(57)【要約】      （修正有）【課題】指示具がない場合又は指示具がある場合のいずれでも座標の入力が可能な座標検出システムを提供する。【解決手段】盤面に対する指示動作により指示された座標を検出する座標検出システムであって、前記盤面の周囲に配置された周辺発光部１５の光を受光する少なくとも２つの受光手段１１と、前記指示動作により遮光されてない状態の前記周辺発光部の光を前記受光手段が受光して得られた第１の強度分布と、前記指示動作により盤面が指示された際に前記受光手段が光を受光して得られた第２の強度分布との比較に基づいて、前記指示動作により指示された座標を検出する座標検出手段と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
盤面に対する指示動作により指示された座標を検出する座標検出システムであって、
前記盤面の周囲に配置された周辺発光部の光を受光する少なくとも２つの受光手段と、
前記指示動作により遮光されてない状態の前記周辺発光部の光を前記受光手段が受光して得られた第１の強度分布と、前記指示動作により盤面が指示された際に前記受光手段が光を受光して得られた第２の強度分布との比較に基づいて、前記指示動作により指示された座標を検出する座標検出手段と、
を有することを特徴とする座標検出システム。
【請求項２】
前記第１及び第２の強度分布は、前記受光手段が有する受光素子の水平方向の配列に対する、前記受光素子毎の受光レベルの分布であり、
前記座標検出手段は、前記第１の強度分布の受光レベルと、前記第２の強度分布の受光レベルとを前記受光素子毎に比較して、前記指示動作により指示された座標を検出する、
ことを特徴とする請求項１記載の座標検出システム。
【請求項３】
前記座標検出手段は、前記第１の強度分布の受光レベルに基づき前記受光素子毎に設定された第１の閾値より、受光レベルが大きい受光素子に基づき、第１の指示手段が指示する座標を検出し、
前記第１の強度分布の受光レベルに基づき前記受光素子毎に設定された第２の閾値より、受光レベルが小さい前記受光素子に基づき、第２の指示手段が指示する座標を検出する、
ことを特徴とする請求項２記載の座標検出システム。
【請求項４】
前記周辺発光部が周期的に発光と消灯を繰り返す場合、
前記座標検出手段は前記周辺発光部が消灯している時間帯の前記第２の強度分布において、前記受光素子毎に受光レベルが第３の閾値より大きいか否かを比較し、
前記周辺発光部が点灯している時間帯の前記第２の強度分布において、前記受光素子毎に受光レベルが第２の閾値より小さいか否かを比較する、
ことを特徴とする請求項２又は３記載の座標検出システム。
【請求項５】
前記第２の強度分布において前記第１の閾値より小さい受光レベルの受光素子が連続する第１の領域が存在し、該第１の領域から所定距離内に前記第１の閾値より小さい受光レベルの受光素子が連続する第２の領域が存在する場合、
前記座標検出手段は、前記第１の領域と前記第２の領域の中央部に基づき、前記第１の指示手段が指示する座標を検出する、
ことを特徴とする請求項３記載の座標検出システム。
【請求項６】
前記受光手段は、四角形の前記盤面の四隅にそれぞれ配置されている、
ことを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の座標検出システム。
【請求項７】
盤面に対する指示動作により指示された座標を検出する座標検出システムであって、
前記盤面の周囲に配置された周辺発光部と、
前記周辺発光部の光を受光する少なくとも２つの受光手段と、
前記指示動作により遮光されてない状態の前記周辺発光部の光を前記受光手段が受光して得られた第１の強度分布と、前記指示動作により盤面が指示された際に前記受光手段が光を受光して得られた第２の強度分布との比較に基づいて、前記指示動作により指示された座標を検出する座標検出手段と、
を有することを特徴とする座標検出システム。
【請求項８】
端部から所定範囲内に発光部が搭載された第１の指示手段をさらに有し、
前記受光手段は、前記周辺発光部の発光強度に、前記発光部の発光強度が重畳した状態で受光レベルを検出する、
ことを特徴とする請求項７記載の座標検出システム。
【請求項９】
前記発光部の発光強度は前記周辺発光部の発光強度よりも大きい、ことを特徴とする請求項８記載の座標検出システム。
【請求項１０】
前記発光部は前記第１の指示手段の端部が押圧された場合に発光し、押圧されなくなると消灯する、
ことを特徴とする請求項８又は９記載の座標検出システム。
【請求項１１】
前記第１の指示手段は、端部が押圧された場合に押圧信号を送信する送信手段を有し、
前記発光部は常時発光しており、
前記座標検出手段が検出した座標に基づき操作を受け付ける操作受け付け手段を有し、
前記操作受け付け手段は、前記押圧信号を受信した時に前記座標検出手段が座標を検出したか、又は、前記押圧信号を受信しない時に前記座標検出手段が座標を検出したかによって、異なる操作を受け付ける、
ことを特徴とする請求項８又は９記載の座標検出システム。
【請求項１２】
盤面に対する指示動作により指示された座標を検出する情報処理装置であって、
前記盤面の周囲に配置された周辺発光部の光を受光した２つの受光手段から、前記指示動作により遮光されてない状態の前記周辺発光部の光の第１の強度分布と、前記指示動作により盤面が指示された際の第２の強度分布とを取得し、前記第１と第２の強度分布の比較に基づいて、前記指示動作により指示された座標を検出する座標検出手段、
を有することを特徴とする情報処理装置。
【請求項１３】
盤面に対する指示動作により指示された座標を検出する情報処理装置に、
前記盤面の周囲に配置された周辺発光部の光を受光した２つの受光手段から、前記指示動作により遮光されてない状態の前記周辺発光部の光の第１の強度分布と、前記指示動作により盤面が指示された際の第２の強度分布とを取得し、前記第１と第２の強度分布の比較に基づいて、前記指示動作により指示された座標を検出する座標検出ステップ、
を実行させるプログラム。
【請求項１４】
請求項１３記載のプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１５】
情報処理装置が盤面に対する指示動作により指示された座標を検出する座標検出方法であって、
前記盤面の周囲に配置された周辺発光部の光を受光した２つの受光手段から、前記指示動作により遮光されてない状態の前記周辺発光部の光の第１の強度分布と、前記指示動作により盤面が指示された際の第２の強度分布とを取得し、前記第１と第２の強度分布の比較に基づいて、前記指示動作により指示された座標を検出する座標検出ステップ、
を有することを特徴とする座標検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
盤面に対し指示具又は手指により指示された座標を検出する座標検出システム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子黒板などに用いる座標入力手段の一つとして、赤外線光遮断による三角測量方式が知られている。赤外線光遮断による三角測量方式では、タッチパネルが搭載されたディスプレイを用意する必要がなく、任意の壁などをスクリーンにして描画することが可能である。例えば、ホワイトボードをスクリーンとした場合、ユーザが手書きするために把持するペン形状の指示具の座標を取得することができる。
【０００３】
