JP2001265515A - 遮光部材付き位置指示器とそれを用いた光方式座標入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出領域の周囲に遮光枠や反射枠等の周囲枠
は必要とせず、かつ外来光の影響を受けずに位置指示器
を検知可能な位置指示器とそれを用いた光方式座標入力
装置を提供する。 【解決手段】 座標検出領域内に導入され、直接的に又
は間接的に光を放射する光放射手段を有する位置指示器
と、前記光放射手段からの入射光の入射角を検出するた
めの、少なくとも２つ相互に間隔を置いて設けられ、複
数の受光素子で構成されるアレイからなる受光手段と、
前記各受光手段により検出された入射角に基づき三角測
量の原理により前記位置指示器の座標位置を算出するた
めの座標算出手段と、前記位置指示器の光放射手段から
放射される光と外部から進入する外来光とを判別するた
めの判別手段と、前記位置指示器に設けられ、外部から
進入し前記位置指示器の近傍を通過して前記受光手段に
入射する外来光を遮るための遮光手段とからなる座標入
力装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置指示器を２点
から検出し、三角測量の原理で位置指示器の指示位置の
座標を求める座標入力装置に関し、特に、外来光の影響
を受けずに位置指示器の指示位置の座標を検知可能な位
置指示器とそれを用いた光方式座標入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、光を用いて位置指示器からの
光が進入する角度を２点で検出し、三角測量の原理で指
示位置の座標を求める座標入力装置が提案されており、
このような光を用いた座標入力装置は一般的には光方式
デジタイザと呼ばれている。

【０００３】代表的な光方式デジタイザとして、レーザ
光線などの光ビームを回転ミラーにより旋回させ、位置
指示器からの再帰反射光を逆の経路でセンサ等で検知す
る方式が特開平３−５８０５号公報に開示されている。
この方式は電子黒板などで実用化されている。しかし、
このようなレーザ光線を用いる方式では、光ビームを回
転させるための回転ミラーが必要であり、更にレーザ素
子やレーザ駆動回路、コリメータレンズ系など高価な部
品も必要となり、構成も複雑で全体として高価な装置と
なっていた。そこで回転機構や高価な素子を使わないも
のが検討されている。

【０００４】例えば特開平９−３１９５０１号公報は、
発光部にＬＥＤを用い、位置指示器に再帰反射部を有
し、ＬＥＤからの光が再帰反射部に入射し、再帰反射し
て戻ってきた反射光の受光角度をＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉ
ｏｎ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）によって検出す
るものである。なお、ＰＳＤは非分割型素子であり、座
標値を電圧値または電流値の比の形で直接得ることがで
きるものである。この例に拠れば、レーザ素子やその駆
動回路、回転機構等が不要となる。

【０００５】また、特開平１１−８５３７８号公報のよ
うに、位置指示器自身がＬＥＤ等の光源を有し、受光部
に２分割受光素子を用いたものも有る。この例は、２分
割受光素子の位置を駆動装置で動かして所要の光検出角
度を得るようにしたものである。

【０００６】更に、特開平１１−３１７０号公報には、
位置指示器自身が発光部を有した方式若しくは位置指示
器に再帰反射部材が設けられておりそこからの反射光を
利用した反射方式で、受光部には１次元の受光素子を配
置したものが開示されている。なお、１次元受光素子に
は、所謂ＣＣＤや１次元の受光ダイオードアレイ等が挙
げられる。この例では、外来光の影響をなくすために遮
光枠が検出領域の周囲に設けられている。

【０００７】また更に、例えば特開平１１−８５３７７
号公報には、位置検出領域の周囲に再帰反射枠を設け、
光源から出て再帰反射枠で反射して戻ってくる光の光路
を位置指示器で遮断した位置を検出する方式のものが開
示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平９−３１９５０１号公報に示されるような受光部に
ＰＳＤを用いる方式では、一つの受光素子で全視野をカ
バーしなければならず、ＰＳＤの視野に、被計測物たる
位置指示器の光放射部以外の外部の光源、例えば照明の
光や太陽光等の外来光があった場合には、その影響によ
り指示位置の座標を測定することはできない。これは、
ＰＳＤは、一つの素子で一つの光を受光し、光を受けた
位置からその両端の電極までの距離に対応する光電流の
比からその位置を検出するものであるため、二つ以上光
を受光した場合、比が取れないので計測不能となってし
まうためである。仮に光に赤外線等を利用してフィルタ
を用いて赤外線のみを受光するようにしたとしても、太
陽光や白熱電球、又蛍光灯でさえも赤外線を放射してお
り、実用的には妨害除去は不可能である。そのため、当
該公報中には明記されていないが、検出領域の周囲に遮
光枠を設けることが実用上必ず必要となる。

【０００９】また、前記特開平１１−８５３７８号公報
のように、２分割受光素子を機械的に移動させる方式で
は、受光素子に入射する光の視野角は狭くしておいて、
その受光素子自体を物理的に移動させ、必要な全体の視
野角をカバーするように構成した場合、受光素子の視野
角が狭いので、外来光等の外部からの光の影響を受けに
くくなるという効果は有る。しかし、位置指示器に近い
角度から入射する外来光の影響は依然残るので、この公
報では発光タイミングに合わせて検出を行うことで、そ
の影響を軽減しようとしている。従って、この方式では
機械的なアクチュエータなどが必要となるので高価とな
り、実用化は困難なものである。更に、位置指示器に近
い角度から太陽光等の非常に強い光が入射すると、やは
り位置指示器を検出することはできなかった。

