(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペン体と、前記ペン体のペン先部が押し付けられる押し付け面を有する座標検出装置とを具備したディジタイザ装置において、
前記ペン体は、そのペン先部に、ペン軸方向に沿う線上に互いに近接して配置され、交互に点灯制御される第１、第２の点光源を有し、
前記座標検出装置は、
前記押し付け面に略平行で、前記第１、第２の点光源のペン軸方向の高さにほぼ対応する高さに位置する平面上に配置され、前記第１、第２の点光源を互いに異なる角度から検出する一対の一次元角度検出装置と、
前記第１、第２の点光源の点灯タイミングに合わせて前記各一次元角度検出装置からの検出信号を入力し、前記各一次元角度検出装置による前記第１、第２の点光源の検出角度に応じて前記平面上のペン先部の先端点の座標位置、前記ペン軸の傾斜方向及び／または傾斜角度を算出する算出手段とを有する、
ことを特徴とするディジタイザ装置。
【請求項２】
ペン体と、前記ペン体のペン先部が押し付けられる押し付け面を有する座標検出装置とを具備したディジタイザ装置において、
前記ペン体は、そのペン先部に、ペン軸方向に沿う面上に近接配置され、互いに三角形の頂点となる位置に設けられ、順番に点灯制御される第１、第２、第３の点光源を有し、
前記座標検出装置は、
前記押し付け面に略平行で、前記第１、第２、第３の点光源のペン軸方向の高さにほぼ対応する高さに位置する平面上に配置され、前記第１、第２、第３の点光源を互いに異なる角度から検出する一対の一次元角度検出装置と、
前記第１、第２、第３の点光源の点灯タイミングに合わせて前記各一次元角度検出装置からの検出信号を入力し、前記各一次元角度検出装置による前記第１、第２、第３の点光源の検出角度に応じて前記平面上のペン先部の先端点の座標位置、前記ペン軸の傾斜方向及び／または傾斜角度、前記ペン軸の回転方向及び／または回転角を算出する算出手段とを有する、
ことを特徴とするディジタイザ装置。
【請求項３】
ペン体と、前記ペン体のペン先部が押し付けられる押し付け面を有する座標検出装置とを具備したディジタイザ装置において、
前記ペン体は、そのペン先部に点光源を有し、
前記座標検出装置は、前記押し付け面上の異なる複数の角度から前記点光源を検出することにより、前記ペン体の位置を検出する複数の一次元角度検出装置を有し、
前記座標検出装置は、前記複数の一次元角度検出装置に対し、１つの同期用発光素子と、前記同期用発光素子を周期点灯制御する周期点灯制御回路と、前記各一次元角度検出装置の差動型受光素子の出力を前記同期用発光素子の点灯タイミングに同期して通過させるゲート回路とを有し、
前記ペン体は、前記同期用発光素子の発光を検出する同期用受光素子と、前記同期用受光素子の信号に同期して前記点光源の点灯動作を制御する点灯制御回路とを有する、
ことを特徴とするディジタイザ装置。
【請求項４】
前記ゲート回路を前記同期用発光素子の発光時から一定時間開く手段と、前記点光源の動作を前記ペン体の同期用受光素子の信号に同期して、前記ゲート回路が開く一定時間だけ動作させる手段とを有することを特徴とする請求項３記載のディジタイザ装置。
【請求項５】
前記複数の一次元角度検出装置における各差動型受光素子の受信信号の余裕度に応じて、前記同期用発光素子の点灯パルス幅を変える手段と、前記同期用受光素子の受信パルス幅に比例して前記ペン体の点光源の発光強度を決める手段とを有することを特徴とする請求項４記載のディジタイザ装置。
【請求項６】
前記一次元角度検出装置は、
前記点光源の光を集め結像させるレンズ系と、
前記レンズ系の焦光面に配置される可動体と、
前記可動体に設けられ、点光源からの光の焦光位置を検出する差動型受光素子と、
前記可動体を前記焦光面内で直線移動させることにより、前記差動型受光素子の出力信号に基づいて、前記差動型受光素子に前記点光源の像が当たる状態に制御するアクチュエータと、
前記可動体に設けたエンコード部と、
前記エンコード部を検出することにより、前記可動体の位置を検出する絶対位置検出装置とを有し、
前記絶対位置検出装置の検出情報と前記差動型受光素子の出力情報とに基づいて、前記点光源の角度を検出するものであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のディジタイザ装置。
【請求項７】
前記エンコード部は、前記可動体にその移動方向に沿ってスケールパターンを設けたものであることを特徴とする請求項６記載のディジタイザ装置。
【請求項８】
前記差動型受光素子は、前記可動体の移動方向に沿って並列に一対の受光素子を近接配置し、各受光素子の出力情報に応じて、前記点光源の角度を検出するものであることを特徴とする請求項６記載のディジタイザ装置。
【請求項９】
前記アクチュエータは、リニアモータより構成され、前記可動体は、前記リニアモータによって駆動される磁性材料よりなる可動子を有することを特徴とする請求項６記載のディジタイザ装置。
