(57)【要約】【課題】本発明は、指示平面上のカーソルの移動指示やストロークデータの入力用２次元座標領域等への入力を正確に行う超音波光座標入力装置を提供する。【解決手段】超音波光座標入力装置１は、スタイラスペン３で情報表示部２上の所定の位置が指示されると、スタイラスペン３が光信号と超音波信号に所定の信号を重畳させて送信し、受信ユニット４の光学ユニット１０で当該光信号を受信し、その超音波受信部３０で超音波信号を受信して、中央制御処理部５が、光学ユニット１０が所定の光信号を受信した光信号受信タイミングと当該光信号を受信した後に当該光信号に対応する超音波信号を超音波受信部３０が受信した超音波信号受信タイミングとの時間差情報と光学ユニット１０の受信した光信号の光強度分布を取得して、当該取得した時間差情報及び光強度分布情報からスタイラスペン３の指示座標位置を算出する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指示平面上の所定の位置が指示されると光信号と超音波信号を送信する信号送信手段を有する座標指示手段と、当該座標指示手段から送信される前記光信号を受信する光信号受信手段と前記超音波信号を受信する超音波信号受信手段とを有する受信手段と、当該受信手段の当該光信号受信手段の受信する光信号と当該超音波信号受信手段の受信する超音波信号に基づいて前記座標指示手段の指示する指示座標位置を検出する演算制御手段と、を備えた超音波光座標入力装置であって、前記座標指示手段は、前記信号送信手段から送信する前記光信号と前記超音波信号に所定の信号を重畳させる送信制御手段を有し、前記演算制御手段は、前記光信号受信手段が前記光信号の所定の信号を受信した光信号受信タイミングと当該光信号を受信した後に当該光信号に対応する前記超音波信号を前記超音波信号受信手段が受信した超音波信号受信タイミングとの時間差情報と前記光信号受信手段の受信した前記光信号の光強度分布を取得して、当該取得した時間差情報及び光強度分布情報から前記座標指示手段の指示座標位置を算出することを特徴とする超音波光座標入力装置。
【請求項２】
前記受信手段は、前記光信号受信手段として複数の受光素子を備えており、当該複数の受光素子は、少なくとも一方の受光素子の空間的な分解能が他方の受光素子の空間的な分解能よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の超音波光座標入力装置。
【請求項３】
前記受信手段は、前記光信号受信手段として複数の受光素子を備えており、前記演算制御手段は、当該複数の各受光素子の受信する前記光信号の受光強度を比較して、前記座標指示手段の指示座標位置を算出することを特徴とする請求項１記載の超音波光座標入力装置。
【請求項４】
前記受信手段は、前記光信号受信手段として規則的に配置された受光領域を有する複数のラインセンサを備えており、当該複数のラインセンサは、少なくとも一方のラインセンサの受光領域の配列が他のラインセンサの受光領域の配列と相対的に位置ズレして配置されていることを特徴とする請求項１記載の超音波光座標入力装置。
【請求項５】
前記座標指示手段は、所定の情報の選択操作を行う情報選択手段を備え、前記送信制御手段が、当該情報選択手段による情報選択操作内容を示す所定の操作情報信号を前記光信号または前記超音波信号に重畳させて送信し、前記光信号受信手段または前記超音波信号受信手段は、前記操作情報信号の重畳された前記光信号または前記超音波信号を受信して、当該受信した光信号または超音波信号から当該操作情報信号を抽出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波光座標入力装置。
【請求項６】
前記座標指示手段は、少なくとも１つ以上の識別情報を記憶する識別情報記憶手段と、当該識別情報記憶手段の記憶する前記識別情報のうち１つの識別情報を選択する選択手段と、を備え、前記送信制御手段が、前記識別情報の識別情報のうち当該選択手段で選択された識別情報を前記光信号または前記超音波信号に重畳させて送信し、前記光信号受信手段または前記超音波信号受信手段は、前記操作情報信号の重畳された前記光信号または前記超音波信号を受信して当該受信した光信号または超音波信号から当該識別情報を抽出し、前記演算制御手段は、当該識別情報に基づいて、前記座標指示手段を識別することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の超音波光座標入力装置。
【請求項７】
前記座標指示手段は、前記指示平面に直接情報を記録する筆記手段を備えていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の超音波光座標入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波光座標入力装置に関し、詳細には、紙面上への入力情報の取得、パーソナルコンピュータ、アミューズメント用入力装置、携帯端末等の画面上のカーソル等の移動指示やストロークデータの入力用の２次元座標領域等への入力を正確に行う超音波光座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平７−２８７６３２号公報
従来、光および超音波を検出して、指示座標位置を検出する座標入力装置としては、例えば、特許文献１に記載されている座標検出装置がある。
【０００３】
この座標検出装置は、図１７に示すように、コンピュータ２０１にキーボード２０２とレシーバ本体２０３が接続され、テーブル２０４上で操作される操作ペン２０５の２次元座標を検出して、コンピュータ２０１の画面上に描画したり、コマンド操作を可能としている。
【０００４】
レシーバ本体２０３は、超音波発振子２０６と光センサ２０７を備え、操作ペン２０５は、レシーバ本体２０３の超音波発振子２０６からの超音波を受信するマイクロフォン２０８、赤外線ＬＥＤ２０９及びスイッチ２１０を備えている。
【０００５】
この座標検出装置は、Ｘ−Ｙ平面に平行なテーブル２０４上で操作ペン２０５が移動されると、赤外線ＬＥＤ２０９から光センサ２０７に向かう照射光の光軸とＹ軸とのなす角度と光量分布の変化で角度を求める。また、レシーバ本体２０３側、例えば、コンピュータ２０１の電源がオンされていると、レシーバ本体２０３の超音波発振子２０６から超音波が出力され、この超音波を操作ペン２０５のマイクロフォン２０８が受信する。操作ペン２０５は、超音波をマイクロフォン２０８が受信しているとき、スイッチ２１０の操作がオンされていると、スイッチ信号に基づいてパルス幅を決定して、このパルス信号で赤外線ＬＥＤ２０９が発光して拡散光を照射する。赤外線ＬＥＤ２０９が発光して拡散光を照射すると、この赤外線をレシーバ本体２０３の２つの受光素子からなる光センサ２０７で受信して、光センサ２０７の２つの受光素子の受光量から操作ペン２０５の方向を検出し、超音波の送信タイミングから光の受光時間を検出して、超音波の伝搬速度と受光時間から距離を、さらに、受光方向から指示位置を算出することで、座標位置を測定する。
【０００６】
そして、この従来の座標検出装置は、レシーバ本体２０３、すなわち、コンピュータ２０１の電源がオンになっていると、操作ペン２０５が超音波を受信可能な範囲にあると、常に操作ペン２０５からの光信号が送信される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の座標検出装置にあっては、２つの受光量の演算値から方向を推定しているため、斜め方向からの入射時での光強度の非対称性により精度が悪化するとともに、超音波の多重反射による誤動作に対処する必要があり、回路等が複雑になって、大型で高価なものになるという問題があった。さらに、上記従来の座標検出装置にあっては、超音波を受信してから光照射の手順を実行しているため、指示部材の動きに対して、一定の遅れが生じ、追従性が悪いという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行う超音波光座標入力装置を提供することを目的としている。
【０００９】
