JP2001060141A - 座標入力装置及びその制御方法、コンピュータ可読メモリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３次元座標を効率的にかつ容易に入力するこ
とができる座標入力装置及びその制御方法、コンピュー
タ可読メモリを提供する。 【解決手段】 発光素子６と複数のスイッチ２を有し、
３次元的位置を指示する指示具１と、発光素子６から照
射される光を受光し、該発光素子の存在する３次元的位
置を計測するＸ１ラインセンサ９、Ｘ２ラインセンサ１
０、Ｙセンサ１１と、発光素子６から照射される光を受
光するＴセンサ１２とを備える。そして、ＣＰＵ１８
は、Ｔセンサ１２からの出力信号を２値化した２値化信
号と、Ｘ１ラインセンサ９、Ｘ２ラインセンサ１０、Ｙ
センサ１１で計測される計測値に基づいて、指示具１が
位置する３次元座標を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元座標を入力
する座標入力装置及びその制御方法、コンピュータ可読
メモリに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、３次元ＣＡＤ、３次元レイアウト
ツール、３次元動作ゲーム、３次元運動測定装置などの
ような３次元座標を扱うシステムあるいはアプリケーシ
ョンソフトにおける座標入力装置、操作装置の分野およ
び、各種ヒューマンインタフェースとして使用者の動
作、合図等を入力情報として取り込む用途のあるマルチ
メディア装置、アミューズメント装置、教育装置として
は、 １）多関節メカによって支持されるセンサを用いて、そ
のセンサと座標入力対象物との機械的接触あるいは機械
的変形により、その座標入力対象物の３次元位置を検知
するもの。

【０００３】２）ジョイスティックなどのように２次元
的入力作業の組み合わせによって、３次元座標の入力が
成り立つもの。

【０００４】３）可視光または赤外線に感度のある複数
のビデオカメラによって得られるステレオ画像を計算処
理して３次元座標を算出するもの等があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の座標入力装置において、１）の方法では、メカニズ
ムが大掛かりとなり広範な用途に対応できるものではな
かった。２）の方法では、使用者にとって３次元座標の
入力が直感的でない、リアルタイム性がない、連続性が
ない等の問題点があった。また、３）の方法では、演算
量が多く、コンピュータ側のＣＰＵへの負担が大きいた
め、リアルタイム性がない、他の処理が遅れるなどの問
題点があった。

【０００６】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、３次元座標を効率的にかつ容易に入力するこ
とができる座標入力装置及びその制御方法、コンピュー
タ可読メモリを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による座標入力装置は以下の構成を備える。
即ち、また、好ましくは、３次元座標を入力する座標入
力装置であって、発光素子を有し、３次元的位置を指示
する指示手段と、前記発光素子から照射される光を受光
し、該発光素子の存在する３次元的位置を計測する複数
のラインセンサと、前記発光素子から照射される光を受
光する受光素子と、前記受光素子からの出力信号を２値
化する２値化手段と、前記２値化手段から出力される２
値化信号と前記複数のラインセンサで計測される計測値
に基づいて、前記指示手段が位置する３次元座標を算出
する算出手段とを備える。

【０００８】また、好ましくは、前記２値化手段は、前
記出力信号を２値化するためのしきい値信号を生成する
生成手段を備え、前記生成手段で生成されるしきい値信
号のしきい値レベルは、第１信号、第２信号、第３信号
の和から生成される。

【０００９】また、好ましくは、前記第１信号は、前記
受光素子からの出力信号をローパスフィルタ、遅延回
路、減衰回路を通過させることにより生成される。

【００１０】また、好ましくは、前記第２信号は、直流
電圧に基づいて生成される一定信号である。

【００１１】また、好ましくは、前記第３信号は、前記
２値化手段から出力される２値化信号をＮＯＴ回路、減
衰回路を通過させることにより生成される。

【００１２】また、好ましくは、前記複数のラインセン
サは、第１方向に配置されたラインセンサと、前記第１
方向とは垂直な方向である第２方向に配置されたライン
センサで構成され、前記第１方向あるいは前記第２方向
の少なくとも一方は複数のラインセンサで構成される。

【００１３】また、好ましくは、前記発光素子は、所定
周波数で発光し、前記複数のラインセンサそれぞれは、
電子シャッター機能を有し、前記電子シャッター機能
は、前記発光素子による発光の周期、あるいはその整数
倍の周期に位相同期してオンオフする。

【００１４】また、好ましくは、前記算出手段は、前記
複数のラインセンサで計測された複数の２次元的情報と
その差分に基づいて、前記指示手段の該複数のラインセ
ンサに対する相対的３次元座標を算出する。

【００１５】また、好ましくは、前記複数のラインセン
サは、リング型ＣＣＤであり、前記リング型ＣＣＤは、
複数のセルで構成された循環型電荷転送経路を備え、前
記循環型電荷転送経路は、ライン状に並ぶ任意の光電変
換手段から同時に電荷が転送され、前記電子シャッター
機能のオンオフに同期した周期で前記循環型電荷転送経
路に該電荷を循環させ、該電荷が一循環するごとに同一
の光電変換手段から電荷が追加蓄積される。

【００１６】また、好ましくは、前記複数のラインセン
サは、前記循環型電荷転送経路の途中のセルに信号読出
部が接続され、当該セルを通過する電荷に比例した電圧
を前記信号読出部から外部に出力する。

【００１７】また、好ましくは、前記電子シャッター機
能は、前記発光素子が発光するときとしないときにそれ
ぞれ一回ずつオンし、それぞれのタイミングで蓄積され
た電荷を前記循環型電荷転送経路上の互いに隣接するセ
ルに転送する。

【００１８】また、好ましくは、前記信号読出部は、互
いに隣接する２つのセルの電荷の差分に比例した電圧を
読み出す。

【００１９】また、好ましくは、前記複数のラインセン
サは、前記電子シャッター機能をオンオフさせて電荷の
追加蓄積を行いつつ電荷を循環させる場合の制御と、前
記電子シャッター機能をオフに固定して、前記電荷の追
加蓄積を停止した状態で電荷を循環させる場合の制御が
外部より実行される。

【００２０】また、好ましくは、前記複数のラインセン
サは、前記発光素子から照射される光の受光量に応じ
て、前記電荷の追加蓄積回数が制御される。

【００２１】また、好ましくは、前記発光素子は、前記
所定周波数より大きいキャリヤ周波数によって変調され
る複数の異なる変調信号のいずれかに基づいて発光し、
該複数の異なる変調信号の選択を行う複数のスイッチを
有する。

【００２２】上記の目的を達成するための本発明による
座標入力装置の制御方法は以下の構成を備える。即ち、
３次元座標を入力する座標入力装置の制御方法であっ
て、発光素子と複数のスイッチを有する指示具から照射
される光を複数のラインセンサで受光し、前記発光素子
の存在する３次元的位置を計測する計測工程と、前記発
光素子から照射される光を受光する受光素子で受光する
受光工程と、前記受光素子からの出力信号を２値化する
２値化工程と、前記２値化工程から出力される２値化信
号と前記複数のラインセンサで計測される計測値に基づ
いて、前記指示工程が位置する３次元座標を算出する算
出工程とを備える。

【００２３】上記の目的を達成するための本発明による
コンピュータ可読メモリは以下の構成を備える。即ち、
３次元座標を入力する座標入力装置の制御のプログラム
コードが格納されたコンピュータ可読メモリであって、
発光素子と複数のスイッチを有する指示具から照射され
る光を複数のラインセンサで受光し、前記発光素子の存
在する３次元的位置を計測する計測工程のプログラムコ
ードと、前記発光素子から照射される光を受光する受光
素子で受光する受光工程のプログラムコードと、前記受
光素子からの出力信号を２値化する２値化工程のプログ
ラムコードと、前記２値化工程から出力される２値化信
号と前記複数のラインセンサで計測される計測値に基づ
いて、前記指示工程が位置する３次元座標を算出する算
出工程のプログラムコードとを備える。

【００２４】

【発明の実施の形態】［本発明の構成］本発明は、主と
して以下の要素にて構成される すなわち、赤外線を放射する指示具、指示具から照射さ
れる赤外線の入射角を検知し複数のデータ列を生成する
受光ユニット、受光ユニットにて生成される複数のデー
タ列から指示具の存在する３次元位置を演算処理によっ
て算出し、これをデータとしてホストコンピュータに送
る機能と、かつ受光ユニット上のセンサを制御する制御
部からなる本体部から構成される。

