(57)【要約】【課題】  従来の、座標入力領域を格子状に分割した座標補正方法においては、格子の複数のセル間をまたがって連続して移動する入力が行われたときに、補正結果が複数のセルの境界で滑らかに連続するように補正することができなかった。【解決手段】  座標入力領域を格子状に分割し、格子の特定のセル内に存在する検出座標に対して、セルを構成する２組の向かい合う辺の組のそれぞれについて、一方の辺から他方の辺へと傾きを連続的に変化させていったときに検出座標と一致するような２辺間の位置を求めることによって、複数のセルの境界における不連続や不均等が生じず、セルの境界で滑らかに連続するような補正結果を得ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指やペンなどの座標指示器により指示した位置を検出する座標入力システムにおいて、検出した座標値を補正する座標補正方法であって、入力範囲を少なくとも複数の四角形のセルを持つ格子に分割し、すべての格子点位置の正確な基準座標値と、該基準座標の位置を前記座標指示器によって指示したときに実際に検出される基準検出座標値を予め記憶しておき、前記基準検出座標を格子点として形成される格子の特定のセル内に検出された検出座標を、前記四角形のセルを構成する２組の互いに向かい合う辺の組のそれぞれについて、一方の辺から他方の辺へと傾きを連続的に変化させていったときに前記検出座標を通るような直線を求め、前記基準座標を格子点として形成される格子の対応するセル内において、前記２つの直線に対応する２つの直線の交点の座標へと座標変換することを特徴とする座標補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指やペンなどの座標指示器により指示した位置を検出する座標入力システムの座標補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
指やペンなどの座標指示器により指示した位置を検出する座標入力システムとしては、例えば、面抵抗体と指やペンとの静電容量結合を利用したタッチパネルやペンタブレット、また赤外線と超音波の速度差などを利用して測定した距離を用いた三辺測量により座標を決定するデジタルペンなどが挙げられる。このような座標入力システムにおいては、検出したままの座標値は、必ずしも正確な座標値と一致するとは限らない。
例えば、静電容量結合を利用する座標入力システムにおいては、面抵抗体と、面抵抗体を取り囲む抵抗性周囲電極の電気抵抗の大きさの関係などにより、検出座標が正確な位置からずれることがある。また、赤外線と超音波を利用する座標入力システムにおいては、温度に関する処理が十分でなかったり不可能な構成であったりすると、検出座標が正確な位置からずれることがある。
【０００３】
このように、正確な位置からずれた検出座標を補正する方法としては、例えば、特許３５０５９７０号（特許文献１）に開示されているようなものが知られている。特許文献１に開示されている方法は、入力範囲を四角形のセルを持つ格子に分割し、格子点位置の正確な基準座標値と、基準座標の位置を座標指示器によって指示したときに実際に検出される基準検出座標値を予め記憶しておき（基準座標値については格子のセルサイズを一定として算出してもよい）、基準検出座標を格子点として形成される（歪んだ）格子の特定のセル内に検出された検出座標について、検出座標を通る水平線及び垂直線がそのセルの四辺と交わる点の情報に基づいて、検出座標を補正するものである。
【０００４】
この方法では、特許文献１の数式（８）及び数式（９）によって検出座標を補正する。基準検出座標の歪み方によるが、すべてのセルが凸四角形であっても、例えば、セルの右辺近傍において、ｂｃ＞ａｄ且つｇ／ｈ＜（ｂｃ−ｂｄ）／（ｂｃ−ａｄ）、もしくはｂｃ＜ａｄ且つｇ／ｈ＞（ｂｄ−ｂｃ）／（ａｄ−ｂｃ）なる条件を満たす領域が存在する場合（表記は引用文献１に従う）、その領域内に検出された座標は、基準座標を格子点として形成される格子の対応するセルの外部に補正されてしまう。このため、基準検出座標の歪み方によっては、座標指示器によって、基準検出座標を格子点として形成される格子の複数のセル間をまたがって連続して移動する入力が行われたとき、座標が格子のセル間で不自然に補正されることがあった。因みに、凸四角形とは、四角形のいずれの内角も１８０度未満であるような四角形を意味する。
【０００５】
