JP2015207063A - 座標入力装置、座標入力装置の制御方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】センサバーの設置状態を把握して校正を促す技術を提供する。
【解決手段】投光部と受光部とを有するセンサユニットと、光を再帰反射する再帰反射部とを備えた２つのセンサバーを対向して設置し、２つのセンサバーにより座標入力領域を形成する座標入力装置であって、センサユニットの受光部の出力情報に基づいて２つのセンサバーの位置関係を検出する検出部と、位置関係に基づいて２つのセンサバーの移動指示情報をユーザに報知する報知部とを備える。
【選択図】 図７

Description

本発明は、座標入力装置、座標入力装置の制御方法およびプログラムに関するものである。

従来、座標入力面に対し、指示具（例えば、専用入力ペン、指等）によって指示を行って座標入力することで、接続されたコンピュータの制御、文字や図形などの入力を行う座標入力装置が知られている。特許文献１では、座標位置を入力する矩形形状の座標入力面と、座標入力面に沿って照射光を発する左側光学ユニットと、同様に照射光を発する右側光学ユニットと、装置端部に配設され、各光学ユニットが発した照射光を、その入光方向に再帰的に反射する反射部とを含む座標入力装置が開示されている。

座標入力装置では、フロントプロジェクタ等により座標入力面に画像を投影し、投影画像に対して直接的な入力が可能な構成とすることが行われている。近年ではフロントプロジェクタの小型化が進んだことから、フロントプロジェクタを会議室等へ持ち込み、投影画像を利用して会議を行うケースが増えてきている。これに伴い、フロントプロジェクタを持ち込んだ会議室で、座標入力装置も共に利用したいという要望がある。このため、持ち運びが可能で簡単に設置できる着脱式の座標入力装置が求められている。また、会議室の状況（参加者の人数や会議室の広さ等）によって、座標入力装置がさまざまな投影サイズに対応可能であることも望まれている。

着脱式の座標入力装置の構成例として、センサユニットを再帰反射部の両端に構成したバー状の光学ユニット（以下、センサバーと呼ぶ）２つを一組として座標入力領域を形成することが考えられる。センサバーを上下または左右に配置したり、センサバー間の距離を変更したりすることにより、自由な画面サイズに対応可能となる。

特許３９６４０７９号公報

ここで、座標を算出するためには、対となるセンサバーの両端にある４つのセンサユニットの位置を正確に把握する必要がある。また、センサユニットの位置を正確に把握するためには、各センサユニットの受光部の視野角内に、対となるセンサバーにある２つのセンサユニットが入っている必要がある。しかしながら、対となるセンサバーの設置位置が近い、ずれている、平行でない等の場合には正確に座標を算出することができないという課題がある。

本発明は、上記の課題に鑑み、センサバーの設置状態を把握して校正を促す技術を提供することを目的とする。

上記の目的を達成する本発明に係る座標入力装置は、
投光部と受光部とを有するセンサユニットと、光を再帰反射する再帰反射部とを備えた２つのセンサバーを対向して設置し、前記２つのセンサバーにより座標入力領域を形成する座標入力装置であって、
前記センサユニットの受光部の出力情報に基づいて前記２つのセンサバーの位置関係を検出する検出手段と、
前記位置関係に基づいて前記２つのセンサバーの移動指示情報をユーザに報知する報知手段と
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、センサバーの設置状態を把握して校正を促すことが可能となる。

本発明に係る座標入力装置の構成を説明する平面図。 本発明に係るセンサユニットの構成の説明図。 本発明に係る制御・演算ユニットのブロック図および発光のタイミングチャート。 本発明に係る光量分布の説明図。 本発明に係る座標算出可能領域の説明図。 本発明に係る座標計算の説明図。 本発明に係るセンサバーが平行時のセンサ出力波形の一例を示す図。 本発明に係るセンサバーが平行方向にずれている時のセンサ出力波形の一例を示す図。 本発明に係るセンサバーが回転方向にずれている時のセンサ出力波形の一例を示す図。 本発明に係る対向する２つのセンサバーの距離が近すぎる時のセンサ出力波形の一例を示す図。 本発明に係るセンサバーの設置位置を校正する処理手順を示すフローチャート。 本発明に係る制御・演算ユニットの機能構成図。

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。本実施形態に係る座標入力装置は、投光部と受光部とを有するセンサユニットと、光を再帰反射する再帰反射部とを備えた２つのセンサバーを対向して設置し、２つのセンサバーにより座標入力領域を形成する。そして、座標入力が無い状態でのセンサバー内の２つのセンサユニットの各出力波形を比較し、その比較結果から対向する２つのセンサバーの位置関係を検出するとともに、検出された位置関係に基づいてセンサバーの移動方向をユーザに報知する例を説明する。なお、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。

