JPS6210721A - 光学式座標入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、選択された位置情報を検出する光学式座標入
力装置に於いて、検出性能の改善に関する。

〔従来の技術〕

一般に光学式座標入力装置はＣＲＴディスプレイ等の画
像表示面の前面に配置して、表示面上の表示情報に対応
して指等で所望とする位置を選択することにより光信号
が遮断され、該位置における情報を得ることが出来る様
になっている。この様な光学式座標入力装置はパーソナ
ルコンピュータ等の入力装置として需要が増大しつつあ
る。また、この光学式座標入力装置は光信号で座標を検
出する為に機械的な劣化が少なく、入力装置として将来
が大いに期待されているものである。

ところで、この様な光学式座標入力装置は多数の発光及
び受光素子から構成されており、素子間のバラツキによ
り光学変換特性に大きな影響を与えている。また、この
受光素子へは太陽光等の外乱光を受は易く誤動作し易い
ものである。従って光学式座標入力装置はこの様な条件
下にあっても誤動作しないことが強く望まれている。

以下に光学式座標入力装置の従来例を第４図と第５図に
従って説明する。第１図は従来の光学式座標入力装置の
回路構成を示す図、第５図は第４図に示す波形整形回路
の各部の信号波形を示す図でちる。

第４図に於いて、１は駆動回路、３は増幅回路、４は波
形整形回路、５はＣＰＵ、　６と７は第１と第２の切換
回路をそれぞれ示す。

駆動回路１はマイクロプロセウサであるＣＰＵ　５から
の駆動信号ａに基づいて動作する。この駆動回路１のト
ランジスタｑのペースには駆動信号ａが入力されており
、コレクタには電源端子ＶＣＣから電源電圧が印加され
、エミ、りには発光素子である発光ダイオードＬ１〜Ｌ
ｎへ電流を供給する第１の切換回路６が接続されている
。

この第１の切換回路６のスイッチング素子ＳＬ。

〜ＳＬｎはＣＰＵ　５からの切換信号すに基づいて、ス
イッチング素子ＳＬ、から１回路のみが閉路される様に
順次切り換えられる。このスイッチング素子ＳＬ１〜Ｓ
Ｌ、の一方には前記トランジスタものエミッタが接続さ
れ、他方には発光ダイオードＬ１〜Ｌｎのアノードがそ
れぞれ接続されている。

そして発光ダイオードＬ１〜Ｌｎのカソードは接地され
ている。発光ダイオードＬ１〜Ｌｏの内、切換信号すで
選択された１つの発光ダイオードが駆動回路１により所
定回数の発光を行なう様に通電され、発光ダイオードＬ
１からり、の順番で順次光パルスを出力して行く。この
発光ダイオードＬ、〜馬とＬ（ｍ＋１）〜Ｌ、、とは互
いに光軸が直交する様な２つの直線的配列で配置されて
いる。

また、発光ダイオードＬ１〜Ｌｎからの光パルスの信号
を受光する為の受光素子であるフォトトランジスタＰＴ
、　−ＰＴｆ、、とＰＴ（ｍ＋＋ｆ’−ＰＴｎはそれぞ
れ発光ダイオードＬ１〜Ｌ、、、とＬ（ｍ＋１）〜玩と
に対向して直線状に配置されている。フォトトランジス
タＰＴ、〜ＰＴ、はエミッタが接地されており、コレク
タは第２の切換回路７のスイッチング素子８１〜Ｓｎの
一方の端子に１回路づつ接続されている。スイッチング
素子８１〜Ｓｎの他方の端子は波形整形回路４のコンデ
ンサＣ１及び電源端子ＶＣＣから抵抗器と瓜を介して電
源電圧が印加される様に抵抗器と接続されている。この
スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ、、は０ＰＵ５から供給され
る切換信号すに基づいてスイッチング素子Ｓ１から順次
１回路だけが閉路して行く。第２の切換回路７のスイッ
チング動作は第１の切換回路６へ入力される切換信号す
と同一のタイミングであるので発光ダイオードＬ１〜Ｌ
ｌｌとそれぞれ対向したフォトトランジスタＦＴ１〜Ｐ
Ｔｎが同時に動作状態になる。

