(57)【要約】【課題】光の屈折による受光時の揺れを解決することを目的とし、受光を安定させることで、高精度に位置を検出することを目的とする。【解決手段】タッチパネルの異なる位置に有し、設置位置を中心に光を射出する２つの光源部と、タッチパネルに有する光源部からの光を前記光源部に向けて反射する反射部と、前記反射部からの反射光を受光する受光部とを有し、前記光源部が有する光源に振動を与える振動伝達手段と、前記反射部からの反射光を遮蔽した場合に、遮蔽した位置を検出する位置検出手段とを有する。【選択図】　　　　図１
2004110313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチパネルの異なる位置に有し、設置位置を中心に光を射出する２つの光源部と、
タッチパネルに有する光源部からの光を前記光源部に向けて反射する反射部と、
前記反射部からの反射光を受光する受光部とを有し、
前記光源部が有する光源に振動を与える振動伝達手段と、
前記反射部からの反射光を遮蔽した場合に、遮蔽した位置を検出する位置検出手段とを有することを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
前記振動伝達手段は、光源の発光方向に対し、平行、水平、垂直方向のいずれか１つ以上の振動を与えることを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。
【請求項３】
前記振動伝達手段は、光源の発光時に同期を取ることを特徴とする請求項１または２記載の座標入力装置。
【請求項４】
前記振動伝達手段は、始点と終点が一致することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の座標入力装置。
【請求項５】
前記光源が前記振動伝達手段より振動を受け、振動しながら発光した光を前記受光部にて受光することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の座標入力装置。
【請求項６】
前記光源部と前記受光部を１つの光学ユニットとすることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の座標入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出射光の反射光が受光されないことによって座標を検出して外部の機器に入力する座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、指またはペンで触れたタッチパネル上の位置を座標として検出し、コンピュータ等に入力する座標入力装置が提供されている。
【０００３】
光学的座標入力装置は、この指またはペンで触れたタッチパネル上の位置を出射光の反射光が受光されないことによって検出する装置であって、その光源に用いられる光の１つとして、ＬＤがある。機器構造上、この光は、拡散するレンズにて、扇状に広げられ反射部に当たり、この光が受光部に入射する。
【０００４】
特許文献１では、２軸チルトセンサを用いながら、光軸を正しくかつ容易に調整可能なレーザ測量装置を提供する技術が開示されている。
【０００５】
特許文献２では、光軸とタッチパネル表面との間の隙間をより簡易に低減し、より座標検出精度の高い座標入力装置を提供する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−３５５５１１号公報
【特許文献２】
特開２００１−１４０９１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
光学的座標入力装置等において、その光源に用いられる光の一つとして、ＬＤがある。機器構造上、この光は、拡散するレンズにて、扇状に広げられ反射部に当たり、この光が受光部に入射する。このとき、光の屈折の関係上、光の強弱が発生し、受光部では、受光した光が常に安定せず、フワフワとした揺れが発生してしまう場合がある。
【０００８】
また、この揺れが大きいと、光が筆記物にて遮断され、あたかもディップしたかのように、誤検出してしまう恐れがある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光の屈折による受光時の揺れを解決することを目的とし、受光を安定させることで、しいては、高精度に位置を検出することを目的とする。
【００１０】
また、故意に光源に振動を与えることで、光の屈折を平均化することを目的とする。
【００１１】
また、安定した振動を与えることを目的とする。
【００１２】
また、光源の発光および受光時に、常にバラツキがなく一定の光を得ることで目的とする。
