(57)【要約】【課題】  操作性に優れた座標入力技術を提供すること。また、更には、指示具と座標入力面との接触状態を容易に検出するための技術も提供すること。【解決手段】  再帰反射光を返す座標入力面の周辺、且つ座標入力面から規定の高さにあるセンサユニットは、座標入力面に投光する投光部と、投光された光の再帰反射光から、該再帰反射光の光量に応じた画素値を有する撮像画像を生成する受光部と、を備える。座標入力面内に位置する指示具の先端部の、撮像画像中の座標位置を検出し、検出した座標位置を座標入力面上の座標位置に変換情報を用いて変換して出力する。【選択図】図１
2012133487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を受けると該入射光に対する再帰反射光を返す部材で構成されている座標入力面と、
前記座標入力面の周辺、且つ前記座標入力面から規定の高さに設けられているセンサユニットであって、該座標入力面に対して前記入射光を投光する投光手段と、前記投光手段が投光した前記入射光に対する前記再帰反射光から、該再帰反射光の光量に応じた画素値を有する撮像画像を生成する受光手段と、を備える前記センサユニットと、
前記座標入力面内に位置する指示具の先端部の、前記撮像画像中の座標位置を検出する検出手段と、
前記撮像画像中の座標位置を前記座標入力面上の座標位置に変換するための変換情報を用いて、前記検出手段が検出した座標位置を、前記座標入力面上の座標位置に変換する変換手段と、
前記変換手段により得られた前記座標入力面上の座標位置を出力する出力手段と
を備えることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記撮像画像において前記指示具が映っている領域を特定し、該特定した領域の最下部の座標位置を、前記撮像画像における前記指示具の先端部の座標位置として検出す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】
前記検出手段は、前記指示具が前記座標入力面に接したことを示す信号を前記指示具から受けたことに応じて前記検出を行う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４】
更に、
前記センサユニットが２個の場合に、一方のセンサユニットが有する受光手段による撮像画像中の前記指示具の先端部の座標位置を前記変換手段で変換することで得られる前記座標入力面上の座標位置と、他方のセンサユニットが有する受光手段による撮像画像中の前記指示具の先端部の座標位置を前記変換手段で変換することで得られる前記座標入力面上の座標位置と、が同じであるか否かを判断する判断手段と、
前記出力手段は、前記判断手段が同じであると判断した場合は、前記一方のセンサユニットが有する受光手段による撮像画像中の前記指示具の先端部の座標位置を前記変換手段で変換することで得られる前記座標入力面上の座標位置、前記他方のセンサユニットが有する受光手段による撮像画像中の前記指示具の先端部の座標位置を前記変換手段で変換することで得られる前記座標入力面上の座標位置と、の何れかと、前記指示具が前記座標入力面に接している旨を示す情報と、を出力する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の座標入力装置。
【請求項５】
前記投光手段が投光する前記座標入力面上には、ガラスビーズが２次元的に配されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の座標入力装置。
【請求項６】
入射光を受けると該入射光に対する再帰反射光を返す部材で構成されている座標入力面と、
前記座標入力面の周辺、且つ前記座標入力面から規定の高さに設けられているセンサユニットであって、該座標入力面に対して前記入射光を投光する投光手段と、前記投光手段が投光した前記入射光に対する前記再帰反射光から、該再帰反射光の光量に応じた画素値を有する撮像画像を生成する受光手段と、を備える前記センサユニットと、
を有する座標入力装置が行う座標入力方法であって、
前記座標入力装置の検出手段が、前記座標入力面内に位置する指示具の先端部の、前記撮像画像中の座標位置を検出する検出工程と、
前記座標入力装置の変換手段が、前記撮像画像中の座標位置を前記座標入力面上の座標位置に変換するための変換情報を用いて、前記検出工程で検出した座標位置を、前記座標入力面上の座標位置に変換する変換工程と、
前記座標入力装置の出力手段が、前記変換工程で得られた前記座標入力面上の座標位置を出力する出力工程と
を備えることを特徴とする座標入力方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、座標入力技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、座標入力装置として、各種方式の座標入力装置（タッチパネルやデジタイザ）が提案、または製品化されている。例えば、特殊な器具等を用いずに、指で画面上をタッチすることで、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の操作を簡単に行うことができるタッチパネル等が広く用いられている。
【０００３】