【００２５】本発明において、使用者は、指示具を適切
な方向に向けることにより、指示具から放射される赤外
線を、受光センサーが具わる受光ユニットの所定の位置
に照射することができる。

【００２６】指示具は、赤外線を放射する発光素子と、
使用者が切替ないし押し込みが可能な複数のスイッチと
を備える。指示具は、赤外線を数キロヘルツ程度の周波
数で点滅させ、かつ点滅の点灯部分において複数のスイ
ッチ情報を赤外線に載せて送信するための何らかの変調
手段を有する。

【００２７】受光ユニットの受光部は、複数のセンサに
よって構成される。最も簡単な典型的な場合のその構成
は、Ｘ軸方向のラインセンサ２個（Ｘ１ラインセンサ、
Ｘ２ラインセンサ）、Ｙ軸方向のラインセンサ１個（Ｙ
ラインセンサ）、単画素の受光センサ１個（Ｔセンサ）
である。

【００２８】Ｘ１、Ｘ２ラインセンサは、指示具の発光
点からの入射角度のＸ軸成分を示すデータ列を夫々検出
する。Ｙラインセンサは、指示具の発光点からの入射角
度のＹ軸成分を示すデータ列を検出する。Ｔセンサは、
変調信号の受信など、時間軸情報を検知するための信号
波形を生成する。

【００２９】また、Ｘ１ラインセンサとＸ２ラインセン
サは、Ｘ軸方向に所定の距離Ｌだけ隔てて配置され、所
謂、三角測量の考え方に基づいて取り扱われる。

【００３０】本体部は、Ｘ１ラインセンサ、Ｘ２ライン
センサから得られるデータ列から３次元座標を計算する
第一信号処理機能、Ｔセンサから得られる信号波形をも
とに、指示具上のスイッチ情報を検知し、かつ赤外線点
滅のタイミングを検知する第二信号処理機能、受光ユニ
ットの動作を制御する制御機能、更に、第一、第二信号
処理機能によって得られた情報を、リアルタイムでホス
トコンピュータに送信する通信機能を備える。

【００３１】また、Ｔセンサからの信号を２値化する際
に、所定の時定数をもってしきい値を適応的に変化さ
せ、かつ、しきい値の下限値を所定値にする。これによ
り、Ｔセンサに照射される赤外線に対し、広いダイナミ
ックレンジで、かつ外乱ノイズに強い形で時間軸信号の
抽出を可能とする。その結果、外乱ノイズが多い環境
や、指示具の扱いがラフな状況であっても、安定した３
次元入力が可能となる。

【００３２】本発明においては、その主たる特徴とし
て、ラインセンサとしてリング型ＣＣＤを用いる（これ
についての詳細は後述）。このリング型ＣＣＤは、外部
より制御される電子シャッター機能を有する。本発明に
おいては、指示具に備わる発光素子において所定の周波
数にて点滅する赤外光を発光させ、これに電子シャッタ
ー機能を同期させることにより、外乱光の抑圧（外乱光
による影響の排除）を行なっている。また、このリング
型ＣＣＤは、循環型電荷転送経路を有し、光電変換部
（後述）で発生した電荷は、循環型電荷転送経路に転送
され、さらにこれを循環するごとに、新たに電荷を逐次
追加蓄積する機能を有する。また、逐次追加蓄積しつつ
循環する状態と、逐次追加蓄積せずに循環のみ行なうと
いう状態を外部制御で切り替えることができる、本発明
では、指示具から照射される光量に応じて、この切り替
え制御を適応的に行なうことにより、例えば、レベルの
小さい光を受光する場合は多数回蓄積し、また、例え
ば、レベルの大きい光を受光するときは少数回蓄積する
という制御を行う。これにより、広い受光ダイナミック
レンジを持たせることができる。

【００３３】本発明のもう一つの特徴は、Ｔセンサを備
えることである。Ｔセンサは、上述した通り、単画素の
受光センサである。リング型ＣＣＤは、指示具から発せ
られる赤外線の位置情報（正確には入射方向の情報）を
検知するものであるが、これに対し、Ｔセンサは、指示
具から発せられる赤外線の時間軸情報を検知するもので
ある。ここで、時間軸情報とは、点滅のタイミングとし
ての時間軸情報と、それに変調により載せられる信号そ
のものである、また、これは指示具上のスイッチの判別
情報である。

【００３４】ここで、点滅信号のうち、結果的にＴセン
サで補らえるべき信号は、全て点滅より十分高い周波数
（実際には数キロヘルツ）で変調されている。また、ス
イッチ情報は、この変調方法を変化させることにより、
付帯信号として伝送している。Ｔセンサは、このような
用途に用いるのでキャリヤ周波数に十分応答できる周波
数特性を持っている必要がある。

【００３５】また、Ｔセンサによって生成される信号
は、キャリア周波数と同一周波数のバンドパスフィルタ
を通した後、整流することにより外乱光によるノイズの
少ない信号として抽出することができる。

【００３６】本発明においては、このＴセンサで得られ
る点滅のタイミング信号をもとに、リング型ＣＣＤを制
御することにより、リング型ＣＣＤの電子シャッターを
点滅信号に同期させている。

【００３７】以下、図面を参照して本発明の好適な実施
形態を詳細に説明する。 ［実施形態１］図１は実施形態１の３次元座標入力装置
の外観を示す図である。

【００３８】実施形態１においては、ホストコンピュー
タ２０の表示装置２２の下に３次元入力用の受光ユニッ
ト８が設置されている。使用者は、赤外線発光素子６を
備える指示具１を受光ユニット８の方向に向けることに
より、受光ユニット８に赤外線を照射する。これによ
り、ワイヤレスリモコン等の指示具１の位置（センサ中
央部に対する相対的３次元位置）をホストコンピュータ
２０に入力することができる。また、この入力動作はリ
アルタイムで行うことができる。

【００３９】次に、受光ユニット８の構成について、図
２を用いて説明する。

【００４０】図２は実施形態１の受光ユニットの構成を
示す図である。

【００４１】図２に示すように、受光ユニット８は、Ｘ
軸方向に２個のラインセンサ（Ｘ１センサ９、Ｘ２セン
サ１０）を構成し、各Ｘ１センサ９、Ｘ２センサ１０の
前には、それぞれ円筒レンズ２３、２４が配置されてい
る。また、Ｙ軸方向に１個のラインセンサ（Ｙセンサ１
１）を構成し、Ｙセンサ１１の前には円筒レンズ２５が
配置されている。更に、単画素のＴセンサ１２を構成し
ている。

【００４２】次に、指示具１と受光ユニット８との位置
関係について、図３を用いて説明する。

【００４３】図３は実施形態１の指示具と受光ユニット
の位置関係を示す図である。

【００４４】尚、図３では、特に、指示具１とＸ１セン
サ９と円筒レンズ２３との位置関係を例に挙げて説明す
る。

【００４５】図３に示すように、座標中央の線は円筒レ
ンズ２３の中央とＸ１センサ９の中央を貫く。従って、
指示具１の赤外線発光素子６が座標中央にある場合、赤
外線発光素子６から発光される光線はＸ１センサ９の中
央部に結像する。また、指示具１の赤外線発光素子６が
ＸＺ面内で中心軸よりθｘだけずれた方向にある場合、
赤外線発光素子６から発光される光線はＸ１センサ９の
中心よりＡｘだけずれたところに結像する。

【００４６】この時、式（１）に示すような関係が成り
立つ。

【００４７】Ａｘ＝ｄ×ｔａｎ（θx）……（１） 以下、ＡｘをＸ方向パラメータと称する。また、同様
に、Ｙセンサの中心からの結像位置を示すＡｙをＹ方向
パラメータと称する。

【００４８】次に、３次元座標の算出原理について、図
４を用いて説明する。

【００４９】図４は実施形態１の３次元座標の算出原理
を説明するための図である。

【００５０】図４に示すように、実施形態１では、指示
具１の赤外線発光素子６と、受光ユニット８の中央に対
する相対的３次元位置を算出する。即ち、３次元位置ベ
クトルＲ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）２６を算出する。

【００５１】以下、３次元位置ベクトルＲ（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）２６の算出手順について説明する。

