(57)【要約】【課題】操作する指示具と固定された固定部からなり、指示具を任意の方向に向けて上下左右に動かすことにより相対座標を入力する。【解決手段】指示具上にＸ方向Ｙ方向のラインセンサーを備え、任意の撮像対象の可視画像ないし赤外照射による反射画像をＸ成分Ｙ成分ごとに撮像し、前記撮像波形を逐次一順番目の撮像波形と比較参照し該撮像波形の移動量を計算し、指示具上スイッチ情報とともに固定側に送る、固定側は、移動量を積分して相対座標を算出し外部に出力する。【選択図】        図１
2004185391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
離れて固定配置される固定部に対し指示具を傾ける乃至上下左右に移動させることにより相対座標乃至相対座標の変化分を入力する操作入力装置において、
前記指示具は、周囲を可視画像としてＸ方向成分Ｙ方向成分に分けて撮像する機能を有するＸ方向Ｙ方向のラインセンサーを具え、
前記指示具は、前記撮像結果をもとに該指示具事態のＸ方向成分Ｙ方向成分ごとの相対的動き量を算出する演算手段を具え、
前記指示具は、前記算出結果を固定部に送信する送信手段を具え前記固定部は、前記指示具から送信された相対的移動量から相対座標を求める  演算手段を具える事を特徴とする操作入力装置。
【請求項２】
前記指示具は、前記ラインセンサーによる撮像結果に所定の空間周波数特性を持たせるための拡散板を該ラインセンサーの光学系に含み、
前記指示具は、前記ラインセンサーによる撮像結果に所定の空間周波数特性を持たせるための帯域制限フィルターを備えることを特徴とする操作入力装置。
【請求項３】
請求項１の指示具は複数のスイッチ群を具え、該スイッチ群は座標のリセット信号、ペンダウン情報、ペンアクティブ情報を入力する機能を有することを特徴とする操作入力装置。
【請求項４】
離れて固定配置される固定部に対し指示具を傾ける乃至上下左右に移動させることにより相対座標乃至相対座標の変化分を入力する操作入力方法において指示具上の受光手段によって該指示具の周囲を可視画像としてＸ方向成分Ｙ方向成分に分けて撮像する工程と、
前記撮像結果をもとに指示具自体のＸ方向成分Ｙ方向成分ごとの相対的動き量を算出する演算工程と、
前記算出結果を前記固定部に送信する送信工程と、
前記固定部にて前記動き量から相対座標を算出する相対座標算出工程と、
前記指示具上のスイッチを操作することにより、使用者が装置に対しペンダウン、ペンアクティブ、相対座標位置リセットの意思表示する工程と、
指示具が前記ペンダウン、ペンアクティブ、相対座標位置の情報と、
前記移動量演算結果を合成し，所定の変調を加ええることにより固定部に送信する送信工程とからなる、操作入力装置方法。
【請求項５】
請求項４の撮像工程は結像前の像を拡散板を通過させることにより所定の空間周波数を持たせる第一の帯域制限工程を含み、
前記Ｘ方向成分Ｙ方向成分ごとの撮像結果に所定の空間周波数特性を持たせるための帯域制限フィルターを通過させる第二の帯域制限工程を含み第一乃至第二もしくは両者の帯域制限工程によりＸ方向成分Ｙ方向成分ごとにサンプリング周波数の１／４の空間周波数の成分が完全通過帯域に比較して５０％未満のレベルになるようなローパス特性をなすようにすることを特徴とする操作入力方法。
【請求項６】
請求項４の移動量演算工程は当該順番のＸ方向波形Ｘ［ｉ］を画素方向に画素の整数倍の間隔でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を粗移動量ｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｘとして求める工程と、
前記一順番前のＸ方向波形を該波形の点列の間を所定の整数分の１の間隔で
直線近似ないしスプライン曲線近似で推定し、当該順番のＸ方向波形Ｘ［ｉ］を画素方向に画素の前記整数分の１の間隔でｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｘの前後数画素の範囲でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を移動量ｍｏｖｅ＿ｘとして求める工程と同様に当該順番のＹ方向波形Ｙ［ｉ］を画素方向に画素の整数倍の間隔でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を粗移動量ｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｙとして求める工程と、
前記一順番前のＹ方向波形を該波形の点列の間を所定の整数分の１の間隔で直線近似ないしスプライン曲線近似で推定し、当該順番のＸ方向波形Ｙ［ｉ］を画素方向に画素の前記整数分の１の間隔でｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｙの前後数画素の範囲でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を移動量ｍｏｖｅ＿ｙとして求める工程からなる、操作入力装置方法。
【請求項７】
請求項４の相対座標算出工程において請求項４のリセット信号のタイミングによって、座標値を所定の値に基準設定し、次のリセット信号が発生するまで請求項４の移動量データを逐次積分することにより相対座標を算出し、外部に出力することを特徴とする操作入力方法。
【請求項８】
請求項４の相対座標座標演算工程は請求項４のリセット信号のタイミングによって、座標値を所定の値に基準設定し、次のリセット信号が発生するまでペンアクティブが有効であるときのみ請求項４の移動量データを逐次積分することにより相対座標を算出し、外部に出力することを特徴とする操作入力方法。
【請求項９】
離れて固定配置される固定部に対し指示具を傾ける乃至上下左右に移動させることにより相対座標乃至相対座標の変化分を入力する操作入力装置において、
前記固定部は指示具に向けて第一の赤外光を照射する発光手段を具え、
前記指示具は、第一の赤外光の像をＸ方向成分Ｙ方向成分に分けて撮像する機能を有するＸ方向Ｙ方向のラインセンサーからなる第一の受光手段と、単一画素からなる第二の受光手段を具え、
前記指示具は、前記撮像結果をもとに該指示具事態のＸ方向成分Ｙ方向成分ごとの相対的動き量を算出する演算手段を具え、
前記指示具は、前記算出結果を固定部に送信する送信手段を具え、
前記固定部は、前記指示具から送信された相対的移動量から相対座標を求める演算手段を具える事を特徴とする操作入力装置。
【請求項１０】
前記指示具は、前記ラインセンサーによる撮像結果に所定の空間周波数特性を持たせるための拡散板を該ラインセンサーの光学系に含み前記指示具は、前記ラインセンサーによる撮像結果に所定の空間周波数特性を持たせるための帯域制限フィルターを備えることを特徴とする操作入力装置。
【請求項１１】
請求項９の指示具は複数のスイッチ群を具え、該スイッチ群は座標のリセット信号、ペンダウン情報、ペンアクティブ情報を入力する機能を有することを特徴とする操作入力装置。
【請求項１２】
離れて固定配置される固定部に対し指示具を傾ける乃至上下左右に移動させることにより相対座標乃至相対座標の変化分を入力する操作入力方法において、
固定部より指示具に向かって赤外線を照射する工程と指示具上の受光手段によって固定部より照射される赤外光の像をＸ方向成分Ｙ方向成分に分けて撮像する工程と、
固定部より照射される赤外光の時系列情報として受光する工程と、
前記撮像結果をもとに指示具自体のＸ方向成分分Ｙ方向成分ごとの相対的動き量を算出する演算工程と、
前記算出結果を前記固定部に送信する送信工程と、
前記固定部にて前記動き量から相対座標を算出する相対座標算出工程と、
前記指示具上のスイッチを操作することにより、使用者が装置に対しペンダウン、ペンアクティブ、相対座標位置リセットの意思表示する工程と、
指示具が前記ペンダウン、ペンアクティブ、相対座標位置の情報と前記移動量演算結果を合成し，所定の変調を加ええることにより固定部に送信する送信工程とからなる、操作入力装置方法。
【請求項１３】
請求項１２の撮像工程は結像前の像を拡散板を通過させることにより所定の空間周波数を持たせる第一の帯域制限工程を含み、
前記Ｘ方向成分Ｙ方向成分ごとの撮像結果に所定の空間周波数特性を持たせるための帯域制限フィルターを通過させる第二の帯域制限工程を含み第一乃至第二もしくは両者の帯域制限工程によりＸ方向成分Ｙ方向成分ごとにサンプリング周波数の１／４の空間周波数の成分が完全通過帯域に比較して５０％未満のレベルになるようなローパス特性をなすようにすることを特徴とする操作入力方法。
【請求項１４】
請求項１０の移動量演算工程は当該順番のＸ方向波形Ｘ［ｉ］を画素方向に画素の整数倍の間隔でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を粗移動量ｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｘとして求める工程と、
前記一順番前のＸ方向波形を該波形の点列の間を所定の整数分の１の間隔で直線近似ないしスプライン曲線近似で推定し、当該順番のＸ方向波形Ｘ［ｉ］を画素方向に画素の前記整数分の１の間隔でｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｘの前後数画素の範囲でずらしつつ一順番目の波形と比較し、
その差異が最も小さくなるずらし量を移動量ｍｏｖｅ＿ｘとして求める工程と同様に当該順番のＹ方向波形Ｙ［ｉ］を画素方向に画素の整数倍の間隔でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を粗移動量ｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｙとして求める工程と、
前記一順番前のＹ方向波形を該波形の点列の間を所定の整数分の１の間隔で直線近似ないしスプライン曲線近似で推定し、当該順番のＸ方向波形Ｙ［ｉ］を画素方向に画素の前記整数分の１の間隔でｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｙの前後数画素の範囲でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を移動量ｍｏｖｅ＿ｙとして求める工程からなる、操作入力装置方法。
【請求項１５】
請求項１２の相対座標算出工程において請求項１２のリセット信号のタイミングによって、座標値を所定の値に基準設定し、次のリセット信号が発生するまで請求項１２の移動量データを逐次積分することにより相対座標を算出し、外部に出力することを特徴とする操作入力方法。
【請求項１６】
請求項１２の相対座標座標演算工程は請求項１２のリセット信号のタイミングによって、座標値を所定の値に基準設定し、次のリセット信号が発生するまでペンアクティブが有効であるときのみ請求項１２の移動量データを逐次積分することにより相対座標を算出し、外部に出力することを特徴とする操作入力方法。
【請求項１７】
離れて固定配置される固定部に対し指示具を傾ける乃至上下左右に移動させることにより相対座標乃至相対座標の変化分を入力する操作入力装置において、
前記指示具は第二の赤外光を周囲乃至固定部に向けて照射する第二の発光手段を具え、
前記指示具は、赤外光の像をＸ方向成分Ｙ方向成分に分けて撮像する機能を有するＸ方向Ｙ方向のラインセンサーを具え、
前記指示具は、前記撮像結果をもとに該指示具事態のＸ方向成分Ｙ方向成分ごとの相対的動き量を算出する演算手段を具え、
前記指示具は、前記算出結果を固定部に送信する送信手段を具え、
前記固定部は、前記指示具から送信された相対的移動量から相対座標を求める演算手段を具える事を特徴とする操作入力装置。
【請求項１８】
