JP3194673B2 - 光学式タッチパネルおよびそれを用いた入力座標検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高精度な光学式タッ
チパネルおよびそれを用いた入力座標検出方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学式タッチパネルとして図６に
示すようなものがある。この光学式タッチパネル１は、
矩形の表示画面２の隣合う二辺２a,２bに沿って配列さ
れた複数の発光素子３,３,…と、残りの二辺２c,２dに
沿って各発光素子３に対向して配列された受光素子４,
４,…とを有している。そして、制御回路(図示せず)に
駆動されて発光素子３,３,…が一斉に発光すると、その
光は対向する受光素子４によって検出される。例えば、
発光素子３aから発せられた光は受光素子４aによって検
出され、発光素子３bから発せられた光は受光素子４bに
よって検出される。

【０００３】光を検出した各受光素子４,４,…からの出
力信号は検出回路(図示せず)に送出されて解析処理さ
れ、表示画面２上における操作者が指等で触れた座標が
検出される。すなわち、操作者が表示画面２上の任意の
位置に触れると特定の光の経路が遮られ、その経路上に
ある特定の受光素子４,４からの出力信号の出力が低下
する。したがって、この出力低下した受光素子４,４の
位置から、表示画面２上における操作者が触れた座標が
検出されるのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光学式タッチパネルにおいては、発光素子３,３,…
と同数の受光素子４,４,…を必要とし、さらに加えて、
各受光素子４,４,…と処理回路とを結線するために配線
基板を必要とする。したがって、製造コストが高く付く
という問題がある。また、上記表示画面２上の検出座標
の分解能は受光素子３の数で決まってしまい、その分解
能よりも大きくはできないという問題点もある。

【０００５】そこで、この発明の目的は、部品数を大幅
に削減して製造コストを低減でき、且つ、検出精度を大
幅に高めることができる光学式タッチパネルおよびそれ
を用いた入力座標検出方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明の光学式タッチパネルは、矩形
の表示画面における隣接する二辺に沿って配列されて上
記表示画面の対向する辺に向かって光を放射する複数の
発光素子と、上記各発光素子を駆動して光を放射させる
駆動回路と、上記表示画面における上記発光素子が配列
されていない二辺の夫々に沿って配置されて,上記発光
素子から放射された光を,上記発光素子が配列されてい
ない二辺の交差位置に向かって,個々の発光素子内にお
ける光の位置関係を保って導く光ガイド部材と、上記表
示画面における発光素子が配列されていない二辺の交差
位置近傍に配置されると共に,上記光ガイド部材によっ
て導かれてくる光を取り込んで,個々の発光素子からの
光の遮蔽領域に応じた重心位置を表す信号を出力するポ
ジションセンサと、上記ポジションセンサからの信号を
受けて,上記表示画面上における入力座標を検出する検
出回路を備えたことを特徴としている。

【０００７】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
係る発明の光学式タッチパネルにおいて、上記光ガイド
部材は、一端を上記ポジションセンサに対向して積層さ
れた夫々長さの異なる複数枚の薄板で構成されると共
に、上記各薄板は透光性を有して上記各発光素子の何れ
か一つに対応しており、各薄板における他端には対応す
る発光素子から入射された光を上記一端に向けて反射す
る所定頂角を有する平反 射面を備えていることを特徴と
している。

【０００８】また、請求項３に係る発明は、請求項１あ
るいは請求項２に係る発明の光学式タッチパネルを用い
た入力座標検出方法であって、上記発光素子の夫々に順
次駆動パルスを印加して,一列に配列された発光素子を
一端から他端に向かって所定時間ずつ順次発光させて走
査し、上記各発光素子に対する駆動パルスの印加に同期
して上記ポジションセンサからの信号を検出し、上記ポ
ジションセンサからの検出信号に基づいて,個々の発光
素子からの入射光の遮蔽領域に応じた重心座標を得、上
記得られた全発光素子に係る上記重心座標のパターンと
基準パターンとを用いて,上記発光素子からの光を遮る
遮蔽物の座標を上記表示画面上における入力座標として
求めることを特徴としている。

