JP2814490B2

JP2814490B2 - 座標入力装置

Info

Publication number: JP2814490B2
Application number: JP9654888A
Authority: JP
Inventors: 博敞高田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1988-04-19
Filing date: 1988-04-19
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2013-10-22
Also published as: JPH01268224A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明はタッチパネルに用いて好適な座標入力装置
に関する。

〔発明の概要〕

この発明はタッチパネルに用いて好適な座標入力装置
に係り、この座標面を囲繞する様に形成された枠体と、
少なくとも２つの走査型光送受手段と対向する座標面の
少なくとも２辺に沿って、少なくとも２つの走査型光送
受手段からの光ビームの走査角を三角関数変換した値
が、その走査角の光ビームが到達する枠体内面の箇所に
光回帰性反射体によってバーコードとして配列された光
反射体と、座標面に指等で入力した入力座標は光反射体
から反射されずに遮られて、少なくとも２つの走査型光
送受手段で得られるバーコードデータ値から、座標面上
の入力座標位置を特定する座標特定手段を具備させる様
にして分解能が高く、周囲ノイズに影響されず、構造簡
単で廉価な座標入力装置を得る様にしたものである。

〔従来の技術〕

従来から座標入力装置としてキーボードやデジタイザ
として利用可能な画面上を指でタッチするだけで入力で
きるタッチパネル装置が種々提案されている。第６図〜
第12図は夫々その一例である。

すなわち、第６図は抵抗シート方式、第７図はマトリ
ックス方式の構造を概略的に示すものであって、いずれ
もその基本構造は第８図のように構成される。第８図に
おいて、（１）はフィルム電極、（２）はガラス電極で
あって、フィルム電極（１）は透明なフィルム（３）
と、このフィルム（３）の一方（指で押される側）に設
けられたハードコード層（４）と、フィルム（３）の他
方に設けられたネサ等の透明電極（５）とから成り、ガ
ラス電極（２）はフィルム又はガラス基板（６）と、透
明電極（５）と対向するようにフィルム又はガラス基板
（６）上に設けられた透明電極（７）と、この透明電極
（７）上に隔置された微小な点状のドットスペーサ或い
はフィルムインシュレータ（８）とから成る。フィルム
電極（１）は指で押して入力する側すなわち可動電極で
あり、ガラス電極（２）は表示体側すなわち固定電極側
である。このようにして構成されたフィルム電極（１）
及びガラス電極（２）は第９図に示すように陰極線管
（CRT）（９）上に取付けられる。なお、第６図及び第
７図において、（10a）は透明電極（７）を引き出すリ
ード、（10b）は透明電極（５）を引き出すリード、（1
1）はこのリード（10a）、（10b）を外部と接続するコ
ネクタ接続部である。そして、指やペンで表面のハード
コード層（４）を裏側のフィルム基板又はガラス基板
（６）に向かって押すと、透明電極（５）と（７）が接
触し、一対の電極か導通する。接触した点のＸ・Ｙ座標
はホスト・コンピュータ（図示せず）に供給され位置決
定がなされる。

第10図は光学方式（キャロル方式）の構造を概略的に
示すものであって、米国特許4,267,443号公報にしめさ
さている。表示画面の周辺に位置するようにプリント回
路基板（12）上に配列された複数個の発光ダイオード
（13）が赤外線ビームを発光し、その反対側のプリント
回路基板（14）上に配列された複数個のフォト・トラン
ジスタ（15）が受光し、また、プリント回路基板（16）
上に配列された複数個の発光ダイオード（13）が赤外線
ビームを発光し、その反対側のプリント回路基板（17）
上に配列された複数個のフォト・トランジスタ（15）が
受光して赤外線ビームの格子を作る。光軸に沿った各フ
ォト・トランジスタ（15）と発光ダイオード（13）には
個別のアドレスを割り付けてある。アドレスを指定して
各発光ダイオード（13）とこれに対になっているフォト
・トランジスタ（15）を順次切換えることにより、どの
発光ダイオード（13）が発光し、反対側のどのフォト・
トランジスタ（15）がその光を検出することになってい
るかがわかる。指やペンで表示画面に触れると、これが
赤外線ビームを遮断する。遮断された光ビームのＸ・Ｙ
座標はホスト・コンピュータに送られ、位置決定され
る。なお、赤外線ビームがつくる光格子面に指を置いて
ビームを遮断する構造のため、センス面（光格子面）は
平面である。また、（18）は導通させたい発光ダイオー
ド（13）及びフォト・トランジスタ（15）を選択するた
めの切り替え回路用ICである。

