(57)【要約】【課題】  遮光型座標入力装置において遮光位置にごとの座標精度の偏りを減らす座標入力装置を提供する。【解決手段】  背景信号の光強度分布をもとに、光強度ランク分けし其々のランクとそのランク分けに伴って出来る領域との対応関係を定義し直前の検出位置から、次の遮光位置が属する領域を推定し、その推定領域に対応する発光強度ないし発光時間幅にてＬＥＤを発光させる事により、角度によりＳＮに偏りのない遮光部分の波形を取得することが出来、角度による、座標精度の偏り、揺らぎの大きさの偏り、を減らす。【選択図】  図１
2006018567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の入力領域と該入力領域の周辺部の互いに異なる位置に設置され、該設置位置を中心として扇状にかつ該入力領域に平行に光を放射する所定の位置関係にある複数の発光部の組み合わせと、前記入力領域の周辺部に設けられ前記光を前記発光部に向けて再帰的に反射する再帰反射部と前記入力領域の周辺部でかつ前期複数の発光部とそれぞれ概ね同じ位置に設けられ、かつ前記反射部からの反射光の強度分布を検出する複数の受光部と前記、複数の受光部で検出した光の強度分布を処理する制御演算部を具え前記、複数の受光部で検出された其々の光強度分布をもとに、前記、複数の光源から放射した光、乃至前記再帰反射部で反射した光が前期入力領域に対する入力手段として遮光されることによる遮光位置を其々検出し該複数の遮光位置から遮光位置の座標を算出することを特徴とする座標入力装置であって、遮光が無い場合の前記光強度分布を、該分布を構成する領域ごとに、光強度ランク分けし、それぞれのランクとそれに対応する領域の対応関係を予め定義し、毎回の検出ごとに、当該検出と連続する過去の検出の、座標ないし座標の変化のしかたをもとに、各々のセンサー出力波形における遮光部分の前エッジの属する第１の領域と各々のセンサー出力波形における遮光部分の後エッジの属する第二の領域を予測し、前記、対応関係をもとに該第１の予測領域に対応するところのランクにおいて規定されるところの第1の露光量に基づいて前記第１の領域の遮光波形を前記受光部で取得し、かつ、前記、対応関係をもとに該第二の予測領域に対応するところのランクにおいて規定されるところの第２の露光量に基づいて前記第２の領域の遮光波形を前記受光部で取得することを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
請求項１の第１、第２の露光量は、請求項１の発光部の発光強度として規定されるものである事を特徴とする請求項１の座標入力装置。
【請求項３】
請求項１の第１、第２の露光量は、請求項1の発光部の発光期間の長さで規定され、かつ、請求項1の受光部の電子シャッターがオンする期間は、該発光期間を含むことを特徴とする請求項１の座標入力装置。
【請求項４】
請求項１の第１、第２の露光量は、請求項１の受光部の電子シャッターがオンする期間の長さとして規定され、かつ、請求項１の発光部の発光期間は、該電子シャッターがオンする期間を含む事を特徴とする請求項１の座標入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、座標入力装置、より詳しくは、入力面に指示具や指によって指示して座標を入力することにより、接続されたコンピュータを制御したり、文字や図形などを書き込むために用いられる座標入力装置であって、その性能を改善する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の装置としてはタッチパネルとして、各種方式のものが提案、または製品化されており、特殊な器具などを用いずに、画面上でＰＣなどの操作が簡単にできるため、広く用いられている。
【０００３】
方式としては、抵抗膜を用いたもの、また、超音波を用いたものなど、さまざまなものがあるが、光を用いたものとして米国特許USP4507557などに見られるように、座標入力面外側に再帰性反射シートを設け、光を照明する手段からの光を再帰反射シートで反射し、受光手段により光量分布を検出する構成において、入力領域内にある、指示具ないし指などで遮光された場所の角度を検出し、遮光位置つまり入力位置の座標を決定するものが、知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、国内件においても特開2000-105671や、特開2001-142642などのように、再帰反射部材を入力領域周辺に構成し、再帰反射光が遮光される部分の座標を検出する装置が開示されている、これらの方式は、図２に示すように、主として所定の入力領域と該入力領域の周辺部の互いに異なる位置に、該設置位置を中心として扇状にかつ該入力領域に平行に光を放射する複数の発光部と、前記入力領域の周辺部に設けられ前記光を前記発光部に向けて再帰的に反射する再帰反射部と前記入力領域の周辺部でかつ前期複数の発光部とそれぞれ概ね同じ位置に設けられ、かつ前記反射部からの反射光の強度分布を検出する複数の受光部とそれによって得られる光の強度分布を処理する制御演算部からなり前記、複数の受光部で検出された光の強度分布をもとに、前記、光源から放射した光、乃至前記再帰反射部で反射した光が前期入力領域に対する入力手段としてそれぞれ遮られることによる遮光位置を其々検出するものである。
【０００５】
以下、これらの方式の問題点を述べる。
【０００６】
一般にこれらの方式においては、前記複数の受光素子が、無入力時（遮光無しの状態）において取得する光強度分布は、その面内角度方向において、なるべく均等であることが望ましく、該光の強度分布が面内角度に対してほぼ一定であるとき、最大のダイナミックレンジ、最大のSN比、が得られ安定した座標検出が可能となる。