【０００９】

【作用】請求項１に係る発明では、駆動回路の動作によ
って、矩形の表示画面における隣接する二辺に沿って配
列された複数の発光素子から対向する辺に向かって光が
順次放射される。そうすると、上記発光素子からの光
は、上記発光素子が配列されていない二辺の夫々に沿っ
て配置された光ガイド部材に入射される。そして、この
光ガイド部材によって、上記発光素子が配置されていな
い二辺の交差位置近傍に設置されたポジションセンサに
向かって、個々の発光素子内における光の位置関係を保
って導かれる。

【００１０】こうして、上記表示画面における発光素子
が配置されていない二辺の交差位置に導かれた光は上記
ポジションセンサに取り込まれ、このポジションセンサ
によって、個々の発光素子からの光の遮蔽領域に応じた
重心位置を表す信号が出力される。そして、上記ポジシ
ョンセンサから出力された信号に基づいて、検出回路に
よって、上記各発光素子からの光を遮る遮蔽物の位置が
検出されて上記表示画面上における入力座標が検出され
る。

【００１１】また、請求項２に係る発明では、上記発光
素子から出射された光は、上記光ガ イド部材における一
端を上記ポジションセンサに対向して積層された複数枚
の薄板の何れかに入射される。そして、他端に設けられ
た所定頂角を有する平反射面によって上記一端に向けて
反射されて、個々の発光素子内における光の位置関係を
保って上記ポジションセンサに入射される。こうして、
上記ポジションセンサによって、個々の発光素子からの
光の遮蔽領域に応じた重心位置を表す信号が出力される
のである。

【００１２】また、請求項３に係る発明では、上記発光
素子の夫々に順次駆動パルスが印加されて上記発光素子
が順次発光されて走査される。一方、上記各発光素子に
対する駆動パルスの印加に同期してポジションセンサか
らの信号が検出される。そして、上記ポジションセンサ
からの検出信号に基づいて、個々の発光素子からの入射
光の遮蔽領域に応じた重心座標が得られる。さらに、こ
うして得られた全発光素子に係る上記重心座標のパター
ンが求められ、この求められたパターンと基準パターン
とを用いて、上記発光素子からの光を遮る遮蔽物の座標
が上記表示画面上における入力座標として求められる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明を図示の実施例により詳細に
説明する。図１は本実施例の光学式タッチパネルの構造
を示す。この光学式タッチパネル１１は、矩形の表示画
面１２の隣合う二辺１２a,１２bに沿って、各辺毎に１
０個ずつ発光素子１３,１３,…を配列している。また、
表示画面１２の残りの二辺１２c,１２dの夫々には光ガ
イド部材１４,１４を配置し、表示画面２における二辺
１２c,１２dの交差位置には、光ガイド部材１４,１４の
夫々の一辺に沿ってポジションセンサ(以下、ＰＳＤと
略称する)１５,１５を設置している。但し、図１におい
ては、上記光ガイド部材１４は概念的に表現してある。

【００１４】上記各発光素子１３,１３,…は、駆動回路
１６によって駆動されて、上記表示画面２の面に平行で
且つ辺１２a,１２bに垂直な方向に光を発する。例え
ば、辺１２bに沿って図中上端に位置する発光素子１３a
は図中右向きに光Ｌaを発し、辺１２aに沿って図中右端
に位置する発光素子１３bは図中下向きに光Ｌbを発す
る。

【００１５】上記光ガイド部材１４,１４は、表示画面
１２の二辺１２c,１２dを通過して入射された光を反射
して、入射時の光の位置関係を残したままＰＳＤ１５,
１５側に導く。そうすると、ＰＳＤ１５,１５は、光ガ
イド部材１４,１４からの光を受けて、受けた光の重心
位置を表す電気信号を出力する。そして、ＰＳＤ１５,
１５からの電気信号は、検出回路１７によって解析処理
されて表示画面１２上における操作者によって触れられ
た入力座標が検出される。上記構成の光学式タッチパネ
ル１１の分解能は、発光素子１３,１３,…の数のみなら
ず、ＰＳＤ１５,１５による光の重心位置検出精度をも
加味した分解能が得られるのである。

