JP4073069B2 - 光走査型タッチパネル - Google Patents
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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、その平面の範囲内を遮断物（指示物）により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、特にその信号処理系の構成に関する。
【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】
しかしながら従来のこの種の装置では、受光素子の温度変化等による感度への影響のためにオフセット電圧が変化して正確な測定が出来ない可能性がある。
【０００６】
また、従来のこの種の装置では、１回の走査において受光素子が反射光を受光する時間は、個々の装置のポリゴンミラー等の回転速度のばらつきに応じて異なるが、製造者において個々の装置に対する調整を行なうことは煩瑣であり、また出荷後の変動には対応出来ない。
【０００７】
更に、従来のこの種の装置では、２個またはそれ以上の遮断物（指示物）が走査面に存在する場合には正確な位置検出が行なえないという問題がある。
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、受光素子の温度変化等による感度変化の影響を排除して正確な測定が可能な光走査型タッチパネルを提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、１回の走査において受光素子が反射光を受光する時間の個々の装置におけるばらつきを自動的に補正し、また出荷後の変動にも容易に対応可能な光走査型タッチパネルを提供することを目的とする。
【００１０】
更に、本発明は、２個またはそれ以上の遮断物（指示物）が走査面に存在する場合には正確な位置検出が行なえないという状態は一時的な状態である場合が多いため、そのような場合には位置検出を行なわないようにして無用な混乱を回避し得る光走査型タッチパネルを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光走査型タッチパネルは、指示物で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設けられた光再帰性反射体と、発光器，該発光器が発光し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する光走査部，及び該光走査部により走査される光を直接受光する第１の受光素子及び該第１の受光素子に続き前記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第２の受光素子を含む受光器を有する少なくとも２組の光送受部と、前記第２の受光素子が前記光再帰性反射体による反射光を受光した場合の受光信号を所定しきい値と比較することにより、前記平面の範囲内に指示物が存在する場合にそれによる遮断タイミングを検出する比較器と、前記光走査部での走査角度及び前記比較器の比較結果に基づいて、前記平面の範囲内での前記指示物による走査光の遮断範囲を計測する計測手段と、該計測手段による計測結果に従って前記指示物の前記平面の範囲内での位置及び大きさを検出する演算手段と、前記第１の受光素子が前記光走査部により走査される光を直接受光した場合の受光信号の最低レベルを検出する信号レベル検出手段と、該信号レベル検出手段により検出された信号のレベルに所定値を加算する加算手段と、該加算手段により得られた加算値を前記比較器に前記所定しきい値として設定するしきい値設定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
このような本発明の光走査型タッチパネルでは、第１の受光素子の受光信号の最低レベルが検出され、この検出された信号のレベルに所定値を加算した値が比較器に所定しきい値として設定されるため、感度変化等に起因する受光信号のレベル変動の影響を受けない。
【００１３】
また本発明に係る光走査型タッチパネルは上述の発明において、信号レベル検出手段は、第１の受光素子の受光信号の最低レベルと共に、上述の平面の範囲内に指示物が存在しない状態で第２の受光素子が走査光を受光した場合の受光信号の最低レベルを検出し、加算手段は、信号レベル検出手段により検出された二つのレベルの中間の値を第２の受光素子の受光信号の最低レベルに加算すべくなしてあることを特徴とする。
【００１４】
このような本発明の光走査型タッチパネルでは、第２の比較素子のしきい値が最適な値に設定される。
【００１５】
更に本発明に係る光走査型タッチパネルは、指示物で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設けられた光再帰性反射体と、発光器，該発光器が発光し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する光走査部，及び該光走査部により走査される光を直接受光する第１の受光素子及び該第１の受光素子に続き前記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第２の受光素子を含む受光器を有する少なくとも２組の光送受部と、前記第２の受光素子が前記光再帰性反射体による反射光を受光した場合の受光信号を所定しきい値と比較することにより、前記平面の範囲内に指示物が存在する場合にそれによる遮断タイミングを検出する比較器と、前記光走査部での走査角度及び前記比較器の比較結果に基づいて、前記平面の範囲内での前記指示物による走査光の遮断範囲を計測する計測手段と、該計測手段による計測結果に従って前記指示物の前記平面の範囲内での位置及び大きさを検出する演算手段と、前記第１の受光素子が前記光走査部により走査される光を直接受光した場合の受光信号の最低レベルを検出する信号レベル検出手段と、該信号レベル検出手段により検出された信号のレベルに所定値を加算する加算手段と、該加算手段により得られた加算値を前記比較器に前記所定のしきい値として設定するしきい値設定手段と、前記平面上に指示物が存在しない場合に前記受光器が出力する受光信号のレベルの継続時間を計時する計時手段とを備え、前記計測手段は、前記受光器が前記平面上に指示物が存在しない場合のレベルの受光信号を出力し始めた時点から前記計時手段により計時された前記継続時間内において前記比較手段の比較結果が変化した場合に計測を行なうべくなしてあることを特徴とする。
【００１６】
このような本発明の光走査型タッチパネルでは、受光器の受光信号の最低レベルが検出され、この検出された信号のレベルに所定値を加算した値が比較器にしきい値として設定されるため、感度変化等に起因する受光信号のレベル変動の影響を受けない。また、前記平面上に指示物が存在しない場合の受光器の出力信号のレベルの継続時間が計時され、この計時された継続時間内において比較手段の比較結果が変化した場合に計測が行なわれるので、個々の装置に対する個別の調整を行なう必要がない。
【００１７】
更に本発明に係る光走査型タッチパネルは上述の発明において、計時手段による計時は、起動時に自動的に実行されること、または所定の指示が与えられた場合に実行されることを特徴とする。
【００１８】
このような本発明の光走査型タッチパネルでは、起動時に自動的に、または所定の指示が与えられた場合に計時手段による計時が実行されるので、１回の走査において受光素子が反射光を受光する時間の個々の装置におけるばらつきが自動的に補正される。
【００１９】
また更に本発明に係る光走査型タッチパネルは、指示物で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設けられた光再帰性反射体と、発光器，この発光器が発光し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する光走査部，及び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を有する少なくとも２組の光送受部と、受光器による受光信号を所定しきい値と比較することにより、上述の平面の範囲内に指示物が存在する場合にそれによる遮断開始タイミング及び遮断終了タイミングを検出する比較器と、光走査部での走査角度及び前記比較器の比較結果に基づいて、上述の平面の範囲内での指示物による走査光の遮断範囲を計測する計測手段と、この計測手段による計測結果に従って指示物の上述の平面の範囲内での位置及び大きさを検出する演算手段と、光走査部による各１回の角度走査の間に、比較器が、上述の平面上に存在する指示物による遮断開始タイミングを検出する都度、その回数を計数する第１の計数手段、及び光走査部による各１回の角度走査の間に、比較器が、上述の平面上に存在する指示物による遮断開始タイミング及び遮断終了タイミングを検出する都度、その回数を計数する第２の計数手段とを備え、計測手段は、第１の計数手段の計数値が２以上である場合、又は第２の計数手段の計数値が２でない場合は計測を行なわないようになしてあることを特徴とする。
