JP2014048960A - 座標入力装置及びその制御方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、安価な構成で、既存のホワイトボードや会議室等の壁面を投影面とし、その投影面をタッチすることで、表示画面を制御することができる座標入力装置を提供する。
【解決手段】 少なくとも２つのセンサユニットの１つのセンサユニットの受光部において、他のセンサユニットの投光部から直接光を受光した場合の光量分布に基づいて、他のセンサユニットが位置する方向を示す角度情報を検出する。検出した角度情報に応じて、少なくとも２つのセンサユニットの相対的な位置関係を算出する。得られる位置関係と、少なくとも２つのセンサユニットが検出した遮光部分に基づいて、指示位置の相対座標値を算出する。表示領域における表示座標系での既知の複数の位置を指示することで検出される角度情報に応じて、算出される複数の位置のそれぞれの相対座標値を記憶する。記憶される相対座標値に基づき、算出された指示位置の相対座標値を表示座標系の座標値に変換する。
【選択図】 図１２

Description

本発明は、情報の入力や選択をするために指等の指示具によって座標入力面に入力された座標位置を光学的に検出する座標入力装置に関するものである。特に、着脱可能で、可搬性を有する座標入力装置に関するものである。

従来、この種の座標入力装置として、各種方式の座標入力装置（タッチパネルやデジタイザ）が提案、または製品化されている。例えば、特殊な器具等を用いずに、指で画面上をタッチすることで、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の端末の操作を簡単に行うことがきるタッチパネル等が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、または、超音波を用いたもの等、種々のものがある。光を用いたものとして、座標入力面外側に再帰性反射材を設け、投光部からの光を再帰反射材で反射し、その光量分布を受光部により検出する方式（光学遮光方式）が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。この方式は、座標入力領域内の指等で遮光された遮光部分（領域）の方向を検出し、遮光位置、つまり、座標入力位置の座標を決定する。

特許文献１の構成を一般化した例として、図１６の構成を示す。図１６は、座標入力面の両端に配置されたセンサユニット２Ｌ及び２Ｒと、座標を入力する際に使用する座標入力面である所の座標入力有効領域５が示される。そして、座標入力有効領域５の周囲３辺には、進入してきた光を進入してきた方向に再帰的に反射する再帰反射部４が設けられている。

センサユニット２Ｌ及び２Ｒは、投光部及び受光部（不図示）を有している。投光部は、座標入力有効領域５の入力面にほぼ平行に扇形に広がる光を投光し、受光部は、その光が再帰反射部４で再帰反射され、戻ってきた光を受光する。座標入力装置は、２つのセンサユニット２Ｌ及び２Ｒでそれぞれ検知された光の遮光方向（遮光角度θＬ及びθＲ）と当該センサユニット間の距離に基づいて、座標入力有効領域５に入力されたタッチ位置Ｐを算出することができる。

図中、センサユニット２Ｌ及び２Ｒの光軸方向を対称線として、センサユニット２Ｌ及び２Ｒの視野範囲が図示のように対称に設定される。レンズ光学系を使用する、この種の座標入力装置にあっては、光軸との成す角が増大すると、収差の影響により光学性能が劣化するのが常であり、軸対称な光学系を採用することでより高性能な装置を実現できる。

尚、図中３はセンサユニット２Ｌ及び２Ｒを制御し、また、取得したセンサユニット２Ｌ及び２Ｒの出力信号を処理、あるいはその処理結果を外部装置に出力する演算制御回路である。

特許文献２には、特許文献１で示される光学遮光方式の座標入力装置におけるセンサユニットの投光部及び受光部の具体的な構成の一例が示されている。

さらには、特許文献３には、各々のセンサユニットにおける投光部の点灯を制御する構成が開示されている。具体的には、特許文献３では、一方のセンサユニットの投光部から出射された光が他方のセンサユニットの受光部で外乱光として受光されることを防止するために、センサユニットの各投稿部からの光の出射が交互に行われる様に制御する。

さらには、特許文献４には、座標入力有効領域の対向する２辺に複数のセンサユニットを配置され、当該センサユニットが、再帰反射部材と座標入力面との隙間に設ける構成が開示されている。

この種の座標入力装置を表示装置と一体にすることによって、表示装置の表示画面をタッチすることで、表示状態を制御したり、あたかも紙と鉛筆の様な関係で、タッチ位置の軌跡を筆跡として表示したりすることが可能となる。

表示装置としては、液晶表示装置等の各種方式のフラットパネルディスプレイやフロントプロジェクターが知られている。フラットパネルディスプレイの場合には、座標入力装置を重ねて配置すれば、このような操作環境を実現でき、スマートフォン等の携帯機器はその代表例と言える。フラットパネルディスプレイの大型化に伴い、大型のタッチパネルと組み合わせて、例えば、デジタルサイネージと言った分野でもその導入が進んでいる。

大型の表示を可能とするフロントプロジェクターの場合には、その投影面であるスクリーンボード等に位置検出部を組み込み、そのスクリーンボードに画像を投影することになる。従って、座標入力装置の大きさは、タッチ操作面となるスクリーンボードの大きさに依存することになり、比較的大きな装置となる。そのため、スクリーンボードを移動するためのスタンドがスクリーンボードに装着される、あるいは、スクリーンボードを壁に固定的に据え付けて使用すると言うのが通例である。また、大きくなると共に販売価格が指数関数的に上昇し、大型の座標入力装置、あるいはそれを使ったアプリケーションの普及に、大きな妨げになっている。

図１６に示す光学遮光方式の座標入力装置の場合、センサユニット２、演算制御回路３、及び再帰反射部４が主要部品であり、それらがスクリーンボードに装着される。従って、装置が大型化しても主要部品の構成はそのままであり、大型化によるコストアップ要因はスクリーンボードの材料費が大半を占めることになる。

米国特許第４５０７５５７号明細書 特開２００４−２７２３５３号公報 特開２００１−４３０２１号公報 特許登録第４１１８６６４号公報

表示装置の表示画面をタッチすることで操作するユーザインタフェースは、直観的であり誰でもが使えると言うことで、今や携帯機器では一般化している。当然のことながら、より大きな表示画面を有する装置であっても、そのような操作ができることが望まれている。

大画面を使った具体的用途は、会議用途でのプレゼンテーションやホワイトボード機能として、教育現場におけるＩＣＴ化教育、デジタルサイネージと言った市場からの要望が大きい。それに応えるためには、その操作環境を実現するための導入コストを大幅に低下させる必要が有る。

現状の会議室や教育現場には、備品としてホワイトボードやフロントプロジェクターが既に導入されていること例が多い。本願発明は、ユーザが既に購入しているこれらの装置を有効に活用して、大画面でも低価格でタッチ操作可能な操作環境を提供できるようにすることを目的としている。

先にも述べた通り、光学遮光方式の座標入力装置の主要構成部品は、タッチ操作により光路が遮られた方向を検出する少なくとも２つのセンサユニット２、演算制御回路３、及び再帰反射部４である。これらの主要構成部品を所定の位置寸法関係で、例えば、ホワイトボードに装着できれば、ホワイトボードのタッチ位置を検知することが可能となる。スクリーンボードとして既存のホワイトボードを流用すれば、コストの大半を占めるスクリーンボード自体が必須構成要素から無くなる。従って、製品価格を大幅に抑えることができ、大型であっても安価にタッチ操作環境を提供することができる。

この光学遮光方式の座標入力装置の位置検出原理は、少なくとも２つのセンサユニットが出力するタッチ位置の遮光方向（＝角度）とそのセンサユニット間の距離情報に基づき幾何学的にタッチ位置を算出する。従って、高精度でタッチ位置を検出するためには、高精度でセンサユニットを位置決めして取り付けなければならない。更に望ましくは、その取り付けをユーザが簡単にできることが好ましい。

一方で、ユーザによるセンサユニットのラフな位置決めでの装着でも、高精度なタッチ位置検出が可能であれば、次のような使い勝手を実現することが可能となる。光学遮光方式の座標入力装置の主要構成部品のみを持ち運び、例えば、会議が行われる会議室に設置されているホワイトボードに簡単に短時間で装着して使用する。そして、会議終了と共に主要構成部品を取り外し持ち帰る、あるいは別の会議室に持って行ってそこで使用する。要は、着脱、可搬できることにより、『誰でも』が『何時でも』、『何処でも』、『簡単に』操作できるようになる。また、それらを実現するための製品そのものの構成部品点数も、より少ないのが好ましい。さらには、可搬を想定して小型、軽量であることが望まれる。

この主要構成部品を装着、取り外し可能な構成とするために、例えば、マグネットを用いることで、例えば、既に購入されているホワイトボードに装着可能となる。そして、ホワイトボードを投影面とすることで、入出力一体型のタッチ操作環境が提供される。一般にホワイトボードは種々のサイズのものが市販されており、当然のことながらより大きなホワイトボードを使用すれば、より大きな表示画面に投影することができる。従って、会議室に設置されている大小様々なホワイトボードの大きさに応じて、この主要構成部品の設置が可能であり、かつ高精度にタッチ位置を検出できることが好ましい。

従来の光学式の座標入力装置は、少なくとも２個の角度検出センサが出力した角度情報と、当該２個の角度検出センサ間の距離に基づき、三角測量の原理に従ってタッチ位置を検出する方式である。従って、座標入力装置として使用するためには、当該２個の角度検出センサ間の距離が既知であることが前提となる。

しかしながら、例えば、投影面となるユーザが所有しているホワイトボードの大きさはまちまちであり、その大きさに応じた表示画像が投影されることになる。図１６に示す様に、表示領域の角部近傍に２個の角度検出センサを配置することになるが、その設置を可能とする領域もホワイトボード上に確保することが必要となる。

従って、ユーザが所有するホワイトボード、あるいは投影面の形状や大きさに応じて、角度検出センサ間の距離を適宜変更できることが好ましい。そこで、タッチ位置を検出するためには、ユーザの設置によるセンサ間の距離を何らかの方法で計測する必要があり、そのための距離計測センサ等を具備する必要が有る。その結果、コストアップを避けることができないと言う課題を有する。

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、安価な構成で、既存のホワイトボードや会議室等の壁面を投影面とし、その投影面をタッチすることで、表示画面を制御することができる座標入力装置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、
座標入力有効領域に対する指示位置を検出する座標入力装置であって、
光を再帰的に反射する再帰反射手段と、
前記座標入力有効領域に向けて投光する投光手段と到来光を受光する受光手段とを備え、前記受光手段によって検出される光量分布から、遮光部分を検出する、少なくとも２つのセンサユニットと、
前記少なくとも２つのセンサユニットの１つのセンサユニットの受光部において、他のセンサユニットの投光部から直接光を受光した場合の光量分布に基づいて、前記他のセンサユニットが位置する方向を示す角度情報を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した角度情報に応じて、前記少なくとも２つのセンサユニットの相対的な位置関係を算出する算出手段と、
前記算出手段によって得られる位置関係と、前記少なくとも２つのセンサユニットが検出した前記遮光部分に基づいて、前記指示位置の相対座標値を算出する相対座標算出手段と、
表示領域における表示座標系での既知の複数の位置を指示することで前記検出手段によって検出される角度情報に応じて、前記相対座標算出手段で算出される前記複数の位置のそれぞれの相対座標値を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶される相対座標値に基づき、前記相対座標算出手段で算出された前記指示位置の相対座標値を前記表示座標系の座標値に変換する変換手段と
を備える。

以上の構成からなる本発明によれば、安価な構成で、既存のホワイトボードや会議室等の壁面を投影面とし、その投影面をタッチすることで、表示画面を制御することができる座標入力装置を提供できる。

