(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面若しくはほぼ平面をなす座標検出領域と、
前記座標検出領域上に挿入された指示手段を光学的に検出し、当該検出に応じた検出信号を出力する光学ユニットと、
前記光学ユニットの検出信号が第１の閾値を超えた場合に、前記指示手段が前記座標検出領域上に挿入されたと判定する判定手段と、
前記判定手段により前記指示手段が前記座標検出領域上に挿入されたと判定された場合に、前記座標検出領域中の前記指示手段の座標位置を求める認識手段と、
前記認識手段により求められた座標位置に基づき、前記座標検出領域中に挿入された前記指示手段と前記光学ユニットとの間の距離を求める距離判定手段と、
前記距離判定手段により求めた距離が長いほど前記第２の閾値を低く設定し、前記距離判定手段により求めた距離が短いほど前記第２の閾値を高く設定する閾値設定手段と、
前記光学ユニットの検出信号が前記第２の閾値を超えた場合に、前記座標検出領域中の前記指示手段の座標位置の検出を行う検出手段と、
を備えることを特徴とする座標検出装置。
【請求項２】
前記閾値設定手段は、前記座標検出領域中で前記光学ユニットから最遠点に位置する前記指示手段を判定することができるように最も低い前記第２の閾値を設定することを特徴とする請求項１記載の座標検出装置。
【請求項３】
少なくとも２つの前記光学ユニットを備え、前記閾値設定手段はそれぞれの前記光学ユニット毎に独立して前記第２の閾値を設定する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】
平面若しくはほぼ平面をなす座標検出領域上に挿入された指示手段を光学的に検出し、当該検出に応じた検出信号を出力する光学ユニットの検出信号が第１の閾値を超えた場合に、前記指示手段が前記座標検出領域上に挿入されたと判定する判定機能と、
前記判定機能により前記指示手段が前記座標検出領域上に挿入されたと判定された場合に、前記座標検出領域中の前記指示手段の座標位置を求める認識機能と、
前記認識機能により求められた座標位置に基づき、前記座標検出領域中に挿入された前記指示手段と前記光学ユニットとの間の距離を求める距離判定機能と、
前記距離判定機能により求めた距離が長いほど前記第２の閾値を低く設定し、前記距離判定機能により求めた距離が短いほど前記第２の閾値を高く設定する閾値設定機能と、
前記光学ユニットの検出信号が前記第２の閾値を超えた場合に、前記座標検出領域中の前記指示手段の座標位置の検出を行う検出機能と、
をコンピュータに実行させるためのプログラムが記憶されているコンピュータ読み取り可能な情報記憶媒体。
【請求項５】
前記閾値設定機能は、前記座標検出領域中で前記光学ユニットから最遠点に位置する前記指示手段を判定することができるように最も低い前記第２の閾値を設定することを特徴とする請求項４記載の情報記憶媒体。
【請求項６】
少なくとも２つの前記光学ユニットを備え、前記閾値設定機能はそれぞれの前記光学ユニット毎に独立して前記第２の閾値を設定することを特徴とする請求項４又は５記載の情報記憶媒体。
【請求項７】
平面若しくはほぼ平面をなす座標検出領域上に挿入された指示手段を光学的に検出し、当該検出に応じた検出信号を出力する光学ユニットの検出信号が第１の閾値を超えた場合に、前記指示手段が前記座標検出領域上に挿入されたと判定する判定工程と、
前記判定工程により前記指示手段が前記座標検出領域上に挿入されたと判定された場合に、前記座標検出領域中の前記指示手段の座標位置を求める認識工程と、
前記認識工程により求められた座標位置に基づき、前記座標検出領域中に挿入された前記指示手段と前記光学ユニットとの間の距離を求める距離判定工程と、
前記距離判定工程により求めた距離が長いほど前記第２の閾値を低く設定し、前記距離判定工程により求めた距離が短いほど前記第２の閾値を高く設定する閾値設定工程と、
前記光学ユニットの検出信号が前記第２の閾値を超えた場合に、前記座標検出領域中の前記指示手段の座標位置の検出を行う検出工程と、
を含むことを特徴とする座標検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、座標検出装置に関し、特に、電子黒板や大型のディスプレイと共に一体化して利用され、或いは、パーソナルコンピュータ（以下、パソコンと略称する）等において、情報の入力や選択をするためにペン等の指示部材や指等によって指示された座標位置を光学的に検出するいわゆる光学的タッチパネル方式の座標検出装置、情報記憶媒体および座標検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の座標検出装置としては、ペンで座標入力面を押さえた時、或いはペンが座標入力面に接近した時に、静電又は電磁誘導によって電気的な変化を検出するものがある。
【０００３】
また、他の方式として、特開昭６１−２３９３２２号公報等に示されるような超音波方式のタッチパネル座標検出装置がある。これは簡単にいうと、パネル上に送出された表面弾性波をパネルに触れることによりその表面弾性波を減衰させ、その位置を検出するものである。
【０００４】
しかし、静電又は電磁誘導によって座標位置を検出するものでは、座標入力面に電気的なスイッチ機能を必要とするため製造コストが高く、また、ペンと本体とをつなぐケーブルが必要であるため操作性に難点がある。
【０００５】
また、超音波方式のものでは、指入力を前提としているため、パネル上で吸収を伴うような材質（柔らかく弾力性を伴う材質）でペン入力を行わせ直線を描いた場合、押した時点では安定な減衰が得られるが、ペンを移動するとき十分な接触が得られず、直線が切れてしまう。かといって、十分な接触を得るために、ペンを必要以上の力で押し付けてしまうと、ペンの移動に伴い、ペンの持つ弾力性のため応力を受け歪を生じ、移動中に復帰させる力が働く。そのため、一旦、ペン入力時に曲線を描こうとすると、ペンを抑える力が弱くなり歪を元へ戻す力が優るため復帰して安定な減衰が得られず、入力が途絶えたと判断されてしまう。このためにペン入力としては信頼性が確保できないという問題を有する。
【０００６】
しかしながら、このような従来技術が有する問題点については、先に本出願人が特願平１０−１２７０３５号として出願したものや、特開平５−１７３６９９号公報に開示されているもの、或いは、特開平９−３１９５０１号公報に開示されているもの、さらには先に本出願人が特願平１０−２３０９６０号として出願したもの等、に代表される光学式の座標検出装置によって解消され、比較的簡単な構成により、タッチパネル型の座標検出装置が実現できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
〔第一の課題〕
近年、このような光学的な座標検出装置は、パーソナルコンピュータ等の普及に伴い、情報の入力や選択をするための有力なツールとして位置付けられ、上述の出願で提案されたものや公開公報に開示されたもの以外にもさらに検討されているが、まだ、完全とはいえず、本格的な実用化に向けていまだ解決されねばならない課題が多々存在する。
【０００８】
例えば、これらの光学的なタッチパネル型座標検出装置の場合、超音波方式等による場合と異なり、座標検出領域面（タッチパネル）自体が検出機能を有さず、座標検出領域面から表面側に少し離れた位置に光学的な検出領域が設定されているため、座標検出領域面上における指などによる実際の描画動作（文字の筆記等）とその描画座標位置の検出動作との間に空間的なずれを生じてしまい、描画する人の意図した描画画像に対してディスプレイ等を通じて再現される描画画像上に尾引き等の不具合が生じてしまう。すなわち、「尾引き」とは、光学的なタッチパネルの特徴として、タッチパネルから指などが離れた瞬間にデタッチ（非挿入）が検出されるのではなく、タッチパネルから或る距離以上に離れる時点で検出されるため、この時点までの間は、指などをタッチパネルから離し所望の文字等の描画を終えているにもかかわらず、依然として、タッチパネルに触れていると見倣され（タッチ＝挿入状態と見倣され）、再現画像において意図しない部分に線分が描画される現象が生じてしまう。
【０００９】
例えば、図２０に示すように、表面側に検出光による座標検出領域２００が設定されたタッチパネル２０１面に沿って指２０２などにより描画するとき、Ｐ点でその描画が終わり、指２０２をタッチパネル２０１面から離そうとする場合、座標検出領域２００を抜け出るＰ′点までは指２０２が検出光により検出され、指２０２がタッチパネル２０１に触れていると見倣され、Ｐ′点で初めてデタッチとされる。これによりディスプレイを通じてタッチパネル２０１面に表示される描画線２０３はＰ点で終わらず、Ｐ′点まで伸び、このＰ〜Ｐ′点部分が尾引き２０４として表示されてしまう。この結果、現実的な描画を考えた場合、例えば、図２１（ａ）に示すような漢字「二」の描画において、▲１▼〜▲２▼と描画し、▲２▼部分で指を離し、▲３▼〜▲４▼と描画し、▲４▼で指を離すこととなるが、漢字描画における▲２▼４の「止め」部分２０５で指を離す際に、上記の尾引き現象が生じ、再現描画像には図２１（ｂ）に示すようなひげ状の尾引き２０４が生じてしまい、見にくくなる。これにより、描画後に消しゴムツールなどを用いてこの尾引き２０４部分を消す等の面倒な操作が必要となる。
【００１０】
