JP3523618B2 - 座標入力システムおよび座標入力システムに用いる座標パターン形成用紙 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、座標入力システム
に係り、詳しくは、座標を特定するための光学的情報を
用いることにより、指示した位置の座標を入力する技術
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、座標を検出するための技術として
は、たとえば、ライトペン等の光学情報を読取る手段を
用いてＣＲＴ（Cathode Ray Tube) の表示画面上の座標
を検出するもの、および、抵抗圧式または静電容量式ま
たは電磁誘導式などの方式によってタブレット上の座標
をスタイラスペン等で検出するものなどがある。

【０００３】ライトペン等を用いた座標入力システムの
場合は、ライトペン等が受光した光学量とＣＲＴの表示
画面における走査線の時刻変化とを照合することによ
り、ライトペン等によって指示された位置の座標を識別
できるように構成されている。したがって、この装置
は、専ら、ＣＲＴの表示画面上の座標を検出するために
用いられる。

【０００４】また、抵抗圧式、静電容量式、電磁誘導式
などによるタブレットを備えたシステムの場合は、タブ
レットとＣＲＴ等の表示手段とが組合せて用いられるこ
とが多く、タブレット上の座標指示範囲と表示手段の表
示画面とが対応づけられ、タブレット上でスタイラスペ
ンを移動させると、それに応じて表示画面上でカーソル
が移動するように構成されている。

【０００５】前述したものに代表される座標を検出する
ための技術は、パーソナルコンピュータやワークステー
ションや電子手帳などにおける入力手段またはビデオデ
ッキや電子レンジなどの家電製品における操作手段など
に応用される重要な技術であり、様々な提案がなされて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述したライトペン等
を用いた座標入力システムの場合は、ＣＲＴの表示画面
における走査線の時刻変化を利用して座標を特定するた
めに、表示手段がＣＲＴで構成されていることが条件と
なる。

【０００７】また、前述したタブレットを有する座標入
力システムの場合は、抵抗圧式、静電容量式、電磁誘導
式などの各種の方式に応じてタブレットを構成しなけれ
ばならず、装置構成が複雑になる。さらに、タブレット
は、通常、平板型に構成されるので、広い配置スペース
が必要である。

【０００８】本発明は、係る実状に鑑み考え出されたも
のであり、その目的は、装置構成を簡略化し、用紙など
の媒体を用いて、容易に座標検出が行なわれる座標入力
システムおよび座標入力システムに用いる座標パターン
形成用紙を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の座標入力システ
ムは、用紙への当接によって信号を出力する当接検出部
と、該信号に応答して、２次元座標を表すドット形式の
座標パターンを印刷した用紙上を走査し該座標パターン
の部分画像を光学的に読み取る読取部と、読み取った部
分画像に含まれるドットを検出するドット検出部と、検
出されたドットの配列から前記部分画像領域の２次元座
標を検出する座標検出部と、検出された２次元座標を外
部に無線送信する送信部と、前記各部に駆動電力を供給
する電源部とを同一筐体に収納してなる光学ペンと、座
標パターンを生成する座標パターン発生部と、座標パタ
ーンを印刷する印刷部と、座標パターン発生部が生成し
た座標パターンデータを印刷部に供給して、用紙のほぼ
全面に用紙端部からの相対的な位置を表すドット形式の
座標パターンを用紙に印刷する印刷制御部を設けた印刷
装置とを備え、前記光学ペンと前記座標パターンを印刷
した用紙とを用い、前記光学ペンのペン先が用紙に当接
している時に、当該用紙の印刷された２次元座標を表す
ドット形式の座標パターンの部分画像を光学的に読み取
り、読み取った部分画像に含まれるドットを検出すると
ともに、当該ドットの配列から前記部分画像領域の２次
元座標を検出するようにしたことを特徴とする。

【００１０】また、請求項２に係る発明は、請求項１記
載の座標入力システムにおける印刷装置によって印刷さ
れる座標パターン形成用紙であって、当該用紙は用紙の
ほぼ全面に用紙端部からの相対的な位置を表すドット形
式の座標パターンが印刷されてなり、請求項１記載の座
標入力システムは当該座標パターン形成用紙を用いて２
次元座標を検出する。この手続補正書は、平成１５年１
２月１６日付け手続補正書における手続補正２の不備を
訂正するためのものである。

【００１１】

【作用】請求項１記載の構成により、本発明の座標入力
システムにおける光学ペンは読取部が２次元座標を表す
ドット形式の座標パターンを印刷した用紙上を走査し
て、該座標パターンの部分画像を光学的に読み取ると、
ドット検出部が読み取った部分画像に含まれるドットを
検出する。検出されたドットの配列から、座標検出部が
前記部分画像領域の２次元座標を検出するので、検出さ
れた２次元座標を検出部が外部に送信する。これらの前
記各部を光学ペンに内蔵するとともに、駆動電力を供給
する電源部を同一筐体に収納しているので、装置構成が
簡略化することができる。

【００１２】請求項２記載の構成により、本発明の座標
入力システムにおけるパターン形成用紙は２次元座標を
表すドット形式の座標パターンの部分画像を光学的に読
み取り、読み取った部分画像に含まれるドットを検出す
るとともに、当該ドットの配列から前記部分画像領域の
２次元座標を検出するようにしたパターンが形成されて
おり、該用紙のほぼ全面に用紙端部からの相対的な位置
を表すドット形式の座標パターンが印刷されているの
で、該用紙を用いて座標検出を行うことができる他、前
記座標パターン形成用紙を印刷装置にて大量に生産する
ことができるものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施例について
図面を参照して説明する。

【００１４】図１は、本実施例による座標入力装置の基
本構成を示すための一部模式図を含むブロック図であ
る。座標入力装置２１は、表示部２３と、光学ペン２５
と、座標パターン発生部２７と、表示制御部２９と、ド
ット検出部３１と、データ補正部３３と、座標検出部３
５と、情報制御部３７とを含む。表示部２３は、後記図
２，３に示す光学的情報を表示するためのものであり、
ＣＲＴやＬＣＤまたはプラズマ表示装置などの画像表示
装置によって構成する。光学ペン２５は、表示部２３上
の位置を指示するとともに、その指示した位置における
光学的情報を読取るための手段である。光学ペン２５の
詳細構成については、図５，６を参照して後述する。

