JP4142963B2 - 情報入力装置及び情報入出力システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報の入力や選択をするためにペン等の指示手段や指先等の所定物体によって指示された位置座標を光学的に検出する情報入力装置及びこの情報入力装置を主体に構成される情報入出力システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ホワイトボードや書き込みシート等の書き込み面に筆記用具を用いて書き込んだ手書きの情報を、専用のスキャナで読み取り、専用のプリンタで記録紙に出力することが可能な電子黒板装置が知られている。これに対し、近年にあっては、電子黒板装置の書き込み面に情報入力装置を配置して、書き込み面に手書きで書き込んだ情報をリアルタイムでパーソナルコンピュータ等のコンピュータに入力することを可能にした電子黒板システムも提供されている。
【０００３】
例えば、マイクロフィールド・グラフィックス社製（Microfield Graphics,Inc.）のソフトボードは、ホワイトボード上に情報入力装置を配設して構成され、ホワイトボード上に書かれた文字や絵等のビジュアルデータをコンピュータにリアルタイムで取り込むことを可能にした装置である。このソフトボードを用いて構成された電子黒板システムでは、ソフトボードで取り込んだビジュアルデータをコンピュータに入力してＣＲＴ（Cathode Ray Tube）に表示したり、液晶プロジェクターを用いて大型のスクリーンに表示したり、プリンタで記録紙に出力したりすること等が可能となっている。また、ソフトボードが接続されたコンピュータの画面を液晶プロジェクターでソフトボード上に投影し、ソフトボード上でコンピュータを操作することも可能となっている。
【０００４】
また、文字および画像を表示するための表示装置と、表示装置の前面に座標入力面（タッチパネル面）を配設した情報入力装置と、情報入力装置からの入力に基づいて表示装置の表示制御を行う制御装置とを備え、表示装置および情報入力装置を用いて電子黒板部の表示面および書き込み面を構成した情報入力／表示システムである電子黒板システムが提供されている。
【０００５】
例えば、スマート・テクノロジィズ社製（SMART Technologies Inc.）のスマート２０００では、コンピュータに接続された液晶プロジェクターを用いて文字・絵・図形・グラフィックの画像をパネルに投影した状態で、パネルの投影面（表示面）の前面に配設された情報入力装置（書き込み面）を用いて手書きの情報をコンピュータに取り込む処理を行う。そして、コンピュータ内で手書きの情報と画像情報とを合成し、再度、液晶プロジェクターを介してリアルタイムで表示できるようにしている。
【０００６】
このような電子黒板システムでは、表示装置によって表示されている画面上の画像に対して、情報入力装置を用いて入力した画像を上書き画像として重ねて表示できるため、会議、プレゼンテーション、教育現場等において既に広く利用されており、その使用効果が高く評価されている。また、このような電子黒板システムに音声・画像等の通信機能を組み込み、遠隔地間を通信回線で接続することにより、電子会議システムとしても利用されている。
【０００７】
また、近年においては、電子黒板システムにおいて利用される情報入力装置として検出方式の異なる種々の方式のものが考えられている。しかしながら、前述した電子黒板システムに適用するのに適切な方式を検討すると、座標入力面（タッチパネル面）のような物理的な面を有さなくとも入力が可能になる、例えば光学式のような情報入力装置が有望であると考えられる。
【０００８】
このような光学式の情報入力装置としては、各種の方式が提案されている。光学式の情報入力装置の一例としては、特許文献１に記載された情報入力装置がある。この特許文献１に記載された情報入力装置は、２つの光学ユニットから扇形状の光束膜をそれぞれ出射し、それらの扇形状の光束膜を再帰性反射部材で反射させることにより形成した情報入力領域を有している。そして、この情報入力領域に指先やペン等の指示部材を挿入することで情報入力領域の光を遮った場合には、２つの光学ユニットにそれぞれ設けられた受光素子における光の強度分布に基づいて指示部材により遮られた光の出射角度を光学ユニット毎に求め、それらの出射角度に基づく三角測量の手法によって指示部材を挿入した位置座標を検出するものである。