＜１．座標入力装置の構成＞
まず図１を参照して、本発明に係る座標入力装置の概略構成について説明する。図１において、１Ａ〜１Ｄは赤外線を投光する投光部および赤外光を受光する受光部を有するセンサユニットである。後述のセンサバー５Ａの一端にセンサユニット１Ａが、他端にセンサユニット１Ｄが備えられており、センサバー５Ｂの一端にセンサユニット１Ｂが、他端にセンサユニット１Ｃが備えられている。

各センサユニット１Ａ〜１Ｄから出ている矢印はセンサユニットが受光することができる赤外光の角度範囲の境界を表している。各センサユニット１Ａ〜１Ｄは制御・演算を行う制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂに２個ずつ接続され、制御信号を制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂから受け取ると共に、受光部で受光した信号を制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂに送信する。

３Ａ、３Ｂは、再帰反射部であって、入射光を到来方向に反射する再帰反射面を有し、それぞれのセンサユニット１Ａ〜１Ｄの投光部から投光された赤外光を、投光したセンサユニット１Ａ〜１Ｄに向けて再帰的に反射する。反射された赤外光は、センサユニット１Ａ〜１Ｄの受光部によって１次元的に受光され、その受光データが制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂに送られる。４Ａ〜４Ｄは、センサバー５Ａ、５Ｂの設置位置を校正する際に、センサバー５Ａ、５Ｂの移動方向を指示する為の、移動方向表示部である。移動方向表示部４Ａ〜４Ｄにおける各方向指示情報の表示により、センサバー５Ａ、５Ｂの設置位置を校正するための移動方向や回転の向きをユーザに指示することができる。

５Ａ、５Ｂは、センサユニット１Ａ〜１Ｄ、制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂ、移動方向表示部４Ａ〜４Ｄ等を収納すると共に、再帰反射部３Ａ、３Ｂを具備するセンサバーであり、座標入力装置の設置時にはセンサバー単位で設置を行う。６は、座標を入力する座標入力領域であり、座標入力領域６は、センサユニット１Ａ〜１Ｄにより検出される領域である。座標入力領域６の縦横比や大きさは、センサバー５Ａ、５Ｂの設置条件により任意の縦横比、大きさに調整できる。

本実施形態において、再帰反射部３Ａ、３Ｂは、座標入力領域６の２辺に構成されており、センサユニット１Ａ、１Ｄは、２辺の再帰反射部のうち一方の再帰反射部３Ｂに対して投光した赤外光の反射光を受光する。同様に、センサユニット１Ｂ、１Ｃは、もう一方である再帰反射部３Ａに対して投光した赤外光の反射光を受光する。座標入力領域６にフロントプロジェクタ等で画像を投影することにより、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。

座標入力領域６に対して指示具（例えば、専用入力ペン、指等）などによる入力指示がなされると、センサユニット１Ａ〜１Ｄの投光部から投光された赤外光が遮られ、入力指示方向のみ再帰反射による反射光が得られなくなる。制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂは、センサユニット１Ａ〜１Ｄ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情報を算出する。制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂは、双方に通信する通信部を有し、それぞれで算出された角度情報の交換を行い、座標入力領域６上での指などによる指示位置の座標を算出する。そして、座標入力装置に接続されているＰＣなどの情報処理装置に、ＵＳＢなどのインタフェースを経由して指示位置の座標値を出力する。このような構成により、指などの入力指示によって画面上での線の描画やアイコンの選択などのＰＣの操作が可能になる。以降、各部の詳細説明を行う。

＜２．センサユニットの構成＞
図２を参照して、センサユニット１Ａ〜１Ｄの構成について説明する。センサユニット１Ａ〜１Ｄは、大きく分けて投光部と受光部とを備えている。図２（ａ）は、センサユニットの投光部を示している。１０１は、赤外光を発する赤外ＬＥＤであり、投光レンズ１０２によって、所定範囲に赤外光を投光する。図２（ｂ）は、センサユニットの受光部を示している。受光部は、１次元のラインＣＣＤ１０３と、集光光学系としての集光レンズ１０４と、入射光の入射方向を概略制限する絞り１０５と、可視光等の余分な光（外乱光）の入射を防止する赤外フィルタ１０６とを備えている。

図２（ｃ）は、図１の座標入力装置をセンサユニット１Ａ、１Ｂからセンサユニット１Ｄ、１Ｃへ向かう方向を観察した場合の断面図である。センサユニット１Ａの赤外ＬＥＤ１０１Ａから出射された赤外光は、投光レンズ１０２Ａにより、座標入力面と略平行に制限された光束として、主に再帰反射部３Ｂに対して投光される。同様に、センサユニット１Ｂの赤外ＬＥＤ１０１Ｂからの赤外光は、投光レンズ１０２Ｂにより、主に再帰反射部３Ａに対して投光される。

