JP2001125726A - 座標入力／検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光による人の眼球などへのダメージを防止す
るとともに、経年変化に基づく動作不良や無駄なエネル
ギの浪費を防止することが可能な座標入力／検出装置を
提供する。 【解決手段】 人が光源を覗くような行為をした場合
は、指または指し棒１０１と頭部１０４との径の差によ
り、指１０１などによって入力行為をした場合に比べ
て、出力分布の低電圧の連続区間が大きい。遮断された
光の幅に対応する出力信号値を、予め定められた基準値
と比較し、その基準値を外れた区間の連の数を、予め定
められた基準値と比較する。その基準値よりも出力分布
の低電圧の連続区間が大きい場合は、指，手，指し棒よ
りも大きいものによって光束が遮光されて危険な状態の
疑いがあると判断され、発光部への発光パワーの供給が
停止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、座標入力／検出装
置に関し、特に、パーソナルコンピュータ等において、
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
パネル方式の座標入力／検出装置に関する。この座標入
力／検出装置は、電子黒板や大型のディスプレイと共に
一体化して、座標入力／検出装置として利用される。

【０００２】

【従来の技術】従来、座標入力／検出装置としては、ペ
ンで座標入力面を押さえた時、あるいはペンが座標入力
面に接近した時に、静電又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号公報で知られているような超
音波方式のタッチパネル座標入力／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
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、静電又は電磁
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十分な接触が得られず、
直線が切れてしまう。そこで、十分な接触を得るには、
ペンを必要以上の力で押し付けてしまう。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を生
じ、移動中に復帰させる力が働く。そのため、一旦ペン
入力時に曲線を描こうとすると、ペンを抑える力が弱く
なり歪を元へ戻す力が優るため復帰して安定な減衰が得
られないため、入力が途絶えたと判断してしまう。この
ためにペン入力としては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、こ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１０−１２
７０３５号公報として提案したものや、特開平５−１７
３６９９号公報に開示されているもの、あるいは、特開
平９−３１９５０１号公報に開示されているもの、さら
には、先に本出願人が特願平１０−２３０９６０号公報
として提案したもの等、に代表される光学式の座標入力
／検出装置、あるいは、画像入力手段を利用した座標入
力／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入力／検出装置が実現でき
る。

【０００５】近年、このような座標入力／検出装置は、
パーソナルコンピュータ等の普及にともない、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、上記各公報に開示され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。

【０００６】前記座標検出装置において、発光手段とし
てレーザ光を用いる場合、不用意に光源あるいは反射面
を覗く行為に対して安全の対策を講じることが必要とな
る。また、不用意にこのような行為がなされたとして
も、事故の程度または危険度をできる限り低下させるこ
とも必要である。また、同一装置にあっては、部品の経
時変化や塵埃等による機能低下による変化を考慮し、ま
た、装置間では、使用する部品のバラツキを考慮し、製
品寿命の間、所定の機能を果たすために、予め発光量を
高く設定することが必要となる。

【０００７】（発明の目的）本発明は、このような光学
式の座標入力／検出装置、あるいは、カメラの如き画像
入力手段を利用した座標入力／検出装置に関するもので
あり、第１に、人が座標入力／検出領域から光源を覗き
こんだ場合、発光を停止もしくは減光することより、光
による眼球へのダメージを防止すること、第２に、経年
変化による動作不良を防止すると同時に、経年変化によ
る発光・受光特性の劣化を見込んだ不必要に高い輝度で
発光させた時の無駄なエネルギの浪費と眼球などへのダ
メージを防止すること、第３に、耐性以上の駆動による
発光素子の破壊を防止すること、を目的としてなされた
ものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、請求項１の発明は、複数の発光手段と複数
の受光手段とよりなり、これらの発光／受光の光路内の
光遮断手段の有無により、該光遮断手段の平面若しくは
略平面の２次元座標を検出する座標入力／検出装置、若
しくは、平面若しくは略平面の座標入力／検出領域を取
り込む画像入力手段とよりなり、該画像入力手段により
取り込まれた情報のうちの一部の領域を２次元座標情報
に変換する手段とよりなる座標入力／検出装置におい
て、前記発光手段からの発光を阻止もしくは発光量を減
少させるための判断基準となる複数の基準値を記憶する
基準値記憶手段と、遮断された前記光の幅に対応する信
号を出力する光遮断幅信号出力手段と、該出力信号値を
前記基準値と比較し、かつ、該比較結果に基づいて所定
の演算を行い、かつ、該演算結果を他の前記基準値と比
較する比較演算手段とを有し、該比較，演算結果に基づ
いて前記発光手段からの発光を阻止もしくは発光量を減
少することを特徴とし、検出平面内で検出する通常の入
力指示部材／物体の大きさを定め、通常の入力指示部材
／物体の遮光域の区間の大きさと比較して、その時点で
検出された部材が、通常の入力指示部材／物体外なのか
を判定し、通常の入力指示部材／物体外を検出のときに
発光を停止するようにしたものである。

