JP2003303046A

JP2003303046A - 光学式座標検出装置

Info

Publication number: JP2003303046A
Application number: JP2002108963A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kashimada; 靖鹿島田
Original assignee: Ricoh Elemex Corp
Current assignee: Ricoh Elemex Corp
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2002-04-11
Publication date: 2003-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】遮光物が同時に複数存在する場合に、それぞ
れの遮光物の座標が正確に検出できる光学式座標検出装
置を提供する【解決手段】タッチパネル２、光学ユニット３，４，
５、反射部材７，８，９、検知判定部１１、演算部１０
をそなえた光学式座標検出装置１において、タッチパネ
ル２上の位置検出面に、２つ以上の遮光物が同時に存在
するとき、検知判定部１１の要求より光学ユニット５の
検出した２つの遮光物の情報を演算部１０に送信し、２
つの遮光物の座標を正確に検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、大画面装置付き
タッチパネル、電子黒板、テレビ会議システム、大型プ
ロジェクションタッチパネル、ディスプレイ一体型タブ
レットなどで用いる、複数の光学ユニットの光源部から
の光と、その光を反射部材で再帰反射することによって
形成される位置検出面において、遮光点の座標を検出す
る光学式座標検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光学式座標検出装置５０は、図１
０に示すように、矩形のタッチパネル５１の１辺の両角
部にそれぞれ光学ユニット５２，５３をそなえ、残りの
３辺に沿ってそれぞれ反射部材５４，５５，５６をそな
えてなる。そして、２つの光学ユニット５２，５３は、
演算部５７と接続され、演算部５７は、インタフェース
部５８を介してパーソナルコンピュータなどと接続され
ている。

【０００３】光学ユニット５２は、図示しない光源部と
受光部をそなえ、反射部材５５，５６に向かって扇状
に、タッチパネル５１に平行な光束を射出する。同様
に、光学ユニット５３は、図示しない光源と受光部をそ
なえ、反射部材５４，５５に向かって扇状に、タッチパ
ネル５１に平行な光束を射出する。

【０００４】また、反射部材５５，５６は、光学ユニッ
ト５２から射出された光束を光学ユニット５２に向かっ
て再帰反射させ、これによりタッチパネル５１上に扇状
の光軸を形成する。同様に、反射部材５４，５５は、光
学ユニット５３から射出された光束を光学ユニット５３
に向かって再帰反射させ、これによりタッチパネル５１
上に扇状の別の光軸を形成する。したがって、光学ユニ
ット５２，５３は、タッチパネル５１上にそれぞれ扇状
に光軸を形成し、タッチパネル５１のあらゆる箇所にお
いて、光学ユニット５２の光軸と、光学ユニット５３の
光軸が交差し、位置検出面５９を形成する。

【０００５】ここで、位置検出面５９上に遮光物が存在
すると、その遮光物によって、光学ユニット５２の扇状
の光軸のうちの、ある光軸が遮られ、その情報が演算部
５７に送信される。同時に、光学ユニット５３の扇状の
光軸のうちの、ある光軸も遮られ、その情報が演算部５
７に送信される。演算部５７では、この２つの情報を基
にして、位置検出面５９上における遮光物の座標を演算
する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光学式座標検出装置５０では、図１１に示すように、位
置検出面５９上に同時に２つの遮光物６２，６３が存在
するとき、遮光物６２，６３の座標を検出するととも
に、遮光物６２によって遮られる光学ユニット５２の光
軸６４と、遮光物６３によって遮られる光学ユニット５
３の光軸６５との交点６６にあたかも別の遮光物がある
かのように座標を検出してしまう。また、遮光物６３に
よって遮られる光学ユニット５２の光軸６７と、遮光物
６２によって遮られる光学ユニット５３の光軸６８との
交点６９にあたかも別の遮光物があるかのように検出し
てしまい、２つの遮光物６２，６３の座標を正確に検出
できないという問題があった。

