(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と受光素子を有する少なくとも２つの受発光装置より出射された検出光が表示面部材の表示面上で相互に交差し、
前記各受発光装置より出射された検出光を前記表示面の周辺に配設した再帰性反射部材により再帰反射させて前記各受発光素子の受光素子に受光せしめ、
前記表示面に対し、ある検出高さ以内に接近した指示物体の位置座標を求めるための信号が前記各受発光装置の受光素子より出力され、
前記各受発光装置より出射される検出光は前記表示面と垂直な方向に前記検出高さより広がるようにコリメートされ、
前記各受発光装置より出射される検出光の一部が前記表示面部材の端面に当たるように、前記各受発光装置より出射される検出光と前記表示面との前記垂直方向の相対位置が決定され、かつ、
前記表示面から前記検出高さ以内の範囲の検出光のみが再帰反射されるように前記再帰性反射部材の上端の前記表示面からの高さが決定されてなる座標検出装置。
【請求項２】
光源と受光素子を有する少なくとも２つの受発光装置より出射された検出光が表示面部材の表示面上で相互に交差し、
前記各受発光装置より出射された検出光を前記表示面の周辺に配設した再帰性反射部材により再帰反射させて前記各受発光素子の受光素子に受光せしめ、
前記表示面に対し、ある検出高さ以内に接近した指示物体の位置座標を求めるための信号が前記各受発光装置の受光素子より出力され、
前記各受発光装置より出射される検出光は、前記表示面と垂直な方向には前記検出高さより広がるようにコリメートされ、かつ、前記表示面と平行な方向には扇状に拡散され、
前記各受発光装置より出射される検出光の一部が前記表示面部材の端面に当たるように、前記各受発光装置より出射される検出光と前記表示面との前記垂直方向の相対位置が決定され、かつ、
前記表示面から前記検出高さ以内の範囲の検出光のみが前記再帰性反射部材により再帰反射されるように、前記再帰性反射部材の上端の前記表示面からの高さが決定されてなる座標検出装置。
【請求項３】
前記表示面部材の端面の前記検出光が当たる特定の範囲が正反射面とされたことを特徴とする請求項１又は２記載の座標検出装置。
【請求項４】
前記表示面部材の端面の前記検出光が当たる特定の範囲が光吸収面とされたことを特徴とする請求項１又は２記載の座標検出装置。
【請求項５】
前記表示面部材の端面の前記検出光が当たる特定の範囲の前記表示面に近い部分が正反射面、それ以外の部分が光吸収面とされたことを特徴とする請求項１又は２記載の座標検出装置。
【請求項６】
前記表示面部材の端面の前記検出光が当たる前記特定の範囲が、前記表示面となす角度が鋭角となるように傾斜せしめられたことを特徴とする請求項３又は４記載の座標検出装置。
【請求項７】
前記表示面部材の背面側にスクリーン及びフレネルレンズが寿に配設されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の座標検出装置。
【請求項８】
前記表示面部材、前記スクリーン及び前記フレネルレンズがフレーム部材により一体的に保持され、前記表示面部材が、前記フレーム部材の前記表示面部材と係合する部分より所定の高さだけ突出せしめられたことを特徴とする請求項７記載の座標検出装置。
【請求項９】
前記各受発光装置の受光素子より出力される信号から前記指示物体の位置座標を求める手段と、求めた位置座標を外部のコンピュータなどの装置へ入力するためのインターフェース手段を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の座標検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種ディスプレイの画像が表示される表示面に接触又は接近した手指やペンなどの指示物体の位置座標を光学的に検出する座標検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータなどへの手書き図形や文字などの描画情報の入力デバイス、コンピュータなどにより制御される画像上の特定の位置を指示するためポインティングデバイス、いわゆる電子黒板における描画情報の入力デバイスなどとして利用される装置として、各種ディスプレイの画像が表示される表示面に接触又は接近した手指やペンなどの指示物体の位置座標を光学的に検出する座標検出装置が知られている。
