JP2014203204A - 走査型タッチパネル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高解像度化と走査時間の短縮とを両立させる走査型タッチパネル。【解決手段】入力ペンを検出するペン識別部と、走査を繰り返して前記入力ペンのペン先位置を逐次検出するペン位置検出部と、先回走査時のペン先位置を基準とした局所的走査を前記ペン位置検出部に行わせる制御部とを備え、前記制御部は、前記ペン識別部が入力ペンを検出しているときはペン先の走査方向手前側の位置が検出されるまで前記ペン位置検出部に走査を行わせ、検出された位置をペン先太さに基づいて補正する走査型タッチパネル装置。【選択図】図１

Description

この発明は、走査を繰り返してペン先位置の移動を検出し得るタッチパネル装置に関する。

画面に表示されたオブジェクトに対する操作や画面に対する描画の操作などを検出するデバイスとしてタッチパネル装置（以下、単にタッチパネルともよぶ）が多用されている。
タッチパネルには種々の方式のものがあるが、画面上の位置を検出する機能は共通している。代表的な方式として抵抗膜方式や静電容量方式が知られている。その他に表面弾性波を用いた方式が知られている。さらに、比較的大型の画面については光学方式が知られている。

抵抗膜方式は、電気抵抗を有する透明電極膜が形成されたタッチパネルを用い、タッチされた位置に応じて分圧抵抗比が異なる性質を利用する方式で、前記位置はアナログ的な電圧値に対応して決定される。
静電容量方式は、セグメント化された透明電極膜をタッチパネル上に形成し、指先やペン先が触れたセグメントの静電容量の変化を検出して位置を特定する方式である。各セグメントに対応する複数の検出回路を用意するとコスト的負担が大きいので、通常、一つの検出回路が検出するセグメントを切換えられるように回路を構成し、各セグメントを順次走査して静電容量をそれぞれ検出する。このように検出位置を切換えて走査する構成を有するタッチパネルをこの明細書で走査型タッチパネルと呼ぶことにする。

表面弾性波方式は、表面弾性波の反射の有無およびタッチされた位置に応じて反射時間が異なる性質を用いて位置を検出するものである。
光学方式は、発光素子と受光素子を画面近くに配置し、ペン先や指先が発光素子からの光を遮ると受光素子に届かなくなるのを利用してペン先や指先の位置を検出する方式である。より具体的には、例えば、縦方向と横方向のそれぞれにつき赤外発光LEDとフォトトランジスタを対で配置し、順次発光させて走査を行う。このような構成のものも、走査型タッチパネルに含まれる。

ところで、タッチパネルを用いた操作のために専用の入力ペンを用意しておく場合がある。例えば、入力ペンが信号発振手段、この信号発振手段から発信される発振信号の周波数または出力レベルを設定する設定手段およびこの設定手段における周波数または出力レベルの設定値を変更する設定値変更手段を有し、タッチパネル装置が前記入力ペンによるタッチ位置において前記発振信号の周波数または出力レベルを検出する検出手段と、検出された周波数または出力レベルに対応する入力情報の属性を設定する属性設定手段と、設定された属性によって入力情報の表示を行う表示手段とを備えたものが知られている。

タッチパネルが指先で操作された場合とペン先で操作された場合とでは操作された部分の大きさ（太さ）が非常に異なる。ペン先や指先等どのようなものにより操作されても精度よく位置を検出するために、指示される領域の上端、下端、左端、右端をそれぞれ検知して上端と下端の中央をＹ座標とし、左端と右端の中央をＸ座標とする位置を求めている。

特開２００１−１４２６４１号公報

近年は画面の高解像度化が進んでおり、それに伴ってタッチパネルの高分解能化が進んでいる。走査型タッチパネルの場合、高解像度化に伴ってペン先等の移動をより滑らかに検出する必要があるが、そうすると一回の走査に要する時間が増大してしまう。
これに対して、先回の走査で検出された位置の周辺のみを局所的に走査する手法が知られている。先回の走査で位置が検出されている場合、指示の位置がその後移動したとしても、先回の走査から大きく位置が移動することがないと考えられるので、前回の走査で検出された位置の周辺のみを走査するのである。局所的走査を行うと走査の領域が限定されるので走査周期を短縮することができる。ただし、ペン先等が画面から一旦離された後に異なる位置が指示される場合がある。その場合は局所的走査を行ってもペン先等が検出できないので、局所的走査でペン先等が検出されなかったときは次に画面全体を走査する。

以上のように高解像度化と走査時間の短縮は相反するところ、さらなる高解像度化への要求が続いており、高解像度化と走査時間の短縮を満足する手法が求められている。
この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであって、高解像度化と走査時間の短縮とを両立させ得る改良された走査型タッチパネルを提供するものである。

この発明は、予め定められた太さのペン先を有し識別情報を発する入力ペンを検出するペン識別部と、走査を繰り返して前記入力ペンのペン先位置を逐次検出するペン位置検出部と、先回走査時のペン先位置を基準とした局所的走査を前記ペン位置検出部に行わせる制御部とを備え、前記制御部は、前記ペン識別部が入力ペンを検出しているときはペン先の走査方向手前側の位置が検出されるまで前記ペン位置検出部に走査を行わせ、検出された位置を前記ペン先太さに基づいて補正してその回の走査時のペン先位置を決定し、前記ペン識別部が入力ペンを検出していないときはペン先の走査方向手前側および奥側の位置が検出されるまで走査を行わせ、検出された手前側および奥側の位置に基づいてその回の走査時のペン先位置を決定することを特徴とする走査型タッチパネル装置を提供する。