【０００７】
しかしながら、実際の装置においては、前記光強度分布は著しい角度依存性があり、すなわち受光素子から見た特定の方向によっては、その光強度が極めて小さい場合がある、この原因として考えられるものは、一つには、再帰反射部材の入射角度依存性、再帰反射部材と受発光ユニットとの位置関係、受光素子、発光素子の指向性などであり、それら全ての影響の結果、光強度分布の偏り、光強度分布の角度依存性が生ずる。
【０００８】
すなわち、例えば図２に示すようにL側とR側にセンサーがあり、それらのセンサーは、遮光無しの状態において、図１７のような波形の光強度分布を検出する。
【０００９】
この図において、Bのレベルが光強度ゼロ、レベルBの直線から波形を示す曲線までの距離が各点における光強度分布を表す。
【００１０】
このような、光強度分布においては、光強度が小さい領域（例えば図１７の両端、中央右より部分）において、ＳＮ比が著しく悪化し精度の高い遮光位置検出、安定度の高い遮光位置検出が出来なくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明においては、まず、前記光強度分布に関して、初期動作段階においてその強度分布を領域別にランク分けしてそれぞれのランクとそれに対応する領域を対応付けるテーブルをつくりかつ其々のランクごとに最適な発光強度を設定する。通常動作段階においては、過去の１サンプル、ないし数サンプルの座標位置ないし座標位置の変化のしかたをもとに次に来る座標位置を予測しこれにより次に来る遮光位置の属するす領域を予測し、前記、テーブルをもとに該予測領域に対応する発光強度にてＬＥＤを発光させこの条件で取得した遮光波形をもとに遮光位置を検出、座標位置を求めるというものである。
【００１２】
すなわち、通常動作の中で、其々のセンサーの次に来る遮光位置が、所定の領域に存在すると予測された場合その予測された領域が、初期設定においてどのレベルと定義されていたかに従ってそのときの発光素子の発光強度段階を選択し、この条件のもとで遮光波形を取得する。
【００１３】
ここで例えば、光強度が低いランクの領域が予測された場合、選択される発光強度は大きいものとなり、その条件にて遮光波形が取得される。このとき、該予測領域の光強度は適切な光強度レベルとなるため、良好な遮光位置判定が可能となる。また、光強度が大きいランクの領域が予測された場合、選択される発光強度は小さいものとなり、その条件にて遮光波形が取得される。このときも、同様に、該予測領域の光強度は適切な光強度レベルとなるため、良好な遮光位置判定が可能となる。本発明においては、このように動作させることにより、精度の高い座標検出安定度の高い座標検出を実現するものである。ここで、光強度分布を均一化するための発明として特開2001-282445、特開平11-327770があるがこれらに関して本発明との差異を説明する。
【００１４】
特開2001-282445は、光路上に前記面内角度方向にごとに、異なる透過率をもつフィルターを挿入するというものである。
【００１５】
このような方式では、特殊なフィルターを部品として採用しなければならず、部品コスト、組み立てコスト等が増大すると言う問題点がある。本発明においては、発光素子から再帰反射部材、受光素子、等に至る光学系には特別な変更を加えることなく、発光源の発光強度を制御することによって上記、発光強度分布の実施的な均一化を図るものであり、発明の構成は異なる。
【００１６】
特開平11-327770は、本発明と同様に光の発光強度を電気的制御することによって光強度分布を実効的に均一化するものであるが、この発明は、光ビームの方向を機械的にスキャンするタイプの遮光型座標入力装置を前提としていて、光の発光強度をスキャンする回転角度に従って制御すると言う物で、本発明とは前提条件、方法何れも異なるものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明においては、センサーユニットで投光し、再帰反射してセンサーユニットに戻ってくる光強度分布に関して、初期動作段階においてその強度分布をランク分けしてそれぞれのランクとそれに対応する領域を定義するテーブルをつくり通常動作段階においては、過去の１サンプル、ないし数サンプルの遮光位置をもとに次に来る遮光位置の属する領域を予測し、前記、テーブルをもとに該領域に対応する発光強度にてＬＥＤを発光させ遮光位置を検出、座標位置を求める。
【００１８】
さらには前記遮光位置をその前エッジ、と後エッジで分けて考えすなわち通常動作段階においては、過去の１サンプル、ないし数サンプルの遮光位置の座標位置ないし座標位置の変化のしかたをもとに次に来る遮光位置の前エッジ、後エッジの属する領域を予測し、前記、テーブルをもとに該前エッジ該の属する領域に対応する発光強度にてＬＥＤを発光させ遮光位置の前エッジの位置を検出し同様に前記、テーブルをもとに該、後エッジ該の属する領域に対応する発光強度にてＬＥＤを発光させ遮光位置の後エッジの位置を検出しこれらの結果を元に座標位置を求める。
【００１９】
本発明においては、この手段によりセンサーユニットで投光し、再帰反射してセンサーユニットに戻ってくる光強度分布に関して、著しい偏りがある場合でも、これを補償して、全領域でＳＮの偏り、レベルの偏りがない遮光部部分の波形データを取得することができ、これにより領域ごとの座標精度の偏り、座標位置のゆらぎの大きさの偏りを大幅に減少することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、実施の形態をもとに本発明の詳細を説明する。
【実施例１】
【００２１】
