(57)【要約】      （修正有）【課題】ゴミや埃等の付着物を検出して誤入力されないようにすることで、ユーザがその付着物を清掃により除去する必要のない光学式タッチ入力装置を提供する。【解決手段】対となる発光素子と受光素子が形成するマトリクス状光軸の遮光によって操作面上のＸＹ座標位置を検出する操作部１１０と、操作部の検出結果に基づいて操作面上のゴミや埃等の付着物を検出する演算部１２０と、操作面を面と垂直なＺ軸方向に移動する操作面駆動部１４０とからなる。演算部１２０は、遮光領域の大きさが所定の閾値より小さい場合に付着物が操作画面上にあると判断し、操作面駆動部１４０で操作面をＺ軸方向に移動することで付着物の影響を排除する。【選択図】図１
2010181916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対となる発光素子と受光素子が形成するマトリクス状光軸の遮光によって操作面上のＸＹ座標位置を検出する操作部と、
前記操作部の検出結果に基づいて、前記操作面上のゴミや埃等の付着物を検出する演算部と、
前記付着物の検出結果に基づいて前記操作面を操作面に垂直な方向であるＺ軸方向に駆動する操作面駆動部とを備える光学式タッチ入力装置。
【請求項２】
前記演算部は、前記遮光による遮光領域の大きさが所定の閾値より小さい場合、付着物が操作面上にある可能性があると判定する請求項１記載の光学式タッチ入力装置。
【請求項３】
前記操作面駆動部は、付着物が検出されなくなる位置まで操作面をＺ軸方向に駆動することを特徴とする請求項２記載の光学式タッチ入力装置。
【請求項４】
前記演算部は、前記操作面がＺ軸方向の下限位置になっても付着物の可能性のある遮光領域を検出する場合、前記発光素子および／または前記受光素子の故障の可能性があると判定する請求項３記載の光学式タッチ入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はユーザが表示装置に表示された情報に基づいて機器に対して命令等を入力するための光学式タッチ入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学式タッチ入力装置は、入力のための操作面の外側を囲む矩形枠の隣接する二辺に、多数の発光素子と多数の受光素子を備えている。該発光素子と該受光素子によって構成されるマトリクス状の光軸がユーザの指などによって遮断されたとき、その場所を接触座標として出力する。
【０００３】
この、光学式タッチ入力装置の操作面にゴミや埃等の付着物が付着すると、付着物による光軸の遮断により誤入力が発生する。その課題を解決するために、表示画面の上に設置された光学式タッチ入力装置においては、その誤入力された位置を検出して、表示画面上でユーザにその位置を知らせ、操作面の清掃を促す技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平２−１０８１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしならがら、上記従来の技術では、ゴミや埃等の付着物の位置をユーザに知らせるだけで、ユーザは付着物を清掃により除去する必要がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ゴミや埃等の付着物を検出して誤入力されないようにすることで、ユーザがその付着物を清掃により除去する必要のない光学式タッチ入力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の光学式タッチ入力装置は、対となる発光素子と受光素子が形成するマトリクス状光軸の遮光によって操作面上のＸＹ座標位置を検出する操作部と、操作部の検出結果に基づいて、操作面上のゴミや埃等の付着物を検出する演算部と、付着物の検出結果に基づいて操作面を操作面に垂直な方向であるＺ軸方向に駆動する操作面駆動部とを備える。
【０００７】
また、演算部は、遮光による遮光領域の大きさが所定の閾値より小さい場合、付着物が操作面上にある可能性があると判定する。
【０００８】
また、操作面駆動部は、付着物が検出されなくなる位置まで操作面をＺ軸方向に駆動する。
【０００９】
