JP2001142643A

JP2001142643A - 座標入力／検出装置

Info

Publication number: JP2001142643A
Application number: JP32764599A
Authority: JP
Inventors: Susumu Okada; 岡田　　進
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2001-05-25

Abstract

(57)【要約】【課題】タッチパネル方式の座標入力／検出装置にお
いて、必要な２次元座標情報から不要なノイズ情報を分
離し、情報伝達におけるマンマシンインターフェースを
向上させる。【解決手段】座標入力領域３の上方両端に受発光手段
１，１を、座標入力領域３の周辺部分に再帰性反射部材
４をそれぞれ装着し、再帰性反射部材４の再帰反射面
を、座標入力装置３の中央に向けさせる。指示手段２の
座標検出に際しては、一方の受発光手段１の点光源８１
から、座標入力領域３に向けてプローブ光Ｌ１，Ｌ２，
…，Ｌｎを照射し、どのプローブ光が受発光手段１に再
帰したかを検出することにより、どのプローブ光が遮ら
れたかを調べる。この場合、プローブ光の光路に指示手
段２が存在すれば、再帰光は検出されない。他方の受発
光手段１を用いて同様の操作を行う。以下、所定の要領
で演算することにより、指示手段２が指示した点の座標
を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、座標入力／検出装
置に関し、特にパーソナルコンピューター等において、
情報の入力や選択をするためにペン等の指示部材や指等
によって指示された座標位置を検出するいわゆるタッチ
パネル方式の座標入力／検出装置に関する。この座標入
力／検出装置は、電子黒板や大型のディスプレイと共に
一体化して利用される。

【０００２】

【従来の技術】従来、座標入力／検出装置としては、ペ
ンで座標入力面を押さえた時、あるいはペンが座標入力
面に接近した時に、静電又は電磁誘導によって電気的な
変化を検出するものがある。

【０００３】また他の方式として、特開昭６１−２３９
３２２号公報として知られているような超音波方式のタ
ッチパネル座標入力／検出装置がある。これは簡単にい
うと、パネル上に送出された表面弾性波をパネルに触れ
ることによりその表面弾性波を減衰させ、その位置を検
出するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、静電又は電磁
誘導によって座標位置を検出するものでは、座標入力面
に電気的なスイッチ機能を有するため製造コストが高
く、また、ペンと本体とをつなぐケーブルが必要である
ため操作性に難点があった。

【０００５】また、超音波方式のものでは、指入力を前
提としているため、パネル上で吸収を伴うような材質
（柔らかく弾力性を伴う）でペン入力を行わせ直線を描
いた場合、押した時点では安定な減衰が得られるが、ペ
ンを移動するとき十分な接触が得られず、直線が切れて
しまう。そこで、十分な接触を得るには、ペンを必要以
上の力で押し付けてしまう。するとペンの移動に伴い、
ペンの持つ弾力性のため応力を受け歪を生じ、移動中に
復帰させる力が働く。そのため一旦ペン入力時に曲線を
描こうとすると、ペンを抑える力が弱くなり歪を元へ戻
す力が優るため復帰して安定な減衰が得られないため、
入力が途絶えたと判断してしまう。このためにペン入力
としては信頼性が確保できないという問題を有する。

【０００６】しかしながらこのような従来技術が保有す
る問題についても、特開平５−１７３６９９号公報に開
示されているもの、あるいは特開平９−３１９５０１号
公報に開示されているもの等、に代表される光学式の座
標入力／検出装置、あるいは画像入力手段を利用した座
標入力／検出装置によって解消され、比較的簡単な構成
により、タッチパネル型の座標入力／検出装置が実現で
きる。

【０００７】近年このような座標入力／検出装置は、パ
ーソナルコンピューター等の普及にともない、情報の入
力や選択をするための有力なツールとして位置付けら
れ、上記各公報に開示されたもの以外にも鋭意検討され
つつあるが、本格的な実用化に向けていまだ解決されね
ばならない課題が多々存在する。

【０００８】

【発明の目的】本発明はこのような光学式の座標入力、
検出装置、あるいはカメラの如き画像入力手段を利用し
た座標入力、検出装置に関するものであり、その目的
は、必要な２次元座標情報と不要なノイズ情報を分離
し、情報伝達におけるマンマシンインターフェースを向
上させることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、複数の発光手段と複数の受光手段とよりな
り、これらの発光／受光の光路内の光遮断手段の有無に
より、該光遮断手段の平面若しくは略平面の２次元座標
を検出する座標入力／検出装置、若しくは、平面若しく
は略平面の座標入力／検出領域を取り込む画像入力手段
とよりなり、該画像入力手段により取り込まれた情報の
うちの一部の領域を２次元座標情報に変換する手段とよ
りなる座標入力／検出装置であって、座標入力／検出装
置の入力情報を少なくとも１次元時間と２次元空間と
し、座標入力／検出装置の出力情報に対して寄与するも
のであって、時間軸上で２次元座標において連続する座
標入力／検出信号と時間軸上で２次元座標において連続
しない座標入力／検出信号を分離する分離手段を備えた
ことにより情報伝達におけるマンマシンインターフェー
スを向上させるようにした。

【００１０】以下、順に説明する。最初に本発明が適用
される光学式の座標入力、検出装置の第１の例につい
て、その原理を説明する。

【００１１】図１に本発明が適用される光学式の座標入
力、検出装置の１例を示す。座標入力領域３は四角形の
形状をなし、電子的に画像を表示するディスプレイ表面
やマーカー等のペンで書き込むホワイトボードなどが考
えられる。この座標入力領域３上を光学的に不透明な材
質からなるユーザの手指やペン、指示棒など指示手段２
で触った場合を考える。このときの指示手段２の座標を
検出することがこのような光学式の座標入力装置の目的
である。

【００１２】座標入力領域の上方両端に受発光手段１が
装着されている。受発光手段１からは座標入力領域に向
けて、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，…，Ｌｎの光ビームの束（プ
ローブ光）が照射されている。実際には点光源８１から
広がる座標入力面に平行な面に沿って進行する扇形板状
の光波である。

【００１３】座標入力領域３の周辺部分には、再帰性反
射部材４が再帰反射面を座標入力装置３の中央に向けて
装着されている。

【００１４】再帰性反射部材は入射した光を、入射角度
によらずに同じ方向に反射する特性をもった部材であ
る。例えば受発光手段１から発した扇形板状の光波のう
ちある一つのビーム１２に注目すると、ビーム１２は再
帰性反射部材４によって反射されて再び同じ光路を再帰
反射光１１として受発光手段１に向かって戻るように進
行する。受発光手段１には、後に述べる受光手段が設置
されており、プローブ光Ｌ１〜Ｌｎのそれぞれに対し
て、その再帰光が受発光手段に再帰したかどうかを判断
することができる。

【００１５】いま、ユーザーが手で位置２を触った場合
を考える。このときプローブ光１０は位置２で手に遮ら
れて再帰性反射部材４には到達しない。従ってプローブ
光１０の再帰光は受発光手段１には到達せず、プローブ
光１０に対応する再帰光が受光されないことを検出する
ことによって、プローブ光１０の延長線（直線Ｌ）上に
指示物体が挿入されたことを検出することができる。同
様に図１の右上方に設置された受発光手段１からもプロ
ーブ光を照射し、プローブ光１３に対応する再帰光が受
光されないことを検出することによって、プローブ光１
３の延長線（直線Ｒ）上に指示物体が挿入されたことを
検出することができる。直線Ｌおよび直線Ｒを求めるこ
とができれば、この交点座標を演算により算出すること
により、指示手段２が挿入された座標を得ることができ
る。

