JP2004110293A

JP2004110293A - 光学式座標入力システムおよび光信号検出方法

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Publication number: JP2004110293A
Application number: JP2002270451A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Kato; 加藤　正良
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-17
Also published as: JP4570839B2

Abstract

【課題】簡単な構成で安定した位置検出精度を有する安全な光学式座標入力システムおよび光信号検出方法を提供する。
【解決手段】座標指示部材１は、所定の信号を重畳して拡散光を発光する。光信号検出手段２は、その拡散光の光信号成分および入射角度成分を同期して検出する。中央制御手段３は、光信号検出手段２により検出された拡散光の光信号成分および入射角度成分から、座標指示部材１による情報表示部４上の指示位置を算出する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式座標入力システムおよび光信号検出方法に関し、特に、紙面上への入力情報の取得、またはパーソナルコンピュータ、アミューズメント用入力装置、携帯端末等における画面上のカーソル等の移動指示やストロークデータの入力を行うための２次元座標領域へ入力可能な光学式座標入力システムおよび光信号検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、指示部位からの拡散光を検出して、指示座標位置を検出する座標入力装置として、特開平５−１１９９１８号公報（以下、特許文献１）が開示するところの遠隔指示入力装置があった。特許文献１では、レーザ光のようなビーム形状の光線を指示部位に照射し、そこからの拡散光を光学系を通した位置検出素子上のスポット位置情報とスクリーン上の照射位置との相似関係を用いて指示位置を算出していた。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１１９９１８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１６の（ａ）は、従来技術における遠隔指示入力装置の構成を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の遠隔指示棒の構成を示す図であり、（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ遠隔指示棒中に配置されるスリットの正面図である。
【０００５】
図１６により示される遠隔指示入力装置は、プロジェクタ等のスクリーン上の投射画面上での位置情報の検出を対象としており、ＬＣＤ画面などの情報表示装置のような情報表示面からの拡散反射特性の劣る表示デバイスへのそのままの応用は困難であり、適応可能な表示デバイスに制限がある。また、従来の遠隔指示入力装置をＰＣ等の入力デバイスに用いるような場合、ポイントする部分を操作者が注視する為、目に対する安全上の面で問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で安定した位置検出精度を有する安全な光学式座標入力システムおよび光信号検出方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するため、請求項１記載の発明は、所定の信号が重畳された光信号を受光し、光信号の光信号成分と受光の入射角度成分とを同期して検出し、検出した光信号成分と入射角度成分に基づいて、光信号を発光する部材により指示された座標を算出することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、表示部材の表面上の所定の座標を指示する座標指示部材と、座標指示部材により指示された座標を検出する光信号検出装置とを有する光学式座標入力システムであって、座標指示部材は、発光する発光手段と、発光手段による発光光に所定の信号を重畳する駆動制御手段と、駆動制御手段により所定の信号が重畳された発光光を所定の方向に拡散させ、照射する光学手段と、を有し、光信号検出装置は、光学手段により照射された拡散光の光信号成分と入射角度情報とを同期して検出する光信号検出手段と、前光信号検出手段により検出された光信号成分および入射角度情報に基づいて、座標指示部材により指示された座標を算出する制御手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の光学式座標入力システムにおいて、発光手段は、光源を、赤外光を発光する素子とし、駆動制御手段は、発光手段からの赤外光に所定の信号を重畳することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４記載の発明によれば、請求項２または３記載の光学式座標入力システムにおいて、座標指示部材は、発光手段による発光光に重畳する信号が示す情報を選択する情報選択手段を有し、駆動制御手段は、情報選択手段により選択された情報を示す信号を発光光に重畳し、光信号検出手段は、情報選択手段により選択された情報に基づいて、発光光の信号を