JP2004272353A

JP2004272353A - 座標入力装置

Info

Publication number: JP2004272353A
Application number: JP2003058592A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Tanaka; 淳田中; Katsuhide Hasegawa; 勝英長谷川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】高精度の座標入力を実現する座標入力装置を提供する。
【解決手段】座標入力領域の周辺部に設けられ、入射光を再帰的に反射する反射部と、座標入力領域の角部に設けられた受光部２１と、座標入力領域に光を照明する発光部５１とを備える座標入力装置において、受光部２１が受光する前記反射手段からの反射光に基づいて、該反射光の遮蔽位置の角度情報を算出する。そして、その算出された角度情報に基づいて、前記遮蔽位置の座標を算出する。ここで、発光部５１の光軸と受光部２１の光軸は、座標入力領域に対して垂直方向に所定距離Ｌ離れている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、座標入力領域上の指示位置を算出する座標入力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、入力面に指示具や指によって指示して座標を入力することにより、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が知られている。
【０００３】
この種の座標入力装置としては、タッチパネルとして、各種方式のものが提案、または製品化されており、特殊な器具などを用いずに、画面上でパーソナルコンピュータ等の端末の操作が簡単にできるため、広く用いられている。
【０００４】
その座標入力方式としては、抵抗膜を用いたもの、また、超音波を用いたものなど、さまざまなものがある。これらの座標入力方式の中で、光を用いたものとしては、座標入力領域の外側に再帰性反射シートを設け、座標入力領域の角端部に配置された光を照明する照明部と光を受光する受光部とにより、座標入力領域内において指等の光を遮蔽する遮蔽物と受光部間の角度を検出し、その検出結果に基づいて、その遮蔽物の指示位置を決定するものが知られている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、発光部の光をハーフミラーを介してポリゴンミラーに照射し、ポリゴンミラーの回転によって再帰性反射シートへ照射して、反射光をハーフミラーで受光部によって検知するものがある。
【０００６】
別の構成としては、図２３に示すような座標入力装置がある。この座標入力装置では、まず、発光部５Ａ〜Ｄによって、座標入力領域１に対して光を照明する。次に、この光は、座標入力領域１の周辺部の再帰性反射シート７により反射され、発光部５Ａ〜５Ｄ及び受光部２Ａや受光部２Ｂ（ライン状のＣＣＤセンサ等で構成される）の方向に戻ってくる。
【０００７】
このような構成において、図２４に示すように、その光の経路上に指などの遮蔽物６があると、再帰性反射シート７からの反射が阻害される。この場合、遮蔽物６の陰が、レンズ３Ａを介して受光部２Ａ上に結像される。
【０００８】
そして、この受光部２Ａで結像した像を読み込み、遮蔽物６の存在しない状態（初期状態）との差分を得ることによって、遮蔽物６の受光部２Ａに対する角度を得ることができる。このような受光部を、例えば、座標入力領域１の上辺両端部に２箇所（受光部２Ａ及び２Ｂ）に設けることで、遮蔽物６の位置、つまり、入力座標を計算することができ、タッチパネルとして用いることが可能になっている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−８５３９９号公報
【発明が解決しようとする課題】
近年、大型ディスプレイの画面の明るさが改善され、明るく照明された環境においても十分使用できるようになり、また、コンピュータの普及が進んだため、会議室などで使用する大型のコンピュータ用ディスプレイの需要が拡大されつつある。このような用途において、コンピュータ画面を用いたプレゼンテーションや会議を行なう場合、画面を直接操作できる座標入力装置は非常に便利なものである。
【００１０】
特に、上記従来例のように、角度検出器として機能する受光部を座標入力領域１の上辺両端部に設けるものは、大型化してもコストが高くならない利点がある。
【００１１】
しかしながら、図２３のように、受光部２Ａ及び２Ｂの脇に発光部５Ａ〜５Ｄを配置し、受光部２Ａが受光する光の光軸と発光部が発光する光の光軸の双方の光軸が同一面内にしている構成や、ハーフミラーを介して両者の光軸を略一致させている構成での座標入力において、特に、受光部２Ａの近傍での遮蔽物６による座標入力では、図２５のａで示されるように、その遮蔽物６による直接反射の散乱光を受光部２Ａで検出してしまうことがあり、精度を低下させる、あるいは座標検出ができない等の問題があった。
【００１２】
また、発光部５Ａ〜５Ｄからの光が、再帰性反射シート７に到達するまえに、遮蔽物６でさえぎられるため、再帰性反射シート７上に影ｂ、ｃを生じることになる。このような影ｂ、ｃが生じると、実際の再帰性反射シート７からの光をさえぎったところ以外にもあたかも入力があるような信号が発生し、誤検出の原因になっていた。