しかしながら、ユーザが盤面に文字などを手書きする場合、不用意に手の一部が盤面に触れてしまう場合がある。赤外線光遮断による三角測量方式では、座標検出の手段として光の遮断を用いているため、指示具を把持する手が盤面に接触した場合、指示具と手の両方を遮断物として認識してしまう。このため、指示具の座標を正しく認識できなくなる場合が生じうる。
【０００４】
この不都合を解決する手段の１つとして、指示具の先端に筆圧などによりＯＮになるスイッチを搭載し、光が遮光された時にスイッチがＯＮかＯＦＦかにより、手と指示具を区別して指示具の先端の座標を検出する技術が考案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、手指を遮断物として認識してしまうことを抑制するため、赤外線光遮断を用いずに、指示具の座標を検出する技術が考案されている（例えば特許文献２参照。）。特許文献２には、指示具の先端に光源を搭載することで座標を検出すると共に、手指を遮断物として認識してしまうことを抑制している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１、２のように、特殊な指示具の利用を前提とすると、指示具がない場合や指示具が故障した場合に電子黒板を利用できないという問題がある。また、特許文献１では、制御部側に指示具からスイッチがＯＮかＯＦＦを受信するペン信号受信部が必要になるため、構造の複雑化、コスト増となる傾向が生じるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、指示具の使用に係わらず、盤面に対して指示された座標の検出が可能な座標検出システム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、盤面に対する指示動作により指示された座標を検出する座標検出システムであって、前記盤面の周囲に配置された周辺発光部の光を受光する少なくとも２つの受光手段と、前記指示動作により遮光されてない状態の前記周辺発光部の光を前記受光手段が受光して得られた第１の強度分布と、前記指示動作により盤面が指示された際に前記受光手段が光を受光して得られた第２の強度分布との比較に基づいて、前記指示動作により指示された座標を検出する座標検出手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
指示具の使用に係わらず、盤面に対して指示された座標の検出が可能な座標検出システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】座標検出システムのシステム構成図の一例である。
【図２】本実施形態の座標検出システムによる座標の検出を模式的に説明する図の一例である。
【図３】コンピュータのハードウェア構成図の一例である。
【図４】コンピュータの機能ブロック図の一例である。
【図５】指示具の一例を説明する図である。
【図６】指示具の別の構成例を示す図の一例である。
【図７】座標検出システムの構成例を示す図の一例である。
【図８】周辺発光部とディスプレイの側面図の一例である。
【図９】周辺発光部の構造を模式的に説明する図の一例である。
【図１０】検出部の内部構成および発光した指示具の受光を模式的に示す図の一例である。
【図１１】検出部が検出する受光レベルを模式的に示す図の一例である。
【図１２】指示具以外の例えば手指による発光の遮断が生じた場合の光の強度分布を示す図の一例である。
【図１３】発光した指示具による光の強度分布を示す図の一例である。
【図１４】検出部とアプリケーションがピーク位置を決定する手順、検出部とアプリケーションが極小位置を決定する手順を示すフローチャート図の一例である。
【図１５】ディスプレイに表示されるＵＩ画像、ストローク画像、出力画像の合成を模式的に説明する図の一例である。
【図１６】再帰性反射部材が用いられた場合の検出部の概略構成図、遮光型の検出部の概略構成図の一例である。
【図１７】周辺発光部の点灯周期と、極大領域検出部と極小領域検出部の検出サイクルの関係を示すシーケンス図の一例である。
【図１８】検出部とアプリケーションがピーク位置又は極小位置を決定する手順を示すフローチャート図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、座標検出システムのシステム構成図の一例である。座標検出システム５００は、ディスプレイ２００、４つの検出部１１ａ〜１１ｄ（任意の１つ以上検出部を示す場合は、単に検出部１１という）、４つの周辺発光部１５ａ〜１５ｄ（任意の１つ以上検出部を示す場合は、単に周辺発光部１５という）、コンピュータ１００、及び、付加的な要素としてＰＣ（Personal Computer）３００を有している。
【００１３】
４つの周辺発光部１５ａ〜１５ｄはディスプレイ２００の周囲に配置されているか、着脱可能に装着されている。コンピュータ１００にはＰＣが接続されており、コンピュータ１００はＰＣ３００が出力した映像をディスプレイ２００に表示することができる。
【００１４】
コンピュータ１００には座標検出システム５００に対応したアプリケーションがインストールされており、アプリケーションは検出部からの信号に基づきユーザが操作した位置を検出する。アプリケーションは位置に基づきジェスチャーを解析し、コンピュータ１００を制御する。なお、アプリケーションは、操作用のメニューをディスプレイ２００に表示することができる。
【００１５】
例えば、ユーザが線を描画するメニューに触れた後、指示具１３でディスプレイ２００の盤面に図形を描画した場合、コンピュータ１００は指示具１３が触れている位置をリアルタイムに解析して、時系列の座標を作成する。コンピュータ１００は時系列の座標を接続して線を作成しディスプレイ２００に表示する。図ではユーザが三角形の形状に沿って指示具１３を移動させたため、コンピュータ１００は一連の座標を１つのストローク（三角形）として記録する。そして、ＰＣ３００の画像と合成してディスプレイ２００に表示する。
【００１６】
このように、ディスプレイ２００がタッチパネル機能を有していなくても、座標検出システム５００を適用することで、ユーザは指示具１３でディスプレイ２００に触れるだけで様々な操作が可能になる。また、後述するように、ユーザは指示具１３を用いなくても手指で位置を入力できる。
【００１７】
〔座標検出システムの概略〕
図２は、本実施形態の座標検出システム５００による座標の検出を模式的に説明する図の一例である。コンピュータ１００は、図２（ａ）の右側に示すような各検出部（図２では検出部１１ｃのみを示す）が検出した周辺発光部１５の強度分布を保持している。ｘ軸はディスプレイ２００の辺（図２では底辺）に対する角度θであるとする。盤面上に何もない場合、図２（ａ）の右側のような強度分布が得られる。
【００１８】
本実施形態の指示具１３は先端発光部１３０を有している。先端発光部１３０は指示具１３の先端が盤面に触れるとその押圧で発光する。指示具１３の先端発光部１３０が発光している場合、検出部１１ｃが検出する光の強度分布は、図２（ａ）の左側に示すような形状になる。すなわち、指示具１３による発光が重なって指示具１３の先端がある位置の強度が、周辺発光部１５の強度よりも大きくなる。
【００１９】
コンピュータ１００は、予め記憶されている強度分布と検出部が検出した強度分布を比較することで、指示具１３による発光強度の増加部分を検出する。これにより、指示具１３の位置θＲを特定することができる。
【００２０】