【００１６】次に受発光手段１の構成とプローブ光Ｌ１
からＬｎのうち、どのプローブ光が遮断されたかを検出
する機構について説明する。受発光手段１の内部の構造
の概略を図２に示す。図２は図１の座標入力面に取り付
けられた受発光手段１を、座標入力面３に垂直な方向か
ら見た図である。ここでは簡単のため、座標入力面３に
平行な２次元平面で説明を行う。

【００１７】概略の構成では点光源８１、集光レンズ５
１および受光素子５０から構成される。点光源８１は光
源から見て受光素子５０と反対の方向に扇形に光を射出
するものとする。点光源８１から射出された扇形の光は
矢印５３、５８、その他の方向に進行するビームの集合
であると考える。５３方向に進行したビームは再帰性反
射部材５５で反射されて、集光レンズ５１を通り、受光
素子５０上の位置５７に到達する。また進行方向５８に
沿って進行したビームは再帰性反射部材５５によって受
光素子５０上の位置５６に到達する。このように点光源
８１から発し、再帰性反射部材５５で反射され同じ経路
を戻ってきた光は、集光レンズ５１の作用によって、そ
れぞれ受光素子５０上のそれぞれ異なる位置に到達す
る。従ってある位置に指示手段が挿入されあるビームが
遮断されると、そのビームに対応する受光素子５０上の
点に光が到達しなくなる。よって受光素子５０上の光強
度の分布を調べることによって、どのビームが遮られた
かを知ることができる。

【００１８】図３で上記動作を詳しく説明する。図３で
受光素子５０は集光レンズ５１の焦点面に設置されてい
るものとする。点光源８１から図３の右側に向けて発し
た光は再帰性反射部材５５によって反射され同じ経路を
戻ってくる。従って点光源８１の位置に再び集光する。
集光レンズ５１中心は点光源位置と一致するように設置
する。再帰性反射部材か５５から戻った再帰光は集光レ
ンズ５１の中心を通るので、レンズ後方（受光素子側）
に対称の経路で進行する。

【００１９】このとき受光素子５０上の光強度分布を考
える。８０に示す指示手段が挿入されていなければ、受
光素子５０上の光強度分布は略一定であるが、図３に示
すように８０の位置に光を遮る指示手段が挿入された場
合、ここを通過するビームは遮られ、受光素子５０上で
は位置Ｄｎの位置に、光強度が弱い領域が生じる（暗
点）。この位置Ｄｎは遮られたビームの出射／入射角θ
ｎと対応しており、Ｄｎを検出することによりθｎを知
ることができる。すなわちθｎはＤｎの関数として θｎ＝ａｒｃｔａｎ（Ｄｎ／ｆ）（ｅｑ．１）と表すことができる。ここで特に図１左上方の受発光手
段１におけるθｎをθｎＬ、ＤｎをＤｎＬと置き換え
る。

【００２０】さらに図４において、受発光手段１と座標
入力領域３との幾何学的な相対位置関係の変換ｇによ
り、指示手段８０と座標入力手段３とのなす角θＬは、
（ｅｑ．１）で求められるＤｎＬの関数として、 θＬ＝ｇ（θｎＬ）ただし θｎＬ＝ａｒｃｔａｎ（ＤｎＬ／ｆ）（ｅｑ．２）と表すことができる。

【００２１】同様に図１右上方の受発光手段１について
も同様の説明により、上記式のＬ記号をＲ記号に置き換
えて、右側の受発光手段１と座標入力領域３との幾何学
的な相対位置関係の変換ｈにより、 θＲ＝ｈ（θｎＲ）ただし θｎＲ＝ａｒｃｔａｎ（ＤｎＲ／ｆ）（ｅｑ．３）と表すことができる。

【００２２】ここで座標入力領域上の、受発光手段の取
り付け間隔を図４に示すｗとし、原点を原点と座標を図
４に示すようにとれば、座標入力領域３上の指示手段８
０で指示した点の座標 (ｘ、ｙ）は、ｘ＝ｗｔａｎθＲ／（ｔａｎθＬ＋ｔａｎθＲ）（ｅｑ．４）ｙ＝ｗｔａｎθＬ・ｔａｎθＲ／（ｔａｎθＬ＋ｔａｎθＲ) （ｅｑ．５）

【００２３】このようにｘ、ｙは、ＤｎＬ、ＤｎＲの関
数として表すことができる。すなわち左右の受発光手段
１上の受光素子５０上の暗点の位置ＤｎＬ、ＤｎＲを検
出し、受発光手段の幾何学的配置を考慮することによ
り、指示手段８０で指示した点の座標を検出することが
できる。

【００２４】次に座標入力領域、例えばディスプレイの
表面などに前で説明した光学系を設置する実施例を示
す。図５は、図１、図２で述べた左右の受発光手段１の
うち一方を、ディスプレイ３表面へ設置した場合の実施
例である。

【００２５】同図の３はディスプレイ面の断面を示して
おり、図２で示したｙ軸の負から正に向かう方向に見た
ものである。また同図ＡおよびＢは、説明のため視点を
図に示したように変えて表示したものである。

【００２６】受発光手段のうち発光手段について説明す
る。光源８３としてレーザーダイオード、ピンポイント
ＬＥＤなどスポットをある程度絞ることが可能な光源を
用いる。

【００２７】光源８３からディスプレイ面３に垂直に発
した光はシリンドリカルレンズ８４によってｘ方向にの
みコリメートされる。このコリメートは後にハーフミラ
ー８７で折り返された後、ディスプレイ面と垂直な方向
には平行光として配光するためである。シリンドリカル
レンズ８４を出た後、８４とは曲率の分布が直交する２
枚のシリンドリカルレンズ８５、８６で同図ｙ方向に対
して集光される。同図Ａ部分はこの様子を説明するため
にシリンドリカルレンズ群の配置と光束の集光状態を視
点をｚ軸に対して回転しｘ方向から見たものである。

【００２８】このシリンドリカルレンズ群の作用によ
り、線状に集光した領域がシリンドリカルレンズ８６の
後方に形成される。ここにｙ方向に狭くｘ方向に細長い
スリット８２を挿入する。すなわちスリット位置に線状
の二次光源８１を形成する。二次光源８１から発した光
はハーフミラー８７で折り返され、ディスプレイ面３の
垂直方向には広がらず平行光で、ディスプレイ面３と平
行方向には二次光源８１を中心に扇形状に広がりなが
ら、ディスプレイ面３に沿って進行する。進行した光は
ディスプレイ周辺端に設置してある再帰性反射部材５５
で反射されて、同様の経路でハーフミラー８７方向（矢
印Ｃ）に戻る。ハーフミラーを透過した光は、ディスプ
レイ面３に平行に進みシリンドリカルレンズ５１を通り
受光素子５０に入射する。

【００２９】このとき二次光源８１とシリンドリカルレ
ンズ５１はハーフミラー８７に対して共役な位置関係に
ある（同図Ｄ）。従って二次光源８１は図３の光源８１
に対応し、シリンドリカルレンズ５１は図３のレンズ５
１に対応する。また図５Ｂ部分は受光側のシリンドリカ
ルレンズと受光素子を視点を変えてｚ軸方向から見たも
のであり、図３のレンズ５１、受光素子５０に対応す
る。

【００３０】次に本発明が適用される光学式の座標入
力、検出装置の第２の例について、その原理を説明す
る。

【００３１】図６は、代表的な光学式の座標入力装置で
あり、図に示す如く水平方向にＸｍ個配置された例えば
発光ダイオード（ＬＥＤ）１と、これに１対１に対応し
て対向配置されたＸｍ個の例えばフォトトランジスター
２と、垂直方向にＹｎ個配置されたＬＥＤ３と、これに
１対１に対応して対向配置されたＹｎ個のフォトトラン
ジスター４とにより、座標検出領域５を形成する。