【００１０】ここで、図１３及び図１４を参照して、Ｐ
ＳＤと受光素子アレイ（ＣＣＤ等）の特性の違いを示
す。図１３に示すように、あらゆる角度から複数の光が
入射するので、例えば位置指示器の光放射部以外に外来
光があった場合、ＰＳＤでは、各方向からの光を一つの
素子で受光するものであるため、複数の光を検出するこ
とはできない。一方、図１４に示すように、１次元受光
素子アレイの場合、それぞれの受光素子には、特定の角
度からの光しか入射しないため、例えば位置指示器の投
光をＯＮ／ＯＦＦさせ、そのときの信号レベルの差を取
り出せば位置指示器の光放射部からの光成分だけを検出
することが可能である。従って、受光素子の信号レベル
が飽和しないレベルの外来光であれば、１次元受光素子
アレイを用いることで外来光の影響を減らすことは可能
である。

【００１１】しかし、図１５に示すように、位置指示器
に近い角度から外来光が入射した場合は、位置指示器の
光のエッジがぼやけて、明るい光が暗い部分に回り込む
現象が起こり、位置指示器の光と外来光の境目がはっき
りしなくなる。これは、１次元受光素子アレイを構成す
るそれぞれの受光素子が数学的な点や線ではなく、必ず
面積を有しているということと、光学系の象のピントを
完全に合わせて光のエッジを出すことが困難なこと、更
には、光放射部にも面積があること等の理由による。こ
の場合も入射した外来光のレベルが受光素子の信号レベ
ルが飽和しないレベルであれば、位置指示器の投光をＯ
Ｎ／ＯＦＦさせることで位置指示器の光放射部からの光
成分だけを検出することは可能である。しかしながら、
受光素子の信号レベルが飽和するような強い光が外来光
として位置指示器に近い角度から入射した場合、位置指
示器からの光なのか外来光なのかが判別できなくなる。
即ち、位置指示器に近い角度から受光素子の信号レベル
が飽和するような強い外来光を受けた場合、位置指示器
の投光をＯＮ／ＯＦＦしたとしても受光素子側は飽和し
てしまっているため位置指示器の光成分だけを取り出す
ことは不可能であった。

【００１２】これらの外来光の影響を減らすために、前
記特開平１１−３１７０号公報は、検出領域の周囲に遮
光枠を設けて外来光の影響をなくすようにしている。図
１６を参照してこの従来技術をより具体的に説明する
と、光学ユニット２から入射する光は位置指示器３の再
帰反射部で再帰反射し、その反射光を用いて光学ユニッ
ト２で指示位置を検出するものであるが、光学ユニット
２へ外来光が入射しないようにするために、検出領域１
の周囲には遮光枠８０が設けられている。しかしなが
ら、このような周囲枠８０は操作上邪魔になりやすく、
又、デザインの自由度も大幅に損なうものであった。更
に、周囲枠を設けることにより座標入力装置自身の外形
状が決まってしまうため、その外形状以上の領域を確保
できないような狭い机の上などでは使用することはでき
ない等、使用する上での設置の自由度も損なうものであ
った。又、周囲枠を設けなければならない制約から、装
置自体も大型化し、気軽に携帯できるようなものでもな
かった。

【００１３】また、電磁誘導方式や静電誘導方式による
座標入力装置は、センサ等が設けられる入力平面板が検
出領域に必要であったが、光学三角測量方式による座標
入力装置は、検出領域を机面等と共用できるという利点
がある。しかし、電磁誘導方式や静電誘導方式による座
標入力装置では不要であった遮蔽枠が図１６に示すよう
に必要となり、結局平面上の設置面積は電磁誘導方式や
静電誘導方式による座標入力装置とあまり変わらないの
で、設置の自由度等を解決するものでもなかった。

【００１４】同様に、前記特開平１１−８５３７７号公
報も、検出領域の周囲に反射枠が設けられており、この
反射枠が遮光枠と同様の効果を有するものであるが、こ
れも上述のように操作上邪魔になる等の種々の問題を抱
えている。

【００１５】このように、光を用いて三角測量の原理で
高精度に位置指示器の指示位置座標を検出する従来の座
標入力装置では、光源にレーザ光源など、高価な部品を
用いるもの以外は、外来光の影響を減らすために実用上
必ず検出領域の周囲に遮光枠や反射枠等の周囲枠が必要
であった。