また、図２（ｂ）はユーザが指示具１３ではなく手指１４で位置を入力する際の座標の検出を模式的に説明する図の一例である。同様に、コンピュータ１００は予め、図２（ｂ）の右側に示すような各検出部（図２では検出部１１ｃのみを示す）が検出した周辺発光部１５の強度分布を記憶している。
【００２１】
ユーザが手指１４で盤面に触れた場合、検出部１１ｃが検出する光の強度分布は、図２（ｂ）の左側に示すような形状になる。すなわち、周辺発光部１５の光が手指１４により遮断されて手指１４の先端がある位置の強度が、周辺発光部１５の強度よりも小さくなる。
【００２２】
コンピュータ１００は、予め記憶されている強度分布と検出部１１ｃが検出した強度分布を比較することで、手指１４による発光強度の減少部分を検出する。これにより、手指１４の位置θＲを特定することができる。
【００２３】
なお、手指１４は、先端発光部１３０を有する指示具１３以外の指示具の総称であり、手指の他、指示具１３のペン尻、先端発光部１３０を有さない指示具１３などを含む。すなわち、手指１４は発光することなく周辺発光部１５の光を遮断するものであればよい。
【００２４】
〔ハードウェア構成図〕
図３は、コンピュータ１００のハードウェア構成図の一例を示す。コンピュータ１００は、市販の情報処理装置又は座標検出システム用に開発された情報処理装置である。コンピュータ１００は、アドレスバスやデータバス等のバスライン１１８を介して電気的に接続されたＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＳＳＤ１０４、ネットワークコントローラ１０５、外部記憶コントローラ１０６、センサコントローラ１１４、ＧＰＵ１１２、及び、キャプチャデバイス１１１を有している。
【００２５】
ＣＰＵ１０１はアプリケーションを実行して座標検出システム５００の動作全体を制御する。ＲＯＭ１０２にはＩＰＬ等が記憶されており、主に起動時にＣＰＵ１０１が実行するプログラムが記憶されている。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１がアプリケーションを実行する際のワークエリアとなる。ＳＳＤ１０４は、座標検出システム用のアプリケーション１１９や各種データが記憶された不揮発メモリである。ネットワークコントローラ１０５は、不図示のネットワークを介してサーバなどと通信する際に通信プロトコルに基づく処理を行う。なお、ネットワークは、ＬＡＮ又は複数のＬＡＮが接続されたＷＡＮ（例えばインターネット）などである。
【００２６】
外部記憶コントローラ１０６は、着脱可能な外部メモリ１１７に対する書き込み又は外部メモリ１１７からの読み出しを行う。外部メモリ１１７は、例えばＵＳＢメモリ、ＳＤカードなどである。キャプチャデバイス１１１は、ＰＣ３００が表示装置３０１に表示している映像を取り込む（キャプチャする）。ＧＰＵ１１２は、ディスプレイ２００の各ピクセルの画素値を演算する描画専用のプロセッサである。ディスプレイコントローラ１１３は、ＧＰＵ１１２が作成した画像をディスプレイ２００に出力する。
【００２７】
センサコントローラ１１４には、４つの検出部１１ａ〜１１ｄが接続されており、赤外線光遮断による三角測量方式による座標の検出を行う。詳しくは後述する。
【００２８】
なお、本実施形態では、コンピュータ１００は指示具１３と通信する必要はないが、通信機能を有していてもよい。この場合、図示するようにコンピュータ１００は電子ペンコントローラ１１６を有し、指示具１３から押圧信号を受信する（図６のように指示具１３が通知手段１３９を有している場合）。これにより、コンピュータ１００は先端が押圧されているか否かを検出することができる。
【００２９】
なお、座標検出システム用のアプリケーションは、外部メモリ１１７に記憶された状態で流通されてもよいし、ネットワークコントローラ１０５を介して不図示のサーバからダウンロードされてもよい。アプリケーションは圧縮された状態でも実行形式でもよい。
【００３０】
図４は、コンピュータ１００の機能ブロック図の一例を示す。図示する機能はＣＰＵ１０１がアプリケーションを実行すると共に、検出部１１やコンピュータ１００のリソースなどのハードウェアと協働することで実現される。
【００３１】
コンピュータ１００は、１つの検出部１１に対し極大領域検出部２１、極小領域検出部２２、ピーク位置抽出部２３及び極小位置抽出部２４をそれぞれ有している。極大領域検出部２１、極小領域検出部２２、ピーク位置抽出部２３及び極小位置抽出部２４に添えられた符号ａ〜ｄは検出部１１ａ〜１１ｄに対応するが以下省略する。
【００３２】
極大領域検出部２１は、検出部１１が検出した各受光素子の受光レベルが閾値より大きい領域を検出する。すなわち、指示具１３の先端発光部１３０による発光を検出した受光素子をある程度の領域で絞り込む。ピーク位置抽出部２３は、極大領域検出部２１が検出した領域から受光レベルがピークとなる受光素子を特定して座標計算部２５に出力する。例えば、連続して閾値を超えた領域の中心の受光素子をピーク位置に決定する。または、連続して閾値を超えた領域のうち最も受光レベルの高い受光素子をピーク位置に決定してもよい。受光素子は例えば受光素子番号などで特定される。
【００３３】
他の３つの極大領域検出部２１とピーク位置抽出部２３も同様に、受光レベルがピークとなる受光素子を特定して座標計算部２５に出力する。
【００３４】
極小領域検出部２２は、検出部１１が検出した各受光素子の受光レベルが閾値より小さい領域を検出する。すなわち、周辺発光部１５の光が手指１４などにより遮光されたことで受光レベルが低下した受光素子をある程度の領域で絞り込む。極小位置抽出部２４は、極小領域検出部２２が検出した領域から受光レベルが極小となる受光素子を特定して座標計算部２５に出力する。例えば、連続して閾値を下回った領域の中心の受光素子を極小位置に決定する。
【００３５】
他の３つの極小領域検出部２２と極小位置抽出部２４も同様に、受光レベルが極小となる受光素子を特定して座標計算部２５に出力する。
【００３６】
座標計算部２５は、三角測量方式でディスプレイ上の指示具１３又は手指１４の位置である座標を計算する。三角測量では隣接した検出部１１が検出し、ピーク位置抽出部２３が抽出したピーク位置を使用するので、座標計算部２５はピーク位置ａとｂから受光レベルがピークとなる座標を計算し、ピーク位置ｂとｃから受光レベルがピークとなる座標を計算し、ピーク位置ｃとｄから受光レベルがピークとなる座標を計算し、ピーク位置ｄとａから受光レベルがピークとなる座標を計算する。極小位置についても同様である。なお、三角測量による座標の計算については後述する。
【００３７】
なお、図では、極大領域検出部２１、ピーク位置抽出部２３、極小領域検出部２２、及び、極小位置抽出部２４は検出部１１の数だけ存在する。しかし、ソフトウェアの構成としては、１組の極大領域検出部２１、ピーク位置抽出部２３、極小領域検出部２２、及び、極小位置抽出部２４を時分割的に各検出部に対応させてもよい。
【００３８】
座標計算部２５が計算した座標は操作判定部２６とストローク記録部２７に出力される。操作判定部２６は、座標からジェスチャー（タップ、ピンチ、ドラッグ等）を検出してユーザ操作を特定する。座標がＵＩ（ユーザインターフェース）として表示されているメニューの位置に対応し、特定のジェスチャーが検出された場合には、座標により選択されたメニューを受け付ける。また、このようなメニュー操作でない場合は、ストローク記録部２７は周期的に検出される座標を一筆分のストロークとしてストロークＤＢ２９に記録する。ストロークＤＢ２９には、例えば１ページ毎に該ページに描画されたストロークデータが記憶されている。１つのストロークデータは一筆分の座標の集まりである。座標以外に色や線幅を記録してもよい。また、本実施形態では、指示具１３又は手指１４のどちらで描画されたかを記録することができる。これにより、ディスプレイ２００にストロークを表示する際にストロークの表示態様を変えることができる。
