(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチパネルの異なる位置に設置され、該タッチパネルにほぼ平行に、かつ、設置位置を中心に扇状に光を射出する２つの光源部と、前記タッチパネルに設置された光源部からの光を該光源部に向けて反射する反射部と、前記光源部の設置位置にそれぞれ設置され、かつ、前記反射部からの反射光を発光する受光部とを有し、指等の遮蔽物で前記光を遮蔽した時に、その遮蔽された位置を検出する座標入力装置において、前記受光部は、複数の読み取りラインを有し、前記複数の読み取りラインの各々は、前記タッチパネルに対して直交する方向（以下、高さ方向）の異なる位置に該タッチパネルに平行に配設され、前記複数の読み取りラインのうち前記タッチパネルに遠い方の読み取りライン（以下、上読取ラインという）の出力変化と前記タッチパネルに近い方の読み取りライン（以下、下読取ラインという）の出力変化との時間差から、前記遮蔽物の前記高さ方向の速度を検出して該遮蔽物が前記タッチパネルにタッチするタイミングを検出することを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の座標入力装置において、前記光源部から放射される光の前記高さ方向の幅は、該高さ方向の最も遠く離れた位置に配設された２つの読み取りラインの間の距離に対応していることを特徴とする座標入力装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の座標入力装置において、前記遮蔽物が、前記上読取ラインを通過した後に、前記下読取ラインを通過するまでの通過時間を計測し、前記上読取ラインと前記下読取ライン間の距離と該通過時間とに基づいて前記遮蔽物の通過速度を求め、前記下読取ラインから前記タッチパネルまでの距離と前記通過速度とに基づいて、該遮蔽物が前記タッチパネルにタッチするタイミングを検出することを特徴とする座標入力装置。
【請求項４】
タッチパネルの異なる位置に設置され、該タッチパネルにほぼ平行に、かつ、設置位置を中心に扇状に光を射出する２つの光源部と、前記タッチパネルに設置された光源部からの光を該光源部に向けて反射する反射部と、前記光源部の設置位置にそれぞれ設置され、かつ、前記反射部からの反射光を発光する受光部とを有し、指等の遮蔽物で前記光を遮蔽した時に、その遮蔽された位置を検出する座標入力装置の座標入力方法において、前記受光部を複数の読み取りラインとし、前記複数の読み取りラインの各々を、前記タッチパネルに対して直交する方向（以下、高さ方向）の異なる位置に該タッチパネルに平行に配設しておき、前記複数の読み取りラインのうち前記タッチパネルに遠い方の読み取りラインの出力変化と前記タッチパネルに近い方の読み取りラインの出力変化との時間差から、前記遮蔽物の前記高さ方向の速度を検出して該遮蔽物が前記タッチパネルにタッチしたことを検出し、このタッチが検出されたときに、前記遮蔽物で遮蔽された位置を前記遮蔽物の入力座標として検出することを特徴とする座標入力方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、座標入力装置および座標入力方法、より詳細には、光学式座標入力装置，光学的位置検出装置，光学式タッチパネル等におけるタッチパネル表面への遮蔽物の接触，非接触を判断する技術に関し、大画面装置付きタッチパネル，電子黒板，テレビ会議システム，大型プロジェクションタッチパネル，ディスプレイ一体型タブレット等に応用可能な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、本発明が適用される座標入力装置の一例を説明するための要部構成図で、タッチパネル１０１の図示下側両端部には、光源部１１０と受光部１２０とを有する光学ユニット１０２ａ，１０２ｂが配設され、タッチパネル１０１の図示上側および図示左右両側には、反射部１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃが配設されている。