JP2002229726A - 座標入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 省電力化と長寿命化を可能とする低コストの
座標入力装置の提供。 【解決手段】 指示具４からの光を座標入力画面に照射
して光スポット５を生成し、光スポット５を座標検出器
１で検出することにより、座標入力画面の所定位置に対
応した座標出力信号を生成する手段を有し、指示具４に
設けられ、光スポット５の発光を制御する発光制御手段
４２と、座標検出器１に設けられ、光スポット５を検出
する複数の光電変換センサと、該光電変換センサの画素
数以上の分解能で座標値を算出する座標演算手段３２
と、座標演算手段３２の出力から、光スポット５の座標
値を出力する座標入力装置であって、座標検出器１に設
けられた発光機構５０と、指示具４に設けられ、座標検
出器１に具備された発光機構５０からの光を検出する受
光機構４５と、受光機構４５の出力に基づいて、指示具
４の発光光量を制御する制御手段と、を有する事を特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大型表示システム
に用いられる座標入力装置に関する。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
する事により、外部接続されたコンピュータを制御する
と共に、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】近年、大画面ディスプレイは、明るさの
改善と同時により大画面化、高解像度化も進められてい
る。

【０００３】従来この種の装置として特願平１０−０１
９５０６に記載されているように、リングＣＣＤを用
い、外乱光に強く、小型、安価な装置が提案されてい
る。

【０００４】この種の装置では、入力用の指示具とし
て、ペン形状のものが用いられるが、入力エリアが大き
いために、ペンはコード無しである方が、使い勝手が良
い。

【０００５】上記リングＣＣＤを用いた座標入力装置で
は、入力光を点滅させ、その点灯時と非点灯時との差分
をもって、入力光を検出する。そのため、点灯時、非点
灯時のタイミングを検出し、コードレスで入力を行う構
成になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】然しながら、大画面の
入力の場合、スクリーン全体に亘って、スムーズな筆記
を行うためには、ペンの光量が少なくなるスクリーン端
部での光量が最低限確保されなくてはならず、その点で
の必要な電流が常に消費されている事になる。

【０００７】コードレスで入力を行うために、ペンには
電池が内蔵されているが、その寿命は主に発光に用いら
れる消費電流量によって、決定されるため、より大画面
の装置での利用の場合、より多くの電流を流す必要があ
るため、電池寿命の低下を招く事になり、ユーザにとっ
て、使い勝手、及びランニングコストの観点からも望ま
しくない。

【０００８】本発明は、上述の事情に鑑みて成されたも
ので、座標検出器に発光機構を設けると共に、ペン等の
指示具にその受光機構を設け、発光光量を検出し、指示
具の発光光量を制御する事で、省電力化と長寿命化を図
る事が出来、ユーザにとって低コストで有利な座標入力
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記構成を備
えることにより上記課題を解決できるものである。

【００１０】（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、該光スポットを座標検出器
で検出することにより、前記座標入力画面の所定位置に
対応した座標出力信号を生成する手段を有し、前記指示
具に設けられ、前記光スポットの発光を制御する発光制
御手段と、前記座標検出器に設けられ、前記光スポット
を検出する複数の光電変換センサと、該光電変換センサ
の画素数以上の分解能で座標値を算出する座標演算手段
と、該座標演算手段の出力から、前記光スポットの座標
値を出力する座標入力装置であって、前記座標検出器に
設けられた発光機構と前記指示具に設けられ、前記座標
検出器に具備された発光機構からの光を検出する受光機
構と、該受光機構の出力に基づいて、前記指示具の発光
光量を制御する制御手段と、を有する事を特徴とする座
標入力装置。

【００１１】（２）前項（１）記載の座標入力装置にお
いて、前記制御手段は、前記指示具の発光機構へ供給さ
れる発光電流を制御する事を特徴とする座標入力装置。

【００１２】（３）前項（１）記載の座標入力装置にお
いて、前記制御手段は、前記指示具の発光機構へ供給さ
れる信号の時間幅を制御する事を特徴とする座標入力装
置。

【００１３】（４）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、前記座標入力画面の所定位
置に対応した座標出力信号を生成する手段を有し、前記
指示具に設けられ、前記光スポットの発光を所定の周期
で点滅させる発光制御手段と、前記座標検出器に設けら
れ、前記光スポットを検出する複数の光電変換センサが
直線上に配列されたセンサアレイと、該センサアレイか
らの前記光スポットの所定の周期に同期して出力された
点灯時と非点灯時との信号を各々別々に積分するリング
状の電荷転送部からなる積分手段と、点灯時と非点灯時
との信号から差分信号を求める差分手段を有する撮像手
段と、該撮像手段から出力された点灯時と非点灯時との
差分信号をｎビット以上のデータ幅でデジタル化して座
標演算を行い、前記センサアレイの画素数以上の分解能
で座標値を算出する座標演算手段と、該座標演算手段の
出力から、前記光スポットの座標値を出力する座標入力
装置であって、前記座標検出器に設けられた発光機構
と、前記指示具に設けられ、前記座標検出器に具備され
た発光機構からの光を検出する受光機構と、該受光機構
の出力に基づいて、前記指示具の発光光量を制御する制
御手段を有する事を特徴とする座標入力装置。

