JP2006350908A - Optical information input device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an input device for effectively detecting an instruction to a region where an observation angle of retroreflection light from a light emitting part of an instructing part is within a fixed angle. <P>SOLUTION: The input device is constituted of an instruction unit having a retroreflector installed in a limited region, a sensor in which the visual field of direct light from the instruction unit to the sensor is limited and a wide area light emitting part of the instruction unit provided with the retroreflector installed in a limited region, a sensor having wide area light receiving sensitivity and a light emitting part having a one-way directivity in which direct light to the sensor is not always emitted. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、操作部の操作情報を含んだ光を照射し、その光を受光することで、装置を制御する光学式情報処理装置に関する。具体的には、遠隔式操作装置(いわゆるリモコン)において、その操作可能範囲を一定範囲に定める場合の装置構成に関する発明である。   The present invention relates to an optical information processing apparatus that controls an apparatus by irradiating light including operation information of an operation unit and receiving the light. Specifically, the present invention relates to a device configuration in a case where the operable range is set to a certain range in a remote operation device (so-called remote controller).

更に、本発明は、例えば、座標入力装置、より詳しくは、入力面に指示具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であって、その操作範囲を改善する技術にも及ぶ。   Furthermore, the present invention provides, for example, a coordinate input device, more specifically, for controlling a connected computer or writing characters or figures by inputting coordinates by pointing to the input surface with an indicator or the like. This is a coordinate input device used, and extends to a technique for improving the operation range.

更に、座標入力装置の中でも本発明は、入力面周囲に再帰反射材を設け、指示具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再帰性反射光遮光方式の座標入力装置に関する技術にも及ぶ。   Further, among the coordinate input devices, the present invention relates to a retroreflected light shielding type coordinate input device in which a retroreflective material is provided around the input surface and the indicated position coordinates are input by detecting a light shielding state by an indicator or the like. It extends to.

従来より、種々の装置に対して、離れた場所から、ワイヤレスで制御する手段として、LED等の発光源からスイッチ情報を変調した信号光を操作部つまりいわゆるリモコンから照射し、フォトダイオード或いはフォトIC等のセンサで受光し、演算回路で復調して遠隔操作する技術は、一般的に広く周知された技術である。このリモコンの操作可能範囲は、上記発光源の発光強度及び発光指向性とセンサの受光感度及び受光範囲特性の組み合わせにより、自ずと決定される。   Conventionally, as a means to control various devices wirelessly from a remote location, a signal light modulated with switch information from a light source such as an LED is emitted from an operation unit, that is, a so-called remote controller, and a photodiode or photo IC. A technique of receiving light by a sensor such as a signal, demodulating by a calculation circuit, and performing remote operation is generally a widely known technique. The operable range of the remote controller is naturally determined by the combination of the light emission intensity and light emission directivity of the light source and the light reception sensitivity and light reception range characteristics of the sensor.

また、操作部としては、上記いわゆるリモコンのみならず座標入力装置のペン形状の指示部等にも当てはまる。つまり、その場合の操作情報とは、座標入力装置の指示具が入力面に接触したかどうかのいわゆるペンアップダウン情報、或いは、指示具のスイッチ情報があり、特に、コンピュータ等にコマンドを送ったり、字を書いたりする際に重要な情報となる。   The operation unit applies not only to the so-called remote controller but also to a pen-shaped instruction unit of the coordinate input device. In other words, the operation information in this case includes so-called pen up / down information indicating whether or not the pointing tool of the coordinate input device has touched the input surface, or switching information of the pointing tool. It becomes important information when writing characters.

従来より、この種の座標入力装置としてはデジタイザ、或いは、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。   Conventionally, various types of coordinate input devices such as digitizers or touch panels have been proposed or commercialized, making it easy to operate a PC on the screen without using special equipment. Since it can be used, it is widely used.

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、指示具や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。   There are various methods such as a method using a resistance film and a method using ultrasonic waves. As shown in Patent Document 1 as a method using light, the method recurs outside the coordinate input surface. In a configuration in which a light reflecting means is provided, the light from the means for illuminating light is reflected by the retroreflective sheet, and the light quantity distribution is detected by the light receiving means, the area of the input area that is shielded by an indicator or a finger It is known to detect the angle and determine the coordinates of the shielding position, that is, the input position.

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。   Further, as in Japanese Patents Nos. 2 and 3, the retroreflective member is configured around the input region, and a device for detecting the coordinates of the portion where the retroreflected light is shielded is disclosed. .

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。   In these apparatuses, for example, in Patent Document 2, the angle of the light-shielding part is detected by detecting the peak of the light-shielding part by waveform processing calculation such as differentiation, and in Patent Document 3, comparison with a specific level pattern is performed. Shows a configuration in which one end and the other end of the light shielding portion are detected and the center of the coordinates is detected.

また、先の特許文献1においては、RAMイメージャーの各画素を読み出し、コンパレータで比較する事で、遮光部分を検出し、一定幅以上の遮光部位があった場合に、その両端の画素の中心(1/2位置)を検出する検知方式が示されている。   Further, in Patent Document 1, when each pixel of the RAM imager is read and compared by a comparator, a light-shielding portion is detected, and when there is a light-shielding portion having a certain width or more, the centers of the pixels at both ends thereof are detected. A detection method for detecting (1/2 position) is shown.

上記のような再帰反射部材を入力領域周辺に構成した光学式の座標入力装置における操作可能範囲である受発光範囲を制御する装置として、特許文献4、特許文献5、及び特許文献6では、発光範囲を制御する装置が示されている。これらの受発光範囲は、座標情報に関する発明であり、基本的に、受発光部自体の光学特性により制御を行おうとするものであり、受発光部は、おおむね座標入力面に対する距離がほぼ同一の位置に配置されており、その受発光部が、例えば座標入力面周囲の枠を形成する庇構造の領域の内部に配置された場合も、その光路範囲は上記座標入力面に対する距離が上記受発光部とほぼ同一の一定の範囲に限定されるため、特に光路上、庇により座標情報に関わる光路が遮られ操作不可能な領域が発生すると言うケラレの問題が発生することはなかった。逆に、この座標情報に関わる受発光範囲を広げると外乱光の影響を受けやすくなる。
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2001-33125号公報 特開2000-207126号公報 特開2001-290583号公報
In Patent Literature 4, Patent Literature 5, and Patent Literature 6, light emission and emission ranges are controlled as devices that control the light receiving and emitting ranges in the optical coordinate input device configured with the retroreflective member as described above around the input region. A device for controlling the range is shown. These light receiving and emitting ranges are inventions related to coordinate information, and basically are intended to be controlled by the optical characteristics of the light receiving and emitting unit itself, and the light receiving and emitting units are generally at the same distance to the coordinate input surface. Even when the light emitting / receiving unit is arranged in a region of a saddle structure that forms a frame around the coordinate input surface, for example, the optical path range of the light receiving / emitting unit is the distance to the coordinate input surface. Since this is limited to a certain range that is almost the same as the portion, the problem of vignetting that the optical path related to the coordinate information is blocked by the eyelids and that cannot be operated is generated on the optical path. On the contrary, if the light receiving / emitting range related to the coordinate information is widened, it is easily affected by disturbance light.
U.S. Pat.No. 4,507,557 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-105671 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-142642 JP 2001-33125 A JP 2000-207126 A JP 2001-290583 A

上記のような従来のLED等の発光源からスイッチ情報を変調した信号光を照射し、フォトダイオード或いはフォトIC等のセンサで受光する構成のいわゆるリモコンを用いた遠隔操作装置においては、その操作範囲は、上記発光源の広範囲な発光指向性とセンサの広範囲な受光範囲特性の組み合わせにより決定されるので、図19で示すように、広範囲の入力可能範囲Aとなり、通常の使用においては問題となることは無いものの、一定の対象者にのみ操作可能とするなどの操作範囲を更に限定(入力可能範囲B)する等の制御は困難であった。つまり操作範囲を一定の範囲に限定するには受光範囲を狭くする必要があり、センサ自体の感度分布が狭いものを選択することが考えられるが、発光側のデバイスに比べ受光センサ自体の感度分布が狭いものは通常はレンズ等の特性上少なく、波長等の選択範囲に制限が加わることになり、また、通常の感度分布のセンサを使用する場合は、そのセンサの受光側にレンズ等の光学的機構を付加する手法が考えられるが、その分構成が複雑になり、またコストが大きくなる。単純に視野絞りを設けてもよいが、同様に部品点数が増加するのと距離による視野の広がりが発生してしまう。発行側の発光指向性は通常は図のように発光範囲Aであるものを発光範囲Bのように鋭くし、或いはコリメータレンズ等により平行光等を照射し、発光範囲を制限して狭くすると、リモコン等の操作部の操作時においては、その姿勢が多様に変化するので、操作者は常に発光方向に平行に操作部を移動する必要があり、つまり操作部の姿勢を一定に保つ必要があり実用的ではなかった。   In a remote control device using a so-called remote controller configured to irradiate a signal light modulated with switch information from a light emitting source such as a conventional LED as described above and receive the light with a sensor such as a photodiode or a photo IC, the operation range thereof Is determined by a combination of a wide light emission directivity of the light source and a wide light receiving range characteristic of the sensor, and therefore, as shown in FIG. 19, a wide input possible range A becomes a problem in normal use. However, it has been difficult to perform control such as further restricting the operation range (input possible range B) such that the operation can be performed only by a certain target person. In other words, in order to limit the operation range to a certain range, it is necessary to narrow the light reception range, and it is conceivable to select one with a narrow sensitivity distribution of the sensor itself, but the sensitivity distribution of the light reception sensor itself compared to the device on the light emission side If the sensor is narrow, the selection range such as the wavelength is usually limited due to the characteristics of the lens, etc., and if a sensor with a normal sensitivity distribution is used, the optical sensor such as the lens on the light receiving side of the sensor is used. Although a method for adding a mechanical mechanism is conceivable, the configuration becomes complicated and the cost increases accordingly. A field stop may be simply provided, but similarly, the number of parts increases and the field of view expands depending on the distance. The light emission directivity on the issue side is usually sharpened as the light emission range B as shown in the figure, or irradiated with parallel light etc. by a collimator lens etc., and the light emission range is limited and narrowed, When operating an operation unit such as a remote control, the posture changes in various ways, so the operator must always move the operation unit parallel to the light emitting direction, that is, the operation unit must be kept at a constant posture. It was not practical.