ここでフォトトランジスタＰＴ１〜ＰＴＩ、は発光ダイ
オードＬ１〜Ｌｎからの光信号を受光すると光信号に基
づいて電流が増減し、また抵抗器属と瓜との作用により
第５図のＶＰＴに示す様なパルス電圧波形を発生する。

そして、このパルス電圧波形７２丁は結合用のコンデン
サＣ１を介してトランジスタＱ１のペースに第５図のＶ
Ｂに示す様なパルス電圧波形で印加される。

また、このトランジスタＱ１のペースには電源端子ＶＣ
Ｃから抵抗器を介して直流バイアス電圧が印加されてお
夛、パルス電圧波形■８はこの直流バイアス電圧によっ
て生じるトランジスタＱ１のペースとエミッタ間の順方
向ツェナ電圧ｖＢＥ（■ＢＥ−、＋０．６ｖ）とＣ８を
介して切換回路７から印加されたパルス電圧が合成され
た電圧値となる。トランジスタＱ１のペースにパルス電
圧波形Ｖ８が印加されると、ペースとエミッタ間の順方
向ツェナ電圧ＶＢＥを上まわった電圧の時だけ第５図の
工、に示す様なペース電流が流れる。このベース電流■
Ｂの波形に基づいて、電源端子ＶＣＣから抵抗器と鳥を
介してトランジスタｑのコレクタに接続された回路にコ
レクタ電流が流れ、この電流の変化によって生じる電圧
変動の信号を増幅回路３へ出力する。抵抗へと４及び瓜
が接続された点の電圧のパルス変動をカッ）する為に、
この点にパルス電圧変動をバイパスさせるコンデンサＣ
２が接続されている。

そして、増幅回路３を介して入力された波形整形回路４
の出力信号に基づいて、０ＰＵ５はフォトトランジスタ
ＰＴ、　−ＰＴｍと”Ｔ（ＩＴｌ＋＋）　〜ＰＴ、が受
光した信号状態に対応した座標信号を出力する。この出
力は光信号が指等によって遮断されることにより受光さ
れなかったフォトトランジスタの場所を示す信号で、表
示面上の位置情報が得られる様になっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記の様な従来の光学式座標入力装置に
あっては以下に示す様な問題点を持っている。

即ち、光電変換特性が個々にバラツキを有する多数の発
光及び受光素子を第１と第２の切換回路６．７で切換え
てパルス電圧波形ＶＰＴを得る構成であシ、また、この
発光及び受光素子は画像表示装置の前面に置かれており
太陽光や他の照明装置等からの一定しない強度の外乱光
を受は易い構造である為、各受光素子から得られたパル
ス電圧波形■アアは各素子間で大きく変動してこの変動
を吸収させる為に構成されたコンデンサＣ１とトランジ
スタｑのペースとエミッタの頭方向ツェナ電圧特性ＶＢ
Ｅを利用したクランプ回路の変動吸収範囲からはずれて
しまう。

さらに、素子を切り換える時に発生するスイッチングノ
イズも加わって座標の検出に誤動作を発生していた。

この誤動作を防止する為に従来では外乱光の影響を減少
させる為に光学フィルタを発光及び受光素子の前方に取
り付けていたが、この光学フィルタは同時に発光及び受
光素子の光電変換効率を低下させて光検出性能を悪化さ
せていた。

この様な悪影響を減少させるには光電変換効率の良い発
光及び受光素子を選別して使用せねばならず多数の素子
を必要とする光学座標入力装置に於いては大量生産が出
来なかった。

従って、本発明は発光及び受光素子の精度に依存するこ
となく、また太陽光やカメラ用フラッジ光等の強度の強
い外乱光があっても誤動作を防止出来る光学式座標入力
装置を提供することを技術的課題とする。

