(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示手段の表示面を用いて任意の位置座標を入力するための装置であって、
任意の画像フレームの絵柄に対して改変を加えることにより、所定サイズの単位領域における画素パターンが前記任意の画像フレームから切り取られる全ての単位領域間で互いに異なる改変画像フレームを生成するフレーム生成手段と、
前記改変画像フレームを含む複数の画像フレームを時系列に沿って順次前記表示面に表示させる表示制御手段と、
前記表示面上の任意の入力対象座標位置に位置決めされた状態で、前記表示面に表示された前記改変画像フレームにおける前記入力対象座標位置を含む単位領域の画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段による撮像結果に基づいて前記単位領域の画素パターンを識別すると共に、その識別結果に基づいて前記撮像手段により撮像された単位領域の位置を判定することにより、前記入力対象座標位置を特定する座標位置特定手段と
を備え、
前記表示制御手段は、前記座標位置特定手段によって前記入力対象座標位置が初期特定された後は、前記複数の画像フレームのうち、前記改変画像フレームではない通常画像フレームを時系列に沿って順次前記表示面に表示させ、
前記撮像手段は、前記表示面に表示された前記通常画像フレームにおいて、前記座標位置特定手段によって初期特定された後の特定後入力対象座標位置を含む領域の画像を時系列に沿って連続して撮像し、
前記座標位置特定手段は、前記撮像手段による連続撮像結果それぞれに基づいて前記特定後入力対象座標位置の軌跡情報を順次検知することにより、特定後入力対象座標位置を時系列に沿って断続的に特定する
位置座標入力装置。
【請求項２】
前記フレーム生成手段は、
それぞれが前記単位領域と同じサイズに構成されると共に互いに異なるパターンで構成された複数の画素パターンを記憶するパターン記憶手段と、
前記任意の画像フレームから、そこに存在する全ての単位領域を切り取る切取手段と、
前記切取手段により切り取られた各単位領域ごとに、単位領域の輝度または色に応じた所定のパラメータを導出するパラメータ導出手段と、
前記パターン記憶手段に記憶されている複数の画素パターンから、対応する画素パターンを各単位領域ごとに選択して読み出す読出手段と、
前記パラメータ導出手段により導出されたパラメータを、前記読出手段により読み出された画素パターンに対して各単位領域ごとに付加する付加手段と、
前記切取手段により切り取られた単位領域の画素パターンを、前記付加手段によって前記パラメータが付加された画素パターンに置き換える置換手段と
を含む請求項１に記載の位置座標入力装置。
【請求項３】
前記パラメータ導出手段は、各単位領域ごとに、単位領域におけるカラー表示用の各原色光のうちの１つの原色光の輝度に応じて、前記所定のパラメータを導出する
請求項２に記載の位置座標入力装置。
【請求項４】
前記パラメータ導出手段は、各単位領域ごとに、単位領域におけるカラー表示用の各原色光ごとの輝度それぞれに応じて、前記所定のパラメータを導出する
請求項２に記載の位置座標入力装置。
【請求項５】
前記表示制御手段は、前記通常画像フレームを１または複数回表示させるごとに、前記改変画像フレームを表示させる
請求項１に記載の位置座標入力装置。
【請求項６】
一の単位領域が、互いに異なるパターンからなる複数の画素パターンにより構成されている
請求項１に記載の位置座標入力装置。
【請求項７】
前記表示面における各画素の形状および大きさを含む画素情報を予め記憶しておく画素情報記憶手段と、
前記画素情報記憶手段により記憶されている画素情報に基づいて、前記撮像手段による撮像領域の初期設定を行う初期設定手段とをさらに備えた
請求項１に記載の位置座標入力装置。
【請求項８】
表示手段の表示面を用いて任意の位置座標を入力するための装置であって、
任意の画像フレームの絵柄に対して改変を加えることにより、所定サイズの単位領域における画素パターンが前記任意の画像フレームから切り取られる全ての単位領域間で互いに異なる改変画像フレームを生成するフレーム生成手段と、
前記改変画像フレームを含む複数の画像フレームを時系列に沿って順次前記表示面に表示させる表示制御手段と、
前記表示面上の任意の入力対象座標位置に位置決めされた状態で、前記表示面に表示された前記改変画像フレームにおける前記入力対象座標位置を含む単位領域の画像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段による撮像結果に基づいて前記単位領域の画素パターンを識別すると共に、その識別結果に基づいて前記撮像手段により撮像された単位領域の位置を判定することにより、前記入力対象座標位置を特定する座標位置特定手段と、
前記表示面における各画素の形状および大きさを含む画素情報を予め記憶しておく画素情報記憶手段と、
前記画素情報記憶手段により記憶されている画素情報に基づいて、前記撮像手段による撮像領域の初期設定を行う初期設定手段と
を備えた位置座標入力装置。
【請求項９】
前記フレーム生成手段は、
それぞれが前記単位領域と同じサイズに構成されると共に互いに異なるパターンで構成された複数の画素パターンを記憶するパターン記憶手段と、
前記任意の画像フレームから、そこに存在する全ての単位領域を切り取る切取手段と、
前記切取手段により切り取られた各単位領域ごとに、単位領域の輝度または色に応じた所定のパラメータを導出するパラメータ導出手段と、
前記パターン記憶手段に記憶されている複数の画素パターンから、対応する画素パターンを各単位領域ごとに選択して読み出す読出手段と、
前記パラメータ導出手段により導出されたパラメータを、前記読出手段により読み出された画素パターンに対して各単位領域ごとに付加する付加手段と、