【００１４】

【発明の実施の形態】（第１の実施例）図１は、座標検
出器１側に設けられた発光機構関連の構成を示す説明
図、図２は、本発明に係る座標入力装置の概略構成を示
す説明図、図３は、指示具４の概略構成図、図４は、座
標検出器１の要部構成を示すブロック図、図５は、リニ
アセンサの配置関係を示す斜視説明図、図６は、リニア
センサの内部構成を示すブロック図、図７は、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
形のタイミングチャート、図８は、受光素子の出力信号
から同期タイミングを生成するタイミングチャート、図
９は、リニアセンサの出力波形の一例を示す説明図、図
１０は、リニアセンサのスキム動作を示す波形を表す説
明図、図１１は、複数のＣＣＤの接続を表す概略構成を
示す説明図、図１２は、ＣＣＤ座標連結の概念図、図１
３は、ＣＣＤ出力制御のタイミングチャート、図１４
は、ＡＤ変換タイミングのタイミングチャート、図１５
は、ＣＣＤ出力信号の模式的説明図、図１６は、スイッ
チ信号の出力例を示す説明図、図１７は、座標演算の処
理の流れを示すフローチャート、図１８は、光量分布の
概略説明図、図１９は、指示具４の受光光量検出の要部
構成（第１の実施例）を示す回路図、図２０は、光量検
出に基づく電流制御の例を示す曲線図、図２１は、光量
検出に基づく電流制御の他の例を示す曲線図、図２２
は、指示具４の受光光量検出の要部構成の他の例（第２
の実施例）を示す回路図、図２３は、発光時間幅による
光量制御の例を示す説明図、（ａ）は受光光量が少ない
場合、（ｂ）は受光光量が十分にある場合、図２４は、
発光時間幅制御のフローチャート、図２５は、指示具４
の受光光量検出の要部構成の他の例（第３の実施例）を
示す回路図である。

【００１５】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。

【００１６】（概略構成）まず、本発明に係る座標入力
装置の概略構成）について、図２に基づいて説明する。
尚、本実施例では光学式座標入力装置として説明する。

【００１７】本装置は大別して、座標入力面であるスク
リーン１０に対して光スポット５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とからなり、図２にはそれらの構成
と併せて、出力装置としてスクリーン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が記載
されている。

【００１８】指示具４は、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手段４２、複数の操作用スイッチ４
３Ａ、４３Ｂと、電池等の電源部４４とを内蔵してい
る。発光制御手段４２は、操作用スイッチ４３Ａ、４３
Ｂ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。

【００１９】座標検出器１は、座標検出センサ２と、こ
の座標検出センサ２の制御および座標演算などを行う制
御手段（コントローラ）３、制御信号検出センサ６、信
号処理部７、光量制御用発光機構５０とから構成されて
おり、光スポット５のスクリーン１０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によって外部接続装
置（不図示）にその情報を通信するようにしている。

【００２０】投射型表示装置８は、コンピュータ（図示
せず）などの外部接続装置である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からなる照明光学系と、液晶パネル
８２の像をスクリーン１０上に投影する投影レンズ８６
とからなり、所望の画像情報をスクリーン１０に表示す
ることができる。

【００２１】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左右され
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に入射する様に構成されている。

【００２２】こ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、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、ボタン操作やアイコンの選択決定などの入力操作を
自由に行える様に構成したものである。

【００２３】以下、本発明の光学式座標入力装置の詳細
に付いて具体的に説明する。

【００２４】＜指示具の説明＞図３は指示具４の概略構
成図であり、赤外光を発射するＬＥＤ等の発光素子４１
と、その発光を駆動制御する発光制御手段４２、電源部
４４、受光機構４５、並びに本発明の実施例では２個の
操作用スイッチ４３Ａ、４３Ｂとを内蔵している。

【００２５】発光制御手段４２は、受光素子４１により
得られた光量による発光光量（駆動電流）の制御（後
述）と操作用スイッチ４３Ａ、４３Ｂ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。

【００２６】操作者は、指示具４を握ってスクリーン１
０にその先端を向ける。このとき、操作用スイッチ４３
Ａを押下するか、４３Ｂをスクリーンに押し付けること
によって赤外光が発射される。

【００２７】これにより、スクリーン１０上に光スポッ
ト５が生成され、所定の処理によって座標信号が出力さ
れ始める。

【００２８】赤外光には変調の有無および、符号化され
たスイッチ情報、ペンＩＤ情報が含まれており、座標検
出器１はこの情報を読み取り、制御手段（コントロー
ラ）３は不図示のホストコンピュータに、座標値とスイ
ッチ情報、ＩＤを送信する。