【００１５】表示部２３上の座標を特定するための情報
（以下、「座標パターン」という）は、座標パターン発
生部２７が生成する。生成された座標パターンのデータ
を表示制御部２９が表示部２３に表示させる。

【００１６】光学ペン２５は、表示部２３上の所定の領
域の情報を読取ることができるように構成されている。
光学ペン２５は、ペン先が表示部２３に接すると、その
位置における光学的情報を読取る。光学ペン２５が読取
ったデータは、ドット検出部３１に送られる。ドット検
出部３１は、後記図２に示す座標パターンに含まれるド
ットイメージを検出し、検出したドットイメージのデー
タをデータ補正部３３に送る。データ補正部３３は、受
け取ったドットイメージデータに対して、後述する補正
処理を施し、補正後のデータを座標検出部３５へ送る。
座標検出部３５は、補正後のドットイメージデータに基
づいて、光学ペン２５が指示した位置の座標を検出す
る。

【００１７】座標入力装置２１における前述した一連の
動作は、情報制御部３７によって制御される。情報制御
部３７は、表示制御部２９に対して、表示部２３の表示
動作を制御させるための制御指令信号を送るとともに、
座標検出部３５が検出した座標データを受け取る。

【００１８】前記表示部２３により、表示手段が構成さ
れている。前記表示制御部２９により、特定情報表示制
御手段が構成されている。前記ドット検出部３１とデー
タ補正部３３と座標検出部３５とにより、判定手段が構
成されている。

【００１９】図２は、表示部２３に表示される座標パタ
ーンの構成を示す模式図である。例示した構成は、表示
部２３の表示面が、横方向０〜６３９，縦方向０〜２３
９の６４０×２４０個のドットを含む場合のものであ
る。座標パターンは、横方向において横両端を除き６ド
ット単位に分割され、縦方向においても６ドット単位に
分割されることにより、全体として１０６×４０個のブ
ロックを有するように構成されている。

【００２０】各ブロックの横方向の位置は、０ＢＫｘ〜
１０５ＢＫｘのブロック番号によって表わされ、同様
に、縦方向の位置は、０ＢＫｙ〜３９ＢＫｙのブロック
番号によって表わされる。表示面の横両端には、２×６
個のドットを含むブロックが形成されている。各ブロッ
クの左端の６ドットと上端の６ドット（横両端のブロッ
クについては２ドット）とは、常時、黒色を表示する。
その他のドットについては、必要に応じて白色または黒
色を表示する。なお、「黒色を表示する」とは、実際に
はそのドットの表示がＯＦＦ（非表示）であることをい
う。

【００２１】図３は、前記図２に示した座標パターンに
おける１つのブロックの構成を示す模式図である。同図
を参照して、ブロックに含まれる６×６個のドットによ
って表わされる情報について説明する。ブロックに含ま
れるドットは、横方向のα１〜α６と、縦方向のβ１〜
β６との番号によってその位置が識別される。たとえ
ば、ブロック内において最左上の位置にあるドットは、
α１β１、最右上の位置にあるドットはα６β１という
ように識別される。各ドットには、「０」または「１」
の表示データが与えられる。表示データが１の場合は、
前記図２に示した座標パターンにおいて、そのドットが
黒色（非表示）であり、表示データが０の場合は白色
（表示）である。

【００２２】ブロック内における最上端のドットと、最
左端にあるドット、すなわちα１β１〜α６β１とα１
β２〜α１β６とのドットには、表示データとして
「１」を与える。これにより、前記図２に示した座標パ
ターンにおいて、ブロックとブロックとの境界線上にあ
るドットが黒色となり、座標パターン全体としてブロッ
クごとに表示領域が分割された格子状のイメージパター
ンが表示されることになる。

【００２３】また、α２β２のドットに対して表示デー
タ「１」を与え、α３β２〜α６β２と、α２β３〜α
２β６とのドットに対して表示データ「０」を与える。
さらに、ブロック内における最右下の位置にあるα６β
６のドットに対して表示データ「０」を与える。

【００２４】以上の各ドットに与えた表示データ「１」
または「０」は、前記図２に示した座標パターンにおい
て固定のデータとする。表示データ「１」を与えたα２
β２のドットは、１つのブロックにおける座標の基準を
表わすドットである。このドットのことを以下の説明で
は座標基準点という。

【００２５】前述したようにブロック内の最上端のドッ
トおよび最左端のドットと、座標基準点と、座標基準点
に対して同じ行および同じ列にあるドットと、ブロック
内の最右下の位置にあるドットとに対して、固定の表示
データを与えている。これにより、当該ブロックのイメ
ージを読取ったときに、どのドットが座標基準点である
かということとイメージの上下左右方向とを常に識別で
きるようにしている。

【００２６】ブロック内における固定の表示データを与
えられたドット以外の１５個のドットは、座標パターン
全体における当該ブロックの相対位置を表わす情報を表
示するために用いられる。α３β３〜α６β３とα３β
４〜α６β４の８個のドットには、それぞれＸ０〜Ｘ７
の識別番号が与えられる。また、α３β５〜α６β５と
α３β６〜α５β６の７個のドットには、それぞれＹ０
〜Ｙ６の識別番号が与えられる。

【００２７】Ｘ０〜Ｘ７のドットは、それぞれの表示の
ＯＮ／ＯＦＦにより、前記図２に示した座標パターンに
おける横方向の０ＢＫｘ〜１０５ＢＫｘの番号を表わ
す。また、Ｙ０〜Ｙ６のドットは、同様に座標パターン
における縦方向の０ＢＫｙ〜３９ＢＫｙの番号を表わ
す。本実施例に示すような６×６個のドットを含むブロ
ックの場合は、ブロックの位置を表わすために、横方向
に８個のドット、縦方向に７個のドットを使用できるの
で、理論上、横方向には０ＢＫｘ〜２５５ＢＫｘの最大
２５６個のブロック番号を表わすことができ、縦方向に
は０ＢＫｙ〜１２５ＢＫｙの最大１２６個のブロック番
号が定義できる。なお、定義可能な座標空間の大きさを
変更する場合には、１つのブロックに含まれるドットの
数を増減することにより容易に調整することができる。

