JP2000267798A

JP2000267798A - 座標入力／検出装置

Info

Publication number: JP2000267798A
Application number: JP7663199A
Authority: JP
Inventors: Takuro Sekiya; 卓朗関谷; Katsuyuki Omura; 克之大村; Takao Inoue; 隆夫井上; Hiromasa Shimizu; 弘雅清水; Sadao Takahashi; 禎郎高橋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】大型のディスプレイを構成可能な座標入力／検
出装置を長時間使用しても、使用者の疲労を軽減できる
装置を提供すること。【解決手段】複数の発光手段と複数の受光手段とを備
え、これらの発光／受光の光路内の光遮断手段の有無に
より、光遮断手段の平面もしくはほぼ平面の２次元座標
を検出する座標入力／検出装置において、座標入力／検
出装置は、操作者の指や指示部材の動きを検出する入力
／検出面の最上位部分の高さｈを床から２．５ｍ以下と
したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大型のディスプレ
イやホワイトボード等と一体化されて電子黒板システム
を構成可能な座標入力／検出装置に関し、より詳細に
は、例えば会議において座標入力／検出装置を長時間使
用する場合であっても、使用者（会議出席者）の疲労の
軽減を図ることが可能な座標入力／検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パーソナルコンピュータ等において情報
の入力や選択を行うために利用されるツールである座標
入力／検出装置として、ペンで座標入力面が押さえられ
た時やペンが座標入力面に接近した時に、静電または電
磁誘導によって電気的な変化を検出することにより、ペ
ンによって指示された座標位置を検出するようにしたも
のが知られている。

【０００３】また、他の方式の座標入力／検出装置とし
て、特開昭６１−２３９３２２号公報に開示されている
ような超音波方式のタッチパネル座標入力／検出装置が
知られている。この座標入力／検出装置は、パネル上に
送出した表面弾性波を利用するものであって、ユーザが
指でパネルにタッチして任意の位置を指し示した際にそ
の位置を通過する表面弾性波が減衰されることを利用し
て、ユーザがタッチしたパネル上の位置を検出するもの
である。

【０００４】ところが、静電または電磁誘導によって座
標位置を検出する座標入力／検出装置は、座標入力面に
電気的なスイッチ機能を設ける必要があるために製造コ
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った。

【０００５】また、超音波方式の座標入力／検出装置
は、指入力を前提としているため、ペン入力を行う場合
に以下のような問題点があった。例えば、表面弾性波の
吸収を伴うような材質（柔らかく弾力性を伴う）のペン
を用いて直線を描く場合、最初にペンでパネルを押した
時点では安定した表面弾性波の減衰が得られるが、その
場所からペンを移動して直線を描く際、使用者はペンを
移動させなければならないため、ペンでパネルを押す力
が弱くなってパネルに対するペンの接触が十分得られな
い。したがって、安定した表面弾性波の減衰を得ること
ができず、座標入力／検出装置は入力が途絶えたと判断
して直線が切れてしまうことがある。このことを防止す
るには十分な接触を得る必要があるため、使用者はパネ
ルに対してペンを必要以上の力で押し付けた状態でペン
を移動させて直線を描く必要がある。このようにパネル
に対してペンを必要以上の力で押しつけた状態でペンを
移動させると、ペンの材質が持つ弾力性のため応力を受
けペンに歪が生じる結果、移動中に元の状態にペンを復
帰させようとする力が働く。特に、ペン入力で曲線を描
く場合にあっては、ペンを強くパネルに押しつけて曲線
を描くことは困難であるため、ペンの材質が持つ歪を元
へ戻そうとする力がペンに加えられた使用者の力に優る
ことになり、ペンが元の状態に復帰して安定した表面弾
性波の減衰が得られないことになる。その結果、座標入
力／検出装置は入力が途絶えたと判断し、曲線が切れて
しまうことになる。このように、超音波方式の座標入力
／検出装置においてペン入力を行う場合には、信頼性を
確保できないという不都合な点があった。

【０００６】このような座標入力／検出装置の問題点を
解決するものとして、特願平１０−１２７０３５号，特
開平５−１７３６９９号公報，特開平９−３１９５０１
号公報，特願平１０−２３０９６０号に開示されている
ような光学式の座標入力／検出装置や画像入力手段を利
用した座標入力／検出装置が提案されており、比較的簡
単な構成により、タッチパネル型の座標入力／検出装置
を実現することができるようになっている。

【０００７】ところで、電子黒板の書き込み面に前述し
た座標入力／検出装置を配置して、書き込み面に手書き
で書き込んだ情報をリアルタイムでコンピュータに入力
できるようにした電子黒板システムが種々提案されてい
る。例えば、マイクロフィールドグラフィックス社製
（Microfield Graphics,Inc.）のソフトボードは、書き
込み面であるホワイトボード上に光学式の座標入力／検
出装置を配設し、ホワイトボード上に書かれた文字や絵
等のビジュアルデータを、接続されたパソコン（パーソ
ナルコンピュータ）にリアルタイムで取り込めるように
したものである。このソフトボードを用いた電子黒板シ
ステムでは、ソフトボードで取り込んだビジュアルデー
タを、パソコンに入力してＣＲＴに表示したり、液晶プ
ロジェクターを用いて大型のスクリーンに表示したり、
あるいはプリンタで記録紙に出力することが可能であ
る。また、ソフトボードが接続されたパソコンの画面を
液晶プロジェクターでソフトボード上に投影し、専用の
ペンを使用してソフトボード上でパソコンの画面を操作
することも可能である。

【０００８】さらに、文字および画像を表示するための
表示装置と、表示装置の前面に配設した座標入力／検出
装置と、座標入力／検出装置からの入力に基づいて表示
装置の表示制御を行う制御装置とを備え、表示装置およ
び座標入力／検出装置を用いて電子黒板の表示面および
書き込み面を構成した電子黒板システムも提供されてい
る。例えば、スマートテクノロジィズ社製（SMART Te
chnologies Inc. ）のスマート２０００では、パソコン
に接続された液晶プロジェクターを用いて文字・絵・図
形・グラフィックの画像をパネルに投影し、該パネルの
投影面（表示面）の前面に配設された座標入力／検出装
置を用いて手書きの情報をパソコンに取り込み、パソコ
ン内で手書きの情報と画像情報とを合成し、再度液晶プ
ロジェクターを介してリアルタイムで表示できるように
している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た座標入力／検出装置を用いた電子黒板システムは、一
般に会議での使用を目的としたものであって、長時間に
わたって使用されることが多いため、会議の出席者は電
子黒板システムの使用を原因とした疲労を訴えることが
多いという問題点があった。

【００１０】本発明は上記に鑑みてなされたものであっ
て、光学式の座標入力／検出装置やカメラのような画像
入力手段を利用した座標入力／検出装置を長時間使用す
る場合に使用者の疲労を軽減することを目的とする。

【００１１】また、本発明は上記に鑑みてなされたもの
であって、座標入力／検出装置の座標入力／検出領域を
電子的に画像を表示するディスプレイ表面を用いて構成
した座標入力／検出装置およびディスプレイ装置の機能
を有する装置を長時間使用する場合にあっても使用者の
目の疲労を軽減することを目的とする。

【００１２】さらに、本発明は上記に鑑みてなされたも
のであって、座標入力／検出装置の座標入力／検出領域
を筆記手段による書き込みおよび消去が可能な白色を主
体とした面状の書き込み面とした座標入力／検出装置お
よびホワイトボードの機能を有する装置を長時間使用す
る場合において、使用者の目の疲労を軽減することを目
的とする。

【００１３】

【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の座標入力／検出装置は、複数の発光手段
と複数の受光手段と備え、これらの発光／受光の光路内
の光遮断手段の有無により、該光遮断手段の平面もしく
はほぼ平面の２次元座標を検出する座標入力／検出装
置、または、平面もしくはほぼ平面の座標入力／検出領
域を取り込む画像入力手段と、該画像入力手段により取
り込まれた情報のうちの一部の領域を２次元座標情報に
変換する手段とを備えた座標入力／検出装置において、
該座標入力／検出装置が、平面またはほぼ平面の座標入
力／検出領域を有する座標入力／検出部材と、該部材を
保持する保持部材と、前記座標情報等を処理するコント
ロールユニット等から構成され、前記平面またはほぼ平
面の２次元座標を入力／検出する領域が、床に対して垂
直またはおおよそ垂直になるよう保持される保持部材を
含む座標入力／検出装置であるとともに前記２次元座標
を入力／検出する領域の最上位部分は使用者が見上げる
状況で使用する座標入力／検出装置であって、前記最上
位部分の高さを床から２．５ｍ以下であるようにしたも
のである。