【００２０】
このような本発明の光走査型タッチパネルでは、上述の平面上に存在する指示物による遮断開始タイミングが２度以上検出された場合、又は遮断開始タイミング及び遮断終了タイミングの検出回数が２ではない場合は計測手段による計測は行なわれないため、検出不可能な状態に陥って無用の混乱が生じるという事態が未然に回避される。
【００２１】
【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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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等を有する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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上で時計方向回りに表示画面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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
図３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。
【００３８】
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。
【００３９】
また、ＭＰＵ５は、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、後述する２点入力禁止処理のためのカウンタ２７とを内蔵している。
【００４０】
図４は受光信号検出回路３ａの構成例を示すブロック図である。なお、受光信号検出回路３ｂも受光信号検出回路３ａと同様の構成であり、必要な場合には参照符号の末尾の「ａ」を「ｂ」に代えて説明する。
【００４１】
両受光素子１３ａ，１８ａは受光量を電流値に比例させた受光信号として出力するため、電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換器３０ａにより両受光素子１３ａ，１８ｂからの出力信号（電流）を電圧信号に変換する。電流／電圧変換器３０ａから出力される電圧信号はローパスフィルタ３１ａを通過してアンプ３２ａからコンパレータ３３ａの一方の入力端子に比較対象の信号として入力される。このコンパレータ３３ａの出力は第１タイマ３４ａに入力されており、その出力はＭＰＵ５に入力されている。アンプ３２ａの出力はまたＡ／Ｄ変換器３６ａにも与えられており、デジタル信号に変換されてＭＰＵ５に入力される。なお、コンパレータ３３ａの他方の入力端子には、ＭＰＵ５から出力されたデジタル信号がＤ／Ａ変換器３５ａによりアナログ信号に変換されて比較のしきい値として入力されている。
【００４２】
更に、ローパスフィルタ３１ａの出力はアンプ３７ａを介してコンパレータ３８ａの一方の入力端子に比較対象の信号として入力されている。このコンパレータ３８ａの出力は第２タイマ３９ａに入力されており、その出力はＭＰＵ５に入力されている。なお、コンパレータ３８ａの比較のしきい値はタイミング検出用受光素子１８ａの最高出力と受光素子１３ａの最高出力との間の適宜のしきい値ＴＨに設定されている。従って、コンパレータ３８ａはタイミング検出用受光素子１８ａが光送受ユニット１ａからの走査光を受光している期間においてのみ信号”１”を出力し、それ以外の期間においては信号”０”を出力する。
【００４３】
なお、第２タイマ３９ａは、たとえばコンパレータ３８ａの出力信号が”０”から”１”に立ち上がる時間間隔を計時することにより、ポリゴンミラー１６ａの回転状態をモニタする。
【００４４】
このような受光信号検出回路３ａ（３ｂも同一構成）の構成により、ＭＰＵ５は以下のような処理が可能である。
【００４５】
アンプ３２ａの出力はＡ／Ｄ変換器３６ａによりデジタル信号に変換されてＭＰＵ５に入力されるので、ＭＰＵ５はある一定期間における両受光素子１３ａ，１８ａの出力信号の合成波形をデジタル信号としてモニタすることが可能である。また、ＭＰＵ５は、第２タイマ３９ａの計時結果からポリゴンミラー１６ａの回転状態、換言すれば各１走査の開始タイミングを検出可能である。従って、ＭＰＵ５はＡ／Ｄ変換器３６ａから入力される信号から各１走査の間の受光信号の最小値を検出することが可能である。
【００４６】
一方、ＭＰＵ５はＤ／Ａ変換器３５ａへデジタル信号を出力してアナログ信号に変換した上でコンパレータ３３ａの他方の入力端子にしきい値の信号として与えることが可能である。従って、コンパレータ３３ａは、アンプ３２ａの出力をＭＰＵ５から与えられる任意の値をしきい値としてスライスする（アンプ３２ａの出力がしきい値以上である場合に”１”を出力し、そうでない場合に”０”を出力する）ことが可能になる。第１タイマ３４ａはこのコンパレータ３３ａからの”１”出力及び”０”出力の継続時間を計時する。
【００４７】
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５の模式図を参照して説明する。但し、図５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。
【００４８】
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、タイミング検出用受光素子１８ａ，１８ｂ及び再帰性反射シート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。
【００４９】
なお、図５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）Ｓ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）Ｓの基準線と逆側端部までの角度をそれぞれ示している。
【００５０】
図６の波形図に、遮断物（指示物）Ｓが存在しない場合の受光素子１３ａ，１３ｂ及びタイミング検出用受光素子１８ａ，１８ｂによる受光信号の波形、及びそれのコンパレータ３３ａによる比較出力信号の波形を示す。
【００５１】
この場合、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。この状態はコンパレータ３８ａの出力信号が”０”から”１”に変化するタイミングとして検出され、更に第２タイマ３９ａによってその周期が計時される。これによってＭＰＵ５は、ポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）の回転周期をモニタ出来るので、それを回転させているパルスモータ２１の回転の補正を、必要に応じてポリゴン制御回路４を制御することにより行なう。
【００５２】
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、第２タイマ３９ａが計時する１周期においてポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）が１／４回転したことになる。
【００５３】
走査光の光路に遮断物（指示物）が存在しない場合には、図６(a) に示されているθ００のタイミングにおいて、タイミング検出用受光素子１８ａ，１８ｂへの直接の入射に続いて再帰性反射シート７からの反射光が受光素子１３ａ，１３ｂに入射する。再帰性反射シート７からの反射光量は、図６(a) に示されているように、最初のθ０の角度において再帰性反射シート７の最も近い部分からの反射光を受光するため最大となり、その後は漸減しつつ再帰性反射シート７の最も遠い対角線方向の隅部で一旦最小となり、その後は漸増して９０°の角度において最低となって１周期の走査が終了する。
