專利名稱：光掃描型觸摸屏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用指示物在作為觸摸對象區(qū)域規(guī)定的、如計(jì)算機(jī)的顯示畫面等平面上觸摸從而輸入信息的光掃描型觸摸屏。
在用觸摸方式對顯示在個人用計(jì)算機(jī)等畫面上的信息進(jìn)行輸入操作時，需要高精度地檢測出在其顯示畫面上的接觸位置(指示位置)。作為檢測顯示畫面上的指示位置的方法“加洛爾(Carol)方式”(美國專利4267443號)已眾所周知。該方法通過在顯示畫面前面的框架上相對配置發(fā)光元件和接收光元件，在顯示畫面的前面構(gòu)成光的矩陣，檢測出利用手指或筆的接觸而造成的光的遮斷位置。用該方法可以獲得高的S/N，故也可以擴(kuò)展用于大型的顯示裝置，但因檢測的分辨能力正比于發(fā)光元件及接收光元件的配置間隔，所以，要提高檢測的分辨能力，必須使其配置間隔變窄。因此，要在用象筆尖之類的細(xì)小物體接觸大畫面時也能夠精度良好地檢測出其接觸位置，必須增大應(yīng)該配置的發(fā)光元件及接收光元件的數(shù)量，從而，在存在構(gòu)成龐大的問題的同時，還存在信號處理復(fù)雜的問題。
此外，公開專利昭57-211637號公報(bào)還開示有其他的光學(xué)的位置檢測方法。該方法由顯示畫面外側(cè)有角度地掃描象激光線那樣的變細(xì)的光線，根據(jù)來自具有反射體的專用筆的反射光中的2個定時分別求專用筆存在的角度，把求得的角度應(yīng)用于三角測量原理，通過計(jì)算檢測出座標(biāo)位置。用該方法可以大幅度地削減部件個數(shù)，此外，還可以具有高的分辨能力。但是，該方法必須使用專用的反射筆等，在操作性上存在問題，此外，還不能檢測出手指、任意的筆等的位置。
在公開專利昭62-5428號公開專利中曾提案有另外的光學(xué)的位置檢測方法。該方法是在顯示畫面的兩側(cè)框上配置光再現(xiàn)性反射體，檢測有角度地掃描的光線從該光再現(xiàn)性反射體返回的光，根據(jù)利用手指或筆遮斷光線的定時求出手指或筆的存在角度，用三角測量原理由所求得的角度檢測出座標(biāo)位置。用該方法可以用較少的部件個數(shù)維持檢測精度，也能夠檢測出手指、任意的筆等的位置。
但是，公開專利昭62-5428號公開專利所開示的方式有時受指示物的大小或位置的影響，所檢測出的位置會偏離開實(shí)際接觸的位置。另外，還存在在檢測手指的接觸位置時，對手指以外的手掌或肘突入的情況，會把該手或肘的位置誤檢測為接觸位置，不能特定手指的位置的問題。
另外，在過去的方法中，多數(shù)情況是發(fā)出掃描光的發(fā)光元件被配置成其所發(fā)出的光的光軸平行于掃描面的狀態(tài)，此外，接收反射回來的掃描光的接收光元件大多也是被配置成其接收的光的指向方向與掃描面成平行的狀態(tài)。因此，因光的發(fā)射接收元件較大型化而妨礙裝置整體的小型化的情況很多。
還有，顯示畫面一般都是矩形(長方形)的，掃描區(qū)域多數(shù)情況也是配合顯示畫面而設(shè)計(jì)的，因此，在該情況下大多是通過采用在顯示畫面的邊緣平行地排列有發(fā)光元件、接收光元件、光掃描元件等的配置來謀求裝置的小型化。但是，在采用這樣的配置時，會出現(xiàn)光掃描元件所形成的掃描光因被發(fā)光元件、接收光元件等遮擋而不能獲得足夠的掃描角的問題。
在過去的方法中，存在因接收光元件的溫度變化等對靈敏度的影響導(dǎo)致偏置電壓變化而不能進(jìn)行準(zhǔn)確的測定的可能性。
再有，在過去的方法中，一次掃描中的接收光元件接收反射光的時間對應(yīng)各個裝置的多面體反射鏡的旋轉(zhuǎn)速度的偏差而各不相同，對制造者而言對各個裝置進(jìn)行調(diào)整的工作十分煩瑣，且也無法對應(yīng)出廠后的變動。
此外，在過去的方法中，還存在有在掃描面上存在2個或2個以上的指示物時不能進(jìn)行準(zhǔn)確的位置檢測的問題。
本發(fā)明的目的之一在于提供了一種通過判定指示物的大小，能夠準(zhǔn)確地檢測出在作為觸摸對象而規(guī)定的平面(下面只稱為座標(biāo)面)上進(jìn)行過指示的指示物的位置的光掃描型觸摸屏或者光掃描型輸入裝置。
本發(fā)明的另一個目的在于提供在使用手指或筆指示位置時，對手掌或肘突入的情況，通過確定其檢測出的位置無效而能檢測出使用手指或筆的正確的指示位置的光掃描型觸摸屏。
本發(fā)明的再一個目的在于提供在一般的情況下通過采取接收光元件及光掃描元件比發(fā)光元件更遠(yuǎn)離矩形座標(biāo)面的邊緣的配置來防止光掃描元件的掃描光被發(fā)光元件、接收光元件等遮擋，而能夠獲得足夠的掃描角的光掃描型觸摸屏。
本發(fā)明的又一個目的在于提供通過把發(fā)射掃描光的發(fā)光元件配置成其所發(fā)出的光的光軸與掃描面交叉的狀態(tài)，及把接收反射回來的掃描光的接收光元件也配置成其所接收的光的指向方向與掃描面交叉的狀態(tài)，來小型化光發(fā)射接收部件、以及相關(guān)的小型化整體的光掃描型觸摸屏。
本發(fā)明的再一個目的在于提供排除了使用半反射鏡時的光分離器的缺點(diǎn)的光掃描型觸摸屏。
本發(fā)明的又一個目的在于提供排除受接收光元件的溫度變化等造成的靈敏度變化的影響并可進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測的光掃描型觸摸屏。
本發(fā)明的另一個目的在于提供可自動地校正一次掃描中接收光元件接收反射光的時間在各個裝置上的偏差，以及也能簡單地對應(yīng)出廠后的變動的光掃描型觸摸屏。
本發(fā)明的再一個目的在于提供了一種因在掃描面內(nèi)存在2個或2個以上指示物時，不能進(jìn)行正確的位置檢測的狀態(tài)較多情況下只是臨時的狀態(tài)，故可確定在該種情況下不進(jìn)行位置檢測而避免無用的混亂的光掃描型觸摸屏。
本發(fā)明之光掃描型觸摸屏在矩形狀座標(biāo)面的至少3個邊上設(shè)置光再現(xiàn)性反射部件，在座標(biāo)面的外側(cè)至少設(shè)置2個在與座標(biāo)面實(shí)際平行的平面內(nèi)有角度地掃描光的光掃描元件，以及2個具有檢測利用光的光再現(xiàn)性反射元件反射的來自該光掃描元件的反射光的接收光元件的光發(fā)射接收單元，根據(jù)用接收光元件檢測到的接收光量檢測出指示物的存在和此時的掃描角度，對應(yīng)該檢測結(jié)果，測量被指示物遮斷的光掃描的遮斷范圍，同時，計(jì)算出該指示物的位置，即指示位置。
另外，在掃描光的角速度恒定時，可以根據(jù)掃描時間的信息獲得掃描角度的信息。另外，還可以根據(jù)測量出來的遮斷范圍和計(jì)算出來的指示位置，計(jì)算出指示物的截面長度，同時，也可以對應(yīng)該計(jì)算出來的截面長度求出指示物的尺寸信息。這樣，在本發(fā)明中，可以獲得指示物的位置和大小的信息。
如果觸摸座標(biāo)面預(yù)先保存想定的各種物體的尺寸信息，便可以對實(shí)際求得的指示物的尺寸信息和該預(yù)先保存的尺寸信息進(jìn)行比較，對應(yīng)其比較的結(jié)果可判定現(xiàn)在的指示物的種類。進(jìn)而，可判斷該指示物是否是用于進(jìn)行實(shí)際位置指定的指示物，且僅在該指示物確實(shí)是用于進(jìn)行位置指定的指示物時，才確定其遮斷范圍的測量結(jié)果及指示位置的計(jì)算結(jié)果有效。因而，可以防止誤檢測錯誤的指示物給出的指示位置，并保證總是能夠檢測出利用正確的指示物所做的位置指示。
如果接近座標(biāo)面的檢測區(qū)域的兩端部，在各個光發(fā)射接收單元上進(jìn)一步各配置2個接收由光的光再現(xiàn)性反射部件反射的來自該光掃描元件的反射光的接收光元件，則可以把這些接收光元件的接收光信號作為掃描開始/結(jié)束的定時信號進(jìn)行利用。此外，如果接近座標(biāo)面的檢測區(qū)域的兩端部，在各個光發(fā)射接收單元上進(jìn)一步各配置2個反射發(fā)光元件發(fā)出的光并使之入射到接收光元件的反射元件，則可以把由這些反射元件的反射光得到的接收光信號作為掃描開始/結(jié)束的定時信號進(jìn)行利用。
如果在座標(biāo)面和光再現(xiàn)性反射部件之間設(shè)置不放入指示物的區(qū)域，則無論指示物處于座標(biāo)面上的任何位置，都可以準(zhǔn)確地得到掃描開始/結(jié)束的定時并能準(zhǔn)確地檢測出指示位置。
還有，利用發(fā)光元件的掃描光是脈沖光，并控制該脈沖發(fā)光。例如，如果是足夠短周期的脈沖光，則脈沖數(shù)和掃描角度可以一一對應(yīng)。另外，通過或縮短每次的發(fā)光時間，或減小每次的發(fā)光強(qiáng)度，或加長發(fā)光周期等，可以降低發(fā)光元件發(fā)出的平均輻射能。再有，如果錯開在各自的光掃描時的掃描開始定時，則即便發(fā)光周期變長也不會出現(xiàn)指示物的漏檢。
發(fā)光元件及接收光元件的配置應(yīng)該考慮由光掃描元件發(fā)出的掃描光不被輔助發(fā)光元件及接收光元件的構(gòu)成要素遮擋。由此，可使光掃描元件發(fā)出的掃描光在掃描區(qū)域方向進(jìn)行充分的掃描，并獲得足夠的掃描角。
另外，在配置發(fā)光元件時，要使發(fā)光元件的發(fā)光方向可以和光掃描元件的掃描面交叉，進(jìn)而，在配置接收光元件時，要使接收光元件的接收光的指向性方向能和光掃描元件的掃描面交叉。由于是這樣考慮的發(fā)光元件及接收光元件的配置，所以，可以實(shí)現(xiàn)光發(fā)射接收單元的小型化，以及與此相伴的裝置整體的小型化。
此外，上述光發(fā)射接收單元具有讓發(fā)光元件發(fā)出的光通向光掃描元件，進(jìn)而還具有讓光再現(xiàn)性反射部件反射的反射光分離到接收光元件方向的光分離元件，且該光分離元件具有讓光再現(xiàn)性反射元件反射的反射光反射到接收光元件方向的反射面、及具有貫通用于使發(fā)光元件發(fā)出的光通過光掃描元件的反射面和其背面間的開口的反射體。并用該開口控制由發(fā)光元件通向光掃描元件的光。
在上述構(gòu)成中，反射體的反射面和其背面是不平行的構(gòu)成。利用反射體的反射面不與其背面平行，可降低發(fā)光元件發(fā)出的光直接被接收光元件接收的比例。
在上述構(gòu)成中，還具有其反射面和座標(biāo)面相交叉的反射鏡，光掃描元件在發(fā)光元件發(fā)出的光和座標(biāo)面相交叉的面內(nèi)掃描，反射鏡在和座標(biāo)面平行的面內(nèi)反射光掃描元件在和座標(biāo)面交叉的面內(nèi)掃描的光。因?yàn)槭窃诎l(fā)光元件發(fā)出的光和座標(biāo)面相交叉的面內(nèi)利用光掃描元件進(jìn)行掃描，在反射鏡和座標(biāo)面平行的面內(nèi)反射在光掃描元件和座標(biāo)面相交叉的面內(nèi)掃描的光，所以，可使裝置構(gòu)成小型化。此時，如果讓反射鏡的反射面相對座標(biāo)面按45°交叉，則可在發(fā)光元件發(fā)出的光和座標(biāo)面正交的面內(nèi)利用光掃描元件掃描，進(jìn)一步小型化裝置構(gòu)成。
本發(fā)明的其他的光掃描型觸摸屏具有上述的光再現(xiàn)性反射部件及至少2個的光發(fā)射接收部件；通過比較由接收光元件獲得的接收光信號和規(guī)定的閾值，在座標(biāo)面內(nèi)存在指示物時檢測出由指示物造成的遮斷定時的比較器；根據(jù)光掃描元件形成的掃描角度及比較器的比較結(jié)果，測量由在座標(biāo)面內(nèi)的指示物造成的掃描光的遮斷范圍的測量器；根據(jù)該測量器的測量結(jié)果計(jì)算指示物在座標(biāo)面內(nèi)的位置及大小的計(jì)算器；檢測接收光元件接收光信號的最低電平(level)的信號電平檢測器；在利用該信號電平檢測器檢測出的信號的電平上加上規(guī)定值的加法器；把利用該加法器獲得的相加值作為閾值設(shè)定在比較器上的閾值設(shè)定器。由于是檢測出接收光元件接收光信號的最低電平，并在比較器上把在該檢測出的信號電平上加上規(guī)定值后的值設(shè)定為閾值，所以，不會受到靈敏度變化等原因造成的接收光信號的電平變動的影響。
在上述構(gòu)成中，信號電平檢測器在檢測接收光元件接收光信號的最低電平的同時，在座標(biāo)面內(nèi)不存在指示物的狀態(tài)下檢測接收到掃描光的接收光元件接收光信號的最低電平，加法器把利用信號電平檢測器檢測出來的二個值的中間值加到接收光元件接收光信號的最低電平上。由此，比較器的閾值可被設(shè)置成最佳值。
本發(fā)明的另外其他的光掃描型觸摸屏具有上述的光再現(xiàn)性反射部件、至少2個的光發(fā)射接收單元、比較器、測量器及計(jì)算器、計(jì)時在座標(biāo)面上不存在指示物時接收光元件的接收光信號的電平持續(xù)時間的計(jì)時器，且計(jì)時器在利用計(jì)時器計(jì)時的時間內(nèi)比較器的比較結(jié)果發(fā)生變化時進(jìn)行測量。因?yàn)槭怯?jì)時座標(biāo)面上不存在指示物時接收光元件的輸出信號的電平持續(xù)時間，且在該計(jì)時的時間內(nèi)比較器的比較結(jié)果發(fā)生了變化時進(jìn)行測量，所以，無需進(jìn)行對各個裝置的個別調(diào)整。
在上述構(gòu)成中，利用計(jì)時器的計(jì)時是在起動時自動地運(yùn)行，或者在給予了規(guī)定的指示時運(yùn)行。因?yàn)槭窃谄饎訒r自動地、或者在給予了規(guī)定的指示時運(yùn)行利用計(jì)時器的計(jì)時，所以，可以自動地校正每一次掃描時接收光元件接收反射光的時間在各個裝置中的偏差。
本發(fā)明的另外其他的光掃描型觸摸屏具有上述的光再現(xiàn)性反射部件、至少2個的光發(fā)射接收部件、比較器、測量器及計(jì)算器、及每當(dāng)所檢測的座標(biāo)面上存在指示物造成的遮斷定時時，便計(jì)算其次數(shù)的計(jì)數(shù)器，測量器在計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值超過2時不進(jìn)行測量。由于在比較器2次以上檢測出因座標(biāo)面上存在指示物而造成的遮斷定時時不進(jìn)行利用測量器的測量，所以，可以預(yù)先避免陷入不能檢測的狀態(tài)而導(dǎo)致產(chǎn)生無法使用的混亂之類的事態(tài)。
在上述這樣的本發(fā)明之光掃描型觸摸屏中，如果用具有3至6個面的反射面的多面體反射鏡構(gòu)成光掃描元件，則可以減小構(gòu)成光掃描元件的多面體反射鏡的構(gòu)成。
這里，本發(fā)明中的“觸摸”，并非僅限于指示物接觸座標(biāo)面的情況，也包括指示物不接觸座標(biāo)面的情況(非接觸觸摸)。換言之，本發(fā)明也適用于指示物不接觸座標(biāo)面而位于其上方的情況。
通過以下結(jié)合附圖的實(shí)施例，本發(fā)明以上和進(jìn)一步的目的和特征將正清楚。


