JP2005215860A

JP2005215860A - 遮光型座標入力装置

Info

Publication number: JP2005215860A
Application number: JP2004019851A
Authority: JP
Inventors: Kiwamu Kobayashi; 究小林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】ベンダウンによるスクリーンの変形、外光、経時変化による背景光強度分布変動対策。
【解決手段】遮光タッチでＣＣＤの背景光強度分布をペンアップのときとベンダウンの時と別々に持ち、かつベンダウンの時は入力領域領域ごとに別々に持つ。また、それぞれの背景光強度分布は座標検出時にペンアップダウン別に、更新される。
【選択図】なし

Description

本発明は、座標入力装置、より詳しくは、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であって、その性能を改善する技術に関するものである。

従来より、この種の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ＰＣなどの操作が簡単にできるため、広く用いられている。

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が、光を用いたものとして下記特許文献１などに見られるように、座標入力面外側に再帰性反射シートを設け、光を照明する手段からの光を再帰反射シートで反射し、受光手段により光量分布を検出する構成において、入力領域内にある、指などで遮蔽された領域の角度を検出し、遮蔽位置つまり入力位置の座標を決定するものが、知られている。

また、国内においても下記特許文献２や、下記特許文献３などにあるように、再帰反射部材を入力領域周辺に構成し、再帰反射光が遮光される部分の座標を検出する装置が開示されている。

これらの装置において、例えば特許文献２では、微分などの波形処理演算によって遮光部分のピークを検出することにより、遮光部分の角度を検出し、また、特許文献３では、特定のレベルパターンとの比較によって遮光部位の一方の端と他方の端を検出しそれらの座標の中心を検出する構成が示されている。

また、先の特許文献１においては、ＲＡＭイメージャーの各画素を読み出し、コンパレータで比較する事で、遮光部分を検出し、一定幅以上の遮光部位があった場合に、その両端の画素の中心（１／２位置）を検出する検知方式が示されている。
米国特許第４５０７５５７号明細書特開２０００−１０５６７１号公報特開２００１−１４７２６４２号公報

遮光型座標入力装置における、一般的な問題点の一つとして、入力領域周辺から扇形に照射され再帰反射部材で反射し、受光検出ユニットに届く過程において、不要反射等により、遮光する対象となる光の強度分布が撹乱され、特に装置に何らかの応力がかかったことによる、全光学系の何らかの変動によって精度の良い座標系計算ができなくなるという問題点がある。
本発明は、これを解決しようというものである。

本発明は、
所定の入力領域と、
該入力領域の周辺部の互いに異なる位置に設置され、扇状にかつ該入力平面領域に平行に光を放射する複数の光源と、
前記入力領域の周辺部に設けられ前記の光を前記光源部に向けて再帰的に反射する反射部と
前記入力領域の周辺部に設けられ前記反射部からの反射光の強度分布を検出する複数の受光部と、検出した光の強度分布を処理する制御演算部等から構成され、
前記複数の受光部で検出された光の強度分布をもとに、前記光源から放射した光、乃至前記再帰反射部で反射した光が前記入力領域に対する入力手段として遮られることによる遮光位置を其々検出し、
該複数の遮光位置から遮光位置の座標を算出する座標入力装置である。

本発明においては、実際に座標入力装置として使いながら、投光状態、受光状態の変動を表すリファレンスデータを更新してゆくことが可能となり、これによって、従来より精度の高く、環境変化に強い座標入力装置が実現可能となるものである。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

本発明に係る座標入力装置の概略構成について図１を用いて説明する。
図１中１Ｌ、１Ｒは検出用投光手段および座標検出用受光手段を有する座標センサユニットであり、所定の距離はなれて設置されている。座標センサユニットは制御・演算を行う制御演算ユニット２に接続され、制御信号を制御・座標演算ユニットから受け取ると共に、検出した信号を制御・座標演算ユニットに送信する。

３は図２のように入射光を到来方向に反射する再帰反射面を有する反射手段であり、左右それぞれのセンサユニットから略９０°範囲に投光された光を、センサユニットに向けて再帰反射する。

反射された光は、センサーユニットに具わる集光光学系とラインＣＣＤ等によって構成されたセンサユニットの検出手段によって１次元的に検出され、その光量分布が制御・演算ユニットに送られる。

４は入力領域であり、ＰＤＰやリアプロジェクタ、ＬＣＤパネルなどの表示装置の表示画面で構成されることで、インタラクティブな入力装置として、利用可能となっている。

このような構成において、入力領域に指などによる入力指示がなされると、上記投光手段からの、再帰反射による反射光が得られなくなるため、入力指示位置のみ光量が得られなくなる。