【０００９】請求項２の発明は、複数の発光手段と複数
の受光手段とよりなり、これらの発光／受光の光路内の
光遮断手段の有無により、該光遮断手段の平面若しくは
略平面の２次元座標を検出する座標入力／検出装置、若
しくは、平面若しくは略平面の座標入力／検出領域を取
り込む画像入力手段とよりなり、該画像入力手段により
取り込まれた情報のうちの一部の領域を２次元座標情報
に変換する手段とよりなる座標入力／検出装置におい
て、前記発光手段からの光出力によって前記光遮断手段
の位置検出が可能か否かの判定をするための判断基準お
よび／または前記位置検出が不可能な場合に前記発光手
段にエネルギを付加するための判断基準になる複数の基
準値を記憶する基準値記憶手段と、前記受光手段より出
力される出力値を前記基準値と比較し、かつ、該比較結
果に基づいて所定の演算を行い、かつ、該演算結果を他
の前記基準値と比較する比較演算手段とを有し、該比
較，演算結果に基づいて、前記発光手段からの光出力に
よって前記光遮断手段の位置検出が可能か否かを判定す
るとともに該位置検出が不可能な場合に前記発光手段に
エネルギを付加することを特徴とし、発光ユニットの発
光エネルギを可変にし、装置機能の能力変化があるとき
も平常の位置検出を可能とする制御機構を設けたもので
ある。

【００１０】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、前記発光手段からの光出力が所定の値を超える場合
は、前記発光手段への入力エネルギを減少させるか、若
しくは、遮断する光出力調整手段を有することを特徴と
し、発光ユニットにかける電圧／電流／電力など、投入
エネルギにリミッターをかけることにより、発光ユニッ
トの破壊を防止するようにしたものである。

【００１１】

【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／検出装置の第１の例について、その原理
を説明する。図１は、本発明が適用される光学式の座標
入力／検出装置の１例を示す図である。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手指やペン，指示棒など
指示手段で触った場合を考える。このときの指示手段の
座標２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。

【００１２】座標入力領域３の上方両端に受発光手段１
が装着されている。受発光手段１からは座標入力領域に
向けて、Ｌ１，Ｌ２，…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領域３の中央に向けて装
着されている。

【００１３】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Ｌ１２に注目すると、ビームＬ１
２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１に再帰したかどう
かを判断することができる。

【００１４】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Ｌ１０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Ｌ１０の再帰光は受発光手段１には到達せず、プ
ローブ光Ｌ１０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Ｌ１０の延長線（直
線Ｌ）上に指示物体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）上に指示物体が挿
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、指示手段が挿入された座標２を
得ることができる。

【００１５】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に受発光手段１の内
部の構造の概略を示す。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。受発光手段１の概
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５３，５
８，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
射されて反射光５４となり、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５
８に沿って進行したビームは再帰性反射部材４によって
反射されて反射光５９となり、受光素子５０上の位置５
６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。

【００１６】図３で上記動作を詳しく説明する。図３で
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８１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、点光源位置と一致するように
設置する。再帰性反射部材か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。

【００１７】このとき、受光素子５０上の光強度分布を
考える。２に示す位置に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２の位置に光を遮る指示手段が挿入さ
れた場合、ここを通過するビームは遮られ、受光素子５
０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。

【００１８】さらに、図４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、指示手段の位置２と座標入力手段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） …式（２） ただし、 θｎＬ＝ａｒｃｔａｎ（ＤｎＬ／ｆ） と表すことができる。

【００１９】同様に、図１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） …式（３） ただし、 θｎＲ＝ａｒｃｔａｎ（ＤｎＲ／ｆ） と表すことができる。

【００２０】ここで、座標入力領域３上の受発光手段１
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上の指示手段で指
示した点２の座標（ｘ，ｙ）は、 ｘ＝ｗ ｔａｎθＲ／（ｔａｎθＬ＋ｔａｎθＲ） 式（４） ｙ＝ｗ ｔａｎθＬ・ｔａｎθＲ／（ｔａｎθＬ＋ｔａｎθＲ） 式（５） となる。このように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，ＤｎＲ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、
指示手段で指示した点２の座標を検出することができ
る。

【００２１】次に、座標入力領域、例えば、ディスプレ
イの表面などに前で説明した光学系を設置する実施例を
示す。図５は、図１，図２で述べた左右の受発光手段１
のうちの一方を、ディスプレイ３の表面へ設置した場合
の実施例である。図５の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５の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。
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からディスプレイ面３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は平行光として
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８４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５のｙ
方向に対して集光される。図５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光束の集
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５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５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】次に、本発明が適用される光学式の座標入
力／検出装置の第２の例について、その原理を説明す
る。図６は、代表的な光学式の座標入力装置であり、図
６に示す如く、水平方向にＸｍ個配置された例えば発光
ダイオード（ＬＥＤ）１１と、これに１対１に対応して
対向配置されたＸｍ個の例えばフォトトランジスタ１２
と、垂直方向にＹｎ個配置されたＬＥＤ１３と、これに
１対１に対応して対向配置されたＹｎ個のフォトトラン
ジスタ１４とにより、座標検出領域３を形成する。そし
て、この座標検出領域３内の例えばタッチ部分１５にタ
ッチ入力が行なわれると、タッチ部分１５を通る光路が
遮ぎられるため、その遮断光路にあるフォトトランジス
タ１２，１４の受光光量が低下する。そこで、受光光量
が低下したフォトトランジスタ１２，１４の位置を平均
し、タッチ座標の位置１６を算出する。

