(57)【要約】      （修正有）【課題】異なるスクリーンサイズに対応可能にする。【解決手段】立体視覚理論に基づいた光学式タッチシステムと位置判定方法を提供する。好適例となる光学式タッチシステムには、イメージ情報を取得するためのリニアイメージセンサが少なくとも２つ設けられている。イメージセンサの位置を調整することにより、様々なサイズのタッチスクリーンに適応することができ、センサの数を増やさなくても、検出エリアが全スクリーンをカバーできる。また、該光学式タッチシステムのための位置判定方法では、イメージセンサに対応する波長範囲を発光するタッチペンにより、複雑な画像処理プロセスを必要とせずに、タッチ応答の速度と正確さを向上させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検知エリアと、
少なくとも２つのイメージセンサを有する検知ユニットとを有し、
前記少なくとも２つのイメージセンサは、位置が調整可能であると共に、検知範囲が互いに交差して交差エリアを形成し、
前記交差エリアは、前記被検知エリアをカバーする、
光学式タッチシステム。
【請求項２】
前記イメージセンサは、リニアセンサである、
請求項１に記載の光学式タッチシステム
【請求項３】
前記イメージセンサは、ＣＭＯＳセンサまたはＣＣＤセンサである、
請求項１に記載の光学式タッチシステム。
【請求項４】
前記被検知エリアは、ディスプレイパネルまたは映写幕である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の光学式タッチシステム。
【請求項５】
前記ディスプレイパネルまたは前記映写幕に前記検出ユニットが内蔵される内蔵タイプ、または、前記ディスプレイパネルまたは前記映写幕の外部から前記検出ユニットが接続される外付けタイプである、
請求項４に記載の光学式タッチシステム。
【請求項６】
前記少なくとも２つのイメージセンサ上に、広角レンズが設けられている、
請求項１に記載の光学式タッチシステム。
【請求項７】
タッチペンをさらに備え、
前記タッチペンが発光する波長範囲は、前記少なくとも２つのイメージセンサに対応する、
請求項１に記載の光学式タッチシステム。
【請求項８】
前記タッチペンの内部に赤外線ＬＥＤが設けられており、
前記少なくとも２つのイメージセンサは、ＣＭＯＳセンサである、
請求項７に記載の光学式タッチシステム。
【請求項９】
前記赤外線ＬＥＤの発光波長範囲は、８９０ｎｍ−９８０ｎｍである、
請求項８に記載の光学式タッチシステム。
【請求項１０】
光学式タッチシステムにおける位置判定方法において、
少なくとも２つのイメージセンサを駆動するステップと、
前記少なくとも２つのイメージセンサにより、被検知エリアのイメージ情報を夫々取得するステップと、
前記イメージ情報を分析して、過飽和の応答をする部位の有無を判定するステップと、
前記被検知エリアにおける、前記過飽和の応答をする部位に対応する位置の情報を算出するステップと、
過飽和の画像素子により構成された前記部位の中心点を算出することにより、前記被検知エリアにおけるタッチ位置の情報を取得するステップとを有する位置判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式タッチシステムに関し、より具体的には、調整可能な位置判定方法が適用された光学式タッチシステム及び該位置判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗膜方式、静電容量方式、超音波方式、光学方式など、様々な方式のタッチスクリーンが知られている。抵抗膜方式のタッチスクリーンは、複数の絶縁スペーサにより互いに隔てられているＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）フィルムとＩＴＯガラスシートを有する。タッチ部材（例えばタッチペン）がＩＴＯフィルムをタッチして押圧すると、局部的に凹部が形成されることにより、該局部においてＩＴＯフィルムとＩＴＯグラスとが接触する。その結果、電圧の変化が検知される。この電圧は、アナログ信号からデジタル信号に変換され、タッチポイントの位置の算出と判定を担うマイクロプロセッサに供される。対して、静電容量方式のタッチスクリーンは、配列された透明電極と人体との間に生じる静電結合がもたらす静電容量の変化に基づいて、タッチポイントの位置座標を判定する。超音波方式のタッチスクリーンは、予め、電気信号を超音波に変換してタッチスクリーンの表面に直接送出する。そして、ユーザがスクリーンをタッチすると、超音波は吸収され、減衰する。そのため、タッチ前後における超音波の減衰量に基づいて正確なタッチ位置の判定ができる。
【０００３】
