【手続補正書】
【提出日】平成15年10月29日(2003.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】座標入力装置および情報入力装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】情報入力領域と、
前記情報入力領域上にある指示物体を検知する複数の指示物体検知手段と、
前記指示物体検知手段と前記指示物体とを結ぶ直線と、前記指示物体検知手段を結ぶ直線とがなす角度を、少なくとも２つの前記指示物体検知手段についてそれぞれ検出する角度検出手段と、
前記角度検出手段によって検出された角度と、角度検出に用いられた前記指示物体検知手段間の距離とに基づいて、指示物体が指示した点の２次元座標を算出する座標算出手段とを有してなり、
角度検出に用いられた前記指示物体検知手段と前記情報入力領域との間に、前記指示物体検知手段が前記指示物体による点の入力を受け付けない非入力領域を設けることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】前記非入力領域は、前記情報入力領域との境界線と角度検出に用いられた前記指示物体検知手段同士を通る直線との最短距離で表される所定の幅を有し、前記所定の幅は、角度検出に用いられた前記指示物体検知手段間の距離の０．０６倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
【請求項３】前記指示物体検知手段と非同一面上に前記非検出領域設けると共に、前記指示物体を検出するための信号を、前記非入力領域に平行で、かつ前記座標入力手段に向くように偏向する検出信号偏向手段をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の座標入力装置。
【請求項４】情報入力領域と、前記情報入力領域の略全域に光を照射する複数の発光手段と、前記発光手段から照射された光を、前記発光手段に向けて反射する反射部材と、前記反射部材で反射された光を受光できる位置に設けられた複数の受光手段とを有し、情報入力領域上において、前記発光手段が照射した光が前記受光手段に受光されることを妨げる光遮蔽部材の位置を座標として入力する座標入力装置であって、
前記発光手段と光遮蔽部材とを通る直線と、前記発光手段を通る直線とがなす角度を、少なくとも２つの前記発光手段についてそれぞれ検出する角度検出手段と、
前記角度検出手段によって検出された角度と、角度検出に用いられた前記発光手段間の距離とに基づいて、光遮蔽部材の位置を示す２次元座標を算出する座標算出手段とを有してなり、
角度検出に用いられた前記発光手段と前記情報入力領域との間に、前記光遮蔽部材による座標入力を受け付けない非入力領域を設けることを特徴とする座標入力装置。
【請求項５】前記非入力領域は、前記情報入力領域との境界線と角度検出に用いられた前記発光手段同士を通る直線との最短距離で表される所定の幅を有し、前記所定の幅は、角度検出に用いられた前記発光手段間の距離の０．０６倍以上であることを特徴とする請求項４に記載の座標入力装置。
【請求項６】前記情報入力領域と非同一面上に前記非検出領域設けると共に、前記発光手段から照射された光の光軸が前記情報入力領域と平行になるように偏向する光軸偏向手段をさらに備えることを特徴とする請求項４または５に記載の座標入力装置。
【請求項７】情報入力領域と、
前記情報入力領域上にある指示物体を検知する複数の指示物体検知手段と、
前記指示物体検知手段と前記指示物体とを結ぶ直線と、前記指示物体検知手段を結ぶ直線とがなす角度を、少なくとも２つの前記指示物体検知手段についてそれぞれ検出する角度検出手段と、
前記角度検出手段によって検出された角度と、角度検出に用いられた前記指示物体検知手段間の距離とに基づいて、指示物体が指示した点の２次元座標を算出する座標算出手段とを有してなり、
前記情報入力領域は、角度検出に用いられた前記指示物体検知手段間を結ぶ直線から、前記指示物体検知手段間の距離の０．０６倍以上離間して存在することを特徴とする情報入力装置。
【請求項８】前記情報入力領域と非同一面上であって、角度検出に用いられた前記指示物体検知手段と前記情報入力領域との間に前記指示物体検知手段が前記指示物体による点の入力を受け付けない非入力領域を設けると共に、前記指示物体を検出するための信号を、前記非入力領域に平行で、かつ前記座標入力手段に向くように偏向する検出信号偏向手段をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の情報入力装置。
【請求項９】情報入力領域と、
前記情報入力領域の全域に光を照射する複数の発光手段と、前記発光手段から照射された光を、前記発光手段に向けて反射する反射部材と、前記反射部材で反射された光を受光できる位置に設けられた複数の受光手段とを有し、情報入力領域上において、前記発光手段が照射した光が前記受光手段に受光されることを妨げる光遮蔽物の位置を入力する情報入力装置であって、
前記発光手段と光遮蔽物とを結ぶ直線と、前記発光手段を結ぶ直線とがなす角度を、少なくとも２つの前記発光手段についてそれぞれ検出する角度検出手段と、
前記角度検出手段によって検出された角度と、角度検出に用いられた前記発光手段間の距離とに基づいて、光遮蔽物の位置を示す２次元座標を算出する座標算出手段とを有してなり、
前記情報入力領域は、前記発光手段間を結ぶ直線から、前記発光手段間の距離の０．０６倍以上離間して存在することを特徴とする情報入力装置。
【請求項１０】角度検出に用いられた前記発光手段と前記情報入力領域との間であって、前記情報入力領域と非同一面上に前記光遮蔽部材による座標入力を受け付けない非検出領域を設けると共に、前記発光手段から照射された光の光軸が前記情報入力領域と平行になるように偏向する光軸偏向手段をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の情報入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、座標入力装置および情報入力装置に係り、特に所定の領域内にペンや指などで指定された位置の座標を入力する座標入力装置および情報入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、オペレータが指やペンなどを使って所定の面に触れることにより面上の位置を指定し、この位置の座標を検出して入力する、いわゆるタッチパネル式の座標入力装置がある。このような座標入力装置は、電子黒板やパーソナルコンピュータ（パソコン）に用いられ、パネルやディスプレイ面といった座標入力・検出領域（以下、単に座標入力面と記す）と一体化して構成されている。
【０００３】
従来の座標入力装置としては、ペンが座標入力面に触れたことによって静電的、あるいは電磁誘導によって生じる電気的な変化を検出するものや、座標入力面の表面に表面弾性波として超音波を送出し、座標入力面に触れたことによるその減衰を検出する超音波方式のもの（特開昭６１−２３９３２２号公報）が知られている。また、本発明の出願人によっても、三角測量の手法を用いた光学式の座標入力装置（特願平１０−１２７０３５号）が提案されている。光学式の座標入力装置によれば、比較的簡単な構成の座標入力装置が実現できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の座標入力装置のうち、電気的な変化を検出する構成のものは、座標入力面に電気的なスイッチ機能を設ける必要があるため、製造コストが高価になる。また、座標入力装置が組み込まれた装置本体とペンとをつなぐケーブルがあるためにペンの操作性が損なわれるといった問題があった。また、超音波方式のものは、座標入力面に指で触れることを前提にして構成されている。このため、弾性を持つペンなどを使って座標入力面に触れると、触れた時点では安定に座標の検出が行えるものの、ペンを移動させて線を入力しようとすると、座標入力面との充分な接触が得られずに線が途中で切れてしまうことがあった。このような場合、ペンをさらに座標入力面に強く押しつけると、ペンがたわんで応力が発生する。このため、ペンを座標入力面に押しつける力が弱まるペン移動時には、やはりペンと座標入力装置との接触が弱まって、線が途切れることを防ぐことはできなかった。