【００５４】
ＭＰＵ５は少なくともこのような１周期の受光素子１３ａ，１３ｂへの入射光量をＡ／Ｄ変換器３６ａからデジタル信号として取り込み、最小値（最低電圧）を求める。次に、ＭＰＵ５は求められた最小値に所定の値（マージン電圧）を加算し、その結果のデジタル値をＤ／Ａ変換器３５ａへ出力する。Ｄ／Ａ変換器３５ａは、ＭＰＵ５から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換してコンパレータ３３ａによる比較出力のためのしきい値（基準電圧Ｒｅｆ）として設定する。
【００５５】
なお、上述のマージン電圧Ｒｒｆは受光素子１３ａ，１３ｂ及び再帰性反射シート７の反射特性から予め適宜の値を定めておけばよいが、再帰性反射シート７からの反射光量中の最低値、具体的には再帰性反射シート７の最も遠い対角線方向の隅部からの反射光から得られる電圧をも検出し、これと最低電圧との中間、たとえば１／２の値をマージン電圧とすることも可能である。
【００５６】
このように本発明の光走査型タッチパネルにおいては、少なくとも１回の走査における受光素子１３ａ，１３ｂの受光量から得られる最低電圧に基づいてコンパレータ３３ａのしきい値（基準電圧Ｒｅｆ）を定めるようにしているので、受光素子１３ａ，１３ｂの温度変化等による感度変化の影響を排除してより正確な検出が可能になる。
【００５７】
なお、上述の例では１回の走査においてコンパレータ３３ａの基準電圧Ｒｅｆを設定しているが、複数回の走査の結果からそれを設定するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００５８】
ところで、上述のようにしてコンパレータ３３ａにしきい値（基準電圧Ｒｅｆ）が設定されると、ＭＰＵ５は次にコンパレータ３３ａの出力信号が”１”である、換言すればコンパレータ３３ａへの入力信号の電圧が基準電圧以上である時間を計時する。装置が正常である場合には、タイミング検出用受光素子１８ａへの入射光に起因する比較的短時間の”１”出力と再帰性反射シート７からの反射光に起因する比較的長時間の”１”出力とがコンパレータ３３ａの出力信号として得られる。しかし、タイミング検出用受光素子１８ａへの入射光に起因する比較的短時間の”１”出力は第２タイマ３９ａによる計時周期と同期しているので、図６(b) に示されているように、ＭＰＵ５は再帰性反射シート７からの反射光に起因する比較的長時間の”１”出力の継続時間のみを基準時間ｔｒｅｆとしてＲＡＭ２６に記憶する。
【００５９】
ＭＰＵ５は以上のような初期化処理を、表示画面１０上に遮断物（指示物）Ｓが存在しない装置の起動時または所定のタイミング、たとえば装置外部から所定の指示が与えられたタイミングにおいて実行する。
【００６０】
以上のようにして初期化処理が完了すると、本発明の光走査型タッチパネルの実際の使用が可能になる。
【００６１】
表示画面１０上に遮断物（指示物）Ｓが存在する場合には、光送受ユニット１ａ，１ｂから投射された光の遮断物（指示物）Ｓからの反射光は受光素子１３ａ，１３ｂに入射されない。従って、図５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。
【００６２】
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７参照）。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。
【００６３】
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。
【００６４】
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８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。
【００６５】
Ｐｘ＝（ｔａｎφ）÷（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）×Ｌ …（１）
Ｐｙ＝（ｔａｎθ・ｔａｎφ）÷（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）×Ｌ …（２）
【００６６】
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９に示すように、遮断物（指）Ｓのエッジ部の４点（図９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９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。
【００６７】
Ｐｃｘ＝Ｐｃｘ（θ１＋ｄθ／２，φ１＋ｄφ／２） …（３）
Ｐｃｙ＝Ｐｃｙ（θ１＋ｄθ／２，φ１＋ｄφ／２） …（４）
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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１０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。
【００７１】
θ＝ω×Ｔ …（５）
【００７２】
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。
【００７３】
θ１＝ω×ｔ１ …（６）
θ２＝ω×ｔ２ …（７）
【００７４】
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。
【００７５】
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１１は、この断面長計測の原理を示す模式図である。図１１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。
【００７６】
ＯＰｃ＝ｒ１＝（Ｐｃｘ2 ＋Ｐｃｙ2 ）1/2 …（８）
ＢＰｃ＝ｒ２＝｛（Ｌ−Ｐｃｘ）2 ＋Ｐｃｙ2 ｝1/2 …（９）
【００７７】
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。
【００７８】
【００７９】
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。
【００８０】
図１２は、第１タイマ３４ａの計時値に基づくＭＰＵ５による受光信号の処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。なお、図１３は遮断物（指示物）Ｓが表示画面１０上に２個存在する場合の受光素子１３ａの出力信号及びコンパレータ３３ａの出力信号の状態を示す波形図である。
【００８１】
まず、タイミング検出用受光素子１８ａに走査光が直接入射されることにより、１走査が開始される (ステップＳ１１）。次に、受光素子１３ａからの受光信号が”１”から”０”に変化すると (ステップＳ１２で”YES ”）、カウンタ２７のカウンタ値Ｃが”０”クリアされる (ステップＳ１３）。但し、ステップＳ１２において受光素子１３ａからの受光信号が”１”から”０”に変化しないままに所定時間が経過した場合には (ステップＳ５１で”YES ”）、エラー処理が実行される (ステップＳ５２）。
【００８２】
そして、再帰性反射シート７からの反射光が受光素子１３ａに入射し始めると、受光素子１３ａからの受光信号が”０”から”１”に変化するので (ステップＳ１４で”YES ”）、第１タイマ３４ａが計時を開始し (ステップＳ１５）、カウンタｉが”１”に初期化される (ステップＳ１６）。なお、第１タイマ３４ａの計時値をｔｃとする。但し、ステップＳ１４において受光素子１３ａからの受光信号が”０”から”１”に変化しないままに、換言すれば、再帰性反射シート７からの反射光が受光素子１３ａに入射しないままに所定時間が経過した場合には (ステップＳ６１で”YES ”）、エラー処理が実行される (ステップＳ６２）。
【００８３】
この後、表示画面１０上に遮断物（指示物）Ｓが存在しない場合には、受光素子１３ａの受光信号は変化しないので、ステップＳ１７において”NO”，ステップＳ１８においても”NO”となり、第１タイマ３４ａの計時値ｔｃが先の初期化処理においてＲＡＭ２６に記憶した基準時間ｔｒｅｆに達したか否かが判断される (ステップＳ２２）。第１タイマ３４ａの計時値ｔｃが基準時間ｔｒｅｆに達している場合には (ステップＳ２２で”YES ”）、１走査が終了したのでステップＳ３１へ処理が進められる。
