(57)【要約】【課題】  『近接入力』を可能としつつ、『尾引き』現象を無くし、指示具を握った際のグリップ感を向上させる、使い勝手の良い座標入力装置、及び座標入力装置用指示具を実現する。【解決手段】  指示具に設けた再帰反射部材からの光を検出してその指示具の位置座標を検出する座標入力装置、及び座標入力用指示具であって、ペンアップ／ダウン状態を示す超音波信号を放射する信号放射手段と、投光された光を再帰反射する再帰反射手段が一体に構成される。【選択図】  図１１
2005165829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指示具の動作状態に応じて超音波振動を放射する信号放射手段と、入射した光を再帰的に反射する再帰反射手段を同一の部材で構成した圧電フィルム手段を有することを特徴とする光学式座標入力装置用入力ペン。
【請求項２】
前記第一項記載の圧電フィルム手段は、信号放射手段の電極手段が再帰反射手段の反射手段を兼ねることを特徴とする。
【請求項３】
座標入力面の有効領域内に略平行に光束を投光する投光手段と、前記第一項記載の指示具の再帰反射手段で再帰反射した光束を受光する受光手段、前記受光手段から得られる光量分布の変化から、前記第一項記載の指示具の位置座標を算出する位置算出手段、及び前記第一項記載の指示具の動作状態に応じて放射された超音波信号を検出する事によって、前記指示具の動作状態を判定する判定手段を有する事を特徴とする座標入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、座標入力装置、より詳しくは、入力面に指示具や指によって指示して座標を入力することにより、接続されたコンピュータを制御したり、文字や図形などを書き込むために用いられる座標入力装置であって、その性能を改善する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の装置として各種方式のタッチパネルが提案、または製品化されており、特殊な器具などを用いずに、画面上でPCなどの操作が簡単にできるため、広く用いられている。
【０００３】
方式としては、抵抗膜を用いたもの、また、超音波を用いたものなど、さまざまなものがあるが、光を用いたものとして、座標入力面外側に再帰性反射シートを設け、光を照明する手段からの光を再帰反射シートで反射し、受光手段により光量分布を検出する構成において、入力領域内にある、指などで遮蔽された領域の角度を検出し、遮蔽位置つまり入力位置の座標を決定するものが、知られている（例えば特許文献１参照）。さらには例えば、微分などの波形処理演算によって遮光部分のピークを検出することにより、遮光部分の角度を検出する方式（例えば特許文献２参照）、あるいは特定のレベルパターンとの比較によって遮光部位の一方の端と他方の端を検出し、それらの座標の中心を検出する構成（例えば特許文献３参照）が示されている。
【０００４】
さらには、先の座標入力面外側に設けた再帰性反射シートの変わりに、指示具に再帰反射シートを設け、この指示具を用いて座標入力を行えば、光を照明する手段からの光が指示具における再帰反射シートにより再帰反射し、その方向のみの光が受光手段で検出できるので、該指示具の位置座標を算出することが可能となる（例えば特許文献４参照）。
【０００５】
また、座標入力面上で座標入力動作を行う事で、ペンから放射光を発光し、前述ペンの位置座標を求めるため、座標入力面の外側に複数配置された検出ユニットで該放射光を受光して電気信号に変換し、この電気信号を処理して位置座標を算出する方式も開示されている（例えば特許参考文献５参照）。
【０００６】
さて再帰反射手段として従来より知られている一般的なビーズ型再帰性反射材300について図13を用いて説明する。屈折率が２前後と非常に大きく直径が１００μｍ程度のビーズ３０１を非常に稠密かつ均一な分布で反射膜３０２に焦点を結ぶように低屈折率の樹脂３０３で固定したもので、フィルムとしての強度を受け持つベース３０４と他の部材に貼りつけるための接着層３０５が積層されたものが各種市販されている。なお、ビーズ３０１の直径は大きいとフィルムとしての柔軟性が損なわれ、小さいと反射膜３０２との距離の誤差に敏感になって均一な特性が得にくくなるため、前述の１００μｍ程度のものがよく用いられている。
