JP3807779B2

JP3807779B2 - Coordinate detection device

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Publication number: JP3807779B2
Application number: JP13505796A
Authority: JP
Inventors: 文彦中沢; 聡佐野; 一平佐脇
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2016-05-29
Also published as: JPH09319501A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、座標検出装置に関し、特にパーソナルコンピュータ等において、情報の入力や選択をするためにペンによって指示された座標位置を検出する座標検出装置に関する。
この座標検出装置は、電子黒板や大型のディスプレイと共に一体化して利用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来、座標検出装置としては、ペンで座標入力面を押さえた時、あるいはペンが座標入力面に接近した時に、静電又は電磁誘導によって電気的な変化を検出するものがある。
また、レーザビーム光をスキャンして、座標位置を指示するペンに備えられた鏡からの反射光を検出してペンによって指示された座標位置を検出するものがある。
【０００３】
たとえば、特開昭５７−２１１６３７号公報には、軸先に反射手段を設けたペンと、発光器及び受光器を回転させる１対のペン位置検出機構を備え、発光器から出たビーム光をスキャンし、反射光を受光した方向によってペンの位置を検出する光学式座標入力装置が記載されている。
また、特開昭６３−１６７５３４号公報には、単一の発光手段とその周囲に複数の受光素子を備え、発光手段から出た光を再帰性反射シート（レトロリフレクター）で反射させて受光素子で受光した光の強度から指示位置を演算する光指示入力装置が記載されている。
【０００４】
特開昭６３−１８７３２９号公報には、ディスプレイ位置のスクリーンの周囲に近接して赤外線光送受信器を配置し、再帰性反射鏡（レトロリフレクター）からの戻り光の受光位置を赤外線光送受信器で検出する光指示入力装置が記載されている。
さらに、特開平２−１５５０２４号公報には、レーザ光を回転ミラーでスキャンさせ、光反射球面体を備えた位置指示器によって反射されたレーザ光を光検出器で検出し、その検出したときの回転ミラーの回転角度から位置を検出する三次元座標入力装置が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、静電又は電磁誘導によって座標位置を検出するものでは、座標入力面に電気的なスイッチ機能を有するため製造コストが高く、また、ペンと本体とをつなぐケーブルが必要であるため操作性に難点があった。
また、ビーム光をスキャンして反射光を受光したときのスキャン方向から座標位置を検出する従来の座標位置検出装置では、モータ等のビーム光をスキャンさせる機構が必要となり、位置検出の信頼性が低く、また装置全体の小型化が困難である。
また、従来の発光及び受光素子を備えた装置と、この装置とは空間的に離れた位置に配置された再帰性反射シートとから構成される座標検出装置は、再帰性反射シートを動かすことによって空間的に離れた位置を指示するものであり、ある固定された平面内での座標検出をするものではない。
【０００６】
この発明は、以上のような点を考慮してなされたものであり、ある固定された座標入力面内の座標位置をペンによって指示する座標検出装置において、２組以上の発光部及び受光部を有する検出装置を所定の間隔をおいて配置することによって、スキャン機構を持たずに簡単な構成で小型かつ信頼性の高い座標検出装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、再帰性反射部を有する位置指示手段と、発光手段と前記再帰性反射部を介して反射された反射光の受光角度を検出する角度検出手段とからなる発光・検出手段を２組以上備え、１つの発光・検出手段を構成する発光手段と角度検出手段が、それぞれの光軸がどちらも座標入力領域の略中央を向くように近接配置され、２組以上の発光・検出手段が、互いに座標入力領域の周辺部に所定の間隔をおいて配置され、発光手段からの光を座標入力領域面と平行であって扇形状に集光する光学レンズを、前記発光手段の光の方向に対して前方であって所定の間隔だけ離れた位置に、さらに備えたことを特徴とする座標検出装置を提供するものである。
【０００８】
また、前記角度検出手段は、受光角度検出の信頼性を向上させるために、反射光の受光される位置によってその反射光の受光角度に対応した信号を発生する受光素子と、この受光素子の前方にあって反射光を集光する集光手段とから構成されることが好ましい。
ここで、前記集光手段は、光学レンズ、又は微小なスリットを有するアパーチャーを用いることができる。
【０００９】
この発明は、座標入力領域となる平面状の座標入力板をさらに備え、この入力板が４角形状であり、前記２組以上の発光・検出手段が、それぞれ座標入力板のいずれかの角に備えられた構成としてもよい。
また、発光手段からの光を座標入力領域面と平行であって扇形状に集光する光学レンズを、前記発光手段の光の方向に対して前方であって所定の間隔だけ離れた位置に、さらに備えてもよい。
受光角度検出の信頼性を向上させるために、前記各組の発光・検出手段の発光手段の発光を所定の時間間隔で順次行わせる時分割制御手段をさらに備えてもよい。
また、表示表面が座標入力領域となる表示装置をさらに備える場合には、誤動作を防止するため、表示表面上に赤外線カットフィルタを配置することが好ましい。
【００１０】
さらに、この発明は、前記各組の発光検出手段の受光角度検出手段によって検出された複数の受光角度を用いて、前記位置指示手段によって指示された座標入力領域上の位置を演算する演算手段をさらに備えた座標検出装置を提供するものである。
【００１１】
ここで、位置指示手段は、通常筆記具と同じ形状をしていることが好ましく、いわゆるペンと同様に細長い形状であればよい。以下、位置指示手段をペンと呼ぶ。
また、位置指示手段が有する再帰性反射部は、入射光を反射するために鏡が取付けられていることが好ましく、さらに先端付近に設けることが好ましい。
さらに、入射光をその入射光路と同じ方向に反射するために、再帰性反射部はいわゆる「コーナーキューブ」と呼ばれる互いに直交する３つの平面鏡から構成される微小な反射鏡を多数配置した構造とすることが好ましい。
【００１２】
発光手段は種々のＬＥＤを用いることができるが、動作時の眩しさを防ぐ点で赤外光を利用する方が好ましく、特に赤外光（波長９００ｎｍ程度）を発光するＬＥＤが好ましい。
【００１３】
また、発光手段の光の方向に対して前方であって所定の間隔だけ離れた位置に設けられる光学レンズは、いわゆる「シリンドリカルレンズ」あるいは「トロイダルレンズ」を用いることができる。これによって、発光手段から発散された光のうち座標入力領域面と垂直な方向に発散された光が座標入力領域面と平行な扇形状に集光される。