【００５２】まず、θｘとＺの算出手順について、図５
を用いて説明する。

【００５３】図５は実施形態１のθｘとＺの算出手順を
説明するための図である。

【００５４】実施形態１においては、同一面内にＸ軸方
向のＸ１センサ９、Ｘ２センサ１０が距離Ｌを隔てて設
置され、それぞれにおいて、指示具１と図３で説明した
位置関係を持っている。そこで、Ｘ１センサ９、Ｘ２セ
ンサ１０それぞれのＸ方向パラメータをＡx1、Ａx2と定
義すると、式（１）と同様に、以下の式（２）、（３）
が成り立つ。

【００５５】Ａx1／ｄ＝ｔａｎ（θx1）……（２） Ａx2／ｄ＝ｔａｎ（θx2）……（３） また、式（４）が成り立つ ｔａｎ（θｘ）＝｛ｔａｎ（θx1）＋ｔａｎ（θx2）｝／２……（４） 従って、Ｘ方向パラメータＡｘを Ａｘ≡｛Ａx1＋Ａx2｝／２……（５） のように定義すると、次式（６）が成り立つ。

【００５６】ｔａｎ（θｘ）＝Ａｘ／ｄ……（６） 即ち、Ａx1、Ａx2が計測できれば、θｘを算出すること
ができる。

【００５７】次に、Ｚを算出する。図５に示すように、
Ｘ１センサ９とＸ２センサ１０は距離Ｌだけ隔てて設置
されているので、次の関係が成り立つ。

【００５８】 ｛Ｘ＋（Ｌ／２）｝／Ｚ＝ｔａｎ（θx1）＝Ａx1／ｄ……（７） ｛Ｘ−（Ｌ／２）｝／Ｚ＝ｔａｎ（θx2）＝Ａx2／ｄ……（８） 従って、式（７）、（８）より Ｚ＝（ｄ×Ｌ）／｛Ａx1−Ａx2｝……（９） 即ち、Ａｘ1、Ａｘ2が計測できればＺを算出することが
できる。

【００５９】次に、θｙの算出手順について、図６を用
いて説明する。

【００６０】図６は実施形態１のθｙの算出手順を説明
するための図である。

【００６１】式（２）、（３）と同様に次の式が成り立
つ ｔａｎ（θｙ）＝Ａｙ／ｄ……（１０） 即ち、Ａｙを計測できればθｙを算出することができ
る。

【００６２】以上、式（６）、（９）、（１０）により
（θｘ、Ｚ、θｙ）を算出することができる。

【００６３】そして、図５、図６より、Ｘ、Ｙ、Ｚには
以下の関係がある。

【００６４】Ｘ＝Ｚ×ｔａｎ（θx）……（１１） Ｙ＝Ｚ×ｔａｎ（θy）……（１２） 即ち、式（１１）、（１２）より（Ｘ，Ｙ）を算出する
ことができる。

【００６５】以上説明した算出手順によって、３次元位
置ベクトルＲ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出することができる。

【００６６】次に、実施形態１の３次元座標入力装置の
機能構成について、図７を用いて説明する。

【００６７】図７は実施形態１の３次元座標入力装置の
機能構成を示すブロック図である。

【００６８】実施形態１では、主として、赤外線を放射
する指示具１、放射される赤外線を受光し電気信号乃至
データ列に変換する受光ユニット８、受光ユニットを制
御しかつ受光ユニット８にて生成される電気信号乃至デ
ータ列から指示具１の存在する３次元位置を算出し、こ
の算出結果をホストコンピュータ２０に送信する本体部
１３からなる。ホストコンピュータ２０と、本体部１３
は、シリアルポート２１を介して接続され、シリアルポ
ートとしては、ＲＳ２３２ＣポートやＵＳＢポートを使
用する。

【００６９】まず、指示具１の構成について、図７、図
８を用いて説明する。

【００７０】図８は実施形態１の指示具の詳細構成を示
す図である。

【００７１】図８に示すように、指示具１は、光ビーム
を照射する発光素子（ＩＲＥＤ）６と、その発光パター
ンを作成する点滅信号作成回路３、スイッチ情報に従っ
て変調をかける変調回路４、発光素子を駆動するドライ
ブ回路５が構成される。ここで、スイッチ情報は、スイ
ッチ群（ＳＷ）２から入力される。特に、実施形態１で
は、スイッチ群２は、４つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ４で
構成されており、これらのスイッチＳＷ１〜ＳＷ４の役
割については、後述する。

【００７２】図７において、受光ユニット８は、Ｘ１ラ
インセンサ９、Ｘ２ラインセンサ１０、Ｙセンサ１１及
びそれらに赤外線を結像させるために組み合わせられる
円筒レンズ２３、２４、２５（図１参照）と、これらに
加えて単画素のＴセンサ１２で構成される。ここで、Ｘ
１ラインセンサ９、Ｘ２ラインセンサ１０は夫々赤外線
の入射角度のＸ軸方向の成分、同様にＹラインセンサ１
１は入射角度のＹ軸方向の成分を検知する。

【００７３】Ｘ１ラインセンサ９、Ｘ２ラインセンサ１
０、Ｙラインセンサ１１は、リング型ＣＣＤである。こ
れらから得られるアナログ信号（データ列）２６は、図
９に示され、そのデータ列の最大振幅値の位置（図２１
中、Ａｉで示す）が各ラインセンサ上の結像位置、すな
わち入射角度を表すこととなる。また、アナログ信号
（データ列）２６は、ＡＤ変換部１６によってデジタル
信号に変換され、このデジタル信号を基にＣＰＵ１８に
て指示具１（正確には指示具１上の発光素子６）の３次
元位置座標が算出され、ホストコンピュータ２０に送信
される。ここで、Ｘ１ラインセンサ９、Ｘ２ラインセン
サ１０、Ｙラインセンサ１１は、制御信号作成回路１５
によって作成されるタイミングシーケンスによって制御
される。

【００７４】一方、Ｔセンサ１２は、上述したように単
画素の光電変換素子である。このＴセンサ１２は、指示
具１より照射される光の時間軸情報を検知する。Ｔセン
サ１２で得られた信号（変調信号）２７は、波形処理部
１４において、バンドパスフィルタにかけられ、全波整
流、平滑化、２値化がなされて、信号“ＩＲ”となり制
御信号作成回路１５に送信される。

【００７５】制御信号作成回路１５においては、信号
“ＩＲ”を所定の条件で判定することにより、付帯情報
（指示具１上のスイッチ情報）を判別検知するととも
に、信号“ＩＲ”の立ち下がりタイミングを検知し、そ
れを基準として、リセット信号“ＲＥＳＥＴ”を作成す
る。更に、このリセット信号“ＲＥＳＥＴ”をトリガー
としてタイミングシーケンスをスタートさせ、これが制
御信号２８として、Ｘ１ラインセンサ９、Ｘ２ラインセ
ンサ１０、Ｙラインセンサ１１に送信される。

【００７６】このタイミングシーケンスは、１点の３次
元位置座標を取り込むごとに一回ずつ繰り返されるもの
であり、それに従ってＸ１ラインセンサ９、Ｘ２ライン
センサ１０、Ｙラインセンサ１１は制御される。

【００７７】また、このタイミングシーケンスを実行さ
せるために、後述する信号”ＬＥＤ＿ＣＬＫ”、信号”
ＣＣＤ＿ＣＬＫ”をＣＰＵ１８に供給するＬＥＤ＿ＣＬ
Ｋ発生回路１７ａ、ＣＣＤ＿ＣＬＫ発生回路１７ｂが制
御信号作成回路１５に接続されている。

【００７８】また、メモリ１９は、ＣＰＵ１８が各種処
理を実行するためための作業領域、各種データの一時退
避領域として機能する。

【００７９】次に、指示具１の発光素子６のドライブ波
形について、図９の“ＬＥＤ＿ＤＲＩＶＥ”に示す。指
示具１の変調回路４においては、信号“ＬＥＤ＿ＣＬ
Ｋ”（例えば、９７２．８ＫＨｚ）を、例えば、１２８
分周した周期Ｔの信号“ＬＥＤ＿ＩＲＣＬＫ”が作成さ
れる。信号“ＬＥＤ＿ＩＲ”は、信号“ＬＥＤ＿ＩＲＣ
ＬＫ”と同じ周期で、所定のデューティーを持った信号
（例えば、Ｈｉの期間が３３ｍｓ）である。信号“ＬＥ
Ｄ＿ＤＲＩＶＥ”は、実際に発光素子６をドライブする
信号であり、信号“ＬＥＤ＿ＣＬＫ”を信号“ＬＥＤ＿
ＩＲ”でゲートしたものである。

