JP2006244192A - 光学式座標入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所定距離ｄを有する複眼センサにより、複数の指示手段により入力が同時に行われた場合、少なくとも一方の指示手段の直径がｄを超えると、複数の指示手段の座標値を正確に算出できなくなる場合が起こり得る。
【解決手段】指示手段の直径を計測する手段を設け、該距離ｄより大きな径を有する指示手段により座標入力動作が行われた場合に、その旨を告知する、あるいは算出座標値を制御することによって、操作者の意図と異なる重大な結果を招かないように機器を制御する。
【選択図】 図１

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。

特に本発明は、入力面周囲に再帰反射材を設け、或いは、指示具に再帰反射材を設け、指示具や指等による遮光状態を検知することにより指示位置座標を入力する光学式座標入力装置、更には、指示具に発光手段を設け、その発光位置座標を検知することにより指示位置座標を入力する光学式座標入力装置に関する。

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、国内件においても特許文献２や、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、更に、このような座標入力装置においては、特にサイズの大きな場合には、複数の操作者が同時に入力することにより、利便性が向上し、より効率的な会議等の用途での要求があるので、複数同時入力に対応する座標入力装置が考案されている。複数の座標を同時に入力するために、特許文献４、特許文献５、特許文献６で、一つの受光センサで複数の遮光部分の角度を検出し、各センサの角度の組み合わせから数点の入力座標候補を算出し、更に、その入力座標候補から実際に入力した座標を判別する技術が公開されている。

例えば、図３７（ａ）に示すように、地点Ａ及び地点Ｂの二箇所で座標入力が行われた場合、算出される角度情報に基づき導出される入力位置座標の候補は、地点Ａ、地点Ｂの他に地点Ｃ、地点Ｄの４の座標が算出されるが、この位置候補４点の内実際に入力した座標２点を識別して出力しなければならない。この識別をここでは虚実判定と称することにするが、虚実判定の具体的な手段としては、特許文献５、特許文献６例では、従来の座標入力領域の一辺の両端に、入力領域内で指示された座標を精度良く算出するに十分な距離を隔てて設置される第１及び第２のセンサ（図３７のセンサ１Ｌ、センサ１Ｒ）の他に、これも、第１及び第２のセンサから入力領域内で指示された座標を精度良く算出するに十分な距離を隔てて第１及び第２のセンサの間の位置に設置される第３のセンサ（センサ１Ｃ）を設け、例えばこの第３のセンサ１Ｃと第１のセンサｌＬの組み合わせで位置候補を算出すれば、地点Ａ、地点Ｂ、地点Ｅ、及び領域外に計算される他の地点の４箇所が候補として算出され、演算に用いるセンサの組み合わせを変更しても同一の位置座標が得られる地点Ａ、地点Ｂが実際の入力地点であると判定できる。また、第３のセンサ１Ｃと第２のセンサｌＲの組み合わせで位置候補を算出すれば、地点Ａ、地点Ｂ、地点Ｆ、及び領域外に計算される他の地点の４箇所が候補として算出され、やはり同一の位置座標が得られた地点Ａ、地点Ｂが実際の入力地点であると判定できる。
米国特許第４５０７５５７号明細書 特開２０００−１０５６７１号公報 特開２００１−１４２６４２号公報 特開２００２−０５５７７０号公報 特開２００３−３０３０４６号公報 特許第２８９６１８３号公報

しかし、従来の再帰反射光等の光を遮る部分の光量分布のピーク或いは、遮光影に関わる光量分布の両端の情報の中心から角度を検出し、各受光手段のその角度の組み合わせから指示座標を算出するこの種の座標入力装置あっては、複数（例えば２箇所）の座標入力を検知して各々の座標値を算出する場合、前述複数の各々の座標入力位置と受光手段を結ぶ各々の直線が略同一直線となるような場合（各々の遮光影が重なった場合）には、各々の遮光影を分離して角度を検出することが出来ないので、位置算出不能状態となってしまう。

具体的に例えば図２８に示すような座標入力領域に、位置Ａと位置Ｂの２点に指示具等で座標入力を同時に行った場合、受光手段Ｓ２の遮光光量分布は、図３３（Ｂ）のようになり、位置Ａと位置Ｂの２点の遮光位置に対応した遮光影が、各々検出される。尚、参照データとして、何も指示入力しない場合の光量分布を図３３（Ａ）で示す。この図に模式的に示されている光量分布は、座標入力領域の周囲に設けられた再帰反射材の形状（座標入力領域の縦横比）、投光手段からの光を再帰的に反射する再帰反射材の再帰反射効率や入射角特性、投光手段の角度依存性や、投光手段から再帰反射部材までの距離等により依存して出力される光量分布である。

一方、図２８に示す受光手段Ｓ１の場合における遮光光量分布は、図３３（Ｃ）のようになり、位置Ａと位置Ｂの２点の遮光位置に対応した遮光影が重なって検出される。図２８の受光手段Ｓ１と位置Ａ及び位置Ｂの指示手段を結ぶ光線から明らかなように、遮光影が部分的に重なった場合には、それぞれの指示具（或いは、指）の片方の遮光端の情報しか得られず（いわゆる部分食状態）、指示具等の両端の情報からその中心方向を算出する構成では、その検出が不能となる。さらには一方の指示具の影に他方の指示具の影が完全に含まれてしまう様な場合（いわゆる皆既食状態）には、遮光影の両端から一方の指示具の中心位置（角度）を求めることが出来るが、他方の指示具に関する情報は何も得ることが出来ない。

従って、先行例においては、それぞれの予め遮光影の数を検出して、受光手段によるこの数が、例えば、他の受光手段においては２個なのに、当該受光手段においては１個である様な場合には、当該受光手段において、この遮光影が受光手段の光量分布において重なった場合とみなし、ある場合（特許文献６）には警告を発することで使用者に注意を喚起し、その状態を回避するように求め、或いは、当該受光手段を他の第３の遮光影の重なりの無い分離された受光手段に切り替え（特許文献４、５）、遮光影が２つに分離されている２つの受光手段で角度を算出し、前記のように虚実判定から２点の実入力座標を算出する必要があった。尚、この場合の虚実判定は、前記遮光重なりのある受光手段の角度情報でも十分に可能なので、この遮光重なりのある受光手段の角度情報で行う（特許文献５、６）。

さて、この切り替える関係にある２つの受光手段は、そのいずれか少なくとも一方が２つの遮光影を分離して検出できるような状態になっていなければならない。つまり、この切り替える関係にある２つの受光手段がいずれも遮光重なりがある状態では、そもそも受光手段を切り替える事の意味が無く、座標算出不能のままである。従って、切り替える関係にある２つの受光手段のいずれか少なくとも一方で、２つの遮光影が必ず分離した状態で観測されるようにするためには、この２つの受光手段を一定の距離、離して配置する必要がある。

従来技術である特許文献４、５、６においては、明確にその制約について触れていないが、２つの受光手段を一定の距離、離して配置しなければならないことは明白である。また、全ての座標入力領域で上記の少なくとも一方の受光手段で２つの遮光影が分離されているための条件は、前述の受光手段間の距離に関するだけでなく、受光手段と座標入力領域との位置関係、座標入力領域の寸法、指示具の大きさ、指示２点間の距離等、複雑な関係が存在する。

図２８を用いて説明した通り、図示が如く２箇所を指示した場合、受光手段Ｓ１では部分食状態の遮光重なりが生じ、その時得られる光量分布は図３３（Ｃ）で示す様に遮光影が２個に分離されていないので、それぞれ２箇所の位置を算出することは出来ない。そこで、図２９に示すように、受光手段Ｓ１の代わりに異なった方角から２箇所の指示具の遮光状態が検出できる、受光手段Ｓ３−１と受光手段Ｓ３−２を考える。受光手段Ｓ３−１では、図３０に示すように、指示具Ａ，Ｂは分離された遮光影として検出できる。これは、受光手段Ｓ１から十分に離れた距離Ｄ２に受光手段Ｓ３−１が配置されていることによる。一方、受光手段が受光手段Ｓ１から距離Ｄ３の位置に配置された受光手段Ｓ３−２における遮光影の光量分布は、図３１に示すように部分食となり、遮光端が片側ずつしか検出されず、その結果として受光手段Ｓ１から受光手段Ｓ３−２に切り替えたとしても、その位置を検出することはできない。

更に一般化して、図３２で示す様に、基本的に受光手段Ｓ１と受光手段Ｓ２で座標を検出する場合、Ｓ１に遮光重なりが生じた場合、その受光手段Ｓ１を切り替える受光手段Ｓ３をどの位置に配置するのが遮光重なりが生じない為の最適条件かを考える。まず、受光手段Ｓ１から図で破線で示す一直線上に指示具Ａ、Ｂが並ぶ場合がもっとも遮光重なりが生じる基本的な場合であり、その２点が図の位置１〜位置４を指示した４ケースを想定する。座標入力領域の左右両端部近傍に配置された受光手段Ｓ１と受光手段Ｓ２の中間部、言い換えれば座標入力領域の左右方向に対して略中央部に配置された受光手段Ｓ３−１は、位置１〜位置４を２点が指示した場合であっても、図示が如くＡ，Ｂの遮光影は分離している。それに対し受光手段Ｓ１から距離Ｄ３（Ｄ３＜Ｄ２）の位置に配置された受光手段Ｓ３−２にあっては、位置３及び位置４の指示具ＡとＢに対する遮光影は重なりが生じてしまうことがわかる。

つまり、本来、最も指示具ＡとＢの遮光影を分離するのに適した受光手段の位置は、遮光重なりが生じている受光手段と指示具ＡとＢを結ぶ一直線（図では破線）に対して、その指示位置から垂直方向に存在する位置であるが、この関係を基に、座標入力領域でもっとも広い領域にわたって遮光分離が確保される受光手段位置を考えると、座標入力領域の両端に配置された２受光手段の略中央部分に配置された場合であることは明らかである。裏返せば、第３の受光手段の配置位置をこの２受光手段の略中央部分からいずれかの左右受光手段に近づけるに従い、遮光重なりが生ずる頻度が大きくなることがわかる。

つまり従来の先行例においては、座標入力領域の一辺の両端（左右）近傍に配置された受光手段における遮光重なりが生じた場合に発生する検出不能状態を回避するために、第３の受光手段に切り替える構成となっているが、その第三の受光手段を例えばその座標入力領域の一辺の両端（左右）近傍に配置された受光手段の中間位置近傍（両端の受光手段Ｓ１、Ｓ２から十分に離れた位置）とすることで、遮光分離を確保できるように構成されている。

上記のように、遮光重なりが生じた場合にその受光手段の角度情報を使用せず、その遮光重なりが生じた受光手段から上記のごとく離れた距離に配置された他の第３の受光手段に切り替えて座標を算出する場合には、次のような問題が生じる。

まず、受光手段を切り替えることによる算出座標の不連続性の問題である。これは、例えば受光手段Ｓ１と受光手段Ｓ２を用いて、指示具の位置座標を算出した場合の座標値と、受光手段Ｓ３と受光手段Ｓ２を用いて指示具の位置座標を算出した場合の座標値が、指示具を同一の場所に配置したにもかかわらず、両者の座標値が異なって算出されることによって生じる現象である。この現象が発生する主な原因は、受光手段毎に光学特性（角度特性）が異なる、受光手段の位置取り付け誤差、あるいは座標算出の際に用いられる受光手段間の距離（切り替えることによってその値が変化）が挙げられる。

さらには、選択された受光手段位置と指示具の位置関係によっては、座標検出精度を大幅に劣化させる場合がある。座標入力領域の一辺の左右の両端近傍に配置された図３４の受光手段１と受光手段２の各々の角度情報の組み合わせで、例えば位置１の指示具の位置座標を検出する場合、各受光手段の角度検出誤差Δを考慮しても、位置座標算出にその誤差が著しく影響して算出座標値が大幅に異なった位置となることは無い（算出座標に影響する程度は小さい）。また複数同時入力の場合でも図２８で示す様に、指示位置から距離の遠い受光手段Ｓ１において遮光重なりが生じている場合、その遮光重なり受光手段Ｓ１を前記のごとく中央に配置されたＳ３−１に切り替えても、先に説明した図３２の場合と同様に、受光手段位置と入力領域の関係からくる座標検出精度の劣化の問題は生じない。

