JP2000259334A - 座標入力用ペン - Google Patents

座標入力用ペン

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 手付きによる誤入力もなく、高精度で高分解
能の座標入力用ペンを提供する。また、発光素子数を少
なくして構成の簡略化、コスト低減を図り、検出用の光
路が長くなるのを防止する。 【解決手段】 レーザダイオード21と、その照射光を
反射する回転可能な反射用チップ17と、反射用チップ
15を回転させるモータ13と、スクリーンに接触した
筆記用チップ15に連動してオンすることによりレーザ
ダイオード21及びモータ13を駆動するタクトスイッ
チ27と、レーザダイオード21等の駆動回路を形成す
る基板22とを備え、反射用チップ15の回転により、
レーザダイオード21から照射された光の反射光をスク
リーン表面に対しほぼ平行な平面内で回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、平面上の座標を入
力するための座標入力用ペンに関し、詳しくは、スクリ
ーンの表面に入力された文字、図形等の画像を構成する
座標データを光学的、電気的に検出してその画像をスク
リーンの背面から投影する画像表示装置等に使用可能な
座標入力用ペンに関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
背面投影型画像表示装置等に使用される座標入力手段と
しては、感圧方式の入力装置が良く知られている。この
方式では、例えばスクリーンの表面に透明電極を有する
タッチパネルやシートを貼り付け、入力用ペン等による
加圧点を検出してスクリーン上の座標を検出し、これを
コントローラ等に入力している。しかしながら、背面投
影型画像表示装置の場合、投影画像の鮮明度や精細度は
スクリーンの材質に大きく左右されるものであり、現在
の技術では、投影画像に影響を及ぼさないような透明電
極をスクリーン上に作成することが困難である。また、
使用者が無意識のうちにスクリーンに手を触れた場合に
も座標を検出してしまうおそれがあり、文字、図形等を
書き込む際の座標入力動作との判別が付かないという問
題がある。
【0003】また、上記の感圧方式以外にも、超音波を
使用して入力座標を検出する方式が知られている。この
方式は、スクリーンの表面に沿って超音波を伝播させ、
入力用ペンによって超音波が遮断された位置の座標を検
出するものである。この方式では、超音波の特性上、解
像度を余り上げることができないと共に、感圧方式と同
様に使用者の手指などによって超音波が遮られれば、そ
の位置を入力位置として誤検出するおそれがある。
【0004】更に、他の方式として、入力座標を光学的
に検出する方式が知られている。例えば、スクリーンの
表面側に発光素子、受光素子の組合せによる光路を形成
しておき、入力ペン等によって前記光路が遮断された位
置を光学的に検出する光学マトリクス方式や、スクリー
ンの表面側に発光素子、ポリゴンミラー及び受光素子を
配置しておき、発光素子からの照射光をポリゴンミラー
を介してスクリーン上で走査すると共に、入力ペンに具
備された反射板による反射光を受光素子にて受光させ、
その受光タイミングとポリゴンミラーの回転角とから入
力座標を検出するレーザスキャン方式等がある。
【0005】しかるに、前記光学マトリクス方式では、
2次元の座標軸に沿って発光素子及び受光素子を対にし
て多数配置しなくてはならず、素子数の多さや配線の複
雑さがコスト高の要因となる。また、感圧方式や超音波
方式と同様に使用者の手指などによって光路が遮られれ
ば、その位置を入力位置として誤検出するおそれもあ
る。また、レーザスキャン方式では、発光素子と受光素
子との信号的同期を必要とするので両者を近接して配置
しなくてはならず、配置上の制約がある。加えて、発光
素子からの照射光をポリゴンミラーにより反射させて受
光素子に導入することにより光路が長くなり、受光信号
強度が微弱になって検出精度が悪いとともにポリゴンミ
ラーの回転角を検出して演算するため分解能も劣る。
【0006】更に、特開平5−257600号公報や同
7−200144号公報のように、入力ペンをライトペ
ン(発光式ペン)により構成し、その照射光をスクリー