光学ユニット１０２ａ，１０２ｂの光源部１１０からは、タッチパネル１０１の表示面１０１ａにほぼ平行な光が、光源部１１０の設置位置を中心に扇状に射出され、その光は、反射部１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃによって光源部１１０に向かって反射される。演算部１０４には、光学ユニット１０２ａ，１０２ｂの駆動信号および光学ユニット１０２ａ，１０２ｂの受光部１２０からの信号が入力され、座標位置が演算される。演算部１０４で演算された座標値は、インターフェース部１０５に出力され、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）１０６を通してタッチパネル１０１に表示される。
【０００３】
図４は、従来技術による光学ユニットの一例を説明するための要部構成図で、図４（Ａ）は側面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図で、光源部１１０は、光源１１１と、光源１１１から放射された光を扇状に拡散するレンズ１１２とから構成され、受光部１２０は、反射部１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃからの反射光を受光するレンズ１１３と、ＣＣＤ１１４とから構成されている。
【０００４】
図５は、従来技術による座標入力装置の不具合の一例を説明するための図で、図５（Ａ1）は遮蔽物１２２が検出面１２１を遮蔽していない時のタッチパネル部分の斜視図、図５（Ａ2）は図５（Ａ1）に示した例の受光部（光−電気変換素子：ＣＣＤ）の信号（波形）を示した図、図５（Ｂ1）は遮蔽物１２２が検出面１２１を遮蔽しているけれどもタッチパネル１０１の表示面１０１ａに接触していない時のタッチパネル部分の側面図、図５（Ｂ2）は図５（Ｂ1）に示した例の受光部（ＣＣＤ）の信号（波形）を示した図、図５（Ｃ1）は遮蔽物１２２が検出面１２１を遮蔽してタッチパネル１０１の表示面１０１ａに接触している時のタッチパネル部分の側面図、図５（Ｃ2）は図５（Ｃ1）に示した例の受光部（ＣＣＤ）の信号（波形）を示した図である。
【０００５】
図５（Ａ1）に示したように、光学ユニット１０２ａから放出されてタッチパネル１０１の上方に扇状に広がった光の検出面１２１に対して、上方から遮蔽物１２２が近づき、図５（Ｂ1）に示したように、遮蔽物１２２が検出面１２１を遮蔽しているがタッチパネル１０１の表示面１０１ａには接触していない場合は、図５（Ｂ2）に示したように、ＣＣＤの受光（読み取り）ラインの信号において、遮蔽された部分がディップ（ｄ）することにより、遮蔽物１２２の位置を把握することが可能である。
【０００６】
しかしながら、図５（Ｃ1）に示したように、遮蔽物１２２が検出面１２１を貫通して表示面１０１ａに接触している場合でも、ＣＣＤの受光（読み取り）ラインの信号（図５（Ｃ2））は、上記遮蔽物１２２が検出面１２１を遮蔽しているが表示面１０１ａには接触していない場合（図５（Ｂ2））と同じであるため、このＣＣＤの受光（読み取り）ラインの信号からは、遮蔽物１２２が実際に表示面１０１ａに接触しているか否かの判断ができない。
【０００７】
そのため、タッチパネル１０１の表示面１０１ａに検出面１２１を密着させて配置した状態で表示面１０１ａへの接触，非接触を認識させることも考えられるが、表示面１０１ａの凹凸，機械部品個々の公差、および、機器組立時の取り付けバラツキ等により、表示面１０１ａの全面に検出面１２１を密着させることは難しい。また、７０インチ等の大画面を持つプロジェクターともなれば、表示面１０１ａの全面に検出面１２１を密着させることに対して、上述のようなバラツキは、さらに厳しいものとなり、検出面１２１を大画面の全領域に密着させることはできない。
【０００８】
図６は、従来技術による座標入力装置の不具合の他の例を説明するための図で、図６（Ａ）は表示面１０１ａに対して遮蔽物１２２を垂直に出し入れした例を示した図、図６（Ｂ）は表示面１０１ａに対して遮蔽物１２２を斜めに出し入れした例を示した図である。