【００８０】次に、波形処理部３０の詳細構成につい
て、図１０を用いて説明する。

【００８１】図１０は実施形態１の波形処理部の詳細構
成を示すブロック図である。

【００８２】Ｔセンサ１２において、光電変換された光
信号は増幅器３１にて所定レベルに増幅され、信号“Ｌ
ＥＤ＿ＣＬＫ”とほぼ同一周波数の共振周波数を持つバ
ンドパスフィルタ３２を通過する。次に、検波回路３
３、平滑化回路３４、２値化回路３５を通過することに
より、信号“ＩＲ”となり、制御信号作成回路１５に送
信される。ここで、バンドパスフィルタ３２の出力信号
“ＦＩＬＴＥＲ＿ＯＵＴ”を図９に示す。

【００８３】このようにして、指示具１から送信された
信号“ＬＥＤ＿ＩＲ”は、信号“ＩＲ”として再現され
る。ここで、信号“ＩＲ”は、バンドパスフィルタ３
２、平滑化回路３４の位相特性の影響で立ち上がり、立
ち下がりとも若干の時間遅延ｔ１、ｔ２が発生する（実
施形態１においては、５μｓｅｃ程度である）。従っ
て、信号“ＩＲ”は、信号“ＬＥＤ＿ＩＲ”に対して前
記時間遅延を持つこととなる。

【００８４】本発明においては、指示具１にスイッチ群
２が備わっている。これは、例えば、マウスの右ボタン
乃至左ボタン、あるいはペン（デジタイザ）のペンアッ
プダウンスイッチなどに代表されるスイッチ入力に用い
るが、他の用途に用いることもある。

【００８５】本発明においては、指示具の点滅信号の点
灯期間を、前記点滅周波数より十分大きいキャリヤ周波
数によって全部または部分的に変調をかけるようにして
いる。このようにすると、Ｘ１ラインセンサ９、Ｘ２ラ
インセンサ１０、Ｙラインセンサによる受光と言う意味
では、点灯の全てが有効となり、また、Ｔセンサ１２に
おいては、変調をかけた部分のみが有効に検知される。

【００８６】従って、その変調をかけた部分のみ時間軸
情報としての意味を持つこととなる。本発明において
は、スイッチ群２が押されていない場合には、図１１に
示すように、常に変調をかけるようにする。これに対
し、スイッチ群２の内、ある特定のスイッチが押された
場合には、図１１に示すように、一回おきに変調の有無
を切り替えるように構成している。

【００８７】このようにすることにより、リング型ＣＣ
Ｄから見ると、前述のとおり、このどちらの場合の発光
パターンも、いずれも同一の周期（Ｔ）で点滅している
信号として見え、また、Ｔセンサ１２から見ると、スイ
ッチが押されていないときは、同一の周期Ｔで点滅して
いるように見え、スイッチが押されているときは一回お
きに（またはＴ×２の周期で）点滅しているように見え
る。従って、このとき、リング型ＣＣＤによる座標検出
は、スイッチのオンオフどちらにおいても同等におこな
われ、かつ、スイッチ情報として、１ビット分の情報を
受光ユニット８に対して通信することができる。

【００８８】次に、２値化回路３５の詳細構成につい
て、図１２を用いて説明する。

【００８９】図１２は実施形態１の２値化回路の詳細構
成を示す図である。

【００９０】尚、実施形態１の２値化回路３５は、Ｔセ
ンサ１２によって検出した時間軸波形から、時間軸情報
を示す論理信号を抽出する際の２値化を行う。

【００９１】また、２値化回路３５中のレべル比較器８
０における正側入力、負側入力、２値化信号の関係につ
いて、図１４〜図１７に示す。レベル比較器８０の正側
入力は、入力信号であり、これをＶ＿ｅｎｖｅｌｏｐと
称する（図１０中の平滑化回路３４の出力）。また、負
側入力は、しきい値信号であり、Ｖ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌ
ｄと称する（図１２中のしきい値作成回路８１の出
力）。

【００９２】一般に、この種の２値化回路においては、
最も単純な場合には、予め指定された固定の入力電圧が
レベル比較器８０の負側入力に“しきい値信号”として
入力される。また、多くの場合は、入力信号に対し十分
長い時定数をもって、入力信号に追従するような“しき
い値信号”が入力される。図１４はこの十分長い時定数
の場合のＶ＿ｅｎｖｅｌｏｐ、Ｖ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ
の関係を示している。このような場合、しきい値信号
は、入力信号に対して、５０％程度のレべルに成るよう
設定され、入力信号の比較的ゆっくりした変動に対し
て、しきい値信号は十分追従して変化する。

【００９３】本発明においては、使用者が赤外線を発光
する指示具１を受光ユニット８に向けることにより、赤
外線が照射される、従って、その扱い次第では、照射レ
べルは短時間で激しく変化する、実際に、その変動に要
する時間は点滅周期に対し必ずしも十分長いとは言いが
たい。

【００９４】ここで、本発明が問題にしているのは、十
分長い時定数によって変化するしきい値信号を用いてい
る座標入力装置で、このような急激な変動がある信号が
入力される場合である。このような場合のＶ＿ｅｎｖｅ
ｌｏｐ、Ｖ＿ｔｈｒｅｓｈｏｌｄの関係を図１５に示
す。

【００９５】図１５中の４番目のパルスは、３番目のパ
ルスに対して振幅が１／３程度に突然低下している。こ
のような場合、図のように、しきい値信号の追従は間に
あわなくなり、その結果、２値化回路は４番目のパルス
を取り逃すこととなる。

【００９６】本発明においては、このような弊害をなく
すために、しきい値信号の変化する時定数を以下のよう
にしている。

【００９７】τ＿ｔｈｓｈ＞＞τ＿ｄｔｃｔ，τ＿ｔｈ
ｓｈ＜＜Ｔ＿ｂｌｉｎｋとしている。

【００９８】ここで、τ＿ｔｈｓｈは、“しきい値信
号”変化の時定数、τ＿ｄｔｃｔは検波後の平滑化回路
の時定数、Ｔ＿ｂｌｉｎｋは点滅の周期である。

【００９９】そして、２値化回路３５のしきい値を、次
の式で定義する。

【０１００】Ｖ＿ｔｈｓｈｐｌｄ＝Ｖ＿ｄｅｌａｙ＋Ｖ
＿ｂｏｔｏｍ＋Ｖ＿ｈｙｓ ここで、Ｖ＿ｄｅｌａｙ、Ｖ＿ｂｏｔｏｍ、Ｖ＿ｈｙｓ
について夫々説明する。

【０１０１】まず、Ｖ＿ｈｙｓは、レベル比較器８０に
おいて、一般的に用いられるものであり、レベル比較器
８０の反転出力に対応してしきい値信号を僅かに逆方向
に変化させ、所謂、ヒステリシスを僅かにもたせる信号
である。実際には、ＮＯＴ回路８９、減衰回路８７を介
して生成される。これは、発振防止とチャタリング防止
である。これらの機能については、これを具えるのが一
般的であり、発明には該当しないので、本発明において
はこれを前提として扱い、以降の説明においては省略す
る。また、図１４〜図１８においても、その影響を省略
する。

【０１０２】Ｖ＿ｄｅｌａｙは、Ｖ＿ｅｎｖｅｌｏｐｅ
に追従する信号である、Ｖｄｅｌａｙは、Ｖ＿ｅｎｖｅ
ｌｏｐｅをローパスフィルタ（ＬＰＦ）８２及び一次の
位相遅延回路８３を通しさらに、減衰回路８４で４０％
〜５０％程度に減衰した信号である。尚、ローパスフィ
ルタ（ＬＰＦ）８２、位相遅延回路８３、減衰回路８４
の三つ含めての時定数がτ＿ｔｈｓｈである。

【０１０３】本発明においては、図１７に示すように、
ＶｄｅｌａｙはＶｅｎｖｅｌｏｐｅに対しあまり波形を
あまり崩すことなく、Ｔ＿ｂｌｉｎｋの１／５〜１／８
程度、時間を遅らせる必要がある。しかるに、ローパス
フィルタの位相のみで、この遅延を実現仕様とすると著
しくなまった波形となる。そこで、時間のみ遅らせるこ
とが可能な位相遅延回路８３を挿入している。尚、ロー
パスフィルタ８２と位相遅延回路８３の詳細構成を示す
と、図１３のようになる。

