(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチシステムのためのポインタ高さ検出方法であって、
１以上のイメージセンサで、プレート表面を見渡す画像ウィンドウを取り込むステップと、
前記画像ウィンドウ内の各画素列の複数の画素の画素値の変化を計算するステップと、
前記画像ウィンドウ内の画素列の複数の画素の画素値の変化が最小である１以上の画素列の複数の画素の画素値の変化と、１以上の閾値とを比較して、プレート表面に対するポインタの高さを識別するステップとを含む、ポインタ高さ検出方法。
【請求項２】
画像ディスプレイを制御して、識別された高さにしたがう対応の機能を実行するステップをさらに含む、請求項１に記載のポインタ高さ検出方法。
【請求項３】
前記対応の機能が、カーソルの動き、書字機能または描画機能である、請求項２に記載のポインタ高さ検出方法。
【請求項４】
前記画像ウィンドウ内のいずれかの画素列の複数の画素の画素値の変化が第１の閾値より小さい場合に、タッチシステムを起動するステップをさらに含む、請求項１に記載のポインタ高さ検出方法。
【請求項５】
前記画像ウィンドウを処理して、画像ウィンドウ内のポインタと関連する１以上の画像位置を検出するステップと、
前記画像位置にしたがい、プレート表面に対するポインタの平面座標を計算するステップとをさらに含む、請求項４に記載のポインタ高さ検出方法。
【請求項６】
前記画像ウィンドウ内のいずれかの画素列の複数の画素の画素値の変化が第２の閾値より小さい場合に、ポインタがプレート表面に接触状態であることを認識するステップをさらに含む、請求項１に記載のポインタ高さ検出方法。
【請求項７】
前記イメージセンサの視界が前記プレート表面を包含する、請求項１に記載のポインタ高さ検出方法。
【請求項８】
イメージセンサが画像を取り込むために必要な光を反射するための１以上の反射部を設けるステップをさらに含み、前記イメージセンサの長手方向の視界が、前記反射部の高さより大きい、請求項１に記載のポインタ高さ検出方法。
【請求項９】
前記各画素列の複数の画素の画素値の変化が、１画素列の標準偏差かまたは１画素列の各画素値とその画素列の平均画素値との間の差の絶対値の平均である、請求項１に記載のポインタ高さ検出方法。
【請求項１０】
タッチシステムのためのポインタ座標検出方法であって、
１以上のイメージセンサで、プレート表面を見渡す画像ウィンドウを取り込むステップと、
前記画像ウィンドウ内の各画素列の複数の画素の画素値の変化によりタッチシステムに対するポインタの高さ座標を識別するステップと、
前記画像ウィンドウ内のポインタと関連する画像位置によりタッチシステムに対するポインタの平面座標を計算するステップとを含む、ポインタ座標検出方法。
【請求項１１】
イメージセンサが画像を取り込むために必要な光を反射するための１以上の反射鏡と１以上の反射部を設けるステップをさらに含み、前記画像ウィンドウ内の画像が前記反射鏡または前記反射部を遮るポインタにより形成される、請求項１０に記載のポインタ座標検出方法。
【請求項１２】
前記画像ウィンドウ内の各画素列の複数の画素の画素値の変化を計算するステップと、
画素列の複数の画素の画素値の変化が最小である１以上の画素列の複数の画素の画素値の変化と１以上の閾値とを比較して、前記高さ座標を識別するステップとをさらに含む、請求項１０に記載のポインタ座標検出方法。
【請求項１３】
前記画像ウィンドウ内のいずれかの画素列の複数の画素の画素値の変化が第１の閾値より小さい場合、タッチシステムを起動するステップをさらに含む、請求項１２に記載のポインタ座標検出方法。
【請求項１４】
前記画像ウィンドウ内のいずれかの画素列の複数の画素の画素値の変化が第２の閾値より小さい場合、ポインタがプレート表面に接触状態であることを認識するステップをさらに含む、請求項１２に記載のポインタ座標検出方法。
【請求項１５】
画像ディスプレイを制御して、前記高さ座標と前記平面座標とにしたがう対応の機能を実行するステップをさらに含む、請求項１０に記載のポインタ座標検出方法。
【請求項１６】
前記対応の機能が、カーソルの動き、書字機能および描画機能である、請求項１５に記載のポインタ座標検出方法。
【請求項１７】
前記各画素列の複数の画素の画素値の変化が、１画素列の標準偏差かまたは１画素列の各画素値とその画素列の平均画素値との差の絶対値の平均である、請求項１０に記載のポインタ座標検出方法。
【請求項１８】
タッチシステムであって、
プレート表面を有するプレートと、
前記プレート表面に沿って前記プレートを照らす１以上の光源と、