また、演算部は、操作面がＺ軸方向の下限位置になっても付着物の可能性のある遮光領域を検出する場合、発光素子および／または受光素子の故障の可能性があると判定する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光学式タッチ入力装置によれば、ゴミや埃等の付着物を検出して誤入力されないようにするため、ユーザがその付着物を清掃により除去する必要はない。それにより、ユーザは操作面の清掃のために入力操作を中断されることもないという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１２】
本発明の実施の形態における光学式タッチ入力装置の構成を示す模式図を図１に示す。光学式タッチ入力装置１００は、ユーザが操作するための操作面を有する操作部１１０と、操作部１１０からユーザがその操作面を接触した位置座標が入力される演算部１２０と、出力部１３０と、操作面駆動部１４０により構成されている。
【００１３】
操作部１１０は、図１に示すように、Ｘ方向とＹ方向に対となる発光素子と受光素子が形成するマトリクス状光軸の遮光によって位置座標を検出する。操作部１１０は光学式タッチパネルや光学式タッチパッドであって、その操作面をユーザが接触した位置を多点で検知することができる。
【００１４】
演算部１１０はプログラムメモリ、プロセッサ、ワーキングエリアにより構成される。プログラムメモリは、典型的にはＲＯＭであり、コンピュータプログラムを格納する。プログラムには、主として演算部１１０の動作内容が記述されており、プロセッサはプログラムを実行する。ワーキングエリアは、典型的にはＲＡＭであり、プロセッサがプログラムを実行するために使われる。
【００１５】
出力部１３０は演算部１２０からの計算結果をカーナビゲーションシステムやＡＴＭ、ゲーム機などの外部機器２００に対して出力を行う。
【００１６】
演算部１２０は操作部１１０からの入力情報に基づいて、操作部１１０の操作面上のゴミや埃等の付着物を検出する。演算部１２０が、付着物の存在を検出すると、操作面駆動部１４０に駆動信号を送る。操作面駆動部１４０は演算部１２０から駆動信号を受信すると、操作部１１０の操作面を垂直な方向（図１のＺ軸方向）に移動させる。
【００１７】
操作面駆動部１４０は、操作部１１０の操作面を操作面に垂直な方向に駆動するためのモータを含む駆動機構と、演算部１２０からの駆動信号を受信してモータを動作させるモータ制御用ＩＣなどにより構成される。
【００１８】
次に、操作部１１０の操作面を垂直な方向に駆動する駆動機構について説明する。図２は、操作部１１０およびその操作面を駆動する駆動機構の一例を説明するために模式的に示した断面図である。
【００１９】
操作面２１の四隅に構成される駆動機構２２は、操作面２１の裏面に固定されその中心に雌ネジ穴を有する雌ネジ部２２ａと、底板２６に固定されるＡＣサーボモータ等のモータ２２ｂと、モータ２２ｂの軸心に連結されその先端部分が雌ネジ部２２ａの雌ネジ穴に螺合する雄ネジ軸２２ｃと、操作面２１をＺ軸方向に案内するガイドレール２２ｄを有している。発光素子２３及び受光素子２４はそれぞれ矩形枠２５に設置されている。操作面２１はそれら発光素子２３及び受光素子２４による光軸を遮らない所定の上限位置を初期位置とする。
【００２０】
演算部１２０からの駆動信号を操作面駆動部１４０のモータ制御用ＩＣ（図示せず）が受信すると、モータ制御用ＩＣの制御信号に応じて操作面２１の四隅に設置されたモータ２２ｂが回転する。そして、モータ２２ｂの回転軸に連結された雄ネジ軸２２ｃが回転して、その先端部分が雌ネジ部２２ａの雌ネジ穴にねじ込まれ、操作面２１がＸＹ面の水平を保った状態でＺ軸正方向に移動する。
【００２１】
図３は操作部１１０およびその操作面を駆動する駆動機構の他の一例を説明するために模式的に示した断面図である。図３において、図２の駆動機構以外の構成要素については同じ参照符号を付してその説明を省略する。図３の操作面２１の四隅に構成される駆動機構２７は、モータ（図示せず）や歯車（図示せず）により回転する回転軸２７ｃと、回転軸２７ｃに連結されて回転する楕円形状のカム２７ａと、操作面２１をＺ軸方向に案内するガイドレール２７ｂを有している。さらに、操作面２１の中央の裏面には、操作面２１と底板２６にその両端部が固定されたバネ２７ｄを有しており、バネ２７ｄにより操作面２１の裏面は常に楕円形状のカム２７ａに当接するようになっている。操作面２１は発光素子２３及び受光素子２４による光軸を遮らない所定の上限位置を初期位置とする。初期位置において楕円形状のカム２７ａの長辺の端部が操作面２１に当接する。
