌｎのそれぞれに対して、そ
の再帰光が受発光手段に再帰したかどうかを判断するこ
とができる。

【００１１】いま、ユーザーが手で位置２を触った場合
を考える。このときプローブ光Ｌ１２は位置２で手に遮
られて再帰性反射部材４には到達しない。従って、プロ
ーブ光Ｌ１２の再帰光は受発光手段１には到達せず、プ
ローブ光Ｌ１２に対応する再帰光が受光されないことを
検出することによって、プローブ光Ｌ１２の延長線（直
線Ｌ）上に支持物体２が挿入されたことを検出すること
ができる。同様に、図１の右上方に設置された受発光手
段１からもプローブ光を照射し、プローブ光Ｌ１３に対
応する再帰光が受光されないことを検出することによっ
て、プローブ光Ｌ１３の延長線（直線Ｒ）上に支持物体
が挿入されたことを検出することができる。直線Ｌおよ
び直線Ｒを求めることができれば、この交点座標を演算
により算出することにより、指示手段２が挿入された座
標を得ることができる。

【００１２】次に、受発光手段１の構成とプローブ光Ｌ
１からＬｎのうち、どのプローブ光が遮断されたかを検
出する機構について説明する。図２は、受発光手段１の
内部の構造の概略を示す図で、図２は、図１の座標入力
面に取り付けられた受発光手段１を、座標入力面３に垂
直な方向から見た図である。ここでは、簡単のため、座
標入力面３に平行な２次元平面で説明を行う。

【００１３】受発光手段１は、図２に示す概略の構成で
は、点光源８１，集光レンズ５１および受光素子５０か
ら構成される。点光源８１は光源から見て受光素子５０
と反対の方向に扇形に光を射出するものとする。点光源
８１から射出された扇形の光は矢印５３，５８、その他
の方向に進行するビームの集合であると考える。５３方
向に進行したビームは再帰性反射部材４で反射されて、
集光レンズ５１を通り、受光素子５０上の位置５７に到
達する。また、進行方向５８に沿って進行したビームは
再帰性反射部材４によって受光素子５０上の位置５６に
到達する。このように、点光源８１から発し、再帰性反
射部材４で反射され同じ経路を戻ってきた光は、集光レ
ンズ５１の作用によって、それぞれ受光素子５０上のそ
れぞれ異なる位置に到達する。従って、ある位置に指示
手段２が挿入されあるビームが遮断されると、そのビー
ムに対応する受光素子５０上の点に光が到達しなくな
る。よって、受光素子５０上の光強度の分布を調べるこ
とによって、どのビームが遮られたかを知ることができ
る。

【００１４】図３を用いて上記受発光手段１の動作を詳
しく説明する。図３において、受光素子５０は集光レン
ズ５１の焦点面に設置されているものとする。点光源８
１から図３の右側に向けて発した光は再帰性反射部材４
によって反射され同じ経路を戻ってくる。従って、点光
源８１の位置に再び集光する。集光レンズ５１の中心は
点光源８１の位置と一致するように設置する。再帰性反
射部材４から戻った再帰光は集光レンズ５１の中心を通
るので、レンズ後方（受光素子側）に対称の経路で進行
する。このとき受光素子５０上の光強度分布を考える。
指示手段８０に示す指示手段が挿入されていなければ、
受光素子５０上の光強度分布はほぼ一定であるが、図３
に示すように、指示手段８０の位置に光を遮る指示手段
８０が挿入された場合、ここを通過するビームは遮ら
れ、受光素子５０上では位置Ｄｎの位置に、光強度が弱
い領域が生じる（暗点）。この位置Ｄｎは遮られたビー
ムの出射／入射角θｎと対応しており、Ｄｎを検出する
ことによりθｎを知ることができる。すなわち、θｎは
Ｄｎの関数として θｎ＝arctan（Ｄｎ／ｆ）式（１）と表すことができる。ここで、特に、図１左上方の受発
光手段１におけるθｎをθｎＬ，ＤｎをＤｎＬと置き換
える。

【００１５】さらに、図４に示す平面図において、受発
光手段１と座標入力領域３との幾何学的な相対位置関係
の変換ｇにより、指示手段８０と座標入力領域３とのな
す角θＬは、式（１）で求められるＤｎＬの関数とし
て、 θＬ＝ｇ（θｎＬ）ただし、θｎＬ＝arctan（ＤｎＬ／ｆ）式（２）と表すことができる。