前記光源からの光を反射するよう構成される１以上の反射部と、
前記反射部を遮るポインタの画像を含む画像ウィンドウを取り込むよう構成される１以上のイメージセンサと、
前記画像ウィンドウを処理し、かつ前記画像ウィンドウ内の各画素列の複数の画素の画素値の変化にしたがいプレート表面に対するポインタの高さ座標を識別する処理部とを備える、タッチシステム。
【請求項１９】
前記イメージセンサが、前記プレート表面の２辺が交差する角に配設され、かつタッチシステムが前記イメージセンサに隣接しない前記プレート表面の辺に配設される反射鏡をさらに備える、請求項１８に記載のタッチシステム。
【請求項２０】
前記処理部が、画素列の複数の画素の画素値の変化が最小である１以上の画素列の複数の画素の画素値の変化と、１以上の閾値とを比較して、前記高さ座標を識別する、請求項１８に記載のタッチシステム。
【請求項２１】
前記処理部が、前記画像ウィンドウ内のポインタと関連する画像位置にしたがい、プレート表面に対するポインタの平面座標を識別する、請求項１８に記載のタッチシステム。
【請求項２２】
前記処理部に結合される画像ディスプレイをさらに含み、前記処理部が前記画像ディスプレイを制御して、前記高さ座標と前記平面座標とにしたがう対応の機能を実行する、請求項２１に記載のタッチシステム。
【請求項２３】
前記各画素列の複数の画素の画素値の変化が、１画素列の標準偏差かまたは１画素列の各画素値とその画素列の平均画素値との差の絶対値の平均である、請求項１８に記載のタッチシステム。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、タッチシステムに関し、より詳細には、タッチシステムおよびタッチシステムのためのポインタ座標検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来技術のタッチシステム９０の模式図である。タッチシステム９０は、タッチ面９１、カメラ９２１から９２４、複数の光源９３およびプロセッサ９４を備え、タッチ面９１が反射鏡になっている。カメラ９２１から９２４は、タッチ面９１に沿ってタッチ面９１を見渡す画像を取り込む。ユーザ８が指８１を使ってタッチ面９１に接近するかまたは触れる場合、カメラはそれぞれに光源９３を遮る指８１の先端の画像およびタッチ面９１における指８１のミラー画像を含む画像ウィンドウを取り込む。プロセッサ９４は、カメラ９２１から９２４に結合され、各カメラが取り込んだ画像ウィンドウを処理して、指８１がタッチ面９１と接触状態かどうかを判別する。
【０００３】
図２ａから図２ｃは、それぞれカメラ９２１から９２４により取り込まれた画像ウィンドウＷの模式図であり、ＤＡは、背景領域に対応する画像ウィンドウＷにおける暗い領域であり、ＢＡは、光源９３またはタッチ面９１に対応する画像ウィンドウＷにおける明るい領域である。ユーザの指８１がタッチ面９１に接近しない場合、カメラ９２１から９２４が取り込む画像ウィンドウＷは、図２ａのようになる。すなわち、画像ウィンドウＷは、そこに何らのポインタ情報も含んでいない。ユーザ８が指８１を使ってタッチ面９１に接近し、ただし接触はしない場合には、カメラ９２１から９２４が取り込む画像ウィンドウＷは、図２ｂのようになり、すなわち、画像ウィンドウＷは、指８１に関する画像Ｉ８１と、指８１のミラー画像に関連する画像Ｉ８１'を含む。画像Ｉ８１と画像Ｉ８１'の間に明るい画素の存在を認識した場合には、プロセッサ９４は、指８１は接近するけれども、タッチ面９１には接触していないと認識する。ユーザが指８１を使って、タッチ面９１に接触する場合には、カメラ９２１から９２４が取り込む画像ウィンドウＷは、図２ｃに示すもののようになり、すなわち、画像ウィンドウＷ内の画像Ｉ８１と画像Ｉ８１'が、相互につながっている。画像Ｉ８１と画像Ｉ８１'の間に明るい画素の存在を認識しない場合には、プロセッサ９４は、指８１がタッチ面９１に接触していると認識する。ポインタがタッチ面９１に接触するか否かの識別については、特許文献１に詳述されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６９４７０３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、タッチシステム９０は、ポインタがタッチ面９１と接触するか否かを認識できるだけで、ポインタのホバリング高さを計算することはできない。したがって、本発明は、タッチ面９１に対するポインタのホバリング高さと平面位置とを同時に識別できるタッチシステムおよびそのポインタ座標検出方法をさらに提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、ホバリングするポインタの３次元座標を検出することができるタッチシステムおよびそのタッチシステムのためのポインタ座標検出方法を提供することである。