メインユニットの演算制御手段は、左右のセンサユニットの光量変化から、入力支持された部分の遮光範囲を検出し、同範囲内での検出点を特定してそれぞれの角度を算出する。算出された角度および、センサユニット間の距離等から、入力エリア上の座標位置を算出し、表示装置に接続されているＰＣなどに、ＵＳＢなどのインタフェースを経由して座標値を出力する。

以下、各部分ごとに詳細説明を行う。

〈座標センサユニットの詳細説明〉
図３はセンサユニットにおける投光手段の構成例である。
３−１は投光手段を上から（入力面に対し垂直方向）から見た図である。図中３１は座標検出用の赤外光を発する赤外ＬＥＤであり、発光した光は投光レンズ３２によって、略９０°範囲に光を投光する。一方、３−２は同じ構成を横から見た図であり、（入力面に対し水平方向）この方向では、赤外ＬＥＤ３１からの光は上下方向に制限された光束として投光され、主に、再帰反射手段３に対して光が投光されるようになっている。

図４はセンサユニットにおける検出手段を入力面に対して垂直方向から見た図である。

検出手段は、１次元のラインＣＣＤ４１および集光光学系としてのレンズ４２，４３および、入射光の入射方向を制限する絞り４４、可視光など余分な光の入射を防止する赤外フィルター４５からなっている。

投光手段からの光は再帰反射部材によって反射され、赤外フィルター４５、絞り４４を抜けて、集光用レンズ４２，４３によって入力面の略９０°範囲の光がＣＣＤの検出面にその入射角に依存した画素上に結像され、角度ごとの光量分布を示している。つまり画素番号が角度情報を表すことになる。

図５は入力面と水平方向からの見たときの、上記投光手段と検出手段を重ねて、座標センサユニット１としたときの構成である。

投光手段と検出手段の光軸間の距離は再帰反射部材の角度特性から充分検出可能な範囲に設定されていればよい。

〈反射部材について〉
図１の再帰反射部材３は入射角度に対する反射特性を有している。
図６にあるように再帰性反射テープが平坦に構成されたばあいには、反射部材からの角度が４５度を超えるあたりから得られる反射光量が減少し、遮蔽物があったばあいにその変化が充分に取れない事になる。

反射光量は、光量分布（照明強度および距離）、反射部材の反射率（入射角度、反射部材の幅）、結像系照度（ｃｏｓｉｎｅ４乗則）によって決まる。

光量が足りない場合に、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、強い部分の光を受光したときに、受光手段である、ＣＣＤでその部分が飽和することがあり、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の分布をなるべく均一にする事で低光量部分への入射光量の増大も望む事ができる。

角度方向に対して均一化を計るために、再帰反射部材３を、図７ような三角柱を並べた形をした部材に貼り付けことにより設置している。

このようにする事で、角度特性を改善する事ができる。尚三角柱の角度は再帰反射部材の反射特性から決定すればよく、また、そのピッチはＣＣＤでの検出分解能以下に設定するのが、望ましい。

〈制御・座標演算ユニットの説明〉
図１の制御・演算ユニットとセンサユニット１Ｌ，１Ｒの間では、ＣＣＤの制御信号、ＣＣＤ用クロック信号とＣＣＤの出力信号、および、座標検知用ＬＥＤの駆動信号がやり取りされている。

図８は制御・演算ユニットのブロック図である。ＣＣＤ制御信号は、ワンチップマイコンなどで構成される演算制御回路８３から出力されており、ＣＣＤのシャッタタイミングや、データの出力制御などをおこなっている。ＣＣＤ用のクロックはクロック発生回路８７からセンサユニットに送られると共に、ＣＣＤとの同期をとって、各種制御を行うために、演算制御回路８３にも入力されている。
座標検知用ＬＥＤ駆動信号は演算制御回路８３から座標検知用ＬＥＤ駆動回路８４Ｌ，８４Ｒをへて、センサユニットの座標検知用赤外ＬＥＤに供給されている。
センサユニットの検出手段であるＣＣＤからの検出信号は、制御・演算ユニットのＡＤコンバータ８１Ｌ，８１Ｒに入力され、演算制御回路からの制御によって、デジタル値に変換される。

変換されたデジタル値は８２メモリに記憶され、角度計算に用いられる。
８９は不揮発性メモリであり、装置の終了時に背景光の強度分布などを保存し
次回開始時に再度読み出して座標演算のための初期データの一部として用いる。
計算された角度から、座標値が求められ外部ＰＣなどにシリアルインタフェース８８などを介して出力される。