【００２９】ホスト側では、例えば、操作用スイッチ４
３ＢがＯＮ状態の情報を受け取ると、ペンダウンと判定
し、マウスの左ボタン同様の動作を行う。描画プログラ
ム等の時には、この状態で、線などを描く事が可能にな
る。

【００３０】また、操作用スイッチ４３Ａをマウスの右
ボタンとして使うことも可能になる。

【００３１】ＬＥＤは、どちらかのスイッチが一旦ＯＮ
になることで、発光を開始し、スイッチがＯＦＦになっ
ても一定時間発光を続ける。この状態のときは、画面上
のカーソルのみ移動する状態になる。

【００３２】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。

【００３３】発光時間は、電源の寿命などを考慮して、
決定されればよく、例えば数十秒間の発光時間で充分な
使用感を与える事が出来る。

【００３４】本実施例ではスイッチ情報は、２種類の方
法で赤外光に重畳されている。

【００３５】操作用スイッチ４３Ｂのスイッチ情報は、
比較的頻繁に更新されるため、赤外光の変調の有無によ
って表現されている。

【００３６】図７に示すように、ペンアップ時、操作用
スイッチ４３ＢがＯＦＦの場合には、変調された光と、
変調されていない光が交互に発光するようになっている
（７−１）。ペンダウン時、操作用スイッチ４３ＢがＯ
Ｎの場合には、常に変調された光が出力される（７−
２）。

【００３７】座標検出器１では、受光素子６で、この光
を検出し周波数検波手段７１によって、この変調光のみ
を取り出す（７−２、７−４）。取り出された変調光
が、図７の７−４の様に、一定の時間内に連続していれ
ば、ペンダウンと判定し、間隔があいている場合、図７
の７−２には、ペンアップと判定する。

【００３８】サイドスイッチを形成する操作用スイッチ
４３Ａおよび、ペンＩＤは他の方法によって、ペン側か
ら本体側に渡されている。これはあるヘッダ（Ｈｅａｄ
ｅｒ）を設け、このヘッダが検出されたら、それに続く
変調光のパターンによって、スイッチのＯＮ，ＯＦＦ、
ペンのＩＤを判定するものである。

【００３９】これも、上述のような変調光、無変調光を
もって、０、１の状態を表現している（図１６）。

【００４０】また、各状態の反転情報、例えばＳＷ１で
あれば／ＳＷ１の情報も、対にし組合せて、送信してい
るため、判定間違いなどを防止している。

【００４１】上記実施例では、二つのスイッチしか設け
ていないがこれに限るものではなく、より多くのスイッ
チを搭載してもよい。また、各スイッチの役割は、ホス
ト側のドライバーなどによって再定義可能になってお
り、ユーザの使用形態に合ったものを選べば良い。

【００４２】＜座標検出器の説明＞（リングＣＣＤ） 図４は、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
する四つのリニアセンサ２０Ｘａ、ｂ・２０Ｙａ，ｂ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。

【００４３】＜集光光学系の説明＞（タイミングセン
サ） （集光光学系の動作説明）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を検知する。
この検知出力は、周波数検波手段７１によって検波され
た後、制御信号検出手段７２において制御信号（指示具
４の発光制御手段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に復調される。

【００４４】また本実施例では、タイミング信号を送信
するコード等の手段を有しないため、変調信号によって
リニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙを制御する事になる。

【００４５】後述するように、発光時と非発光時時の差
分をもって、信号検出を行うため、そのシャッタタイミ
ングと発光タイミングを合わせるために、上記変調信号
のタイミングを用いて、ＣＣＤのリセット信号を発生さ
せている。

【００４６】図８の８−１がペンダウン時の変調信号を
検波手段で検波した後の信号である。

【００４７】この信号は、いわば、発光している期間を
表しているため、ＣＣＤのシャッタタイミングをこの信
号に同期させる必要がある。

【００４８】８−２の信号が、ＣＣＤのシャッタ周期を
表すもので、ＬＯＷの時に発光時の検出を行いＨＩの時
に非発光時の検出を行うタイミングを示す。

【００４９】この信号は、ＣＣＤに供給されているクロ
ックによって、ＣＣＤから出力される。この信号と、発
光期間を同期させるために、８−１のＩＲ信号が検出さ
れたら、ＩＲとＩＲＣＬＫが同期する程度の一定量の遅
延時間をもって、ＣＣＤにクリア信号（８−３）を出力
する。

【００５０】このクリア動作によって、同期が可能にな
る。遅延量はＣＬＲ終了後、ＩＲＣＬＫがＬＯＷになる
時間によって、決定すればよい。

【００５１】＜結像光学系の説明＞図５に、二つのリニ
アセンサ２０Ｘａ、Ｘｂ；２０Ｙａ、Ｙｂの配置関係を
示す。結像光学系としての円筒レンズ９０Ｘ、９０Ｙに
よって光スポット５の像が各センサの感光部２０Ｘａ、
ｂ；２０Ｙａ、ｂに線状に結像する。

