JP3966592B2

JP3966592B2 - 光走査型タッチパネル

Info

Publication number: JP3966592B2
Application number: JP34974097A
Authority: JP
Inventors: 安津夫飯田; 聡佐野; 文彦中沢; 伸康山口; 文隆安部
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2017-12-18
Also published as: JPH11184618A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータの表示画面等をタッチするための目標区域として規定された平面の範囲とし、その平面をタッチして情報を入力する光走査型タッチパネルに関し、特にその光学系の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータ等の画面に表示された情報に対してタッチ方式にて入力操作を行なう場合には、その表示画面上での接触位置（指示位置）を高精度に検出する必要がある。このような座標面となる表示画面上の指示位置を検出する方法として、「キャロル方式」（米国特許４，２６７，４４３号）が知られている。この方法は、表示画面の前面の枠に発光素子と受光素子とを対向配置させることによって表示画面の前面に光のマトリックスを構成し、指またはペンの接触による光の遮断位置を検出している。この方法では、高いＳ／Ｎが得られて大型の表示装置に適用を拡張させることも可能であるが、発光素子及び受光素子の配置間隔に検出の分解能が比例するので、検出の分解能を高めるためにはその配置間隔を狭くする必要がある。従って、大画面に対してペン先等のような細い物で接触した場合にもその接触位置を精度良く検出するためには、配置すべき発光素子及び受光素子の数が増大し、構成が大嵩になると共に、信号処理も複雑になるという問題がある。
【０００３】
また、他の光学的な位置検出方法が、特開昭５７−２１１６３７号公報に開示されている。この方法は、レーザ光線のような絞った光を表示画面の外側から角度走査し、反射体を有する専用ペンからの反射光の２つのタイミングから専用ペンが存在する角度をそれぞれ求め、求めた角度を三角測量の原理にあてはめて位置座標を計算にて検出する。この方法では、部品点数を大幅に削減でき、また、高い分解能を有することも可能である。しかしながら、専用の反射ペンを利用しなければならない等、操作性に問題があり、また、指，任意のペン等の位置は検出することができない。
【０００４】
更に他の光学的な位置検出方法が、特開昭６２−５４２８号公報に提案されている。この方法は、表示画面の両側枠に光再帰性反射体を配置し、角度走査した光線のこの光再帰性反射体からの戻り光を検知し、指またはペンによって光線が遮断されるタイミングから指またはペンの存在角度を求め、求めた角度から三角測量の原理にて位置座標を検出する。この方法では、部品点数が少なくて検出精度を維持でき、指，任意のペン等の位置も検出できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発光器から発光された光の光路と、受光器に受光される光の光路とが同一で、その途中にハーフミラー等の光分離器を配置する構成が多く採られている。しかし、そのような光分離器として用いられるハーフミラーでは、発光器から受光器へ直接受光される光が存在するため、それがノイズとなって測定結果に影響する可能性があった。
【０００６】
また、従来のこの種の装置では、走査光を発光する発光器は、それが発光する光の光軸が走査面と平行になるように配置されている場合が多く、また反射してきた走査光を受光する受光器も、その受光する光の指向方向が走査面と平行になるように配置されている場合が多かった。このため、光送受部が比較的大型化して装置全体の小型化の障害となっている場合が多かった。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ハーフミラーを使用した場合の光分離器の欠点を排除した光走査型タッチパネルを提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の他の目的は、光送受部をより小型可能な光走査型タッチパネルを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、タッチするための目標区域として規定された平面の範囲の周辺に、少なくとも２組の光送受ユニット及び光再帰性反射体を設けた光走査型タッチパネルであって、光送受ユニットは、発光器と、この発光器により発光された光を上述の平面の範囲と実質的に平行である面内で角度走査を行なう光走査部と、この光走査部により走査される光の光再帰性反射体による反射光を受光する受光器と、発光器が発光した光を光走査部へ通過させ、光再帰性反射体による反射光を受光器へ分離する光分離器とからなり、光分離器が、光再帰性反射体による反射光を受光器の方向へ反射させる反射面と、発光器が発光した光を光走査部へ通過させるための反射面とその背面との間を貫通する開口とを有すると共に前記反射面とその背面とが平行でないように構成された反射体を備えたことを特徴とする。
【００１０】