【００１４】
角度検出手段に用いられる集光手段として、光学レンズを用いる場合は、座標入力面と平行な方向のみ集光すればいいので、いわゆる「シリンドリカルレンズ」を用いることが好ましい。
また、集光手段としてアパーチャーを用いる場合は、反射光をスポット光にしぼる透過孔を１つ有したアパーチャーを用いればよい。
【００１５】
角度検出手段に用いられる受光素子は、一般のフォトダイオードと同様の構造を持つＰＳＤ（Position Sensitive Light Detector)を用いることができる。ここで、ＰＳＤは、集光手段によって集光された光の方向（角度）をその受光位置によって検出するため、座標入力領域面と平行な方向に細長い形状の１次元ＰＳＤを用いることが好ましい。
ところで、ＰＳＤは、光の受光位置によって異なる電気信号を発生する素子である。ＰＳＤ上の受光位置と、角度検出手段に入射してくるペンからの反射光の受光角度は１対１に対応しているため、予め「受光角度」、「ＰＳＤ上の受光位置」及びＰＳＤが発生する電気信号との対応関係を定めておけば、ＰＳＤによって直接計測される電気信号の値から、ペンからの反射光の受光角度が計算され、さらに幾何学的原理により、ペンの指示位置が求められる。
【００１６】
ペンによって反射された光は、発光手段から出射された光の入射路と同じ光路を逆に通って戻ってくるので、発光手段と角度検出手段は近接して配置されるが、発光手段の発光光軸と角度検出手段の受光光軸とが、ほぼ一致するように、同一の筺体の中に一体成形されることが好ましい。
ここで前記したように発光光軸と受光光軸がどちらも座標入力領域の略中央を向くように、発光手段と角度検出手段とからなる発光・検出手段を座標入力領域に対して配置してもよい。このように、発光・検出手段は、光をスキャンする機構を有することもなく、座標入力領域に対して配置されるので、簡単な構成とすることができる。
【００１７】
また、発光・検出手段は、そのＰＳＤによって検出される受光角度をもとにペンの位置を特定できるようにするために、２組以上必要である。ただし、２組以上の発光・検出手段が必要となるが、少なくとも２組の発光・検出手段があれば十分であり、座標検出装置の小型化のためには、２組だけ発光・検出手段を備えることが好ましい。
また、２組の発光・検出手段が用いられる場合、座標入力領域の中心（基準点）から見て、全く同方向に存在しないように、所定の間隔だけ離れて配置されればよい。
座標入力領域の中心と発光・検出手段の位置関係は、特に限定されるものではなく、前記したように座標入力領域が四角形の場合は、２組の発光・検出手段をそれぞれ、四角形の隣り合う２つの角に配置すればよい。
また、前記した時分割制御手段及び演算手段は、ＭＰＵを中心とした、いわゆるマイクロコンピュータによって実現できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳述する。なお、これによってこの発明が限定されるものではない。
【００１９】
図１に、この発明の座標検出装置の一実施例の構成図を示す。
ここでは、四角形状の平面板である座標入力面１の隣接する２つの角（ｋ１，ｋ２）に、発光検出装置２，３を固定して設置する。この２つの発光検出装置２，３から座標入力面１上に光が発射される。
一方、利用者は、位置指示棒、すなわちペン５で座標入力面１上の任意の位置を指し示す。
【００２０】
このとき、発光検出装置２，３は、発光検出装置２，３から発せられた光のうちペン５で反射して発光検出装置２，３に戻ってきた光を検出して、ペン５の位置座標を算出する。
発光検出装置２，３は、どちらも同じ構成を持つものを用い、発光部２−１，３−１と、受光角度検出部２−２，３−２とから構成される。
ここで、発光検出装置２，３は、発光部から発光される光の発光光軸と、受光角度検出部の受光光軸とがどちらも座標入力面の基準点４の方向を向くように、座標入力面１に対して設置される。なお、発光検出装置は、前記した発光・検出手段に相当し、発光部は発光手段に、受光角度検出部は角度検出手段に相当する。
【００２１】
図１において、座標入力面１の角ｋ１と基準点４とを結ぶ線分ａ１，座標入力面の角ｋ２と基準点４とを結ぶ線分ａ２の方向を発光検出装置２，３それぞれの発光光軸及び受光光軸とする。ここで線分ａ１，ａ２は、座標入力面１の角を４５°に２等分する方向とする。
また、座標入力面１の角ｋ２を原点（０，０）とし、座標入力面１上の位置を横方向をＹ軸，縦方向をＸ軸とするＸ−Ｙ座標系で表わすものとする。
【００２２】
図２に、発光検出装置２，３の一実施例の構成の概念図を示す。
ここで、発光検出装置のうち発光部２−１，３−１は、光源（ＬＥＤ）６と光学レンズ７とから構成される。光学レンズ７は、像の一方向の倍率のみを変えることを特徴とするシリンドリカルレンズ、又は像の一方向の倍率のみを変え、しかも入射角度による倍率の変化が無いことを特徴とするトロイダルレンズを利用する。
また、発光検出装置のうち受光角度検出部２−２，３−２は、ＰＳＤ８とシリンドリカルレンズ９とから構成される。
【００２３】
ＬＥＤ６から発せられた光は、その直前に配置される光学レンズ７によって、座標入力面１と平行なビームとなるように集光される。すなわち図６に示すように、座標入力面１と垂直な方向の光を光学レンズ７によって座標入力面１と平行になるように集光し、さらに、座標入力面１と平行な扇形状のビームとなるようにする。このように、扇形状のビームに集光すれば、集光しない時に比べてより有効に光を利用できるため、位置検出の信頼性の向上が図れる。
ここで、ＬＥＤ６としては、可視光線を発光するものでもよいが、赤外線（波長８９０ｎｍ）を発光するＬ２６５６（浜松ホトニクス社製）を使用するものとする。
また、光学レンズ７としては、座標入力面１と垂直な方向の長さが１０mm，座標入力面１と平行で赤外光の発光光軸と垂直な方向の長さが１０mm程度の大きさで、焦点距離６mm程度のものを用いる。
さらに、光学レンズの焦点位置にＬＥＤ６の発光点がくるように固定配置する。
【００２４】
受光角度検出部２−２，３−２を構成するシリンドリカルレンズ９は、図２に示すように、ペン５からの反射光を、座標入力面１と平行な方向に集光するように配置される。そして集光したスポット光はＰＳＤ８に受光される。
ＰＳＤ８は、図に示すように、座標入力面１と平行な方向に細長い構造とし、受光面は入射光を電気信号に変換するためのＰＮ接合面となっている。
【００２５】
またＰＳＤ８は、受光面の両端には、電流を取り出すための出力端子（Ｓ₁、Ｓ₂）が設けられ、受光点Ｓ₀と出力端子までの距離に反比例した電流（Ｉ₁，Ｉ₂）が、この出力端子から出力される。
この電流（Ｉ₁，Ｉ₂）をＡ／Ｄ変換し、マイクロコンピュータによって演算することによって、受光点Ｓ₀の位置が特定でき、さらにはペン５からの反射光の受光角度を計算することができる。この演算処理を行う制御回路については後述する。
【００２６】
ＰＳＤ８としては、座標入力面１と平行な方向の受光面の長さが１３mm，座標入力面１と垂直な方向の長さが１mm程度のものを用いればよい。たとえば浜松ホトニクス社製のＳ３２７０を用いることができる。
【００２７】
図４に、シリンドリカルレンズ９とＰＳＤ８の具体的な配置例を示す。
