JP2017045189A - 座標入力装置、情報処理方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】座標のずれを軽減する座標入力装置、情報処理方法及びプログラムを提供する。【解決手段】座標入力領域の対向する２辺に設けられた再帰反射手段３Ａ、３Ｂと、対向する辺に向けて投光する投光手段と対向する辺に設けられた再帰反射手段からの再帰反射光を検出する受光手段とを含み、２辺に各々２個ずつ設けられた４つのセンサユニットと、を有する座標検出ユニットを複数有し、４つのセンサユニットで囲まれる座標入力領域の一部が重複し、かつ、それぞれの辺の再帰反射手段が直線状になるよう、複数の座標検出ユニットが連結されることで、座標入力有効領域が形成された座標入力装置である。制御演算ユニット２Ａ、２Ｂは、隣接する座標検出ユニットの間で、記隣接する座標検出ユニットの駆動の順番に対して対向するセンサユニットを駆動する順番が逆の順番になるよう制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、座標入力装置、情報処理方法及びプログラムに関する。

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、又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。
表示装置の画面に触れることで操作するタッチユーザインタフェースは、操作が容易で直感的であることから、いまや携帯機器を始めとする、様々なデバイスで一般的に利用されている。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る。
大画面を使ったより具体的な用途として、プレゼンテーションやホワイトボード機能の会議での活用、教育現場におけるＩＣＴ教育への応用、デジタルサイネージ等での利用が見込まれ、これらの市場からの要望は大きい。
座標入力装置の方式としては、静電容量を用いたもの、抵抗膜を用いたもの、又は、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。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、指示位置の座標を決定する。
特許文献１では、座標入力面の対向する２つの辺に再帰反射材を配置し、それぞれの辺に２つずつセンサを配置して、４つのセンサのうち２つを組み合わせて全体の１／４ずつ光学遮光方式を用いて座標を算出する座標入力装置が示されている。また、この座標入力装置を、再帰反射材を配置した２つの辺の方向に複数並べて、更なる大型化を実現するための構成が示されている。

特開２０１２−２３４４１３号公報

特許文献１の座標入力装置では、再帰反射材を配置した２つの辺の方向に複数並べて、隣接する座標入力領域が重なるように配置されたとき、２つの辺に配置された対向するセンサは異なるタイミングで駆動される。また、隣接する座標入力装置間でのセンサの干渉を避けるため、隣接する座標入力装置間で同期をとってセンサを駆動している。このとき、重複した座標入力領域では、対向するセンサからの遮光情報から座標が算出される。このときセンサの駆動タイミングのずれの影響で指等の遮光位置の移動速度が所定の速度より速い場合、検出した座標にずれが発生する。このずれが発生する原因を、図９で説明する。
図９において、センサユニット１Ａ、１Ｂは対向するセンサユニットである。図９（Ａ）では右から左に、図９（Ｂ）では左から右に指等の指示具が移動したときを表している。図９では、センサユニットは１Ａ、１Ｂの順番で取得した遮光情報を使用して座標を求めている場合を表している。点線の丸でセンサユニット１Ａ、１Ｂがデータ取得したときに指示具があった位置を示し、黒丸でこのときに算出される座標を示している。図９（Ａ）、図９（Ｂ）それぞれの図から分かるように、対向するセンサの正面方向を境に、ずれる方向は逆となる。また図９（Ａ）、図９（Ｂ）から、指等の指示具の移動方向が逆になると、座標がずれる方向も逆になることが分かる。また、指示具の移動速度が速くなればなるほど、対向するセンサの正面方向に近づけば近づくほど座標のずれ量は大きくなる。

図１０は左側の座標入力面を構成するセンサユニット１Ｃ−１、１Ｄ−１と、右側の座標入力面を構成するセンサユニット１Ａ−２、１Ｂ−２、の境界でのセンサ駆動タイミングの差による座標のずれを表す図である。このように、座標入力装置を複数並べてより大きな１つの座標入力領域を構成する場合、隣接する領域間での座標のずれる方向が逆となり、２つの隣接する座標のつなぎ目で段差が発生してしまう課題があった。この段差を少なくするためには、センサ駆動のタイミング差を可能な限り少なくすることである。また、使用する座標をなるべくセンサの正面方向を使用しないように、センサユニット１Ａ−２と１Ｄ−１、１Ｂ−２と１Ｃ−１をなるべく離して配置することである。しかし、物理的な限界もあり、指示具の速度によってはどうしても段差が発生していた。
これを、図１０を用いて説明する。図１０において、指等の指示具が座標入力領域４−１から座標入力領域４−２へ左から右に移動している。点線の丸は各センサで取り込みが行われたときの指示具の位置を表し、黒丸はセンサの取り込みタイミングの差により、実際の位置からすこしずれた位置に求められた座標を表す。中央の破線は隣接する座標入力領域４−１と４−２との座標が切り替わる境界を表している。左から移動してきた指示具は、Ｐ１−１の位置ではセンサユニット１Ｄ−１で、Ｐ１−２の位置ではセンサユニット１Ｃ−１で検出される。このとき算出される座標は、センサユニット１Ｄ−１及び位置Ｐ１−１を結んだ直線と、センサユニット１Ｃ−１及び位置Ｐ１−２を結んだ直線とが交差する座標Ｃ１となる。同様に位置Ｐ２−１、Ｐ３−１はセンサユニット１Ｄ−１、位置Ｐ２−２、Ｐ３−２はセンサユニット１Ｃ−１で検出され、座標Ｃ２、Ｃ３が算出される。また、位置Ｐ４−１以降はセンサユニット１Ａ−２、１Ｂ−２で取り込まれ、位置Ｐ４−１、Ｐ５−１、Ｐ６−１はセンサユニット１Ａ−２、位置Ｐ４−２、Ｐ５−２、Ｐ６−２はセンサユニット１Ｂ−２で取り込まれ、座標Ｃ４〜Ｃ６が算出される。このように、座標入力領域の切り替えの前後で座標がずれる方向が逆になることから座標Ｃ３と座標Ｃ４とに大きな段差が発生する。説明図では分かり易く誇張して説明しているが、大画面化のために２つの座標入力領域を並べていることから、段差が非常に目立っていた。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、座標のずれを軽減することを目的とする。