変換することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５記載の発明によれば、請求項２から４のいずれか１項に記載の光学式座標入力システムにおいて、座標指示部材は、各光信号を識別するための１つ以上の識別情報を格納する識別情報格納手段を有し、情報選択手段は、識別情報格納手段により格納されている１つ以上の識別情報のうち、所定の識別情報を選択し、駆動制御手段は、情報選択手段により選択された識別情報に基づく変調信号を発光光の信号に重畳し、光信号検出手段は、発光光に重畳された変調信号を識別情報に復調し、制御手段は、光信号検出手段により復調された識別情報に対応付けて、座標指示部材による指示座標を算出することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６記載の発明によれば、請求項２から５のいずれか１項に記載の光学式座標入力システムにおいて、座標指示部材は、座標指示部材の先端が表示部材に接触したことを検出する接触検出手段を有し、駆動制御手段は、接触検出手段により座標指示部材の先端の接触が検出されると、発光手段の発光を駆動させることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項７記載の発明によれば、請求項２から６のいずれか１項に記載の光学式座標入力システムにおいて、光信号検出手段は、所定の受光レベル以上の光信号のみを検出することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項８記載の発明によれば、請求項２から７のいずれか１項に記載の光学式座標入力システムにおいて、光信号検出装置は、受光レベルを可視化する表示手段を有することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項９記載の発明によれば、請求項２から８のいずれか１項に光学式座標入力システムにおいて、座標指示部材の発光手段と光信号検出装置との光路間に設けられ、光路の方向を変換する光路変換装置を有することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項１０記載の発明によれば、請求項９記載の光学式座標入力システムにおいて、光路変換装置は、ミラーが可動式に設けられていることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１１記載の発明によれば、請求項９または１０記載の光学式座標入力システムにおいて、光路変換装置は、所定の波長の光路のみを方向変換することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１２記載の発明によれば、請求項９から１１のいずれか１項に記載の光学式座標入力システムにおいて、光路変換装置は、光信号検出手段による受光レベルを示す情報を表示する受光レベル表示手段を有することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１３記載の発明は、座標指示部材により指示された表示部材の表面上の所定の座標を検出する光信号検出装置を用いる光信号検出方法であって、座標指示部材により照射された拡散光の光信号成分と入射角度情報とを同期して検出する光信号検出工程と、光信号検出工程により検出された拡散光の光信号成分および入射角度情報に基づいて、座標指示部材により指示された座標を算出する制御工程と、を有することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における光学式座標入力装置の構成を示す平面図である。また、図２は、本発明の第１の実施形態における光学式座標入力装置の構成を示す斜視図である。
【００２１】
光学式座標入力装置は、座標指示部材１と、光信号検出手段２と、中央制御手段３と、情報表示部４と、光学式座標入力装置の筐体５とを有する。
【００２２】
図１および図２に示されているように、光信号検出手段２は、ＬＣＤまたはＣＲＴのディスプレイ等の情報表示部４に、操作者の保持する座標指示部材１と対向する所定の空間位置に設置される。
【００２３】
座標指示部材１は、発光信号を出力する。また、座標指示部材１は、座標入力用スタイラスペンであってもよい。
【００２４】
光信号検出手段２は、角度検出部と演算部とを有し、座標指示部材１からの発光信号およびその入射角を検出する。
【００２５】
中央制御手段３は、演算結果等を記憶する記憶手段を有し、各種演算と各ユニットを制御する。
【００２６】
図３は、本発明の第１の実施形態における座標指示部材１を示す図である。座標指示部材１は、透明樹脂１０と、発光素子１１と、駆動回路１２と、制御手段１３と、感圧スイッチ１４と、拡散光学系１５と、を有する。
【００２７】
透明樹脂１０は、座標指示部材１の先端に設けられており、例えば赤外光に透明である。
【００２８】
発光素子１１は、座標指示部材１の所定の位置に搭載されており、赤外ＬＥＤなどの発光素子である。
【００２９】
駆動回路１２は、制御手段１３の指示を受けて、発光素子１１を駆動させる。
【００３０】
制御手段１３は、座標指示部材１における各部位を制御する。
【００３１】
感圧スイッチ１４は、ユーザが座標指示部材１で情報表示部４上を押圧して所定の座標を指示すると、その座標指示を検出する。
【００３２】
