(57)【要約】【課題】  光学式座標入力装置の背景信号は電源投入時、あるいはＳＷ動作等によって記憶されていた。その記憶時における外乱光の状態と、実際に座標を検出する時の外乱光の状態との間で変化があると座標算出誤差の要因となる。操作性を向上し、信頼性の高い座標入力装置を構成できるようにする。【解決手段】  座標を算出する際のＣＣＤ画素信号波形と、その直前に検出された際のＣＣＤ画素信号波形の差分値より、指示具の指示位置を算出するように構成し、背景信号設定のために行う操作者のＳＷ動作をなくすことで操作性を向上し、外乱光の影響を排除する構成とする。【選択図】  図１
2006235710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標入力有効領域の角部に少なくとも２個の受光検出手段が設けられ、該受光手段が検出した光量分布の変化から、指または指示具等が指示した方向を検出する角度検出手段を有し、導出した複数の角度情報に基づき、前述指または指示具等が指示した位置座標を算出する座標入力装置であって、
位置座標算出のためにサンプリングされた検知手段の出力結果と、そのサンプリングの直前にサンプリングされた検知手段の出力結果との差分情報より、指または指示具等が指示した方向を検出する角度検出手段を有する事を特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
前記請求項１記載の座標入力装置であって、投光手段によるサンプリング回数ｎ回目の投光時の検出手段の出力結果を基準データとして記憶する基準データ記憶手段と、サンプリング回数ｎ+1回目の投光時の検出手段の出力結果と、前記記憶手段意に記憶されている出力結果の差分値より、指または指示具等が指示した方向を算出する角度検出手段を有し、前記サンプリング回数ｎ+1回目の投光時の検出手段の出力結果を前記基準データとして更新し、基準データ記憶手段に再度記憶する基準データ更新手段を有する事を特徴とする座標入力装置。
【請求項３】
前記請求項１、又は請求項２記載の座標入力装置であって、指、あるいは指示具等による座標入力が行われていない状態で、投光手段による投光が非点灯時の検出手段の出力結果、並びに投光手段による投光が行われている時の検出手段の出力結果、もしくは両者の差分情報を記憶する記憶手段をさらに有する事を特徴とする座標入力装置。
【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の方式のものが提案、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、特許文献１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性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などで遮蔽された領域の角度を検出し、遮蔽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。
【０００４】
この光方式の装置は、前述した光を照明する手段からの光のみを受光手段で検出することが望ましい。しかしながら、実際には、受光手段は、光を照明する手段からの光以外にも、装置の設置場所により太陽光や照明光等、さまざまな光を検出してしまい、座標算出精度の低下、あるいは誤検出といった障害をもたらす。この課題を解決するべく関連する従来の技術として、特許文献２、特許文献３、特許文献４には外乱光の影響を除去した座標入力装置の内容が記載されている。
【特許文献１】米国特許ＵＳＰ４５０７５５７号
【特許文献２】特開２００２−１０８５５４号公報
【特許文献３】特開２０００−１０５６７１号公報
【特許文献４】特開２０００−１３２３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記で述べたように、太陽光や照明光などの外乱光の影響を考慮せずに装置を構成すると座標算出精度に大きく影響するという課題がある。
【０００６】
これは、受光手段が検出する光量分布が指示具や指などの入力がない場合にも外乱光によって変化してしまうことに起因する。すなわち、所望の光量分布を得るために光を照明し、遮蔽位置を検出するが、この照明が点灯していない場合でも外乱光があるために、照明の点灯時の受光分布はこの外乱光を含むものとなる。通常、外乱光をキャンセルするために、メモリには照明の非点灯時のデータを保存しておき、入力があった場合には、入力なし状態との光量分布を差分して、両方の光量分布データに含まれている外乱光をキャンセルして、入力位置座標を算出する。
【０００７】
この課題を解決すべく特許文献２では、投光手段の点灯時と非点灯時の信号の差分を連続的（毎サンプリング）に検出して外乱光の影響を除去する旨の内容が記載されている。
【０００８】
しかしながら、この種の座標入力装置は、コンピュータの表示装置と一体型に構成する場合が圧倒的に多く、描画スピードが性能を評価する重要な項目のひとつとなる。すなわち、操作者がストレスなく入力することができることが重要であり、操作者の入力スピードに対して描画スピードが遅れなく追従することが必須である。
【０００９】
しかしながら、特許文献２においては、座標算出（座標出力）サンプリングごとに毎回、照明の点灯、非点灯時のデータを取得しメモリに蓄積するために、上記で述べたような座標出力速度を満足するのは困難である。
