(57)【要約】【課題】撮像部の取り付け位置調整が不要であり保守も容易で、温度変化等の環境変化による影響も受けず、安価な構成要素で実現可能な位置検出装置を提供する。【解決手段】感光素子を２次元的に配列したエリアイメージセンサ７０と結像レンズ７１を有する撮像部７を検出面１の側方２箇所に配置する。選択手段１０は、撮像部７で撮像されたある視野の内、再帰反射枠４等の特定の視野に対応する特定画素を感光素子から選択する。画像処理手段１１は、選択された特定画素に対応する特定画像信号を画像処理し、指示体２の指示位置座標を出力する。【選択図】図５
2005004729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出面上に位置する指示体を検出する位置検出装置であって、該位置検出装置は、
感光素子を２次元的に配列したエリアイメージセンサと結像レンズを有し、前記検出面の側方２箇所から前記検出面上を、ある視野で撮像して画像信号を出力する一対の撮像部と、
前記画像信号を入力とし、前記ある視野の内の特定の視野に対応する特定画素を前記感光素子から選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された前記特定画素に対応する特定画像信号を入力として画像処理を行い、前記指示体が指示する検出面上の指示位置の座標を出力する画像処理手段と、
を具備することを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位置検出装置において、前記撮像部は、さらに、前記検出面上に沿った光を放射する光源を有し、該光源は前記結像レンズの近傍に配置されることを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の位置検出装置であって、さらに、前記光を再帰反射する再帰反射部材を有することを特徴とする位置検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の位置検出装置において、前記再帰反射部材は、前記指示体に設けられることを特徴とする位置検出装置。
【請求項５】
請求項３に記載の位置検出装置において、前記再帰反射部材は、前記検出面の少なくとも周囲３辺に連続して設けられることを特徴とする位置検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の位置検出装置において、前記特定画素に対応する前記特定の視野は、前記再帰反射部材の像の一部又は全部を含む領域であることを特徴とする位置検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の位置検出装置であって、さらに、前記撮像部により撮像され前記特定の視野を画定する基準となるマーカ手段を有し、前記選択手段は前記マーカ手段を基準として前記特定の視野に対応する特定画素を前記感光素子から選択することを特徴とする位置検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の位置検出装置において、前記マーカ手段は、前記検出面の少なくとも４箇所に配置されることを特徴とする位置検出装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の位置検出装置において、前記マーカ手段は、反射像が特徴的形状となるように構成した再帰反射部材であることを特徴とする位置検出装置。
【請求項１０】
請求項７又は請求項８に記載の位置検出装置において、前記マーカ手段は、光を放射する発光部であることを特徴とする位置検出装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の位置検出装置において、前記マーカ手段は、発光像が特徴的形状となるように構成した発光部であることを特徴とする位置検出装置。
【請求項１２】
請求項１０又は請求項１１に記載の位置検出装置において、前記発光部は、前記特定の視野を画定する時にのみ発光することを特徴とする位置検出装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２の何れかに記載の位置検出装置であって、さらに、キャリブレーション手段を有し、該キャリブレーション手段は、自動的に所定の間隔で又は手動で任意に、前記選択手段に特定画素の選択を行わせることを特徴とする位置検出装置。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１３の何れかに記載の位置検出装置において、前記選択手段が選択する特定画素は、画素配列に則して直線状に並ぶ画素、斜めに並ぶ画素、又は屈折した部分を有して並ぶ画素の何れかであることを特徴とする位置検出装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４の何れかに記載の位置検出装置であって、さらに、前記選択手段により選択される前記特定画素に関する画素選択情報を記憶するメモリを有し、前記選択手段は、前記メモリに記憶された前記画素選択情報を用いて、前記撮像部で撮像される前記画像信号から前記特定画素に対応する特定画像信号を出力することを特徴とする位置検出装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の位置検出装置であって、さらに、前記撮像部で撮像される前記画像信号を一時記憶するバッファメモリを有し、前記選択手段は、前記メモリに記憶された前記画素選択情報を用いて、前記バッファメモリに記憶された前記画像信号から前記特定画素に対応する前記特定画像信号を出力することを特徴とする位置検出装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の位置検出装置において、前記メモリは、シリアルアクセス方式のメモリであり、前記記憶された前記画素選択情報は、入力されるクロック信号に同期して読み出されることを特徴とする位置検出装置。
