JP2006268111A - 座標入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 異なる使用形態において、同一のデータ送信条件では、距離の制約や、電池寿命の低下などの不具合がある恐れがあった。
【解決手段】 表示画面に文字や線を描画する使用形態と、表示画面から離れて操作を行う使用形態とで、主に用いられるスイッチ手段の違いに基づき、指示具のスイッチ手段ごとに異なる条件でデータ送信を行う様に構成する。
【選択図】 図１７

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や指示具を用いた入力装置として、各種方式のものが提案、または製品化されており、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、指や指示具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（例えば、特許文献１参照）。

このような座標入力装置をリアプロジェクタやプラズマディスプレイパネルなどの表面に実装し、ＰＣ画面などを表示することで、指や指示具などでＰＣの操作ができたり、手書きの軌跡を入力する事が可能な大型のインタラクティブディスプレイを構成することが可能になる。

このような大型の装置において、たとえばディスプレイに接続されたＰＣにて、描画軌跡を表示するようなアプリケーションを起動しておき、指や指示具などで入力した軌跡を表示し、所謂ホワイトボードのような使い方が想定されている。

ホワイトボードのような使い方では、文字や絵を書くのが主たる使い方になり、そのような場合、入力には、ペンを模した指示具が用いられる場合が多い。

このような指示具は、ペン先にスイッチ手段が設けられており、筆記動作の折に、指示具の先端が入力領域に接触したときにスイッチが導通し、ペンダウンの状態を報知するように構成されており、このペンダウンの信号に応じて、描画がなされ、普通のペンの感覚で筆記や描画を行うことが出来る。

また、指示具の側面（ペンサイド）にも、マウスの右ボタンや、ページ送りなどの機能を割り当てられたスイッチ手段が設けられている場合が多い（例えば、特許文献２参照）。
米国特許第４５０７５５７号明細書 特開２００１−７５７３４号公報

上記のようなホワイトボードアプリケーションのほかに、大画面ディスプレイの応用として、所謂プレゼンテーションツールとしての利用形態がある。

多くの場合、プレゼンテーション用アプリケーションで作成した、スライドをプレゼンターがマウスなどを用いて、準じ切り替えて表示し、プレゼンテーションを行う形態が想定される。

このような動作を上記インタラクティブなディスプレイで操作する際に、先のペンのような指示具を用いて、スライドの切替などを行うには、いちいち、スクリーン上にペンでタッチするか、あるいは、スクリーン近傍で、ペンに設けられたページ操作用のスイッチを操作するなどする必要があった。

一般に、プレゼンテーションのような場合には、聴衆の視界の妨げにならないような位置に立つのが望ましく、上記のように、いちいちスクリーン近傍に近づいて、表示切替を行うのは、プレゼンテーションの性格上望ましくない。

スクリーンから離れた地点での、ページ操作を可能にするためには、たとえば、スイッチｓ操作に伴う、送信信号の振幅を大きく設定しておくなどのことが考えられる。しかしながら、この手の指示具は、電池などによる駆動が一般的であり、そのまま振幅を増大させた場合などには、電池の消耗を招き、電池寿命を低下させるとの問題がある。

また、先のホワイトボードアプリケーションのような場合に、ペン先スイッチ操作に伴う信号の振幅を、上記遠隔からの操作に足る大きさに設定した場合、受信側でのダイナミックレンジの問題から、正しい受信が出来ない場合があるなどの問題があった。

本発明は、以上の点に着目して成されたもので、スクリーン上または、離れた地点からの操作に対しても、安定した操作が可能となり、操作感の向上と電池寿命の確保を可能とする座標入力装置を提供することを目的とする。

本発明では、前記課題を解決するために、
表示画面上の指示位置の座標値を算出する座標入力装置において、
前記表示画面上に位置指示をおこなう指示手段と、
前記指示手段は複数のスイッチ手段を有し、
該スイッチ手段の状態を、前記座標入力装置に、送信する送信手段を有するとともに、
前記複数のイッチ手段の種別ごとに、あらかじめ定められた、駆動条件で前記送信手段からの送信を行うことにより、スイッチ手段毎の使用形態に即した、駆動条件で送信を行う。