このような請求項１の発明では、発光器が発光した光を光走査部へ通過させるための反射体の反射面を貫通する開口が発光器から発生された光の開口制御を行なうと共に、反射体の反射面がその背面と平行でないことにより、発光器が発光した光が直接受光器に受光される割合が低くなる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、その反射面が上述の平面の範囲と交叉する反射鏡を更に備え、光走査部は、発光器が発光した光を上述の平面の範囲と交叉する面内に走査し、反射鏡は、光走査部が上述の平面の範囲と交叉する面内に走査した光を上述の平面の範囲と平行な面内に反射すべくなしてあることを特徴とする。
【００１４】
このような請求項２の発明では、発光器が発光した光が上述の平面の範囲と交叉する面内に光走査部により走査され、光走査部が上述の平面の範囲と交叉する面内に走査した光を反射鏡が上述の平面の範囲と平行な面内に反射するので、装置構成をより小型化出来る。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、反射鏡の反射面が上述の平面の範囲に対して４５°で交叉し、光走査部が発光器が発光した光を上述の平面の範囲と直交する面内に走査するように配置されていることを特徴とする。
【００１６】
このような請求項３の発明では、発光器が発光した光が上述の平面の範囲と直交する面内に光走査部により走査され、光走査部が上述の平面の範囲と直交する面内に走査した光を反射鏡が上述の平面の範囲と平行な面内に反射するので、装置構成をより小型化出来る。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、光走査部が３乃至６面の反射面を有するポリゴンミラーで構成されていることを特徴する。
【００１８】
このような請求項４の発明では、光走査部を構成するポリゴンミラーを小さく構成することが可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の光走査型タッチパネルの実施の形態の一例の基本構成を示す模式図である。
【００２１】
図１において参照符号１０は、パーソナルコンピュータ等の電子機器におけるＣＲＴまたはフラットディスプレイパネル（ＰＤＰ，ＬＣＤ，ＥＬ等），投射型映像表示装置等の表示画面であり、本実施の形態では横方向９２．０ｃｍ×縦方向５１．８ｃｍで対角１０５．６ｃｍの表示寸法を有するＰＤＰ（プラズマディスプレイ）の表示画面として構成されている。
【００２２】
遮断物（指示物）Ｓによりタッチするための目標区域として規定された平面の範囲であるこの長方形の表示画面１０の一つの短辺（本実施の形態では右側の辺）の両隅の外側には、発光素子，受光素子，ポリゴンミラー等を含む光学系を内部に有する光送受ユニット１ａ，１ｂがそれぞれ設けられている。また、表示画面１０の右側の辺を除く３辺、つまり、上下両側の辺及び左側の辺の外側には再帰性反射シート７が設けられている。これらの部品は筐体の前面側に設置されている図示しない庇状の遮蔽体により遮蔽された状態で配置されている。
【００２３】
なお、参照符号７０は光遮蔽部材である。この光遮蔽部材７０は、両光送受ユニット１ａ，１ｂ間で直接光が入射されないように、具体的には光送受ユニット１ａから投射された光が光送受ユニット１ｂへ入射されないように、また逆に光送受ユニット１ｂから投射された光が光送受ユニット１ａへ入射されないように、両光送受ユニット１ａ，１ｂを結ぶ線上に設けられている。またこの光遮蔽部材７０は、光の反射率が実用上”０”である物体で、再帰性反射シート７の高さとほぼ同じ程度の高さに構成されている。
【００２４】
また、参照符号Ｓは遮断物（指示物）としての人の指の断面を示している。
【００２５】
図２は、光送受ユニット１ａ，１ｂの内部構成及び光路を示す模式図である。両光送受ユニット１ａ，１ｂは、赤外線レーザを出射するレーザダイオードからなる発光素子１１ａ，１１ｂと、発光素子１１ａ，１１ｂからのレーザ光を平行光にするためのコリメータレンズ１２ａ，１２ｂと、再帰性反射シート７からの反射光を受光する受光素子１３ａ，１３ｂと、受光素子１３ａ，１３ｂに入射される表示画面，照明灯等からの外部光の可視光成分を遮断する可視光カットフィルタ１４ａ，１４ｂと、反射光を受光素子１３ａ，１３ｂに導くためのビームスプリッタ１５ａ，１５ｂと、発光素子１１ａ，１１ｂからのレーザ光を角度走査するための本実施の形態では４角形のポリゴンミラー１６ａ，１６ｂと等を有する。
【００２６】
なお、参照符号１８ａ，１８ｂはタイミング検出用受光素子であり、各１走査の開始時点においてポリゴンミラー１６ａ，１６ｂから走査されたレーザ光を受光することにより、同期信号のタイミングを決定し、またポリゴンミラー１６ａ，１６ｂの回転速度の補正のための情報の生成に利用される。
【００２７】
発光素子１１ａ，１１ｂから出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１２ａ，１２ｂにて平行光にされ、後述するビームスプリッタ１５ａ，１５ｂの開口（アパーチャ）１５３ａ，１５３ｂ（図５参照）を通過した後、ポリゴンミラー１６ａ，１６ｂの回転によって表示画面１０と実質的に平行である面内を角度走査されて再帰性反射シート７に投射される。そして、再帰性反射シート７からの反射光が、ポリゴンミラー１６ａ，１６ｂ及びビームスプリッタ１５ａ，１５ｂにて反射された後、可視光カットフィルタ１４ａ，１４ｂを通って、受光素子１３ａ，１３ｂに入射される。但し、投射光の光路に遮断物（指示物）が存在する場合には投射光が遮断されるため、反射光は受光素子１３ａ，１３ｂに入射されることはない。