【００８４】
しかし、表示画面１０上に遮断物（指示物）Ｓが存在している場合には、通常は第１タイマ３４ａの計時値ｔｃが基準時間ｔｒｅｆに達するまでに受光素子１３ａの受光信号が”１”から”０”へ、そして”０”から”１”へ変化する。
【００８５】
具体的には、走査光が遮断物（指示物）Ｓにより遮断されると受光素子１３ａの受光信号がまず”１”から”０”に変化する (ステップＳ１７で”YES ”）。この場合には、図１３に示されているように、カウンタ２７のカウンタ値Ｃが”１”インクリメントされ (ステップＳ１９）、その時点の第１タイマ３４ａの計時値ｔｃがデータｔｉ（最初はｔ１）としてＲＡＭ２６に記憶される (ステップＳ２０）。この後、カウンタｉが”１”インクリメントされ (ステップＳ２１）、通常は第１タイマ３４ａの計時値ｔｃが基準時間ｔｒｅｆに達していないので、ステップＳ１７へ処理が戻される。やがて、受光素子１３ａの受光信号が”０”から”１”に変化する (ステップＳ１７で”NO”，Ｓ１８で”YES ”）。この場合には、その時点の第１タイマ３４ａの計時値ｔｃがデータｔｉ（２度目なのでｔ２）としてＲＡＭ２６に記憶される (ステップＳ２０）。この後、カウンタｉが”１”インクリメントされ (ステップＳ２１）、通常は第１タイマ３４ａの計時値ｔｃが基準時間ｔｒｅｆに達していないので、ステップＳ１７へ処理が戻される。
【００８６】
通常は遮断物（指示物）Ｓは一個であるので、やがて第１タイマ３４ａの計時値ｔｃが基準時間ｔｒｅｆに達してステップＳ３１へ処理が進められる。しかし、表示画面１０上に複数の遮断物（指示物）Ｓが存在する場合には上述の処理が反復されてカウンタ２７のカウンタ値Ｃが２以上に、また第１タイマ３４ａの計時値ｔｃのデータｔｉが３個以上得られることになる。
【００８７】
第１タイマ３４ａの計時値ｔｃが基準時間ｔｒｅｆに達すると、まずカウンタ２７のカウンタ値Ｃが調べられる (ステップＳ３１）。上述のように、通常は表示画面１０上に存在する遮断物（指示物）Ｓは一個であるので、カウンタ２７のカウンタ値Ｃは”１”であり (ステップＳ３１で”YES ”）、またカウンタｉの値は”２”である (ステップＳ３２で”YES ”）。この場合には、前述したような座標計算が行なわれる (ステップＳ３３）。しかし、図１３に示されているように、カウンタ２７のカウンタ値Ｃが”１”でない場合 (ステップＳ３１で”NO”、但しこの場合には表示画面１０上に遮断物（指示物）Ｓが存在しない場合も含む）、及びカウンタｉが”２”でない場合には (ステップＳ３２で”NO”、但しこの場合には表示画面１０上に遮断物（指示物）Ｓが存在しない場合も含む）、座標計算は行なわれずにステップＳ１１へ処理が戻される。
【００８８】
以上のような処理により、受光素子１３ａの周囲温度による影響を排除して、またポリゴンミラー１６ａの実際の回転速度に基づいて、更に表示画面１０上に遮断物（指示物）Ｓが１個のみ検出された場合に座標計算が行なわれる。従って、表示画面１０上に遮断物（指示物）Ｓが複数検出されて正確な座標計算が出来ないというような場合には座標計算が行なわれない。但し、そのような状態は極短時間である場合が多いため、実用上の問題は生じない。なお、座標計算が行なわれない状態がある程度以上の時間にわたって継続する場合にはなんらかのエラーメッセージを発するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００８９】
【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によれば、受光素子の温度変化等による感度変化の影響を排除して正確な測定が可能になる。
【００９０】
また、本発明によれば、１回の走査において受光素子が反射光を受光する時間の個々の装置におけるばらつきが自動的に補正され、また出荷後の変動にも容易に対応可能になる。
【００９１】
更に、本発明によれば、２個またはそれ以上の遮断物（指示物）が走査面に存在する場合には正確な位置検出が行なえないという状態は一時的な状態である場合が多いため、そのような場合には位置検出を行なわないようにして無用な混乱を回避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】本発明の光走査型タッチパネルのブロック図である。
【図４】受光信号検出回路の構成例を示すブロック図である。
【図５】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６】指示物が存在しない場合の受光信号の波形、及びその比較出力信号の波形を示す波形図である。
【図７】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８】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９】遮断物及び遮断範囲を示す模式図である。
【図１０】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１１】断面長計測の原理を示す模式図である。
【図１２】受光信号の処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１３】指示物が表示画面上に２個存在する場合の受光信号及び比較信号の状態を示す波形図である。
【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
５ ＭＰＵ
７ 再帰性反射シート
１０ 表示画面（座標面）
１１ａ，１１ｂ 発光素子
１３ａ，１３ｂ 受光素子
１６ａ，１６ｂ ポリゴンミラー
１８ａ，１８ｂ タイミング検出用受光素子
２７ カウンタ
３３ａ（３３ｂ） コンパレータ
３４ａ（３４ｂ） 第１タイマ
【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、その平面の範囲内を遮断物（指示物）により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、特にその信号処理系の構成に関する。
【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】
しかしながら従来のこの種の装置では、受光素子の温度変化等による感度への影響のためにオフセット電圧が変化して正確な測定が出来ない可能性がある。
【０００６】
また、従来のこの種の装置では、１回の走査において受光素子が反射光を受光する時間は、個々の装置のポリゴンミラー等の回転速度のばらつきに応じて異なるが、製造者において個々の装置に対する調整を行なうことは煩瑣であり、また出荷後の変動には対応出来ない。
【０００７】
更に、従来のこの種の装置では、２個またはそれ以上の遮断物（指示物）が走査面に存在する場合には正確な位置検出が行なえないという問題がある。
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、受光素子の温度変化等による感度変化の影響を排除して正確な測定が可能な光走査型タッチパネルを提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、１回の走査において受光素子が反射光を受光する時間の個々の装置におけるばらつきを自動的に補正し、また出荷後の変動にも容易に対応可能な光走査型タッチパネルを提供することを目的とする。
【００１０】