前記指示具は、前記ラインセンサーによる撮像結果に所定の空間周波数特性を持たせるための拡散板を該ラインセンサーの光学系に含み、
前記指示具は、前記ラインセンサーによる撮像結果に所定の空間周波数特性を持たせるための帯域制限フィルターを備えることを特徴とする操作入力装置。
【請求項１９】
請求項１７の指示具は複数のスイッチ群を具え、該スイッチ群は座標のリセット信号、ペンダウン情報、ペンアクティブ情報を入力する機能を有することを特徴とする操作入力装置。
【請求項２０】
離れて固定配置される固定部に対し指示具を傾ける乃至上下左右に移動させることにより相対座標乃至相対座標の変化分を入力する操作入力方法において、
指示具より第二の赤外光を周囲乃至固定部に照射する赤外光照射工程と、
指示具上の受光手段によって、該第二の赤外光が周囲の対象物乃至固定部に反射した像をＸ方向成分Ｙ方向成分に分けて撮像する工程と、
前記撮像結果をもとに指示具自体のＸ方向成分Ｙ方向成分ごとの相対的動き量を算出する演算工程と、
前記算出結果を前記固定部に送信する送信工程と、
前記固定部にて前記動き量から相対座標を算出する相対座標算出工程と、
前記指示具上のスイッチを操作することにより、使用者が装置に対しペンダウン、ペンアクティブ、相対座標位置リセットの意思表示する工程と、
指示具が前記ペンダウン、ペンアクティブ、相対座標位置の情報と、
前記移動量演算結果を合成し、所定の変調を加ええることにより固定部に送信する送信工程とからなる、操作入力装置方法。
【請求項２１】
請求項２０の撮像工程は結像前の像を拡散板を通過させることにより所定の空間周波数を持たせる第一の帯域制限工程を含み、
前記Ｘ方向成分Ｙ方向成分ごとの撮像結果に所定の空間周波数特性を持たせるための帯域制限フィルターを通過させる第二の帯域制限工程を含み第一乃至第二もしくは両者の帯域制限工程によりＸ方向成分Ｙ方向成分ごとにサンプリング周波数の１／４の空間周波数の成分が完全通過帯域に比較して５０％未満のレベルになるようなローパス特性をなすようにすることを特徴とする操作入力方法。
【請求項２２】
請求項２０の移動量演算工程は、
当該順番のＸ方向波形Ｘ［ｉ］を画素方向に画素の整数倍の間隔でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を粗移動量ｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｘとして求める工程と、
前記一順番前のＸ方向波形を該波形の点列の間を所定の整数分の１の間隔で直線近似ないしスプライン曲線近似で推定し、当該順番のＸ方向波形Ｘ［ｉ］を画素方向に画素の前記整数分の１の間隔でｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｘの前後数画素の範囲でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を移動量ｍｏｖｅ＿ｘとして求める工程と同様に当該順番のＹ方向波形Ｙ［ｉ］を画素方向に画素の整数倍の間隔でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を粗移動量ｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｙとして求める工程と、
前記一順番前のＹ方向波形を該波形の点列の間を所定の整数分の１の間隔で直線近似ないしスプライン曲線近似で推定し、
当該順番のＸ方向波形Ｙ［ｉ］を画素方向に画素の前記整数分の１の間隔でｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｙの前後数画素の範囲でずらしつつ一順番目の波形と比較しその差異が最も小さくなるずらし量を移動量ｍｏｖｅ＿ｙとして求める工程からなる、操作入力装置方法。
【請求項２３】
請求項２０の相対座標算出工程において、
請求項２０のリセット信号のタイミングによって、座標値を所定の値に基準設定し、次のリセット信号が発生するまで請求項２０の移動量データを逐次積分することにより相対座標を算出し、外部に出力することを特徴とする操作入力方法。
【請求項２４】
離れて固定配置される固定部に対し指示具を傾ける乃至上下左右に移動させることにより相対座標乃至相対座標の変化分を入力する操作入力装置において、
前記指示具は第二の赤外光を周囲乃至固定部に向けて照射する第二の発光手段を具え、
前記指示具は、赤外光の像をＸ方向成分Ｙ方向成分に分けて撮像する機能を有するＸ方向Ｙ方向のラインセンサーを具え、
前記指示具は、前記撮像結果をもとに該指示具事態のＸ方向成分Ｙ方向成分ごとの相対的動き量を算出する演算手段を具え、
前記固定部は、前記指示具から第二の赤外光によって送信された相対的移動量から相対座標を求める演算手段を具える事を特徴とする操作入力装置。
【請求項２５】
前記指示具は、前記ラインセンサーによる撮像結果に所定の空間周波数特性を持たせるための拡散板を該ラインセンサーの光学系に含み、
前記指示具は、前記ラインセンサーによる撮像結果に所定の空間周波数特性を持たせるための帯域制限フィルターを備えることを特徴とする操作入力装置。
【請求項２６】
請求項２４の指示具は複数のスイッチ群を具え、該スイッチ群は座標のリセット信号、ペンダウン情報、ペンアクティブ情報を入力する機能を有することを特徴とする操作入力装置。
【請求項２７】
離れて固定配置される固定部に対し指示具を傾ける乃至上下左右に移動させることにより相対座標乃至相対座標の変化分を入力する操作入力方法において、
指示具より第二の赤外光を周囲乃至固定部に照射する赤外光照射工程と、
指示具上の受光手段によって、該第二の赤外光が周囲の対象物乃至固定部に反射した像をＸ方向成分Ｙ方向成分に分けて撮像する工程と、
前記撮像結果をもとに指示具自体のＸ方向成分Ｙ方向成分ごとの相対的動き量を算出する演算工程と、
前記赤外光照射工程は、指示具から固定部に前記演算結果を送信する工程を成し、
前記固定部にて前記動き量から相対座標を算出する相対座標算出工程と、
前記指示具上のスイッチを操作することにより、使用者が装置に対しペンダウン、ペンアクティブ、相対座標位置リセットの意思表示する工程と、
指示具が前記ペンダウン、ペンアクティブ、相対座標位置の情報と前記移動量演算結果を合成し，所定の変調を加ええることにより固定部に送信する送信工程とからなる、操作入力装置方法。
【請求項２８】
請求項２７の撮像工程は結像前の像を拡散板を通過させることにより所定の空間周波数を持たせる第一の帯域制限工程を含み、
前記Ｘ方向成分Ｙ方向成分ごとの撮像結果に所定の空間周波数特性を持たせるための帯域制限フィルターを通過させる第二の帯域制限工程を含み第一乃至第二もしくは両者の帯域制限工程によりＸ方向成分Ｙ方向成分ごとにサンプリング周波数の１／４の空間周波数の成分が完全通過帯域に比較して５０％未満のレベルになるようなローパス特性をなすようにすることを特徴とする操作入力方法。
【請求項２９】
請求項２７の移動量演算工程は、
当該順番のＸ方向波形Ｘ［ｉ］を画素方向に画素の整数倍の間隔でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を粗移動量ｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｘとして求める工程と、
前記一順番前のＸ方向波形を該波形の点列の間を所定の整数分の１の間隔で直線近似ないしスプライン曲線近似で推定し、当該順番のＸ方向波形Ｘ［ｉ］を画素方向に画素の前記整数分の１の間隔でｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｘの前後数画素の範囲でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を移動量ｍｏｖｅ＿ｘとして求める工程と同様に当該順番のＹ方向波形Ｙ［ｉ］を画素方向に画素の整数倍の間隔でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を粗移動量ｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｙとして求める工程と、
前記一順番前のＹ方向波形を該波形の点列の間を所定の整数分の１の間隔で直線近似ないしスプライン曲線近似で推定し、当該順番のＸ方向波形Ｙ［ｉ］を画素方向に画素の前記整数分の１の間隔でｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｙの前後数画素の範囲でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を移動量ｍｏｖｅ＿ｙとして求める工程からなる、操作入力装置方法。
【請求項３０】
請求項２７の相対座標算出工程において請求項２７のリセット信号のタイミングによって、座標値を所定の値に基準設定し、次のリセット信号が発生するまで請求項２７の移動量データを逐次積分することにより相対座標を算出し、外部に出力することを特徴とする操作入力方法。
【請求項３１】
請求項２７の相対座標座標演算工程は請求項２７のリセット信号のタイミングによって、座標値を所定の値に基準設定し、次のリセット信号が発生するまでペンアクティブが有効であるときのみ請求項２７の移動量データを逐次積分することにより相対座標を算出し、外部に出力することを特徴とする操作入力方法。
【請求項３２】
離れて固定配置される固定部に対し指示具を傾ける乃至上下左右に移動させることにより相対座標乃至相対座標の変化分を入力する操作入力装置において、
前記指示具は、周囲を可視画像として撮影するエリアセンサーと該エリアセンサーで撮像した画像をＸ方向成分、Ｙ方向成分ごとの１次元波形に置き換えて出力する１次元波形生成手段を具え、
前記指示具は、前記撮像結果をもとに該指示具自体のＸ方向成分Ｙ方向成分ごとの相対的動き量を算出する演算手段を具え、
前記指示具は、前記算出結果を固定部に送信する送信手段を具え、
前記固定部は、前記指示具から送信された相対的移動量から相対座標を求める演算手段を具える事を特徴とする操作入力装置。
【請求項３３】
前記指示具は、前記エリアセンサーによる撮像結果に所定の空間周波数特性を持たせるための拡散板を該エリアセンサーの光学系に含み前記指示具は、前記１次元波形生成手段の出力波形に所定の空間周波数特性を持たせるための帯域制限フィルターを施すことを特徴とする操作入力装置。
【請求項３４】
請求項１の指示具は複数のスイッチ群を具え、該スイッチ群は座標のリセット信号、ペンダウン情報、ペンアクティブ情報を入力する機能を有することを特徴とする操作入力装置。
【請求項３５】
離れて固定配置される固定部に対し指示具を傾ける乃至上下左右に移動させることにより相対座標乃至相対座標の変化分を入力する操作入力方法において、
周囲を可視画像として指示具上のエリアセンサーで撮像する工程と該撮像画像をＸ方向成分、Ｙ方向成分ごとの１次元波形に置き換えて出力する１次元波形生成する工程と、
前記１次元波形をもとに指示具自体のＸ方向成分Ｙ方向成分ごとの相対的動き量を算出する演算工程と、
前記算出結果を前記固定部に送信する送信工程と、
前記固定部にて前記動き量から相対座標を算出する相対座標算出工程と、
前記指示具上のスイッチを操作することにより、使用者が装置に対しペンダウン、ペンアクティブ、相対座標位置リセットの意思表示する工程と、
指示具が前記ペンダウン、ペンアクティブ、相対座標位置の情報と、
前記移動量演算結果を合成し，所定の変調を加ええることにより固定部に送信する送信工程とからなる、操作入力装置方法。
【請求項３６】
請求項３５の撮像工程は結像前の像を拡散板を通過させることにより所定の空間周波数を持たせる第一の帯域制限工程を含み、