【０００９】
以上に代表されるような情報入力面（タッチパネル面）のような物理的な面を有さない光学式の情報入力装置は、表示装置の表示画面に装着して使用した場合であっても視認性に優れると共に、その大型化も比較的容易になっている。
【００１０】
ところで、光学式の情報入力装置における位置座標の検出に用いられている三角測量においては、一般的に測量の基準線が長ければ長いほど、精度は向上することが知られている。しかしながら、測量対象が基準線から極めて遠い場合や測量対象が基準線に極めて近い場合には誤差が大きくなるのも事実である。
【００１１】
そのため、図１４に示すように、光学式の情報入力装置１０１を表示装置１０２の表示面に装着して電子黒板システム１００として使用する場合においては、情報入力装置１０１の両光学ユニット１０３を、両光学ユニット１０３を結ぶ基準線ａが表示装置１０２の表示面の上辺（または下辺）から一定距離ｄだけ離れるように配置している。このような距離ｄは、表示装置１０２が７０インチ程度の大画面タイプのものである場合には、１００ｍｍ程度必要であるとされている。
【００１２】
【特許文献１】
特開2000-105671公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように情報入力装置の両光学ユニットを、両光学ユニットを結ぶ基準線が表示装置の表示面の上辺（または下辺）から一定距離だけ離れた位置に配置するようにした場合には、電子黒板システム自体が大型化してしまうとともに、表示装置の表示画面と両光学ユニットを結ぶ基準線との間に無駄なスペースが生じてしまうという問題がある。
【００１４】
本発明の目的は、情報入力領域の測量精度を向上させることができる情報入力装置及び情報入出力システムを提供することである。
【００１５】
本発明の目的は、コンパクトな設計で、デザイン的に優れる情報入力装置及び情報入出力システムを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の情報入力装置は、光を受発光する２つの光学ユニットから各々出射された光によって形成された二次元の情報入力領域を指示した所定物体の二次元の位置座標を三角測量の手法によって検出する情報入力装置において、前記各光学ユニットから出射された光の進行方向を、それぞれ前記各光学ユニット間を結ぶ線分から当該線分に直交する方向に所定距離を隔てた位置で偏向し、進行方向を偏向された光によって形成された領域を前記情報入力領域とする偏向手段と、前記光学ユニットから前記偏向手段に至る領域であって前記各光学ユニットから出射された光に干渉しない位置に設けられ、前記情報入力領域に干渉せずに当該情報入力領域に対して略平行に赤外線信号を発する信号発信部材から発せられた赤外線信号を前記偏向手段により進行方向を偏向された後に受信する受信器と、を備える。
【００１７】
したがって、各光学ユニット間を結ぶ線分から当該線分に直交する方向に所定距離を隔てた位置で偏向手段により進行方向を偏向された光によって形成された領域が情報入力領域とされることにより、測量対象が基準線に極めて近い場合には誤差が大きくなるという三角測量の欠点に起因する測量精度の不良領域を、情報入力領域としては用いないようにすることが可能になるとともに、両光学ユニットを結ぶ基準線を情報入力領域からある程度離して設けることが可能になるので、情報入力領域の測量精度を向上させることが可能になる。また、より高度な筆記性を実現するために、タッチ時に信号を発生することでタッチ・デタッチの情報やその他の付加機能を追加する信号発信部材を用いるようにした場合にも、光学ユニットから偏向手段に至る領域に受信器を設けることで、コンパクトな設計で情報入力装置をより快適に利用することが可能になる。
【００１８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の情報入力装置において、前記偏向手段は、少なくとも前記情報入力領域の幅方向と同じ長さの長尺形状の反射ミラーである。
