JPS62165231A - 光学的位置検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光学的な位置検出装置に関する。

〔従来の技術〕

操作者が指示した位置を検出する装置は、特にコンピュ
ータの入力端末装置として多く開発されている。その原
理としては透明電極方式、電磁誘導方式、静電容量方式
、圧力センサ一方式、光学方式など種々あり、位置分解
能、価格などについて一長一短がある。そのうち光学方
式は位置分解能はそれ程高くないが、位置検出面が透明
にできるという長所があり、主としてＣＲＴディスプレ
イ上に指で指示された位置を検出する方式として既に商
品化されており、タッチパネルなどと呼ばれている。

例えば米国特許４２６７４４３号（発明者、キャロル）
明細書にそれに関する特許が示されている。これらの特
許による位置検出の原理は、位置検出面の対向する辺に
発光素子列と受光素子列をそれぞれ並べ、位置検出面を
横切る光ビームを指で遮る位置を前記発光素子列と受光
素子列の幾何学的位置関係と時間的走査シーフェンスか
ら算出する方法によっている。

また、日本特許公開公報昭５９−２１１１２８号公報に
おいては光ビームを回転走査する方法によっている。

ところでこれらの光学的位置検出装置をコンピュータの
端末装置としてのＣＲＴディスプレイに取付けてＣＲＴ
ディスプレイ上に操作者の指で指示された位置を検出す
るために応用すると次のような問題点が従来あった。こ
の問題点を第７図によって説明する。第７図において、
発光素子列１から発した光は位置検出面３を形成して受
光素子列２へ到達する。４は表示部としての表示管のガ
ラスであり、５は表示管発光面でありＣＲＴディスプレ
イの像はここに結像する。第７図に示したように位置検
出面３は空間中の光路によって形成されているので、操
作者の指などで位置を指示しようとすると、表示管ガラ
ス４に指が触れないうちに位置検出をすることになる。

つまり、力を入れなくても位置検出をしてしまい、軽い
タッチであるという長所はあるものの軽すぎて操作ミス
をしやすいという欠点にもなる。例えば、大指し指で指
示しようとしたとき、大指し指以外の指は充分位置検出
面３から離しておかないと、人指し指以外の手の部分が
位置検出面３に誤って触れてしまうということがよくあ
る。また、操作性からみても少し力を入れて押すことに
よってはじめて検知される方が確実性があり、人間工学
的にも違和感がない。つまり従来の光学的位置検出装置
の操作感は人間工学的には頬りないという感覚を与えて
いた。光学的位置検出装置以外の従来の位置検出装置の
うちＣＲＴディスプレイ面の位置検出装置の中に透明板
を用いているものもある。この装置によれば上記の誤操
作あるいは操作の頼りなさという欠点はないが実際には
この装置の透明板の中に細い導線が埋め込まれていて、
その導線とＣＲＴディスプレイの走査線とによってモア
レ縞が発生して見にくくなったり、あるいは不透明の材
料が埋め込まれていたりして透明度が悪いという欠点を
有していた。

以上説明したように従来の光学的位置検出装置は操作ミ
スをしやすく、あるいは透明板の透明度が悪いという欠
点があった。

〔発明の目的〕

このような問題点に鑑み、本発明は弾性の透明板の中に
光を透過させることにより、上記欠点がないような光学
的位置検出装置を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的を達成するため、本発明は弾性透明板と、該弾
性透明板の少なくとも一方の面に接して配置されたとこ
ろの前記弾性透明板よりも小さな屈折率を有する部材と
、発光素子列と受光素子列を含む位置検出器とを備え、
前記弾性透明板の端面に対して、前記発光素子列と前記
受光素子列を並設させ、前記発光及び受光素子列を光学
的に結合させ、前記発光素子列から発した光が前記弾性
透明板内を伝搬し前記受光素子列に到達するようにし、
他方前記弾性透明板の押圧変形によって押圧部に対応し
た発光素子と受光素子対の光学的結合量を変化させ、押
圧位置を検出することを特徴とする。