【０００５】
さらに、特願平１０−１２７０３５号のような座標入力装置は、前述した方式の座標入力装置が有する課題は解決できるものの、現在、以下に述べる課題を残している。すなわち、三角測量法に基づいて入力された座標を検出する座標入力装置では、この原理上、座標の検出精度が座標入力面内でばらつきを持つことが知られている。例えば、座標入力面を四角形とし、この一辺の両端にそれぞれ一つずつ座標入力面上の点を指定するペンなどを検出するセンサを備えた場合を考える。
【０００６】
このようなセンサを備えた座標入力装置では、検出したペンの位置を自身との角度から求めるようになっている。このため、センサが検出した角度に誤差が生じると、この誤差は、センサが備えられた辺の近くにある点の座標検出時、遠くの点の座標算出時よりも大きく影響することになる。また、センサが備えられた辺のごく近くにある点の座標検出時にあっては、三角測量法に基づく演算結果が発散し、座標の検出ができないことがある。したがって、三角測量法を用いた座標入力装置では、センサの取り付け位置や角度に高い精度が要求され、また、その検出能力には高い安定性が要求されていた。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、座標入力面内での検出精度のばらつきをなくし、また、検出角度の誤差が座標の検出精度に影響し難い座標入力装置および情報入力装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、以下の手段によって解決できる。すなわち、
請求項１記載の発明は、情報入力領域と、前記情報入力領域上にある指示物体を検知する複数の指示物体検知手段と、前記指示物体検知手段と前記指示物体とを結ぶ直線と、前記指示物体検知手段を結ぶ直線とがなす角度を、少なくとも２つの前記指示物体検知手段についてそれぞれ検出する角度検出手段と、前記角度検出手段によって検出された角度と、角度検出に用いられた前記指示物体検知手段間の距離とに基づいて、指示物体が指示した点の２次元座標を算出する座標算出手段とを有してなり、角度検出に用いられた前記指示物体検知手段と前記情報入力領域との間に、前記指示物体検知手段が前記指示物体による点の入力を受け付けない非入力領域を設けることを特徴とするものである。
【０００９】
このように構成することにより、情報入力領域のうち、特に検出精度の低い部位に入力された点については、この座標の算出を避けることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記非入力領域は、前記情報入力領域との境界線と角度検出に用いられた前記指示物体検知手段同士を通る直線との最短距離で表される所定の幅を有し、前記所定の幅は、角度検出に用いられた前記指示物体検知手段間の距離の０．０６倍以上であることを特徴とするものである。
【００１１】
このように構成することにより、指示物体検知手段の取り付け位置によらず、最適な非検出領域の幅を設定することができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、前記指示物体検知手段と非同一面上に前記非検出領域設けると共に、前記指示物体を検出するための信号を、前記非入力領域に平行で、かつ前記座標入力手段に向くように偏向する検出信号偏向手段をさらに有することを特徴とするものである。
【００１３】
このように構成することにより、非検出領域を情報入力領域に設けなくて良く、情報入力領域をより広くとることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、情報入力領域と、前記情報入力領域の略全域に光を照射する複数の発光手段と、前記発光手段から照射された光を、前記発光手段に向けて反射する反射部材と、前記反射部材で反射された光を受光できる位置に設けられた複数の受光手段とを有し、情報入力領域上において、前記発光手段が照射した光が前記受光手段に受光されることを妨げる光遮蔽部材の位置を座標として入力する座標入力装置であって、前記発光手段と光遮蔽部材とを通る直線と、前記発光手段を通る直線とがなす角度を、少なくとも２つの前記発光手段についてそれぞれ検出する角度検出手段と、前記角度検出手段によって検出された角度と、角度検出に用いられた前記発光手段間の距離とに基づいて、光遮蔽部材の位置を示す２次元座標を算出する座標算出手段とを有してなり、角度検出に用いられた前記発光手段と前記情報入力領域との間に、前記光遮蔽部材による座標入力を受け付けない非入力領域を設けることを特徴とするものである。
【００１５】
このように構成することにより、発光した光が遮蔽されることによって入力された点を検出する座標入力装置における情報入力領域のうち、特に検出精度の低い部位に入力された点については、この座標の算出を避けることができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、前記非入力領域は、前記情報入力領域との境界線と角度検出に用いられた前記発光手段同士を通る直線との最短距離で表される所定の幅を有し、前記所定の幅は、角度検出に用いられた前記発光手段間の距離の０．０６倍以上であることを特徴とするものである。
【００１７】
このように構成することにより、発光手段の取り付け位置によらず、最適な非検出領域の幅を設定することができる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、前記情報入力領域と非同一面上に前記非検出領域設けると共に、前記発光手段から照射された光の光軸が前記情報入力領域と平行になるように偏向する光軸偏向手段をさらに備えることを特徴とするものである。
【００１９】
このように構成することにより、発光した光が遮蔽されることによって入力された点を検出する座標入力装置において、非検出領域を情報入力領域に設けなくて良く、情報入力領域をより広くとることができる。
【００２０】
請求項７記載の発明は、情報入力領域と、前記情報入力領域上にある指示物体を検知する複数の指示物体検知手段と、前記指示物体検知手段と前記指示物体とを結ぶ直線と、前記指示物体検知手段を結ぶ直線とがなす角度を、少なくとも２つの前記指示物体検知手段についてそれぞれ検出する角度検出手段と、前記角度検出手段によって検出された角度と、角度検出に用いられた前記指示物体検知手段間の距離とに基づいて、指示物体が指示した点の２次元座標を算出する座標算出手段とを有してなり、前記情報入力領域は、角度検出に用いられた前記指示物体検知手段間を結ぶ直線から、前記指示物体検知手段間の距離の０．０６倍以上離間して存在することを特徴とする情報入力装置にかかるものである。
【００２１】
このように構成することにより、情報入力領域のうち、特に検出精度の低い部位に入力された点については、この座標の算出を避けることができる。
【００２２】
請求項８記載の発明は、前記情報入力領域と非同一面上であって、角度検出に用いられた前記指示物体検知手段と前記情報入力領域との間に前記指示物体検知手段が前記指示物体による点の入力を受け付けない非入力領域を設けると共に、前記指示物体を検出するための信号を、前記非入力領域に平行で、かつ前記座標入力手段に向くように偏向する検出信号偏向手段をさらに有することを特徴とするものである。
【００２３】
このように構成することにより、非検出領域を情報入力領域に設けなくて良く、情報入力領域をより広くとることができる。
【００２４】
請求項９記載の発明は、情報入力領域と、前記情報入力領域の全域に光を照射する複数の発光手段と、前記発光手段から照射された光を、前記発光手段に向けて反射する反射部材と、前記反射部材で反射された光を受光できる位置に設けられた複数の受光手段とを有し、情報入力領域上において、前記発光手段が照射した光が前記受光手段に受光されることを妨げる光遮蔽物の位置を入力する情報入力装置であって、前記発光手段と光遮蔽物とを結ぶ直線と、前記発光手段を結ぶ直線とがなす角度を、少なくとも２つの前記発光手段についてそれぞれ検出する角度検出手段と、前記角度検出手段によって検出された角度と、角度検出に用いられた前記発光手段間の距離とに基づいて、光遮蔽物の位置を示す２次元座標を算出する座標算出手段とを有してなり、前記情報入力領域は、前記発光手段間を結ぶ直線から、前記発光手段間の距離の０．０６倍以上離間して存在することを特徴とする情報入力装置にかかるものである。