【００１３】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、高精度の座標入力を実現する座標入力装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明による座標入力装置は以下の構成を備える。即ち、
座標入力領域上の指示位置を算出する座標入力装置であって、
前記座標入力領域の角部に設けられた受光手段と、
前記座標入力領域の周辺部に設けられ、入射光を再帰的に反射する反射手段と、
前記座標入力領域に光を照明する発光手段と、
前記受光手段が受光する前記反射手段からの反射光に基づいて、該反射光の遮蔽位置の角度情報を算出する角度算出手段と、
前記角度算出手段で算出された角度情報に基づいて、前記遮蔽位置の座標を算出する座標算出手段とを備え、
前記発光手段の光軸と前記受光手段の光軸は、前記座標入力領域に対して垂直方向に所定距離離れている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
＜＜実施形態１＞＞
図１は本発明の実施形態１の座標入力装置の概略構成を示す図である。
【００１７】
１は座標入力領域であり、平面表示装置上に定義されており、その周辺には、主として光の入射方向に再帰的に光を反射する再帰性反射シート７が設置されている。
【００１８】
座標入力領域１の上端角部には、センサ部２１Ａ及び２１Ｂが設けられている。センサ部２１Ａ及び２１Ｂの各センサ部は、レンズ３とＣＣＤ２（図２参照）等を有している。また、センサ部２１Ａ及び２１Ｂの下面には、座標入力領域１及び再帰性反射シート７に光を照射するための発光部５１（図２参照）が設けられている。
【００１９】
センサ部２１Ａ及び２１Ｂからの出力は、ＡＤ変換器によりデジタルデータに変換され演算制御部６００（図３参照）に送信される。
【００２０】
このような構成において、まず、発光部５１が演算制御回路６００により発光させられると、その光は再帰性反射シート７で反射され、座標入力領域１中に遮蔽物６（指や指示具）が存在しなければ、センサ部２１Ａ及び２１Ｂ内それぞれのレンズ３により集光され、それぞれのＣＣＤ２上で受光される。
【００２１】
一方、遮蔽物６が座標入力領域１上に存在するときは、その部分において、再帰性反射シート７からの光がさえぎられるため、センサ部２１Ａ及び２１Ｂ上では、その部分が影として検出されることになる。
【００２２】
演算制御部６００は、この影の部分を検出し、センサ部２１Ａ及び２１Ｂを構成するそれぞれのＣＣＤ２の画素の画素番号（位置）から、遮蔽物６のセンサ部２１Ａ及び２１Ｂに対する各角度情報を取得し、この角度情報から遮蔽物６の座標値を算出する。そして、この座標値を、例えば、ホストコンピュータ等の外部装置に出力することができる。
【００２３】
＜センサ部の詳細説明＞
図２は本発明の実施形態１のセンサ部と発光部の詳細構成を示す図である。
【００２４】
尚、図２では、センサ部２１（センサ部２１Ａあるいは２１Ｂ）と発光部５１それぞれの側面図を示している。
【００２５】
センサ部２１Ａ及び２１Ｂはそれぞれ、赤外フィルタ８、結像用のレンズ３、絞り９及びラインＣＣＤ２から構成されている。
【００２６】
レンズ３によって集光された光は、その入射角度によって、ラインＣＣＤ２上の各々の正接（タンジェント）に対応する部分に集光される。
【００２７】
つまり、遮蔽物６の影がある場合には、その入力角度によって、ラインＣＣＤ２上の異なる画素上に結像されることになる。この画素番号から、入力点である遮蔽物６の位置に対する角度θ_１、θ_２の正接を検出することが可能になっている。
【００２８】
絞り９は、ラインＣＣＤ２の検出範囲を限定するもので、再帰性反射シート７以外からの不要光を排除するために、上下方向対して光入力を規制している。赤外フィルタ８は、通常の可視光の入射を防止するために設けられている。
【００２９】
また、センサ部２１の下面には、発光部５１が、座標入力領域１の入力面に対して垂直方向にオフセット距離（所定距離）Ｌ離されて配置されている。発光部５１は、シリンドリカルレンズ１０とＬＥＤ５から構成されている。
【００３０】
＜演算制御部の動作説明＞
図３は本発明の実施形態１の演算制御部の構成を示す図である。
【００３１】
演算制御部６００は、演算制御回路（ＣＰＵ）６４、センサ制御回路６２、発光部駆動回路６３、ＡＤ変換器６１、記憶回路（メモリ）６５、通信回路６６等からなり、発光部５１の制御、センサ部２１の制御、座標演算等の各種処理を実行する。
【００３２】
演算制御回路６４から発光信号を出力すると、発光部駆動回路６３を経て発光部５１が一定期間点灯する。発光部５１の光は、再帰性反射シート７によって略入射方向に反射される。反射された光は、センサ部２１により検出される。
【００３３】
演算制御回路６４から読出信号が出力されると、センサ制御回路６２を経てセンサ部２１に制御信号が送信され、検出した光信号を電気信号としてＡＤ変換器６１に出力する。
【００３４】
ＡＤ変換器６１でデジタル信号に変換された信号は、演算制御回路６４によって取りこまれ角度計算用データとして、記憶回路６５に記憶される。
【００３５】