【００１４】また、請求項２の座標入力／検出装置は、
複数の発光手段と複数の受光手段とを備え、これらの発
光／受光の光路内の光遮断手段の有無により、該光遮断
手段の平面もしくはほぼ平面の２次元座標を検出する座
標入力／検出装置、または、平面もしくはほぼ平面の座
標入力／検出領域を取り込む画像入力手段と、該画像入
力手段により取り込まれた情報のうちの一部の領域を２
次元座標情報に変換する手段とを備えた座標入力／検出
装置において、該座標入力／検出装置が、平面またはほ
ぼ平面の座標入力／検出領域を有するとともに電子的に
画像を表示するディスプレイ表面である座標入力／検出
部材と、該部材を保持する保持部材と、前記座標情報等
を処理するコントロールユニット等から構成され、前記
平面またはほぼ平面の２次元座標を入力／検出する領域
が、床に対して垂直またはおおよそ垂直になるよう保持
される保持部材を含む座標入力／検出装置であるととも
に前記２次元座標を入力／検出する領域の最上位部分は
使用者が見上げる状況で使用する座標入力／検出装置で
あって、前記最上位部分の高さを床から２．５ｍ以下で
あるようにしたものである。

【００１５】さらに、請求項３の座標入力／検出装置
は、複数の発光手段と複数の受光手段とを備え、これら
の発光／受光の光路内の光遮断手段の有無により、該光
遮断手段の平面もしくはほぼ平面の２次元座標を検出す
る座標入力／検出装置、または、平面もしくはほぼ平面
の座標入力／検出領域を取り込む画像入力手段と、該画
像入力手段により取り込まれた情報のうちの一部の領域
を２次元座標情報に変換する手段とを備えた座標入力／
検出装置において、該座標入力／検出装置が、平面また
はほぼ平面の座標入力／検出領域を有するとともに筆記
手段による書き込みおよび消去が可能な白色を主体とし
た面状の座標入力／検出部材と、該部材を保持する保持
部材と、前記座標情報等を処理するコントロールユニッ
ト等から構成され、前記平面またはほぼ平面の２次元座
標を入力／検出する領域が、床に対して垂直またはおお
よそ垂直になるよう保持される保持部材を含む座標入力
／検出装置であるとともに前記２次元座標を入力／検出
する領域の最上位部分は使用者が見上げる状況で使用す
る座標入力／検出装置であって、前記最上位部分の高さ
を床から２．５ｍ以下であるようにしたものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る座標入力／検
出装置の実施の形態について、１．座標入力／検出装置の全体構成２．本実施の形態に係る座標入力／検出装置の特徴の順で、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００１７】１．座標入力／検出装置の全体構成本実施の形態に係る座標入力／検出装置は、会議等で使
用される電子黒板システムを構成可能なものであり、例
えば長時間にわたる会議となっても、会議の出席者が本
実施の形態に係る座標入力／検出装置（電子黒板システ
ム）の使用によって疲労しないような構成を有したもの
である。

【００１８】図１は、本実施の形態に係る座標入力／検
出装置の概略構成図である。この図１は、座標入力／検
出装置を側面から見たものであり、図１の右側が装置の
正面に対応している。この座標入力／検出装置１００
は、例えばＣＲＴ，液晶ディスプレイ，プラズマディス
プレイ等のディスプレイやホワイトボードの表面で構成
された入力／検出面１０１を有した座標入力／検出部１
０２と、座標入力／検出部１０２を保持する保持部材１
０３ａおよび１０３ｂと、各種スイッチ，キー等の操作
部１０４を有し、例えば、座標入力／検出部１０２で検
出された座標情報を処理するコントロールユニット１０
５と、を備えている。

【００１９】図１に示すように、本実施の形態に係る座
標入力／検出装置１００においては、入力／検出面１０
１に使用者が手書きで書き込んだ情報を座標入力／検出
部１０２で検出し、検出結果をリアルタイムでコントロ
ールユニット１０５に入力できるようにして、電子黒板
システムを構成できるようになっている。例えば、入力
／検出面１０１をディスプレイで構成した場合には、使
用者が入力した情報が直ちに電子情報として入力／検出
面１０１（ディスプレイ）に表示されることになる。ま
た、入力／検出面１０１をホワイトボードで構成した場
合には、使用者がホワイトボードにペンで直接書き込ん
だ情報が座標入力／検出部１０２で検出され、検出結果
がコントロールユニット１０５に入力されることによ
り、電子情報として直ちに利用することが可能となる。

【００２０】なお、会議の出席者が疲労しないようにす
るための具体的な構成については、「２．本実施の形態
に係る座標入力／検出装置の特徴」の項で詳細に説明す
ることにし、以下では、本実施の形態に係る座標入力／
検出装置１００の座標入力／検出部１０２として適用可
能な第１の構成例〜第４の構成例について具体的に説明
することにする。

【００２１】（１）第１の構成例図２は、本実施の形態に係る座標入力／検出部１０２の
第１の構成例を示す構成図である。図１に示す座標入力
／検出部１０２ａは光学式の座標入力／検出装置を構成
するものであって、入力／検出面１０１ａは四角形の形
状をなし、電子的に画像を表示するディスプレイの表面
やマーカー等のペンで文字等を書き込むことが可能なホ
ワイトボード（登録商標）等で構成することが可能であ
る。この入力／検出面１０１ａ上を光学的に不透明な材
質からなるユーザの手指，ペン，指示棒等の指示物体２
で触った場合を考える。このときの指示物体２の座標を
検出することが光学式の座標入力／検出装置の目的であ
る。

【００２２】図２に示す座標入力／検出部１０２ａの入
力／検出面１０１ａの上方両端には受発光部１が装着さ
れている。受発光部１からは入力／検出面１０１ａに向
けて、Ｌ１，Ｌ２，・・・Ｌｎの光ビームの束（プロー
ブ光）が照射されている。このプローブ光は、実際には
点光源８１から入力／検出面１０１ａに向かって広がる
平行な面に沿って進行する扇形板状の光波である。

【００２３】入力／検出面１０１ａの周辺部分には、再
帰性反射部材４が再帰反射面を入力／検出面１０１ａの
中央に向けて装着されている。再帰性反射部材４は、入
射した光を入射角度によ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、受発光部１から発せられ
た扇形板状の光波のうち、ある一つのプローブ光１２に
注目すると、プローブ光１２は再帰性反射部材４によっ
て反射されて再び同じ光路を再帰反射光であるプローブ
光１１として受発光部１に向かって戻るように進行す
る。受発光部１には、後述する受光部が設置されてお
り、プローブ光Ｌ１〜Ｌｎのそれぞれに対して、その再
帰光が受発光部１に再帰したかどうかを判断することが
できるように構成されている。

【００２４】ここで、ユーザが入力／検出面１０１ａの
任意の位置を指示物体２で触った場合を考える。このと
き、プローブ光１０は指示物体２で遮られて再帰性反射
部材４には到達しないことになる。したがって、プロー
ブ光１０の再帰光は受発光部１には到達しないため、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２が挿入されたことを検出することが
できる。同様に、図２の右上方に設置された受発光部１
からもプローブ光を照射し、プローブ光１３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１３の延長線（直線Ｒ）上に指示物体２が挿入
されたことを検出することができる。すなわち、直線Ｌ
および直線Ｒを求め、これらの交点座標を演算すること
により、指示物体２の座標を得ることができる。なお、
指示物体２の座標の演算処理を実行する構成については
詳細な説明を省略する。また、演算して求めた指示物体
２の座標情報は図１に示したコントロールユニット１０
５に入力される。

【００２５】つぎに、受発光部１の構成とプローブ光Ｌ
１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。図３は、受発光部１の内
部構造を示す概略構成図である。図３は図２の入力／検
出面１０１ａに取り付けられた受発光部１を入力／検出
面１０１ａに垂直な方向から見た図である。ここでは説
明の便宜上、入力／検出面１０１ａに平行な２次元平面
で説明を行うことにする。

【００２６】図３において、５１は集光レンズ、５０は
受光素子をそれぞれ示している。点光源８１は、光源か
ら見て受光素子５０と反対の方向に対して扇形に光を射
出するものとする。点光源８１から射出された扇形の光
は矢印５３，５８，その他の方向に進行するビームの集
合である。矢印５３方向に進行したビームは再帰性反射
部材５５で反射されて、矢印５４方向に進行して集光レ
ンズ５１を通り、受光素子５０上の位置５７に到達す
る。また、矢印５８に沿って進行したビームは再帰性反
射部材５５によって反射され、矢印５９方向に進行して
受光素子５０上の位置５６に到達する。このように点光
源８１から発し、再帰性反射部材５５で反射され同じ経
路を戻ってきた光は、集光レンズ５１の作用によってそ
れぞれ受光素子５０上の異なる位置に到達する。

【００２７】したがって、ある位置に指示物体２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５０上の点に光が到達しなくなる。よって受
光素子５０上の光強度の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。