【００２５】
このように構成することにより、発光した光が遮蔽されることによって入力された点を検出する情報入力装置における情報入力領域のうち、特に検出精度の低い部位に入力された点については、この座標の算出を避けることができる。
【００２６】
請求項１０記載の発明は、角度検出に用いられた前記発光手段と前記情報入力領域との間であって、前記情報入力領域と非同一面上に前記光遮蔽部材による座標入力を受け付けない非検出領域を設けると共に、前記発光手段から照射された光の光軸が前記情報入力領域と平行になるように偏向する光軸偏向手段をさらに備えることを特徴とするものである。
【００２７】
このように構成することにより、発光した光が遮蔽されることによって入力された点を検出する情報入力装置において、非検出領域を情報入力領域に設けなくて良く、情報入力領域をより広くとることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本明細書では、実施の形態１〜４の画像入力装置の説明に先立って、先ず、三角測量法による座標入力面内の座標入力精度のばらつきについて説明する。
図１は、入力された点の座標を三角測量法で算出する方法を説明する図である。図１では、四角形の座標入力面５中に入力された点Ｐ（ｘ，ｙ）の座標を算出するものとする。また、座標入力面５の上端部に示す点Ａ、点Ｂは、座標算出の基準点であり、長さＷは、この点Ａ、点Ｂ間の距離を指すものとする。さらに図中のθL、θRは、直線ＡＢと直線ＡＰとがなす角度、直線ＡＢと直線ＢＰとがなす角度をそれぞれ示すものである。なお、以下の説明では、θL、θRを検出するためのセンサが２つ座標入力面５に設けられていて、このセンサの中心がそれそれ点Ａ、点Ｂにあるものとする。
【００２９】
点Ａを原点とするｘ−ｙ座標で表される点Ｐ（ｘ，ｙ）は、以上の条件から、以下の式（１）、式（２）によって表される。
ｘ＝ｆ（θL，θR）                          …（１）
ｙ＝ｇ（θL，θR）                          …（２）
ただし、
ｆ（θL，θR）＝Ｗ・ｔａｎθR／（ｔａｎθL＋ｔａｎθR）      …（３）
ｇ（θL，θR）＝Ｗ・ｔａｎθL・ｔａｎθR／（ｔａｎθL＋ｔａｎθR）                                                              …（４）
【００３０】
ここで、θLがθeL、θRがθeRだけそれぞれ変動した場合、算出される座標の変動ｄｘ、ｄｙは、以下の式で表される。
2000322201.tif 000001
【００３１】
したがって、この変動ｄｘ、ｄｙによる座標変動距離Ｄ（点Ａと（ｘ，ｙ）との距離と、点Ａと（ｘ＋ｄｘ，ｙ＋ｄｙ）との距離の差分で示す）は、
2000322201.tif 000002
となる。
以上のような変動距離Ｄについて、θL、θRがそれぞれ−θe〜θeの範囲で変動した場合の平均変動量Ｄaveは、以下のように表される。
【数１】
2000322201.tif 000003
上記した式（８）は、角度を検出するセンサの変動が同じ場合でも、三角測量法の演算式の非線形性により平均変動量に及ぼす影響が座標の位置によって異なることを示すために導入した評価関数である。
【００３２】
ここで、例えば６０インチ（対角線長）、縦横比が１６：９の画面の中央部に、縦横比４：３のＸＧＡ（Extended Graphics Array）対応（１０２４×７６８画素）の画面を表示する場合、この１画素を識別するために必要なセンサの角度検出精度を求めてみる。以上の条件で、１画素のピッチは、０．９７ｍｍである。例えば、センサから最も遠い６０インチの距離にある点で、センサから見た方向から横に０．９７ｍｍ離れた２つの点を見込む、すなわち１画素の差を確実に識別しようとすると、センサが検出する角度の変動を約０．０３ｄｅｇ以下に抑える必要があると概算される。
【００３３】
ただし、約０．０３ｄｅｇの値は、センサから６０インチの距離にある座標について求めた検出角度の変動許容値である。次に、０．０３ｄｅｇの値を式（８）に代入し、センサの検出角度が０．０３ｄｅｇ変動した場合の座標変動量を座標入力面５内の分布として図２に示す。図２は、座標変動量を等高線で示した図で、同図上方の空白部分は等高線が密になって表記できないために省略してある。図２によれば、センサの検出角度が０．０３ｄｅｇ変動した場合、座標入力面５内の部分Ｄにおける座標変動距離Ｄは０．４ｍｍであり、１画素を識別するのに充分小さいことが分かる。しかしながら、よりセンサ位置（点Ａ、点Ｂで示す）に近い部分Ｃの座標変動距離Ｄは、０．８ｍｍ以上になる。
【００３４】
図３は、図２中に示した点Ｏを原点とする直線Ｅで図２を切った断面図で、縦軸には座標変動距離Ｄを、横軸にはこの座標のｙ座標（原点Ｏからのｙ方向の距離）を示したものである。なお、この単位は、いずれもｍｍである。図３によれば、座標変動距離Ｄは、ｙ座標の値が小さい、つまり検出される座標と直線ＡＢとの距離が小さいほど大きくなっている。そして、この距離が８０ｍｍのとき、座標変動距離Ｄが画素のピッチとほぼ等しい値である１ｍｍをとることが分かる。したがって、以上の条件下で、センサの検出角度が０．０３ｄｅｇ変動した場合にも、座標入力面５のうち、直線ＡＢとの距離が８０ｍｍ以上ある領域に入力された座標については、その変動量が画素ピッチ以下であり実質的に問題無いことになる。
【００３５】
以下、上記した座標入力面内の座標入力精度のばらつきを考慮して構成された本発明の実施の形態１、実施の形態２、実施の形態３、実施の形態４について説明する。
実施の形態１〜４は、いずれも角度検出に用いられるセンサを、センサの中心が位置する点Ａおよび点Ｂと、座標入力・検出領域である座標入力面５との間に、センサが座標の入力を受け付けない非入力領域を設けたものである。先ず、このような非入力領域を模式的に図４に示し、説明する。
【００３６】
図４に示した構成は、座標入力面５と、直線Ａ’Ｂ’で示す座標入力面５の上端部から距離Ｆ離れた直線ＡＢ上に中心が位置するように設けられる角度検出用のセンサ（図示せず）を有している。そして、直線ＡＢと直線Ａ’Ｂ’との間にあって、かつ長さＷの領域が非入力領域Ｇである。非入力領域Ｇは、所定の幅Ｆ（直線ＡＢと直線Ａ’Ｂ’との距離）を有している。
【００３７】
この幅Ｆは、基準点Ａ、Ｂ間の距離（長さＷ）に応じて決定される値であり、前述した８０ｍｍの値は、６０インチ、１６：９、つまりＷが１３３０ｍｍの座標入力面５について算出された値である。ただし、Ｗが相違する場合にも式（８）で用いられるθL、θRの組み合わせが同じであれば、座標変動距離Ｄは図３に示したものと同様の挙動を示す。したがって、Ｗ１３３０ｍｍに対する８０ｍｍと同じ比をとる値、すなわちＷに０．０６（８０／１３３０）を乗じた値を非入力領域Ｇの幅Ｆとして設定すれば、センサの検出角度の変動が０．０３ｄｅｇ以下で、座標入力面全域にわたって座標変動距離Ｄが許容値以下になることになる。
【００３８】
（実施の形態１）
実施の形態１は、平面状の座標入力・検出領域である座標入力面と、座標入力面上にある点を指定する指定部材（本実施の形態では指とした）を検出し、指定された点の位置を入力する複数の電子カメラを有する入力部と、電子カメラと指とを通る直線と、電子カメラを通る直線とがなす角度をそれぞれ検出する角度検出手段と、角度検出手段によって検出された角度と、角度検出に用いられた前記指定点入力手段間の距離とに基づいて、指定部材が指定した点の２次元座標を算出する座標算出手段とを有する演算部とを有している。また、この入力部には、角度検出に用いられた電子カメラと座標入力面との間に、電子カメラが指による点の入力を受け付けない非入力領域が設けられている。なお、実施の形態１、２では、以降「電子カメラを通る直線」の記載は、図４のＡ、Ｂを通る直線に相当する電子カメラに集光される光の略中心点を結ぶ直線を指すものとする。