【００１６】図２は上記光ガイド部材１４の詳細図であ
り、図２(a)は平面図、図２(b)は表示画面１２側から見
た側面図、図２(c)はＰＳＤ１５側から見た側面図であ
る。光ガイド部材１４は、夫々長さの異なる１０枚(表
示画面１２の一辺に配置された発光素子１３の数)の薄
板２１〜３０を積層した形状を有している。各薄板２
１,…,３０は１０個の発光素子１３,１３,…の何れか一
つに対応しており、各薄板２１,…,３０の反ＰＳＤ１５
側には、対応する発光素子１３,…,１３から放射されて
側面２１a,…,３０aから入射された光Ｌ1,…,Ｌ10をＰ
ＳＤ１５側へ反射する頂角θ＝４５°の反射面２１b,
…,３０bを有している。上記各薄板２１,…,３０の側面
２１a,…,３０aは一つの入射面１４aを構成しており、
光の出射面１４cは入射面１４aに対して直角になってい
る。

【００１７】上記構成の光ガイド部材１４の各薄板２１
〜３０は、透光性の樹脂あるいはガラスを成型したり切
削して作成する。そして、光を効率良く導くために、入
射面１４a・反射面２１b,…,３０b・出射面１４cには鏡面
仕上げを施し、特に、反射面２１b,…,３０bにはメッキ
等の金属コーティングを施す。

【００１８】上記反射面２１b,…,３０bで反射された光
Ｌ1,…,Ｌ10は、夫々平行で異なる高さの経路で光ガイ
ド部材１４内を進み、出射面１４cからＰＳＤ１５に個
々の発光素子１３内における光の位置関係を有して入射
される。

【００１９】上記構成の光学式タッチパネル１１は次の
ようにして駆動される。図３は、上記駆動回路１６によ
る各発光素子１３,…,１３の駆動タイミングおよび検出
回路１７による座標検出タイミングを示すタイミングチ
ャートである。先ず、図３(a)に示すように、上記駆動
回路１６によって、辺１２aに沿って配列された１０個
の発光素子１３,…,１３(以下、列発光素子と言う)に順
に駆動パルスが印加される。次に、辺１２bに沿って配
列された１０個の発光素子１３,…,１３(以下、行発光
素子と言う)に順に駆動パルスが印加される。こうし
て、列発光素子１３と行発光素子１３とを走査して、順
次発光させるのである。

【００２０】一方、上記検出回路１７は、図３(b)に示
すように、上記発光素子駆動パルスに同期したタイミン
グで、ＰＳＤ１５,１５からの出力信号を検出する。こ
こで、今、図４に示すように、上記表示画面１２上にお
ける座標(３,２)の位置に指等の光遮蔽物が存在すると
する。そうすると、検出回路１７によって図３(c)に示
すような検出信号が得られる。一方、上記検出回路１７
の内部メモリには、表示画面１２上に光遮蔽物が存在し
ておらず総ての発光素子１３,…,１３からの光が受光さ
れた場合の検出信号のパターンを基本パターン(図３
(e))として格納している。そして、検出回路１７は、得
られた図３(c)に示す検出信号のパターンと、図３(e)に
示す基本パターンとを比較して、検出信号が抜けている
座標(３,２)を表示画面１２上における入力座標として
検出するのである。

【００２１】また、上述のように、ＰＳＤ１５,１５
は、受光した光の重心位置を表すパルス信号を出力す
る。したがって、図５に示すように、上記表示画面１２
上における隣接する発光素子１３aと発光素子１３cとの
中間に光遮蔽物が存在した場合には、検出回路１７によ
って、図３(d)に示すように、光の遮蔽量に応じて座標
が基本位置からずれた検出信号が得られる。