その方式としては、抵抗膜を用いたもの、超音波を用いたもの等、種々のものがある。ここで、光を用いたものとしては、特許文献１に記載のものが公知である。光を用いたものでは、座標入力面外側に再帰性反射シートを設け、投光部からの光を再帰性反射シートで反射し、その光量分布を受光部により検出する。これにより、座標入力領域内の指等で遮光された遮光領域の方向を検出し、遮光位置、つまり、座標入力位置の座標を決定する。
【０００４】
ここで、この種の光学式座標入力装置の概略構成について、図９を用いて説明する。図９において、２００１Ｌ，２００１Ｒは左右のセンサユニットで、投光部（発光部）及び受光部（検出部）を有する。これらセンサユニット２００１Ｌ，２００１Ｒは、制御信号を後述する制御・演算ユニット２００２から受け取ると共に、検出した信号を制御・演算ユニット２００２に送信する。２００２は制御・演算ユニットで、光学式座標入力装置全体を制御するものである。２００３は座標入力有効領域（模式的に示す）で、この種の光学式座標入力装置が指や指示具等の指示部により入力指示した位置の検出を行える領域である。２００４は再帰反射部で、座標入力有効領域２００３の外側３辺を囲むような形（コ字形状）で配置されている。
【０００５】
再帰反射部２００４は、入射光を到来方向に再帰反射する再帰反射面を有する。再帰反射部２００４は、左右それぞれのセンサユニット２００１Ｌ，２００１Ｒからθ°（略９０°）範囲に投光された光を、センサユニット２００１Ｌ，２００１Ｒに向けて再帰反射する。再帰反射部２００４により再帰反射された光は、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２００１Ｌ，２００１Ｒの受光部によって１次元的に検出され、その光量分布を示す信号が制御・演算ユニット２００２に送られる。
【０００６】
このように構成することで、座標入力有効領域２００３に指や指示具等の指示部による入力指示がなされると、センサユニット２００１Ｌ，２００１Ｒの投光部から投光された光が指示部によって遮られる。これにより、センサユニット２００１Ｌ，２００１Ｒの受光部では、指示部によって遮られた部位のみの光（再帰反射による反射光）を検出することができなくなり、その結果、どの方向からの光が検出できなかったかを識別することが可能となる。
【０００７】
つまり、制御・演算ユニット２００２は、左右のセンサユニット２００１Ｌ，２００１Ｒの投光部の光量変化から、指示部により入力指示された部分の遮光範囲を検出し、その遮光範囲の情報から遮光位置の方向（角度）をそれぞれ導出する。更に、導出された方向（角度）及びセンサユニット２００１Ｌとセンサユニット２００１Ｒとの間の距離情報等から遮光位置（座標）を幾何学的に算出する。そして、不図示の表示部に接続されているＰＣ（パーソナルコンピュータ）等に、ＵＳＢ等のインタフェースを経由して座標値を出力する。
【０００８】
再帰反射部２００４を構成する再帰反射部材としては、球体のビーズを反射面上に並べて配置することで再帰反射特性を有するビーズタイプの再帰反射シートが用いられる。また、光学反射面であるコーナキューブを機械加工等により規則正しく配列することで再帰反射現象を起こす再帰反射シートも用いられる。
【０００９】
なお、図９において、水平線はＸ軸を、垂直線はＹ軸を、ＯはＸ軸とＹ軸との交点座標（０，０）を、それぞれ示す。そして、センサユニット２００１Ｌ，２００１Ｒは、座標入力有効領域２００３のＸ軸に平行に且つＹ軸に対称な位置に、互いに所定距離離間して配置されている。
【００１０】
また、図９に示した従来の光学式座標入力装置の座標入力有効領域2003を構成する座標入力面の材質は例えば、光学式座標入力装置を液晶、プラズマ、リアプロジェクション等の表示装置と組み合わせて構成する場合は、次のようなもので構成されている。即ち、その表示装置の表示面、或いは、更に、その前面板である、透明のガラス板、或いは、透明樹脂板で構成される。
【００１１】
或いは、特許文献２に示されるように、座標入力面がプロジェクタのスクリーンを構成する場合として、ホログラムスクリーンにより構成される場合が開示されている。同時に、特許文献２には、再帰反射部２００４を座標入力面の３辺を囲む構成ではなく、一辺の延長線上に長く配置する構成も開示されている。しかし、再帰反射部が座標入力面に対して垂直方向に出っ張った状態で配置されると言う意味では他の従来の遮光方式座標入力装置と同様な構成である。
【００１２】
以上のように、従来の光学式座標入力装置においては、センサユニットの受光部としてラインＣＣＤを用いる場合が主に開示されてきた。特許文献３には、感光素子を２次元的に配列した２次元撮像素子、いわゆる、エリアイメージセンサによりセンサユニットの受光部を構成することが開示されている。このセンサユニットの受光部を２次元撮像素子で構成する理由は、撮像素子の視野のうち特定画素を選択し、その後の座標演算処理で、リニアセンサの場合と同様に各センサユニットの検出角度から座標算出することにある。また、２次元撮像素子により座標入力面の上方、或いは、下方から座標入力面全体を撮像し、指示位置の座標を求める情報機器が一般に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許ＵＳＰ４５０７５５７号公報
【特許文献２】特開2005-061894号公報