【００３２】そして、この座標検出領域５内の例えばタ
ッチ部分６にタッチ入力が行なわれると、タッチ部分６
を通る光路が遮ぎられるため、その遮断光路にあるフォ
トトランジスター２、４の受光光量が低下する。そこ
で、受光光量が低下したフォトトランジスター２、４の
位置を平均し、タッチ座標の位置７を算出する。

【００３３】次に本発明が適用される光学式の座標入
力、検出装置の第３の例について、その原理を説明す
る。

【００３４】図７は、光学式の座標入力／検出装置の第
３の例の構成図である。ここでは、四角形状の平面板で
ある座標入力面１の隣接する２つの角（ｋ１、ｋ２）
に、発光検出装置２、３を固定して設置する。この２つ
の発光検出装置２、３から座標入力面１上に光が発射さ
れる。一方、利用者は、位置指示棒、すなわちペン５で
座標入力面１上の任意の位置を指し示す。

【００３５】このとき、発光検出装置２、３は、発光検
出装置２、３から発せられた光のうちペン５で反射して
発光検出装置２、３に戻ってきた光を検出して、ペン５
の位置座標を算出する。発光検出装置２、３は、どちら
も同じ構成を持つものを用い、発光部２−１、３−１
と、受光角度検出部２−２、３−２とから構成される。
ここで、発光検出装置２、３は、発光部から発光される
光の発光光軸と、受光角度検出部の受光光軸とがどちら
も座標入力面の基準点４の方向を向くように、座標入力
面１に対して設置される。なお、発光検出装置は、前記
した発光・検出手段に相当し、発光部は発光手段に、受
光角度検出部は角度検出手段に相当する。

【００３６】図７において、座標入力面１の角ｋ１と基
準点４とを結ぶ線分ａ１、座標入力面の角ｋ２と基準点
４とを結ぶ線分ａ２の方向を発光検出装置２、３それぞ
れの発光光軸及び受光光軸とする。ここで線分ａ１、ａ
２は、座標入力面１の角を４５°に２等分する方向とす
る。また、座標入力面１の角ｋ２を原点（０、０）と
し、座標入力面１上の位置を横方向をＹ軸、縦方向をＸ
軸とするＸ−Ｙ座標系で表わすものとする。

【００３７】図８に、発光検出装置２、３の一実施例の
構成の概念図を示す。ここで、発光検出装置のうち発光
部２−１、３−１は、光源（ＬＥＤ）６と光学レンズ７
とから構成される。光学レンズ７は、像の一方向の倍率
のみを変えることを特徴とするシリンドリカルレンズ、
又は像の一方向の倍率のみを変え、しかも入射角度によ
る倍率の変化が無いことを特徴とするトロイダルレンズ
を利用する。また、発光検出装置のうち受光角度検出部
２−２、３−２は、ＰＳＤ８とシリンドリカルレンズ９
とから構成される。

【００３８】ＬＥＤ６から発せられた光は、その直前に
配置される光学レンズ７によって、座標入力面１と平行
なビームとなるように集光される。すなわち図１２に示
すように、座標入力面１と垂直な方向の光を光学レンズ
７によって座標入力面１と平行になるように集光し、さ
らに、座標入力面１と平行な扇形状のビームとなるよう
にする。このように、扇形状のビームに集光すれば、集
光しない時に比べてより有効に光を利用できるため、位
置検出の信頼性の向上が図れる。ここで、ＬＥＤ６とし
ては、可視光線を発光するものでもよいが、赤外線（波
長８９０ｎｍ）を発光するＬ２６５６（浜松ホトニクス
社製）を使用するものとする。また、光学レンズ７とし
ては、座標入力面１と垂直な方向の長さが１０ｍｍ、座
標入力面１と平行で赤外光の発光光軸と垂直な方向の長
さが１０ｍｍ程度の大きさで、焦点距離６ｍｍ程度のも
のを用いる。さらに、光学レンズの焦点位置にＬＥＤ６
の発光点がくるように固定配置する。

【００３９】受光角度検出部２−２、３−２を構成する
シリンドリカルレンズ９は、図８に示すように、ペン５
からの反射光を、座標入力面１と平行な方向に集光する
ように配置される。そして集光したスポット光はＰＳＤ
８に受光される。ＰＳＤ８は、図に示すように、座標入
力面１と平行な方向に細長い構造とし、受光面は入射光
を電気信号に変換するためのＰＮ接合面となっている。

【００４０】またＰＳＤ８は、受光面の両端には、電流
を取り出すための出力端子（Ｓ₁、Ｓ₂）が設けられ、
受光点Ｓ₀と出力端子までの距離に反比例した電流（Ｉ
₁、Ｉ₂）が、この出力端子から出力される。この電流
（Ｉ₁、Ｉ₂）をＡ／Ｄ変換し、マイクロコンピュータ
ーによって演算することによって、受光点Ｓ₀の位置が
特定でき、さらにはペン５からの反射光の受光角度を計
算することができる。この演算処理を行う制御回路につ
いては後述する。

【００４１】ＰＳＤ８としては、座標入力面１と平行な
方向の受光面の長さが１３ｍｍ、座標入力面１と垂直な
方向の長さが１ｍｍ程度のものを用いればよい。例えば
浜松ホトニクス社製のＳ３２７０を用いることができ
る。

【００４２】図１０に、シリンドリカルレンズ９とＰＳ
Ｄ８の具体的な配置例を示す。ここで、シリンドリカル
レンズ９は、座標入力面１及びＰＳＤ８の受光面と平行
な方向の長さを１０ｍｍ、座標入力面１と垂直な方向の
長さを１０ｍｍ程度としたものを用い、シリンドリカル
レンズ９の光学的中心位置とＰＳＤ８の受光面との距離
が６．５ｍｍとなるように配置する。また、ペン５から
の反射光が直接ＰＳＤ８の受光面へ入力しないように、
シリンドリカルレンズ９の周囲に黒色ＡＢＳ等の材料で
作ったマスク１０を配置する。

【００４３】さらに、シリンドリカルレンズ９の焦点距
離は、ペン５からの反射光の入射角度の違いによりレン
ズとＰＳＤとの距離が変化するため、このレンズ９の中
心とＰＳＤ８の受光面との距離の最大値ｍａｘと最小値
ｍｉｎとの間であればよい。例えば、図１０の場合は、
ｍａｘ＝９．２ｍｍ、ｍｉｎ６．５ｍｍとなるので、焦
点距離が９ｍｍ程度のシリンドリカルレンズ９を用いれ
ばよい。なお、前記したマスク１０の座標入力面１に平
行な方向の長さは、ＰＳＤ８の受光面の長さ（＝１３ｍ
ｍ）よりも大きければよいが、例えば、図１０の場合に
は、１５ｍｍ程度あればよい。

【００４４】図８に示した実施例では、ペン５からの反
射光をスポット光にしぼるために、シリンドリカルレン
ズ９を用いる構成を示したが、これに限定されるもので
はなく、図９に示すように、シリンドリカルレンズ９の
代わりに、微小な透過孔を一つ有するアパーチャーを用
いてもよい。図９に、アパーチャー１１を用いた発光検
出手段２、３の構成の概念図を示す。この実施例の場合
には、ペン５からの反射光のうち、透過孔１２を通過し
た光のみがスポット光としてＰＳＤ８の受光点Ｓ₀に受
光される。アパーチャー１１としては、黒色ＡＢＳ等の
材料で作られた薄い板を用いればよい。