この発明による走査型タッチパネルにおいて、前記制御部は、前記ペン識別部が入力ペンを検出しているときはペン先の走査方向手前側の位置が検出されるまで前記ペン位置検出部に走査を行わせ、検出された位置を前記ペン先太さに基づいて補正してその回の走査時のペン先位置を決定するので、ペン先の走査方向奥側の位置が検出されるまで走査を続ける必要がない。よって、高解像度化と走査時間の短縮とを両立させることができる。

この発明の走査型タッチパネル装置の構成例を示すブロック図である。 図１のタッチパネル装置の外観斜視図である。 図２のタッチパネル装置を正面から見たとき各発光素子および受光素子の配置を示す説明図である。 この発明に係る専用入力ペンの一例を示す外観斜視図である。 図３のタッチパネル装置を拡大した説明図である。 図３のタッチパネル装置が局所スキャンを行う場合の走査領域を示す説明図である。 図６の局所スキャン領域を拡大した説明図である。 図８は、図２および図３と異なる走査型タッチパネル装置の例を示す説明図である。 図２、図３および図８と異なる走査型タッチパネル装置の構成例を示す説明図である。 この発明に係る制御部が実行する全体の処理の流れを示すフローチャートである。 この発明に係る制御部が実行する全体スキャンの処理を示すフローチャートである。 この発明に係る制御部が実行する局所スキャンの処理の一部を示すフローチャートである。 この発明に係る制御部が実行する局所スキャンの残りの処理を示すフローチャートである。 この発明に係る制御部が実行するＸ軸方向の局所スキャンを示すフローチャートである。 この発明に係る制御部が実行するＹ軸方向の局所スキャンを示すフローチャートである。

以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、この発明を限定するものと解されるべきではない。
（実施の形態１）
≪走査型タッチパネルおよびそれを用いた表示装置の構成≫
図１は、この発明の走査型タッチパネル装置の構成例を示すブロック図である。図１で、走査型タッチパネル装置としてのタッチパネル装置１０は、専用の入力ペン３００のペン先位置を検出する。ただし、例えば指先等、入力ペン３００以外のものを用いてもその位置を検出することができる。

タッチパネル装置１０は、操作が行われた位置を座標として検出する。タッチパネル装置１０で検出した位置のデータは、通信を介してコンピュータ２００に送られる。コンピュータ２００は、送られた位置のデータを用いて処理を行う。処理の一例は、ジェスチャーに応答した画面の拡大縮小や頁送りである。処理の他の例は、画面表示されるボタン型アイコン（機能ボタン）へのタッチに応じた表示内容の保存、読出し、印刷、削除、タッチ入力機能の選択等の処理である。また、選択されたタッチ入力機能に応じた入力処理（手書き線の描画、手書き線の消去、アンドゥー、リドゥー、オブジェクトの選択）や、専用ペンを用いた入力の処理などが挙げられる。

タッチパネル装置１０は、制御部２０、パネル通信部３０、Ｘ軸発光素子４０、Ｙ軸発光素子５０、Ｘ軸受光素子６０、Ｙ軸受光素子７０、発光制御部８０、受光制御部９０、パネル記憶部１００、座標検出部１１０、超音波受信部１２０を備える。
制御部２０は、具体的なハードウェアとしてマイクロコンピュータが用いられる。ただし、その態様に限定されず、LSI(Large Scale Integrated circuit)の一種でプログラミング可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)、特定の用途のために設計、製造される集積回路であるASIC(Application Specific Integrated Circuit)、その他の演算機能を有する回路のいずれであってもよい。

パネル通信部３０は、コンピュータ２００との通信を処理するインターフェース回路及び接続端子であり、例えばUSBやRS-232C等の通信規格に準拠したものである。
Ｘ軸発光素子４０は、遮光物の位置を検出するための検出光を発光する素子をＸ軸に沿って複数個並べたものである。また、Ｙ軸発光素子５０は、遮光物の位置を検出するための検出光を発光する素子をＹ軸に沿って複数個並べたものである。
Ｘ軸受光素子６０は、Ｘ軸発光素子４０と対をなすように複数の受光素子をＸ軸に沿って並べたものである。複数対の発光素子および受光素子のうち何れかの対が遮光された場合、どの対が遮光されたかに応じて遮光物であるペン先あるいは指先のＸ軸方向の位置が特定できる。
Ｙ軸受光素子７０は、Ｙ軸発光素子５０と対をなすように複数の受光素子をＹ軸に沿って並べたものである。

図２は、図１のタッチパネル装置の外観斜視図である。図２に示すように、タッチパネル装置１０は、保護ガラス４０１を介して表示装置４００の周囲に嵌る矩形の枠状である。枠の四辺のうち下側の枠の部分にＸ軸発光素子４０が配置され、上側の枠の部分にＸ軸受光素子６０が配置され互いに対向している。また、右側の枠の部分にＹ軸発光素子５０が配置され、左側の枠の部分にＹ軸受光素子７０が配置されている。