【０００７】
その他の構造体として、いわゆるプリズムタイプ（三面体キューブ）のものが知られており、その特性はビーズタイプのものに比べ一般的に言って、高い反射特性を有するものの、斜めから入射する光に対して反射輝度が低下、つまり広角性能がやや劣る。
【特許文献１】米国特許USP4507557
【特許文献２】特許公開番号2000-105671
【特許文献３】特許公開番号2001-142642
【特許文献４】特許公開番号2002-268813
【特許文献５】特許公開番号Ｈ11-3170
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
タッチパネルと呼ばれる装置は、指、あるいは指示具が入力面をタッチする事によって、タッチした位置を検出するものであり、先に述べた抵抗膜方式にあっては、入力面をタッチする事で電気的な抵抗値の変化を検出することによってその位置を検出するものであり、また超音波方式等にあっては、タッチする事によって例えば入力面中を伝播している超音波振動が減衰する現象を観測して、タッチ位置を検出する様に構成されている。つまり、抵抗膜方式、あるいは超音波方式にあっては、入力面をタッチしなければ位置検出は行われず、逆に言えば、位置検出が行われたという事は、入力面をタッチしている状態を意味する。
【０００９】
しかしながら、投光手段により座標入力面に略並行に光束を投射し、その光束例えば遮光位置を検出する事で、遮光位置の位置座標を算出する座標入力装置に有っては、入力面より所定距離離れた位置（入力面よりの高さｈ１）に検出用の光束（光の幅ｈ２）を設け、その光束を遮蔽物により遮蔽する事で、その遮蔽位置を検出する事から、必ずしも、座標入力面をタッチしていなくても、座標値を検出してしまう（入力面よりの高さｈ１、光の幅ｈ２については、図１（Ａ）参照のこと）。その結果生じる障害について説明すると、操作者が例えば『二』と言う漢字を入力しようとする場合、操作者はまず指示具等を用いて、座標入力面をタッチしながら『一』を入力し、その次にタッチ動作を終了して、所望の位置へ指示具を移動させて、再び指示具をタッチさせて『一』を入力する。つまり２回の動作によって『二』と言う文字を入力したつもりになる。しかしながら、上述した理由により操作者は指示具をアップさせたと認識しているにもかかわらず、そのアップ動作を十分大きく行わなければ、その間であっても指示具による遮光が継続して行われ（座標が継続して出力されている）、その結果操作者の意図とは異なる『乙』と言う文字が入力されたような結果となる。この様な現象（指示具をアップさせたにもかかわらず、座標入力装置がダウンと判断している状態）を以後『尾引き』と称するが、この『尾引き』現象は、操作者が意図した座標入力とは異なる筆跡を表示する事になるので、操作性を著しく低下させる重大な課題を有する。その現象を抑制するためには、入力面３よりの高さｈ１、及び光束の幅ｈ２をできるだけ小さくすることで、『座標入力面をタッチすることで、その位置を検出する状態』に近づけることができるが、完全に解消する事は困難である。
【００１０】
さらには、例えば操作者が指示具を用いて座標入力面をタッチする事で、ペン自身が発光し、複数のセンサでその光を検知して指示具の位置座標を求める方式に有っては、発光がペンダウンを意味するので、上記の様な『尾引き』等の課題は生じない。しかしながら座標入力を行う場合には、発光ペンが必須（発光ペンからの光放射が必須）であり、例えば、座標入力面近傍における『近接入力』機能を実現する事ができない。つまり、近接入力とは、指示具が座標入力面にタッチしていなくても、座標入力面近傍にあれば、その指示具の位置座標を検出できる機能であり、例えば、先に述べた投光手段により座標入力面に略並行に光束を投射し、その光束の遮光位置を検出する事で、遮光位置の位置座標を算出する座標入力装置において可能な構成となる。従って、この観点では、座標入力面から光束までの距離h1、及び光束の幅h2をより大きく設定する事で、近接入力可能な領域を増大させる事ができる様になる。