ここで、シリンドリカルレンズ９は、座標入力面１及びＰＳＤ８の受光面と平行な方向の長さを１０mm，座標入力面１と垂直な方向の長さを１０mm程度としたものを用い、シリンドリカルレンズ９の光学的中心位置とＰＳＤ８の受光面との距離が６．５mmとなるように配置する。
また、ペン５からの反射光が直接ＰＳＤ８の受光面へ入力しないように、シリンドリカルレンズ９の周囲に黒色ＡＢＳ等の材料で作ったマスク１０を配置する。
【００２８】
さらに、シリンドリカルレンズ９の焦点距離は、ペン５からの反射光の入射角度の違いによりレンズとＰＳＤとの距離が変化するため、このレンズ９の中心とＰＳＤ８の受光面との距離の最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎとの間であればよい。たとえば、図４の場合は、ｍａｘ＝９．２mm，ｍｉｎ６．５mmとなるので、焦点距離が９mm程度のシリンドリカルレンズ９を用いればよい。
なお、前記したマスク１０の座標入力面１に平行な方向の長さは、ＰＳＤ８の受光面の長さ（＝１３mm）よりも大きければよいが、たとえば、図４の場合には、１５mm程度あればよい。
【００２９】
図２に示した実施例では、ペン５からの反射光をスポット光にしぼるために、シリンドリカルレンズ９を用いる構成を示したが、これに限定されるものではなく、図３に示すように、シリンドリカルレンズ９の代わりに、微小な透過孔を一つ有するアパーチャーを用いてもよい。
図３に、アパーチャー１１を用いた発光検出手段２，３の構成の概念図を示す。
この実施例の場合には、ペン５からの反射光のうち、透過孔１２を通過した光のみがスポット光としてＰＳＤ８の受光点Ｓ₀に受光される。アパーチャー１１としては、黒色ＡＢＳ等の材料で作られた薄い板を用いればよい。
【００３０】
図５に、アパーチャーとＰＳＤ８の具体的な配置例を示す。
ここで、図４と同様に、ＰＳＤ８の受光面の長さを１３mmとした場合、ＰＳＤ８の受光面からその半分の距離６．５mmだけ離れた位置に、ＰＳＤ８の受光面とアパーチャーの表面とが平行になるようにアパーチャー１１を配置する。
また、アパーチャー１１の大きさは、ペン５からの反射光がＰＳＤ８の受光面に直接入射しないように、ＰＳＤ８の受光面よりも大きいことが好ましい。
たとえば、ＰＳＤの受光面の大きさ１３mm×１mmに対して、アパーチャー１１の大きさは１５mm×３mm程度とすることができる。
透過孔１２は、座標入力面１と平行な方向ではＰＳＤ８の受光面の長さ（１３mm）よりも短く、座標入力面１と垂直な方向ではＰＳＤの受光面の長さ（１mm）よりも長くする。たとえば、図５に示すように、２mm×２mmの大きさとすることができる。
【００３１】
なお、図２，図３には、発光検出装置の概念図を示したが、その構成要素（光源ＬＥＤ６，光学レンズ７，ＰＳＤ８，シリンドリカルレンズ９又はアパーチャー１１）は、前記した配置関係を保って一つの筺体に一体成型してもよい。
ただし、発光部（ＬＥＤ６，光学レンズ７）と受光角度検出部（ＰＳＤ８，シリンドリカルレンズ９又はアパーチャー１１）とは、互いに発光，受光のじゃまにならないようにできるだけ近接させて配置させ、さらにＬＥＤ６から出た赤外光の発光光軸と、シリンドリカルレンズ９又はアパーチャー１１によって受光される赤外光の受光光軸とが同一方向となるように配置させることが必要である。
【００３２】
発光検出装置は、一体成型することによって２０mm×１５mm×１０mm程度の大きさとすることができるので、回転モータを用いてビーム光をスキャンして位置検出を行う場合よりも小型化が可能である。
【００３３】
図７に、この発明のＬＥＤ６及びＰＳＤ８の制御回路の構成ブロック図を示す。
この制御回路はＬＥＤ６の発光タイミングの制御と、ＰＳＤ８から出力された電流（Ｉ₁，Ｉ₂）の演算を行うものである。
同図に示すように、制御回路は、ＭＰＵ２７を中心として、プログラム及びデータを記憶するＲＯＭ２５，ＲＡＭ２６，発光時間間隔を制御するためのタイマー２８，インタフェースドライバ２９，Ａ／Ｄコンバータ２３及びＬＥＤドライバ２４がバス接続された構成からなる。
【００３４】
ＰＳＤ８から出力された電流（Ｉ₁，Ｉ₂）を演算する回路として、ＰＳＤの出力端子（Ｓ₁，Ｓ₂）に、アンプ２１、アナログ演算回路２２が図のように接続される。
ＰＳＤ８から出力された電流（Ｉ₁，Ｉ₂）は、アンプ２１に入力され、増幅される。そして増幅された電流信号は、アナログ演算回路２２で
【数１】

のような処理がされ、さらにＡ／Ｄコンバータ２３によってデジタル信号に変換されてＭＰＵ２７に渡される。
この後、ＭＰＵ２７によって受光角度及びペンの位置座標の演算が行われる。
【００３５】
なお、この制御回路は、一方の発光検出装置と同一筺体に組み込んでもよく、また、別筺体として座標入力面１の一部分に組み込んでもよい。
また、インタフェースドライバ２９を介してパソコン等に演算された座標データを出力するために出力端子を設けることが好ましい。
【００３６】
次に、図８に、この発明に用いる位置指示棒であるペン５の先端部の形状の一実施例を示す。
ペン５は、いわゆる筆記具と同様の形状を有し、その先端部、すなわち発光検出装置２，３から発せられた光が通過する領域に、「光を反射する構造」（再帰性反射部）を備える。そして特に、この「光を反射する構造」は、発光検出装置２，３から発せられた光の入射方向と同一の方向に反射する再帰性構造である。
【００３７】
図８には、その構造例としてペン５の先端部が、多数のコーナーキューブから構成される形状を示している。
コーナーキューブは、図９に示したように、３つの平面鏡を互いに直角になるように組み合わせたものである。一般に、ガラスの立方体から一隅を切りとった図の太い線で囲まれた部分が、コーナーキューブとして用いられる。
このように構成されたコーナーキューブでは、入射光が３つの面で１回ずつ反射された後に、反射光は正確に入射光と同一の方向に戻っていく。
【００３８】
たとえば、一辺の長さｃを２mmとしたコーナーキューブを、直径１０mmのペンの先端部に放射状に配置する。
また、図８に示すように、隣り合うコーナーキューブの向きを逆にして配置すると、一段につき６２個のコーナーキューブから構成でき、図８のように３段構成とすると合計１８６個のコーナーキューブから構成できる。
なお、反射光が入射光と同一方向となる構造としてコーナーキューブを用いるものを示したが、反射光と入射光が同一方向となる再帰性を有するものであれば、他の構造を用いてもよい。
【００３９】
次に、この発明の座標検出装置におけるペンの指示位置の検出原理について説明する。ここでは、図１に示したように、２つの発光検出装置を用いた場合について説明するが、３つ以上の発光検出装置を用いても同様のペン指示位置の検出が可能である。
【００４０】
まず、図１の座標入力面１上において、図８に示したペン５を用いて適当な位置（Ｘ，Ｙ）を指示したとする。このとき、発光検出装置２の発光部２−１のＬＥＤ６から出射された赤外光のうち線分ｐ１方向に出た光はペン５に当たり、その反射光は同じ線分ｐ１を逆に進み、受光角度検出部２−２のＰＳＤ８に受光される。
同様に、発光検出装置３の発光部３−１のＬＥＤ６から出射された赤外光のうち線分ｐ２の方向に出た光はペン５に当たり、その反射光は同じ線分ｐ２を逆に進み、受光角度検出部３−２のＰＳＤ８に受光される。