【特許文献３】特開2005-004729号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記で説明した従来の光学式座標入力装置には以下のような課題が存在した。前述の通り、従来の光学式座標入力装置（特に遮光方式）は主に、液晶、或いは、プラズマ、或いは、リアプロジェクション等の表示装置と組み合わせて、入出力一体型のインタラクティブな情報処理装置として普及しているものではある。しかし、このような装置は比較的高価であるが故に、主に、オフィス用として市場展開されている場合が多い。一方、このような入出力一体型のインタラクティブな情報処理装置は、教育現場では、比較的低コストのフロントプロジェクタによる電子ホワイトボードをスクリーンとして投影する形態が大勢を占めており、この傾向は特に欧米で顕著である。昨今、液晶等の表示装置の低価格化が急速に進行しているが、上記教育現場で必要とされるサイズは、入出力一体型のインタラクティブな用途を想定すると、黒板やホワイトボード並みのサイズ、例えば90インチサイズ等の超大型なものとなっている。これにより、上記液晶等の同等サイズとの価格差は当分大きいと思われる。
【００１５】
今後、光学式座標入力装置をこのフロント対応電子ホワイトボード形態の構成に採用していく場合に、課題となるのは、前述の通り、座標入力有効領域の外側３辺を囲むような形（コ字形状）で配置されている再帰反射部の構造である。座標入力領域であり且つスクリーン面でもあるホワイトボード面の下部に、その面に垂直方向に出っ張って再帰反射部が配置された場合、ホワイトボード上に書いたマーカのインクを拭き取った際の粉状のインクがその再帰反射部の表面に堆積する。これにより、センサユニットにおける受光状態に変化をもたらし、高精度な座標検出の妨げになる、といった課題があった。
【００１６】
更には、教育現場のみならず、オフィスでの会議用途において、今後、テーブル面に画像を投射し、その投射面に対し指示を行うことの可能な、テーブル型の情報処理装置が工業的に普及することが考えられる。しかし、その形態に、上記光学式座標入力装置を採用する場合に、やはり、座標入力有効領域の外側３辺を囲むような形（コ字形状）で配置されている再帰反射部の構造は、操作性を阻害する要因となると考えられる。
【００１７】
また、２次元撮像素子により座標入力面の上方から撮像する方式は、例えば、OHPのごとくアームの先端に２次元撮像素子を装着した場合には、そのアームが操作上邪魔になると言う問題があった。或いは、例えば、テーブル形態の入力面に対して天井からカメラを取り付けた形態においては、操作者の身体の一部が影となり、正確な指示位置検出が妨げられる、と言う問題があった。或いは、下方からテーブル状の座標入力面全体を撮像し、同時に、下方からプロジェクタで映像をそのテーブル状のスクリーンに投影する装置形態が製品として開示されているが、テーブルの下部構造が複雑になり、高価な情報機器となっている。
【００１８】
本発明は以上の問題に鑑みてなされたものであり、操作性に優れた座標入力技術を提供することを目的とする。また、更には、指示具と座標入力面との接触状態を容易に検出するための技術も提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の目的を達成するために、例えば、本発明の座標入力装置は以下の構成を備える。即ち、入射光を受けると該入射光に対する再帰反射光を返す部材で構成されている座標入力面と、前記座標入力面の周辺、且つ前記座標入力面から規定の高さに設けられているセンサユニットであって、該座標入力面に対して前記入射光を投光する投光手段と、前記投光手段が投光した前記入射光に対する前記再帰反射光から、該再帰反射光の光量に応じた画素値を有する撮像画像を生成する受光手段と、を備える前記センサユニットと、前記座標入力面内に位置する指示具の先端部の、前記撮像画像中の座標位置を検出する検出手段と、前記撮像画像中の座標位置を前記座標入力面上の座標位置に変換するための変換情報を用いて、前記検出手段が検出した座標位置を、前記座標入力面上の座標位置に変換する変換手段と、前記変換手段により得られた前記座標入力面上の座標位置を出力する出力手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の構成によれば、操作性に優れた座標入力技術を提供することができる。また、更には、指示具と座標入力面との接触状態を容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施形態に係る座標入力装置の構成を示す図。
【図２】撮像画像を示す図。
【図３】第１の実施形態に係る座標入力装置の回路構成を示すブロック図。
【図４】撮像画像を示す図。
【図５】座標入力面１００上の変換座標を示す図。
【図６】第２の実施形態のフローチャート。
【図７】座標入力面１００の側面図。
【図８】第２の実施形態に係る座標入力装置の構成を示す図。
【図９】従来の光学式座標入力装置の概略構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照し、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下説明する実施形態は、本発明を具体的に実施した場合の一例を示すもので、特許請求の範囲に記載の構成の具体的な実施例の１つである。
