JP3798559B2 - 座標入力装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子黒板やコンピュータディスプレイ等に取り付けられる入力装置であり、特に図形の描画等の情報をコンピュータに入力する座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年において、電子黒板やコンピュータに接続された表示装置であるコンピュータディスプレイ等に利用者の指や利用者が持つペンを接触又は接近させることでその表示画面上の所定の位置を指定することができる座標入力装置が考えられている。その一例としては、特開平９−９１０９４号公報に記載されている座標入力装置がある。ここで、図１６は従来の座標入力装置１００を概略的に示す正面図である。図１６に示すように、座標入力装置１００は、レーザビーム光ａを回転させながら所定の位置に向けて出射する発光装置とそのレーザビーム光ａの再帰反射光ｂを受光する受光装置とを備えて距離Ｚを隔てて設けられる一対のライトスキャナ１０１（１０１Ｒ，１０１Ｌ）と、レーザビーム光ａを反射して再び同一光路を辿る再帰反射光ｂとする再帰性反射部材１０２とを備え、レーザビーム光ａの走査する部分が座標入力領域１０３とされている。なお、ライトスキャナ１０１の発光装置は駆動装置（図示せず）により駆動されており、その駆動装置の回転駆動はパルス制御されている。
【０００３】
このような光学式の座標入力装置１００においては、利用者の指Ａ等を座標入力領域１０３に挿入することにより特定の組み合わせのレーザビーム光ａ１，ａ２が遮断されるので、再帰反射光は発生しなくなる。このように再帰反射光が発生しない場合には、ライトスキャナ１０１の受光装置における受光信号が「Ｌ（ＬＯＷ）」レベルの信号として検出部（図示せず）においてそれぞれ検出される。さらに、検出部においては、「Ｌ」レベル信号の各レーザビーム光ａ１，ａ２の出射角度が、各レーザビーム光ａ１，ａ２を出射した位置に至るまでに駆動装置を駆動制御したパルス数に基づいて検出される。そして、利用者の指Ａにより指示された座標位置（ｘ，ｙ）が、レーザビーム光ａ１の出射角度とレーザビーム光ａ２の出射角度と距離Ｚとに基づいて、演算回路１０４において三角測量の原理によって算出されることになる。このようにして算出された座標位置（ｘ，ｙ）は、インタフェース回路１０５を介してコンピュータ等に出力される。
【０００４】
したがって、特開平９−９１０９４号公報に記載された座標入力装置を大型の座標入力領域を必要とする電子黒板等に適用する場合には、各ライトスキャナの設置位置をそれぞれ変更するとともに再帰性反射部材を延出させて設けるだけで良いので、構造的には設置精度等の維持が容易になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、座標入力装置１００の座標入力領域１０３に利用者の指Ａ，Ｂを同時に挿入して２点同時に指示した場合について、図１７を参照して説明する。また、図１８は２点同時に指示した場合の各ライトスキャナ１０１Ｒ，１０１Ｌにおける受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。図１７及び図１８においては、各ライトスキャナ１０１Ｒ，１０１Ｌから走査するレーザビーム光がパルス信号に基づいてそれぞれ８方向に分割されているものとし、各遮断点Ａ，Ｂが各ライトスキャナ１０１Ｒ，１０１Ｌから走査されるレーザビーム光の交点にあるものとする。このように各遮断点Ａ，Ｂにおいて同時にレーザビーム光の遮断がなされた場合には、図１８に示すように、ライトスキャナ１０１Ｒからは３と６の位置に「Ｌ」レベルの受光信号が検出され、ライトスキャナ１０１Ｌからは３と５の位置に「Ｌ」レベルの受光信号が検出されることになる。
【０００６】
しかしながら、座標入力装置１００の各ライトスキャナ１０１Ｒ，１０１Ｌにおいて２点分の「Ｌ」レベルの受光信号が検出されることにより、実際の遮断点Ａ，Ｂの他に、点Ａ´，Ｂ´が誤認識されてしまう恐れが生じる。つまり、「Ｌ」レベルの受光信号に基づくパルス信号の組み合わせは、
Ａ （１０１Ｌ，１０１Ｒ）＝（５，３）
Ａ´ （１０１Ｌ，１０１Ｒ）＝（３，３）
Ｂ （１０１Ｌ，１０１Ｒ）＝（３，６）
Ｂ´ （１０１Ｌ，１０１Ｒ）＝（５，６）
の４通りになるので、一つの遮断点を決定することができない。
【０００７】
したがって、特開平９−９１０９４号公報に記載された座標入力装置１００では、２点同時に指示した場合にそれらの座標位置を検出することが不可能になっている。
【０００８】
また、２点同時に指示した場合にそれらの座標位置を検出するためには、ライトスキャナを更にもう１つ備えて３つの走査光を有することが必要になるが、部品点数が増加するとともに装置構成が複雑化して高価な構成になってしまうという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、低コストで２点同時に指示した場合の座標位置を検出することができる座標入力装置を得ることである。
【００１０】
本発明の目的は、演算処理の負荷を軽減することができる座標入力装置を得ることである。
【００１１】
本発明の目的は、受光素子における受光ノイズの発生を防止することができる座標入力装置を得ることである。
【００１２】
本発明の目的は、装置寿命の長い座標入力装置を得ることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、四角枠形状の筐体内周の一辺に配設された反射部材と、前記反射部材に対向した前記筐体内周の一辺の端部に設けられ、光源を有してその光源から出射された各光ビームを前記筐体内部に向けて放射状に走査する第一の発光装置と、前記反射部材が設けられた前記筐体内周の一辺の端部に設けられ、光源を有してその光源から出射された各光ビームを前記筐体内部に向けて放射状に走査する第二の発光装置と、前記各発光装置から走査される各光ビームの交差により形成され、座標を指示する挿入物の挿入を受け付ける座標入力領域と、前記座標入力領域の周縁部であって前記反射部材の配設された一辺を除く前記筐体内周の三辺に配設され、各発光装置から走査される光ビームを再帰反射させる再帰性反射部材と、前記各発光装置に設けられ、前記再帰性反射部材によって再帰反射された光ビームを受光し、その受光した光ビームの光パワーを電気信号に変換して受光信号として出力する受光素子と、前記第二の発光装置から走査された光ビームと、前記第一の発光装置から走査された光ビームと、前記第一の発光装置から走査された光ビームが前記反射部材において反射された反射光ビームとの前記座標入力領域内における交点に１または２の前記挿入物を挿入して各光ビームを遮った場合、その挿入物を挿入した位置座標を各受光素子により出力される受光信号に基づいて検出する座標検出手段と、を備え、前記第一の発光装置から走査される光ビームと前記第二の発光装置から走査される光ビームとは、前記座標入力領域における走査の高さ位置がそれぞれ異なる。
【００１４】
したがって、反射部材に対向して設けられた第一の発光装置から走査された光ビームは、反射部材において反射される。つまり、座標入力領域内には、第二の発光装置から走査された光ビームと、第一の発光装置から走査された光ビームと、第一の発光装置から走査された光ビームが反射部材において反射された反射光ビームとで構成される２つの発光装置から出射された３つの走査光が存在することになる。これにより、同時に２つの挿入物をそれら３つの走査光の交点に挿入して各光ビームを遮断した場合、それらの挿入物を挿入した位置座標が各受光素子により出力される受光信号に基づいて検出されることになる。そして、各発光装置から走査される光ビームの座標入力領域における走査の高さ位置を異ならせることにより、第一の発光装置から走査される光ビームの受光信号に基づく遮断点の検出と、第二の発光装置から走査される光ビームの受光信号に基づく遮断点の検出とが時間差を有して処理される。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の座標入力装置において、前記座標入力領域に対する前記挿入物の挿入に対する待機時には前記第一の発光装置を駆動させずに前記第二の発光装置のみを駆動させ、その第二の発光装置から走査された光ビームが前記挿入物により遮断された直後に前記第一の発光装置を駆動させる段階的光走査手段を更に備える。
【００１６】
したがって、座標入力領域に対する挿入物の挿入に対する待機時には第一の発光装置は駆動されずに第二の発光装置のみが駆動され、その第二の発光装置から走査された光ビームが挿入物により遮断された直後に第一の発光装置が駆動されることにより、挿入物の挿入直前に第一の発光装置の駆動が開始されるので、第一の発光装置から走査される光ビームも挿入物により遮断されることになる。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の座標入力装置において、前記反射部材の側縁部に設けられ、その反射部材に直接入射する外部光線を遮断する遮光板を更に備える。