【００３９】
以上の構成を、以下、入力部、演算部の順に説明する。
（入力部）
図５は、入力部を説明するための正面図、図６は、図５の線分Ｖ−Ｖ’（図５中に示す）に沿う断面図である。実施の形態１の座標入力装置は、上記した座標入力面５０の上方に距離Ｌを隔てて設けられた２つの電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂと、電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂの前面に設けられた遮光板２５と、座標入力面５０の上方を除く三方を囲む背景板７と、以上の構成を支持する支持体２とを有している。実施の形態１では、このような座標入力装置をパソコンのディスプレィＤｉに取り付けた例を示している。このために支持体２の面には、ディスプレイＤｉとほぼ同じ領域を持つ四角形の切欠部が設けられ、この切欠部２０からディスプレイＤｉが露出するようになっていて（図８）、座標入力装置の座標入力面５０がディスプレイＤｉ上に形成されることになる。
【００４０】
電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂには、それぞれ、二次元イメージセンサ１５、結像光学レンズ６とが備えられている。二次元イメージセンサ１５は、多数のＣＣＤ（Charge Coupled Device）をマトリックス状に配列して形成された二次元のＣＣＤ撮像素子であり、二次元イメージセンサ１５と結像光学レンズ６とは、距離ｆをおいて配置されている。このような電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂは、座標入力面５０の全域を撮像することが可能なように構成されている。また、電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂは、それぞれディスプレイＤｉ表面に一致する光軸を通ってくる光を撮像するように支持体２に固定され、撮像領域ににディスプレイＤｉが写り込むことを防いでいる。
【００４１】
また、電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂと座標入力面５０の境界線５１とは、電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂ間の距離であるＷの０．０６倍より長い距離ｄ離れて設けられていて、この部位が非入力領域Ｇとなっている。なお、このような非入力領域Ｇが入力を受け付けないようにするには、非入力領域Ｇの全域にカバーのような遮蔽物を設けることによってオペレータが非入力領域Ｇであることを認識できるようにする、あるいは検出した座標が非入力領域Ｇ内にあるものであった場合、この座標値をアプリケーションに返さないようにすることが考えられる。
【００４２】
遮光板２５は、電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂの撮像領域制限手段として機能する部材で、図７のように構成されている。すなわち、図遮光板２５は、中央にｙ方向に沿って長い切欠部２５１を有した四角形の板である。この切欠部２５１は、電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂによって撮像可能な領域を座標入力面５内に制限するよう設計されていて、外乱光によるノイズや座標入力面５外にある画像を取り込むことによって起こる誤検出を防いでいる。
【００４３】
また、図８に示した背景板７は、電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂの撮影視野全体に写る位置に設けられている。図示するように、背景板７は、基準パターンとなる濃淡色の横縞であるストライプ７１ａ、７１ｂが全面に描かれていて、このストライプ７１ａ、７１ｂによって後述する差分画像抽出処理を容易にしている。このような基準パターンとしては、ストライプ７１の他、濃淡色の縦縞ストライプパターン、クロマキー技術に用いられる色彩パターンなどでも良い。
【００４４】
（演算部）
図９は、実施の形態１の演算部を説明するためのブロック図である。演算部は、入力部に入力した指の位置を角度として検出し、またこの座標を算出する演算を行う構成で、このための固定的なデータ（制御プログラムなど）を記憶しておくＲＯＭ１１および書き換える必要のあるデータを記憶しておくＲＡＭ１２、パソコンと接続するためのインターフェイス（Ｉ／Ｆ）９、演算を実行するためのＥＥＰＲＯＭ１６、積分器１４、ｘｙｚ演算器１８、各構成の動作タイミングをとるために使用されるタイマ１３を有している。以上の構成はすべてバス１に接続され、ＣＰＵ１０で統括的に制御されている。また、このような構成は、一般的にマイコン（マイクロコンピュータ）としてすべて一体的に構成されている。
【００４５】
また、ＲＡＭ１２は、座標メモリ１２ａを有している。座標メモリ１２ａは、算出された座標を一時記憶しておくのに使用されるＲＡＭである。また、ＥＥＰＲＯＭ１６には、基準画像メモリ１６ａが設けられている。基準画像とは、例えば座標入力装置の起動時に撮影される画像をいい、図１０に示したような画像であることが多い。基準画像メモリ１６ａは、指の位置を検出するための後述する処理に使用するためにこの基準画像を記憶しておくメモリである。
【００４６】
以上述べた入力部および演算部の動作を、図１１〜１４に示して以下に説明する。なお、図１１は、図１に示した座標入力面５０上に点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を入力した状態を示す図、図１２は、図１１の電子カメラ４ａで撮像した画像を示す図、図１３は、座標入力の一連の処理を説明するための図、また、図１４は、図１１のうちの電子カメラ４ａを拡大して示す図である。
【００４７】
図１１のように、座標入力面５０上の点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を指で指定すると、この指が、図１２のように背景板７を背景にして電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂの二次元イメージセンサ１５上にそれぞれ結像される。この後、電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂに結像された２つの画像には、それぞれ独立に同様の処理が施される。このため、本実施の形態では、電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂの画像に対して独立になされる処理については、電子カメラ４ａに撮影された画像についてだけ説明をし、電子カメラ４ｂに撮影された画像については説明を省くものとする。
【００４８】
先ず、図１３のように、電子カメラ４ａが、座標入力開始に先立って座標入力面５０を撮影する。この撮影画像は、図１０で示したような基準画像として基準画像メモリ１６ａに記憶される。次に、オペレータが点を指定する指を撮影する。この撮影で電子カメラ４ａの二次元イメージセンサ１５に結蔵した画像は、電子カメラ４ａから出力した電気信号である撮影画像として積分器１４に入力する。このとき、基準画像メモリ１６ａからも基準画像が出力され、積分器１４に入力する。積分器１４では、撮影画像と基準画像から差分画像を生成する。
【００４９】
差分画像は、図１０に示した基準画像と図１２の撮影画像との差だけを抽出して得た画像をいい、ここでは、図１０、図１２で共通の背景板７を除き、指の画像だけが抽出された画像を指す。なお、本実施の形態の差分画像は、指のシルエット画像であり、ｘ，ｙ，ｚ演算器１８に入力される。また、ｘ，ｙ，ｚ演算器１８には、電子カメラ４ｂで撮影された撮影画像が電子カメラ４ａによる撮影画像と同様に処理されて入力する。ｘ，ｙ，ｚ演算器１８では、電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂによる撮影画像に基づく差分画像から点Ｐの座標を算出する。