〔実施例〕

以下、本発明についてＣＲＴディスプレイ上の位置検出
を行なう装置を例にとり説明する。

第１図は本実施例におけるＣＲＴディスプレイの正面図
で、第２図はその側面破断図である。

ＣＲＴディスプレイの表示部としての表示管ガラス４の
周囲には位置検出器１１の枠構造７Ｔ、７Ｒ，８Ｔ、８
Ｒが組合わされて取付けられている。

枠構造７Ｔ、７Ｒ，ＢＴ、８Ｒの中には発光素子列９Ｔ
、ＩＯＴ、受光素子列９Ｒ，１０Ｒが内蔵されており、
それらの発光素子列９Ｔ、ＩＯＴと受光素子列９Ｒ，Ｉ
ＯＲは透明板６の端面と並設され、光学的に結合されて
いる。これによって発光素子列９Ｔの一発光素子から発
光した光は透明板６の内部を全反射して矢印９ｄの方向
に伝搬し、受光素子列９Ｒに達する。また、同様に発光
素子列１０Ｔから発した光は、矢印１０ｄの方向に伝搬
し、受光素子列１０Ｒに到達する。発光素子列９Ｔ、１
０Ｔと受光素子列９Ｒ，ＩＯＨにはある間隔（たとえば
５１１）でそれぞれ発光ダイオードとシリコンフォトダ
イオードが取付けられており、１つ１つの素子は独立に
発光、受光制御をすることができるものとする。

第３図は透明板６の内部を全反射して伝搬する光の光路
を示した図である。発光素子列９Ｔのうちのｉ番目の発
光ダイオード９　Ｔ　ｉから発した光は透明板６の端面
から透明板６の内部に入り、全反射を続けて他方の端面
に達し、そこから受光素子列９Ｒのうちのｉ番目のシリ
コンフォトダイオード９Ｒ４に入射する。第３図ではシ
リコンフォトダイオード９Ｒｉに達する光の１部のみを
図示しである。全反射は屈折率の大きな媒質（屈折率ｎ
１）から屈折率の小さな媒質（屈折率ｎｚ）へ光が進む
時に得られるが、第３図において前者が透明板６であり
、透明板６の上方においては後者が空気である。透明板
６としてプラスチックを考えればｎ＋＝１．３〜１．５
程度の材料を選べるので空気のｎ２＝１に比べてこの屈
折率は大きく、例えばｎ、＝１．３としたときの全反射
の臨界角ＣはＣ＝ｓｉｎ　−’（ｎｚ／ｎ＋　）　＝ｓ
ｉｎ　−’　（１／　１．３）　＝５０．３°　となる
。この値よりＣＲＴディスプレイの表示管の凸面に沿っ
て透明板６を取り付けたときの透明板６の曲りに対して
透明板６と上方の空気との境界ではは全反射をして一方
の端面から他方の端面に光が到達し得ることが判る。

しかし第３図において透明板６と表示管ガラス４が直接
接する境界面で透明板６の内部で全反射をするためには
上述のように、透明板６の屈折率ｎ、が表示管ガラス４
の屈折率ｎ、よりも大きい必要がある。ガラスの屈折率
はその材料成分によっているいろありプラスチックの屈
折率よりも大きいものがある。それゆえ、透明板６と直
接表示管ガラス４が接するのでなく第６図に示すように
、透明板６と表示管ガラス４の間に屈折率が透明板より
も小さい面方向に透明な低屈折率部材６７を挿入する。

透明板６と低屈折率部材６７とは組合せて選択できるの
であるから、このようにすれば表示ガラス４の材質にか
かわらず、透明板６の内部での全反射をさせることがで
きる。

以上の説明によって発光素子列９Ｔ、ＩＯＴから発した
光は全反射によって曲った透明板６の中を伝搬して受光
素子列９Ｒ，１０Ｒに達することがわかった。次にこの
透明板６に指で触れた時にその位置をいかに検出するか
について説明する。

透明板６は弾性があり、指で押した時に変形する程度の
柔らかさがあるものとし、また指で押すのを止めると元
の形に戻る復元能力もあるとする。

このような透明板６を指で押したときの変形の様子を第
４図に示す。指１５で押された透明板６は第４図のよう
に変形し、その結果発光素子９Ｔｉから発した光の１部
は、変形した位置で全反射できずに第４図のように透明
板６から外へ出てゆく。

この結果、受光素子９Ｒｉに入射する光量が減り、出力
信号レベルが低下することになる。このように指で透明
板を押すことにより、受光素子の出力信号レベルの変化
を生じることを利用した位置検出器を第５図によって説
明する。