【００１６】本発明は、斯かる実情に鑑み、検出領域の
周囲に遮光枠や反射枠等の周囲枠は必要とせず、かつ外
来光の影響を受けずに位置指示器を検知可能な位置指示
器とそれを用いた光方式座標入力装置を提供しようとす
るものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上述した本発明の目的を
達成するために、本発明による座標入力装置は、座標検
出領域を有する光学式座標入力装置であって、該座標入
力装置は、前記座標検出領域内に導入され、直接的に又
は間接的に光を放射する光放射手段を有する位置指示器
と、少なくとも２つ相互に間隔を置いて設けられ、前記
光放射手段からの入射光の入射角を検出するために、レ
ンズ系と複数の受光素子のアレイとからなる受光手段
と、前記各受光手段により検出された入射角に基づき三
角測量の原理により前記位置指示器の座標位置を算出す
るための座標算出手段と、前記位置指示器の光放射手段
から放射される光と外部から進入する外来光とを判別す
るための判別手段と、前記位置指示器に設けられ、外部
から進入し前記位置指示器の近傍を通過して前記受光手
段に入射する外来光を遮るための遮光手段とからなるこ
とを特徴とする座標入力装置を提供する。

【００１８】位置指示器は操作者の指に嵌めるリング部
を有し、前記遮光手段は前記リング部に対して垂直方向
の向きに設けられ、前記光放射手段は前記遮光手段の中
央部に設けるように構成してもよい。

【００１９】また、光放射手段は複数の光放射部からな
り、前記遮光手段は複数の遮光部からなり、該光放射部
と遮光部が交互に設けられ、前記受光手段が前記各光放
射部からの光の入射角を検出し、前記座標算出手段が各
光放射部からの光の中心位置を算出し、その各中心位置
情報から前記位置指示器の指示位置の中心座標を算出す
る。

【００２０】また、判別手段は、前記位置指示器の前記
光放射手段を所定の間隔で点滅させる手段からなる。

【００２１】更に、位置指示器は、更に前記光放射手段
の光放射特性を変化させるための手段を有し、前記座標
演算手段が該変化を検出する構成としてもよい。

【００２２】また、遮光部を、前記位置指示器の軸中央
から放射状に張り出した遮光板で形成してもよい。

【００２３】また更に、前記受光手段の近傍に更に光源
を有し、前記光放射手段は再帰反射部材からなり、前記
光源から発せられた光が前記再帰反射部材で再帰反射
し、前記受光手段に入射する構成であってもよい。

【００２４】また、光放射手段は、位置指示器内に設け
られる発光素子からなり、該発光素子から発せられた光
が前記受光手段に入射する構成としてもよい。

【００２５】更に、再帰反射部材は円柱状に形成され、
前記位置指示器の一部、又は囲むように設けられる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図示
例と共に説明する。図１に、本発明の光方式デジタイザ
の一般的な概略を示す。光方式デジタイザは、点線で示
される位置検出領域１の上方に設けられた位置検出用の
光学ユニット２からなり、該光学ユニット２により位置
検出領域１上に導入される位置指示器３の指示位置座標
を検出するものである。なお、本発明によれば、図示の
ように位置検出領域１の周りには遮光枠や反射枠等の、
操作の邪魔になるような周囲枠を設ける必要はない。

【００２７】図２に示すように、光学ユニット２の光受
光部は、１次元受光素子アレイ４で構成され、該１次元
受光素子アレイ４に近接して複数の光源５が扇状に配置
されている。なお、光学ユニット２は、図示例には限定
されず、光検出素子に１次元受光素子アレイを用いたも
のであれば、ハーフミラー等を用いたよく知られた一般
的な光学ユニットであってもよい。更に、３次元空間の
位置座標を検出する場合は、１次元受光素子アレイでは
なく２次元受光素子アレイであっても構わない。また、
図２に示す光学ユニットは、位置指示器の先端部に再帰
反射部材を設ける間接的光放射方式のデジタイザの場合
の構成を示しており、位置指示器の先端部に光源を設け
る直接的光放射方式のデジタイザの場合、光学ユニット
には光源は設けられず、１次元受光素子アレイと集光レ
ンズから構成されるものとなる。なお、集光レンズは、
通常はいわゆる光学レンズであるが、光源が十分に強け
れば、スリットなどでも代用できることは言うまでもな
い。

【００２８】次に図３を用いて、三角測量の原理により
位置指示器３の指示位置座標を計算する方法を説明す
る。光学ユニット２により位置指示器３からの再帰反射
光を検出し、そのときの入射角度α及びβを計測する。
光学ユニット２，２の間の距離（より正確には受光部間
の距離）をＬとすると、以下の式（１），式（２）の関
係が成り立つ。

【００２９】 Ｙ＝Ｘ・ｔａｎα ・・・（１） Ｙ＝（Ｌ−Ｘ）・ｔａｎβ ・・・（２） 但し、Ｘ，Ｙは位置指示具の位置座標を表す。

【００３０】この式（１），式（２）を用いて、Ｘを求
めると、以下の式（３）の関係が成り立つ。

【００３１】 Ｘ＝（Ｌ・ｔａｎβ）／（ｔａｎα＋ｔａｎβ） ・・・（３）

【００３２】これら式（１）及び式（３）を用いること
で、角度α及びβが検出できれば検出領域１内で指示さ
れた位置指示器３の指示位置座標（Ｘ，Ｙ）を算出する
ことができる。