【０００３】
この種の座標検出装置の基本構成は、光源と受光素子を有する少なくとも２つの受発光装置より出射された検出光を表示面上で相互に交差させ、それら検出光を表示面の周辺に配設された再帰性反射部材により再帰反射させて各受発光素子の受光素子に受光させ、表示面に接触又は接近した指示物体の位置座標を求めるための信号を、各受発光装置の受光素子より出力せしめるというものである。
【０００４】
この種の座標検出装置の一例が特開平９−９１０９４号公報に開示されている。ここに開示された装置においては、検出光としてレーザ光を用い、それを表示面に沿って回転走査させ、また、再帰性反射部材としてコーナーキューブリフレクタを用いている。
【０００５】
なお、再帰性反射部材としては、コーナーキューブリフレクタ以外にも、例えば３Ｍ社製の「２０００Ｘ」のようなテープ状の再帰性反射シートも知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この種の座標検出装置における問題点を、図１８乃至図２０により説明する。これら各図において、５００は透明な表示面部材であり、その表面が各種ディスプレイの画像が表示される表示面５０１となる。５０２は光源と受光素子を有する受発光装置、５０４は受発光装置５０２より出射される検出光、５０６は検出光５０４を、それを出射した受発光装置５０２へ再帰反射させる再帰性反射部材である。
【０００７】
検出光５０４が表示面５０１に対して図１８に示すような関係となった場合、表示面５０１上に、手指やペンなどの指示物体の表示面５０１への接触又は接近を検出するための本来の検出領域５０８より上方に不要な検出領域５１０が生じる。このような不要検出領域５１０が生じた場合、ユーザが指示物体により表示面５０１に文字などを描画する際に、指示物体の先端が本来の検出領域５０８に進入する前に不要検出領域５１０に入り検出光５０４を遮るため指示物体の座標が検出される。また、指示物体の先端を本来の検出領域５０８より引き離しても、不要検出領域５１０から抜けるまでは指示物体が検出光５０４を遮るため、その位置座標が検出される。その結果、描画した文字などの分離すべき線が繋がるような、いわゆる尾引現象が起きるという不都合がある。また、不要検出領域５１０を含めた検出領域が本来の高さより上まで広がるため、表示面５０１と垂直な方向から指示物体を大きく傾けた場合などに、指示物体の先端の実際の位置座標と、検出される位置座標の誤差が大きくなりやすいという不都合もある。
【０００８】
また、図１９又は図２０に示すように、検出光５０４が表示面５０１から浮くと、本来の高さよりも上に検出領域５１２が形成され、その下に不感領域５１４が生じる。このような場合にも、図１８に関連して説明したと同様の不都合が起きることは明らかである。
【０００９】
本発明の目的は、図１８乃至図２０に関連して述べたような不都合を容易かつ確実に回避でき、指示物体の位置座標を高精度に検出可能な座標検出装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１乃至９記載の発明の特徴は、光源と受光素子を有する少なくとも２つの受発光装置より出射された検出光が表示面部材の表示面上で相互に交差し、各受発光装置より出射された検出光を表示面の周辺に配設した再帰性反射部材により再帰反射させて各受発光素子の受光素子に受光せしめ、表示面に対し、ある検出高さ以内に接近した指示物体の位置座標を求めるための信号が各受発光装置の受光素子より出力されるという基本構成を有する座標検出装置において、各受発光装置より出射される検出光を表示面と垂直な方向に検出高さより広がるようにコリメートし、各受発光装置より出射される検出光の一部が表示面部材の端面に当たるように、各受発光装置より出射される検出光と表示面との垂直方向の相対位置を決定し、かつ、表示面から検出高さ以内の範囲の検出光のみが再帰反射されるように、再帰性反射部材の上端の表示面からの高さを決定することである。このような構成とすることにより、後記実施の形態に関連して詳述するように、図１８乃至２０に関連して説明したような不都合を容易かつ確実に回避し、指示物体の位置座標を高精度に検出可能となる。
【００１１】
