(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タッチパネルと、
第一の波長の光を発光する第一の発光手段を有し、前記タッチパネルに押圧されると前記第一の発光手段から前記第一の波長の光を発光する第一のスタイラスペンと、
前記第一の波長とは異なる第二の波長の光を発光する第二の発光手段を有し、前記タッチパネルに押圧されると前記第二の発光手段から前記第二の波長の光を発光する第二のスタイラスペンと、
前記タッチパネルの周辺に配置され、前記第一の波長の光を受光することで前記第一のスタイラスペンが押圧したタッチパネル上での位置を検出する一対の第一の検出手段と、
前記タッチパネルの周辺に配置され、前記第二の波長の光を受光することで前記第二のスタイラスペンが押圧したタッチパネル上での位置を検出する一対の第二の検出手段と、
を備え
前記第一のスタイラスペンにおけるペン先と当該第一のスタイラスペンに設けられた前記第一の発光手段との間の距離は、前記第二のスタイラスペンにおけるペン先と当該第二のスタイラスペンに設けられた前記第二の発光手段との間の距離と異なり、
前記一対の第一の検出手段と、前記一対の第二の検出手段とが、前記タッチパネル上における第一の発光手段、第二の発光手段の高さに応じた位置に夫々設けられていることを特徴とする座標検出装置。
【請求項２】
前記第一の波長の光は、赤色または青色の波長の光であり、前記第二の波長の光は、前記第一の波長の光とは異なる青色または赤色の波長の光であることを特徴とする請求項１に記載の座標検出装置。
【請求項３】
前記第一の波長の光だけを選択して透過させる第一のフィルタと、
前記第二の波長の光だけを選択して透過させる第二のフィルタと、
を更に備え、
前記一対の第一の検出手段は、前記第一のフィルタを透過した第一の透過光を受光して、予め設定した基準角に対する前記第一の透過光の入射角度を検出し、
前記一対の第二の検出手段は、前記第二のフィルタを透過した第二の透過光を受光して、予め設定した基準角に対する前記第二の透過光の入射角度を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の座標検出装置。
【請求項４】
前記タッチパネルは、矩形であり、前記一対の第一の検出手段および前記一対の第二の検出手段は、それぞれコーナーに配置され、かつ、前記一対の第一の検出手段は、対向しないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の座標検出装置。
【請求項５】
前記一対の第一の検出手段が、それぞれ検出した前記第一の透過光の入射角度と前記一対の第一の検出手段の位置関係とから前記第一のスタイラスペンが発光した前記タッチパネル上の座標を算出し、かつ、前記一対の第二の検出手段が、それぞれ検出した前記第二の透過光の入射角度と前記一対の第二の検出手段の位置関係とから前記第二のスタイラスペンが発光した前記タッチパネル上での座標を算出する算出手段を更に備え、
前記算出手段は、前記一対の第一の検出手段が前記第一のスタイラスペンの指す座標を検出できなかった場合、前後の座標から補間処理することを特徴とする請求項３に記載の座標検出装置。
【請求項６】
前記算出手段は、前記一対の第一の検出手段が前記第一のスタイラスペンの軌跡を追跡することで検出した一連の座標において、連続して検出できた各座標の平均座標ベクトル長と、検出できなかった座標の直前の座標から次に検出できた座標までの座標ベクトル長とを算出し、前記平均座標ベクトル長に対する座標ベクトル長の割合が所定の閾値内である場合に、前記検出できなかった座標の前後の座標から補間処理することを特徴とする請求項５に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】
この発明は、座標検出装置に関し、より詳細には、複数の光学式スタイラスペンの異なる波長の光を受光して、複数の光学式スタイラスペンが指す座標をほぼ同時に検出可能な座標検出装置に関する。技術分野では、光学式座標入力装置、光学的位置検出装置、光学式タッチパネルに属し、応用分野としては、大画面タッチパネル、電子黒板、テレビ会議システム、大型プロジェクションタッチパネル、ディスプレイ一体型タブレットが挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、タッチパネルの２次元平面上に指示棒や指先等で描いた軌跡を数値化し、数値データ（座標データ）として検出する座標検出装置がある。座標検出装置には、感圧式や、光学式があり、多人数が参加するような会議では、大型のディスプレイ兼タッチパネルが使われるため、大型化が容易な光学式がよく使用される。この光学式座標検出装置では、ユーザが描いた軌跡を数値データ化して座標を入力し、電子黒板と連動することによって、該座標を基に電子黒板に軌跡を表示することができる。
【０００３】