また、特許文献１に開示されている方法は、各セル内で直線的な補正を行う方法であり、基準検出座標の歪み方によっては、複数のセル間をまたがって連続して移動する入力が行われたとき、補正結果がセルの境界で折れ曲がるように見えることがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３５０５９７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、基準検出座標を格子点として形成される格子を構成するすべてのセルが凸多角形であれば、セル内に検出された座標を、基準座標を格子点として形成される格子の対応するセル内に必ず補正し、また複数のセル間をまたがって連続して移動する入力が行われたときに、補正結果が複数のセルの境界で滑らかに連続するように補正する補正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、指やペンなどの座標指示器により指示した位置を検出する座標入力システムにおいて、検出した座標値を補正する座標補正方法であって、入力範囲を少なくとも複数の四角形のセルを持つ格子に分割し、すべての格子点位置の正確な基準座標値と、該基準座標の位置を前記座標指示器によって指示したときに実際に検出される基準検出座標値を予め記憶しておき、前記基準検出座標を格子点として形成される格子の特定のセル内に検出された検出座標を、前記四角形のセルを構成する２組の互いに向かい合う辺の組のそれぞれについて、一方の辺から他方の辺へと傾きを連続的に変化させていったときに前記検出座標を通るような直線を求め、前記基準座標を格子点として形成される格子の対応するセル内において、前記２つの直線に対応する２つの直線の交点の座標へと座標変換することを特徴とする座標補正方法を要旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る座標補正方法においては、基準検出座標を格子点として形成される格子を構成するすべてのセルが凸多角形であれば、検出座標を格子点として形成される格子の各セル内に検出された座標を、基準座標を格子点として形成される格子の対応するセル内の座標に変換し、且つ検出座標を格子点として形成される格子の辺上に検出された座標を、基準座標を格子点として形成される格子の辺上の座標に変換するような座標変換関数となっている。このため、複数のセルの境界における不連続や不均等が生じない。
【００１０】
また、隣り合う２つの格子点を結ぶ辺を共有する２つのセルに関して、座標変換関数の、辺と直交する方向の微分が、どちらのセルの内部からその辺上に近づいても等しくなるようになっているので、補正結果は、セルの境界で滑らかに連続する。
【００１１】
更に、座標変換は、複数の条件判定に基づいて、簡易な計算のみで結果を決定できる場合は簡易な計算を選択するような手順となっており、計算時間を含めて計算資源の消費をできる限り減じることができるようになっている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】基準検出座標及び正規化基準座標の格子から抽出したセルを示す図
【図２】（ｕ，ｖ）と（ｘ，ｙ）との間のマッピングの概念を示す図
【図３】ｕの計算手順を示す流れ図
【図４】ｖの計算手順を示す流れ図
【図５】格子点を結ぶ辺上の位置関係を示す図
【図６】実施例１の構成を示す図
【図７】実施例１及び比較例１の実験結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に従って、本発明に係る座標補正方法の好ましい実施の形態について詳説する。
入力範囲を、少なくとも複数の四角形のセルを持つ格子に分割する。ここでは、セルの横長さ及び縦長さは、ある入力システムにおいてそれぞれ一定であるとする。そして、入力範囲に構成した格子点位置の幾何学的に正確な位置を基準座標と呼ぶ。また、基準座標の位置を、指やペンなどの座標指示器によって指示したときに実際に検出される位置を基準検出座標と呼ぶ。更に、補正方法の説明のために、基準座標についてセルの横長さ及び縦長さを１に正規化したものを正規化基準座標と呼ぶ。正規化基準座標は、セルの大きさを乗じることにより、容易に実際の座標入力システムの座標にすることができる。従って、以下では、基準検出座標によって形成される格子上で検出された座標を、正規化基準座標によって形成される格子上の座標に変換する方法を説明する。
基準検出座標は、予め測定により決定し、記憶しておく。基準座標については、既知且つ特定の入力システムについては固定であるので、同様に記憶しておいてもよいし、セルの既知の横長さ及び縦長さを用いて、動作時に計算して求めてもよい。
【００１４】