前記切取手段により切り取られた単位領域の画素パターンを、前記付加手段によって前記パラメータが付加された画素パターンに置き換える置換手段と
を含む請求項８に記載の位置座標入力装置。
【請求項１０】
前記パラメータ導出手段は、各単位領域ごとに、単位領域におけるカラー表示用の各原色光のうちの１つの原色光の輝度に応じて、前記所定のパラメータを導出する
請求項９に記載の位置座標入力装置。
【請求項１１】
前記パラメータ導出手段は、各単位領域ごとに、単位領域におけるカラー表示用の各原色光ごとの輝度それぞれに応じて、前記所定のパラメータを導出する
請求項９に記載の位置座標入力装置。
【請求項１２】
一の単位領域が、互いに異なるパターンからなる複数の画素パターンにより構成されている
請求項８に記載の位置座標入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示手段の表示面を用いて位置座標の入力を行う位置座標入力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、表示装置の表示面を用いて位置座標を入力する技術が知られている。その中でも代表的なものとして、タッチパネル機能を備えた表示装置が挙げられる。これは、主に表示パネル上にタッチパネルシートが取り付けられた構成であり、このタッチパネルシートを用いて接触する物体の座標位置を特定することで、位置座標を入力するようになっている。ところが、このようなタッチパネル機能外付け型の表示装置では、タッチパネルシートが必需品となることから、装置の部品点数が増加してしまい、また、取り付けるのが容易ではないなどといった問題があった。
【０００３】
また、最近では、表示パネル内にタッチパネル機能を内蔵した表示装置も開発されている。これは、上記したような座標位置を特定するための素子を各画素内に配置するようにしたものである。しかしながら、このようなタッチパネル機能内蔵型の表示装置では、そのような表示パネルを製品ごとに個別に開発する必要があることなどから、開発コストが増加してしまい、また、タッチパネル機能が故障した場合には、表示装置全体の修理を要するなどといった問題があった。
【０００４】
このように、従来、表示装置の表示面を用いて位置座標を入力するには、構成が複雑化してしまい、また、専用の表示装置で実現する必要が生じていた。
【０００５】
そこで、このような問題を解決するため、いくつかの提案がなされている。例えば、特許文献１には、本来の画像表示パターンとは別個に座標位置を特定するための専用の座標パターンを表示し、光学ペンでこのパターンを読み取ることによって、光学ペンで画面上に指示された位置を特定するようにした技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１４１１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に開示されている技術によれば、構成を複雑化することなく、また、表示手段を選ばず、位置座標を入力することができる可能性がある。
【０００８】
しかしながら、この特許文献１の技術では、専用の座標パターンを表示面全体に表示する必要があることから、本来の通常の画像表示が妨げられてしまうこととなる。なお、特許文献１には、このような座標パターンの表示を、反転パターンの表示を用いて打ち消すようにする技術に関しても記載されている。しかしながら、そのように構成した場合であっても、これら専用の座標パターンおよびその反転パターンを表示している間は、本来の画像表示を行うことはできない。
【０００９】
このように、専用の部材や表示パターンを要する従来の技術では、本来の画像表示を定常的に行いつつ、簡易な構成で位置座標を入力することが困難であった。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、表示手段の表示面を利用して本来の画像表示を定常的に行いつつ、簡易な構成で位置座標を入力することが可能な位置座標入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の位置座標入力装置は、表示手段の表示面を用いて任意の位置座標を入力するための装置であって、任意の画像フレームの絵柄に対して改変を加えることにより、所定サイズの単位領域における画素パターンが任意の画像フレームから切り取られる全ての単位領域間で互いに異なる改変画像フレームを生成するフレーム生成手段と、この改変画像フレームを含む複数の画像フレームを時系列に沿って順次表示面に表示させる表示制御手段と、表示面上の任意の入力対象座標位置に位置決めされた状態で、この表示面に表示された改変画像フレームにおける入力対象座標位置を含む単位領域の画像を撮像する撮像手段と、この撮像手段による撮像結果に基づいて単位領域の画素パターンを識別すると共に、その識別結果に基づいて撮像手段により撮像された単位領域の位置を判定することにより、入力対象座標位置を特定する座標位置特定手段とを備えたものである。上記表示制御手段は、座標位置特定手段によって入力対象座標位置が初期特定された後は、複数の画像フレームのうち、改変画像フレームではない通常画像フレームを時系列に沿って順次前記表示面に表示させる。上記撮像手段は、表示面に表示された通常画像フレームにおいて、座標位置特定手段によって初期特定された後の特定後入力対象座標位置を含む領域の画像を時系列に沿って連続して撮像する。上記座標位置特定手段は、撮像手段による連続撮像結果それぞれに基づいて特定後入力対象座標位置の軌跡情報を順次検知することにより、特定後入力対象座標位置を時系列に沿って断続的に特定する。