実際の計算に際しては、あらかじめ何も入力がない状態で、この入射状況を基準データとして記憶する。このときのセンサ部２１の検出結果の一例を、図４の７−１に示す。同図において、横軸がセンサ部２１内のラインＣＣＤ２の画素に対応し、縦軸が光強度を示している。
【００３６】
この時のデータを基準データとして、出荷時に記憶回路６５に記憶しておいても良いし、装置立ち上げ時に毎回ＲＡＭなどに記憶しておいても良い。
【００３７】
入力が行われた場合、再帰性反射シート７からの光は、遮蔽物６によりさえぎられるため、ラインＣＣＤ２の検出結果（検出データ）は、図４の７−２のようになる。
【００３８】
そして、図４の７−１に基づく基準データと、図４の７−２に基づく検出データとの差分を計算すると、図４の７−３のように、遮蔽物６の入力位置に対応する差分検出データ部分のみが検出可能になる。この差分検出データを、例えば、閾値などで検出し、この信号のピークあるいは重心位置を計算することにより、遮蔽物６の入力位置の角度θ_１、θ_２の正接に相当する信号を算出できる。
【００３９】
＜座標計算方法の説明＞
図５は本発明の実施形態１のセンサ部の配置に関する説明図である。
【００４０】
センサ部２Ａ及び２Ｂは、座標入力領域１の中心を原点ＯとするＸＹ座標を定義した場合に、各々Ｌ（−Ａ，Ｂ）、Ｒ（Ａ，Ｂ）を基準点とし、Ｘ軸に対して４５度の基準軸からの反時計回りの角度θ_１、θ_２の正接（タンジェント）を検出するように配置されている。
【００４１】
入力位置をＰ（ｘ，ｙ）、センサ部２１Ａ及び２１Ｂの基準点Ｌ（−Ａ，Ｂ）及びＲ（Ａ，Ｂ）に対し、これらの中点Ｃ（０，Ｂ）とすると、座標入力領域１の幅は２Ａ、高さは２Ｂと表現できる。
【００４２】
また、各センサ部２１Ａ及び２１Ｂの基準線を座標軸Ｕ，Ｖとすると、点Ｐ（ｕ，ｖ）は
ｔａｎθ_１＝−ｖ／（√２×Ａ＋ｕ），ｔａｎθ_２＝ｕ／（√２×Ａ＋ｖ）
を満足する。
【００４３】
即ち、
ｕ＝ √２×Ａ×ｔａｎθ_２×（１−ｔａｎθ_１）／（１＋ｔａｎθ_１×ｔａｎθ_２）
ｖ＝−√２×Ａ×ｔａｎθ_１×（１＋ｔａｎθ_２）／（１＋ｔａｎθ_１×ｔａｎθ_２）
となる。
【００４４】
一方、ｘ＝（ｕ−ｖ）／√２，ｙ＝−（ｕ＋ｖ）／√２−Ｙ０であるので、
ｘ＝Ａ×（ｔａｎθ_１＋ｔａｎθ_２）／（１＋ｔａｎθ_１×ｔａｎθ_２）
ｙ＝Ａ×（ｔａｎθ_１−ｔａｎθ_２＋２×ｔａｎθ_１×ｔａｎθ_２）
／（１＋ｔａｎθ_１×ｔａｎθ_２）−Ｙ０（１）
となる。この式（１）に、検出されたｔａｎθ_１，ｔａｎθ_２を代入すれば、Ｐ（ｘ，ｙ）を算出することができる。
【００４５】
このようにして得られた遮蔽物６の入力位置である座標値Ｐ（ｘ，ｙ）を制御信号として、通信回路６６を介して外部装置に出力することで、遮蔽物６による入力による外部装置の制御が可能になる。
【００４６】
＜発光部の詳細説明＞
図６は本発明の実施形態１の発光部の詳細構成を示す図である。
【００４７】
尚、図６は発光部５１の上面図を示している。
【００４８】
センサ部２１Ａ及び２１Ｂそれぞれの下面に配置される発光部５１は、シリンドリカルレンズ１０とＬＥＤ５から構成され、座標入力領域１の９０°範囲を照明できるように構成されている。
【００４９】
実施形態１では、３個のＬＥＤ５を用いて９０°範囲を照明する構成であるが、ＬＥＤ５の指向性角度によって個数は任意に設定可能である。ＬＥＤ５の光は、シリンドリカルレンズ１０によって高さ方向の光を制限した形の帯状に放射される。
【００５０】
しかしながら、図７に示すように、ＬＥＤ５は純粋な点光源ではないので、実際には、広がりを持った分布７００として放射されることになる。
【００５１】
同様に、センサ部２１Ａ及び２１Ｂも内部の絞り９等で高さ方向の入力範囲に制限を掛けているが、実際には、有る広がりを持った分布を有する入射光を検出している。
【００５２】
ここで、図２に示したように、センサ部２１（センサ部２１Ａあるいは２１Ｂ）と発光部５１をオフセット距離Ｌ離して、座標入力領域１に対して垂直に配置した場合、図８に示すように、両者からある程度距離の離れた地点Ｘで、センサ部２１への入射光と発光部５１からの照明光の両者が重なることになる。
【００５３】
ここで、図６の位置Ｉに遮蔽物６が存在する場合は、再帰性反射シート７からの反射光が遮蔽物６の部分だけ遮られるので、そのままセンサ部２１で検出可能になる。
【００５４】
一方、図６の位置ＩＩに遮蔽物６が存在する場合、つまり、センサ部２１への入射光と発光部５１からの照明光の両者が重なるような場合は、発光部５１からの照明光が遮蔽物６によって乱反射し、その乱反射光（散乱光）もセンサ部２１で検出されることになる。そのため、本来、センサ部２１の遮蔽物６の影として検出される部分がある光量をもって検出されてしまう。
【００５５】
一般的に、遮蔽物６の位置がセンサ部２１及び発光部５１から十分離れている場合には、再帰性反射シート７からの反射光の方が発光部５１からの照明光よりも大きくなり、実際にセンサ部２１で検出される反射光による信号の変化が少なくなる程度ですむ。これに対し、遮蔽物６の位置がセンサ部２１及び発光部５１から比較的近い場合には、上述の散乱光の影響を無視できなくなる。
【００５６】
つまり、センサ部２１と発光部５１間のオフセット距離Ｌを大きくすれば、センサ部２１の入射光の検出範囲と発光部５１の照明光の照明範囲が重なる位置を、センサ部２１及び発光部５１が存在する位置から離すことができる。