本発明では、上記課題を解決するために、操作情報を含む光を発光する発光部を具える操作部と、
上記操作部からの発光された光を再帰的に反射する再帰反射材と、
上記操作部の発光部からの再帰反射光のみ、或いは、更に、上記再帰反射光に加え上記発光部からの直接光を受光する操作情報受光部とを有し、
上記発光部から発光された光の再帰反射光が上記操作情報受光部へ有効に到達する観測角(上記再帰反射材に対する発光部からの入射角に対する再帰反射光のなす角度)が一定の角度以内の範囲に有効操作領域が規定され、或いは、この観測角の範囲に基づいた上記操作部の再帰反射光による有効操作領域が、上記操作部からの直接光の操作情報受光部へ有効に到達する範囲に基づいた有効操作領域に付加される構成とした。この本発明の指示具構成により、受発光部に格別な光学機構を設けることなく、操作範囲を所望の範囲に制限することができる。更には、従来の、操作可能範囲に新たに所望の領域を操作可能範囲として付加することが出来る。
In the present invention, in order to solve the above problem, an operation unit including a light emitting unit that emits light including operation information;
A retroreflecting material that recursively reflects light emitted from the operation unit;
Only the retroreflected light from the light emitting unit of the operation unit, or further, an operation information light receiving unit that receives direct light from the light emitting unit in addition to the retroreflected light,
The observation angle at which the retroreflected light of the light emitted from the light emitting unit effectively reaches the operation information light receiving unit (the angle formed by the retroreflected light with respect to the incident angle from the light emitting unit with respect to the retroreflective material) is within a certain angle. The effective operation area is defined in the range of the above, or the effective operation area by the retroreflected light of the operation unit based on the observation angle range effectively reaches the operation information light receiving unit of the direct light from the operation unit The configuration is such that it is added to the effective operation area based on the range. With this pointing device configuration of the present invention, it is possible to limit the operation range to a desired range without providing a special optical mechanism in the light emitting / receiving unit. Furthermore, a desired area can be newly added as an operable range to the conventional operable range.

以上の様に、本発明では、操作情報を含む光を発光する発光部を具える操作部と、上記操作部からの発光された光を再帰的に反射する再帰反射材と上記操作部の発光部からの再帰反射光のみ、或いは、更に、上記再帰反射光に加え上記発光部からの直接光を受光する操作情報受光部と、を有し、上記発光部から発光された光の再帰反射光が上記操作情報受光部へ有効に到達する観測角(上記再帰反射材に対する発光部からの入射角に対する再帰反射光のなす角度)が一定の角度以内の範囲に有効操作領域が規定され、或いは、この観測角の範囲に基づいた上記操作部の再帰反射光による有効操作領域が、上記操作部からの直接光の操作情報受光部へ有効に到達する範囲に基づいた有効操作領域に付加されることを特徴とする構成とした。この本発明の構成により、従来の複雑な光学機構を用いることなく、非常に狭い任意の所望とする範囲を、操作の入力可能領域として設定することができる。   As described above, in the present invention, an operation unit including a light emitting unit that emits light including operation information, a retroreflecting material that recursively reflects light emitted from the operation unit, and light emission of the operation unit. A retro-reflected light of the light emitted from the light-emitting unit, the operation information light-receiving unit receiving only the retro-reflected light from the light-receiving unit or the direct light from the light-emitting unit in addition to the retro-reflected light The effective operation region is defined in a range where the observation angle that effectively reaches the operation information light receiving unit (the angle formed by the retroreflected light with respect to the incident angle from the light emitting unit with respect to the retroreflective material) is within a certain angle, or The effective operation area by the retroreflected light of the operation unit based on the range of the observation angle is added to the effective operation area based on the range that effectively reaches the operation information light receiving unit of the direct light from the operation unit. The feature is as follows. With this configuration of the present invention, it is possible to set a very narrow desired range as an inputable area for an operation without using a conventional complicated optical mechanism.

更に、本発明で座標入力領域面の角部に複数の座標情報受光部が設けられ、上記再帰反射材は上記座標入力領域面の周辺部に設けられ、上記再帰性反射材に光を投影する上記座標入力領域面の周辺部に設けられた投光部と、再帰反射材で反射された前記投光部からの光が指示具等により遮られることによる上記座標情報受光部が検出する光量の変化から、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、該指示具等が指示した座標入力領域面に於ける位置座標を算出する光学式情報入力装置であって、上記操作情報受光部は、上記座標入力領域面の周囲の全周或いは一部を覆う形状で該操作情報受光部の視野を制限する庇部材内に配置され、上記操作部は、上記指示具であり、上記操作情報を含む光を発光する発光部が、該指示部の先端部から、上記庇部材の開口部高さ寸法以上の距離に配置され、上記操作情報に上記指示具の上記座標入力領域面への接触状態を示す情報、或いは、指示部スイッチ情報を含む構成とすることにより、再帰反射材は、座標入力検出用と指示具の操作情報検出用を兼用とすることで、部品点数を増加することなく、簡便な構成で高精度な光学式座標入力装置を実現できる。更に、上記再帰反射材による観測角に基づく入力可能範囲は非常に限定的に制限されるので、操作情報に関わる受発光範囲も極力必要最小限に抑えることができ、外乱光の影響を少なくすることができる。同時に、座標情報に関わる受発光範囲は拡大しないので、座標入力に関わる入力操作感覚を損なうことなく、外乱光の影響も抑えることができる。   Further, in the present invention, a plurality of coordinate information light receiving portions are provided at the corners of the coordinate input area surface, and the retroreflective material is provided at the periphery of the coordinate input area surface, and projects light onto the retroreflective material. The amount of light detected by the coordinate information light receiving unit when the light from the light projecting unit provided in the periphery of the coordinate input area surface and the light reflected from the retroreflective material is blocked by an indicator or the like. An optical system that has an angle detection means for detecting the direction indicated by the pointing tool from the change, and calculates position coordinates on the coordinate input area surface pointed to by the pointing tool based on the derived plurality of angle information In the information input device, the operation information light receiving unit is disposed in a collar member that limits the field of view of the operation information light receiving unit in a shape that covers the entire circumference or part of the periphery of the coordinate input area surface, The unit is the pointing tool and includes the operation information Is disposed at a distance equal to or larger than the opening height of the flange member from the tip of the indicating unit, and the operation information indicates a contact state of the pointing tool to the coordinate input area surface. By using the configuration including the information or the indicator switch information, the retroreflective material can be used easily for the coordinate input detection and the operation information detection for the pointing tool, without increasing the number of parts. A highly accurate optical coordinate input device can be realized with the configuration. Furthermore, since the input possible range based on the observation angle by the retroreflective material is very limited, the light receiving / emitting range related to the operation information can be minimized as much as possible, and the influence of ambient light is reduced. be able to. At the same time, since the light receiving / emitting range related to the coordinate information is not expanded, the influence of disturbance light can be suppressed without impairing the input operation feeling related to the coordinate input.

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。   Next, details of the present invention will be described in accordance with the description of the embodiments.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第一の実施例)
本発明に係る光学式情報処理装置の概略構成について図1(1)〜図1(3)を用いて説明する。図1(1)において、6は通常のある程度広がりを持つ発光指向性特性である発光部であり、3は一定の幅を持つ再帰反射材、1は、図では示さないが図 の従来例と同様の一方向に通常のある程度広がりを持つ感度範囲特性をもつ受光部である。発光部6は、図には示さないがいわゆるリモコンのような操作部に装着され、例えば操作者が手に持って、ある目標に対して照射する。従って、上記操作部の発光部6からの直接光は、再帰反射材3方向に照射されるので、反対方向にある受光部6には到達しない。上記目標の近傍には一定の幅Wを持つ帯状の再帰反射材3が装着されている。この再帰反射材とは、一般的に交通標識等に使用される、光の入射方向に反射される特性をもつ反射材であり、ビーズと反射面の組み合わせ、或いは、コーナーキューブ等の再帰反射原理を用いた反射シート状のものである。このように、再帰反射材の性質上、本来は入射方向に光は反射されるのだが、実際には、入射角に対して多少ずれた角度の方向にも反射光が発生する。この入射光の入射角に対する反射光の成す角度を観測角と呼ぶ。例えば、図1(1)で示した角度αは、発光部6から発光し再帰反射材3での再帰反射して受光部1で受光される場合の観測角である。反射光量が約半減するのは、コーナーキューブ構造の場合で約0.5°、ビーズ構造の場合で約1°と非常にわずかな角度である。もちろん、これは、厳密には、それぞれの再帰反射材の構造及び材質によりこの観測角特性は異なる。従って、図1(1)の本発明の側面図で見ると、受光部1の受光感度の下限界値をLとすると、今距離の影響を無視し、また、発光部の発光分布は一定であるとすると、観測角αが上記受光部1の受光感度の限界値L以上となる角度αL範囲内、つまりα≦αLであるような範囲に操作部の発光部が存在する限り、受光部1で受光され、有効に操作できる。この有効操作領域を入力可能範囲とする。結果として、図1(1)では距離の影響は簡略化しているが、図に示すような、側面から見て、観測角αがα≦αLの非常に狭い範囲で、再帰反射材近傍ではほとんど再帰反射材の幅Wとなる、ほぼ帯状の入力可能領域を設定ことが出来る。この再帰反射材の幅Wは、必要とする入力可能領域の範囲に応じて加減する。実際にはこれに距離の影響が加味され、再帰反射材3に近づくにつれ、光路は短くなるので光量の減衰はなくなりその分光量が増加し、再帰反射材3に近づくにつれ側面から見た入力可能範囲はα≦αLの領域より若干大きくなる。また、厳密には、再帰反射材3には幅Wがあるので、上記入力可能範囲の中でも入射角が異なり、従って、入射角が大きくなるに従い再帰反射光量は低下するが、上記幅Wが前記受光部1と再帰反射材3との距離に比べて小さいので、この入射角の影響はほとんど無視できる。尚、上記本実施例の側面図の方向とは、上記入力可能領域のようにある一定のより狭い範囲のみの入力動作が有効となるように意図された方向である。
(First embodiment)
A schematic configuration of an optical information processing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (1) to 1 (3). In FIG. 1 (1), 6 is a light emitting part having a light emission directivity characteristic having a certain degree of spread, 3 is a retroreflective material having a certain width, and 1 is not shown in the figure, but the conventional example of FIG. It is a light receiving section having a sensitivity range characteristic having a normal spread in one direction. Although not shown in the drawing, the light emitting unit 6 is attached to an operation unit such as a so-called remote controller. For example, the light source 6 is held by a hand to irradiate a certain target. Accordingly, the direct light from the light emitting unit 6 of the operation unit is irradiated in the direction of the retroreflecting material 3 and thus does not reach the light receiving unit 6 in the opposite direction. In the vicinity of the target, a belt-like retroreflective material 3 having a certain width W is attached. This retroreflective material is a reflective material that is generally used for traffic signs, etc., and has the property of being reflected in the incident direction of light. The combination of beads and reflective surfaces, or the principle of retroreflection such as corner cubes It is a reflection sheet shape using Thus, although the light is originally reflected in the incident direction due to the nature of the retroreflective material, actually, the reflected light is also generated in a direction slightly deviated from the incident angle. The angle formed by the reflected light with respect to the incident angle of the incident light is called an observation angle. For example, the angle α shown in FIG. 1A is an observation angle when light is emitted from the light emitting unit 6 and is retroreflected by the retroreflecting material 3 and received by the light receiving unit 1. The amount of reflected light is halved at a very slight angle of about 0.5 ° for the corner cube structure and about 1 ° for the bead structure. Of course, strictly speaking, this observation angle characteristic differs depending on the structure and material of each retroreflective material. Accordingly, in the side view of the present invention in FIG. 1 (1), if the lower limit value of the light receiving sensitivity of the light receiving unit 1 is L, the influence of the current distance is ignored, and the light emission distribution of the light emitting unit is constant. Assuming that there is a light emitting part of the operating part within an angle αL range where the observation angle α is not less than the limit value L of the light receiving sensitivity of the light receiving part 1, that is, a range where α ≦ αL, the light receiving part 1 Is received and can be operated effectively. This effective operation area is set as an inputable range. As a result, the influence of the distance is simplified in FIG. 1 (1), but as seen from the side, the observation angle α is in a very narrow range where α ≦ αL and is almost in the vicinity of the retroreflective material. It is possible to set a substantially band-like inputable area that becomes the width W of the retroreflective material. The width W of the retroreflective material is increased or decreased according to the required range of the inputable area. Actually, the effect of distance is added to this, and as the optical path becomes shorter as the retroreflective material 3 is approached, the attenuation of the amount of light disappears and the amount of spectrum increases. The range is slightly larger than the region where α ≦ αL. Strictly speaking, since the retroreflective member 3 has a width W, the incident angle is different within the input range. Therefore, the amount of retroreflected light decreases as the incident angle increases. Since the distance between the light receiving unit 1 and the retroreflecting material 3 is small, the influence of this incident angle can be almost ignored. The direction of the side view of the present embodiment is a direction intended to enable an input operation only in a certain narrower range such as the input possible region.