具体的には、請求項１記載の発明は、座標指示手段で指示平面上の所定の位置が指示されると、座標指示手段がその信号送信手段から光信号と超音波信号を送信し、受信手段が、その光信号受信手段で当該座標指示手段から送信される光信号を受信し、その超音波信号受信手段で超音波信号を受信して、演算制御手段が、受信手段の光信号受信手段の受信する光信号と超音波信号受信手段の受信する超音波信号に基づいて座標指示手段の指示する指示座標位置を検出するに際して、座標指示手段が、その送信制御手段で、信号送信手段から送信する光信号と超音波信号に所定の信号を重畳させ、演算制御手段が、光信号受信手段が光信号の所定の信号を受信した光信号受信タイミングと当該光信号を受信した後に当該光信号に対応する超音波信号を超音波信号受信手段が受信した超音波信号受信タイミングとの時間差情報と光信号受信手段の受信した光信号の光強度分布を取得して、当該取得した時間差情報及び光強度分布情報から座標指示手段の指示座標位置を算出することにより、座標指示手段の送信する光信号と超音波信号に基づいて、座標指示手段の指示する指示座標位置を検出し、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行う超音波光座標入力装置を提供することを目的としている。
【００１０】
請求項２記載の発明は、受信手段を、光信号受信手段として複数の受光素子を備え、当該複数の受光素子が、少なくとも一方の受光素子の空間的な分解能が他方の受光素子の空間的な分解能よりも大きいものとすることにより、例えば、分解能の低い受光素子の受光結果に基づいて座標指示位置を大まかに求め、分解能の大きい受光素子の受光結果に基づいて正確な座標指示位置を求めて、応答速度を向上させ、高速度で、かつ、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行う超音波光座標入力装置を提供することを目的としている。
【００１１】
請求項３記載の発明は、受信手段を、光信号受信手段として複数の受光素子を備えたものとし、演算制御手段を、当該複数の各受光素子の受信する光信号の受光強度を比較して、座標指示手段の指示座標位置を算出するものとすることにより、例えば、座標指示手段を指示平面上に接触させた状態での位置指示操作や指示平面から離れた状態での位置指示操作等の操作者の座標指示動作を認識して指示座標位置を検出し、利用性が良好で、かつ、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行う超音波光座標入力装置を提供することを目的としている。
【００１２】
請求項４記載の発明は、受信手段を、前記光信号受信手段として規則的に配置された受光領域を有する複数のラインセンサを備え、当該複数のラインセンサが、少なくとも一方のラインセンサの受光領域の配列が他のラインセンサの受光領域の配列と相対的に位置ズレして配置されているものとすることにより、安価な光信号受信手段を用い、安価で、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行う超音波光座標入力装置を提供することを目的としている。
【００１３】
請求項５記載の発明は、座標指示手段を、所定の情報の選択操作を行う情報選択手段を備えたものとし、送信制御手段が、当該情報選択手段による情報選択操作内容を示す所定の操作情報信号を光信号または超音波信号に重畳させて送信し、光信号受信手段または超音波信号受信手段が、操作情報信号の重畳された光信号または超音波信号を受信して、当該受信した光信号または超音波信号から当該操作情報信号を抽出することにより、情報選択手段を使用した操作者による情報の選択操作を簡単に座標指示手段から受信手段に通知して、操作者の意図する指示状態を簡単に区別し、利用性がより一層良好で、かつ、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行う超音波光座標入力装置を提供することを目的としている。
【００１４】
請求項６記載の発明は、座標指示手段を、少なくとも１つ以上の識別情報を記憶する識別情報記憶手段と、当該識別情報記憶手段の記憶する識別情報のうち１つの識別情報を選択する選択手段と、を備えたものとし、送信制御手段が、識別情報の識別情報のうち当該選択手段で選択された識別情報を光信号または超音波信号に重畳させて送信し、光信号受信手段または超音波信号受信手段が、操作情報信号の重畳された光信号または超音波信号を受信して当該受信した光信号または超音波信号から当該識別情報を抽出し、演算制御手段が、当該識別情報に基づいて、座標指示手段を識別することにより、座標指示手段を個別に識別し、例えば、他に光信号を送信する機器がある環境や複数の座標指示手段を用いている場合にも個別に座標指示手段を認識し、利用性がより一層良好で、かつ、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行う超音波光座標入力装置を提供することを目的としている。
【００１５】
請求項７記載の発明は、座標指示手段を、指示平面に直接情報を記録する筆記手段を備えたものとすることにより、例えば、電子ボード等で筆記と同時に対応する筆記座標情報を取得し、筆記内容と筆記座標情報を有効に活用して、より一層利用性が良好で、かつ、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行う超音波光座標入力装置を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の超音波光座標入力装置は、指示平面上の所定の位置が指示されると光信号と超音波信号を送信する信号送信手段を有する座標指示手段と、当該座標指示手段から送信される前記光信号を受信する光信号受信手段と前記超音波信号を受信する超音波信号受信手段とを有する受信手段と、当該受信手段の当該光信号受信手段の受信する光信号と当該超音波信号受信手段の受信する超音波信号に基づいて前記座標指示手段の指示する指示座標位置を検出する演算制御手段と、を備えた超音波光座標入力装置であって、前記座標指示手段は、前記信号送信手段から送信する前記光信号と前記超音波信号に所定の信号を重畳させる送信制御手段を有し、前記演算制御手段は、前記光信号受信手段が前記光信号の所定の信号を受信した光信号受信タイミングと当該光信号を受信した後に当該光信号に対応する前記超音波信号を前記超音波信号受信手段が受信した超音波信号受信タイミングとの時間差情報と前記光信号受信手段の受信した前記光信号の光強度分布を取得して、当該取得した時間差情報及び光強度分布情報から前記座標指示手段の指示座標位置を算出することにより、上記目的を達成している。
【００１７】
上記構成によれば、座標指示手段で指示平面上の所定の位置が指示されると、座標指示手段がその信号送信手段から光信号と超音波信号を送信し、受信手段が、その光信号受信手段で当該座標指示手段から送信される光信号を受信し、その超音波信号受信手段で超音波信号を受信して、演算制御手段が、受信手段の光信号受信手段の受信する光信号と超音波信号受信手段の受信する超音波信号に基づいて座標指示手段の指示する指示座標位置を検出するに際して、座標指示手段が、その送信制御手段で、信号送信手段から送信する光信号と超音波信号に所定の信号を重畳させ、演算制御手段が、光信号受信手段が光信号の所定の信号を受信した光信号受信タイミングと当該光信号を受信した後に当該光信号に対応する超音波信号を超音波信号受信手段が受信した超音波信号受信タイミングとの時間差情報と光信号受信手段の受信した光信号の光強度分布を取得して、当該取得した時間差情報及び光強度分布情報から座標指示手段の指示座標位置を算出するので、座標指示手段の送信する光信号と超音波信号に基づいて、座標指示手段の指示する指示座標位置を検出することができ、追従性を向上させることができるとともに、高精度で安定した指示座標位置の検出動作を行うことができる。
【００１８】
この場合、例えば、請求項２に記載するように、前記受信手段は、前記光信号受信手段として複数の受光素子を備えており、当該複数の受光素子は、少なくとも一方の受光素子の空間的な分解能が他方の受光素子の空間的な分解能よりも大きいものであってもよい。
【００１９】
上記構成によれば、受信手段を、光信号受信手段として複数の受光素子を備え、当該複数の受光素子が、少なくとも一方の受光素子の空間的な分解能が他方の受光素子の空間的な分解能よりも大きいものとしているので、例えば、分解能の低い受光素子の受光結果に基づいて座標指示位置を大まかに求め、分解能の大きい受光素子の受光結果に基づいて正確な座標指示位置を求めて、応答速度を向上させることができ、処理速度を向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【００２０】
