JP4067861B2 - 光学式座標入力装置及び光学式座標入力方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次元座標領域上で情報の入力が可能な座標入力装置に関し、特に、パーソナルコンピュータ、電子ゲーム機器、携帯端末等における画面上で、この画面上のカーソル等に移動指示を与えたり、ストロークデータを入力するのに好適な座標入力装置、及び座標入力方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ビームを走査することにより座標を検出する従来の座標入力装置が、たとえば特開平１０−３１５４６号公報に開示されている。この従来の座標入力装置によれば、図１３に示すように、先端に球状の反射部１が形成されたスタイラスペン２が用いられる。このスタイラスペン２の反射部１を入力したい座標位置上に置いた状態で、反射部１が既知の座標位置Ｐ₁（ｘ₁，ｙ₁）、Ｐ₂（ｘ₂，ｙ₂）からの走査ビームを受けると、この反射部２からの反射戻り光が既知の座標位置Ｐ₁（ｘ₁，ｙ₁）、Ｐ₂（ｘ₂，ｙ₂）に配置された検出部３、４で検出される。前記座標入力装置は、三角測量の原理により、各検出光の検出角度からスタイラスペン１の先端の座標位置Ｓ（ｘ，ｙ）を検出する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１３に示す従来装置では、座標指示部材が球状の反射部１を有するスタイラスペン２に限定されてしまい、反射部１を有する指定されたペン以外での座標入力が困難になる。また、ペン先となる反射部１の形状も球状に限定され、入力時のカーソル等が見にくくなるなど、ユーザビリティーに問題が残る。さらに、座標指示部材を寝かせたスタイルで入力する際に座標面に手が触れることによる手つき等があった場合に誤動作するなどの問題も残る。
【０００４】
本願発明者は、先に、特願２００１−８４０６１号で、このような従来の座標入力装置の欠点を解消するための新規な座標入力装置を提案した。
【０００５】
本発明の目的は、さらに、迅速な座標入力操作に対応し得る新規かつ有用な座標入力装置、及び座標入力方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明に係る光学式座標入力装置は、座標入力面に沿って走査される走査ビームを前記座標入力面上で反射する反射型指示部材および前記座標入力面上で使用され内部に組み込まれた光源からの光を発散する光源型指示部材の選択的な使用を可能とする光学式座標入力装置であって、前記反射型指示部材からの反射光および前記光源型指示部材の前記光源からの発散光を受ける入射光検出部が設けられ該入射光検出部により検出された入射光の入射角情報を求める角度検出手段と、該角度検出手段により求められた入射角情報および前記入射光検出部についての座標位置情報から前記反射型指示部材あるいは前記光源型指示部材による座標指示位置に対応する座標情報を求める演算処理手段と、前記光源型指示部材からの発散光を検出する受光検出手段とを備え、該受光検出手段が前記発散光を検出したとき、前記光源型指示部材による入力操作を前記反射型指示部材による入力操作に優先させるために前記演算処理手段は前記光源型指示部材の座標位置情報を出力し、前記光源型指示部材の光源には前記走査ビームの光の波長と異なる波長の光を放出する光源が用いられ、前記入射光検出部は前記反射光および前記発散光をそれらの波長に応じて分離する波長分離機構を有し、前記角度検出手段は前記波長分離機構により分離されたそれぞれの光についての入射角情報を算出可能であることを特徴とする。
【０００８】
請求項１に記載の光学式座標入力装置によれば、適正な表面反射率を有する例えば指を前記反射型指示部材として簡易的に用いることができ、また、高精度での座標位置指定を必要とする文字入力操作あるいは高速でのリアルタイム処理を必要とする入力操作等では、光源が組み込まれた前記光源型指示部材を用いることができるので、操作者は、そのときの用途に応じて、光源型指示部材による座標入力および指のような反射型指示部材による座標入力を自由に選択することができる。しかも、前記光源型指示部材からの発散光を前記受光検出手段が検出することにより、光源型指示部材での座標入力操作の処理が自動的に行われる。このため、指での入力操作および光源型指示部材での各入力操作について操作者に格別に意識させることなく自由な入力操作が可能となり、柔軟な操作環境を提供することができる。
【０００９】
請求項２に記載の光学式座標入力装置は、前記受光検出手段が前記発散光を検出すると、前記走査ビームの放出が停止されることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、前記光源型指示部材による操作時に不要となる走査ビームが停止されるので、走査ビームのための駆動電力の削減による省電力化の実現が可能となる。
【００１３】
請求項３に記載の光学式座標入力装置は、前記座標入力面に座標位置が既知の複数の補正用マーカで表示されており、前記反射型指示部材または前記光源型指示部材による前記マーカ位置の入力操作により、前記入射光検出部の前記座標位置情報が修正可能であることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、生産時の組み付け誤差や利用者への搬入時に発生する例えば前記入射光検出部の位置ずれ等を補正することができるので、組み付け誤差や位置ずれ等による座標読み取りエラーを防止することができ、これにより高精度での座標入力が可能となり、信頼性に優れた座標入力装置が提供される。