【００５２】これら二つのセンサ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。

【００５３】そして、これら四つのセンサは、センサ制
御手段３１によって制御され、出力信号はセンサ制御手
段３１に接続されたＡＤ変換手段３１Ａによってデジタ
ル信号として座標演算手段３２に送られ、出力座標値を
計算し、その結果を制御信号検出手段７２からの制御信
号などのデータと共に通信制御手段３３を介して、所定
の通信方法で外部制御装置（図示せず）に送出される。

【００５４】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
手段３３の方からセンサ制御手段３１、座標演算手段３
２へモード切換え信号が送られる。

【００５５】本発明では、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あるいは、拡
散フィルタ等を用いて、故意にボケを生じさせている。

【００５６】勿論、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。

【００５７】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、且つ低コストな座標入力装置を実現
できるものである。

【００５８】アレイ状のＸ座標検出用リニアセンサ２０
Ｘａ，ｂ，Ｙ座標検出用リニアセンサ２０Ｙａ，ｂは同
様の構成であり、その内部構成を図６示す。

【００５９】受光部であるセンサアレイ２１はＮ個の画
素（本実施例では６４画素）からなり、受光光量に応じ
た電荷が積分部２２に貯えられる。

【００６０】積分部２２は、Ｎ個からなり、ゲートＩＣ
Ｇ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。

【００６１】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ＩＲＣＬＫ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。

【００６２】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個か
らなるリニアＣＣＤ２５に転送される。

【００６３】これにより、リニアＣＣＤ２５には、Ｎ画
素からなるセンサ出力の光の点滅に夫々対応した電荷が
隣接して並んで記憶されることになる。

【００６４】これらリニアＣＣＤ２５に並べられた電荷
は、２Ｎ個からなるリングＣＣＤ２６に順次転送され
る。

【００６５】このリングＣＣＤ２６は、信号ＲＣＬによ
ってＣＬＲ部２７で空にされた後、リニアＣＣＤ２５か
らの電荷を順次蓄積していく。

【００６６】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。

【００６７】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するものであり、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。

【００６８】この時得られるリニアセンサ２０Ｘ，２０
Ｙの出力波形の一例を図９に示す。

【００６９】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、即ち外乱光のみの波形である（図６に示
したように、リングＣＣＤ２６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）。

【００７０】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ている。

【００７１】また図９に示したように、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れば、その時間に応じてＰＥＡ
Ｋ値は増大する。

【００７２】言い換えれば、信号ＩＲＣＬＫ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
を定義すれば、蓄積回数を増大させることでＰＥＡＫ値
は増大し、このＰＥＡＫ値が所定の大ささに達したこと
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。

【００７３】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
Ｄ２６の転送電荷が飽和してしまう虞れがある。

【００７４】このような場合を考慮して、センサにスキ
ム機能を有するスキム部（ＳＫＩＭ部）２８が付設され
ている。

【００７５】スキム部２８は、非点灯信号のレベルを監
視し、図１０に於いて、ｎ回目のＡｎで信号レベルが所
定の値を超えている場合（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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】＜タイミングの説明＞図１３に一連の動作
のタイミングを示す。

【００８０】まず、ＩＲ信号から一定遅延時間後のＣＬ
Ｒ信号により全ての動作がクリアされる。

【００８１】このあと、指示具４による入力があると、
ＣＣＤＯＵＴ信号の様に検出信号が、積分動作によって
大きくなる。

【００８２】一定のレベル（ＶＴＨ）を超えると、コン
パレータの出力ＣＭＰＯＵＴが立ち下がりＣＣＤの積分
動作を停止させる。制御手段は、この信号が下がるとＡ
Ｄ変換を開始する。

【００８３】ＡＤ変換動作はＡＤＳＭＰＬで示したよう
に、ＣＣＤの画素出力全てに対して行われる。

【００８４】上述の様に、ＣＣＤ出力が、閾値を超えな
いような場合には、制御手段は、クリアからの経過時間
をカウントし、予め定めた一定時間を過ぎているような
場合には、強制的にＡＤ変換動作を行う。

【００８５】このようにしておけば、入力が小さい場合
でも、一定サンプリング時間内に必ずサンプリングが行
われるようになる。

【００８６】ＡＤ変換は、図１４に示すようなタイミン
グで行われる。

【００８７】ＣＣＤ出力であるＣＣＤＯＵＴは時間軸を
拡大すると、図１４の様に画素単位の検出光レベルに応
じた電圧で出力される。

【００８８】この信号を、サンプリングパルスＳＰのタ
イミングで画素毎にＡＤ変換し、制御手段はそのレベル
をメモリーなどに記憶する。

【００８９】上記のような動作を、各座標軸に対応した
ＣＣＤ全てに対して行い、後述の座標計算を行う。

【００９０】また、座標検出器１に到達する指示具４の
光は、指示具４に内蔵された電源部（電池）４４の消耗
により変動する他、指示具４の位置、姿勢によっても変
動する。

【００９１】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への入力光量の変動が大きくなって
しまう。

【００９２】以上述べてきたように、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ようになった。

【００９３】また、積分手段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積分動作を停
止させる積分制御手段を設けたので、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。