【００１０】
また、ディスプレイが大型化・高解像度化し、ディスプレイの画素に対して十分な分解能を有する座標入力装置とするためには、受光手段の高分解能化が必須であり、この受光手段で検出する光量分布データを記憶するためのメモリへのアクセスも極力少なくすることが望ましい。
【００１１】
一方、特許文献３、特許文献４には、予め撮像した入力領域の画像を基準画像として記憶し、その後各撮像素子で撮像した入力領域の画像と該基準画像の差分を抽出することで、外乱光、不要光の影響を除去する構成が開示されているが、予め撮像した入力領域の基準画像情報と、その装置の使用中に実際に検出される画像情報が例えば外乱光／不要光により変化した場合は、その影響を除去できず、大幅に精度を劣化させる危険性があった。前述の外乱光／不要光が使用中に変化して、精度が大幅に劣化するような場合には、操作者がそのことを判断して、基準画像を更新すれば、外乱光／不要光の影響を除去できる様になるが、その動作を例えば装置使用中の会議中にしなければならず、会議進行の中断等を考慮すれば、決して操作性に優れる装置とはならなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本願発明は座標入力有効領域の角部に少なくとも２個の受光検出手段が設けられ、該受光手段が検出した光量分布の変化から、指または指示具等が指示した方向を検出する角度検出手段を有し、導出した複数の角度情報に基づき、前述指または指示具等が指示した位置座標を算出する光学式座標入力装置であって、位置座標算出のためにサンプリングされた検知手段の出力結果と、そのサンプリングの直前にサンプリングされた検知手段の出力結果との差分情報より、指または指示具等が指示した方向を検出する角度検出手段を有する事で、外乱光の影響を排除して高精度に座標算出が行えるように構成したものである。
【００１３】
具体的には、指、または指示具の位置座標をサンプリングするために、投光手段によるサンプリング回数Ｎ回目の投光時の検出手段の出力結果を基準データとして記憶する基準データ記憶手段と、サンプリング回数Ｎ+1回目の投光時の検出手段の出力結果と差分値を算出する事で、サンプリング回数Ｎ回目とサンプリング回数Ｎ+1回目には同等の座標算出精度を低下させる外乱光が含まれるので、外乱光による影響を排除でき、角度検出手段による角度検出が高精度に行えるように構成した。
【００１４】
さらには、前記サンプリング回数Ｎ+1回目の投光時の検出手段の出力結果を、基準データとして更新し、基準データ記憶手段に再度記憶する基準データ更新手段を有するので、座標入力装置を長時間使用する場合に想定される外乱光の影響の度合いが変化しても、常に高精度な位置検出できる様に構成したものである。
【００１５】
さらには、投光手段による投光が非点灯時の検出手段の出力結果、並びに投光手段による投光が行われている時の検出手段の出力結果、もしくは両者の差分情報を記憶する記憶手段を有するが、その情報の更新は長時間使用する際の最初の電源投入時のみ、もしくは工場出荷時のみに設定すればよく、長時間使用等による外乱光の変化により、例えば操作者がリセット動作して外乱の影響を除去するような操作者の不要な動作を排除できる様にしたものである。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明した様に本願発明は、指、または指示具の位置座標をサンプリングするために、投光手段によるサンプリング回数Ｎ回目の投光時の検出手段の出力結果を基準データとして記憶する基準データ記憶手段と、サンプリング回数Ｎ+1回目の投光時の検出手段の出力結果と差分値を算出する事で、角度検出手段による角度検出が高精度に行える。つまり、サンプリング回数Ｎ回目とサンプリング回数Ｎ+1回目には、その時間的インターバル（100回/秒でサンプリング可能な座標入力装置に有っては、0.01秒相当の時間）では、座標算出精度を低下させる要因となる外乱光が同等に含まれるので、両者の差分信号を生成する事で外乱光による影響を排除でき、その結果高精度な座標算出を可能とする優れた効果が得られる様になる。
【００１７】
さらには、前記サンプリング回数Ｎ+1回目の投光時の検出手段の出力結果を、格納されている基準データの更新データとして更新し、基準データ記憶手段に更新／記憶する基準データ更新手段を有するので、座標入力装置を長時間使用する場合に想定される外乱光の影響の度合いが変化しても、常に高精度な位置検出できる。さらには、投光手段による投光が非点灯時の検出手段の出力結果、並びに投光手段による投光が行われている時の検出手段の出力結果、もしくは両者の差分情報を記憶する記憶手段を有する場合に合っては、その情報の更新は長時間使用する際の最初の電源投入時のみ、もしくは工場出荷時のみに設定すればよく、長時間使用等によって想定される外乱光の変化により、例えば操作者がリセット動作して外乱の影響を除去しなければならないような、操作者の不要な動作を排除し、信頼性が高く操作性に優れる座標入力装置を実現できるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
まず、本発明に係る座標入力装置の概略構成について図3を用いて説明する。
【００２０】