【００３３】このように、指示位置座標を算出するため
には、二つの光学ユニット２，２間の距離Ｌが分からな
ければならないが、二つの光学ユニット２，２は従来は
検出領域と一体に形成されていたため、二つの光学ユニ
ット２，２間の距離Ｌは一定であった。しかしながら、
本発明の光方式デジタイザは、周囲枠が要らないため、
光学ユニットだけで位置検出装置が構成され、検出領域
に物理的な板等は不要である。従って、それぞれの光学
ユニットをばらばらに形成したら、適当に配置できるの
で光学ユニット間の距離Ｌは不定となり、指示位置座標
の算出はできなくなってしまう。更に視野角を９０度に
調整することも難しくなる。そこで、本発明の光方式デ
ジタイザでは、二つの光学ユニットを一体形成すること
で、受光部間の距離Ｌを一定にしておくことが望まし
く、この一体形成された光学ユニットのみで位置検出装
置が構成されるものである。なお、各光学ユニットに対
をなす他方の光学ユニットまでの距離を求めるセンサ等
を内蔵しておけば一体形成する必要はないことは勿論で
ある。

【００３４】図４に、上記光方式デジタイザに用いられ
る本発明の位置指示器の第１実施例を示す。本実施例で
は、最も簡単な構成である操作者の指に嵌めて使うリン
グ型位置指示器を説明する。図４（ａ）はその斜視図、
図４（ｂ）はその平面図である。図示のように、リング
型位置指示器は、操作者の指に嵌めるリング部１０と、
該リング部１０に外来光遮光部として設けられる遮光板
１１と、その遮光板の中央に設けられ、光放射部を構成
する再帰反射部１２からなる。なお、遮光板は、左右に
傾けてもその遮光効果を保てるように円盤状とすること
が望ましい。このように構成することで、図４（ｃ）に
示すような光反射部の反射特性及び外来光遮光部の遮光
特性が得られる。この特性から分かるように、反射部か
らの反射光の近傍部分では外来光は遮光されるため、受
光素子においては、再帰反射光を外来光から区別して再
帰反射光成分のみを検出することができる。

【００３５】具体的には、光源５から発せられた光は、
反射部１２で再帰反射し、その再帰反射特性から入射し
た経路と同じ経路を通って光学ユニット２へ入射する。
ここで、再帰反射光以外の外来光が光学ユニット２へ入
射する場合を考えると、位置指示器の投光を一定の間隔
でＯＮ／ＯＦＦさせる等の手段を設け、位置指示器から
の反射光成分だけを取り出すことが可能である。ここ
で、位置指示器３に近い角度から入射する外来光がある
場合、従来例では外来光が太陽光のように非常に強い光
が入射したときには、仮に光源から発する光をＯＮ／Ｏ
ＦＦ等させていたとしても、受光素子が飽和してしまう
ため、再帰反射光を判別することはできなかった。しか
しながら、本発明によれば、図５に示すように、位置指
示器３に近い角度から入射する外来光は、遮光板１１に
より遮光されるため１次元受光素子アレイ４には入射せ
ず、再帰反射光成分のみを検出できるようになる。従っ
て、位置指示器とは遠い角度から入射する外来光だけで
なく、近い角度から入射する外来光が存在したとして
も、その影響を受けずに再帰反射光成分のみを取り出す
ことができるので、周囲枠がなくても外来光の影響を受
けずに位置指示器の指示位置座標を検知可能となる。

【００３６】図６及び図７に、各部における光強度の角
度分布を示す。図６は、反射部の幅と遮光部の幅が同じ
場合、即ち、ペンなどの先端に再帰反射テープを単に巻
いて、反射部自身を遮光部としたような状態における光
強度の角度分布である。図６（ａ）が反射部の光強度分
布を、（ｂ）が遮光部の光強度分布を、（ｃ）が外来光
の光強度分布の一例を、（ｄ）が遮光部により遮光され
た外来光の光強度分布を、（ｅ）が受光素子が受ける光
強度分布をそれぞれ示す。図示のように、遮光部が反射
部と同じか少し大きいくらいでは、外来光の遮光特性は
十分に得られず、図６（ｅ）に示す光強度分布を見て分
かるように、位置指示器の反射部からの反射光を検出す
ることは難しい。一方、図７に示すように、遮光部の大
きさを位置指示器の反射部に比べて十分大きくした場
合、図７（ｄ）に示すように反射部近傍からの外来光は
遮光部により遮光され、図７（ｅ）に示すように位置指
示器の反射部からの反射光を容易に検出可能である。こ
のように、強い外来光による影響をなくするためには、
遮光部を反射部より十分に大きくすることが望ましい。

【００３７】なお、本実施例では、光源を光学ユニット
内に設け、位置指示器に反射部を設ける構成を示した
が、本発明はこれに限定されず、例えば、光学ユニット
内には光源は設けず、位置指示器に反射部を設ける代わ
りに、発光部を設ける構成であっても構わない。即ち、
位置指示器の光放射部は、間接的に発光するものであっ
ても直接的に発光するものであっても構わない。