【００９４】＜座標値演算＞以下、座標演算手段３２に
おける座標演算処理について説明する。

【００９５】上述したようにして得られた四つのリニア
センサ２０Ｘａ，ｂ，２０Ｙａ，ｂの出力信号（アンプ
２９からの差分信号）は、センサ制御手段３１に設けら
れたＡＤ変換手段３１Ａでデジタル信号として座標演算
手段３２に送られ、座標値が計算される。

【００９６】図５に示すように２０Ｘａ、ｂと２０Ｙ
ａ、ｂに関しても同様の構成であるので、以下、Ｘ座標
値の演算について述べる。

【００９７】リニアセンサ２０Ｘａ，２０Ｘｂはそれぞ
れ、図１１に示す様にスクリーン１０の片側づつの検出
をしており、その中央付近では、検出領域が重複してい
る。

【００９８】Ｘａセンサは、スクリーンのＳＸａ領域に
光スポットがある場合に、ＣＣＤ上で光を検出し、Ｘｂ
はＳＸｂの時に検出を行う。重複領域では、両センサで
検出が行われる。

【００９９】各々のセンサで検出される座標を、センサ
座標ＣＣＤＸａ、ＣＣＤＸｂとする。

【０１００】図１５はその時のＣＣＤ出力を模式的に描
いたものである。

【０１０１】中央の重なりの部分に光スポットがある場
合には、Ｘａ，Ｘｂともの出力が現れる。

【０１０２】一方、ＳＸｂ領域に光スポットがある場合
には、Ｘｂのみに出力が現れる。

【０１０３】このように理想的な重複部分以外では、一
方の出力がある場合、例えば一方の座標値を基に、その
値が、基準点を超えたか否かで、切り換えの判定を行
い、座標値を連結すれば良い。

【０１０４】しかしながら、ノイズ、あるいは漏れ光、
外乱光などによって、本来の光スポット以外の所に、出
力が生じる場合がある（図１５の１５−３）。

【０１０５】このような時に、一方の座標値で判定を行
っていると、間違った判定をしてしまい、表示画面上
で、いきなり違う点にカーソルなどが表示され、例え
ば、描画中であると、不要な線が引かれてしまう事にな
る。

【０１０６】このような事態を避けるために、本発明で
は、得られたＣＣＤ出力のデータのピーク値でもって判
定を行う。

【０１０７】ＤＸａ、ＤＸｂは、先に説明したように、
ＡＤ変換された値であるから、ＣＣＤ各画素の光検出量
に応じた電圧値が記憶されている。

【０１０８】そこで、各データの最大値をもって、ピー
クレベルとすることが出来る。

【０１０９】図１７（ａ）、（ｂ）は、座標演算の処理
の流れを示すものである。ステップＳ２００で処理を開
始し、ステップＳ２０１では、任意の座標入力点での各
画素の差分信号である差分データＤＸａ（ｎ）（本実施
例の場合、画素数ｎ＝６４）が読み込まれ、バッファメ
モリに貯えられる。

【０１１０】ステップＳ２０２では、このデータのピー
クレベルを求め、ＸａＰとして、記憶しておく。

【０１１１】次に、ステップＳ２０３では、予め設定し
ておいた閾値Ｖと比較し、閾値Ｖ以上のデータ値ＥＸａ
（ｎ）を導出する。

【０１１２】このデータを用いて、ステップＳ２０４で
センサ上の座標ＣＣＤＸａを算出する。

【０１１３】本実施例では、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ＥＸａ（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。

【０１１４】ＣＣＤＸｂについても同様に算出を行う。

【０１１５】これら、求められた、座標値は個々のＣＣ
Ｄ上での画素に対応したセンサ座標である。

【０１１６】これらの座標値を連結することで一つのＣ
ＣＤ上での座標値として扱えるようになる。そのために
は、両ＣＣＤの連結の為の基準座標を求める。

【０１１７】図１２はＸａ、Ｘｂ両ＣＣＤの座標を概念
的にならべたものである。ＣＣＤの検出領域は、先に説
明したように重複部分を有しているため、その座標位置
を重ねると、同図のようになる。

【０１１８】この時、両ＣＣＤ共に測定可能な領域で、
予め基準点の入力を行う。

【０１１９】つまり、スクリーン上の重複部分に入力を
行い、上記ＣＣＤＸａ，ｂ座標を算出する（ＣＣＤＸａ
＿ｏｒｇ，ＣＣＤＸｂ＿Ｏｒｇ）。これらの値を、基準
点データとして、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリーに
記憶しておき、通常の使用時にはこの値を読み出して、
計算を行う。

【０１２０】これらの基準点データを用いて、連結ＣＣ
Ｄ座標ＣＣＤＸを計算する。

【０１２１】図１７の（ｂ）の手順で説明すると、ま
ず、両ＣＣＤの基準点データを、メモリーから読み込む
（Ｓ２０７）。入力がなされた時に計算される、ＣＣＤ
Ｘａ、ＣＣＤＸｂの値と、基準点データの差分を計算す
る（Ｓ２０８）。

