JPS6167121A - デイスプレイ画面における位置検出方法 - 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】 五五分！ 本発明はディスプレイ画面上の任意位置に指等を触れる
もしくは接近させることでその位置を検出する光電方式
の入力装置における入力位置検出方法に関する。

ｌ米及± ディスプレイ画面として例えばＣＲＴ画面における画面
上の位置を検出する装置としては、従来よりライトペン
装置が良く知られている。これは画面位置の入力／出力
に利用可能な装置であり、ＣＲＴ画面上に押当てるよう
に操作することによってその位置における光を受入れ、
画面走査と受光時の時間的関係から押当て位置を検出す
ることができるようになされている。従って精度の高し
）位置検出を可能とするが、輝度のない部分においては
位置検出ができないうえ、比較的複雑で高価となる欠点
を有している。

また、ディスプレイ画面上に対する入力装置としてデジ
タイザやトラックボール、更に近年ではマウスと称され
るトランクボールの変形装置が提供されてきている。こ
れらの装置はディスプレイ画面とは別の部分で操作する
ものであるため、所望位置に関する位置情報を得るため
には現在位置を示すマークをディスプレイ画面上に表示
させ、このマークを所望位置に移動させるように操作す
ることが必要となる。従って所望位置の位置情報を検出
するのに迅速な処理ができない欠点がある。

これらに対し、ＣＲＴ画面に透明の薄膜を密着させて取
付け、指等をこの薄膜の所望位置に触れることで画面に
おけるその位置を検出する所謂タッチ式の装置が提供さ
れ注目されてきている。この装置には一般に抵抗膜方式
、容量方式、音響方式がある。

抵抗膜方式とはＣＲＴ画面上に透明膜を２枚被せ、一方
の膜には縦方向に走る電極を、他方の膜には横方向に走
る電極をそれぞれ配備しておき、指等により押圧するこ
とで互いに接触されて導通された電極を検出し、これに
より縦方向および横方向の位置を検出するものである。

しかしこの方式は強い力で押圧しなければならず、画面
の汚れが著しくなって好ましくないうえ、爪や尖ったも
ので触ると傷や穴が開き易く、水等が浸入して致命的な
欠陥につながる欠点を有している。

容量方式とはＣＲＴ画面上に取付けた透明膜に隔離分割
して透明導電領域を複数設け、指が触れて該領域に人体
の容量が付加された変化を検出して該領域を検出するも
のである。この方式は、４電性のもので触れなければ作
用せず、画面の細分化即ち検出領域の微小化が困難であ
る欠点を有している。

音響方式とはＣＲＴ画面に取付けた透明膜の縦および横
方向に沿って圧電効果型トランスデユーサを配置し、こ
れらが発生する表面弾性波が画面に接触もしくは接近さ
せた物体により反射されたことを検知して位置を検出す
るものである。この方式は、指のような太いもので押圧
した場合にはその中心を検出できないうえ、高分解能に
すれば塵に対する感度も高まって読み取り誤差が増え易
い欠点がある。

このようにタッチ式の装置では個々に上述したような欠
点があるうえ、透明とはいえ薄膜をディスプレイ画面に
密着させるものであるから画面の鮮明さが損なわれてし
まうという本質的な欠点を有しているのである。

これを解消するものとして、光電方式の位置検出装置も
提供されてきた。この装置は、赤外発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）および受光素子をＣＲＴ画面の縦方向および横方
向にそれぞれ対応させて複数対設け、各対に画面前方位
置で光授受を行わせるようになし、画面に触れるもしく
は接近させた指等により遮光された対を検知することに
よって、ＣＲＴ画面上の縦方向および横方向の位置を検
出する装置である。従って、透明膜を全く使用せず画面
の鮮明さを保証でき、またすべて固体素子の部品からな
るので寿命が長い利点を有する。