【００３８】図８に、本発明の位置指示器の第２実施例
を示す。図８（ａ）はその平面図であり、図８（ｂ）は
その側面図であり、図８（ｃ）は図８（ｂ）のｃ−ｃ線
の断面図及び位置指示器からの光強度分布を示す図であ
る。第１実施例は、指で操作するものであるので所謂タ
ッチパネルなどに用いられるような高い解像度を必要と
しない場合に用いることができる位置指示器の例であっ
たが、本実施例においては、パック型の位置指示器に本
発明を応用したものである。指に嵌めるリングタイプの
ものでは、指の軸回転による遮光効果の減少の影響は少
ないが、パック型の場合、単に板状の遮光板を設けるだ
けでは、パックの軸回転による影響で、遮光効果を得ら
れなくなることがある。従って、本実施例の位置指示器
は、図８（ａ），図８（ｂ）に示すように、位置指示器
２０の側面部に遮光部２１と再帰反射部２２とを交互に
設けている。即ち、遮光部２１と再帰反射部２２をスト
ライプ状に設けている。なお、遮光部２１は、位置指示
器の軸自身であってもよい。このように光放射特性の異
なる領域を交互に複数設けることにより、位置指示器か
らの光の分布に変化をつけて、外来光の影響を受けない
部分での光特性の変化を検出することによって、位置指
示器の中心位置、即ち指示位置座標を正確に検出するこ
とが可能となる。なお、パック型位置指示器では、スト
ライプ状の再帰反射部及び遮光部の位置検出面に対する
傾き角が常に一定であるため、中心位置の測定誤差を極
めて少なくすることが可能である。

【００３９】パック型位置指示器は通常、指示している
位置の中心部を見るための窓２３が設けらている。窓２
３には、位置指示器の指示位置の中心が分かるように十
字線が設けられている。更に、パーソナルコンピュータ
等の情報処理装置に、位置指示器からクリック操作等の
情報を伝達するためのクリックボタン２４等が設けられ
ている。本実施例において、クリックボタン２４が押さ
れたときに、例えばストライプ状の再帰反射部の幅又は
間隔を変化させれば、その変化を光学ユニットで検出す
ることができるので、情報処理装置にクリックボタン２
４が押されたことを伝達することができる。なお、再帰
反射部の幅等を変化させるにはそれ自身の幅を変化させ
てもよいが、遮光部の幅を変化させることにより実現し
てもよい。複数のボタンを設ける場合には、それに応じ
て複数の変化パターンを用意しておけばよい。このよう
な構成とすることで、クリックボタン等の情報伝達手段
を有していてもコードレス化が図れ、操作上使い勝手の
良いものとなる。

【００４０】従来のように、単に位置指示器の先端に再
帰反射テープを巻いただけのものでは、光学ユニットで
の検出において、外来光が位置指示器と近い角度から入
射する場合に、再帰反射光のエッジがぼやけること等の
理由から位置指示器の指示位置の正確な中心を検出する
ことはできなかった。しかしながら、本実施例のよう
に、光放射特性の異なる領域を交互に複数設けること
で、位置指示器から放射する光の強度分布に変化をつ
け、外来光の影響を受けずに光分布特性の変化を検出す
ることにより、位置指示器の位置を正確に検出できる。
以下、図８（ｃ）を用いて検出される位置指示器の中心
の方向の角度を求める方法を説明する。

【００４１】図８（ｃ）に、図８（ｂ）の遮光部２１と
再帰反射部２２が設けられている部分のｃ−ｃ線の断面
図とその付近の側面拡大図、及び遮光部２１と再帰反射
部２２からの光の強度分布を示す。まず、遮光部と再帰
反射部が設けられている部分の半径をｒとし、再帰反射
部のストライプのピッチ角をαとする。なお、図示の例
ではα＝π／６である。また、分布を示す図において、
中心付近の山の中心とその両側に隣接する山の中心まで
の距離をそれぞれａ，ｂとする。更に、図示の通り、位
置指示器の中心と受光部を結ぶ直線と、位置指示器の中
心と受光部に最も近い再帰反射部を結ぶ直線の成す角度
をθとする。即ち、中心付近の山の中心角度から実際の
位置指示器の中心角度までの角度をｒ・ｓｉｎθとす
る。これらのことから、以下の式が成立する。

【数１】 ここで、Ａ＝ｓｉｎα，Ｂ＝ｃｏｓαとすると、

【数２】

【数３】 となり、

【数４】 となる。ここで、ｃｏｓθ≠０とすると、

【数５】 となるので、

【数６】 から、ｔａｎθは、

【数７】 となるの。従って、θは、

【数８】 で表される。即ち、中心付近の光強度分布の山のうち、
各山間の距離が最も広い山を少なくとも３つ検出し、そ
れぞれの山間の距離ａ，ｂを上記数８に代入することで
θを算出できる。従って、θが分かれば、中心付近の山
からｒ・ｓｉｎθずれた点を算出することが可能とな
り、実際の位置指示器の受光部から見た中心の方向の角
度が求まるので、正確な指示位置座標を検知することが
できるようになる。仮に太陽光等の強い外来光が位置指
示器に近い角度から入射しても、位置指示器自身の遮光
効果により中心付近の光強度分布には影響を及ぼさない
ため、上記のストライプ構造としたときの光強度分布の
変化による中心位置検出方法による正確な座標検出が可
能となる。

【００４２】以上説明した中心位置検出方法は、説明の
明確化のために位置指示器が受光ユニットから十分遠方
にあって、位置指示器の各部からの光がほぼ平行とみな
せる場合を想定しているが、位置指示器が受光ユニット
の近くに置かれ、光が平行とみなせない場合は、若干の
誤差が生じてくる場合もある。なお、その場合でも、座
標検出領域を適切に設定すれば、前述の計算だけでも十
分な座標精度が得られる。