【００１６】図１の右上方の受発光手段１についても同
様の説明により、上記式（２）のＬ記号をＲ記号に置き
換えて、右側の受発光手段１と座標入力領域３との幾何
学的な相対位置関係の変換ｈにより、 θＲ＝ｈ（θｎＲ）ただし、θｎＲ＝arctan（ＤｎＲ／ｆ）式（３）と表すことができる。

【００１７】ここで、座標入力領域上の、受発光手段の
取り付け間隔を図４に示すｗとし、原点と座標を図４に
示すようにとれば、座標入力領域３上の指示手段８０で
指示した点の座標（ｘ，ｙ）は、ｘ＝ｗｔａｎθＲ／（ｔａｎθＬ＋ｔａｎθＲ）式（４）ｙ＝ｗｔａｎθＬ・ｔａｎθＲ／（ｔａｎθＬ＋ｔａｎθＲ）式（５）＝ｘ・ｔａｎθＬとなる。

【００１８】図５は、前記θＬ（θＲ）の求め方を説明
するための図で、図５において、ｔａｎαＬ＝ａ／ｔｔ：光源８１から受光部５０（中心）までの距離ａ：受光部５０上での遮蔽物の受光部中心からの距離
（受光部中心を０とし、左側を＋、右側を−とする） θＬ＝βＬ−αＬ βＬ：受光部５０のタッチパネル３に対する角度、である。

【００１９】上述のように、ｘ，ｙは、ＤｎＬ，ＤｎＲ
の関数として表すことができる。すなわち、左右の受発
光手段１上の受光素子５０上の暗点の位置ＤｎＬ，Ｄｎ
Ｒを検出し、受発光手段の幾何学的配置を考慮すること
により、指示手段８０で指示した点の座標を検出するこ
とができる。

【００２０】次に、図６を参照して、座標入力領域、例
えば、ディスプレイの表面などに、光学系を設置する例
について説明する。図６は、図１，図２で述べた左右の
受発光手段１のうち一方を、ディスプレイタッチパネル
３の表面に設置した場合の実施例である。図６におい
て、３はディスプレイ面の断面を示しており、図２で示
したy軸の負から正に向かう方向に見たものである。ま
た、図６において、ＡおよびＢは、説明のため視点を図
に示したように変えて表示したものである。

【００２１】次に、上記受発光手段のうち発光手段につ
いて説明する。光源８３としてレーザーダイオード，ピ
ンポイントＬＥＤなどスポットをある程度絞ることが可
能な光源を用いる。光源８３からディスプレイ３の面に
垂直に発した光はシリンドリカルレンズ８４によってｘ
方向にのみコリメートされる。このコリメートは後にハ
ーフミラー８７で折り返された後、ディスプレイ面と垂
直な方向に平行光として配光するためである。シリンド
リカルレンズ８４を出た後、該シリンドリカルレンズ８
４とは曲率の分布が直交する２枚のシリンドリカルレン
ズ８５，８６で図６のｙ方向に対して集光される。図６
のＡ部分はこの様子を説明するためにシリンドリカルレ
ンズ群の配置と高速の集光状態を、視点をｚ軸に対して
回転し、ｘ方向から見たものである。

【００２２】このシリンドリカルレンズ群の作用によ
り、線状に集光した領域がシリンドリカルレンズ８６の
後方に形成される。ここにｙ方向に狭くｘ方向に細長い
スリット８２を挿入する。すなわち、スリット位置に線
状の二次光源８１を形成する。二次光源８１から発した
光はハーフミラー８７で折り返され、ディスプレイ面３
の垂直方向には広がらず平行光で、ディスプレイ面３と
平行方向には二次光源８１を中心に扇形状に広がりなが
ら、ディスプレイ面３に沿って進行する。進行した光は
ディスプレイ周辺端に設置してある再帰性反射部材４で
反射されて、同様の経路でハーフミラー８７方向（矢印
Ｃ）に戻る。ハーフミラー８７を透過した光は、ディス
プレイ面３に平行に進みシリンドリカルレンズ５１を通
り受光素子５０に入射する。