【００１１】
つまり、『尾引き』対策としては、先に述べたｈ1、ｈ2をより小さくする事が好ましい形態であり、『近接入力』に関しては、ｈ1、ｈ2をより大きく設定する事が好ましい形態と言える。従って、上記の課題を解決する操作性に優れる座標入力装置を実現するためには、まず、『近接入力』を可能とするためにｈ1、ｈ2をより大きく設定し、その際に生じる『尾引き』は、指示具が座標入力面をタッチしたかを判別する手段を指示具に設け、その情報を指示具から本体の回路部に伝送することで解消できる。
【００１２】
この観点にたち、例えば指示具に再帰反射シートを設け、指示具からの再帰反射光に基づき指示具の位置座標を検出する座標入力装置の指示具の構成について図14に示せば、70は投射されている光を再帰反射させるための再帰反射シート、71は、指示具の先端部7が座標入力面を押圧することによって、動作するスイッチ手段等により座標入力面をタッチしたかどうかを判定し、その結果を本体回路に送信するための手段である。具体的な送信手段としては、指示具5に内蔵された電池手段を動力源として、信号を重畳させた赤外線を放射、あるいは超音波信号を放射する等が考えられる。
【００１３】
図14（Ａ）は反射シート70及び送信手段71を指示具5の先端部に、図14（Ｂ）は送信手段のみ指示具５の後端部に設けた例である。（Ａ）のタイプは（Ｂ）のタイプに比べ、操作者がグリップする位置が指示具の先端部より離れざるを得ないので、指示具としての操作性を低下させる。一方、（Ｂ）のタイプは指示具としての操作性には優れるが、指示具の内部構造が、回路部、電源部（電池）を有する構造で、しかも電源部はその消耗に応じてユーザが適宜交換しなければならない事を考えれば、タイプ（Ａ）の構造よりも配線等が複雑にならざるを得ず、コスト的に不利な構造と言える。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以上の課題を解決するために本願発明は、指示具の動作状態に応じて超音波振動を放射する信号放射手段と、入射した光を再帰的に反射する再帰反射手段を同一の部材で構成したので、操作感に優れる指示具を提供することが可能となった。さらには、前記指示具を用いて座標入力を行う事ができる座標入力装置であって、座標入力面の有効領域内に略平行に光束を投光する投光手段と、前記指示具の再帰反射手段で再帰反射した光束を受光する受光手段とを有し、前記受光手段から得られる光量分布の変化から、指示具の位置座標を算出する位置算出手段、及び指示具の動作状態に応じて放射された超音波信号を検出する事によって、指示具の動作状態を判定する判定手段により、『近接入力』を可能としながら、『尾引き』を発生させない優れた性能を有する座標入力装置を安価に構成できるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１５】
以上述べたように本願発明は、指示具の動作状態に応じて超音波振動を放射する信号放射手段と、入射した光を再帰的に反射する再帰反射手段を同一の部材で構成したので、操作感に優れる指示具を提供することが可能となった。さらには、前記指示具を用いて座標入力を行う事ができる座標入力装置であって、座標入力面の有効領域内に略平行に光束を投光する投光手段と、前記指示具の再帰反射手段で再帰反射した光束を受光する受光手段とを有し、前記受光手段から得られる光量分布の変化から、指示具の位置座標を算出する位置算出手段、及び指示具の動作状態に応じて放射された超音波信号を検出する事によって、指示具の動作状態を判定する判定手段により、『近接入力』を可能としながら、『尾引き』を発生させない優れた性能を有する座標入力装置を安価に構成できる優れた効果がえら得るようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
