(57)【要約】【課題】壁面による超音波の反射による入力ペン位置の誤検出を防止すること。【解決手段】操作対象面上における入力ペンの指示位置座標を、当該入力ペンから発せられる赤外線及び超音波を操作対象面の所定位置に設置された赤外線受光器及び超音波受信器によって受信して検出する座標検出装置において、操作対象面の周縁に形成された枠の壁面に、該壁面で反射して前記超音波受信器に入力される超音波を遮蔽する遮蔽物を備える。遮蔽物は、入力ペンの指示位置に対し、該入力ペンから前記超音波受信器に直進して入力される超音波の経路長と前記壁面により反射して前記超音波受信器に入力される超音波の経路長との差が超音波の半波長の奇数倍となる壁面位置に取り付けられている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作対象面上における入力ペンの指示位置座標を、当該入力ペンから発せられる赤外線及び超音波を操作対象面の所定位置に設置された赤外線受光器及び超音波受信器によって受信して検出する座標検出装置であって、
操作対象面の周縁に形成された枠の壁面に、該壁面で反射して前記超音波受信器に入力される超音波を遮蔽する遮蔽物を備えることを特徴とする赤外線及び超音波を用いた座標検出装置。
【請求項２】
前記遮蔽物は、入力ペンの指示位置に対し、該入力ペンから前記超音波受信器に直進して入力される超音波の経路長と前記壁面により反射して前記超音波受信器に入力される超音波の経路長との差が超音波の半波長の奇数倍となる壁面位置に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の座標検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子白板等の平面状の操作対象面上で指示された入力ペンの位置座標を赤外線及び超音波を使って検出する座標検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータなどの情報処理装置の情報入力装置として用いられるものの一つに電子ボードがある。電子ボードは、情報処理装置の表示画面出力をプロジェクタによってボード（スクリーン）の前面又は背面から投射し、ボード上での入力ペンの指示位置あるいはボード上で入力ペンがなぞった軌跡を座標データとして取り込む機能を有するものである。電子ボードとしては、入力用ペンが電子ボードと結線されていないコードレス方式のものが多く用いられる。
【０００３】
コードレスの方式としては、電磁誘導方式、レーザ走査方式、感圧方式、赤外線方式、超音波方式、赤外線と超音波を併用する方式などがある。電磁誘導方式は、入力ペンから発生される交流磁界を電子ボードに布線した座標検出用のセンサワイヤ網で受けて入力ペンの位置を検出する方式である。
レーザ走査方式は、ボードの表面に沿って平行に走査するレーザビームによって入力ペンの座標を検出する方式である。感圧方式は、ボード全面に配置した感圧素子によって入力ペンによる押圧位置を検出する方式である。
【０００４】
超音波方式は、例えば次の特許文献１に示されているように、入力ペンから発信された超音波をボード上の複数の超音波受信器で受信し、入力ペンの指示位置座標を検出するものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１７９６８４号公報
また、赤外線方式は、例えば次の特許文献２に示されているように、入力ペンから発せられた赤外線をボード上の赤外線受光器で受光し、入力ペンの指示位置座標を検出するものである。
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−５１８００号公報
【０００７】
また、赤外線及び超音波を併用した座標検出装置は、入力ペンから超音波と赤外線信号を同時に発信し、座標検出装置の赤外線受光部と２個の超音波受信部に伝達し、赤外線の検出と超音波の検出時間の時間差を利用し距離を算出し、各々の超音波受信部からの入力ペンとの距離の交点を算出する事で座標を検出するものである。すなわち、赤外線信号は発光と同時に赤外線受信部に到達するが、超音波は音速で伝達されるので、赤外線の受光タイミングを基点とすれば、入力ペンと座標検出装置との距離は「時間×音速」で計測される。
赤外線及び超音波を併用した座標検出装置は、この赤外線の検出と超音波の検出時間の時間差を利用し距離を算出し、各々の超音波受信部からの入力ペンとの距離の交点を算出する事で座標を検出する。
【０００８】
図３は、赤外線と超音波を併用した座標検出装置を用いる電子ボードの一般的な構成例を示す図であり、ボード３１上には、コンピュータ３４の表示画面がプロジェクタによる投射等によって表示されている。ユーザは、ボード３１上に表示された画面上で入力ペン３２を操作して文字や図形を描く。ボード３１の左隅位置に固定された座標検出装置３３は、入力ペン３２の位置すなわちボード３１上における入力ペン３２の指示位置の座標を定められたタイミングで断続的に検出し、それをコンピュータ３４で伝達する。
コンピュータ３４は、座標検出装置３３から送られてきた入力ペン３２の座標列データに基づいて、ボード３１上での入力ペン３２の軌跡を作成し、それをプロジェクタ等によって電子ボード３１上に投射する。従って、入力ペン３２を用いてボード３１に表示されている画像上に書き込みを行うと、あたかもボード３１に実際に書き込みが行われているかのように、入力ペン３２のなぞった通りの軌跡が表示される。