【００２８】
なお、ポリゴンミラー１６ａ，１６ｂの回転により、９０度以上のレーザ光の角度走査が実現される。
【００２９】
図１に戻って、各光送受ユニット１ａ，１ｂには、発光素子１１ａ，１１ｂを駆動する発光素子駆動回路２ａ，２ｂと、受光素子１３ａ，１３ｂの受光量を電気信号に変換する受光信号検出回路３ａ，３ｂと、ポリゴンミラー１６ａ，１６ｂの動作を制御するポリゴン制御回路４とが接続されている。また、参照符号５は指，ペン等の遮断物（指示物）Ｓの位置，大きさを計測演算すると共に、装置全体の動作を制御するＭＰＵであり、６はＭＰＵでの計測結果等を表示する表示装置である。
【００３０】
このような本発明の光走査型タッチパネルにおいては、図１に示されているように、たとえば光送受ユニット１ｂに関して説明すると、光送受ユニット１ｂからの投射光は、まずタイミング検出用受光素子１８ｂに入射する位置から光遮蔽部材７０により遮蔽される位置を経て図１上で反時計方向回りに走査され、再帰性反射シート７の先端部分で反射される位置（Ｐｓ）に至って走査開始位置になる。そして、遮断物Ｓの一端に至る位置（Ｐ１）にいたるまでは再帰性反射シート７により反射されるが、遮断物Ｓの他端に至る位置（Ｐ２）までの間は遮断物Ｓによって遮断され、その後の走査終了位置（Ｐｅ）に至るまでは再帰性反射シート７により反射される。
【００３１】
但し、光送受ユニット１ａでは、図１上で時計方向回りに光の走査が行なわれる。ここで、光送受ユニット１ａは図１上で時計回り方向に表示画面１０の下辺側を走査開始方向とし、逆に光送受ユニット１ｂは図１上で反時計回り方向に表示画面１０の上辺側を走査開始方向とする理由について説明する。
【００３２】
たとえば光送受ユニット１ｂの場合には、表示画面１０の上辺側または左辺側のいずれを走査開始方向としてもよいが、光送受ユニット１ｂから見た場合、表示画面１０の上辺の方が下辺よりも距離的に近いために反射光量が大であること、及び再帰性反射シート７の反射面が表示画面１０の上辺ではほぼ直角であるために反射光量が大であることにより、表示画面１０の上辺側を走査開始方向としている。換言すれば、光送受ユニット１ｂの場合に表示画面１０の下辺側を走査開始方向とすると、表示画面１０の下辺の方が上辺よりも距離的に遠いため、走査開始時点の反射光量が小さくなり、また再帰性反射シート７の反射面が湾曲しているために反射光量が小さくなる。但し、再帰性反射シート７の湾曲に関しては本質的な問題ではなく、湾曲させないような構成を採ることも勿論可能である。
【００３３】
ところで、前述の図２は両光送受ユニット１ａ，１ｂにおける光路及び動作を説明するための模式図であって、本発明の光走査型タッチパネルでは両光送受ユニット１ａ（１ｂ）は実際には図３の平面図及び図４の側面図に示されているように構成されている。なお、図５はビームスプリッタの詳細な構成を示す模式的側面図である。
【００３４】
光送受ユニット１ａ（１ｂ）は、筐体１０ａ（１０ｂ）内部に半導体レーザ発生装置等の発光素子１１ａ（１１ｂ）と、再帰性反射シート７からの反射光を受光する受光素子１３ａ（１３ｂ）とを収納しており、上面には発光素子１１ａ（１１ｂ）の直上部分にプリズムミラー１７ａ（１７ｂ）が配置されており、受光素子１３ａ（１３ｂ）の直上部分にはビームスプリッタ１５ａ（１５ｂ）が配置されている。更に、筐体１０ａ（１０ｂ）の上面のビームスプリッタ１５ａ（１５ｂ）を挟んでプリズムミラー１７ａ（１７ｂ）の逆側の部分にはポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）が図示しないパルスモータのモータ軸に取り付けられている。
【００３５】
なお、前述の如く、発光素子１１ａ（１１ｂ）とプリズムミラー１７ａ（１７ｂ）との間にはコリメータレンズ１２ａ（１２ｂ）が、ビームスプリッタ１５ａ（１５ｂ）と受光素子１３ａ（１３ｂ）との間には可視光カットフィルタ１４ａ（１４ｂ）がそれぞれ配置されている。
【００３６】
図５はビームスプリッタ１５ａの具体的な構成を示す側面図である。ビームスプリッタ１５ａは、プリズムミラー１７ａとポリゴンミラー１６ａとの間のレーザ光の光路に対してポリゴンミラー１６ａに面する反射面（以下、主反射面という）１５１ａが４５°の角度になるように、プリズムミラー１７ａに面する反射面（以下、副反射面という）１５２ａが４５°ではない角度（図５に示されている例では５０°程度）になるように、Ｖ字状の側断面に形成されている。更にビームスプリッタ１５ａには主反射面１５１ａに対して４５°の角度の開口１５３ａがプリズムミラー１７ａとポリゴンミラー１６ａとの間のレーザ光の光路上に設けられている。この開口１５３ａの直径は本実施の形態では１ミリ程度である。
【００３７】
なお、ビームスプリッタ１５ｂも同一に構成されており、以下の説明で必要な場合にはビームスプリッタ１５ａの各構成要素の末尾の「ａ」を「ｂ」に代えて記述する。
【００３８】
