JP2001331264A - 光学式位置検出装置及び光学式位置検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高性能のＡ／Ｄコンバータ、マイクロプロセ
ッサ、メモリ等を必要とせず、且つ、消費電力も低いに
もかかわらず、高精度に位置指示器の指示位置を検出可
能である光学式位置検出装置及び方法を提供する。 【解決手段】 位置指示器の指示位置を検出する光学式
位置検出装置の光学ユニットは、複数の受光素子からな
る１次元受光素子アレイと、１次元受光素子アレイの複
数の受光素子のうち、特定の受光素子を任意に選択する
ための受光素子選択回路と、からなり、受光素子選択回
路は、位置指示器のおおよその指示位置を検出する場合
は、位置検出領域の全体を検出できる範囲で受光素子を
任意に選択し、位置指示器の正確な指示位置を検出する
場合は、指示位置に対応する受光素子の近傍の受光素子
のみを任意に選択する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光を用いて位置指
示器を２点から検出し、三角測量の原理で位置指示器の
指示位置を求める光学式位置検出装置に関し、特に、光
学ユニットの低消費電力化を図った光学式位置検出装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近来、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
置の座標を求める指示位置検出装置が提案されており、
このような光を用いた位置検出装置は一般的には光デジ
タイザと呼ばれている。この方式は、座標検出のための
平面状のセンサーが不要なので、原理的には光の膜を作
るだけで位置指示器の指示位置検出が可能である。その
ため、特に液晶等の表示装置と組合わせると、抵抗皮膜
方式の入力装置とは異なり、表示装置の表示性能に一切
の影響を与えないという特徴があり、インタラクティブ
な入力装置として脚光を浴びている。

【０００３】光学式位置検出装置における、位置指示器
の位置を検出するための光信号を得る手段として、大き
くは、位置指示器自体に発光ダイオード（ＬＥＤ）等の
発光素子を設ける方式と、光学ユニットにＬＥＤ等の発
光素子を設け、そこからの光を反射する再帰反射部材を
位置指示器に設ける方式と、位置検出面の周囲に再帰反
射部材を設け、通過する光の遮断された方向を検出する
方式の３通りがある。便宜上、本明細書中では、これら
の方式を夫々、発光方式、反射方式、遮断方式と呼ぶこ
とにする。

【０００４】図８を参照して、発光方式の光学式位置検
出装置を説明する。位置指示器２０は、その先端部分に
投光部としてＬＥＤ２１を有しており、ＬＥＤ２１から
の光は、位置検出面３１の周辺の２個所に配置された受
光部４０で受光される。受光部４０は、リニアイメージ
センサ４１と、それに光を結像させるための光学系４２
からなる。位置指示器２０が位置検出面３１に置かれる
と、ＬＥＤ２１からの光のイメージセンサ４１への入射
角が検出できる。この入射角を各々の受光部４０で検出
することで、三角測量の原理により位置指示器２０の指
示位置座標を算出することが可能となる。

【０００５】図９に、三角測量の原理により位置指示器
の位置座標を計算する方法を示す。受光部４０により位
置指示器２０を検出したときの角度α及びβを計測す
る。受光部４０，４０の間の距離をＬとすると、以下の
式（１），式（２）の関係が成り立つ。

【０００６】 Ｙ＝Ｘ・ｔａｎα ・・・（１） Ｙ＝（Ｌ−Ｘ）・ｔａｎβ ・・・（２） 但し、Ｘ，Ｙは位置指示器の指示位置座標を表す。

【０００７】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。

【０００８】 Ｘ＝（Ｌ・ｔａｎβ）／（ｔａｎα＋ｔａｎβ） ・・・（３）

【０００９】これら式（１）及び式（４）を用いること
で、角度α及びβが検出できれば位置検出面３１におけ
る位置指示器２０の位置座標（Ｘ，Ｙ）を算出すること
ができる。

【００１０】図１０を参照して、反射方式の光学式位置
検出装置を説明する。図中、図８と同一の符号を付した
部分は同一物を表わしている。位置指示器２０は、その
先端部分に再帰反射部材２２を有しており、また、受光
部４０は、投光部としてＬＥＤ４３を有している。位置
指示器２０が位置検出面３１に置かれると、ＬＥＤ４３
からの光が再帰反射部材２２へ入射し、そこで再帰反射
して受光部４０に戻ってくる。この戻ってきた光の入射
角を各々の受光部４０で検出することで、上述の発光方
式と同様に、三角測量の原理により位置指示器２０の指
示位置座標を算出することが可能となる。ここで、再帰
反射部材とは、そこに入射した光が入射した方向へまっ
すぐに戻ってくるような反射特性を有する部材をいう。
典型的な再帰反射部材は、小さな透明ビーズを多数埋め
込んだ再帰反射シートとして入手可能である。