本実施形態では、投光部と受光部は、座標入力面である座標入力領域６の垂直方向に重ねた配置構成となっている。そして、正面方向（座標入力面に対し垂直方向）から見て、投光部の発光中心と受光部の基準位置（つまり、角度を計測するための基準点位置に相当し、本実施形態にあっては絞り１０５の位置）が一致する構造となっている。

また、投光部により投光された座標入力面に略平行な光束であって、面内方向に所定角度方向に投光されている赤外光は、再帰反射部３Ｂ（３Ａ）により赤外光の到来方向に反射される。そして、赤外フィルタ１０６Ａ（１０６Ｂ）、絞り１０５Ａ（１０５Ｂ）、集光レンズ１０４Ａ（１０４Ｂ）を経て、ラインＣＣＤ１０３Ａ（１０３Ｂ）の検出素子面上に集光、結像することになる。

従って、ラインＣＣＤ１０３の出力信号は、反射光の入射角に応じた光量分布を出力することになるので、ラインＣＣＤ１０３を構成する各画素の画素番号が角度情報を示すことになる。なお、図２（ｃ）に示す投光部と受光部との距離Ｌは、投光部から再帰反射部３Ａ、３Ｂまでの距離に比べて十分に小さな値であり、距離Ｌを有していても十分な反射光を受光部で検出することが可能な構成となっている。

なお、センサユニット１Ｃ、１Ｄについても同様に投光部および受光部を備えている。図示はしないが、同様にセンサユニット１Ｃ（１Ｄ）の投光部が赤外ＬＥＤ１０１Ｃ（１０１Ｄ）、投光レンズ１０２Ｃ（１０２Ｄ）を備えており、センサユニット１Ｃ（１Ｄ）の受光部がラインＣＣＤ１０３Ｃ（１０３Ｄ）、集光レンズ１０４Ｃ（１０４Ｄ）、絞り１０５Ｃ（１０５Ｄ）、赤外フィルタ１０６Ｃ（１０６Ｄ）を備えている。

以上説明したように、センサユニット１Ａ〜１Ｄは、投光部と、各々の投光部で投光された赤外光を各々検出する受光部を有する構成である。

＜３．制御・演算ユニットの説明＞
次に、図３（ａ）を参照して、制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂの構成について説明する。図１の制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂとセンサユニット１Ａ〜１Ｄとの間では、ラインＣＣＤ１０３の制御信号、ＣＣＤ用クロック信号とＣＣＤの出力信号、および、赤外ＬＥＤ１０１の駆動信号がやり取りされている。制御・演算ユニット２Ａは、センサユニット１Ａ、１Ｄと接続されており、同様に制御・演算ユニット２Ｂは、センサユニット１Ｂ、１Ｃと接続されている。

図３（ａ）は制御・演算ユニット２Ａのブロック構成図を示している。なお、本実施形態では、制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂは、いずれも同様の回路構成となっている。ＣＣＤ制御信号は、ワンチップマイコンなどで構成されるＣＰＵ４１から出力されており、ラインＣＣＤ１０３Ａ、１０３Ｄのシャッタタイミングや、データの出力制御などを行っている。ラインＣＣＤ１０３Ａ、１０３Ｄ用のクロック信号はクロック発生回路であるＣＬＫ４２からセンサユニット１Ａ、１Ｄに送信されるとともに、センサユニット１Ａ、１Ｄに含まれるラインＣＣＤ１０３Ａ、１０３Ｄとの同期をとって各種制御を行うために、ＣＰＵ４１にも入力されている。なお、ＬＥＤ駆動信号はＣＰＵ４１から、センサユニット１Ａ、１Ｄが備える赤外ＬＥＤ１０１Ａ、１０１Ｄに供給されている。

センサユニット１Ａ、１ＤのラインＣＣＤ１０３Ａ、１０３Ｄからの出力信号は、制御・演算ユニット２ＡのＡ／Ｄコンバータ４３に入力され、ＣＰＵ４１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４４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４８を介して出力される。なお、シリアルインタフェース４８は、制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂの少なくともいずれか１つがＰＣと接続される。

ここで、図１に示したように、本実施形態においては、２つのセンサバー５Ａ、５Ｂが配置された構成となっている。２つのセンサバー５Ａ、５Ｂ内の制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂ間の通信には、無線通信が用いられる。本実施形態では、赤外線通信インタフェース４６を介して、サブＣＰＵ４５で処理されたデータにより、制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂ間のやりとりが行われる。

