光学式タッチデバイス
【課題】外乱光を受光すると、障害物が光路を遮蔽していても、障害物の存在と、障害物の位置とを正しく認識することができない。
【解決手段】一実施形態によれば、開口３を有するハウジング４と、それぞれ赤外線を放射する複数の発光素子１２と、これらの発光素子１２を順次切替えて点灯駆動する駆動部９と、この駆動部９による切替えのタイミングと同期したタイミング信号を出力し、各発光素子１２による走査光路が遮光されたことを検知して画面２上に存在する障害物の位置を検出する検出制御部１１と、この検出制御部１１が出力したタイミング信号によって選択され、複数の発光素子１２のいずれかより放射された赤外線の受光結果を検出制御部１１へ出力し、開口３の残りの２辺に設けられた複数の受光センサ１３Ａ、１３Ｂとを備え、これらの受光センサ１３Ａ、１３Ｂは、互いに異なる受光特性を有する光学式タッチデバイス１が提供される。
【解決手段】一実施形態によれば、開口３を有するハウジング４と、それぞれ赤外線を放射する複数の発光素子１２と、これらの発光素子１２を順次切替えて点灯駆動する駆動部９と、この駆動部９による切替えのタイミングと同期したタイミング信号を出力し、各発光素子１２による走査光路が遮光されたことを検知して画面２上に存在する障害物の位置を検出する検出制御部１１と、この検出制御部１１が出力したタイミング信号によって選択され、複数の発光素子１２のいずれかより放射された赤外線の受光結果を検出制御部１１へ出力し、開口３の残りの２辺に設けられた複数の受光センサ１３Ａ、１３Ｂとを備え、これらの受光センサ１３Ａ、１３Ｂは、互いに異なる受光特性を有する光学式タッチデバイス１が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一実施形態は光学式タッチデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチディスプレイやタッチパネルなどのポインティングデバイスには光学式、圧電方式、静電容量方式などが用いられている。これらの方式はそれぞれメリット及びデメリットを有することから市場に合わせて使い分けられている。
【０００３】
その中の一つである、光学式タッチデバイスは発光部からの光を受光センサ部が受信するシステムである。光学式タッチデバイスは、操作面上で、垂直方向と水平方向とにそれぞれ走査用の複数の光路を形成しておき、これらの光路群のうち、受光を遮断された光路の位置によって操作面上の障害物の接触位置を検出する。障害物により発光部からの光が遮蔽されると、受光センサ部が受光していないことを検出部は検出し、受光されない箇所にタッチポインタが存在することを認識するようになっている。
【０００４】
従来、どのような場所や方向に設置されても正常にタッチパネルを動作させるようにした光学式タッチパネル装置が知られている（特許文献１参照）。また、検出ピッチが重要なタッチ操作のときには、既存の走査を行い、走査速度が重要なタッチ操作のときには、送光素子と受光センサを間引きして走査することで、違和感のない操作を可能とする光学式タッチパネルが知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−０９９２０１号公報
【特許文献２】特開２００６−１１５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、受光センサ部は太陽光や蛍光灯等からの外乱光を受光すると、障害物が光路を遮蔽している状態であっても、受光センサ部はこの障害物を認識することができない。光学式タッチデバイス自体が、障害物の存在と、障害物の位置とを正しく区別して認識することができない。障害物が遮蔽する光路の延長線上に設けられた受光センサの受光面に、この受光センサが検出する波長帯域と重なる波長帯域を含む外乱光が入射する。光学式タッチデバイスが一時的に動作不可能になる。その為、屋外や窓の近くなどの外乱光の影響が強い場所では光学式タッチデバイスを使用することは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するため、一実施形態によれば、矩形状の画面が露出する開口を有するハウジングと、このハウジングの前記開口の隣接する２辺に設けられ、それぞれ赤外線を放射する複数の発光素子と、これらの発光素子を順次切替えて点灯駆動する駆動部と、この駆動部による切替えのタイミングと同期したタイミング信号を出力し、各発光素子による走査光路が遮光されたことを検知して前記画面上に存在する障害物の位置を検出する検出制御部と、この検出制御部が出力した前記タイミング信号によって選択され、前記複数の発光素子のいずれかより放射された前記赤外線の受光結果を前記検出制御部へ出力し、前記開口の残りの２辺に設けられた複数の受光センサと、を備え、これらの受光センサは、互いに異なる受光特性を有する複数種類の受光センサを配置したことを特徴とする光学式タッチデバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態に係る光学式タッチデバイスの平面図である。
【図２】複数種類の受光センサの受光感度特性の一例を示す図である。
【図３】駆動部、選択部及び検出制御部のブロック図の一例を示す図である。
【図４】実施の形態に係る光学式タッチデバイスへ外乱光が入射せず、障害物が存在しないときの光路マトリクスを示す図である。
【図５】実施の形態に係る光学式タッチデバイスへ外乱光が入射せず、障害物が存在するときの光路マトリクスを示す図である。
【図６】実施の形態に係る光学式タッチデバイスへ外乱光が入射し、障害物が存在するときの光路マトリクスを示す図である。
【図７】従来例に係る光学式タッチデバイスの構成要素の要部を示す図である。
【図８】従来例に係る光学式タッチデバイスへ外乱光が入射し、障害物が存在するときの光路マトリクスを示す図である。
【図９】第１の変形例に係る光学式タッチデバイスへ外乱光が入射し、障害物が存在するときの光路マトリクスを示す図である。
【図１０】第２の変形例に係る光学式タッチデバイスへ外乱光が入射し、障害物が存在するときの光路マトリクスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態に係る光学式タッチデバイスについて、図１乃至図１０を参照しながら説明する。尚、各図において同１箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。
【００１０】
実施の形態に係る光学式タッチデバイスはＩＲ方式のタッチパネルである。
【００１１】
図１はタッチパネルの平面図である。タッチパネル１は、表示用の画面２に取付けられ、この画面２が露出する四角形状の開口３を有するハウジング４と、この開口３の４辺のうちの右、下の隣接２辺に沿って設けられた発光部５、６と、発光部５、６に対向して残りの左、上の２辺に沿って設けられこれらの発光部５、６から送られた光を検出する受光部７、８とを備えている。更にタッチパネル１は、発光部５、６を駆動する駆動部９と、これらの発光部５、６内の発光素子１２が光電変換を行って出力する電流のうちいずれかを選択的に出力する選択部１０と、これらの駆動部９及び選択部１０を用いて光路マトリクスを形成し、人の指先やタッチペンなどの障害物が画面２上に触れた位置の座標を検出する検出制御部１１とを備えている。破線は光ビームの走査光路を表す。
【００１２】
開口３は入力操作領域である。ハウジング４は厚みを有する。ハウジング４は、発光部５、６からの複数の光ビームが、開口３の開口端面の面上に平行に相手となる受光センサへ導かれるように、これらの発光部５、６及び受光部７、８をこのハウジング４内に固定している。発光部５、６はそれぞれ複数の赤外線の発光素子１２を有する。発光素子１２には例えばＬＥＤが用いられる。これらの発光素子１２は等間隔に配置され、赤外線の波長領域の光ビームを対向する受光側の素子へ発光する。
