JP2001075734A

JP2001075734A - 座標入力装置

Info

Publication number: JP2001075734A
Application number: JP25066399A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Ando; 昌弘安藤; Yuichiro Yoshimura; 雄一郎吉村; Katsuhide Hasegawa; 勝英長谷川; Atsushi Tanaka; 淳田中; Katsuyuki Kobayashi; 克行小林; Kiwamu Kobayashi; 究小林; Masaaki Kanashiki; 正明金鋪
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 1999-09-03
Publication date: 2001-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】指示具におけるスイッチの数を減らした座標
入力装置を提供する。【解決手段】指示具からの光を座標入力画面に照射し
て光スポットを生成し、前記光スポットを座標検出器に
より検出することにより前記座標入力画面の前記光スポ
ットに対応した位置の座標出力信号を生成する座標入力
装置であって、指示具４は、発光部４１と、その発光部
４１による発光を指示する一段目のスイッチと、その光
信号に制御信号を重畳させるように指示する二段目のス
イッチとを有する２段式スイッチ４６と、その２段式ス
イッチ４６の状態に応じて発光部４１における発光を制
御する発光制御部４２とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、指示具からの光を
座標入力画面に照射して光スポットを生成し、その光ス
ポットの位置を検出することにより、その座標入力画面
を用いて座標情報を入力する座標入力装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来の座標入力装置には、画面上に照射
された光スポットをＣＣＤエリアセンサやリニアセンサ
を用いて撮像し、その重心座標或はパターンマッチング
を用いた画像処理を行って、その光スポットの座標値を
演算して出力するがある。また、ＰＳＤと呼ばれる位置
検出素子（光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。

【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、その座標を検出し、それと同時に、赤外
拡散光で制御信号を送受する装置が開示されている。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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような座標入力装
置において、光スポットを形成するための指示具として
は、ペンライトの様な指示具が一般的である。また、こ
のような指示具による位置指定の方法としては、光スポ
ットにより座標入力画面上で文字や図形などを描く方法
や、光スポットによりあるポイントを指示して、そのポ
イントに対応するメニューコマンドなどを指示する方法
等が考えられる。その際、例えばマウス等で行われてい
るように、マウスボタンをクリックすることにより、そ
の座標指示入力が有効かどうかを示す、例えばペンダウ
ン等の信号を発生する必要がある。このような指示具の
場合は特に、光信号の発光を指示するスイッチと、それ
に加えてペンダウン等の制御信号を出力するように指示
するスイッチを設ける必要が生じる。

【０００５】本発明は上記従来例に鑑みてなされたもの
で、指示具におけるスイッチの数を減らした座標入力装
置を提供することを目的とする。

【０００６】また本発明の目的は、操作性を高めた指示
具を有する座標入力装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の座標入力装置は以下のような構成を備える。
即ち、指示具からの光を座標入力画面に照射して光スポ
ットを生成し、前記光スポットを座標検出器により検出
することにより前記座標入力画面の前記光スポットに対
応した位置の座標出力信号を生成する座標入力装置であ
って、前記指示具は、発光手段と、前記発光手段による
発光を指示する一段目のスイッチと、前記発光手段から
出力される光信号に制御信号を重畳させるように指示す
る二段目のスイッチとを有する２段式スイッチと、前記
２段式スイッチの状態に応じて前記発光手段における発
光を制御する発光制御手段と、を有することを特徴とす
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態を詳細に説明する。

【０００９】［実施の形態１］まず、本発明の実施の形
態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。本実施の形態の座標入力装置は大別して、座標入力
面であるスクリーン１０に光スポットを形成する指示具
４と、その形成された光スポット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（図２）とを有す
る。

【００１０】図１（Ａ）（Ｂ）は、座標指示具４による
スクリーン１０上への光スポットの形成を説明する図で
ある。

【００１１】また図２は、指示具４と、その指示具４に
より形成された光スポット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、及び投射型表示装置８
を含む座標入力システムが記載されている。