【００１５】
請求項４に記載の光学式座標入力装置は、前記光源型指示部材に、所定の動作を指示するための操作部と、該操作部が操作されたとき前記所定の動作を指示するための指示信号を前記発散光に重畳するための変調手段が設けられ、前記受光検出手段には、変調を受けた前記発散光を受光したとき該発散光から前記指示信号を復調するための復調回路が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、座標入力装置からの入力情報を受ける例えばパーソナルコンピュータのような情報処理装置でのマウスを用いたと同様なグラフィカルユーザーインターフェイス（ＧＵＩ）の操作が可能となる。
【００１７】
請求項５に記載の光学式座標入力装置は、前記角度検出手段に所定の閾値に満たない光量の光をノイズとして除去するための閾値回路が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、例えば指のような前記反射型指示部材からの反射光および前記光源型指示部材からの発散光に対する外乱ノイズ要因となる環境光によって生じる不要な誤動作を防止することができる。
【００１９】
請求項６に記載の光学式座標入力装置は、前記光源型指示部材に、該光源型指示部材が前記座標入力面上に接触して配置されたとき前記光源型指示部材の前記光源を発光させ、前記座標面上から離れたとき前記光源からの発光を停止させる自動開閉スイッチ素子が設けられていることを特徴とする。
【００２０】
請求項６に記載の光学式座標入力装置によれば、前記光源型指示部材を使用しないときにこの光源型指示部材に組み込まれた光源の発光を自動的に停止させることができるので、この光源のための駆動電力の削減による省電力化を実現することができる。
また、請求項７に記載の発明は光学式座標入力方法についての発明である。すなわち、請求項７に記載の発明は、座標入力面に沿って走査される走査ビームを前記座標入力面上で反射する反射型指示部材および前記座標入力面上で使用して、内部に組み込まれた光源からの光を発散する光源型指示部材の選択的な使用を行う光学式座標入力方法であって、前記反射型指示部材からの反射光および前記光源型指示部材の前記光源からの発散光を受ける入射光検出部を用いて、該入射光検出部により検出された入射光の入射角情報を求める角度検出工程と、該角度検出工程により求められた入射角情報および前記入射光検出部についての座標位置情報から前記反射型指示部材あるいは前記光源型指示部材による座標指示位置に対応する座標情報を求める演算処理工程と、前記光源型指示部材からの発散光を検出する受光検出工程とを含み、該受光検出工程において前記発散光を検出したとき、前記光源型指示部材による入力操作を前記反射型指示部材による入力操作に優先させるために前記演算処理工程において前記光源型指示部材の座標位置情報を出力し、前記光源型指示部材の光源には前記走査ビームの光の波長と異なる波長の光を放出する光源を用い、前記入射光検出部には前記反射光および前記発散光をそれらの波長に応じて分離する波長分離機構を持たせ、前記角度検出工程において、前記波長分離機構により分離されたそれぞれの光についての入射角情報を算出することを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述する。
【００２２】
〈具体例１〉
本発明に係る光学式の座標入力装置１０は、図１に示すように、例えばパーソナルコンピュータのような情報処理装置１１の入力装置として用いられる。座標入力装置１０は、液晶デバイス（LCD）やCRT等の表示装置１２に組み込まれている。
【００２３】
座標入力装置１０は、表示装置１２の表示部上に形成された座標入力面１２ａに沿って光走査ビームを生成する光ビーム走査手段１３と、図１に示すＸ軸方向へ互いに間隔をおいて配置される一対の角度検出手段１４（１４ａ、１４ｂ）と、各手段１３、１４の動作を制御し、情報処理装置１１との間の通信制御等を行う例えばＣＰＵが設けれらた中央制御処理手段１５とを備える。
【００２４】
光ビーム走査手段１３は、図示しないが平行光束を得るためのコリメートレンズ付きの半導体レーザ（ＬＤ）あるいは発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光源１６と、光源１６からの光を反射するミラー１７と、該ミラーを回転させるモータのような回転素子１８と、ミラー１７が時計方向および反時計方向へ周期的に往復運動するように回転素子１８の動作を制御するコントローラ１９とからなる。
【００２５】
光ビーム走査手段１３のミラー１７は、表示部１２ａを間にしてこの表示部１２ａに向き合う操作者と反対側で、表示装置１２上に配置されている。ミラー１７は、光源１６からの平行光束を反射することにより、この反射ビームを操作者がその手２０を差し入れる側へ向けて放射させる。ミラー１７で反射されるビームは、回転素子１８の往復運動に伴って、座標入力面１２ａ上を覆うように座標入力面１２ａに沿って扇状の領域を走査する。
【００２６】
図１は、座標入力面１２ａの所望の座標位置を指定するための指示部材として、先端で走査ビームを反射する従来よく知られた反射型指示部材２１を用いた例を示す。操作者の手２０の指を反射型指示部材として代用することができる。また、指示部材として、図２に示すような光源型指示部材２２を用いることができる。
【００２７】
光源型指示部材２２は、図２に示すように、筒状のケーシング２３内に配置されたＬＤあるいはＬＥＤのような光源２４を備える。光源型指示部材２２の光源２４は、ケーシング２３内に配置された制御回路２５の制御下で電源２６からの電力の供給を受ける。光源２４は、光ビーム走査手段１３に設けられた光源１６の光の波長と異なる波長の光を発生する。