まず、本発明に係る座標入力装置の概略構成、並びに第一の座標算出手段いついて説明する。図２中１L、１Rは投光手段および検出手段を有するセンサユニット１であり、本実施例の場合、図示の如く座標入力有効領域4のX軸に平行に、かつY軸に対称な位置に所定距離離れて配置されている。センサユニット１は制御・演算ユニット２に接続され、制御信号を制御・演算ユニット２から受け取ると共に、検出した信号を制御・演算ユニット２に送信する。３は座標入力面であり、その中に座標入力有効エリア4が定義されている。センサユニット１中の投光手段は、座標入力面３に対して略平行に、かつ座標入力有効エリアをカーバーする様に略90°範囲に光を投光し、座標入力ペンによる座標入力動作により、座標入力ペン5に設けられた再帰反射手段で投光された光は再帰的に反射される。
【００１８】
再帰的に反射された光は、集光光学系とラインCCD等によって構成されたセンサユニット１の検出手段によって1次元的に検出され、その光量分布が制御・演算ユニットに送られ、どの方向からの光を検出したかを判別することが可能となる。つまり制御・演算ユニット２の演算制御手段は、左右のセンサユニット１の光量変化から入力指示された部分を検出し、その情報から方向（角度）をそれぞれ導出する。さらに、前記導出された方向（角度）、及びセンサユニット１L、及び１R間の距離情報等から、入力エリア上の座標位置を算出すると共に、表示装置に接続されているPCなどに、USBなどのインタフェースを経由して座標値を出力する。
【００１９】
前述した座標入力有効エリア４は、PDPやリアプロジェクタ、LCDパネルなどの表示装置の表示領域と略同一に構成することで、インタラクティブな入力装置として利用可能となる。このようにして、指示具５によって、画面上に線を描画したり、表示画面上のアイコン操作によりPCの制御等が可能となる。
【００２０】
以降、各部分毎にその構成、動作について詳細説明を行う。
【００２１】
＜センサユニット１の詳細説明＞
図3はセンサユニット１中における投光手段30の構成例を示したものである。
【００２２】
図3−1は投光手段を正面方向（座標入力面3に対し垂直方向）から見た図であり、図中31は赤外光を発する赤外LEDであり、発光した光は投光レンズ３２によって、略90°範囲に光を投光する。一方、図3−2は同じ構成を横から見た側面図であり（入力面3に対し水平方向）、この方向では、赤外LED31からの光は上下方向に制限された光束として、座標入力面３に略平行に投光される。
【００２３】
図４はセンサユニット１中における検出手段40を図示したのものであり、図３と同様に、図４-1は正面方向（座標入力面3に対して垂直方向）から、また図４-2はその側面図である。なお正面図４-1中の破線部分は、側面図４-2に示される前述したセンサユニット１中の投光手段の配置を示すものである。本実施例の場合、投光手段30と検出手段40を重ねて配置しており、その距離Lは、投光手段から再帰反射手段３までの距離に比べて十分に小さな値であり、距離Lを有していても十分な再帰反射光を検出手段で検知することが可能な構成となっている。
【００２４】
また、図４-2において本願発明の検出手段は、1次元のラインCCD４１および集光光学系としてのレンズ４２，４３および、入射光の入射方向を制限する絞り４４、可視光など余分な光の入射を防止する赤外フィルター４５からなり、投光手段で投光された光は、再帰反射部材３によって反射され、前述赤外フィルター４５、絞り４４を抜けて集光用レンズ４２，４３によって、CCDの検出面上に集光される。
【００２５】
同様に図４-1において説明を加えると、前述した略90°方向に投光された投光手段の光は、再帰反射部材３によって反射され、前述赤外フィルター４５、絞り４４を抜けて集光用レンズ４２，４３によって、反射光の入射角に応じたCCD41の画素上に結像することになる。従って、CCD４１の出力信号は、反射光の入射角に応じた光量分布を出力することになるので、CCD41画素番号が角度情報を示すことになる。