さらに、面倒なことに、日本語における漢字やひらがなには、例えば図２１（ｃ）に示す漢字「寸」のような「跳ね」部分２０６や図２１（ｅ）に示すひらがな「つ」のような「はらい」部分２０７が存在し、これらの「はらい」や「跳ね」は必要な描画であるため、「止め」部分２０５における尾引きとは区別する必要がある。なお、図２１（ｄ）、図２１（ｆ）は漢字「寸」、ひらがな「つ」の描画に基づく再現描画像の例を示し、「止め」部分２０５に尾引き２０４が現れているとともに、「跳ね」部分２０６や「はらい」部分２０７の先端にも尾引き２０４が現れていることを示している。
【００１１】
結局、指などの指示手段の指示状態、特に、挿入／非挿入（タッチ／デタッチ）の判断ないしは認識が現実の指示状態に対してずれがあり、必ずしも適正に行われていないものである。
【００１２】
〔第二の課題〕
また、タッチパネル型の座標検出装置では、何らかの光学ユニットを用いて光学的に指示部材や指などの指示手段を検出する構成が不可避である。このため、光学ユニットに近い位置と遠い位置とでは同じ物体による指示手段で座標検出領域面（タッチパネル）をタッチしたとしても、光学ユニットの受光部での光受光量レベル等が相違する。つまり、受光量レベル等は、光学ユニットから指示手段までの距離が遠くなるほど落ち込んでしまう。
【００１３】
一方、タッチパネル型の座標検出装置では、その一般的な構成として、座標検出領域面から表面側に少し離れた位置に設定された光学的な検出領域に指示手段が挿入（タッチ）されて得られる信号がある閾値を超えた場合に指示手段の挿入（タッチ）を検出するようにしている。この場合、設定した閾値が高すぎると、実際には検出領域に指示手段が挿入（タッチ）されているのにこれを検出することができない傾向が生じ、反対に、設定した閾値が低すぎると、前述した「尾引き」現象が顕著になる傾向が生ずる。つまり、設定する閾値は、検出能力と「尾引き」現象発生との間にトレードオフの関係を生じさせる。
【００１４】
そして、このような閾値の問題には、前述した光学ユニットから指示手段までの距離の遠近の問題が加味されてしまう。つまり、設定された閾値が高すぎる場合には、光学ユニットから遠い位置では指示手段が現実に検出領域に挿入（タッチ）されたとしてもこれを検出することができなくなってしまう。反対に、設定された閾値が低すぎる場合には、光学ユニットから近い位置で看過できないほどの「尾引き」現象が生じてしまう。このように、光学ユニットから指示手段までの距離の遠近の問題を加味して閾値の問題を考慮すると、最適な閾値の設定は非常に困難であることが分かる。
【００１５】
本発明は、描画位置を指示する指示手段の座標検出領域における指示状態をより正確に認識でき、しかも、再現画像における尾引き等を軽減し得る座標検出装置及び情報記憶媒体を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の座標検出装置は、平面若しくはほぼ平面をなす座標検出領域と、前記座標検出領域上に挿入された指示手段を光学的に検出し、当該検出に応じた検出信号を出力する光学ユニットと、前記光学ユニットの検出信号が第１の閾値を超えた場合に、前記指示手段が前記座標検出領域上に挿入されたと判定する判定手段と、前記判定手段により前記指示手段が前記座標検出領域上に挿入されたと判定された場合に、前記座標検出領域中の前記指示手段の座標位置を求める認識手段と、前記認識手段により求められた座標位置に基づき、前記座標検出領域中に挿入された前記指示手段と前記光学ユニットとの間の距離を求める距離判定手段と、前記距離判定手段により求めた距離が長いほど前記第２の閾値を低く設定し、前記距離判定手段により求めた距離が短いほど前記第２の閾値を高く設定する閾値設定手段と、前記光学ユニットの検出信号が前記第２の閾値を超えた場合に、前記座標検出領域中の前記指示手段の座標位置の検出を行う検出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
ここで、「閾値が高い」というのは、座標検出領域面から表面側に少し離れた位置に設定された光学的な検出領域に対して、より深くまで指示手段が挿入（タッチ）された場合に初めて指示手段が検出されるという結果をもたらし、「閾値が低い」というのは、座標検出領域面から表面側に少し離れた位置に設定された光学的な検出領域に対して、浅く指示手段が挿入（タッチ）されただけで指示手段が検出されるという結果をもたらすような設定を意味する。このような定義は、本明細書全体を通じて共通である。
【００１８】
したがって、座標検出領域に前記指示手段が挿入されたかどうかの判定は、低い閾値でなされるためにその判定の確実性が増す。これに対し、座標検出領域中の指示手段の座標位置の認識は、高い閾値でなされるために「尾引き」現象を有効に防止することができる。また、座標検出領域上の所定範囲に指示手段が挿入された後、最初に指示手段の座標位置を求める場合、新たに検出信号を取り直すことなく判定手段による判定に用いた検出信号が利用されるため、処理の高速化が図られる。また、光学ユニットから指示手段までの距離の遠近に応じ、最適な閾値が設定される。これにより、設定された閾値が高すぎる場合に光学ユニットから遠い位置で指示手段が現実に検出領域に挿入（タッチ）されたとしてもこれを検出することができず、反対に、設定された閾値が低すぎる場合に光学ユニットから近い位置で看過できないほどの「尾引き」現象が生じてしまうようなことが確実に防止される。
【００１９】
このような請求項１記載の発明の作用・効果は、請求項４記載の情報記憶媒体に記憶されたプログラムをコンピュータに読取らせることによっても実行される。すなわち、請求項４記載の発明の情報記憶媒体は、平面若しくはほぼ平面をなす座標検出領域上に挿入された指示手段を光学的に検出し、当該検出に応じた検出信号を出力する光学ユニットの検出信号が第１の閾値を超えた場合に、前記指示手段が前記座標検出領域上に挿入されたと判定する判定機能と、前記判定機能により前記指示手段が前記座標検出領域上に挿入されたと判定された場合に、前記座標検出領域中の前記指示手段の座標位置を求める認識機能と、前記認識機能により求められた座標位置に基づき、前記座標検出領域中に挿入された前記指示手段と前記光学ユニットとの間の距離を求める距離判定機能と、前記距離判定機能により求めた距離が長いほど前記第２の閾値を低く設定し、前記距離判定機能により求めた距離が短いほど前記第２の閾値を高く設定する閾値設定機能と、前記光学ユニットの検出信号が前記第２の閾値を超えた場合に、前記座標検出領域中の前記指示手段の座標位置の検出を行う検出機能と、をコンピュータに実行させるためのプログラムが記憶されている。
【００２０】
また、請求項１記載の発明の作用・効果は、請求項７記載の座標検出方法によっても実現される。すなわち、請求項７記載の座標検出方法は、平面若しくはほぼ平面をなす座標検出領域上に挿入された指示手段を光学的に検出し、当該検出に応じた検出信号を出力する光学ユニットの検出信号が第１の閾値を超えた場合に、前記指示手段が前記座標検出領域上に挿入されたと判定する判定工程と、前記判定工程により前記指示手段が前記座標検出領域上に挿入されたと判定された場合に、前記座標検出領域中の前記指示手段の座標位置を求める認識工程と、前記認識工程により求められた座標位置に基づき、前記座標検出領域中に挿入された前記指示手段と前記光学ユニットとの間の距離を求める距離判定工程と、前記距離判定工程により求めた距離が長いほど前記第２の閾値を低く設定し、前記距離判定工程により求めた距離が短いほど前記第２の閾値を高く設定する閾値設定工程と、前記光学ユニットの検出信号が前記第２の閾値を超えた場合に、前記座標検出領域中の前記指示手段の座標位置の検出を行う検出工程と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の座標検出装置において、前記閾値設定手段は、前記座標検出領域中で前記光学ユニットから最遠点に位置する前記指示手段を判定することができるように最も低い前記第２の閾値を設定することを特徴とする。
【００２２】
したがって、座標位置の検出に際し、指示手段の位置検出の確実性が得られる。
【００２３】
このような請求項２記載の発明の作用・効果は、請求項５記載の情報記憶媒体に記憶されたプログラムをコンピュータに読取らせることによっても実行される。すなわち、請求項５記載の発明は、請求項４記載の情報記憶媒体において、前記閾値設定機能は、前記座標検出領域中で前記光学ユニットから最遠点に位置する前記指示手段を判定することができるように最も低い前記第２の閾値を設定することを特徴とする。
【００２４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の座標検出装置において、少なくとも２つの前記光学ユニットを備え、前記閾値設定手段はそれぞれの前記光学ユニット毎に独立して前記第２の閾値を設定することを特徴とする。
【００２５】
したがって、１つの光学ユニットでは指示手段を検出できるが別の光学ユニットでは指示手段を検出できなかったり、１つの光学ユニットでは適正な閾値であるが別の光学ユニットでは閾値が低すぎるような現象が回避され、設定された閾値が高すぎる場合に光学ユニットから遠い位置で指示手段が現実に検出領域に挿入（タッチ）されたとしてもこれを検出することができず、反対に、設定された閾値が低すぎる場合に光学ユニットから近い位置で看過できないほどの「尾引き」現象が生じてしまうようなことがいずれの光学ユニットについても確実に防止される。