圖1所示是表示本發(fā)明之光掃描型觸摸屏(第1實(shí)施例)的基本構(gòu)成的原理圖。圖2所示是表示光發(fā)射接收單元的內(nèi)部構(gòu)成及光路的原理圖。圖3所示是表示光發(fā)射接收單元的構(gòu)成例的原理平面圖。圖4所示是表示光發(fā)射接收單元的構(gòu)成例的原理側(cè)面圖。圖5所示是表示光發(fā)射接收單元的構(gòu)成例的原理斜視圖。圖6所示是本發(fā)明之光掃描型觸摸屏(第1實(shí)施例)的方框圖。圖7所示是表示本發(fā)明之光掃描型觸摸屏(第1實(shí)施例)的實(shí)施狀態(tài)的原理圖。圖8A、8B是表示接收光信號的電平變化的時序圖。圖9是表示用于進(jìn)行座標(biāo)檢測的三角測量原理的原理圖。圖10所示是表示指示物及遮斷范圍的原理圖。圖11是表示接收光信號和掃描角度和掃描時間的關(guān)系的時序圖。圖12所示是遮斷時間測量算法的流程圖。圖13所示是截面長度測量原理的原理圖。圖14所示是指示物的種類確定算法的流程圖。圖15所示是表示本發(fā)明之光掃描型觸摸屏(第2實(shí)施例)的基本構(gòu)成的原理圖。圖16所示是本發(fā)明之光掃描型觸摸屏(第2實(shí)施例)的方框圖。圖17A～17E是用于說明本發(fā)明之光掃描型觸摸屏(第2實(shí)施例)的動作的時序圖。圖18所示是表示本發(fā)明之光掃描型觸摸屏(第3施例)的基本構(gòu)成的原理圖。圖19所示是本發(fā)明之光掃描型觸摸屏(第3施例)的方框圖。圖20A～20C是用于說明本發(fā)明之光掃描型觸摸屏(第3實(shí)施例)的動作的時序圖。圖21A所示是表示本發(fā)明之光掃描型觸摸屏(第4施例)的基本構(gòu)成的原理平面圖。圖21B所示是表示本發(fā)明之光掃描型觸摸屏(第4施例)的基本構(gòu)成的原理截面圖。圖22A所示是表示再現(xiàn)性反射片的構(gòu)成的原理圖。圖22B所示是表示再現(xiàn)性反射片的入射角度和相對反射率之間的關(guān)系的圖表。圖23A～23D是表示接收光信號的電平變化的時序圖。圖24所示是本發(fā)明之光掃描型觸摸屏(第5施例)的方框圖。圖25A～25E是用于說明本發(fā)明之光掃描型觸摸屏(第5實(shí)施例)的動作的時序圖。圖26A、26B所示是表示脈沖發(fā)光的定時信號的時序圖。圖27A、27B是表示掃描光的放射狀態(tài)的原理圖。圖28A～28C所示是表示脈沖發(fā)光的定時信號的時序圖。圖29A、29B所示是脈沖發(fā)光的定時信號的時序圖。圖30所示是掃描光的放射狀態(tài)的原理圖。圖31所示是掃描脈沖的頻率數(shù)控制算法的流程圖。圖32所示是用于恒定地控制接收光量的構(gòu)成例的方框圖。圖33所示是用于恒定地控制接收光量的構(gòu)成例的方框圖。圖34所示是恒定地控制接收光量時的時序圖。圖35所示是用于恒定地控制接收光量的構(gòu)成例的方框圖。圖36所示是用于將接收光量和監(jiān)視結(jié)果進(jìn)行比較的構(gòu)成例的方框圖。圖37所示是用于將接收光量和監(jiān)視結(jié)果進(jìn)行比較的構(gòu)成例的方框圖。圖38所示是發(fā)光元件的驅(qū)動電路的構(gòu)成的方框圖。圖39A、39B是用于說明通過交替切換發(fā)光強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)限界的增加(提高S/N)例的波形圖。圖40所示是接收光信號檢測電路構(gòu)成例的方框圖。圖41A、41B是接收光信號電平的時序圖。圖42所示是光掃描遮斷時間測量系統(tǒng)的時間設(shè)定·時間測量部構(gòu)成例的方框圖。圖43A～43C所示是關(guān)于一次光掃描的定時的時間關(guān)系的時序圖。圖44所示是表示本發(fā)明之光掃描型觸摸屏(第6實(shí)施例)中的光發(fā)射接收單元的內(nèi)部構(gòu)成及光路的原理圖。圖45所示是光發(fā)射接收單元的構(gòu)成例的原理平面圖。圖46所示是光發(fā)射接收單元的構(gòu)成例的原理側(cè)面圖。圖47所示是光束分離器的具體構(gòu)成例的原理側(cè)面圖。圖48所示是本發(fā)明之光掃描型觸摸屏(第6施例)的方框圖。圖49所示是接收光信號檢測電路的構(gòu)成例的方框圖。圖50所示是本發(fā)明之光掃描型觸摸屏(第6施例)的實(shí)施狀態(tài)的原理圖。圖51A、51B所示是顯示畫面上不存在指示物時接收光信號及比較輸出信號的狀態(tài)的波形圖。圖52A、52B所示是接收光信號的電平變化的時序圖。圖53A、53B所示是接收光信號的處理算法的流程圖。圖54A、54B所示是顯示畫面上存在2個指示物時接收光信號及比較輸出信號的狀態(tài)的波形圖。圖55所示是光發(fā)射接收單元的其他構(gòu)成例的原理圖。圖56所示是光發(fā)射接收單元的其他構(gòu)成例的原理圖。圖57所示是多面體反射鏡的面數(shù)和尺寸之間的關(guān)系的圖表。
下面，根據(jù)示出其實(shí)施例的圖面詳細(xì)敘述本發(fā)明。(第1實(shí)施例)圖1所示是本發(fā)明之光掃描型觸摸屏的基本構(gòu)成的原理圖。圖1中的參考標(biāo)記10是個人計(jì)算機(jī)等電子機(jī)器的CRT或等離子顯示板(PDP、LCD、EL等)、投射式圖像顯示裝置等的顯示畫面，在本例中的構(gòu)成是具有橫方向92.0cm×縱方向51.8cm、對角線為105.6cm的顯示尺寸的PDP(等離子顯示板)的顯示畫面。如將在后面敘述的那樣，在規(guī)定的作為用于觸摸的目標(biāo)區(qū)域的角形平面(座標(biāo)面)的該長方形顯示畫面10的一個短邊(本例中為右側(cè)的邊)的兩角的外側(cè)，分別設(shè)置有其內(nèi)部具有包括發(fā)光元件、接收光元件、多面體反射鏡等的光學(xué)系統(tǒng)的光發(fā)射接收單元1a、1b。另外，在除顯示畫面10的右側(cè)邊以外的其他3個邊的外側(cè)，即上下兩側(cè)的邊及左側(cè)的邊的外側(cè)則設(shè)置有再現(xiàn)性反射片7。這些部件被設(shè)置成用設(shè)置在機(jī)架前面?zhèn)鹊膶⒃诤竺鏀⑹龅姆块軤钫诒误w(沒有圖示)遮蔽的狀態(tài)。
這里，參考標(biāo)記70是光遮蔽部件。該光遮蔽部件被設(shè)置在連結(jié)兩光發(fā)射接收單元1a、1b的連線上，以使在兩光發(fā)射接收單元之間不入射直接光，具體言之就是不使由光發(fā)射接收單元1a投射的光入射到光發(fā)射接收單元1b上，或者反過來，不使由光發(fā)射接收單元1b投射的光入射到光發(fā)射接收單元1a上。此外，該光遮蔽部件70用光反射率在實(shí)用中是“0”的物體，構(gòu)成和再現(xiàn)性反射片7的高度大致相同程度的高度。另外，參照符號S表示作為指示物(光遮斷物)的人的手指的截面。
圖2所示是光發(fā)射接收單元1a、1b的內(nèi)部構(gòu)成及光路的原理圖。兩光發(fā)射接收單元1a、1b具有由發(fā)射近紅外線激光的激光二極管組成的發(fā)光元件11a、11b；用于使由發(fā)光元件11a、11b發(fā)出的激光成為平行光的準(zhǔn)直透鏡12a、12b；接收來自再現(xiàn)性反射片7的反射光的接收光元件13a、13b；遮斷入射到接收光元件13a、13b上的來自顯示畫面、照明燈等外部光源的可見光成分的可見光截止濾波器14a、14b；用于把反射光引導(dǎo)至接收光元件13a、13b上的半反射鏡15a、15b；用于有角度地掃描來自發(fā)光元件11a、11b的激光的、在本例中是4角形的多面體反射鏡16a、16b等。
由發(fā)光元件11a、11b發(fā)出的激光被準(zhǔn)直透鏡12a、12b準(zhǔn)直成平行光并透過半反射鏡15a、15b后，在和顯示畫面10實(shí)際平行的面內(nèi)通過多面體反射鏡16a、16b的旋轉(zhuǎn)被有角度地掃描并投射到再現(xiàn)性反射片7上。進(jìn)而，來自再現(xiàn)性反射片7的反射光被多面體反射鏡16a、16b及半反射鏡15a、15b反射后，通過可見光截止濾波器14a、14b并入射到接收光元件13a、13b。但是，由于在投射光的光路上存在指示物時投射光將被遮斷，所以，此時反射光將不能入射到接收光元件13a、13b上。此外，通過多面體反射鏡16a、16b的旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)90度以上的有角度的激光掃描。
在各光發(fā)射接收單元1a、1b上，連接有驅(qū)動發(fā)光元件11a、11b的發(fā)光元件驅(qū)動電路2a、2b，以及把接收光元件13a、13b的接收光量變換成電信號的接收光信號檢測電路3a、3b和控制多面體反射鏡16a、16b的動作的多面體反射鏡控制電路4。另外，參照符號5是計(jì)算并測量手指、筆等指示物S的位置、大小的，同時還控制裝置整體的動作的MPU，6則是顯示由MPU5給出的測量結(jié)果等的顯示裝置。
在這樣的光掃描型觸摸屏中，若象圖1中所示的那樣地，對光發(fā)射接收單元1b進(jìn)行說明，則是光發(fā)射接收單元1b發(fā)出的投射光首先從被光遮蔽部件70遮蔽的位置開始，在圖1上按照逆時針方向被旋轉(zhuǎn)地掃描，到達(dá)被再現(xiàn)性反射片7的最前端部反射的位置(Ps)即為掃描開始位置。進(jìn)而，在到達(dá)指示物S的一端的位置(P1)之前由再現(xiàn)性反射片7反射，但在到達(dá)指示物S的另一端的位置(P2)之間則被指示物S遮斷，此后直到掃描結(jié)束位置(Pe)又由再現(xiàn)性反射片7反射。
但是，對光發(fā)射接收單元1a而言，在圖1中則是順時針旋轉(zhuǎn)地進(jìn)行光的掃描。這里，對光發(fā)射接收單元1a在圖1中順時針旋轉(zhuǎn)方向上以顯示畫面10的下邊側(cè)作為掃描開始方向，相反地，光發(fā)射接收單元1b在圖1中逆時針旋轉(zhuǎn)方向上以顯示畫面10的上邊側(cè)作為掃描開始方向的理由進(jìn)行說明。
例如，對光發(fā)射接收單元1b的情況，盡管以顯示畫面10的上邊側(cè)或左邊側(cè)的哪一側(cè)作為掃描開始方向都可以，但當(dāng)從光發(fā)射接收單元1b來觀察時，因在距離上顯示畫面10的上邊側(cè)比下邊側(cè)近從而反射光量大，以及因再現(xiàn)性反射片7的反射面在顯示畫面10的上邊近乎是直角而反射光量大，所以，選擇以顯示畫面10的上邊側(cè)為掃描開始方向。換言之，如果對光發(fā)射接收單元1b的情況以顯示畫面10的下邊側(cè)為掃描開始方向，則因在距離上顯示畫面10的下邊側(cè)比上邊側(cè)遠(yuǎn)而使掃描開始時刻的反射光量變小，此外，因再現(xiàn)性反射片7的反射面彎曲而使反射光量變小。不過，關(guān)于再現(xiàn)性反射片7的反射面彎曲并不是本質(zhì)的問題，當(dāng)然也可以采用不使其彎曲之類的構(gòu)成。
因?yàn)樯鲜龅膱D2所示是用于說明兩光發(fā)射接收單元1a、1b的光路及動作的原理圖。所以，本發(fā)明之光掃描型觸摸屏中，兩光發(fā)射接收單元1a(1b)在實(shí)際中的構(gòu)成是如圖3的原理平面圖、圖4的原理側(cè)面圖以及圖5的原理斜視圖所示那樣的構(gòu)成。
光發(fā)射接收單元1a(1b)在機(jī)架10a(10b)內(nèi)放置有半導(dǎo)體激光產(chǎn)生裝置等發(fā)光元件11a(11b)和接收來自再現(xiàn)性反射片7的反射光的接收光元件13a(13b)，在其上面，發(fā)光元件11a(11b)的正上部分上配置有棱鏡反射鏡17a(17b)，接收光元件13a(13b)的正上部分上配置有半反射鏡15a(15b)。進(jìn)而，在與棱鏡反射鏡17a(17b)的相對部位上，與棱鏡反射鏡17a(17b)對挾機(jī)架10a(10b)上面的半反射鏡15a(15b)地把多面體反射鏡16a(16b)安裝在沒有圖示的脈沖電機(jī)的軸上。
另外，在圖3、4及5中省略了示于圖2的準(zhǔn)直透鏡12a(12b)以及可見光截止濾光片14a、14b，在下面的說明中也一并省略。
利用上述這樣的光發(fā)射接收單元1a(1b)的構(gòu)成，由發(fā)光元件11a(11b)發(fā)出的激光被棱鏡反射鏡17a(17b)折射，通過半反射鏡15a(15b)后被多面體反射鏡16a(16b)反射，并投射到再現(xiàn)性反射片7上。被再現(xiàn)性反射片7反射的光線返回到多面體反射鏡16a(16b)被再次反射，入射到半反射鏡15a(15b)上，最后，被接收光元件13a(13b)接收。
因而，正如上述圖3、4及5中所示出的那樣，本發(fā)明之光掃描型觸摸屏的光發(fā)射接收單元1a(1b)中，其發(fā)光元件11a(11b)和接收光元件13a(13b)在機(jī)架10a(10b)上的分別配置是發(fā)光元件11a(11b)在機(jī)架10a(10b)上的配置是由發(fā)光元件到多面體反射鏡16a(16b)的光路在發(fā)光元件11a(11b)側(cè)離顯示畫面10的邊緣更遠(yuǎn)一些；接收光元件13a(13b)在機(jī)架10a(10b)上的配置是由多面體反射鏡16a(16b)到接收光元件的光路在接收光元件13a(13b)側(cè)離顯示畫面10的邊緣更遠(yuǎn)一些。
發(fā)光元件11a(11b)及接收光元件13a(13b)的這樣的配置是用于解決來自多面體反射鏡16a(16b)的掃描光被半反射鏡15a(15b)及棱鏡反射鏡17a(17b)遮擋而不能對顯示畫面10方向進(jìn)行足夠的掃描的問題而采用的。
進(jìn)而，本發(fā)明之光掃描型觸摸屏的光發(fā)射接收單元1a(1b)中，發(fā)光元件11a(11b)是使其激光的發(fā)光方向和顯示畫面10正交地、換言之是和用多面體反射鏡16a(16b)掃描所形成的掃描面正交地配置在機(jī)架10a(10b)內(nèi)的，而接收光元件13a(13b)也是使其接收光的指向性方向和顯示畫面10正交地、換言之是和用多面體反射鏡16a(16b)掃描所形成的掃描面正交地配置在機(jī)架10a(10b)內(nèi)的。
采用這樣的發(fā)光元件11a(11b)及接收光元件13a(13b)的配置，比起發(fā)光元件11a(11b)的讓其激光的發(fā)光方向和顯示畫面10成平行地、換言之是和用多面體反射鏡16a(16b)掃描所形成的掃描面成平行地配置在機(jī)架10a(10b)內(nèi)，或者比起接收光元件13a(13b)的讓使其接收光的指向性方向和顯示畫面10成平行地、換言之是和用多面體反射鏡16a(16b)掃描所形成的掃描面成平行地配置在機(jī)架10a(10b)內(nèi)來，更能在使光發(fā)射接收單元1a(1b)小型化方面收到效果。
進(jìn)而，在本發(fā)明之光掃描型觸摸屏中，如上所述，雖然分別是發(fā)光元件11a(11b)的使其激光的發(fā)光方向和用多面體反射鏡16a(16b)掃描所形成的掃描面相正交地配置，及接收光元件13a(13b)的使其接收光的指向性方向和用多面體反射鏡16a(16b)掃描所形成的掃描面相正交地配置，但若以某種程度的角度，如60°等角度交叉地進(jìn)行配置當(dāng)然也能夠使其發(fā)揮出同樣的效果。
此外，如圖1中所示出的那樣，再現(xiàn)性反射片7以配置有兩光發(fā)射接收單元1a、1b的邊為開口部，呈包圍顯示畫面10的樣子被配置成“U”字狀。進(jìn)而，如用參照符號7a、7b所示的那樣，在從兩光發(fā)射接收單元1a、1b到再現(xiàn)性反射片7的光投射角變小的部分，具體地說，是在遠(yuǎn)離與配置有兩光發(fā)射接收單元1a、1b的邊相正交的2邊(在圖1中是上側(cè)的邊和下側(cè)的邊)的兩光發(fā)射接收單元1a(1b)的部分上以鋸齒狀地設(shè)置有再現(xiàn)性反射片。
利用這樣的再現(xiàn)性反射片7的鋸齒狀部分7a、7b，如隨著光發(fā)射接收單元1b發(fā)出的投射光從Ps的位置掃描前進(jìn)到再現(xiàn)性反射片7的鋸齒狀部分7b的一端位置P3，因?qū)υ佻F(xiàn)性反射片7的入射角度逐漸減小將致使反射光量也與之相伴而低下。但是，因?yàn)樵谟稍佻F(xiàn)性反射片7的鋸齒狀部分7b的一端位置P3到其他端位置P4之間光線是幾乎成直角地入射到再現(xiàn)性反射片7的鋸齒狀部分7b上的，所以可避免再現(xiàn)性反射率進(jìn)一步低下。
圖6是表示MPU5和其他電路的關(guān)系的方框圖。多面體反射鏡控制電路4具有使多面體反射鏡16a、16b旋轉(zhuǎn)的脈沖電機(jī)21；驅(qū)動脈沖電機(jī)21的脈沖電機(jī)驅(qū)動電路22；檢測多面體反射鏡16a、16b的旋轉(zhuǎn)角度的代碼信號的編碼器23a、23b。
MPU5把驅(qū)動控制信號輸送給發(fā)光元件驅(qū)動電路2a、2b，對應(yīng)其驅(qū)動控制信號發(fā)光元件驅(qū)動電路2a、2b被驅(qū)動，并控制發(fā)光元件11a、11b的發(fā)光動作。接收光信號檢測電路3a、3b把接收光元件13a、13b的反射光的接收光信號送入MPU5。此外，MPU5還把用于驅(qū)動脈沖電機(jī)21的驅(qū)動控制信號輸送給脈沖電機(jī)驅(qū)動電路22。編碼器23a、23b檢測出多面體反射鏡16a、16b的旋轉(zhuǎn)角度的編碼信號并送入MPU5。MPU5根據(jù)來自接收光元件13a、13b的接收光信號及來自編碼器23a、23b的編碼信號，測量指示物S的位置、大小，并在顯示裝置6上顯示其測量結(jié)果。另，顯示裝置6也可兼作顯示畫面10。
另外，MPU5上內(nèi)裝有具有計(jì)時功能的2個計(jì)時器(第1計(jì)時器24a和第2計(jì)時器24b)、以及用于保存想定的指示物的尺寸信息的讀出專用存儲器(ROM)25和可寫存儲器(RAM)26。
下面，參照給出其原理的圖7中的原理圖，對利用本發(fā)明之光掃描型觸摸屏的位置檢測動作進(jìn)行說明。不過，圖7中省略了光發(fā)射接收單元1a、1b、再現(xiàn)性反射片7、顯示畫面10以外的構(gòu)成部件。另外，作為指示物給出的是使用手指的情況。
MPU5通過控制多面體反射鏡控制電路4，使光發(fā)射接收單元1a、1b內(nèi)的多面體反射鏡16a、16b旋轉(zhuǎn)，并有角度地掃描發(fā)光元件11a、11b發(fā)出的激光。其結(jié)果，來自再現(xiàn)性反射片7的反射光入射到接收光元件13a、13b。這樣一來，入射到接收光元件13a、13b的光的接收光量被以作為接收光信號檢測電路3a、3b輸出的接收光信號的方式得到。另外，在圖17中，θ0、φ0表示由連結(jié)兩光發(fā)射接收單元1a、1b的基準(zhǔn)線到再現(xiàn)性反射片7的端部的角度，θ1、φ1表示由基準(zhǔn)線到指示物的基準(zhǔn)線側(cè)端部的角度，θ2、φ2表示由基準(zhǔn)線到和指示物的基準(zhǔn)線相對一側(cè)端部的角度。