【００２６】
＜制御・演算ユニットの説明＞
図２の制御・演算ユニット２とセンサユニット１L、 センサユニット1Rの間では、CCDの制御信号、CCD用クロック信号、CCDの出力信号、および、LEDの駆動信号がやり取りされている。
【００２７】
図５は制御・演算ユニットのブロック図である。CCD制御信号は、ワンチップマイコンなどで構成される演算制御回路８３から出力されており、CCDのシャッタタイミングや、データの出力制御などをおこなっている。CCD用のクロックはクロック発生回路８７からセンサユニットに送られると共に、CCDとの同期をとって、各種制御を行うために、演算制御回路83にも入力されている。
【００２８】
LED駆動信号は演算制御回路83からLED駆動回路84L、84Rをへて、センサユニット１中の赤外LED31に供給されている。
【００２９】
センサユニット１の検出手段であるCCD41からの検出信号は、制御・演算ユニット２中のADコンバータ81L、81Rに入力され、演算制御回路83からの制御によって、デジタル値に変換される。変換されたデジタル値は必要に応じてメモリ82に記憶され、後述する方法で角度算出、さらには座標値が求められ、その結果を外部PCなどにシリアルインタフェース88などを介して出力される。
【００３０】
20は指示具5からの超音波信号を受信するためのマイクロフォン等を含む処理回路であり、信号を復調することによってペンの動作状態を判断する。
【００３１】
＜光量分布検出の説明＞
図６は制御信号のタイミングチャートである。
【００３２】
９１，９２，９３がCCD制御用の制御信号であり、９１SH信号の間隔で、CCDのシャッタ解放時間が決定される。９２、９３はそれぞれ左右のセンサへのゲート信号であり、CCD内部の光電変換部の電荷を読み出し部へ転送する信号である。
【００３３】
９４、９５は左右のLEDの駆動信号であり、SHの最初の周期で一方のLED（センサユニット１L中のLED）を点灯するために94の駆動信号がLED駆動回路（この場合LED駆動回路84L）を経てLEDに供給される。次の周期でもう一方のLED（この場合、センサユニット１R中のLED）が駆動される。双方のLEDの駆動が終了した後に、CCDの信号が左右のセンサから読み出される。
【００３４】
読み出される信号は、指示具による入力がない場合、つまり指示具からの再帰反射光が無い場合には、それぞれのセンサからの出力として、図７-1のような光量分布が得られる。
【００３５】
図７-1において、Aのレベルが最大光量を検出した時のレベル、Bのレベルが最低レベルであるものとすれば、再帰反射光のない状態では、得られるレベルはB付近になり、反射光量が増えるほどAのレベルに近づく事になる。この様にCCDから出力されたデータは、逐次AD変換されCPUにデジタルデータとして取り込まれる。
【００３６】
図７-2は指示具5で入力を行った、つまり、再帰反射光を検知した時のＣＣＤ出力例であり、この場合はCの部分で光量が増大している。位置検出は、この光量分布の変化を検知して行うものであり、例えば、まず図7-1のような入力の無い初期状態を予めメモリ82に記憶しておき、それぞれのサンプル期間で得られるデータとあらかじめ記憶しておいた初期データとの差分を算出する事で、図7-2のような変化があるかどうかを判別する。
【００３７】
＜角度計算の説明＞
角度計算にあたっては、まず、ＣＣＤ41における再帰反射光の位置を検出する必要がある。
【００３８】
さて、電源投入時等において、指示具5による座標入力動作の無い状態で、投光手段30から投光してCCDの出力をAD変換して、これをRef_data[N]として、メモリ82に記憶する。これは、CCD41のバイアスのばらつき等を含んだデータとなり、図７-1のBのレベル付近のデータとなる。ここで、Nは画素番号であり、有効な入力範囲に対応する画素番号が用いられる。
【００３９】
これらのデータを用いてまずは入力が成されたか、遮光範囲があるかどうかの判定を行う。
【００４０】