【００４５】図１１に、アパーチャーとＰＳＤ８の具体
的な配置例を示す。ここで、図１０と同様に、ＰＳＤ８
の受光面の長さを１３ｍｍとした場合、ＰＳＤ８の受光
面からその半分の距離６．５ｍｍだけ離れた位置に、Ｐ
ＳＤ８の受光面とアパーチャーの表面とが平行になるよ
うにアパーチャー１１を配置する。また、アパーチャー
１１の大きさは、ペン５からの反射光がＰＳＤ８の受光
面に直接入射しないように、ＰＳＤ８の受光面よりも大
きいことが好ましい。例えば、ＰＳＤの受光面の大きさ
１３ｍｍ×１ｍｍに対して、アパーチャー１１の大きさ
は１５ｍｍ×３ｍｍ程度とすることができる。透過孔１
２は、座標入力面１と平行な方向ではＰＳＤ８の受光面
の長さ（１３ｍｍ）よりも短く、座標入力面１と垂直な
方向ではＰＳＤの受光面の長さ（１ｍｍ）よりも長くす
る。例えば、図１１に示すように、２ｍｍ×２ｍｍの大
きさとすることができる。

【００４６】なお、図８、図９には、発光検出装置の概
念図を示したが、その構成要素（光源ＬＥＤ６、光学レ
ンズ７、ＰＳＤ８、シリンドリカルレンズ９又はアパー
チャー１１）は、前記した配置関係を保って一つの筺体
に一体成型してもよい。ただし、発光部（ＬＥＤ６、光
学レンズ７）と受光角度検出部（ＰＳＤ８、シリンドリ
カルレンズ９又はアパーチャー１１）とは、互いに発
光、受光の邪魔にならないようにできるだけ近接させて
配置させ、さらにＬＥＤ６から出た赤外光の発光光軸
と、シリンドリカルレンズ９又はアパーチャー１１によ
って受光される赤外光の受光光軸とが同一方向となるよ
うに配置させることが必要である。

【００４７】発光検出装置は、一体成型することによっ
て２０ｍｍ×１５ｍｍ×１０ｍｍ程度の大きさとするこ
とができるので、回転モータを用いてビーム光をスキャ
ンして位置検出を行う場合よりも小型化が可能である。

【００４８】図１３に、ＬＥＤ６及びＰＳＤ８の制御回
路の構成ブロック図を示す。この制御回路はＬＥＤ６の
発光タイミングの制御と、ＰＳＤ８から出力された電流
（Ｉ ₁、Ｉ₂）の演算を行うものである。同図に示すよ
うに、制御回路は、ＭＰＵ２７を中心として、プログラ
ム及びデータを記憶するＲＯＭ２５、ＲＡＭ２６、発光
時間間隔を制御するためのタイマー２８、インタフェー
スドライバー２９、Ａ／Ｄコンバーター２３及びＬＥＤ
ドライバー２４がバス接続された構成からなる。

【００４９】ＰＳＤ８から出力された電流（Ｉ₁、
Ｉ₂）を演算する回路として、ＰＳＤの出力端子
（Ｓ₁、Ｓ₂）に、アンプ２１、アナログ演算回路２２
が図のように接続される。ＰＳＤ８から出力された電流
（Ｉ₁、Ｉ₂）は、アンプ２１に入力され、増幅され
る。そして増幅された電流信号は、アナログ演算回路２
２でＩ₂／（Ｉ₁＋Ｉ₂）のような処理がされ、さらに
Ａ／Ｄコンバーター２３によってデジタル信号に変換さ
れてＭＰＵ２７に渡される。この後、ＭＰＵ２７によっ
て受光角度及びペンの位置座標の演算が行われる。

【００５０】なお、この制御回路は、一方の発光検出装
置と同一筺体に組み込んでもよく、また、別筺体として
座標入力面１の一部分に組み込んでもよい。また、イン
タフェースドライバー２９を介してパソコン等に演算さ
れた座標データを出力するために出力端子を設けること
が好ましい。

【００５１】次に、図１４に、この発明に用いる位置指
示棒であるペン５の先端部の形状の一実施例を示す。ペ
ン５は、いわゆる筆記具と同様の形状を有し、その先端
部、すなわち発光検出装置２、３から発せられた光が通
過する領域に、「光を反射する構造」（再帰性反射部）
を備える。そして特に、この「光を反射する構造」は、
発光検出装置２、３から発せられた光の入射方向と同一
の方向に反射する再帰性構造である。

【００５２】図１４には、その構造例としてペン５の先
端部が、多数のコーナーキューブから構成される形状を
示している。コーナーキューブは、図１５に示したよう
に、３つの平面鏡を互いに直角になるように組み合わせ
たものである。一般に、ガラスの立方体から一隅を切り
とった図の太い線で囲まれた部分が、コーナーキューブ
として用いられる。このように構成されたコーナーキュ
ーブでは、入射光が３つの面で１回ずつ反射された後
に、反射光は正確に入射光の方向に戻っていく。

【００５３】例えば、一辺の長さｃを２mmとしたコーナ
ーキューブを、直径１０mmのペンの先端部に放射状に配
置する。また、図１４に示すように、隣り合うコーナー
キューブの向きを逆にして配置すると、一段につき６２
個のコーナーキューブから構成でき、図１４のように３
段構成とすると合計１８６個のコーナーキューブから構
成できる。なお、反射光が入射光の方向に戻るような構
造としてコーナーキューブを用いるものを示したが、反
射光が入射光の方向に戻る再帰性を有するものであれ
ば、他の構造を用いてもよい。

【００５４】次に、この発明の座標入力／検出装置にお
けるペンの指示位置の検出原理について説明する。ここ
では、図７に示したように、２つの発光検出装置を用い
た場合について説明するが、３つ以上の発光検出装置を
用いても同様のペン指示位置の検出が可能である。

【００５５】まず、図７の座標入力面１上において、図
１４に示したペン５を用いて適当な位置（Ｘ、Ｙ）を指
示したとする。このとき、発光検出装置２の発光部２−
１のＬＥＤ６から出射された赤外光のうち線分ｐ１方向
に出た光はペン５に当たり、その反射光は同じ線分ｐ１
を逆に進み、受光角度検出部２−２のＰＳＤ８に受光さ
れる。同様に、発光検出装置３の発光部３−１のＬＥＤ
６から出射された赤外光のうち線分ｐ２の方向に出た光
はペン５に当たり、その反射光は同じ線分ｐ２を逆に進
み、受光角度検出部３−２のＰＳＤ８に受光される。Ｐ
ＳＤ８に受光された光は、図８等で示したようにＰＳＤ
８に対する入射角度によってＰＳＤの受光面上の異なる
位置にスポット光を形成する。ここで、線分ｐ２は、座
標入力面１の角ｋ２を２等分する線分ａ２からθ２の角
度をなし、線分ｐ１は、座標入力面１の角ｋ１を２等分
する線分ａ１からθ１の角度をなすものとする。

【００５６】図１６（ａ）、（ｂ）に、座標入力面１と
受光角度検出手段２−２を形成するシリンドリカルレン
ズ９及びＰＳＤ８との位置関係の具体例を示す。ここ
で、ＰＳＤ８の受光面は、座標入力面１の２辺と４５°
の角度をなす線分ａ１と垂直とする。すなわち、シリン
ドリカルレンズ９の中心とＰＳＤ８の受光面の中央とを
結んだ線分ａ１が受光光軸及び発光光軸と一致する。ま
た、シリンドリカルレンズ９の中心とＰＳＤ８の受光面
の中央との距離をＬとし、ＰＳＤ８の受光面の長さを２
Ｌとする。

