JP2003114755A - 座標入力装置 - Google Patents

座標入力装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】ポインティング操作が、コンピュータの表示画
面上と机の上の一部領域で可能にする。 【解決手段】机上の表示装置の表示画面を見ながらコン
ピュータの操作を、指やペンによって行なう座標入力装
置において、指やペン等の指示具の指示位置の座標検出
範囲は、表示画面の表示面のみならず、机の上面のある
定められた机上座標検出領域面の少なくとも両方を含む
ものであり、表示画面の延長面の近傍であって表示画面
の上方左右にそれぞれ位置し、表示画面の任意の場所に
接する物体の側面と机上座標検出領域面の両方が視野に
入るように設置され、視野に入る像を撮像する二つのカ
メラと、二つのカメラから出力される画像信号を元に、
座標検出範囲内で指示する指やペン等の指示具の指示座
標値を計算し、コンピュータのプログラムに入力する制
御回路とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、コンピュータの
操作を行なうために用いるマウスやタッチパネル、ペン
入力装置等の入力装置に関し、特に、表示画面と机の上
面の両方でポインティング操作が行なえる座標入力装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】 従来の技術として特開平１１−３１７
０に開示される光デジタイザがある。これは表示画面の
上方左右に位置し、表示画面に沿った面を側方から撮像
する二つのラインカメラの撮像信号を処理して、指やペ
ン等のポインティング位置を検出するものである。表示
画面の周囲にはカメラに不必要な外光が入らないように
周囲枠が備えられている。
【０００３】 このような技術を机の上で使用するパー
ソナルコンピュータの表示装置に適用すると、タッチパ
ネルのように表示画面を指やペンでポインティング操作
することができるのでより直感的な操作が可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、表示
画面は机上面に対して垂直に設置されるのが通常である
ので、ペンを使用して文字や絵を入力するなど長時間の
手書き入力を行なう場合、表示画面上にペンを触れて入
力するのは作業性が悪く操作者の疲労を増大させてしま
うという問題があった。
【０００５】 また、表示画面上でタッチ入力を行なう
際、表示画面に近い所に指やペンを持ってゆくと実際に
画面に触れていなくても入力されてしまうという問題が
あった。これはある幅を持つ周囲枠に視野を持つカメラ
の像に、指やペンが入ったとたんにタッチ入力があった
と検出するからである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】 本発明はこのような操
作性の問題を解決するために、コンピュータに接続され
た、机の上に位置する表示装置の表示画面を見ながらコ
ンピュータの操作を、指やペン等の指示具の操作によっ
て行なう為の座標入力装置において、指やペン等の指示
具の指示位置の座標検出範囲は、表示画面の表示面のみ
ならず、机の上面のある定められた机上座標検出領域面
の少なくとも両方を含むものであり、表示画面の延長面
の近傍であって表示画面の上方左右にそれぞれ位置し、
表示画面の任意の場所に接する物体の側面と机上座標検
出領域面の両方が視野に入るように設置され、視野に入
る像を撮像する二つのカメラと、二つのカメラから出力
される画像信号を元に、座標検出範囲内で指示する指や
ペン等の指示具の指示座標値を計算し、コンピュータの
プログラムに入力する制御回路と、を備えるようにし
た。
【０００７】 また、表示面にタッチしないのにタッチ
検出が行われてしまうという、タッチ検出の問題を解決
するために、表示画面の周囲で上方の辺を除く３辺に、
反射率の高い部材と反射率の低い部材を接して備え、そ
れらの部材の境界線が前記二つのカメラの視野に入るよ
うに設置した周囲反射枠を備え、該境界線を指やペン等
の指示具が横切った時に表示面へのタッチ入力があった
と判断するタッチ検出手段を前記制御回路の中に備える
ようにした。
【０００８】 さらに、ペン等の指示具は、その先端部
に再帰反射部材を備え、二つのカメラにはそれぞれ、カ
メラの結像レンズの近傍に座標検出範囲を照らす照明手
段を備え、照明手段が発する光線が再帰反射部材に当っ
て反射する反射光を、前記カメラが受光するようにする
のが好ましい。
【０００９】 また、このような座標入力装置に、二つ
のカメラと一体化構造となるようにコンピュータの表示
画面を備えることもできる。
【００１０】 いずれの場合においても、制御回路はコ
