(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指示具から予め定められた点滅周期で発光された光によって指示される指示位置を検出し、その検出した座標情報を出力する座標入力装置であって、
前記発光された光を検出する第１の受光センサと、
前記発光された光の時系列の変化を検出する第２の受光センサと、
前記第２の受光センサによって検出された前記発光された光の時系列の変化に基づいて、前記発光された光の点滅周期に対して、前記第１の受光センサの検出動作を同期させる同期制御手段と、
前記同期制御手段によって同期された状態の前記第１の受光センサから出力される信号に基づいて、前記指示位置の座標を算出する演算手段と、
を備えることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
前記第１の受光センサは、互いに平行でない２方向に配置された２つのラインセンサである
ことを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。
【請求項３】
前記ラインセンサは、光電変換素子と、その素子に発生した電荷を逐次追加しながら蓄積可能なリング状の電荷転送路とを備えるリングＣＣＤであって、
前記同期制御手段は、前記リングＣＣＤに対して、前記発光された光の点滅周期に同期して前記光電変換素子に光電変換を行わせると共に、その変換によって発生した電荷を、前記電荷転送路を循環させると共に該点滅周期に同期して逐次追加しながら蓄積させ、
前記演算手段は、前記電荷転送路に蓄積された電荷を電気信号として順次読み出し、その読み出した電気信号の差分に基づいて、前記指示位置の座標を算出する
ことを特徴とする請求項２記載の座標入力装置。
【請求項４】
前記同期制御手段は、前記発光された光の光量に応じて、前記電荷転送路で前記光電変換素子に発生した電荷を逐次追加しながら蓄積する期間を変化させる
ことを特徴とする請求項３記載の座標入力装置。
【請求項５】
前記同期制御手段は、前記指示位置の座標を１ポイント分処理する度に、前記第２の受光センサによって検出した前記発光された光の時系列の変化に基づいて、前記発光された光の点滅周期における１点灯期間の開始タイミングまたは終了タイミングを検知し、その検出したタイミングから予め定められた時間ずらした同期タイミングに前記第１の受光センサによる検出動作を同期させる
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の座標入力装置。
【請求項６】
前記指示具は、発光する点滅光の点灯期間を前記点滅周波数より十分大きい周波数のキャリヤによって変調する変調手段を備えており、
前記同期制御手段は、前記第２の受光センサによって検出された前記発光された光を表わす電気信号に対して、前記キャリヤと略同一な周波数に共振点を持つバンドパスフィルタを通過させることにより、その電気信号に含まれる前記キャリヤと略同一な周波数成分のみを抽出する波形処理回路を含む
ことを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。
【請求項７】
前記指示具は、操作スイッチと、そのスイッチの操作に応じて前記変調手段による変調の有無を制御する変調制御手段とを更に備えており、
前記同期制御手段は、前記第２の受光センサによって検出された前記発光された光を表わす電気信号の時系列の変化に基づいて、前記変調手段による変調の有無を判断することにより、前記スイッチの操作状態を検出する検出手段を含む
ことを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、座標入力装置に関し、例えば、大型ディスプレイの表示画面上で入力された座標に応じて外部装置を制御する、或いは文字や図形等のパターンを入力する座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、操作者が指示具によって指示した座標情報を、コンピュータ等の外部装置に入力する座標入力装置が提案されている。
【０００３】
このような座標入力装置としては、例えば、操作者が指示具を用いて大型ディスプレイの表示画面上に形成させた光スポットをＣＣＤエリアセンサやリニアセンサを用いて撮像することにより、そのセンサの撮像面内に結像された光スポットの位置を表わす出力信号に基づいて当該光スポットの表示画面上における２次元座標を求める、或いは、光スポットの位置に対応したアナログ信号が出力される複数の位置検出素子を用いて、それらの位置検出素子から出力されるアナログ電圧出力の大きさ、或いは比率に基づいて、当該光スポットの表示画面上における２次元座標を求めるもの等が知られている。
【０００４】
上述した光を用いた座標入力装置においては、一般に、以下に示す課題を達成することが要求される。
【０００５】