本発明の第２の位置座標入力装置は、表示手段の表示面を用いて任意の位置座標を入力するための装置であって、任意の画像フレームの絵柄に対して改変を加えることにより、所定サイズの単位領域における画素パターンが任意の画像フレームから切り取られる全ての単位領域間で互いに異なる改変画像フレームを生成するフレーム生成手段と、この改変画像フレームを含む複数の画像フレームを時系列に沿って順次表示面に表示させる表示制御手段と、表示面上の任意の入力対象座標位置に位置決めされた状態で、この表示面に表示された改変画像フレームにおける入力対象座標位置を含む単位領域の画像を撮像する撮像手段と、この撮像手段による撮像結果に基づいて単位領域の画素パターンを識別すると共に、その識別結果に基づいて撮像手段により撮像された単位領域の位置を判定することにより、入力対象座標位置を特定する座標位置特定手段と、表示面における各画素の形状および大きさを含む画素情報を予め記憶しておく画素情報記憶手段と、画素情報記憶手段により記憶されている画素情報に基づいて、撮像手段による撮像領域の初期設定を行う初期設定手段とを備えたものである。
【００１２】
ここで、「所定サイズ」とは、文字通りの大きさ（画素の数）のみならず、形状（画素配列の仕方）を含む概念である。また、「切り取られる全ての単位領域」とは、例えばｍ×ｎの画素領域（ｍ，ｎ：自然数）を単位領域とした場合、画像フレームを構成する全ての画素の配列に対してｍ×ｎ画素枠を上下方向および左右方向に１画素ずつずらしていったときにそのｍ×ｎ画素枠で切り取られる全ての領域のことを意味する。
【００１３】
本発明の位置座標入力装置では、任意の画像フレームの絵柄に対して改変が加えられることで改変画像フレームが生成され、この改変画像フレームを含む複数の画像フレームが、時系列に沿って表示面に順次表示される。このとき、表示面上で入力対象座標位置が位置決めされると、改変画像フレームにおいて、その位置を含む単位領域の画像が撮像される。そしてこのような撮像により単位領域の画素パターンが識別されると、改変画像フレームでは全ての単位領域間で画素パターンが互いに異なっていることから、識別結果に基づいてその単位領域の位置が判定され、これにより入力対象座標位置が特定される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の位置座標入力装置によれば、任意の画像フレームに対して全ての単位領域間で画素パターンが互いに異なるように改変を加えた改変画像フレームを生成すると共にこの改変画像フレームを含む複数の画像フレームを表示面に順次表示し、この改変画像フレームにおける単位領域を撮像することによってその単位領域の位置を判定し、これにより入力対象座標位置を特定するようにしたので、本来の画像表示を定常的に行いつつ、簡易な構成で位置座標を入力することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る位置座標入力システムの全体構成を表すものである。この位置座標入力システムは、表示装置２の表示面を利用することにより、表示面上においてタッチペン４で接触した位置を特定し、位置座標２１として表示するものであり、位置座標入力装置１と、表示装置２とから構成されている。また、位置座標入力装置１は、表示制御部３と、タッチペン４と、情報制御部５とから構成されている。なお、これらのうち、表示制御部３および情報制御部５は、例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ；Personal Computer）などにより構成される。
【００１７】
表示装置２は、例えば複数の画素（後述する画素６）が全面に渡ってマトリクス状に配置された、例えば、有機または無機のＥＬ（ElectroLuminescence）ディスプレイやＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などから構成されている。この表示装置２は、表示制御部３から供給される通常画像フレームデータＤＶに基づいて線順次表示動作を行うことで通常画像フレームを構成し、所定の図形や文字などの通常画像を表示するものである。また、表示装置２には、この通常画像フレームデータＤＶに加えて、表示制御部３から改変画像フレームデータＤＦが供給されるようになっている。そして表示装置２はこの改変画像フレームデータＤＦに基づいて、表示面上の所定サイズの単位領域における画素パターンが全ての単位領域間で互いに異なるように構成された改変画像フレームを表示する機能も有する。このように、表示装置２の表示面では、通常画像フレームデータＤＶに基づく通常画像フレームに加え、改変画像フレームデータＤＦに基づく改変画像フレームが時系列に沿って順次表示されることで、表示面上においてタッチペン４で接触した位置が特定され、位置座標２１として表示されるようになっている。
【００１８】
表示制御部３は、上記のように、通常画像フレームデータＤＶおよび改変画像フレームデータＤＦを表示装置２へ供給し、表示装置２が時系列に沿った順次表示動作をするように制御するものである。
【００１９】
ここで、図２〜図５を参照して、改変画像フレームデータＤＦに基づく改変画像フレームの詳細について説明する。
【００２０】
図２は、表示装置２に表示されている改変画像フレームを模式的に表したものである。この図から分かるように、表示装置２に表示されている改変画像フレームは複数の単位領域２０から構成され、この単位領域２０は複数の画素６（例えば、水平方向６画素×垂直方向６画素の計３６画素）によって構成されている。また、各画素６は、カラー表示用の各原色光を出射するための３つのサブピクセル（赤色サブピクセル６Ｒ、緑色サブピクセル６Ｇおよび青色サブピクセル６Ｂ）から構成されている。
【００２１】