【００１２】図２において、座標検出器１は、座標検出
センサ部２と、このセンサ部２の制御及び座標演算など
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を備えており、光スポット５のスクリーン１０上
の座標位置に対応する制御信号、及び指示具４から出力
される、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）にその情報を送るようにしている。

【００１３】投射型表示装置８は、コンピュータ（図示
せず）などの外部機器である表示信号源からの画像信号
を入力する画像信号処理部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８４、コンデン
サ・レンズ８５とを有する照明光学系と、液晶パネル８
２の像をスクリーン１０上に投影する投影レンズ８６と
を有し、所望の画像情報をスクリーン１０上に表示する
ことができる。このスクリーン１０は、投射画像の観察
範囲を広くするために適度な光拡散性を持たせてあるの
で、指示具４から発射された光ビームも光スポット５の
位置で拡散される。これにより、画面上の位置や光ビー
ムの方向によらず、光スポット５の位置で拡散された光
の一部が座標検出器１に入射するように構成されてい
る。

【００１４】このように構成することで、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描画して入
力し、その情報を座標検出器１で読み取って解析し、そ
の結果を投射型表示装置８の画像処理部８１に伝送して
スクリーン１０上に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
行うことができる。

【００１５】＜指示具４の詳細説明＞図１（Ａ）は、本
実施の形態に係る指示具４の概略構造図であり、光ビー
ムを発射する半導体レーザ、或はＬＥＤなどの発光素子
４１と、その発光を駆動制御する発光制御部４２、電源
部４４、並びに操作用スイッチ４３、操作用２段スイッ
チ４６とを内蔵している。発光制御部４２は、２個の操
作用スイッチ４３，４６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。即ち、この指
示具４の先端部に２段スイッチ４６を配置し、この指示
具４の先端がスクリーンに押し付けられることにより、
そのスイッチ４６の２段スイッチの１段目がオンされる
と発光信号が出力されて発光素子４１が点灯し、更に、
スイッチ４６の２段目がオンされると、「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て
出力され、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、スクリーン１０上に文字
や図形等が描ける状態となる。また、スイッチ４３は更
なる付加機能を実現するのに使用されても良い。

【００１６】又、図１（Ｂ）は他の実施の形態の指示具
４の概略構造図で、図１（Ａ）と共通する部分は同じ番
号で示している。この指示具４の先端部には、操作スイ
ッチ４８が内蔵されており、又、指示具４を手で持った
時、指が自然に当接される位置に２段の操作スイッチ４
７が配置されている。ここで２段スイッチ４７は、図１
（Ａ）のスイッチ４６と同様の働きをし、スイッチ４８
は、オンされることにより、発光素子４１に通電して発
光を行う。

【００１７】以下、本実施の形態に係る光学式座標入力
装置の詳細に付いて具体的に説明する。尚、以下の説明
において、「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。

【００１８】図１（Ａ）の指示具４を使用する際、操作
者は指示具４を握ってスクリーン１０にその先端を向け
る。ここで操作スイッチ４３が押下されるとオンとなり
発光信号が出力され、更に指示具４をスクリーン１０に
軽く押し付けることにより、２段スイッチ４６の１段目
のスイッチが入って光ビーム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が形成され、所定
の処理によって座標信号が出力され始める。しかしこの
状態では、「ペンダウン」及び「ペンボタン」の制御信
号はオフの状態のままである。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。

【００１９】更に、指示具４をより強くスクリーン１０
に押し当てることにより２段スイッチ４６の２段目のス
イッチが入り、「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て出力される。即ち、２
段スイッチ４６の２段目のスイッチ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。又、操作スイッチ４３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。

【００２０】これにより操作者は、片手でスクリーン１
０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。