平面図には、図1(2)で示すように、例えば再帰反射材3を上記受光部1を中心とした同心円の円弧の位置に配置する。ここでいう平面図の方向とは、例えば、図1(3)で後述する、人間の操作方向にある程度の範囲の大きさを持たせる方向である。このように配置することにより、操作部の発光部6の位置による入射角は常に一定(ほぼ0°)なので、入射角の変化による平面方向の影響はほとんど無視できる。この構成の場合の平面方向の入力可能範囲は、上記受光部1を中心とした同心円の再帰反射材3を配置した上記円弧により形成される扇形の範囲+αの範囲となる。この+αの範囲とは、上記扇形の範囲の両端の半径の直線部の外側に、更に上記観測角α≦αLとなる範囲が付加された範囲である。   In the plan view, as shown in FIG. 1 (2), for example, the retroreflective material 3 is disposed at a concentric circular arc centered on the light receiving unit 1. The direction of the plan view here is, for example, a direction that gives a certain range of size to the human operation direction, which will be described later with reference to FIG. With this arrangement, the incident angle depending on the position of the light emitting unit 6 of the operation unit is always constant (almost 0 °), so the influence of the plane direction due to the change of the incident angle can be almost ignored. In the case of this configuration, the input range in the planar direction is a sector-shaped range + α formed by the arc in which the concentric retroreflecting material 3 with the light receiving unit 1 as the center is arranged. The range of + α is a range in which the range satisfying the observation angle α ≦ αL is further added outside the linear portion of the radius at both ends of the fan-shaped range.

尚、本実施例では、平面図の方向で再帰反射材3を上記受光部1を中心とした同心円の円弧の位置に配置したが、図には示さないが直線上に配置してもよい。この場合、入力可能範囲は、直線上再帰反射材3を配置した長さで決定されるのではなく、上記観測角α≦αLとなる範囲にさらに、前記受光部1で有効となる反射波の光量が得られる入射角度の特性により決定される。つまり、入射角が大きくなるに従い反射される光量は低下するので、その再帰反射材3の観測角特性及び入射角特性により決定される上記受光部1を頂点とし、再帰反射材3を底辺とした三角形状の入力可能範囲となる。   In the present embodiment, the retroreflecting material 3 is arranged at a concentric circular arc centered on the light receiving unit 1 in the direction of the plan view, but may be arranged on a straight line although not shown in the drawing. In this case, the input possible range is not determined by the length on which the retroreflective material 3 is arranged on a straight line, but within the range where the observation angle α ≦ αL, and the reflected wave that is effective in the light receiving unit 1. It is determined by the characteristics of the incident angle at which the amount of light is obtained. That is, as the incident angle increases, the amount of light reflected decreases, so that the light receiving portion 1 determined by the observation angle characteristics and the incident angle characteristics of the retroreflecting material 3 is the apex, and the retroreflecting material 3 is the base. This is a triangular input range.

次に、本発明の上記で示した受光部1と再帰反射材3と発光部6の構成により、所望の入力可能領域を設定する実施例において、実際に操作者が発光部6を操作する場合の目標を具体的に図1(3)に示して説明する。この場合の目標は壁等に設置された表示器である。この表示器は、例えば、展示会等の多数の表示器が会場に設置されている場合を想定する。操作部の発光部から発せられた光を受光部1で受光し、受けた操作情報は、制御装置を経て表示器を制御する。前記図1(1)の側面図の高さ方向に表示器の高さ方向を対応させ、この方向に一定のより狭い範囲のみの入力動作が有効となるように意図する。   Next, when the operator actually operates the light emitting unit 6 in the embodiment in which a desired input possible area is set by the configuration of the light receiving unit 1, the retroreflective member 3 and the light emitting unit 6 described above of the present invention. The target will be specifically described with reference to FIG. The target in this case is a display installed on a wall or the like. This display device assumes a case where a large number of display devices such as an exhibition are installed in a venue. The light emitted from the light emitting unit of the operation unit is received by the light receiving unit 1, and the received operation information controls the display through the control device. The height direction of the display unit is made to correspond to the height direction of the side view of FIG. 1 (1), and it is intended that the input operation only in a certain narrower range is effective in this direction.

操作者である来場者は、リモコンとしての操作部を所持し、目標とする展示物である表示器の前に来たら、その表示器のまえで所望の操作を開始する。表示器の対面には、上記受光部1が設置されている。また、表示器の下部には、上記の状態で再帰反射材3が設置されている。表示器近傍には、スペース面で大掛かりな装置を配置したりする余裕がない場合でも、再帰反射材3なら厚みがほとんど無く、希望とする操作範囲の位置に簡便に設置できる。図1(3)(平面方向には不図示だが、図1(2)で示下のと同様)で示すように、この構成の場合、再帰反射材3と受光部1の配置により決定される入力可能範囲が設定され、操作者は、目標とする展示物である表示器の前に来た場合で且つ、操作部を上記入力可能範囲で操作し受光部1を再帰反射材3方向に発光させた場合のみ、受光部1で操作情報を含んだ光を有効に受光でき、操作が可能になる。この場合の操作情報とは、例えば、表示のページ送り、画面切り替え、メニューからの選択、さらには、通常のパーソナルコンピュータにおけるマウス操作等である。従って、他の展示物の近傍における操作による混信を避けることができ、更に、図1(3)に示すように、子供等がいたずらで操作した場合でも、高さ方向の入力可能範囲を上記再帰反射材3で意図的に狭く規定しているので、この範囲に到達していない場合は操作することができず、誤動作を防止することができる。   A visitor who is an operator possesses an operation unit as a remote controller, and when he / she comes in front of a display which is a target exhibit, starts a desired operation before the display. The light receiving unit 1 is installed on the opposite side of the display. Moreover, the retroreflective material 3 is installed in the lower part of the display in the above state. Even if there is no room for placing a large device in the space in the vicinity of the display, the retroreflective material 3 has almost no thickness and can be easily installed at a desired operating range. In this configuration, as shown in FIG. 1 (3) (not shown in the plane direction but the same as shown in FIG. 1 (2)), this is determined by the arrangement of the retroreflecting material 3 and the light receiving unit 1. The input possible range is set, and the operator operates in front of the display that is the target exhibit and operates the operation unit within the input possible range to emit the light receiving unit 1 toward the retroreflective material 3. Only in the case where the light is received, the light containing the operation information can be received effectively by the light receiving unit 1 and the operation can be performed. The operation information in this case includes, for example, display page turning, screen switching, selection from a menu, and mouse operation in a normal personal computer. Therefore, it is possible to avoid interference due to operations in the vicinity of other exhibits. Further, as shown in FIG. 1 (3), even if a child or the like operates with mischief, the input range in the height direction is recursively described above. Since it is intentionally narrowly defined by the reflector 3, it cannot be operated when it does not reach this range, and malfunction can be prevented.

(第2の実施例)
第1の実施例では、リモコン等の操作部を用いた入力可能範囲に関する実施例を示したが、リモコンのみならず、光学式座標入力装置において本発明の基本構成を採用し、上記発光部6をペン状の指示器に、再帰反射材3を座標入力領域面の周辺部に、受光部1を座標入力領域面の周辺部の庇部材内に配置する構成でもよい。本構成を図2(1)及び図2(2)を用いて説明する。
(Second embodiment)
In the first embodiment, an embodiment relating to an input possible range using an operation unit such as a remote controller is shown. However, the light emitting unit 6 adopts the basic configuration of the present invention not only in the remote controller but also in the optical coordinate input device. May be arranged in a pen-shaped indicator, the retroreflective member 3 in the peripheral part of the coordinate input area surface, and the light receiving part 1 in the collar member in the peripheral part of the coordinate input area surface. This configuration will be described with reference to FIGS. 2 (1) and 2 (2).

図中10L、10Rは投光手段11および座標情報受光検出手段12を有するセンサユニットであり、所定の距離離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(3)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る再帰性反射材であり、左右それぞれのセンサユニット10の投光手段11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、集光光学系とラインCCD等によって構成されたセンサユニットの座標情報検出手段12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。この再帰性反射材3は、後述するペン状の指示器6-1に具えられた上記発光部6からの光に対する再帰反射材を兼ねる。再帰反射材自体の特性に関しては、第1の実施例で述べた通りである。   In the figure, reference numerals 10L and 10R denote sensor units having a light projecting means 11 and coordinate information light receiving / detecting means 12, which are installed at a predetermined distance apart. The sensor unit is connected to a control / arithmetic unit 2 that performs control / calculation, receives a control signal from the control / arithmetic unit, and transmits a detected signal to the control / arithmetic unit. Reference numeral 3 denotes a retroreflecting material, which is a reflecting means having a retroreflecting surface that reflects incident light in the direction of arrival as shown in FIG. 2 (3), and is within a range of approximately 90 ° from the light projecting means 11 of the left and right sensor units 10. The light projected on is retroreflected toward the sensor unit. The reflected light is detected one-dimensionally by the coordinate information detecting means 12 of the sensor unit constituted by a condensing optical system and a line CCD, and the light amount distribution is sent to the control / arithmetic unit. The retroreflecting material 3 also serves as a retroreflecting material for the light from the light emitting unit 6 provided in a pen-shaped indicator 6-1 described later. The characteristics of the retroreflecting material itself are as described in the first embodiment.

5は座標入力面であり、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4或いはその表示画面4の前面に配置する略透明な板材である前面板4‘(不図示)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。   Reference numeral 5 denotes a coordinate input surface, which includes a display screen 4 of a display device such as a PDP, a rear projector, an LCD panel, or a front plate 4 ′ (not shown) that is a substantially transparent plate disposed on the front surface of the display screen 4. Therefore, it can be used as an interactive input device.