【００２５】以上、光学式の座標入力／検出装置を利用
した座標入力／検出装置について、その原理を説明した
が、これらは座標入力／検出装置に関する一例であっ
て，本発明は、これらの方式に限定されるものではな
く、光学式の座標入力／検出装置を利用した座標入力／
検出装置について適用されることはいうまでもない。こ
のような光学式の座標入力／検出装置を利用した座標入
力／検出装置において、本発明について以下に説明す
る。

【００２６】図７は、本発明による座標入力／検出装置
の一実施例を説明するための図で、図７（Ａ）は指また
は指し棒による入力行為を入力装置の側面から見た図、
図７（Ｂ）は指あるいは指し棒によって入力指示がなさ
れた場合の光電気変換の出力分布を示した図、図７
（Ｃ）は頭部が入力装置に接近した場合の入力装置の側
面から見た図、図７（Ｄ）は頭部が入力装置に接近した
場合の光電気変換の出力分布を示した図で、図中、１０
１は指あるいは指し棒、１０２は背景板、１０３は表示
部、１０４は頭部で、Ｔは受光部の位置に対応するパラ
メーターであり、図２，図６に示したような構成では、
受光素子の並びを示し、受光アレイの原点からの距離と
読み変えることができる。

【００２７】次に、入力装置に対して、指または指し棒
１０１によって入力行為をした場合と、人が光源を覗く
ような行為をした場合の出力分布の相違について説明す
る。入力装置に対して、図７（Ａ）に示したように、指
または指し棒１０１による入力行為によって発光手段か
らの光束が遮光されると、図７（Ｂ）に示したように、
Ａ部のような（図中、Ｔ方向の）幅が狭い低電圧の区間
が生じる。

【００２８】これに対し、もし、人が装置に近づいて光
源を見る行為を行ったときを考える。この装置におい
て、通常、背景板１０２および表示部１０３と光束との
距離は、数ミリメートル程度に設定されている。通常、
装置の前面にいる人は、光源を直視することはできな
い。しかし、鏡などの器具を用いずに敢えて光源を見る
には、図７（Ｃ）に示したように、頭部１０４の側面も
しくは顔面を背景板１０２あるいは表示部１０３に押し
当て、眼を光束の位置に置くことが必要である。このよ
う行為をしたときは、光電気変換の出力分布は、図７
（Ｄ）のＢ部に示したように、図７（Ｂ）に示した場合
と同様な低電圧の連続区間が生じる。

【００２９】ここで、両者、すなわち、指または指し棒
１０１によって入力行為をした場合と人が光源を覗くよ
うな行為をした場合との出力分布の違いは、低電圧の連
続区間（図中、Ｔ方向の幅）の大小にあり、指または指
し棒１０１と頭部１０４の径の差により、指または指し
棒１０１によって光束が遮光される区間（図７（Ｂ）の
Ａ部のＴ方向の幅）は、頭部１０４によって遮光される
区間（図７（Ｄ）のＢ部のＴ方向の幅）に比べて小さ
い。そのため、平面検出の位置検出を行う際に、手段と
して、指，手，指し棒よりも大きいものによって光束が
遮光されたときには、人が装置に接近して光源を直視す
る行為を行ったことが否定できないので、危険な状態の
疑いがあると判断する。制御部は、この危険な状態の疑
いがあるときには、発光部への発光パワーの供給を停止
し、これにより、人体への悪影響が防止される。

【００３０】図８は、本発明による座標入力／検出装置
の動作の一実施例を説明するためのフローチャート、図
９は、図８に示した動作の続きを示すフローチャート
で、通常の位置検出行為と人が光源を直視したと疑われ
る行為とを弁別し、前者のときは位置検出処理を行い、
後者のときは発光を停止する動作のフローチャートであ
る。

【００３１】まず、光束が遮光されたことを検知するた
めの受光ユニットの光電気変換出力電圧Ｖnの許容下限
電圧値Ｖlowと、光電気変換出力電圧Ｖnが連続して許容
下限電圧値Ｖlowを下回ったときのカウンタのその連
（光束が遮光された状態のつながり）の数の許容上限数
ＵＬと、雑音として検出されたときのその雑音パターン
の連の数の許容上限数ＷＲＬＳＺとが設定される（Ｓ
１）。ここで、光電気変換出力電圧Ｖnが許容下限電圧
値Ｖlowを下回ったときの連の数の許容上限数ＵＬが設
定されるのは、人の頭部が入力装置に接近した場合と指
または指し棒による入力行為の場合とを的確に識別する
ためであり、雑音パターンの連の数の許容上限数ＷＲＬ
ＳＺが設定されるのは、雑音が検出された場合と指また
は指し棒による入力行為の場合とを的確に識別するため
である。サンプル番号ｎと許容下限電圧値Ｖlow未満の
連の数ＲＬとが、リセット（ｎ＝０，ＲＬ＝０）され
（Ｓ２）、サンプル番号ｎが最大サンプル番号を越える
まで（Ｓ３）、サンプルｎに対する光電気変換出力電圧
値Ｖnがサンプリングされる（Ｓ４）。