【００２１】また、図１（Ｂ）の指示具４の場合には、
指示具４をスクリーンに押し当てると、その先端部に配
置されたスイッチ４８が押下されてオンとなり発光信号
が出力される。更に、この指示具４の側面に配置された
２段スイッチ４７を軽く押すことにより２段スイッチ４
７の１段目が入り、「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が出力される。
即ち、２段スイッチ４７の１段目のスイッチを押すこと
によって「ペンダウン」の状態となり、これにより文字
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。更に、この２段スイッチ４
７を強く押すことにより２段スイッチ４７の２段目のス
イッチが入ることによって「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、スクリーン１０上の任
意の位置で、片手で素早く、かつ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ができ
る。

【００２２】また実際には、文字や図形の入力を画面か
ら離れて行うよりも、直接、指示具４を筆記用具のよう
に画面に触れた状態で入力する方がはるかに操作性が良
く、その指示位置もより正確になる。

【００２３】本実施の形態では、このようにスイッチや
２段スイッチ等を用いて、より自然に、快適な操作を可
能にしている。更には、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。

【００２４】また、この指示具４を同時に２人以上で操
作したり、或は色や太さなどの属性の異なる複数の指示
具４を用いる場合のために、発光制御部４２は、それに
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。こうして送信されたＩＤ番号に対応して、描
かれる線の太さや色などの属性を、接続されている外部
機器のソフトウェアなどで決定することができ、またス
クリーン１０上のボタンやメニューなどで、その設定を
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
てもよい。これらの設定については、指示具４の内部、
或は座標検出器１内に状態を保持するようにしてＩＤ番
号ではなく、その属性情報を外部機器へ送信するように
構成することも可能である。

【００２５】また更に、２段スイッチ４６の２段目のス
イッチに圧力検出手段を設けることによって筆圧検出を
行い、この検出した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。

【００２６】また指示具４の２段スイッチ４６，４７も
１段目のスイッチがオン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ＩＤなど）とからなる
ヘ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を、予め定義された順序と形式
に従って順次出力する（図６のＬＳＧ信号参照）ように
してもよい。

【００２７】なお図６に示す本実施の形態では、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。しかしながら、後述するように、座標検出のため
には平均光量が一定していること、またＰＬＬの同調を
行うにはクロック成分が十分大きいこと等が望ましい。
従って、送信すべきデータ量からみて冗長度を比較的高
くしても支障はない等を勘案して、本実施の形態におい
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”の数が同数で、かつ
“１”或は“０”の連続数が“３”以下である１０８個
のコードに割り付けることにより符号化している。この
ような符号化方式を採用することによって、平均電力が
ほぼ一定になり、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。

【００２８】また前述したように、「ペンダウン」及び
「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、本実施の形態では、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“１
１”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、或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する。これにより、データワー
ドとの識別が容易で、かつ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又は筆圧等のデ
ータを送信していることになる。

【００２９】本実施の形態では、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。更
に、１ブロックが５０ビットであるため、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。従って、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。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。

【００３０】＜座標検出器１の詳細説明＞図３は、本実
施の形態に係る座標検出器１の内部構成を示すブロック
図である。

【００３１】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２０
Ｘ，２０Ｙ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１０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し
ている。

【００３２】（集光光学系の動作説明）この受光素子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１０上の全範囲から高感度で所定波長
の光量を検知する。この受光素子６により検知された結
果は、周波数検波部７１によって検波された後、制御信
号検出部７２において制御信号（指示具４の発光制御部
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。

【００３３】図６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。

【００３４】前述した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ＬＳＧとして検出され、周波数
検波部７１で検波される。この周波数検波部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ており、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を復調することができる。この検波
方法は広く実用化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。本
実施の形態では、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
ことのな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、一般の赤外線リモートコントローラと識別するこ
とによって誤動作を防止する。

【００３５】この周波数検波部７１により検波された変
調信号ＣＭＤは、制御信号検出部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、通信制御部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
期はセンサ制御部３１によって検出され、この検出され
た信号によってリニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙが制御され
る。即ち、センサ制御部３１は、図６に示したヘッダ部
のタイミングでリセットされ、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。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ＲＣ
Ｌ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。