【００２８】図４を用いて上記動作を詳しく説明する。
図４において、受光素子５０は集光レンズ５１の焦点面
に設置されているものとする。点光源８１から図４の右
側に向けて発せられた光は再帰性反射部材５５によって
反射され、同じ経路を戻り、点光源８１の位置に再び集
光される。集光レンズ５１の中心は点光源位置と一致す
るように設置されており、再帰性反射部材か５５から戻
った再帰光は集光レンズ５１の中心を通るので、レンズ
後方（受光素子５０側）に対称の経路で進行することに
なる。

【００２９】このときの受光素子５０上の光強度分布を
考える。図４に示す位置８０に指示物体が挿入されてい
なければ、受光素子５０上の光強度分布はほぼ一定であ
るが、位置８０に光を遮る指示物体が挿入された場合、
位置８０を通過するビームは遮られ、受光素子５０上に
おける位置Ｄｎ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の関数であり、 θn = arctan (Dn/f) ・・・（１）と表される。ここで、図２の左上方に設けられた受発光
部１におけるθｎをθｎＬ、ＤｎをＤｎＬと置き換える
ことにする。

【００３０】さらに、図５において、受発光部１と入力
／検出面１０１ａとの幾何学的な相対位置関係の変換g
により、位置８０と入力／検出面１０１ａとのなす角θ
Ｌは、式（１）で求められるＤｎＬの関数として、 θL = g(θnL) ただし θnL = arctan (DnL/f) ・・・（２）と表される。

【００３１】同様に、図２の右上方の受発光部１につい
ても、上記式２のＬ記号をＲ記号に置き換えて、右側の
受発光部１と入力／検出面１０１ａとの幾何学的な相対
位置関係の変換ｈにより、 θR = h (θnR) ただし θnR = arctan (DnR/f) ・・・（３）と表すことができる。

【００３２】ここで、受発光部１の取り付け間隔を図５
に示すｗとし、原点と座標を図５に示すようにとれば、
指示物体によって指示された入力／検出面１０１ａ上の
位置（点）８０の座標（ｘ，ｙ）は、 x = w tanθR / (tanθL + tanθR) ・・・（４） y = w tanθL・tanθR / (tanθL + tanθR) ・・・（５）で表される。

【００３３】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、左右の受発光部
１における受光素子５０上の暗点の位置ＤｎＬ，ＤｎＲ
を検出し、受発光部１の幾何学的配置を考慮することに
より、指示物体で指示された位置（点）８０の座標を検
出することができる。

【００３４】つぎに、入力／検出面１０１ａを例えばデ
ィスプレイの表面として前述した光学系を設置する例に
ついて説明する。図６は、図２および図３で述べた左右
の受発光部１のうち一方をディスプレイ表面へ設置した
場合の例を示している。

【００３５】図６において、５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。また図６のＡおよびＢは、説明の
ため視点を変えて表示したものである。

【００３６】受発光部１のうち発光部について説明す
る。光源８３としては、レーザーダイオード，ピンポイ
ントＬＥＤ等、スポットをある程度絞ることが可能な光
源が用いられる。

【００３７】光源８３からディスプレイ面５に垂直に発
せられた光はシリンドリカルレンズ８４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にハーフ
ミラー８７で折り返された後、ディスプレイ面５と垂直
な方向に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８４を出た光は、シリンドリカルレンズ８４
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
８５および８６で図６のｙ方向に対して集光される。図
６のＡ部分はこの様子を説明するために、視点をｚ軸に
対して回転し、シリンドリカルレンズ群の配置と光束の
集光状態をｘ方向から見たものである。

【００３８】このシリンドリカルレンズ群の作用によ
り、線状に集光した領域がシリンドリカルレンズ８６の
後段に形成される。ここに、ｙ方向に狭くｘ方向に細長
いスリット８２を挿入する。すなわち、スリット８２の
位置に線状の二次光源８８を形成する。二次光源８８か
ら発せられた光はハーフミラー８７で折り返され、ディ
スプレイ面５の垂直方向には広がらず平行光で、ディス
プレイ面５と平行方向には二次光源８８を中心に扇形状
に広がりながらディスプレイ面５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５５で反射されて、同様の経路でハーフミラー８
７方向（矢印Ｃ）に戻る。ハーフミラー８７を透過した
光は、ディスプレイ面５に平行に進み、シリンドリカル
レンズ８９を通って受光素子９０に入射する。

【００３９】このとき二次光源８８とシリンドリカルレ
ンズ８９とはハーフミラー８７に対して共役な位置関係
にある（図５のＤ）。したがって、二次光源８８は図４
の点光源８１に対応し、シリンドリカルレンズ８９は図
４の集光レンズ５１に対応することになる。また、図６
のＢ部分は、受光側のシリンドリカルレンズ８９と受光
素子９０をz軸方向から見たものであり、図４の集光レ
ンズ５１および受光素子５０にそれぞれ対応する。

【００４０】（２）第２の構成例図７は、本実施の形態に係る座標入力／検出部１０２の
第２の構成例を示す構成図である。図７に示す座標入力
／検出部１０２ｂは、水平方向にＸｍ個配置された発光
素子、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）６１と、Ｘｍ個
のＬＥＤ６１に１対１に対応して対向配置されたＸｍ個
の受光素子、例えばフォトトランジスタ６２と、垂直方
向にＹｎ個配置されたＬＥＤ６３と、Ｙｎ個のＬＥＤ６
３に１対１に対応して対向配置されたＹｎ個のフォトト
ランジスタ６４と、を備えており、これらＬＥＤ６１お
よび６３ならびにフォトトランジスタ６２および６４に
よって入力／検出面１０１ｂが形成される。なお、図７
に示す座標入力／検出部１０２ｂを電子的に画像を表示
するディスプレイやマーカー等のペンで文字等を書き込
むことが可能なホワイトボード等の前面に配置すること
により、ＬＥＤ６１および６３ならびにフォトトランジ
スタ６２および６４と共に、ディスプレイやホワイトボ
ードの表面で入力／検出面１０１ｂを構成することも可
能である。

【００４１】図７に示す座標入力／検出部１０２ｂにお
いては、任意の指示物体（指やペン等）を用いて入力／
検出面１０１ｂ内の任意の位置（例えば図１中のタッチ
部分６６）にタッチ入力が行なわれると、タッチ部分６
６を通るＬＥＤ６１および６３からの光路６８および６
９が遮ぎられるため、遮断された光路６８および６９上
に位置するフォトトランジスタ６２および６４の受光光
量が低下する。そこで、図示しない演算処理部におい
て、フォトトランジスタ２および４の出力に基づいて、
受光光量が低下したフォトトランジスタ２および４の位
置を平均することにより、タッチ座標位置６７を算出す
ることが可能となる。なお、算出したタッチ座標位置６
７の情報は、図１に示すコントロールユニット１０５に
入力されることになる。

【００４２】（３）第３の構成例図８は、本実施の形態に係る座標入力／検出部１０２の
第３の構成例を示す構成図である。図８に示す座標入力
／検出部１０２ｃには、四角形状の平面板（例えばホワ
イトボード）である入力／検出面１０１ｃの隣接する２
つの角（ｋ１，ｋ２）に、発光検出装置３２および３３
が設置される。この２つの発光検出装置３２および３３
から入力／検出面１０１ｃ上に光が発射される。一方、
利用者は、位置指示棒、例えばペン３５で入力／検出面
１０１ｃ上の任意の位置を指し示す。

【００４３】このとき、発光検出装置３２および３３
は、発光検出装置３２および３３から発せられた光のう
ち、ペン３５で反射されて発光検出装置３２および３３
に戻ってきた光を検出して、ペン３５の位置座標を算出
する。発光検出装置３２および３３は、どちらも同じ構
成を持つものを用い、発光部３２ａおよび３３ａと、受
光角度検出部３２ｂおよび３３ｂとから構成される。こ
こで、発光検出装置３２および３３は、発光部３２ａお
よび３３ａから発光される光の発光光軸と、受光角度検
出部３２ｂおよび３３ｂの受光光軸とがどちらも入力／
検出面１０１ｃの基準点３４の方向を向くように、入力
／検出面１０１ｃに対して設置される。

【００４４】図８において、入力／検出面１０１ｃの角
ｋ１と基準点３４とを結ぶ線分ａ１、入力／検出面１０
１ｃの角ｋ２と基準点４とを結ぶ線分ａ２の方向を発光
検出装置３２および３３それぞれの発光光軸および受光
光軸とする。ここで、線分ａ１およびａ２は、入力／検
出面１０１ｃの角を４５°に２等分する方向に延びてい
るものとする。また、入力／検出面１０１ｃの角ｋ２を
原点（０，０）とし、横方向をＹ軸，縦方向をＸ軸とす
るＸ−Ｙ座標系で入力／検出面１０１ｃ上の位置を表わ
すものとする。

