JP2002073267A

JP2002073267A - 座標入力装置

Info

Publication number: JP2002073267A
Application number: JP2000264350A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Yoshimura; 雄一郎吉村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2002-03-12

Abstract

(57)【要約】【課題】指示具の発光素子を覆うキャップ状の透光性
部材の交換時期を逸することなく操作者に知らしめるこ
とのできる座標入力装置を提供する。【解決手段】座標入力装置は、指示具４に設けた発光
素子４１からの光を座標入力画面１０に照射して光スポ
ットを生成し、その光スポットを座標検出器で検出する
ことにより、その座標入力画面１０上の光スポットの位
置に対応した座標出力信号を生成する。指示具４の発光
素子４１を覆う脱着可能な透光性部材のキャップ４６を
設ける。このキャップ４６が座標入力時に座標入力画面
１０に接触することにより生ずる、そのキャップの摩耗
量が一定量以上になった状態を操作者に知らしめること
のできる凹部４７、空洞部、カラー層、導電層等をその
キャップ４６に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大型表示システム
に用いられる座標入力装置に関し、より詳しくは、大型
ディスプレイの画面に指示具によって直接座標を入力す
ることにより、外部接続されたコンピュータを制御した
り、文字や図形などを書き込むために用いられる座標入
力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の座標入力装置としては、
ＣＣＤエリアセンサやリニアセンサを用いて画面上の光
スポットを撮像し、重心座標あるいはパターンマッチン
グを用いるなどの画像処理を行って、座標値を演算して
出力するものや、ＰＳＤ（position sensitive devic
e）と呼ばれる位置検出素子（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
ラで撮像して座標を検出し、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】一方、特許第２５０３１８２号には、ＰＳ
Ｄを用いた装置について、その構成と出力座標の補正方
法が開示されている。

【０００５】上記のような従来の光学式座標入力装置の
指示具においては、発光部の発光素子、例えばＬＥＤ
（発光ダイオード）、半導体レーザ等の部品の周囲の構
造に関して格別に規定したものはなく、発光部品を発光
させ、他の部材を介せず、直接投射画面に投射し、或い
は、直に入力画面であるスクリーン表面に接触させて、
指示入力を行っていた。

【０００６】しかしながら、特に指示具をスクリーン表
面に接触させて座標入力を行う場合には、発光素子、例
えば、ＬＥＤの透明封止樹脂がスクリーンとの摩擦によ
り摩耗し、レンズ状に形状が変化するため、ＬＥＤから
の発光量の低下、発光分布の変化が生じ、これにより座
標検出精度の低下を招く等の不都合が生じていた。

【０００７】これに対して、従来、発光部の一部にフィ
ルターを設け、このフィルター介してスクリーン表面と
接触する構成のものも提案されたが、そのフィルター自
体も傷付き等が許されない光学部品であって発光部材と
しての発光素子の一部であり、そのフィルターの摩耗に
対する対策となる構成は開示されていない。また、その
摩耗が進行した場合には、ＬＥＤ或いは、フィルター等
の発光部材、更には、指示具全体の交換が必要であっ
た。

【０００８】一方、ＬＥＤ等の発光素子は工業汎用部材
であるが、摩耗低減のためにこの発光素子自体の透明封
止樹脂を改良するには、発光チップ部に対する耐食性等
も考慮した材料の改良等が必要であり、この改良等を行
った場合には汎用品を用いる場合に比べて高コストとな
る。

【０００９】また、指示具が摩耗し傷付いた状態でスク
リーンとの接触を繰り返せば、スクリーンに対する傷つ
きの原因となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】そこで、上記のような
従来技術の不具合を解消するため、本出願人は、上記指
示具に発光素子を覆うキャップ状の透光性部材を設け、
この透光性部材を座標入力時に上記座標入力画面に接触
する構成とすることにより、指示具の耐久性を向上し、
常に安定的な発光状態を維持し、高分解能で高性能が得
られるように図った座標入力装置を特願平１０−３４３
６７８号において提案した。また、本出願人は、上記キ
ャップ状の透光性部材が、脱着可能となる構成の指示具
を特願平１１−１５６６３５号で提案した。

【００１１】本出願人が提案した前者の上記指示具に発
光素子を覆うキャップ状の透光性部材を設ける構成、及
び、後者の上記キャップ状の透光性部材が脱着可能な構
成において、キャップ状の透光性部材がスクリーンとの
接触において摩耗した場合には、新しいキャップ状の透
光性部材と交換することができる。この交換する時期
は、その座標入力装置の座標検出器で必要とされる光量
等の特性により決定されるが、その交換時期を逸するこ
となく操作者に知らしめる必要がある。

【００１２】本発明は、上述の点に鑑みてなられたもの
で、その目的は、指示具の発光素子を覆うキャップ状の
透光性部材の交換時期を逸することなく操作者に知らし
めることのできる座標入力装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、指示具に具えた発光素子からの
光を座標入力画面の位置に照射して光スポットを生成
し、該光スポットを座標検出器で検出することにより、
前記座標入力画面上の光スポットの照射位置に対応した
座標出力信号を生成する座標入力装置において、前記指
示具に発光素子を覆う脱着可能なキャップ状の透光性部
材を設け、該透光性部材の先端部分は座標入力時に前記
座標入力画面に接触するものであり、前記透光性部材が
前記座標入力画面と接触することにより生ずる前記透光
性部材の摩耗量が一定量以上になった状態を操作者に知
らしめる摩耗報知手段を該透光性部材に形成したことを
特徴とする。

【００１４】ここで、前記摩耗報知手段は、前記透光性
部材の厚み方向に前記座標入力画面と接触する接触側か
ら一定の深さ位置に、該接触側と反対の側から凹部の底
がくる構造のものであって、前記透光性部材の摩耗量が
一定の深さ位置になって該凹部に達した場合に、貫通孔
が生じることを特徴とすることができる。

【００１５】また、前記凹部は前記接触側の反対の側に
向かってその孔径が広がるように形成されていることを
特徴とすることができる。

【００１６】また、前記摩耗報知手段は、前記透光性部
材の厚み方向に前記座標入力画面と接触する接触側から
一定の深さ位置に形成した空陵部であって、前記透光性
部材の摩耗量が一定の深さ位置になって該空陵部に達し
た場合に凹部が生じることを特徴とすることができる。

