JPS61233826A - 光学式位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は光学式位置検出装置に係り、特に陰極線管（Ｃ
ＦＬＴ）画像表示装置の画像表示面上の物点位置を検出
する装置に関する。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕画像表示装置、
例えば陰極線管（ＣＩ’ＬＴ）ディスプレイ装置、液晶
（ＬＣＤ）ディスプレイ装置またはエレクトロルミネッ
セント（ＥＬ）　ディスプレイ装置において人間対機械
対話方式（マン−マシンインターフェイス）はキーボー
ドによる操作が−般に行われている方法である。しかし
、キーボードはよく知られているように各種のキーが平
面上に配置されており、さらに−個のキーに複数の操作
機能を持たせている場合が多く、操作が複雑となり操作
速度の低下や誤操作を招く危険性が非常に高い。さらに
キーボードとディスプレイ装置の画像表示面とは一般に
同一平面上にはないため、キーボード操作時にキーボー
ドと前記画像表示面の両者を交互に確認する視点の繁雑
な変化により作業者に肉体的、精神的疲労の発生を招来
することが問題点となっている。このようなキーボード
入力方式の欠点を補うため、作業者が前記ディスプレイ
装置の画像をみながら、その画像表示面上に直接入力で
きる方式としてライトペン方式やタッチパネル方式が前
記キーボード方式と併用して用いられている。

前記ライトペン方式の動作機構についてＣＲＴディスプ
レイ装置における応用例で説明すると、前記ＣｉＴディ
スプレイ装置に表示された画像の一部データを選択する
ためにライトペンを画像表示面に押し当てるとライトペ
ンの受光素子が前記画像表示面の光を感知し、電気信号
に変え、ディスプレイ装置の走査周期との位相差からラ
イトペンの位置を検知し、選択されたデータを検出する
ものである。このライトペン方式は画像表示面とデータ
入力面が同一という点で前記キーボード方式のみによる
入力方式よりは浸れているが、前記受光素子の感光スペ
クトルと、前記ＣＲＴディスプレイ装置の螢光面の発光
スペクトルとの不一致による検知誤差、前記ライトペン
を前記画像表示面に押し当てる時の角度のちがいから生
ずる検知誤差等の欠点がある。

一方前記タッチパネル方式は、ＣＲＴディスプレイ装置
の画像表示面上に透明な電極板を配置し作業者が指等で
直接前記電極板に接触することによる電極板と連動する
感応素子の誘電率の変化、静電容量の変化、または電極
板の短絡等の変化により前記接触位置を検出するもので
ある。前記タッチパネル方式には検出方式によって圧力
センサ一方式、静・１容量方式、透明電極方式等が一般
に使われる。しかし、前記タッチパネル方式は前述した
ように画像表示面上に透明な電極板を配置するため画像
に光学的な歪みを生じたシ、作業者の指による圧力のた
め前記電極板の損傷を生じ易い等の欠点がある。

前述したライトペン方式やタッチパネル方式の問題点を
解決する方法として特公昭５８−６４２６号公報にも述
べであるように光学式位置検出方式が一般に用いられて
いる。従来の光学式位置検出装置の一部断面構造を第３
図に、平面構造概略図を第４図に示す。第３図に示すよ
うに陰極線管０υの前面パネル０３すなわち画像表示面
の外端面に対向して発光素子（至）と受光素子（ロ）が
配設され、かつ発光素子（至）より発せられた光線弼は
前面パネル（３′Ｊの外面に近接して横切るように配設
される。また第４図に示すように、前記発光素子と受光
素子は矩形状の画像表示面器の対向する端辺に直交して
二組配設される。すなわち、前記画像表示面の短辺側（
ｙ軸）Ｋ発光素子列ｃｌηと受光素子列（４１）が対向
して配置され、長辺側（Ｘ軸）Ｋ発光素子列６１と受光
素子列（４３が配設される。発光素子には例えば発光ダ
イオード（Ｌ］１ｉｉＤ）を用い、受光素子には例えば
フォトトランジスタを用いる。発光素子列０７）。

によって駆動される。発光素子列Ｃ（７）及び（至）は
順次発光し、それぞれＸ軸及びｙ軸の位置を示す信号と
して光線（４？）及び卿を発光し、受光素子列（４１）
及び（４３がそれぞれ対応して受光し、Ｘ軸及びｙ軸の
受光信号とする。前記光線が前記画像表示面上の物点に
よって遮断されると、前記受光信号に欠如信号が発生し
、この欠如信号はＸ軸及びｙ軸上の座標点を示し、前記
物点位置を検出することができる。