〈光量分布検出の説明〉
図９に示すように、座標検出のタイミングシーケンスは所定の開始タイミングをもとにスタートする、
まずＣＣＤをＬＲともにクリアーする、これは外乱光などによってＣＣＤに
発生した無用な電荷を消去するためである。次にＣＣＤ＿Ｌを露光させ、この期間中に座標検知用ＬＥＤ＿Ｌを点灯する、引き続き同様にＣＣＤ＿Ｒを露光させ、この期間中に座標検知用ＬＥＤ＿Ｒを点灯する。その後ＬＲ同時にＣＣＤの内部電荷を転送しＡＤコンバーターを介してＣＰＵに読み込む。このデータをもとに座標演算、と外部ＰＣ毛の通信を行えば、一回の座標および時系列情報信号のサンプルは終了である、
本実施例においては、図９に示すように、この１回のサンプルがおよそ１０ｍＳである。従って
毎秒約１００点のサンプリングを行うことができる。このスピードは通常の座標入力装置として十分なスピードである。

次に、ＣＣＤから読み出される信号データ列をもとに座標を算出する手順について説明する。

左右のＣＣＤのから読み出される信号は、遮光による入力がない場合には、それぞれのセンサからの出力として、図１０のような光量分布が得られる。もちろん、このような分布がどのシステムでも必ず得られるわけではなく、再帰反射シートの特性やＬＥＤの特性、画像表示スクリーン面の反射、反射面の変形、計時変化（反射面の汚れなど）によって、分布は変化する。
同図においては、Ａのレベルが最大光量であり、Ｂのレベルが最低のレベルとなる。
つまり反射光のない状態では、得られるレベルがＢ付近になり、反射光量が増えるほどＢからＡのレベルの方向になっている。この様にＣＣＤから出力されたデータは、逐次ＡＤ変換されＣＰＵにデジタルデータとして取り込まれる。

図１１は指などで入力を行った、つまり、反射光を遮った場合の出力の例である。
Ｃの部分が指などで反射光が遮られたためその部分のみ、光量が低下している。
検出は、この光量分布の変化から遮光位置を求めることによって行う。

具体的には、図１０のような入力の無い（遮光の無い）初期状態を予め記憶しておいて、それぞれのサンプル期間に図１１のような変化があるか無いかを
初期状態との差分によって検出し、変化があったと判断した場合のみその部分を入力点として入力角度を決定する演算を行う。

以降、一方のセンサーユニットのデータについて説明するが、他方でも同様の処理を行っている。

以下説明のために、片側のセンサを例に下記のように定義する。
ラインセンサーの有効画素数をＮとし、画素番号にともなって分布する物理量を
要素ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の行列で以下のように表現する。
Ｂｌｉｎｄ＿ｄａｔａ［ｉ］：投光手段が照明しないときにラインセンサーで得られる光の強度分布
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿ａｂｓ［ｉ］：投光手段が照明し、かつ遮光無し（指示具や指による入力無し）のときに
ラインセンサーで得られる光の強度分布
ＣＣＤ＿ｄａｔａ＿ａｂｓ［ｉ］：投光手段が照明し、かつ遮光あり（指示具や指による入力あり）の
ときにラインセンサーで得られる光の強度分布
また、Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿ａｂｓ［ｉ］、ＣＣＤ＿ｄａｔａ＿ａｂｓ［ｉ］からＢｌｉｎｄ＿ｄａｔａ［ｉ］を差し引いたものを
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］＝Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿ａｂｓ［ｉ］− Ｂｌｉｎｄ＿ｄａｔａ［ｉ］式１−１
ＣＣＤ＿ｄａｔａ［ｉ］＝ＣＣＤ＿ｄａｔａ＿ａｂｓ［ｉ］ −Ｂｌｉｎｄ＿ｄａｔａ［ｉ］式１−２
またＲｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］に対するＣＣＤ＿ｄａｔａ［ｉ］の比率
Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ［ｉ］＝ＣＣＤ＿ｄａｔａ［ｉ］／Ｒｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］式１−３
Ｖｔｈ＿ｓｈ：遮光有り無し判定の閾値式１−４
Ｖｔｈ＿ｐｕｄ：ペンアップダウン判定の閾値式１−５
Ｖｔｈ＿ｐｏｓｉ：遮光位置演算のための閾値式１−６
と定義する。

電源投入時、入力の無い状態で、まず投光手段から照明すること無しにＣＣＤの出力をＡＤ変換して、これをＢａｓ＿ｄａｔａ［ｎ］として、メモリに記憶する。これは、ＣＣＤの感度のばらつき等を評価するデータとなり、図１０のＢのレベル付近のデータ（破線）となる。

ここで、Ｎは画素番号であり、有効な入力範囲に対応する画素番号がもちいられる。

次に、投光手段から照明した状態での光量分布を記憶する。図１０の実線で表されたデータであり、Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿ａｂｓ［Ｎ］とする。
ここで
ＣＣＤの感度むらやばらつきを補正するために
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］＝Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿ａｂｓ［ｉ］− Ｂｌｉｎｄ＿ｄａｔａ［ｉ］・・・・・式２−１
を計算する。
これで基本的な初期設定は終わり通常のサンプリングループが開始される

