JP2006301745A - 座標入力装置及びその制御方法、プログラム - Google Patents

座標入力装置及びその制御方法、プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】 複数の指示入力を検出して、その指示入力に対する位置座標を精度良く算出することができる座標入力装置及びその制御方法、プログラムを提供する。
【解決手段】 座標入力領域上に指示がない場合の初期状態での検出部の初期検出信号分布に対し、座標入力領域に対する指示手段の指示動作によって発生する信号変化範囲を特定する。特定された信号変化範囲の端部情報を検出する。検出された複数の端部情報を用いて、当該端部情報検出工程における検出状態の正当性を判定する。その判定結果に基づいて、前記複数の端部情報から前記指示手段の指示位置の座標を算出する。
【選択図】 図25

Description

本発明は、座標入力領域上の指示位置を検出する座標入力装置及びその制御方法、プログラムに関するものである。
座標入力面に、指示具(例えば、専用入力ペン、指等)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存在する。
従来より、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。
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が、光を用いたものとして、例えば、特許文献1がある。この特許文献1では、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構成が開示されている。
また、特許文献2や3等にあるように、再帰反射部材を座標入力領域周辺に構成し、再帰反射光が遮光される部分(遮光部分)の座標を検出する座標入力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、微分等の波形処理演算によって受光部が受光する遮蔽物による遮光部分のピークを検出することにより、受光部に対する遮光部分の角度を検出し、その検出結果からその遮蔽物の座標を算出している。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。
ここで、特許文献1乃至3のような、遮光位置を検出して座標を算出する方式を、以下、遮光方式と称する。
また、更に、このような遮光方式の座標入力装置においては、特に、その座標入力領域のサイズが大きい場合には、複数の操作者が同時に入力することを許容して、利便性を向上し、より効率的な会議等の用途での要求がある。そのため、複数の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6では、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開示されている。
例えば、2点入力の場合には、入力座標候補として最大4点の座標を算出し、この4点の内、実際に入力した座標2点を判定し、出力する。つまり、この判定は、複数の入力座標候補の中から、実際の入力座標と虚偽の入力座標を選別して、最終的な入力座標を判定する。そして、この判定を、ここでは「虚実判定」と呼ぶことにする。
この虚実判定の具体的な方法としては、特許文献5や特許文献6では、従来の座標入力領域の一辺の両端に、座標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センサの他に、これも、第1及び第2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センサの間の位置に設置される第3センサを設ける。そして、この第3センサにおける第1及び第2センサの角度情報とは異なる角度情報に基づいて、第1及び第2センサで検出された複数の角度情報に対し、この虚実判定を行う技術が開示されている。
また、さらに、複数の指示入力を検出して、その指示入力に対する位置座標を精度良く算出することができる方法として、特許文献7がある。この特許文献7では、一つの指示対象に対し、各センサの遮光影から生じる複数の接線となる遮光端の角度情報の内、少なくとも3本の遮光端の角度情報から、接線の2等分線の交点として座標を算出する座標入力装置が考案されている。この装置は、指示対象の遮光影の両端でなく片端の情報からでも座標を算出することができるので、遮光重なりの場合でも座標を算出することが可能な構成となっている。
米国特許第4507557号公報 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 特許登録第2896183号 特開2004−69483号公報
しかしながら、従来の遮光方式のように、遮光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によって規定される光量分布の中心から角度を検出し、各受光部から検出される角度の組み合わせから指示座標を算出する技術では、複数、少なくとも2箇所同時に座標を入力する場合には、その2箇所の入力点が受光部から略直線上に重なることがある。
従って、2箇所の入力点に対する遮光影が受光部で重なった場合には、各々の遮光影を分離して、各入力点の角度を検出することができず、入力不可能となる。
この具体例について、図32を用いて説明する。
例えば、図32に示すような座標入力領域の位置に、それぞれ指示具Aと指示具Bで指示する場合、図中の受光部S2の位置の場合における指示具Aと指示具Bに対応する光量分布は、それぞれ図33(b)のA及びBのようになり、指示具Aと指示具Bの2点の遮光位置に対応した遮光影が分離して検出される。
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は、図33(a)で示すようになる。この図33(a)において、Cの位置にある光量分布の谷は、座標入力領域の周囲に設けた再帰反射部材の角度特性、距離による減衰等の要因により生じた光量分布である。
一方、図32に示す受光部S1の場合における指示具Aと指示具Bに対応する光量分布は、図33(c)のようになり、指示具Aと指示具Bの2点の位置に対応した遮光影が重なって検出される。この重なった遮光影(遮光重なり)を有する光量分布(遮光光量分布)の情報においては、図33(c)に示すように、図33(b)のAとBが部分的に重なっている(いわゆる、部分食が発生している)場合には、それぞれの指示具の片方の遮光範囲の端部情報しか得られない。そのため、従来の遮光範囲の両端の情報からその中心、あるいは、中心の画素番号により位置(角度)を算出する方法では、指示具Aと指示具Bの座標を算出することは不可能である。
また、対象受光部に対し、手前の第1指示具の影に、受光部から遠い方の第2指示具の影が完全に含まれてしまう(いわゆる、皆既食が発生している)場合にも、手前の第1指示具に関しては、その遮光影の両端から中心位置(角度)を算出することはできるが、遠い方の第2指示具に関する情報は得ることができない。
従って、先行例においては、複数の指示具の同時入力によって発生する遮光影の数を予め検出しておき、受光部で検出する数として、例えば、第2受光部において「2」で、第1受光部においては「1」である場合には、第1受光部において、指示具に対応する遮光影が受光部が検出する光量分布において重なっている場合とみなす。
そして、このような場合においては、特許文献6では、そのような状態の発生の旨を示す警告を発して、使用者に注意を喚起して、その状態を回避する構成としている。また、特許文献4や5では、第1受光部から、重なりの無い分離された2つの遮光影を検出できる他の第3受光部に切り替え、その2つの遮光影を検出できる受光部(この場合、第1受光部及び第3受光部)で角度を検出し、各受光部から得られる入力座標候補に対し、上述の虚実判定を施し、最終的な2点の実入力座標を決定する必要がある。
尚、この場合の虚実判定は、遮光重なりを検出する受光部の角度情報でも十分に可能であるので、特許文献5や6では、この遮光重なりを検出する受光部の角度情報で行っている。
以上のように、遮光方式の座標入力装置では、例えば、2つの指示具を同時に入力した場合、受光部に対しほんの一部にでも遮光重なりが生じ、その2つの指示具に対応する遮光影がつながって分離できなくなった場合には、例えば、その連続した遮光影を1つの指示具からの影とみなして算出すれば、実際の位置からのずれにより座標検出精度の劣化が生じてしまう。
一方、特許文献7においては、上記皆既食の場合と部分食の場合においても、一つの指示対象に対して各センサの遮光影から生じる複数の接線となる遮光端の角度情報の内、少なくとも3本の遮光端の角度情報から、接線の2等分線の交点として座標を算出することができるが、以下のような課題への対応が成されていない。
この種の座標入力装置においては、入力領域の周辺に複数のセンサユニットが備えられ、また、入力領域の左右上下の辺などに再帰反射部材が備えられている。各々のセンサユニットからは、再帰反射部材に向けて光が投光され、再帰反射部材で反射した光をセンサユニットで受光するように構成されている。そして、投光された光ないし反射した光が指示具によって遮られることによって形成される影を、各々のセンサユニットが検知することにより、指示具によって入力された位置をセンサユニットから見た方向を検知して、指示具が示す座標位置を検出する。このため、光を遮ることによって形成された影を、その数および位置(角度)ともに全てのセンサユニットが正確に検出しなければならない。
しかしながら、センサユニット毎の感度等の個体特性のばらつきやセンサユニット毎に投光と受光の光経路が入力領域によって異なる場合に、指示具で遮光した際に、本来は所定の複数のセンサユニットから同時に検知されるべき影が、特定のセンサユニットからは所定の位置に検知され、かつ他の特定のセンサユニットからは所定の位置に検知されるべき影が検出されないという問題が発生する可能性がある。即ち、指示具が入力面に到達して影が完全に形成されるまで(以下、この状態を「入力過渡状態」にあるという)のタイミングがセンサユニット毎に異なる場合がある。
このように、本来あるべき影を検出できなかった場合、座標を確実に検出することができなくなる。特に、この課題は複数の指示具で、同時に複数の入力を行った場合に影響が大きく、あたかも、指示具の部分重なりが生じた場合のように、各センサユニットで検出される遮光範囲の数と同一になる場合がある。また、場合によっては、本来ありえない位置に指示具が入力したかのような誤った座標を検出してしまう可能性がある。
例えば、図34に示すように、いま指示具の入力がAとBの位置になされたとすると、センサS2で検出される遮光端部情報としてA11、A12、A13、A14が得られるのと同様に、センサS1においても遮光端部情報としてB11、B12、B13、B14が検出されるはずである。しかしながら、入力過渡状態の場合には、センサS1においては、遮光端部情報としてB11、B12のみが検出される場合がある。このとき、算出する座標は、遮光範囲の中心を用いて計算する場合には、Aの座標とP11の座標が検出される。また、3つの遮光端部情報を用いて2等分線の交点を計算して座標を算出する場合であっても、Aの座標とP21またはP22の座標が計算されてしまう。したがって、これらのP11、P21、P22はBの座標とは異なった位置に計算されてしまう。
先述の特許文献1から7においては、この問題を解決する手段に関しては一切の記載がない。
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、複数の指示入力を検出して、その指示入力に対する位置座標を精度良く算出することができる座標入力装置及びその制御方法、プログラムを提供することを目的とする。
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、
座標入力領域上の複数の指示位置を検出する座標入力装置であって、
前記座標入力領域上に対する指示手段の有無を検出する複数の検出手段と、