なお、制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂは、角度算出までを行うスレーブと、スレーブからの角度情報を受信し、その角度情報と自ユニットからの角度情報とから座標を算出するマスタとの２種類の動作をする。本実施形態の場合は、制御・演算ユニット２Ａがマスタで、制御・演算ユニット２Ｂがスレーブとして動作する。なお、各制御・演算ユニットは、マスタ・スレーブのどちらにもなりうるが、不図示のディップスイッチなどで、ＣＰＵのポートに切替え信号を入力することで切替えることが可能となっている。

次に、図１２を参照して、制御・演算ユニット２Ａの機能構成について説明する。なお、本実施形態では、制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂは、いずれも同様の機能構成となっている。

制御・演算ユニット２Ａは、位置関係検出部１２０１と、報知部１２０２とを備える。位置関係検出部１２０１は、センサユニット１Ａ、１Ｄの投光部により出射されて再帰反射部３Ｂにより反射された光をセンサユニット１Ａ、１Ｄの受光部により検出し、その出力情報に基づいて２つのセンサバー５Ａ、５Ｂの位置関係を検出する。報知部１２０２は、位置関係検出部１２０１により検出された位置関係に基づいて２つのセンサバー５Ａ、５Ｂの移動指示情報をユーザに報知する。報知は例えば移動方向表示部４Ａ〜４Ｄへの表示により報知する。

＜４．光量分布検出の説明＞
図３（ｂ）はセンサユニットを制御する制御信号のタイミングチャートである。５１、５２、５３がＣＣＤ制御用の制御信号であり、５１のＳＨ信号の間隔で、ＣＣＤのシャッタ時間が決定される。５２のＩＣＧＬ信号は制御・演算ユニット２Ａからセンサユニット１Ａ、１Ｄへのゲート信号であり、５３のＩＣＧＲ信号は制御・演算ユニット２Ｂからセンサユニット１Ｂ、１Ｃ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。

５４のＬＥＤＵ信号、５５のＬＥＤＤ信号は赤外ＬＥＤの駆動信号である。５１のＳＨ信号の最初の周期でセンサバー５Ａのセンサユニット１Ａ、１Ｄの投光部にある赤外ＬＥＤ１０１Ａ、１０１Ｄを点灯するためにＬＥＤＵ信号がＬＥＤ駆動回路を経て赤外ＬＥＤ１０１Ａ、１０１Ｄに供給される。そして、次の周期でセンサバー５Ｂのセンサユニット１Ｂ、１Ｃの投光部にある赤外ＬＥＤ１０１Ｂ、１０１Ｃを点灯するためにＬＥＤＤ信号５５がＬＥＤ駆動回路を経て赤外ＬＥＤ１０１Ｂ、１０１Ｃに供給される。双方の赤外ＬＥＤの駆動が終了した後に、ＣＣＤの信号がセンサユニットから読み出される。したがって、センサバー５Ａと５Ｂでは、異なるタイミング（５６Ｕと５６Ｄ）で赤外光が投光され、再帰反射部３Ａ、３Ｂで反射した赤外光がＣＣＤで受光されることになる。

読み出される信号は、指などによる座標入力がない場合には、それぞれのセンサユニット１Ａ〜１Ｄからの出力として、図４（ａ）に示すような光量分布が得られる。もちろん、このような分布が必ず得られるわけではなく、再帰反射部の反射特性や投光部の投光特性、受光部の受光特性、計時変化（反射面の汚れなど）等によって分布は変化する。

図４（ａ）においては、Ａのレベルが最多光量であり、Ｂのレベルが最少光量となる。つまり反射光のない状態では、得られるレベルがＢ付近になり、反射光量が増えるほどＡのレベルに近づいていく。ＣＣＤから出力されたデータは、逐次Ａ／Ｄ変換されＣＰＵにデジタルデータとして取り込まれる。

図４（ｂ）は指などで座標入力を行った、つまり、赤外光を遮った場合のＣＣＤ出力の例である。指などで赤外光が遮られたため、指に対応する部分（Ｃの部分）の光量が低下している。座標入力の検出は、この光量分布の変化に基づいて行う。

具体的には、図４（ａ）のような座標入力の無い初期状態を予め記憶しておき、それぞれのサンプル期間に図４（ｂ）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、変化があった場合その部分を座標入力点として入力角度を決定する演算を行う。

＜５．角度計算の説明＞
以下では角度計算の詳細な手順について説明する。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。前述したように、光量分布は経時変化などにより一定ではないため、座標入力装置の起動時などに記憶しておく。これにより、例えば、再帰反射面がほこりなどで汚れていても、全く反射しないような場合を除いて使用可能になる。以降、一つのセンサユニットのデータについて説明するが、全てのセンサユニットで同様の処理を行っている。