【００２０】
したがって、遮光板が反射部材の側縁部に設けられることにより、その反射部材に直接入射する外部光線が遮断されるので、反射部材による散乱光の発生が防止される。
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一記載の座標入力装置において、前記座標検出手段は、前記座標入力領域内の所定の位置を複数の前記挿入物により２ヶ所同時に指し示された場合、前記第二の発光装置の受光素子における前記挿入物により遮られた光ビームに対応するパルス番号と、前記第一の発光装置の受光素子における前記挿入物により遮られた光ビームに対応するパルス番号との組み合わせに基づいて、前記各発光装置の受光素子における前記挿入物により遮られた光ビームに対応するパルス番号の組み合わせに対応する位置座標が格納されているメモリテーブルを検索し、前記各挿入物が挿入された位置座標を検出する。
したがって、座標入力領域内の所定の位置を複数の挿入物により２ヶ所同時に指し示された場合、各挿入物が挿入された位置座標が検出される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図１ないし図１５に基づいて説明する。本実施の形態の座標入力装置は、パーソナルコンピュータ（以下、パソコンとする。）に接続され、コンピュータディスプレイの表面に装着される座標入力装置に適用されている。
【００２２】
ここで、図１は座標入力装置１の構成を概略的に示す正面図、図２はその側面図である。コンピュータディスプレイＤの表面に装着される座標入力装置１は、四角枠形状の筐体１ａの内部に四角形状の空間である座標入力領域２を有している。この座標入力領域２の右側上方と左側下方とに位置する筐体１ａには、それぞれ光ビームの発光走査と受光とを行う受発光装置３（上側受発光装置３ａ、下側受発光装置３ｂ）が対角線上に設けられている。ここでは、上側受発光装置３ａが第一の発光装置として機能し、下側受発光装置３ｂが第二の発光装置として機能する。各受発光装置３（上側受発光装置３ａ、下側受発光装置３ｂ）は、同様の構成とされており、レーザ光を出射する光源であるレーザダイオード（以下、ＬＤとする。）４、ハーフミラー５、ポリゴンミラー６、集光レンズ８、受光素子９等を備えている。ＬＤ４から出射されたレーザ光は、ハーフミラー５を透過した後、後述するモータＭ１、Ｍ２（図３参照）により回転駆動されるポリゴンミラー６によって順次反射され、座標入力領域２（コンピュータディスプレイＤ）の表面に沿って平行な光ビーム（プローブ光）として放射状に繰り返し走査される。
【００２３】
また、図２に示すように、上側受発光装置３ａのポリゴンミラー６はコンピュータディスプレイＤの表面からの高さがｈ１の位置にプローブ光を走査するものとし、下側受発光装置３ｂのポリゴンミラー６はコンピュータディスプレイＤの表面からの高さがｈ２の位置にプローブ光を走査するものとされている。なお、ｈ１とｈ２との関係は、ｈ１＜ｈ２とされている。したがって、下側受発光装置３ｂから走査されるプローブ光の方が上側受発光装置３ａから走査されるプローブ光より高い位置を走査されているので、座標を指示する挿入物である後述する遮光物が挿入された場合には、下側受発光装置３ｂから走査されるプローブ光の方が先に遮断されることになる。
【００２４】
さらに、座標入力装置１の内側であって座標入力領域２の下部を除く周辺部には、再帰性反射部材である再帰性反射シート７がコンピュータディスプレイＤの表面に対して略垂直になるように設けられている。また、再帰性反射シート７は、図２に示すように、上側受発光装置３ａから走査されるプローブ光に直接干渉しない位置に設けられている。この再帰性反射シート７は、入射した光をその入射角度によらずに所定の位置に向けて反射する特性を有している。より具体的には、例えば、上側受発光装置３ａから出射されたプローブ光ｐ１は、座標入力領域２内の再帰性反射シート７により反射され、再び同一光路を辿る再帰反射光ｐ１´として上側受発光装置３ａに向かって進行する。同様に、下側受発光装置３ｂから出射されたプローブ光ｐ２は、座標入力領域２内の再帰性反射シート７により反射され、再び同一光路を辿る再帰反射光ｐ２´として下側受発光装置３ｂに向かって進行する。
【００２５】
再帰性反射シート７で反射されてポリゴンミラー６に戻った再帰反射光は、ハーフミラー５によって折り返され、集光レンズ８を通過して集光された後、受光素子９において受光される。受光素子９は、例えばＰＩＮフォトダイオードで構成されており、受光した再帰反射光の光パワーを電気信号（出力電圧値）に変換し、受光信号として出力する。なお、出力される受光信号は、再帰反射光を受光した場合には出力電圧値の高い「Ｈ（ＨＩＧＨ）」レベルの信号であり、再帰反射光を受光しない場合には出力電圧値の低い「Ｌ（ＬＯＷ）」レベルの信号である。
【００２６】
一方、座標入力装置１の内側であって座標入力領域２の下部には反射部材である反射ミラー１０が設けられている。この反射ミラー１０は、例えば上側受発光装置３ａから走査されたプローブ光ｐ３がその反射ミラー１０において反射されて再帰性反射シート７に向かい、かつ、再帰性反射シート７により反射されて再び同一光路を辿る再帰反射光ｐ３´として上側受発光装置３ａに向かって進行するように、コンピュータディスプレイＤの表面に対して降傾斜状態で設けられている（図２参照）。また、反射ミラー１０は、図２に示すように、下側受発光装置３ｂから走査されたプローブ光に直接干渉しない位置に設けられている。さらに、この反射ミラー１０の側縁部には、不透明な材料で形成された遮光板１１が備えられている。この遮光板１１は、照明器具等からの外乱光の反射ミラー１０に対する直接入射を防止するためのものである。このように、外乱光の反射ミラー１０に対する直接入射を防止することにより、散乱光の発生が防止され、受光素子９での受光ノイズの発生が防止される。
【００２７】
また、受光素子９には、演算部１２が接続されている。この演算部１２は、受光素子９からの受光信号に基づいて座標入力領域２に挿入された遮光物の位置座標（ｘ，ｙ）を検出する。
【００２８】
次に、座標入力装置１に内蔵される各部の電気的接続について図３を参照して説明する。座標入力装置１は各部の制御を受け持つマイコン１３を備え、このマイコン１３にバス接続されるインターフェース（Ｉ／Ｆ）１４を介してパソコンが接続されている。マイコン１３は、各部を集中的に制御するＣＰＵ１５、制御プログラム等の固定的データを予め格納するＲＯＭ１６、可変的なデータを書換え自在に格納するワークエリアとして機能するＲＡＭ１７により構成されている。このマイコン１３には、ＬＤ４、受光素子９、タイマＴ、各受発光装置３のポリゴンミラー６をそれぞれ駆動するモータＭ１，Ｍ２、演算部１２等がバス接続されている。
【００２９】
マイコン１３は、ＬＤ４の発光タイミングとモータＭ１，Ｍ２の駆動タイミングとをパルス制御することにより、ＬＤ４から出射されたレーザ光を座標入力領域２の表面に沿って平行なプローブ光として放射状に繰り返し走査させる。ここで、図４は上側受発光装置３ａから出射されるプローブ光を模式的に示す正面図、図５はそのプローブ光の受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャート、図６は下側受発光装置３ｂから出射されるプローブ光を模式的に示す正面図、図７はそのプローブ光の受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。図４及び図５に示すように、本実施の形態においては、上側受発光装置３ａから出射されて座標入力領域２内を走査するプローブ光は、パルス信号に基づいて１３方向に分割されている。また、図４及び図５に示すように、座標入力領域２内にプローブ光を遮断する遮光物が存在しない場合には、受光素子９から出力される受光信号は、「Ｈ」レベルの受光信号である。一方、図６及び図７に示すように、本実施の形態においては、下側受発光装置３ｂから出射されて座標入力領域２内を走査するプローブ光は、上側受発光装置３ａからのプローブ光と反射ミラー１０によるそのプローブ光の反射プローブ光との交点を通過するように、パルス信号に基づいて１０方向に分割されている。つまり、座標入力領域２内には２つの受発光装置３ａ，３ｂから出射された３つの走査光が存在することになり、本実施の形態の座標入力装置１の座標入力位置は、それら３つのプローブ光が交差する位置（交点）となっている。また、図６及び図７に示すように、座標入力領域２内にプローブ光を遮断する遮光物が存在しない場合には、受光素子９から出力される受光信号は、「Ｈ」レベルの受光信号である。
【００３０】