第11図は誘導方式（容量方式）の構造を概略的に示す
もので、ガラス基板（19）の表面を独立した領域に細分
化し、それぞれの領域に透明電極（20）を形成する。そ
して、領域の１つに指が触れると、人体の容量が回路に
加わり、容量変化を検出した制御部は領域の位置を識別
する。

第12図は表面波方式（音響方式）の構造を概略的に示
すもので、ガラス基板（21）の下端に音波発生器（22）
と音波受信器（23）を設け、音波発生器（22）がガラス
基板（21）上に表面弾性波を送出し、ガラス基板（21）
に指を触れると、その表面波が反射されて音波受信器
（23）に戻ってくる。この戻ってくるまでの時間を計測
してタッチ位置を算出する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで上述した従来のタッチパネル装置は夫々次の
ような種々の欠点がある。すなわち、抵抗シート方式及
びマトリックス方式の場合、ドットスペーサ或いはフィ
ルムインシュレータ（８）により光が散乱して均一な透
光性が得られず、高い透明度が得られないので見にく
く、色再現性も悪く、更にすりきず等に弱く、フィルム
が汚れ易く、タッチ感も悪い欠点があった。また、キャ
ロル方式の場合は光格子面を細かくしようとすると、発
光ダイオード（13）とフォト・トランジスタ（15）並に
これら発光及び受光素子を駆動するアンプや切換用IC
（18）の数が非常に多くなり、コストアップとなり、発
光ダイオード（13）の発散角が大きいので、フォト・ト
ランジスタ（15）側にアンプゲインの大きいものが沢山
必要で、画面を大型化すれば分解能が落ちて、感度が劣
化し、外部ノイズで誤動作し易い、更にCRTのフェース
面の４側面に配設したプリント基板（12），（14），
（16），（17）の奥行ｄが深くなり、表示装置全体の形
状がデザイン的に悪くなるだけでなく、CRTのフェース
面が奥の方に行き、タッチしにくく、CRTのサイズ毎に
プリント基板を変えなければならないので汎用性のもの
が得られない。又、CRT表面が曲面であるために視差
（パララックス）を生ずる欠点がある。

また、誘導方式の場合タッチの検出が人間の指の様な
導電性のものに限られ、手袋をはめて触れたり、鉛筆の
先で触れても入力することが出来ず、更にパット数が限
られてしまう欠点を有する。更に表面波方式では指の様
に大きい物体の中心を求めることが出来ず、高分解能に
するためトランスジューサを接近して配置すると高価と
なり汚れに対する感度も高くなって読取りの誤りが増加
する欠点を有する。

本発明は叙上の欠点に鑑みなされたものでその目的と
するところは分解能が高く、ノイズに影響されない構造
簡単で廉価な座標入力装置を得るようにしたものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の座標入力装置はその一例が第１図に示され
ている様に四辺形の座標面（37）と、この座標面（37）
を囲繞する様に形成された枠体（24）と、座標面（37）
の少なくとも２つの略隅部に配設された走査型光送受手
段（35a）（35b）と、少なくとも２つの走査型光送受手
段（35a）（35b）と対向する座標面（37）の少なくとも
２辺に沿って、少なくとも２つの走査型光送受手段（35
a）（35b）からの光ビームの走査角を三角関数変換した
値が、その走査角の光ビヒが到達する枠体（24）内面の
箇所に光回帰性反射体（36）によってバーコードとして
配列された光反射体と、座標面（37）に指等で入力した
入力座標は光反射体から反射されずに遮られて、少なく
とも２つの走査型光送受手段（35a）（35b）で得られる
バーコードデータ値から、座標面（37）上の入力座標位
置を特定する座標特定手段（34）を具備させたものであ
る。

