(57)【要約】【課題】  フラットパネルディスプレイに対して、光信号を使用して入力座標の高精度の検出を行う簡単な構成の入力座標検出システムを提供する。【解決手段】  電子ペン１の先端部２では、フラットなパネルディスプレイ８のタッチパネル面７への電子ペン１のタッチ入力操作により発光する赤外線発光素子３から放出される赤外線が円錐反射体６の周面に入射され、該周面は光軸方向の全面にわたり、入射光をディスプレイ８のタッチパネル面７に平行に３６０゜の角度領域に放射する曲面に形成され、ディスプレイ８の側縁部の異なる位置に配置された光検出素子１０ａ、１０ｂにより、タッチパネル面７に平行に放射される出射光を、低消費電力で高感度で受光することが可能で、座標位置検出器１１により光検出素子１０ａ、１０ｂの光検出信号に基づき、電子ペン１のタッチ入力位置の高精度の演算を消費電力を削減して行うことが可能になる。【選択図】  図１
2005078433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ペンによるフラットディスプレイのタッチパネル面へのタッチ入力位置を検出する入力座標検出システムにおいて、
前記電子ペンの先端部に設けられ、前記電子ペンによるタッチ入力操作により、前記電子ペンの光源からの光を前記電子ペンの先端部から前記フラットディスプレイのタッチパネル面に平行に３６０゜の角度領域に出射光として放射する円錐反射体と、
前記フラットディスプレイの側縁部の互いに異なる複数位置にそれぞれ設けられ、前記出射光を受光する受光手段と、
該受光手段の受光信号に基づいて、前記電子ペンのタッチ入力位置を演算する演算手段と
を有することを特徴とする入力座標検出システム。
【請求項２】
出射光が赤外線であることを特徴とする請求項１記載の入力座標検出システム。
【請求項３】
円錐反射体の周面が、電子ペンの光源からの放射光の前記周面への入射点と前記光源を結ぶ直線と、前記電子ペンの光軸とのなす角度を（１／２）θ、前記入射点における前記周面との仮想対接面と前記光軸とのなす角度をη、前記直線と前記仮想対接面とのなす角度をΦとして、η＝Φ＋（１／２）θを満足する周面であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の入力座標検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ペンによるフラットディスプレイのタッチパネル面へのタッチ入力位置を検出する入力座標検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の情報処理装置への情報信号の入力に、情報処理装置のディスプレイのタッチパネル面へのタッチ操作により情報信号の入力行うシステムが、近年では広く使用されるようになっている。
この種のシステムでは、ディスプレイのタッチパネル面のタッチ操作位置の座標を検出して、検出した座標位置に対応して情報信号の入力が行われるので、タッチ操作位置の座標検出を正確に行うことが必須の条件となる。
ところで、この種の入力座標検出システムで、タッチ操作位置の検出に光信号を使用する従来のシステムでは、図８及び図９に示すように、ＣＲＴをタッチパネルとするＢＯＸ型リヤプロジェクタ方式のディスプレイ１５の筐体内の背面位置に座標位置検出器１６が配設され、タッチパネル面７Ａの両側縁部に光検出素子１０ａ、１０ｂがそれぞれ配設されており、光源を備えた電子ペン１２Ａの先端部を、タッチパネル面７Ａにタッチすることによって、ディスプレイ１５への情報信号の入力が行われる。
【０００３】
電子ペン１２Ａの先端をタッチパネル面７Ａにタッチすると、電子ペン１２Ａの光源からの光が、ディスプレイ１５の筐体内において、電子ペン１２Ａの前方に、水平方向及び垂直方向にほぼ１８０゜の領域に出射光として放射され、光検出素子１０ａ、１０ｂが、互いに異なる位置においてこの出射光を受光し、座標位置検出器１６に光検出素子１０ａ、１０ｂからの受光信号がそれぞれ入力され、座標位置検出器１６がこれらの受光信号に基づいて、電子ペン１２Ａのタッチ入力位置を演算する。