また、光学式座標検出装置には、発光した光を反射板で反射させて反射光を受光し、指示棒や指先等でタッチした際の光遮蔽物の座標を検出する方式と、光学式のスタイラスペンを用い、スタイラスペンの発光を受光して座標を検出する方式と、がある。前者の方式として、特開２００１−２２８９７４号公報「座標検出用受光装置、座標入力／検出装置、電子黒板、装着位置検出方法及び記憶媒体」によれば、座標入力／検出領域の周囲に再帰性反射部材を配置し、一対の光照射ユニットから再帰性反射部材に光を照射し、その反射光を座標入力／検出領域の両端に設置された一対の受光ユニットで受光して座標位置検出を行うことができる方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光学式座標検出装置では、座標入力平面上に複数の検出対象が存在すると、検出した光の入射角度が複数となって座標の算出時に識別不可能となるため、複数の座標を同時に検出できないという問題点があった。
【０００５】
この発明は上記に鑑みてなされたものであって、複数の座標を同時に検出可能な光学式座標検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明に係る座標検出装置は、タッチパネルと、第一の波長の光を発光する第一の発光手段を有し、前記タッチパネルに押圧されると前記第一の発光手段から前記第一の波長の光を発光する第一のスタイラスペンと、前記第一の波長とは異なる第二の波長の光を発光する第二の発光手段を有し、前記タッチパネルに押圧されると前記第二の発光手段から前記第二の波長の光を発光する第二のスタイラスペンと、前記タッチパネルの周辺に配置され、前記第一の波長の光を受光することで前記第一のスタイラスペンが押圧したタッチパネル上での位置を検出する一対の第一の検出手段と、前記タッチパネルの周辺に配置され、前記第二の波長の光を受光することで前記第二のスタイラスペンが押圧したタッチパネル上での位置を検出する一対の第二の検出手段と、を備え前記第一のスタイラスペンにおけるペン先と当該第一のスタイラスペンに設けられた前記第一の発光手段との間の距離は、前記第二のスタイラスペンにおけるペン先と当該第二のスタイラスペンに設けられた前記第二の発光手段との間の距離と異なり、前記一対の第一の検出手段と、前記一対の第二の検出手段とが、前記タッチパネル上における第一の発光手段、第二の発光手段の高さに応じた位置に夫々設けられていることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明に係る座標検出装置は、請求項１に記載の座標検出装置において、第一の波長の光は、赤色または青色の波長の光であり、第二の波長の光は、第一の波長の光とは異なる青色または赤色の波長の光であることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、第一の波長の光が、赤色または青色の波長の光であることにより、第一のスタイラスペン／第二のスタイラスペンは、簡易に特定の波長の光を発光することができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明に係る座標検出装置は、請求項１または２に記載の座標検出装置において、前記第一の波長の光だけを選択して透過させる第一のフィルタと、前記第二の波長の光だけを選択した透過させる第二のフィルタと、を更に備え、前記一対の第一の検出手段は、前記第一のフィルタを透過した第一の透過光を受光して、予め設定した基準角に対する前記第一の透過光の入射角度を検出し、前記一対の第二の検出手段は、前記第二のフィルタを透過した第二の透過光を受光して、予め設定した基準角に対する前記第二の透過光の入射角度を検出することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明に係る座標検出装置は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の座標検出装置において、タッチパネルは、矩形であり、一対の第一の検出手段および一対の第二の検出手段は、それぞれコーナーに配置され、かつ、一対の第一の検出手段は、対向しないことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、タッチパネルが、矩形であり、一対の第一の検出部および一対の第二の検出部は、それぞれコーナーに配置され、かつ、一対の第一の検出部は、対向しないことにより、一対の第一の検出部および一対の第二の検出部は、対向せず、位置関係と受光した光の角度とから座標を検出できない一直線を両端部にすることができる。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明に係る座標検出装置は、請求項３に記載の座標検出装置において、前記一対の第一の検出手段が、それぞれ検出した前記第一の透過光の入射角度と前記一対の第一の検出手段の位置関係とから前記第一のスタイラスペンが発光した前記タッチパネル上の座標を算出し、かつ、前記一対の第二の検出手段が、それぞれ検出した前記第二の透過光の入射角度と前記一対の第二の検出手段の位置関係とから前記第二のスタイラスペンが発光した前記タッチパネル上での座標を算出する算出手段を更に備え、前記算出手段は、前記一対の第一の検出手段が前記第一のスタイラスペンの指す座標を検出できなかった場合、前後の座標から補間処理することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、算出手段は、検出手段によって第一のスタイラスペンの指す座標を検出できなかった場合、前後の座標から補間処理することにより、検出した座標の飛びを防ぐことができる。