ＰＳＤ８に受光された光は、図２等で示したようにＰＳＤ８に対する入射角度によってＰＳＤの受光面上の異なる位置にスポット光を形成する。
ここで、線分ｐ２は、座標入力面１の角ｋ２を２等分する線分ａ２からθ２の角度をなし、線分ｐ１は、座標入力面１の角ｋ１を２等分する線分ａ１からθ１の角度をなすものとする。
【００４１】
図１０（ａ），（ｂ）に、座標入力面１と受光角度検出手段２−２を形成するシリンドリカルレンズ９及びＰＳＤ８との位置関係の具体例を示す。
ここで、ＰＳＤ８の受光面は、座標入力面１の２辺と４５°の角度をなす線分ａ１と垂直とする。すなわち、シリンドリカルレンズ９の中心とＰＳＤ８の受光面の中央とを結んだ線分ａ１が受光光軸及び発光光軸と一致する。
また、シリンドリカルレンズ９の中心とＰＳＤ８の受光面の中央との距離をＬとし、ＰＳＤ８の受光面の長さを２Ｌとする。
【００４２】
今、ペン５からの反射光が線分ｐ１を通って、ＰＳＤ８の中央位置からＤ１の距離だけ離れた位置に受光したとする。また、ＰＳＤ８の受光面の２つの出力端子から得られる電流値をＩ₁，Ｉ₂とする。
このとき、電流と、ＰＳＤの受光位置とは次の関係が成立する。
【００４３】
【数２】

【００４４】
すなわち、反射光の受光位置Ｄ１は、ＰＳＤ８で得られる電流値Ｉ₁，Ｉ₂から求められるが、図７の制御回路のアンプ２１及びアナログ演算回路２２によって計算される。
ところで、図１０（ｂ）により、Ｄ１／Ｌ＝ｔａｎθ１という関係が成立するから、反射光の入射角度θ１は、次式から求められる。
θ１＝ｔａｎ^-1（Ｄ１／Ｌ）
【００４５】
同様にして、もう一方の発光検出装置３の受光角度検出部３−２についても、ＰＳＤの中央からの受光位置までの距離をＤ２とすると、次式によって、反射光の入射角度θ２が求められる。
θ２＝ｔａｎ^-1（Ｄ２／Ｌ）
【００４６】
さらに、ペン５の指示位置（Ｘ，Ｙ）は、２つの反射光の入射角度θ１，θ２のなす線分ａ１，ａ２の交点となるので、次式より、θ１，θ２から指示位置（Ｘ，Ｙ）が求められる。
Ｙ＝Ｘｔａｎ（４５−θ２）
Ｙ＝（Ａ−Ｘ）ｔａｎ（４５−θ１）
ここで、Ａは、図１に示すように、座標入力面１の横方向の長さである。
【００４７】
上記の連立方程式を解けば、ペン５によって指示された座標入力面１上の位置座標Ｘ，Ｙが求められる。
なお、（θ１，θ２）及び（Ｘ，Ｙ）は、定式化されているので、ＲＯＭにこれらの数式をプログラム化して組み込めば、ＭＰＵ２７の演算によって容易に求めることができる。
また、演算結果である（Ｘ，Ｙ）の座標値は、インタフェースドライバ２９を介してパソコン等へ転送され、ペン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できる。
【００４８】
上記実施例では、２つの発光検出装置を用いた例を示したが、両装置のＬＥＤを同時に発光させると互いの赤外光が相手の装置内のＰＳＤで検出されるおそれがあるので、ＬＥＤドライバ２４によるＬＥＤ６の発光制御は時分割して交互に行ない、これと同期させて、ＰＳＤ８の電流検出を行なうことが好ましい。
【００４９】
たとえば、一方のＬＥＤを発光させ他方のＬＥＤを消灯させた状態で、一方のＬＥＤに対応するＰＳＤの電流検出を行い、１０msec後に、逆に一方のＬＥＤを消灯させ他方のＬＥＤを発光させた状態で、他方のＬＥＤに対応するＰＳＤの電流検出を行うようにすることができる。
すなわち、１０msecごとに、交互に２つのＬＥＤのうちどちらか一方を発光させるようにすればよい。この制御は、ＭＰＵ２７がタイマー２８を用いて行う。
このようにＬＥＤ発光の時分割制御をすれば、赤外光の誤検出もなくなり、ペン５が移動する場合にも十分追従して位置検出が可能である。
【００５０】
なお、座標入力面１は、ペンで位置を指示できる平面形状であればよく、特に図１の実施例で示したような四角形状に限定するものではなく、他の形状でもかまわない。
また、上記した実施例では、座標入力面１として平面板を用いることを前提していたが、これに限定するものではなく、表示装置、たとえばＣＲＴやＬＣＤの表示画面を用いてもよい。
ＣＲＴやＬＣＤを用いる場合は、表示光がＰＳＤ８に入射して誤検出される影響をなくすため、前記した赤外線発光ＬＥＤを用いることが好ましく、ＰＳＤ８としては赤外線発光ＬＥＤのピーク発光波長を検出することのできるものを用いることが好ましい。
さらに、ＣＲＴやＬＣＤから発生する赤外線が座標検出に悪影響を及ぼさないようにするため、ＰＶＣ樹脂等で作られた赤外線カットフィルタを表示画面上に配置することが好ましい。
【００５１】
【発明の効果】
この発明によれば、位置指示手段に再帰性反射部を備え、発光手段と再帰性反射部を介して反射された反射光を受光しその受光角度を検出する角度検出手段とからなる２組以上の発光・検出手段を備え、一つの発光・検出手段を構成する発光手段と角度検出手段のそれぞれの光軸とがどちらも座標入力領域の略中央を向くように、発光手段と角度検出手段とが近接配置され、２組以上の発光・検出手段が互いに座標入力領域の周辺部に所定の間隔をおいて配置されるようにしているので、光をスキャンする機構を持たない簡単な構成で、小型かつ信頼性の高い座標検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の座標検出装置の一実施例の構成図である。
【図２】この発明の発光検出装置の一実施例の構成の概念図である。
【図３】この発明のアパーチャーを用いた発光検出装置の構成の概念図である。
【図４】この発明の一実施例のシリンドリカルレンズとＰＳＤの具体的な配置図である。
【図５】この発明の一実施例のアパーチャーとＰＳＤの具体的な配置図である。
【図６】この発明の一実施例において、光学レンズによる光線の集光状況の説明図である。
【図７】この発明の制御回路の一実施例の構成ブロック図である。
【図８】この発明に用いる位置指示棒の先端部の説明図である。
【図９】コーナーキューブの形状の説明図である。
【図１０】この発明の一実施例において、シリンドリカルレンズとＰＳＤとの位置関係図である。
【符号の説明】
１座標入力面
２発光検出装置
３発光検出装置
２−１発光部
２−２受光角度検出部
３−１発光部
３−２受光角度検出部
４基準点
５ペン
６光源（ＬＥＤ）
７光学レンズ
８ＰＳＤ
９シリンドリカルレンズ
１０マスク
１１アパーチャー
１２透過光
２１アンプ
２２アナログ演算回路
２３Ａ／Ｄコンバータ
２４ＬＥＤドライバ
２５ＲＯＭ
２６ＲＡＭ
２７ＭＰＵ
２８タイマー
２９インタフェースドライバ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a coordinate detection device, and more particularly to a coordinate detection device that detects a coordinate position designated by a pen for inputting and selecting information in a personal computer or the like.