在圖8A、8B的時序圖中，示出有接收光元件13a、13b的接收光信號的波形。在掃描光的光路上不存在指示物時，來自再現(xiàn)性反射片7的反射光將入射到接收光元件13a、13b上，而在其光路上存在指示物時，其反射光則不能入射到接收光元件13a、13b上。因此，在圖7示出的那樣狀態(tài)中，掃描角度在0°到θ0之間接收光元件13a上沒有反射光入射，掃描角度在θ0到θ1之間則反射光入射到接收光元件13a，掃描角度在θ1到θ2之間反射光不入射到接收光元件13a。
同樣地，在掃描角度由0°到φ0之間接收光元件13b上沒有反射光入射，在掃描角度由φ0到φ1期間反射光將入射到接收光元件13b上，在掃描角度由φ1到φ2期間反射光不入射到接收光元件13b。這樣的角度可以由接收光信號的上升沿或下降沿的定時求出(參照圖8A、8B)。因此，由作為指示物的人的手指所造成的遮斷范圍可用dθ=θ2-θ1、dφ=φ2-φ1求出。
此外，根據(jù)連結(jié)兩光發(fā)射接收單元1a、1b的基準(zhǔn)線和再現(xiàn)性反射片7的端部的位置關(guān)系可知，θ0及φ0是已知條件。
下面，根據(jù)經(jīng)這樣求得的遮斷范圍，對求指示物(本例中為手指)中心位置(指示位置)座標(biāo)的處理進(jìn)行說明。首先說明基于三角測量的由角度到正交座標(biāo)的變換。如圖9所示那樣，設(shè)定光發(fā)射接收單元1a的位置為原點(diǎn)O、顯示畫面10的上邊、左邊為X軸、Y軸，并設(shè)基準(zhǔn)線的長度(光發(fā)射接收單元1a、1b之間的距離)為L。另外，又設(shè)光發(fā)射接收單元1b的位置為B。在顯示畫面10上的指示物所指示的中心點(diǎn)P(Px、Py)相對X軸從光發(fā)射接收單元1a、1b看分別位于θ、φ的角度時，點(diǎn)P的X座標(biāo)Px、Y座標(biāo)Py的值可根據(jù)三角測量原理分別用下面的(1)、(2)兩式求得。
Px=(tanφ)÷(tanθ+tanφ)×L …(1)Py=(tanθ·tanφ)÷(tanθ+tanφ)×L …(2)但是，因?yàn)橹甘疚?手指)具有尺寸大小，所以，在采用由檢測出的接收光信號的上升沿/下降沿的定時給出的檢測角度時，如圖10所示那樣，將檢測出指示物(手指)S的邊緣部的4點(diǎn)(圖10中的P1～P4)。這4個點(diǎn)哪一個所指示的中心點(diǎn)(圖10中的Pc)均不同。因此，需要象下面這樣，求中心點(diǎn)Pc的座標(biāo)(Px、Py)。在假定Px=Px(θ、φ)、Py=Py(θ、φ)時，Pcx、Pcy可分別用下面的(3)、(4)兩式表示。
Pcx=Pcx(θ1+dθ/2、φ1+dφ/2) …(3)Pcy=Pcy(θ1+dθ/2、φ1+dφ/2) …(4)那么，通過把用(3)、(4)兩式表示θ1+dθ/2、φ1+dφ/2作為上述(1)、(2)兩式的θ、φ代入，便可求出所指示的中心點(diǎn)Pc的座標(biāo)。
另外，雖然在上述例中，最初是求角度的平均值，并把其角度的平均值代入三角測量的變換式(1)、(2)中，然后求出作為指示位置的中心點(diǎn)Pc的座標(biāo)，但也可以在最初根據(jù)三角測量的變換式(1)、(2)由掃描角度求出4點(diǎn)P1～P4的正交座標(biāo)，然后計(jì)算所求得的4點(diǎn)的座標(biāo)值的平均，進(jìn)而求出中心點(diǎn)Pc。另外，也可以考慮視差、及指示位置的易見性，進(jìn)而確定作為指示位置的中心點(diǎn)Pc的座標(biāo)。
如果多面體反射鏡16a、16b的旋轉(zhuǎn)的掃描角速度恒定，則因其掃描角度正比于旋轉(zhuǎn)時間，故通過計(jì)時時間可以獲得掃描角度的信息。圖11所示是來自接收光信號檢測電路3a的接收光信號和多面體反射鏡16a的掃描角度θ及掃描時間T的關(guān)系的時序圖。在多面體反射鏡16a的掃描角速度恒定的情況下，如果設(shè)其掃描角速度為ω，則相對掃描角速度θ及掃描時間T有如下面(5)式所示這樣的比例關(guān)系成立。
θ=ω×T…(5)由此，接收光信號的上升沿、下降沿時的角度θ1、θ2分別和掃描時間t1、t2存在有下面(6)、(7)兩式所示的關(guān)系。
θ1=ω×t1…(6)θ2=ω×t2…(7)從而，在多面體反射鏡16a、16b的掃描角速度恒定的情況下，利用時間信息可以測量指示物(手指)的遮斷范圍及座標(biāo)位置。
圖12所示是在使用內(nèi)置于MPU5中的第1計(jì)時器24a及第2計(jì)時器24b測量反射光為低電平的時間間隔時的MPU5的算法之一例的流程圖。MPU5檢測出來自接收光信號檢測電路3a、3b的接收光信號的變化，如果其電平低下，則使這些計(jì)時器24a、24b起動并開始計(jì)時動作，如果其電平恢復(fù)，則讓這些計(jì)時器24a、24b停止而結(jié)束計(jì)時動作。
MPU5首先檢查來自接收光信號檢測電路3a、3b的接收光信號的變化(步驟S1)，判斷來自接收光信號檢測電路的接收光信號是否發(fā)生了變化(步驟S2)。如果不發(fā)生變化(在步驟S2為“NO”)，則處理前進(jìn)到步驟S6。而在發(fā)生變化時(在步驟S2為“YES”)，MPU5則判斷其接收光信號的電平是否低下(步驟S3)，在低下時(在步驟S3為“YES”)讓第1計(jì)時器24a起動(步驟S4)，在較高時(在步驟S3為“NO”)則讓第1計(jì)時器24a停止(步驟S5)，處理前進(jìn)到步驟S6。在步驟S6,MPU5判斷來自接收光信號檢測電路3b的接收光信號是否發(fā)生變化。如果不發(fā)生變化(在步驟S6為“NO”)，則處理返回。而在發(fā)生變化時(在步驟S6為“YES”)，MPU5將判斷其接收光信號的電平是否低下(步驟S7)，在低下時(在步驟S7為“YES”)讓第2計(jì)時器24b起動(步驟S8)，在較高時(在步驟S7為“NO”)則讓第2計(jì)時器24b停止(步驟S9)，處理返回。
此外，本發(fā)明之光掃描型觸摸屏中，還可以由所測量的遮斷范圍求出指示物的截面長度。圖13所示是該截面長度測量原理的原理圖。圖13中，D1、D2分別是從光發(fā)射接收單元1a、1b看到的指示物S的截面長度。首先可如下邊的(8)、(9)式這樣，求出由光發(fā)射接收單元1a、1b的位置O(0,0),B(L,0)到指示物S的中心點(diǎn)Pc(Pcx、Pcy)的距離OPc(r1)、BPc(r2)。
OPc=r1=(Pcx2+Pcy2)1/2…(8)BPc=r2={(L-Pcx)2+Pcy2)}1/2…(9)由于截面長度可以用距離和遮斷角度的正弦值之積來近似，故可以按照下式(10)、(11)測量各截面長度D1、D2。
D1=2r1·sin(dθ/2)=2(Pcx2+pcy2)1/2·sin(dθ/2)…(10)D2=2r2·sin(dφ/2)=2{(L-Pcx)2+Pcy2)}1/2·sin(dφ/2)…(11)進(jìn)而，因?yàn)樵讦?、φ?時，可近似成sin dθ≈dθ≈tan dθ,sin dφ≈dφ≈tan dφ，所以，在(10)、(11)式中也可以代替sin dθ、sindφ，使用dθ或tan dθ、dφ或tan dφ。
但是，在用一根手指或筆進(jìn)行位置指定時，有時會誤把多個手指、手或者肘突入到顯示畫面10中。在這種情況下，需要進(jìn)行誤檢測處理。因此，在本發(fā)明中，可由測得的截面長度求指示物的尺寸信息，并根據(jù)所求得的尺寸信息判斷該指示物為何物。圖14是判定指示物種類的算法之一例的流程圖。通過比較實(shí)際算出的指示物的尺寸信息和預(yù)先想定的多個指示物的尺寸信息來判定指示物的種類。進(jìn)而，在判定其指示物是一根手指或筆以外的物體時，設(shè)置警告標(biāo)志。這里，想定的多個指示物的尺寸信息如前所述，被預(yù)先保存在內(nèi)藏于MPU5中的ROM25及RAM26上。
首先，MPU5獲取現(xiàn)在的指示物的尺寸信息(步驟S11)，判斷其大小是否為10cm以下(步驟S12)。在比10cm大時(在步驟S12為“NO”)，MPU5判定其為手(步驟S16)，設(shè)置警告標(biāo)志(步驟S21)，處理返回。在小于10cm時(在步驟S12為“YES”),MPU5將判斷其大小是否為5cm以下(步驟S13)。在比5cm大時(在步驟S13為“NO”),MPU5判定指示物是攥起的拳頭或肘(步驟S17)，設(shè)置警告標(biāo)志(步驟S21)，處理返回。如果是5cm以下(在步驟S13為“YES”),MPU5將判定其大小是否在2cm以下(步驟S14)。在大于2cm時(在步驟S14為“NO”),MPU5判定其為拼起的多個手指(步驟S18)，設(shè)置警告標(biāo)志(步驟S21)，處理返回。如果是2cm以下(在步驟S14為“YES”)，MPU5將判定其大小是否在0.5cm以下(步驟S15)。MPU5在其大于0.5cm時(在步驟S15為“NO”)，判定其為一根手指(步驟S19)，在其小于0.5cm時(在步驟S15為“YES”)，則判定其為筆(步驟S20)，處理返回。
通過這樣，可判定指示物的種類，如果判明進(jìn)行位置指定的是一根手指或筆以外的指示物，則設(shè)置警告標(biāo)志，并由MPU5把其標(biāo)志信息傳送給顯示裝置6。一旦傳送該標(biāo)志信息，則確定由MPU5傳送給顯示裝置6的檢測位置數(shù)據(jù)為無效，同時，在顯示裝置6的畫面上顯示警告標(biāo)識。此外，也可以采用在顯示裝置6上顯示所判定的種類結(jié)果這樣的構(gòu)成。
當(dāng)然，也可以采用在設(shè)置警告標(biāo)志時讓蜂鳴器報(bào)警之類的構(gòu)成。另外，作為使此時的檢測位置數(shù)據(jù)的無效化的其他的手法，也可以在判定為是一根手指或筆以外的指示物時，控制系統(tǒng)不由MPU5向顯示裝置6輸出檢測位置的數(shù)據(jù)。(第2實(shí)施例)圖15是本發(fā)明之第2實(shí)施例的光掃描型觸摸屏基本構(gòu)成的原理圖。圖16是該第2實(shí)施例的方框圖。在圖15、16中，和圖1、6中加有同一標(biāo)記的部分表示其為同一部件。另外，在圖15中，省略了發(fā)光元件驅(qū)動電路2a、2b、接收光信號檢測電路3a、3b、多面體反射鏡控制電路4、顯示裝置6的圖示。
在第2實(shí)施例中，顯示畫面10上的應(yīng)該檢測的掃描區(qū)域極為接近顯示畫面10，光發(fā)射接收單元1a分別設(shè)置有2個定時檢測用接收光元件31a及32a，光發(fā)射接收單元1b分別設(shè)置有2個定時檢測用接收光元件31b及32b。另外，接收光元件31a及32a的接收光面分別朝向發(fā)射接收單元1a一側(cè)，接收光元件31b及32b的接收光面分別朝向發(fā)射接收單元1b一側(cè)。
此外，還配備有把這些接收光元件31a、32a、31b、32b的接收光量變換成電信號的接收光信號檢測電路33a、34a、33b、34b。并且，第2實(shí)施例中的多面體反射鏡控制電路4由脈沖電機(jī)21及脈沖電機(jī)控制電路22構(gòu)成，且不帶有第1實(shí)施例那樣的編碼器23a、23b。
在進(jìn)入應(yīng)該檢測的掃描區(qū)域前，來自光發(fā)射接收單元1a、1b的激光入射到位于掃描方向上層側(cè)的檢測用接收光元件31a、31b，另外，在從應(yīng)該檢測的掃描區(qū)域出來后，來自光發(fā)射接收單元1a、1b的激光入射到位于掃描方向下層側(cè)的檢測用接收光元件32a、32b。
這樣，在第2實(shí)施例中，是利用2個一組的接收光元件確定位置檢測的開始及結(jié)束的定時，即使沒有象第1實(shí)施例那樣的編碼器23a、23b，也能夠檢測出激光的掃描角度。
圖17A～17E是用于說明第2實(shí)施例之光掃描型觸摸屏的動作的時序圖，圖17A給出光發(fā)射接收單元1a的發(fā)光元件11a的發(fā)光動作，圖17B表示給出位于掃描方向上層側(cè)的定時檢測用接收光元件31a上的接收光量的接收光信號檢測電路33a的接收光信號，圖17C表示給出在光發(fā)射接收單元1a的發(fā)光元件13a上的接收光量的接收光信號檢測電路3a的接收光信號，圖17D表示給出在位于掃描方向下層側(cè)的定時檢測用接收光元件32a上的接收光量的接收光信號檢測電路34a的接收光信號，圖17E表示內(nèi)藏于MPU5的計(jì)時器的計(jì)時動作。
時刻t0是啟動電源并開始多面體反射鏡16a的旋轉(zhuǎn)的定時，時刻t1是讓發(fā)光元件11a開始發(fā)光動作的定時，時刻t2是接收光元件31a接收激光結(jié)束的定時，時刻t3是接收光元件32a開始接收激光的定時。時刻t2、時刻t3分別為掃描開始、掃描結(jié)束的定時，從時刻t2開始接收光元件13a的接收光電平變高，在時刻t3其電平變低。另外，計(jì)時器在時刻t2開始計(jì)數(shù)并在時刻t3結(jié)束計(jì)數(shù)。還有，時刻t4是因指示物造成接收光元件13a的接收光電平迅速下降的定時，時刻t5是激光穿過遮斷范圍且接收光元件13a的接收光電平迅速上升的定時。
在多面體反射鏡16a的旋轉(zhuǎn)處于穩(wěn)定的狀態(tài)下驅(qū)動發(fā)光元件11a，在接收光元件31a的接收光定時(時刻t2)檢測被光發(fā)射接收單元1a掃描的激光走到應(yīng)該檢測的區(qū)域的定時，該掃描激光從應(yīng)該檢測的區(qū)域穿出的定時被作為接收光元件32a的接收光定時(時刻t3)檢測出來。因?yàn)榻邮展庠?1a、32a的設(shè)置位置是已知的，所以，此間也可以檢測出遮斷掃描激光的手指或筆等指示物的位置。即，在圖17中，在該時刻t2和時刻t3之間，通過從接收光元件13a的接收光電平迅速下降的定時(時刻t4)到下一次接收光電平迅速上升的定時(時刻t5)的計(jì)時器的計(jì)數(shù)值，可以測量出遮斷區(qū)域及指示物的中心位置。
另外，因?yàn)楣獍l(fā)射接收單元1b側(cè)的處理動作和上述的光發(fā)射接收單元1a側(cè)的處理動作一樣，所以，這里省略其說明。(第3實(shí)施例)圖18是本發(fā)明之第3實(shí)施例光掃描型觸摸屏的基本構(gòu)成圖。圖18中，和圖1中加有同一標(biāo)記的部分表示其為同一部件。另外，還省略了發(fā)光元件驅(qū)動電路2a、2b、接收光信號檢測電路3a、3b、多面體反射鏡控制電路4、MPU5、顯示裝置6的圖示。
在第3實(shí)施例中，顯示畫面10上的應(yīng)該檢測的掃描區(qū)域極為接近顯示畫面10，光發(fā)射接收單元1a分別設(shè)置有2個定時檢測用再現(xiàn)性反射體41a及42a，光發(fā)射接收單元1b分別設(shè)置有2個定時檢測用再現(xiàn)性反射體41b及42b。這些再現(xiàn)性反射體41a、42a、41b、42b采用的是和再現(xiàn)性反射片7相同的材料。
在進(jìn)入應(yīng)該檢測的掃描區(qū)域前，來自光發(fā)射接收單元1a、1b的激光被位于掃描方向上層側(cè)的檢測用再現(xiàn)性反射體41a及42a反射，其反射光入射到接收光元件13a、13b上，另外，在從應(yīng)該檢測的掃描區(qū)域出來后，來自光發(fā)射接收單元1a、1b的激光被位于掃描方向下層側(cè)的檢測用再現(xiàn)性反射體41b及42b反射，其反射光入射到接收光元件13a、13b上。
這樣，在第3實(shí)施例中，是利用2個一組的再現(xiàn)性反射片確定位置檢測的開始及結(jié)束的定時，故即便沒有象第1實(shí)施例那樣的編碼器23a、23b，其也能夠檢測出激光的掃描角度。此外，因此時這些再現(xiàn)性反射體41a、42a、41b、42b是被設(shè)置在臨近光發(fā)射接收單元1a、1b處，所以，由這些再現(xiàn)性反射體反射的反射光與再現(xiàn)性反射片7的反射光相比，光的衰減要少，從而在接收光元件13a、13b上的接收光電平也就變大。
圖19是第3實(shí)施例的方框圖。參照符號43是遮斷檢測用的第1比較器，用來將來自表示接收光元件13a的接收光量的接收光信號檢測電路3a的接收信號的電平和第1閾值電平進(jìn)行比較，并用2值信號將其比較結(jié)果輸出給MPU5。參照符號44是掃描開始/結(jié)束檢測用的第2比較器，用來將來自接收光信號檢測電路3a的接收信號的電平和比第1閾值電平高的第2閾值電平進(jìn)行比較，并用2值信號將其比較結(jié)果輸出給MPU5。
圖20A～20C是用于說明第3實(shí)施例的動作的時序圖，圖20A表示來自給出接收光元件13a的接收光量的接收光信號檢測電路3a的接收信號，圖12B表示第1比較器43的輸出信號，圖12C表示第2比較器44的輸出信號。另外，虛線W1表示第1閾值電平，虛線W2表示第2閾值電平。
時刻t0是開始接收來自再現(xiàn)性反射體41a的反射光的定時，時刻t1是結(jié)束接收來自再現(xiàn)性反射體41a的反射光并開始接收來自再現(xiàn)性反射片7的反射光的定時，時刻t2是結(jié)束接收來自再現(xiàn)性反射片7的反射光并開始接收來自再現(xiàn)性反射體42a的反射光的定時，時刻t3是結(jié)束接收來自再現(xiàn)性反射體42a的反射光的定時。另外，時刻t4是因指示物造成接收光元件13a的接收光電平迅速下降的定時，時刻t5是掃描激光穿過遮斷范圍且接收光元件13a的接收光電平迅速上升的定時。時刻t1、時刻t2分別為掃描開始、掃描結(jié)束的定時。這樣的各個定時的檢測根據(jù)接收光信號的電平與第1閾值電平W1及第2閾值電平W2的比較結(jié)果進(jìn)行。