【００１３】
また、振動の始点と終点を一致させることで、常に同じ振動を光源に与えることを目的とする。
【００１４】
また、安定した光を受光することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、タッチパネルの異なる位置に有し、設置位置を中心に光を射出する２つの光源部と、タッチパネルに有する光源部からの光を前記光源部に向けて反射する反射部と、前記反射部からの反射光を受光する受光部とを有し、前記光源部が有する光源に振動を与える振動伝達手段と、前記反射部からの反射光を遮蔽した場合に、遮蔽した位置を検出する位置検出手段とを有することを特徴としている。
【００１６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記振動伝達手段は、光源の発光方向に対し、平行、水平、垂直方向のいずれか１つ以上の振動を与えることを特徴としている。
【００１７】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記振動伝達手段は、光源の発光時に同期を取ることを特徴としている。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記振動伝達手段は、始点と終点が一致することを特徴としている。
【００１９】
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の発明において、前記光源が前記振動伝達手段より振動を受け、振動しながら発光した光を前記受光部にて受光することを特徴としている。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の発明において、前記光源部と前記受光部を１つの光学ユニットとすることを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の座標入力装置の全体構成の一例を示す図である。図１はタッチパネル１０１と、光学ユニットＬ１０２Ａと、光学ユニットＲ１０２Ｂと、反射部１０３Ａ、Ｂ、Ｃと、演算部１０４と、インターフェース部１０５とを有し構成されている。
【００２２】
タッチパネル１０１の下部両端に光学ユニットＬ１０２Ａ、光学ユニットＲ１０２Ｂを、タッチパネルの左右および上側に、光学ユニットから射出された扇状の光を射出された光源に向かって反射する反射部１０３Ａ、１０３Ｂ、１０３Ｃを有し、光学ユニットＬ１０２Ａと、光学ユニットＲ１０２Ｂとの駆動および光学ユニット受光部からの信号を入力し、座標位置の演算をする演算部１０４と、演算した座標値を出力するインターフェース部１０５とを有し、その座標値をパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を通し、タッチパネル１０１にその座標値を表示する。
【００２３】
図２は、本発明の座標入力装置が有する光学ユニットの一構成例を示す図である。図２は、光源２０１と、レンズ２０２、２０３と、受光部２０４と、ハーフミラー２０５とを有し構成されている。光学ユニットＬ１０２Ａ、光学ユニットＲ１０２Ｂの構成は、図２に示すように光源２０１と光源から射出された光を扇状に拡散するレンズ２０２とハーフミラー２０５と反射部からの反射光を受光するレンズ２０３および受光部２０４から構成される。これらを１つのユニットとすることによって、光源と受光部の位置合わせ（距離および中心位置合わせ）の調整が、ユニット単位で行うことができ容易に調整が可能である。
【００２４】
図３は、受光素子２０４の受光信号（波形）例を示す図である。図３は、光学ユニットＬ１０２Ａと、反射部１０３Ｂ、１０３Ｃと、扇状の光３０１、３０３と、出力信号波形３０２とを有し構成されている。光学ユニットＬ１０２Ａの光源部より、射出された扇状の光３０１は、反射部１０３Ｂ、１０３Ｃに反射し、同光学ユニットＬ１０２Ａに戻り、光学ユニット内の受光素子に入射する。このときの反射部１０３Ｂ、１０３Ｃの設置状態にて、受光素子の出力信号（波形）は、波形３０２のような形状となる。
【００２５】
図４は、光学ユニットＬ１０２Ａ内の概略を示す図である。図４は、光源２０１と、レンズ２０２と、扇状の光３０３とを有し構成されている。光源２０１からの光は、拡散するレンズ２０２により拡散され、扇状の光３０３となる。ここでのレンズ２０２周辺を拡大した図を図５に示す。
【００２６】
図５は、入射した光源からの光が拡散するレンズを通過し、拡散して扇状の光となる様子を示す図である。図５は、レンズ２０２と、扇状の光３０３と、信号３０４、３０５とを有し構成されている。図５では、図の下面より、入射した光源からの光は、拡散するレンズ２０２を通過し、拡散され、扇状の光３０３となる。なお、ここで示す光源、およびその光とは、例えば本機器にて用いている平均発振波長６５０ｎｍのＬＤ、およびＬＤ光である。