【００１９】
したがって、安価な構成で情報入力領域の測量精度を向上させることが可能になる。
【００２０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の情報入力装置において、前記反射部材は光を略直角方向に反射させるものであって、前記各光学ユニットは前記情報入力領域よりも奥側に設けられている。
【００２１】
したがって、光学ユニットが情報入力領域の前方及び上下方向に突出することがないことから、コンパクトな設計で、デザイン的に優れる装置を提供することが可能になる。
【００２４】
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情報入力装置において、前記光学ユニットは、光を薄膜状に成形して投光することにより前記情報入力領域を形成する。
【００２５】
したがって、物体の挿入を受け付ける二次元の情報入力領域が確実に形成され、無視差、完全透明、高い描画感を実現する情報入力装置の提供が可能になる。
【００２６】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一記載の情報入力装置において、前記光学ユニットは、ビーム光を順次走査して投光することにより前記情報入力領域を形成する。
【００２７】
したがって、物体の挿入を受け付ける二次元の情報入力領域が確実に形成され、無視差、完全透明、高い描画感を実現する情報入力装置の提供が可能になる。
【００２８】
請求項６記載の発明の情報入出力システムは、表示装置と、この表示装置の表示面に前記情報入力領域を一致させて配設される請求項１ないし５のいずれか一記載の情報入力装置と、前記情報入力装置からの入力に基づいて前記表示装置の表示制御を行う制御装置と、を備える。
【００２９】
したがって、情報入力面（タッチパネル面）のような物理的な面を有さず、表示装置の表示面に装着して使用した場合であっても視認性に優れる情報入力システムを安価で提供することが可能になる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施の形態を図１ないし図８に基づいて説明する。本実施の形態の情報入出力システムは、大型の表示装置を装備したいわゆる電子黒板システムへの適用例である。
【００３１】
［電子黒板システムの構成］
ここで、図１は電子黒板システム１を概略的に示す外観斜視図、図２はその側面図である。図１及び図２に示すように、情報入出力システムである電子黒板システム１は、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ：Plasma Display Panel）である表示装置２及び情報入力装置３で構成されるパネル部４と、制御装置であるパーソナルコンピュータ等のコンピュータ５を収納するとともにパネル部４を所定の高さで支持する支持部６と、を主体に構成されている。この情報入力装置３は、詳細は後述するが、いわゆる光薄膜遮断方式の情報入力装置である。
【００３２】
パネル部４を構成する表示装置２及び情報入力装置３は、表示装置２の表示面２ａ側に情報入力装置３が位置するようにして一体化され、表示装置２の表示面２ａに情報入力装置３の情報入力領域３ａが位置するようにしてパネル部４に収納されている。このように、パネル部４は表示装置２及び情報入力装置３を収納して、電子黒板システム１の表示面（表示装置２の表示面２ａ）及び書き込み面（情報入力領域３ａ）を構成している。なお、表示装置２としては、電子黒板として利用可能な７０インチ程度の大画面タイプのものが用いられている。
【００３３】
また、図示することは省略するが、表示装置２にはビデオ入力端子やスピーカーが設けられており、ビデオプレイヤーをはじめ、その他レーザディスクプレイヤー、ＤＶＤプレイヤー、ビデオカメラ等の各種情報機器やＡＶ機器を接続し、表示装置２を大画面モニタとして利用することが可能な構成になっている。
【００３４】
［光薄膜遮断方式の情報入力装置の基本的な構成］