【請求項１０】
前記絶対位置検出装置は、前記エンコード部を撮像して前記可動体の位置を検出する撮像式絶対位置検出装置であることを特徴とする請求項６記載のディジタイザ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、座標検出装置に設けたペン押し付け面上のペン体の位置を検出して座標情報に変換するディジタイザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のディジタイザ装置としては、ドーム状の把持体の内部に回転自在に球体を設け、この把持体を平面マット等の上で移動操作することにより、球体を回転させて、座標情報を得るようにした、いわゆるマウスが広く普及している。
また、例えば電磁誘導方式や静電結合方式による座標検出装置を組み込んだ平面シートに、ペン体を接近させることにより、その接近位置を座標検出装置によって検出し、座標情報を得るようにした、いわゆるタブレット等のペン入力装置が普及している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したマウスは手のひらで把持して操作するものであるため、指で細かく微妙に動かせるペンのような軽快な入力操作が難しいという問題があった。
一方、上述したタブレット等のペン入力装置は、分解能や精度が低く、また、応答速度も遅く、人による高度なペン操作能力を活かしきれないという問題があった。また、操作域の大きさに比例して装置も大型化し、また重量も大きくなる問題があった。
【０００４】
そこで本発明の目的は、ペン体の位置を高分解能で高精度に検出して、迅速に座標情報を得ることができ、かつ小型、軽量で簡易に構成できるディジタイザ装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、ペン体と、前記ペン体のペン先部が押し付けられる押し付け面を有する座標検出装置とを具備したディジタイザ装置において、前記ペン体は、そのペン先部に、ペン軸方向に沿う線上に互いに近接して配置され、交互に点灯制御される第１、第２の点光源を有し、前記座標検出装置は、前記押し付け面に略平行で、前記第１、第２の点光源のペン軸方向の高さにほぼ対応する高さに位置する平面上に配置され、前記第１、第２の点光源を互いに異なる角度から検出する一対の一次元角度検出装置と、前記第１、第２の点光源の点灯タイミングに合わせて前記各一次元角度検出装置からの検出信号を入力し、前記各一次元角度検出装置による前記第１、第２の点光源の検出角度に応じて前記平面上のペン先部の先端点の座標位置、前記ペン軸の傾斜方向及び／または傾斜角度を算出する算出手段とを有することを特徴とする。
また、本発明は、ペン体と、前記ペン体のペン先部が押し付けられる押し付け面を有する座標検出装置とを具備したディジタイザ装置において、前記ペン体は、そのペン先部に、ペン軸方向に沿う面上に近接配置され、互いに三角形の頂点となる位置に設けられ、順番に点灯制御される第１、第２、第３の点光源を有し、前記座標検出装置は、前記押し付け面に略平行で、前記第１、第２、第３の点光源のペン軸方向の高さにほぼ対応する高さに位置する平面上に配置され、前記第１、第２、第３の点光源を互いに異なる角度から検出する一対の一次元角度検出装置と、前記第１、第２、第３の点光源の点灯タイミングに合わせて前記各一次元角度検出装置からの検出信号を入力し、前記各一次元角度検出装置による前記第１、第２、第３の点光源の検出角度に応じて前記平面上のペン先部の先端点の座標位置、前記ペン軸の傾斜方向及び／または傾斜角度、前記ペン軸の回転方向及び／または回転角を算出する算出手段とを有することを特徴とする。
また、本発明は、ペン体と、前記ペン体のペン先部が押し付けられる押し付け面を有する座標検出装置とを具備したディジタイザ装置において、前記ペン体は、そのペン先部に点光源を有し、前記座標検出装置は、前記押し付け面上の異なる複数の角度から前記点光源を検出することにより、前記ペン体の位置を検出する複数の一次元角度検出装置を有し、前記座標検出装置は、前記複数の一次元角度検出装置に対し、１つの同期用発光素子と、前記同期用発光素子を周期点灯制御する周期点灯制御回路と、前記各一次元角度検出装置の差動型受光素子の出力を前記同期用発光素子の点灯タイミングに同期して通過させるゲート回路とを有し、前記ペン体は、前記同期用発光素子の発光を検出する同期用受光素子と、前記同期用受光素子の信号に同期して前記点光源の点灯動作を制御する点灯制御回路とを有することを特徴とする。
【０００６】
本発明のディジタイザ装置では、ペン体のペン先部に設けた単数あるいは複数の点光源を座標検出装置側の複数の一次元角度検出装置によって検出し、各検出角度より単数あるいは複数の点光源の位置を検出し、ペン体の先端点位置を算出する。