【００１３】
受光部７は複数の受光センサ１３Ａ、１３Ｂを有する。これらの受光センサ１３Ａ、１３Ｂは赤外線の波長領域の光を受光する素子である。受光部８も複数の受光センサ１３Ａ、１３Ｂを有する。受光センサ１３Ａ、１３Ｂには例えばフォトトランジスタが用いられている。本実施形態では、受光部７は互いに検知波長帯域が異なる２種類の受光センサ１３Ａ、１３Ｂを交互に配置して設けており、受光部８も２種類の受光センサ１３Ａ、１３Ｂを交互に配置して設けている。受光部７、８は発光部５、６と開口３を挟んでそれぞれ相手となる発光素子１２と対向して等間隔に配置されている。
【００１４】
図２は２種類の受光センサ１３Ａ、１３Ｂの受光感度特性の一例を示す図である。特性曲線１４Ａは受光センサ１３Ａの受光感度の波長特性を表し、約７５０ナノメートルの波長帯域に受光感度のピークを有する。特性曲線１４Ｂは受光センサ１３Ｂの受光感度の波長特性を表し、約１０００ナノメートルの波長帯域に受光感度のピークを有する。これらの特性曲線１４Ａ、１４Ｂはともに裾広がり状の波形形状を有する。図示しない発光素子１２が発光する光は、一例として、７５０ナノメートル付近の波長帯域と、１０００ナノメートル付近の波長帯域との双方に重なる広い範囲の発光帯域を持つ。
【００１５】
外乱光がタッチパネル１に入射しておらず且つ障害物が画面２に触れていないと、全ての受光センサ１３Ａ、１３Ｂは反応しない。反応するとは電流の出力が停まることを指し、反応しないとは電流の出力が定常的に続くことを指す。外乱光がタッチパネル１に入射しておらず、障害物が画面２に存在すると、遮光が生じる。いずれかの箇所において隣接する１組又は複数組の受光センサ１３Ａ、１３Ｂが反応する。
【００１６】
本実施形態では、受光センサ１３Ａ、１３Ｂの複数の対のうち一対以上が反応した際、これらの受光センサ１３Ａ、１３Ｂの対が出力する信号の電力のレベルの差を検出制御部１１が検出するようにしている。一例として、検出制御部１１は、交互に配置された受光センサ１３Ａ、１３Ｂの受光電力を検出制御部１１は走査していき、隣接する受光センサ１３Ａ、１３Ｂ間で受光レベルに差が存在するかどうかを感知するようにしている。受光レベルとは受光電力のレベルを指す。この計算は１走査期間の間に行われる。例えば差が予め決めた値よりも大きいことを検出制御部１１が検出すると、障害物の存在を検知するようにしている。
【００１７】
受光センサ１３Ａは概ね７５０ナノメートルを中心波長とする短波長側の赤外線領域の光を検出する。受光センサ１３Ｂは概ね１０００ナノメートルを中心波長とする長波長側の赤外線領域の光を検出する。短波長側の赤外線領域の帯域成分を長波長側のそれよりも多く含む外乱光に対して、受光センサ１３Ａの受光レベルは受光センサ１３Ｂの受光レベルよりも大きい。長波長側の赤外線領域の帯域成分を短波側のそれよりも多く含む外乱光に対して、受光センサ１３Ａの受光レベルは受光センサ１３Ｂの受光レベルよりも小さい。
【００１８】
外乱光が受光センサ１３Ａ、１３Ｂに入射すると、受光センサ１３Ａ、１３Ｂは０よりも大きいレベルを持つ電流を出力する。外乱光がタッチパネル１に入射した状況では、受光部７、８のいずれの箇所においても受光センサ１３Ａ及び受光センサ１３Ｂからそれぞれ０よりも大きく且つ互いに異なるレベルの電流を検出制御部１１は入力されるようにされている。外乱光が入射し且つ障害物が画面２に触れている場合、隣接する１組又は複数組の受光センサ１３Ａ、１３Ｂのうち一方が遮光によって反応状態が延々と続き、他方は０よりも大きいレベルを持つ電流を出力し続ける。隣接する受光センサ１３Ａ、１３Ｂ間でのこの電力レベルの差を掃引により感知することによって、検出制御部１１は外乱光が存在している状況であっても、障害物が触れていることを検知可能になっている。
【００１９】
図３は駆動部９、選択部１０及び検出制御部１１のブロック図の一例を示す図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。
【００２０】
駆動部９はドライブ回路１５に接続されている。このドライブ回路１５は、複数のスイッチング素子１６に接続されており、これらのスイッチング素子１６のうち、垂直走査用、水平走査用の２つを選択する。全ての発光素子１２のうち、画面２の右辺の周囲に上下に配列された発光素子１２は発光部５を構成し、残りの画面２の下辺の周囲に左右に配列された発光素子１２は発光部６を構成する。駆動部９は、垂直方向と水平方向とに順次発光素子１２を掃引駆動する。駆動部９は発光部５のうちの１個の発光素子１２と、発光部６のうちの１個の発光素子１２とが点灯するようにして２つのスイッチング素子１６を切替え選択し、これらの発光部５、６の点灯駆動を行う。
【００２１】
選択部１０はドライブ回路１７に接続されている。このドライブ回路１７は、複数のスイッチング素子１８に接続されており、これらのスイッチング素子１８のうちの垂直走査用、水平走査用２つを選択する。受光センサ１３Ａと受光センサ１３Ｂとの総和をとった全てのうち、画面２の左辺の周囲に上下に配列された受光センサ１３Ａ、１３Ｂは受光部７を構成する。残りの画面２の上辺の周囲に左右に配列された受光センサ１３Ａ、１３Ｂは受光部８を構成する。選択部１０は、駆動部９の切替えタイミングと同期したタイミングにより、垂直方向と水平方向とに順次受光センサ１３Ａ、１３Ｂを選択する。選択部１０は、受光部７のうちの１個の受光センサ１３Ａ（又は１３Ｂ）と、受光部８のうちの１個の受光センサ１３Ａ（又は１３Ｂ）とが動作するようにして２つのスイッチング素子１８を切替え選択し、これらの受光部７、８を選択制御する。
【００２２】
各スイッチング素子１６と、バイアス用の抵抗器１９と、電源供給ライン２０とはドライブ回路１５を構成する。各スイッチング素子１８と、バイアス用の抵抗器２１と、電源供給ライン２０とはドライブ回路１７を構成する。
【００２３】
また、検出制御部１１は、増幅器２２、Ａ／Ｄ変換器２３、ＣＰＵ２４、ＲＯＭ２５及びＲＡＭ２６を備えている。ｎ個の発光素子１２の各一端はプルアップされており、これらの発光素子１２の各他端にはスイッチング素子１６が直列に接続されている。これらのスイッチング素子１６は抵抗器１９を介して接地されている。全部でｎ個の受光センサ１３Ａ、１３Ｂの各一端もプルアップされており、これらの受光センサ１３Ａ、１３Ｂの各他端にはスイッチング素子１８が直列に接続されている。これらのスイッチング素子１８は抵抗器２１を介して接地されている。
【００２４】
抵抗器２１及びスイッチング素子１８間の接続点には、増幅器２２が接続されている。全ての受光センサ１３Ａ、１３Ｂのうちの一つが選択的に増幅器２２の入力ポートへ入力される。この増幅器２２からの増幅出力はＡ／Ｄ変換器２３を介してＣＰＵ２４に入力される。ＣＰＵ２４は、増幅器２２の出力ポートからＡＤ変換された電流量のレベルを逐次ＲＡＭ２６に書込み、光路マトリクス情報をＲＡＭ２６の記憶領域上で生成する。
【００２５】
ＲＯＭ２５は障害物の座標を検出する実行プログラムを格納する。ＲＡＭ２６は、受光センサ１３Ａ又は１３Ｂの１個の出力電流の電流量を記憶する。ＣＰＵ２４は駆動部９、選択部１０へ制御信号を入力し、各スイッチング素子１６、１８を駆動する。ＣＰＵ２４は１回の走査期間内に垂直方向の一端及び水平方向の一端を開始位置とし、垂直方向の他端及び水平方向の他端を終了位置とする走査を実行する。ＣＰＵ２４はｎ回の走査を行ってｎ対の送受光センサの走査を完了させる。
【００２６】