図６（Ａ）に示したように、例えば、タッチパネル１０１の上方からペン等の遮蔽物１２２を、表示面１０１ａに対して垂直に出し入れすれば、筆記者の意図する“点”が、“点”として検出される。しかし、筆記の際、検出面１２１に対して、ペン等の遮蔽物１２２を垂直に出し入れするとは限らない。例えば、図６（Ｂ）に示したように、検出面１２１に対して、ペン等の遮蔽物１２２を斜めに入れて斜めに出した場合、いわゆる、「尾引き」が発生する。この場合、筆記者の意図する“点”が、“点”として検出されず、“線”として検出されてしまう恐れがある。
【０００９】
図６（Ａ），図６（Ｂ）において、Ｘは、検出面１２１が遮蔽されることによって遮蔽物１２２を検出する範囲を示しているが、表示面１０１ａへの遮蔽物１２２の接触，非接触を認識することができれば、図６（Ｂ）に示したように、表示面１０１ａに対して遮蔽物１２２を斜めに出し入れした場合でも、筆記者の意図する“点”が、“点”として検出され、ペン等の遮蔽物１２２の検出面１２１への入射角度を考慮する必要はなくなる。
【００１０】
上述のように、従来技術による光学的座標入力装置等において、遮蔽物を検出する検出面の平面方向には、その角度に対応した画素が配置されているため、遮蔽物の検出が容易であるが、検出面に直交する方向（高さ方向）の画素は１つであるため、遮蔽物による検出面への遮蔽動作の際、遮蔽物が表示面に接触しているか否かの判断が困難である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述のような実情を考慮してなされたもので、複数の受光ラインを有するＣＣＤを使用することにより、タッチパネルの表示面に対する遮蔽物の接触，非接触を、より正確に判断することが可能な座標入力装置および座標入力方法を提供することを目的としてなされたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、タッチパネルの異なる位置に設置され、該タッチパネルにほぼ平行に、かつ、設置位置を中心に扇状に光を射出する２つの光源部と、前記タッチパネルに設置された光源部からの光を該光源部に向けて反射する反射部と、前記光源部の設置位置にそれぞれ設置され、かつ、前記反射部からの反射光を発光する受光部とを有し、指等の遮蔽物で前記光を遮蔽した時に、その遮蔽された位置を検出する座標入力装置において、前記受光部は、複数の読み取りラインを有し、前記複数の読み取りラインの各々は、前記タッチパネルに対して直交する方向（以下、高さ方向）の異なる位置に該タッチパネルに平行に配設され、前記複数の読み取りラインのうち前記タッチパネルに遠い方の読み取りライン（以下、上読取ラインという）の出力変化と前記タッチパネルに近い方の読み取りライン（以下、下読取ラインという）の出力変化との時間差から、前記遮蔽物の前記高さ方向の速度を検出して該遮蔽物が前記タッチパネルにタッチするタイミングを検出することを特徴としたものである。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記光源部から放射される光の前記高さ方向の幅は、該高さ方向の最も遠く離れた位置に配設された２つの読み取りラインの間の距離に対応していることを特徴としたものである。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記遮蔽物が、前記上読取ラインを通過した後に、前記下読取ラインを通過するまでの通過時間を計測し、前記上読取ラインと前記下読取ライン間の距離と該通過時間とに基づいて前記遮蔽物の通過速度を求め、前記下読取ラインから前記タッチパネルまでの距離と前記通過速度とに基づいて、該遮蔽物が前記タッチパネルにタッチするタイミングを検出することを特徴としたものである。
請求項４の発明は、タッチパネルの異なる位置に設置され、該タッチパネルにほぼ平行に、かつ、設置位置を中心に扇状に光を射出する２つの光源部と、前記タッチパネルに設置された光源部からの光を該光源部に向けて反射する反射部と、前記光源部の設置位置にそれぞれ設置され、かつ、前記反射部からの反射光を発光する受光部とを有し、指等の遮蔽物で前記光を遮蔽した時に、その遮蔽された位置を検出する座標入力装置の座標入力方法において、前記受光部を複数の読み取りラインとし、前記複数の読み取りラインの各々を、前記タッチパネルに対して直交する方向（以下、高さ方向）の異なる位置に該タッチパネルに平行に配設しておき、前記複数の読み取りラインのうち前記タッチパネルに遠い方の読み取りラインの出力変化と前記タッチパネルに近い方の読み取りラインの出力変化との時間差から、前記遮蔽物の前記高さ方向の速度を検出して該遮蔽物が前記タッチパネルにタッチしたことを検出し、このタッチが検出されたときに、前記遮蔽物で遮蔽された位置を前記遮蔽物の入力座標として検出することを特徴としたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による座標入力装置の一実施例を説明するための光学ユニットの要部構成図で、２つの受光ラインを有するＣＣＤを備えた光学ユニットを示した図である。
光源部１０は、光源１と、光源１から放射された光を扇状に拡散するレンズ２とから構成され、受光部２０は、図３に示した反射部１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃからの反射光を受光するレンズ３と、光−電気変換素子（ＣＣＤ）４とから構成されている。これら光源部１０と受光部２０とが１つのユニットで構成されているので、光源部１０（光源１）と受光部２０との位置合わせ（距離および中心位置合わせ）の調整を、ユニット単位で容易に行うことができる。
【００１６】
図２は、本発明による座標入力装置の遮蔽物の検出の様子を示した図で、図中、３１はタッチパネル、３１ａは表示面、３２は光学ユニット、５は検出面、４ａは上受光ライン、４ｂは下受光ライン、３３は遮蔽物である。
検出面５内の読み取りラインである上下受光ライン４ａ，４ｂの各々は、表示面３１ａに対して直交する方向（以下、高さ方向）の異なる位置において、表示面３１ａに平行に配設されている。また、光源１から放射される光の上記高さ方向の幅は、上下受光ライン４ａ，４ｂの間の距離に対応している。
人の指または筆記具等の遮蔽物３３による表示面３１ａへの筆記に対する上下受光ライン４ａ，４ｂからの信号に関しては、遮蔽物３３の先端の位置により、次のようになる。
【００１７】
（１）遮蔽物３３の先端が位置Ｂにある時は、遮蔽物３３が、検出面５内の上下受光ライン４ａ，４ｂに掛かっていないため、上下受光ライン４ａ，４ｂの両者の信号は、図２（Ｂ）に示したように、ディップが発生していない。
（２）遮蔽物３３の先端が位置Ｃにある時は、遮蔽物３３が、検出面５内の上受光ライン４ａに掛かっているが、下受光ライン４ｂに掛かっていないため、上下受光ライン４ａ，４ｂの両者の信号は、図２（Ｃ）に示したようになり、上受光ライン４ａの信号にディップｄが発生している。
【００１８】
（３）遮蔽物３３の先端が位置Ｄにある時は、遮蔽物３３が、検出面５内の上下受光ライン４ａ，４ｂに掛かっているため、図２（Ｄ）に示したように、上下受光ライン４ａ，４ｂの両者の信号にディップｄが発生しているが、遮蔽物３３は、表示面３１ａに接触していない。
（４）遮蔽物３３の先端が位置Ｅにある時は、遮蔽物３３が、検出面５内の上下受光ライン４ａ，４ｂに掛かっているため、図２（Ｅ）に示したように、上下受光ライン４ａ，４ｂの両者の信号にディップｄが発生し、かつ、遮蔽物３３は、表示面３１ａに接触している。
【００１９】
上記（３），（４）における下受光ライン４ｂの信号の波形が同じであるため、遮蔽物３３が、いつ表示面３１ａに接触したかが不明である。したがって、遮蔽物３３が表示面３１ａにいつ接触するかは、次の方法によって検出することができる。
【００２０】
検出面５内の上受光ライン４ａから下受光ライン４ｂまでの距離Ｈは、ＣＣＤの仕様等によってあらかじめ分かっているＣＣＤのライン間距離と、使用するレンズ特性の倍率とにより、自ずと計算で求められ、タッチパネル３１の全領域の距離Ｈが分かる。また、遮蔽物３３が上受光ライン４ａを通過した後、下受光ライン４ｂを通過するまでの時間を演算部１０４にて計測することにより、この時間と上記距離Ｈとによって上受光ライン４ａから下受光ライン４ｂまでの通過速度が求められる。
【００２１】
次に、下受光ライン４ｂからタッチパネル３１までの距離が分かれば、上記通過速度を基に、遮蔽物３３が下受光ライン４ｂを通過した後、何ｍＳ後にタッチパネル３１の表示面３１ａに接触するかを推定することが可能である。なお、下受光ライン４ｂからタッチパネル３１までの距離は、機能上、０〜６ミリ程度が好ましく、２〜３ミリが最も良い。