【００１７】また、前記摩耗報知手段は、前記透光性部
材を光学的特性の異なる複数の材質を厚み方向に組み合
わせて構成したもので、該光学的特性の異なる複数の材
質の境界面が該透光性部材の厚み方向に前記座標入力画
面と接触する接触側から一定の深さ位置に存在すること
を特徴とすることができる。

【００１８】また、前記摩耗報知手段は、前記透光性部
材を導電性の異なる複数の材質を厚み方向に組み合わせ
て構成したものであり、該導電性の異なる複数の材質の
境界面が該透光性部材の厚み方向に前記座標入力画面と
接触する接触側から一定の深さ位置に存在することを特
徴とすることができる。

【００１９】また、前記透光性部材の厚み方向に前記座
標入力画面と接触する前記接触側から一定の深さ位置
は、前記光スポットを座標検出器に検出するために必要
とされる光量を確保するために決定されることを特徴と
することができる。

【００２０】また、前記座標入力画面は適度な光拡散性
を持たせてあることを特徴とすることができる。

【００２１】また、前記座標入力画面に画像あるいは位
置情報等を表示する投射型表示器を有することを特徴と
することができる。

【００２２】また、前記投射型表示器は、表示信号源か
らの画像信号が入力される画像信号処理部と、該画像信
号処理部から出力された駆動信号により制御される液晶
パネルと、該液晶パネルを背面から照射するランプと、
該液晶パネルの透過光像を前記座標入力画面上に投影す
る投影レンズとを有することを特徴とすることができ
る。

【００２３】

【作用】本発明では、上記構成により、指示具の発光素
子を覆うキャップ状の透光性部材が座標入力画面と接触
することにより生ずる透光性部材の摩耗量が一定量以上
になった摩耗状態で、キャップの状態が明らかに変化す
るようにしたので、操作者はこのキャップ状態の変化を
視認することで、キャップ交換時期を容易に知ることで
きる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。

【００２５】（装置全体の概略構成）まず、図８を参照
して、本発明に係る光学式座標入力装置の全体の概略構
成について説明する。

【００２６】本光学式座標入力装置は、大別して、座標
入力面であるスクリーン１０に対して光スポットを形成
する指示具４と、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とを有し、図８にはそ
れらの構成と合わせて、スクリーン１０に画像或いは前
述の位置情報等を表示する投射型表示装置８が出力装置
として記載されている。

【００２７】指示具４には、図９に示すように、光ビー
ムを発射する半導体レーザ、或いはＬＥＤ等の発光素子
４１と、その発光を駆動制御する発光制御部４２、複数
の操作用スイッチ部４３（４３Ａ〜４３Ｄの代表を表わ
す）、電池等の電源部４４、さらに発光素子４１を覆う
透光性部材からなるキャップ４６が組込まれている。発
光制御部４２は、操作用スイッチ４３の操作状態に応じ
て、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。指示具４のキャップ４６に関しては、本発明の主要
箇所であるので、図１〜図４に基づいて後で詳しく説明
する。

【００２８】座標検出器１は、図８に示すように、座標
検出センサ部２と、このセンサ部２の制御および座標演
算などを行うコントローラ３と、制御信号検出センサ６
と、信号処理部７とを有し、座標検出センサ部２と制御
信号検出センサ６を用いて光スポット５のスクリーン１
０上の座標位置、及び指示具４の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
により外部接続装置（図示しない）にその検出した座標
位置情報と制御情報を通信する機能を有する。

【００２９】投射型表示装置８は、図８に示すように、
外部接続装置である光学式座標入力装置表示信号源（図
示しない）からの画像信号が入力される画像信号処理部
８１と、画像信号処理部８１から出力された駆動信号に
より制御される液晶パネル８２、液晶パネル８２を背面
から照射するランプ８３と、ランプ８３の反射ミラー８
４、ランプ８３の照射光を集光するコンデンサーレンズ
８５とからなる照明光学系と、液晶パネル８２の透過光
像をスクリーン１０上に投影する投影レンズ８６とから
構成され、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。

【００３０】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、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。

【００３１】光学式座標入力装置を以上の様に構成する
ことで、指示具４によりスクリーン１０上で文字情報や
線画情報を入力し、コンピュータのような外部接続装置
（図示しない）を介して、その情報を投射型表示装置８
で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、スイッチ部４３のボ
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
行えることができる。

【００３２】以下、光学式座標入力装置の本発明に係わ
る部分の詳細について具体的に説明する。

【００３３】（指示具の詳細）指示具４は、図９に示す
ように、光ビームを発射する半導体レーザからなる発光
素子４１と、その発光素子４１の発光を駆動制御する発
光制御部４２と、電源部４４と、本実施形態では４個の
操作用スイッチ４３Ａ〜４３Ｄとを具備する。操作用ス
イッチ４３Ｂはキャップ４６を兼用している。

【００３４】発光制御部４２は、４個の操作用スイッチ
４３Ａ〜４３Ｄの操作状態により、発光素子４１の発光
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。下記の表
１は、指示具４の動作モードを示すものであり、スイッ
チＡ〜Ｄは、図９のスイッチ４３Ａ〜４３Ｄに対応して
いる。なお、表１中、「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。また、本表中の丸印はスイッチＯＮ
状態、バツ印はスイッチＯＦＦ状態を表わす。

【００３５】

【表１】

【００３６】操作者は、指示具４を握ってその先端をス
クリーン１０に向ける。このとき、スイッチ４３Ａは親
指が自然に触れる位置に配置されており、このスイッチ
４３Ａを押すことによって発光素子４１から光ビーム４
５が発射される。この光ビーム４５により、スクリーン
１０上に光スポット５が生成され、この光スポット５を
座標検出センサ部２を介して検知し、コントローラ３に
よる所定の処理によって座標信号が出力され始めるが、
この状態ではペンダウン及びペンボタンの制御信号はＯ
ＦＦの状態である。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。

【００３７】また、人差し指及び中指が自然に触れる位
置に配置されたスイッチ４３Ｃ，４３Ｄを操作者が押す
ことによって、上記の表１に示すように、ペンダウン及
びペンボタンの制御信号が、発光信号４５に重畳された
信号となる。すなわち、スイッチ４３Ｃ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。また、スイッチ４３Ｄ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。これにより、操作者は、片手
でスクリーン１０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。