本発明を最もよく表す図を、図１−１、２、３に示す。この図に示すように本発明は、およその遮光位置を領域を直前の座標値から予測し、その遮光位置に適した発光レベルでＬＥＤを発光させることにより、背景信号のレベルの不均一による精度の劣化なく、遮光位置を検出し、かつこの手法を、遮光部分の前エッジ、後エッジ別々行うことによりさらに背景信号のレベルの不均一による精度の劣化誤差の少ない座標検知機能を実現するものである。
【００２２】
＜基本動作と処理の手順＞
まず、本発明における基本的な処理の手順を、順を追って説明する。
【００２３】
本方式においては、入力（すなわち指示具ないし指による遮光）があると、本来図１７に示すような形であった分布が、図１８のように変化、すなわち光強度分布の急変する場所が発生しこの位置を求めることにより遮光位置求めるものである。実際には、図１８の光強度分布（CCD_data_L［ｉ］）を図１７の無遮光時の光強度分布（Ref_L_data［ｉ］）で割り算し、それによって得られる相対強度分布
Norm_L_Data [ｉ]＝ CCD_L_Data [ｉ] ／ Ref_L_Data [ｉ]      ・・・・式１
演算処理することにより、ＬＲセンサーごとの遮光位置を求め、それらをもとに入力された座標位置を算出するものである。
【００２４】
ここで、実際に受光素子で光信号を取得する場合、一般の電気的雑音、および光電変換に伴う熱雑音等があり、図１７、図１８に示す光強度分布信号は図２１、図２２に示すように所定の雑音が全領域に付加された状態で光強度分布として検出される。ここで、図１９の波形を求めたのと同様に図２１図２２の場合においても
Norm_L_Data [ｉ]＝ CCD_L_Data [ｉ] ／ Ref_L_Data [ｉ]
を求める。その結果が図２３である。この図２３に示すように、一様な雑音が付加された場合、もとの、光強度分布の中でレベルの低い場所ほど大きな雑音がのることとなり、入力された遮光位置がこの領域にある場合、遮光位置を算出する精度が低下し、その結果として座標位置の算出精度も悪化することとなる。
【００２５】
本発明は、光学系に特別な変更することなく上記の問題点を解決するものである。本発明においては、遮光の位置に応じて発光素子の発光強度を変える、例えば、光強度分布の中で発光強度が小さい領域において遮光がなされる場合、大きいレベルの所定の発光強度を選択し、光強度分布の中で発光強度の大きい領域において遮光がなされる場合、小さいレベルの所定の発光強度を選択する。ここで、上記、遮光の位置であるが、本来遮光の位置は、予めわかっているものではなく遮光の位置検出をして初めて分かるものである。本発明においては、過去の座標と、過去の座標の変化のしかたによって、からその時点での次の遮光位置を予測する、この予測位置に応じて、適切な発光強度を選択して発光する。これにより従来例で、図２３のように、著しくノイズの偏りが多い規格化波形であったものが、図２８に示すようにどの場所においても、ノイズ分布にあまり偏りのない規格化遮光波形を得ることが出来る。
【００２６】
以下、順を追って説明する。
【００２７】
本発明においては、まず、遮光位置がどの方向なら、どの発光強度段階で発光素子を発光させるか決めなければならない。これを表すテーブルが図２４−２である。図２４−２のテーブルを作成するには、まず、図２４−１に示す従来例と同じ波形（Ref_Ｌ_data［ｉ］）を取得する。このときの発光強度をＬＥＤレベル１とする、次に、この波形（Ref_Ｌ_data［ｉ］）を複数の閾値で複数の光強度段階に分ける。本実施例では２つの閾値th_level_１、th_level_２で３つの光強度強度段階に分けている。前記、光強度段階にはそれぞれ所定のＬＥＤ発光レベルがそれぞれ定義されている。
【００２８】
また図２４−１のように、閾値th_level_１、th_level_２を表す直線と光強度分布を表す曲線の交点により複数の領域（領域Ｌ１〜領域Ｌ７）を決めることが出来、その領域ごとにＬＥＤの最適発光レベルが定義される。この内容が図２４−２に示すＴａｂｌｅ_Ｌである。ここで_ＬはＬ側センサーによる遮光波形を意味する（Ｒ側センサー用のテーブルはＴａｂｌｅ_Ｒである。）。
【００２９】
次に、前記テーブルをもとに再度、非遮光時の光強度分布波形（以下、背景信号波形と称す）を取得する。この様子を図２５−１、２、３に示す。Ｔａｂｌｅ_Ｌにおいては、ＬＥＤの発光レベルは１、２、３が存在する、それぞれの発光レベルは次の式２−１、２−２2のような関係になっている。 
発光レベル２＝２×発光レベル１    式２_１
発光レベル３＝２×発光レベル２    式２_２
このようにＴａｂｌｅに存在する発光レベルが１、２、３の場合、図２５−１、２、３に示すように、ＬＥＤの発光レベル１,発光レベル２,発光レベル３の背景信号波形を順番に取得する。
【００３０】
まず、図２５−１のように、発光レベル１で背景信号波形（Ref_Ｌ_data１［ｉ］）を取得する。この波形においては、実線の部分すなわち、領域Ｌ３の部分が有効である。次に図２５−２のように、発光レベル２で背景信号波形（Ref_Ｌ_data２［ｉ］）を取得する、この波形においては、実線の部分すなわち、領域Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６の部分が有効である。
【００３１】
次に図２５−３のように、発光レベル３で背景信号波形（Ref_Ｌ_data３［ｉ］）を取得する。この波形においては、実線の部分すなわち、領域Ｌ１、Ｌ５、Ｌ７の部分が有効である。このようにして取得した３個のデータを、領域分割をもとに接続し、一つの波形として再構成したものが図２６のCorrected_Ref_Ｌ_data［ｉ］である。このように本来、図１７のように、もともと背景信号波形の光強度分布に著しい偏りがある場合でも、複数の異なる発光強度でデータを取得し、このデータを再構成することにより、大局的にあまりノイズの偏りのない背景信号を得ることことが出来る。
