JP2683699B2 - タッチ入力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の属する技術分野） 本発明はタッチ入力装置、特に複数の発光器および検
出器マトリクスを用い、スタイラス等による光ビームの
遮断を検出してスタイラス等の座標を求めるオプトマト
リクス式または光学式タッチ入力装置に関する。 （従来の技術） CRT（陰極線管）等の表示スクリーン上に文字または
図形情報を表示するビデオディスプレイが広く使用され
ている。これらビデオディスプレイのオペレータとの対
話、すなわちマンマシンインターフェース（以下単にイ
ンターフェースという）としては種々のものが提案され
ている。 従来のインターフェースとしては、ビデオディスプレ
イの表示スクリーンに例えば十文字のカーソルを表示
し、オペレータがキーボードを操作してカーソルを表示
スクリーン上の任意位置に移動させて、そのカーソル位
置のデータを得るか、そのカーソル位置にデータを入力
するものがある。しかし、斯るカーソル方式はカーソル
を希望位置へ移動するのに時間を要し、迅速性に欠ける
という欠点があった。更に、カーソルはビデオディスプ
レイ上の表示情報と重なる為に、表示スクリーンに表示
された情報との識別力に欠けるという欠点もあった。 そこでビデオディスプレイの略四角形の表示スクリー
ンの対応する２辺に赤外線発光ダイオード（LED）等の
発光器とフォトトランジスタ等の検出器の複数対を対応
して配置してオプトマトリックスを形成し、指、針等の
スタイラス（以下スタイラスという）による発光器から
の光ビームの遮断を検出器により検出するオプトマトリ
ックス式タッチ入力装置が提案されている。斯るオプト
マトリックス式タッチ入力装置は米国特許第4,267,443
号、同第4,243,879号および同第3,764,813号等に開示さ
れ、表示スクリーン上の表示情報と干渉することが全く
なく、かつ表示スクリーン上の任意位置に迅速に移動可
能であるので広く普及している。 （発明の解決しようとする課題） 上述したオプトマトリックス式タッチ入力装置は上述
した種々の特長ないし利点を有するが、同時に次の欠点
も有する。先ず、ビデオディスプレイを使用する環境、
例えば蛍光灯等による照明および太陽光等の周囲光に検
出器が応答して正しくスタイラス位置情報が検出できな
いことである。また、使用する多数の発光器および検出
器には大きな光学的および電気的特性のバラツキがあ
る。順次付勢される検出器の出力は、一般に共通比較器
により所定閾値と比較されて、スタイラスによる光ビー
ムの遮断があったか否かを判断するが、各発光器および
検出器対の特性バラツキにより正しい判断が困難であっ
た。そこで、多数の発光器および検出器群から特性のマ
ッチングしたベア（対）を選別して使用することが考え
られるが、斯る選別作業は長時間を要し、タッチ入力装
置を高価にする１つの大きな要因であった。また、仮に
特性のそろったベアの選別を行なったとしても、タッチ
入力装置の長時間にわたる使用期間中の特性劣化（エー
ジング）特性も含めて多数の発光器および検出器対の特
性を一様にすることは大変困難であり、タッチ入力装置
の維持費が高価となった。（尚、外光によるスタイラス
検出エラーの改善策は上述した米国特許第4,243,879号
に開示提案されている。） 上述の如く、個々に特性バラツキの大きいかつ異なる
経年変化を有する多数の発光器および検出器を用い、共
通（または単一）の比較器により固定閾値と検出器の出
力とを比較することにより、スタイラスによる光ビーム
の遮断検出の不正確さ（低信頼性）を解決する必要があ
る。 また、オプトマトリックスを形成する多数の発光器お
よび検出器として、予め特性を選別してベアを作る不便
および不経済性を解決する必要がある。 従って、本発明の目的は、オプトマトリックスを形成
する多数の発光器および検出器の特性にバラツキがあっ
ても、特性劣化が生じても、また周囲光の変化等があっ
ても、これらによる影響を最小限にしてスタイラスによ
る光ビーム遮断の高信頼性の検出を可能にする改良され
たタッチ入力装置を提供することである。 また、本発明の別の目的は、使用する多数の発光器お
よび／または検出器の特性劣化により、光ビームの遮断
が適切に検出できなくなる状況を早期検知可能にする新
規なタッチ入力装置を提供することである。 （課題を解決するための手段） 上述したタッチ入力装置の課題を解決すると共に上述
の目的を達成する為に、本発明のタッチ入力装置は各発
光器の発光時および非発光時の対応する検出器の出力で
ある受光量をサンプリングするサンプリング手段と、こ
のサンプリング手段のアナログ出力を対応するディジタ
ル値に変換する変換手段と、この変換手段により変換さ
れた各検出器の対応する発光器の発光時および非発光時
の受光量の差信号を求め、誤差信号を各検出器につき前
回迄に求められた閾値と比較して、発光器からの光ビー
ムがスタイラスにより遮断されたか否かを判定し、非遮
断と判定された場合のみ差信号に基づき各検出器の新し