即ち、第１の課題として、高精度な座標値生成や安定した動作させるべく、座標入力装置に外部より入射する外乱光の影響を排除することが要求される。
【０００６】
近年においては、ディスプレイの表示方式の多様化、無線通信手段としての赤外線の利用の一般化、或いは赤外線を用いたリモートコントロール機器が普及しており、座標入力装置が使用される環境には多くの赤外線が存在している。このような状況下において、座標入力装置としての本来の動作を正確に行うためには、確実に外乱光を除去する手段が求められる。
【０００７】
第２の課題としては、座標入力装置に受光可能な光のダイナミックレンジが広いことが要求される。
【０００８】
一般に、指示具によって操作者が照射した光を検出するタイプの座標入力装置においては、操作者による指示具の扱いかた（具体的には、指示具の向き、移動スピード等）に応じて、指示具から照射される光量は大きく変化する。また、指示具の駆動に電池を用いる場合は、その電池の残量に応じて、指示具から照射される光量が大きく変化する。従って、この種の座標入力装置においては、ダイナミックレンジの広い受光手段が求められる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した表示画面上のスポット光を検出するタイプの座標入力装置においては、外乱光を除去するための手段として特定の波長帯域の光のみを通過させる光学フィルタを備えるに留まり、その座標入力装置による光検出動作を、変動する照射光量に追従させることに関してはほとんど考慮されていない。
【００１０】
また、上述した複数の位置検出素子のアナログ電圧出力の大きさ、或いは比率を検出するタイプの座標入力装置においても、外乱光を除去する手段として特定の波長帯域の光を通過させるフィルタを備えるに留まり、また、このようなタイプの座標入力装置においては、照射光量を表わす受光信号の信号レベルを利用して座標を検知するため、照射光量の変動に対する追従は不可能に等しい。
【００１１】
そこで、本発明は、外乱光の影響を抑制することにより、所定の２次元座標面内に生成された光スポットの座標位置を高精度且つ高分解能で検出する座標入力装置の提供を第１の目的とする。
【００１２】
更に、本発明は、受光可能な光のダイナミックレンジが広い座標入力装置の提供を第２の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の第１の目的を達成するため、本発明に係る座標入力装置は、以下の構成を特徴とする。
【００１４】
即ち、指示具から予め定められた点滅周期で発光された光によって指示される指示位置を検出し、その検出した座標情報を出力する座標入力装置であって、前記発光された光を検出する第１の受光センサと、前記発光された光の時系列の変化を検出する第２の受光センサと、前記第２の受光センサによって検出された前記発光された光の時系列の変化に基づいて、前記発光された光の点滅周期に対して、前記第１の受光センサの検出動作を同期させる同期制御手段と、前記同期制御手段によって同期された状態の前記第１の受光センサから出力される信号に基づいて、前記指示位置の座標を算出する演算手段とを備えることを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、前記第１の受光センサとして、互いに平行でない２方向に配置された２つのラインセンサを採用すると良い。
【００１６】
また、例えば、それらのラインセンサとして、光電変換素子と、その素子に発生した電荷を逐次追加しながら蓄積可能なリング状の電荷転送路とを備えるリングＣＣＤを採用した場合には、前記同期制御手段は、前記リングＣＣＤに対して、前記発光された光の点滅周期に同期して前記光電変換素子に光電変換を行わせると共に、その変換によって発生した電荷を、前記電荷転送路を循環させると共に該点滅周期に同期して逐次追加しながら蓄積させ、前記演算手段は、前記電荷転送路に蓄積された電荷を電気信号として順次読み出し、その読み出した電気信号の差分に基づいて、前記指示位置の座標を算出すると良い。
【００１７】
また、上記の第２の目的を達成するため、上記の構成を備える座標入力装置において、前記同期制御手段は、前記発光された光の光量に応じて、前記電荷転送路で前記光電変換素子に発生した電荷を逐次追加しながら蓄積する期間を変化させると良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る座標入力装置の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態における座標入力装置の座標入力系を説明する図である。また、図２は、本発明の第１の実施形態における座標入力装置のシステム構成を示すブロック図である。
【００２０】
はじめに、図１を参照しながら、図２に示す本実施形態における座標入力装置の概略構成について説明する。
【００２１】