【００２３】このとき、二次光源８１とシリンドリカル
レンズ５１はハーフミラー８７に対して共役な位置関係
にある（図６のＤ）。従って、二次光源８１は図３の光
源８１に対応し、シリンドリカルレンズ５１は図３のレ
ンズ５１に対応する。また、図６のＢ部分は、受光側の
シリンドリカルレンズと受光素子を、視点を変えてｚ軸
方向から見たものであり、図３のレンズ５１，受光素子
５０に対応する。

【００２４】図７は、本発明による座標入力位置の一実
施例を説明するための全体概略構成図で、図中、２０は
演算部，２１はインターフェース，３０はＰＣで、その
他、受発光手段１，タッチパネル３，再帰性反射部材４
等は図１乃至図６にて説明した動作と同様の動作をす
る。図８は、ある時点における各走査時の検出位置信号
を表したものであり、図８（Ａ）から（Ｃ）は、それぞ
れ各走査時における位置Ｘの信号レベルを示している。

【００２５】図８（Ａ）における（ｎ−１）走査時点に
おける検出信号は、光路に遮蔽物が無いことを示してい
る（図５で示した位置ａは存在しない）。図８（Ｂ）に
おけるｎ走査時（前回走査時とする）点における検出信
号は、Ｘ ₁またはＸ_２の位置に遮蔽物があると考えられ
る（しかし、現時点では特定しない）。図８Ｃにおける
（ｎ＋１）走査時（今回走査時とする）点における検出
信号は、Ｘ₁′，Ｘ_２′の位置に遮蔽物があることを示
しており、位置ａ（図５に示すａ）はＸ₁またはＸ_２と
考えられる。この時、本発明では│Ｘ₁−Ｘ_１′│と│
Ｘ_２−Ｘ_２′│を参照し、位置ａを特定する。例えば、
│Ｘ₁−Ｘ_１′│と│Ｘ_２−Ｘ_２′│が、ある範囲内に
入っている場合は、│Ｘ_１−Ｘ_１′│と│Ｘ_２−Ｘ_２′
│の大きい方を採用する（ある範囲内での移動量の大き
い方を採用する）。

【００２６】

【発明の効果】本発明によると、光源部からの光をタッ
チパネル上で遮蔽物により遮蔽した時に、その遮蔽され
た位置を受光部を走査して検出する座標入力装置におい
て、受光部を繰り返し走査し、前回走査時における検出
位置と今回走査時における検出位置との差分をとり、該
差分をもとに、入力座標を検知するようにしたので、入
力位置を検出する際に、１回の走査だけでなく、前回の
走査時における検出位置と今回の走査時における検出位
置の差分を参照しているので、光路を遮る障害物があっ
ても正しく入力座標位置を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される光学式の座標入力装置の
一例を示す平面概略構成図である。

【図２】受発光手段の内部の構造の概略を示す図であ
る。

【図３】上記発光手段の動作を詳しく説明する図であ
る。

【図４】上記発光手段の動作を詳しく説明する平面図
である。

【図５】入力座標位置の求め方を説明するための図で
ある。

【図６】座標入力領域、例えば、ディスプレイの表面
などに、光学系を設置する例を説明するための図であ
る。

【図７】本発明による座標入力位置の一実施例を説明
するための全体概略構成図である。

【図８】本発明による入力座標位置を検出する動作原
理を説明するための図である。

【符号の説明】

１…受発光手段（光学ユニット）、２…指示手段（また
は指示位置）、３…座標入力領域（タッチパネル）、４
…再帰性反射部材、２０…演算部、２１…インターフェ
ース、３０…ＰＣ、５０…受光素子、５１…集光レン
ズ、５３，５８…矢印、５５…再帰性反射部材、５６，
５７…位置、５８…進行方向、８０…指示手段、８１…
点光源、８２…スリット、８４…シリンドリカルレン
ズ、８７…ハーフミラー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タッチパネルの異なる位置に設置され、
タッチパネルにほぼ平行に光を射出する光源部と、タッ
チパネルに設置され前記光源部からの光を該光源部に向
けて反射する反射部と、前記光源部の設置位置に設置さ
れ、前記反射部からの反射光を受光する受光部を有し、
前記光源部からの光を前記タッチパネル上で遮蔽物によ
り遮蔽した時に、その遮蔽された位置を入力座標位置と
して検出する座標入力装置において、前記受光部を繰り
返し走査し、前回走査時における検出位置と、今回走査
時における検出位置との差分をとり、該差分をもとに、
入力座標を検知することを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】前記差分の大きい方の座標を入力座標と
することを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。