更に、本発明は、２個またはそれ以上の遮断物（指示物）が走査面に存在する場合には正確な位置検出が行なえないという状態は一時的な状態である場合が多いため、そのような場合には位置検出を行なわないようにして無用な混乱を回避し得る光走査型タッチパネルを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光走査型タッチパネルは、指示物で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設けられた光再帰性反射体と、発光器，該発光器が発光し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する光走査部，及び該光走査部により走査される光を直接受光する第１の受光素子及び該第１の受光素子に続き前記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第２の受光素子を含む受光器を有する少なくとも２組の光送受部と、前記第２の受光素子が前記光再帰性反射体による反射光を受光した場合の受光信号を所定しきい値と比較することにより、前記平面の範囲内に指示物が存在する場合にそれによる遮断タイミングを検出する比較器と、前記光走査部での走査角度及び前記比較器の比較結果に基づいて、前記平面の範囲内での前記指示物による走査光の遮断範囲を計測する計測手段と、該計測手段による計測結果に従って前記指示物の前記平面の範囲内での位置及び大きさを検出する演算手段と、前記第１の受光素子が前記光走査部により走査される光を直接受光した場合の受光信号の最低レベルを検出する信号レベル検出手段と、該信号レベル検出手段により検出された信号のレベルに所定値を加算する加算手段と、該加算手段により得られた加算値を前記比較器に前記所定しきい値として設定するしきい値設定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
このような本発明の光走査型タッチパネルでは、第１の受光素子の受光信号の最低レベルが検出され、この検出された信号のレベルに所定値を加算した値が比較器に所定しきい値として設定されるため、感度変化等に起因する受光信号のレベル変動の影響を受けない。
【００１３】
また本発明に係る光走査型タッチパネルは上述の発明において、信号レベル検出手段は、第１の受光素子の受光信号の最低レベルと共に、上述の平面の範囲内に指示物が存在しない状態で第２の受光素子が走査光を受光した場合の受光信号の最低レベルを検出し、加算手段は、信号レベル検出手段により検出された二つのレベルの中間の値を第２の受光素子の受光信号の最低レベルに加算すべくなしてあることを特徴とする。
【００１４】
このような本発明の光走査型タッチパネルでは、第２の比較素子のしきい値が最適な値に設定される。
【００１５】
更に本発明に係る光走査型タッチパネルは、指示物で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設けられた光再帰性反射体と、発光器，該発光器が発光し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する光走査部，及び該光走査部により走査される光を直接受光する第１の受光素子及び該第１の受光素子に続き前記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第２の受光素子を含む受光器を有する少なくとも２組の光送受部と、前記第２の受光素子が前記光再帰性反射体による反射光を受光した場合の受光信号を所定しきい値と比較することにより、前記平面の範囲内に指示物が存在する場合にそれによる遮断タイミングを検出する比較器と、前記光走査部での走査角度及び前記比較器の比較結果に基づいて、前記平面の範囲内での前記指示物による走査光の遮断範囲を計測する計測手段と、該計測手段による計測結果に従って前記指示物の前記平面の範囲内での位置及び大きさを検出する演算手段と、前記第１の受光素子が前記光走査部により走査される光を直接受光した場合の受光信号の最低レベルを検出する信号レベル検出手段と、該信号レベル検出手段により検出された信号のレベルに所定値を加算する加算手段と、該加算手段により得られた加算値を前記比較器に前記所定のしきい値として設定するしきい値設定手段と、前記平面上に指示物が存在しない場合に前記受光器が出力する受光信号のレベルの継続時間を計時する計時手段とを備え、前記計測手段は、前記受光器が前記平面上に指示物が存在しない場合のレベルの受光信号を出力し始めた時点から前記計時手段により計時された前記継続時間内において前記比較手段の比較結果が変化した場合に計測を行なうべくなしてあることを特徴とする。
【００１６】
このような本発明の光走査型タッチパネルでは、受光器の受光信号の最低レベルが検出され、この検出された信号のレベルに所定値を加算した値が比較器にしきい値として設定されるため、感度変化等に起因する受光信号のレベル変動の影響を受けない。また、前記平面上に指示物が存在しない場合の受光器の出力信号のレベルの継続時間が計時され、この計時された継続時間内において比較手段の比較結果が変化した場合に計測が行なわれるので、個々の装置に対する個別の調整を行なう必要がない。
【００１７】
更に本発明に係る光走査型タッチパネルは上述の発明において、計時手段による計時は、起動時に自動的に実行されること、または所定の指示が与えられた場合に実行されることを特徴とする。
【００１８】
このような本発明の光走査型タッチパネルでは、起動時に自動的に、または所定の指示が与えられた場合に計時手段による計時が実行されるので、１回の走査において受光素子が反射光を受光する時間の個々の装置におけるばらつきが自動的に補正される。
【００１９】
また更に本発明に係る光走査型タッチパネルは、指示物で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設けられた光再帰性反射体と、発光器，この発光器が発光し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する光走査部，及び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を有する少なくとも２組の光送受部と、受光器による受光信号を所定しきい値と比較することにより、上述の平面の範囲内に指示物が存在する場合にそれによる遮断開始タイミング及び遮断終了タイミングを検出する比較器と、光走査部での走査角度及び前記比較器の比較結果に基づいて、上述の平面の範囲内での指示物による走査光の遮断範囲を計測する計測手段と、この計測手段による計測結果に従って指示物の上述の平面の範囲内での位置及び大きさを検出する演算手段と、光走査部による各１回の角度走査の間に、比較器が、上述の平面上に存在する指示物による遮断開始タイミングを検出する都度、その回数を計数する第１の計数手段、及び光走査部による各１回の角度走査の間に、比較器が、上述の平面上に存在する指示物による遮断開始タイミング及び遮断終了タイミングを検出する都度、その回数を計数する第２の計数手段とを備え、計測手段は、第１の計数手段の計数値が２以上である場合、又は第２の計数手段の計数値が２でない場合は計測を行なわないようになしてあることを特徴とする。
【００２０】
このような本発明の光走査型タッチパネルでは、上述の平面上に存在する指示物による遮断開始タイミングが２度以上検出された場合、又は遮断開始タイミング及び遮断終了タイミングの検出回数が２ではない場合は計測手段による計測は行なわれないため、検出不可能な状態に陥って無用の混乱が生じるという事態が未然に回避される。
【００２１】
【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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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等を有する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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上で時計方向回りに表示画面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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
図３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。
【００３８】
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。
【００３９】
また、ＭＰＵ５は、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、後述する２点入力禁止処理のためのカウンタ２７とを内蔵している。
【００４０】
図４は受光信号検出回路３ａの構成例を示すブロック図である。なお、受光信号検出回路３ｂも受光信号検出回路３ａと同様の構成であり、必要な場合には参照符号の末尾の「ａ」を「ｂ」に代えて説明する。
【００４１】