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明に係る座標検出装置は、請求項５に記載の座標検出装置において、前記算出手段は、前記一対の第一の検出手段が前記第一のスタイラスペンの軌跡を追跡することで検出した一連の座標において、連続して検出できた各座標の平均座標ベクトル長と、検出できなかった座標の直前の座標から次に検出できた座標までの座標ベクトル長とを算出し、前記平均座標ベクトル長に対する座標ベクトル長の割合が所定の閾値内である場合に、前記検出できなかった座標の前後の座標から補間処理することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る座標検出装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に述べるのは、一例であり、特に限定するものではない。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における座標検出装置の外観図である。また、図２は、座標検出装置の検出部５〜８の配置を表した図である。図１において、座標検出装置１の外観は、プロジェクタ機能を兼ねる２次元座標平面のタッチパネル２と、タッチパネル２を取り付ける外枠３と、ユーザが座標データの入出力操作を行う操作部４と、から構成される。図２に示した座標検出装置１の検出部５〜８は、タッチパネル２の四隅に図示しないブラケットで取り付けられている。検出部５〜８は、光を受光して入射角度を検出する際の基準となる基準線をそれぞれ有し、基準線と上辺または下辺とのなす角を基準角として、それぞれθａ、θｂ、θｃ、θｄとなるように配置される。ここで、検出部５および６が、本発明の第一の検出手段に相当し、検出部７および８が、本発明の第二の検出手段に相当する。
【００２２】
図３は、座標検出装置の構成図である。ここでは、説明を簡単にするため、検出部５だけを取り上げて説明するが、検出部６〜８についても検出部５と置き換えた場合とほぼ同様である。実施の形態１における光学式の座標検出装置１は、タッチパネル２と、光学式のスタイラスペン９ａと、予め設定した基準角に対する入射光の入射角度を検出する検出部５と、座標を算出する算出部１０と、外部へ座標を出力するＩ／Ｆ部１１と、から構成される。スタイラスペン９ａは、ペン先に発光部１２ａを有しており、ペン先を押圧されると、発光する。検出部５は、第一の波長の光だけを透過させるフィルタ１３ａと、フィルタ１３ａを透過した透過光を結像する結像レンズ１４と、結像レンズ１４で結像して出射した出射光を受光して電気信号化し、受光レベルを出力するＣＣＤ１５と、から構成される。
【００２３】
以上の構成において、その動作を説明する。スタイラスペン９ａがタッチパネル２に押圧されると、スタイラスペン９ａは、後述するペン先のスイッチがＯＮになり、発光部１２ａから第一の波長の光を発光する。検出部５は、スタイラスペン９ａから発光された光の内、タッチパネル２に平行に入射する光を受光する。検出部５の内部では、フィルタ１３ａが、入射した光を第一の波長の光だけを透過させてフィルタリングし、結像レンズ１４が透過した光を結像させて出射し、結像レンズ１４から出射した光はＣＣＤ１５で受光され、電気信号化され、受光レベルとして算出部１０へ出力される。
【００２４】
ＣＣＤ１５は、受光素子を一列に配置した構成になっており、入射した光の入射角度によって受光する受光素子が異なる。ＣＣＤ１５は、各受光素子の受光レベルを算出部１０に出力し、算出部１０が、受光レベルの特徴を抽出して、入射した光の入射角度を算出する。検出部６は、検出部５と同じ構成および動作である。算出部１０では、検出部５、６から入力して算出した入射光の入射角度と、検出部５と検出部６の間隔と、から三角法に基づいてスタイラスペン９ａの指す座標が算出される。算出された座標は、Ｉ／Ｆ部１１から外部へ出力される。検出部７および８についても、上記した検出部５を検出部７または８に置き換えた構成および動作で、入射した光の入射角度を検出する。
【００２５】
図４は、スタイラスペン９ａおよび９ｂを示した図である。スタイラスペン９ａは、ペン先にあるスイッチ１６ａを押圧（タッチ）されるとＯＮになり、赤色のレーザダイオードである発光部１２ａを発光させ、赤色のレーザダイオード（ＬＤ）光を発光する。さらに、スタイラスペン９ａを押圧したままドラッグすることで赤色ＬＤ光が連続して発光され、タッチパネル２上の座標入力は、連続した赤色ＬＤ光を受光することで行われる。タッチを離すと（デタッチ）、スイッチ１６ａがＯＦＦになり、スタイラスペン９ａの発光部１２ａは、消灯される。同様に、スタイラスペン９ｂは、ペン先にあるスイッチ１６ｂを押圧されてＯＮになり、青色のレーザダイオードである発光部１２ｂを発光させ、青色ＬＤ光を発光する。ここで、スタイラスペン９ａが、本発明の第一のスタイラスペンに相当し、スタイラスペン９ｂが、本発明の第二のスタイラスペンに相当する。