このような構成により、各画素６の表示状態の組み合わせは、各サブピクセル６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの白表示状態（点灯状態）および黒表示状態（消灯状態）を考慮すると、図２の右端に示したように、２3＝８通りとなり、さらに１つの単位領域２０における表示状態の組み合わせ（画素パターン６０の数）は、（２3）36／３６＞１０32という膨大な数となる。ここで例えば、表示装置２における表示面の解像度がＳＸＧＡ（Super eXtended Graphics Array）の場合、水平方向が１２８０画素、垂直方向が１０２４画素であることから、この表示面に含まれる単位領域２０の数は、（１２８０／６）×（１０２４／６）＝約３６６００である。したがって、１つの単位領域２０における画素パターン６０の数（約１０32）＞表示面に含まれる単位パターン数（約３６６００）となることから、表示面上の各単位領域２０の画素パターン６０を、互いに異ならせるようにすることが可能である。
【００２２】
例えば図３は、改変画像フレームにおける複数の単位領域での画素パターンの一例（画素パターン６０Ａ〜６０Ｄ）を表したものであり、ここでは各画素パターンが赤色サブピクセル６Ｒのみから構成、すなわち緑色サブピクセル６Ｇおよび青色サブピクセル６Ｂは常に黒表示状態（消灯状態）となっている場合を示している。これらの画素パターン６０Ａ〜６０Ｄでは、一例として、６×６＝計３６個の画素のうち、５個以下の画素が消灯状態（黒表示状態）となっており、そのような画素パターンの組み合わせの数は、以下の式（１）のようになる。
36Ｃ0＋36Ｃ1＋36Ｃ2＋36Ｃ3＋36Ｃ4＋36Ｃ5＝４４３７０４  …（１）
【００２３】
よって、表示面の解像度がＳＸＧＡの場合の単位パターン数（約３６６００）よりも大きいことから、上記のように、各単位領域２０の画素パターン６０が互いに異なるように構成されている。また、各単位領域２０だけでなく、例えば符号２０Ａで示したような任意の領域同士においても、互いにその画素パターンが異なるようになっている。このように表示面上の画素パターン６０が構成されているので、後述するように、タッチペン４が接触している位置座標２１が特定されるようになっている。なお、このような通常画像フレームに基づく改変画像フレームの作成は、後述する情報処理部５によって行われる。また、ここでは表示装置２における表示面の解像度がＳＸＧＡの場合で説明したが、他の解像度の場合でも、どうように構成することが可能である。
【００２４】
ただし、各サブピクセル６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの白表示状態（点灯状態）および黒表示状態（消灯状態）で構成された画素パターン６０では、通常画像フレームによる映像とこの改変画像フレームによる映像とが著しく異なることになるため、表示面上でちらつきとして現れる可能性がある。つまり、タッチペン４が接触している位置座標２１を特定するために、改変画像フレームを表示面全体に表示する必要があることから、その間は本来の通常の画像表示（元の通常画像フレームの表示）が妨げられてしまうことになる。
【００２５】
そこで、本実施の形態の改変画像フレームでは、各単位領域２０の画素パターン６０Ａ〜６０Ｄなどを、各サブピクセル６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの白表示状態（点灯状態）および黒表示状態（消灯状態）だけでなく、複数の輝度レベル（階調レベル）を用いて表現している。具体的には、例えば図４（Ａ）に示したように、点灯状態を表すサブピクセル（図３の場合、赤色サブピクセル６Ｒ）では、例えば輝度レベルがＲn〜Ｒ(n-1)である輝度領域Ｒon1を、消灯状態を表す赤色サブピクセル６Ｒでは、例えば輝度レベルがＲ0〜Ｒ2である輝度領域Ｒoff1を、それぞれ使用して表現している。また、各単位領域２０の画素パターン６０の輝度レベルや色の情報については、元の通常画素フレームデータＤＶから各単位領域ごとに検出されるようになっている。このようにして、各単位領域２０の画素パターン６０Ａ〜６０Ｄなどが、各サブピクセル６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの複数の輝度レベルを用いて表現されているので、改変画像フレームが表示面全体に表示されている場合でも、本来の通常の画像表示（通常画像フレームの表示）が妨げられることがない。なお、図４（Ｂ）に示したように、点灯状態を表すサブピクセルの輝度領域（輝度領域Ｒon2）および消灯状態を表すサブピクセルの輝度領域（輝度領域Ｒoff2）は、できるだけ広く設定されるのが好ましい。より多彩な色を表現でき、元の通常画像フレームをより妨げることなく（より自然に）表示することができるからである。
【００２６】
また、図５は、改変画像フレームを作成する際の処理を模式的に表したものである。このように、改変画像フレームにおける各単位領域（例えば、単位領域２０１，２０２）の画素パターン（例えば、画素パターン６０１，６０２）は、全ての単位領域および任意の領域において互いにその画素パターンが異なるように構成された基本画素パターン６００から割り当てられるようになっている。具体的には、このような画素パターンは、例えば情報制御部５内の記憶部（図示せず）などに記憶されており、通常画像フレームから改変画像フレームが作成される際には、通常画像フレームの単位領域（例えば、単位領域２０１，２０２）が切り取られると共に基本画素パターン６００内の対応する位置の画素パターン（例えば、画素パターン６０１，６０２）が読み出され、これら切り取られた単位領域２０１，２０２と置き換えられるようになっている。また、この際、切り取られた単位領域２０１，２０２の輝度レベルや色の情報に基づいて所定のパラメータが導出されると共に、このパラメータが画素パターン６０１，６０２に付加され、これによって上記のように、各単位領域の画素パターン６０が各サブピクセル６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの複数の輝度レベルを用いて表現されるようになっている。
【００２７】
