JP2000284908A - Device with integrated input and output - Google Patents

Device with integrated input and output

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JP2000284908A
JP2000284908A JP9156499A JP9156499A JP2000284908A JP 2000284908 A JP2000284908 A JP 2000284908A JP 9156499 A JP9156499 A JP 9156499A JP 9156499 A JP9156499 A JP 9156499A JP 2000284908 A JP2000284908 A JP 2000284908A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To sufficiently ensure the input light quantity of a pen from the screen of an optical coordinate input device. SOLUTION: A screen is constituted of a Fresnel plate constituted of Fresnel lenses for making image light beams from projecting lens in parallel with the optical axes and a lenticular plate 10-2 constituted of lenticular lenses 10-2-1 for performing diffusing action in the horizontal direction. Then, the lenticular lens 10-2-1 is provided with an optical characteristics region in which the pen input light can be made in parallel with the optical axis of the image projected light. Thus, the Fresnel effect can be increased, and converging characteristics can be more improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、大型表示システム
に用いられる座標入力装置を含む入出力一体型装置に関
する。より詳しくは、大型ディスプレイの画面に指示具
によって座標を入力することにより、外部接続されたコ
ンピュータを制御したり、文字や図形などを書き込むた
めに用いられる座標入力装置を含む入出力一体型装置に
関する。
The present invention relates to an integrated input / output device including a coordinate input device used in a large display system. More specifically, the present invention relates to an input / output integrated device including a coordinate input device used for controlling an externally connected computer or writing characters, graphics, and the like by inputting coordinates on a screen of a large display with a pointing tool. .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の座標入力装置としては、CCDエ
リアセンサやリニアセンサを用いて画面上の発光ペン等
からの光スポットを撮像し、重心座標あるいはパターン
マッチングを用いるなどの画像処理を行って、座標値を
演算して出力するものや、PSDと呼ばれる位置検出素
子(スポットの位置に対応した出力電圧が得られるアナ
ログデバイス)を用いるものなどが知られている。
2. Description of the Related Art A conventional coordinate input device captures a light spot from a light-emitting pen or the like on a screen using a CCD area sensor or a linear sensor, and performs image processing such as using barycentric coordinates or pattern matching. And those that calculate and output coordinate values and those that use a position detecting element called PSD (an analog device that can obtain an output voltage corresponding to the position of a spot) are known.

【0003】例えば、特公平7−76902号公報に
は、可視光の平行ビームによる光スポットをビデオカメ
ラで撮像して座標を検出し、同時に赤外拡散光で制御信
号を送受する装置について開示されている。また、特開
平6−274266号公報には、リニアCCDセンサと
特殊な光学マスクを用いて座標検出を行う装置が開示さ
れている。
[0003] For example, Japanese Patent Publication No. 7-76902 discloses an apparatus for detecting a coordinate by imaging a light spot with a parallel beam of visible light with a video camera and simultaneously transmitting and receiving a control signal with infrared diffused light. ing. Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-274266 discloses an apparatus for detecting coordinates using a linear CCD sensor and a special optical mask.

【0004】一方、特許第2503l82号には、PS
Dを用いた装置について、その構成と出力座標の補正方
法が開示されている。
On the other hand, Japanese Patent No. 2503182 discloses that PS
Regarding an apparatus using D, a configuration and a method of correcting output coordinates are disclosed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】近年、大画面ディスプ
レイの画面の明るさが改善され、明るく照明された環境
においても十分使用できるようになってきており、プレ
ゼンテーションや電子会議システムにおいて有効な入出
力一体型デバイスを構成することができるので需要が拡
大されつつある。
In recent years, the brightness of the screen of a large-screen display has been improved, and it has become possible to use it in a brightly lit environment. Demand is expanding because an integrated device can be configured.

【0006】そして、座標入力装置は、そのような大画
面ディスプレイと組み合わせた環境においても使用でき
るように、外乱光に強いことがますます必要になってき
ている。
[0006] The coordinate input device is increasingly required to be resistant to disturbance light so that it can be used in an environment combined with such a large screen display.

【0007】また、近年、無線通信手段として、赤外線
を利用する機器が増加しており、赤外、可視光ともに外
乱光は、増加傾向にあるため、外乱光に強いことは、装
置の重要な特性の一つである。
In recent years, the number of devices using infrared rays as wireless communication means has increased, and the amount of disturbance light has increased in both infrared and visible light. One of the characteristics.

【0008】しかしながら、前記特公平7−76902
号公報、前記特開平6−274266号公報からもわか
るように、従来のCCDセンサを用いるものは、光学フ
ィルタでしか外乱光を抑制することができない。
However, the aforementioned Japanese Patent Publication No. 7-76902
As can be seen from JP-A-6-274266 and JP-A-6-274266, in a device using a conventional CCD sensor, disturbance light can be suppressed only by an optical filter.

【0009】これに対して、前記特許出願第2503l
82号のように、PSDを用いる装置では、光強度を周
波数変調し、この変調波を同期検波することにより、外
乱光の影響を抑制できるため、光学フィルタと併用する
ことによって、外乱光に対しては強い特性を持ってい
る。
On the other hand, the above-mentioned patent application No. 2503l
As in No. 82, in a device using a PSD, the light intensity is frequency-modulated, and the modulated wave is synchronously detected, so that the influence of disturbance light can be suppressed. Have strong characteristics.

【0010】また、大画面ディスプレイは、明るさの改
善と同時に高解像度化も進められている。このため、座
標入力装置の分解能も向上させる必要があるが、外乱光
に強いPSDを用いた装置ではこの点において問題があ
る。
[0010] In addition, the resolution of the large-screen display has been improved as well as the brightness. For this reason, it is necessary to improve the resolution of the coordinate input device, but there is a problem in this respect in a device using a PSD that is strong against disturbance light.

【0011】すなわち、センサ出力電圧のダイナミック
レンジが入力範囲にそのまま対応しているため、例えば
全体をl000の座標に分解する場合には少なくとも6
0dB以上のS/N比が必要になり、さらに前記特許第
2503l82号で述べられているように、直線性誤差
のデジタル補正が必須であるため、高精度なアナログ回
路と多ビットのAD変換器と演算回路とが必要になる。
That is, since the dynamic range of the sensor output voltage directly corresponds to the input range, for example, when the whole is decomposed into coordinates of 1000, at least 6
Since an S / N ratio of 0 dB or more is required, and digital correction of a linearity error is indispensable, as described in the above-mentioned Japanese Patent No. 2503182, a high-precision analog circuit and a multi-bit AD converter are required. And an arithmetic circuit are required.

【0012】さらに、センサ出力信号のS/N比は光量
と光スポットのシャープさに依存するため、前述した外
乱光の抑圧だけでは不十分であり、明るく高精度な光学
系も必要になる。このようなことから、装置自体が非常
に高価で、大型なものになってしまう。
Further, since the S / N ratio of the sensor output signal depends on the amount of light and the sharpness of the light spot, suppression of disturbance light alone is not sufficient, and a bright and highly accurate optical system is also required. For this reason, the device itself is very expensive and large.

【0013】さらに、CCDセンサを用い、分解能を高
める手法として、前記特公平7−76902号公報で
は、ビデオカメラを複数台同時使用することが開示され
ているが、これは装置が大型化し、高価になる。また、
一台で画素数の多いビデオカメラの場合には、複数のカ
メラを用いるよりもさらに大型化し、高価となる。
Further, as a technique for increasing the resolution by using a CCD sensor, Japanese Patent Publication No. 7-76902 discloses the simultaneous use of a plurality of video cameras. become. Also,
In the case of a single video camera having a large number of pixels, the size and cost are further increased as compared with the case of using a plurality of cameras.

【0014】また、画像処理によって、画素数よりも高
い分解能を達成するには、膨大な画像データの高速処理
が必要となり、リアルタイム動作をさせるには非常に大
型で、高価なものとなってしまう。
Further, in order to achieve a resolution higher than the number of pixels by image processing, high-speed processing of enormous image data is required, and it is very large and expensive for real-time operation. .

【0015】また、前記特開平6−274266号公報
では、特殊な光学マスクと信号処理とによって高分解能
が得られるようにしており、外乱光が小さく良好なS/
N比が確保できれば高分解能化が可能である。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-274266, high resolution can be obtained by using a special optical mask and signal processing.
If the N ratio can be secured, high resolution can be achieved.

【0016】しかし、実際には、リニアセンサでは結像
が線状であり、点像となるエリアセンサに比べて面内で
外乱光との分離ができないため、外乱光の影響を受けや
すく、外乱光の少ない特殊な環境でしか実用にならない
という問題がある。
However, in actuality, the linear sensor forms an image in a linear manner, and cannot separate the light from disturbance light in a plane as compared with an area sensor that forms a point image. There is a problem that it is practical only in a special environment with little light.

【0017】また、上記座標入力装置を投射型大画面デ
ィスプレイと組み合わせる場合、この投射型大画面ディ
スプレイに用いるスクリーンとしては、入力側であり画
面鑑賞側である前面の視野角を広く確保するために、フ
レネルレンズとレンチキュラーレンズ面をもったスクリ
ーンを用い、更に拡散材等を併用する構成とするのは公
知の技術である。
When the coordinate input device is combined with a projection type large screen display, a screen used for the projection type large screen display is designed to secure a wide viewing angle on the front side which is an input side and a screen viewing side. It is a known technique to use a screen having a Fresnel lens and a lenticular lens surface, and to additionally use a diffusing material or the like.

【0018】しかし、単純にセンサの位置を考慮せずこ
のスクリーンを上記座標入力装置と投射型大画面ディス
プレイと組み合わせた装置に用いたのでは、ペン等の指
示具からの光スポットの光はセンサへ集光せず、光量が
不足してしまうという問題がある。更に、例えば特開昭
58-59436に開示されているように、水平方向に曲率を持
つ凸のレンチキュラーレンズを表裏両面に持ち、コント
ラストの向上を図るために、レンチキュラーレンズの鑑
賞側の面(画像光の出力側)にレンチキュラーレンズの
背面の谷部と対向した平面の黒状細状面(ブラックスト
ライプ)をフレネル板と共に形成するスクリーン構成が
知られている。
However, if this screen is used in a device combining the coordinate input device and the projection type large screen display without simply considering the position of the sensor, the light of the light spot from a pointing tool such as a pen is There is a problem that the light is not collected and the light quantity is insufficient. Furthermore, for example,
As disclosed in 58-59436, a convex lenticular lens having a curvature in the horizontal direction is provided on both front and back sides, and in order to improve contrast, the lenticular lens is provided on the viewing side (image light output side) to improve contrast. There is known a screen configuration in which a flat black-like thin surface (black stripe) facing a valley on the back surface of a lenticular lens is formed together with a Fresnel plate.

【0019】ところが、上記スクリーン画面上のペン等
の指示具からの光スポットの座標を検出する場合、上記
ブラックストライプによりセンサへ入力する光が遮られ
てしまい、十分な検出光量を確保できないという問題が
ある。このような場合、図13(a)及び図13(b)
で示すように上記レンチキュラーレンズの背面の谷部と
対向した平面にブラックストライプを形成しないレンチ
板を用いることが容易に考案される。
However, when detecting the coordinates of a light spot from a pointing tool such as a pen on the screen screen, the light input to the sensor is blocked by the black stripe, and a sufficient amount of detected light cannot be secured. There is. In such a case, FIGS. 13A and 13B
As shown by, it is easily devised to use a wrench plate that does not form a black stripe on a plane facing the valley on the back surface of the lenticular lens.