【００５７】今、ペン５からの反射光が線分ｐ１を通っ
て、ＰＳＤ８の中央位置からＤ１の距離だけ離れた位置
に受光したとする。また、ＰＳＤ８の受光面の２つの出
力端子から得られる電流値をＩ₁、Ｉ₂とする。このと
き、電流と、ＰＳＤの受光位置とは次の関係が成立す
る。Ｉ₁＝Ｉ₀×（Ｌ−Ｄ１）／２ＬＩ₂＝Ｉ₀×（Ｌ＋Ｄ１）／２ＬＩ₀＝Ｉ₁＋Ｉ₂（Ｉ₀と：全電流）従って、Ｌ＋Ｄ１＝２Ｌ×Ｉ₂／（Ｉ₁＋Ｉ₂）

【００５８】すなわち、反射光の受光位置Ｄ１は、ＰＳ
Ｄ８で得られる電流値Ｉ₁、Ｉ₂から求められるが、図
１３の制御回路のアンプ２１及びアナログ演算回路２２
によって計算される。ところで、図１６（ｂ）により、
Ｄ１／Ｌ＝ｔａｎθ１という関係が成立するから、反射
光の入射角度θ１は、次式から求められる。 θ１＝ｔａｎ^-1（Ｄ１／Ｌ）

【００５９】同様にして、もう一方の発光検出装置３の
受光角度検出部３−２についても、ＰＳＤの中央からの
受光位置までの距離をＤ２とすると、次式によって、反
射光の入射角度θ２が求められる。 θ２＝ｔａｎ^-1（Ｄ２／Ｌ）

【００６０】さらに、ペン５の指示位置（Ｘ、Ｙ）は、
２つの反射光の入射角度θ１、θ２のなす線分ａ１、ａ
２の交点となるので、次式より、θ１、θ２から指示位
置（Ｘ、Ｙ）が求められる。Ｙ＝Ｘｔａｎ（４５°−θ２）Ｙ＝（Ａ−Ｘ）ｔａｎ（４５°−θ１）ここで、Ａは、図７に示すように、座標入力面１の横方
向の長さである。

【００６１】上記の連立方程式を解けば、ペン５によっ
て指示された座標入力面１上の位置座標Ｘ、Ｙが求めら
れる。なお、（θ１、θ２）及び（Ｘ、Ｙ）は、定式化
されているので、ＲＯＭにこれらの数式をプログラム化
して組み込めば、ＭＰＵ２７の演算によって容易に求め
ることができる。また、演算結果である（Ｘ、Ｙ）の座
標値は、インタフェースドライバー２９を介してパソコ
ン等へ転送され、ペンによる指示位置の表示や、指示位
置に対応するコマンド入力などの処理に利用できる。

【００６２】上記実施例では、２つの発光検出装置を用
いた例を示したが、両装置のＬＥＤを同時に発光させる
と互いの赤外光が相手の装置内のＰＳＤで検出されるお
それがあるので、ＬＥＤドライバー２４によるＬＥＤ６
の発光制御は時分割して交互に行ない、これと同期させ
て、ＰＳＤ８の電流検出を行なうことが好ましい。

【００６３】例えば、一方のＬＥＤを発光させ他方のＬ
ＥＤを消灯させた状態で、一方のＬＥＤに対応するＰＳ
Ｄの電流検出を行い、１０ｍｓｅｃ後に、逆に一方のＬ
ＥＤを消灯させ他方のＬＥＤを発光させた状態で、他方
のＬＥＤに対応するＰＳＤの電流検出を行うようにする
ことができる。すなわち、１０ｍｓｅｃごとに、交互に
２つのＬＥＤのうちどちらか一方を発光させるようにす
ればよい。この制御は、ＭＰＵ２７がタイマー２８を用
いて行う。このようにＬＥＤ発光の時分割制御をすれ
ば、赤外光の誤検出もなくなり、ペン５が移動する場合
にも十分追従して位置検出が可能である。

【００６４】なお、座標入力面１は、ペンで位置を指示
できる平面形状であればよく、特に図７の実施例で示し
たような四角形状に限定するものではなく、他の形状で
もかまわない。また、上記した実施例では、座標入力面
１として平面板を用いることを前提していたが、これに
限定するものではなく、表示装置、例えばＣＲＴやＬＣ
Ｄの表示画面を用いてもよい。ＣＲＴやＬＣＤを用いる
場合は、表示光がＰＳＤ８に入射して誤検出される影響
をなくすため、前記した赤外線発光ＬＥＤを用いること
が好ましく、ＰＳＤ８としては赤外線発光ＬＥＤのピー
ク発光波長を検出することのできるものを用いることが
好ましい。さらに、ＣＲＴやＬＣＤから発生する赤外線
が座標検出に悪影響を及ぼさないようにするため、ＰＶ
Ｃ樹脂等で作られた赤外線カットフィルタを表示画面上
に配置することが好ましい。

【００６５】次に本発明が適用される光学式の座標入
力、検出装置の第４の例として、画像入力手段を利用し
た座標入力／検出装置について、その原理を説明する。

【００６６】図１７はこのような座標入力、検出装置の
構成を示すブロック図である。１は赤外線位置検出部、
２ａ、２ｂは赤外線位置検出部１内に配列された２つの
赤外線ＣＣＤカメラであり、水平方向に距離Ｌの間隔を
あけて配列されている。３は赤外線ＬＥＤ、４は赤外線
ＬＥＤ３からの赤外線を上方に向けて放射するようにそ
の先端に赤外線ＬＥＤ３を配置したペン型の座標入力部
である。

【００６７】５はコントロール部、６はコントロール部
５において生成され赤外線位置検出部１の赤外線ＣＣＤ
カメラ２ａ、２ｂに入力されるリセット信号、７はコン
トロール部５において生成され赤外線ＣＣＤカメラ２
ａ、２ｂに入力され垂直走査のための垂直クロック信
号、８はコントロール部５において生成され赤外線ＣＣ
Ｄ２ａ、２ｂに入力される水平走査のための水平クロッ
ク信号で、赤外線ＣＣＤカメラ２ａ、２ｂはリセット信
号６、垂直クロック信号７、水平クロック信号８の入力
に応じてＸ−Ｙ方向の走査を開始する。

【００６８】９ａ、９ｂは赤外線ＣＣＤカメラ２ａ、２
ｂより出力される映像信号である。１０はリセット信号
６を発生するリセット信号回路、１１は垂直クロック信
号７を発生する垂直クロック回路、１２は水平クロック
信号７を発生する水平クロック回路である。１３ａ、１
３ｂは映像信号９ａ、９ｂをもとに波形のピークを検出
し水平クロック信号８の周期にあわせてピーク信号を発
生するピーク検出回路である。又、１４ａ、１４ｂは、
ピーク検出回路１３ａ、１３ｂから得られたピーク検出
信号である。

【００６９】１５は座標位置を算出する演算回路であ
る。１６は演算回路１５により算出された座標位置をコ
ンピューター（図示せず）に送信するインターフェース
回路である。また、１７は演算回路１５により算出され
た座標位置を表示する表示回路である。また、図示して
いないが、赤外線位置検出部１の撮影範囲以外にペン型
の座標入力部４が位置すると、警告音等を発生する音声
回路部を備えることにより、操作性を向上させることが
できる。また、赤外線ＣＣＤカメラ２ａ、２ｂにレンズ
倍率調整回路部又は焦点距離調整回路部を設けることに
より、原稿サイズの大きさ、入力精度の要求又は作業ス
ペースに応じて解像度、検出範囲を設定でき、操作性を
向上させることができる。