このような構成において、入力領域に図に示すペン状の指示具6‐1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、周辺枠再帰性反射手段3からの再帰反射による反射光が得られなくなるため、入力指示位置のみ光量が得られなくなる。メインユニットの演算制御手段は、左右のセンサユニットの光量変化から、入力指示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する。   In such a configuration, when an input instruction is given to the input area using the pen-shaped indicator 6-1 shown in the figure, the light projected from the light projecting means is blocked, and the peripheral frame retroreflecting means 3 Therefore, it becomes impossible to obtain the reflected light due to the retroreflection from the light source, so that the light quantity cannot be obtained only at the input instruction position. The arithmetic control means of the main unit detects the light-shielding range of the input instructed part from the light quantity change of the left and right sensor units, specifies the detection point within the same range, and calculates the respective angles. The coordinate position on the input area is calculated from the calculated angle and the distance between the sensor units.

座標検出に関わる受発光範囲は、目的として、座標入力面からの距離が、そのまま座標入力の操作感に影響する。つまり、座標入力面からの距離があまり大きくなると、文字を書くときに、尾引き等の原因となり、逆に短くなりすぎると、プロキシミティーという座標入力面から少し離した場所でのカーソル制御等が不可能になる。従って、座標検出に関わる受発光範囲は、センサユニットを構成する投光手段11と座標情報受光検出手段12は極力距離を小さく設置され、再帰反射材3に対して、ほとんど観測角0°の再帰反射光で、ほとんど座標入力面から一定の短距離、例えば0〜10mm前後の範囲内の同一の距離に配置されるセンサユニットと上記再帰反射材及びその再帰反射材の幅によって決定される、受発光範囲として入力可能範囲が形成されている。従って、この座標検出に関して、センサユニットが、その座標入力領域面の周囲に枠状に形成されるカバーの庇の内部に配置されていても、その庇は受発光範囲にかからないように座標入力面から距離をおいて配置されるので、この庇により光線が遮断される、いわゆるケラレが発生することはない。また、この受発光範囲の制限が、外乱光の影響を防ぐ役目も果たしている。   In the light emitting / receiving range related to coordinate detection, the distance from the coordinate input surface directly affects the operational feeling of coordinate input as it is. In other words, if the distance from the coordinate input surface becomes too large, it may cause tailing when writing characters, and conversely if it is too short, cursor control at a place slightly away from the coordinate input surface called proximity will be performed. It becomes impossible. Therefore, the light receiving / emitting range related to the coordinate detection is such that the light projecting means 11 and the coordinate information light receiving / detecting means 12 constituting the sensor unit are installed with a distance as small as possible, and the retroreflective material 3 is recursive with an observation angle of 0 °. Reflected light, which is determined by the sensor unit and the width of the retroreflective material and the retroreflective material, which are arranged at a constant short distance from the coordinate input surface, for example, the same distance within a range of about 0 to 10 mm. An inputable range is formed as the light emission range. Therefore, with respect to this coordinate detection, even if the sensor unit is arranged inside the cover ridge formed in the shape of a frame around the coordinate input area surface, the coordinate input surface does not cover the light emitting / receiving range. Therefore, the so-called vignetting, in which the light rays are blocked by the folds, is not generated. In addition, the limitation of the light emitting / receiving range also serves to prevent the influence of ambient light.

以上が、本発明の第2の実施例である光学式座標入力装置の入力座標検出に関する構成の説明であるが、次に、上記指示具6‐1の操作情報の入力に関して説明を行う。操作情報とは、座標入力装置の指示具が入力面に接触したかどうかのいわゆるペンアップダウン情報、或いは、指示具のスイッチ情報があり、特に、コンピュータ等にコマンドを送ったり、字を書いたりする際に重要な情報となる。図2(2)に示すように、上記指示具6‐1には、ペン先が座標入力面5に接触したかどうか、つまり、ペンアップダウンスイッチ、或いは、更に、不図示のペンサイドスイッチ、及び、このスイッチのON/OF情報を処理する不図示の演算回路、更にこの情報を駆動信号に重畳させる不図示の発光部駆動回路、更に、この駆動回路により駆動されある一定のタイミングで発光する発光部6が内蔵されている。この発光部6は、指示具6−1の軸に対して法線方向を指向性の略中心として光照射範囲に広がりを持たせており、さらに、軸を中心として360°円周方向に略均一に発光できるように、例えばLEDを放射状に、6個配置している。もちろん、この発光部の構成は、操作上支障の無いような発光分布を得られるものであれば、発光部の個数は6個以外でもよく、発光体に導光材、光学機構、拡散機構等を付加した構成でもよい。指示具6−1の発光部6から発光された光は、座標入力面5の周辺部に配置された上記再帰反射材3で再帰反射し、入射角及び観測角が一定の条件を満足する場合に、座標入力面5の周辺部に配置された受光部1で受光し検出される。本発明の再帰反射材3の特性上、再帰反射材3は座標入力面5の周囲ではあっても、上記投光手段11および座標情報受光検出手段12を有するセンサユニット10及び上記受光部1が設置されていない辺或いは領域に配置される。また、本発明の光学式座標入力装置の構成においては、外乱光による影響を防いだり、外力による破損等から保護するために、センサユニット10及び上記受光部1は、座標入力面の周囲に配置される図に示すようなカバーの庇13の内部に配置される。側面から見た本発明の断面図である図2(2)で、この庇13と受光部1の位置関係が示されている。従って、受光部1は、庇13により受光範囲に制限が加えられ、図に示すように庇13に近づくに従い座標入力面5からの受光範囲が狭くなる。今、この庇10の開口部縦寸法(座標入力面5から庇10下端の距離)Cとする。   The above is the description of the configuration relating to the input coordinate detection of the optical coordinate input device according to the second embodiment of the present invention. Next, the input of the operation information of the pointing tool 6-1 will be described. The operation information includes so-called pen up / down information indicating whether or not the pointing tool of the coordinate input device has touched the input surface, or switch information of the pointing tool. In particular, a command is sent to a computer or a character is written. It becomes important information when doing. As shown in FIG. 2 (2), the indicator 6-1 includes whether or not the pen tip contacts the coordinate input surface 5, that is, a pen up / down switch, or a pen side switch (not shown), Further, an arithmetic circuit (not shown) that processes the ON / OF information of the switch, a light-emitting unit driving circuit (not shown) that superimposes this information on the driving signal, and light emitted at a certain timing driven by the driving circuit. A light emitting unit 6 is incorporated. The light emitting unit 6 has a light irradiation range that extends in the direction of the normal line with respect to the axis of the indicator 6-1 and is substantially centered in the 360 ° circumferential direction around the axis. For example, six LEDs are arranged radially so that light can be emitted uniformly. Of course, the configuration of the light emitting unit may be other than six as long as a light emission distribution that does not hinder the operation is obtained, and the light emitting member includes a light guide material, an optical mechanism, a diffusion mechanism, and the like. The structure which added can also be used. When the light emitted from the light emitting unit 6 of the pointing tool 6-1 is retroreflected by the retroreflecting material 3 disposed in the peripheral part of the coordinate input surface 5, and the incident angle and the observation angle satisfy a certain condition. Then, the light is received and detected by the light receiving unit 1 arranged in the peripheral part of the coordinate input surface 5. Due to the characteristics of the retroreflective material 3 of the present invention, the retroreflective material 3 is located around the coordinate input surface 5, but the sensor unit 10 having the light projecting means 11 and the coordinate information light receiving / detecting means 12 and the light receiving unit 1 are It is arranged on a side or area that is not installed. Further, in the configuration of the optical coordinate input device of the present invention, the sensor unit 10 and the light receiving unit 1 are arranged around the coordinate input surface in order to prevent the influence of disturbance light and protect from damage due to external force. It is arranged inside the cover collar 13 as shown in the figure. FIG. 2B, which is a cross-sectional view of the present invention viewed from the side, shows the positional relationship between the flange 13 and the light receiving unit 1. Therefore, the light receiving unit 1 is limited in the light receiving range by the flange 13, and the light receiving range from the coordinate input surface 5 becomes narrower as it approaches the flange 13 as shown in the figure. Now, it is assumed that the vertical dimension of the opening of the heel 10 (the distance from the coordinate input surface 5 to the lower end of the heel 10) C is set.