実施形態１の座標入力装置の概略構成図である。 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。 実施形態１の投光部と受光部の視野範囲を説明するための図である。 実施形態１のセンサバーの概略構成を示す図である。 実施形態１の演算制御回路の第１の検出モードの動作を説明するための図である。 実施形態１の検出信号波形の処理を説明する図である。 実施形態１の座標算出を説明する図である。 実施形態１の相対座標系と表示座標系を説明するための図である。 実施形態１の演算制御回路の第２の検出モードの動作を説明するための図である。 実施形態１のセンサユニットの相対的な位置関係の算出を説明するための図である。 実施形態１のセンサユニットの相対的な位置関係の算出を説明するための図である。 実施形態１の初期設定処理を示すフローチャートである。 実施形態１の通常動作及びキャリブレーションの処理を示すフローチャートである。 実施形態１のセンサユニットの相対的な位置関係の算出を説明するための図である。 実施形態２の座標入力装置の概略構成図である。 実施形態４の座標算出処理を説明するための図である。 従来の光学式座標入力装置の基本構成を説明するための図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。尚、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。

＜実施形態１＞
実施形態１の座標入力装置の概略構成を、図１を用いて説明する。

図中、１Ｌは少なくとも２個の角度検出センサ部であるところのセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２（第１のセンサユニット及び第２のセンサユニット）を装備する筺体であるところのセンサバーである。また、１Ｒは、２−Ｒ１及び２−Ｒ２（第３のセンサユニット及び第４のセンサユニット）を装備する筺体であるところのセンサバーである。

各々のセンサバー１Ｌ及び１Ｒ（総称する場合は、センサバー１と表記）は、図示のように矩形状の座標入力有効領域５の対向する２辺に設けられる。表示装置が仮にフロントプロジェクターとすれば、表示領域は座標入力有効領域５の範囲内に設定され、例えば、平面状のホワイトボード６に投影される。無論、ホワイトボード６に限定されるものではなく、壁面等であっても良い。

センサバー１Ｌ及び１Ｒの側面にはそれぞれ、図示のように再帰反射部４Ｌ及び４Ｒ（総称する場合は、再帰反射部４と表記）が装着されている。そして、再帰反射部４Ｌ及び４Ｒはそれぞれ、対向する辺に設けられたセンサバー１Ｌあるいは１Ｒのセンサユニットが投光した赤外光を再帰的に反射できるように構成してある。

センサバー１Ｌにはセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２が内蔵され、センサバー１Ｒにはセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２が内蔵されている。センサバー１Ｌに内蔵される演算制御回路３Ｌはセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２を制御して、その出力結果を演算処理すると共に、センサバー１Ｒの演算制御回路３Ｒを制御する。センサバー１Ｒの演算制御回路３Ｒは、センサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２を制御して、その出力結果を演算処理して、センサバー１Ｌの演算制御回路３Ｌにその結果を送信する。そして、センサバー１Ｌの演算制御回路３Ｌは、４つのセンサユニット２−Ｌ１、２−Ｌ２、２−Ｒ１及び２−Ｒ２からの出力結果を処理して、タッチ位置を算出し、パーソナルコンピュータ等の外部機器へ結果を出力する。

図１では、センサバー１Ｌの演算制御回路３Ｌとセンサバー１Ｒの演算制御回路３Ｒとはコードで接続される構成（つまり、有線接続）となっているが、これに限定されない。例えば、無線等の通信機能を互いに搭載して、それらの通信機能を使用してデータの送受信（無線接続）を行っても良い。

尚、以後の説明にあっては、水平方向をＸ軸（図面右側が＋）、天地方向をＹ軸（下側が＋）として説明する。

図２はセンサユニット２−Ｌ１、２−Ｌ２、２−Ｒ１及び２−Ｒ２（総称する場合は、センサユニット２と表記する）の詳細構成を示す図である。図２（Ａ）は図１における断面Ａ−Ａであり、図２（Ｂ）及び（Ｃ）は図中の矢印方向から見た正面図である。

図２（Ａ）において、センサユニット２は、センサバー１に収納されており、座標入力有効領域５に向けて光を投稿する投光部３０及び到来光を受光する受光部４０で構成される。投光部３０と受光部４０の距離はＬ＿ｐｄであり、その間に再帰反射部４が図示のように設けられている。４５は光透過性の部材であって、センサバー１内へのゴミ等の異物の侵入を防止するための保護部材である。

図２（Ｂ）において、投光部３０は、発光部である赤外ＬＥＤ３１、投光レンズ３２、両者を固定するための接着層３３で構成される。投光レンズ３２は、赤外ＬＥＤ３１の光を、座標入力面となるホワイトボード６と略平行な光束となるように構成する。そして、対向する辺に設けられたセンサバー１の再帰反射部４の全領域を照明するように、投光範囲がｇ〜ｈ範囲であって、頂点が点Ｏの位置（センサユニット２の重心位置）の扇状の光束を出射する。この時、投光部３０の光軸はｆ方向に設定されることになるが、その理由は後述する。

図２（Ｃ）において、受光部４０は、投光部３０が投光した光が、対向する辺に設けられたセンサバー１に装着されている再帰反射部４によって再帰反射された光を検出する。４１は光電変換素子であるところのラインＣＣＤ、４２は受光レンズ、４３は視野絞り、４４は赤外線通過フィルターである。また、保護部材４５に赤外通過フィルター機能を設けることで、赤外線通過フィルター４４を廃止してもかまわない。

受光部４０の光軸はＸ軸方向に設定される。視野範囲はｇ〜ｈ範囲であり、点Ｏの位置が光学的な中心位置となっている。また、受光部４０は、図示のように光軸に対して非対称な光学系となっている。点Ｏの位置、及び方向ｇ、方向ｈが略一致するように、投光部３０と受光部４０は、図２（Ａ）のように重ねて配置される。また、受光部４０は、入射する光の方向に応じて、ラインＣＣＤ４１の画素に集光されるので、ラインＣＣＤ４１の画素番号は入射する光の角度情報を表す。

また、受光部４０は、座標入力有効領域５の座標入力面と略平行な視野範囲を有し、その光軸方向は、ラインＣＣＤ４１の受光面の法線方向と一致するように配置されている。

図３（Ａ）は座標入力装置の概略と投光部３０及び受光部４０の光学系の配置を示す図である。センサバー１Ｌの投光部３０より対向する辺に設けられたセンサバー１Ｒに設けられた再帰反射部４Ｒに向けて照明される範囲はｇ〜ｈ範囲である。そして、実際に再帰反射部４Ｒが装着されている範囲ｊ〜ｆの方向の光が再帰反射され、受光部４０で検出される。

図２（Ａ）で模式的に示す投光部３０で投光した光の光束は完全には平行とはならず、投光距離が延びるに従って、その光束幅は広くなる。従って、再帰反射部４Ｒで再帰反射される光の量は、再帰反射部４Ｒに到達する距離が長くなれば減少する。従って、投光地点Ｏから再帰反射部４Ｒまでの距離が近い方向ｊに比べて距離の遠い方向ｆは再帰反射効率が悪い。

更には、再帰反射部４Ｒは再帰反射面に垂直方向から入射した場合より、その角度が斜めになるに従って、再帰反射効率が低下する。言い換えれば、再帰反射部４Ｒに入射する光が再帰反射光として再帰反射する割合は、入射角に依存しており、方向ｆは最もその再帰反射効率が低下する方向と言える。

更には、受光部４０の光軸は方向Ｘに設定されており、方向ｆが最も光軸となす角度が大きな方向となっている。一般的な光学レンズのレンズ特性は、光軸となす角度が大きくなるに従って性能が劣化することが知られており、例えば、方向ｆでの集光効率の低下により、その方向が最も暗くなる方向と言える。

以上より、仮に投光部３０が方向によらず一定の強度で照明することができたとしても、方向ｊから帰ってくる再帰反射光に比べて、方向ｊから方向ｆに向かうに従って、受光部４０で検出できる再帰反射光は弱くなる（図３（Ｂ）参照）。

一方で、赤外ＬＥＤ３１は光軸方向に光の放射強度が最大となるように構成されるのが一般的である。そして、光軸からのなす角度が大きくなるに従って放射強度は低下することになるが、その度合いを、光軸方向の照明強度の半分となる角度『半値角』で定義することが通常である（図３（Ｃ）参照）。

そこで、再帰反射光レベルが最も弱い方向ｆに投光部３０の光軸を向けることで、方向ｆの照明強度を増大させ、相対的に方向ｆから方向ｊに向かうに従って、照明強度を低下させている。その結果、方向ｊから方向ｆまでの間、検出できる再帰反射光の強度を均一化できるようになる（図３（Ｄ）参照）ので、方向によらずより安定した信号が得られるようになる。

尚、実施形態１では、赤外ＬＥＤ３１の放射強度分布を基に投光部３０の光軸を再帰反射光レベルが最も弱い方向ｆに向ける構成を示しているが、投光部３０の受光部４０に対する傾斜角はこれに限られるものではない。例えば、投光レンズ３２自体の光軸が非対称となる光学系を搭載する場合には、その光量分布も、図３（ｃ）の放射強度分布も非対称性を有する。この場合、その非対称性を有する分布が最大となる方向と方向ｆとが一致するように、投光部３０の受光部４０に対する傾斜角を設定しても良い。

図４を用いて、センサバー１Ｌの構成の詳細を説明する。尚、図４では、センサバー１Ｌに着目して説明するが、センサバー１Ｒも同様の構成を有する。

上述のように、２本のセンサバー１Ｌ及び１Ｒを、例えば、平面状のホワイトボードや壁面に装着し、そのホワイトボードや壁面に投影されている表示画面を直接タッチして操作できるようにすることが本装置の狙いでもある。表示画面の大きさは、ホワイトボードの大きさや、壁面の大きさに応じてユーザが適宜設定するものであり、固定値では無い。更には、市販されているホワイトボードには種々のサイズのものが有り、投影画面のスクリーンとして大画面を投影できる標準サイズとしては、縦横寸法９００×１２００ｍｍ、９００×１８００ｍｍ、１２００×１８００ｍｍがある。

しかしながら、この寸法はホワイトボードとして有効に使える範囲を定義しているのではなく、ホワイトボード６の４辺周囲部の筺体枠を含んだ寸法であることが多い。従って、実際に使える平面領域はそれより小さく、その大きさも製造メーカによってまちまちとなっている現状が有る。

そこで、実施形態１の座標入力装置は、センサバー１に伸縮機構（２つのセンサユニットの重心を結ぶ線分方向に伸縮する伸縮部）を設けている。これにより、センサバー１の長さを、言い換えればセンサバー１に内蔵される２つのセンサユニット２のセンサユニット間の距離（及び再帰反射部４の長さ）を可変にできるように構成している。実際には、例えば、縦寸法９００〜１２００ｍｍのホワイトボードの平面部分の大きさ８２０ｍｍから１２００ｍｍに装着できるように、センサバー１の外形長さが８２０ｍｍから１２００ｍｍまで可変できる構成（位置変更部）とする。

尚、図１では、ホワイトボードの左右２箇所にセンサバーを装着するものとして、ホワイトボードの縦寸法を基準にして伸縮量を設定しているが、これに限定されるものではない。例えば、ホワイトボードの左右でなく、上下２箇所に装着することを想定する場合には、センサバー１を伸ばした時の最大寸法はより長く設定することになる。さらには、壁面等により大きな画面を投影した場合でも使えるようにすることを想定する場合には、想定する最大表示画面の大きさに応じて、センサバーの伸縮量を設定することになる。

また、実施形態１において、ホワイトボードへセンサバーを装着することを前提とすると、センサバーを左右に装着することが、上下に装着することよりもより優位と考えられる。

第１の理由は、表示装置のアスペクト比とホワイトボードのアスペクト比を考慮すると、ホワイトボード上に可能な限り表示領域を最大に設定した場合に、ホワイトボードの左右領域に空白部分（表示されない領域）ができる。従って、その空白部分にセンサバー１を設置すれば、そのことによって、表示画像を小さくしなければならないと言った障害が発生することがない。言い換えれば、より大きな画面を使うことができる操作環境を提供することが可能になる。

第２の理由は、表示画面のアスペクト比は、例えば、１６：９等の横長であることが通例である。表示画面と等しい領域をタッチ操作可能とするためには、実施形態１のセンサユニットを、表示画面の角部に設ける必要がある。従って、表示画面の左右にセンサバー１を設けることで、上下にセンサバー１を設ける場合より、そのセンサバー１の長さを抑えることが可能となる。