また、前記駆動条件は、送信手段における出力の振幅条件であり、
また、送信手段における信号の出力間隔条件である。

更に、前記指示具の送信手段は、光出力により送信するものであり、
その光出力の指向性範囲を設定する。

本発明によれば、使用目的に合ったスイッチごとの駆動条件にて、送信を行うことにより、スクリーン上または、離れた地点からの操作に対しても、安定した操作が可能となり、操作感の向上と電池寿命の確保を可能としている。

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。

（第１の実施形態）
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。

図中１Ｌ、１Ｒ、は投光手段および検出手段を有する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。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・演算ユニットから受け取ると共に、検出した信号を制御・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、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、結像光学系とライン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、入力領域に指や指示具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遮られ、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、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７を経由して座標値を出力する。

指などではなく、ペンダウン検出スイッチを有するような、専用の入力指示具を用いると、尾引きなどのない入力を行うことができ、文字を書いたり、絵を描いたりするのに適した入力手段となる。

図１の発光ペン６はその構成の一例であり、ペン先スイッチあるいはペンサイドに設けられたスイッチが押下されると、ペンに内蔵された、赤外ＬＥＤが発光して、スイッチ情報や自身のＩＤ情報などを送信する。発せられた光信号は、集光光学系を有する制御信号受信手段である、受光ＩＣ５によって検出され、制御・演算ユニット２におくられて、ペンダウンなどの情報やＩＤ情報などが先の座標情報とともに出力され、画面上に線や文字をかいたり、アイコンの操作、また、プレゼンテーションソフトのスライド表示の切り替えなどＰＣの操作が可能になる。

以降各部分毎に詳細説明を行う。

〈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４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および結像光学系としてのレンズ４２および、入射光の入射方向を制限する絞り４３、可視光など余分な光の入射を防止する赤外フィルター４４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４４、絞り４３を抜けて、結像用レンズ４２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、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。

〈制御・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Ｌ、Ｒ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、ＬＥＤの駆動信号がやり取りされている。

図６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、発光ペンからの信号を受光する受光ＩＣ５からは発光ペンからの変調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に情報が伝達される。

〈光量分布検出の説明〉
図７は制御信号のタイミングチャートである。

７１、７２、７３がＣＣＤ制御用の制御信号であり、７１ＳＨ信号の間隔で、ＣＣＤのシャッタ解放時間が決定される。７２，７３はそれぞれの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。

７４，７５は左右のＬＥＤの駆動信号であり、ＳＨの最初の周期で一方のＬＥＤを点灯するために７４の駆動信号がＬＥＤに供給される。次の周期でもう一方のＬＥＤが駆動される。双方のＬＥＤの駆動が終了した後に、ＣＣＤの信号が夫々のセンサから読み出される。

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８のような光量分布が得られる。

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９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の部分が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う。

具体的には、図８のような入力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９のような変化があるか初期状態との差分によって検出し、変化があったら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。

〈角度計算出の説明〉
角度計算にあたっては、まず、遮光範囲を検出する必要がある。

以降一つのセンサのデータについて説明するが、他のセンサでも同様の処理を行っている。

電源投入時の光量分布図８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。

実際には、電源投入時に、センサユニットのＬＥＤを発光させない状態での光量分布８１（背景光量分布）とＬＥＤを発光させたときの光量分布８２（初期光量分布）夫々を記憶する。

この背景光量８１と初期光量８２の差分を各画素での反射光量として計算し記憶する。

図９のようにＣ１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との差を計算する。この差分と先に計算した反射光量との比を変化率として計算すると図１０のようになる。

このような変化率計算によって、部分的な光量分布の不均一などの影響を除去できる。

このように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。変化している画素が特定されたら、入力点の中央などを画素番号から決定する。