【００２２】
演算部１２０からの駆動信号を操作面駆動部１４０のモータ制御用ＩＣ（図示せず）が受信すると、モータ制御用ＩＣの制御信号に応じてモータ（図示せず）や歯車（図示せず）により回転軸２７ｃが回転し、連結された楕円形状のカム２７ａが回動することで操作面２１がＸＹ面の水平を保った状態でＺ軸方向に移動する。なお、カムの形状は楕円には限定されない。また、楕円形状のカムの替わりに、円形状のカムを用いてカムの中心からずらせて回転軸に取り付けることで、操作面２１を昇降させることもできる。
【００２３】
図４は操作部１１０およびその操作面を駆動する駆動機構の他の一例を説明するために模式的に示した断面図である。図４において、図２の駆動機構以外の構成要素については同じ参照符号を付してその説明を省略する。図４の駆動機構２８では、モータ（図示せず）や歯車（図示せず）により回転する回転軸２８ｃと、回転軸２８ｃに連結されて回転するピニオン２８ａと、ピニオン２８ａと噛合し接触面２１の裏面にその一端を固定されたラック２８ｄを有している。また、図２、３と同様に操作面２１の四隅には操作面２１をＺ軸方向に案内するガイドレール２８ｂを有している。
【００２４】
演算部１２０からの駆動信号を操作面駆動部１４０のモータ制御用ＩＣ（図示せず）が受信すると、モータ制御用ＩＣの制御信号に応じてモータ（図示せず）や歯車（図示せず）により回転軸２８ｃが回転し、連結されたピニオン２８ａが回動することで操作面２１がＸＹ面の水平を保った状態でＺ軸方向に移動する。
【００２５】
なお、図２〜４を用いて説明した操作面を垂直な方向に駆動する駆動機構は一例であって、制御信号に応じて操作面をＺ軸方向に昇降できればどのような駆動機構を用いても構わない。
【００２６】
次に、光学式タッチ入力装置においてユーザが操作面を接触した座標を検出する方法について図５を用いて説明する。図５（ａ）、（ｂ）は光学式タッチ入力装置１００の操作部１１０の操作面を上から見た図を示している。図５では、指５１０が操作部１１０の操作面に触れており、図５（ｂ）のように光軸の遮断が遮光領域５２０に示す領域で発生している。このとき、操作部１１０は、まず、Ｘ軸、Ｙ軸それぞれで遮断されている光軸を求める。図５（ｂ）の場合、Ｘ軸はＸ４からＸ９の光軸が、Ｙ軸ではＹ５からＹ９の光軸が遮断されている。演算部１２０は操作部１１０からの入力情報に基づいて、連続して遮断されいる光軸の中心を求める。中心が光軸間となる場合は小数点を切り上げて中心とする。図５（ｂ）の場合、Ｘ軸はＸ７、Ｙ軸はＹ７が該当し、（Ｘ７，Ｙ７）を指による接触座標とする。図５（ｂ）に、指による接触座標５３０を示す。
【００２７】
次に、光学式タッチ入力装置において操作部１１０の操作面上にあるゴミや埃等の付着物を検出する方法について図６を用いて説明する。図６（ａ）、（ｂ）は光学式タッチ入力装置１００の操作部１１０の操作面を上から見た図を示している。図６では、付着物６１０が操作部１１０の操作面上に付着しており、図５（ｂ）のように光軸の遮断が遮光領域６２０に示す領域で発生している。このとき、操作部１１０は、まず、Ｘ軸、Ｙ軸それぞれで遮断されている光軸を求める。付着物６１０は図５で説明したユーザの指と比較して非常に小さいため、図６（ｂ）に示すように、Ｘ軸はＸ７の光軸のみが、Ｙ軸ではＹ７の光軸のみが遮断されている。演算部１２０は操作部１１０からの入力情報に基づいて、遮断されいる光軸の中心を求める。ここで、演算部１２０は後述する方法により光軸の遮断がゴミや埃等の付着物によるものか否かを判断する。そして、図６（ｂ）の場合、（Ｘ７，Ｙ７）を付着物による接触座標とする。図６（ｂ）に、付着物による接触座標６３０を示す。
【００２８】
次に、光学式タッチ入力装置の動作について図７のフローチャートを用いて説明する。
【００２９】
まず、ステップＳ７０１において、演算部１２０のプロセッサは起動後に初期化処理を行い、その後、プログラムに従って、ワーキングエリアを使いながら各種処理を行う。初期化処理として、演算部１２０は操作面駆動部１４０に駆動信号を送信して、操作部１１０の操作面を初期位置に戻す。
【００３０】