【００３８】また、指示具４の先端部には、キャップ
（４６）兼用のスイッチ４３Ｂが設けられていている。
このスイッチ４３Ｂはスクリーン１０に指示具４を押し
付けることによって動作するスイッチである。操作者
が、指示具４を握り、指示具の先端部をスクリーン１０
に押し付けることでペンダウン状態となるので、スイッ
チ４３Ｃによる余分なボタン操作を行うことなしに、自
然なペン入力操作を行うことができる。

【００３９】尚、スイッチ４３Ｂは、本発明において
は、スクリーン１０に接触する部分が、後述のキャップ
４６により構成されている。

【００４０】また、スイッチ４３Ａはペンボタンの役割
を持つ。すなわち、上記の表１に示すように、スイッチ
４３Ａを押して、スクリーン１０に指示具４を押し付け
れば、ペンダウンとペンボタンの両方の状態となり、ス
イッチ４３Ａを押さえずにスクリーン１０に指示具４を
押し付ければ発光を伴ったペンダウン状態となる。

【００４１】もちろん、スクリーン１０の画面に指示具
４を押し付けないで、スイッチ４３Ａを押せば、カーソ
ルのみを動かすこともできる。ただし、文字や図形の入
力は、スクリーン１０の画面から離れて行うより、直接
その画面に指示具４を触れた方が、実際上はるかに操作
性も、正確性も良い。

【００４２】本実施形態では、このように４個のスイッ
チ４３Ａ〜４３Ｄを用いてスクリーン１０の画面から離
れていても、また、スクリーン１０の画面の直前にいて
も、自然で快適な操作が可能であり、場合によって４個
のスイッチ４３Ａ〜４３Ｄを使い分けることができる。

【００４３】さらには、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廉価で長寿命のＬＥＤを発光素
子４１として用いることも可能である。

【００４４】指示具４は、以上のような構成であるが、
指示具４の先端部をスクリーン１０に直接接触するよう
に使用する場合に考慮すべきは、指示具４の先端部４６
とスクリーン１０との摩擦による摩耗等に係わる点であ
る。この点に関しては、キャップ４６に関する説明のと
ころで後述する。

【００４５】また、指示具４として、上記のように近接
用、遠隔用の２種類の操作ができる指示具を用いたり、
同時に２人以上で操作する、あるいは色や太さなど属性
の異なる複数の指示具を用いる場合のために、発光制御
部４２は、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。この送信されたＩＤ番号に対応し
て、描かれる線の太さや色などの属性を外部接続機器側
のソフトウェアなどで決定するようになっており、その
属性はスクリーン１０上のボタンやメニューなどで自由
に設定変更することができるようになっている。

【００４６】この属性変更の操作においては、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。また、これらの設定については、指示
具４の内部あるいは座標検出器１内にその設定状態を保
持するようにして、ＩＤ番号ではなく、その保持された
属性情報を外部接続機器へ送信するように構成すること
も可能である。

【００４７】また、指示具４への上記のような追加の操
作ボタンは、他の機能、例えば表示装置の点滅や信号源
の切換、録画装置などの操作などを行えるように機能設
定することも可能である。さらに、スイッチ４３Ａ，４
３Ｂのいずれか一方、または両方にストレンゲージやピ
エゾ素子などを用いた圧力検出部を設けることによって
筆圧検出を行い、この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。この筆圧データを制御信号と共に送信する場合に
は、スイッチへの押圧を２段階、あるいは以上に変化さ
せることで、押圧に応じた異なる操作を行うことが可能
となり、少数のスイッチで複雑な操作が実現できる。

【００４８】指示具４のスイッチ４３Ａまたはスイッチ
４３ＢがＯＮになると、発光素子４１の発光が開始され
る。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（ＬＥＡＤＥＲ）と、これに続くコード（メ
ーカーＩＤなど）とからなるヘッダ部（ＨＥＡＤＥＲ）
をまず出力し、その後、ペンＩＤや制御信号などからな
る送信データ列が、予め定義された順序と形式（フォー
マット）に従ってその情報を順次出力する（図１１のＬ
ＳＧ信号を参照）。

【００４９】なお、本実施形態では、図１１に示すよう
に、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、後述する様に座標検出
のためには平均光量が一定していること、またＰＬＬ
（位相ロックループ）の同調を行うにはクロック成分が
十分大きいこと、等が望ましく、送信すべきデータ量か
ら見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が同数で、か
つ、１あるいは０の連続数が３以下の１０８個のコード
に割り付ける方法で符号化している。このような符号化
方式をとることによって、平均電力が一定になり、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。

【００５０】また、前述したように、ペンダウンおよび
ペンボタンの制御信号は、２ビットであるがＩＤ（識別
子）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１１
等）、次の２ビットはこれらのパリティ、その後に、１
６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、あるい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
を使用して、データワードとの識別が容易で、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５
０ビット長の伝送信号となり、制御信号と１６ビットの
ＩＤまたは筆圧等のデータを送信していることになる。

【００５１】また、本実施形態では、第１の周波数６０
ｋＨｚ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。
さらに、１ブロックが５０ビットなので、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。したがって、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方式となっている。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。

【００５２】（指示具のキャップの詳細）本発明の指示
具４は、図１の（Ａ）に示すように、透光性部材からな
るキャップ４６で発光素子４１を覆う構成となってい
る。前述の図９では、キャップ４６が操作用スイッチ４
３Ｂの一部である構成を示したが、発光素子４１を覆う
構成となっていれば、必ずしもスイッチを構成している
必要はない。この場合のペンダウン機能等は指示具４の
他の部分に設けたスイッチにもたせればよい。

【００５３】キャップ４６は、指示具４の先端部をスク
リーン１０に直接接触するモードで座標入力する場合に
スクリーン１０に接触する部材であり、この構成により
ＬＥＤ等の発光素子４１が直にスクリーン１０に接触す
ることはない。また、キャップ４６は発光素子４１に対
して空間的に離して装着されているので、指示具４をス
クリーン１０へ直接押し付けることによる外力が発光素
子４１に加わることもない。従って、発光素子４１が、
スクリーン１０との摩擦により、摩耗したり、傷がつい
て発光状態に影響を与えることはない。