拡散光学系１５は、図３に示されているように、座標指示部材１の先端部位に設けられており、透明な部材の先端周辺に発光素子１１からの照射ビーム光を拡散する。
【００３３】
例えば赤外光に透明な透明樹脂１０を円錐状に成型後、頂点部分を円錐状に堀り、適当に加工面を荒らした後、例えば赤外光を反射するアルミ等の金属薄膜などを塗布後、指示部保護用のゴム状の物質や樹脂などで先端部分１６を指示しやすい形に、拡散光学系１５が埋め込まれる。そして発光素子１１からの出射ビームを透明樹脂１０の底面から上記加工面上に照射するように発光素子１１を座標指示部材１内に配置する。
【００３４】
図４は、本発明の第１の実施形態における光信号検出手段２を示す図である。光信号検出手段２は、演算部２２と、角度検出部２６とを有する。また、角度検出部２６は、レンズ２０と、受光素子２１とを有し、演算部２２は、演算回路２３と、検波手段２４と、同期手段２５と、増幅器と、加算器と、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ　Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ）とを有する。受光素子２１は、レンズ２０の焦点面に設置した入射スポット位置を検出する。角度検出部２６は、例えばＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｓｅｎｓｉｎｇ　Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）等の半導体素子からなり、座標指示部材１の発光部からの拡散光の信号成分とその入射方向を検出する。
【００３５】
以下、図３および図４を用いて、本実施形態における光学式座標入力装置による位置検出動作について説明する。
【００３６】
座標指示部材１が情報表示部４表面の所望の座標を指示すると、座標指示部材１の先端部分に設けられた感圧スイッチ１４は、指示動作を検出して、制御手段１３に座標指示を通知する。制御手段１３は、駆動回路１２を介して発光素子１１を駆動させる。座標指示部材１最先端部の拡散光学系１５は、発光素子１１から光信号を受けて、拡散光として送信する。
【００３７】
本実施形態では、さらに発光素子１１を所定のデューティ比を有するパルス駆動とすることにより、発光素子１１の単位時間あたりの平均出力パワーを抑えて、操作者がペン先（座標指示部材１の先端部）を注視しても眼に安全であるようにしている。
【００３８】
検波手段２４がベースバンド信号を抽出後、同期手段２５は同期を取る。演算手段２３は、この同期信号を基にスポット位置情報を検出して、その入射方向を算出する。
【００３９】
図５は、本発明の第１の実施形態における光学式座標入力装置を示す図である。以下、図５を用いて、光学式座標入力装置による指示点の算出方法について説明する。ただし、ここでは情報表示部４画面の直交する２辺をＸ軸及びＹ軸（以後表示座標系という）とする。
【００４０】
図４に示されるように、光信号検出手段２は、レンズ２０とその焦点距離位置を検出する受光素子２１（ＰＳＤまたはＣＣＤなどの入射スポット位置情報を出力する受光素子、本実施形態はＰＳＤを用いている）とを有する。
【００４１】
光信号検出手段２は、光信号検出手段２の集光スポットの情報表示部４における受光面上の位置情報（例えば、本実施形態のＰＳＤの場合、受光面の各辺上に設けられた各電極からの光電流値の線形演算値）を光信号の受信信号と同期して検出する。なお、受光面重心位置がレンズ光軸上に一致する構成の場合、演算結果がそのままスポット位置情報をあらわす。
【００４２】
レンズ２０の焦点距離及び受光面上に想定するローカルな座標系を、例えば、レンズ２０の光軸をｙ’軸、矩形受光面の各辺に平行にｘ’及びｚ’軸、光学中心を原点とすると、座標系上でのスポット位置Ｐ（ｘ’ｐ，ｚ’ｐ）と入射方位（方向ベクトル）Ｖ’＝（Ｖ’ｘ，Ｖ’ｙ，Ｖ’ｚ）成分とは直線ｔＶ’（ｔは任意の数）と平面ｙ’＝ｆとの交点の関係から次式の関係が成立し、これより演算手段２３にて入射方向ベクトルを算出する。
【００４３】
ｘ’ｐ／Ｖ’ｘ＝ｆ／Ｖ’ｙ＝ｚ’ｐ／Ｖ’ｚ
【００４４】
次に、中央制御手段３は、このローカル座標系と表示座標系との対応関係に注意して、表示座標系での入射方向ベクトルＶに変換する。ここで、指示位置Ｓ（＝拡散光学系１５の位置）は、情報表示部４の表示平面上における位置座標であるとみなせる。従って、求める指示位置Ｓは、光信号検出手段２の光学中心位置をＬとすると、光信号検出手段２の光学中心位置Ｌ（表示座標系での座標値、製造時に既知）を通る直線ＯＬ＋ｋＶ（ｋは任意の数、Ｏは原点、Ｖはベクトル）と表示平面Ｚ＝０との交点として求まる。この関係から中央制御手段３は、所定の一次元の線形の連立方程式を解くことにより、その解として、指示位置Ｓの位置座標値を算出する。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、座標指示部材１は、所定の信号を重畳して拡散光を発光する。光信号検出手段２は、その拡散光の光信号成分および入射角度成分を同期して検出する。中央制御手段３は、光信号検出手段２により検出された拡散光の光信号成分および入射角度成分から、座標指示部材１による情報表示部４上の指示位置を算出する。従って、本実施形態によれば、簡単な構成で安定した位置検出精度を有する安全な光学式座標入力装置を提供することが可能となる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、座標指示部材１は、その先端が情報表示部４上に接触したことを検出すると、発光素子１１を駆動させる。従って、不要な電力の消費を防ぐことが可能となる。