【００２６】
このような請求項３記載の発明の作用・効果は、請求項６記載の情報記憶媒体に記憶されたプログラムをコンピュータに読取らせることによっても実行される。すなわち、請求項６記載の発明は、請求項４又は５記載の情報記憶媒体において、少なくとも２つの前記光学ユニットを備え、前記閾値設定機能はそれぞれの前記光学ユニット毎に独立して前記第２の閾値を設定することを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
＜前提的構成例＞
本発明の特徴的構成例の説明に先立ち、本発明が適用される座標検出装置の構成及び原理等を前提的構成として図１ないし図６に基づいて説明する。この前提的構成例は、いわゆる再帰光遮断方式の座標検出装置１に関する。まず、その原理について正面概略構成を示す図１を参照して説明する。四角形状の筐体構造の座標検出部材２の内部空間である座標検出領域３は平面（若しくは、ほぼ平面）をなす２次元形状をなし、プラズマディスプレイなどのような電子的に画像を表示するディスプレイ表面やマーカー等のペンで書き込むホワイトボードなどが考えられる。この座標検出領域３上を光学的に不透明な材質からなる操作者の指先やペン、指示棒など光遮断手段として機能する指示手段４で触った場合を考える。このときの指示手段４の座標を検出することがこのような光学式の座標検出装置１の目的である。
【００２８】
座標検出領域３の上方両端（又は、下方両端）に光学ユニット５が装着されている。光学ユニット５からは座標検出領域３に向けて、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，…，Ｌｎの光ビームの束（プローブ光）が照射されている。この光ビームの束（プローブ光）は、実際には、点光源６から広がる座標入力面に平行な面に沿って進行する扇形板状の光波である。
【００２９】
座標検出領域３の周辺部分には、再帰性反射部材７が再帰反射面を座標検出領域３の中央に向けて装着されている。
【００３０】
再帰性反射部材７は入射した光を、入射角度に依らずに同じ方向に反射する特性をもった部材である。例えば、光学ユニット５から発した扇形板状の光波のうちある一つのビーム８に注目すると、ビーム８は再帰性反射部材７によって反射されて再び同じ光路を再帰反射光９として光学ユニット５に向かって戻るように進行する。光学ユニット５には、後述する受光手段が設置されており、プローブ光Ｌ１〜Ｌｎの各々に対して、その再帰光が受光手段に再帰したかどうかを判断することができる。
【００３１】
いま、操作者が指（指示手段４）で位置Ｐを触った場合を考える。このときプローブ光１０は位置Ｐで指に遮られて再帰性反射部材７には到達しない。したがって、プローブ光１０の再帰光は光学ユニット５には到達せず、プローブ光１０に対応する再帰光が受光されないことを検出することによって、プローブ光１０の延長線（直線Ｌ）上に指示物体が挿入されたことを検出することができる。同様に、図１の右上方に設置された光学ユニット５からもプローブ光１１を照射し、プローブ光１１に対応する再帰光が受光されないことを検出することによって、プローブ光１１の延長線（直線Ｒ）上に指示物体が挿入されたことを検出することができる。直線Ｌ及び直線Ｒを求めることができれば、このＰ点の交点座標を演算により算出することにより、指示手段２が挿入された座標を得ることができる。
【００３２】
次に、光学ユニット５の構成とプローブ光Ｌ１からＬｎのうち、どのプローブ光が遮断されたかを検出する機構について説明する。光学ユニット５の内部の構造の概略を図２に示す。図２は図１の座標入力面に取り付けられた光学ユニット５を、座標検出領域３に垂直な方向から見た図である。ここでは、簡単化のため、座標検出領域３に平行な２次元平面で説明を行う。
【００３３】
概略構成としては、点光源６、集光レンズ１２及び受光素子１３から構成される。点光源６は光源から見て受光素子１３と反対の方向に扇形に光を射出するものとする。点光源６から射出された扇形の光は矢印１４，１５、その他の方向に進行するビームの集合であると考える。矢印１４方向に進行したビームは再帰性反射部材７で矢印１６方向に反射されて、集光レンズ１２を通り、受光素子１３上の位置１７に到達する。また、矢印１５方向に進行したビームは再帰性反射部材７で矢印１８方向に反射されて、集光レンズ１２を通り、受光素子１３上の位置１９に到達する。このように点光源６から発し、再帰性反射部材７で反射され同じ経路を戻ってきた光は、集光レンズ１２の作用によって、各々受光素子１３上の各々異なる位置に到達する。したがって、座標検出領域３中の或る位置に指示手段４が挿入されあるビームが遮断されると、そのビームに対応する受光素子１３上の点に光が到達しなくなる。よって、受光素子１３上の光強度分布を調べることによって、どのビームが遮られたかを知ることができる。
【００３４】
図３で前述の動作を詳しく説明する。図３で受光素子１３は集光レンズ１２の焦点面（焦点距離ｆ）に設置されているものとする。点光源６から図３の右側に
向けて発した光は再帰性反射部材７によって反射され同じ経路を戻ってくる。したがって、点光源６の位置に再び集光する。集光レンズ１２中心は点光源位置と一致するように設置する。再帰性反射部材７から戻った再帰光は集光レンズ１２の中心を通るので、レンズ後方（受光素子側）に対称の経路で進行する。
【００３５】
このとき受光素子１３上の光強度分布を考える。指示手段４が挿入されていなければ、受光素子１３上の光強度分布はほぼ一定であるが、図３に示すように位置Ｐに光を遮る指示手段４が挿入された場合、ここを通過するビームは遮られ、受光素子１３上では位置Ｄｎの位置に、光強度が弱い領域が生じる（暗点）。この位置Ｄｎは遮られたビームの出射／入射角θｎと対応しており、Ｄｎを検出することによりθｎを知ることができる。すなわち、θｎはＤｎの関数として
θｎ＝arctan (Ｄｎ／ｆ)      ………………………………（１）
と表すことができる。ここで、図１左上方の光学ユニット５におけるθｎをθｎＬ、ＤｎをＤｎＬと置き換える。
【００３６】
さらに、図４において、光学ユニット５と座標検出領域３との幾何学的な相対位置関係の変換係数ｇにより、指示手段４と座標検出領域３とのなす角θＬは、(１)式で求められるＤｎＬの関数として、
θＬ＝ｇ(θｎＬ)      ………………………………（２）
ただし、θｎＬ＝arctan(ＤｎＬ／ｆ)
と表すことができる。
【００３７】
同様に、図１右上方の光学ユニット５についても、上述の（１）（２）式中の記号Ｌを記号Ｒに置き換えて、右側の光学ユニット５と座標検出領域３との幾何学的な相対位置関係の変換係数ｈにより、
θＲ＝ｈ(θｎＲ)      ………………………………（３）
ただし、θｎＲ＝arctan(ＤｎＲ／ｆ)
と表すことができる。
【００３８】
ここで、座標検出領域３上の光学ユニット５の取付間隔を図４に示すｗとし、原点座標を図４に示すようにとれば、座標検出領域３上の指示手段４で指示した点Ｐの２次元座標（ｘ，ｙ）は、
ｘ＝ｗ・tanθｎＲ／（tanθｎＬ＋tanθｎＲ）  ………………（４）
ｙ＝ｗ・tanθｎＬ・tanθｎＲ／（tanθＬ＋tanθｎＲ） ……（５）
【００３９】
このように、ｘ，ｙは、ＤｎＬ，ＤｎＲの関数として表すことができる。すなわち、左右の光学ユニット５上の受光素子１３上の暗点の位置ＤｎＬ，ＤｎＲを検出し、光学ユニット５の幾何学的配置を考慮することにより、指示手段４で指示した点Ｐの２次元座標を検出することができる。
【００４０】
次に座標検出領域３、例えば、ディスプレイの表面などに前で説明した光学系を設置する例を示す。図５は、図１、図２で述べた左右の光学ユニット５のうち一方を、ディスプレイ表面へ設置した場合の例である。
【００４１】
図５中の２０はディスプレイ面の断面を示しており、図２で示したｙ軸の負から正に向かう方向に見たものである。すなわち、図５はｘ−ｚ方向を主体に示しているが、二点鎖線で囲んだ部分は同一物を別方向（ｘ−ｙ方向、ｙ−ｚ方向）から見た構成を併せて示している。
【００４２】
光学ユニット５のうち光源２１について説明する。光源２１としては、レーザーダイオード、ピンポイントＬＥＤなどスポットをある程度絞ることが可能な光源を用いる。
【００４３】
光源２１からディスプレイ面２０に垂直に発した光はシリンドリカルレンズ２２によってｘ方向にのみコリメートされる。このコリメートは、後でハーフミラー２３で折り返された後、ディスプレイ面２０と垂直な方向には平行光として配光するためである。シリンドリカルレンズ２２を出た後、このシリンドリカルレンズ２２とは曲率の分布が直交する２枚のシリンドリカルレンズ２４，２５で同図ｙ方向に対して集光される。
【００４４】
これらのシリンドリカルレンズ群（レンズ２１，２４，２５）の作用により、線状に集光した領域がシリンドリカルレンズ２５の後方に形成される。ここに、ｙ方向に狭くｘ方向に細長いスリット２６を挿入する。すなわち、スリット位置に線状の二次光源６を形成する。二次光源６から発した光はハーフミラー２３で折り返され、ディスプレイ面２０の垂直方向には広がらず平行光で、ディスプレイ面２０と平行方向には二次光源６を中心に扇形状に広がりながら、ディスプレイ面２０に沿って進行する。進行した光はディスプレイ周辺端に設置してある再帰性反射部材７で反射されて、同様の経路でハーフミラー２３方向（矢印Ｃ）に戻る。ハーフミラー２３を透過した光は、ディスプレイ面２０に平行に進みシリンドリカルレンズ１２を通り受光素子１３に入射する。