一例として、検出制御部１１は垂直方向１組と、水平方向１組とを選択して駆動し、交差点情報と、受光センサ１３Ａ、１３Ｂの受光レベルとをＲＡＭ２６に書込みしていく。検出制御部１１は発光素子１２を掃引駆動する。検出制御部１１は、発光部５、受光部７間の複数本の送受光の経路と、発光部６、受光部８間の複数本の送受光の経路との交差点を１個ずつシフトさせながら、反応箇所の有無を掃引していく。画面２上の任意の位置を障害物が存在すると、接触位置にて交差する縦横の光路が遮られる。１本又は複数本の光路上の受光センサ１３Ａ、１３Ｂが受光できない状態となる。複数本の光路とは、受光部７、８の解像度、分解能に応じて複数の光路が遮られることを指す。ＣＰＵ２４は、遮光された受光センサ１３Ａ、１３Ｂから、接触位置の座標位置を特定する。ＣＰＵ２４は、受光センサ１３Ａ、１３Ｂ間の受光レベルの差が大きい点の座標を障害物の位置情報として記憶する等により検出を実行する。
【００２７】
また、受光部７は受光センサ１３Ａ、１３Ｂを交互に配置している。受光部７内では、受光センサ１３Ａの個数と、受光センサ１３Ｂの個数とは同じであるか、あるいはいずれか一方が他方よりも１個多い。受光部８も、受光センサ１３Ａ、１３Ｂを交互に配置している。受光部８内でも、受光センサ１３Ａの個数と、受光センサ１３Ｂの個数とは同じか、あるいはいずれか一方が他方よりも１個多い。受光部７から１箇所、受光部８から１箇所の２箇所から出力される電気信号を選択部１０は検出制御部１１へ入力する。検出制御部１１は、受光センサ１３Ａ、１３Ｂの周密さの度合いに応じて決まる解像度あるいは分解能で障害物の位置の座標を検出するようにしている。
【００２８】
上述の構成のタッチパネル１に外乱光が入射しない状況で、何も画面２上に障害物が存在しないときに、ＣＰＵ２４に走査開始の指令が加えられる。例えば画面２に表示させる情報を司る別の制御部が、ユーザに対し入力を促す画面を表示させるときに、この別の制御部は、検出制御部１１へ指令を送る。ＣＰＵ２４は処理を開始する。タッチパネル１の動作原理について図４を参照して述べる。
【００２９】
図４はタッチパネル１へ外乱光が入射せず、障害物が存在しないときの光路マトリクスを示す図である。Ａは受光センサ１３Ａを表す。Ｂは受光センサ１３Ｂを表す。実線矢印は発光素子１２から受光センサ１３Ａへの光ビームの走査光路を表す。破線矢印は発光素子１２から受光センサ１３Ｂへの光ビームの走査光路を表す。受光センサ１３Ａへの走査光路と、受光センサ１３Ｂへの走査光路とを区別するために実線、破線により区別して表すこととする。
【００３０】
ＣＰＵ２４は、Ｙ軸最下に位置する発光部５の発光素子１２と、Ｘ軸最左に位置する発光部６の発光素子１２とを選択し、走査駆動を開始する。ＣＰＵ２４はＹ軸プラス方向に沿って発光部５内の発光素子１２を切替えるとともに、この発光素子１２に対面する受光部７内の受光センサ１３Ａ又は１３ＢをＹ軸プラス方向に沿って切替える。ＣＰＵ２４はＸ軸プラス方向に沿って発光部６内の発光素子１２を切替えるとともに、この発光素子１２に対面する受光部８内の受光センサ１３Ａ及び１３ＢをＸ軸プラス方向に沿って切替える。ＣＰＵ２４は走査速度で発光素子１２を順次切替えることにより、駆動走査する。左辺から上辺に亘ってｎ個の受光センサ１３Ａ、１３Ｂの出力電流は増幅器２２により増幅される。増幅器２２からの出力電圧はＡ/Ｄ変換され、ｎ個の受光センサ１３Ａ及び１３Ｂの全ての受光量がＲＡＭ２６に順次記憶される。
【００３１】
次に、外乱光が入射せず、障害物が存在するときに、ＣＰＵ２４は走査を指令される。図５はタッチパネル１へ外乱光が入射せず、障害物２７が存在するときの光路マトリクスを示す図である。記号Ａ、Ｂ等は図４の例と同じである。
【００３２】
人の指やタッチペンなどの障害物２７が開口３内の所定領域内の位置に接触し、その位置を通過する走査光路が遮断される。その走査光路上の受光センサ１３Ａ、１３Ｂは、対となる発光素子１２の発光タイミングで反応せず、これにより障害物２７のＸ、Ｙ座標が検出される。座標情報をＣＰＵ２４はＲＡＭ２６に記憶する。
【００３３】
次に、タッチパネル１に外乱光が存在する状況で使用される例について比較例を参照しつつ述べる。外乱光は、蛍光灯や白熱灯、水銀灯などの人工光源や太陽光のような自然光を含む。発光ダイオードからの放出光など半導体のバンドギャップで決まるエネルギの波長光以外の略全ての光が外乱光に相当する。部屋内に置かれたタッチパネル１へ遠距離の太陽光や強力な照明灯などの外乱光が照射される。
【００３４】
図６はタッチパネル１へ外乱光が入射し、障害物２７が存在するときの光路マトリクスを示す図である。右側の外乱光照射領域２８は外乱光により照射され続けている。図７は従来例に係る光学式タッチデバイスの構成要素の要部を示す図である。図８は従来例に係る光学式タッチデバイスへ外乱光が入射し、障害物２７が存在するときの光路マトリクスを示す図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。
【００３５】
図６に示す対３１は、受光センサ１３Ａ、１３Ｂの対を表す。対３２〜３８も同様である。外乱光が短波長側の赤外線領域の帯域成分を長波長側のそれよりも多く含む場合、受光センサ１３Ａの受光レベルは大きくなる。外乱光照射領域２８では受光センサ１３Ａは無反応の状態が続き、対３１〜３８の各受光センサ１３Ａは検出に使用できない状態になる。
【００３６】
検出制御部１１は、交互に配置された対３１〜３８から出力される電流信号の電力を対３１から対３８へ向かって走査していく。対３４、３５では、各受光センサ１３Ｂからの受光レベルが小さい。対３１、３２、３３、３６、３７、３８の各受光センサ１３Ｂからは０よりも大きいレベルの電力を検出制御部１１は検知する。検出制御部１１は、各対３１〜３８内で受光センサ１３Ａ、１３Ｂ間の差が大きい位置を求め、対３４、３５において差が大きいことを感知する。あるいは対３３〜３６で、受光センサ１３Ｂの走査光路が遮光されることを検出制御部１１は検知する。障害物の存在が検知される。隣接する受光センサ１３Ａ、１３Ｂ間でのこの電力レベルの差を掃引することによって、検出制御部１１は外乱光が存在している状況であっても、障害物２７が触れていることが検知できる。
【００３７】
一例として、ＲＯＭ２５は次の４つの受光レベルの閾値を保持しておく。外乱光が入射せず走査光路が遮光されない状態での受光レベル。外乱光が入射し走査光路が遮光されない状態での受光レベル。外乱光が入射し走査光路が遮光された状態での受光レベル。外乱光が入射せず走査光路が遮光された状態での受光レベル。検出制御部１１は対３１〜３８の間で障害物の位置を求めるに当たり、これらの受光レベルを元に反応、無反応を検出する。
【００３８】
従来例に係る光学式タッチパネル（又は光学式タッチデバイス）１００は、図７に示すように、受光センサ９０を垂直方向及び水平方向の検出素子として使用している。受光センサ９０は短波長側の赤外線領域の光を検出するものである。ここでは受光センサ９０を受光センサＡと呼ぶ。垂直及び水平の各方向でタッチパネル１００は全て同じ受光特性を有する。図８中のＡは受光センサＡを表す。
【００３９】
図８からわかるように、光学的タッチパネル１００は、障害物２７（遮蔽物）により受光部への受光が遮られることでこの障害物２７の座標を識別する仕組みにより検出している。しかし、日差しの方向が変わると、受光センサＡに外乱光が入射し続けることがある。受光している状態が続くと、障害物２７が存在する箇所はタッチデバイス等を触れたとしても受光センサＡは無反応になる。受光センサＡのみを使用して構成された従来例では、タッチデバイスを用いて検出することが一時的に不可能になることがある。
【００４０】
これに対して、タッチパネル１は、図６に示すように、外乱光によって受光センサ１３Ａ（受光センサＡ）が使用不可能になっても、受光特性がこれと異なる受光センサ１３Ｂ（受光センサＢ）によって障害物２７を認識する事ができる。この場合、タッチパネル１が使用不可能に陥ることが回避されるようになる。