図中１L、１Rは投光手段および検出手段を有するセンサユニット１であり、本実施例の場合、図示の如く座標入力有効領域3のX軸に平行に、かつY軸に対称な位置に所定距離離れて配置されている。センサユニット１は制御・演算ユニット２に接続され、制御信号を制御・演算ユニット２から受け取ると共に、検出した信号を制御・演算ユニット２に送信する。4は入射光を到来方向に反射する再帰反射面を有する再帰反射手段であり、左右それぞれのセンサユニット１から略90°範囲に投光された光を、センサユニット１に向けて再帰反射する。
【００２１】
さて、再帰反射部材4で再帰反射された光は、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１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。
【００２２】
前述した座標入力有効領域3は、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することで、インタラクティブな入力装置として、利用可能となる。
【００２３】
このように構成することで、入力領域に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、指等の指示手段によって遮られ、センサユニット１の検出手段ではその部位のみの光（再帰反射による反射光）を検出する事ができなくなり、その結果、どの方向からの光が検出できなかったかを判別することが可能となる。つまり制御・演算ユニット２の演算制御手段は、左右のセンサユニット１の光量変化から入力指示された部分の遮光範囲を検出し、その遮光範囲の情報から遮光位置の方向（角度）をそれぞれ導出する。さらに、前記導出された方向（角度）、及びセンサユニット１L、及び１R間の距離情報等から、入力エリア上の座標位置を算出すると共に、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。
【００２４】
このようにして、指等の指示具によって、画面上に線を描画したり、表示画面上のアイコン操作によりPCの制御等が可能となる。
【００２５】
以降、各部分毎にその構成、動作について詳細説明を行う。
【００２６】
＜センサユニット１の詳細説明＞
図4はセンサユニット１中における投光手段の構成例を示したものである。
【００２７】
図4−1は投光手段を正面方向（座標入力面に対し垂直方向）から見た図であり、図中31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３２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側面図であり（入力面に対し水平方向）、この方向では、赤外LED31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、再帰反射部材4に対して光が投光されるように構成されている。
【００２８】
図５はセンサユニット１中における検出手段を図示したのものであり、図４と同様に、図５−1は正面方向（座標入力面に対して垂直方向）から、また図５−2はその側面図である。なお正面図５−1中の破線部分は、側面図５−2に示される前述したセンサユニット１中の投光手段の配置を示すものである。本実施例の場合、投光手段と検出手段を重ねて配置しており、その距離Lは、投光手段から再帰反射手段４までの距離に比べて十分に小さな値であり、距離Lを有していても十分な再帰反射光を検出手段で検知することが可能な構成となっている。
【００２９】
また、図５−2において本願発明の検出手段は、1次元のラインCCD４１および集光光学系としてのレンズ４２，４３および、入射光の入射方向を概略制限する絞り４４、可視光など余分な光の入射を防止する赤外フィルター４５からなり、投光手段で投光された光は、再帰反射部材4によって反射され、前述赤外フィルター４５、絞り４４を抜けて集光用レンズ４２，４３によって、CCDの検出面上に集光される。
【００３０】
さらに図５−1において説明を加えると、前述した略90°方向に投光された投光手段の光は、再帰反射部材4によって反射され、前述赤外フィルター４５、絞り４４を抜けて集光用レンズ４２，４３によって、反射光の入射角に応じたCCD41の画素上に結像することになる。従って、CCD４１の出力信号は、反射光の入射角に応じた光量分布を出力することになるので、CCD41画素番号が角度情報を示すことになる。
【００３１】
＜制御・演算ユニットの説明＞
図3の制御・演算ユニット２とセンサユニット１L、センサユニット1Rの間では、CCDの制御信号、CCD用クロック信号、CCDの出力信号、および、LEDの駆動信号がやり取りされている。
【００３２】
図6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８３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８７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83にも入力されている。
【００３３】
LED駆動信号は演算制御回路83からLED駆動回路84L、84Rをへて、センサユニット１中の赤外LED31に供給されている。
【００３４】