請求項２記載の発明の特徴は、各受発光装置より出射される検出光を表示面と垂直な方向には検出高さより広がるようにコリメートするとともに、表示面と平行な方向には扇状に拡散させることである。このような構成によれば、検出光を回転多面鏡などで回転走査することなく、表示面の全域にわたって位置座標の検出が可能となる。したがって、回転多面鏡などの高速可動部材を受発光装置に設ける必要がなく、受発光装置の製造コスト及び保守コストの面で一般に有利である。また、回転多面鏡などの高速可動部材の動作音が発生しないため、装置の静粛性を高めることができる。
【００１２】
検出光の一部が当たる表示面部材の端面で反射された検出光が受発光装置に戻ると、その反射光がノイズ成分として作用し検出感度を低下させる要因となる。このような有害な反射光を生じさせないようにするため、請求項３記載の発明は表示面部材の端面の検出光が当たる特定の範囲を正反射面とし、請求項４記載の発明は表示面部材の端面の検出光が当たる特定の範囲を光吸収面とし、請求項５記載の発明は表示面部材の端面の検出光が当たる特定の範囲の表示面に近い部分を正反射面、それ以外の部分を光吸収面とし、請求項６記載の発明は、そのような表示面部材の端面の検出光が当たる特定の範囲を、表示面となす角度が鋭角となるように傾斜させることを特徴とする。ここで、表示面部材の端面の検出光があたる特定の範囲とは、有害な反射光を発生させる可能性がある範囲である。換言すれば、検出光の一部が当たる表示面部材の端面の、受発光装置と略正対する限られた範囲のことである。ただし、表示面部材の端面の他の部分も、又は全体を、そのような構成とすることも可能であることは当然である。
【００１３】
請求項７記載の発明の特徴は、表示面部材の背面側にスクリーン及びフレネルレンズを順に配設することである。このような構成とすることにより、プロジェクタより放射状に出射された光を平行光に屈折させてスクリーンに結像させ、スクリーンで結像光を拡散させることにより、プロジェクタにより投影された画像の全域を表示面に広視野角で表示させることができる。
【００１４】
請求項８記載の発明の特徴は、表示面部材、スクリーン及びフレネルレンズをフレーム部材により一体的に保持し、表示面部材をフレーム部材の係合部分より所定の高さだけ突出せしめることにより、フレーム部材に検出光を当てることなく表示面部材の端面にのみ当てることができるようにし、フレーム部材に検出光が当たることによる有害な反射光の発生を防止することである。
【００１５】
請求項９記載の発明の特徴は、各受発光装置の受光素子より出力される信号から指示物体の位置座標を求める手段と、求めた位置座標を外部のコンピュータなどの装置へ入力するためのインターフェース手段を有することである。このような構成の座標検出装置は、それに接続したコンピュータなどの外部装置に位置座標を入力し、外部装置側では、座標計算処理を行うことなく、入力された位置座標情報に従って表示面上の手指などの動きに追従させて表示面に文字や図形などを表示させるような処理を容易に実行することができるため、コンピュータや電子黒板などのための描画情報などの入力デバイスとして使い勝手がよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図１７を参照し、本発明の実施の形態について説明する。なお、説明の重複を避けるため、これら図面中で同一又は同様の部材などには同一の参照番号を用いる。
【００１７】
図１は、本発明による座標検出装置の一例を説明するための概略正面図である。図１において、１００は透明な表示面部材である。この表示面部材１００の正面が、各種ディスプレイの画像が表示される表示面１０１となる。この表示面１０１は、ユーザが手指やペンなどの指示物体を用いて文字や図形を描画するため面でもあり、その指示物体の位置座標が検出される。この指示物体の位置座標の検出のために、複数の受発光装置１０２が設けられる。ここに示す例では、図１に示すように、表示面１０１の左下コーナーと右下コーナーに対向されて２つの受発光装置１０２Ｌ，１０２Ｒがそれぞれ配設される。なお、受発光装置１０２の配置及び個数は変更が許されるものである。受発光装置１０２Ｌ，１０２Ｒからは、表示面１０１と垂直な方向には略平行にコリメートされ、表示面１０１と平行な方向には扇状に拡散せしめられた検出光１０３Ｌ，１０３Ｒが、それらが表示面１０１上で相互に交差するように出射される。これら検出光１０３Ｌ，１０３Ｒを、出射元の受発光装置１０２Ｌ，１０２Ｒへ再帰反射させるための再帰性反射部材１０４が、図示のように表示面１０１の周辺に配設される。
【００１８】