【００２８】図４は、前記図２に示した座標パターンの
反転イメージの構成を示す模式図である。座標パターン
の反転イメージは、各ドットの表示のＯＮ／ＯＦＦを逆
転させたものである。本実施例では、座標パターンを表
示部２３に表示するにあたり、座標パターンとその反転
イメージとを所定のタイミングで切換えて表示すること
を繰返させる。

【００２９】具体的には、前記図１に示した表示制御部
２９が、座標パターン発生部２７から出力された座標パ
ターンのデータを受け取り、表示部２３に座標パターン
を表示させる。そして、所定のタイミングで表示部２３
の各ドットのＯＮ／ＯＦＦを切換制御することにより、
前記図２に示した座標パターンと前記図４に示した反転
イメージとが切換表示されるように表示部２３を制御す
る。

【００３０】このように、座標パターンとその反転イメ
ージとを切換表示することにより、表示部２３を見る者
には、残像効果により各ドットが灰色で認識される。し
たがって、使用者は、座標パターンが表示されているこ
とを意識しないで座標入力を行なえる。図２の座標パタ
ーンと図４の座標パターンの表示時間がほぼ等しくなる
ように制御することにより、この座標パターンは、使用
者に意識されなくなる。

【００３１】座標パターンとその反転イメージとを表示
部２３に切換表示する動作は、表示部２３に通常の画像
を表示する動作の合間に行なう。通常の画像とは、座標
入力装置２１が適用されるシステムの種類によって様々
である。たとえば、座標入力装置２１がＣＡＤ（Comput
er Aided Design)システムなどに用いられている場合に
は、通常の画像は、設計図面の画像やシステム操作メニ
ューの画像である。

【００３２】表示部２３に通常の画像を表示している合
間に座標パターンおよびその反転イメージを切換表示す
る動作は、表示制御部２９（図１参照）が情報制御部３
７からの制御指令に応答して制御する。また、光学ペン
２５（図１参照）は、表示部２３に座標パターンまたは
その反転イメージが表示されているタイミングに合わせ
て読取り動作を行なう。そして、図２と図４の座標パタ
ーンの表示時間よりも通常の画像のパターンの表示時間
を長くすることにより、図２，図４のパターンが表示さ
れることにより表示画面が灰色がかる度合を低減させる
ことができる。

【００３３】前記座標パターンが、特定の情報と平面上
の座標を特定するための情報とに対応する。また、前記
座標パターンに含まれるブロックが、一定間隔に分割さ
れた区画に対応する。前記図３に示したＸ０〜Ｘ７とＹ
０〜Ｙ６のドットを含む領域とがそれぞれ第１の方向の
位置を特定するための情報を含む領域と、第２の方向の
位置を特定するための情報を含む領域とに対応する。

【００３４】前述の表示制御部２９による座標パターン
とその反転イメージとを表示部２３に切換表示させる制
御動作において、座標パターンを表示する動作により、
第１の画像を所定時間前記画像表示手段上に表示するス
テップが構成され、反転イメージを表示する動作によ
り、同第１の画像の反転画像を前記表示するステップに
引続き所定時間前記画像表示手段上に表示するステップ
が構成されている。

【００３５】また、前述の表示制御部２９による通常の
画像の表示動作の合間に座標パターンとその反転イメー
ジとを切換表示する制御動作において、通常の画像を表
示する動作により、通常の画像を表示するステップおよ
び前記通常の画像表示をするステップが構成され、座標
パターンとその反転イメージとを表示する動作により、
同通常の画像表示中の所定のタイミングで前記情報を表
示するステップが構成されている。

【００３６】図５は、光学ペン２５（図１参照）の基本
構成を示す模式図である。光学ペン２５は、集光レンズ
３９と、ＣＣＤ（Charge Coupled Device)４１と、信号
処理部４３と、送信部４５と、電源４７と、圧電素子４
９とを含む。この構成において、表示部２３から発せら
れる座標パターン（図２参照）のうちの所定範囲の読取
領域の光４０が、集光レンズ３９によってＣＣＤ４１の
受光面上に集光され、ＣＣＤ４１が読取領域に含まれる
座標パターンの画像を読取る。ＣＣＤ４１によって読取
られた画像情報は、信号処理部４３に送られる。信号処
理部４３は、読取画像の情報をデータ信号に変換して送
信部４５に送る。送信部４５は、通信手段である信号線
４６を介してデータ信号をドット検出部３１（図１参
照）に送信する。

【００３７】以上の一連の読取動作は、光学ペン２５の
先端が表示部２３に接しているときに行なわれる。すな
わち、集光レンズ３９の接着部に設けられた圧電素子４
９が、集光レンズ３９が表示面２３に接していることを
示す信号を信号処理部４３に送る。この信号が送られて
きたことに応答して、信号処理部４３は、ＣＣＤ４１の
読取出力を処理するように動作する。

【００３８】なお、光学ペン２５の先端が表示部２３に
接しているときに読取動作を行なうような構成に限ら
ず、たとえば、使用者が読取指令を入力するためのスイ
ッチを設け、そのスイッチが押されたことに応答して、
光学ペン２５が表示部２３と離れている場合であっても
読取動作が行なわれるように構成してもよい。一方、光
学ペン２５の出力信号をドット検出部３１に送信する手
段としては、信号線４６に限らず、たとえば赤外線通信
などによって送信可能にし、光学ペン２５をコードレス
の指示手段として用いることができるようにしてもよ
い。

【００３９】図６は、光学ペン２５のＣＣＤ４１の受光
面の構成を示す模式図である。ＣＣＤ４１の受光面は、
座標パターン（図２参照）のドット密度に対して、縦方
向と横方向とにそれぞれ約３倍の分解能を有するように
構成すれば実用可能な座標入力装置を構成できることが
経験的にわかっている。なお、本実施例では、図示した
ように読取領域が所定の大きさのほぼ円形になるように
ＣＣＤ４１の受光面を構成している。