【０００７】また、図１２に示すように、座標検出面５
９上に同時に２つの遮光物７０，７１が存在し、遮光物
７０が遮光物７１に比べて大きいとき、光学ユニット５
２の複数の光軸が遮光物７０によって遮られ、その陰に
遮光物７１が存在する場合、遮光物７１の座標が正確に
検出できないという問題もあった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、遮光物が同時に
複数存在する場合に、それぞれの遮光物の座標が正確に
検出できる光学式座標検出装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そのため、請求項１に記
載の発明は、光源部と受光部を有する少なくとも３つの
光学ユニットと、それらの光学ユニットの前記光源部か
ら扇状に射出される光束を当てるとともに、それらの光
束を再帰反射して受光部に戻す反射部材と、前記光学ユ
ニットから射出した前記光束の光軸を交差して形成する
位置検出面上において、遮光物により遮光された光軸を
前記受光部で検知した後、前記遮光物の座標を演算する
演算部と、をそなえたことを特徴とする。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の光学式座標検出装置において、前記位置検出面が矩形
であり、その位置検出面の一辺に沿ってすべての前記光
学ユニットを設けることを特徴とする。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の光学式座標検出装置において、前記矩形の位置検出面
の前記光学ユニットを設けていない三辺に沿って、それ
ぞれ前記反射部材をそなえることを特徴とする。

【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項２または
３のいずれか１に記載の光学式座標検出装置において、
少なくとも３つの前記光学ユニットのうち、前記位置検
出面の両角部以外に設けられた前記光学ユニットのうち
１つは、ミラーをそなえ、前記光学ユニットの前記光源
部から射出された前記光束を前記ミラーで反射して、前
記反射部材に向けることを特徴とする。

【００１３】請求項５に記載の発明は、請求項１ないし
４のいずれか１に記載の光学式座標検出装置において、
前記光学式座標検出装置が検知判定部をそなえ、前記遮
光物が同時に２つ以上存在するとき、前記検知判定部
が、少なくとも３つの前記光学ユニットのうちの１つ
に、前記受光部で検知した前記光軸の情報を送信するよ
う要求することを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、この発
明の実施の形態につき説明する。

【００１５】図１は、本発明の光学式座標検出装置の構
成を示す図である。図に示すように、光学式座標検出装
置１には、矩形のタッチパネル２の一辺の両端部に、光
学ユニット３，４が設けられ、その辺の中央に、光学ユ
ニット５が設けられる。そして、光学ユニット５は、対
向する位置にミラー６をそなえる。すなわち、タッチパ
ネル２の一辺に沿ってすべての光学ユニット３，４，５
を設ける。

【００１６】また、タッチパネル２の、光学ユニット
３，４，５を設けていない三辺に沿ってそれぞれ反射部
材７，８，９がそなえられる。光学ユニット３，４は、
演算部１０に接続され、光学ユニット５は、検知判定部
１１を経て、演算部１０に接続される。そして、演算部
１０は、インタフェース部１２を介してパーソナルコン
ピュータに接続される。

【００１７】光学ユニット３，４，５は、図２（Ａ），
（Ｂ）に示すように構成されている。すなわち、３つの
光学ユニット３，４，５は、光源部１３、ハーフミラー
１４、受光部１５を有する。光源部１３は、光を発振す
るレーザーダイオードからなる光源１６、発振した光を
略９０度の扇状の光束に拡散して射出する拡散レンズ１
７をそなえる。そして、ハーフミラー１４は、拡散され
て射出する光束１８を透過する一方、後述する反射部材
７，８，９にて再帰反射された光束１９を偏向する。さ
らに、受光部１５は、ハーフミラー１４で偏向された光
束１９を集光する集光レンズ２０、そして、集光された
光を検知するフォトセンサ２１がそなえられている。

【００１８】そして、図１の反射部材７，８，９は、光
学ユニット３，４，５の光源部から扇状に射出される光
束を当てるとともに、それらの光束を再帰的に反射して
光学ユニット３，４，５の受光部に戻すためのものであ
り、例えば、コーナーキューブリフレクタなどのどのよ
うな角度で入射してきた光をも再帰的に反射することが
できる反射材により構成されている。