前記Ｘ方向成分Ｙ方向成分ごとの１次元波形に所定の空間周波数特性を持たせるための帯域制限フィルターを通過させる第二の帯域制限工程を含み第一乃至第二もしくは両者の帯域制限工程によりＸ方向成分Ｙ方向成分ごとにサンプリング周波数の１／４の空間周波数の成分が完全通過帯域に比較して５０％未満のレベルになるようなローパス特性をなすようにすることを特徴とする操作入力方法。
【請求項３７】
請求項３５の移動量演算工程は、
当該順番のＸ方向波形Ｘ［ｉ］を画素方向に画素の整数倍の間隔でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を粗移動量ｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｘとして求める工程と、
前記一順番前のＸ方向波形を該波形の点列の間を所定の整数分の１の間隔で直線近似ないしスプライン曲線近似で推定し、
当該順番のＸ方向波形Ｘ［ｉ］を画素方向に画素の前記整数分の１の間隔でｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｘの前後数画素の範囲でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を移動量ｍｏｖｅ＿ｘとして求める工程と同様に当該順番のＹ方向波形Ｙ［ｉ］を画素方向に画素の整数倍の間隔でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を粗移動量ｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｙとして求める工程と、
前記一順番前のＹ方向波形を該波形の点列の間を所定の整数分の１の間隔で直線近似ないしスプライン曲線近似で推定し、
当該順番のＸ方向波形Ｙ［ｉ］を画素方向に画素の前記整数分の１の間隔でｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｙの前後数画素の範囲でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を移動量ｍｏｖｅ＿ｙとして求める工程からなる、操作入力装置方法。
【請求項３８】
請求項３５の相対座標算出工程において、
請求項４のリセット信号のタイミングによって、座標値を所定の値に基準設定し、次のリセット信号が発生するまで請求項３５の移動量データを逐次積分することにより相対座標を算出し、外部に出力することを特徴とする操作入力方法。
【請求項３９】
請求項３５の相対座標座標演算工程は請求項３５のリセット信号のタイミングによって、座標値を所定の値に基準設定し、次のリセット信号が発生するまでペンアクティブが有効であるときのみ請求項３５の移動量データを逐次積分することにより相対座標を算出し、外部に出力することを特徴とする操作入力方法。
【請求項４０】
離れて固定配置される固定部に対し指示具を傾ける乃至上下左右に移動させることにより相対座標乃至相対座標の変化分を入力する操作入力装置において、
前記固定部は指示具に向けて第一の赤外光を照射する発光手段を具え前記指示具はエリアセンサーである第一の受光手段と、単一画素からなる第二の受光手段を具え、
前記指示具は、前記で第１の受光手段で撮像した画像をＸ方向成分、Ｙ方向成分ごとの１次元波形に置き換えて出力する１次元波形生成手段を具え、
前記指示具は、前記１次元波形をもとに該指示具自体のＸ方向成分Ｙ方向成分ごとの相対的動き量を算出する演算手段を具え、
前記指示具は、前記算出結果を固定部に送信する送信手段を具え、
前記固定部は、前記指示具から送信された相対的移動量から相対座標を求める演算手段を具える事を特徴とする操作入力装置。
【請求項４１】
前記指示具は、前記１次元波形に所定の空間周波数特性を持たせるための拡散板を前記エリアセンサーの光学系に含み、
前記指示具は、前記１次元波形に所定の空間周波数特性を持たせるための帯域制限フィルターを備えることを特徴とする操作入力装置。
【請求項４２】
請求項４０の指示具は複数のスイッチ群を具え、該スイッチ群は座標のリセット信号、ペンダウン情報、ペンアクティブ情報を入力する機能を有することを特徴とする操作入力装置。
【請求項４３】
離れて固定配置される固定部に対し指示具を傾ける乃至上下左右に移動させることにより相対座標乃至相対座標の変化分を入力する操作入力方法において、
固定部より指示具に向かって赤外線を照射する工程と、
周囲を赤外画像として指示具上のエリアセンサーで撮像する工程と該撮像画像をＸ方向成分、Ｙ方向成分ごとの１次元波形に置き換えて出力する１次元波形生成する工程と固定部より照射される赤外光の時系列情報として受光する工程と前記撮像結果をもとに該１次元波形からＸ方向成分、Ｙ方向成分ごとに相対的動き量を算出する演算工程と前記算出結果を前記固定部に送信する送信工程と、
前記固定部にて前記動き量から相対座標を算出する相対座標算出工程と、
前記指示具上のスイッチを操作することにより、使用者が装置に対しペンダウン、ペンアクティブ、相対座標位置リセットの意思表示する工程と、
指示具が前記ペンダウン、ペンアクティブ、相対座標位置の情報と前記移動量演算結果を合成し、所定の変調を加ええることにより固定部に送信する送信工程とからなる、操作入力装置方法。
【請求項４４】
請求項４３の撮像工程は結像前の像を拡散板を通過させることにより所定の空間周波数を持たせる第一の帯域制限工程を含み、
前記Ｘ方向成分Ｙ方向成分ごとの１次元波形に所定の空間周波数特性を持たせるための帯域制限フィルターを通過させる第二の帯域制限工程を含み第一乃至第二もしくは両者の帯域制限工程によりＸ方向成分Ｙ方向成分ごとにサンプリング周波数の１／４の空間周波数の成分が完全通過帯域に比較して５０％未満のレベルになるようなローパス特性をなすようにすることを特徴とする操作入力方法。
【請求項４５】
請求項４３の移動量演算工程は当該順番のＸ方向波形Ｘ［ｉ］を画素方向に画素の整数倍の間隔でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を粗移動量ｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｘとして求める工程と、
前記一順番前のＸ方向波形を該波形の点列の間を所定の整数分の１の間隔で直線近似ないしスプライン曲線近似で推定し、当該順番のＸ方向波形Ｘ［ｉ］を画素方向に画素の前記整数分の１の間隔でｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｘの前後数画素の範囲でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を移動量ｍｏｖｅ＿ｘとして求める工程と同様に当該順番のＹ方向波形Ｙ［ｉ］を画素方向に画素の整数倍の間隔でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を粗移動量ｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｙとして求める工程と、
前記一順番前のＹ方向波形を該波形の点列の間を所定の整数分の１の間隔で直線近似ないしスプライン曲線近似で推定し、当該順番のＸ方向波形Ｙ［ｉ］を画素方向に画素の前記整数分の１の間隔でｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｙの前後数画素の範囲でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を移動量ｍｏｖｅ＿ｙとして求める工程からなる、操作入力装置方法。
【請求項４６】
請求項４３の相対座標算出工程において請求項１２のリセット信号のタイミングによって、座標値を所定の値に基準設定し、次のリセット信号が発生するまで請求項１２の移動量データを逐次積分することにより相対座標を算出し、外部に出力することを特徴とする操作入力方法。
【請求項４７】
請求項４３の相対座標座標演算工程は請求項４３のリセット信号のタイミングによって、座標値を所定の値に基準設定し、次のリセット信号が発生するまでペンアクティブが有効であるときのみ請求項４３の移動量データを逐次積分することにより相対座標を算出し、外部に出力することを特徴とする操作入力方法。
【請求項４８】
離れて固定配置される固定部に対し指示具を傾ける乃至上下左右に移動させることにより相対座標乃至相対座標の変化分を入力する操作入力装置において、
前記指示具は第二の赤外光を周囲乃至固定部に向けて照射する第二の発光手段を具え、
前記指示具は、該赤外光による赤外線画像を撮像するエリアセンサーを備え該撮像画像をＸ方向成分、Ｙ方向成分ごとの１次元波形に置き換えて出力する１次元波形生成する手段と、
前記指示具は、前記撮像結果をもとに該指示具自体のＸ方向成分Ｙ方向成分ごとの相対的動き量を算出する演算手段を具え、
前記指示具は、前記算出結果を固定部に送信する送信手段を具え、
前記固定部は、前記指示具から送信された相対的移動量から相対座標を求める演算手段を具える事を特徴とする操作入力装置。
【請求項４９】
前記指示具は、前記１次元波形に所定の周波数特性を持たせるための拡散板を該エリアセンサーの光学系に含み、
前記指示具は、前記１次元波形に所定の周波数特性に所定の周波数特性を持たせるための帯域制限フィルターを備えることを特徴とする操作入力装置。
【請求項５０】
請求項４８の指示具は複数のスイッチ群を具え、該スイッチ群は座標のリセット信号、ペンダウン情報、ペンアクティブ情報を入力する機能を有することを特徴とする操作入力装置。
【請求項５１】
離れて固定配置される固定部に対し指示具を傾ける乃至上下左右に移動させることにより相対座標乃至相対座標の変化分を入力する操作入力方法において、指示具より第二の赤外光を周囲乃至固定部に照射する赤外光照射工程と、
周囲を赤外線画像として指示具上のエリアセンサーで撮像する工程と該撮像画像をＸ方向成分、Ｙ方向成分ごとの１次元波形に置き換えて出力する１次元波形生成する工程と、
前記撮像結果をもとに指示具自体のＸ方向成分Ｙ方向成分ごとの相対的動き量を算出する演算工程と、
前記算出結果を前記固定部に送信する送信工程と、
前記固定部にて前記動き量から相対座標を算出する相対座標算出工程と、
前記指示具上のスイッチを操作することにより、使用者が装置に対しペンダウン、ペンアクティブ、相対座標位置リセットの意思表示する工程と、
指示具が前記ペンダウン、ペンアクティブ、相対座標位置の情報と
前記移動量演算結果を合成し，所定の変調を加ええることにより固定部に送信する送信工程とからなる、操作入力装置方法。
【請求項５２】
請求項５１の撮像工程は結像前の像を拡散板を通過させることにより前記撮像結果に所定の空間周波数特性を持たせる第一の帯域制限工程を含み、
前記Ｘ方向成分Ｙ方向成分のごとの１次元波形に所定の周波数特性を持たせるための帯域制限フィルターを通過させる第二の帯域制限工程を含み第一乃至第二もしくは両者の帯域制限工程によりＸ方向成分Ｙ方向成分ごとにサンプリング周波数の１／４の空間周波数の成分が完全通過帯域に比較して５０％未満のレベルになるようなローパス特性をなすようにすることを特徴とする操作入力方法。
【請求項５３】
請求項５１の移動量演算工程は、当該順番のＸ方向波形Ｘ［ｉ］を画素方向に画素の整数倍の間隔でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を粗移動量ｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｘとして求める工程と、