【００４３】なお、再帰反射部と遮光部を順次交互に複
数配置し、複数測定されるそれぞれの反射部からの反射
光強度分布の山間の距離から位置指示器の中心を求める
ようになしたが、各反射部からの光強度分布の夫々の山
の中心は、以下の方法で求めることができる。図９は、
再帰反射部からの光強度の角度分布と、１次元受光素子
アレイの各受光素子ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇの出力
レベルを示す図である。各受光素子ａ，ｂ，ｃ，ｄ，
ｅ，ｆ，ｇの受光レベルをそれぞれＶａ，Ｖｂ，Ｖｃ，
Ｖｄ，Ｖｅ，Ｖｆ，Ｖｇとし、各受光素子間のピッチを
ｐ、所定の基準信号レベルをＶｓとする。このとき、各
受光素子の測定位置の間の信号レベルを直線で補間し、
山の中心は受信信号が基準信号レベルを横切る位置の中
央であると仮定すると、その山の中心位置は、以下のよ
うに示される。なお、式中のｃ及びｆは、受光素子の端
から番号をつけた序数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇのう
ちの２つである。

【数９】 この式により、各光強度分布の山の中心を得ることがで
きる。

【００４４】ところで、一般の再帰反射材料の特性は理
想的ではないため、入射角度が浅くなると反射光が弱く
なるのが普通である。そのため、図８に示す光強度分布
を見ても分かるように、座標指示器の周辺部にいくに従
って反射光強度が小さくなっている。この影響により各
山間の間の距離を検出するにあたり、誤差が生ずる場合
があり中心位置計算に影響を与えることがある。そこ
で、それぞれの再帰反射部の形状を円柱状に形成するこ
とにより、必ず光源に対して垂直な面ができるようにし
た。

【００４５】図１０に、円柱状に形成した再帰反射部が
ストライプ状に配置される本発明の位置指示器の第３実
施例を示す。図１０（ａ）はその平面図であり、図１０
（ｂ）はその側面図であり、図１０（ｃ）は図１０
（ｂ）のｃ−ｃ線の断面図及び位置指示器からの光強度
分布を示す図である。図１０（ｃ）の断面図を見て分か
るように、本実施例のパック型位置指示器３０の側面に
設けられる再帰反射部３２は、円柱状に形成されてい
る。この円柱状に形成された再帰反射部３２を、位置指
示器の軸部が遮光部３１として機能するように所定の間
隔を置いて、位置指示器を囲むように円周上にストライ
プ状に配置する。このように構成することで、各再帰反
射部３２には、必ず光源に対して垂直な面ができるた
め、図１０（ｃ）に示す再帰反射光強度分布を見て分か
るように、位置指示器の周辺付近からの再帰反射光であ
っても、中心付近からの再帰反射光と同等の光反射強度
を得ることができるようになる。反射光強度の減衰特性
が一様になるので、各山の中心を求めるのも容易とな
り、上述の位置指示器の中心位置検出方法での計算誤差
も減らすことが可能である。仮に位置指示器に近い角度
からの強い外来光があり、位置指示器のエッジがぼやけ
たとしても位置指示器の中央付近からの反射光強度の山
は検出できるので外来光の影響は受けない。

【００４６】次に、図１１に光方式デジタイザに用いら
れる本発明の位置指示器の第４実施例を示す。本実施例
は、上述のパック型位置指示器の原理を縮小してペン型
の位置指示器に応用したものである。図１１（ａ）は、
その外観図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のｂ
−ｂ線の断面図である。図示の通り、ペン型位置指示器
４０の先端部分には、再帰反射部４２が設けられ、更に
ペン先端の軸を中心に放射状に張り出した遮光板４１が
設けられている。このように構成することで、ペン先端
の中心部分付近の再帰反射部材からの反射光のみが光学
ユニットで検出でき、ペン先端の両端部分は遮光板４１
により遮光されるので、外来光が位置指示器に近い角度
から入射してきても、指示位置座標が検出可能となる。
第１実施例のリング型位置指示器では、軸回転はあまり
考慮しなくてもよいが、ペン型位置指示器の場合、ペン
の長手方向の軸回転を考慮しなければならないため、単
に一枚の遮光板を設けただけではペンの回転により遮光
効果が望めなくなってしまう。しかしながら本実施例の
ようにペンの中心から放射状に張り出すように遮光板を
設けることで、ペンの軸回転に影響を受けずに外来光を
遮光できるようになる。なお、遮光板を放射状に設ける
と、遮光板の一部が、光放射部から受光部へ向かう光の
一部を遮るので、図７に示すような光反射部の光強度分
布特性とはならない場合もある。しかし、例えば、ペン
のような形状での光放射部全体が十分小さければ、ある
いは、遮光板は大きくても、光放射部だけを十分小さく
しておけば実用上は十分な精度で座標を検出することが
可能となる。なお、パック型の実施例は、中央部に窓を
設けるのにふさわしい構成であるとも言えるものであ
る。