センサユニット１の検出手段であるCCD41からの検出信号は、制御・演算ユニット２中のADコンバータ81L、81Rに入力され、演算制御回路83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必要に応じてメモリ82に記憶され、後述する方法で角度算出、さらには座標値が求められ、その結果を外部PCなどにシリアルインタフェース88などを介して出力される。
【００３５】
＜光量分布検出の説明＞
図７は制御信号のタイミングチャートである。
【００３６】
９１，９２，９３がCCD制御用の制御信号であり、９１SH信号の間隔で、CCDのシャッタ解放時間が決定される。９２、９３はそれぞれ左右のセンサへのゲート信号であり、CCD内部の光電変換部の電荷を読み出し部へ転送する信号である。
【００３７】
９４，９５は左右のLEDの駆動信号であり、SHの最初の周期で一方のLED（センサユニット１L中のLED）を点灯するために94の駆動信号がLED駆動回路（この場合LED駆動回路84L）を経てLEDに供給される。次の周期でもう一方のLED（この場合、センサユニット１R中のLED）が駆動される。双方のLEDの駆動が終了した後に、CCDの信号が左右のセンサから読み出される。
【００３８】
次に読み出されるＣＣＤ信号について説明するが、理解を容易にするために、ここでは太陽光等の外乱光（不要光）が全く無いもの、つまり後述する初期データに時間的変化が全くないものとして説明する。
【００３９】
図8−1は、投光手段による投光が非投光の状態で、光信号が全く検出されない場合の信号であり、図8−2は、例えば指、或いは指示具等による座標入力がない場合（遮光部分が無い場合）であって、投光手段による投光が行われた際に得られるＣＣＤ信号を、それぞれ模式的に示した図である。図8−2の出力信号は、再帰反射シート4の特性（前述した再帰反射部材4の入射角に依存する再帰反射効率）やLEDを含む投光手段の特性、座標入力有効領域の大きさ、形状（大きさ、形状により投光手段からの光線が再帰反射部材に入射する入射角が変化するほか、投光手段から再帰反射部材までの光線距離が大きく変化するため等による）、さらには経時変化（反射面の汚れなど）によって、この分布は変化する。従って、図8−2に示される例えばレベルＡの値に、ＣＣＤ画素の各々の出力レベルが一定になるように構成する事は事実上困難であり、図8−2に示すが如く、レベル的に不均一な信号が出力されるのが通例である。
【００４０】
従って、図8−1、図8−2において、Aのレベルが最大光量を検出した時のレベルであり、Bのレベルが最低レベルであるものとすれば、再帰反射部材からの反射光がない状態では、得られるレベルはB付近（ここでの説明は、前述の通り外乱等の不要光が存在しないと仮定しているため）になり、反射光量が増えるほどAのレベルに近づく事になる。この様にCCDから出力されたデータは、逐次AD変換されCPUにデジタルデータとして取り込まれる。
【００４１】
図8−3は指などで入力を行った、つまり、反射光を遮った場合の出力の例である。Cの部分が指などで反射光が遮られたため、その部分のみ光量が低下している。検出は、この光量分布の変化を検知して行うものであり、具体的に説明すれば、まず図8−1、及び図8−2のように、座標入力が行われていない初期状態（以後、初期状態で得られたデータを初期データと言う）を予めメモリ82に記憶しておき、それぞれのサンプル期間で得られるデータとあらかじめ記憶しておいた初期データとの差分を算出する事で、図8−3のような変化があるかどうかを判別する。
【００４２】
＜角度計算の説明＞
さて、電源投入時、入力の無い（遮光部分が無い）状態で、まず投光手段から照明すること無しにCCDの出力をAD変換して、これをBas_data[N]（図8−1相当の信号）として、メモリ82に記憶する。これは、CCD41のバイアスのばらつき等を含んだデータとなり、図8−1のBのレベル付近のデータとなる（ここでは前述した通り不要光は検出されないものとして説明している）。ここで、Nは画素番号であり、有効な入力範囲に対応する画素番号が用いられる。次に、投光手段から照明した状態での光量分布を記憶し（図8−2相当の信号）、Ref_data[N]とし、初期データの記憶を完了する。
【００４３】
さて、あるサンプル期間のデータをNorm_data[N]とすれば、先にも述べたがＣＣＤが出力するNorm_data[N]の分布は、図8−2にも示すように均一とはならないので、信号レベルの絶対レベルで処理を進めると、正確な遮光位置を算出するのが困難となる。従って、次式で示されるように、変化の比を計算して入力位置の決定をより高精度に行うように構成した。
【００４４】
Norm_data_r[N] = 
（Norm_data_[N]−Bas_data[N]）／(Ref_data[N]−Bas_data[N])    (2) 
この計算結果を示すと、図8−4のようになり、変動比であらわされるため、例えば閾値Vｔｈｒを設定して、その立ち上がり部と立下り部の画素番号から、例えば両者の中央を入力画素として、高精度に画素情報が取得可能となる。無論、先に示した式（１）による入力の判定有無を、この新たに設定される閾値Vｔｈｒを用いて行っても良い事は言うまでも無い。
【００４５】