【００４７】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態における光学式座標入力装置の構成を示す平面図である。また、図７は、本発明の第２の実施形態における光学式座標入力装置の構成を示す斜視図である。
【００４８】
光学式座標入力装置は、座標指示部材１と、光信号検出手段２と、中央制御手段３と、情報表示部４と、光路変換手段６と、を有する。
【００４９】
図６および図７に示されているように、光信号検出手段２は、ＬＣＤまたはＣＲＴのディスプレイ等の情報表示部４に操作者の保持する座標指示部材１と対向する所定の位置に設置される。また、光信号検出手段２の光軸上、座標指示部材１との光路上に座標指示部材１からの光信号を光信号検出手段２に入射させるよう、所定の角度に設置したミラーによる光路変換手段６を有する。光学式座標入力装置における検出側ユニットは、光路変換手段６を介して入射する座標指示部材１からの発光信号およびその入射角を検出する光信号検出手段２（角度検出部と演算部とを有する）と、各種演算と各ユニットを制御する中央制御処理手段３（演算結果等を記憶する記憶手段を含む）とを有する。
【００５０】
本実施形態における座標指示部材１は、以下特記しない限り、図３に示される第１の実施形態における座標指示部材１と同様であるとする。また、本実施形態における光信号検出手段２は、以下特記しない限り、図４に示される第１の実施形態における光信号検出手段２と同様であるとする。以下、図３および図４を用いて、座標指示部材１および光信号検出手段２の構成・動作を説明する。また、中央制御手段３および情報表示部４に関しても、以下特記しない限り、第１の実施形態と同様であるとする。
【００５１】
図８は、本発明の第２の実施形態における光学式座標入力装置の構成を示す断面図である。図８に示されるように、光路変換手段６は、昇降機構部７１と、角度保持機構部７２と、ミラー搭載部７４とを有する。
【００５２】
ミラー搭載部７４は、座標指示部材１の拡散光の光路を調節して、光信号検出手段２に照射するミラーを光信号検出手段２上に搭載している。ミラー搭載部７４は、角度保持機構部７２を介して昇降機後部７１に連設されている。
【００５３】
昇降機構部７１は、光路変換手段６使用時には、所望の高さにミラー搭載部７４を保持可能なように設けられており、光信号検出手段２とミラー搭載部７４との間の距離（高さ）を調節可能なように設けられている。
【００５４】
角度保持機構部７２は、光路変換手段６使用時には、所望の角度にミラー搭載部７４を保持可能なように設けられており、光信号検出手段２に対するミラー搭載部７４の角度を調節可能なように設けられている。
【００５５】
光路変換手段６が使用されないときには、例えば、ミラー搭載部７４は、光信号検出手段２に蓋をするような状態に保持可能となるように設けられる。
【００５６】
ミラー搭載部７４を押すことにより、機械的に使用可能な状態に保持される。このとき、光信号検出手段２の所定部分に感圧スイッチ７３を設け、光路変換手段６が稼動した際に感圧スイッチ７３がＯＮになり、検出側ユニットの電源を入れるようにする。従って、操作者にわかりやすく、確実な電源の投入が可能になる（当然、ミラー搭載部７４が閉じられた状態では感圧スイッチ７３はＯＦＦになる）。
【００５７】
光路変換手段６は、座標指示部材１からの赤外光のみを反射するように、表面に誘電体多層膜等のフィルタ部材を設けておく。従って、蛍光灯などからの不要な外光を低減して、誤動作を防ぐようにしている。
【００５８】
以下、図３および図４を用いて、本実施形態における光学式座標入力装置による位置検出動作について説明する。
【００５９】
座標指示部材１が情報表示部４表面の所望の座標を指示すると、座標指示部材１の先端部分に設けられた感圧スイッチ１４は、指示動作を検出して、制御手段１３に座標指示を通知する。制御手段１３は、駆動回路１２を介して発光素子１１を駆動させる。座標指示部材１最先端部の拡散光学系１５は、発光素子１１から光信号を受けて、拡散光として送信する。
【００６０】
本実施形態では、さらに発光素子１１を所定のデューティ比を有するパルス駆動とすることにより、発光素子１１の単位時間あたりの平均出力パワーを抑えて、操作者がペン先（座標指示部材１の先端部）を注視しても眼に安全であるようにしている。
【００６１】
座標指示部材１から発信された光信号は、光路変換手段６により一部が光信号検出手段２に照射される。すなわち、光路変換手段６は、入射する光信号のうち所定の波長の光信号のみを光信号検出手段２に対して照射する。従って、座標指示部材１の発光光以外の光信号が、光信号検出手段２に入射することを抑制し、誤作動のない光学式座標入力装置を提供することが可能となる。
【００６２】
検波手段２４がベースバンド信号を抽出後、同期手段２５は同期を取る。演算手段２３は、この同期信号を基にスポット位置情報を検出して、その入射方向を算出する。このとき、光路変換手段６による固定の角度変化量（偏向角）をオフセット量として加算する。
【００６３】
図４に示されるように、光信号検出手段２は、レンズ２０とその焦点距離位置を検出する受光素子２１（ＰＳＤまたはＣＣＤなどの入射スポット位置情報を出力する受光素子、本実施形態はＰＳＤを用いている）とを有する角度検出部２６と、角度情報を演算する演算部２２とを有する。