い閾値を算出して次回の比較のために記憶装置に記憶す
るプロセッサ手段とを具え、 各発光器および検出器対毎に最適閾値の設定を可能に
することを特徴とするものである。 すなわち、上述の構成を有する本発明のタッチ入力装
置は次の特徴を有する。先ず、各発光器および検出器対
につき、発光器の発光時および非発光時双方の検出器出
力をサンプリング手段でサンプリングして、変換手段に
よりサンプリング出力の差信号のディジタル値を求め
る。その後の信号処理はこのディジタル差信号によるの
で、外光等のノイズの影響が排除または大幅に軽減可能
である。次に、プロセッサ手段により差信号と比較され
る閾値は、（全ての発光器および検出器対に共通の一定
値ではなく）スタイラスにより遮断されていない場合の
各検出器の差信号に基づき各検出器ごとに設定される。
この設定は、差信号の所定比率、例えば50％（すなわち
1/2）の値とする。但し、検出器の差信号が所定限界値
以下となった場合には、閾値は固定最低値に設定しても
よい。このように各検出器毎の閾値を記憶して最適値に
設定することにより、光ビームの遮断の有無を最も高感
度かつ高信頼性で判定することが可能になる。 （実施例） 以下、添付図を参照して本発明のタッチ入力装置の好
適実施例を詳細に説明する。 （図面の簡単な説明） 第１図は本発明のタッチ入力装置を使用するビデオデ
ィスプレイとそのオペレータの斜視図である。 第２図乃至第４図は本発明のタッチ入力装置の要部回
路図である。 第５図は本発明のタッチ入力装置の構成および動作原
理の説明図である。 第６図乃至第11図は本発明のタッチ入力装置の動作説
明用フローチャートである。 第12図は本発明のタッチ入力装置のデータ出力のタイ
ミング図である。 第１図において、ビデオディスプレイを利用するオペ
レータを示す。CRT10は表示領域12を有し、キーパッド
またはキーボード14と一般的に相互作用を行なう。オペ
レータ16はスタイラス18を使用することにより表示領域
12と対話を行なうが、本発明の好適な実施例によるとス
タイラス18はオペレータの指により構成され、よって真
にタッチ式と対話システムを提供している。しかしなが
ら他のタイプのスタイラス、例えば鉛筆、ポインタ、等
も本発明の範囲内で使用することが出来る。キーパッド
14を図示してはいるが、このキーパッド14を出来るだけ
小さなものとし、オペレータ16がスタイラス18を用いて
CRTと直接対話することが本発明の主たる目的の一つで
ある。タッチ式入力領域はオペレータ16が観察している
表示領域12の部分によって概ね形成される。本発明の好
適な実施例によると、このタッチ式入力領域はディスプ
レイの下部および一側部に配置された発光器とディスプ
レイの上部および他側部に配置された検出器を使用して
おり、赤外線ビームマトリックス（第５図に詳細に示
す）を構成する。光線ビームは、CRT10の周縁を囲んで
おりかつ好適な実施例によると可視光には不透明で赤外
光には透明な保持枠20を通過する。但し、異なる光透過
特性を有する他のタイプの保持枠を使用してもよい。第
２図、第３図および第４図は本発明の説明図である。主
な素子の参照符号および機能のリストを下の表１に示
す。 表１ 素子参照符号 素子タイプ U1 シュミットトリガー インバータ U2 マイクロプロセッサ U3,U4,U8,U9 ダーリントン接続 トランジスタアレイ U5,U6,U7 BCD−10進デコーダ CR0−CR47 発光ダイオード（発光器） Q0−Q47 フォトトランジスタ（検出器） 本発明の好適な実施例によると、マイクロプロセッサ
U2は８ビットマイクロコンピュータであって、RAM,ROM
ならびにオンボードアナログ−ディジタル（以下Ａ−Ｄ
という）変換器を有し、好ましくは米国テキサス州オー
スチンのモトローラ社のような会社が製造する6800系の
マイクロコンピュータのHMOS装置を用いる。しかしなが
ら、CMOSまたはNMOSの様な他の型式のマイクロコンピュ
ータであって、異なるビット−バイト型式、例えば16ま
たは32ビットバイトを採用する他の会社により製造され
たものであっても良い。好適な6800系アーキテクチャの
ようなこれらのマシンは周知であり、当業者にとっては
容易に入手可能である。本発明の装置設計によるとマイ
クロプロセッサU2に附属するすべての特徴およびピンを
使用する必要はなく、以下使用されるものだけを図示説
明する。 Vcc端子は好適な実施例においては＋５ボルトのVcc電
源に接続され、かつ端子Vppに接続されている。Vccはマ
イクロプロセッサU2の大部分に動作電力を供給し、Vpp
はマイクロプロセッサU2のROMのためのプログラム用電
圧を供給する。好適な実施例においてROMはEPROMにより
構成する。マスク型式のマイクロプロセッサを使用して
も良く、その場合にはVppは不要である。XTALおよびEXT
AL端子間には水晶発振器が接続してあり、EXTAL端子に
はコンデンサC2の一方の端子が接続してありその他方の
端子は接地（Gnd）してある。この構成により全システ