あるサンプル期間のデータをNorm_data[N]とする。まず再帰反射光が検出されている範囲を特定するために、データの変化の絶対量によって、有無を判定する。これは、ノイズなどによる誤判定を防止し、所定量の確実な変化を検出するためである。変化の絶対量を各々の画素において以下の計算を行い、予め決定してある閾値Vthaと比較する。
【００４１】
Norm_data_a[N]  ＝  Norm_data[N]  −  Ref_data[N]            （１）
従って、Norm_data_a[N]は各画素における絶対変化量に相当する事になる。
【００４２】
この処理は、差をとり比較するだけなので、処理時間をさほど使わないので、入力の有無の判定を高速に行う事が可能であり、Vthaを初めて超えた画素が所定数を超えて検出されたときに入力があったと判定する。そしてこのデータに対して、例えば閾値Vｔｈｒを別途設定して、Norm_data_a[N]の値が閾値Ｖｔｈｒとクロスする上がり部と立下り部の画素番号を算出し、例えば両者の中央を入力画素として、高精度に画素情報が取得可能となる。
【００４３】
また、より高分解能に検出するために、閾値Ｖｔｈｒとクロスする付近の画素の出力レベル情報を用いて、例えば比例配分等の演算により仮想的な画素番号を計算することで、より高分解能な画素情報を取得しても良い。
【００４４】
＜CCD画素情報から角度情報への変換＞
さて、得られた画素番号から、実際の座標値を計算するためには、前述の画素番号を角度情報に変換する必要がある。
【００４５】
図8は得られた画素番号と角度Θの関係をプロットしたものである。この関係の近似式
Θ＝ｆ（N）                            （７）
を求め、この近似式よりデータの変換を行う。本願発明では、１次近似式を用いて近似できる様に、先に説明したセンサユニット１中の検出手段のレンズ群を構成するが、レンズの光学的収差等により、より高次な近似式を用いたほうが、より高精度に角度情報を得る事が可能となる場合がある。どのようなレンズ群を採用するかは、製造コストと密接に関連し、レンズ群の製造原価を下げる事によって一般的に発生する光学的な歪を、より高次の近似式を用いて補正する場合には、それなりの演算能力（演算速度）を要求されるので、目的とする製品に要求される座標算出精度を鑑みながら、その両者を適宜設定すれば良い。
【００４６】
一方、後述する方法で角度情報から座標値を算出する場合には、得られた画素番号から角度そのものを算出するよりも、その角度における正接（tangent）の値を求めるほうが、三角関数の演算を省略する事が可能となるので都合が良い。この観点に立ち図8の関係から、画素番号に対するtanθ値をプロットしたものを近似式として採用してもかまわない。
【００４７】
＜座標計算方法の説明＞
図9は画面座標との位置関係を示す図である。座標入力有効エリア４の水平方向にX軸、垂直方向にY軸を、そして座標入力有効エリア４の中央を原点位置に配置するものとし、入力範囲4の上辺左右にセンサユニット１L、及びセンサユニット１RをY軸に対称に取り付け、そのセンサユニット間の距離をDsとする。また図示されている様に、センサユニット１のCCDの受光面は、その法線方向がX軸と45°の角度を成すように配置され、その法線方向を０°と定義する。この時角度の符号は、左側に配置されたセンサユニット１Lの場合には、時計回りの方向を『+』方向に、また右側に配置されたセンサユニット１Rの場合には、反時計回りの方向を『+』方向と定義する。さらには、図中P0は前述した各センサの法線方向の交点位置であり、Y軸方向の原点からの距離をP0yと定義する。この時、それぞれのセンサユニット１で得られた角度をθL、θRとして、検出すべき点Pの座標P(x,y)は、
【００４８】
【数１】
2005165829.tif 000003
で得られる。
【００４９】
以上、指示具５による再帰反射光を検出して、指示具５の位置座標を検出する座標入力装置について説明した。
【００５０】