再有，盡管上面是對光發(fā)射接收單元1a側(cè)的處理動作進(jìn)行的說明，但因光發(fā)射接收單元1b側(cè)的處理動作和上述的光發(fā)射接收單元1a側(cè)的處理動作一樣，故省略其說明。
另外，在上述例中，雖然對應(yīng)因距離不同所形成的光衰減的差可以區(qū)別來自再現(xiàn)性反射體41a、42a、41b、42b的反射光和來自再現(xiàn)性反射片7的反射光，但若設(shè)定再現(xiàn)性反射體41a、42a、41b、42b的反射率比再現(xiàn)性反射片7的反射率高，則還可以更清楚地區(qū)別這些反射光。
在這樣的第3實(shí)施例中，通過檢查接收光元件13a、13b的接收光量的變化，可以生成掃描開始和掃描結(jié)束的定時的基準(zhǔn)信號，即便不新增加檢測元件也能保持恒定的分辨能力。(第4實(shí)施例)圖21A是表示本發(fā)明之第4實(shí)施例光掃描型觸摸屏的基本構(gòu)成的平面圖，圖21B是圖21A的A-A’線處的截面圖。在圖21A、21B中，和圖1中加有同一序號的部分表示其為同一部件。另外，還省略了發(fā)光元件驅(qū)動電路2a、2b、接收光信號檢測電路3a、3b、多面體反射鏡控制電路4、MPU5、顯示裝置6的圖示。
第4實(shí)施例中，在顯示畫面10的外側(cè)，如覆蓋再現(xiàn)性反射片7狀地設(shè)置有房檐狀遮蔽體51，其被一直設(shè)置到不妨礙顯示畫面10的視野的位置處。用此方法，可以在該房檐狀遮蔽體51和再現(xiàn)性反射片7之間形成手指等指示物不能進(jìn)入的不可遮斷區(qū)域D。利用這樣的構(gòu)成，不管指示物存在于包括顯示畫面10的邊緣部在內(nèi)的任何位置上，都可以把來自該不可遮斷區(qū)域D的反射光的接收光定時作為掃描開始/結(jié)束的基準(zhǔn)定時。
另外，圖21B中用參照符號P所表示的是由光發(fā)射接收單元1a投射過來的激光束的截面。如在此所示出的那樣，在本發(fā)明之光掃描型觸摸屏中，由光發(fā)射接收單元1a、1b投射過來的激光束在平行于顯示畫面10的表面的方向(掃描方向)上具有扁平的截面，如具有把平行于顯示畫面10的表面的方向作為長軸的橢圓形狀的截面。其原因在于再現(xiàn)性反射片7的構(gòu)成。
圖22A是表示再現(xiàn)性反射片7反射面?zhèn)鹊臉?gòu)成的原理圖。如此處所示的那樣，再現(xiàn)性反射片7的反射面是多個球透鏡700排列在與顯示畫面10的表面平行的方向、即排列在激光束的掃描方向構(gòu)成的，由于這些球透鏡700具有如圖22B所示那樣的入射角度和相對反射率的關(guān)系，所以，在由兩光發(fā)射接收單元1a、1b投射過來的激光束掃描方向的寬度不大于某種程度以上時起到不能獲得有效的反射光量的作用。
然而，在再現(xiàn)性反射片7的各個球透鏡700足夠小的時候，相反地，還可能因激光束掃描方向的寬度變小而提高分辨率。但是，因?yàn)樵谶@樣的情況下要獲得足夠的反射光量需要增大激光束的截面面積，所以，最好使用與掃描方向正交方向(與顯示畫面10正交的方向)的寬度較大的扁平截面的激光束。
圖23A～23D是第4實(shí)施例中表示給出接收光元件13a的接收光量的接收光信號檢測電路3a的接收信號例的時序圖。
圖23A表示指示物不存在時的接收信號，圖23B表示指示物存在于顯示畫面10的邊緣部(在圖21A為C1區(qū)域)時的接收信號，圖23C表示指示物存在于顯示畫面10的中央部(在圖21A為C2區(qū)域)時的接收信號，圖23D表示指示物存在于顯示畫面10的邊緣部(在圖21A為C3區(qū)域)時的接收信號。在指示物存在于顯示畫面10的邊緣部時，還示出有在接收信號上確實(shí)存在有上升沿和下降沿的情況。此外，因具有發(fā)光元件13b的光發(fā)射接收單元1b側(cè)的處理動作和具有發(fā)光元件13a的光發(fā)射接收單元1a側(cè)的處理動作一樣，故省略其說明。
另外，通過設(shè)置該第4實(shí)施例中所示那樣的房檐狀遮蔽體51，也可以達(dá)到降低來自再現(xiàn)性反射片7的亂反射光成分的效果，以及降低來自外部干擾光的亂反射光入射到接收光元件13a、13b的效果。(第5實(shí)施例)圖24是本發(fā)明之第5實(shí)施例光掃描型觸摸屏的方框圖。圖24中，在和圖6、16同樣的部分上加有同一標(biāo)記并省略其說明。在接收光元件13a和接收信號檢測電路3a之間、接收光元件13b和接收信號檢測電路3b之間設(shè)置有AC連接器61a、61b。此外，在發(fā)光元件驅(qū)動電路2a和接收信號檢測電路3a之間、發(fā)光元件驅(qū)動電路2b和接收信號檢測電路3b之間設(shè)置有XOR(異或)電路62a、62b。
在第5實(shí)施例中，因?yàn)椴捎昧税延媒邮展庠?3a、13b檢測出的反射光的接收光信號做成AC耦合的方式，所以，可以由該AC耦合去除恒定光成分，實(shí)現(xiàn)抗外部干擾干擾的構(gòu)成。另外，因?yàn)椴捎昧巳“l(fā)光脈沖信號和反射光的接收信號的XOR(異或)，所以，可以只檢測遮斷范圍的接收脈沖信號，并可以計(jì)時該脈沖信號并測量遮斷時間。
圖25A～25E是用于說明第5實(shí)施例的動作的時序圖。圖25A是給出位于掃描方向上層側(cè)的定時檢測用接收光元件31a的接收光量的接收光信號檢測電路33a的接收信號，圖25B是給出位于掃描方向下層側(cè)的定時檢測用接收光元件32a的接收光量的接收光信號檢測電路34a的接收信號，圖25C是發(fā)光元件11a的發(fā)光脈沖信號，圖25D是給出接收光元件13a的接收光量的接收光信號檢測電路3a的接收光信號，圖25E為XOR電路62a的輸出信號。
對應(yīng)接收光信號檢測電路33a的接收信號的高電平，檢測掃描開始的定時并開始脈沖驅(qū)動，計(jì)時其脈沖數(shù)。然后，對應(yīng)接收光信號檢測電路34a的接收信號的高電平，檢測掃描結(jié)束的定時并停止脈沖驅(qū)動。進(jìn)而，通過計(jì)時XOR電路62a的輸出信號的脈沖數(shù)，可以測量遮斷范圍。
例如，在顯示畫面10的對角相當(dāng)于40英寸時，對角線為100cm。如果設(shè)畫面上的分辨能力為0.5cm左右，則所需要的角度分辨能力可用圖9的公式來求。畫面中央的角度分辨能力大約是5mrad。這里，對使用5角形多面體反射鏡的情況，最大也只為144度的掃描角度。因而，每1次掃描的分割數(shù)應(yīng)按下面的(12)式來求。
{(π/2)/0.005}×(144/90)=502…(12)進(jìn)而，用于進(jìn)行1秒中各200點(diǎn)的檢測的最低頻率數(shù)則按下面的(13)式來求。
502×200=100400(Hz)=100.4(kHz)…(13)如果滿足該條件，則通過脈沖數(shù)和掃描角度一一對應(yīng)，可以簡化按期望的分辨能力進(jìn)行的角度檢測處理。
下面，對發(fā)光元件11a、11b的脈沖發(fā)光的控制進(jìn)行說明。通過控制從MPU5輸送給發(fā)光元件驅(qū)動電路2a、2b的驅(qū)動控制信號的脈沖的空白時間，可以減少發(fā)光元件11a、11b發(fā)出的平均輻射能。圖26A,26B所示是脈沖發(fā)光的定時信號的時序圖，示于圖26A的例與示于圖26B的例相比，其脈沖的空白時間較長。此外，在圖27A、27B中給出有圖26A、B各自的脈沖模式中的掃描激光的輻射狀態(tài)。如果展寬脈沖發(fā)光的空白時間，則可以降低負(fù)荷比，減少平均輻射能。
另外，在圖28A～28C中示出有可以減少發(fā)光元件11a、11b脈沖發(fā)光的平均輻射能的其他控制例的時序圖。圖28A表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)脈沖發(fā)光的定時信號。圖28B是周期不改變減少1次發(fā)光時間的例子。而圖28C則是不改變周期而減小1次的發(fā)光強(qiáng)度的例子。
下面，參照圖29A,29B的時序圖對讓發(fā)光元件11a、11b的脈沖發(fā)光開始定時錯開的控制例進(jìn)行說明。例如，在最初的激光束掃描中，按圖29A所示那樣的定時進(jìn)行掃描，在其次的激光束掃描中，如圖29B所示的那樣，按周期雖然相同但卻讓開始定時較上一次只延遲dT分的定時進(jìn)行掃描。在圖30中，合成并示出了圖29A,29B各自的脈沖模式中的掃描激光的輻射狀態(tài)。因?yàn)樵跁r間上只讓其錯開dT分，故在設(shè)多面體反射鏡的掃描角速度為ω時，可以實(shí)現(xiàn)只偏離dθ=ω×dT的掃描角度。通過設(shè)定這樣的定時偏離，便可以在激光束的掃描呈稀疏狀態(tài)時，也能沒有不能進(jìn)行指示物檢測的區(qū)域地保持高的檢測精度。
下面，與指示物存在的有無相對應(yīng)地對使掃描脈沖的頻率數(shù)動態(tài)地變化的控制例進(jìn)行說明。在恒定時間內(nèi)沒有檢測出存在指示物的過程中，邊恒定地保持發(fā)光時間邊讓掃描脈沖的頻率數(shù)降低到1/2。另一方面，一旦檢測出指示物，則邊恒定地保持發(fā)光時間邊讓掃描脈沖的頻率數(shù)升高到2倍。通過重復(fù)這樣的控制，可對應(yīng)指示物的有無，讓發(fā)光的占空比以1/2倍、1/2倍地或2倍、2倍地變化。但是，其變化不能超過最小頻率數(shù)及最大頻率數(shù)，即不能超過作為掃描脈沖的最小頻率數(shù)的相當(dāng)于最低分辨能力為8cm的6.25 kHz、作為掃描脈沖的最大頻率數(shù)的相當(dāng)于最低分辨能力為0.25cm的200 kHz。
圖31是控制這樣的掃描脈沖的頻率數(shù)的算法的流程圖。首先，判斷在一定時間內(nèi)是否檢測到指示物(步驟S31)。在檢測到時(在步驟S31為“YES”)，則在恒定地保持發(fā)光時間的狀態(tài)下把現(xiàn)在的掃描脈沖頻率數(shù)升高2倍(步驟S32)，處理進(jìn)入步驟S34。另一方面，在沒有檢測到時(在步驟S31為“NO”)，仍在恒定地保持發(fā)光時間的狀態(tài)下把現(xiàn)在的掃描脈沖頻率數(shù)降低1/2倍(步驟S33)，處理進(jìn)入步驟S34。判斷變更后的頻率數(shù)是否小于6.25 kHz(步驟S34)。當(dāng)其小于6.25 kHz時(在步驟S34為“YES”)，設(shè)定頻率數(shù)為6.25 kHz(步驟S36)并返回。在其超過6.25 kHz以上時(在步驟S34為“NO”)，判斷變更后的頻率數(shù)是否大于200kHz(步驟S35)，當(dāng)其大于200 kHz時(在步驟S35為“YES”)，設(shè)定頻率數(shù)為200 kHz(步驟S37)并返回。在其低于200kHz以下時(在步驟S35為“NO”)，則原樣返回。
通過進(jìn)行象上述這樣的對發(fā)光元件11a、11b的脈沖發(fā)光的控制，本發(fā)明之光掃描型觸摸屏能夠?qū)?yīng)需要達(dá)到相應(yīng)的檢測分辨能力，同時，還可以實(shí)現(xiàn)電能低消耗化。
作為上述各實(shí)施例中共同的構(gòu)成，兩光發(fā)射接收單元1a、1b是沿顯示畫面10的短邊，且置于某種程度的距離地進(jìn)行的配置。下面，對采用這種做法的理由進(jìn)行說明。
眾所周知，一般地在三角測量中，測量的基準(zhǔn)線越長，就越能提高其測量精度。但是，在測量對象極遠(yuǎn)時或相反極近時，測量誤差大也是事實(shí)。在測量對象極遠(yuǎn)時通過加長基準(zhǔn)線可以提高精度，在測量對象極近時相反通過縮短基準(zhǔn)線也可以提高精度。在本發(fā)明之光掃描型觸摸屏中，鑒于這樣的三角測量的缺點(diǎn)，讓連結(jié)兩光發(fā)射接收單元1a、1b的基準(zhǔn)線某種程度地離開顯示畫面10的邊緣，另外，因?yàn)椴恍枰M(jìn)行超過顯示畫面10的遠(yuǎn)處的測量，所以，以提高近的部分的測量精度為目的，沿顯示畫面10的短邊配置兩光發(fā)射接收單元1a、1b。
因此，連結(jié)兩光發(fā)射接收單元1a、1b的基準(zhǔn)線與顯示畫面10的一個邊(在本例中為顯示畫面10的短邊)之間的距離d的設(shè)定。應(yīng)滿足下面的(14)式。
dθ≤4δd(1/(L2+2δL))…(14)其中，dθ測量精度δ檢測精度(本例中為5mm)L基準(zhǔn)線長(兩光發(fā)射接收單元之間的距離)若關(guān)于d變形(14)式，則可得下述的(15)式。
d≥dθ×L2/4δ…(15)本發(fā)明之光掃描型觸摸屏中，檢測精度δ為5mm左右，基準(zhǔn)線長度L為500mm左右，測量精度dθ為由掃描角速度ω和接收光信號的AD變換的時鐘所決定的(dθ=ω·dT)0掃描角度為2.5毫弧度左右，在結(jié)果中d是10mm左右為最佳值。當(dāng)然不用說，該值依賴于顯示畫面10的大小、光束的擴(kuò)散角度，換言之，依賴于要求的是哪種程度的測量精度等。
如前所述這樣，在本發(fā)明之光掃描型觸摸屏中，在遠(yuǎn)離兩光發(fā)射接收單元1a、1b且投射到再現(xiàn)性反射片7的投射光的入射角度變小的部分上設(shè)置有鋸齒狀部分7a、7b以謀求提高反射效率。但是，因從兩光發(fā)射接收單元1a、1b到再現(xiàn)性反射片7的距離不是恒定的，且在上述那樣的再現(xiàn)性反射片7上存在鋸齒狀部分7a、7b，進(jìn)而還存在彎曲部分等原因，故兩接收光元件13a、13b的接收光量不可能達(dá)到恒定。不過，因?yàn)樵谄浜蟮男盘柼幚碇羞€有望使兩接收光元件13a、13b的接收光量能有限地恒定。故從節(jié)減電力消耗上看也較理想。
從這樣的觀點(diǎn)出發(fā)，我們對用于使入射到接收光元件13a、13b上的接收光量恒定的構(gòu)成進(jìn)行說明。
圖32所示是為恒定地控制接收光元件13a(13b)的接收光量而控制發(fā)光元件11a(11b)所產(chǎn)生的發(fā)光強(qiáng)度的構(gòu)成例的方框圖。具體言之，就是在反射光量多的掃描角上使發(fā)光元件11a(11b)所產(chǎn)生的發(fā)光強(qiáng)度變小，在反射光量少的掃描角上讓發(fā)光元件11a(11b)所產(chǎn)生的發(fā)光強(qiáng)度變大。
在圖32中，對應(yīng)由接收光元件13a(13b)接收的反射光的光量的信號被接收光信號檢測電路3a(3b)變換成數(shù)字信號并輸入到MPU5。MPU5對由該接收光信號檢測電路3a(3b)輸入的數(shù)字信號值和預(yù)先確定好的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)由接收光信號檢測電路3a(3b)輸入的數(shù)字信號的值比閾值大時，其輸出使發(fā)光元件11a(11b)所產(chǎn)生的發(fā)光強(qiáng)度降低的控制信號CS，反之，在由接收光信號檢測電路3a(3b)輸入的數(shù)字信號的值比閾值小時，其輸出使發(fā)光元件11a(11b)所產(chǎn)生的發(fā)光強(qiáng)度增大的控制信號CS。
由于從上述MPU5輸出的控制信號CS肯定是數(shù)字信號，所以，要通過電流變換電路51a(51b)將之變換成模擬的驅(qū)動信號DC再提供給穩(wěn)流電路52a(52b)穩(wěn)流并讓發(fā)光元件11a(11b)發(fā)光。進(jìn)而，由電流變換電路51a(51b)及穩(wěn)流電路52a(52b)構(gòu)成發(fā)光元件11a(11b)的驅(qū)動電路50a(50b)。
通過上述這樣的利用MPU5的控制，可以經(jīng)常保持對發(fā)光元件11a(11b)發(fā)出的發(fā)光強(qiáng)度的控制而使接收光元件13a(13b)的接收光量成為一規(guī)定值。
圖33是控制發(fā)光元件11a(11b)的發(fā)光強(qiáng)度的其他構(gòu)成例的方框圖。在該構(gòu)成例中，由MPU5輸出控制信號CS并控制驅(qū)動電路50a(50b)，進(jìn)而控制發(fā)光元件11a(11b)的發(fā)光強(qiáng)度方面是一樣的。但是，與在上述構(gòu)成例中監(jiān)視接收光信號檢測電路3a(3b)的接收光量并進(jìn)行反饋控制的方式相反，在該構(gòu)成例中，是對應(yīng)多面體反射鏡16a(16b)的旋轉(zhuǎn)角同步信號產(chǎn)生電路49a(49b)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角同步信號AS控制發(fā)光元件11a(11b)的發(fā)光強(qiáng)度。