ムに安定したクロック周波数が供給される。RESET端子
はコンデンサC3の一方の端子に接続され、その他方の端
子はGndに接続されている。I/Oピンである端子PC5はイ
ンタラプト端子INTおよび装置U1のインバータＡの出力
側に接続されている。装置U1はシュミットトリガーイン
バータであり、インバータＡの入力は抵抗R1の一方の端
子と、抵抗R2の一方の端子と、上位コンピュータ（非図
示）のクロック端子とに接続されている。R1,R2の他の
端子は各々VccおよびGndに接続されている。I/OピンPC7
は装置U1のインバータＢの入力側に接続されており、イ
ンバータＢの出力側は上位コンピュータに接続されてい
るデータ出力端子に接続されている。 第２図に示したコンデンサC1はフィルタコンデンサで
あり、その一方の端子は＋５すなわちVccバスに他方の
端子はGndバスに接続されている。ポートBI/OラインPB
0,PB1,PB2,PB3,PB4,PB5およびPB7は第３図および第４図
により詳しく図示したように本発明による発光器および
検出器のためのコード化およびデコード化を行なう。ピ
ンVrhはマイクロプロセッサU2のＡ−Ｄ変換部分のため
の高基準電圧を供給するための高基準電圧ピンである。
ピンVrlはマイクロプロセッサU2のＡ−Ｄ変換部分のた
めの低基準電圧を供給するための低基準電圧ピンであ
る。ポートＣ端子PC0,PC1,PC2,PC3およびPC4は第３図お
よび第４図により詳細に示したように発光器／検出器ア
レイのコード化およびデコード化端子と接続するI/Oピ
ンである。Ａ−Ｄ端子AN0,AN1,AN2およびAN3は第４図に
より詳細に示したように検出回路に接続されている。マ
イクロプロセッサU2のVss端子はGndに接続され、I/Oピ
ンPD6は抵抗R11の一方の端子に接続されている。抵抗R1
1の他方の端子はVccに接続されている。 第３図は本発明のタッチ入力装置の発光器部分を示
す。ラインPB0は抵抗回路網R3の一端子と、素子U3すな
わちダーリントン接続トランジスタアレイの一方のダー
リントン接続トランジスタ対のベースとに接続され、I/
OラインPB1は抵抗回路網R3の抵抗Ａに接続され、該抵抗
は素子U3の他のダーリントン接続トランジスタ対のベー
スに接続されている。同様にI/OラインPB2,PB3,PB4およ
びPB5は抵抗回路網R3の抵抗F,E,DおよびＣに各々接続さ
れ、更に素子U4すなわちダーリントン接続トランジスタ
アレイのダーリントン接続トランジスタ対のベースに接
続されている。抵抗回路網R3の抵抗A,B,C,D,EおよびＦ
の残りの端子は共通にVccに接続されている。ラインVrh
は抵抗R4,R5の一方の端子に接続され、該両抵抗の他方
の端子は各々VccおよびGndに接続されている。I/Oライ
ンPB7は素子U5すなわちBCD−10進デコーダの入力Ｄに接
続され、（第３図には図示していない素子U1により供給
される）端子PC0,PC1,PC2はデコーダU5の入力A,B,Cに各
々接続されている。I/OラインPBOに接続されたダーリン
トン接続トランジスタ対のコレクタ端子は抵抗R10の一
方の端子に接続され、I/OラインPB1に接続されたダーリ
ントン接続トランジスタ対のコレクタ端子は抵抗R9の一
方の端子に接続されている。抵抗R9およびR10の他の端
子は相互に接続され、かつ抵抗R8およびコンデンサC4の
一方の端子ならびにダーリントン接続トランジスタアレ
イU4の４個のコレクタ端子のすべてに接続されている。
抵抗R8の他の端子はVccに接続され、コンデンサC4の他
の端子はGndに接続されている。ダーリントン接続トラ
ンジスタアレイのSUB端子はGndに接続されている。素子
U3のI/OラインPB0と接続されたダーリントン接続トラン
ジスタ対のエミッタ端子は発光器CR0,CR1,CR2,CR3,CR4,
CR5,CR6およびCR7の陽極に接続され、I/OラインPB1に接
続された素子U3のエミッタは同様に発光器CR8ないしCR1
5の陽極に接続されている。 本発明の好適な実施例における発光器は赤外線発光ダ
イオードであるが、他のタイプの発光器を使用すること
も本発明の範囲内である。更にダーリントン接続トラン
ジスタアレイU4のI/OラインPB2,PB3,PB4およびPB5に接
続されたエミッタ端子は発光器CR16−23、CR24−31,CR3
2−39およびCR40−47の陽極に各々接続されている。発
光器CR7,CR15,CR23,CR31,CR39およびCR47の陰極は、ダ
ーリントン接続トランジスタアレイである素子U8の１つ
のダーリントン接続トランジスタ対のコレクタ端子に接
続され、このダーリントン接続トランジスタ対のベース
端子はBCD−10進デコーダU5の端子７に接続されてい
る。同様に、発光器CR6,CR14,CR22,CR30,CR38およびCR4
6の陰極は素子U8の他のダーリントン接続トランジスタ
対のコレクタ端子に接続され、このダーリントン接続ト
ランジスタ対のベース端子はデコーダU5の出力ピン６に