本実施形態に係る座標入力装置は、大別して、座標入力面であるスクリーン２に対して光スポットを形成する指示具１、その指示具１が照射する光によってスクリーン２上に生成される光スポット３の座標位置等を検出する受光ユニット２７、並びに受光ユニット２７の制御及び当該ユニットにおいて受光した光を光電変換することによって得られた電気信号に基づいて座標情報を算出する信号処理ユニット２４を備える。
【００２２】
図１には、当該座標入力装置の上述した構成と合わせて、スクリーン２上に画像を表示すると共に、指示具１によって指示される座標位置情報（カーソル位置、軌跡等）をエコーバックして表示する投射型の表示装置９を示す。
【００２３】
発光側である指示具１は、光ビームを照射する半導体レーザ或いはＬＥＤである発光素子１５、その発光素子の発光パターンを作るドライブ波形作成回路１３、発光素子１５をドライブするドライブ回路１４、ペンアップダウン（ペンアップ及びペンダウン）等の付帯情報を入力するスイッチ１１を備える。
【００２４】
ここで、上記のペンアップダウンについて説明する。本来、紙等にボールペンや鉛筆等の一般的な筆記用具（ペン）を用いて軌跡等を描く場合には、その紙等にペンを接触させると共に、その紙面上でペンを移動させる必要があり、このペンを紙面上に接触させた状態を「ペンダウン」と表現し、逆に、紙面上にペンを接触させた状態から遠ざける状態を「ペンアップ」と表現する。そこで、電気的なペン（即ち、本実施形態にて扱う指示具１等の電気機器）についても、疑似的に一般的な筆記用具と同様な表現を用いられる。
【００２５】
但し、電気的なペンにおいては、軌跡が描けることと、そのペンが表示面と接触することとは必ずしも同じ状態ではなく、むしろスイッチ（本実施形態ではスイッチ１１）等によって切り替えられる機能として、軌跡等が描ける状態にあることを「ペンダウン」、そうでない状態にあることを「ペンアップ」と称するのが正確な認識である。また、このような電気的なペンの利便性を向上させるためには、ペンアップの状態においても、表示画面には当該ペンの位置をカーソル表示可能に構成すると良い。
【００２６】
受光ユニット２７は、ラインセンサ７、そのラインセンサの画素アレイ面上に光スポット３を結像させる円柱状レンズ５、ラインセンサ８、そのラインセンサの画素アレイ面上に光スポット３を結像させる円柱状レンズ６、並びに第２の受光素子である受光素子４を備える。
【００２７】
ここで、ラインセンサ７は、光スポット３のＸ軸座標方向の位置、ラインセンサ８は、Ｙ軸座標方向の位置を検知する、所謂リングＣＣＤ(Charge-Coupled Device)である。ラインセンサ７及び８は、制御信号作成回路２１によって作られる所定のタイミングシーケンスによって制御される。
【００２８】
これらの第１の受光素子であるラインセンサ７及び８により得られた電気信号はアナログデジタル（ＡＤ）変換ユニット２０によってデジタル信号に変換される。ＣＰＵ２３は、ＡＤ変換ユニット２０から出力されるデジタル信号に基づいて、スポット３の座標情報を算出し、その算出した座標情報をコンピュータ２６に出力する。
【００２９】
受光ユニット２７の受光素子４は、単画素の光電変換素子である。この受光素子４は、スポット３より照射される光の時間軸情報を検知するために使用される同期用の受光素子である。
【００３０】
受光素子４から出力される信号は、波形処理回路１９において、所定のバンドパスフィルタにかけられ、そのバンドパスフィルタから出力される信号は、一般的な全波整流、平滑化、並びに２値化処理が施されることによって信号“ＩＲ”となり制御信号作成回路に送られる。
【００３１】
制御信号作成回路２１は、入力される信号“ＩＲ”を所定の条件に従って判定することにより、操作具１より受光した付帯情報を検知すると共に、信号“ＩＲ”の立ち下がりタイミング、或いは立ち上がりタイミングを検知し、そのタイミングから所定時間経過後にリセット信号“ＲＥＳＥＴ”を作成する。このリセット信号は、ラインセンサ７及び８を制御するタイミングシーケンスのトリガーとして当該ラインセンサに送られる。このタイミングシーケンスは、スポット３の１ポイント分の座標情報が取り込まれる度に、１回ずつ行われる。
【００３２】
次に、図２に示す各ブロックについて詳細に説明する。
【００３３】
＜発光素子１５＞
図９は、本発明の第１の実施形態における発光素子のドライブ波形を説明するタイミングチャートであり、発光素子１５のドライブ波形を、“ＬＥＤ＿ＤＲＶＥ”に示す。
【００３４】
発光ユニット１のドライブ波形作成回路１３においては、ＬＥＤ＿ＣＬＫ発生回路１２から出力される所定の“ＬＥＤ＿ＣＬＫ”（例えば９７２．８ＫＨｚ）を、例えば１２８分周した信号“ＬＥＤ＿ＩＲＣＬＫ”が作成される。“ＬＥＤ＿ＩＲ”は、“ＬＥＤ＿ＩＲＣＬＫ”と同じ周期であって異なる所定のデューティを持った信号（例えばＨｉの期間が３３ｍｓ）である。信号“ＬＥＤ＿ＤＲＩＶＥ”は、ドライブ回路１４が発光素子１５に出力する駆動信号であり、“ＬＥＤ＿ＣＬＫ”を、信号“ＬＥＤ＿ＩＲ”でゲートすることによって生成する。