図10は本願発明の指示具５の構成を具体的に示すものであり、指示具5の先端部7が座標入力面3に接触したかを判定するスイッチ手段61を有する。指示具５の内部構造は、電池66、電池電圧を昇圧するためのコンバータ65、スイッチ手段61のスイッチ信号を検出して、超音波の放出を制御するペン制御回路64からなる。
【００５１】
ペン先スイッチ61をON、OFFすると、ペン制御回路は、圧電フィルム手段6より超音波を指示具5の軸方向に略垂直な方向に放射、放射された超音波信号は、指示具5からの超音波信号を受信するためのマイクロフォン等を含む処理回路20で復調され、ペンの動作状態を本体回路に伝送する。
【００５２】
図１は、指示具5からの超音波放射が無い状態（Ａ）、及び超音波が放射されている状態（Ｂ）を模式的に説明する説明図である。まず図１（Ａ）は操作者が指示具5を座標入力面3に接触させてはいない状態にあり、従ってペン先スイッチ61がＯＦＦ状態にある。しかしながら、投光手段30の光束は指示具5により遮蔽されており、圧電フィルム手段6の表面を再帰反射手段とする事で、その投光された光束は、検出手段40に向けて再帰反射される。従って、指示具5の位置座標、並びに指示具5が座標入力面3に接触していない事（以後ペンアップと言う）を検出できる。それに対し図１（Ｂ）は、指示具5が座標入力面3をタッチしている状態であり、ペン先スイッチがＯＮ状態（ペンダウン）となって、圧電フィルム手段6の超音波放射機能により超音波が空中に放射される事になる。放射された超音波は処理回路20により復調されことによってペンダウンを判定する。なおこの時、投光手段30の光束は指示具5により遮光されており、圧電フィルム手段6の再帰反射機能により、指示具5の位置座標が検出される事になる。
【００５３】
さて本願発明に用いた圧電フィルム手段6の詳細について図11を用いて説明する。
【００５４】
まず図11（Ａ）において、204は１軸方向に延伸・分極されたポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）フィルムであり、その両面に電極としてアルミニウム203、及び205が蒸着される（信号放射手段）。この電極203、205に電圧をかけることによって、ＰＶＤＦフィルムは伸縮することになる。本願発明では、電極203をアルミ蒸着により製造しているので、光学的な反射面として利用可能なことから、ガラスビーズ202をフィルム層204方向に押し付けた状態で、例えば接着手段等により固着する。その結果、電極層203は図示が如く変形し、電極層203が再帰反射手段の反射層として作用する。従って、図示の如くα方向、もしくはβ方向から到来した光は、各々α方向、β方向に再帰的に反射するようになる。なおＳ201はガラスビーズを保護するための光透過可能な保護フィルムである。
【００５５】
この様に構成されたフィルムを、図１１（Ｂ）に示すが如く、ポリフッ化ビニリデンフィルム層204の１軸延伸方向が円周方向となるように、かつ、ガラスビーズ層が外側となるように、例えば粘着材を用いて円管状に構成する。この時、交流の電圧を電極層203、205に与える事によって、ＰＶＤＦは円周方向に伸縮を繰り返し、その結果として圧電フィルム手段6より図１（Ｂ）に示すが如く音波が放射される事になる（ＰＶＤＦの伸縮により円管の直径が周期的に変化するため）。また、図15（Ｂ）に示すが如く、圧電フィルム手段６に光を照射すると、再帰反射特性により、元の方向に効率良く光を反射する。従って本願発明の圧電フィルム手段６を例えば座標入力装置に応用することで、光の到来方向に光を効率良く再帰反射すると共に、例えば指示具の先端部を押圧する事で動作するスイッチ手段により交流電圧を付加することで空気中に超音波を放射し、その超音波を受信する事で、指示具のペンアップ/ダウン情報を取得できるように構成できる。
【００５６】
なお本願発明にあっては、電極層203が反射面を兼ねる構成となっているが、これに限定されるもので無く、市販されている種々の再帰反射テープを電極層203、205、ＰＶＤＦ204からなる圧電性フィルム（信号放射手段）に、例えば両面テープ等を用いて重ね合わせて構成しても良い。