【００３６】一方、制御信号検出部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
通信制御部３３からセンサ制御部３１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、座標演算部３２の動作が開始
される。

【００３７】図７は、光出力信号ＬＳＧが無くなり、一
連の動作が終了した時におけるタイミングチャートを示
す。

【００３８】光出力信号ＬＳＧから検波された変調信号
ＣＭＤがロウ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がロウレベルになり、更に、セン
サ２０Ｘ，２０Ｙの動作有効を示す信号ＣＯＮもロウレ
ベルとなる。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。

【００３９】（結像光学系の動作説明）図４は、２つの
リニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙの配置関係を示す図であ
る。

【００４０】結像光学系としての円筒レンズ９０Ｘ，９
０Ｙによって光スポット５の像が各センサの感光部２１
Ｘ，２１Ｙのそれぞれに、９１Ｘ，９１Ｙで示すように
線状に結像する。これら２つのセンサの方向が正確に直
角になるよう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２０Ｘ，２０Ｙは、セ
ンサ制御部３１によって制御され、その出力信号はセン
サ制御部３１に接続されたＡ／Ｄ変換部３１Ａによって
デジタル信号に変換されて座標演算部３２に送られる。
この座標演算部３２は、このデジタル信号を基に出力座
標値を計算し、その結果を制御信号検出部７２からの制
御信号などのデータとともに通信制御部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。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、通信制御部３３か
らセンサ制御部３１、座標演算部３２へモード切換え信
号が送られる。

【００４１】本実施の形態では、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
全面に亙って１５μｍ以下の像幅となり、このような状
態では、画素間の分割演算結果が階段状に歪んでしまう
ことがわかった。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。このように画素数の少ないＣＣ
Ｄと、適度にボケた光学系を用いることが本実施の形態
における特徴の一つであり、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。

【００４２】図５は、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２０
Ｙの構成を示すブロック図で、これらセンサ２０Ｘ，２
０Ｙは同一の構成である。

【００４３】受光部であるセンサアレイ２１は、Ｎ個の
画素（本実施の形態では６４画素）を有し、その受光量
に応じた電荷が積分部２２に貯えられる。この積分部２
２はＮ個分のユニットで構成されており、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
Ｎ個の電荷は、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
のユニットで構成されており、指示具４の発光タイミン
グに同期した信号ＬＣＫのハイレベルとロウレベルとに
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２Ｎ個からなる
シフト部２４を介して、２Ｎ個の電荷を蓄積するリニア
ＣＣＤ部２５に転送される。

【００４４】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ＣＣＤ
部２６に順次転送される。このリングＣＣＤ部２６は、
信号ＲＣＬがハイレベル（センサ２０Ｘ，２０Ｙがリセ
ット）のときにＣＬＲ部２７で空にされた後、リニアＣ
ＣＤ部２５からの電荷を順次蓄積していく。

【００４５】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している。実際に
は、隣接した電荷量の差分、即ち、発光素子４１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。

【００４６】図８は、この時得られるリニアセンサ２０
Ｘ，２０Ｙの出力波形の一例を示す図である。

【００４７】図８において、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、即ち、外乱光のみの波形である
（図５に示したように、リングＣＣＤ部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）。アンプ２９は、その隣接する電荷量の差分値
（Ｂ−Ａの波形）を非破壊で増幅して出力する。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。

【００４８】また図８に示したＢ−Ａの波形の最大値を
ＰＥＡＫ値と定義し、光に対してセンサが機能する蓄積
時間を増大させることにより、その時間に応じてＰＥＡ
Ｋ値が増大する。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を増大きせることによりＰ
ＥＡＫ値が増大し、このＰＥＡＫ値が所定の大きさ「Ｔ
Ｈ１」に達したことを検出することにより、常に一定し
た品位の出力波形を得ることができる。