具體言之就是，MPU5如圖34中的時序圖示出的那樣，讀入旋轉(zhuǎn)角同步信號產(chǎn)生電路49a(49b)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角同步信號AS，在掃描遠(yuǎn)離光發(fā)射接收單元1a、1b的部分的角度期間輸出使發(fā)光元件11a(11b)的發(fā)光強(qiáng)度變大的控制信號CS，在掃描接近光發(fā)射接收單元1a、1b的部分的角度期間輸出使發(fā)光元件11a(11b)的發(fā)光強(qiáng)度變小的控制信號CS。通過這樣的利用MPU5的控制，可以控制發(fā)光元件11a(11b)發(fā)出的發(fā)光強(qiáng)度使接收光元件13a(13b)的接收光量大致為一恒定值。
改變成上述這樣的控制發(fā)光元件11a(11b)的發(fā)光強(qiáng)度的構(gòu)成，也可以形成放大接收光元件13a(13b)的接收光量的構(gòu)成。圖35就是表示這種情況的構(gòu)成例的方框圖。
在該構(gòu)成例中，采用的是利用放大器53a(53b)放大由接收光元件13a(13b)給出的接收光量的信號(模擬信號)并賦予給接收光信號檢測電路3a(3b)的構(gòu)成。另外，放大器53a(53b)的放大率可以利用由MPU5賦予的控制信號CS1予以控制。再有，在MPU5上，還賦予有旋轉(zhuǎn)角同步信號產(chǎn)生電路49a(49b)輸出的旋轉(zhuǎn)角同步信號AS。
在這樣的構(gòu)成中，和示于上述的圖34中的構(gòu)成同樣地，MPU5讀入旋轉(zhuǎn)角同步信號產(chǎn)生電路49a(49b)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角同步信號AS，在掃描遠(yuǎn)離光發(fā)射接收單元1a、1b的部分的角度期間輸出使放大器53a(53b)的放大率變大的控制信號CS1，在掃描接近光發(fā)射接收單元1a、1b的部分的角度期間輸出使放大器53a(53b)的放大率變小的控制信號CS1。通過這樣的利用MPU5的控制，可以控制輸入到接收光信號檢測電路3a(3b)的接收光信號電平大致為一恒定值。
當(dāng)然，雖然在上述圖33、35示出的構(gòu)成例中是使用如示于圖34中那樣的比較簡單的模式控制發(fā)光元件11a(11b)的發(fā)光強(qiáng)度或放大器53a(53b)的放大率。但是，也可以通過監(jiān)視顯示畫面10上無指示物S狀態(tài)下接收光元件13a(13b)所給出的實(shí)際反射光量，模式化并預(yù)先保存其與多面體反射鏡16a(16b)的旋轉(zhuǎn)角的對應(yīng)關(guān)系，而后，比較該保存的模式和接收光元件13a(13b)的實(shí)際反射光量，獲得差分信息，進(jìn)行指示物S的檢測。
圖36即為表示這樣的構(gòu)成例的方框圖。在圖36中，接收光元件13a(13b)所給出的接收光量被接收光信號檢測電路3a(3b)變換成數(shù)字信號。MPU5將該接收光信號檢測電路3a(3b)的變換結(jié)果與旋轉(zhuǎn)角同步信號產(chǎn)生電路49a(49b)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角同步信號AS同步并使之保存在接收光量模式存儲器54中。該接收光量模式存儲器54也可以使用示于圖6的RAM26。
在這樣的構(gòu)成中，以旋轉(zhuǎn)角同步信號產(chǎn)生電路49a(49b)所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)角同步信號AS作為基準(zhǔn)并以接收光元件13a(13b)的一次掃描期間的接收光量的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)作為接收光量模式來獲得，這些模式被保存在接收光量模式存儲器54中。因此，例如，把打開本發(fā)明之光掃描型觸摸屏的電源等情況下的顯示畫面10上無指示物S狀態(tài)中的接收光量模式保存在接收光量模式存儲器54中，并同以后的用接收光信號檢測電路3a(3b)把接收光元件13a(13b)的接收光量數(shù)字化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較及檢測出差分信息，也可以檢測出指示物S的存在。
進(jìn)而，也可以采用示于圖37中那樣的構(gòu)成。在該構(gòu)成中，和上述的例同樣地，例如，把打開本發(fā)明之光掃描型觸摸屏的電源等情況下的顯示畫面10上無指示物S狀態(tài)中的接收光量模式保存在接收光量模式存儲器54中。并且，在將以后的接收光元件13a(13b)的接收光量賦予比較器55a(55b)的同時，MPU5利用D/A轉(zhuǎn)換器56a(56b)把保存在接收光量模式存儲器54中的接收光量模式的數(shù)據(jù)變換成模擬信號并賦予比較器55a(55b)。其結(jié)果，在比較器55a(55b)中，把來自接收光元件13a(13b)的接收光信號同將從接收光量模式存儲器54讀出的接收光量模式的數(shù)據(jù)變換成模擬信號后的信號進(jìn)行比較，其所得的差分被輸入到MPU5。
從而，MPU5可以按照比較器55a(55b)所給予的差分的信號檢測指示物S的存在。
當(dāng)然，雖然在本發(fā)明之光掃描型觸摸屏中，如前所述那樣具有來自再現(xiàn)性反射片7的反射光量少的掃描角度，但可以通過采用上述那樣的控制發(fā)光元件11a、11b的發(fā)光強(qiáng)度的手法解決該問題。但是，也存在從安全性的問題出發(fā)不能提高發(fā)光元件11a、11b的發(fā)光強(qiáng)度的情況。因此，下面將對把發(fā)光元件11a、11b的發(fā)光強(qiáng)度切換成通常的狀態(tài)和使其降低到通常狀態(tài)的一半左右的狀態(tài)的情況進(jìn)行說明。
另外，如前面所述的圖2所示那樣，在本發(fā)明之光掃描型觸摸屏中的光發(fā)射接收單元1a(1b)上，存在有從發(fā)光元件11a(11b)投射的激光束被多面體反射鏡16a(16b)反射并直接輸入到接收光元件13a(13b)的定時。通過利用這種方式，因其在掃描開始的檢測時不需要特別的裝置，所以，可以降低成本。
具體地，由于直接入射到接收光元件13a(13b)上的掃描光的光強(qiáng)度高，所以準(zhǔn)備比較電平不同的2個以上的比較裝置并比較接收光元件13a(13b)的輸出，進(jìn)而，利用較高比較電平的比較裝置的比較輸出結(jié)果作為掃描開始信號。為了測量掃描光被遮斷的時間，設(shè)置有以掃描開始信號為時間測量的開始觸發(fā)器的時間測量裝置。或者，比較接收光元件13a(13b)的輸出，并對應(yīng)較低比較電平的比較裝置的比較輸出結(jié)果開始時間測量。
因?yàn)閽呙杷俣鹊淖儎邮菢?gòu)成誤差的原因，故該問題的解決是個重要的課題。為了消除掃描速度變動的影響，設(shè)置有測量掃描開始信號的間隔的裝置，通過將所測得的間隔作為基準(zhǔn)校正掃描光的遮斷時間來消除誤差。
下面進(jìn)行具體的說明。圖38中示出了表示發(fā)光元件11a(11b)的驅(qū)動電路50a(50b)的構(gòu)成的方框圖。驅(qū)動電路50a(50b)由高電平驅(qū)動的驅(qū)動器50H、低電平驅(qū)動的驅(qū)動器50L及開關(guān)50S構(gòu)成。MPU5把ON/OFF信號賦予兩驅(qū)動器50H、50L，把發(fā)光強(qiáng)度切換信號SS賦予開關(guān)50S。利用這樣的構(gòu)成，可以控制發(fā)光元件11a(11b)的驅(qū)動電流的ON/OFF和發(fā)光強(qiáng)度的2階段的切換。另外，示于該圖38中的構(gòu)成可以用眾所周知的電路構(gòu)成。
在圖39A、39B中給出了用于說明利用發(fā)光強(qiáng)度的交替切換實(shí)現(xiàn)限界的增加(提高S/N比)例的波形圖。圖39A表示不進(jìn)行發(fā)光元件11a(11b)的發(fā)光強(qiáng)度交替切換并保持用同一發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行掃描時的接收光元件13a(13b)的接收信號的電平；圖39B表示利用上述構(gòu)成按2階段進(jìn)行發(fā)光元件11a(11b)的發(fā)光強(qiáng)度交替切換并進(jìn)行掃描時的接收光元件13a(13b)的接收信號的電平。
示于不進(jìn)行發(fā)光強(qiáng)度交替切換的圖39A中的情況為來自再現(xiàn)性反射片7的反射光量逐漸降低，不久又上升。這里，在大致中央部位的大的電平的降低部分是起因于指示物S的波形。在此應(yīng)該注意的是，雖然因指示物S使接收光元件13a(13b)的接收光信號的電平低下，但相對于其“0”電平的限界(margin)M1卻是極小的(S/N比不好)。
另一方面，示于進(jìn)行發(fā)光強(qiáng)度交替切換的圖39B的情況中的來自再現(xiàn)性反射片7的反射光量逐漸降低，不久又上升的過程本身是一樣的。在用反射光量下降達(dá)到最低的部分的L1表示的區(qū)間進(jìn)行利用低電平驅(qū)動的驅(qū)動器50L的掃描，在用反射光量最低的H表示的區(qū)間進(jìn)行利用高電平驅(qū)動的驅(qū)動器50H的掃描，在此后的用L2表示的區(qū)間進(jìn)行利用低電平驅(qū)動的驅(qū)動器50L的掃描。從而，當(dāng)用雖然是反射光量非常低但卻利用高電平驅(qū)動的驅(qū)動器50H進(jìn)行掃描的H所表示的區(qū)間上存在指示物S時，在利用高電平驅(qū)動的驅(qū)動器50H進(jìn)行掃描的高接收光信號電平中產(chǎn)生和圖39A大致相同程度的電平降低。但這里應(yīng)該注意的是，在圖39B中，相對于因指示物S引起接收光信號電平降低時的“0”電平的限界M2和圖39A的情況相比卻是相當(dāng)大的(S/N好)。
圖40中示出了接收光信號檢測電路3a(3b)的構(gòu)成例的方框圖。來自接收光元件13a(13b)接收光信號在被接收光信號檢測電路3a(3b)的放大器57放大后又被賦予給二個轉(zhuǎn)換器58H、58L。這些轉(zhuǎn)換器58H、58L的比較基準(zhǔn)不同。轉(zhuǎn)換器58H具有比較高的基準(zhǔn)電壓VH，其輸出作為掃描開始信號SSS賦予MPU5。另一方面，轉(zhuǎn)換器58L具有比較低的基準(zhǔn)電壓VL，其輸出作為掃描遮斷檢測信號SCS也被賦予MPU5。
如前所述那樣，也如圖2所示的那樣，在本發(fā)明之光掃描型觸摸屏中，光發(fā)射接收單元1a、1b的配置具有各自的掃描光在掃描開始時不經(jīng)由再現(xiàn)性反射片7而直接入射到本身的接收光元件13a、13b上的定時。因此，如圖41A的接收光信號電平的時序圖中所示的那樣，在讓多面體反射鏡16a、16b旋轉(zhuǎn)并進(jìn)行光掃描時，掃描光在多面體反射鏡16a、16b反射并直接入射到接收光元件13a、13b時的入射光量大致是由發(fā)光元件11a、11b發(fā)出的投射光量的80％。
與此相反，同樣如在圖41A所示的那樣，在再現(xiàn)性反射片7一度反射之后再入射到接收光元件13a、13b時的入射光量大致是由發(fā)光元件11a、11b發(fā)出的投射光量的30％。從這樣的觀點(diǎn)來看，如果把轉(zhuǎn)換器58H的基準(zhǔn)電壓VH設(shè)定在由發(fā)光元件11a、11b發(fā)出的投射光量的80％和30％之間，則因已設(shè)定了圖41A中所示那樣的閾值TH，所以通過檢測比閾值TH高的電平部分，可以象圖41B中所示的那樣，能夠把發(fā)光元件11a、11b發(fā)出的投射光的在多面體反射鏡16a、16b的直接的反射光作為掃描開始信號。
圖42所示是一個光掃描遮斷時間測量系統(tǒng)的時間設(shè)定·時間測量部的構(gòu)成例的方框圖。在該例中，配備有3個時間測定用計(jì)時器(第1測定計(jì)時器59a、第2測定計(jì)時器59b、第3測定計(jì)時器59c)和2個時間設(shè)定用計(jì)時器(第1設(shè)定計(jì)時器59d、第2設(shè)定計(jì)時器59e)，MPU5分別與之相對應(yīng)，進(jìn)行測定時間的讀出、時間設(shè)定等的控制。
掃描開始信號SSS被輸入到第1測定計(jì)時器59a，測定掃描開始信號SSS的間隔時間。光掃描遮斷檢測信號SCS被輸入到第2測定計(jì)時器59b及第3測定計(jì)時器59c，測定非遮斷時間和遮斷時間。第1設(shè)定計(jì)時器59d和第2設(shè)定計(jì)時器59e的輸出如前面所述的圖38中示出的那樣被賦予驅(qū)動電路50a(50b)并成為發(fā)光強(qiáng)度切換信號SS。
圖43A～43C所示是關(guān)于1次光掃描的定時的時間關(guān)系的時序圖。此外，在原理上使用tx(x=1、2…)并進(jìn)行根據(jù)本發(fā)明之光掃描型觸摸屏的種種測定，但也可以用tx′或tx″代用之。
(1)掃描開始周期(測定t1)為了校正多面體反射鏡16a、16b的旋轉(zhuǎn)變動，換言之是校正讓其旋轉(zhuǎn)的電機(jī)的旋轉(zhuǎn)變動，要測定1次光掃描的周期。不過，測定t1、t1′或t1″中的任何一個都可以。
t1掃描開始信號SSS的L電平的時間t1′掃描開始信號SSS的1個周期的時間t1″掃描光在再現(xiàn)性反射片7反射的從開始到結(jié)束的時間(2)指示物S的位置(測定t2)測定由光掃描開始到到達(dá)指示物S的位置的時間。不過，測定t2或t2′中的任何一個都可以。
t2掃描光在再現(xiàn)性反射片7開始反射后到到達(dá)指示物S的位置的時間t2′由掃描開始信號SSS開始到到達(dá)指示物S的位置的時間(3)指示物S的寬度(測定t3)測定指示物S的寬度的時間。不過，測定t3、t3′或t3″中的任何一個都可以。
t3掃描光被指示物S遮擋的時間t3′掃描光在再現(xiàn)性反射片7開始反射后到因指示物S造成的遮擋結(jié)束的時間t3″由掃描開始信號SSS開始到到達(dá)因指示物S造成的遮擋結(jié)束的時間(4)激光功率上升(pwer up)(輸出t4)測定由掃描開始到掃描光的功率(發(fā)光強(qiáng)度)上升到高電平時的時間。不過，可以測定t4或t4′中的任一個。
t4由把掃描開始信號SSS作為觸發(fā)器信號并開始測定后到功率上升的時間t4′把掃描光的由再現(xiàn)性反射片7形成的反射的開始作為觸發(fā)器信號并開始測定后到功率上升的時間(5)激光功率下降(power down)(輸出t5)測定掃描光的功率(發(fā)光強(qiáng)度)上升到高電平之后到下降到低電平時的時間。不過，測定t5、t5′或t5″中的任何一個均可。
t5把t4結(jié)束時作為觸發(fā)器并開始測定后到功率下降的時間t5′把掃描光的由再現(xiàn)性反射片7形成的反射的開始作為觸發(fā)器并開始測定后到功率下降的時間
t5″把掃描開始信號SSS作為觸發(fā)器信號并開始測定之后到功率下降的時間關(guān)于多面體反射鏡16a、16b的旋轉(zhuǎn)變動用下面示出的方法進(jìn)行校正。
(1)從掃描開始到檢測出指示物S的時間t2(t2′)/t1(t1′或t1″)×k(常數(shù))(2)指示物S的寬度的時間t3((t3′-t2)或(t3″-t2′))/t1(t1′或t1″)×k(常數(shù))如上這樣，在本發(fā)明之光掃描型觸摸屏中，無需使用檢測掃描開始的特別的裝置便可以得到種種的時間信息，由這些信息可以求出因指示物S而造成的遮斷區(qū)域、大小等。(第6實(shí)施例)圖44所示是本發(fā)明之光掃描型觸摸屏第6實(shí)施例中的光發(fā)射接收單元1a、1b的內(nèi)部構(gòu)成及光路的原理圖。另外，第6實(shí)施例的整體構(gòu)成和圖1一樣。再有，在圖44中，在和圖2相同的部分上附加有同一標(biāo)記。
參照符號19a、19b是用于把準(zhǔn)直透鏡12a、12b出射的平行光導(dǎo)向多面體反射鏡16a、16b，并把來自多面體反射鏡16a、16b的反射光導(dǎo)向接收光元件13a、13b的光束分離器。還有，參照符號18a、18b是定時檢測用接收光元件，通過其接收在各個掃描的開始時刻由多面體反射鏡16a、16b掃描的激光束，可確定同步信號的定時，此外，其還被利用于生成校正多面體反射鏡16a、16b的旋轉(zhuǎn)速度的信息。
由發(fā)光元件11a、11b發(fā)出的激光被準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直成平行光，在通過后述的光束分離器19a、19b的開口(孔徑)193a、193b(參照圖47)之后，在和顯示畫面10實(shí)際平行的面內(nèi)被多面體反射鏡16a、16b的旋轉(zhuǎn)有角度地進(jìn)行掃描并被投射到再現(xiàn)性反射片7上。并且，來自再現(xiàn)性反射片7的反射光在被多面體反射鏡16a、16b和光束分離器19a、19b反射后，經(jīng)由可見光濾光片14a、14b，入射到接收光元件13a、13b上。