ところが、図３５に示す様に、その指示位置から距離の近い受光手段Ｓ２において遮光重なりが生じている場合には、前述説明の通り図３６に示すように、受光手段２を中央の受光手段Ｓ３に切り替える事になるが、この場合特に位置Ａにおける指示に関して、受光手段Ｓ１の指示具の検出方向、及び受光手段Ｓ３の指示具の検出方向とが成す角度（図中の指示位置の中心を通る太線のなす角度）が極端に小さくなり、受光手段での角度検出誤差が含まれるとその誤差の影響が大きくなり（幾何学的に自明）、座標算出精度の著しい劣化を招く可能性が大きくなる。

更に、座標入力装置と一体的に構成される表示器の構造・仕様によっては、従来の上記座標入力領域の上辺か下辺の左右両端センサユニットの中央部分に遮光重なり時の切り替え用センサユニットを配置する為のスペースの確保が困難となる場合があった。また、その中央部に設けるセンサユニットは、角部に設けるセンサユニットに比べて検出範囲が広く無ければならず、単独ユニットで光学的に１８０°に近い視野角を確保するためには、ミラー構成等により座標入力領域との実質的な光路長を長くするか、複数のセンサユニットに分割して視野範囲を分担する必要があり、ミラー構成、複数のセンサユニットいずれの場合も、更に表示器周囲の設置スペースを必要とし、いわゆる額縁が大きくなる不具合の他、必然的にコストが大幅アップしてしまうという課題もあった。

以上の課題を解決するために、本願発明の座標入力装置は、座標入力有効領域の角部に少なくとも２個の受光検出手段が設けられ、該受光検出手段が検出した光量分布の変化から、指または指示具等が指示した方向を検出する角度検出手段を有し、導出した複数の角度情報に基づき、前述指または指示具等が指示した位置座標を算出する光学式座標入力装置であって、前記各々の受光検出手段が、２組の受光手段を有する事で、複数の指示具等による同時入力動作が行われた場合であっても、その両者の位置座標を高精度に検出できる様にしたものである。また、各々の受光検出手段に、座標入力面に略平行に光束を投光する２組の投光手段が、前記２組の受光手段の検出基準位置と投光手段の発光中心が各々一致するように、前記受光検出手段に設けることで、高精度で複数の指示具の位置を各々検出できるようにしたものである。

さらには、前記２組の受光手段の光学的対称軸が略平行に設定され、その両者の距離をｄ、並びに前記座標入力装置の入力領域における水平方向をＸ軸、天地方向をＹ軸とした時に、該距離ｄのＸ軸投影距離ｄｘ、もしくは該距離ｄのＹ軸投影距離ｄｙを、指示手段の直径と等しく設定することで、座標入力領域内で操作している複数の指示具がどの位置関係にあっても、精度良く両者の位置座標を検出できる様にしたものである。

以上の構成に有っては、複数の指示具による座標入力が行われた際に、その位置情報を得るために、座標入力有効領域の角部に設けられた２つの受光検出手段に設けられた各々２つの受光手段による検出動作が必要となるが、常時複数の指示具による座標入力動作が行われているとは限らない。つまり、装置の使い勝手を想定すると、その大半は１つの指示具による座標入力動作が行われているのであって、その場合にあっては、前記座標入力有効領域の角部に設けられた２つの受光検出手段に設けられた各々２つの受光手段の内、一方の受光手段による検出動作により、指示具の位置座標を導出することが可能である。従って、その一方のみの受光手段が、座標入力有効領域全域を視野とする受光手段に設定することで、その一方の受光手段による検出動作により、指示具による座標入力動作が何箇所行われているかを判定し、複数の指示具による座標入力動作が行われていると判定した場合のみ、他方の受光手段による検出動作を実行するように構成することで、単一の指示具による座標入力動作が行われている場合の座標サンプリングレート（単位時間あたりの座標算出回数）を向上させ、例えば指示具による筆跡を忠実に再現できるように構成したものである。

また、複数同時入力が成された場合に動作する、前述した他方の受光手段の有効視野は、必ずしも座標入力有効領域全域をカバーする必要は無く、そのように構成することで、装置の筐体枠をより小さく構成できるようにしたものである。

上記の様な場合、前記一方の受光手段の有効視野領域であって、かつ他方の受光手段による有効視野外領域に複数の指示手段が存在している状態を検知する検知手段をさらに有することで、その出力結果に基づき例えば警告を操作者に発することで、操作者の使い勝手を向上できるようにしたものである。

さらには、前記複数の受光手段で検出された光量分布が前記指示手段による座標入力動作により光量変化した範囲、並びに該範囲の端部情報を検出する端部検出手段を有し、一方の受光検出手段中の各々の受光手段毎で得られた少なくとも一つの端部情報と、他方の受光検出手段中の各々の受光手段より得られる端部情報を用いて、前記指示手段の座標を演算する演算手段を有する事で、複数の指示具による同時入力動作が行われた場合であっても、各々の指示具の位置座標を高精度に算出できるように構成したものである。

また該座標入力装置の座標入力面を表示装置の表示面として構成、あるいは前記座標入力面を表示装置の表示面に重ねて配置することで、例えば操作者による座標入力動作による軌跡情報がエコーバックとして表示装置に表示され、あたかも『紙と鉛筆』『マーカーとホワイドボード』といったような関係の情報入出力機器を構成できるようにしたものである。

さらには、指示手段の直径、より正確には指示手段によって投光手段からの光を遮光する部分の指示具の直径が、各々の受光検出手段に設けられている受光手段の距離ｄ、もしくは、前記該距離ｄのＸ軸投影距離ｄｘ、あるいは該距離ｄのＹ軸投影距離ｄｙより大きい場合には、受光検出手段の位置と複数の受光手段の位置関係によっては、その複数の指示手段の位置を各々高精度に算出できなくなる場合が有り得る。

従って、複数の指示手段により位置指示動作を行って、その位置を各々導出する本願発明の構成に有って、検出された座標値と、指示手段によって投光手段よりの光が遮光される範囲の幅（以後『遮光幅』と称す）から、指示具の遮光部分の直径を導出する手段を設け、指示手段の直径が、各々の受光検出手段に設けられている受光手段の距離ｄ、もしくは、前記該距離ｄのＸ軸投影距離ｄｘ、あるいは該距離ｄのＹ軸投影距離ｄｙより大きい場合には、複数入力による複数の位置検出を停止し、あるいは検出した座標値を外部機器に出力するのを停止して、重大な誤操作、誤動作が発生することを防止できる様に構成したものである。

さらには、受光手段により指示具の方向、つまり遮光方向であるところの検出角Θが、指示具の位置座標を算出する際に導出されているので、その方向への該距離ｄの投影距離ｄΘより導出された指示具の直径が大きい場合には、複数入力による複数の位置検出を停止し、あるいは検出した座標値を外部機器に出力するのを停止して、重大な誤操作、誤動作が発生することを防止できる様に構成したものである。

さらには、操作者の意図に反してこの様な座標入力動作が行えない状態にあること回避することができる様に、その様な状況にあることを操作者に報知できる様に構成したものである。

以上、本発明についてその詳細を説明したが、これを下記に整理して記述する。

（１）距離ｄ離れた位置に２組の受光手段を各々有する受光検出手段が、座標入力有効領域の角部に少なくとも２個配置され、該受光検出手段が検出した光量分布の変化から指示手段が指示した方向を検出し、導出した角度情報に基づき前述指示手段の指示位置座標を算出する光学式座標入力装置であって、前記算出された位置座標と該受光検出手段が検出した光量分布の変化から指示手段の直径を導出する径導出手段、径導出手段の計測結果と前記距離ｄを比較する比較手段の比較結果に基づき、座標入力装置の座標出力形態を制御する制御手段を有することを特徴とする光学式座標入力装置。

以上の課題を解決するための上記構成とすることで、複数の指示具により、複数の座標を同時に入力した場合であっても、高精度で複数の指示具の位置を各々検出できる、優れた効果が得られるようになった。具体的には、従来のように、２つの遮光範囲が分離している場合のみならず、部分食という遮光重なりが生じた場合にでも精度が劣化することなく、座標を算出できる。部分食の遮光重なりの場合でも座標が算出できるので、従来の技術では実現し得ない、切り替え受光検出手段間の距離の短縮により小型化が実現できる。

複数の入力が重なった場合にでもセンサの切り替えを行うことを避けることが出来るので、或いは、切り替えを行ってもセンサユニット内での上記近距離の受光検出手段間での切り替えであるので、従来のような、切り替えによる算出座標の不連続性や、センサユニットの組み合わせによる座標演算上の誤差拡大の発生を招くことなく高精度な座標算出が可能となった。

さらには、各々の受光検出手段（センサユニット１）に設けられた受光手段の光学的配置、並びに該受光手段や投光手段の制御方法により操作性、筆記再現性を良好なものとし、しかも筐体枠の小さな座標入力装置を実現できる、優れた効果が得られるようになった。

さらには、複数の指示手段により位置指示動作を行って、その位置を各々導出する本願発明の構成に有って、指示手段の直径、正確には指示手段によって投光手段よりの光が遮光される範囲の幅（遮光幅）が、各々の受光検出手段に設けられている受光手段の距離ｄより大きい場合には、受光検出手段の位置と複数の受光手段の位置関係によっては、その複数の指示手段の位置を幾何学的に算出できなくなる場合が有り、その様な状況が発生する場合に合っては、座標出力を外部機器に出力するのを停止したり、またその様な状況を操作者に報知して、重大な誤動作につながることを防止、あるいは操作者による障害の回避を促すことができる、優れた効果が得られるようになった。

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。

（第１の実施形態）
〈装置構成の概略説明〉
まず図４を用いて座標入力装置全体の概略構成を説明する。

図中１Ｌ、１Ｒは投光手段および受光手段を有するセンサユニット１であり、本実施例の場合、図示の如く座標入力面であるところの座標入力有効領域３のＸ軸に平行に、かつＹ軸に対称な位置に所定距離離れて配置されている。センサユニット１は制御・演算ユニット２に接続され、制御信号を制御・演算ユニット２から受け取ると共に、検出した信号を制御・演算ユニット２に送信する。４は入射光を到来方向に反射する再帰反射面を有する再帰反射手段であって、座標入力有効領域３の外側３辺に図示が如く配置され、左右それぞれのセンサユニット１から略９０°範囲に投光された光を、センサユニット１に向けて再帰反射する。

さて、再帰反射部材４で再帰反射された光は、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１の受光手段によって１次元的に検出され、その光量分布が制御・演算ユニット２に送られる。

前述した座標入力有効領域３は、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することで、インタラクティブな入力装置として、利用可能となる。

このように構成することで、入力領域に指などによる入力指示がなされると、上記投光手段から投光された光が、指等の指示手段によって遮られ、センサユニット１の受光手段ではその部位のみの光（再帰反射による反射光）を検出する事ができなくなり、その結果、どの方向からの光が検出できなかったかを判別することが可能となる。つまり制御・演算ユニット２の演算制御手段は、左右のセンサユニット１の光量変化から入力指示された部分の遮光範囲を検出し、その遮光範囲の情報から遮光位置の方向（角度）をそれぞれ導出する。さらに、前記導出された方向（角度）、及びセンサユニット１Ｌ、及び１Ｒ間の距離情報等から、入力エリア上の遮光位置を幾何学的に算出すると共に、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７を経由してその座標値を出力する。