【００５４】このように発光素子４１とそれを覆うキャ
ップ４６との間に空間を持たせた構造とし、更に、キャ
ップ４６は指示具４のホルダー部に対して、ねじ込み構
造やばね構造等を利用して脱着可能な構成となってい
る。この脱着可能な構成の詳細に関しては、本出願人は
特願平１１−１５６６３５号で詳しく開示したが、本発
明に直接関わらないので、その説明は省略する。この脱
着可能な構成により、キャップ４６が摩耗等で座標検出
に不都合となった場合に、新しいキャップ４６と容易に
交換することができる。キャップ４６は、発光素子４１
からの光があまり減衰せずに透過してスクリーン１０へ
投射させるために、光を十分に透過する透光性があるこ
とが求められ、そのため、ＰＭＭＡ（メタクリル樹
脂）、ＡＳ（スチレン、アクリロニトリル共重合体）、
ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、エ
ポキシ樹脂等の透明樹脂材料を用いて成形する。もちろ
ん、透光性がある材料であれば、他の材料でもよいし、
着色していてもよい。

【００５５】また、本発明のキャップ４６は、図１の
（Ａ）および図１の（Ｂ）に示すように、キャップ４６
はスクリーン１０と接触する側と反対側で発光素子４１
側の内壁に、くぼみ形状の凹部４７を１個または複数個
（図１の（Ｂ）の例では４個）設ける。図１の（Ａ）が
キャップ４６の側面からのくぼみ形状の凹部４７の構造
を示し、図１の（Ｂ）がキャップ４６のみの正面からの
くぼみ形状の凹部４７の様子を示している。この凹部４
７の底は、キャップ４６の厚み方向にスクリーン１０と
の接触側から一定の深さ位置にくるように設定される。
この凹部４７を有する形状のキャップ４６は、従来の単
純な曲面を持つ単純な型に若干の修正を加えるだけで、
工業的にも容易に成形し、量産可能なものである。

【００５６】キャップ４６の摩耗が進行すると、キャッ
プ４６表面に細かい凹凸ができて荒れが生じ、座標入力
時のスクリーン１０との接触において引っ掛かり感が生
じ、操作性が悪くなるという弊害が生じる。同時に、キ
ャップ４６の厚みが薄くなると、接触押し圧に対して強
度が低下するので、キャップ４６はある一定厚以下の状
態で使用しないことが望ましい。また、キャップ４６の
表面の上記細かい凹凸等により発光素子４１からの光量
の透過率が低下し、座標検出器１での十分な光量の検出
に支障をきたす不具合が生じる。

【００５７】従って、上記の操作性、構造的要因、光学
的要因により、それらの実験結果を元に、摩耗によるキ
ャップ４６の厚みが減少する場合の限界厚みＬを求める
ことができる。キャップ４６がこの限界厚みＬに達した
場合に、キャップ４６を交換する必要がある。本発明に
おいては、上記キャップ４６において、凹部４７の底を
キャップ４６の厚み方向にスクリーン１０との接触側か
ら上記限界厚みＬになるように設定することにより、摩
耗の進行によりキャップ４６の厚みが限界厚みにまで減
少した場合、図２の（Ａ）および図２の（Ｂ）に示すよ
うに、キャップ４６に貫通孔が生じ、この表面状態の変
化で摩耗量がキャップ４６の交換レベルになった状態で
あることを操作者に知らしめることができ、操作者はこ
の目印をきっかけとしてキャップ４６を最適なタイミン
グで交換する。

【００５８】更に、摩耗した状態の図３で示す様に、上
記のキャップ４６の凹部４７はスクリーン１０と接触す
る側から発光素子４１側に行くに従い、その孔径が大き
くなる様なテーパーをもった形状としてもよい。この形
状とすることにより、この凹部４７の孔径の増加に従
い、摩耗の増大を操作者が知ることができ、限界厚みＬ
にある一定の範囲を設けることも可能となる。

【００５９】また更に、図４の（Ａ）にで示すように、
キャップ４６の上記限界厚みＬの位置に空陵部（空洞；
キャビティ）４８を設ける構成としてもよい。この構成
では、上記のような凹部４７を設けた構成と同様に、摩
耗が上記限界厚みＬに達した場合に、図４の（Ｂ）に示
すように、キャップ４６の表面に孔が生じ、操作者にキ
ャップ４６の交換を促すことができ、さらに、その孔が
貫通していないため強度的にも、またゴミの進入等にも
有利である。この空陵部４８を上記一定厚の位置に形成
するには、例えば、厚み方向に２層構造とし、一定厚位
置に気泡等を含む層を形成しても良い。

【００６０】キャップ４６に形成される上記の凹部４７
或いは空陵部４８は、この存在による光線の散乱等によ
る光学的な影響を十分考慮した位置、寸法、数で設ける
ことが望ましいのは言うまでもない。更には、摩耗によ
りキャップ状態の変化を視覚的に生ずるものであれば、
キャップに設ける形状は、上記凹部、空陵に限らず、他
の形状上の特徴を設けてもよい。例えば、螺旋状や環状
の溝部や空陵部、あるいは空陵部に置換えて空気に触れ
ると酸化して発色、あるいは変色する材質を散点状、あ
るいは層状に埋め込む等も適用可能である。

【００６１】（キャップの他の構成例）本発明のキャッ
プ４６の構成としては、他に、図１４の（Ａ）、（Ｂ）
で示すように、光学的特性の異なる材質を厚み方向に組
み合わせて構成してもよい。例えば、発光素子４１で赤
外発光ＬＥＤを用い、座標検出器１で赤外光に感度の中
心を持つセンサを用いてこの赤外光を検出して座標検出
を行う場合には、キャップ４６のスクリーン１０と接触
する側にその赤外光を検出に必要なだけ十分に良く透過
し且つ、可視光の透過性が低い、従って黒っぽく見える
光学特性の樹脂部材４６１を用い、発光素子４１側に上
記限界厚みＬ分だけ通常の可視・赤外共に透過性が高い
光学特性の樹脂部材４６２を用いる。この構成により、
キャップ４６の先端は摩耗により上記の限界厚みＬに達
するまでは黒っぽく見え、摩耗が進んで上記の限界厚み
Ｌに達すると、その達した領域が、透過性が高い樹脂部
材４６２の部分が外部に露出するので、図６の（Ａ）、
（Ｂ）に示すように、透明になり、この色の変化によっ
て摩耗量がキャップ４６の交換レベルになった状態であ
ることを操作者に知らしめることができる。