【００３２】サンプリングされた光電気変換出力電圧値
Ｖnが許容下限電圧値Ｖlowと比較され（Ｓ５）、許容下
限電圧値Ｖlowを下回った場合は（Ｓ５のＮＯ）、許容
下限電圧値Ｖlow未満の連の数ＲＬが“＋１”される
（Ｓ６）。許容下限電圧値Ｖlow未満の連の数ＲＬが、
許容上限数ＵＬ未満の場合は（Ｓ７のＮＯ）、サンプル
番号ｎが“＋１”されて（Ｓ１４）次の光電気変換出力
電圧値Ｖnがサンプリングされる（Ｓ３，Ｓ４）。許容
下限電圧値Ｖlow未満の連の数ＲＬが、許容上限数ＵＬ
以上の場合は（Ｓ７のＹＥＳ）、「危険状態の疑いがあ
る」とする光束の遮光状態を示すサンプルのつながりで
あるので、異常の検出として、例えば、人の頭部が入力
装置に接近した疑いがあるとして、発光手段からの発光
が停止される（Ｓ８）。

【００３３】光電気変換出力電圧値Ｖnと許容下限電圧
値Ｖlowとの比較において（Ｓ５）、サンプリングされ
た光電気変換出力電圧値Ｖnが許容下限電圧値Ｖlow以上
であった場合は（Ｓ５のＹＥＳ）、光電気変換出力電圧
値Ｖnが許容下限電圧値Ｖlow未満であるそれまでの連の
数ＲＬが“０”であるかどうかが判断され（Ｓ９）、許
容下限電圧値Ｖlow未満の連の数ＲＬが“０”の場合は
（Ｓ９のＹＥＳ）、サンプリングされた箇所には光束を
遮光するものがないと判断され、サンプル番号ｎが“＋
１”されて（Ｓ１４）次の光電気変換出力電圧値Ｖnが
サンプリングされる（Ｓ３，Ｓ４）。

【００３４】光電気変換出力電圧値Ｖnが許容下限電圧
値Ｖlow未満である連の数ＲＬが“０”であるかどうか
の判断において（Ｓ９）、許容下限電圧値Ｖlow未満の
連の数ＲＬが“０”ではない（但し、許容下限電圧値Ｖ
low未満の連の数ＲＬは許容上限数ＵＬを越えてもいな
い）場合（Ｓ９のＮＯ）は、許容下限電圧値Ｖlow未満
の連の数ＲＬが雑音パターンの連の数の許容上限数ＷＲ
ＬＳＺと比較される（Ｓ１０）。

【００３５】許容下限電圧値Ｖlow未満の連の数ＲＬが
雑音パターンの連の数の許容上限数ＷＲＬＳＺ以下の場
合は（Ｓ１０のＹＥＳ）、雑音が検出されたことであり
（Ｓ１１）、許容下限電圧値Ｖlow未満の連の数ＲＬが
雑音パターンの連の数の許容上限数ＷＲＬＳＺを越えた
場合は（Ｓ１０のＮＯ）、指または指示棒などでの位置
の指示による光束の遮光状態を示すサンプルのつながり
であるので、通常の位置検出行為であるとして位置検出
処理が行われ（Ｓ１２）、その後、許容下限電圧値Ｖlo
w以下の連の数ＲＬがリセット（ＲＬ＝０）され（Ｓ１
３）、サンプル番号ｎが“＋１”されて（Ｓ１４）次の
光電気変換出力電圧値Ｖnがサンプリングされる（Ｓ
３，Ｓ４）。

【００３６】上記実施例では、単純に出力波形の幅のみ
により、光束を遮光している遮蔽物の幅を判定している
が、受光ユニットの検出器から遮蔽物までの距離に基づ
く出力波形の幅の誤差を加味することにより、求めよう
とする遮蔽物の幅を補正するようにすれば、遮蔽物の幅
がより正確に求められ、これにより、発光手段からの発
光を停止するための安全装置をより誤動作の少ない装置
とすることができる。

【００３７】また、上記実施例では、安全装置として、
異常値の検出時に発光部からの発光を停止させるか、も
しくは、減光させる手法について述べているが、メカニ
カルシャッターのような物理的遮断手段や液晶シャッタ
ーのような遮断手段を光源の近傍に設置し（図示せ
ず）、上記異常値の検出時には、光源光が座標入力／検
出領域に漏洩することを速やかに防止するようにしても
よい。このような光シャッターの設置位置としては、図
５に示した構成例においては、小型化の点では、スリッ
ト８２の近傍や光源８３の近傍が望ましい。その他の構
成においても、できる限り光源に近い位置、もしくは、
集光点の近くにシャッターを配置することによってシャ
ッター部材の小型化を図ることができ、これにより、高
速で光束を遮断することができるので、安全装置の安全
性をさらに高めることができる。