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。

角度情報への変換は例えば多項式を用いて、行えば良い。

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、座標精度を鑑みて決定すればよい。

ここで、センサユニットの取り付け誤差などを補正するため基準データを用いる。

センサの中心方向への入力などを行うことによって、基準の角度データθｏｒｇをあらかじめ記憶しておく。この値と入力の中心の角度θから、基準角度からの角度θｃは、
θｃ＝θ−θｏｒｇ （２）
となる。

後述する座標計算では、角度θ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。

値のＴａｎθへの変換には、たとえば次に示すようなマクローリン展開などの級数展開式を用いることができる。

Ｔａｎθｃ＝θｃ＋１／３・θｃ＾３＋２／１５・θｃ＾５＋１７／３１５・θｃ＾７＋６２／２８３５・θｃ＾９・・・ （３）

〈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１１に有るように、入力範囲の上辺左右にＬ，Ｒ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ＤＬＲ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の交点つまり基準角度の交点になる。

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＝ＤＬＲ／２＊（ｔａｎθＬ＋ｔａｎθＲ）／（１＋（ｔａｎθＬ＊ｔａｎθＲ）） （４）
ｙ＝ＤＬＲ／２＊（ｔａｎθＲ−ｔａｎθＬ−（２＊ｔａｎθＬ＊ｔａｎθＲ））／（１＋（ｔａｎθＬ＊ｔａｎθＲ））＋Ｐ０Ｙ （５）
で計算される。

＜ペン信号の検出＞
指示具として、例えば先端にスイッチなどを設けたペンを用いることで、文字の入力等は尾引きなど無い、スムーズな入力が可能になる。

ＰＣなどに送信する情報は上述のような、座標値だけでなく、マウスの左ボタンの情報に相当するようなアップダウン情報Ｓ０やプレゼンテーションソフトなどのページ操作に用いる、ページアップ、ページダウンなどの情報などがある。または、これらに替えて、マウスの右ボタンに相当するペンサイドスイッチ情報Ｓ１を送る構成もある。更にペンなど指示具固有のＩＤ情報などがある。

スイッチ情報などを送信する手法としては、電波を用いたり、音波を用いることも可能である。本実施例では、干渉や反射などの問題が比較的すくない、光を用いたペンについて説明する。

図１２は指示具の一例である、ペンの外形を表したものであり、ペン先チップ６０が入力面に接触すると、ペンダウンとして、検知され、発光窓６７から赤外線が投光され、受光ＩＣ５にて信号が検出される。

図１３が発光ペンの内部構成を示した図である。発光ペン６は電池６６、電池電圧を昇圧するためのコンバータ６５、スイッチ信号を検出し、光のＯＮＯＦＦを制御するペン制御回路６４とペン先に設けられたスイッチ６１あるいは、ペンサイドに設けられたスイッチ６２ａ，ｂ、複数の赤外発光ＬＥＤ６３からなる。スイッチ６１およびスイッチ６２ａ，ｂがＯＮ、ＯＦＦすると、ペン制御回路は、その状態に応じた信号列の光出力をＬＥＤを用いて外部に出力する。

スイッチ信号は、外乱などの影響を受けにくいように、所定の周波数ｆで変調されている。

図１４はその一例を示すもので、スタートビットとペンダウンスイッチ信号Ｓ０とサイドスイッチ信号Ｓ１、Ｓ２、ペン固有のＩＤを示すＩＤ１、ＩＤ０、信号の終わりを示す、ストップ信号からなっており、それぞれｆで変調されている。

図１４において、図中破線のものは非発光状態をしめしており、同図の状態は、ペン先スイッチＳ０のみＯＮ、ＩＤ０の状態を表したものである。

このような変調光は、受光ＩＣ５によって図１５に示すように復調されてビット列として、サブＣＰＵ２４へと入力される。

ここでは、ＳＷ情報やＩＤビットは２ビット構成になっているが、これに限ることなく必要な長さに設定すればよい。

サブＣＰＵ２４は、先頭のスタートビットが検出されると、一定周期でのサンプリングを行い、各ビット位置の１，０を判定し、また、ストップビットまで検出できたかなどの判断を行い、スイッチの状況、指示具ＩＤなどの結果を出力する。