【００２２】
下受光ライン４ｂからタッチパネル３１までの距離が、数ミリ程度であるため、上受光ライン４ａを通過した後、下受光ライン４ｂを通過した遮蔽物３３の下受光ライン４ｂを通過してからタッチパネル３１に到達するまでの時間が、極端に速くなったり、遅くなったりすることは考えられない。よって、下受光ライン４ｂを通過してからタッチパネル３１に到達するまでの到達速度も、上受光ライン４ａを通過してから下受光ライン４ｂを通過するまでの速度と同じである。なお、下受光ライン４ｂからタッチパネル３１までの距離は、機器組付け時の光学調整にて規定し、その規定値にて調整することが可能である。
【００２３】
以上は、下記のように表すことができる。
上受光ライン４ａから下受光ライン４ｂまでの遮蔽物３３の移動速度
＝（上受光ライン４ａから下受光ライン４ｂまでの距離Ｈ）
／（上受光ライン４ａから下受光ライン４ｂまでの遮蔽物３３の移動時間）
となり、
下受光ライン４ｂからタッチパネル１０１までの遮蔽物３３の到達時間
＝（下受光ライン４ｂからタッチパネル１０１までの距離）
／（上受光ライン４ａから下受光ライン４ｂまでの遮蔽物３３の移動速度）
以上の演算を演算部にて行い、座標位置の計算時に、この到達時間を盛込めば、タッチパネルにいつ接触するかが分かり、筆記者の意図とする“点”が、“点”として検出することができる。
【００２４】
複数の受光ラインを有するＣＣＤは、設置された２つの光学ユニットのうち、少なくとも１つに実装し、もう１つの光学ユニットのＣＣＤは、１受光ラインを有するＣＣＤでもよい。また、設置された２つの光学ユニットの両方に複数の受光ラインを有するＣＣＤを用いる場合、タッチパネルまでの到達時間を求めることは、少なくとも片側の光学ユニットにおいて行えばよい。
【００２５】
【発明の効果】
（１）複数の受光ラインを有するＣＣＤを用いるため、光学式座標入力装置，光学的位置検出装置，光学式タッチパネル等に使用するＣＣＤの選定の幅が広がり、ＣＣＤ選択に関して制約を受けることがない。
【００２６】
（２）複数ラインの幅に対応するＬＤビームの巾を設定しているため、ＣＣＤの受光ラインを全て有効にして使用することができる。
【００２７】
（３）２つの受光ラインの遮蔽を検知したタイミングから、計算によって表示面への接触を認識することができ、かつ、「尾引き」が軽減され、筆記時の違和感がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による座標入力装置の一実施例を説明するための光学ユニットの要部構成図である。
【図２】  本発明による座標入力装置の遮蔽物の検出の様子を示した図である。
【図３】  本発明が適用される座標入力装置の一例を説明するための要部構成図である。
【図４】  従来技術による光学ユニットの一例を説明するための要部構成図である。
【図５】  従来技術による座標入力装置の不具合の一例を説明するための図である。
【図６】  従来技術による座標入力装置の不具合の他の例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…光源、２，３…レンズ、４…ＣＣＤ、４ａ…上受光ライン、４ｂ…下受光ライン、５，１２１…検出面、３１，１０１…タッチパネル、３１ａ，１０１ａ…表示面、３２，１０２ａ，１０２ｂ…光学ユニット、３３，１２２…遮蔽物、１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ…反射部、１０４…演算部、１０５…インターフェース部、１０６…パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、１１０…光源部、１１１…光源、１１２，１１３…レンズ、１１４…ＣＣＤ、１２０…受光部、ｄ…ディップ。
【図１】
0004043178.tif 000002
【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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