【００２２】この場合には、得られた図３(d)に示す検
出信号のパターンと、図３(e)に示す基本パターンとを
比較して、検出信号が抜けているＹ座標として“１"と
“２"の二つのＹ座標が得られる。そして、検出回路１
７は、二つのＹ座標の平均値を算出して、座標(３,１.
５)を表示画面１２上における入力座標として検出する
のである。このように、上記ＰＳＤ１５,１５を用いる
ことによって、受光した光の重心位置を表す検出信号を
得ることができ、各発光素子１３の間に位置する入力座
標をも検出できる。したがって、本実施例によれば、発
光素子１３の数はそのままでより高分解能を得ることが
できるのである。

【００２３】このように、本実施例においては、矩形の
表示画面１２の隣接する二辺１２a,１２bに沿って複数
の発光素子１３,１３,…を配列する。また、残りの二辺
１２c,１２dに沿って光ガイド部材１４,１４を配置す
る。そして、各発光素子１３からの光は、当該発光素子
１３に対向する光ガイド部材１４で反射されて、入射時
における光の位置関係を残して二辺１２c,１２dの交差
位置近傍に設置されたＰＳＤ１５に入射される。上記Ｐ
ＳＤ１５,１５は受光した光の重心位置を表す信号を出
力する。したがって、図５に示すように、発光素子１３
aと発光素子１３cとの中間に光遮蔽物が存在した場合に
は光の遮蔽量に応じて座標がずれた検出信号を得ること
ができ、検出回路１７はこの検出信号に基づいて二つの
発光素子１３,１３の間に位置する入力座標をも算出で
きるのである。

【００２４】したがって、本実施例によれば、上記発光
素子１３の数を増やすことなく表示画面１２上における
入力位置の分解能を高めることができる。また、本実施
例における受光素子は、表示画面１２における一つのコ
ーナー部にのみ設ければよく、受光素子の数を大幅に削
減できる。また、上記受光素子としてのＰＳＤ１５,１
５を表示画面１２のコーナー部に設ければ良いので結線
基板が不必要となり、部品数を大幅に少なくできる。さ
らに、部品数が削減される結果、アセンブリも簡易化さ
れて製造コストが大幅に低減される。

【００２５】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１に係
る発明の光学式タッチパネルは、表示画面の隣接する二
辺に沿って複数の発光素子を配列し、上記発光素子から
の光を光ガイド部材によって他の二辺の交差位置近傍に
配置されたＰＳＤに個々の発光素子内の光の位置関係を
保ちつつ導き、上記ＰＳＤによって得られる個々の発光
素子からの光の遮蔽領域に応じた重心位置を表す信号に
基づいて、検出回路によって上記発光素子からの光を遮
る遮蔽物の座標を入力座標として検出するので、上記表
示画面上における上記発光素子が配列されていない二辺
に多数の受光素子を配列する必要がなく、受光素子の数
を大幅に削減できる。さらに、上記受光素子を結線する
ための配線基板が不要となる。すなわち、この発明によ
れば、部品数を大幅に削減して製造コストを低減できる
のである。さらに、この発明によれば、上記個々の発光
素子からの光の重心位置に基づいて上記発光素子の間に
位置する入力座標まで検出することができ、座標検出精
度を大幅に高めることができる。

【００２６】また、請求項２に係る発明の入力座標検出
方法は、上記光ガイド部材を、一端を上記ＰＳＤに対向
して積層された透光性を有する複数枚の薄板で構成する
と共に、上記各薄板を上記各発光素子の何れか一つに対
応させ、各薄板における他端には対応する発光素子から
入射された光を上記一端に向けて反射する所定頂角を有
する平反射面を設けたので、各発光素子からの光を、個
々の発光素子内における光の位置関係を的確に保って上
記ＰＳＤに導くことができる。