図３は、図２のタッチパネル装置を正面から見たとき各発光素子および受光素子の配置を示す説明図である。図３に示すように、Ｘ軸発光素子４０およびＹ軸発光素子５０に属する各発光素子とＸ軸受光素子６０およびＹ軸受光素子７０に属する各受光素子とが対をなして対向するように配置されている。図３では、模式的に各発光素子を三角形で示し、各受光素子を円形で示し、各発光素子から対の各受光素子に至る光を矢印で示している。各発光素子は赤外光を発し、対の受光素子では対の発光素子から到達する赤外光の光量を測定する。発光素子および受光素子は、スリットおよび／または集光レンズを用いて指向性を持たせ外乱光や隣接する発光素子からの光などのノイズに対する耐性を高める構成が好ましい。指や入力ペン３００のペン先などがいずれかの発光素子の赤外光を遮ると、光量が予め定められた閾値より小さくなる。光量が小さくなったＸ方向およびＹ方向の位置をタッチされた位置と判定する。
図１の発光制御部８０は、Ｘ軸発光素子４０およびＹ軸発光素子５０の各発光素子の点灯・消灯を制御する回路である。
受光制御部９０は、Ｘ軸受光素子６０およびＹ軸受光素子７０を制御する回路である。

また、図１のパネル記憶部１００は、次の情報を記憶する。まず、遮光物を検知した座標値の情報（検出座標値情報）である。また、遮光が検知された物体が専用の入力ペン３００か否かの情報（検出物内容情報）である。具体的には、専用の入力ペン３００が発する超音波信号を超音波受信部１２０が検出した場合に専用の入力ペン３００であると識別する。さらに、局所的走査を行っているか否かの状態や局所スキャンの領域およびその局所スキャンで遮光物を検出したとき局所スキャン領域に対する相対的な遮光物の座標値を示す局所スキャン状態の情報（局所スキャン情報）である。
座標検出部１１０は、遮光物を検知して座標値を算出する処理を行う。
超音波受信部１２０は、後述する入力ペン３００から発せられる超音波信号を受信する。超音波信号は、入力ペン３００のペン先が保護ガラス４０１に当接したときに発振される。

コンピュータ２００は、具体的な態様としてはパーソナルコンピュータやワークステーションである。コンピュータ２００は、ＣＰＵ２１０およびホスト記憶部２１３を備えている。ホスト記憶部２１３にはＣＰＵ２１０が実行すべき処理プログラムが格納されている。例えば、ホスト記憶部２１３は、マイクロソフト社製のウインドウズ（登録商標）などのオペレーティングシステムを格納し、ＣＰＵ２１０はそのオペレーティングシステムを実行することにより基本ソフトウェア処理部２１１として機能する。さらに、ホスト記憶部２１３は、入出力機器を制御するドライバソフトウェアおよびオペレーティングシステム上で実行するアプリケーションソフトウェアを格納している。ＣＰＵ２１０は、タッチパネル装置１０を制御するドライバソフトウェアを実行することによりタッチパネル制御部２４０として機能する。さらに、ＣＰＵ２１０は、描画に関するアプリケーションソフトウェアを実行することにより描画処理部２５０として機能する。ＣＰＵ２１０は図１に図示しない他のアプリケーションソフトウェアやドライバソフトウェアを実行してもよい。

さらに、コンピュータ２００は、ホスト通信部２２０、映像信号出力部２３０、タッチパネル制御部２４０および描画処理部２５０を備える。
ホスト通信部２２０は、タッチパネル装置との通信を処理するインターフェース回路及び接続端子であり、例えばUSBやRS-232C等の通信規格に準拠したものである。
映像信号出力部２３０は、表示装置４００へ映像信号を出力するインターフェース回路である。例えば、DVI（Digital Visual Interface）規格やHDMI(登録商標)（High-Definition Multimedia Interface）規格に準拠したものである。
タッチパネル制御部２４０は、タッチパネル装置１０による位置の検出を行うか否かを制御し、また、検出された座標位置や専用入力ペンか否か等のデータ送受信する処理を行う。
描画処理部２５０は、タッチパネル装置１０からの座標値に応じて表示装置４００に描画の処理を行う。

入力ペン３００は、専用のペン型入力装置である。入力ペン３００は、超音波発振部３０１を備えており、ペン先が保護ガラス４０１に当接して押される間、超音波発振部３０１が予め定められた周波数の超音波信号を発信する。超音波受信部１２０は、その超音波信号を検出する。制御部２０は、Ｘ軸受光素子６０、Ｙ軸受光素子７０による遮光の検出および超音波受信部１２０による超音波の検出が同時になされた場合に専用の入力ペン３００を用いた入力がなされたと判断する。超音波受信部１２０としては、例えば圧電セラミックを用いた超音波センサが適用可能である。

図４は、この発明に係る専用入力ペンの一例を示す外観斜視図である。図４に示すように、入力ペン３００は、一端部に超音波発振部３０１を有し、他端にペン先３０３を有している。ペン先３０３はスイッチになっている。ユーザーが入力ペン３００をペンのように握り、表示装置４００を覆う保護ガラス４０１にペン先３０３を当接させると前記スイッチがオンし超音波発振部３０１から所定の周波数の超音波信号が発せられる。ペン先が当接していないときは超音波信号の発振が停止するので入力ペン３００に内蔵された図示しない電池の無駄な消耗が防止される。