また、ＲＯＭ１６には制御プログラムとともに、メモリテーブル１８とメモリテーブル１９とが格納されている。ここで、図８はＲＯＭ１６に格納されたメモリテーブル１８を示す模式図、図９はＲＯＭ１６に格納されたメモリテーブル１９を示す模式図である。メモリテーブル１８は、図８に示すように、反射ミラー１０において反射されたプローブ光と上側受発光装置３ａからのプローブ光との交点に遮光物を挿入した場合における、反射ミラー１０において反射された反射プローブ光のパルス番号Ｍと、上側受発光装置３ａからのプローブ光のパルス番号Ｎとが、それぞれマトリックス状に組み合わせられ、それぞれの組み合わせに対応する位置座標（Ｘ，Ｙ）が格納されているものである。
【００３１】
一方、メモリテーブル１９は、図９に示すように、下側受発光装置３ｂからのプローブ光と上側受発光装置３ａからのプローブ光との交点に遮光物を挿入した場合における、下側受発光装置３ｂからのプローブ光のパルス番号Ｌと、上側受発光装置３ａからのプローブ光のパルス番号Ｎとが、それぞれマトリックス状に組み合わせられ、それぞれの組み合わせに対応する位置座標（Ｘ，Ｙ）が格納されているものである。
【００３２】
また、マイコン１３は、受光素子９から出力される受光信号を検出し、かつ、座標入力領域２内に挿入された遮光物の位置座標（ｘ，ｙ）をＲＯＭ１６に格納されたメモリテーブル１８に基づいて演算部１２に検出させる。ここで、操作者が指先でコンピュータディスプレイＤ上を指し示した場合におけるマイコン１３による位置座標（ｘ，ｙ）の検出について説明する。ここで、図１０は座標入力領域２内の所定の位置を指し示した状態の一例を示す正面図、図１１はそのプローブ光の受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。例えば、図１０に示すように、座標入力装置１の座標入力領域２を介してコンピュータディスプレイＤ上の適当な位置（ｘ，ｙ）を操作者の指先Ａで指し示した場合には、指先Ａが遮光物となり、上側受発光装置３ａから５番目に走査されたプローブ光ｂ（パルス番号５）の反射ミラー１０による反射プローブ光ｂ´と、上側受発光装置３ａから１１番目に走査されたプローブ光ｄ（パルス番号１１）とがその指先Ａによって遮られる。したがって、指先Ａによって遮られたプローブ光ｂ，ｄは再帰性反射シート７に到達することはないので、プローブ光ｂ，ｄの再帰反射光は上側受発光装置３ａの受光素子９に受光されることはない。つまり、この場合には受光信号が受光素子９から出力されることはない。したがって、図１１に示すように、パルス番号５とパルス番号１１とにおける受光信号は、「Ｌ」レベルになっている。演算部１２は、これら「Ｌ」レベルのパルス番号の組み合わせ（（パルス番号Ｍ，パルス番号Ｎ）＝（５，１１））に基づいてメモリテーブル１８を検索することにより、指先Ａによって指し示した位置座標（ｘ，ｙ）を検出する。ここに、座標検出手段の機能が実行される。こうして検出された位置座標（ｘ，ｙ）は、Ｉ／Ｆ１４を介してパソコン等に転送され、指先Ａによる指示位置の表示や指示位置に対応するコマンド入力などの処理に利用される。
【００３３】
次に、座標入力装置１の座標入力領域２を介してコンピュータディスプレイＤ上の適当な位置（ｘ，ｙ）及び（ｘ´，ｙ´）を操作者の指先Ａ及び指先Ｂで指し示した場合について考える。ここで、図１２は座標入力領域２内の所定の位置を２ヶ所同時に指し示した状態の一例を示す正面図、図１３は上側受発光装置３ａから出射されたプローブ光の受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。例えば、図１２に示すように、座標入力装置１の座標入力領域２を介してコンピュータディスプレイＤ上の適当な位置（ｘ，ｙ）を操作者の指先Ａで指し示すと同時に、（ｘ´，ｙ´）を操作者の指先Ｂで指し示した場合には、指先Ａ及び指先Ｂが遮光物となり、上側受発光装置３ａから５番目に走査されたプローブ光ｂ（パルス番号５）の反射ミラー１０による反射プローブ光ｂ´と、上側受発光装置３ａから１１番目に走査されたプローブ光ｄ（パルス番号１１）とがその指先Ａによって遮られるとともに、上側受発光装置３ａから３番目に走査されたプローブ光ａ（パルス番号３）の反射ミラー１０による反射プローブ光ａ´と、上側受発光装置３ａから９番目に走査されたプローブ光ｃ（パルス番号９）とがその指先Ｂによって遮られる。したがって、指先Ａによって遮られたプローブ光ｂ，ｄと、指先Ｂによって遮られたプローブ光ａ，ｃとは再帰性反射シート７に到達することはないので、プローブ光ａ，ｂ，ｃ，ｄの再帰反射光は上側受発光装置３ａの受光素子９に受光されることはない。つまり、この場合には受光信号が受光素子９から出力されることはない。したがって、図１３に示すように、パルス番号３とパルス番号５とパルス番号９とパルス番号１１とにおけるに受光信号は、「Ｌ」レベルになっている。
【００３４】
ところが、前述したような状態においては、各プローブ光から２点分の「Ｌ」レベルの受光信号が検出されることにより、実際の遮断点Ａ，Ｂの他に、点Ａ´，Ｂ´が誤認識されてしまう恐れが生じる（図１２参照）。つまり、「Ｌ」レベルの受光信号に基づくパルス信号の組み合わせは、
Ａ （パルス番号Ｍ，パルス番号Ｎ）＝（５，１１）
Ａ´ （パルス番号Ｍ，パルス番号Ｎ）＝（３，１１）
Ｂ （パルス番号Ｍ，パルス番号Ｎ）＝（３，９）
Ｂ´ （パルス番号Ｍ，パルス番号Ｎ）＝（５，９）
の４通りになるので、一つの遮断点を決定することができない。
【００３５】
そこで、座標入力領域２内の所定の位置を２ヶ所同時に指し示した場合には、下側受発光装置３ｂから走査されたプローブ光に基づいて受光素子９から出力される受光信号が検出される。図１２に示すように、この場合においては、下側受発光装置３ｂから６番目に走査されたプローブ光ｅ（パルス番号６）が指先Ａによって遮られるとともに、下側受発光装置３ｂから８番目に走査されたプローブ光ｆ（パルス番号８）が指先Ｂによって遮られる。したがって、指先Ａによって遮られたプローブ光ｆと、指先Ｂによって遮られたプローブ光ｅとは再帰性反射シート７に到達することはないので、プローブ光ｅ，ｆの再帰反射光は下側受発光装置３ｂの受光素子９に受光されることはない。つまり、この場合には受光信号が受光素子９から出力されることはない。したがって、図１４に示すように、パルス番号６とパルス番号８とにおけるに受光信号は、「Ｌ」レベルになっている。
【００３６】
次に、演算部１２は、下側受発光装置３ｂにおける「Ｌ」レベルのパルス番号と、前述した上側受発光装置３ａにおける「Ｌ」レベルのパルス番号との組み合わせ（（パルス番号Ｌ，パルス番号Ｎ）＝（６，９），（６，１１），（８，９），（８，１１））に基づいてメモリテーブル１９を検索する。この場合、図１２に示すように点Ｂと点Ｂ´との両方がプローブ光ｅの光線上に位置することになるが、メモリテーブル１９により（パルス番号Ｌ，パルス番号Ｎ）＝（８，１１）に基づいて指先Ａによって指し示した位置座標（ｘ，ｙ）が検出されるので、残りのパルス番号Ｌは「６」であることから指先Ｂによって指し示した位置座標（ｘ´，ｙ´）も検出される。ここに、座標検出手段の機能が実行される。こうして検出された位置座標（ｘ，ｙ）と（ｘ´，ｙ´）とは、Ｉ／Ｆ１４を介してパソコン等に転送され、指先Ａ及びＢによる指示位置の表示や指示位置に対応するコマンド入力などの処理に利用される。
【００３７】
次に、ＲＯＭ１６に格納された制御プログラムがマイコン１３に実行させる機能であって、本実施の形態の座標入力装置１の有する特長的な機能である段階的光走査手段について以下に説明する。ここで、図１５は段階的光走査処理の流れを概略的に示すフローチャートである。
【００３８】
図１５に示すように、まず、下側受発光装置３ｂのみが駆動され、光走査が開始される（ステップＳ１）。次に、ステップＳ２において、下側受発光装置３ｂから走査されたプローブ光が、遮光物により遮断されるまで待機する。
【００３９】
下側受発光装置３ｂから走査されたプローブ光が遮光物により遮断されたことが受光信号に基づいて判断された場合（ステップＳ２のＹ）、上側受発光装置３ａが駆動されて光走査が開始される（ステップＳ３）。
【００４０】
続いて、プローブ光の受光信号に基づいて遮断点が検出され（ステップＳ４）、この検出された遮断点に基づく遮光物の位置座標（ｘ，ｙ）が演算部１２において検出されてコンピュータディスプレイＤに表示される（ステップＳ５）。
【００４１】
その後、下側受発光装置３ｂから走査された別のプローブ光が遮光物により遮断されたことが受光信号に基づいて判断される限り（ステップＳ６のＹ）、ステップＳ４〜ステップＳ５の処理が繰り返される。また、下側受発光装置３ｂから走査されたプローブ光が遮光物により遮断されない状態（ステップＳ６のＮ）が、一定時間経過したことがタイマＴによって計時された場合には（ステップＳ７のＮ）、上側受発光装置３ａの駆動が停止され（ステップＳ８）、再びステップＳ２において、下側受発光装置３ｂから走査されたプローブ光が遮光物により遮断されるまで待機する。
【００４２】