【００４１】
かかる構成を講じた本実施形態によれば、受光特性の異なる受光センサ１３Ａ、１３Ｂを用いるため、窓際などの強い日照光が放射されるような場所にタッチパネル１を設置する場合や、朝夕の時間経過に依存して変化する日照光や様々な照明光に対して、従来例の光学式タッチパネル１００では操作不可能な状態に陥る可能性を持つ外乱光が発生したときも使用が可能になる。照明光とは屋内の電飾装置や広告、看板といったＬＥＤ、ネオン菅といった照明等を含む。電飾装置等が夜間、点灯、点滅したとしてもタッチパネル１は誤動作なく使用することができる。
【００４２】
これによって、外乱光により、タッチパネル１が受ける影響を低減させる方法が提供されるようになる。光学式を採用したタッチデバイスにおける、外乱光に対しての対策技術が実現される。
【００４３】
（変形例）
図９、図１０を参照して、２つの変形例について述べる。これらの変形例に係る光学式タッチデバイスは図１のタッチパネル１と略同様の構成を有する。
【００４４】
図９に、第１の変形例に係る光学式タッチデバイスへ外乱光が入射し、障害物２７が存在するときの光路マトリクスを示す。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。同図中、"Ａ"で表す受光センサ１３Ａは上側の一辺に配置されている。"Ｂ"で表す受光センサ１３Ｂは、左側の一辺に配置されている。実線矢印は発光素子１２から受光センサ１３Ａへの光ビームの走査光路を表す。破線矢印は発光素子１２から受光センサ１３Ｂへの光ビームの走査光路を表す。
【００４５】
このような構成のタッチパネル１Ａでは、検出制御部１１は、交互に配置された対３１〜３８からの受光電力を対３１から対３８へ向かって走査していく。対３４、３５の受光レベルは、対３１〜３８の受光レベルよりも小さいことを検出制御部１１は感知する。対３４、３５の２組の受光センサ１３Ａが反応していることを検出制御部１１は検出できる。
【００４６】
強い蛍光灯の下部にタッチパネル１Ａが設置されると、このタッチパネル１Ａには、受光センサ１３Ａの受光帯域成分を含み、一定の光強度を持つ照明光が常時照射され続けることが起こる。この第１の変形例では、蛍光灯から放射される照明光が有する支配的な波長帯域とは異なる波長帯域に受光感度を有する受光センサ１３Ｂをタッチパネル１Ａに設けておく。
【００４７】
例えば室内で蛍光灯の下部に設置された状態で使用されるタッチパネル１Ａは一定の光強度を持つ外乱光が常時入射され続ける。蛍光灯のような特定の外乱光に対して特化した構造をとることによって、タッチパネル１Ａを恒常的に使用することが可能になる。
【００４８】
また、図１０は第２の変形例に係る光学式タッチデバイスへ外乱光が入射し、障害物２７が存在するときの光路マトリクスを示す図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。実線矢印は発光素子１２から受光センサ１３Ａへの光ビームの走査光路を表す。破線矢印は発光素子１２から受光センサ１３Ｂへの光ビームの走査光路を表す。
【００４９】
同図では従来例で使用されていた受光センサ１３Ａと、この受光センサ１３Ａの受光特性と異なる受光特性を持つ受光センサ１３Ｂとが、不定間隔に配置されている。例えば縦列では"Ｂ"、"Ａ"、"Ａ"が繰返され、受光センサ１３Ｂの出現間隔が不定間隔である。
【００５０】
このような構成のタッチパネル１Ｂでは、対３１〜３８の受光電力を検出制御部１１は走査していく。対３４、３５、３６では、各受光センサ１３Ｂからの受光レベルが小さい。対３３、３７からは０よりも大きいレベルの電力が検知される。対３４、３５あるいは対３４〜３６で走査光路が遮光されることを検出制御部１１は検知する。
【００５１】
朝夕等の一定時間帯の外乱光に対して強い受光センサ１３Ｂを少数配置しておくことによって、使用不可能な時間帯をなくす事が可能になる。少数とは、受光センサ１３Ｂの数が受光センサ１３Ａ、１３Ｂの総和に比べて少ない数であることを指す。
【００５２】
以上のように実施の形態に係る光学式タッチデバイスによれば、窓際などの強い日照光が放射されるような場所に設置する場合や、朝夕の時間経過に依存して変化する様々な日照光や照明光に対して、通常の光学式のタッチデバイスでは操作不可能状態に陥る外乱光が発生したときも使用が可能になる。
【００５３】
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。上記実施形態では、光学式タッチデバイスはタッチパネルであったが、ＰＯＳ端末装置、テレビ電話、ナビゲーション装置のタッチスクリーンや、ブラウン管、プラズマディスプレイのポインティングデバイスに用いることができる。
【００５４】
上記実施形態では障害物の位置を検出するために、受光センサ１３Ａ、１３Ｂの受光レベルを走査していき受光レベルの差が大きく観測された箇所を障害物の位置としていた。この障害物の位置を検出する方法はこの方法に限定されるものではなく、ＣＰＵ２４は種々のアルゴリズムを用いて障害物の位置を検出することが可能であることは言うまでもない。この検出態様の変形をして実施したに過ぎない発明に対しても本発明の優位性は何ら損なわれるものではない。これらの変形した発明の実施は特許請求の範囲に規定された発明の範囲及びその均等範囲内に入る。
【００５５】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１，１Ａ，１Ｂ…タッチパネル（光学式タッチデバイス）、２…画面、３，３Ａ，３Ｂ…開口、４…ハウジング、５，６…発光部、７，８…受光部、９…駆動部、１０…選択部、１１…検出制御部、１２…発光素子、１３Ａ，１３Ｂ…受光センサ、１４Ａ，１４Ｂ…特性曲線、１５，１７…ドライブ回路、１６，１８…スイッチング素子、１９，２１…抵抗器、２０…電源供給ライン、２２…増幅器、２３…Ａ／Ｄ変換器、２４…ＣＰＵ、２５…ＲＯＭ、２６…ＲＡＭ、２７…障害物、２８…外乱光照射領域、３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８…対。
【技術分野】
【０００１】
一実施形態は光学式タッチデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチディスプレイやタッチパネルなどのポインティングデバイスには光学式、圧電方式、静電容量方式などが用いられている。これらの方式はそれぞれメリット及びデメリットを有することから市場に合わせて使い分けられている。
【０００３】
その中の一つである、光学式タッチデバイスは発光部からの光を受光センサ部が受信するシステムである。光学式タッチデバイスは、操作面上で、垂直方向と水平方向とにそれぞれ走査用の複数の光路を形成しておき、これらの光路群のうち、受光を遮断された光路の位置によって操作面上の障害物の接触位置を検出する。障害物により発光部からの光が遮蔽されると、受光センサ部が受光していないことを検出部は検出し、受光されない箇所にタッチポインタが存在することを認識するようになっている。
【０００４】
従来、どのような場所や方向に設置されても正常にタッチパネルを動作させるようにした光学式タッチパネル装置が知られている（特許文献１参照）。また、検出ピッチが重要なタッチ操作のときには、既存の走査を行い、走査速度が重要なタッチ操作のときには、送光素子と受光センサを間引きして走査することで、違和感のない操作を可能とする光学式タッチパネルが知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−０９９２０１号公報