【００２８】
ケーシング２３の先端には、光源２４からの照射光をケーシング２３の全周にわたって放射させる光学系２７が設けられている。これにより、ケーシング２３の先端が座標入力面１２ａに接触して配置されたとき、光学系２７からの放射光は、座標入力面１２ａに沿ってその全域に向けて発散される。
【００２９】
光学系２７には、図示しない圧力センサあるいは可動部材の機械的変位により光源型指示部材２２の先端が座標入力面１２ａに接触したことを検出する自動開閉スイッチ素子２８が設けられている。制御回路２５は、自動開閉スイッチ素子２８からの動作信号に基づき、光源型指示部材２２の先端部が所定の圧力を受けているときに光源２４を発光させ、その他の場合には発光を停止させるように光源２４の動作を制御する。
【００３０】
自動開閉スイッチ素子２８に代えて、手動スイッチを設け、この手動スイッチの人手による切り換え操作で光源２４をオン・オフすることができる。しかしながら、人手による切り換え操作を不要としかつ電源２６からの駆動電力の節電を図る上で、自動開閉スイッチ素子２８を用いることが望ましい。
【００３１】
本発明に係る座標入力装置１０では、反射型指示部材２１および光源型指示部材２２を選択的に使用することができる。例えば、反射型指示部材２１が用いられ、該反射型指示部材の先端が座標入力面１２ａ上の所望の座標位置を指定した状態で、該先端が光ビーム走査手段１３からのビームを受けると、このビームの照射を受ける光ビームスポットから拡散する反射光が生じる。この拡散反射光は、反射型指示部材２１からの２次光源として作用し、各角度検出手段１４（１４ａ、１４ｂ）により検出される。また、反射型指示部材２１に代えて光源型指示部材２２が用いられたとき、光源型指示部材２２の先端から放射される拡散光が、反射型指示部材２１におけると同様に、各角度検出手段１４（１４ａ、１４ｂ）で検出される。
【００３２】
各角度検出手段１４（１４ａ、１４ｂ）は、図１に示すように、入射光検出部２９（２９ａ、２９ｂ）と、演算部３０（３０ａ、３０ｂ）とを備える。各入射光検出部２９は、図３に示すように、シリンドリカルレンズからなる集光レンズ３１と、集光レンズ３１を透過した光をその波長によって、反射型指示部材２１からの光および光源型指示部材２２からの光の光路にそれぞれ分離するための波長分離機構として機能するスプリッタ３２と、スプリッタ３２のスプリット面３２ａを透過した一方の波長の光を受ける第１の位置検出素子３３ａと、スプリット面３２ａでスプリッタ３２の側方に反射される他方の波長の光を受ける第２の位置検出素子３３ｂとを有する。各位置検出素子３３（３３ａ、３３ｂ）は、スプリット面３２ａを透過する光およびスプリット面３２ａで反射される光についての集光レンズ３１の各焦点距離位置に配列された位置検出型素子（ＰＳＤ）や結合荷電素子（ＣＣＤ）のような受光素子群からなる。各位置検出素子３３は、それぞれが受光する光をその入射スポットの位置情報（δ、δ′）に変換する。
【００３３】
各入射光検出部２９の集光レンズ３１のレンズ光軸は、図１に示したように、両入射光検出部２９ａ、２９ｂを結ぶＸ軸方向と直角なＹ軸方向に沿って配置されている。また、反射型指示部材２１あるいは光源型指示部材２２により指定される座標入力面１２ａの指示位置のうち、角度検出手段１４のいずれか一方の入射光検出部２９ａ、２９ｂに最も近接した指示位置からこれに近接する入射光検出部２９までの距離は、反射型指示部材２１あるいは光源型指示部材２２からの平行ビーム径の大きさに比較して１桁以上大きな位を示すように設計されている。そのため、反射型指示部材２１からの２次光源のスポット径あるいは光源型指示部材２２のビームスポット径は、指示位置から各入射光検出部２９ａ、２９ｂまでの距離に比較して、次式（１）が成り立つ程度に充分に小さい。
【００３４】
δ＝ｆ・tan(π／２−α) …（１）
式（１）は、図１に示す一方の入射光検出部２９ａにＸ軸に関して角度αで一方の波長のビームが入射するとき、図３に示すように、この入射ビームによる第１の位置検出素子３３ａ上の入射スポットおよび集光レンズ３１のレンズ光軸間の距離情報δと、入射角αとの関係を示す。ここでｆは、集光レンズ３１の焦点距離である。
【００３５】
他方の波長のビームについても、図３に示すように、第２の位置検出素子３３ｂ上での同様な距離情報δ′と、入射角αとの関係が次式で示される。
【００３６】
δ′＝ｆ・tan(π／２−α) …（２）
また、他方の入射光検出部２９ｂについても、この入射光検出部２９ｂにＸ軸に関して角度βで入射する一方の波長および他方の波長のそれぞれのビームについて、式（１）および式（２）と同様な次式が成り立つ。
【００３７】
δ＝ｆ・tan(π／２−β) …（３）
δ′＝ｆ・tan(π／２−β) …（４）
各角度検出手段１４の第１の位置検出素子３３ａおよび第２の位置検出素子３３ｂには、図４に示すように、それぞれの位置検出素子３３ａ、３３ｂで検出された位置情報δまたはδ′から各式（１）〜（４）の関係を用いて入射角αまたはβを算出するための演算部３０（３０ａ、３０ｂ）が接続されている。
【００３８】
各演算部３０は、各位置検出素子３３（３３ａ、３３ｂ）のそれぞれに接続され、各位置検出素子からの位置情報δ、δ′を示す出力電気信号を増幅する増幅器３４（３４ａ、３４ｂ）と、各増幅器３４に接続され、ノイズ成分を除去するためのローパスフィルタ３５（３５ａ、３５ｂ）と、各ローパスフィルタ３５に接続され各位置情報δ、δ′から各式各式（１）〜（４）の関係に基づいてそれぞれの波長についての入射角α、βを算出する演算回路３６（３６ａ、３６ｂ）とを有する。