前記一順番前のＸ方向波形を該波形の点列の間を所定の整数分の１の間隔で直線近似ないしスプライン曲線近似で推定し、当該順番のＸ方向波形Ｘ［ｉ］を画素方向に画素の前記整数分の１の間隔でｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｘの前後数画素の範囲でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を移動量ｍｏｖｅ＿ｘとして求める工程と同様に当該順番のＹ方向波形Ｙ［ｉ］を画素方向に画素の整数倍の間隔でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を粗移動量ｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｙとして求める工程と、
前記一順番前のＹ方向波形を該波形の点列の間を所定の整数分の１の間隔で直線近似ないしスプライン曲線近似で推定し、当該順番のＸ方向波形Ｙ［ｉ］を画素方向に画素の前記整数分の１の間隔でｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｙの前後数画素の範囲でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を移動量ｍｏｖｅ＿ｙとして求める工程からなる、操作入力装置方法。
【請求項５４】
請求項５１の相対座標算出工程において請求項２０のリセット信号のタイミングによって、座標値を所定の値に基準設定し、次のリセット信号が発生するまで請求項２０の移動量データを逐次積分することにより相対座標を算出し、外部に出力することを特徴とする操作入力方法。
【請求項５５】
請求項５１の相対座標座標演算工程は請求項５１のリセット信号のタイミングによって、座標値を所定の値に基準設定し、次のリセット信号が発生するまでペンアクティブが有効であるときのみ請求項５１の移動量データを逐次積分することにより相対座標を算出し、外部に出力することを特徴とする操作入力方法。
【請求項５６】
離れて固定配置される固定部に対し指示具を傾ける乃至上下左右に移動させることにより相対座標乃至相対座標の変化分を入力する操作入力装置において、
前記指示具は第二の赤外光を周囲乃至固定部に向けて照射する第二の発光手段を具え、
前記指示具は、周囲を可視画像として指示具上のエリアセンサーで撮像する手段と該撮像画像をＸ方向成分、Ｙ方向成分ごとの１次元波形に置き換えて出力する１次元波形生成手段とを具え、
前記指示具は、前記撮像結果をもとに該指示具自体のＸ方向成分Ｙ方向成分ごとの相対的動き量を算出する演算手段を具え前記固定部は、前記指示具から第二の赤外光によって送信された相対的移動量から相対座標を求める演算手段を具える事を特徴とする操作入力装置。
【請求項５７】
前記指示具は、前記エリアセンサーによる撮像結果に所定の空間周波数特性を持たせるための拡散板を該エリアセンサーの光学系に含み前記指示具は、前記１次元波形に所定の周波数特性を持たせるための帯域制限フィルターを備えることを特徴とする操作入力装置。
【請求項５８】
請求項５６の指示具は複数のスイッチ群を具え、該スイッチ群は座標のリセット信号、ペンダウン情報、ペンアクティブ情報を入力する機能を有することを特徴とする操作入力装置。
【請求項５９】
離れて固定配置される固定部に対し指示具を傾ける乃至上下左右に移動させることにより相対座標乃至相対座標の変化分を入力する操作入力方法において、
指示具より第二の赤外光を周囲乃至固定部に照射する赤外光照射工程と指示具上の受光手段によって、該第二の赤外光が周囲の対象物乃至固定部に反射した像を赤外線画像として指示具上のエリアセンサーで撮像する工程と該撮像画像をＸ方向成分、Ｙ方向成分ごとの１次元波形に置き換えて出力する１次元波形生成する工程と、
前記撮像結果をもとに指示具自体のＸ方向成分Ｙ方向成分ごとの相対的動き量を算出する演算工程と、
前記赤外光照射工程は、指示具から固定部に前記演算結果を送信する工程を成し、
前記固定部にて前記動き量から相対座標を算出する相対座標算出工程と
前記指示具上のスイッチを操作することにより、使用者が装置に対しペンダウン、ペンアクティブ、相対座標位置リセットの意思表示する工程と、
指示具が前記ペンダウン、ペンアクティブ、相対座標位置の情報と前記移動量演算結果を合成し、所定の変調を加ええることにより固定部に送信する送信工程とからなる、操作入力装置方法。
【請求項６０】
請求項５９の撮像工程は結像前の像を拡散板を通過させることにより所定の空間周波数を持たせる第一の帯域制限工程を含み、
前記Ｘ方向成分Ｙ方向成分ごとの１次元波形に所定の周波数特性を持たせるための帯域制限フィルターを通過させる第二の帯域制限工程を含み第一乃至第二もしくは両者の帯域制限工程によりＸ方向成分Ｙ方向成分ごとにサンプリング周波数の１／４の空間周波数の成分が完全通過帯域に比較して５０％未満のレベルになるようなローパス特性をなすようにすることを特徴とする操作入力方法。
【請求項６１】
請求項５９の移動量演算工程は当該順番のＸ方向波形Ｘ［ｉ］を画素方向に画素の整数倍の間隔でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を粗移動量ｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｘとして求める工程と、
前記一順番前のＸ方向波形を該波形の点列の間を所定の整数分の１の間隔で直線近似ないしスプライン曲線近似で推定し、当該順番のＸ方向波形Ｘ［ｉ］を画素方向に画素の前記整数分の１の間隔でｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｘの前後数画素の範囲でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を移動量ｍｏｖｅ＿ｘとして求める工程と同様に当該順番のＹ方向波形Ｙ［ｉ］を画素方向に画素の整数倍の間隔でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を粗移動量ｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｙとして求める工程と、
前記一順番前のＹ方向波形を該波形の点列の間を所定の整数分の１の間隔で直線近似ないしスプライン曲線近似で推定し、
当該順番のＸ方向波形Ｙ［ｉ］を画素方向に画素の前記整数分の１の間隔でｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＿ｙの前後数画素の範囲でずらしつつ一順番目の波形と比較し、その差異が最も小さくなるずらし量を移動量ｍｏｖｅ＿ｙとして求める工程からなる、操作入力装置方法。
【請求項６２】
請求項５９の相対座標算出工程において請求項５９のリセット信号のタイミングによって、座標値を所定の値に基準設定し、次のリセット信号が発生するまで請求項５９の移動量データを逐次積分することにより相対座標を算出し、外部に出力することを特徴とする操作入力方法。
【請求項６３】
請求項５９の相対座標座標演算工程は請求項５９のリセット信号のタイミングによって、座標値を所定の値に基準設定し、次のリセット信号が発生するまでペンアクティブが有効であるときのみ請求項５９の移動量データを逐次積分することにより相対座標を算出し、外部に出力することを特徴とする操作入力方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指示具を用いて座標入力を行う座標入力装置、座標入力方法及び座標入力指示具に関し、より詳しくは、表示装置のおよそ情報表示画面方向に対して、離れた位置から指示具を操作することにより、二次元位置の移動量を入力し、それをもとに相対座標を求めこれにより、表示装置に接続された端末装置に図形や文字の入力あるいはシステムを制御をするためのコマンドを入力する入力装置を対象とする。
【０００２】
【従来の技術】
従来の遠隔型座標入力装置としては、以下に示すようないくつかのものがある。
【０００３】
例えば、第１のタイプとしては、指示具側に所定の形態で配置された複数の発光素子を備え、使用者がこの指示具を適宜傾けることにより入力を行うというもので、そのための構成として固定部（据え置き部）側に受光素子を備え、指示具の傾きによって指示具側の複数の発光素子から据え置き側に夫々照射される光の相対強度が変化することを受光素子が検知して、座標ないし座標の変化分を算出するというものがある。
【０００４】
また、第２のタイプとして、一般にポインタと称する指示具より表示画面上の意図する位置にレーザー光を照射し、スクリーンの背後あるいは表示画面の表側にあるカメラによってレーザー光の像を検知することによって座標ないし座標の変化分を入力するというものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、これらのような光を用いた座標入力装置においては、以下のような課題がある。
【０００６】
まず、前記第１のタイプのものにおいては、指示具上のみに複数の発光素子を備える場合、光の相対強度を位置情報として用いることから、結果として得られる座標ないし座標の変化分の精度が不足する。
【０００７】
また、前記第２のタイプのものについては、レーザー光を用いるために危険性が皆無ではない。あるいは、画像処理を用いるのでコンピュータに対する負担が大きく、それ故に応答速度に問題がある。更には、カメラが必要であること自体も器材が増える等の点で問題である。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、比較的簡易且つ取扱上も安全であり、極めて迅速な応答速度で高精度に座標データを得ることを可能とする座標入力装置、座標入力方法、座標入力指示具を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、所定位置に固定配置されてなる固定部と、使用者が扱う指示具とを備え、前記指示具を上下左右に動かす、乃至所定の方向に傾けることにより、座標の変化分を示すデータを入力し、その結果を逐次積分することにより相対座標を求める入力装置であって前記指示具は、該指示具の上下左右の動き、回転の動きを検知するための第１の受光手段と、前記第１の受光手段で検知したデータを、第１の信号として固定部に送信する第１の送信手段を有し前記固定部は前記指示具から送信される信号を受信する第一の受信手段を具える。
【００１０】
本発明において、前記指示具上の前記第１の受光手段は、Ｘ方向Ｙ方向のラインセンサーの組み合わせであり、Ｘ方向のラインセンサーが指示具の左右方向の移動ないし左右方向の回転を検知するものでありＹ方向のラインセンサーが指示具の上下方向の移動ないし上下方向の回転を検知するものである、また別の方法としてエリアセンサーによる撮像結果から前記ラインセンサーと同等の波形を得て同等の取り扱いを行っても良い。
【００１１】
本発明は、これらＸ方向Ｙ方向のラインセンサーによって得られたデータ列もしくはエリアセンサーによる撮像結果から前記ラインセンサーと同等の波形抽出して得られたデータ列を解析することにより、前記上下方向の並進移動回転運動ないし左右方向の並進移動回転運動を取り込み、これを所定の条件で積分することにより相対座標を計算し、前記相対座標の計算結果ないし前記、並進移動、回転運動のデータをホストコンピュータ、電子会議システム、映像表示システム、ゲーム機などに送信、出力するものである。
【００１２】
（先願との差異）
先願発明（１）特願２００１−３８８６２未登録（  ４１６１０１５  合体前提案番号  ）、ＵＳ  ＣＦＭ２２１６（未登録）
先願発明（２）ＩＰシリアルＮＯ  １６４５７５８、１６４７２７７
本発明は、同一発明者の先発明（１）、特願２００１−３８８６２の第１の形態ないしＣＦＭ２２１６（参考  提案番号４１６１０１５  ）における座標の演算方法に関して
新規演算方法を提案するものである。
【００１３】
また、本発明の演算方法によって先発明（１）とは異なる構成が可能となるので該構成についても提案する。