【０１０４】Ｖ＿ｂｏｔｏｍは、図１８に示すように、
しきい値信号の直流的なオフセットであり、定電圧発生
回路８５から生成される。以下、これが必要な理由を説
明する。本発明においては、Ｖｄｅｌａｙの時定数がτ
＿ｄｅｌａｙ＞Ｔ＿ｂｌｉｎｋである。従って、図１６
に示す様にＶｅｎｖｅｌｏｐｅ≒０の区間においては、
Ｖ＿ｄｅｌａｙ≒Ｖ＿ｅｎｖｅｌｏｐｅ≒０となる。

【０１０５】従って、この区間においては、両者の大小
関係が明確ではなく、むしろノイズに支配されることと
なり、このままでは、２値化の結果は不良となる。そこ
で、しきい値信号全体をＶ＿ｂｏｔｏｍだけ、言わば上
げ底する。これにより、Ｖ＿ｄｅｌａｙ≒０の領域で
も、ノイズに影響されることなく、かつＡ点も明確に検
出可能となる。実際に、Ｖ＿ｂｏｔｏｍの値は、Ｖ＿ｅ
ｎｖｅｌｏｐｅ≒０の領域におけるノイズレべルよりも
十分大きくかつ最小検出レべルにおけるＶ＿ｅｎｖｅｌ
ｏｐｅの値及びそれに対応するＶ＿ｄｅｌａｙの値より
も十分小さい必要がある。このような条件によって、２
値化を施した様子が図２５である。

【０１０６】次に、リング型ＣＣＤの構成について、図
１９を用いて説明する。

【０１０７】図１９は実施形態１のリング型ＣＣＤの構
成を示す図である。

【０１０８】Ｘ１ラインセンサ９、Ｘ２ラインセンサ１
０、Ｙラインセンサを構成するリング型ＣＣＤは、一種
のラインセンサである。これが一般のラインセンサと大
きく異なる点は、光電変換によって得られた電荷を転送
する部分が循環型（リング状）になっている点である。

【０１０９】リング型ＣＣＤは、特開平８−２３３５７
１号等で示されるように、ライン状に並ぶｎ個の画素か
らなる光電変換部４０と、リング状に並ぶｍ個の転送部
（転送セル）群からなる循環型電荷転送経路５１と、循
環型電荷転送経路５１の途中に接続される電圧読出部５
３からなる。実施形態１においては、例えば、ｎ＝６
４、ｍ＝１５０とする。

【０１１０】光電変換部４０にて、光電変換された電荷
は、外部制御信号によって蓄積部／クリア部４１に蓄積
／あるいは放電される。これが電子シャッター機能とな
る。また、外部制御信号は、電子シャッター機能が発光
側の発光に同期するように（詳しくは、一回の点滅にお
ける発光時と消光時にそれぞれ一回ずつオンオフするよ
うに）構成されている。また、蓄積部／クリア部４１
は、次の蓄積を行なう前に残った電荷を放電する（グラ
ンドに放電）。

【０１１１】まず、発光側が発光しているときに電子シ
ャッター機能を一定時間をオンにし、次に、発光してい
ないときに再度電子シャッター機能を一定時間オンにす
る。また、それぞれのタイミングで光電変換された電荷
は、各光電変換部に対応づけられた２つのホールド部に
別々に貯えられる。また、各ホールド部は、貯えた電荷
を転送するための転送部に１対１で対応づけられてい
る。

【０１１２】例えば、ｉ番目の光電変換部４０で光電変
換された電荷について説明すると、発光側が発光してい
るときに蓄積された電荷はホールド部４４ａに転送され
る。また、発光側が発光していないときに蓄積された電
荷はホールド部４４ｂに転送される。更に、ホールド部
４４ａの電荷は２ｉ−１番目の転送部４５ａに、ホール
ド部４４ｂの電荷は２ｉ番目の転送部４５ｂに同時に転
送される。この転送は、ｉ番目の光電変換部４０に限ら
ず、全ての光電変換部４０（１〜ｎ番目）に対応する各
ホールド部に蓄積された電荷に関して同時になされる。
また、この転送タイミングは、一回の点滅に対して一回
である。（即ち、発光と同一周期で全転送される）。

【０１１３】次に、図１９のｉ番目の光電変換部４０か
ら循環型電荷転送経路５１の２ｉ−１番目（転送部４５
ａ）、２ｉ番目（転送部４５ｂ）の部分の詳細構成につ
いて、図２０を用いて説明する。

【０１１４】図２０は実施形態１のリング型ＣＣＤの部
分詳細構成を示す図である。また、図２２は、図２０に
示す各スイッチのタイミングチャートである。

【０１１５】図２２に示す各スイッチのタイミングチャ
ートは、信号“ＩＲＣＬＫ”を基本周期として行われ
る。信号“ＩＲＣＬＫ”の周期は、例えば、７．６ＫＨ
ｚであり、図９に示した信号“ＬＥＤ＿ＩＲＣＬＫ”と
ほぼ等しい。信号“ＩＲＣＬＫ”は、信号“ＣＣＤ＿Ｃ
ＬＫ”（例えば、９．１２ＫＨｚ）を８分周したものを
さらに１５０（＝ｍ）分周したものである。実際に、本
発明では、この部分が電子シャッター機能の役割を持っ
ており、信号“ＩＲＣＬＫ”一周期で２回電子シャッタ
ー機能をＯＮしている。

【０１１６】図２２中のグレイ部分が、一組の電子シャ
ッター動作（電子シャッターＯＮ２回分）に相当する。
電子シャッター動作は、まず、Ｃのタイミングで蓄積部
／クリア部４１の電荷がＳＷ１（４８）によってクリア
される。次に、Ａのタイミングの間、光電変換部４０で
発生した電流は蓄積部／クリア部４１に蓄積され、Ｅの
タイミングでＳＷ２＿１（４２）がＯＮし、ホールド部
４４ａに転送される。同様に、Ｄのタイミングで蓄積部
／クリア部４１の電荷がＳＷ１（４８）によってクリア
される。次に、Ｂのタイミングの間、光電変換部４０で
発生した電流は蓄積部／クリア部４１に蓄積され、Ｆの
タイミングでＳＷ２＿２（４３）がＯＮし、ホールド部
４４ｂに転送される。

【０１１７】ホールド部４４ａ、ホールド部４４ｂにホ
ールドされている電荷は、Ｇのタイミングで同時にそれ
ぞれ２ｉ−１番目、２ｉ番目の転送セルに転送される。

【０１１８】本発明においては、信号“ＩＲＣＬＫ”と
信号“ＬＥＤ＿ＩＲＣＬＫ”を同期させることにより、
図２２のＡの部分で指示具１が発光し、Ｂの部分では発
光しないと言う時間関係をつくる。このようにすると、
ホールド部４４ａには発光時の電荷、ホールド部４４ｂ
には非発光時の電荷がホールドされ、その結果、転送部
の２ｉ−１番目のセルには発光時の電荷、２ｉ番目のセ
ルには非発光時の電荷が転送される。また、Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇのタイミングで示される動作は全画
素に対して同時に実行される。

【０１１９】次に、図１９の循環型電荷転送経路５１の
動作について説明する。

【０１２０】循環型電荷転送経路５１は、図２２に示す
信号“ＩＲＣＬＫ”１周期分で一循するようになってい
る、従って、例えば、２ｉ−１番目、２ｉ番目の転送セ
ルにある電荷は、信号“ＩＲＣＬＫ”１周期ごとにそれ
ぞれ同じセルに戻ってくる。そして、その都度、それぞ
れホールド部４４ａ、ホールド部４４ｂに新たにホール
ドされている電荷が追加蓄積される。

【０１２１】本実施形態においては、循環型電荷転送経
路５１は、１５０セル（ｍ＝１５０）で構成されてい
る。従って、この循環型電荷転送経路５１の転送クロッ
ク“ＣＣＤ＿ＳＰ”は、信号“ＩＲＣＬＫ”の１５０分
の１の周期（１．１４ＭＨｚ）である。

【０１２２】また、循環型電荷転送経路５１には、その
経路の途中に備わる電圧読出部５３において、循環型電
荷転送経路５１を通過する電荷を非破壊で、電圧値に変
換し読み出すことができる、さらに、隣接した２つの転
送セルの電圧値の差分を読み出すこともできる。従っ
て、例えば、２ｉ−１番目と２ｉ番目の転送セルにおい
て、ホールド部４４ａ、ホールド部４４ｂより転送され
た電荷の値の差を読み出すことができる。

【０１２３】本発明においては、この機能により、指示
具１が発光しているときと、発光していないときの蓄積
電荷の差分の電荷に相当する電圧信号を読み出すことが
できる。これにより、少なくとも点滅より十分低い周波
数成分における外乱光は排除される。