前記座標入力領域上に指示がない場合の初期状態での前記検出手段の初期検出信号分布に対し、前記座標入力領域に対する指示手段の指示動作によって発生する信号変化範囲を特定する特定手段と、
前記特定手段で特定された信号変化範囲の端部情報を検出する端部情報検出手段と、
前記端部情報検出手段で検出された複数の端部情報を用いて、当該端部情報検出手段における検出状態の正当性を判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果に基づいて、前記複数の端部情報から前記指示手段の指示位置の座標を算出する算出手段と
を備えることを特徴とする座標入力装置。
また、好ましくは、前記判定手段は、前記複数の端部情報を用いて算出される複数の座標を比較する比較手段を備え、
前記比較手段による比較結果に基づいて、前記検出状態の正当性を判定する。
また、好ましくは、前記判定手段は、前記複数の端部情報それぞれが示す端部の前記座標入力領域上の位置と、各端部情報に対応する前記検出手段とを結ぶ接線同士の交点座標を比較する比較手段を備え、
前記比較手段による比較結果に基づいて、前記検出状態の正当性を判定する。
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、
座標入力領域上の複数の指示位置を検出する座標入力装置であって、
前記座標入力領域上に対する指示手段の有無を検出する複数の検出手段と、
前記座標入力領域上に指示がない場合の初期状態での前記検出手段の初期検出信号分布に対し、前記座標入力領域に対する指示具の指示動作によって発生する信号変化範囲を特定する特定手段と、
前記特定手段で特定された信号変化範囲の端部情報を検出する端部情報検出手段と、
前記端部情報検出手段で検出された複数の端部情報を用いて、前記指示手段の指示位置の座標を算出する算出手段と、
前記算出手段で算出した座標と前記指示手段の形状情報に基づいて、新たな端部情報を算出する端部情報算出手段と、
前記端部情報算出手段で算出した新たな端部情報に基づいて、前記算出手段で算出した座標の正当性を判定する判定手段と
を備える。
また、好ましくは、前記判定手段の判定結果に基づいて、前記算出手段で算出した座標の出力を制御する制御手段を更に備える。
また、好ましくは、前記判定手段は、前記端部情報検出手段で検出した端部情報が示す端部の前記座標入力領域上の位置に基づく前記検出手段に対する第1角度情報を算出する第1算出手段と、
前記端部情報算出手段で算出した端部情報が示す端部の前記座標入力領域上の位置に基づく前記検出手段に対する第2角度情報を算出する第2算出手段と、
前記第1角度情報及び前記第2角度情報を比較する比較手段とを備え、
前記比較手段の比較結果に基づいて、前記算出手段で算出した座標の正当性を判定する。
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の制御方法は以下の構成を備える。即ち、
座標入力領域上に対する指示手段の有無を検出する検出部を備え、座標入力領域上の指示位置を検出する座標入力装置の制御方法であって、
前記座標入力領域上に指示がない場合の初期状態での前記検出部の初期検出信号分布に対し、前記座標入力領域に対する指示手段の指示動作によって発生する信号変化範囲を特定する特定工程と、
前記特定工程で特定された信号変化範囲の端部情報を検出する端部情報検出工程と、
前記端部情報検出工程で検出された複数の端部情報を用いて、当該端部情報検出工程における検出状態の正当性を判定する判定工程と、
前記判定工程の判定結果に基づいて、前記複数の端部情報から前記指示手段の指示位置の座標を算出する算出工程と
を備える。
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の制御方法は以下の構成を備える。即ち、
座標入力領域上に対する指示手段の有無を検出する複数の検出部を備え、座標入力領域上の指示位置を検出する座標入力装置の制御方法であって、
前記座標入力領域上に指示がない場合の初期状態での前記検出部の初期検出信号分布に対し、前記座標入力領域に対する指示具の指示動作によって発生する信号変化範囲を特定する特定工程と、
前記特定工程で特定された信号変化範囲の端部情報を検出する端部情報検出工程と、
前記端部情報検出工程で検出された複数の端部情報を用いて、前記指示手段の指示位置の座標を算出する算出工程と、
前記算出工程で算出した座標と前記指示手段の形状情報に基づいて、新たな端部情報を算出する端部情報算出工程と、
前記端部情報算出工程で算出した新たな端部情報に基づいて、前記算出工程で算出した座標の正当性を判定する判定工程と
を備える。
上記の目的を達成するための本発明によるプログラムは以下の構成を備える。即ち、
座標入力領域上に対する指示手段の有無を検出する検出部を備え、座標入力領域上の指示位置を検出する座標入力装置の制御を実現するプログラムであって、
前記座標入力領域上に指示がない場合の初期状態での前記検出部の初期検出信号分布に対し、前記座標入力領域に対する指示手段の指示動作によって発生する信号変化範囲を特定する特定工程のプログラムコードと、
前記特定工程で特定された信号変化範囲の端部情報を検出する端部情報検出工程のプログラムコードと、
前記端部情報検出工程で検出された複数の端部情報を用いて、当該端部情報検出工程における検出状態の正当性を判定する判定工程のプログラムコードと、
前記判定工程の判定結果に基づいて、前記複数の端部情報から前記指示手段の指示位置の座標を算出する算出工程のプログラムコードと
を備える。
上記の目的を達成するための本発明によるプログラムは以下の構成を備える。即ち、
座標入力領域上に対する指示手段の有無を検出する複数の検出部を備え、座標入力領域上の指示位置を検出する座標入力装置の制御を実現するプログラムであって、
前記座標入力領域上に指示がない場合の初期状態での前記検出部の初期検出信号分布に対し、前記座標入力領域に対する指示具の指示動作によって発生する信号変化範囲を特定する特定工程のプログラムコードと、
前記特定工程で特定された信号変化範囲の端部情報を検出する端部情報検出工程のプログラムコードと、
前記端部情報検出工程で検出された複数の端部情報を用いて、前記指示手段の指示位置の座標を算出する算出工程のプログラムコードと、
前記算出工程で算出した座標と前記指示手段の形状情報に基づいて、新たな端部情報を算出する端部情報算出工程のプログラムコードと、
前記端部情報算出工程で算出した新たな端部情報に基づいて、前記算出工程で算出した座標の正当性を判定する判定工程のプログラムコードと
を備える。
本発明によれば、複数の指示入力を検出して、その指示入力に対する位置座標を精度良く算出することができる座標入力装置及びその制御方法、プログラムを提供できる。
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。
<<実施形態1>>
<装置構成の概略説明>
まず、図1を用いて、座標入力装置全体の概略構成を説明する。
図1は本発明の実施形態1の遮光方式の座標入力装置の概略構成を示す図である。
図1において、1L、1Rは投光部および受光部を有するセンサユニットであり、実施形態1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1L及び1R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から受信すると共に、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部であり、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1L及び1Rから略90°範囲に投光された光を、センサユニット1L及び1Rに向けて再帰反射する。
尚、再帰反射部4は、ミクロ的に見て3次元的な構造を有し、現在では、主にビーズタイプの再帰反射テープ、或いはコーナキューブを機械加工等により規則正しく配列することで再帰現象を起こす再帰反射テープが知られている。
再帰反射部4で再帰反射された光は、センサユニット1L及び1R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に送信される。
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、利用可能となっている。
このような構成において、座標入力有効領域3に指や指示具等の指示手段による入力指示がなされると、センサユニット1L及び1Rの投光部から投光された光が遮られ(遮光部分)、センサユニット1L及び1Rの受光部ではその遮光部分の光(再帰反射による反射光)を検出できないので、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。
そこで、制御・演算ユニット2は、左右のセンサユニット1L及び1Rが検出する光量変化から、指示具によって入力指示された部分の複数の遮光範囲を検出し、その遮光範囲の端部情報から、センサユニット1L及び1Rそれぞれに対する遮光範囲の端部の方向(角度)をそれぞれ算出する。また、指示具が信号発信部を有する場合には、その指示具からのペン信号をペン信号受信部5が受信する。
そして、検出された遮光範囲の数に基づいて、座標算出に用いる遮光範囲から得られるデータを決定し、それぞれ算出された方向(角度)、及びセンサユニット1L及び1R間の距離情報等から、座標入力有効領域3上の指示具の遮光位置を幾何学的に算出し、表示装置に接続されているホストコンピュータ等の外部端末に、インタフェース7(例えば、USB、IEEE1394等)を経由してその座標値を出力する。
このようにして、指示具によって、画面上に線を描画したり、表示装置に表示されるアイコンを操作する等の外部端末の操作が可能になる。
<センサユニット1の詳細説明>
次に、センサユニット1L及び1R内の構成について、図2を用いて説明する。尚、センサユニット1L及び1Rは、大きく分けて投光部と受光部から構成される。
図2は本発明の実施形態1のセンサユニットの詳細構成を示す図である。
図2において、101A及び101Bは、赤外光を発する赤外LEDであり、各々投光レンズ102A及び102Bによって、再帰反射部4に向けて略90°範囲に光を投光する。ここで、センサユニット1L及び1R中の投光部は、この赤外LED101A及び101Bと、投光レンズ102A及び102Bによって実現される。これにより、センサユニット1L及び1Rには、それぞれ2つの投光部が構成されることになる。
そして、投光部より投光された赤外光は、再帰反射部4により到来方向に再帰反射され、センサユニット1L及び1R中の受光部によって、その光を検出する。
受光部は、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受光用レンズ106A及び106B、入射光の入射方向を概略制限する絞り108A及び108B、及び可視光等の余分な光(外乱光)の入射を防止する赤外フィルター107A及び107Bからなる。
そして、再帰反射部4によって反射された光は、赤外フィルター107A及び107B、絞り108A及び108Bを抜けて受光用レンズ106A及び106Bによって、ラインCCD104の検出素子110面上に集光される。これにより、センサユニット1L及び1Rには、それぞれ2つの受光部が構成されることになる。
部材103及び部材109は、投光部及び受光部を構成する光学部品を配置するとともに、投光部で投光した光が直接受光部に入射することを防ぐ、あるいは外来光をカットするための上フード103、下フード109として機能する。
尚、実施形態1においては、絞り108A及び108B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いうまでもなく、さらには、上フード103側に、絞り108A及び108Bと受光用レンズ106A及び106Bの位置決め部を設けることで、投光部の発光中心に対する受光部の位置決めを容易にする構成(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構成)に実現することも可能である。