ところで、図8−4は説明のために模式的に描いたものであり、実際の検出信号波形は、遮光部分を詳細に表示すると、図9の様になる。いま閾値Vthrと比較して遮光領域の立ち下がり部分は、Nr番目の画素で閾値Vthrを越えたとし、Nｆ番の画素で閾値Vthrを上まわったと仮定する。この時、出力すべきCCDの画素番号Npを、先に説明した様に、立ち上がり部と立下り部の画素番号の中央値として
Np  =  Nr + (Nf-Nr)/2                     (3)
のように計算してもよいが、そうすると、CCDの画素間隔が出力画素番号の分解能になる。そこで、より高分解能に検出するために、画素の出力レベル情報を用いて演算を行う。
【００４６】
図9において、画素番号NrのCCD出力レベルをLr画素番号Nr−1の出力レベルをLr−1とする。同様に、画素番号Nfの出力レベルをLf、画素番号Nf−1の出力レベルをLf−1とする。このとき検出すべき画素番号を、それぞれのNrv、Nfvとすれば、
Nrv  ＝ Nr-1  + ( Vthr  -  Lr) / ( Lr-1   -  Lr )        (4)
Nfv  ＝ Nf-1  + ( Vthr  -  Lf-1 ) / ( Lf  -  Lf-1 )      (5)
と計算すれば、出力レベルに応じた仮想の画素番号、つまりCCDの画素番号よりも細かい画素番号を取得でき、出力される仮想中心画素Npvは、
Npv  =  Nrv + (Nfv-Nrv)/2                   (6)
で決定される。
【００４７】
このように、画素番号とその画素の出力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可能となる。
【００４８】
＜外乱の影響、及びその除去に関する説明＞
さて以上の説明に有っては、太陽光等の外乱光（不要光）の影響について、何ら考慮されていない。そこで、ここでは不要光の影響と、その影響を除去するための構成について説明する。
【００４９】
今仮に前述した初期データ（Base_data[Ｎ]、及びRef_data[N]相当）を工場の出荷時に設定するものとすれば、外乱光が無い状態にある検査室等でその設定が行えるので、外乱光無しの初期データを取得する事は可能である。しかしながら製品が市場においてユーザの下で実際に設置される環境は、製品の頭上には蛍光灯、発熱球等の照明器具が存在するであろうし、窓を有する会議室等に有っては、太陽光が直接センサユニットを直射して、太陽光が検出される事も想定される。この不要光の影響を緩和するために、前述した赤外フィルター45が各センサユニットに設けられているが、この不要光の完全な除去は不可能であり、そのような設置環境にあっては、何らかの不要光を検出してしまうことを前提としなければならない。
【００５０】
さらには、実際に使用している際に、例えば再帰反射部材4の所定の位置にゴミが付着した場合を想定すると、その部分における再帰反射効率が低下するので、あたかも、センサから見てその方向に座標入力動作による遮光部位が形成されたと誤検出してしまい、重大な障害を引き起こす結果となり得る。
【００５１】
つまり、初期データでるところの、投光手段による投光が非投光時のBase_data[Ｎ]、及び投光手段による投光時のRef_data[N]を工場の出荷時に設定してしまう仕様では、実際にユーザが設置する環境、あるいは経時的な変化によって、その環境で得られる投光手段による投光時、及び非投光時のデータが、設定されている初期データと異なる結果となり、工場出荷時に初期データを設定して、上記の説明が如く演算を実行すれ方法では、座標算出性能の劣化は顕著となる。
【００５２】
そこで、操作者がシステムを起動する際に、前述した初期データを更新／記憶する様な仕様にすれば、その使用中に不要光の変化、あるいは使用中にゴミが付着して大幅に反射効率が変化したと言うことが無ければ、設置環境、あるいは装置の経年変化等による光学的特性変化が起きても、座標算出精度の劣化、あるいは誤動作を無くすことができる。
【００５３】
しかしながら、システムを起動して、長時間に渡って使用した場合（長時間に渡って初期データが更新されない場合）には、次の様なことが懸念される。仮に本願発明の光学式座標入力装置を組み込んだ装置を、窓を有する会議室に設置した場合、日中においては太陽光によりその会議室は照らされるだろうし、夜間においては、蛍光灯等により会議室の明るさを保持する事になる。この光源の変化に着目して例えば、正午より会議を開催するためにシステムを立ち上げ、投光手段による投光が非投光の場合のBas_data[N]が図10−1の様に得られたとすれば、その出力データはＢレベル付近のデータではあるものの、太陽光の影響を検出してしまい、先に説明した図8−1の状態（太陽光の入射が無い状態）とは異なる結果となる。この状態で、投光手段による投光時のデータRef_data[N]を取得すれば、図8−2における太陽光の影響を受けない出力信号と、図10−1における太陽光の影響のみを検出した信号が重畳した信号として、図10−2の様な信号が得られる。この太陽光の影響の度合いが一定（図10−1の出力分布が変化しない）であれば、上述した方法により、指、もしくは指示具による遮光部位を正確に演算できる。しかしながら、会議の進行に伴ない、太陽が雲に隠れて会議室が薄暗くなった、あるいは、夕刻まで継続的に会議が続けられて外は暗くなり、蛍光灯が点灯されたような状態（ここでの説明では、蛍光灯による不要光は全く検出されないものとする）になると、太陽光の影響は全く排除される。その時、ＣＣＤセンサで得られる信号は、例えば指、指示具による遮光が生成されていない状態（座標入力が行われていない状態）では、図10−3の様になる（太陽光の影響を受けず不要光が全く検出されない状態なので、図8−2の出力信号と同等）。この時の変動比Norm_data_r[N]を計算すると図10−4の様になり、閾値Vthrの値によっては、Ｄ部分で遮光部位を検出してしまう結果となる。つまり、外乱の影響の度合いが変化する事により、指示（座標入力）していないにもかかわらず、あたかも指示しているが如く座標値を出力してしまう結果となり、ユーザにとって大きな問題を発生させることになる。