【００４９】一方、外乱光が非常に強い場合、差分波形
（Ｂ−Ａ）のピーク値が十分な大きさになる前に、リン
グＣＣＤ部２６の転送電荷が飽和してしまう虞がある。
このような場合を考慮して、このセンサにはスキム機能
を有するスキム部（ＳＫＩＭ）２８が付設されている。
このスキム部２８は、非点灯信号のレベルを監視し、図
９において、ｎ回目のＡnで信号レベルが所定の値
（Ｓ）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で示すような波形
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。従って、点滅光の光量が微弱であって
も、多数回積分動作を実行することにより、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。

【００５０】図１０は、本実施の形態に係るセンサ制御
部３１におけるリニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙのセンサ制
御の一連の動作を示すフローチャートである。

【００５１】センサ制御部３１は、まずステップＳ１０
１でセンサ制御動作を開始し、次にステップＳ１０２に
おいて、信号ＣＯＮがハイレベルかどうかを監視する。
信号ＣＯＮがハイレベルになる（センサ２０Ｘ，２０Ｙ
が動作可能）とステップＳ１０３に進み、蓄積回数ｎを
“０”にリセットし、動作フラグｐｏｎを“１”にセッ
トする。次にステップＳ１０４に進み、センサ出力のＰ
ＥＡＫ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。ここで「ＴＨ１」より小さ
い場合はステップＳ１０５に進み、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に進み、蓄積回数ｎを＋１し
てステップＳ１０４に戻る。こうしてＰＥＡＫ値が「Ｔ
Ｈ１」より大きくなるか、或はｎの値が“ｎ0”を超え
るとステップＳ１０７に進み、積分停止信号ＲＯＮをハ
イレベル（Ｈｉ）にして積分動作が停止される。そし
て、座標演算部３２による座標値演算の処理が開始され
る。

【００５２】その後、ステップＳ１０８とステップＳ１
０９のループで、蓄積回数ｎが第２の所定回数“ｎ1”
を超えるとステップＳ１１０に進み、積分停止信号ＲＯ
Ｎがロウレベルになる。これと同時に、信号ＬＣＫの周
期の数倍（図７では２倍）の間、センサリセット信号Ｒ
ＣＬがハイレベルになってリングＣＣＤ部２６が空にさ
れた後、ステップＳ１１２に進み、信号ＣＯＮがハイレ
ベルかどうかを調べ、そうであれば、その間はこの動作
が繰り返され、前記の所定回数“ｎ1”で定まる周期ご
とに座標値演算が行われる。

【００５３】また、ごみなどの影響で信号ＣＯＮのレベ
ルが低下しても、１サイクルだけ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がロウレベルであれば、ステップ
Ｓ１０２からステップＳ１１３に進み、動作フラグｐｏ
ｎ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。

【００５４】このステップＳ１１１におけるドロップア
ウト対策部分は、１周期でなくもっと長くしてもよく、
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うことができる。

【００５５】また、座標検出器１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２への入力光量の変動が大きくなってしまう。し
かしながら本実施の形態では、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
るという優れた効果が得られる。

【００５６】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
ことになるが、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。

【００５７】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、前述の図１０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。

【００５８】以上説明したように、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られ
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４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。

【００５９】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できるという優れ
た利点も得られる。

【００６０】また、積分手段（リングＣＣＤ部２６）か
らの差分信号中のピークレベルが所定レベルを超えたこ
とを検出すると積分動作を停止させる積分制御部を設け
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。

【００６１】（座標値演算）以下、本実施の形態に係る
座標演算部３２における座標演算処理について説明す
る。

【００６２】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、センサ制御部３１に設けられたＡ／Ｄ変換
部３１Ａでデジタル信号に変換されて座標演算部３２に
送られ、その座標値が計算される。この座標値の演算
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２０Ｘ，２０Ｙの座標値（Ｘ１，Ｙ１）を求
める。尚、この演算処理は、Ｘ，Ｙ方向に対して同様で
あるので、ここではＸ方向のみを説明する。