【００４５】
このとき、二次光源６とシリンドリカルレンズ１２はハーフミラー２３に対して共に距離Ｄの位置に配設され共役な位置関係にある。したがって、二次光源６は図３の点光源６に対応し、シリンドリカルレンズ１２は図３のレンズ１２に対応する。
【００４６】
図６に、光源（ＬＤ）２１及び受光素子（ＰＤ）１３の制御回路の構成ブロック図を示す。この制御回路はＬＤ２１の発光制御と、ＰＤ１３からの出力の演算を行うものである。同図に示すように、制御回路は、ＣＰＵ３１を中心として、プログラム及びデータを記憶するＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、インタフェースドライバ３４、Ａ／Ｄコンバータ３５及びＬＥＤドライバ３６がバス接続された構成からなる。ここに、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２及びＲＡＭ３３によりコンピュータとしてのマイクロコンピュータが構成されている。このようなマイクロコンピュータには、ＦＤ３７が装填されるＦＤＤ（ＦＤドライバ）３８、ＣＤ−ＲＯＭ３９が装填されるＣＤ−ＲＯＭドライバ４０、ＨＤＤ（ＨＤドライバ）４１等が接続されている。
【００４７】
ＰＤ１３からの出力を演算する回路として、ＰＤ１３の出力端子に、アンプ４２、アナログ演算回路４３等が図のように接続される。ＰＤ１３からの出力（光強度分布信号）はアンプ４２に入力され、増幅される。増幅された信号は、アナログ演算回路４３で処理がされ、さらにＡ／Ｄコンバータ３５によってデジタル信号に変換されてＣＰＵ３１に渡される。この後、ＣＰＵ３１によってＰＤ１３の受光角度及び指示手段４の２次元座標の演算が行われる。
【００４８】
なお、この制御回路は、一方の光学ユニット５と同一筺体に組み込んでもよく、また、別筺体として座標検出領域３の一部分に組み込んでもよい。また、インタフェースドライバ３４を介してパソコン等に演算された座標データを出力するために出力端子を設けることが好ましい。
【００４９】
＜特徴的構成例＞
本発明の特徴的構成例を図７のフローチャートに基づいて説明する。この場合、適宜、前提的構成例の説明に用いた図１ないし図６を用いる。本実施の形態の再帰光遮断方式の座標検出装置１では、例えば情報記憶媒体としてのＦＤ３７やＣＤ−ＲＯＭ３９に記憶されたコンピュータ読み取り可能なプログラムを、ＦＤＤ（ＦＤドライバ）３８やＣＤ−ＲＯＭドライバ４０によるメディアドライブによって読み出し、ＨＤＤ４１にインストールする。ＣＰＵ３１は、ＨＤＤ４１に記憶保存されたプログラムを適宜部分的にＲＡＭ３３に記憶させ、そのプログラムを実行することで図７に示すような処理を実行する。
【００５０】
本実施の形態の座標検出装置１では、電源投入後、左側の光学ユニット５からのデータの取り込みを開始する（ステップＳ１）。この処理は、アンプ４２に入力された左側の光学ユニット５が有するＰＤ１３からの出力（光強度分布信号）を増幅した後、この出力信号をアナログ演算回路４３で処理し、さらにＡ／Ｄコンバータ３５によってデジタル信号に変換しＣＰＵ３１に渡す、という処理である。左側の光学ユニット５からのデータの取り込みが終了すると（ステップＳ２）、今度は、右側の光学ユニット５からのデータの取り込みを開始する（ステップＳ３）。この処理は、アンプ４２に入力された右側の光学ユニット５が有するＰＤ１３からの出力（光強度分布信号）を増幅した後、この出力信号をアナログ演算回路４３で処理し、さらにＡ／Ｄコンバータ３５によってデジタル信号に変換しＣＰＵ３１に渡す、という処理である。ＣＰＵ３１に渡されたＰＤ１３からのデジタル化された出力信号は、ＲＡＭ３３のレジスト領域に一時保存される。
【００５１】
その後、左側の光学ユニット５からのデータに基づいて、座標検出領域３の座標入力面に指示手段４が挿入（タッチ）されたかどうかの判定を開始する（ステップＳ４）。この処理は、ＣＰＵ３１に入力されたＰＤ１３からのデジタル化された出力信号が所定の閾値を超えたかどうかの判定によって行う。この場合、ＲＯＭ３２には予め所定の閾値データがデジタルデータの形態で保存されており、このような所定の閾値データとＰＤ１３からのデジタル化された出力信号とが比較判定される。そして、この段階の処理では、閾値データは比較的低く設定されたものが用いられる。これは、検出の確実性を増すためである。ここに、光学ユニット５の検出信号が所定の閾値を超えたことをもって指示手段４が座標検出領域３上の所定範囲内に挿入されたことを判定する判定手段の機能（判定機能）が実行される。
【００５２】
ステップＳ４での判定の結果、座標検出領域３の座標入力面に指示手段４が挿入（タッチ）されないと判定された場合には、右側の光学ユニット５からのデータの取り込み終了を待ち（ステップＳ６）、再度ステップＳ１の処理に移る。これに対し、ステップＳ４での判定の結果、座標検出領域３の座標入力面に指示手段４が挿入（タッチ）されたと判定された場合には、その挿入（タッチ）位置が複数点であるかどうかを判定する（ステップＳ７）。複数点であると判定された場合には多点エラーセットを実行し（ステップＳ８）、右側の光学ユニット５からのデータの取り込み終了を待ち（ステップＳ９）、再度ステップＳ１の処理にリターンする。多点エラーセットがなされた場合の処理については、後述する。
【００５３】
ステップＳ４での判定の結果、座標検出領域３の座標入力面に指示手段４が挿入（タッチ）されたと判定された場合、その挿入（タッチ）位置が複数点でないことが確認された後には（ステップＳ７のＮ）、左側の光学ユニット５からのデータによって認識される指示手段４の位置情報が検出される（ステップＳ１０）。ここでの位置情報の検出というのは、指示手段４と座標検出領域３とのなす角θＬを求める処理を意味する。つまり、指示手段４と座標検出領域３とのなす角θＬは、上述したとおり、上記(１)式で求められるＤｎＬの関数として、
θＬ＝ｇ(θｎＬ)      ………………………………（２）
ただし、θｎＬ＝arctan(ＤｎＬ／ｆ)
と表すことができる。従って、ステップＳ１０では、そのθＬが求められることになる。
【００５４】
次いで、左側の光学ユニット５からのデータの取り込みを開始する（ステップＳ１２）。この処理は、上述したとおり、アンプ４２に入力された左側の光学ユニット５が有するＰＤ１３からの出力（光強度分布信号）を増幅した後、この出力信号をアナログ演算回路４３で処理し、さらにＡ／Ｄコンバータ３５によってデジタル信号に変換しＣＰＵ３１に渡す、という処理である。ＣＰＵ３１に渡されたＰＤ１３からのデジタル化された出力信号は、ＲＡＭ３３のレジスト領域に一時保存される。
【００５５】
その後、右側の光学ユニット５からのデータに基づいて、座標検出領域３の座標入力面に指示手段４が挿入（タッチ）されたかどうかの判定を開始する（ステップＳ１３）。この処理は、前述したステップＳ４での処理と同様に、ＣＰＵ３１に入力されたＰＤ１３からのデジタル化された出力信号が第１の閾値を超えたかどうかの判定によって行う。この場合、ＲＯＭ３２には予め閾値データがデジタルデータの形態で保存されており、このような閾値データとＰＤ１３からのデジタル化された出力信号とが比較判定される。そして、この段階の処理でも、検出の確実性を増すために、閾値データは比較的低く設定されたものが用いられる。ここに、光学ユニット５の検出信号が所定の閾値を超えたことをもって指示手段４が座標検出領域３上の所定範囲内に挿入されたことを判定する判定手段の機能が実行される。
【００５６】
ステップＳ１３での判定の結果、座標検出領域３の座標入力面に指示手段４が挿入（タッチ）されないと判定された場合には、ステップＳ２の処理にリターンする。これに対し、ステップＳ１３での判定の結果、座標検出領域３の座標入力面に指示手段４が挿入（タッチ）されたと判定された場合には、その挿入（タッチ）位置が複数点であるかどうかを判定する（ステップＳ１５）。複数点であると判定された場合には多点エラーセットを実行し（ステップＳ１６）、再度ステップＳ１の処理にリターンする。多点エラーセットがなされた場合の処理については、後述する。
【００５７】
ステップＳ１３での判定の結果、座標検出領域３の座標入力面に指示手段４が挿入（タッチ）されたと判定された場合、その挿入（タッチ）位置が複数点でないことが確認された後には（ステップＳ１５のＮ）、右側の光学ユニット５からのデータによって認識される指示手段４の位置情報が検出される（ステップＳ１７）。ここでの位置情報の検出というのは、指示手段４と座標検出領域３とのなす角θＲを求める処理を意味する。つまり、指示手段４と座標検出領域３とのなす角θＲは、上述したとおり、上述の（１）及び（２）式中の記号Ｌを記号Ｒに置き換えて、右側の光学ユニット５と座標検出領域３との幾何学的な相対位置関係の変換係数ｈにより、
θＲ＝ｈ(θｎＲ)      ………………………………（３）
ただし、θｎＲ＝arctan(ＤｎＲ／ｆ)
と表すことができる。従って、ステップＳ１７では、そのθＲが求められることになる。
【００５８】