【００５４】
無論、この現象を回避するためには、初期データであるところのRef_data[N]、及びBas_data[N]を適宜更新すれば良いが、この更新作業中には座標入力動作を行うと誤検出の原因となるので、例えば、スイッチ手段等を用いてユーザが意図的に更新作業モードに遷移するように設定する必要が有り、会議の中断等を強制する製品仕様となる課題を有する。
【００５５】
そこで本願発明は、図8−4、もしくは図10−4で得られた正規化された信号を用いて、この種の初期データの更新無しでも、高精度に座標算出が行えるように構成したものである。
【００５６】
図１は、この様子を説明するための説明図であり、１ストロークの座標入力（例えば『一』と言う文字を入力）した際の信号処理を説明するものである。まず正規化されたセンサ信号出力について説明すれば、状態（１）は座標入力が行われておらず、信号出力が無い状態を示し、状態（２）で所望の位置Ａにおける座標入力が行われ、遮光部位が発生した事を示す。状態（３）は前述所望の位置Ａに指示具がまだあって、状態（４）〜（５）にかけて指示具の移動速度速くなり（遮光部位の位置の変化が徐々に大きくなる）、状態（５）〜（７）にかけて、逆に指示具の移動速度が徐々に遅くなり、状態（７）で所望の位置Ｂに到達し、状態（８）で所望の位置Ｂにおける座標入力動作が終了して、状態（９）で座標入力動作待ちの状態になる。説明を簡略化するために、各ステップ（（１）〜（９））は座標入力装置の１サンプリング相当の信号が連続的に検出されたものとする（つまり、座標サンプリングレートが90回/秒の性能を有する座標入力装置ならば、ステップ（１）〜（９）に到る所要時間は、9サンプリング相当の時間なので、約0.1秒で動作が完了したことになる）。
【００５７】
次に座標算出用信号Norm_data_Δ[N]について説明すれば、状態（１）から状態（２）へ遷移することで、両者の信号の差分（２）−（１）が得られ、先に説明したＣＣＤ画素番号決定方法で矢印部分を検出点とし、後述する方法で位置座標を算出することで、例えば表示装置に表示されているカーソル等が、所望の位置Ａに位置することになる。次に、差分信号（３）−（２）の場合（（２）の状態、及び（３）の状態において、指示具は同一の位置座標にある）には、何ら信号を得る事ができないので、座標入力装置は位置座標を検出しないが、差分（２）（１）の演算結果によりカーソルはすでに所望の位置Ａに位置しているので、操作者は座標入力装置が座標を算出（送出）しないことによる不具合を認識できない、つまり操作上何ら障害が発生しないのである。その後、指示具の移動に伴なって、信号（４）−（３）、信号（５）−（４）、信号（６）−（５）、信号（７）−（６）が得られるが、この場合には上に凸な信号部分と、下に凸な信号部分が得られ、それぞれで閾値を設定（上に凸な部分を検出するための第一閾値Vthup、及び下に凸な部分を検出するための第二閾値Vthlw）すれば、それぞれの凸部分で先に述べた方法（図9参照）でＣＣＤ画素番号を演算し、得られた上に凸な部分のＣＣＤ中心画素番号と、下に凸な部分のＣＣＤ中心画素番号との中央値を検出ＣＣＤ画素番号として、同様に後述する方法で指示具の位置座標を正確に算出することが可能となる。そして、差分信号（８）−（７）の場合（（７）の状態、及び（８）の状態において、指示具は同一の位置座標にある）には、信号を得る事ができないので、座標入力装置は位置座標を検出しないが、差分信号（９）−（８）の状態で、カーソルは所望の位置Ｂに移動して、例えば、カーソルの移動と共にその軌跡を画面上に残す様な仕様にすれば、操作者が意図した『一』と言う文字を所望の位置に入力する事ができる様になる。
【００５８】
さてこのように構成、演算することの利点を図１１を用いて説明すれば、装置を設置した環境において、太陽光などの外乱要因が、初期データを設定した時と変化した場合には、座標入力をしていない場合であっても正規化データNorm_data_ｒ[N]が例えば図11−１（図10−4相当）の様になり、誤検出の危険性がある。しかしながら、次の座標サンプリング時（例えば、90サンプリング/秒における座標入力装置にあっては、0.011秒後）までの微小時間においては、外乱要因の変化は無く（有ったとしても微小）、図11−2に示すが如く正規化データNorm_data_ｒ[N]は、その直前のサンプリング結果（図11−1相当）とほとんど変化が無い。従って、両者の差分Norm_data_Δ[N]を演算する事によって、図11−4の様な信号波形が得られ、初期データを取得した時とは異なる外乱状態に有っても、遮光部位が無い事が精度良く検知する事ができる。図11−3は、図11−2の状態で、指示具等による遮光部位が突然発生した時に得られる正規化データNorm_data_ｒ[N]であるが、直前にサンプリングした図11−2相当の正規化データNorm_data_ｒ[N]との差分を演算する事により、図11−5の様な座標算出用信号正規化データNorm_data_Δ[N]を得る事ができ、外乱の変化の影響を全く受けることなく、正確に指示具の遮光部位のみを得る事ができる優れた効果が得られる様になる。従って操作者は、電源投入時のみに行われる初期データの取得のみで、例えその取得時刻より大幅に時間が経過して不要光の状態が変化していても、精度良く座標算出が行える優れた操作性が得られる様になった。