実施形態１の座標入力装置は、ユーザが所望する会議室等に持ち運んで、既に会議室に設置されているホワイトボードや、会議室の壁面を使って、直ぐに使えることを狙いの一つとしている。従って、センサバー１の大きさや重量は、より小さく、より軽いことが好適であり、センサバー１の長さを抑制することができる左右に装着する仕様がより好ましい形態である。

第３の理由は、左右装着仕様とすることで、設置が容易となる点である。言い換えれば、上下装着仕様の場合、表示画面が大きくなれば上側にセンサバー１を装着する際に脚立等を用意した上での高所作業が発生してしまう。従って、上下に装着する仕様は、表示サイズによっては設置容易性に欠ける場合がある。

図４（Ａ）は、センサバー１の概略構成を示しており、センサバー１は、上側筺体５１、及び下側筺体５２で構成される。５３は外側パイプ、５４は内側パイプで有り、外側パイプ５３の内径と内側パイプ５４の外形が略勘合の関係にある。外側パイプ５３は上側筺体５１に固定され、内側パイプ５４は下側筺体５２に固定される。上側筺体５１と下側筺体５２とでセンサバー１の長さを伸縮させようとすると、外側パイプ５３と内側パイプ５４が勘合関係を維持した状態でスライドする（図４（Ｂ）参照）。実施形態１にあっては、これらのパイプを金属製とすることで、伸縮動作時のセンサバー１の伸縮方向や機械的強度を得ている。金属製パイプの一端は絞り加工が施され、押しつぶされた状態となり、その部分で筺体に機械的に結合されると共に、センサユニット２が装着される。

実施形態１にあっては、センサバー１の伸縮方向に対して直角な方向にセンサユニット２の受光部４０の光軸が配置されている。先に説明したとおり、受光部４０の視野範囲は光軸に対して非対称に設けられている。このように構成することで、センサバー１の筺体を細く構成することが可能となる。この理由として、ラインＣＣＤ４１、及び、ラインＣＣＤ４１が実装される実装面となる回路基板（不図示）の長手方向が、センサバー１の長手方向と一致し、首尾よく配置されることによる。また、光電変換素子であるラインＣＣＤ４１を実装する回路基板の実装面が、座標入力有効領域５に対して略垂直となるように構成されている。

図４（Ｃ）は、従来技術であるところの軸対称な光学系を採用している投光部の例である。受光部４０に必要な視野範囲を確保するために、センサバーのスライド方向に対して、受光部４０の光学系の光軸は傾いた状態にならざるを得ない。その結果、その光学系を収納するセンサバー１の幅Ｌｗが、実施形態１のセンサバー１の幅より大きくなってしまう。このことは、筺体がより大きくなることで重量増につながり、可搬性を低下させるだけではなく、センサバーを装着するために必要な面積がより大きくなることを意味する。よって、ホワイトボード等に装着する場合には、表示装置の投影面積が小さくなってしまう。

図４（Ｃ）において、軸対称な光学系を用いて、かつセンサバー１のスライド方向に垂直な方向に受光部４０の光学系を設定し、光学系で光線を折り曲げて必要な視野範囲を確保する場合を考える。当然のことながら、光路上にミラー等の新たな光学素子を設けることになり、センサユニット２がより大きくなることは避けられない。つまり、そのような構成としても、実施形態１の非軸対称な光学系を用いる場合より、センサバー１の幅Ｌｗは大きくなる。

更には、十分に大きな視野範囲を有する受光部４０の光学系（例えば、光軸を中心として±５０°の視野範囲を採用した場合を考える。図３（Ａ）に於いて、受光光学系の視野範囲は方向ｈから方向ｍの範囲であり、光軸方向Ｘに対して、角度Ｘｏｈ＝角度Ｘｏｍ＝５０°の関係となる。実施形態１の座標入力装置が必要とする視野範囲は、対向する辺に設けられた再帰反射部４の全域をカバーする範囲（方向ｆから方向ｊの範囲）のみである。従って、片側略半分の視野範囲（方向ｊから方向ｍの範囲）は無効な領域となる。従って、このような場合であっても、受光部４０の有効な視野範囲は、実質的に非対称な光学系を採用している構成した場合の視野範囲と同等と言える。

図５（Ａ）は演算制御回路３のブロック図である。実施形態１におけるセンサバー１Ｌの演算制御回路３Ｌとセンサバー１Ｒの演算制御回路３Ｒは、外部へのインタフェース仕様を除き、いずれも同様の回路構成であり、接続される対応するセンサユニット２の制御、演算を行う。図５（Ａ）は、特に、センサバー１Ｌの演算制御回路３Ｌの構成を示している。

センサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２のラインＣＣＤ４１用のＣＣＤ制御信号は、ワンチップマイコン等で構成されるＣＰＵ６１から出力され、ラインＣＣＤ４１のシャッタータイミングやデータの出力制御等を行う。ＣＣＤ用のクロックはクロック発生回路ＣＬＫ６２から各センサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２に送信されるとともに、ラインＣＣＤ４１との同期をとって各種制御を行うためにＣＰＵ６１にも入力されている。尚、センサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２の赤外ＬＥＤ３１を駆動するＬＥＤ駆動信号は、ＣＰＵ６１から供給される。

センサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２それぞれのラインＣＣＤ４１からの検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ６３に入力され、ＣＰＵ６１からの制御によって、デジタル値に変換される。変換されたデジタル値はメモリ６４に記憶され、角度計算に用いられる。そして、計算された角度情報から幾何学的なタッチ位置を算出し、外部ＰＣ等の情報処理装置にインタフェース６８（例えば、ＵＳＢインタフェース）を介して出力される。

先に示した通り、各センサバー１の演算制御回路３は、各々２つのセンサユニット２を制御している。仮に、センサバー１Ｌの演算制御回路３Ｌがメイン機能を果たすものとすれば、ＣＰＵ６１はシリアル通信部６７を介して、センサバー１Ｒの演算制御回路３Ｒに制御信号を送信して、回路間の同期を行う。そして、演算制御回路３Ｒから、必要なデータの取得を行うことになる。

演算制御回路３Ｌ及び３Ｒ間の動作は、マスター・スレーブ制御にて動作する。実施形態１の場合、演算制御回路３Ｌがマスターで、演算制御回路３Ｒがスレーブである。尚、各演算制御回路は、マスター・スレーブのどちらにもなりうるが、ディップスイッチ（不図示）等の切替部で、ＣＰＵのポートに切替信号を入力することで、マスター・スレーブの切替が可能となっている。

マスターであるセンサバー１Ｌの演算制御回路３Ｌからは、対向する辺に設けられたセンサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２のデータを取得するために、制御信号がスレーブの演算制御回路３Ｒにシリアル通信部６７を介して送信される。そして、センサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２で得られた角度情報が算出され、シリアル通信部６７を介してマスター側の演算制御回路３Ｌに送信される。

尚、インタフェース６８は、実施形態１の場合、マスター側の演算制御回路３Ｌに実装されることになる。また、６６は、指示具として、赤外線を発光する専用ペン（不図示）を使用した時の赤外線受光部である。６５は専用ペンからの信号をデコードするためのサブＣＰＵである。専用ペンは、ペン先が入力面を押圧したことを検知するスイッチや、ペン筺体サイド部に種々のスイッチを有する。それらのスイッチの状態やペンの識別情報を専用ペンに設けられた赤外線発光部で送信することにより、専用ペンの操作状態を検知することが可能となる。

図５（Ｂ）はセンサユニット２を動作させるためにマスター側の演算制御回路３ＬのＣＰＵ６１が出力する制御信号、及びセンサユニット２の動作を示すタイミングチャートである。

７１、７２、７３がラインＣＣＤ４１制御用の制御信号であり、ＳＨ信号７１の間隔でラインＣＣＤ４１のシャッター開放時間が決定される。ＩＣＧＬ信号７２はセンサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２へのゲート信号であり、ラインＣＣＤ４１内部の光電変換部の電荷を読出部へ転送する信号である。

ＣＣＤＬ信号７４は、センサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２のラインＣＣＤ４１のシャッター開放時間を示す信号である。ＩＣＧＲ信号７３は、対向するセンサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２へのゲート信号であり、シリアル通信部６７を介してセンサバー１Ｒの演算制御回路３Ｒに送信される。そして、演算制御回路３ＲがラインＣＣＤ４１内部の光電変換部の電荷を読出部へ転送する信号を生成する。ＣＣＤＲ信号７５は、センサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２のラインＣＣＤ４１のシャッター開放時間を示す信号である。

ＬＥＤＬ信号７６及びＬＥＤＲ信号７７は、各センサユニット２の赤外ＬＥＤ３１の駆動信号である。ＳＨ信号７１の最初の周期でセンサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２の赤外ＬＥＤ３１を点灯するために、ＬＥＤＬ信号７６が各々のＬＥＤ駆動回路（不図示）を経て赤外ＬＥＤ３１に供給される。

そして、ＳＨ信号７１の次の周期で、対向する辺に設けられたセンサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２の赤外ＬＥＤ３１を点灯するために、ＬＥＤＲ信号７７がシリアル通信部６７を介して演算制御回路３Ｒに送信される。そして、演算制御回路３Ｒが各々のＬＥＤ駆動回路に供給するための信号を生成する。

赤外ＬＥＤ３１の駆動、及びラインＣＣＤ４１のシャッター開放が終了した後に、ラインＣＣＤ４１の信号がセンサユニット２から読み出され、後述する方法で角度情報を算出する。そして、スレーブ側の演算制御回路３Ｒの演算結果はマスター側の演算制御回路３Ｌに送信される。

以上のように動作させることで、センサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２と対向するセンサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２とは、異なるタイミングで動作するようになる。このように構成することで、対向する辺に設けられたセンサユニットの赤外光を検出することなく、センサユニット自身が発光した再帰反射光のみを検出できる。

図６を用いて、センサバー１のセンサユニット２から出力される信号について説明する。先ず、センサユニット２の投光部３０の発光が無い状態である場合の受光部４０の出力は図６（Ａ）となり、発光が有る場合の受光部４０の出力は図６（Ｂ）となる。図６（Ｂ）において、レベルＡが検出した光量の最大レベルであり、レベルＢが光を全く検出（受光）できてないレベルと言える。

センサユニット２が発光した赤外線は、対向する辺に設けられた再帰反射部４で再帰反射され、自身のセンサユニット２で検出される。従って、光出力が得られ始める画素番号Ｎｊの方向は図３における方向ｊであり、同様に、画素番号Ｎｆの方向は図３における方向ｆということになる。画素番号Ｎｊから画素番号Ｎｆまでの光量は、表示画面の大きさやそのアスペクト比、それに対応したセンサバー１の配置状態（特に、２つのセンサバー１間の距離）や伸縮状態等によって変化する。

実施形態１の座標入力装置は、最適な光量レベルが得られるように、ＳＨ信号を制御することによって、ラインＣＣＤ４１のシャッター開放時間、及び赤外ＬＥＤ３１の露光時間を調整する。センサユニット２から得られる光量が多ければ時間を短くし、逆に少なければ時間を長く設定することができる。さらには、検出光量レベルに応じて、赤外ＬＥＤ３１に流す電流を調整しても良い。このように出力信号を監視することで、最適な光量が得られるように構成されている。このような調整を、レベル変動が有った場合に適宜行う仕様としても良い。もしくは、センサバー１が設置され、その状態が保持されている間は、安定した一定の信号が得られるはずであるので、このような光量の調整は、設置が完了した電源投入時に行えばよい。

再び、図６に戻り、座標入力有効領域５の入力面をタッチすることで光路を遮ると、図６（Ｃ）のように、例えば、画素番号Ｎｃで光量が検出できなくなる。実施形態１では、この図６（Ａ）〜（Ｃ）の信号を用いて、タッチした方向、言い換えると、角度を算出する。

まず、システムの起動時、システムのリセット時、あるいは自動的に、基準データを取得する。以降、一つのセンサユニット２のデータ処理について説明するが、他のセンサユニットでも同様の処理を行っている。