【００４０】なお、ＣＣＤ４１の代わりに、フォトトラ
ンジスタやフォトダイオードなどの他の受光素子を用い
ることも可能である。その場合には、集光レンズ３９と
受光素子との間に（６ドット×３倍）×（６ドット×３
倍）個の格子を有する液晶シャッタを設ける。そして、
液晶シャッタが個々の格子の光の透過と遮断とを制御し
て座標パターンに含まれるドットの読取情報をドットご
とに順次受光素子の受光面上に入射させるようにするこ
とで前記図６に示したような受光面と同様の分解能を実
現できる。

【００４１】図７は、座標入力装置の変形例を示すため
の一部模式図を含むブロック図である。同図は、前記図
１に示した座標入力装置２１を変形させた座標入力装置
１２１の基本構成を示し、図１に示したものと同様の機
能を有するものには同一の符号を記している。座標入力
装置１２１は、前記図２に示した座標パターンを、表示
手段に表示するのではなく所定の用紙１３１に印刷し
て、その用紙１３１上の任意の位置を光学ペン１２５を
用いて指示することにより、座標入力が行なえるように
構成したものである。前記図１に示した座標入力装置２
１と異なるのは、表示部２３の代わりに、用紙１３１に
座標パターンを印刷するための印刷部１２３を有し、さ
らに、印刷部１２３に座標パターン発生部２７が生成し
た座標パターンのデータを印刷させるための印刷制御部
１２９が備えられている点である。座標パターンが印刷
された用紙１３１は、そのまま机上に配置して用いても
よいし、または、たとえばアクリル板などに張りつけて
用いてもよい。当然、本用紙はこの印刷部からの出力に
限らず別に準備することも可能である。

【００４２】図８は、前記図７に示した座標入力装置１
２１に用いられる光学ペン１２５の基本構成を示す模式
図である。前記図５に示したものと同様の機能を有する
ものには、同一の符号を記している。座標入力装置１２
１の場合には、座標パターンが用紙１３１に印刷されて
いる。したがって、光学ペン１２５によって座標パター
ンを読取る場合には、用紙１３１上に光を照射し、その
反射光を受光することにより読取領域の情報が取得でき
るようにする必要がある。そのため、光学ペン１２５に
は、用紙１３１上の読取領域に光を照射するための発光
素子１５１を備えている。この発光素子１５１の発光動
作は、圧電素子４９が集光レンズ３９と用紙１３１とが
接していることを示す信号を出力したこと、または、発
光指示スイッチ１５３が押されたことに応答して信号処
理部４３から出力される発光指令信号に応答して行なわ
れる。

【００４３】前記座標パターンを印刷した用紙１３１に
より、座標特定情報表示板が構成されている。用紙１３
１に印刷された座標パターンに含まれる各ブロックが、
第１および第２の方向のそれぞれで一定間隔に分割され
た区画に対応する。また、各ブロックに含まれるＸ０〜
Ｘ７のドットを表示した領域が、第１の方向の位置を特
定するための情報を含む領域に対応し、同じくＹ０〜Ｙ
６のドットを表示する領域が、第２の方向の位置を特定
するための情報を含む領域に対応する。

【００４４】図９は、座標入力装置の別の変形例を示す
一部模式図を含むブロック図である。前記図１に示した
構成では、ドット検出部３１とデータ補正部３３と座標
検出部３５とを座標入力装置２１の本体側に設け、光学
ペン２５は読取機能のみを有するようにしたが、図９に
示す構成では、光学ペン２２５の内部にドット検出機能
とデータ補正機能と座標検出機能とを備え、座標入力装
置２２１の本体側の構成を簡素にしている。

【００４５】図１０は、前記図９に示した座標入力装置
２２１に用いられる光学ペン２２５の基本構成を示す模
式図である。光学ペン２２５の内部には、前記図１に示
したドット検出部３１とデータ補正部３３と座標検出部
３５とのそれぞれと同様の機能を有するドット検出部２
３１とデータ補正部２３３と座標検出部２３５とが備え
られている。送信部２４５は、座標検出部２３５から送
られてきた座標データを信号線２４６を介して情報制御
部３７（図９参照）に送信する。

【００４６】なお、前記光学ペン２２５のように、ドッ
ト検出部２３１とデータ補正部２３３と座標検出部２３
５のすべてを光学ペン２２５の内部に設ける必要はな
く、たとえば、ドット検出部２３１のみを光学ペン２２
５の内部に設け、座標入力装置２２１の本体側にデータ
補正部３３と座標検出部３５とを設けるような構成であ
ってもよい。

【００４７】前記光学ペン２２５の構成が、指示手段と
読取手段と判定手段とが一体的に設けられている構成に
対応する。

【００４８】さらに、座標入力装置の別の変形例につい
て述べる。表示部２３に座標パターンを表示するにあた
り、必ずしも座標パターンを表示部２３の表示面上の全
体に表示する必要はない。光学ペン２５，２２５は、指
示された位置の所定範囲の領域の座標パターンを読取る
ので、その読取領域を含む範囲で座標パターンの一部を
表示部２３に表示すれば十分である。したがって、前回
指示された位置の座標が検出された後に、その座標の近
傍の範囲で座標パターンの一部を表示するように座標入
力装置を構成する。このとき、前回までに指示された複
数の位置の座標に基づいて、次回に指示される位置を推
定し、その推定される位置を含む所定の範囲で座標パタ
ーンの一部を表示するようにしてもよい。このように、
座標パターンの表示を必要最小限にすることにより、表
示部２３における通常の画像の表示に影響を与えること
なく座標入力作業が行なえる。

【００４９】前述した前回に指示された位置の座標に基
づいて座標パターンの表示を制御する動作において、光
学ペン２５または光学ペン２２５によって位置が指示さ
れる前の状態であって、表示部２３の所定の位置に座標
パターンの一部が表示される動作により、画像表示面上
の所定座標を中心とし、前記情報を表示する第１のステ
ップが構成されている。そして、前回の指示された位置
の座標を求める動作により、前記情報内容を指示するこ
とにより得られるデータに基づいて指示された座標を算
出する第２のステップが構成されている。さらに、前回
の指示された位置の座標に基づいて次に座標パターンを
表示する位置を決定する動作により、算出された座標に
基づいて、前記情報の次の表示位置を決定して表示する
第３のステップが構成されている。光学ペン２５または
光学ペン２２５を用いて、順次表示面２３上の位置を指
示し、その指示された位置の近傍に座標パターンの一部
を表示するという動作により、前記第２のステップと第
３のステップとを繰返す第４のステップが構成されてい
る。