このようにして、指等の指示具によって、画面上に線を描画したり、表示画面上のアイコン操作によりＰＣの制御等が可能となる。

以降、各部材毎にその構成、動作について詳細説明を行う。

〈センサユニット１の詳細説明〉
図５は、センサユニット１の詳細を説明するための説明図であり、図中１０１（Ａ）、１０１（Ｂ）は、赤外光を発する赤外ＬＥＤであり、各々投光レンズ１０２（Ａ）、１０２（Ｂ）によって、前述再帰反射板４に向けて略９０°範囲に光を投光する。投光された赤外光は、再帰反射部材４により到来方向に再帰反射され、センサユニット１中の受光手段によって、その光を検出する。

本願発明の受光手段は、光線の視野を制限すると共に電気的なシールドをになうシールド部材１０５を設けた１次元のラインＣＣＤ１０４、集光光学系としてのレンズ１０６（Ａ）、１０６（Ｂ）、入射光の入射方向を概略制限する絞り１０８（Ａ）、１０８（Ｂ）、及び可視光など余分な光の入射を防止する赤外フィルター１０７（Ａ）、１０７（Ｂ）からなり、再帰反射部材４によって反射された光は、前述赤外フィルター１０７、絞り１０８を抜けて受光用レンズ１０６によって、ラインＣＣＤ１０４の検出素子１１０面上に集光される。部材１０３、及び部材１０９は、これらの光学部品を配置するとともに、投光手段で投光した光が直接受光手段に入射、あるいは外来光等の余分な光をカットするためのため上フード１０３、下フード１０９である。

なお、本願発明の実施例に有っては、絞り１０８（Ａ）、１０８（Ｂ）は下フード１０９に一体で成型されているが、別部品であってもよいことは言うまでも無く、さらには、上フード１０３側に、絞り１０８、及び受光用レンズ１０６の位置決め手段を設けることで、投光手段の発光中心に対する受光手段の位置決めを容易（つまり上フード１０３のみで、すべての主要な光学部品が配置される）に実現することも可能となる。

図６（Ａ）は、図５の状態から組み上げた状態のセンサユニット１を、正面方向（座標入力面に対し垂直方向）から見た図であり、二つの投光手段が所定距離ｄ離れた状態で、それぞれの主光線方向が略平行となるように配置され、各々の投光レンズ１０２によって、それぞれ略９０°範囲に光を投光する様に構成している。

図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の太矢印で示される部分の断面図であり、赤外ＬＥＤ１０１からの光は、投光レンズ１０２により、座標入力平面に略平行に制限された光束として、主に再帰反射部材４に対して光が投光されるように構成する。

一方図６（Ｃ）は図６（Ａ）におけるＬＥＤ１０１、投光レンズ１０２、上フード１０３を説明のために取り除いた状態で、同様に正面方向（座標入力面に対し垂直方向）から見た図である。従って本実施例の場合、投光手段と受光手段は重ねた配置構成（図６（Ｂ）参照）となっており、正面方向（座標入力面に対し垂直方向）から見て、投光手段の発光中心と受光手段の基準位置（つまり角度を計測するための基準点位置に相当し、本願発明にあっては絞り位置１０８の位置であって、図中の光線が交差する点となる）が一致する構造となっている。従って、前述した通り、二つの投光手段は所定距離ｄ離れた状態で、それぞれの主光線方向略平行となるように配置されているので、二つの受光手段も同様に所定距離ｄ離れた状態で、かつ各々の光軸（光学的な対称軸）が略平行となるように構成されている。

従って、投光手段により投光された座標入力平面に略平行な光束であって、面内方向に略９０°方向に投光されている光は、再帰反射部材４により光の到来方向に再帰反射され、赤外フィルター１０７、絞り１０８、集光レンズ１０６を経て、ラインＣＣＤ１０４の検出素子１１０面上に集光、結像することになる。従って、ラインＣＣＤ１０４の出力信号は、反射光の入射角に応じた光量分布を出力することになるので、ＣＣＤ４１画素番号が角度情報を示すことになる。

なお、図６（Ｂ）に示す投光手段と受光手段の距離Ｌは、投光手段から再帰反射手段４までの距離に比べて十分に小さな値であり、距離Ｌを有していても十分な再帰反射光を受光手段で検知することが可能な構成となっている。

以上説明したように、本願発明のセンサユニット１は、少なくとも２つの投光手段と、各々の投光手段で投光された光を各々検出する受光手段（本実施例の場合、投光手段が２組、受光手段が２組）を有する構成である。また本願実施例に有っては、受光手段におけるラインＣＣＤ１０４におけるライン状に配置された検出素子１１０の左側部分を第一の受光手段の集光領域、右側部分を第二の受光手段の集光領域とすることで、部品の共通化を図っているが、これに限定されるものでなく、個別にラインＣＣＤを設けてもよいことは言うまでもない。

〈センサユニット１の光学配置に関する詳細説明〉
図３は、本願発明の座標入力装置の光学的な配置を説明するための説明図であって、特に左側センサユニット１Ｌの配置について説明する（右側センサユニット１Ｒについては、図中Ｙ軸について左側センサユニット１Ｌと対称な関係にあるので、説明を省略する）。

先に述べた通り、センサユニット１Ｌには２組の投光手段と受光手段を有し、両者の光軸（光学的な対称軸であって、光線１５１、及び光線１６１に相当）は略平行にかつ距離ｄ離れて配置されている。座標入力有効領域３の水平方向にＸ軸、天地方向をＹ軸として、該光軸が図示が如くＸ軸と交わる角度をΘとし、またセンサユニット１Ｌ中の一方の投光手段の投光範囲（もしくは受光手段の検出角度範囲）を光線１５２、光線１５３、もう一方のそれを光線１６２、光線１６３と定義する。光線１５２、光線１５３、もしくは光線１６２、光線１６３で定義される２組の光学手段の有効視野は略９０°であり、無論その範囲を例えば１００°とすることも可能であるが、その有効視野をより大きく設定、設計することは、例えばレンズの光学歪が大きくなり、安価に光学系を構成すると言う点で不利となる。

従って、各々の受光手段で、投光された光を遮光する指示具等の物体位置情報を得るためには、光線１５２、及び光線１６３で定義される領域内に、座標入力有効領域を設定するのが好ましい形態であり、座標入力有効領域を図示が如く領域１７１に設定すれば、センサユニット１Ｌ中の２組の受光手段で、領域１７１中の遮光物体の遮光位置を検出することが可能となる。

しかしながら、このように設定することで、例えば各パーツを内蔵した装置の筐体１７２と座標入力可能な領域１７１の関係で決まる筐体枠が大きくなり、操作可能な領域に比べ装置全体の大きさが大きくなってしまうと言う課題が生じる。この課題を解決するためには、センサユニット１の形状を小さくすることは言うまでも無く、さらには、光線１５１、光線１６１で定義される２組の光学手段の距離ｄをより小さくするのが好ましい。

本願発明の座標入力装置に有っては、座標入力有効領域３と筐体１７２で決まる筐体枠を極力小さくするために、センサユニット１中の一方の受光手段は、座標入力有効領域３の全ての領域を有効視野に収めているが、もう一方の受光手段は、図中領域１７３で定義される領域が有効視野外となる設定となっている。

さて本願発明の主目的は、課題の項等でも述べたとおり、複数の遮蔽物（専用の指示具であったり、あるいは指等）、つまり複数の物体による座標入力動作が同時に行われた場合であっても、その両者の位置情報をそれぞれ正確に得ることにある。

具体的な使用例を考えてみると、例えば本願発明の座標入力装置を表示装置に重ねて配置した入出力一体のディスプレイ（表示領域が、例えば６０インチ相当で、そのアスペクト比を１６：９とすれば、表示領域の大きさは、横１３３０ｍｍ、縦７５０ｍｍ）で、指示具等により座標入力動作を行い、その入力した軌跡を筆跡として表示ディスプレイに表示することで、あたかも筆記用具用のペンを用いてホワイトボードに文字、図形等を入力したが如くできる様に構成した情報入出力装置を想定する（この場合、図中Ｙ軸方向が天地方向と一致する）。

座標入力動作が複数行われ、その両者の軌跡が逐次表示されていく状態とは、複数の操作者がいることが前提となる。この時、操作者はディスプレイの前面に立って操作することになるので、通常使われる使い勝手としては、画面の左右に別れて操作者が位置し、画面の比較的左側領域における座標入力動作と、画面の比較的右側領域における座標入力動作が行われることになる。従って、操作者が操作する上で、その作業姿勢を譲り合って２人の操作者が同時に領域１７３で座標入力動作をすることは非常にまれであり、仮に領域１７３における同時複数入力動作を仕様上禁止したとしても、製品の使い勝手として大きな制約とはならない。

さらには、後述する方法により、領域１７３における同時複数入力動作が行われていることを検出することも可能であり、その場合に有っては、その旨を警告する等の手段を設けても良い。

また、領域１７３をもカバーする有効視野を有する受光手段で、指示具等による座標入力の有無を判定し、その判定結果に基づき、例えば、遮光部位が複数あるような場合には、必要に応じてもう一方の受光手段による遮光部位の検出を行うように構成することで、後述するような動作時間により決まる座標サンプリングレートの改善、低消費電力化、あるいは上述した筐体構造の小型化を図ることができる様になる。

また、先に説明した距離ｄをより小さくすることで、一方の受光手段の有効視野外となる領域１７３をより小さくすることが可能となるが、例えば、先に定義した角度Θを調整することでも、その領域をより小さくすることができる場合がある。つまり図３において、Θは略４５°に設定されているが、センサユニット１の位置と座標入力有効領域３の位置関係により、例えばΘをより大きく（例えば４８°）設定することで、領域１７３を小さくできる（光線１６３が時計回りの方向に回転するので、設定角度に応じて領域１７３の下側領域が、有効視野内に含まれることになる。一方、他方の有効視野も同時に回転することになるが、その場合であっても、他方の受光手段の有効視野は、座標入力有効領域３の全てをカバーしている状態に設定される）。

以上述べたように、センサユニット１中の２組の光学系は、各々約９０°の有効視野を有し、２組の光学系の対称軸間の距離ｄをより小さく設定することで、筐体枠を小さくできることや、仕様上設定される領域１７３をより縮小できることが示された。

〈センサユニット１の検出信号波形の詳細説明〉
センサユニット１中の複数の受光手段で得られる検出信号波形について図７を用いて説明する。先にも説明した通り図７（Ａ）に示されるように、一方の投光手段Ａで投光される光線（もしくは受光手段Ａの有効視野）は、光学的対称軸の方向が光線１５１で示され、その投光範囲は光線１５２、光線１５３により定義される。そして他方の投光手段Ｂ（もしくは受光手段Ｂ）のそれは、それぞれ光線１６１、光線１６２、光線１６３で定義される。実際に受光手段Ａ、もしくは受光手段Ｂで検出される光は、各々の投光手段で投光された光線が、再帰反射部材４により再帰反射されることによって検出されるので、実際に検出される光の検出範囲は再帰反射手段４の配置関係によって決まり、有効視野より小さな範囲となるのが通例である。

このような配置関係において、半径Ｒ１を有する円柱状の指示具１９１により座標入力動作を行えば、受光手段Ａにおいては、光線１８１から光線１８２にいたる範囲で、投光手段Ａで投光された光が遮られるので、この範囲の光を受光できなくなる。一方、この状態における受光手段Ｂにあっては、同様に光線１８３から光線１８４間の光を検出できなくなる。

図７（Ｂ）は受光手段Ａの検出信号波形を、同図（Ｃ）は受光手段Ｂの検出信号波形を示すものであり、横軸に角度情報を示すＣＣＤ画素番号、縦軸に検出光量を示し、例えば検出光量αのレベルが全く光信号が得られない状態であり、検出光量βになるに従って、受光した光信号の強度レベルが増大することを示すものである。前述した通り、有効視野内に指示具１９１を配置することによって、図７（Ｂ）に示されるように受光手段Ａに有っては、光線１８１方向から光線１８２方向までの光が、また図７（Ｃ）に示されるように受光手段Ｂに有っては、光線１８３方向から光線１８４方向までの光を検出できない状態を示すものである。