【００４７】図１２に、本発明の位置指示器の第５実施
例を示す。図１２（ａ）は、その外観図であり、図１２
（ｂ）は、図１２（ａ）の長手方向のｂ−ｂ線の断面図
であり、図１２（ｃ）は、図１２（ａ）のｃ−ｃ線の断
面図である。上述の実施例は、再帰反射部を用いる間接
的な光放射方式の位置指示器であったが、図１２に示す
第５実施例は、ペン型位置指示器５０自身が光源５１を
有しており、直接的な光放射方式のペン型位置指示器で
ある。ペン型位置指示器５０は、その内部に、図１２
（ｂ）に示されるように、光源５１と、レンズ５２と、
遮光板５３と、ミラー５４を有する。光源５１から発せ
られた光は、ミラー５４により９０度の角度に反射され
光学ユニットに入射する。この場合の光学ユニットは、
１次元受光素子アレイとレンズとからなるものであり、
光源は有さない。また、図１２（ｃ）から分かるよう
に、遮光板５３は、ペンの軸を中心に放射状に張り出す
ように構成している。このように構成することで、ペン
先端の中心部分付近からの光のみが光学ユニットで検出
でき、ペン先端の両端部分は遮光板５３により遮光され
るので、外来光が位置指示器に近い角度から入射してき
ても図７に示すような光強度分布となるので指示位置座
標が検出可能となることは、上述した第４実施例と同様
である。

【００４８】なお、本発明の遮光部材付き位置指示器と
それを用いた光方式デジタイザは、上述の図示例にのみ
限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【００４９】例えば、第１実施例で示したリング型位置
指示器は、再帰反射部として板状のものを図示したが、
本発明はこれに限定されず、円柱状に形成した再帰反射
部を遮光板の中央部に配置する構成であっても構わな
い。勿論、光源を遮光板中央に設けて、間接的ではなく
直接的に発光させる構成であっても構わない。更に遮光
板を放射状に張り出す構成であっても構わない。

【００５０】更に、他の実施例においても、再帰反射部
を板状、又は円柱状にすることは勿論可能であり、ま
た、位置指示器を間接的に発光させるか、直接的に発光
させるか、或いは遮光板の形状等は種々変更可能であ
る。

【００５１】また、ペン型位置指示器の実施例において
も、パック型位置指示器の実施例で説明したのと同様
な、再帰反射部のストライプの間隔を変化させる手段を
設けることも勿論可能である。この場合、間隔の変化を
光学ユニットで検出することができるので、間隔に応じ
てペンの機能をあらかじめ設定しておけば、例えば入力
する線の色、太さ、ペンの種類等の附帯情報を情報処理
装置に伝達することが可能となる。夫々に機能を持たせ
た複数のペンを用意しておくことも勿論可能であるが、
位置指示器に間隔を変えるためのスイッチ等を設けてお
けば、１本の位置指示器で複数種類の入力も可能とな
る。

【００５２】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
周囲枠を設ける必要なく、外来光の影響を受けない位置
指示器と光方式デジタイザが実現可能となった。そのた
め、操作上邪魔になるような周囲枠がないので、使用し
やすい光方式デジタイザを提供できる。しかも、外来光
の影響は受けないので高精度な位置検出も可能となる。

【００５３】また、本発明によれば、周囲枠が要らなく
なったので、例えば二つの光学ユニットを一体形成し、
操作者が本発明による位置指示器を用いて光方式デジタ
イザを使用する場合は、使用する机に単に当該一体形成
した光学ユニットを置くだけで、その前面部分が位置検
出領域となるため、机が狭い場合などでも使用できるの
で使用における設置の自由度も広がった。更に、物理的
な検出領域板等がないので装置自体の小型化も可能であ
り、携帯も可能な光方式デジタイザを提供可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による光方式デジタイザの概略
平面図である。

【図２】図２は、本発明の間接放射方式のデジタイザの
光学ユニットの構成例を示す図である。

【図３】図３は、三角測量の原理により位置指示器の指
示位置座標を計算する方法を説明するために用いる図で
ある。

【図４】図４は、本発明による第１実施例のリング型位
置指示器を示す図であり、（ａ）がその斜視図を、
（ｂ）がその平面図を、（ｃ）がその反射特性及び遮光
特性をそれぞれ示す。

【図５】図５は、位置指示器に近い角度から入射する外
来光がある場合における遮光板の効果を示すための模式
図である。

【図６】図６は、遮光部及び再帰反射部が同一の大きさ
である場合における、各部での光強度の角度分布を示す
図である。

【図７】図７は、遮光部が再帰反射部よりも十分大きい
場合における、各部での光強度の角度分布を示す図であ
る。

【図８】図８は、本発明による第２実施例のパック型位
置指示器を示す図であり、（ａ）がその平面図を、
（ｂ）がその側面図を、（ｃ）が（ｂ）のｃ−ｃ線の断
面図及び反射光強度をそれぞれ示す。

【図９】図９は、再帰反射部からの光強度の角度分布
と、１次元受光素子アレイの各受光素子の出力レベルを
示す図であり、光強度分布の山の中心を求める方法を説
明するための図である。