【００３９】
例えば、反射型指示部材２１によりビーム走査光が反射され、この反射によるビーム光が一方の角度検出手段１４ａに設けられた集光レンズ３１およびスプリッタ３２を経て第１の位置検出素子３３ａに案内され、この位置検出素子３３ａから位置情報δが出力されると、これに接続された演算回路３６ａが、式（１）に従って反射型指示部材２１からの入射光ビームの入射角αを算出する。また、反射型指示部材２１の反射によるビーム光が他方の角度検出手段１４ｂの集光レンズ３１およびスプリッタ３２を経て第１の位置検出素子３３ａに案内され、この位置検出素子３３ａから位置情報δが出力されると、これに接続された演算回路３６ａが、式（３）に従って反射型指示部材２１からの入射光ビームの入射角βを算出する。
【００４０】
また、光源型指示部材２２からの発散光が一方の角度検出手段１４ａに設けられた集光レンズ３１およびスプリッタ３２を経て第２の位置検出素子３３ｂに案内され、この位置検出素子３３ｂから位置情報δ′が出力されると、これに接続された演算回路３６ｂが、式（２）に従って光源型指示部材２２からのビーム光の入射角αを算出する。また、光源型指示部材２２からの発散光が他方の角度検出手段１４ｂの集光レンズ３１およびスプリッタ３２を経て第２の位置検出素子３３ｂに案内され、この位置検出素子３３ｂから位置情報δ′が出力されると、これに接続された演算回路３６ｂが、式（４）に従って光源型指示部材２２からの入射光ビームの入射角βを算出する。
【００４１】
中央制御処理手段１５は、各角度検出手段１４（１４ａ、１４ｂ）に設けられた演算回路３６ａまたは３６ｂから出力される入射角情報αおよびβを用いて、反射型指示部材２１または光源型指示部材２２により指示された座標位置を三角測量の原理に基づいて算出する。
【００４２】
この三角測量の原理を図５に沿って説明する。簡素化のために、反射型指示部材２１を用いて指示された座標入力面１２ａ上の座標位置を算出する例について説明する。図５には、座標入力面１２ａでの各入射光検出部２９ａ、２９ｂの位置がＰ₁（ｘ₁，ｙ₁）、Ｐ₂（ｘ₂，ｙ₂）で示され、２次光源位置すなわち反射型指示部材２１での座標指示位置の座標がＳ₁（ｘ，ｙ）で示されている。また、一方の入射角検出部２９ａについて、その演算部３０ａの演算回路３６ａにより算出される入射角がαで示され、他方の入射光検出部２９ｂについて、その演算部３０ｂの演算回路３６ｂにより算出される入射角がβで示されている。
【００４３】
点Ｓ₁から線分Ｐ₁Ｐ₂に垂線を引いたときの交点をＭとすると、幾何学的関係から次式が成り立つ。
【００４４】
|Ｓ₁Ｍ|＝Ｌ₁・tanα=(Ｌ−Ｌ₁)tanβ …（５）
ただし、|Ｓ₁Ｍ|は線分Ｓ₁Ｍの大きさを表し、Ｌは点Ｐ₁および点Ｐ₂間の距離（Ｌ＝|Ｐ₁Ｐ₂|）、Ｌ₁は点Ｐ₁および点Ｍ間の距離（Ｌ＝ |Ｐ₁Ｍ|）を意味する。
【００４５】
式（５）の関係から、点Ｓ₁のｘ座標値に関連するＬ₁を求める式（６）および点Ｓ₁のｙ座標値に関連する式（７）が導き出せる。
【００４６】
Ｌ₁＝Ｌ・tanβ/(tanα+tanβ) …（６）
|Ｓ₁Ｍ|＝ Ｌ tanαtanβ/(tanα+tanβ) … （７）
式（６）および式（７）の角度α、βは各演算部３０ａ、３０ｂにより求められる。各角度検出部の座標Ｐ₁（ｘ₁，ｙ₁）、Ｐ₂（ｘ₂，ｙ₂）は既知であり、その座標値は、予め中央制御処理手段１５の記憶手段に格納されている。従って、中央制御処理手段１５は、これらの値を用いて、式（６）および式（７）から座標指示位置の座標Ｓ₁（ｘ，ｙ）を算出する。
【００４７】
また、光源型指示部材２２による発光位置は、走査ビームを反射する反射型指示部材２１の２次光源と光学的に等価であることから、中央制御処理手段１５は、光源型指示部材２２からの光ビームについても、反射型指示部材２１からの反射光ビームにおけると同様な三角測量の原理に基づいて、各角度検出手段１４ａ、１４ｂに設けられた演算回路３６ｂから出力される入射角情報すなわち角度αおよびβを用いて、光源型指示部材２２により指示された座標指示位置の座標Ｓ₁（ｘ，ｙ）を算出する。
【００４８】
従って、中央制御処理手段１５は、反射型指示部材２１および光源型指示部材２２が選択的に使用されたとき、その状況に応じて使用された反射型指示部材２１または光源型指示部材２２により指定された座標位置情報Ｓ₁（ｘ，ｙ）を情報処理装置１１に出力可能である。
【００４９】
ところで、光源型指示部材２２が使用されているとき、この光源型指示部材２２で光ビーム走査手段１３からの走査ビームが反射され、その反射光が角度検出手段１４（１４ａ、１４ｂ）で検出されると、誤動作を生じ、そのために光源型指示部材２２により指示した正確な座標指示位置を得ることができなおそれがある。
【００５０】
そこで、中央制御処理手段１５が各演算部３０（３０ａ、３０ｂ）からの両演算回路３６（３６ａ、３６ｂ）から出力を得たとき、演算回路３６ｂの出力結果を演算回路３６ａの出力結果に優先させて処理するために、中央制御処理手段１５には、演算回路３６ｂの出力の有無を判定する判定回路１５ａが設けられている。この判定回路１５ａが演算回路３６ｂの出力を検出すると、中央制御処理手段１５は、演算回路３６ａの出力の有無に拘わらず、各演算回路３６ｂから角度情報α、βを受けると、この演算回路３６ｂからの角度情報を用いて座標位置情報Ｓ₁（ｘ，ｙ）を情報処理装置１１に出力する。また、中央制御処理手段１５は、各演算回路３６ｂからの出力がない限り、各演算回路３６ａから角度情報α、βが出力されると、この演算回路３６ａからの角度情報を用いて座標位置情報Ｓ₁（ｘ，ｙ）を情報処理装置１１に出力する。