なお、投光手段により投光された光は、その投光方向に応じて光強度が異なる、あるいは投光方向に応じて再帰反射部材４に入射する入射角が異なる（一般に再帰反射部材４は、光の入射角が大きくなると、再帰反射効率が低下する）、あるいは投光方向に依存して、投光手段から再帰反射部材４までの距離が異なる、等々により、検出される光強度は受光方向（角度）に依存して、例えば光強度βで一定とはならないのが通例である。

図８は、図７における指示具１９１に加えて、同一形状の指示具１９２により同時に座標入力動作が行われていることを示すものである。今説明を簡略にするために、指示具１９１は所定の位置を指示し続けているものとし、指示具１９２は地点（イ）から地点（ロ）、そして地点（ト）へと順に移動していくものとする。図９は、指示具１９２が各地点にある時の受光手段Ａの出力、受光手段Ｂの出力を各々示すもので、かつ図７（Ｂ）における光線１８１から光線１８２の方向の近傍範囲、及び図７（Ｃ）における光線１８３から光線１８４の方向の近傍範囲を拡大して模式的に各々示すものである。なお、図９における太線の遮光部位は指示具１９１の遮光範囲であり、細線は指示具１９２による遮光範囲を示す。従ってセンサユニット１Ｌに指示具１９１のほうが指示具１９２より近い位置にあるので、ＣＣＤ画素上では、指示具１９１による遮光範囲が指示具１９２による遮光範囲より大きくなる。

まず図８における指示具１９２が位置（イ）にある状態にあっては、光線範囲１８１から１８２、及び光線範囲１８３から１８４と全く関係無い位置に指示具１９２が存在しているので、図９（イ）にあっては、受光手段Ａ、受光手段Ｂともに２つの遮光範囲を取得することになる。しかしながら、図８（ロ）の位置にあっては光線１８３を遮るような位置（他の光線１８１、１８２、１８４はまだ遮っていない）に有るので、図９（ロ）に有っては、受光手段Ｂの指示具１９１による遮光範囲と指示具１９２による遮光範囲が重複し、１つの遮光範囲が検出されるのみとなる。

従って、この一つの遮光範囲は、左側が指示具１９２による遮光、右側が指示具１９１による遮光で構成されることになる。さらに指示具１９２が位置（ハ）に位置すると、受光手段Ｂの光線１８３から光線１８４の範囲に含まれてしまうので、位置（ハ）における受光手段Ｂの遮光信号は、指示具１９１のみで生成され、指示具１９２に関する遮光情報を全く検出することができない。一方、この状態における受光手段Ａにあっては、光線１８１を遮る位置に指示具１９２があるので、位置（ハ）における受光手段Ａの遮光信号は、１つの遮光範囲が検出されるのみであって、その左側が指示具１９２による遮光、右側が指示具１９１による遮光で構成される。指示具１９２が光線１８１と光線１８４の範囲内に収まった位置（ニ）にあっては、受光手段Ａ及び受光手段Ｂの遮光範囲は指示具１９１のみによって構成され、指示具１９２の影響を全く受けない、つまり、指示具１９２の情報を何ら検出できない状態となる。

さらに指示具１９２がホの位置になると、指示具１９２は光線１８４を遮っているので、受光手段Ｂに有っては、１つの遮光範囲が検出されるのみであるが、その遮光信号の左側は指示具１９１、右側は指示具１９２によって形成されることになる。一方受光手段Ａにあっては、光線１８１と光線１８２間に指示具１９２が含まれているので、指示具１９２に影響されること無く、指示具１９１のみで遮光範囲が形成されている。そして、指示具１９２が位置（ヘ）になると、受光手段Ｂに有っては、遮光範囲が２つ形成され、受光手段Ａにあっては遮光範囲は一つではあるものの、その遮光範囲は、その左側が指示具１９１、右側が指示具１９２により生成され、指示具１９２が位置（ト）になると、両者の受光手段で２つの遮光範囲が検出できる様になる。

以上、図８、図９を用いた説明では、指示具１９２が位置（ニ）近傍にある場合のみ、指示具１９２の位置に関係なく指示具１９１のみの遮光で、受光手段Ａ及び受光手段Ｂの検出信号波形が構成されるので、指示具１９２の位置情報を全く得ることができない。つまり図１０において、指示具１９２が位置（ニ）にあっても、また図中破線で示される位置（チ）、位置（リ）にあっても、センサユニット１Ｌ中の受光手段Ａ、及び受光手段Ｂの検出信号は、何ら変化がないので、指示具１９２の位置座標を算出することが不能となる。

一方、その他の位置（位置（ロ）（ハ）（ホ）（ヘ））にあっては、遮光範囲がたとえ一つしか検出できなくても、その遮光範囲の両端は、どちらか一方が指示具１９１により形成され、他方は指示具１９２により形成されることになるので、指示具１９１と指示具１９２の位置情報を得ることが可能となる（位置情報を得る具体的方法については、別途後述する）。

従って、センサユニット１Ｌ、指示具１９１、並びに指示具１９２が、位置（ニ）に有るような状態にならなければ、指示具１９１、指示具１９２の位置情報を各々取得することが可能となる。よって、本願発明にあっては図１１に示すが如く、指示具１９１、指示具１９２の直径（＝Ｒ１×２）に比べて、十分な大きさの光学手段間の距離ｄを設けることによって、このような状態が発生しないように構成する。図１１は、その状態を示すものであり、指示具１９１の直径に比べ、十分に大きな距離ｄを設けてあるので、光線１８１と光線１８４で構成される領域範囲は、センサユニット１Ｌからの距離が遠くなるにつれて、小さくなるように設定される（図８の配置に有っては、光線１８１と光線１８４で構成される領域範囲は、センサユニット１Ｌからの距離が遠くなるにつれて、大きくなっている）。言い換えれば、よりセンサユニット１に近い位置に位置する指示具により規定されるセンサユニット１中の一方の受光手段の光線１８１ともう一方の受光手段の光線１８４を、センサユニット１から座標入力有効領域方向へ外挿した時に必ず交差する様に構成してある。

従って図１１において、受光手段Ａに有っては、光線１８１と光線１８２の範囲内に指示具１９２が位置しているので、受光手段Ａでは全く指示具１９２の情報を得ることはできないが、受光手段Ｂに有っては光線１８４を遮る位置に指示具１９２が位置しているので、指示具１９２の遮光位置情報を得ることが可能となる。つまり、指示具の直径に比べ、十分な長さの距離ｄを設定することにより、少なくともどちらかの受光手段で必ず指示具１９１と指示具１９２の両者の位置情報を得ることが可能となるのである。

〈光学手段間距離ｄの詳細説明〉
上述した通り、装置を小型に安価に製造するためには、センサユニット１に組み込まれている２組の光学手段の距離ｄは、より小さいのが好ましい。一方で、複数の遮光物による座標入力を想定すれば、該距離ｄは指示具の直径に比べて十分に大きいのが好ましい。従って、これらの相反する要求を満足させるための最適値について述べる。

再び図３に戻って、座標入力有効領域３内において、たとえ複数の指示具による座標入力が行われた場合であっても、その指示具の位置情報を得るためには、常に図１１のように、よりセンサユニット１に近い位置に位置する指示具により規定されるセンサユニット１中の一方の受光手段の光線１８１ともう一方の受光手段の光線１８４が、センサユニット１から座標入力有効領域方向へ外挿した時に交差する必要がある。

図示が如く、２組の光学手段の対称軸と座標系のＸ軸がなす角度をΘとすれば、上記の条件が成立するためには、例えば、指示具１９１がセンサユニットの真下方向（例えば光線１５３方向）にある場合には、ｄ ｓｉｎΘ＞２ Ｒ１が成立する必要があるし、真横方向（例えば光線１５２方向）にある場合には、ｄ ｃｏｓΘ＞２ Ｒ１が成立しなければならない。つまり、センサユニット１中の２つの光学手段の各々の光学的対称軸の距離ｄをＸ軸に投影した距離ｄｘ（＝ｄ ｓｉｎΘ）、もしくはＹ軸に投影した距離ｄｙ（＝ｄ ｃｏｓΘ）が、指示具の直径（＝２ Ｒ１）より大きく設定されていれば良い。さらには、Θ＝４５°で有れば、Ｘ軸投影距離ｄｘとＹ軸投影距離ｄｙは等距離となり、例えば指示具の直径を１４ｍｍとすれば、距離ｄを約２０ｍｍより大きく設定する必要がある。無論Θが４５°以外の値であれば、Ｘ軸投影距離ｄｘとＹ軸投影距離ｄｙの大きい方の値に基づき、該距離ｄを設定すれば良い。

ここで、指示具の直径について詳述すると、投光手段により投光された光が指示具により遮光されたことにより、指示具の位置（方向）を検出する方式であることから、座標入力面に略平行に投光されている光束を、指示具が遮る部分の最大直径が、ここでいう指示具の直径となる。つまり、光束は指示具の先端部付近で遮られるので、例えば座標入力面に略平行に投光された光束が、座標入力面からの高さ３〜１０ｍｍ程度に設けられているとすれば、指示具の先端部から３〜１０ｍｍの範囲の最大直径、もしくはその範囲の平均的な直径ということになる。また、幾何学的には上述した通り、指示具の直径より大きければ課題を解決することができるが、実質的には例えばラインＣＣＤ１０４の画素ピッチや光学性能等による光学的分解能（解像度）、電気的ノイズ等の影響があるので、指示具の直径に対してマージン（例えば指示具の直径の１．５倍）を見込むのが好ましい形態であり、このマージンを見込んだ範囲を指示具の直径に略等しい範囲と定義する。

さて、図３において、センサユニット１Ｌの位置と、座標入力有効領域３の配置関係により、例えば光線１５３方向は、座標入力有効領域３に含まれておらず、距離ｄを設定する上で、Ｘ軸投影距離ｄｘは、実際にはより厳しい条件での設定となっている。つまり先の説明で例えばＸ軸投影距離により距離ｄ＞２０ｍｍ以上とされたが、実際には座標入力有効領域３のセンサユニット１の配置を考慮すると、例えば距離ｄ＞１９ｍｍで十分な場合がある。従って、投影距離ｄｘ、もしくはｄｙを用いて該距離ｄを決定すると、より大きな距離ｄを設定しなければならなくなるのが通例で、装置を小さくすると言う意味で、不利な結果が導出されている。

逆に言えば、Ｘ軸投影距離ｄｘもしくはＹ軸投影距離ｄｙと指示具の直径を等しく設定しても、十分にマージンを持って同時入力されている２つの指示具の位置（角度）情報を得ることができる様に構成されている、と言える。従って、本願発明に有っては、該距離ｄをＸ軸投影距離ｄｘ、もしくはＹ軸投影距離ｄｙの内の大きな値に設定することで、複数同時入力が行われている場合であっても、それぞれの位置（角度）情報を得るための信号を検出できるようにすると共に、座標入力有効領域外に構成される余分な領域を小さくすることで、装置全体の大きさを極力小さなものとするように構成したものである。

〈制御・演算ユニットの説明〉
図４の制御・演算ユニット２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、複数の受光手段夫々に対応する投光手段としてのＬＥＤ駆動信号がやり取りされている。

図１２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２１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２２からセンサユニットに送られる。

センサユニットの受光手段であるＣＣＤからの検出信号は、制御・演算ユニットのＡＤコンバータ２３に入力され、演算制御回路２１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メモリに記憶され、角度計算に用いられる。

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７などを介して出力される。

また、指示具としてペンを用いる場合、ペンからの信号を受信する受信手段５からはペンからの信号を復調したデジタル信号が出力され、ペンスイッチ信号検出回路としてのサブＣＰＵ２４に入力され、信号が解析されたのち、演算制御回路２１にその情報が伝達される。