図3Aは、図2の状態のセンサユニット1L(1R)を組み上げた状態を、正面方向(座標入力面に対し垂直方向)から見た図である。図3Aに示すように、センサユニット1L(1R)中の2つの投光部は、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102A及び102Bによって、それぞれ略90°範囲に光を投光するように構成している。
図3Bは、図3Aの太矢印で示される部分の断面図であり、赤外LED101A(101B)からの光は、投光レンズ102A(102B)により、座標入力面に略平行に制限された光束として、主に再帰反射部4に対して光が投光されるように構成している。
一方、図3Cは、図3Aにおける赤外LED101A及び101B、投光レンズ102A及び102B、上フード103を取り除いた状態を、正面方向(座標入力面に対し垂直方向)から見た図である。
ここで、実施形態1の場合、投光部と受光部は、座標入力面である座標入力有効領域3の垂直方向に対し重ねた配置構成(図3B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、投光部の発光中心と受光部の基準位置(つまり、角度を計測するための基準点位置に相当し、実施形態1にあっては絞り108A(108B)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、2つの投光部は所定距離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、2つの受光部も同様に所定距離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。
また、投光部により投光された座標入力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4により光の到来方向に再帰反射され、赤外フィルター107A(107B)、絞り108A(108B)、集光レンズ106A(106B)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、ラインCCD104を構成する各画素の画素番号が角度情報を示すことになる。
尚、図3Bに示す投光部と受光部の距離Lは、投光部から再帰反射部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部で検出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、センサユニット1L(1R)は、少なくとも2つの投光部と、各々の投光部で投光された光を各々検出する2つの受光部(実施形態1の場合、投光部が2組、受光部が2組)を有する構成である。
また、実施形態1にあっては、受光部の一部であるライン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1受光部の集光領域、右側部分を第2受光部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、各受光部毎に個別にラインCCDを設けてもよいことは言うまでもない。
<制御・演算ユニットの説明>
制御・演算ユニット2とセンサユニット1L及び1Rの間では、主に、受光部内のラインCCD104用のCCD制御信号、CCD用クロック信号と出力信号、及び投光部内の赤外LED101A及び101Bの駆動信号がやり取りされている。
ここで、制御・演算ユニット2の詳細構成について、図4を用いて説明する。
図4は本発明の実施形態1の制御・演算ユニットの詳細構成を示すブロック図である。
CCD制御信号は、ワンチップマイコン等で構成される演算制御回路(CPU)21から出力され、ラインCCD104のシャッタタイミングやデータの出力制御等が行われる。
尚、この演算制御回路21は、クロック発生回路(CLK)22からのクロック信号に従って動作する。また、CCD用のクロック信号は、クロック発生回路(CLK)22からセンサユニット1L及び1Rに送信されると共に、各センサユニット内部のラインCCD104との同期をとって各種制御を行うために、演算制御回路21にも入力されている。
投光部の赤外LED101A及び101Bを駆動するためのLED駆動信号は、演算制御回路21からLED駆動回路(不図示)を介して、対応するセンサユニット1L及び1Rの投光部内の赤外LED101A及び101Bに供給されている。
センサユニット1L及び1Rそれぞれの受光部内のラインCCD104からの検出信号は、A/D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。この変換されたデジタル値は、メモリ132に記憶され、指示具の角度計算に用いられる。そして、この計算された角度から座標値が算出され、外部端末にシリアルインタフェース7(例えば、USB、IEEE1394、RS232Cインタフェース等)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、ペンからのペン信号を受信するペン信号受信部5からは、ペン信号を復調したデジタル信号が出力され、ペン信号検出回路としてのサブCPU24に入力され、ペン信号が解析された後、その解析結果が演算制御回路21に出力される。
<光量分布検出の説明>
図5は本発明の実施形態1の制御信号のタイミングチャートである。
特に、図5では、センサユニット1L(1R)中の一つの受光部およびそれに対応する照明としての赤外LED101A(101B)への制御信号のタイミングチャートを示している。
71、72はCCD制御用の制御信号であり、SH信号71の間隔で、ラインCCD104のシャッタ開放時間が決定される。ICG信号72はセンサユニット1L(1R)へのゲート信号であり、内部のラインCCD104の光電変換部の電荷を読出部へ転送する信号である。
73は赤外LED101A(101B)の駆動信号であり、ここで、SH信号71の周期で、赤外LED101A(101B)を点灯するために、LED信号73が赤外LED101A(101B)に供給される。
そして、センサユニット1L及び1Rの双方の投光部の駆動が終了した後に、センサユニット1L及び1Rの双方の受光部(ラインCCD101)の検出信号が読み出される。
ここで、センサユニット1L及び1Rの双方から読み出される検出信号は、座標入力有効領域3への指示具による入力がない場合には、それぞれのセンサユニットからの出力として、図6のような光量分布が得られる。もちろん、このような光量分布がどのシステムでも必ず得られるわけではなく、再帰反射部4の再帰反射特性や投光部の特性、また、経時変化(反射面の汚れなど)によって、光量分布は変化する。
図6においては、レベルAが最大光量であり、レベルBが最低光量となっている。
つまり、再帰反射部4からの反射光がない状態では、センサユニット1L及び1Rで得られる光量レベルがレベルB付近になり、反射光量が増えるほど、レベルAに光量レベルが遷移する。このようにして、センサユニット1L及び1Rから出力された検出信号は、逐次、対応するA/Dコンバータ23でA/D変換され、演算制御回路21にデジタルデータとして取り込まれる。
これに対し、座標入力有効領域3への指示具による入力がある場合には、センサユニット1L及び1Rからの出力として、図7のような光量分布が得られる。
この光量分布のC1及びC2部分では、指示具によって再帰反射部4からの反射光が遮られているため、その部分(遮光範囲)のみ反射光量が低下していることがわかる。特に、図7では、複数の指示具によって、指示具によって再帰反射部4からの反射光が遮られているため、複数の遮光範囲が検出される。
そして、実施形態1では、指示具による入力がない場合の図6の光量分布と、指示具による入力がある場合の図7の光量分布の変化に基づいて、センサユニット1L及び1Rに対する指示具の角度を算出する。
具体的には、図6の光量分布として、投光部による投光(照明)がない状態の光量分布81と、投光(照明)中で指示具による入力がない(遮蔽物がない状態)状態の光量分布82を初期状態として予めメモリ132に記憶しておく。
そして、センサユニット1L及び1Rそれぞれの検出信号のサンプル期間に、図7のような光量分布の変化があるか否かを、そのサンプル期間中の光量分布と、メモリ132に記憶されている初期状態の光量分布との差分によって検出する。そして、光量分布に変化がある場合には、その変化部分を指示具の入力点として、その入力角度を決定する(遮光範囲の端部を決定する)演算を行う。
上述したように、本願発明では、1つのラインCCD104に対して、複数の受光部が設けられ、その各々に対して投光部が設けられている。従って、各々の受光部(もしくは投光部)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8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中のラインCCD104の読出先頭側で、センサユニット1L中の一方の受光部による検出を行うために、信号SH61に対して、信号63のようなタイミングで、赤外LED(例えば、赤外LED101A)が駆動される。信号ICG62によって、ラインCCD104の信号が読み出されるが、このときは、ライン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65中のA部分)。
次に、同じ、ラインCCD104に対して、SH信号61が与えられ、センサユニット1L中の他方の受光部により検出を行うために、赤外LED(例えば、赤外LED101B)に駆動信号64が供給される。この出力は、信号65のB部分のように、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、本願発明では、最大4つの受光部による検出信号を取得することになる。
尚、実施形態1では、左右のセンサユニット1L及び1Rで合わせて4つの受光部に対して、別々のタイミングで駆動しているが、これに限定されるものではなく、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、各々の任意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>
センサユニット1L及び1Rに対する指示具の角度計算にあたっては、まず、指示具による遮光範囲を検出する必要がある。
以下、センサユニット1L及び1Rの一方(例えば、センサユニット1L)による指示具の角度計算について説明するが、他方(センサユニット1R)でも同様の角度計算を行うことは言うまでもない。
電源投入時の光量分布として、図6の信号81及び信号82をメモリ132に記憶しておき、その信号と、実際の指示具による入力によって得られる光量分布との比較から、指示具の入力範囲(遮光範囲)を検出する。
図7のように、C1、C2を有する光量分布からなる入力がある場合は、その光量分布と、メモリ132に記憶されている光量分布82との差を計算し、その計算結果と、光量分布82と光量分布81の光量差を用いて、遮光(入力)がない場合との光量変化率を計算する。このように、光量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等の影響を除去できる。
計算された光量変化率に対して、閾値を用いて、光量が変化しているラインCCD104上の画素番号を特定する。この時、検出信号レベルの情報等を用いることで、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、遮光範囲の端部を決定でき、例えば、その遮光範囲の中央値(ラインCCD104の画素番号)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(θ)に変換する必要がある。角度情報への変換は、例えば、多項式を用いて実現することができる。例えば、CCD画素番号をe、次数をn、各次数の係数をTnとすると、角度θは、