【００５９】
さらには、この座標算出用信号正規化データNorm_data_Δ[N]と上側閾値Vth1、もしくは下側閾値Vth2と比較する事（図11−4、図11−5参照）で、前述した不要光の変化があったとしても、その影響を受けることなく座標入力による遮光部位が発生したのかを判定でき、その判定結果に応じて、先に説明した第一閾値Vthup、第二閾値Vthlwに基づきＣＣＤ画素番号を演算するような構成であっても良い。
【００６０】
なお、本願構成によれば、Ｓ206〜Ｓ210の工程が工場出荷時に設定されるものとすれば、市場におけるスタートアップ時はS201〜S205を経てＳ211〜Ｓ220に到るが、この一回目の座標取得では、設置環境により工場出荷時の初期データと大幅に変化している可能性があるので、その場合に計算される座標値は出力せず、得られたNorm_data_r[N]をNorm_Inidata_r[N]に格納してS211に戻り、先の説明に従ってＳ211〜Ｓ220の工程を繰り返せば、工場による出荷時のみの初期データ設定でもかまわない構成となる得る。
【００６１】
一方、スタートアップ時には、操作者は座標入力動作をしないこと前提として例えば光量分布の検査を行い、極端に信号レベルの低い画素があるような場合には、警告、あるいは故障表示する様な仕様も考えられ、その際には、その動作時に同時に初期データ(Ｓ206〜Ｓ210)を記憶すればよい。
【００６２】
従って工場のみの初期データ設定仕様とする場合には、スタートアップ時間を縮小する事ができる利点が得られるので、製品の用途に応じて、その仕様を選択すれば良いことは言うまでも無い。
【００６３】
また上述の説明にあっては、光量分布Norm_data[N]を一定値にする事が困難であって、正規化された信号を用いて各種処理を実行しているが、仮に光量分布Norm_data[N]を一定値に構成できるならば、正規化処理する必然性は薄れ、ｎ回目のサンプリングで得られる光量分布Norm_data[N]（ｎ）をｎ+1回目のサンプリング時の基準データとして格納し、ｎ+1回目のサンプリングデータNorm_data[N]（ｎ+1）とｎ回目のサンプリングデータNorm_data[N]（ｎ）の差分に基づき、ＣＣＤ画素番号を算出しても良い。
【００６４】
＜CCD画素情報から角度情報への変換＞
さて、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、前述の画素番号を角度情報に変換する必要がある。
【００６５】
図12は得られた画素番号と角度Θの関係をプロットしたものである。この関係の近似式
Θ＝ｆ（N）                              （7）
を求め、この近似式よりデータの変換を行う。本願発明では、１次近似式を用いて近似できる様に、先に説明したセンサユニット１中の検出手段のレンズ群を構成するが、レンズの光学的収差等により、より高次な近似式を用いたほうが、より高精度に角度情報を得る事が可能となる場合がある。どのようなレンズ群を採用するかは、製造コストと密接に関連し、レンズ群の製造原価を下げる事によって一般的に発生する光学的な歪を、より高次の近似式を用いて補正する場合には、それなりの演算能力（演算速度）を要求されるので、目的とする製品に要求される座標算出精度を鑑みながら、その両者を適宜設定すれば良い。
【００６６】
＜座標計算方法の説明＞
図13は画面座標との位置関係を示す図である。座標入力有効領域３の水平方向にX軸、垂直方向にY軸を、そして座標入力有効領域３の中央を原点位置に配置するものとし、入力範囲4の上辺左右にセンサユニット１L、及びセンサユニット１RをY軸に対称に取り付け、そのセンサユニット間の距離をDsとする。また図示されている様に、センサユニット１のCCDの受光面は、その法線方向がX軸と45°の角度を成すように配置され、その法線方向を０°（基準方向）と定義する。この時角度の符号は、左側に配置されたセンサユニット１Lの場合には、時計回りの方向を『+』方向に、また右側に配置されたセンサユニット１Rの場合には、反時計回りの方向を『+』方向と定義する。さらには、図中P0は前述した各センサの法線方向の交点位置であり、Y軸方向の原点からの距離をP0yと定義する。この時、それぞれのセンサユニット１で得られた角度をθL、θRとして、検出すべき点Pの座標P(x,y)は、
【００６７】
【数１】
2006235710.tif 000003
で得られる。
【００６８】
さて、図２はデータ取得から座標計算までの工程を示したフローチャートであり、本願発明の座標入力装置の一連の処理工程を詳述する。