通常のサンプリングでは
まずＣＣＤ＿ｄａｔａ＿ａｂｓ［Ｎ］を測定する。
次に
ＣＣＤの感度むらやばらつきを補正するために式２−１と同様に
ＣＣＤ＿ｄａｔａ［ｉ］＝ＣＣＤ＿ｄａｔａ＿ａｂｓ［ｉ］− Ｂｌｉｎｄ＿ｄａｔａ［ｉ］・・・・・式２−２
の計算を行う。
次に
純粋に遮光の状態を表現する物理量として
Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ［ｉ］＝ＣＣＤ＿ｄａｔａ［ｉ］／Ｒｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］・・・・式２−３
を計算する。
（図１２―１参照）
以下、このＮｏｒｍ＿ｄａｔａ［ｉ］をもとに、
遮光深さの算出、
該遮光深さから、遮光の有り無し、ペンアップダウンを判定し
遮光ありの場合は、遮光位置の算出を行う。
さらに、二つのラインセンサーごとに得られる遮光位置から、
ＸＹ座標を計算する。
ここで
該遮光深さから、遮光の有り無し、判定するにあたっては
Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ［ｉ］に対して所定の閾値Ｖｔｈ＿ｓｈ（０〜１の間、通常０．２〜０．３程度）
を設定し前記閾値Ｖｔｈ＿ｓｈを超える画素が所定の数以上の場合、遮光あり
すなわち入力ありと判断する。
また、該遮光深さから、ペンアップダウンの判定をするにあたって
Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ［ｉ］に対して所定の閾値Ｖｔｈ＿ｐｕｄ（０〜１の間、通常０．５〜０．８程度）
を設定し
最大遮光深さの値が前記閾値Ｖｔｈ＿ｐｕｄを超える場合に、ペンダウン
超えない場合にペンアップと判定する。
すなわち入力ありと判断する。

以上のように、常に絶対強度分布から照明なしの場合の強度分布を差し引きことにより
ＣＣＤの感度むらＣＣＤのばらつき等の影響を回避することができ
また、常に遮光無しの場合の強度分布をリファレンスとして遮光ありの場合の強度分布を規格化して計算することにより、照明側の輝度分布の変動、反射部材等の光学系の変動に影響されることなく、遮光深さ、遮光位置を求めることができる。

次に、Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ［ｉ］から実際に遮光位置を算出する方法を説明する。

このデータに対して、閾値Ｖｔｈ＿ｐｏｓｉを適用して、その立ち上がり部と立下り部の画素番号から、両者の中央を入力画素として、角度を求める。

図１２―１は規格化計算を終わったあとの検出の例である。
また、遮光部分を拡大して、画素単位の信号がわかるように表示したものが図１２−２である
いま閾値Ｖｔｈ＿ｐｏｓｉで検出すると遮光領域の左から右に見て立ちあがり部分として
Ｎｒ−１番目とＮｒ番目の画素の間で閾値を越え、同様に、立下りの閾値として
Ｎｆ−１番目の画素とでＮｆ番目の画素の間でＶｔｈ＿ｐｏｓｉを下まわったとする。

ここで
中心画素Ｎｐを
Ｎｐ＝Ｎｒ＋（Ｎｆ−Ｎｒ）／２（３）
のように計算してもよいが、そうすると、画素間隔が最小の分解能になってしまう。
すなわち画素ピッチで量子化された値となってしまう。
より細かく検出するために、それぞれの画素の一つ前の画素のレベルを結んだ直線が
閾値をよぎるところを小数で表現される仮想の画素番号として計算する
今ＮｒのレベルをＬｒ、Ｎｒ−１番画素のレベルをＬｒ−１とする。また、ＮｆのレベルをＬｆ、Ｎｆ−１番がそのレベルをＬｆ−１とすれば、それぞれの仮想画素番号Ｎｒｖ，Ｎｆｖは、
Ｎｒｖ＝Ｎｒ−１＋（Ｖｔｈｒ - Ｌｒ−１）／（Ｌｒ - Ｌｒ−１）（４）
Ｎｆｖ＝Ｎｆ−１＋（Ｖｔｈｒ - Ｌｆ−１）／（Ｌｆ - Ｌｆ−１）（５）
と計算でき、仮想中心画素Ｎｐｖ
Ｎｐｖ＝Ｎｒｖ＋（Ｎｆｖ−Ｎｒｖ）／２（６）
で決定される。