【特許文献２】特開２００６−１１５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、受光センサ部は太陽光や蛍光灯等からの外乱光を受光すると、障害物が光路を遮蔽している状態であっても、受光センサ部はこの障害物を認識することができない。光学式タッチデバイス自体が、障害物の存在と、障害物の位置とを正しく区別して認識することができない。障害物が遮蔽する光路の延長線上に設けられた受光センサの受光面に、この受光センサが検出する波長帯域と重なる波長帯域を含む外乱光が入射する。光学式タッチデバイスが一時的に動作不可能になる。その為、屋外や窓の近くなどの外乱光の影響が強い場所では光学式タッチデバイスを使用することは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するため、一実施形態によれば、矩形状の画面が露出する開口を有するハウジングと、このハウジングの前記開口の隣接する２辺に設けられ、それぞれ赤外線を放射する複数の発光素子と、これらの発光素子を順次切替えて点灯駆動する駆動部と、この駆動部による切替えのタイミングと同期したタイミング信号を出力し、各発光素子による走査光路が遮光されたことを検知して前記画面上に存在する障害物の位置を検出する検出制御部と、この検出制御部が出力した前記タイミング信号によって選択され、前記複数の発光素子のいずれかより放射された前記赤外線の受光結果を前記検出制御部へ出力し、前記開口の残りの２辺に設けられた複数の受光センサと、を備え、これらの受光センサは、互いに異なる受光特性を有する複数種類の受光センサを配置したことを特徴とする光学式タッチデバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態に係る光学式タッチデバイスの平面図である。
【図２】複数種類の受光センサの受光感度特性の一例を示す図である。
【図３】駆動部、選択部及び検出制御部のブロック図の一例を示す図である。
【図４】実施の形態に係る光学式タッチデバイスへ外乱光が入射せず、障害物が存在しないときの光路マトリクスを示す図である。
【図５】実施の形態に係る光学式タッチデバイスへ外乱光が入射せず、障害物が存在するときの光路マトリクスを示す図である。
【図６】実施の形態に係る光学式タッチデバイスへ外乱光が入射し、障害物が存在するときの光路マトリクスを示す図である。
【図７】従来例に係る光学式タッチデバイスの構成要素の要部を示す図である。
【図８】従来例に係る光学式タッチデバイスへ外乱光が入射し、障害物が存在するときの光路マトリクスを示す図である。
【図９】第１の変形例に係る光学式タッチデバイスへ外乱光が入射し、障害物が存在するときの光路マトリクスを示す図である。
【図１０】第２の変形例に係る光学式タッチデバイスへ外乱光が入射し、障害物が存在するときの光路マトリクスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態に係る光学式タッチデバイスについて、図１乃至図１０を参照しながら説明する。尚、各図において同１箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。
【００１０】
実施の形態に係る光学式タッチデバイスはＩＲ方式のタッチパネルである。
【００１１】
図１はタッチパネルの平面図である。タッチパネル１は、表示用の画面２に取付けられ、この画面２が露出する四角形状の開口３を有するハウジング４と、この開口３の４辺のうちの右、下の隣接２辺に沿って設けられた発光部５、６と、発光部５、６に対向して残りの左、上の２辺に沿って設けられこれらの発光部５、６から送られた光を検出する受光部７、８とを備えている。更にタッチパネル１は、発光部５、６を駆動する駆動部９と、これらの発光部５、６内の発光素子１２が光電変換を行って出力する電流のうちいずれかを選択的に出力する選択部１０と、これらの駆動部９及び選択部１０を用いて光路マトリクスを形成し、人の指先やタッチペンなどの障害物が画面２上に触れた位置の座標を検出する検出制御部１１とを備えている。破線は光ビームの走査光路を表す。
【００１２】
開口３は入力操作領域である。ハウジング４は厚みを有する。ハウジング４は、発光部５、６からの複数の光ビームが、開口３の開口端面の面上に平行に相手となる受光センサへ導かれるように、これらの発光部５、６及び受光部７、８をこのハウジング４内に固定している。発光部５、６はそれぞれ複数の赤外線の発光素子１２を有する。発光素子１２には例えばＬＥＤが用いられる。これらの発光素子１２は等間隔に配置され、赤外線の波長領域の光ビームを対向する受光側の素子へ発光する。
【００１３】
受光部７は複数の受光センサ１３Ａ、１３Ｂを有する。これらの受光センサ１３Ａ、１３Ｂは赤外線の波長領域の光を受光する素子である。受光部８も複数の受光センサ１３Ａ、１３Ｂを有する。受光センサ１３Ａ、１３Ｂには例えばフォトトランジスタが用いられている。本実施形態では、受光部７は互いに検知波長帯域が異なる２種類の受光センサ１３Ａ、１３Ｂを交互に配置して設けており、受光部８も２種類の受光センサ１３Ａ、１３Ｂを交互に配置して設けている。受光部７、８は発光部５、６と開口３を挟んでそれぞれ相手となる発光素子１２と対向して等間隔に配置されている。
【００１４】
図２は２種類の受光センサ１３Ａ、１３Ｂの受光感度特性の一例を示す図である。特性曲線１４Ａは受光センサ１３Ａの受光感度の波長特性を表し、約７５０ナノメートルの波長帯域に受光感度のピークを有する。特性曲線１４Ｂは受光センサ１３Ｂの受光感度の波長特性を表し、約１０００ナノメートルの波長帯域に受光感度のピークを有する。これらの特性曲線１４Ａ、１４Ｂはともに裾広がり状の波形形状を有する。図示しない発光素子１２が発光する光は、一例として、７５０ナノメートル付近の波長帯域と、１０００ナノメートル付近の波長帯域との双方に重なる広い範囲の発光帯域を持つ。
【００１５】
外乱光がタッチパネル１に入射しておらず且つ障害物が画面２に触れていないと、全ての受光センサ１３Ａ、１３Ｂは反応しない。反応するとは電流の出力が停まることを指し、反応しないとは電流の出力が定常的に続くことを指す。外乱光がタッチパネル１に入射しておらず、障害物が画面２に存在すると、遮光が生じる。いずれかの箇所において隣接する１組又は複数組の受光センサ１３Ａ、１３Ｂが反応する。
【００１６】
本実施形態では、受光センサ１３Ａ、１３Ｂの複数の対のうち一対以上が反応した際、これらの受光センサ１３Ａ、１３Ｂの対が出力する信号の電力のレベルの差を検出制御部１１が検出するようにしている。一例として、検出制御部１１は、交互に配置された受光センサ１３Ａ、１３Ｂの受光電力を検出制御部１１は走査していき、隣接する受光センサ１３Ａ、１３Ｂ間で受光レベルに差が存在するかどうかを感知するようにしている。受光レベルとは受光電力のレベルを指す。この計算は１走査期間の間に行われる。例えば差が予め決めた値よりも大きいことを検出制御部１１が検出すると、障害物の存在を検知するようにしている。
【００１７】
受光センサ１３Ａは概ね７５０ナノメートルを中心波長とする短波長側の赤外線領域の光を検出する。受光センサ１３Ｂは概ね１０００ナノメートルを中心波長とする長波長側の赤外線領域の光を検出する。短波長側の赤外線領域の帯域成分を長波長側のそれよりも多く含む外乱光に対して、受光センサ１３Ａの受光レベルは受光センサ１３Ｂの受光レベルよりも大きい。長波長側の赤外線領域の帯域成分を短波側のそれよりも多く含む外乱光に対して、受光センサ１３Ａの受光レベルは受光センサ１３Ｂの受光レベルよりも小さい。
【００１８】