図２は、図１のＡ−Ａ’線で切断した概略断面図である。図２に示すように、検出光１０３Ｌは、所望の検出領域の高さ（検出高さ）より若干広がるように、高さ方向（表示面１０１の垂直方向）にコリメートされる。そして、図示のように、検出光１０３Ｌの一部が受発光装置１０２Ｌと対向する表示面部材１００の端面に当たるように、表示面１０１と検出光１０３Ｌの高さ方向の相対位置（換言すれば表示面１０１と受発光装置１０２Ｌの高さ方向の相対位置）が調節される。そして、所望の検出高さ以下の検出光１０３Ｌだけが再帰反射されるように、再帰性反射部材１０４の上端の表示面１０１からの高さが調整される。再帰性反射部材１０４の上端より上に向かう検出光は再帰反射されないため、図２にに網掛けして示すように、表示面１０１の全域にわたって略均一の検出高さを持つ検出領域１１０が形成され、また、検出領域１１０と表示面１０１の間に不感領域は生じない。このように再帰性反射部材１０４の高さによって検出高さを確定する構成であるため、検出光１０３Ｌの高さが変動しても、再帰性反射部材１０４の高さ調整のみにより、容易に検出高さを精密調整することができる。換言すれば、検出光１０３Ｌの高さ、換言すれば受発光装置１０２Ｌの高さを、それほど精密に調整する必要はない。なお、ここで言う再帰性反射部材１０４の上端とは、有効な再帰性反射面の上端を意味する。例えば、再帰性反射部材１０４を、前述の３Ｍ社製「２０００Ｘ」のようなテープ状の再帰性反射シートを板部材に貼り付けた構成とする場合には、再帰性反射シートの上端が上記の上端である。
以上に述べたことは、もう一方の受発光装置１０２Ｒに関しても同様である。
さて、受発光装置１０２より出射された検出光１０３の一部が図２に示すように表示面部材１００の端面に当たるため、その反射光が受発光装置１０２に届くとノイズ成分として作用し、検出感度の低下をもたらす危険がある。そのような有害な反射光の発生を阻止するため、好ましくは、表示面部材１００の端面の検出光１０３が当たる少なくとも特定範囲に対し、図３乃至図８のいずれかに示すような工夫が施される。この特定の範囲とは、有害な反射光を発生させる可能性がある範囲であり、検出光の一部が当たる表示面部材の端面の、受発光装置１０２と略正対する限られた範囲のことである。ここに示す例では、受発光装置１０２は表示面部材１００の左下又は右下コーナーに対向するため、そのコーナー部分の端面のみが工夫の対象範囲となる。ただし、表示面部材１００の端面の他の部分にも、又は全体に同様の工夫を施してもよい。
【００１９】
図３に示す工夫は、表示面部材１００の端面の検出光１０３が当たる特定範囲を正反射面（例えば鏡面）１００Ａとする。ただし、検出光１０３の高さ方向の中心は、表示面１０１より上方にあることが前提である。正反射面１００Ａに当たった検出光１０３は正反射されるが、検出光１０３はわずかに高さ方向に広がっているため、正反射面１００Ａからの反射光は受発光装置１０２から反れ、受発光素子１０２に受光されることはない。
【００２０】
図４に示す工夫は、表示面部材１００の端面の検出光１０３が当たる特定範囲を光吸収面（例えば黒面）１００Ｂとする。ただし、検出光１０３の高さ方向の中心は、表示面１０１より上方にあることが前提である。検出光は光吸収面１００Ｂで吸収され、受発光装置１０２に戻らない。
【００２１】
図５に示す工夫は、検出光１０３の高さ方向の中心が表示面１０１より下方にあることが前提であり、表示面部材１００の端面の検出光１０３が当たる特定範囲において、受発光装置１０２に正対する部分、つまり検出光１０３の高さ方向の中心部分が当たる部分を光吸収面（例えば黒面）１００Ｃとし、それ以外の部分を正反射面（例えば鏡面）１００Ｄとする。すなわち、正対する部分で反射された光は受発光装置１０２に戻る可能性が高いため、その部分では検出光１０３を吸収し、他方、正対しない部分では受発光装置１０２に戻らない方向へ正反射させるわけである。
【００２２】
図６に示す工夫は、図４と同様に、表示面部材１００の端面の検出光１０３が当たる特定範囲を光吸収面（例えば黒面）１００Ｅとして検出光１０３を吸収し、受発光装置１０２に戻る反射光を発生させない。図４との違いは、検出光１０３の高さ方向の中心が表示面１０１より下方に来ても支障がないように、光吸収面１００Ｅの高さ方向のサイズが大きくとられる点である。
【００２３】