【００５７】
ここで、センサ部２１と発光部５１間のオフセット距離Ｌに対する再帰性反射シート７の角度特性について、図９を用いて説明する。
【００５８】
図９は本発明の実施形態１の再帰性反射シートの角度特性を示す図である。
【００５９】
図９では、センサ部２１と発光部５１間のオフセット距離Ｌを距離０ｍｍから７ｍｍまでに変えたときに、各距離Ｌでのセンサ部２１に対する遮蔽物６の角度に対して、センサ部２１が検知する再帰性反射シート７からの反射光量［ｎＷ］を示している。
【００６０】
図９からわかるように、センサ部２１と発光部５１間のオフセット距離Ｌが離れるほど、反射光量が下がっていることがわかる。
【００６１】
このように、センサ部２１と発光部５１間のオフセット距離Ｌが離れるほど、再帰性反射シート７からの反射光量が下がってしまい、センサ部２１での検出が困難になる。逆に、センサ部２１と発光部５１間のオフセット距離Ｌが近ければ近いほど、遮蔽物６からの散乱光による影響が増大することになる。
【００６２】
そこで、両者の兼ね合いを考慮した上で、センサ部２１と発光部５１間のオフセット距離Ｌを決定する必要がある。
【００６３】
＜オフセット距離の決定＞
センサ部２１と発光部５１間のオフセット距離Ｌは、センサ部２１で実際に得られる光量から決定することができる。
【００６４】
図１０は本発明の実施形態１のセンサ部に対して同一角度で距離の異なる２点に遮蔽物がある場合の検出信号の例を示す図である。
【００６５】
１４−１では、遮蔽物６からの散乱光が検出されていない状態であり、再帰性反射シート７からの反射光が、標準的な遮蔽物６、例えば、人間の指に近い反射率を有するものなどによって遮られている状態を示している。
【００６６】
１４−２は、再帰性反射シート７からの反射光は遮られているが、遮蔽物６からの散乱光が検出されている状態を示している。１４−１の状態での信号レベルをＡ（再帰反射光レベル）、１４−２の状態のような散乱光の影響を受けている状態での信号レベル（散乱光レベル）をＢとすると、実施形態１では、この両者の比が所定値以下になるようにオフセット距離Ｌを選ぶようにする。つまり
Ｂ／Ａ＜Ｔｈ
になるようにオフセット距離Ｌを決定する。
【００６７】
この所定値は、システムのノイズレベルや、想定される遮蔽物６の状態、例えば、指や白い手袋をつけた指での散乱光レベルあるいはペン等の指示具の散乱反レベルを考慮して決定すればよい。
【００６８】
以上説明したように、実施形態１によれば、散乱光レベルと再帰反射光レベルとの比が座標入力領域全域に渡って所定値以下になるように、センサ部２１と発光部５１間をオフセット距離Ｌを持たして両者を配置することで、遮蔽物６からの散乱光の影響を受けずに精度の良い座標入力を実現することができる。
【００６９】
＜＜実施形態２＞＞
実施形態１では、センサ部２１の下面に発光部５１が配置されている構成を説明したが、センサ部２１の上面に発光部５１が配置されている構成でも、実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
また、実施形態１では、センサ部２１と発光部５１は同一方向に対して並列に配置されている構成を説明したが、これに限定されない。つまり、装置の仕様や構成上、このような配置を実現できない場合でも、センサ部２１に入射する光の光軸と発光部５１が照明する光の光軸が座標入力領域１に対して垂直方向にオフセット距離Ｌを有するように、センサ部２１と発光部５１を配置できれば、実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
その一例について、図１１を用いて説明する。
【００７２】
図１１は本発明の実施形態２のセンサ部と発光部の配置例を示す図である。
【００７３】
図１１では、発光部５１からの照明光によって再帰反射シート７から得られる反射光が、ミラー１５１によって曲げられてからセンサ部２１に入射するような構成を示している。そして、この構成では、センサ部２１に入射する光の光軸と発光部５１が照明する光の光軸が、座標入力領域１に対して垂直方向にオフセット距離Ｌを有するように、ミラー１５１とセンサ部２１と発光部５１とを配置している。
【００７４】
＜＜実施形態３＞＞
再帰性反射シート７は、センサ部２１の検出範囲と発光部５１の照明範囲との両方に含まれるように設置される。ところが、図１２の１６−１に示されるように、センサ部２１及び発光部５１と再帰性反射シート７間の距離を十分に確保できないような場合には、センサ部２１の検出範囲と発光部５１の照明範囲が重ならない場合がある。
【００７５】
このようなときには、例えば、図１２の１６−２に示すように、座標入力領域１に対し発光部５１を垂直方向にチルト角Ｔを持たせることで、センサ部２１の検出範囲と発光部５１の照明範囲とを重ねることができる。
【００７６】
もちろん、発光部５１にチルト角Ｔを持たせるのではなく、センサ部２１あるいは両者にチルト角Ｔを持たせても良い。また、このチルト角Ｔは、上述のように、散乱光レベルと再帰反射光レベルに基づいて決定すれば良い。
【００７７】
また、センサ部２１の検出範囲と発光部５１の照明範囲との重なりが大きすぎて、遮蔽物６による散乱光の影響が大きい場合には、重なりを減らす方向にチルト角Ｔを持たせることも有効である。
【００７８】
以上説明した実施形態１〜３に係る実施態様を列挙すると、次の通りである。すなわち、座標入力装置は、次のようになる。