したがって、ペン体の操作に対して、リアルタイムで位置検出を行い、この値を逐次出力してペン体の先端点の軌跡を追従することが可能である。また、点光源を光学的に検出して、ペン体の位置を検出することから、ペン先部の先端点の位置を高分解能で高精度に検出することができる。さらに、電磁誘導方式や静電結合方式による座標検出装置を設ける場合に比べ、小型、軽量で簡易に構成できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるディジタイザ装置の実施の形態について説明する。
まず最初に、本発明のディジタイザ装置によってＸ−Ｙ平面上を移動するペン体の点光源の角度を検出するための一次元角度検出装置について説明する。
図１は、本例によるディジタイザ装置で用いる一次元角度検出装置（ＭＰＳ）の概要を示す斜視図であり、図２は、図１に示す一次元角度検出装置の構成例を示す上面図である。
【０００８】
本例の一次元角度検出装置は、後述するペン体に取り付けた点光源１００の光を集め結像させるレンズ系１１０と、このレンズ系１１０の焦光面１１０Ａに配置される可動体１２０と、この可動体１２０に設けられ、点光源１００からの光の焦光位置を検出する差動型受光素子１３０と、可動体１２０を焦光面１００Ａ内で直線移動させるアクチュエータ１４０と、可動体１２０に設けたエンコード部１５０と、このエンコード部１５０によって可動体１２０の位置を検出する絶対位置検出装置１６０とを有する。
【０００９】
本例において、ペン体は、図１の領域Ｅ１に示すようなＸーＹ平面領域を移動するものであり、このペン体に取り付けた点光源１００も領域Ｅ１内を移動する。この点光源１００は、例えばＬＥＤ等により構成されている。
レンズ系１１０は、点光源１００を集光結像させるレンズ、または反射鏡等の組み合わせにより形成されている。
【００１０】
また、可動体１２０は、全体として板状に形成され、レンズ系１１０の焦光面１１０Ａに配置されており、図示しないガイド機構によってＸ軸方向に移動可能に支持されている。
可動体１２０は、その中央に差動型受光素子１３０を取り付けるとともに、可動体１２０の移動方向に対して、一方の端部にアクチュエータ１４０のための可動子１７０を設け、他方の端部にエンコード部１５０を設けたものである。
【００１１】
アクチュエータ１４０は、例えばヴォイスコイルモータ等のリニアモータより構成され、磁性材料よりなる可動子１７０に推力を付与し、可動体１２０を移動させるものである。このアクチュエータ１４０の動作は、差動型受光素子１３０の出力信号に基づいて制御され、差動型受光素子１３０に点光源１００からの光源像が当たる位置に可動体１２０を移動制御する。
エンコード部１５０は、例えば可動体１２０にエンコード板を取り付けることにより設けられている。エンコード板には、ストライプパターンおよびコードパターンのスケールパターンが設けられており、このスケールパターンを絶対位置検出装置１６０によって読み取ることにより、可動体１２０の絶対位置を検出するものである。
【００１２】
絶対位置検出装置１６０は、ＣＣＤやフォトダイオード等によってエンコード板のスケールパターンを撮像して解読し、可動体１２０の移動量と移動方向をリアルタイムで測定し、可動体１２０の絶対位置情報Ａを出力するものである。なお、この絶対位置検出装置１６０の具体的な構成としては、例えば特開平６−０９４４１８号公報に開示される絶対位置検出装置を採用することができる。
【００１３】
図３は、差動型受光素子１３０の構成と作用を示す説明図である。
差動型受光素子１３０は、図３に示すように、同特性の２つの受光素子１３０Ｒ、１３０Ｌを可動体１２０の移動方向に沿って近接して並設配置したものである。なお、以下の説明において、受光素子１３０Ｒの出力をＲ、受光素子１３０Ｌの出力をＬとして説明する。
【００１４】
図４は、本例の一次元角度検出装置の回路構成を示すブロック図である。
この一次元角度検出装置は、差動型受光素子１３０の各受光素子１３０Ｒ、１３０Ｌの差出力（Ｒ−Ｌ）を得るための差動増幅器２１０と、各受光素子１３０Ｒ、１３０Ｌの和出力（Ｒ＋Ｌ）を得るための加算回路２２０と、差出力（Ｒ−Ｌ）、和出力（Ｒ＋Ｌ）及び絶対位置検出装置１６０からの出力Ａに基づいてアクチュエータ１４０を駆動制御するアクチュエータ制御回路２３０と、差出力ｖ＝（Ｒ−Ｌ）に後述する係数１／ｋを乗じて位置情報ｘ＝ｖ／ｋを得る乗算器２４０と、この位置情報ｘを絶対位置検出装置１６０からの出力Ａに加算し、絶対位置情報Ａ＋ｘとして出力する加算器２５０と、差出力（Ｒ−Ｌ）の絶対値がある値以下で和出力（Ｒ＋Ｌ）の絶対値がある値以上であることによって位置情報ｘが有効か否かを判定する判定回路２６０とを有する。
【００１５】
次に、以上のような一次元角度検出装置における機能と動作について詳細に説明する。
まず、アクチュエータ１４０により可動体１２０を動かし、差動型受光素子１３０の和出力（Ｒ＋Ｌ）が有為の大きさになる点光源像が差動型受光素子１３０に当たる位置、すなわち、図３に示すループ制御範囲を探す。