【0020】但し、この場合、図13(a)で示すよう
な画像光に関しては、フレネル板通過後画像光の光軸と
平行になった光線群(矢印→)に対し水平方向に強い拡
散を行い、視野角の向上効果があるものの、ペン等の指
示具からの光ビーム(矢印←)に対しては上記レンズ部
及び上記平面いずれの領域に於ける入射に関してフレネ
ル板へは光軸に平行な光線でなく拡散光となってしま
い、センサへ十分な検出光量を確保できないという問題
がある。
However, in this case, with respect to the image light as shown in FIG. 13A, strong diffusion in the horizontal direction occurs with respect to a group of light rays (arrows →) parallel to the optical axis of the image light after passing through the Fresnel plate. Although there is an effect of improving the viewing angle, the light beam (arrow ←) from a pointing tool such as a pen is incident on any of the above-mentioned lens portion and the above-mentioned plane and is parallel to the optical axis to the Fresnel plate. There is a problem that the light is not a light beam but a diffused light, and a sufficient amount of detected light cannot be secured to the sensor.

【0021】そこで、本発明の目的は、投射画像の視野
角を広く保持した上で、十分なセンサへの入射光量を確
保した、高分解能で高性能な座標入力装置を提供するこ
とにある。
It is an object of the present invention to provide a high-resolution and high-performance coordinate input device that secures a sufficient amount of incident light on a sensor while maintaining a wide viewing angle of a projected image.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、指示具からの光を座標入力画面の所定位
置に照射して光スポットを生成し、前記光スポットを撮
像する撮像手段と、該撮像手段の出力信号から該スポッ
トの前記座標入力画面の所定位置に対応した座標出力信
号を生成する座標演算手段からなる座標入力装置と、前
記座標入力画面に画像を投射し結像させる投射型表示手
段より構成される入出力一体型装置であって、前記撮像
手段を前記投射型表示手段の投射レンズの略近傍に配置
し、前記座標入力画面を画像投射側の画像投射光を上記
投射レンズの光軸に平行にし、且つ、指示具からの光を
前記撮像手段へ集光するフレネルレンズを有するフレネ
ル板と、座標入力面側の画像投射光を拡散させるレンチ
キュラーレンズを有するレンチ板から構成されることを
特徴とする入出力一体型装置を提供する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an image pickup device for irradiating a predetermined position on a coordinate input screen with light from a pointing tool to generate a light spot and picking up the light spot. A coordinate input device comprising: means for generating a coordinate output signal corresponding to a predetermined position on the coordinate input screen of the spot from an output signal of the imaging means; and projecting an image on the coordinate input screen to form an image. An input / output integrated device comprising projection type display means for causing the image input means to be disposed substantially in the vicinity of a projection lens of the projection type display means, and displaying the coordinate input screen with image projection light on the image projection side. A Fresnel plate having a Fresnel lens parallel to the optical axis of the projection lens and condensing the light from the pointing tool to the imaging means, and a lenticular lens for diffusing image projection light on the coordinate input surface side. Be comprised of the wrench plate for providing input and output integrated device according to claim.

【0023】また、好ましくは、本発明は、前記フレネ
ルレンズの物体側焦点が、前記投射型表示手段の投射レ
ンズの射出位置と前記座標入力装置の前記撮像手段のセ
ンサ位置に略合致していることを特徴とする。また、好
ましくは、本発明は、前記レンチ板が前記指示具からの
光が透過後投射レンズの光軸と略平行になる光学特性領
域を具えることを特徴とする。また、好ましくは、本発
明は、前記レンチ板の光学特性領域が、座標入力面側の
凸曲率面と画像投射側の凹曲率面により構成されること
を特徴とする。
Preferably, in the present invention, the object-side focal point of the Fresnel lens substantially coincides with the exit position of the projection lens of the projection display unit and the sensor position of the imaging unit of the coordinate input device. It is characterized by the following. Also, preferably, the present invention is characterized in that the wrench plate has an optical characteristic region that is substantially parallel to the optical axis of the projection lens after light from the pointing tool is transmitted. Preferably, the present invention is characterized in that the optical characteristic region of the wrench plate is constituted by a convex curvature surface on the coordinate input surface side and a concave curvature surface on the image projection side.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0025】図1は、本発明の座標入力装置の全体構成
を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a coordinate input device according to the present invention.

【0026】まず、図1を用いて、本発明に係る光学式
座標入力装置の概略構成について説明すると、本装置は
大別して、座標入力面であるスクリーン10に対して光
スポットを形成する指示具4と、光スポット5のスクリ
ーン10上の位置座標等を検出する座標検出器1とから
なり、図1にはそれらの構成と合わせて、出力装置とし
てスクリーン10に画像、或いは前述の位置情報等を表
示する投射型表示装置8が記載されている。
First, the schematic configuration of an optical coordinate input device according to the present invention will be described with reference to FIG. 1. This device is roughly divided into an indicator for forming a light spot on a screen 10 which is a coordinate input surface. 1 and a coordinate detector 1 for detecting the position coordinates and the like of the light spot 5 on the screen 10. FIG. Is displayed.

【0027】次に図3を用いて指示具4の概略構成につ
いて説明する。
Next, the schematic structure of the pointing device 4 will be described with reference to FIG.

【0028】指示具4は、赤外光ビームを発射する半導
体レーザ、或いはLED等の発光素子41と、その発光
を駆動制御する発光制御手段42、複数の操作用スイッ
チ手段43、電池等の電源手段44とを内蔵している。
発光制御手段42は、操作用スイッチ43の状態によ
り、発光のON(オン)/OFF(オフ)と、後述する
変調方法とによって、制御信号を重畳した発光制御を行
う。
The indicating tool 4 includes a light emitting element 41 such as a semiconductor laser or an LED for emitting an infrared light beam, a light emitting control means 42 for driving and controlling the light emission, a plurality of operation switch means 43, and a power supply such as a battery. Means 44.
The light emission control means 42 performs light emission control in which a control signal is superimposed by ON (ON) / OFF (OFF) of light emission and a modulation method described later according to the state of the operation switch 43.

【0029】図1の座標検出器1は、座標検出センサ部
2と、このセンサ部の制御および座標演算などを行うコ
ントローラ3、制御信号検出センサ6、信号処理部7と
から構成されており、光スポット5のスクリーン10上
の座標位置、及び指示具4の後述する各スイッチの状態
に対応する制御信号とを検出して、コントローラ3によ
って外部接続装置(不図示)にその情報を通信するよう
にしている。
The coordinate detector 1 shown in FIG. 1 comprises a coordinate detection sensor unit 2, a controller 3 for controlling the sensor unit and calculating coordinates, a control signal detection sensor 6, and a signal processing unit 7. The controller 3 detects the coordinate position of the light spot 5 on the screen 10 and a control signal corresponding to the state of each switch of the indicator 4 described later, and communicates the information to an external connection device (not shown) by the controller 3. I have to.

【0030】図1の投射型表示装置8は、コンピュータ
(図示せず)などの外部接続装置である表示信号源から
の画像信号が入力される画像信号処理部81と、これに
より制御される液晶パネル82、ランプ83、ミラー8
4、コンデンサーレンズ85からなる照明光学系と、液
晶パネル82の像をスクリーンl0上に投影する投影レ
ンズ86とからなり、所望の画像情報をスクリーン10
に表示することができる。
The projection display device 8 shown in FIG. 1 includes an image signal processing section 81 to which an image signal is input from a display signal source which is an external connection device such as a computer (not shown), and a liquid crystal controlled by the image signal processing section 81. Panel 82, lamp 83, mirror 8
4. An illumination optical system composed of a condenser lens 85 and a projection lens 86 for projecting an image of the liquid crystal panel 82 on the screen 10 so that desired image information can be displayed on the screen 10.
Can be displayed.

【0031】スクリーンl0は、投射画像の観察範囲を
広くするために、上記投影レンズ86からの画像光線を
その光軸に平行にするフレネルレンズよりなる画像投射
側のフレネル板10−1と水平方向に拡散作用するレン
チキュラーレンズよりなる座標入力面側のレンチ板10
−2より構成され、また、更に垂直方向にも適度な視野
範囲を確保するため、光拡散剤を上記フレネル板10−
1及びレンチ板10−2に混入させてある。
In order to widen the observation range of the projected image, the screen 10 is arranged in a horizontal direction with the Fresnel plate 10-1 on the image projection side, which is made up of a Fresnel lens for making the image light beam from the projection lens 86 parallel to its optical axis. Wrench plate 10 on the coordinate input surface side made of a lenticular lens that diffuses
In addition, in order to secure an appropriate visual field range also in the vertical direction, a light diffusing agent is added to the Fresnel plate 10-.
1 and the wrench plate 10-2.

【0032】上記フレネル板10−1は、上記の画像光
線をその光軸に平行にすると共に、指示具4によりスク
リーン10に入力した光ビームを撮像手段である座標検
出器1を構成する上記座標検出センサ部2と制御信号検
出センサ6に向かわせる作用をする。
The Fresnel plate 10-1 makes the image light beam parallel to its optical axis and converts the light beam input to the screen 10 by the pointing tool 4 into the coordinates constituting the coordinate detector 1 as an image pickup means. It functions to direct the detection sensor unit 2 and the control signal detection sensor 6.

【0033】従って、上記座標検出センサ部2と制御信
号検出センサ6は上記投影レンズ86の略近傍に配置
し、更に望ましくは、上記フレネル板10−1のフレネ
ルレンズの物体側焦点が、上記投影レンズ86の射出位
置と上記座標検出センサ部2と制御信号検出センサ6の
位置に略合致する様に配置する。
Accordingly, the coordinate detection sensor section 2 and the control signal detection sensor 6 are disposed substantially in the vicinity of the projection lens 86. More preferably, the object-side focal point of the Fresnel lens of the Fresnel plate 10-1 is adjusted to the projection side. The lens 86 is disposed so as to substantially coincide with the emission position and the positions of the coordinate detection sensor unit 2 and the control signal detection sensor 6.

【0034】図1では、上記投影レンズ86に比べて小
型である上記座標検出センサ部2と制御信号検出センサ
6を投影レンズ86の周囲に配置した一実施形態を示
す。
FIG. 1 shows an embodiment in which the coordinate detection sensor unit 2 and the control signal detection sensor 6 which are smaller than the projection lens 86 are arranged around the projection lens 86.