図１は、本発明にかかる座標補正方法を説明するために、基準検出座標及び正規化基準座標を格子点として形成される格子から、それぞれ対応する１つのセルを抽出して例示したものである。図１（ａ）には、座標系（ｘ，ｙ）において、基準検出座標（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、（ｘ３，ｙ３）、及び（ｘ４，ｙ４）によって形成されるセルを示す。検出座標１は、（ｘ，ｙ）とし、ある点を座標指示器によって指示したときに検出された座標を表す。基準検出座標によって形成されるセルは、前記したような、座標入力システムにの方式などに由来する影響のため、一般的に長方形もしくは正方形にならないことが多い。ただし、基準検出座標を格子点として形成される格子は、すべてのセルが凸四角形である必要がある。
【００１５】
図１（ｂ）には、座標系（ｕ，ｖ）において、対応するセルの正規化基準座標を示す。正規化基準座標によって構成される格子は、セルの横長さ及び縦長さが１の正方格子であるため、（ｕ１，ｖ１）が（ｘ１，ｙ１）に、（ｕ１＋１，ｖ１）が（ｘ２，ｙ２）に、（ｕ１＋１，ｖ１＋１）が（ｘ３，ｙ３）に、（ｕ１，ｖ１＋１）が（ｘ４，ｙ４）にそれぞれ対応する。正規化補正座標２は（ｕ１＋ｕ，ｖ１＋ｖ）とする。正規化補正座標２は、検出座標１（ｘ，ｙ）に対応する正規化された座標であり、これにセルの大きさを乗じることにより、座標入力システムにおける正確な座標を得ることができる。定義より、０≦ｕ≦１，０≦ｖ≦１である。
【００１６】
検出座標１（ｘ，ｙ）を正規化補正座標２（ｕ，ｖ）に変換するのが目的である。変換の方法としては、基準検出座標を格子点として形成される格子の特定のセル内に検出された検出座標１を、四角形のセルを構成する２組の互いに向かい合う辺の組のそれぞれについて、一方の辺から他方の辺へと傾きを連続的に変化させていったときに、検出座標１を通るような直線を求める。そして、正規化基準座標を格子点として形成される格子の対応するセル内において、先ほど求めた２つの直線に対応する２つの直線の交点の座標を求める。以下で、この座標変換と等価である手順をより詳細に説明する。
【００１７】
図２に、座標系（ｕ，ｖ）と、座標系（ｘ，ｙ）との間のマッピングがどうなっているかを示す。図２（ａ）に示すように、ｕは、セルの左辺で０、右辺で１であり、左辺から右辺へと、その傾きを連続的に変化させていくような線上で一定の値をとる。下辺と上辺においては、ｕは各辺の全長にわたって左端から右端へと均等に増加する。同様、図２（ｂ）に示すように、ｖは、セルの下辺で０、上辺で１である。
【００１８】
検出座標１（ｘ，ｙ）が、不規則な形状をした、基準検出座標を格子点として形成される格子上で、どのセルの内部に存在するかを調べるには、例えば、よく知られた次のような方法を用いることができる。一般に、ある点が、凸多角形の内部にあることは、例えば凸多角形の辺上を反時計回りに一周する向きで考えると、点が、すべての辺に対して、辺の左側に存在することを確認することによって知ることができる。少なくともいずれかの辺については点がその右側に存在する場合は、点はその凸多角形の内部に存在しない。点がある辺のどちら側にあるかについては、辺の始点から点に向かうベクトルと、辺のベクトルとの外積の符号を調べることによって知ることができる。すべての外積の符号が負であれば、点は凸多角形の内部に存在する。外積の中に１つか２つの０が存在し、且つ残りの外積がすべて負であれば、点は凸多角形の辺上に存在する。
【００１９】
検出座標１（ｘ，ｙ）を正規化補正座標２（ｕ，ｖ）に変換するのが目的であるが、歪んでいる方（検出座標１（ｘ，ｙ））を元にして変換するのは困難なので、変換方法の導出としては、正方格子上にある正規化補正座標２（ｕ，ｖ）から検出座標１（ｘ，ｙ）への変換を考え、その逆変換を求める方がよい。図２に示したような、（ｕ，ｖ）と（ｘ，ｙ）のマッピングを考慮すれば、ｕ，ｖを用いて、ｘ，ｙを次の数式１のように表すことができる。
【００２０】
【数１】
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【００２１】
逆変換を求めるために、数式１をｕ，ｖについて解こうとすると、それぞれｕ，ｖについての２次方程式になる。０≦ｕ≦１，０≦ｖ≦１であることなどを考慮すると、ｕ，ｖは、それぞれ図３及び図４の流れ図に示すような手順で計算することができる。計算に当たっては、中間的な数値として、次の数式２に示す値を用いる。
【００２２】
【数２】
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【００２３】