電源投入時、操作者によるタッチ操作が行われてない状態で、投光部３０の照明無しの状態でラインＣＣＤ４１の出力をＡ／Ｄコンバータ６３によりＡ／Ｄ変換して、この値をＢａｓｅ＿Ｄａｔａ［Ｎ］としてメモリ６４に記憶する。これは、ラインＣＣＤ４１のバイアスのばらつき等を含んだデータとなり、図６（Ａ）のレベルＢ付近のデータとなる。ここで、［Ｎ］はラインＣＣＤ４１のＣＣＤ画素番号であり、有効な入力範囲に対応する画素番号が用いられる。

同様に、操作者によるタッチ操作が行われてない状態で、投光部３０から投光した状態での光量分布を取得して記憶する。これは、図６（Ｂ）の実線で表されたデータであり、Ｒｅｆ＿Ｄａｔａ［Ｎ］としてメモリ６４に記憶する。これにより、初期データとして２種類のデータの記憶を管理する。

その後、サンプリングを開始することになるが、タッチ操作が行われてなければ、図６（Ｂ）に示すデータは、タッチ操作が行われると、そのタッチ位置に応じて遮光部分Ｃが検出された図６（Ｃ）に示すデータが検出される。この投光部３０の照明有りの状態で得られるサンプルデータをＮｏｒｍ＿Ｄａｔａ［Ｎ］と定義する。

これらのデータ（メモリ６４に記憶されているＢａｓｅ＿Ｄａｔａ［Ｎ］とＲｅｆ＿Ｄａｔａ［Ｎ］）を用いて、まずは、指示具の入力の有無、遮光部分の有無の判定を行う。まず、遮光部分を特定するために、データの変化の絶対量を各々の画素において算出し、予め設定してある閾値Ｖｔｈａと比較する。

Norm_Data0[N] = Norm_Data[N] - Ref_Data[N] （１）
ここで、Norm_Data0[N]は、各画素における絶対変化量であり、閾値比較により、ノイズ等による誤判定を防止し、所定量の確実な変化を検出する。そして、閾値を超えるデータが、例えば、所定数以上の連続した画素で発生した場合に、タッチ操作が有ると判定する。この処理は、差を取り比較するだけなので、短時間での演算が可能であり、入力の有無判定を高速に行うことができる。

次に、より高精度に検出するために、画素データの変化の比を計算して入力点の決定を（２）式を用いて行う。

Norm_DataR[N] = Norm_Data0[N] / (Base_Data[N] - Ref_Data[N]) （２）
この画素データ（光量分布）に対して、別途設定される閾値Ｖｔｈｒを適用する。そして、その閾値Ｖｔｈｒを横切る点に対応する、光量分布中の遮光部分に対応する光量変動領域の立ち上がり部と立ち下がり部の画素番号から、両者の中央を指示具による入力に対応する画素とすることで、角度を算出する。

図６（Ｄ）は変化の比の計算を終了後の検出結果の例である。今、閾値Ｖｔｈｒで検出すると、遮光部分の立ち上がり部分は、Ｎｓ番目の画素でレベルＬｓとなり閾値Ｖｔｈｒを超えたとする。さらに、Ｎｔ番目の画素でレベルＬｔとなり閾値Ｖｔｈｒを下まわったとする。

この時、出力すべきラインＣＣＤ４１の画素番号Ｎｐを、立ち上がり部と立ち下がり部の画素番号の中央値として式（３）のように計算しても良いが、そうすると、ラインＣＣＤ４１の画素間隔が出力画素番号の分解能になる。

Np = Ns + (Nt - Ns) / 2 （３）
そこで、より高分解能に検出するために、それぞれの画素のデータレベルとその一つ前の隣接画素のデータレベルを用い、閾値Ｖｔｈｒを横切る仮想の画素番号を計算する。

画素ＮｓのレベルをＬｓ、画素Ｎｓ−１番のレベルをＬｓ−１、そして、画素ＮｔのレベルをＬｔ、画素Ｎｔ−１のレベルをＬｔ−１とすると、それぞれの仮想画素番号Ｎｓｖ、Ｎｔｖは、
Nsv = Ns-1 + ( Vthr - Ls-1 ) / ( Ls -LS-1 ) （４）
Ntv = Nt-1 + ( Vthr - Lt-1 ) / ( Lt -Lt-1 ) （５）
と計算できる。この計算式によれば、出力レベルに応じた仮想画素番号、つまり、ラインＣＣＤ４１の画素番号よりも細かい画素番号を取得できる。そして、これらの仮想画素番号Ｎｓｖ、Ｎｔｖの仮想中心画素Ｎｐｖは、式（６）で決定される。

Npv = Nsv + ( Ntv - Nsv ) / 2 （６）
このように、閾値Ｖｔｈｒを越えるデータレベルの画素の画素番号とその隣接する画素番号と、それらのデータレベルから、所定レベルの閾値Ｖｔｈｒを横切る仮想的な仮想画素番号を計算することで、より分解能の高い検出を実現できる。

このように得られた中心画素番号から、実際の指示具の座標値を計算するためには、この中心画素番号を角度情報に変換する必要がある。

後述する実際の座標計算では、角度そのものよりもその角度における正接（ｔａｎｇｅｎｔ）の値を計算するほうが都合がよい。尚、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。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、次数等は計算能力及び精度スペック等を鑑みて決定すればよい。

ここで、５次多項式を用いる場合の例を示すと、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、出荷時等にこの係数データを不揮発性メモリ等のメモリに記憶しておけばよい。今、５次多項式の係数をＬ５、Ｌ４、Ｌ３、Ｌ２、Ｌ１、Ｌ０としたとき、ｔａｎθは
tanθ=((((L5*Npr+L4)*Npr+L3)*Npr+L2)*Npr+L1)*Npr+L0 （７）
であらわすことができる。同様なことを、各々のセンサユニットに対して行えば、それぞれの角度データを決定できる。もちろん、上記例では、ｔａｎθを計算しているが、角度データそのものを計算し、その後、ｔａｎθを計算しても構わない。

図７は、画面座標との位置関係を示す図である。センサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１の視野範囲は方向ｊから方向ｆの範囲であり、角度の正負を図示のように設定する。そして、センサユニット２−Ｌ１の光軸はＸ軸方向であり、その方向を角度０°と定義する。同様に、センサユニット２−Ｌ２の視野範囲は方向ｆから方向ｊの範囲であり、角度の正負を図示のように設定し、及び、センサユニット２−Ｌ２の光軸の方向を角度０°と定義する。そして、センサユニット２−Ｌ１の光軸中心とセンサユニット２−Ｌ２の光軸中心を結ぶ線分をＹ軸と定義すれば、各センサユニットの光軸はその線分の法線方向となる。また、センサユニット２−Ｌ１の光軸中心とセンサユニット２−Ｌ２の光軸中心との距離をｄｈと定義する。

今、点Ｐの位置でタッチ操作が行われた場合を想定する。

センサユニット２−Ｌ１で算出される角度はθＬ１であり、センサユニット２−Ｌ２で算出される角度はθＬ２である。この２つの角度情報と距離ｄｈを用いて、幾何学的にタッチ位置Ｐの座標を算出することが可能となる。

ｘ＝dh・tan(π/2-θL2)・tan(π/2-θL1)/(tan(π/2-θL2)+tan(π/2-θL1)) （８）
ｙ＝dh・tan(π/2-θL2)/(tan(π/2-θL2)+tan(π/2-θL1)) （９）
また、一方のセンサユニットの出力がθL１＝０、もしくはθL２＝０の場合であっても、他方のセンサユニットが出力する角度情報に基づき、幾何学的に容易にタッチ位置を算出することが可能である。

以上の説明にあっては、２つのセンサユニット間の距離ｄｈが既知であることを前提に説明しているが、センサバーの伸縮によって距離ｄｈが可変し、たとえ距離ｄｈが未知な場合であっても位置検出可能とすることが特徴となる。説明を簡略化するために、距離ｄｈは既知として説明するが、未知であっても位置検出可能な構成については、後述する事とする。

ここで、センサユニット２−Ｌ１及びセンサユニット２−Ｌ２の視野範囲から、タッチ位置Ｐが図７（Ｂ）のハッチング部の範囲に有る場合のみ、そのタッチ位置を算出することが可能である。タッチ位置がその範囲に無い場合には、図７（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）に示す様に、演算に用いるセンサユニットの組み合わせを変更することで、座標入力有効領域５全域のタッチ位置を検出できるようになる。従って、各センサユニット２が検出した遮光方向の有無、及び遮光方向に基づき、座標算出に必要なセンサユニットを選択して、タッチ位置を算出する。そして、選択したセンサユニット２の組み合わせに応じて、式（８）、式（９）のパラメータを変更して、座標変換を行えばよい。

尚、図７（Ｆ）に示すように、センサユニット選択の境界領域近傍にタッチ位置Ｐが存在すると、この場合は、図７（Ｂ）もしくは図７（Ｃ）の状態のセンサユニットの組み合わせで、そのタッチ位置を算出できる。具体的な構成として、例えば、センサユニット２−Ｌ２の視野範囲と、センサユニット２−Ｒ１の視野範囲は、座標入力有効領域５の対角線方向で重複するように構成される。そして、重複した領域でタッチした場合には、複数通りのセンサユニットの組み合わせで座標算出が可能となる。その場合にあっては、両者の組み合わせで算出した座標値の平均値を確定座標として出力しても良い。

さて、このように算出された座標値は、実施形態１の座標入力装置が持つ第１の座標系（以後、座標入力装置の相対座標系と称す）の値であって、位置算出が可能な有効領域は図３における座標入力有効領域５である。そして、この座標入力有効領域５の範囲内にディスプレイの表示面を設けることになる。ディスプレイが仮にフロントプロジェクターとすると、図８に示すように、投影画像である表示領域８が座標入力有効領域５内に設定されることになる。図８では、ｄ１を原点としてｄｘ軸、ｄｙ軸からなる表示座標系である第２の座標系（以後、表示座標系と称す）からなる。表示されている画像を直接タッチすることで、アイコン等のタップ操作を行うためには、相対座標系と表示座標系の相関をとる必要が有る。

通常、この種の相関を得るために、表示制御を行っているパーソナルコンピュータ（ＰＣ）には、専用のアプリケーションソフトがインストールされる。アプリケーションを起動すると、表示画面には十字クロス等が表示され、ユーザにそのクロス位置をタッチするように促す。その動作を異なる位置で所定回数繰り返すことで得られる相対座標系の座標値と、十字クロスが表示されている位置の表示座標系の座標値とが一致するように、座標系の変換が行われる。

実施形態１の座標入力装置にあっては、アプリケーションソフトを使って十字クロスの位置を表示させてタッチさせるのではなく、表示画面の四隅をタッチすることで、この座標変換を行っている。このように構成することで、その場にあるＰＣに接続することで、特別なソフトをインストールすることなく直ぐに使えると言う優れた効果が得られる。特に、実施形態１の座標入力装置は、センサバー１を持ち運んで会議室に設置する可搬型であり、一緒にＰＣを持ち運ぶ必要が無いと言うことは大きな利点である。持ち運んだ先の、その場のＰＣ、その場の表示装置を利用して、簡単に設置を完了させて直ぐに使えると言う優れた効果を発揮する。

この座標系を一致させるモードへの遷移は、例えば、センサバー１に設けられたモード遷移スイッチ（不図示）で行われる。モード遷移スイッチによりモードが遷移すると、センサバー１に内蔵されるスピーカ等の出力部により、４隅部を順次タッチ（指示）するようにガイダンスする。また、隅部のタッチが完了する毎に、入力が完了したことを示すブザー音を報知しても良い。または、センサバー１に内蔵されるインジケータで、その操作を促しても良い。