【0035】また、フレネル板10−1のフレネルレン
ズの物体側焦点を上記投影レンズ86の射出位置からわ
ずかに上記座標検出センサ部2と制御信号検出センサ6
の位置側へずらした位置にしてもよい。実際には、上記
の通りスクリーン10は拡散特性を持っているので指示
具4からの光ビームはある程度の幅があり、上記構成に
より、図1に示すように指示具4のスクリーン10への
入力位置が(a)の位置の場合でも(b)の位置の場合
でも指示具4からの光ビームは、効率よく座標検出器1
を構成する上記座標検出センサ部2及び制御信号検出セ
ンサ6へ入射することができる。
The object-side focal point of the Fresnel lens of the Fresnel plate 10-1 is slightly shifted from the emission position of the projection lens 86 by the coordinate detection sensor unit 2 and the control signal detection sensor 6.
May be shifted to the position side. Actually, as described above, since the screen 10 has a diffusion characteristic, the light beam from the pointing tool 4 has a certain width, and the input of the pointing tool 4 to the screen 10 as shown in FIG. Regardless of whether the position is the position of (a) or the position of (b), the light beam from the pointing tool 4 is efficiently transmitted to the coordinate detector 1.
Can be incident on the coordinate detection sensor unit 2 and the control signal detection sensor 6.

【0036】また更に、光スポット5の光がより効率よ
く座標検出器1に入射するためには、上記指示具4から
の光がレンチ板10−2透過後、フレネル板10−1の
フレネルレンズに入射する前に、光軸と平行になる様な
光学特性をレンチ板10−2が具えることが望ましい。
その特性を持った領域を具えたレンチ板10−2の構成
に係わる詳しい説明は、後述する。
Further, in order for the light of the light spot 5 to be incident on the coordinate detector 1 more efficiently, the light from the pointing tool 4 passes through the wrench plate 10-2 and then the Fresnel lens of the Fresnel plate 10-1. It is desirable that the wrench plate 10-2 has optical characteristics such that the wrench plate 10-2 becomes parallel to the optical axis before the light is incident on the optical axis.
A detailed description of the configuration of the wrench plate 10-2 having the region having the characteristics will be described later.

【0037】この様に構成することで、指示具4により
スクリーン10上で文字情報や線画情報を入力し、その
情報を投射型表示装置8で表示することにより、あたか
も『紙と鉛筆』の様な関係で情報の入出力を可能とする
他、ボタン操作やアイコンの選択決定などの入力操作を
自由に行える様に構成したものである。
With such a configuration, character information and line drawing information are input on the screen 10 by the pointing tool 4 and the information is displayed on the projection display device 8, so that it is as if "paper and pencil". In addition to enabling input and output of information in such a relationship, the configuration is such that input operations such as button operation and icon selection can be freely performed.

【0038】以下、本願発明の光学式座標入力装置の詳
細について具体的に説明する。
Hereinafter, details of the optical coordinate input device of the present invention will be specifically described.

【0039】<指示具4の詳細説明>図3は指示具4の
概略構造図であり、赤外光ビームを発射する半導体レー
ザからなる発光素子41と、その発光を駆動制御する発
光制御手段42、電源部44、並びに本願発明の実施例
では4個の操作用スイッチ43A〜43Dとを内蔵して
いる。発光制御手段42は、4個の操作用スイッチ43
A〜43Dの状態により、発光のON(オン)/OFF
(オフ)と、後述する変調方法とによって、制御信号を
重畳した発光制御を行う。図14は、指示具4の動作モ
ードを示すものであり、スイッチA〜Dは、図3のスイ
ッチ43A〜43Dに対応している。なお図14中、
「発光」とは発光信号(座標信号)に対応し、「ペンダ
ウン」、「ペンボタン」とは制御信号に対応する。
<Detailed Description of Pointing Tool 4> FIG. 3 is a schematic structural view of the pointing tool 4, and includes a light emitting element 41 composed of a semiconductor laser for emitting an infrared light beam, and a light emission control means 42 for driving and controlling the light emission. , A power supply unit 44, and four operation switches 43A to 43D in the embodiment of the present invention. The light emission control means 42 includes four operation switches 43
ON / OFF of light emission depending on the state of A to 43D
(Off) and a light emission control in which a control signal is superimposed is performed by a modulation method described later. FIG. 14 shows the operation mode of the pointing device 4, and the switches A to D correspond to the switches 43A to 43D in FIG. In FIG. 14,
“Light emission” corresponds to a light emission signal (coordinate signal), and “pen down” and “pen button” correspond to control signals.

【0040】操作者は、指示具4を握ってスクリーン1
0にその先端を向ける。このとき、スイッチ43Aは親
指が自然に触れる位置に配置されており、これを押すこ
とによって光ビーム45が発射される。これにより、ス
クリーン10上に光スポット5が生成され、所定の処理
によって座標信号が出力され始めるが、この状態ではペ
ンダウン及びペンボタンの制御信号はOFFの状態であ
る。このため、スクリーン10上では、カーソルの動き
やボタンのハイライト切換えなどによる操作者への指示
位置の明示のみが行われる。
The operator holds the pointing device 4 and holds the screen 1
Point its tip at zero. At this time, the switch 43A is arranged at a position where the thumb naturally touches, and when pressed, the light beam 45 is emitted. As a result, the light spot 5 is generated on the screen 10, and the coordinate signal starts to be output by a predetermined process. In this state, the pen down and pen button control signals are OFF. For this reason, on the screen 10, only the indication of the position indicated to the operator by the movement of the cursor or the switching of the highlight of the button is performed.

【0041】また、人差し指及び中指が自然に触れる位
置に配置されたスイッチ43C,43Dを押すことによ
って、図14に示すようにペンダウン及びペンボタンの
制御信号が、発光信号に重畳された信号となる。すなわ
ち、スイッチ43Cを押すことによってペンダウンの状
態となり、文字や線画の入力を開始したり、ボタンを選
択決定するなどの画面制御が実行できる。スイッチ43
Dを押すことによってペンボタンの状態となり、メニュ
ーの呼び出しなどの別機能に対応させることができる。
これにより、操作者は、片手でスクリーン10上の任意
の位置で、すばやく正確に文字や図形を描いたり、ボタ
ンやメニューを選択したりすることによって、軽快に操
作することができる。
By pressing switches 43C and 43D arranged at positions where the forefinger and the middle finger naturally touch, the pen down and pen button control signals become signals superimposed on the light emission signal as shown in FIG. . That is, by pressing the switch 43C, a pen-down state is established, and screen control such as starting input of characters and line drawings and selecting and determining a button can be executed. Switch 43
By pressing D, the state of the pen button is established, and it is possible to correspond to another function such as calling a menu.
Thus, the operator can operate lightly and quickly by drawing a character or a figure or selecting a button or a menu at an arbitrary position on the screen 10 with one hand.

【0042】また、指示具4の先端部には、スイッチ4
3Bが設けられていて、スクリーン10に指示具4を押
し付けることによって動作するスイッチである。操作者
が、指示具4を握り、指示具の先端部をスクリーン10
に押し付けることでペンダウン状態となるので、余分な
ボタン操作を行うことなしに自然なぺン入力操作を行う
ことができる。
A switch 4 is provided at the tip of the pointing device 4.
A switch 3B is provided and operates when the pointing tool 4 is pressed against the screen 10. The operator grips the pointing device 4 and touches the tip of the pointing device on the screen 10.
, The pen-down state is established, so that a natural input operation can be performed without performing extra button operations.

【0043】また、スイッチ43Aはペンボタンの役割
を持つ。もちろん画面に押し付けないでスイッチ43A
を押せば、カーソルのみを動かすこともできる。実際
上、文字や図形の入力は画面から離れて行うより、直接
画面に触れた方が遥に操作性、正確性が良い。本実施形
態例では、このように4個のスイッチを用いて画面から
離れていても、また、直前にいても、自然で快適な操作
が可能であり、場合によって使い分けることができるよ
うに構成されている。さらには、直接入力専用(ポイン
タとして使用しない)ならば、光ビームでなく拡散光源
でよいので、半導体レーザよりも安価で長寿命のLED
を用いることも可能である。
The switch 43A has a role of a pen button. Of course switch 43A without pressing on the screen
You can also move the cursor only by pressing. Actually, the operability and accuracy are much better when the characters and figures are directly touched on the screen than when the characters and figures are input off the screen. The present embodiment is configured such that natural and comfortable operation can be performed even when the user is away from the screen or immediately before using the four switches, and can be used properly depending on the case. ing. Furthermore, if it is only for direct input (not used as a pointer), a diffused light source may be used instead of a light beam.
Can also be used.

【0044】また、このように近接用、遠隔用の2種類
の指示具4を用いたり、同時に2人以上で操作する、あ
るいは色や太さなど属性の異なる複数の指示具4を用い
る場合のために、発光制御手段42は、固有のID番号
を制御信号と共に送信するように設定されている。送信
されたID番号に対応して、描かれる線の太さや色など
の属性を外部接続機器側のソフトウェアなどで決定する
ようになっており、スクリーン10上のボタンやメニュ
ーなどで設定変更することができる。この操作は、指示
具4に別途操作ボタン等を設けて変更指示信号を送信す
るようにしてもよく、これらの設定については指示具4
内部あるいは座標検出器1内に状態を保持するようにし
てID番号ではなく、属性情報を外部接続機器へ送信す
るように構成することも可能である。
Further, when two kinds of pointing tools 4 for proximity and remote use are used as described above, two or more operating tools are operated at the same time, or a plurality of pointing tools 4 having different attributes such as color and thickness are used. Therefore, the light emission control means 42 is set to transmit a unique ID number together with a control signal. In accordance with the transmitted ID number, attributes such as the thickness and color of the drawn line are determined by software on the external connection device side, and the setting can be changed by a button or menu on the screen 10. Can be. For this operation, an operation button or the like may be separately provided on the indicator 4 to transmit a change instruction signal.
It is also possible to hold the state inside or in the coordinate detector 1 so as to transmit not the ID number but the attribute information to the externally connected device.

【0045】また、このような追加の操作ボタンは、他
の機能、例えば表示装置の点滅や信号源の切換、録画装
置などの操作などを行えるようにも設定可能である。さ
らに、スイッチ43A,43Bのいずれか一方、または
両方に圧力検出手段を設けることによって筆圧検出を行
い、この筆圧データを制御信号と共に送信するなど各種
の有用な信号を送信することが可能である。
Further, such additional operation buttons can be set so that other functions such as blinking of a display device, switching of a signal source, operation of a recording device, and the like can be performed. Further, by providing a pressure detecting means in one or both of the switches 43A and 43B, pen pressure detection is performed, and various useful signals such as transmitting this pen pressure data together with a control signal can be transmitted. is there.

【0046】指示具4のスイッチ43Aまたはスイッチ
43BがONになると発光が開始され、その発光信号は
比較的長い連続するパルス列からなるリーダ部と、これ
に続くコード(メーカーIDなど)とからなるへッダ部
をまず出力し、その後、ペンIDや制御信号などからな
る送信データ列が予め定義された順序と形式に従ってそ
の情報を順次出力する(図7、LSG信号参照)。
When the switch 43A or the switch 43B of the indicator 4 is turned on, light emission is started, and the light emission signal is composed of a reader unit composed of a relatively long continuous pulse train and a code (such as a maker ID) following the reader unit. The information is output first in accordance with a predetermined order and format of a transmission data string including a pen ID and a control signal (see FIG. 7, LSG signal).

【0047】なお本実施形態例では、各データビットに
おいて、“1”ビットは“0”ビットに対して2倍の間
隔をもつような変調形式で形成しているが、データの符
号化方式については種々のものが使用可能である。
In this embodiment, in each data bit, the "1" bit is formed in a modulation format having an interval twice as long as the "0" bit. Various types can be used.