從發(fā)光元件11a、11b到多面體反射鏡16a、16b的光路和從多面體反射鏡16a、16b到接收光元件13a、13b的光路是同一光路，在其途中配置有半反射鏡等光分離器時，由于存在從發(fā)光元件11a、11b到接收光元件13a、13b的可直接接收光的光，所以，存在著其作為干擾影響到測定結(jié)果的可能性，但因在第6實(shí)施例中，設(shè)置有作為光分離器的光束分離器19a、19b，所以，不會產(chǎn)生這樣的問題。
在第6實(shí)施例之光掃描型觸摸屏中，如果舉例對光發(fā)射接收單元1b進(jìn)行說明的話，來自光發(fā)射接收單元1b的投射光首先從入射到定時檢測用接收光元件18b的位置開始，經(jīng)過被光遮蔽部件70遮蔽的位置在圖1上被逆時針轉(zhuǎn)動地掃描，到達(dá)被再現(xiàn)性反射片7的最前端部分反射的位置并以此為掃描開始位置。并且，該光束在到達(dá)指示物S的一端位置(P1)之前被再現(xiàn)性反射片7反射，但在由指示物S的一端(P1)到達(dá)指示物S的另一端位置(P2)之間則被指示物S遮斷，此后，一直到掃描結(jié)束位置(Pe)又被再現(xiàn)性反射片7反射。
圖45、圖46分別是第6實(shí)施例之光掃描型觸摸屏的兩光發(fā)射接收單元1a、1b的平面圖、側(cè)面圖。在這些圖45、圖46中，在和圖3、圖4相同的部分上附加有同一標(biāo)記。在發(fā)光元件11a(11b)和棱鏡反射鏡17a(17b)之間配置有準(zhǔn)直透鏡12a(12b)，在光束分離器19a(19b)和接收光元件13a(13b)之間配置有可見光濾光片14a(14b)。
圖47所示是光束分離器19a(19b)的具體構(gòu)成的側(cè)面圖。光束分離器19a(19b)的反射體190a(190b)相對于棱鏡反射鏡17a(17b)和多面體反射鏡16a(16b)之間的激光路形成有V字狀的側(cè)截面，其中面對多面體反射鏡16a(16b)的反射面(以下稱為主反射面)191a(191b)呈45°的角度，面對棱鏡反射鏡17a(17b)的反射面(以下稱為副反射面)192a(192b)不是45°的角度(在圖47所示的例中是50°)。進(jìn)而，在反射體190a(190b)上相對于主反射面191a(191b),45°角度的開口193a(193b)被設(shè)置在棱鏡反射鏡17a(17b)和多面體反射鏡16a(16b)之間的激光路上。該開口193a(193b)的直徑在本例中為1毫米左右。
利用上述這樣的光發(fā)射接收單元1a(1b)的構(gòu)成，發(fā)光元件11a(11b)發(fā)出的激光束被準(zhǔn)直透鏡12a(12b)準(zhǔn)直為平行光，經(jīng)棱鏡反射鏡17a(17b)折射后通過光束分離器19a(19b)的開口193a(193b)并被多面體反射鏡16a(16b)反射，投射到再現(xiàn)性反射片7上。
但是，激光內(nèi)的不通過開口193a(193b)的部分被光束分離器19a(19b)的副反射面192a(192b)反射。此時，由于副反射面192a(192b)相對于由棱鏡反射鏡17a(17b)投射過來的激光的光軸被設(shè)置成不是45°的角度，所以，即使在副反射面192a(192b)反射的激光，被譬如光束分離器19a(19b)的框架的頂面所反射，其再入射到接收光元件13a(13b)的可能性也非常少。如此，可具有防止接收光元件13a(13b)的接收光信號混入干擾的效果。
被再現(xiàn)性反射片7反射的光線返回到多面體反射鏡16a(16b)并再被反射，入射到光束分離器19a(19b)的主反射面191a(191b)并反射到接收光元件13a(13b)側(cè)，通過可見光濾光片14a(14b)并最后被接收光元件13a(13b)接收。此時，入射到主反射面191a(191b)的開口193a(193b)的部分的光原樣不動地通過棱鏡反射鏡17a(17b)并沒有反射到接收光元件13a(13b)上。但是，因?yàn)樵瓨硬粍拥赝ㄟ^開口193a(193b)的光只是一點(diǎn)點(diǎn)，所以不存在實(shí)用上的問題。
圖48是表示第6實(shí)施例之光掃描型觸摸屏中的MPU5和其他電路的關(guān)系的方框圖。在圖48中，和圖6附加有同一標(biāo)記的部件具有同樣的功能。在第6實(shí)施例中，接收光信號檢測電路3a、3b把在接收光元件13a、13b及定時檢測用接收光元件18a、18b的反射光的接收光信號傳送給MPU5。
圖49是表示圖48中的接收光信號檢測電路3a(3b)的構(gòu)成例的方框圖。由于兩接收光元件13a、18a(13b、18b)是把接收光量作為使之比例于電流值的接收光信號進(jìn)行輸出的，所以，利用電流/電壓(I/V)變換器80a(80b)可把來自兩接收光元件13a、18a(13b、18b)的輸出信號(電流)變換成電壓信號。電流/電壓變換器80a(80b)輸出的電壓信號通過低通濾波器81a(81b)并作為比較對象的信號被從放大器82a(82b)輸入到轉(zhuǎn)換器83a(83b)一側(cè)的輸入端子上。該轉(zhuǎn)換器83a(83b)的輸出被輸入給第1計(jì)時器84a(84b)，其輸出被輸入到MPU5。放大器82a(82b)的輸出還被賦予A/D變換器86a(86b)，被變換成數(shù)字信號并輸入到MPU5。另外，利用D/A變換器85a(85b)把由MPU5輸出的數(shù)字信號變換成模擬信號并作為比較的閾值輸入到轉(zhuǎn)換器83a(83b)的其他側(cè)的輸入端子上。
進(jìn)而，低通濾波器81a(81b)的輸出經(jīng)由放大器87a(87b)作為比較對象的信號被輸入到轉(zhuǎn)換器88a(88b)一側(cè)的輸入端子上。該轉(zhuǎn)換器88a(88b)的輸出被輸入到第2計(jì)時器89a(89b)，而其輸出又被輸入到MPU5中。此外，轉(zhuǎn)換器88a(88b)的比較閾值被設(shè)定在定時檢測用接收光元件18a(18b)的最大輸出和接收光元件13a(13b)的最大輸出之間的合適的閾值TH上。因此，轉(zhuǎn)換器88a(88b)在定時檢測用接收光元件18a(18b)接收來自光發(fā)射接收單元1a(1b)的掃描光期間只輸出信號“1”，在其以外的期間則輸出“0”。還有，第2計(jì)時器89a(89b)通過計(jì)時如轉(zhuǎn)換器88a(88b)的輸出信號從“0”上升到“1”的時間間隔，監(jiān)視多面體反射鏡16a(16b)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
利用這樣的接收光信號檢測電路3a(3b)的構(gòu)成，MPU5可以進(jìn)行以下這樣的處理。
由于放大器82a(82b)的輸出信號被A/D變換器86a(86b)變換成數(shù)字信號并被輸入到MPU5，所以，MPU5可以把在某一定期間的兩接收光元件13a、18a(13b、18b)的輸出信號的合成波作為數(shù)字信號來監(jiān)視。另外，MPU5根據(jù)第2計(jì)時器89a(89b)的計(jì)時結(jié)果可以檢測出多面體反射鏡16a(16b)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，換言之就是可以檢測出各個掃描的開始定時。因此，MPU5可以根據(jù)從A/D變換器86a(86b)輸入的信號檢測出各個掃描之間的接收光信號的最小值。
另一方面，MPU5在向D/A變換器85a(85b)輸出數(shù)字信號并將其變換成模擬信號的過程中，還可以作為閾值的信號賦予給轉(zhuǎn)換器83a(83b)的其他側(cè)的輸入端子。因此，轉(zhuǎn)換器83a(83b)可以把由MPU5賦予的任意值作為閾值來對放大器82a(82b)的輸出進(jìn)行限幅(在放大器82a(82b)的輸出超過閾值時輸出“1”，在不是此種情況時輸出“0”)。第1計(jì)時器84a(84b)計(jì)時該轉(zhuǎn)換器83a(83b)的“1”輸出及“0”輸出的持續(xù)時間。
下面，參照給出其原理的圖50的原理圖對利用第6實(shí)施例之光掃描型觸摸屏的位置檢測動作進(jìn)行說明。但在圖50中省略了光發(fā)射接收單元1a、1b，再現(xiàn)性反射片7，顯示畫面10以外的構(gòu)成部件的圖示。另外，給出的是指示物使用手指的情況。
MPU5通過控制多面體反射鏡控制電路4，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)光發(fā)射接收單元1a、1b內(nèi)的多面體反射鏡16a、16b并有角度地掃描發(fā)光元件11a、11b發(fā)出的激光。其結(jié)果是，來自多面體反射鏡16a、16b的光直接入射到定時檢測用接收光元件18a、18b，同時，經(jīng)由多面體反射鏡16a、16b的來自再現(xiàn)性反射片7的反射光入射到接收光元件13a、13b。這樣，可以把入射到定時檢測用接收光元件18a、18b及接收光元件13a、13b的光的接收光量作為是接收光信號檢測電路3a、3b的輸出的接收光信號獲得。
另外，在圖50中，θ00、φ00表示從連結(jié)兩光發(fā)射接收單元1a、1b的基準(zhǔn)線到兩定時檢測用接收光元件18a、18b的角度；θ0、φ0表示從連結(jié)兩光發(fā)射接收單元1a、1b的基準(zhǔn)線到再現(xiàn)性反射片7的端部的角度；θ1、φ1表示從基準(zhǔn)線到指示物的基準(zhǔn)線側(cè)端部的角度；θ2、φ2表示從基準(zhǔn)線到與指示物的基準(zhǔn)線相對一側(cè)端部的角度。
圖51A、51B給出了指示物不存在時的接收光元件13a、13b及定時檢測用接收光元件18a、18b的接收光信號的波形(51A)，以及該波形的經(jīng)由轉(zhuǎn)換器83a(83b)的比較輸出信號的波形(圖51B)。
該情況下，掃描角度在θ00、φ00的定時檢測用接收光元件18a、18b直接接收來自多面體反射鏡16a、16b的光。該狀態(tài)下，轉(zhuǎn)換器88a(88b)的輸出信號被作為從“0”變化成為“1”的定時檢測出來，進(jìn)而，利用第2計(jì)時器89a(89b)計(jì)時其周期。利用該方法，因?yàn)镸PU5可以監(jiān)視多面體反射鏡16a、16b的旋轉(zhuǎn)周期，所以，可以對應(yīng)需要通過控制多面體反射鏡控制電路4進(jìn)行使多面體反射鏡16a、16b旋轉(zhuǎn)的脈沖電機(jī)21的旋轉(zhuǎn)的校正。
另外，在象本例這樣，多面體反射鏡16a(16b)為4面的正多角形情況時，在第2計(jì)時器89a(89b)進(jìn)行計(jì)時的1個周期中，多面體反射鏡16a(16b)旋轉(zhuǎn)了1/4。
在掃描光的光路不存在指示物S時，在示于圖51A的θ00、φ00的定時中，在直接入射到定時檢測用接收光元件18a、18b后，由再現(xiàn)性反射片7反射的反射光又入射到接收光元件13a(13b)。再現(xiàn)性反射片7反射的反射光量如圖51A所示的那樣，因在最初的θ0(φ0)角度上所接收的是來自離再現(xiàn)性反射片7的最近的部分的反射光，故反射光量為最大，此后連續(xù)漸減地在再現(xiàn)性反射片7的最遠(yuǎn)的對角線的角落部一度達(dá)到最小，再后又漸增到90°的角度并結(jié)束1個周期的掃描。
MPU5至少由A/D變換器86a(86b)作為數(shù)字信號讀取這樣的1個周期的對接收光元件13a(13b)的入射光量，并求出最小值(最低電壓)。然后，MPU5在所求得的最小值上加上規(guī)定的值(限界電壓)，并把其結(jié)果的數(shù)字值輸出到D/A變換器85a(85b)。D/A變換器85a(85b)把由MPU5輸出的數(shù)字信號變換成模擬信號并作為用于由轉(zhuǎn)換器83a(83b)進(jìn)行的比較輸出的閾值(基準(zhǔn)電壓Ref)設(shè)定之。
另外，雖然上述的限界電壓可以根據(jù)接收光元件13a(13b)的接收光特性及再現(xiàn)性反射片7的反射特性預(yù)先設(shè)定好適當(dāng)?shù)闹担?，也可以檢測再現(xiàn)性反射片7的反射光量中的最低值，具體言之就是檢測由再現(xiàn)性反射片7的最遠(yuǎn)的對角線方向的角落部反射的反射光得來的電壓，并把該值和最低電壓的中間值，如其1/2值作為限界電壓。
這樣，在第6實(shí)施例之光掃描型觸摸屏中，由于可以根據(jù)在至少1次的掃描中的從接收光元件13a(13b)的接收光量得來的最低電壓設(shè)定轉(zhuǎn)換器83a(83b)的閾值(基準(zhǔn)電壓Ref)，所以可以排除因接收光元件13a(13b)的溫度變化等造成的靈敏度變化的影響而獲得更準(zhǔn)確的檢測。
當(dāng)然，雖然在上述例中是在1次的掃描中設(shè)定轉(zhuǎn)換器83a(83b)的基準(zhǔn)電壓Ref，但也可以根據(jù)多次的掃描結(jié)果設(shè)定該基準(zhǔn)電壓Ref。
因此，象上述這樣，如果在轉(zhuǎn)換器83a(83b)上設(shè)定了閾值(基準(zhǔn)電壓Ref)，則MPU5接著將計(jì)時轉(zhuǎn)換器83a(83b)的輸出信號是“1”的時間，換言之，就是計(jì)時提供給轉(zhuǎn)換器83a(83b)的輸入信號的電壓超過基準(zhǔn)電壓的時間。在功能正常的情況下，作為轉(zhuǎn)換器83a(83b)的輸出信號可得到起因于對定時檢測用接收光元件18a(18b)的入射光的較短時間的“1”輸出和起因于對再現(xiàn)性反射片7的入射光的較長時間的“1”輸出。但是，因?yàn)槠鹨蛴趯Χ〞r檢測用接收光元件18a(18b)的入射光的較短時間的“1”輸出同步于第2計(jì)時器89a(89b)的計(jì)時周期，所以，如圖51B所示的那樣，MPU5只把起因于對再現(xiàn)性反射片7的入射光的較長時間的“1”輸出的持續(xù)時間作為基準(zhǔn)時間RT保存在RAM26中。
MPU5在顯示畫面10上不存在指示物S的情況的起動時，或者在規(guī)定的定時，如由外部給予了規(guī)定的指示的定時時，執(zhí)行上述這樣的初始化處理。
如果上述這樣的初始化處理結(jié)束，則可開始光掃描型觸摸屏的實(shí)際的使用。
在圖52A、52B的時序圖中，給出了在存在指示物S時的接收光元件13a、13b及定時檢測用接收光元件18a、18b的接收光信號的波形。首先，在掃描角度為θ00、φ00，定時檢測用接收光元件18a、18b直接接收來自多面體反射鏡16a、16b的光。由此，從接收光信號檢測電路3a、3b輸出的信號可以用于進(jìn)行多面體反射鏡16a、16b的，換言之是進(jìn)行驅(qū)動多面體反射鏡16a、16b旋轉(zhuǎn)的脈沖電機(jī)21的旋轉(zhuǎn)的校正。另外，在本例中，因?yàn)槎嗝骟w反射鏡16a(16b)是4面的正多角形，所以，每4次來自定時檢測用接收光元件18a、18b的輸出信號對應(yīng)多面體反射鏡16a、16b的一圈的旋轉(zhuǎn)。
在顯示畫面10上存在指示物S時，對由光發(fā)射接收單元1a、1b發(fā)出的掃描光的光路上不存在指示物S的情況，再現(xiàn)性反射片7的反射光入射到接收光元件13a、13b上，對由光發(fā)射接收單元1a、1b發(fā)出的掃描光的光路上存在指示物S的情況，則來自再現(xiàn)性反射片7的反射光及來自指示物S的反射光都不能入射到接收光元件13a、13b上。
因此，在圖50所示的這樣的狀態(tài)下，在掃描角度從0°到θ0(從0°到φ0)之間反射光不入射到接收光元件13a(13b)；在掃描角度從θ0到θ1(從φ0到φ1)之間反射光入射到接收光元件13a(13b)；在掃描角度從θ1到θ2(從φ1到φ2)之間反射光不入射到接收光元件13a(13b)。這樣的角度可根據(jù)接收光信號的上升沿或下降沿的定時求出(參照圖52A、52B)。因此，由作為指示物的人的手指所造成的遮斷范圍可以用dθ=θ2-θ1,dφ=φ2-φ1求解。
此后，可根據(jù)這樣求得的遮斷范圍求出指示物S(在本例中為手指)的中心位置(指示位置)的座標(biāo)及指示物S(在本例中為手指)的截面長度。另外，因?yàn)榍笤撟鶚?biāo)及截面長度的處理和上述的第1實(shí)施例(參照圖9～13)一樣，故省略其說明。
圖53A、53B所示是基于第1計(jì)時器84a(84b)的計(jì)時值的利用MPU5進(jìn)行接收光信號的處理的算法流程圖。圖54A、54B所示分別是在顯示畫面上存在2個指示物S時接收光元件13a(13b)及定時檢測用接收光元件18a、18b的接收光信號的波形(圖54A)和轉(zhuǎn)換器83a(83b)的比較輸出信號的波形(圖54B)。
首先，利用描光直接入射到定時檢測用接收光元件18a、18b來開始1次掃描(步驟S41)。此后，如果接收光元件13a(13b)的接收光信號由“1”變化成“0”(在步驟S42為“YES”)，則計(jì)數(shù)器27的計(jì)數(shù)值C被清“0”(步驟S43)。但在接收光元件13a(13b)的接收光信號沒有從“1”變化成“0”的狀態(tài)(在步驟S42為“NO”)下經(jīng)過了規(guī)定時間時(在步驟S81為“YES”)，則進(jìn)行錯誤處理(步驟S82)。