接続されている。発光器CR5,CR13,CR21,CR29,CR37およ
びCR45の陰極は素子U8の別のダーリントン接続トランジ
スタ対のコレクタ端子に接続され、このダーリントン接
続トランジスタ対のベース端子はデコーダU5のピン５に
接続されている。発光器CR4,CR12,CR20,CR28,CR36およ
びCR44の陰極は素子U8の更に他のダーリントン接続トラ
ンジスタ対のコレクタ端子に接続され、このダーリント
ン接続トランジスタ対のベース端子はデコーダU5のピン
チに接続されている。 発光器CR3,CR11,CR19,CR27,CR35およびCR43の陰極は
他のダーリントン接続トランジスタアレイである素子U9
の１つのダーリントン接続トランジスタ対のコレクタ端
子に接続され、そのダーリントン接続トランジスタ対の
ベース端子はデコーダU5の出力ピン３に接続されてい
る。同様に、発光器CR2,CR10,CR18,CR26,CR34およびCR4
2の陰極は素子U9の他のダーリントン接続トランジスタ
対のコレクタ端子に接続され、このダーリントン接続ト
ランジスタ対のベース端子はデコーダU5の端子２に接続
されている。発光器CR1,CR9,CR17,CR25,CR33およびCR41
の陰極は素子U9の別のダーリントン接続トランジスタ対
のコレクタ端子に接続され、このダーリントン接続トラ
ンジスタ対のベース端子はデコーダU5の出力ピン１に接
続されている。発光器CR0,CR8,CR16,CR24,CR32およびCR
40の陰極は素子U9の更に他のダーリントン接続トランジ
スタ対のコレクタ端子に接続され、このダーリントン接
続トランジスタ対のベース端子はデコーダU5の出力ピン
０に接続されている。素子U8のエミッタ端子およびSUB
端子は共通にGndに接続され、同じく素子U9のエミッタ
端子およびSUB端子は共通にGndに接続されている。従っ
て素子U3,U4,U8およびU9を使用することにより、発光器
CR0ないしCR47はマトリックスを形成するように接続さ
れている（マトリックスの作用は後で詳細に説明す
る）。 第４図において、検出器と接続する検出およびデコー
ダ回路を示す。I/OラインPC0は素子U1のインバータＣの
入力に接続され、I/OラインPC1およびPC2は素子U1のイ
ンバータＤおよびＥの入力に接続されている。これによ
りPC0,PC1,PC2がデコーダU5（第３図参照）の端子A,B,C
に各々供給され、更にBCD−10進デコーダU6およびU7の
端子A,B,Cに各々供給される。ポートCI/OラインPC3はデ
コーダU7のＤ端子に接続され、I/O端子PC4はデコーダU6
のＤ端子に接続されている。Ａ−DI/OラインANOは抵抗
アレイR6およびR7の抵抗Ａの一方の端子に接続され、更
にフォトトランジスタすなわち検出器Q0,Q1,Q2,Q3,Q4,Q
5,Q6,Q7およびQ16,Q17,Q18,Q19,Q20,Q21,Q22,Q23のコレ
クタ端子に接続されている。ディジタルI/OラインAN1は
同様にトランジスタアレイR6およびR7の抵抗Ｂの一方の
端子と、検出器Q8ないしQ15およびQ24ないしQ31のコレ
クタとに接続されている。ディジタルI/OラインAN2は抵
抗アレイR6およびR7の抵抗Ｃの一方の端子と、検出器Q3
2ないしQ39のコレクタとに接続されている。同じくI/O
ラインAN3は抵抗アレイR6およびR7の抵抗Ｄの一方の端
子と、検出器Q40ないしQ47のコレクタに接続されてい
る。抵抗アレイR6の抵抗A,B,C,Dの他の端子は共通してV
ccに接続され、抵抗アレイR7の抵抗A,B,C,Dの他の端子
は共通してGndに接続されている。 デコーダU7の出力ピン０は検出器Q0およびQ8のエミッ
タ端子に接続され、同様に検出器Q1およびQ9,Q2およびQ
10,Q3およびQ11,Q4およびQ12,Q5およびQ13,Q6およびQ1
4,Q7およびQ15の対をなすエミッタ端子はデコーダU7の
端子1,2,3,4,5,6および７に各々共通して接続されてい
る。更に、検出器Q16,Q24,Q32,Q40のエミッタはデコー
ダU6の端子０に共通して接続されており、検出器Q17,Q2
5,Q33,Q41の４個のエミッタ、検出器Q18,Q26,Q34,Q42の
４個のエミッタ、検出器Q19,Q27,Q35,Q43の４個のエミ
ッタ、検出器Q20,Q28,Q36,Q44の４個のエミッタ、検出
器Q21,Q29,Q37,Q45の４個のエミッタ、検出器Q22,Q30,Q
38,Q46,そして検出器Q23,Q31,Q39,Q47の４個のエミッタ
はデコーダU6の端子1,2,3,4,5,6および７に各々共通し
て接続されている。この構成により第３図の検出器のマ
トリックスに類似したマトリックスが形成される。 第５図にオプトマトリックスフレームおよび保持枠を
示す。図示した発光器CR0ないしCR47および検出器Q0な
いしQ47は16×32のマトリックスを構成し、16個の発光
器および検出器がＹ方向すなわち垂直方向に、32個の発
光器および検出器がＸ方向すなわち水平方向に配列され