【0048】しかしながら、後述する様に座標検出のた
めには平均光量が一定している事、またPLLの同調を
行うにはクロック成分が十分大きい事等が望ましく、送
信すべきデータ量から見て冗長度を比較的高くしても支
障はない等を勘案して、本実施形態例においては、6ビ
ット(64個)のデータを10ビット長のコードのう
ち、1と0が同数で、かつ、1あるいは0の連続数が3
以下の108個のコードに割り付ける方法で符号化して
いる。このような符号化方式をとることによって、平均
電力が一定になり、また十分なクロック成分が含まれる
ので、復調時に容易に安定した同期信号を生成すること
ができる。
However, as will be described later, it is desirable that the average amount of light be constant for coordinate detection, and that the clock component be sufficiently large for tuning the PLL. In consideration of, for example, that there is no problem even if the redundancy is relatively high, in the present embodiment, 6-bit (64) data has the same number as 1 and 0 in a 10-bit length code, and The number of consecutive 1s or 0s is 3
It is encoded by a method of allocating to the following 108 codes. By employing such an encoding method, the average power becomes constant and a sufficient clock component is included, so that a stable synchronization signal can be easily generated at the time of demodulation.

【0049】また、前述したように、ペンダウンおよび
ペンボタンの制御信号は、2ビットであるがIDなどそ
の他の長いデータも送信しなければならない。そこで、
本実施形態例では、24ビットを1ブロックとして、先
頭の2ビットは制御信号、次の2ビットは内容識別コー
ド(例えば、筆圧信号は00、IDは11等)、次の2
ビットはこれらのパリティ、その後に、16ビットのデ
ータと2ビットのパリティとを並べて、1ブロックのデ
ータとして構成する。このようなデータを前述したよう
な方式により符号化すると、40ビット長の信号にな
る。その先頭に10ビット長のシンクコードを付加す
る。このシンクコードは0が4個、1が5個連続する、
あるいはその反転パターン(直前のブロックの終わり
が、1か0かで切り替える)という特殊なコードを使用
して、データワードとの識別が容易で、データ列の途中
においても確実にその位置を識別してデータの復元がで
きるようになっている。従って、1ブロックで50ビッ
ト長の伝送信号となり、制御信号と16ビットのIDま
たは筆圧等のデータを送信していることになる。
As described above, the pen down and pen button control signals are 2 bits, but other long data such as ID must be transmitted. Therefore,
In this embodiment, the first two bits are a control signal, the next two bits are a content identification code (for example, a pen pressure signal is 00, the ID is 11, etc.), and the next two bits are 24 bits as one block.
The bits are composed of these parities, and subsequently 16-bit data and 2-bit parities are arranged to form one block of data. When such data is encoded by the method described above, a signal having a length of 40 bits is obtained. A 10-bit sync code is added to the head of the code. This sync code consists of four 0s and five 1s,
Alternatively, it is easy to identify a data word by using a special code of its inverted pattern (the end of the previous block is switched depending on whether the end is 1 or 0), and the position is surely identified even in the middle of the data string. Data can be restored. Therefore, one block becomes a transmission signal having a length of 50 bits, which means that the control signal and data such as a 16-bit ID or writing pressure are transmitted.

【0050】本実施形態例では、第1の周波数60kH
zの1/8の7.5kHzを第2の周波数としている
が、前述のような符号化方式を採用しているため、平均
伝送ビットレートは、この2/3の5kHzとなる。さ
らに、1ブロックが50ビットなので、100Hzでは
1ブロック24ビットのデータを送信していることにな
る。したがって、パリティを除いた実効ビットレート
は、2000ビット/秒である。このように冗長性は高
いが、誤検出を防止し、同期を容易にすることが非常に
簡単な構成で実現できる方式となっている。
In this embodiment, the first frequency is 60 kHz.
Although the second frequency is set to 7.5 kHz, which is 1/8 of z, the average transmission bit rate is 2/3, that is, 5 kHz because the above-described encoding method is adopted. Further, since one block is 50 bits, 24 bits of data are transmitted at 100 Hz. Therefore, the effective bit rate excluding parity is 2000 bits / second. As described above, although the redundancy is high, it is a method that can prevent erroneous detection and facilitate synchronization with a very simple configuration.

【0051】また、後述のセンサ制御のための位相同期
信号と、シンクコードの繰り返し周期のチェックとを併
用することによって、信号に短いドロップアウトが発生
した場合でも追従ができ、逆に実際に、ペンアップやダ
ブルタップのような素早い操作を行った場合との識別
は、ヘッダ信号の有無によって確実に行えるようにもな
っている。
Further, by using a phase synchronization signal for sensor control, which will be described later, and checking the repetition period of the sync code, even if a short dropout occurs in the signal, the signal can be followed. The discrimination from the case where a quick operation such as pen-up or double tap is performed can be surely performed by the presence or absence of the header signal.

【0052】<座標検出器1の詳細説明>図4は、座標
検出器1の内部構成を示す図である。この座標検出器1
には、集光光学系によって高感度に光量検出を行う受光
素子6と、結像光学系によって光の到来方向を検出する
2つのリニアセンサ20X,20Yとが設けられてお
り、指示具4に内蔵された発光素子41からの光ビーム
により、スクリーンl0上に生成された光スポット5か
らの拡散光をそれぞれ受光する。
<Detailed Description of Coordinate Detector 1> FIG. 4 is a diagram showing the internal configuration of the coordinate detector 1. This coordinate detector 1
Is provided with a light receiving element 6 for detecting the amount of light with high sensitivity by a condensing optical system, and two linear sensors 20X and 20Y for detecting an arrival direction of light by an imaging optical system. Light beams from the built-in light emitting element 41 receive diffused light from the light spot 5 generated on the screen 10.

【0053】<集光光学系の動作説明>受光素子6に
は、集光光学系としての集光レンズ6aが装着されてお
り、スクリーンl0上の全範囲から高感度で所定波長の
光量を検知する。この検知出力は、周波数検波手段71
によって検波された後、制御信号検出手段72において
制御信号(指示具4の発光制御手段42によって重畳さ
れた信号)などのデータを含むデジタル信号が復調され
る。
<Explanation of Operation of Condensing Optical System> The light receiving element 6 is provided with a condensing lens 6a as a condensing optical system, and detects a light amount of a predetermined wavelength with high sensitivity from the entire range on the screen 10. I do. This detection output is output by the frequency detection means 71
After the detection, the control signal detecting means 72 demodulates a digital signal including data such as a control signal (a signal superimposed by the light emission control means 42 of the indicator 4).

【0054】図7は、その制御信号の復元動作を説明す
るタイミングチャートである。先に述べたようなビット
列からなるデータ信号は、受光素子6で光出力信号LS
Gとして検出され、周波数検波手段71で検波される。
周波数検波手段71は、光出力信号LSGの中で最も高
い第1の周波数のパルス周期に同調するように構成さ
れ、光学的なフィルタと併用することによって、外乱光
の影響を受けることなく、変調信号CMDを復調する。
この検波方法は広く実用されている赤外線リモートコン
トローラと同様であり、信頼性の高い無線通信方式であ
る。
FIG. 7 is a timing chart for explaining the operation of restoring the control signal. The data signal composed of the bit string as described above is output from the light receiving element 6 to the light output signal LS
It is detected as G and detected by the frequency detecting means 71.
The frequency detecting means 71 is configured to tune to the pulse period of the first frequency highest in the optical output signal LSG, and is used without being affected by disturbance light by being used in combination with an optical filter. Demodulate the signal CMD.
This detection method is similar to a widely used infrared remote controller, and is a highly reliable wireless communication method.

【0055】本実施形態例では、この第1の周波数とし
ては、一般に使用されている赤外線リモートコントロー
ラより高い帯域である60KHzを用い、同時に使用し
ても誤動作することの無いように構成したが、この第1
の周波数を一般に使用されている赤外線リモートコント
ローラと同じ帯域にすることも可能であり、このような
場合にはIDなどで識別することによって誤動作を防止
する。
In this embodiment, the first frequency is set to 60 KHz, which is higher than that of a generally used infrared remote controller, so that no malfunction occurs even when used at the same time. This first
Can be set to the same band as that of a generally used infrared remote controller. In such a case, malfunction is prevented by identifying the frequency with an ID or the like.

【0056】さて、図4の周波数検波手段71により検
波された変調信号CMDは、制御信号検出手段72によ
ってデジタルデータとして解釈され、前述したペンダウ
ンやペンボタンなどの制御信号が復元される。この復元
された制御信号は、通信制御手段33に送られる。また
変調信号CMDに含まれる第2の周波数であるコード変
調の周期は、センサ制御手段31によって検出され、こ
の信号によってリニアセンサ20X,20Yを制御する
事になる。すなわち、センサ制御手段31では、図7に
示したヘッダ部のタイミングでリセットし、その後、変
調信号CMDの立ち下がりに位相同期した信号LCKを
生成する。従って、この生成された信号LCKは、指示
具4の発光の有無に同期した一定周波数の信号となる。
The modulated signal CMD detected by the frequency detecting means 71 shown in FIG. 4 is interpreted as digital data by the control signal detecting means 72, and the above-described control signals such as pen-down and pen buttons are restored. The restored control signal is sent to the communication control means 33. The code modulation period, which is the second frequency included in the modulation signal CMD, is detected by the sensor control means 31, and the signals are used to control the linear sensors 20X and 20Y. That is, the sensor control means 31 resets at the timing of the header section shown in FIG. 7, and thereafter generates a signal LCK synchronized in phase with the falling edge of the modulation signal CMD. Therefore, the generated signal LCK is a signal of a constant frequency synchronized with the presence or absence of light emission of the pointing device 4.

【0057】また、変調信号CMDからは、光入力の有
無を示す信号LONと、この信号LONによって起動さ
れるセンサリセット信号RCLとが生成される。このセ
ンサリセット信号RCLがハイレベルの間に2つのリニ
アセンサ20X,20Yはリセットされ、信号LCKの
立ち上がりに同期したセンサリセット信号RCLの立ち
下がりのタイミングによって後述する同期積分動作が開
始される。
From the modulation signal CMD, a signal LON indicating the presence or absence of an optical input and a sensor reset signal RCL activated by the signal LON are generated. While the sensor reset signal RCL is at a high level, the two linear sensors 20X and 20Y are reset, and a synchronous integration operation described later is started at the falling timing of the sensor reset signal RCL synchronized with the rising of the signal LCK.

【0058】一方、制御信号検出手段72はヘッダ部を
検出し、他の機器やノイズではなく、指示具4からの入
力が開始されたことを確認すると、この確認を示す信号
が通信制御手段33からセンサ制御手段3lに伝達さ
れ、リニアセンサ20X,20Yの動作有効を示す信号
CONがハイレベルにセットされ、座標演算手段32の
動作が開始される。
On the other hand, when the control signal detecting means 72 detects the header portion and confirms that the input from the pointing device 4 has been started, not other equipment or noise, a signal indicating this confirmation is transmitted to the communication control means 33. Is transmitted to the sensor control means 31 and the signal CON indicating the validity of the operation of the linear sensors 20X and 20Y is set to a high level, and the operation of the coordinate calculation means 32 is started.