【００７０】なお、本実施例ではコントロール部５を赤
外線位置検出部１と別体に構成したが、前述の各回路を
小型化することにより、コントロール部５を赤外線位置
検出部１に一体化することも可能である。

【００７１】以上のように構成された座標入力装置につ
いて、図１８を用いてその動作を説明する。図１８は本
発明の一実施例の座標入力装置の信号波形を示すタイミ
ングチャートである。

【００７２】まず、リセット信号６、垂直クロック信号
７、水平クロック信号８が同時に２つの赤外線ＣＣＤカ
メラ２ａ、２ｂに入力される。これらの入力信号によ
り、赤外線位置検出部１は、２つの赤外線ＣＣＤカメラ
２ａ、２ｂからの映像信号９ａ、９ｂをコントロール部
５に入力する。通常の赤外線ＣＣＤカメラ２ａ、２ｂで
このペン型の座標入力部４を撮影するとペン自体が撮影
されるが、露出を絞った赤外線ＣＣＤカメラ２ａ、２ｂ
で撮影すると、赤外線ＬＥＤ３の発光部のみが撮影さ
れ、他の物は撮影されず黒色となる。

【００７３】従って、それぞれの赤外線ＣＣＤカメラ２
ａ、２ｂの映像信号９ａ、９ｂには赤外線ＬＥＤ３の位
置に相当するところに、強いピーク信号１８ａ、１８ｂ
が現れる。そこで、それぞれのピーク信号１８ａ、１８
ｂはピーク検出回路１３ａ、１３ｂで検出され、ピーク
検出信号１４ａ、１４ｂとして演算回路１５に送信され
る。また、演算回路１５では、コントロール部５のＲＯ
Ｍ（図示せず）にあらかじめ計算された変換テーブル
（図示せず）により、赤外線ＣＣＤカメラ２ａ、２ｂに
ピーク信号１８ａ、１８ｂが現れたところが赤外線ＣＣ
Ｄカメラ２ａ、２ｂの基準となる原点から何度の角度の
位置にあるかが判るので、その２つの角度情報と２つの
赤外線ＣＣＤカメラ２ａ、２ｂの距離Ｌによりペン型の
座標入力部４の座標位置を計算することができる。この
得られた座標位置をインターフェース回路１６を介して
コンピューター等にデータを送信し、表示画面（図示せ
ず）等に表示される。

【００７４】以上のように動作する座標入力装置につい
て、図１９を用いて座標位置の算出方法を説明する。２
つの赤外線ＣＣＤカメラ２ａ、２ｂにより、赤外線ＬＥ
Ｄ３を備えたペン型の座標入力部４の位置を示すピーク
検出信号１４ａ、１４ｂが検出され、リセット信号６か
らの垂直クロック信号７の位置と、水平クロック信号８
の位置により赤外線ＣＣＤカメラ２ａ、２ｂにおける２
次元座標（ｘ１、ｙ１）、（ｘ２、ｙ２）が求められ
る。

【００７５】ここで、各座標の原点は適宜決定される
が、ここでは各赤外線ＣＣＤカメラ２ａ、２ｂの撮影範
囲の左下隅を原点にとる。これから、赤外線ＣＣＤカメ
ラ２ａ、２ｂにおける赤外線ＬＥＤ３の原点からの角度
α、βは以下の（数１）より求められる。

【００７６】

【数１】α＝ｔａｎ^-1（ｙ１／ｘ１） β＝ｔａｎ^-1（ｙ２／ｘ２）

【００７７】これらの数式から２つの赤外線ＣＣＤカメ
ラ２ａ、２ｂからの赤外線ＬＥＤ３のペンの角度α、β
が算出できる。ここで、１つの赤外線ＣＣＤカメラ２ａ
の位置を原点にとり、２つの赤外線ＣＣＤカメラ２ａ、
２ｂの距離をＬとすると、図１９に示すように、直線
（ａ）、（ｂ）の式は以下の数式で表される。（ａ）ｙ＝（ｔａｎα）×ｘ（ｂ）ｙ＝（ｔａｎ（π−β））×（ｘ−Ｌ）

【００７８】これらの２つの連立一次方程式を解くこと
により赤外線ＬＥＤ３のペン型の座標入力部４の座標位
置を算出できる。ここで、演算回路１５の演算速度を上
げるために、角度α、βによる座標位置の算出のための
変換テーブルを設けることにより、即座に座標位置を求
めることができ、スムーズな図形等の入力ができる。

【００７９】以上のようにこのような電子カメラの如き
画像入力手段を利用した座標入力／検出装置によれば、
タブレット盤等を作業台等におく必要がなく、作業台の
ある空間を利用して図形等の入力において正確に座標位
置を検出することができるので、作業台等の有効活用が
できる。また、原稿等が束ねてあっても、その上で図形
等の位置入力作業を行うことができる。又、原稿に図面
等が記載されていた場合、レンズ倍率調整回路部等によ
り原稿のサイズに合わせて撮影範囲を可変設定でき、解
像度の設定ができるので、操作性、利便性を向上させる
ことができる。

【００８０】以上、光学式の座標入力、検出装置、ある
いはカメラの如き画像入力手段を利用した座標入力、検
出装置について、その原理を説明したが、これらは座標
入力、検出装置に関する例であって、本発明はこれらの
方式に限定されるものではなく、本発明は光学式の座標
入力、検出装置、あるいはカメラの如き画像入力手段を
利用した座標入力、検出装置について適用されることは
いうまでもない。

【００８１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述
べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるか
ら、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本
発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定す
る旨の記載がない限り、これらの態様に限られるもので
はない。

【００８２】図２０は、本発明の座標入力／検出装置の
第１の実施の形態を示す図であり、本実施の形態は、請
求項１に対応するものである。

【００８３】図２０は、本発明の座標入力／検出装置の
第１の実施の形態を適用した座標入力／検出装置の構成
図である。

【００８４】図２０において、座標入力／検出装置は、
オフィスや学校など情報を扱う場所に配設される。

【００８５】次に、本実施の形態の作用を説明する。座
標入力／検出装置は複数の発光手段と複数の受光手段と
よりなり、これらの発光／受光の光路内の光遮断手段の
有無により、該光遮断手段の平面若しくは略平面の２次
元座標を検出する座標入力／検出装置、若しくは、平面
若しくは略平面の位置を指示する手段と、該指示位置を
取り込む画像入力手段とよりなり、該画像入力手段によ
り取り込まれた情報を前記指示位置の２次元座標情報に
変換する手段とよりなる座標入力／検出装置であって、
座標入力／検出装置の入力情報を少なくとも１次元時間
と２次元空間とし、座標入力／検出装置の出力情報に対
して寄与するものであって、時間軸上で２次元座標にお
いて連続する座標入力／検出信号と時間軸上で２次元座
標において連続しない座標入力／検出信号を分離する分
離手段を備えた。

【００８６】図２１にフローチャートを示す。文字など
の座標入力／検出信号は、座標入力／検出手段により、
入力される。ここで、座標入力／検出手段により入力さ
れた信号は、時間軸上で２次元座標において連続する座
標入力／検出信号と時間軸上で２次元座標において連続
しない座標入力／検出信号とがある。次に、座標入力／
検出信号は、信号の特徴を認識し目的に応じてそれらを
分離／検出するプログラムを予めＲＯＭとして備えた演
算回路などのフィルターにより、分離／検出される。こ
こで、例えば、時間軸上で２次元座標において連続する
座標入力／検出信号のみがフィルターの出力となる。次
に、目的に応じた座標入力／検出信号は、表示手段によ
り表示される。