【００５０】また、前述した前回までに指示された複数
の位置の座標に基づいて次の指示される位置の座標を推
定する動作により、それまでに指示された座標に基づい
て予測計算することにより次の指示される座標を推定す
るステップが構成されている。そして、推定した次の指
示座標の近傍に座標パターンの一部を表示する動作によ
り、その推定した次の指示座標に基づいて前記情報の次
の表示位置を決定するステップが構成されている。

【００５１】次に、図１１ないし図１８を参照して、表
示部２３上に表示された座標パターンを光学ペン２５を
用いて読取り、その読取ったデータに基づいて光学ペン
２５が指示した位置の座標を検出する処理について説明
する。なお、以下の説明では図１ないし図６に示した構
成の座標入力装置２１における処理について説明する
が、図７ないし図１０に示した２つの変形例における座
標入力装置１２１，２２１の処理についても原理は同様
である。

【００５２】図１１は、座標パターンの読取状態を示す
模式図である。同図において、表示部２３に座標パター
ンを表示し、その表示部２３上の２箇所を光学ペン２５
によって指示したときに読取られる領域Ａ１，Ａ２を示
す。読取領域Ａ１，Ａ２において、領域の中心点がＰ
１，Ｐ２である。中心点Ｐ１，Ｐ２が光学ペン２５によ
って指示された位置であり、座標入力装置２１は、この
中心点Ｐ１，Ｐ２の座標を検出する。

【００５３】また、矢印Ｕ１，Ｕ２は、それぞれ読取領
域Ａ１，Ａ２内に含まれる座標パターンが読取られたと
きの読取データの相対的な上方向を示す。座標入力装置
２１の使用者は、光学ペン２５の読取領域における上下
左右の方向を意識せずに対応の入力作業を行なう。した
がって、読取領域Ａ１の場合のように、読取データの上
方向Ｕ１と実際上の座標パターンの上方向とが一致する
ことは稀である。通常は、読取領域Ａ２の場合のよう
に、読取データの上方向Ｕ２と実際上の座標パターンの
上方向とが一致しない。

【００５４】図１２は、光学ペン２５が読取った座標パ
ターンに含まれる各ドットの表示データ（０／１）をド
ット検出部３１が識別する過程を示す模式図である。図
示したデータは、前記図１１の読取領域Ａ２において読
取ったデータである。同図において、（ａ）は、読取っ
た直後のデータを示し、（ｂ）は、読取データを回転さ
せて実際上の座標パターンにおける上方向と処理データ
の上方向とを一致させ、さらに、ブロックをドットごと
に分割した状態を示す図である。また、（ｃ）は、各ド
ットの表示データが「０」か「１」かを識別した状態を
示す図である。

【００５５】図１２（ａ）に示すように、読取った直後
のデータは、点Ｐ２を中心とし、Ｕ２を上にしている。
このような状態では、中心点Ｐ２の座標を検出する処理
が行ないにくいので、読取データの上方向が実際上の座
標パターンの上方向に一致するようにデータを回転させ
る。

【００５６】読取データの回転については、様々な方法
が知られているが、その一例を以下に述べる。はじめ
に、ドット検出部３１は、図１２（ａ）において、読取
領域Ａ２の外周線上にある黒色（表示ＯＦＦ）の部分を
検出する。次に、ドット検出部３１は、検出した黒色部
分が連続する長さを調べ、黒色部分の長さが、６ドット
以上であるものを検出する。これは、ブロックとブロッ
クの境界にある黒色のドットの連続した箇所を検出する
ための処理である。ここで、読取領域のサイズを考慮す
ると、黒色部分が６ドット以上であれば、ブロックの境
界を示す黒色のドットであると判断できる。この処理に
より、図１２（ａ）に示した読取領域Ａ２の場合には、
ブロック境界線Ｌ１，Ｌ２が検出できる。なお、６ドッ
ト以上の長さの黒色部分が同一の方向で２本以上検出さ
れた場合には、長い方を選択する。続いて、ドット検出
部３１は、検出したブロック境界線Ｌ１，Ｌ２の長手方
向が読取データにおける上下方向または左右方向に一致
するようにデータを回転する。回転処理した後、ブロッ
ク境界線Ｌ１，Ｌ２によって形成される４箇所の角のう
ち黒色の角を検出する。ブロック境界線Ｌ１，Ｌ２によ
って形成される黒色の角とは、前記図３に示した座標基
準点α２β２のドットに対応するものである。ドット検
出部３１は、ブロック境界線Ｌ１，Ｌ２と座標基準点と
の位置関係によって、読取データと実際上の座標パター
ンの上下方向のずれを検出し、両者の位置関係が一致し
た状態、すなわち、図１２（ｂ）に示すような状態とな
ったときに、データの回転処理を終了する。

【００５７】読取データの上下方向が確定すれば、ドッ
ト検出部３１は、ブロック境界線Ｌ１，Ｌ２を基準にし
て読取領域内に含まれる各ブロックをドットごとに分割
する。具体的には、ブロック境界線Ｌ１，Ｌ２の中心線
ｘ０，ｙ０を基準にして、ドットのサイズに基づいてド
ット検出基準線ｘ-4〜ｘ3 ，ｙ-3〜ｙ4 を設定すること
により、ドットの位置を確定する。

【００５８】なお、読取データの回転処理は、光学ペン
２５が、読取データと実際上の座標との相対的な回転の
ずれを補正しながらデータの読取を行なう場合には不要
である。

【００５９】以上の手順により読取データの回転とドッ
ト位置の確定処理が終了すれば、ドット検出部３１は、
各ドットの表示データが「０（図示で白色、表示Ｏ
Ｎ）」か「１（図示で黒色、表示ＯＦＦ）」かを検出す
る。読取領域に含まれる各ドットの表示データを確定し
た状態を図１２（ｃ）に示す。