さて、相対座標系での座標算出では、式（８）及び式（９）で演算に用いるセンサユニット２間の距離ｄｈが既知である必要が有る。しかしながら、表示装置と組み合わせて使用する図８のような使用態様の場合、この距離ｄｈは必ずしも既知である必要は無い。つまり、ディスプレイの大きさを示す４隅部の情報が、タッチ操作することにより順次相対座標系における各センサユニットでの角度情報として取得される。その結果、比による計算だけで、表示座標系のタッチ位置の座標を算出することが可能となるからである。

さて、実施形態１の座標入力装置は、種々の表示サイズの表示面に対して、ユーザが２本のセンサバー１を装着して使用することを想定している。そして、２本のセンサバー間の相対的な位置関係が図７（Ａ）となる（２つのセンサバーが平行、同一長さ、かつＸ軸方向に他方のセンサバーのセンサユニットが配置される）ことで、相対座標系での高精度な位置検出が可能となる。２本のセンサバー１がこのような配置となる仕組みを設けることも可能であるが、その場合、ユーザにそれなりの慎重な設置作業を強いることになる。仮に、２つのセンサバーを目分量で簡単に装着できれば、利便性の向上、設置時間の大幅短縮へとつながる。そこで、実施形態１にあっては、利便性向上のために、座標検出モードとして第２の検出モードを有する。

図９（Ａ）は第２の検出モードを説明するためのマスター側のセンサバー１ＬのＣＰＵ６１が出力する制御信号、及びセンサユニット２の動作を示すタイミングチャートである。

９１、９２、９３がラインＣＣＤ４１制御用の制御信号であり、ＳＨ信号９１の間隔でラインＣＣＤ４１のシャッター開放時間が決定される。ＩＣＧＬ信号９２はセンサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２へのゲート信号であり、ラインＣＣＤ４１内部の光電変換部の電荷を読出部へ転送する信号である。

ＣＣＤＬ信号９４は、センサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２のラインＣＣＤ４１のシャッター開放時間を示す信号である。ＩＣＧＲ信号９３は、対向するセンサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２へのゲート信号であり、シリアル通信部６７を介してセンサバー１Ｒの演算制御回路３Ｒに送信される。そして、演算制御回路３ＲがラインＣＣＤ４１内部の光電変換部の電荷を読出部へ転送する信号を生成することになる。ＣＣＤＲ信号９５は、センサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２のラインＣＣＤ４１のシャッター開放時間を示す信号である。

ＬＥＤＬ信号９６及びＬＥＤＲ信号９７は、各センサユニット２の赤外ＬＥＤ３１の駆動信号である。ＳＨ信号９１の最初の周期でセンサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２の赤外ＬＥＤ３１を点灯するために、ＬＥＤＲ信号９７がシリアル通信部６７を介してセンサバー１Ｒの演算制御回路３Ｒに送信される。そして、演算制御回路３Ｒが各々のＬＥＤ駆動回路に供給するための信号を生成する。

そして、ＳＨ信号９１の次の周期で、センサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２の赤外ＬＥＤ３１を点灯するために、ＬＥＤＬ信号９６が各々のＬＥＤ駆動回路を経て赤外ＬＥＤ３１に供給する。

赤外ＬＥＤ３１の駆動、及びラインＣＣＤ４１のシャッター開放が終了した後に、ラインＣＣＤ４１の信号がセンサユニット２から読み出され、後述する方法で角度情報を算出する。そして、スレーブ側の演算制御回路３Ｒの演算結果はマスター側の演算制御回路３Ｌに送信される。

以上のように動作させることで、センサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２は、対向するセンサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２が発光した赤外ＬＥＤ３１の赤外光を直接検出する。同様に、センサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２は、対向するセンサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２が発光した赤外ＬＥＤ３１の赤外光を直接検出する。

尚、図５では、センサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２と対向するセンサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２とを異なるタイミングで動作する座標検出モードであり、これが第１の検出モードとなる。

図９（Ｂ）は、第２の検出モードで動作する場合に、センサユニット２で得られる検出信号波形を示している。対向する辺に設けられた２つのセンサユニット２の投光部３０からの発光をそれぞれ受光するので、ピーク信号が２つ生成される。そして、先に述べた角度算出の方法と同様な方法で、その方向を各々算出する。尚、図中の破線は、図６（Ｂ）で示す受光部４０の出力（光量分布）を示すものであり、方向Ｎｊ、方向Ｎｆの間にピーク信号が生成されることを示している。

上述のように、ユーザが２つのセンサバー１を目分量で装着した場合であっても、高精度な位置検出を実現することが実施形態１の目的の一つである。そのために、各センサユニット２が、対向するセンサバー１に収納されているセンサユニット２の投光部３０の光を検出することで、対向するセンサユニット２がどの方向に位置するかを検出する。

図１０Ａを用いて、その様子を説明する。

図１０Ａにおいて、センサユニット２−Ｌ１の光軸中心とセンサユニット２−Ｌ２の光軸中心を結ぶ線分をＹ軸、その法線方向をＸ軸とすれば、センサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２の光軸はＸ軸と平行である。そして、対向するセンサユニット２−Ｒ１は、センサユニット２−Ｌ１から見ると角度θ１の方向であり、センサユニット２−Ｌ２から見ると角度θ３の方向である。同様に、θ１からθ８までの角度を算出することが可能であり、その結果、センサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１の光軸と、センサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１の光軸の成す角度θ９が算出される。

言い換えると、センサバー１Ｌとセンサバー１Ｒの相対的な傾きを検出することができる。更には、センサバー１の長手方向の長さが伸縮することによって変化した場合であっても、各センサユニット２間の絶対的距離を知ることはできないが、４つのセンサユニットの相対的な位置関係を取得することが可能である。そして、先に述べたディスプレイの大きさを示す４隅部の情報を、タッチ操作することで取得すれば、比による演算だけでも、表示座標系での座標を高精度で算出することが可能となる。

図１１は電源投入時からの初期設定処理を示すフローチャートである。

まず、投影画像である表示領域８の全領域を含む矩形状の座標入力有効領域５を形成するために、操作者によってセンサバー１がホワイトボード６に装着されると、例えば、電源投入が行われて初期設定を行う（ステップＳ１０１）。

次に、ＣＰＵ６１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とともに、光電変換素子に残っている余分な電荷を除去する等のラインＣＣＤ４１の初期化も行う（ステップＳ１０２）。次に、ラインＣＣＤ４１が検出する光量の最適化を行う。上述のように、表示領域８の大きさは、ホワイトボード６の大きさにより一意では無い。そのような場合であっても、センサバー１の長さを伸縮させたり、センサバー１間の距離が適宜ユーザによって設定される。従って、装着の状態によって、検出される光の強度は異なるので、ラインＣＣＤ４１のシャッター開放時間や赤外ＬＥＤ３１の点灯時間、もしくは赤外ＬＥＤ３１の駆動電流の設定を含む第２の検出モードで動作設定を行う（ステップＳ１０３）。次に、ラインＣＣＤ４１の出力信号を取り込む（ステップＳ１０４）。

ここで、ステップＳ１０３における動作設定とは、対向するセンサユニット２から直接光を受ける動作の状態（図９における第２の検出モード）であって、４つのセンサユニット２の相対的な位置関係を導出することを目的とする。ステップＳ１０３で、仮に最初の動作設定を光量が最大に得られるように設定すると、ステップＳ１０５において、光が検出できない状態とは、センサユニット２の受光部４０の視野範囲に、対向する位置にあるセンサユニット２が位置していないということになる。つまり、ユーザによるセンサバー１の配置／設置が不適な状態にあり、ステップＳ１０６でその旨を報知して、センサバーの再設置を促す。そして、ユーザによる再設置が完了すると、再び、ステップＳ１０１を開始することになる。尚、ステップＳ１０５及びステップＳ１０６で検出される信号は、図９（Ｂ）に示すような信号となり、実施形態１の場合は、２つの信号が出力されている状態が正常状態と言える。

次に、検出信号の波形のチェックを行う（ステップＳ１０７）。対向する位置にあるセンサユニット２の光が強すぎる場合、例えば、検出信号の波形（波形レベル）の少なくとも一部が所定の閾値を超える場合（ステップＳ１０７でＮＯ）、ステップＳ１０３に戻り、例えば、露光時間をより短くする等の再設定を行う。そして、今度、ステップＳ１０７でチェックされる検出信号波形は、より光強度が弱い状態となっているはずである。そして、その信号レベルが適正である場合（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、例えば、検出信号波形の少なくとも一部が所定の閾値以下である場合、ステップＳ１０８に進む。この動作を、各センサユニット（実施形態１の場合、４つ）で実行し、すべての信号が最適化されると、センサユニット２の相対的な位置関係を算出する（ステップＳ１０８）。

ステップＳ１０８における、各センサユニットの位置算出方法の一例を以下に説明する。まず、前述したように、各センサユニットで得られた検出信号の波形に基づいて、図１０（Ａ）に示すθ１からθ７を算出する。尚、実施形態１における処理においては、θ８は使用しないので、θ８の算出は行わない。

次に、図１０（Ｂ）に示すように、センサユニット２−Ｌ１を原点として、原点からセンサユニット２−Ｒ１を結ぶ方向をＸ軸、Ｘ軸の垂直方向をＹ軸とする。そして、センサユニット２−Ｒ１の座標（Ｘ，Ｙ）を、（１，０）という値に設定することで、相対的な座標系を定める。

次に、θ１からθ６の値から、図１０（Ｂ）に示す、θ１０からθ１２を算出する。

θ１０＝θ２−θ１ （１０）
θ１１＝θ３＋θ４ （１１）
θ１２＝θ６−θ５ （１２）
ここで、実施形態１における処理においては、θ１３は使用しないので算出しない。またここで、それぞれの角度を算出するための他の方法の例を説明する。

図１０（Ｂ）より、次の式が成立する。

θ１０＋θ１２＝θ１１＋θ１３ （１３）
式（１３）より、θ１０からθ１３（第２の角度情報、第３の角度情報、第４の角度情報及び第５の角度情報）の内、いずれか３個が分かれば、残る１個の角度を算出することができる。従って、θ１０からθ１３のうち任意の３個を算出して、式（１３）によって残り１個の角度を算出するようにしても良い。例えば、θ１０、θ１２、θ１３を算出し、式（１３）によりθ１１を算出するという方法がある。

次に、図１０（Ａ）において説明したように、センサユニット２−Ｌ１の光軸と、センサユニット２−Ｌ１の光軸中心とセンサユニット２−Ｌ２の光軸中心を結ぶ線分のなす角度はπ／２［ｒａｄ］となるように設計されている。この値は、基準角度情報としてプログラム（メモリ６４（基準角度情報記憶部））上に記憶されている。基準角度情報の記憶は、例えば、工場における装置の組み立て時などに、基準角度を測定してプログラム上に記憶させる作業によって実行される。この基準角度情報を用いて、θ１４（第１の角度情報）は次のように計算される。

θ１４＝π／２−θ２ （１４）
θ１０からθ１４を用いて、センサユニット２−Ｌ２及びセンサユニット２−Ｒ２の座標を算出する。ここで、センサユニット２−Ｌ２の座標を（ＸＬ２，ＹＬ２）、またセンサユニット２−Ｒ２の座標を（ＸＲ２，ＹＲ２）とすると、図１０（Ｂ）より以下の式が成立する。

ＹＬ２＝ＸＬ２×ｔａｎ（θ１０＋θ１４) （１５）
ＹＬ２＝（１−ＸＬ２）×ｔａｎθ１２ （１６）
ＹＲ２＝ＸＲ２×ｔａｎθ１０ （１７）
ＹＲ２−ＹＬ２＝（ＸＲ２−ＸＬ２）×ｔａｎ（θ１１−θ１２） （１８）
式（１５）及び式（１６）より、
ＸＬ２＝ｔａｎθ１２／（ｔａｎ（θ１０＋θ１４)＋ｔａｎθ１２） （１９）
また、式（１７）及び式（１８）より、
ＸＲ２＝（ＹＬ２−ＸＬ２×ｔａｎ（θ１１−θ１２））／（ｔａｎθ１０−ｔａｎ（θ１１−θ１２）） （２０）
まず、式（１９）により、ＸＬ２を算出する。そして、算出されたＸＬ２と式（１５）により、ＹＬ２を算出する。