ンピュータ本体とは独立したユニットとして座標値を計
算し、計算された座標値をコンピュータに入力するよう
に構成することもできるし、コンピュータにカメラの画
像信号を直接入力できるようにして、コンピュータ上で
動作するドライバソフトとコンピュータを用いて制御回
路を構成することもできる。
【００１１】 指やペン等が表示画面にタッチされた場
合、表示画面上方左右の二つのカメラが画面に接する指
やペン等の像を側方から撮像し、この撮像画像信号を制
御回路で処理することにより、カメラ間を結ぶ基線に対
して、カメラとタッチ位置を結ぶ直線との角度が二つの
カメラ毎に求まるので、制御回路は、この値を使用して
三角測量計算を行なって座標値を求め、タッチ位置の表
示画面上の座標値をコンピュータ上で動作しているプロ
グラムに渡すように作用する。
【００１２】 また、指やペン等が机の上のある定めら
れた検出領域上に置かれた場合、二つのカメラの撮像画
像信号から制御回路が処理を行なって、指やペンの先端
の座標値を求めてコンピュータ上で動作しているプログ
ラムにその値を渡すように作用する。
【００１３】 上記手段によれば、操作者は、ある応用
プログラムを起動した時に、指やペン等で画面に直接タ
ッチして操作を行なっても、机の上のある定められた領
域にタッチして操作を行なってもよいので、メニュー選
択などは画面上に直接タッチし、手書き文字認識等を行
なう際には机の上でペン操作を行なうようにすること
で、疲労を少なくしてスムーズかつ快適な操作ができる
という作用が得られる。
【００１４】
【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、本発明の座標入力装置の
好適な実施例を示す図である。コンピュータに接続され
た表示装置１が机１０の上に置かれている。表示装置１
の表示画面６は机１０の上面に対してほぼ垂直に設定さ
れている。表示装置１には、表示画面６の上方左右二個
所にカメラ２が組み込まれている。カメラ２の部分を拡
大した図である図２において、カメラ２は結像レンズ２
１とエリアイメージセンサ２２から構成される。結像レ
ンズ２１は画角が約９０度の広角レンズである。そして
二つのカメラの視野の中心軸は表示画面に沿って平行に
表示画面の対角へ向かっている。また、結像レンズ２１
の隣に赤外光を放つ赤外発光ダイオード２３が備えられ
ており、表示画面６の周囲や机１０の上を照らしてい
る。
【００１５】 表示装置１には図１に示すように周囲反
射枠５が表示画面６をとりまく３辺に設けられている。
この周囲反射枠５は図３に示すように、表示画面６に近
い方に幅の狭い再帰反射テープ５１が取り付けられてお
り、再帰反射テープ５１に接して無反射の黒色テープ５
２が取り付けられている。再帰反射テープは光が来た方
向に忠実に光を反射する部材であり、車のヘッドライト
に照らされた標識の反射光を効率よく運転手の方向に向
けるので、交通標識等によく利用され、入手は容易であ
る。
【００１６】 また机１０の上には、表示画面６の真下
から手前に向かって机上座標検出領域７がある。この領
域を示すマーク等を机１０の上に貼って明示することも
できるが、とくに無くてもよい。
【００１７】 各々のカメラ２に写る像を図４に示す。
図４（ａ）は表示画面６を指８でタッチした場合、図４
（ｂ）は表示画面６をペン４でタッチした場合、図４
（ｃ）はペン４が机上座標検出領域７に接する場合の像
である。
【００１８】 図５に本実施例で使用するペン４の詳細
を示す。ペン先部材４３はペンボディ４１の先端から顔
を出し、ペンボディ４１の内部で感圧センサ４２に接続
されており、感圧センサ４２の出力信号はケーブルを通
して制御回路３に接続されている。また、ペンボディ４
１の先端に近い部分に再帰反射テープ４４が巻かれてい
る。
【００１９】 まず最初に指８で表示画面６をタッチし
た場合の動作を説明する。指８で表示画面６をタッチし
た場合にカメラに写る像は図４（ａ）である。カメラ２
の視野の中心が表示画面すれすれの面の側面になるよう
に設置されているので、それより内側の撮像領域９９は
使用していない。また、指の像９３の後ろには白黒のコ
ントラストが鮮やかな周囲反射枠５の像が写っている。
周囲反射枠５の内側すなわち表示画面６に近い位置には
再帰反射テープ５１が設けられており、カメラ２に近い
ところに備えられた赤外発光ダイオード２３の光を効率
よく反射して強い白信号として撮像される。従って指の
像９３は再帰反射テープの像９１の影となって撮像され
る。
【００２０】 二つのカメラ２の撮像信号は図１で示す
ように制御回路３に接続されており、この制御回路３で
周囲反射枠５の白と黒の境界線、すなわち再帰反射テー
プの像９１と黒色テープの像９２との境界線の像を検出
して、この境界線の像から若干白側に寄ったところの水