進(jìn)而，如果再現(xiàn)性反射片7的反射光開始入射到接收光元件13a(13b)則因來自接收光元件13a(13b)接收光信號由“0”變化成“1”(在步驟S44為“YES”)，故第1計(jì)數(shù)器84a(84b)開始計(jì)時(步驟S45)，計(jì)數(shù)器i被初始化為“1”(步驟S46)。另外，設(shè)第1計(jì)時器84a(84b)的計(jì)時值為tc。但在接收光元件13a(13b)的接收光信號沒有從“0”變化成“1”的狀態(tài)(在步驟S44為“NO”)下，換言之就是再現(xiàn)性反射片7的反射光沒入射到接收光元件13a(13b)地經(jīng)過了規(guī)定時間時(在步驟S91為“YES”)，則進(jìn)行錯誤處理(步驟S92)。
此后，在顯示畫面10上不存在指示物S時，因接收光元件13a(13b)的接收光信號沒有變化，所以，步驟S47為“NO”，步驟S48也為“NO”，并判斷第1計(jì)時器84a(84b)的計(jì)時值tc是否達(dá)到了在前面的初始化處理中保存在RAM26的基準(zhǔn)時間tref(步驟S52)。當(dāng)?shù)?計(jì)時器84a(84b)的計(jì)時值tc達(dá)到基準(zhǔn)時間tref時(在步驟S52為“YES”)，因1次掃描完了，故處理進(jìn)入步驟S61。
但是，在顯示畫面10上存在指示物S時，通常，在第1計(jì)時器84a(84b)的計(jì)時值tc達(dá)到基準(zhǔn)時間tref之前，接收光元件13a(13b)的接收光信號從“1”，變化到“0”，進(jìn)而，從“0”變化到“1”。具體言之，如果掃描光被指示物S遮斷則接收光元件13a(13b)的接收光信號首先從“1”變化到“0”(在步驟S47為“YES”)。該情況下，如圖54所示那樣，計(jì)數(shù)器27的計(jì)數(shù)值C被增量“1”(步驟S49)，該時刻的第1計(jì)時器84a(84b)的計(jì)時值tc被作為數(shù)據(jù)ti(最初為t1)保存在RAM26中(步驟S50)。
此后，計(jì)數(shù)值i被增量“1”(步驟S51)，通常，因?yàn)榈?計(jì)時器84a(84b)的計(jì)時值tc沒有達(dá)到基準(zhǔn)時間tref(在步驟S52為“NO”)，故處理返回步驟S47。不久，接收光元件13a(13b)的接收光信號從“0”變化到“1”(在步驟S47為“NO”、S48為“YES”)。這時，該時刻的第1計(jì)時器84a(84b)的計(jì)時值tc被作為數(shù)據(jù)ti(因?yàn)槭堑?次故為t2)保存在RAM26中(步驟S50)。此后，計(jì)數(shù)值i被增量“1”(步驟S51)，通常，因?yàn)榈?計(jì)時器84a(84b)的計(jì)時值tc沒有達(dá)到基準(zhǔn)時間tref，所以處理返回步驟S47。
因?yàn)橥ǔＶ甘疚颯是一個，所以，不久，第1計(jì)時器84a(84b)的計(jì)時值tc將達(dá)到基準(zhǔn)時間tref，處理則進(jìn)入步驟S61。但是，在顯示畫面10上存在多個指示物S時要反復(fù)上述的處理而計(jì)數(shù)器27的計(jì)數(shù)值C將達(dá)到2以上，并得到3個以上的第1計(jì)時器84a(84b)的計(jì)時值tc的數(shù)據(jù)ti。
如果第1計(jì)時器84a(84b)的計(jì)時值tc達(dá)到基準(zhǔn)時間tref，則首先檢查計(jì)數(shù)器27的計(jì)數(shù)值C(步驟S61)。如上述的那樣，因?yàn)橥ǔｏ@示畫面10上所存在的指示物S是一個，故計(jì)數(shù)器27的計(jì)數(shù)值C是“1”(在步驟S61為“YES”)，以及計(jì)數(shù)器i的值是“2”(在步驟S62為“YES”)。在該情況下，可進(jìn)行前述那樣的座標(biāo)計(jì)算(步驟S63)。但是，如圖54中所示的那樣，在計(jì)數(shù)器27的計(jì)數(shù)值C不是“1”的時候(在步驟S61為“NO”，但在該情況中也包括顯示畫面10上不存在指示物S的情況)，或者計(jì)數(shù)器i不是“2”的時候(在步驟S62為“NO”，但在該情況中也包括顯示畫面10上不存在指示物S的情況)，不進(jìn)行座標(biāo)計(jì)算且處理返回步驟S41。
通過以上這樣的處理，可排除由接收光元件13a(13b)的周圍溫度造成的影響，并根據(jù)多面體反射鏡16a(16b)的實(shí)際的旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)一步在顯示畫面10上只檢測出1個指示物S時進(jìn)行座標(biāo)計(jì)算。因此，在顯示畫面10上檢測出多個指示物S而不能進(jìn)行正確的座標(biāo)計(jì)算之類的情況下不進(jìn)行座標(biāo)計(jì)算，避免了無用的混亂。但因多數(shù)情況下這樣的狀態(tài)是極短的時間，故不產(chǎn)生實(shí)用上的問題。當(dāng)然，不必多說，在不進(jìn)行座標(biāo)計(jì)算的狀態(tài)持續(xù)到某種程度以上的時間時也可以發(fā)出某些錯誤顯示信息。
另外，如上述這樣，可以求出指示物S的截面長度，這意味著在如用筆在顯示畫面10上書寫了文字的時，可以原樣不變地再現(xiàn)微妙變化的線的粗細(xì)、不清楚的字型等的墨水痕跡。但是，正因?yàn)槿绱?，需要盡量地在接近顯示畫面10的位置上掃描激光。換言之，則是因?yàn)樵诔^某種程度地在離開顯示畫面10的表面的位置上掃描激光時將檢測出筆的根部的粗細(xì)不變化的部分。
從這樣的觀點(diǎn)出發(fā)，本發(fā)明人使用各種市場銷售的筆進(jìn)行了測試，判明了需要在從顯示畫面10的表面開始到5毫米的位置，最好是到3毫米的位置上掃描激光束。另外，還判明了從分辨率方面看，所使用的激光束的理想的寬度(和顯示畫面10的表面平行方向的尺寸)應(yīng)是高度(和顯示畫面10的表面垂直方向的尺寸)的1/2以下。
此外，雖然上述由本發(fā)明人的測試是使用市場銷售的筆進(jìn)行的，但并非僅限于此，不用說，對應(yīng)同樣的性質(zhì)，即對應(yīng)于筆壓使用與接觸面的接觸面積發(fā)生變化的器具，或者模仿筆而作成的本發(fā)明之光掃描型觸摸屏專用的器具等也可以獲得同樣的效果。(第7實(shí)施例)圖55、56給出了本發(fā)明之光掃描型觸摸屏第7實(shí)施例中的光發(fā)射接收單元1a(1b)的構(gòu)成例，圖56是圖55的A-A箭頭方向的截面圖。
在第7實(shí)施例的光發(fā)射接收單元1a(1b)中，發(fā)光元件11a(11b)、接收光元件13a(13b)、光束分離器19a(19b)及多面體反射鏡16a(16b)等都被設(shè)置在比顯示畫面10低的位置上，且多面體反射鏡16a(16b)的旋轉(zhuǎn)軸的配置與顯示畫面10相平行。另外，發(fā)光元件11a(11b)和光束分離器19a(19b)之間的光路的配置是與多面體反射鏡16a(16b)的旋轉(zhuǎn)軸相垂直且與顯示畫面10相平行。進(jìn)而，在多面體反射鏡16a(16b)和顯示畫面10之間，還配置有其表面與顯示畫面10的表面成45°角度的反射鏡20a(20b)。
在這樣的構(gòu)成中，由發(fā)光元件11a(11b)投射過來的激光通過光束分離器19a(19b)由多面體反射鏡16a(16b)在與顯示畫面10相正交的面內(nèi)掃描，進(jìn)而，又由反射鏡20a(20b)在平行于顯示畫面10的表面的面內(nèi)掃描。另外，來自其再現(xiàn)性反射片7的反射光在進(jìn)一步被多面體反射鏡16a(16b)及束分離器19a(19b)反射后，入射到接收光元件13a(13b)。
在脈沖電機(jī)21a(21b)使用扁平的圓板狀的電機(jī)時，這樣的圖56、57所示出的第7實(shí)施例的光發(fā)射接收單元1a(1b)的構(gòu)成對光發(fā)射接收單元1a(1b)的小型化非常有效。
最后，對本發(fā)明之光掃描型觸摸屏的多面體反射鏡16a(16b)的面數(shù)進(jìn)行說明。如前所述，為了根據(jù)2處場所的光發(fā)射接收單元1a(1b)對顯示畫面10進(jìn)行三角測量，最低需要對各自的90°的掃描。從該觀點(diǎn)出發(fā)，相對于顯示畫面10進(jìn)行90°的掃描時的多面體反射鏡16a(16b)的面數(shù)和尺寸的關(guān)系將如圖57的圖表所示的那樣。另外，多面體反射鏡16a(16b)當(dāng)然是正多角形。如果考慮該結(jié)果和本例的顯示畫面10的尺寸，則光發(fā)射接收單元1a(1b)上實(shí)際具備的可能的多面體反射鏡16a(16b)的尺寸是30～40毫米左右，所以，多面體反射鏡16a(16b)最好為3～6個面。
如以上詳述的那樣，在本發(fā)明之光掃描型觸摸屏中，由于是測量由指示物產(chǎn)生的掃描光的遮斷范圍，所以，本發(fā)明可以高精度地檢測出考慮了指示物的大小的正確的指示位置，判定指示物的種類，及防止因不是規(guī)定的指示物的物體造成的誤檢測等，具有優(yōu)異的效果。
另外，按照本發(fā)明之光掃描型觸摸屏，因?yàn)閷Πl(fā)光元件和接收光元件的配置考慮了利用光掃描元件掃描的掃描光不能被輔助發(fā)光元件及接收光元件的構(gòu)成要素遮擋，所以，利用光掃描元件掃描的掃描光可以充分地掃描到掃描區(qū)域方向。
進(jìn)而，按照本發(fā)明之光掃描型觸摸屏，因?yàn)閷Πl(fā)光元件和接收光元件的配置同時考慮了將發(fā)光元件配置成其發(fā)光方向與光掃描元件的掃描面相交叉，以及接收光元件也配置成其接收光的指向性方向與光掃描元件的掃描面相交叉，故對光發(fā)射接收部件的小型化效果明顯。
還有，按照本發(fā)明之光掃描型觸摸屏，通過將構(gòu)成光掃描元件的多面體反射鏡的反射面的面數(shù)做成3至6個面，可以使光掃描元件小型化。
在不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神下可對其作種種修改。由于本發(fā)明的保護(hù)范圍在所附的權(quán)利要求書中而不是由以上的描述所限定的，因此，在本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)可有種種變形和等價物。
權(quán)利要求
1．一種用指示物在被作為觸摸對象的規(guī)定的平面范圍內(nèi)進(jìn)行觸摸從而進(jìn)行信息輸入的光掃描型觸摸屏，其特征在于具有在上述平面的外側(cè)上設(shè)置的光再現(xiàn)性反射裝置；至少2組具有下述裝置的光發(fā)射接收裝置即具有在和上述平面實(shí)際平行的面內(nèi)有角度地掃描光的光掃描裝置、以及接收被上述光再現(xiàn)性反射裝置反射的由上述光掃描裝置掃描的光的反射光的接收光裝置；根據(jù)上述光掃描裝置的掃描角度及上述接收光裝置的接收光結(jié)果，測量在上述平面內(nèi)由上述指示物形成的掃描光的遮斷范圍的測量裝置。
2．權(quán)利要求1所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于上述平面是四邊形的顯示畫面；上述光再現(xiàn)性反射裝置被配置在上述顯示畫面的至少3個邊的外側(cè)，且相對上述光的掃描面其光的反射面實(shí)際上為垂直方向；上述2組光發(fā)射接收裝置被配置在上述顯示畫面的沒有配置上述光再現(xiàn)性反射裝置的那1邊的外側(cè)。
3．權(quán)利要求2所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于連結(jié)上述2組光發(fā)射接收裝置的中心的線段和配置有上述2組光發(fā)射接收裝置的上述平面的那1邊之間的距離d的設(shè)定滿足下述公式。d≥dθ×L2/4δ其中，dθ測量精度δ檢測精度L基準(zhǔn)線長(上述2組光發(fā)射接收裝置之間的距離)
4．權(quán)利要求2所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于上述光再現(xiàn)性反射裝置的一部分或全部相對于由上述2組光發(fā)射接收裝置投射過來的光線被更為垂直地配置成鋸齒狀。
5．權(quán)利要求2所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于上述平面為長方形，上述2組光發(fā)射接收裝置沿上述平面的某一個短邊配置。
6．權(quán)利要求1所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于根據(jù)上述光掃描裝置的掃描時間的信息獲得上述掃描角度的信息。
7．權(quán)利要求1所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于具有利用上述測量裝置測量到的遮斷范圍上的特定點(diǎn)計(jì)算上述指示物所指示的指示位置的指示位置計(jì)算裝置。
8．權(quán)利要求7所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于具有根據(jù)上述測量裝置測量到的遮斷范圍和上述指示位置計(jì)算裝置計(jì)算出來的指示位置，計(jì)算出上述指示物的截面長度的截面長度計(jì)算裝置。
9．權(quán)利要求8所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于還具有保存多個種類物體的尺寸信息的尺寸信息保存裝置；對由截面長度計(jì)算裝置計(jì)算出來的截面長度獲得的上述指示物的尺寸信息及上述尺寸信息保存裝置所保存的多個種類物體的尺寸信息進(jìn)行比較的比較裝置；根據(jù)該比較裝置的比較結(jié)果判定上述指示物的種類的判定裝置。
10．權(quán)利要求9所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于具有在利用上述判定裝置判定為是特定的指示物以外的指示物時，使由上述測量裝置測量到的遮斷范圍及上述指示位置計(jì)算裝置計(jì)算出來的指示位置為無效的無效化裝置。
11．權(quán)利要求1所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于具有設(shè)置在上述平面的附近，并接收來自上述光掃描裝置的掃描光的至少2個的接收光元件；其中，把該接收光元件接收有上述掃描光的定時作為相對上述平面的光掃描的開始及/或結(jié)束的定時。
12．權(quán)利要求1所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于具有設(shè)置在上述平面的附近，使來自上述光掃描裝置的掃描光朝向并反射到上述接收光裝置的反射裝置；其中，把用上述接收光裝置接收的被該反射裝置反射的反射光的定時作為相對上述平面的光掃描的開始及/或結(jié)束的定時。
13．權(quán)利要求2所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于把臨近上述平面的沒有配置上述光再現(xiàn)性反射裝置那一邊的、在上述光再現(xiàn)性反射裝置的端部的反射光量的變化作為相對上述平面的光掃描的1個周期的開始及/或結(jié)束的定時。
14．權(quán)利要求1所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于在上述平面周圍的該平面與上述光再現(xiàn)性反射裝置之間設(shè)置有指示物不能進(jìn)入的區(qū)域。
15．權(quán)利要求1所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于上述掃描光是脈沖光；上述光掃描裝置包括控制脈沖發(fā)光的控制裝置。
16．權(quán)利要求15所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于上述掃描光相對于所需要的分辨率是周期足夠短的脈沖光。
17．權(quán)利要求15所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于上述控制裝置包括調(diào)整上述掃描光的每一次的發(fā)光時間、每一次的發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光周期中的至少1個參數(shù)的裝置。
18．權(quán)利要求15所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于上述控制裝置包括調(diào)整光掃描開始的定時的裝置。
19．權(quán)利要求1所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于利用上述光掃描裝置進(jìn)行掃描的光束的截面形狀是扁平的。
20．權(quán)利要求1所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于利用上述光掃描裝置進(jìn)行掃描的光束的截面形狀在與上述平面平行的方向上是扁平的。