【００６４】
光信号検出手段２は、角度検出部２６の集光スポットの受光面上の位置情報（例えば、本実施形態のＰＳＤの場合、受光面の各辺上に設けられた各電極からの光電流値の線形演算値）を光信号の受信信号と同期して検出する。なお、受光面重心位置がレンズ光軸上に一致する構成の場合、演算結果がそのままスポット位置情報をあらわす。
【００６５】
図９は、本発明の第２の実施形態における光学式座標入力装置を示す図である。以下、図９を用いて、本実施形態における光学式座標入力装置による指示点の算出方法について説明する。ただし、本実施形態では情報表示部４画面上の直交する２辺をＸ軸及びＹ軸（以後表示座標系という）とする。
【００６６】
例えば、本実施形態のようにミラーの設置角度が角度検出部２６の光軸に対し４５度に設置している場合、図９に示されるように、光路変換手段６による角度オフセット量を演算部による入射角度情報に加算することは、９０度変換された光軸の延長線上の、ミラー部―角度検出部の光学中心間距離だけ離れた位置に、仮想の角度検出部（＝虚像３７）を設置したことと等価である。ただし、Ｘ軸方向は鏡により左右逆になる。
【００６７】
虚像３７上の光学系３５の焦点距離及び受光面３６上に想定するローカルな座標系を、例えば、レンズ２０の光軸をｙ’軸、矩形受光面の各辺に平行にｘ’及びｚ’軸、光学中心を原点とすると、座標系上でのスポット位置Ｐ（ｘ’ｐ，ｚ’ｐ）と入射方位（方向ベクトル）Ｖ’＝（Ｖ’ｘ，Ｖ’ｙ，Ｖ’ｚ）成分とは直線ｔＶ’（ｔは任意の数）と平面ｙ’＝ｆとの交点の関係から次式の関係が成立し、これより演算手段２３にて入射方向ベクトルを算出する。
【００６８】
ｘ’ｐ／Ｖ’ｘ＝ｆ／Ｖ’ｙ＝ｚ’ｐ／Ｖ’ｚ
【００６９】
次に、中央制御手段３は、このローカル座標系と表示座標系との対応関係に注意して、表示座標系での入射方向ベクトルＶに変換する。ここで、指示位置Ｓ（＝拡散光学系１５の位置）は、情報表示部４の表示平面上における位置座標であるとみなせる。従って、求める指示位置Ｓは、仮想角度検出部（虚像３７）の光学中心位置をＬとすると、光信号検出手段２の光学中心位置Ｌ（表示座標系での座標値、製造時に既知）を通る直線ＯＬ＋ｋＶ（ｋは任意の数、Ｏは原点、Ｖはベクトル）と表示平面Ｚ＝０との交点として求まる。この関係から中央制御手段３は、所定の一次元の線形の連立方程式を解くことにより、その解として、指示位置Ｓの位置座標値を算出する。
【００７０】
以上説明したように、本実施形態によれば、光路変換手段６は、座標指示部材１からの拡散光の光路の方向を調節して、光信号検出手段２にその拡散光を入射させる。従って、計測精度を向上させるために光信号検出手段２を情報表示部４から所定の高さの位置に設置する必要がなくなり、光学式座標入力装置の小型化を実現することが可能となる。
【００７１】
また、本実施形態によれば、光路変換手段６には、座標指示部材１からの赤外光のみを反射するように、表面に誘電体多層膜等のフィルタ部材が設けられている。従って、蛍光灯などからの不要な外光を低減して、誤動作を防ぐことが可能となる。
【００７２】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態では、座標指示部材１から光信号検出手段２に送信する光信号に一義的に決まる識別情報を付加することにより、複数の赤外線装置が動作する環境であっても、誤作動のない光学式座標入力装置を実現する。以下、特記しない限り、本発明の第３の実施形態における構成および動作は、第１の実施形態における構成および動作と同様であるとする。
【００７３】
図１０は、本発明の第３の実施形態における座標指示部材１を示す図である。本実施形態において、座標指示部材１は、発光素子１１と、駆動回路１２と、制御手段１３と、入力手段３０と、入力情報検出手段３１と、記憶手段３３と、切り返しスイッチ３４と、を有する。
【００７４】
発光素子１１、駆動回路１２、および制御手段１３は、第１の実施形態と同様であるとする。
【００７５】
入力手段３０は、例えば、所定のボタン／スイッチなどであって、情報を入力する。入力情報検出手段３１は、入力手段３０による情報入力を検出する。
【００７６】
記憶手段３３は、座標指示部材１から送信する光信号を一義的に識別するための１つ以上の識別情報を記憶する。
【００７７】
切り返しスイッチ３４は、記憶手段３３に記憶されている１つ以上の識別情報のうち所定の識別信号を選択する情報入力部位である。
【００７８】
本実施形態では、座標指示部材１は、記憶手段３３に予め記憶させている識別情報のうち所定の１つを切り返しスイッチ３４を用いて選択する。
【００７９】
図１１は、本発明の第３の実施形態における座標指示部材１が光信号検出手段２に送信する光信号の変調を示す図である。図１１に示されるように、切り返しスイッチ３４により選択情報が入力されると、発光素子１１（本実施形態では、例えば赤外ＬＥＤなど）の光出力を制御する制御手段１３は、搬送信号に変調信号４０を重畳して発光素子１１からの拡散光を直接変調４１する。なお、座標指示部材１は、光信号をＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ）方式により伝送する。
【００８０】