【００４５】図９は、発光検出装置３２および３３の構
成図である。ここで、発光検出装置３２および３３のう
ち、発光部３２ａおよび３３ａは、光源（ＬＥＤ）３６
と光学レンズ３７とから構成される。光学レンズ３７と
しては、像の一方向の倍率のみを変えることを特徴とす
るシリンドリカルレンズ、または像の一方向の倍率のみ
を変え、しかも入射角度による倍率の変化が無いことを
特徴とするトロイダルレンズが利用される。また、発光
検出装置３２および３３のうち受光角度検出部３２ｂお
よび３３ｂは、ＰＳＤ３８とシリンドリカルレンズ３９
とから構成される。

【００４６】ＬＥＤ３６から発せられた光は、その直前
に配置される光学レンズ３７によって、入力／検出面１
０１ｃと平行なビームとなるように集光される。すなわ
ち、図１０に示すように、入力／検出面１０１ｃと垂直
な方向の光を光学レンズ３７によって入力／検出面１０
１ｃと平行になるように集光し、さらに、入力／検出面
１０１ｃと平行な扇形状のビームとなるようにする。こ
のように、扇形状のビームに集光すれば、集光しない時
に比べてより有効に光を利用できるため、位置検出の信
頼性の向上を図ることができる。ＬＥＤ３６としては、
可視光線を発光するものでもよいが、ここでは赤外線
（波長８９０ｎｍ）を発光するＬ２６５６（浜松ホトニ
クス社製）を使用するものとする。また、光学レンズ３
７としては、入力／検出面１０１ｃと垂直な方向の長さ
が１０ｍｍ、入力／検出面１０１ｃと平行で赤外光の発
光光軸と垂直な方向の長さが１０ｍｍ程度の大きさで、
焦点距離６ｍｍ程度のものを用いるものとする。さら
に、光学レンズの焦点位置にＬＥＤ３６の発光点がくる
ように固定配置する。

【００４７】受光角度検出部３２ｂおよび３３ｂを構成
するシリンドリカルレンズ３９は、図９に示すように、
ペン３５からの反射光を、入力／検出面１０１ｃと平行
な方向に集光するように配置される。そして、集光した
スポット光はＰＳＤ３８で受光される。ＰＳＤ３８は、
図９に示すように、入力／検出面１０１ｃと平行な方向
に細長い構造を有し、受光面は入射光を電気信号に変換
するためのＰＮ接合面となっている。

【００４８】また、ＰＳＤ３８には、受光面の両端に電
流を取り出すための出力端子（Ｓ₁，Ｓ₂）が設けられて
おり、受光点Ｓ₀と出力端子までの距離に反比例した電
流（Ｉ₁，Ｉ₂）が、この出力端子から出力される。この
電流（Ｉ₁，Ｉ₂）をＡ／Ｄ変換し、マイクロコンピュー
タによって演算することによって、受光点Ｓ₀の位置を
特定でき、さらにはペン３５からの反射光の受光角度を
計算することができる。この演算処理を行う制御回路に
ついては後述する。

【００４９】ＰＳＤ３８としては、入力／検出面１０１
ｃと平行な方向の受光面の長さが１３ｍｍ、入力／検出
面１０１ｃと垂直な方向の長さが１ｍｍ程度のものを用
いればよい。例えば、浜松ホトニクス社製のＳ３２７０
を用いることができる。

【００５０】図１１に、シリンドリカルレンズ３９とＰ
ＳＤ３８の具体的な配置例を示す。ここで、シリンドリ
カルレンズ３９は、入力／検出面１０１ｃおよびＰＳＤ
３８の受光面と平行な方向の長さを１０ｍｍ、入力／検
出面１０１ｃと垂直な方向の長さを１０ｍｍ程度とした
ものを用い、シリンドリカルレンズ３９の光学的中心位
置とＰＳＤ３８の受光面との距離が６．５ｍｍとなるよ
うに配置する。また、ペン３５からの反射光が直接ＰＳ
Ｄ３８の受光面に入力されないようにするため、シリン
ドリカルレンズ３９の周囲に黒色ＡＢＳ等の材料で作っ
たマスク４０を配置する。

【００５１】さらに、シリンドリカルレンズ３９の焦点
距離は、ペン３５からの反射光の入射角度の違いにより
レンズとＰＳＤ３８との距離が変化するため、このレン
ズ３９の中心とＰＳＤ３８の受光面との距離の最大値ｍ
ａｘと最小値ｍｉｎとの間であればよい。例えば、図１
１の場合は、ｍａｘ＝９．２ｍｍ、ｍｉｎ＝６．５ｍｍ
となるので、焦点距離が９ｍｍ程度のシリンドリカルレ
ンズ３９を用いればよい。なお、前記したマスク４０の
入力／検出面１０１ｃに平行な方向の長さは、ＰＳＤ３
８の受光面の長さ（＝１３ｍｍ）よりも大きければよい
が、例えば図１１の場合には、１５ｍｍ程度あればよ
い。

【００５２】図９に示した例では、ペン３５からの反射
光をスポット光にしぼるために、シリンドリカルレンズ
３９を用いる構成を示したが、これに限定されるもので
はなく、図１２に示すように、シリンドリカルレンズ３
９の代わりに、微小な透過孔を一つ有するアパーチャー
を用いてもよい。図１２は、アパーチャー４１を用いた
発光検出装置３２および３３の構成の概念図である。こ
の図１２の場合には、ペン３５からの反射光のうち、透
過孔４２を通過した光のみがスポット光としてＰＳＤ３
８の受光点Ｓ₀で受光される。アパーチャー４１として
は、黒色ＡＢＳ等の材料で作られた薄い板を用いればよ
い。

【００５３】図１３に、アパーチャー４１とＰＳＤ３８
の具体的な配置例を示す。ここで、図１１と同様に、Ｐ
ＳＤ３８の受光面の長さを１３ｍｍとした場合、ＰＳＤ
３８の受光面からその半分の距離６．５ｍｍだけ離れた
位置に、ＰＳＤ３８の受光面とアパーチャー４１の表面
とが平行になるようにアパーチャー４１を配置する。ま
た、アパーチャー４１の大きさは、ペン３５からの反射
光がＰＳＤ３８の受光面に直接入射しないように、ＰＳ
Ｄ３８の受光面よりも大きいことが好ましい。例えば、
ＰＳＤ３８の受光面の大きさ１３ｍｍ×１ｍｍに対し
て、アパーチャー４１の大きさは１５ｍｍ×３ｍｍ程度
とすることができる。透過孔４２は、入力／検出面１０
１ｃと平行な方向ではＰＳＤ３８の受光面の長さ（１３
ｍｍ）よりも短く、入力／検出面１０１ｃと垂直な方向
ではＰＳＤ３８の受光面の長さ（１ｍｍ）よりも長くす
る。例えば、図１３に示すように、２ｍｍ×２ｍｍの大
きさとすることができる。

【００５４】なお、図９および図１２には、発光検出装
置３２および３３の概念図を示したが、その構成要素
（光源ＬＥＤ３６，光学レンズ３７，ＰＳＤ３８，およ
びシリンドリカルレンズ３９またはアパーチャー４１）
を、前述した配置関係を保って一つの筺体中に一体成型
することにしてもよい。ただし、発光部３２ａおよび３
３ａ（ＬＥＤ３６および光学レンズ３７）と受光角度検
出部３２ｂおよび３３ｂ（ＰＳＤ３８，およびシリンド
リカルレンズ３９またはアパーチャー４１）とは、互い
に発光、受光の邪魔にならないようにできるだけ近接さ
せて配置し、さらにＬＥＤ３６から出た赤外光の発光光
軸と、シリンドリカルレンズ３９またはアパーチャー４
１によって受光される赤外光の受光光軸とが同一方向と
なるように配置することが必要である。

【００５５】発光検出装置３２および３３は、一体成型
することによって２０ｍｍ×１５ｍｍ×１０ｍｍ程度の
大きさとすることができるので、回転モータを用いてビ
ーム光をスキャンして位置検出を行う場合よりも小型化
が可能である。

【００５６】図１４は、ＬＥＤ３６およびＰＳＤ３８の
制御回路の構成を示すブロック図である。この制御回路
はＬＥＤ３６の発光タイミングの制御と、ＰＳＤ３８か
ら出力された電流（Ｉ₁，Ｉ₂）の演算を行うものであ
る。図１４に示すように、制御回路は、ＭＰＵ２７を中
心として、プログラムおよびデータを記憶するＲＯＭ２
５，ＲＡＭ２６，発光時間間隔を制御するためのタイマ
ー２８，インタフェースドライバ２９，Ａ／Ｄコンバー
タ２３およびＬＥＤドライバ２４がバス接続された構成
からなる。