【００１９】図３は、光学ユニット３，４，５の配置を
示したものである。光学ユニット３は、図中、タッチパ
ネル２の左下角部に、反射部材８，９に向けて略９０度
の扇状に光束２５を射出するように配設される。また、
光学ユニット４は、タッチパネル２の右下角部に、反射
部材７，８に向けて略９０度の扇状に光束２６を射出す
るように、かつ、光学ユニット３と左右対称になるよう
に配設される。図４（Ａ）に示すように、光学ユニット
３は、反射部材８，９に向かって、タッチパネル２の表
面をタッチパネル２と平行に、光束２５を射出する。光
学ユニット４も同様の構成になっており、反射部材に向
かって、タッチパネルの表面をタッチパネルと平行に、
光束を射出する。

【００２０】この光学ユニット３から射出された光束２
５は、図３において、反射部材８，９に向かい、反射部
材８，９によって再帰反射されて、光学ユニット３に再
帰することによって、タッチパネル２上の表面に多数の
光軸を形成する。この光軸は、光学ユニット３を要とし
た扇状にタッチパネル２上をすべて覆うように形成され
る。

【００２１】同様に、光学ユニット４から射出された光
束２６は、反射部材７，８に向かい、反射部材７，８に
よって再帰反射されて、光学ユニット４に再帰すること
によって、タッチパネル２の表面に多数の光軸を形成す
る。この光軸は、光学ユニット４を要とした扇状にタッ
チパネル２上をすべて覆うように形成される。

【００２２】一方、光学ユニット５は、タッチパネル２
の両角部以外、本例では、光学ユニット３と光学ユニッ
ト４との中間に、位置検出面２８に背を向けて設けら
れ、光学ユニット５に対向して設けられたミラー６に向
けて略９０度の扇状に光束２７を射出し、その射出され
た光束２７をミラー６で反射して、反射部材７，８，９
に向けるように配設される。

【００２３】図４（Ｂ）において、この光学ユニット５
からミラー６に向かって射出された光束２７は、ミラー
６によって反射して、タッチパネル２の表面をタッチパ
ネル２と平行に、反射部材７，８，９に向かう。すなわ
ち、光学ユニット５からミラー６に向かって射出された
光束２７は、ミラー６によって反射し、反射部材７，
８，９に向かい、反射部材７，８，９によって再帰反射
されて、ミラー６を介して光学ユニット５に再帰するこ
とによって、タッチパネル２の表面に多数の光軸を形成
する。すなわち、この光軸は、タッチパネル２上をすべ
て覆うように形成される。

【００２４】したがって、図３において、３つの光学ユ
ニット３，４，５から射出した３つの光束２５，２６，
２７の光軸がタッチパネル２上のあらゆる箇所で交差し
て、位置検出面２８を形成する。この位置検出面２８
は、タッチパネル２上をすべて覆うようにタッチパネル
２と同形の矩形に形成される。

【００２５】そして、図１において、演算部１０は、光
学ユニット３，４から送られてくる情報に基づいて、演
算処理を行う。また、検知判定部１１は、光学ユニット
３，４が検知した位置検出面２８の遮光物の数を判定し
て、同時に２つ以上検知した場合には、光学ユニット５
の情報を演算部１０に送るように機能する。さらに、イ
ンタフェース部１２は、演算部１０により検出された遮
光物の座標をパーソナルコンピュータに送信し、パーソ
ナルコンピュータは、その座標をもとにして、遮光物の
軌跡をタッチパネル２に表示するように設定されてい
る。

【００２６】ところで、光学ユニット５は、図５のよう
にミラー６を用いずに、直接、反射部材７，８，９に向
けて光束を射出するように設けてもよい。すなわち、反
射部材７，８，９に向けて、光学ユニット５を要とした
略９０度の扇状の光束を射出し、反射部材７，８，９に
よって再帰反射されて、光学ユニット５に再帰すること
によって、タッチパネル２上に光軸を形成する。この場
合は、図３の場合に比べて、光学ユニット５の設置位置
をタッチパネル２から遠ざけなくてはならないため、装
置全体が大きくなる。