【０００７】
本発明は、１以上のイメージセンサで、プレート表面を見渡す画像ウィンドウを取り込むステップと、画像ウィンドウにおける各画素列の変化を計算するステップと、画像ウィンドウにおける画素列の変化が最小である１以上の画素列の変化と１以上の閾値とを比較して、プレート表面に対するポインタの高さを識別するステップとを含むタッチシステムのためのポインタ高さ検出方法を提供する。
【０００８】
本発明は、１以上のイメージセンサで、プレート表面を見渡す画像ウィンドウを取り込むステップと、画像ウィンドウにおける各画素列の変化によりタッチシステムに対するポインタの高さ座標を識別するステップと、画像ウィンドウにおけるポインタと関連する画像位置によりタッチシステムに対するポインタの平面座標を計算するステップとを含むポインタ座標検出方法を提供する。
【０００９】
本発明は、プレートと、１以上の光源と、１以上の反射部と、１以上のイメージセンサと、処理部とを備えるタッチシステムを提供する。光源は、プレート表面に沿ってプレートを照らす。反射部は、光源からの光を反射するよう構成される。イメージセンサは、反射部を遮るポインタの画像を含む画像ウィンドウを取り込むよう構成される。処理部は、画像ウィンドウを処理し、画像ウィンドウにおける各画素列の変化によってプレート表面に対するポインタの高さ座標を識別する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のタッチシステムおよびポインタ座標検出方法では、画像ディスプレイを制御して、タッチシステムに対するポインタのさまざまな高さ座標および平面座標にしたがい、さまざまな機能を実行することができる。たとえば、これに限定されるわけではないが、画像ディスプレイを制御して、カーソルの動き、書字機能、または描画機能を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来技術のタッチシステムのブロック図である。
【図２ａ】図１に示すタッチシステムにおけるイメージセンサが取り込んだ画像ウィンドウの模式図である。
【図２ｂ】図１に示すタッチシステムにおけるイメージセンサが取り込んだ画像ウィンドウの模式図である。
【図２ｃ】図１に示すタッチシステムにおけるイメージセンサが取り込んだ画像ウィンドウの模式図である。
【図３ａ】本発明の実施例１によるタッチシステムのブロック図である。
【図３ｂ】図３ａに示すイメージセンサが取り込んだ画像ウィンドウの模式図である。
【図３ｃ】図３ａに示すイメージセンサが取り込んだ画像ウィンドウの模式図である。
【図４ａ】本発明の実施例１によるタッチシステムの動作模式図である。
【図４ｂ】図４ａに示すイメージセンサが取り込んだ画像ウィンドウの模式図である。
【図５ａ】本発明の実施例２によるタッチシステムのブロック図である。
【図５ｂ】図５ａに示すイメージセンサが取り込んだ画像ウィンドウの模式図である。
【図６】（ａ）は、本発明の実施例によるタッチシステムのイメージセンサが取り込んだ、ポインタ画像を含まない画像ウィンドウの模式図である。（ｂ）は、（ａ）に示す画像ウィンドウの１画素列の模式図である。（ｃ）は、本発明の実施例によるタッチシステムのイメージセンサが取り込んだ、ポインタの画像を含む他の画像ウィンドウの模式図である。（ｄ）は、（ｃ）に示す画像ウィンドウの複数の画素列の模式図である。
【００１２】
本発明の他の目的、効果および新規な特徴については、添付の図面を参照し、以下の詳細な説明を読むことによって、より明らかになる。
【発明を実施するための形態】
【実施例の詳細な説明】
【００１３】
なお、同じまたは類似する部分に言及する場合、可能な範囲で、全図面を通して同じ参照番号を使用する。
【実施例１】
【００１４】
図３ａから図３ｃを参照して、図３ａは、本発明の実施例１によるタッチシステム１のブロック図であり、図３ｂおよび図３ｃは、それぞれ、図３ａに示すイメージセンサにより取り込まれた画像ウィンドウの模式図である。タッチシステム１は、光源１０、プレート１１、反射鏡１２、第１の反射部１３１、第２の反射部１３２、イメージセンサ１４、処理部１５および画像ディスプレイ１６を備える。
【００１５】