This coordinate detection device is used integrally with an electronic blackboard or a large display.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there are coordinate detection devices that detect an electrical change by electrostatic or electromagnetic induction when a coordinate input surface is pressed with a pen or when the pen approaches the coordinate input surface.
Also, there is a scanner that scans a laser beam and detects reflected light from a mirror provided on a pen that indicates a coordinate position to detect a coordinate position indicated by the pen.
[0003]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-211637 includes a pen provided with a reflecting means at the shaft tip, and a pair of pen position detection mechanisms for rotating a light emitter and a light receiver. An optical coordinate input device that detects the position of a pen by scanning and receiving reflected light is described.
Japanese Patent Laid-Open No. 63-167534 has a single light emitting means and a plurality of light receiving elements around the light emitting means, and reflects the light emitted from the light emitting means by a retroreflective sheet (retroreflector). Describes a light instruction input device that calculates an instruction position from the intensity of light received by the light source.
[0004]
In Japanese Patent Laid-Open No. 63-187329, an infrared light transmitter / receiver is arranged close to the periphery of the screen at the display position, and the light receiving position of the return light from the retroreflector (retro reflector) is determined by the infrared light transmitter / receiver. A light indicating input device to detect is described.
Furthermore, in Japanese Patent Laid-Open No. 2-155024, laser light is scanned by a rotating mirror, laser light reflected by a position indicator provided with a light reflecting spherical body is detected by a photodetector, and when the detection is performed. A three-dimensional coordinate input device that detects a position from a rotation angle of a rotating mirror is described.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, a device that detects the coordinate position by electrostatic or electromagnetic induction has an electrical switch function on the coordinate input surface, which is expensive to manufacture, and requires a cable that connects the pen and the main body. There were difficulties.
In addition, in the conventional coordinate position detection device that detects the coordinate position from the scanning direction when the reflected light is received by scanning the beam light, a mechanism for scanning the beam light such as a motor is required, and the position detection reliability is improved. It is low and it is difficult to reduce the size of the entire apparatus.
In addition, a coordinate detection apparatus composed of a conventional device including light emitting and receiving elements and a retroreflective sheet disposed at a position spatially separated from the device moves the retroreflective sheet. It indicates a spatially separated position and does not detect coordinates within a fixed plane.
[0006]
The present invention has been made in consideration of the above points, and in a coordinate detection apparatus for pointing a coordinate position in a fixed coordinate input surface with a pen, two or more sets of light emitting units and light receiving units are provided. By disposing the detection devices having a predetermined interval, it is intended to provide a small and highly reliable coordinate detection device with a simple configuration without having a scanning mechanism.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides two sets of light emitting / detecting means comprising a position indicating means having a retroreflecting part, and a light emitting means and an angle detecting means for detecting a light receiving angle of the reflected light reflected through the retroreflecting part. The light emitting means and the angle detecting means constituting one light emitting / detecting means are arranged close to each other so that each optical axis faces the approximate center of the coordinate input area, and two or more sets of light emitting / detecting means are provided. , it is disposed at predetermined intervals around the portion of the coordinate input region to each other, an optical lens for focusing a parallel to the coordinate input area surface in a fan shape the light from the light emitting means, the direction of the light of said light emitting means there is provided a coordinate detecting device you characterized in that at a position separated by a predetermined distance to a forward, with further relative.
[0008]
In addition, in order to improve the reliability of light reception angle detection, the angle detection means generates a signal corresponding to the light reception angle of the reflected light according to the position where the reflected light is received, and the front of the light reception element. And a condensing means for condensing the reflected light.
Here, the condensing means can use an optical lens or an aperture having a minute slit.
[0009]
The present invention further includes a planar coordinate input plate serving as a coordinate input region, the input plate is a quadrangular shape, and the two or more sets of light emission / detection means are respectively provided at any corner of the coordinate input plate. It is good also as a structure provided.
In addition, the optical lens that collects the light from the light emitting means in a fan shape parallel to the coordinate input area surface is located in front of the light direction of the light emitting means and at a predetermined distance. Further, it may be provided.
In order to improve the reliability of light reception angle detection, a time-division control unit that sequentially performs light emission of the light emitting units of each of the sets of light emitting / detecting units at predetermined time intervals may be further provided.
In addition, when the display surface further includes a display device having a coordinate input area, it is preferable to dispose an infrared cut filter on the display surface in order to prevent malfunction.
[0010]
Furthermore, the present invention provides a calculation means for calculating a position on the coordinate input area instructed by the position indicating means by using a plurality of light receiving angles detected by the light receiving angle detecting means of each set of light emission detecting means. Furthermore, the coordinate detection apparatus provided is provided.
[0011]
Here, the position indicating means preferably has the same shape as that of a normal writing instrument, and may be an elongated shape like a so-called pen. Hereinafter, the position indicating means is referred to as a pen.
In addition, the retroreflecting portion included in the position indicating means is preferably provided with a mirror to reflect incident light, and is preferably provided near the tip.
Furthermore, in order to reflect the incident light in the same direction as the incident optical path, the retroreflective portion has a structure in which a number of minute reflecting mirrors composed of three plane mirrors called “corner cubes” orthogonal to each other are arranged. It is preferable.
[0012]
Various LEDs can be used as the light emitting means, but it is preferable to use infrared light from the viewpoint of preventing glare during operation, and an LED that emits infrared light (wavelength of about 900 nm) is particularly preferable.
[0013]
As the optical lens provided in front of the light direction of the light emitting means and at a predetermined distance, a so-called “cylindrical lens” or “toroidal lens” can be used. As a result, the light diverged from the light emitting means in the direction perpendicular to the coordinate input area surface is condensed into a fan shape parallel to the coordinate input area surface.
[0014]
When an optical lens is used as the light condensing means used for the angle detecting means, it is preferable to use a so-called “cylindrical lens” since light condensing only in a direction parallel to the coordinate input surface.
Further, when an aperture is used as the light condensing means, an aperture having one transmission hole for converging reflected light into spot light may be used.
[0015]
As a light receiving element used for the angle detection means, a PSD (Position Sensitive Light Detector) having a structure similar to that of a general photodiode can be used. Here, in order to detect the direction (angle) of the light condensed by the light condensing means from the light receiving position, it is preferable to use a one-dimensional PSD that is elongated in a direction parallel to the coordinate input area surface.
By the way, PSD is an element that generates different electrical signals depending on the light receiving position. Since the light receiving position on the PSD and the light receiving angle of the reflected light from the pen incident on the angle detection means have a one-to-one correspondence, the “light receiving angle”, “light receiving position on PSD”, and PSD are set in advance. If the correspondence relationship with the generated electrical signal is determined, the light receiving angle of the reflected light from the pen is calculated from the value of the electrical signal directly measured by the PSD, and further, the indication position of the pen is determined by the geometric principle. Desired.
[0016]
Since the light reflected by the pen returns through the same optical path as the incident path of the light emitted from the light emitting means, the light emitting means and the angle detecting means are arranged close to each other. It is preferable that the optical axis and the light receiving optical axis of the angle detecting means are integrally formed in the same casing so that they substantially coincide with each other.