【００２７】
図５において、レンズ２０２で拡散された光は、図に示すように光の波面がある。ここでの波面は、概要例として、計５つの波面を記載しているが、実際には、無数（∞）に存在している。１つの波面を例に上げると、レンズ２０２により、扇状の波面となり、この波面には概略であるが、波紋のような光の強弱が存在する。この光の強弱を持った波面が、ここで５つ重なり合った場合、波面内の光の強い部分と弱い部分の位相がそれぞれ干渉し合う。
【００２８】
干渉について、Ａラインでの光の強い部分の干渉を●として、同様に、Ｂラインを■として、Ｃラインを○として示した。また、干渉したＡラインでの光の強弱を信号３０５として、Ｂラインでの光の強弱を信号３０４として記載し、上が強く、下が弱いことを示している。
【００２９】
図５の信号３０５、３０４を比較すると、Ａでは、光の強い部分の干渉は、５つの波面により４つ存在し、Ｂでは５つ、Ｃでは４つ存在し、また、各ラインでの強い部分と隣合った強い部分の間隔は、各ライン毎でも異なり、また、ＡラインとＢラインでも異なる。
【００３０】
また、上記内容以外にも、光源部２０１から射出された光が、受光素子２０４に受光されるまでの間に存在するレンズ２０２、ミラー２０５、反射部１０３Ａ、Ｂ、Ｃ、受光レンズ２０３にて、光が通過する際の屈折や表面反射等にも影響され、さらに光の強弱は、場合によっては変化の度合いが増すこともある。
【００３１】
このように、光の強弱が存在する時、受光する受光素子２０４からの出力信号（波形）を図６に示す。図６は、出力信号（波形）３０２と、３０４Ａと、３０４Ｂと、３０５Ａと、３０５Ｂとを有し構成されている。図４にも示したような波形３０２の一部３０４Ａを拡大したものが、３０４Ｂになる。
【００３２】
このとき、前記光の強弱、およびその干渉により、波形３０５Ａのような形状や波形３０５Ｂのような形状となり、安定した形状を得られない結果、波形の揺れが発生してしまう。また、この揺れは、一定周期や定期的なものではなく、常に周期性の無い揺れである。
【００３３】
よって、このような揺れが存在する出力信号（波形）にて、座標検出を行った場合、揺れがひどい場合には、あたかも光が遮断され、ディップしたかのように、誤って座標検出をしてしまう恐れがある。
【００３４】
そこで、この揺れを無くするために、故意に光源２０１を振動させ、各干渉をキャンセルし、受光素子へ入射する光量を平均化する。
【００３５】
図７は、光源２０１、レンズ２０２、扇状の光３０３を示す。振動は、光源２０１に微少な振動を与える。例えば、ここで使用しているＬＤ光の発振波長が約６５０ｎｍであるため、与える振動も６５０ｎｍ程度と微少で良い。また、振動部材に関しても、物理的に振動を起こせる振動発生部材で、直接光源に設置し振動を与え、この振動により１波長変化すれば良い。また、与える振動が大き過ぎると、光源２０１が逆に、大きく振動してしまい、波形３０２の形状そのものが、全体的に変わってしまう。
【００３６】
光源への振動方法を図７に示す。図７のように、設置された光源２０１に対し、前後方向Ａ、左右方向Ｂ、または、上下方向Ｃのいずれかの一方向で良い。
【００３７】
前後方向Ａの振動を例にして、振動方法を図８に示す。振動の向きは、図８のイでは、光源２０１の初期設置位置１から始まり、前方向２へ、次に２から初期設置位置１を通過し、後方向３へ、その後３から初期設置位置１に戻り、これを１回（１周期）とし、必ず始点と終点を同じ位置とする必要がある。その後、同じ動作を繰返す。
【００３８】
また、他例として、図８のロでは、初期設置位置１から始まり、前方向２へ、その後２から初期設置位置１で、１回（１周期）とし、これも必ず始点と終点が同じ位置である。その後、同じ動作を繰返す。
【００３９】
これに反し、図８のハでは、初期設置位置１から始まり、前方向２へ、その後、２から初期設置位置１を通過し、後方向３で、１回とし、その後、３→１→２→１となり、以後、同じ動作を繰返す。
【００４０】
同様に図８のニでは、初期設置位置１から始まり、前方向２までを１回とし、その後、２から始まり１で終わる。以後、同じ動作を繰返す。以上、２つの振動は、振動する移動距離は同じであるが、始点と終点が一致していない。始点と終点を一致させる理由としては、光の波面は、光源を先進移動した場合と後進移動した場合では、全く異なるため、同じ波面、すなわち光量を得ることが出来ない。よって、一致させる事は、同じ振動が得られるため、常に、同じ光の波面であると言える。
【００４１】