【００７９】
＜実施態様１＞座標入力領域上の指示位置を算出する座標入力装置であって、
前記座標入力領域の角部に設けられた受光手段と、
前記座標入力領域の周辺部に設けられ、入射光を再帰的に反射する反射手段と、
前記座標入力領域に光を照明する発光手段と、
前記受光手段が受光する前記反射手段からの反射光に基づいて、該反射光の遮蔽位置の角度情報を算出する角度算出手段と、
前記角度算出手段で算出された角度情報に基づいて、前記遮蔽位置の座標を算出する座標算出手段とを備え、
前記発光手段の光軸と前記受光手段の光軸は、前記座標入力領域に対して垂直方向に所定距離離れていることを特徴とする座標入力装置。
【００８０】
＜実施態様２＞前記所定距離は、遮蔽物による散乱光レベルと前記反射手段からの再帰反射光レベルの比が所定値以下となる距離に設定されていることを特徴とする実施態様１に記載の座標入力装置。
【００８１】
＜実施態様３＞前記受光手段及び前記発光手段の少なくとも一方は、前記座標入力領域に対して垂直方向にチルト角を有していることを特徴とする実施態様１に記載の座標入力装置。
【００８２】
＜実施態様４＞前記反射手段への前記発光手段による入射光が、前記受光手段となす複数の角度から決定される入射角度で入射するように構成されていることを特徴とする実施態様１に記載の座標入力装置。
【００８３】
＜＜実施形態４＞＞
従来技術の図２３で示したような再帰反射シート７を利用する座標入力装置においては、再帰反射シート７からの反射光量の確保は、Ｓ／Ｎ比を向上するために必要である。
【００８４】
この再帰性反射シート７は、発光部５Ａ〜５Ｄからの照明光による光線の入射角度に対して、センサ部２Ａ及び２Ｂで検出する反射光量が変化する。
【００８５】
この反射光量の変化の一例を示すと、図１３のようになる。
【００８６】
図１３中、横軸が再帰性反射シート７に対する入射光の角度であり、縦軸が反射光量をあらわしている。角度（０°〜７５°）は垂直方向がゼロであり、角度が大きくなるほど、斜めからの入射になる。図１３からわかるように、反射光量は角度４５°を過ぎたあたりから急激に低下していることがわかる。
【００８７】
この状態を従来技術の図２３の座標入力装置で説明すると、図１４に示すように、センサ部２１及び２１Ｂから見て角度４５°を過ぎた当たり（領域Ａ及び領域Ｂ）から急速に、再帰性反射シート７からの反射光量が得られなくなることになる。
【００８８】
このような光量低下に対して、例えば、特開２０００−２９３３１１号の「光走査型タッチパネル」では、低入射角度用の再帰性反射シートと高入射角度用の再帰性反射シートを座標入力領域周辺に張り分けることによって、光量低下を防止している。また、その応用として、再帰性反射シートへの照明光の入射角度が実質的に０度になるように入射面を傾斜させて配置する構成が示されている。
【００８９】
また、特開２０００−２９３３１１号の構成は、座標入力領域の右辺にセンサを設けて、再帰性反射シートからの反射光を検出しているために、入射角度が大きくなる領域において、片側センサに対してのみ再帰性反射シートから反射光を戻す構成となっている。
【００９０】
ここで、座標入力領域に対するセンサの配置とそのセンサの検出精度の関係について、図１５及び図１６を用いて説明する。
【００９１】
図１５及び図１６は座標入力領域に対するセンサの配置とそのセンサの検出精度の関係を示す図である。
【００９２】
図１５は座標入力領域の長手方向にある上辺（下辺も同様）にセンサを設置した場合のセンサの検出精度の分布Ａ〜Ｉを示している。また、図１６は座標入力領域の短手方向にある左辺（右辺も同様）にセンサを設置した場合の検出精度の分布Ａ〜Ｌを示している。
【００９３】
両図において、例えば、センサの画素数を１００画素とすれば、各分布の数値を画素で割った値が、センサの１画素がとり得る検出範囲を示すことになる。
【００９４】
図１５では、最大値を有する分布Ａ（１６００〜１８００）が左右の下端にあるので、１画素当たりで最大１８ミリの検出範囲を取りうることになる。
【００９５】
同様に、図１６では、最大値を有する分布Ａ（２２００〜２４００）が右辺の上下端にあるので、１画素当たりで最大２４ミリの検出範囲を取りうることになる。
【００９６】
つまり、座標入力領域の上辺にセンサを配置した方が、１画素当たりでの最大検出範囲が小さいので精度的に有利になることがわかる。
【００９７】
しかしながら、座標入力領域の長手方向の上辺の両端にセンサを配置して、特開２０００−２９３３１１号のように、片側センサに対してのみ再帰性シートからの反射光の反射角度を決定してしまうと、もう一方のセンサに入射する再帰性シートからの反射光量が確保できないという問題があった。
【００９８】
また、複数のセンサでそれぞれ検出する反射光量が極端に不均一になる場合には、座標入力領域を照明する発光部の光量を増大させることで、低光量部分の検出を実現しようとすると、逆に、高光量部分の検出がセンサ出力において蝕和することがあり、精度の良い座標検出を実現することができない。
【００９９】
そこで、実施形態４では、以上のような課題を考慮して、再帰性シートを構成する場合について説明する。
【０１００】
図１７は本発明の実施形態４の座標入力装置の概略構成を示す図である。
【０１０１】