以上のような光送受ユニット１ａ（１ｂ）の構成により、発光素子１１ａ（１１ｂ）から発光されたレーザ光はコリメータレンズ１２ａ，１２ｂにて平行光にされ、プリズムミラー１７ａ（１７ｂ）により屈折してビームスプリッタ１５ａ（１５ｂ）の開口１５３ａ（１５３ｂ）を通過してポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）で反射し、再帰性反射シート７へ投射される。
【００３９】
ところで、レーザ光の内の開口１５３ａ（１５３ｂ）を通過しない部分はビームスプリッタ１５ａ（１５ｂ）の副反射面１５２ａ（１５２ｂ）で反射される。この際、副反射面１５２ａ（１５２ｂ）はプリズムミラー１７ａ（１７ｂ）から投射されるレーザ光の光軸に対しては４５°ではない角度に設置されているため、副反射面１５２ａ（１５２ｂ）で反射されたレーザ光がたとえビームスプリッタ１５ａ（１５ｂ）のケーシングの天面で反射されたとしても、受光素子１３ａ（１３ｂ）へ入射する可能性は非常に少ない。このことは、受光素子１３ａ（１３ｂ）での受光信号へのノイズの混入を防止する効果がある。
【００４０】
再帰性反射シート７で反射された光はポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）へ戻って反射し、ビームスプリッタ１５ａ（１５ｂ）の主反射面１５１ａ（１５１ｂ）に入射して受光素子１３ａ（１３ｂ）側へ反射し、可視光カットフィルタ１４ａ（１４ｂ）を通過して最後に受光素子１３ａ（１３ｂ）に受光される。この際、主反射面１５１ａ（１５１ｂ）の開口１５３ａ（１５３ｂ）の部分に入射した光はそのままプリズムミラー１７ａ（１７ｂ）方向へ通過して受光素子１３ａ（１３ｂ）方向へ反射することはない。しかし、開口１５３ａ（１５３ｂ）をそのまま通過する光はわずかであるので、実用上の問題はない。
【００４１】
ところで、上述の図３において示されているように、本発明の光走査型タッチパネルの光送受ユニット１ａ（１ｂ）では、発光素子１１ａ（１１ｂ）はそれからポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）に至る光路が発光素子１１ａ（１１ｂ）側で表示画面１０の縁辺からより遠ざかるように、また受光素子１３ａ（１３ｂ）はそれにポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）から至る光路が受光素子１３ａ（１３ｂ）側で表示画面１０の縁辺からより遠ざかるようにそれぞれ筐体１０ａ（１０ｂ）に配置されている。
【００４２】
このような発光素子１１ａ（１１ｂ）及び受光素子１３ａ（１３ｂ）の配置は、ポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）による走査光がビームスプリッタ１５ａ（１５ｂ）及びプリズムミラー１７ａ（１７ｂ）に遮られて表示画面１０方向へ十分に走査されないという問題を解決するために採られている。
【００４３】
更に、本発明の光走査型タッチパネルの光送受ユニット１ａ（１ｂ）では、発光素子１１ａ（１１ｂ）はそのレーザ光の発光方向が表示画面１０と、換言すればポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）による走査面と直交するように筐体１０ａ（１０ｂ）内に配置されており、また受光素子１３ａ（１３ｂ）もその受光の指向性の方向が表示画面１０と、換言すればポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）による走査面と直交するように筐体１０ａ（１０ｂ）内に配置されている。
【００４４】
このような発光素子１１ａ（１１ｂ）及び受光素子１３ａ（１３ｂ）の配置は、発光素子１１ａ（１１ｂ）をそのレーザ光の発光方向が表示画面１０と、換言すればポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）による走査面と平行になるように筐体１０ａ（１０ｂ）上に配置するよりも、また受光素子１３ａ（１３ｂ）をその受光の指向性の方向が表示画面１０と、換言すればポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）による走査面と平行になるように筐体１０ａ（１０ｂ）上に配置するよりも、光送受ユニット１ａ（１ｂ）を小型化するために効果を奏する。
【００４５】
なお、本発明の光走査型タッチパネルでは上述の如く、発光素子１１ａ（１１ｂ）はそのレーザ光の発光方向がポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）による走査面と直交するように、また受光素子１３ａ（１３ｂ）もその受光の指向性の方向がポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）による走査面と直交するようにそれぞれ配置されているが、ある程度の角度、たとえば６０°等の角度で交叉するように配置しても同様の効果が発揮されることは言うまでもない。
【００４６】
ところで、図１に示されているように、再帰性反射シート７は両光送受ユニット１ａ，１ｂが配置されている辺を開口部とし、表示画面１０を囲むようにして”Ｕ”字状に配置されている。更に、参照符号７ａ，７ｂにて示されているように、両光送受ユニット１ａ，１ｂから再帰性反射シート７への光の投射角度が小さくなる部分、具体的には両光送受ユニット１ａ，１ｂが配置されている辺と直交する２辺（図１上では上側の辺と下側の辺）の両光送受ユニット１ａ，１ｂから遠い部分には鋸歯状に再帰性反射シートが設置されている。