【００１１】また、図１１を参照して、遮断方式の光学
式位置検出装置を説明する。図中、図８と同一の符号を
付した部分は同一物を表わしている。位置指示器２０
は、光を遮断する物であればよく、例えば指等である。
受光部４０は、上述の反射方式の場合と同様に、投光部
としてＬＥＤ４３と、リニアイメージセンサ４１と、光
学系４２とを有している。遮断方式の光学式位置検出装
置の場合、位置検出面３１の周辺３方に、再帰反射部材
２２が設けられているのが特徴である。位置検出面３１
に光を遮るものが何も置かれていない時には、受光部４
０のＬＥＤ４３から、位置検出面３１上を通過して再帰
反射部材２２に入射した光は、逆の光路を通って受光部
４０に戻ってくる。位置検出面３１に位置指示器２０が
置かれた時には、光の光路の一部が遮られて、受光部４
０に帰らなくなる。この影の受光部４０への入射角を各
々の受光部４０のイメージセンサ４１で検出すること
で、上述の発光方式と同様に、三角測量の原理により位
置指示器２０の指示位置座標を算出することが可能とな
る。

【００１２】このような位置検出装置では、イメージセ
ンサとして、通常、照射された光によって電荷を生ずる
フォトダイオードと、発生した電荷を次々に取り出して
転送する回路から成る１次元の電荷結合素子イメージセ
ンサ（１次元ＣＣＤイメージセンサ）を用いるが、位置
検出に高い分解能を必要とする場合には、ＣＣＤイメー
ジセンサの受光素子の数も多く必要になる。例えば、対
角が１５インチの位置検出面を有する光学式位置検出装
置においては、３，０００画素の受光素子が用いられて
いる。図１２は、一般的なＣＣＤイメージセンサの内部
構造を示すブロック図である。ＣＣＤイメージセンサ
は、光が当たるとその光量に応じて電荷が蓄積されるフ
ォトダイオードアレイ１０と、アナログシフトレジスタ
とも呼ばれる電荷結合素子（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ Ｃ
ｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）１１と、フォトダイオー
ドに貯まった電荷をＣＣＤ１１に移す為のゲート回路１
２とからなる。ＣＣＤ１１によって、シフトされたアナ
ログ量の電荷は最終段で、波形整形回路１３により、オ
フセット調整やリミット制限をなされた後に、出力アン
プ１４を介して外部に出力される。このように、一般的
なイメージセンサは、それ自体がＣＣＤとも呼ばれる通
り、受光素子のそれぞれの出力を順次出力する方式にな
っている。

【００１３】図１３に、従来の光学式位置検出装置の信
号処理部分を中心とした概略ブロック図を示す。２つの
光学系４２を介して各々のＣＣＤイメージセンサ４１で
検出されたアナログ光信号が、Ａ／Ｄコンバータ５０に
よりデジタル情報に変換され、マイクロプロセッサ５１
に渡され所定の演算処理により求めた角度情報から位置
指示器の指示位置を算出し、パーソナルコンピュータ等
の上位装置に指示位置情報を送出する。この際、大量の
情報の一時的な格納のためのメモリ５２が必要となる。

【００１４】また、反射方式や遮断方式の場合には、イ
メージセンサの近傍に投光部６０が設けられる。この投
光部は、複数の発光素子、例えばＬＥＤで構成される場
合がある。対角が１５インチの位置検出面を有する光学
式位置検出装置においては、投光部は例えば５つのＬＥ
Ｄで構成され、夫々のＬＥＤが位置検出面の全体の一部
を担当するように配置される。このような投光部の構造
は、本出願人による特願平１１−１６４１２３号公報に
開示されているものである。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来の光学式位置検出
装置において利用されているＣＣＤセンサは、標準的な
順次読出方式の素子であるため、毎回全ての受光素子か
らの信号を読み出す必要がある。例えば３，０００画素
のＣＣＤの場合、左右２つの３，０００画素のＣＣＤセ
ンサからの信号を、例えば毎秒１００回のスキャンレー
トで受け取るためには、少なくとも毎秒６０万回の変換
速度を有する高速なＡ／Ｄコンバータが必要となる。こ
のような高速Ａ／Ｄコンバータは、消費電力も高く、更
に高価な部品であり装置の価格を安価にするのにも障害
となっていた。

【００１６】また、このようにして生成されたデータを
処理するためのマイクロプロセッサは、少なくとも毎秒
６０万個発生するデータを処理できる能力を持ち、ま
た、それに必要な高速かつ大容量の記憶メモリも必要と
なる。このような、高速なマイクロプロセッサやメモリ
素子は、やはり高価な部品であり、且つ、消費電力も大
きい。更に、高速なプロセッサになればなるほど発熱も
多くなり、放熱のための物理的サイズも大きくなってし
まうことがあった。