〈光量分布検出の説明〉
図１３はセンサユニット１中の一つの受光手段およびそれに対応する照明としてのＬＥＤ１０１への制御信号のタイミングチャートである。

７１、７２がＣＣＤ制御用の制御信号であり、７１ＳＨ信号の間隔で、ＣＣＤのシャッタ開放時間が決定される。７２はセンサへのゲート信号であり、ＣＣＤ内部の光電変換部の電荷を読み出し部へ転送する信号である。

７３はＬＥＤ１０１の駆動信号であり、ＳＨの周期でＬＥＤを点灯するためＬＥＤに供給される。

読み出される信号は、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１４（Ａ）のような光量分布が得られる。

同図においては、βのレベルが最大光量であり、α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α付近になり、反射光量が増えるほどβのレベルに近づく。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１４（Ｂ）は指示具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。

Ｃ１、Ｃ２の部分が複数の指や指示具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行い、図１４（Ａ）８１のような照明が無い状態の光量分布状態と、８２のように入力が無い（遮蔽物がない状態）状態で証明した時の光量分布を予め記憶しておき（以後、これらのデータを初期状態と称す）、それぞれのサンプル期間に図１４（Ｂ）のような変化があるかを初期状態との差によって検出し、変化があった部分を入力点として、遮光された領域の端部を決定する演算を行う。

上述したように、本願発明に有っては、一つのＣＣＤの対して複数の受光手段が設けられ、その各々に対して投光手段が設けられている。従って、各々の受光手段（もしくは投光手段）を別のタイミングで駆動する場合には、各々を上記のような信号タイミングで駆動すればよい。

図１５はその信号のタイミングチャート例であり、まずセンサユニット１Ｌ中のＣＣＤの読み出し先頭側の受光手段による検出を行うために、ＳＨ６１に対して、６３のようなタイミングでＬＥＤが駆動される。ＩＣＧ６２によって、ＣＣＤの信号が読み出されるが、このときはＣＣＤの先頭側の受光範囲の画素データが読み出される（信号６５Ａ）。

次に同じＣＣＤに対して、ＳＨ信号６１が与えられ、センサユニット１Ｌ中の他方の受光手段に対応するＬＥＤに駆動信号６４が供給される。これの出力は信号６５Ｂのように、先に検出した先頭部分の信号（破線部）と重ならない領域に、受光された信号が出力される。

別のタイミングでもう一方のセンサユニット１Ｒを同様に駆動することで、ＣＣＤの信号が各々のセンサから読み出され、本願発明に有っては、最大４つの受光手段による信号を得ることになる。

本願実施例では、左右のセンサユニット合わせ、４個の受光手段に対して、別々のタイミングで駆動しているが、これに限るわけではなく、お互いの発光が影響しないのであれば、同時に駆動してもかまわないし、各々の組み合わせで駆動してもかまわない。

〈角度計算出の説明〉
座標計算にあたっては、まず、遮光範囲を検出する必要がある。以降一つの検出データについて説明するが、他のデータにも同様の処理を行っている。

電源投入時の光量分布図１４（Ａ）の信号８１、信号８２を記憶しておき、その分布との比較から入力範囲を検出する。

図１４（Ｂ）のようにＣ１，Ｃ２の部分で入力があったときに、記憶しておいた初期時の光量分布８２との差を計算し、８２と８１の光量差を用いて遮光の無い時との変化率を計算する。このように変化率を計算することによって、部分的な光量分布の不均一などの影響を除去できる。計算された変化率に対して、閾値などを用いて、変化している画素番号を特定する。この時、検出信号レベルの情報などを用いることで、画素番号より細かい画素情報が特定可能になる。これらの画素番号から、遮光された領域の端部が決定でき、例えばその遮光領域の中央値（ＣＣＤ画素番号）を指示具の角度情報として導出する。

得られた画素番号から、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。角度情報への変換は例えば多項式を用い、ＣＣＤ画素番号をｅ、次数をｎ、各次数の係数をＴｎとすれば
θ＝Ｔｎ・ｅ＾ｎ＋Ｔ（ｎ−１）・ｅ＾（ｎ−１）＋Ｔ（ｎ−２）・ｅ＾（ｎ−２）＋ ・・・ ＋Ｔ０ （１）
のようにして求めることができる。各次数の係数は、実測値や設計値などから決定できる。また、次数は必要とされる座標精度等を鑑みて決定すれば良い。

〈座標計算方法の説明〉
得られた角度データから位置座標を算出する。入力が一点である場合には、夫々のデータから算出された遮光範囲の中央の角度を用いることでも座標計算が可能である。

図１６は座標入力点が一箇所のみで、センサユニット１Ｌ、及びセンサユニット１Ｒ中の一方の受光手段のみの位置関係、並びに座標系を示すものである。入力範囲の上辺左右にセンサユニット１Ｌ、センサユニット１Ｒが取り付けられており、各センサユニットに内蔵されている受光手段受光手段間の距離をＤＬＲとする。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の交点つまり基準角度の交点になる。センサ位置から原点までのＹ座標距離をＤＹとする。基準角度からの角度θＬ、θＲが図示が如く与えられた時、その交点の座標値Ｐ（ｘ、ｙ）は、ｔａｎθＬ、ｔａｎθＲを用いて
ｘ＝ＤＬＲ／２^＊（ｔａｎθＬ＋ｔａｎθＲ）／（１＋（ｔａｎθＬ^＊ｔａｎθＲ）） （２）
ｙ＝ＤＬＲ／２^＊（（１＋ｔａｎθＬ）（１＋ｔａｎθＲ））／（１＋（ｔａｎθＬ^＊ｔａｎθＲ））−ＤＹ （３）
で計算される。

各センサユニット中の受光手段は、実際には座標入力領域の水平方向（Ｘ軸方向）に同一ライン上には配置されていない。そのため、座標計算時に、異なる位置の受光手段のデータを用いる場合には、この位置のずれ分の補正を行う。

図１７にあるように、各センサの瞳位置をＬ１、Ｌ２、Ｒ１、Ｒ２とした時に、Ｌ１とＬ２とのｘ軸方向の差、およびｙ軸方向の差をそれぞれΔｘｓ、Δｙｓとする。

Ｌ２で検出されたデータがθＬ２で有った時、Ｘ軸方向にＲ１と同一高さで見ると、仮想的にＶＬ２の位置にセンサが有るとして、高さ方向の距離Δｙｓと得られた角度θＬ２とから、
Δｖｘｓ＝Δｙｓ／ｔａｎθＬ２

よって、式（２）、（３）のセンサ間距離ＤＬＲを、受光手段Ｌ１、Ｌ２のＸ方向距離Δｘｓと、算出されたΔｖｘｓで補正し、仮の座標値を計算する事が可能となる。得られたこの仮の座標値におけるｘ座標は、ＶＬ２とＲ１の中間を原点として計算されるので、そのＸ座標から（Δｘｓ＋Δｖｘｓ）／２をさらに補正すれば、異なる位置にあるセンサのデータを用いて座標計算が可能になる。

入力が一点であるような場合には、遮光幅の中央の角度を用いても座標計算が可能であるが、図８のように複数の入力があり、受光手段と複数の入力手段の位置関係が、例えば位置（ハ）、位置（ニ）位置（ホ）となって、センサユニット１中の２つの受光手段で検出される信号が共に重なってしまうような場合には、このような方法では計算できない。

図８における位置関係（ホ）の状態では、センサユニット１Ｌ中の図面左側の受光手段では、指示具１９２は指示具１９１の影に完全に隠れてしまっており、またもう一方の受光手段では、指示具１９２と指示具１９１の遮光範囲が連続してしまっている。図９信号（ホ）はその時の出力信号であり、一方の信号は指示具１９１の遮光データのみで構成され、他方の信号は、指示具１９１と指示具１９２の遮光データがつながった状態として出力される。このような場合には、遮光範囲の中央を用いた計算では正確な入力座標は計算できない。

そこで、夫々のセンサユニットで検出された遮光範囲の端部の角度情報を用いて座標計算を行う。入力指示具の入力形状を略円形とし、図１８のようにセンサユニット１中の一つ受光手段に対して、指示具Ａと指示具Ｂが一部重なった状態にあるとする。つまり、この受光手段Ｌ１では、θＬ１とθＬ２の遮光幅が観測されている状態であるとする。

一方、Ｒ側のセンサユニット１Ｒ中の例えば受光手段Ｒ１で観測される角度は、夫々の入力手段の遮光領域で形成される遮光範囲の端であり、θＲ１１から、θＲ２２までの４つの角度が観測される。

図１９はこのような遮光幅端を用いた場合の座標計算を説明するための図である。

今、たとえば、Ｐ点に入力が成されたとした場合、θＬ１とθＲ１、θＲ２の交点を夫々Ｐ１、Ｐ２とすると、入力位置の座標Ｐは、夫々の交点における角度２θ１、２θ２の２等分線の交点として計算可能となる。

ｐ１、ｐ２の座標値は、上述のそれぞれの角度の交点の座標を計算するのと同様の式（２）（３）によって計算可能であるので、この値と角度情報を用いることにより入力座標Ｐを算出できる。

このように、左右のセンサにおける、領域の端部情報を用いることで、遮光領域の中央値を用いる事無しに、入力に対する座標計算が可能となる。

図２０は其の計算の一例である。

図のようにＰ１（ｘ１、ｙ１）とＰ２（ｘ２、ｙ２）の間の距離をＬ、夫々の点における角の二等分線の角度をθ１、θ２とすれば、
Ｌ＝（（ｘ２−ｘ２）＾２＋（ｙ２−ｙ１）＾２）＾０．５ （４）
θ１＝（π−（θＬ＋θＲ１））／２ （５）
θ２＝（θＬ＋θＲ２）／２ （６）
ここで、
Ｌ１・ｔａｎθ１＝Ｌ２・ｔａｎθ２ （７）
であるので、
Ｌ２＝Ｌ・ｔａｎθ１・／（ｔａｎθ１＋ｔａｎθ２） （ただしｔａｎθ１＋ｔａｎθ２≠０） （８）
Ｌａ＝Ｌ２／ｃｏｓθ２ （ただしｃｏｓθ２≠０） （９）
これから、Δｘ、Δｙとして
Δｘ＝Ｌａ・ｃｏｓ（θＬ−θ２） （１０）
Δｙ＝Ｌａ・ｓｉｎ（θＬ−θ２） （１１）
入力座標として、Ｐ（ｘ、ｙ）は
ｘ＝ｘ２−Δｘ （１２）
ｙ＝ｙ２−Δｙ （１３）
と計算できる。

図１８のように、センサからみて後ろ側の入力点が、完全に影に隠れてしまう、いわゆる皆既食状態でないような場合には、その入力点は、ｐａ，ｐｂまたはｐａ’，ｐｂ’のどちらかの組み合わせになる。

θＬ１とθＬ２、θＲ１１、θＲ１２、θＲ２１そしてθＲ２２の組み合わせについて、上記のように２等分線の交点に相当する計算を行いそれぞれｐａ，ｐｂ、ｐａ’，ｐｂ’を計算し、どの組み合わせが正しいか判定を行う。

判定は、もう一方の受光手段のデータを用いて行うことが出きる。

例えば、図２１のように、もう一方のデータθＬ２１、θＬ２２とθＲ１１、θＲ１２、で座標計算を行った結果と先の計算の結果を比較し、Ｐａと重なるのか、あるいはＰａ’と重るのかを双方の距離などから判定して、ＰａかＰａ’どちらが正しいか判定できる。ここで、Ｐａが採用されてしまえば、組み合わせとして、Ｐｂが自動的に採用されることになる。

より確実に判定するには、θＲ２１θＲ２２を用いてＰｂについて計算を行っても良い。

このように、部分的に隠れてしまう「部分食」の状態であれば、夫々の遮光範囲の端部の角度を検出し、その交点における２等分線に相当する情報を得ることで、複数の入力指示位置を特定することが可能になる。従って、本願発明に有っては、複数の指示具がどの領域にあっても、センサユニット１中に設けられた２組の受光手段の内少なくとも一方の受光手段では、必ず「部分食」の状態、あるいは２つの遮光範囲が分離した状態で検出できるように、センサユニット１中の受光手段等の光学的配置を設定したものである。