＜発光量制御の説明＞
前述の説明にも有るように、インタラクティブディスプレイの利用形態においては、ホワイトボードの様に、指示具をペンとして、画面上に直接文字などを書く利用形態と、プレゼンテーションなどのように、画面から少し離れた地点から、ページ切替などを行う利用形態が想定される。

このような利用形態において、どちらかの使用条件に見合った発光量での駆動を、単一的に行っていると、それぞれの場合に不都合がある。

たとえば、ホワイトボード利用のように画面上での入力に特化し、センサ近傍のみの入力の条件とすると、プレゼン時にあまり画面から離れて操作が出来なくなる。

逆に、プレゼン時に距離を充分取れるように、発光量を多く設定すると、画面上での発光量が大きすぎる事になり、センサの飽和を招いたり、また、不要な発光が多くなるので、電池寿命の低下などを招くことになる。

夫々の利用形態において、描画時にはペン先のスイッチが主に用いられ、ページ切替時などには、ペンサイドのスイッチが主に用いられることになる。

そこで、夫々のスイッチ操作に対する、発光制御の仕方を異ならせることによって、上記課題を解消し、操作感のよい環境を提供できる。

図１６がその概念を表す図である。スクリーン上での操作、つまりペン先スイッチがＯＮすることに対する発光では、ＬＥＤの駆動電流を制限して、低発光量の状態でデータ送信を行う。これは、スクリーン上での操作は、センサまでの距離が比較的近いので、低発光量でも充分通信が可能であるからである。

一方、スクリーンから離れたところからの操作である、サイドスイッチによる発光に対しては、比較的高発光量での通信を行う様にする。

このように構成することによって、それぞれの距離に見合った制御が可能になる。

更に、文字などの描画などの際には、文字などの切れなどを鋭敏にするために、比較的高速なスイッチ信号のやりとりが必要である。一方プレゼンテーションなどのページ操作にたいして、低速なやりとりで充分な場合が多い。

そこで、ペン先スイッチ操作に伴う発光では、発光量は少ないが、繰り返し周期を早く設定し、一方ペンサイドスイッチに対する発光では、発光量は多いが、繰り返し周期を遅く設定する。

このように、駆動電流および周期をスイッチごとに設定しておく事によって、電池の消耗を押さえ、超寿命化を図るともに、距離に見合った発光量とすることが可能になる。

図１８はペン内部の回路構成の例を示した図である。

同図においては、電池および、ＤＣ／ＤＣコンバータにより構成される、電源部分は省略してある。

同図において、図１３で示した、ペンの構成のスイッチ手段６１、６２Ａ、６２Ｂはプルアップされた状態で、ペン制御回路６４のペンＣＰＵ６４０の入力ポートＰ００〜Ｐ０２に夫々接続されている。一方、発光ＬＥＤ６３はアノードが駆動用トランジスタＱ１を介して、電源に接続され、カソードは、電流制限抵抗Ｒ１ ６４３に接続されている。

トランジスタＱ１はＣＰＵ部６４０の出力ポートである、Ｐ１０に接続されている。

また、前記電流制限抵抗Ｒ１にたいして、電流制限抵抗Ｒ２がトランジスタＱ２を介して、並列に接続されている。トランジスタＱ２はペンＣＰＵ６４０の出力ポートＰ１１に接続されている。

このような構成において、ペンＣＰＵ ６４０は、入力ポートに接続された、いずれかのスイッチが押下されるまでは、ＬＥＤの駆動はせずにスリープまたはスイッチ状態監視のポーリング状態にある。

今、ペン先スイッチ６１がＯＮになったとすると、ペンＣＰＵ６４０は、Ｐ１０に対して、図１７Ａにあるようなパルスパターンを出力する。このパルスパターンにしたがって、トランジスタＱ１はＯＮされ、ＬＥＤ６３は主に電流制限抵抗Ｒ１と電源電圧Ｖｃｃ、およびＬＥＤの順方向電圧ＶＦ、トランジスタでの電圧降下分Ｖｔｒによって決定される駆動電流Ｉｆ１でドライブされる。