まず、座標入力が無い状態で、投光部から赤外光を投光せずにＣＣＤの出力を取込み、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４（ａ）のＢのレベル付近のデータとなる。ここで、Ｎは画素番号をあらわす。

次に、座標入力が無い状態で、投光部から赤外光を投光した状態でのＣＣＤの出力を取込み、Ｒｅｆ＿Ｄａｔａ［Ｎ］としてメモリに記憶する。これは図４（ａ）の実線で表されたデータである。これらのデータを用いて、座標入力がなされた遮光範囲があるかどうかを、データの変化の絶対量によって判定する。これは、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ためである。あるサンプル期間のＣＣＤの出力をＣｕｒ＿Ｄａｔａ［Ｎ］とする。各々の画素について以下の計算を行い、変化の絶対量を予め定められた閾値Ｖｔｈａと比較する。

Dif_Data[N] = Cur_Data[N] - Ref_Data[N] ...(1)
ここで、Ｄｉｆ＿Ｄａｔａ［Ｎ］は各画素における絶対変化量である。この処理は、差を取り閾値と比較するだけなので処理時間をさほど使わず、座標入力の有無の判定を高速に行うことが可能である。なお、閾値Ｖｔｈａを超えた画素が所定数以上検出されたときに座標入力があったと判定する。次に、より高精度に座標入力を検出するために、変化量の比を計算して入力点の決定を行う。

Nrm_Data[N] = Dif_Data[N] / (Bas_Data[N] - Ref_Data[N]) ...(2)
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。

図４（ｃ）は、変化量の比の計算を終わった後の検出の例である。閾値Ｖｔｈｒで検出を行い、遮光領域の立ち上がり部分は、Ｎｒ番目の画素で閾値を超えたとする。さらに、Ｎｆ番の画素でＶｔｈｒを下回ったものとする。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。より細かく中心画素を検出するために、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。ここでＮｒの画素のレベルをＬｒ、Ｎｒ−１の画素のレベルをＬｒ−１とする。また、Ｎｆの画素のレベルをＬｆ、Ｎｆ−１の画素のレベルを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が
Npv = Nrv + ( Nfv - Nrv ) / 2 ...(6)
で決定される。このように、画素番号とその画素レベルと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実行できる。このようにして得られた中心画素番号から、実際の座標値を計算するためには、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）の値を求めるほうが都合がよい。なお、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。ここでは、５次多項式を用いる場合の例を示す。多項式の係数は各センサユニット１Ａ〜１ＤのＣＣＤの画素番号と角度の関係を実測し、それに対する近似式となることから、センサユニット毎に異なる値となる。５次多項式を用いる場合には係数が６個必要になり、出荷時などにこのセンサユニット固有のデータを不揮発性メモリなどに記憶しておく。ここで５次多項式の係数をそれぞれ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)
で表すことができる。もちろん、角度そのものを求め、その後tａnθを求めても構わない。

＜６．座標計算方法の説明＞
次に、前述のようにして得られた角度データから座標を算出する方法を説明する。図５は、各センサユニット１Ａ〜１Ｄの組み合わせで座標計算可能な座標入力領域６の座標検出範囲を示している。図５に示すように、各センサユニット１Ａ〜１Ｄの投光範囲および受光範囲が交わる領域が座標計算可能な領域となる。したがって、センサユニット１Ｃ，１Ｄで座標計算可能な範囲は、図５（ａ）の斜線の範囲９１である。同様にセンサユニット１Ｂ，１Ｃで座標計算可能な範囲は、図５（ｂ）の斜線の範囲９２、センサユニット１Ａ，１Ｂで座標計算可能な範囲は、図５（ｃ）の斜線の範囲９３、センサユニット１Ａ，１Ｄで座標計算可能な範囲は、図５（ｄ）の斜線の範囲９４となる。

次に、図６（ａ）および図６（ｂ）を参照して、各範囲の座標計算方法を説明する。図６（ａ）はセンサユニット１Ａと１Ｂの組み合わせ又はセンサユニット１Ｃと１Ｄの組み合わせの例である。同様に、図６（ｂ）はセンサユニット１Ｂと１Ｃの組み合わせ又はセンサユニット１Ａと１Ｄの組み合わせの例である。