そこで、本発明は、座標入力領域の対向する２辺に設けられた再帰反射手段と、対向する辺に向けて投光する投光手段と対向する辺に設けられた再帰反射手段からの再帰反射光を検出する受光手段とを含み、前記２辺に各々２個ずつ設けられた４つのセンサユニットと、を有する座標検出ユニットを複数、有し、前記４つのセンサユニットで囲まれる座標入力領域の一部が重複し、かつ、それぞれの辺の再帰反射手段が直線状になるよう、前記複数の座標検出ユニットが連結されることで、座標入力有効領域が形成された座標入力装置であって、隣接する座標検出ユニットの間で、前記隣接する座標検出ユニットの駆動の順番に対して対向するセンサユニットを駆動する順番が逆の順番になるよう制御する制御手段を更に有する。

本発明によれば、座標のずれを軽減することができる。

座標入力装置の概略構成の一例を示す図である。 センサユニットの詳細構成を示す図である。 座標入力装置の断面の一例を示す図である。 制御・演算ユニットのハードウェア構成の一例を示す図である。 制御信号のタイミングチャートである。 光量分布を表すデータの一例を示す図である。 隣接するセンサの駆動タイミングを説明する図である。 本実施形態のタイミングでセンサを駆動したときの座標を示す図である。 従来技術を説明する図（その１）である。 従来技術を説明する図（その２）である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

＜実施形態１＞
実施形態１の座標入力装置の概略構成について図１を用いて説明する。
図１中、同じ構成の座標入力装置が、座標入力領域が重なりをもつように隣接して配置されているが、それぞれの座標入力装置内で同じ構成のものに関しては、記号に−１、−２を付与して表すものとする。最初に１つの座標入力装置に関して説明を行う。センサユニット１Ａ〜１Ｄは投光部及び受光部を有するセンサユニットであり、矩形状の座標入力領域４−１及び４−２に対して互いに所定の距離離されて設置されている。より具体的には、座標入力領域４−１の対向する２辺に２箇所ずつ、即ち２個ずつ、センサユニット１Ａ−１及び１Ｄ−１、センサユニット１Ｂ−１及び１Ｃ−１が設けられている。また、座標入力領域４−２の対向する２辺に２箇所ずつセンサユニット１Ａ−２及び１Ｄ−２、センサユニット１Ｂ−２及び１Ｃ−２が設けられている。座標入力領域４−１及び４−２を合わせた領域は、座標入力有効領域の一例である。座標入力有効領域は、４つのセンサユニットで囲まれる座標入力領域の一部が重複し、かつ、それぞれの辺の再帰反射手段が直線状になるよう、複数の座標入力装置（座標検出ユニット）が連結されることで、形成されている。ここで、一つの座標入力装置は、例えば、制御・演算ユニット２Ａ−１、２Ｂ−１、センサユニット１Ａ−１、１Ｄ−１、１Ｂ−１、１Ｃ−１、座標入力領域４−１に対応する再帰反射部３Ａ、３Ｂである。また、もう一つの座標入力装置は、例えば、制御・演算ユニット２Ａ−２、２Ｂ−２、センサユニット１Ａ−２、１Ｄ−２、１Ｂ−２、１Ｃ−２、座標入力領域４−２に対応する再帰反射部３Ａ、３Ｂである。
センサユニット１Ａ及び１Ｄは制御・演算を行う制御・演算ユニット２Ａに接続され、制御信号を制御・演算ユニット２Ａから受信すると共に、検出した信号を制御・演算ユニット２Ａに送信する。同様に、センサユニット１Ｂ及び１Ｃは制御・演算を行う制御・演算ユニット２Ｂに接続され、制御信号を制御・演算ユニット２Ｂから受信すると共に、検出した信号を制御・演算ユニット２Ｂに送信する。
再帰反射部３Ａ及び３Ｂはそれぞれ、座標入力領域４−１及び４−２の対向する２辺に設けられているひとつながりの再帰反射部である。再帰反射部３Ａは、入射光を到来方向に反射する再帰反射面を有し、センサユニット１Ｂ、１Ｃから投光された光を、それぞれのセンサユニットに向けて再帰的に反射する。再帰反射部３Ｂは、入射光を到来方向に反射する再帰反射面を有し、センサユニット１Ａ、１Ｄから投光された光を、それぞれのセンサユニットに向けて再帰的に反射する。反射された光は、集光光学系とラインセンサであるラインＣＣＤ等との構成部品によって構成されたセンサユニットの受光部によって１次元的に検出され、その光量分布が制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂに送信される。