近年ではディスプレイとして、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどのフラットディスプレイが使用されることが多くなり、このフラットディスプレイでは、図８及び図９に示すように、光検出素子１０ａ、１０ｂ及び座標位置検出器１６を筐体内に配設することはできない。
【０００４】
フラットディスプレイを使用し、タッチパネル面へのタッチ入力位置を検出するものとしては、後記する特許文献１ないし特許文献３において、タッチパネル面へのタッチによって、内蔵する圧電スピーカから超音波を放射する入力ペンを用い、タッチパネルの周縁の異なる位置に配置した２個のマイクロホンで、それぞれ検出した超音波信号に基づいて、タッチ入力位置を演算するタッチパネル装置が開示されている。
特許文献１ないし特許文献３に開示のタッチパネル装置では、超音波信号を利用してタッチ入力位置の検出をしているが、近年における光エレクトロニクスの進歩と新しい光半導体素子の開発とに基づき、電気通信技術と光通信技術との融合が着実に行われている現状では、光信号を利用した入力座標検出システムの開発が期待される。
【特許文献１】特開２００１−１４２６３９号公報
【特許文献２】特開２００１−１４２６４０号公報
【特許文献３】特開２００１−１４２６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前述したような従来のこの種の入力座標検出システムの現状に鑑みてなされたものであり、その目的は、フラットパネルディスプレイに対して、光信号を使用して入力座標の高精度の検出を行う簡単な構成の入力座標検出システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、請求項１記載の第１の発明は、電子ペンによるフラットディスプレイのタッチパネル面へのタッチ入力位置を検出する入力座標検出システムにおいて、前記電子ペンの先端部に設けられ、前記電子ペンによるタッチ入力操作により、前記電子ペンの光源からの光を前記電子ペンの先端部から前記フラットディスプレイのタッチパネル面に平行に３６０゜の角度領域に出射光として放射する円錐反射体と、前記フラットディスプレイの側縁部の互いに異なる複数位置にそれぞれ設けられ、前記出射光を受光する受光手段と、該受光手段の受光信号に基づいて、前記電子ペンのタッチ入力位置を演算する演算手段とを有することを特徴とするものである。
【０００７】
第１の発明によると、電子ペンによるフラットディスプレイのタッチパネル面へのタッチ入力位置の検出が行われるが、電子ペンの先端部には、電子ペンによるタッチ入力操作によって、電子ペンの光源からの光が、電子ペンの先端部からフラットディスプレイのタッチパネル面に平行に３６０゜の角度領域に出射光として放射される円錐反射体が設けられているので、フラットディスプレイの側縁部の互いに異なる複数位置にそれぞれ設けられた受光手段によって、タッチパネル面に平行に放射される出射光が、消費電力を削減しても高受光感度で効率的に受光され、演算手段によって、受光手段の受光信号に基づいて、電子ペンのタッチ入力位置の高精度の演算が消費電力を削減し、電源の動作寿命を延長して行われる。
【０００８】
同様に前記目的を達成するために、請求項２記載の第２の発明は、第１の発明において出射光が赤外線であることを特徴とするものである。
【０００９】
第２の発明によると、赤外線を出射光として第１の発明での作用が実行される。
【００１０】
同様に前記目的を達成するために、請求項３記載の第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、円錐反射体の周面が、電子ペンの光源からの放射光の前記周面への入射点と前記光源を結ぶ直線と、前記電子ペンの光軸とのなす角度を（１／２）θ、前記入射点における前記周面との仮想対接面と前記光軸とのなす角度をη、前記直線と前記仮想対接面とのなす角度をΦとして、η＝Φ＋（１／２）θを満足する周面であることを特徴とするものである。
【００１１】