【００２７】次に、このように構成された光学式座標検
出装置の座標検出方法について説明する。図６におい
て、位置検出面２８に、遮光物Ｐが存在した場合、遮光
物Ｐは、光学ユニット３の光束のうちの光軸２５ａを遮
光し、その光軸２５ａは、光学ユニット３の受光部に到
達しなくなる。同時に、遮光物Ｐは、光学ユニット４の
光束のうちの光軸２６ａを遮光し、その光軸２６ａは、
光学ユニット４の受光部に到達しなくなる。光学ユニッ
ト３，４の受光部では、この検知した光軸２５ａ，２６
ａの情報を演算部に送り、遮光物Ｐの座標が演算され
る。すなわち、演算部は、遮光物Ｐにより遮光された光
軸２５ａ，２６ａを光学ユニット３，４の受光部で検知
した後、遮光物Ｐの座標を演算する。この演算方法につ
いて、次に示す。

【００２８】いま、図のように、光学ユニット３の受光
部を原点とし、光学ユニット３，４の受光部を結ぶ線を
ｘ軸としてｘ−ｙ座標系を設定する。そして、遮光物Ｐ
の座標を（ｘ，ｙ）、光学ユニット３，４の受光部間の
距離をＷ、光軸２５ａとｘ軸とのなす角をθａ、光軸２
６ａとｘ軸とのなす角をθｂとすると、ｔａｎθａ＝ｙ／ｘｔａｎθｂ＝ｙ／（Ｗ−ｘ）となるから、ｘ＝（Ｗ・ｔａｎθｂ）／（ｔａｎθａ＋ｔａｎθｂ）ｙ＝（Ｗ・ｔａｎθｂ）／（ｔａｎθａ＋ｔａｎθｂ）・ｔａｎθａ＝ｘ・ｔａｎθａとなる。

【００２９】また、遮光物Ｐの座標は、光学ユニット５
の受光部の情報と光学ユニット３の受光部の情報を用い
て演算することができる。図のように、光学ユニット３
と光学ユニット５のｘ軸方向の距離をＷ／２、光学ユニ
ット５が遮光物Ｐによって検知した光軸２７ａとｘ軸と
のなす角をθｃ、光学ユニット５の受光部とｘ軸との距
離をＨ１、光学ユニット５の受光部とミラー６との距離
をＨ２とすると、ｘ＝Ｗ／２＋ｙ／ｔａｎθｃ＋（Ｈ１＋Ｈ２）／ｔａｎ
θｃ＋Ｈ２／ｔａｎθｃに、ｙ＝ｘ・ｔａｎθａを代入するとｘ＝（Ｗ・ｔａｎθｃ＋４・Ｈ２＋２・Ｈ１）／２・
（ｔａｎθｃ―ｔａｎθａ）となる。

【００３０】このように、位置検出面２８の１つの遮光
物Ｐの座標は、光学ユニット３，４，５のいずれか２つ
を用いれば、検出することができる。

【００３１】次に、遮光物が同時に２つに存在する場合
について、図７を用いて、光学ユニット３，４，５によ
る遮光物３１，３２の座標を検出する方法の概要につい
て説明する。

【００３２】図のように、位置検出面２８に２つの遮光
物３１，３２がある場合、遮光物３１に対して、光学ユ
ニット３は光軸２５ｂを検知し、光学ユニット４は光軸
２６ｂを検知する。また、遮光物３２に対して、光学ユ
ニット４は光軸２５ｃを検知し、光学ユニット４は光軸
２６ｃを検知する。すると、演算部では、図６において
説明した方法で、光軸２５ｂと光軸２６ｂの交点として
の遮光物３１の座標を演算して検出し、光軸２５ｃと光
軸２６ｃの交点としての遮光物３２の座標を演算して検
出する。