ここで、ステップＳ１０では左側の光学ユニット５からのデータによって認識される指示手段４の位置情報が上記（２）式によって検出され、ステップＳ１７では右側の光学ユニット５からのデータによって認識される指示手段４の位置情報が上記（３）式によって検出される。そこで、次のステップＳ１８では、各光学ユニット５と指示手段４との間の距離ａ，ｂが算出される（図４参照）。そのために、まず、上記（２）式及び（３）式から指示手段４で指示した点Ｐの２次元座標（ｘ，ｙ）を求める。これは、上述したように、座標検出領域３上の光学ユニット５の取付間隔を図４に示すｗとし、原点座標を図４に示すようにとれば、座標検出領域３上の指示手段４で指示した点Ｐの２次元座標（ｘ，ｙ）は、
ｘ＝ｗ・tanθｎＲ／（tanθｎＬ＋tanθｎＲ）  ………………（４）
ｙ＝ｗ・tanθｎＬ・tanθｎＲ／（tanθＬ＋tanθｎＲ） ……（５）
として求めることができる。ここに、認識手段の機能が実行される。そして、こうして求めた左右光学ユニット５からのデータによって認識される指示手段４の位置情報（上記（２）及び（３）式参照）と座標検出領域３上の指示手段４で指示した点Ｐの２次元座標（ｘ，ｙ）（上記（４）及び（５）式参照）とに基づいて、三角関数を用い、各光学ユニット５と指示手段４との間の距離ａ，ｂは、
ａ＝√（ｘ2 ＋ｙ2 ）  ………………………………（６）
ｂ＝√（（ｗ−ｘ）2 ＋Ｙ2 ）  ……………………（７）
として求めることができる。ＣＰＵ３１によるこのような演算処理によって、座標検出領域３中に挿入された指示手段４と光学ユニット５との間の距離を求める距離判定手段の機能（距離判定機能）が実行される。なお、距離ａ，ｂを他の演算によって求めても良いことは言うまでもない。
【００５９】
そして、算出された座標検出領域３中に挿入された指示手段４と光学ユニット５との間の距離に応じ、座標検出領域３中の指示手段４の座標位置を求める処理に用いる第２の閾値が各光学ユニット５からの出力信号毎に設定される（ステップＳ１９）。この場合、長い距離が短い距離よりも閾値が低くなるように閾値が設定される。一例として、光学ユニット５から指示手段４までの距離が１００ｍｍのときにＰＤ１３の受光レベルが１０（黒）であり、光学ユニット５から指示手段４までの距離が２０００ｍｍのときにＰＤ１３の受光レベルが２００だった場合には、閾値の算出式は、
閾値＝（（距離（ａ又はｂ）−１００）÷１０）＋１０＋α
α：閾値レベル（この値よりも小さい値である位置を検出する）
となる。この場合、検出の確実性を確保するために、最も低い閾値の設定は、座標検出領域３中で光学ユニット５から最遠点に位置する指示手段４を判定することができるように設定される。こうして、座標検出領域３中に挿入された指示手段４と光学ユニット５との間の距離に応じ、最適な閾値が各光学ユニット５毎に算出される。ここに、座標検出領域３中の指示手段４の座標位置を求めるために用いる閾値として、長い距離が短い距離よりも閾値が低くなるように閾値を設定する。また、ここで算出される各閾値は、いずれも、ステップＳ４及びＳ１３の処理で用いられる第１の閾値よりも高い第２の閾値である。これは、ステップＳ４及びＳ１３の処理では、座標検出領域３中における指示手段４の有無を判定することから、確実な判定のためには閾値を低く設定してできるだけ検出しやすい環境を整備する必要があるのに対し、座標位置の算出に用いる閾値は、閾値をできるだけ高く設定してできるだけ前述したような「尾引き」現象の防止を図りたいためである。ここに、座標検出領域３に指示手段４が挿入されたかどうかを判定するために用いる第１の閾値に対して、座標検出領域３中の指示手段４の座標位置を求めるために用いる第２の閾値を高く設定する閾値設定手段の機能（閾値設定機能）が実行される。
【００６０】
その後、座標検出領域３中の指示手段４の座標位置を求める処理が実行される（ステップＳ２０〜２４）。つまり、ステップＳ１８で求めた各光学ユニット５と指示手段４との間の距離ａ，ｂに基づいて、ａ＞ｂの判定がなされる（ステップＳ２０）。その判定の結果、距離ａが距離ｂよりも短ければ（ステップＳ２０のＮ）、右側の光学ユニット５の出力信号に基づいて指示手段４が検出されたこと、つまり、座標検出領域３に指示手段４が挿入（タッチ）されたことを条件として（ステップＳ２１のＹ）、左右光学ユニット５からのデータによって認識される指示手段４の位置情報（上記（２）及び（３）式参照）が検出される（ステップＳ２３）。また、ステップＳ２０での判定の結果、距離ａが距離ｂよりも長ければ（ステップＳ２０のＹ）、左側の光学ユニット５の出力信号に基づいて指示手段４が検出されたこと、つまり、座標検出領域３に指示手段４が挿入（タッチ）されたことを条件として（ステップＳ２２のＹ）、左右光学ユニット５からのデータによって認識される指示手段４の位置情報（上記（２）及び（３）式参照）が検出される（ステップＳ２３）。ステップＳ２１又はＳ２２でＮの判定がなされた場合には、いずれの場合もステップＳ２にリターンする。
【００６１】
ここで、ステップＳ２１及びＳ２２での位置情報の検出は、新たにＰＤ１３からデータを得る処理の煩雑さを避け、処理速度を高速化するために、ステップＳ３及びＳ１２で取り込まれてＲＡＭ３３のレジスト領域に一時保存されたデータが利用される。つまり、これらのステップＳ２１及びＳ２２では、ＲＡＭ３３のレジスト領域に一時保存されたＰＤ１３からのデジタル化された出力信号を、ステップＳ１９で算出された距離ａ用と距離ｂ用とのそれぞれの閾値を適用し、指示手段４の有無判定に再度利用するわけである。この場合、ステップＳ２０〜Ｓ２２の処理で距離が長い方のデータが採用されるのは、距離が長い方のデータが座標検出領域３に指示手段４が挿入（タッチ）されたことを示していれば、距離が短い方のデータも必ず座標検出領域３に指示手段４が挿入（タッチ）されたことを示しているはずだからである。
【００６２】
ステップＳ２３で左右光学ユニット５からのデータによって認識される指示手段４の位置情報（上記（２）及び（３）式参照）が検出された後は、座標検出領域３上の指示手段４で指示した点Ｐの２次元座標（ｘ，ｙ）を求める上記（４）式及び（５）式、つまり、
ｘ＝ｗ・tanθｎＲ／（tanθｎＬ＋tanθｎＲ）  ………………（４）
ｙ＝ｗ・tanθｎＬ・tanθｎＲ／（tanθＬ＋tanθｎＲ） ……（５）
によって、座標検出領域３中の指示手段４の座標位置が求められる。ここに、座標検出領域３中の指示手段４の座標位置の検出を行う検出手段の機能（検出機能）が実行される。
【００６３】
その後、ステップＳ２５では、ステップＳ８及びＳ１６で設定されることがある多点エラーセットがなされているかどうかが判定され、多点エラーセットがなされていれば、パソコンに多点エラーである旨を示す情報を送出し、ステップＳ２にリターンする。これに対し、ステップＳ２５で多点エラーがセットされていないと判定された場合には、得られた座標位置のデータがパソコンに送出され、ステップＳ２にリターンする。パソコンでは、送信された座標位置データに基づいて所定の処理、例えば座標検出領域３がディスプレイである場合にはこのディスプレイに対する座標位置データの描画等を実行する。
【００６４】
＜本発明を適用可能な他の方式の座標検出装置＞
以上、本実施の形態では、再帰光遮断方式の座標検出装置を例示したが、これは座標検出装置に関する一例であり、本発明はこの方式に限定されるものではなく、タッチパネル面の前面を座標検出領域とする光学式の座標検出装置全般について適用されることはいうまでもない。例えば、ＬＥＤアレイ方式の座標検出装置、カメラ撮像方式の座標検出装置、回転走査＋反射板装着ペン方式の座標検出装置等に本発明を適用することができる。
【００６５】
以下、本発明を適用することができる代表的な座標検出装置として、ＬＥＤアレイ方式の座標検出装置、カメラ撮像方式の座標検出装置、回転走査＋反射板装着ペン方式の座標検出装置を例に挙げ、これらの基本構成を前提的構成例として説明する。
【００６６】
Ａ．第一の前提的構成例
第一の前提的構成例を図８に基づいて説明する。この前提的構成例は、いわゆるＬＥＤアレイ方式の座標検出装置５１の例であり、特開平５−１７３６９９号公報等で周知な、より代表的な例を示す。
【００６７】
この座標検出装置５１は、図８に示す如く水平方向にＸｍ個配置された発光手段としての例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）５２と、これに１対１に対応して対向配置された受光手段としてのＸｍ個の例えばフォトトランジスタ５３と、垂直方向にＹｎ個配置された発光手段としてのＬＥＤ５４と、これに１対１に対応して対向配置された受光手段としてのＹｎ個のフォトトランジスタ５５とにより、四角形状の筐体構造の座標検出部材５６の内部空間として座標検出領域５７を形成する。
【００６８】
この座標検出領域５７内の例えば指示手段として機能する遮光性を有する指５８等によりタッチ入力が行なわれると、指５８のタッチ部分を通る光路が遮ぎられるため、その遮断光路にあるフォトトランジスタ５３，５５の受光光量が低下する。そこで、受光光量が低下したフォトトランジスタ５３，５５の位置を平均し、指５８のタッチ部分の２次元座標５９を算出する。
【００６９】
Ｂ．第二の前提的構成例