次に、差出カ（Ｒ−Ｌ）の正負に対応して、差出力が正負反転する方向に動かせばループ制御になり、差出力のゼロクロスポイントにおいて、点光源像が差動型受光素子１３０の中心位置に収斂する。
【００１６】
このフィードバックループ成立状態では、点光源１００が動いても、差動型受光素子１３０の出力に応じてアクチュエータ１４０により差動型受光素子１３０が点光源像に追従して移動制御され、常に点光源像を捉えることができる。
そのときの差出力は、ゼロクロスポイントの近辺（たとえば、図３では±０．５μｍの位置検出範囲内）にある。この状態での差出力（Ｒ−Ｌ＝ｖ）は、点光源像の中心点（光強度重心）と差動型受光素子１３０の中心線との距離ｘに比例しており、しかも近接配置の同特性受光素子同士であるから、直線度が極めて高い。よって、ｖ＝ｋｘとすることができる。ここでｋは位置変換係数である。
【００１７】
このように点光源像の中心点位置は、差動型受光素子１３０の中心線からの距離ｘ＝ｖ／ｋとして与えられ、差動型受光素子１３０の中心線の位置が差動型受光素子１３０に直結した撮像式絶対位置検出装置１６０の同時刻の出力Ａとして検出されるから、点光源像の中心点の絶対位置は、Ａ＋ｘ＝Ａ＋ｖ／ｋとして出力することができる。
【００１８】
差動型受光素子１３０からの出力ｘは、点光源像をできるだけ小さくして差動型受光素子１３０のｘ方向の幅を狭く、小さくすることにより、位置変換係数ｋやＳ／Ｎを大きくして、高分解能化や高速応答化を図ることが容易にできる。一方、アクチュエータ１４０により、狭小な検出範囲の差動型受光素子１３０を動かし、広範囲の検出を可能とし、撮像式絶対位置検出装置１６０により、差動型受光素子１３０の位置Ａを、高分解能、高精度、高速応答、高信頼度で検出する。これはあたかも多数の差動型受光素子を高分解能、高精度ピッチで並べた状態と等価になり、Ａ＋ｘは、差動型受光素子１３０単独では決して得られない高度な絶対位置情報となる。
【００１９】
以上のような本例の位置検出装置では、アクチュエータ１４０で移動する差動型受光素子１３０の絶対位置を高分解能、高精度で検出できる撮像式絶対位置検出装置１６０の位置検出情報Ａと、差動型受光素子１３０を小さくして狭小範囲のみで高分解能、高精度で検出できる差動型受光素子１３０の位置検出情報ｘとを合成（Ａ＋ｘ）することにより、測長範囲の大きな、高分解能、高精度の光源像一次元角度検出装置を得ることができる。
また、高分解能化のために小型にした差動型受光素子１３０の出力ｘは、素子が小さくなることによる効果で高速応答になり、このｘと例えば特開平６−０９４４１８号公報に開示される高速応答型撮像式絶対位置検出装置の出力Ａとを合成（Ａ＋ｘ）することにより、高速応答の光源像一次元角度検出装置を得ることができる。
【００２０】
そして、図１に示すように、上述した一次元角度検出装置によって、Ｘ−Ｙ平面上の領域Ｅ１を移動する点光源を検出することにより、レンズ系１１０の光軸からの検出位置のズレ量を算出し、点光源のＸ−Ｙ平面上の角度を検出することが可能である。
したがって、ペン体のペン先部が押し付けられる押し付け面を有する座標検出装置に２つの一次元角度検出装置を設け、それぞれの一次元角度検出装置を押し付け面に対して異なる角度から臨む状態で配置し、ペン体に設けた１つの点光源１００の位置をＸ−Ｙ平面上の異なる角度から個別に検出することにより、２つの位置検出出力（Ａ＋ｘ）からＸ−Ｙ平面上を移動する点光源の座標位置を算出することが可能となる。
【００２１】
図５は、このような２つの一次元角度検出装置を設けたディジタイザ装置本体の外観を示す斜視図である。
このディジタイザ装置本体は、本体ケース５００の前方部分に押し付け面を構成するＰＡＤ領域５１０が設けられ、このＰＡＤ領域５１０の中央部にＬＣＤ画面領域５２０が設けられている。また、後方部分に２つの一次元角度検出装置を内蔵した位置検出ボックス部５３０が設けられている。
また、ペン体３００は、図示のように万年筆形状のペン先部３１０を有し、ペン先部３１０の基端前面部に点光源１００を設け、この点光源１００を位置検出ボックス部５３０に向けた状態で、操作を行うようになっている。
なお、この場合、各一次元角度検出装置の光軸を、上述した押し付け面にほぼ平行で、点光源１００のペン軸方向の高さ（Ｚ軸方向の高さ）にほぼ対応する高さに位置する平面上に配置することにより、点光源１００を有効に検出することができる。
【００２２】
図６は、このような座標検出装置において、ペン先部３１０の点光源１００の位置が検出できるペン体３００の操作可能領域を示す平面図である。
例えば各一次元角度検出装置の可能検出角（視野角）が８０°であるときには、各一次元角度検出装置の視野が重複した領域が図示のようになり、この領域内に押し付け面を設ける。
【００２３】
また、図７は、点光源１００の位置によって変動する各一次元角度検出装置の分解能を示す平面図である。