次に、算出されたＸＬ２、ＹＬ２、及び式（２０）により、ＸＲ２を算出する。そして、算出されたＸＲ２と式（１７）により、ＹＲ２を算出する。

以上の手順によって、センサユニット２−Ｌ２の座標（ＸＬ２，ＹＬ２）及びセンサユニット２−Ｒ２の座標（ＸＲ２，ＹＲ２）が算出される。尚、ここで説明した各センサユニットの座標値処理方法は一つの例であって、もちろん他の式や手順による算出を行っても良い。

ステップＳ１０９以降では、センサユニット２が投光した赤外光が、対向するセンサバー１に設けられた再帰反射部４で再帰反射され、その光を自身の受光部４０で検出した時の信号レベルを最適化する。上述したとおり、センサバー１の配置は一意では無く、その配置に応じた検出レベルを最適化することで、安定した信号を得ることを目的とする。設定する項目は、ラインＣＣＤ４１のシャッター開放時間や赤外ＬＥＤ３１の点灯時間、もしくは赤外ＬＥＤ３１の駆動電流の設定を含む第１の検出モードで動作設定を行う（ステップＳ１０９）。ステップＳ１０９で、仮に最初の動作設定を光量が最大に得られるように設定すると、その時のラインＣＣＤ４１の出力信号を取り込む（ステップＳ１１０）。

取り込まれた出力信号は、照明時のデータであり、図６（Ｂ）の様な波形となる。光が強すぎると、ラインＣＣＤ４１のダイナミックレンジの範囲を超え、出力が飽和することになるので、正確な角度を算出することが困難となる。その場合は、ステップＳ１１１で、検出信号の波形が不適と判定され（ステップＳ１１１でＮＯ）、ステップＳ１０９に戻り、検出信号の波形（波形レベル）がより小さくなるように、再設定が行われる。再帰反射光を検出するので、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０８での処理（つまり、第２の検出モード）でセンサユニット２の投光を直接受光部４０で検出する場合と比べて、格段に投光する光量が大きくなるように設定することになる。

そして、ステップＳ１１１で、波形レベルが最適と判断される場合（ステップＳ１１１でＹＥＳ）、照明無しの状態の信号Ｂａｓｅ＿Ｄａｔａ［Ｎ］（図６（Ａ）参照）を取得してメモリ６４に記憶する（ステップＳ１１２）。次に、照明有りの状態の信号Ｒｅｆ＿Ｄａｔａ［Ｎ］（図６（Ｂ）参照）を取得してメモリ６４に記憶する（ステップＳ１１３）。

このようにして、全てのセンサユニットでのデータが取得されると、一連の初期設定処理が完了する。

図１２（Ａ）は初期設定処理後の通常のサンプリング動作を示すフローチャートである。

図１１の初期設定処理を実行する（ステップＳ１０１）。その後、通常の取込動作（第１の検出モード）として、センサユニット２が投光した赤外光が、対向するセンサバー１に設けられた再帰反射部４で再帰反射され、その光を自身の受光部４０で検出した時の信号を検出する（ステップＳ２０１）。その時のデータは、Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ［Ｎ］であり、仮にタッチ操作があって光路を遮ると、図６（Ｃ）のように、画素番号Ｎｃの辺りで光信号が検出できなくなる。

いずれかのセンサユニット２で、このような光の遮光部分が生成されたか否か、つまり、入力の有無を判定する（ステップＳ２０２）。入力が無いと判定される場合（ステップＳ２０２でＮＯ）、再度、ステップＳ２０１に戻り、サンプリングを繰り返すことになる。一方、入力が有ると判定される場合（ステップＳ２０２でＹＥＳ）、出力信号に遮光部分が生成されているセンサユニットを選択する（ステップＳ２０３）。その選択したセンサユニットを用いて、遮光部分が生成されている方向（角度）を各々算出する（ステップＳ２０４）。

ここで、タッチによる遮光部分（影）が発生したときの例を図１３に示す。

図１３（Ａ）は、図７（Ｃ）の領域に遮光部分が発生した場合である。センサユニット２−Ｌ１が検出した遮光部分の角度をθ１５、センサユニット２−Ｒ１が検出した遮光部分の角度をθ１６とする。同様に、図１３（Ｂ）は、図７（Ｅ）の領域に遮光部分が発生した場合である。センサユニット２−Ｌ２が検出した遮光部分の角度をθ１７、センサユニット２−Ｒ２が検出した遮光部分の角度をθ１８とする。ここで、θ１７及びθ１８は、各センサユニットとＸ軸に平行な方向（点線で示した方向）を基準としたときの角度となっている。

センサユニット２−Ｌ２とＸ軸に平行な方向は、各センサユニットの相対座標を算出するとき、センサユニット２−Ｌ２からセンサユニット２−Ｒ１を検出した方向からθ１２回転した方向（角度）として算出される。センサユニット２−Ｒ２においても同様で、Ｘ軸に平行な方向は、センサユニット２−Ｒ２からセンサユニット２−Ｌ１を検出した方向からθ１０回転した方向（角度）として算出される。

算出した角度に基づいて、相対座標系でのタッチ位置の座標を算出する（ステップＳ２０５）。具体的には、以下のようになる。

図１３（Ａ）より、センサユニット２−Ｌ１で検出した角度と遮光部分の座標（ｘ，ｙ）について次の関係式が成立する。

ｙ＝ｘ×ｔａｎθ１５ （２１）
同様に、センサユニット２−Ｒ１で検出した角度と遮光部分の座標については次の式が成立する。

ｙ＝（１−ｘ）×ｔａｎθ１６ （２２）
同様に、図１３（Ｂ）より、センサユニット２−Ｌ２で検出した角度と遮光部分の座標については次の式が成立する。

ＹＬ２−ｙ＝（ｘ−ＸＬ２）×ｔａｎθ１７ （２３）
同様に、センサユニット２−Ｒ２で検出した角度と遮光部分の座標について次の式が成立する。

ＹＲ２−ｙ＝（ＸＲ２−ｘ）×ｔａｎθ１８ （２４）
ここで、図７で説明したように、４つの領域でそれぞれ遮光部分が検出されるセンサユニットの組み合わせが異なる。

まず、図７（Ｂ）の領域においては、センサユニット２−Ｌ１及びセンサユニット２−Ｌ２で遮光部分が検出される。センサユニット２−Ｌ１で成立する式（２１）及びセンサユニット２−Ｌ２で成立する式（２３）より、
ｘ＝（ＹＬ２＋ＸＬ２×ｔａｎθ１７）／（ｔａｎθ１５＋ｔａｎθ１７） （２５）
式（２５）によりｘを算出する。そして、算出されたｘと式（２１）によりｙを算出する。

次に、図７（Ｃ）の領域では、センサユニット２−Ｌ１及びセンサユニット２−Ｒ１で遮光部分が検出される。センサユニット２−Ｌ１で成立する式（２１）及びセンサユニット２−Ｒ１で成立する式（２２）より、
ｘ＝ｔａｎθ１６／（ｔａｎθ１５＋ｔａｎθ１６） （２６）
式（２６）によりｘを算出し、算出されたｘと式（２１）によりｙを算出する。

図７（Ｄ）の領域においても、同様に、センサユニット２−Ｒ１で成立する式（２２）及びセンサユニット２−Ｒ２で成立する式（２４）より、
ｘ＝（ｔａｎθ１６＋ＸＲ２×ｔａｎθ１８―ＹＲ２）／（ｔａｎθ１６＋ｔａｎθ１８） （２７）
式（２７）によりｘを算出し、算出されたｘと式（２２）によりｙを算出する。

図７（Ｅ）の領域においても、同様に、センサユニット２−Ｌ２で成立する式（２３）及びセンサユニット２−Ｒ２で成立する式（２４）より、
ｘ＝（ＸＬ２×ｔａｎθ１７＋ＸＲ２×ｔａｎθ１８＋ＹＬ２−ＹＲ２）／（ｔａｎθ１７＋ｔａｎθ１８） （２８）
式（２８）によりｘを算出し、算出されたｘと式（２３）によりｙを算出する。

以上により、タッチ位置の座標（ｘ，ｙ）が算出される。

そして、算出したタッチ位置の座標を表示座標系に変換して、パーソナルコンピュータの外部機器に、その座標値を出力（送信）する（ステップＳ２０６）。

尚、この際に、入力面をタッチしている状態であるか否かを示すタッチダウン信号／タッチアップ信号をあわせて出力しても良い。この種の座標入力装置にあっては、タッチ面をタッチすることで、光路は１００％遮断されることになるが、タッチ状態から少しずつ浮かせることによって、少しずつ光が透過するようになる。従って、光がどの程度遮られたかを演算することで、タッチ状態にあるのか、タッチはしてないが、光路を遮っている（角度演算は可能であり、その場合でもその位置を演算可能）状態であるのかを、閾値を設定することで判定できる。

スイッチ等の切替部の操作により、相対座標系と表示座標系を一致させるためのキャリブレーションモード（第２の検出モード）に遷移することになるが、図１２（Ｂ）を用いて、そのキャリブレーションモードのフローチャートを説明する。

キャリブレーションモードは、センサバー１を装着した直後、あるいは設置完了後であっても、何らかの拍子でディスプレイの表示位置がずれてしまった場合に行われる。キャリブレーションモードに遷移すると、先ずは、初期設定処理を行う（ステップＳ１０１）。これは、センサバーが使用中に設置状態がずれた場合を想定して、光出力の最適化、センサの位置ずれを補正することになる。

そして、ユーザによる表示領域８の４隅のタッチ操作を行わせるために、ステップＳ２０１及びステップＳ２０２を経て、そのひとつの位置のタッチが行われたかを判定する。ステップＳ２０３及びステップＳ２０４で、必要な角度情報を算出する。その後、データの取得が完了したことを報知する（ステップＳ３０１）。この報知は、例えば、完了を示すビープ音を出力する。

次に、表示領域８の４隅の全ての情報の取得が完了したか否かを判定する（ステップＳ３０２）。取得が完了していない場合（ステップＳ３０２でＮＯ）、ステップＳ２０１に戻る。一方、取得が完了している場合（ステップＳ３０２でＹＥＳ）、相対座標系から表示座標系へと変換するためのパラメータを算出する（ステップＳ３０３）。その後、通常動作に戻る。そして、ここで算出されたパラメータは、ステップＳ２０６における座標変換で使用される。

ここで、図３（Ａ）に示したように、タッチを有効とする座標入力有効領域５は予め定められている。これは、座標入力有効領域５から上に外れた部分や下に外れた部分では、図１３におけるθ１５からθ１８の値が０に近くなるために、算出される座標の誤差が大きくなるためである。誤差の程度は、主に、センサの角度分解能やノイズ等の要因により決まってくるが、座標入力有効領域５の範囲は、どの程度の誤差まで許容するかを考慮した上で決められる。

上述のキャリブレーション処理によって、装置の設置位置に対する表示画面の位置が対応付けることができるので、このとき、表示画面が装置の有効範囲の中にあるかどうかを検査することができる。例えば、有効範囲の検査を行った結果、表示画面が有効範囲から外れていると判定した場合に、ユーザに対して、例えば、ビープ音や音声等によって表示画面の再調整を促す通知をする処理を行ってもよい。

あるいは、接続されたＰＣに画面調整を行うためのドライバソフトウェアを予め動作させておく方法もある。この方法では、キャリブレーション処理によって表示画面が有効範囲から外れていると判定したとき、ドライバソフトウェアに対して、有効範囲に対する表示画面のずれ量を示す情報を送信する。ドライバソフトウェアはその情報を受信し、表示画面の調整を自動的に行うことができる。

以上説明したように、実施形態１によれば、センサユニット間の距離が未知でも、既存のホワイトボードや会議室等の壁面を投影面とし、その投影面をタッチすることで、表示画面を制御することができる座標入力装置を提供することができる。つまり、より安価な構成で、座標入力装置を提供することができる。