【００５０】
次に、座標算出の処理をより具体的に説明する。
先ず、ｘ座標、ｙ座標を算出する方法について述べる。図１４のように、二次元イメージセンサ１５の中心点ｐoから差分画像の結像中心点paまでのｘ，ｙ平面上の距離ｈを考える。この距離ｈは、結像光学レンズ６の中心線ｌ１と、指定された点Ｐと結像中心点ｌ２とによって形成される角度θ、二次元イメージセンサ１５、結像光学レンズ６間の距離ｆと、以下の式によって表される関係を持つ。
θ＝ａｒｃｔａｎ（ｈ／ｆ）                          …（９）
したがって、二次元イメージセンサ１５のうちのシルエット画像を検出したＣＣＤの位置からｈを求め、角度θを求めることができる。
【００５１】
また、電子カメラ４ａの取付角度（結像光学レンズ６の中心線ｌ１と座標入力面５０の図中長手方向の辺に平行な直線ｌ３とがなす角度）αとする。取付角度α、式（９）で求められる角度θ、図中に示した角度βとには、以下の関係がある。
β＝α−θ                                        …（１０）
このことから、既知の取付角度α、式（９）で求められた角度θを式（１０）に代入して角度βを求めることができる。また、ｘ，ｙ，ｚ演算器１８は、を電子カメラ４ｂで得られた撮影画像に基づくシルエット画像についても同様に処理する。そして、電子カメラ４ｂ側の角度βを求める。
【００５２】
ところで、電子カメラ４ａ側の角度β（便宜上、角度βａとする）は、図５および式（１）ないし式（４）で用いたθLにあたる角度であり、一方、電子カメラ４ｂ側の角度β（便宜上、角度βｂとする）は、θRにあたる。したがって、上記のようにして求められた電子カメラ４ａ側の角度βａ、電子カメラ４ｂ側の角度βｂを、それぞれθL、θRとして式（１）ないし式（４）に代入すると、以下のように点Ｐのｘ座標、ｙ座標が算出できる。
ｘ＝Ｌｔａｎβｂ／（ｔａｎβａ＋ｔａｎβｂ）            …（１１）
ｙ＝ｘ・ｔａｎβａ                                      …（１２）
【００５３】
次に、点Ｐのｚ座標について述べる。
図１５は、指で座表入力面５０上の一点Ｐを指定し、そのまま座標入力面５０上で指を浮かせた状態を示す側面図である。図１５に示した指は、その先端が、座標入力面５０の表面から距離ｄz離れた位置にある。この位置を、座標入力面５０の表面を原点にするｚ軸上の座標ｚとする。このようなｚ座標は、指の差分画像の結像中心点が二次元イメージセンサ１５の中心点ｐoからずれることによって、ｘ，ｙ座標同様に三角測量法に基づいて算出できる。点Ｐのｚ座標を検出することにより、ダブルクリックやペンアップ、ペンダウンをも検知できるようになる。なお、中心点ｐoと差分画像の結像中心点とのｚ方向の距離を、本実施の形態では、以降ｋで表すものとする。
【００５４】
ただし、この距離ｋは、点Ｐのｚ座標と共にｘ，ｙ座標によっても変化する。このことを、図１６を使って説明する。図１６は、図１４を、紙面に垂直な方向から見た側面図である。図１６には、ｚ座標が同じであって、かつ結像光学レンズ６からの距離がＤ１、Ｄ２と異なる２つの点Ｐ１、Ｐ２が示されている。図１６によれば、二次元イメージセンサ１５上の点Ｐ１、点Ｐ２の結像中心点Ｐｋ1、Ｐｋ2と二次元イメージセンサ１５の中心点Ｐｏとの距離ｋ１、ｋ２が相違することが明らかである。つまり、図１４で測定される距離Ｄもまた、距離ｋの関数になっていることになる。このため、本実施の形態では、距離ｋに基づくｚ座標の算出に先だち、前述した式（９）ないし式（１２）を使ってｘ座標、ｙ座標を算出する。そして、この後、先に算出されたｘ座標、ｙ座標を考慮に入れてｚ座標を算出し、ｘ，ｙ平面上の距離によらず正確なｚ座標を求めることができるようにしている。
【００５５】
次に、以上述べた実施の形態１の処理を図１７でフローチャートとして示し、説明する。先ず、本フローチャートでは、処理の開始直後に電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂでそれぞれ基準画像を撮影し、これを基準画像メモリ１６ａに蓄積しておく（Ｓ１）。そして、オペレータによる入力面５０への入力がなされたか否か判断し（Ｓ２）、入力がなされていない場合には入力があるまで待機する（Ｓ２：Ｎｏ）。一方、入力があった場合には（Ｓ２：Ｙｅｓ）、指の画像を撮影し（Ｓ３）、基準画像との差分をとって差分画像を生成する（Ｓ４）。
【００５６】
次に、この差分画像に基づいて電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂと撮像された指の位置とがなす角度を算出し、この角度からさらに指の位置のｘ、ｙ座標を算出する（Ｓ５）。ここで、本実施の形態では、ステップＳ５で算出された座標が非入力領域の範囲内か否か判断（Ｓ６）する。そして、非入力領域であると判断された場合には（Ｓ６：Ｙｅｓ）、以降の処理を中止すると共にこのｘ，ｙ座標を出力しないようにする、あるいはエラー信号を出力するといった非入力処理を行い（Ｓ１０）、次の入力に備えて待機する（Ｓ２）。
【００５７】
次に、ステップＳ５で算出されたｘ，ｙ座標を考慮してｚ座標を算出し（Ｓ７）、ｘ，ｙ座標と共にパソコンなどに出力する（Ｓ８）。この後、座標入力装置をオフするか否か判断し（Ｓ９）、オフしない場合には（Ｓ９：Ｎｏ）、次の入力に備えて待機する（Ｓ２）。また、座標入力装置をオフする場合には（Ｓ９：Ｙｅｓ）、すべての処理を終了する。
【００５８】
以上述べた実施の形態１は、電子カメラによる座標検出精度を座標入力装置の座標入力面の全域で画素ピッチ以下に抑えることができる。したがって、座標入力装置の信頼性を高めると共に、座標入力面内での座標検出精度のばらつきをなくすことができる。
【００５９】
なお、本発明は、以上述べた実施の形態に限定されるものではない。例えば、指定点入力手段としての電子カメラに代え、指定部材の映像を取り込む光学的な他の装置を用いても良い。さらに、指定点入力手段は、光学的な装置に限らず、例えば、超音波などによって入力された点との角度を算出し、この座標を検出するものであっても良い。
【００６０】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
実施の形態２の座標入力装置は、座標入力面と非同一面上に非入力領域を設けると共に、指などを検出するための信号を、非入力面に平行で、かつ指定点入力手段である電子カメラに向くように偏向する検出信号偏向手段を備えたものである。なお、実施の形態２では、指の検出を電子カメラで行っていることから、検出信号は指の映像であり、検出信号偏向手段には反射ミラーが用いられる。
【００６１】
図１８は、実施の形態２を説明するための図の一つである。図１８で示した座標入力装置の構成は、座標入力面をＣＲＴ（Cathode Ray Tube）やリアルプロジェクション型のディスプレイなどに設けたものである。図１８（ａ）は、このような座標入力装置の上面を示す図、（ｂ）は、側面を示す図である。なお、図１８中、図５に示したものと同様の部材については同様の符号を付し、説明を一部略すものとする。
【００６２】
実施の形態２は、電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂをディスプレイ（Ｄｉ）の筐体２０４上に設置し、この設置面を非入力領域として使用するものである。このために、破線２０２で示した筐体２０４上面の端部と電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂとの距離ｄは、座標入力面の幅の０．０６倍以上に設定されている。また、このような構成には、座標入力面５０上にある指の像が電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂに向かうように光を偏向する反射ミラー２０１が設けられている。反射ミラー２０１の反射角度は、座標入力面５０と平行な面上を進む光が非入力面と平行に進むような角度になるように設定されており、実施の形態２では、光を９０度に反射するようになっている。
【００６３】