Here, as described above, the light emitting / detecting means composed of the light emitting means and the angle detecting means is arranged with respect to the coordinate input area so that both the light emitting optical axis and the light receiving optical axis are directed substantially to the center of the coordinate input area. Also good. In this way, the light emission / detection means is arranged with respect to the coordinate input area without having a mechanism for scanning light, so that a simple configuration can be achieved.
[0017]
Further, two or more sets of light emitting / detecting means are necessary so that the position of the pen can be specified based on the light receiving angle detected by the PSD. However, although two or more sets of light emission / detection means are required, it is sufficient if there are at least two sets of light emission / detection means. In order to reduce the size of the coordinate detection device, only two sets of light emission / detection means are required. It is preferable to provide.
When two sets of light emission / detection means are used, they should be arranged at a predetermined interval so that they do not exist in the same direction as seen from the center (reference point) of the coordinate input area.
The positional relationship between the center of the coordinate input area and the light emission / detection means is not particularly limited. As described above, when the coordinate input area is a square, two sets of the light emission / detection means are adjacent to each other in the square. What is necessary is just to arrange | position to two corners.
Further, the time division control means and the calculation means described above can be realized by a so-called microcomputer centering on the MPU.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described in detail below based on the embodiments shown in the drawings. However, this does not limit the present invention.
[0019]
FIG. 1 shows a block diagram of an embodiment of a coordinate detection apparatus of the present invention.
Here, the light emission detection devices 2 and 3 are fixedly installed at two adjacent corners (k1 and k2) of the coordinate input surface 1 which is a rectangular flat plate. Light is emitted from the two light emission detection devices 2 and 3 onto the coordinate input surface 1.
On the other hand, the user points an arbitrary position on the coordinate input surface 1 with a position indicating bar, that is, a pen 5.
[0020]
At this time, the light emission detection devices 2 and 3 detect the light reflected by the pen 5 and returned to the light emission detection devices 2 and 3 from the light emitted from the light emission detection devices 2 and 3, and the position of the pen 5. Calculate the coordinates.
The light emission detection devices 2 and 3 both have the same configuration, and are composed of light emission units 2-1 and 3-1, and light receiving angle detection units 2-2 and 3-2.
Here, the light emission detection devices 2 and 3 are configured so that the light emission optical axis of the light emitted from the light emission unit and the light reception optical axis of the light reception angle detection unit are both directed toward the reference point 4 on the coordinate input surface. Installed with respect to the coordinate input surface 1. The light emission detection device corresponds to the light emission / detection means described above, the light emission unit corresponds to the light emission means, and the light reception angle detection unit corresponds to the angle detection means.
[0021]
In FIG. 1, the direction of the line segment a1 connecting the corner k1 of the coordinate input surface 1 and the reference point 4 and the line segment a2 connecting the corner k2 of the coordinate input surface and the reference point 4 is the light emission of each of the light emission detection devices 2 and 3. The optical axis and the light receiving optical axis are used. Here, the line segments a1 and a2 are directions in which the angle of the coordinate input surface 1 is equally divided into 45 degrees.
Further, the angle k2 of the coordinate input surface 1 is the origin (0, 0), and the position on the coordinate input surface 1 is represented by an XY coordinate system in which the horizontal direction is the Y axis and the vertical direction is the X axis.
[0022]
In FIG. 2, the conceptual diagram of a structure of one Example of the light emission detection apparatuses 2 and 3 is shown.
Here, the light emitting units 2-1 and 3-1 of the light emission detecting device are configured by a light source (LED) 6 and an optical lens 7. The optical lens 7 is a cylindrical lens characterized by changing only the magnification in one direction of the image, or a toroidal lens characterized by changing only the magnification in one direction of the image and having no change in magnification due to the incident angle. Use.
In addition, the light receiving angle detectors 2-2 and 3-2 of the light emission detecting device include a PSD 8 and a cylindrical lens 9.
[0023]
The light emitted from the LED 6 is condensed so as to be a beam parallel to the coordinate input surface 1 by the optical lens 7 disposed immediately before the LED 6. That is, as shown in FIG. 6, light in a direction perpendicular to the coordinate input surface 1 is condensed by the optical lens 7 so as to be parallel to the coordinate input surface 1, and further, a fan-shaped beam parallel to the coordinate input surface 1. To be. As described above, if the light is condensed on the fan-shaped beam, light can be used more effectively than when the light is not condensed, so that the reliability of position detection can be improved.
Here, the LED 6 may emit visible light, but L2656 (manufactured by Hamamatsu Photonics) that emits infrared light (wavelength 890 nm) is used.
The optical lens 7 has a length of 10 mm in a direction perpendicular to the coordinate input surface 1 and a length in a direction parallel to the coordinate input surface 1 and perpendicular to the light emission optical axis of infrared light is about 10 mm. Use a focal length of about 6 mm.
Further, the LED 6 is fixedly arranged so that the light emitting point of the LED 6 comes to the focal position of the optical lens.
[0024]
As shown in FIG. 2, the cylindrical lenses 9 constituting the light receiving angle detectors 2-2 and 3-2 are arranged so as to collect the reflected light from the pen 5 in a direction parallel to the coordinate input surface 1. The The condensed spot light is received by the PSD 8.
As shown in the figure, the PSD 8 has a structure elongated in a direction parallel to the coordinate input surface 1, and the light receiving surface is a PN junction surface for converting incident light into an electric signal.
[0025]
The PSD 8 has output terminals (S ₁ , S ₂ ) for taking out current at both ends of the light receiving surface, and currents (I ₁ , I ₂ ) inversely proportional to the distance between the light receiving point S ₀ and the output terminal. Is output from this output terminal.
The current (I ₁ , I ₂ ) is A / D converted and calculated by a microcomputer, whereby the position of the light receiving point S ₀ can be specified, and further, the light receiving angle of the reflected light from the pen 5 can be calculated. it can. A control circuit that performs this arithmetic processing will be described later.
[0026]
As the PSD 8, a light receiving surface having a length of 13 mm parallel to the coordinate input surface 1 and a length of about 1 mm perpendicular to the coordinate input surface 1 may be used. For example, S3270 manufactured by Hamamatsu Photonics can be used.
[0027]
FIG. 4 shows a specific arrangement example of the cylindrical lens 9 and the PSD 8.
Here, the cylindrical lens 9 has a length in the direction parallel to the coordinate input surface 1 and the light receiving surface of the PSD 8 and a length in the direction perpendicular to the coordinate input surface 1 of about 10 mm. The distance between the optical center position and the light receiving surface of the PSD 8 is set to 6.5 mm.
Further, a mask 10 made of a material such as black ABS is disposed around the cylindrical lens 9 so that the reflected light from the pen 5 is not directly input to the light receiving surface of the PSD 8.
[0028]
Further, since the focal length of the cylindrical lens 9 changes the distance between the lens and the PSD due to the difference in the incident angle of the reflected light from the pen 5, the maximum value max of the distance between the center of the lens 9 and the light receiving surface of the PSD 8 is changed. And the minimum value min. For example, in the case of FIG. 4, since max = 9.2 mm and min6.5 mm, the cylindrical lens 9 having a focal length of about 9 mm may be used.
The length of the mask 10 in the direction parallel to the coordinate input surface 1 only needs to be larger than the length of the light receiving surface of the PSD 8 (= 13 mm). For example, in the case of FIG. That's fine.