【００３９】
ＵＩ作成部３０は、アプリケーションに予め設定されているＵＩ画像を生成する。画像合成部２８は、１ページ分のストロークデータ、ＵＩ作成部３０が作成したＵＩ画像、及び、ＰＣ３００から取り込まれた出力画像をレイヤーとして重ねて合成しディスプレイ２００に表示する。こうすることで、ＰＣ３００の出力画像にストロークを重ねて表示できる。
【００４０】
〔指示具〕
図５（ａ）は指示具１３の一例を説明する図である。指示具１３は主に可動部１３１、圧力センサ１３３及び把持部１４０とを有している。すなわち、ホワイトボードにユーザが手書きするためのマーカーペンなどにおけるインクの滲出部の代わりに又は滲出部と共に、可動部１３１が設けられている。可動部１３１は、先端付近に赤外光を透過させる（かつ好ましくは可視光を遮蔽する）プラスチックやガラスなどに光源１３４が収容された先端発光部１３０を有している。
【００４１】
光源１３４が発する光の波長は、検出部１１が検出しうる波長の範囲に対応させればよいが、例えば赤外光が用いられる。したがって、光源１３４が発光してもユーザや視聴者が光を目視しないで済む。なお、光源１３４が発する光の波長はで可視光でもよい。可視光であれば、ユーザが点灯の有無を確認できる。先端発光部１３０とは別の例えば後端部に可視光で発光する発光部を設けてもよい。これにより、ユーザは指示具１３が発光していることを目視で確認できる。先端発光部１３０の光源１３４は例えばＬＥＤであるが、電球などでもよい。
【００４２】
可動部１３１は、把持部１４０の端部の中空部を、把持部１４０の軸方向に摺動可能に保持されている。可動部１３１の把持部１４０側の端部には、中空部の開口部１４２と係止するための凸部１４１が円周に沿って形成されている。したがって、可動部１３１は、圧力センサ１３３と開口部１４２の間で把持部１４０の軸方向に移動できる。
【００４３】
把持部１４０は圧力センサ１３３と接続されたＩＣ１３５、指示具１３に電力を供給するバッテリ１３６を有している。圧力センサ１３３は、可動部１３１が圧力センサ１３３を押圧する圧力を検出するセンサであり、閾値以上の圧力を検出するとＯＮ信号をＩＣ１３５に出力する。したがって、ユーザが指示具１３を把持して盤面に描画すると、圧力センサ１３３に閾値以上の圧力が生じ、ＩＣ１３５がＯＮ信号を検出できる。
【００４４】
ＩＣ１３５と光源１３４は電力供給線１３２を介して接続されている。ＩＣ１３５はＯＮ信号を検出すると電力供給線１３２を介して光源１３４を点灯させ、ＯＮ信号を検出しなくなると光源１３４を消灯する。したがって、ユーザが指示具１３で描画している間のみ、光源１３４が点灯する。
【００４５】
図５（ｂ）は指示具１３の別の構成例を示す図である。図５（ｂ）では、可動部１３１が伸縮又は変形する部品で形成されている。可動部１３１は内部に空洞１３７を有しており、空洞１３７を利用して可動部１３１が伸縮又は変形することができる。可動部１３１は、ユーザが筆記する際に先端に圧力が加わることで、先端発光部１３０が把持部１４０に接近することを許容する。可動部１３１の伸縮する部品としては、たとえば主な構成要素としてゴムやエラストマーを含む部品、持ち手部分の軸方向にバネを配置した部品、又は、伸縮可能な網状部品などがある。
【００４６】
先端発光部１３０には光源１３４が搭載されており、光源１３４とＩＣ１３５を電気的に接続する電力供給線１３２が中空部を介して接続されている。先端発光部１３０には、指示具１３の軸方向に円柱部１３８が延設されている。ユーザが描画を開始して指示具１３に筆圧が加わると可動部１３１が変形して、円柱部１３８が圧力センサ１３３を押圧する。圧力センサ１３３に閾値以上の圧力が生じ、ＩＣ１３５がＯＮ信号を検出する。ユーザが描画を終了すると、弾性力により可動部１３１が元の形状に戻るため、円柱部１３８は圧力センサ１３３から離隔される。
【００４７】
ＩＣ１３５はＯＮ信号を検出すると光源１３４を点灯させ、ＯＮ信号を検出しなくなると光源１３４を消灯する。したがって、ユーザが指示具１３で描画している間のみ、光源１３４が点灯する。
【００４８】
なお、図示する可動部１３１の形状は一例に過ぎず、可動部１３１が伸縮又は変形して圧力センサ１３３が圧力を検出可能な構造であればよい。
【００４９】
また、先端部で筆圧を検出してＬＥＤを点灯させるのではなく、持ち手部分にスイッチを配置し、ユーザが筆記時にスイッチを無意識又は意識的にＯＮすることで光源１３４を点灯してもよい。また、このスイッチを圧力センサ１３３で構成してもよい。
【００５０】
以上のように、ユーザが筆記中に先端発光部１３０が発光することで、検出部１１は筆記中の座標を検出できる。
【００５１】
図６は、指示具１３の別の構成例を示す図の一例である。図６の指示具１３は図５（ａ）の構成に加え、通知手段１３９を有している。通知手段１３９は、たとえば電波の発生装置、音波の発生装置、又は、先端発光部１３０とは波長の異なる光の発光装置などである。
【００５２】
ＩＣ１３５は先端の押圧とは無関係に、不図示の電源スイッチがＯＮになると先端発光部１３０を常時発光させる。また、図５（ａ）と同様に、先端発光部１３０が押圧されるとＩＣ１３５は筆記中であることを検出する。ＩＣ１３５は、ＯＮ信号を検出すると、通知手段１３９を制御して電波、音波、又は、光の１つ以上を出力させる。コンピュータ１００の電子ペンコントローラ１１６は、通知手段１３９からの通知により、筆記中であることを検出する。
【００５３】
このような構成であれば、筆記中であることを先端発光部１３０以外から検出できるだけでなく、筆記中でなくても先端発光部１３０の発光により指示具１３の座標を取得することが可能となる。よって、ユーザは指示具１３を筆記以外の用途にも用いることができる。例えば、指示具１３の先端に圧力が作用していない状態では、操作判定部２６は領域の指定という操作を受け付け、指示具１３の先端に圧力が作用している状態ではストローク記録部２７によりストロークを記録するという操作を受け付ける。なお、図６の通知手段１３９は、図５（ｂ）の構成の指示具１３に搭載してもよい。
【００５４】
〔電子黒板の構成例〕
図７は、座標検出システム５００の構成例を示す図の一例である。上述したように電子黒板は、検出部１１、及び、周辺発光部１５を主要な要素としてディスプレイ２００の盤面における指示具１３又は手指１４の座標を算出する。検出部１１、及び、周辺発光部１５を図示するように配置することで、ディスプレイ上の任意の位置の座標を検出可能になる。このように、電子黒板の用途においては、検出範囲はたとえばコンピュータ１００の出力を表示するディスプレイ２００の表示範囲と一致させる。したがって、ディスプレイ２００のサイズに応じて長さの異なる周辺発光部１５を配置する。
【００５５】
周辺発光部１５は、座標検出システム５００の電源のＯＮなどにより自動的に発光を開始する。または、周辺発光部１５は、座標検出システム５００の電源とは独立にユーザが点灯・消灯を操作してもよい。周辺発光部１５の光の強度は、指示具１３の先端発光部１３０の光の強度よりも小さい。
【００５６】