【００３８】図１０は、検出平面に遮光物がないときの
波形を簡易的に示した図である。図１１は、発光ユニッ
トの電流の変化に対して、受光ユニットの光電気変換さ
れた電圧分布の変化への対応の一例を説明するための図
で、図１１（Ａ）は電気光変換の入力電流を示す図、図
１１（Ｂ）は光電気変換された出力分布を示す図であ
る。図１２は、受光ユニットで光電気変換された出力分
布の一例を示す図である。

【００３９】前述のように、位置検出は、受光ユニット
の光電気変換されたレベル値の分布から、検出平面内の
遮光物体の有無とその位置を決定する。図１０に示した
ように、検出平面に遮光物がないときの波形が、簡易的
に、上辺が平坦である台形の形状になるとして説明す
る。この台形の高さである受光ユニットの出力電圧は、
発光ユニットの入力電流に比例する。図１１（Ａ），図
１１（Ｂ）に示したように、電気光変換の入力電流Ｉ１
のとき、光電気変換された出力の分布はＦ１となり、電
気光変換の入力電流Ｉ２のとき、光電気変換された出力
の分布はＦ２となる。

【００４０】ところが、実際には、発光ユニットで発光
された光を検出平面に拡散する光学系に歪みがあること
や、反射面部材の各位置における反射率のバラツキがあ
ること等により、図１０に示したような台形の上辺であ
る電圧分布が直線になることはない。それらに加えて、
経時変化による部品の劣化変化による電気と光との間の
変換率の変化、さらに、塵埃と清掃むらによる反射面の
各位置における反射率の低下により、図１０に示した台
形の上辺である電圧分布は凸凹になる。実際には、受光
ユニットで光電気変換された出力分布は、図１２に示し
たようになる。

【００４１】このように、同一装置においては、部品の
経時変化や塵埃等による機能低下による変化があり、ま
た、装置間においては、使用する部品のバラツキがあ
る。しかしながら、たとえ、装置内の部品にそのような
変化やバラツキがあっても、所定の期間内に、所定の機
能を果たすためには、入力電流の値を恒常的に高めに固
定することが必要である。

【００４２】請求項２の発明は、これに対し、電気光変
換の入力電流を可変にし、使用時の装置の状態や状況に
応じて、位置検出に対して、できる限り低いエネルギで
機能する出力が得られるような電気光変換（発光装置）
の入力電流を目標入力値として決めるようにしたもの
で、以下にその方法を説明する。

【００４３】まず、可変となる電気光変換の最大および
最小入力電流を定めるが、その最大値は発光素子のエネ
ルギ投入許容値から決め、最小値は雑音と位置検出信号
との区分けができる発光量から決める。また、入力が誤
って発光素子の許容値を越ないように、光電気変換上限
電圧値も定める（請求項３）。そしてさらに、検出平面
に検出物体を置かない状態のとき、受光ユニットの光電
気変換出力の雑音と未検出等を示すパターンを定める。
ここで、パターンとは、光電気変換の出力電圧下限値未
満の検出値の連の数によって定義する。

【００４４】この出力電圧下限値（図１２のＶlow）と
は、検出区間内の出力電圧の平均値（図１２のＶave）
から、標準偏差のＫ倍（適当な値）を減じたものであ
る。この出力電圧下限値より下の出力電圧値の適当に小
さい連（図１２のＶ１部分）を雑音パターンと定め、大
きい連（図１２のＶ２部分）を未検出パターンと定め
る。そして、光電気変換の出力電圧分布全体において、
未検出パターンの数がゼロで、かつ、雑音パターンの数
が定めた値以下であるときは、そのときの電気光変換の
入力電流によって位置検出が可能であると判定し、この
ときの電気光変換の電流値を平常位置検出の電気光変換
入力値として維持する。逆に、位置検出が可能であると
判定できなかったきは、さらに入力電流値を一段増し
て、再度、上述のような光電気変換の出力分布の状態を
判定する。

【００４５】もし、電気光変換の最大入力電流値まで、
上述のような判定を繰り返し、位置検出が可能であると
判定できない場合は、装置の機能に支障があると判断す
る。もし、上述のような繰り返しの判定中に、光電気変
換された電圧値が、前もって定められた上限電圧値（図
１２のＶul）を超える電圧値（図１２のＶ３部分）があ
れば、発光エネルギの上限過異常であることを何らかの
手段で伝える。

【００４６】図１３は、本発明による座標入力／検出装
置の動作の他の実施例を説明するためのフローチャー
ト、図１４は、図１３に示した動作の続きを示すフロー
チャートで、電気光変換の入力電流（位置検出のための
発光量）を確定維持するための動作を説明するためのフ
ローチャートである。図１５は、図１３に示した動作に
おけるサンプリング処理動作を説明するためのフローチ
ャートである。図１６は、図１３に示した動作における
電気光変換入力電流のレベル評価処理動作を説明するた
めのフローチャート、図１７は、図１６に示した動作の
続きを示すフローチャートである。図１８は、図１６，
図１７に示した動作におけるパターン決定処理動作を説
明するためのフローチャートである。