【０１２２】このようにする事で図１２の中央付近にあ
る直線Ｌ１の点を原点としたＣＣＤ上の座標に変換され
る。

【０１２３】ここで、先のステップで記憶しておいた各
々のピーク値（ＸａＰ、ＸｂＰ）を比較する。

【０１２４】通常、外乱などによる信号は、正規の光ス
ポットによる信号より、かなり小さいため、ピーク値の
大きな方を正規の座標として採用する（Ｓ２０９）。こ
のようにしてＬ１を境に両ＣＣＤの値を連結出来た事に
なる。

【０１２５】このようにして得られたＣＣＤＸ座標値か
ら、スクリーン１０上の座標値への変換はステップＳ２
１２に示したように、予め測定しておき、不揮発性メモ
リー等に記憶された、倍率αとオフセットβを用いて、
行う事が出来る。

【０１２６】倍率α、及び、オフセットβは、基準点と
同様に、予め既知の複数点での入力作業を行い、その時
のＣＣＤ座標とスクリーン１０上の座標値から換算すれ
ば良い。

【０１２７】上述は、Ｘ座標について説明を行ったが、
Ｙ座標についても同様である。

【０１２８】上述の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、座標演算手段３２か
ら通信制御手段３３に送られる。この通信制御手段３３
には、そのデータ信号と、制御信号検出手段７２からの
制御信号とが入力される。

【０１２９】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、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。

【０１３０】＜受光による発光制御の説明＞ （光量分布の説明）以上説明したように、コードレス
で、座標入力を行う事が可能になる。

【０１３１】実際には上記集光光学系と結像光学系はス
クリーン中央部が画素の中心になるように設置され、画
面全体が視野に入るようになっている。

【０１３２】入力領域は画面中心から端部までに亘りこ
の時の光量差は、画面サイズにもよるが、かなり大きな
ものとなる。

【０１３３】図１８は、光量分布を示したものであり、
中央部Ａと端部Ｄとでは数十［ｄｂ］の差がある。

【０１３４】また、ペンの傾き等によっても光量低下が
発生する。

【０１３５】使用上、画面端部の低光量の状態でも、入
力がスムーズに行われる必要があるので、端部で充分検
出可能なペンの発光強度が得られるように、赤外ＬＥＤ
への電流が制御されている。

【０１３６】しかしながら、画面中央付近では、その様
な光量は必要なく、無駄に大電流が消費されている事に
なり、ペンの電池寿命を低下させる要因となっている。

【０１３７】本発明では、集光、及び結像光学系の近傍
に発光源を設け、ペンでその発光強度を検出する事で、
光量の制御を行い、不要な電流消費を抑えるようにして
いる。

【０１３８】＜発光機構の説明＞図１は座標検出器１側
に設けられた発光機構関連の構成を示す説明図である。

【０１３９】発光機構５０は座標検出器１に設けられ、
特定の周波数で変調された赤外光を、スクリーンに投光
する。

【０１４０】投光された光は、ペン等の指示具４がスク
リーン１０近傍に接近した時に検出され、その分布は図
１８に示したペンの光量分布と同様な物となる。

【０１４１】発光光量は、スクリーンサイズ等により決
定すれば良い。

【０１４２】＜受光機構の説明＞ （ペン発光制御の説明）図１９はペン等の指示具４の受
光光量検出とその制御系の要部構成例（第１の実施例）
を示す回路図である。

【０１４３】座標検出器１に設けられた発光機構５０か
らの赤外光はフォトダイオードなどによって構成された
受光機構４５によって検出される。

【０１４４】検出された光は受光機構４５により電気信
号に変換され、アンプ（ＡＭＰ）４２２によって所定の
レベルまで増幅される。

【０１４５】増幅された光はＢＰＦ４２３によって周波
数弁別され、他の信号と区別される。

【０１４６】電流制御回路４２４はＢＰＦ４２３の出力
とＣＰＵ４２１からの信号に基づいて、発光素子４１の
駆動電流の制御を行う。

【０１４７】図２０はその制御の一例として、光量検出
に基づく電流制御の例を示す曲線図である。

【０１４８】同図で縦軸は発光素子４１に与えられる電
流Ｉｆであり、横軸がＢＰＦ４２３の出力である。

【０１４９】ＢＰＦ４２３の出力が小さいほど、画面端
の光量の少ない部分であるため、発光光量を増やすため
に電流Ｉｆを増加させ、出力が大きいほど画面中央で、
光量的に有利な部分であるので電流を制限して、消費電
力を抑制している。

【０１５０】ＢＰＦ４２３の出力が或る一定量以下の場
合、ペン等の指示具４がスクリーン１０近傍に無く、使
われていない場合が考えられる。その様な時に、電流を
消費していては返って電池寿命を短くしてしまう事にな
るため、或る一定量以下の場合には、発光を停止し無用
な発光を行わない様になっている。