【００６３】図１１は、本実施の形態に係る座標演算部
３２における座標演算の処理の流れを示すフローチャー
トである。

【００６４】まずステップＳ２０１で処理を開始し、ス
テップＳ２０２で、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）（本実施の形態の場
合、画素数ｎ＝６４）が読み込まれて不図示のバッファ
メモリに貯えられる。次にステップＳ２０３に進み、そ
の差分データと予め設定しておいた閾値Ｖとを比較し、
この閾値Ｖ以上のデータ値Ｅx（ｎ）（＝Ｄx（ｎ）−
Ｖ）を導出する。このデータ値Ｅx（ｎ）を用いて、ス
テップＳ２０４で、センサ上の座標Ｘ１を算出する。

【００６５】本実施の形態では、重心法により、即ち、Ｘ１＝ΣｎＥx（ｎ）／ΣＥx（ｎ）により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。

【００６６】次にステップＳ２０５に進み、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、予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
ついて説明する。

【００６７】ここでも上述の場合と同様にＸ方向のみに
ついて説明すると、スクリーン１０上のＸ座標、Ｙ座標
が既知の点（α1，β1）、及び（α2，β2）で、指示具
４を位置付けて、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２０Ｘの
重心値を、Ｘ１1、Ｘ１2として導出し、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。
これら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。この計算式は、Ｘ座標＝（Ｘ１−Ｘ１1）（α2−α1）／（Ｘ１2−Ｘ１
1）＋α1 となる。

【００６８】次にステップＳ２０７に進み、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。

【００６９】こうして確定した座標をそのままリアルタ
イムで出力することも可能であり、また目的に応じてデ
ータを間引く（例えば確定座標１０個毎に１個のデータ
のみ出力）等も可能であるが、以下の仕様等を想定する
場合には重要である。

【００７０】即ち、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。即ち、ポインタとして使用す
る場合には、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、ペンのように使用する場合には、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。

【００７１】本実施の形態では、指示具４からの制御信
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でき
る。これにより、その指示具４はポインタとして、或い
はペンとして使用されているかどうかを判定できる。も
し、ポインタとして使用されていれば、ステップＳ２０
８からＳ２０９に進み、例えば前回、或は前々回（この
場合には、ステップＳ２０９の判断が「count＞3」にな
る）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、よりぶれの少ない操作性の良い構成
となる。

【００７２】尚、本実施の形態では、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計算方法が適用能である。要
は、指示具４からの制御信号を基に、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できるため、それぞれ使い勝手
のよい状態を実現でき、この点でも本実施の形態による
効果は大きい。

【００７３】尚、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
［ｍ秒］の間に終了すればよく、原データは６４画素×
２（ｘ及びｙ）×（Ａ／Ｄ変換部）８（ビット）と非常
に少ない上、収束演算も必要無いので、低速の８ビット
の１チップ・マイクロプロセッサで十分処理が可能であ
る。

【００７４】このため、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
の開発が容易になるという利点もある。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。

【００７５】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、座標演算部３２か
ら通信制御部３３に送られる。この通信制御部３３に
は、そのデータ信号と、制御信号検出部７２からの制御
信号とが入力されている。そして、これらデータ信号お
よび制御信号は、共に所定の形式の通信信号に変換され
て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、６
４画素のセンサを使った場合でも、１０００画素を超え
る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。

【００７６】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座標の各々を２倍の画
素数にするだけで済む。従って、画素数を増やし、更に
高分解能にすることも容易にできる。

【００７７】以上説明したように本実施の形態によれ
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。

【００７８】なお本発明は、複数の機器（例えばホスト
コンピュータ、インターフェース機器、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。

【００７９】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（又は記録媒体）を、システム或は装置に
供給し、そのシステム或は装置のコンピュータ（又はCP
UやMPU）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読
み出し実行することによっても達成される。この場合、
記憶媒体から読み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。また、コンピュータが読み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オペレーティン
グシステム(OS)などが実際の処理の一部又は全部を行
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。