尚、図１７の座標入力装置は、実施形態１の図１の座標入力装置の再帰性反射シート７の変形例となっている。但し、センサ部２１Ａ及び２１Ｂとそれぞれに対応する発光部５１との配置関係は、実施形態１〜３で説明した配置関係に限定されず、センサ部２１及び２１Ｂとそれぞれに対応する発光部５１とが、座標入力領域１に対する平行面と同一面上に配置される構成であっても良い。逆に、実施形態１〜３の再帰性シート７の構成を実施形態４以降で説明する各実施形態の再帰性シート７の構成を適用しても良い。
【０１０２】
以下、実施形態４の再帰性反射シート７の構成について説明する。
【０１０３】
図１３で示したように、再帰性反射シート７への入射光の角度が４５度を超えるあたりから、再帰性反射シート７から得られる反射光量が減少するので、再帰性反射シート７への入射光の角度が４５度を超える領域で遮蔽物６が存在する場合にはその変化が充分に取れないことになる。
【０１０４】
反射光量は、光量分布（照明強度および距離）、再帰性反射シート７を構成する反射部材の反射率（入射角度、反射部材の幅）、センサ部２１内の結像系照度（ｃｏｓｉｎｅ４乗則）によって決まる。
【０１０５】
反射光量が不足する場合に、その不足を解決する方法としては、発光部５１の照明強度を上げることが考えられるが、反射分布が均一で無い場合には、上述したように、高光量部分の光をセンサ部２１が受光したときには、センサ部２１内のラインＣＣＤ２でその部分が蝕和することがあり、照明強度を上げるには限界がある。裏返せば、反射部材の反射分布をなるべく均一にすることで低光量部分への反射光量の増大も望むことができる。
【０１０６】
反射光量を均一化するには、そのパラメータとして、再帰性反射シート７とセンサ部２１及び発光部５１間の距離と角度が考えられるが、距離は、座標入力領域１の外形で決定されるため、変更しがたい。また、センサ部２１を複数設けることも考えられるが、コストアップや構造の制限などによって困難な場合がある。
【０１０７】
そこで、実施形態４では、図１７に示すように、再帰性反射シート７を構成する反射部材の一部の設置角度を変更している。特に、実施形態４では、センサ部２１Ａ及び２１Ｂに対して適当な反射光量が得られる角度で反射部材を取り付けている。
【０１０８】
反射部材の角度は、センサ部２１Ａ及び２１Ｂの各センサ部からの角度とその角度における距離の項から決定される。
【０１０９】
ここで、図１３は先に説明したように角度に対する反射光量の変化であり、図１８はセンサ部からの角度で、距離による変化率を表したものであり、距離の２乗の逆数で与えられている。
【０１１０】
この両図から、双方を乗じた結果が図１９になる。
【０１１１】
この図１９からわかるように、最大角度の点と最小角度の点では、６倍程度の光量の差になっている。
【０１１２】
これを均一化するために、センサ部２１Ａ及び２１Ｂに対する反射部材の設置角度を変更すれば良いことことになる。但し、センサ部２１Ａ及び２１Ｂの両センサが検出可能な座標入力領域１上の共通検出領域では、センサ部２１Ａ及び２１Ｂに対して反射部材を共用することになるので、不用意に片側センサ部に対して反射部材の設置角度を決定するともう一方のセンサ部で検出する反射光量を低下させてしまうことになる。そこで、同図から、両センサに対して好ましい角度を決定することになる。
【０１１３】
図２０において、１４−１は反射部材の設置角度が座標入力領域１に対して平行である場合のセンサ部２１Ｂが検出する反射光量分布であり、１４−３はセンサ部２Ａに対するものである。ここで、図２０では、角度として、センサ部２１Ａ及び２１Ｂの各センサが存在する方を０度、それに対する他方のセンサが存在する方が高角度になるように作図してある。
【０１１４】
以上の点を考慮して反射部材を構成した例が上述の図１７である。
【０１１５】
図１７では、反射部材のセンサ部２１Ａ及び２１Ｂそれぞれからの角度が４５度以上の領域（図１４の領域Ａ及び領域Ｂ）に対して、反射部材の設置角度を変更している。
【０１１６】
特に、図１７では、水平方向（座標入力領域１の長手方向）に対し、Ｉ領域：５°、ＩＩ領域：１０°、ＩＩＩ：１５°となるように反射部材を設定している。
【０１１７】
このときのセンサ部２１Ａ及び２１Ｂの両センサ部の光量分布として、センサ２１Ｂに対するものが１４−２、センサ２１Ａに対するものが１４−４である。
【０１１８】
ここで、センサ部２１Ｂの光量分布１４−１に対して、領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩでの光量分布１４−２では、反射部材への光の入射角度が低角度になったために光量を増加させることができていることがわかる。一方、センサ部２１Ｂの光量分布１４−４では、逆に、反射部材への光の入射角度が大きくなっているために、光量の低下が起こっている。
【０１１９】
しかしながら、図１４のＢ領域でのセンサ部２１Ａが検出する光量は、その距離が近いために、センサ部２１Ｂが検出する光量よりも大きく保たれている。
【０１２０】
このように、入射角度が小さい反射部材からの反射光量が下がり、入射角度が大きい反射部材からの光量をあげることができ、その差も約二倍程度に押さえられる。
【０１２１】
センサ部２１Ａ及びセンサ部２１Ｂの各センサ部が検出する光量をどの程度にするか、つまり、両センサ部に対する反射部材の設置角度をどの程度にするかは、両センサ部に対する角度からシステム毎に最適値を選択すればよい。