また、例えば、請求項３に記載するように、前記受信手段は、前記光信号受信手段として複数の受光素子を備えており、前記演算制御手段は、当該複数の各受光素子の受信する前記光信号の受光強度を比較して、前記座標指示手段の指示座標位置を算出するものであってもよい。
【００２１】
上記構成によれば、受信手段を、光信号受信手段として複数の受光素子を備えたものとし、演算制御手段を、当該複数の各受光素子の受信する光信号の受光強度を比較して、座標指示手段の指示座標位置を算出するものとしているので、例えば、座標指示手段を指示平面上に接触させた状態での位置指示操作や指示平面から離れた状態での位置指示操作等の操作者の座標指示動作を認識して指示座標位置を検出することができ、利用性を向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【００２２】
さらに、例えば、請求項４に記載するように、前記受信手段は、前記光信号受信手段として規則的に配置された受光領域を有する複数のラインセンサを備えており、当該複数のラインセンサは、少なくとも一方のラインセンサの受光領域の配列が他のラインセンサの受光領域の配列と相対的に位置ズレして配置されているものであってもよい。
【００２３】
上記構成によれば、受信手段を、前記光信号受信手段として規則的に配置された受光領域を有する複数のラインセンサを備え、当該複数のラインセンサが、少なくとも一方のラインセンサの受光領域の配列が他のラインセンサの受光領域の配列と相対的に位置ズレして配置されているものとしているので、安価な光信号受信手段を用いることができ、安価なものとすることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【００２４】
また、例えば、請求項５に記載するように、前記座標指示手段は、所定の情報の選択操作を行う情報選択手段を備え、前記送信制御手段が、当該情報選択手段による情報選択操作内容を示す所定の操作情報信号を前記光信号または前記超音波信号に重畳させて送信し、前記光信号受信手段または前記超音波信号受信手段は、前記操作情報信号の重畳された前記光信号または前記超音波信号を受信して、当該受信した光信号または超音波信号から当該操作情報信号を抽出するものであってもよい。
【００２５】
上記構成によれば、座標指示手段を、所定の情報の選択操作を行う情報選択手段を備えたものとし、送信制御手段が、当該情報選択手段による情報選択操作内容を示す所定の操作情報信号を光信号または超音波信号に重畳させて送信し、光信号受信手段または超音波信号受信手段が、操作情報信号の重畳された光信号または超音波信号を受信して、当該受信した光信号または超音波信号から当該操作情報信号を抽出するので、情報選択手段を使用した操作者による情報の選択操作を簡単に座標指示手段から受信手段に通知して、操作者の意図する指示状態を簡単に区別することができ、利用性をより一層向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【００２６】
さらに、例えば、請求項６に記載するように、前記座標指示手段は、少なくとも１つ以上の識別情報を記憶する識別情報記憶手段と、当該識別情報記憶手段の記憶する前記識別情報のうち１つの識別情報を選択する選択手段と、を備え、前記送信制御手段が、前記識別情報の識別情報のうち当該選択手段で選択された識別情報を前記光信号または前記超音波信号に重畳させて送信し、前記光信号受信手段または前記超音波信号受信手段は、前記操作情報信号の重畳された前記光信号または前記超音波信号を受信して当該受信した光信号または超音波信号から当該識別情報を抽出し、前記演算制御手段は、当該識別情報に基づいて、前記座標指示手段を識別するものであってもよい。
【００２７】
上記構成によれば、座標指示手段を、少なくとも１つ以上の識別情報を記憶する識別情報記憶手段と、当該識別情報記憶手段の記憶する識別情報のうち１つの識別情報を選択する選択手段と、を備えたものとし、送信制御手段が、識別情報の識別情報のうち当該選択手段で選択された識別情報を光信号または超音波信号に重畳させて送信し、光信号受信手段または超音波信号受信手段が、操作情報信号の重畳された光信号または超音波信号を受信して当該受信した光信号または超音波信号から当該識別情報を抽出し、演算制御手段が、当該識別情報に基づいて、座標指示手段を識別するので、座標指示手段を個別に識別し、例えば、他に光信号を送信する機器がある環境や複数の座標指示手段を用いている場合にも個別に座標指示手段を認識することができ、利用性をより一層向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【００２８】
また、例えば、請求項７に記載するように、前記座標指示手段は、前記指示平面に直接情報を記録する筆記手段を備えているものであってもよい。
【００２９】
上記構成によれば、座標指示手段を、指示平面に直接情報を記録する筆記手段を備えたものとしているので、例えば、電子ボード等で筆記と同時に対応する筆記座標情報を取得することができ、筆記内容と筆記座標情報を有効に活用して、より一層利用性を向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００３１】
図１〜図９は、本発明の超音波光座標入力装置の第１の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項１に対応するものである。
【００３２】
図１は、本発明の超音波光座標入力装置の第１の実施の形態を適用した超音波光座標入力装置１の操作者側から見た構成図であり、図１において、超音波光座標入力装置１は、情報表示部２、情報表示部２の表面上で操作者により操作される指示座標部材としての座標入力用のスタイラスペン３、スタイラスペン３を介して操作者と対向する所定位置に設定された受信ユニット４と中央制御処理部５を搭載する装置本体部６等を備えている。
【００３３】
情報表示部（指示平面）２は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）あるいはＣＲＴ（陰極線管：Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）等の情報表示を行うものであり、この情報表示部２に表示されるコマンド操作や情報表示部２の画面への描画等がスタイラスペン３で行われる。
【００３４】
受信ユニット（受信手段）４は、光学ユニット（光信号受信手段）１０と超音波受信部（超音波信号受信手段）３０を備えており、光学ユニット１０は、図２に示すように、円筒レンズ１１と受光部１２等を備えている。
【００３５】
円筒レンズ１１は、後述するように、スタイラスペン３から出射された赤外光を受光部１２に集光する。受光部１２は、例えば、一次元ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  ）イメージセンサが用いられており、円筒レンズ１１の焦点位置に、その画素配列がレンズ光軸に垂直な配置になる状態で配置されている。受光部１２は、入射される赤外光を光電変換して、受光信号を出力する。
【００３６】
装置本体部６は、その光学ユニット１０と超音波受信部３０が、図３に示すようにブロック構成されており、中央制御処理部５に接続されている。
【００３７】
光学ユニット１０は、上記受光部１２、増幅部１３、バンドパスフィルタ１４、検波部１５、判定器１６、復号部１７、同期部１８、カウンタ１９、Ａ／Ｄ変換器２０、画素値記憶部２１及び演算部２２等を備えており、超音波受信部３０は、超音波受信器３１、増幅器３２、バンドパスフィルタ３３、検波部３４及び判定部３５等を備えている。
【００３８】