光源１０は、プレート１１の角に配設されることが好ましい。光源１０は、ＩＲ光や紫外線等の不可視光を射出し、これが反射鏡１２、第１の反射部１３１および第２の反射部１３２で反射される。光源１０は、射出した光を、反射鏡１２、第１の反射部１３１および第２の反射部１３２で反射できる限りにおいて、他の場所に配設してもよいので、光源１０の場所は、図３ａに示す場所に限定されない。
【００１６】
プレート１１は、第１の辺１１ａ、第２の辺１１ｂ、第２の辺１１ｃ、第３の辺１１ｃ、第４の辺１１ｄおよびプレート表面１１ｓを備える。プレート１１の実施例には、ホワイトボードおよびタッチスクリーンが含まれる。プレート表面１１ｓは、反射鏡または反射表面でもよい。プレート表面１１ｓならびに反射鏡１２、第１の反射部１３１および第２の反射部１３２により囲まれるその上の領域は、タッチシステム１の高さＨとともにタッチ領域を規定する。高さＨは、実際の応用にしたがい決定してよい。
【００１７】
反射鏡１２は、プレート１１の第１の辺１１ａに配設され、プレート表面１１ｓから（すなわちタッチ領域に向かって）高さＨにわたって延在する。反射鏡１２は、プレート１１の第３の辺１１ｃに面する反射表面１２ａを有し、光源１０から射出された不可視光を反射する。反射鏡１２ａは、いずれか適当な材料から製造してよい。第１の反射部１３１は、プレート１１の第２の辺１１ｂに配設され、プレート表面１１ｓから高さＨにわたって延在する。第１の反射部１３１は、いずれか適当な材料から製造された反射布等でよく、プレート１１の第４の辺１１ｄに面して、光源１０から射出された不可視光を反射する。第２の反射部１３２は、プレート１１の第３の辺１１ｃに配設され、プレート表面１１ｓから高さＨにわたって延在する。第２の反射部１３２は、いずれか適当な材料から製造される反射布等でよく、プレート１１の第１の辺１１ａに面して、光源１０から射出される不可視光を反射する。なお、反射鏡１２、第１の反射部１３１および第２の反射部１３２の高さは異なっていてもよい。
【００１８】
イメージセンサ１４は、プレート１１の角に配設することが好ましい。たとえば、本実施例では、イメージセンサ１４および光源１０は、第３の辺１１ｃと第４の辺１１ｄの交差点に配設する。一方、反射鏡１２は、イメージセンサ１４に隣接しないプレート表面１１ｓの辺、たとえば第１の辺１１ａまたは第２の辺１１ｂに配設してもよい。イメージセンサ１４の視界は、プレート表面１１ｓを見渡しかつプレート表面１１ｓ、反射鏡１２、第１の反射部１３１および第２の反射部１３２により規定されるタッチ領域を包含する画像ウィンドウを取り込むために、プレート表面１１ｓのほうに傾いていてもよい。イメージセンサ１４の長手方向の視界は、タッチ領域の高さＨより大きいことが好ましい。指８１等のポインタがプレート表面１１ｓに接近すると、イメージセンサ１４が反射鏡１２または第１の反射部１３１を遮る指８１の先端の画像Ｉ８１および／または図３ｂに示すようなプレート表面１１ｓにおける指８１のミラー画像の画像Ｉ８１'を含む画像ウィンドウＷを取り込む。図３ｂでは、イメージセンサ１４の長手方向の視界（画像ウィンドウの高さ）が、タッチ領域の高さＨより大きいので、画像ウィンドウＷは、明るい領域ＢＡおよび背景領域ＤＡを含み、明るい領域ＢＡの高さは、プレート表面１１ｓ、反射鏡１２、第１の反射部１３１および第２の反射部１３２により決まる。ＤＡは、反射鏡１２、第１の反射部１３１、第２の反射部１３２およびプレート表面１１ｓの外側の背景領域で、これらの領域には、光源１０から射出される光を反射するための反射素子がないため、ＤＡは、イメージセンサ１４により取り込まれる画像ウィンドウＷにおいては、暗く（または黒く）なる。ポインタがプレート表面１１ｓに接触する場合、図３ｂにおける画像Ｉ８１およびＩ８１'は、相互につながることになる。
【００１９】
他の実施例では、プレート表面１１ｓは反射鏡でなくてもよく、かつイメージセンサ１４は、プレート表面１１ｓを見渡し、反射鏡１２、第１の反射部１３１および第２の反射部１３２ならびに反射鏡１２、第１の反射部１３１および第２の反射部１３２の上方の背景領域のみを包含し、プレート表面１１ｓを包含しない画像ウィンドウを取り込む。指８１がプレート表面１１ｓに接近すると、イメージセンサ１４は、図３ｃに示す、反射鏡１２、第１の反射部１３１または第２の反射部１３２を遮る指８１の先端の画像Ｉ８１を含む画像ウィンドウＷを取り込むことができ、ＢＡは、高さが反射鏡１２、第１の反射部１３１および第２の反射部１３２により決まる明るい領域を指す。ＤＡは、反射鏡１２、第１の反射部１３１および第２の反射部１３２の上方の背景領域を指す。ポインタが、プレート表面１１ｓに接触すると、図３ｃに示す画像Ｉ８１は、画像ウィンドウＷの底部に接触することになる。イメージセンサ１４の実施例は、これらに限定されるわけではないが、ＣＣＤイメージセンサおよびＣＭＯＳイメージセンサを含む。なお、ポインタは、他のものと置き換えることができ、指に限定されない。