第二の前提的構成例を図９ないし図１１に基づいて説明する。この前提的構成例は、画像入力手段を利用したいわゆるカメラ撮像方式の座標検出装置６１に関する。図９はこのような座標検出装置６１の構成を示すブロック図である。６２は赤外線位置検出部、６３ａ，６３ｂは赤外線位置検出部６２内に配列されて画像入力手段として機能する光学ユニットとしての２つの赤外線ＣＣＤカメラであり、水平方向に距離Ｌの間隔をあけて配列されている。６４は赤外線ＬＥＤ、６５は赤外線ＬＥＤ６４からの赤外線を上方に向けて放射するようにその先端に赤外線ＬＥＤ６４を配置してなり指示手段となるペン型の座標入力部である。ここに、赤外線位置検出部６２による撮影範囲が２次元的な座標検出領域６６として設定され、座標検出部材６７により平面的に形成されている。
【００７０】
６８はコントロール部、６９はコントロール部６８において生成され赤外線位置検出部６２の赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂに入力されるリセット信号、７０はコントロール部６８において生成され赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂに入力され垂直走査のための垂直クロック信号、７１はコントロール部６８において生成され赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂに入力される水平走査のための水平クロック信号で、赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂはリセット信号６９、垂直クロック信号７０、水平クロック信号７１の入力に応じてＸ−Ｙ方向の走査を開始する。
【００７１】
７２ａ，７２ｂは赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂより出力される映像信号である。７３はリセット信号６９を発生するリセット信号回路、７４は垂直クロック信号７０を発生する垂直クロック回路、７５は水平クロック信号７１を発生する水平クロック回路である。７６ａ，７６ｂは映像信号７２ａ，７２ｂを基に波形のピークを検出し水平クロック信号７１の周期に合せてピーク信号を発生するピーク検出回路である。また、７７ａ，７７ｂは、ピーク検出回路７４ａ，７４ｂから得られたピーク検出信号である。
【００７２】
７８は座標位置を算出する演算回路である。７９は演算回路７８により算出された座標位置をコンピュータ（図示せず）に送信するインターフェース回路である。また、８０は演算回路７８により算出された座標位置を表示する表示回路である。また、図示していないが、赤外線位置検出部６２の撮影範囲（座標検出領域６７）以外にペン型の座標入力部６５が位置すると、警告音等を発生する音声回路部を備えることにより、操作性を向上させることができる。また、赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂにレンズ倍率調整回路部又は焦点距離調整回路部を設けることにより、原稿サイズの大きさ、入力精度の要求又は作業スペースに応じて解像度、検出範囲を設定でき、操作性を向上させることができる。
【００７３】
なお、この座標検出装置７１ではコントロール部７８を赤外線位置検出部７２と別体に構成したが、前述の各回路を小型化することにより、コントロール部７８を赤外線位置検出部７２に一体化することも可能である。
【００７４】
以上のように構成された座標検出装置６１について、図１０を用いてその動作を説明する。図１０は座標検出装置６１の信号波形を示すタイミングチャートである。
【００７５】
まず、リセット信号６９、垂直クロック信号７０、水平クロック信号７１が同時に２つの赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂに入力される。これらの入力信号により、赤外線位置検出部６２は、２つの赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂからの映像信号７２ａ，７２ｂをコントロール部６８に入力する。通常の赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂでこのペン型の座標入力部６５を撮影するとペン自体が撮影されるが、露出を絞った赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂで撮影すると、赤外線ＬＥＤ６４の発光部のみが撮影され、他の物は撮影されず黒色となる。
【００７６】
したがって、各々の赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂの映像信号７２ａ，７２ｂには赤外線ＬＥＤ６４の位置に相当するところに、強いピーク信号７９ａ，７９ｂが現れる。そこで、各々のピーク信号７９ａ，７９ｂはピーク検出回路７４ａ，７４ｂで検出され、ピーク検出信号７５ａ，７５ｂとして演算回路７８に送信される。また、演算回路７８では、コントロール部６８のＲＯＭ（図示せず）に予め計算された変換テーブル（図示せず）により、赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂにピーク信号７９ａ，７９ｂが現れたところが赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂの基準となる原点から何度の角度の位置にあるかが判るので、その２つの角度情報と２つの赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂの距離Ｌによりペン型の座標入力部６５の２次元座標位置を計算することができる。ここに、演算回路７８により変換手段の機能が実行される。この得られた２次元座標位置をインターフェース回路７７を介してコンピュータ等にデータを送信し、表示画面（図示せず）等に表示される。
【００７７】
以上のように動作する座標検出装置６１について、図１１を用いて２次元座標位置の算出方法を説明する。２つの赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂにより、赤外線ＬＥＤ６４を備えたペン型の座標入力部６５の位置を示すピーク検出信号７５ａ，７５ｂが検出され、リセット信号６９からの垂直クロック信号７０の位置と、水平クロック信号７１の位置により赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂにおける２次元座標（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）が求められる。
【００７８】
ここで、各座標の原点は適宜決定されるが、ここでは各赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂの撮影範囲の左下隅を原点にとる。これから、赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂにおける赤外線ＬＥＤ６４の原点からの角度α，βは以下の（６）式より求められる。
α＝tan-1（ｙ１／ｘ１）
β＝tan-1（ｙ２／ｘ２）      ……………………………（６）
【００７９】
これらの数式から２つの赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂからの赤外線ＬＥＤ６４のペンの角度α，βが算出できる。ここで、１つの赤外線ＣＣＤカメラ６３ａの位置を原点にとり、２つの赤外線ＣＣＤカメラ６３ａ，６３ｂの距離をＬとすると、図１１に示すように、直線（ａ）（ｂ）の式は以下の（７）式で表される。
（ａ）ｙ＝（tanα）×ｘ
（ｂ）ｙ＝（tan（π−β））×（ｘ−Ｌ）………………（７）
【００８０】
これらの２つの連立一次方程式を解くことにより赤外線ＬＥＤ６４のペン型の座標入力部６５の座標位置を算出できる。ここで、演算回路７８の演算速度を上げるために、角度α，βによる座標位置の算出のための変換テーブルを設けることにより、即座に座標位置を求めることができ、スムーズな図形等の入力ができる。
【００８１】
以上のようにこのような電子カメラの如き画像入力手段を利用したカメラ撮像方式の座標検出装置６１によれば、タブレット盤等を作業台等におく必要がなく、作業台のある空間を利用して図形等の入力において正確に２次元座標位置を検出することができるので、作業台等の有効活用ができる。また、原稿等が束ねてあっても、その上で図形等の位置入力作業を行うことができる。また、原稿に図面等が記載されていた場合、レンズ倍率調整回路部等により原稿のサイズに合わせて撮影範囲を可変設定でき、解像度の設定ができるので、操作性、利便性を向上させることができる。
【００８２】
Ｃ．第三の前提的構成例
第三の前提的構成例を図１２ないし図１６に基づいて説明する。この前提的構成例は、レーザスキャンを利用したいわゆる回転走査＋反射板装着ペン方式の座標検出装置９１に関する。図１２はこのような座標検出装置９１の基本的構成を示す模式図である。図示するように、２次元の座標検出領域９２を規定する平面部材９３を６備えている。座標検出領域９２面上には指示手段として機能するカーソル９４が移動可能に配設されており、座標検出領域９２面に平行な走査光線を再帰的に反射する機能を備えている。カーソル９４の中心点Ｐを所望の位置に合わせることにより、入力したい２次元座標を指定する。