【００４７】まず、図１３に示したように、発光素子の
エネルギ投入許容値から、可変となる電気光変換入力電
流の許容上限電流値Ｉulと、入力が誤って発光素子の許
容値を越ないように、光電気変換出力電圧の許容上限電
圧値Ｖulと、光電気変換の出力電圧下限値未満の検出値
の連（つながり）の数によって定義される雑音パターン
の許容上限数Ｗulを設定する（Ｓ２１）。許容上限電圧
値Ｖulを超える検出値のカウンタＵＣtrと、未検出パタ
ーンのカウンタＦＣtrと、雑音パターンのカウンタＷＣ
trとがリセット（ＵＣtr＝０，ＦＣtr＝０，ＷＣtr＝
０）され（Ｓ２２）、入力された電気光変換の電流値Ｉ
nが許容上限電流値Ｉulと比較される（Ｓ２３）。電気
光変換の入力電流値Ｉnが許容上限電流値Ｉul以下であ
れば（Ｓ２３のＹＥＳ）、サンプリング処理が行われる
（Ｓ２４）。

【００４８】図１５に示したように、サンプリング処理
では、まず、サンプリング間隔，サンプル数Ｎが設定さ
れる（Ｓ２４−１）。サンプル番号ｎがリセット（ｎ＝
０）された後（Ｓ２４−２）、サンプル番号ｎがサンプ
ル数Ｎを越えるまで（Ｓ２４−３）、サンプル番号ｎに
対する光電気変換出力電圧Ｖnがサンプリングされ、光
電気変換出力電圧Ｖnの和（ΣＶn）と光電気変換出力電
圧Ｖnの平方和（Σ（Ｖn×Ｖn））とが算出される（Ｓ
２４−４）。その後、サンプル番号ｎが“＋１”されて
（Ｓ２４−５）次の光電気変換出力電圧Ｖnのサンプリ
ングが行われる。サンプル番号ｎがサンプル数Ｎを越え
た場合は（Ｓ２４−３のＹＥＳ）、サンプリング処理は
終了する。

【００４９】次に、図１３に示したように、上記サンプ
リング処理の結果に基づいて、異常状態の境界値として
の許容下限電圧値Ｖlowと、雑音ではない異常状態を定
義する未検出パターンの連の許容上限数ＦＲＬＳＺと、
異常状態を雑音として処理する場合の雑音パターンの連
の許容上限数ＷＲＬＳＺとが設定され（Ｓ２５）、上記
各設定値に基づいて、入力された電気光変換の電流値Ｉ
nのレベル評価処理が行われる（Ｓ２６）。

【００５０】図１６に示したように、入力電流値Ｉnの
レベル評価処理では、まず、サンプリング間隔と、検出
区間のサンプル数Ｎとが設定される（Ｓ２６−１）。サ
ンプル番号ｎがリセット（ｎ＝０）された後（Ｓ２６−
２）、サンプル番号ｎがサンプル数Ｎを越えるまで（Ｓ
２６−３）、サンプル番号ｎに対する光電気変換出力電
圧Ｖnがサンプリングされ（Ｓ２６−４）、その光電気
変換出力電圧Ｖnと許容上限電圧値Ｖulとが比較される
（Ｓ２６−５）。光電気変換出力電圧Ｖnが許容上限電
圧値Ｖul以上の場合は（Ｓ２６−５のＹＥＳ）、許容上
限電圧値Ｖul以上のカウンタＵＣtrが“＋１（すなわ
ち、ＵＣtr＝１）”されて（Ｓ２６−６）入力電流値Ｉ
nのレベル評価処理は終了する。

【００５１】光電気変換出力電圧Ｖnが許容上限電圧値
Ｖul未満の場合は（Ｓ２６−５のＮＯ）、図１７に示し
たように、光電気変換出力電圧Ｖnが許容下限電圧値Ｖl
owと比較される（Ｓ２６−７）。光電気変換出力電圧Ｖ
nが許容下限電圧値Ｖlowを下回った場合は（Ｓ２６−７
のＮＯ）、許容下限電圧値Ｖlow未満の連のカウンタ値
ＲＬＣtrを“＋１”し（Ｓ２６−８）、光電気変換出力
電圧Ｖnが許容下限電圧値Ｖlow以上の場合は（Ｓ２６−
７のＹＥＳ）、図１８に示したような許容下限電圧値Ｖ
low以下の連のパターンを決定する処理が行われ（Ｓ２
６−９）、パターン決定処理後は、許容下限電圧値Ｖlo
w以下の連のカウンタ値ＲＬＣtrがリセット（ＲＬＣtr
＝０）される。

【００５２】その後、サンプル番号ｎが“＋１”されて
（Ｓ２６−１１）、図１６に示したように、次の光電気
変換出力電圧Ｖnのサンプリングが行われ、サンプル番
号ｎがサンプル数Ｎを越えた場合、すなわち、サンプリ
ング終了時も（Ｓ２６−３のＹＥＳ）図１８に示したよ
うな許容下限電圧値Ｖlow以下の連のパターンを決定す
る処理が行われ（Ｓ２６−９）、入力電流値Ｉnのレベ
ル評価処理は終了する。