そして、スタイラスペン（座標指示手段）３は、図４に示すように、ペン内部に、制御部（送信制御手段）４１、超音波送信部４２、光信号送信部４３を備えているとともに、その透明な部材で形成されている先端部、図５に示すように、中心軸付近の所定位置に少なくとも１つ以上の発光素子４４と当該発光素子４４よりもスタイラスペン３の先端側に拡散光学系４５が設けられており、当該発光素子４４の設けられている部分の外周面に、超音波振動子（図示略）を備えたスピーカ部４６が設けられている。また、スタイラスペン３には、スタイラスペン３のペン先が情報表示部２の表示画面に接触しているか否かを検出検出する感圧スイッチ４７が設けられており、スタイラスペン３は、図示しないバッテリで駆動される。上記超音波送信部４２、光信号送信部４３、発光素子４４、拡散光学系４５及びスピーカ部４６は、全体として信号送信手段として機能している。
【００３９】
スタイラスペン３は、情報表示部２の表示面で所望の座標が指示操作されると、感圧スイッチ４７が指示動作を検出して制御部４１に通知し、制御部４１が超音波送信部４２を介してスピーカ部４６を駆動して、超音波信号を所定の方向（本実施の形態の場合、全方位に拡散する方向）に送信する。また、制御部４１は、光信号送信部４３を介して発光素子４４を駆動して、光信号を所定の方向（本実施の形態の場合、全方位に拡散する方向）に送信する。この発光素子４４としては、例えば、赤外ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等が用いられており、発光素子４４は、光信号として赤外光信号を拡散光学系４５の方向に出射する。拡散光学系４５は、発光素子４４から出射された光信号を、図４及び図５に矢印で示すように、全方位に拡散させる。
【００４０】
そして、制御部４１は、光信号送信部４３の駆動する発光素子４４に出射させる光信号に、図６に示すように、搬送信号５０に所定の変調信号５１を重畳させて、光信号送信部４３に発光素子４４を駆動させることで、直接変調する。例えば、図６の場合、搬送信号５０に、「１」、「０」、「１」、「１」・・・等の変調信号５１を重畳させている。この場合に送信する信号のフレームは、図７に示すように、受信側である受信ユニット４の光学ユニット１０で同期を取るためのプリアンブル６１、プリアンブル６１に続く送信側であるスタイラスペン３に固有の識別信号に基づく識別情報（送信側ＩＤ）６２、識別情報６２に続くバッテリー情報等のデータ信号６３及びフレームの終了を知らせるリターンコード（ＣＲ）信号６４からなっている。
【００４１】
また、スタイラスペン３は、制御部４１の制御下で、識別信号送信のタイミングに同期して、所定の送信信号を重畳した超音波信号を、超音波送信部４２を介してスピーカ部４６から送信する。
【００４２】
さらに、スタイラスペン３は、座標指示動作中は、スタイラスペン３内のクロック信号に基づく所定の間隔で、定期的に上記光信号及び超音波信号を送信する。
【００４３】
上記受信ユニット４の光学ユニット１０は、その受光部１２として、上述のように、その画素配列がレンズ光軸に垂直な配置になる状態で配置されたＣＣＤが用いられており、円筒レンズ１１を通して結像されるスタイラスペン３からの光信号を各画素位置毎に光電変換して、受光信号を図３に示す増幅器１３に出力する。光学ユニット１０は、この受光信号を増幅器１３で増幅した後、バンドパスフィルタ１４でフィルタ処理して、検波部１５とＡ／Ｄ変換器２０に入力する。Ａ／Ｄ変換器２０は受光信号を量子化して、受光部１２の各画素上でのスポット光量を示す受光データとして画素値記憶部２１に記憶し、演算部２２が画素値記憶部２１に記憶されている受光部１２の各画素毎の受光データを比較して画素番号とともに一旦画素値記憶部２１に格納する。
【００４４】
一方、検波部１５は、バンドパスフィルタ１４でフィルタ処理された受光信号からベースバンド信号を抽出して判定器１６と同期部１８に出力し、判定器１６で判定しつつ同期部１８でカウンタ１９内のクロック信号を同期させる。光学ユニット１０は、同期が完了すると、復号部１７で受信信号を復調し、中央制御処理部５に出力する。
【００４５】
ここで、中央制御処理部（演算制御手段）５は、受信信号の識別信号の受信を検出すると、カウンタ１９のカウント値をリセットして、クロックのカウントを開始させる。
【００４６】
そして、上述のように、光学ユニット１０は、その円筒レンズ１１が、スタイラスペン３から出射された赤外光を受光部１２に集光し、受光部１２が、例えば、一次元ＣＣＤイメージセンサが、円筒レンズ１１の焦点位置に、その画素配列がレンズ光軸に垂直な配置になる状態で配置されていて、角度検出部として機能している。そして、角度検出部としての受光部１２が、入射される赤外光を光電変換して出力する受光信号を角度情報として出力し、光学ユニット１０は、この角度情報から角度検出を行う。
【００４７】
すなわち、上述のように、受光部１２の出力する受光信号を増幅器１３で増幅して、バンドパスフィルタ１４でフィルタ処理した受光信号が、Ａ／Ｄ変換器２０で量子化して、受光部１２の各画素上でのスポット光量を示す受光データを、スポット光分布７０（図２及び図８参照）として、画素値記憶部２１に記憶し、演算部２２が画素値記憶部２１に記憶されている受光部１２の各画素毎の受光データを比較して画素番号とともに一旦画素値記憶部２１に格納しているが、演算部２２は、演算部２２は、図８に各画素毎の受光強度を示すように、スタイラスペン３からの受光信号の最大受光値（図８では、７０ｄ）を判定した後、当該最大受光値を与えた画素とその近傍の複数の画素の受光データ（図８では、７０ａ〜７０ｆの６つの画素の受光データ）から受光強度分布に対する受光位置を変数とする受光強度分布曲線を近似計算（例えば、３次曲線による近時計算）を行って求め、当該受光強度分布曲線から最大受光強度を与える受光部１２での位置Ｐを算出する。
【００４８】
そして、演算部２２でスタイラスペン３による情報表示部２での指示点を算出するが、この指示点の算出においては、図９に示すように、情報表示部２の表示画面の直交する２辺をＸｄ軸及びＹｄ軸（以降、表示座表系という。）とし、受信ユニット４によるセンサー座標系でのスポット頂点位置Ｐ（ｘ’ｐ、−ｆ）（受光部１２のセンサ中央部をＹ軸上に仮定）と入射方位（方向ベクトル）Ｖ＝（Ｖｘ、Ｖｙ）成分とは直線ｔＶ（ｔは、任意の数、太字はベクトル）と平面ｙ＝−ｆとの交点の関係からＰ（ｘ’ｐ、−ｆ）に対し、次式の関係が成立する。
【００４９】
ｘ’ｐ／Ｖｘ＝−ｆ／Ｖ’ｙ・・・（１）
ここで、ｆは、円筒レンズ１１の焦点距離
演算部２２は、上記式（１）を使用して、入射方向ベクトルを算出する。
【００５０】
いま、指示座標位置Ｓ（＝超音波発生位置であるスピーカ部４６の位置）は、情報表示部２の表示平面上における位置座標であると見なすことができるため、求める指示座標位置Ｓは、スピーカ部４６の位置をＵとすると、位置Ｕ（センサ座標系での座標値、超音波光座標入力装置１の製造時に既知の位置）を中心とする半径Ｈの円周と直線ｔＶとの交点として求めることができる。
【００５１】
中央制御処理部５は、この関係から所定の変数ｔに関する二次方程式を解くことにより、その解として、位置Ｓの座標値を算出する。ただし、この二次方程式の解は、２点存在するが、受光部１２のセンサ前面が検出対象であることから、位置Ｓの座標値を一義的に求めることができる。
【００５２】
そして、中央制御処理部５は、装置本体部６と表示座標とは、既知の線形な関係（すなわち、相対位置が設計段階で既知な関係）であることから、対応する変換行列（この変換行列は、中央制御処理部５のメモリに予め記憶されている）による線形変換演算により、表示座標に変換し、求める表示座標系での指示位置Ｓｄを算出する。
【００５３】
一方、超音波受信部３０は、超音波受信器３１で、スタイラスペン３からの超音波信号を受信し、増幅器３２で増幅してバンドパスフィルタ３３でフィルタ処理を施した後、検波部６４でベースバンド信号を抽出した後、判定部３５でデジタル信号に復調して、中央制御処理部５に出力する。
【００５４】
中央制御処理部５は、超音波信号を受信を検出すると、超音波信号に重畳されている所定の送信信号を検出したときに、光学ユニット１０のカウンタ１９のカウント値ｎを取得し、超音波光座標入力装置１の設置されている環境温度時、例えば、室温時の音速をＶｓとすると、次式（２）の関係から超音波の伝搬距離Ｈを算出する。
【００５５】
Ｈ＝Ｖｓ×〔超音波信号の伝播時間〕・・・（２）
この場合、装置本体部６、少なくとも超音波受信部３０に温度センサを設けて、上記環境温度を監視し、当該温度センサの検出する環境温度から中央制御処理部５の内部メモリに予め記憶されている環境温度と音速のテーブルから音速Ｖｓを取得して、上記演算式から伝播速度Ｈを演算してもよい。