【００５１】
具体例１に示した座標入力装置１０では、光源型指示部材２２からの光の有無が、角度検出手段１４（１４ａ、１４ｂ）からの出力情報に基づき、中央制御処理手段１５の判定回路１５ａで行われる。このため、各角度検出手段１４（１４ａ、１４ｂ）および判定回路１５ａが光源型指示部材２２からの発散光を検出するための受光検出手段を構成し、この受光検出手段（１４、１５ａ）により、演算回路３６ｂからの出力すなわち光源型指示部材２２による入力操作が優先的に処理される。
【００５２】
本発明に係る座標入力装置１０では、前記した表示装置１２上の座標入力面１２ａ上での座標位置の指定に、操作者は反射型指示部材２１および光源型指示部材２２をそれぞれの用途に応じて自由に選択して用いることができる。光源型指示部材２２を用いることにより、反射型指示部材２１を用いた場合におけるような操作者の手付きによる反射光が問題となることはなく、この反射光による不要な誤動作を防止し、迅速に正確な座標位置情報Ｓ₁（ｘ，ｙ）を得ることができる。また、操作者は、座標指示部材の選択以外に、この選択に伴う座標入力装置１０への格別な設定あるいは操作を施す必要がないので、操作者に柔軟な操作環境を提供することができる。
【００５３】
各角度検出手段１４（１４ａ、１４ｂ）の集光レンズ３１のレンズ光軸をＹ軸に平行に配置した例を示したが、座標入力面１２ａの表示範囲内の検出を効率的に行う上で、このレンズ光軸が座標入力面１２ａの中心に向くように、角度検出手段１４（１４ａ、１４ｂ）を配置することが望ましい。この場合、式（１）にレンズ光軸とＹ軸との角度が付加される。
【００５４】
また、受光検出手段１４、１５ａが光源型指示部材２２からの光を検出しているとき、中央制御処理手段１５により、光ビーム走査手段１３の光源１６への給電を停止することができ、この光源１６の発光の停止により省電力化を図ることができる。さらに、光源１６への給電の停止に加えて、中央制御処理手段１５により、回転素子１８への給電を停止することができ、これにより前記光源型指示部材による操作時に不要となる走査ビーム系の動作を停止することができるので、走査ビームのための駆動電力の削減により、一層の省電力化の実現が可能となる。
【００５５】
〈具体例２〉
図６に示すように、光源型指示部材２２からの発散光を検出する受光検出手段を角度検出手段１４（１４ａ、１４ｂ）から独立して設けることができる。図６に示す座標入力装置１０′では、具体例１におけると同一の機能部分には、同一の参照符号が付されている。
【００５６】
座標入力装置１０′の受光検出手段３７は、表示装置１２の座標入力面１２ａ上で使用される光源型指示部材２２からの発散光を受けるように、表示装置１２上に露出して配置されている。受光検出手段３７は、図７に示すように、例えば光源型指示部材２２からの発散光を受光したときに電気信号を出力するフォトダイオードのような光電気変換素子からなる受光素子３８と、受光素子３８が出力する検出信号を増幅する増幅器３９と、増幅器で増幅された検出信号からノイズ成分を除去するフィルタ４０とを備える。
【００５７】
中央制御処理手段１５は、受光検出手段３７から検出信号を受けると、この検出信号により、光源型指示部材２２からの発散光を検出していることを検知する。中央制御処理手段１５は、前記検出信号を受けると、光ビーム走査手段１３への電力の供給を停止させる。これにより、具体例１におけると同様に、光ビーム走査手段１３の不要時におけるその駆動電力の削減が可能となる。
【００５８】
受光検出手段３７を用いる場合、具体例１におけると同様な一対の角度検出手段１４（１４ａ、１４ｂ）を用いることができるが、この角度検出手段１４（１４ａ、１４ｂ）からスプリッタ３２および第２の位置検出素子３３ｂが除去された一対の角度検出手段１４′（１４ａ′、１４ｂ′）を用いることができる。
【００５９】
一対の角度検出手段１４′（１４ａ′、１４ｂ′）では、図７に示すように、それぞれの位置検出素子３３ａで検出された位置情報から入射角αまたはβを求める各演算部３０′（３０ａ′、３０ｂ′）は、単一の増幅器３４ａ、ローパスフィルタ３５ａおよび演算回路３６ａで構成することができるので、波長を異にする光毎にこれらを設けた図４に示した演算部３０（３０ａ、３０ｂ）に比較して、構成の簡素化を図ることができる。
【００６０】
各演算部３０′では、反射型指示部材２１および光源型指示部材２２からのビーム光の波長に応じて、位置検出素子３３ａの位置情報（δ、δ′）が異なる。この相違は、光源型指示部材２２からの発散光を検知する中央制御処理手段１５により、演算部３０′からの角度α、βについて光の波長に応じた必要な補正が施されることから、正確な座標位置の検出に影響を及ぼすことはない。そのため、反射型指示部材２１および光源型指示部材２２に応じた中央制御処理手段１５の補正作業により、それぞれの指示部材２１および２２についての適正な座標位置情報Ｓ₁（ｘ，ｙ）を問題なく求めることができる。従って、この演算部３０′の簡素化により、角度検出手段１４′の小型化を図ることができ、演算部３０を用いる例に比較して座標入力装置１０の全体的な価格の低減が可能となる。
【００６１】
また、必要に応じて、例えば演算部３０′に、ノイズレベルを設定する閾値回路を挿入することができる。この閾値回路は、反射型指示部材２１あるいは光源型指示部材２２からの光ビーム以外の所定の光量に達しない環境光が角度検出手段１４または１４′に入射したときに生じる電気信号を遮断する。この閾値回路の挿入により、外乱要因となる環境ノイズ光による誤動作を確実に防止し、座標入力装置の動作の信頼性を高めることができる。