入力ペン３００の側部には第１機能ボタン３０５ａおよび第２機能ボタン３０５ｂが配されている。前記ユーザーが指先で第１機能ボタン３０５ａまたは第２機能ボタン３０５ｂを押下すると、押下されている期間はボタンに応じた周波数の超音波信号が超音波発振部３０１から発せされる。いずれの周波数もペン先３０１が押されたときの周波数とは異なる。制御部２０は、第１機能ボタン３０５ａおよび第２機能ボタン３０５ｂに対応する周波数の超音波が超音波受信部１２０により検出された場合、各ボタンに割り当てられた機能に応じた処理を実行する。各ボタンへの機能の割り当ては、ユーザーが予め定められた操作を行うことで行われてもよい。機能割り当ての一例として、第１機能ボタン３０５ａにマウスの左クリックの機能が、第２機能ボタン３０５ｂにマウスの右クリックの機能が割り当てられる。あるいは、表示装置４００にソフトウェアキーとして表示される機能ボタンのうちからユーザーが選択したものを第１および第２機能ボタンに割り当てるようにしてもよい。
さらに入力ペン３００の側部には、電池残量ランプ３０７が設けられており、内蔵された電池の電圧が予め定められた閾値よりも低下すると電池残量ランプ３０７が点灯して電池の交換時期をユーザーに知らせる。

≪タッチパネルの走査制御≫
続いて、タッチパネル装置１０の走査について説明する。走査は、何も遮光物が検出されていないときに行う全体スキャンと、遮光物が検出された状態で行う局所スキャンに大別される。全体スキャンは遮光物のおおよその位置を決定し、その位置を中心に局所スキャンを行う。局所スキャンは遮光物の詳細な位置を決定する。局所スキャンは専用の入力ペン３００による遮光が検出されたときとそれ以外の物体による遮光が検出されたときとで走査の制御が異なる。

〔全体スキャン〕
図５は、図３のタッチパネル装置１０を拡大した説明図である。図５で、Ｘ軸方向に沿って等間隔に並ぶｌ（エル）対の発光素子と受光素子にＸ１，Ｘ２，Ｘ３，…Ｘ（ｌ−１），Ｘｌの番号を付している。また、Ｙ軸方向に沿って等間隔に並ぶｍ対の発光素子と受光素子にＹ１，Ｙ２，Ｙ３，…Ｙ（ｍ−１），Ｙｍの番号を付している。Ｘ軸方向とＹ軸方向における受発光素子の間隔、即ち位置検出の分解能は等しい。数値の一例は、ｌ（エル）が１９２０、ｍが１０８０である。

図５に示すタッチパネル装置１０において、何も遮光物が検出されていないときに制御部２０は、遮光物がどこに出現するかわからないので、画面全体の領域を走査するように制御する。具体的には、Ｘ軸方向において時分割的にＸ１，Ｘ２，Ｘ３，…Ｘ（ｌ−１），Ｘｌの順に順次検出を繰り返し、また、Ｙ軸方向において時分割的にＹｍ，Ｙ（ｍ−１），…Ｙ３，Ｙ２，Ｙ１の順に順次検出を繰り返す。各対の検出時間は、一例で０．５ミリ秒である。
いま、Ｘ１〜Ｘｉまでは遮光物が検出されず、Ｘ（ｉ＋１）で遮光物が検出されたとする。遮光物が検出された位置をおおよその位置として次回はその位置を中心に局所スキャンを実行する。Ｙ軸方向についても同様に遮光物が検出された位置をおおよその位置として次回はその位置を中心に局所スキャンを実行する。全体スキャンは、ペン先のおおよその位置を検出すればよいので、後述する局所スキャンに比べて全体スキャンの分解能を荒くしてもよい。例えば、Ｘ軸方向の対の選択を一つおきにＸ１、Ｘ３、…Ｘ（ｌ−３），Ｘ（ｌ−１）としてもよく、同様にＹ軸方向の対の選択をＹｍ，Ｙ（ｍ−２），…Ｙ４，Ｙ２としてもよい。

〔局所スキャン〕
先回の全体スキャンまたは局所スキャンで遮光物が検出された場合、制御部２０は次回の走査として局所スキャンを行う。
上述の全体スキャンで遮光物が検出された後の走査を例に説明を行う。先回の全体スキャンで、Ｘ軸方向の中央の位置としてＸ（ｉ＋１）が算出されたものとする。遮光物が既に検出されている場合、その遮光物が移動したとしても、走査の時間間隔内では、先回の検出位置から大きく移動することがないと考えられる。よって、制御部２０は、先回のＸ軸方向の中心位置Ｘ（ｉ＋１）の周辺を局所的に走査し、画面全体の走査は行わない。
局所スキャンの範囲は予め定められパネル記憶部１００に格納されていてもよい。一例では、先回の中心位置を中心に±５の範囲、この例ではＸ（ｉ＋１）を中心にＸ（ｉ−４）〜Ｘ（ｉ＋６）の範囲である。

図６は、図３のタッチパネル装置が局所スキャンを行う場合の走査領域を示す説明図である。図６で先回の検出位置はＰ０であり、Ｐ０を中心とする灰色の矩形領域が局所スキャンを行う領域である。
局所スキャンの範囲がより広ければ遮光物の急速な移動を見失う可能性は減少するが、１回の局所スキャンに要する時間がより長くなり素早い応答ができなくなる。局所スキャンの範囲はこのように相反する条件を両立させる適当な広さとして設計者によって予め定められる。
なお、局所スキャンの広さが固定されたものでなく、先回検出された遮光物の太さに応じた補正を行ってもよい。遮光物が専用の入力ペン３００以外の物体の場合は太さがまちまちであるところ、より太い遮光物に対してはより広い範囲で局所スキャンを行うことが好ましい。