〔問題点を解決する為の手段〕

上記の技術的課題を解決する為、本発明は光軸が互いに
交差する様に配置された複数の発光素子Ｌ１〜Ｌｎと、
該発光素子Ｌ１〜Ｌｎの光信号を受光する様に配置され
た複数の受光素子ＦＴ、〜ＰＴｎと、駆動信号ａに基づ
いて前記発光素子り、〜Ｌｎを点滅させて光信号を出力
させる駆動回路１と、該駆動回路１からの出力を前記発
光素子Ｌｌ−Ｌ、へ切り換える第１の切換回路６と、前
記受光素子ＰＴＩ〜ＰＴｎからの信号を発光する前記発
光素子Ｌ１〜Ｌｎに対応して切り換える第２の切換回路
７と、該第２の切換回路７からの信号を前記駆動信号ａ
に基づいて一定の電圧値に揃える波形整形回路２とを有
することを特徴とする。

〔作用〕

上記の技術的手段は以下の様に作用する。

発光ダイオードＬ１〜Ｌｆｉから出力された光パルス信
号はこの信号をそれぞれ受光するフォトトランジスタＦ
Ｔ１〜ＦＴ、で検出されて第２の切換回路７を介して波
形整形回路２へ入力される。

第２の切換回路７からの信号は波形整形回路２で光パル
スの休止時の信号のスイッチングノイズと外乱光による
波形が駆動信号ａに基づいて消去され、また、光信号入
力時の波高値が一定レベルの電圧に揃えられる。そして
、波形整形回路２の出力信号は増幅回路３を介してＣＰ
Ｕ　５で座標信号に正しく変換される。

〔実施例〕

以下に本発明を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の回路を示す構成図、第２図
は各部の信号波形を示す図、第３図は波形整形回路が受
光素子からの出力信号を波形補正する動作を示す図であ
り、従来例で説明した部分と同一部分については同一記
号で指示して詳細な説明を省略する。

第１図に於いて、２は波形整形回路を示す。

まず、構成を説明すると、第１図で、駆動回路１と波形
整形回路２には駆動信号ａが、また、第１と第２の切換
回路６．７には切換信号すがそれぞれ接続されている。

第１の切換回路６には駆動回路１からのパルス電流が発
光ダイオードＬ１〜Ｌ、。

に順次１回路づつ通電されて光パルス信号を出力する様
に接続されている。また、第２の切換回路７は発光ダイ
オードＬ１〜Ｌｎの各素子からの光パルス信号を発光ダ
イオードＬ、〜Ｌ、、に対応したフォトトランジスタＰ
Ｔ、〜ＰＴｎで順次切り換えて検出し、波形整形回路２
へ出力する様に接続されている。

この波形整形回路２に第２の切換回路７の出力は結合用
のコンデンサＣ１を介してトランジスタＱ１のペースに
接続されている。このペースにはダイオードＤ１のカソ
ードが接続され、アノードは接地されている。また、こ
のトランジスタｑのペースにはダイオードＤ２のアノー
ドとトランジスタｑのコレクタが、トランジスタｑのコ
レクタにはダイオードＤ２のカソードとトランジスタｑ
のエミッタがそれぞれ接続されている。さらに、トラン
ジスタｑのペースには電源端子ＶＣＣに接続された抵抗
也の一方が接続されている。コレクタには抵抗へ。

鳥を介して電源端子ｖ、ｃに接続されている。そしてト
ランジスタＱ１のエミ、りは接地されている。

トランジスタｑのペースには０ＰＵ５からの駆動信号ａ
が波形整形回路２に設けられた増幅器を介して供給され
ている。

抵抗へと鳥の接続点には交流電圧変動をバイパスさせる
為のコンデンサＣ２が接続されている。この様に構成さ
れた波形整形回路２の信号出力部としてのトランジスタ
Ｑ１のコレクタは増幅回路３へ接続され、さらにこの出
力はＣＰＵ５に接続されているＯ 次に動作を説明すると、第２の切換回路７から出力され
るパルス電圧波形は従来例同様、第２図ｖｐｔで示す電
圧波形の様に発光、受光素子の光電変換特性と外乱光（
ディスプレイ、太陽、照明などの光）によるノイズ及び
第２の切換回路７がフォトトランジスタＰＴ、〜ＰＴ、
、からの信号を切シ換える時に発生するスイッチングノ
イズを含んでいる。