＜実施形態２＞
実施形態１では、２個のセンサユニット２を内蔵するセンサバー１が２本で構成される座標入力装置としているが、これに限定されるものではない。例えば、センサユニット２を２個備える座標入力装置においても実施形態１で説明する原理を適用することができる。

図１４は実施形態２の座標入力装置の概略構成図である。

同図において、２は角度検出センサ部であるところのセンサユニット、３は演算制御回路、４は再帰反射部であり、これらの構成は、実施形態１と同様であり説明は省略する。また、８は表示領域であり、両者のセンサユニット２の視野範囲内に、ユーザによって適宜配置される。

今、ユーザによりセンサユニット２Ｌ及び２Ｒが設置されたものとするとし、センサユニット２Ｌと２Ｒ間の距離ｄｈは未知の状態にある。センサユニット２Ｌの視野範囲はセンサユニット２Ｒを含み、同様に、センサユニット２Ｒの視野範囲内にセンサユニット２Ｌが位置する。従って、センサユニット発光位置検出部であるセンサユニット２Ｌの受光部４０は、センサユニット２Ｌに対するセンサユニット２Ｒの投光部３０の発光を受光して、センサユニット２Ｒの方向を検出する。そして、センサ相対位置算出部である演算制御回路３は、センサユニット２Ｌ及び２Ｒを結ぶ線分を座標入力装置の相対座標系のＲ＿Ｘ軸２０６と定義し、その法線方向をＲ＿Ｙ軸２０７として定義する。そして、例えば、センサユニット２Ｌの座標を原点（０，０）、センサユニット２Ｒの座標を（１，０）の値として相対的な座標系を定める。

今、仮に、表示領域内のＰ地点をタッチすると、相対座標系のＲ＿Ｘ軸２０６との成す角度θＬ、及びθＲを検出することが可能である。従って、演算制御回路３は、センサユニット２Ｌ、２Ｒ間の距離を基準距離として、座標入力装置の相対座標系で、タッチ位置Ｐの座標を算出することが可能となる。

同図において、８はディスプレイの表示領域であり、表示座標系は水平方向をｄ＿Ｘ軸２０８、垂直方向をｄ＿Ｙ軸２０９として定義されている。例えば、表示領域８の４隅Ａ〜Ｄの少なくとも３か所をタッチすることで、相対座標算出部である演算制御回路３は、相対的な表示座標系でのタッチ位置Ｐの相対位置座標を算出し、その情報をメモリ６４に記憶する。そして、メモリ６４に記憶された値に基づき、座標値変換部でもある演算制御回路３に基づき、算出されたタッチ位置Ｐの相対座標値を、表示座標系の座標値に変換することが可能となる。

以上説明したように、実施形態２によれば、センサユニット２Ｌ、２Ｒ間の距離が未知であっても、タッチ位置Ｐの位置に、例えば、カーソルを正確に表示させることができるようになる。また、実施形態２の構成では、実施形態１の構成に比べて、センサバー自体が不要となり、また、使用するセンサユニット数をより少なくすることができるので、より安価な構成の座標入力装置を提供することができる。

＜実施形態３＞
実施形態１では、図１０（Ａ）で説明したように、センサユニット２−Ｌ１の光軸と、センサユニット２−Ｌ１の光軸中心とセンサユニット２−Ｌ２の光軸中心を結ぶ線分のなす角度がπ／２［ｒａｄ］に固定されている。そして、この値は基準角度情報として記憶されていて、式（１４）に示したようにこの基準角度情報を用いて、図１０（Ｂ）におけるθ１４を計算している。

実施形態３では、基準角度情報を持たないで処理を行う例について説明する。実施形態３においては、図１０（Ｂ）において、センサユニット２−Ｌ２内の赤外ＬＥＤ３１の発光を、センサユニット２−Ｌ１内の受光部４０によって受光することができるように設計されている。実際には、センサユニット２−Ｌ２の投光部３０及びセンサユニット２−Ｌ１の受光部４０の光学系の設計が変更される。また、センサユニット２−Ｌ２からセンサユニット２−Ｌ１までの筐体内部を通る光路を確保し、センサバーの伸縮等によっても光路の遮断がないよう筐体の設計がされる。

処理の流れは、実施形態１と同様である。図１１のステップＳ１０４の波形取り込みのとき、センサユニット２−Ｌ２内の赤外ＬＥＤ３１の発光を、センサユニット２−Ｌ１内の受光部４０によって受光し、センサユニット２−Ｌ１からセンサユニット２−Ｌ２の方向を検出する。そして、検出した方向に基づいて図１０（Ｂ）のθ１４を算出することができる。以降の処理の手順は実施形態１と同様なので説明は省略する。

以上説明したように、実施形態３によれば、実施形態１で説明した効果に加えて、基準角度情報を予め記憶する必要がないため、基準角度を測定し記憶させる作業が不要となる。

＜実施形態４＞
実施形態１や２においては、２個のセンサユニット２を内蔵するセンサバー１が２本で構成される座標入力装置としているが、これに限定されるものではない。例えば、各センサユニット２と再帰反射部４を別々とする構成であっても良い。

図１５に示すように、４個のセンサユニット２−Ｌ１、２−Ｌ２、２−Ｒ１及び２−Ｒ２を座標入力有効領域５の周囲に設置し、さらに再帰反射部４Ｌ及び４Ｒを各センサユニットの間に位置するように設置する。このような装置構成でも、実施形態１で説明する原理を適用することができる。尚、処理の流れは、実施形態３と同様であり説明は省略する。

＜＜本願発明の特徴的な構成及び効果＞＞
上述のように、本願発明は、略矩形状の座標入力有効領域に対する指示位置の座標を算出する座標入力装置であって、投光部と受光部を有する少なくとも２つのセンサユニットを有する。また、センサユニット発光位置検出部として機能するセンサユニットが、お互いのセンサユニットの位置関係を計測するために、他方のセンサユニットの投光部が発光した光を検出する。そして、センサユニット相対位置算出部として機能する演算制御回路が、センサユニット発光位置検出部によって検出された角度情報に応じて、お互いのセンサユニットの位置関係を相対的に算出する。

相対座標算出部としても機能する演算制御回路は、センサユニット相対位置算出部が特定したセンサユニットの位置関係に基づき、各センサユニットが検出した角度に基づいて、タッチ位置の相対座標を算出する。ここで、相対座標とは、正規化されたセンサユニット間距離に対して、相対的にどの位置に有るかを算出することを意味する。

更には、例えば、表示領域の四隅の少なくとも３か所をタッチすることで得られる各々位置における相対座標値を各々記憶する表示情報記憶部を演算制御回路内に有する。座標値変換部としても機能する演算制御回路は、表示情報記憶部で記憶された値に基づき相対座標算出部で算出された相対座標値を表示座標系の座標値に変換することができる。

仮に、２個のセンサユニットを有する略矩形状の座標入力領域に対する指示位置の座標を算出する座標入力装置の場合でより詳細に説明する。

センサユニット発光位置検出部が、お互いのセンサユニットの位置関係を計測するために、他方のセンサユニットの投光部が発光した光を検出する。そうすることで、一方のセンサユニットからどの方向（絶対角度）に他方のセンサユニットが位置するかを計測することが可能となる。相対座標系生成部として機能する演算制御回路は、当該２個のセンサユニットを結ぶ線分の方向を、例えば、Ｘ軸、及びその線分に対して垂直方向を、例えば、Ｙ軸としたＸＹ平面を定義する。更には、当該２個のセンサユニット間の未知の距離を基準距離（正規化）として、座標入力装置の相対座標系を定義する。相対座標算出部は、相対座標系生成部で定義された座標入力装置のＸＹ平面上でのタッチ位置の相対座標を算出できる。

更には、例えば、表示領域の四隅の少なくとも３か所をタッチすることで、各々のタッチ位置における相対座標算出部が出力した相対座標値を各々記憶する表示情報記憶部を演算制御回路内に有する。座標値変換部として機能する演算制御回路は、表示情報記憶部で記憶された値に基づき相対座標算出部で算出された相対座標値を表示座標系の座標値に変換することができる。

このように構成することで、タッチした位置にそのエコーバックとして、例えば、カーソルを表示せしめ、入出力一体の装置として利用可能にすることができる。換言すれば、ユーザによるセンサユニットの設置による当該２個のセンサユニット間の距離情報が未知であっても、表示座標系で正確にタッチ位置を算出可能になる。

更には、略矩形状の座標入力有効領域に対する指示位置の座標を算出する座標入力装置であって、センサユニットを少なくとも２つ内蔵する第１の筺体及び第２の筺体（センサバー）を有する。第１の筺体及び第２の筺体の両端部分の位置に、センサユニットが各々設けられ、当該筺体に設けられた伸縮機構によって、当該２つのセンサユニット間の距離が可変である。このように筺体を伸縮させることによって、表示画面の大きさ、あるいは表示画面となる所の設置面の大きさに応じて、当該筺体を適宜長さ調節して設置できる。尚、第１の筺体及び第２の筺体は、略矩形状の座標入力領域の対向する２辺に、各々設けられる。

さらには、各々の筺体には入射した光を元の方向に戻すための再帰反射部が設けられる。各々の筺体に設けられたセンサユニットは、対向する辺に設けられた筺体の再帰反射部に向かって赤外線を投光する投光部と、該再帰反射部で再帰反射された光を受光する受光部よりなる。座標入力有効領域をタッチすることによって、各々のセンサユニットで発行された光のいずれかの光路が遮られると、それらのセンサユニットは、タッチ位置に応じた光が遮られた方向を検知することができる。

第１の筺体及び第２の筺体は座標入力面であるところのスクリーン面に装着、取り外し可能にするための着脱部が設けられ、第１の筺体及び第２の筺体を持ち運ぶことができるように構成される。

持ち運ぶことを考慮すると、第１の筺体及び第２の筺体はより小さく小型に、より軽量に構成されることが望ましい。本願発明のセンサユニットの受光光学系は予め指定された範囲（約５０°程度）の視野範囲を有し、受光光学系の光軸は光電変換素子の画素の法線方向に設定されるものの、視野範囲は光軸対称には設定されておらず、光軸非対称な光学系を有する。そして、その光軸（もしくは光電変換素子の画素の法線方向）は、筺体に収納されている少なくとも２つのセンサユニット（受光光学系の光軸中心）を結ぶ直線と垂直になるように設定されている。このように構成することで、センサユニットを格納する筺体を、より小型に構成できる。

スクリーン面の大きさは種々のサイズ、あるいはアスペクト比が想定され、スクリーン面の大きさ、形状に合わせて、座標入力有効領域が設定されるのが好ましい。従って、第１の筺体及び第２の筺体には伸縮部（伸縮機構）が設けられ、伸縮量を調整することによって筺体内に設けられるセンサユニットの距離が可変し、スクリーン面の大きさに応じてセンサユニットを適宜配置できるように構成される。更には、スクリーン面の大きさやアスペクト比に応じて、略矩形状のスクリーン面（座標入力有効領域）の対向する２辺に、第１の筺体及び第２の筺体が設置されることになる。

さらには、センサユニットを具備する第１の筺体及び第２の筺体を装着する際、両者の相対的な位置関係が精密に位置決めされなくても、高精度にタッチ位置の検出が行えることが好ましい。従って、筺体を装着した際に、各々の筺体に格納されているセンサユニット間の相対的な位置情報を検出する検出部を設け、ユーザが意識することなく簡単に筺体を装着できる。

さらには、座標入力装置が出力した情報を受信する、例えば、パーソナルコンピュータ等に、専用のドライバソフトをインストールする必要が無ければ、どのパーソナルコンピュータ等に接続しても直ぐに使えることになる。従って、座標入力装置の座標系（相対座標系）と表示装置の座標系（表示座標系）の一致（キャリブレーション）作業を、パーソナルコンピュータを介在させること無く行えるように構成している。