【０１５１】この発光閾値はシステムの光量を勘案して
決定すれば良い。

【０１５２】図２１は発光制御の他の例、即ち光量検出
に基づく電流制御の他の例を示す曲線図である。

【０１５３】前述の例では連続的に発光光量を制御して
いるが、構成を簡単にするために、段階的に制御を行つ
ても電池寿命などの観点では効果がある。

【０１５４】図２１に於いても、受光光量が少ない場合
には電流Ｉｆを多くし、大きい場合には少なく制御す
る。

【０１５５】このように構成すれば、実装面積の小さい
ペン等の指示具４の内部の部品を削減出来、より低コス
ト化が可能になる。

【０１５６】（第２の実施例） （光量制御の他の実施例）図２２は光量制御のための他
の実施例、指示具４の受光光量検出とその制御系の要部
構成例（第２の実施例）を示す回路図である。

【０１５７】座標検出器１からの光は第１の実施例と同
様に受光機構４５によって検出され、増幅、周波数弁別
される。

【０１５８】この信号はＳＨ＆ＡＤ４２５に於いて、サ
ンプルホールドされ、ＡＤ変換される。

【０１５９】ＡＤ変換された信号はデジタル値としてＣ
ＰＵ４２１によって取り込まれる。

【０１６０】ＣＰＵ４２１はこのデジタル値に基づいて
発光素子４１の駆動を制御する。

【０１６１】この場合、発光素子４１に流れる電流その
ものの制御でなく、図２３に示すように変調幅を制御す
る事で実効的な電流制御を行っている。

【０１６２】図２３は、発光時間幅による光量制御の例
を示す説明図であり、（ａ）は受光光量が少ない場合の
ものであり、変調幅（発光期間）を長くする事によっ
て、光量を増加させている。（ｂ）は受光光量が十分に
有る場合であり、発光期間を短くしてトータルの消費電
力を制限している。

【０１６３】発光期間の設定はテーブル参照などの方法
で行ってもよいし、段階的に閾値を決めてその数値によ
って決定しても良い。

【０１６４】図２４は発光制御ルーチンである発光時間
幅制御のフローチャートである。

【０１６５】メインプログラムから呼ばれると、ＣＰＵ
４２１はＡＤ変換された受光光量の値を読み込む（Ｓ３
０２）。読み込まれたＡＤ値に従ってテーブル参照によ
って発光時間幅が決定される（Ｓ３０３）。時間幅が決
定されたら、発光タイミングであるか否かを内蔵のタイ
マー等で判断しタイミングがくるまでループして待つ
（Ｓ３０４）。

【０１６６】発光タイミングになったら発光信号を発光
素子４１に出力し（Ｓ３０５）、処理を終了する。

【０１６７】実際にはスイッチの押下によって発光開始
がイネーブルになったら、一定の期間、上記発光動作が
繰り返される。

【０１６８】（第３の実施例） ＜タイミング制御との一体化＞上記実施例では、ＣＣＤ
のシャッタタイミングと光量検出が別々に構成されてい
るが、その双方を一体に構成する事も出来る。

【０１６９】本体側の受光素子の代わりにシャッタタイ
ミングに従って、座標検出器１の発光機構５０から赤外
光を発光させる。

【０１７０】ペン等の指示具４側では図２５に示した様
に受光機構４５で受け取った光を増幅、周波数弁別した
後に、そのエンペロープを得るために検波し、その出力
がＣＰＵ４２１とＡＤ変換器に送られる。

【０１７１】ＡＤ変換器は先の例と同様に受光光量をデ
ジタル値に変換しＣＰＵ４２１に出力する。

【０１７２】一方の信号はコンパレータ（ＣＭＰ）４２
７に入力され、ＣＰＵ４２１のポートに接続される。

【０１７３】コンパレータ４２７の出力はＣＣＤのシャ
ッタタイミングと同期しているので、ＣＰＵ４２１はこ
の信号のタイミング、例えばエッジを検出してそのタイ
ミングで発光動作を行えば良い。

【０１７４】その際の発光期間はＡＤ値を基に決定した
ものにすれば、同様の省電力効果が得られる。また、こ
のようにタイミング制御と一体化する事で、例えばシャ
ッタタイミングの異なる座標検出器に対しても同じペン
等の指示具を用いる事が出来る。

【０１７５】

【発明の効果】以上説明したように、座標検出器に発光
機構を設けると共に、指示具であるペンにその検出機構
を設け、発光光量を検出し、ペン等の指示具の発光光量
を制御する事で、省電力化と長寿命化を図る事が出来、
ユーザにとって低コストで有利な製品としての座標入力
装置を提供出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 座標検出器１側に設けられた発光機構関連の
構成を示す説明図