ている。図示してはいないが発光器および検出器はプリ
ント回路基板等に固設されていて各発光器／検出器対が
正しく対応するように保持されている。第５図は更に発
光器により発光され検出器により受光される光パターン
を示している。各発光器は駆動されると参照番号22で示
す主光ビームを発生し、更に発光器から検出器へ向うに
つれ次第に拡散する非平行光24を発生する。従って主光
ビーム22による光に隣接する検出器も若干の光量を検出
するため、これを後述するように補償する必要がある。
また保持枠20のコーナーに隣接する発光器CR0およびCR4
からの非平行ビーム24は保持枠20で反射される傾向があ
る。この反射光は26で示す反射ビームとなり、若干の反
射ビーム26は主光ビーム22を検出すべき検出器によって
受光されてしまう。このため、スタイラスが表示領域12
へ導入され主光ビーム22を阻止した場合、反射ビーム26
としての非平行光24がQ0のような対応する検出器により
受光され、或る光線条件下では十分な量の光が検出器に
より受光されてしまいスタイラスのタッチが検知されな
い。この反射光すなわちグレアの問題は検出器がCRTの
中心に向って接近すればするほど重要ではなくなる。製
造効率の観点から、保持枠20のコーナーや中心において
使用されている検出器や発光器は同種のものである。従
って、保持枠20の各コーナーに隣接する４個のエミッタ
のパワーすなわち発光出力を減少させることによて、反
射ビームのパワーは容認し得る、誤差を発生しないレベ
ルまで低下する。すなわち、発光器CR0,CR1,CR2,CR3,CR
4,CR5,CR6,およびCR7へ供給するパワーをある減少パワ
ーレベルに減少させ、発光器CR8,CR9,CR10,CR11,CR12,C
R13,CR14,およびCR15へ供給するパワーを第２のパワー
レベルに減少させることによって、保持枠コーナーに隣
接する最初の２個の発光器の発光出力を低下させ、次の
２個の発光器の発光出力を若干増加させ、残りのオプト
マトリックスフレームについては発光出力をフルパワー
とすることが出来る。より多くのあるいはより少ない発
光器に減少パワーを供給したり、検出器と同様に構成し
たりすることも本発明の範囲内である。 （本装置の作用） 本発明の全体の電気的作用を第２図、第３図および第
４図を参照して説明する。本発明においては、ホストコ
ンピュータ（非図示）との相互作用によりCRTにビデオ
表示領域12上で情報を表示せしめるが、該ビデオ表示領
域12はオプトマトリックスタッチ式入力スクリーンがオ
ペレータ16の決定をホストコンピュータに指示するべく
オペレータ16およびプログラム間の対話関係の一部を構
成する。ホストコンピュータおよびそれに使用するプロ
グラムは当業者が容易に理解出来るものであり、その詳
細な説明は省略する。ホストコンピュータは第２図のク
ロック端子にクロック信号を供給し、該クロック信号は
マイクロプロセッサU2のＣポートI/OラインPC5およびイ
ンターラプト端子INTに印加される。ホストコンピュー
タから発生されるクロック信号の流れは、オプトマトリ
ックスフレームよりの入力が望ましい期間継続し、クロ
ック信号がなくなるとマイクロプロセッサU2はインター
ラプトを開始する。従って電源を供給しクロック信号を
マイクロプロセッサU2に供給することにより、オプトマ
トリックス装置は走査動作を開始してLEDを点火しフォ
トトランジスタを読取り、そして適当なソフトウエアに
より情報を内部分析する。本装置の動作は反復的である
ためある信号サイクルを例示して説明するが、装置の残
りの部分も同様に作動する。 マイクロプロセッサU2に電源を供給すると、主プログ
ラムループの実行が開始される（第６図ないし第11図参
照）。第６図ないし第11図に示したフローチャートおよ
び以下の好適な実施例の説明は当業者が適切なソフトウ
エアを書くのに十分なものであると思われる。プログラ
ムはまずステップ100においてポインタを初期化して、
既知の零の開始点においてＸおよびＹのビームカウント
を開始する。その後マイクロプロセッサはホストコンピ
ュータから受ける所定数の同期クロックパルスをステッ
プ110で待ち、よってマイクロコンピュータU2およびホ
ストコンピュータ間の完全な同期化を行なう。ステップ
120においてＸフォトトランジスタをオンする。このＸ
フォトトランジスタは本実施例の最初のサイクルの開始
時においてはQ4（第５図）である。フォトトランジスタ
をこのようにオンすることにより、該トランジスタは安
定化する。これはデコーダU7に接続されたI/OラインPC
0,PC1およびPC2の適当なアドレスを選択し、デコーダU7
をI/OラインPC3でイネーブルとしてQ4に通電することに
より行なう。次にLED CR4をPC0,PC1およびPC2により与
えられたアドレスに関してI/OラインPB0を駆動すること
により点火し、同時にI/OラインPB7をイネーブルとして
デコーダU5のライン４をイネーブルする。ステップ130
におけるこのＸ LED CR4の点火においては待ち時間を