ン側の受光素子で検出することにより入力座標を検出す
る方式も知られている。これらの方式は、ライトペンの
発光素子から周囲全域に(例えば周囲360度)常時照
射される照射光を受光する方式であり、スクリーンを大
画面化した場合には広範囲を常に照射できる出力の光源
が必要になってコスト高の原因となる。
【0007】そこで本発明は、上記各方式における種々
の問題点を解消するため、光学式の座標入力装置、座標
検出装置に適用可能であって、構成が簡単であるととも
に低コストで提供可能であり、しかも誤検出の恐れのな
い座標入力用ペンを提供しようとするものである。ま
た、この座標入力用ペンを使用することで、座標入力装
置全体の高精度化、高分解能化、回路構成の簡略化を可
能にするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1に記載した発明は、発光素子と、この発光
素子から照射された光を反射する回転可能または回動可
能な反射部材と、前記反射部材を駆動する駆動源と、被
入力面との接触によりオンして前記発光素子及び前記駆
動源に通電するスイッチ手段とを備え、前記反射部材の
回転または回動により、前記発光素子から照射された光
の反射光をスクリーン等の被入力面(表面)に対しほぼ
平行な平面内で回転または回動させるものである。
【0009】より具体的には、請求項2に記載するよう
に、請求項1記載の座標入力用ペンにおいて、ほぼ筒状
のケース内部に駆動源としてのモータが収納され、前記
ケースの端部に設けられたスイッチ手段のオン時にモー
タを回転させてその回転軸に連結されたミラー状の反射
用部材を回転させるものである。
【0010】ここで、請求項3に記載するように、前記
スイッチ手段を、ケースの端部から出没可能なチップと
このチップに連結されたタクトスイッチとにより構成
し、前記チップがケース端部から突出した状態でタクト
スイッチをオフさせ、かつ、前記チップが被入力面に押
圧されてケース内部方向へ没入した状態でタクトスイッ
チをオンさせる構成とする。また、請求項4に記載する
ごとく、前記発光素子の周囲のケースの一部に光を透過
可能な透過部を形成し、この透過部の近傍に手指による
遮光を防止するためのストッパー部材を配置すれば、反
射部材からの反射光を遮光することなく被入力面にほぼ
平行な平面内に放射させることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。図1はこの実施形態に係る座標入力用ペ
ンの縦断面図である。図において、11は有底円筒状の
ケースであり、その内部上端部には、モータホルダ12
を介してモータ13が取り付けられている。モータ13
の上端部には基板14が配置され、この基板14にはケ
ース11の天板16から軸方向に沿って出没可能な筆記
用チップ15が取り付けられている。なお、基板14に
は出没する筆記用チップ15に連結、従動してオン・オ
フすることにより後述のレーザダイオード21を発光さ
せ、かつ、モータ13を回転させるタクトスイッチ27
が実装されている。ここで、筆記用チップ15及びタク
トスイッチ27は、本発明におけるスイッチ手段を構成
している。
【0012】モータ13の回転軸には、反射部材として
の反射用チップ17が一体的に取り付けられている。こ
の反射用チップ17は、図2に示すようにモータ13の
回転軸を回転中心軸Cとして回転し、後述のレーザダイ
オード21からの照射光を、鏡面仕上げされた凸面状の
反射面17aにより反射し、例えば回転中心軸Cの周囲
360度の空間に反射させるものである。反射用チップ
17の周囲のケース11には透明材料によって透過部1
8が形成されており、反射用チップ17による反射光は
この透過部18を通って周囲に放射されるようになって
いる。図示されていないが、透過部18に縦方向(ペン
の軸方向)に沿ったスリットを設け、レーザダイオード
21からの照射光の水平成分を遮断して分解能を上げる
ようにしても良い。
【0013】透過部18の近傍には、ケース11の外周
に沿ってフランジ状のストッパー板19が周設されてい
る。このストッパー板19は、使用者がこの座標入力用
ペンを持ってスクリーン上に入力操作する際に、その手
指が透過部18を覆って遮光してしまうことがないよう