【００８７】具体例として、文字や図形などの座標入力
／検出信号は、ＬＥＤマトリックス方式やＣＣＤカメラ
を用いた光学式などの座標入力／検出手段により、入力
される。次に、座標入力／検出信号は、フィルター回路
などの信号処理手段により、時間軸上で２次元座標にお
いて連続する座標入力／検出信号のみ検出される。次
に、座標入力／検出信号は、演算回路などの信号処理手
段により、座標入力／検出手段とＣＲＴディスプレイや
液晶ディスプレイなどの表示手段の関係に適した信号処
理が行われる。次に、座標入力／検出信号は、ＣＲＴデ
ィスプレイや液晶ディスプレイなどの表示手段により、
画面上に表示される。このように、本実施の形態の座標
入力／検出装置は、座標入力／検出手段で入力された座
標入力／検出信号をフィルタリング処理をすることによ
り、時間軸上で２次元座標において連続する座標入力／
検出信号のみ画面上に表示される。

【００８８】また、時間軸上で２次元座標において連続
する座標入力／検出信号の検出においては、各種位置セ
ンサーを用いてもよい。現在までに開発された空間位置
センサーとしては、磁気による空間位置センサー、超音
波による空間位置センサー、カメラによる工学センサー
などがある。

【００８９】磁気による空間センサーは、磁束の変化に
よって、コイルに起電力が生ずるという原理を利用して
いる。この原理のセンサーが商品化されたものとして、
例えば、Ｐｏｌｈｅｍｕｓ社のＩｓｏｔｒａｋおよびＦ
ａｔｒａｋである。これは、磁束変化に交番磁界を使用
したものである。また例えば、Ａｃｃｅｎｓｉｏｎ社の
Ｂｉｒｄである。これは、磁束変化を直流磁界のスッテ
プ状の立上りによって与える方式である。これら磁気に
よる空間位置センサーは、理想的な環境ののとでは比較
的高い精度で３次元位置を計測することが可能である。

【００９０】超音波による空間位置センサーは、磁気よ
りも安価に構成できる空間位置センサーである。仕組み
は、一つの超音波発振器に対して３つの受信器を置き、
各々に超音波が到達するまでの時間遅れを計測してやれ
ば、三角測量の原理によって、受信器と発振器の位置関
係を定めることができるというものである。これでは、
さらに受信器を複数用意すれば、姿勢角の測定も可能で
ある。これを使ったものは、Ｌｏｇｉｔｅｃｈ社の３次
元マウスやＳｔｅｒｅｏＧｒａｐｈｉｃｓ社のＰｒｉ
ｖａｔｅＥｙｅＶＲなどがある。

【００９１】カメラによる工学センサーは、装着型のセ
ンサーを全く必要としない。ビデオカメラから取り込ん
だ動画像について、その画面内の特徴点（例えば白点な
ど）の位置をリアルタイムで計測するするようなことが
可能である。この方式でカメラを２台用意すれば立体測
量を行うことができる。

【００９２】ここでは、磁場を用いた位置センサーにお
ける例をあげる。磁場には強度と方向がある。磁場の強
さをコイルで検出する場合、検出される磁場の強さは発
生源からの距離および磁束方向とコイル断面のなす角に
応じて減衰する。そこでＸＹＺの各方向の磁場を順次発
生させ、直交関係にある３個のコイルでそれぞれの磁場
を検出すれば、磁場発生器からの相対的な空間位置が割
り出せることにある。これを利用したのが磁場を利用し
た位置センサーで、Ｐｏｌｈｅｍｕｓ社の３ＳＰＡＣＥ
が有名でよく利用されている。

【００９３】３ＳＰＡＣＥには、高精度３次元位置セン
サーの３ＳＰＡＣＥＦＡＳＴＲＡＫと簡易３次元位置
センサーの３ＳＰＡＣＥＩＳＯＴＲＡＫＩＩがある。
前者は、磁気変換技術の応用によりレシーバーの３次元
位置座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、および、オイラー角（Ｐｉ
ｔｃｈ，Ｙａｗ，Ｒｏｌｌ）の６自由度をリアルタイム
に測定する。その最上位機種ＦＡＳＴＲＡＫは、位置精
度０．８ｍｍ、１２０ポイント／秒のサンプリングと高
速、高精度を可能にし、ＶＲ（ＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌ
ｉｔｙ）、医療、各種シミュレーション等さまざまなア
プリケーションに対応している。後者は、３次元位置測
定装置であるＦａｓｔｒａｋの廉価版であるＩＳＯＴＲ
ＡＫＩＩは、１００万円を切る価格帯を実現させなが
ら、かつ精度、機能はさらにアップ、簡易で安価な３Ｄ
環境を構築することができる。３ＳＰＡＣＥシリーズ
は、非金属であればプラスチックから木、粘土、人体等
の測定物にレシーバーをあてるだけでＸ，Ｙ，ＺとＰｉ
ｔｃｈ，Ｙａｗ，Ｒｏｌｌの６自由度をリアルタイムに
測定する。

【００９４】これらは、元々軍用技術として、「アパッ
チという戦闘ヘリコプター内でパイロットの頭の姿勢を
リアルタイムで計測し、その位置角度に合わせてミサイ
ルの弾頭をコントロールする」という目的で開発された
３ＳＰＡＣＥ磁気センサーは、日本でも１９８４年取り
扱い開始以来バーチャルリアリティから医療まで数多く
のアプリケーションに導入されており、今や３次元の動
体計測の分野では業界標準となっている。

【００９５】このシステムでは、適当な場所に磁場の発
生器（トランスミッター）を設置し、空間的な場所や方
向を知りたい場所に磁場の検出器（レシーバーコイル）
を固定する。本システムではトランスミッター１個とレ
シーバーコイル１個だけあれば、ある体節の空間的な位
置と方向が同時に計測できる。同じ情報をビデオ画像に
よる動作分析システムで得ようとすると、最低２台のカ
メラと最低２カ所のマーカーが必要である。レシーバー
コイルはサイズ２ｃｍ角程度、重量２０ｇ程度と小型軽
量なため、装着による動作拘束は少ない。測定範囲は磁
場の発生器で安定な磁場を供給できる範囲は、標準的な
トランスミッターでは半径１〜３ｍ、特殊なトランスミ
ッターでは半径９ｍほどである。

【００９６】これを座標入力／検出装置に適用すると、
例えば、図２２に示すような構成になる。ここでは、磁
場発生器として座標入力／検出領域の指示部材にトラン
スミッターを配設し、磁場検出器として座標入力ペンに
レシーバーコイルを配設する。これにより、座標入力ペ
ンの空間位置測定を行うことによって、時間軸上で２次
元座標において連続する座標入力／検出信号かどうかを
判断するための位置座標情報を得ることができる。

【００９７】従来、例えば、オフィスでの会議や学校で
の授業において、座標入力／検出装置の座標入力／検出
領域に手や物が触れた場合、入力の意志が無くても入力
とみなされていた。また、座標入力／検出装置の座標入
力／検出領域に指示棒で指示したり資料などを保持させ
た場合、入力の意志が無くても入力とみなされていた。
そのため、不要なノイズ情報が混入されやすく必要な２
次元座標情報獲得の妨げとなっていた。

【００９８】そこで、今回、時間軸上で２次元座標にお
いて連続する座標入力／検出信号と時間軸上で２次元座
標において連続しない座標入力／検出信号を分離する分
離手段を備えたことにより、必要な２次元座標情報と不
要なノイズ情報を分離できるようにした。