また、波長については指示具１３の波長と同じである必要はないが、周辺発光部１５の波長は検出部１１の個体撮像素子が感度を有する波長である。例えば、指示具１３と周辺発光部１５の光の波長は共に赤外光とする。しかしながら、波長域が赤外光で同じでも、ピーク波長が異なるなどの差異は許容される。この場合、波長の違いに基づき周辺発光部１５の光から指示具１３の光を分離できる。また、指示具１３や周辺発光部以外の可視光が検出部１１に侵入することを防止できれば、指示具１３と周辺発光部１５の一方又は両方を可視光としてもよい。
【００５７】
図７では、４つの検出部１１がディスプレイ２００の四隅（頂点）に配置されている。これは配置方法の一例であり、検出範囲において同時に検出したい指示具１３や手指の数などの条件により、検出部１１の数は増減させてもよい。三角測量の原理により、２つの検出部で１つの座標を検出可能であるため、最低２つの検出部１１があればよい。３つの検出部１１が配置された場合、検出部１１ａと検出部１１ｂで１つの座標を、検出部１１ｂと検出部１１ｃで１つの座標をそれぞれ検出可能である。このように検出部の数がｎ個の場合、同時にｎ-１個の座標を検出できる。なお、数学的な処理により、検出部１１の数がｎ個でも同時にｎ-１個より多くの座標を検出できる。
【００５８】
周辺発光部１５は棒状の発光体を有しており、棒状の発光体の軸方向がディスプレイ２００の各辺と平行になるようにそれぞれの周辺発光部１５が配置されている。
【００５９】
図８（ａ）は周辺発光部１５とディスプレイ２００の側面図の一例である。図８（ａ）では、上下の周辺発光部１５を示しており、左右の周辺発光部１５は省略した。周辺発光部１５は、ディスプレイ２００の盤面に対し突出して配置される。これにより、周辺発光部１５が発する光を指示具１３又は手指１４が遮光したことを検出部１１が検出できる。なお、盤面に対する突出量は１〔ｃｍ〕前後であるが、この長さは検出部１１の性能に応じて設計すればよく、１〔ｃｍ〕より短い場合も長い場合もある。コンピュータ１００は、指示具１３又は手指１４がディスプレイ２００に触れていなくても、突出量内に進入すれば座標を検出することが可能である。
【００６０】
図８（ｂ）は周辺発光部１５の側面図の別の一例を示す。図８（ｂ）では、４つの周辺発光部１５が背面版１５ｅに連結されている。連結により４つの周辺発光部１５は四角形の縁を形成するので、ディスプレイ２００は縁が形成するスペース内に収容される。周辺発光部１５がディスプレイ２００の盤面に対し突出して配置されることは同様である。周辺発光部１５と背面版１５ｅとの連結位置は、ディスプレイ２００のサイズに応じて調整可能になっている。
【００６１】
検出部１１の向きはディスプレイ２００の最寄りの辺に対し例えば４５度の角度で固定される。または、対角の頂点に向けてもよい。このように配置することで、検出部１１は検出部１１に対向する二辺を視野角に含めることができる。検出部１１の辺に対する角度が４５度の場合、対向する二辺の全体を視野角に含めるには、視野角が最低９０度あればよい。
【００６２】
このような視野角の検出部１１を配置することで、検出部１１ａは周辺発光部１５ｂ、１５ｃを、検出部１１ｂは周辺発光部１５ｃ、１５ｄを、検出部１１ｃは周辺発光部１５ａ、１５ｄを、検出部１１ｄは周辺発光部１５ａ、１５ｂを、それぞれ視野に含めて撮影することができる。
【００６３】
検出部１１を矩形の検出範囲の四隅に配置すれば、いずれの検出部１１の視野角も９０度に統一することができ、検出部１１の結像光学系を共通にすることができる。検出部１１の角度が４５度でない場合、対向する二辺の全体を視野角に含めることが可能な検出部１１を配置することが好ましい。
【００６４】
検出部１１は周辺発光部１５が発光した光を撮影するが、指示具１３又は手によって光が遮断されることを利用して座標を検出するので、周辺発光部１５の発光は均一であることが望ましい。均一に発光する光源としては導光板を用いることが有力な手段である。
【００６５】
図９は、周辺発光部１５の構造を模式的に説明する図の一例である。周辺発光部１５は発光面から順に、プリズムシート１６１、拡散板１６２、導光板１６３、及び、反射フィルム１６４が層状に配置して作成されている。導光板１６３には導光板の横面（サイド）から、水平方向にランプやＬＥＤの光源１６５が発する光を入射させられる。反射フィルム１６４には反射ドット１６６が形成されており、導光板１６３の厚みは光源から遠いほど薄くなっている。導光板１６３で均一な面光源に変換された光は拡散板で拡散され、さらにプリズムシート１６１で集光され明るく均一な発光面を形成する。
【００６６】
このような照明方法はサイドライト方式やエッジライト方式とも呼ばれる。光源１６５が厚みに寄与しないため周辺発光部１５を薄く形成できるという利点がある。導光板１６３の材質としては透明度の高いアクリル樹脂を用いることが効率のよい方法として知られている。
【００６７】
また、サイドライト方式でなく直下型方式の周辺発光部１５を採用してもよい。直下型方式では、光源の光を拡散板に対し垂直に入射させ均一な発光面を形成する。
【００６８】
〔受光レベルに基づく角度θの算出〕
図１０は、検出部１１の内部構成および発光した指示具１３の受光を模式的に示す図の一例である。検出部１１は、検出部１１へ入射した赤外光を結像させる結像レンズ１２１と、固体撮像素子１２２とを有している。ここでは、固体撮像素子１２２は複数の受光素子が一列に配置されたＣＣＤ、ＣＭＯＳであるとする。固体撮像素子１２２は二次元の撮像素子であってもよい。なお、結像レンズ１２１と周辺発光部１５との間に赤外光だけを透過させるフィルタを配置してもよい。
【００６９】
また、固体撮像素子１２２の受光面は、ディスプレイ２００の盤面に垂直に配置される。一次元配列された固体撮像素子１２２の合計の受光素子は２０４８個であり、中心の受光素子は１０２４番目の受光素子であるとする。
【００７０】
ユーザが、ディスプレイ２００を指示具１３でタッチすると、指示具１３の先端発光部１３０が発光する。周辺発光部１５の赤外光と指示具１３の赤外光は結像レンズ１２１へ入射し、その中心を通過して、固体撮像素子１２２に到達する。固体撮像素子１２２は遮光するものがなければ２０４８個の受光素子で周辺発光部１５の光を受光すると共に、先端発光部１３０が発した光を指示具１３の位置θｐに応じた受光素子で受光する。先端発光部１３０の光を受光した受光素子の受光レベルは突出して大きくなる。また、不図示だが、手指１４が周辺発光部１５の光を遮光した場合、手指１４の位置に対応する受光素子の受光レベルは突出して小さくなる。
【００７１】
上記のように、結像レンズ１２１の中心に直角に入射した光は、固体撮像素子１２２の中心である１０２４番目の受光素子により受光される。結像レンズ１２１の中心に対しθｐの角度で入射する光は結像レンズ１２１で屈折され、結像レンズ１２１の中心に対しθｇの角度で受光素子に受光される。また、角度θｇと固体撮像素子１２２の受光素子は１対１に対応させることが可能である。したがって、受光レベルが極大・極小となる受光素子が分かれば、角度θｐを求めることができる。
【００７２】
まず、受光レベルが極大・極小となる受光素子と結像レンズ１２１の中心との間隔をＤとする。結像レンズ１２１の焦点距離をｆとする。これらから角度θｇは以下のように表すことができる。
【００７３】
θｇ＝ａｒｃｔａｎ（Ｄ／ｆ）      …（Ａ）
θｇに対しθｐは一意に決まるので、θｇが分かればθｐを求めることができる。また、焦点距離ｆは固定である。したがって、上記の座標計算部２５は、例えば受光素子番号にθｐが対応づけられたテーブルを参照して、受光素子番号からθｐを決定することができる。