また、図１９は、実施の形態２の他の構成を説明するための図で、図１９（ａ）は、この座標入力装置の上面を示す図、（ｂ）は、側面を示す図である。なお、図１９についても、図中、図５、図１８に示したものと同様の部材については同様の符号を付し、説明を一部略すものとする。図１９の構成は、ホワイトボード、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイといった板状の部材に座標入力面を設ける場合に適用されるもので、電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂをディスプレイ（Ｄｉ）の板状の筐体２０５裏面に設置する。そして、この設置面を非入力領域Ｇとして使用するものである。このために、破線２０３で示した筐体２０５の背面端部と電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂとの距離ｄは、電子カメラ間の距離のの０．０６倍以上に設定されている。また、このような構成には、座標入力面５０上にある指の像をいったん筐体２０５の上面に平行になるよう偏向する反射ミラー２０１ｂ、さらに電子カメラ４ａ、電子カメラ４ｂにけて背面と平行になるように偏向する反射ミラー２０１ａが設けられている。反射ミラー２０１ａ、２０１ｂの反射角度は、それぞれ座標入力面５０と平行な面上を進む光が背面の非入力面と平行に進むような角度になるように設定されており、図１９に示した構成では、それぞれ光を９０度に反射するようになっている。
【００６４】
以上述べた実施の形態２は、先に述べた実施の形態１から得られる効果に加え、座標入力面と同一の面から非入力面が占めるスペースを省き、座標入力装置が大型化することを抑えることができる。
【００６５】
（実施の形態３）
実施の形態３の座標入力装置は、実施の形態１、実施の形態２の電子カメラに代えて光を発光する発光手段を設け、この発光手段が発光した光の反射光に基づいて入力された点の座標を検出するよう構成されるものである。ここでは、先ず、このような座標の検出原理について図２０ないし図２３を用いて説明する。図２０は、座標入力面５０と、座標入力面５０内に設けられた受発光部４０ａ、受発光部４０ｂと、座標入力面５０の三方に設けられた反射部材８０を示している。受発光部４０ａ、受発光部４０ｂには、それぞれ点光源４１と、受光素子（図２１、図２２）とが設けられているものとする。
【００６６】
点光源４１が照射した光は、Ｌ１、Ｌ２、…Ｌｍを光軸とする光束として座標入力面の全域に扇状に広がっていく。このような光束のうち、例えば、光軸Ｌａに注目した場合、光軸Ｌａの光束の反射光（光軸Ｌａ’）は、再帰性の反射部材８０で反射されて光軸Ｌａと同じ光軸を通って受発光部４０ａに向かう。受発光部４０ａには、後述する受光手段が設けてあって、この反射光を受光する。このような受光手段は、光軸Ｌ１、Ｌ２、…Ｌｍで表される光束のすべてについてその反射光を受光できるように構成されている。
【００６７】
座標入力面５０内の一点Ｐにオペレータが指を置くと、この指によって光軸Ｌ１、Ｌ２、…Ｌｍで表される光束のうちの一部が遮蔽され、反射部材８０に届かなくなる。このため、指によって遮られた光束の反射光が受光手段で受光されなくなり、受光されなかった光束から指が置かれた点Ｐを通る光の光軸が識別できる。同様にして、受発光部４０ｂの点光源４１から発光した光束についてもその反射光を受光し、指が置かれた点Ｐを通る光軸を識別することができる。図２０では、受発光部４０ａから発光した光軸Ｌ、４０ｂから発光した光軸Ｒが点Ｐを通る光軸となっている。点Ｐの座標は、このような光軸Ｌ、光軸Ｒの交点として算出することができる。
【００６８】
次に、受発光部４０ａ、受発光部４０ｂの構成と、遮蔽された光の光軸を求める機構について説明する。なお、受発光部４０ａと４０ｂとは、同様に構成されている。このため、実施の形態３では、受発光部４０ａに関する構成だけを図示し、受発光部４０ｂに関する説明を略すものとする。
【００６９】
図２１は、受発光部４０ａの構成の概略を示す図で、座標入力面５０に垂直方向から受発光部４０ａを見た図である。受発光部４０ａは、概略して点光源４１、集光レンズ４２、受光素子４３で構成されている。点光源４１は、受光素子４３と反対側に扇状の光を照射するもので、扇状の光は、矢印ｑ、矢印ｒ、矢印ｓ、矢印ｔの方向に照射、あるいは反射されてくる光束の集合であると考える。矢印ｑの方向に照射された光は、反射部材で矢印ｒの方向に反射されてくる。そして、集光レンズ４２通って進み、受光素子４３上の点４３ｂの位置で受光される。また、矢印ｓの方向に照射された光は、反射部材で矢印ｔの方向に反射され、受光素子４３上の点４３ａの位置で受光される。
【００７０】
このように、点光源４１から照射され、再帰性の反射部材で反射された光の光軸とその受光位置とは、一対一の関係にある。このことから、受光素子４３上の受光強度分布を調べれば、遮蔽された光がどの光軸を通って照射、あるいは反射されてきたものか分かる。そして、このような光軸を受発光部４０ａ、受発光部４０ｂの両方について求めれば、指によって入力された点で交わる２直線を求めることができる。
【００７１】
図２２は、受光素子４３上の受光強度と遮蔽された光の光軸との関係を説明する図である。図２２では、集光レンズ４２の中心が点光源４１に一致するように集光レンズ４２を配置する。点光源４１から照射された光は、反射部材８０で再帰的に反射され、集光レンズ４２の中心を通って受光素子４３上で受光される。このとき、受光素子４３上の強度分布は、光を遮蔽するものが座標入力面上に無ければほぼ均一になる。しかし、図中の点Ｐで光が遮蔽された場合、受光素子４３上でこの点を通る光の受光位置の受光強度が弱まることになる。なお、このような受光強度が弱い受光素子４３上の点を以降暗点という。
【００７２】
図２２中に、暗点の位置を受光素子４３中心の点との距離をＤnで示す。この距離Ｄｎは、暗点を通る直線Ｌｍと受光素子４３の中心点を通る直線とがなす角度θnと以下の式（１３）で表される対応関係がある。
θn＝ａｒｃｔａｎ（Ｄn／ｆ）              …（１３）
ただし、式（１３）中のｆは、図２２に示すように、集光レンズ４２中心と受光素子４３表面との距離である。
【００７３】
また、ここで、特に図２０の受発光部４０ａについてθnをθnLとし、図２３で示した角度θLを表せば、
θL＝ｇ（θnL）                          …（１４）
ただし、
θnL＝ａｒｃｔａｎ（ＤnL／ｆ）            …（１５）
式（１４）、式（１５）の関係は、受発光部４０ｂについても同様に成り立つ。したがって、受発光部側のθnをθnRとし、図２３のθRを表すと、
θR＝ｈ（θnR）                          …（１６）
ただし、
θnR＝ａｒｃｔａｎ（ＤnL／ｆ）            …（１７）
が得られる。
【００７４】
ここで、受発光部４０ａ、受発光部４０ｂの取付間隔を図２３のようにＷとし、原点を図中のｏとすると、点Ｐの座標Ｐ（ｘ，ｙ）は、
ｘ＝Ｗ・ｔａｎθR／（ｔａｎθL＋ｔａｎθR）                …（１８）
ｙ＝Ｗ・ｔａｎθL・ｔａｎθR／（ｔａｎθL＋ｔａｎθR）      …（１９）
と表すことができる。
以上のように、受発光部４０ａ、４０ｂに設けられる受光素子４３上の暗点を検出し、この暗点と受光素子４３の中心からの距離を求めることにより、点Ｐの座標を検出することができる。
【００７５】
次に、以上述べた検出原理に基づいて入力された点の座標を検出する座標入力装置である、実施の形態３の構成について説明する。
実施の形態３の座標入力装置は、平面状の座標入力・検出領域である座標入力面と、座標入力面の略全域に光を照射する複数の発光手段と、発光手段から照射された光を、発光手段に向けて反射する反射部材と、反射部材で反射された光を受光できる位置に設けられた複数の受光手段とを有する入力部を備え、このような入力部上において、発光手段が照射した光が前記受光手段に受光されることを妨げる光遮蔽部材の位置を座標として入力する座標入力装置である。
【００７６】