【００９９】これにより、必要な２次元座標情報と不要
なノイズ情報を分離できるようになり、例えば、オフィ
スでの会議や学校での授業において、入力の意志が無く
座標入力／検出装置の座標入力／検出領域に手や物が触
れた場合でも、時間軸上で２次元座標において連続する
座標入力／検出信号を与えない限り入力とみなさない。
また、入力の意志が無く座標入力／検出装置の座標入力
／検出領域に指示棒で指示したり資料などを保持させた
場合でも、時間軸上で２次元座標において連続する座標
入力／検出信号を与えない限り入力とみなさない。その
ため、不要なノイズ情報が混入され難く必要な２次元座
標情報獲得の助けとなり、より好ましいマンマシンイン
ターフェースを備えた座標入力／検出装置を提供するこ
とができる。

【０１００】これにより、例えばオフィスや学校で座標
入力／検出装置を用いる場合、会議や講義などの効率を
向上させることができる。

【０１０１】以上のように本発明は、近年、パーソナル
コンピューター等の普及にともない、情報の入力や選択
をするための有力なツールとして位置付けられている座
標入力／検出装置の本格的な実用化に向けて重要な課題
を解決し、その商品化を多いに促進させるものである。

【０１０２】以上、本発明者によってなされた発明を好
適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもな
い。

【０１０３】

【発明の効果】上述の説明のように本発明は、請求項１
記載の発明の座標入力／検出装置によれば、座標入力／
検出装置は、複数の発光手段と複数の受光手段とよりな
り、これらの発光／受光の光路内の光遮断手段の有無に
より、該光遮断手段の平面若しくは略平面の２次元座標
を検出する座標入力／検出装置、若しくは、平面若しく
は略平面の位置を指示する手段と、該指示位置を取り込
む画像入力手段とよりなり、該画像入力手段により取り
込まれた情報を前記指示位置の２次元座標情報に変換す
る手段とよりなる座標入力／検出装置であって、座標入
力／検出装置の入力情報を少なくとも１次元時間と２次
元空間とし、座標入力／検出装置の出力情報に対して寄
与するものであって、時間軸上で２次元座標において連
続する座標入力／検出信号と時間軸上で２次元座標にお
いて連続しない座標入力／検出信号を分離する分離手段
を備えたため情報伝達におけるマンマシンインターフェ
ースを向上させることができる。

【０１０４】従来、例えば、オフィスでの会議や学校で
の授業において、座標入力／検出装置の座標入力／検出
領域に手や物が触れた場合、入力の意志が無くても入力
とみなされていた。また、座標入力／検出装置の座標入
力／検出領域に指示棒で指示したり資料などを保持させ
た場合、入力の意志が無くても入力とみなされていた。
そのため、不要なノイズ情報が混入されやすく必要な２
次元座標情報獲得の妨げとなっていた。

【０１０５】そこで、今回、時間軸上で２次元座標にお
いて連続する座標入力／検出信号と時間軸上で２次元座
標において連続しない座標入力／検出信号を分離する分
離手段を備えたことにより、必要な２次元座標情報と不
要なノイズ情報を分離できるようにした。

【０１０６】これにより、必要な２次元座標情報と不要
なノイズ情報を分離できるようになり、例えば、オフィ
スでの会議や学校での授業において、入力の意志が無く
座標入力／検出装置の座標入力／検出領域に手や物が触
れた場合でも、時間軸上で２次元座標において連続する
座標入力／検出信号を与えない限り入力とみなさない。
また、入力の意志が無く座標入力／検出装置の座標入力
／検出領域に指示棒で指示したり資料などを保持させた
場合でも、時間軸上で２次元座標において連続する座標
入力／検出信号を与えない限り入力とみなさない。その
ため、不要なノイズ情報が混入され難く必要な２次元座
標情報獲得の助けとなり、より好ましいマンマシンイン
ターフェースを備えた座標入力／検出装置を提供するこ
とができる。

【０１０７】これにより、例えばオフィスや学校で座標
入力／検出装置を用いる場合、会議や講義などの効率を
向上させることができる。

【０１０８】以上のように本発明は、近年、パーソナル
コンピューター等の普及にともない、情報の入力や選択
をするための有力なツールとして位置付けられている座
標入力／検出装置の本格的な実用化に向けて重要な課題
を解決し、その商品化を多いに促進させるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る座標入力／検出装置の第１の例を
示す全体構成図である。

【図２】図１の座標入力／検出装置の座標入力面に取り
付けられた受発光手段を、座標入力面に垂直な方向から
見た図である。

【図３】図１の座標入力／検出装置の動作説明図であ
る。

【図４】図１の座標入力／検出装置の動作説明図であ
る。

【図５】図１に示す左右の受発光手段のうち一方を、デ
ィスプレイ表面へ設置した場合の実施例を示す説明図で
ある。

【図６】本発明に係る座標入力／検出装置の第２の例を
示す要部構成図である。

【図７】本発明に係る座標入力／検出装置の第３の例を
示す要部構成図である。

【図８】図７に示す座標入力／検出装置における発光検
出装置の一実施例を示す構成図である。

【図９】図７に示す座標入力／検出装置における発光検
出装置の別例を示す構成図である。

【図１０】シリンドリカルレンズとＰＳＤの配置関係を
示す斜視図である。

【図１１】アパーチャーとＰＳＤの配置関係を示す斜視
図である。

【図１２】発光された光の集光状況説明図である。

【図１３】ＬＥＤ及びＰＳＤの制御回路の構成ブロック
図である。

【図１４】ペンの先端部形状の一実施例を示す説明図で
ある。

【図１５】ペン先端部に用いられるコーナーキューブの
形状説明図である。

【図１６】シリンドリカルレンズとＰＳＤとの位置関係
説明図である。

【図１７】本発明に係る座標入力／検出装置の第４の例
を示す要部構成図である。

【図１８】図１７の座標入力／検出装置の動作説明図で
ある。

【図１９】図１７の座標入力／検出装置による座標位置
の算出方法説明図である。

【図２０】本発明の第１の実施の形態に係る座標入力／
検出装置の外観を示す斜視図である。

【図２１】図２０の座標入力／検出装置の構成及び動作
を示すフローチャートである。

【図２２】本発明の第２の実施の形態に係る座標入力／
検出装置の外観及び構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１受発光手段２指示手段３座標入力領域（座標入力面、座標入力装
置）４再帰性反射部材１０プローブ光１１再帰反射光１２ビーム１３プローブ光５０受光素子５１集光レンズ５５再帰性反射部材８０指示手段８１点光源Ｌ，Ｒプローブ光の延長線Ｌ１，Ｌ２プローブ光Ｌｎプローブ光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の発光手段と複数の受光手段とより
なり、これらの発光／受光の光路内の光遮断手段の有無
により、該光遮断手段の平面若しくは略平面の２次元座
標を検出する座標入力／検出装置、若しくは、平面若し
くは略平面の座標入力／検出領域を取り込む画像入力手
段とよりなり、該画像入力手段により取り込まれた情報
のうちの一部の領域を２次元座標情報に変換する手段と
よりなる座標入力／検出装置であって、座標入力／検出
装置の入力情報を少なくとも１次元時間と２次元空間と
し、座標入力／検出装置の出力情報に対して寄与するも
のであって、時間軸上で２次元座標において連続する座
標入力／検出信号と時間軸上で２次元座標において連続
しない座標入力／検出信号を分離する分離手段を備えた
ことを特徴とする座標入力／検出装置。