【０００９】
図４は赤外線及び超音波を併用した従来の座標検出装置における座標検出方法を説明する図である。
図４（ａ）に示すように、入力ペン３２は赤外線４４と超音波４５を発生することができ、座標検出装置３３は赤外線受信部４１と２つの超音波受信部４２、４３を備える。入力ペン３２のペン先がボード３１に接すると、入力ペン内に設けられたスイッチがオンとなり、ペン先から赤外線４４と超音波４５が断続的かつ同時に出力される。赤外線受信部４１は、図４（ｂ）に示すように、ペン先から出力があるとほぼ同時に赤外線４４を受信する。その後遅れて、図４（ｃ）に示すように、２つの超音波受信部４２、４３がそれぞれで超音波４５を受信する。従って、図４（ｄ）に示すように、赤外線を受信してから超音波を受信するまでの時間差から、各赤外線受信部４２、４３からの入力ペン３２までの距離ａ、ｂを算出することができ、２つの超音波受信部４２、４３を中心とした半径ａおよびｂの円の交点を求めることにより、入力ペン３２の座標を検出することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、赤外線と超音波を併用して入力ペンの座標を検出する装置にあっては、ボード３１の周囲の壁に超音波が反射し、正常に入力ペンの位置を検出できないことがある。更に座標検出装置を取り付ける電子ボードの周縁に外枠が設けられていた場合、その外枠の壁面で超音波が反射し、その反射波によってボード３１の特定個所では位置座標が検出できなかったり、誤差が発生するという問題が発生している。
【００１１】
図５は、超音波の壁による反射波に起因する誤動作の発生プロセスを示す説明図である。入力ペン３２から発信される超音波が座標検出装置３３の超音波受信部４３に直線距離の経路５２で到達する信号が正常な超音波信号である。しかし、入力ペン３２が発する超音波は超音波受信部４３に向かって直線で発信される訳ではなく、全方位に発信される。この時、超音波は電子ボード３１の外枠の壁面５１により反射し、「５３＋５４」の経路でも超音波受信部４３に到着する。
【００１２】
すなわち、座標検出装置３３には経路５２で直進する通常の超音波信号とやや遅れた壁面５１により反射した「５３＋５４」の経路の超音波信号が受信され、それらを加算した超音波信号から入力ペン３２の距離を算出してしまう。この時、「（５３＋５４）−３２」の経路差が半波長の奇数倍になるペン位置では正常な超音波と壁面５１により反射された超音波の重畳により超音波受信部４３で受信される超音波の振幅が減衰してしまう。
なお、この現象は入力ペン３２が壁面５１から充分に遠い場合は経路「５３＋５４」は経路５２に比べて充分大きくなるため、壁面５１による反射の影響は受けにくく、逆に入力ペン３２が壁面５１から近い場合に壁面５１の反射の影響を受け易くなる。
【００１３】
図６は、正常な超音波信号と壁面５１による反射の超音波信号が加算される際の信号波形図であり、図４（ａ）に示すように、通常の超音波信号６１と壁面５１による反射の超音波信号６２の位相のずれが９０度に近い時は加算された信号６３の振幅は通常の超音波信号６１より大きくなるため誤動作はしない。
しかし、図４（ｂ）に示すように、通常の超音波信号６１と壁面５１による反射の超音波信号６４との位相のずれが１８０度に近い時は通常の超音波信号６１と壁面５１による反射の超音波信号６４の加算された信号６５の振幅は、反射波信号６４が直進経路の超音波信号６１を打ち消しあうように作用するため、超音波受信部４２，４３が受信する超音波信号６１の振幅レベルが非常に小さくなり、入力ペン３２までの距離が算出出来ず、誤動作が起こる。
【００１４】
図７は、入力ペン３２から超音波受信部４３に直進する経路５２の正常な超音波信号と壁面５１により反射した経路「５３＋５４」の超音波信号の位相が１８０度ずれる場合の入力ペン３２の位置である。座標検出装置３３の超音波受信部４３が受信する超音波信号は、直進経路５２以外に壁面５１の複数箇所で反射した超音波信号を受信するが、一例として図７に示す入力ペン３２の位置の場合を考えた場合、壁面５１に対して入力ペン３２の鏡像の位置にある入力ペン７１を想定すると、壁面５１による反射波に起因する誤動作は、入力ペン３２の鏡像の入力ペン７１と超音波受信部４３を結ぶ線「５４＋７２」が壁面５１と交差する壁面位置で、かつ直進経路５２と「５４＋７２」の経路長との差が超音波の半波長の奇数倍になる壁面位置で発生する。
【００１５】
図８は、座標検出装置３３の超音波受信部４３にとってボード３１の外枠の壁面５１による反射波に起因して誤動作が発生するエリアを実測によって求めたものを示す図である。
この場合、ボード５１の横幅Ｌ１＝１６０ｃｍのものを用いたものである。実測の結果、入力ペン３２から発せられた超音波が超音波受信部４２に遮蔽される位置Ｐ１と、ボード３１の右隅位置Ｐ２から縦方向に３０ｃｍ離れた点Ｐ３とを結んだ３角形のエリア８１が誤動作の起こる可能性のあるエリアであることが判明した。
ただし、このエリア８１の範囲全面で誤動作が起きるわけではなく、この範囲で壁面５１によって反射した超音波の位相が１８０度の奇数倍（超音波の半波長の奇数倍）になる位置付近で発生する。また、壁面５１に近い方が位相差が少なく、位相差が少ないということは同一エリア内に対して位相差が１８０度の奇数倍になる個所が多い為、誤動作が発生し易い。
なお、図７および図８の説明は、２つの超音波受信器のうち４３を代表して説明したが、他方の超音波受信器４２についても同様の原理により、同様の現象が生じる。