〔作用〕

この発明の座標入力装置は走査型光送受手段（35
a），（35b）から、表示装置（９）の座標面（37）の四
辺を囲む様に配設した枠体（24）内面に塗布或い配設さ
れた光回帰性反射体（36）に向かって射光された通常は
全反射されて受光素子に戻される光ビームが表示装置
（９）の座標面上を指で座標指示を行うと、この指で反
射ビームは遮断される。この状態を検出してＸ及びＹ座
標を求める様にしたので、発光及び受光素子は２組で済
み、分解能は回帰性反射面の球経で定まるため、簡単な
構成で極めて廉価に高分解能の座標入力装置が得られ
る。

〔実施例〕

以下、第１図により本発明の座標入力装置をタッチパ
ネル装置に適用した場合を説明する。

第１図でCRT（９）の前面に設けられた枠体（以下ベ
ズルと記す）（24）はCRT（９）のフェース面即ち、座
標面（37）の上下左右の四辺を囲繞する様に配設され
る。走査型光送受器（35a），（35b）と対向するこのベ
ズル（24）の内周の左右側内面（24R），（24L）と上側
内面（24U）に光回帰性反射体（36）を形成する。この
光回帰性反射体（36）は例えば、第２図に示す様に直径
が70μ程度の球レンズからなるガラス或いはアクリル製
の透明微細球（40）をベズル左右側内面（24R），（24
L）と上側内面（24U）上に塗布した透明接着層（38）上
に一様に接着させたもので、どちらの方向から入射した
光ビーム（39）も入射方向に略反射されることになる。

本例の座標入力装置のベズル（24）の下部隅部には走
査型光送受器（35a），（35b）が配設されている。第１
図示の例では可動ミラー（25a），（25b）が置かれてい
る。可動ミラー（25a），（25b）の代わりにポリゴンミ
ラー等を配することも出来る。可動ミラー（25a），（2
5b）は例えばファイバオブテックス（26a），（26b）を
介してレーザダイオード、或いはLED（28a），（28b）
に結合され、これら発光素子から発光された光ビーム
（39）は可動ミラー（25a），（25b）で反射され、ベル
ズ（24）の左右側内面（24L）（24R）及び上側内面（24
U）の内面を角度θ_a,θ_ｂで走査する。

この様に光ビーム（39）を走査するために可動される
可動ミラー（25a），（25b）はクロック発生回路（33）
からのクロック信号に基づき、ミラー制御回路（32）で
制御され、ベズル（24）の左右下端に設けた可動ミラー
（25a），（25b）を同時駆動させる。発光素子（28
a），（28b）から光回帰性反射体（36）に達した光ビー
ム（39）は第２図に示した様に反射されて可動ミラー
（25a），（25b）位置に達するが、CRT（９）の座標面
（37）に座標入力のために指等をタッチさせると、光ビ
ームは遮断されて光回帰性反射体（36）に到達しないた
めに光ビーム（39）はインターラプトされる。光回帰性
反射体（36）で反射されたか、インターラプトされたか
を可動ミラー（25a），（25b）に結合されたファイバオ
ブテックス（26a），（26b）を介してホトダイオード或
いはホトトランジスタ等から成る受光素子（27a），（2
7b）に送光し、この時の可動ミラー（25a）（25b）の可
動角度θ_a,θ_ｂを受光し、この受光出力を増幅回路（30
a），（30b）で増幅後に座標変換回路（31a），（31b）
でインタラプトされた角度を基に走査型光送受器（35
a）（35b）から出射した光ビームの直線式を求める様な
所定の変換式に座標軸変換を行ない、この変換式を演算
回路（34）に供給して、インタラプトされた座標、即
ち、指示点のＸ及びＹ座標を求める。上述の変換式は角
度θ_a,θ_ｂのtanの関数として簡単に求められる。尚（2
9a）（29b）は発光素子（28a）（28b）を発光制御され
る制御回路であり、増幅回路（30a）（30b）はミラー制
御回路（32）により制御されている。