第３の発明によると、円錐反射体の周面の全域において、電子ペンの光源からの光が、電子ペンの先端部からフラットディスプレイのタッチパネル面に平行に３６０゜の角度領域に出射光として放射されるので、第１の発明または第２の発明での作用に加えて、出射光が消費電力をさらに削減してより高受光感度で効率で受光され、演算手段によって、受光手段の受光信号に基づいて、電子ペンのタッチ入力位置の高精度の演算が、消費電力をさらに削減し電源の動作寿命をさらに延長して行われる。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明、即ち、電子ペンによるフラットディスプレイのタッチパネル面へのタッチ入力位置を検出する入力座標検出システムにおいて、前記電子ペンの先端部に設けられ、前記電子ペンによるタッチ入力操作により、前記電子ペンの光源からの光を前記電子ペンの先端部から前記フラットディスプレイのタッチパネル面に平行に３６０゜の角度領域に出射光として放射する円錐反射体と、前記フラットディスプレイの側縁部の互いに異なる複数位置にそれぞれ設けられ、前記出射光を受光する受光手段と、該受光手段の受光信号に基づいて、前記電子ペンのタッチ入力位置を演算する演算手段とを有することを特徴とする発明によると、電子ペンの先端部には、電子ペンによるタッチ入力操作によって、電子ペンの光源からの光が、電子ペンの先端部からフラットディスプレイのタッチパネル面に平行に３６０゜の角度領域に出射光として放射される円錐反射体が設けられているので、フラットディスプレイの側縁部の互いに異なる複数位置にそれぞれ設けられた受光手段によって、タッチパネル面に平行に放射される出射光が、消費電力を削減しても高受光感度で効率的に受光可能となり、演算手段によって、受光手段の受光信号に基づいて、電子ペンのタッチ入力位置の高精度の演算を、消費電力を削減し電源の動作寿命を延長して行うことが可能になる。
【００１３】
第１の発明において出射光が赤外線であることを特徴とする第２の発明によると、赤外線を出射光として第１の発明で得られる効果が実現可能になる。
【００１４】
第１の発明または第２の発明において、円錐反射体の周面が、電子ペンの光源からの放射光の前記周面への入射点と前記光源を結ぶ直線と、前記電子ペンの光軸とのなす角度を（１／２）θ、前記入射点における前記周面との仮想対接面と前記光軸とのなす角度をη、前記直線と前記仮想対接面とのなす角度をΦとして、η＝Φ＋（１／２）θを満足する周面であることを特徴とする第３の発明によると、請求項１または請求項２記載の発明で得られる効果に加えて、出射光が消費電力をさらに削減してより高受光感度で効率的に受光することが可能になり、演算手段によって、受光手段の受光信号に基づいて、電子ペンのタッチ入力位置の高精度の演算を、消費電力をさらに削減し電源の動作寿命をさらに延長して行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施例）
本発明の一実施例を、図１ないし図７を参照して説明する。
図１本実施例の要部の構成を示す説明図、図２は図１の要部の構成を示す説明図、図３は本実施例の全体構成を示す斜視説明図、図４は図３の側面説明図、図５は本実施例の基礎となる電子ペンの要部の構成を示す説明図、図６は本実施例の電子ペンの構成を示す説明図、図７は本実施例の座標位置検出器の構成を示すブロック図である。
【００１６】
本実施例では図３及び図４に示すように、ディスプレイとしては、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ８が使用され、このフラットパネルディスプレイ８に情報信号をタッチ入力する電子ペン１は、タッチ操作時に先端部からフラットなタッチパネル面７に平行に、３６０゜の角度領域にわたって出射光Ｌを放射するように構成されている。
そして、フラットパネルディスプレイ８の両側縁部に、電子ペン１からの出射光Ｌを、互いに異なる位置で受光する光検出素子１０ａ、１０ｂがそれぞれ配設され、フラツトパネルディスプレイ８の下側縁部のほぼ中央に、電子ペン１のタッチ入力位置を演算する座標位置検出器１１が配設され、光検出素子１０ａ、１０ｂの出力端子が、座標位置検出器１１の第１の入力端子と第２の入力端子にそれぞれ接続されている。