【００７４】
〔三角測量による座標の計算〕
検出部１１ｃによりディスプレイ上の一点を指示する指示具１３又は手指１４の角度θＲ（図１０のθｐに相当）が分かり、検出部１１ｄにより指示具１３又は手指１４の角度θＬが分かれば、三角測量により座標を算出できる。図７に示したように、左側の検出部１１ｄの固体撮像素子１２２の中心と、右側の検出部１１ｃの固体撮像素子１２２の中心との距離をｗとする。距離ｗは測定可能な値である。したがって、ｗと式（Ａ）（Ｂ）とから、三角測量の原理により、座標計算部２５は、手指１４又は指示具１３で指示された点の２次元座標（ｘ，ｙ）は、
ｘ＝ｗ・tanθＲ／（tanθＬ＋tanθＲ） ………………（１）
ｙ＝ｗ・tanθＬ・tanθＲ／（tanθＬ＋tanθＲ） ……（２）
として算出することができる。
【００７５】
式（Ａ）（Ｂ）（１）（２）は、座標計算部２５に機能の一部として組み込まれている。したがって、受光レベルがピーク・極小値となる受光素子を特定できれば、指示具１３又は手指１４の座標（ｘ，ｙ）はθＬ，θＲの関数として算出される。
【００７６】
〔信号波形〕
図１１は、検出部１１が検出する受光レベルを模式的に示す図の一例である。図１１（ａ）は検出部１１ｃ、周辺発光部１５ａ、１５ｄと指示具１３の位置を模式的に示す図の一例である。
【００７７】
図１１（ｂ）は検出部１１ｃの視野のうち周辺発光部１５ａのみが発光する光の受光レベルについて簡易的に示している。図１１（ｃ）では検出部１１ｃの視野のうち周辺発光部１５ｄのみが発光する光の受光レベルについて簡易的に示している。ｘ軸は検出部１１ｃが有する一次元の固体撮像素子１２２の受光素子番号に相当し、角度θに変換される。ｙ軸は光の受光レベルを示す。
【００７８】
指示具１３による発光や手指１４などの遮るものがない状態では、周辺発光部１５によって発せられる光の強度は、検出部１１から周辺発光部１５までの距離に依存する。なお、周辺発光部１５は均一に発光し、周辺発光部１５が発する光線に方向依存性がないものとする。したがって、例えば検出部１１ｃの視野範囲となる周辺発光部１５ｄ、１５ａの範囲において、検出部１１ｂ、１１ｄ付近からの光が最も強くなり、検出部１１ａ付近からの光が最も弱くなる。
【００７９】
検出部１１ｃは２つの周辺発光部１５ａ、１５ｄの光を受光するので、検出部１１ｃの受光レベルは周辺発光部１５ａの光の受光レベルと周辺発光部１５ｄの光の受光レベルを合成したものとなる。
【００８０】
図１１（ｄ）は２つの周辺発光部１５ａ，１５ｄの合成された受光レベルを模式的に示す。なお、受光レベルの強度分布は模式的な図であり、必ずしも実際の強度分布と一致しない。この受光レベルに対し、指示具１３の先端発光部１３０による受光レベルの極大、及び、手指１４による受光レベルの極小、を検出することで、指示具１３又は手指１４の座標を検出することができる。極大領域検出部２１及び極小領域検出部２２は、受光素子毎の受光レベルを閾値として保持している。なお、極大領域検出部２１が保持する閾値は各受光素子の受光レベルよりも少し大きい値（例えば受光レベルより５〜１０％くらい大きな値）とし、極小領域検出部２２が保持する閾値は各受光素子の受光レベルよりも少し小さい値（例えば受光レベルより５〜１０％くらい小さな値）とする。
【００８１】
従来の赤外線光遮断による三角測量方式では受光レベルがほぼゼロになる受光素子を検出すればよく受光素子毎に閾値を記憶しておく必要はなかった。また、ペン先のみが発光する三角測量方式においても受光レベルがゼロより十分に大きい受光素子を検出すればよく受光素子毎に閾値を記憶しておく必要はなかった。本実施形態では、受光素子毎に閾値を記憶しておくことにより、周辺発光部１５の光と指示具１３の光が重畳しても、指示具１３の光を検出した受光素子を特定できる。なお、隣接した受光素子の受光レベルは急に変化しないので、１つの受光素子毎に閾値を保持するのでなく、いくつかの受光素子（例えば、数個〜数十個）をグループとして共通の閾値を保持していてもよい。
【００８２】
極大領域検出部２１及び極小領域検出部２２は、座標検出システム５００の起動時などに周辺発光部１５の光の受光レベルを検出して閾値を更新する。また、ユーザ操作により任意のタイミングで周辺発光部１５の光の受光レベルを検出して閾値を更新する。こうすることで、最適な閾値を維持できる。
【００８３】
また、ユーザが座標検出システム５００を使用中に、検出部１１の受光特性又は周辺発光部１５の光の強度が変化するおそれがある。このため、閾値はユーザが座標検出システム５００を使用中も随時更新されることが好ましい。例えば、受光レベルと閾値を比較しても有意な差が見られない場合、極大領域検出部２１又は極小領域検出部２２が取得した受光レベルを新たな閾値とする。こうすることで、検出部１１の受光特性又は周辺発光部１５の光の強度に経時変化がある場合でも、適切な閾値を維持し、座標を検出できる。
【００８４】
図１２は、指示具以外の例えば手指１４による発光の遮断が生じた場合の光の強度分布を示す図の一例である。図１２では例えば手指１４によって光が遮断されている状態を示している。指示具以外の遮断物には指示具１３のような発光機能がないため、周辺発光部１５からの光線は検出部１１に至る途中で遮断される。検出部１１が検出する光の強度分布は手指１４が指示した場所の中心部が凹んだ形状（極小値）となって観測される。
【００８５】
したがって、極小値の受光素子を特定できれば上述したように角度θＲ（図１０のθｐに相当）を決定できる。極小領域検出部２２は、点線で示す閾値を下回った受光素子Ｅｉ〜Ｅｊを検出する。極小位置抽出部２４は、例えば受光素子Ｅｉ〜Ｅｊの中央を極小位置に決定する。座標計算部２５は極小位置が分かると角度θＲを決定できる。
【００８６】
同様に、検出部１１ｄが検出した受光レベルにおいても極小値が現れるので、角度θＬを決定できる。角度θＬ，θＲが得られることで、一般に知られている三角測量の方法（後述する）により検出範囲中における手指１４の座標（ｘ、ｙ）を求めることができる。
【００８７】
図１３は、発光した指示具１３による光の強度分布を示す図の一例である。指示具１３の発光部の光が周辺発光部１５が発する光よりも強いため、周辺発光部１５による受光レベルよりも大きいピークが現れる。
【００８８】
したがって、ピークの受光素子を特定できれば、角度θＲを決定できる。極大領域検出部２１は、点線で示す閾値を超えた受光素子Ｅｉ〜Ｅｊを検出する。ピーク位置抽出部２３は、例えば受光素子Ｅｉ〜Ｅｊの中央をピーク位置に決定する。座標計算部２５はピーク位置が分かると角度θＲを決定できる。
【００８９】
同様に、検出部１１ｄが検出した受光レベルにおいてもピークが現れるので、角度θＬを決定できる。角度θＬ，θＲが得られることで、一般に知られている三角測量の方法（後述する）により検出範囲中における手指１４の座標（ｘ、ｙ）を求めることができる。
【００９０】
上記のように閾値を最適化できるが、閾値としては、指示動作により盤面が指示されていない状態の強度分布の受光レベルそのものとしてもよい。これは、図１１（ｄ）の強度分布と図１２又は図１３の強度分布を比較することに相当する。
【００９１】
また、上記のように閾値を最適化したとしても、本実施形態では図１１（ｄ）の強度分布を保持しておくことで閾値の最適化が可能となる。したがって、図１１（ｄ）の強度分布に含まれる受光レベルと図１２又は図１３の強度分布に含まれる各受光レベルを受光素子毎に比較するという考え方は同じである。強度分布同士を比較する処理を忠実に行うのであれば、図１１（ｄ）の強度分布から図１２又は図１３の強度分布を受光素子毎に減算し、差がゼロと見なせない受光素子を決定すればよい。