【００６２】
〈具体例３〉
具体例２に示した座標入力装置１０′に、光ビーム走査手段１３の光源１６の光の波長と同一の波長の光源が組み込まれた光源型指示部材を用いることができる。
【００６３】
図８に示す光源型指示部材２２′には、光ビーム走査手段１３の光源１６の光の波長と同一の波長の光を発する光源１６′が組み込まれており、これにより、光源型指示部材２２′は光ビーム走査手段１３からのビーム走査光と同一波長の光を発散する。光源型指示部材２２′では、光源１６′は、自動開閉スイッチ素子２８からの動作信号に基づいて制御回路２５の制御下で電源２６からの電力の供給を受ける。この光源１６′には、搬送波となる光に変調を施すための変調手段４１が接続されている。またケーシング２３には、変調信号に指示信号を付与するための操作ボタン４２が設けられている。
【００６４】
図９は、光源型指示部材２２′から発散される光信号の一例を示す。光源１６′からの搬送波となる光源１６と同一波長の基本波長光４３は、変調手段４１からの変調信号４４により変調され、基本波長光４３および変調信号４４は相互に重畳される。変調信号４４には、光源型指示部材２２′からの光を反射型指示部材２１からの反射ビームと識別するための識別情報（ＩＤ）、操作ボタン４２に与えられたエミュレート情報等が含まれる。図１０は、変調を受けた光信号のフレーム４５の一例が示されている。フレーム４５は、フレームの開始を示す同期用のプリアンブル４５ａ、識別情報（ＩＤ）４５ｂ、操作ボタン４２に与えられたエミュレート情報を示すデータ内容４５ｃ、フレームの終わりを示すＣＲコード４５ｄで構成されている。操作ボタン４２に、情報処理装置１１をＧＵＩ制御するための例えばマウスの左右のボタンの機能を与えることができる。
【００６５】
光源型指示部材２２′からの発散光を受ける受光検出手段３７′は、図１１に示すように、受光素子３８と、増幅器３９と、ノイズ成分を除去するローパスフィルタ４０とを備える。さらに、受光検出手段３７′は、変調により搬送波となる基本波長光４３から変調信号４４を抽出するための検波回路４６と、同期回路４７と、検波回路４６により抽出されたベースバンド信号から変調信号４４を復調するための復調回路として機能する判定器４８とを備える。
【００６６】
判定器４８は、検波回路４６により抽出されたベースバンド信号に、同期回路４７からの同期信号に従ってサンプリング処理を施し、これにより、変調信号４４が復調される。この変調信号４４には、操作ボタン４２の操作に応じたエミュレート情報すなわち指示信号がデータ内容４５ｃとして含まれている。復調された変調信号４４は、中央制御処理手段１５により、変調信号４４に含まれる指示信号（データ内容４５ｃ）が所定の信号に変換された後、情報処理装置１１の操作のためにこの情報処理装置１１に出力される。
【００６７】
中央制御処理手段１５は、受光検出手段３７′から前記変調信号を受けることにより、一対の角度検出手段１４′（１４ａ′、１４ｂ′）が光源型指示部材２２′からの発散光を検出していることを検知する。中央制御処理手段１５は、発散光を検知すると、光ビーム走査手段１３への電力の供給を停止させる。これにより、光ビーム走査手段１３の不要時におけるその駆動電力の削減が可能となる。
【００６８】
中央制御処理手段１５は、一対の角度検出手段１４′（１４ａ′、１４ｂ′）に設けられた各演算部３０′（３０ａ′、３０ｂ′）から入射角α、βを受けると、中央制御処理手段１５が受光検出手段３７′からの前記変調信号の有無に拘わらず、この入射角情報α、βから座標位置情報Ｓ₁（ｘ，ｙ）を算出し、これを情報処理装置１１に出力する。この場合、光ビーム走査手段１３の光源１６および光源型指示部材２２の光源１６′に同一波長の光が用いられていることから、光の波長の差違を考慮する必要はなく、反射型指示部材２１および光源型指示部材２２で指示された点の座標位置情報Ｓ₁（ｘ，ｙ）を正確に求めることができる。
【００６９】
具体例３の座標入力装置によれば、光源型指示部材２２′に設けられた操作ボタン４２の操作によりマウスボタンのクリック動作を実現することができる。また、反射型指示部材２１および光源型指示部材２２′を自由に選択して使用することができる。また、角度検出手段の演算部に構成の単純な演算部３０′を採用することができ、これにより座標入力装置の小型化および低価格化を実現することができる。
【００７０】
具体例３で、マウスエミュレーション情報の通信には、光通信に代えて、微弱電波あるいは超音波を搬送波に使用することができる。
【００７１】
〈具体例４〉
図１２は、三角測量の原理で座標位置情報Ｓ₁（ｘ，ｙ）を算出するときの基準点となる各入射光検出部２９ａ、２９ｂの位置座標Ｐ₁（ｘ₁，ｙ₁）、Ｐ₂（ｘ₂，ｙ₂）を修正するためのマークが表示装置１２の座標入力面１２ａに付与された例を示す。
【００７２】
座標入力面１２ａには、図１２に示すように、例えば座標入力面１２ａのＸ軸およびＹ軸に平行な長方形を表す各頂点Ｄ₁、Ｄ₂、Ｄ₃、Ｄ₄の４つの座標点が十字や○、□などの記号で表示されている。各頂点Ｄ₁、Ｄ₂、Ｄ₃、Ｄ₄の座標は、既知であり、中央制御処理手段１５の前記記憶手段に格納されている。
【００７３】
各入射光検出部２９ａ、２９ｂの位置座標Ｐ₁（ｘ₁，ｙ₁）、Ｐ₂（ｘ₂，ｙ₂）の修正作業では、それらの点Ｄ₁、Ｄ₂、Ｄ₃、Ｄ₄が反射型指示部材２１、その代用である操作者の手２０の指あるいは光源型指示部材２２のいずれかを用いて順番に指示される。各入射光検出部２９ａ、２９ｂの位置座標Ｐ₁及びＰ₂の概略値は設計上わかっているため、その角度情報と、指示部材２１等での指示で得られる角度情報との比較から、どの点Ｄ₁、Ｄ₂、Ｄ₃、Ｄ₄が指示されているかは簡単に判別できる。そのため、指示する順番は操作者が任意に指定可能である。