【００３５】
＜波形処理回路１９＞
図８は、本発明の第１の実施形態における波形処理回路の内部構成を示すブロック図である。
【００３６】
同図において、受光素子４において光電変換された光信号（電気信号）は、増幅器６１にて所定のレベルに増幅され、その増幅された信号は、指示具（発光ユニット）１側の“ＬＥＤ＿ＣＬＫ”と略同一周波数の共振周波数特性を持つバンドパスフィルタ６２を通過する。そして、当該フィルタを通過した信号は、検波回路６３、平滑化６４、２値化回路６５にて一般的な全波整流、平滑化、並びに２値化処理が施されることによって信号“ＩＲ”となり制御信号作成回路に送られる。バンドパスフィルタ６２の出力信号“ＦＩＬＴＥＲ＿ＯＵＴ”を図９に示す。
【００３７】
上述したように、発光ユニット（指示具）１の発光素子１５が発光した光信号“ＬＥＤ＿ＩＲ”は、信号処理ユニット２４において信号“ＩＲ”として再現される。ここで、信号“ＩＲ”の信号波形は、波形処理回路１９内のバンドパスフィルタ６２及び平滑化回路６４の位相特性の影響で立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングとも若干の時間遅れが発生するため（本実施形態においては５μｓｅｃ程度）、信号“ＩＲ”は、“ＬＥＤ＿ＩＲ”に対して同じだけ遅延を持つことになる。
【００３８】
＜ラインセンサ７及び８＞
次に、ラインセンサ７及び８について説明する。本実施形態では、上述したようにＸ及びＹ座標方向の位置を検出するラインセンサ７及び８として、循環蓄積型ＣＣＤ（リングＣＣＤ）を採用する。
【００３９】
リングＣＣＤは、一種のラインセンサであり、一般的なラインセンサと大きく異なる点は、光電変換によって得られた電荷を転送する部分が循環型（リング状）に形成されている点が異なる。
【００４０】
図３は、本発明の第１の実施形態で採用可能なリングＣＣＤの構成を示す概略図である。
【００４１】
リングＣＣＤについては、例えば特開平８−２３３５７１号に示されるように、ライン状に並ぶｎ個の画素からなる光電変換部、リング状に並ぶｍ個のセルからなる循環型電荷転送経路、並びに当該電荷転送経路の途中に接続される電圧読み出し部を備える（本実施形態において、ｎ＝６４、ｍ＝１５０である）。
【００４２】
光電変換部３０における光電変換によって生成された電荷は、蓄積部３１に蓄積される。次に、この電荷は、ホールド部ａまたはホールド部ｂに転送される。また、蓄積部３１は、次の蓄積を行なう前に残った電荷を放電する（例えばグランドに放電すれば良い）。更に、ホールド部ａに転送された電荷は、図３の循環型転送部３４の２ｉ−１番目に送られる。同様に、ホールド部ｂに転送された電荷は、循環型転送部３４の２ｉ番目に転送される。
【００４３】
図４は、図３に示すｉ番目の光電変換部３０から、循環型転送経路３４の２ｉ−１、２ｉ番目のまでの部分を示す図である。また、図５は、図４に示す各スイッチの動作タイミングを示す図である。また、この部分の動きは図７に示す信号“ＩＲＣＬＫ”を基本周期として行われる。
【００４４】
ここで、信号“ＩＲＣＬＫ”の周期は、例えば７．６ＫＨｚであり、発光ユニット１のドライブ波形作成回路１３が生成する信号“ＬＥＤ＿ＩＲＣＬＫ”と略等しい。信号“ＩＲＣＬＫ”は、信号“ＣＣＤ−ＣＬＫ”（例えば９．１２ＫＨｚ）を８分周したものを、更に１５０（＝ｍ）分周したものである。
【００４５】
本実施形態において、ラインＣＣＤであるラインセンサ７及び８は、電子シャッター機能の役割を有しており、信号“ＩＲＣＬＫ”の１周期で２回電子シャッター機能がＯＮとなる。この電子シャッター機能の動作について説明する。
【００４６】
図６は、リングＣＣＤの電子シャッター機能を説明するタイミングチャートであり、循環１回分が１組の電子シャッター動作（電子シャッター２回分）に相当する。
【００４７】
電子シャッター機能の詳細について説明する。まず、期間Ｃにおいて充電部３１の電荷がＳＷ１（３５）によってクリアされる。次に、光電変換部３０で発生した電流は、期間Ａにおいて充電部３１に蓄積され、期間ＥにおいてＳＷ２＿１（３６）がオンになることによってホールド部ａに転送される。
【００４８】
また、期間Ｄにおいて充電部３１の電荷がＳＷ１（３５）によってクリアされ、次に、光電変換部３０で発生した電流は、期間Ｂにおいて充電部３１に蓄積され、期間ＦにおいてＳＷ２＿２（３７）がオンになることによってホールド部ｂに転送される。ホールドａ，ｂにホールドされている電荷は、期間Ｇにおいて同時に転送部３４の２ｉ−１番目，２ｉ番目のセルに転送される。
【００４９】