両受光素子１３ａ，１８ａは受光量を電流値に比例させた受光信号として出力するため、電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換器３０ａにより両受光素子１３ａ，１８ｂからの出力信号（電流）を電圧信号に変換する。電流／電圧変換器３０ａから出力される電圧信号はローパスフィルタ３１ａを通過してアンプ３２ａからコンパレータ３３ａの一方の入力端子に比較対象の信号として入力される。このコンパレータ３３ａの出力は第１タイマ３４ａに入力されており、その出力はＭＰＵ５に入力されている。アンプ３２ａの出力はまたＡ／Ｄ変換器３６ａにも与えられており、デジタル信号に変換されてＭＰＵ５に入力される。なお、コンパレータ３３ａの他方の入力端子には、ＭＰＵ５から出力されたデジタル信号がＤ／Ａ変換器３５ａによりアナログ信号に変換されて比較のしきい値として入力されている。
【００４２】
更に、ローパスフィルタ３１ａの出力はアンプ３７ａを介してコンパレータ３８ａの一方の入力端子に比較対象の信号として入力されている。このコンパレータ３８ａの出力は第２タイマ３９ａに入力されており、その出力はＭＰＵ５に入力されている。なお、コンパレータ３８ａの比較のしきい値はタイミング検出用受光素子１８ａの最高出力と受光素子１３ａの最高出力との間の適宜のしきい値ＴＨに設定されている。従って、コンパレータ３８ａはタイミング検出用受光素子１８ａが光送受ユニット１ａからの走査光を受光している期間においてのみ信号”１”を出力し、それ以外の期間においては信号”０”を出力する。
【００４３】
なお、第２タイマ３９ａは、たとえばコンパレータ３８ａの出力信号が”０”から”１”に立ち上がる時間間隔を計時することにより、ポリゴンミラー１６ａの回転状態をモニタする。
【００４４】
このような受光信号検出回路３ａ（３ｂも同一構成）の構成により、ＭＰＵ５は以下のような処理が可能である。
【００４５】
アンプ３２ａの出力はＡ／Ｄ変換器３６ａによりデジタル信号に変換されてＭＰＵ５に入力されるので、ＭＰＵ５はある一定期間における両受光素子１３ａ，１８ａの出力信号の合成波形をデジタル信号としてモニタすることが可能である。また、ＭＰＵ５は、第２タイマ３９ａの計時結果からポリゴンミラー１６ａの回転状態、換言すれば各１走査の開始タイミングを検出可能である。従って、ＭＰＵ５はＡ／Ｄ変換器３６ａから入力される信号から各１走査の間の受光信号の最小値を検出することが可能である。
【００４６】
一方、ＭＰＵ５はＤ／Ａ変換器３５ａへデジタル信号を出力してアナログ信号に変換した上でコンパレータ３３ａの他方の入力端子にしきい値の信号として与えることが可能である。従って、コンパレータ３３ａは、アンプ３２ａの出力をＭＰＵ５から与えられる任意の値をしきい値としてスライスする（アンプ３２ａの出力がしきい値以上である場合に”１”を出力し、そうでない場合に”０”を出力する）ことが可能になる。第１タイマ３４ａはこのコンパレータ３３ａからの”１”出力及び”０”出力の継続時間を計時する。
【００４７】
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５の模式図を参照して説明する。但し、図５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。
【００４８】
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、タイミング検出用受光素子１８ａ，１８ｂ及び再帰性反射シート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。
【００４９】
なお、図５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）Ｓ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）Ｓの基準線と逆側端部までの角度をそれぞれ示している。
【００５０】
図６の波形図に、遮断物（指示物）Ｓが存在しない場合の受光素子１３ａ，１３ｂ及びタイミング検出用受光素子１８ａ，１８ｂによる受光信号の波形、及びそれのコンパレータ３３ａによる比較出力信号の波形を示す。
【００５１】
この場合、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。この状態はコンパレータ３８ａの出力信号が”０”から”１”に変化するタイミングとして検出され、更に第２タイマ３９ａによってその周期が計時される。これによってＭＰＵ５は、ポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）の回転周期をモニタ出来るので、それを回転させているパルスモータ２１の回転の補正を、必要に応じてポリゴン制御回路４を制御することにより行なう。
【００５２】
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、第２タイマ３９ａが計時する１周期においてポリゴンミラー１６ａ（１６ｂ）が１／４回転したことになる。
【００５３】
走査光の光路に遮断物（指示物）が存在しない場合には、図６(a) に示されているθ００のタイミングにおいて、タイミング検出用受光素子１８ａ，１８ｂへの直接の入射に続いて再帰性反射シート７からの反射光が受光素子１３ａ，１３ｂに入射する。再帰性反射シート７からの反射光量は、図６(a) に示されているように、最初のθ０の角度において再帰性反射シート７の最も近い部分からの反射光を受光するため最大となり、その後は漸減しつつ再帰性反射シート７の最も遠い対角線方向の隅部で一旦最小となり、その後は漸増して９０°の角度において最低となって１周期の走査が終了する。
【００５４】
ＭＰＵ５は少なくともこのような１周期の受光素子１３ａ，１３ｂへの入射光量をＡ／Ｄ変換器３６ａからデジタル信号として取り込み、最小値（最低電圧）を求める。次に、ＭＰＵ５は求められた最小値に所定の値（マージン電圧）を加算し、その結果のデジタル値をＤ／Ａ変換器３５ａへ出力する。Ｄ／Ａ変換器３５ａは、ＭＰＵ５から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換してコンパレータ３３ａによる比較出力のためのしきい値（基準電圧Ｒｅｆ）として設定する。
【００５５】
なお、上述のマージン電圧Ｒｒｆは受光素子１３ａ，１３ｂ及び再帰性反射シート７の反射特性から予め適宜の値を定めておけばよいが、再帰性反射シート７からの反射光量中の最低値、具体的には再帰性反射シート７の最も遠い対角線方向の隅部からの反射光から得られる電圧をも検出し、これと最低電圧との中間、たとえば１／２の値をマージン電圧とすることも可能である。
【００５６】
このように本発明の光走査型タッチパネルにおいては、少なくとも１回の走査における受光素子１３ａ，１３ｂの受光量から得られる最低電圧に基づいてコンパレータ３３ａのしきい値（基準電圧Ｒｅｆ）を定めるようにしているので、受光素子１３ａ，１３ｂの温度変化等による感度変化の影響を排除してより正確な検出が可能になる。
【００５７】
なお、上述の例では１回の走査においてコンパレータ３３ａの基準電圧Ｒｅｆを設定しているが、複数回の走査の結果からそれを設定するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００５８】
ところで、上述のようにしてコンパレータ３３ａにしきい値（基準電圧Ｒｅｆ）が設定されると、ＭＰＵ５は次にコンパレータ３３ａの出力信号が”１”である、換言すればコンパレータ３３ａへの入力信号の電圧が基準電圧以上である時間を計時する。装置が正常である場合には、タイミング検出用受光素子１８ａへの入射光に起因する比較的短時間の”１”出力と再帰性反射シート７からの反射光に起因する比較的長時間の”１”出力とがコンパレータ３３ａの出力信号として得られる。しかし、タイミング検出用受光素子１８ａへの入射光に起因する比較的短時間の”１”出力は第２タイマ３９ａによる計時周期と同期しているので、図６(b) に示されているように、ＭＰＵ５は再帰性反射シート７からの反射光に起因する比較的長時間の”１”出力の継続時間のみを基準時間ｔｒｅｆとしてＲＡＭ２６に記憶する。
【００５９】
ＭＰＵ５は以上のような初期化処理を、表示画面１０上に遮断物（指示物）Ｓが存在しない装置の起動時または所定のタイミング、たとえば装置外部から所定の指示が与えられたタイミングにおいて実行する。
【００６０】
以上のようにして初期化処理が完了すると、本発明の光走査型タッチパネルの実際の使用が可能になる。
【００６１】