なお、この基本画素パターン６００は、想定される最大解像度の表示面に対して適用できるように構成しておくことが好ましい。最大解像度の表示面に適用できるのであれば、それよりも低い解像度の場合には、基本画素パターン６００の一部の領域を用いることで、適用させることができるからである。また、このような基本画素パターン６００を１つ用意しておけば、各サブピクセル６Ｒ，６Ｇ，６Ｂが構成する画素パターンに共通して利用させることが可能である。
【００２８】
図１の説明に戻り、タッチペン４は、その先端で上記のように表示装置２の表示面における任意の位置を指示して接触することにより、その任意の位置座標２１を表示面上に入力するためのものであり、接触監視部４１と、撮像素子４２と、座標位置特定部４３とを備えている。なお、タッチペン４は、これらの他に例えば所定の演算を行う演算部（図示せず）などを備えていてもよい。
【００２９】
接触監視部４１は、タッチペン４の先端が表示装置２の表示面に接触しているか否かを絶えず監視している部分であり、例えば圧電素子などを含んで構成されている。具体的には、例えば図６（Ａ），図６（Ｂ）に示したように、タッチペン４の先端部４１０が表示装置２の表示面に触れてオン状態となることで、接触していると判断するようになっている。このようにタッチペン４の先端部４１０が接触しているか否かの判断（接触通知信号ＳＴ１，ＳＴ２）は、それぞれ撮像素子４２および情報制御部５へ通知される。
【００３０】
撮像素子４２は、タッチペン４の先端に配置されており、この先端部の周辺の所定領域（撮像領域２２）を時系列に沿って撮像するものである。この撮像素子４２は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）などにより構成される。ここで、この撮像領域２２は、例えば図７に示したように、改変画像フレームにおける各単位領域２０を含むように構成される。なお、斜め方向からの撮像の場合を考慮すると、撮像領域２２にある程度の余裕度を持たせることが望ましい。また、このようにして得られた撮像信号ＳＩは、座標位置特定部４３へ出力される。
【００３１】
この撮像素子４２はまた、タッチペン４が接触している位置座標２１が改変画像フレームの画素パターン６０に基づいて特定（初期特定）された後に、通常画像フレームの各画素６を高速かつ連続的に撮像する機能も有している。具体的には、例えば図８（Ａ）に示したように、例えば改変画像フレームの画素パターン６０に基づいてタッチペン４が接触している位置座標が、位置座標２１Ａの位置であると初期特定され、その後再び改変画像フレームの画素パターン６０に基づいて、タッチペン４が接触している位置座標が位置座標２１Ｂの位置であると特定された場合、これら位置座標２１Ａ，２１Ｂ間においてタッチペン４が接触していた軌跡は、経路ｒ１であったのか、経路ｒ２であったのかなど、特定できない。なぜならば、通常画像フレームおよび改変画像フレームを含む各画像フレームのフレーム間隔が約数１０ｍｓであるのに対して、人間が表示面上でタッチペン４などによって線を引く速さは２ｃｍ／ｍｓ以上であり、各画像フレームを全て改変画像フレームにより構成したとしても、そのフレーム間隔における軌跡については、検出できないからである。そこで本実施の形態の撮像素子４２は、例えば図８（Ｂ）に示したように、通常画像フレームの各画素６を高速かつ連続的に撮像するようになっている。このようにして、各画素６の連続撮像結果もまた撮像信号ＳＩとして座標位置特定部４３へ供給されることで、タッチペン４の軌跡情報が順次検知され、初期特定後の位置座標２１が特定されるようになっている。
【００３２】
座標位置特定部４３は、撮像素子４２からの撮像信号ＳＩに基づいて、タッチペン４が接触している位置座標２１を特定する部分である。具体的には、位置座標２１の初期特定時には、この撮像信号ＳＩに基づいて、改変画像フレームにおける単位領域２０の画素パターン６０を識別すると共に、この識別結果に基づいて撮像された単位領域２０の位置を判定することにより、タッチペン４が接触している位置座標２１を特定するようになっている。また、初期特定後には、この撮像信号ＳＩに基づいて、通常画像フレームにおける各画素６の形状や位置の変化などによってタッチペン４の軌跡情報を順次検知し、これによって初期特定後の位置座標２１を特定するようになっている。このようにして特定された位置座標２１の情報（座標位置情報ＳＦ）は、情報制御部５へ出力される。
【００３３】
情報制御部５は、接触監視部４１からの接触通知信号ＳＴ２および座標位置特定部４３からの座標位置情報ＳＦに基づいて、表示装置２に通常画像フレームと改変画像フレームのどちらの画像フレームを表示するべきかを判断すると共に、この座標位置情報ＳＦを表示制御部３へ出力することにより、表示装置２の表示面に表示させる機能を有している。また、この情報制御部５は、前述のように通常画像フレームに基づいて改変画像フレームを作成する機能も有している。
【００３４】
具体的には、どちらの画像フレームを表示するべきかを判断する機能については、情報制御部５は、接触通知信号ＳＴ２によってタッチペン４の先端が接触していると判断された場合には、まず改変画像フレームを表示すると判断すると共に、その後、タッチペン４の先端が接触した状態のまま最初の座標位置情報ＳＦ（初期特定時の位置座標２１の情報）が入力されたと判断した場合には、通常の画像フレームを表示すると判断し、その旨の制御信号ＳＣおよび座標位置情報ＳＦを随時表示制御部３へ出力するようになっている。
【００３５】
また、改変画像フレームを作成する機能については、情報制御部５は、表示制御部３から出力される通常画像フレームデータＤＶに基づいて改変画像フレームデータＤＦを、前述のように例えば基本画素パターン６００を用いて作成し、表示制御部５へ再び出力するようになっている。
【００３６】