に、手指の位置を規制するためのものである。前記反射
用チップ17の下方には、発光素子としてのレーザダイ
オード(半導体レーザ)21が発光素子ホルダ20によ
って保持されている。なお、発光素子としては、レーザ
ダイオードの他、気体レーザ、固体レーザ等の他種のレ
ーザを用いても良く、十分な光出力が得られるのであれ
ば発光ダイオードを用いても良い。
【0014】また、22は基板であり、前記レーザダイ
オード21の駆動回路やモータ13の給電回路等を構成
する部品が実装されている。なお、23,24は電池、
25,26は電極である。
【0015】図3は、本実施形態における筆記用チップ
15の作用の説明図である。この実施形態では、座標入
力用ペンをスクリーン表面50Sに対しほぼ直交するよ
うに押し当てて、筆記用チップ15を図の想像線で示す
位置にまで没入させた時点でタクトスイッチ27がオン
し、レーザダイオード21が発光すると共にモータ13
が回転する。これに対し、座標入力用ペンをスクリーン
表面50Sに対し傾けて使用した場合(例えば図3にお
ける角度θが15度以上)には、筆記用チップ15が図
の実線で示すように突出した状態となっており、オフ状
態のままとなる。
【0016】このように、本実施形態では座標入力用ペ
ンをスクリーン表面50Sに対しておおむね直交させな
ければ正常な入力動作が行えないようになっており、こ
れによって使用者による入力動作の意識付けを行うこと
ができる。また、ペンを傾けて使用した時に際にレーザ
ダイオード21を発光させ、モータ13を回転させてし
まうと、筆記用チップ15による実際の入力座標と反射
用チップ15による見かけ上の入力座標との間にずれが
生じ、座標位置を誤検出する不都合があるが、これを防
止することも意図している。同時に、例えばスクリーン
表面に既に表示されている文字等を座標入力用ペンによ
り指示しながら説明する場合には、ペンがスクリーン表
面50Sに対して斜めに向くことがあるが、図3の構造
により、そのような場合には座標入力動作を行わせない
作用も果たしている。また、ペンを傾けて使用する場合
には反射用チップ17による反射光が誤って使用者自身
及び周囲の視聴者の目に入る恐れもあるため、これを防
止する効果もある。
【0017】図4は、反射用チップ17の作用の説明図
である。図4(a)に示すように、反射面17aを凸面
(アール面)としたことにより、レーザダイオード21
からの照射光は反射面17aで反射した後に、回転中心
軸Cに平行な軸C’に沿った幅を持つ光束となって反射
する。後述するごとく、反射面17aからの反射光はス
クリーン表面の二辺に配置された受光素子により受光さ
れるが、反射光がある程度の幅を持つことにより、例え
ば座標入力用ペンがわずかに傾いてスクリーン表面に押
し当てられた場合でも、受光素子が一定の範囲内にある
限り、反射光を確実に検出することができる。
【0018】すなわち、図4(b)に示すように、座標
入力用ペンをスクリーン表面50Sに直交させたときの
回転中心軸をC1、その時の反射光の光束をA1とし、座
標入力用ペンをスクリーン表面50Sに対し直交させず
に若干傾けた時の回転中心軸をC2、その時の反射光の
光束をA2とする。既に明らかなように、本実施形態に
おいては、前述した凸面状の反射面17aにより、光束
1,A2が重なり合う範囲A3が生じるので、この範囲
に受光素子が存在する限り、ペンを若干傾けて使用した
場合にも座標入力並びに座標検出が可能になるものであ
る。
【0019】次に、この実施形態の使用状態を図5を参
照しつつ説明する。図5は、本実施形態の座標入力用ペ
ンPを用いて背面投影型画像表示装置のスクリーン50
に座標を入力する際の概略的な説明図である。スクリー
ン50の表面の上端部には水平受光部60Xが配置さ
れ、左側端部には垂直受光部60Yが配置される。これ
らの受光部60X,60Yは、座標入力用ペンPの反射
用チップ17からの反射光を受光するフォトダイオード
等の多数の受光素子63を、ハウジング61のスリット
62内に配置した構造となっている。ここで、受光素子
が配置されるスリットは何れも同一形状で等間隔に配置
されているが、それぞれのスリットを、スクリーン50
の内部方向に向けて幅広に形成する(具体的には、図5
における個々のスリット62の幅を、座標入力用ペンP