上述の例ではCRT（９）の座標面（37）をフラット面
と考えて、ベズル（24）の左右下端の２個所に走査型光
送受器（35a），（35b）を設けたが、対角線上に設ける
とか、座標面（37）が曲面を形成している場合には左右
下端の２個の走査型光送受器（35a），（35b）間に１〜
２個の走査型光送受器を配設して走査領域を分割して分
担すればよい。

又、上例では光回帰性反射体（36）を構成するために
接着層（38）上に透明微細球（40）を付着させた場合を
説明したが、第３図Ａに示すようにフィルム状の基板
（41）上に予め透明微細球（40）をバインダと共に塗布
したフィルムを所定寸法に切りとってベズル（24）の内
面に貼着させてもよい。

上述の例では、角度情報θ_a,θ_ｂからＸ及びＹ座標を
求めたが、光回帰性反射体（36）を第３図B,Cに示す様
に一般の例えば、２進数・５ビットの様にバーコード
（42）化し、このバーコード（42）を例えば、角度情報
θ_a,θ_ｂの値の様な位置情報として記録しておけば受光
素子（28a）（28b）に得られる反射ビームはコード変調
されているために角度情報θ_a,θ_ｂをバーコードから直
接読み出せるので座標変換回路（31a）（31b）で角度情
報θ_a,θ_ｂを基に所定の変換式を得る様な座標変換を行
なう必要がなく座標変換回路（31a）（31b）を省くこと
が出来る。第３図Ｂはベズル（24）の側内面の長手方向
に沿ってバーコード化した光回帰性反射体を形成した場
合であるが、第３図Ｃの場合はベズル（24）の内側面の
幅方向にバーコード（42）を形成したので光ビーム（3
9）を主走査させると共にウオーブリング（43）等の副
走査を行う必要がある。

第３図Ｄに示すものは光ビーム（39）を複数（第３図
Ｄでは２個の光ビーム（39a），（39b））となし、同じ
位置座標等のバーコード（42a），（42b）をベズル（2
4）の内側面に並設配置して一方が汚れて、検出不能に
成った時には同時走査することで他方の走査型光送受器
で位置情報の検出をする様にしたものである。この様な
バーコード化の場合、通常のバーコードの白のストライ
プ部分に本例の光回帰性反射体を設けると良いが、黒ス
トライプ部分に設ける様にしてもよい。第４図は本発明
の座標入力装置に用いるベズル（24）を裏側からみた斜
視図であるが、例えば、走査型光送受器（35a）と対向
するベズル（24）の右側内面（24R）にはsinθ_ａで変化
する不等間隔目盛で形成された光回帰性反射体（36）を
形成し、走査型光送受器（35b）と対向するベズルの左
側内面（24L）にも同様のsinθ_ａで変化する光回帰性反
射体（36）を設け、ベズルの上側内面（24U）にはcosθ
_ｂで変化する不等間隔目盛を光回帰性反射体（36）を設
けることで左右側内面（24L）（24R）内と上側内面（24
U）に書き込まれたsinθ_ａ及びcosθ_ｂを直接読み出す
ことが出来る。上述の不等間隔目盛はバーコード化して
もよいし、単にsinθ_ａ及びcosθ_ｂの値を示す目盛であ
ってもよい。この場合インタラプトされた時のタイミン
グの前後の値から目盛を簡単に読み出すことが出来るの
で、指示点のＸ及びＹの位置座標はsinθ_a,cosθ_ｂの関
数で定まる座標に事前に変換された反射ビームを取り出
すことが出来る。