【請求項１８】
請求項１乃至請求項１７の何れかに記載の位置検出装置において、前記選択手段と前記画像処理手段との間は、高速シリアル転送インタフェースにより接続され、前記画像処理手段は、パーソナルコンピュータに含まれることを特徴とする位置検出装置。
【請求項１９】
請求項１乃至請求項１７の何れかに記載の位置検出装置において、前記画像処理手段は、マイクロコンピュータで構成され、前記指示位置の座標は、前記マイクロコンピュータが有するインタフェースを介して出力されることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２０】
請求項１乃至請求項１９の何れかに記載の位置検出装置であって、さらに、表示装置を有し、前記検出面は、前記表示装置の表示面を保護する透明板であることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２１】
検出面上に位置する指示体を検出する位置検出装置であって、該位置検出装置は、
感光素子を２次元的に配列したエリアイメージセンサと結像レンズを有し、前記検出面の側方２箇所から前記検出面上を、ある視野で撮像して画像信号を出力する一対の撮像部と、
前記撮像部により撮像される前記ある視野の内の所定部分を画定する基準となるマーカ手段と、
前記撮像部から出力される画像信号を入力とし、前記マーカ手段に基づき画像信号の所定部分を画定し、該画定された所定部分の画像信号を用いて指示体が指示する検出面上の指示位置の座標を算出する画像処理手段と、
自動的に所定の間隔で又は手動で任意に、前記マーカ手段の位置の変動を検出して所定部分を画定し直す追従手段と、
を具備することを特徴とする位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出面上に位置する指示体を検出する位置検出装置に関し、特に、撮像部にエリアイメージセンサを用いた位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
検出面上に位置する指示体を検出する位置検出装置には、電磁誘導式や感圧式、光学式等、種々のものがある。電磁誘導閾値検出装置は、指示体自体から放射される電磁波の放射強度の平面分布から２次元座標を求めるものである。この方式では電磁波を放射する専用の指示体が必要であり、指等による入力を行うことはできないものである。
【０００３】
感圧式位置検出装置は、抵抗被膜等を検出面上に配置し、指示体の指示位置をこの抵抗被膜等で検出して指示位置座標を出力するものである。しかしながら、感圧式位置検出装置では、先の鋭利な指示体を用いると検出面が破けるという問題があった。また、表示装置と組み合わせた所謂タッチパネル表示装置に応用した場合には、抵抗被膜等を介して表示画面を見ることになるため、表示が暗くなる等の問題もあった。
【０００４】
光学式位置検出装置は、検出面上に置かれた指示体を２つの撮像部により２箇所から撮像し、指示体の指示位置座標を三角測量の原理で求めるものである。これには、画像認識等により指示体の形状を検出して、指示位置座標を出力するものや、入射した光を入射した方向に反射する再帰反射部材を指示体又は検出面の周囲に設け、それに向けて光源から光を放射することで、光の有る部分又は影の部分の位置から指示位置座標を出力するもの等がある。図１は、三角測量の原理を用いて指示体の指示位置を検出する遮蔽式の光学式位置検出装置の上平面図である。検出面１上に置かれた指等の指示体２を、２つの撮像部３で撮像するものである。例えば、撮像部３には、ＬＥＤ等の光源が検出面１に向かって光を放射するように設けられ、その光が再帰反射枠４に入射し、入射した方向に反射して戻ってきた光を撮像部３のセンサで撮像する。指示体２が検出面１上に置かれると、その部分が影となって撮像部３に撮像されるので、その影の部分の位置から三角測量の原理を用いて指示位置座標が算出できるものである。これら光学式位置検出装置は、検出面が保護ガラス等の硬いもので構わないため、先の鋭利な指示体を用いることも可能であり、また、タッチパネル表示装置に応用した場合でも、表示に影響を及ぼすことはないので、都合良く適用できるものである。さらに、プラズマディスプレイ等の大型表示装置にも適応可能であり、今後、光学式位置検出装置はますます需要は高まってくると考えられている。
【０００５】
これらの装置に用いられる撮像部のセンサは、通常リニアイメージセンサで構成されている。これは、指示体の検出においては、基本的に高さ方向の情報は不要であり、水平方向における影又は光の位置を検出できれば良いからである。
【０００６】
しかしながら、光学式位置検出装置は、それに使用する撮像部の位置合わせが非常に難しいものであった。即ち、リニアイメージセンサは１ラインで構成されるセンサであるため、この１ラインによる撮像部の視野を検出面に沿って平行に、且つ検出面により近い位置に合わせ込むことは難しかった。このような取り付け角度や取り付け位置の調整が難しいという問題の解決を図ったものとしては、ネジにより撮像部の高さ及び傾きを微調整できるようにしたもの等もある。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−５４２８号公報
【特許文献２】特開平１１−８５３７７号公報
【特許文献３】特開平１１−８５３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、光学式位置検出装置は、撮像部の取り付け位置の調整が非常に難しいものであった。仮にネジにより高さや傾きを調整できる機構を設けたとしても、素人が撮像部の視野を検出面に平行に正確に合わせることは難しく、仮に製品出荷時に正確に合わせたとしても、製品搬送時や設置時に位置が狂うこともあり、また、大型の検出面に適用した場合には、温度変化による検出面の変形等により、撮像部の位置が変化し、視野がずれることもあった。このような場合、エンドユーザ側で位置合わせを行うことは不可能に近く、保守サービス等により調整する必要があった。