【００２６】
図５および図６は、それぞれスタイラスペン９ａ、９ｂが発光する光の波長を表した図である。図５に示したスタイラスペン９ａが発光する赤色ＬＤ光の波長は、６５０ｎｍであり、図６に示したスタイラスペン９ｂが発光する青色ＬＤ光の波長は、４５０ｎｍである。
【００２７】
図７および図８は、それぞれスタイラスペン９ａ、９ｂが発光するＬＤ光を選択的にフィルタリングするフィルタの透過率を示した図である。フィルタ１３ａは、図７に示した紫外線領域の波長の光をカットする透過率の特性を持ち、スタイラスペン９ａが発光する赤色ＬＤ光を透過させ、スタイラスペン９ｂが発光する青色ＬＤ光をカットする。同様に、後述するフィルタ１３ｂは、図８に示した赤外線領域の波長の光をカットする透過率の特性を持ち、スタイラスペン９ｂが発光する青色ＬＤ光を透過させ、スタイラスペン９ａが発光する赤色ＬＤ光をカットする。実施の形態１では、異なる波長の選択にフィルタを用いたが、フィルタに代わって、ＣＣＤ自体が特定の波長域の光を選択して受光する構成でも良い。
【００２８】
図９は、検出部５の内部構成およびスタイラスペンからの受光を示した図である。検出部５は、赤色ＬＤ光だけを透過させるフィルタ１３ａと、検出部５へ入射した赤色ＬＤ光を結像させる結像レンズ１４と、複数の受光素子を一列に配置したＣＣＤ１５と、から構成される。また、ＣＣＤ１５は、タッチパネル２の２次元座標面に平行で、かつ、ＣＣＤ１５に入射する赤色ＬＤ光の入射面と、平行に配置される。ここで、ＣＣＤ１５は、２０４８個の受光素子を一列に配置したもので、その中心である１０２４番目の受光素子に直交する垂線が図２で示した基準線である。
【００２９】
以上の構成において、その動作を説明する。ユーザが、タッチパネル２上にスタイラスペン９ａでタッチして描画すると、スタイラスペン９ａは、赤色ＬＤ光を発光する。発光された赤色ＬＤ光は、フィルタ１３ａを透過して結像レンズ１４へ入射し、その中心を通過して、ＣＣＤ１５へ出射する。ＣＣＤ１５が、赤色ＬＤ光を受光したとき、或る受光素子の受光レベルが突出して大きくなる。ＣＣＤ１５は、一列に配置した２０４８個の受光素子の中心である１０２４番目の受光素子を直交する基準線が、結像レンズ１４の中心を通るように配置されているため、該受光素子の基準線からの距離が、基準線に対する入射した赤色ＬＤ光の入射角度に比例する。
【００３０】
図１０は、２０４８個の受光素子を一列に配置したＣＣＤ１３の各受光素子毎の受光レベルを表した図である。０〜２０４７番の受光素子の中で、ｘ番目の受光素子の出力（受光レベル）が突出している。これは、スタイラスペン９ａから発光された赤色ＬＤ光を受光したことに起因するものである。
【００３１】
図９の説明に戻って、受光した赤色ＬＤ光の入射角度は、この基準線とのなす角度を基に検出される。スタイラスペン９ａから発光された赤色ＬＤ光と基準線とのなす角をθとおき、結像レンズ１４の中心を通過してＣＣＤ１５へ出射した赤色ＬＤ光と基準線とのなす角をθ’とおき、ｘ番目の受光素子と基準線との間隔をＤとし、結像素子１４とＣＣＤ１５との間隔をｆとすると、θ’は、
θ’＝ａｒｃｔａｎ（Ｄ／ｆ）      …（式１）
で表され、近似的に、
θ  ≒ａｒｃｔａｎ（Ｄ／ｆ）      …（式２）
と表すことができる。なお、厳密には、結像レンズ１４による光の屈折があるため、完全にイコールとはならないが、θとＤ／ｆとの関係は、一意に決まるので、ここでは、簡単のため、式２が成立するものとして取り扱う。
【００３２】
上記に対して、タッチパネル２上にスタイラスペン９ｂでタッチして描画した場合、スタイラスペン９ｂから青色ＬＤ光が発光される。しかし、紫外線領域の波長の光をカットするフィルタ１３ａで青色ＬＤ光はカットされるため、スタイラスペン９ｂから発光された青色ＬＤ光が、ＣＣＤ１５で受光されることはない。よって、検出部５は、スタイラスペン９ａが発光する赤色ＬＤ光だけを選択して受光することができる。
【００３３】
検出部６は、検出部５と全く同じ構成および動作であるため、同様にして、スタイラスペン９ａが発光する赤色ＬＤ光だけを選択して受光することができる。これに対して、検出部７および８は、検出部５の構成において、フィルタ１３ａをフィルタ１３ｂと置き換えた構成および動作であるので、上述とは、逆に、スタイラスペン９ｂが発光する青色ＬＤ光だけを選択して受光することができ、スタイラスペン９ａが発光する赤色ＬＤ光は、フィルタ１３ｂでカットされる。
【００３４】