図７は、図６の局所スキャン領域１９０を拡大した説明図である。図７に示すように、Ｘ軸方向にＸ（ｉ−２）〜Ｘ（ｉ＋８）が局所スキャンの範囲であるとする。また、Ｙ軸方向Ｙ（ｊ＋４）〜Ｙ（ｊ−６）が局所スキャンの範囲であるとする。今回の局所スキャンでは、Ｘ軸方向においてＸ（ｉ−１）までは遮光物が検出されず、Ｘｉで遮光物が検出されたとする。Ｙ軸においてはＹ（ｊ＋１）までは遮光物が検出されず、Ｙｊで遮光物が検出されたとする。制御部２０は、遮光物が検出された時点で超音波受信部１２０がペン先３０３に応じた超音波を受信しているか否かを調べる。受信していなければ、制御部２０は検出された遮光物が専用の入力ペン３００以外の物体であると判断し、さらに走査を継続する。

その結果、例えばＸ軸方向においてＸｉ〜Ｘ（ｉ＋４）では遮光物が検出され、Ｘ（ｉ＋５）では遮光物が検出されなかったものとする。このとき、制御部２０は遮光物の走査方向手前側（左側）の境界の位置Ｘｉと走査方向奥側（右側）の境界の位置Ｘ（ｉ＋４）の平均値、即ちＸ（ｉ＋２）をＸ軸方向の中央の位置として算出する。そして、その回のＸ軸方向の局所スキャンをＸ（ｉ＋５）で終了する。Ｙ軸方向においてはＹ（ｊ＋１）までは遮光物が検出されず、Ｙｊで遮光物が検出されたとする。さらに走査を継続してＹ（ｊ−４）までは遮光物が検出され、Ｙ（ｊ−５）では遮光物が検出されなかったものとする。制御部２０は遮光物の走査方向手前側（下側）の境界の位置Ｙｊと走査方向奥側（上側）の境界の平均値Ｙ（ｊ−２）をＹ軸方向の中央の位置として算出する。そして、その回のＹ軸方向の局所スキャンをＹ（ｊ−５）で終了する。

一方、遮光物が検出された時点で超音波受信部１２０がペン先３０３に応じた超音波を受信している場合、制御部２０は検出された遮光物が専用の入力ペン３００であると判断し、その回のＸ軸方向の走査をＸｉで終了し、Ｙ軸方向の走査をＹｊで終了する。制御部２０はパネル記憶部１００に予め格納された入力ペン３００のペン先の半径Ｒを参照し、Ｘ軸方向についてはＸｉに半径Ｒを加えた位置をＸ軸方向の検出位置として算出する。Ｙ軸方向についてはＹｊに半径Ｒを加えた位置をＹ軸方向の検出位置として算出する。Ｒ＝２の場合、座標（Ｘ（ｉ＋２），Ｙ（ｊ−２））が検出位置である。
局所スキャンで検出された位置に基づいて、例えば描画処理部２５０は、線を描く処理を行う。

以上のように、専用の入力ペン３００を用いた入力の場合、ペン先の径があらかじめ分かっているので、走査方向手前側の境界が検出されたら走査を終了し、ペン先の径の値を用いて補正した位置を検出位置とすることができる。よって、遮光物が入力ペン３００以外の物体の場合に比べて遮光物の太さの分だけ走査領域を小さくし、走査の間隔を短縮することができる。全体スキャンに比べて走査領域の狭い局所スキャンにおいて操作時間短縮の効果は大きい。

≪処理手順≫
以下、処理の手順を示すフローチャートについて説明する。
図１０〜図１５は、この発明に係る制御部２０が実行する処理の手順を示すフローチャートである。図１０は全体の流れを、図１１は全体スキャンの処理を、図１２および図１３は局所スキャンの処理を示している。さらに、図１４はＸ軸方向の局所スキャンを、図１５はＹ軸方向の局所スキャンを示している。

これらのフローチャートで用いられる変数について説明しておく。
検出座標値情報を格納する変数としてOZaF1, OZaX1, OZaY1を用いる。
前回の検出座標値情報を格納する変数としてOZaF1bk, OZaX1bk, OZaY1bkを用いる。
検出物内容情報を格納する変数としてObjを用いる。0（ゼロ）はユーザーの指など専用ペンでないものを示し、1は専用ペンを示す。
検出座標値情報は、遮光物を検出した座標値を記憶する変数である。この変数としてOZaF1は検出有無を格納する。0（ゼロ）は検出なし、1は検出ありの状態である。変数OZaX1は検出されたX座標を格納し、変数OZaY1は検出されたY座標を格納する。
局所スキャン状態を格納する変数としてSZaFx, SZaFy, SZaL, SZaR, SZaU, SZaBを用いる。
変数SZaFxは、Ｘ軸方向（水平方向）のスキャン状態を格納する。0（ゼロ）は遮光未検出、1は遮光検出済の状態である。
変数SZaFyは、Ｙ軸方向（垂直方向）スキャン状態を格納する。0（ゼロ）は遮光未検出、1は遮光検出済の状態である。
変数SZaLは、遮光物左端座標値、SZaRは遮光物右端座標値、SZaUは遮光物上端座標値、SZaBは遮光物下端座標値をそれぞれ格納する。