【０００９】
撮像部の位置合わせがシビアにならないように、結像レンズの画角を垂直方向にも広げることで、撮像部の視野を検出面の垂直方向に広げることも考えられる。図２は、図１に示すような位置検出装置を横方向から見た図である。図示のように、撮像部３の視野５を結像レンズ等で垂直方向に広げることで、撮像部３の取り付け位置がずれたとしても、その視野内に再帰反射枠４が含まれるように構成することは可能である。しかしながら、垂直方向に視野を広げた場合、外来光等の影響を受けてしまう。即ち、位置検出には検出面１の近傍のみの指示体２の影を検出する必要があるにも拘らず、視野を広げることにより指示体以外の外来光、例えば太陽や蛍光灯等の光による影を指示体により生じた影と誤って認識してしまい、誤った座標を出力してしまう場合がある。このため、撮像部の視野を検出面の垂直方向に広げることは難しかった。なお、検出面の周りに再帰反射枠を設ける例ではなく、指示体に再帰反射部材を設け、光の部分を検出して指示体の指示位置を算出する例もあるが、この場合には、外来光があるとそれ自体が指示体と区別できず、誤認してしまうことになる。外来光の影響をなくすために、枠を高くすることも考えられるが、あまり高い枠を設けると、操作性が悪くなる等の問題があった。
【００１０】
また、指示位置座標の検出精度を上げるためには、撮像部の視野を極力検出面に平行で且つ検出面に近い所に合わせる必要がある。検出面に近い位置に視野を合わせることは、指示体が検出面に触れていないのに触れたと誤認してしまうことや、斜めに検出面に触れたときに、検出する位置と検出面がずれていることによる指示位置座標の誤差等をなくすために重要なことである。しかしながら、検出面が大きくなってくると、その平面性の影響を受ける場合がある。図３に示すように検出面１が歪んでいる場合、視野５が途中で検出面の歪みによって遮られ、再帰反射枠４まで届かなくなってしまう。このようになると、検出面全体を検出できなくなってしまう。したがって、検出面全体を検出できるようにするために、撮像部３の位置を高くし、斜め上方向から検出面を見下ろすように構成することも考えられる。しかしながら、撮像部３の位置を上げて見下ろすようにした場合、図４のように、検出面１の角の部分の再帰反射枠４が屈折して見えることになる。このような場合、１ラインで構成されるリニアイメージセンサでは、その視野も直線であるため、屈折して見える再帰反射枠４全体を撮像することが不可能になってしまう。
【００１１】
なお、エリアイメージセンサ等を用いたカメラによって広い視野で検出面上を撮像し、それを画像処理部へ送り画像処理して指示位置座標検出に用いることも考えられる。しかしながら、指示位置座標検出を行うためには、毎秒１００フレーム程度のフレームレートが必要となるため、エリアイメージセンサから画像処理部へ送るデータ量が膨大となり、それを処理するためには高速なインタフェースや処理装置が必要となるので、製品コストが高くなり、現実的ではなかった。
【００１２】
本発明は、斯かる実情に鑑み、撮像部の取り付け位置調整が不要であり保守も容易で、温度変化等の環境変化による影響も受けず、安価な構成要素で実現可能な位置検出装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した本発明の目的を達成するために、本発明による位置検出装置は、感光素子を２次元的に配列したエリアイメージセンサと結像レンズを有し、検出面の側方２箇所から検出面上を、ある視野で撮像して画像信号を出力する一対の撮像部と、画像信号を入力とし、ある視野の内の特定の視野に対応する特定画素を感光素子から選択する選択手段と、選択手段により選択された特定画素に対応する特定画像信号を入力として画像処理を行い、指示体が指示する検出面上の指示位置の座標を出力する画像処理手段とを具備する。
【００１４】
ここで、撮像部は、さらに、検出面上に沿った光を放射する光源を有し、該光源は結像レンズの近傍に配置されるようにしても良い。
【００１５】
さらに、光を再帰反射する再帰反射部材を用い、再帰反射部材は、指示体に設けられるか、検出面の少なくとも周囲３辺に連続して設けられるようにしても良い。
【００１６】
また、特定画素に対応する特定の視野は、再帰反射部材の像の一部又は全部を含む領域であれば良い。
【００１７】
さらに、撮像部により撮像され特定の視野を画定する基準となるマーカ手段を有し、選択手段はマーカ手段を基準として特定の視野に対応する特定画素を感光素子から選択するようにしても良い。マーカ手段は、検出面の少なくとも４箇所に配置されれば良い。
【００１８】
また、マーカ手段は、反射像が特徴的形状となるように構成した再帰反射部材であっても良いし、光を放射する発光部であっても良い。
【００１９】
ここで、発光部は、発光像が特徴的形状となるように構成しても良いし、特定の視野を画定する時にのみ発光するように構成しても良い。
【００２０】
さらに、キャリブレーション手段を有し、該キャリブレーション手段は、自動的に所定の間隔で又は手動で任意に、選択手段に特定画素の選択を行わせるようにしても良い。
【００２１】
また、選択手段が選択する特定画素は、画素配列に則して直線状に並ぶ画素、斜めに並ぶ画素、又は屈折した部分を有して並ぶ画素の何れでも選択可能である。
【００２２】
さらに、選択手段により選択される特定画素に関する画素選択情報を記憶するメモリを有し、選択手段は、メモリに記憶された画素選択情報を用いて、撮像部で撮像される画像信号から特定画素に対応する特定画像信号を出力するようにしても良い。
【００２３】
またさらに、撮像部で撮像される画像信号を一時記憶するバッファメモリを有し、選択手段は、メモリに記憶された画素選択情報を用いて、バッファメモリに記憶された画像信号から特定画素に対応する特定画像信号を出力するようにしても良い。