ｕを計算するには、まずａ，ｂ，ｃを計算し（Ｓ１）、ａ＝０であれば（Ｓ２）、ｕ＝−ｃ／ｂによってｕが決定される（Ｓ３）。ａ＝０でない場合は、ｂ２−４ａｃ＝０であれば（Ｓ４）、ｕ＝−ｂ／（２ａ）によってｕが決定される（Ｓ５）。ｂ２−４ａｃ＝０でない場合は、ａｕ２＋ｂｕ＋ｃ＝０の２次方程式の解としてのｕのうち、０≦ｕ≦１の範囲にある値を選択する（Ｓ６）。
【００２４】
同様、ｖを計算するには、まずｄ，ｅ，ｆを計算し（Ｓ１１）、ｄ＝０であれば（Ｓ１２）、ｖ＝−ｆ／ｅによってｖが決定される（Ｓ１３）。ｄ＝０でない場合は、ｅ２−４ｄｆ＝０であれば（Ｓ１４）、ｖ＝−ｅ／（２ｄ）によってｖが決定される（Ｓ１５）。ｅ２−４ｄｆ＝０でない場合は、ｄｖ２＋ｅｖ＋ｆ＝０の２次方程式の解としてのｖのうち、０≦ｖ≦１の範囲にある値を選択する（Ｓ１６）。
【００２５】
算出したｕ，ｖを用いて、（ｕ１＋ｕ，ｖ１＋ｖ）により、正規化された座標を得ることができ、それにセルの大きさを乗じることにより、座標入力システムにおける正確な座標を得ることができる。
【００２６】
次に、隣り合う２つの格子点を結ぶ辺を共有する２つのセルに関して、座標変換関数の、辺と直交する方向の微分が、どちらのセルの内部からその辺上に近づいても等しくなることを説明する。図５に、基準検出座標（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）、（ｘ３，ｙ３）、及び（ｘ４，ｙ４）によって形成されるセル３、基準検出座標（ｘ２，ｙ２）、（ｘ５，ｙ５）、（ｘ６，ｙ６）、及び（ｘ３，ｙ３）によって形成されるセル４を示す。セル３はその右辺を、セル４の左辺と共有している。
【００２７】
数式１に、ｘ，ｙをｕ，ｖの関数として示した。セル３とセル４それぞれの内部でｙをｖで微分した結果が、セル３とセル４が共有する辺上で等しくなれば、その辺を横切るときに傾きが変わらないことになるので、その共有する辺上を横切る滑らかな線は、同じく滑らかな線に変換されると言える。ｙをｖで微分し、セル３内でｕ→１（右辺）とすると、（ｄｙ／ｄｖ）（セル３の右辺）＝−ｙ２＋ｙ３となり、セル４内でｕ→０（左辺）とすると、（ｄｙ／ｄｖ）（セル４の左辺）＝−ｙ２＋ｙ３となって、等しくなる。同様に、上辺と下辺を共有する２つのセルに対して、ｘをｕで微分した結果について計算しても、等しいという結果を得る。従って、本補正方法による補正結果は、セルの境界で滑らかに連続することが保証される。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例及び比較例により、本発明を説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものでなく、本発明の技術範囲において、種々の変形例を含むものである。
【００２９】
（実施例１）
本実施例は、ペンを用いて入力する静電容量結合方式の座標入力システムの座標補正方法に関するものである。図６に座標入力システムの構成を示す。座標指示器（入力ペン）１１が入力パネル１２の座標入力領域１３内で指示した位置の座標（ｘ，ｙ）を検出する。入力パネル１２の座標入力領域１３の形状は、長方形とした。面抵抗体１４は、四角いガラス基材の上に、長方形の形状にＮＥＳＡ（酸化錫）膜を形成した。抵抗性周囲電極１５は、銀カーボンインクのスクリーン印刷によって、座標入力領域１３の四辺上に形成した。更に、座標入力領域１３をガラス系コーティング剤で絶縁処理することによって、入力ペン１１と面抵抗体１４との静電容量結合による信号伝達をさせるようにした。
【００３０】
座標入力領域１３の４つの頂点を駆動電極１６〜１９とし、そこにそれぞれ１本ずつ引き出し線２０〜２３を接続した。引き出し線２０〜２３を、それぞれスイッチ２４〜２７に接続した。
【００３１】
座標を検出するには、信号発生器２８によって面抵抗体１４にＡＣ電位勾配を与える。電位勾配の与え方は、まず駆動電極１６〜１９のうちから１つの駆動電極１６を選択し、引き出し線２０を通じて接続されているスイッチ２４を信号発生器２８の出力側に接続して、残りの駆動電極１７〜１９に接続されているスイッチ２５〜２７を接地側に接続する。このとき、面抵抗体１４の、入力ペン１１の先端に近い位置のＡＣ信号レベルは、静電容量結合を介して入力ペン１１に伝達され、更にケーブル２９を通じてアナログ信号処理部３０に伝達される。アナログ信号処理部３０は、図示しないが、増幅器、帯域通過フィルタ、ＡＣ／ＤＣ変換器（ＡＭ検波器）等を含み、入力したＡＣ信号レベルに比例したＤＣ信号レベルを出力する。Ａ／Ｄコンバータ（アナログ／デジタル変換器）３１は、アナログ信号処理部３０が出力したＤＣ信号レベルをデジタル値化し、ＣＰＵ３２に出力する。