座標入力領域４−１及び４−２は座標を入力する座標入力領域である。座標入力領域４−１に対する指示入力が、センサユニット１Ａ−１〜１Ｄ−１によって検出される。また、座標入力領域４−２に対する指示入力が、センサユニット１Ａ−２〜１Ｄ−２によって検出される。
実施形態１において、再帰反射部３Ａ及び３Ｂは、座標入力領域４−１及び４−２の２辺に構成されている。センサユニット１Ａ、１Ｄは、再帰反射部３Ｂに対して投光し、反射した光を受光する。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、反射した光を受光する。
実施形態１においては、座標入力領域４−１及び４−２の２面で隙間無く隣接された状態で形成されている。各座標入力領域における指等の指示具による入力指示の座標を算出するために用いるセンサユニット１Ａ〜１Ｄは、図示の如く座標入力領域４−１及び４−２の外側に配置されている。そして、座標入力領域４−１及び４−２にフロントプロジェクタで画像を投影することで、インタラクティブな座標入力装置として、利用可能となっている。
このような構成において、座標入力領域４−１及び４−２に指等の指示具による入力指示がなされると、投光部から投光された光が遮られ、再帰反射による反射光が得られなくなるため、入力指示位置のみ光量が得られなくなる。
制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂはそれぞれ、双方にデータを通信する通信部を有する。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、同遮光範囲内での検出点を特定して、それぞれの遮光範囲とセンサユニットとの間の角度を算出する。制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂは、算出した角度及びセンサユニット間の距離等から、座標入力領域上の指示具の指示位置の座標を算出し、表示装置に接続されているＰＣ等の情報処理装置に、ＵＳＢ等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。
このようにして、指等の指示具によって、画面上に線を描画し、アイコンを操作する等の情報処理装置の操作が可能になる。

（センサユニットの詳細説明）
次に、センサユニット１Ａ〜１Ｄの構成について、図２及び図３を用いて説明する。センサユニット１Ａ〜１Ｄは、大きく分けて投光部と受光部とから構成される。
図２は、センサユニットの詳細構成を示す図である。
図２（Ａ）は、センサユニット１Ａ〜１Ｄそれぞれの投光部１００を示している。赤外ＬＥＤ１０１は赤外光を発する赤外ＬＥＤであり、投光レンズ１０２によって、再帰反射部３Ａ及び３Ｂに向けて、所定範囲に光を投光する。ここで、センサユニット１Ａ〜１Ｄ中のそれぞれの投光部１００は、この赤外ＬＥＤ１０１と投光レンズ１０２とによって実現される。そして、投光部１００より投光された赤外光は、再帰反射部３Ａ及び３Ｂにより到来方向に再帰的に反射され、センサユニット１Ａ〜１Ｄ中の受光部２００によって、その光が検出される。
図２（Ｂ）は、センサユニット１Ａ〜１Ｄそれぞれの受光部２００を示している。受光部２００は、１次元のラインセンサであるラインＣＣＤ１０３、集光光学系としての受光用レンズ１０４、入射光の入射方向を概略制限する絞り１０５、及び可視光等の余分な光（外乱光）の入射を防止する赤外フィルター１０６からなる。そして、再帰反射部３によって反射された光は、赤外フィルター１０６、絞り１０５を抜けて受光用レンズ１０４によって、ラインＣＣＤ１０３の検出素子面上に集光される。

図３は、図１のセンサユニット１Ａ及び１Ｂ側から見た断面図である。センサユニット１Ａの赤外ＬＥＤ１０１Ａからの光は、投光レンズ１０２Ａにより、座標入力面に略平行に制限された光束として、主に再帰反射部３Ｂに対して光が投光されるように構成されている。同様に、センサユニット１Ｂの赤外ＬＥＤ１０１Ｂからの光は、投光レンズ１０２Ｂにより、主に再帰反射部３Ａに対して光が投光されるように構成されている。
ここで、実施形態１の場合、投光部１００と受光部２００とは、座標入力面である座標入力領域４の垂直方向に対し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１００の発光中心と受光部２００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、絞り１０５の位置）とが一致する構造となっている。
また、投光部１００により投光された座標入力面に略平行な光束であって、座標入力面内方向に所定角度方向に投光されている光は、再帰反射部３Ａ又は３Ｂにより光の到来方向に再帰反射される。そして、赤外フィルター１０６Ａ（１０６Ｂ）、絞り１０５Ａ（１０５Ｂ）、受光用レンズ１０４Ａ（１０４Ｂ）を経て、ラインＣＣＤ１０３Ａ（１０３Ｂ）の検出素子面上に集光、結像されることになる。
したがって、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。
図３に示す投光部１００と受光部２００との距離Ｌは、投光部１００から再帰反射部３までの距離に比べて十分に小さな値であり、距離Ｌを有していても十分な再帰反射光を受光部２００で検出することが可能な構成となっている。
また、図３では、センサユニット１Ａ及び１Ｂについて説明しているが、同様の関係を有する、センサユニット１Ｄ及び１Ｃも、センサユニット１Ａ及び１Ｂと同様の構成を有する。
以上説明したように、センサユニット１Ａ〜１Ｄは、投光部１００と、各々の投光部１００で投光された光を各々検出する受光部２００と、を有する構成である。