図示のように、各一次元角度検出装置より遠ざかるほど、分解能が低下することになるが、最も遠い領域においても、従来のタブレット等に比べれば、十分高い分解能を得ることができる。
また、本例では、各一次元角度検出装置によって得られた検出角度から、三角測量の原理により、点光源１００のＸ−Ｙ座標位置を算出する。
例えば図８に示すように、間隔Ｄをもって配置した２つの一次元角度検出装置（ＭＰＳ）によって、検出角度α、βが得られた場合、Ｘ−Ｙ座標（ｘ，ｙ）の値は、
ｘ＝Ｄｓｉｎ（α−β）／２ｓｉｎ（α＋β）
ｙ＝Ｄｓｉｎαｓｉｎβ／ｓｉｎ（α＋β）
となる。
【００２４】
以上のような構成により、ペン体３００の操作に対して、リアルタイムで位置検出を行い、この値を逐次出力してペン体３００の軌跡を追従することが可能である。また、点光源１００を光学的に検出して、ペン体３００の位置を検出することから、高分解能で高精度の検出を行うことができる。さらに、電磁誘導方式や静電結合方式による座標検出装置を設ける場合に比べ、小型、軽量で簡易に構成できる。
なお、図９（Ａ）に示すペン体３００では、ペン先部３１０の基端側に圧力変換部３２０を介してホルダ部３３０が設けられている。圧力変換部３２０の機能については、後述の変形例において説明する。
【００２５】
以上のようなディジタイザ装置によれば、一次元角度検出装置が高分解能、高精度であるから、レンズの縮小倍率を大きくしても十分な検出性能が得られ、装置を小型にすることができる。また、これと同時に、一次元角度検出装置の可動部を小さくできることから、摩耗が少なくなり、耐久性が高く、長寿命になる。また、点光源像の移動範囲も、速度も加速度も縮小率だけ小さくなること、及び高速応答検出ができることから、瞬時に追従動作に入り、ペン体の高速操作に対しても、十分追従して検出できる。そして、光を利用するとき頻繁に起こる光遮断に対しても、瞬時に復帰することから、ペンの取り扱いが楽になる。
【００２６】
また、パーソナルコンピュータの画面枠に印刷したり、貼り付けたりしたアイコン等も選択することができ、さらに隣接した安価な表示装置上の文字、記号やアイコン等も選択できるため、操作の煩雑さを助長するキーボードのような多面・組み合わせによる使用がなくなり、パーソナルコンピュータ操作が分かりやすく、操作が楽になる。
【００２７】
次に、本発明の変形例について説明する。
まず、第１の変形例として、ペン先部の先端点からペン軸に平行な線上に発光波長を異にする２つの点光源１００Ａ、１００Ｂを配設し、Ｘ−Ｙ面に平行な平面内に、各点光源１００Ａ、１００Ｂに個別に反応するフィルタを設けた２組（一対ずつ計４つ）の一次元角度検出装置を配置し、それぞれの点光源１００Ａ、１００Ｂに対応する各一次元角度検出装置の検出角度から、上述した三角測量の原理により、２つの点光源１００Ａ、１００Ｂの座標位置をそれぞれ算出し、これら２つの座標位置からペン先端点の位置を算出する。
【００２８】
ここで、２つの点光源１００Ａ、１００Ｂのうち、ペン先端点に近い方を下側点光源１００Ａとし、下側座標位置を｛ｘ（ｄ），ｙ（ｄ）｝とする。また、上側点光源１００Ｂの上側座標位置を｛ｘ（ｕ），ｙ（ｕ）｝とすると、ペン先端点の座標位置｛ｘ，ｙ｝は、
ｘ＝ｘ（ｄ）＋｛ｘ（ｄ）−ｘ（ｕ）｝Ｈ／ｈ
ｙ＝ｙ（ｄ）＋｛ｙ（ｄ）−ｙ（ｕ）｝Ｈ／ｈ
で算出できる。
但し、ここでＨはペン先端点と下側光源点１００Ａとの距離を示し、ｈは２つの光源点１００Ａ、１００Ｂの間の距離を示している（図９参照）。
【００２９】
また、ペン軸の向きは、
［｛ｘ（ｕ），ｙ（ｕ）｝→｛ｘ（ｄ），ｙ（ｄ）｝］
で算出できる。
さらに、ペン軸の傾斜角度θは、次式で与えられる。
ｃｏｓθ＝
［｛ｘ（ｄ）−ｘ（ｕ）｝2 ＋｛ｙ（ｄ）−ｙ（ｕ）｝2 ］1/2 ／ｈ
以上のような構成により、ペン先部の先端点の座標位置を精密に算出できるだけでなく、ペン軸の向きや傾斜角度を算出することができる。
この例では、パーソナルコンピュータの画面上の、ペン先端点の座標値により動くポインタと、指先で微妙に動かせるペン先端点とが人間の眼の中心視の視野内にともに入るため、精緻で正確な操作ができる。例えば手書き入力文字がオペレータの個性を現すほど精緻に入力できるため、筆跡鑑定ができ、サインを認証として使うことも可能となる。
【００３０】
次に、第２の変形例として、上述のような２つの点光源１００Ａ、１００Ｂを発光波長を変えて２組の一次元角度検出装置によって個別に検出する代わりに、発光波長の等しい２つの点光源１００Ａ、１００Ｂを交互に発光させ、これを１組（一対）の一次元角度検出装置によって交互に検出することにより、２つの点光源１００Ａ、１００Ｂの位置を検出するようにしてもよい。
この場合、各点光源１００Ａ、１００Ｂを近接して配置することにより、図１０に示すように、各一次元角度検出装置の差動型受光素子１３０が、２つの点光源像を適正に検出領域内に納めることができる。
そして、２つの点光源１００Ａ、１００Ｂを交互に点灯することにより、各一次元角度検出装置の差動型受光素子１３０の出力信号を、二点光源に対応して分離することができる。