【００５７】ＰＳＤ３８から出力された電流（Ｉ₁，
Ｉ₂）を演算する回路として、ＰＳＤ３８の出力端子
（Ｓ₁，Ｓ₂）に、アンプ２１およびアナログ演算回路２
２が図１２のように接続される。ＰＳＤ３８から出力さ
れた電流（Ｉ₁，Ｉ₂）は、アンプ２１に入力されて増幅
される。そして、増幅された電流信号は、アナログ演算
回路２２において、Ｉ₂／（Ｉ₁＋Ｉ₂）のように処理され、さらにＡ／Ｄコンバータ２３によっ
てデジタル信号に変換されてＭＰＵ２７に渡される。こ
の後、ＭＰＵ２７によって受光角度およびペンの位置座
標の演算が行われる。

【００５８】図１４に示した制御回路を、一方の発光検
出装置３２または３３と共に同一筺体に組み込んでもよ
く、また、別筺体として入力／検出面１０１ｃ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２
９を介して演算された座標データをパソコン等に出力す
るために出力端子を設けることが好ましい。なお、図１
４に示されているパソコンが図１に示したコントロール
ユニット１０５に該当する。

【００５９】つぎに、図１５に、座標入力／検出部１０
２ｃにおいて使用される位置指示棒であるペン３５の先
端部の形状の一例を示す。ペン３５は、いわゆる筆記具
と同様の形状を有し、その先端部、即ち発光検出装置３
２および３３から発せられた光が通過する領域に、「光
を反射する構造」（再帰性反射部）を備えたものであ
る。そして、この「光を反射する構造」は、発光検出装
置３２および３３から発せられた光の入射方向と同一の
方向に光を反射する再帰性構造である。

【００６０】図１５には、その構造例としてペン３５の
先端部が、多数のコーナーキューブから構成される形状
が示されている。コーナーキューブは、図１６に示すよ
うに、３つの平面鏡を互いに直角になるように組み合わ
せたものである。一般に、ガラスの立方体から一隅を切
りとった図の太い線で囲まれた部分が、コーナーキュー
ブとして用いられる。このように構成されたコーナーキ
ューブでは、入射光が３つの面で１回ずつ反射され、反
射光は正確に入射光の方向に戻っていくことになる。

【００６１】例えば、一辺の長さｃを２ｍｍとしたコー
ナーキューブを、直径１０ｍｍのペンの先端部に放射状
に配置する。また、図１５に示すように、隣り合うコー
ナーキューブの向きを逆にして配置すると、一段につき
６２個のコーナーキューブを設けることができ、図１５
のように３段構成とすると合計１８６個のコーナーキュ
ーブを設けることができる。なお、反射光が入射光の方
向に戻るような構造としてコーナーキューブを用いるも
のを示したが、反射光が入射光の方向に戻る再帰性を有
するものであれば、他の構造を用いてもよい。

【００６２】つぎに、座標入力／検出部１０２ｃにおい
て、ペン３５によって指示された指示位置の検出原理に
ついて説明する。ここでは、図８に示したように、２つ
の発光検出装置３２および３３を用いた場合について説
明するが、３つ以上の発光検出装置を用いても同様にペ
ン指示位置を検出することが可能である。

【００６３】まず、図８の入力／検出面１０１ｃ上にお
いて、図１５に示したペン３５を用いて適当な位置
（Ｘ，Ｙ）を指示したものとする。このとき、発光検出
装置３２の発光部３２ａのＬＥＤ３６から出射された赤
外光のうち、線分ｐ１方向に出た光はペン３５に当た
り、その反射光は同じ線分ｐ１を逆に進み、受光角度検
出部３２ｂのＰＳＤ３８で受光される。同様に、発光検
出装置３３の発光部３３ａのＬＥＤ３６から出射された
赤外光のうち線分ｐ２の方向に出た光はペン３５に当た
り、その反射光は同じ線分ｐ２を逆に進み、受光角度検
出部３３ｂのＰＳＤ３８で受光される。ＰＳＤ３８で受
光された光は、図９等で示したようにＰＳＤ３８に対す
る入射角度によってＰＳＤ３８の受光面上の異なる位置
にスポット光を形成する。ここで、線分ｐ２は、入力／
検出面１０１ｃの角ｋ２を２等分する線分ａ２からθ２
の角度をなし、線分ｐ１は、入力／検出面１０１ｃの角
ｋ１を２等分する線分ａ１からθ１の角度をなすものと
する。

【００６４】図１７（ａ）および図１７（ｂ）に、入力
／検出面１０１ｃと受光角度検出部３２ｂを形成するシ
リンドリカルレンズ３９およびＰＳＤ３８との位置関係
の具体例を示す。ここで、ＰＳＤ３８の受光面は、入力
／検出面１０１ｃの２辺と４５°の角度をなす線分ａ１
に対して直交するように位置している。すなわち、シリ
ンドリカルレンズ３９の中心とＰＳＤ３８の受光面の中
央とを結んだ線分ａ１が受光光軸および発光光軸と一致
する。また、シリンドリカルレンズ３９の中心とＰＳＤ
３８の受光面の中央との距離をＬとし、ＰＳＤ３８の受
光面の長さを２Ｌとする。

【００６５】ここで、ペン３５からの反射光が線分ｐ１
を通って、ＰＳＤ３８の中央位置からＤ１の距離だけ離
れた位置で受光されたものとする。また、ＰＳＤ３８の
受光面の２つの出力端子から得られる電流値をＩ₁，Ｉ₂
とする。このとき、電流とＰＳＤ３８の受光位置との間
には次の関係が成立する。Ｉ₁＝Ｉ₀×（Ｌ−Ｄ１）／２ＬＩ₂＝Ｉ₀×（Ｌ＋Ｄ１）／２ＬＩ₀＝Ｉ₁＋Ｉ₂（Ｉ₀：全電流）

【００６６】したがって、Ｌ＋Ｄ１＝２Ｌ×Ｉ₂／（Ｉ₁＋Ｉ₂）となる。

【００６７】すなわち、反射光の受光位置Ｄ１は、ＰＳ
Ｄ３８で得られる電流値Ｉ₁，Ｉ₂から求めることがで
き、これは図１４の制御回路のアンプ２１およびアナロ
グ演算回路２２によって計算される。ところで、図１７
（ｂ）により、Ｄ１／Ｌ＝ｔａｎθ１という関係が成立するから、以下の式で反射光の入射角
度θ１を求めることができる。 θ１＝ｔａｎ^-1（Ｄ１／Ｌ）

【００６８】同様にして、もう一方の発光検出装置３３
の受光角度検出部３３ｂについても、ＰＳＤ３８の中央
からの受光位置までの距離をＤ２とすると、次式により
反射光の入射角度θ２を求めることができる。 θ２＝ｔａｎ^-1（Ｄ２／Ｌ）

【００６９】さらに、ペン３５の指示位置（Ｘ，Ｙ）
は、２つの反射光の入射角度θ１，θ２のなす線分ａ
１，ａ２の交点となるので、次式を用いてθ１，θ２か
ら指示位置（Ｘ，Ｙ）を求めることができる。Ｙ＝Ｘｔａｎ（４５°−θ２）Ｙ＝（Ａ−Ｘ）ｔａｎ（４５°−θ１）ここで、Ａは図８に示す入力／検出面１０１ｃの横方向
の長さである。

【００７０】上記の連立方程式を解けば、ペン３５によ
って指示された入力／検出面１０１ｃ上の位置座標Ｘ，
Ｙを求めることができる。なお、（θ１，θ２）および
（Ｘ，Ｙ）は、定式化されているので、ＲＯＭ２５にこ
れらの数式をプログラム化して組み込めば、ＭＰＵ２７
の演算によって容易に求めることができる。また、演算
結果である（Ｘ，Ｙ）の座標値は、インタフェースドラ
イバ２９を介してパソコン（コントロールユニット１０
５）等へ転送され、ペン３５による指示位置の表示や、
指示位置に対応するコマンド入力などの処理に利用され
る。

【００７１】前述した座標入力／検出部１０２ｃの説明
においては、２つの発光検出装置３２および３３を用い
た例を示したが、両装置のＬＥＤ３６を同時に発光させ
ると互いの赤外光が相手の装置内のＰＳＤ３８で検出さ
れるおそれがあるので、ＬＥＤドライバ２４によるＬＥ
Ｄ３６の発光制御は時分割して交互に行ない、これと同
期させて、ＰＳＤ３８の電流検出を行なうことが好まし
い。

【００７２】例えば、一方のＬＥＤ３６を発光させ他方
のＬＥＤ３６を消灯させた状態で、一方のＬＥＤ３６に
対応するＰＳＤ３８の電流検出を行い、１０ｍｓｅｃ後
に、逆に一方のＬＥＤ３６を消灯させ他方のＬＥＤ３６
を発光させた状態で、他方のＬＥＤ３６に対応するＰＳ
Ｄ３８の電流検出を行うようにする。すなわち、１０ｍ
ｓｅｃごとに、交互に２つのＬＥＤ３６のうちどちらか
一方を発光させるようにすればよい。この制御は、ＭＰ
Ｕ２７がタイマー２８を用いて行う。このようにＬＥＤ
発光の時分割制御を実行すれば、赤外光の誤検出もなく
なり、ペン３５が移動する場合にも十分追従して位置検
出を行うことが可能である。