【００２４】
ここで、メモリは、シリアルアクセス方式のメモリであり、記憶された画素選択情報は、入力されるクロック信号に同期して読み出されるように構成されても良い。
【００２５】
また、選択手段と画像処理手段との間は、高速シリアル転送インタフェースにより接続され、画像処理手段は、パーソナルコンピュータに含まれる構成であっても良い。
【００２６】
さらに、画像処理手段は、マイクロコンピュータで構成され、指示位置の座標は、マイクロコンピュータが有するインタフェースを介して出力されるように構成されても良い。
【００２７】
さらにまた、表示装置を有する構成とし、検出面を表示装置の表示面を保護する透明板で構成しても良い。
【００２８】
また、本発明による検出面上に位置する指示体を検出する位置検出装置は、感光素子を２次元的に配列したエリアイメージセンサと結像レンズを有し、前記検出面の側方２箇所から前記検出面上を、ある視野で撮像して画像信号を出力する一対の撮像部と、前記撮像部により撮像される前記ある視野の内の所定部分を画定する基準となるマーカ手段と、前記撮像部から出力される画像信号を入力とし、前記マーカ手段に基づき画像信号の所定部分を画定し、該画定された所定部分の画像信号を用いて指示体が指示する検出面上の指示位置の座標を算出する画像処理手段と、自動的に所定の間隔で又は手動で任意に、前記マーカ手段の位置の変動を検出して所定部分を画定し直す追従手段とを具備するものであっても良い。
【発明の効果】
【００２９】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。即ち、撮像部の取り付け位置調整をする必要がなく、取り付け位置を調整する代わりに、エリアイメージセンサの特定画素を選択するだけで良くなるため、組立工数を削減でき、メンテナンス性も良くなるという作用が得られる。撮像部が傾いて取り付けられたとしても、エリアイメージセンサの画素配列に対して斜めに並ぶ画素を選択すれば良い。また、直線ではなく、屈折した部分を選択することも可能であるため、検出面が反り返っているような場合でも、撮像部を多少高い位置に設けて検出面全体で検出可能な状態にすることも容易である。さらに、撮像部の視野を検出面に対して容易に低く設定することができるため、検出精度も上がり、操作性も向上する。また、エリアイメージセンサを用いたとしても、特定画素に対応する特定画像信号のみを画像処理するため、専用の高速インタフェースや高価な処理装置は必要なく、安価に製造可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。図５は、本発明の位置検出装置の上平面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１に示す従来のものと同様である。なお、図５では、再帰反射枠４を検出面１の周辺の少なくとも３辺に設け、指等の指示体２により遮られた影の位置を撮像部７で検出する例について主に説明するが、本発明はこれに限定されず、指示体２に再帰反射部材を設け、その再帰反射部材による光の位置を撮像部７で検出するものであっても構わない。さらに、再帰反射部材は特に用いずに、指示体２が検出面１上に置かれたことを、撮像部７により撮像された画像の画像処理により検出する方式や、指示体自体に光源を設けてその光の位置を検出する方式のものも勿論可能である。本発明の最も特徴とするところは、撮像部７に感光素子を２次元的に配列したエリアイメージセンサを用いる点と、撮像部７が撮像する視野の内の特定の視野を選択する選択手段を有する制御部１０を具備する点にある。以下にこれらを中心により具体的に説明する。
【００３１】
本発明の位置検出装置に用いられる撮像部７は、感光素子を２次元的に配列したエリアイメージセンサと結像レンズとから主になっており、検出面１の側方２箇所に配置される。そして、２箇所から検出面上を撮像して画像信号を出力するものである。図５に示すような再帰反射部材を用いる位置検出装置の場合には、結像レンズの近傍に光源が必要となる。図５に例示した例の場合、再帰反射枠４は検出面１の少なくとも周囲３辺に連続して設けられる。枠に連続して設けられないと、指示体２に対応する影の部分の検出ができなくなるためである。
【００３２】
図６を用いて、撮像部７の構成の一例を説明する。図６は、本発明の位置検出装置に用いることが可能な撮像部７の一構成例である。図６（ａ）がその上平面図であり、図６（ｂ）がその側面図である。図示の通り、撮像部７は、エリアイメージセンサ７０と、結像レンズ７１、さらに光源７２を有する。エリアイメージセンサ７０は、ＣＣＤ方式やＣＭＯＳ方式等、種々のセンサを利用可能である。なお、エリアイメージセンサのすべての画素に対応する画像信号のみを出力するだけではなく、大まかに一部の領域に制限可能なモードを有するセンサも利用可能である。本発明の位置検出装置に用いられるエリアイメージセンサは、高速動作が必要なＡ／Ｄコンバータ等が別途不要なＣＭＯＳ方式のエリアイメージセンサを用いるのが好ましい。これにより製品コストを抑えることが可能となる。光源７２は、例えばＬＥＤ等を用いることが可能であり、図示例では２つの光源を設けている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、光源は１つであっても構わない。光源の数や配置は、検出面の大きさ等に応じて種々変更可能である。また、図６の撮像部は、その大きさを小さく構成するためにプリズムミラー７３を用いる例を示したが、これには限定されず、プリズムミラーを用いずに結像レンズとエリアイメージセンサを並べても勿論構わない。また、結像レンズ７１は、検出面１に平行な方向には画角が広く、検出面１全体を撮像できるような視野となるように構成される。なお、結像レンズ７１の検出面１に垂直な方向の画角に関しては、後述するようにエリアイメージセンサの視野を制御できるため、特に制限はなく、適当な画角を任意に決定すれば良い。