【0059】図8は、光出力信号LSGが無くなり、一
連動作の終了時におけるタイミングチャートを示す。光
出力信号LSGから検波された変調信号CMDがローレ
ベルを一定時間以上続けると、光入力の有無を示す信号
LONがローレベルになり、さらに、センサ動作有効を
示す信号CONもローレベルとなり、その結果、リニア
センサ20X,20Yによる座標の出力動作を終了す
る。
FIG. 8 is a timing chart at the end of the series of operations when the light output signal LSG is lost. When the modulation signal CMD detected from the optical output signal LSG keeps the low level for a certain period of time or more, the signal LON indicating the presence or absence of the optical input goes low, and the signal CON indicating the validity of the sensor operation also goes low. As a result, the output operation of the coordinates by the linear sensors 20X and 20Y ends.

【0060】<結像光学系の動作説明>図5に、2つの
リニアセンサ20X,20Yの配置関係を示す。結像光
学系としての円筒レンズ90X、90Yによって光スポ
ット5の像が各センサの感光部2lX、21Yに線状9
1X,91Yに結像する。これら2つのセンサを正確に
直角に配置することによって、それぞれがX座標、Y座
標を反映した画素にピークを持つ出力が得られる。そし
て、これら2つのセンサは、センサ制御手段31によっ
て制御され、出力信号はセンサ制御手段31に接続され
たAD変換手段3lAによってデジタル信号として座標
演算手段32に送られ、出力座標値を計算し、その結果
を制御信号検出手段72からの制御信号などのデータと
共に通信制御手段33を介して、所定の通信方法で外部
制御装置(図示せず)に送出する。
<Description of Operation of Imaging Optical System> FIG. 5 shows an arrangement relationship between the two linear sensors 20X and 20Y. By the cylindrical lenses 90X and 90Y as the imaging optical system, the image of the light spot 5 is linearly formed on the photosensitive portions 21X and 21Y of each sensor.
An image is formed on 1X and 91Y. By accurately arranging these two sensors at right angles, an output having a peak at a pixel reflecting the X coordinate and the Y coordinate is obtained. These two sensors are controlled by the sensor control means 31, and the output signal is sent to the coordinate calculation means 32 as a digital signal by the AD conversion means 31A connected to the sensor control means 31 to calculate the output coordinate value, The result is transmitted to an external control device (not shown) by a predetermined communication method via the communication control means 33 together with data such as a control signal from the control signal detection means 72.

【0061】また、調整時など通常と異なる動作(例え
ば、ユーザ校正値の設定)を行わせるために、通信制御
手段33の方からセンサ制御手段31、座標演算手段3
2へモード切換え信号が送られる。
In order to perform an unusual operation (for example, setting of a user calibration value) such as adjustment, the communication control unit 33 sends the sensor control unit 31 and the coordinate calculation unit 3.
2, a mode switching signal is sent.

【0062】本実施形態では、光スポット5の像が各セ
ンサの画素の数倍の像幅となるように焦点調節を行っ
て、故意にボケを生じさせている。直径1.5mmのプ
ラスチック製の円筒レンズと画素ピッチ約15μm、有
効64画素のリニアCCD、赤外線LEDを用いた実験
によれば、最もシャープな結像をさせると、約40度の
画角全面にわたって15μm以下の像幅となり、このよ
うな状態では画素間分割演算結果が階段状に歪んでしま
うことがわかった。
In the present embodiment, the focus is adjusted so that the image of the light spot 5 has an image width several times as large as the pixel of each sensor, and blur is intentionally caused. According to experiments using a 1.5 mm diameter plastic cylindrical lens, a pixel pitch of about 15 μm, a linear CCD of 64 effective pixels, and an infrared LED, the sharpest image can be obtained over an entire angle of view of about 40 degrees. An image width of 15 μm or less was obtained, and it was found that in such a state, the inter-pixel division calculation result was distorted in a stepwise manner.

【0063】そこで、像幅が30から60μm程度とな
るように、レンズの位置を調節すると、非常に滑らかな
座標データが得られた。もちろん、大きくぼけさせる
と、ピークレベルが小さくなってしまうので、数画素程
度の像幅が最適である。画素数の少ないCCDと、適度
にボケた光学系を用いることが、本実施形態のポイント
の一つであり、このような組み合わせを用いることによ
って、演算データ量が少なく、小さなセンサと光学系で
非常に高分解能、高精度、高速でかつ低コストな座標入
力装置を実現できるものである。
When the position of the lens was adjusted so that the image width was about 30 to 60 μm, very smooth coordinate data was obtained. Of course, if the image is largely blurred, the peak level will be reduced. Therefore, an image width of about several pixels is optimal. The use of a CCD with a small number of pixels and a moderately blurred optical system is one of the points of the present embodiment. By using such a combination, the amount of operation data is small, and a small sensor and optical system can be used. An extremely high-resolution, high-accuracy, high-speed and low-cost coordinate input device can be realized.

【0064】アレイ状に配置されたX座標検出用リニア
センサ20X,Y座標検出用リニアセンサ20Yは同一
の構成であり、その内部構成を図6に示す。
The X-coordinate detecting linear sensor 20X and the Y-coordinate detecting linear sensor 20Y arranged in an array have the same configuration, and the internal configuration is shown in FIG.

【0065】受光部であるセンサアレイ2lはN個の画
素(本実施例では64画素)からなり、受光量に応じた
電荷が積分部22に貯えられる。積分部22は、N個か
らなり、ゲートICGに電圧を加えることによってリセ
ットできるため、電子シャッタ動作が可能である。この
積分部22に貯えられた電荷は、電極STにパルス電圧
を加えることによって蓄積部23に転送される。この蓄
積部23は、2N個からなり、指示具4の発光タイミン
グに同期した信号LCKのH(ハイレベル)とL(ロー
レベル)とにそれぞれ対応して別々に電荷が蓄積され
る。その後、光の点滅に同期して各々別々に蓄積された
電荷は、転送クロックを簡単にするために設けられた2
N個からなるシフト部24を介して、2N個からなるリ
ニアCCD部25に転送される。
The sensor array 21 serving as a light receiving section is composed of N pixels (64 pixels in this embodiment), and charges corresponding to the amount of received light are stored in the integrating section 22. The N integrating units 22 can be reset by applying a voltage to the gate ICG, so that the electronic shutter operation can be performed. The electric charge stored in the integration unit 22 is transferred to the storage unit 23 by applying a pulse voltage to the electrode ST. The storage section 23 is composed of 2N pieces, and charges are separately stored corresponding to H (high level) and L (low level) of the signal LCK synchronized with the light emission timing of the indicator 4. After that, the electric charges separately accumulated in synchronization with the blinking of the light are stored in a circuit provided for simplifying the transfer clock.
The data is transferred to the 2N linear CCD units 25 via the N shift units 24.

【0066】これにより、リニアCCD部25には、N
画素のセンサ出力の光の点滅に各々対応した電荷が隣接
して並んで記憶されることになる。これらリニアCCD
部25に並べられた電荷は、2N個からなるリングCC
D部26に順次転送される。このリングCCD26は、
信号RCLによってCLR部27で空にされた後、リニ
アCCD部25からの電荷を順次蓄積していく。
Thus, the linear CCD section 25 has N
The electric charges corresponding to the blinking of the light output from the sensor output of the pixel are stored adjacent to each other. These linear CCDs
The charges arranged in the part 25 are 2N ring CCs.
The data is sequentially transferred to the D unit 26. This ring CCD 26
After being emptied by the CLR unit 27 by the signal RCL, the charges from the linear CCD unit 25 are sequentially accumulated.

【0067】このようにして蓄積された電荷は、アンプ
29によって読み出される。このアンプ29は、非破壊
で蓄積電荷量に比例した電圧を出力するものであり、実
際には、隣接した電荷量の差分、すなわち、発光素子4
1の点灯時の電荷量から非点灯時の電荷量を差し引いた
分の値を増幅して出力する。
The charges thus accumulated are read out by the amplifier 29. The amplifier 29 is non-destructive and outputs a voltage proportional to the accumulated charge amount. In practice, the difference between the adjacent charge amounts, that is, the light emitting element 4
A value obtained by subtracting the charge amount at the time of non-lighting from the charge amount at the time of lighting 1 is amplified and output.

【0068】この時得られるリニアセンサ20X,20
Yの出力波形の一例を図9に示す。図中、Bの波形は発
光素子41の点灯時の信号のみを読み出したときの波形
であり、Aの波形は非点灯時の波形、すなわち、外乱光
のみの波形である(図6に示したように、リングCCD
26には、これらA,Bの波形に対応する画素の電荷が
隣接して並んでいる)。
The linear sensors 20X, 20 obtained at this time
FIG. 9 shows an example of the output waveform of Y. In the figure, the waveform B is a waveform when only the signal when the light emitting element 41 is turned on is read out, and the waveform A is a waveform when the light emitting element 41 is not turned on, that is, only the disturbance light (shown in FIG. 6). As, ring CCD
26, the charges of the pixels corresponding to the waveforms of A and B are adjacently arranged.)

【0069】図6のアンプ29は、その隣接する電荷量
の差分値(B−Aの波形)を非破壊増幅して出力するこ
とになるが、これにより指示具4からの光のみの像の信
号を得ることができ、外乱光(ノイズ)の影響を受ける
ことなく安定した座標入力が可能となった。
The amplifier 29 in FIG. 6 non-destructively amplifies and outputs the difference value (waveform B-A) of the adjacent charge amount, whereby the image of only the light from the indicator 4 is formed. A signal was obtained, and stable coordinate input was possible without being affected by disturbance light (noise).

【0070】また図9に示したB−Aの波形の最大値を
PEAK値と定義すれば、光に対してセンサが機能する
蓄積時間を増大させれば、その時間に応じてPEAK値
は増大する。言い換えれば、信号LCKの1周期分の時
間を単位蓄積時間とし、それを単位として蓄積回数nを
定義すれば、蓄積回数nを増大させることでPEAK値
は増大し、このPEAK値が所定の大ささTH1に達し
たことを検出することで、常に一定した品位の出力波形
を得ることができる。
If the maximum value of the waveform B-A shown in FIG. 9 is defined as the PEAK value, if the accumulation time during which the sensor functions for light is increased, the PEAK value increases in accordance with the time. I do. In other words, if the time corresponding to one cycle of the signal LCK is defined as the unit accumulation time, and the number of accumulations n is defined in units of the accumulation time, the PEAK value increases by increasing the number of accumulations n, and the PEAK value becomes a predetermined large value. By detecting that the threshold value TH1 has been reached, it is possible to always obtain an output waveform of a constant quality.