【００３２】
例えば、この光強度分布を前提として遮光があるときの波形を図２７（Corrected_CCD_Ｌ_data［ｉ］）とすると、規格化された波形は
Corrrected_Norm_data［ｉ］
＝Corrected_CCD_Ｌ_data［ｉ］／Corrected_Ref_Ｌ_data［ｉ］      式３
となり、このときの雑音分布は、図２８のグレイテクスチャーの部分のように大きな偏りのない物となる。これが、本発明の効果を明確に表したものである。
【００３３】
この段階において、以上のような方法で、修正背景信号（Corrected_Ref_L_data［ｉ］）と領域ごとのＬＥＤ最適発光レベルのテーブル（Ｔａｂｌｅ_Ｌ）すなわち初期データの取得がなされたこととなる。
【００３４】
次に、実際の入力のあるときの処理のしかたについて説明する。本発明に置いては、ＬＥＤの発光強度を選択するためにＴａｂｌｅを参照する。この際に次の遮光位置を過去の座標値と座標値の変化のしかたから予測する必要がある。実際、本発明においては、連続した座標演算の一回目は、座標位置の予測なわち遮光位置の予測が出来ない。
【００３５】
従って、連続した座標演算の一回目は、通常の座標演算の同じである。しかしながら、この種の遮光型座標入力装置においては、正しい座標演算が可能か否かという判断の基準として、遮光の深さが所定の閾値を超えたか否かで判断する事が通常である。例えば離れた位置から入力エリアに指示具を持って来る場合、前記所定の閾値に満たない遮光状態と判断される状態が、前記正しい座標演算が可能と判断する直前に必ず数点存在する。この所定のレベルに満たない遮光状態において、座標を算出し、これを正規の座標値としては採用しないが、次の座標位置を予測すると言う目的でのみ使用する。（すなわち、例えば領域Ｌ１〜Ｌ７のどこに属するかを予測することにのみ使用する）。このような方法を取ることにより、実際には有効な遮光状態の全てにおいては、常に、本発明の効果を得ることが出来る。
【００３６】
このようにして、遮光位置の予測が常に出来るとしたうえで、本発明における遮光波形データの取得のしかたについて、図２９−１、２、３を用いて説明する。図２９−１、２、３は、遮光位置が領域Ｌ５に来ると予測される場合で、実際にＬ５に遮光波形が現れた場合である、領域Ｌ５に現れると予測された場合、図２９−３の波形のみを取得する、すなわち、ＬＥＤの発光レベル３のデータのみ取得する、この場合、図２９−１、２に相当する波形の取得は行わない、この理由は遮光位置を算出する上で、は実際に遮光が現れた場所の近傍のデータのみ必要であり全領域にわたっての波形データは必要ないからである。
【００３７】
ここで、図２９−１、２、３の場合は遮光部分の幅がかなり細い場合である。すなわち、この種の遮光型座標入力装置においては受光部から遮光した場所までの距離が長い位置、言い換えると再帰反射部材に比較的近い場所において遮光がなされた場合でこのように遮光部分の幅が狭くなる。このような場合は、遮光により変化の見られる部分は一つの領域に完全に含まれてしまう場合が多い。一方、とくに受光部から遮光した場所までの距離が近い場合、ないし、前記のごとく比較的遠い場合でも、遮光部分が領域の境界部分にある場合、遮光部分が２つの領域にまたがることが多くなる、このような場合の例を図１−１、２、３に示す。
【００３８】
本発明では、このような場合を考えて、遮光位置を推測する場合に、遮光位置の中心位置ではなく、過去の座標値、過去の座標値の変化の仕方から、遮光位置と遮光の幅を予測することにより前エッジが現れる領域と後エッジが現れる領域を別々に予測し、それらの領域が異なった。ＬＥＤ発光レベルに対応する場合は、前記ＬＥＤ発光レベルごとに、すなわち複数回の波形取り込みを行う。実際、図１−１、２、３においては、遮光されている幅の広い遮光波形が観測されている、この波形においては、遮光部分の前エッジは領域Ｌ６に、後エッジは領域Ｌ５に含まれている状況が予測されている、この例ではまず、ＬＥＤ発光レベル２で遮光波形（Ccd_L_data_２［ｉ］）を取得しこれの有効エリアである領域Ｌ６のデータをCorrected_Ref__Ｌ_data［ｉ］で割り算して規格化し（Norm_L_data[ｉ]をもとめ）、この結果を基に遮光部分の前エッジの位置を算出し次に、ＬＥＤ発光レベル３で遮光波形（Ccd_L_data_３［ｉ］）を取得しこれの有効エリアである領域Ｌ５のデータをCorrectd_Ref_Ｌ_data［ｉ］で割り算することにより規格化し（Norm_L_data[ｉ]をもとめ）これを基に遮光部分の後エッジの位置を算出すると言うものである。いずれの場合もそれぞれの遮光位置の前エッジ（Ｓ_Ｌfront_edge）後エッジ（S_L_rear_edge）、遮光位置（S_L）の求め方は、図２０に示すとおりである。
【００３９】
すなわち、所定の閾値Vth_posiを設け、Norm_L_data[ｉ]が該閾値を超える前後の画素番号のデータから直線近似することによりVth_posiに対応する画素番号（この場合整数ではない）を求めることにより、これを前エッジ位置、後ろエッジ位置とする。これを式で表すと下記の様になる。 
Ｓ_Ｌ_rear_edge
＝Ｎ(r-1)＋(N(r1)−Ｎ(r-1)) ＊ (Ｖth_posi−V(r-1))／（Ｖ(r)−V(r-1)）      ・・・式４_1
Ｓ_Ｌ_front_edge
＝Ｎ(f-1)＋(N(f)−Ｎ(f-1)) ＊ (Ｖth_posi−V(f-1))／（Ｖ(f)−V(f-1)）  ・・・式４_2