【００３１】
図１１は、差動型受光素子１３０の出力特性を示す説明図であり、図１２は、２つの点光源１００Ａ、１００Ｂを交互に点灯させて、一対の一次元角度検出装置で検出する場合の動作を示すタイミングチャートである。
図１２に示すように、２０μｓｅｃ間隔で、５μｓｅｃの下側点光源発光パルスと上側点光源発光パルスとを交互に出力することにより、この発光タイミングに合わせて一次元角度検出装置の差動型受光素子１３０の検出動作を行い、それぞれ検出した差出力を下側点光源１００Ａと上側点光源１００Ｂの検出角度情報として個別に処理するようにする。
【００３２】
なお、図１２においては、差動型受光素子１３０が図１０に示す受光状態である場合、下側の点光源１００Ａを検出したときには、受光素子１３０Ｒの出力が大きいため、各受光素子１３０Ｒ、１３０Ｌの差出力（Ｒ−Ｌ）は正の値となっている。
また、上側の点光源１００Ｂを検出したときには、受光素子１３０Ｌの出力が大きいため、各受光素子１３０Ｒ、１３０Ｌの差出力（Ｒ−Ｌ）は負の値になっている。
【００３３】
各一次元角度検出装置の動作を詳細に説明すると、まず、左側の一次元角度検出装置は、たとえば１００ＫＨｚの高い周波数で交互に点灯する点光源像を探し、フィードバックループ制御状態に入り、差動型受光素子１３０の差出力ｖを、上側点光源１００Ｂの点灯時刻と下側点光源１００Ａの点灯時刻に、ｖ（ｕ）、ｖ（ｄ）として取り出し、同時刻の撮像式絶対位置検出装置の出力Ａと合成し、位置情報（Ａ＋ｖ）より、２つの点光源像に対する２つの角度が検出される。
また、ループ制御はｖ（ｕ）＋ｖ（ｄ）＝０となるように制御し、２つの点光源像の中心に差動型受光素子１２０の中心が常に来るようにする。よって、図１０〜図１２に示すような受光信号の状態が保持される。
【００３４】
また、もう一方の右側一次元角度検出装置からも同様に、２つの点光源像による２つの角度が検出され、上側同士、下側同士が対になり、一対の一次元角度検出装置で２組の検出角度が得られる。これにより、上述した第２の変形例と同様にして、ペン体の座標位置や、向き、傾斜角度を算出できる。しかも、第１の変形例に比べて、一次元角度検出装置の数を減少でき、コストダウンや小型、軽量化を図ることができる。
【００３５】
次に、第３の変形例として、図１３に示すように、ペン先部に、互いに近接して設けた３つの点光源１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを循環点灯することにより、一対の一次元角度検出装置で３組の角度検出を行うようにすることも可能である。
各点光源１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは、互いに等距離に設けられており、ペン軸を挟んで左右対称な正三角形の各頂点に各点光源１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃが配置されている。
【００３６】
このような３つの点光源１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの位置を検出することにより、ペン体の座標位置や、向き、傾斜角度に加えて、ペン軸の回転角（回転方向）まで算出できるようになる。
すなわち、図１３において、左右対称位置に設けられた２つの上側点光源１００Ｂ、１００Ｃに対する座標位置を｛ｘ（ｕ左），ｙ（ｕ左）｝，｛ｘ（ｕ右），ｙ（ｕ右）｝とすると、ペン軸の回転角度はｔａｎ-1［（ｙ（ｕ右）−ｙ（ｕ左））／（ｘ（ｕ右）−ｘ（ｕ左））］として算出できる。
【００３７】
図１４は、差動型受光素子１３０における受光状態を示す説明図であり、図１５は、３つの点光源１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを順番に点灯させて、一対の一次元角度検出装置で検出する場合の動作を示すタイミングチャートである。
図１５に示すように、３０μｓｅｃ間隔で、５μｓｅｃの下側点光源発光パルスと上側左点光源発光パルスと上側右点光源発光パルスを順番に出力することにより、この発光タイミングに合わせて一次元角度検出装置の差動型受光素子１３０の検出動作を行い、それぞれ検出した差出力を下側点光源１００Ａ、上側左点光源１００Ｂ、上側右点光源１００Ｃの各検出角度情報として個別に処理するようにする。
【００３８】
次に、第４の変形例として、ペン体３００の押し付け力を、直線比例変換する圧力変換部３２０の出力信号により、点光源の点滅周波数を変更する。たとえば、圧力０のとき周波数を１００ＫＨｚ、最大圧力のとき１１０ＫＨｚとなるように直線的に変化させる。
そして、一次元角度検出装置の差動型受光素子より出力される和信号（Ｒ＋Ｌ）の周波数を検知し、この検出周波数から圧力０のときの周波数を引いて、その数値に基づいて、圧力変換部３２０に作用する圧力の大きさ、すなわちペン体の押し付け力の大きさを検出することができる。