図１１は、スタイラスペン９ａおよびスタイラスペン９ｂの指す座標を検出する例を示した図である。点Ａは、タッチパネル２上にスタイラスペン９ａで指された点である。スタイラスペン９ａが発光し、点Ａの周囲に赤色ＬＤ光が発光されているものとする。算出部１０は、検出部５から受光素子の受光レベルを入力し、赤色ＬＤ光を受光した受光素子と基準線との間隔を算出して、式２に基づき赤色ＬＤ光と基準線とのなす角、αを算出し、既知であるθａからαを差分してθ1を算出する。同様に算出部１０は、検出部６から受光素子の受光レベルを入力し、赤色ＬＤ光を受光した受光素子と基準線との間隔を算出して、式２に基づき赤色ＬＤ光と基準線とのなす角、βを算出し、既知であるθｂからβを差分してθ2を算出する。さらに、算出部１０は、検出部５と検出部６の間隔Ｌと、タッチパネル２の縦方向の長さＨと、θ1、θ2と、から点Ａの座標Ｘ１、Ｙ１を
Ｘ１＝Ｌ・ｔａｎ（θ1）／（ｔａｎ（θ1）＋ｔａｎ（θ2））    …（式３）
Ｙ１＝Ｈ−Ｘ１・ｔａｎ（θ2）      …（式４）
として求める。ここで、原点は、タッチパネル２の左下で、タッチパネルの水平方向をｘ軸、鉛直方向をｙ軸とする。
【００３５】
点Ｂは、タッチパネル２上にスタイラスペン９ｂで指された点である。スタイラスペン９ｂが発光し、点Ｂの周囲に青色ＬＤ光が発光されているものとする。上述のＸ１、Ｙ１の算出と同様にして、算出部１０は、検出部７および８が出力した青色ＬＤ光の受光レベルから、それぞれθ3、θ4を算出し、検出部５と検出部６の間隔Ｌと、θ3、θ4と、から、点Ｂの座標Ｘ２、Ｙ２を
Ｘ２＝Ｌ・ｔａｎ（θ4）／（ｔａｎ（θ3）＋ｔａｎ（θ4））    …（式５）
Ｙ２＝Ｘ２・ｔａｎ（θ3）      …（式６）
として求める。
【００３６】
上述した様にして、算出部１０は、タッチパネル２上でスタイラスペン９ａおよび９ｂが同時にタッチした場合でも、それぞれの指す点Ａ（Ｘ１，Ｙ１）および点Ｂ（Ｘ２，Ｙ２）の座標をほぼ同時に算出することができる。しかし、本発明では、複数のスタイラスペンが指す座標をほぼ同時に検出することを目的とするため、一方のスタイラスペンが発光した光が他方のスタイラスペンに遮られて、光を受光できないことが考えられる。
【００３７】
図１２は、一方のスタイラスペンが他方のスタイラスペンの光を遮った場合を表した図である。タッチパネル上でスタイラスペン９ａが点Ａ1を指しているため、スタイラスペン９ｂが点Ｂ3に位置したとき、スタイラスペン９ｂの発光する青色ＬＤ光は、スタイラスペン９ａによって遮られ、検出部７で受光できない。このため、検出部７では、スタイラスペン９ｂの発光する青色ＬＤ光の入射角度を検出できず、スタイラスペン９ｂが指す座標を検出できない。そこで、このような場合、以下に述べるソフトウェア処理を施すことにより点Ｂ3の座標を補間処理する。
【００３８】
図１２の点Ｂ3と検出部７との間に他方のスタイラスペンがあるとき、スタイラスペン９ｂの軌跡を追跡することにより、算出部１０は、ソフトウェア的に算出する。なお、簡単のため、スタイラスペン９ａを一時的に固定して考えるが、動かした場合でも同様である。座標入力周期をＴとおき、Ｔ時間間隔でスタイラスペン９ｂの座標を検出していた場合、座標検出装置１は、先述の理由により、点Ｂ3の座標が検出できない。具体的には、座標検出装置１は、点Ｂ1、点Ｂ2の座標を検出した後、１周期（Ｔ時間）分、スタイラスペン９ｂの座標を検出できず、続いて点Ｂ4、点Ｂ5の座標を検出する。このため、算出部１０は、点Ｂ1から点Ｂ2、点Ｂ2から点Ｂ4、点Ｂ4から点Ｂ5へ移動する過程における、後述する座標ベクトル長、座標ベクトル値をそれぞれ算出し、これらを基に補間処理する。ここで、座標入力周期Ｔとは、スタイラスペンの運筆速度に応じた適度な値とする。
【００３９】
図１３は、連続した座標間の座標ベクトル長を表した図である。点Ｂ1から点Ｂ2へ移動するときの点Ｂ1における座標ベクトル長は、ｘ方向の移動量Δｘ、ｙ方向の移動量Δｙを用いて、以下に定義する。
連続した座標間の座標ベクトル長＝（Δｘ2＋Δｙ2）1/2      …（式７）
但し、Δｘ、Δｙは、点Ｂ1（ＸB1，ＹB1）、点Ｂ2（ＸB2，ＹB2）の座標を用いて、Δｘ＝ＸB2−ＸB1、Δｙ＝ＹB2−ＹB1として求められる。また、Δｘ、Δｙで作られる三角形のΔｘと斜辺（座標ベクトル長）とのなす角を座標ベクトル角度と定義する。
【００４０】
上記の連続した座標間の座標ベクトル長に対して、点Ｂ2から点Ｂ4へのような連続していない座標間の座標ベクトル長を以下に定義する。但し、デタッチ・再タッチ間長とは、式７で求められる２点間の直線距離であり、デタッチ・再タッチ間時間とは、座標を検出できなかった時間（座標入力周期）のことである。
連続していない座標間の座標ベクトル長＝デタッチ・再タッチ間長＊（Ｔ／デタッチ・再タッチ間時間）      …（式８）
【００４１】
図１４は、単位円を用いて座標ベクトル値を表した図である。また、図１５は、座標ベクトル値を表にした図である。正のｙ方向へ移動する場合の座標ベクトル値を１として、右回りに１０度単位で座標ベクトル値を定義していく。図１５では、理解し易いように分度法を用いて表したが、弧度法で表しても良い。また、実施の形態１では、１０度単位に座標ベクトル値を設定したが、１度単位でも良い。各点での座標ベクトル値は、近似的に求めていくこととする。例えば、Δｘ＝１、Δｙ＝１の場合、Δｙ／Δｘ＝１．０となり、ｔａｎ４５°となるが、図１５において、近似的に座標ベクトル値を６とする。