【０１２４】電圧読出部５３から読み出される信号は、
実際に転送部にならんでいる順番と同じ時間的順番で読
み出される。図２１は、この様子を示した図であり、ｎ
番目の画素から１番目の画素の順に電圧値が読み出され
ている。ここで、ｉ番目の近傍のレベルが高いのは、ス
ポット３から照射された光が、リング型ＣＣＤを構成す
る転送部群の内、ｉ番目の転送部付近で結像しているこ
とを示す。即ち、図１４のＡｉの値を、Ｘ１ラインセン
サ９、Ｘ２ラインセンサ１０、Ｙラインセンサ１１の夫
々に関して計算で算出することにより、Ｘ１ラインセン
サ９、Ｘ２ラインセンサ１０、Ｙラインセンサ１１が検
出する赤外光の入射角のもととなるパラメータを算出す
ることができる。

【０１２５】次に、リング型ＣＣＤの制御について説明
する。

【０１２６】本発明において、リング型ＣＣＤは、制御
信号作成回路１５によって作成されたタイミングシーケ
ンスによって、１点の座標データを取り込むごとに繰り
返し制御される。

【０１２７】図２２、図２３において［］付きで示され
ている信号は、リング型ＣＣＤ内部で生成される信号で
ある。それ以外の信号は、外部からリング型ＣＣＤに供
給される信号である。

【０１２８】信号“ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ”を供給する
と、リング型ＣＣＤは、これをトリガーとして信号“Ｃ
ＣＤ＿ＣＬＫ”を８分周して、信号“ＣＣＤ＿ＳＰ”を
生成し、さらに１５０分周して（トータル１２００分周
して）信号“ＩＲＣＬＫ”を生成する。尚、信号“ＣＣ
Ｄ＿ＳＰ”は、上述したとおり、循環型電荷転送経路５
１の転送クロックである。

【０１２９】信号“ＩＲＣＬＫ”は、上述したとおり、
２度の電子シャッターＯＮと電荷を光電変換部４１から
循環型電荷転送経路５１に転送する動作の基準である。

【０１３０】次に、図２３のタイミングチャートについ
て説明する。

【０１３１】まず、外部より信号“ＩＲＣＬＫ”に同期
した形で、信号“ＬＯＯＰ＿ＣＬＲ”が供給される。こ
の信号“ＬＯＯＰ＿ＣＬＲ”により、循環型電荷転送経
路５１に残留している電荷がクリアされる。その後、信
号“ＩＲＣＬＫ”に伴って、順次電荷が追加蓄積され、
電圧読出部５３の読出波形Ｖ＿ＯＵＴ（Ｘ）は次第に大
きくなる。この読出波形のレベルは、制御信号作成回路
１５によって監視されており、このレベルがある一定の
値に到達したところで、信号“ＣＣＤ＿ＲＥＡＤ”がＨ
ｉとなる。本発明におけるリング型ＣＣＤは、信号“Ｃ
ＣＤ＿ＲＥＡＤ”がＬｏの間は蓄積を続け、信号“ＣＣ
Ｄ＿ＲＥＡＤ”がＨｉになると、蓄積を停止し、電荷の
循環動作のみを行なう。従って、読出波形Ｖ＿ＯＵＴ
（Ｘ）は不変となる。その後、信号“ＡＤ＿ＲＥＡＤ”
がＨｉとなり、これに伴って、読出波形Ｖ＿ＯＵＴ
（Ｘ）は、ＡＤ変換部１６に読み込まれ、デジタル信号
となりＣＰＵ１８に送信される。

【０１３２】ここで、上述のとおり、信号“ＣＣＤ＿Ｒ
ＥＡＤ”は読出波形Ｖ＿ＯＵＴ（Ｘ）が一定値になるま
でＬｏである。従って、信号レベルが大きいとき（照射
される光のレベルが大きいとき）、信号“ＣＣＤ＿ＲＥ
ＡＤ”がＬｏである時間は短い。逆に、信号レベルがが
小さいとき（照射される光のレベルが小さいとき）、信
号“ＣＣＤ＿ＲＥＡＤ”がｂである時間が長い。このよ
うにして、実際に取り込まれる読出波形は、信号レベル
の大小によらず一定レベルの波形となる。

【０１３３】次に、指示具１上の発光素子６の点滅と、
リング型ＣＣＤの電子シャッター動作の同期処理につい
て説明する。

【０１３４】本発明においては、指示具１の発光（信号
“ＬＥＤ＿ＤＲＩＶＥ”）の周期は、信号“ＬＥＤ＿Ｃ
ＬＫ”を１２８分周した７．６ＫＨｚである。また、受
光側のリング型ＣＣＤの電子シャッター動作の繰り返し
周波数（シャッター２回ＯＮで一周期）の周波数は、信
号“ＩＲＣＬＫ”で７．６ＫＨｚである、また、これ
は、信号“ＣＣＤ＿ＣＬＫ”をトータル１２００分周し
た周波数である。即ち、発光側の点滅周波数と受光側の
電子シャッター動作の繰り返し周期は、あらかじめ、ほ
ぼ同一に設定されている。

【０１３５】ここで、図２３に示すように、リング型Ｃ
ＣＤのタイミングシーケンスは、信号“ＣＣＤ＿ＲＥＳ
ＥＴ”でスタートするよう作成されているが、特に、リ
ング型ＣＣＤで生成される信号“ＩＲＣＬＫ”の立ち上
がりが、信号“ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ”の立ち下がりの直
後になるように予め構成されている。従って、信号“Ｃ
ＣＤ＿ＲＥＳＥＴ”のタイミングを制御することによ
り、信号“ＩＲＣＬＫ”のタイミング（位相）を制御す
ることができる。詳しくは、指示具１の発光をＴセンサ
１２で検知した信号を、波形処理部１４を経て得られた
信号“ＩＲ”に対し、所定時間Ｔ１（例えば、７７．２
μｓ）だけ遅延させた時点で信号“ＣＣＤ＿ＲＥＳＥ
Ｔ”が立ち下がるようにタイミングを設定することによ
り、少なくとも信号“ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ”の直後にお
いて、信号“ＩＲＣＬＫ”と信号“ＬＥＤ＿ＩＲ”の位
相をあわせることができる。このことは、指示具１の点
滅とリング型ＣＣＤの電子シャッター動作の位相をあわ
せることに等しい。

【０１３６】ここで、指示具１上の発光素子６の点滅
と、リング型ＣＣＤの電子シャッター動作の同期処理に
ついて、図２４を用いて説明する。

【０１３７】図２４は実施形態１の指示具の点滅とリン
グ型ＣＣＤの電子シャッター動作の同期処理を示すフロ
ーチャートである。

【０１３８】本発明における同期処理は、図２３に示す
タイミングシーケンスが始まる直前で時間調整すること
により、その時点で信号“ＩＲＣＬＫ”と信号“ＬＥＤ
＿ＩＲ”の位相をあわせ、その後、１ポイント分の期間
は（すなわちタイミングシーケンス一回分の間）信号
“ＩＲＣＬＫ”と信号“ＬＥＤ＿ＩＲ”をそれぞれフリ
ーランさせる。更に、そのタイミングシーケンスが終わ
ると、再び、信号“ＣＣＤ＿ＲＳＥＴ”の立ち下がり検
知を待つ状態に入る（ステップＳ１０１）。ここで、次
の最初の立ち下がりを検知した場合（ステップＳ１０１
でＹＥＳ）、再び時間を調整して（所定時間Ｔ１だけ待
って）位相をあわせ（ステップＳ１０２）、次のタイミ
ングシーケンスを再度スタートさせる（ステップＳ１０
３）。

【０１３９】ここで、問題となるのは、フリーランの期
間と信号“ＩＲＣＬＫ”、信号“ＬＥＤ＿ＣＬＫ”の周
波数偏差である。以下、これについて説明する。本発明
においては、１ポイント分の座標を取り込む周期を最大
で４０ｍｓとしている。これは、図２３における信号
“ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ”の周期が最大４０ｍｓ、即ち、
フリーランの最大期間がおよそ４０ｍｓであるというこ
とである。