【００３３】
このように構成された撮像部７において、光源７２からの光は、検出面１に平行に検出面上に沿って放射され、再帰反射枠４に入射する。再帰反射枠４は、入射した方向に光を反射するため、再度検出面１上に沿って撮像部７に戻ってくる。この光は結像レンズ７１で集光され、プリズムミラー７３で９０度屈折されてエリアイメージセンサ７０に再帰反射枠の像が結像される。そして、エリアイメージセンサは画像信号を出力する。
【００３４】
エリアイメージセンサにより出力された画像信号は、制御部１０に送られる。制御部１０は、撮像部７が撮像する視野の内の特定の視野に対応する特定画素を感光素子から選択する選択手段を有している。具体的には、エリアイメージセンサ７０の感光素子すべての画素から、特定の視野に対応する特定画素、即ち、再帰反射枠４を撮像できるような視野に対応する部分の特定画素のみを選択できる選択手段を有する。例えば撮像部７の視野には、再帰反射枠４以外にもその上部や検出面１が入るが、指示体の位置検出に必要な部分というのは、再帰反射枠４の像の部分のみである。したがって、再帰反射枠４の像の部分の特定の視野に対応する特定画素を選択すれば良い。なお、選択手段においては、エリアイメージセンサの感光素子の任意の特定画素を選択可能であるため、再帰反射枠４の像の全部に対応する部分を選択する必要はなく、検出面１により近い部分の再帰反射枠の像に対応する画素を選択することで、検出精度が高くなり、且つ操作性も良好な位置検出装置が実現可能となる。
【００３５】
そして、左右２つの撮像部７のそれぞれから、選択された特定画素に対応する特定画像信号をＵＳＢ等の高速シリアル転送インタフェース手段を介してパーソナルコンピュータ１１に送る。特定画像信号は、特定の視野に対応する部分のみのデータであるため、専用の高速インタフェース等は不要であり、ＵＳＢ等の一般的なインタフェースを利用することが可能である。画像処理部としてパーソナルコンピュータ１１を用いることが可能であり、パーソナルコンピュータ１１は、送られてきた画像信号を基に画像処理を行い、指示体が指示する検出面上の指示位置の座標を出力する。具体的には、左右２つの撮像部７からの特定画像信号に含まれる影の部分の位置から、三角測量の原理で検出面１上の座標を算出する。また、例えば本発明の位置検出装置をタッチパネル表示装置に適用する場合には、検出面１を透明板で構成し、その後に表示画面を重ねて表示装置１２を配置すれば良い。
【００３６】
次に、図７を用いて本発明の位置検出装置の撮像部に設けられる選択手段について詳細に説明する。図７は、本発明の位置検出装置に用いられる制御部１０を説明するためのブロック図である。撮像部７は左右に２個あるが、それぞれの画像信号処理は同じであるため、片側の処理のみ説明する。撮像部７のエリアイメージセンサからの画像信号は、バッファメモリ２０に一旦蓄積される。バッファメモリはある程度書込・読出速度が高速なＳＲＡＭ等を利用することが好ましい。なお、バッファメモリ２０に蓄積する画像信号は、エリアイメージセンサのすべての画素に対応する画像信号で良いが、エリアイメージセンサ側に撮像範囲を制限できるようなモードがあれば、そのようなモードで予め大まかな一部のエリアのみに制限された画像信号をバッファメモリ２０に蓄積しても良い。そして、画像信号とは別に、エリアイメージセンサの走査線に沿って送られてくる画像信号の中の画素クロック信号を画素カウンタ２１によりカウントし、この値をバッファメモリ２０にアドレスとして書き込む。そして、バッファメモリ２０は、制御部１０の主要部であるマイクロコンピュータ２２に接続される。マイクロコンピュータ２２は、パーソナルコンピュータ１１との接続手段であるＵＳＢ等のインタフェースを有する。さらに、後述するキャリブレーション等によりパーソナルコンピュータ１１内で設定された画素選択情報を記憶するためのＳＲＡＭ等の記憶部２３も有する。この画素選択情報を基に、マイクロコンピュータ２２がバッファメモリ２０から特定画素に対応する特定画像信号、即ち指示位置座標の検出に必要な部分の画像信号を読み出して、インタフェースを介してパーソナルコンピュータ１１に送信する。バッファメモリ２０への読み書きの命令は、マイクロコンピュータ２２からの指示により行えば良い。パーソナルコンピュータ１１では、ドライバソフトウェア等により、送られてきた画像から指示体の指示位置座標を算出する。
【００３７】
次に、図８を用いて本発明の位置検出装置の検出手順を説明する。図８は、図５に示す本発明の位置検出装置における検出手順を説明するためのフローチャートである。まず、後に詳細に説明する画素領域選択手順が行われる（ステップ８０１）。これは、撮像部７の特定の視野に対応するエリアイメージセンサの特定画素を決定するために行われるものである。そして、特定画素が決定すると、上位のパーソナルコンピュータ１１からの指示に基づき、マイクロコンピュータ２２は、特定画素に対応する特定画像信号をＳＲＡＭ等のバッファメモリ２０からアドレスを参照して読み出す（ステップ８０２）。読み出された特定画像信号は、インタフェースを介してパーソナルコンピュータ１１に送信される。これにより検出面１上での位置検出が可能な状態となる。そして、パーソナルコンピュータ１１では、送られてきた特定画像信号を参照し、指示体が検出されるか否かを判断する（ステップ８０３）。図５の位置検出装置において、検出面１上に指示体２が置かれた場合、その影の位置が左右のそれぞれの撮像部７で検出される。これらの影の位置から、三角測量の原理により指示体２の指示位置座標を計算する（ステップ８０４）。そしてステップ８０２に戻り、位置検出を行い続ける。なお、再帰反射枠４を用いずに、指示体２に再帰反射部材を設ける例の場合には、指示体が置かれると光の位置が検出されることになり、その光の位置から座標を計算することになる。
【００３８】