（制御・演算ユニットの説明）
図１の制御・演算ユニット２Ａ及び２Ｂとセンサユニット１Ａ〜１Ｄとの間では、センサユニットを制御するためのＣＣＤ制御信号、ＣＣＤ用クロック信号、ＣＣＤの出力信号、及びＬＥＤ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及び１Ｄと接続されている。同様に、制御・演算ユニット２Ｂは、センサユニット１Ｂ及び１Ｃと接続されている。
図４は、制御・演算ユニットのハードウェア構成の一例を示す図である。図４では、センサユニット１Ｂと１Ｃとに接続される制御・演算ユニット２Ｂの構成を例に挙げて説明するが、外部インタフェースを除き制御・演算ユニット２Ａ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等の構成部品で構成されるＣＰＵ４１から出力され、ＣＣＤのシャッタタイミングやデータの出力制御等を行っている。ＣＣＤ用クロック信号はクロック発生回路ＣＬＫ４２からセンサユニットに送信されると共に、ＣＣＤ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。ＬＥＤ駆動信号はＣＰＵ４１から、センサユニット１Ｂ及び１Ｃの赤外ＬＥＤ１０１に供給されている。
センサユニット１Ｂ及び１Ｃの受光部２００からの検出信号は、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、後述する角度計算に用いられる。そして、ＣＰＵ４１は、計算された角度情報から幾何学的タッチ位置を算出し、外部ＰＣ等にＵＳＢインタフェース４７等を介して出力する。

ここで、実施形態１では、センサユニット１Ａ、１Ｄとそれに対する制御・演算ユニット２Ａと、センサユニット１Ｂ、１Ｃとそれに対する制御・演算ユニット２Ｂとが、座標入力領域４に対して対向する辺にそれぞれ分離して配置された構成となっている。
各制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂは、シリアル通信部４６を介して接続され、マスタ・スレーブの関係で動作する。実施形態１の場合は、制御・演算ユニット２Ｂがマスタで、２Ａがスレーブである。各制御・演算ユニット２Ａ、２Ｂは、マスタ・スレーブのどちらにもなりうるが、ディップスイッチ等で、ＣＰＵ４１のポートに切り替え信号を入力することでマスタ／スレーブを切り替えることが可能となっている。
マスタである制御・演算ユニット２Ｂからは、対向する辺に設けられたセンサユニット１Ａ及び１Ｄのデータを取得するために、制御コマンドが制御・演算ユニット２Ａに送信される。そして、センサユニット１Ａ及び１Ｄのデータから算出した角度情報は、マスタ側の制御・演算ユニット２Ｂからの要求コマンドによりに制御・演算ユニット２Ａから制御・演算ユニット２Ｂに送信される。
上述したＵＳＢインタフェース４８は、本実施形態の場合、マスタ側の制御・演算ユニット２Ｂに実装されることになる。
ＣＰＵ４１が、メモリ４４に記憶されているプログラムに基づき処理を実行することにより、制御・演算ユニット２の機能等が実現される。