実際の計算については、以下のようになる。

まず、上述説明したように、各々に照明を行い、光量分布データの取得を行う。

得られた各データから遮光部位の数を閾値などを用いて算出する。遮光部の数により、入力が無い場合と一箇所に対して行われた場合、２箇所に対して行われた場合の判定が可能になるとともに、演算に用いるデータを選択することが出きる。

表１は各センサユニットの受光手段をＬ１，Ｌ２、Ｒ１，Ｒ２として、其の組み合わせを表したものである。遮光範囲の数の組み合わせは、最大入力数を２入力としたとき、入力が無い場合を含めて１７通りとなる。

すべてのセンサにおいて、入力が１の場合には、単一点入力の場合と、二つの入力が接触している場合とが考えられるが、本例では接触も単一点入力として扱うこととする。ただし、指示具の入力幅などがわかっている場合には、それによって補正するなどして、計算してもよい。

遮光範囲の数を計数して、入力無し、単一点入力、複数入力などように状態を判定することができる。各センサの遮光範囲が一つしか無い単一点入力の場合には、上記遮光端の情報を用いた座表計算をおこなってもよいし、あるいは、従来とおりの遮光領域の中央を計算して、座標算出を行ってもかまわない。

複数入力の場合、入力が各々独立に検出できている遮光範囲が２つのものと、センサに対して入力位置の関係が「食」状態にあるような、１つの場合とが混在することになる。

このような場合にどの組み合わせで座標計算を行うか、夫々の遮光範囲の数から決定する。

まず、各遮光範囲の数のうち、２箇所の遮光範囲が検出されているものを抽出し、これを座標算出第１データとする。このとき、複数のデータで遮光範囲が２箇所あるような場合には、先に優先順位などを決定しておき、それによって選択すればよい。

次に、座標算出第１データとして選択されたセンサユニットと反対側のセンサユニットのデータに着目し、其のうち、複数の遮光範囲があるものがあればそれを、座標算出第２データとする。複数の影が無いときには、とりあえず、先に決定してあった優先度に応じて、遮光範囲が単数のデータを座標算出第２データとして選択する。

次に、座標算出第２データと同じセンサユニットにおけるもう一つの受光手段によるデータを、虚実判定データとして選択する。

これは、先に述べたように、複数の入力がある場合に、真に入力した座標（実座標）のほかに、データの組み合わせによって生じる虚の座標が算出されるので、真の座標がどれであるかを判定するのに用いられるものである。

表１からわかるように、計算第１データは複数で共通であるが、第２データが複数の場合と単数の場合、判定データが複数の場合と単数の場合が有る。第１データ、第２データ、判定データの順に並べると、１：複、単、単 ２：複、複、単 ３：複、複、複の３タイプに分類できる。図２２、図２３、図２４が各々上記組み合わせの関係を表したものである。

各々の図中Ａで示した接線が第１データ、Ｂが第２データ、Ｃが判定データである。

計算はまず、計算第１データの一方の遮光範囲、図ではＡ１１，Ａ１２に対して、計算第２データＢ１１，Ｂ１２及び判定データＣ１１，Ｃ１２の組み合わせで、先に説明したような遮光端情報を用いて座標計算を行う。このときＢで計算した座標値をＰ１１、Ｐ１２、Ｃで計算したものを判定座標値としてＰ２１，Ｐ２２とする。この時点で、算出された上記４つの座標のうち、少なくとも２つの算出値は略等しい値となり、指示具の位置座標を示す値となる。

組み合わせが１：複、単、単の場合には、単の情報のどちらかに「皆既食」の状態が含まれている可能性がある。皆既状態のデータは、判定データとして、センサに近い側の座標計算には使えるが、遠い側の計算には使えない。このような場合には、計算第２データとしたデータと、判定データとしたデータを入れ替えることで、両方の座標を計算することが可能になる。このために、まずこの判定を行う。

図２２にあるように、皆既食の状態（あるいは、それに近いとき）には、Ｂ１１、Ｂ１２のラインがほぼ同一の入力の遮光幅の両端を表すことになるので、夫々で計算された座標値が略同じか近い値として計算されるＰ１１，Ｐ１２。一方、皆既で無い側のデータでは、それぞれ違う入力の遮光端の情報になるので、皆既状態よりは大きく異なった値となるＰ２１，Ｐ２２。そこで、計算第２データと判定データから求めた夫々の座標値Ｐ１１，Ｐ１２とＰ２１、Ｐ２２の夫々の差分を計算し、差分値の大きいほうを部分食状態と判定する。判定された結果によって、座標値データと判定座標値データの入れ換えを行う。このとき計算第２データと判定データの入れ換えを行うようにしてもよい。

これ以外の組み合わせ２：複、複、単 ３：複、複、複については、２点入力であれば、皆既状態はありえないので、上記処理は必要ではない。ただし、入力点数を増加させる場合には同様の判定が必要になる。

次に座標の虚実判定を行う。この作業はすべての組み合わせの座標を計算してから行ってもかまわないが、先に一方の座標値に対して、判定を行っておくことで、不要な座標計算を行わずに処理時間の短縮が図れる。

先のＰ１１，Ｐ１２，Ｐ２１，Ｐ２２に対して、どの座標値が正しい値かを夫々の距離の近さで判定する。

それぞれ、Ｐ１１とＰ２１，Ｐ２２、Ｐ１２とＰ２１，Ｐ２２の距離を算出して、一番近い組み合わせからＰ１１またはＰ１２のどちらかを真の座標値として選択する。

判定結果がＰ１１であれば、残りの未計算の座標値は、Ｐ１４となるので、それを計算し、Ｐ１２が選択されたなら、Ｐ１３の座標計算を行う。

このようにして、実際の入力に対する座標の判定（虚実判定）を行うことができる。

図２３、図２４のような場合にも同様に処理することで座標算出が可能になる。

座標計算に際して、遮光範囲数が複、複の場合には、遮光端データの両端から座標計算しても良いが、片側の端のデータからのみで計算してもかまわない。あるいは、従来通り遮光範囲の中央を計算して、座標計算に用いてもかまわない。

上記、遮光範囲の数によるデータの割り振りについての例として、第１データ、第２データ、判定データに夫々どのセンサのデータが割り振られるか、また、皆既判定の要否についてまとめると表２のようになる。

同表において、単一入力の時には、Ｌ１，Ｒ１あるいはＬ２，Ｒ２のどの組み合わせを用いて計算してもかまわない。

また、各センサユニットにおいて両データとも複数領域がある場合には、どちらのデータを第１データにしてもかまわない。

＜座標の連続性の判定＞
上述したように複数の受光手段を有するセンサユニットを用い、遮光範囲の端部のデータを用いて座標計算および、座標の虚実の判定を行うことで、複数の入力の座標値を決定できる。

得られた複数の座標値については、このまま座標値を出力しただけでは、受け取った側のホストで二つの座標値の区別がつかず両者をつないでしまうようなことになりかねない。

そこで、座標の連続性を表す識別子を付加する。

複数の座標値の、その連続性は、各サンプリング毎に前回の座標値との差分を計算して、夫々をその近いものを当てはめることで可能である。

影が最初に検出された時には、例えば、検出された順にＩＤ番号を付加する。

図２５のように二つの座標値Ｐ１（Ｘ１ｎ，Ｙ１ｎ）、Ｐ２（Ｘ２ｎ，Ｙ２ｎ）が得られたときに、前回サンプリング時の座標値がＩＤ０：Ｘ１ｎ−１，Ｙ１ｎ−１、ＩＤ１：Ｘ２ｎ−１，Ｙ２ｎ−１であれば、Ｐ１，Ｐ２ともども、夫々に対する差分を計算して、近い方を採用し、Ｐ１をＩＤ０、Ｐ２をＩＤ１とする。このように連続性の判定を行い、夫々の座標値に対して、このＩＤを割り振って座標出力する。

ホスト側でこのＩＤを参照して、座標値の連続性を判断し、線で連結するなどの描画の処理を行う様にすればよい。

＜制御フローの説明＞
図２６はデータ取得から座標計算までの工程を示した、フローチャートである。
電源投入されると、ステップＳ１０１で演算制御回路などのポート設定、タイマ設定などさまざまな初期化が行われ、その後に不揮発メモリ等から基準データや補正用の定数をそれぞれ読みだし、演算制御ユニットのＲＡＭに格納する。

また、各センサ毎に図１４（Ａ）のような、照明無しの時の光量分布データ８１、および初期入力が無いときの光量分布データ８２も取り込まれ、メモリに記憶される。

このステップまでが、電源投入時の初期設定動作になり、次から通常の取り込み動作になる。

ステップＳ１０２では、座標入力が連続して行われているか否かを示すフラグ等が初期化され、ステップＳ１０３にて各センサのＬＥＤを点灯させ光量分布データを取得する。

取得されたデータは、先の初期時データに対して差分および比が計算され、例えば閾値を越えるものがあるか否かの判定などによって、遮光範囲の検出が行われる（ステップＳ１０４）。入力が無いと判定されたときにはステップＳ１０２にもどりフラグなどのクリアを行い、データ取得動作を繰り返す。

ステップＳ１０５で遮光領域が有りと判定されたら、各受光手段毎の遮光領域の数を検出し（ステップＳ１０６）、複数入力か単一入力かの判定を行う（ステップＳ１０７）。単一入力と判定されたら、従来通り単一入力として座標計算を行う。このときの座標系計算は、遮光端情報を用いた計算でも良いし、遮光範囲の中央を用いたものでもかまわない。複数入力と判定されたら、その遮光領域の数に従って、表２にあるように、計算第１データ、計算第２データ、判定データをそれぞれ決定する（ステップＳ１１０）。

各データが決定されたら、夫々の遮光端データを算出し、そのデータから一方の座標値および判定座標値の計算を行う（ステップＳ１１０）。このとき第２データと判定データが単一データであった場合、どちらかのデータが「皆既食」状態である可能性があるので、各座標値間の距離からその判定を行う（ステップＳ１１１）。判定結果にしたがって、データの入れ換えが必要であれば、座標値の入れ換えを行う（ステップＳ１１２）．
入力点が複数の場合、ここで計算される座標値は、実際に入力された、実の点と虚の点が計算されることになる。ステップＳ１１３において、座標値と判定座標値から座標値の虚実判定を行う。実座標が判定されたら、それに対応する側の残りの座標値の計算を行う（ステップＳ１１４）。座標値が確定したら、連続入力されているかどうかを示すフラグなどを参照し（ステップＳ１１５）、連続入力されている場合は、それ以前に記憶されている座標値（前回の座標値等）との差分などから、連続性の判定が行われる（ステップＳ１１６）。連続性判定が成されたら、連続入力フラグをセットし、また、今の座標値を次の連続性判定のために記憶しておく（ステップＳ１１７）。

次にＩＤなどの付帯情報が座標値に付加される。連続していると判定された座標値には、前回と同じＩＤが付与され、新規に検出された座標値に対しては、未使用のＩＤが付加されることになる。また、スイッチ情報などがある場合には、其の情報も付加される（ステップＳ１１８）。

このように付帯情報をもった座標値はホストなどの出力され（ステップＳ１１９）、データ取得のループを電源ＯＦＦまで繰り返すことになる。

以上述べてきたように、指示具による座標入力動作が行われているかいないかを判定することは容易に行える。さらには、一つの指示具による座標入力動作が行われている状態にあっては、例えば、座標入力有効領域３の全領域を有効視野とする受光手段を用いて、容易にその位置座標を導出することも可能である。しかしながら、複数の指示具による座標入力動作が同時に行われると、その状態に応じて、異なる処理を行う必要があり、一連の処理を実行するための処理時間も大幅に長くなる。