【００３３】しかし、光軸２５ｂは光軸２６ｃとも交わ
っているため、その交点にダミー遮光物３３の存在が検
知され、その座標が演算されてしまう。同様に、光軸２
５ｃは光軸２６ｂとも交わっているため、その交点であ
るダミー遮光物３４の存在が検知され、その座標が演算
されてしまう。したがって、演算部では、あたかも４つ
の遮光物があるかのように４つの座標が演算されて検出
されることになる。

【００３４】そして、図１において、演算部１０は、検
知判定部１１に検知した光軸の情報を送信し、検知判定
部１１が２つ以上の遮光物の存在を判定すると、光学ユ
ニット５の受光部で検知した光軸の情報を演算部１０へ
送信するよう要求する。図７のように、光学ユニット５
は、遮光物３１に対して光軸２７ｂを、遮光物３２に対
して、光軸２７ｃを検知しているので、この情報を検知
判定部を介して演算部に送信する。

【００３５】すると、図６において説明した方法によっ
て、既に送信されている光学ユニット３の情報と合わせ
て２つの遮光物３１，３２の座標が演算され、ダミー遮
光物３３，３４の存在が否定され、遮光物３１，３２の
正確な座標が検出できるようになっている。このよう
に、遮光物が同時に２つ以上存在する場合、遮光物ごと
に３つの光学ユニットを用いて３つの光軸を検知するこ
とにより、遮光物の座標を正確に検出することができ
る。

【００３６】また、図８のように、位置検出面２８に遮
光物が同時に３つ存在する場合にも、３つの光学ユニッ
ト３，４，５を用いることによって３つの遮光物の座標
が正確に検出できる。すなわち、遮光物３５に対して、
光学ユニット３，４は、それぞれ光軸２５ｄ、２６ｄを
検知し、遮光物３６に対して、光学ユニット３，４は、
それぞれ光軸２５ｅ，２６ｅを検知する。さらに、遮光
物３７に対して、光学ユニット３，４は、それぞれ光軸
２５ｆ、２６ｆを検知する。

【００３７】そしてこれらの光軸が遮光物のない点にお
いて他の光軸と交わる点に５つのダミー遮光物３８の存
在が検知される。そこで、検知判定部が、光学ユニット
５に対して、光学ユニット５の受光部で遮光物３５，３
６，３７から検知した光軸２７ｄ，２７ｅ，２７ｆの情
報を演算部へ送信するよう要求する。そして、その情報
をもとに、光学ユニット３，５により、遮光物３５，３
６，３７の座標を演算して検出する。すると、上記の５
つのダミー遮光物３８の存在が否定され、３つの遮光物
３５，３６，３７の正確な座標が検出できる。

【００３８】ところで、図９に示すように、位置検出面
２８に同時に２つの遮光物４０，４１が存在し、遮光物
４０が遮光物４１に比べて大きいとき、光学ユニット３
の複数の光軸が遮光物４０によって遮られ、遮光物４１
がその陰になってしまう場合がある。この場合には、光
学ユニット３，４によって、遮光物４０に対する光軸２
５ｇ，２６ｇは検知できるが、遮光物４１に対する光軸
は、２６ｈしか検出できない。このとき、光学ユニット
５によって、遮光物４０，４１に対する光軸２７ｇ，２
７ｈが検知されることによって、検知判定部により、光
軸２７ｇ，２７ｈの情報が演算部に送信され、遮光物４
０，４１の座標が正確に演算できる。

【００３９】また、この例では、位置検出面２８に２つ
以上の遮光物が検出された場合にのみ、図１の検知判定
部１１によって光学ユニット５の情報を演算部１０に送
信するようにしたが、検知判定部１１を設けずに、光学
ユニット５を直接、演算部１０に接続して、常時、３つ
の光学ユニットの情報を基に遮光物の座標を演算するよ
うにしてもよい。

【００４０】さらに、光学ユニットは、３つに限らず、
３つ以上であればいくつ配設してもよい。

【００４１】

【発明の効果】したがって、この発明によれば、光学式
座標検出装置が、少なくとも３つの光学ユニットをそな
えているので、遮光物が同時に複数存在する場合に、そ
れぞれの遮光物の座標を正確に検出することができる。