本実施形態では、信号“ＩＲＣＬＫ”と信号“ＬＥＤ＿ＩＲＣＬＫ”とを同期させることにより、図６の期間Ａにおいて指示具１の発光素子（ＬＥＤ）１５が発光し、期間Ｂでは発光しない。このため、ホールド部ａには発光素子１５がの光時の電荷がホールドされ、ホールド部ｂには、発光素子１５の非発光時の電荷がホールドされる。その結果、転送部の２ｉ−１番目のセルには発光時の電荷が転送され、２ｉ番目のセルには非発光時の電荷が転送される。上述した期間Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇの各期間における動作は、全画素に関して同時に実行される。
【００５０】
次に、図３に示す循環型転送部３４の動作について説明を加える。同図に示す循環型転送部３４は、図６を参照して説明したように信号“ＩＲＣＬＫ”の１周期分で電荷が一循する。従って、例えば２ｉ−１番目、２ｉ番目のセルにある電荷は、信号“ＩＲＣＬＫ”の１周期毎にそれぞれ同じセルに戻ってくる。そして、元のセルに戻った電荷には、それぞれホールド部ａ，ｂに新たにホールドされている電荷が追加される。本実施形態において、循環型転送経路３４は、１５０セル（ｍ＝１５０）で構成されている。従って、この循環型転送部３４の転送クロック“ＣＣＤ＿ＳＰ”は、信号“ＩＲＣＬＫ”の１５０分の１の周期（１．１４ＭＨｚ）である。
【００５１】
また、循環型転送部３４には、その経路の途中に信号読み出し部２９が設けられている。信号読み出し部２９では、循環型転送部３４を通過する電荷を、非破壊で電圧値に変換し、その変換された電圧値を読み出すことができる。更に、隣接した２つのセルの電圧値の差分を読み出すことができる。従って、例えば前記の２ｉ−１番目及び２ｉ番目のセルにおいてホールド部ａ及びｂより新たに追加された電荷の値の差を読み出すことができる。この機能により、本実施形態では、指示具１が発光しているときと、発光していないときとの蓄積電荷の差分の電荷に相当する電圧信号を、信号読み出し部２９から読み出すことができ、外乱光の影響を排除することができる。
【００５２】
信号読み出し部２９から読み出される信号は、転送部３４のセルの配列順と同じ時間的な順番で読み出される。
【００５３】
図５は、本発明の第１の実施形態におけるリングＣＣＤの信号読み出し部の出力信号を説明する図であり、同図に示す例では、ｎ番目の画素から１番目の画素の順に電圧値が読み出されている。ここで、ｉ番目の画素近傍の出力レベルが高いのは、図５に示す例では、光のスポット３から照射された光がセンサ画素アレイのｉ番目の画素周辺に結像していることを示す。そこで、予め設定してある基準位置である中心軸位置から出力レベルが最も高い位置（図５の場合はｉ番目の画素）までの時間的なズレ、即ち図５のＡの値を計算で求めることにより、Ｘ軸（乃至Ｙ軸）の座標値の基となる値を求めることができる。
【００５４】
＜リングＣＣＤの制御＞
次に、上述したリングＣＣＤの制御について説明する。本実施形態において、リングＣＣＤであるＸ座標及びＹ座標方向センサ７、８は、制御信号作成回路２１によるタイミングシーケンスにより、上述したように光のスポット３の１ポイント分の座標データを取り込む動作を繰り返し行う。
【００５５】
図７は、本発明の第１の実施形態においてリングＣＣＤの動作を制御するタイミングシーケンスを説明するタイミングチャートである。
【００５６】
図６及び図７のタイミングチャートに［  ］付きで示す信号は、Ｘ座標及びＹ座標方向センサ７、８（リングＣＣＤ）内部で生成される信号である。それ以外の信号は、外部から当該センサに与えられる信号である。
【００５７】
これらのリングＣＣＤは、信号“ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ”が与えられると、この信号をトリガーとして、制御信号作成回路２１から供給される所定のタイミングクロック“ＣＣＤ−ＣＬＫ”を８分周することによって信号“ＣＣＤ＿ＳＰ”を生成し、更にその信号“ＣＣＤ＿ＳＰ”を１５０分周することによって信号“ＩＲＣＬＫ”を生成する（従って、信号“ＩＲＣＬＫ”は、タイミングクロック“ＣＣＤ−ＣＬＫ”を１２００分周した信号である）。ここで、信号“ＣＣＤ＿ＳＰ”は、前述したように循環型転送経路３４の転送クロックである。また、信号“ＩＲＣＬＫ”は、上述したように、２度の電子シャッターのＯＮ動作と、電荷を光電変換部３０から循環型転送経路３４に転送する動作の基準信号である。
【００５８】
まず、ラインＣＣＤ７及び８には、外部より信号“ＩＲＣＬＫ”に同期して信号“ＬＯＯＰ＿ＣＬＲ”が与えられる。この信号により、循環型転送経路３４に残留している電荷がクリアされる。その後、信号“ＩＲＣＬＫ”に従って、循環型転送経路３４を周回する電荷には順次電荷が追加蓄積され、信号読み出し部２９から読み出される出力信号の波形は、Ｖ＿ＯＵＴ（Ｘ）に５３乃至５８で示すように次第に大きくなる。
【００５９】