また、図８のエリア８２においても同様の現象が生じる。
エリア８１，８２以外の領域は、位相差が半波長付近になる可能性が少ない、あるいは半波長付近であっても反射超音波の振幅が小さく、直進経路の超音波の振幅に影響を与えない領域であると考えることができる。
【００１６】
本発明は、上記のような超音波の反射による入力ペン位置の誤検出を防止することができる座標検出装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による座標検出装置は、操作対象面上における入力ペンの指示位置座標を、当該入力ペンから発せられる赤外線及び超音波を操作対象面の所定位置に設置された赤外線受光器及び超音波受信器によって受信して検出する座標検出装置であって、操作対象面の周縁に形成された枠の壁面に、該壁面で反射して前記超音波受信器に入力される超音波を遮蔽する遮蔽物を備えることを特徴とする。
また、前記遮蔽物は、入力ペンの指示位置に対し、該入力ペンから前記超音波受信器に直進して入力される超音波の経路長と前記壁面により反射して前記超音波受信器に入力される超音波の経路長との差が超音波の半波長の奇数倍となる壁面位置に取り付けられていることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施する場合の形態を図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明による座標検出装置の実施の形態を示す主要部の構成図である。この実施の形態の座標検出装置は、図３で示した電子ボードに適用することができる。また、電子ボードに限らず、デジタイザなどの座標を入力または指定する操作面を備えた各種の機器に適用することができる。なお、図３および図４と同一部分または同一機能の構成部分については同一符号で示している。
前述のように、壁面５１に対して入力ペン３２の鏡像の位置にある入力ペン７１を想定すると、壁面５１による反射波に起因する誤動作は、入力ペン３２の鏡像の入力ペン７１と超音波受信部４３を結ぶ線「５４＋７２」が壁面５１と交差する壁面位置で、かつ直進経路５２と「５４＋７２」の経路長との差が超音波の半波長の奇数倍になる壁面位置で発生する。
【００１９】
本発明においては、これを防ぐ為に物理的な遮蔽物１１を壁面５１に取り付ける。この遮蔽物１１の鏡像１２と超音波受信部４３を結ぶ経路「１３＋１５」が壁面５１で反射する経路１６と経路５３の反射信号を囲むエリア１４が超音波の反射による誤動作を防ぐエリアになる。即ち、このエリア１４内で入力ペン３２が押下された際、誤動作が発生する個所（正常な超音波と壁面５１による反射した超音波（５３＋５４の経路の超音波）の位相が１８０度ずれて誤動作が発生する個所）にあったとしても、遮蔽物１１により超音波受信部４３に到達しなくなる。これにより、壁面５１によって反射した超音波による入力ペン位置の誤検出を防止することができる。
【００２０】
図２は、以上の原理によって横方向の壁面５１に取り付けた遮蔽物１１の全体構成を示すものである。図示のように、複数の遮蔽物１１が壁面５１の内側に取り付けられている。
これらの遮蔽物１１により、反射波による誤動作エリアは符号２３で示すようなものとなり、図８で示した誤動作可能性のエリア８１をカバーし、誤動作を防止することができる。
遮蔽物１１は、図８の誤動作可能性エリア８２についても同様にして取り付けられる。これにより、ボード３１上の全てのエリアで入力ペン３２の位置を正常に検出可能になる。
なお、超音波受信部４３に対する超音波反射の対策は上述の物理的な遮蔽物１１による対策を施す事により回避可能であるが、同様に片方の超音波受信部４２に対しても同様の誤動作を発生する領域に対して、同様の対策を施す事により回避可能である。これにより、ボード３１上の全てのエリアで入力ペン３２の位置を正常に検出可能になる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、超音波の反射による入力ペン位置の誤検出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における原理的構成を示す主要部構成図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す構成図である。
【図３】従来における電子ボードの一般的な構成例を示す図である。
【図４】赤外線及び超音波を利用した座標検出方法の説明図である。
【図５】誤動作の原因を説明する図である。
【図６】反射経路の超音波が加算される状態の波形図である。
【図７】壁面によって超音波が反射して超音波受信部に入力される場合の説明図である。
【図８】
誤動作が発生するエリアを説明する図である。
【符号の説明】
１１…遮蔽物、１２…遮蔽物の鏡像、３１…ボード、３２…入力ペン、３３…座標検出装置、３４…コンピュータ、４１…赤外線受信部、４２，７３…超音波受信部、４４…赤外線、４５…超音波、５２…超音波が直進する経路、５３…壁面で反射する超音波の経路、７１…入力ペンの鏡像。
【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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【図８】
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