そこで、図２７を用いて本願発明の他の実施例について説明する。

電源投入されると、ステップＳ２０１で演算制御回路などのポート設定、タイマ設定などさまざまな初期化が行われ、その後に不揮発メモリ等から基準データや補正用の定数をそれぞれ読み出し、演算制御ユニットのＲＡＭに格納する。また、各受光手段毎に図１４（Ａ）のような、照明無しの時の光量分布データ８１、および初期入力が無いときの光量分布データ８２も取り込まれ、メモリに記憶される。このステップまでが、電源投入時の初期設定動作になり、次から通常の取り込み動作になる。

ステップＳ２０２では、座標入力が連続して行われているか否かを示すフラグ等が初期化され、ステップＳ２０３にてセンサユニット１Ｌ、及び１Ｒ中の座標入力有効領域３の全領域を有効視野とする受光手段（及び投光手段）を用いて、光量分布データを取得する。従って、左右のセンサユニット１から、各々１つの検出信号波形が得られる。

取得されたデータは、先の初期時データに対して差分および比が計算され、例えば閾値を越えるものがあるか否かの判定などによって、遮光範囲の検出が行われる（ステップＳ２０４）。入力が無いと判定されたときにはステップＳ２０２にもどりフラグなどのクリアを行い、データ取得動作を繰り返す。

ステップＳ２０５で遮光領域が有りと判定されたら、各受光手段毎の遮光領域の数を検出し（ステップＳ２０６）、複数入力か単一入力かの判定を行う（ステップＳ２０７）。つまり、左右の受光手段で検出される遮光領域の数が共に１である状態とは、指示具による入力が一個の状態であるか、２個の指示具により入力されている状態であっても、その両者が隣接している状態であると言える。つまり操作者の操作性、用途を考慮するとそのような状況は発生しないと考えられるので、２個の指示具が隣接（接触）している状態にあっては、たとえ複数同時入力が行われた状態であったとしても、単一座標が入力されたとしても処理しても何ら不都合は生じない。

そこで、左右の受光手段で検出される遮光領域の数が共に１であれば、単一入力と判定し、ステップＳ２０８にて単一入力として座標計算を行う。このときの座標計算は、遮光端情報を用いた計算でも良いし、遮光範囲の中央を用いたものでもかまわない。

表３は、先の実施例と同様に、各センサユニット１中の第１受光手段、第２受光手段（本願発明にあっては、第１受光手段は座標入力有効領域３の全領域を有効視野とし、第２受光手段はそうでない設定とすることで、装置の大きさを極力小さなものとしている。無論両受光手段共に、有効視野が座標入力有効領域３全域を含む構成であっても良い）が出力する遮光部位の数を場合分けしたものであり、入力無し状態、もしく単一入力状態では、センサユニット１Ｌ，１Ｒ中の第１受光手段のみが動作している状態であって、第２受光手段を動作させる必要が無いことを示している。

各センサユニット１Ｌ、１Ｒ中の第１受光手段を動作させることによって、その一方に遮光部位が２箇所あるものと判定した場合（ステップＳ２０７）には、ステップＳ２２０にて他方の第２受光手段を選択し、その受光手段を動作（ステップＳ２２１）させて、遮光部位の数を判定する（ステップＳ２２２）。ステップＳ２０９において、まず２箇所の部位を判定した第１受光手段を第１データとして、他方のセンサユニット中の第１受光手段、並びに第２受光手段のデータを、その遮光部位の数に応じて第２データ、判定データとして選択する。

つまり、表３を用いて説明すれば、第１受光手段であるＬ１、Ｒ１を動作させることによって、例えばＬ１で遮光部位１個、Ｒ１で遮光部位２個が測定されたならば（ステップＳ２０７）、遮光部位２個が測定されたセンサユニット１Ｒの他方（センサユニット１Ｌ）に設けられた第２受光手段Ｌ２を選択（ステップＳ２２０）、動作（ステップＳ２２１）させる。そしてまず、第一の受光手段で２個の遮光部位を検出したＲ１のデータを第１データとし、そして例えばＬ２による遮光部位が２個であれば第２データをＬ２、判定データをＬ１とすれば良いし、Ｌ２の遮光部位が１個であれば、あらかじめ決めた順番に従って各々のデータを格納すればよい（ステップＳ２０９）。従って、Ｒ２を動作させる事無く、複数の指示具の位置座標を検出することが可能となるので、第一の実施例に比べ、座標算出にかかる動作時間の短縮、省電力化等が可能となる。

なお以上の説明に有って、第１受光手段であるＬ１、Ｒ１を動作させることによって、Ｌ１、Ｒ１で共に遮光部位２個が測定されたならば、虚実判定を行うことで複数の指示具の位置座標を算出可能となるので、どちらか一方の第２受光手段を動作させれば、複数の指示具の位置座標を算出することが可能となる。

各データが決定されたら、夫々の遮光端データを算出し、そのデータから一方の座標値および判定座標値の計算を行う（ステップＳ２１０）。このとき第２データと判定データが単一データであった場合、どちらかのデータが「皆既食」状態である可能性があるので、各座標値間の距離からその判定を行う（ステップＳ２１１）。判定結果にしたがって、データの入れ換えが必要であれば、座標値の入れ換えを行う（ステップＳ２１２）．
入力点が複数の場合、ここで計算される座標値は、実際に入力された、実の点と虚の点が計算されることになる。ステップＳ２１３において、座標値と判定座標値から座標値の虚実判定を行う。実座標が判定されたら、それに対応する側の残りの座標値の計算を行う（ステップＳ２１４）。座標値が確定したら、連続入力されているかどうかを示すフラグなどを参照し（ステップＳ２１５）、連続入力されている場合は、それ以前に記憶されている座標値（前回の座標値等）との差分などから、連続性の判定が行われる（ステップＳ２１６）。連続性判定が成されたら、連続入力フラグをセットし、また、今の座標値を次の連続性判定のために記憶しておく（ステップＳ２１７）。

次にＩＤなどの付帯情報が座標値に付加される。連続していると判定された座標値には、前回と同じＩＤが付与され、新規に検出された座標値に対しては、未使用のＩＤが付加されることになる。また、スイッチ情報などがある場合には、其の情報も付加される（ステップＳ２１８）。

このように付帯情報をもった座標値はホストコンピュータ等に出力され（ステップＳ２１９）、データ取得のループを電源ＯＦＦまで繰り返すことになる。

一方、図３のようにセンサユニット１中の受光手段の有効視野と座標入力領域の配置関係により、その一方の受光手段の有効視野外に座標入力領域が設定され、その受光手段で検出できない領域１７３が存在し、その領域内で複数の指示具による同時入力動作が行われたものと想定する。この時、ステップＳ２０３〜ステップＳ２０７による動作により、Ｌ１センサによる遮光部位１、Ｒ１センサによる遮光部位２が検出され、複数同時入力状態にあることが検知される。その結果、ステップＳ２２０〜ステップＳ２２２による動作でＬ２センサによる信号検出が行われることになるが、Ｌ２センサの有効視野外に両者の指示具が位置しているために、遮光領域を検出することができず（遮光部位無し）、領域１７３における複数同時入力が行われている状態を検知することが可能となる。従って、このような状態を検知したならば、操作者に警告（警告メッセージを表示装置に表示したり、警告音を発する等）する等の手段を設けることで、操作者の混乱を防止することも可能となる。

さて上述したように指示具の径と距離ｄの関係を満足する専用指示具を用いることで、複数の指示具による指示位置の座標を各々高精度に算出できることが示されたが、この専用指示具を用いれば、次のようなメリットも得られるようになる。

電波、光等の通信手段を用いて専用指示具から座標入力装置の制御部へ情報を伝送することができれば、例えば指示具の識別情報を伝送することが可能となる。従って、ホワイトボードとして使用する際には、その指示具は『黒色』ペン、あの指示具は『赤色』ペン、そしてこの指示具は『消しゴム』として作用するように、使い分けることが可能となるし、指示具にスイッチ手段を設けることで、表示画面をスクロールしたりアプリケーションを起動したりすることが、手元操作でできる様になり、操作者の使い勝手を大幅に向上させる。

従って、以上説明したように、受光検出手段１内に設けられた受光手段間の距離ｄを鑑み、専用指示具の遮光部分の直径を設定することで、少なくともどちらかの受光手段で必ず指示具１９１と指示具１９２の両者の位置情報を得ることが可能となる。しかしながら本願発明の座標入力装置に有っては、専用の指示具を用いなくても、例えば指等、光を遮光することができる物体であれば、その指示位置検出が可能な構成である。

さて、専用指示具よりその直径が大きく、かつ距離ｄよりも大きな遮光物体を用いて座標入力することは可能であるが、その場合、複数の指示具による各々の位置座標を高精度に算出することができない場合が発生する。例えば、径の大きな指示具と専用指示具による同時操作を行った場合、図３３（Ｂ）の様な信号（遮光影が分離している状態）が、左右に設けられているセンサユニットの少なくともいずれか一方の受光手段で得られていれば、各々高精度に位置座標を算出することができるが、受光手段と２つの指示具の位置関係が略一直線上に並ぶと、センサユニット中の２つの受光手段の両者で、一方の指示具による遮光影の情報を得ることができなくなり（センサユニット中の２つの受光手段の両者で、一方の遮光物体が、もう一方の遮光物体と『皆既食状態』の位置関係にある）、位置算出不能となってしまう。

具体的に図２を用いて説明すれば、距離ｄより大きな遮光物体１９３の半径をＲ１、もう一方の遮光物体１９４の半径をＲ２として、遮光物体１９３による遮光範囲は、受光手段Ｌ１では光線１８１、光線１８２で定義され、受光手段Ｌ２では光線１８３、光線１８４で定義される。従って、光線１８１、光線１８４で定義される皆既食範囲に、第二の遮光物体１９４が完全に入ってしまうと、受光手段Ｌ１、受光手段Ｌ２の両者では、第二の遮光物体１９４の位置情報を全く得ることができなくなり、その位置座標の算出ができなくなるという課題が生じる。したがって操作者が、マニュアル等で遮光物体の径が所定値以上となると、同時入力できなくなる場合があるということを認識していなければ、その使用時に大きな混乱状態に陥ってしまう。

ここでの説明では、センサユニット１中の受光手段間の距離ｄと指示手段の直径の関係について説明したが、厳密に言えば前記座標入力領域の水平方向をＸ軸、天地方向をＹ軸として、２組の受光手段の各々の対称軸の距離ｄのＸ軸方向投影距離ｄｘ、もしくは該距離ｄのＹ軸方向投影距離ｄｙの小さいほうの値より、指示手段の直径が小さければ、座標入力有効領域全域で、複数の指示手段の位置座標を各々精度良く算出できる。つまり、入力されている指示具の位置、言い換えれば受光手段からのみて、指示具がどの方向にあるかによって、複数の指示具による各々の位置を算出できる指示具の直径は異なる。

図３に於いて光線１５１、光線１６１の方向に指示具が位置する場合には、その条件を満足する指示具の直径は距離ｄ以下であるが、例えば光線１６３の方向にあれば指示具の直径はＸ軸方向投影距離ｄｘ以下となり、距離ｄ＞投影距離ｄｘなる関係から、全域で条件を満足するための指示具直径はｄｘ以下となる。従って投影距離ｄｘより大きくて距離ｄより小さな指示具直径を有する指示具を用いた場合には、光線１６３方向で座標入力動作を行えば、各々の座標値を算出することが不能となる状態が有り得るが、光線１５１、あるいは光線１６１の方向で使用すれば、各々の指示具の位置座標を算出することが可能となる（実際には、センサユニット１Ｌのみならず、センサユニット１Ｒからみても条件が成立しないといけないので、その領域は座標入力有効領域の中央部に限定される）。

この点を鑑み、本願発明の座標入力装置にあっては、位置座標を算出するために遮光物体の方向をまず算出しているので、その検出角Θ方向を法線とした直線に距離ｄを投影した値を距離ｄΘとすることで、その距離ｄΘと指示具の直径を比較することで、各々の指示具の位置を算出できる状態にあるのかを判定できるようにした。