しかしながら、従来の光電方式の位置検出装置では、指
等の太いもので複数の対が遮光された場合、遮光された
受光素子の範囲に関しての中央を人力位置として決定し
ていた。即ち、従来は遮光された受光素子のうちの最外
受光素子の位置を遮光範囲の最外位置とみなし、その単
純平均による中央位置を入力位置と認識しており、受光
素子の間隔によって分解能の限界が与えられていた。実
際上は受光素子の間隔もそれ程細かくできないので、分
解能は精々数ミリメートル程度が限界とされていた。

溌１凶υシ頁 本発明の目的は、上述したような数々の位置検出装置の
うちの光電方式の位置検出装置において、光授受対の数
を増やすことなく分解能を格段に向上できる位置検出方
法を提供することである。

衾皿至璽底 本発明による位置検出方法は、ディスプレイ画面の縦方
向および横方向に赤外発光ダイオードおよび受光素子を
それぞれ対応させて複数対設け、指等を画面に触れるも
しくは接近させることで遮光された対を検知し、これに
よって画面上の縦方向および横方向の位置を検出する方
法において、遮光されていない時に全受光素子の出力信
号が一定の基準レベルとなるように調整しておき、前記
各対における赤外発光ダイオードを縦方向および横方向
へ順次に付勢制御しつつ、対応せる受光素子の出力レベ
ルを走査し、前記各対の受光素子の出力レベルに対して
スレッシュホールドを定めておき、少なくとも１つの受
光素子の出力レベルがこの設定値より低下している場合
に、当該受光素子およびこの受光素子に対して縦方向も
しくは横方向へそれぞれ連なって出力レベルが前記基準
レベルを下まわっている受光素子の一群を抽出し、前記
それぞれの方向に関しての一群の受光素子の出力レベル
の変化量に基づいてそれぞれ中心位置を演算し、それぞ
れの方向に関しての前記中心位置で与えられる座標を入
力位置であると決定することを特徴とする。

大血拠二凰更 第１図は本発明による検出方法を実現するために、位置
検出器１をＣＲＴディスプレイ画面２の前面に取付けた
状態を概略的に示している。この位置検出器１は複数対
の発光ダイオード（外部光の影響を避けるために変調さ
れた光を発する）およびこの光を受ける受光素子を含ん
でなり、ディスプレイ画面２の彎曲に沿ってその上部に
発光ダイオード４ｘａ、４ｘｂ、４ｘｃ−・４ｘｎが配
備され、下部にそれぞれ対応させて受光素子５ｘａ、５
ｘｂ、５ｘｃ−・・５ｘｎが配備されている。受光素子
はここでは互いに端部を接して配置して示されているが
、それぞれ一方の端が隠れるようにオーバーラツプさせ
て配置することができる。この場合、単一の受光素子の
受光有効長さ範囲が挟まり、遮光物体により積極的に複
数個の受光素子が遮光されるようになる。これにより例
えば比較的細い物体によっても複数の受光素子が遮光さ
れ、以下に説明する本発明の方法で正確に入力位置を検
出できるようになるのである。しかし本発明は個々の受
光素子の受光長さ範囲を狭めることで位置検出の精度を
向上させることを原理とするものではなく、あくまでも
複数の受光素子の出力レベルの変化状態を基にして後述
するように単一受光素子の受光長さ範囲内での位置を正
確に割り出すことで精度を向上させることを原理とする
のである。これらの光授受対は画面の３次元的な彎曲に
よって中央部で遮光されないように画面２の前面から適
当な間隔を隔てた位置に位置決めされている。同様に、
画面２の左側に発光ダイオード４ｙａ、４ｙｂ、４ｙｃ
　・・・・４３’ｎが配備され、右側にそれぞれ対応さ
せて受光素子５ｙａ、５ｙｂ、５ｙｃ・・−５１ｎが配
備されている。

各発光ダイオード４ｘ（ｎ）および４ｙ（ｎ）に対しこ
こではレンズ５ｘａ、６ｘｂ・・・・６ｘｎおよび６ｙ
ａ、６ｙｂ・−−６ｙｎがそれぞれ配備されている。こ
れらのレンズは各発光ダイオードの放射する赤外線をそ
れぞれ対応する受光素子に対してのみ照射させるように
なっている。