図７に示す工夫は、表示面部材１００の端面の検出光１０３が当たる特定範囲を正反射面（例えば鏡面）１００Ｆとするとともに、この正反射面１００Ｆを表示面１０１となす角度θが少なくとも鋭角となるように傾ける。この角度θは、正反射面１００Ｆからの正反射光が受発光装置１０２から反れるように選ばれる。このような工夫により、検出光１０３の高さ方向の中心が表示面１０１より下方にある場合にも、有害な反射光の発生をより確実に防止できる。
【００２４】
図８に示す工夫は、表示面部材１００の端面の検出光１０３が当たる特定範囲を光吸収面（例えば黒面）１００Ｇとするとともに、この光吸収面１００Ｇを表示面１０１となす角度θが少なくとも鋭角となるように傾ける。このように光吸収面１００Ｇを傾けることにより、光吸収面１００Ｇにおける光吸収が不十分で反射光が生じても、たとえ検出光１０３の高さ方向の中心が表示面１０１より下方にある場合でも、その反射光は受発光装置１０２から反れるため悪影響を及ぼさない。
【００２５】
次に、受発光装置１０２について説明する。図９は受発光装置１０２の構成の一例の説明図である。なお、図９は図１のｘ−ｚ方向を主体にして作図されているが、図中の二点鎖線の枠内は同一の構成要素を別の方向（ｘ−ｙ方向又はｙ−ｚ方向）から見た様子を示している。
【００２６】
図９に示すように、受発光装置１０２は発光部２０５と受光部２０６を有する。発光部２０５は、光源として例えばレーザダイオード２０７を有する。レーザダイオード２０７から表示面１０１に向かって垂直方向に出射されたレーザ光は、一方向の倍率のみ変更可能なシリンドリカルレンズ２０８によってｘ方向にコリメートされ、さらにシリンドリカルレンズ２０８とは曲率の分布が直交するシリンドリカルレンズ２０９，２１０によってｙ方向に集光される。シリンドリカルレンズ２１０を通過したレーザ光は、スリット板２１１に開けられたｙ方向に狭いｘ方向のスリットに入射する。このスリットは、二次光源を形成するものである。二次光源１２から出射されたレーザ光はハーフミラー２１３によってｘ方向（表示面１０１と平行な方向）へ反射されることにより、前述のように表示面１０１に垂直な方向については略平行にコリメートされ、かつ表示面１０１と平行な方向には扇状に拡散する検出光１０３が受発光装置１０２の外部へ射出される。
【００２７】
射出された検出光１０３（ここではレーザ光）は、再帰性反射部材１０４によって再帰反射され、同一経路を辿ってハーフミラー２１３に戻る。この再帰反射光はハーフミラー２１３を透過して受光部２０６に入射する。受光部２０６に入射した再帰反射光は、シリンドリカルレンズ２１４によって線状に集光された後、シリンドリカルレンズ２１４の焦点距離ｆだけ離れた受光素子２１５に受光される。かくして、受光素子２１５の受光面に、検出光１０３の様々な方向成分の再帰反射光の有無に応じた、ｙ軸に平行な線状の光強度分布が形成される。この受光素子２１５は例えばＣＣＤラインセンサである。
【００２８】
なお、シリンドリカルレンズ２１４に代えて、同心円上に同じ曲率を持つレンズを用いることも可能である。また、図示しないが、受発光装置１０２は、レーザダイオードよりｘ方向に射出されたレーザ光を拡散レンズによってｙ方向に扇状に拡散させ、それをスリットを通すことなく、ハーフミラーを通して前述のような検出光１０２として表示面１０１上へ射出し、その再帰反射光を前記ハーフミラーによってｚ方向へ曲げ、結像レンズを通して受光素子に結像させるような構成とすることもできる。
【００２９】
以上に述べた受発光装置１０２は、レーザビームを回転走査する構成の受発光装置に比べ、回転多面鏡のような高速可動部を持たないため、一般に、製造コスト及び保守コストの両面で有利であり、また静粛性も向上する。
【００３０】
受発光装置１０２Ｌ，１０２Ｒの受光素子２１５からは、受光素子２１５の受光面上の光強度分布に対応した信号が出力されるが、その出力信号に基づいて表示面１０１に接触した又は検出高さ以内に接近した手指やペンなどの指示物体の位置座標を求めることができる。以下、受光素子２１５の出力信号と、それに基づいて位置座標の求める方法について図１０及び図１１を参照し説明する。
【００３１】
図１０は、指示物体の位置と受光素子２１５上の光強度分布との関係を説明するための図である。受発光装置１０２から出射された検出光１０３を遮る指示物体がＡ位置にあるとする。検出光１０３のＡ位置に向かう成分は指示物体に遮られて再帰性反射部材１０４に到達しないため、その方向成分の再帰反射光は受光素子２１５に入射しない。かくして、受発光素子２１５の光強度分布（出力信号の強度分布）に、Ａ位置に対応するピーク点（暗点）が生じる。このピーク点と受光素子２１５の中心からの距離Ｄから、Ａ位置の方向θを次式により計算できる。