図１２は、本発明の第３の実施形態における座標指示部材１が光信号検出手段２に送信する光信号のフレーム構成を示す図である。図１２に示されているように、座標指示部材１は、例えば受信側（光信号検出手段２側）で同期を取るためのプリアンブル４５につづき、選択された識別信号に基づく識別情報（送信側ＩＤ）４６を送信する。例えば、座標指示部材１を用いてマウスのエミュレートを行って、情報表示部４の表示画面上の画像情報を制御する場合、表示画面上のＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ　Ｕｓｅｒ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）操作等に必須なクリック動作等を指示する必要がある。そこで、図１０に示すようなマウス上のクリックボタンに相当する入力手段３０を座標指示部材１上に設け、座標指示部材１は、入力手段３０が押されたことを検知して、対応する情報信号４７を識別情報４６の後に付加している。そして、座標指示部材１は、最後にリターンコード４８を付加して通信を行う。
【００８１】
図１３は、本発明の第３の実施形態における光信号検出手段２を示す図である。受信側（光信号検出手段２側）では、図１３に示すように、例えば受光素子２１からの信号を用い、検波手段２４によりベースバンド信号を抽出後、同期手段２５により同期を取り、この同期信号を元に判定器５０および復調手段５１により所望のデジタル信号に復調する。次に、中央制御手段３は、座標指示部材１の識別信号４６と対応する操作指示信号を識別して、次段の情報機器に所定の信号を伝送する。また、上記の同期信号を元にサンプリングして入射角度情報も検出して、光信号検出手段２の位置情報をもとに座標指示部材１による指示座標を算出する。
【００８２】
以上説明したように、本実施形態では、座標指示部材１は、光信号検出手段２に送信する光信号に識別信号４６を付加することにより、他に赤外線装置が存在しているような環境でも、光信号検出手段２は、一義的に決まる識別信号４６により誤動作することなく光信号を検出することが可能となり、誤動作を防止することが可能となる。また、前記識別信号と座標位置とを対応付けることにより、複数の指示部材（ただし、識別信号はお互い異なる）による同時操作を可能にする。
【００８３】
また、本実施形態によれば、座標指示部材１は、記憶手段３３に予め記憶させている識別情報のうち所定の１つを切り返しスイッチ３４を用いて選択する。従って、操作者の意図した指示を送信することが可能で、光学式座標入力装置を搭載した情報処理装置の操作性を向上させることが可能である。
【００８４】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態では、光信号検出手段２が座標指示部材１からの拡散光の入射角度を算出する際に、拡散光の受光強度が所定のレベル以下の場合、光信号検出手段２は、座標指示部材１の指示座標位置を所定の規定値の検出位置情報、もしくは直前に検出した検出位置情報にホールドする。従って、本実施形態では、不要な誤動作や誤検出を防止することが可能で、操作者に違和感の少ない操作性を提供することが可能となる。なお、上記した以外の構成および動作については、第１の実施形態と同様であるとする。
【００８５】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態では、光信号検出手段２は、座標指示部材１の拡散光と異なる波長の光を受光した際において、可視光ＬＥＤの発光、または小型の液晶表示素子によるバー表示等により、受光素子２１での検出光（座標指示部材１の拡散光）の受光レベルを可視化して表示する。
【００８６】
図１４は、本発明の第５の実施形態における光信号検出手段２を示す図である。以下、図１４を用いて、本実施形態における構成および動作について説明する。
【００８７】
図１４に示されているように、例えば、光信号検出手段２は、ある規定受光強度に達した際に表示用ＬＣＤのバーグラフ６０を受光レベルに比例するよう変化させて受光強度を表示する。従って、本実施形態によれば、座標指示部材１からの発光光が正常に検出されていることが確認可能で、誤動作の防止や故障等の早期発見などが可能になる。
【００８８】
また、図１５は、本発明の第５の実施形態の変形例における光信号検出手段２を示す図である。図１５に示されているように、光信号検出手段２は、表示用に可視光ＬＥＤを光信号検出手段２に対向する面上に設け、受光部での検出光の受光レベルが一定以上の場合に所定のＬＥＤ６２を発光表示したり、一定時間の受光レベルが一定以下の場合に、Ｌｏｗレベルを警告するＬＥＤ６１を発光表示したりすることにより、座標指示部材１からの発光光が正常に検出されているかどうかの確認が可能で、誤動作の防止や故障等の早期発見などが可能になる。
【００８９】
なお、バーグラフ６０、ＬＥＤ６１、６２は、光信号検出手段２に設けるとしたが、第２の実施形態の構成に適用する場合には、光路変換手段６において、ミラー搭載部７４に対向する面上に設けるとしてよい。
【００９０】
なお、上記の実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明の実施形態は、これに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において種々変形して実施することが可能となる。
【００９１】
例えば、光信号検出手段２に座標指示部材１からの拡散光の光源波長以外に光の入射を防止するための光学フィルタを設けることにより、外乱光などの光ノイズを低減し、Ｓ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