次に、ステップ７０２において演算部１２０は操作部１１０からの入力信号に基づいて、遮光領域があるか否かを判定する。遮光領域があった場合（Ｙｅｓ判定）は、ステップＳ７０３に処理を進め、ない場合（Ｎｏ判定）にはステップ７０２に処理を戻して入力を待つ。ステップ７０３では、検出された遮光領域がＸ座標またはＹ座標のみか否かを判定する。Ｘ座標またはＹ座標のみの場合（Ｙｅｓ判定）、付着物やユーザの指による遮光ではなく、その検出された位置における発光素子および／または受光素子が故障している可能性があるため、ステップ７０４に進んでエラー処理を行う。Ｘ座標およびＹ座標が検出された場合（Ｎｏ判定）には、ステップＳ７０５へ進む。
【００３１】
ステップＳ７０５では、演算部１２０は遮光領域に基づいて、遮光領域が所定の閾値より小さいか否かを判定する。ここで、図６を用いて説明したように、ゴミや埃等の付着物は、ユーザの指による遮光領域と比較して小さい。そのため、遮光領域が所定の閾値より小さければ、ユーザの指による入力ではなく付着物による入力の可能性が高いと考えられる。ステップＳ７０５で遮光領域が所定の閾値以上であると判定した場合（Ｎｏ判定）にはステップＳ７０６に進み、所定の閾値より小さいと判定した場合（Ｙｅｓ判定）にはステップＳ７０７に進む。
【００３２】
ステップ７０６では、演算部１２０は、ユーザの指による入力であるために、図５を用いて説明した方法で遮断領域から接触座標を算出する処理等を行う。ステップＳ７０７では、操作面がＺ軸正方向の下限位置に到達したかを判定する。ここで操作面が下限位置に到達したかは、モータの回転量により判定しても、別途操作面の位置を検出するセンサを設置して、センサの検出結果に基づいて判定してもよい。この下限位置については後に詳細に説明する。ステップ７０７で演算部１２０は、操作面が下限位置にあると判定した場合（Ｙｅｓ判定）にはステップ７０８に進み、下限位置にないと判定した場合（Ｎｏ判定）には、ステップＳ７０９に進む。
【００３３】
ステップ７０９では、演算部１２０は、操作面駆動部１４０に駆動信号を送る。操作面駆動部１４０は演算部１２０から駆動信号を受信すると、モータ制御用ＩＣの制御信号によりモータを回転させ、操作部１１０の操作面を垂直な方向（図１のＺ軸正方向）に所定量下降させる。
【００３４】
図８は発光素子と受光素子による光軸と付着物との位置関係を説明するために操作部およびその操作面を駆動する駆動機構を模式的に示した断面図である。図８（ａ）は操作面２１が初期位置にある状態を示しており、図８（ｂ）は操作面を垂直な方向（Ｚ軸正方向）に所定量下降させた状態を示している。図８（ａ）では、操作面２１上の付着物８０１が、発光素子２３と受光素子２４による光軸８０２を遮断している。図８（ｂ）では、操作面２１がＺ軸正方向に下降しているため、付着物８０１は光軸８０２を遮断していない。
【００３５】
ここで、ステップＳ７０７における下限位置について詳細に説明する。図９は操作面をＺ軸方向に昇降させた場合の光軸の遮断領域を説明するための図である。図９（ａ）は操作面２１が初期位置にある状態を模式的に示す断面図で、図９（ｂ）はその時の操作面２１を上から見た図を示している。操作面２１は初期状態にあるため、操作面２１と光軸９０２との間の距離は小さく、ユーザの指９０１が操作面に接触する領域に近い遮光領域９０４が検出できる。一方、図９（ｃ）は操作面２１をＺ軸正方向に下降させた時の状態を模式的に示す断面図で、図９（ｄ）はその時の操作面２１を上から見た図を示している。操作面２１はＺ軸正方向に下降しているため、操作面２１と光軸９０２との間の距離は大きく、ユーザの指９０１が操作面に接触する領域と遮光領域９０６とは異なってくる。遮光領域９０６は指の第１関節（遠位指節間関節）に近い方にずれるため、遮光領域９０６は遮光領域９０４より大きく、Ｙ軸正方向（指の付け根方向）にずれやすい。そのため、ユーザが意図した入力位置である接触座標９０３（図９（ｂ）では（Ｘ７，Ｙ７））とは異なった接触座標９０５（図９（ｄ）では（Ｘ７，Ｙ８）が入力される可能性がある。操作面２１と光軸９０２との間の距離は大きくなりすぎると、上記説明したことが起こるため、操作面２１をＺ軸正方向に下降させるときの下限位置を予め設定しておく。この下限位置は、付着物が光軸を遮断しなくなる位置より大きくする必要がある。例えば、下限位置として初期位置から２ｍｍとして設定する。
【００３６】