一方、発光部6は、指示具6−1の先端部の機構上(ペン先交換材及びその保持部材、更に、そのペン先スイッチ機構のためのスライド機構、スイッチ類等の収納)の関係で、発光部6を指示具6−1の先端部寄りに配置するのにも限界があり、結果として、図に示すように、発光部6の指示具先端からの距離Dが大きくなり、指示具6−1を座標入力面5に対し垂直に指示した場合、C<Dの関係になる。従って、図に示す様に、指示具6‐1がセンサユニット10つまり庇13から離れたAの位置で座標入力した場合には、軸に対し垂直な360°方向に発光している発光部6からの受光部1側の直接光Fは、受光部1の有効な受光範囲に入るので、有効な光量が検出されるが、指示具6‐1がセンサユニット10つまり庇13近傍のBの位置で座標入力した場合には、指示具6‐1の軸に対し垂直な360°方向に発光している発光部6からの受光部1側の直接光Fは、庇13に遮られ、受光部1の有効な受光範囲に入らず、有効な光量が検出されない。この庇13近傍のBの位置で座標入力した場合には、本発明においては、軸に対し垂直な360°方向に発光している発光部6からの光は、発光部6に対して受光部1と略反対側の座標入力面5の周囲に配置された再帰反射材3に入射する。この再帰反射材3への入射角に対する上記受光部1に対する再帰反射光の再帰反射角のなす観測角αは、座標入力面5の寸法において、有効な光量が得られる角度内であるので、有効に操作情報を含んだ信号光を受光することができる。上記座標入力領域面5の周囲に設けられた再帰反射材の特性において、観測角α=1°でα=0°の光量の半分になる場合、でその半分の光量が受光感度の限界であるとする場合、本発明においては、上記指示具6‐1を座標入力面5に対して垂直に指示した場合の発光部6からの直接光が受光できない庇13近傍における発光部6から再帰反射材3に対する受光部1への観測角が、1°以下となる様に再帰反射材3の装着位置つまり座標入力面5の寸法、発光部6の上記指示具6‐1における先端部からの距離、受光部1の位置が決定される。厳密には、指示具6‐1つまり発光部6が受光部1つまり庇13から離れるに従い、上記再帰反射材3及び受光部1に対する観測角αは大きくなり、従って発光部6からの再帰反射光の受光部1での受光量は減少し、逆に、発光部6から受光部1に対する直接光Fは増加するので、図に示すように、再帰反射光受光可能領域と直接光受光可能領域の重複領域が存在するように、上記再帰反射材3の装着位置つまり座標入力面5の寸法、発光部6の上記指示具6‐1における先端部からの距離、受光部1の位置が決定される。つまり、発光部6から受光部1への直接光が得られなくなる位置における観測角が、上記限界の角度1°以下となるように配置される。結果として、直接光受光可能領域に、この再帰反射光受光可能領域が付加された領域が入力可能範囲となる。つまり、本発明は、座標入力に関する受発光範囲の基本的な発想である観測角0°の再帰反射光を利用する従来の構成のみに留まらず、再帰反射材の再帰反射光は、観測角が0°以上の場合もある一定の角度幅で再帰反射光が得られることに着目し、必要な光量が得られる観測角の範囲と操作情報に関わる光の受発光範囲とを対応させた構成に関わる発明である。   On the other hand, the light emitting unit 6 is related to the mechanism of the tip of the pointing device 6-1 (accommodating a pen tip replacement material and its holding member, and a slide mechanism and switches for the pen tip switch mechanism). In addition, there is a limit to disposing the light emitting unit 6 near the tip of the indicator 6-1. As a result, as shown in the figure, the distance D from the tip of the indicator of the light emitter 6 is increased, and the indicator When 6-1 is instructed perpendicular to the coordinate input surface 5, a relationship of C <D is established. Therefore, as shown in the drawing, when the pointing tool 6-1 inputs coordinates at the position A away from the sensor unit 10, that is, the eyelid 13, the light emitting unit 6 that emits light in a 360 ° direction perpendicular to the axis. Since the direct light F on the light receiving unit 1 side from the light enters the effective light receiving range of the light receiving unit 1, an effective light amount is detected, but the indicator 6-1 is located at the position B in the vicinity of the sensor unit 10, that is, the eaves 13. When the coordinates are input at, the direct light F on the light receiving unit 1 side from the light emitting unit 6 emitting light in a 360 ° direction perpendicular to the axis of the indicator 6-1 is blocked by the eaves 13 and received by the light receiving unit. Therefore, the effective light quantity is not detected. In the present invention, when coordinates are input at the position B near the ridge 13, the light from the light emitting unit 6 emitting light in a 360 ° direction perpendicular to the axis is received by the light receiving unit 6. 1 enters the retroreflective material 3 disposed around the coordinate input surface 5 on the substantially opposite side to 1. The observation angle α formed by the retroreflection angle of the retroreflected light with respect to the light receiving unit 1 with respect to the incident angle on the retroreflecting material 3 is within the angle at which an effective light amount can be obtained in the dimension of the coordinate input surface 5. It is possible to receive signal light including operation information. In the characteristics of the retroreflective material provided around the coordinate input area surface 5, when the observation angle α = 1 ° and half the light amount of α = 0 °, the half light amount is the limit of the light receiving sensitivity. In the present invention, in the present invention, the retroreflecting material from the light emitting unit 6 in the vicinity of the ridge 13 that cannot receive the direct light from the light emitting unit 6 when the pointing device 6-1 is pointed perpendicular to the coordinate input surface 5 is used. 3, the mounting position of the retroreflective material 3, that is, the dimension of the coordinate input surface 5, the distance from the tip of the indicator 6-1 of the light emitting unit 6, so that the observation angle to the light receiving unit 1 with respect to The position of the light receiving unit 1 is determined. Strictly speaking, the observation angle α with respect to the retroreflecting material 3 and the light receiving unit 1 increases as the indicator 6-1, that is, the light emitting unit 6 moves away from the light receiving unit 1, that is, the ridge 13, and accordingly the retroreflected light from the light emitting unit 6 is increased. The amount of light received by the light receiving unit 1 decreases, and conversely, the direct light F from the light emitting unit 6 to the light receiving unit 1 increases, so that the retroreflected light receivable region and the direct light receivable region are shown in FIG. The mounting position of the retroreflective material 3, that is, the dimension of the coordinate input surface 5, the distance from the tip of the light emitting unit 6 to the indicator 6-1 and the position of the light receiving unit 1 are determined so that there is an overlapping region. . That is, the observation angle at a position where direct light from the light emitting unit 6 to the light receiving unit 1 cannot be obtained is arranged such that the limit angle is 1 ° or less. As a result, a region where the retroreflected light receivable region is added to the direct light receivable region becomes the input receivable range. That is, the present invention is not limited to the conventional configuration that uses retroreflected light with an observation angle of 0 °, which is a basic idea of the light receiving and emitting range related to coordinate input, and the retroreflected light of the retroreflective material has an observation angle of Paying attention to the fact that retroreflected light can be obtained with a certain angle width that may be 0 ° or more, the range of the observation angle where the required amount of light can be obtained corresponds to the light receiving and emitting range related to operation information It is a related invention.

上記は、座標入力面5に対して垂直な面における再帰反射材3の再帰反射光の観測角に基づいて説明を行ったが、上記必要な光量が得られる観測角の範囲は、座標入力面5に対して平行な面においても同様にその光量範囲に対応する観測角の幅があり、従って、座標入力面5に対して平行な領域において一定の入力可能範囲が存在する。更に、上記再帰反射材の幅方向は寸法が狭いのに対し、座標入力領域5の辺に沿った長さ方向には、寸法が長いので上記有効な光量範囲に対応する観測角の範囲に対応する再帰性反射材の面積に一定の長さ方向の範囲が存在し、ある指示具6−1の指示位置に対しては、この範囲内の再帰反射材の面積分の総和分が寄与する。但し、第1の実施例で示したように、再帰反射材3を受光部1を同心円の中心とした円弧状の配置するのは一般的ではなく、通常は図2(1)の様に方形の座標入力面5の周囲の辺の位置に直線状の再帰反射材を配置するので、入射角が大きくなる範囲においては再帰反射光の光量が小さくなり、従って有効な光量範囲に対応する操作可能範囲は小さくなるので、座標入力領域5全領域において再帰反射光が有効な範囲とするためには、受光光量の有効範囲内に対応する上記再帰反射材3への入射角が一定角度以内になるように上記受光部1を複数個必要な個所に設置する。   The above has been described based on the observation angle of the retroreflected light of the retroreflecting material 3 in a plane perpendicular to the coordinate input surface 5, but the range of the observation angle at which the necessary light quantity can be obtained is the coordinate input surface. Similarly, a plane parallel to 5 has a width of an observation angle corresponding to the light quantity range, and therefore there is a certain inputable range in a region parallel to the coordinate input plane 5. Further, the width direction of the retroreflective material has a narrow dimension, whereas the length direction along the side of the coordinate input area 5 has a long dimension, and therefore corresponds to the observation angle range corresponding to the effective light amount range. There is a certain range in the area of the retroreflective material, and the sum of the area of the retroreflective material within this range contributes to the pointing position of a certain indicator 6-1. However, as shown in the first embodiment, it is not common to arrange the retroreflecting material 3 in a circular arc shape with the light receiving portion 1 being the center of a concentric circle, and usually a square shape as shown in FIG. Since the linear retroreflective material is arranged at the positions of the sides around the coordinate input surface 5, the light quantity of the retroreflected light becomes small in the range where the incident angle is large, and therefore the operation corresponding to the effective light quantity range is possible. Since the range becomes small, in order to make the retroreflected light effective in the entire coordinate input area 5, the incident angle to the retroreflective material 3 corresponding to the effective range of the received light quantity is within a certain angle. As described above, a plurality of the light receiving portions 1 are installed at necessary places.

更に、入射角のみならず、上記座標入力面5の庇13近傍で直接光が13のケラレにより十分な光量が得られず、且つ、上記座標入力面対して垂直方向に関する観測角が大きく上記有効範囲外となる再帰反射材しか存在しない入力領域に対しては、新たに上記観測角が上記有効範囲内となる再帰反射材が存在する位置、具体的には、座標入力面5に平行な平面で見て、座標入力面5内の指示具6−1の指示位置と受光部1とを結ぶ線分の延長線上に再帰反射材が存在し、且つ、座標入力面5に対して垂直方向の観測角が上記有効光量となる角度範囲内(例えば1度以内)となるように、十分に指示具6−1の指示位置から再帰反射材3の距離が取れるような位置に受光部1を配置する。つまり、上記説明の前半においては、受光部1と指示具6−1と再帰反射部材の位置関係により、有効となる光量により有効となる観測角が決まり、従って、有効操作範囲(有効入力範囲)が決定される説明を行ったが、逆に、必要な有効操作範囲(有効入力範囲)から、必要とされる受光部1と指示具6−1と再帰反射部材の位置関係を決定してもよい。   Furthermore, not only the incident angle but also a sufficient amount of light cannot be obtained due to the vignetting of 13 directly in the vicinity of the ridge 13 of the coordinate input surface 5, and the observation angle in the vertical direction with respect to the coordinate input surface is large and effective. For an input region where only the retroreflective material that is out of the range exists, a position where the retroreflective material whose observation angle is newly within the effective range is present, specifically, a plane parallel to the coordinate input surface 5 , The retroreflecting material is present on the extension of the line segment connecting the indication position of the indicator 6-1 in the coordinate input surface 5 and the light receiving unit 1 and is perpendicular to the coordinate input surface 5. The light receiving unit 1 is arranged at a position where the distance of the retroreflecting material 3 can be sufficiently taken from the indication position of the indicator 6-1 so that the observation angle is within an angle range (for example, within 1 degree) where the effective light amount is obtained. To do. That is, in the first half of the above description, the effective observation angle is determined by the effective light amount depending on the positional relationship among the light receiving unit 1, the indicator 6-1 and the retroreflective member, and therefore, the effective operation range (effective input range). However, conversely, even if the required positional relationship among the light receiving unit 1, the indicator 6-1 and the retroreflective member is determined from the necessary effective operation range (effective input range). Good.

以上の、本発明の第2の実施例においては、再帰反射材は、座標入力検出用と指示具の操作情報検出用を兼用とすることで、部品点数を増加することなく、簡便な構成で高精度な光学式座標入力装置を実現できる。更に、上記再帰反射材による観測角に基づく入力可能範囲は非常に限定的に制限されるので、操作情報に関わる受発光範囲も極力必要最小限に抑えることができ、外乱光の影響を少なくすることができる。同時に、座標情報に関わる受発光範囲は拡大しないので、座標入力に関わる入力操作感覚を損なうことなく、外乱光の影響も抑えることができる。   As described above, in the second embodiment of the present invention, the retroreflective member is used for both coordinate input detection and operation information detection of the pointing tool, and has a simple configuration without increasing the number of parts. A highly accurate optical coordinate input device can be realized. Furthermore, since the input possible range based on the observation angle by the retroreflective material is very limited, the light receiving / emitting range related to the operation information can be minimized as much as possible, and the influence of ambient light is reduced. be able to. At the same time, since the light receiving / emitting range related to the coordinate information is not expanded, the influence of disturbance light can be suppressed without impairing the input operation feeling related to the coordinate input.

このようにして、指示具などによって、座標を入力すると同時に、指示具のペンアップダウン、及び他のスイッチ情報を入力できるので、画面上に線を描画したり、スイッチ、アイコンの操作するなどPCの操作が可能になる。   In this way, it is possible to input the pen up / down of the pointing tool and other switch information at the same time as inputting the coordinates with the pointing tool etc., so that the PC can be used for drawing lines on the screen, operating switches, icons, etc. Can be operated.