【００９２】
また、座標指示部材１の判別に複数の発振器による搬送波の周波数を切り替え、受信側（光信号検出手段２）にて対応するバンドパスフィルタにより受信信号を検出することによる識別も可能である。
【００９３】
さらに、ラインセンサ等の１次元のセンサを直交するように配置して、それぞれのセンサに光学系として円筒レンズを所定の位置に配置する構成でも光信号検出手段２を実現できる。
【００９４】
なお、以上説明した光学式座標入力装置を二次元情報を計測する計測装置等に応用するとしてもよい。
【００９５】
また、上記の処理は、光学式座標入力装置が有するコンピュータプログラムにより実行されるが、上記のプログラムは、光記録媒体、磁気記録媒体、光磁気記録媒体、または半導体等の記録媒体に記録され、上記の記録媒体からロードされるようにしてもよいし、所定のネットワークを介して接続されている外部機器からロードされるようにしてもよい。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、座標指示部材は、所定の信号を重畳して拡散光を発光する。光信号検出手段は、その拡散光の光信号成分および入射角度成分を同期して検出する。制御手段は、光信号検出手段により検出された拡散光の光信号成分および入射角度成分から、座標指示部材による情報表示部上の指示位置を算出する。従って、本発明によれば、簡単な構成で安定した位置検出精度を有する安全な光学式座標入力システムを提供することが可能となる。
【００９７】
また、本発明によれば、座標指示部材は、その先端が情報表示部上に接触したことを検出すると、発光手段を駆動させる。従って、不要な電力の消費を防ぐことが可能となる。
【００９８】
また、本発明によれば、光路変換装置は、座標指示部材からの拡散光の光路の方向を調節して、光信号検出装置にその拡散光を入射させる。従って、計測精度を向上させるために光信号検出装置を情報表示部から所定の高さの位置に設置する必要がなくなり、光学式座標入力システムの小型化を実現することが可能となる。
【００９９】
また、本発明によれば、光路変換手段は、所定の波長の光の光路のみを方向変換する。従って、蛍光灯などからの不要な外光を低減して、誤動作を防ぐことが可能となる。
【０１００】
また、本発明によれば、識別情報格納手段により記憶されている識別情報のうち所定の１つを情報選択手段を用いて選択する。従って、操作者の意図した指示を送信することが可能で、光学式座標入力システムを搭載した情報処理装置の操作性を向上させることが可能である。
【０１０１】
表示手段および受光レベル表示手段は、光信号検出手段による受光レベルを表示する。従って、本発明によれば、座標指示部材からの発光光が正常に検出されていることが確認可能で、誤動作の防止や故障等の早期発見などが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における光学式座標入力装置の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における光学式座標入力装置の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における座標指示部材を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における光信号検出手段を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における光学式座標入力装置を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における光学式座標入力装置の構成を示す平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における光学式座標入力装置の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における光学式座標入力装置の構成を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における光学式座標入力装置を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態における座標指示部材を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態における座標指示部材が光信号検出手段に送信する光信号の変調を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態における座標指示部材が光信号検出手段に送信する光信号のフレーム構成を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態における光信号検出手段を示す図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態における光信号検出手段を示す図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態の変形例における光信号検出手段を示す図である。
【図１６】（ａ）は、従来技術における遠隔指示入力装置の構成を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の遠隔指示棒の構成を示す図であり、（ｃ）および（ｄ）は、それぞれ遠隔指示棒中に配置されるスリットの正面図である。