平画素列を取り出す。図６（ａ）にこの画素列の信号を
示す。この画素列には指８と表示画面６が接した場所に
関する情報が含まれているので、制御回路３は、図７に
示す手順により指がタッチした座標値を求め、その座標
値をコンピュータへ送出する。
【００２１】 次に、ペン４が表示画面６をタッチした
場合の制御回路３の動作を説明する。ペン４が表示画面
６をタッチした場合には図４（ｂ）の像がカメラに写
る。指とは違ってペン先端には再帰反射テープ４４が巻
かれており、反射光は強いので強い白信号として撮像さ
れるので、周囲反射枠の再帰反射テープの像９１とは区
別がつかない。しかし周囲反射枠の無反射部分である黒
色テープの像９２とは識別が容易であるので、今度は前
述の境界線から若干黒側の水平画素列を取り出す。図６
（ｂ）にこの画素列の信号を示す。この画素列にはペン
４と表示画面６が接した場所に関する情報が含まれてい
るので、制御回路３は、図８に示す手順によりペン４が
タッチした座標値を求め、その座標値をコンピュータへ
送出する。
【００２２】 次に、ペン４が机上座標検出領域７に接
した場合の動作を説明する。このときカメラに写る像
は、図４（ｃ）のようになる。各々のカメラ２には机上
座標検出領域全体９６が写っており、この領域内に入る
ペン先の像９５が示されている。カメラ２はペン先４４
に対して上方斜めから撮像しているので、通常のペンの
使用においては、ペン先４４はペンを持つ手の影になる
ことはない。
【００２３】 制御回路３は、図９に示す手順ように、
最初に画像全体のなかで最も検出レベルの高い画素を求
める（Ｓ９２）。ペン先に設けられている再帰反射テー
プ４４がカメラ２の赤外発光ダイオード２３に照らされ
て最も強い反射光をカメラ２に返すので、この画素がペ
ン先の位置である。制御回路３は二つのカメラ２のうち
どちらか一方の撮像信号のなかで最も検出レベルの高い
画素の場所情報を用いて、図９に示す手順の計算式によ
りペン先の座標値を求め（Ｓ９３）、その座標値をコン
ピュータへ送出する。
【００２４】 ペン４が机上座標検出領域７にタッチし
たことの検出は、ペン先部材４３に接続された感圧セン
サ４２の出力信号が制御回路３に接続されているので、
制御回路３はこの信号の状態によってペンのタッチを容
易に知ることができる。
【００２５】 なお、本発明の座標入力装置は、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。
【００２６】 例えば、本実施例では表示画面６が机１
０の上面に対して垂直に位置しているが、机上座標検出
領域７の座標値に対して簡単なキャリブレーションを行
なうことによって、ある程度の傾きをもたせることがで
きるのは勿論である。また、本実施例に限らず、カメラ
２を表示装置１と独立した筐体に収めて、任意の表示装
置の上に載せることができるようなアタッチメント装置
として実現できることも勿論である。ペン４のタッチ検
出信号はケーブルを使用せずに、無線送信手段をペン内
部に備え、制御回路に無線受信手段を備えることにより
ケーブルを取り除けることも勿論である。
【００２７】
【発明の効果】 以上、説明したように本発明の座標入
力装置によれば、表示画面の上方左右に設置されるカメ
ラの視野を表示画面に沿った面の側方のみならず、机の
上の一部領域まで広げることにより、机の上での指やペ
ン等の指示座標の検出ができるようになって、机上での
ポインティング操作も併せて可能となり、ペンや指で操
作するコンピュータの操作性が著しく向上するという効
果がある。
【００２８】 表示画面の周囲で上方の辺を除く３辺
に、反射率の高い部材と反射率の低い部材を表示画面の
近傍に接して備え、それらの部材の境界線が二つのカメ
ラの視野に入るように設置した周囲反射枠を備えて、境
界線を指やペン等の指示具が横切った時に表示面へのタ
ッチ入力があったと判断するタッチ検出手段を前記制御
回路の中に備えることにより、タッチ入力を表示画面に
近いところで安定して検出できるという効果がある。
【００２９】 また、表示画面の周囲で上方の辺を除く
３辺に、反射率の高い部材と反射率の低い部材を接して
備え、それらの部材の境界線が前記二つのカメラの視野
に入るように設置した周囲反射枠を備えることにより、
反射率の高いペンと反射率の低い指とが両方とも表示画
面上のポインティングに使用できるようになるという効
果がある。
【００３０】 ペン等の指示具の先端部に再帰反射部材
を備え、カメラの結像レンズの近傍に座標検出領域全体
を照らす照明手段を備え、照明手段が発する光線が再帰
反射部材に当って反射する反射光を、カメラが受光する
ようにすることによって、ペン等の指示具を複雑な画像
処理を行なうことなく、最も強い輝度の画素を捜すだけ
で認識できるようになり、安価で信頼性の高い入力装置