【0071】一方、外乱光が非常に強い場合、差分波形
B−Aのピークが十分な大きさになる前に、リングCC
D26の転送電荷が飽和してしまう恐れがある。このよ
うな場合を考慮して、センサにはスキム機能を有するス
キム部28が付設されている。スキム部28は、非点灯
信号のレベルを監視し、図10に於いて、n回目のAn
で信号レベルが所定の値を超えている場合(図中、一点
鎖線)、一定量の電荷をA,Bの各画素から抜き取るよ
うにする。これにより、次のn+1回目には、An+1
に示すような波形となり、これを繰り返すことによっ
て、非常に強い外乱光があっても飽和することなく、信
号電荷の蓄積を続けることができる。
On the other hand, when the disturbance light is very strong, the ring CC may be used before the peak of the differential waveform BA becomes sufficiently large.
The transfer charge of D26 may be saturated. In consideration of such a case, the sensor is provided with a skim portion 28 having a skim function. The skim unit 28 monitors the level of the non-lighting signal, and in FIG.
When the signal level exceeds a predetermined value (indicated by a dashed line in the figure), a fixed amount of charge is extracted from each of the pixels A and B. Thus, in the next (n + 1) -th time, An + 1
By repeating this, even if there is extremely strong disturbance light, signal charges can be continuously accumulated without being saturated.

【0072】従って、点滅光の光量が微弱であっても、
多数回積分動作を継続することによって、十分な大きさ
の信号波形を得ることが可能になる。特に指示具4に可
視光域の発光源を用いる場合、表示画像の信号が重畳す
るので、前述したスキム機能と差分出力を用いることに
よって、非常にノイズの少ないシャープな波形を得るこ
とが可能となる。
Therefore, even if the amount of blinking light is weak,
By continuing the integration operation many times, a sufficiently large signal waveform can be obtained. In particular, when a light source in the visible light range is used for the indicator 4, a signal of a display image is superimposed. Therefore, by using the above-described skim function and difference output, it is possible to obtain a sharp waveform with very little noise. Become.

【0073】図11は、リニアセンサ20X,20Yの
センサ制御の一連の動作を示すものである。センサ制御
手段31は、まず、ステップS101によりセンサ制御
動作を開始し、ステップS102において信号CONを
監視する。そして、信号CONがハイレベルになると、
ステップS103で蓄積回数nを0にリセットし、ステ
ップS104でセンサ出力のPEAK値(ピークレベ
ル)が所定の大きさTH1より大きいか否かを判定す
る。
FIG. 11 shows a series of operations for sensor control of the linear sensors 20X and 20Y. The sensor control means 31 first starts a sensor control operation in step S101, and monitors the signal CON in step S102. When the signal CON goes high,
In step S103, the number of accumulations n is reset to 0, and in step S104, it is determined whether the PEAK value (peak level) of the sensor output is larger than a predetermined value TH1.

【0074】TH1より小さい場合は、ステップS10
5で蓄積回数nが第1の所定回数n0を超えているかを
判定する。超えていなければ、ステップS106に移
り、蓄積回数nを1インクリメントしてステップS10
4に戻る。そして、PEAK値がTH1より大きくなる
か、nがn0を超えると、ステップS107に進み、積
分停止信号RONがハイレベル(H)になって積分動作
は停止される。そして、座標演算手段32による座標値
演算の処理が開始される。
If less than TH1, step S10
At 5, it is determined whether the number of accumulations n exceeds a first predetermined number n0. If not, the process proceeds to step S106, and the number of accumulations n is incremented by one, and the process proceeds to step S10
Return to 4. If the PEAK value is greater than TH1 or if n exceeds n0, the process proceeds to step S107, where the integration stop signal RON becomes high level (H), and the integration operation is stopped. Then, the coordinate value calculation processing by the coordinate calculation means 32 is started.

【0075】その後、ステップS108とステップS1
09のループで第2の所定回数n1を超えると、積分停
止信号RONがローレベルになり、同時に、信号LCK
の周期の数倍(図8では2倍)の間センサリセット信号
RCLがハイレベルになって、ステップS112に進
み、信号CONがハイレベルである間はこの動作が繰り
返され、前記の所定回数n1で決まる周期ごとに座標値
演算が行われる。
Thereafter, step S108 and step S1
In the loop 09, when the second predetermined number of times n1 is exceeded, the integration stop signal RON goes low, and at the same time, the signal LCK
The sensor reset signal RCL is at the high level for several times (two times in FIG. 8) the cycle of the operation, and the process proceeds to step S112. This operation is repeated while the signal CON is at the high level, and the predetermined number of times n1 The coordinate value calculation is performed for each cycle determined by.

【0076】また、ごみなどの影響で、信号CONがド
ロップしても、1回のみは状態を保持するように、ステ
ップS111が設けられている。もし、連続して2周期
の間、信号CONがローレベルであれば、ステップS1
02からステップS113に進み、フラグponが0に
リセットされ、シンク信号待ちの状態になってステップ
S101に戻る。
Step S111 is provided so that the state is maintained only once even if the signal CON drops due to the influence of dust or the like. If the signal CON is at the low level for two consecutive periods, step S1
From step 02, the process proceeds to step S113, where the flag pon is reset to 0, and waits for a sync signal to return to step S101.

【0077】このドロップアウト対策部分は、1周期で
なくもっと長くすることも可能であり、外乱が少なけれ
ば、逆に無くしてしまってもよいことは言うまでもな
い。なお、ここの1周期を前述のデータブロックの周期
の自然数倍として、シンクコードのタイミングと一致さ
せ、信号CONの代りにシンクコード検出信号を用いて
も同様の動作を行える。
This dropout countermeasure portion can be longer than one cycle, and needless to say, may be eliminated if there is little disturbance. Note that the same operation can be performed by setting one cycle here as a natural number multiple of the above-described data block cycle and matching the sync code timing, and using a sync code detection signal instead of the signal CON.

【0078】また、座標検出器に到達する指示具4の光
は、指示具4に内蔵された電源(電池)44の消耗によ
り変動する他、指示具4の姿勢によっても変動する。特
に、スクリーン10の光拡散性が小さい場合、表示画像
の正面輝度は向上するが、この指示具4の姿勢によるセ
ンサへの入力光量の変動が大きくなってしまう。
The light of the indicator 4 reaching the coordinate detector varies due to the consumption of the power supply (battery) 44 incorporated in the indicator 4 and also varies depending on the attitude of the indicator 4. In particular, when the light diffusing property of the screen 10 is small, the front luminance of the displayed image is improved, but the fluctuation of the amount of light input to the sensor due to the posture of the pointing tool 4 is increased.

【0079】しかしながら本実施形態では、このような
場合であっても、積分回数が自動的に追従して常に安定
した出力信号を得ることができるので、安定した座標検
出が可能となる優れた効果が得られる。またレーザポイ
ンタのビームがあまり散乱されずにセンサに入射した場
合は、かなり強い光が入る事になるがが、このような場
合であっても安定した座標検出ができることは明らかで
ある。
However, in this embodiment, even in such a case, the number of integrations automatically follows, and a stable output signal can always be obtained. Is obtained. When the beam of the laser pointer is incident on the sensor without being scattered much, very strong light enters, but it is clear that stable coordinates can be detected even in such a case.

【0080】また、画面に直接接触させて使用するLE
Dを用いたペンタイプとレーザポインタとを併用する場
合、LEDはより大きな光量のものが使用可能であるの
で、前記図11に示した積分回数n0,n1をID信号
によってペンかポインタかを判別して切換え、ペンの場
合はサンプリングを高速に、ポインタの場合は低速にす
ることも可能である。実際、文字入力のように繊細な描
画作業はポインタでは不可能であり、むしろ低速サンプ
リングによって滑らかな線を描けるほうが使い勝手がよ
く、このような切換えを設けることも有効である。
Further, the LE used by directly touching the screen is used.
When a pen type using D and a laser pointer are used together, LEDs with a larger light amount can be used. Therefore, the number of integrations n0 and n1 shown in FIG. It is also possible to switch the sampling speed in the case of a pen and the sampling speed in the case of a pointer. Actually, it is impossible to draw a delicate drawing operation like a character input with a pointer. Rather, it is more convenient to draw a smooth line by low-speed sampling, and it is effective to provide such switching.

【0081】以上述べてきたように、点滅光に高周波数
のキャリアを加え、そのキャリアを周波数検波して得た
所定周期の復調信号によって積分動作のタイミング制御
を行うようにしたので、指示具と搬像部とをコードレス
で同期させることができ、使い勝手の良い座標入力装置
を実現することができるようになった。
As described above, a high-frequency carrier is added to the blinking light, and the timing of the integration operation is controlled by a demodulated signal having a predetermined period obtained by frequency-detecting the carrier. This makes it possible to synchronize with the image transfer unit cordlessly, thereby realizing a convenient coordinate input device.

【0082】また、レーザービームを用いることによっ
て画面から離れた位置で容易に操作することが可能とな
る優れた利点も得られる。また、積分手段からの差分信
号中のピークレベルが所定レベルを超えことを検出し積
分動作を停止させる積分制御手段を設けたので、光量が
変化してもほぼ一定レベルの光スポット像の信号を作成
でき、これにより、常に安定した高分解能な座標演算結
果を得ることができる。
Further, by using a laser beam, there is also obtained an excellent advantage that the operation can be easily performed at a position away from the screen. Further, since the integration control means for detecting that the peak level in the difference signal from the integration means exceeds a predetermined level and stopping the integration operation is provided, the signal of the light spot image having a substantially constant level even when the light amount changes. This makes it possible to always obtain a stable and high-resolution coordinate calculation result.

【0083】<座標値演算>以下、図4の座標演算手段
32における座標演算処理について説明する。
<Coordinate Value Calculation> The coordinate calculation processing in the coordinate calculation means 32 of FIG. 4 will be described below.

【0084】上述したようにして得られた2つのリニア
センサ20X,20Yの出力信号(アンプ29からの差
分信号)は、センサ制御手段31に設けられたAD変換
手段31Aでデジタル信号として座標演算手段32に送
られ、座標値が計算される。座標値の演算は、まず、X
座標、Y座標の各方向の出力データに対して、センサ上
の座標値(X1、Y1)が求められる。なお、演算処理
は、X,Y同様であるので、Xのみについて説明する。
The output signals (difference signal from the amplifier 29) of the two linear sensors 20X and 20Y obtained as described above are converted into digital signals by the AD conversion means 31A provided in the sensor control means 31, and the coordinate calculation means is used. 32, and the coordinate values are calculated. First, the calculation of the coordinate value is performed by X
Coordinate values (X1, Y1) on the sensor are obtained for output data in each direction of the coordinate and the Y coordinate. The arithmetic processing is the same as X and Y, so only X will be described.

【0085】図12は、座標演算の処理の流れを示すも
のである。
FIG. 12 shows the flow of the coordinate calculation process.

【0086】ステップS201で処理を開始し、ステッ
プS202では、任意の座標入力点(後述する基準点設
定モードでは座標が既知の所定点)での各画素の差分信
号である差分データDx(n)(本実施例の場合画素数
n=64)が読み込まれ、バッファメモリに貯えられ
る。次に、ステップS203では、あらかじめ設定して
おいた閾値Vと比較し、閾値以上のデータ値Ex(n)
を導出する。このデータを用いて、ステップS204で
センサ上の座標X1を算出する。本実施例では、重心法
により出力データの重心を算出しているが、出力データ
Ex(n)のピーク値を求める方法(例えば微分法によ
る)等、計算の方法は複数あることは言うまでもない。
In step S201, the process starts. In step S202, difference data Dx (n), which is a difference signal of each pixel at an arbitrary coordinate input point (a predetermined point whose coordinates are known in a reference point setting mode described later). (The number of pixels n = 64 in this embodiment) is read and stored in the buffer memory. Next, in step S203, the data value Ex (n) is compared with a preset threshold value V and is equal to or larger than the threshold value.
Is derived. Using this data, a coordinate X1 on the sensor is calculated in step S204. In the present embodiment, the center of gravity of the output data is calculated by the centroid method, but it goes without saying that there are a plurality of calculation methods such as a method of obtaining the peak value of the output data Ex (n) (for example, by a differential method).