【００８３】
また、一対の光学ユニット９５，９６が座標検出領域９２面の上側において互いに離間して配置されている。ここに、右側の光学ニット９５には、レーザ発振器等からなる発光手段としての固定光源９７が収納されている。さらに、所定の回転軸Ｍ１を中心として定速回転する反射鏡９８を備えており、固定光源９７から放射された光源光線を連続的に反射させて座標検出領域９２面上に回転走査光線を生成する。加えて、カーソル９４により反射され逆進する再帰光線を受光するための受光素子（図示せず）を含んでいる。
【００８４】
このような構成により、光学ユニット９５は再帰光線の偏角θ1を測定する。左側の光学ユニット９６も同様の構成を有しており、固定光源９９から放射した光源光線は回転軸Ｍ２を中心として回転する反射鏡１００により連続的に反射され、前述の第１の走査光線と交差する第２の走査光線を生成する。カーソル９４によって反射逆進された再帰光線の偏角θ2を測定する。
【００８５】
一対の光学ユニット９５，９６にはコンピュータ等からなる計算部１０１が接続されており、一対の偏角θ1，θ2の測定値に基き所定の２次元座標計算式を用いて入力座標Ｐ(ｘ，ｙ)の２次元座標値を計算する。ただし、ｗは回転軸Ｍ１，Ｍ２の回転中心間の距離である。
ｘ = ｗ tanθ1 ／ ( tanθ2 + tanθ1)
ｙ = ｗ tanθ2・tanθ1／ ( tanθ2 + tanθ1)………………（８）
【００８６】
ここで、第三の前提的構成例に用いられる光学ユニット及びカーソルの具体例を簡潔に説明する。図１３は右側の光学ユニット９５の構成例を示す模式図である。なお、左側の光学ユニット９６も同様の構成を有する。光学ユニット９５は、固定光源９７と回転軸Ｍ１を中心として一定角速度で回転する反射鏡９８と、カーソル９４から反射されて戻ってくる再帰光を受光し、検出信号を発生するための受光素子１０３とを有する。固定光源９７から発した光源光線はハーフミラー１０４を通過して反射鏡９８の回転軸Ｍ１近傍に向う。ここで、光源光線は一定角速度で走査され、カーソル９４の中心軸を横切った時、再帰的に反射され逆進して反射鏡９８に戻る。ここでさらに反射されハーフミラー１０４を介してフィルタ１０５を通過した後、フォトダイオード等からなる受光素子１０３により受光される。受光素子１０３は受光タイミングに同期して検出信号を出力する。
【００８７】
反射鏡９８は駆動回路１０６によって一定角速度で回転される。駆動回路１０６は反射鏡９８の１回転周期毎にタイミングパルスを出力する。駆動回路１０６により出力されたタイミングパルス及び受光素子１０３により出力された検出パルスは波形処理回路１０７に入力され、波形処理を施された後出力端子から出力される。出力信号は、タイミングパルスを基準にして検出パルスが発生した時間間隔に合わせて出力されるので、反射鏡９８が一定角速度で回転している点から、結局、再帰光線の偏角を含むθ0＋θ1を表わすものである。
【００８８】
図１４は座標入力用のカーソル９４の一例を示す斜視図である。カーソル９４は中心軸を有する円筒状の光反射部材１０８と支持部材１０９から構成されている。また、図示しないが円筒状の光反射部材１０８の内部には、交点が円筒の軸と一致したヘアクロスマークを有する照準部材が装着されている。与えられた座標面に対して支持部材１０９の底面が接した状態でカーソル９４を配置すると、円筒の中心軸は座標面（座標検出領域９２面）に対して垂直に配置される。この状態で支持部材１０９を把持し照準部材を用いて入力すべき座標点を指定するのである。座標平面に平行でかつ反射部材１０８の中心軸に向かって進行してくる走査光線は反射面に対して垂直に入射するので、同一光路を逆方向に向って反射され、再帰光線は固定光源９７に向って戻って行く。このようなカーソル９４は走査光線が及ぶ範囲内であれば、任意の座標面に対して用いることができる。
【００８９】
図１５はこのような座標検出装置９１の電気回路構成の一例を示すブロック図である。前述したように、この座標検出装置９１は一対の光学ユニット９５，９６と計算部１０１及び設定部１０２を含むコンピュータ１１０とから構成されている。光学ユニット９５，９６とコンピュータ１１０とは互いにケーブルで電気的に接続されている。光学ユニット９５は、反射鏡９８を一定角速度で回転するための駆動回路１０６及びこれに接続したタイミング検出回路１１１を含んでいる。タイミング検出回路１１１は反射鏡９８が所定の周期Ｔで１回転する毎に所定のタイミング、例えば、反射鏡９８の法線が固定光源９７からの光源光線に平行となるタイミングで、タイミングパルスＡ１を出力する（図１６参照）。また、受光素子１０３は増幅回路１１２に接続されており、検出信号は増幅された後、検出パルスＢ１として出力される。波形処理回路１０７がタイミング検出回路１１１及び増幅回路１１２に接続されており、受け入れたタイミングパルスＡ１及び検出パルスＢ１を波形処理して、出力パルスＣ１を出力する。出力パルスＣ１はカーソル９４からくる再帰光線の受光に同期して発生するので、再帰光線の偏角と光学ユニット９５の取付角度，θ0＋θ1に関係している。なお、他方の光学ユニット９６も同様な電気的構成を有するのでその説明を省略する。
【００９０】
コンピュータ１１０は第１の計数回路１１３を有し、右側の光学ユニット９５からの出力パルスＣ１のパルス間隔を計数し、角度データθ1を算出する。また、第２の計数回路１１４を有し、左側の光学ユニット９６からの出力パルスＣ２のパルス間隔を計数し、角度データθ2を算出する。計算部１０１がインターフェース１１５，１１６を介してこれら計数回路１１３，１１４に接続している。計算部１０１は実際に測定された一対の角度データθ1，θ2に基づき所定の座標計算式を用いて入力座標の２次元座標値を計算する。
【００９１】
図１６に示すタイミングチャートを参照して偏角の測定方法について簡潔に説明する。まず、右側の光学ユニット９５において、反射鏡９８を周期Ｔで回転させると、タイミング検出回路１１１は周期ＴでタイミングパルスＡ１を出力する。この時、増幅回路１１２は受光素子１０３の受光時点に同期して検出パルスＢ１を出力する。検出パルスＢ１は大ピークと続く小ピークを有する。大ピークは反射鏡９８が光源光線に対して垂直に位置した状態で発生し、タイミングパルスＡ１と同期しているとともに、カーソル９４からの再帰光線とは無関係である。続く小ピークはカーソル９４からの再帰光線が受光されたタイミングに同期しており、大ピークからｔ１時間後に発生したとすると、時間ｔ１は求める角度データθ0＋θ1に比例的に関係している。波形処理回路１０７はこれらタイミングパルスＡ１及び検出パルスＢ１を波形処理して、出力パルスＣ１を出力する。
【００９２】
左側の光学ユニット９６においても同様の動作が行なわれる。この場合において、反射鏡１００の回転周期及び位相は右側の光学ユニット９５のそれに一致しており、したがって、同一のタイミングパルスＡ２が得られる。また、検出パルスＢ２は大ピークからｔ２時間後に小ピークが続き、この時点でカーソル９４からの再帰光線が受光される。これらタイミングパルスＡ２及び検出パルスＢ２に基いて出力パルスＣ２が得られ、隣り合う大小ピークの時間間隔ｔ２は求める角度データθ0＋θ2に比例的に関係している。
【００９３】
続いて、第１の計数回路１１３は出力パルスＣ１のパルス時間間隔ｔ１を計数し、既知の取付角度θ0を差し引いて角度データθ1を得る。また、第２の計数回路１１４は出力パルスＣ２のパルス時間間隔ｔ２を計数し、既知の取付角度θ0を差し引いて角度データθ2を得る。
【００９４】
＜閾値の設定に関する他の実施の形態＞
閾値の設定に関する他の実施の形態を図１７ないし図１９を参照して説明する。前述した各種実施の形態と同一部分は同一符号で示し、説明も省略する。
【００９５】
前述した実施の形態における座標検出装置１は、光学ユニット５からの出力信号の判定に用いる閾値として、座標検出領域３に指示手段４が挿入されたかどうかの判定を低い閾値で行うことでその判定の確実性を高め、座標検出領域３中の指示手段４の座標位置の認識を高い閾値で行うことで「尾引き」現象を有効に防止する、というものである。そして、前述した実施の形態における座標検出装置１は、光学ユニット５から指示手段４までの距離に応じてそのような閾値を変更し、指示手段４からの距離に応じた光学ユニット５の出力信号の減衰に対処可能としている。
【００９６】
ここで紹介する閾値の設定に関する他の実施の形態では、そのような閾値の設定処理そのものについては同様の処理が実行され、そのような閾値の設定処理について変更を加えるものではない。これに対し、本実施の形態では、指示手段４の種類やユーザ個々の癖や好みに応じて、座標検出領域３に指示手段４が挿入されたかどうかの判定に用いる閾値をより細かく設定し得るようにした例を紹介する。
【００９７】
図１７に示すように、本実施の形態では、座標検出領域３として、プラズマディスプレイやその他の種類のディスプレイ等のような画像データに応じて所定情報を表示可能な表示装置２０１が用いられる。そして、このような表示装置２０１には、一例として右下側方に閾値設定のためのダイアログボックス２０２が表示出力される。このダイアログボックス２０２の表示内容は、図１８に例示するように、「指」、「付属ペン」及び「差し棒」からなるＡ部２０３、閾値が「低」〜「高」までの７つの領域に分かれたＢ部２０４、及び、「マニュアル」設定のためのＣ部２０５から構成されている。