以降、上記指示具における操作情報以外の本発明の第2の実施例における座標入力検出に関わる部分を中心に各部分毎に詳細説明を行う。   Hereinafter, each part will be described in detail with a focus on the part relating to coordinate input detection in the second embodiment of the present invention other than the operation information on the pointing tool.

〈センサユニットの詳細説明〉
図3(1)、(2)はセンサユニットにおける投光手段の構成例である。
<Detailed explanation of sensor unit>
FIGS. 3A and 3B are configuration examples of light projecting means in the sensor unit.

図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、図3(2)は同じ構成を横から見た図であり、(入力面に対し水平方向)この方向では、赤外LED31からの光は上下方向に制限された光束として投光され、主に、再帰反射手段3に対して光が投光されるようになっている。   FIG. 3 (1) is a view of the light projecting unit viewed from above (perpendicular to the input surface). In the figure, reference numeral 31 denotes an infrared LED that emits infrared light, and the emitted light is projected by a light projection lens 32 in a range of approximately 90 °. On the other hand, FIG. 3 (2) is a view of the same configuration seen from the side. In this direction (horizontal with respect to the input surface), in this direction, the light from the infrared LED 31 is projected as a light beam restricted in the vertical direction. Mainly, light is projected to the retroreflective means 3.

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。   FIG. 4 is a view of the detection means in the sensor unit as viewed from the direction perpendicular to the input surface.

検出手段は、1次元のラインCCD41および集光光学系としてのレンズ42,43および、入射光の入射方向を制限する絞り44よりなっている。前述の通り、可視光など余分な光の入射を防止する赤外フィルター45を加えても良い。   The detection means includes a one-dimensional line CCD 41, lenses 42 and 43 as a condensing optical system, and a diaphragm 44 that limits the incident direction of incident light. As described above, an infrared filter 45 that prevents the incidence of extraneous light such as visible light may be added.

投光手段からの光は再帰反射部材によって反射され、赤外フィルター45、絞り44を抜けて、集光用レンズ42,43によって入力面の略90°範囲の光がCCDの検出面にその入射角に依存した画素上に結像され、角度ごとの光量分布を示している。つまり画素番号が角度情報を表すことになる。   The light from the light projecting means is reflected by the retroreflective member, passes through the infrared filter 45 and the diaphragm 44, and the light in the approximately 90 ° range of the input surface is incident on the CCD detection surface by the condensing lenses 42 and 43. An image is formed on the pixel depending on the angle, and the light amount distribution for each angle is shown. That is, the pixel number represents angle information.

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。   FIG. 5 shows a configuration in which the light projecting unit and the detection unit are overlapped to form the sensor unit 1 when viewed from the horizontal direction with the input surface.

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。   The distance between the optical axes of the light projecting means and the detecting means may be set in a range that can be sufficiently detected from the angular characteristics of the retroreflective member.

〈反射部材について〉
図2(1)及び図2(2)及び図2(3)の再帰反射部材3は入射角度に対する反射特性を有している。
<About reflective members>
The retroreflective member 3 shown in FIGS. 2 (1), 2 (2), and 2 (3) has reflection characteristics with respect to the incident angle.

図6にあるように再帰性反射テープが平坦に構成された場合には、反射部材からの角度が45度を超えるあたりから得られる反射光量が減少し、遮蔽物があったばあいにその変化が充分に取れない事になる。   When the retroreflective tape is configured flat as shown in FIG. 6, the amount of reflected light obtained from the angle from the reflective member exceeding 45 degrees decreases, and the change occurs when there is a shield. Will not be enough.

反射光量は、光量分布(照明強度および距離)、反射部材の反射率(入射角、反射部材の幅)、結像系照度(cosine 4乗則)によって決まる。   The amount of reflected light is determined by the light amount distribution (illumination intensity and distance), the reflectance of the reflecting member (incident angle, the width of the reflecting member), and the imaging system illuminance (cosine fourth law).

光量が足りない場合に、照明強度を上げることが考えられるが、反射分布が均一で無い場合には、強い部分の光を受光したときに、受光手段である、CCDでその部分が飽和することがあり、照明強度を上げるには限界がある。   If the amount of light is insufficient, it is conceivable to increase the illumination intensity. However, if the reflection distribution is not uniform, when a strong portion of light is received, that portion is saturated by the CCD, which is the light receiving means. There is a limit to increasing the illumination intensity.

裏返せば反射部材の反射の分布をなるべく均一にする事で低光量部分への入射光量の増大も望む事ができる。   In other words, it is possible to increase the amount of light incident on the low light amount portion by making the reflection distribution of the reflecting member as uniform as possible.

角度方向に対して均一化を計るために、再帰反射部材3を貼り付ける部材を図7のように三角柱を並べた形とし、この上に再帰反射部材3を設置している。このようにする事で、角度特性を改善する事ができる。尚三角柱の角度は再帰反射部材の反射特性から決定すればよく、また、そのピッチはCCDでの検出分解能以下に設定するのが、望ましい。尚、周辺枠再帰反射部材3自体の構造は、前述の様に、ビーズタイプ、コーナーキューブタイプ、更には或いは、プリズム等により構成する。   In order to make the angle direction uniform, the member to which the retroreflective member 3 is attached has a shape in which triangular prisms are arranged as shown in FIG. 7, and the retroreflective member 3 is installed thereon. By doing so, the angle characteristics can be improved. The angle of the triangular prism may be determined from the reflection characteristics of the retroreflective member, and the pitch is preferably set to be equal to or less than the detection resolution by the CCD. The structure of the peripheral frame retroreflective member 3 itself is constituted by a bead type, a corner cube type, or a prism or the like as described above.

〈制御・演算ユニットの説明〉
図2(1)の制御・演算ユニットとセンサユニット1L,,1Rの間では、CCDの制御信号、CCD用クロック信号とCCDの出力信号、および、LEDの駆動信号がやり取りされている。
<Description of control / arithmetic unit>
Between the control / arithmetic unit and the sensor units 1L, 1R in FIG. 2A, a CCD control signal, a CCD clock signal and a CCD output signal, and an LED drive signal are exchanged.

図8は制御・演算ユニットのブロック図である。CCD制御信号は、ワンチップマイコンなどで構成される演算制御回路83から出力されており、CCDのシャッタタイミングや、データの出力制御などをおこなっている。CCD用のクロックはクロック発生回路87からセンサユニットに送られると共に、CCDとの同期をとって、各種制御を行うために、演算制御回路83にも入力されている。   FIG. 8 is a block diagram of the control / arithmetic unit. The CCD control signal is output from an arithmetic control circuit 83 constituted by a one-chip microcomputer or the like, and performs CCD shutter timing, data output control, and the like. The CCD clock is sent from the clock generation circuit 87 to the sensor unit, and is also input to the arithmetic control circuit 83 in order to perform various controls in synchronization with the CCD.

LED駆動信号は演算制御回路83からLED駆動回路84L,84Rをへて、センサユニットの赤外LEDに供給されている。   The LED drive signal is supplied from the arithmetic control circuit 83 to the infrared LEDs of the sensor unit through the LED drive circuits 84L and 84R.

センサユニットの検出手段であるCCDからの検出信号は、制御・演算ユニットのADコンバータ81L,81Rに入力され、演算制御回路からの制御によって、デジタル値に変換される。   Detection signals from the CCD, which is the detection means of the sensor unit, are input to the AD converters 81L and 81R of the control / arithmetic unit, and are converted into digital values under the control of the arithmetic control circuit.

変換されたデジタル値は82メモリに記憶され、角度計算に用いられる。   The converted digital value is stored in 82 memory and used for angle calculation.

計算された角度から、座標値が求められ外部PCなどにシリアルインタフェース88などを介して出力される。   From the calculated angle, a coordinate value is obtained and output to an external PC or the like via the serial interface 88 or the like.

〈光量分布検出の説明〉
図9は制御信号のタイミングチャートである。
<Explanation of light intensity distribution detection>
FIG. 9 is a timing chart of control signals.

91,92,93がCCD制御用の制御信号であり、91SH信号の間隔で、CCDのシャッタ解放時間が決定される。92、93はそれぞれ左右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。   Reference numerals 91, 92, and 93 denote control signals for CCD control, and the shutter release time of the CCD is determined by the interval of 91SH signals. Reference numerals 92 and 93 denote gate signals to the left and right sensors, respectively, which are signals for transferring the charge of the photoelectric conversion unit in the CCD to the reading unit.

94、95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94の駆動信号がLED駆動回路を経て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の信号が左右のセンサから読み出される。   Reference numerals 94 and 95 denote left and right LED drive signals, and 94 drive signals are supplied to the LEDs through the LED drive circuit in order to light one LED in the first cycle of SH. The other LED is driven in the next cycle. After the driving of both LEDs is completed, the CCD signal is read from the left and right sensors.

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10のような光量分布が得られる。もちろん、このような分布がどのシステムでも必ず得られるわけではなく、再帰性反射手段3の特性やLEDの特性、また、計時変化(反射面の汚れなど)によって、分布は変化する。   When the signal to be read is not input, a light amount distribution as shown in FIG. 10 is obtained as an output from each sensor. Of course, such a distribution is not necessarily obtained in any system, and the distribution changes depending on the characteristics of the retroreflective means 3, the characteristics of the LEDs, and changes in time (such as dirt on the reflecting surface).

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。   In the figure, the A level is the maximum light amount, and the B level is the lowest level.

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。   In other words, in a state where there is no reflected light, the level obtained is near B, and the direction of the A level increases as the amount of reflected light increases. In this way, the data output from the CCD is sequentially AD converted and taken into the CPU as digital data.

図11−1は従来の指示具或いは指で入力を行った、つまり、反射光を遮った場合の出力の例である。   FIG. 11A is an example of output when input is performed with a conventional pointing tool or finger, that is, when reflected light is blocked.

Cの部分が従来の指示具或いは指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。   Since the reflected light is blocked by the conventional indicator or finger at the portion C, the amount of light is reduced only at that portion.

具体的には、図10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11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。   Specifically, an initial state without input as shown in FIG. 10 is stored in advance, and whether there is a change as shown in FIG. 11 in each sample period is detected by the difference from the initial state. An operation for determining an input angle is performed using that portion as an input point.

〈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。
<Explanation of angle calculation>
In calculating the angle, it is first necessary to detect the light shielding range.

先にも述べた用に、光量分布は計時変化などで一定ではないため、システムの起動時などに記憶する事が望ましい。そうする事で、例えば、再帰反射面がほこりなどで汚れていても、完全に反射しないような場合を除いて使用可能になる。   As described above, since the light quantity distribution is not constant due to changes in timekeeping, it is desirable to store it when the system is started. By doing so, for example, even if the retroreflective surface is dirty with dust or the like, it can be used unless it is not completely reflected.

以降一方のセンサのデータについて説明するが、他方でも同様の処理を行っている。   Hereinafter, data of one sensor will be described, but the same processing is performed on the other.