ステップ８０３において指示体２が検出されない場合、その検出されない状態がある所定時間続いたか否かを判断する（ステップ８０５）。所定時間が経過する前であれば、ステップ８０２に戻り位置検出を行い続ける。ステップ８０５において、所定時間が経過した場合には、今度はステップ８０１へ戻り、画素領域選択手順を行って特定画素を決定し直す。これは、温度変化等による撮像部の微動等で、撮像部の視野が変化した場合にでも、それに合わせて視野を再調整することが可能となるものである。即ち、所定時間使用してない場合に、その時間を利用して自動的にキャリブレーションを行うようにしたものである。なお、図示例では自動的にキャリブレーションを行うようにしているが、本発明はこれに限定されず、手動で任意に特定画素の選択を行わせるようにしても勿論良い。
【００３９】
次に、画素領域選択手順の詳細を、図９を用いて説明する。図９は、本発明の位置検出装置における画素領域選択手順を説明するためのフローチャートである。まず、パーソナルコンピュータ１１からの指示に基づき、マイクロコンピュータ２２は、撮像部７の撮像視野に対応するすべての画素の画像信号をバッファメモリ２０から読み出す（ステップ９０１）。読み出された画像信号は、インタフェースを介してパーソナルコンピュータ１１に送信され、パーソナルコンピュータ１１は、この画像を基に、撮像部７の特定の視野を決定する（ステップ９０２）。そして、特定の視野が決定されると、その特定の視野に対応するエリアイメージセンサの感光素子の特定画素を選択する（ステップ９０３）。パーソナルコンピュータ１１は、このように選択した特定画素に関する画素選択情報を、マイクロコンピュータ２２にインタフェースを介して送信し、マイクロコンピュータ２２は、その内部の記憶部２３に画素選択情報を記憶する（ステップ９０４）。
【００４０】
以下、より具体的に上記の各ステップを説明する。例えば、検出面１にほぼ平行な視野となるように撮像部７が設置されている場合、ステップ９０１により読み出される撮像部７により撮像される画像は、図１０に表わすようなものとなる。なお、図中Ａ，Ｂ，Ｃは図５の再帰反射枠４に付した位置Ａ，Ｂ，Ｃに対応するものである。図１０を参照すると、再帰反射枠４の部分が明るく検出される部分であるが、検出面１が保護ガラス等の反射するものであった場合、図示のように検出面１側にも明るい部分が反射して、大きな光の帯のような状態になる。したがって、指示体２の位置検出に必要な部分は、光の帯の部分の横方向の中心線よりも上の部分になるので、中心線の上側の光の帯の部分すべてに対応する位置を特定の視野として決定すれば良い（ステップ９０２）。なお、送信するデータをより削減するためには、再帰反射枠４に対応する部分すべてを含む領域を特定の視野とする必要はなく、その一部、具体的には中心線上部で且つ最も近い部分を特定の視野とすれば、操作性も良くなるので好ましい。したがって、特定の視野は、検出面に近づければ近づけるほど指示体の誤検出や誤差を減らすことが可能であるため、なるべく中心線に近い部分を特定の視野として決定すれば良い。
【００４１】
そして、特定の視野が決定されると、ステップ９０３において、その特定の視野に対応するエリアイメージセンサの感光素子の特定画素が選択される。特定画素は、エリアイメージセンサの感光素子の画素配列に則して直線状に選択すれば良いが、撮像部が傾いて設けられているような場合には、斜めに並ぶ画素を選択すれば良いし、検出面の歪み等で特定の視野が直線的ではない場合には、歪みに沿って画素を選択すれば良い。
【００４２】
また、図１１（ａ）に示すように、検出面１の歪み等のために再帰反射枠が視野内に入らず指示体が検出できなくなることを避けるために、撮像部７の設置位置を高くした場合、撮像部７により撮像される画像は図１１（ｂ）に表わすようなものとなる。なお、図中Ａ，Ｂ，Ｃは図５の再帰反射枠４に付した位置Ａ，Ｂ，Ｃに対応するものである。このように、検出面１の角の部分の再帰反射枠４が屈折して見えることになるが、図１１（ｃ）に示すように、特定画素は屈折した部分を有して並ぶ画素を選択することで、再帰反射枠４を的確に特定の視野とすることが可能となる。そして、ステップ９０４において、この特定画素に対する画素選択情報をマイクロコンピュータ２２の記憶部２３に記憶する。
【００４３】
次に、マイクロコンピュータ２２の処理手順について説明する。図１２は、本発明の位置検出装置に用いられるマイクロコンピュータ２２における処理手順を説明するためのフローチャートである。先ず、マイクロコンピュータ２２は、パーソナルコンピュータ１１からのデータを待ち（ステップ１２０１）、送られてきたデータが画素選択情報であれば（ステップ１２０２）、画素選択情報を記憶部２３に記憶する（ステップ１２０３）。送られてきたデータが画素選択情報でなければ（ステップ１２０２）、２つの撮像部７からの画像信号を、画素カウンタ２１が生成するアドレスに従って連続する領域に格納されるように、バッファメモリ２０に書き込む（ステップ１２０４）。パーソナルコンピュータ１１からの命令が画像要求の場合、それが全画像要求なのか特定画像要求なのかを判断し（ステップ１２０５）、キャリブレーションのための全画像要求であれば、バッファメモリ内の全画像信号をインタフェースを介してパーソナルコンピュータ１１へ送信する（ステップ１２０６）。パーソナルコンピュータ１１からの命令が、特定画像要求であれば、記憶部２３に記憶された画素選択情報に基づき、バッファメモリをランダムアクセスして読み出すことにより、選択された特定画素に対応する特定画像信号をインタフェースを介してパーソナルコンピュータ１１へ送信する（ステップ１２０７）。
【００４４】
このように、本発明の位置検出装置は、撮像部の取り付け位置に関しては、厳密な位置合わせ等が必要なくなるため、製造コストも安くなりメンテナンス性も良くなる。また、位置検出時には必要な特定画素の特定画像信号のみを送信するため、専用の高速インタフェース等は不要となる。さらに、座標の計算等はパーソナルコンピュータ側で行うため、専用の高価な処理回路等も不要となる。さらにまた、撮像部の物理的な位置調整をすることなく、撮像部の視野を極力検出面に近い位置に調整することが可能となるため、検出精度を高くすることができ、且つ操作性も向上する。