【００２３】
［第１の実施形態］
先ず、本実施形態に係る座標入力装置の構成について、図１を用いて説明する。図１（ａ）に示す座標入力面１００は、座標を入力するための領域であり、再帰反射特性を有する部材（再帰反射特性部材）で構成されている。より詳しくは、座標入力面１００の表面（後述するセンサユニットにより投光される面）には、微細なガラスビーズが２次元的に敷き詰められている。再帰反射特性をより向上させるためには、更に、ガラスビーズの背面に反射層を備えるようにしても良い。
【００２４】
なお、この座標入力面１００が、フロントプロジェクタ等による投影面を兼ねる場合には、このガラスビーズの表面の特性により、スクリーン面として、ホットスポットが発生しにくくなるという特性も併せ持つ。
【００２５】
再帰反射特性を更に向上させるためには、コーナーキューブを配列したタイプの再帰反射部材により座標入力面１００を構成しても良い。後述するように、本実施形態では、座標入力面１００に対して比較的大きな入射角で光を入射させ、その反射光を利用するので、入射角特性を含めて再帰反射効率の高い再帰反射部材で座標入力面１００を構成することが望ましい。ここで言うところの入射角とは、座標入力面１００の法線と入射光とが成す角を指す。
【００２６】
座標入力面１００の周辺には、センサユニット２００Ｌ、２００Ｒが設けられている。図１（ａ）では２個のセンサユニット（センサユニット２００Ｌ、２００Ｒ）は、座標入力面１００の角部（一辺の一端と他端）に設けられており、センサユニット２００Ｌは左側の角部、センサユニット２００Ｒは右側の角部に設けられている。もちろん、座標入力面１００の形状によってはセンサユニットを設ける位置やその数については特に限るものではない。しかし、センサユニットの数やその設置位置は、後述するように、座標入力面１００上（座標入力面上）の全域に対して位置検出が可能となるように決める必要がある。
【００２７】
本実施形態では、図１（ａ）に示す如く、センサユニット２００Ｌ、２００Ｒの水平面（座標入力面１００）内における角度（感度中心方向）は、この２つのセンサユニットが挟む座標入力面１００の辺に対して略４５度に設定される。即ち、仮にセンサユニット２００Ｌ、２００Ｒのそれぞれの視野角（投光及び受光が可能な角度）が略９０度であれば、それぞれのセンサユニットにより、座標入力面１００の全域をカバーすることができる。
【００２８】
センサユニット２００Ｌは、図１（ｂ）に示す如く、投光部２１０Ｌと受光部２０２Ｌとで構成されている。投光部２１０Ｌは、赤外LED及び投光レンズ等で構成されている。受光部２０２Ｌは、２次元撮像素子（エリアセンサ、エリアCCD）及び集光光学系としての集光レンズ、同絞り、同赤外光透過フィルタ等により構成されている。なお、センサユニット２００Ｒはセンサユニット２００Ｌと同様のものであるため、センサユニット２００Ｌについての説明中に登場する「Ｌ」を「Ｒ」に置き換えたものは、センサユニット２００Ｒに対する説明になる。
【００２９】
指示具９００は、ユーザが手に把持して座標入力面１００内（座標入力面内）の任意の位置に配置するものであり、本実施形態に係る座標入力装置は、座標入力面１００内における指示具９００の先端部の位置（座標）を計算する。この指示具９００の先端部（図１（ａ）ではペン先の部分に相当）には、接触センサなど、先端部が何らかの物体に接触すると接触した旨を示す信号（ペンダウン信号）を発する構成が備わっている。なお、本実施形態では、指示具９００の先端部が座標入力面１００に接触した旨を座標入力装置に通知することができれば良いため、指示具９００にユーザが押下操作可能なボタンを設け、このボタンが押下されるとペンダウン信号を発するようにしても良い。即ち、指示具９００が座標入力面１００に接したときにユーザがこのボタンを押下すると、指示具９００からはペンダウン信号が送出されるので、結果として、指示具９００の先端部が座標入力面１００に接触した旨を座標入力装置に通知することができる。然るに、指示具９００に適用可能な装置の構成は本実施形態で用いるものに限らない。
【００３０】
ここで、上記のセンサユニット２００Ｌ、２００Ｒについて更に詳細に説明する。ここでもセンサユニット２００Ｌを例に取り説明するが、この説明中に登場する「Ｌ」を「Ｒ」に置き換えたものは、センサユニット２００Ｒに対する説明になる。
【００３１】
図１（ｂ）に示す如く、センサユニット２００Ｌは、座標入力面１００の角部（左側の角部）であって、座標入力面１００から座標入力面１００の法線方向に規定の高さに取り付けられるものである。更に、センサユニット２００Ｌは、投光部２１０Ｌが座標入力面１００に対して投光でき且つ受光部２０２Ｌが座標入力面１００から再帰反射光を受光できるように、その取り付け位置から座標入力面１００に向けて傾斜している。このような状態にセンサユニット２００Ｌを保持する部材には、様々な状況に応じてセンサユニット２００Ｌの角度を適宜変更可能にする角度調整機構を設けても良いし、受光部２０２Ｌの受光分布が所定の受光分布特性となるように角度調整機構を設けても良い。
【００３２】