【００４２】請求項２に係る発明によれば、上記効果に
加えて、位置検出面が矩形であり、その位置検出面の一
辺に沿って、すべての光学ユニットが設けられているの
で、装置をコンパクトにすることができる。

【００４３】請求項４に係る発明によれば、上記効果に
加えて、光学ユニットの少なくとも１つがミラーをそな
え、その光学ユニットの光源部からの光をミラーで反射
して、反射部材に向けるので、装置をコンパクトにする
ことができる。

【００４４】請求項５に係る発明によれば、遮光物が同
時に２つ以上存在するときに、検知判定部が、少なくと
も３つの光学ユニットのうち１つに、受光部で検知した
光軸の情報を演算部に送信するよう要求するので、遮光
物が１つの場合、演算処理が複雑にならず、遮光物の座
標の検出を短時間に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による光学式座標検出装置の構成図で
ある。

【図２】その光学式座標検出装置にそなえた光学ユニッ
トの、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。

【図３】その光学ユニットの配置説明図である。

【図４】その光学ユニットの（Ａ）は左右の、（Ｂ）は
中央の光学ユニットの光路説明図である。

【図５】その光学ユニットの他例の配置説明図である。

【図６】本例の光学式座標検出装置による座標検出方法
の説明図である。

【図７】その光学式座標検出装置により、２つの遮光物
を検出する方法を説明するための図である。

【図８】その光学式座標検出装置により、３つの遮光物
を検出する方法を説明するための図である。

【図９】その光学式座標検出装置により、別の２つの遮
光物を検出する方法を説明するための図である。

【図１０】従来の光学式座標検出装置の構成図である。

【図１１】その光学式座標検出装置により２つの遮光物
を検出する様子を説明する図である。

【図１２】その光学式座標検出装置により２つの遮光物
を検出する様子を説明する別の図である。

【符号の説明】

１光学式座標検出装置２タッチパネル３，４，５光学ユニット６ミラー７，８，９反射部材１０演算部１１検知判定部１３光源部１５受光部１８，１９，２５，２６，２７光束２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ，２
５ｇ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ，２６ｅ，２６
ｆ，２６ｇ，２６ｈ，２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ，２７ｆ，２７ｇ，２７ｈ光軸２８位置検出面３１，３２，３５，３６，３７，４０，４１，Ｐ遮
光物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源部と受光部を有する少なくとも３つ
の光学ユニットと、それらの光学ユニットの前記光源部から扇状に射出され
る光束を当てるとともに、それらの光束を再帰反射して
受光部に戻す反射部材と、前記光学ユニットから射出した前記光束の光軸を交差し
て形成する位置検出面上において、遮光物により遮光さ
れた光軸を前記受光部で検知した後、前記遮光物の座標
を演算する演算部と、をそなえたことを特徴とする、光学式座標検出装置。
【請求項２】前記位置検出面が矩形であり、その位置
検出面の一辺に沿ってすべての前記光学ユニットを設け
ることを特徴とする、請求項１に記載の光学式座標検出
装置。
【請求項３】前記矩形の位置検出面の前記光学ユニッ
トを設けていない三辺に沿って、それぞれ前記反射部材
をそなえることを特徴とする、請求項２に記載の光学式
座標検出装置。
【請求項４】少なくとも３つの前記光学ユニットのう
ち、前記位置検出面の両角部以外に設けられた前記光学
ユニットのうち１つは、ミラーをそなえ、前記光学ユニ
ットの前記光源部から射出された前記光束を前記ミラー
で反射して、前記反射部材に向けることを特徴とする、
請求項２または３のいずれか１に記載の光学式座標検出
装置。
【請求項５】前記光学式座標検出装置が検知判定部を
そなえ、前記遮光物が同時に２つ以上存在するとき、前
記検知判定部が、少なくとも３つの前記光学ユニットの
うちの１つに、前記受光部で検知した前記光軸の情報を
前記演算部へ送信するよう要求することを特徴とする、
請求項１ないし４のいずれか１に記載の光学式座標検出
装置。