【００２０】
処理部１５は、イメージセンサ１４により取り込まれる画像ウィンドウを処理するためイメージセンサ１４に結合され、プレート表面１１ｓに対するポインタの２次元平面座標およびプレート表面１１ｓからのポインタの高さ座標を含む、プレート表面１１ｓに対するポインタの３次元座標を、ポインタに関連する画像および画像ウィンドウにおける１つの画素列の標準偏差または１つの画素列の各画素値とその画素列の平均画素値との差の絶対値の平均等の各画素列の変化にしたがい計算する。処理部１５は、タッチシステム１も制御して、高さ座標と２次元平面座標とにしたがい、さまざまな機能を実行する。
【００２１】
たとえば、ポインタが、第１の高さ座標で、プレート表面１１ｓ上方でホバリングしている（すなわち接近するが接触しない状態）と認識すると、処理部１５は、ポインタに関連する画像ウィンドウＷにおける画像位置によって、プレート表面１１ｓに対するポインタの２次元平面座標を計算し、連続する画像ウィンドウ間の、２次元平面座標の変化によって、画像ディスプレイ１６上に示されるカーソル１６０の動きを制御する。プレート表面１１ｓの２次元平面座標は、画像ディスプレイ１６のスクリーンの平面座標に対応し得る。
【００２２】
たとえば、ポインタが、第１の高さ座標よりもプレート表面１１ｓに近い第２の高さ座標で、プレート表面１１ｓの上方をホバリングしていると認識すると、処理部１５は、ポインタに関連する画像ウィンドウＷにおける画像位置にしたがって、プレート表面１１ｓに対するポインタの２次元平面座標を計算し、画像ディスプレイ１６上に示されるカーソル１６０を制御して、たとえば、連続する画像ウィンドウ間の２次元平面座標の変化により書字または描画機能を実行する。
【００２３】
たとえば、ポインタが、プレート表面１１ｓに接触状態にあると認識すると、処理部１５は、ポインタに関連する画像ウィンドウＷにおける画像位置によりプレート表面１１ｓに対するポインタの２次元平面座標を計算し、画像ディスプレイ１６上に示すカーソル１６０を制御して、たとえば、連続画像ウィンドウ間の２次元平面座標の変化により、これらに限られるわけではないが、より幅の広いラインや、異なる色など、異なる性質の書字または描画機能を実行する。
【００２４】
図３ａにおいては、本発明のタッチシステム１を明確に図示するため、プレート１１を画像ディスプレイ１６から分離しているが、これは、本発明を限定するものではない。他の実施例では、プレート１１を画像ディスプレイ１６のスクリーン上に統合してもよい。また、画像ディスプレイ１６がタッチスクリーンの場合、画像ディスプレイ１６のスクリーンがプレート１１および反射鏡１２としての役割も果たし、第１の反射部１３１および第２の反射部１３２は、画像ディスプレイ１６のスクリーン上に配設される。
【００２５】
なお、プレート１１は、矩形として図示され、かつ反射鏡１２、第１の反射部１３１および第２の反射部１３２は、図３ａにおけるプレート１１の三辺上に直角を成して配設されるが、これは、実施例に過ぎず、本発明を限定するものではない。他の実施例においては、プレート１１は、他の形状に製作されてもよく、かつ反射鏡１２、第１の反射部１３１および第２の反射部１３２は、他の空間関係で、プレート１１の上に配設されてもよい。
【００２６】
図４ａおよび図４ｂを参照して、図４ａは、本発明の実施例１によるタッチシステム１の動作模式図であり、かつ図４ｂは、図４ａに示すイメージセンサにより取り込まれる画像ウィンドウＷの模式図である。本実施例においては、第１の反射部１３１が、反射面１２ａに関する第２のミラー画像１３１'をマッピングし、第２の反射部１３２が、反射表面１２ａに関する第３のミラー画像１３２'をマッピングし、かつプレート１１の第４の辺１１ｄが、反射表面１２ａに関する第４のミラー画像１１ｄ'をマッピングし、反射鏡１２、第１の反射部１３１、第２の反射部１３２、およびプレート１１の第４の辺１１ｄがともに実空間ＲＳを規定する一方、反射鏡１２、第２のミラー画像１３１'、第３のミラー画像１３２'、および第４のミラー画像１１ｄ'がともに仮想空間ＩＳを規定する。
【００２７】