【００６９】
まずS201で電源投入が行われると、S202で演算制御回路などのポート設定、タイマ設定などさまざまな初期化が行われる。Ｓ203〜Ｓ205は立ち上げ時のみに行うＣＣＤの不要電荷除去のための準備である。CCDなどの光電変換素子においては、動作させていない時に不要な電荷が蓄積している場合があり、そのデータをそのままリファレンスデータとして用いると、検出不能、あるいは誤検出の原因となる。それを避けるために、前述した投光手段の照明無しの状態で、CCDからのデータをS203で予め設定された回数読み出す（Ｓ204）ことにより、CCDに蓄積されていた不要電荷の除去を行っている。S205は所定回数繰り返すための判断文である。S206は投光手段の照明無しの状態でのデータの取り込みであり、リファレンスデータとして上述したBas_data[N]の取得に相当し、S207にてメモリに記憶され、以降の計算に用いられる。
【００７０】
S208では、投光手段で照明したときの初期光量分布に相当するリファレンスデータRef_data[N]の取り込みを行い、S209にて同様にメモリーに記憶する。引き続きS210で得られたBas_data[N]及びRef_data[N]との差分値、並びに正規化初期データNorm_Inidata_ｒ[N]を計算し、Ｓ211でその結果をメモリに記憶する。
【００７１】
以上のステップまでが、電源投入時の初期設定動作と言う事になるが、この初期設定動作は、リセットスイッチ等により操作者の意図によって動作するように構成しても良い事は言うまでも無く、この初期設定動作を経て、通常の取り込み動作状態に移行することになる。
【００７２】
まずS212にて、光量分布Norm_data[N]を取り込み、S213でRef_dataとの差分値、及びBas_data[N]を用いて正規化データNorm_data_r[N]を計算し、Ｓ214にて記憶されている正規化初期データNorm_Inidata_ｒ[N]との差分値Norm_data_Δ[N]が計算され、その信号レベルと例えば所定の閾値(Vth1もしくはVth2)と比較する事で、座標入力が行われているかどうかを判定する(S215)。
【００７３】
座標入力が行われていないと判定されたときには、Ｓ220にジャンプするが座標入力有りと判定され場合には、S216でＳ214で得られたNorm_data_Δ[N]に基づき、信号の特徴点（例えば信号の立ち上がり部、立下り部、及びそれらの情報に基づく中心位置や重心位置）を決定し、ＣＣＤ出力画素番号を計算、決定する。得られた画素番号から近似多項式より例えばTanθを算出し（S217）、左右のセンサユニットで得られるTanθ値からｘ、ｙ座標を（８）、（９）式を用いて算出し（S218）、そのデータをホストPC等の外部機器へ送信する（Ｓ219）。その手段は、USB、RS232Cなどのシリアル通信等、任意のインタフェースで送れば良く、処理終了後S220にて、得られた正規化データ（Ｓ213にて取得されている）を正規化初期データNorm_Inidata_ｒ[N]として更新し（Ｓ220）、更新した結果をＳ211で記憶して、次の座標算出のためにルーチン（Ｓ211〜Ｓ220）が繰り返される。以降電源OFF、もしくは、操作者の意図によってリセット状態が設定されるまで、この処理を繰り返す事になる。この繰り返し周期を10[msec]程度に設定すれば、本願発明の座標入力装置は100回/秒の周期で指、あるいは指示具５による指示座標を外部機器等に出力する事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本願発明の信号処置を説明するタイミングチャート。
【図２】座標算出の概略を説明するフローチャート。
【図３】本願発明の座標入力装置の概略構成図。
【図４】センサユニット１中の投光手段を説明する説明図。
【図５】センサユニット１中の検出手段を説明する説明図。
【図６】制御・演算ユニット２のブロック図。
【図７】発光のタイミングチャート。
【図８】光量分布、及び信号処理の一例。
【図９】詳細な画素番号決定方法を説明する説明図。
【図１０】従来例の不具合を説明する説明図。
【図１１】本願発明の効果を説明する説明図。
【図１２】画素番号Ｎと角度Θの関係の説明図。
【図１３】座標算出の説明図。
【符号の説明】
【００７５】
１Ｌ，１Ｒ  センサユニット
２  制御ユニット
３  座標入力有効領域
４  再帰反射部材
５  遮光部材
【図１】
2006235710.tif 000004
【図２】
2006235710.tif 000005
【図３】
2006235710.tif 000006
【図４】
2006235710.tif 000007
【図５】
2006235710.tif 000008
【図６】
2006235710.tif 000009
【図７】
2006235710.tif 000010
【図８】
2006235710.tif 000011
【図９】
2006235710.tif 000012
【図１０】
2006235710.tif 000013
【図１１】
2006235710.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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