表示画面１０上に遮断物（指示物）Ｓが存在する場合には、光送受ユニット１ａ，１ｂから投射された光の遮断物（指示物）Ｓからの反射光は受光素子１３ａ，１３ｂに入射されない。従って、図５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。
【００６２】
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７参照）。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。
【００６３】
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。
【００６４】
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８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。
【００６５】
Ｐｘ＝（ｔａｎφ）÷（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）×Ｌ …（１）
Ｐｙ＝（ｔａｎθ・ｔａｎφ）÷（ｔａｎθ＋ｔａｎφ）×Ｌ …（２）
【００６６】
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９に示すように、遮断物（指）Ｓのエッジ部の４点（図９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９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。
【００６７】
Ｐｃｘ＝Ｐｃｘ（θ１＋ｄθ／２，φ１＋ｄφ／２） …（３）
Ｐｃｙ＝Ｐｃｙ（θ１＋ｄθ／２，φ１＋ｄφ／２） …（４）
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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１０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。
【００７１】
θ＝ω×Ｔ …（５）
【００７２】
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。
【００７３】
θ１＝ω×ｔ１ …（６）
θ２＝ω×ｔ２ …（７）
【００７４】
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。
【００７５】
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１１は、この断面長計測の原理を示す模式図である。図１１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。
【００７６】
ＯＰｃ＝ｒ１＝（Ｐｃｘ2 ＋Ｐｃｙ2 ）1/2 …（８）
ＢＰｃ＝ｒ２＝｛（Ｌ−Ｐｃｘ）2 ＋Ｐｃｙ2 ｝1/2 …（９）
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００８０】
図１２は、第１タイマ３４ａの計時値に基づくＭＰＵ５による受光信号の処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。なお、図１３は遮断物（指示物）Ｓが表示画面１０上に２個存在する場合の受光素子１３ａの出力信号及びコンパレータ３３ａの出力信号の状態を示す波形図である。
【００８１】
まず、タイミング検出用受光素子１８ａに走査光が直接入射されることにより、１走査が開始される (ステップＳ１１）。次に、受光素子１３ａからの受光信号が”１”から”０”に変化すると (ステップＳ１２で”YES ”）、カウンタ２７のカウンタ値Ｃが”０”クリアされる (ステップＳ１３）。但し、ステップＳ１２において受光素子１３ａからの受光信号が”１”から”０”に変化しないままに所定時間が経過した場合には (ステップＳ５１で”YES ”）、エラー処理が実行される (ステップＳ５２）。
【００８２】
そして、再帰性反射シート７からの反射光が受光素子１３ａに入射し始めると、受光素子１３ａからの受光信号が”０”から”１”に変化するので (ステップＳ１４で”YES ”）、第１タイマ３４ａが計時を開始し (ステップＳ１５）、カウンタｉが”１”に初期化される (ステップＳ１６）。なお、第１タイマ３４ａの計時値をｔｃとする。但し、ステップＳ１４において受光素子１３ａからの受光信号が”０”から”１”に変化しないままに、換言すれば、再帰性反射シート７からの反射光が受光素子１３ａに入射しないままに所定時間が経過した場合には (ステップＳ６１で”YES ”）、エラー処理が実行される (ステップＳ６２）。
【００８３】
この後、表示画面１０上に遮断物（指示物）Ｓが存在しない場合には、受光素子１３ａの受光信号は変化しないので、ステップＳ１７において”NO”，ステップＳ１８においても”NO”となり、第１タイマ３４ａの計時値ｔｃが先の初期化処理においてＲＡＭ２６に記憶した基準時間ｔｒｅｆに達したか否かが判断される (ステップＳ２２）。第１タイマ３４ａの計時値ｔｃが基準時間ｔｒｅｆに達している場合には (ステップＳ２２で”YES ”）、１走査が終了したのでステップＳ３１へ処理が進められる。
【００８４】
しかし、表示画面１０上に遮断物（指示物）Ｓが存在している場合には、通常は第１タイマ３４ａの計時値ｔｃが基準時間ｔｒｅｆに達するまでに受光素子１３ａの受光信号が”１”から”０”へ、そして”０”から”１”へ変化する。
【００８５】
具体的には、走査光が遮断物（指示物）Ｓにより遮断されると受光素子１３ａの受光信号がまず”１”から”０”に変化する (ステップＳ１７で”YES ”）。この場合には、図１３に示されているように、カウンタ２７のカウンタ値Ｃが”１”インクリメントされ (ステップＳ１９）、その時点の第１タイマ３４ａの計時値ｔｃがデータｔｉ（最初はｔ１）としてＲＡＭ２６に記憶される (ステップＳ２０）。この後、カウンタｉが”１”インクリメントされ (ステップＳ２１）、通常は第１タイマ３４ａの計時値ｔｃが基準時間ｔｒｅｆに達していないので、ステップＳ１７へ処理が戻される。やがて、受光素子１３ａの受光信号が”０”から”１”に変化する (ステップＳ１７で”NO”，Ｓ１８で”YES ”）。この場合には、その時点の第１タイマ３４ａの計時値ｔｃがデータｔｉ（２度目なのでｔ２）としてＲＡＭ２６に記憶される (ステップＳ２０）。この後、カウンタｉが”１”インクリメントされ (ステップＳ２１）、通常は第１タイマ３４ａの計時値ｔｃが基準時間ｔｒｅｆに達していないので、ステップＳ１７へ処理が戻される。
【００８６】
通常は遮断物（指示物）Ｓは一個であるので、やがて第１タイマ３４ａの計時値ｔｃが基準時間ｔｒｅｆに達してステップＳ３１へ処理が進められる。しかし、表示画面１０上に複数の遮断物（指示物）Ｓが存在する場合には上述の処理が反復されてカウンタ２７のカウンタ値Ｃが２以上に、また第１タイマ３４ａの計時値ｔｃのデータｔｉが３個以上得られることになる。
【００８７】
第１タイマ３４ａの計時値ｔｃが基準時間ｔｒｅｆに達すると、まずカウンタ２７のカウンタ値Ｃが調べられる (ステップＳ３１）。上述のように、通常は表示画面１０上に存在する遮断物（指示物）Ｓは一個であるので、カウンタ２７のカウンタ値Ｃは”１”であり (ステップＳ３１で”YES ”）、またカウンタｉの値は”２”である (ステップＳ３２で”YES ”）。この場合には、前述したような座標計算が行なわれる (ステップＳ３３）。しかし、図１３に示されているように、カウンタ２７のカウンタ値Ｃが”１”でない場合 (ステップＳ３１で”NO”、但しこの場合には表示画面１０上に遮断物（指示物）Ｓが存在しない場合も含む）、及びカウンタｉが”２”でない場合には (ステップＳ３２で”NO”、但しこの場合には表示画面１０上に遮断物（指示物）Ｓが存在しない場合も含む）、座標計算は行なわれずにステップＳ１１へ処理が戻される。
【００８８】
以上のような処理により、受光素子１３ａの周囲温度による影響を排除して、またポリゴンミラー１６ａの実際の回転速度に基づいて、更に表示画面１０上に遮断物（指示物）Ｓが１個のみ検出された場合に座標計算が行なわれる。従って、表示画面１０上に遮断物（指示物）Ｓが複数検出されて正確な座標計算が出来ないというような場合には座標計算が行なわれない。但し、そのような状態は極短時間である場合が多いため、実用上の問題は生じない。なお、座標計算が行なわれない状態がある程度以上の時間にわたって継続する場合にはなんらかのエラーメッセージを発するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００８９】