【００１４】
本発明の関連発明として同一発明者の先発明（２）もある。
【００１５】
以下、本発明が前記同一発明者の先行発明（１）（２）と異なる点を説明するまず（１）と異なる点は以下の点である。
【００１６】
前記先行発明（１）においては、第１の受光手段は入射する光の方向を検知する際に、撮像面上に光源の像に相当するスポットを結像させ、そのピーク乃至重心位置によってスポットの結像位置を検出している。
【００１７】
これに対し、本発明では、スポットを形成することは必要でなく、撮像面には任意の像を結像させ、その像の移動量すなわち動きを検出するようにしている。
【００１８】
従って、先発明（１）では、スポットを結像させるために所定の点光源を必ず必要としたのに対し本発明では、所定の点光源の無い構成を実現することが可能であり、本発明では４種類の構成について提案している。
【００１９】
また、本発明が先行発明（２）と異なる点は以下のものである
先行発明（２）では第１の受光素子に相当するものとして、エリアセンサーを想定している。
【００２０】
本発明では、センサーより取り込むデータ量の巨大化、演算量の巨大化をふせぐためにＸ方向Ｙ方向のラインセンサーを用いている、さらに、本発明では該ラインセンサーとして比較的画素数の少ないものを想定し、該画素数の少ないラインセンサーを使っても精度の高い動き検知を行うことができるというのが本発明の特徴の一つである。
【００２１】
本発明では、任意の像に対し、結像位置の動き、すなわち任意の像による波形の動きを求める。すなわち、順次取り込まれる波形データを、一順番前の波形データと比較参照して、波形の移動量を逐次求めている。
【００２２】
本発明では、比較的画素数の少ないラインセンサーで、前記波形の動き検出を十分な精度で行っている。
【００２３】
本発明では、順次取り込まれる波形データに対し所定の仮の移動量を代入値として代入しつつ、一順番前の波形データとのあいだで最も相関性のある前記代入値を選択することにより、前記、移動量を逐次求めている。
【００２４】
さらに前記、最も相関性のある前記代入値を選択する工程において波形を構成するデータ列の間を補完して比較参照することにより、本来の画素ピッチより細かい分解能で、最も相関性のある前記代入値を選択、すなわち移動量の算出を実現している。
【００２５】
このように、本発明においては、データ量を小さくするために画素数の少ないラインセンサーを用い、かつ、前記手段のようなマッチングを行うことにより、少ない画素数においても十分な分解能で移動量を検出している。
【００２６】
（四種類の形態）
本発明は移動量演算のアルゴリズム乃至、相対座標演算のアルゴリズムの提案と同時に次の４種類の構成を提案するものである第１の構成においては指示具は主として前記ＸＹ方向のラインセンサーからなる第一の受光手段と前記第１の受光手段で検出した指示具の動きを固定部に送信するための第１の送信手段からなる、第１の構成においては固定部は主として指示具からの第１の信号を受信する第一の受信手段からなる、第１の構成においては、固定側は特に投光手段をもたず、指示具上の第１の受光手段は、任意の可視光乃至赤外光を受光することにより指示具の相対的な動きを検出する。
【００２７】
第二の構成においては指示具は主として前記ＸＹ方向のラインセンサーであるところの第１の受光手段と入射光の時系列情報を検知する第二の受光手段と前記第１の受光手段で検出した指示具の動きを固定部に送信するための第１の送信手段からなる、第二の構成においては固定部は主として指示具からの第１の信号を受信する第一の受信手段と固定部の存在方向を指示具に知らしめるための第１の赤外光を、発光するための第１の発光手段とからなる。
【００２８】
第二の構成においては、指示具上の第一の受光手段と第二の受光手段が、固定側から発光された第１の赤外光を受光することにより指示具の相対的な動きを検出する。
【００２９】
第三の構成においては指示具は主として、第二の発光手段と、前記ＸＹ方向のラインセンサーであるところの第１の受光手段と前記第１の受光手段で検出した指示具の動きを固定部に送信するための第１の送信手段からなる、第三の構成においては固定部は主として指示具からの第１の信号を受信する受信手段からなる、第三の構成においては、固定側は特に投光手段をもたず、指示具上の第１の受光手段は、指示具上の第二の発光手段が投光した光の反射光を受光することにより指示具の相対的動きを検出する。
【００３０】
第四の構成においては指示具は主として、第二の発光手段と、前記Ｘ方向Ｙ方向のラインセンサーであるところの第１の受光手段とで構成され、第四の構成においては固定部は主として指示具からの第１の信号を受信する受信手段からなる、第四の構成においては、固定側は特に投光手段をもたず、指示具上の第１の受光手段は、指示具上の第二の発光手段が投光した光の反射光を受光することにより指示具の相対的な動きを検出する、さらに第二の発光手段によって投光される光を送信手段として兼用し、前記第１の受光手段で検出した指示具の相対的な動きの結果を固定部に送信する。
【００３１】
以上、第一から第四の構成の全てにおいてエリアセンサーによる撮像結果から前記ラインセンサーと同等の波形を得て同等の取扱をすることも可能である。
【００３２】
（操作、座標系、座標のもとめ方）
本発明は本体部より所定の距離離れた場所において、使用者が指示具を適宜動かすことにより、座標の変化分を入力し、この値を所定の基準設定位置を基準として積分することにより座標を乃至座標の変化分を制御対象とするシステムに（コンピュータ、会議システム、映像表示装置、ゲーム機等）に入力するものである。
【００３３】
また、前記所定の基準設定とは、使用者が指示具を所定の空間的位置、所定の方向に向けた状態においてスイッチを押す等意思表示することにより、この状態において前記制御対象とするシステムに送る座標値を所定の値にリセットすることである。
【００３４】
それ以後、前記指示具を使用者が適宜動かす事により該動きに伴い、累積積分された座標値、乃至、累積積分する前の座標変化分が制御対象とするシステムにおくられる。
【００３５】
ここで前記、所定の基準設定として最も自然な例としては、指示具を前記対象とするシステムの表示装置の正面の位置としかつ該表示装置の方向に指示具を向けた状態で基準設定を行い、また前記基準座標値としてゼロを設定することである。
【００３６】
（座標系の定義）
ここで説明のために、指示具の動きに関する座標系の定義を行う。
【００３７】
図４に示すように、基準設定したときの正面の方向（指示具前方の方向）をＺ、上下方向をＹ、左右方向をＸとする。
【００３８】
この座標系は再度基準設定するまで、空間に固定される。
【００３９】
次に図５に示すように指示具上に固定された座標系ａ、ｂ、ｃを定義する。これにより指示具の軸回転される。
【００４０】
図３にラインセンサー上の結像位置、円筒型レンズ、発光源、の位置関係を示す。
【００４１】
（並進運動と回転運動の合成）
本発明においては、使用者は本体側乃至撮像対象からＺの距離はなれた位置において指示具をおよそ２次元的に動かす事を想定している。
【００４２】
また、この際、実際にはＸＹ方向の並進運動と、（θａ、θｂ）で表わされる回転運動を合成したような操作をすることを想定している。
【００４３】
図６をもとに、Ｙ方向を例に、説明する、一般に多い例として、例えば図６中Ａの状態で基準設定した後、ＡからＢのように操作してポインティングなどの操作をすることが考えられる。
【００４４】
このときＡ→ＢはＡ→Ｃ１とＡ→Ｃ２との合成であると考えることができるすなわち、図６において指示具側からΘｙを求めることができればθａ＋θｙを求めることになりすなわち、Ａ→Ｃ１、Ａ→Ｃ２の動きの和を求めたことになる。
【００４５】
また、それぞれの時間変化量についても（１サンプルあたりの変化量についても）同じ関係があるといえる。
【００４６】
以下実際に式変形しみると（図３、図６を参照）
Ａｙ＝ｄ×ｔａｎ（Θｙ）＝ｄ×ｔａｎ（θａ＋θｙ）      ………式１
変化量においても同じ関係があるといえるので
ΔＡｙ＝ｄ×Δｔａｎ（θａ＋θｙ）≒ｄ×｛Δｔａｎ（θａ）＋（ΔＹ）／Ｚ｝
（Δは１サンプルあたりの変化量を意味する。）        ………式２
ここでｙ方向の動き量を  ｍｏｖｅ＿ｙ（単位は画素）  で表現すると
ｍｏｖｅ＿ｙ＝ΔＡｙ／ｐｉｔｃｈ＝（ｄ／ｐｉｔｃｈ）×｛Δｔａｎ（θａ）＋（ΔＹ）／Ｚ｝                                                    ………式３
すなわち、このｍｏｖｅ＿ｙ前記パターンマッチングにて求めることが使用者の操作、すなわち
Δｔａｎ（θａ）＋（ΔＹ）／Ｚ      ………式４
を求めることになるということである。
【００４７】
同様に  Ｘ方向においては下式の様に表現される
ｍｏｖｅ＿ｘ＝ΔＡｘ／ｐｉｔｃｈ＝（ｄ／ｐｉｔｃｈ）×｛Δｔａｎ（θａ）＋（ΔＺ）／Ｚ｝                                                    ………式５
ここで、式の内容より明らかなように距離Ｚに伴って並進運動による要因は相対的に小さくなる、すなわち、本発明の方式では、本体部ないし撮像対象からはなれるに伴い並進運動による寄与分が小さくなる。
【００４８】
一方、本発明において前記制御対象システムに送る座標値をＸ＿ｓｅｎｄ、Ｙ＿ｓｅｎｄとした場合、Ｘ＿ｓｅｎｄ、Ｙ＿ｓｅｎｄは下記の式に従って作成される。
【００４９】
Ｘ＿ｓｅｎｄ＝Ｘ＿ｓｅｎｄ＿０  ＋  Ｋ１×Σ（ｍｏｖｅ＿ｘ  ［ｊ］）………式７＿１
Ｙ＿ｓｅｎｄ＝Ｙ＿ｓｅｎｄ＿０  ＋  Ｋ２×Σ（ｍｏｖｅ＿ｙ  ［ｊ］）………式７＿２
ここでＸ＿ｓｅｎｄ＿０、Ｙ＿ｓｅｎｄ＿０は基準設定のとき設定される座標値ｊはサンプルの順番をあらわす。
【００５０】
Ｋ１、Ｋ２は累積積分して座標を求めるときの倍率でありアプリケーションによってさまざまな値に設定される。
【００５１】
例えば図６Ａの位置で本発明においては、前記基準点設定によって前記所定の基準設定とは、使用者が指示具を所定の空間的位置、所定の方向に向けた状態においてスイッチを押す等の意思表示することにより、この状態において前記制御対象とするシステムに送る座標値を所定の値にセットすることである。
【００５２】
ここで、スイッチと基準設定、乃至積分の関連に関して説明する。
【００５３】
本発明に置いては、指示具上にスイッチ群を備えている、該スイッチ群においては前記リセットを指し示すリセットスイッチ、ペンアクティブを指し示すペンアクティブスイッチ、ペンダウンを示すペンダウンスイッチの３者は最低限定義される。
【００５４】
また、その他必要に応じてモード指示用スイッチなども付加される。
【００５５】
リセットスイッチは前記、指示具が意図する基準位置を指し示している場合にその事をタイミングとして使用者が意思表示するスイッチであり、これが切り替わった瞬間に下式に示すように式７）＿１、２で定義される累積積分のリセット、すなわち基準設定が成される
Ｘ＿ｓｅｎｄ＝Ｘ＿ｓｅｎｄ＿０      ………式７＿３
Ｙ＿ｓｅｎｄ＝Ｙ＿ｓｅｎｄ＿０      ………式７＿４
ペンアクティブスイッチは、移動量計算の結果を有効とするか否かを表す論理信号である、該論理信号を「有効」とするとき、式７）＿１、式７）＿２の累積加算は実行され「無効」とするとき、同累積加算は実行されない。
【００５６】
すなわちペンアクティブスイッチを例えば押しつつ指示具を動かした場合、この操作を有効とし押すこと成しに指示具を動かした場合、この操作を無効とする、というような使い方が成される。
【００５７】
ペンダウンスイッチは、相対座標を演算した後、その位置に軌跡を描画を行うか否かを意思表示するスイッチである、従って、相対座標値を計算する上では直接的には関連しない。
【００５８】