【００５６】
次に、本実施の形態の作用を説明する。本実施の形態の超音波光座標入力装置１は、情報表示部２の表示画面の所望の座標位置がスタイラスペン３で指示操作されると、感圧スイッチ４７が指示動作を検出して制御部４１に通知し、制御部４１が超音波送信部４２を介してスピーカ部４６を駆動して、超音波信号を全方位に拡散する方向に送信する。また、制御部４１は、光信号送信部４３を介して発光素子４４を駆動して、赤外光信号を全方位に拡散する方向に送信する。このとき、制御部４１は、光信号送信部４３の駆動する発光素子４４に出射させる光信号に、図６に示したように、搬送信号５０に所定の変調信号５１を重畳させて、発光素子４４を駆動することで、直接変調して、図７に示したように、プリアンブル６１、識別情報６２、データ信号６３及びリターンコード（ＣＲ）信号６４からなるフレーム構成の光信号を送信させる。また、スタイラスペン３は、制御部４１の制御下で、識別信号送信のタイミングに同期して、所定の送信信号を重畳した超音波信号を、超音波送信部４２を介してスピーカ部４６から送信する。さらに、スタイラスペン３は、座標指示動作中は、スタイラスペン３内のクロック信号に基づく所定の間隔で、定期的に上記光信号及び超音波信号を送信する。
【００５７】
そして、超音波光座標入力装置１は、スタイラスペン３からの光信号を受信ユニット４の光学ユニット１０が、円筒レンズ１１を通して受光部１２で受光して各画素位置毎に光電変換して、受光信号を増幅器１３に出力した後、バンドパスフィルタ１４でフィルタ処理して、検波部１５とＡ／Ｄ変換器２０に入力する。光学ユニット１０は、Ａ／Ｄ変換器２０で受光信号を量子化して、受光部１２の各画素上でのスポット光量を示す受光データとして画素値記憶部２１に記憶し、演算部２２が画素値記憶部２１に記憶されている受光部１２の各画素毎の受光データを比較して画素番号とともに一旦画素値記憶部２１に格納する。
【００５８】
検波部１５は、バンドパスフィルタ１４でフィルタ処理された受光信号からベースバンド信号を抽出して判定器１６と同期部１８に出力し、判定器１６で判定しつつ同期部１８でカウンタ１９内のクロック信号を同期させる。光学ユニット１０は、同期が完了すると、復号部１７で受信信号を復調し、中央制御処理部５に出力する。
【００５９】
ここで、中央制御処理部５は、受信信号の識別信号の受信を検出すると、カウンタ１９のカウント値をリセットして、クロックのカウントを開始させる。
【００６０】
一方、超音波受信部３０は、上記スタイラスペン３からの超音波信号の超音波受信器３１で受信し、増幅器３２で増幅してバンドパスフィルタ３３でフィルタ処理を施して、検波部６４でベースバンド信号を抽出した後、判定部３５でデジタル信号に復調し、中央制御処理部５に出力する。
【００６１】
中央制御処理部５は、超音波信号を受信を検出すると、超音波信号に重畳されている所定の送信信号を検出したときに、光学ユニット１０のカウンタ１９のカウント値ｎを取得し、超音波光座標入力装置１の設置されている環境温度時、例えば、室温時の音速をＶｓとすると、上記式（２）の関係から超音波の伝搬距離Ｈを算出する。
【００６２】
そして、光学ユニット１０は、上記受光部１２の出力する受光信号を増幅器１３で増幅して、バンドパスフィルタ１４でフィルタ処理した受光信号を、Ａ／Ｄ変換器２０で量子化して、受光部１２の各画素上でのスポット光量を示す受光データを、スポット光分布７０として、画素値記憶部２１に記憶し、演算部２２が画素値記憶部２１に記憶されている受光部１２の各画素毎の受光データを比較して画素番号とともに一旦画素値記憶部２１に格納しているが、演算部２２は、図８に各画素毎の受光強度を示すように、スタイラスペン３からの受光信号の最大受光値を判定した後、当該最大受光値を与えた画素とその近傍の複数の画素の受光データから受光強度分布に対する受光位置を変数とする受光強度分布曲線を近似計算を行って求め、当該受光強度分布曲線から最大受光強度を与える受光部１２での位置Ｐを算出する。
【００６３】
そして、演算部２２は、上記式（１）を使用して、入射方向ベクトルを算出するが、上述のように、指示座標位置Ｓは、情報表示部２の表示平面上における位置座標であると見なすことができるため、求める指示座標位置Ｓは、スピーカ部４６の位置をＵとすると、位置Ｕを中心とする半径Ｈの円周と直線ｔＶとの交点として求めることができる。
【００６４】
中央制御処理部５は、この関係から所定の変数ｔに関する二次方程式を解くことにより、その解として、位置Ｓの座標値を算出する。ただし、この二次方程式の解は、２点存在するが、受光部１２のセンサ前面が検出対象であることから、位置Ｓの座標値を一義的に求めることができる。
【００６５】
このように、本実施の形態の超音波光座標入力装置１は、スタイラスペン３で情報表示部２上の所定の位置が指示されると、スタイラスペン３が超音波送信部４２と光信号送信部４３から光信号と超音波信号を送信し、受信ユニット４が、その光学ユニット１０でスタイラスペン３から送信される光信号を受信し、その超音波受信部３０で超音波信号を受信して、中央制御処理部５が、受信ユニット４の光学ユニット１０の受信する光信号と超音波受信部３０の受信する超音波信号に基づいてスタイラスペン３の指示する指示座標位置を検出するに際して、スタイラスペン３が、その制御部４１で、超音波送信部４２と光信号送信部４３から送信する光信号と超音波信号に所定の信号を重畳させ、中央制御処理部５が、光学ユニット１０が光信号の所定の信号を受信した光信号受信タイミングと当該光信号を受信した後に当該光信号に対応する超音波信号を超音波受信部３０が受信した超音波信号受信タイミングとの時間差情報と光学ユニット１０の受信した光信号の光強度分布を取得して、当該取得した時間差情報及び光強度分布情報からスタイラスペン３の指示座標位置を算出している。
【００６６】
したがって、スタイラスペン３の送信する光信号と超音波信号に基づいて、スタイラスペン３の指示する指示座標位置を検出することができ、追従性を向上させることができるとともに、高精度で安定した指示座標位置の検出動作を行うことができる。
【００６７】
また、上記変換行列においては、例えば、情報表示部２の表示画面が液晶画面等の場合には、システム側が表示座標上既知の位置に複数（少なくとも異なる位置に３点）のマーカを順次表示し、表示されたマーカを個別に指示することにより、検出されるセンサ座標系上の指示座標との上記表示座標位置との対応関係から、上記変換行列要素を再計算することができ、この補正処理を行うことで、装置本体部６の位置変化に柔軟に対応することができる。
【００６８】
図１０及び図１１は、本発明の超音波光座標入力装置の第２の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は請求項２に対応するものである。
【００６９】
なお、本実施の形態は、上記第１の実施の形態の超音波光座標入力装置１と同様の超音波光座標入力措置に適用したものであり、本実施の形態の説明においては、上記第１の実施の形態の超音波光座標入力装置１と同様の構成部分には、同一の符号を付して説明するとともに、図示しない部分についても、必要に応じて、第１の実施の形態の説明で用いた符号をそのまま用いて説明する。
【００７０】
図１０は、本発明の超音波光座標入力装置の第２の実施の形態を適用した超音波光座標入力装置１の受信ユニット４の光学ユニット８０の要部斜視図である。
【００７１】
本実施の形態の光学ユニット８０は、第１の実施の形態の光学ユニット１０と同様に、円筒レンズ１１と高分解能の受光部１２を備えているとともに、受光部１２と同一平面上に受光部１２と平行に低分解能の受光部８１が配設されており、受光部８１としては、低分解能のイメージセンサまたは受光素子アレイが用いられている。受光部８１は、３個の受光素子８２、８３、８４が直線上に配設されており、各受光素子８２、８３、８４には、円筒レンズ１１に入射されるスタイラスペン３からの赤外線の入射角度に応じて、円筒レンズ１１に入射された赤外線が集光される。
【００７２】
本実施の形態の超音波光座標入力装置１は、スタイラスペン３からの赤外線が、光学ユニット８０の円筒レンズ１１を通して、受光部１２に入射されるとともに、受光部８１の各受光素子８２、８３、８４にも入射され、受光部８１の各受光素子８２、８３、８４に入射された赤外光に基づいて、図８に示した最大値の大まかな位置を求めて、受光部１２に入射された赤外光に基づいて、当該大まかに求めた位置付近での最大値を正確に検出することで、処理速度を向上させている。