前記光学式位置検出装置は前述したライトペン方式やタ
ッチパネル方式の欠点を解決した優れた面を持つ一方、
第４図に示すように発光素子と受光素子とが一対一に対
応しなければならないこと、検出解像力を上げるために
は前記発光素子と前記受光素子の配列数を増やすことが
必要であること、及びリード線の数も前記配列数に応じ
て増えるなどの問題点がある。通常発光素子としては発
光ダイオードが使われ、受光素子にはフォトダイオード
または一次元の電荷結合素子（ＣＯＤ）パネルが使われ
ているが、前記−次元ＣＯＤパネルの受光面の幅は０．
０１１１以下まで小さくすることができるが、前切発光
ダイオード及びフォトダイオードの幅は０．１乃至０．
５ｆｌが限界である。従って前記光学式位置検出装置の
検出解像力は主に発光素子の大きさによって制約されて
いる。

〔発明の目的〕

本発明は前述した従来の光学式位置検出装置の欠点に鑑
みなされたもので、検出解像力に優れ、しかも安価な光
学式位置検出装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

すなわち、前記陰極線管の前面パネル部側壁内面に螢光
面スクリーンを形成し、この螢光面スクリーンから発光
された光線を前記前面パネル部外端面に導く機構と、前
記光線を前記発光と同期して受光する受光素子列を前記
外端面に前記機構と対向して配設することにより前記目
的を達成せんとするものである。

〔発明の実施例〕

以下実施例を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明を適用した光学式位置検出装置の断面構
造概略図を示し、第２図は前記光学式位置検出装置の平
面構造概略図を示す。第１図に示すように、一般に陰極
線管は内面に螢光面スクリーン（５）を備えた前面パネ
ル部（１）と、前面パネル部（１）に結合された７アン
ネル部（２）と７アンネル部（２）に結合され、内部に
電子銃構体（４）を備えたネック部（３）とより少くと
も構成されているが、本発明においてはさらに前面パネ
ル部（１）の側壁部（６）の内面にも螢光面スクリーン
（７）を螢光面スクリーン（５）と継続して形成する。

前面パネル部の側壁部（６）の外面には収束性ミラー（
８）を配設し、前面パネル部（１）の外端面には第２図
に示すように、矩形状の前面パネル部外表面、すなわち
画像表示面ｔ１ｅの短軸（ｙ軸）方向端辺側と長軸（Ｘ
軸）方向端辺側にそれぞれ対向してミラー←ｌ及び翰と
受光素子Ｃυ及び（ハ）を配設する。ミラー←ｌ及び翰
は前記前面パネル部側壁部外面に配設された収束性ミラ
ーの光線を反射し、受光素子ｃ！Ｄ及び＠を照射するよ
うに配設される。前記陰極線管と前記収束性ミラー及び
前記ミラーと受光素子とによって構成される本発明を適
用した光学式位置装置の位置検出機構について次に説明
する。すなわち、第１図に示すように、電子銃構体（４
）より発射された電子ビームαくＫより螢光面スクリー
ン（７）より発光された光線Ｉは収束性ミラー（８）に
よって収束光線ａ２となってミラー　（９）　Ｋ到達し
、反射された光線Ｃ１３は受光素子αＱに到達し受光信
号となる。第５図に電子ビームα乃による発光信号パタ
ーンの模式図を示すように、発光信号６Ｉ）、すなわち
長袖（Ｘ軸）方向の側壁内面の螢光面スクリーン（７）
の走査によって発する信号は発光時間ｔＨ，すなわち水
平方向（Ｈ方向）の画面走査時間で、発光周期はｔｙ、
すなわち垂直方向（Ｖ方向）の画面走査時間または画像
表示の繰り返し周期によって発生する。すなわち、画像
表示用のＨ方向走査線を一本増やしてＸ軸方向の発光信
号を発生させる。一方ｙ軸方向の発光信号はＨ方向の走
査線を有効画像表示面σｅより広げｙ方向の側壁内面の
螢光面スクリーン（７）を走査するよう偏向回路を調整
する。従ってｙ軸方向には第５図に示すように発光時間
ｔＨの発光信号６′ＩＪが時間ｔｙ内にＨ方向走査線と
同数発生する。前記発光信号によって光線αη及びα樽
となって受光素子１２υ及び＠に到達する。受光信号は
リード線Ｇ及び四によって位置検出制御部（図示せず）
＆Ｃ送られる。前記位置検出制御部は、ｙ軸方向につい
ては第５図に示す発光信号（５３と同期し、画像表示面
上の物点（１５１によって光線が遮断され受光信号が欠
如した点からｙ軸方向の位置を検出し、Ｘ軸方向につい
ては第５図に示す発光信号５１）と同期し、受光信号欠
如時間１．と発光時間１Ｈとの比からＸ軸方向の位置を
検出し、前記ｙ軸方向の位置と総合して物点の位置を検
出する。Ｘ軸方向の発光周期はｔｙ、すなわちＶ方向の
走査周期と同じであるが通常の画像表示装置におけるＶ
方向走査の周期は１／６０秒乃至１／３０秒であり、画
像表示面に物点、例えば指を置く時間は前記■方向走査
の周期よシ極めて長いものであり検出精度に影響は出な
い。