【００４７】
このような再帰性反射シートの鋸歯状部分７ａ，７ｂにより、たとえば光送受ユニット１ｂからの投射光はＰｓの位置から再帰性反射シートの鋸歯状部分７ｂの一端の位置Ｐ３まで走査が進むに伴って再帰性反射シート７への入射角度が次第に小さくなるため反射光量もそれに伴って低下する。しかし、再帰性反射シートの鋸歯状部分７ｂの一端の位置Ｐ３から他端の位置Ｐ４までの間は再帰性反射シートの鋸歯状部分７ｂにほぼ直角に入射するので再帰性反射率のそれ以上の低下が回避される。
【００４８】
図６は、ＭＰＵ５と他の回路との関係を示すブロック図である。ポリゴン制御回路４は、ポリゴンミラー１６ａ，１６ｂを回転させるパルスモータ２１と、パルスモータ２１を駆動するパルスモータ駆動回路２２とを有する。
【００４９】
ＭＰＵ５は、発光素子駆動回路２ａ，２ｂに駆動制御信号を送り、その駆動制御信号に応じて発光素子駆動回路２ａ，２ｂが駆動されて、発光素子１１ａ，１１ｂの発光動作が制御される。受光信号検出回路３ａ，３ｂは、受光素子１３ａ，１３ｂ及びタイミング検出用受光素子１８ａ，１８ｂでの反射光の受光信号をＭＰＵ５へ送る。また、ＭＰＵ５は、パルスモータ２１を駆動するための駆動制御信号をパルスモータ駆動回路２２へ送る。ＭＰＵ５は、受光素子１３ａ，１３ｂ及びタイミング検出用受光素子１８ａ，１８ｂからの受光信号に基づいて、遮断物（指示物）の位置，大きさを計測し、その計測結果を表示装置６に表示する。なお、表示装置６は表示画面１０を兼用することも可能である。
【００５０】
また、ＭＰＵ５は、計時機能を有する２つのタイマ（第１タイマ２４ａと第２タイマ２４ｂ）、及び、想定される遮断物（指示物）の大きさの情報を記憶しておくための読出し専用メモリ（ＲＯＭ）２５と書き込み可能なメモリ（ＲＡＭ）２６とを内蔵している。
【００５１】
次に、本発明の光走査型タッチパネルによる位置検出動作について、その原理を示す図７の模式図を参照して説明する。但し、図７では光送受ユニット１ａ，１ｂ、再帰性反射シート７，表示画面１０以外の構成部材は図示を省略している。また、指示物として指を用いた場合を示している。
【００５２】
ＭＰＵ５はポリゴン制御回路４を制御することにより、光送受ユニット１ａ，１ｂ内のポリゴンミラー１６ａ，１６ｂを回転させて、発光素子１１ａ，１１ｂからのレーザ光を角度走査する。この結果、再帰性反射シート７からの反射光が受光素子１３ａ，１３ｂに入射する。このようにして受光素子１３ａ，１３ｂに入射した光の受光量は受光信号検出回路３ａ，３ｂの出力である受光信号として得られる。なお、図７において、θ00，φ00は両光送受ユニット１ａ，１ｂを結ぶ基準線から両タイミング検出用受光素子１８ａ，１８ｂまでの角度を、θ０，φ０は両光送受ユニット１ａ，１ｂを結ぶ基準線から再帰性反射シート７の端部までの角度を、θ１，φ１は基準線から遮断物（指示物）の基準線側端部までの角度を、θ２，φ２は基準線から遮断物（指示物）の基準線と逆側端部までの角度をそれぞれ示している。
【００５３】
図８のタイミングチャートに、受光素子１３ａ，１３ｂ及びタイミング検出用受光素子１８ａ，１８ｂでの受光信号の波形を示す。まず、走査角度がθ00（φ00) においてタイミング検出用受光素子１８ａ（１８ｂ）が光送受ユニット１ａ（１ｂ）から直接受光する。これによって受光信号検出回路３ａ（３ｂ）から出力される信号はポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）の回転、換言すればそれを回転させているパルスモータ２１の回転の補正に使用される。なお、本実施の形態のようにポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）が４面の正多角形である場合には、タイミング検出用受光素子１８ａ（１８ｂ）からの出力信号が４回でポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）が１回転したことになる。
【００５４】
走査光の光路に遮断物（指示物）が存在しないときには、再帰性反射シート７からの反射光が受光素子１３ａ，１３ｂに入射され、その光路に遮断物（指示物）が存在するときには、その反射光が受光素子１３ａ，１３ｂに入射されない。従って、図７に示されているような状態では，走査角度が０°からθ０までの間では受光素子１３ａには反射光は入射されず、走査角度がθ０からθ１までの間では受光素子１３ａに反射光が入射され、走査角度がθ１からθ２までの間では受光素子１３ａに反射光が入射されない。
【００５５】
同様に、走査角度が０°からφ０までの間では受光素子１３ｂには反射光は入射されず、走査角度がφ０からφ１までの間では受光素子１３ｂに反射光が入射され、走査角度がφ１からφ２までの間では受光素子１３ｂに反射光が入射されない。このような角度は、受光信号の立ち上がりまたは立ち下がりのタイミングから求められる（図８参照）。従って、指示物としての人の指による遮断範囲を、ｄθ＝θ２−θ１，ｄφ＝φ２−φ１として求めることができる。
【００５６】