読み出し波形Ｖ＿ＯＵＴ（Ｘ）の出力レベルは、制御信号作成回路２１によって監視されており、この出力レベルが所定の値（しきい値）に到達した時点で信号“ＣＣＤ＿ＲＥＡＤ”がＨｉとなる。即ち、リングＣＣＤ７及び８は、信号“ＣＣＤ＿ＲＥＡＤ”がＬｏの期間は電荷の蓄積を続け、当該信号がＨｉになると蓄積を停止し、電荷の循環動作のみを行なう（このとき、信号Ｖ＿ＯＵＴ（Ｘ）の波形は、不変となる）。、
その後、図７の５７に示すように、信号“ＡＤ＿ＲＥＡＤ”がＨｉとなり、これに伴って、アナログ電圧値であるＶ＿ＯＵＴ（Ｘ）は、ＡＤ変換部２０でデジタル信号に変換された後、ＣＰＵ２３に送られる。
【００６０】
ここで、前述の通り信号“ＣＣＤ＿ＲＥＡＤ”は、Ｖ＿ＯＵＴ（Ｘ）が所定値になるまでＬｏである。従って、信号レベルが大きいとき（照射される光のレベルが大きいとき）には“ＣＣＤ＿ＲＥＡＤ”がＬｏである時間は短く、逆に、信号レベルがが小さいとき（照射される光のレベルが小さいとき）には、“ＣＣＤ＿ＲＥＡＤ”がＬｏである時間が長くなる。従って、ＡＤ変換部２０に取り込まれるアナログ電圧の波形は、当該ＣＣＤセンサにて実際に受光した光の信号レベルの大小によらず、所定のレベルの電圧波形であるため、受光可能な光のダイナミックレンジを大きく採ることができる。
【００６１】
＜発光素子の点滅と電子シャッター機能との同期方法＞
次に、発光素子の点滅と電子シャッター機能との同期方法について詳細に説明する。
【００６２】
本実施形態において、指示具１の発光素子１５の発光周期“ＬＥＤ＿ＤＲＩＶＥ”は、ＬＥＤ＿ＣＬＫ発生回路１２が生成する信号“ＬＥＤ＿ＣＬＫ”を１２８分周したもので７．６ＫＨｚである。また、受光側のリングＣＣＤ７及び８の電子シャッターの繰り返し周波数（シャッター２回ＯＮで１周期）の周波数は、信号“ＩＲＣＬＫ”で７．６ＫＨｚであり、この信号は、上述したように信号“ＣＣＤ＿ＣＬＫ”を１２００分周した信号に相当する。即ち、発光側の点滅周波数と受光側の電子シャッターの繰り返し周期とは、予め略同一に設定されている。
【００６３】
ここで、図７で示すように、リングＣＣＤ７及び８のタイミングシーケンスは、信号“ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ”でスタートするよう作られているが、持に、当該ＣＣＤで生成される信号“ＩＲＣＬＫ”の立ち上がりタイミングが信号“ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ”信号の立ち下がりタイミングの直後になるように予め構成されている。従って、信号“ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ”のタイミングを制御することにより、信号“ＩＲＣＬＫ”の位相を制御することができる。即ち、指示具１の発光を受光素子４で検知することによって波形処理回路１２で得られる信号“ＩＲ”に対して、所定の時間Ｔ１（例えば７７．２μｓ）だけ遅延させたタイミングで信号“ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ”が立ち下がるようにタイミングを設定することにより、少なくとも信号“ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ”の直後において“ＩＲＣＬＫ”と“ＬＥＤ＿ＩＲ”との位相を合わせることができる。このことは、指示具１の点滅周期と、リングＣＣＤ７及び８の電子シャッター動作の位相とを同期させることに等しい。
【００６４】
図１１は、本発明の第１の実施形態における指示具の点滅周期と、リングＣＣＤの電子シャッター動作との同期合わせ処理を示すフローチャートであり、ＣＰＵ２３において実行される処理を示す。
【００６５】
同図に示すように、ステップＳ３でタイミングシーケンスが始まる直前で、ステップＳ２で時間調整することにより、その時点で信号“ＩＲＣＬＫ”と“ＬＥＤ＿ＩＲ”との位相をあわせ、その後スポット２の１ポイント分の検出期間（即ちタイミングシーケンスが終わるまで）は、信号“ＩＲＣＬＫ”及び“ＬＥＤ＿ＩＲ”をそれぞれフリーランさせる。更に、ステップＳ３のタイミングシーケンスが終わると、ステップＳ１に戻って信号“ＣＣＤ＿ＲＳＥＴ”の立ち下がりタイミングの検知を待つ状態に入る。そして、最初の立ち下がりタイミングを検知した時点でで再び時間を調整して（所定時間Ｔ１だけ待って）位相を合わせた後、次のタイミングシーケンスをスタートさせる。
【００６６】
ここで、考慮すべきこととして、当該タイミングシーケンスの実行中（フリーラン期間）における信号“ＩＲＣＬＫ”と“ＬＥＤ＿ＣＬＫ”との周波数偏差がある。以下、この周波数偏差について説明する。
【００６７】
本実施形態においては、光のスポット３の１ポイント分の座標をリングＣＣＤ７及び８によって取り込む周期を、最大で４０ｍｓとしている。これは、図７に示す信号“ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ”の周期が最大４０ｍｓであることに相当し、当該フリーラン期間が最大で４０ｍｓであることを意味する。