θ =Tn・en+T(n-1)・e(n-1)+T(n-2)・e(n-2)+、・・・、+T0
(1)
のようにして、算出することができる。
尚、各次数の係数は、実測値や設計値等から決定できる。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。
前述の通り、センサユニット1Lには、2つの受光部が構成されていて、それぞれをL1、L2とすると、まず、受光部L1、即ち、図8のA部分の光量分布が検出される受光部について前述の遮光範囲の端部を決定する処理が実行される。このA部分については、メモリ132に格納されているA部分に対応する全てのデータについて、光量分布の差と変化率の計算処理が行なわれる。
そして、受光部L2に対応するB部分の光量分布については、処理時間を短縮するためにメモリ132に格納されているB部分に対応する全てのデータについて上記の計算処理を行わない。この場合、A部分の遮光範囲探索結果から、遮光範囲探索を実行するサーチ範囲を限定するように決定し、そのサーチ範囲内でA部分の遮光範囲探索処理と同様の計算処理によって遮光範囲の端部に相当するCCD画素番号を決定し、角度情報を算出する。
いま、図9のように、2点の入力としてP1及びP2がある場合に、図8のA部分の光量分布に相当するセンサユニット1Lの受光部L1では、図10(a)に示すように、遮光範囲が2個検出される。この光量分布データは、図9に示すように受光部L1で検出される遮光範囲端部情報として、上述の計算処理により、l11、l12、l13、l14として検出される。同様に、センサユニット1Rの受光部R1では、図10(b)に示すように、r11、r12、r13、r14が検出される。
先述したとおり、センサユニット1L及び1Rでは、同一ラインCCD上に所定の距離離して2系統の光学系を構成している。従って、受光部L1で検出される遮光範囲端部情報から受光部L2で検出される遮光範囲の端部情報を予測することができる。即ち、上述の処理で決定したCCD画素番号から開始点を決定し、A部分の遮光範囲探索処理と同様の計算処理によってB部分の遮光範囲の端部、即ち、図9におけるl21、l22、l23、l24(図10(c))に相当するCCD画素番号を決定し、角度情報を算出することができる。
同様な、遮光範囲探索処理を受光部R2についても行い、r21、r22、r23、r24(図10(d))に相当するCCD画素番号を決定し、角度情報を算出する。このようにして、複数の入力点P1及びP2の座標を算出するための遮光端部の角度情報を検出することができる。
尚、遮光範囲探索開始点を決定してから、上述の処理では、2つの遮光範囲端部を検出するまで連続して遮光範囲探索処理を行ったが、受光部L1とL2、及び受光部R1とR2で検出される遮光範囲は略等しいので、遮光範囲の端部を1つ検出したならば、所定画素数分(受光部L1及びR1の各々の遮光範囲の端部から算出する幅情報)のデータをスキップして、再び、遮光範囲探索処理を開始してもよい。この処理は、特に、センサユニットに対して入力点の距離が比較的近く、遮光範囲が大きくなる場合に有効となる。
次に、図11と図12を用いて、受光部L1で検出される遮光範囲が入力点P1とP2が重なって1つの遮光範囲として見える、「部分食」状態となっている場合について説明する。
この場合は、受光部L1で検出される遮光範囲は1個であるので、まず、遮光範囲の端部であるl11とl12(図12(a))に相当するCCD画素番号を決定し、角度情報を算出する。次に、このl11とl12を用いて、L2の遮光範囲探索開始点を決定し、L2で検出される遮光範囲の端部であるl21とl22(図12(b))に相当するCCD画素番号を決定し、角度情報を算出する。
そして、受光部R1及びR2に関しても、同様に、受光部R1における遮光範囲の端部である、r11、r12、r13、r14(図12(c))に相当するCCD画素番号を決定して、角度情報を算出する。また、受光部R2の遮光範囲探索開始点を決定し、受光部R2における遮光範囲の端部である、r21、r22、r23、r24(図12(d))に相当するCCD画素番号を決定し、角度情報を算出する。
尚、遮光範囲探索処理の処理順序は、まず、受光部L1、次に、受光部L2として、CCDの読出順としたが、これに限定されるものではない。例えば、2つの受光部において、一方が座標入力有効領域の全域について受光可能で、もう一方は補助的に座標入力有効領域の限定した領域について受光可能な構成である場合には、座標入力有効領域全域について受光可能な受光部のデータから遮光範囲探索処理を行ってもよい。この場合は、単1点入力を主な使い方とする場合に、座標入力有効領域全域について受光可能な受光部のデータのみを遮光範囲探索処理する構成をとることができるので、サンプリング速度に有利な構成となる。
<座標算出方法の説明>
次に、画素番号から変換された角度情報(θ)から、指示具の位置座標を算出する座標算出方法について説明する。
尚、指示具の入力が1点である場合には、センサユニット1L及び1Rの出力結果に基づいて得られる遮光範囲の中央の角度を用いることで座標算出が可能である。
ここで、座標入力有効領域3上に定義する座標とセンサユニット1L及び1Lとの位置関係及び座標系について、図13を用いて説明する。
図13は本発明の実施形態1の座標入力有効領域上に定義する座標とセンサユニット1L及び1Lとの位置関係を示す図である。
図13では、座標入力有効領域3の水平方向にX軸、垂直方向にY軸を定義し、座標入力有効領域3の中央を原点位置O(0,0)に定義している。そして、座標入力有効領域3の座標入力範囲の上辺左右に、それぞれのセンサユニット1L及び1RをY軸に対称に取り付け、その間の距離はDLRである。
また、センサユニット1L及び1Rそれぞれの受光面は、その法線方向がX軸と45度の角度を成すように配置され、その法線方向を0度と定義している。
この時、角度の符号は、左側に配置されたセンサユニット1Lの場合には、時計回りの方向を『+』方向に、また、右側に配置されたセンサユニット1Rの場合には、反時計回りの方向を『+』方向と定義している。
さらには、P0はセンサユニット1L及び1Rの法線方向の交点位置、つまり、基準角度の交点となる。また、センサユニット1L(1R)の位置から原点までのY座標距離をDYとする。この時、基準角度から、それぞれのセンサユニット1L及び1Rで得られた角度をθL、θRとすると、検出すべき点Pの座標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。
ここでの、角度データのとり方は、基準角度からの角度としている。これは、このように角度を設定することで、tanθのとる値が±π/4の範囲にあるため、座標算出が不安定にならないという効果がある。他の算出において、θの値がπ/2値をとっても、不安定ならないようであれば、同一高さ(同一レベル)にある、受光部を結ぶラインに対する角度を用いて、算出を行っても良い。例えば、以下に示す補正計算に関しては、そのような角度定義で計算することができる。
ここで、各センサユニット1L(R)の2つの受光部は、実際には座標入力領域に対して同一ライン上には設けられていない。そのため、座標算出時に、異なる位置の受光部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必要がある。
図14に示すように、センサユニット1Lの2つの受光部の瞳位置をそれぞれL1及びL2、センサユニット1Rの2つの受光部の瞳位置をそれぞれR1、R2とする。また、L1とL2とのx軸方向の差であるx軸方向距離Δxs、L1とL2とのy軸方向の差であるy軸方向距離Δysとする。
L2で検出されたデータがθL2である場合、X軸方向にR1と同一高さで見ると、仮想的にVL2の位置にセンサユニット1Lがあるとして、ΔvxsをθL2を用いて算出することができる。
そして、R1と同一高さに換算するには、高さ方向の距離Δysと得られた角度θL2とから、
Δvxs=Δys/tanθL2
となる。
よって、式(2)、(3)のセンサユニット間距離DLRを、受光部の瞳位置L1及びL2間の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ことが可能となる。計算さ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、異なる位置にある受光部のデータを用いて座標算出が可能になる。
入力が一点であるような場合には、遮光幅(遮光範囲)の中央の角度を用いても座標算出が可能であるが、図15の上部のように、複数の指示具からの入力があり、受光部と複数の指示具の位置関係が、センサユニット1L中の2つの受光部での検出信号(光量分布(遮光範囲))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。
例えば、図15の上部での状態では、センサユニット1L中の図面左側の受光部L1では、指示具Bは指示具Aの影に完全に隠れてしまっており、またもう一方の受光部L2では、指示具Bと指示具Aの遮光範囲が連続してしまっている。
そして、図15の下部はその時の出力信号であり、受光部L1での出力信号は指示具Aの遮光範囲(A)のみで構成され、受光部L2での出力信号は、指示具Aと指示具Bの遮光範囲(A+B)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、センサユニット1L及び1Rの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算出を行う。
まず、指示具の入力形状を略円形とし、図16のように、センサユニット1L中の1つの受光部L1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、この受光部L1では、θL1とθL2で規定される遮光範囲が観測されている状態であるとする。
そのとき、各受光部で得られる各々2つの遮光範囲の端部の角度情報の内、水平方向からみた角度として、受光部L2においては最小の角度となるθL2、受光部L1においては最大の角度となるθL1を選択する。
一方、センサユニット1R中の、例えば、受光部R1で観測される角度は、夫々の指示具の遮光範囲で形成される遮光範囲の端部であり、θR11からθR22までの4つの角度が観測される。
図17はこのような遮光範囲の端部を用いた場合の座標算出を説明するための図である。
今、例えば、P点に入力がなされたとした場合、θL1とθR1、θR2の交点を夫々P1(x1,x1)、P2(x2,x2)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及び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)及び(3)によって計算可能であるので、この座標値と角度情報を用いることにより入力座標P(x,y)を算出することができる。
このように、左右のセンサユニット1L及び1Rで検出される遮光範囲の端部情報を用いることで、遮光範囲の中央値を用いることなく、入力に対する入力座標の算出が可能となる。
図18はその算出手順の一例を説明するための図である。
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2等分線の角度をθ1、θ2とすれば、
L= ((x2-x1)2 + (y2-y1)20.5 (4)
θ1 = (π-(θL+θR1))/2 (5)
θ2 = (θL+θR2)/2 (6)
ここで、
L1・tanθ1 = L2・tanθ2 (7)
である。よって、
L2=L・tanθ1/(tanθ1 +tanθ2) (但し、tanθ1+tanθ2≠0) (8)
La= L2 / cosθ2 (但し、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。