【００７３】
すなわち、一般的に、高精度に光信号の方向を検出しようとすると、受光部１２に用いているような高分解能、すなわち、高画素のイメージセンサを用いることになるが、受光部１２として高分解能のイメージセンサを用いると、各画素の受光強度データをスキャンニングするのに要する時間が長くなる。
【００７４】
そこで、本実施の形態の超音波光座標入力装置１は、その受光ユニット８０に、高分解能の受光部１２に対して平行に、複数の低分解能の受光素子８２、８３、８４からなる受光部８１を併設し、図１１に示すように、低分解能の受光部８１の各受光素子８２、８３、８４の受光データ８２ａ、８３ａ、８４ａから対応するスポット近傍の画素値が含まれる画素データ群を判定して、この画素データのみを比較して、曲線近時及びスポット頂点位置の算出を行う。
【００７５】
例えば、図１１では、受光データ８３ａを受光した受光素子８３に対応する位置の受光部１２の画素データのみを比較し、スポット頂点位置の算出を行う。
【００７６】
このように、本実施の形態の超音波光座標入力装置１は、受信ユニット１０の光学ユニット８０として、複数の受光素子１２、８２〜８４を備え、当該複数の受光素子１２、８２〜８４が、少なくとも一方の受光素子８２〜８４の空間的な分解能が他方の受光素子１２の空間的な分解能よりも大きいものとしている。
【００７７】
したがって、例えば、分解能の低い受光素子８２〜８４の受光結果に基づいて座標指示位置を大まかに求め、分解能の大きい受光素子１２の受光結果に基づいて正確な座標指示位置を求めて、応答速度を向上させることができ、スキャニング時間を短縮して、処理速度を向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【００７８】
図１２〜図１４は、本発明の超音波光座標入力装置の第３の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請求項３及び請求項４に対応するものである。
【００７９】
なお、本実施の形態は、上記第１の実施の形態の超音波光座標入力装置１と同様の超音波光座標入力措置に適用したものであり、本実施の形態の説明においては、上記第１の実施の形態の超音波光座標入力装置１と同様の構成部分には、同一の符号を付して説明するとともに、図示しない部分についても、必要に応じて、第１の実施の形態の説明で用いた符号をそのまま用いて説明する。
【００８０】
図１２は、本発明の超音波光座標入力装置の第３の実施の形態を適用した超音波光座標入力装置１の受信ユニット４の光学ユニット９０の要部斜視図である。
【００８１】
本実施の形態の光学ユニット９０は、第１の実施の形態の光学ユニット１０と同様に、円筒レンズ１１と受光部１２を備えているとともに、受光部１２と同一平面上に受光部１２と平行に、かつ、上段に受光部９１が配設されており、受光部９１としては、受光部１２と同様の高分解能のイメージセンサまたは受光素子アレイが用いられている。受光部１２及び受光部９１には、それぞれ円筒レンズ１１に入射されるスタイラスペン３からの赤外線の入射角度に応じて、円筒レンズ１１に入射された赤外線が集光される。
【００８２】
本実施の形態の超音波光座標入力装置１は、スタイラスペン３からの赤外線が、光学ユニット９０の円筒レンズ１１を通して、受光部１２に入射されるとともに、受光部９１にも入射され、中央制御処理部５が、これら２つの受光部１２と受光部９１の受光光量を比較して、スタイラスペン３が空中にあるか否か判断して、空中での座標指示動作を可能としている。
【００８３】
すなわち、中央制御処理部５は、受光ユニット９０の上下段に別れて平行に配設されている２つの受信部１２と受光部９１の受光量を比較し、上段の受光部９１の受光光量が下段の受光部１２の受光光量よりも大きい場合には、スタイラスペン３が、図１２に実線で示すように、情報表示部２の指示面に接触していると判断して、通常の指示動作処理を行う。一方、中央制御処理部５は、下段の受光部１２の受光光量が上段の受光部９１の受光光量よりも大きい場合には、スタイラスペン３が、図１２に破線で示すように、情報表示部２の指示面から離れて空中にあると判断して、座標の指示のもを行う。
【００８４】
このように、本実施の形態の超音波光座標入力装置１は、受信ユニット４の光学ユニット１０として、複数の受光素子１２、９１を備えたものとし、中央制御処理部５を、当該複数の各受光素子１２、９１の受信する光信号の受光強度を比較して、スタイラスペン３の指示座標位置を算出するものとしている。
【００８５】
したがって、例えば、感圧スイッチ４７による指示画面への接触検知とは別に、受信ユニット４側でペン状態を検出して、スタイラスペン３を情報表示部２の指示平面上に接触させた状態での位置指示操作や指示平面から離れた状態での位置指示操作等の操作者の座標指示動作を認識して指示座標位置を検出することができ、利用性を向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【００８６】
具体的には、情報表示部２がＣＲＴ（陰極線管：Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）やＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）のようなディスプレイであって、当該情報表示部２上で目的のポイントを指示する際のポインタの動きを空中から捕捉することができ、視差や検出ずれ等に伴う誤動作を低減することができる。
【００８７】
なお、本実施の形態の場合、図１３に示すように、上下段の受光部１２、９１を、画素ピッチが半周期ずれるように配置すると、図１４に示すように、受光部１２の受光光量分布１２ａと受光部９１の受光光量分布９１ａが半周期ずれるため、双方の受光光量分布中の最大受光光量画像データからスポットピーク値を推定することができ、より一層高精度に入射角を算出することができる。その結果、安価なものとすることができるとともに、座標位置検出精度をより一層向上させることができる。
【００８８】
図１５は、本発明の超音波光座標入力装置の第４の実施の形態を適用したスタイラスペン１００の正面概略構成図であり、本実施の形態は、請求項５及び請求項６に対応するものである。
【００８９】
なお、本実施の形態は、上記第１の実施の形態の超音波光座標入力装置１と同様の超音波光座標入力装置に適用したものであり、本実施の形態の説明においては、必要に応じて上記第１の実施の形態で用いた符号をそのまま用いて説明する。
【００９０】
図１５において、スタイラスペン（座標指示手段）１００は、上記第１の実施の形態の超音波光座標入力装置１のスタイラスペン３と同様に、制御部４１、超音波送信部４２、光信号送信部４３、発光素子４４、拡散光学系４５、スピーカ部４６及び感圧スイッチ４７を備えているとともに、切り返しスイッチ１０１、記憶部１０２、ボタン１０３及び検出部１０４を備えている。
【００９１】
記憶部（識別情報記憶手段）１０２は、予め識別情報を複数記憶しており、切り返しスイッチ（選択手段）１０１は、記憶部１０２の記憶している複数の識別情報の一つをスイッチ位置で選択する。記憶部１０２は、切り返しスイッチ１０１で選択された識別情報を制御部４１に出力する。
【００９２】
ボタン（情報選択手段）１０３は、マウス上のクリックボタン等と同様の機能を有しており、オン／オフ操作されて、所定の情報の選択操作が行われる。
【００９３】
検出部１０４は、ボタン１０３のオン操作を検出してオン操作検出信号を制御部４１に出力する。
【００９４】
本実施の形態の超音波光座用入力装置１は、切り返しスイッチ１０１で記憶部１０２に記憶している識別情報の１つが選択されると、当該識別情報を制御部４１に出力し、ボタン１０３が押されたことを検出部１０４が検出して、検出部１０４からオン操作検出信号が制御部４１に入力されると、制御部４１は、光信号送信部４３に、ボタン１０３がオン操作されている際の所定の情報信号を光信号の変調信号の識別情報（送信側ＩＤ）６２の次のデータ信号６３に挿入させて送信させる。
【００９５】