第５図は発光素子列９Ｔと受光素子列９Ｒの組合せによ
る位置検出器を説明するための概略図である。なお図示
では１軸方向のみの位置検出器を示しているが、勿論直
交する他の１軸方向の位置検出器も同様に配置されてい
る。第５図において発光素子列９Ｔはｎ個の発光素子と
しての発光ダイオード９Ｔ１〜９Ｔｎで構成され、マイ
クロプロセッサ２２の制御のちとに駆動部２０によって
独立に発光制御がされる。受光素子列９Ｒはｎ個の受光
素子としてのシリコンフォトダイオード９Ｒ１〜９Ｒｎ
で構成され、ＡＤ変換部２１によって独立に受光光量に
応じた出力信号レベルをマイクロプロセッサ２２へ与え
る。マイクロプロセッサ２２は一定時間間隔で発光ダイ
オードを１つづつ９Ｔ１から９７ｒ＋の方向に発光走査
させる制御を行なうものとする。またマイクロプロセッ
サ２２は上記発光ダイオードの発光走査制御と同様の順
序でシリコンフォトダイオードの出力信号を読み取って
ゆくものとする。つまりｉ番目の発光ダイオード９Ｔｉ
が発光した時に、その光をｉ番目のシリコンフォトダイ
オード９Ｒｉが受光し、その出力信号をマイクロプロセ
ッサ２２は入力する。まず透明板６に指が押されていな
い状態で発光、受光の走査が１〜ｎまで行なわれた時、
その時の受光信号レベルをマイクロプロセッサ２２はメ
モリ２３に記憶しておく。次の走査においての受光信号
レベルを入力した時、受光素子ごとにメモリ２３に記憶
されていた前回走査の受光信号レベルと比較し、その変
化量があらかじめ定められた比より大きいかどうかをマ
イクロプロセッサ２２は比較する。透明板６が押される
ことなくまた外来光もなければ、上記比較においては変
化なしの判断がされる。もし第４図で説明したように透
明板６が指で押されたとし、その位置が第５図の１６の
位置であったとすればシリコンフォトダイオード９Ｒｉ
の出力信号レベルが低下する。発光ダイオード、シリコ
ンフォトダイオードの取付間隔と押された領域１６の大
きさによって隣接するシリコンフォトダイオード９Ｒ＝
−＋あるいは９Ｒ，。１の受光信号レベルも低下する。

このような受光素子レベルの低下は前記比較処理によっ
て検出され、９Ｒｉのレベル低下が一番大きければ押さ
れた領域の位置はｉ番目に対応する位置であることがマ
イクロプロセッサ２２によって判断される。

ここで発光素子の発光スペクトルとして例えば近赤外光
を選べば、上記発光は眼に見えない。

以上の説明においてはＣＲＴディスプレイに取付ける応
用を述べたが、これに限られることなく、例えば印刷さ
れた文字表示盤あるいは手書きの表示シートの上に重ね
て項目選択に利用することもできる。

以上の説明において透明板の透明という意味は発光素子
の光が受光素子に到達できるという端面間の透明という
意味であって、透明板の平面域が透明であることを必ず
しも意味していない。というのは、透明板の表側の面つ
まり操作者の押圧面に文字盤を印刷してそれを指で指示
するという利用法も考えられ、このときは平面域は不透
明となるが、透明板の内部は端面方向に透明となってい
る。

また、例えば前述のように印刷された文字盤を透明板に
重ねて項目選ｉＰ、に利用するような場合は透明板６両
面に低屈折率部材を配置する必要がある。

以上説明したように本発明の実施例によれば透明度が高
く、操作感の確実な操作ミスのしにくい、透明板内の全
反射が安定に実現される光学的位置検出装置を得ること
ができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば指示操作において、操作ミスが起りに＜
＜、操作上の違和感がない、透明板内の全反射が安定に
実現される光学的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図は本発明による実施例の正面図、第２図は同様の
側面破断図、第３図は透明板内に伝搬する光の光路を示
す説明図、第４図は透明板を指で押したときの変形と光
路変化の説明図、第５図は位置検出器を説明するための
図、第６図は本発明の他の実施例を示す説明図、第７図
は従来の光学的位置検出装置の一例の動作説明図である
。 ４・・・表示管ガラス　　　６・・・透明板９Ｔ、１０
Ｔ・・・発光素子列 ９Ｒ，ＩＯＲ・・・受光素子列　　１１・・・位置検出
器第１因 第２図 第８図 第４図 第５図 ニ６　ン゛　　薗 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 弾性透明板と、該弾性透明板の少なくとも一方の面に接
   して配置されたところの前記弾性透明板よりも小さな屈
   折率を有する部材と、発光素子列と受光素子列を含む位
   置検出器とを備え、前記弾性透明板の端面に対して、前
   記発光素子列と前記受光素子列とを並設させ、前記発光
   および受光素子列を光学的に結合させ、前記発光素子列
   から発した光が前記弾性透明板内を伝搬し前記受光素子
   列に到達するようにし、他方前記弾性透明板の押圧変形
   によって押圧部に対応した発光素子と受光素子対の光学
   的結合量を変化させ、押圧位置を検出することを特徴と
   する光学的位置検出装置。