この様に構成することで、全領域複数の指示具の位置座標算出可能な直径ｄｘ以下の指示具より大きな径を有する指示具を用いても、その操作領域の位置に応じて、複数入力ができる様にしたものである。

さて本願発明に有っては、複数の指示具による各々の位置座標が検出できなる可能性がある状態が起こりえることを判断して、その旨警告、放置する手段を有する。さらには、そのような状態が起こりえることを判断して、常に単一の入力が行われているものとして機器を制御し、図３３（Ｂ）のような信号がいずれかの受光手段により検出された場合には、座標値の出力を停止しするように構成している。

まず、図３８を用いて、遮光物体の径を算出する方法について説明する。図３８（Ｂ）において、２０１はセンサユニット１中の受光手段の光学的基準位置であって、そこから半径Ｒ１を有する遮光物体２０２までの距離をｄｓｌと定義する。その光学的基準位置から投光手段により投光された光を遮光物体が遮光する範囲を光線２０３、光線２０４で定義すれば、その成す角（遮光幅角Θｓｌ）より、次式が成立する。
Ｒ１＝ｄｓｌ・ｓｉｎ（Θｓｌ／２）

遮光幅角Θｓｌは、図３８（Ｂ）の信号波形より導出可能であり、またこれらの信号より得られる位置座標より、幾何学的に光学的基準位置から遮光物体の位置までの距離ｄｓｌ算出も可能なことから、遮光物体の径を算出することが可能となる。

図３８（Ａ）は、光学的基準位置から遮光物体の位置までの距離ｄｓｌと観測された遮光幅角の関係を示す測定結果であり、距離ｄｓｌに依存する事無く良好に遮光物体の径を算出できることを示す。実際に図３８（Ａ）のデータは、φ８．５の遮光物体を用いて計測した結果であり、距離ｄｓｌ＝４８０ｍｍ、遮光幅角Θｓｌ＝１°として計算するとＲ１＝４．２ｍｍとして算出される。よって算出された遮光物体の直径は略８．４ｍｍであり、この値と距離ｄを比較して、その値が距離ｄより大きければ、複数同時入力ができなくなる場合が有りえるので、操作者にその旨警告、報知すると共に、複数入力による座標検出を停止したり、算出した座標値の出力を停止するように動作するように構成する。

図１は、その制御の一例を示すフローチャートであり、まずステップＳ３０２にて座標入力動作が行われているか、つまり出力信号から遮光影が出力されているかを判断し、座標入力動作が行われていなければ、複数の指示具による座標入力を可能な状態にセット（ステップＳ３０３）して、待機状態となる。入力が有った場合には、ステップＳ３０４にてセンサユニット１Ｌの受光手段１Ｌ、及び受光手段１Ｒの遮光影の数を算出し、数の多い受光手段を選択すると共に、同様にセンサユニット１Ｌの受光手段Ｌ１、及び受光手段Ｌ２の遮光影の数を算出して遮光影数の多い受光手段を選択し、同様にしてセンサユニット１Ｒの受光手段Ｒ１、及び受光手段Ｒ２の遮光影の数を算出して数の多い受光手段を選択する。２本の指示手段により座標入力動作が行われた場合には、少なくとも４つの受光手段のうち、その一つに２つの遮光影が出力されるはずであり、先に説明した通り、左右のセンサユニット中の各々いずれかの受光手段で、２個の遮光影が得られている場合には、虚実判定により正確に座標を算出することが可能である。また左右のセンサユニット中におけるいずれの受光手段で、１個の遮光影しか得られていない場合には、入力数が１であると判定できるので、同様に正確に座標算出が可能となる。

従って、ステップＳ３０５にて、左右のセンサユニットの最大遮光数が一致するかを判定し、一致した場合には、その座標値を算出（ステップＳ３０７）して、ステップＳ３０８にて上述した方法により、指示具の直径を導出する。ステップＳ３０９では、センサユニット中の受光手段間の距離ｄに基づき比較処理が行われ、指示具の径が距離ｄより小さければ、複数の指示具によって座標入力が行われた場合であっても、その位置関係によらず正確に各々の位置座標を算出できるので、算出した座標値を確定して外部機器等へその値を出力する。

一方、指示具の径が前述距離ｄより大きければ、複数同時入力が行えなくなる場合があるので、警告信号を生成し、例えば単数入力時に検知した場合には、表示装置にその旨出力して、複数入力を禁止、あるいは複数入力を検知したら、その座標値出力をしないなどの制御を行う。また、複数座標入力が行われている場合で検知した場合には、座標出力を停止して、指示具の径による不具合発生の可能性を警告するように構成する。

一方、ステップＳ３０５にて遮光数が一致しない場合（一方のセンサユニット中の受光手段が検出した最大遮光数ともう一方のセンサユニット中の受光手段が検出した最大遮光数が一致しない場合）、ステップＳ３０６にて、『部分食状態』にあるのか、『皆既食状態』にあるのかを判定する。『部分食状態』であれば、先に説明した方法で座標値の算出が可能であり、ステップＳ３０７移行の処理を行うが、『皆既食状態』にあれば、少なくとも一方の座標算出は不能となる。

判定方法は、図１８、図３９を用いて説明すると、まず図１８において『部分食状態』であれば、座標入力点位置候補Ｐａ、Ｐａ’、Ｐｂ、Ｐｂ’の４候補が得られ虚実判定により、座標値を確定することになる。しかしながら図３９の様にセンサユニット１Ｌ中のいずれかの受光手段において『皆既食状態』となった場合、同図（Ａ）に於いては、左側のセンサユニット１Ｌ中の受光手段により近い指示手段Ａの影に、遠くに位置する指示手段Ｂが全く隠れてしまうような場合、あるいは同図（Ｂ）のように、指示手段Ｂの影に手前側の指示手段Ａが完全に隠れてしまうような場合、前者においては指示手段Ｂの位置がＰｂからＰｂ’の範囲で特定することができず、後者においては指示手段Ａの位置がＰａからＰａ’の範囲で特定することができない。また同図（Ｃ）にあっては、指示手段Ｂの直径は指示手段Ａの直径より大きいが、それぞれの位置と受光手段の位置関係により、直径の大きな指示手段Ｂの位置が不定となっている。

しかしながら、『皆既食状態』にあっては、得られる指示具の位置候補は３つしか得られておらず、候補が４つ得られる『部分食状態』とは区別することが可能である。従って、ステップＳ３０６にてその判定を行い、『皆既食状態』と判定された場合には、ステップＳ３１２にて座標算出が不能であることを報知して、座標出力を停止しても良い。しかしながら本願発明では、そのような状態にあっても、一方の指示具の位置を算出することが可能なので、ステップＳ３１３にて、位置候補の座標値がＰａ＝Ｐａ’となった場合には指示具Ａの座標値を、位置候補の座標値がＰｂ＝Ｐｂ’となった場合には指示具Ｂの座標値を確定して、ステップＳ３１４にて座標値を出力するように構成してある。

以上述べたように、『皆既食状態』『部分食状態』を判別することによって、『皆既食状態』にあっても、そのどちらか一方の座標値を高精度に算出できるようになった。

実施例を説明するフローチャート 距離ｄと指示具径の説明図 本発明の光学的配置を説明する説明図 本願発明の概略構成図 センサユニット１の組み立て説明図 センサユニット１の光学的配置図 センサユニット１の出力信号波形の説明図 複数の指示具の位置を説明する説明図 複数の指示具を配置した時のセンサユニット１の出力信号波形を示す図 皆既食状態の不具合を説明する説明図 センサユニット１中の２組の受光手段の距離Ｄを説明する説明図 演算制御部のブロック図 座標取得用発光期間のタイミングチャート 光量分布の説明図 信号読み出しのタイミングチャート 座標計算の説明図 位置の異なるセンサを用いた座表計算の説明図 虚実判定の説明図 遮光端角度による座標計算の例を示す図 遮光端角度の重なり部分の２等分線と座標値の関係を示す図 遮光端角度による座標計算の詳細を示す図 複数範囲、単一範囲、単一範囲の検出例を示す図 複数範囲、複数範囲、単一範囲の検出例を示す図 複数範囲、複数範囲、複数範囲の検出例を示す図 座標連続性の判定の例を示す図 第一実施例における座標取得のフローチャート 第ニ実施例における座標取得のフローチャート 部分食状態を説明する説明図 センサユニットの配置図 部分食状態を回避するセンサユニットの説明図 センサ位置の違いによる効果を説明する説明図 センサ位置と指示位置の関係を説明する説明図 部分食状態の検出信号波形を説明する説明図 センサ位置と指示位置の関係を説明する説明図 座標算出不能状態の説明図 座標算出可能状態の説明図 従来例における虚実判定を説明するための説明図 指示具径算出の説明図 『皆既食状態』の説明図

符号の説明

１Ｌ，１Ｒ センサユニット
２ 制御ユニット
３ 座標入力有効領域
４ 再帰反射部材
５ ペンからの信号を受信する受信手段
１０２ 投光レンズ
１０６ 受光用レンズ
１９１ 第一の指示具
１９２ 第二の指示具

Claims (8)

1. 距離ｄ離れた位置に２組の受光手段を各々有する受光検出手段が、座標入力有効領域の角部に少なくとも２個配置され、該受光検出手段が検出した光量分布の変化から指示手段が指示した方向を検出し、導出した角度情報に基づき前述指示手段の指示位置座標を算出する光学式座標入力装置であって、前記算出された位置座標と該受光検出手段が検出した光量分布の変化から指示手段の直径を導出する径導出手段、径導出手段の計測結果と前記距離ｄを比較する比較手段の比較結果に基づき、座標入力装置の座標出力形態を制御する制御手段を有することを特徴とする光学式座標入力装置。
2. 請求項１記載の光学式座標入力装置であって、前記座標入力有効領域の周辺部に設けられ再帰的に入射光を反射する再帰反射手段と、該再帰性反射手段に向けて座標入力面に略平行に光束を投光する２組の投光手段が、前記受光検出手段に各々設けられていることを特徴とする光学式座標入力装置。
3. 請求項１記載の光学式座標入力装置であって、前記座標入力領域の水平方向をＸ軸、天地方向をＹ軸、２組の受光手段の各々の対称軸の距離をｄとした時に、前記比較手段は、径導出手段の計測結果と該距離ｄのＸ軸投影距離ｄｘ、もしくは該距離ｄのＹ軸投影距離ｄｙを比較することを特徴とする光学式座標入力装置。
4. 請求項１記載の光学式座標入力装置であって、指示具等により指示された入力位置の検出方向を検出角Θとした時に、前記比較手段は、径導出手段の計測結果と該検出角Θ方向を法線とする直線に距離ｄを投影した距離ｄΘを比較することを特徴とする光学式座標入力装置。
5. 請求項１記載の光学式座標入力装置であって、前記制御手段は複数の指示手段の位置座標を各々算出して出力する出力形態と、単一の座標値のみを出力する出力形態を選択することを特徴とする光学式座標入力装置。
6. 請求項１、請求項３、請求項４、請求項５のいずれか記載の光学式座標入力装置であって、前記制御手段は複数の指示手段を位置座標を各々算出して出力する出力形態と、単一の座標値のみを出力する出力形態を選択し、操作者に選択結果を報知する報知手段をさらに有することを特徴とする光学式座標入力装置。
7. 請求項１、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６のいずれか記載の光学式座標入力装置であって、単一の座標値のみを出力する出力形態が選択されている場合に、操作者により複数の指示手段による操作があったと判定した場合に、その旨警告する手段、もしくは座標出力を停止する手段をさらに有することを特徴とする光学式座標入力装置。
8. 請求項１、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７のいずれか記載の光学式座標入力装置であって、部分食状態の位置関係にあるのか皆既食状態の位置関係にあるのかを判定する判定手段をさらに有し、判定手段の出力結果に基づき、出力形態を選択することを特徴とする光学式座標入力装置。

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