[0029]
In the embodiment shown in FIG. 2, the configuration using the cylindrical lens 9 to reduce the reflected light from the pen 5 to the spot light is shown, but the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. Instead of the cylindrical lens 9, an aperture having one minute transmission hole may be used.
FIG. 3 shows a conceptual diagram of the configuration of the light emission detection means 2 and 3 using the aperture 11.
In the case of this embodiment, only the light that has passed through the transmission hole 12 among the reflected light from the pen 5 is received at the light receiving point S _{0 of the} PSD 8 as spot light. As the aperture 11, a thin plate made of a material such as black ABS may be used.
[0030]
FIG. 5 shows a specific arrangement example of the aperture and the PSD 8.
As in FIG. 4, when the length of the light receiving surface of the PSD 8 is 13 mm, the light receiving surface of the PSD 8 and the surface of the aperture are located at a distance of 6.5 mm half of the light receiving surface of the PSD 8. The aperture 11 is arranged so as to be parallel.
In addition, the size of the aperture 11 is preferably larger than the light receiving surface of the PSD 8 so that the reflected light from the pen 5 does not directly enter the light receiving surface of the PSD 8.
For example, the size of the aperture 11 can be about 15 mm × 3 mm with respect to the size of the PSD light receiving surface 13 mm × 1 mm.
The transmission hole 12 is shorter than the length (13 mm) of the light receiving surface of the PSD 8 in the direction parallel to the coordinate input surface 1 and longer than the length (1 mm) of the light receiving surface of the PSD in the direction perpendicular to the coordinate input surface 1. To do. For example, as shown in FIG. 5, the size can be 2 mm × 2 mm.
[0031]
2 and 3 are conceptual diagrams of the light emission detection device, but the components (light source LED 6, optical lens 7, PSD 8, cylindrical lens 9 or aperture 11) maintain the above-described arrangement relationship. You may integrally mold to one housing.
However, the light emitting part (LED6, optical lens 7) and the light receiving angle detecting part (PSD8, cylindrical lens 9 or aperture 11) are arranged as close as possible so as not to interfere with light emission and light reception, and are further emitted from the LED6. It is necessary to arrange the infrared light emission optical axis and the infrared light reception optical axis received by the cylindrical lens 9 or the aperture 11 in the same direction.
[0032]
Since the light emission detection device can be made into a size of about 20 mm × 15 mm × 10 mm by being integrally molded, it can be made smaller than the case where the position is detected by scanning the light beam using a rotary motor.
[0033]
FIG. 7 shows a block diagram of the configuration of the control circuit of the LED 6 and PSD 8 of the present invention.
This control circuit controls the light emission timing of the LED 6 and calculates the currents (I ₁ , I ₂ ) output from the PSD 8.
As shown in the figure, the control circuit is centered on the MPU 27 and includes a ROM 25 and a RAM 26 for storing programs and data, a timer 28 for controlling the light emission time interval, an interface driver 29, an A / D converter 23, and an LED driver 24. Are constituted by bus connection.
[0034]
As a circuit for calculating the current (I ₁ , I ₂ ) output from the PSD 8, an amplifier 21 and an analog calculation circuit 22 are connected to the output terminals (S ₁ , S ₂ ) of the PSD as shown in the figure.
The currents (I ₁ , I ₂ ) output from the PSD 8 are input to the amplifier 21 and amplified. The amplified current signal is then output by the analog arithmetic circuit 22 as follows:

Then, the A / D converter 23 converts the signal into a digital signal and passes it to the MPU 27.
Thereafter, the MPU 27 calculates the light receiving angle and the pen position coordinate.
[0035]
This control circuit may be incorporated in the same casing as one of the light emission detection devices, or may be incorporated in a part of the coordinate input surface 1 as a separate casing.
Further, it is preferable to provide an output terminal for outputting coordinate data calculated to a personal computer or the like via the interface driver 29.
[0036]
Next, FIG. 8 shows an embodiment of the shape of the tip of the pen 5 which is a position indicating bar used in the present invention.
The pen 5 has the same shape as a so-called writing instrument, and a “light reflecting structure” (recursive reflecting portion) is provided at the tip portion thereof, that is, the region through which the light emitted from the light emission detecting devices 2 and 3 passes. Prepare. In particular, the “light reflecting structure” is a recursive structure that reflects in the same direction as the incident direction of the light emitted from the light emission detection devices 2 and 3.
[0037]
FIG. 8 shows a shape in which the tip of the pen 5 is composed of a number of corner cubes as an example of the structure.
As shown in FIG. 9, the corner cube is a combination of three plane mirrors that are perpendicular to each other. In general, a portion surrounded by a thick line in a figure obtained by cutting one corner from a glass cube is used as a corner cube.
In the corner cube configured as described above, after the incident light is reflected once by the three surfaces, the reflected light accurately returns in the same direction as the incident light.
[0038]
For example, corner cubes having a side length c of 2 mm are arranged radially at the tip of a pen having a diameter of 10 mm.
Further, as shown in FIG. 8, when the adjacent corner cubes are arranged in the opposite direction, 62 corner cubes can be formed in one stage, and in a three-stage structure as shown in FIG. 8, a total of 186 corner cubes are formed. Can be configured.
Although the structure using the corner cube is shown as the structure in which the reflected light is in the same direction as the incident light, other structures may be used as long as the reflected light and the incident light have recursiveness in the same direction. Good.
[0039]
Next, the detection principle of the indicated position of the pen in the coordinate detection apparatus of the present invention will be described. Here, as shown in FIG. 1, a case where two light emission detection devices are used will be described. However, the same pen indication position can be detected even when three or more light emission detection devices are used.
[0040]
First, it is assumed that an appropriate position (X, Y) is designated on the coordinate input surface 1 of FIG. 1 using the pen 5 shown in FIG. At this time, out of the infrared light emitted from the LED 6 of the light emitting unit 2-1 of the light emission detection device 2, the light emitted in the direction of the line segment p1 hits the pen 5, and the reflected light travels backward on the same line segment p1, The light is received by the PSD 8 of the light receiving angle detector 2-2.
Similarly, the light emitted in the direction of the line segment p2 among the infrared light emitted from the LED 6 of the light emitting unit 3-1 of the light emission detection device 3 hits the pen 5, and the reflected light travels backward on the same line segment p2. The light is received by the PSD 8 of the light receiving angle detector 3-2.
The light received by the PSD 8 forms spot light at different positions on the light receiving surface of the PSD according to the incident angle with respect to the PSD 8 as shown in FIG.
Here, the line segment p2 forms an angle θ2 from the line segment a2 that bisects the angle k2 of the coordinate input surface 1, and the line segment p1 divides the angle k1 of the coordinate input surface 1 into two halves a1. And an angle of θ1.
[0041]
10A and 10B show specific examples of the positional relationship between the coordinate input surface 1 and the cylindrical lens 9 and PSD 8 that form the light receiving angle detection means 2-2.
Here, the light receiving surface of the PSD 8 is perpendicular to a line segment a1 that forms an angle of 45 ° with the two sides of the coordinate input surface 1. That is, a line segment a1 connecting the center of the cylindrical lens 9 and the center of the light receiving surface of the PSD 8 coincides with the light receiving optical axis and the light emitting optical axis.