【００４２】
上記した座標ベクトル長、座標ベクトル値を基に、算出部１０が、検出できなかった座標を補間処理する。スタイラスペンが指す座標を検出できなかった場合（デタッチ・再タッチ）、これが、ユーザが意図したものか、或いは、スタイラスペン同士が重なったり、かすれたことによるものかを先に判別する。まず、連続して検出できた各座標の座標ベクトル長を式７によって算出し、平均座標ベクトル長を求めておく。算出部１０は、検出できなかった座標の直前の座標から座標ベクトル長を式８によって算出し、平均座標ベクトル長と、該座標ベクトル長と、を比較する。ここで、直前の座標の座標ベクトル長が極端に小さい場合は、ユーザによる意図したデタッチ・再タッチであると見做し、算出部１０は、補間処理を行わない。これは、破線や文字等、ユーザが意図してデタッチ・再タッチを行った場合、連続した描画に対して必然的に描画速度が低下し、該座標ベクトル長が極端に小さくなるためである。また、直前の座標の座標ベクトル長が極端に大きい場合も、デタッチ・再タッチの座標間が筆記の連続性が認められない程度に離れているとして、同様に補間処理を行わない。
【００４３】
上記以外の場合、スタイラスペン同士が重なったり、かすれたことによるものと見做して、算出部１０は、補間処理を行う。補間処理には、直線近似と、曲線近似の２通りがある。まず、検出できなかった座標の前後の座標で、算出部１０は、座標ベクトル値を比較する。即ち、点Ｂ2と、点Ｂ4と、の座標ベクトル値を比較する。２点の座標ベクトル値が近いとき、２点間は直線であると見做して、点Ｂ2と、点Ｂ4と、を直線近似する。補間される座標は、点Ｂ2から点Ｂ4へ向かって、検出できなかった座標入力周期で点Ｂ2から点Ｂ4の座標を分割して算出される。実施の形態１では、点Ｂ2から点Ｂ4へ移動する過程で、Ｔ時間座標を検出できなかったため、その中間に点Ｂ3（ＸB3，ＹB3）が存在するとして、内分点の公式を用い、ＸB3＝（ＸB2＋ＸB4）／２、ＹB3＝（ＹB2＋ＹB4）／２として算出する。２Ｔ時間、３Ｔ時間検出されなかった場合も、同様にして、内分点の公式を用いて、算出する。
【００４４】
図１６は、曲線近似を示した図である。上述の直線近似に対して、２点の座標ベクトル値が大きく異なるとき、検出できなかった座標入力周期の個数分座標があるとして、点Ｂ2から点Ｂ4まで座標ベクトル値を増分または減少させながら、図１５に示した表から座標ベクトル角度を求め、平均座標ベクトル長と、座標ベクトル角度と、を基に、検出できなかった座標を算出する。例えば、点Ｂ2の座標ベクトル値が１で、点Ｂ4の座標ベクトル値が５であった場合、検出できなかった点Ｂ3（ＸB3，ＹB3）の座標ベクトル値は、３（＝（１＋５）／２）であるから、図１５の表から座標ベクトル角度７０°を得る。これにより、点Ｂ3（ＸB3，ＹB3）の座標は、
ＸB3＝ＸB2＋平均座標ベクトル長＊ｃｏｓ７０°
ＹB3＝ＹB2＋平均座標ベクトル長＊ｓｉｎ７０°
として算出される。
【００４５】
前述したように、スタイラスペン９ａおよびスタイラスペン９ｂが指す複数の座標（点Ａおよび点Ｂ）を同時に検出可能な光学式座標検出装置を提供することができる。また、複数のスタイラスペンによる遮光、或いは、かすれによって検出できない座標を補間することができる。
【００４６】
（実施の形態２）
実施の形態２における座標検出装置は、実施の形態１における座標検出装置とほぼ同じ構成であるので、ここでは、異なる部分について、説明する。
【００４７】
図１７は、実施の形態２におけるスタイラスペンを表した図である。また、図１８は、赤色レーザダイオードのスタイラスペン１９ａおよび青色レーザダイオードのスタイラスペン１９ｂの発光タイミングチャートである。スタイラスペン１９ａは、スイッチ２１ａが押下されると、図示しない制御部により、発光部２０ａが断続的に制御され、赤色ＬＤ光を発光する。スタイラスペン１９ｂは、スイッチ２１ｂが押下されると、受光部２２によって断続的に発光される赤色ＬＤ光を受光し、図示しない制御部が、これと重ならないように断続的に発光部２０ｂを制御し、青色ＬＤ光を発光する。ここで、スタイラスペン１９ａが、本発明の第一のスタイラスペンに相当し、スタイラスペン１９ｂが、本発明の第二のスタイラスペンに相当する。
【００４８】
図１９は、実施の形態２における座標検出装置の構成図である。実施の形態２における光学式の座標検出装置は、タッチパネル２と、光学式のスタイラスペン１９ａと、予め設定した基準角に対する入射光の入射角度を検出する検出部２３と、座標を算出する算出部２４と、外部へ座標を出力するＩ／Ｆ部２５と、から構成される。構成および動作については、図３で示した構成および動作とほぼ同じであるが、図３の構成に比べて、図１９の構成では、検出部５が検出部２３に置き換えられている。検出部２３は、結像レンズ１４と、ＣＣＤ１５と、から構成され、検出部５におけるフィルタ１３ａを含まない。
【００４９】