このような処理により、遮光物の挿入に対する待機時には上側受発光装置３ａを駆動せずに下側受発光装置３ｂのみを駆動し、下側受発光装置３ｂから走査されたプローブ光が遮光物により遮断された直後に上側受発光装置３ａを駆動することにより、遮光物の挿入直前に上側受発光装置３ａの駆動を開始させるので、上側受発光装置３ａから走査されるプローブ光も遮光物により遮断されることになる。これにより、座標入力領域２に対する遮光物の挿入に対する待機時の消費電力が節約され、装置寿命の長い座標入力装置１が得られるようになる。
【００４３】
加えて、下側受発光装置３ｂから走査されるプローブ光の受光信号に基づく遮断点の検出と、上側受発光装置３ａから走査されるプローブ光の受光信号に基づく遮断点の検出とが時間差を有して処理されることにより、両方の受光信号に基づいて一度に遮断点を検出する場合に比べて、演算部１２における演算処理の負荷が軽減される。
【００４４】
なお、本実施の形態においては、上側受発光装置３ａと下側受発光装置３ｂとを座標入力領域２の対角線上に設けたが、これに限るものではなく、座標入力領域２の同一辺上であって、上側受発光装置３ａと下側受発光装置３ｂとのいずれか一方が反射ミラー１０側に位置するように設けても良い。このように設置することにより、下側受発光装置３ｂから走査されるプローブ光の走査方向と上側受発光装置３ａから走査されるプローブ光の走査方向とが、同一直線上に位置することがなくなる。
【００４５】
また、本実施の形態においては、プローブ光のパルス番号に基づいてメモリテーブル１８及びメモリテーブル１９を検索することにより遮光物の指し示した位置座標（ｘ，ｙ）を検出するようにしたが、これに限るものではなく、遮断された各プローブ光を走査した際のモータＭ１，Ｍ２のパルス数をプローブ光のパルス番号に基づいて検出し、このパルス番号に基づいて各プローブ光の出射角度を算出し、この各プローブ光の出射角度を基にして三角測量の原理により遮光物の指し示した位置座標（ｘ，ｙ）を算出するようにしても良い。
【００４６】
さらに、本実施の形態においては、上側受発光装置３ａから出射されて座標入力領域２内を走査するプローブ光はパルス信号に基づいて１３方向に分割され、かつ、下側受発光装置３ｂから出射されて座標入力領域２内を走査するプローブ光はパルス信号に基づいて１０方向に分割されているが、これに限るものではなく、さらに細かく分割して分割方向を増加させても良いし、分割方向を減少させても良い。実際には、遮光物となる指やペン等はある程度の大きさを有しているので、異常なほどに過密にする必要はない。
【００４７】
なお、本実施の形態においては、座標入力装置１をコンピュータディスプレイＤに装着したが、これに限るものではなく画像データを表示する表示装置であれば良く、また、電子黒板等の筆記面を有する装置に装着するようにしても良い。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、座標入力領域内には、反射部材に対向して設けられた第一の発光装置から走査された光ビームを反射部材において反射した反射光ビームと、第二の発光装置から走査された光ビームと、第一の発光装置から走査された光ビームとで構成される２つの発光装置から出射された３つの走査光が存在することにより、同時に２つの挿入物をそれら３つの走査光の交点に挿入して各光ビームを遮断した場合、３つの発光装置を設けなくとも、それらの挿入物を挿入した位置座標を各受光素子により出力される受光信号に基づいて検出することができるので、低コストで２点同時に指示した場合の座標位置を検出することができる。また、各発光装置から走査される光ビームの座標入力領域における走査の高さ位置を異ならせることにより、第一の発光装置から走査される光ビームの受光信号に基づく遮断点の検出と、第二の発光装置から走査される光ビームの受光信号に基づく遮断点の検出とを時間差を有して処理することができるので、両方の受光信号に基づいて一度に遮断点を検出する場合に比べて、演算処理の負荷を軽減することができる。
【００４９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の座標入力装置において、座標入力領域に対する挿入物の挿入に対する待機時には第一の発光装置は駆動されずに第二の発光装置のみを駆動し、その第二の発光装置から走査された光ビームを挿入物により遮断した直後に第一の発光装置を駆動し、挿入物の挿入直前に第一の発光装置の駆動を開始することにより、第一の発光装置から走査される光ビームも挿入物により遮断することができるので、座標入力領域に対する挿入物の挿入に対する待機時の消費電力を節約することができ、装置寿命の長くすることができる。
【００５１】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の座標入力装置において、遮光板を反射部材の側縁部に設けることにより、その反射部材に直接入射する外部光線を遮断することができるので、反射部材による散乱光の発生を防止することができ、受光素子における受光ノイズの発生を防止することができる。
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれか一記載の座標入力装置において、座標入力領域内の所定の位置を複数の挿入物により２ヶ所同時に指し示された場合、各挿入物が挿入された位置座標を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す座標入力装置の構成を概略的に示す正面図である。
【図２】その側面図である。
【図３】座標入力装置に内蔵される各部の電気的接続を示すブロック図である。
【図４】上側受発光装置から出射されるプローブ光を模式的に示す正面図である。
【図５】そのプローブ光の受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。
【図６】下側受発光装置から出射されるプローブ光を模式的に示す正面図である。
【図７】そのプローブ光の受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。
【図８】ＲＯＭに格納されたメモリテーブルを示す模式図である。
【図９】ＲＯＭに格納されたメモリテーブルを示す模式図である。
【図１０】座標入力領域内の所定の位置を指し示した状態の一例を示す正面図である。
【図１１】そのプローブ光の受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。
【図１２】座標入力領域内の所定の位置を２ヶ所同時に指し示した状態の一例を示す正面図である。
【図１３】上側受発光装置から出射されたプローブ光の受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。
【図１４】下側受発光装置から出射されたプローブ光の受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。
【図１５】座標検出処理の流れを概略的に示すフローチャートである。
【図１６】従来の座標入力装置を概略的に示す正面図である。
【図１７】座標入力装置の座標入力領域において２点同時に指示した状況を示す正面図である。
【図１８】２点同時に指示した場合の各ライトスキャナにおける受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ａ 筐体
２ 座標入力領域
３ａ 第一の発光装置
３ｂ 第二の発光装置
４ 光源
７ 再帰性反射部材
９ 受光素子
１０ 反射部材
１１ 遮光板
Ａ，Ｂ 挿入物
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子黒板やコンピュータディスプレイ等に取り付けられる入力装置であり、特に図形の描画等の情報をコンピュータに入力する座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年において、電子黒板やコンピュータに接続された表示装置であるコンピュータディスプレイ等に利用者の指や利用者が持つペンを接触又は接近させることでその表示画面上の所定の位置を指定することができる座標入力装置が考えられている。その一例としては、特開平９−９１０９４号公報に記載されている座標入力装置がある。ここで、図１６は従来の座標入力装置１００を概略的に示す正面図である。図１６に示すように、座標入力装置１００は、レーザビーム光ａを回転させながら所定の位置に向けて出射する発光装置とそのレーザビーム光ａの再帰反射光ｂを受光する受光装置とを備えて距離Ｚを隔てて設けられる一対のライトスキャナ１０１（１０１Ｒ，１０１Ｌ）と、レーザビーム光ａを反射して再び同一光路を辿る再帰反射光ｂとする再帰性反射部材１０２とを備え、レーザビーム光ａの走査する部分が座標入力領域１０３とされている。なお、ライトスキャナ１０１の発光装置は駆動装置（図示せず）により駆動されており、その駆動装置の回転駆動はパルス制御されている。
【０００３】