θ＝arctan(Ｄ／ｆ)            ・・・（１）
ただし、ｆはシリンドリカルレンズ２１４の焦点距離（シリンドリカルレンズ２１４と受光素子２１５との距離に等しい）である。
【００３２】
ここで図１１を参照する。受発光装置１０２Ｌから見た指示物体（Ａ位置）の方向θＬは、受発光装置１０２Ｌ内の受光素子２１５の光強度分布のピーク点の中心からの距離から（１）式により求められた角度θl を用いて、次式により計算することができる。
θＬ＝ｇ（θl）              ・・・（２）
同様に、受発光装置１０２Ｒから見た指示物体（Ａ位置）の方向θＲは、受発光装置１０２Ｒ内の受光素子２１５の光強度分布のピーク点の中心からの距離から（１）式により求められた角度θr を用い次式により計算することができる。
θＲ＝ｈ（θr）              ・・・（３）
ただし、（２）式のｇと（３）式のｈは、受発光装置１０２Ｌ，１０２Ｒと指示物体との幾何学的な相対位置関係の変換係数である。
【００３３】
表示面１０１上の指示物体の位置座標（ｘ，ｙ）は、三角測量の原理により、次の２式により計算することができる。
ｘ＝ＷtanθＲ／（tanθＬ＋tanθＲ）         ・・・（４）
ｙ＝ＷtanθＬ・tanθＲ／（tanθＬ＋tanθＲ）・・・（５）
ただし、Ｗは受発光装置１０２Ｌ，１０２Ｒの間隔である。
【００３４】
以上に述べたように、受発光装置１０２Ｌ，１０２Ｒの受光素子２１５の出力信号に基づいて表示面１０１上の指示物体の位置座標を計算することができる。
なお、座標検出装置には、そのような計算手段を具備させず、受発光装置１０２Ｌ，１０２Ｒの受光素子２１５の出力信号をそのまま又はデジタルデータとして外部へ出力し、外部のコンピュータなどで位置座標の計算をさせる構成とすることも、座標検出装置に位置座標計算手段を具備せしめ、それによって計算した位置座標を外部へ出力するように構成することもできる。
【００３５】
図１２は、本発明による座標検出装置のコントローラの一例を示すブロック図である。ここに示す例は、前述のような指示物体の位置座標計算機能を座標検出装置側に具備させた場合である。
【００３６】
図１２に示すコントローラは、受発光装置１０２Ｌ，１０２Ｒとコントローラ内の各部を集中的に制御するＣＰＵ３２２と、ＣＰＵ３２２のための制御プログラムなどの固定的データを格納したＲＯＭ３２３と、可変的データを一時的に記憶するためのＲＡＭ３２４と、受発光装置１０２Ｌ，１０２Ｒのレーザダイオード２０７の発光時間間隔を制御するためのタイマ３２５と、受発光装置１０２Ｌ，１０２Ｒの受光素子２０７の出力信号のピーク点を検出するためのピーク検出器３１８、前述の位置座標計算を行うためのｘｙ演算器３１９と、受発光装置１０２Ｌ，１０２Ｒの制御回路３１０と、外部のコンピュータなどとのインターフェース回路３２０とをバス３２１で相互接続した構成である。制御回路３１０は、レーザダイオード２０７の駆動回路３１１、受光素子２１５の駆動回路３１２及び受光素子２１５の出力信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器３１３からなる。なお、タイマ３２５、ピーク検出器３１８、ｘｙ演算器３１９の全部又は一部をハードウェアとしては用意せず、その機能をプログラムによって実現することも可能である。
【００３７】
このコントローラの処理について、図１３に示すフローチャートを参照して説明する。タイマ３２５より一定時間間隔で信号が出力される都度、図１３に示す処理が実行される。まず、ＣＰＵ３２２の制御により、受発光装置１０２Ｌ，１０２Ｒのレーザダイオード２０７が駆動回路３１１により駆動され一定時間発光させられる（ステップＳ１）。そして、受発光装置１０２Ｌ，１０２Ｒの受光素子２１５が駆動回路３１２により順次駆動され、光強度分布に対応したアナログ信号が各受光素子２１５より出力され、これはＡ／Ｄ変換器３１３によりデジタルの光強度分布データに変換されてＲＡＭ３２４に順次書き込まれる（ステップＳ２）。