図２０は、実施の形態２における座標検出装置の座標検出を表した図である。検出部２６は、検出部５と同じ構成で、検出部２７は、検出部７と同じ構成である。ここで、検出部２６は、本発明の第一の検出手段に相当し、検出部２７は、本発明の第二の検出手段に相当し、検出部２３が、本発明の第三の検出手段に相当する。また、算出部２４が、本発明の算出手段に相当する。
【００５０】
以上の構成において、その動作を説明する。スタイラスペン１９ａが、タッチパネル２上の点Ａに押下されると、発光部２０ａから断続的に赤色ＬＤ光を発光する。検出部２６は、断続的な赤色ＬＤ光を検出し、その受光レベルを算出部２４へ出力する。同時に、検出部２３も、断続的な赤色ＬＤ光を検出し、受光レベルを算出部２４へ出力する。算出部２４は、検出部２６の受光レベルと、検出部２６の受光レベルと同じタイミングで受光した検出部２３の受光レベルと、からそれぞれ入射角度を算出し、点Ａの座標を算出する。
【００５１】
同様にして、スタイラスペン１９ｂが、タッチパネル２上の点Ｂに押下されると、発光部２０ｂから断続的に赤色ＬＤ光を発光する。受光部２２は、スタイラスペン１９ａの発光する赤色ＬＤ光を受光し、図示しない制御部が、赤色ＬＤ光の発光タイミングとずらして、青色ＬＤ光を発光させる。検出部２７が、青色ＬＤ光を受光し、その受光レベルを算出部２４へ出力する。同時に、検出部２３も、断続的な青色ＬＤ光を受光し、受光レベルを算出部２４へ出力する。算出部２４は、検出部２７の受光レベルと、検出部２７の受光レベルと同じタイミングで受光した検出部２３の受光レベルと、からそれぞれ入射角度を算出し、点Ｂの座標を算出する。
【００５２】
前述したように、スタイラスペン１９ａおよびスタイラスペン１９ｂが指す複数の座標（点Ａおよび点Ｂ）を同時に検出可能な光学式座標検出装置を提供することができる。また、複数のスタイラスペンによる遮光、或いは、かすれによって検出できない座標を補間することができ、検出部の数を減らせるので、コスト削減することができる。
【００５３】
（実施の形態３）
実施の形態３における座標検出装置は、スタイラスペンが指す座標の検出について実施の形態１における座標検出装置とほぼ同じであるので、ここでは、異なる構成部分について、説明していく。
【００５４】
図２１は、座標検出装置の四隅に座標検出部３０〜３３を配置した構成図である。また、図２２は、座標検出部３０の内部構成および受光素子を表した図である。座標検出部３０〜３３は、入射光を結像して出射する結像レンズ３４と、２０４８個の受光素子を一列に配置したＣＣＤ３５と、から構成される。ＣＣＤ３５は、２０４８個の受光素子の中心となる１０２４番目の受光素子と直交する垂線（基準線）が、結像レンズ３４の中心を通るように配置されている。また、座標検出部３０〜３３の各基準線と、タッチパネル２の上辺または下辺とのなす角と、をそれぞれθａ、θｂ、θｃ、θｄとする。ここで、座標検出部３０〜３３が、本発明の座標検出手段に相当する。
【００５５】
以上の構成において、その動作を説明する。図示しない光学式のスタイラスペンから座標検出部３０へ入射したＬＤ光は、結像レンズ３４で結像され、ＣＣＤ３５へ出射される。このため、結像レンズ３４から出射したＬＤ光は、座標検出部３０へ入射した入射角度に応じて異なる受光素子で受光される。受光した受光素子から入射角度を算出する方法は、実施の形態１で示したものと同様である。
【００５６】
図２３は、光学式のスタイラスペン３６ａおよび３６ｂを示した図である。赤色レーザダイオードのスタイラスペン３６ａは、ペン先が点灯ＯＮ／ＯＦＦの切り替えをするスイッチ３７ａと、赤色ＬＤ光を発光する発光部３８ａと、から構成される。また、青色レーザダイオードのスタイラスペン３６ｂは、ペン先が点灯ＯＮ／ＯＦＦの切り替えをするスイッチ３７ｂと、青色ＬＤ光を発光する発光部３８ｂと、から構成される。発光部３８ａと発光部３８ｂは、取り付けられるペン先からの距離に差を設けているので、出射されたＬＤ光によって形成されるＬＤ光の平面は重なることはない。
【００５７】
図２４は、座標検出装置の断面図である。座標検出部３０および３１は、上段のＬＤ光の平面（入射平面）に配置され、座標検出部３２および３３は、下段の入射平面に配置される。算出部３９は、座標検出部３０〜３３から出力された各受光レベルに基づいて座標を算出する。算出された座標は、Ｉ／Ｆ部４０から外部へ出力される。
【００５８】
以下、入射平面の段差について詳しく述べる。スタイラスペン３６ａがタッチパネル２に押圧されると、スタイラスペン３６ａは、発光部３８ａから赤色ＬＤ光を上段の入射平面に沿って出射する。上段の入射平面に沿って出射された赤色ＬＤ光は、座標検出部３０および３１へ入射し、実施の形態１で示した方法によって座標が算出される。同様に、スタイラスペン３６ｂがタッチパネル２に押圧されると、スタイラスペン３６ｂは、発光部３８ｂから青色ＬＤ光を下段の入射平面に沿って出射する。下段の入射平面に沿って出射された青色ＬＤ光は、座標検出部３２および３３へ入射し、実施の形態１で示した方法によって座標が算出される。ここで、上段の入射平面に沿って出射された赤色ＬＤ光または下段の入射平面に沿って出射された青色ＬＤ光は、互いにタッチパネル２に平行なので、それぞれ別の段に交わって入射することがない。