なお、θ00及びφ00とθ０及びφ０とは、両光送受ユニット１ａ，１ｂを結ぶ基準線と両タイミング検出用受光素子１８ａ，１８ｂとの位置関係及び再帰性反射シート７の端部の位置関係から既知であることは言うまでもない。
【００５７】
次に、このようにして求めた遮断範囲から、指示物（本例では指）の中心位置（指示位置）の座標を求める処理について説明する。まず、三角測量に基づく角度から直交座標への変換を説明する。図９に示すように、光送受ユニット１ａの位置を原点Ｏ、表示画面１０の上辺，左辺をＸ軸，Ｙ軸に設定し、基準線の長さ（光送受ユニット１ａ，１ｂ間の距離）をＬとする。また、光送受ユニット１ｂの位置をＢとする。表示画面１０上の指示物が指示した中心点Ｐ（Ｐｘ，Ｐｙ）が、光送受ユニット１ａ，１ｂからＸ軸に対してθ，φの角度でそれぞれ位置している場合、点ＰのＸ座標Ｐｘ，Ｙ座標Ｐｙの値は、三角測量の原理により、それぞれ以下の（１），（２）式のように求めることができる。
【００５８】
Ｐｘ＝（ｔａｎφ）÷（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）×Ｌ …（１）
Ｐｙ＝（６６ｎθ・ｔａｎφ）÷（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）×Ｌ …（２）
【００５９】
ところで、遮断物（指）には大きさがあるので、検出した受光信号の立ち上がり／立ち上がりのタイミングでの検出角度を採用した場合、図１０に示すように、遮断物（指）Ｓのエッジ部の４点（図１０のＰ１〜Ｐ４）を検出することになる。これらの４点は何れも指示した中心点（図１０のＰｃ）とは異なっている。そこで、以下のようにして中心点Ｐｃの座標（Ｐｃｘ，Ｐｃｙ）を求める。Ｐｘ＝Ｐｘ（θ，φ），Ｐｙ＝Ｐｙ（θ，φ）とした場合に、Ｐｃｘ，Ｐｃｙは、それぞれ以下の（３），（４）式のように表せる。
【００６０】
Ｐｃｘ＝Ｐｃｘ（θ１＋ｄθ／２，φ１＋ｄφ／２） …（３）
Ｐｃｙ＝Ｐｃｙ（θ１＋ｄθ／２，φ１＋ｄφ／２） …（４）
【００６１】
そこで、（３），（４）式で表されるθ１＋ｄθ／２，φ１＋ｄφ／２を上記（１），（２）式のθ，φとして代入することにより、指示された中心点Ｐｃの座標を求めることができる。
【００６２】
なお、上述した例では、最初に角度の平均値を求め、その角度の平均値を三角測量の変換式（１），（２）に代入して、指示位置である中心点Ｐｃの座標を求めるようにしたが、最初に三角測量の変換式（１），（２）に従って走査角度から４点Ｐ１〜Ｐ４の直交座標を求め、求めた４点の座標値の平均を算出して、中心点Ｐｃの座標を求めるようにすることも可能である。また、視差、及び、指示位置の見易さを考慮して、指示位置である中心点Ｐｃの座標を決定することも可能である。
【００６３】
ポリゴンミラー１６ａ，１６ｂの回転の走査角速度が一定であれば、その走査角度は回転時間に比例するので、時間を計時することにより走査角度の情報を得ることができる。図１１は、受光信号検出回路３ａからの受光信号と、ポリゴンミラー１６ａの走査角度θ及び走査時間Ｔとの関係を示すタイミングチャートである。ポリゴンミラー１６ａの走査角速度が一定である場合、その走査角速度をωとすると、走査角度θ及び走査時間Ｔには、下記（５）式に示すような比例関係が成り立つ。
【００６４】
θ＝ω×Ｔ …（５）
【００６５】
よって、受光信号の立ち下がり，立ち上がり時の角度θ１，θ２は、それぞれの走査時間ｔ１，ｔ２と下記（６），（７）式の関係が成り立つ。
【００６６】
θ１＝ω×ｔ１ …（６）
θ２＝ω×ｔ２ …（７）
【００６７】
従って、ポリゴンミラー１６ａ，１６ｂの走査角速度が一定である場合には、時間情報を用いて、指示物（指）の遮断範囲及び座標位置を計測することが可能である。
【００６８】
図１２は、反射光が低レベルである時間間隔を、ＭＰＵ５に内蔵した第１タイマ２４ａ及び第２タイマ２４ｂを用いて測定する際のＭＰＵ５でのアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。ＭＰＵ５は受光信号検出回路３ａ，３ｂからの受光信号の変化を検知し、そのレベルが低下するとこれらのタイマ２４ａ，２４ｂを起動させて計時動作を開始し、そのレベルが回復するとタイマ２４ａ，２４ｂを停止させて計時動作を終了する。
【００６９】
ＭＰＵ５はまず、受光信号検出回路３ａ，３ｂからの受光信号の変化を調べ（ステップＳ１）、受光信号検出回路３ａからの受光信号に変化が生じたか否かを判断する（ステップＳ２）。変化が生じていなければ（ステップＳ２でＮＯ）、ステップＳ６に処理が進む。変化が生じている場合には（ステップＳ２でＹＥＳ）、ＭＰＵ５はその受光信号のレベルが低いか否かを判断し（ステップＳ３）、低いときには（ステップＳ３でＹＥＳ）第１タイマ２４ａを起動させ（ステップＳ４）、高いときには（ステップＳ３でＮＯ）第１タイマ２４ａを停止させて（ステップＳ５）、ステップＳ６に処理を進める。ステップＳ６においては、ＭＰＵ５は受光信号検出回路３ｂからの受光信号に変化が生じたか否かを判断する。変化が生じていなければ（ステップＳ６でＮＯ）、処理はリターンする。変化が生じている場合には（ステップＳ６でＹＥＳ）、ＭＰＵ５はその受光信号のレベルが低いか否かを判断し（ステップＳ７）、低いときには（ステップＳ７でＹＥＳ）第２タイマ２４ｂを起動させ（ステップＳ８）、高いときには（ステップＳ７でＮＯ）第２タイマ２４ｂを停止させて（ステップＳ９）、処理はリターンする。