電源投入時、入力の無い状態で、まず投光手段から照明すること無しにCCDの出力をAD変換して、これをBas_data[N]として、メモリに記憶する。これは、CCDのバイアスのばらつき等を含んだデータとなり、図10のBのレベル付近のデータとなる。ここで、Nは画素番号であり、有効な入力範囲に対応する画素番号がもちいられる。   When the power is turned on, the CCD output is first AD-converted without illumination from the light projecting means without input, and this is stored in the memory as Bas_data [N]. This is data including variations in CCD bias and the like, and is data near the level B in FIG. Here, N is a pixel number, and a pixel number corresponding to an effective input range is used.

次に、投光手段から照明した状態での光量分布を記憶する。図10の実線で表されたデータであり、Ref_data[N]とする。   Next, the light quantity distribution in the state illuminated from the light projecting means is stored. This data is represented by the solid line in FIG. 10 and is Ref_data [N].

これらのデータを用いてまずは入力が成されたか、遮光範囲があるかどうかの判定を行う。   Using these data, it is first determined whether an input has been made or whether there is a light shielding range.

あるサンプル期間のデータをNorm_data[N]とする。   Data of a certain sample period is assumed to be Norm_data [N].

まず遮光範囲を特定するために、データの変化の絶対量によって、有無を判定する。これは、ノイズなどによる誤判定を防止し、所定量の確実な変化を検出するためである。   First, in order to specify the light shielding range, presence / absence is determined based on the absolute amount of data change. This is to prevent erroneous determination due to noise or the like and to detect a certain amount of reliable change.

変化の絶対量をおのおのの画素において以下の計算を行い、予め決定してある閾値Vthaと比較する。   The absolute amount of change is calculated for each pixel as follows and compared to a predetermined threshold value Vtha.

Norm_data_a[N]=Norm_data[N]−Ref_data[N] (1)
ここで、Norm_data_a[N]は各画素における絶対変化量である。
Norm_data_a [N] = Norm_data [N] −Ref_data [N] (1)
Here, Norm_data_a [N] is an absolute change amount in each pixel.

この処理は、差をとり比較するだけなので、処理時間をさほど使わないので、入力の有無の判定を高速に行う事が可能である。   Since this process only takes a difference and compares it, it does not use much processing time, and therefore it is possible to determine whether or not there is an input at high speed.

閾値Vthaを初めて超えた画素が所定数を超えて検出されたときに入力があったと判定する。   When the number of pixels exceeding the threshold value Vtha for the first time is detected exceeding a predetermined number, it is determined that there is an input.

次により高精度に検出するために、変化の比を計算して入力点の決定を行う。   Next, in order to detect with higher accuracy, a change ratio is calculated to determine an input point.

ここでA領域が汚れなどにより反射率が低下していたとすると、このときのRef _data[N]の分布は、図13(1)のように、A領域の反射光量が少なくなる。この状態で、図12のように指示具等が挿入され、ほぼ再帰反射部材の半分を覆ったとすると、反射光量は略半分となるため、図13(1)、(2)の太線で示した分布Norm_data[N]が観測される。   Here, assuming that the reflectance of the A area has decreased due to dirt or the like, the distribution of Ref_data [N] at this time has a smaller amount of reflected light in the A area as shown in FIG. In this state, when an indicator or the like is inserted as shown in FIG. 12 and almost half of the retroreflective member is covered, the amount of reflected light is substantially halved, which is indicated by the thick lines in FIGS. 13 (1) and (2). Distribution Norm_data [N] is observed.

この状態に対して、(1)を適用すると、図14(1)のようになる。ここで、縦軸は初期状態との差分電圧になっている。   If (1) is applied to this state, the result is as shown in FIG. Here, the vertical axis represents the differential voltage from the initial state.

このデータに対して、閾値を適用すると、本来の入力範囲をはずれてしまうような場合がある。もちろん、閾値を下げればある程度検出可能であるが、ノイズなどの影響を受ける可能性がある。   If a threshold is applied to this data, the original input range may be lost. Of course, it can be detected to some extent if the threshold value is lowered, but it may be affected by noise or the like.

そこで、変化の比を計算することとすると、A領域 B領域とも反射光量は最初の半分であるので、次式で比を計算する。   Therefore, if the ratio of change is calculated, the amount of reflected light is half of the first half in both the A area and the B area.

Norm_data_r[N] = Norm_data_a[N] / (Bas_data[N] - Ref_data[N]) (2)
この計算結果を示すと、図14(2)のようになり、変動比であらわされるため、反射率が異なる場合でも、等しく扱う事が可能になり、高精度に検出が可能になる。
Norm_data_r [N] = Norm_data_a [N] / (Bas_data [N]-Ref_data [N]) (2)
This calculation result is as shown in FIG. 14 (2), and is represented by a variation ratio. Therefore, even when the reflectance is different, it can be handled equally, and detection can be performed with high accuracy.

このデータに対して、閾値Vthrを適用して、その立ち上がり部と立下り部の画素番号から、両者の中央を入力画素として、角度を求める。   The threshold value Vthr is applied to this data, and the angle is determined from the pixel numbers of the rising and falling portions with the center of both as the input pixel.

図14(2)は説明のために模式的に描いたもので、実際にはこのような立ち上がりにはなっておらず、画素ごとに異なるレベルを示している。   FIG. 14 (2) is schematically drawn for explanation, and does not actually rise like this, but shows a different level for each pixel.

図15は比計算を終わったあとの検出の例である。いま閾値Vthrで検出すると遮光領域の立ちあがり部分は、Nr番目の画素で閾値を越えたとする。さらに、Nf番の画素でVthrを下まわったとする。   FIG. 15 shows an example of detection after the ratio calculation is completed. Assume that when the detection is made with the threshold value Vthr, the rising portion of the light shielding area exceeds the threshold value at the Nrth pixel. Furthermore, it is assumed that the voltage falls below Vthr at the Nf-th pixel.

このまま中心画素Npを
Np = Nr + (Nf-Nr)/2 (3)
のように計算してもよいが、そうすると、画素間隔が最小の分解能になってしまう。
Keep the center pixel Np
Np = Nr + (Nf-Nr) / 2 (3)
However, in this case, the pixel interval becomes the minimum resolution.

より細かく検出するために、それぞれの画素のレベルとその一つ前の画素のレベルを用い閾値を横切った仮想の画素番号を計算する。   In order to detect more finely, a virtual pixel number across the threshold is calculated using the level of each pixel and the level of the previous pixel.

今NrのレベルをLr Nr-1番画素のレベルをLr-1とする。また、NfのレベルをLf、Nf-1番がそのレベルをLf-1とすれば、それぞれの仮想画素番号Nrv,Nfvは、
Nrv = Nr-1 + ( Vthr - Lr-1 ) / ( Lr - Lr-1 ) (4)
Nfv = Nf-1 + ( Vthr - Lf-1 ) / ( Lf - Lf-1 ) (5)
と計算でき、仮想中心画素Npv
Npv = Nrv + ( Nfv Nrv ) / 2 (6)
で決定される。
The level of Nr is now Lr. The level of Nr-1 pixel is Lr-1. Further, if the level of Nf is Lf and the number Nf-1 is Lf-1, the virtual pixel numbers Nrv and Nfv are
Nrv = Nr-1 + (Vthr-Lr-1) / (Lr-Lr-1) (4)
Nfv = Nf-1 + (Vthr-Lf-1) / (Lf-Lf-1) (5)
Virtual center pixel Npv
Npv = Nrv + (Nfv Nrv) / 2 (6)
Determined by

このように、画素番号とそのレベルから仮想的な画素番号を計算することで、より分解能の高い検出ができる。   Thus, by calculating a virtual pixel number from the pixel number and its level, detection with higher resolution can be performed.

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。   In order to calculate an actual coordinate value from the obtained center pixel number, it is necessary to convert it into angle information.

後述する実際の座標計算では、角度そのものよりもその角度における正接(tangent)の値を求めるほうが都合がよい。   In actual coordinate calculation described later, it is more convenient to obtain the value of the tangent at the angle rather than the angle itself.

画素番号から、tanθへの変換には、テーブル参照や変換式を用いる。   A table reference or a conversion formula is used for conversion from the pixel number to tan θ.

図16は、画素番号に対するtanθ値をプロットしたものである。このデータに対して近似式を求め、その近似式を用いて画素番号、tanθ変換を行う。   FIG. 16 is a plot of tan θ values against pixel numbers. An approximate expression is obtained for this data, and pixel number and tan θ conversion is performed using the approximate expression.

変換式は例えば高次の多項式を用いると精度を確保できるが次数などは計算能力および精度スペック等を鑑みて決定すればよい。   For example, when a high-order polynomial is used as the conversion formula, the accuracy can be ensured, but the order and the like may be determined in consideration of the calculation capability and accuracy specifications.

5次多項式を用いる場合には係数が6個必要になるので、出荷時などにこのデータを不揮発性メモリーなどに記憶しておけばよい。   When a fifth order polynomial is used, six coefficients are required, so this data may be stored in a nonvolatile memory or the like at the time of shipment.

今5次多項式の係数をL5,L4,L3,L2,L1,L0としたとき、
tanθは
tanθ=(L5 *Npr + L4) *Npr + L3) *Npr + L2) *Npr + L1) *Npr + L0 (7)
であらわす事ができる。
If the coefficients of the fifth-order polynomial are now L5, L4, L3, L2, L1, L0,
tanθ is
tanθ = (L5 * Npr + L4) * Npr + L3) * Npr + L2) * Npr + L1) * Npr + L0 (7)
Can be represented.

同様なことを各々のセンサに対して行えば、それぞれの角度データを決定できる。   If the same thing is done for each sensor, the respective angle data can be determined.

もちろん、上記例ではtanθを求めているが、角度そのものを求め、その後tanθを求めても構わない。   Of course, in the above example, tan θ is obtained, but the angle itself may be obtained, and then tan θ may be obtained.

〈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。
<Description of coordinate calculation method>
Coordinates are calculated from the obtained angle data.

図17が画面座標との位置関係を示す図である。   FIG. 17 is a diagram showing a positional relationship with the screen coordinates.

入力範囲の下辺左右にそれぞれのセンサユニットが取り付けられており、その間の距離はDsであらわされている。   Each sensor unit is mounted on the left and right sides of the input range, and the distance between them is expressed as Ds.

画面中央が画面の原点位置であり、P0はそれぞれのセンサユニットの角度0の交点である。   The center of the screen is the origin position of the screen, and P0 is the intersection of the angle 0 of each sensor unit.

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。   The respective angles are θL and θR, and tanθL and tanθR are calculated using the above polynomials.

このとき点Pのx、y座標は
x = Ds * (tanθL+ tanθR) / (1+( tanθL * tanθR) ) (8)
y = - Ds * (tanθR - tanθL -(2* tanθL* tanθR)) /
(1+( tanθL * tanθR))+P0Y (9)
で計算される。
At this time, the x and y coordinates of point P are
x = Ds * (tanθL + tanθR) / (1+ (tanθL * tanθR)) (8)
y =-Ds * (tanθR-tanθL-(2 * tanθL * tanθR)) /
(1+ (tanθL * tanθR)) + P0Y (9)
Calculated by

<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>
図18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。
<Flow chart showing the process from data acquisition to coordinate calculation>
FIG. 18 is a flowchart showing steps from data acquisition to coordinate calculation.