【図１０】図１０は、本発明による第３実施例のパック
型位置指示器を示す図であり、（ａ）がその平面図を、
（ｂ）がその側面図を、（ｃ）が（ｂ）のｃ−ｃ線の断
面図及び反射光強度をそれぞれ示す。

【図１１】図１１は、本発明による第４実施例のペン型
位置指示器を示す図であり、（ａ）がその外観図を、
（ｂ）が（ａ）のｂ−ｂ線の断面図をそれぞれ示す。

【図１２】図１２は、本発明による第５実施例のペン型
位置指示器を示す図であり、（ａ）がその外観図を、
（ｂ）が（ａ）のｂ−ｂ線の断面図を、（ｃ）が（ａ）
のｃ−ｃ線の断面図をそれぞれ示す。

【図１３】図１３は、光学ユニットにおける受光素子に
ＰＳＤを用いた場合であって外来光が入射した場合の模
式図であり、ＰＳＤが受ける外来光の影響を説明するた
めの図である。

【図１４】図１４は、光学ユニットにおける受光素子に
受光素子アレイを用いた場合であって外来光が入射した
場合の模式図でり、外来光の影響を説明するための図で
ある。

【図１５】図１５は、位置指示器に近い角度から入射す
る外来光がある場合の模式図であり、遮光板がない場合
の外来光の影響を説明するための図である。

【図１６】図１６は、従来の周囲枠がある座標入力装置
の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 位置検出領域 ２ 光学ユニット ３，２０，３０，４０，５０ 位置指示器 ４ １次元受光素子アレイ ５，５１ 光源 ６ レンズ １０ リング部 １１，２１，３１，４１，５３ 遮光部 １２，２２，３２，４２ 再帰反射部 ５２ レンズ ５４ ミラー ６３ 窓部 ６４ クリックボタン

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 座標検出領域を有する光学式座標入力装
   置であって、該座標入力装置は、 前記座標検出領域内に導入され、直接的に又は間接的に
   光を放射する光放射手段を有する位置指示器と、 少なくとも２つ相互に間隔を置いて設けられ、前記光放
   射手段からの入射光の入射角を検出するために、レンズ
   系と複数の受光素子のアレイとからなる受光手段と、 前記各受光手段により検出された入射角に基づき三角測
   量の原理により前記位置指示器の座標位置を算出するた
   めの座標算出手段と、 前記位置指示器の光放射手段から放射される光と外部か
   ら進入する外来光とを判別するための判別手段と、 前記位置指示器に設けられ、外部から進入し前記位置指
   示器の近傍を通過して前記受光手段に入射する外来光を
   遮るための遮光手段と、 からなることを特徴とする座標入力装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の座標入力装置であって、
   前記位置指示器は操作者の指に嵌めるリング部を有し、
   前記遮光手段は前記リング部の直径方向に対して垂直方
   向の向きに設けられ、前記光放射手段は前記遮光手段の
   中央部に設けられることを特徴とする座標入力装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の座標入力装置であって、
   前記光放射手段は複数の光放射部からなり、前記遮光手
   段は複数の遮光部からなり、該光放射部と遮光部が交互
   に設けられ、前記受光手段が前記各光放射部からの光の
   入射角を検出し、前記座標算出手段は、それぞれの受光
   手段における、前記各光放射部からの光のそれぞれの入
   射角から、前記位置指示器の中心位置の存在方向の角度
   を算出する中心位置方向角度算出手段と、それぞれの前
   記受光手段から見た前記位置指示器の中心位置の存在方
   向の角度から、前記位置指示器の中心位置の位置座標を
   算出する中心座標算出手段とからなることを特徴とする
   座標入力装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３記載の座標入力装
   置であって、前記判別手段は、前記位置指示器の前記光
   放射手段を所定の間隔で点滅させる手段であることを特
   徴とする座標入力装置。
5. 【請求項５】 請求項１または請求項３記載の座標入力
   装置であって、前記位置指示器は、更に前記光放射手段
   の光放射特性を変化させるための手段を有し、前記座標
   演算手段が該変化を検知することを特徴とする座標入力
   装置。
6. 【請求項６】 請求項３記載の座標入力装置であって、
   前記遮光部は、前記位置指示器の軸中央から放射状に張
   り出した遮光板であることを特徴とする座標入力装置。
7. 【請求項７】 請求項２乃至請求項６記載の座標入力装
   置であって、前記受光手段の近傍に更に光源を有し、前
   記光放射手段は再帰反射部材からなり、前記光源から発
   せられた光が前記再帰反射部材で再帰反射し、前記受光
   手段に入射することを特徴とする座標入力装置。
8. 【請求項８】 請求項２乃至請求項６記載の座標入力装
   置であって、前記光放射手段は、位置指示器内に設けら
   れる発光素子からなり、該発光素子から発せられた光が
   前記受光手段に入射することを特徴とする座標入力装
   置。
9. 【請求項９】 請求項７記載の座標入力装置であって、
   前記再帰反射部材は円柱状に形成され、前記位置指示器
   の一部に設けられることを特徴とする座標入力装置。
10. 【請求項１０】 請求項７記載の座標入力装置であっ
    て、前記再帰反射部材は円柱状に形成され、前記位置指
    示器を囲むように円周上に等間隔に配置されることを特
    徴とする座標入力装置。