以上のように、およその遮光位置の領域を直前の座標値、直前の座標値の変化のしかたから予測し、その領域に適した発光レベルでＬＥＤを発光させることにより、全領域でＳＮの偏り、レベルの偏りがない遮光部部分の波形データを取得することができができ、これにより領域ごとの座標精度の偏り、ゆらぎの偏りを大幅に減少することが出来る。
【００４０】
また遮光部分の前エッジのおよその遮光位置の領域、後エッジのおよその遮光位置の領域を直前の座標値、直前の座標値の変化のしかたから別々に予測し、その領域に適した発光レベルでＬＥＤを発光させることにより全領域でＳＮの偏り、レベルの偏りがない前後遮光エッジ部分ごとの波形データを取得することができこれにより領域ごとの座標精度の偏り、ゆらぎの偏りをさらに大幅に減少することが出来る。
【００４１】
ここで、図１−２に示す遮光波形おいて領域Ｌ3が、また図１−３に示す遮光波形において、領域Ｌ2、Ｌ3、Ｌ4、Ｌ6が飽和しているが、これらの部分はいずれも遮光位置検出には直接関与しないので問題とはならない。
【００４２】
ただし、ここで注意しなければならないのは、特に受光素子としてＣＣＤ（電荷結合撮像素子）を用いた場合、飽和レベルを大幅に越えると、電荷の転送が正常に出来なくなり、波形の尾引き現象が発生する、このような場合は、遮光位置検出に直接関与する領域にも影響が発生する。このレベルは波形で判別される飽和レベルの数倍である。すなわちＣＣＤを用いる場合は飽和レベルを数倍も超えるような発光強度を設定してはならない。一方、受光素子としてＣＭＯＳセンサーを用いた場合は、比較的このような問題は発生しにくいものである。
【００４３】
＜本発明の全体構成＞
本発明は、図２に示すように主として所定の入力領域と該入力領域の周辺部の互いに異なる位置に、該設置位置を中心として扇状にかつ該入力領域に平行に光を放射する複数の発光部と、前記入力領域の周辺部に設けられ前記光を前記発光部に向けて再帰的に反射する再帰反射部と前記入力領域の周辺部でかつ前期複数の発光部とそれぞれ概ね同じ位置に設けられ、かつ前記反射部からの反射光の強度分布を検出する複数の受光部とそれによって得られる光の強度分布を処理する制御演算部からなり前記、複数の受光部で検出された光の強度分布をもとに、前記、光源から放射した光、乃至前記再帰反射部で反射した光が前期入力領域に対する入力手段としてそれぞれ遮られることによる遮光位置を其々検出するものである。
【００４４】
以下、図面を参照して、本発明について詳細に説明する。本発明に係る座標入力装置の概略構成について図２を用いて説明する。図２中101L、101Rは検出用投光手段および座標検出用受光手段を有する座標センサユニットであり、所定の距離はなれて設置されている。座標センサユニットは制御・演算を行う制御演算ユニット102に接続され、制御信号を制御・座標演算ユニットから受け取ると共に、検出した信号を制御・座標演算ユニットに送信する。103は図３のように入射光を到来方向に反射する再帰反射面を有する反射手段であり、左右それぞれのセンサユニットから略90°範囲に投光された光を、センサユニットに向けて再帰反射する。反射された光は、センサーユニットに具わる集光光学系とラインＣＣＤ等によって構成されたセンサユニットの検出手段によって1次元的に検出され、その光量分布が制御・演算ユニットに送られる。
【００４５】
104は入力領域であり、PDPやリアプロジェクタ、LCDパネルなどの表示装置の表示画面で構成されることで、インタラクティブな入力装置として、利用可能となっている。このような構成において、入力領域に指示具や指などによる入力指示がなされると、上記投光手段から投光された光が遮られ、再帰反射による反射光が得られなくなるため、入力指示位置のみ光量が得られなくなる。メインユニットの演算制御手段は、左右のセンサユニットの光量変化から、入力支持された部分の遮光範囲を検出し、同範囲内での検出点を特定してそれぞれの角度を算出する。算出された角度および、センサユニット間の距離等から、入力エリア上の座標位置を算出し、表示装置に接続されているPCなどに、USBなどのインタフェースを経由して座標値を出力する。
【００４６】
以下、各部分ごとに詳細説明を行う。
【００４７】
＜座標センサユニットの詳細説明＞
図４はセンサユニットにおける投光手段の構成例である。４−1は投光手段を上から（入力面に対し垂直方向）から見た図である。図中131は赤外光を発する赤外LEDであり、発光した光は投光レンズ１３２によって、略90°範囲に光を投光する。一方、図４−２は同じ構成を横から見た図であり、（入力面に対し水平方向）この方向では、赤外LED131からの光は上下方向に制限された光束として投光され、主に、再帰反射手段103に対して光が投光されるようになっている。
【００４８】
図５はセンサユニットにおける検出手段を入力面に対して垂直方向から見た図である。検出手段は、1次元のラインCCD141および集光光学系としてのレンズ142，143および、入射光の入射方向を制限する絞り144、可視光など余分な光の入射を防止する赤外フィルター145からなっている。該ラインＣＣＤはＣＭＯＳ構造のラインセンサーでももちろん構成可能である。
【００４９】
投光手段からの光は再帰反射部材によって反射され、赤外フィルター145、絞り144を抜けて、集光用レンズ142，143によって入力面の略90°範囲の光がCCDの検出面にその入射角に依存した画素上に結像され、角度ごとの光量分布を示している。つまり画素番号が角度情報を表すことになる。
【００５０】
図６は入力面と水平方向からの見たときの、上記投光手段と検出手段を重ねて、座標センサユニット101としたときの構成である。投光手段と検出手段の光軸間の距離は再帰反射部材の角度特性から充分検出可能な範囲に設定されていればよい。
【００５１】