【００６８】
本実施形態において、指示具１のＬＥＤ＿ＣＬＫ発生回路１２、並びに信号処理ユニット２４のＣＣＤ−ＣＬＫ発生回路２２には、一般的な水晶振動子を使うのことを前提としている。一般的な水晶振動子の周波数精度は、１００ｐｐｍより優れている。ここで、例えば水晶振動子の周波数精度を１００ｐｐｍとしたとき、当該フリーランの期間に発生しうる位相の偏差は、４０ｍｓ×１００ｐｐｍ＝４μｓであり、この値は、信号“ＩＲＣＬＫ”の周期（１３１．６μｓ）乃至その点灯期間（Ｈｉの期間）が３３μｓに比べて十分小さい値である。
【００６９】
従って、当該フリーラン期間においても、信号“ＩＲＣＬＫ”と“ＬＥＤ＿ＩＲ”とを実質的に同期させることができ、指示具１と受光側との同期動作をワイヤレスで実現することができる。
【００７０】
＜指示具１のスイッチ１１＞
指示具１には、図２に示すようにスイッチ（ＳＷ）１１が設けられており、一例として、ペンアップダウンを、受光ユニット２７側に対して認識させるために用いることができる。以下、スイッチ１１の操作を、受光ユニット２７に認識させる方法について説明する。
【００７１】
本実施形態では、駆動信号“ＬＥＤ＿ＤＲＩＶＥ”による発光素子１５の点滅時の点灯期間を、その点滅周波数より十分大きい周波数のキャリヤによって全部または部分的に変調をかけるように構成しているが、このような構成にすると、変調をかけた部分のみがが受光素子４によって検知されるため、その変調をかけた部分のみ時間軸情報としての意味を持つこととなる。
【００７２】
そこで、本実施形態において、ドライブ波形作成回路１３は、指示具１上のスイッチ１１が押されているとき、信号“ＬＥＤ＿ＩＲＣＬＫ”に対して一回おきに変調をかけることにより、図１０に示すような駆動信号“ＬＥＤ＿ＤＲＩＶＥ”をドライブ回路１４に出力させ、スイッチ１１が押されていないときは、図９に示すように信号“ＬＥＤ＿ＩＲＣＬＫ”の周期毎に変調をかける。
【００７３】
このように構成した発光パターンで発光素子１５に発光させた信号は、リングＣＣＤ７及び８によって受光されると、スイッチ１１が押されている場合も押されていない場合も同じ周期（Ｔ２）で点滅している信号として検出され、また、受光素子４に受光されると、信号“ＬＥＤ＿ＩＲＣＬＫ”に対して一回おきに（またはＴ２×２の周期で）点滅しているように検出される。即ち、リングＣＣＤ７及び８による座標検出は、何れの場合も同等に行われ、且つ発光素子１５の点滅と電子シャッター機能との同期動作に影響を与えることなく、受光素子１４の出力信号として１ビット分の情報を受光ユニット２７に対して送信することができ、操作スイッチ１１の状況を検出することができる。
【００７４】
以上説明したように、本実施形態によれば、座標入力装置に受光素子としてリングＣＣＤ７及び８を備え、それらリングＣＣＤを外部より制御することによって電子シャッター機能を実現し、この電子シャッター機能を、指示具１の発光の点滅周期に同期させた。これにより、外乱光による誤動作等の影響を排除することができる。
【００７５】
また、本実施形態では、リングＣＣＤ７及び８に供給する制御信号により、光電変換部３０で発生した電荷を逐次追加蓄積しつつ循環する状態と、追加蓄積を行わずに循環のみ行なう状態とを切り替え可能に構成し、その状態の切り替え制御を、指示具１から照射される光量に応じて行うと共に、例えば受光レベルの小さい光を受光する場合は、その受光した光に対応する電荷を当該リングＣＣＤにて多数回蓄積し、また、受光レベルの大きい光を受光する場合には、その受光した光に対応する電荷を当該リングＣＣＤにて少数回蓄積した。これにより、照射光量が変動しても正確な座標検出を行うことができ、受光可能な光のダイナミックレンジを広くすることができる。
【００７６】
また、本実施形態では、受光ユニット２７の受光素子４から得られる信号に従ってタイミングを採ることにより、指示具（発光ユニット）１と受光ユニット２７とをワイヤレスに構成したものの、指示具１の点滅周期と、受光ユニット２７内のリングＣＣＤ７及び８の電子シャッター機能とを同期させることができる。即ち、本実施形態では、１ポイント分の座標データを処理する度に、この受光素子４によって検知される点滅信号の、任意の１つの発光パルスの先頭部分、或いは終端部分を基準として、リングＣＣＤ７及び８を制御するタイミングシーケンスを開始させることにより、指示具１の点滅と、受光ユニット２７の電子シャッター機能とを同期させることができ、外乱光の影響を抑制できると共に、高精度且つ高分解能な２次元の座標値を得ることができる。
【００７７】
また、本実施形態では、発光側の発光信号は、所定周期で点滅するのみでなく、その点灯時においては、その点滅の周波数より十分高い周波数のキャリヤで単純変調をかけ、受光素子４で受光された信号は、当該キャリヤと略同一な周波数に共振点を持つバンドパスフィルタを通過させることにより、その受光信号に含まれる当該キャリヤと略同一な周波数成分のみを抽出することができる。これにより、受光素子４においても、外乱光による影響を排除することができる。