多くの場合において、ペンアクテゥブスイッチとペンダウンスイッチは二段回スイッチで構成される。
【００５９】
（移動量の求め方）
次に、本発明における移動量の求め方を説明する。
【００６０】
先願発明（１）等においては、ＸＹラインセンサーで所定の光源からの像をとりこみ、撮像面上にスポットとして結像させ、その結像位置をすなわち図３のような光学系をＸＹ方向におき、図９のような波形を取得しそこから結像位置Ａｘ、Ａｙを求めると言うことを行っていた。
【００６１】
詳しくは、ピーク波形の最大値、乃至重心位置を計算することによりＡｘ、Ａｙを求めていた。
【００６２】
一方、本発明は、このピーク波形により結像位置を求めるという手法ではなく結像位置の相対的な動きをもとめ、これを積分することにより座標を計算すると言う手法である。
【００６３】
すなわち図１０に示すように、１サンプルごとの波形の動き、移動量ｍｏｖｅ＿ｘを次々と求め、これを積分することにより座標を求めるという方式である。（以下、ｍｏｖｅ＿ｘ［ｊ］、ｍｏｖｅ＿ｙ［ｊ］という表現はｍｏｖｅ＿ｘ、ｍｏｖｅ＿ｙであって時系列的にｊ番目のものを意味する）
また、本方式においては波形の特定の位置（例えばピーク部分）の動きを検知するのではなく、波形全体を１順番前のそれと比較して、波形全体の動きを算出するようにしている。
【００６４】
本発明ではこのような方式であるので、必ずしもピークの存在する波形を必要とはせず図１１に示すように、任意の形をした波形を用いて移動量の計算をすることができる。
【００６５】
従って、本発明においては点光源などの所定の光源を必要とはせず、一般的な可視光、すなわち指示具周辺の対象物の像による波形、ないし、指示具から赤外線を照射し、これが指示具周辺の対象物で反射するときの像による波形などを用いて、上記移動量の計算をすることができる。
【００６６】
本発明では、当該データ列を所定の画素単位ずつずらしてして、一順番前のデータ列と比較し、最も相関誤差の少ない場合のときのずらし量を、移動量として採用するというアルゴリズムを用いている。
【００６７】
さらに本発明では、上記のアルゴリズムを二段階行うようにしている、第一段階は粗計算、第二段階は精密計算である。
【００６８】
前記第一段階においては、データ列を１画素単位乃至、整数画素単位でずらしながら相関誤差を計算してゆき、もっとも相関誤差の小さいポイントを求めるこれにより、１画素単位の精度、乃至整数画素単位の精度の動き量検知を行う、第二段階においては、データ列を例えば画素の整数分の１の単位でずらしながら計算してゆきもっとも相関誤差の小さいポイントを求める
これにより１画素の整数分の１の精度で動き検知を行う。
【００６９】
ここで当該順番のデータ列ないし一順番前のデータ列はいずれも、要素番号が画素番号であり、かつピッチが１のデータ列である。
【００７０】
このため第二段階のように一画素の整数分の１の単位でずらしつつ相関比較するには、データ点列の間の部分のデータが不足である。
【００７１】
本発明では、前記点列の間のデータを直線近似ないしスプライン曲線近似によって、両側のデータないし、さらに隣のデータから推定して求めている。
【００７２】
このように当該データ列を例えば画素の整数分の１の単位でずらしつつ前記一順番前のデータ列と比較し、これらデータ列の相関が最も高い（最も誤差の少ない）場合のずらし量を、移動量と定義することにより、前記、画素の整数分の１の単位の精度での移動量をもとめることができる。
【００７３】
また、第二段階における、移動量の代入参照範囲は、第一段階ですでに判明している移動量の粗計算結果をもとに、前記結果に対しその前後数画素の範囲となる。
【００７４】
以上述べたように、本発明では、演算負荷を抑えるために、比較的画素数の少ないラインセンサーを採用し、この少ない画素数のデータ列に対して、画素単位で移動量計算するのでは、精度的に十分ではなく、このような理由で上記の、整数分の１の精度で移動量を求めるアルゴリズムが必要となるのである。
【００７５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した好適な諸実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００７６】
（実施例１）
図１は実施形態１の座標入力システムの外観を示す図である。また、図６は実施形態１の座標入力システムの基本構成を表す図であり、図１０はブロック図である。
【００７７】
第１の実施例は本発明で提案する４種類の発明形態の内の第１の発明形態である。
【００７８】
本実施例においては指示具は主として前記ＸＹ方向のラインセンサーであるところの第１の受光手段と前記第１の受光手段で検出した指示具の動きを固定部に送信するための第１の送信手段からなる、固定部は主として指示具からの第１の信号を受信する受信手段からなる。
【００７９】
本実施例においては、指示具上の第１の受光手段は、任意の外光（可視光乃至赤外光）を受光することにより指示具の動きを検出する、したがって固定側は特に投光手段は持たない。
【００８０】
以下、図１０をもとに，本実施例の説明を行う。
【００８１】
本実施例は指示具１０１と固定部１０２からなる、指示具１０１は主としてＸ方向Ｙ方向のラインセンサーからなる第一の受光手段と全体を制御するＣＰＵ（１０６＿１）と制御とデータのバス（１０６＿２）と該受光手段を制御する制御信号作成部（１０７）該受光素子からの信号をＡＤ変換し信号処理部（１０８）、メモリー（１０６＿３）ＣＰＵの制御にコマンドを与えるスイッチ（１０５）信号処理の結果を固定部に送信するための信号を作成する送信信号作成回路（１０９）該信号を固定部に送信する第一の送信手段（１１０）からなる。
【００８２】
固定部（１０２）は主として第一の受信手段（１１１）と信号処理部（１１２）と固定部を制御するＣＰＵ（１１３）、メモリー（１１４）からなる。
【００８３】
本実施例においては、ＸラインセンサーＹラインセンサーは外光を受光する、すなわち周辺に存在する対象物をＸ成分Ｙ成分に分けて撮像する。その結果前記ラインセンサーでえられる波形はたとえば図１１に示すようなｘ［ｉ］ないしｙ［ｉ］でしめされる。
【００８４】
信号処理部（１０８）は前記第一の受光素子からｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］を取り込みつつ、メモリー（１０６＿３）に毎回新規保存する。信号処理部（１０８）は１サンプルごとにｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］  を取り込みかつ一順番前に前記メモリーに保存したｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］をｐｒｅ＿ｘ［ｉ］、ｐｒｅ＿ｙ［ｉ］として読み出す。
【００８５】
信号処理部（１０８）は図１１に示すように、前記ｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］  と前記ｐｒｅ＿ｘ［ｉ］、ｐｒｅ＿ｙ［ｉ］を比較することにより、図１１に示すｍｏｖｅ＿ｘないしｍｏｖｅ＿ｙで示される移動量データを求める。これについては後に詳細に述べる。
【００８６】
指示具（１０１）においては前記移動量データとスイッチ１０５のデータを合成し所定の変調を加える事により固定部に送信する、前記移動量データとスイッチ１０５のデータの合成乃至変調は送信信号作成回路（１０９）で行われる、また実際の送信は、電磁波を用いて行われ、第一の送信手段（１１０）から送信信号（１３０）として固定部に送られる。
【００８７】
固定部においては、前記送信信号（１３０）を受信アンテナである第一の受信手段（１１１）によって受信しこれを信号処理部（１１２）におくる、信号処理部（１１２）においては、前記受信信号を復調し、かつ移動量データとスイッチデータとに分解する。
【００８８】
ＣＰＵ（１１３）は前記移動量データを積分することにより相対座標の計算を行う、また前記スイッチ信号をもとにその座標データの属性をもとめこれにより適切な座標値をもとめ付帯データをつけ、コンピュータ乃至画像機器ないしゲーム機（５０１）に送信する。
【００８９】
ここで付帯データとは、ペンダウンデータ、ペンアクティブデータ、座標値リセットデータ、座標値倍率の係数データ、ペンのモード情報などである。
【００９０】
＜移動量の求め方＞
指示上の信号処理部（１０８）においては、前記ｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］とｐｒｅ＿ｘ［ｉ］、ｐｒｅ＿ｙ［ｉ］を比較する事により前記ｍｏｖｅ＿ｘないしｍｏｖｅ＿ｙを求めている、以下、その手法について述べる。
【００９１】
まず、パラメータの定義を行う本実施例で用いるラインセンサーの有効画素数は６４である、従ってＸラインセンサーから出力されるデータ列は図１１に示すように
【外１】
2004185391.tif 000003
【００９２】
であらわされ、同様にＹラインセンサーも
【外２】
2004185391.tif 000004
【００９３】
であらわされる。
【００９４】
以下、表現を簡単にするために、これをｘ［ｉ＝  ０  →  ６３  ］……式１−２−１、ｙ［ｉ＝  ０  →  ６３  ］……式１−２−２と表現する。
【００９５】
また、一順番前のデータを同様にｐｒｅ＿ｘ［ｉ＝  ０  →  ６３  ］ないしｐｒｅ＿ｙ［ｉ＝  ０  →  ６３  ］と表現する。
【００９６】
また、前記ｐｒｅ＿ｘ［ｉ＝０→６３］の波形に対するｘ［ｉ＝０→６３］の波形の移動量をｍｏｖｅ＿ｘと表現する。
【００９７】
Ｙ方向に関しても同様にｍｏｖｅ＿ｙと表現する。
【００９８】
本実施例における計算上のパラメータの一覧を図２０に示す。
移動量の計算手順を図１４に示す。
【００９９】
図１４、前半は粗計算、図１４後半は精密計算であり、破線枠内の斜め字部分は配列の要素番号を代入する範囲、順番、ステップを示している。
【０１００】
本計算手法においては、まず、移動量の粗計算を行う。次に、粗計算の結果をもとに精密計算を行う。
【０１０１】
いずれの計算もまず、所定のずらし量ｍを設定し、該ずらし量に対してｘ［ｉ−ｍ］とｐｒｅ＿ｘ［ｉ］の参照領域における誤差の二乗総和が最小になるようなｍを求めるというものである。
【０１０２】
ここで、参照領域について説明する
参照領域はｐｒｅ＿ｘ［ｉ］のデータ存在領域０≦ｉ＜６４…式２−１の部分領域として
ａｒｅａ＿ｓｔａｒｔ≦ｉ＜ａｒｅａ＿ｅｎｄ……式２−２
（ただし０≦ａｒｅａ＿ｓｔａｒｔ＜ａｒｅａ＿ｅｎｄ＜６４、ａｒｅａ＿ｓｔａｒｔ、ａｒｅａ＿ｅｎｄは整数）
と定義され、この参照領域において
ｘ［ｉ−ｍ］とｐｒｅ＿ｘ［ｉ］の誤差の二乗総和が計算される。
【０１０３】
ここで、
前記参照領域がａｒｅａ＿ｓｔａｒｔ≦ｉ＜ａｒｅａ＿ｅｎｄ…式２−３のとき
ｘ側の対応参照領域はａｒｅａ＿ｓｔａｒｔ−ｍ  ≦  ｉ−ｍ  ＜  ａｒｅａ＿ｅｎｄ−ｍ……式２−４
となる、
また、ｘ［ｎ］のデータ存在領域はｐｒｅ＿ｘと同様に０≦ｎ＜６４（ｎは整数）……．式２−５
であるから、ａｒｅａ＿ｓｔａｒｔ、ａｒｅａ＿ｅｎｄは式２−４、２−５より
０≦ａｒｅａ＿ｓｔａｒｔ−ｍ  ≦  ｉ−ｍ  ＜  ａｒｅａ＿ｅｎｄ−ｍ＜６４  ……式２−６
を常に満足しなければならない。
【０１０４】
実際にｍはｍ＿ｍｉｎからｍ＿ｍａｘまでの範囲の値が代入されるので代入されるすべてのｍに対し式２−６が満足されるためには
ｍ＿ｍａｘ  ≦  ａｒｅａ＿ｓｔａｒｔ  ＜  ａｒｅａ＿ｅｎｄ  ＜  ６４＋ｍ＿ｍｉｎ      式２−７
を満足しなければならない。
【０１０５】
以上、具体的に本実施例においてはｍ＿ｍａｘ＝＋１６、ｍ＿ｍｉｎ＝−１６としている。これを式２−６に代入すると
ａｒｅａ＿ｓｔａｒｔ、ａｒｅａ＿ｅｎｄの制限範囲として