【０１２２】
以上説明したように、実施形態４によれば、反射部材への光の入射光の入射角度を、センサ部２１Ａ及び２１Ｂに対する角度から決定することで、反射光量の不均一を是正するとともに、低光量部分の光量を増大し、ＳＮ比の改善とともにセンサ配置の自由度をも確保できるので、より高精度な座標入力を実現することができる。
【０１２３】
尚、実施形態１では、座標入力領域１の周辺に配置する反射部材の内、その周辺の一部の反射部材の設置角度を部分的に変更した構成を説明したが、より広範囲に、極端には座標入力領域１の周辺の全域にわたって反射部材の設置角度を設けて、更なる反射光量の均一化を図ってもよい。また、実施形態４のように、段階的に反射部材の設置角度を変化させるのではなく、連続的に変化させるようにしても良い。
【０１２４】
＜＜実施形態５＞＞
実施形態４では、座標入力領域１の周辺に配置する反射部材の配置角度を部分的に変化させることで反射部材への入射光の入射角度を制御し、これにより、センサ部２１Ａ及び２１Ｂが検出する反射部材からの反射光量を改善する構成について説明したが、これに限定されない。例えば、光学的に反射部材への入射光の入射角度を変化させる光学部材を反射部材の前に設置することで、実施形態５と同様の効果を得るようにしても良い。
【０１２５】
その一例について図２１を用いて説明する。
【０１２６】
図２１は本発明の実施形態５の反射部材の構成を示す図である。
【０１２７】
図２１では、再帰性反射シート７の前面に、光学部材１５を配置している。この光学部材１５は、例えば、アクリルやポリカーボネイト等の樹脂で構成され、その表面にセンサ部からの角度に応じた入射面を構成してある。
【０１２８】
図２１中、光学部材１５の中央部分では、センサ部２１Ａ及び２１Ｂに対して均等な角度で入射面が構成されているが、センサ部２１Ａ及び２１Ｂの最大角度部分では、各センサ部に対して入射角度が大きくなるように構成されている。
【０１２９】
このように構成することで、各センサ部の方向からの入射光をその屈折率と構成角度により、センサ部の角度に対応した角度で再帰性反射シート７へ発光部５１からの光を入射させることが可能である。
【０１３０】
図中、光学部材１５の入射面は中央と左右角部にしか図示していないが、センサ部とのなす角度によって光学部材１５の全域に施したり、あるいは低光量部分のみ構成しても良い。
【０１３１】
別の一例について図２２を用いて説明する。
【０１３２】
図２２は本発明の実施形態５の反射部材の別の構成を示す図である。
【０１３３】
図２２は、光学部材としてフレネルレンズ１６を用い、反射部材への入射光の入射角度を変化させる構成を示している。フレネルレンズ１６は、例えば、その中心部分が反射面の中心となるように構成している。
【０１３４】
このように構成することで、再帰性反射シート７への入射光は、フレネルレンズ１６の焦点に向かって屈折させられることになり、図中矢印で示したように、再帰性反射シート７に対する入射角度を変更することが可能になる、入射角度はフレネルレンズの焦点距離を選ぶことによって、選択可能である。
【０１３５】
このように、再帰性反射シート７の全域に渡って連続的に入射角度を変化させることで、より滑らかな反射光量分布を得ることが可能になる。
【０１３６】
以上説明した実施形態４、５に係る実施態様を列挙すると、次の通りである。すなわち、座標入力装置は、次のようになる。
【０１３７】
＜実施態様５＞座標入力領域上の指示位置を算出する座標入力装置であって、
前記座標入力領域の角部に設けられた受光手段と、
前記座標入力領域の周辺部に設けられ、入射光を再帰的に反射する反射手段と、
前記座標入力領域に光を照明する発光手段と、
前記受光手段が受光する前記反射手段からの反射光に基づいて、該反射光の遮蔽位置の角度情報を算出する角度算出手段と、
前記角度算出手段で算出された角度情報に基づいて、前記遮蔽位置の座標を算出する座標算出手段とを備え、
前記反射手段への前記発光手段による入射光が、前記受光手段となす複数の角度から決定された入射角度で入射するように構成されていることを特徴とする座標入力装置。
【０１３８】
＜実施態様６＞前記反射手段への前記発光手段による入射光の入射角度は、段階的あるいは連続的に変化するように構成されていることを特徴とする実施態様５に記載の座標入力装置。
【０１３９】
＜実施態様７＞前記反射手段の一部または複数部分は、前記受光手段となす複数の角度から決定された傾斜角度で設置されていることを特徴とする実施態様５に記載の座標入力装置。
【０１４０】
＜実施態様８＞前記反射手段への前記発光手段による入射光の入射角度を光学的に変化させる光学部材を更に備えることを特徴とする実施態様５に記載の座標入力装置。
【０１４１】
＜実施態様９＞前記発光手段の光軸と前記受光手段の光軸は、前記座標入力領域に対して垂直方向に所定距離離れていることを特徴とする実施態様５に記載の座標入力装置。
【０１４２】
以上、実施形態例を詳述したが、本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラムもしくは記憶媒体等としての実施態様をとることが可能であり、具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、また、一つの機器からなる装置に適用しても良い。