（光量分布検出の説明）
図５（Ａ）、（Ｂ）は制御信号のタイミングチャートである。
制御信号５１、５２、５３がラインＣＣＤ１０３制御用の制御信号である。ＳＨ信号５１の間隔でラインＣＣＤ１０３のシャッタ開放時間が決定される。
ＩＣＧＡ信号５２は制御・演算ユニット２Ａで生成され、センサユニット１Ａ、１ＤのラインＣＣＤ１０３内部の光電変換部の電荷を読出部へ転送するゲート信号である。ＩＣＧＢ信号５３は制御・演算ユニット２Ｂで生成され、センサユニット１Ｂ、１ＣのラインＣＣＤ１０３内部の光電変換部の電荷を読出部へ転送するゲート信号である。ＣＣＤＡ信号５４は、センサユニット１Ａ、１ＤのラインＣＣＤ１０３のシャッタ開放時間を示す信号である。ＣＣＤＢ信号５５は、センサユニット１Ｂ、１ＣのラインＣＣＤ１０３のシャッタ開放時間を示す信号である。ＬＥＤＡ信号５６はセンサユニット１Ａ、１Ｄの赤外ＬＥＤ１０１の駆動信号である。ＬＥＤＢ信号５７はセンサユニット１Ｂ、１Ｃの赤外ＬＥＤ１０１の駆動信号である。
タイミングチャートから分かるように、ＬＥＤＡ信号５６によりセンサユニット１Ａ、１Ｄの赤外ＬＥＤ１０１が駆動され、投光部１００から赤外光が投光される。この赤外光は対向する再帰反射部３Ｂで再帰反射され、この再帰反射してきた赤外光を受光部２００が受光する。そして、ＣＰＵ４１がＳＨ信号５１とＩＣＧＡ信号５２とを使ってラインＣＣＤ１０３から光量データを読み出す。同様にＬＥＤＢ信号５７によりセンサユニット１Ｂ、１Ｃの赤外ＬＥＤ１０１が駆動され、投光部１００から赤外光が投光される。この赤外光は対向する再帰反射部３Ａで再帰反射され、この再帰反射してきた赤外光を受光部２００が受光する。そして、ＣＰＵ４１がＳＨ信号５１とＩＣＧＢ信号５３とを使ってラインＣＣＤ１０３から光量データを読み出す。センサユニット１Ａ、１Ｄとセンサユニット１Ｂ、１Ｃは対向して配置されていることから、同時に赤外ＬＥＤ１０１を駆動し赤外光を発光してしまうと、対向するセンサユニットからの赤外光を直接ＣＣＤが受光してしまう。このため、ＣＰＵ４１は、対向するセンサユニットの駆動タイミングをずらし、直接対向するセンサの赤外光を受光しないように制御する。即ち、ＣＰＵ４１は、２辺のうち１辺に設けられた２つのセンサユニットを駆動する第１の駆動タイミングと、前記２辺のうち前記１辺と対向する１辺に設けられた２つのセンサユニットを駆動する第２の駆動タイミングと、をずらすように制御を行う。より具体的には、ＣＰＵ４１は、２辺のうち１辺に設けられた隣接する２つのセンサユニットを駆動するタイミングの順番に対して、対向する辺に設けられた２つのセンサユニットを駆動するタイミングの順番が逆の順番となるように制御を行う。
図５（Ａ）と（Ｂ）とは、制御・演算ユニット２Ａで生成される制御信号と、制御・演算ユニット２Ｂで生成されるセンサ制御信号とのタイミングを変更し、センサユニットの駆動順番を逆の順番にしたタイミングチャートである。どちらのタイミングで動作するかは、ディップスイッチ等で、ＣＰＵ４１のポートに切り替え信号を入力することで切り替えが可能となっている。また、スレーブの制御・演算ユニット２Ａへは、マスタの制御・演算ユニット２Ｂからシリアル通信部４６を介してコマンドで通知してもよい。

（角度計算の説明）
図６を用いて、それぞれのセンサユニット１Ａ〜１Ｄから出力される光量分布を表すデータについて説明する。もちろん、このような光量分布を表すセンサ出力がどのシステムでも必ず得られるわけではなく、再帰反射部３Ａ及び３Ｂの特性や赤外ＬＥＤ１０１の特性、経時変化（反射面の汚れ等）によって得られる光量分布は変化する。また、以下、センサユニット１Ａ〜１Ｄのセンサユニットのうち、一つについて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ものとする。
先ず、センサユニット１Ａ〜１Ｄの投光部１００の発光が無い状態である場合の受光部２００の出力信号は図６（Ａ）となる。発光が有る場合の受光部２００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が光を検出（受光）してないレベルと言える。
実施形態１の座標入力装置は、レベルＡとして最適な光量レベルが得られるように、ＳＨ信号を制御する。これによって、図５におけるＣＣＤＡ信号５４、ＣＣＤＢ信号５５のシャッタ開放時間、及び、ＬＥＤＡ信号５６、ＬＥＤＢ信号５７のＬＥＤ発光時間が調整される。ＣＰＵ４１は、受光部２００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。更には、ＣＰＵ４１は、検出光量レベルに応じて、投光部１００の赤外ＬＥＤ１０１に流す電流を調整して発光量を制御してもよい。このように受光部２００からの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ＣＰＵ４１が適宜行う仕様としてもよい。又は、センサユニット１Ａ〜１Ｄの設置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ＣＰＵ４１が行う仕様としてもよい。

上記最適な光量調整後、下記で説明する２種類の基準データをＣＰＵ４１が取得する。
ＣＰＵ４１は、第一の基準データとして、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１００から発光が無い状態での光量分布を取得して記憶する。ＣＰＵ４１は、ラインＣＣＤ１０３の出力をＡ／Ｄコンバータ４３によりＡ／Ｄ変換して、この値をＢａｓｅ＿Ｄａｔａ［Ｎ］としてメモリ４４に記憶する。これは、ラインＣＣＤ１０３のバイアスのばらつき等を含んだデータとなり、図６（Ａ）の信号波形となり、レベルＢ付近のデータとなる。ここで、［Ｎ］はラインＣＣＤ１０３の画素番号であり、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、ＣＰＵ４１は、第二の基準データとして、操作者によるタッチ操作が行われてない状態で、投光部１００から発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、ＣＰＵ４１は、Ｒｅｆ＿Ｄａｔａ［Ｎ］としてメモリ４４に記憶する。