抵抗膜方式と静電容量方式のタッチパネルは常に市場の主流である。その一方、大サイズのタッチスクリーンのニーズが高まり、メーカに対するコストダウンの要求もますます厳しくなっている背景において、光学方式のタッチスクリーン技術は、徐々に台頭しつつある。通常の光学方式のタッチスクリーンは、概して、赤外線タイプ、ＣＭＯＳ／ＣＣＤタイプ、内蔵タイプ、投影タイプに分けることができる。通常、光学方式のタッチスクリーンは、遮光効果により陰影を生成し、感光部材（例えばイメージセンサ）により陰影の変化を検出して、タッチ位置を判定する。イメージセンサは、光電技術を基に開発され、光学像を１次元の時間シーケンス信号に変換する。真空管イメージセンサは、典型的な例として、電子ビームカメラ管や、画像増強管、画像変換器などが知られており、半導体集積イメージセンサとしては、電荷結合素子（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）センサや、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）センサ、スキャンタイプイメージセンサが知られている。電子ビームカメラ管のような真空管イメージセンサは、徐々に、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの半導体集積イメージセンサに取って代えられつつある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】中国特開ＣＮ１６７４０４２号公報
【特許文献２】中国特開ＣＮ１０１５２０７００号公報
【特許文献３】中国実用新案ＣＮ２０１４２６１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の光学方式のタッチスクリーンは、異なる検知範囲に適用できるように、スクリーンに用いられるセンサの数をタッチスクリーンのサイズに応じて増減させる必要があるという共通した短所を持っている。また、既存のタッチスクリーンは、メーカにとって負担の大きい受注生産がメインである。従って、センサの位置を調整するだけで様々なスペックのタッチスクリーンに適用可能な技術が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光学式タッチシステムと位置判定方法を提供する。
【０００７】
本発明の１つの態様は、光学式タッチシステムである。該光学式タッチシステムは、被検知エリアと検知ユニットを備える。前記検知ユニットは、少なくとも２つのイメージセンサを有する。これらのイメージセンサは、位置の調整が可能であり、検知範囲が互いに交差して交差エリアを形成する。また、該交差エリアは、前記被検知エリアをカバーする。
【０００８】
本発明の別の態様は、光学式タッチシステムにおける位置判定方法である。該方法は、少なくとも２つのイメージセンサを同時に駆動するステップと、前記少なくとも２つのイメージセンサにより被検知エリアのイメージ情報を夫々取得するステップと、前記イメージ情報を分析して、過飽和の応答をする部位の有無を判定するステップと、前記被検知エリアに対応する、前記過飽和の応答をする部位に対応する位置の情報を算出するステップと、過飽和の素子により構成された前記部位の中心点を算出することにより、前記被検知エリアにおけるタッチ位置の情報を取得するステップとを有する位置判定方法。
【０００９】
上記光学式タッチシステムと位置判定方法は、立体視覚理論に基づく。上記位置判定方法は、少なくとも２つの、調整可能な、イメージ情報を取得するイメージセンサの適用により、これらのイメージセンサの位置を調整するだけで、異なるサイズのタッチスクリーンに適応可能である。さらに、センサの数を増やさなくても、該タッチシステムの検知エリアは、スクリーン全体をカバーできる。また、該位置判定方法は、タッチペンによりイメージセンサに対応する波長範囲の発光をすることにより、タッチレスポンス時間の短縮とタッチ位置の判定精度の向上を図るようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】光学式タッチシステムのための立体視覚理論を説明するための第１の概略図である。
【図２】光学式タッチシステムのための立体視覚理論を説明するための第２の概略図である。
【図３】タッチペンを含む光学式タッチシステムの構成の概略図である。
【図４】調整可能なタッチシステムの構成の概略図である。
【図５】図４に示す調整可能なタッチシステムに対する相互間隔の調整を説明するための概略図である。
【図６】内蔵式のタッチシステムの構成の概略図である。
【図７】外付けタイプのタッチシステムの構成の概略図である。
【図８】図７に示すタッチシステムの接続態様の断面図である。
【図９】赤外線ＬＥＤを含むタッチペンの構成の概略図である。
【図１０】光学式タッチシステムにおける位置判定方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の技術的特徴をより明確にするために、以下、図面を参照して実施の形態を説明する。
【００１２】