イメージセンサ１４の横方向の視界ＶＡは、プレート表面１１ｓ見渡し、少なくとも実空間ＲＳおよび仮想空間ＩＳを包含する。イメージセンサ１４は、実空間ＲＳ，仮想空間ＩＳならびに反射鏡１２、第１の反射部１３１、第２の反射部１３２および／またはプレート表面１１ｓを遮る、実空間ＲＳのタッチ領域における指等のポインタに関連する画像を包含する画像ウィンドウを取り込むよう構成される。１実施例においては、イメージセンサ１４が、実空間ＲＳおよび仮想空間ＩＳを包含する完全な画像ウィンドウを取り込めるように、イメージセンサ１４は、その横方向の視界ＶＡを調節するためのレンズ（またはレンズ系）をさらに含んでもよい。
【００２８】
次に、処理部１５が、プレート表面１１ｓに対するポインタの２次元平面座標を計算する方法について説明する。図４ａを再び参照して、指８１等のポインタが、タッチ領域に入る場合、タッチポイントＰ0が実空間ＲＳ内に形成され、かつポインタが、反射鏡１２の反射表面１２ａに関する仮想空間ＩＳ内に第１のミラー画像Ｐ0'をマッピングする。イメージセンサ１４は、第１のルートＬ0にしたがって、ポインタの先端の画像を取り込んで、画像ウィンドウＷ内に画像ＩＰ0を形成し、かつ第２のルートＬ0'にしたがって第１のミラー画像Ｐ0'の先端の画像を取り込んで、図４ｂに示す画像ウィンドウＷ内に画像ＩＰ0'を形成する。この実施例では、画像ウィンドウＷ内の画像の一次元の位置と、異なるルートおよびプレート１１の第３の辺１１ｃ間の内角のとの関係が、処理部１５にあらかじめ記憶される。したがって、イメージセンサ１４がポインタの先端の画像と第１のミラー画像を取り込んで、画像ウィンドウＷを形成する場合、処理部１５は、画像ウィンドウＷ内の画像の一次元の位置にしたがって、第１の内角Ａ０および第２の内角Ａ０'をそれぞれ取得し得る。次に、三角形分割（三角測量）を用いて、処理部１５は、タッチ領域内でポインタにより指示されたタッチポイントＰ0の２次元平面座標を取得できる。
【００２９】
たとえば、ある実施態様において、プレート表面１１ｓは、直交座標系を形成し、第３の辺１１ｃがＸ軸となり、第４の辺１１ｄがＹ軸となり、かつイメージセンサ１４の位置が、直交座標系の起点となる。したがって、直交座標系内のタッチポイントＰ０の座標は、（第４の辺１１ｄへの距離，第３の辺１１ｃへの距離）として表現できる。また、プレート１１の第１の辺１１ａと第３の辺１１ｃとの間の距離Ｄ１は、処理部１５にあらかじめ記憶される。こうして、処理部１５は、以下のステップにしたがい、ポインタ８１のタッチポイントＰ0の２次元平面座標を取得することができる。すなわち、（ａ）処理部１５が、第１のルートＬ０とプレート１１の第３の辺１１ｃとの間の第１の内角Ａ０および第２のルートＬ０'とプレート１１の第３の辺１１ｃとの間の第２の内角Ａ０'とを得るステップと、（ｂ）等式Ｄ２＝２Ｄ１／（ｔａｎＡ０+ｔａｎＡ０'）により、ポインタ８１のタッチポイントＰ０とプレート１１の第４の辺１１ｄとの間の距離Ｄ２を得るステップと、（ｃ）式Ｄ２×ｔａｎＡ０によりタッチポイントＰ０のｙ座標を得るステップとである。したがって、タッチポイントＰ0の２次元平面座標を、（Ｄ２，Ｄ２×ｔａｎＡ０）として表すことができる。なお、この２次元平面座標計算法は、１例に過ぎず、発明を限定するものではない。タッチポイントＰ0の２次元平面座標は、他の三角形分割処理によっても得ることができる。
【実施例２】
【００３０】
図５ａから図５ｂを参照して、図５ａは、本発明の実施例２によるタッチシステム１'のブロック図であり、かつ図５ｂは、図５ａに示すイメージセンサによりそれぞれ取り込まれた画像ウィンドウを示す。本実施例と実施例１との相違点は、実施例１の反射鏡１２が、本実施例では第３の反射部１３３に置き換えられている点と、タッチシステム１'が、２つのイメージセンサ１４と１４'とを含む点である。他の実施例では、反射部１３１から１３３の反射効率を高めるために、本実施例に、たとえばプレート表面１１ｓの、イメージセンサ１４'と同じ角に配設される、第２の光源１０'をさらに備えてもよい。
【００３１】
実施例２では、タッチシステム１'は、プレート１１、光源１０、第１の反射部１３１、第２の反射部１３２、第３の反射部１３３、２つのイメージセンサ１４および１４'、処理部１５ならびに画像ディスプレイ１６を備える。第１の反射部１３１、第２の反射部１３２および第３の反射部１３３は、それぞれ、プレート１１の第２の辺１１ｂ、第４の辺１１ｄおよび第１の辺１１ａに配設され、プレート表面１１ｓから高さＨにわたって延在し、タッチ領域を規定するが、その高さＨは、実際の応用にしたがって決定してよい。反射部１３１から１３３は、なんらかの適切な材料から製作される反射布でよく、プレートのタッチ領域に面して、光源１０（１０'）から射出される不可視光を反射する。