そして、このために、発光手段と光遮蔽部材とを通る直線と、発光手段を通る直線とがなす角度を、少なくとも２つの発光手段についてそれぞれ検出する角度検出手段と、角度検出手段によって検出された角度と、角度検出に用いられた発光手段間の距離とに基づいて、光遮蔽部材の位置を示す２次元座標を算出する座標算出手段とを有する演算部を備えている。このような構成のうち、入力部には、角度検出に用いられた発光手段と座標入力面との間に、指による座標入力を受け付けない非入力領域が設けられている。また、演算部には、パソコンなどが用いられている。
【００７７】
図２４は、実施の形態３の座標入力装置を説明するための図で、入力部を正面から見たものである。なお、図２４中、図５で説明したのと同様の構成については同様の符号を付し、説明を一部略すものとする。図示した座標入力装置は、座標入力面５０と、発光手段となる２つのビーム整形レンズ群１０２ａ、ビーム整形レンズ群１０２ｂと、座標入力面５０の三方を囲むように設けられた再帰性の反射部材８０と、ビーム整形レンズ群を発光手段とするためのレーザ光源１００、ハーフミラー１０１、ミラー１０３とを備えている。なお、ビーム整形レンズ群１０２ａ、ビーム整形レンズ群１０２ｂから照射された光は、反射部材８０で反射されて再びビーム整形レンズ群１０２ａ、ビーム整形レンズ群１０２ｂに戻ってくる。ビーム整形レンズ群１０２ａ、ビーム整形レンズ群１０２ｂの後方にはこのような反射光を受光する受光手段としての受光素子（図２６）が設られている。
【００７８】
また、ビーム整形レンズ群１０２ａ、ビーム整形レンズ群１０２ｂと座標入力面５０との間には、非入力領域Ｇが設けてあって、この幅ｄは、前述した基準に基づいて０．０６Ｗ以上の長さに設定されている。なお、このような非入力領域も、実施の形態１と同様にカバーなどをかけてオペレータに非入力領域であることを認識させる、あるいは検出した座標が非入力領域Ｇの範囲内であった場合にはこの座標をアプリケーション側に返さないといった方法で入力を受け付けないようにすることができる。
【００７９】
図２４の座標入力装置では、一つの光源１００の光にハーフミラー１０１を透過、あるいは反射させ、分岐して２つのビーム整形レンズ群１０２ａ、１０２ｂを介して座標入力面に２方向から光を照射するよう構成している。このような光源１００には、レーザダイオードやピンポイントＬＥＤといったスポットをある程度絞ることが可能なものが用いられる。ビーム整形レンズ群１０２ａ、１０２ｂは、それぞれ図２５のように、シルンドリカルレンズ１１２、シルンドリカルレンズ１１３、シリンドリカルレンズ１１４によって構成されている。ビーム整形レンズ群１０２ａ、１０２ｂは、図２４に示すように、互いに距離Ｗ離して取り付けられており、スポット光を、扇状の広がりを持ち（図２５ａ）、かつ座標入力面５０と平行な光束に整形する（図２５ｂ）。なお、実施の形態３、実施の形態４中の「発光手段を通る直線」の表現は、このビーム整形レンズ群１０２ａ、１０２ｂの略中心を通る直線を指すものとする。
【００８０】
図２６は、図２４、図２５に示した座標入力装置の光学系を、より詳しく説明するための図で、図２６（ａ）は、実施の形態３の発光、受光の構成を説明するための模式図、（ｂ）は、（ａ）の模式図の発光に係る構成を示す図、（ｃ）は、（ａ）の受光に係る構成を説明する図である。なお、図２６（ａ）〜（ｃ）は、いずれもそれぞれの図中に示す座標軸に従う方向から見たものとする。
【００８１】
光源１００の光は、ハーフミラー１０１で例えばビーム整形レンズ群１０２ａに向かった後、シリンドリカルレンズ１１２によってｘ方向にのみコリメートされる。そして、さらにシリンドリカルレンズ１１３、シリンドリカルレンズ１１４で図中ｙ方向に集光される。このようなシリンドリカルレンズ１１２とシリンドリカルレンズ１１３、シリンドリカルレンズ１１４とは、その曲率分布が互いに直交している。３枚のシリンドリカルレンズを通過してきた光は、集光部ｃで線状に集光する。この集光部ｃは、前述した座標検出原理の点光源４１に相当することから、以降、二次光源ともいうものとする。
【００８２】
また、ビーム整形レンズ群１０２ａから光を取り出す取出口にはスリットｓが設けてあって、スリットｓから二次光源ｃの光が座標入力面に向けて照射される。実施の形態３では、スリットｓの位置と二次光源ｃの位置とが一致しているものとする。この照射光は、ハーフミラー８７によって折り返されてディスプレイ（Ｄｉ）の正面にいるオペレータの側から見て扇状に広がる（図２６（ｂ））。このとき、照射光は、シリンドリカルレンズ１１２でコリメートされていることにより、座標入力面の垂直方向には広がらず、座標入力面に平行な光となる。
【００８３】
座標入力面５０上に広がった光は、反射部材８０で反射され、出射されたときと同じ光軸を通ってビーム整形レンズ群１０２ａに向かって進む。そして、ハーフミラー８７を透過した後に集光レンズ４２を通って受光素子４３に受光される。実施の形態３の受光素子は、複数のＣＣＤ撮像素子をマトリックス状に配置して構成されている。このとき、座標入力面５０上に座標を入力するために置かれた指があれば、この指が光の遮蔽物となって受光素子４３のいずれかのＣＣＤ撮像素子に光が受光されずに暗点を生じる。この暗点となったＣＣＤ撮像素子の受光素子４３上における位置から前述した式（１３）のＤnが求められ、このＤnに基づいて指の置かれた点の座標が算出できる（図２６（ｃ））。
【００８４】
以上述べた実施の形態３は、照射された光が遮蔽されることによる座標入力装置において、座標入力面の全域で座標検出精度を画素ピッチ以下に抑えることができる。したがって、座標入力装置の信頼性を高めると共に、座標入力面内での座標検出精度のばらつきをなくすことができる。
【００８５】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。
実施の形態４の座標入力装置は、座標入力面と非同一面上に非検出領域設けると共に、発光手段から照射された光の光軸が座標入力面と平行になるように偏向する光軸偏向手段をさらに備えたものである。
【００８６】
図２７は、実施の形態４を説明するための図の一つである。図２７で示した座標入力装置の構成は、座標入力面をＣＲＴやリアルプロジェクション型のディスプレイなどに設けたものである。図２７（ａ）は、このような座標入力装置の上面を示す図、（ｂ）は、側面を示す図である。なお、図２７中、図１８に示したものと同様の部材については同様の符号を付し、説明を一部略すものとする。
【００８７】
実施の形態４は、受発光部４０ａ、受発光部４０ｂをディスプレイ（Ｄｉ）の筐体２０４上に設置し、この設置面を非入力領域として使用するものである。このために、破線２０２で示した筐体２０４上面の端部と受発光部４０ａ、受発光部４０ｂとの距離ｄは、受発光部間の距離の０．０６倍以上に設定されている。また、実施の形態４では、受発光部４０ａ、４０ｂとして実施の形態３と同様にスポット光を整形するビーム整形レンズ群と受光素子とを用い、両者をまとめて受発光部というものとする。
【００８８】
さらに、実施の形態４の座標入力装置には、受発光部４０ａ、受発光部４０ｂが照射した光を座標入力面５０に向かうように偏向する反射ミラー２０１が設けられている。反射ミラー２０１の反射角度は、照射した光が非入力面、座標入力面５０の両方に平行に進むような角度に設定されており、実施の形態４では、光を９０度に反射するようになっている。
【００８９】
また、図２８は、実施の形態４の他の構成を説明するための図で、図２８（ａ）は、この座標入力装置の上面を示す図、（ｂ）は、側面を示す図である。なお、図２８についても、図中、図１９、図２７に示したものと同様の部材については同様の符号を付し、説明を一部略すものとする。
【００９０】
このような構成は、ホワイトボード、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイといった板状の部材に座標入力面を設ける場合に適用されるもので、受発光部４０ａ、受発光部４０ｂをディスプレイ（Ｄｉ）の板状の筐体２０５裏面に設置する。そして、この設置面を非入力領域として使用するものである。このために、破線２０３で示した筐体２０５の背面端部と受発光部４０ａ、受発光部４０ｂとの距離ｄは、受発光部４０ａ、受発光部４０ｂ間の距離の０．０６倍以上に設定されている。