【００７０】
また、本発明の光走査型タッチパネルでは、計測した遮断範囲から遮断物（指示物）の断面長を求めることも可能である。図１３は、この断面長計測の原理を示す模式図である。図１３において、Ｄ１，Ｄ２はそれぞれ光送受ユニット１ａ，１ｂから見た遮断物Ｓの断面長である。まず、光送受ユニット１ａ，１ｂの位置Ｏ（０，０），Ｂ（Ｌ，０）から遮断物Ｓの中心点Ｐｃ（Ｐｃｘ，Ｐｃｙ）までの距離ＯＰｃ（ｒ１），ＢＰｃ（ｒ２）が、下記（８），（９）式の如く求められる。
【００７１】
ＯＰｃ＝ｒ１＝（Ｐｃｘ²＋Ｐｃｙ²）^1/2 …（８）
ＢＰｃ＝ｒ２＝｛（Ｌ−Ｐｃｘ）²＋Ｐｃｙ²｝^1/2 …（９）
【００７２】
断面長は距離と遮断角度の正弦値との積で近似できるので、各断面長Ｄ１，Ｄ２は、下記（１０），（１１）式に従って計測可能である。
【００７３】

【００７４】
なお、θ，φ≒０である場合には、ｓｉｎｄθ≒ｄθ≒ｔａｎｄθ，ｓｉｎｄφ≒ｄφ≒ｔａｎｄφと近似できるので、（１０），（１１）式においてｓｉｎｄθ，ｓｉｎｄφの代わりに、ｄθまたはｔａｎｄθ，ｄφまたはｔａｎｄφとしても良い。
【００７５】
ところで、上述のようにして、遮断物（指示物）の断面長を求めることが可能であるということは、たとえば筆を使用して表示画面１０上に文字を書いたような場合には、微妙に変化する線の太さ，かすれ具合等の墨跡をそのまま再現することが可能であることを意味している。しかしそのためには、なるべく表示画面１０の表面に近い位置にレーザ光を走査する必要がある。換言すれば、ある程度以上に表示画面１０の表面から離れた位置にレーザ光を走査した場合には、筆の根元の太さが変化しない部分を検出することになるからである。
【００７６】
このような観点から本願発明者らが種々の市販の筆を使用してテストを行なったところ、表示画面１０の表面から５ミリまでの位置、好ましくは３ミリまでの位置にレーザ光を走査させることが必要であることが判明した。またその際に使用されるレーザ光は、ビームの幅（表示画面１０の表面と平行な方向のサイズ）が高さ（表示画面１０の表面と垂直な方向のサイズ）の1/2 以下であることが、解像度の面から望ましいことも判明した。
【００７７】
なお、上述の本願発明者らによるテストは市販の筆によって行なわれたが、それに限らず同様の性質、即ち筆圧に応じて接触面への接触面積が変化するような器具、または筆を模して作成された本発明の光走査型タッチパネル専用の器具等を使用した場合にも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００７８】
次に、光送受ユニット１ａ，１ｂの他の構成例について、図１４及び図５の模式図を参照して説明する。なお、図１５は図１４のＡ−Ａ矢符方向の断面図である。
【００７９】
この構成例では、発光素子１１ａ（１１ｂ），受光素子１３ａ（１３ｂ），ビームスプリッタ１５ａ（１５ｂ）及びポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）等はいずれも表示画面１０よりも低い位置に配置されており、ポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）はその回転軸が表示画面１０と平行になるように配置されている。また、発光素子１１ａ（１１ｂ）とビームスプリッタ１５ａ（１５ｂ）との間の光路はポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）の回転軸と直交し且つ表示画面１０と平行になるように配置されている。更に、ポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）と表示画面１０との間には、反射鏡１９ａ（１９ｂ）がその表面が表示画面１０の表面と４５°の角度となるようにして配置されている。
【００８０】
このような構成では、発光素子１１ａ（１１ｂ）から投射されたレーザ光はビームスプリッタ１５ａ（１５ｂ）を通過してポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）により表示画面１０に対して直交する面内に走査され、更に反射鏡１９ａ（１９ｂ）により表示画面１０の表面に平行な面内に走査される。また、その再帰性反射シート７からの反射光は、反射鏡１９ａ（１９ｂ）で表示画面１０の表面と直交する面に反射され、更にポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）及びビームスプリッタ１５ａ（１５ｂ）にて反射された後、受光素子１３ａ，１３ｂに入射される。
【００８１】
このような図１４及び図１５に示されている光送受ユニット１ａ（１ｂ）の構成は、パルスモータ２１ａ（２１ｂ）として偏平な円板状のモータを使用する際に光送受ユニット１ａ（１ｂ）の小型化に有効である。
【００８２】
最後に、ポリゴンミラー１６ａ，１６ｂの面数に関して説明する。前述の如く、表示画面１０に対して２ヶ所の光送受ユニット１ａ，１ｂから三角測量を行なうためには、それぞれに９０°の走査が最低限必要である。このような観点から表示画面１０に対して９０°の走査を行なう場合のポリゴンミラー１６ａ，１６ｂの面数とサイズとの関係は図１６のグラフに示されているようになる。なお、ポリゴンミラー１６ａ，１６ｂは言うまでもなく正多角形である。