これにより、ペンの押し付け力に比例した太さの線を描くことができ、ペンの姿勢や経路の条件を加えると毛筆書きのような文字図形を手書き入力することができる。よって、精巧な描画が容易にできる。
【００３９】
具体的構成としては、図１６に示すように、圧力変換部３２０に設けた圧力変換器３４２によって圧力信号を出力し、この圧力信号に基づいて、ペン体３００のホルダ部３３０に設けた周波数発振変調回路３４４によって点光源パルス点灯回路３４６を制御する。
一方、ディジタイザ装置本体の位置検出ボックス部５３０には、１つの一次元角度検出装置からの和出力（Ｒ＋Ｌ）の周波数を復調する周波数検知復調回路３４８が設けられている。
このような構成では、圧力変換部（圧力変換器３４２）３２０がペン体側にあるため、どの場所でも同一特性で安定した圧力の測定を行うことができ、変調・復調回路を加えるだけで、圧力信号を空中伝達できる利点がある。
【００４０】
次に、第５の変形例として、上述した第４の変形例における復調出力を一定の閾値（１つまたは複数）を設けて、二値（ＯＦＦ／ＯＮ）スイッチ信号や三値（ＯＦＦ、弱、強）スイッチ信号等として出力し、この出力に応じて、特定の処理を行うことにより、使いやすい高速応答スイッチを提供できる。
すなわちユーザは、上述したディジタイザ装置本体のＰＡＤ領域５１０等においてペン体３００を強く押したり、弱く押したりすことにより、ディジタイザ装置に所定の動作を行わせるようにすることができる。
したがって、ペン入力の○（まる）や×（ばつ）等のゼスチャ操作入力だけでなく、ペン先を当てるだけで、文字記号等の選択（圧力弱）や削除（圧力強）を行うことができ、高速入力操作が可能になる。
【００４１】
次に、第６の変形例として、点光源と一次元角度検出装置を同期パルスによって駆動することにより、ノイズ光対策と省電力化を図るようにする。
具体的には、図１７に示すように、各一次元角度検出装置の中心に同期用発光素子４００を配置し、ペン操作域に向けて光パルスを発光する。また、各一次元角度検出装置には、同期用発光素子４００の発光期間だけ差動型受光素子１３０の出力信号を回路側に通過させるゲート回路を設ける。
一方、ペン体３００には、同期用受光素子４１０が設けられ、同期用発光素子４００からのパルス光を受信し、その時だけ点光源１００Ａ、１００Ｂを動作させる。
この結果、一次元角度検出装置では、差動型受光素子１３０の信号が、同期用発光素子４００のパルス発光期間のみゲート回路を通過して出力されるようになる。
【００４２】
図１８、図１９は、この場合の動作を示すタイミングチャートである。図１８に示すように、点光源１００Ａ、１００Ｂ以外の強い光は、一次元角度検出装置の差動型受光素子に入り込み、出力を異常にし、ループ制御を乱したりするが、上述のような発光パルスによる同期制御により、ゲート回路が閉じている期間は遮断されることとなる。
また、蛍光灯照明のように周期性が確定する外乱光を受ける場合には、図１９に示すように、一次元角度検出装置の差動型受光素子の信号の外乱光成分が大きな区間を避けて動作させることができる。
【００４３】
また、ディジタイザ装置自身がペン体の位置を刻々検出していることから、図２０に示すように、ペン体の操作速度に比例して、同期用発光素子４００のパルス発光周期速度を決めることができ、ペンの光源の消費電力を低減できる。
以上のような第６の変形例では、フラッシュ等の外乱光の影響を受けにくく、使用環境をあまり気にせずに使用することができる。また、操作速度に比例したデューティファクタによって制御することができるので、装置全体の消費電力の無駄を無くすことができる。
【００４４】
次に、第７の変形例として、第６に変形例で説明した同期パルスに対応して、ペン体の点光源を一定時間、例えば１００μｓｅｃにわたって一定周期で動作させることにより、毎回複数個の出力が得られ、雑音成分を取り除き、安定した情報を出力することができる。
図２１は、この場合の動作を示すタイミングチャートである。
上述した同期用発光素子４００の発光パルスをペン体３００の同期用受光素子４１０で受光すると、１００μｓｅｃにわたって１００ＫＨｚの周波数で点光源を点滅させる。
これに対応して、一次元角度検出装置のゲート回路を開閉し、点光源の点滅に応じた検出を行い、１０個の検出出力を得るようにする。
そして、これらの出力について平均化処理等を行うことにより、信頼性の高い出力を得ることができる。
以上のような第７の変形例では、例えば０．１ｍｓｅｃの高速応答にもかかわらず、信頼度の高いディジタイザ出力を得ることができる。
【００４５】
次に、第８の変形例として、上述のような同期用発光素子４００と同期用受光素子４１０を設けた構成において、各一次元角度検出装置の差動型受光素子の出力信号のうち、最低の余裕度に逆比例して同期用発光素子４００のパルス幅を決定し、同期用受光素子４１０の受光パルスの幅に比例して、点光源の発光強度を決めることにより、各一次元角度検出装置が受信可能で十分な性能が得られる下限まで、点光源の発光強度（電流やパルス幅）を自動的に低下させることができ、点光源の消費電力を必要最低限に抑制することができる装置を構成できる。