ここで、図16のように、例えば、センサユニット1L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、皆既食状態でない状態、つまり、部分食状態である場合には、その入力点は、Pa及びPb、またはPa’及びPb’のどちらかの組み合わせになる。
そこで、θL1、θL2、θR11、θR12、θR21そしてθR22の組み合わせについて、上記のような2等分線の交点に相当する計算を行い、それぞれPa及びPb、またはPa’及びPb’の座標を計算し、どちらの組み合わせが正しい入力座標であるかの判定を行う。
この組み合わせの判定は、図16における受光部L1及びL2で選択した角度情報とは別の角度情報を用いて行うことができる。
例えば、図19のように、もう一方の受光部のデータθL21及びθL22と、θR11及びθR12による座標算出結果と、先の受光部での座標算出結果を比較し、Paと重なるのか、あるいはPa’と重るのかを双方の距離等から判定して、PaかPa’のどちらが正しいかの判定を行うことができる。ここで、Paが採用されれば、その組み合わせとして、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、θR21とθR22での座標算出結果を用いて、Pbについて計算を行っても良い。
このように、センサユニット1L(1R)で検出される2つの遮光範囲が部分的に隠れてしまう「部分食」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。
ここで、遮光範囲の端部情報を用いたとしても、いわゆる「皆既食」状態では、その影に隠れた側の指示具の入力の位置を特定することができなくなる。この「皆既食」状態を回避するには、入力指示具の大きさに対して、各センサユニット1L(1R)における複数の受光部間の距離を最適値に決定することによって、どちらかの光学系では領域が部分的に重なった「部分食」状態とすることが可能となる。
従って、本願発明では、複数の指示具がどの領域にあっても、センサユニット1L(1R)中に設けられた2組の受光部の内、少なくとも一方の受光部では、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1L(1R)中の受光部の光学的配置を設定している。
また、一方のセンサユニット中の受光部において両方の受光部が「食」状態のとき、遮光範囲の数が両方の受光部において単数となることは既に説明した。このように、一方のセンサユニット中の受光部で検出される遮光範囲の数が両方とも単数となる場合は、指示具が入力面に到達して影が完全に形成されるまでの状態(入力過渡状態)にある場合にも同様に起こりえる。従って、指示具の正しい座標を算出するためには、「食」状態にあるのか、または「入力過渡状態」にあるのかの判定が必要となる。
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、各々受光部からの光量分布データの取得を行う。
得られた各光量分布データから、遮光範囲の数を閾値等を用いて算出する。遮光範囲の数により、入力がない場合と、一箇所に対して入力(単一点入力)が行われた場合と、少なくとも2箇所に対して入力(複数点入力)が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できる。
図20は、センサユニット1L内の2つの受光部をL1及びL2、センサユニット1R内の2つの受光部をR1及びR2とする場合に、各受光部で検出される遮光範囲の数の組み合わせを示している。遮光範囲の数の組み合わせは、最大入力数を2としたとき、入力がない場合を含めて17通りとなる。
受光部L1,L2、R1,R2のすべてにおいて、入力が「1」の場合には、単一点入力の場合と、2つの入力が接触している場合とが考えられるが、実施形態1では、接触も単一点入力として扱うこととする。但し、指示具の入力幅等の指示具の形状情報が既知である場合には、その形状情報に基づいて、2つの入力が接触している場合を検出するようにしてもよい。
このように、遮光範囲の数を計数することで、「入力無し」、「単一点入力」、「複数点入力」の入力状態を判定することができる。各センサユニットで検出される遮光範囲が、一つしかない単一点入力の場合には、遮光範囲の端部情報を用いた座標算出方法で座標算出を行ってもよいし、あるいは、従来とおりの遮光範囲の中央を計算して、座標算出を行ってもかまわない。
複数点入力の場合、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、センサユニット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、どの遮光範囲の組み合わせで座標算出を行うかについては、夫々の遮光範囲の数から決定する。
まず、各遮光範囲の数の内、2箇所の遮光範囲を検出している受光部を選択し、選択した受光部からの検出信号を座標算出第1データとする。このとき、複数の受光部で遮光範囲を2箇所検出している場合には、優先順位を予め決定しておき、その優先順位に従って受光部を選択すればよい。
次に、座標算出第1データとして選択された受光部のセンサユニットと反対側のセンサユニット内の受光部の検出信号に着目し、そのとき、各受光部で得られる複数の遮光範囲の端部の角度情報の内、水平方向からみた角度に対して、受光部L2(またはR2)においては最小の角度となる角度情報、受光部L1(またはR1)においては最大の角度となる角度情報を選択し、これを座標算出第2データとする。即ち、センサユニットで検出される複数の端部情報の内、両端の角度情報を座標算出第2データとして選択する。
次に、座標算出第2データとして選択された受光部のセンサユニットと同じセンサユニットにおける各受光部で得られる複数の遮光範囲の端部の角度情報の内、水平方向からみた角度に対して、例えば、受光部L2(またはR2)においては最大の角度となる角度情報、受光部L1(またはR1)においては最小の角度となる角度情報を選択し、これを虚実判定データとする。
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、検出信号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。
また、上述した座標算出第1データ、座標算出第2データ、虚実判定データは、先述したように検出した状態が「食」状態にあるか、または入力過渡状態にあるかの判定にも用いる。
この入力過渡状態の判定(検出状態の正当性の判定)について、図21を用いて説明する。
図中Aで示した接線が座標算出第1データ、Bが座標算出第2データ、Cが虚実判定データである。そして、これらのデータを用いて、入力過渡状態の判定を行う。
まず、遮光範囲の端部の角度情報A11、A12、B11で計算した座標値をP11、同様に、A11、A12、B22で計算した座標値をP21としたとき、最も単純な手法として、この2つの座標値P11とP21を比較することで、入力過渡状態を判定できる。即ち、両者の位置座標を比較して両者の距離が所定距離未満にあれば、入力過渡状態であり、所定距離以上離れていれば通常の入力とすることができる。
次に、より詳細な入力過渡状態判定手法について説明する。
先に選択した座標算出第1データのうちのA12に関して、座標算出第2データB11及びB22と虚実判定データC21及びC12との交点として、交点座標値CP11、CP12、CP13、CP14を算出する。
即ち、座標算出第1データとして選択した受光部のデータの内、反対側のセンサユニットに近い側から2番目の角度情報に関して、座標算出第2データ及び虚実判定データとして選択したセンサユニットで得られる全ての角度情報について各々の交点を算出する。
得られた交点座標に関して、CP11とCP12の距離、そしてCP13とCP14の距離をそれぞれ算出する。そして、各々の距離を比較することによって、入力過渡状態であるか否かを判定する。
ここで、交点CP12とCP11の距離差をΔL1、交点CP14とCP13の距離差をΔL2とすると、入力過渡状態の場合には、
ΔL1≒ΔL2<K1
の関係が成り立つ。即ち、ΔL1及びΔL2の両方が所定値より小さい場合に、入力過渡状態と判定することができる。
一方、座標算出第1データのうち、座標算出第1データとして選択したセンサユニットと反対側のセンサユニットに対して一番遠い角度情報であるA22に対して、上記と同様に交点を算出してもよい。この場合、比較する距離の各々が所定値以上である場合に入力過渡状態と判定することができる。
また、交点CP22とCP21の距離差をΔL3、交点CP24とCP23の距離差をΔL4とすると、入力過渡状態の場合には、
ΔL4≒ΔL3>K2
の関係が成り立つ。即ち、ΔL3及びΔL4の両方が所定値より大きい場合に、入力過渡状態と判定することができる。
尚、上記K1、K2は、入力過渡状態であるか否かを判定するにあたり、あらかじめ決められた指示具の径と座標入力有効領域から算出される、適宜設定することのできる所定の定数である。そして、これらの定数は、工場出荷時にメモリに記憶され、随時読み出すことによって判定時に用いることができる。
一方、この定数K1やK2を用いない手法として、各交点間距離差ΔL1、ΔL2、ΔL3、ΔL4をそれぞれ比較して判定する手法がある。各交点間距離差ΔL1、ΔL2、ΔL3、ΔL4は、入力過渡状態の場合には、
ΔL3>ΔL1 かつ ΔL4>ΔL2
の関係が成り立つ。即ち、座標算出第2データのセンサユニットに近い側の入力の端部情報の各々に対応する座標算出第1データとの交点間の距離差同士を比較したときに、上記の関係が成り立つ場合には、入力過渡状態と判定することができる。
尚、上述した複数種類の入力過渡状態の判定手法は、判定精度や計算量に鑑みて装置によって適宜選択すればよい。
また、上述した入力過渡状態の判定は、「皆既食」状態判定として用いることもできる。例えば、これまで説明した座標入力装置においては、既定の座標入力用指示具を用いた場合であり、少なくとも一方の遮光端部が各受光部で検出できるように、指示具が遮光する部分の径に対してセンサユニットにおける受光部の設置距離が適切な値に設定されている。
しかしながら、入力が上記のような既定の指示具で行われない場合には、センサユニットに近い指示具によって、後ろ側の入力が隠れてしまいセンサユニット中の受光部の両方で検出できない現象、即ち、皆既食が生じる場合がある。この皆既食状態判定を行う場合にも、先述した入力過渡状態判定と同様の手法を用いることによって、皆既食か否かの判定を行うことができる。そして、皆既食状態と判定された場合には、操作者にその旨を報知するなどの措置をして適正な入力指示具で入力するよう促すことが可能となる。
上述した入力過渡状態判定によって、入力過渡状態ではなく適切な座標算出可能な状態であると判定された場合には、以下の処理が行われる。
図20で示したように、座標算出第1データとして選択される受光部で検出する遮光範囲の数は必ず複数となるが、座標算出第2データとして選択される受光部で検出する遮光範囲の数は複数の場合と単数の場合がある。つまり、座標算出第2データとして選択したセンサユニットにおける受光部では、両方が単数の場合、片方が単数(片方が複数)の場合、両方が複数の場合の3タイプに分類することができる。
ここで、この3タイプに対応する入力状態の一例を、図22A〜図22Cに示す。
各々の図中Aで示した接線が座標算出第1データ、Bが座標算出第2データ、Cが虚実判定データ、Dが虚実判定予備データ(図22B及び図22C)である。
座標算出は、まず、座標算出第1データの一方の遮光範囲、例えば、図22Aでは、A11及びA12に対して、座標算出第2データB11及びB12、及び虚実判定データC11及びC12の組み合わせで、先に説明したような遮光範囲の端部情報を用いて座標算出を行う。
このとき、座標算出第2データB11及びB12で算出した座標値をP11及びP12、虚実判定データC11及びC12で算出した座標値を虚実判定座標値としてP21及びP22とする。この時点で、算出された4つの座標値の内、少なくとも2つの座標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。