【００８０】さらに、記憶媒体から読み出されたプログ
ラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カー
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、その機能拡張カ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又は全部を行い、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。

【００８１】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、指示具４の先端部に２段スイッチを使用したり、或
は、前記指示具の先端に１段のスイッチを設け、かつ、
先端部以外の側面部に２段のスイッチを設けたり、又、
或は、前記指示具の先端部に２段のスイッチを設け、か
つ、前記指示具の先端部以外の側面部に２段のスイッチ
を使用したり、或は、前記指示具の先端部に２段のスイ
ッチを設け、かつ、前記指示具の前部以外の側面部に１
段のスイッチを使用することにより、省電力と、操作性
の向上を図り、かつ、スムーズなペン入力動作を可能と
した。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、指
示具におけるスイッチの数を減らした座標入力装置を提
供することができる。

【００８３】また本発明によれば、操作性を高めた指示
具を有する座標入力装置を提供することができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る光学式座標入力装置
の指示具の構成を説明する図である。

【図２】本実施の形態に係る光学式座標入力装置の全体
構成を説明する図である。

【図３】本実施の形態に係る光学式座標入力装置の座標
検出器の機能構成図である。

【図４】本実施の形態に係る光学式座標入力装置におけ
るリニアセンサの配置関係を示す斜視図である。

【図５】本実施の形態に係るリニアセンサの構成を示す
ブロック図である。

【図６】本実施の形態に係る光学式座標入力装置におけ
る、受光素子の出力信号から制御信号を復元する動作を
表わす信号波形を示すタイミングチャートである。

【図７】本実施の形態に係る光学式座標入力装置におけ
る、受光素子の出力信号から制御信号を復元する一連の
動作の終了時を説明するタイミングチャートである。

【図８】本実施の形態に係る光学式座標入力装置におけ
るリニアセンサの出力波形の一例を示す波形図である。

【図９】本実施の形態に係る光学式座標入力装置におけ
るリニアセンサのスキム動作を説明する波形図である。

【図１０】本実施の形態に係る光学式座標入力装置にお
けるリニアセンサの動作制御を示すフローチャートであ
る。

【図１１】本実施の形態に係る光学式座標入力装置にお
ける座標演算処理を示すフローチャートである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長谷川勝英東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者田中淳東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者小林克行東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者小林究東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者金鋪正明東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 5B068 AA05 AA11 BB18 BC03 BD02 BD04 BD09 BD17 BD25 BE08 CC08 5B087 AA09 AE03 BC03 BC16 BC26 BC32 CC09 CC26 CC33 DD02 DD03 DG02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】指示具からの光を座標入力画面に照射し
て光スポットを生成し、前記光スポットを座標検出器に
より検出することにより前記座標入力画面の前記光スポ
ットに対応した位置の座標出力信号を生成する座標入力
装置であって、前記指示具は、発光手段と、前記発光手段による発光を指示する一段目のスイッチ
と、前記発光手段から出力される光信号に制御信号を重
畳させるように指示する二段目のスイッチとを有する２
段式スイッチと、前記２段式スイッチの状態に応じて前記発光手段におけ
る発光を制御する発光制御手段と、を有することを特徴
とする座標入力装置。
【請求項２】前記２段式スイッチは、前記指示具の先
端に設けられており、前記指示具の前記座標入力画面へ
の押圧に応じて前記一段目及び二段目のスイッチがオン
・オフ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。
【請求項３】前記２段式スイッチは、前記指示具の側
面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の
座標入力装置。
【請求項４】前記制御信号は、ペンダウンを示す信号
であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項
に記載の座標入力装置。
【請求項５】前記制御信号は、ペンボタンを示す信号
であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項
に記載の座標入力装置。
【請求項６】前記発光手段からの光は赤外光であるこ
とを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
座標入力装置。
【請求項７】前記発光手段からの光は可視光であるこ
とを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
座標入力装置。