【００９８】
Ａ部２０３は、「指」、「付属ペン」及び「差し棒」の各領域を持ち、該当箇所がタッチされることで、座標検出領域３に指示手段４が挿入されたかどうかの判定に用いる閾値をそれぞれに適応する閾値に設定するために用いられる。つまり、「指」の場合が最も閾値が低く、次いで「付属ペン」、「差し棒」の順に閾値が高くなっていく。これは、指示手段４として用いられる場合、「指」、「付属ペン」、「差し棒」の順で指示面積が小さくなるため、これに応じて光学ユニット５からの出力信号のピークレベルも低下することに基づく。例えば、指示面積が大きな「指」と指示面積が小さな「差し棒」とについて同一レベルの閾値を用いた場合、その閾値が「指」に合っているとすると、指示手段４として「差し棒」を用いた場合に「尾引き」現象が生じやすくなり、その反対に、その閾値が「差し棒」にあっている場合、指示手段４として「指」を用いた場合に本来は検出すべき挿入指示が検出されないことが生ずる可能性がある。そこで、本実施の形態のように、「指」、「付属ペン」及び「差し棒」の各領域がタッチされることで、座標検出領域３に指示手段４が挿入されたかどうかの判定に用いる閾値をそれぞれに適応する閾値に設定するようにすれば、このような不都合が解消される。
【００９９】
Ｂ部２０４は、各領域がタッチされることで、座標検出領域３に指示手段４が挿入されたかどうかの判定に用いる閾値をそれぞれに適応する閾値に設定するために用いられる。つまり、Ｂ部２０４には「低」〜「高」までの７つの領域が設けられていることから、所望領域のタッチ選択によって閾値を７段階に可変可能である。
【０１００】
Ｃ部２０５は、具体的な閾値の数値が入力可能となっている領域である。つまり、表示装置２０１において、Ｃ部２０５には「マニュアル」と表示出力されており、この「マニュアル」の領域がタッチされると、図１９に例示するようなダイアログ表示となり、１０〜２５０までの範囲で具体的な閾値の値の入力が許容される。入力は、入力領域２０６にタッチ入力することにより行う。
【０１０１】
ここで、ダイアログボックス２０２におけるＡ部２０３、Ｂ部２０４及びＣ部２０５に対するタッチ入力は、指、付属ペン、差し棒等の指示手段４がダイアログボックス２０２中の所定領域に挿入された場合、これを座標検出装置１が検出することにより認識される。つまり、図６中のＣＰＵ３１は、表示装置２０１を駆動制御する機能を有するパソコンからダイアログボックス２０２の表示位置情報を獲得している。そこで、光学ユニット５からの出力信号に基づいて指示手段４のタッチ座標を認識するＣＰＵ３１は、そのタッチ座標データを得ることで、ダイアログボックス２０２のどの領域がタッチされているのかを認識することができる。これにより、ＣＰＵ３１は、その後に座標検出領域３に指示手段４が挿入された場合、座標検出領域３に指示手段４が挿入されたかどうかの判定に用いる閾値として、ダイアログボックス２０２のどの領域がタッチされているのかの認識に基づき、ＲＯＭ３２から適宜最適な閾値データを呼び出し、これを閾値データとして用いる。
【０１０２】
ここで、Ｃ部２０５に関しては、より複雑な処理を必要とする。つまり、ＣＰＵ３１は、Ｃ部２０５がタッチされたことを認識すると、その認識データをパソコンに送信出力する。パソコンは、Ｃ部２０５がタッチされた旨のデータを受信すると、そのダイアログ表示を図１９に例示するような表示に切り替え、入力領域２０６を出現させる。そこで、操作者がその入力領域２０６に所望の数値を書き込むと、座標検出装置１はその入力座標データを獲得し、ＣＰＵ３１での処理によってその入力座標データをパソコンに送信出力する。入力座標データを獲得したパソコンは、その座標データから入力文字を認識する。つまり、パソコンは、そのソフトウエアにおいて文字認識モジュールを備え、座標データから文字（閾値の入力数値）を認識する処理を実行する。このような文字認識技術そのものは周知であり、したがって、その説明は省略する。そして、パソコンは、認識した入力数値を座標検出装置１のＣＰＵ３１に送信出力し、これにより、ＣＰＵ３１は、その後に座標検出領域３に指示手段４が挿入された場合、座標検出領域３に指示手段４が挿入されたかどうかの判定に用いる閾値として、パソコンから送信された入力数値に基づき、ＲＯＭ３２から該当する閾値データを呼び出し、これを閾値データとして用いる。
【０１０３】
このように、本実施の形態では、指示手段４の種類やユーザ個々の癖や好みに応じて、座標検出領域３に指示手段４が挿入されたかどうかの判定に用いる閾値をより細かく設定することができる。これにより、「尾引き」現象をより一層低減して正しい座標位置検出を行うことができる。
【０１０４】
【発明の効果】
請求項１、４又は７記載の発明は、座標検出領域に前記指示手段が挿入されたかどうかの判定を低い閾値で行うことからその判定の確実性を増すことができ、しかも、座標検出領域中の指示手段の座標位置の認識を高い閾値でおこなうことから「尾引き」現象を有効に防止することができる。また、座標検出領域上の所定範囲に指示手段が挿入された後、最初に指示手段の座標位置を求める場合、新たに検出信号を取り直すことなく判定手段による判定に用いた検出信号が利用されるため、処理の高速化を図ることができる。さらに、光学ユニットから指示手段までの距離の遠近に応じ、最適な閾値を設定することができ、これにより、設定された閾値が高すぎる場合に光学ユニットから遠い位置で指示手段が現実に検出領域に挿入（タッチ）されたとしてもこれを検出することができず、反対に、設定された閾値が低すぎる場合に光学ユニットから近い位置で看過できないほどの「尾引き」現象が生じてしまうようなことを確実に防止し、タッチ判定における指示手段検出の確実性と、座標位置算出における「尾引き」現象防止とを、高い次元で両立させることができる。
【０１０５】
請求項２又は５記載の発明は、座標位置の検出に際し、指示手段の位置検出の確実性を得ることができる。
【０１０６】
請求項３又は６記載の発明は、１つの光学ユニットでは指示手段を検出できるが別の光学ユニットでは指示手段を検出できなかったり、１つの光学ユニットでは適正な閾値であるが別の光学ユニットでは閾値が低すぎるような現象を回避することができ、したがって、設定された閾値が高すぎる場合に光学ユニットから遠い位置で指示手段が現実に検出領域に挿入（タッチ）されたとしてもこれを検出することができず、反対に、設定された閾値が低すぎる場合に光学ユニットから近い位置で看過できないほどの「尾引き」現象が生じてしまうようなことをいずれの光学ユニットについても確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の一形態として、再帰光遮断方式の座標検出装置を原理的に示す概略正面図である。
【図２】  その受発光手段の内部構造の構成例を示す概略正面図である。
【図３】  その検出動作を説明するための概略正面図である。
【図４】  受発光手段の取付間隔等を示す概略正面図である。
【図５】  ディスプレイ前面等への設置例を示す断面図である。
【図６】  その制御系の構成例を示すブロック図である。
【図７】  処理の流れを概略的に示すフローチャートである。
【図８】  本発明を適用可能なＬＥＤアレイ方式の座標検出装置の基本的構成例を示す概略正面図である。
【図９】  本発明を適用可能なカメラ撮像方式の座標検出装置の基本的構成例を示す説明図である。
【図１０】  その動作を説明するための信号波形を示すタイミングチャートである。
【図１１】  座標位置の算出方法を示す説明図である。
【図１２】  本発明を適用可能な回転走査＋反射板装着ペン方式の座標検出装置の基本的構成例を示す平面的な構成図である。
【図１３】  その光学ユニットの構成を示す模式図である。
【図１４】  そのカーソルを示す斜視図である。
【図１５】  その電気回路構成の一例を示すブロック図である。
【図１６】  その動作波形例を示すタイミングチャートである。
【図１７】  閾値の設定に関する他の実施の形態を説明するための表示装置の正面図である。
【図１８】  表示装置に表示されるダイアログボックスの内容を示す模式図である。
【図１９】  ダイアログボックス中、「マニュアル」と表示されるＣ部がタッチ入力された場合に切り替えられるＣ部の表示例を示す模式図である。
【図２０】  指等による描画動作を示す説明図である。
【図２１】  特徴的な文字の構成例及びその筆記に伴う描画例を誇張して示す説明図である。
【符号の説明】
３、５７、６６、９２      座標検出領域
４、５９、９４      指示手段
５、６３ａ、６３ｂ、９５、９６      光学ユニット
ステップＳ４、１３      判定手段
ステップＳ１８      距離判定手段
ステップＳ１９      閾値設定手段
ステップＳ２０〜２４      認識手段
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0004094794.tif 000018
【図１８】
0004094794.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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