【００４６】
図２２は、この場合の動作を示すタイミングチャートである。
同期用発光素子４００では、この差動型受光素子の出力信号に応じてパルス幅を決定する。
すなわち、出力信号のレベルが十分大きい場合にはパルス幅を最小値とし、また、出力信号のレベルが小さい場合には、その程度に応じて可変部分を調整し、パルス幅を大きくする。
ペン体３００側では、第６の変形例と同様に、同期用発光素子４００からのパルスを同期用受光素子４１０で検出し、これに応じて、点光源を所定期間（１００μｓｅｃ）、所定周波数（１００ＫＨｚ）で発光させるが、この発光の際に、受光パルスの幅に応じて点光源の発光強度を制御する。
【００４７】
以上のような構成により、一次元角度検出装置が受信可能で十分な性能が得られる下限まで、ペン体の点光源の発光電力を自動的に落とすことができ、ペンの電池寿命を延ばすことができる。
なお、図２２では、同期用発光素子４００の発光パルス幅により、時間を遡って強度を決定しているように表してあるが、実際には、同期用発光素子４００の発光パルスを同期用受光素子４１０で受光した後、その受光パルス幅を測定し、パルス幅に応じて点光源の発光強度を決定し、点光源の次の点滅制御に反映するものとする。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ペン体と、前記ペン体のペン先部が押し付けられる押し付け面を有する座標検出装置とを具備したディジタイザ装置において、座標検出装置に設けた複数の一次元角度検出装置により、ペン体の位置を高分解能で高精度に検出して、迅速に座標情報を得ることができ、かつ小型、軽量で簡易に構成できるディジタイザ装置を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるディジタイザ装置で用いる一次元角度検出装置の概要を示す斜視図である。
【図２】図１に示す一次元角度検出装置の構成例を示す上面図である。
【図３】図１に示す一次元角度検出装置における差動型受光素子の構成と作用を示す説明図である。
【図４】図１に示す一次元角度検出装置の回路構成を示すブロック図である。
【図５】図１に示す一次元角度検出装置を設けたディジタイザ装置本体の外観を示す斜視図である。
【図６】図５に示すディジタイザ装置におけるペン体の操作可能領域を示す平面図である。
【図７】図５に示すディジタイザ装置における分解能を示す平面図である。
【図８】上記実施例で用いる三角測量原理を示す説明図である。
【図９】本発明の第１の変形例における点光源の配置とペン軸の回転による光源像の変移を示す説明図である。
【図１０】本発明の第２の変形例における差動型受光素子の受光状態を示す説明図である。
【図１１】上記第２の変形例における差動型受光素子の出力信号を示す説明図である。
【図１２】上記第２の変形例における動作を示すタイミングチャートである。
【図１３】本発明の第３の変形例における点光源の配置とペン軸の回転による光源像の変移を示す説明図である。
【図１４】上記第３の変形例における差動型受光素子の受光状態を示す説明図である。
【図１５】上記第３の変形例における動作を示すタイミングチャートである。
【図１６】本発明の第４の変形例におけるシステム構成を示す説明図である。
【図１７】本発明の第６の変形例における同期用発光素子の配置と同期用受光素子の配置を示す説明図である。
【図１８】上記第６の変形例における動作を示すタイミングチャートである。
【図１９】上記第６の変形例における動作を示すタイミングチャートである。
【図２０】上記第６の変形例における動作を示すタイミングチャートである。
【図２１】本発明の第７の変形例における動作を示すタイミングチャートである。
【図２２】本発明の第８の変形例における動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ……点光源、１１０……レンズ系、１２０……可動体、１３０……差動型受光素子、１３０Ｒ、１３０Ｌ……受光素子、１４０……アクチュエータ、１５０……エンコード部、１６０……絶対位置検出装置、３００……ペン体、３１０……ペン先部、３４２……圧力変換器、３４４……周波数発振変調回路、３４６……点光源パルス点灯回路、３４８……周波数検知復調回路、４００……同期用発光素子、４１０……同期用受光素子、５００……ディジタイザ装置本体ケース、５１０……ＰＡＤ領域、５２０……ＬＣＤ画面領域、５３０……位置検出ボックス部。
【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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