このような光学式の座標入力装置１００においては、利用者の指Ａ等を座標入力領域１０３に挿入することにより特定の組み合わせのレーザビーム光ａ１，ａ２が遮断されるので、再帰反射光は発生しなくなる。このように再帰反射光が発生しない場合には、ライトスキャナ１０１の受光装置における受光信号が「Ｌ（ＬＯＷ）」レベルの信号として検出部（図示せず）においてそれぞれ検出される。さらに、検出部においては、「Ｌ」レベル信号の各レーザビーム光ａ１，ａ２の出射角度が、各レーザビーム光ａ１，ａ２を出射した位置に至るまでに駆動装置を駆動制御したパルス数に基づいて検出される。そして、利用者の指Ａにより指示された座標位置（ｘ，ｙ）が、レーザビーム光ａ１の出射角度とレーザビーム光ａ２の出射角度と距離Ｚとに基づいて、演算回路１０４において三角測量の原理によって算出されることになる。このようにして算出された座標位置（ｘ，ｙ）は、インタフェース回路１０５を介してコンピュータ等に出力される。
【０００４】
したがって、特開平９−９１０９４号公報に記載された座標入力装置を大型の座標入力領域を必要とする電子黒板等に適用する場合には、各ライトスキャナの設置位置をそれぞれ変更するとともに再帰性反射部材を延出させて設けるだけで良いので、構造的には設置精度等の維持が容易になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、座標入力装置１００の座標入力領域１０３に利用者の指Ａ，Ｂを同時に挿入して２点同時に指示した場合について、図１７を参照して説明する。また、図１８は２点同時に指示した場合の各ライトスキャナ１０１Ｒ，１０１Ｌにおける受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。図１７及び図１８においては、各ライトスキャナ１０１Ｒ，１０１Ｌから走査するレーザビーム光がパルス信号に基づいてそれぞれ８方向に分割されているものとし、各遮断点Ａ，Ｂが各ライトスキャナ１０１Ｒ，１０１Ｌから走査されるレーザビーム光の交点にあるものとする。このように各遮断点Ａ，Ｂにおいて同時にレーザビーム光の遮断がなされた場合には、図１８に示すように、ライトスキャナ１０１Ｒからは３と６の位置に「Ｌ」レベルの受光信号が検出され、ライトスキャナ１０１Ｌからは３と５の位置に「Ｌ」レベルの受光信号が検出されることになる。
【０００６】
しかしながら、座標入力装置１００の各ライトスキャナ１０１Ｒ，１０１Ｌにおいて２点分の「Ｌ」レベルの受光信号が検出されることにより、実際の遮断点Ａ，Ｂの他に、点Ａ´，Ｂ´が誤認識されてしまう恐れが生じる。つまり、「Ｌ」レベルの受光信号に基づくパルス信号の組み合わせは、
Ａ （１０１Ｌ，１０１Ｒ）＝（５，３）
Ａ´ （１０１Ｌ，１０１Ｒ）＝（３，３）
Ｂ （１０１Ｌ，１０１Ｒ）＝（３，６）
Ｂ´ （１０１Ｌ，１０１Ｒ）＝（５，６）
の４通りになるので、一つの遮断点を決定することができない。
【０００７】
したがって、特開平９−９１０９４号公報に記載された座標入力装置１００では、２点同時に指示した場合にそれらの座標位置を検出することが不可能になっている。
【０００８】
また、２点同時に指示した場合にそれらの座標位置を検出するためには、ライトスキャナを更にもう１つ備えて３つの走査光を有することが必要になるが、部品点数が増加するとともに装置構成が複雑化して高価な構成になってしまうという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、低コストで２点同時に指示した場合の座標位置を検出することができる座標入力装置を得ることである。
【００１０】
本発明の目的は、演算処理の負荷を軽減することができる座標入力装置を得ることである。
【００１１】
本発明の目的は、受光素子における受光ノイズの発生を防止することができる座標入力装置を得ることである。
【００１２】
本発明の目的は、装置寿命の長い座標入力装置を得ることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、四角枠形状の筐体内周の一辺に配設された反射部材と、前記反射部材に対向した前記筐体内周の一辺の端部に設けられ、光源を有してその光源から出射された各光ビームを前記筐体内部に向けて放射状に走査する第一の発光装置と、前記反射部材が設けられた前記筐体内周の一辺の端部に設けられ、光源を有してその光源から出射された各光ビームを前記筐体内部に向けて放射状に走査する第二の発光装置と、前記各発光装置から走査される各光ビームの交差により形成され、座標を指示する挿入物の挿入を受け付ける座標入力領域と、前記座標入力領域の周縁部であって前記反射部材の配設された一辺を除く前記筐体内周の三辺に配設され、各発光装置から走査される光ビームを再帰反射させる再帰性反射部材と、前記各発光装置に設けられ、前記再帰性反射部材によって再帰反射された光ビームを受光し、その受光した光ビームの光パワーを電気信号に変換して受光信号として出力する受光素子と、前記第二の発光装置から走査された光ビームと、前記第一の発光装置から走査された光ビームと、前記第一の発光装置から走査された光ビームが前記反射部材において反射された反射光ビームとの前記座標入力領域内における交点に１または２の前記挿入物を挿入して各光ビームを遮った場合、その挿入物を挿入した位置座標を各受光素子により出力される受光信号に基づいて検出する座標検出手段と、を備え、前記第一の発光装置から走査される光ビームと前記第二の発光装置から走査される光ビームとは、前記座標入力領域における走査の高さ位置がそれぞれ異なる。
【００１４】
したがって、反射部材に対向して設けられた第一の発光装置から走査された光ビームは、反射部材において反射される。つまり、座標入力領域内には、第二の発光装置から走査された光ビームと、第一の発光装置から走査された光ビームと、第一の発光装置から走査された光ビームが反射部材において反射された反射光ビームとで構成される２つの発光装置から出射された３つの走査光が存在することになる。これにより、同時に２つの挿入物をそれら３つの走査光の交点に挿入して各光ビームを遮断した場合、それらの挿入物を挿入した位置座標が各受光素子により出力される受光信号に基づいて検出されることになる。そして、各発光装置から走査される光ビームの座標入力領域における走査の高さ位置を異ならせることにより、第一の発光装置から走査される光ビームの受光信号に基づく遮断点の検出と、第二の発光装置から走査される光ビームの受光信号に基づく遮断点の検出とが時間差を有して処理される。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の座標入力装置において、前記座標入力領域に対する前記挿入物の挿入に対する待機時には前記第一の発光装置を駆動させずに前記第二の発光装置のみを駆動させ、その第二の発光装置から走査された光ビームが前記挿入物により遮断された直後に前記第一の発光装置を駆動させる段階的光走査手段を更に備える。
【００１６】
したがって、座標入力領域に対する挿入物の挿入に対する待機時には第一の発光装置は駆動されずに第二の発光装置のみが駆動され、その第二の発光装置から走査された光ビームが挿入物により遮断された直後に第一の発光装置が駆動されることにより、挿入物の挿入直前に第一の発光装置の駆動が開始されるので、第一の発光装置から走査される光ビームも挿入物により遮断されることになる。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の座標入力装置において、前記反射部材の側縁部に設けられ、その反射部材に直接入射する外部光線を遮断する遮光板を更に備える。
【００２０】
したがって、遮光板が反射部材の側縁部に設けられることにより、その反射部材に直接入射する外部光線が遮断されるので、反射部材による散乱光の発生が防止される。
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一記載の座標入力装置において、前記座標検出手段は、前記座標入力領域内の所定の位置を複数の前記挿入物により２ヶ所同時に指し示された場合、前記第二の発光装置の受光素子における前記挿入物により遮られた光ビームに対応するパルス番号と、前記第一の発光装置の受光素子における前記挿入物により遮られた光ビームに対応するパルス番号との組み合わせに基づいて、前記各発光装置の受光素子における前記挿入物により遮られた光ビームに対応するパルス番号の組み合わせに対応する位置座標が格納されているメモリテーブルを検索し、前記各挿入物が挿入された位置座標を検出する。
したがって、座標入力領域内の所定の位置を複数の挿入物により２ヶ所同時に指し示された場合、各挿入物が挿入された位置座標が検出される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を図１ないし図１５に基づいて説明する。本実施の形態の座標入力装置は、パーソナルコンピュータ（以下、パソコンとする。）に接続され、コンピュータディスプレイの表面に装着される座標入力装置に適用されている。
【００２２】