【００７３】なお、入力／検出面１０１ｃは、ペンで位
置を指示できる平面形状であればよく、特に図８に示し
たような四角形状に限定されるものではなく、他の形状
でもかまわない。また、前述した例では、入力／検出面
１０１ｃとして平面板を用いることを前提としたが、こ
れに限定するものではなく、表示装置、例えばＣＲＴや
ＬＣＤの表示画面を用いてもよい。ＣＲＴやＬＣＤを用
いる場合は、表示光がＰＳＤ３８に入射して誤検出され
る影響をなくすため、前述した赤外線発光ＬＥＤを用い
ることが好ましく、ＰＳＤ３８としては赤外線発光ＬＥ
Ｄのピーク発光波長を検出することのできるものを用い
ることが好ましい。さらに、ＣＲＴやＬＣＤから発生す
る赤外線が座標検出に悪影響を及ぼさないようにするた
め、ＰＶＣ樹脂等で作られた赤外線カットフィルタを表
示画面上に配置することが好ましい。

【００７４】（４）第４の構成例図１８は、本実施の形態に係る座標入力／検出部１０２
の第４の構成例を示す構成図である。図１８に示す座標
入力／検出部１０２ｄは、前述した第１〜第３の構成例
とは異なり、入力／検出面１０１ｄを取り込む画像入力
手段を利用したものである。

【００７５】図１８において、１１１は赤外線位置検出
部、１１２ａおよび１１２ｂは赤外線位置検出部１１１
内に配列された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。また、１
１４は赤外線ＬＥＤ１１３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ＬＥＤ１１３を配置し
たペン型の座標入力部である。

【００７６】また、１１５はコントロール部、１１６は
コントロール部１１５において生成され、赤外線位置検
出部１１１の赤外線ＣＣＤカメラ１１２ａおよび１１２
ｂに入力されるリセット信号、１１７はコントロール部
１１５において生成され、赤外線ＣＣＤカメラ１１２ａ
および１１２ｂに入力される垂直走査のための垂直クロ
ック信号、１１８はコントロール部１１５において生成
され赤外線ＣＣＤカメラ１１２ａおよび１１２ｂに入力
される水平走査のための水平クロック信号であり、赤外
線ＣＣＤカメラ１１２ａおよび１１２ｂは、リセット信
号１１６，垂直クロック信号１１７，水平クロック信号
１１８の入力に応じてＸ−Ｙ方向の走査を開始する。

【００７７】１１９ａおよび１１９ｂは赤外線ＣＣＤカ
メラ１１２ａおよび１１２ｂより出力される映像信号で
ある。１２０はリセット信号１１６を発生するリセット
信号回路、１２１は垂直クロック信号１１７を発生する
垂直クロック回路、１２２は水平クロック信号１１８を
発生する水平クロック回路である。１２３ａおよび１２
３ｂは映像信号１１９ａおよび１１９ｂをもとに波形の
ピークを検出し水平クロック信号１１８の周期にあわせ
てピーク信号を発生するピーク検出回路である。１２４
ａおよび１２４ｂは、ピーク検出回路１２３ａおよび１
２３ｂから得られたピーク検出信号である。

【００７８】１２５は座標位置を算出する演算回路であ
る。１２６は演算回路１２５により算出された座標位置
をコンピュータ（例えばコントロールユニット１０５）
に送信するインターフェース回路である。また、１２７
は演算回路１２５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１１１の撮影範囲以外にペン型の座標入力部１１
４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１１２ａおよび１１２ｂにレン
ズ倍率調整回路部または焦点距離調整回路部を設けるこ
とにより、原稿サイズ，入力精度の要求または入力／検
出面１０１ｄの大きさに応じて解像度，検出範囲を設定
でき、操作性を向上させることができる。

【００７９】なお、図１８においては、コントロール部
１１５を赤外線位置検出部１１１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
１１５を赤外線位置検出部１１１に一体化することも可
能である。

【００８０】以上のように構成された座標入力／検出部
１１２ｄについて、図１９を用いてその動作を説明す
る。図１９は座標入力／検出部１０２ｄにおける信号波
形を示すタイミングチャートである。

【００８１】まず、リセット信号１１６，垂直クロック
信号１１７および水平クロック信号１１８が同時に２つ
の赤外線ＣＣＤカメラ１１２ａおよび１１２ｂ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１１
１は、２つの赤外線ＣＣＤカメラ１１２ａおよび１１２
ｂからの映像信号１１９ａおよび１１９ｂをコントロー
ル部１１５に入力する。通常の赤外線ＣＣＤカメラ１１
２ａおよび１１２ｂでこのペン型の座標入力部１１４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１１２ａおよび１１２ｂで撮影すると、
赤外線ＬＥＤ１１３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。

【００８２】したがって、それぞれの赤外線ＣＣＤカメ
ラ１１２ａおよび１１２ｂの映像信号１１９ａおよび１
１９ｂには赤外線ＬＥＤ１１３の位置に相当するところ
に、強いピーク信号１２８ａおよび１２８ｂが現れる。
これらピーク信号１２８ａおよび１２８ｂはピーク検出
回路１２３ａおよび１２３ｂで検出され、ピーク検出信
号１２４ａおよび１２４ｂとして演算回路１２５に送信
される。

【００８３】また、演算回路１２５では、コントロール
部１１５のＲＯＭ（図示せず）に予め記憶されている変
換テーブル（図示せず）を用いることにより、赤外線Ｃ
ＣＤカメラ１１２ａおよび１１２ｂにピーク信号１２８
ａおよび１２８ｂが現れたところが赤外線ＣＣＤカメラ
１１２ａおよび１１２ｂ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ようになっている。したがっ
て、その２つの角度情報と２つの赤外線ＣＣＤカメラ１
１２ａおよび１１２ｂの距離Ｌによりペン型の座標入力
部１１４の座標位置を計算することができる。このよう
にして得られた座標位置に関する情報は、インターフェ
ース回路１２６を介してコンピュータ等（図１のコント
ロールユニット１０５）に送信される。

【００８４】つぎに、図２０を用い、以上のように動作
する座標入力／検出部１０２ｄにおける座標位置の算出
方法を説明する。２つの赤外線ＣＣＤカメラ１１２ａお
よび１１２ｂにより、赤外線ＬＥＤ１１３を備えたペン
型の座標入力部１１４の位置を示すピーク検出信号１２
４ａおよび１２４ｂが検出され、リセット信号１１６か
らの垂直クロック信号１１７の位置と、水平クロック信
号１１８の位置とにより、赤外線ＣＣＤカメラ１１２ａ
および１１２ｂにおける２次元座標（ｘ１，ｙ１）、
（ｘ２，ｙ２）が求められる。

【００８５】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１１２ａおよび１１
２ｂ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１１２ａおよび１１２ｂにおける赤外線
ＬＥＤ１１３の原点からの角度α，βは以下の式より求
められる。 α＝ｔａｎ^-1（ｙ１／ｘ１） β＝ｔａｎ^-1（ｙ２／ｘ２）

【００８６】これらの数式を用いて、２つの赤外線ＣＣ
Ｄカメラ１１２ａおよび１１２ｂからの赤外線ＬＥＤ１
１３のペンの角度α，βを算出することができる。ここ
で、１つの赤外線ＣＣＤカメラ１１２ａの位置を原点に
とり、２つの赤外線ＣＣＤカメラ１１２ａおよび１１２
ｂの距離をＬとすると、図２０に示すように、直線
（ａ）および（ｂ）の式は以下の数式で表される。（ａ）ｙ＝（ｔａｎα）×ｘ（ｂ）ｙ＝（ｔａｎ（π−β））×（ｘ−Ｌ）

【００８７】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ＬＥＤ１１３のペン型の座標入力部１１
４の座標位置を算出できる。ここで、演算回路１２５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。

【００８８】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座標入力／検出部１０２ｄによ
れば、赤外線位置検出部１１１を電子的に画像を表示す
るディスプレイやマーカー等のペンで文字等を書き込む
ことが可能なホワイトボード等の前面に配置することに
より、図１に示したような装置を簡単に構成することが
できる。そして、ディスプレイやホワイトボードの表面
を入力／検出面１０１として利用することができる。

【００８９】また、タブレット盤等を作業領域（入力／
検出面１０１）等におく必要がなく、入力／検出面１０
１となる空間を利用して図形等の入力において正確に座
標位置を検出することができる。また、原稿等が入力／
検出面１０１上に束ねてあっても、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、原稿やホワイト
ボート等に細かい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。

【００９０】２．本実施の形態に係る座標入力／検出装
置の特徴本発明は、座標入力／検出部１０２ａ〜１０２ｄのよう
な座標入力／検出部１０２を用いて図１に示す座標入力
／検出装置１００を構成し、この座標入力／検出装置１
００を実際に使用する際における使用者の疲労度に着目
し、使用者が疲れないような構成を有する座標／入力検
出装置１００を提供するものである。