【００６０】図１３，１４は、読取領域内に含まれる各
ドットの表示データを補正して、読取領域の中心点の座
標を検出する過程を示す模式図である。ドット検出部３
１が、前記図１２に示した手順によって検出した表示デ
ータに基づいてデータ補正部３３（図１参照）が読取領
域に含まれるすべてのブロックについて前記図３に示し
たＸ０〜Ｘ７，Ｙ０〜Ｙ６のドットの表示データを補正
処理によって求める。

【００６１】前述したようにＸ０〜Ｘ７，Ｙ０〜Ｙ６の
ドットは、各ブロックの座標パターンにおける位置を示
すためのものであり、一定のルールに従って表示データ
がセットされる。このルールを図１４（ａ）に示す。図
示したように、横方向の位置が同一のブロックについて
は、Ｘn が同一であり、縦方向の位置が一致するブロッ
クについてはＹn が同一である。

【００６２】図１３（ｂ）は、前記図１２に示した手順
で求められた読取領域Ａ２（図１１参照）に含まれる各
ドットの表示データである。表示データが不明なドット
については、「？」が設定されている。図１３（ａ）に
示したルールによれば、たとえば、左上のブロックと左
下のブロックとのＸ０〜Ｘ７（以下、Ｘ領域という）が
同一であり、また、左上のブロックと右上のブロックと
のＹ０〜Ｙ６（以下、Ｙ領域という）が同一である。し
たがって、左上，左下，右上，右下の４つのブロックに
含まれるドットの表示データを互いに関連するブロック
の表示データから補正によって求めることが可能であ
る。

【００６３】このように、Ｘ領域またはＹ領域の表示デ
ータが同一である他のブロックのデータを参照して当該
ブロックの表示データを補正することを相互補正とい
う。図１３（ｂ）に示した４つのブロックの表示データ
に相互補正を施した後の状態を図１３（ｃ）に示す。

【００６４】次に、相互補正によっても求めることがで
きなかったドットの表示データを予測補正によって求め
る。この予測補正とは、図１３（ａ）に示すＸn とＸn+
1 、Ｙn とＹn+1 の関係から、横方向に隣り合うブロッ
クのＸ領域と、縦方向に隣り合うブロックのＹ領域の表
示データをルールに基づいた予測によって求めることを
いう。図１３（ｃ）に示すデータに対して予測補正を施
した後の状態を図１４（ａ）に示す。

【００６５】以上に説明したデータ補正部３３による表
示データの補正処理により各ブロックの表示データが確
定すれば、その表示データが座標検出部３５に送られ
る。

【００６６】座標検出部３５は、送られてきた表示デー
タに基づいて、図１４（ｂ）に示すように各ブロックの
番号を求め、読取領域の中心点Ｐ２がどのブロックのど
のドットの位置にあるかを検出する。図１４（ｂ）の例
では、読取領域Ａ２の中心点Ｐ２すなわち光学ペン２５
によって指示された位置が、横方向（Ｘ方向）の番号が
３ＢＫｘで、縦方向（Ｙ方向）の番号が２ＢＫｙである
ブロックに含まれることが判定できる。

【００６７】さらに、当該ブロックにおける中心点Ｐ２
の位置を考慮することにより、ブロック番号とブロック
内における相対的な位置に基づいて中心点Ｐ２の座標パ
ターン上における座標が算出できる。例では、中心点Ｐ
２は、（Ｘ，Ｙ）＝（３ＢＫｘ，２ＢＫｙ）のブロック
における最右下のドット上にあり、座標パターンにおけ
るドット座標は、（Ｘ，Ｙ）＝（２５，１７）であるこ
とが検出されている。

【００６８】なお、さらに高精度な座標の入力を行なう
場合には、ＣＣＤ４１の解像度を高めたり、前述したよ
うに、１つのブロックに含まれるドットの数を増やした
り、または、中心点Ｐ２すなわち指示された位置を含む
ドットを求めた後に多点補間などの手法を用いて補間処
理を施し、厳密に座標パターン上の座標を求めればよ
い。

【００６９】図１５，１６は、座標入力装置２１の処理
手順を示すフローチャートである。光学ペン２５（図５
参照）において、信号処理部４３は、圧電素子４９から
光学ペン２５が表示部２３に接していることを示す信号
が出力されたことに応答して（ステップ（以下、単に
「Ｓ」という）１）、ＣＣＤ４１からの撮像情報を読取
る（Ｓ２）。信号処理部４３は、読取データをドット検
出部３１へ送る。

【００７０】ドット検出部３１は、前記図１２に示した
手順によって読取データを回転させつつ（Ｓ３）、読取
データの上下方向を実際上の座標パターンの上下方向に
一致させ、各ブロックに含まれるドットの位置を確定す
る。

【００７１】ここで、表示部２３に表示された座標パタ
ーンが、前記図２に示した正のパターンであれば、ドッ
ト検出部３１は、黒色の座標基準点とブロック境界線
（図１２参照）を基準にすることにより、回転処理が行
なえる。一方、表示部２３に表示される座標パターン
が、前記図４に示した負のパターンであれば、ドット検
出部３１は、黒色の座標基準点とブロック境界線を検出
するのではなく、白色の座標基準点とブロック境界線と
を検出し、それらを基準にして読取データを回転させな
ければならない。

【００７２】座標パターンが正のパターンの場合の手順
について述べる。読取データの中に６ドット以上連続し
た黒色部分がある場合は（Ｓ４にてＹＥＳ）、それはブ
ロック境界線であり、読取ったデータが正の座標パター
ンのデータであると判断できる。この場合、ドット検出
部３１は、回転処理において黒色の座標基準点を検索す
る（Ｓ９）。

【００７３】ドット検出部３１は、座標基準点が見つか
れば（Ｓ９にてＹＥＳ）、その時点で読取データの回転
処理を終了する。次に、ドット検出部３１は、各ブロッ
クをドットごとに分割してそれぞれのドットの表示デー
タを識別し、前記図１３（ａ）に示したＸn ，Ｘn+1 ，
Ｙn ，Ｙn+1 のデータを求める（Ｓ１０）。ドット検出
部３１は、Ｘn ，Ｘn+1 ，Ｙn ，Ｙn+1 のデータを求め
た後、そのデータをデータ補正部３３に送る。データ補
正部３３は、送られてきたデータに対して、前記図１３
（ｂ），（ｃ）に示した相互補正処理を施す（Ｓ１
６）。