前記前面パネル部側壁部外面に配設される収束性ミラー
は前記螢光面スクリーンから発光される拡散光を収束す
るもので、断面形状が放物線を形成するように製作する
。または、前記前面パネル部側壁を成すガラス部材をレ
ンズ作用をするように形成するか、前記側壁部の外面に
沿って帯状のレンズ作用を有するプラスチック部材等を
接着固定すれば前記収束性ミラーは不用となり、単に平
面ミラーで良い。

前述したように本発明を適用した光学式位置検出装置の
位置検出機構は、Ｈ方向及び■方向の走査周期と受光信
号を同期させ、画像表示面上の物点位置を前記走査周期
との時間比によって求めるものであるため、前記側壁部
を走査する電子ビームの太さは画像表示に用いる電子ビ
ームの太さより大きくても検出誤差は生じない。従って
前記側壁部を走査する電子ビームを太くするよう走査回
路を調節し、発光信号を大きくして動作させることも可
能である。

また前記受光素子はフォトダイオードを面状に配列した
ものでもよく、または−次元のＣＣＤパネルを使っても
よい。倒れにしても第２図に示すようにリード線は二本
以内で構成することができるため従来の光学式位置検出
装置に比べ安価でかつ構造が簡略化される。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、発光素子の配置数の
少ない安価でしかも検出解像力の優れた光学式位置検出
装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した光学式位置検出装置の断面構
造を示す概略図、第２図は第１図の光学式位置検出装置
の平面構造を示す概略図、第３図は従来の光学式位置検
出装置の断面構造を示す概略図、第４図は第３図の光学
式位置検出装置の平面構造を示す概略図、第５図は本発
明を適用した光学式位置検出装置の発光信号パターンを
示す摸弐図である。 （１）・・・前面パネル部　　　（２）・・・７アンネ
ル部（３）・・・ネック部　　　　　（４）・・・電子
銃構体（５）・・螢光面スクリーン　　（６）・・・前
面パネル部側壁部（７）・・螢光面スクリーン　（８）
・・・収束性ミラ“−（９）・・ミラー　　　　　　Ｑ
ｌ・・・受光素子Ｉ・・・電子ビーム　　　　員、（イ
）・・・ミラーｃ２１）、（２３・・・受光素子 代理人　弁理士　則　近　憲　佑　（ほか１名）第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）内面に螢光面スクリーンを備えた前面パネル部と、
   この前面パネル部と結合されたフアンネル部と、このフ
   アンネル部と結合され、内部に電子銃構体を備えたネッ
   ク部とを少くとも具備し、前記螢光面スクリーンが前記
   前面パネル部側壁内面まで延在して形成されている陰極
   線管と、前記前面パネル部の外端面に対向して配設され
   たミラー部と受光素子列とによつて少くとも構成され、
   前記電子銃構体より発射される電子ビームによつて前記
   前面パネル部側壁内面の螢光面スクリーンより発光され
   る光線を前記ミラーに導く機構と、前記ミラーより反射
   された前記光線を前記発光と同期した前記受光素子列の
   受光信号によつて位置検出を行うことを特徴とする光学
   式位置検出装置。 ２）前記ミラー部と前記受光素子列とは、前記前面パネ
   ル部外端面に直交して二組配設されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の光学式位置検出装置。 ３）前記前面パネル部側壁部内面の螢光面スクリーンよ
   り発光される光線は、前記前面パネル部側壁部外面に配
   置されたミラーと、前記前面パネル部外端面に配置され
   、前記受光素子列と対向したミラーとによつて前記受光
   素子列に導かれることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の光学式位置検出装置。