外乱光が受光センサ１３Ａ、１３Ｂに入射すると、受光センサ１３Ａ、１３Ｂは０よりも大きいレベルを持つ電流を出力する。外乱光がタッチパネル１に入射した状況では、受光部７、８のいずれの箇所においても受光センサ１３Ａ及び受光センサ１３Ｂからそれぞれ０よりも大きく且つ互いに異なるレベルの電流を検出制御部１１は入力されるようにされている。外乱光が入射し且つ障害物が画面２に触れている場合、隣接する１組又は複数組の受光センサ１３Ａ、１３Ｂのうち一方が遮光によって反応状態が延々と続き、他方は０よりも大きいレベルを持つ電流を出力し続ける。隣接する受光センサ１３Ａ、１３Ｂ間でのこの電力レベルの差を掃引により感知することによって、検出制御部１１は外乱光が存在している状況であっても、障害物が触れていることを検知可能になっている。
【００１９】
図３は駆動部９、選択部１０及び検出制御部１１のブロック図の一例を示す図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。
【００２０】
駆動部９はドライブ回路１５に接続されている。このドライブ回路１５は、複数のスイッチング素子１６に接続されており、これらのスイッチング素子１６のうち、垂直走査用、水平走査用の２つを選択する。全ての発光素子１２のうち、画面２の右辺の周囲に上下に配列された発光素子１２は発光部５を構成し、残りの画面２の下辺の周囲に左右に配列された発光素子１２は発光部６を構成する。駆動部９は、垂直方向と水平方向とに順次発光素子１２を掃引駆動する。駆動部９は発光部５のうちの１個の発光素子１２と、発光部６のうちの１個の発光素子１２とが点灯するようにして２つのスイッチング素子１６を切替え選択し、これらの発光部５、６の点灯駆動を行う。
【００２１】
選択部１０はドライブ回路１７に接続されている。このドライブ回路１７は、複数のスイッチング素子１８に接続されており、これらのスイッチング素子１８のうちの垂直走査用、水平走査用２つを選択する。受光センサ１３Ａと受光センサ１３Ｂとの総和をとった全てのうち、画面２の左辺の周囲に上下に配列された受光センサ１３Ａ、１３Ｂは受光部７を構成する。残りの画面２の上辺の周囲に左右に配列された受光センサ１３Ａ、１３Ｂは受光部８を構成する。選択部１０は、駆動部９の切替えタイミングと同期したタイミングにより、垂直方向と水平方向とに順次受光センサ１３Ａ、１３Ｂを選択する。選択部１０は、受光部７のうちの１個の受光センサ１３Ａ（又は１３Ｂ）と、受光部８のうちの１個の受光センサ１３Ａ（又は１３Ｂ）とが動作するようにして２つのスイッチング素子１８を切替え選択し、これらの受光部７、８を選択制御する。
【００２２】
各スイッチング素子１６と、バイアス用の抵抗器１９と、電源供給ライン２０とはドライブ回路１５を構成する。各スイッチング素子１８と、バイアス用の抵抗器２１と、電源供給ライン２０とはドライブ回路１７を構成する。
【００２３】
また、検出制御部１１は、増幅器２２、Ａ／Ｄ変換器２３、ＣＰＵ２４、ＲＯＭ２５及びＲＡＭ２６を備えている。ｎ個の発光素子１２の各一端はプルアップされており、これらの発光素子１２の各他端にはスイッチング素子１６が直列に接続されている。これらのスイッチング素子１６は抵抗器１９を介して接地されている。全部でｎ個の受光センサ１３Ａ、１３Ｂの各一端もプルアップされており、これらの受光センサ１３Ａ、１３Ｂの各他端にはスイッチング素子１８が直列に接続されている。これらのスイッチング素子１８は抵抗器２１を介して接地されている。
【００２４】
抵抗器２１及びスイッチング素子１８間の接続点には、増幅器２２が接続されている。全ての受光センサ１３Ａ、１３Ｂのうちの一つが選択的に増幅器２２の入力ポートへ入力される。この増幅器２２からの増幅出力はＡ／Ｄ変換器２３を介してＣＰＵ２４に入力される。ＣＰＵ２４は、増幅器２２の出力ポートからＡＤ変換された電流量のレベルを逐次ＲＡＭ２６に書込み、光路マトリクス情報をＲＡＭ２６の記憶領域上で生成する。
【００２５】
ＲＯＭ２５は障害物の座標を検出する実行プログラムを格納する。ＲＡＭ２６は、受光センサ１３Ａ又は１３Ｂの１個の出力電流の電流量を記憶する。ＣＰＵ２４は駆動部９、選択部１０へ制御信号を入力し、各スイッチング素子１６、１８を駆動する。ＣＰＵ２４は１回の走査期間内に垂直方向の一端及び水平方向の一端を開始位置とし、垂直方向の他端及び水平方向の他端を終了位置とする走査を実行する。ＣＰＵ２４はｎ回の走査を行ってｎ対の送受光センサの走査を完了させる。
【００２６】
一例として、検出制御部１１は垂直方向１組と、水平方向１組とを選択して駆動し、交差点情報と、受光センサ１３Ａ、１３Ｂの受光レベルとをＲＡＭ２６に書込みしていく。検出制御部１１は発光素子１２を掃引駆動する。検出制御部１１は、発光部５、受光部７間の複数本の送受光の経路と、発光部６、受光部８間の複数本の送受光の経路との交差点を１個ずつシフトさせながら、反応箇所の有無を掃引していく。画面２上の任意の位置を障害物が存在すると、接触位置にて交差する縦横の光路が遮られる。１本又は複数本の光路上の受光センサ１３Ａ、１３Ｂが受光できない状態となる。複数本の光路とは、受光部７、８の解像度、分解能に応じて複数の光路が遮られることを指す。ＣＰＵ２４は、遮光された受光センサ１３Ａ、１３Ｂから、接触位置の座標位置を特定する。ＣＰＵ２４は、受光センサ１３Ａ、１３Ｂ間の受光レベルの差が大きい点の座標を障害物の位置情報として記憶する等により検出を実行する。
【００２７】
また、受光部７は受光センサ１３Ａ、１３Ｂを交互に配置している。受光部７内では、受光センサ１３Ａの個数と、受光センサ１３Ｂの個数とは同じであるか、あるいはいずれか一方が他方よりも１個多い。受光部８も、受光センサ１３Ａ、１３Ｂを交互に配置している。受光部８内でも、受光センサ１３Ａの個数と、受光センサ１３Ｂの個数とは同じか、あるいはいずれか一方が他方よりも１個多い。受光部７から１箇所、受光部８から１箇所の２箇所から出力される電気信号を選択部１０は検出制御部１１へ入力する。検出制御部１１は、受光センサ１３Ａ、１３Ｂの周密さの度合いに応じて決まる解像度あるいは分解能で障害物の位置の座標を検出するようにしている。
【００２８】
上述の構成のタッチパネル１に外乱光が入射しない状況で、何も画面２上に障害物が存在しないときに、ＣＰＵ２４に走査開始の指令が加えられる。例えば画面２に表示させる情報を司る別の制御部が、ユーザに対し入力を促す画面を表示させるときに、この別の制御部は、検出制御部１１へ指令を送る。ＣＰＵ２４は処理を開始する。タッチパネル１の動作原理について図４を参照して述べる。
【００２９】
図４はタッチパネル１へ外乱光が入射せず、障害物が存在しないときの光路マトリクスを示す図である。Ａは受光センサ１３Ａを表す。Ｂは受光センサ１３Ｂを表す。実線矢印は発光素子１２から受光センサ１３Ａへの光ビームの走査光路を表す。破線矢印は発光素子１２から受光センサ１３Ｂへの光ビームの走査光路を表す。受光センサ１３Ａへの走査光路と、受光センサ１３Ｂへの走査光路とを区別するために実線、破線により区別して表すこととする。
【００３０】
ＣＰＵ２４は、Ｙ軸最下に位置する発光部５の発光素子１２と、Ｘ軸最左に位置する発光部６の発光素子１２とを選択し、走査駆動を開始する。ＣＰＵ２４はＹ軸プラス方向に沿って発光部５内の発光素子１２を切替えるとともに、この発光素子１２に対面する受光部７内の受光センサ１３Ａ又は１３ＢをＹ軸プラス方向に沿って切替える。ＣＰＵ２４はＸ軸プラス方向に沿って発光部６内の発光素子１２を切替えるとともに、この発光素子１２に対面する受光部８内の受光センサ１３Ａ及び１３ＢをＸ軸プラス方向に沿って切替える。ＣＰＵ２４は走査速度で発光素子１２を順次切替えることにより、駆動走査する。左辺から上辺に亘ってｎ個の受光センサ１３Ａ、１３Ｂの出力電流は増幅器２２により増幅される。増幅器２２からの出力電圧はＡ/Ｄ変換され、ｎ個の受光センサ１３Ａ及び１３Ｂの全ての受光量がＲＡＭ２６に順次記憶される。