【００７４】次に、データ補正部３３は、前記図１４
（ａ）に示した予測補正処理をＸn とＸn+1 とに施す
（Ｓ１７）。データ補正部３３は、Ｘn とＸn+1 とにつ
いて予測補正処理が可能であったならば（Ｓ１９にてＹ
ＥＳ）、続いて、Ｙn とＹn+1 とについて予測補正処理
を施す（Ｓ２０）。データ補正部３３は、Ｙn とＹn+1
とについて予測補正処理が可能であったならば（Ｓ２１
にてＹＥＳ）、データを座標検出部３５に送る。

【００７５】座標検出部３５は、送られてきたデータに
対して前記図１４（ｂ）に示した座標検出処理を施し、
指示された位置の座標を検出する（Ｓ２２）。座標検出
部３５は、検出した座標を情報制御部３７に送る（Ｓ２
３）。

【００７６】前記Ｓ１にて、圧電素子４９から表示部２
３に接したことを示す信号が出力されない間は（Ｓ１に
てＮＯ）、信号処理部４３は常に待機状態にある。ま
た、前記Ｓ４にて、黒色部分が６ドット以上ない場合は
（Ｓ４にてＮＯ）、ドット検出部３１は、検出される座
標パターンが表示部２３に表示されたものかまたは印刷
用紙１３１に印刷されたものかを判断する（Ｓ５）。

【００７７】座標パターンが表示部２３に表示されたも
のであれば（Ｓ５にてＹＥＳ）、座標パターンが前記図
４に示した負のパターンである可能性があるので、ドッ
ト検出部３１は、読取データにおいて白色部分が６ドッ
ト以上あるか否かを調べる（Ｓ６）。

【００７８】白色部分が６ドット以上連続する箇所が見
つかれば（Ｓ６にてＹＥＳ）、ドット検出部３１は、負
の座標パターンにおける処理を行なう。ドット検出部３
１は、負の座標パターンにおける処理を行なう場合は、
前述したＳ９とＳ１０とに示した手順を白色の座標基準
点について行なう（Ｓ１２，Ｓ１３）。そして、ドット
検出部３１は、続く相互補正と予測補正の処理のため
に、検出したデータを反転させる（Ｓ１４）。

【００７９】なお、ドット検出部３１は、黒色の座標基
準点を求める場合（Ｓ９）、または白色の座標基準点を
求める場合（Ｓ１２）において、座標基準点が求められ
ない場合は（Ｓ９にてＮＯ，Ｓ１２にてＮＯ）、読取デ
ータの回転が３６０°に至っているか否かを判定する
（Ｓ７）。ドット検出部３１は、読取データの回転がま
だ３６０°に至っていない場合は（Ｓ７にてＹＥＳ）、
さらに、読取データを回転させて（Ｓ３）、座標基準点
を求める処理を続ける。また、ドット検出部３１は、読
取データの回転が既に３６０°に至っている場合は（Ｓ
７にてＮＯ）、データの検出が不可能であるので、座標
入力のエラーとして処理する（Ｓ８）。

【００８０】また、データ補正部３３は、前記Ｓ１９と
Ｓ２１にてＸn とＸn+1 ，Ｙn とＹn+1 についての予測
補正が不可能な場合に、制御をドット検出部３１に移
す。ドット検出部３１は、Ｓ７に戻って、さらに回転処
理を続けるかまたは座標入力エラーの処理を行なう。

【００８１】以上のＳ１〜Ｓ２３の処理が完了すれば１
回の光学ペン２５による座標入力処理を終了する。

【００８２】図１７，１８は、前記図１６に示したＳ１
６の相互補正処理の詳細手順を示すフローチャートであ
る。なお、説明を容易にするために、前記図１３
（ｂ），（ｃ）に示した読取データの模式図において、
４つのブロックのうちの左上のブロックにブロックＡ、
右上のブロックにブロックＢ、左下のブロックにブロッ
クＣ、右下のブロックにブロックＤの名称をつけて説明
する。

【００８３】前記図１３（ｂ），（ｃ）に示したよう
に、データ補正部３３は、始めに、ブロックＡのＸ０〜
Ｘ７のドットにおいて、表示データが「？」であるもの
を検出し、そのドットにブロックＣのＸ０〜Ｘ７のドッ
トのデータをセットする（Ｓ３１）。同様に、データ補
正部３３は、ブロックＣのＸ０〜Ｘ７のドットにおける
「？」のものに、ブロックＡのＸ０〜Ｘ７のドットのデ
ータをセットする（Ｓ３２）。

【００８４】次に、データ補正部３３は、ブロックＡの
Ｘ０〜Ｘ７とブロックＣのＸ０〜Ｘ７とを照合し（Ｓ３
３）、表示データが一致しないドットについては「？」
の表示データをセットする（Ｓ３４）。同様に、データ
補正部３３は、ブロックＢとブロックＤとについてそれ
ぞれのＸ０〜Ｘ７を相互に補正する（Ｓ３５〜Ｓ３
８）。

【００８５】続いて、データ補正部３３は、ブロックＡ
とブロックＢとのＹ０〜Ｙ６について、相互補正処理を
施す（Ｓ４０〜Ｓ４３）。同様に、データ補正部３３
は、ブロックＣとブロックＤとのＹ０〜Ｙ６について、
相互補正処理を施す（Ｓ５０〜Ｓ５３）。

【００８６】データ補正部３３は、以上のＳ３１〜Ｓ５
３の処理によって、読取領域Ａ２に関わる４つのブロッ
クＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各ドットの相互補正処理を行なう。
なお、前記Ｓ３４，Ｓ３８，Ｓ４３，Ｓ５３において
「？」がセットされたドットについては、データ補正部
３３は、続いて行なう予測補正処理によって「０」また
は「１」の表示データをセットするように試みる。

【００８７】以上説明したように本実施例によれば、表
示装置に表示する、または、印刷用紙に印刷した光学的
な座標パターンを用いて指示された位置の座標を検出す
るので、従来のように表示装置の種類が制限されたり、
複雑な構成のタブレット装置などを用いることなく、容
易に座標入力処理が行なえる。