ここで、座標算出第2データとして選択したセンサユニットの受光部では、検出した遮光範囲の数が複数の場合と単数の場合があり、両方の受光部において遮光範囲の数が単数である場合には、どちらかの受光部において「皆既食」状態が含まれている可能性がある。この場合、選択する角度情報によっては、センサユニットに近い側の座標算出には使えるが、遠い側の算出には使えない。
しかしながら、上述したように、座標算出第2データとして、選択したセンサユニットの複数の遮光範囲端部情報のうち、両端のデータに相当する角度情報をそれぞれの受光部から選択することによって、部分食、皆既食にかかわらず、正しく座標候補を算出することができる。
次に、座標の虚実判定を行う。この処理は、すべての組み合わせの座標を算出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、虚実判定を行っておくことで、不要な座標算出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及びP22、P12とP21及び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。
虚実判定結果によって、真の座標値がP11に選択されれば、残りの未計算の座標値は、P14となるので、その座標値を算出する。一方、虚実判定結果によって、真の座標値にP12が選択されれば、P13の座標算出を行う。
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22B、図22C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。座標算出に際して、1つのセンサユニットの2つの受光部が検出する遮光範囲の数がそれぞれ複数の場合には、その遮光範囲の端部情報の両端から座標算出しても良いが、片側の端部情報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、座標算出に用いてもかまわない。
尚、必要であれば、虚実判定予備データDの角度情報を用いて虚実判定を実行してもかまわない。
ここで、センサユニット内の各受光部が検出する遮光範囲の数によるデータの割り振りについて述べると、座標算出第1データ、座標算出第2データ、虚実判定データに夫々センサユニットのどの受光部、角度情報を割り振るかは、単一点入力の時には、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、各センサユニットの2つの受光部の両検出信号がともに複数の遮光範囲を検出している場合には、どちらの検出信号を座標算出第1データにしてもかまわない。
また、上述の例では、虚実判定データは、座標算出第1データで選択したセンサユニットと反対のセンサユニットから、座標算出第2データとして選択した角度情報とは別の角度情報を用いていたが、座標算出第1データで選択したセンサユニットの受光部とは別の受光部で検出された角度情報を用いてもよい。
この場合、図22Dに示すように、A11、A12、B11、B12を用いて、P11、P12を計算し、B11、B12、C11、C12を用いて、P21、P22を計算する。
この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。
このようにして、座標算出第1データと同一のセンサユニットの受光部のデータを用いても、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。
<座標値の連続性の判定>
上述したように、複数の受光部を有するセンサユニットを用い、遮光範囲の端部情報を用いて、座標算出及び座標の虚実判定を行うことで、複数の入力の座標値を決定することができる。
そして、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、受信側の外部端末で、2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、2つの座標値を区別するために、座標の連続性を表す識別子を座標値の出力の際には付加する。
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。
遮光範囲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(フラグ)を付加する。
図23のように、2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、座標値の連続性の判定を行い、夫々の座標値に対して、このIDを割り振って座標値を出力する。
そして、外部端末側で、このIDを参照することで、座標値の連続性を判定し、線で連結する等の描画の処理を行うようにすればよい。
<ペン信号の検出>
指示具として、例えば、先端にスイッチ等の信号発生部を設けたペンを用いることで、文字の入力等における「尾引き」の問題が発生しない、スムーズな入力が可能になる。
ここで、「尾引き」とは、例えば、『あ』と言う文字を入力したにもかかわらず、座標入力面をタッチする直前/直後において、余分な軌跡が表示され、操作者が意図した軌跡とは異なる表示が得られる現象である。
座標入力装置から外部端末に出力する情報は、上述のように、座標値だけでなく、指示具から得られるスイッチ情報(例えば、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、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)や、上記のような座標の連続性を表す識別子ID等がある。それ以外にも、指示具固有のペンID情報等がある。
スイッチ情報の出力方法としては、音波や電波を用いたり、光を用いることでも可能である。
図1のペン信号受信部5は、指示具からの信号を受信し、その信号がどの座標値の信号であるかを判定して、座標値を送信する際のペンアップダウン信号やマウスのボタン信号として用いられる。
指示具からの情報の座標値への割り付けは、例えば、光を用いた場合、座標入力有効領域3に対して、ペン信号受信部を複数設け、夫々で異なる領域からの信号を得るようにする。
このように構成して、複数の指示具による座標値が得られる場合に、異なる領域のどこにその座標値があたるかを判定し、その領域で得られた信号の情報(スイッチ信号や、指示具のペンID情報)をその座標値と関連付けるようにする。そして、これらのスイッチ情報や指示具固有のペンID情報や、座標値の連続性を表すID情報等を付帯情報として、座標値に付加して外部端末に出力する。
ここで、図24は、そのような付帯情報と座標値とを出力する際のフォーマット例である。
図24では、byte0に付帯情報として、スイッチ情報及びペンID情報が付加され、それ以降、byte1からbyte4に、指示具の指示位置である座標(x,y)の座標値がそれぞれ格納されて、外部端末に出力される。外部端末側では、受信するこのデータを解析することで、軌跡の描画やメニュー操作の実行を制御する。
<座標算出処理フローの説明>
図25は本発明の実施形態1の座標入力装置が実行する座標算出処理を示すフローチャートである。
図25では、センサユニットでのデータ取得から座標算出までの手順を示している。
電源が投入されると、ステップS101で、制御・演算ユニット2のポート設定、タイマ設定等の座標入力装置に係る各種初期化を行う。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等の初期データをそれぞれ読み出し、演算・制御ユニット2のメモリ132に格納する。
また、各センサユニット毎に、図6のような、照明無しの時の光量分布データ81と、初期入力が無いときの光量分布データ82を、初期データとして取り込み、メモリ132に記憶する。
ここまでの処理が、電源投入時の初期設定動作になる。この初期設定動作は、座標入力装置に構成されているリセットスイッチ等により操作者の意図によって動作するように構成しても良いことはいうまでも無く、この初期設定動作を経て、通常の指示具による座標入力動作状態に移行することになる。
ステップS102で、座標入力が連続して行われているか否かを示すフラグを初期化(クリア)する。ステップS103で、各センサユニットの投光部を点灯させ、光量分布データを受光部より取得する。
ステップS104で、センサユニット1Lおよび1Rの各2つの受光部のうち各々一方の受光部(第1受光部)で取得した光量分布データは、先の初期データに対して差分及び比を計算し、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、遮光範囲の検出を実行する。
ステップS105で、ステップS104で検出した遮光範囲の角度情報から、他方の受光部(第2受光部)に対応するデータの遮光範囲探索開始位置(画素番号)を算出し、ステップS104と同様にもう一方の受光部のデータの遮光範囲の検出を実行する。
ステップS106で、遮光範囲の検出結果に基づいて、指示具による入力の有無を判定する。入力がない場合(ステップS106でNO)、ステップS102に戻る。一方、入力がある場合(ステップS106でYES)、ステップS107に進む。
ステップS107で、遮光範囲の検出結果に基づいて、センサユニットの各受光部毎の遮光範囲の数を検出する。ステップS108で、遮光範囲の数の検出結果に基づいて、指示具による入力が複数点入力であるか否かを判定する。複数点入力でない場合(ステップS108でNO)、つまり、単一点入力である場合、ステップS109に進み、単一点入力における座標算出を実行する。このときの座標算出は、遮光範囲の端部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。
一方、複数点入力である場合(ステップS108でYES)、ステップS110に進み、その遮光範囲の数に従って、座標算出第1データ、座標算出第2データ、及び虚実判定データをそれぞれ決定する。そして、これらのデータをメモリ132に記憶する。
ステップS111で、ステップS110で決定した各データに基づいて、入力過渡状態の判定を行う。入力過渡状態である場合(ステップS111でYES)、その回のデータを無効として、ステップS103に戻る。一方、入力過渡状態でない場合(ステップS111でNO)、即ち、適正な入力状態(正当な入力状態)である場合、ステップS112に進む。
ステップS112で、夫々の遮光範囲の端部データを算出し、その端部データから座標値及び判定座標値を算出する。
遮光範囲(入力点)が複数の場合、ここで算出される座標値は、実際に入力された、実の点と虚の点が算出されることになる。そこで、ステップS113で、座標値と判定座標値から座標値の虚実判定を実行する。
虚実判定によって、実座標が判定されたら、ステップS114で、それに対応する側の残りの座標値を算出する。座標値が確定したら、ステップS115で、連続入力の有無を判定する。尚、この判定は、連続入力の有無を示すフラグに基づいて実行する。
連続入力がない場合(ステップS115でNO)、ステップS117に進む。一方、連続入力がある場合(ステップS115でYES)、ステップS116に進む。
ステップS116で、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、連続性判定を実行する。
連続性判定がなされたら、ステップS117で、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メモリ132に記憶する。
次に、ステップS118で、ID等の付帯情報を座標値に付加する。特に、連続していると判定された座標値には、前回と同じIDを付加し、新規に検出された座標値に対しては、未使用のIDを付加することになる。また、スイッチ情報などがある場合には、その情報も付加する。