ペン先スイッチ６１がＯＮの間は、上記パルスを周期Ｔ１間隔で出力するようにし、スイッチ６１がＯＦＦ状態になった場合には、パルスによるドライブを終了する。

ペンサイドスイッチ６２ＡがＯＮされた場合には、ポートＰ０１から図１７Ｂのようなパルスパターンを出力する。このとき、サイドスイッチ押下に対しては、ＬＥＤの駆動電流量を多くするために、ポートＰ１１を介して、トランジスタＱ２をＯＮさせる。

トランジスタＱ２がＯＮすることによって、電流制限抵抗Ｒ１に対して電流制限抵抗Ｒ２が並列に挿入されることになる。

このことにより、Ｒ１とＲ２の合成抵抗値を下げることができ、結果駆動電流はＩＦ１より大きなＩＦ２となり、ＬＥＤの発光光量を増大させることができる。

この状態で、スイッチの押下が続けば、ペン先スイッチの時とは異なる周期Ｔ２で発光を続け、スイッチがＯＦＦになったときに発光を停止する。

スイッチ６２ＢがＯＮされた場合には、スイッチ情報に伴うパルスパターンが異なるが、同様の動作を行う。

もし、スイッチ６１とスイッチ６２Ａが同時に押下されたような場合には、スイッチ６１が押下されたということから、スクリーン上での操作と判断することができるので、トランジスタＱ２をＯＮせずに、両方のスイッチＯＮのパルスパターンで動作させても良い。

図１９はペンＣＰＵ６４０における動作のフローチャートである。

入力が無い場合等には、スリープなどの低消費状態に遷移するように設定することで、電池の消耗を押さえることができるので、そのように構成しておいても良い。

スリープからの立ち上がりは、スイッチ入力の割り込みで、処理を開始するように構成できる（Ｓ２０１）。最初にまず、入力ポートのスキャンを行って、スイッチのＯＮ，ＯＦＦ状況を各スイッチ毎に検査する（Ｓ２０２）。最初のスイッチ押下では、スイッチのチャタリングが発生する可能性があるので、その対策として、一定時間インターバルを設けＳ２０４、再び、ポートスキャンを行い（Ｓ２０５）、同一の入力があるか否かの判定をおこなって居る（Ｓ２０６）。もし入力が無いあるいは、違うパターンであれば、再びポートスキャンＳ２０２にもどる。ここで、一定時間入力がなければ、再びスリープモードに戻る。

Ｓ２０６にて入力が確認されたら、スイッチの押下状況に応じて、メモリ上の変数ＯＰに出力パターンのセットを行う。たとえば図１４のようなパルス並び、
ＳＴ Ｓｗ２ Ｓｗ１ Ｓｗ０ ＩＤ１ ＩＤ０ ＳＰ
に対して、ぺんＩＤが０、スイッチＳｗ０がＯＮとしたときには、出力パターンとして、ＯＰに［０ １ １ ０ １ ０ ０］をセットする。

スイッチＳｗ１がＯＮの時には、［０ １ ０ １ １ ０ ０］となる。

次に、スイッチ情報のうち、Ｓｗ０がＯＮしているか否かの判定を行う（Ｓ２０８）。

ここで、Ｓｗ０がＯＮであれば、Ｓ２０９のステップに進む。

Ｓ２０９では、電流量ＩＦを、ペン先スイッチＳｗ０に対応したＩＦ１で駆動するために、Ｑ２はＯＦＦのままとする。この状態で、先の出力パターンＯＰにしたがって、ポートＰ１０からＯＰの１の時はパルス出力を行わず、０のときに所定の周波数Ｆで所定の発数のパルス出力を行うようにする。