センサユニット１Ａの座標を（XA, YA）、センサユニット１Ｂの座標を（0, 0）、センサユニット１Ｃの座標を（XC, 0）、センサユニット１Ｄの座標を（XD, YD）としている。この時、センサユニットの組み合わせにより、４つの範囲の座標を計算する事ができる。
・センサユニット１Ａと１Ｂの組み合わせの場合
x1=(YA+XAtanθ3)/(tanθ1+tanθ3) ...(8)
y1=(YA+XAtanθ3)tanθ1/(tanθ1+tanθ3) ...(9)
・センサユニット１Ｃと１Ｄの組み合わせの場合
x2=(XCtanθ2+XDtanθ4-YD)/(tanθ2+tanθ4) ...(10)
y2=(XC-x2)tanθ2 ...(11)
・センサユニット１Ｂと１Ｃの組み合わせの場合
x3=XCtanθ2/(tanθ1+tanθ2) ...(12)
y3=XCtanθ1tanθ2/(tanθ1+tanθ2) ...(13)
・センサユニット１Ａと１Ｄの組み合わせの場合
x4=(YA-YD+XAtanθ3+XDtanθ4)/(tanθ3+tanθ4) ...(14)
y4=YA-(x4-XA)tanθ3 ...(15)
センサユニット１Ａ、１Ｄの座標は、センサユニット１Ａ、１Ｄの投光部からの直接光をセンサユニット１Ｂ、１Ｃで受光し、その時の画素番号から角度を求め、式（１２）と式（１３）から求めることができる。

＜７．センサバー設置位置の校正＞
続いて、センサバーの設置位置の校正手順を説明する。実際のセンサ出力波形は投光レンズや再帰反射部、受光レンズ等にばらつく要因があるが、簡単化のため、以下の説明ではセンサバーの配置にのみ影響を受けた波形として表している。

図７（ａ）−図７（ｃ）は、略平行に整列した状態にセンサバーが設置された時のセンサバーの配置図とセンサ出力波形を示している。ここでセンサ出力波形は再帰反射部からの反射光の光量分布を表している。図７（ａ）はセンサユニット１Ｂから、図７（ｂ）はセンサユニット１Ｃから赤外光を投光し、反射光を受光した時の２つの受光部のセンサ出力波形である。センサ出力波形の縦軸はセンサユニットのＣＣＤが受光した光量を表し、横軸上の値は光を受光していない時のレベル（黒レベル）で、下方向にいくほど受光する光量が多いことを表している。また横軸はＣＣＤの有効画素番号を表している。

センサユニット１Ｂは、再帰反射部３Ａからの反射光をセンサユニット１Ａ側からセンサユニット１Ｄ側へ順に受光した光量を出力する。同様に、センサユニット１Ｃは、再帰反射部３Ａからの反射光をセンサユニット１Ｄ側からセンサユニット１Ａ側へ順に受光した光量を出力する。センサバーが略平行に整列して設置されている場合、２つのセンサユニットと、対となるセンサバーの再帰反射部は対称な位置関係にあることから、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、センサ出力波形としてほぼ同じものが得られる。

また、図７（ｃ）はセンサユニット１Ａ、１Ｄから赤外光を投光し、直接光をセンサユニット１Ｂ、１Ｃで受光した時の受光部のセンサ出力波形である。最終的に座標を計算する場合に、対となるセンサバーの各センサユニットの座標が分かっている必要がある。このため、上述の座標計算方法の説明にもあるように、図７（ｃ）のセンサ出力波形からセンサユニットの位置の角度を求めてその座標を計算し、これを座標計算に使用するものとする。

次に図８（ａ）−図８（ｃ）を参照して、センサバーが平行のまま左右方向（平行方向）にずれた場合について説明する。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、図７のセンサバーが平行のままずれて設置された場合の配置と、２つの受光部のセンサ出力波形を表す。実線がセンサ出力波形であり、破線は平行にずれなく設置された時のセンサ出力波形を表す。図８（ａ）はセンサユニット１Ｂから赤外光を投光し、再帰反射部３Ａからの反射光を受光した時の受光部のセンサ出力波形であり、正常に設置された時のセンサ出力波形に比べて、全体に左にシフトした波形となる。図８（ｂ）はセンサユニット１Ｃから赤外光を投光し、再帰反射部３Ａからの反射光を受光した時の受光部のセンサ出力波形であり、正常に設置された時の波形に比べて、全体に右にシフトした波形となる。

図８（ｃ）は、図８（ａ）及び図８（ｂ）の差分のセンサ出力波形であり、波形の左と右で差分データの正と負が反転し、その間には、ほぼ０の値となる部分が現れる。また、ずれる方向が逆の場合、この波形は正負を反転したものとなる。ここで、平行方向にずれてセンサバーの端（図８（ａ）の例では、センサユニット１Ｂから見たセンサユニット１Ａの側の端）がセンサユニットの視野角から外れた場合、反対のセンサユニットでは反射光が得られない部分が増える。そのため、図８（ｃ）の破線円で示した部分に差分データが発生する。また、平行方向のずれ量が小さくなり対となるセンサバーが視野角に入ると、出力波形の左右の正と負の画素数はほぼ同一（同じ幅）となる。以上のことから、平行にずれた場合、２つの受光部のセンサ出力波形を比較することによって、ずれ量およびずれている方向を検出することが可能である。