ここで、図１は座標入力装置１の構成を概略的に示す正面図、図２はその側面図である。コンピュータディスプレイＤの表面に装着される座標入力装置１は、四角枠形状の筐体１ａの内部に四角形状の空間である座標入力領域２を有している。この座標入力領域２の右側上方と左側下方とに位置する筐体１ａには、それぞれ光ビームの発光走査と受光とを行う受発光装置３（上側受発光装置３ａ、下側受発光装置３ｂ）が対角線上に設けられている。ここでは、上側受発光装置３ａが第一の発光装置として機能し、下側受発光装置３ｂが第二の発光装置として機能する。各受発光装置３（上側受発光装置３ａ、下側受発光装置３ｂ）は、同様の構成とされており、レーザ光を出射する光源であるレーザダイオード（以下、ＬＤとする。）４、ハーフミラー５、ポリゴンミラー６、集光レンズ８、受光素子９等を備えている。ＬＤ４から出射されたレーザ光は、ハーフミラー５を透過した後、後述するモータＭ１、Ｍ２（図３参照）により回転駆動されるポリゴンミラー６によって順次反射され、座標入力領域２（コンピュータディスプレイＤ）の表面に沿って平行な光ビーム（プローブ光）として放射状に繰り返し走査される。
【００２３】
また、図２に示すように、上側受発光装置３ａのポリゴンミラー６はコンピュータディスプレイＤの表面からの高さがｈ１の位置にプローブ光を走査するものとし、下側受発光装置３ｂのポリゴンミラー６はコンピュータディスプレイＤの表面からの高さがｈ２の位置にプローブ光を走査するものとされている。なお、ｈ１とｈ２との関係は、ｈ１＜ｈ２とされている。したがって、下側受発光装置３ｂから走査されるプローブ光の方が上側受発光装置３ａから走査されるプローブ光より高い位置を走査されているので、座標を指示する挿入物である後述する遮光物が挿入された場合には、下側受発光装置３ｂから走査されるプローブ光の方が先に遮断されることになる。
【００２４】
さらに、座標入力装置１の内側であって座標入力領域２の下部を除く周辺部には、再帰性反射部材である再帰性反射シート７がコンピュータディスプレイＤの表面に対して略垂直になるように設けられている。また、再帰性反射シート７は、図２に示すように、上側受発光装置３ａから走査されるプローブ光に直接干渉しない位置に設けられている。この再帰性反射シート７は、入射した光をその入射角度によらずに所定の位置に向けて反射する特性を有している。より具体的には、例えば、上側受発光装置３ａから出射されたプローブ光ｐ１は、座標入力領域２内の再帰性反射シート７により反射され、再び同一光路を辿る再帰反射光ｐ１´として上側受発光装置３ａに向かって進行する。同様に、下側受発光装置３ｂから出射されたプローブ光ｐ２は、座標入力領域２内の再帰性反射シート７により反射され、再び同一光路を辿る再帰反射光ｐ２´として下側受発光装置３ｂに向かって進行する。
【００２５】
再帰性反射シート７で反射されてポリゴンミラー６に戻った再帰反射光は、ハーフミラー５によって折り返され、集光レンズ８を通過して集光された後、受光素子９において受光される。受光素子９は、例えばＰＩＮフォトダイオードで構成されており、受光した再帰反射光の光パワーを電気信号（出力電圧値）に変換し、受光信号として出力する。なお、出力される受光信号は、再帰反射光を受光した場合には出力電圧値の高い「Ｈ（ＨＩＧＨ）」レベルの信号であり、再帰反射光を受光しない場合には出力電圧値の低い「Ｌ（ＬＯＷ）」レベルの信号である。
【００２６】
一方、座標入力装置１の内側であって座標入力領域２の下部には反射部材である反射ミラー１０が設けられている。この反射ミラー１０は、例えば上側受発光装置３ａから走査されたプローブ光ｐ３がその反射ミラー１０において反射されて再帰性反射シート７に向かい、かつ、再帰性反射シート７により反射されて再び同一光路を辿る再帰反射光ｐ３´として上側受発光装置３ａに向かって進行するように、コンピュータディスプレイＤの表面に対して降傾斜状態で設けられている（図２参照）。また、反射ミラー１０は、図２に示すように、下側受発光装置３ｂから走査されたプローブ光に直接干渉しない位置に設けられている。さらに、この反射ミラー１０の側縁部には、不透明な材料で形成された遮光板１１が備えられている。この遮光板１１は、照明器具等からの外乱光の反射ミラー１０に対する直接入射を防止するためのものである。このように、外乱光の反射ミラー１０に対する直接入射を防止することにより、散乱光の発生が防止され、受光素子９での受光ノイズの発生が防止される。
【００２７】
また、受光素子９には、演算部１２が接続されている。この演算部１２は、受光素子９からの受光信号に基づいて座標入力領域２に挿入された遮光物の位置座標（ｘ，ｙ）を検出する。
【００２８】
次に、座標入力装置１に内蔵される各部の電気的接続について図３を参照して説明する。座標入力装置１は各部の制御を受け持つマイコン１３を備え、このマイコン１３にバス接続されるインターフェース（Ｉ／Ｆ）１４を介してパソコンが接続されている。マイコン１３は、各部を集中的に制御するＣＰＵ１５、制御プログラム等の固定的データを予め格納するＲＯＭ１６、可変的なデータを書換え自在に格納するワークエリアとして機能するＲＡＭ１７により構成されている。このマイコン１３には、ＬＤ４、受光素子９、タイマＴ、各受発光装置３のポリゴンミラー６をそれぞれ駆動するモータＭ１，Ｍ２、演算部１２等がバス接続されている。
【００２９】
マイコン１３は、ＬＤ４の発光タイミングとモータＭ１，Ｍ２の駆動タイミングとをパルス制御することにより、ＬＤ４から出射されたレーザ光を座標入力領域２の表面に沿って平行なプローブ光として放射状に繰り返し走査させる。ここで、図４は上側受発光装置３ａから出射されるプローブ光を模式的に示す正面図、図５はそのプローブ光の受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャート、図６は下側受発光装置３ｂから出射されるプローブ光を模式的に示す正面図、図７はそのプローブ光の受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。図４及び図５に示すように、本実施の形態においては、上側受発光装置３ａから出射されて座標入力領域２内を走査するプローブ光は、パルス信号に基づいて１３方向に分割されている。また、図４及び図５に示すように、座標入力領域２内にプローブ光を遮断する遮光物が存在しない場合には、受光素子９から出力される受光信号は、「Ｈ」レベルの受光信号である。一方、図６及び図７に示すように、本実施の形態においては、下側受発光装置３ｂから出射されて座標入力領域２内を走査するプローブ光は、上側受発光装置３ａからのプローブ光と反射ミラー１０によるそのプローブ光の反射プローブ光との交点を通過するように、パルス信号に基づいて１０方向に分割されている。つまり、座標入力領域２内には２つの受発光装置３ａ，３ｂから出射された３つの走査光が存在することになり、本実施の形態の座標入力装置１の座標入力位置は、それら３つのプローブ光が交差する位置（交点）となっている。また、図６及び図７に示すように、座標入力領域２内にプローブ光を遮断する遮光物が存在しない場合には、受光素子９から出力される受光信号は、「Ｈ」レベルの受光信号である。
【００３０】
また、ＲＯＭ１６には制御プログラムとともに、メモリテーブル１８とメモリテーブル１９とが格納されている。ここで、図８はＲＯＭ１６に格納されたメモリテーブル１８を示す模式図、図９はＲＯＭ１６に格納されたメモリテーブル１９を示す模式図である。メモリテーブル１８は、図８に示すように、反射ミラー１０において反射されたプローブ光と上側受発光装置３ａからのプローブ光との交点に遮光物を挿入した場合における、反射ミラー１０において反射された反射プローブ光のパルス番号Ｍと、上側受発光装置３ａからのプローブ光のパルス番号Ｎとが、それぞれマトリックス状に組み合わせられ、それぞれの組み合わせに対応する位置座標（Ｘ，Ｙ）が格納されているものである。
【００３１】
一方、メモリテーブル１９は、図９に示すように、下側受発光装置３ｂからのプローブ光と上側受発光装置３ａからのプローブ光との交点に遮光物を挿入した場合における、下側受発光装置３ｂからのプローブ光のパルス番号Ｌと、上側受発光装置３ａからのプローブ光のパルス番号Ｎとが、それぞれマトリックス状に組み合わせられ、それぞれの組み合わせに対応する位置座標（Ｘ，Ｙ）が格納されているものである。
【００３２】