なお、投光部２１０Ｌと受光部２０２Ｌとを座標入力面１００の法線方向に重ねることでセンサユニット２００Ｌを構成する。然るに、座標入力面１００を俯瞰して見たときの投光部２１０Ｌと受光部２０２Ｌのそれぞれの位置は同一位置となる。
【００３３】
投光部２１０Ｌから座標入力面１００の全領域に均一な分布で赤外光を投光できるように、投光部２１０Ｌが有する投光レンズの光学特性や赤外LEDの配置位置が調整されている。例えば図１（ｂ）に示す如く、投光部２１０Ｌからは、投光部２１０Ｌから比較的近い領域（近傍領域）に対しては光線Ａを投光している。また投光部２１０Ｌは、近傍領域よりも遠い領域（中盤領域）に対しては光線Ｂを投光している。また投光部２１０Ｌは、中盤領域よりも遠い領域（遠方領域）に対しては光線Ｃを投光している。投光部２１０Ｌは何れの投光方向においても座標入力面１００上で均一な分布となるように光線を投光するので、それぞれの光線Ａ〜Ｃも同じ分布となっている。
【００３４】
座標入力面１００（再帰反射特性部材）はそれぞれの光線Ａ〜Ｃを入射光として受けると、この入射光を再帰反射させて、入射光を受けた方向（入射方向とは逆の方向）に再帰反射光を返す。しかし厳密には、入射光を受けた方向（入射方向とは逆の方向）だけに再帰反射光を返すのではなく、その方向の近傍方向にも一定の分布を持って再帰反射光を返す。これは、再帰反射特性部材の特性によるものであって、ビーズ等による反射、屈折において、若干のズレが生じ、実際には、入射方向とは逆の方向に対して、若干の角度の幅を持って再帰反射する特性によるものである。これを、再帰反射特性部材の一般的な特性として「観測角特性」といい、観測角が大きくなるにつれて、再帰反射光の強度は低下する。
【００３５】
本実施形態では、座標入力面１００からセンサユニット２００Ｌの設置位置までの高さは、座標入力面１００（再帰反射特性部材）の観測角特性において、所定の受光感度が確保されるように調整されている。図１（ｂ）に示す如く、光線Ａの方が光線Ｃよりも観測角が大きく、その分、座標入力面１００からの再帰反射効率が低下する。
【００３６】
一方、再帰反射特性部材の特性として、入射角特性が存在する。これは、入射角が大きいほど、再帰反射効率が低下するというものである。図１（ｂ）においては、座標入力面１００に対する光線Ｃの入射角が座標入力面１００に対する光線Ａの入射角よりも大きいため、再帰反射効率は低下する。
【００３７】
また、一般的な光学特性として、光到達距離に応じた受光感度の減衰の影響も受ける。以上述べた、観測角、入射角、距離、投光部２１０Ｌの投光分布、受光部２０２Ｌの受光分布、という要因を勘案して、座標入力面１００におけるセンサユニット２００Ｌの受光感度が均一になるように、投光部２１０Ｌ、受光部２０２Ｌが調整されている。
【００３８】
また、座標入力面１００が再帰反射特性部材で構成されていることにより、指示具９００の先端部を検出光量が大きい分布に対する影として容易に検出することができる。これにより、通常の可視光カメラで指示物体を検出する場合に比べて、特段の画像比較、認識が不要となり、正確で高速な指示座標検出が可能となる。
【００３９】
次に、図１（ｃ）に示す如く、指示具９００の先端部が座標入力面１００に接触したことを示すペンダウン信号がこの指示具９００から発せられた場合に、この座標入力面１００上における指示具９００の座標位置（指示位置）を計算する処理について説明する。
【００４０】
図１（ｃ）に示す如く、投光部２１０Ｌから投光された光線Ａは、指示具９００に遮られることなく座標入力面１００上に到達し、座標入力面１００からは光線Ａの再帰反射光が返されるので、受光部２０２Ｌはこの再帰反射光を受光することができる。
【００４１】
一方、投光部２１０Ｌから投光された光線Ｂ及び光線Ｃは指示具９００によって遮られ、座標入力面１００上に到達することはない。然るに光線Ｂ及び光線Ｃの再帰反射光は受光部２０２Ｌでは受光されない。
【００４２】
このように、座標入力面１００内に指示具９００が位置している場合、座標入力面１００には到達できない光線が存在することになり、その結果、受光部２０２Ｌは、指示具９００によって遮られなかった光線の再帰反射光のみを受光することになる。
【００４３】
なお、図１（ｃ）では、指示具９００の姿勢が座標入力面１００に対して垂直となっているが、例え指示具９００の姿勢が座標入力面１００と平行（座標入力面１００に対して水平）となっても、上記の例と同様に、指示具９００によって遮られる光線がある。
【００４４】
受光部２０２Ｌは上記の通り、２次元撮像素子などの撮像部として機能し且つ座標入力面１００からの再帰反射光を受光することで、受光した再帰反射光の光量に応じた画素値を有する撮像画像を生成するように構成されている。然るに、座標入力面１００上に指示具９００が存在していない場合、座標入力面１００からは、投光部２１０Ｌから投光された全ての光線に対する再帰反射光が返ってくる為、受光部２０２Ｌにより撮像された撮像画像には、座標入力面１００全域が映っている。しかし、座標入力面１００上に指示具９００が存在している場合、座標入力面１００からは、投光部２１０Ｌから投光された光線のうち指示具９００によって遮られなかった光線に対する再帰反射光しか返ってこない。そのため、受光部２０２Ｌにより撮像された撮像画像には、指示具９００が影として映っていることになる。
【００４５】