【０１４３】
尚、本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラム（実施形態では図に示すフローチャートに対応したプログラム）を、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータが該供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。
【０１４４】
従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。
【０１４５】
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等の形態であっても良い。
【０１４６】
プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ）などがある。
【０１４７】
その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続し、該ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明に含まれるものである。
【０１４８】
また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせ、その鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行してコンピュータにインストールさせて実現することも可能である。
【０１４９】
また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。
【０１５０】
さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。
【０１５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高精度の座標入力を実現する座標入力装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の座標入力装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１のセンサ部と発光部の詳細構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１の演算制御部の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態のセンサ部の検出データを示す図である。
【図５】本発明の実施形態１のセンサ部の配置に関する説明図である。
【図６】本発明の実施形態１の発光部の詳細構成を示す図である。
【図７】本発明の実施形態１の発光部の照明範囲に関する説明図である。
【図８】本発明の実施形態１の遮蔽物に対する散乱光に関する説明図である。
【図９】本発明の実施形態１の再帰性反射シートの角度特性を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態１のセンサ部に対して同一角度で距離の異なる２点に遮蔽物がある場合の検出信号の例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態２のセンサ部と発光部の配置例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態３のセンサ部と発光部の配置例を示す図である。
【図１３】角度に対する反射強度を示す図である。
【図１４】反射光量の低光量部分に関する説明図である。
【図１５】センサ配置による検出精度分布を示す図である。
【図１６】センサ配置による検出精度分布を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態４の座標入力装置の概略構成を示す図である。
【図１８】角度に対する反射光量分布を示す図である。
【図１９】角度に対する距離及び反射による反射光量分布を示す図である。
【図２０】本発明の実施形態４の座標入力装置における光量分布を示す図である。
【図２１】本発明の実施形態５の反射部材の構成を示す図である。
【図２２】本発明の実施形態５の反射部材の別の構成を示す図である。
【図２３】従来の座標入力装置の構成を示す図である。
【図２４】従来の座標入力装置による座標入力に関する説明図である。
【図２５】従来の座標入力装置の課題に関する説明図である。
【符号の説明】
１座標入力領域
２ラインＣＣＤ
３レンズ
５ＬＥＤ
７再帰性反射シート
８赤外フィルタ
９絞り
２１Ａ、２１Ｂセンサ部
５１発光部

Claims

座標入力領域上の指示位置を算出する座標入力装置であって、
前記座標入力領域の角部に設けられた受光手段と、
前記座標入力領域の周辺部に設けられ、入射光を再帰的に反射する反射手段と、
前記座標入力領域に光を照明する発光手段と、
前記受光手段が受光する前記反射手段からの反射光に基づいて、該反射光の遮蔽位置の角度情報を算出する角度算出手段と、
前記角度算出手段で算出された角度情報に基づいて、前記遮蔽位置の座標を算出する座標算出手段とを備え、
前記発光手段の光軸と前記受光手段の光軸は、前記座標入力領域に対して垂直方向に所定距離離れていることを特徴とする座標入力装置。