上記のようなノイズを含むパルス電圧波形ＶＰＴの一例
をフォトトランジスタＰＴ２とＰＴ３に対応して第３図
で説明する。同図のＶＰＴに示す様にこのパルス電圧波
形■ＰＴ、にはＣとｄの差に相当する外乱光量とフォト
トランジスタＰＴ２．　ＰＴ３の受光特性のバラツキに
よって生じた電圧差及び、ｅとｆの差に相当する発光ダ
イオードＬ２．Ｌ３の発光特性のバラツキとフォトトラ
ンジスタＰＴ２．ＰＴ３の受光特性のバラツキによって
生じる電圧差また、斜線を付した波形Ｎは第２の切換回
路７がフォトトランジスタＰＴ２．ＰＴ３を切り換える
時に発生するスイッチングノイズがそれぞれ含まれてい
る。この電圧差とスイッチングノイズはフォトトランジ
スタＰＴ、〜ＰＴｎからの信号全てについて含まれてお
９１、レベルは異なった値で出力される。

これらの電圧差とスイッチングノイズを含んだパルス電
圧波形７１丁は波形整形回路２を構成する各部分の後述
する動作で第２図及び第３図に示すペース電圧波形ｖ８
の様に波形整形される。

まず、第２の切換回路７で受光素子としてのフォトトラ
ンジスタＰＴ１〜ＰＴｎＯ内、フォトトランジスタＰＴ
２が選択されると第３図■ＰＴのＮＳ、に示す様な外乱
光に相当する同図ＣのレベルとスイッチングノイズＮに
よる電圧が検出される。この検出された電圧は波形整形
回路２のコンデンサＣ１を介してトランジスタＱ、のペ
ースに印加される。この印加された電圧によシミ源端子
ＶＣＣから抵抗瓜を介してトランジスタｑのペースに印
加されているペースバイアス電圧をマイナス方向へ偏倚
させる様に電位差が発生する。そして、この電位差でダ
イオードＤ１には第１図ＩＡＫで示す方向のクランプ電
流ＩＡＩが流れる。またこのクランプ電流■ＡＫの通電
ループはコンデンサＣ１から第２の切換回路７の選択さ
れて閉路されたスイッチング素子Ｓ２を通り、次にフォ
トトランジスタＰＴ２のコレクタから接地されたエミッ
タへ流れ、さらに接地されたダイオードＤ１のアノード
からカソードを通ってコンデンサＣ１のもう一方の電極
に到達する。

このクランプ電流ＩＡＫによりコンデンサＣ１を介して
印加された電位差は第３図Ｖ８のＮＳ：に示す斜線部分
の電圧分が補正される。

この補正された電位差はダイオードＤ、の順方向ツヱナ
電圧■ＡＫ　（＃　０．６Ｖ　）と第２の切換回路７の
１つのスイッチング素子Ｓ２で分圧される電圧とフォト
トランジスタＰＴ１〜ＰＴｆｌの内の１素子ＰＴ２のエ
ミッタとコレクタ間に分圧された電圧の和であシ、クラ
ンプ電流ＩＡＫの値によって差が生じる。

しかしながら、クランプ電流”ＡＫで補正されたこの電
圧では、トランジスタＱ１にペース電流工８を流すこと
は出来ない。そこで、この補正された電圧は、駆動信号
ａに基づいてトランジスタｑから供給される電圧でさら
に補正される。即ち、この時の駆動信号ａはローレベル
になっており、トランジスタｑにはエミッタからコレク
タを通って接続されたトランジスタＱのベースに電圧が
供給される。この電圧は前記クランプ電流ＩＡＫによっ
て補正された電圧を第３図ｖ８のＤＫｌに示す斜線部分
を補正して、実線で示す電圧レベルまで上昇させてトラ
ンジスタＱ１を通電状態にする。そしてこのトランジス
タｑのコレクタ電圧はローレベルとなる。こうして、第
３図■ＰＴのＮＳ１の電圧波形は外乱光Ｃとスイッチン
グノイズＮの部分が除去されたローレベルの信号として
０ＰＵ５へ出力される。