【００３１】
次に、外乱光が入射せず、障害物が存在するときに、ＣＰＵ２４は走査を指令される。図５はタッチパネル１へ外乱光が入射せず、障害物２７が存在するときの光路マトリクスを示す図である。記号Ａ、Ｂ等は図４の例と同じである。
【００３２】
人の指やタッチペンなどの障害物２７が開口３内の所定領域内の位置に接触し、その位置を通過する走査光路が遮断される。その走査光路上の受光センサ１３Ａ、１３Ｂは、対となる発光素子１２の発光タイミングで反応せず、これにより障害物２７のＸ、Ｙ座標が検出される。座標情報をＣＰＵ２４はＲＡＭ２６に記憶する。
【００３３】
次に、タッチパネル１に外乱光が存在する状況で使用される例について比較例を参照しつつ述べる。外乱光は、蛍光灯や白熱灯、水銀灯などの人工光源や太陽光のような自然光を含む。発光ダイオードからの放出光など半導体のバンドギャップで決まるエネルギの波長光以外の略全ての光が外乱光に相当する。部屋内に置かれたタッチパネル１へ遠距離の太陽光や強力な照明灯などの外乱光が照射される。
【００３４】
図６はタッチパネル１へ外乱光が入射し、障害物２７が存在するときの光路マトリクスを示す図である。右側の外乱光照射領域２８は外乱光により照射され続けている。図７は従来例に係る光学式タッチデバイスの構成要素の要部を示す図である。図８は従来例に係る光学式タッチデバイスへ外乱光が入射し、障害物２７が存在するときの光路マトリクスを示す図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。
【００３５】
図６に示す対３１は、受光センサ１３Ａ、１３Ｂの対を表す。対３２〜３８も同様である。外乱光が短波長側の赤外線領域の帯域成分を長波長側のそれよりも多く含む場合、受光センサ１３Ａの受光レベルは大きくなる。外乱光照射領域２８では受光センサ１３Ａは無反応の状態が続き、対３１〜３８の各受光センサ１３Ａは検出に使用できない状態になる。
【００３６】
検出制御部１１は、交互に配置された対３１〜３８から出力される電流信号の電力を対３１から対３８へ向かって走査していく。対３４、３５では、各受光センサ１３Ｂからの受光レベルが小さい。対３１、３２、３３、３６、３７、３８の各受光センサ１３Ｂからは０よりも大きいレベルの電力を検出制御部１１は検知する。検出制御部１１は、各対３１〜３８内で受光センサ１３Ａ、１３Ｂ間の差が大きい位置を求め、対３４、３５において差が大きいことを感知する。あるいは対３３〜３６で、受光センサ１３Ｂの走査光路が遮光されることを検出制御部１１は検知する。障害物の存在が検知される。隣接する受光センサ１３Ａ、１３Ｂ間でのこの電力レベルの差を掃引することによって、検出制御部１１は外乱光が存在している状況であっても、障害物２７が触れていることが検知できる。
【００３７】
一例として、ＲＯＭ２５は次の４つの受光レベルの閾値を保持しておく。外乱光が入射せず走査光路が遮光されない状態での受光レベル。外乱光が入射し走査光路が遮光されない状態での受光レベル。外乱光が入射し走査光路が遮光された状態での受光レベル。外乱光が入射せず走査光路が遮光された状態での受光レベル。検出制御部１１は対３１〜３８の間で障害物の位置を求めるに当たり、これらの受光レベルを元に反応、無反応を検出する。
【００３８】
従来例に係る光学式タッチパネル（又は光学式タッチデバイス）１００は、図７に示すように、受光センサ９０を垂直方向及び水平方向の検出素子として使用している。受光センサ９０は短波長側の赤外線領域の光を検出するものである。ここでは受光センサ９０を受光センサＡと呼ぶ。垂直及び水平の各方向でタッチパネル１００は全て同じ受光特性を有する。図８中のＡは受光センサＡを表す。
【００３９】
図８からわかるように、光学的タッチパネル１００は、障害物２７（遮蔽物）により受光部への受光が遮られることでこの障害物２７の座標を識別する仕組みにより検出している。しかし、日差しの方向が変わると、受光センサＡに外乱光が入射し続けることがある。受光している状態が続くと、障害物２７が存在する箇所はタッチデバイス等を触れたとしても受光センサＡは無反応になる。受光センサＡのみを使用して構成された従来例では、タッチデバイスを用いて検出することが一時的に不可能になることがある。
【００４０】
これに対して、タッチパネル１は、図６に示すように、外乱光によって受光センサ１３Ａ（受光センサＡ）が使用不可能になっても、受光特性がこれと異なる受光センサ１３Ｂ（受光センサＢ）によって障害物２７を認識する事ができる。この場合、タッチパネル１が使用不可能に陥ることが回避されるようになる。
【００４１】
かかる構成を講じた本実施形態によれば、受光特性の異なる受光センサ１３Ａ、１３Ｂを用いるため、窓際などの強い日照光が放射されるような場所にタッチパネル１を設置する場合や、朝夕の時間経過に依存して変化する日照光や様々な照明光に対して、従来例の光学式タッチパネル１００では操作不可能な状態に陥る可能性を持つ外乱光が発生したときも使用が可能になる。照明光とは屋内の電飾装置や広告、看板といったＬＥＤ、ネオン菅といった照明等を含む。電飾装置等が夜間、点灯、点滅したとしてもタッチパネル１は誤動作なく使用することができる。
【００４２】
これによって、外乱光により、タッチパネル１が受ける影響を低減させる方法が提供されるようになる。光学式を採用したタッチデバイスにおける、外乱光に対しての対策技術が実現される。
【００４３】
（変形例）
図９、図１０を参照して、２つの変形例について述べる。これらの変形例に係る光学式タッチデバイスは図１のタッチパネル１と略同様の構成を有する。
【００４４】
図９に、第１の変形例に係る光学式タッチデバイスへ外乱光が入射し、障害物２７が存在するときの光路マトリクスを示す。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。同図中、"Ａ"で表す受光センサ１３Ａは上側の一辺に配置されている。"Ｂ"で表す受光センサ１３Ｂは、左側の一辺に配置されている。実線矢印は発光素子１２から受光センサ１３Ａへの光ビームの走査光路を表す。破線矢印は発光素子１２から受光センサ１３Ｂへの光ビームの走査光路を表す。
【００４５】
このような構成のタッチパネル１Ａでは、検出制御部１１は、交互に配置された対３１〜３８からの受光電力を対３１から対３８へ向かって走査していく。対３４、３５の受光レベルは、対３１〜３８の受光レベルよりも小さいことを検出制御部１１は感知する。対３４、３５の２組の受光センサ１３Ａが反応していることを検出制御部１１は検出できる。
【００４６】
強い蛍光灯の下部にタッチパネル１Ａが設置されると、このタッチパネル１Ａには、受光センサ１３Ａの受光帯域成分を含み、一定の光強度を持つ照明光が常時照射され続けることが起こる。この第１の変形例では、蛍光灯から放射される照明光が有する支配的な波長帯域とは異なる波長帯域に受光感度を有する受光センサ１３Ｂをタッチパネル１Ａに設けておく。
【００４７】
例えば室内で蛍光灯の下部に設置された状態で使用されるタッチパネル１Ａは一定の光強度を持つ外乱光が常時入射され続ける。蛍光灯のような特定の外乱光に対して特化した構造をとることによって、タッチパネル１Ａを恒常的に使用することが可能になる。
【００４８】
また、図１０は第２の変形例に係る光学式タッチデバイスへ外乱光が入射し、障害物２７が存在するときの光路マトリクスを示す図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。実線矢印は発光素子１２から受光センサ１３Ａへの光ビームの走査光路を表す。破線矢印は発光素子１２から受光センサ１３Ｂへの光ビームの走査光路を表す。
【００４９】