【００５３】図１８に示したように、上記パターン決定
処理では、まず、許容下限電圧値Ｖlow未満の連のカウ
ンタ値ＲＬＣtrと未検出パターンの連の許容上限数ＦＲ
ＬＳＺとが比較される（Ｓ２６−９−１）。カウンタ値
ＲＬＣtrが許容上限数ＦＲＬＳＺを越えていれば（Ｓ２
６−９−１のＮＯ）、未検出パターンのカウンタ値ＦＣ
trが“＋１”されて（Ｓ２６−９−２）パターン決定処
理は終了する。

【００５４】カウンタ値ＲＬＣtrが許容上限数ＦＲＬＳ
Ｚ以下であれば（Ｓ２６−９−１のＹＥＳ）、許容下限
電圧値Ｖlow未満の連のカウンタ値ＲＬＣtrと雑音パタ
ーンの連の許容上限数ＷＲＬＳＺとが比較される（Ｓ２
６−９−３）。カウンタ値ＲＬＣtrが許容上限数ＷＲＬ
ＳＺを越えている場合は（Ｓ２６−９−３のＮＯ）、雑
音パターンのカウンタ値ＷＣtrが“＋１”され、カウン
タ値ＲＬＣtrが許容上限数ＷＲＬＳＺ以下の場合は（Ｓ
２６−９−３のＹＥＳ）、パターン決定処理は終了す
る。これにより、入力された電気光変換の電流値Ｉnの
レベル評価処理が終了する（図１３のＳ２６）

【００５５】次に、図１４に示したように、上記入力電
流値Ｉnのレベル評価に基づいて、まず、許容上限電圧
値Ｖulを越える検出値のカウンタＵＣtrが“０”か、す
なわち、許容上限電圧値Ｖul以上の光電気変換出力電圧
Ｖnが検出されたか否かを判定する（Ｓ２７）。カウン
タＵＣtrが“０”、すなわち、光電気変換出力電圧Ｖn
が許容上限電圧値Ｖul未満であれば（Ｓ２７のＹＥ
Ｓ）、次に、未検出パターンのカウンタ値ＦＣtrが
“０”か、すなわち、未検出パターンが検出されたか否
かを判定する（Ｓ２８）。カウンタ値ＦＣtrが“０”、
すなわち、未検出パターンが検出されなかった場合は
（Ｓ２８のＹＥＳ）、雑音パターンのカウンタ値ＷＣtr
と雑音パターンの許容上限数Ｗulとが比較される（Ｓ２
９）。カウンタ値ＷＣtrが許容上限数Ｗul以下であれば
（Ｓ２９のＹＥＳ）、入力された電気光変換の電流値Ｉ
nが平常位置検出の電気光変換入力値Ｉｃとして維持さ
れる（Ｓ３０）。

【００５６】カウンタ値ＦＣtrが“０”でない、すなわ
ち、未検出パターンが検出された場合（Ｓ２８のＮ
Ｏ）、および、雑音パターンのカウンタ値ＷＣtrが雑音
パターンの許容上限数Ｗulを越えた場合は（Ｓ２９のＮ
Ｏ）、入力された電気光変換の電流値Ｉnに増分の電流
Ｉdが付加され（Ｓ３１）、その増加した入力電流Ｉn＋
Ｉdに対して、再度、上述のような電気光変換の入力電
流（位置検出のための発光量）を確定維持するための動
作が行われる（Ｓ２２〜）。

【００５７】なお、図１３に示したように、電気光変換
の入力電流値Ｉnが許容上限電流値Ｉulを越えた場合は
（Ｓ２３のＮＯ）、装置の機能に支障があると判断さ
れ、上記確定維持のための動作は終了する（Ｓ３２）。
また、図１４に示したように、許容上限電圧値Ｖul以上
のカウンタＵＣtrが“０”でない、すなわち、許容上限
電圧値Ｖul以上の光電気変換出力電圧Ｖnが検出された
場合は（Ｓ２７のＮＯ）、発光エネルギの上限過異常で
あると判断され（Ｓ３３）、上記確定維持のための動作
は終了する（Ｓ３２）。

【００５８】

【発明の効果】（１）請求項１の発明に対応する効果 座標入力領域に入る遮蔽物の大きさを判定する手段を設
け、人の顔のような大きな物体（物質）が挿入されたと
判定されたときには、発光を阻止もしくは発光量を減少
するようにしたので、人が装置に近づいて光源を直接見
た場合の光による眼球へのダメージを防止することがで
きる。

【００５９】（２）請求項２の発明に対応する効果 発光エネルギを可変にし、かつ、常に、検出に最適な出
力に調整することができるようにしたので、経年変化に
よる装置の動作不良を防止すると同時に、経年変化を見
込んだ不必要に高い輝度での発光による無駄なエネルギ
の浪費と眼球などへのダメージとを防止することができ
る。