次に、光薄膜遮断方式の情報入力装置の基本的な構成について詳細に説明する。ここで、図３は光薄膜遮断方式の情報入力装置の基本的な構成を概略的に示す説明図である。図３に示すように、光薄膜遮断方式の情報入力装置である情報入力装置３は、表示装置２の表示面２ａのサイズに対応したサイズで横長の四角形状の情報入力領域３ａを備えている。この情報入力領域３ａは、手書きにより文字や図形等の入力を可能にする領域である。この情報入力領域３ａの上方両端部に位置する角部の近傍には、発光と受光とを行う光学ユニット２７（左側光学ユニット２７Ｌ、右側光学ユニット２７Ｒ）が所定の取付角度で設けられている。これらの光学ユニット２７からは、平面若しくはほぼ平面をなし、例えばＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３，・・・，Ｌ_ｎ（Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，・・・，Ｒ_ｎ）といった光（プローブ光）の束で構成される扇形状で薄膜状の光束膜が、情報入力領域３ａの全域に行き渡るように表示装置２の表示面２ａの表面に沿って平行に投光される。
【００３５】
また、情報入力装置３の情報入力領域３ａの上部を除く周辺部には、再帰性反射部材２８が設けられている。この再帰性反射部材２８は、例えば円錐形状のコーナーキューブを多数配列して形成されており、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。例えば、左側光学ユニット２７Ｌから投光されたプローブ光Ｌ_３は、再帰性反射部材２８によって反射され、再び同一光路を辿る再帰反射光Ｌ_３´として左側光学ユニット２７Ｌにより受光されることになる。つまり、再帰性反射部材２８によっても情報入力領域３ａが形成されている。
【００３６】
次に、光学ユニット２７について説明する。ここで、図４は光学ユニット２７の構造を概略的に示す構成図である。なお、図４はｘ−ｚ方向を主体に示しているが、二点鎖線で示す部分については同一の構成要素を別方向（ｘ−ｙ方向、又はｙ−ｚ方向）から見た図である。
【００３７】
図４に示すように、光学ユニット２７は、投光手段２９と受光手段３０とを備えている。投光手段２９は、スポットをある程度絞ることの可能なＬＤ（Laser Diode：半導体レーザ），ピンポイントＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）等の光源３１を備えている。この光源３１から表示装置２の表示面２ａに対して垂直に照射された光は、一方向の倍率のみを変更可能なシリンドリカルレンズ３２によってｘ方向にコリメートされる。シリンドリカルレンズ３２によってｘ方向にコリメートされた光は、シリンドリカルレンズ３２とは曲率の分布が直交する２枚のシリンドリカルレンズ３３，３４によりｙ方向に対して集光される。つまり、これらのシリンドリカルレンズ群（シリンドリカルレンズ３２，３３，３４）の作用により、光源３１からの光を線状に集光した領域がシリンドリカルレンズ３４の後方に形成されることになる。ここに、ｙ方向に狭くｘ方向に細長いスリットを有するスリット板３５を配置する。したがって、シリンドリカルレンズ群（シリンドリカルレンズ３２，３３，３４）を通過した光は、スリット板３５のスリット位置において、線状の二次光源３６を形成する。二次光源３６から発した光は、ハーフミラー３７で折り返され、表示装置２の表示面２ａの垂直方向には広がらずに表示面２ａの表面に沿った平行光で、表示面２ａと平行方向には二次光源３６を中心にした扇形状の光束膜となって情報入力領域３ａを進行する。換言すれば、扇形状の光が情報入力領域３ａを形成する。これらのシリンドリカルレンズ群（シリンドリカルレンズ３２，３３，３４）とスリット板３５とによって、集光光学系が形成されている。
【００３８】
前述したように、扇形状となって情報入力領域３ａを進行した光束膜は、再帰性反射部材２８で再帰的に反射され、再び同一光路を辿ってハーフミラー３７に戻ることになる。したがって、再帰性反射部材２８で再帰的に反射された光束膜も情報入力領域３ａを形成する。
【００３９】