＜反射部材について＞
図２の再帰反射部材103は入射角度に対する反射特性を有している。図７にあるように再帰性反射テープが平坦に構成された場合には、反射部材からの角度が４５度を超えるあたりから得られる反射光量が減少し、遮蔽物があったばあいにその変化が充分に取れない事になる。反射光量は、光量分布（照明強度および距離）、反射部材の反射率（入射角度、反射部材の幅）、結像系照度（cosine 4乗則）によって決まる。光量が足りない場合に、照明強度を上げることが考えられるが、反射分布が均一で無い場合には、強い部分の光を受光したときに、受光手段である、ＣＣＤでその部分が飽和することがあり、照明強度を上げるには限界がある。裏返せば反射部材の反射の分布をなるべく均一にする事で低光量部分への入射光量の増大も望む事ができる。角度方向に対して均一化を計るために、再帰反射部材103を図８のような三角柱を並べた形をした部材に貼り付けことにより設置している。このようにする事で、角度特性を改善する事ができる。尚三角柱の角度は再帰反射部材の反射特性から決定すればよく、また、そのピッチはCCDでの検出分解能以下に設定するのが、望ましい。
【００５２】
＜制御・座標演算ユニットの説明＞
図２の制御・演算ユニットとセンサユニット101L,101Rの間では、CCDの制御信号、CCD用クロック信号とCCDの出力信号、および、座標検知用LEDの駆動信号がやり取りされている。図１４は制御・演算ユニットのブロック図である。CCD制御信号は、ワンチップマイコンなどで構成される演算制御回路1８３から出力されており、CCDのシャッタタイミングや、データの出力制御などをおこなっている。CCD用のクロックはクロック発生回路1８７からセンサユニットに送られると共に、CCDとの同期をとって、各種制御を行うために、演算制御回路183にも入力されている。
【００５３】
座標検知用LED駆動信号は演算制御回路183から座標検知用LED駆動回路184L,184Rをへて、センサユニットの座標検知用赤外LEDに供給されている。センサユニットの検出手段であるCCDからの検出信号は、制御・演算ユニットのADコンバータ181L,181Rに入力され、演算制御回路からの制御によって、デジタル値に変換される。変換されたデジタル値は82メモリに記憶され、角度計算に用いられる。
【００５４】
計算された角度から、座標値が求められ外部PCなどにシリアルインタフェース188などを介して出力される。特に本実施例においては、ドライブ回路がドライブ回路がドライブ回路がドライブ回路が
＜遮光位置検出の流れの説明＞
本発明における、遮光位置検出の流れを表すフローチャートを図３１に示す。
【００５５】
同図の各部分の詳細なフローチャートを図３２、図３３、図３４、図３５に示す。
【００５６】
（1）  ｓ1_Ｌ、初期設定（リファレンスデータ読みこみ）
図３１−１に示すように、テーブルの中でもっとも弱いレベル（レベル１）でＬＥＤを発光させRef_Ｌ_Data［ｉ］を読み込む
これを、もとに領域ごとのLEDレベルのテーブル（table_L）を作成する。次に、前記テーブルの中で存在する全てのレベル（ｊ＝1、2、3、、、）についてRef_Ｌ_Data_ｊ［ｉ］を取り込みこれらの有効領域を連結することにより、Corrected_Ref_Ｌ_Data［ｉ］を作成する。
【００５７】
（2）  ｓ1_Ｒ、初期設定（リファレンスデータ読み込み）
Ｌ側と、同様。
【００５８】
（3）  ｓ2_Ｌ、Ｌセンサー通常測定
通所測定においては、まず、連続的な座標検出の最初か否かで分岐する。
最初の場合（一番目の分岐ＮＯの場合）は、遮光位置が予測できないため、従来例と同じように、レベル1で発光させて遮光位置を計算する。所定の回数後である場合（一番目の分岐ＹＥＳの場合）まず、遮光位置の前エッジ位置を予測しそれらの位置の属する領域ｋ1を求める。
【００５９】
次に、この領域ｋ1に対応するＬＥＤ発光レベルをｊ1でＬＥＤを点灯させ、領域ｋ１の範囲でCCD_L_data_ｊ1［ｉ］を取得しCorrected_Ref_L_data［ｉ］で規格化しNorm_CCD_L_data［ｉ］を求める。後エッジに関しても同様な処理を行う。
【００６０】
ここで、前エッジの処理をするためのNorm_CCD_L_data［ｉ］を演算した段階で遮光波形と背景信号波形に差がない場合遮光無しと判断し、再度通常波形の取り直しに進む（図３１参照）
（4）  ｓ2_Ｒ
Ｌ側と同様である。
【００６１】
次に、通常の、波形取り込みから座標出力までの、タイミングシーケンスを図２２をもとに説明する。ここでは、L側センサーの波形の遮光位置前エッジは、LED発光レベル２の領域に属し同、後エッジは、LED発光レベル３の領域に属しＲ側センサーの波形の遮光位置前エッジは、LED発光レベル1の領域に属し同、後エッジは、LED発光レベル２の領域に属す、という予測がなされた場合の例である。
【００６２】
CCDをLRともにクリアーする、これは外乱光などによってCCDに発生した無用な電荷を消去するためである。次にCCD_Lを露光させ、この期間中に座標検知用LED_Lを発光レベル２で点灯する、引き続き同様にCCD_Rを露光させ、この期間中に座標検知用LED_Rを発光レベル１で点灯する。
【００６３】
その後LR同時にCCDの内部電荷を転送しADコンバーターを介してCPUに読み込む。前者の波形データはＬ側波形の前エッジ位置の算出用であり後者の波形データはＲ側波形の前エッジ位置の算出用である。次に、再びい同じ手順でCCDをLRともにクリアーする。次にCCD_Lを露光させ、この期間中に座標検知用LED_Lを発光レベル３で点灯する。引き続き同様にCCD_Rを露光させ、この期間中に座標検知用LED_Rを発光レベル２で点灯する。
【００６４】