【００１７】
本実施例では、電子ペン１には赤外線発光素子３が設けられ、電子ペン１の先端部２には、円錐反射体６が設けられ、赤外線発光素子３からの赤外線が、円錐反射体６によって、タッチパネル面７に平行に放射されるように構成されているが、図５に示すように、赤外線発光素子３からの赤外線を、光軸方向に半径がリニアに変化する通常の円錐反射体６Ａを使用した場合には、光軸方向において出射光Ｌのタッチパネル面７に対する角度が変化し、円錐反射体６Ａの周面の全域において、タッチパネル面７に平行な出射光を得ることはできない。そこで、本実施例では、以下に説明するように円錐反射体６の周面が特定の条件で形成されている。
本実施例では、図２に示すように、赤外線発光素子３の発光点Ａからの放射光が、円錐反射体６の周面にＢ点で入射し、タッチパネル面７に平行に出射光Ｌとして反射するものとすると、光軸と放射光ＡＢのなす角度を（１／２）θ、Ｂ点での円錐反射体６への仮想対接面をＰ１として、仮想対接面Ｐ１と放射光ＡＢのなす角度をφ、仮想対接面Ｐ１と出射光Ｌとのなす角度をψとして、三角形ＡＢＣについて（１）式が成立する。
【００１８】
（１／２）θ＋φ＋ψ＝（１／２）π            ・・・（１）
【００１９】
また、三角形ＢＣＤについて（２）式が成立する。
【００２０】
ψ＋η＝（１／２）π                          ・・・（２）
【００２１】
（２）式から得られるψ＝（１／２）π−ηを（１）式に代入すると（３）式が得られる。
【００２２】
η＝φ＋（１／２）θ                          ・・・（３）
【００２３】
（３）式を満足するように、円錐反射体６の周面を形成すると、周面の全ての点において、入射する赤外線がタッチパネル面７に平行な方向に反射されるので、本実施例では、円錐反射体６の周面は、図２に示す符号を使用して（３）式を満足する曲面に形成されている。
【００２４】
本実施例の電子ペン１では、図６に示すように、ほぼ円筒状の筐体１ａ内に、２個の電池１４が互いに直列に接続されて、支持導電体１４ａと筐体１ａとに支持され、支持導電体１４ａの筐体１ａの先端側の一端にはスイッチ１３が取り付けられており、この筐体１ａ先端側には、先端部２が光軸方向に矢印Ｘ１、Ｘ２に示すように出入り移動自在に取り付けられている。
この移動部２には、すでに説明した（３）式を満足する周面が形成された円錐反射体６が配設され、円錐反射体６に接近して赤外線を発光する赤外線発光素子３が配設されており、移動体２の電池１４側の後端部には、押圧片２ａが取り付けられ、押圧片２ａに近接対向して電池１４からの給電のＯＮ／ＯＦＦを行うスイッチ１３が配設されている。
【００２５】
また、本実施例の座標位置検出器１１には、図７に示すように、光検出素子１０ａが接続される第１の入力端子ｔ１と、光検出素子１０ｂが接続される第２の入力端子ｔ２とが設けられ、第１、第２の入力端子ｔ１、ｔ２には、波形整形処理とＡＤ変換を行う信号処理回路１７ａ、１７ｂがそれぞれ接続され、信号処理回路１７ａ、１７ｂには、信号処理された光検出素子１０ａ、１０ｂからの光検出信号に基づいて、電子ペン１のタッチ入力位置を演算する演算回路２０が接続され、演算回路２０には演算データを出力する演算データ出力回路２１が接続されている。
【００２６】
このような構成の本実施例の動作を説明する。
本実施の形態では、オペレータが電子ペン１を、図２に示すように、フラットパネルディスプレイ８のタッチパネル面７にタッチすると、電子ペン１の先端部２が、図６の矢印Ｘ２方向に移動し、押圧片２ａがスイッチ１３を押圧するので、スイッチ１３がＯＮとなり、電池１４から赤外線発光素子３に電力が供給され、赤外線発光素子３から赤外線が円錐反射体６に放射される。
そして、円錐反射体６に放射された赤外線は、図１に示すように、円錐反射体６の全周面にわたって、タッチパネル面に平行に３６０゜の角度領域に出射光として放射されるので、光検出素子１０ａ、１０ｂは、それぞれの配設位置において高感度で出射光を検出し、光検出素子１０ａ、１０ｂからは光電変換された光検出信号Ｆ１、Ｆ２が、座標位置検出器１１に入力される。