再帰性反射部材２８で反射されてハーフミラー３７に戻った再帰反射光は、ハーフミラー３７を透過して受光手段３０に入射する。受光手段３０に入射した再帰反射光は、集光レンズであるシリンドリカルレンズ３８を通って線状にされた後、このシリンドリカルレンズ３８から距離ｆ（ｆはシリンドリカルレンズ３８の焦点距離）の間隔で設けられたＣＣＤ（Charge Coupled Device：受光素子）３９において、プローブ光毎に異なる位置で受光される。なお、本実施の形態のＣＣＤ（受光素子）３９は、１次元ＣＣＤであって、その画素数は2,048画素とされている。
【００４０】
詳細には、再帰性反射部材２８で反射された再帰反射光は、ｚ軸方向ではシリンドリカルレンズ３８の作用を受けず、コリメートされたままＣＣＤ（受光素子）３９に到達する。また、再帰反射光は、表示装置２の表示面２ａと平行方向では、シリンドリカルレンズ３８の中心に集光するように伝搬し、その結果、シリンドリカルレンズ３８の作用を受けてシリンドリカルレンズ３８の焦点面に設置されたＣＣＤ（受光素子）３９上に結像する。これにより、ＣＣＤ（受光素子）３９上に再帰反射光の有無に応じて光強度の分布が形成される。すなわち、再帰反射光を所定物体である指やペン等の指示手段Ｐ（図６参照）で遮った場合、ＣＣＤ（受光素子）３９上の遮られた再帰反射光に相当する位置に光強度が弱い点（後述するピーク点）が生じることになる。再帰反射光を受光したＣＣＤ（受光素子）３９は、再帰反射光（プローブ光）の光強度分布に基づいた電気信号を生成し、前述したコントローラ１０に対して出力する。なお、図４に示すように、二次光源３６とシリンドリカルレンズ３８とは、ハーフミラー３７に対して共に距離ｄの位置に配設されて共役な位置関係にある。
【００４１】
ここで、図５は受光素子３９から再帰反射光の光強度分布に基づいた電気信号が入力され、情報入力領域３ａを進行する光が遮られた位置の座標を特定する処理を実行するコントローラ１０のブロック構成図である。このコントローラ１０は、光学ユニット２７（左側光学ユニット２７Ｌ、右側光学ユニット２７Ｒ）の光源（ＬＤ）３１の発光制御と、光学ユニット２７（左側光学ユニット２７Ｌ、右側光学ユニット２７Ｒ）のＣＣＤ（受光素子）３９からの出力の演算を行うものである。図５に示すように、コントローラ１０には、各部を集中的に制御するＣＰＵ４０が設けられており、このＣＰＵ４０には、プログラム及びデータを記録するＲＯＭ４１、各種データを書き換え自在に格納してワークエリアとして機能するＲＡＭ４２、コンピュータに接続するためのインタフェース４３、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）コンバータ４４及びＬＤドライバ４５がバス接続されている。また、ＣＰＵ４０には、各種のプログラムコード（制御プログラム）を格納する不揮発性のメモリであるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）４７がバス接続されている。ここに、ＣＰＵ４０、ＲＯＭ４１及びＲＡＭ４２によりマイクロコンピュータが構成されている。
【００４２】
ＣＣＤ（受光素子）３９からの出力を演算する回路として、ＣＣＤ（受光素子）３９の出力端子に、アナログ処理回路５１が図のように接続される。ＣＣＤ（受光素子）３９に入射した反射光は、ＣＣＤ（受光素子）３９内で光の強度に応じた電圧値を持つアナログの画像データに変換され、アナログ信号として出力される。このアナログ信号は、アナログ処理回路５１で処理された後、Ａ／Ｄ（Analog／Digital）コンバータ４４によってデジタル信号に変換されてＣＰＵ４０に渡される。この後、ＣＰＵ４０によって指示手段Ｐの二次元座標の演算が行われる。
【００４３】
ＥＥＰＲＯＭ４７に格納された各種のプログラムコード（制御プログラム）または、コントローラ１０への電源の投入に応じてＲＡＭ４２に書き込まれ、各種のプログラムコード（制御プログラム）が実行されることになる。
【００４４】
続いて、制御プログラムに基づいてＣＰＵ４０によって実行される機能について説明する。ここでは、本実施の形態の情報入力装置３の備える特長的な機能である座標検出処理について以下において具体的に説明する。
【００４５】