S101で、電源投入されると、演算制御回路などのポート設定、タイマ設定などさまざまな初期化が行われるS102。S103は立ち上げ時のみに行う不要電荷除去のための準備である。CCDなどの光電変換素子において、動作させていないときに不要な電荷が蓄積している場合があり、そのデータをそのままリファレンスデータとして用いると、検出不能になったり、誤検出の原因となる。それを避けるために、最初に照明無しで、複数回データの読み出しを行っている。S103ではその読み込み回数を設定しており、S104で照明無しで、所定回数データを読み出すことで、不要電荷の除去を行っている。   When the power is turned on in S101, various initializations such as port setting of the arithmetic control circuit and timer setting are performed. S103 is a preparation for removing unnecessary charges that is performed only at startup. In a photoelectric conversion element such as a CCD, unnecessary charge may be accumulated when it is not operated. If the data is used as it is as reference data, it becomes impossible to detect or causes false detection. In order to avoid this, data is first read multiple times without illumination. In S103, the number of times of reading is set. In S104, unnecessary data is removed by reading the data a predetermined number of times without illumination.

S105は所定回数繰り返すための判断文である。   S105 is a judgment sentence for repeating a predetermined number of times.

S106はリファレンスデータとしての照明無しでのデータの取り込みであり、上記Bas_dataに相当する。   S106 is fetching of data without illumination as reference data, and corresponds to the above Bas_data.

ここで取り込んだデータは、メモリに記憶され、以降計算に用いられる。   The data fetched here is stored in the memory and used for calculation thereafter.

これともう一つのリファレンスデータである、照明したときの初期光量分布に相当するデータRef_dataを取り込みS108,これもメモリーに記憶する。   This and another reference data, data Ref_data corresponding to the initial light amount distribution when illuminated, are taken in S108, and this is also stored in the memory.

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。S110で上記説明したように光量分布を取り込み、S111でRef_dataとの差分値で遮光部分の有無を判定する。無いと判定されたときには、S110にもどりまた取り込みを行う。   Up to this step is the initial setting operation when the power is turned on, and then the normal capturing operation is performed. In S110, the light amount distribution is taken in as described above, and in S111, the presence / absence of a light-shielding portion is determined based on the difference value from Ref_data. If it is determined that there is no data, the process returns to S110 and capture is performed.

このとき、この繰り返し周期を10[msec]程度に設定すれば、100回/秒のサンプリングになる。   At this time, if the repetition period is set to about 10 [msec], the sampling rate is 100 times / second.

S112で遮光領域が有りと判定されたら、S113で式(2)の処理により比を計算する。得られた比に対して閾値で立ち上がり部、立下り部を決定し、その数をメモリーに記憶するS114。次に(4)、(5)、(6)式で中心を計算する。この際、計算に用いるのは、前述の通り、最初の立上がり部と最後の立下り部であるS115。得られた中心値から近似多項式よりTanθを計算し、左右のセンサユニットでのTanθ値からx、y座標を(8)、(9)式を用いて算出するS116。次にS117にてタッチされたか否かの判定を行う。これは、例えばマウスのボタンを押下せずにカーソルを移動させる状態のような近接入力状態と、左ボタンを押した状態であるタッチダウン状態の判定を行っている。実際には、先に得られた比の最大値が、ある所定値例えば0.5などの値を超えていればダウンと判定し、それ以下なら近接入力状態と判定する。この結果にしたがって、ダウンフラグのセットS118あるいはリセットS119を行う。   If it is determined in S112 that there is a light-shielding area, the ratio is calculated by the processing of Expression (2) in S113. A rising portion and a falling portion are determined by a threshold with respect to the obtained ratio, and the numbers are stored in a memory S114. Next, the center is calculated by the equations (4), (5) and (6). At this time, as described above, the first rising portion and the last falling portion are used for the calculation in S115. Tan 116 is calculated from the obtained central value by an approximate polynomial, and x and y coordinates are calculated from the Tan θ values of the left and right sensor units using equations (8) and (9) S116. Next, it is determined whether or not it is touched in S117. For example, a proximity input state in which the cursor is moved without pressing a mouse button and a touch-down state in which the left button is pressed are determined. Actually, if the maximum value of the ratio obtained previously exceeds a certain predetermined value, such as 0.5, it is determined to be down, and if it is less than that, the proximity input state is determined. According to this result, down flag setting S118 or reset S119 is performed.

座標値とダウン状態が決定されたので、そのデータをホストPCへ送信するS120。これは、USB、RS232などのシリアル通信で送っても良いし、任意のインタフェースで送ればよい。送られたPC側では、ドライバーがデータを解釈し、カーソルの移動、マウスボタン状態の変更などを座標値、フラグなどを参照して行うことで、PC画面の操作が可能になる。   Since the coordinate value and the down state are determined, the data is transmitted to the host PC S120. This may be sent by serial communication such as USB, RS232, etc., or by any interface. On the PC side, the driver interprets the data and moves the cursor, changes the mouse button state, etc. by referring to the coordinate values, flags, etc., so that the PC screen can be operated.

S120の処理が終了したら、S110の動作に戻り、以降電源OFFまでこの処理を繰り返す事になる。   When the processing of S120 is completed, the processing returns to S110, and thereafter this processing is repeated until the power is turned off.

本発明に係る第1の実施例の光学式情報処理装置の概略構成図1 is a schematic configuration diagram of an optical information processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明に係る第2の実施例の光学式情報処理装置の全体概略構成図2 is an overall schematic configuration diagram of an optical information processing apparatus according to a second embodiment of the present invention. センサユニットにおける投光手段の構成例Configuration example of light projecting means in sensor unit 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A view of the detection means in the sensor unit viewed from the direction perpendicular to the input surface 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Configuration when the light projection means and the detection means are overlapped to form the sensor unit 1 when viewed from the horizontal direction with the input surface. 再帰性反射テープが平坦に構成された場合の反射光量と反射角の関係Relationship between the amount of reflected light and the reflection angle when the retroreflective tape is flat. 三角柱を並べた形の再帰反射部材Retroreflective members in the shape of triangular prisms 制御・演算ユニットのブロック図Block diagram of control / arithmetic unit 制御信号のタイミングチャートControl signal timing chart 光量分布を示す図Diagram showing light intensity distribution 指示具などで入力を行った場合の光量分布Light intensity distribution when input is performed with an indicator 遮光状態を示す図Diagram showing light-shielding state 反射光量分布図Reflected light intensity distribution chart 反射光量分布図Reflected light intensity distribution chart 比計算を終わったあとの検出の例Example of detection after ratio calculation 画素番号に対するtanθ値をプロットした図Plot of tanθ value against pixel number 画面座標との位置関係を示す図Diagram showing positional relationship with screen coordinates 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Flow chart showing the process from data acquisition to coordinate calculation 従来の遠隔操作装置の操作範囲を示す図The figure which shows the operation range of the conventional remote control device

符号の説明Explanation of symbols

1 受光部
2 制御・演算ユニット
3 再帰反射材
5 座標入力面
6 発光部
6−1 指示具
13 座標入力面の周囲に配置されるカバーの庇
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light-receiving part 2 Control / arithmetic unit 3 Retroreflective material 5 Coordinate input surface 6 Light-emitting part 6-1 Pointer 13 Cover cover arrange | positioned around coordinate input surface

Claims (2)

操作情報を含む光を発光する発光部を具える操作部と、
上記操作部からの発光された光を再帰的に反射する再帰反射材と、
上記操作部の発光部からの再帰反射光のみ、或いは、更に、上記再帰反射光に加え上記発光部からの直接光を受光する操作情報受光部とを有し、
上記発光部から発光された光の再帰反射光が上記操作情報受光部へ有効に到達する観測角(上記再帰反射材に対する発光部からの入射角に対する再帰反射光のなす角度)が一定の角度以内の範囲に有効操作領域が規定され、或いは、この観測角の範囲に基づいた上記操作部の再帰反射光による有効操作領域が、上記操作部からの直接光の操作情報受光部へ有効に到達する範囲に基づいた有効操作領域に付加されることを特徴とする光学式情報入力装置。
An operation unit including a light emitting unit that emits light including operation information;
A retroreflecting material that recursively reflects light emitted from the operation unit;
Only the retroreflected light from the light emitting unit of the operation unit, or further, an operation information light receiving unit that receives direct light from the light emitting unit in addition to the retroreflected light,
The observation angle at which the retroreflected light of the light emitted from the light emitting unit effectively reaches the operation information light receiving unit (the angle formed by the retroreflected light with respect to the incident angle from the light emitting unit with respect to the retroreflective material) is within a certain angle. The effective operation area is defined in the range of the above, or the effective operation area by the retroreflected light of the operation unit based on the observation angle range effectively reaches the operation information light receiving unit of the direct light from the operation unit An optical information input device added to an effective operation area based on a range.
上記請求項1に記載の光学式情報入力装置於いて、座標入力領域面の角部に複数の座標情報受光部が設けられ、上記再帰反射材は上記座標入力領域面の周辺部に設けられ、上記再帰性反射材に光を投影する上記座標入力領域面の周辺部に設けられた投光部と、再帰反射材で反射された前記投光部からの光が指示具等により遮られることによる上記座標情報受光部が検出する光量の変化から、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、該指示具等が指示した座標入力領域面に於ける位置座標を算出すると共に、
上記操作情報受光部は、上記座標入力領域面の周囲の全周或いは一部を覆う形状で該操作情報受光部の視野を制限する庇部材内に配置され、上記操作部は、上記指示具であり、上記操作情報を含む光を発光する発光部が、該指示部の先端部から、上記庇部材の開口部高さ寸法以上の距離に配置され、上記操作情報に上記指示具の上記座標入力領域面への接触状態を示す情報、或いは、指示部スイッチ情報を含むことを特徴とする光学式情報入力装置。
In the optical information input device according to claim 1, a plurality of coordinate information light receiving portions are provided at corners of the coordinate input region surface, and the retroreflective material is provided at a peripheral portion of the coordinate input region surface. By projecting light on the coordinate input area surface that projects light onto the retroreflective material, light from the light projecting unit reflected by the retroreflective material is blocked by an indicator or the like A coordinate input area surface designated by the pointing tool or the like based on a plurality of derived angle information, having angle detecting means for detecting a direction pointed by the pointing tool or the like from a change in the amount of light detected by the coordinate information light receiving unit. While calculating the position coordinates at
The operation information light receiving unit is disposed in a collar member that limits the field of view of the operation information light receiving unit in a shape that covers the entire circumference or part of the periphery of the coordinate input area surface, and the operation unit is the indicator. A light-emitting unit that emits light including the operation information is disposed at a distance equal to or greater than the opening height of the flange member from the tip of the indicating unit, and the coordinates of the pointing tool are input to the operation information. An optical information input device including information indicating a contact state with an area surface or indication unit switch information.
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