【図２】 本発明に係る座標入力装置の概略構成を示す
説明図

【図３】 指示具４の概略構成図

【図４】 座標検出器１の要部構成を示すブロック図

【図５】 リニアセンサの配置関係を示す斜視説明図

【図６】 リニアセンサの内部構成を示すブロック図

【図７】 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のタイミングチャート

【図８】 受光素子の出力信号から同期タイミングを生
成するタイミングチャート

【図９】 リニアセンサの出力波形の一例を示す説明図

【図１０】 リニアセンサのスキム動作を示す波形を表
す説明図

【図１１】 複数のＣＣＤの接続を表す概略構成を示す
説明図

【図１２】 ＣＣＤ座標連結の概念図

【図１３】 ＣＣＤ出力制御のタイミングチャート

【図１４】 ＡＤ変換タイミングのタイミングチャート

【図１５】 ＣＣＤ出力信号の模式的説明図

【図１６】 スイッチ信号の出力例を示す説明図

【図１７】 座標演算の処理の流れを示すフローチャー
ト

【図１８】 光量分布の概略説明図

【図１９】 指示具４における受光光量検出の要部構成
（第１の実施例）を示す回路図

【図２０】 光量検出に基づく電流制御の例を示す曲線
図

【図２１】 光量検出に基づく電流制御の他の例を示す
曲線図

【図２２】 指示具４における受光光量検出の要部構成
の他の例（第２の実施例）を示す回路図

【図２３】 発光時間幅による光量制御の例を示す説明
図、（ａ）は受光光量が少ない場合、（ｂ）は受光光量
が十分にある場合

【図２４】 発光時間幅制御のフローチャート

【図２５】 指示具４におけるの受光光量検出の要部構
成の他の例（第３の実施例：タイミング検出と光量検
出）を示す回路図

【符号の説明】

１ 座標検出器 ２ 座標検出センサ部 ３ コントローラ ４ 指示具（ペン） ５ 光スポット ６ 制御信号検出センサ 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 ２２ 積分部 ２３ 蓄積部 ２４ シフト部 ２５ リニアＣＣＤ ２６ リングＣＣＤ ２７ ＣＬＲ部 ２８ スキム部（ＳＫＩＭ部） ２９ アンプ ３１ センサ制御手段 ３１Ａ ＡＤ変換手段 ３２ 座標演算手段 ３３ 通信制御手段 ４１ 発光素子 ４２ 発光制御手段 ４３Ａ、４３Ｂ 操作用スイッチ ４４ 電源部 ４５ 受光機構 ５０ 発光機構 ７１ 周波数検波手段 ７２ 制御信号検出手段 ８１ 画像信号処理部 ８２ 液晶パネル ８３ ランプ ８４ ミラー ８５ コンデンサレンズ ８６ 投影レンズ ４２１ ＣＰＵ ４２２ ＡＭＰ ４２３ ＢＰＦ ４２４ 電流制御回路 ４２５ ＳＨ＆ＡＤ ４２６ 検波回路 ４２７ ＣＭＰ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 該光スポットを座標検出器で検出することにより、 前記座標入力画面の所定位置に対応した座標出力信号を
   生成する手段を有し、 前記指示具に設けられ、前記光スポットの発光を制御す
   る発光制御手段と、 前記座標検出器に設けられ、前記光スポットを検出する
   複数の光電変換センサと、 該光電変換センサの画素数以上の分解能で座標値を算出
   する座標演算手段と、 該座標演算手段の出力から、前記光スポットの座標値を
   出力する座標入力装置であって、 前記座標検出器に設けられた発光機構と前記指示具に設
   けられ、前記座標検出器に具備された発光機構からの光
   を検出する受光機構と、 該受光機構の出力に基づいて、前記指示具の発光光量を
   制御する制御手段と、を有する事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において、
   前記制御手段は、前記指示具の発光手段へ供給される発
   光電流を制御する事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において、
   前記制御手段は、前記指示具の発光機構へ供給される信
   号の時間幅を制御する事を特徴とする座標入力装置。
4. 【請求項４】 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、 該光スポットを座標検出器で検出することにより、 前記座標入力画面の所定位置に対応した座標出力信号を
   生成する手段を有し、 前記指示具に設けられ、前記光スポットの発光を所定の
   周期で点滅させる発光制御手段と、 前記座標検出器に設けられ、前記光スポットを検出する
   複数の光電変換センサが直線上に配列されたセンサアレ
   イと、 該センサアレイからの前記光スポットの所定の周期に同
   期して出力された点灯時と非点灯時との信号を各々別々
   に積分するリング状の電荷転送部からなる積分手段と、 点灯時と非点灯時との信号から差分信号を求める差分手
   段を有する撮像手段と、 該撮像手段から出力された点灯時と非点灯時との差分信
   号をｎビット以上のデータ幅でデジタル化して座標演算
   を行い、前記センサアレイの画素数以上の分解能で座標
   値を算出する座標演算手段と、 該座標演算手段の出力から、前記光スポットの座標値を
   出力する座標入力装置であって、 前記座標検出器に設けられた発光機構と、 前記指示具に設けられ、前記座標検出器に具備された発
   光機構からの光を検出する受光機構と、 該受光機構の出力に基づいて、前記指示具の発光光量を
   制御する制御手段を有する事を特徴とする座標入力装
   置。