【００５７】
また保護フィルム201の有無は、例えばガラスビーズを保護するために設けられる保護層であるが、設けることで再帰反射効率が低下する弊害もあり、目的用途、仕様によって適宜選択される。
【００５８】
さて、図12はデータ取得から座標計算までの工程を示した本願発明の座標入力装置のフローチャートであり、一連の処理工程について詳述する。
【００５９】
まずS101で電源投入が行われると、S102で演算制御回路などのポート設定、タイマ設定などさまざまな初期化が行われる。S103は立ち上げ時のみに行う不要電荷除去のための準備である。CCDなどの光電変換素子においては、動作させていない時に不要な電荷が蓄積している場合があり、そのデータをそのままリファレンスデータとして用いると、検出不能、あるいは誤検出の原因となる。それを避けるために、前述した投光手段の照明無しの状態で、CCDからのデータをS103で予め設定された回数読み出す（S104）ことにより、CCDに蓄積されていた不要電荷の除去を行っている。S105は所定回数繰り返すための判断文である。S106は投射手段の照明無し状態（センサユニット１中の投光手段、及び指示具５中の発光手段の光放射が行われない状態）でのデータの取り込みであり、リファレンスデータとして上述したRef_data[N]の取得に相当し、S107にてメモリに記憶され、以降の計算に用いられる。
【００６０】
以上のステップまでが、電源投入時の初期設定動作と言う事になるが、この初期設定動作は、リセットスイッチ等により操作者の意図によって動作するように構成しても良い事は言うまでも無く、この初期設定動作を経て、通常の取り込み動作状態に移行することになる。
【００６１】
まずＳ108で投光手段30により光を照射し、その時のＣＣＤ41のデータNorm_data[N]を取得する。次にＳ109にて先に記憶したRef_data[N]との差分を計算してNorm_data_a[N]を取得し、Ｓ110にて指示具5からの再帰反射光の有無を判定する。S111にて無効と判断された場合にはＳ108、Ｓ109の動作を繰り返し、Ｓ111にて有効な制御信号が取得されたならば、Ｓ112にて指示具5からの再帰反射光が入射しているＣＣＤ41の画素番号を算出し、上述した方法によりＳ112で角度を算出する。そして左右のセンサユニットで得られた角度情報に基づき、Ｓ113にて座標演算を行うと共に、Ｓ114にて指示具5の動作状態、つまり指示具の先端部7が座標入力面3をタッチしているかどうかに従って放射される超音波信号に基づきその状態を判定し、Ｓ115，Ｓ1116にて状態に応じたフラグをセットして、Ｓ117にてフラグ及び座標値を外部機器等へ出力する事になる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本願発明の圧電フィルム手段6の動作を説明する説明図。
【図２】座標入力装置の概略構成図。
【図３】センサユニット１中の投光手段30を説明する説明図。
【図４】センサユニット１中の検出手段40を説明する説明図。
【図５】制御・演算ユニット２のブロック図。
【図６】投光手段30の発光のタイミングチャート。
【図７】光量分布（ＣＣＤ出力）の一例。
【図８】画素番号Nと角度Θの関係の説明図。
【図９】座標算出の説明図。
【図１０】指示具５の概略構成図。
【図１１】圧電フィルム手段６の構成。
【図１２】座標処理算出に関するフローチャート。
【図１３】再帰反射について説明する説明図。
【図１４】従来例の弊害を説明する説明図。
【符号の説明】
【００６３】
１L,1R  センサユニット
２  制御ユニット
３  入力面
４  座標入力有効領域
５  指示具
６  圧電フィルム手段
【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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