図１０は、タッチパネル装置１０の全体的な制御の流れを示すフローチャートである。図１０で、制御部２０は、検出座標情報を初期化（ステップＳ１１）する。その後、先回の走査で遮光物が検出されていなければ（ステップＳ１３のＹｅｓ）全体スキャンを１回（ステップＳ１５）実行する。先回の走査で遮光物が検出されていれば（ステップＳ１３のＮｏ）局所スキャンを１回（ステップＳ１９）実行する。
ステップＳ１５の全体スキャンの結果、遮光物が検出されたら（ステップＳ１７のＹｅｓ）、次は局所スキャン（ステップＳ１９）を実行し、遮光物が検出されなかったら（ステップＳ１７のＮｏ）次は全体スキャン（ステップＳ１５）を実行する。
また、ステップＳ１９の局所スキャンの結果、遮光物が検出されたら（ステップＳ２１のＹｅｓ）、検出座標位置を表示装置４００の解像度に応じて補正して、パネル通信部３０を介してコンピュータ２００へ送信する（ステップＳ２３）。送信する座標位置の補正は、次の式で計算される。
座標位置＝検出座標値×（ディスプレイ解像度）／（発光素子数）
その後、ルーチンはステップＳ１３へ戻って以降の処理を繰り返す。一方、局所スキャンで遮光物が検出されなかった場合は前記ステップＳ２３の処理を省略してルーチンはステップＳ１３へ戻って以降の処理を繰り返す。

図１１および図１２は、図１０の全体スキャン（ステップＳ１５）の詳細を示すフローチャートである。一時変数ＸはＸ軸発光素子４０の何番目の対を選択するかを示している。一時変数ＹはＹ軸発光素子５０の何番目の対を選択するかを示している。Ｘ軸発光素子４０については左端（Ｘ＝０）から右端へ、Ｙ軸発光素子５０については下端（Ｙ＝垂直発光素子数−１）から上端へ順次選択を切換えていく。
初期化処理（ステップＳ３１）の後、一時変数ＸおよびＹで選択される発光素子をそれぞれ点灯させる（ステップＳ３５、Ｓ３７）。Ｘ方向およびＹ方向への走査を同時に並行して行うためである。まず、Ｘ軸受光素子６０のＸ番目の受光素子の検出値に基づいて遮光物があるか否かを判断する（ステップＳ３９、Ｓ４１）。遮光物があると判断したら一時変数Ｘの値、即ちＸ軸方向の位置を変数OZaX1に格納する（ステップＳ４３）。続いて、Ｙ軸受光素子７０のＸ番目の受光素子の検出値に基づいて遮光物があるか否かを判断する（ステップＳ４５、Ｓ４７）。遮光物があると判断したら一時変数Ｙの値、即ちＹ軸方向の位置を変数OZaY1に格納する（ステップＳ４９）。そして、Ｙ軸方向の上隣、Ｘ軸方向の右隣を新たな選択とするように一時変数ＸおよびＹを更新しておく（ステップＳ５１、５３、５５）。
Ｘ軸方向、Ｙ軸方向共に遮光物の位置が検出されたら（ステップＳ５７のＹｅｓ）、前回の検出座標位置情報の変数に位置を格納し（ステップＳ５９）、その回の走査を終了する。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の少なくとも何れかについて遮光物が未検出の場合（ステップＳ５７のＮｏ）、ルーチンはステップＳ３３へ戻り、更新された一時変数ＸおよびＹついて遮光物の検出を繰り返す。

図１３は、図１０の局所スキャン（ステップＳ１９）の詳細を示すフローチャートである。制御部２０は、初期化処理後（ステップＳ６１）、Ｘ軸方向、即ち水平方向の局所スキャンと遮光物検出の処理を行う（ステップＳ６３）。その処理で遮光物が検出された場合は（ステップＳ６５のＮｏ）、Ｙ軸方向、即ち垂直方向の局所スキャンと遮光物検出の処理を行う（ステップＳ６７）。その処理で遮光物が検出された場合は（ステップＳ６５のＮｏ）、遮光物が専用の入力ペン３００かそれ以外の物かを調べる（ステップＳ７１）。それに応じて検出位置を補正する。即ち、入力ペン３００の場合は（ステップＳ７１のＹｅｓ）、予め定められたペン先の半径を用いて補正を行う（ステップＳ７５）。そうでない場合は（ステップＳ７１のＮｏ）、両方の境界の中央の位置となるように補正を行う（ステップＳ７３）。

図１４は、図１３の水平局所スキャン（ステップＳ６３）の詳細を示すフローチャートである。図１４で、局所スキャンは先回走査の検出位置を中心とし、予め定められた「周辺スキャン数」の幅を有する領域である。一時変数ctは局所スキャンの領域に含まれるＸ軸発光素子４０の何番目の対を選択するかを示している。ct＝0は局所スキャン領域１９０の左端に対応しct＝「周辺スキャン数」は局所スキャン領域１９０の右端に対応する。一時変数Ｘは、全体の走査領域の左端を原点とするが、ctは局所スキャン領域１９０の左端を原点とする。制御部２０は、Ｘの初期値として先回走査の検出位置から「周辺スキャン数」／２を差引いた値をセットし、ctの初期値として0（ゼロ）をセットする（ステップＳ８１）。受発光素子の選択を右隣の対に切換える場合、一時変数Ｘおよびctにそれぞれ1を加算する（ステップＳ１０３参照）。最初は、局所スキャン領域１９０の左端を選択し、選択された発光素子を点灯させる（ステップＳ８７）。対応する受光素子の検出値に基づいて遮光物があるか否かを判断する（ステップＳ８９）。遮光物があると判断したら、専用の入力ペン３００か否かを調べる（ステップＳ９３、Ｓ９５）。