【００９１】図２１は、図１に示した座標入力／検出装
置１００の使用状態を示す説明図である。図２１中左側
の人間は、座標入力／検出装置１００を操作する操作者
であり、右の椅子に座っている人間が、操作者によって
入力された入力／検出面１０１の情報（例えば、入力／
検出面１０１がディスプレイで構成されている場合には
ディスプレイに表示された情報、ホワイトボードで構成
されている場合にはホワイトボードに書き込まれた情
報）を見ているところである。図２１においては操作者
および椅子に座っている人間とも各々１名ずつしか示さ
れていないが、会議において座標入力／検出装置１００
を例えば電子黒板システムとして使用する場合には、椅
子に座っている人間が複数人存在することになる。

【００９２】本実施の形態に係る座標入力／検出装置１
００は、会議等で使用され、しかも長時間にわたって使
用されることが多いことから、会議出席者の疲労の原因
となる。特に、図２１に示すように、座っている人間
が、会議の内容が表示されまたは書き込まれた入力／検
出面１０１の最上位部分を見上げていなければならない
ような場合（図中点線矢印参照）には、その疲労度も顕
著なものとなる。

【００９３】本発明の発明者らは、座標入力／検出装置
１００における座標入力／検出面１０１の最上位部分の
高さと会議出席者の疲労との関係に着目し、以下のよう
な３つの実験を行った。

【００９４】（１）実験１実験は、複数の被験者に座標入力／検出装置１００を使
って模擬会議を行ってもらい、その疲労度について回答
してもらうというものである。具体的には図１に示した
座標入力／検出装置１００において、４０インチの大型
表示ディスプレイ（ＣＲＴ）の前面に座標入力／検出部
１０２（１０２ａ〜１０２ｄ）を取り付け、入力／検出
面１０１がディスプレイ面となるようにすると共に、入
力／検出面１０１の最上位部分を中心に情報の表示を行
い、被験者にはその部分を絶えず見てもらいながら模擬
会議を行い、疲労度をチェックすることにした。

【００９５】さらに、実験中においては、複数の被験者
に、座標入力／検出装置１００の前面から２〜１０ｍの
位置に並べられた椅子に座ってもらい、床から入力／検
出面１０１の最上位部分までの高さ（図２１のｈにほぼ
相当）を変えて複数回の模擬会議を行った。被験者は、
全員椅子に座っているので各被験者の目の位置は床から
１〜１．３ｍの位置にあり、入力／検出面１０１の最上
位部分を見る時には必ず少し見上げる姿勢となる。

【００９６】被験者は、視力が裸眼で１．０〜１．５を
有する人（以下、裸眼の者と記す）、近視でコンタクト
レンズを使用して０．７〜１．０の視力を得ている人
（以下、コンタクトの者と記す）、強度の近視（裸眼で
０．０１以下）で眼鏡を使用して０．７〜１．０の視力
を得ている人（以下、眼鏡の者と記す）をそれぞれ７名
ずつとし、１回の模擬会議は２１名ずつで行った。ま
た、１回の模擬会議の時間は２時間とした。

【００９７】実験１の結果を表１に示す。

【表１】

【００９８】表１において、×は被験者が不調を訴えた
場合であり、○は不調を訴えなかった場合である。また
その不調は、裸眼の者と眼鏡の者は肩こりであり、コン
タクトの者はドライアイと肩こりの両症状を訴えた。

【００９９】表１に示す結果からわかることは、高さｈ
が２．５ｍ以下の場合は、だれも不調を訴えなかった
が、３．０ｍ，４．０ｍという具合に見上げる高さを高
くしていくにつれて、肩こりやドライアイ（コンタクト
の者の場合）という不調を訴える人数が増えてくるとい
うことである。

【０１００】裸眼の者と眼鏡の者では、眼鏡の者の方が
肩こりの不調を訴える人数が多いが、これは強度の近視
用眼鏡を使用して上方を見上げる場合、厚いレンズの端
の部分を通して見ることにより像の歪みが強くなるため
と考えられる。またコンタクトの者の場合は、肩こりと
ドライアイの不調を訴えているが、ドライアイについて
は、上方を見上げる姿勢を取り続けることにより、必然
的に目を大きく見開くことになりそのような症状になる
と考えられる。

【０１０１】以上の結果より、座標入力／検出装置１０
０をやや上向きで使用し続ける場合には、その入力／検
出面１０１の最上位部分の高さは、床より２．５ｍ以下
にする必要があることがわかる。

【０１０２】（２）実験２つぎに、実験２について説明する。実験２に使用する座
標入力／検出装置１００は、ホワイトボード（わずかに
灰色がかっているがかなり白色に近い色のもの）の前面
に座標入力／検出部１０２（１０２ａ〜１０２ｄ）を設
け、入力／検出面１０１をホワイトボードの面としたも
のである。他の構成については図１に示した通りであ
る。そして、ホワイトボードである入力／検出面１０１
の最上位部分に近いところに黒色，赤色，青色のマーカ
ーで情報を書き込みつつ模擬会議を行った。なお、ホワ
イトボードのサイズは実験１で使用したＣＲＴと同様４
０インチとした。被験者や実験条件などは第１の実験と
同様である。

【０１０３】実験２の結果を表２に示す。

【表２】

【０１０４】実験２においても、実験１の場合とほぼ同
様な結果が得られた。すなわち、座標入力／検出装置１
００の入力／検出面１０１の最上位部分の高さを床より
２．５ｍ以下にすることにより、被験者が肩こりやドラ
イアイの症状を感じることを防止することができるとい
う結果を得た。

【０１０５】（３）実験３さらに、実験３について説明する。実験３で使用する座
標入力／検出装置１００は、濃い緑色の黒板の前面に座
標入力／検出部１０２（１０２ａ〜１０２ｄ）を設け、
入力／検出面１０１を黒板の面としたものである。他の
構成については図１に示した通りである。そして、黒板
である入力／検出面１０１の最上位部分に近いところに
白色，赤色，青色のチョークで情報を書き込みつつ模擬
会議を行った。なお、黒板のサイズは実験１および２で
使用したＣＲＴおよびホワイトボードと同様４０インチ
とした。被験者や実験条件などは第１の実験と同様であ
る。

【０１０６】実験３の結果を表３に示す。

【表３】

【０１０７】実験３においても、実験１および２の結果
と類似した傾向の結果が得られた。すなわち、座標入力
／検出装置１００の入力／検出面１０１の最上位部分の
高さを床より２．５ｍ以下にすることにより、被験者が
肩こりやドライアイの症状を感じることを防止すること
ができるという結果を得た。

【０１０８】ただし、実験３においては、不調を訴える
被験者の数が、実験１および実験２の場合に較べて少な
くなっていることがわかった（コンタクトの者が訴えた
ドライアイの症状についてはほとんど変化がない）。こ
の理由としては、やや見上げるようにして入力／検出面
１０１を見続ける姿勢を取っていても、見る物によって
その疲労度が異なるためであると考えられる。すなわ
ち、実験１のＣＲＴのように輝度情報のものや、実験２
のホワイトボードのように白い物は目に優しくなく、濃
い緑色のようなものの方が目に優しいためと考えられ
る。

【０１０９】以上の実験結果に基づき、本実施の形態係
る座標入力／検出装置１００においては、入力／検出面
１０１の最上位部分の高さを床から２．５ｍ以下とす
る。また、入力／検出面１０１の最上位部分の高さを、
２．５ｍ以下の高さで入力／検出面１０１の大きさに応
じて調節することができるようにしても良い。なお、入
力／検出面１０１の最上位部分を最も低くする場合の限
界は、入力／検出面１０１の大きさや使用状態に依存す
る。

【０１１０】上記実験結果は、前述した複数種類の座標
入力／検出部１０２（１０２ａ〜１０２ｄ）のいずれを
用いた場合にも当てはまるものである。また、他の種類
の座標入力／検出部を用いた場合であっても、上記実験
結果を適用して図１のような座標入力／検出装置を構成
することが可能であることはいうまでもない。

【０１１１】このように、本実施の形態に係る座標入力
／検出装置によれば、入力／検出面１０１の最上位部分
の高さを床から２．５ｍ以下とするため、長時間にわた
る会議に座標入力／検出装置１００を用いた場合であっ
ても、会議出席者の疲労を軽減することが可能となる。

【０１１２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の座標入力
／検出装置（請求項１）によれば、平面またはほぼ平面
の２次元座標を検出する領域を、床に対して垂直または
おおよそ垂直になるように保持する保持部材を含む座標
入力／検出装置において、２次元座標を入力／検出する
領域の最上位部分の高さを床から２．５ｍ以下としたの
で、２次元座標を入力／検出する領域の最上位部分を使
用者が見上げる状況で使用するようなものであっても、
長時間使用し続けても使用者がほとんど疲れない座標入
力／検出装置を提供することができる。