Further, the distance between the center of the cylindrical lens 9 and the center of the light receiving surface of the PSD 8 is L, and the length of the light receiving surface of the PSD 8 is 2L.
[0042]
Assume that the reflected light from the pen 5 passes through the line segment p1 and is received at a position away from the center position of the PSD 8 by a distance D1. Further, current values obtained from the two output terminals of the light receiving surface of the PSD 8 are I ₁ and I ₂ .
At this time, the following relationship is established between the current and the light receiving position of the PSD.
[0043]
[Expression 2]

[0044]
That is, the light receiving position D1 of the reflected light is obtained from the current values I ₁ and I ₂ obtained by the PSD 8, but is calculated by the amplifier 21 and the analog arithmetic circuit 22 of the control circuit of FIG.
By the way, since the relationship D1 / L = tan θ1 is established according to FIG. 10B, the incident angle θ1 of the reflected light can be obtained from the following equation.
θ1 = tan ⁻¹ (D1 / L)
[0045]
Similarly, with respect to the light reception angle detection unit 3-2 of the other light emission detection device 3, when the distance from the center of the PSD to the light reception position is D2, the incident angle θ2 of the reflected light is obtained by the following equation. .
θ2 = tan ⁻¹ (D2 / L)
[0046]
Furthermore, since the pointing position (X, Y) of the pen 5 is an intersection of line segments a1 and a2 formed by the incident angles θ1 and θ2 of the two reflected lights, the pointing position (X, Y Y) is required.
Y = Xtan (45−θ2)
Y = (A−X) tan (45−θ1)
Here, A is the horizontal length of the coordinate input surface 1 as shown in FIG.
[0047]
By solving the above simultaneous equations, the position coordinates X and Y on the coordinate input surface 1 designated by the pen 5 are obtained.
Since (θ1, θ2) and (X, Y) are formulated, if these mathematical expressions are programmed and incorporated in the ROM, they can be easily obtained by the operation of the MPU 27.
Further, the coordinate value (X, Y) as the calculation result is transferred to a personal computer or the like via the interface driver 29, and can be used for processing such as display of the indicated position by the pen and command input corresponding to the indicated position.
[0048]
In the above embodiment, an example in which two light emission detection devices are used has been described. However, if the LEDs of both devices emit light at the same time, the infrared light may be detected by the PSD in the partner device. It is preferable that the light emission control of the LED 6 by the driver 24 is alternately performed in a time-sharing manner, and the current detection of the PSD 8 is performed in synchronization therewith.
[0049]
For example, in a state where one LED is turned on and the other LED is turned off, the current detection of the PSD corresponding to one LED is performed, and after 10 msec, one LED is turned off and the other LED is turned on. Thus, the current detection of the PSD corresponding to the other LED can be performed.
That is, one of the two LEDs may be alternately emitted every 10 msec. This control is performed by the MPU 27 using the timer 28.
If the LED light emission time-division control is performed as described above, erroneous detection of infrared light is eliminated, and the position can be detected sufficiently following the pen 5 moving.
[0050]
The coordinate input surface 1 may be a planar shape that can indicate the position with a pen. The coordinate input surface 1 is not particularly limited to a rectangular shape as shown in the embodiment of FIG. 1, and other shapes may be used.
In the above-described embodiments, it is assumed that a flat plate is used as the coordinate input surface 1, but the present invention is not limited to this, and a display device such as a display screen of a CRT or LCD may be used.
In the case of using a CRT or LCD, it is preferable to use the infrared light emitting LED described above in order to eliminate the influence that display light enters the PSD 8 and is erroneously detected, and the PSD 8 detects the peak light emission wavelength of the infrared light emitting LED. It is preferable to use those that can be used.
Furthermore, in order to prevent the infrared rays generated from the CRT or LCD from adversely affecting the coordinate detection, it is preferable to arrange an infrared cut filter made of PVC resin or the like on the display screen.
[0051]
【The invention's effect】
According to this invention, the position indicating means includes a retroreflecting section, and two or more sets of light emitting means and angle detecting means for receiving the reflected light reflected through the retroreflecting section and detecting the light receiving angle. The light emitting means, the angle detecting means, and the angle detecting means are arranged so that the light axes of the light emitting means and the angle detecting means are both substantially directed to the center of the coordinate input area. Are arranged close to each other, and two or more sets of light emitting / detecting means are arranged at a predetermined interval around the coordinate input area, so that it has a simple configuration without a light scanning mechanism. A small and highly reliable coordinate detection apparatus can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a coordinate detection apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram of a configuration of an embodiment of a light emission detection device according to the present invention.
FIG. 3 is a conceptual diagram of a configuration of a light emission detecting device using the aperture of the present invention.
FIG. 4 is a specific arrangement view of a cylindrical lens and a PSD according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a specific layout of apertures and PSDs according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a light collection state by an optical lens in one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of a control circuit according to the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a tip portion of a position indicating rod used in the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram of the shape of a corner cube.
FIG. 10 is a positional relationship diagram between a cylindrical lens and a PSD in one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coordinate input surface 2 Light emission detection apparatus 3 Light emission detection apparatus 2-1 Light emission part 2-2 Light reception angle detection part 3-1 Light emission part 3-2 Light reception angle detection part 4 Reference point 5 Pen 6 Light source (LED)
7 Optical lens 8 PSD
9 Cylindrical Lens 10 Mask 11 Aperture 12 Transmitted Light 21 Amplifier 22 Analog Operation Circuit 23 A / D Converter 24 LED Driver 25 ROM
26 RAM
27 MPU
28 Timer 29 Interface driver

Claims

Position indicating means having a retroreflecting portion;
Two or more sets of light emission / detection means comprising a light emission means and an angle detection means for detecting a light receiving angle of the reflected light reflected through the retroreflecting unit,
The light emitting means and the angle detecting means constituting one light emitting / detecting means are arranged close to each other so that each optical axis faces the approximate center of the coordinate input area,
Two or more sets of light emission / detection means are arranged at predetermined intervals around the periphery of the coordinate input area ,
An optical lens that condenses the light from the light emitting means in a fan shape parallel to the coordinate input area surface is further provided at a position that is forward of the light direction of the light emitting means and separated by a predetermined distance. coordinate detecting device characterized in that the.

The angle detection means is composed of a light receiving element that generates a signal corresponding to the light receiving angle of the reflected light depending on a position where the light is received, and a light collecting means that is in front of the light receiving element and collects the reflected light. The coordinate detection apparatus according to claim 1.

2. A coordinate input plate having a quadrangular planar shape serving as a coordinate input region is further provided, and the two or more sets of light emission / detection means are respectively provided at any corner of the coordinate input plate. Or the coordinate detection apparatus of 2.

2. The coordinate detection apparatus according to claim 1, further comprising time-division control means for causing the light emission means of each set of light emission / detection means to emit light sequentially at predetermined time intervals.

And a calculation means for calculating a position on the coordinate input area instructed by the position instruction means by using a plurality of light receiving angles detected by the angle detection means of the light emission / detection means of each set. The coordinate detection apparatus according to claim 1.

Said position indicating means, a pointing stick pen-shaped, the periphery of its distal end, claim 1-5, characterized in that by arranging a plurality of retroreflective unit consisting of micro corner cubes The coordinate detection apparatus according to one.