【００６２】もちろん、赤外光を検出に必要なだけ十分
に良く透過する材質であれば、上記の黒色系以外の材質
を樹脂部材４６１として用いてもよく、更に、同様の光
学特性であるなら、樹脂部材４６１に複数の可視光透
過、吸収特性をもつ部材を組み合わせ積層して用い、こ
れにより摩耗の進行に応じて複数段階に色が変化する構
成としてもよい。

【００６３】また、赤外光の場合のみならず、発光素子
４１で可視光ＬＥＤ（例えば、青色ＬＥＤ）を用い、座
標検出器１でその可視光に感度の中心を持つセンサを用
いてこの可視光を検出して座標検出を行う場合も含め
て、複数の光透過、吸収特性をもつ部材を組み合わせ、
摩耗の進行に応じて複数段階に透過光の波長分布が変化
する構成とし、この波長分布の変化を座標検出器１で検
知し、この検知を基に操作者にキャップ４６の交換を促
す警告メッセージをスクリーン１０上に表示する、ある
いは警告信号を指示具４に送信して、指示具４でキャッ
プ４６の交換を促すブザー音を発生したり、警告灯を点
滅するように構成してもよい。

【００６４】本発明のキャップ４６の構成としては、他
に、図７の（Ａ）に示すように、導電性の異なる複数の
材質を厚み方向に組み合わせてキャップ４６を構成して
もよい。図７の（Ａ）がキャップ４６の摩耗前、図７の
（Ｂ）がキャップ４６の摩耗後を示す。キャップ４６
は、導電性が低い透明樹脂材料と同等の材料からなる樹
脂部材４６３と、この樹脂部材４６３の内部中央部の上
記の限界厚みＬの位置に設けられた透光性導電部材４６
４とからなる積層構造（サンドウイッチ構造）となって
いる。

【００６５】この限界厚みＬの位置に設けられた透光性
導電部材４６４は、指示具４内の電気回路（図示しな
い）に接続され、一定量の低電流が常時、または一定の
時間間隔で流れている。同時に、スクリーン１０の表面
には透光性導電部材１０１が設けられており、これが検
出回路（図示しない）に接続されている。

【００６６】そして、図７の（Ｂ）に示すように、上記
の限界厚みＬまでキャップ４６の摩耗が進行した場合に
は、透光性導電部材４６４が外部に露出し、透光性導電
部材４６４と透光性導電部材１０１とが導通するので、
スクリーン１０側で指示具４からの低電流を検知し、上
述と同様な警告部（図示しない）により、操作者にキャ
ップ４６の交換を促すことができる。

【００６７】更には、樹脂部材４６３中の透光性導電部
材４６４を線状のある一定のパターンとし、通常はこの
透光性導電部材４６４に一定量の低電流を流しておき、
摩耗の進行によりこの透光性導電部材４６４の線状のパ
ターンが切れたことを電気的に検知し、それに接続され
た指示具４内の警告部により、操作者にキャップ４６の
交換を促してもよい。

【００６８】（座標検出器の詳細）図１０は、図８の座
標検出器１の内部構成を示す。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２０Ｘ，２０Ｙとが設けられており、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
光をそれぞれ受光する。

【００６９】（座標検出器の集光光学系の動作）受光素
子６は、集光光学系としての集光レンズ６ａ（図８を参
照）が装着されており、集光レンズ６ａを介してスクリ
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。この検知出力は、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。

【００７０】図１１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。先に述べたようなビッ
ト列からなるデータ信号は、受光素子６で光出力信号Ｌ
ＳＧとして検出され、周波数検波部７１で検波される。
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、
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。この
検波方法は広く実用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。

【００７１】本実施形態では、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
よりも高い帯域である６０ｋＨｚを用い、他のリモート
コントローラと同時に使用しても誤動作することの無い
ように図ったが、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（識別子）など
で識別することによって誤動作を防止する。

【００７２】さて、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。

【００７３】また、上記の変調信号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３
１によって検出され、この検出信号によってリニアセン
サ２０Ｘ，２０Ｙを制御することになる。すなわち、セ
ンサ制御部３１では、図１１に示したヘッダ部（ＨＥＡ
ＤＥＲ）のタイミングでリセットし、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。

【００７４】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ＲＣＬ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。

【００７５】一方、制御信号検出部７２はヘッダ部（Ｈ
ＥＡＤＥＲ）を検出し、この検出により他の機器やノイ
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、この確認信号により両リニ
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。

【００７６】図１２は、光出力信号ＬＳＧが無くなり、
一連動作の終了時におけるタイミングチャートを示す。
光出力信号ＬＳＧから検波された変調信号ＣＭＤがロー
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がローレベルになり、さらに、センサ動作有効
を示す信号ＣＯＮもローレベルとなり、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。

【００７７】（座標検出器の結像光学系の動作）図１３
に、座標検出器１の２つのリニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙ
の配置関係を示す。結像光学系としての円筒レンズ９０
Ｘ，９０Ｙによって光スポット５の像が各センサの感光
部２１Ｘ，２１Ｙに線状９１Ｘ，９１Ｙに結像する。こ
れら２つのセンサ２０Ｘ，２０Ｙを正確に直角に配置す
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、上記のセンサ制御部３１
によって駆動制御されて、センサ２０Ｘ，２０Ｙの出力
信号がセンサ制御部３１に接続されたＡＤ（アナログデ
ジタル）変換部３１Ａによってデジタル信号に変換さ
れ、デジタル信号として座標演算部３２に送られる。座
標演算部３２はそのデジタル信号を元に出力座標値を計
算し、その計算結果を制御信号検出部７２からの制御信
号などのデータと共に通信制御部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。

【００７８】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）を行わせる時には、通信制御
部３３の方からセンサ制御部３１、座標演算部３２へモ
ード切換え信号が送られる。