【００１７】更に、反射方式と遮断方式のための投光部
に複数のＬＥＤを用いる場合は、例えば片側で５個のＬ
ＥＤを用いると、左右で合計１０個のＬＥＤを使用する
ことになり、その消費電力は、約５００ｍＷにもなって
いた。このように、高速な素子、多くのＬＥＤの同時点
灯等のために消費電力が高くなると、ＵＳＢ等、電力を
バス供給できるインタフェースをパーソナルコンピュー
タ等との接続に使用したとしても、外部電源が必要とな
るので使い勝手も良いものではなかった。

【００１８】本発明は、斯かる実情に鑑み、安価な部品
で構成され、且つ、消費電力も低いにもかかわらず、高
精度に位置指示器の指示位置を検出可能な光学式位置検
出装置及び光学式位置検出方法を提供しようとするもの
である。

【００１９】

【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、本発明による光学式位置検出装置は、
位置指示器を導入する位置検出領域と、前記位置検出領
域の周辺の少なくとも２個所に配置され、光を利用して
三角測量の原理により前記位置指示器の指示位置を検出
するための光学ユニットと、からなり、前記光学ユニッ
トは、複数の受光素子からなる１次元受光素子アレイ
と、前記１次元受光素子アレイの前記複数の受光素子の
うち、特定の受光素子を任意に選択するための受光素子
選択回路と、からなり、前記受光素子選択回路は、前記
位置検出領域の全体を粗く検出し前記位置指示器のおお
よその指示位置を検出する場合は、前記位置検出領域の
全体を検出できる範囲で前記受光素子を任意に選択し、
前記位置検出領域のうち、前記位置指示器の近傍のみを
細かく検出し前記位置指示器の正確な指示位置を検出す
る場合は、前記指示位置に対応する前記受光素子の近傍
の受光素子のみを任意に選択するものである。

【００２０】位置指示器は、投光手段を有し、前記光学
ユニットは、前記投光手段からの光の入射角を検出する
ことで三角測量の原理により前記位置指示器の指示位置
を検出する。

【００２１】また、位置指示器は、再帰反射部材を有
し、前記光学ユニットは、更に、投光手段を有し、前記
投光手段からの光が前記再帰反射部材に入射し再帰反射
して戻ってきた光の前記光学ユニットへの入射角を検出
することで三角測量の原理により前記位置指示器の指示
位置を検出してもよい。

【００２２】また、位置指示器は、遮断手段を有し、更
に、再帰反射部材が前記位置検出領域の周辺に配置さ
れ、前記光学ユニットは、更に、投光手段を有し、前記
投光手段からの光が前記再帰反射部材に入射し再帰反射
して戻ってきた光の中で、前記遮断手段により遮断され
た影の前記光学ユニットへの入射角を検出することで三
角測量の原理により前記位置指示器の指示位置を検出す
ることも可能である。

【００２３】投光手段は、投光領域の異なる複数の投光
素子と、前記複数の投光素子のうち、特定の投光素子を
１つ又は複数発光させるための投光素子選択回路と、か
らなり、前記投光素子選択回路は、前記位置検出領域の
全体を粗く検出し前記位置指示器のおおよその指示位置
を検出する場合は、前記位置検出領域の全体を検出でき
る範囲で前記投光素子を任意に選択し、前記位置検出領
域のうち、前記位置指示器の近傍のみを細かく検出し前
記位置指示器の正確な指示位置を検出する場合は、前記
指示位置に対応する前記投光素子を任意に１つ又は複数
発光させる。

【００２４】また、位置指示器の指示位置を検出する光
学式位置検出方法は、前記位置検出領域の全体を粗く検
出し、前記位置指示器のおおよその指示位置を検出する
概略位置検出過程と、検出された指示位置を概略指示位
置として記憶する位置記憶過程と、前記位置記憶過程で
記憶された概略指示位置に対応する受光素子の近傍の受
光素子のみを任意に複数選択する受光素子選択過程と、
前記受光素子選択過程において選択された複数の受光素
子を用いて、前記位置検出領域のうち、前記位置指示器
の近傍のみを細かく検出し、前記位置指示器の正確な指
示位置を検出する詳細位置検出過程とからなる。

【００２５】概略位置検出過程は、前記複数の受光素子
を所定数毎に間欠的に選択することで前記位置検出領域
の全体を粗く検出する。

【００２６】位置指示器は、投光手段を有し、前記光学
ユニットは、前記投光手段からの光の入射角を検出する
ことで三角測量の原理により前記位置指示器の指示位置
を検出する．

【００２７】また、位置指示器は、再帰反射部材を有
し、前記光学ユニットは、更に、投光手段を有し、前記
投光手段からの光が前記再帰反射部材に入射し再帰反射
して戻ってきた光の前記光学ユニットへの入射角を検出
することで三角測量の原理により前記位置指示器の指示
位置を検出してもよい。