【００２７】また、請求項３に係る発明の入力座標検出
方法は、請求項１あるいは請求項２に係る発明の光学式
タッチパネルにおける上記一列に配列された発光素子を
一端から他端に向かって順次発光させて走査し、上記発
光素子の走査に同期して上記ＰＳＤからの信号を検出
し、上記ＰＳＤからの検出信号に基づいて個々の発光素
子からの入射光の遮蔽領域に応じた重心座標を得、上記
得られた全発光素子に係 る上記重心座標のパターンと基
準パターンとを用いて上記表示画面上における入力座標
を求めるので、上記発光素子の間に位置する入力座標ま
で検出することができる。したがって、この発明によれ
ば、光学式タッチパネルによる座標検出精度を発光素子
数を増加することなく大幅に高めることができる。さら
に、上記個々の発光素子からの光の重心位置に基づい
て、上記発光素子の間に位置する入力座標まで検出する
ことができる。したがって、座標検出精度を大幅に高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光学式タッチパネルにおける構造図
である。

【図２】図１における光ガイド部材の一実施例を示す図
である。

【図３】図１における駆動回路による発光素子の駆動タ
イミングおよび検出回路による座標検出タイミングを示
す図である。

【図４】図１における表示画面上の光遮蔽物の位置と各
発光素子からの光路を示す図である。

【図５】図４とは異なる光遮蔽物の位置と各発光素子か
らの光路を示す図である。

【図６】従来の光学式タッチパネルにおける構造図であ
る。

【符号の説明】

１１…光学式タッチパネル、 １２…表示画面、
１３…発光素子、 １４…光ガイド部
材、１５…ＰＳＤ、 １６…駆動回
路、１７…検出回路、 ２１〜３０…
薄板、２１a〜３０a…側面、 ２１b〜３
０b…反射面。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 矩形の表示画面における隣接する二辺に
   沿って配列されて、上記表示画面の対向する辺に向かっ
   て光を放射する複数の発光素子と、 上記各発光素子を駆動して光を放射させる駆動回路と、 上記表示画面における上記発光素子が配列されていない
   二辺の夫々に沿って配置されて、上記発光素子から放射
   された光を、上記発光素子が配列されていない二辺の交
   差位置に向かって、個々の発光素子内における光の位置
   関係を保って導く光ガイド部材と、 上記表示画面における発光素子が配列されていない二辺
   の交差位置近傍に配置されると共に、上記光ガイド部材
   によって導かれてくる光を取り込んで、個々の発光素子
   からの光の遮蔽領域に応じた重心位置を表す信号を出力
   するポジションセンサと、 上記ポジションセンサからの信号を受けて、上記表示画
   面上における入力座標を検出する検出回路を備えたこと
   を特徴とする光学式タッチパネル。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光学式タッチパネルに
   おいて、 上記光ガイド部材は、一端を上記ポジションセンサに対
   向して積層された夫々長さの異なる複数枚の薄板で構成
   されると共に、上記各薄板は透光性を有して上記各発光
   素子の何れか一つに対応しており、各薄板における他端
   には対応する発光素子から入射された光を上記一端に向
   けて反射する所定頂角を有する平反射面を備えているこ
   とを特徴とする光学式タッチパネル。
3. 【請求項３】 請求項１あるいは請求項２に記載の光学
   式タッチパネルを用いた入力座標検出方法であって、 上記発光素子の夫々に順次駆動パルスを印加して、一列
   に配列された発光素子を一端から他端に向かって所定時
   間ずつ順次発光させて走査し、 上記各発光素子に対する駆動パルスの印加に同期して上
   記ポジションセンサからの信号を検出し、 上記ポジションセンサからの検出信号に基づいて、個々
   の発光素子からの入射 光の遮蔽領域に応じた重心座標を
   得、 上記得られた全発光素子に係る上記重心座標の パターン
   と基準パターンとを用いて、上記発光素子からの光を遮
   る遮蔽物の座標を上記表示画面上における入力座標とし
   て求める入力座標検出方法。