この波形整形回路２の補正動作は発光ダイオードＬ２．
　Ｌ３が発光していない時の受光信号である第３図ＶＰ
ＴＯＮＳ、〜ＮＳ６に示す部分についても同様に行なわ
れ、同図ＶＢのＤＫ２〜ＤＫ６に示す様に補正される。

しかしながら、トランジスタＱ１のベース電流工８はト
ランジスタＱ２から供給される電流が一定量まででちゃ
、この電流によって補正される第３図ＶＢのＤＫ１〜Ｄ
Ｋ６に示す斜線部分の量がスイッチングノイズの作用の
有無等によるバラツキを生じる。

このバラツキのあるベース電流■Ｂはトランジスタｑの
ベース内に蓄積される過剰蓄積キャリアの量にバラツキ
を生じさせる。これによって次に入力されるトランジス
タｑのコレクタ電圧がハイレベルになる為の入力波形を
スイッチングノイズが生じた時の第３図ＶＢのｆ、　、
　ｆ４とスイッチングノイズが無かった時の同図ＶＢの
ｆ２　、　ｆ３　、　ｆ５１　ｆ６に示す様にバラツキ
を生じさせてしまう。

そこで、この過剰蓄積キャリアの量はトランジスタＱ１
のベースとコレクタ間に接続されたダイオードＤ２の分
流作用によって一定量に調整される。

すなわち、この分流作用はトランジスタＱ１のベース電
流ＩＨの一部がダイオード斑を介してトランジスタＱ１
のコレクタからエミッタに流れる。（第１図ＩＡＫ’参
照） 従って、トランジスタｑのベース電流ＩＢはベース電圧
ＶＢがこのトランジスタｑのベースとエミッタ間の順方
向ツェナ電圧（ＶＢＥ−＝、０．６　Ｖ　）と、ダイオ
ードＤ２のアノードとカソード間の順方向ツェナＩＩ！
圧（ｖＡｆ：０．６Ｖ）及びトランジスタｑのコレクタ
とエミッタ間に分圧された電圧の和との少ない間の電圧
値により通電されることになる。このベース電流■Ｂの
バラツキはほぼトランジスタｑによるコレクタとエミッ
タ間に分圧される電圧バラツキ（ｏ、ｏ　３〜０．１２
　Ｖ）で生じる値であり、それによって変動するコレク
タ電圧は無視出来る値である。

次に、発光ダイオードＬ、〜Ｌ、ｌの１つ素子Ｌ２が発
光した時の光パルスはフォトトランジスタＰＴ、〜ＰＴ
、ｌの対向する１つの素子ＰＴ２で受光されて第３図の
Ｓｑｌで示す様なパルス電圧波形７２丁が得られる。こ
のパルス電圧波形Ｓｑ１は外乱光によりマイナス側へ大
きく偏倚された分（Ｃ）と発光ダイオードＬ２からの光
でマイナス側へ偏倚された分（ｅ）が合成された値であ
る。この電圧はコンデンサＣ１ヲ介シてトランジスタＱ
１のベースに印加されて、トランジスタＱ１のベース内
に蓄積された過剰蓄積キャリア分を打ち消すとともに、
さらにペース電圧ＶＢを降下させる。そこで、この印加
された電圧はコンデンサＱ１の両電極の電位差により第
１図ＩＡＫに示す方向のクランプ電流ＩＡＩＫが流れる
。そして、前述した様にクランプ電流ＩＡＫは第３図Ｖ
ＢのＤＫｌに示す斜線部分を補正して実線で示す一定の
電圧レベルにペース電圧ＶＢをクランプする。この時、
駆動信号ａはハイレベルであシトランジスタｑからの電
圧はトランジスタｑのベースには印加されない。従って
、ペース電圧ＶＢはトランジスタｑのベースとエミッタ
間の順方向ツェナ電圧ＶＢＥよりも低い為、ベース電流
よりは流れないのでコレクタ電圧はハイレベルである。