【０１１３】また、本発明の座標入力／検出装置（請求
項２）によれば、平面またはほぼ平面の２次元座標を検
出する領域を、床に対して垂直またはおおよそ垂直にな
るように保持する保持部材を含む座標入力／検出装置に
おいて、２次元座標を入力／検出する領域の最上位部分
の高さを床から２．５ｍ以下としたので、２次元座標を
入力／検出する領域の最上位部分を使用者が見上げる状
況で使用するとともにその情報表示部分が電子的に画像
を表示するディスプレイ表面であるようなものであって
も、長時間使用し続けても使用者がほとんど疲れない座
標入力／検出装置を提供することができる。

【０１１４】さらに、本発明の座標入力／検出装置（請
求項３）によれば、平面またはほぼ平面の２次元座標を
検出する領域を、床に対して垂直またはおおよそ垂直に
なるように保持する保持部材を含む座標入力／検出装置
において、２次元座標を入力／検出する領域の最上位部
分の高さを床から２．５ｍ以下としたので、２次元座標
を入力／検出する領域の最上位部分を使用者が見上げる
状況で使用するとともにその情報表示部分が白色を主体
とした面状の部材のようなものであっても、長時間使用
し続けても使用者がほとんど疲れない座標入力／検出装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る座標入力／検出装置
の概略構成図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る座標入力／検出部の
第１の構成例を示す構成図である。

【図３】図２に示す座標入力／検出部を構成する受発光
部の構成図である。

【図４】図２に示す座標入力／検出部の動作説明図であ
る。

【図５】図２に示す座標入力／検出部の動作説明図であ
る。

【図６】図２に示す座標入力／検出部の詳細な構成図で
ある。

【図７】本発明の実施の形態に係る座標入力／検出部の
第２の構成例を示す構成図である。

【図８】本発明の実施の形態に係る座標入力／検出部の
第３の構成例を示す構成図である。

【図９】図８に示す座標入力／検出装置を構成する発光
検出装置の構成図である。

【図１０】図９に示す発光検出装置から出射される光の
集光状態を示す説明図である。

【図１１】図９に示すシリンドリカルレンズおよびＰＳ
Ｄの配置例を示す説明図である。

【図１２】図８に示す座標入力／検出部を構成する発光
検出装置の他の例を示す構成図である。

【図１３】図１２に示すアパーチャーおよびＰＳＤの配
置例を示す説明図である。

【図１４】図９および図１２に示すＬＥＤおよびＰＳＤ
の制御回路を示すブロック図である。

【図１５】図８に示す座標入力／検出部において使用さ
れるペンの構成図である。

【図１６】図１５に示すペンに設けられたコーナーキュ
ーブの構成図である。

【図１７】本発明の実施の形態に係る座標入力／検出部
の第３の構成例において、ペンによって指示された位置
を検出する原理の説明図である。

【図１８】本発明の実施の形態に係る座標入力／検出部
の第４の構成例を示す構成図である。

【図１９】図１８に示す座標入力／検出部における信号
波形を示すタイミングチャートである。

【図２０】図１８に示す座標入力／検出部における座標
位置の算出方法の説明図である。

【図２１】本発明の実施の形態に係る座標入力／検出装
置の使用状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１受発光部２指示物体４，５５再帰性反射部材５ディスプレイ面１０〜１３，Ｌ１〜Ｌｎプローブ光２１アンプ２２アナログ演算回路２３Ａ／Ｄコンバータ２４ＬＥＤドライバ２５ＲＯＭ２６ＲＡＭ２７ＭＰＵ２８タイマー２９インタフェースドライバ３２，３３発光検出装置３２ａ，３３ａ発光部３２ｂ，３３ｂ受光角度検出部３４基準点３５ペン３６，６１，６３ＬＥＤ３７光学レンズ３８ＰＳＤ３９，８４〜８６，８９シリンドリカルレンズ４０マスク４１アパーチャー４２透過孔５０，９０受光素子５１集光レンズ６２，６４フォトトランジスタ６６タッチ部分６８，６９光路６７タッチ座標位置８１点光源８２スリット８３光源８７ハーフミラー８８二次光源１００座標入力／検出装置１０１，１０１ａ〜１０１ｃ入力／検出面１０２，１０２ａ〜１０２ｄ座標入力／検出部１０３ａ，１０３ｂ保持部材１０４操作部１０５コントロールユニット１１１赤外線位置検出部１１２ａ，１１２ｂ赤外線ＣＣＤカメラ１１３赤外線ＬＥＤ１１４座標入力部１１５コントロール部１１６リセット信号１１７垂直クロック信号１１８水平クロック信号１１９ａ，１１９ｂ映像信号１２０リセット信号回路１２１垂直クロック回路１２２水平クロック回路１２３ａ，１２３ｂピーク検出回路１２４ａ，１２４ｂピーク検出信号１２５演算回路１２６インターフェース回路１２７表示回路１２８ａ，１２８ｂピーク信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０６Ｆ 3/033 ３７０Ｇ０６Ｆ 3/033 ３７０ (72)発明者井上隆夫東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者清水弘雅東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者高橋禎郎東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内Ｆターム(参考） 2C071 BB06 CA02 CA04 CB06 CB28 DA03 DC04 5B068 AA05 AA15 AA32 BB19 BC04 BC05 BD02 BD09 BD17 5B087 AA09 AB04 AE02 BC03 CC12 CC33 CC34 DD17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の発光手段と複数の受光手段とを備
え、これらの発光／受光の光路内の光遮断手段の有無に
より、該光遮断手段の平面もしくはほぼ平面の２次元座
標を検出する座標入力／検出装置、または、平面もしく
はほぼ平面の座標入力／検出領域を取り込む画像入力手
段と、該画像入力手段により取り込まれた情報のうちの
一部の領域を２次元座標情報に変換する手段とを備えた
座標入力／検出装置において、該座標入力／検出装置
は、平面またはほぼ平面の座標入力／検出領域を有する
座標入力／検出部材と、該部材を保持する保持部材と、
前記座標情報等を処理するコントロールユニット等から
構成され、前記平面またはほぼ平面の２次元座標を入力
／検出する領域は、床に対して垂直またはおおよそ垂直
になるよう保持される保持部材を含む座標入力／検出装
置であるとともに前記２次元座標を入力／検出する領域
の最上位部分は使用者が見上げる状況で使用する座標入
力／検出装置であって、前記最上位部分の高さを床から
２．５ｍ以下としたことを特徴とする座標入力／検出装
置。
【請求項２】複数の発光手段と複数の受光手段とを備
え、これらの発光／受光の光路内の光遮断手段の有無に
より、該光遮断手段の平面もしくはほぼ平面の２次元座
標を検出する座標入力／検出装置、または、平面もしく
はほぼ平面の座標入力／検出領域を取り込む画像入力手
段と、該画像入力手段により取り込まれた情報のうちの
一部の領域を２次元座標情報に変換する手段とを備えた
座標入力／検出装置において、該座標入力／検出装置
は、平面またはほぼ平面の座標入力／検出領域を有する
とともに電子的に画像を表示するディスプレイ表面であ
る座標入力／検出部材と、該部材を保持する保持部材
と、前記座標情報等を処理するコントロールユニット等
から構成され、前記平面またはほぼ平面の２次元座標を
入力／検出する領域は、床に対して垂直またはおおよそ
垂直になるよう保持される保持部材を含む座標入力／検
出装置であるとともに前記２次元座標を入力／検出する
領域の最上位部分は使用者が見上げる状況で使用する座
標入力／検出装置であって、前記最上位部分の高さを床
から２．５ｍ以下としたことを特徴とする座標入力／検
出装置。
【請求項３】複数の発光手段と複数の受光手段とを備
え、これらの発光／受光の光路内の光遮断手段の有無に
より、該光遮断手段の平面もしくはほぼ平面の２次元座
標を検出する座標入力／検出装置、または、平面もしく
はほぼ平面の座標入力／検出領域を取り込む画像入力手
段と、該画像入力手段により取り込まれた情報のうちの
一部の領域を２次元座標情報に変換する手段とを備えた
座標入力／検出装置において、該座標入力／検出装置
は、平面またはほぼ平面の座標入力／検出領域を有する
とともに筆記手段による書き込みおよび消去が可能な白
色を主体とした面状の座標入力／検出部材と、該部材を
保持する保持部材と、前記座標情報等を処理するコント
ロールユニット等から構成され、前記平面またはほぼ平
面の２次元座標を入力／検出する領域は、床に対して垂
直またはおおよそ垂直になるよう保持される保持部材を
含む座標入力／検出装置であるとともに前記２次元座標
を入力／検出する領域の最上位部分は使用者が見上げる
状況で使用する座標入力／検出装置であって、前記最上
位部分の高さを床から２．５ｍ以下としたことを特徴と
する座標入力／検出装置。