【００２８】また、位置指示器は、遮断手段を有し、更
に、再帰反射部材が前記位置検出領域の周辺に配置さ
れ、前記光学ユニットは、更に、投光手段を有し、前記
投光手段からの光が前記再帰反射部材に入射し再帰反射
して戻ってきた光の中で、前記遮断手段により遮断され
た影の前記光学ユニットへの入射角を検出することで三
角測量の原理により前記位置指示器の指示位置を検出す
ることも可能である。

【００２９】投光手段は、投光領域の異なる複数の投光
素子からなり、前記概略位置検出過程は、更に、前記位
置検出領域の全体をカバーするように前記投光素子を発
光させる全体投光過程を含み、前記受光素子選択過程
は、更に、前記位置記憶過程で記憶された概略指示位置
に対応する投光素子を１つ又はその近傍の複数の投光素
子のみを選択する投光素子選択過程を含み、詳細位置検
出過程は、更に、前記投光素子選択過程により選択され
た前記投光素子を発光させる部分投光過程を含む。

【００３０】全体投光過程は、前記投光素子を所定数毎
に間欠的に発光させてもよい。

【００３１】上記手段によれば、高速なＡ／Ｄコンバー
タや高速なマイクロプロセッサ、高速かつ大容量のメモ
リ素子等がいずれも必要ではなくなった。従って、装置
自体も安価に製造可能となった。また、投光部において
も、受光素子の選択に対応して選択された発光素子のみ
を点灯するようになしたので、消費電力を減らすことが
できた。

【００３２】

【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は、本発明の発光方式の光学式
位置検出装置の信号処理部分を中心とした概略ブロック
図を示す。２つの光学系４２を介して各々の受光部２で
検出されたアナログ光信号が、Ａ／Ｄコンバータ３によ
りデジタル情報に変換され、マイクロプロセッサ４に渡
され所定の演算処理により求めた角度情報から位置指示
器の指示位置を算出し、パーソナルコンピュータ等の上
位装置に指示位置情報を送出する。また、情報の一時的
な格納のためのメモリ５がマイクロプロセッサ４に接続
されている。ここで、本発明の最も特徴とするところ
は、受光部２の構造にある。本発明の受光部は、ＣＣＤ
イメージセンサによる順次読み出し方式ではなく、複数
の受光素子アレイ８のうちの所定の受光素子からの出力
を任意に選択できる受光素子選択回路７を有する。受光
素子選択回路７は、マイクロプロセッサ４からの受光素
子選択信号により制御され、選択された受光素子の出力
が波形整形回路１３、出力アンプ１４を介してＡ／Ｄコ
ンバータ３に送られるように構成されている。具体的に
は、受光素子はフォトダイオードを用いることができ、
受光素子選択回路７はアナログマルチプレクサを用いる
ことができる。これにより、マイクロプロセッサ４の指
示によって、どの位置の受光素子でもランダムな順序で
任意に選択をすることができる。なお、受光素子はフォ
トダイオードに限らず、光電変換素子であれば種々使用
可能である。

【００３３】図２は、図１の本発明による信号処理部を
組み込んだ発光方式の光学式位置検出装置の概略図であ
る。図中、図８と同一の符号を付した部分は同一物を表
わしており、基本的な構成は図８に示す従来のものと同
様であるため説明は省略する。なお、この図では、説明
の簡略化の為の模式図であり、受光素子アレイ８の画素
数が少なく、寸法の大きな受光部が描かれているが、実
際は、画素数はもっと多く、寸法はもっと小さいことは
言うまでもない。この図から、受光素子アレイ８を構成
する受光素子は、特定の角度からの光しか入射しないた
め受光素子アレイ８のうち、位置指示器の位置に対応し
た特定の受光素子が選択可能なのが分かる。図３に、本
発明の発光方式の光学式位置検出装置の位置検出過程を
説明するためのフローチャートを示す。図示のように、
本発明による位置検出過程は、大きく分けて左側部分の
フローで示される全体スキャンによる概略位置検出モー
ドと、右側部分のフローで示される部分スキャンによる
詳細位置検出モードとからなる。まず、位置検出面３１
の左側の受光部２（左測定点）の受光素子アレイ８の全
ての受光素子の出力を読み込み、位置検出面３１の全体
スキャンを行う（ステップ３０１）。ここで、本発明に
よる受光素子アレイとして、例えば３，０００画素の受
光素子アレイを用いた場合、３,０００画素全ての出力
を順次読み込んでもよいが、後のＡ／Ｄコンバータ３で
の処理能力を考えると、間欠的に全体をスキャンできる
ように３，０００画素の受光素子アレイのうちの所望の
受光素子、例えば１０画素毎に受光素子を受光素子選択
回路７で任意に選択して出力することが望ましい。な
お、これは端から順番に低速度で読み出すことや、受光
素子アレイの左右から順番に読み出す等、種々のパター
ンが適応可能である。このようにして全体をスキャンし
て、位置指示器２０のおおよその位置が検出できるまで
繰り返す（ステップ３０２）。位置指示器２０が左側の
受光部２で検出されると、右側の受光部２（右測定点）
の受光素子アレイ８の全ての受光素子の出力を読み込む
（ステップ３０３）。この場合の全体スキャンも左測定
点での全体スキャンと同様に、間欠的にスキャンするこ
とが望ましい。そして、位置指示器２０が検出できるま
でスキャンを続ける（ステップ３０４）。位置指示器２
０が検出されると、左測定点から見た位置指示器２０の
存在する概略角度を求める（ステップ３０５）。なお、
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、位置指示器２０の投光部のＬＥＤ２１から
の光を検出した受光素子の場所から、位置指示器２０の
存在する角度を検出することが可能である。同様に、右
測定点から見た位置指示器２０の存在する角度を求める
（ステップ３０６）。これら左右の角度情報から、三角
測量の原理により位置指示器２０の概略指示位置を計算
する（ステップ３０７）。このように概略位置検出モー
ドにより位置指示器２０のおおよその指示位置が算出さ
れると、その概略指示位置が記憶される（ステップ３０
８）。