撮像画像から、この影として映っている領域（影領域）を検出するためには、座標入力面１００上に指示具９００が存在していないときに受光部２０２Ｌにより得られる撮像画像を予め基準画像として保持しておく。そして、座標入力面１００上に指示具９００が存在しているときに受光部２０２Ｌにより得られる撮像画像とこの基準画像との比較を行い、その差分箇所を影領域として検出する。更には、投光部２１０Ｌで発光しない状態と発光した状態での比較を組み合わせることにより、より明確な検出が可能になる。
【００４６】
なお、撮像画像上で指示具９００の影として映っている箇所を検出するための技術については、従来の光学式座標入力装置に関して開示されている同様の技術を適応することができる。
【００４７】
次に、この検出した影領域から、座標入力面１００上における指示具９００の座標位置を計算する。先ず、受光部２０２Ｌにより図２（ａ）に示す撮像画像が得られたものとする。図２（ａ）において２２０Ｌは、受光部２０２Ｌが有する撮像素子群のうち、再帰反射光を受光した撮像素子に対応する画素から成る領域であり、上記の説明からこの領域２２０Ｌは座標入力面１００が映っている領域であることが分かる。２１１Ｌは、受光部２０２Ｌが有する撮像素子群のうち、再帰反射光を受光していない撮像素子に対応する画素から成る領域であり、上記の説明から領域２２０Ｌは指示具９００の影や座標入力面１００及び指示具９００以外が映っている領域であることが分かる。即ち、図２（ａ）の撮像画像は、座標入力面１００上に指示具９００が位置している場合に撮像されたものである。
【００４８】
ここで、上記の通り、受光部２０２Ｌは、座標入力面１００の角部であって、座標入力面１００から座標入力面１００の法線方向に規定の高さに取り付けられている。そのため、座標入力面１００は本来矩形であるが、この撮像画像上ではこの座標入力面１００はこの撮像位置に投影された四角形となっている。然るに本実施形態では、座標入力面１００に対する受光部２０２Ｌの３次元位置（撮像位置）、座標入力面１００の縦横のサイズ、等を既知の情報として予め取得しておく。そしてこれらの既知の情報を変換情報として用いれば、周知の座標変換技術により、撮像画像中の座標位置を、座標入力面１００上の座標位置に変換することができる。
【００４９】
図２（ａ）を例に取り説明すると、先ず、撮像画像における影領域の最下部の座標位置を取得する。図２（ａ）では撮像画像の右下隅を原点としており、この最下部の座標位置が（ＸＬ１，ＹＬ１）であったとする。
【００５０】
そしてこの座標位置（ＸＬ１，ＹＬ１）に、上記の座標変換技術を適用することで、この座標位置（ＸＬ１，ＹＬ１）は、座標入力面１００上の座標位置（ｘｌ１，ｙｌ１）、即ち、座標入力面１００上における指示具９００の先端部の座標位置に変換される。
【００５１】
図２（ｂ）は、受光部２０２Ｒによる撮像画像を示している。２２０Ｒは、受光部２０２Ｒが有する撮像素子群のうち、再帰反射光を受光した撮像素子に対応する画素から成る領域であり、上記の説明からこの領域２２０Ｒは座標入力面１００が映っている領域であることが分かる。２１１Ｒは、受光部２０２Ｒが有する撮像素子群のうち、再帰反射光を受光していない撮像素子に対応する画素から成る領域であり、上記の説明から領域２１１Ｒは指示具９００の影や座標入力面１００及び指示具９００以外が映っている領域であることが分かる。即ち、図２（ｂ）の撮像画像は、座標入力面１００上に指示具９００が位置している場合に撮像されたものである。
【００５２】
この撮像画像についても上記と同様の処理を行えば、影領域の最下部の座標位置（ＸＲ１，ＹＲ１）は、座標入力面１００上の座標位置（ｘｒ１，ｙｒ１）、即ち、座標入力面１００上における指示具９００による指示位置に変換される。図２（ｂ）では撮像画像の左下隅を原点としている。
【００５３】
即ち、本来は、ｘｌ１＝ｘｒ１，ｙｌ１＝ｙｒ１となるが、これは、指示具９００が座標入力面１００と接触している場合に成立するものであって、接触していない場合については第２の実施形態で説明する。
【００５４】
図２（ａ）に示した撮像画像における指示具９００の先端部の付近を拡大したものを図２（ｃ）に示す。ここで、この図２（ｃ）を参照しながら、本実施形態に係る座標入力技術について説明する。
【００５５】
従来のように、座標入力面と平行な光をこの座標入力面内に投光して座標検出を行う場合、２以上の受光部のそれぞれからは指示具の位置に対する角度情報しか得られないため、それぞれの角度情報から指示具の位置を検出することになる。これに対し、本実施形態では、１つのセンサユニットから指示具の位置を検出することができる。
【００５６】
一方、センサユニットを座標入力面の真上に設置してこの座標入力面を撮像する上記の方式によれば、指示具本体の位置を検出することはできる。しかし、例えば指示具が座標入力面に対して傾斜している場合、真上から撮像した撮像画像上では指示具の領域のどの部分が先端部であるのかを一意に特定することはできない。これに対し、本実施形態では図２（ｃ）に示す如く、影領域の最下部（ｙ座標値の最小値）が必ず指示具９００の先端部であるため、撮像画像上で指示具９００の先端部を一意に特定することができ、これにより、指示具９００の先端部の位置を得ることができる。
【００５７】