この実施例では、イメージセンサ１４は、第３の辺１１ｃと第４の辺１１ｄとの交差点に配置され、かつその視界は、プレート表面１１ｓを包含してもよいし、しなくてもよい。イメージセンサ１４'は、第２の辺１１ｂと第３の辺１１ｃとの交差点に配設されるが、その視界は、プレート表面１１ｓを包含してもよいし、しなくてもよい。イメージセンサ１４および１４'の長手方向の視界は、高さＨより大きいことが好ましい。指８１等のポインタがタッチ領域に入る場合、イメージセンサ１４は、指８１の先端と関連する画像Ｉ８１を含む画像ウィンドウＷ１４を取り込み、一方イメージセンサ１４'は、指８１の先端に関連する画像Ｉ８１'を含む画像ウィンドウＷ14'を取り込む。なお、図５ｂには、明るい領域ＢＡのみを示し、背景領域ＤＡは図示していない。
【００３２】
処理部１５は、イメージセンサ１４および１４'に結合されて、イメージセンサ１４および１４'が取り込んだ画像ウィンドウを処理し、画像ウィンドウ内のポインタに関連する画像にしたがってプレート表面１１ｓに対するポインタの３次元座標を計算し、かつタッチシステム１'を制御して、３次元座標にしたがい対応する機能を実行する。プレート表面１１ｓの２次元平面座標に対応するタッチポイントの計算も、三角形分割を用いて実行することができるが、その詳細は、実施例１に記載されたものと同様であり、ここでは繰り返さない。
【００３３】
図６（ａ）から図６（ｄ）を参照して、本発明による、タッチシステム１または１'（プレート表面１１ｓ）に対するポインタの高さの座標を計算する方法について以下に説明する。なお、ここに説明する計算は、上記の実施例１および２に適応させることができる。
【００３４】
図６（ａ）は、本発明の実施例によるタッチシステムのイメージセンサにより取り込まれた画像ウィンドウＷの模式図であり、画像ウィンドウは、明るい領域ＢＡおよび背景領域ＤＡを含み、かつ画像ウィンドウＷの各画素列が、Ｎ個の画素を含むと仮定する。この時点では、ポインタがタッチ領域に入らず、画像ウィンドウＷは、ポインタに関連する画像情報を含んでいない。本発明では、プレート１１に対するポインタの高さ座標を、画像ウィンドウＷにおける各画素列の変化を計算することにより取得することができる。
【００３５】
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示す画像ウィンドウの画素の１列Ｐを示し、ここで、画素列Ｐの標準偏差は、以下のように表すことができる。
【００３６】
【数１】
0005384449.tif 000002
【００３７】
画素列Ｐの各画素値とその画素列Ｐの平均画素値との差の絶対値の平均は、以下のように表すことができる。
【００３８】
【数２】
0005384449.tif 000003
【００３９】
ここで、（１）式の括弧内の１項目および（２）式の絶対値記号内の１項目のパラメータは、ｋ番目の画素列のｉ番目の画素の画素値であり、（１）式の括弧内の２項目および（２）式の絶対値記号内の２項目のパラメータは、ｋ番目の画素列の平均画素値である。明るい領域ＢＡと背景領域ＤＡとの明るさの違いは大きいので、各画素列の変化（たとえば、（１）式で求められる標準偏差または（２）式で求められる平均）は、画像ウィンドウＷがポインタの画像を含んでいない時に最大となる。
【００４０】
図６（ｃ）は、本発明の実施例によるタッチシステムのイメージセンサにより取り込まれる画像ウィンドウＷの模式図であり、画像ウィンドウＷは、ポインタの画像Ｉを含む。図３ａおよび図５ａを参照して、タッチ領域に入ると、ポインタは、光源１０により照らされることになる。したがって、イメージセンサにより取り込まれる画像ウィンドウＷにおいては、ポインタに関連する画像Ｉの明るさは、明るい領域ＢＡと背景領域ＤＡとの間になる。言い換えれば、画像Ｉを含む等式（１）または（２）等の画素列の変化は、小さくなる。たとえば、図６（ｄ）は、画像Ｉを含む複数の画素列の模式図である。黒い領域は、背景領域を指し、グレイの領域は画像Ｉを指し、白い領域は、明るい領域を指す。Ｐ'は、画像Ｉを含む画素列である。ポインタがプレート表面１１ｓにより近づくと、画素列Ｐ'の変化はより低調になり、ポインタがプレート表面１１ｓに接触すれば、画素列Ｐ'の変化が最低になる。したがって、本発明においては、複数の閾値が処理部１５にあらかじめ記憶されている。処理部１５は、イメージセンサにより取り込まれた画像ウィンドウＷを処理中に、画像ウィンドウＷにおける画素列の変化が最小である１以上の画素列と（図６（ｄ）には、最小変化の画素列が２つある）複数の閾値とを比較して、ポインタの高さ座標を識別する。
【００４１】