【００３４】そして、詳細位置検出モードでは、高分解
能で位置指示器２０の正確な指示位置を検出するため
に、左測定点の受光素子アレイ８のうち、ステップ３０
８で記憶された指示位置近傍の範囲の角度をカバーする
受光素子の近傍の受光素子を複数選択し、その出力を読
み込む（ステップ３１０）。ここで、指示位置近傍の範
囲の角度をカバーする受光素子の近傍の受光素子を選択
する場合は、高分解能で指示位置を検出したいので、間
欠的ではなく連続的にそのエリアをカバーする受光素子
を選択することが望ましい。そして、高分解能で位置指
示器２０を検出するが、ここで位置指示器が大きく移動
し、選択した受光素子では検出できなくなった場合は、
概略位置検出モードに戻る（ステップ３１１）。位置指
示器２０が検出されると、左測定点と同様に、右測定点
の受光素子アレイ８のうち、ステップ３０８で記憶され
た指示位置近傍の範囲の角度をカバーする受光素子の近
傍の受光素子を複数選択し、その出力を読み込む（ステ
ップ３１２）。ここでも位置指示器２０が検出できない
場合は、概略位置検出モードに戻り（ステップ３１
３）、位置検出器が検出された場合は、左測定点から見
た位置指示器２０の存在する正確な角度を求め（ステッ
プ３１４）、同様に、右測定点から見た位置指示器２０
の存在する正確な角度を求める（ステップ３１５）。そ
して、これら左右の正確な角度情報から、三角測量の原
理により位置指示器２０の正確な指示位置を計算する
（ステップ３１６）。このように詳細位置検出モードに
より位置指示器２０の正確な指示位置が算出されると、
その指示位置が記憶される（ステップ３１７）。そし
て、ステップ３１０に戻り、ステップ３１７で記憶され
た指示位置近傍の範囲の角度をカバーする受光素子の近
傍の受光素子を複数選択し、その出力を読み込む。この
ように、これらの詳細位置検出モードの各ステップを、
位置指示器２０が検出できなくなるまで繰り返し、検出
できなくなると概略位置検出モードに戻る動作を繰り返
す。

【００３５】次に、本発明による反射方式や遮断方式の
光学式位置検出装置について説明する。図４に、本発明
の反射方式又は遮断方式の光学式位置検出装置の信号処
理部分を中心とした概略ブロック図を示す。また、図５
に、図４の本発明による信号処理部を組み込んだ反射方
式の光学式位置検出装置の概略図を示す。これらの図
中、図１又は図２と同一の符号を付した部分は同一物を
表わしているので、説明は省略する。また、光学式位置
検出装置の概略図は、反射方式のみを示したが、図１１
に示した従来例のような遮断方式にも本発明は適応可能
である。しかし、検出過程等は反射方式と同様のため図
面を用いた説明は省略する。反射方式や遮断方式の場
合、受光部近傍に、投光部６が設けられる。図示例で
は、投光部６は複数のＬＥＤ４３を有しているが、これ
は１個であっても構わない。この場合は、上述の発光方
式の光学式位置検出装置の検出過程とほぼ同様のため説
明は省略する。ここでは、投光部が複数の発光素子を有
する場合について詳説する。図４に示すように、投光部
６は、複数の発光素子で構成されるＬＥＤ群４３を有
し、更に、このＬＥＤ群４３のうちの所定のＬＥＤを任
意に選択することができる投光素子選択回路９を有す
る。投光素子選択回路９は、マイクロプロセッサ４から
の投光素子選択信号により制御され、選択されたＬＥＤ
のみを発光させるように構成されている。なお、図５
は、説明の簡略化の為の模式図であり発光素子は５個し
かないが、実際はもっと小さな素子をこれより少なく又
は更に多く配置してもよい。そして、ＬＥＤ群４３と受
光部２は、図の紙面に対して垂直な方向にわずかに高さ
を違えて配置されているものとする。また、光学系４２
は、受光部２と同一平面内にあり、ＬＥＤ群４３のある
平面には含まれない。この図から、位置指示器２０の指
示位置に対応する特定のＬＥＤが選択可能であることが
分かる。なお、発光素子の配置には、これ以外に様々な
バリエーションがあることは言うまでもない。