しかしこれらのレンズは本発明の方法を実施する上で本
質的に必要とされるものではない。

第２図は本発明の方法を実現するための制御回路のブロ
ック線図の概要を示している。各光授受対は縦方向およ
び横方向へ順次に作動（走査）されるようになっていて
、点灯回路１ｏにより順次に点灯されてレンズを通った
発光ダイオ−トノ光を対応する受光素子が受け、入力回
路１１に出力するようになっている。入力回路１１はフ
ィルタ機能を含み、受光素子の出力信号から対象となる
周波数の光に関する出力のみ抽出する処理を行い、この
抽出した出力信号を制御回路１２に与えるようになって
いる。

制御回路１２は、塵等の影響を排除して意図的な遮光を
判別するために前記出力信号に対するスレッシュホール
ドを設定しており、このスレッシュホールド設定値より
も受光素子の出力が低い場合に指等による意図的な遮光
であると判定するようになっている。また、位置検出の
実施に先立って、意図的な遮光が行われていない場合に
前記出力信号のレベルが一定の基準レベルとなるように
調整可能とされている。

制御回路１２はまた記憶装置を含んでおり、各対を縦方
向および横方向に走査しつつ各対に関しての出力信号の
レベルを記憶するようになっている。

本発明の方法においてはこのような縦方向および横方向
に関する走査が繰返される。そして、例えば各走査の終
了時点において各受光素子に関する記憶レベルをスレッ
シュホールド設定値と比較し、これにより意図的な遮光
の行われたこと、即ち少なくとも何れか１つの受光素子
に関する出力レベルが前記スレッシュホールド設定値よ
りも低いことを制御装置１２が検出した場合に、該受光
素子に連なる受光素子のうちで基準レベルより低い出力
レベルの受光素子の一群を抽出するようになされている
。即ち、意図的な遮光が行われた対を検知した場合で、
その前および／または後の出力レベルが基準レベルより
低いならば、その光授受対は遮光物体により部分的に遮
光されているものと見なすのである。このような一群の
抽出はコンピュータ処理により当業者にとって容易に行
なえるので説明は省略する。

本発明による方法では、このようにして抽出した縦方向
および横方向に関する一群の受光素子の出力の変化量を
基にして、先ず遮光物体による遮光範囲を求め、次にそ
の範囲における中心点を求め、両方向に関して求めた中
心座標を遮光物体による人力位置として演算することを
特徴としているのである。

この演算は制御回路１２に含まれている演算処理部で行
われるようになっている。この演算処理の一例を以下に
説明する。

第一の方法は、前述したように抽出したそれぞれの方向
に関する一群の受光素子のうちの両端の受光素子の出力
レベルのみを使用する方法である。

この方法においては、受光素子の出力レベルが遮光状態
（完全遮光および部分遮光）に関連（例えば比例）した
出力になると見なすことを原理とする。即ち、基準レベ
ルの出力の場合には遮光されておらず、遮光程度が大き
くなる程出力レベルが成る関係（例えば比例）に基づい
て低下し、完全遮光によって出力レベルが０もしくは予
め与えられる完全遮光時の出力レベルになるするのであ
る。

これにより、基準レベルに対する該当出力レベルの相関
関係（例えば比率）を基にして受光素子の長さ範囲にお
ける遮光端の位置を求め（例えば比例配分して位置を求
め）るのである。勿論、他の受光素子の出力レベルの変
化状態から何れの側の端部だあるかが判定でき、これに
より遮光端の位置が決定できる。

この方法によれば、例として第３図に示すように、両端
の受光素子ＡおよびＢが一部遮光されて得られた出力レ
ベルＨ１およびＨ２の基準レベルＨに対する比率を先ず
求め、例えばＡ点は左端であると判定できるから、この
比率を基にして受光素子の受光範囲の長さＤを比例配分
し、これにより遮光範囲の左端位置を決定する（ＬｘＨ
”／Ｈ）のである。

第二の方法は、前述したように抽出したそれぞれの方向
に関する一群の受光素子の総ての出力レベルを利用する
方法である。この方法では、例えば第４図に示すように
各出力レベルの変化状態を曲線に近似（直線で結ぶこと
を含む）し、この曲線が基準レベルの直線に対してなす
面積Ｓを求め、然る後この面積を２等分する位置または
該面積の重心位置Ｐを中心として求める演算を行うので
ある。