【００５９】
前述したように、座標検出部３０〜３３が、任意のサイズで構成される矩形のタッチパネル２において、スタイラスペン３６ａおよび３６ｂが発光する光を検出し、さらに、全てのコーナーに配置されるため、座標ＡおよびＢを同時に検出可能な光学式座標検出装置を提供することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、タッチパネル上で、第一のスタイラスペンが第一の波長の光を発光し、第二のスタイラスペンが、第二の波長の光を発光し、第一のフィルタと、第二のフィルタと、がそれぞれフィルタリングし、それぞれ一対の第一の検出手段、一対の第二の検出手段が透過した光を受光し、それぞれの位置関係と受光した光の入射角度とからそれぞれのスタイラスペンが指すタッチパネル上の座標を検出するため、複数の座標を同時に検出可能な光学式座標検出装置を提供することができる。
【００６１】
また、本発明によれば、第一の波長の光が、赤色または青色の波長の光であるため、第一のスタイラスペン／第二のスタイラスペンは、簡易に特定の波長の光を発光することができる。
【００６３】
また、本発明によれば、タッチパネルが、矩形であり、一対の第一の検出部および一対の第二の検出部は、それぞれコーナーに配置され、かつ、一対の第一の検出部は、対向しないため、一対の第一の検出部および一対の第二の検出部は、対向せず、位置関係と受光した光の角度とから座標を検出できない一直線を両端部にすることができる。
【００６４】
また、本発明によれば、算出部が、検出部が第一のスタイラスペンの指す座標を検出できなかった場合、前後の座標から補間処理するため、複数のスタイラスペンによる遮光、或いは、かすれによって検出できない座標を補間して、飛びを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における座標検出装置の外観図である。
【図２】座標検出装置の検出部５〜８の配置を表した図である。
【図３】座標検出装置の構成図である。
【図４】スタイラスペンを示した図である。
【図５】スタイラスペンが発光する光の波長を表した図である。
【図６】スタイラスペンが発光する光の波長を表した図である。
【図７】スタイラスペンが発光するＬＤ光を選択的にフィルタリングするフィルタの透過率を示した図である。
【図８】スタイラスペンが発光するＬＤ光を選択的にフィルタリングするフィルタの透過率を示した図である。
【図９】検出部の内部構成およびスタイラスペンからの受光を示した図である。
【図１０】２０４８個の受光素子を一列に配置したＣＣＤの各受光素子ごとの受光レベルを表した図である。
【図１１】スタイラスペンの指す座標を検出する例を示した図である。
【図１２】一方のスタイラスペンが他方のスタイラスペンの光を遮った場合を表した図である。
【図１３】連続した座標間の座標ベクトル長を表した図である。
【図１４】単位円を用いて座標ベクトル値を表した図である。
【図１５】座標ベクトル値を表にした図である。
【図１６】曲線近似を示した図である。
【図１７】実施の形態２におけるスタイラスペンを表した図である。
【図１８】赤色レーザダイオードのスタイラスペンおよび青色レーザダイオードのスタイラスペンの発光タイミングチャートである。
【図１９】実施の形態２における座標検出装置の構成図である。
【図２０】実施の形態２における座標検出装置の座標検出を表した図である。
【図２１】座標検出装置の四隅に座標検出部を配置した構成図である。
【図２２】座標検出部の内部構成および受光素子を表した図である。
【図２３】光学式のスタイラスペンを示した図である。
【図２４】座標検出装置の断面図である。
【符号の説明】
１                                座標検出装置
２                                タッチパネル
３                                外枠
４                                操作部
５〜８、２３、２６、２７          検出部
９ａ、９ｂ、１９ａ、１９ｂ        スタイラスペン
１０、２４、３９                  算出部
１１、２５、４０                  Ｉ／Ｆ部
１２ａ、１２ｂ、２０ａ、２０ｂ    発光部
１３ａ、１３ｂ                    フィルタ
１４、３４                        結像レンズ
１５、３５                        ＣＣＤ
１６ａ、１６ｂ、２１ａ、２１ｂ    スイッチ
２２                              受光部
３０〜３３                        座標検出部
３６ａ、３６ｂ                    スタイラスペン
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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