21．權(quán)利要求1所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于進(jìn)一步具有用于不使來自上述2組光發(fā)射接收裝置一方的被光掃描裝置掃描的光線入射到另一方的接收光裝置的遮光部件。
22．權(quán)利要求1所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于進(jìn)一步具有恒定地控制上述2組光發(fā)射接收裝置各自的接收光裝置的接收光量的接收光量控制裝置。
23．權(quán)利要求22所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于上述接收光量控制裝置并控制被上述光掃描裝置掃描的光的強(qiáng)度，以恒定地控制上述接收光裝置的接收光量。
24．權(quán)利要求22所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于上述接收光量控制裝置并控制上述接收光裝置的接收光信號電平的放大率，以恒定地控制上述接收光裝置的接收光量。
25．權(quán)利要求1所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于進(jìn)一步具有保存上述2組光發(fā)射接收裝置各自的接收光裝置的初始狀態(tài)的接收光量信息的存儲裝置；對保存在該存儲裝置的接收光量信息和上述接收光裝置的接收光量進(jìn)行比較的比較裝置。
26．權(quán)利要求1所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于進(jìn)一步具有用數(shù)字信號保存上述2組光發(fā)射接收裝置各自的接收光裝置的初始狀態(tài)的接收光量信息的存儲裝置；把保存在該存儲裝置中的數(shù)字信號變換成模擬信號的變換裝置；對上述接收光裝置的接收光量和作為上述變換裝置的變換結(jié)果的模擬信號進(jìn)行比較的比較裝置。
27．權(quán)利要求1所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于進(jìn)一步具有至少在2個階段切換利用上述光掃描裝置掃描的光的強(qiáng)度的切換裝置。其中，對應(yīng)利用上述光掃描裝置掃描的光的掃描角度控制上述切換裝置。
28．權(quán)利要求1所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于利用上述光掃描裝置掃描的光在掃描開始時不經(jīng)由上述再現(xiàn)性反射裝置而直接入射到上述接收光裝置。配備有將上述接收光裝置的接收光量信號同較大的第1基準(zhǔn)值進(jìn)行比較的第1比較裝置和將上述接收光裝置的接收光量信號同較小的第2基準(zhǔn)值進(jìn)行比較的第2比較裝置。把上述第1比較裝置的比較結(jié)果輸出作為掃描開始的定時。
29．權(quán)利要求28所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于進(jìn)一步具有至少2個以上的計(jì)時裝置；其中，把作為上述第1比較裝置的比較結(jié)果輸出的掃描開始的定時作為上述計(jì)時裝置的起動觸發(fā)器，在上述計(jì)時裝置計(jì)時了規(guī)定的時間的時刻切換上述切換裝置。
30．權(quán)利要求28所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于進(jìn)一步具有至少4個把作為上述第1比較裝置的比較結(jié)果輸出的掃描開始的定時作為起動觸發(fā)器的計(jì)時裝置；其中，在上述第2比較裝置的輸出由真變成偽的定時讓上述4個計(jì)時裝置中的2個計(jì)時裝置停止，在上述第2比較裝置的輸出由偽變成真的定時讓上述4個計(jì)時裝置中的其他的2個計(jì)時裝置停止。
31．權(quán)利要求30所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于進(jìn)一步具有至少2個對作為上述第1比較裝置的比較結(jié)果輸出的掃描開始的定時的間隔進(jìn)行計(jì)時的計(jì)時裝置；其中，利用上述至少2個的計(jì)時裝置的計(jì)時結(jié)果校正利用上述至少4個的計(jì)時裝置的計(jì)時結(jié)果。
32．權(quán)利要求28所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于進(jìn)一步具有4個把上述第2比較裝置的輸出從偽變換成真的定時作為起動觸發(fā)器的計(jì)時裝置；其中，在上述第2比較裝置的輸出由真變成偽的定時讓上述4個計(jì)時裝置中的2個計(jì)時裝置停止，在上述第2比較裝置的輸出由偽變成真的定時讓上述4個計(jì)時裝置中的其他的2個計(jì)時裝置停止。
33．權(quán)利要求32所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于具有至少2個的計(jì)時作為上述第1比較裝置的比較結(jié)果輸出的掃描開始的定時的間隔的計(jì)時裝置；其中，利用上述至少2個的計(jì)時裝置的計(jì)時結(jié)果校正利用上述至少4個的計(jì)時裝置的計(jì)時結(jié)果。
34．一種用指示物在平板顯示器的顯示畫面上觸摸并輸入信息的光掃描型觸摸屏，其特征在于具有配置在上述顯示畫面的3個邊的外側(cè)上的光再現(xiàn)性反射裝置；配置在上述顯示畫面的沒有配置上述光再現(xiàn)性反射裝置的那1邊的外側(cè)的、至少2組具有下述裝置的光發(fā)射接收裝置即具有在和上述顯示畫面實(shí)際平行的面內(nèi)有角度地進(jìn)行光掃描的光掃描裝置、以及接收被上述光再現(xiàn)性反射裝置反射的由上述光掃描裝置掃描的光的反射光的接收光裝置；根據(jù)上述光掃描裝置的掃描角度及上述接收光裝置的接收光結(jié)果，測量在上述顯示畫面上由上述指示物所形成的掃描光的遮斷范圍的測量裝置。
35．權(quán)利要求34所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于上述平板顯示器是等離子顯示器。
36．一種用指示物在被作為觸摸對象規(guī)定的平面的范圍內(nèi)進(jìn)行觸摸以進(jìn)行信息輸入的光掃描型觸摸屏，其特征在于具有設(shè)置在上述平面的外側(cè)的光再現(xiàn)性反射裝置；至少2組分別具有下述裝置的光發(fā)射接收裝置即具有發(fā)光裝置、在和上述平面實(shí)際平行的面內(nèi)有角度地掃描該發(fā)光裝置所發(fā)出的光的光掃描裝置、接收被上述光再現(xiàn)性反射裝置反射的由上述光掃描裝置掃描的光的反射光的接收光裝置；根據(jù)上述光掃描裝置的掃描角度及上述接收光裝置的接收光結(jié)果，測量在上述平面內(nèi)由上述指示物所形成的掃描光的遮斷范圍的測量裝置；其中，上述發(fā)光裝置的配置狀態(tài)是其發(fā)出的光的光軸與利用上述光掃描裝置的光的掃描面相交叉，上述接收光裝置的配置狀態(tài)是其所接收的光的指向性方向與利用上述光掃描裝置的光的掃描面相交叉。
37．一種用指示物在被作為觸摸對象規(guī)定的平面的范圍內(nèi)進(jìn)行觸摸以進(jìn)行信息輸入的光掃描型觸摸屏，其特征在于具有設(shè)置在上述平面的外側(cè)的光再現(xiàn)性反射裝置；至少2組分別具有下述裝置的光發(fā)射接收裝置即具有發(fā)光裝置、在和上述平面實(shí)際平行的面內(nèi)有角度地掃描該發(fā)光裝置所發(fā)出的光的光掃描裝置、接收被上述光再現(xiàn)性反射裝置反射的由上述光掃描裝置掃描的光的反射光的接收光裝置；根據(jù)上述光掃描裝置的掃描角度及上述接收光裝置的接收光結(jié)果，測量在上述平面內(nèi)由上述指示物所形成的掃描光的遮斷范圍的測量裝置；其中，上述發(fā)光裝置的配置狀態(tài)是其發(fā)出的光的到上述光掃描裝置的路線位于接近發(fā)光裝置側(cè)的部分并遠(yuǎn)離上述平面的邊緣，上述接收光裝置的配置狀態(tài)是其所接收的光的指向性方向位于接近發(fā)光裝置側(cè)的部分并遠(yuǎn)離上述平面的邊緣。
38．一種用指示物在被作為觸摸對象規(guī)定的平面的范圍內(nèi)進(jìn)行觸摸以進(jìn)行信息輸入的光掃描型觸摸屏，其特征在于具有設(shè)置在上述平面范圍外圍的至少2組光發(fā)射接收裝置；設(shè)置在上述平面范圍外圍的光再現(xiàn)性反射裝置；其中上述光發(fā)射接收裝置包括發(fā)光裝置、在和上述平面的范圍實(shí)際平行的面內(nèi)有角度地掃描該發(fā)光裝置所發(fā)出的光的光掃描裝置、接收被上述光再現(xiàn)性反射裝置反射的由上述光掃描裝置掃描的光的反射光的接收光裝置、使上述發(fā)光裝置發(fā)出的光通過上述光掃描裝置并將被上述光再現(xiàn)性反射裝置反射的反射光分離到上述接收光裝置的光分離裝置；上述光分離裝置又包括具有使上述光再現(xiàn)性反射裝置反射的反射光反射到上述接收光裝置方向的反射面、用于使上述發(fā)光裝置發(fā)出的光通往上述光掃描裝置的在上述反射面和其背面之間貫通有開口的反射體。
39．權(quán)利要求38所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于上述反射體采用上述反射面和其背面不是平行的狀態(tài)的構(gòu)成。
40．權(quán)利要求38所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于具有其反射面和上述平面的范圍相交叉的反射鏡；其中，上述光掃描裝置在和上述平面的范圍相交叉的面內(nèi)掃描上述發(fā)光裝置發(fā)出的光、上述反射鏡在與上述平面的范圍平行的面內(nèi)反射在使上述發(fā)光裝置和上述平面的范圍相交叉的面內(nèi)掃描的光。
41．權(quán)利要求40所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于上述反射鏡的反射面以45°的角度相對于上述平面的范圍交叉，上述光掃描裝置的配置使得可以在與上述平面的范圍相正交的面內(nèi)掃描上述發(fā)光裝置發(fā)出的光。
42．一種用指示物在被作為觸摸對象規(guī)定的平面的范圍內(nèi)進(jìn)行觸摸以進(jìn)行信息輸入的光掃描型觸摸屏，其特征在于具有設(shè)置在上述平面范圍外圍上的光再現(xiàn)性反射裝置；至少2組具有下述裝置的光發(fā)射接收裝置即具有發(fā)光裝置、在和上述平面實(shí)際平行的面內(nèi)有角度地掃描該發(fā)光裝置所發(fā)出的光的光掃描裝置、接收被上述光再現(xiàn)性反射裝置反射的由上述光掃描裝置掃描的光的反射光的接收光裝置；通過將上述接收光裝置的接收光信號同規(guī)定的閾值進(jìn)行比較，在上述平面的范圍內(nèi)存在指示物時檢測由該指示物引起的遮斷定時的比較裝置；根據(jù)上述光掃描裝置的掃描角度及上述接收光裝置的接收光結(jié)果，測量在上述平面內(nèi)由上述指示物所形成的掃描光的遮斷范圍的測量裝置；根據(jù)利用該測量裝置得到的測量結(jié)果計(jì)算在上述平面的范圍內(nèi)上述指示物的位置及大小的計(jì)算裝置；檢測上述接收光裝置的接收光信號最低電平的信號電平檢測裝置；在利用該信號電平檢測裝置檢測出的信號的電平上加法運(yùn)算規(guī)定值的加法運(yùn)算裝置；將利用該加法運(yùn)算裝置獲得的加法運(yùn)算值作為閾值設(shè)定在上述比較裝置上的閾值設(shè)定裝置。
43．權(quán)利要求42所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于上述信號電平檢測裝置在檢測上述接收光裝置的接收光信號的最低電平的同時，還檢測在上述平面的范圍內(nèi)不存在指示物的狀態(tài)下上述接收光裝置接收了掃描光時的接收光信號的最低電平；上述加法運(yùn)算裝置在上述接收光裝置的接收光信號的最低電平上加法運(yùn)算利用上述信號電平檢測裝置檢測出的二個電平的中間值。
44．一種用指示物在被作為觸摸對象規(guī)定的平面的范圍內(nèi)進(jìn)行觸摸以進(jìn)行信息輸入的光掃描型觸摸屏，其特征在于具有設(shè)置在上述平面范圍外圍上的光再現(xiàn)性反射裝置；至少2組具有下述裝置的光發(fā)射接收裝置即具有發(fā)光裝置、在和上述平面實(shí)際平行的面內(nèi)有角度地掃描該發(fā)光裝置所發(fā)出的光的光掃描裝置、接收被上述光再現(xiàn)性反射裝置反射的由上述光掃描裝置掃描的光的反射光的接收光裝置；通過將上述接收光裝置的接收光信號同規(guī)定的閾值進(jìn)行比較，在上述平面的范圍內(nèi)存在指示物時檢測由該指示物引起的遮斷定時的比較裝置；根據(jù)上述光掃描裝置的掃描角度及上述接收光裝置的接收光結(jié)果，測量在上述平面內(nèi)由上述指示物所形成的掃描光的遮斷范圍的測量裝置；根據(jù)利用該測量裝置得到的測量結(jié)果計(jì)算在上述指示物的上述平面的范圍內(nèi)的位置及大小的計(jì)算裝置；計(jì)時在上述平面上不存在指示物時的上述接收光裝置的接收光信號電平的持續(xù)時間的計(jì)時裝置；其中，上述測量裝置在利用上述計(jì)時裝置計(jì)時的時間內(nèi)上述比較裝置的比較結(jié)果發(fā)生了變化時進(jìn)行測量。
45．權(quán)利要求44所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于利用上述計(jì)時裝置的計(jì)時在起動時自動地執(zhí)行。
46．權(quán)利要求44所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于利用上述計(jì)時裝置的計(jì)時在給予了規(guī)定的指令時開始執(zhí)行。
47．一種用指示物在被作為觸摸對象規(guī)定的平面的范圍內(nèi)進(jìn)行觸摸以進(jìn)行信息輸入的光掃描型觸摸屏，其特征在于具有設(shè)置在上述平面范圍外圍上的光再現(xiàn)性反射裝置；至少2組具有下述裝置的光發(fā)射接收裝置即具有發(fā)光裝置、在和上述平面實(shí)際平行的面內(nèi)有角度地掃描該發(fā)光裝置所發(fā)出的光的光掃描裝置、接收被上述光再現(xiàn)性反射裝置反射的由上述光掃描裝置掃描的光的反射光的接收光裝置；通過將上述接收光裝置的接收光信號同規(guī)定的閾值進(jìn)行比較，在上述平面的范圍內(nèi)存在指示物時檢測由該指示物引起的遮斷定時的比較裝置；根據(jù)上述光掃描裝置的掃描角度及上述接收光裝置的接收光結(jié)果，測量在上述平面內(nèi)由上述指示物所形成的掃描光的遮斷范圍的測量裝置；根據(jù)利用該測量裝置得到的測量結(jié)果計(jì)算在上述指示物的上述平面的范圍內(nèi)的位置及大小的計(jì)算裝置；每當(dāng)上述比較裝置檢測出因上述平面上存在指示物而引起的遮斷定時時，便計(jì)算其次數(shù)的計(jì)數(shù)裝置；其中，上述測量裝置在上述計(jì)數(shù)裝置的計(jì)數(shù)值超過2時便不進(jìn)行測量。
48．權(quán)利要求1所記載的光掃描型觸摸屏，其特征在于上述光掃描裝置由具有3至6個反射面的多面體反射鏡構(gòu)成。
49．一種檢測放置到預(yù)先規(guī)定的二維方形區(qū)域內(nèi)的帶有指示物的位置的信息的光掃描型輸入裝置，其特征在于具有設(shè)置在上述方形區(qū)域的至少2個相鄰的角落部并用光束掃描該方形區(qū)域內(nèi)的2個光掃描器；設(shè)置在上述2個光掃描器之間的邊以外的方形區(qū)域的其余3個邊上，并改變了來自光掃描器的光束的光路的光學(xué)裝置；接收被上述光學(xué)裝置改變了光路的光并將之變換成電信號的接收光裝置；根據(jù)上述光掃描器的掃描角度及上述接收光裝置的接收光結(jié)果，測量在上述方形區(qū)域內(nèi)由上述指示物形成的掃描光的遮斷范圍的測量裝置；
全文摘要
在四邊形狀的顯示畫面的至少3個邊的外側(cè)設(shè)置再現(xiàn)性反射片,在顯示畫面的外側(cè)上配置2個光發(fā)射接收單元,且該光發(fā)射接收單元具有:在和顯示畫面實(shí)際平行的面內(nèi)有角度地掃描光的光掃描元件、及接收由該再現(xiàn)性反射片反射的反射光的接收光元件。根據(jù)在接收光元件的接收光電平的上升沿和下降沿的定時處的掃描光的角度,求出由作為指示物的手指形成的遮斷范圍,并對應(yīng)所求得的遮斷范圍,計(jì)算出指示物的位置。
文檔編號G06F3/042GK1208190SQ9810668
公開日1999年2月17日 申請日期1998年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月7日
發(fā)明者佐野聰, 中沢文彥, 飯?zhí)锇步蚍? 山口伸康, 安部文隆 申請人:富士通株式會社