このような何れの演算処理も当業者には極めて容易に実
現できる。勿論これ以外の演算処理も可能である。

以上のようにして、指等の物体で複数の受光素子が遮光
された場合、その遮光範囲の上下方向の両端および左右
方向の両端の位置が受光素子の受光範囲内も補間されて
決定され、これによりその中心を極めて正確に決定でき
るのである。従って、従来のように遮光された受光素子
の位置を基にしてその中心を求めるのに比較して格段に
位置精度が向上できるのである。

四−来 ■　透明膜が不要なので、画面の鮮明さを維持される。

■　分解能が格段に向上する。

■　分解能の向上のために発光ダイオードおよび受光素
子の対の数を増大する必要がない。

■　従って、例えば円柱状の位置入力部材を使用すれば
、その中心位置をドツト単位で人力することが可能とな
る（従来の入力方法では、不可能である）。

弛９ｊ口１１遥 本発明による位置検出方法はＣＲＴ画像における人力に
限定されず、その他の様々な画像に対して同様に光授受
対を配備することで入力位置を検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の位置検出方法をＣＲＴディスプレイ画
面に置いて実施するために光授受対を配備した状態を概
略的に示す配置図。 第２図は本発明の位置検出方法に関する概略ブロック図
。 第３図は本発明の位置検出方法における遮光物体の範囲
を決定する第一の演算処理を説明する説明図。 第４図は遮光物体の範囲を決定する第二の演算処理を説
明する説明図。 １・・・・位置検出器 ２・・・・ディスプレイ画面 １０・・・・点灯回路 １１・・・・入力回路 １２・・・・制御回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ディスプレイ画面の縦方向および横方向に赤外発
   光ダイオード（ＬＥＤ）および受光素子をそれぞれ対応
   させて複数対設け、指等を画面に触れるもしくは接近さ
   せることで遮光された対を検知し、これによって画面上
   の縦方向および横方向の位置を検出する方法において、 遮光されていない時に全受光素子の出力レベルが一定の
   基準レベルとなるように調整しておき、前記各対におけ
   る赤外発光ダイオードを縦方向および横方向へ順次に付
   勢制御しつつ、対応せる受光素子の出力レベルを走査し
   、 前記各対の受光素子の出力レベルに対してスレッシュホ
   ールドを定めておき、少なくとも１つの受光素子の出力
   レベルがこの設定値より低下している場合に、当該受光
   素子およびこの受光素子に対して縦方向もしくは横方向
   へそれぞれ連なって出力レベルが前記基準レベルを下ま
   わっている受光素子の一群を抽出し、 前記それぞれの方向に関しての一群の受光素子の出力レ
   ベルの変化量に基づいてそれぞれ中心位置を演算し、 それぞれの方向に関しての前記中心位置で与えられる座
   標を入力位置であると決定する、 ことを特徴とするディスプレイ画面における位置検出方
   法。
2. （２）前記それぞれの方向に関しての一群の受光素子の
   出力レベルの変化量に基づいたそれぞれの中心位置の演
   算において、それぞれの方向に関する一群の受光素子の
   うちの両端の受光素子の出力レベルのみを利用し、前記
   基準レベルに対する各端の受光素子の出力レベルの比率
   を基に受光素子の長さを比例配分して遮光物体の両側端
   位置を算出し、それぞれの方向に関して中央位置を求め
   て前記中心位置とすることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のディスプレイ画面における位置検出方法。
3. （３）前記それぞれの方向に関しての一群の受光素子の
   出力レベルの変化量に基づいた中心位置の演算において
   、それぞれの方向に関する一群の受光素子の出力レベル
   の変化状態を近似する曲線をそれぞれ求め、この曲線が
   前記基準レベルに対してなす面積の２等分位置または重
   心位置をそれぞれの方向に関しての中心として算出する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のディスプ
   レイ画面における位置検出方法。