【００８３】
この結果と、本実施の形態の表示画面１０のサイズとを考慮すると、光送受ユニット１ａ，１ｂに実際に備えることが可能なポリゴンミラー１６ａ，１６ｂのサイズは３０〜４０ミリ程度であるため、ポリゴンミラー１６ａ，１６ｂは３面〜６面が好ましい。
【００８４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の光走査型タッチパネルでは、指示物によって生じる走査光の遮断範囲を計測するようにしたので、指示物の大きさを考慮した正しい指示位置を精度良く検出できる、指示物の種類を判定して、所定の指示物ではない物体による誤検出を防止できる等、本発明は優れた効果を奏する。
【００８５】
また、本発明の光走査型タッチパネルによれば、発光器及び受光器の配置が、光走査部による走査光が発光器及び受光器に付随する構成要素に遮られないように考慮されているため、光走査手段による走査光が走査領域方向へ十分に走査される。
【００８６】
更に、本発明の光走査型タッチパネルによれば、発光器及び受光器の配置が、発光器をその発光方向が光走査部による走査面と交叉するように、また受光器もその受光の指向性の方向が光走査部による走査面と交叉するように共に考慮されているため、光送受器の小型化に効果を奏する。
【００８７】
また更に、本発明の光走査型タッチパネルによれば、光走査部を構成するポリゴンミラーの反射面の面数を３乃至６面とすることにより、光走査部を小型することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光走査型タッチパネルの基本構成を示す模式図である。
【図２】光送受ユニットの内部構成及び光路を示す模式図である。
【図３】光送受ユニットの構成例を示す模式的平面図である。
【図４】光送受ユニットの構成例を示す模式的側面図である。
【図５】ビームスプリッタの具体的な構成例を示す模式的側面図である。
【図６】本発明の光走査型タッチパネルのブロック図である。
【図７】本発明の光走査型タッチパネルの実施状態を示す模式図である。
【図８】受光信号のレベル変化を示すタイミングチャートである。
【図９】座標検出のための三角測量の原理を示す模式図である。
【図１０】遮断物及び遮断範囲を示す模式図である。
【図１１】受光信号と走査角度と走査時間との関係を示すタイミングチャートである。
【図１２】遮断時間計測のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１３】断面長計測の原理を示す模式図である。
【図１４】光送受ユニットの他の構成例を示す模式図である。
【図１５】光送受ユニットの他の構成例を示す模式図である。
【図１６】ポリゴンミラーの面数とサイズとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ光送受ユニット
２ａ，２ｂ発光素子駆動回路
３ａ，３ｂ受光信号検出回路
４ポリゴン制御回路
５ＭＰＵ
６表示装置
７再帰性反射シート
７ａ，７ｂ再帰性反射シートの鋸歯状部分
１０表示画面（座標面）
１１ａ，１１ｂ発光素子
１３ａ，１３ｂ受光素子
１５ａ，１５ｂビームスプリッタ
１６ａ，１６ｂポリゴンミラー
１８ａ，１８ｂタイミング検出用受光素子
２１ａ，２１ｂパルスモータ
２２パルスモータ駆動回路
１５１ａ，１５１ｂ主反射面
１５２ａ，１５２ｂ副反射面
１５３ａ，１５３ｂ開口（アパーチャ）

Claims

タッチするための目標区域として規定された平面の範囲の周辺に、少なくとも２組の光送受ユニット及び光再帰性反射体を設けた光走査型タッチパネルにおいて、
前記光送受ユニットは、発光器と、該発光器により発光された光を前記平面の範囲と実質的に平行である面内で角度走査を行なう光走査部と、該光走査部により走査される光の前記光再帰性反射体による反射光を受光する受光器と、前記発光器が発光した光を前記光走査部へ通過させ、前記光再帰性反射体による反射光を前記受光器へ分離する光分離器とからなり、
前記光分離器が、前記光再帰性反射体による反射光を前記受光器の方向へ反射させる反射面と、前記発光器が発光した光を前記光走査部へ通過させるための前記反射面とその背面との間を貫通する開口とを有すると共に前記反射面とその背面とが平行でないように構成された反射体を備えたことを特徴とする光走査型タッチパネル。
その反射面が前記平面の範囲と交叉する反射鏡を更に備え、
前記光走査部は、前記発光器が発光した光を前記平面の範囲と交叉する面内に走査し、
前記反射鏡は、前記光走査部が前記平面の範囲と交叉する面内に走査した光を前記平面の範囲と平行な面内に反射すべくなしてあること
を特徴とする請求項１に記載の光走査型タッチパネル。
前記反射鏡の反射面は前記平面の範囲に対して４５°で交叉し、前記光走査部は、前記発光器が発光した光を前記平面の範囲と直交する面内に走査するように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光走査型タッチパネル。
前記光走査部は、３乃至６面の反射面を有するポリゴンミラーで構成されていることを特徴する請求項１乃至３のいずれかに記載の光走査型タッチパネル。