そして、上記受信ユニット４の光学ユニット１０は、この光信号の変調信号のデータ信号６３に挿入されている情報信号からボタン１０３の操作の有無を検出し、この検出結果を中央制御処理部５に出力して、各種処理を行う。
【００９６】
したがって、例えば、光座標入力装置１をコンピュータ等に接続し、情報表示部２の表示画面上で、ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）操作等に必要なクリック動作（マウス操作での左右ボタンクリックやスクロール操作等のクリック動作等）をスタイラスペン１００のボタン１０３の操作で行うことで、マウスと同様のＧＵＩ操作環境を、情報表示部２の表示画面でスタイラスペン１００を操作することで実現することができる。
【００９７】
また、切り返しスイッチ１０１で選択された識別情報を光信号に挿入して送信するため、他に赤外線装置が存在しているような環境であっても、受信ユニット４で一義的に決まる識別信号によりスタイラスペン１００を認識して、誤動作することなく光信号を検出することができ、誤動作を防止することができるとともに、識別信号と座標位置とを対応付けることにより、複数のスタイラスペン１００をそれぞれ異なる識別情報を選択設定することで、複数のスタイラスペン１００を同時に操作することができる。
【００９８】
なお、上記説明では、識別情報やボタン１０３の操作を示す情報信号を光信号に含ませて送信しているが、超音波信号に含ませて送信してもよい。
【００９９】
このように、本実施の形態の超音波光座標入力装置１は、スタイラスペン１００を、所定の情報の選択操作を行うボタン１０３を備えたものとし、制御部４１が、ボタン１０３による情報選択操作内容を示す所定の操作情報信号を光信号または超音波信号に重畳させて送信し、光学ユニット１０または超音波超音波受信部３０が、操作情報信号の重畳された光信号または超音波信号を受信して、当該受信した光信号または超音波信号から当該操作情報信号を抽出している。
【０１００】
したがって、ボタン１０３を使用した操作者による情報の選択操作を簡単にスタイラスペン１００から受信ユニット４に通知して、操作者の意図する指示状態を簡単に区別することができ、利用性をより一層向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【０１０１】
また、本実施の形態の超音波光座標入力装置１は、スタイラスペン１００を、少なくとも１つ以上の識別情報を記憶する記憶部１０２と、記憶部１０２の記憶する識別情報のうち１つの識別情報を選択する切り返しスイッチ１０１と、を備えたものとし、制御部４１が、識別情報の識別情報のうち切り返しスイッチ１０１で選択された識別情報を光信号または超音波信号に重畳させて送信し、光学ユニット１０または超音波受信部３０が、操作情報信号の重畳された光信号または超音波信号を受信して当該受信した光信号または超音波信号から当該識別情報を抽出し、中央制御処理部５が、当該識別情報に基づいて、スタイラスペン１００を識別している。
【０１０２】
したがって、スタイラスペン１００を個別に識別し、例えば、他に光信号を送信する機器がある環境や複数のスタイラスペン１００を用いている場合にも個別にスタイラスペン１００を認識することができ、利用性をより一層向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【０１０３】
図１６は、本発明の超音波光座標入力装置の第５の実施の形態を適用したスタイラスペン１１０の正面概略構成図であり、本実施の形態は、請求項７に対応するものである。
【０１０４】
なお、本実施の形態は、上記第１の実施の形態の超音波光座標入力装置１と同様の超音波光座標入力装置に適用したものであり、また、上記第４の実施の形態のスタイラスペン１００と同様のスタイラスペンに適用したものであり、本実施の形態の説明においては、必要に応じて上記第１の実施の形態及び第４の実施の形態で用いた符号をそのまま用いて説明する。
【０１０５】
図１６において、スタイラスペン（座標指示手段）１１０は、上記第１の実施の形態の超音波光座標入力装置１のスタイラスペン３と同様に、制御部４１、超音波送信部４２、光信号送信部４３、発光素子４４、拡散光学系４５、スピーカ部４６及び感圧スイッチ４７を備え、第４の実施の形態のスタイラスペン１００と同様の切り返しスイッチ１０１、記憶部１０２、ボタン１０３及び検出部１０４を備えているとともに、先端中央部に筆記部材１１１が設けられている。
【０１０６】
筆記部材（筆記手段）１１１は、例えば、インクカートリッジ等が用いられ、情報表示部２が電子ボード等のように筆記可能な部材であるときに、当該情報表示部２の表示面に直接文字や図形等を筆記することができる。
【０１０７】
この筆記部材１１１の基端部に、スタイラスペン１１０のペン先が情報表示部２の表示画面に接触しているか否かを検出検出する感圧スイッチ４７が設けられており、筆記部材１１１の外周面は、拡散反射面に形成されている。この筆記部材１１１は、例えば、スタイラスペン１１０の先端部に円筒状の空洞を設けて、当該空洞内に挿入することでスタイラスペン１１０に搭載することができる。
【０１０８】
筆記部材１１１のスピーカ部４６よりも下方の位置には、筆記部材１１１の周囲を取り巻くように、複数の発光素子４４が配設されており、各発光素子４４は、制御部４１により各発光素子４４を駆動する光信号送信部４３が接続されている。したがって、各発光素子４４から出射された赤外光信号は、筆記部材１１１の外表面で反射されて、全方位に拡散される。
【０１０９】
したがって、本実施の形態の超音波光座標入力装置１は、例えば、光座標入力装置１をコンピュータ等に接続し、筆記部材１１１で直接筆記可能な電子ボード等の情報表示部２の表示画面上で、会議等で当該情報表示部２に書き込んだ文字や図形等の内容をデジタル情報として、取り込んで保管し、保管したデジタル情報を有効活用することができる。
【０１１０】
このように、本実施の形態の超音波光座標入力装置１は、スタイラスペン１１０を、情報表示部２の指示平面に直接情報を記録する筆記部材１１１を備えたものとしている。
【０１１１】
したがって、例えば、電子ボード等で筆記と同時に対応する筆記座標情報を取得することができ、筆記内容と筆記座標情報を有効に活用して、より一層利用性を向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【０１１２】
以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１１３】
例えば、上記各実施の形態においては、スタイラスペン３、９０、１００、１１０から送信する超音波信号に、上記フレーム構成で各信号（識別信号やデータ信号）を送信するようにしてもよい。
【０１１４】
超音波信号を送信する場合、発光素子４４が受光する受信ユニット４の光学ユニット１０からの赤外光の受光光量が一定量以上であるときにのみ、超音波信号を送信するようにしてもよい。この場合、上記光信号は、同期及びカウンタのセットのための信号のみを重畳した簡単なフレーム構成としてもよい。
【０１１５】
このようにすると、回路構成を簡単なものとすることができる。
【０１１６】
また、例えば、上前記受信ユニット４の受光部１２に、スタイラスペン３、９０、１００、１１０の発光素子４４の波長以外の光の入射を防止する光学フィルタを設けてもよい。
【０１１７】
このようにすると、外乱光等の光ノイズを低減することができ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【０１１８】
さらに、スタイラスペン３、９０、１００、１１０を識別するのに、上記各実施の形態では、スタイラスペン３、９０、１００、１１０に固有の識別信号に基づく識別情報（送信側ＩＤ）６２をスタイラスペン３、９０、１００、１１０から送信する光信号の変調信号に挿入しているが、所定の発振器による搬送波の周波数を切り換え、受信側で対応するバンドパスフィルタにより受信信号を検出することで識別するようにしてもよい。