ここで、図６は情報入力装置３の情報入力領域３ａ内の一点を指示手段Ｐで指し示した一例を示す正面図である。図６に示すように、例えば、左側光学ユニット２７Ｌから照射されたＬ_１，Ｌ_２，Ｌ_３，・・・，Ｌ_ｎといったプローブ光で構成される扇形状の光の中でｎ番目のプローブ光Ｌ_ｎが指示手段Ｐによって遮られた場合、そのプローブ光Ｌ_ｎは再帰性反射部材２８に到達することはない。
【００４６】
このときＣＣＤ（受光素子）３９上の光強度分布を考える。ここで、図７はＣＣＤ（受光素子）３９の検出動作を模式的に示す説明図である。指示手段Ｐが情報入力領域３ａ内に挿入されていなければ、ＣＣＤ（受光素子）３９上の光強度分布はほぼ一定であるが、図７に示すように指示手段Ｐが情報入力領域３ａ内に挿入されてプローブ光Ｌ_ｎが指示手段Ｐによって遮られた場合、そのプローブ光Ｌ_ｎは光学ユニット２７のＣＣＤ（受光素子）３９によって受光されることはないため、プローブ光Ｌ_ｎに対応する光学ユニット２７のＣＣＤ（受光素子）３９上の所定の位置Ｘ_ｎが光強度の弱い領域（暗点）となる。この光強度の弱い領域（暗点）である位置Ｘ_ｎは、ＣＣＤ（受光素子）３９から出力される光強度の波形にピーク点として出現することになるので、ＣＰＵ４０は、このような光強度の波形におけるピーク点の出現を電圧の変化により認識し、この光強度の波形のピーク点となった暗点の位置Ｘ_ｎを検出する。
【００４７】
また、光強度の波形のピーク点となった暗点位置Ｘ_ｎが検出されると、暗点位置Ｘ_ｎからＣＣＤ（受光素子）３９の中心画素までの距離が、例えばＣＣＤ（受光素子）３９の画素番号（例えば、図７においては、画素番号ｍ）に基づいて検出される。
【００４８】
光強度の弱い領域（暗点）である位置Ｘ_ｎ（左側光学ユニット２７ＬのＣＣＤ（受光素子）３９上ではＸ_ｎＬ，右側光学ユニット２７ＲのＣＣＤ（受光素子）３９上ではＸ_ｎＲ）は、遮られたプローブ光の出射／入射角θ_ｎと対応しており、Ｘ_ｎを検出することによりθ_ｎを知ることができる。即ち、暗点位置Ｘ_ｎからＣＣＤ（受光素子）３９の中心画素までの距離をａとすると、θ_ｎはａの関数として、
θ_ｎ＝tan^−１（ａ／ｆ） ………………………………（１）
と表すことができる。ただし、ｆはシリンドリカルレンズ３８の焦点距離である。ここで、左側光学ユニット２７Ｌにおけるθ_ｎをθ_ｎＬ、ａをＸ_ｎＬと置き換える。
【００４９】
さらに、図６において、左側光学ユニット２７Ｌと情報入力領域３ａとの幾何学的な相対位置関係の変換係数ｇにより、指示手段Ｐと左側光学ユニット２７Ｌとのなす角度θＬは、（１）式で求められるＸ_ｎＬの関数として、
θＬ＝ｇ（θ_ｎＬ） ………………………………（２）
ただし、θ_ｎＬ＝tan^−１（Ｘ_ｎＬ／ｆ）
と表すことができる。
【００５０】
同様に、右側光学ユニット２７Ｒについても、上述の（１）（２）式中の記号Ｌを記号Ｒに置き換えて、右側光学ユニット２７Ｒと情報入力領域３ａとの幾何学的な相対位置関係の変換係数ｈにより、
θＲ＝ｈ（θ_ｎＲ） ………………………………（３）
ただし、θ_ｎＲ＝tan^−１（Ｘ_ｎＲ／ｆ）
と表すことができる。
【００５１】
ここで、左側光学ユニット２７ＬのＣＣＤ（受光素子）３９の中心位置と右側光学ユニット２７ＲのＣＣＤ（受光素子）３９の中心位置との距離を図６に示すｗとすると、情報入力領域３ａ内の指示手段Ｐで指示した点の２次元座標（ｘ，ｙ）は、三角測量の原理により、
ｘ＝ｗ・tanθＲ／（tanθＬ＋tanθＲ） ………………（４）
ｙ＝ｗ・tanθＬ・tanθＲ／（tanθＬ＋tanθＲ） ……（５）
として算出することができる。
【００５２】
これらの（１）（２）（３）（４）（５）式は制御プログラムの一部として予めＥＥＰＲＯＭ４７に格納されており、（１）（２）（３）（４）（５）式により、指示手段Ｐの位置座標（ｘ，ｙ）は、Ｘ_ｎＬ，Ｘ_ｎＲの関数として算出される。すなわち、左側光学ユニット２７ＬのＣＣＤ（受光素子）３９上の暗点の位置と右側光学ユニット２７ＲのＣＣＤ（受光素子）３９上の暗点の位置とを検出することで、指示手段Ｐの位置座標（ｘ，ｙ）が算出されることになる。
【００５３】
このようにして算出された指示手段Ｐの位置座標（ｘ，ｙ）は、コントローラ１０を介してコンピュータ５へと出力され、所定の処理に用いられることになる。