【００７４】
例えば、点Ｄ₁と点Ｄ₂とを指示した際の角度情報の差分を角度α₁、同じく点Ｄ₁と点Ｄ₃とを指示した際のそれを角度α₂とすると、正弦定理より、点Ｄ₁と点Ｄ₂とを通り三角形Ｐ₁Ｄ₁Ｄ₂に外接する円４９及び点Ｄ₁と点Ｄ₃とを通り三角形Ｐ₁Ｄ₁Ｄ₃に外接する円５０のそれぞれの半径r₁、r₂は式（８）、式（９）により求められる。
【００７５】
ｒ₁＝｜Ｄ₁Ｄ₂｜／2sinα₁ … （８）
ｒ₂＝｜Ｄ₁Ｄ₃｜／2sinα₂ … （９）
さらに、図形上の特徴から円４９の中心点Ｃ₁のｙ座標値は、点Ｄ₁及び点Ｄ₂の中点Ｍ₁のｙ座標値に一致する。また、中心点Ｃ₁のｘ座標値は、式（１０）、式（１１）の関係から算出される。
【００７６】
｜Ｃ₁Ｍ₁｜＝√(r₁ ²―|Ｍ₁Ｄ₂|²) … （１０）
（点Ｃ₁のｘ座標値）＝（Ｍ₁のｘ座標値）−｜Ｃ₁Ｍ₁｜ … （１１）
同様に、円５０の中心点Ｃ₂のｘ座標値およびｙ座標値も式（１２）、式（１３）からそれぞれ算出される。
【００７７】
（点Ｃ₂のｘ座標値）＝（点Ｄ₁及び点Ｄ₃の中点M₂のｘ座標値）…（１２）
（点Ｃ₂のｙ座標値）＝（Ｍ₂のｙ座標値）−｜Ｃ₂Ｍ₂｜ … （１３）
ただし、｜Ｃ₂Ｍ₂｜＝√(r₂ ²―|Ｍ₂Ｄ₃|²) … （１４）
ここで、直線Ｃ₁Ｃ₂と直線Ｐ₁Ｄ₁との交点をＡとし、直線Ｐ₁Ｄ₁上の方向ベクトル（単位ベクトル）をｖ₁とすると
ｖ₁⊥（ベクトルＣ₁ Ｃ₂ ）…（１５）及び ｜ｖ₁｜＝１ …（１６）
の関係から、ｖ１の成分が求められる。
【００７８】
これにより、直線Ｄ₁Ａ上の任意の点をＱとし、座標原点をＯとすると、ベクトルＯＱは式（１７）のように記述できる。
【００７９】
ＯＱ＝ＯＤ₁+ｔ・ｖ₁ … （１７）
ただし、ｔは任意の実数である。
【００８０】
ここで、点Ａ＝Ｑの時のｔの値をｔ₀とすると、ｔ₀は式（１８）より求めることができる。
【００８１】
ＯＤ₁+ｔ₀・ｖ₁ ＝ ＯＣ₁+ｋ・Ｃ₁Ｃ₂ … （１８）
ただし、ｋは実数
よって、補正すべき座標点Ｐ₁は図形上の特徴から式（１９）より算出される。
【００８２】
ＯＰ₁＝ＯＤ₁+2・ｔ₀・ｖ₁ … （１９）
式（１９）は、式（１８）を考慮すると、点Ｐ₁の座標が既知の点Ｄ₁、算出可能の点Ｃ₁、点Ｃ₂の各座標から求められることを意味している。従って、式（１９）により、正確な点Ｐ₁の座標を算出できる。
【００８３】
同様に、点Ｄ₁とＤ₃とを指示した際の角度情報の差分及び、同じく点Ｄ₃と点Ｄ₄を指示した際の角度差分から点Ｐ₂の正確な座標が算出でき、これらの結果で初期設定された点Ｐ₁ 、Ｐ₂の各座標を書き換えることにより、以後の座標入力を正確に行うことが可能である。さらに、上記結果及び各点での角度測定値から、角度検出手段１４（１４ａ、１４ｂ）の入射光検出部２９（２９ａ、２９ｂ）の光軸と表示座標系とのなす角の補正を行うことも可能である。
【００８４】
この補正により、たとえば生産時の組み付け誤差やユーザへの運搬の際などに発生する入射光検出部２９ａ、２９ｂあるいはこの検出部が設けられた角度検出手段１４（１４ａ、１４ｂ）等の各ユニットのずれなどによる、座標読み取りエラーを回避でき、信頼性の高い座標入力装置を提供できる。
【００８５】
なお、本発明は上記実施例に限らず、その他本発明の精神に逸脱することなく種々の変形が可能である。例えば、入射光検出部の光学系として単純にスリットを所定の距離に設けて、スリット光の入射位置を検出して、その入射位置情報と、受光素子からなる位置検出素子およびスリット間の距離情報とから入射角度を算出してもよい。また、照射角度の検出も直接回転素子にロータリーエンコーダを接続して、エンコーダからの検出値から照射角度を算出してもよい。
【００８６】
【発明の効果】
以上に詳細に述べたように、請求項１および請求項７に記載の発明によれば、反射型指示部材を用いた簡易的な入力操作と、光源型指示部材を用いた高精度かつ高速でのリアルタイム処理に適した入力操作とを操作者に格別に意識させることなく自由に選択させることができ、これにより柔軟な操作環境を提供することができる。
【００８７】
請求項２に記載の発明によれば、光源型指示部材による操作時に不要となる走査ビームが停止されるので、走査ビームのための駆動電力の削減による省電力化の実現が可能となる。
【００８９】
請求項３に記載の発明によれば、組み付け誤差や位置ずれ等による座標読み取りエラーを防止することができるので、高精度での座標入力が可能となり、信頼性に優れた座標入力装置が提供される。
【００９０】
請求項４に記載の発明によれば、座標入力装置からの入力情報を受ける例えばパーソナルコンピュータのような情報処理装置でのマウスを用いたと同様なＧＵＩの操作が可能となる。
【００９１】
請求項５に記載の発明によれば、外乱ノイズ要因となる環境光によって生じる不要な誤動作を防止することができる。
【００９２】
請求項６に記載の光学式座標入力装置によれば、光源型指示部材に組み込まれた光源の発光のオン・オフを自動的に制御することにより、この光源のための駆動電力の削減による省電力化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光学式座標入力装置の実施の形態を概略的に示す平面図である。
【図２】本発明に係る光源型指示部材の構成を概略的に示す説明図である。
【図３】図１に示した角度検出手段の構成を部分的に示す斜視図である。
【図４】図１に示した角度検出手段の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る座標入力装置の動作原理を示す図である。