次に、それら２組の光強度分布データがＲＡＭ３２４より順次読み出されてピーク検出器３１８に入力され、各光強度分布のピーク点が検出され、ピーク点の中心からの距離ＤがＲＡＭ３２４に書き込まれる（ステップＳ３）。このピーク点の中心からの距離がｘｙ演算器３１９に送られ、前記（１）式乃至（５）に従って表示面１０１上の指示物体の位置座標が計算され、計算結果がＲＡＭ３２４の特定領域に書き込まれる（ステップＳ４）。なお、位置座標計算に必要な変換係数ｇ，ｈなどのパラメータは、例えばＲＯＭ３２３より予め読み出されてｘｙ演算器３１９に設定される。そして、ＲＡＭ３２４の特定領域に書き込まれた位置座標は、インターフェース３２０を介して外部のコンピュータなどに出力される（ステップＳ５）。これで処理の１サイクルを終了する。
【００３８】
このコントローラに接続されたコンピュータなどの装置において、入力された位置座標に応じた様々な処理を行うことができる。その処理内容は座標検出装置の用途に応じて様々である。例えば、順次入力される位置座標に従って、表示面部材１００の背面側に配置されたディスプレイに指示物体の移動軌跡をそのまま、あるいは整形して描画することにより、ユーザが手指やペンなどで描画した文字や図形などを表示面１０１に表示させる。あるいは、各種の制御ボタンを含む画像を予めディスプレイに表示させて、その画像が表示された表示面１０１上でユーザが手指やペンなどで指示した制御ボタンに応じて、表示画像のスクロールや切り替え、拡大縮小などを行ったり、現在の表示画像のファクス送信や印刷を行う等々である。
【００３９】
図１４に、本発明による座標検出装置の断面構造の一例を示す。この例においては、表示面部材１００の背面側（表示面１０１と反対面側）に、表面がマット加工されたスクリーン（拡散板）１１０と、フレネルレンズ１１１が順に配設され、フレーム部材１１２と押さえ部材１１３によって表示面部材１００、スクリーン１１０及びフレネルレンズ１１１が一体的に保持される。再帰性反射部材１０４はフレーム部材１１２に取り付けられる。
【００４０】
このようにスクリーン１１０とフレネルレンズ１１１を配設した構造によれば、背面側からプロジェクタより放射状に投影された画像光がフレネルレンズ１１１によって平行光に屈折され、略垂直方向からスクリーン１１０に結像されて拡散されるため、プロジェクタによる投影画像を表示面１０１に広視野角で表示させることができる。因みにフレネルレンズ１１１を設けないと、図１５に模式的に示すように、スクリーン１１０に斜め方向から画像光が入射する画像端部は、ある方向からは見えにくくなる。
【００４１】
また、表示面部材１００は、例えば透明なアクリル板やガラス板からなり、その端部に所定高さの段部が形成され、その段部にフレーム部材１１２の鍔部を係合させるとにより、表示面部材１００がフレーム部材１１２の鍔部より所定の高さだけ突出せしめられる。このように表示面部材１００を突出させることにより、受発光装置１０２から出射される検出光の一部を、フレーム部材１１２に当てることなく表示面部材１００の端面にのみ当てることができ、フレーム部材１１２に検出光が当たることによる有害な反射光の発生を防止できる。
【００４２】
以上説明した本発明の座標検出装置は、いわゆる電子黒板の入力デバイスとして好適である。そのような電子黒板について図１６及び図１７を参照して簡単に説明する。図１６は電子黒板の外観の一例を示す概略斜視図であり、図１７は電子黒板のブロック構成の一例を示す概略ブロック図である。
【００４３】
図１７において、４０１と４０２は以上説明した本発明による座標検出装置とそのコントローラである。４０３は電子黒板の全体を制御するコンピュータ、４０４は座標検出装置４０１の表示面１０１に画像を表示するためのディスプレイである。このディスプレイ４０４は例えばプラズマディスプレイパネルであり、コンピュータ４０３の出力画像とビデオプレイヤー４０４による再生画像のいずれもディスプレイ４０４に表示させることができる。４０６は原稿画像を読み取ってコンピュータ４０３に入力するためのイメージスキャナ、４０７はコンピュータ４０３が画像をプリントアウトするためのプリンタである。コンピュータ４０３はネットワーク４０８とのインターフェースを有する。
【００４４】