一実施の形態にかかる光学式タッチシステムは、立体視覚理論に基づく。人間が立体視覚を有する原因の１つは、左目と右目の視角が互いにかなり異なり、左目が見た物体が左側に偏り、右目が見た物体が右側に偏ることにある。また、夫々の目が見た像は、１つの視神経を介して人間の脳に伝わる。最終的に、この２つの像は、脳によって、１つの立体画像に合成される。該実施の形態の光学式タッチシステムは、写真撮影の原理と立体視覚理論の組合せに基づいたものであり、人間の左目と右目に夫々該当する２つのイメージセンサの適用により、タッチ位置の正確な判定を図る。
【００１３】
写真撮影の主な原理は、三次元空間のデータを二次元空間の媒体に記録するためのものである。従来のカメラの場合では、媒体がネガフィルムであり、デジタルカメラの場合では、媒体がＣＭＯＳセンサ上の各画像素子である。三次元空間の情報を二次元空間の媒体に記録する際に、幾何学的な確かな対応関係が存在する。例えば、図１に示すように、三次元空間にある点Ｐは、その座標値が、カメラの中心に対して（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）である。写真撮影のプロセスを経て該点を像面に投影した後、該点の対応する座標値は、（Ｘｉ，Ｙｉ）になる。像面に投影される前後において、点Ｐについての幾何学的な対応関係が下記のようになる。
【数１】
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【数２】
2013045449.tif 000004
【００１４】
図１を参照すると分かるように、「ｆ」は、カメラの中心と像面の中心との間の距離であり、その数値は知られている。従って、三次元空間における点Ｐの座標値が分かれば、上記式（１）と式（２）に基づいて、該点の像面上における相対応する座標値を決定することができる。一方、像面上のＰの座標値Ｐｉが分かっていても、点Ｐの位置を逆推定することができない。
【００１５】
一実施の形態として、図２に示すように、同一の基準線に位置し、相互間の距離がＬである２つのカメラを用いて同時に点Ｐの情報を記録する場合を考える。該撮影システムの全体に対して、ターゲット点の座標値は（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）である。左のカメラに対して、座標値が（Ｘｃｌ，Ｙｃｌ，Ｚｃｌ）であり、左像面上の相対応する点の座標値が（Ｘｉｌ，Ｙｉｌ）である。同様に、右のカメラに対して、座標値が（Ｘｃｒ，Ｙｃｒ，Ｚｃｒ）であり、右像面上の相対応する点の座標値が（Ｘｉｒ，Ｙｉｒ）である。図２に示す幾何学的な対応関係に基づいて、これらの座標値間の関係は、下記のようになる：
【数３】
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【００１６】
従って、該実施の形態において、式（３）に基づくと、ＰｉｌとＰｉｒの座標情報が分かれば、式（３）からＺｃをすぐに算出することができる。同様に、下記の２つの式によれば、ＸｃとＹｃも算出でき、すなわち点Ｐの正確な場所の座標値（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）を算出することができる。
【数４】
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【数５】
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【００１７】
上述した理論の基礎は、立体視覚理論または双眼視覚理論と呼ばれる。
【００１８】
図３に示すように、該実施の形態の光学式タッチシステム３０は、少なくとも第１のイメージセンサ３１第２のイメージセンサ３２を備える。上述した立体視覚理論に基づくと、第１のイメージセンサ３１と第２のイメージセンサ３２は、図２において、同一の基準線に設けられた２つのカメラに該当する。但し、該実施の形態が、タッチパネルに関するため、「Ｙｃ＝Ｙｉｌ＝Ｙｉｒ＝固定値」の関係が成り立つと共に、上記固定値は、０になるようにセットすることができる。そのため、二次元のイメージセンサの代わりに、該実施の形態における第１のイメージセンサ３１と第２のイメージセンサ３２としては、リニアＣＭＯＳセンサまたはリニアＣＣＤセンサを用いることができる。また、第１のイメージセンサ３１と第２のイメージセンサ３２間の距離Ｌも固定である。上記式（３）、（４）、（５）が示す幾何学的な対応関係に基づけば、タッチ位置の決定が可能となる。
【００１９】
図３を参照する。少なくとも第１のイメージセンサ３１と第２のイメージセンサ３２を備える光学式タッチシステム３０とディスプレイパネル１０を組み合わせると、既存の非タッチ式ディスプレイスクリーンをタッチスクリーンにアップグレードすることができる。タッチペンや、指、または他の物がディスプレイパネル１０をタッチすると、第１のイメージセンサ３１と第２のイメージセンサ３２は、夫々、タッチ位置の情報を含む画像を取得する。システムにより２つのグループのイメージ情報が合成された後に、正確なタッチ位置の情報が算出されて、ディスプレイパネル１０にフィードバックされる。これにより、ディスプレイパネル１０は、フィードバックされた情報に応じた動作をする。