なお、タッチペン４の接触監視部４１およびライン画像検出部４３から情報制御部５への信号伝達（接触通知信号ＳＴ２および検出通知信号ＳＬ２の伝達）は、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）インターフェースを介した有線のものや、無線ＬＡＮ（Local Area Network）などを介した無線のもののどちらであってもよい。
【００３７】
ここで、表示装置２は本発明における「表示手段」の一具体例に対応し、表示制御部３は本発明における「表示制御手段」の一具体例に対応する。また、撮像素子４２および接触監視部４１は、本発明における「撮像手段」の一具体例に対応し、座標位置特定部４３は、本発明における「座標位置特定手段」の一具体例に対応する。また、情報処理部５は、本発明における「フレーム生成手段」の一具体例に対応する。
【００３８】
次に、図９および図１０〜図１４を参照して、以上のような構成からなる位置座標入力システムにおいて、位置座標を入力する処理について説明する。ここで、図９は、位置座標を入力する処理の一例を流れ図で表したものであり、図１０〜図１４は、この処理における各装置の動作状況を表したものである。
【００３９】
まず、接触監視部４１が、タッチペン４の先端が表示装置２の表示面に接触しているか否かを判断する（ステップＳ１０１）。接触していないと判断された場合（ステップＳ１０１：Ｎ）、接触していると判断されるまで、ステップＳ１０１の動作を繰り返す。接触していると判断された場合（ステップＳ１０１：Ｙ）、次に図１０に示したように、情報制御部５が表示制御部３に対して、その時点での通常画像フレームデータＤＶを出力するように指示する旨の制御信号ＳＣを出力し、その時点での通常画像フレームデータＤＶを入手する。次に情報制御部５は、この通常画像フレームデータＤＶに基づいて改変画像フレームデータＤＦを作成すると共に（ステップＳ１０２）、図１１に示したように、表示制御部３に対して、この改変画像フレームデータＤＦおよび改変画像フレームを表示するように指示する旨の制御信号ＳＣを出力する。そしてこの改変画像フレームデータＤＦおよび制御信号ＳＣに従って、表示制御部３が、改変画像フレームを表示装置２に表示させる（ステップＳ１０３）。
【００４０】
また、撮像素子４２もこのとき、接触監視部４１から接触しているとの通知（接触通知信号ＳＴ１）を受けたことで、タッチペン４の接触点周辺（撮像領域２２）を撮像する（ステップＳ１０４）。そして、撮像素子４２からの撮像信号ＳＩに基づいて、座標位置特定部４３が、改変画像フレームにおける単位領域２０の画素パターン６０を識別すると共に、この識別結果に基づいて撮像された単位領域２０の位置を判定することにより、タッチペン４が接触している位置座標２１（初期特定時の位置座標）を特定する（ステップＳ１０４）。
【００４１】
次に、座標位置特定部４３は、この初期特定時の位置座標２１の情報（座標位置情報ＳＦ）を情報制御部５へ出力する。情報制御部５は、これにより最初の座標位置情報ＳＦが入力されたと判断し、通常の画像フレームを表示するように指示する旨の制御信号ＳＣおよび座標位置情報ＳＦを、表示制御部３へ出力する。このようにして図１２に示したように、改変画像フレームの表示が終了する（ステップＳ１０６）と共に、通常の画像フレームと共にタッチペン４が接触している位置座標２１が、表示制御部３によって表示される（ステップＳ１０７）。
【００４２】
次に、例えば図１３に示したように、タッチペン４の接触点が経路ｒ３のように移動した場合（ステップＳ１０８）、接触監視部４１が、再びタッチペン４の先端が表示装置２の表示面にまだ接触しているか否かを判断する（ステップＳ１０９）。まだ接触していると判断された場合（ステップＳ１０９：Ｙ）には、撮像素子４２は、接触監視部４１からの通知（接触通知信号ＳＴ１）に従って、通常画像フレームにおけるタッチペン４の接触点周辺（撮像領域２２）の各画素６を、高速かつ連続的に撮像する（ステップＳ１１１）。そして座標位置検出部４３は、この連続的な撮像信号ＳＩに基づいて、通常画像フレームにおける各画素６の形状や位置の変化などによってタッチペン４の軌跡情報を順次検知し、これによって初期特定後の位置座標２１を特定する（ステップＳ１１２）。特定された位置座標２１の情報（座標位置情報ＳＦ）は、同様に情報制御部５へ出力され、図１３に示したように、通常の画像フレームと共に、タッチペン４の移動時の位置座標２１が、経路ｒ４のように随時表示制御部３によって表示される（ステップＳ１１３）。なお、図１３のようにタッチペン４の接触点が移動した場合において、タッチペン４の軌跡情報を図示しない記憶部に随時記憶しておくようにし、例えばこのタッチペン４を用いて表示装置２の表示面上に絵を描くような場合には、この軌跡情報（経路ｒ４）を表示しておくようにしてもよい。
【００４３】
一方、ステップＳ１０９において、もうタッチペン４が表示面に接触していないと判断された場合（ステップＳ１０９：Ｎ）、図１４に示したように、位置座標２１の表示が終了し（ステップＳ１１０）、ステップＳ１０１へ戻ることとなる。具体的には、接触監視部４１が撮像素子４２および情報制御部５へそれぞれ、接触していない旨の接触通知信号ＳＴ１，ＳＴ２を通知することで、撮像素子４２が撮像を終了すると共に、情報制御部５が表示制御部３へ位置座標２１の表示を終了するように指示する旨の制御信号ＳＣを出力する。このようにして、再びタッチペン４の先端が接触していると判断されるまで、ステップＳ１０１の動作を繰り返すこととなる。
【００４４】
最後に、ステップＳ１１３の後、情報制御部５は、例えばユーザの指示などに基づいて、このような位置座標入力処理を終了するか否かを判断する（ステップＳ１１４）。そしてまだ終了しないと判断された場合（ステップＳ１１４：Ｎ）には、ステップＳ１０８〜ステップＳ１１３の処理が繰り返され、終了すると判断された場合（ステップＳ１１４：Ｙ）には、位置座標を入力する処理が終了する。
【００４５】