次に、先回の局所スキャンで遮光物が未検出の場合は（ステップＳ９７のＹｅｓ）、一時変数Ｘの値、即ちＸ軸方向の位置を遮光物の現在の左端座標値として変数SZaLに格納し、かつ先回検出状態を示す変数SZaFxの値を更新する（ステップＳ９９）。そして、右隣を新たな選択とするように一時変数ctおよびＸを更新し（ステップＳ１０３）、ルーチンはステップＳ８３へ戻り処理を続ける。先回も遮光物を検出している場合は（ステップＳ９７のＮｏ）、一時変数を更新せずにステップＳ１０３へ進む。
前記ステップＳ９１で、遮光物が検出されない場合、制御部２０は先回の走査で遮光物が検出されているか否かを調べ（ステップＳ１０１）、検出されていないときは（ステップＳ１０１のＹｅｓ）、さらに右隣に選択を切換えて（ステップＳ１０３）処理を繰り返す。先回遮光物が検出されているときは（ステップＳ１０１のＮｏ）、先回の位置を現在の遮光物の右端座標値として変数SZaRに格納し（ステップＳ１０５）、処理を終了する。
図１５は、図１３の垂直局所スキャン（ステップＳ７６）の詳細を示すフローチャートである。Ｘ軸方向とＹ軸方向との差異はあるが、図１４と同様の処理である。

（実施の形態２）
実施の形態１は、Ｘ軸方向とＹ軸方向に受発光素子が対向して並ぶ光走査方式のタッチパネル装置の例であるが、この発明は受発光素子の配置に限定されない。
例えば、図８は、図２および図３と異なる走査型タッチパネル装置の例を示す説明図である。図８は、２つの受光素子６１ａおよび６２ｂが画面の異なる角部に配置され、３方に並んだ発光素子からの光を受光する態様のタッチパネルを示している。左下角部の受光素子６１ａは、Ｘ方向に並ぶ発光素子４１ａおよび右手Ｙ方向に並ぶ発光素子４１ｃから到達する光を検出する。発光素子４１ａおよび４１ｃは時分割的に順次発光を繰り返して走査が行われる。右下角部の発光素子６１ｂは、発光素子４１ａおよび左手Ｙ方向に並ぶ発光素子４１ｂから到達する光を検出する。発光素子４１ａおよび４１ｂは、時分割的に順次発光を繰り返して走査が行われる。ペン先或いは指先で保護ガラス４０１がタッチされると発光素子からの光が遮られる。制御部２０は、どの発光素子からの光が遮られたかを判断し、三角測量の手法を用いてタッチされた位置を決定する。
このような態様のタッチパネル装置１０についても、この発明は適用可能である。

（実施の形態３）
実施の形態１および２は光学走査方式のタッチパネルの例であるが、この発明の本質は光学方式に限定されず、他の位置検出の方式にも適用可能である。
例えば、Ｘ軸方向に分割形成された透明電極を走査して静電容量の変化を検出し、また、Ｙ軸方向に分割形成された透明電極を走査して静電容量の変化を検出することによりＸ軸およびＹ軸方向の位置を検出する静電容量型のタッチパネルについてこの発明が適用できる。

図９は、図８は、図２、図３および図８と異なる走査型タッチパネル装置の構成例を示す説明図である。透明電極のパターンの一例を示す説明図である。（ａ）はＸ軸方向の位置を検出する透明電極のパターン４２であり、（ｂ）はＹ軸方向の位置を検出する透明電極のパターン５２である。分かり易くするため電極の部分を灰色にしているが、電極は透明である。透明樹脂シートの表裏に透明電極パターン４２および５２をそれぞれ形成し、表示装置４００と保護ガラス４０１の間にその透明樹脂シートを配置してＸ軸、Ｙ軸それぞれに静電容量検出回路を接続することにより投影型静電容量方式のタッチパネルが構成される。
なお、分かり易くするため図９の電極パターンは粗く示しているが、電極パターンの大きさはタッチパネルの分解能に対応して決められる。

（実施の形態４）
実施の形態１は、識別情報の提供に超音波信号を用いているが、この発明はこの態様に限定されない。例えばIEEE802.11の規格に準拠した無線通信、Bluetooth（登録商標）、その他無線、有線を問わず公知の手法が適用可能である。