次に、図９（ａ）−図９（ｃ）を参照して、センサバーが回転方向にずれた場合について説明する。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、図７のセンサバーが回転方向にずれて設置された場合の配置と、２つの受光部のセンサ出力波形を表す。図９（ａ）はセンサユニット１Ｂから赤外光を投光し、反射光を受光した時の受光部のセンサ出力波形であり、正常に設置された時の波形に比べて、波形の傾きがきつく、幅も短くなっている。図９（ｂ）はセンサユニット１Ｃから赤外光を投光し、反射光を受光した時の受光部のセンサ出力波形であり、正常に設置された時の波形に比べて、波形の傾きがゆるく、幅も長くなっている。

図９（ｃ）は、図９（ａ）および図９（ｂ）の差分のセンサ出力波形である。回転方向にずれた場合、反射光が入ってくる画素番号はあまり変化しないが、センサユニットから見た再帰反射部の角度が変わるために反射光の幅が変わる。これによって波形の右側に差分データが現れる。また、中心部分の波形の傾きからも、センサに対する再帰反射部が対称（つまり平行）に設置されていないことがわかる。

このことから、センサバーの設置位置が回転方向にずれた場合、左右の出力波形を比較することによりセンサバーのずれ量およびずれ方向を検出することが可能となる。

次に図１０（ａ）及び図１０（ｂ）を参照して、２つのセンサバーの設置位置が近すぎる場合について説明する。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、図７のセンサバーが近すぎる位置に設置された場合の配置と、２つの受光部のセンサ出力波形を表す。センサバーは略平行に整列している場合、２つのセンサユニットのセンサ出力波形はほぼ同一の波形となるが、センサユニット１Ｂからはセンサユニット１Ｄが、センサユニット１Ｃからはセンサユニット１Ａが視野角から外れている。しかし、この場合に関しては、反射光のセンサ出力波形の判定条件として、波形の開始の終了の両側に、所定の画素数の黒レベル（光を受光していない時のレベル）の期間を検出することによって、センサバー間の距離が近すぎることを検出することができる。

一方、２つのセンサバーが略平行になったかどうかの判定は、差分データの絶対値の和を所定の閾値と比較することで行う。絶対値の和が閾値よりも小さい場合に略平行になったと判定することができる。

センサバーが略平行に整列して設置され、図７に示すセンサバー間の距離のように、対となるセンサバーのセンサユニットからの直接光を検出可能となれば、その検出した角度情報から座標計算の方法で説明したのと同様にセンサの座標を正確に計算することができる。そして、この計算で求めたセンサの座標を使用して、精度よくセンサバーの位置を微調整することも可能となる。

＜８．センサバーの設置位置を校正する処理＞
図１１のフローチャートを参照して、本発明の実施形態に係る座標入力装置が実施するセンサバーの設置位置を校正する処理の手順を説明する。センサバーの設置校正が開始されると、ステップＳ１０１において、位置関係検出部１２０１は、赤外光を投光しないでセンサ出力を取込み、背景光データとして波形データを記憶する。

ステップＳ１０２において、位置関係検出部１２０１は、赤外光を投光して反射光を受光したセンサ出力を取込み、反射光データとして波形データを記憶する。ステップＳ１０３において、位置関係検出部１２０１は、ステップＳ１０１で取込んだ背景光データとステップＳ１０２で取込んだ反射光データとの差分をとり外乱光の影響を除去し、前述したように左右の２つのセンサユニットのセンサ出力波形を比較する。

ステップＳ１０４において、位置関係検出部１２０１は、センサ出力波形の比較結果に基づいて、センサバーが略平行に整列して設置されているか否かを判定する。略平行に整列していないと判定された場合、ステップＳ１０５へ進む。一方、略平行に整列していると判定された場合、ステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０５において、報知部１２０２は、比較結果からズレを修正する向きにセンサバーを移動させるための移動指示情報を移動方向表示部４Ａ〜４Ｄに表示してユーザに報知する。なお、報知の方法は移動方向表示部４Ａ〜４Ｄへの表示に限定されるものではなく、音声での移動指示であってもよい。その後、ステップＳ１０１へ戻り、処理を繰り返す。

ステップＳ１０６において、位置関係検出部１２０１は、対となるセンサバーに対して赤外光の発光を指示し、その直接光を受光した角度情報から、センサの座標を計算する。ステップＳ１０７において、相手センサバーの２つのセンサユニットが、自センサの視野角内に存在しない等の理由で座標を計算できなかった場合、ステップＳ１０１に戻る。一方、相手センサバーの２つのセンサユニットが、自センサの視野角内に存在しており座標が計算できた場合、ステップＳ１０８へ進む。