【００３２】
ＣＰＵ３２は、スイッチ２４〜２７の接続を、任意の組み合わせに設定する機能を有し（図示せず）、Ａ／Ｄコンバータ３１が出力したＤＣ信号レベルのデータを読み取ると、次に、駆動電極１６〜１９のうちから、次の駆動電極１７を選択し、対応するスイッチ２５のみを信号発生器２８の出力側に接続し、残りの駆動電極１６、１８及び１９に対応するスイッチ２４、２６及び２７を接地側に接続して、同様にアナログ信号処理部３０で処理し、Ａ／Ｄコンバータ３１が出力したデータをＣＰＵ３２が読み取る。
ＣＰＵ３２はこの操作を駆動電極の数だけ繰り返し、それらのデータを基にして、入力ペン１１の指示位置の座標を計算する。座標は、駆動電極１６〜１９のそれぞれを選択したときの検出値をそれぞれＶ１６〜Ｖ１９とすると、数式３によって計算することができる。これによって計算される座標は、座標入力領域１３全体を、−１≦ｘ≦１，−１≦ｙ≦１の範囲に合わせたものであり、後段の補正処理によって、一旦正規化基準座標に変換され、最後に座標入力領域１３の物理的な大きさに対応した座標に変換される。
【００３３】
【数３】
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【００３４】
数式３によって計算した検出座標値を、ＣＰＵ３２から出力させ、シリアル通信によってパソコンに取り込むようにした。
一方、座標入力領域１３を、適当な一定の横長さ、縦長さのセルを持つ格子に分割し、予め、それぞれの格子点に入力ペン１１を載置したときに検出した座標を、基準検出座標としてパソコンに記憶させた。この時点で、基準検出座標によって形成される格子のすべてのセルが、凸四角形であることを確認した。
【００３５】
本実施例においては、ＣＰＵ３２では補正処理を行わず、パソコン上に補正処理を実装した。そして、ＣＰＵ３２が出力した座標をパソコンに取り込んで、補正処理の結果を評価した。補正処理の手順は、次のようなものである。まず、パソコンに取り込んだ座標が、予めパソコンに記憶した基準検出座標によって形成される格子のいずれのセル内もしくは辺上に存在するか、前記したように、セルを構成する４つの基準検出座標とＣＰＵ３２が出力した座標を用いたベクトルの外積計算によって判別する。この計算は、すべてのセルについて順番に行い、ＣＰＵ３２が出力した座標が内部もしくは辺上にあるセルが判明した段階で終了する。
【００３６】
次に、ＣＰＵ３２が出力した座標と、その座標が内部もしくは辺上にあるセルを構成する４つの基準検出座標とを用いて、図３及び図４の流れ図に示したような手順を用いて、ｕ，ｖを決定する。最後に、そのせるの格子内の位置、及びセルの横長さと縦長さを用いて、座標入力領域１３内の座標を算出する。
【００３７】
入力ペン１１を、複数のセルにまたがって移動させたときの、補正処理を加えた結果の一例を、図７（ａ）に示す。点線は正規化基準座標によって形成される格子から、横２×縦２セルを抽出したものを示す。実線は、検出座標に補正処理を加えた結果である。
【００３８】
（比較例１）
実施例１のシステムを用い、実施例１において補正処理を適用した同じデータに対して、特許文献１の補正処理を適用した。結果を図７（ｂ）に示す。
【００３９】
結果として、実施例１に示した構成においては、入力ペン１１を複数のセルにまたがって移動させたときに、滑らかな線として補正することができた。それに対して、比較例１では、特に上から３点目の座標について、実際にはほぼ格子点を結ぶ線上にあったものの、左側のセルの内側に補正されてしまい、その部分で滑らかでない補正結果を得た。
従って、本発明に係る座標補正方法が、セル内に検出された座標を、基準座標を格子点として形成される格子の対応するセル内に必ず補正し、また複数のセル間をまたがって連続して移動する入力が行われたときに、補正結果が複数のセルの境界で滑らかに連続するように補正できることが確認された。
【符号の説明】
【００４０】
１  検出座標
２  正規化補正座標
３、４  セル
１１  座標指示器
１２  入力パネル
１３  座標入力領域
１４  面抵抗体
１５  抵抗性周囲電極
１６、１７、１８、１９  駆動電極
２０、２１、２２、２３  引き出し線
２４、２５、２６、２７  スイッチ
２８  信号発生器
２９  ケーブル
３０  アナログ信号処理部
３１  Ａ／Ｄコンバータ
３２  ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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