このように、画素番号とそのレベルから仮想的な画素番号を計算することで、より分解能の高い検出ができる。
得られた中央画素番号から、実際の座標値を計算するためには、角度情報に変換する必要がある。
後述する実際の座標計算では、角度そのものよりもその角度における正接（ｔａｎｇｅｎｔ）の値を求めるほうが都合がよい。
画素番号から、ｔａｎθへの変換には、テーブル参照や変換式を用いる。
実測により所定のデータをもとめ、このデータに対して近似式を作り、その近似式を用いて
画素番号、ｔａｎθ変換を行う。
変換式は例えば高次の多項式を用いると精度を確保できるが次数などは計算能力および
要求精度等を鑑みて決定すればよい。
例えば
５次多項式を用いる場合には係数が６個必要になるので、出荷時などにこのデータを不揮発性メモリなどに記憶しておけばよい。

今５次多項式の係数をＬ５，Ｌ４，Ｌ３，Ｌ２，Ｌ１，Ｌ０としたとき、
ｔａｎθは
ｔａｎθ ＝（Ｌ５＊Ｎｐｒ＋Ｌ４）＊Ｎｐｒ＋Ｌ３）＊Ｎｐｒ＋Ｌ２）＊Ｎｐｒ＋Ｌ１）＊Ｎｐｒ＋Ｌ０（７）
であらわす事ができる。

同様なことを各々のセンサに対して行えば、それぞれの角度データを決定できる
もちろん、上記例ではｔａｎθを求めているが、角度そのものを求め、その後ｔａｎθを求めても構わない。

〈座標計算方法の説明〉
得られた角度データから座標を算出する。
図１３が画面座標との位置関係を示す図である。
入力範囲の下辺左右にそれぞれのセンサユニットが取り付けられており、その間の距離はＤｓであらわされている。
画面中央が画面の原点位置であり、Ｐ０はそれぞれのセンサユニットの角度０の交点である。
それぞれの角度をθＬ、θＲとして、それぞれｔａｎθＬ，ｔａｎθＲを上記多項式を用いて算出する。
このとき点Ｐのｘ、ｙ座標は

ｘ＝Ｄｓ＊（ｔａｎθＬ＋ｔａｎθＲ）／（１＋（ｔａｎθＬ＊ｔａｎθＲ））（８）
ｙ＝ − Ｄｓ＊（ｔａｎθＲ - ｔａｎθＬ -（２＊ｔａｎθＬ＊ｔａｎθＲ））／（１＋（ｔａｎθＬ＊ｔａｎθＲ））＋Ｐ０Ｙ（９）
で計算される。

（本発明の特徴）
本発明は、特に、前記Ｒｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］をさらに最適化して取り扱うものである。
ここまでの説明ではＲｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］は一つのセンサーユニットあたり一つ用意され、電源投入時に更新されるという前提である。
しかしながら実際には、Ｒｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］は投光の条件、受光の条件、外乱の条件によってリアルタイムで変化するものである。
また、特に図１４に示すように、実際に投光された光は、スクリーン等の画像表示面の表面で反射して受光ユニットに到達する成分も少なくない。
とくに、この画像表示面に反射して受光ユニットに到達する光は該画像表示面の微妙な撓みの影響を受ける、例えば、指示具（乃至、指）を表示面に突き当てた場合と浮かせた場合、すなわちペンダウンのときとペンアップの時とで微妙な影響が生ずる可能性がある。

これは、ペンダウンすなわち指示具ないし指によって表示領域が押され、全体の系が何らかの変形を受けるからである。

また、この影響は指示具（乃至、指）を突き当てた場所によっても異なる物である。

例えば、状況が変化してしまっても所定のＲｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］を使いつづけると、図１５のように背景が崩れ、偽遮光位置を検出してしまうようなことが発生する。
このため、図１６に示すように其々の場合に適したＲｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］が必要とされる。
このような状況に鑑み、本発明では、ペンアップの場合、ペンダウンの場合、なおかつペンダウンの場合は座標のｍ個の領域ごとに、それぞれＲｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］を持たせ、かつ、これらをリアルタイムで更新するという構成を採用している。

次に、ペンダウン時のＲｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］の更新のしかたを説明する
ペンアップ時のＲｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］を更新するのは容易である、これは、単純に遮光禁止時間を設け、その間に所定の回数測定しこれを平均化等すれば良いだけである。

一方、ペンダウン時は、簡単ではない、なぜならペンダウン時は必ずどこかの場所が遮光されており、少なくともそのデータにおける遮光位置近傍はＲｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］とはなりえないからである。

本発明においては図１７−１，図１７−２に示すように、ペンダウン時（すなわち遮光時）の任意のサンプリングごとに、正しく遮光位置検出がなされた場合のみ、その遮光位置から所定の距離（すなわち所定の画素数）離れた領域を遮光近傍領域と定め、当該取得データにおいては、前記遮光近傍領域以外の画素領域のみを、
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］の同一画素領域に対してのみ部分更新し、前記遮光近傍領域についてはその両端の値をもとに例えば直線近似を行う、乃至、現状維持とするなどのやり方が考えられる。
さらに、ここで述べた、部分更新は位置座標サンプルごとに行われるので、座標位置の移動に伴い異なった場所がその対象となる、従って所定の距離だけ座標が移動した時点でペンダウン時のＲｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］は完全に更新される。