【００７９】本実施形態では、光スポット５の像が各セ
ンサ２０Ｘ，２０Ｙの感光部２１Ｘ，２１Ｙの画素の数
倍の像幅となるように、円筒レンズ９０Ｘ，９０Ｙの焦
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Ｌ
ＥＤ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度の画角全面にわたって１５μｍ以下の像
幅となり、このような状態では画素間分割演算結果が階
段状に歪んでしまうことがわかった。そこで、像幅が３
０から６０μｍ程度となるように、レンズ９０Ｘ，９０
Ｙ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。画素数の少ないＣＣＤと、適度にボケた光学系を
用いることが、本発明のポイントの一つであり、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。

【００８０】アレイ状に配置されたＸ座標検出用リニア
センサ２０Ｘと，Ｙ座標検出用リニアセンサ２０Ｙは同
一の構成のものであり、その１つの内部構成を図１４に
示す。

【００８１】図１４に示すように、受光部であるセンサ
アレイ２１は複数Ｎ（正の整数）個の画素（本実施例で
は６４画素）からなり、その受光量に応じた電荷が積分
部２２に貯えられる。積分部２２は、Ｎ個からなり、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個からなり、指示具４の発光タイミングに同期
した信号ＬＣＫのＨ（ハイレベル）とＬ（ローレベル）
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の各々別々に蓄積部２３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個から
なるリニアＣＣＤ（電荷結合素子）部２５に転送され
る。

【００８２】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互い
に隣接して並んた状態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Ｃ
ＣＤ部２６は、信号ＲＣＬ（図１１参照）によってＣＬ
Ｒ部２７で空にされた後、リニアＣＣＤ部２５からの電
荷を順次蓄積していく。

【００８３】このようにしてリングＣＣＤ部２６に蓄積
された電荷は、増幅器（アンプ）２９によって読み出さ
れる。この増幅器２９は、非破壊で蓄積電荷量に比例し
た電圧を出力するものであり、実際には、隣接した電荷
量の差分、すなわち、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。

【００８４】この時に得られるリニアセンサ２０Ｘ，２
０Ｙの出力波形の一例を図１５に示す。図中、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、すなわち、外
乱光のみの波形である。（図１４に示すように、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）。増幅器２９は、その隣
接する電荷量の差分値（Ｂ−Ａの波形）を非破壊増幅し
て出力することになるが、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。

【００８５】また、図１５に示すＢ−Ａの波形の最大値
をＰＥＡＫ（ピーク）値と定義すると、光に対してセン
サが機能する蓄積時間を増大させれば、その時間に応じ
てＰＥＡＫ値は増大する。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（正の整数）を定義すれば、蓄積回数ｎを増
大させることでＰＥＡＫ値は増大し、このＰＥＡＫ値が
所定の大きさＴＨ１に達したことを検出することで、常
に一定した品位の出力波形を得ることができる。

【００８６】一方、外乱光が非常に強い場合、差分波形
Ｂ−Ａのピークが十分な大きさになる前に、リングＣＣ
Ｄ部２６の転送電荷が飽和してしまう恐れがある。この
ような場合を考慮して、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。スキム部
２８は、非点灯信号のレベルを監視し、図１６におい
て、ｎ回目のＡｎで信号レベルが所定の閾値（図中、一
点鎖線）を超えている場合、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に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
作を継続することによって、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。

【００８７】図１７のフローチャートは、上記リニアセ
ンサ２０Ｘ，２０Ｙのセンサ制御の一連の動作の流れを
示す。

【００８８】図１０のセンサ制御部３１は、まず、ステ
ップＳ１０１においてセンサ制御動作を開始し、ステッ
プＳ１０２において図１１、図１２の信号ＣＯＮを監視
する。そして、信号ＣＯＮがハイレベルになると、ステ
ップＳ１０３で蓄積回数ｎを０にリセットし、ステップ
Ｓ１０４でセンサ出力のＰＥＡＫ値（ピークレベル）が
所定の大きさＴＨ１よりも大きいか否かを判定する。

【００８９】センサ出力のＰＥＡＫ値がＴＨ１よりも小
さい場合は、ステップＳ１０５で蓄積回数ｎが第１の所
定回数ｎ０を超えているか否かを判定する。超えていな
ければ、ステップＳ１０６に移り、蓄積回数ｎを１イン
クリメントして、ステップＳ１０４に戻る。

【００９０】そして、ＰＥＡＫ値がＴＨ１よりも大きく
なるか、ｎがｎ０を超えると、ステップＳ１０７に進
み、図１２の積分停止信号ＲＯＮをハイレベル（Ｈ）に
して、本積分動作が停止される。続いて、図１０の座標
演算部３２による座標値演算の処理が開始される。

【００９１】センサ制御部３１は、その後、ステップＳ
１０８とステップＳ１０９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へ進
み、積分停止信号ＲＯＮをローレベルにして、同時に、
信号ＬＣＫの周期の数倍（図１２では２倍）の間、セン
サリセット信号ＲＣＬをハイレベルにして、ステップＳ
１１２に進み、信号ＣＯＮがハイレベルである間は上記
のステップ１０３に戻って、上述の動作を繰り返し、上
記の所定回数ｎ１で決まる周期ごとに座標値演算が行わ
れる。

【００９２】また、ごみなどの影響で、信号ＣＯＮがド
ロップしても、１回のみ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がローレベルであれば、ステップＳ１
０２からステップＳ１１３に進み、フラグｐｏｎ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Ｓ１０２に戻る。

【００９３】このドロップアウト対策部分は、１周期で
なくもっと長くすることも可能であり、外乱が少なけれ
ば、逆に無くしてしまって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
様の動作を行える。

【００９４】また、座標検出器１に到達する指示具４の
光は、指示具４に内蔵された図９の電源（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、
スクリーン１０の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２０Ｘ，２０Ｙ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、本発
明では、このような場合であっても、図１７で上述した
のように、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
能となる優れた効果が得られる。

【００９５】また、指示具４のレーザポインタのビーム
があまり散乱されずに、センサ２０Ｘ，２０Ｙに入射し
た場合には、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、図１７で上述したのように、安定
した座標検出ができることは明らかである。

【００９６】また、指示具４として、画面に直接接触さ
せて使用するＬＥＤ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には、ＬＥＤはより大きな光量のも
のが使用可能であるので、図１７に示す積分回数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、ペンの場合にはサンプリングを高速に、ポイ
ンタの場合に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。