【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によれば、受光素子の温度変化等による感度変化の影響を排除して正確な測定が可能になる。
【００９０】
また、本発明によれば、１回の走査において受光素子が反射光を受光する時間の個々の装置におけるばらつきが自動的に補正され、また出荷後の変動にも容易に対応可能になる。
【００９１】
更に、本発明によれば、２個またはそれ以上の遮断物（指示物）が走査面に存在する場合には正確な位置検出が行なえないという状態は一時的な状態である場合が多いため、そのような場合には位置検出を行なわないようにして無用な混乱を回避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】本発明の光走査型タッチパネルのブロック図である。
【図４】受光信号検出回路の構成例を示すブロック図である。
【図５】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６】指示物が存在しない場合の受光信号の波形、及びその比較出力信号の波形を示す波形図である。
【図７】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８】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９】遮断物及び遮断範囲を示す模式図である。
【図１０】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１１】断面長計測の原理を示す模式図である。
【図１２】受光信号の処理のアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１３】指示物が表示画面上に２個存在する場合の受光信号及び比較信号の状態を示す波形図である。
【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
５ ＭＰＵ
７ 再帰性反射シート
１０ 表示画面（座標面）
１１ａ，１１ｂ 発光素子
１３ａ，１３ｂ 受光素子
１６ａ，１６ｂ ポリゴンミラー
１８ａ，１８ｂ タイミング検出用受光素子
２７ カウンタ
３３ａ（３３ｂ） コンパレータ
３４ａ（３４ｂ） 第１タイマ
Claims (6)
- 指示物で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設けられた光再帰性反射体と、
発光器，該発光器が発光し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する光走査部，及び該光走査部により走査される光を直接受光する第１の受光素子及び該第１の受光素子に続き前記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第２の受光素子を含む受光器を有する少なくとも２組の光送受部と、
前記第２の受光素子が前記光再帰性反射体による反射光を受光した場合の受光信号を所定しきい値と比較することにより、前記平面の範囲内に指示物が存在する場合にそれによる遮断タイミングを検出する比較器と、
前記光走査部での走査角度及び前記比較器の比較結果に基づいて、前記平面の範囲内での前記指示物による走査光の遮断範囲を計測する計測手段と、
該計測手段による計測結果に従って前記指示物の前記平面の範囲内での位置及び大きさを検出する演算手段と、
前記第１の受光素子が前記光走査部により走査される光を直接受光した場合の受光信号の最低レベルを検出する信号レベル検出手段と、
該信号レベル検出手段により検出された信号のレベルに所定値を加算する加算手段と、
該加算手段により得られた加算値を前記比較器に前記所定しきい値として設定するしきい値設定手段と
を備えたことを特徴とする光走査型タッチパネル。 - 前記信号レベル検出手段は、前記第１の受光素子の受光信号の最低レベルと共に、前記平面の範囲内に指示物が存在しない状態で前記第２の受光素子が走査光を受光した場合の受光信号の最低レベルを検出し、
前記加算手段は、前記信号レベル検出手段により検出された二つのレベルの中間の値を前記第２の受光素子の受光信号の最低レベルに加算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。 - 指示物で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設けられた光再帰性反射体と、
発光器，該発光器が発光し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する光走査部，及び該光走査部により走査される光を直接受光する第１の受光素子及び該第１の受光素子に続き前記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第２の受光素子を含む受光器を有する少なくとも２組の光送受部と、
前記第２の受光素子が前記光再帰性反射体による反射光を受光した場合の受光信号を所定しきい値と比較することにより、前記平面の範囲内に指示物が存在する場合にそれによる遮断タイミングを検出する比較器と、
前記光走査部での走査角度及び前記比較器の比較結果に基づいて、前記平面の範囲内での前記指示物による走査光の遮断範囲を計測する計測手段と、
該計測手段による計測結果に従って前記指示物の前記平面の範囲内での位置及び大きさを検出する演算手段と、
前記第１の受光素子が前記光走査部により走査される光を直接受光した場合の受光信号の最低レベルを検出する信号レベル検出手段と、
該信号レベル検出手段により検出された信号のレベルに所定値を加算する加算手段と、
該加算手段により得られた加算値を前記比較器に前記所定のしきい値として設定するしきい値設定手段と、
前記平面上に指示物が存在しない場合に前記受光器が出力する受光信号のレベルの継続時間を計時する計時手段と
を備え、
前記計測手段は、前記受光器が前記平面上に指示物が存在しない場合のレベルの受光信号を出力し始めた時点から前記計時手段により計時された前記継続時間内において前記比較手段の比較結果が変化した場合に計測を行なうべくなしてあることを特徴とする光走査型タッチパネル。 - 前記計時手段による計時は、起動時に自動的に実行されることを特徴とする請求項３に記載の光走査型タッチパネル。
- 前記計時手段による計時は、所定の指示が与えられた場合に実行されることを特徴とする請求項３に記載の光走査型タッチパネル。
- 指示物で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設けられた光再帰性反射体と、
発光器，該発光器が発光し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する光走査部，及び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を有する少なくとも２組の光送受部と、
前記受光器による受光信号を所定しきい値と比較することにより、前記平面の範囲内に指示物が存在する場合にそれによる遮断開始タイミング及び遮断終了タイミングを検出する比較器と、
前記光走査部での走査角度及び前記比較器の比較結果に基づいて、前記平面の範囲内での前記指示物による走査光の遮断範囲を計測する計測手段と、
該計測手段による計測結果に従って前記指示物の前記平面の範囲内での位置及び大きさを検出する演算手段と、
前記光走査部による各１回の角度走査の間に、前記比較器が、前記平面上に存在する指示物による遮断開始タイミングを検出する都度、その回数を計数する第１の計数手段、及び前記光走査部による各１回の角度走査の間に、前記比較器が、前記平面上に存在する指示物による遮断開始タイミング及び遮断終了タイミングを検出する都度、その回数を計数する第２の計数手段と
を備え、
前記計測手段は、前記第１の計数手段の計数値が２以上である場合、又は前記第２の計数手段の計数値が２でない場合は計測を行なわないようになしてあることを特徴とする光走査型タッチパネル。
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