【００８８】なお、本発明は前述した構成に限られるも
のではなく、様々な変形が可能である。たとえば、前記
座標入力装置２１，１２１，２２１は、本実施例に述べ
たような用途のみならず、ＣＡＤやその他の情報処理シ
ステム、または、操作パネルを有した一般的な家庭用電
化製品、または、スクリーンに映像を投影して用いられ
るオーバヘッドプロジェクタ等に広く適用することがで
きる。

【００８９】オーバヘッドプロジェクタの場合には、光
学ペンの構成をスクリーンに接して用いるものではな
く、たとえば、投影装置側から出射される光学的情報を
読取れるようにＵ字型に先端を曲げたものや、望遠レン
ズなどを先端に設けてスクリーンに投影された座標パタ
ーンを遠距離から撮像できるようにしたり、読取手段で
あるＣＣＤ等の受光素子の分解能の単位を調整したりす
ることが望ましい。

【００９０】また、座標を特定するための光学的情報と
しては、本実施例に示したようなマトリックス状の座標
パターンのみならず、一般的なバーコードを用いてもよ
い。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の座標入力
システムにおける光学ペンは、指示された位置の座標が
容易に判定できるとともに、その内部にドット検出機能
とデータ補正機能と座標検出機能とを備えたので、座標
入力システムの構成を簡素にすることができる。

【００９２】また、座標パターンが印刷された本発明の
用紙は、そのまま机上に配置して用いてもよいし、また
は、たとえばアクリル板などに張りつけて用いてもよ
い。これにより、画像表示装置などの特定の表示手段を
用いずに、座標を特定するための情報を提供することが
可能となる。さらに、前記座標パターン形成用紙は印刷
装置にて大量に生産することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による座標入力装置の基本構
成を示す一部模式図を含むブロック図である。

【図２】表示部に表示される座標パターンの構成を示す
模式図である。

【図３】座標パターンにおける１つのブロックの構成を
示す模式図である。

【図４】座標パターンの反転イメージの構成を示す模式
図である。

【図５】光学ペンの基本構成を示す模式図である。

【図６】光学ペンのＣＣＤの受光面の構成を示す模式図
である。

【図７】用紙に印刷した座標パターンを用いる座標入力
装置の基本構成を示す一部模式図を含むブロック図であ
る。

【図８】用紙に印刷した座標パターンを用いる座標入力
装置において用いられる光学ペンの基本構成を示す模式
図である。

【図９】座標入力装置の変形例の基本構成を示し、光学
ペンにドット検出部とデータ補正部と座標検出部とを有
する場合の座標入力装置の構成を示す一部模式図を含む
ブロック図である。

【図１０】ドット検出部とデータ補正部と座標検出部と
を含む変形例の光学ペンの基本構成を示す模式図であ
る。

【図１１】座標パターンの読取状態を示す模式図であ
る。

【図１２】光学ペンによって読取られた座標パターンに
含まれる各ドットの表示データを識別する過程を示す模
式図である。

【図１３】読取領域内に含まれる各ドットの表示データ
を補正して、中心点の座標を検出する過程を示す模式図
である。

【図１４】読取領域内に含まれる各ドットの表示データ
を補正して、中心点の座標を検出する過程を示す模式図
である。

【図１５】座標入力装置の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図１６】座標入力装置の処理手順を示すフローチャー
トである。

【図１７】相互補正処理の手順を示すフローチャートで
ある。

【図１８】相互補正処理の手順を示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】 ２１，１２１，２２１ 座標入力装置 ２３ 表示部 ２５，１２５ 光学ペン ２７ 座標パターン発生部 ２９ 表示制御部 ３１ ドット検出部 ３３ データ補正部 ３５ 座標検出部 ３７ 情報制御部 ３９ 集光レンズ ４１ ＣＣＤ ４３ 信号処理部 ４５ 送信部 １２３ 印刷部 １２９ 印刷制御部 １３１ 用紙 ２３１ ドット検出部 ２３３ データ補正部 ２３５ 座標検出部 ２４５ 送信部 Ａ１，Ａ２ 読取領域 Ｐ１，Ｐ２ 読取領域の中心点 Ｕ１，Ｕ２ 読取データの上方向基準線 Ｘ０〜Ｘ７ Ｘ方向表記用ドット Ｙ０〜Ｙ６ Ｙ方向表記用ドット

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−37707（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−253421（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−251421（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−278390（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−74714（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】用紙への当接によって信号を出力する当接
   検出部と、 該信号に応答して、２次元座標を表すドット形式の座標
   パターンを印刷した用紙上を走査し該座標パターンの部
   分画像を光学的に読み取る読取部と、 読み取った部分画像に含まれるドットを検出するドット
   検出部と、 検出されたドットの配列から前記部分画像領域の２次元
   座標を検出する座標検出部と、 検出された２次元座標を外部に無線送信する送信部と、 前記各部に駆動電力を供給する電源部とを同一筐体に収
   納してなる光学ペンと、 座標パターンを生成する座標パターン発生部と、 座標パターンを印刷する印刷部と、 座標パターン発生部が生成した座標パターンデータを印
   刷部に供給して、用紙のほぼ全面に用紙端部からの相対
   的な位置を表すドット形式の座標パターンを用紙に印刷
   する印刷制御部を設けた印刷装置とを備え、 前記光学ペンと前記座標パターンを印刷した用紙とを用
   い、前記光学ペンのペン先が用紙に当接している時に、
   当該用紙の印刷された２次元座標を表すドット形式の座
   標パターンの部分画像を光学的に読み取り、読み取った
   部分画像に含まれるドットを検出するとともに、当該ド
   ットの配列から前記部分画像領域の２次元座標を検出す
   るようにした座標入力システム。
2. 【請求項２】請求項１記載の座標入力システムにおける
   印刷装置によって印刷される座標パターン形成用紙であ
   って、当該用紙は用紙のほぼ全面に用紙端部からの相対
   的な位置を表すドット形式の座標パターンが印刷されて
   なることを特徴とする座標パターン形成用紙。