【符号の説明】
１　座標指示部材
２　光信号検出手段
３　中央制御手段
４　情報表示部
５　筐体
６　光路変換手段
１０　透明樹脂
１１　発光素子
１２　駆動回路
１３　制御手段
１４、７３　感圧スイッチ
１５　拡散光学系
１６　先端部分
２０　レンズ
２１　受光素子
２２　演算部
２３　演算回路
２４　検波回路
２５　同期手段
２６　角度検出部
３０　入力手段
３１　入力情報検出手段
３３　記憶手段
３４　切り返しスイッチ
４０　変調信号
４１　変調
４５　プリアンブル
４６　識別情報
４７　情報信号
４８　リターンコード
５０　判定器
５１　復号手段
６０　バーグラフ
６１、６２　ＬＥＤ
７１　昇降機構部
７２　角度保持機構部
７４　ミラー搭載部
Ｌ　光学中心位置
Ｐ　スポット位置
Ｓ　指示位置
Ｖ、Ｖ’　ベクトル

Claims

所定の信号が重畳された光信号を受光し、該光信号の光信号成分と前記受光の入射角度成分とを同期して検出し、該検出した光信号成分と入射角度成分に基づいて、前記光信号を発光する部材により指示された座標を算出することを特徴とする光学式座標入力システム。
表示部材の表面上の所定の座標を指示する座標指示部材と、該座標指示部材により指示された座標を検出する光信号検出装置とを有する光学式座標入力システムであって、
前記座標指示部材は、
発光する発光手段と、
前記発光手段による発光光に所定の信号を重畳する駆動制御手段と、
前記駆動制御手段により前記所定の信号が重畳された発光光を所定の方向に拡散させ、照射する光学手段と、を有し、
前記光信号検出装置は、
前記光学手段により照射された拡散光の光信号成分と入射角度情報とを同期して検出する光信号検出手段と、
前光信号検出手段により検出された光信号成分および入射角度情報に基づいて、前記座標指示部材により指示された座標を算出する制御手段と、
を有することを特徴とする光学式座標入力システム。
前記発光手段は、
光源を、赤外光を発光する素子とし、
前記駆動制御手段は、
前記発光手段からの赤外光に所定の信号を重畳することを特徴とする請求項２記載の光学式座標入力システム。
前記座標指示部材は、
前記発光手段による発光光に重畳する信号が示す情報を選択する情報選択手段を有し、
前記駆動制御手段は、
前記情報選択手段により選択された情報を示す信号を前記発光光に重畳し、
前記光信号検出手段は、
前記情報選択手段により選択された情報に基づいて、前記発光光の信号を変換することを特徴とする請求項２または３記載の光学式座標入力システム。
前記座標指示部材は、
各光信号を識別するための１つ以上の識別情報を格納する識別情報格納手段を有し、
前記情報選択手段は、
前記識別情報格納手段により格納されている１つ以上の識別情報のうち、所定の識別情報を選択し、
前記駆動制御手段は、
前記情報選択手段により選択された識別情報に基づく変調信号を前記発光光の信号に重畳し、
前記光信号検出手段は、
前記発光光に重畳された変調信号を前記識別情報に復調し、
前記制御手段は、
前記光信号検出手段により復調された識別情報に対応付けて、前記座標指示部材による指示座標を算出することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の光学式座標入力システム。
前記座標指示部材は、
前記座標指示部材の先端が前記表示部材に接触したことを検出する接触検出手段を有し、
前記駆動制御手段は、
前記接触検出手段により前記座標指示部材の先端の接触が検出されると、前記発光手段の発光を駆動させることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の光学式座標入力システム。
前記光信号検出手段は、
所定の受光レベル以上の光信号のみを検出することを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の光学式座標入力システム。
前記光信号検出装置は、
前記受光レベルを可視化する表示手段を有することを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の光学式座標入力システム。
前記座標指示部材の発光手段と前記光信号検出装置との光路間に設けられ、該光路の方向を変換する光路変換装置を有することを特徴とする請求項２から８のいずれか１項に光学式座標入力システム。
前記光路変換装置は、
ミラーが可動式に設けられていることを特徴とする請求項９記載の光学式座標入力システム。
前記光路変換装置は、
所定の波長の光路のみを方向変換することを特徴とする請求項９または１０記載の光学式座標入力システム。
前記光路変換装置は、
前記光信号検出手段による受光レベルを示す情報を表示する受光レベル表示手段を有することを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の光学式座標入力システム。
座標指示部材により指示された表示部材の表面上の所定の座標を検出する光信号検出装置を用いる光信号検出方法であって、
前記座標指示部材により照射された拡散光の光信号成分と入射角度情報とを同期して検出する光信号検出工程と、
前記光信号検出工程により検出された拡散光の光信号成分および入射角度情報に基づいて、前記座標指示部材により指示された座標を算出する制御工程と、
を有することを特徴とする光信号検出方法。