【００２７】
このようにして、座標位置検出器１１に入力された光検出信号Ｆ１、Ｆ２は、それぞれ信号処理回路１７ａ、１７ｂにおいて、波形整形処理が行われＡＤ変換された後に演算回路２０に入力され、演算回路２０において、互いに異なる位置において電子ペン１からの出射光を検出して得られた光検出信号Ｆ１、Ｆ２に基づいて、電子ペン１のタッチ入力位置の演算が行われる。
この場合、演算回路２０では、オペレータの選択によって、レベルモード、位相モード位相ずれモードの何れかのモードで、電子ペン１のタッチ入力位置の演算が行われる。
【００２８】
レベルモードが選択されると、演算回路２０によって、電子ペン１のタッチ位置からの光検出素子１０ａと光検出素子１０ｂとのそれぞれの距離に対応する光検出信号の減衰による信号のレベル差に基づいて、電子ペン１のタッチ入力位置が演算される。
また、位相モードが選択されると、演算回路２０によって、電子ペン１から出射光として放射される赤外線の周波数から一周期長が演算され、光検出素子１０ａ、１０ｂでそれぞれ検出される光検出信号が何周期目のどの位相であるかに基づいて、タッチ位置までの距離が演算され、この距離に基づいて電子ペン１のタッチ入力位置の演算が行われる。
さらに、位相ずれモードが選択される場合には、予め設定したタッチパネル上の所定位置から放射される赤外線の位相が基準位相として事前に検出記憶されていて、この基準位相と電子ペン１のタッチ位置との距離が演算され、光検出素子１０ａ、１０ｂのそれぞれの光検出信号に基づいて、光検出素子１０ａ、１０ｂと電子ペン１との距離が演算され電子ペン１のタッチ入力位置の演算が行われる。
【００２９】
以上に説明したように、本実施例によると、電子ペン１の先端部２において、フラットパネルディスプレイ８のタッチパネル面７に対する電子ペン１のタッチ入力操作によって、赤外線発光素子３が発光し、放出される赤外線が円錐反射体６の周面に入射されるが、この周面は光軸方向の全面にわたって、入射光をフラットディスプレイ８のタッチパネル面７に平行に３６０゜の角度領域に出射光として放射する曲面に形成されているので、フラットディスプレイ８の側縁部の互いに異なる位置にそれぞれ設けられた光検出素子１０ａ、１０ｂによって、タッチパネル面７に平行に放射される出射光が、消費電力を削減しても高感度で効率的に受光することが可能になり、座標位置検出器１１によって、光検出素子１０ａ、１０ｂの光検出信号に基づいて、電子ペン１のタッチ入力位置の高精度の演算を消費電力を削減し電源の動作寿命を延長して行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例の要部の構成を示す説明図である。
【図２】図１の要部の構成を示す説明図である。
【図３】同実施例の全体構成を示す斜視説明図である。
【図４】図３の側面説明図である。
【図５】同実施例の基礎となる電子ペンの要部の構成を示す説明図である。
【図６】同実施例の電子ペンの構成を示す説明図である。
【図７】同実施例の座標位置検出器の構成を示すブロック図である。
【図８】従来の入力座標検出システムの全体構成を示す説明図である。
【図９】図８の側面説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  ｎ電子ペン
３  赤外線発光素子
６  円錐反射体
７  タッチパネル面
８  フラットパネルディスプレイ
１０ａ、１０ｂ  光検出素子
１１  座標位置検出器
１４  電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005078433.tif 000008
【図７】
2005078433.tif 000009
【図８】
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【図９】
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