【図６】本発明に係る他の実施の形態を示す図１と同様な図面である。
【図７】図６に示した受光検出手段の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明に係る光源型指示部材の他の例を示す図２と同様な図面である。
【図９】図８に示した光源型指示部材から放出される光信号の一例を示す波形図である。
【図１０】図９に示した光信号のフレーム構成を示す説明図である。
【図１１】図６に示した受光検出手段の他の例を示す図７と同様な図面である。
【図１２】本発明に係る座標入力操作における座標補正手法を説明する説明図である。
【図１３】従来の座標入力装置を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１０、１０′ 光学式座標入力装置
１２ 表示装置
１３ 光ビーム走査手段
１４（１４ａ、１４ｂ） 角度検出手段
１５ （演算処理手段）中央制御処理手段
１６′、２４ 光源型指示部材の光源
２１ 反射型指示部材
２２ 光源型指示部材
２８ 自動開閉スイッチ素子
２９（２９ａ、２９ｂ） 入射光検出部
３０（３０ａ、３０ｂ） 演算部
３２ （波長分離機構）スプリッタ
３７、３７′（１４、１５ａ） 受光検出手段
４１ 変調手段
４２ （操作部）操作ボタン
４８ （復調回路）判定器

Claims (7)

1. 座標入力面に沿って走査される走査ビームを前記座標入力面上で反射する反射型指示部材および前記座標入力面上で使用され内部に組み込まれた光源からの光を発散する光源型指示部材の選択的な使用を可能とする光学式座標入力装置であって、
   前記反射型指示部材からの反射光および前記光源型指示部材の前記光源からの発散光を受ける入射光検出部が設けられ該入射光検出部により検出された入射光の入射角情報を求める角度検出手段と、該角度検出手段により求められた入射角情報および前記入射光検出部についての座標位置情報から前記反射型指示部材あるいは前記光源型指示部材による座標指示位置に対応する座標情報を求める演算処理手段と、前記光源型指示部材からの発散光を検出する受光検出手段とを備え、該受光検出手段が前記発散光を検出したとき、前記光源型指示部材による入力操作を前記反射型指示部材による入力操作に優先させるために前記演算処理手段は前記光源型指示部材の座標位置情報を出力し、
   前記光源型指示部材の光源には前記走査ビームの光の波長と異なる波長の光を放出する光源が用いられ、前記入射光検出部は前記反射光および前記発散光をそれらの波長に応じて分離する波長分離機構を有し、前記角度検出手段は前記波長分離機構により分離されたそれぞれの光についての入射角情報を算出可能であることを特徴とする光学式座標入力装置。
2. 前記受光検出手段が前記発散光を検出すると、前記走査ビームの放出が停止されることを特徴とする請求項１記載の光学式座標入力装置。
3. 前記座標入力面には、座標位置が既知の複数の補正用マーカで表示されており、前記反射型指示部材または前記光源型指示部材を用いた前記マーカ位置の入力操作により、前記入射光検出部の前記座標位置情報が修正可能である請求項１記載の光学式座標入力装置。
4. 前記光源型指示部材には、前記光学式座標入力装置に接続された情報処理装置に所定の動作を指示するための操作部と、該操作部が操作されたとき前記所定の動作を指示する指示信号を前記発散光に重畳する変調手段が設けられ、前記受光検出手段には、変調を受けた前記発散光を受光したとき該発散光から前記指示信号を復調するための復調回路が設けられていることを特徴とする請求項１記載の光学式座標入力装置。
5. 前記角度検出手段には、所定の閾値に満たない光量の光をノイズとして除去するための閾値回路が設けられている請求項１記載の光学式座標入力装置。
6. 前記光源型指示部材には、該光源型指示部材が前記座標入力面上に接触して配置されたとき前記光源型指示部材の前記光源を発光させ、前記光源型指示部材が前記座標入力面上から離れたとき前記光源からの発光を停止させる自動開閉スイッチ素子が設けられている請求項１記載の光学式座標入力装置。
7. 座標入力面に沿って走査される走査ビームを前記座標入力面上で反射する反射型指示部材および前記座標入力面上で使用して、内部に組み込まれた光源からの光を発散する光源型指示部材の選択的な使用を行う光学式座標入力方法であって、
   前記反射型指示部材からの反射光および前記光源型指示部材の前記光源からの発散光を受ける入射光検出部を用いて、該入射光検出部により検出された入射光の入射角情報を求める角度検出工程と、該角度検出工程により求められた入射角情報および前記入射光検出部についての座標位置情報から前記反射型指示部材あるいは前記光源型指示部材による座標指示位置に対応する座標情報を求める演算処理工程と、前記光源型指示部材からの発散光を検出する受光検出工程とを含み、該受光検出工程において前記発散光を検出したとき、前記光源型指示部材による入力操作を前記反射型指示部材による入力操作に優先させるために前記演算処理工程において前記光源型指示部材の座標位置情報を出力し、
   前記光源型指示部材の光源には前記走査ビームの光の波長と異なる波長の光を放出する光源を用い、前記入射光検出部には前記反射光および前記発散光をそれらの波長に応じて分離する波長分離機構を持たせ、前記角度検出工程において、前記波長分離機構により分離されたそれぞれの光についての入射角情報を算出することを特徴とする光学式座標入力方法。

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