その後、操作者によるタッチ操作を検出するために、ＣＰＵ４１は、投光部１００からの発光した状態で光量分布データを取得する。タッチ操作が行われていなければ、図６（Ｂ）に示すデータと同じ光量分布データが取得される。タッチ操作が行われると、そのタッチ位置の再帰反射光が遮られるため、光量分布データに遮光部分Ｃが検出され、図６（Ｃ）に示す光量分布データとなる。このデータをＮｏｒｍ＿Ｄａｔａ［Ｎ］と定義する。
ＣＰＵ４１は、これらのデータ（メモリ４４に記憶されているＢａｓｅ＿Ｄａｔａ［Ｎ］、Ｒｅｆ＿Ｄａｔａ［Ｎ］、Ｎｏｒｍ＿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、ＣＰＵ４１は、遮光部分を特定するために、データの変化の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］ 式（１）
ここで、Ｎｏｒｍ＿Ｄａｔａ０［Ｎ］は、各画素における変化量である。ＣＰＵ４１は、閾値Ｖｔｈａと比較することにより、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、ＣＰＵ４１は、閾値Ｖｔｈａ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、より高精度に遮光位置を検出するために、ＣＰＵ４１は、画素データの変化の比を計算して入力点の決定を、式（２）を用いて行う。
Ｎｏｒｍ＿ＤａｔａＲ［Ｎ］ ＝ Ｎｏｒｍ＿Ｄａｔａ０［Ｎ］ ／ （Ｂａｓｅ＿Ｄａｔａ［Ｎ］ − Ｒｅｆ＿Ｄａｔａ［Ｎ］） 式（２）
ＣＰＵ４１は、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、ＣＰＵ４１は、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との画素番号から、両者の中央を指示具による入力に対応する画素番号とすることで、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。いま、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。更に、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。
このとき、ＣＰＵ４１は、出力すべきラインＣＣＤ１０３の画素番号Ｎｐを、立ち上がり部と立ち下がり部との画素番号の中央値として式（３）のように計算してもよいが、そうすると、ラインＣＣＤ１０３の画素間隔が出力画素番号の分解能になる。
Ｎｐ ＝ Ｎｓ ＋ （Ｎｔ − Ｎｓ） ／ ２ 式（３）
そこで、ＣＰＵ４１は、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とを用い、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 ） 式（４）
Ｎｔｖ ＝ Ｎｔ−１ ＋ （ Ｖｔｈｒ − Ｌｔ−１ ） ／ （ Ｌｔ −Ｌｔ−１ ） 式（５）
と計算できる。この計算式によれば、ＣＰＵ４１は、出力レベルに応じた仮想画素番号、つまり、ラインＣＣＤ１０３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 式（６）

このように、ＣＰＵ４１は、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と、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。画素番号から、ｔａｎθへの変換には、ＣＰＵ４１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、ＣＰＵ４１は、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。いま、５次多項式の係数をＬ５、Ｌ４、Ｌ３、Ｌ２、Ｌ１、Ｌ０としたとき、ｔａｎθは
ｔａｎθ＝（Ｌ５＊Ｎｐｖ＋Ｌ４）＊Ｎｐｖ＋Ｌ３）＊Ｎｐｖ＋Ｌ２）＊Ｎｐｖ＋Ｌ１）＊Ｎｐｖ＋Ｌ０ 式（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、ＣＰＵ４１は、角度データそのものを計算し、その後、ｔａｎθを計算してもよい。

（連結動作）
ここで再び図１に戻り、これまで説明してきた座標入力装置を２つ連結してより大きな座標入力領域を形成する構成を説明する。
２つの座標入力装置は、座標入力領域の途切れが無いように、互いの座標入力領域が重なりをもつようにセンサユニット１Ｃ−１、１Ｄ−１、１Ａ−２、１Ｂ−２が配置される。また、２つのマスタ側の制御・演算ユニット２Ｂ−１、２Ｂ−２は、２つの座標入力装置のセンサ駆動タイミングの同期をとるため、信号線６で接続される。並べられる複数の座標入力装置では、１つの同期マスタと複数の同期スレーブという関係となり、同期スレーブでは１つの同期マスタからの同期信号に同期してセンサ駆動タイミングが生成される。信号線６で接続される各制御・演算ユニット２Ｂ−１、２Ｂ−２は、同期マスタ／同期スレーブのどちらにもなりうる。ディップスイッチ等で、ＣＰＵ４１のポートに切り替え信号を入力することで同期マスタ／同期スレーブを切り替えることが可能となっている。実施形態１では、制御・演算ユニット２Ｂ−２が同期マスタ、２Ｂ−１が同期スレーブとする。