【００３６】図６に、本発明の反射方式の光学式位置検
出装置の位置検出過程を説明するためのフローチャート
を示す。図中、図３のステップと同一の符号を付したも
のは同一のステップを表しているので、詳説は省略す
る。図６に示すように、概略位置検出モードでは、まず
左測定点のＬＥＤ群４３全てを一定時間点灯する（ステ
ップ４０１）。そしてステップ３０１からステップ３０
２を経て、左測定点から位置指示器２０が検出できれ
ば、右測定点のＬＥＤ群４３全てを一定時間点灯する
（ステップ４０２）。そして、ステップ３０３からステ
ップ３０７を経て、位置指示器２０の概略指示位置を算
出し、その角度情報を記憶する（ステップ３０８）。な
お、投光の光角度分布を均一にするために複数のＬＥＤ
を設けている場合は、均一性を犠牲にすれば、全ＬＥＤ
を発光させなくても位置検出領域全体をカバーすること
ができる場合もある。その場合は、全てのＬＥＤを発光
させる必要はなく、例えば、所定数毎に間欠的に発光さ
せればよい。

【００３７】そして、詳細位置検出モードでは、左測定
点のＬＥＤ群４３のうち、ステップ３０８で記憶された
指示位置近傍の範囲の角度をカバーするＬＥＤを投光素
子選択回路９で選択し、選択されたＬＥＤのみを一定時
間点灯する（ステップ４０３）。その後、ステップ３１
０からステップ３１１を経て、位置指示器２０が検出で
きれば、同様に、右測定点のＬＥＤ群４３のうち、ステ
ップ３０８で記憶された位置指示器の近傍の範囲の角度
をカバーするＬＥＤを投光素子選択回路９で選択して一
定時間点灯する（ステップ４０４）。そして、ステップ
３１２からステップ３１６を経て、位置指示器２０の正
確な指示位置を算出し、その角度情報を記憶する（ステ
ップ３１７）。そして、ステップ４０３に戻り、ステッ
プ３１７で記憶された指示位置近傍の範囲の角度をカバ
ーするＬＥＤを点灯する。このように、これらの詳細位
置検出モードの各ステップを、位置指示器２０が検出で
きなくなるまで繰り返し、検出できなくなると概略位置
検出モードに戻る動作を繰り返す。なお、選択するＬＥ
Ｄは、１個に限らず、カバーする角度の境目付近では２
個選択することもできる。更に、全体スキャン時では、
ＬＥＤ全てを点灯させてもよいが、位置検出面全体をス
キャンできるように、端から順番に１個ずつ点灯させて
いくこともでき、その他、種々のパターンが可能であ
る。

【００３８】図７に、受光部２からの出力信号波形を示
す。図７（ａ）が、概略位置検出モードによる出力波形
であり、図７（ｂ）が、詳細位置検出モードによる出力
波形である。図示の波形は、本発明による３,０００画
素の受光素子アレイを用いて発光方式又は反射方式の光
学式位置検出装置による位置指示器からの光を検出した
ときの例である。図７（ａ）の全体スキャン時の波形を
見て分かるように、一部に全体から比べて細いピークが
検出される。そして、正確な詳細位置検出モードでは、
図７（ｂ）に示すように、この細いピークの近傍の受光
素子を選択してそのピーク部の周辺だけをスキャンす
る。このように、位置指示器からの光の入射角度を詳細
に算出する場合、図７（ｂ）の部分の情報だけで十分で
ある。即ち、本発明では、図７（ａ）のような全体スキ
ャンを極力減らし、図７（ｂ）のような部分スキャンを
行うことで、処理するデータの量を大幅に削減しようと
するものである。

【００３９】なお、遮断方式の場合は、図７の波形とは
丁度逆の特性の波形が出力され、全体から比べてレベル
が下がった位置が位置指示器の指示位置に対応する部分
であり、これを元に遮断された影の受光部への入射角を
検出することで三角測量の原理により前記位置指示器の
指示位置を検出することが可能となる。

【００４０】なお、本発明の光学式位置検出装置及び光
学式位置検出方法は、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。例えば、全体ス
キャンを行う方法として、間欠的に受光素子を選択して
検出することを説明したが、本発明はこれに限定され
ず、例えば、Ａ／Ｄコンバータ、マイクロプロセッサの
処理能力の範囲内で検出速度を落として順次読み出して
いくことも可能であり、その他の種々の読出方法が適応
可能である。