以上のように、本実施の形態によれば、任意の通常画像フレームに対して全ての単位領域２０間で画素パターン６０が互いに異なるように改変を加えた改変画像フレームを生成すると共にこの改変画像フレームを含む複数の画像フレームを表示装置２の表示面に順次表示し、この改変画像フレームにおける単位領域２０を撮像することによってその単位領域２０の位置を判定し、これにより入力対象座標位置を特定するようにしたので、本来の画像表示を定常的に行いつつ、簡易な構成で位置座標を入力することが可能となる。
【００４６】
また、各単位領域２０ごとに所定のパラメータを導出し、このパラメータと基本画素パターン６００とによって改変画像フレームを作成するようにしたので、あらかじめ互いに異なる画素パターンを用意しておくことができ、迅速かつ簡便な方法によって改変画像フレームを作成することができる。
【００４７】
さらに、入力対象座標位置が初期特定された後は、撮像素子４２が、タッチペン４が移動後の入力対象座標位置を連続的に撮像すると共に、これにより検知される軌跡情報に基づいて入力座標位置を断続的に特定するようにしたので、初期特定後は改変画像フレームを表示させる必要がなくなり、通常画像フレームを表示しつつ、特定することができる。
【００４８】
なお、本実施の形態の位置座標入力システムでは、単位領域２０の各画素パターン６０を、緑色サブピクセル６Ｇや、青色サブピクセル６Ｂだけで構成してもよく、また、例えば図１５に示したように、各画素パターン（各画素パターン６０Ｅ〜６０Ｈ）を、赤色サブピクセル６Ｒ、緑色サブピクセル６Ｇおよび青色サブピクセル６Ｂの全てのサブピクセルを用いて白黒表示の構成としてもよい。なお、このように全てのサブピクセルを用いて白黒表示の構成にした場合には、例えば図１６に示したように、単位領域２０当たりの点灯画素数を、白色表示領域Ｗ１，Ｗ２などと黒色表示領域Ｂ１，Ｂ２などが区別できるように、予め設定しておくことが望ましい。
【００４９】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態の位置座標入力システムの構成は、基本的には第１の実施の形態と同様である。第１の実施の形態と異なるのは単位領域２０の各画素パターン６０の構成であり、各画素パターンを、赤色サブピクセル６Ｒ、緑色サブピクセル６Ｇおよび青色サブピクセル６Ｂの全てのサブピクセルがそれぞれ独立して動作するように、すなわちカラー表示の構成としたものである。したがって、位置座標入力システムの全体構成（第１の実施の形態における図１に対応する）については、その説明を省略する。
【００５０】
図１７は、本実施の形態に係る改変画像フレームにおける複数の単位領域での画素パターンの一例を表したものであり、第１の実施の形態における図３に対応するものである。なお、これらの図において、第１の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５１】
図１７では、上記のように、各画素パターン６０Ｉ〜６０Ｌなどにおいて、赤色サブピクセル６Ｒ、緑色サブピクセル６Ｇおよび青色サブピクセル６Ｂがそれぞれ独立して動作するようになっている。具体的には、単位領域６０Ｉでは、赤色サブピクセル６Ｒのみが動作することで赤色単位領域を構成し、単位領域６０Ｊでは、青色サブピクセル６Ｂのみが動作することで青色単位領域を構成し、単位領域６０Ｋでは、赤色サブピクセル６Ｒおよび緑色サブピクセル６Ｇがそれぞれ独立して動作することで黄色単位領域を構成し、単位領域６０Ｌでは、緑色サブピクセル６Ｇおよび青色サブピクセル６Ｂがそれぞれ独立して動作することで紫色単位領域を構成している。このようにして、各サブピクセルが独立して動作することで、多彩な色表現を行うことが可能となっている。
【００５２】
なお、色の代わりに（色に加えて）、輝度で区別するように構成してもよい。また、ＲＧＢのうちの１または２つだけを変化させるようにしてもよい。ただしこの場合、タッチペン４内の撮像素子４２は、このような色や輝度を区別できるように構成する必要がある。
【００５３】
図１８は、改変画像フレームと元の通常画像フレームとの比較映像を写真で表したものであり、図１８（Ａ）は元の通常画像フレームの映像写真を、図１８（Ｂ）はそれに基づく改変画像フレームの映像写真を、それぞれ表している。
【００５４】
図１８（Ｂ）に示したように、改変画像フレームの映像写真では、図１８（Ａ）に示したように、元の通常画像フレームの映像写真と比べて、単位領域２０を構成する画素数の分だけ解像度が低下するものの、元の通常画像フレームに近い映像を構成していることが分かる。また、実際に表示装置２の表示面において、このような改変画像フレームが通常画像フレームに紛れて表示された場合には、ユーザはほとんど肉眼では違いが分からないと考えられる。このようにして、実際に本実施の形態の位置座標入力システムにおいて、元の通常画像フレームの映像に近い改変画像フレームが作成可能であることが分かる。
【００５５】
以上のように、本実施の形態によれば、単位領域２０の各画素パターン６０を、赤色サブピクセル６Ｒ、緑色サブピクセル６Ｇおよび青色サブピクセル６Ｂの全てのサブピクセルがそれぞれ独立して動作するように、すなわちカラー表示の構成としたので、第１の実施の形態における効果に加え、より元の通常画像フレームの映像に近い改変画像フレームを作成することができる。
【００５６】
以上、第１および第２の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、位置座標入力システムの構成を具体的に挙げて説明したが、この構成に限定されるものではない。具体的には、例えば座標位置特定部４３をタッチペン４内ではなくて情報制御部５などと同様にＰＣなどの内部に設けるように構成してもよく、また逆に、情報制御部５をタッチペン４内に設けるように構成してもよい。
【００５７】