図７（Ａ）を用いて、隣接するセンサの駆動タイミングを説明する。ＣＣＤＡ−２信号７１はセンサユニット１Ａ−２、１Ｄ−２のラインＣＣＤ１０３のシャッタ開放時間を示す信号である。ＣＣＤＢ−２信号７２はセンサユニット１Ｂ−２、１Ｃ−２のラインＣＣＤ１０３のシャッタ開放時間を示す信号である。ＣＣＤＡ−１信号７３はセンサユニット１Ａ−１、１Ｄ−１のラインＣＣＤ１０３のシャッタ開放時間を示す信号である。ＣＣＤＢ−１信号７４はセンサユニット１Ｂ−１、１Ｃ−１のラインＣＣＤ１０３のシャッタ開放時間を示す信号である。それぞれのシャッタ開放時間は、図５で説明したＣＣＤＡ信号５４、ＣＣＤＢ信号５５と同様の信号で、ＳＨ信号、ＩＣＧ信号から生成される。ここでは重なった座標入力領域の周りに配置された４つのセンサユニットの動作タイミングの関係を説明するため、シャッタ解放時間を比較する。制御・演算ユニット２Ｂ−２と２Ａ−２とは、図５（Ａ）で説明したのと同様に、制御・演算ユニット２Ａ−２がセンサを駆動した後、２Ｂ−２がセンサを駆動するように設定されている。制御・演算ユニット２Ｂ−１と２Ａ−１とは、図５（Ｂ）で説明したのと同様に、制御・演算ユニット２Ｂ−１がセンサを駆動した後、２Ａ−１がセンサを駆動するように設定されている。図７（Ａ）で、まず始めに同期マスタである制御・演算ユニット２Ｂ−２は、制御・演算ユニット２Ａ−２に対してタイミングＴ１でコマンドを送信する。コマンドを受信した制御・演算ユニット２Ａ−１は、ＣＣＤＡ−２信号７１を生成し、センサを駆動する。これらの処理は、第１のステップの処理の一例である。制御・演算ユニット２Ｂ−２は、ＣＣＤＡ−２と重ならないように、ＣＣＤＢ−２信号７２を生成し、センサを駆動する。これらの処理は、第２のステップの処理の一例である。センサ駆動が終了した後、同期マスタである制御・演算ユニット２Ｂ−２は、タイミングＴ２で同期スレーブである制御・演算ユニット２Ｂ−１に対して同期信号を、信号線６を介して送信する。同期信号を受信した同期スレーブの制御・演算ユニット２Ｂ−１は、このタイミングを基準としてＣＣＤＢ−１信号７４を生成し、センサを駆動すると共に、制御・演算ユニット２Ａ−１にコマンドを送信する。これらの処理は、第３のステップの処理の一例である。制御・演算ユニット２Ａ−１は、受信したコマンドからＣＣＤＢ−１信号と重ならないタイミングでＣＣＤＡ−１信号７３を生成し、センサを駆動する。これらの処理は、第４のステップの処理の一例である。実施形態１では、同期マスタである制御・演算ユニット２Ｂ−２が同期スレーブの制御・演算ユニット２Ｂ−１に対して送信する同期信号を遅延させて重複領域を構成するセンサユニットが同時に投光しない制御をしている。しかし、同期信号で開始タイミングを指示して、これを基準として同期スレーブ側の各制御・演算ユニットで同様のタイミングで駆動信号を生成してもよい。

このようなタイミングでセンサを駆動したときに求められる座標を、図８を用いて説明する。図８において、指等の指示具が座標入力領域４−１から座標入力領域４−２へ左から右に移動している。点線の丸は各センサで取り込みが行われたときの指示具の位置を表し、黒丸はセンサの取り込みタイミングの差により、実際の位置からすこしずれた位置に求められた座標を表す。中央の破線は隣接する座標入力領域４−１と座標入力領域４−２との座標を切り替える境界を表している。左から移動してきた指示具は、位置Ｐ１−１はセンサユニット１Ｃ−１で、位置Ｐ１−２はセンサユニット１Ｄ−１で検出される。このとき算出される座標は、センサユニット１Ｃ−１と位置Ｐ１−１とを結んだ直線と、センサユニット１Ｄ−１と位置Ｐ１−２とを結んだ直線とが交差する座標Ｃ１となる。同様に位置Ｐ２−１、Ｐ３−１はセンサユニット１Ｃ−１、位置Ｐ２−２、Ｐ３−２はセンサユニット１Ｄ−１で検出され、座標Ｃ２、Ｃ３が算出される。また、位置Ｐ４−１以降はセンサユニット１Ａ−２、１Ｂ−２で取り込まれ、位置Ｐ４−１、Ｐ５−１、Ｐ６−１はセンサユニット１Ａ−２、位置Ｐ４−２、Ｐ５−２、Ｐ６−２はセンサユニット１Ｂ−２で取り込まれ、座標Ｃ４〜Ｃ６が算出される。
この図８に示されるように、座標のずれる方向が隣接する座標領域で同一となることから、段差等の目立つ座標ずれが発生しない。

＜実施形態２＞
実施形態１では、隣接する座標入力領域の周りに配置された４つのセンサユニット１Ａ−２、１Ｄ−２、１Ｂ−１、１Ｃ−１の駆動タイミングを全て異なるタイミングで動作させていた。しかしながら、隣同士のセンサユニット１Ａ−２及び１Ｂ−１、１Ｄ−２及び１Ｃ−１は互いに干渉しない場合は同時に駆動させるようにしてもよい。本実施形態の処理によれば、図７（Ｂ）に示されるように、トータルの駆動時間を短縮するため、ＣＰＵ４１が同じタイミングでセンサユニット１Ｃ−１と１Ｂ−２とを同時に駆動する。