同図では従来例で使用されていた受光センサ１３Ａと、この受光センサ１３Ａの受光特性と異なる受光特性を持つ受光センサ１３Ｂとが、不定間隔に配置されている。例えば縦列では"Ｂ"、"Ａ"、"Ａ"が繰返され、受光センサ１３Ｂの出現間隔が不定間隔である。
【００５０】
このような構成のタッチパネル１Ｂでは、対３１〜３８の受光電力を検出制御部１１は走査していく。対３４、３５、３６では、各受光センサ１３Ｂからの受光レベルが小さい。対３３、３７からは０よりも大きいレベルの電力が検知される。対３４、３５あるいは対３４〜３６で走査光路が遮光されることを検出制御部１１は検知する。
【００５１】
朝夕等の一定時間帯の外乱光に対して強い受光センサ１３Ｂを少数配置しておくことによって、使用不可能な時間帯をなくす事が可能になる。少数とは、受光センサ１３Ｂの数が受光センサ１３Ａ、１３Ｂの総和に比べて少ない数であることを指す。
【００５２】
以上のように実施の形態に係る光学式タッチデバイスによれば、窓際などの強い日照光が放射されるような場所に設置する場合や、朝夕の時間経過に依存して変化する様々な日照光や照明光に対して、通常の光学式のタッチデバイスでは操作不可能状態に陥る外乱光が発生したときも使用が可能になる。
【００５３】
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。上記実施形態では、光学式タッチデバイスはタッチパネルであったが、ＰＯＳ端末装置、テレビ電話、ナビゲーション装置のタッチスクリーンや、ブラウン管、プラズマディスプレイのポインティングデバイスに用いることができる。
【００５４】
上記実施形態では障害物の位置を検出するために、受光センサ１３Ａ、１３Ｂの受光レベルを走査していき受光レベルの差が大きく観測された箇所を障害物の位置としていた。この障害物の位置を検出する方法はこの方法に限定されるものではなく、ＣＰＵ２４は種々のアルゴリズムを用いて障害物の位置を検出することが可能であることは言うまでもない。この検出態様の変形をして実施したに過ぎない発明に対しても本発明の優位性は何ら損なわれるものではない。これらの変形した発明の実施は特許請求の範囲に規定された発明の範囲及びその均等範囲内に入る。
【００５５】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１，１Ａ，１Ｂ…タッチパネル（光学式タッチデバイス）、２…画面、３，３Ａ，３Ｂ…開口、４…ハウジング、５，６…発光部、７，８…受光部、９…駆動部、１０…選択部、１１…検出制御部、１２…発光素子、１３Ａ，１３Ｂ…受光センサ、１４Ａ，１４Ｂ…特性曲線、１５，１７…ドライブ回路、１６，１８…スイッチング素子、１９，２１…抵抗器、２０…電源供給ライン、２２…増幅器、２３…Ａ／Ｄ変換器、２４…ＣＰＵ、２５…ＲＯＭ、２６…ＲＡＭ、２７…障害物、２８…外乱光照射領域、３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８…対。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状の画面が露出する開口を有するハウジングと、
このハウジングの前記開口の隣接する２辺に設けられ、それぞれ赤外線を放射する複数の発光素子と、
これらの発光素子を順次切替えて点灯駆動する駆動部と、
この駆動部による切替えのタイミングと同期したタイミング信号を出力し、各発光素子による走査光路が遮光されたことを検知して前記画面上に存在する障害物の位置を検出する検出制御部と、
この検出制御部が出力した前記タイミング信号によって選択され、前記複数の発光素子のいずれかより放射された前記赤外線の受光結果を前記検出制御部へ出力し、前記開口の残りの２辺に設けられた複数の受光センサと、を備え、
これらの受光センサは、互いに異なる受光特性を有する複数種類の受光センサを配置したことを特徴とする光学式タッチデバイス。
【請求項２】
前記開口の一辺に設けられた複数個の前記受光センサのうち、少なくとも１箇所において隣接する一対の受光センサは互いに受光特性が異なることを特徴とする請求項１記載の光学式タッチデバイス。
【請求項３】
互いに隣接し受光特性が異なる一対の受光センサが前記一辺に沿って交互に設けられたことを特徴とする請求項２記載の光学式タッチデバイス。
【請求項４】
前記複数の受光センサの受光感度の波長特性は互いに異なる波長帯域で受光感度を有し、各受光センサは外乱光に対して互いに異なるレベルの受光電力を出力し、
前記検出制御部は、前記複数の受光センサの間で受光レベルを掃引し、前記受光レベルの差によって前記障害物の位置を検出することを特徴とする請求項１記載の光学式タッチデバイス。
【請求項５】
前記検出制御部による検出は、前記外乱光が入射せず前記走査光路が遮光されない状態での受光レベルと、前記外乱光が入射し前記走査光路が遮光されない状態での受光レベルと、前記外乱光が入射し前記走査光路が遮光された状態での受光レベルと、前記外乱光が入射せず前記走査光路が遮光された状態での受光レベルとを用いることを特徴とする請求項４記載の光学式タッチデバイス。
【請求項１】
矩形状の画面が露出する開口を有するハウジングと、
このハウジングの前記開口の隣接する２辺に設けられ、それぞれ赤外線を放射する複数の発光素子と、
これらの発光素子を順次切替えて点灯駆動する駆動部と、
この駆動部による切替えのタイミングと同期したタイミング信号を出力し、各発光素子による走査光路が遮光されたことを検知して前記画面上に存在する障害物の位置を検出する検出制御部と、
この検出制御部が出力した前記タイミング信号によって選択され、前記複数の発光素子のいずれかより放射された前記赤外線の受光結果を前記検出制御部へ出力し、前記開口の残りの２辺に設けられた複数の受光センサと、を備え、
これらの受光センサは、互いに異なる受光特性を有する複数種類の受光センサを配置したことを特徴とする光学式タッチデバイス。
【請求項２】
前記開口の一辺に設けられた複数個の前記受光センサのうち、少なくとも１箇所において隣接する一対の受光センサは互いに受光特性が異なることを特徴とする請求項１記載の光学式タッチデバイス。
【請求項３】
互いに隣接し受光特性が異なる一対の受光センサが前記一辺に沿って交互に設けられたことを特徴とする請求項２記載の光学式タッチデバイス。
【請求項４】
前記複数の受光センサの受光感度の波長特性は互いに異なる波長帯域で受光感度を有し、各受光センサは外乱光に対して互いに異なるレベルの受光電力を出力し、
前記検出制御部は、前記複数の受光センサの間で受光レベルを掃引し、前記受光レベルの差によって前記障害物の位置を検出することを特徴とする請求項１記載の光学式タッチデバイス。
【請求項５】
前記検出制御部による検出は、前記外乱光が入射せず前記走査光路が遮光されない状態での受光レベルと、前記外乱光が入射し前記走査光路が遮光されない状態での受光レベルと、前記外乱光が入射し前記走査光路が遮光された状態での受光レベルと、前記外乱光が入射せず前記走査光路が遮光された状態での受光レベルとを用いることを特徴とする請求項４記載の光学式タッチデバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−５３８４０（Ｐ２０１２−５３８４０Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９７８９８（Ｐ２０１０−１９７８９８）
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３日（２０１０．９．３）
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
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