その後LR同時にCCDの内部電荷を転送しADコンバーターを介してCPUに読み込む。前者の波形データはＬ側波形の後エッジ位置の算出用であり後者の波形データはＲ側波形の後エッジ位置の算出用である。
【００６５】
これら四つの波形データはＣＰＵに転送された順に、計算処理され、これをもとに遮光位置が計算され、さらに座標位置が計算される。またこれと、同時に、次回サンプリング時の遮光位置の前後エッジのおよその位置も予測され、今回の座標位置、次回の予測座標位置、スイッチ信号などがＰＣに送信される。
【００６６】
＜遮光位置の算出方法＞
次に、規格化されたデータNorm_data_Ｌ[ｉ]から遮光位置を算出する方法を説明する。
【００６７】
本実施例では、遮光位置の前エッジと後エッジを別々に計算しているが簡単のため、両エッジを含む一つの遮光波形で説明する。また説明はＬ側センサーの場合のみ行う（Ｒ側センサーも手段は同一内容である。まず、基本的にはこのNorm_data_Ｌ[ｉ]に対して、閾値Vth_posiを適用して、その立ち上がり部と立下り部の画素番号から、両者の中央を入力画素として遮光位置を求める。図１９は規格化計算を終わったあとの検出の例である。また、遮光部分を拡大して、画素単位の信号がわかるように表示したものが図２０である。いま閾値Vth_posiで検出すると遮光領域の左から右に見て立ちあがり部分としてNr−1番目とNr番目の画素の間で閾値を越え、同様に、立下りの閾値としてNｆ−１番目の画素とでNｆ番目の画素の間でVth_posiを下まわったとする。
【００６８】
ここで中心画素Npを
Np  =  Nr + (Nf-Nr)/2        (3)
のように計算してもよいが、そうすると、最小の分解能が画素間隔（整数）になってしまう。すなわち画素ピッチで量子化された値となってしまう。より細かく検出するために、それぞれの画素の一つ前の画素のレベルを結んだ直線が閾値をよぎるところを小数で表現される仮想の画素番号として計算する。今NrのレベルをＶ（r）、Nr-1番画素のレベルをＶ（r-1）とする。また、NfのレベルをＶ（f）、Nf-1番がそのレベルをＶ（f-1）とし前エッジ位置をＳ_Ｌ_rear_edge  後エッジをＳ_Ｌ_front_edgeとすると、
Ｓ_Ｌ_rear_edge
＝Ｎ(r-1)＋(N(r)−Ｎ(r-1)) ＊ (Ｖth_posi−V(r-1))／（Ｖ(r)−V(r-1)）      ・・・式（4）
Ｓ_Ｌ_front_edge
＝Ｎ(f-1)＋(N(f)−Ｎ(f-1)) ＊ (Ｖth_posi−V(f-1))／（Ｖ(f)−V(f-1)）      ・・・式（5）
S_Ｌ=  Ｓ_Ｌ_rear_edge＋(Ｓ_Ｌ_rear_edge−Ｓ_Ｌ_front_edge)/2      ・・・式(6)
で決定される（ここで表現されるS＿Ｌ  がこのL側センサー波形における遮光位置そのものである）。このように、画素番号とそのレベルから仮想的な画素番号を計算することで、より分解能の高い検出ができる。得られた中央画素番号から、実際の座標値を計算するためには、角度情報に変換する必要がある。後述する実際の座標計算では、角度そのものよりもその角度における正接（tangent）の値を求めるほうが都合がよい。画素番号から、tanθへの変換には、テーブル参照や変換式を用いる。実測により所定のデータをもとめ、このデータに対して近似式を作り、その近似式を用いて画素番号、tanθ変換を行う。
【００６９】
変換式は例えば高次の多項式を用いると精度を確保できるが次数などは計算能力および要求精度等を鑑みて決定すればよい。例えば５次多項式を用いる場合には係数が６個必要になるので、出荷時などにこのデータを不揮発性メモリーなどに記憶しておけばよい。今５次多項式の係数をLL5,LL4,LL3,LL2,LL1,LL0としたときtanθは、
tanθ  ＝
(LL5＊S + LL4 ) ＊ S + LL3 ) ＊ S + LL2 ) ＊ S + LL1 ) ＊ S + LL0      (7)
（ただしS＝S_L_led1）
であらわす事ができる。同様なことを各々のセンサに対して行えば、それぞれの角度データを決定できる。もちろん、上記例ではtanθを求めているが、角度そのものを求め、その後tanθを求めても構わない。
【００７０】
＜座標計算方法の説明＞
得られた角度データから座標を算出する。図１３が画面座標との位置関係を示す図である。入力範囲の下辺左右にそれぞれのセンサユニットが取り付けられており、その間の距離はDsであらわされている。画面中央が画面の原点位置であり、P0はそれぞれのセンサユニットの角度０の交点である。それぞれの角度をθL、θRとして、それぞれtanθL,tanθRを上記多項式を用いて算出する。このとき点Pのｘ、ｙ座標は、
x =  Ds * (tanθL+ tanθR) / (1+( tanθL * tanθR) )      …(8)
y = - Ds * (tanθR - tanθL -(2* tanθL* tanθR)) / (1+( tanθL * tanθR))+P0Y  (9)
で計算される。
【００７１】
＜ＬＥＤの発光レベルを切り替える方法＞
本実施例におけるＬＥＤの駆動回路を図１５に示す。
【００７２】
本実施例においては、ＬＥＤの発光レベルを1、2、3の三段階設けている。図１５の駆動回路に示すようにLEDと直列の関係にある抵抗とスイッチングトランジスターを３種類切り替えられるように構成した。図１５に示すようにLED駆動回路の中のLED制御回路において３系統の駆動回路のいずれかを選択して駆動パルスを与えることにより、LEDの駆動電流として図１５示すようにＩ1、Ｉ2、Ｉ3の三種類を選ぶことができる。
【００７３】