【０１４０】本発明においては、“ＬＥＤ＿ＣＬＫ”発
生回路１７ａ、“ＣＣＤ＿ＣＬＫ”発生回路１７ｂとも
水晶振動子を使うことを前提としている。一般に、大半
の水晶振動子の周波数精度は、１００ｐｐｍより優れて
いる。ここで、例えば、水晶振動子の周波数精度を１０
０ｐｐｍとしたとき、フリーランの期間に発生しうる位
相の偏差は４０ｍｓ×１００ｐｐｍ＝４μｓである。こ
れは、信号“ＩＲＣＬＫ”の周期（１３１．６μｓ）乃
至その点灯期間３３μｓに比べて、十分小さい値であ
る。

【０１４１】従って、上述した同期処理によって、フリ
ーランの期間も、ほぼ信号“ＩＲＣＬＫ”と信号“ＬＥ
Ｄ＿ＩＲ”の同期関係が維持される。これにより、指示
具１上の発光素子６の点滅と、リング型ＣＣＤの電子シ
ャッター動作を同期させることができる。

【０１４２】以上説明したように、実施形態１によれ
ば、Ｔセンサ１２の出力信号を２値化する際に、所定の
時定数をもってしきい値信号を適応的に変化させ、か
つ、しきい値の下限値を所定値にする。これにより、外
乱ノイズが多い環境、乃至、指示具１の扱いがラフな状
況であっても、Ｔセンサ１２の出力信号から安定して時
間情報を抽出することができる。その結果、外乱ノイズ
が多い環境、乃至、指示具１の扱いがラフな状況であっ
ても、安定した３次元座標の入力が可能となる。［実施
形態２］実施形態２は、２値化回路３５の変形例であ
る。具体的には、上述したＶ＿ｅｎｖｅｌｏｐｅに対し
てＶ＿ｄｅｌａｙを遅延させるための位相遅延回路８３
に、２次の位相遅延回路を用いる。その詳細構成を示し
たのが、図２５である。

【０１４３】この位相遅延回路８３を用いることによ
り、二次の位相遅延回路の共振周波数、共振のＱを適宜
コントロールするでき、Ｖ＿ｄｅｌａｙの波形をより細
やかに波形整形できる。つまり、よりノイズマージンの
大きい、かつ、ノイズによるジッターのより少ない２値
化処理が可能となり、安定した信号“ＩＲ”を生成で
き、結果として安定した３次元座標の入力ができる。

【０１４４】尚、本発明は、複数の機器（例えばホスト
コンピュータ、インタフェース機器、リーダ、プリンタ
など）から構成されるシステムに適用しても、一つの機
器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置な
ど）に適用してもよい。

【０１４５】また、本発明の目的は、前述した実施形態
の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記
録した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給し、そ
のシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵ
やＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを
読出し実行することによっても、達成されることは言う
までもない。

【０１４６】この場合、記憶媒体から読出されたプログ
ラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現するこ
とになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は
本発明を構成することになる。

【０１４７】プログラムコードを供給するための記憶媒
体としては、例えば、フロッピディスク、ハードディス
ク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ
−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭな
どを用いることができる。

【０１４８】また、コンピュータが読出したプログラム
コードを実行することにより、前述した実施形態の機能
が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示
に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレ
ーティングシステム）などが実際の処理の一部または全
部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が
実現される場合も含まれることは言うまでもない。

【０１４９】更に、記憶媒体から読出されたプログラム
コードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードや
コンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメ
モリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基
づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わる
ＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その
処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合
も含まれることは言うまでもない。

【０１５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
３次元座標を効率的にかつ容易に入力することができる
座標入力装置及びその制御方法、コンピュータ可読メモ
リを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１の３次元座標入力装置の外観を示す
図である。

【図２】実施形態１の受光ユニットの構成を示す図であ
る。

【図３】実施形態１の指示具と受光ユニットの位置関係
を示す図である。

【図４】実施形態１の３次元座標の算出原理を説明する
ための図である。

【図５】実施形態１のθｘとＺの算出手順を説明するた
めの図である。

【図６】実施形態１のθｙの算出手順を説明するための
図である。

【図７】実施形態１の３次元座標入力装置の機能構成を
示すブロック図である。

【図８】実施形態１の指示具の詳細構成を示す図であ
る。

【図９】実施形態１の指示具と本体部間で送受信される
信号のタイミングチャートである。

【図１０】実施形態１の波形処理部の詳細構成を示すブ
ロック図である。

【図１１】実施形態１の指示具と本体部間で送受信され
る信号のタイミングチャートである。

【図１２】実施形態１の２値化回路の詳細構成を示す図
である。

【図１３】実施形態１のローパスフィルタと位相遅延回
路の詳細構成を示す図である。

【図１４】実施形態１のしきい値信号とＴセンサの出力
信号との関係を示すである。

【図１５】実施形態１のしきい値信号とＴセンサの出力
信号との関係を示すである。

【図１６】実施形態１のしきい値信号とＴセンサの出力
信号との関係を示すである。

【図１７】実施形態１のしきい値信号とＴセンサの出力
信号との関係を示すである。

【図１８】実施形態１のしきい値信号とＴセンサの出力
信号との関係を示すである。

【図１９】実施形態１のリング型ＣＣＤの構成を示す図
である。

【図２０】実施形態１のリング型ＣＣＤの部分詳細構成
を示す図である。

【図２１】実施形態１のリング型ＣＣＤの各転送部の出
力レベルを示す図である。

【図２２】実施形態１の図２０に示す各スイッチのタイ
ミングチャートである。

【図２３】実施形態１の制御信号作成回路が生成する信
号群のタイミングチャートである。

【図２４】実施形態１の指示具の点滅とリング型ＣＣＤ
の電子シャッター動作の同期処理を示すフローチャート
である。

【図２５】実施形態２のローパスフィルタと位相遅延回
路の詳細構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 指示具 ２ スイッチ群 ３ 点滅信号作成回路 ４ 変調回路 ５ ドライブ回路 ６ 発光素子 ８ 受光ユニット ９ Ｘ１センサ １０ Ｘ２センサ １１ Ｙセンサ １２ Ｔセンサ １３ 本体部 １４ 波形処理部 １５ 制御信号作成回路 １６ ＡＤ変換部 １７ａ ＬＥＤ＿ＣＬＫ発生回路 １７ｂ ＣＣＤ＿ＣＬＫ発生回路 １８ ＣＰＵ １９ メモリ ２０ ホストコンピュータ ２１ シリアルポート ２２ 表示装置

Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３次元座標を入力する座標入力装置であ
   って、 発光素子を有し、３次元的位置を指示する指示手段と、 前記発光素子から照射される光を受光し、該発光素子の
   存在する３次元的位置を計測する複数のラインセンサ
   と、 前記発光素子から照射される光を受光する受光素子と、 前記受光素子からの出力信号を２値化する２値化手段
   と、 前記２値化手段から出力される２値化信号と前記複数の
   ラインセンサで計測される計測値に基づいて、前記指示
   手段が位置する３次元座標を算出する算出手段とを備え
   ることを特徴とする座標入力装置。
2. 【請求項２】 前記２値化手段は、前記出力信号を２値
   化するためのしきい値信号を生成する生成手段を備え、 前記生成手段で生成されるしきい値信号のしきい値レベ
   ルは、第１信号、第２信号、第３信号の和から生成され
   ることを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
3. 【請求項３】 前記第１信号は、前記受光素子からの出
   力信号をローパスフィルタ、遅延回路、減衰回路を通過
   させることにより生成されることを特徴とする請求項２
   に記載の座標入力装置。
4. 【請求項４】 前記第２信号は、直流電圧に基づいて生
   成される一定信号であることを特徴とする請求項２に記
   載の座標入力装置。
5. 【請求項５】 前記第３信号は、前記２値化手段から出
   力される２値化信号をＮＯＴ回路、減衰回路を通過させ
   ることにより生成されることを特徴とする請求項２に記
   載の座標入力装置。
6. 【請求項６】 前記複数のラインセンサは、第１方向に
   配置されたラインセンサと、前記第１方向とは垂直な方
   向である第２方向に配置されたラインセンサで構成さ
   れ、前記第１方向あるいは前記第２方向の少なくとも一
   方は複数のラインセンサで構成されることを特徴とする
   請求項１に記載の座標入力装置。
7. 【請求項７】 前記発光素子は、所定周波数で発光し、 前記複数のラインセンサそれぞれは、電子シャッター機
   能を有し、 前記電子シャッター機能は、前記発光素子による発光の
   周期、あるいはその整数倍の周期に位相同期してオンオ
   フすることを特徴とする請求項１に記載の座標入力装
   置。
8. 【請求項８】 前記算出手段は、前記複数のラインセン
   サで計測された複数の２次元的情報とその差分に基づい
   て、前記指示手段の該複数のラインセンサに対する相対
   的３次元座標を算出することを特徴とする請求項１に記
   載の座標入力装置。
9. 【請求項９】 前記複数のラインセンサは、リング型Ｃ
   ＣＤであり、 前記リング型ＣＣＤは、複数のセルで構成された循環型
   電荷転送経路を備え、 前記循環型電荷転送経路は、ライン状に並ぶ任意の光電
   変換手段から同時に電荷が転送され、前記電子シャッタ
   ー機能のオンオフに同期した周期で前記循環型電荷転送
   経路に該電荷を循環させ、該電荷が一循環するごとに同
   一の光電変換手段から電荷が追加蓄積されることを特徴
   とする請求項７に記載の座標入力装置。
10. 【請求項１０】 前記複数のラインセンサは、前記循環
    型電荷転送経路の途中のセルに信号読出部が接続され、
    当該セルを通過する電荷に比例した電圧を前記信号読出
    部から外部に出力することを特徴とする請求項９に記載
    の座標入力装置。
11. 【請求項１１】 前記電子シャッター機能は、前記発光
    素子が発光するときとしないときにそれぞれ一回ずつオ
    ンし、それぞれのタイミングで蓄積された電荷を前記循
    環型電荷転送経路上の互いに隣接するセルに転送するこ
    とを特徴とする請求項９に記載の座標入力装置。
12. 【請求項１２】 前記信号読出部は、互いに隣接する２
    つのセルの電荷の差分に比例した電圧を読み出すことを
    特徴とする請求項１０に記載の座標入力装置。
13. 【請求項１３】 前記複数のラインセンサは、前記電子
    シャッター機能をオンオフさせて電荷の追加蓄積を行い
    つつ電荷を循環させる場合の制御と、前記電子シャッタ
    ー機能をオフに固定して、前記電荷の追加蓄積を停止し
    た状態で電荷を循環させる場合の制御が外部より実行さ
    れることを特徴とする請求項９に記載の座標入力装置。
14. 【請求項１４】 前記複数のラインセンサは、前記発光
    素子から照射される光の受光量に応じて、前記電荷の追
    加蓄積回数が制御されることを特徴とする請求項９に記
    載の座標入力装置。
15. 【請求項１５】 前記発光素子は、前記所定周波数より
    大きいキャリヤ周波数によって変調される複数の異なる
    変調信号のいずれかに基づいて発光し、該複数の異なる
    変調信号の選択を行う複数のスイッチを有することを特
    徴とする請求項７に記載の座標入力装置。
16. 【請求項１６】 ３次元座標を入力する座標入力装置の
    制御方法であって、 発光素子を有する指示具から照射される光を複数のライ
    ンセンサで受光し、前記発光素子の存在する３次元的位
    置を計測する計測工程と、 前記発光素子から照射される光を受光する受光素子で受
    光する受光工程と、 前記受光素子からの出力信号を２値化する２値化工程
    と、 前記２値化工程から出力される２値化信号と前記複数の
    ラインセンサで計測される計測値に基づいて、前記指示
    工程が位置する３次元座標を算出する算出工程とを備え
    ることを特徴とする座標入力装置の制御方法。
17. 【請求項１７】 前記２値化工程は、前記出力信号を２
    値化するためのしきい値信号を生成する生成工程を備
    え、 前記生成工程で生成されるしきい値信号のしきい値レベ
    ルは、第１信号、第２信号、第３信号の和から生成され
    ることを特徴とする請求項１６に記載の座標入力装置の
    制御方法。
18. 【請求項１８】 前記第１信号は、前記受光素子からの
    出力信号をローパスフィルタ、遅延回路、減衰回路を通
    過させることにより生成されることを特徴とする請求項
    １７に記載の座標入力装置の制御方法。
19. 【請求項１９】 前記第２信号は、直流電圧に基づいて
    生成される一定信号であることを特徴とする請求項１７
    に記載の座標入力装置の制御方法。
20. 【請求項２０】 前記第３信号は、前記２値化工程から
    出力される２値化信号をＮＯＴ回路、減衰回路を通過さ
    せることにより生成されることを特徴とする請求項１７
    に記載の座標入力装置の制御方法。
21. 【請求項２１】 前記複数のラインセンサは、第１方向
    に配置されたラインセンサと、前記第１方向とは垂直な
    方向である第２方向に配置されたラインセンサで構成さ
    れ、前記第１方向あるいは前記第２方向の少なくとも一
    方は複数のラインセンサで構成されることを特徴とする
    請求項１６に記載の座標入力装置の制御方法。
22. 【請求項２２】 前記発光素子は、所定周波数で発光
    し、 前記複数のラインセンサそれぞれは、電子シャッター機
    能を有し、 前記電子シャッター機能は、前記発光素子による発光の
    周期、あるいはその整数倍の周期に位相同期してオンオ
    フすることを特徴とする請求項１６に記載の座標入力装
    置の制御方法。
23. 【請求項２３】 前記算出工程は、前記複数のラインセ
    ンサで計測された複数の２次元的情報とその差分に基づ
    いて、前記指示工程の該複数のラインセンサに対する相
    対的３次元座標を算出することを特徴とする請求項１６
    に記載の座標入力装置の制御方法。
24. 【請求項２４】 前記複数のラインセンサは、リング型
    ＣＣＤであり、 前記リング型ＣＣＤは、複数のセルで構成された循環型
    電荷転送経路を備え、 前記循環型電荷転送経路は、ライン状に並ぶ任意の光電
    変換工程から同時に電荷が転送され、前記電子シャッタ
    ー機能のオンオフに同期した周期で前記循環型電荷転送
    経路に該電荷を循環させ、該電荷が一循環するごとに同
    一の光電変換工程から電荷が追加蓄積されることを特徴
    とする請求項２２に記載の座標入力装置の制御方法。
25. 【請求項２５】 前記複数のラインセンサは、前記循環
    型電荷転送経路の途中のセルに信号読出部が接続され、
    当該セルを通過する電荷に比例した電圧を前記信号読出
    部から外部に出力することを特徴とする請求項２４に記
    載の座標入力装置の制御方法。
26. 【請求項２６】 前記電子シャッター機能は、前記発光
    素子が発光するときとしないときにそれぞれ一回ずつオ
    ンし、それぞれのタイミングで蓄積された電荷を前記循
    環型電荷転送経路上の互いに隣接するセルに転送するこ
    とを特徴とする請求項２４に記載の座標入力装置の制御
    方法。
27. 【請求項２７】 前記信号読出部は、互いに隣接する２
    つのセルの電荷の差分に比例した電圧を読み出すことを
    特徴とする請求項２５に記載の座標入力装置の制御方
    法。
28. 【請求項２８】 前記複数のラインセンサは、前記電子
    シャッター機能をオンオフさせて電荷の追加蓄積を行い
    つつ電荷を循環させる場合の制御と、前記電子シャッタ
    ー機能をオフに固定して、前記電荷の追加蓄積を停止し
    た状態で電荷を循環させる場合の制御が外部より実行さ
    れることを特徴とする請求項２４に記載の座標入力装置
    の制御方法。
29. 【請求項２９】 前記複数のラインセンサは、前記発光
    素子から照射される光の受光量に応じて、前記電荷の追
    加蓄積回数が制御されることを特徴とする請求項２４に
    記載の座標入力装置の制御方法。
30. 【請求項３０】 前記発光素子は、前記所定周波数より
    大きいキャリヤ周波数によって変調される複数の異なる
    変調信号のいずれかに基づいて発光し、該複数の異なる
    変調信号の選択は複数のスイッチに基づいて実行される
    ことを特徴とする請求項２２に記載の座標入力装置の制
    御方法。
31. 【請求項３１】 ３次元座標を入力する座標入力装置の
    制御のプログラムコードが格納されたコンピュータ可読
    メモリであって、 発光素子と複数のスイッチを有する指示具から照射され
    る光を複数のラインセンサで受光し、前記発光素子の存
    在する３次元的位置を計測する計測工程のプログラムコ
    ードと、 前記発光素子から照射される光を受光する受光素子で受
    光する受光工程のプログラムコードと、 前記受光素子からの出力信号を２値化する２値化工程の
    プログラムコードと、 前記２値化工程から出力される２値化信号と前記複数の
    ラインセンサで計測される計測値に基づいて、前記指示
    工程が位置する３次元座標を算出する算出工程のプログ
    ラムコードとを備えることを特徴とするコンピュータ可
    読メモリ。