【００６０】（３）請求項３の発明に対応する効果 発光素子に投入するエネルギにリミッターをかけること
により、発光素子の破壊を防止することができる。

【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／検出
装置の１例を示す図である。

【図２】 図１の座標入力面に取り付けられた受発光手
段を、座標入力面に垂直な方向から見た図である。

【図３】 受発光手段の動作を詳しく説明するための図
である。

【図４】 受発光手段と座標入力領域との幾何学的な相
対位置関係を示す図である。

【図５】 受発光手段を、ディスプレイの表面へ設置し
た場合の実施例を示す図である。

【図６】 代表的な光学式の座標入力装置を示す図であ
る。

【図７】 本発明による座標入力／検出装置の一実施例
を説明するための図である。

【図８】 本発明による座標入力／検出装置の動作の一
実施例を説明するためのフローチャートである。

【図９】 図８に示した動作の続きを示すフローチャー
トである。

【図１０】 検出平面に遮光物がないときの波形を簡易
的に示した図である。

【図１１】 発光ユニットの電流の変化に対して、受光
ユニットの光電気変換された電圧分布の変化への対応の
一例を説明するための図である。

【図１２】 受光ユニットで光電気変換された出力分布
の一例を示す図である。

【図１３】 本発明による座標入力／検出装置の動作の
他の実施例を説明するためのフローチャートである。

【図１４】 図１３に示した動作の続きを示すフローチ
ャートである。

【図１５】 図１３に示した動作におけるサンプリング
処理動作を説明するためのフローチャートである。

【図１６】 図１３に示した動作における電気光変換入
力電流のレベル評価処理動作を説明するためのフローチ
ャートである。

【図１７】 図１６に示した動作の続きを示すフローチ
ャートである。

【図１８】 図１６，図１７に示した動作におけるパタ
ーン決定処理動作を説明するためのフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１…受発光手段、２…指示座標位置、３…座標入力領域
（座標入力装置、座標入力面）、４…再帰性反射部材、
１１，１３…フォトダイオード、１２，１４…フォトト
ランジスタ、１５…タッチ部分、１６…タッチ座標位
置、５０…受光素子、５１…集光レンズ、５３，５８…
矢印、５４，５９…反射光、５６，５７…位置、５８…
進行方向、８１，８３…光源、８２…スリット、８４，
８５，８６…シリンドリカルレンズ、８７…ハーフミラ
ー、１０１…指あるいは指し棒、１０２…背景板、１０
３…表示部、１０４…頭部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関谷 卓朗 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 高橋 禎郎 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 5B068 AA01 BB18 BB19 BE04 BE06 CC12

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の発光手段と複数の受光手段とより
   なり、これらの発光／受光の光路内の光遮断手段の有無
   により、該光遮断手段の平面若しくは略平面の２次元座
   標を検出する座標入力／検出装置、若しくは、平面若し
   くは略平面の座標入力／検出領域を取り込む画像入力手
   段とよりなり、該画像入力手段により取り込まれた情報
   のうちの一部の領域を２次元座標情報に変換する手段と
   よりなる座標入力／検出装置において、前記発光手段か
   らの発光を阻止もしくは発光量を減少させるための判断
   基準となる複数の基準値を記憶する基準値記憶手段と、
   遮断された前記光の幅に対応する信号を出力する光遮断
   幅信号出力手段と、該出力信号値を前記基準値と比較
   し、かつ、該比較結果に基づいて所定の演算を行い、か
   つ、該演算結果を他の前記基準値と比較する比較演算手
   段とを有し、該比較，演算結果に基づいて前記発光手段
   からの発光を阻止もしくは発光量を減少することを特徴
   とする座標入力／検出装置。
2. 【請求項２】 複数の発光手段と複数の受光手段とより
   なり、これらの発光／受光の光路内の光遮断手段の有無
   により、該光遮断手段の平面若しくは略平面の２次元座
   標を検出する座標入力／検出装置、若しくは、平面若し
   くは略平面の座標入力／検出領域を取り込む画像入力手
   段とよりなり、該画像入力手段により取り込まれた情報
   のうちの一部の領域を２次元座標情報に変換する手段と
   よりなる座標入力／検出装置において、前記発光手段か
   らの光出力によって前記光遮断手段の位置検出が可能か
   否かの判定をするための判断基準および／または前記位
   置検出が不可能な場合に前記発光手段にエネルギを付加
   するための判断基準になる複数の基準値を記憶する基準
   値記憶手段と、前記受光手段より出力される出力値を前
   記基準値と比較し、かつ、該比較結果に基づいて所定の
   演算を行い、かつ、該演算結果を他の前記基準値と比較
   する比較演算手段とを有し、該比較，演算結果に基づい
   て、前記発光手段からの光出力によって前記光遮断手段
   の位置検出が可能か否かを判定するとともに該位置検出
   が不可能な場合に前記発光手段にエネルギを付加するこ
   とを特徴とする座標入力／検出装置。
3. 【請求項３】 前記発光手段からの光出力が所定の値を
   超える場合は、前記発光手段への入力エネルギを減少さ
   せるか、若しくは、遮断する光出力調整手段を有するこ
   とを特徴とする請求項２に記載の座標入力／検出装置。