以上の座標入力装置における本願発明の主要部分は以下のようになる。
座標入力有効領域に対する指示位置を検出する座標入力装置であって、
光を再帰的に反射する再帰反射手段と、
前記座標入力有効領域に向けて投光する投光手段と到来光を受光する受光手段とを備え、前記受光手段によって検出される光量分布から、遮光部分を検出する、少なくとも２つのセンサユニットと、
前記少なくとも２つのセンサユニットの１つのセンサユニットの受光部において、他のセンサユニットの投光部から直接光を受光した場合の光量分布に基づいて、前記他のセンサユニットが位置する方向を示す角度情報を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した角度情報に応じて、前記少なくとも２つのセンサユニットの相対的な位置関係を算出する算出手段と、
前記算出手段によって得られる位置関係と、前記少なくとも２つのセンサユニットが検出した前記遮光部分に基づいて、前記指示位置の相対座標値を算出する相対座標算出手段と、
表示領域における表示座標系での既知の複数の位置を指示することで前記検出手段によって検出される角度情報に応じて、前記相対座標算出手段で算出される前記複数の位置のそれぞれの相対座標値を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶される相対座標値に基づき、前記相対座標算出手段で算出された前記指示位置の相対座標値を前記表示座標系の座標値に変換する変換手段と
を備えることを特徴とする座標入力装置。
以上説明したよう、本願発明によれば、次のような効果を得ることができる。

タッチ位置の検出に必要なセンサユニットを、座標入力面となる所のスクリーン面にユーザが設置して、例えば、タッチ位置にそのエコーバックとしてのカーソルを表示せしめることが可能となる。換言すれば、既存のホワイトボードや平らな壁面にセンサユニットを装着して、そこに画面を投影することで、ディスプレイのインタラクティブ化が図られる。ユーザから見れば、所有している既存の表示装置（例えば、フロントプロジェクター）を低コストで高機能化（直接画面をタッチして操作が行えるインタラクティブ化）が行える。さらには、センサユニット、及びそれを制御する回路群のみを持ち運べば、持ち運び先でその操作環境を実現できる優れた効果も得ることができる。

従来、この種の光学式の座標入力装置にあっては、センサユニットは所定の位置に高精度で取り付ける必要が有り、センサユニット間の距離が既知であることが必要である。

しかしながら、本願発明では、センサユニット間の距離が未知であっても、ディスプレイ上のタッチ位置に高精度でカーソルを表示させることができる。従って、ユーザによるセンサユニットの装着を想定した場合、センサユニット間の距離測定機能を不要とするので、座標入力装置のコスト的なメリットも大きい。さらには、ユーザが所定の位置に高精度でセンサユニットを装着しなければならないという手間も省け、使い勝手の良い装置を提供できる優れた効果が得られる。

また、タッチ位置の検出に必要な構成要素が、２つの筺体内に全て収納され、当該筺体を、例えば、平面状のホワイトボード、壁面等に装着することで、タッチ位置の検出が可能となる。つまり、本願発明の座標入力装置は、座標入力有効領域であるタッチ入力面を必須の構成要素として持っていない。従って、たとえ座標入力有効領域が大型（例えば、９０インチクラス）になるとしも、当該２つの筺体のみを持ち運ぶことで、何処でもその操作環境を実現することができる。更には、タッチ入力面を構成要素として具備していないので、製品コストは当然のことながら大幅に低下させることができる。言い換えれば、ユーザが所有している既存のホワイトボード等を活用することで、導入コストを低下させることができる大きな効果が得られる。

更には、構成要素が２つの筺体に全て具備されているので、ユーザによるホワイトボードへの装着、配線等も容易にできる効果が得られる。無論、持ち運ぶことを想定すれば、より軽量／小型の筺体で有ることが好ましく、センサユニットの受光光学系を光軸非対称とすることで、筺体の軽量化／小型化を実現し、可搬性を向上させることができる。

更には、例えば、既存のホワイトボードに装着することを考慮すると、製造メーカ、製品の型番等により、そのサイズは種々存在する。従って、ユーザが既に購入して使用しているホワイトボードを活用して使用できると言うことは、導入コストの削減、あるいは資源の有効利用と言う点で優れた効果が得られる。

更には、高精度な位置検出を可能とする座標入力装置にあって、装着する筺体をそこそこの精度で装着可能とすることで、設置の煩わしさ、設置時間を大幅に削減する効果も得られる。

例えば、ホワイトボード、パーソナルコンピュータ、フロントプロジェクターが既に導入されている会議室に、２つの筺体からなる当該座標入力装置を運び入れて、画面を直接タッチして操作する環境を構築することを想定する。

この時、会議室に既に導入されているパーソナルコンピュータを直ぐに使えることが好ましく、座標入力装置を動作させるためにドライバー等のインストールを不要にすることで、設置容易性、可搬性が向上する。つまり、当該座標入力装置と共に、ドライバー等が既にインストールされている専用のパーソナルコンピュータを持ち運ぶ必要が無くなる。もしくは、会議室のパーソナルコンピュータへのインストール作業が不要であることから、余分なセットアップ時間がかからず、直ぐに会議を始めることができる優れた利点が得られるようになる。

尚、本発明の座標入力装置における処理（フローチャート）は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給し、そのシステムまたは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (8)

1. 座標入力有効領域に対する指示位置を検出する座標入力装置であって、
   光を再帰的に反射する再帰反射手段と、
   前記座標入力有効領域に向けて投光する投光手段と到来光を受光する受光手段とを備え、前記受光手段によって検出される光量分布から、遮光部分を検出する、少なくとも２つのセンサユニットと、
   前記少なくとも２つのセンサユニットの１つのセンサユニットの受光部において、他のセンサユニットの投光部から直接光を受光した場合の光量分布に基づいて、前記他のセンサユニットが位置する方向を示す角度情報を検出する検出手段と、
   前記検出手段が検出した角度情報に応じて、前記少なくとも２つのセンサユニットの相対的な位置関係を算出する算出手段と、
   前記算出手段によって得られる位置関係と、前記少なくとも２つのセンサユニットが検出した前記遮光部分に基づいて、前記指示位置の相対座標値を算出する相対座標算出手段と、
   表示領域における表示座標系での既知の複数の位置を指示することで前記検出手段によって検出される角度情報に応じて、前記相対座標算出手段で算出される前記複数の位置のそれぞれの相対座標値を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶される相対座標値に基づき、前記相対座標算出手段で算出された前記指示位置の相対座標値を前記表示座標系の座標値に変換する変換手段と
   を備えることを特徴とする座標入力装置。
2. 前記センサユニット及び前記再帰反射手段の位置を変更する位置変更手段を更に備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
3. 前記センサユニットとして、第１のセンサユニット、第２のセンサユニット、第３のセンサユニット及び第４のセンサユニットを備える場合、
   前記第１のセンサユニットと前記第２のセンサユニットの間に前記再帰反射手段を備え、
   前記第３のセンサユニットと前記第４のセンサユニットの間に前記再帰反射手段を備え、
   前記検出手段は、
   前記第１のセンサユニットにおいて検出した前記第２のセンサユニット及び前記第４のセンサユニットが位置する方向のなす第１の角度情報を検出し、
   更に、前記検出手段は、
   前記第１のセンサユニットにおいて検出した前記第３のセンサユニット及び前記第４のセンサユニットが位置する方向のなす第２の角度情報と、
   前記第２のセンサユニットにおいて検出した前記第３のセンサユニット及び前記第４のセンサユニットが位置する方向のなす第３の角度情報と、
   前記第３のセンサユニットにおいて検出した前記第１のセンサユニット及び前記第２のセンサユニットが位置する方向のなす第４の角度情報と、
   前記第４のセンサユニットにおいて検出した前記第１のセンサユニット及び前記第２のセンサユニットが位置する方向のなす第５の角度情報と
   の内、少なくとも３個の角度情報を検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
4. 前記センサユニットとして、第１のセンサユニット、第２のセンサユニット、第３のセンサユニット及び第４のセンサユニットを備える場合、
   伸縮機構と前記再帰反射手段を有する第１の筺体の両端部分の位置に、前記第１のセンサユニットと前記第２のセンサユニットが設けられ、
   伸縮機構と前記再帰反射手段を有する第２の筺体の両端部分の位置に、前記第１のセンサユニットと前記第２のセンサユニットが設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
5. 前記検出手段は、前記第１の筺体に設けられる前記第１のセンサユニットと、該第１の筺体と対向して設けられた前記第２の筺体に設けられている前記第３のセンサユニットと前記第４のセンサユニットのなす角度を検出し、
   少なくとも前記第１のセンサユニットが、前記第２の筺体に設けられている前記第３のセンサユニット及び前記第４のセンサユニットの少なくとも一方のセンサユニットの方向を検出するための基準角度情報を記憶する基準角度情報記憶手段を更に備える
   ことを特徴とする請求項４に記載の座標入力装置。
6. 前記検出手段は、前記第１の筺体に設けられる前記第１のセンサユニットと、該第１の筺体と対向して設けられた前記第２の筺体に設けられている前記第３のセンサユニットと前記第４のセンサユニットのなす角度情報を検出し、
   前記検出手段は、少なくとも前記第１のセンサユニットに対して、前記第２の筺体に設けられた前記第３のセンサユニット及び前記第４のセンサユニットの少なくとも一方のセンサユニットの方向と、前記第１のセンサユニットに対して前記第２のセンサユニットの方向のなす角度情報を検出する
   ことを特徴とする請求項４に記載の座標入力装置。
7. 座標入力有効領域に対する指示位置を検出する座標入力装置として、
   光を再帰的に反射する再帰反射部と、
   前記座標入力有効領域に向けて投光する投光部と到来光を受光する受光部とを備え、前記受光部によって検出される光量分布から、遮光部分を検出する、少なくとも２つのセンサユニットと
   を備える座標入力装置の制御方法であって、
   前記少なくとも２つのセンサユニットの１つのセンサユニットの受光部において、他のセンサユニットの投光部から直接光を受光した場合の光量分布に基づいて、前記他のセンサユニットが位置する方向を示す角度情報を検出する検出工程と、
   前記検出工程が検出した角度情報に応じて、前記少なくとも２つのセンサユニットの相対的な位置関係を算出する算出工程と、
   前記算出工程によって得られる位置関係と、前記少なくとも２つのセンサユニットが検出した前記遮光部分に基づいて、前記指示位置の相対座標値を算出する相対座標算出工程と、
   表示領域における表示座標系での既知の複数の位置を指示することで前記検出工程によって検出される角度情報に応じて、前記相対座標算出工程で算出される前記複数の位置のそれぞれの相対座標値を記憶媒体に記憶する記憶工程と、
   前記記憶媒体に記憶される相対座標値に基づき、前記相対座標算出工程で算出された前記指示位置の相対座標値を前記表示座標系の座標値に変換する変換工程と
   を備えることを特徴とする座標入力装置の制御方法。
8. 座標入力有効領域に対する指示位置を検出する座標入力装置として、
   光を再帰的に反射する再帰反射部と、
   前記座標入力有効領域に向けて投光する投光部と到来光を受光する受光部とを備え、前記受光部によって検出される光量分布から、遮光部分を検出する、少なくとも２つのセンサユニットと
   を備える座標入力装置の制御をコンピュータに機能させるためのプログラムであって、
   前記コンピュータを、
   前記少なくとも２つのセンサユニットの１つのセンサユニットの受光部において、他のセンサユニットの投光部から直接光を受光した場合の光量分布に基づいて、前記他のセンサユニットが位置する方向を示す角度情報を検出する検出手段と、
   前記検出手段が検出した角度情報に応じて、前記少なくとも２つのセンサユニットの相対的な位置関係を算出する算出手段と、
   前記算出手段によって得られる位置関係と、前記少なくとも２つのセンサユニットが検出した前記遮光部分に基づいて、前記指示位置の相対座標値を算出する相対座標算出手段と、
   表示領域における表示座標系での既知の複数の位置を指示することで前記検出手段によって検出される角度情報に応じて、前記相対座標算出手段で算出される前記複数の位置のそれぞれの相対座標値を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段に記憶される相対座標値に基づき、前記相対座標算出手段で算出された前記指示位置の相対座標値を前記表示座標系の座標値に変換する変換手段と
   して機能させることを特徴とするプログラム。

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