ステップＳ１０８において、位置関係検出部１２０１は、計算で求めた対となるセンサバーの座標から、センサバーが平行に設置されているか否かを所定の閾値と比較し、センサバーの設置校正が完了したか否かを判定する。所定の閾値以上のずれが残っておりセンサバーの設置校正が完了していないと判定された場合、ステップＳ１０９へ進む。一方、所定の閾値以上のずれが残っておらずセンサバーの設置校正が完了したと判定された場合、ステップＳ１１０へ進む。

ステップＳ１０９において、報知部１２０２は、ユーザに対して移動方向の指示を移動方向表示部４Ａ〜４Ｄに表示する。その後、ステップＳ１０６へ戻る。ステップＳ１１０において、報知部１２０２は、センサバーの設置の完了をユーザに通知して、センサバーの設置校正処理を終了する。

以上説明したように、本発明によれば、センサユニットの他に新たなセンサ等を追加することなしに、センサバーの設置状態を検出することができる。そして、センサバーの位置を校正するための移動方向を表示することにより、ユーザが略平行に整列した状態にセンサバーを設置することが容易になる。その結果、座標検出の精度が向上し、耐外乱ノイズも向上するという効果を奏する。

（その他の実施形態）
また、本発明は、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或いは装置に供給し、そのシステム或い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。

１Ａ〜１Ｄ：センサユニット、２Ａ〜２Ｂ：演算・制御ユニット、３Ａ〜３Ｂ：再帰反射部、４Ａ〜４Ｄ：移動方向表示部、５Ａ〜５Ｂ：センサバー、６：座標入力領域、１２０１：位置関係検出部、１２０２：報知部

Claims (11)

1. 投光部と受光部とを有するセンサユニットと、光を再帰反射する再帰反射部とを備えた２つのセンサバーを対向して設置し、前記２つのセンサバーにより座標入力領域を形成する座標入力装置であって、
   前記センサユニットの受光部の出力情報に基づいて前記２つのセンサバーの位置関係を検出する検出手段と、
   前記位置関係に基づいて前記２つのセンサバーの移動指示情報をユーザに報知する報知手段と
   を備えることを特徴とする座標入力装置。
2. 前記検出手段は、第１のセンサバーの投光部から出射されて第２のセンサバーの再帰反射部で反射された光を前記第１のセンサバーの受光部で受けて出力される出力情報に基づいて、前記２つのセンサバーの位置関係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。
3. 前記センサバーは、一端に第１のセンサユニットを備え、他端に第２のセンサユニットを備えており、
   前記検出手段は、前記第１のセンサユニットおよび前記第２のセンサユニットの出力情報に基づいて前記２つのセンサバーの位置関係を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の座標入力装置。
4. 前記検出手段は、前記第１のセンサユニットおよび前記第２のセンサユニットの出力波形の位置のずれ量に基づいて、前記２つのセンサバーの一方に対する他方の平行方向のずれ量を検出することを特徴とする請求項３に記載の座標入力装置。
5. 前記検出手段は、前記第１のセンサユニットおよび前記第２のセンサユニットの出力波形の傾き及び幅に基づいて、前記２つのセンサバーの一方に対する他方の平行位置からの回転方向のずれ量を検出することを特徴とする請求項３または４に記載の座標入力装置。
6. 前記検出手段は、前記第１のセンサユニットおよび前記第２のセンサユニットの出力波形の差分の絶対値の和が閾値よりも小さい場合に前記２つのセンサバーが略平行に整列したことを検出することを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載の座標入力装置。
7. 前記移動指示情報を表示する表示手段をさらに備え、
   前記報知手段は、前記表示手段への表示により前記移動指示情報をユーザに報知することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の座標入力装置。
8. 前記移動指示情報はセンサバーの移動方向を指示する方向指示情報であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の座標入力装置。
9. 前記検出手段は、指示具による前記座標入力領域への遮光がない状態で前記２つのセンサバーの位置関係を検出することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の座標入力装置。
10. 投光部と受光部とを有するセンサユニットと、光を再帰反射する再帰反射部とを備えた２つのセンサバーを対向して設置し、前記２つのセンサバーにより座標入力領域を形成する座標入力装置の制御方法であって、
    検出手段が、前記センサユニットの出力情報に基づいて前記２つのセンサバーの位置関係を検出する工程と、
    報知手段が、前記位置関係に基づいて前記２つのセンサバーの移動指示情報をユーザに報知する工程と
    を有することを特徴とする座標入力装置の制御方法。
11. 請求項１０に記載の座標入力装置の制御方法の各工程をコンピュータに実行させるためのプログラム。

Images