＜実施形態３＞
実施形態３では、３つの座標入力領域を連結する場合について、座標入力領域４−２の右側に、３つ目の座標入力領域を配置した場合について、−３を各符号に付加して説明する。３つ目の制御・演算ユニット２Ｂ−３は、制御・演算ユニット２Ｂ−１と同様に同期信号を制御・演算ユニット２Ｂ−２から受信し、制御・演算ユニット２Ｂ−１と同じタイミングでセンサユニット１Ａ−３〜１Ｄ−３を駆動する。
これにより、座標入力領域４−２では、１Ａ−２と１Ｄ−２が駆動された後、１Ｂ−２と１Ｃ−２が駆動される。座標入力領域４−１、４−３では、１Ｂ−１、１Ｃ―１、１Ｂ−３、１−Ｃ―３が駆動された後、１Ａ−１、１Ｄ−１、１Ａ−３、１Ｄ−３が駆動される。

＜その他の実施形態＞
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給する。そして、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではない。

以上、上述した各実施形態によれば、座標のずれを軽減することができる。

１Ａ〜１Ｄ センサユニット
２Ａ〜２Ｂ 制御・演算ユニット
３Ａ〜３Ｂ 再帰反射部
４１ ＣＰＵ
４４ メモリ

Claims (7)

1. 座標入力領域の対向する２辺に設けられた再帰反射手段と、
   対向する辺に向けて投光する投光手段と対向する辺に設けられた再帰反射手段からの再帰反射光を検出する受光手段とを含み、前記２辺に各々２個ずつ設けられた４つのセンサユニットと、
   を有する座標検出ユニットを複数、有し、
   前記４つのセンサユニットで囲まれる座標入力領域の一部が重複し、かつ、それぞれの辺の再帰反射手段が直線状になるよう、前記複数の座標検出ユニットが連結されることで、座標入力有効領域が形成された座標入力装置であって、
   隣接する座標検出ユニットの間で、前記隣接する座標検出ユニットの駆動の順番に対して対向するセンサユニットを駆動する順番が逆の順番になるよう制御する制御手段を更に有する座標入力装置。
2. 前記２辺のうち１辺に設けられた２つのセンサユニットを駆動する第１の駆動タイミングによって得られる第１の光量分布と、前記２辺のうち前記１辺と対向する１辺に設けられた２つのセンサユニットを駆動する第２の駆動タイミングによって得られる第２の光量分布と、に基づき、前記座標入力有効領域における指示位置を取得する取得手段を更に有する請求項１記載の座標入力装置。
3. 前記制御手段は、隣接する座標検出ユニットの間で、前記第１の駆動タイミングと、前記第２の駆動タイミングと、の順番が逆になるよう制御する請求項２記載の座標入力装置。
4. 座標入力領域の対向する２辺に設けられた再帰反射手段と、
   対向する辺に向けて投光する投光手段と対向する辺に設けられた再帰反射手段からの再帰反射光を検出する受光手段とを含み、前記２辺に各々２個ずつ設けられた４つのセンサユニットと、
   を有する座標検出ユニットを複数、有し、
   前記４つのセンサユニットで囲まれる座標入力領域の一部が重複し、かつ、それぞれの辺の再帰反射手段が直線状になるよう、前記複数の座標検出ユニットが連結されることで、座標入力有効領域が形成された座標入力装置が実行する情報処理方法であって、
   隣接する座標検出ユニットの間で、前記隣接する座標検出ユニットの駆動の順番に対して対向するセンサユニットを駆動する順番が逆の順番になるよう制御する制御ステップを含む情報処理方法。
5. 座標入力領域の対向する２辺に設けられた再帰反射手段と、
   対向する辺に向けて投光する投光手段と対向する辺に設けられた再帰反射手段からの再帰反射光を検出する受光手段とを含み、前記２辺に各々２個ずつ設けられた４つのセンサユニットと、
   を有する座標検出ユニットを複数、有し、
   前記４つのセンサユニットで囲まれる座標入力領域の一部が重複し、かつ、それぞれの辺の再帰反射手段が直線状になるよう、前記複数の座標検出ユニットが連結されることで、座標入力有効領域が形成された座標入力装置が実行する情報処理方法であって、
   前記複数の座標検出ユニットのうち、第１の座標検出ユニットにおいて、
   前記２辺のうち第１の辺に設けられた２つのセンサユニットを駆動する第１のステップと、
   前記２つのセンサユニットを駆動した後、前記２辺のうち前記第１の辺に対向する第２の辺に設けられた２つのセンサユニットを駆動する第２のステップと、
   前記複数の座標検出ユニットのうち、前記第１の座標検出ユニットに隣接する第２の座標検出ユニットにおいて、
   前記第２の辺に設けられた２つのセンサユニットを駆動する第３のステップと、
   前記２つのセンサユニットを駆動した後、前記第１の辺に設けられた２つのセンサユニットを駆動する第４のステップと、
   を含む情報処理方法。
6. 前記第２のステップにおける駆動と、前記第３のステップにおける駆動と、が同じタイミングとなるよう制御する請求項５記載の情報処理方法。
7. コンピュータに、請求項４乃至６何れか１項記載の各ステップを実行させるためのプログラム。

Images