図１６において、４１０は座標検出装置４０１とディスプレイ４０４を収納したパネル部であり、その前面に座標検出装置４０１の表示面１０１が露出する。４１１は機器収納部であり、この内部にコントローラ４０２、コンピュータ４０３、ビデオプレイヤー４０５、イメージスキャナ４０６及びプリンタ４０７が収納される。パネル部４１０と機器収納部４１１は移動台４１２に固定され、一体的に移動させることができる。この電子黒板の動作は基本的に既存の電子黒板と同様であるので、その説明は省略する。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１乃至９記載の発明による座標検出装置は、表示面上に、不要な検出領域や不感領域を生じさせることなく、適切な高さの検出領域を容易かつ確実に形成することができるため、表示面上で文字や図形などを描画したり特定位置をポイントする手指やペンなどの指示物体の位置座標を高精度に検出することができる。請求項２記載の発明による座標検出装置は、受発光装置に回転多面鏡などの高速可動部材を設ける必要がないため、受発光装置の製造コスト及び保守コストの面で一般に有利であるとともに、装置の静粛性を高めることができる。請求項３乃至６記載の発明による座標検出装置は、検出光の一部が当たる表示面部材の端面から受発光装置への有害光の戻りを防止することができる。請求項７記載の発明による座標検出装置は、プロジェクタにより投影された画像の全域を表示面に広視野角で表示させることができる。請求項８記載の発明による座標検出装置は、フレーム部材に検出光を当てることなく表示面部材の端面に検出光を当てることができ、フレーム部材に検出光が当たることによる有害な反射光の発生を防止できる。請求項９記載の発明による座標検出装置は、それに接続したコンピュータなどの外部装置に指示物体の位置座標を入力することができるため、コンピュータや電子黒板などのための描画情報などの入力デバイスとして使い勝手が良い、等々の効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による座標検出装置の一例を説明するための概略正面図である。
【図２】検出領域を説明するための図１のＡ−Ａ’線で切断した概略断面図である。
【図３】表示面部材の端面による有害光の発生を防止するための工夫の一例を説明するための図である。
【図４】表示面部材の端面による有害光の発生を防止するための工夫の一例を説明するための図である。
【図５】表示面部材の端面による有害光の発生を防止するための工夫の一例を説明するための図である。
【図６】表示面部材の端面による有害光の発生を防止するための工夫の一例を説明するための図である。
【図７】表示面部材の端面による有害光の発生を防止するための工夫の一例を説明するための図である。
【図８】表示面部材の端面による有害光の発生を防止するための工夫の一例を説明するための図である。
【図９】受発光装置の構成の一例を示す図である。
【図１０】受発光装置内の受光素子上の光強度分布と指示物体の位置との関係を説明するための図である。
【図１１】指示物体の位置座標の計算方法の説明のための図である。
【図１２】本発明による座標検出装置のコントローラの一例を示すブロック図である。
【図１３】図１２のコントローラの処理を説明するためのフローチャートである。
【図１４】本発明による座標検出装置の断面構造の一例を示す概略断面図である。
【図１５】フレネルレンズを設ける効果を説明するための図である。
【図１６】本発明による座標検出装置を利用した電子黒板の外観の一例を示す概略斜視図である。
【図１７】本発明による座標検出装置を利用した電子黒板のブロック構成の一例を示す概略ブロック図である。
【図１８】座標検出装置における問題点を説明するための図である。
【図１９】座標検出装置における問題点を説明するための図である。
【図２０】座標検出装置における問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１００  表示面部材
１０１  表示面
１０２Ｌ，１０２Ｒ  受発光装置
１０３Ｌ，１０３Ｒ  検出光
１０４  再帰性反射部材
１１０  スクリーン
１１１  フレネルレンズ
２０７  レーザダイオード（光源）
２１５  受光素子
【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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【図２０】
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