【００４１】また、遮断方式の光学位置検出装置につい
て、本明細書中では周囲に再帰反射部材を配置する例の
みを開示したが、本発明はこれに限定されず、周辺に直
接光源を複数並べ、それが遮断された位置から位置指示
器の指示位置を検出する遮断方式に適応することも勿論
可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の光学式位
置検出装置及び光学式位置検出方法によれば、高性能の
Ａ／Ｄコンバータ、マイクロプロセッサ、メモリ等を必
要とせず、且つ、消費電力も低いにもかかわらず、高精
度に位置指示器の指示位置を検出可能であるという優れ
た効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の発光方式の光学式位置検出装
置の信号処理部分を中心とした概略ブロック図である。

【図２】図２は、図１の本発明による信号処理部を組み
込んだ発光方式の光学式位置検出装置の概略図である。

【図３】図３は、本発明の発光方式の光学式位置検出装
置の位置検出過程を説明するためのフローチャートであ
る。

【図４】図４は、本発明の反射方式又は遮断方式の光学
式位置検出装置の信号処理部分を中心とした概略ブロッ
ク図である。

【図５】図５は、図４の本発明による信号処理部を組み
込んだ反射方式の光学式位置検出装置の概略図である。

【図６】図６は、本発明の反射方式または遮断方式の光
学式位置検出装置の位置検出過程を説明するためのフロ
ーチャートである。

【図７】図７は、受光部からの出力信号波形を示し、
（ａ）が概略位置検出モードによる出力波形であり、
（ｂ）が詳細位置検出モードによる出力波形である。

【図８】図８は、従来の発光方式の光学式位置検出装置
の概略図である。

【図９】図９は、三角測量の原理により位置指示器の位
置座標を計算する方法を説明するための図である。

【図１０】図１０は、従来の反射方式の光学式位置検出
装置の概略図である。

【図１１】図１１は、従来の遮断方式の光学式位置検出
装置の概略図である。

【図１２】図１２は、一般的なＣＣＤイメージセンサの
内部構造を示すブロック図である。

【図１３】図１３は、従来の光学式位置検出装置の信号
処理部分を中心とした概略ブロック図である。

【符号の説明】

２ 受光部 ３ Ａ／Ｄコンバータ ４ マイクロプロセッサ ５ メモリ ６ 投光部 ７ 受光素子選択回路 ８ 受光素子アレイ ９ 投光素子選択回路 １０ フォトダイオードアレイ １２ ゲート回路 １３ 波形整形回路 １４ 出力アンプ ２０ 位置指示器 ２１ ＬＥＤ ２２ 再帰反射部材 ３１ 位置検出面 ４０ 光学ユニット ４１ リニアイメージセンサ ４２ 光学系 ４３ ＬＥＤ群 ５０ Ａ／Ｄコンバータ ５１ マイクロプロセッサ ５２ メモリ ６０ 投光部