【００９２】
ところで、図１３では指示具１３による受光レベルのピークの両隣に受光レベルの谷（太線）が現れている。受光レベルの谷は指示具１３の先端発光部１３０以外の部分により、周辺発光部１５からの光が遮断されていることにより生じたものである。換言すると、谷部に挟まれた範囲に受光レベルのピークが存在するといえる。したがって、極大領域検出部２１とピーク位置抽出部２３は以下のようにしてピーク位置を決定してもよい。
【００９３】
極大領域検出部２１は、例えば、受光素子番号の昇順又は降順に閾値と比較する。そして、
・閾値を下回った連続領域が検出されること
・閾値を超えた連続領域が検出されること
・閾値を下回った連続領域が検出されること
という条件を連続して満たす場合に、ピークを含む領域を検出する。例えば、閾値を下回った１つめの連続領域（特許請求の範囲の第１領域の一例）の最小値と、閾値を下回った２つめの連続領域（特許請求の範囲の第２領域の一例）の最小値の間を領域Ｅｉ〜Ｅｊとして検出する。ピーク位置抽出部２３は、例えば受光素子Ｅｉ〜Ｅｊの中央をピーク位置に決定する。
【００９４】
２つの谷に着目する利点は、必ずしも閾値を超えた連続領域が検出されなくても、ピーク位置を特定できることである。２つの谷部の間にピーク位置があるという前提なら、以下の条件でピーク位置を抽出できる。極大領域検出部２１は、
・閾値を下回った連続領域が検出されること
・その後、所定数の受光素子内で、閾値を下回った連続領域が再度検出されること
という条件を連続して満たす場合に、ピークを含む領域を検出する。ピーク位置抽出部２３は、１つめの閾値を下回った連続領域の最小値と、２つめの閾値を下回った連続領域の最小値の間を領域Ｅｉ〜Ｅｊの中央をピーク位置に決定する。
【００９５】
したがって、２つの谷に着目することで、受光レベルが閾値を超えない場合でもピーク位置を決定できる。
【００９６】
〔動作手順〕
図１４（ａ）は、検出部１１とアプリケーションがピーク位置を決定する手順を示すフローチャート図の一例である。図１４（ａ）の処理は、座標検出システム５００の電源がＯＮになると開始される。
【００９７】
まず、極大領域検出部２１は、周辺発光部１５が発する光を取り込む（Ｓ１０）。すなわち、手指１４や指示具１３が周辺発光部１５の光を遮光しない状態で、周辺発光部１５のみが発する光の受光レベルを受光素子毎に取り込む。この値又はこの値よりやや大きい値を閾値とする。閾値となる受光レベルを取り込んでいる間、ＵＩ作成部３０はディスプレイ２００に「ディスプレイに触れないでください」などのメッセージを表示することが好ましい。
【００９８】
閾値の取り込みが終了すると、極大領域検出部２１は各受光素子の受光レベルを取得する（Ｓ２０）。
【００９９】
そして、極大領域検出部２１は記憶している閾値と受光レベルを比較して、有意な差があるか否かを判定する（Ｓ３０）。
【０１００】
有意な差がない場合（Ｓ３０のＮｏ）、極大領域検出部２１はステップＳ２０、Ｓ３０の処理を繰り返す。
【０１０１】
有意な差がある場合（Ｓ３０のＹｅｓ）、ピーク位置抽出部２３は有意な差がある領域の中央をピーク位置に決定する（Ｓ５０）。ピーク位置の受光素子番号は座標計算部２５に出力されるので、ユーザが発光する指示具１３で指示した座標が計算される。
【０１０２】
図１４（ｂ）は、検出部とアプリケーションが極小位置を決定する手順を示すフローチャート図の一例である。
【０１０３】
まず、極大領域検出部２１は、周辺発光部１５が発する光を取り込む（Ｓ１０）。すなわち、手指１４や指示具１３が周辺発光部１５の光を遮光しない状態で、周辺発光部１５のみが発する光の受光レベルを受光素子毎に取り込む。この値又はこの値よりやや小さい値を閾値とする。
【０１０４】
閾値の取り込みが終了すると、極小領域検出部２２は各受光素子の受光レベルを取得する（Ｓ２０）。
【０１０５】
そして、極小領域検出部２２は記憶している閾値と受光レベルを比較して、有意な差があるか否かを判定する（Ｓ３０）。
【０１０６】
有意な差がない場合（Ｓ３０のＮｏ）、極小領域検出部２２はステップＳ２０、Ｓ３０の処理を繰り返す。
【０１０７】
有意な差がある場合（Ｓ３０のＹｅｓ）、極小位置抽出部２４は有意な差がある領域の中央を極小位置に決定する（Ｓ５０）。極小位置の受光素子番号は座標計算部２５に出力されるので、ユーザが手指１４などで指示した座標が計算される。
【０１０８】
〔ディスプレイに表示される画面の一例〕
図１５は、ディスプレイ２００に表示されるＵＩ画像、ストローク画像、出力画像の合成を模式的に説明する図の一例である。画像合成部２８は視線方向に対し初期設定されている優先順位で３つの画像を合成する。ユーザが任意の画像を優先して手前で表示させたり、一部の画像の合成を行わないことも可能である。
【０１０９】
また、画像合成部２８は、指示具１３で描画されたストロークと手指１４で描画されたストロークを異なる態様で表示することができる。当然ながら、同じ態様で表示してもよい。画像合成部２８は例えば、指示具１３で描画されたストロークを実線で表示し、手指１４で描画されたストロークを例えば点滅する実線で表示する。または、例えば、指示具１３で描画されたストロークを例えば黒線で表示し、手指１４で描画されたストロークを例えば赤線で表示する。または、指示具１３で描画されたストロークを例えば実線で表示し、手指１４で描画されたストロークを例えば点線で表示する。このようなストロークの表示態様の変更は、ユーザがＵＩから選択しなければならないのが通常であるが、本実施例では指示具１３と手指１４を切り替えるだけでストロークの表示態様を変更できる。
【０１１０】
〔周辺発光部の変形例〕
図１６（ａ）は、再帰性反射部材が用いられた場合の検出部の概略構成図の一例である。図１６（ａ）に示すように、周辺発光部１５でなく光を反射する再帰性反射部材をディスプレイ２００を囲むように配置してもよい。
【０１１１】
図１６（ａ）の検出部１１は、投光部１５０と受光部１２０とを備えている。投光部１５０は、スポットをある程度絞ることが可能なＬＤ（Laser Diode：半導体レーザ）、ピンポイントＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）等の光源である発光手段１５１を備えている。この発光手段１５１からディスプレイ２００の盤面に対して垂直に照射された光は、一方向の倍率のみを変更可能なシリンドリカルレンズ１５２によってｘ方向にコリメートされる。シリンドリカルレンズ１５２によってｘ方向にコリメートされた光は、シリンドリカルレンズ１５２とは曲率の分布が直交する２枚のシリンドリカルレンズ１５３，１５４によりｙ方向に対して集光される。つまり、これらのシリンドリカルレンズ群（シリンドリカルレンズ１５２，１５３，１５４）の作用により、発光手段１５１からの光を線状に集光した領域がシリンドリカルレンズ１５４の後方に形成されることになる。シリンドリカルレンズ１５４を通過した光は、ハーフミラー１５５で折り返され、ディスプレイ２００の表面に沿った平行光で、盤面上を進行する。
【０１１２】
盤面に平行に進行した光は、再帰性反射部材１８で再帰的に反射され、再び同一光路を辿ってハーフミラー１５５に戻ることになる。再帰性反射部材１８で反射されてハーフミラー１５５に戻った再帰反射光は、ハーフミラー１５５を透過して受光部１２０に入射する。以降は図１０と同様である。
【０１１３】