含めることによりLED CR4が完全にオンするようにす
る。更に、LED CR0ないしCR7に関しては電流制限抵抗R
10を（ソースドライバーとして用いる）ダーリントン接
続トランジスタアレイU3と共に使用して発光器CR0ない
しCR7に通電して最も低い輝度で発光させる。同様に発
光器CR8ないしCR15に関しては、第２の電流制限抵抗R9
を使用してこれら発光器の発光出力を減少せしめる。抵
抗R9の抵抗値は好ましくは抵抗R10の抵抗値の半分とし
て、保持枠20（第５図参照）の各コーナーに最も近い２
個の発光器より僅かに高輝度で点火する。ダーリントン
接続トランジスタアレイU4により駆動される残りの発光
器は、全輝度すなわち最大発光出力が望ましいため上記
のような電流制限抵抗を使用しない。このようにして、
発光器CR0およびCR1が減少された発光出力パワーにより
反射ビーム26を低下せしめ、発光器CR8およびCR9が若干
高いが保持枠20のコーナーに隣接しない残りの発光器よ
りは低い発光出力パワーを有するようなパワー調節を行
なう。抵抗アレイR3はプルアップ抵抗として作用して各
発光器が点火のための最低の適正なパワーを有するよう
にする。従ってCR4が点火された時、電流は素子U3の下
側のダーリントン接続トランジスタ対のエミッタを流れ
て（シンクドライバーとして使用される）ダーリントン
接続トランジスタアレイU8のコレクタを駆動し、発光器
が積極的に駆動され、ダーリントン接続トランジスタア
レイU8およびU9も積極的に駆動される。LED CR4が完全
にオンされた後はステップ140においてＡ−Ｄ変換が開
始される。本例ではＡ−ＤラインAN0がQ4により発生し
た値を得てこれをディジタル値に変換する。このディジ
タル値はマイクロプロセッサU2に内蔵されたVthの基準
ディバイダにより制御された基準値により決定される。
すべての信号電圧はこの基準値に対する比として変換さ
れる。この基準値は、最大電圧入力であって選択されな
いフォトトランジスタあるいは極めて低い周囲光レベル
を有する選択されたフォトトランジスタに相当するVqに
設定すべきことが判明している。抵抗回路網R6およびR7
はこの最大基準レベルVqを決定する。ステップ140にお
けるディジタル変換時に、LED CR4がステップ150でオ
フとなりその時点でディジタル変換が終了し、ディジタ
ル値がステップ160でマイクロプロセッサに読取られ記
憶される。LED CR4がオフとなると、フォトトランジス
タQ4がもう一度読取られてステップ170において周囲光
が読取られるが、この読取値はステップ180においてデ
ィジタル値に変換される。その後カウントチェックをス
テップ190で行ない調べるべきＹフォトトランジスタが
まだあるか否かを判定する。この判定はＸおよびＹフォ
トトランジスタが交互にサンプルされＸ方向よりもＹ方
向の方が装置数が少ないために行なわれる。処理を迅速
化するため、Ｙ方向の装置が最大数までサンプルされた
時には、Ｘ方向の残りの装置は後述するように440から
始める。本例においてはサンプルすべきＹフォトトラン
ジスタがまだあるのでＹトランジスタQ0がステップ200
においてオンされる。 その後ステップ210において、周囲光のディジタル変
換が完了すると、ステップ220に進む。このステップ220
では、ステップ160においてLED CR4がオンの際のＸフ
ォトトランジスタQ₄のディジタル出力からCR4がオフで
ある周囲光のデイジタル出力が減算される。この減算に
より、周囲光の影響が排除され、LED CR4のオンによる
フォトトランジスタQ₄の正味の検出出力が得られること
となる。 次に、ステップ230を説明する。この特定実施例にお
いてステップ230はフォトトランジスタが飽和している
か否かによりスタイラスのタッチ有無の判定法を変えて
いる。ここで、「飽和」とは、LEDのオンオフにより対
応するフォトトランジスタの出力が大きくは変化しない
ことを意味し、必ずしも出力変化が零であることを意味
するものではない。すなわち、周囲光による出力が十分
大きく、LEDをオンとしても十分大きな出力が得られな
い場合を「飽和」という。斯る「飽和」はスタイラスを
タッチしない状態でＹおよびＸのLEDを順次オンオフし
て対応するフォトトランジスタの出力変動を求めて予め
「飽和」したフォトトランジスタの番号を記憶すること
も可能であるが、周囲光によるフォトトランジスタの出
力が十分大きい場合も「飽和」と推定可能である。 このようにしてステップ230で「飽和」でないと判定
されたフォトトランジスタについては、ステップ240に
おいてNOの状態となり、ステップ260へ進み前述した差
信号を前回算出され記憶されている所定の閾値と比較す
る。差信号が閾値未満であればステップ280で遮断、す
なわちLEDの光ビームがスタイラスにより遮断され、ス
タイラスのタッチがあったと判断される。この状態では
ステップ340で対応する記憶装置にＸ方向遮断フラグを
立てる。他方、差信号が閾値を超すと、LEDの光ビーム
はスタイラスにより遮断されなかったことを示し、ステ