以上に述べたように、
（ｉ）この発明による走査型タッチパネル装置は、予め定められた太さのペン先を有し識別情報を発する入力ペンを検出するペン識別部と、走査を繰り返して前記入力ペンのペン先位置を逐次検出するペン位置検出部と、先回走査時のペン先位置を基準とした局所的走査を前記ペン位置検出部に行わせる制御部とを備え、前記制御部は、前記ペン識別部が入力ペンを検出しているときはペン先の走査方向手前側の位置が検出されるまで前記ペン位置検出部に走査を行わせ、検出された位置を前記ペン先太さに基づいて補正してその回の走査時のペン先位置を決定し、前記ペン識別部が入力ペンを検出していないときはペン先の走査方向手前側および奥側の位置が検出されるまで走査を行わせ、検出された手前側および奥側の位置に基づいてその回の走査時のペン先位置を決定することを特徴とする。
この発明において、ペン位置検出部は、所定の間隔で検出位置を変えていきながら入力ペンのペン先の検出を繰り返すものである。ペン位置検出部は、図１におけるＸ軸発光素子４０、Ｙ軸発光素子５０、Ｘ軸受光素子６０、Ｙ軸受光素子７０、発行制御部８０および受光制御部９０に相当する。実施の形態１では光学方式のタッチパネルの態様を詳述したが、ペン位置検出部の構成はこれに限らず、例えば投影型静電容量方式など、他の方式であってもよい。ペン位置検出部の位置検出の間隔、即ち分解能は入力ペンのペン先太さよりも小さく設定される。このようにすれば、入力ペンを動かす操作に対して十分な精度の位置検出が可能になる。また、使用するペン先の太さに応じて描画する線の太さを変えることも可能になる。
また、ペン識別部は、操作に用いられた物体が入力ペンかそれ以外の物体かを判断するためのものである。ペン識別部は、図１に置ける超音波受信部１２０に相当する。
制御部は、前記ペン位置検出部を制御し、さらにペン先等により指示された位置を検出する。

さらに、この発明の好ましい態様について説明する。
（ii）前記制御部は、先回の走査でペン先位置が検出されていないきは前記ペン位置検出部が走査可能な領域全体を前記ペン位置検出部に走査させてもよい。
このようにすれば、何時、どこにペン先等による操作がなされても、その位置を検出することができる。

（iii）前記制御部は、走査可能な領域全体を前記ペン位置検出部に走査させるときは、局所的走査に比べて粗な位置的間隔で走査を行わせてもよい。
狭い領域の局所的走査と同等の密度で広い全体領域の走査を行うと、走査周期が長くなってしまうところ、このようにすれば領域全体の走査に要する周期が短縮される。

（iv）前記ペン位置検出部は、互いに直交するＸ方向およびＹ方向への走査を同時に並行して行いＸ方向およびＹ方向におけるペン先位置を検出してもよい。
このようにすれば、Ｘ方向の走査とＹ方向の走査を交互に行う場合に比べて走査の周期が短縮される。

（ｖ）前記ペン位置検出部は、複数の発光素子および複数の受光素子を有する光学方式のものであり、前記入力ペンが超音波発信素子を有し、前記ペン識別部は、前記超音波発信素子が発する超音波を検出してもよい。
この発明の好ましい態様には、上述した複数の態様のうちの何れかを組み合わせたものも含まれる。
前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得る。それらの変形例は、この発明の範囲に属さないと解されるべきものではない。この発明には、請求の範囲と均等の意味および前記範囲内でのすべての変形とが含まれるべきである。

１０：タッチパネル装置、 ２０：制御部、 ３０：パネル通信部、 ４０：Ｘ軸発光素子、 ５０：Ｙ軸発光素子、 ６０：Ｘ軸受光素子、 ７０：Ｙ軸受光素子、 ８０：発光制御部、 ９０：受光制御部、 １００：パネル記憶部、 １１０：座標検出部、 １２０：超音波受信部、 １９０：局所スキャン領域、 ２００：コンピュータ、 ２１０：ＣＰＵ、 ２１１：基本ソフトウェア処理部、 ２１３：ホスト記憶部、 ２２０：ホスト通信部、 ２３０：映像信号出力部、 ２４０：タッチパネル制御部、 ２５０：描画処理部、 ３００：入力ペン、 ３０３：ペン先、 ３０５ａ：第１機能ボタン、 ３０５ｂ：第２機能ボタン、 ３０７：電池残量ランプ、 ４００：表示装置、 ４０１：保護ガラス

Claims (5)

1. 予め定められた太さのペン先を有し識別情報を発する入力ペンを検出するペン識別部と、
   走査を繰り返して前記入力ペンのペン先位置を逐次検出するペン位置検出部と、
   先回走査時のペン先位置を基準とした局所的走査を前記ペン位置検出部に行わせる制御部とを備え、
   前記制御部は、前記ペン識別部が入力ペンを検出しているときはペン先の走査方向手前側の位置が検出されるまで前記ペン位置検出部に走査を行わせ、検出された位置を前記ペン先太さに基づいて補正してその回の走査時のペン先位置を決定し、前記ペン識別部が入力ペンを検出していないときはペン先の走査方向手前側および奥側の位置が検出されるまで走査を行わせ、検出された手前側および奥側の位置に基づいてその回の走査時のペン先位置を決定することを特徴とする走査型タッチパネル装置。
2. 前記制御部は、先回の走査でペン先位置が検出されていないきは前記ペン位置検出部が走査可能な領域全体を前記ペン位置検出部に走査させる請求項１に記載のタッチパネル装置。
3. 前記制御部は、走査可能な領域全体を前記ペン位置検出部に走査させるときは、局所的走査に比べて粗な位置的間隔で走査を行わせる請求項２に記載のタッチパネル装置。
4. 前記ペン位置検出部は、互いに直交するＸ方向およびＹ方向への走査を同時に並行して行いＸ方向およびＹ方向におけるペン先位置を検出する請求項１〜３の何れか一つに記載のタッチパネル装置。
5. 前記ペン位置検出部は、複数の発光素子および複数の受光素子を有する光学方式のものであり、
   前記入力ペンが超音波発信素子を有し、
   前記ペン識別部は、前記超音波発信素子が発する超音波を検出する請求項１〜４の何れか一つに記載のタッチパネル装置。