本実施形態に係る座標入力装置の回路構成について、図３のブロック図を用いて説明する。センサユニット２００Ｌ、２００Ｒのそれぞれが有する投光部２１０Ｌ、２１０Ｒは投光回路３１０により制御されており、投光回路３１０による制御の元、投光部２１０Ｌ、２１０Ｒは投光を行う。
【００５８】
センサユニット２００Ｌ、２００Ｒのそれぞれが有する受光部２０２Ｌ、２０２Ｒは再帰反射光を受光すると、受光した再帰反射光の光量に応じた画像信号（アナログ信号）を出力する。Ａ／Ｄ変換器３２０は、受光部２０２Ｌ、２０２Ｒのそれぞれから送出された画像信号に対してＡ／Ｄ変換を行い、センサユニット２００Ｌから送出された画像信号に基づく撮像画像、センサユニット２００Ｒから送出された画像信号に基づく撮像画像を出力する。Ａ／Ｄ変換器３２０から出力されたそれぞれの撮像画像はデータとしてメモリ３４０に格納される。
【００５９】
また、メモリ３４０には、上記の説明で既知の情報として説明したものや、座標入力面１００上における指示具９００の先端部の座標位置を計算するために行う処理をＣＰＵ３３０に実行させるためのコンピュータプログラムやデータも格納されている。
【００６０】
ＣＰＵ３３０は、演算回路３００全体の動作制御を行うもので、メモリ３４０に格納されているコンピュータプログラムやデータを用いて、投光回路３１０、Ａ／Ｄ変換器３２０、通信回路３５０の動作制御を行う。更にＣＰＵ３３０は、メモリ３４０に格納された撮像画像を用いて、座標入力面１００上における指示具９００の先端部の位置を座標計算するための上記の処理を実行する。
【００６１】
通信回路３５０は、ＣＰＵ３３０が計算した指示具９００の先端部の座標位置をＰＣ等の外部機器に対して出力する。もちろん、指示具９００の先端部の座標位置の出力先については特に限定するものではない。
【００６２】
このように、演算回路３００は、Ａ／Ｄ変換器３２０、メモリ３４０、投光回路３１０、ＣＰＵ３３０、通信回路３５０、を有する。しかし、必要に応じてこれ以外の構成を更に追加しても良いし、その構成の変形例については、当業者であれば、適宜考え得るものである。
【００６３】
［第２の実施形態］
本実施形態は、第１の実施形態の構成に加えて、指示具９００の先端部と座標入力面１００との接触状態を検出する。なお、本実施形態に係る座標入力装置は、第１の実施形態と同じものを用いる。即ち、以下に座標入力装置が行うものとして説明する処理（指示具９００の先端部と座標入力面１００との接触状態を検知する処理）は、ＣＰＵ３３０が行うことになる。
【００６４】
指示具９００の先端部が座標入力面１００に対して接触しておらず、座標入力面１００から少し浮かしている状態となっているときに受光部２０２Ｌ、２０２Ｒによる撮像画像をそれぞれ図４（ａ）、（ｂ）に示す。
【００６５】
図４（ａ）の撮像画像における影領域の最下部の座標位置が（ＸＬ２，ＹＬ２）であったとする。なお、図４（ａ）でも、撮像画像の右下隅を原点としている。このとき、ＸＬ１とＸＬ２とは同じかもしれないし、何れか一方が他方よりも大きいかもしれないが、ＹＬ１とＹＬ２とは必ずＹＬ２＞ＹＬ１となる。
【００６６】
そしてこの座標位置（ＸＬ２，ＹＬ２）に、上記の座標変換技術を適用することで、この座標位置（ＸＬ２，ＹＬ２）は、座標入力面１００上の座標位置（ｘｌ２，ｙｌ２）に変換される。
【００６７】
図４（ｂ）の撮像画像についても上記と同様の処理を行えば、影領域の最下部の座標位置（ＸＲ２，ＹＲ２）は、座標入力面１００上の座標位置（ｘｒ２，ｙｒ２）に変換される。図４（ｂ）では撮像画像の左下隅を原点としている。
【００６８】
図４（ａ）、（ｂ）から明らかなように、指示具９００の先端部を座標入力面１００から浮かしている状態では、ｘｌ２＝ｘｒ２，ｙｌ２＝ｙｒ２とはならない。図５（ａ）は、座標入力面１００上における座標位置（ｘｌ１，ｙｌ１）の点Ｐ−ｌ１、座標位置（ｘｌ２，ｙｌ２）の点Ｐ−ｌ２を示す図である。図５（ｂ）は、座標入力面１００上における座標位置（ｘｒ１，ｙｒ１）の点Ｐ−ｒ１、座標位置（ｘｒ２，ｙｒ２）の点Ｐ−ｒ２を示す図である。図５（ａ）、（ｂ）からも明らかなように、指示具９００の先端部を座標入力面１００に接触させている状態では、ｘｌ１＝ｘｒ１，ｙｌ１＝ｙｒ１となるが、指示具９００の先端部をから浮かしている状態では、ｘｌ２＝ｘｒ２，ｙｌ２＝ｙｒ２とはならない。
【００６９】
然るにＣＰＵ３３０は、それぞれのセンサユニットから得られた撮像画像中の指示具９００の先端部の座標位置を変換した変換位置が互いに同じであるか否かを判断し、同じであれば、指示具９００の先端部は座標入力面１００に接触していると判断する。一方、同じではない場合は、指示具９００の先端部は座標入力面１００には接触していないと判断する。
【００７０】
更にＣＰＵ３３０は、指示具９００の先端部は座標入力面１００には接触していないと判断した場合、それぞれの変換位置より、この時点での指示具９００の先端部をそのまま座標入力面１００上に垂直に降ろした場合の座標位置を求める。この座標位置は、それぞれのセンサユニットの配置位置が既知であるので、この配置位置を用いれば計算できる。例えば、先ず、センサユニット２００Ｌから座標位置（ｘｌ２，ｙｌ２）への角度情報、センサユニット２００Ｒから座標位置（ｘｒ２，ｙｒ２）への角度情報、を求める。そして、受光部２０２Ｌ、２０２Ｒからのそれぞれの角度情報が示す角度に延長する線分の交点と、それぞれの受光部間の既知の距離と、を用いて、座標入力面１００には接触していない指示具９００の先端部の、座標入力面１００上の座標位置を求める。