【0087】ステップS205で座標演算処理のモード
判定を行う。出力データの重心X1から座標を算出する
ためには、あらかじめ所定値を求めておく必要があり、
その所定値を導出する方法(基準点設定モード)に付い
て述べる。
In step S205, the mode of the coordinate calculation process is determined. In order to calculate the coordinates from the center of gravity X1 of the output data, it is necessary to obtain a predetermined value in advance,
A method of deriving the predetermined value (reference point setting mode) will be described.

【0088】同様にX方向のみについて説明すれば、ス
クリーン10上のX座標、Y座標が既知の点(α1、β
1)、及び(α2、β2)で、指示具4を位置せしめ、
前述のステップS202〜S204を各々実行し、各々
の点で得られるX方向センサの重心値を、X11、X12
として導出、その値、及び既知の座標値α1、α2を各々
ステップ210で記憶する。この記憶された値を用い
て、通常の座標算出時にはステップS206で導出すべ
き座標入力点のX座標を算出することができる。ステッ
プS207ではより高性能な座標入力装置を提供するこ
とを目的として、必要に応じて座標値の校正(例えば光
学系のレンズ収差を補正するためにソフト的な演算でそ
の歪みを補正する等)をし、座標値を確定する。
Similarly, if only the X direction is described, points (α1, β) on the screen 10 where the X and Y coordinates are known are known.
In 1) and (α2, β2), position the indicating tool 4 and
Run each of the foregoing steps S202 to S204, the centroid value of the X-direction sensor obtained at each point, X1 1, X1 2
, And their values, and the known coordinate values α 1 and α 2 are stored in step 210. Using this stored value, the X coordinate of the coordinate input point to be derived in step S206 can be calculated during normal coordinate calculation. In step S207, in order to provide a higher-performance coordinate input device, coordinate values are corrected as necessary (for example, distortion is corrected by a software operation in order to correct lens aberration of the optical system). To determine the coordinate values.

【0089】確定した座標をそのままリアルタイムで出
力する事も可能であるし、目的に応じてデータを間引く
(例えば確定座標10個毎で1個のデータのみ出力)等
も可能である事は言うまでもないが、以下の仕様等を想
定する場合には、重要である。
It is needless to say that the determined coordinates can be output as it is in real time, or data can be thinned out (for example, only one data is output for every ten determined coordinates) according to the purpose. However, it is important when the following specifications are assumed.

【0090】指示具4をペンのように使う場合と、ポイ
ンタとして画面から離れて使う場合では、使用者の手の
安定性が異なる。ポインタとして使う場合には、画面上
のカーソルが細かく震えてしまうので、このような細か
い動きを抑制したほうが使いやすい。一方、ペンのよう
に使う場合には、できるだけ忠実に速く追従することが
求められる。特に文字を書く場合などには小さな素早い
操作ができないと、正しく入力できなくなってしまう。
The stability of the user's hand differs between when the pointing tool 4 is used like a pen and when it is used away from the screen as a pointer. When used as a pointer, the cursor on the screen will tremble finely, so it is easier to use such a fine movement. On the other hand, when used like a pen, it is required to follow as quickly as possible. Especially when writing characters, if a small quick operation is not possible, it becomes impossible to input correctly.

【0091】本実施形態例では、制御信号によりIDを
送信しているため、ポインタタイプか否か、先端のスイ
ッチが押されているか否かを判定可能なので、これによ
り、ポインタとして、或いはペンとして使っているかど
うかを判定できる。
In the present embodiment, since the ID is transmitted by the control signal, it is possible to determine whether or not the pointer is of the pointer type and whether or not the tip switch is pressed. You can determine whether you are using.

【0092】もし、ポインタであれば、例えば前回及び
前々回の出力座標値(X−1,Y−1)、(X−2,Y
−2)を用いて移動平均を計算して今回の出力座標値
(X,Y)を求める様にすれば、ぶれの少ない操作性の
良い構成となる。本例では、単純な移動平均を用いてい
るが、このような平滑化処理に用いる関数としては、他
にも差分絶対値を大きさにより非線型圧縮したり、移動
平均による予測値を用いてこれとの差分を非線型圧縮す
るなどの各種方式が使用可能である。要は、ポインタと
して使用している場合は平滑化を強目にし、そうでない
場合は弱めに切り替えることが、制御信号により可能で
あるため、それぞれ使い勝手のよい状態を実現可能であ
り、この点でも本発明の効果は大きい。
If it is a pointer, for example, the output coordinate values (X-1, Y-1) and (X-2, Y
By calculating the moving average by using -2) and obtaining the current output coordinate values (X, Y), a configuration with less blur and good operability can be obtained. In this example, a simple moving average is used. However, as a function used for such smoothing processing, other than the above, a difference absolute value is nonlinearly compressed according to a magnitude, or a prediction value based on a moving average is used. Various methods such as non-linear compression of the difference from this can be used. In short, when using as a pointer, it is possible to increase the smoothing, otherwise it is possible to switch to a weaker by the control signal, so that it is possible to realize a convenient state for each. The effect of the present invention is great.

【0093】なお、これらの演算処理は、前述したよう
に座標サンプリング周波数が100Hzの場合には10
msecの間に終了すればよく、原データは64画素×
2(xおよびy)×AD変換手段8ビットと非常に少な
い上、収束演算も必要ないので低速の8ビット1チップ
マイクロプロセッサーで十分処理が可能である。このよ
うなことは、コスト的に有利なだけでなく、仕様変更が
容易で、開発期間の短縮や様々な派生商品の間発が容易
になる利点もある。特に、エリアセンサを用いる場合の
ように、高速の画像データ処理を行う専用のLSIの開
発などは不要であり、開発費用、開発期間などの優位性
は非常に大きなものである。
Note that, as described above, when the coordinate sampling frequency is 100 Hz,
msec, the original data is 64 pixels x
Since 2 (x and y) × AD conversion means are as small as 8 bits and no convergence operation is required, the processing can be sufficiently performed by a low-speed 8-bit one-chip microprocessor. This is advantageous not only in terms of cost, but also in that specifications can be easily changed, development time can be shortened, and various derivative products can be easily launched. In particular, there is no need to develop a dedicated LSI for performing high-speed image data processing as in the case of using an area sensor, and the advantages such as development cost and development period are very large.

【0094】上述したような演算処理によって求めた座
標値(X,Y)を示すデータ信号は、座標演算手段32
から通信制御手段33に送られる。この通信制御手段3
3には、そのデータ信号と、制御信号検出手段72から
の制御信号とが入力される。そして、これらデータ信号
および制御信号は、ともに所定の形式の通信信号に変換
され、外部の表示制御装置に送出される。これにより、
スクリーン10上のカーソルやメニュー、文字や線画の
入力などの各種操作を行うことができる。前述したよう
に、64画素のセンサを使った場合でも、1000超の
分解能と十分な精度とが得られ、センサ、光学系ともに
小型、低コストな構成でよく、また、演算回路も非常に
小規模な構成とすることが可能な座標入力装置を得るこ
とができる。
The data signal indicating the coordinate value (X, Y) obtained by the above-described arithmetic processing is supplied to the coordinate arithmetic means 32.
Is sent to the communication control means 33. This communication control means 3
3, the data signal and the control signal from the control signal detecting means 72 are input. The data signal and the control signal are both converted into a communication signal of a predetermined format and sent to an external display control device. This allows
Various operations such as input of a cursor and menu on the screen 10 and input of characters and line drawings can be performed. As described above, even when a sensor with 64 pixels is used, a resolution of more than 1000 and sufficient accuracy can be obtained, and both the sensor and the optical system can be configured in a small and low-cost configuration, and the arithmetic circuit is very small. A coordinate input device that can have a large-scale configuration can be obtained.

【0095】また、センサを、エリアセンサとして構成
する場合は、分解能を2倍にするには、4倍の画素数と
演算データとが必要となるのに対して、リニアセンサと
して構成する場合には、X座標,Y座標各々2倍の画素
数にするだけで済む。従って、画素数を増やしてさらに
高分解能にすることも容易にできる。
When the sensor is configured as an area sensor, doubling the resolution requires four times the number of pixels and calculation data. On the other hand, when the sensor is configured as a linear sensor, Only needs to double the number of pixels in each of the X and Y coordinates. Therefore, it is easy to increase the number of pixels to achieve higher resolution.

【0096】以上説明したように、本発明によれば、指
示具により所定の周期で点滅する光スポットの点灯時と
非点灯時との信号を別々に積分して差信号を求め、ピー
ク画素の位置を精度よく求める様に構成したので、高精
度、高分解能の座標値を得ることができ、さらには外乱
光の影響を抑制し、小型、軽量、低コストな装置を実現
することができる優れた効果が得られた。
As described above, according to the present invention, the difference signal is obtained by separately integrating the light-on and light-off signals of the light spot which blinks at a predetermined cycle by the indicator to obtain the difference signal. Because it is configured to obtain the position with high accuracy, it is possible to obtain high-precision, high-resolution coordinate values, furthermore, it is possible to suppress the influence of disturbance light and realize a small, lightweight, low-cost device. The effect was obtained.

【0097】<スクリーンに係わる説明>前述した本装
置で用いるスクリーン10についての詳細な説明を行な
う。スクリーン10は前述の通り、上記投影レンズ86
からの画像光線をその光軸に平行にするフレネルレンズ
よりなるフレネル板10−1と水平方向に拡散作用する
レンチキュラーレンズよりなるレンチ板10−2より構
成されるが、図2(a)、図2(b)には、本発明の特
徴を具えたレンチ板10−2のみの水平方向の断面構造
を示す。図2(a)、図2(b)はいずれも本発明の同
一のレンチ板10−2の構造を示すものであるが、図2
(a)は、上記投影レンズ86からの画像光線の光路を
説明した図であり、図2(b)は、座標入力面側からの
指示具4よりの光ビームの光路を説明した図である。
<Description of Screen> The screen 10 used in the above-described apparatus will be described in detail. As described above, the screen 10 is provided with the projection lens 86.
FIG. 2A is a diagram showing a Fresnel plate 10-1 made of a Fresnel lens that makes an image light beam from the lens parallel to its optical axis and a wrench plate 10-2 made of a lenticular lens that diffuses horizontally. FIG. 2B shows a horizontal cross-sectional structure of only the wrench plate 10-2 having the features of the present invention. 2 (a) and 2 (b) show the structure of the same wrench plate 10-2 of the present invention.
2A is a diagram illustrating an optical path of an image light beam from the projection lens 86, and FIG. 2B is a diagram illustrating an optical path of a light beam from the pointing tool 4 from the coordinate input surface side. .