再び、図６（ｃ）および図６（ｄ）を参照して、たとえば１実施例においては、ポインタの画像を含まない画像ウィンドウにおける各画素列の変化および３つの閾値Ｔｈ１からＴｈ３が、処理部１５に記憶される。たとえば、画像ウィンドウの大きさが６４０×４２の場合、６４０の変化と３つの閾値が処理部１５に記憶される。１実施例において、Ｔｈ１＜Ｔｈ２＜Ｔｈ３であると仮定すると、画像ウィンドウＷにおいて、画素列の変化が最小の１以上の画素列の変化がＴｈ１より小さいと認識すると、処理部１５はポインタの高さ座標がＺ0であると識別する。画像ウィンドウＷにおける画素列の変化が最小の１以上の画素列の変化がＴｈ１とＴｈ２との間であると認識すると、処理部１５は、ポインタの高さ座標がＺ１であると識別する。画像ウィンドウＷにおける画素列の変化が最小の１以上の画素の変化が、Ｔｈ２とＴｈ３との間であると認識すると、処理部１５は、ポインタの高さがＺ２であると識別する。そして、画像ウィンドウＷにおける画素列の変化が最小の１以上の画素列の変化が、Ｔｈ３より大きいと認識すると、処理部１５は、タッチ領域に入るポインタはなく、したがってタッチシステムを不活性化する。なお、上記のプレート１１に対するポインタの高さ座標の計算を、図３ｂに示す画像ウィンドウに適応させてもよい。また、変化の表現は、等式（１）および（２）に限らない。
【００４２】
また、本発明では、画像ウィンドウにおけるいずれか１以上の画素列（変化が最小である画素列を含む）の変化を、第１の閾値より小さいと認識すれば、処理部１５がタッチシステムを起動し、かつ画像ウィンドウにおけるいずれか１以上の画素列の変化を、第２の閾値より小さいと認識すれば、処理部１５が、ポインタがプレート表面１１ｓに接触状態にあると認識する設定にしてもよい。
【００４３】
ある実施態様においては、ポインタの高さ座標がＺ２であると識別すると、処理部１５は、タッチ領域における２次元平面座標の変化にしたがって画像ディスプレイ１６上に示されるカーソルの動きを制御する。ポインタの高さ座標がＺ１であると識別すると、処理部１５は、画像ディスプレイ１６上に示されるカーソルを制御してタッチ領域における２次元平面座標の変化にしたがい、書字または描画機能を実行する。ポインタの高さ座標がＺ0であると識別すると、処理部１５は、画像ディスプレイ１６上に示されるカーソルを制御してタッチ領域における２次元平面座標の変化にしたがい、異なる線の特徴で書字または描画する。
【００４４】
なお、閾値の数は、実際の要件にしたがい決定してもよく、処理部１５がタッチシステム１または１'を制御して実行する機能は、異なる設定に基づいてもよく、ここに説明するものに限定されない。
【００４５】
上記のとおり、従来技術のタッチシステムでは、ポインタのホバリング高さを得ることができず、タッチシステムの動作機能は限定されていた。本発明は、ポインタの３次元座標を計算することができ、高さ座標および平面座標のさまざまな変化にしたがいさまざまな機能を実行することができるタッチシステム（図３ａおよび図５ａに示す）をさらに提供する。
【００４６】
本発明について、その好ましい実施例に関連して説明したが、これは発明を限定するためのものではない。以下の請求項に記載の発明の精神と範囲から逸脱することなく、当業者により、他の多く変形および変更がなされ得ることは当然である。
【符号の説明】
【００４７】
１        タッチシステム
１０      光源
１１      プレート
１１ｓ    プレート表面
１２      反射鏡
１２ａ    反射面
１４      イメージセンサ
１５      処理部
１６      画像ディスプレイ
１３１    第１の反射部
１３２    第２の反射部
【図１】
0005384449.tif 000004
【図２ａ】
0005384449.tif 000005
【図２ｂ】
0005384449.tif 000006
【図２ｃ】
0005384449.tif 000007
【図３ａ】
0005384449.tif 000008
【図３ｂ】
0005384449.tif 000009
【図３ｃ】
0005384449.tif 000010
【図４ａ】
0005384449.tif 000011
【図４ｂ】
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【図５ａ】
0005384449.tif 000013
【図５ｂ】
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【図６】
0005384449.tif 000015