このようにすることで、図１７のＡの最初のパルス列の出力が成される。

出力後には、ペン先ＳＷ０に対応したインターバルＴ１をタイマーのレジスタにセットし（Ｓ２１１）、タイマーをスタートする（Ｓ２１２）。タイマースタート後Ｓ２１３で周期Ｔ１の経過を待ちＴ１経過後、再びｓ２０５に戻って、ＳＷ０のＯＮが続いていれば同様の処理を繰り返し、結果駆動電流ＩＦ１で周期Ｔ１のパルス列出力が行われる。

Ｓ２０８にて、ＳＷ０でないＳＷが押下されている場合には、スクリーンから離れた地点での入力を可能にするため、電流量を増加させる様にＰ１１を制御して、Ｑ２をＯＮさせる。

この状態で、Ｓｗ１に対応した出力パターンＯＰにしたがって、図１７Ｂのようなパルスパターン出力が行われる（Ｓ２１５）。パルス列出力後、長周期のインターバルＴ２がタイマーのレジスタにセットされ（Ｓ２１６）、タイマーがスタートＳ２１２、タイマーにてインターバル経過後に、Ｓ２０５に戻って、再度キースキャンをおこない、入力が続いていれば、同様の処理を繰り返す。

このときに入力が終了していたら、最初のキースキャンＳ２０２にもどり、ポートスキャンをくりかえし、一定時間入力が無い場合には、再びスリープモードになる。

以上のように構成することで、押下されるスイッチごとに電流量、インターバルを設定することが可能となる。

尚、上記例においては、スイッチに対応する出力条件が２パターンになっているが、スイッチ数に応じて更に多くの駆動条件を設定しても良いことは言うまでもない。

上記のように出力されたパターンは、ＩＣ５にて復調検出され、サブＣＰＵにてパターン解析されたうえで、本体のＣＰＵに送られ、スイッチ情報、ＩＤ情報が利用されることになる。

＜制御フローの説明＞
図２０はデータ取得から座標計算、データ出力までの本体側での工程をしめした、フローチャートである。

Ｓ１０１で、電源投入されると、演算制御回路などのポート設定、タイマー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８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（Ｓ１０２）。

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。

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が計算される（Ｓ１０４）。

Ｓ１０５において、この計算結果から、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、入力の有無の判定を行う。

入力がありと判定されたら、比計算を行い、遮光領域の中央を計算する（Ｓ１０６）。中央が計算されたら、先に読み込まれていた基準点データや、補正係数を用いて、θ変換を行い、ｔａｎθを計算して、ＸＹ座標を計算する（Ｓ１０７）。

次に、指示具からのデータをサブＣＰＵ出力で確認し、ペンのＳＷ情報、ＩＤ情報などを読み込み、Ｓ１０８、計算された座標値とスイッチ情報、ＩＤ情報を所定のフォーマットにして、ＰＣなどのホスト装置にシリアル通信などを介して出力する（Ｓ１０９）。

Ｓ１０５にて、入力が無い場合でも、スクリーンから離れた状態でＳＷ操作されている場合がありうるので、影が検出されていない状態でも、サブＣＰＵへペンＳｗ、ＩＤのデータの確認を行う（Ｓ１１０）。この状態でＳｗ信号などが得られていなければ、ｓ１０３の普通の取得動作にもどる。Ｓｗ信号などが得られている場合には、前回出力した、座標値や、あらかじめ無効と定めたダミーの座標値をセットし、スイッチ情報、ＩＤ情報とともにホストＰＣに出力する。