このように、付帯情報を有する座標値を、ステップS119で、外部端末に出力する。その後、データ取得のループを、電源OFFまで繰り返すことになる。
以上説明したように、指示具による座標入力動作の有無を判定することは容易に行える。さらには、1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部を用いて、容易にその位置座標を導出することも可能である。
尚、実施形態1における、遮光範囲の端部情報を用いる座標算出では、複数の指示具が部分的に重なった状態での座標値が算出可能である。そのため、システムのスペックにもよるが、受光部で遮光範囲の端部情報を用いる座標算出を実現できる構成であれば、1つのセンサユニットに必ずしも複数の受光部が設けられている必要はない。
また、実施形態1では、再帰反射部4に投光し、その反射光をさえぎる遮光範囲を検出する構成であるが、再帰反射部は必須ではなく、座標入力領域の周囲に連続する発光部があっても、同様に本願発明を適用することができる。
また、記実施形態1では、センサユニット内の受光素子としてラインCCDを用いたが、エリアセンサ型のCCDやCMOSセンサで構成してもよい。特に。CMOSセンサの場合には、露光エリアの特定の部分を読み出すことが可能であり、不要なエリアを読み出す必要がないため、読出速度の高速化が可能である。
更に、実施形態1においても、センサユニット内の複数の受光部の内、一方の受光部のデータで検出した遮光範囲から、もう一方の受光部のデータの読出開始位置を決定し、限定した範囲のデータのみをメモリに転送することでシステム全体としての高速化が可能となる。
また、座標入力装置の座標入力有効領域3を、例えば、大画面の表示装置で構成して、指示具の座標値を表示画面上に表示する構成とすれば、複数人による同時入力が可能な、電子ホワイトボードの応用が構成可能になる。
以上説明したように、実施形態1によれば、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、その入力過渡状態における誤検出を防ぎ、高精度で複数の指示具の位置を各々検出することができる。
<<実施形態2>>
実施形態1で説明したように、各々のセンサユニットにおける遮光範囲の数を計数することによって、夫々の場合について座標計算が可能である。一方、「発明が解決しようとする課題」にて説明したように、入力過渡状態においては、夫々のセンサユニットにおいて、指示具の検出状態が異なり、実際の入力数と、遮光範囲の数とが一致しない場合がある。
このような場合には、上記説明した座標計算を間違えてしまい、誤った座標値を出力してしまうようなことがある。
ここで、1つの入力があるときに、もう1つの入力が行われる過渡状態において、例えば、センサユニット1Rについては、2つの遮光範囲が検出されているに関わらず、センサユニット1Lでは、一つの影しか見えていない状態を想定する。そして、この状態で、この検出される遮光範囲の数から単純に、虚実判定を実行すると、センサユニット1Lについては、食状態にあり、センサユニット1Rについては分離状態にあると判定されてしまう。
この状態の一例を示したのが図26である。
図26において、入力がA点及びB点である場合に、受光部R2からは両方の遮光範囲が検出されているが、センサユニット1Lにおいては、A点の遮光しか検出されていないとする。
このような場合に、単純に遮光範囲の端部情報による座標計算を実行してしまうと、図26中のCの範囲内の位置に入力があったとして、座標計算されてしまうことになる。
このような誤検出を回避するためには、算出された座標値の正当性の判定を実行することが好ましい。
この正当性の判定は、例えば、計算された座標値から、遮光端部の位置を計算し、その遮光端部のセンサユニットに対する角度を計算し、実際の遮光端部に対する角度と比較することによって、判定することができる。
図26において、過渡状態にあるときに計算され得る座標値はCの範囲内では、例えば、C1点またはC2点となる。
C1点は、受光部L1で検出された、遮光範囲の最小角度L11に対する計算結果であり、C2はL2での最高角度L22での計算結果である。
このように計算された座標値に対して、入力指示具の太さを換算する。これは、入力指示具の太さ情報、例えば、半径情報を、図18のL2に対して、tanθ2を乗ずることで計算可能である。
そして、この半径情報と得られた座標値とから、センサユニットに対する角度情報を計算する。これについて、図27を用いて説明する。
図27は本発明の実施形態2の座標値及び半径情報から端部情報の角度を再計算(逆算)する構成の例を説明するための図である。
ここで、センサユニット1Lの夫々の受光点の座標を(S1x,S1y)及び(S2x,S2y)として、図中、一点鎖線で示された遮光端部情報から算出された座標値を(Px,Py)とする。
ここで、図27に示すように、指示具の半径rが既知となれば、座標(S1x,S1y)で計算された座標値と、この半径rとで、座標(S2x,S2y)に対する接線の角度として、新たな計算(再計算)により算出された遮光端部の角度θが計算可能となる。
この角度θでの接線を図示したのが、図26のL22’である。
この角度情報L22’と、センサユニット1Lで実際に検出された角度情報L22との比較を行う。ここで、実際に入力が検出されていれば、L22とL22’とはほぼ一致するはずである。
ところが、過渡状態で皆既状態が誤って計算されている場合には、L22とL22’が一致しないことになる。
そのため、このように再計算された角度情報と、検出された角度情報が一致しないような場合には、得られた座標値が誤って計算されたものと判定して、座標出力を禁止する等の処理を行えば、不正な座標値を出力して、精度の低下を招く等の問題を防止することできる。
図26で説明した例では、C1点に対して計算を実行したが、C2点に対しても、同様に計算でき、どちらの座標に対して計算を行い、正当性判定を実行する構成としても良い。
また、A点の座標にも、同様に、正当性判定を適応することができる。
この場合には、例えば、L11に対して計算された指示具の座標値に対して、反対側の遮光端部の接線を計算する。そして、この場合は、計算された接線の角度が、L22と一致するか否かを判定することになる。但し、この場合、角度が一致した場合が、皆既食状態と同じであるので、過渡状態であると判定される。
このように、過渡状態判定以外の判定方法でも、皆既状態の判定方法として用いることができる。
<座標値の連続性の判定>
実施形態1における座標値の連続性の判定は、過渡状態判定に用いることが可能である。
例えば、入力が連続していて、一方がペンアップし、短時間で再びペンダウンするような場合の過渡状態においては、前回の座標値から、それほど離れた位置への入力ではない場合が想定される。そこで、誤って計算された座標値が、所定の距離以上離れた位置に計算された場合には、過渡状態と判定して、NGとして処理することも可能である。
<ペン信号の検出>
実施形態1において、指示具として、例えば、先端にスイッチ等の信号発生部を設けたペンを用いる場合、指示具から得られるペンダウン情報に基づいて、過渡状態での検出を禁止する処理を行うこともできる。
過渡状態での誤検出は、指示具が座標入力有効領域に挿入される際、座標入力有効領域に対する深さ方向での反応が異なるために生じている場合が多い。
そこで、ペンダウン状態まで達していれば、殆ど遮光されている状態であると判定できるので、その状態のみ、座標出力を許可する構成にすることで、過渡状態の不具合を抑制することもできる。
この場合、単数入力の時には、ペンダウンに関わらず計算結果を出力し、どちらかのセンサユニットにて、複数の検出がなされた場合のみ、ペンダウン以外の出力を抑制する構成にすることも可能である。
<座標算出処理フローの説明>
次に、実施形態2における座標算出処理について説明する。実施形態2では、特に、算出された座標値の正当性の判定を実行する場合の処理について説明する。
図28は本発明の実施形態の座標入力装置が実行する座標算出処理を示すフローチャートである。
尚、図28のフローチャートにおいて、実施形態1の図25のフローチャートと同一の処理については、同一のステップ番号を付加して、その詳細については省略する。特に、実施形態2では、図25のフローチャートにおいて、ステップS111の処理を省略する代りに、ステップS118aの処理(入力過渡状態の判定(正当性の判定))をステップS118の処理後に実行する。つまり、算出された座標値が入力過渡状態によるものか否かを判定する(正当であるか否かを判定する)。
この判定手法は、上述したように、算出された座標値から、センサユニットまでの角度を再計算して、センサユニットで検出された遮光範囲の端部における角度情報と、入力指示具の太さから導かれる遮光範囲の端部における角度情報との比較結果から判定すれば良い。この判定の詳細については後述する。あるいは、ステップS117で付加された付帯情報(スイッチ情報)から、ペンダウンの時のみ出力する構成としても良い。
ステップS118aにおいて、正当性がない(入力過渡状態である)場合(ステップS118aでYES)、ステップS103に戻り、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、正当性がある(入力過渡状態でない)場合(ステップS118でNO)、ステップS119に進む。
つまり、付帯情報を有する座標値が正当であると判定された場合、ステップS119で、その座標値を、外部端末に出力する。その後、データ取得のループを、電源OFFまで繰り返すことになる。
次に、ステップS118aの処理の詳細について、図29を用いて説明する。
図29は本発明の実施形態2のステップS118aの処理の詳細を示すフローチャートである。
尚、図29では、算出された座標値から、センサユニットまでの角度を再計算して、センサユニットで検出された遮光範囲の端部における角度情報と、入力指示具の太さから導かれる遮光範囲の端部における角度情報との比較結果から、座標値の正当性を判定する場合の例について説明する。
まず、ステップS202で、座標位置における指示具の太さ(形状情報)を計算する。これは、例えば、予めメモリ132に記憶されているものを用いる。次に、ステップS203で、上述したように、指示具の座標値と太さ情報から指示具とセンサユニットの位置座標までの接線の計算を行う。例えば、通常の図形計算のおける、円と円外の点との接線方程式によって接線を定めれば良い。
尚、実施形態2では、入力指示具の軸方向の形状が円であることを想定して、その円の大きさ(太さ)を形状情報として計算する構成としているが、入力指示具の軸方向の形状は円には限定されず、四角形等の多角形であったり、それ以外の形状であり得る。システムでの座標精度の使用を満足するような多角形の場合には、その形状の外接円の大きさを形状情報として計算する。
次に、ステップS204で、得られた接線方程式からセンサユニットにおける角度を計算する。
次に、ステップS205で、計算された角度と、センサユニットで検出された実際の遮光範囲の端部における角度情報との比較を行い、その差分が所定閾値以下であるか否かを判定する。差分が所定閾値以下である場合(ステップS205でYES)、ステップS206に進み、座標値は正当であると判定し、正当性の是非を示すNGフラグ(NG_FLGフラグ)=0に設定する。一方、差分が所定閾値より大きい場合(ステップS205でNO)、ステップS207に進み、座標値は正当でない(入力過渡状態である可能性が高い)と判定し、NG_FLGフラグ=1に設定する。
このような処理を実行することで、入力過渡状態での不正な座標出力を抑止することができる。
尚、図29に示すフローチャートは毎回行わずとも、過渡状態が懸念される状態においてのみ実施するようにしてもよい。
例えば、ステップS115における連続性の判定結果が連続でなく、遮光範囲の数が、一方のセンサユニットが複数検出しており、他方が単数の検出であるような場合にのみ、実行するようにしても良い。
また、図30におけるa及びb点の座標が、R21とR22における遮光範囲にあるか否かを判定して、遮光範囲内にある場合には、皆既状態と近い状態であるので、過渡状態である可能性が高いとして、図29の処理を実行するようにしても良い。