【００９７】以上述べてきたように、本実施形態では、
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。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
容易に操作することが可能となるという優れた利点も得
られる。また、積分部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して積分動作を停止さ
せる積分制御部を設けているので、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。

【００９８】（座標値演算の詳細）次に、図１０の座標
演算部３２における座標演算処理について説明する。

【００９９】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（増幅器２９からの差
分信号）は、センサ制御部３１に設けられたＡＤ変換部
３１Ａでデジタル信号として座標演算部３２に送られ、
座標値が計算される。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、センサ上の座標
値（Ｘ１，Ｙ１）が求められる。なお、演算処理は、
Ｘ，Ｙ同様であるので、Ｘのみについて説明する。

【０１００】図１８は、座標演算部３２における座標演
算の処理の流れを示す。まず、ステップＳ２０１で処理
を開始し、ステップＳ２０２では、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
実施例の場合画素数ｎ＝６４）が読み込まれ、バッファ
メモリ（図示しない）に貯えられる。

【０１０１】次に、ステップＳ２０３では、その差分デ
ータＤｘをあらかじめ設定しておいた閾値Ｖと比較し、
閾値以上のデータ値Ｅｘ（ｎ）を導出する。このデータ
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。本実施形態では、重心法により出力
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、利
用できる計算の方法は複数あることは言うまでもない。

【０１０２】次に、ステップＳ２０５で、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、あらかじ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基準点設定モードの場合
は、ステップ２０８、ステップ２０９を介してステップ
２１０に進む。

【０１０３】ここで、上記と同様に、Ｘ方向のみについ
て説明するが、スクリーン１０上のＸ座標、Ｙ座標が既
知の点（α１，β１）、及び点（α２，β２）で、指示
具４を位置せしめ、上述のステップ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Ｓ２１０でメモリ（図示
しない）に記憶する。

【０１０４】通常の座標算出時には、その記憶された座
標値α₁，α₂を用いて、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。続くステ
ップＳ２０７では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。

【０１０５】座標演算部３４から、この確定した座標値
をそのままリアルタイムで出力することも可能である
し、目的に応じてデータを間引く（例えば、確定座標１
０個毎で１個のデータのみ出力）、あるいはデータの平
均値をとる等も可能であることは言うまでもないが、以
下の仕様等を想定する場合には、このデータの平均値を
とることは重要である。

【０１０６】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。ポインタとして使う場合に
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、
ペンのように使う場合には、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。

【０１０７】そこで、本実施形態では、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容易に判定可能なの
で、これにより、ポインタとして、或いはペンとして使
っているかどうかを判定できる。もし、ポインタであれ
ば、例えば前回及び前々回の出力座標値（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、ぶれ
のない少ない操作性の良い構成となる。本実施形態で
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方式が使用
可能である。要は、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、制御信号により可能であるため、それぞれ使い
勝手のよい状態を実現可能であり、この点でも本発明の
効果は大きい。

【０１０８】なお、これらの演算処理は、前述のように
座標サンプリング周波数が１００Ｈｚの場合には１０ｍ
ｓｅｃの間に終了すればよく、原データは６４画素×２
（ｘおよびｙ）×ＡＤ変換部の８ビットと非常に少ない
上、収束演算も必要ないので、低速の８ビット１チップ
マイクロプロセッサーで十分処理が可能である。このよ
うなことは、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（大
規模集積回路）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。

【０１０９】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
信号とが入力される。そして、これらデータ信号および
制御信号は、ともに所定の形式の通信信号に変換され、
外部の表示制御装置（図示しない）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かできる。前述
したように、６４画素のセンサを使った場合でも、１０
００超の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。

【０１１０】また、センサ２０Ｘ，２０Ｙを、エリアセ
ンサとして構成する場合には、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、本実施形態のように、リニアセンサとして構成する
場合には、Ｘ座標，Ｙ座標各々２倍の画素数にするだけ
で済む。従って、画素数を増やしてさらに高分解能にす
ることも容易にできる。

【０１１１】（他の実施の形態）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、１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。

【０１１２】また、本発明の目的は、前述した実施の形
態の機能を実現するソフトウエアのプログラムコードを
記録した記録媒体（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）が記録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
成されることは言うまでもない。

【０１１３】この場合、記録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の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録した記録媒
体は本発明を構成することになる。

【０１１４】そのプログラムコードを記録し、またテー
ブル等の変数データを記録する記録媒体としては、例え
ばフロッピディスク（ＦＤ）、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（ＩＣメモリカー
ド）、ＲＯＭなどを用いことができる。

【０１１５】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、前述の実施の形態の機
能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指
示に基づいて、コンピュータ上で稼動している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
は全部を行ない、その処理によって前述した実施の形態
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。

【０１１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
指示具に具えた発光素子からの光を座標入力画面の位置
に照射して光スポットを生成し、その光スポットを座標
検出器で検出することにより、その座標入力画面上の光
スポットの位置に対応した座標出力信号を生成する座標
入力装置の指示具に、発光素子を覆う脱着可能な透光性
部材のキャップを設け、この透光性部材のキャップが座
標入力時に座標入力画面に接触することにより生ずる、
その透光性部材のキャップの摩耗量が一定量以上になっ
た状態を操作者に知らしめることのできる凹部、空洞
部、カラー層、導電層等の構成要素をその透光性部材の
キャップに設けるようにしたので、キャップの摩耗状態
によりキャップの状態が視覚的に、あるいは電気的に明
らかに変化し、操作者にこのキャップ交換時期を知らし
めることができる。

【０１１７】これにより、本発明によれば、キャップの
交換時期が一定の基準の下に明確になり、キャップの交
換時期を逸することなく、最適なタイミングでキャップ
を交換することができる。従って、摩耗による弊害、つ
まり、スクリーンとの接触における指示具の引っ掛かり
感による操作性の悪化、キャップ厚が薄くなり強度低下
状態でのキャップの使用、指示具からの発光量の低下、
等の不都合を未然に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の一実施形態における指示具の
キャップの構造を示す縦断面図、（Ｂ）はそのキャップ部分の正面図である。