側に近いほど広くする)ことにより、光を入射しやすく
して受光素子の検出感度を上げることができる。
【0020】いま、座標入力用ペンPがスクリーン50
の表面において図5の位置にある時、反射用チップ17
からの反射光は、ペンPを中心として、スクリーン50
の表面に平行な平面内を360度、回転しながら照射す
る。ここで、各受光部60X,60Yでは、反射光が正
面から入射してきたスリット63を中心としてその周囲
を含む複数のスリット62内の受光素子63しか受光し
ないため、水平受光部60Xについては受光範囲がD
X、垂直受光部60Yについては受光範囲がDYとな
る。従って、各受光部60X,60YにおけるBの部分
は非受光範囲となる。
【0021】ここで、各受光部60X,60Yにおける
各受光素子63のアドレス(例えば各受光部の中で何番
目の受光素子であるかを示す数値)は既知であるから、
受光範囲DX,DYに入って受光信号が得られた複数の
受光素子の中の中間値のアドレスを検出すれば、座標入
力用ペンPの現在の座標を検出することが可能である。
スクリーン50上における座標入力用ペンPのX座標、
Y座標の値を具体的に距離として求めるには、上記アド
レスに受光素子相互間の間隔(ピッチ)を乗じれば良
い。なお、上記構成において、座標入力用ペンP、受光
素子63、及び受光信号を処理してペンPの座標を検出
するコントローラ等を含めた全体が座標検出装置を構成
している。
【0022】図6は各受光部60X,60Yの構成を示
すもので、本実施形態では、128個の受光素子63に
より1個の受光素子アレイを構成し、水平受光部60X
は4個の受光素子アレイ61X,62X,63X,64
X(各アレイごとの受光素子のアドレスを、例えばX0
〜X127,X128〜X255,X256〜X38
3,X384〜X511とする)により、垂直受光部6
0Yは3個の受光素子アレイ61Y,62Y,63Y
(同じく各アレイごとの受光素子のアドレスを、Y0〜
Y127,Y128〜Y255,Y256〜Y383と
する)により構成されている。
【0023】次いで、図7は実施形態の座標入力用ペン
を使用する座標検出装置全体のブロック図である。ここ
では、1個の受光素子アレイ(すなわち受光素子の数が
128個)に対する制御ブロック図として示してある
が、実際には、単一のコントローラが7個の受光素子ア
レイを制御することになる。
【0024】コントローラ70は、7ビットの受光素子
駆動信号A〜Gを受光素子アレイ及びマルチプレクサ8
0に送り、アレイ内の128個の受光素子のアドレスを
指定する。受光素子アレイ及びマルチプレクサ80で
は、前記駆動信号A〜Gにより128個の受光素子に順
にバイアスをかけており、これらすべての受光素子の出
力信号は順次、増幅回路90に送られている。
【0025】いま、受光素子アレイ内の受光範囲(図5
参照)に存在する複数の受光素子に対し、回転する反射
用チップ17からの反射光が入射すると、それらの受光
素子から受光信号が出力され、増幅回路90により増幅
されてデータラッチ100に送られる。データラッチ1
00はコントローラ70からの所定周波数のクロック信
号CLKによって増幅回路90の出力信号をラッチして
おり、ラッチされた信号をコントローラ70が読み出す
ことで反射光を受光した複数の受光素子(従ってそれら
の中間値の受光素子)のアドレスが判明し、言い替えれ
ば座標入力用ペンPのX座標、Y座標を知ることができ
る。なお、コントローラ70からデータラッチ100に
入力されているクリア信号CLRは、コントローラ70
により128個の受光素子の駆動が一巡した時点でデー
タラッチ100の保持データを初期状態に戻すための信
号である。
【0026】上記実施形態では、反射用チップ17を回
転させて座標入力用ペンPの周囲360度に光を反射さ
せる構造としたが、要は、受光素子が配列されている部
分(水平受光部や垂直受光部)をカバーする範囲に光を
照射すればよいため、例えば図5の例では、少なくとも
ほぼ180度の範囲で反射用チップ17を回動させれば
よい。
【0027】更に、上記実施形態では、本発明の座標入
力用ペンPをもっぱら背面投影型画像表示装置に使用す
ることを前提としているが、本発明の用途はこれに何ら