第５図はベズル（24）の隅部に設ける走査型光送受器
（35a），（35b）の他の実施例を示すもので、ターンテ
ーブル（42）の中心には中心孔を有し、モータ軸（45）
も中空と成されている。ターンテーブル（42）上には中
心孔上にプリズム（43）が載置され、ターンテーブル
（42）はモータ（44）で矢印方向に回動されて角度θ_ａ
だけ走査される。発光素子（28a）からの光はファイバ
ーオブテックス（26a）を通してプリズム（43）を底面
から入射し、45゜の傾斜面で反射されて垂直面から出射
して、例えば光回帰性反射体（36）を構成する透明微細
球（40）に入射した光ビーム（39）は反射されて、プリ
ズム（43）の垂直面に入射し、45゜の傾斜面で反射され
て底面からファイバーオブテックス（26a）を介して受
光素子（27a）に達する。この様な走査型光送受器（35
a）であればベズル（24）の隅部にターンテーブル（4
2）とプリズム（43）を配し、モータ（44）や受光素子
（27a）、発光素子（28a）をベズル（24）外に配置する
ことが極めて容易となる。

本例の座標入力装置は叙上の様に構成させたので分解
能は透明微細球（40）の直径で定まり、例えば70μの微
細球を用いれば極めて高分解能のタッチパネルが得られ
る。又、２組の走査型光送受器で送受光するので簡単な
構成で廉価なタッチパネルが得られる。更にベズルの側
内面の奥行は浅くて済むので、意匠的にも自由なものが
選べる。更に、光回帰性反射面で光ビームのほとんどが
反射されるために受光素子では、感度が高い検出信号が
得られて周囲ノイズによる誤動作が減少する。依って大
型のCRTに適した座標入力系が得られる。又、光回帰性
反射体をバーコード化したり、サイン目盛化して位置情
報を事前に座標変換させることも容易である等の多くの
効果を有する。

上述の実施例では、本例をタッチパネルに適用した場
合を説明したがキーボードやデジタイザにも適用出来る
ことは勿論である。

又、上述の各実施例では光回帰性反射面として透明微
細球をベズルに形成した場合を説明したが、この透明微
細球に代えてフライアイレンズやレンティキュラ等にし
てもよい。

尚、本発明は叙上の実施例に限定されることなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば座標面の格子ピッチを1mm間隔とする
様な高解像度の座標入力装置とすることも出来る。又、
発光及び受光素子数が２組の走査型光送受器でよいので
光送受素子が少なくてすみ、低パワーの発光素子でも光
回帰性反射体でほとんどの光ビームが反射されて受光素
子へ戻るための検出出力が大きく、周囲ノイズの影響を
受けにくい構造簡単な座標入力装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の座標入力装置の一実施例を示す系統
図、第２図は光回帰性反射体の模式図、第３図は光回帰
性反射体の塗布方法を説明する図、第４図は本発明の座
標入力装置の他の実施例を示す斜視図、第５図は走査機
構の模式図、第６図乃至第12図は従来装置の一例を示す
図である。（９）はCRT、（24）はベズル、（24R）はベズルの右側
内面、（24U）はベズルの上側内面、（35a），（35b）
は走査型光送受器、（36）は光回帰性反射体である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】四辺形の座標面と、上記座標面を囲繞する様に形成された枠体と、上記座標面の少なくとも２つの略隅部に配設された走査
型光送受手段と、上記少なくとも２つの走査型光送受手段と対向する上記
座標面の少なくとも２辺に沿って、上記少なくとも２つ
の走査型光送受手段からの光ビームの走査角を三角関数
変換した値が、その走査角の光ビームが到達する枠体内
面の箇所に光回帰性反射体によってバーコードとして配
列された光反射体と、上記座標面に指等で入力した入力座標は上記光反射体か
ら反射されずに遮られて、上記少なくとも２つの走査型
光送受手段で得られるバーコードデータ値から、上記座
標面上の入力座標位置を特定する座標特定手段を具備し
たことを特徴とする座標入力装置。