＋１６  ≦  ａｒｅａ＿ｓｔａｒｔ  ＜  ａｒｅａ＿ｅｎｄ  ＜  ４８
が得られ、これが参照領域の制限範囲となる。
【０１０６】
参照領域を制限範囲内で広く取ると精度、信頼度は向上するが計算時間が増大する参照領域を狭くとると、精度、信頼度は低下するが計算時間が小さくなる。
【０１０７】
以上、参照領域の説明である。
【０１０８】
粗計算においてはｍをｍｏｖｅ＿ｍｉｎからｍｏｖｅ＿ｍａｘまでの範囲でステップはｃｏａｒｓｅ＿ｓｔｅｐで代入して行くことにより前記、誤差の二乗総和を計算する、（実際に１６から＋１６までステップ１で代入して行く）またこのとき該、誤差の二乗総和を計算する範囲（すなわち波形参照範囲）はａｒｅａ＿ｓｔａｒｔからａｒｅａ＿ｅｎｄの範囲である（実際に本実施例では１６画素目から４８画素目の範囲である）このようにして求めた中で、誤差の二乗総和が最小になるｍの値を粗計算移動量（ｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅと称す）として求める。
【０１０９】
精密計算においてはｍの代入ステップを前記粗計算より細かくする。実際には粗計算のｎ倍の分解能を求める。またこれを表すパラメータとしてｎ倍分解能パラメータｈｄ＿ｎを定義する。
（本実施例ではｈｄ＿ｎ＝４を設定している、これはすなわち粗計算の４倍の分解能で移動量の代入計算を行うということである。）
精密計算においてはｍをｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ−ｗｉｄｔｈ＿ｆｉｎｅからｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅ＋ｗｉｄｔｈ＿ｆｉｎｅの範囲でステップはｆｉｎｅ＿ｓｔｅｐ＝１／ｈｄ＿ｎで代入する（実際に本実施例ではｍを粗計算の結果であるｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｓｅの±２の範囲で、かつステップは０．２５で代入する）
このようにしてｘ［ｉ＋ｍ］と  ｐｒｅ＿ｘ［ｉ］の参照領域における誤差の二乗総和が最小になるようなｍを求める。
【０１１０】
ここで問題になるのは、ｘ［ｉ＋ｍ］、ｐｒｅ＿ｘ［ｉ］とも整数１をピッチとした離散的なデータ列であり、該データ列の点列間にはデータは存在しない、このため本発明においては、図１４の式１４＿２のようにずらし量ｍステップ数ｋに応じて直線補間でもとめたｘ［ｉ］の点列間推定値ｅｘｐｅｃｔ［ｍ］［ｋ］を定義する精密計算においては式１４＿３で表す誤差の二乗総和が最小になるようなｍ，ｋの組み合わせを求め、該組み合わせに対し式１４＿４で示すｍｏｖｅ＿ｆｉｎｅを求める。
【０１１１】
本実施例においては、式１４＿２に示すようにｅｘｐｅｃｔ［ｍ］［ｋ］を求める手段として隣接二点間の直線補間を用いたが、さらに分解能を得るためには、スプライン曲線を使って二点間の点列間推定値を求めるの手段が有る。
【０１１２】
図１２にスプライン曲線によってｅｘｐｅｃｔ［ｍ］［ｋ］を求めた場合の波形と移動量を示す。図１２の場合粗計算ではｍｏｖｅ＿ｃｏａｒｅｓｅ＝１、精密計算ではｍｏｖｅ＿ｆｉｎｅ＝１．２５となる。
【０１１３】
以上のようにＸ軸方向、Ｙ軸方向においてｍｏｖｅ＿ｆｉｎｅを求めたものがそれぞれｍｏｖｅ＿ｘ、ｍｏｖｅ＿ｙである。
【０１１４】
ｍｏｖｅ＿ｘ、ｍｏｖｅ＿ｙは単位は［画素］であるが、数値は整数ではなく、有理数である。
【０１１５】
＜入力波形ｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］の帯域制限＞
ところで、本発明においては入力波形ｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］の帯域制限を行うとさらに良い、本発明において帯域制限を行わない場合のｘ［ｉ］波形が図１６帯域制限（ローパス特性）を行う場合のｘ［ｉ］波形が図１７である。
【０１１６】
本発明のような、波形全体の移動量を求める場合には、サンプリング空間周波数近傍の成分はあまり重要ではなく、むしろノイズに弱くなる、誤った答えに収束してしまう等の不安定要因が増すことになる、また点列間の推定を行う場合にもサンプリング空間周波数近傍の成分は弊害になる。
【０１１７】
このような事情を鑑み、本実施例では図３に示すように円筒型レンズの前に拡散板を置く、ないし図１８に示すようなＦＩＲローパスフィルターを指示具側信号処理部の前段に置くことにより図１７にような滑らかな波形を求め、これをもとに前述の移動量計算を行っている。
【０１１８】
具体的に、本実施例では前記、拡散板乃至ＦＩＲフィルターによりｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］のサンプリング空間周波数の１／４の信号成分において、対通過帯域比２０％のローパス特性を持たせている。
【０１１９】
本発明においては前記サンプリング空間周波数の１／４の信号成分において対通過帯域比５０％以下のローパス特性を提案している。
【０１２０】
（実施形態２）
図７は実施形態２の座標入力システムで使用する指示具と本体ユニットの構成を表す図であり、図１１はブロック図である。
【０１２１】
第２の実施例は本発明で提案する４種類の発明形態の内の第２の発明形態である本実施例においては指示具は、主として第１の受光手段（２０３、２０４）と第二の受光手段（２２０）、第１の送信手段（２１０）、からなる。
【０１２２】
固定部は主として、第一の受信手段と、単数乃至複数の第一の発光手段からなる。
【０１２３】
指示具において、第一の受光手段は、Ｘ方向、Ｙ方向のラインセンサーからなり固定部側から照射される赤外光の像をＸ成分Ｙ成分ごとに撮像することにより前記、固定部側の存在方向の変化を検知するというものである。
【０１２４】
指示具側第二の受光手段は、単一画素の受光素子で、固定部側から照射される赤外線の時系列情報を取得するものである。指示具側、第一の送信手段は、指示具上で計算された移動量のデータとスイッチデータを固定部側に送信するものである。
【０１２５】
固定部において、第一の受信手段は、指示具側から送信される信号を受信するためのものであり、第一の発光手段群は、単数乃至複数であり固定部側の存在位置の変化を指示具に知らしめるため、ないしタイミング情報を指示具に送るための赤外線発光素子である。
【０１２６】
以下、図１１をもとに，本実施例の説明を行う。
【０１２７】
本実施例は指示具２０１と固定部２０２からなる。
【０１２８】
指示具２０１は主としてＸ方向Ｙ方向のラインセンサーからなる第一の受光手段（２０３、２０４）と時系列情報を取り込む第二の受光手段（２２０）全体を制御するＣＰＵ（２０６＿１）と制御とデータのバス（２０６＿２）と該受光手段を制御する制御信号作成部（２０７）該受光素子からの信号をＡＤ変換し信号処理部（２０８）、メモリー（２０６＿３）ＣＰＵの制御にコマンドを与えるスイッチ（２０５）信号処理の結果を固定部に送信するための信号を作成する送信信号作成回路（２０９）該信号を固定部に送信する第一の送信手段（２１０）からなる。
【０１２９】
固定部（２０２）は主として第一の受信手段（２１１）と信号処理部（２１２）と点滅光を指示具に向けて発光する単数乃至複数の発光素子からなる第一の発光手段群（２１６）と該、点滅信号を作成する点滅信号作成回路（２１５）、固定部全体を制御するＣＰＵ（２１３）、メモリー（２１４）からなる。
【０１３０】
本実施例においては、ＸラインセンサーＹラインセンサーからなる第一の受光手段は固定側の第一の発光手段群から照射される赤外光１（２４０）をＸ成分Ｙ成分の像に分けて撮像する。その結果前記ラインセンサーでえられる波形は、固定側第一の発光手段群が単数の発光素子からなる場合は図１４に示すような波形であり、複数の発光素子からなる場合は図１１に示すような波形となる。（本発明においては、図１４のようなピーク型の波形を必要としているわけではなので、指示具側発光素子が単数か複数かは、必要な光強度によって決まる、以後、図１１のような波形を得られるものとして説明を行う。）
第二の受光手段（２０２）は前記赤外光１（２４０）を受光し、時系列情報を抽出する、信号処理部（２０８）は前記第一の受光素子からｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］を取り込みつつ、メモリー（２０６＿３）に毎回新規保存する。信号処理部（２０８）は１サンプルごとにｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］を取り込みかつ一順番前に前記メモリーに保存したｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］をｐｒｅ＿ｘ［ｉ］、ｐｒｅ＿ｙ［ｉ］として読み出す。
【０１３１】
信号処理部（２０８）は図１１に示すように、前記ｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］と前記ｐｒｅ＿ｘ［ｉ］、ｐｒｅ＿ｙ［ｉ］を比較することにより、図１１に示すｍｏｖｅ＿ｘないしｍｏｖｅ＿ｙで示される移動量データを求める。移動量の計算のしかたは第一の実施例と同様である。
【０１３２】
また、信号処理部（２０８）は第二の受光手段（２２０）で得られた時系列情報をもとに前記第一の受光手段を制御するタイミング信号、全体のモード情報などを抽出する。
【０１３３】
指示具（２０１）においては前記移動量データとスイッチ２０５のデータを合成し所定の変調を加える事により固定部に送信する、前記移動量データとスイッチ２０５のデータの合成乃至変調は送信信号作成回路（２０９）で行われる、また実際の送信は、電磁波を用いて行われ、第一の送信手段（２１０）から送信信号（２３０）として固定部に送られる。
【０１３４】
固定部においては前記第一の発光手段群（２１６）によって指示具に固定部との相対位置を知らしめ、かつ時系列情報を送信することにより、前記指示具上のすべての動作を促すとともに、その結果として指示具から送信された電磁波の信号（２３０）を受信アンテナである第一の受信手段（２１１）によって受信しこれを信号処理部（２１２）におくる、信号処理部（２１２）においては、前記受信信号を復調し、かつ移動量データとスイッチデータとに分解する。
【０１３５】
ＣＰＵ（２１３）は前記移動量データを積分することにより相対座標の計算を行う、また前記スイッチ信号をもとにその座標データの属性をもとめこれにより適切な座標値をもとめ付帯データをつけ、コンピュータ乃至画像機器ないしゲーム機（５０１）に送信する。
【０１３６】
ここで付帯データとは、ペンダウンデータ、ペンアクティブデータ、座標値リセットデータ、座標値倍率の係数データ、ペンのモード情報などである。
【０１３７】
（実施形態３）
図８は実施形態３の座標入力システムで使用する指示具と本体ユニットの構成を表す図であり、図１２はブロック図である。
【０１３８】
第３の実施例は本発明で提案する４種類の発明形態の内の第３の発明形態である。本実施例においては図８に示すように指示具は、主として第１の受光手段と第二の発光手段、第１の送信手段、からなる。
【０１３９】
固定部は主として、第一の受信手段からなる。
【０１４０】
指示具において、第二の発光手段は所定の範囲に赤外光を照射するための赤外線発光素子である。第一の受光手段はＸ方向Ｙ方向のラインセンサーで、前記第二の発光手段から照射された赤外光の反射像をＸ成分Ｙ成分ごとに撮像することにより前記、周辺物体の存在方向の変化を検知するというものである。
【０１４１】
指示具側、第一の送信手段は、指示具上で計算された移動量のデータとスイッチデータを固定部側に送信するものである、固定部において、第一の受信手段は、指示具側から送信される信号を受信するためのものである。
【０１４２】