ップ290で非遮断とされる。この場合には、差信号に基
づいてステップ320で新閾値を算出し、次回の比較判定
に使用される。この新閾値の算出は種々の方法が考えら
れるが、差信号の所定比率、例えば差信号の50％に設定
してもよい。尚、ステップ280で遮断とされた場合に
は、差信号は非遮断の場合より十分小さくなるので、閾
値は変更しない。 次にステップ230で「飽和」と判断されると、この状
態はステップ250にYES状態として送られる。この場合に
は、正常なLEDおよびフォトトランジスタ対の場合より
も差信号が小さいので、ステップ270において固定最小
閾値と比較される。ステップ300にて、差信号がこの閾
値より小さいと、遮断と判断され、ステップ340で遮断
フラグを立てる。他方、差信号が固定最小閾値以上であ
り、かつステップ270′において現在の閾値と比較して
これより大きいとステップ310を介してステップ330に行
き、ここで新閾値が算出される。このステップ330での
データはステップ320と同様にステップ350で新しいＸ方
向遮断データとして供給される。 このように、各LEDおよびフォトトランジスタ対の閾
値は正常LEDおよびフォトトランジスタ対については連
続的に最適な閾値が算出されて次回の比較判定に使用可
能である。また「飽和」LEDおよびフォトトランジスタ
対については固定最小値と比較される。 Ｙ軸における処理はＸ軸における場合と同様にステッ
プ360において開始される。その結果ステップ370におい
てＹ LED CR0を十分に長い時間点火してこのLEDを完
全にオンし、Q0のディジタル変換はステップ380で開始
する。ＹセンサーQ4はステップ200でオンされているの
でステップ380における変換が可能である。この一見す
ると早いQ0のサンプリングは、マイクロプロセッサU2の
動作周波数を決定する水晶発振器の周波数がクロックレ
ートあるいはデータ出力レート（後述）よりも実質的に
高いため行なわれる。その後LED CR0はステップ390に
おいてオフされ、Q0が検知した値は変換がステップ400
において完了した時に読取られる。変換が完了すると、
Q0の周囲光値はステップ410において読取られ、そのデ
ィジタル値の変換がステップ420で開始される。ステッ
プ420でディジタル変換が開始された直後、Q5である次
のＸセンサはステップ420でオンされる。Q5のオン期間
中、Q0の周囲光変換値はステップ460において変換完了
時に読取られ、周囲光値はステップ470においてLED CR
0の点火中に決定された値から減算される。この値は次
にステップ480へ送られ検出器Q0が飽和しているか否か
がステップ480で判定される。その結果であるNOまたはY
ES状態はステップ490または500へ送られる。最小閾値が
ステップ510および520において分析される。ステップ51
0における比較の後、遮断状態または非遮断状態がステ
ップ530または540において判定される。遮断状態が存在
する場合には遮断Y0フラッグがステップ590で立てら
れ、非遮断状態の場合には新しい閾値がステップ570で
算出される。ステップ590および570よりのフラッグ状態
および新閾値はY0データとしてステップ600に供給され
る。ステップ520における比較の結果、最小閾値よりも
小さな状態が存在する場合には550を介してステップ590
でフラッグが立てられ、そうでない場合には560を介し
てステップ580において新しい閾値が算出される。その
後ステップ580で算出された新閾値は非遮断状態と共に
ステップ600へ送られる。Ｘ座標発光器／検出器対の処
理はステップ610において開始され、620を介してステッ
プ130へ戻り次のＸ LED CR5を点火して第６図ないし
第９図に関して上述したような処理を繰返す。このよう
にしてステップ190において調べるべきＹ方向検出器が
もうないと判断されるまでＸ軸およびＹ軸の間で交互に
処理が行なわれる。ステップ190において調べるべきＹ
方向検出器がもうないと判定された場合には、440を介
してステップ625へジャンプして17番目のＸ軸フォトト
ランジスタQ36をオンする。次にＸ軸LED CR36がステッ
プ630で点火され、以下処理は前記したＸおよびＹ軸処
理と略同じようにして継続する。その後ステップ830か
らのＸデータが840を介してステップ110へ供給され、そ
の後処理は上位コンピュータがクロック信号を送出し続
ける限り繰返される。 この全体の時間フレーム中、マイクロプロセッサU2か
らの同期信号をデータ流れ（後述）として受けた時上位
コンピュータは、前もってタッチ式入力マトリックスの
大きさを知りデータ流れを監視して、どのＸおよびＹの
対の状態が与えられているかを知る必要がある。 従ってステップ350,600および830においてＸまたはＹ
の遮断または非遮断状態を示すデータがデータラインに
供給される。第12図に本発明のタイミングおよびデータ
図を示す。第６図のステップ110における初期化および
同期化時に４個の連続するデータをデータラインに送り