【図２】（Ａ）は図１のキャップが一定量以上摩耗した
ときの状態を示す縦断面図、（Ｂ）はそのときのキャッ
プ部分の正面図である。

【図３】図２の摩耗したときのキャップ部分を拡大して
示す縦断面図である。

【図４】（Ａ）は本発明の一の実施形態の変形例におけ
る指示具のキャップの構造を示す縦断面図、（Ｂ）はそ
のキャップが一定量以上摩耗したときの状態を示す縦断
面図である。

【図５】（Ａ）は本発明の他の一実施形態における指示
具のキャップの構造を示す縦断面図、（Ｂ）はそのキャ
ップ部分の正面図である。

【図６】（Ａ）は図５のキャップが一定量以上摩耗した
ときの状態を示す縦断面図、（Ｂ）はそのときのキャッ
プ部分の正面図である。

【図７】（Ａ）は本発明の更に他の実施形態における指
示具のキャップの構造を示す縦断面図、（Ｂ）はそのキ
ャップが一定量以上摩耗したときの状態を示す縦断面図
である。

【図８】本発明の実施形態における座標入力装置の全体
の構成を示す概略模式図である。

【図９】図８の指示具４の概略内部構成を示す断面図で
ある。

【図１０】図８の座標検出器１の概略構成を示すブロッ
ク図である。

【図１１】図９の指示具４の受光素子４１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のタイミン
グチャートである。

【図１２】図９の指示具４の受光素子４１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のタイミング
チャートである。

【図１３】図１０の座標検出器１のリニアセンサ２０
Ｘ，２０Ｙの配置関係を示す斜視図である。

【図１４】図１０の座標検出器１のリニアセンサ２０
Ｘ，２０Ｙの内部構成を示すブロック図である。

【図１５】図１４のリニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙの出力
波形の１例の示す波形図である。

【図１６】図１４のリニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙのスキ
ム動作を示す波形図である。

【図１７】図１０のセンサ制御部３１が遂行するリニア
センサ２０Ｘ，２０Ｙの動作制御を示すフローチャート
である。

【図１８】図１０の座標検出器１に内蔵の座標演算部３
２の座標演算の処理を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１座標検出器３コントローラ４指示具５光スポット６受光素子６ａコンデンサーレンズ７信号処理部８投射型表示装置１０スクリーン２０Ｘ，２０Ｙリニアセンサ２１センサアレイ２１Ｘ，２１Ｙ感光部２２積分部２３蓄積部２４シフト部２５リニアＣＣＤ部２６リングＣＣＤ部２７ＣＬＲ２８スキム部２９増幅器３１センサ制御部３１ＡＡＤ変換部３２座標演算部３３通信制御部４１発光素子４２発光制御部４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄスイッチ４４電源部４５光ビーム４６キャップ４７キャップ４６に設けたくぼみ形状の凹部４８キャップ４６に設けた空陵部７１周波数検出部７２制御信号検出部８１画像信号処理部８２液晶パネル８３ランプ８４ミラー８５コンデンサーレンズ８６投影レンズ９０Ｘ，９０Ｙ円筒レンズ９１Ｘ，９１Ｙ線状の結像部分１０１透光性導電部材４６１赤外光を検出に必要なだけ十分に良く透過し且
つ、可視光の透過性が低い従って黒っぽく見える光学特
性の樹脂部材４６２通常の可視・赤外共に透過性が高い光学特性の
樹脂部材４６３導電性が低い透明樹脂部材４６４透光性導電部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】指示具に具えた発光素子からの光を座標
入力画面の位置に照射して光スポットを生成し、該光ス
ポットを座標検出器で検出することにより、前記座標入
力画面上の光スポットの照射位置に対応した座標出力信
号を生成する座標入力装置において、前記指示具に発光素子を覆う脱着可能なキャップ状の透
光性部材を設け、該透光性部材の先端部分は座標入力時
に前記座標入力画面に接触するものであり、前記透光性部材が前記座標入力画面と接触することによ
り生ずる前記透光性部材の摩耗量が一定量以上になった
状態を操作者に知らしめる摩耗報知手段を該透光性部材
に形成したことを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】前記摩耗報知手段は、前記透光性部材の
厚み方向に前記座標入力画面と接触する接触側から一定
の深さ位置に、該接触側と反対の側から凹部の底がくる
構造のものであって、前記透光性部材の摩耗量が一定の
深さ位置になって該凹部に達した場合に、貫通孔が生じ
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】前記凹部は前記接触側の反対の側に向か
ってその孔径が広がるように形成されていることを特徴
とする請求項２に記載の座標入力装置。
【請求項４】前記摩耗報知手段は、前記透光性部材の
厚み方向に前記座標入力画面と接触する接触側から一定
の深さ位置に形成した空陵部であって、前記透光性部材
の摩耗量が一定の深さ位置になって該空陵部に達した場
合に凹部が生じ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５】前記摩耗報知手段は、前記透光性部材を
光学的特性の異なる複数の材質を厚み方向に組み合わせ
て構成したもので、該光学的特性の異なる複数の材質の
境界面が該透光性部材の厚み方向に前記座標入力画面と
接触する接触側から一定の深さ位置に存在することを特
徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
【請求項６】前記摩耗報知手段は、前記透光性部材を
導電性の異なる複数の材質を厚み方向に組み合わせて構
成したものであり、該導電性の異なる複数の材質の境界
面が該透光性部材の厚み方向に前記座標入力画面と接触
する接触側から一定の深さ位置に存在し、前記座標入力画面の表面に透光性導電部材が貼り付けら
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７】前記透光性部材の厚み方向に前記座標入
力画面と接触する前記接触側から一定の深さ位置は、前
記光スポットを座標検出器に検出するために必要とされ
る光量を確保するために決定されることを特徴とする請
求項２〜６のいずれかに記載の座標入力装置。
【請求項８】前記座標入力画面は適度な光拡散性を持
たせてあることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに
記載の座標入力装置。
【請求項９】前記座標入力画面に画像あるいは位置情
報等を表示する投射型表示器を有することを特徴とする
請求項１〜８のいずれかに記載の座標入力装置。
【請求項１０】前記投射型表示器は、表示信号源から
の画像信号が入力される画像信号処理部と、該画像信号
処理部から出力された駆動信号により制御される液晶パ
ネルと、該液晶パネルを背面から照射するランプと、該
液晶パネルの透過光像を前記座標入力画面上に投影する
投影レンズとを有することを特徴とする請求項９に記載
の座標入力装置。