【0098】図2の10−2−1はレンチキュラーレン
ズであり、フレネルレンズにより略平行になった上記投
影レンズ86からの画像光線を図示の通り水平方向に拡
散作用する。図2(a)、図2(b)では、両面にレン
チキュラーレンズ10−2−1を設けた構成を示す。ま
た、画像投射側のレンチキュラーレンズ10−2−1を
楕円面とし、この焦点が射出面となるように座標入力面
側のレンチキュラーレンズ10−2−1を設け、射出面
の上記投影レンズ86からの画像光の射出に必要な面積
を小さくする。また、楕円面のパワーを大きくすること
によりレンチ板10−2を薄くでき、画像光の拡散角を
広げることができる。上記の様に画像光の拡散に係わる
座標入力面側のレンチキュラーレンズ10−2−1の面
積を小さく構成し、それ以外の領域に凸レンズ10−2
−2を設ける。また、画像投射側レンチキュラーレンズ
10−2−1の谷部で座標入力面側の凸レンズ10−2
−2と対向した領域に凹レンズ10−2−3を設ける。
このレンズ群の形状・曲率は図1(b)で示す様に座標
入力面側の指示具4からの光が透過後画像光の光軸と平
行になる様に形成される。
Reference numeral 10-2-1 in FIG. 2 denotes a lenticular lens, which diffuses the image light beam from the projection lens 86, which is made substantially parallel by the Fresnel lens, in the horizontal direction as shown. FIGS. 2A and 2B show a configuration in which lenticular lenses 10-2-1 are provided on both surfaces. Also, the lenticular lens 10-2-1 on the image projection side is an elliptical surface, and the lenticular lens 10-2-1 on the coordinate input surface side is provided so that the focal point is the emission surface. The area required for emitting the image light is reduced. In addition, by increasing the power of the elliptical surface, the wrench plate 10-2 can be made thinner, and the diffusion angle of the image light can be increased. As described above, the area of the lenticular lens 10-2-1 on the coordinate input surface side related to the diffusion of image light is configured to be small, and the convex lens 10-2 is provided in other areas.
-2 is provided. Also, the convex lens 10-2 on the coordinate input surface side at the valley of the lenticular lens 10-2-1 on the image projection side.
The concave lens 10-2-3 is provided in a region facing -2.
As shown in FIG. 1B, the shape and curvature of this lens group are formed such that light from the pointing tool 4 on the coordinate input surface side is parallel to the optical axis of the image light after transmission.

【0099】以上の本実施形態の構成のレンチ板10−
2を用いることにより、上記投影レンズ86からの画像
光線の光路は、図1(a)に示す様に領域的にほとんど
の面積を占める図のAの領域に入射した画像光線は、上
記両面のレンチキュラーレンズ10−2−1により画像
光を拡散し、視野角を広くする。画像投射側の凹レンズ
10−2−3に対応するA‘領域に入射した画像光線
は、正面方向に平行光となるが、面積が小さいためほと
んど視野角には影響を及ぼさない。
The wrench plate 10- constructed as described above according to this embodiment
2, the optical path of the image light beam from the projection lens 86 is such that, as shown in FIG. 1A, the image light beam that has entered the region A in FIG. The image light is diffused by the lenticular lens 10-2-1 to widen the viewing angle. The image light beam incident on the A 'area corresponding to the concave lens 10-2-3 on the image projection side becomes parallel light in the front direction, but has little effect on the viewing angle because of its small area.

【0100】一方、座標入力面側からの指示具4よりの
光ビームの光路は、図1(b)に示す様に、Bのレンチ
キュラーレンズ10−2−1領域に入射した指示具4よ
りの光ビームは拡散射出されるが、従来かなりの領域を
占めたB′領域に入射した指示具4よりの光ビームは、
上記凸レンズ10−2−2及び凹レンズ10−2−3の
作用により画像光の光軸と平行となり、上記のように位
置・焦点が調整されたフレネル板10−1により、座標
検出器1を構成する上記座標検出センサ部2及び制御信
号検出センサ6へ効率よく入射する。
On the other hand, as shown in FIG. 1 (b), the optical path of the light beam from the pointing tool 4 from the coordinate input surface side is changed by the pointing tool 4 incident on the B lenticular lens 10-2-1 area. Although the light beam is diffused and emitted, the light beam from the pointing device 4 that has entered the region B ', which has conventionally occupied a considerable area, is
The coordinate detector 1 is constituted by the Fresnel plate 10-1 whose position and focus have been adjusted as described above by being parallel to the optical axis of the image light by the action of the convex lens 10-2-2 and the concave lens 10-2-3. Incident on the coordinate detection sensor unit 2 and the control signal detection sensor 6 efficiently.

【0101】[0101]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、撮像手
段を投射型表示手段の投射レンズの略近傍に配置し、座
標入力画面を画像投射側の画像投射光を投射レンズの光
軸に平行にし、且つ、指示具からの光を撮像手段へ集光
するフレネルレンズを有するフレネル板と、座標入力面
側の、画像投射光を拡散させるレンチキュラーレンズを
有するレンチ板により構成することにより、センサへの
入射光量を十分に確保することが可能になった。
As described above, according to the present invention, the image pickup means is disposed substantially in the vicinity of the projection lens of the projection type display means, and the coordinate input screen is used to set the image projection light on the image projection side to the optical axis of the projection lens. A sensor comprising a Fresnel plate having a Fresnel lens that is parallel and condenses light from the pointing device to the imaging means, and a lenticular plate having a lenticular lens on the coordinate input surface side that diffuses image projection light, It has become possible to secure a sufficient amount of light incident on the substrate.

【0102】更に、レンチ板が指示具からの光が透過後
光軸と平行になる様なレンズ領域を具えることによっ
て、投射画像の視野角を広く保持した上で、より一層十
分なセンサへの入射光量を確保することができ、高分解
能で高性能な装置を提供することが可能になった。
Further, the wrench plate has a lens area in which the light from the pointing tool is parallel to the optical axis after transmission of the light from the pointing tool. Thus, it is possible to provide a high-resolution and high-performance device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の入出力一体型装置の全体構成を示す外
略図である。
FIG. 1 is an external schematic diagram showing the overall configuration of an input / output integrated device of the present invention.

【図2】本発明のスクリーンの特徴を説明する説明図で
ある。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating features of the screen of the present invention.

【図3】指示具4の概略構成図を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration diagram of a pointing tool 4;

【図4】座標検出器1の概略構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a coordinate detector 1;

【図5】リニアセンサの配置関係を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing an arrangement relationship of linear sensors.

【図6】リニアセンサの内部構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 6 is a block diagram showing an internal configuration of a linear sensor.

【図7】受光素子の出力信号から制御信号を復元する動
作を表わす信号波形のタイミングチャートである。
FIG. 7 is a timing chart of signal waveforms representing an operation of restoring a control signal from an output signal of a light receiving element.

【図8】受光素子の出力信号から制御信号を復元する一
連の動作の終了時のタイミングチャートである。
FIG. 8 is a timing chart at the end of a series of operations for restoring a control signal from an output signal of a light receiving element.

【図9】リニアセンサの出力波形の1例を示す波形図で
ある。
FIG. 9 is a waveform chart showing an example of an output waveform of a linear sensor.

【図10】リニアセンサのスキム動作を示す波形図であ
る。
FIG. 10 is a waveform diagram showing a skim operation of the linear sensor.

【図11】リニアセンサの動作制御を示すフローチャー
トである。
FIG. 11 is a flowchart showing operation control of the linear sensor.

【図12】座標演算の処理を示すフローチャートであ
る。
FIG. 12 is a flowchart illustrating a coordinate calculation process.

【図13】従来のスクリーンの特徴を説明する説明図で
ある。
FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating features of a conventional screen.

【図14】指示具4の動作モードを示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an operation mode of the pointing device 4.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 座標検出器 2 座標検出センサ部 4 指示具 6 制御信号検出センサ 10 スクリーン 10−1 フレネル板 10−2 レンチ板 20X,20Y 撮像手段 21 センサアレイ 22 積分手段 28 スキム手段 29 差分手段 32 座標演算手段 42 発光制御手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coordinate detector 2 Coordinate detection sensor part 4 Indicator 6 Control signal detection sensor 10 Screen 10-1 Fresnel plate 10-2 Wrench plate 20X, 20Y Imaging means 21 Sensor array 22 Integrating means 28 Skim means 29 Differential means 32 Coordinate calculating means 42 Emission control means

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 指示具からの光を座標入力画面の所定位
置に照射して光スポットを生成し、前記光スポットを撮
像する撮像手段と、該撮像手段の出力信号から該スポッ
トの前記座標入力画面の所定位置に対応した座標出力信
号を生成する座標演算手段からなる座標入力装置と、前
記座標入力画面に画像を投射し結像させる投射型表示手
段より構成される入出力一体型装置であって、前記撮像
手段を前記投射型表示手段の投射レンズの略近傍に配置
し、前記座標入力画面を画像投射側の画像投射光を上記
投射レンズの光軸に平行にし、且つ、指示具からの光を
前記撮像手段へ集光するフレネルレンズを有するフレネ
ル板と、座標入力面側の画像投射光を拡散させるレンチ
キュラーレンズを有するレンチ板から構成されることを
特徴とする入出力一体型装置。
1. An image pickup means for generating a light spot by irradiating a predetermined position on a coordinate input screen with light from a pointing device, and inputting the coordinate of the spot from an output signal of the image pickup means. An input / output integrated device comprising a coordinate input device comprising coordinate calculation means for generating a coordinate output signal corresponding to a predetermined position on the screen, and a projection type display means for projecting and forming an image on the coordinate input screen. The image pickup means is disposed substantially in the vicinity of the projection lens of the projection display means, and the coordinate input screen is set so that the image projection light on the image projection side is parallel to the optical axis of the projection lens, and An input / output device comprising: a Fresnel plate having a Fresnel lens for condensing light on the image pickup means; and a wrench plate having a lenticular lens for diffusing image projection light on the coordinate input surface side. Body device.
【請求項2】 前記フレネルレンズの物体側焦点が、前
記投射型表示手段の投射レンズの射出位置と前記座標入
力装置の前記撮像手段のセンサ位置に略合致しているこ
とを特徴とする請求項1に記載の入出力一体型装置。
2. An object-side focal point of said Fresnel lens substantially coincides with an emission position of a projection lens of said projection display means and a sensor position of said imaging means of said coordinate input device. 2. The integrated input / output device according to 1.
【請求項3】 前記レンチ板が前記指示具からの光が透
過後投射レンズの光軸と略平行になる光学特性領域を具
えることを特徴とする請求項1に記載の入出力一体型装
置。
3. The input / output integrated device according to claim 1, wherein the wrench plate has an optical characteristic region that is substantially parallel to the optical axis of the projection lens after light from the pointing tool is transmitted. .
【請求項4】 前記レンチ板の光学特性領域が、座標入
力面側の凸曲率面と画像投射側の凹曲率面により構成さ
れることを特徴とする請求項3に記載の入出力一体型装
置。
4. The input / output integrated device according to claim 3, wherein the optical characteristic area of the wrench plate is constituted by a convex curvature surface on the coordinate input surface side and a concave curvature surface on the image projection side. .
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