【００２０】
図４を参照する。光学式タッチシステムの検知範囲は、調整可能である。第１のイメージセンサ３１の検知範囲と第２のイメージセンサ３２の検知範囲は、互いに交差して、交差エリアを形成する。一実施の形態において、第１のイメージセンサ３１と第２のイメージセンサ３２の位置を調整し、上記交差エリアが全被検知エリアをカバーするようにすることができる。例えば、調整機構３５により、第１のイメージセンサ３１と第２のイメージセンサ３２間の間隔を調整するようにすることができる。図５に示すように、様々なスクリーンサイズに適応するために、イメージセンサに広角レンズを設け、検知範囲を広げるようにしてもよい。さらに、被検知エリアは、上述したディスプレイパネル以外に、投影スクリーンなどの他のスクリーンであってもよい。スクリーンのサイズが変わると、ユーザは、イメージセンサの位置を調整すると共に、システムに新しいＬを入力する更新プログラムを実行させることができ、その結果、該システムが新しいタッチシステムに適応する。
【００２１】
図６と図７を参照する。光学式タッチシステム３０は、ディスプレイパネル１０との接続に関しては、内蔵タイプまたは外付けタイプのいずれであってもよい。図６に示すように、内蔵タイプの場合、光学式タッチシステム３０は、ディスプレイパネル１０の外枠２０に設けられるようにすることができる。一方、図７に示すように、外付けタイプの場合、光学式タッチシステム３０は、第１のイメージセンサ３１と、第２のイメージセンサ３２と、筺体（ｈｏｕｓｉｎｇ）３３を少なくとも備えると共に、図８に示すように、光学式タッチシステム３０の筺体３３と、ディスプレイパネル１０の外枠２０とは、固定用レジ３４により接続される。ディスプレイスクリーンが投影スクリーンなどの他の任意のスクリーンである場合においても、光学式タッチシステム３０は、スクリーンの外の周辺位置に設置することができる。
【００２２】
タッチ応答時間の短縮と、タッチ位置の判定の精度向上のために、光学式タッチシステムが、イメージセンサに対応する波長範囲（ｓｐｅｃｔｒａ）を放出するタッチペン４０を含むようにしてもよい。例えば、イメージセンサとしてＣＭＯＳセンサが用いられている場合には、タッチペン４０に赤外線光源を設けることができる。ＣＭＯＳセンサは、異なる波長範囲に対して異なる応答をし、特に赤外線に対して高感度な応答をする。そのため、ＣＭＯＳセンサがタッチ位置の情報を取得する際に、ＣＭＯＳセンサ上の対応する位置の画像素子は、赤外線に刺激され、タッチ位置の情報を取得する上に有用な過飽和応答の状態を呈する。
【００２３】
図９を参照する。タッチペン４０は、少なくとも、オン／オフ・スイッチ４２と赤外線ＬＥＤ４１を備える。赤外線ＬＥＤ４１の波長範囲は、例えば８９０ｎｍ−９８０ｎｍである。オン／オフ・スイッチ４２がオンすると、タッチペン４０は、情報をインプットする動作をし、ＣＭＯＳセンサが赤外線ＬＥＤの画像を取得するときに、センサ上の相対応するエリアの画像素子は、同時に赤外線により刺激され、過飽和応答の状態に到達する。そして、過飽和の画像素子により構成された部位の中心点の位置が算出され、タッチ位置が得られる。この手法は、冗長、複雑な画像処理プロセスを必要とせずに、タッチ応答の速度と正確さを向上させることができる。
【００２４】
図１０を参照する。光学式タッチシステムの位置判定方法は、下記のステップを含む。
ステップＳ１００：２つのイメージセンサを同時に駆動する。
ステップＳ２００：２つのイメージセンサの夫々を介して被検知エリアのイメージ情報を取得する。
ステップＳ３００：イメージ情報を解析して、過飽和応答の部位の有無を判定する。過飽和応答の部位があれば、次のステップに進み、過飽和応答の部位が無ければ、ステップＳ１００に戻る。
ステップＳ４００：被検知エリアにおける、過飽和応答の部位に対応する位置の情報を算出する。
ステップＳ５００：過飽和の画像素子により構成された上記部位の中心点の位置を算出し、被検知エリアにおけるタッチ位置の情報を得る。
【００２５】
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。実施の形態は例示であり、本発明の主旨から逸脱しない限り、上述実施の形態に対して、さまざまな変更、増減を加えてもよい。これらの変更、増減が加えられた変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。また、本発明は、図示の構成に限定されることもない。
【符号の説明】
【００２６】
１０  ディスプレイパネル
２０  外枠
３０  光学式タッチシステム
３１  第１のイメージセンサ
３２  第２のイメージセンサ
３３  筺体
３４  固定用レジ
３５  調整機構
４０  タッチペン
４１  赤外線ＬＥＤ
４２  オン／オフ・スイッチ
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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