これらの情報を得たホストＰＣは、座標値とスイッチ情報に従って、線の描画を行ったり、あるいは、ページ切替などの動作を行う。

（第２の実施形態）
上記実施例では、各スイッチの使われ方におおじて、駆動電流、駆動周期などの駆動条件を異なるものに設定し、それぞれに適した駆動を行っている。

上記以外にもそれぞれに異なる動作を設定することで、更なる使用感の向上を図ることが可能になる。

図２１は、ペンからの発光の指向性の模式的に示したものである。

同図では、ペンの片側に矢印で発光強度をしめしているが、実際には、ペンの円周方向にほぼ均一に光が放射されている。

従来のドライブでは、同図Ａに示したように、前後ともほぼ均一な光量分布をしている。

これは図２２Ａのように、ＬＥＤの発光方向をそれぞれ、ペンの中心軸に対して鉛直方向に設定しているためである。

スクリーン上で、線や文字などを描画している場合には、受光ＩＣ５との位置関係から、ほぼこの方向への光放射が有効であり、また、ペンの傾きなどにも対応している。

しかしながら、少し離れた位置からのスイッチ操作については、この方向への光放射は無駄になる可能性が高い。

そこで、離れた位置からのスイッチ操作にとって、効率を上げるために、図２１Ｂのように、ペンの中心軸の向かう方向への光量を大きくした光量分布とすることで、より効率的な発光とすることが出来る。この様な分布とするために、例えば、ＬＥＤの形状を図２２Ｂのように中心軸方向に傾けたものを含めて用い、ペンの鉛直方向と軸方向への発光分布を切り替えられるようにする。

このような構成において、Ｓｗ０のペン先スイッチに対しては鉛直方向の発光を担当するＬＥＤを駆動し、ＳＷ１のようなサイドスイッチに対しては、軸方向の発光をおこなうＬＥＤを駆動するようにする。

あるいは、双方ともに駆動し、それぞれの駆動電流をＳＷ種別ごとに、異なるように設定しても良い。例えば、ＳＷ０の場合には鉛直方向のＬＥＤの電流を多くし、軸方向を少なく、Ｓｗ１の時にはその逆に設定する。

傾けただけでなく図２２Ｃに有るように、砲弾型等のまったく放射方向の異なるＬＥＤを組み合わせて、光量分布の違いを形成してもかまわない。

（第３の実施形態）
以上説明は主に赤外発光を行う光学式の支持具に関して説明してきたが、本願は発光するものにかぎるわけではなく、電波を用いるものに関しても、その電界強度を使用形態の異なるスイッチごとに設定すれば同様の効果を得ることが可能である。

また、超音波などを用いて送受信を行うものに関してもその発信強度を制御すれば同様である。

更に、電波利用の場合などにおいては、使用するアンテナ部分の特性を替えるなどしても良い。

超音波利用などの場合にも、スイッチごとにその放射強度の指向性を切り替えるなどで、前述説明の光量分布を異ならせるのと同様の効果を得ることが可能である。

本発明の構成を説明する平面図 再帰反射の説明図 投光手段の構成図 受光手段の構成図 センサユニットの構成図 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 初期光量分布を示す図 入力時の光量分布説明図 入力状態の検出例を示す図 座標計算の説明図 入力支持具の外形図 入力支持具のブロック図 発光信号の構成例を示す図 発光信号の構成例を示す図 発光量制御の模式図 発光量制御の例を示す図 入力支持具の発光量制御の回路図の例を示す図 入力支持具制御のフローチャート 座標取得のフローチャート 発光分布の模式図 発光手段の構成例を示す図

符号の説明

１ センサユニット
２ 演算制御ユニット
３ 再帰反射シート
４ 入力領域
５ 受光ＩＣ
６ 入力指示具

Claims (5)

1. 表示画面上の指示位置の座標値を算出する座標入力装置において、
   前記表示画面上に位置指示をおこなう指示手段と、
   前記指示手段は複数のスイッチ手段を有し、
   該スイッチ手段の状態を、前記座標入力装置に、送信する送信手段を有するとともに、
   前記複数のスイッチ手段の種別ごとに、あらかじめ定められた、駆動条件で前記送信手段からの送信を行うことを特徴とする座標入力装置。
2. 前記駆動条件は、送信手段における出力の振幅条件であることを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
3. 前記駆動条件は、送信手段における信号の出力間隔条件であることを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
4. 前記指示具の送信手段は、光出力により送信するものであることを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
5. 請求項４に記載の座標入力装置において、前記駆動条件は、光出力の指向性範囲であることを特徴とする座標入力装置。

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