ここで、Ｒｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］の更新のしかたとして、
ａ常に最新のＲｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］に完全に置き換えてしまう方法と、
ｂ過去のＲｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］に対して平均値をとりつつ加算してゆくという方法がある、
ａ，ｂのどちらを選択したほう良いかは、変動要因、サンプリング周波数等によって適宜決められるものである。

ここで、ペンアップ時のペンアップ時のＲｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］を更新においても、先に述べた、単純に遮光禁止時間に全画素領域を更新する方法以外に、ペンダウン時と同様に、ペンアップで座標検出がなされた場合に、当該遮光近傍領域以外の画素領域のみを
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ［ｉ］の同一画素領域に対してのみ部分更新し手行くという方法もある。
こちらの方が外光の短期的変動等に耐性がある。
以下、実施の形態をもとに本発明の詳細を説明する。

本実施例の内容を最もよく表すフローチャートを図１８に示す。また本実施例のブロック図を図８に示す。ハードウェア構成を図１４に示す。

本実施例においては図８に示すように不揮発性メモリ―８９を具え、複数の
Ｒｅｆ＿ｄａｔａを
保存し、次回の初期データとして読み出すことがでできる。
また図１９―１に示すように、表示入力領域を９個の領域に分け、領域ごとに其々ペンダウン時のＲｅｆ＿ｄａｔａを定めることができる。
以下、説明のため各パラメータの定義を行う
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ１［ｉ］領域１のペンダウン時の無入力（無遮光）レファレンスデータ
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ２［ｉ］領域２のペンダウン時の無入力（無遮光）レファレンスデータ
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ３［ｉ］領域３のペンダウン時の無入力（無遮光）レファレンスデータ
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ４［ｉ］領域４のペンダウン時の無入力（無遮光）レファレンスデータ
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ５［ｉ］領域５のペンダウン時の無入力（無遮光）レファレンスデータ
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ６［ｉ］領域６のペンダウン時の無入力（無遮光）レファレンスデータ
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ７［ｉ］領域７のペンダウン時の無入力（無遮光）レファレンスデータ
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ８［ｉ］領域８のペンダウン時の無入力（無遮光）レファレンスデータ
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ９［ｉ］領域９のペンダウン時の無入力（無遮光）レファレンスデータ
以上をまとめてＲｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ（ｍ）［ｉ］（ｍ＝１〜９）と表す
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ１＿Ｓａｖｅ［ｉ］終了時のＲｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ１［ｉ］を不揮発性メモリに保存
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ２＿Ｓａｖｅ［ｉ］終了時のＲｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ２［ｉ］を不揮発性メモリに保存
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ３＿Ｓａｖｅ［ｉ］終了時のＲｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ３［ｉ］を不揮発性メモリに保存
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ４＿Ｓａｖｅ［ｉ］終了時のＲｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ４［ｉ］を不揮発性メモリに保存
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ５＿Ｓａｖｅ［ｉ］終了時のＲｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ５［ｉ］を不揮発性メモリに保存
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ６＿Ｓａｖｅ［ｉ］終了時のＲｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ６［ｉ］を不揮発性メモリに保存
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ７＿Ｓａｖｅ［ｉ］終了時のＲｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ７［ｉ］を不揮発性メモリに保存
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ８＿Ｓａｖｅ［ｉ］終了時のＲｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ８［ｉ］を不揮発性メモリに保存
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ９＿Ｓａｖｅ［ｉ］終了時のＲｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ９［ｉ］を不揮発性メモリに保存
以上をまとめてＲｅｆ＿ｄａｔａ＿Ｐｄ（ｍ）＿Ｓａｖｅ［ｉ］（ｍ＝１〜９）と表す
Ｒｅｆ＿ｄａｔａ＿ＰＵ［ｉ］ペンアップ時の無入力（無遮光）レファレンスデータ
ＣＣＤ＿ｄａｔａ［ｉ］サンプリングごとに測定する光強度分布データ
Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ［ｉ］ＣＣＤ＿ｄａｔａ［ｉ］を個別のリファレンスデータで規格化したデータ
ＳＨ遮光ありなしのロジック（０：遮光なし、１：遮光あり）
Ｐｅｎ＿Ｄｏｗｎペンアップダウンを表すロジック（０：ペンアップ、１：ペンダウン）
ｍ１〜９の領域を表すパラメータ（ただし、遮光無しの場合はｍ＝０
とする。）
Ｖｔｈ＿ｓｈ：遮光有り無し判定の閾値
Ｖｔｈ＿ｐｕｄ：ペンアップダウン判定の閾値
Ｖｔｈ＿ｐｏｓｉ：遮光位置演算のための閾値