【００４５】
上述の例では、再帰反射枠を検出面の周辺に設け、その再帰反射材による光を遮断した影の位置を撮像部で検出する遮断式の位置検出装置を説明したが、以下に、反射枠は設けず、その代わりに指示体２に再帰反射材１３を設け、撮像部では再帰反射材において光る部分の位置を検出する発光式の位置検出装置について、図１３を用いて説明する。図１３は、本発明の位置検出装置を他の方式に適用した場合の例を説明するための図である。図中、図５と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図５に示す例と同様である。また、処理手順等も図８、図９、図１２で示す手順と基本的には同様である。本実施例においては、図９のステップ９０２における撮像部の特定の視野を決定する過程における決定手順が上述の実施例とは異なる。本実施例では、再帰反射枠がないため、予め再帰反射枠により特定の視野を決定することができない。そこで、その代わりに、撮像部７の特定の視野を画定する基準となるマーカ部材を検出面１の周辺に設ける。図示のように、検出面１の少なくとも４箇所にマーカ部材１４を設ける。マーカ部材に付したＡ，Ｂ，Ｃは、右側の撮像部７により撮像されるマーカである。マーカ部材１４は、例えば図１４（ａ）のように、反射像が特徴的な形状、例えば指示体２の先端形状とは異なる三角形等の形状となるように構成した再帰反射部材である。また、図１４（ｂ）に示すように、再帰反射部材をストライプ状に構成したもの等でも良い。即ち、検出面１上に置かれる指示体２の像と誤認しないような特徴的な像となるように構成されていれば、図示例の形状には特定されず、種々の形状が考えられる。さらに、マーカ部材１４は、再帰反射部材ではなく、ＬＥＤ等の発光源を用いても良い。この場合、発光像を特徴的な形状となるように構成することも考えられるが、撮像部７の特定の視野を画定する時、即ちキャリブレーション時のみに発光するように構成しておけば良い。こうすることで、指示体の検出時には発光源が影響を及ぼすことがなくなり、また、消費電力を抑えることも可能となる。
【００４６】
このように構成された位置検出装置においては、撮像部７の視野による画像は図１５に示すようなものとなる。したがって、図９における撮像部７の特定の視野を決定するステップ９０２では、マーカ部材１４の像を結んだ線を特定の視野として決定すれば良いことになる。
【００４７】
また、温度変化等による撮像部の微動や検出面の歪み等で、撮像部の視野が変化した場合にでも、マーカ部材の位置の変動を検出して視野を再調整するような追従機能を適用することも可能である。この追従機能は、一定の間隔で自動的に作動させても良いし、手動で任意に作動させても勿論良い。
【００４８】
次に、図１６を用いて本発明の位置検出装置に用いられる制御部１０の他の例を説明する。図７を用いて説明した制御部１０は、バッファメモリと画素カウンタを用いた構成であったが、図１６に示す制御部２９は、これらの代わりにシリアルアクセス方式のメモリを用いる点が異なる部分である。また、図１６に示す制御部２９では、マイクロコンピュータで画像処理も行うように、画像処理用のマイクロコンピュータを含めて示している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、図７で説明したように、画像処理は上位のパーソナルコンピュータで行わせても勿論良い。以下の説明では、撮像部７は左右に２個あるがそれぞれの画像信号処理は同じなため、片側の処理のみ説明する。
【００４９】
撮像部７のエリアイメージセンサからのすべての画素に対応する画像信号（画像データ）は、画像処理用マイクロコンピュータ３２に入力される。なお、エリアイメージセンサ側に撮像範囲を制限できるようなモードがあれば、そのようなモードで予め大まかな一部のエリアのみに制限された画像信号を入力するようにしても良い。また、エリアイメージセンサの走査線に沿って送られてくる画像信号の中の画素クロック信号を、シリアルアクセス方式の記憶部３０と、ＡＮＤ回路３１の入力側の一方に入力する。そして、シリアルアクセス方式の記憶部３０の出力である読出信号を、ＡＮＤ回路３１の入力側の他方に入力し、ＡＮＤ回路３１の出力を画像処理用マイクロコンピュータ３２に入力する。ここで、シリアルアクセス方式の記憶部３０は、具体的には１ビットの情報の読み書きが入力クロックに同期してシーケンシャルに行えるメモリであり、予め記憶された画素選択情報は、例えば入力されるクロック信号の立ち上がりで読出信号として読み出されるものである。このシリアルアクセス方式の記憶部としては、例えばＳＴマイクロエレクトロニクス株式会社が製造しているシリアルフラッシュメモリが利用可能である。以下に、図１７を用いて各信号の動作タイミングを説明する。
【００５０】
図１７は、図１６に示す制御部の各信号の動作タイミングを説明するためのタイミングチャートである。図示のように、各画素クロック信号の立ち上がり毎に画像データが切り替わる。シリアルアクセス方式の記憶部３０からは、画素クロック信号の立ち上がりで予め記憶された画素選択情報が読出信号として読み出されるため、その読出信号は例えば図示のようになる。したがって、ＡＮＤ回路３１の出力は、画素クロック信号及び読出信号が共にＨＩＧＨのタイミングでＨＩＧＨになる。画像処理用マイクロコンピュータ３２においては、画像データが安定した状態のとき、即ち、ＡＮＤ回路出力の立ち下がりで画像データが抽出される。
【００５１】