【００７８】
［第２の実施形態］
次に、上述した第１の実施形態における装置構成を基本として、本発明の第２の実施形態について説明する。以下の説明では、第１の実施形態と同様な部分の説明は省略するものとし、本実施形態における特徴的な部分を中心に説明する。
【００７９】
図１２は、本発明の第２の実施形態における座標入力装置のシステム構成を示すブロック図である。
【００８０】
本実施形態では、波形処理回路１９から制御信号作成回路２１に対して第１の実施形態と同様に信号“ＩＲ”が送出されると共に、その信号“ＩＲ”に基づいてＰＬＬ(PHASE LOCK LOOP)７２にて生成される信号“ＩＲ＿Ｐ”が、制御信号作成回路２１に送出される。
【００８１】
波形処理回路１９は、同期用受光素子４によって受光した信号を、第１の実施形態で説明したキャリヤ周波数と同一周波数の共振回路を持つバンドパスフィルタ６２（図８参照）に通すことによって外乱光の除去を行っており、一般的な使用環境においては十分に外乱光を除去することができる。しかしながら、ごくまれに予想をはるかに超える著しく大きな外乱光が入射される環境においては、その影響を除去しきれない場合がある。そのような場合には、バンドパスフィルタ６２の出力である“ＦＩＬＴＥＲ＿ＯＵＴ”に、例えば図１３に８０，８１，８２で示すようなノイズが混入するため、波形処理回路１９が図１３に８３，８４で示すような信号を信号“ＩＲ”として出力することが予想され、これにより、制御信号作成回路２１は、信号“ＩＲ”の先頭の部分あるいは終端の部分を誤認識する可能性がある。しかしながら、当該バンドパスフィルタから出力されるこれらのひげ状のノイズは、当該バンドパスフィルタからの本来の出力信号に対してエネルギとしては僅かである。そこで、本実施形態では、波形処理回路１９が出力する信号“ＩＲ”に従って、一般的な構成を有するＰＬＬ７２において信号“ＩＲ＿ＰＬＬ”を生成することにより、係る弊害を回避している。
【００８２】
このような装置構成を備える第２の実施形態の座標入力装置によれば、第１の実施形態における座標入力装置と同様な効果が得られるだけでなく、更に正確な動作を実現することができる。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外乱光の影響を抑制することにより、所定の２次元座標面内に生成された光スポットの座標位置を高精度且つ高分解能で検出する座標入力装置の提供が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における座標入力装置の座標入力系を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における座標入力装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施形態で採用可能なリングＣＣＤの構成を示す概略図である。
【図４】図３に示すｉ番目の光電変換部３０から、循環型転送経路３４の２ｉ−１、２ｉ番目のまでの部分を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるリングＣＣＤの信号読み出し部の出力信号を説明する図である。
【図６】リングＣＣＤの電子シャッター機能を説明するタイミングチャートである。
【図７】本発明の第１の実施形態においてリングＣＣＤの動作を制御するタイミングシーケンスを説明するタイミングチャートである。
【図８】本発明の第１の実施形態における波形処理回路の内部構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第１の実施形態における発光素子のドライブ波形を説明するタイミングチャートである。
【図１０】本発明の第１の実施形態における発光側のドライブ信号と波形処理回路の出力信号を説明する図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態における指示具の点滅周期と、リングＣＣＤの電子シャッター動作との同期合わせ処理を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第２の実施形態における座標入力装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態における発光側のドライブ信号と波形処理回路の出力信号を説明する図である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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