以下、図１８のフローチャートをもとに本実施例の動作を説明する。

電源投入直後
Ｓ１：初期設定を行う、
図１９―２に示すように、前回の領域ごとのペンダウン時リファレンスデータ
Ｒｅｆ＿Ｐｄ（ｍ）＿Ｓａｖｅを、Ｒｅｆ＿Ｐｄ（ｍ）に読み込む。

初期においては領域を表すｍ＝０（すなわち遮光無し）を設定する、これは
最初は必ず遮光無しから始まるという事実に基づく。

Ｒｅｆ＿Ｄａｔａ＿ＰＵ［ｉ］を測定
Ｓ２：
ＣＣＤ＿Ｄａｔａ［ｉ］を測定（ここから通常のサンプリングループである）
Ｓ３：
前記ＣＣＤ＿Ｄａｔａ［ｉ］を
状態ごとに（初期（ｍ＝０）、または回の領域ごとに）
其々のＲｅｆ＿Ｄａｔａによって規格化してＮｏｒｍ＿Ｄａｔａ［ｉ］を求める。

Ｎｏｒｍ＿Ｄａｔａ［ｉ］のなかで閾値Ｖｔｈ＿ｓｈを超えたデータが所定の数以上あるか否か
で、ＳＨ（０，１）の判定を行う、Ｎｏｒｍ＿Ｄａｔａ［ｉ］のなかの最小値が閾値Ｖｔｈ＿ｐｕｄを
超えたか否かでペンアップダウンを判定する。
ＳＨ＝０（遮光無し）の判定を行った場合は
Ｓ３＿１に飛び再度Ｒｅｆ＿Ｄａｔａ＿ＰＵ［ｉ］を測定しＲｅｆ＿Ｄａｔａ＿ＰＵ［ｉ］を更新するか
もしくは過去データに加算平均する。
ＳＨ＝１（遮光無し）の判定を行った場合は、
ペンアップの場合はＳ４へ、ペンダウンの場合はＳ５に進む
ｓ４：
Ｎｏｒｍ＿Ｄａｔａ［ｉ］を用いて遮光位置の計算を行い
これをもとに座標位置の計算を行い、
座標結果をもとにｍの値を更新する
さらに、得られた遮光位置をもとに遮光近傍領域をもとめ
該遮光近傍領域以外のみＲｅｆ＿ＰＵ［ｉ］の更新または加算平均を行う
ｓ５：
Ｎｏｒｍ＿Ｄａｔａ［ｉ］を用いて遮光位置の計算を行い
これをもとに座標位置の計算を行い、座標結果をもとにｍの値を更新する
さらに、得られた遮光位置をもとに遮光近傍領域をもとめ
該遮光近傍領域以外のみＲｅｆ＿ＰＤ（ｍ）［ｉ］の更新または加算平均を行う。
ｓ６：
Ｓ４，Ｓ５で得られた座標値，ペンアップダウン判定結果をＰＣなどのホストコンピュータに通信する
ｓ６で行われるＰＣへの送信は
ＵＳＢ、ＲＳ２３２などのシリアル通信で送っても良いし、任意のインタフェースで送ればよいい。送られたＰＣ側では、ドライバーがデータを解釈し、座標値に従ってのカーソルの移動、
マウスボタン状態の変更、軸回転動作の信号、等ＰＣ画面の操作が可能になる。
Ｓ７：
終了判定、
継続の場合はＳ２に戻る。
以上、
Ｓ２→Ｓ７→ｓ２
乃至、ｓ２→ｓ３→Ｓ３＿１→Ｓ２
が通常サンプリング時のループである。
Ｓ７で終了の場合は
Ｓ８：
Ｒｅｆ＿ＰＵ［ｉ］を不揮発性メモリのＲｅｆ＿ＰＵ＿Ｓａｖｅ［ｉ］に保存し
Ｒｅｆ＿ＰＤ（ｍ）［ｉ］（ｍ＝１〜Ｍ）を
不揮発性メモリのＲｅｆ＿ＰＵ（ｍ）＿Ｓａｖｅ［ｉ］（ｍ＝１〜Ｍ）に保存した後に
終了となる。

本発明における第二の実施例を図２０、２１に示す。
本実施例においては、図２０に示すとおり指示具にペン先スイッチが備わっており、ペンアップダウンの判定は前記スイッチによってなされる。

また、本実施例においては、指示具は発光素子と複数のスイッチを具え、前記ペンアップダウン判定情報ないし前期スイッチの情報を光によって本体がわに送信する機能を持つ。

また、本実施例においては本体側は第二の受光手段を具え、前期指示具から発光される光を受光し、該光信号の持つ時系列情報を解釈する機能を有する。
図３２の１００、が第二の受光であるところの時系列信号検出ユニットである、
該ユニットは指示具より発っせられる光を受光する手段を具える、
該光はは、時系列情報信号を伝達する役割を有す。
また、該時系列情報信号とは、指示具と本体側制御演算ユニットを同期させるタイミング情報と
指示具をペンとして用いる場合のペンアップダウン判定情報、指示具上のスイッチの情報
等である。