あるいは、図31のように、両センサユニットが単数検出であって、それぞれが異なる指示具を検出している可能性もあるので、入力が全くない状態から、両センサユニットに単数入力が検出された状態に対して、図29の処理を実行するようにしても良い。この場合にも、上述した計算された遮光端部における角度比較で判定は可能である。
以上説明したように、実施形態2によれば、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、一旦算出された座標値の正当性を判定し、その判定結果に基づいて、算出された座標値が入力過渡状態に起因するものであるか否かを判定することができる。これにより、入力過渡状態における誤検出を防ぎ、高精度で複数の指示具の位置を各々検出することができる。
尚、実施形態1の図25の処理と、実施形態2の図29の処理を組み合わせて実行するようにしても良い。つまり、図25におけるステップS111と、図29におけるステップS118aとの両方で、座標値の正当性を判定するようにしても良い。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
本発明の実施形態1の遮光方式の座標入力装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態1のセンサユニットの詳細構成を示す図である。 本発明の実施形態1のセンサユニットの光学的配置図である。 本発明の実施形態1のセンサユニットの光学的配置図である。 本発明の実施形態1のセンサユニットの光学的配置図である。 本発明の実施形態1の制御・演算ユニットの詳細構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態1の制御信号のタイミングチャートである。 本発明の実施形態1のセンサユニットが検出する光量分布を説明するための図である。 本発明の実施形態1のセンサユニットが検出する光量分布を説明するための図である。 本発明の実施形態1の信号読出のタイミングチャートである。 本発明の実施形態1の遮光範囲の検出を説明するための図である。 本発明の実施形態1の遮光範囲の検出を説明するための図である。 本発明の実施形態1の遮光範囲の検出を説明するための図である。 本発明の実施形態1の遮光範囲の検出を説明するための図である。 本発明の実施形態1の座標入力有効領域上に定義する座標とセンサユニット1L及び1Lとの位置関係を示す図である。 本発明の実施形態1の受光部を複数有するセンサユニットにおける座標算出を説明するための図である。 本発明の実施形態1の複数の指示具からの入力動作における位置関係及び検出信号の一例を示す図である。 本発明の実施形態1の虚実判定を説明するための図である。 本発明の実施形態1の遮光範囲の端部情報による座標算出の一例を説明するための図である。 本発明の実施形態1の遮光範囲の端部情報(角度)の重なり部分の2等分線と座標値の関係を説明するための図である。 本発明の実施形態1の虚実判定を説明するための図である。 本発明の実施形態1の遮光範囲の数の組み合わせを示す図である。 本発明の実施形態1の遮光範囲の端部情報による入力過渡状態の判定を説明するための図である。 本発明の実施形態1の遮光範囲の端部情報による座標算出の一例を説明するための図である。 本発明の実施形態1の遮光範囲の端部情報による座標算出の一例を説明するための図である。 本発明の実施形態1の遮光範囲の端部情報による座標算出の一例を説明するための図である。 本発明の実施形態1の遮光範囲の端部情報による座標算出の一例を説明するための図である。 本発明の実施形態1の座標連続性の判定を説明するための図である。 本発明の実施形態1の座標出力時のデータフォーマット例を示す図である。 本発明の実施形態1の座標入力装置が実行する座標算出処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態2の座標値から端部情報の角度を再計算して座標値の正当性を判定する例を説明するための図である。 本発明の実施形態2の座標値及び指示具の半径から端部情報の角度を再計算する構成の例を説明するための図である。 本発明の実施形態2の座標入力装置が実行する座標算出処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態2のステップS118aの処理の詳細を示すフローチャートである。 本発明の実施形態2の正当性の判定を実行する場合を説明するための図である。 本発明の実施形態2の正当性の判定を実行する場合を説明するための図である。 従来技術における2点入力時のセンサユニット位置と遮光範囲の関係を説明するための図である。 従来技術におけるセンサユニットで受光する光量分布を説明するための図である。 従来技術における過渡状態の一例を説明するための図である。
符号の説明
1L、1R センサユニット
2 演算・制御ユニット
3 座標入力有効領域
4 再帰反射部
5 ペン信号受信部

Claims (10)

  1. 座標入力領域上の複数の指示位置を検出する座標入力装置であって、
    前記座標入力領域上に対する指示手段の有無を検出する複数の検出手段と、
    前記座標入力領域上に指示がない場合の初期状態での前記検出手段の初期検出信号分布に対し、前記座標入力領域に対する指示手段の指示動作によって発生する信号変化範囲を特定する特定手段と、
    前記特定手段で特定された信号変化範囲の端部情報を検出する端部情報検出手段と、
    前記端部情報検出手段で検出された複数の端部情報を用いて、当該端部情報検出手段における検出状態の正当性を判定する判定手段と、
    前記判定手段の判定結果に基づいて、前記複数の端部情報から前記指示手段の指示位置の座標を算出する算出手段と
    を備えることを特徴とする座標入力装置。
  2. 前記判定手段は、前記複数の端部情報を用いて算出される複数の座標を比較する比較手段を備え、
    前記比較手段による比較結果に基づいて、前記検出状態の正当性を判定する
    ことを特徴とする請求項1に記載の座標入力装置。
  3. 前記判定手段は、前記複数の端部情報それぞれが示す端部の前記座標入力領域上の位置と、各端部情報に対応する前記検出手段とを結ぶ接線同士の交点座標を比較する比較手段を備え、
    前記比較手段による比較結果に基づいて、前記検出状態の正当性を判定する
    ことを特徴とする請求項1に記載の座標入力装置。
  4. 座標入力領域上の複数の指示位置を検出する座標入力装置であって、
    前記座標入力領域上に対する指示手段の有無を検出する複数の検出手段と、
    前記座標入力領域上に指示がない場合の初期状態での前記検出手段の初期検出信号分布に対し、前記座標入力領域に対する指示具の指示動作によって発生する信号変化範囲を特定する特定手段と、
    前記特定手段で特定された信号変化範囲の端部情報を検出する端部情報検出手段と、
    前記端部情報検出手段で検出された複数の端部情報を用いて、前記指示手段の指示位置の座標を算出する算出手段と、
    前記算出手段で算出した座標と前記指示手段の形状情報に基づいて、新たな端部情報を算出する端部情報算出手段と、
    前記端部情報算出手段で算出した新たな端部情報に基づいて、前記算出手段で算出した座標の正当性を判定する判定手段と
    を備えることを特徴とする座標入力装置。
  5. 前記判定手段の判定結果に基づいて、前記算出手段で算出した座標の出力を制御する制御手段を更に備える
    ことを特徴とする請求項4に記載の座標入力装置。
  6. 前記判定手段は、前記端部情報検出手段で検出した端部情報が示す端部の前記座標入力領域上の位置に基づく前記検出手段に対する第1角度情報を算出する第1算出手段と、
    前記端部情報算出手段で算出した端部情報が示す端部の前記座標入力領域上の位置に基づく前記検出手段に対する第2角度情報を算出する第2算出手段と、
    前記第1角度情報及び前記第2角度情報を比較する比較手段とを備え、
    前記比較手段の比較結果に基づいて、前記算出手段で算出した座標の正当性を判定する ことを特徴とする請求項4に記載の座標入力装置。
  7. 座標入力領域上に対する指示手段の有無を検出する検出部を備え、座標入力領域上の指示位置を検出する座標入力装置の制御方法であって、
    前記座標入力領域上に指示がない場合の初期状態での前記検出部の初期検出信号分布に対し、前記座標入力領域に対する指示手段の指示動作によって発生する信号変化範囲を特定する特定工程と、
    前記特定工程で特定された信号変化範囲の端部情報を検出する端部情報検出工程と、
    前記端部情報検出工程で検出された複数の端部情報を用いて、当該端部情報検出工程における検出状態の正当性を判定する判定工程と、
    前記判定工程の判定結果に基づいて、前記複数の端部情報から前記指示手段の指示位置の座標を算出する算出工程と
    を備えることを特徴とする座標入力装置の制御方法。
  8. 座標入力領域上に対する指示手段の有無を検出する複数の検出部を備え、座標入力領域上の指示位置を検出する座標入力装置の制御方法であって、
    前記座標入力領域上に指示がない場合の初期状態での前記検出部の初期検出信号分布に対し、前記座標入力領域に対する指示具の指示動作によって発生する信号変化範囲を特定する特定工程と、
    前記特定工程で特定された信号変化範囲の端部情報を検出する端部情報検出工程と、
    前記端部情報検出工程で検出された複数の端部情報を用いて、前記指示手段の指示位置の座標を算出する算出工程と、
    前記算出工程で算出した座標と前記指示手段の形状情報に基づいて、新たな端部情報を算出する端部情報算出工程と、
    前記端部情報算出工程で算出した新たな端部情報に基づいて、前記算出工程で算出した座標の正当性を判定する判定工程と
    を備えることを特徴とする座標入力装置の制御方法。
  9. 座標入力領域上に対する指示手段の有無を検出する検出部を備え、座標入力領域上の指示位置を検出する座標入力装置の制御を実現するプログラムであって、
    前記座標入力領域上に指示がない場合の初期状態での前記検出部の初期検出信号分布に対し、前記座標入力領域に対する指示手段の指示動作によって発生する信号変化範囲を特定する特定工程のプログラムコードと、
    前記特定工程で特定された信号変化範囲の端部情報を検出する端部情報検出工程のプログラムコードと、
    前記端部情報検出工程で検出された複数の端部情報を用いて、当該端部情報検出工程における検出状態の正当性を判定する判定工程のプログラムコードと、
    前記判定工程の判定結果に基づいて、前記複数の端部情報から前記指示手段の指示位置の座標を算出する算出工程のプログラムコードと
    を備えることを特徴とするプログラム。
  10. 座標入力領域上に対する指示手段の有無を検出する複数の検出部を備え、座標入力領域上の指示位置を検出する座標入力装置の制御を実現するプログラムであって、
    前記座標入力領域上に指示がない場合の初期状態での前記検出部の初期検出信号分布に対し、前記座標入力領域に対する指示具の指示動作によって発生する信号変化範囲を特定する特定工程のプログラムコードと、
    前記特定工程で特定された信号変化範囲の端部情報を検出する端部情報検出工程のプログラムコードと、
    前記端部情報検出工程で検出された複数の端部情報を用いて、前記指示手段の指示位置の座標を算出する算出工程のプログラムコードと、
    前記算出工程で算出した座標と前記指示手段の形状情報に基づいて、新たな端部情報を算出する端部情報算出工程のプログラムコードと、
    前記端部情報算出工程で算出した新たな端部情報に基づいて、前記算出工程で算出した座標の正当性を判定する判定工程のプログラムコードと
    を備えることを特徴とするプログラム。
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