【００９１】
また、このような構成には、受発光部４０ａ、受発光部４０ｂから照射された光をいったん筐体２０５の上面に平行になるよう偏向する反射ミラー２０１ａ、さらに座標入力面５０と平行になるように偏向する反射ミラー２０１ｂが設けられている。反射ミラー２０１ａ、２０１ｂの反射角度は、それぞれ非入力面と平行な面上を進む光が座標入力面５０と平行に進むような角度になるように設定されており、図２８に示した構成では、それぞれ光を９０度に反射するようになっている。
【００９２】
以上述べた実施の形態４は、先に述べた実施の形態３から得られる効果に加え、非入力面が占めるスペースを節減でき、座標入力装置が大型化することを抑えることができる。
【００９３】
また、本発明は、以上述べた実施の形態３、実施の形態４に限定されるものではない。すなわち、発光手段、受光手段（受発光部）は、一般的に座標入力装置に適用されるものであればどのような構成でも良い。実施の形態３、実施の形態４の座標入力装置に適用可能な光学的機構としては、例えば、従来からある、照射部が光を入力座標面内で走査するもの、さらにこの反射部材を円筒体表面に設けたものが考えられる。さらに、周囲光に対する電気的フォトトランジスタ補償を使って光遮断を検出するものを用いることも可能である。
【００９４】
【発明の効果】
以上述べた本発明は、以下の効果を奏する。すなわち、
請求項１記載の発明は、情報入力領域のうち、特に検出精度の低い部位に入力された点については、この座標の算出を避け、座標入力装置の座標検出精度を高めると共に、装置の信頼性を高めることができる。
したがって、請求項１記載の発明は、座標入力面内での検出精度のばらつきをなくし、また、検出角度の誤差が座標の検出精度に影響し難い座標入力装置を提供することができる。
【００９５】
請求項２記載の発明は、最適な非検出領域の幅を設定することができ、非検出領域を設けることによる座標入力面の縮小を最低限に抑えながら、実質的に座標の検出精度の低下が生じる領域を非検出領域とすることができる。
【００９６】
請求項３記載の発明は、情報入力領域をより広くとることができ、座標入力装置を小型化することもできる。
【００９７】
請求項４記載の発明は、発光した光が遮蔽されることによって入力された点を検出する座標入力装置において、情報入力領域のうち、特に検出精度の低い部位に入力された点については、この座標の算出を避け、座標入力装置の座標検出精度を高めると共に、装置の信頼性を高めることができる。
したがって、請求項４記載の発明は、発光した光が遮蔽されることによって入力された点を検出する座標入力装置において、座標入力面内での検出精度のばらつきをなくし、また、検出角度の誤差が座標の検出精度に影響し難い座標入力装置を提供することができる。
【００９８】
請求項５記載の発明は、発光した光が遮蔽されることによって入力された点を検出する座標入力装置において、最適な非検出領域の幅を設定することができ、非検出領域を設けることによる座標入力面の縮小を最低限に抑えながら、実質的に座標の検出精度の低下が生じる領域を非検出領域とすることができる。
【００９９】
請求項６記載の発明は、発光した光が遮蔽されることによって入力された点を検出する座標入力装置において、座標入力・検出領域をより広くとることができ、座標入力装置を小型化することもできる。
【０１００】
請求項７記載の発明は、情報入力領域のうち、特に検出精度の低い部位に入力された点については、この座標の算出を避け、情報入力装置の座標検出精度を高めると共に、装置の信頼性を高めることができる。
したがって、請求項７記載の発明は、座標入力面内での検出精度のばらつきをなくし、また、検出角度の誤差が座標の検出精度に影響し難い情報入力装置を提供することができる。
【０１０１】
請求項８記載の発明は、情報入力領域をより広くとることができ、情報入力装置を小型化することもできる。
【０１０２】
請求項９記載の発明は、発光した光が遮蔽されることによって入力された点を検出する情報入力装置において、情報入力領域のうち、特に検出精度の低い部位に入力された点については、この座標の算出を避け、情報入力装置の座標検出精度を高めると共に、装置の信頼性を高めることができる。
したがって、請求項９記載の発明は、発光した光が遮蔽されることによって入力された点を検出する情報入力装置において、座標入力面内での検出精度のばらつきをなくし、また、検出角度の誤差が座標の検出精度に影響し難い情報入力装置を提供することができる。
【０１０３】
請求項１０記載の発明は、発光した光が遮蔽されることによって入力された点を検出する情報入力装置において、情報入力領域をより広くとることができ、情報入力装置を小型化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】点の座標を三角測量法で算出する方法を説明する図である。
【図２】座標変動量を座標入力面内の分布として表した図である。
【図３】図２中に示した直線Ｅで図２を切った断面図である。
【図４】非入力領域を模式的に示した図である。
【図５】実施の形態１の入力部を説明するための図で、入力部の正面図である。
【図６】図５中の線分Ｖ−Ｖ’に沿う入力部の断面図である。
【図７】実施の形態１の遮光板を説明するための図である。
【図８】実施の形態１の背景板を説明するための図で、その一部を示す正面図である。
【図９】実施の形態１の演算部を説明するためのブロック図である。
【図１０】実施の形態１の基準画像を例示する図である。
【図１１】実施の形態１の入力部および演算部の動作を説明するための図で、座標入力面上に点を入力した状態を示す図である。
【図１２】実施の形態１の入力部および演算部の動作を説明するための図で、図１１の電子カメラで撮像した画像を示す図である。
【図１３】実施の形態１の入力部および演算部の動作を説明するための図で、座標入力の一連の処理を説明するための図である。
【図１４】実施の形態１の入力部および演算部の動作を説明するための図で、図１１のうちの電子カメラを拡大して示す図である。
【図１５】実施の形態１の座標入力面上で指を浮かせた状態を示す図である。
【図１６】図１４を、紙面に垂直な方向から見た図である。
【図１７】実施の形態１の処理を説明するためのフローチャートである。
【図１８】実施の形態２の座標入力装置を説明するための図で、（ａ）は、座標入力装置の上面を示す図、（ｂ）は、側面を示す図である。
【図１９】実施の形態２の座標入力装置を説明するための他の図で、（ａ）は、座標入力装置の上面を示す図、（ｂ）は、側面を示す図である。
【図２０】実施の形態３の座標入力装置の座標検出原理について説明する図である。
【図２１】実施の形態３の座標入力装置の座標検出原理について説明する他の図である。
【図２２】実施の形態３の座標入力装置の座標検出原理について説明する他の図である。
【図２３】実施の形態３の座標入力装置の座標検出原理について説明する他の図である。
【図２４】実施の形態３の座標入力装置を説明するための図で、入力部を正面から見たものである。
【図２５】図２４中に示したビーム整形レンズ群の構成を説明するための図である。
【図２６】図２４、図２５に示した座標入力装置の光学系を、より詳しく説明するための図で、（ａ）は、発光、受光の構成を説明するための模式図、（ｂ）は、（ａ）の模式図の発光に係る構成を示す図、（ｃ）は、（ａ）の受光に係る構成を説明する図である。
【図２７】実施の形態４の座標入力装置を説明するための図で、（ａ）は、座標入力装置の上面を示す図、（ｂ）は、側面を示す図である。
【図２８】実施の形態４の座標入力装置を説明するための他の図で、（ａ）は、座標入力装置の上面を示す図、（ｂ）は、側面を示す図である。
【符号の説明】
２  支持体
４ａ、４ｂ  電子カメラ
５、５０  座標入力面
６  結像光学レンズ
７  背景板
９  インターフェイス
１０  ＣＰＵ
１１  ＲＯＭ
１２  ＲＡＭ
１２ａ  座標メモリ
１３  タイマ
１４  積分器
１５  二次元イメージセンサ
１６  ＥＥＰＲＯＭ
１６ａ  基準画像メモリ
１８  ｘｙｚ演算器
２０、２５１  切欠部
２５  遮光板
４０ａ、４０ｂ  受発光部
５１  境界線