を実現できるという効果がある。
【００３１】 このような座標入力装置に表示画面を組
み込むことにより、設置が容易でコンパクトな座標入力
装置または表示装置を実現できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による座標入力装置の斜視図である。
【図２】 本発明による座標入力装置に使用するカメラ
の拡大平面図である。
【図３】 本発明による座標入力装置に使用する周囲反
射枠の拡大斜視図である。
【図４】 左右のカメラにより撮像された撮像画像の図
であり、図４（ａ）は指が表示画面にタッチした場合の
撮像画像を示す図であり、図４（ｂ）はペンが表示画面
にタッチした場合の撮像画像を示す図であり、図４
（ｃ）はペンが机上座標検出領域にタッチした場合の撮
像画像を示す図である。
【図５】 本発明による座標入力装置に使用するペンの
拡大透過図である。
【図６】 カメラが撮像した撮像画像の一部である水平
画素列の信号強度を説明する図であり、図６（ａ）は指
が表示画面にタッチしたときの周囲反射枠の境界線の像
の近傍の再帰反射テープの像の水平画素列の信号強度を
説明する図であり、図６（ｂ）はペンが表示画面にタッ
チしたときの周囲反射枠の境界線の像の近傍の黒色テー
プの像の水平画素列の信号強度を説明する図である。
【図７】 指が表示画面にタッチしたときの制御回路の
座標検出手順を説明する手順の図である。
【図８】 ペンが表示画面にタッチしたときの制御回路
の座標検出手順を説明する手順の図である。
【図９】 ペンが机上座標検出領域にタッチしたときの
制御回路の座標検出手順を説明する手順の図である。
【符号の説明】
１ 表示装置 ２ カメラ ３ 制御回路 ４ ペン ５ 周囲反射枠 ６ 表示画面 ７ 机上座標検出領域 ８ 指 １０ 机 ２１ 結像レンズ ２２ エリアイメージセンサ ２３ 赤外発光ダイオード ４１ ペンボディ ４２ 感圧センサ ４３ ペン先部材 ４４ ペン先端、再帰反射テープ ５１ 再帰反射テープ ５２ 黒色テープ ９１ 再帰反射テープの像 ９２ 黒色テープの像 ９３ 指の像 ９４ ペンの像 ９５ ペン先端の再帰反射テープの像 ９６ 机上座標検出領域の像 ９９ 内側の撮像領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０６Ｆ 3/033 ３６０ Ｇ０６Ｆ 3/033 ３６０Ｅ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コンピュータに接続された、机の上に位
    置する表示装置の表示画面を見ながら該コンピュータの
    操作を、指やペン等の指示具の操作によって行なう為の
    座標入力装置であって、 該指やペン等の指示具の指示位置の座標検出範囲は、該
    表示画面の表示面と、該机の上面のある定められた机上
    座標検出領域面の少なくとも両方を含むものであり、 該表示画面の延長面の近傍であって該表示画面の上方左
    右にそれぞれ位置し、該表示画面の任意の場所に接する
    物体の側面と該机上座標検出領域面の両方が視野に入る
    ように設置され、該視野に入る像を撮像する二つのカメ
    ラと、該二つのカメラから出力される画像信号を元に、
    該座標検出範囲内で指示する該指やペン等の指示具の指
    示座標値を計算し、該コンピュータのプログラムに入力
    する制御回路と、 を備えてなる座標入力装置。
  2. 【請求項２】 請求項１の座標入力装置であって、 前記表示画面の周囲で上方の辺を除く３辺に、反射率の
    高い部材と反射率の低い部材を接して備え、それらの部
    材の境界線が前記二つのカメラの視野に入るように設置
    した周囲反射枠を備え、該境界線を前記指やペン等の指
    示具が横切った時に前記表示面へのタッチ入力があった
    と判断するタッチ検出手段を前記制御回路の中に備える
    座標入力装置。
  3. 【請求項３】 請求項１ないし請求項２の座標入力装置
    であって、前記ペン等の指示具は、その先端部に再帰反
    射部材を備え、前記二つのカメラはそれぞれ、該カメラ
    の結像レンズの近傍に前記座標検出範囲を照らす照明手
    段を備え、該照明手段が発する光線が該再帰反射部材に
    当って反射する反射光を、前記カメラが受光するように
    した座標入力装置。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３の座標入力装置
    であって、 前記二つのカメラと一体化構造を持つ前記表示画面を備
    える座標入力装置。
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