また、マイコン１３は、受光素子９から出力される受光信号を検出し、かつ、座標入力領域２内に挿入された遮光物の位置座標（ｘ，ｙ）をＲＯＭ１６に格納されたメモリテーブル１８に基づいて演算部１２に検出させる。ここで、操作者が指先でコンピュータディスプレイＤ上を指し示した場合におけるマイコン１３による位置座標（ｘ，ｙ）の検出について説明する。ここで、図１０は座標入力領域２内の所定の位置を指し示した状態の一例を示す正面図、図１１はそのプローブ光の受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。例えば、図１０に示すように、座標入力装置１の座標入力領域２を介してコンピュータディスプレイＤ上の適当な位置（ｘ，ｙ）を操作者の指先Ａで指し示した場合には、指先Ａが遮光物となり、上側受発光装置３ａから５番目に走査されたプローブ光ｂ（パルス番号５）の反射ミラー１０による反射プローブ光ｂ´と、上側受発光装置３ａから１１番目に走査されたプローブ光ｄ（パルス番号１１）とがその指先Ａによって遮られる。したがって、指先Ａによって遮られたプローブ光ｂ，ｄは再帰性反射シート７に到達することはないので、プローブ光ｂ，ｄの再帰反射光は上側受発光装置３ａの受光素子９に受光されることはない。つまり、この場合には受光信号が受光素子９から出力されることはない。したがって、図１１に示すように、パルス番号５とパルス番号１１とにおける受光信号は、「Ｌ」レベルになっている。演算部１２は、これら「Ｌ」レベルのパルス番号の組み合わせ（（パルス番号Ｍ，パルス番号Ｎ）＝（５，１１））に基づいてメモリテーブル１８を検索することにより、指先Ａによって指し示した位置座標（ｘ，ｙ）を検出する。ここに、座標検出手段の機能が実行される。こうして検出された位置座標（ｘ，ｙ）は、Ｉ／Ｆ１４を介してパソコン等に転送され、指先Ａによる指示位置の表示や指示位置に対応するコマンド入力などの処理に利用される。
【００３３】
次に、座標入力装置１の座標入力領域２を介してコンピュータディスプレイＤ上の適当な位置（ｘ，ｙ）及び（ｘ´，ｙ´）を操作者の指先Ａ及び指先Ｂで指し示した場合について考える。ここで、図１２は座標入力領域２内の所定の位置を２ヶ所同時に指し示した状態の一例を示す正面図、図１３は上側受発光装置３ａから出射されたプローブ光の受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。例えば、図１２に示すように、座標入力装置１の座標入力領域２を介してコンピュータディスプレイＤ上の適当な位置（ｘ，ｙ）を操作者の指先Ａで指し示すと同時に、（ｘ´，ｙ´）を操作者の指先Ｂで指し示した場合には、指先Ａ及び指先Ｂが遮光物となり、上側受発光装置３ａから５番目に走査されたプローブ光ｂ（パルス番号５）の反射ミラー１０による反射プローブ光ｂ´と、上側受発光装置３ａから１１番目に走査されたプローブ光ｄ（パルス番号１１）とがその指先Ａによって遮られるとともに、上側受発光装置３ａから３番目に走査されたプローブ光ａ（パルス番号３）の反射ミラー１０による反射プローブ光ａ´と、上側受発光装置３ａから９番目に走査されたプローブ光ｃ（パルス番号９）とがその指先Ｂによって遮られる。したがって、指先Ａによって遮られたプローブ光ｂ，ｄと、指先Ｂによって遮られたプローブ光ａ，ｃとは再帰性反射シート７に到達することはないので、プローブ光ａ，ｂ，ｃ，ｄの再帰反射光は上側受発光装置３ａの受光素子９に受光されることはない。つまり、この場合には受光信号が受光素子９から出力されることはない。したがって、図１３に示すように、パルス番号３とパルス番号５とパルス番号９とパルス番号１１とにおけるに受光信号は、「Ｌ」レベルになっている。
【００３４】
ところが、前述したような状態においては、各プローブ光から２点分の「Ｌ」レベルの受光信号が検出されることにより、実際の遮断点Ａ，Ｂの他に、点Ａ´，Ｂ´が誤認識されてしまう恐れが生じる（図１２参照）。つまり、「Ｌ」レベルの受光信号に基づくパルス信号の組み合わせは、
Ａ （パルス番号Ｍ，パルス番号Ｎ）＝（５，１１）
Ａ´ （パルス番号Ｍ，パルス番号Ｎ）＝（３，１１）
Ｂ （パルス番号Ｍ，パルス番号Ｎ）＝（３，９）
Ｂ´ （パルス番号Ｍ，パルス番号Ｎ）＝（５，９）
の４通りになるので、一つの遮断点を決定することができない。
【００３５】
そこで、座標入力領域２内の所定の位置を２ヶ所同時に指し示した場合には、下側受発光装置３ｂから走査されたプローブ光に基づいて受光素子９から出力される受光信号が検出される。図１２に示すように、この場合においては、下側受発光装置３ｂから６番目に走査されたプローブ光ｅ（パルス番号６）が指先Ａによって遮られるとともに、下側受発光装置３ｂから８番目に走査されたプローブ光ｆ（パルス番号８）が指先Ｂによって遮られる。したがって、指先Ａによって遮られたプローブ光ｆと、指先Ｂによって遮られたプローブ光ｅとは再帰性反射シート７に到達することはないので、プローブ光ｅ，ｆの再帰反射光は下側受発光装置３ｂの受光素子９に受光されることはない。つまり、この場合には受光信号が受光素子９から出力されることはない。したがって、図１４に示すように、パルス番号６とパルス番号８とにおけるに受光信号は、「Ｌ」レベルになっている。
【００３６】
次に、演算部１２は、下側受発光装置３ｂにおける「Ｌ」レベルのパルス番号と、前述した上側受発光装置３ａにおける「Ｌ」レベルのパルス番号との組み合わせ（（パルス番号Ｌ，パルス番号Ｎ）＝（６，９），（６，１１），（８，９），（８，１１））に基づいてメモリテーブル１９を検索する。この場合、図１２に示すように点Ｂと点Ｂ´との両方がプローブ光ｅの光線上に位置することになるが、メモリテーブル１９により（パルス番号Ｌ，パルス番号Ｎ）＝（８，１１）に基づいて指先Ａによって指し示した位置座標（ｘ，ｙ）が検出されるので、残りのパルス番号Ｌは「６」であることから指先Ｂによって指し示した位置座標（ｘ´，ｙ´）も検出される。ここに、座標検出手段の機能が実行される。こうして検出された位置座標（ｘ，ｙ）と（ｘ´，ｙ´）とは、Ｉ／Ｆ１４を介してパソコン等に転送され、指先Ａ及びＢによる指示位置の表示や指示位置に対応するコマンド入力などの処理に利用される。
【００３７】
次に、ＲＯＭ１６に格納された制御プログラムがマイコン１３に実行させる機能であって、本実施の形態の座標入力装置１の有する特長的な機能である段階的光走査手段について以下に説明する。ここで、図１５は段階的光走査処理の流れを概略的に示すフローチャートである。
【００３８】
図１５に示すように、まず、下側受発光装置３ｂのみが駆動され、光走査が開始される（ステップＳ１）。次に、ステップＳ２において、下側受発光装置３ｂから走査されたプローブ光が、遮光物により遮断されるまで待機する。
【００３９】
下側受発光装置３ｂから走査されたプローブ光が遮光物により遮断されたことが受光信号に基づいて判断された場合（ステップＳ２のＹ）、上側受発光装置３ａが駆動されて光走査が開始される（ステップＳ３）。
【００４０】
続いて、プローブ光の受光信号に基づいて遮断点が検出され（ステップＳ４）、この検出された遮断点に基づく遮光物の位置座標（ｘ，ｙ）が演算部１２において検出されてコンピュータディスプレイＤに表示される（ステップＳ５）。
【００４１】
その後、下側受発光装置３ｂから走査された別のプローブ光が遮光物により遮断されたことが受光信号に基づいて判断される限り（ステップＳ６のＹ）、ステップＳ４〜ステップＳ５の処理が繰り返される。また、下側受発光装置３ｂから走査されたプローブ光が遮光物により遮断されない状態（ステップＳ６のＮ）が、一定時間経過したことがタイマＴによって計時された場合には（ステップＳ７のＮ）、上側受発光装置３ａの駆動が停止され（ステップＳ８）、再びステップＳ２において、下側受発光装置３ｂから走査されたプローブ光が遮光物により遮断されるまで待機する。
【００４２】
このような処理により、遮光物の挿入に対する待機時には上側受発光装置３ａを駆動せずに下側受発光装置３ｂのみを駆動し、下側受発光装置３ｂから走査されたプローブ光が遮光物により遮断された直後に上側受発光装置３ａを駆動することにより、遮光物の挿入直前に上側受発光装置３ａの駆動を開始させるので、上側受発光装置３ａから走査されるプローブ光も遮光物により遮断されることになる。これにより、座標入力領域２に対する遮光物の挿入に対する待機時の消費電力が節約され、装置寿命の長い座標入力装置１が得られるようになる。
【００４３】
加えて、下側受発光装置３ｂから走査されるプローブ光の受光信号に基づく遮断点の検出と、上側受発光装置３ａから走査されるプローブ光の受光信号に基づく遮断点の検出とが時間差を有して処理されることにより、両方の受光信号に基づいて一度に遮断点を検出する場合に比べて、演算部１２における演算処理の負荷が軽減される。
【００４４】
なお、本実施の形態においては、上側受発光装置３ａと下側受発光装置３ｂとを座標入力領域２の対角線上に設けたが、これに限るものではなく、座標入力領域２の同一辺上であって、上側受発光装置３ａと下側受発光装置３ｂとのいずれか一方が反射ミラー１０側に位置するように設けても良い。このように設置することにより、下側受発光装置３ｂから走査されるプローブ光の走査方向と上側受発光装置３ａから走査されるプローブ光の走査方向とが、同一直線上に位置することがなくなる。
【００４５】