また、上記実施の形態では、１つの単位領域２０を１つの画素パターン６０から構成する場合について説明したが、例えば図１９に示したように、１つの単位領域を、互いに異なるパターン（色や輝度など）からなる複数の画素パターンから構成してもよい。具体的には、例えば図１９（Ａ）に示したように、１つの単位領域２０を、白色単位領域２０Ｗと黒色単位領域２０Ｂとからなる互いに輝度の異なる２つの画素パターンから構成してもよいし、例えば図１９（Ｂ）に示したように、１つの単位領域２０を、赤色単位領域２０Ｒ、紫色単位領域２０Ｐ、緑色単位領域２０Ｇおよび黄色単位領域２０Ｙからなる互いに色の異なるの４つの画素パターンから構成してもよい。このように構成した場合、元の通常画像フレームから改変画像フレームに解像したことによる映像の解像度の低下を抑えることができ、より元の通常画像フレームの映像に近い改変画像フレームを作成することができる。なお、色および輝度による画素パターンの違いを組み合わせるようにしてもよい。
【００５８】
また、上記実施の形態では、図９に示したように、改変画像フレームを、初期特定時の１回のみ表示する場合で説明したが、この改変画像フレームを、最初の１回のみ表示するのではなく、通常画像フレームを１または複数回表示するごとに、改変画像フレームを表示するようにしてもよい。このように構成した場合、より確実に初期特定することができる。また、初期特定後にも改変画像フレームを用いて定期的に特定するので、より高精度に位置を特定することができる。
【００５９】
また、上記実施の形態では、図５に示したように、改変画像フレームを、基本画素パターン６００によって画一的に作成する場合について説明したが、作成する方法はこれには限られず、例えば専用のプログラムによって、そのつど改変画像フレームを作成するようにしてもよい。
【００６０】
また、上記実施の形態では、撮像素子４２は、表示装置２からの表示光を利用して撮像を行う場合で説明したが、例えば光学マウスのように、タッチペン４の先端から光を発するようにし、これの反射光を用いて撮像するようにしてもよい。このように構成した場合、例えば表示装置２の表示面全体が暗い場合（例えば全体が黒表示の場合など）でも、確実に撮像を行うことができ、より確実に位置を特定することができる。
【００６１】
さらに、この位置座標入力装置１において、例えば座標位置特定部４３内に表示装置２の表示面における各画素６の形状や大きさなど（画素情報）を予め記憶しておき、この画素情報に基づいて、撮像素子４２による撮像領域２２を初期設定しておくようにしてもよい。このように構成した場合、撮像素子４２に予め最適な撮像領域２２を認識させておくことができ、より確実に改変画像フレームにおける単位領域２０の画素パターン６０を識別することができ、より確実に位置を特定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る位置座標入力システムの全体構成を表す機能ブロック図である。
【図２】改変画像フレームの単位領域における画素パターンを説明するための模式図である。
【図３】赤色サブピクセルのみから構成された改変画像フレームの一例を表す平面図である。
【図４】使用する赤色光の階調領域を説明するための模式図である。
【図５】基本画素パターンと改変画像フレームとの関係を説明するための模式図である。
【図６】タッチペンの接触状況と撮像動作との関係を説明するための断面図である。
【図７】タッチペンによる撮像領域と改変画像フレームの単位領域との関係を説明するための平面図である。
【図８】軌跡情報の検出による位置座標の特定方法を説明するための平面図である。
【図９】位置座標の入力処理を表す流れ図である。
【図１０】位置座標の入力処理の状況を表す機能ブロック図である。
【図１１】位置座標の入力処理の状況を表す他の機能ブロック図である。
【図１２】位置座標の入力処理の状況を表す他の機能ブロック図である。
【図１３】位置座標の入力処理の状況を表す他の機能ブロック図である。
【図１４】位置座標の入力処理の状況を表す他の機能ブロック図である。
【図１５】３原色の全てのサブピクセルから構成された改変画像フレームの一例を表す模式図である。
【図１６】単位領域当たりの点灯画素数について説明するための模式図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る改変画像フレームの一例を表す平面図である。
【図１８】第２の実施の形態に係る改変画像フレームと通常の画像フレームとの比較映像を表す写真である。
【図１９】本発明の変形例に係る単位領域における画素パターンを説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００６３】
１…位置座標入力装置、２…表示装置、２０，２０Ａ…単位領域、２０Ｒ…赤色単位領域、２０Ｇ…緑色単位領域、２０Ｂ…青色単位領域、２０Ｐ…紫色単位領域、２０Ｙ…黄色単位領域、２０Ｗ…白色単位領域、２１，２１Ａ，２１Ｂ…位置座標、２２…撮像領域、３…表示制御部、４…タッチペン、４１…接触監視部、４１０…先端部、４２…撮像素子、４３…座標位置特定部、５…情報制御部、６…画素、６Ｒ…赤色サブピクセル、６Ｇ…緑色サブピクセル、６Ｂ…青色サブピクセル、６０，６０Ａ〜６０Ｌ…画素パターン、６００…基本画素パターン、６０１，６０２…単位パターン、ＤＩ…撮像データ、ＳＩ…撮像信号、ＳＴ１，ＳＴ２…接触通知信号、ＳＦ…座標位置情報、ＳＣ…制御信号、ＤＶ…通常画像フレームデータ、ＤＦ…改変画像フレームデータ、Ｒ０〜Ｒｎ…赤色光の輝度レベル（階調レベル）、Ｒon１，Ｒon２…赤色光点灯状態に使用する輝度領域、Ｒoff１，Ｒoff２…赤色光消灯状態に使用する輝度領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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