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位置指示器の指示位置を検出する光学式
   位置検出装置であって、該装置は、 前記位置指示器を導入する位置検出領域と、 前記位置検出領域の周辺の少なくとも２個所に配置さ
   れ、光を利用して三角測量の原理により前記位置指示器
   の指示位置を検出するための光学ユニットと、からな
   り、 前記光学ユニットは、 複数の受光素子からなる１次元受光素子アレイと、 前記１次元受光素子アレイの前記複数の受光素子のう
   ち、特定の受光素子を任意に選択するための受光素子選
   択回路と、からなり、 前記受光素子選択回路は、前記位置検出領域の全体を粗
   く検出し前記位置指示器のおおよその指示位置を検出す
   る場合は、前記位置検出領域の全体を検出できる範囲で
   前記受光素子を任意に選択し、前記位置検出領域のう
   ち、前記位置指示器の近傍のみを細かく検出し前記位置
   指示器の正確な指示位置を検出する場合は、前記指示位
   置に対応する前記受光素子の近傍の受光素子のみを任意
   に選択することを特徴とする光学式位置検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光学式位置検出装置で
   あって、前記位置指示器は、投光手段を有し、前記光学
   ユニットは、前記投光手段からの光の入射角を検出する
   ことで三角測量の原理により前記位置指示器の指示位置
   を検出することを特徴とする光学式位置検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の光学式位置検出装置で
   あって、前記位置指示器は、再帰反射部材を有し、前記
   光学ユニットは、更に、投光手段を有し、前記投光手段
   からの光が前記再帰反射部材に入射し再帰反射して戻っ
   てきた光の前記光学ユニットへの入射角を検出すること
   で三角測量の原理により前記位置指示器の指示位置を検
   出することを特徴とする光学式位置検出装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の光学式位置検出装置で
   あって、前記位置指示器は、遮断手段を有し、更に、再
   帰反射部材が前記位置検出領域の周辺に配置され、前記
   光学ユニットは、更に、投光手段を有し、前記投光手段
   からの光が前記再帰反射部材に入射し再帰反射して戻っ
   てきた光の中で、前記遮断手段により遮断された影の前
   記光学ユニットへの入射角を検出することで三角測量の
   原理により前記位置指示器の指示位置を検出することを
   特徴とする光学式位置検出装置。
5. 【請求項５】 請求項３又は請求項４に記載の光学式位
   置検出装置であって、前記投光手段は、 投光領域の異なる複数の投光素子と、 前記複数の投光素子のうち、特定の投光素子を１つ又は
   複数発光させるための投光素子選択回路と、からなり、 前記投光素子選択回路は、前記位置検出領域の全体を粗
   く検出し前記位置指示器のおおよその指示位置を検出す
   る場合は、前記位置検出領域の全体を検出できる範囲で
   前記投光素子を任意に選択し、前記位置検出領域のう
   ち、前記位置指示器の近傍のみを細かく検出し前記位置
   指示器の正確な指示位置を検出する場合は、前記指示位
   置に対応する前記投光素子を任意に１つ又は複数発光さ
   せることを特徴とする光学式位置検出装置。
6. 【請求項６】 位置検出領域の周辺の少なくとも２個所
   に配置され、光を利用して三角測量の原理により位置指
   示器の指示位置を検出するための複数の受光素子からな
   る１次元受光素子アレイを有する光学ユニットを用い
   て、前記位置検出領域に導入される前記位置指示器の指
   示位置を検出する光学式位置検出方法であって、該方法
   は、 前記位置検出領域の全体を粗く検出し、前記位置指示器
   のおおよその指示位置を検出する概略位置検出過程と、 検出された指示位置を概略指示位置として記憶する位置
   記憶過程と、 前記位置記憶過程で記憶された概略指示位置に対応する
   受光素子の近傍の受光素子のみを任意に複数選択する受
   光素子選択過程と、 前記受光素子選択過程において選択された複数の受光素
   子を用いて、前記位置検出領域のうち、前記位置指示器
   の近傍のみを細かく検出し、前記位置指示器の正確な指
   示位置を検出する詳細位置検出過程と、 からなり、前記詳細位置検出過程で前記位置指示器の指
   示位置を検出できれば前記位置記憶過程に戻り、前記詳
   細位置検出過程で前記位置指示器の指示位置を検出でき
   なくなれば、前記概略位置検出過程に戻ることを特徴と
   する光学式位置検出方法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の光学式位置検出方法で
   あって、前記概略位置検出過程は、前記複数の受光素子
   を所定数毎に間欠的に選択することで前記位置検出領域
   の全体を粗く検出することを特徴とする光学式位置検出
   方法。
8. 【請求項８】 請求項６又は請求項７に記載の光学式位
   置検出方法であって、前記位置指示器は、投光手段を有
   し、前記光学ユニットは、前記投光手段からの光の入射
   角を検出することで三角測量の原理により前記位置指示
   器の指示位置を検出することを特徴とする光学式位置検
   出方法。
9. 【請求項９】 請求項６又は請求項７に記載の光学式位
   置検出方法であって、前記位置指示器は、再帰反射部材
   を有し、前記光学ユニットは、更に、投光手段を有し、
   前記投光手段からの光が前記再帰反射部材に入射し再帰
   反射して戻ってきた光の前記光学ユニットへの入射角を
   検出することで三角測量の原理により前記位置指示器の
   指示位置を検出することを特徴とする光学式位置検出方
   法。
10. 【請求項１０】 請求項６又は請求項７に記載の光学式
    位置検出方法であって、前記位置指示器は、遮断手段を
    有し、更に、再帰反射部材が前記位置検出領域の周辺に
    配置され、前記光学ユニットは、更に、投光手段を有
    し、前記投光手段からの光が前記再帰反射部材に入射し
    再帰反射して戻ってきた光の中で、前記遮断手段により
    遮断された影の前記光学ユニットへの入射角を検出する
    ことで三角測量の原理により前記位置指示器の指示位置
    を検出することを特徴とする光学式位置検出方法。
11. 【請求項１１】 請求項９又は請求項１０に記載の光学
    式位置検出方法であって、前記投光手段は、投光領域の
    異なる複数の投光素子からなり、 前記概略位置検出過程は、更に、前記位置検出領域の全
    体をカバーするように前記投光素子を発光させる全体投
    光過程を含み、 前記受光素子選択過程は、更に、前記位置記憶過程で記
    憶された概略指示位置に対応する投光素子を１つ又はそ
    の近傍の複数の投光素子のみを選択する投光素子選択過
    程を含み、 詳細位置検出過程は、更に、前記投光素子選択過程によ
    り選択された前記投光素子を発光させる部分投光過程を
    含む、 ことを特徴とする光学式位置検出方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の光学式位置検出方
    法であって、前記全体投光過程は、前記投光素子を所定
    数毎に間欠的に発光させることを特徴とする光学式位置
    検出方法。