このように構成された制御部２９の処理手順を以下に説明する。画像処理用マイクロコンピュータ３２は、図８、図９及び図１２で説明した画像処理手順とほぼ同様の処理を行う。したがって、先ず画素領域選択手順（ステップ８０１）により、特定の視野に対応する特定画素を決定する。特定画素を決定する手順はこれまで説明した手順と同様、再帰反射枠の像やマーカ手段の像から適宜決定すれば良い。本実施例の制御部２９は、画像処理用マイクロコンピュータ３２には常に画像信号が入力されているため、それを用いて特定画素を決定すれば良い。そして、決定された特定画素に関する画素選択情報を、予めシリアルアクセス方式の記憶部３０に記憶しておく。指示体の指示位置座標を検出する場合、シリアルアクセス方式の記憶部３０の読出信号と画素クロック信号が共にＨＩＧＨのときにＡＮＤ回路３１の出力がＨＩＧＨになるので、ＡＮＤ回路３１の出力がＨＩＧＨの時、好ましくは画像信号が安定する立ち下がりのタイミングで画像信号を抽出する。これにより、画素選択情報により選択された特定画素に対応する特定画像信号が入力される。画像処理用マイクロコンピュータ３２では、この特定画像信号を基に画像処理を行い、指示体による影又は光の場所から指示体の指示位置座標を出力する。図１６の例では、容量の少ない座標データを出力することになるため、座標データは、低速のＲＳ−２３２Ｃ等のインタフェースを介して上位のパーソナルコンピュータ等に送信される。なお、座標計算まで行うような画像処理用マイクロコンピュータを用いずに、単に特定画像信号を抽出するまでを行うマイクロコンピュータを用いても良い。この場合には、特定画像信号をインタフェースを介してパーソナルコンピュータに送信し、パーソナルコンピュータ側で座標計算等の画像処理を行えば良い。
【００５２】
このように構成すると、図７で説明した例のようなバッファメモリを用いるよりも少ない容量のメモリを用いることが可能となるため、製品コストを抑えることが可能となる。
【００５３】
なお、本発明の位置検出装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。撮像部の撮像素子にエリアイメージセンサを用い、その撮像視野の内、特定の視野に対応する画素を選択可能な手段を用いていれば、位置検出方式は遮断式でも発光式でもその他の方式でも良い。
【００５４】
以上、説明したように本発明の位置検出装置によれば、撮像部の取り付け位置調整が不要であり保守も容易で、温度変化等の環境変化による影響も受けず、安価な構成要素で実現可能な位置検出装置を提供できるという優れた効果を奏し得る。本発明の位置検出装置では、撮像部の特定の視野を簡単に決定することが可能なため、既存の表示装置に後付けする形で位置検出装置を設けてタッチパネル表示装置とすることも容易である。さらに、再帰反射枠の幅を狭いものにしても有効に特定の視野を画定できるため、枠が操作上の障害になりにくく、使い勝手の良い位置検出装置を実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、三角測量の原理を用いて指示体の指示位置を検出する一般的な遮蔽式の光学式位置検出装置の構成を説明するための上平面図である。
【図２】図２は、図１に示す位置検出装置を横方向から見た図である。
【図３】図３は、検出面が歪んだ場合における撮像部の視野に与える影響を説明するための図である。
【図４】図４は、撮像部の位置を高くして見下ろすように構成した場合の撮像部に撮像される画像を説明するための図である。
【図５】図５は、本発明の位置検出装置の上平面図である。
【図６】図６は、本発明の位置検出装置に用いられる撮像部の構成の一例を説明するための図である。
【図７】図７は、本発明の位置検出装置に用いられる制御部の構成の一例を説明するための図である。
【図８】図８は、本発明の位置検出装置における指示体の指示位置検出手順を説明するためのフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の位置検出装置の画素領域選択手順を説明するためのフローチャートである。
【図１０】図１０は、検出面に平行な視野となるように設置される撮像部により撮像される画像を説明するための図である。
【図１１】図１１は、撮像部の位置を高くして見下ろすように構成した場合に、選択される特定画素を説明するための図である。
【図１２】図１２は、本発明の位置検出装置に用いられるマイクロコンピュータにおける処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図１３】図１３は、本発明の位置検出装置を他の方式に適用した場合の例を説明するための図である。
【図１４】図１４は、図１３に示す位置検出装置に用いられるマーカ部材の例を説明するための図である。
【図１５】図１５は、マーカ部材を用いた場合に、撮像部により撮像される画像を説明するための図である。
【図１６】図１６は、本発明の位置検出装置に用いられる制御部の他の構成の一例を説明するための図である。
【図１７】図１７は、図１６に示す構成の制御部における各信号のタイミングを説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
１    検出面
２    指示体
３    撮像部
４    再帰反射枠
５    視野
７    撮像部
１０    制御部
１１    パーソナルコンピュータ
１２    表示装置
１３    再帰反射材
１４    マーカ部材
２０    バッファメモリ
２１    画素カウンタ
２２    マイクロコンピュータ
２３    記憶部
２９    制御部
３０    シリアルアクセス方式の記憶部
３１    ＡＮＤ回路
３２    画像処理用マイクロコンピュータ
７０    エリアイメージセンサ
７１    結像レンズ
７２    光源
７３    プリズムミラー
【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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