【００７１】
以上説明した処理を図６に示す。ステップＳ６０１では、それぞれのセンサユニットから得られた撮像画像中の指示具９００の先端部の座標位置（ＸＬ，ＹＬ）、座標位置（ＸＲ，ＹＲ）を検出する。そしてステップＳ６０２では、それぞれの座標位置の変換座標である座標位置（ｘｌ，ｙｌ）、（ｘｒ，ｙｒ）を求める。
【００７２】
ステップＳ６０３では、ステップＳ６０２で求めたそれぞれの座標位置が同じであるか否か（ｘｌ＝ｘｒ，ｙｌ＝ｙｒであるか否か）を判断する。この判断の結果、同じであると判断した場合は処理をステップＳ６０４に進め、同じではないと判断した場合は、処理をステップＳ６０６に進める。
【００７３】
ステップＳ６０５では、指示具９００の先端部が座標入力面１００に接触している旨を示すフラグ（ペンダウンフラグ）を座標位置（ｘｌ，ｙｌ）、（ｘｒ，ｙｒ）の何れかに付加し、ステップＳ６０６では、フラグとこのフラグを付加した座標位置を出力する。
【００７４】
ステップＳ６０６では、指示具９００の先端部が座標入力面１００に接触していない旨を示すフラグ（ペンアップフラグ）を生成する。そしてステップＳ６０７では、上記の通り、指示具９００の先端部をそのまま座標入力面１００上に垂直に降ろした場合の座標位置（ｘａ、ｙａ）を求める。
【００７５】
そしてステップＳ６０８では、ペンアップフラグと、ステップＳ６０７で求めた座標位置（ｘａ、ｙａ）と、を出力する。なお、ステップＳ６０５及びステップＳ６０８の出力先については特に限定しないが、座標入力装置が図３の構成を有している場合、出力先は通信回路３５０となる。
【００７６】
［第３の実施形態］
第１，２の実施形態では、座標入力面１００は、１枚の平面の表面上に微細なガラスビーズを２次元的に敷き詰めた再帰反射特性部材であるものとして説明した。しかし、図７の座標入力面１００の側面図に示す如く、このような再帰反射特性部材１０を複数枚用意し、それぞれの再帰反射特性部材１０を複数の傾斜面を構成するように並べて座標入力面１００を構成しても良い。
【００７７】
上記のように、再帰反射光の反射効率は、入射角の影響を受けるので、できるだけ入射角を小さくする方が、センサユニットの受光効率を上げるために望ましい。従って、複数枚の再帰反射特性部材１０を傾斜を持たせたて並べて座標入力面１００を構成することにより、再帰反射効率が向上する。その結果として、センサユニットにおけるS／Nが向上し、ダイナミックレンジが小さくなり、より高精度な座標検出が可能となる。
【００７８】
なお、この傾斜角度、傾斜面の数は、特に、受光部の検出座標系におけるＹ方向の検出分解能に関わるセンサユニットの配置、受光部の仕様、との関連において、適宜調整して設定する。なお、この再帰反射部材に傾斜を設ける構成としては、平面に限らず、曲面により構成しても良い。
【００７９】
［第４の実施形態］
上記の各実施形態では、センサユニット２００Ｌ、２００Ｒはそれぞれ、座標入力面１００の一辺の左端、右端に配置した。しかし、第１の実施形態でも述べたように、センサユニットの数や配置位置については、座標入力面１００上における座標位置を検出することができるのであれば、特定の仕様に限定するものではない。例えば、図８（ａ）に示す如く、座標入力面１００の対角隅位置にセンサユニット２００Ｌ、２００Ｒのそれぞれを設けようにしても良い。
【００８０】
図８（ａ）の座標入力面１００の側面図を図８（ｂ）に示す。センサユニット２００Ｌにおける検出画像は、図中のA→B→Cとセンサユニット２００Ｌから遠ざかるにつれ、受光部２０２Ｌ及び受光部２０２ＲのＹ軸方向の単位座標（画素単位）に対する座標入力面１００の対応する距離は大きくなる。つまり、遠方になるほど、検出分解能は数値が大きく、つまりは低下する。
【００８１】
従って、第１の実施形態においては、そのセンサユニットから遠方の検出分解能が、その座標入力装置としての実質的な分解能となる。そこで本実施形態においては、座標入力有効領域で最も距離の長い対角方向で相対してセンサユニットを配置する構成とする。本実施形態においては、ペンダウンした指示具９００の先端部の座標位置は、一つのセンサユニットの受光部の検出画像から算出可能であり、それぞれのセンサユニットでお互いに近傍部分の領域を分担することにより、検出分解能を向上することが可能である。
【００８２】
更に、不図示であるが、座標入力面１００の対角対向の４隅４箇所にセンサユニットを配置し、それぞれの検出領域を座標入力領域の近傍のみ４分割すれば、更に、高分解能の座標検出を行うことができる。
【００８３】
［第５の実施形態］
上記の各実施形態では、１つの指示位置に対する座標位置を計算していた。しかし、複数個の指示位置に対する座標位置を計算する場合であっても、撮像画像上でそれぞれの指示具を特定できるのであれば、それぞれの指示具の先端部の座標位置を計算することは可能である。
【００８４】
（その他の実施例）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【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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