図７のフローチャートに戻り、ステップＳ７０９の処理の後、ステップＳ７１０では、演算部１２０は操作部１１０からの入力信号に基づいて、遮光領域がまだあるか否かを判定する。遮光領域がまだあった場合（Ｙｅｓ判定）は、ステップＳ７０７に処理を戻し、遮光領域がなくなった場合（Ｎｏ判定）にはステップ７０２に処理を戻してユーザからの入力を待つ。
【００３７】
一方、ステップＳ７０８では、操作面が下限位置まで到達したにも関わらず、まだ遮光領域がある状態である。この場合、付着物ではなく発光素子および／または受光素子の故障の可能性が高いため、演算部１２０はエラー処理として例えば、その位置とその旨を外部機器２００の表示装置に表示してユーザに知らせる。
【００３８】
以上説明したように、本発明の光学式タッチ入力装置によれば、ゴミや埃等の付着物を検出すると、付着物が検知されなくなる位置まで操作面が下がるため、付着物による誤入力を防ぐことができる。また、従来技術の様に、ユーザがその付着物を清掃により除去する必要はない。それにより、ユーザは操作面の清掃のために入力操作を中断されることもないという効果が得られる。
【００３９】
なお、上記図７のフローチャートでは、電源投入時の処理を説明したが、ユーザの指による入力が検出されない間に、同様の処理を行うこともできる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明の光学式タッチ入力装置は、付着物による誤入力を防ぐことができるという効果を有し、カーナビゲーション、ゲーム機、ＡＴＭなどの機器の入力装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態における光学式タッチ入力装置の構成を示す模式図
【図２】操作部１１０およびその操作面を駆動する駆動機構の一例を説明するために模式的に示した断面図
【図３】操作部１１０およびその操作面を駆動する駆動機構の一例を説明するために模式的に示した断面図
【図４】操作部１１０およびその操作面を駆動する駆動機構の一例を説明するために模式的に示した断面図
【図５】本発明の実施の形態の光学式タッチ入力装置においてユーザが操作面を接触した座標を検出する方法を説明するための図で、（ａ）光学式タッチ入力装置１００の操作部１１０の操作面を上から見た図、（ｂ）ユーザの指による遮光領域５２０を示す図
【図６】本発明の実施の形態の光学式タッチ入力装置において操作部１１０の操作面上にあるゴミや埃等の付着物を検出する方法を説明するための図で、（ａ）光学式タッチ入力装置１００の操作部１１０の操作面を上から見た図、（ｂ）付着物による遮光領域６２０を示す図
【図７】本発明の実施形態における光学式タッチ入力装置の動作を説明するためのフローチャート
【図８】発光素子と受光素子による光軸と付着物との位置関係を説明するために操作部およびその操作面を駆動する駆動機構を模式的に示した断面図で、（ａ）操作面２１が初期位置にある状態を示す図、（ｂ）操作面２１がＺ軸正方向に下降した状態を示す図
【図９】操作面をＺ軸方向に昇降させた場合の光軸の遮断領域を説明するための図で、（ａ）操作面２１が初期位置にある状態を模式的に示す断面図、（ｂ）遮光領域９０４を示す図、（ｃ）操作面２１をＺ軸正方向に下降させた時の状態を模式的に示す断面図、（ｄ）遮光領域９０６を示す図
【符号の説明】
【００４２】
２１    操作面
２２、２７、２８    駆動機構
２３    発光素子
２４    受光素子
２５    矩形枠
１００    光学式タッチ入力装置
１１０    操作部
１２０    演算部
１３０    出力部
２００    外部機器
５１０、９０１    指
５２０、６２０、９０４、９０６    遮光領域
５３０、６３０、９０３、９０５    接触座標
８０２、９０２    光軸
【図１】
2010181916.tif 000003
【図２】
2010181916.tif 000004
【図３】
2010181916.tif 000005
【図４】
2010181916.tif 000006
【図５】
2010181916.tif 000007
【図６】
2010181916.tif 000008
【図７】
2010181916.tif 000009
【図８】
2010181916.tif 000010
【図９】
2010181916.tif 000011