【０１１９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の超音波光座標入力装置によれば、座標指示手段で指示平面上の所定の位置が指示されると、座標指示手段がその信号送信手段から光信号と超音波信号を送信し、受信手段が、その光信号受信手段で当該座標指示手段から送信される光信号を受信し、その超音波信号受信手段で超音波信号を受信して、演算制御手段が、受信手段の光信号受信手段の受信する光信号と超音波信号受信手段の受信する超音波信号に基づいて座標指示手段の指示する指示座標位置を検出するに際して、座標指示手段が、その送信制御手段で、信号送信手段から送信する光信号と超音波信号に所定の信号を重畳させ、演算制御手段が、光信号受信手段が光信号の所定の信号を受信した光信号受信タイミングと当該光信号を受信した後に当該光信号に対応する超音波信号を超音波信号受信手段が受信した超音波信号受信タイミングとの時間差情報と光信号受信手段の受信した光信号の光強度分布を取得して、当該取得した時間差情報及び光強度分布情報から座標指示手段の指示座標位置を算出するので、座標指示手段の送信する光信号と超音波信号に基づいて、座標指示手段の指示する指示座標位置を検出することができ、追従性を向上させることができるとともに、高精度で安定した指示座標位置の検出動作を行うことができる。
【０１２０】
請求項２記載の発明の超音波光座標入力装置によれば、受信手段を、光信号受信手段として複数の受光素子を備え、当該複数の受光素子が、少なくとも一方の受光素子の空間的な分解能が他方の受光素子の空間的な分解能よりも大きいものとしているので、例えば、分解能の低い受光素子の受光結果に基づいて座標指示位置を大まかに求め、分解能の大きい受光素子の受光結果に基づいて正確な座標指示位置を求めて、応答速度を向上させることができ、処理速度を向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【０１２１】
請求項３記載の発明の超音波光座標入力装置によれば、受信手段を、光信号受信手段として複数の受光素子を備えたものとし、演算制御手段を、当該複数の各受光素子の受信する光信号の受光強度を比較して、座標指示手段の指示座標位置を算出するものとしているので、例えば、座標指示手段を指示平面上に接触させた状態での位置指示操作や指示平面から離れた状態での位置指示操作等の操作者の座標指示動作を認識して指示座標位置を検出することができ、利用性を向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【０１２２】
請求項４記載の発明の超音波光座標入力装置によれば、受信手段を、前記光信号受信手段として規則的に配置された受光領域を有する複数のラインセンサを備え、当該複数のラインセンサが、少なくとも一方のラインセンサの受光領域の配列が他のラインセンサの受光領域の配列と相対的に位置ズレして配置されているものとしているので、安価な光信号受信手段を用いることができ、安価なものとすることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【０１２３】
請求項５記載の発明の超音波光座標入力装置によれば、座標指示手段を、所定の情報の選択操作を行う情報選択手段を備えたものとし、送信制御手段が、当該情報選択手段による情報選択操作内容を示す所定の操作情報信号を光信号または超音波信号に重畳させて送信し、光信号受信手段または超音波信号受信手段が、操作情報信号の重畳された光信号または超音波信号を受信して、当該受信した光信号または超音波信号から当該操作情報信号を抽出するので、情報選択手段を使用した操作者による情報の選択操作を簡単に座標指示手段から受信手段に通知して、操作者の意図する指示状態を簡単に区別することができ、利用性をより一層向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【０１２４】
請求項６記載の発明の超音波光座標入力装置によれば、座標指示手段を、少なくとも１つ以上の識別情報を記憶する識別情報記憶手段と、当該識別情報記憶手段の記憶する識別情報のうち１つの識別情報を選択する選択手段と、を備えたものとし、送信制御手段が、識別情報の識別情報のうち当該選択手段で選択された識別情報を光信号または超音波信号に重畳させて送信し、光信号受信手段または超音波信号受信手段が、操作情報信号の重畳された光信号または超音波信号を受信して当該受信した光信号または超音波信号から当該識別情報を抽出し、演算制御手段が、当該識別情報に基づいて、座標指示手段を識別するので、座標指示手段を個別に識別し、例えば、他に光信号を送信する機器がある環境や複数の座標指示手段を用いている場合にも個別に座標指示手段を認識することができ、利用性をより一層向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【０１２５】
請求項７記載の発明の超音波光座標入力装置によれば、座標指示手段を、指示平面に直接情報を記録する筆記手段を備えたものとしているので、例えば、電子ボード等で筆記と同時に対応する筆記座標情報を取得することができ、筆記内容と筆記座標情報を有効に活用して、より一層利用性を向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波光座標入力装置の第１の実施の形態を適用した超音波光座標入力装置の利用者側から見た構成図。
【図２】図１の光学ユニットの斜視図。
【図３】図１の装置本体部の回路ブロック構成図。
【図４】図１のスタイラスペンの正面概略構成図。
【図５】図４のスタイラスペンの先端部分の拡大構成図。
【図６】図４及び図５のスタイラスペンの送信する光信号の構成図。
【図７】図６の光信号の変調信号のフレーム構成の一例を示す図。
【図８】図３の受光ユニットの受光部が受光して演算部が各画素毎の受光強度の最大受光値から受光強度分布曲線を求める動作説明図。
【図９】図８の受光強度分布曲線に基づいてスタイラスペンの位置方向ベクトルの算出処理の説明図。
【図１０】本発明の超音波光座標入力装置の第２の実施の形態を適用した超音波光座標入力装置の光学ユニットの斜視図。
【図１１】図１０の低分解能の受光部の各受光素子の受光データから対応するスポット近傍の画素値が含まれる画素データ群を判定して曲線近時及びスポット頂点位置の算出を行う動作説明図。
【図１２】本発明の超音波光座標入力装置の第３の実施の形態を適用した超音波光座標入力装置の光学ユニットの斜視図。
【図１３】図１２の光学ユニットの他の例の斜視図。
【図１４】図１３の低分解能の受光部の各受光素子の受光データから対応するスポット近傍の画素値が含まれる画素データ群を判定して曲線近時及びスポット頂点位置の算出を行う動作説明図。
【図１５】本発明の超音波光座標入力装置の第４の実施の形態を適用した超音波光座標入力装置に用いられるスタイラスペンの正面概略構成図。
【図１６】本発明の超音波光座標入力装置の第５の実施の形態を適用した超音波光座標入力装置に用いられるスタイラスペンの正面概略構成図。
【図１７】従来の座標検出装置の斜視図。
【符号の説明】
１  超音波光座標入力装置
２  情報表示部
３  スタイラスペン
４  受信ユニット
５  中央制御処理部
６  装置本体部
１０  光学ユニット
１１  円筒レンズ
１２  受光部
１３  増幅部
１４  バンドパスフィルタ
１５  検波部
１６  判定器
１７  復号部
１８  同期部
１９  カウンタ
２０  Ａ／Ｄ変換器
２１  画素値記憶部
２２  演算部
３０  超音波受信部
３１  超音波受信器
３２  増幅器
３３  バンドパスフィルタ
３４  検波部
３５  判定部
４１  制御部
４２  超音波送信部
４３  光信号送信部
４４  発光素子
４５  拡散光学系
４６  スピーカ部
４７  感圧スイッチ
５０  搬送信号
５１  変調信号
６１  プリアンブル
６２  識別情報（送信側ＩＤ）
６３  データ信号
６４  リターンコード（ＣＲ）信号
７０  スポット光分布
７０ａ〜７０ｆ  受光データ
８０  光学ユニット
８１  受光部
８２、８３、８４  受光素子
８２ａ、８３ａ、８４ａ  受光データ
９０  光学ユニット
９１  受光部
９１ａ  受光光量分布
１００  スタイラスペン
１０１  切り返しスイッチ
１０２  記憶部
１０３  ボタン
１０４  検出部
１１０  スタイラスペン
１１１  筆記部材
【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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