本実施例においては、遮光深さによってペンアップダウンの判定をする必要が無く、実施例１のフローチャートの中のｓ３の処理を大幅に簡略化できる。

本発明の全体図本発明の再帰反射を説明する図発光部の構成図受光ユニット構成図受光ユニット構成図再帰反射部材の光強度分布を示す図再帰反射部材を設置するための部材を示す斜視図第１の実施例ブロック図タイミングシーケンスを示す図光強度分布説明図（背景光強度分布）光強度分布説明図（遮光時）光強度分布規格化データ説明図（適切な状態）図１２−１の遮光部分を拡大して、画素単位の信号がわかるように表示した図座標計算手段の説明図座標入力装置を側面方向から見た概念図光強度分布規格化データ説明図（不適切な状態）光強度分布説明図背景光強度分布更新の説明図背景光強度分布更新の説明図第一の実施例フローチャート領域分割説明図ステップの詳細を示す図ステップの詳細を示す図ステップの詳細を示す図ステップの詳細を示す図第二の実施例の説明図第二の実施例の説明図参考図

符号の説明

１Ｌ、１Ｒ検出用投光手段
３再帰反射面を有する反射手段
４入力領域

Claims

所定の入力領域と、
該入力領域の周辺部の互いに異なる位置に設置され、該設置位置を中心として
扇状にかつ該入力領域に平行に光を放射する複数の光源と、
前記入力領域の周辺部に設けられ前記の光を前記光源部に向けて再帰的に反射する反射部と
前記入力領域の周辺部に設けられ前記反射部からの反射光の強度分布を検出する複数の受光部と
前記受光部で検出した光の強度分布を処理する制御演算部を具え、
前記複数の受光部で検出された光の強度分布をもとに、
前記光源から放射した光、乃至前記再帰反射部で反射した光が前記入力領域に対する入力手段として遮られることによる遮光位置を其々検出し、
該複数の遮光位置から遮光位置の座標を算出することを特徴とする座標入力装置であって、
所定の判定結果にもとづいて選択される背景光強度分布データにより規格化して
座標演算を行うことを特徴とする遮光型座標入力装置。
請求項１の背景光強度分布データは、無遮光時の強度分布データであり、
装置の動作開始時点または通常動作において遮光無しと判定されたときに更新ないし加算平均されることを特徴とする遮光型座標入力装置
請求項１の背景光強度分布データは、ペンアップ時用とペンダウン時用に其々
別に用意され、
ペンアップの時は、ペンアップ時用の背景光強度分布データによって遮光入力の有る場合の光強度分布データを規格化して座標演算を行い、
ペンダウンの時は、ペンダウン時用の背景光強度分布データによって遮光入力の有る場合の光強度分布データを規格化して座標演算を行うことを特徴とする遮光型座標入力装置。
請求項１のペンダウン時用、背景光強度分布データは、
そのときの遮光位置のおよそ属する前記入力領域中を分割して定義される分割領域ごとに其々別に用意され、
遮光入力が有ってかつペンダウンのときに、
該遮光入力位置がおよそ属する分割領域用に用意される背景光強度分布データを選択し、
これによって、該遮光入力の光強度分布データを規格化して座標演算を行うことを特徴とする遮光型座標入力装置。
請求項３のペンアップ時用、背景光強度分布データは、
遮光入力があってかつペンアップの場合に、該光強度分布データの遮光位置近傍を除く画素領域を逐次、前記背景光強度分布データの同一画素領域に置き換えて更新する乃至逐次、前記背景光強度分布データの同一画素領域に加算平均し、
請求項３のペンダウン時用、背景光強度分布データは、
遮光入力があってかつペンダウンの場合に、該光強度分布データの遮光位置近傍を除く画素領域を逐次、前記背景光強度分布データの同一画素領域に置き換えて更新する乃至逐次、前記背景光強度分布データの同一画素領域に加算平均することを特徴とする遮光型座標入力装置。
請求項４の分割領域ごとの背景光強度分布データは、
遮光入力があってペンダウンの場合に、該光強度分布の遮光位置近傍を除く画素領域を該遮光位置が属する分割領域ごと別々に、逐次、該背景光強度分布データの同一画素領域に置き換えて更新する乃至逐次、該背景光強度分布データの同一画素領域に加算平均することを特徴とする遮光型座標入力装置。
請求項１の背景光強度分布データは、装置の動作終了時点にて其々、不揮発性メモリに保存され、
次回、動作開始時にそれぞれ初期値として読み出されることを特徴とする遮光型座標入力装置。