この動作は第３図に示すＳＱ２〜ＳＱｓに対しても同様
に作用して、クランプ電流ＩＡＫによって同図ＶＢのに
２〜に６で示す斜線部分が補正されて実線で示す一定の
電圧レベルにペース電圧ＶＢがクランプされ、トランジ
スタＱ１のコレクタからは一定のレベルのパルス信号と
して波形整形回路２の出力が得られる。

上述した波形整形回路２の動作はフォトトランジスタＰ
Ｔ１〜ＰＴ、の全てについて行なわれ、そして、波形整
形回路２の出力信号は増幅回路３を介して０ＰＵ５で座
標信号変換の処理がなされ位置情報として出力される。

なお、上記実施例の他の実施例として、発光素子の１素
子が発光する光パルスを上記実施例の３パルスから１パ
ルスに変更しても発光パルス間のノイズ成分を光パルス
を発生させる為の駆動信号に基づいて消去するとともに
検出信号の電圧値を一定レベルに揃えることで、強い外
乱光が検出されても正しく座標信号に変換出来、単位時
間当りの検出速度も早くなる。

〔発明の効果〕

上記説明した様に発光ダイオードＬ１〜Ｌ０を点滅させ
て光パルス信号を送る為の駆動信号ａに基づいて受光信
号ｖＰＴの第２の切換回路７が発生するスイッチングノ
イズと外乱光による電圧変動を消去するとともにこの電
圧値を一定に揃える構成にした為、従来では外乱光策の
為の光学フィルタ特性の強化並びに光学素子の光学変換
特性の向上の為のフォトトランジスタＰＴｌ−ＰＴｆｉ
、発光ダイオードＬ１〜Ｌ、、の選別が必要であった。

さらに座標検出性能の改善の為に発光ダイオードＬ１〜
Ｌｔｎへ大電流を流して発光強度を上げていたが、本発
明によればこれらの対策が不要であることから量産性が
向上することはもとより、発光ダイオードＬ１〜Ｌｆｌ
への電流供給量も低減出来、このことから装置内の発熱
量も少なくなる為に小型対応しても太陽光等の強い外乱
光に影響されること無く安定に動作するという効果も奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の回路を示す構成図、第２図は
各部の信号波形を示す図、第３図は波形整形回路の作用
を示す図、第４図及び第５図は従来例を示す図である。 図に於いて、１は駆動回路、２は波形整形回路、３は増
幅回路、５はＣＰＵ　（マイクロプロセッサ）、６と７
は切換回路、Ｃ１ないしＣ３はコンデンサ、病と烏はダ
イオード、ＬｌないしＬｎは発光ダイオード、ＰＴｌな
いしＰＴ、はフォトトランジスタ、ｑないしらはトラン
ジスタをそれぞれ示す。 キ　２　図 ａ　　　ｂ　　　　ＶＰＴ　　Ｖ８ 第３　図 ネ　４　図 第　５　図 ０　（Ｖ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光軸が互いに交差する様に配置された複数の発光素子と
   、該発光素子の光信号を受光する様に配置された複数の
   受光素子と、駆動信号に基づいて前記発光素子を点滅さ
   せて光信号を出力させる駆動回路と、該駆動回路からの
   出力を前記発光素子へ切り換える第１の切換回路と、前
   記受光素子からの信号を発光する前記発光素子に対応し
   て切り換える第２の切換回路と、該第２の切換回路から
   の信号を前記駆動信号に基づいて一定の電圧値に揃える
   波形整形回路とを有することを特徴とする光学式座標入
   力装置。