なお、これらは光源２０１の前後方向Ａについて記載しているが、左右方向Ｂ、上下方向Ｃについても同様であり、必ず始点と終点を一致させる必要がある。
【００４２】
以上内容を本機器での例として記載する。図９は、図１に示した光学ユニットＬ１０２Ａと、光学ユニットＲ１０２Ｂにおいて、受光した受光素子からの出力信号（波形）を示す図である。本機器は、２つの光学ユニットＬ１０２Ａ、光学ユニットＲ１０２Ｂ内の光源部２０１の発光は、５ｍＳ周期にて、交互に発光させている。そのため、光学ユニットＬ１０２Ａから、および、光学ユニットＲ１０２Ｂからの受光出力信号（波形）は、図９に示すようになっている。
【００４３】
Ｔ１、Ｔ３、Ｔ（奇数）では、光学ユニットＬ１０２Ａが発光し、同ユニットがそれを受光し、受光波形が得られるが、この間、光学ユニットＲ１０２Ｂは、非発光のため、受光せず、受光波形はない。また、Ｔ２、Ｔ４、Ｔ（偶数）は、その逆となっている。
【００４４】
一般的に、受光する受光素子は、ある一定時間、光を蓄積した結果を受光信号として出力している。本機器では、５ｍＳ間毎に光を蓄積させ、受光波形としてしているため、常に、その間の受光素子への光量は、同じにする必要がある。そのために、前記記した内容にて、故意に光源２０１を始点と終点が同じである振動を与えることで、受光期間の５ｍＳ間に同じ波面が得られる。その結果、常にその間は、同じ光量となるため、安定した光量を得ることが可能である。
【００４５】
また、５ｍＳ間毎に同じ振動時間、振動回数を得るために、発光に対し、振動を同期させる必要がある。なお、発光中の振動回数は、１回以上であれば良い。さらに振動回数を多くすると、発光中の振動回数も多く、かつ、細かい振動になるため、安定度は増す方向にある。また、ここでは、発光中に、同期して振動を与えているが、非発光中も含め、Ｔ１＋Ｔ２間に振動を与えて、これを振動の１周期として、同期を取っても良い。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光学ユニット内の光源部に設置された光源に微少な振動を与えるている為、振動により光の波面が平均化され、結果、光の強弱が平均化され、安定した光が得られることが可能となる。
【００４７】
また、本発明によれば、振動は、光源の発光方向に対し、平行、水平、垂直方向の振動を１つ以上与えれば良いため、機械的構造上容易である。
【００４８】
また、本発明によれば、振動は、光源の発光に同期が取れているので、光源の発光時には、常に同じ振動が得られ、安定した受光が可能である。
【００４９】
また、本発明によれば、振動は、始点と終点が一致しているので、振動発生時には必ず始点から始まり、同じ振動が常に、得られ、安定した受光が可能である。
【００５０】
また、本発明によれば、光源が振動しながら発光した光を受光部にて受光するので、光源の屈性による光の干渉の影響が無くなり、安定した光が受光可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の座標入力装置の全体構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の座標入力装置の光学ユニットの一構成例を示す図である。
【図３】受光素子２０４の受光信号例を示す図である。
【図４】光学ユニット内の概略を示す図である。
【図５】入射した光源からの光が、拡散するレンズを通過し、拡散して扇状の光となる様子を示す図である。
【図６】光の強弱が存在する時、受光する受光素子２０４からの出力信号を示す図である。
【図７】光源への振動方法を示す図である。
【図８】前後方向Ａの振動を例にした振動方法を示す図である。
【図９】光学ユニットにおいて、受光した受光素子からの出力信号（波形）を示す図である。
【符号の説明】
１０１　タッチパネル
１０２　光学ユニット
１０３　反射部
１０４　演算部
１０５　インターフェース部
２０１　光源
２０２、２０３　レンズ
２０４　受光部
２０５　ミラー
３０１、３０３　扇状の光
３０２、３０４、３０５　出力信号（波形）
【図１】
2004110313.tif 000003
【図２】
2004110313.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004110313.tif 000006
【図５】
2004110313.tif 000007
【図６】
2004110313.tif 000008
【図７】
2004110313.tif 000009
【図８】
2004110313.tif 000010
【図９】
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