限定されるものではなく、座標入力手段として各種の装
置、機器に適用可能である。また、入力する平面座標は
X−Y座標ばかりでなく、何れか一方の座標であっても
良い。
【0028】
【発明の効果】以上述べたように本発明は、光学式の座
標入力装置ないし座標検出装置において、ペンの内部に
駆動源や反射部を備えることにより、いわば回転する光
源を内蔵した構造となっている。このため、光学マトリ
クス方式やレーザスキャン方式といった従来の光学式座
標入力手段と比べ、発光素子数の減少が可能であるとと
もに、使用者の手指による誤入力、誤検出を防ぐことが
できる。また、原理上、光路長が特に長くなることもな
く、検出精度や分解能を向上させることができる。更
に、ペンを中心としてその周囲を常時、固定的に照射す
る方式ではないため、座標入力に寄与しない無駄な光を
少なくすることができ、発光素子の出力や消費電力の低
減も可能になり、全体として低コストの座標入力用ペン
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す縦断面図である。
【図2】反射用チップの斜視図である。
【図3】筆記用チップの作用の説明図である。
【図4】反射用チップの作用の説明図である。
【図5】本発明の実施形態の使用状態説明図である。
【図6】水平受光部及び垂直受光部の構成図である。
【図7】本発明の実施形態が適用される座標検出装置の
全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
11 ケース 12 モータホルダ 13 モータ 14 基板 15 筆記用チップ 16 天板 17 反射用チップ 17a 反射面 18 透過部 19 ストッパー板 20 発光素子ホルダ 21 レーザダイオード 22 基板 23,24 電池 25,26 電極 27 タクトスイッチ 50 スクリーン 50S スクリーン表面 60X 水平受光部 60Y 垂直受光部 61 ハウジング 62 スリット 63 受光素子 70 コントローラ 80 受光素子アレイ及びマルチプレクサ 90 増幅回路 100 データラッチ B 非受光範囲 C,C1,C2 回転中心軸 DX,DY 受光範囲 P 座標入力用ペン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光素子と、この発光素子から照射され
    た光を反射する回転可能または回動可能な反射部材と、
    前記反射部材を駆動する駆動源と、被入力面との接触に
    よりオンして前記発光素子及び前記駆動源に通電するス
    イッチ手段とを備え、 前記反射部材の回転または回動により、前記発光素子か
    ら照射された光の反射光を前記被入力面に対しほぼ平行
    な平面内で回転または回動させることを特徴とする座標
    入力用ペン。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の座標入力用ペンにおい
    て、 ほぼ筒状のケース内部に駆動源としてのモータが収納さ
    れ、前記ケースの端部に設けられたスイッチ手段のオン
    時に前記モータを回転させてその回転軸に連結された反
    射用部材を回転させることを特徴とする座標入力用ペ
    ン。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の座標入力用ペンにおい
    て、 前記スイッチ手段を、前記ケースの端部から出没可能な
    チップとこのチップに連結されたタクトスイッチとによ
    り構成し、前記チップがケース端部から突出した状態で
    前記タクトスイッチをオフさせ、かつ、前記チップが被
    入力面に押圧されてケース内部方向へ没入した状態で前
    記タクトスイッチをオンさせることを特徴とする座標入
    力用ペン。
  4. 【請求項4】 請求項2または3記載の座標入力用ペン
    において、 前記発光素子の周囲の前記ケースの一部に光を透過可能
    な透過部を形成し、この透過部の近傍に手指による遮光
    を防止するためのストッパー部材を配置したことを特徴
    とする座標入力用ペン。
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