実際に、電源電圧５ｖ、ＬＥＤの順方向電圧２ＶとしてＲ1＝12Ω、Ｒ2＝6Ω、Ｒ1＝3Ω、とするとＬＥＤに流れる電流のピーク値は、それぞれ（1）250ｍＡ、（2）500ｍＡ、（3）1000ｍＡである。
【００７４】
また、駆動回路に入力するパルスは図１５下段に示すように、幅100μｓである。このように、ＬＥＤの駆動電流を適切に切り替えることにより背景信号のレベルが低い領域において、強い発光強度の光を投光しＳＮ比を確保し背景信号のレベルが高い領域において、弱い発光強度の光を投光しダイナミックレンジを確保することが可能となり本発明を成り立たせることが可能となる。
【実施例２】
【００７５】
本発明における第二の実施例を図１６に示す。第１の実施例では、複数の駆動回路を用意し、これらの駆動電流の振幅を切り替えることにより本発明を実現したが、本実施例においては、駆動回路は1種類とし駆動時間すなわち駆動パルスの幅を切り替えることにより、ＬＥＤからの発光量を切り替えている。
【００７６】
また、これにあわせて受光素子（ＣＣＤなど）の電子シャッターの開く時間を変える必要がある。これによって前記パルス幅に比例した露光量が得られる。実際に、本実施例においては、Ｒ1＝12Ωとすることにより駆動電流の振幅は250ｍＡ  とし、駆動パルスの幅を（1）100μＳ、（2）200μＳ、（3）３００μＳとすることにより、ろ光量の比率を1：2：3にしている。
【００７７】
このように、ＬＥＤの駆動電流をパルス幅によって適切に切り替えることにより背景信号のレベルが低い領域において、発光時間の長い光を投光しＳＮ比を確保し背景信号のレベルが高い領域において、発光時間の短い光を投光しダイナミックレンジを確保することが可能となり本発明を成り立たせることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】第１の実施例説明図
【図２】本発明の全体図
【図３】本発明の再帰反射を説明する図
【図４】発光部の構成図
【図５】受光ユニットの構成図
【図６】受光ユニット構成図
【図７】図７-１は再帰反射部材の説明図、図７−2は再帰反射部材の説明補助図
【図８】再帰反射部材を設置するための部材の説明図
【図９】遮光を説明する図
【図１０】第１の実施例を示す図
【図１１】従来例を示す図
【図１２】従来例を示す図
【図１３】座標計算手段の説明図
【図１４】第１の実施例ブロック図
【図１５】ＬＥＤ駆動回路（第１の実施例）
【図１６】ＬＥＤ駆動回路（第の実施例）
【図１７】光強度分布説明図（非遮光時背景光強度分布）
【図１８】光強度分布説明図（遮光時）
【図１９】光強度分布規格化データ説明図
【図２０】遮光位置算出の説明図
【図２１】光強度分布説明図（非遮光時背景光強度分布）（従来例）
【図２２】光強度分布説明図（遮光時）（従来例）
【図２３】光強度分布規格化データ説明図（従来例）
【図２４】図２４−１は初期設定説明図、図２４−２は初期設定説明図（テーブル）
【図２５】初期設定説明図
【図２６】第１の実施例説明図
【図２７】第１の実施例説明図
【図２８】第１の実施例説明図
【図２９】第１の実施例説明図
【図３０】第１の実施例説明図（タイミングシーケンス）
【図３１】第１の実施例説明図（フローチャート）
【図３２】第１の実施例説明図（フローチャート詳細）
【図３３】第１の実施例説明図（フローチャート詳細）
【図３４】第１の実施例説明図（フローチャート詳細）
【図３５】第１の実施例説明図（フローチャート詳細）
【図３６】第１の実施例説明図（フローチャート詳細）
【図１】
2006018567.tif 000003
【図２】
2006018567.tif 000004
【図３】
2006018567.tif 000005
【図４】
2006018567.tif 000006
【図５】
2006018567.tif 000007
【図６】
2006018567.tif 000008
【図７】
2006018567.tif 000009
【図８】
2006018567.tif 000010
【図９】
2006018567.tif 000011
【図１０】
2006018567.tif 000012
【図１１】
2006018567.tif 000013
【図１２】
2006018567.tif 000014
【図１３】
2006018567.tif 000015
【図１４】
2006018567.tif 000016
【図１５】
2006018567.tif 000017
【図１６】
2006018567.tif 000018
【図１７】
2006018567.tif 000019
【図１８】
2006018567.tif 000020
【図１９】
2006018567.tif 000021
【図２０】
2006018567.tif 000022
【図２１】
2006018567.tif 000023
【図２２】
2006018567.tif 000024
【図２３】
2006018567.tif 000025
【図２４】
2006018567.tif 000026
【図２５】
2006018567.tif 000027
【図２６】
2006018567.tif 000028
【図２７】
2006018567.tif 000029
【図２８】
2006018567.tif 000030
【図２９】
2006018567.tif 000031
【図３０】
2006018567.tif 000032
【図３１】
2006018567.tif 000033
【図３２】
2006018567.tif 000034
【図３３】
2006018567.tif 000035
【図３４】
2006018567.tif 000036
【図３５】
2006018567.tif 000037
【図３６】
2006018567.tif 000038