図１６（ｂ）は遮光型の検出部の概略構成図の一例である。図１６（ｂ）では２つの周辺発光部１５ａ、１５ｂにそれぞれ対向する２つの受光部１９ａ、１９ｂが配置されている。この場合、受光部１９ａ、１９ｂは赤外光が検出されない受光素子により、手指１４による座標を検出する。また、指示具１３の先端発光部１３０が発光した場合、受光部１９ａ、１９ｂの受光素子のうち、指示具１３から最も近い受光素子で受光レベルがピークを示す。よって、極大領域検出部２１が閾値と比較するという上記の方法で領域を絞り、ピーク位置抽出部２３が領域の中央をピーク位置に決定することができる。
【０１１４】
このように、本実施形態の周辺発光部１５と検出部１１は、手指１４の位置を検出でき、かつ、指示具１３の位置を検出できれば、本実施形態の態様に限定されるものではない。
【０１１５】
〔その他〕
本実施例では、表示装置としてディスプレイ２００を用いたが、表示装置としてプロジェクタを用いてもよい。この場合、図３のディスプレイコントローラ１１３にプロジェクタが接続される。プロジェクタは周辺発光部１５に囲まれた領域に画像を投影する。周辺発光部１５に囲まれた領域は、表示機能を備えていない例えばホワイトボート又は本実施例のディスプレイ２００でもよい。
【０１１６】
また、表示装置としてリアプロジェクションを用いてもよい。同様に図３のディスプレイコントローラ１１３にプロジェクタが接続される。プロジェクタは、投影面の背面から画像を投影する。
【０１１７】
また、表示装置としてＨＵＤ（Head Up Display）を用いてもよい。同様に図３のディスプレイコントローラ１１３にプロジェクタが接続される。プロジェクタは、周辺発光部１５に囲まれた領域に画像の虚像を投影する。
【０１１８】
以上のように、本実施形態の座標検出システム５００は、周辺発光部１５からの光の遮断と指示具１３による発光とを検出することにより、指示具１３の座標と指示具以外の手指１４などの座標の両方を取得することができる。したがって、ユーザは特殊な指示具がなくても座標を入力でき、特殊な指示具を用いても座標も入力することができる。
【実施例２】
【０１１９】
本実施例では、周辺発光部１５の発光状態と消灯状態が周期的に切り替わる座標検出システム５００について説明する。検出部１１による検出サイクルには、発光状態と消灯状態が含まれるので、検出部１１は発光状態で手指１４で遮光された場合の座標、及び、消灯状態で発光した指示具１３の座標を検出できる。
【０１２０】
指示具１３の光の発光強度は、指示具１３の構成や筆記中の指示具１３の角度変化などにより、周辺発光部１５よりも必ずしも強く検出されない場合がありうる。本実施例では、消灯状態で発光した指示具１３の座標を検出することで、指示部の座標を検出可能になる。
【０１２１】
なお、本実施例において、図３，４において同一の符号を付した構成要素は同様の機能を果たすので、主に本実施例の主要な構成要素についてのみ説明する場合がある。
【０１２２】
図１７は、周辺発光部１５の点灯周期と、極大領域検出部２１と極小領域検出部２２の検出サイクルの関係を示すシーケンス図の一例である。周辺発光部１５が消灯している間、極大領域検出部２１が極大値を検出する。周辺発光部１５が点灯している間、極小領域検出部２２が極小値を検出する。極大値の検出において閾値は、周辺発光部１５が消灯状態の受光レベル（例えばゼロよりやや大きい値）とすればよい。閾値が小さくなることで発光した指示具１３の座標を検出しやすくなる。なお、極小値の検出における閾値は実施例１と同様でよい。
【０１２３】
図１８は、検出部とアプリケーションがピーク位置又は極小位置を決定する手順を示すフローチャート図の一例である。図１８の処理は、座標検出システム５００の電源がＯＮになると開始される。
【０１２４】
まず、極大領域検出部２１は、周辺発光部１５が発する光を取り込む（Ｓ１０）。すなわち、手指１４や指示具１３が周辺発光部１５の光を遮光しない状態で、周辺発光部１５のみが発する光の受光レベルを受光素子毎に取り込む。これを閾値とする。閾値となる受光レベルを取り込んでいる間、ＵＩ作成部３０はディスプレイ２００に「ディスプレイに触れないでください」などのメッセージを表示することが好ましい。
【０１２５】
閾値の取り込みが終了すると、極大領域検出部２１は周辺発光部１５の消灯周期が始まったか否かを判定する（Ｓ１２）。消灯周期は例えばステップＳ１０で閾値を決定する際に受光レベルを監視することで特定される。なお、極大領域検出部２１に予め定数として保持されていてもよい。
【０１２６】
消灯周期が始まった場合（Ｓ１２のＹｅｓ）、実施例１の図１４と同様に、ステップＳ２０〜Ｓ４０が実行され、ピーク位置が決定される。
【０１２７】
消灯周期が始まっていない場合（Ｓ１２のＮｏ）、極小領域検出部２２は周辺発光部１５の点灯周期が始まったか否かを判定する（Ｓ１４）。点灯周期は消灯周期と同様に求められる。
【０１２８】
点灯周期が始まった場合（Ｓ１４のＹｅｓ）、実施例１の図１４と同様に、ステップＳ２０〜Ｓ４２が実行され、極小位置が決定される。
【０１２９】
なお、周辺発光部１５が発光していない時間帯では指示具以外の座標検出を行えないという不都合がある。つまり、ユーザが手指１４などで座標を入力できない時間帯があり、座標の精度が低下するおそれがある（周辺発光部１５が発光していない時間帯の長さなどによっては低下しない）。
【０１３０】
このため、本実施例では、指示具以外による座標検出の用途を、指示具１３による座標の検出と比較して精度が要求されない用途に用いることが好ましい。たとえば、ジェスチャー入力などでは文字や記号のストロークよりも精度が要求されない。したがって、操作判定部２６は手指１４により入力された座標はジェスチャーとして受け付け、指示具１３により入力された座標はストロークとして受け付ける。これにより、実用上問題ない座標の検出精度で、手指１４などの座標を検出できる。
【符号の説明】
【０１３１】
１１      検出部
１３      指示具
１４      手指
１５      周辺発光部
２１      極大領域検出部
２２      極小領域検出部
２３      ピーク位置抽出部
２４      極小位置抽出部
２５      座標計算部
１００    コンピュータ
２００    ディスプレイ
３００    ＰＣ
５００    座標検出システム
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３２】
【特許文献１】特開２００５−３１７５５号公報
【特許文献２】特許第４１１２８７８号公報
【図１】
2015056112.tif 000003
【図２】
2015056112.tif 000004
【図３】
2015056112.tif 000005
【図４】
2015056112.tif 000006
【図５】
2015056112.tif 000007
【図６】
2015056112.tif 000008
【図７】
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【図８】
2015056112.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2015056112.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2015056112.tif 000019
【図１８】
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