上位コンピュータに受信させる。これにより上位コンピ
ュータは同期フレームが生じかつカウント開始しなけれ
ばならないことを知る。その後データは４ビットのバイ
トで与えられ、最初の２ビットは常に零で３番目と４番
目のビットはＸおよびＹ軸の遮断状態または非遮断状態
を示す。遮断状態が存在する場合は１をデータラインに
送り、非遮断状態が存在する場合は０を利用する。例え
ばCR0およびCR4の交点にスタイラスが当接した場合これ
らは最初の調べられたＸおよびＹの対なので、同期後の
データの最初の４ビットバイトは（0011）となる。しか
しながら、スタイラス当接がCR0およびCR5の交点で生じ
た場合最初の４ビットバイトは（0001）となり、２番目
の４ビットバイトは（0010）となる。Ｙ軸検出器が何ら
調べられないフレームについては好ましくは０が誤りビ
ットとして挿入される。誤りビットとして１を使用して
も良い。この４ビットバイトデータ流れはすべてのＸ軸
検出器が調べられるまで継続され、マイクロプロセッサ
U2は調査終了時に４ビット同期サイクルを送出し新しい
サイクルまたはフレームを示す。更に本装置は米国特許
第4,267,443号（「光電入力装置」、登録日1981年５月1
2日、特許権者キャロル他）に開示されたビーム平均法
に適用可能であり、これによると２個の発光器の間のス
タイラスが２本のビームの間の当接として判定されるの
で本システムの解像度すなわち補間を32×64マトリック
スとして倍増するのに有効である。 本発明はその範囲内において種々の変更が可能であ
る。例えばパワー調節用紙抗は個々の発光器または検出
器に設けても良く、またダーリントン接続トランジスタ
アレイではなくデコーダに接続しても良い。更にプログ
ラムの順序を変えても良い。異なる型式のシリアルデー
タ流れに使用可能な追加のI/Oラインを使用する並列出
力のような他のデータ流れを利用しても良い。ダーリン
トン接続トランジスタの代りに異なる型式のアレイを使
用しても良く、異なる型式のデコーダやフォトダイオー
ドのような他の型式の検出器を使用しても良い。発光器
および検出器の点火または検出順序を任意に変更しても
良い。本装置はディスプレイまたはCRTと共に使用して
もまた使用しなくても良く、あるいはフラットパネルデ
ィスプレイと共に使用しても良い。 （発明の効果） 上述の説明から理解される如く、本発明のタッチ入力
装置は、複数の発光器および検出器対を用い、これらの
検出器の受光出力に基づきスタイラスにより光ビームの
遮断または非遮断を判定する際の閾値を各検出器毎に設
定可能にした点を特徴とする。その結果、各素子の特性
にバラツキが存しても、また特性劣化があっても自動的
に対処して高信頼性のタッチ検出が可能になる。この閾
値の算出は、スタイラスにより光ビームが非遮断の検出
器につき、各サイクル毎に行われる。（遮断の場合には
前回の閾値を使用する。） 更に本発明のタッチ入力装置によると、発光器がオン
の場合とオフの場合の受光量の差信号を求めてディジタ
ル的に処理するので、周囲光の影響を最小にして高精度
のタッチ検出が可能である。 従って、本発明のタッチ入力装置は多数の発光器おび
検出器対を有するオプトマトリックス型タッチ入力装置
に適用するとき極めて有効である。

フロントページの続き (72)発明者 ギヤレツト，ジエイムズ エドワード アメリカ合衆国 イリノイ州 61820 チヤンペイン サウス プレイリー ス トリート 715 (72)発明者 ルーカス，ポール バークレイ アメリカ合衆国 イリノイ州 61801 アーバナ ラトレツジ ドライブ 1504 (72)発明者 マスターズ，テイモシー エルトン アメリカ合衆国 イリノイ州 61821 チヤンペイン アラグナ ストリート 908 (56)参考文献 特開 昭57−117039（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．略四角形のフレームの隣接する２辺およびそれに対
   向する２辺にそれぞれ配列され順次所定順序で付勢され
   る複数の発光器および検出器を含み、前記フレーム内に
   選択的に位置するスタイラスにより遮断される座標を検
   知するタッチ入力装置において、 前記各発光器の発光時および非発光時における対応する
   前記各検出器の受光量をサンプリングするサンプリング
   手段と、 該サンプリング手段のアナログ出力を対応するディジタ
   ル値に変換する変換手段と、 該変換手段により変換された前記各検出器の対応する前
   記発光器の発光時および非発光時の受光量の差信号を求
   め、誤差信号を前記各検出器につき前回迄に求められた
   閾値と比較して、前記発光器からの光ビームが前記スラ
   イラスにより遮断されたか否かを判定し、非遮断と判定
   された場合のみ前記差信号に基づき前記各検出器の新し
   い閾値を算出して次回の比較のために記憶装置に記憶す
   るプロセッサ手段とを具え、 前記複数の発光器および検出器対の各々につき最適閾値
   を設定可能にすることを特徴とするタッチ入力装置。