また、本実施の形態においては、プローブ光のパルス番号に基づいてメモリテーブル１８及びメモリテーブル１９を検索することにより遮光物の指し示した位置座標（ｘ，ｙ）を検出するようにしたが、これに限るものではなく、遮断された各プローブ光を走査した際のモータＭ１，Ｍ２のパルス数をプローブ光のパルス番号に基づいて検出し、このパルス番号に基づいて各プローブ光の出射角度を算出し、この各プローブ光の出射角度を基にして三角測量の原理により遮光物の指し示した位置座標（ｘ，ｙ）を算出するようにしても良い。
【００４６】
さらに、本実施の形態においては、上側受発光装置３ａから出射されて座標入力領域２内を走査するプローブ光はパルス信号に基づいて１３方向に分割され、かつ、下側受発光装置３ｂから出射されて座標入力領域２内を走査するプローブ光はパルス信号に基づいて１０方向に分割されているが、これに限るものではなく、さらに細かく分割して分割方向を増加させても良いし、分割方向を減少させても良い。実際には、遮光物となる指やペン等はある程度の大きさを有しているので、異常なほどに過密にする必要はない。
【００４７】
なお、本実施の形態においては、座標入力装置１をコンピュータディスプレイＤに装着したが、これに限るものではなく画像データを表示する表示装置であれば良く、また、電子黒板等の筆記面を有する装置に装着するようにしても良い。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、座標入力領域内には、反射部材に対向して設けられた第一の発光装置から走査された光ビームを反射部材において反射した反射光ビームと、第二の発光装置から走査された光ビームと、第一の発光装置から走査された光ビームとで構成される２つの発光装置から出射された３つの走査光が存在することにより、同時に２つの挿入物をそれら３つの走査光の交点に挿入して各光ビームを遮断した場合、３つの発光装置を設けなくとも、それらの挿入物を挿入した位置座標を各受光素子により出力される受光信号に基づいて検出することができるので、低コストで２点同時に指示した場合の座標位置を検出することができる。また、各発光装置から走査される光ビームの座標入力領域における走査の高さ位置を異ならせることにより、第一の発光装置から走査される光ビームの受光信号に基づく遮断点の検出と、第二の発光装置から走査される光ビームの受光信号に基づく遮断点の検出とを時間差を有して処理することができるので、両方の受光信号に基づいて一度に遮断点を検出する場合に比べて、演算処理の負荷を軽減することができる。
【００４９】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の座標入力装置において、座標入力領域に対する挿入物の挿入に対する待機時には第一の発光装置は駆動されずに第二の発光装置のみを駆動し、その第二の発光装置から走査された光ビームを挿入物により遮断した直後に第一の発光装置を駆動し、挿入物の挿入直前に第一の発光装置の駆動を開始することにより、第一の発光装置から走査される光ビームも挿入物により遮断することができるので、座標入力領域に対する挿入物の挿入に対する待機時の消費電力を節約することができ、装置寿命の長くすることができる。
【００５１】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の座標入力装置において、遮光板を反射部材の側縁部に設けることにより、その反射部材に直接入射する外部光線を遮断することができるので、反射部材による散乱光の発生を防止することができ、受光素子における受光ノイズの発生を防止することができる。
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれか一記載の座標入力装置において、座標入力領域内の所定の位置を複数の挿入物により２ヶ所同時に指し示された場合、各挿入物が挿入された位置座標を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す座標入力装置の構成を概略的に示す正面図である。
【図２】その側面図である。
【図３】座標入力装置に内蔵される各部の電気的接続を示すブロック図である。
【図４】上側受発光装置から出射されるプローブ光を模式的に示す正面図である。
【図５】そのプローブ光の受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。
【図６】下側受発光装置から出射されるプローブ光を模式的に示す正面図である。
【図７】そのプローブ光の受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。
【図８】ＲＯＭに格納されたメモリテーブルを示す模式図である。
【図９】ＲＯＭに格納されたメモリテーブルを示す模式図である。
【図１０】座標入力領域内の所定の位置を指し示した状態の一例を示す正面図である。
【図１１】そのプローブ光の受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。
【図１２】座標入力領域内の所定の位置を２ヶ所同時に指し示した状態の一例を示す正面図である。
【図１３】上側受発光装置から出射されたプローブ光の受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。
【図１４】下側受発光装置から出射されたプローブ光の受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。
【図１５】座標検出処理の流れを概略的に示すフローチャートである。
【図１６】従来の座標入力装置を概略的に示す正面図である。
【図１７】座標入力装置の座標入力領域において２点同時に指示した状況を示す正面図である。
【図１８】２点同時に指示した場合の各ライトスキャナにおける受光信号とパルス信号との関係を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ａ 筐体
２ 座標入力領域
３ａ 第一の発光装置
３ｂ 第二の発光装置
４ 光源
７ 再帰性反射部材
９ 受光素子
１０ 反射部材
１１ 遮光板
Ａ，Ｂ 挿入物
Claims (4)
- 四角枠形状の筐体内周の一辺に配設された反射部材と、
前記反射部材に対向した前記筐体内周の一辺の端部に設けられ、光源を有してその光源から出射された各光ビームを前記筐体内部に向けて放射状に走査する第一の発光装置と、
前記反射部材が設けられた前記筐体内周の一辺の端部に設けられ、光源を有してその光源から出射された各光ビームを前記筐体内部に向けて放射状に走査する第二の発光装置と、
前記各発光装置から走査される各光ビームの交差により形成され、座標を指示する挿入物の挿入を受け付ける座標入力領域と、
前記座標入力領域の周縁部であって前記反射部材の配設された一辺を除く前記筐体内周の三辺に配設され、各発光装置から走査される光ビームを再帰反射させる再帰性反射部材と、
前記各発光装置に設けられ、前記再帰性反射部材によって再帰反射された光ビームを受光し、その受光した光ビームの光パワーを電気信号に変換して受光信号として出力する受光素子と、
前記第二の発光装置から走査された光ビームと、前記第一の発光装置から走査された光ビームと、前記第一の発光装置から走査された光ビームが前記反射部材において反射された反射光ビームとの前記座標入力領域内における交点に１または２の前記挿入物を挿入して各光ビームを遮った場合、その挿入物を挿入した位置座標を各受光素子により出力される受光信号に基づいて検出する座標検出手段と、
を備え、
前記第一の発光装置から走査される光ビームと前記第二の発光装置から走査される光ビームとは、前記座標入力領域における走査の高さ位置がそれぞれ異なる、
ことを特徴とする座標入力装置。 - 前記座標入力領域に対する前記挿入物の挿入に対する待機時には前記第一の発光装置を駆動させずに前記第二の発光装置のみを駆動させ、その第二の発光装置から走査された光ビームが前記挿入物により遮断された直後に前記第一の発光装置を駆動させる段階的光走査手段を更に備える、
ことを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。 - 前記反射部材の側縁部に設けられ、その反射部材に直接入射する外部光線を遮断する遮光板を更に備える、
ことを特徴とする請求項１または２記載の座標入力装置。 - 前記座標検出手段は、前記座標入力領域内の所定の位置を複数の前記挿入物により２ヶ所同時に指し示された場合、前記第二の発光装置の受光素子における前記挿入物により遮られた光ビームに対応するパルス番号と、前記第一の発光装置の受光素子における前記挿入物により遮られた光ビームに対応するパルス番号との組み合わせに基づいて、前記各発光装置の受光素子における前記挿入物により遮られた光ビームに対応するパルス番号の組み合わせに対応する位置座標が格納されているメモリテーブルを検索し、前記各挿入物が挿入された位置座標を検出する、
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の座標入力装置。
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