以下、図１２をもとに，本実施例の説明を行う。
【０１４３】
本実施例は指示具３０１と固定部３０２からなる、指示具３０１は主として赤外光１（３５０）を照射する第二の赤外線発光手段（３２０）とＸ方向Ｙ方向のラインセンサーからなる第一の受光手段（３０３、３０４）と指示具全体を制御するＣＰＵ（３０６＿１）と制御とデータのバス（３０６＿２）と該受光手段を制御する制御信号作成部（３０７）該第一の受光手段からの信号をＡＤ変換し演算する信号処理部（３０８）、メモリー（３０６＿３）ＣＰＵの制御にコマンドを与えるスイッチ（３０５）信号処理の結果を固定部に送信するための信号を作成する送信信号作成回路（３０９）該信号を固定部に送信する第一の送信手段（３１０）からなる。
【０１４４】
固定部（３０２）は主として第一の受信手段（３１１）と信号処理部（３１２）と固定部全体を制御するＣＰＵ（３１３）、メモリー（３１４）からなる。
【０１４５】
本実施例においては、該赤外光１（３５０）を周辺の物体に照射しその反射光であるところの赤外光２（３４０）を、第一の受光手段で受光する。
【０１４６】
すなわち、例えば図１に示すような周辺物体（５０３）によって反射した赤外光２（３４０）の像を第一の受光手段であるＸ方向Ｙ方向のラインセンサーで、Ｘ成分Ｙ成分の像に分けて撮像することにより前記、周辺物体の相対的存在方向の変化を検知するというものである。
【０１４７】
信号処理部（３０８）は前記第一の受光素子からｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］を取り込みつつ、メモリー（３０６＿３）に毎回新規保存する。
【０１４８】
信号処理部（３０８）は１サンプルごとにｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］を取り込みかつ一順番前に前記メモリに保存したｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］をｐｒｅ＿ｘ［ｉ］、ｐｒｅ＿ｙ［ｉ］として読み出す。
【０１４９】
信号処理部（３０８）は図１１に示すように、前記ｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］  と前記ｐｒｅ＿ｘ［ｉ］、ｐｒｅ＿ｙ［ｉ］を比較することにより、図１１に示すｍｏｖｅ＿ｘないしｍｏｖｅ＿ｙで示される移動量データを求める。移動量の計算の仕方は第一の実施例と同様である。
【０１５０】
指示具（３０１）においては前記移動量データとスイッチ３０５のデータを合成し所定の変調を加える事により固定部に送信する、前記移動量データとスイッチ３０５のデータの合成乃至変調は送信信号作成回路（３０９）で行われる。
【０１５１】
また実際の送信は、電磁波を用いて行われ、第一の送信手段（３１０）から送信信号（３３０）として固定部に送られる。
【０１５２】
固定部においては指示具から送信された電磁波の信号（３３０）を受信アンテナである第一の受信手段（３１１）によって受信しこれを信号処理部（３１２）におくる、信号処理部（３１２）においては、前記受信信号を復調し、かつ移動量データとスイッチデータとに分解する。
【０１５３】
ＣＰＵ（３１３）は前記移動量データを積分することにより相対座標の計算を行う、また前記スイッチ信号をもとにその座標データの属性をもとめこれにより適切な座標値をもとめ付帯データをつけ、コンピュータ乃至画像機器ないしゲーム機（５０１）に送信する。
【０１５４】
ここで付帯データとは、ペンダウンデータ、ペンアクティブデータ、座標値リセットデータ、座標値倍率の係数データ、ペンのモード情報などである。
【０１５５】
（実施形態４）
図９は実施形態４の座標入力システムで使用する指示具と本体ユニットの構成を表す図であり、図１３はブロック図である。
【０１５６】
第４の実施例は本発明で提案する４種類の発明形態の内の第４の発明形態である。本実施例においては図９に示すように指示具は、主として第１の受光手段と第二の発光手段からなる。
【０１５７】
固定部は主として、第三の受信手段からなる。
【０１５８】
指示具において、第二の発光手段は所定の範囲に赤外光を照射するための赤外線発光素子である。第一の受光手段はＸ方向Ｙ方向のラインセンサーで、前記第二の発光手段から照射された赤外光の反射像をＸ成分Ｙ成分ごとに撮像することにより前記、周辺物体の存在方向の変化を検知するというものである。
【０１５９】
加えて、第二の発光手段は固定部への送信の役割も兼ねる、該第二の発光手段は該照射赤外光に対し、所定の変調を加える事により、該照射光に、移動量のデータとスイッチデータを重畳する。
【０１６０】
固定部において、第一の受信手段は、指示具側から送信される信号を受信するためのものである、すなわち、前記第二の発光手段による照射赤外光を捕らえることにより前記信号を受信することができる。
【０１６１】
以下、図１３をもとに，本実施例の説明を行う。
【０１６２】
本実施例は指示具４０１と固定部４０２からなる、指示具４０１は主として赤外光１（４５０）を照射する第二の赤外線発光手段（４２０）とＸ方向Ｙ方向のラインセンサーからなる第一の受光手段（４０３、４０４）と指示具全体を制御するＣＰＵ（４０６＿１）と制御とデータのバス（４０６＿２）と前記受光手段を制御する制御信号作成部（４０７）前記第一の受光手段からの信号をＡＤ変換し演算する信号処理部（４０８）、メモリー（４０６＿３）ＣＰＵの制御にコマンドを与えるスイッチ（４０５）、前記第二の発光素子から照射する赤外光に変調を加えデータを重畳する投光信号変調回路（４０９）からなる。
【０１６３】
固定部（４０２）は主として第３の受信手段（４１１）と信号処理部（４１２）と固定部全体を制御するＣＰＵ（４１３）、メモリー（４１４）からなる。
【０１６４】
本実施例においては、該  赤外光１（４５０）を周辺の物体に照射しその反射光であるところの赤外光２（５４０）を、第一の受光手段で受光する。
【０１６５】
すなわち、例えば図１に示すような周辺物体（５０３）によって反射した赤外光２（５４０）の像を第一の受光手段であるＸ方向Ｙ方向のラインセンサーで、Ｘ成分Ｙ成分の像に分けて撮像することにより前記、周辺物体の相対的存在方向の変化を検知するというものである。
【０１６６】
信号処理部（４０８）は前記第一の受光素子からｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］を取り込みつつ、メモリー（４０６＿３）に毎回新規保存する。
【０１６７】
信号処理部（４０８）は１サンプルごとにｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］を取り込みかつ一順番前に前記メモリーに保存したｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］をｐｒｅ＿ｘ［ｉ］、ｐｒｅ＿ｙ［ｉ］として読み出す。
【０１６８】
信号処理部（４０８）は図１１に示すように、前記ｘ［ｉ］、ｙ［ｉ］と前記ｐｒｅ＿ｘ［ｉ］、ｐｒｅ＿ｙ［ｉ］を比較することにより、図１１に示すｍｏｖｅ＿ｘないしｍｏｖｅ＿ｙで示される移動量データを求める。移動量の計算の仕方は第一の実施例と同様である。
【０１６９】
本実施例では、前記第二の発光素子によって照射される赤外光を撮像のための照明のみでなく送信手段としても用いる、すなわち投光信号変調回路（４０９）によって照射赤外光に所定の変調を施す事により、前記移動量データ乃至スイッチ（４０５）のデータを重畳させ固定部が受け取ることにより、該移動量データ乃至スイッチ（４０５）のデータの送信が成り立つ。
【０１７０】
固定部においては指示具から照射された前記席外光１（４５０）の一部を第三の受信手段（４１１）によって受信しこれを信号処理部（４１２）におくる、前記第三の受信手段は、赤外線を受光する受光素子である信号処理部（４１２）においては、前記受信信号を復調し、かつ移動量データとスイッチデータとに分解する。
【０１７１】
ＣＰＵ（４１３）は前記移動量データを積分することにより相対座標の計算を行う、また前記スイッチ信号をもとにその座標データの属性をもとめこれにより適切な座標値をもとめ付帯データをつけ、コンピュータ乃至画像機器ないしゲーム機（５０１）に送信する。
【０１７２】
ここで付帯データとは、ペンダウンデータ、ペンアクティブデータ、座標値リセットデータ、座標値倍率の係数データ、ペンのモード情報などである。
【０１７３】
（実施形態５）
本実施例は第１の受光素子としてエリアセンサーを用いた場合である。
【０１７４】
本実施例においては、図１５に示すようにまず、エリアセンサーにおける各画素で光電変換しこれによって得た電荷を、Ｘ方向、Ｙ方向に交互に転送しライン上のセルに電荷として加算してゆくような構造をなしているこのようにして得たライン状の電荷の列は、例えば実施例１〜４におけるＸ方向ラインセンサー、Ｙ方向ラインサーの出力と同じ意味合いとなり、以後の処理は第１〜４の実施例と同じである。
【０１７５】
本実施例のように第１の受光素子において、その選択の範囲としてラインセンサーのみでなくエリアセンサーまで広げることにより、より小型、より低コストの、よりバラエティーに富んだ入力装置が構成できる。
【０１７６】
【発明の効果】
このように、本発明においては、指示具に比較的画素数の少ないラインセンサーをＸＹ方向に用いる。
【０１７７】
エリアセンサーによる撮像結果から前記ラインセンサーと同等の波形を得ることにより比較的規模の小さい演算で、指示具の操作に伴う動きを検知することができ、かつ、前記、演算においては、一画素の整数分の１の精度で移動量計算を実行しかつこれを固定部に送り、所定の条件で積分することにより、適切な精度の相対座標値を制御対象とする、電子会議システム、画像表示システム、ゲーム機等に向けて十分高速に出力することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】第一の実施例外観図
【図２】ラインセンサー、レンズ、発光源の位置関係を表す図
【図３】ＸＹＺ方向の定義説明図
【図４】θａ，θｂの定義説明図
【図５】実施形態１の座標入力システムの基本構成を表す図
【図６】第一の実施例構成図
【図７】第二の実施例構成図
【図８】第三の実施例構成図
【図９】第四の実施例構成図
【図１０】第一の実施例ブロック図
【図１１】第二の実施例ブロック図
【図１２】第三の実施例ブロック図
【図１３】第四の実施例ブロック図
【図１４】Ｘ方向Ｙ方向ラインセンサーの出力波形（ピーク波形の場合）
【図１５】エリアセンサーの出力波形と移動量
【図１６】ラインセンサーの出力波形と移動量（帯域制限無しの場合）
【図１７】ラインセンサーの出力波形と移動量（帯域制限有りの場合）
【図１８】ＦＩＲローパスフィルター
【図１９】ラインセンサーの出力波形と移動量
【図２０】移動量計算におけるパラメータ一覧
【図２１】移動量計算のフローチャート
【図２２】第５の実施例におけるセンサー部の説明
【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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【図９】
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【図１０】
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【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】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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