【００５４】
そして、このような情報入力装置３によれば、タッチパネル面のような物理的な面を有さず、また、特殊な材料・機構を必要としないので、情報入力装置３を表示装置２の表示面２ａに装着して使用した場合には、情報入力領域３ａにおいて、無視差、完全透明、高い描画感を実現することが可能になっている。
【００５５】
以上が、光薄膜遮断方式の情報入力装置の基本的な構成についての説明である。
【００５６】
［本実施の形態の情報入力装置の特徴的な構成］
次に、本実施の形態の情報入力装置３の特徴的な構成について説明する。なお、光薄膜遮断方式の情報入力装置の基本的な構成において説明した部分と同一部分については同一符号を用い、説明も省略する。図８は情報入力装置３を示すものであって、（ａ）は上面図、（ｂ）は縦断側面図である。図８に示すように、本実施の形態の情報入力装置３の構成が前述した光薄膜遮断方式の情報入力装置の基本的な構成とは大きく異なる点は、光学ユニット２７から照射される扇形状の光束膜を略９０度屈曲させている点である。
【００５７】
より具体的には、本実施の形態の情報入力装置３に備えられる光学ユニット２７は、表示装置２の表示面２ａに対して直交する方向から扇形状の光束膜を照射する位置に設けられている。なお、この場合、光学ユニット２７を設ける位置は、表示装置２の表示面２ａに対して前方、または、後方のいずれであっても良いが、薄型のプラズマディスプレイパネルに取り付けられるというデザイン性を考慮すると、図８に示すように表示装置２の表示面２ａに対して後方位置が好ましい。
【００５８】
そして、このように表示装置２の表示面２ａに対して後方位置に設けられた光学ユニット２７から照射された扇形状の光束膜に干渉する位置には、光学ユニットから出射された光の進行方向を偏向する偏向手段として機能する反射ミラー５０が設けられている。この反射ミラー５０は、少なくとも表示装置２の表示面２ａの幅方向と同じ長さの長尺形状であり、表示装置２の表示面２ａの上辺に対して平行に設けられている。この反射ミラー５０は、光学ユニット２７から照射される扇形状の光束膜を、表示装置２の表示面２ａに略平行な方向に屈曲して情報入力領域３ａを進行させ、再帰性反射部材２８に入射させる。
【００５９】
なお、本実施の形態においては、表示装置２として７０インチ程度の大画面タイプのものが用いられていることから、反射ミラー５０は、各光学ユニット２７間を結ぶ線分から当該線分に直交する方向に１００ｍｍ程度隔てた位置に設けられている。これにより、測量対象が基準線に極めて近い場合には誤差が大きくなるという三角測量の欠点に起因する測量精度の不良領域を、情報入力領域３ａとしては用いないようにすることができる。
【００６０】
再帰性反射部材２８に入射した光束膜は、再帰性反射部材２８で再帰的に反射され、再び同一光路を辿って反射ミラー５０に戻る。そして、反射ミラー５０で反射された再帰反射光は、ハーフミラー３７を透過して受光手段３０に入射する。
【００６１】
したがって、このように構成された情報入力装置３においては、三角測量の欠点に起因する測量精度の不良領域を、表示装置２の表示面２ａに対して後方位置に設けられた両光学ユニット２７から反射ミラー５０に至る領域とすることで、三角測量の欠点に起因する測量精度の不良領域を情報入力領域３ａとしては用いないようにすることができるとともに、かつ、両光学ユニット２７を結ぶ基準線を情報入力領域３ａの上部（表示装置２の表示面２ａの上部）からある程度離して設けることができる。これにより、情報入力領域３ａの上部（表示装置２の表示面２ａの上部）の測量精度を向上させることができる。
【００６２】
また、両光学ユニット２７を表示装置２の表示面２ａに対して後方位置に設け、光学ユニット２７から照射された扇形状の光束膜を反射ミラー５０によって表示装置２の表示面２ａに略平行な方向に屈曲するようにしたので、光学ユニット２７が情報入力領域３ａの前方及び上下方向に突出することがないことから、コンパクトな設計で、デザイン的に優れる情報入力装置３及び電子黒板システム１を提供することが可能になる。
【００６３】
本発明の第二の実施の形態を図９ないし図１３に基づいて説明する。なお、本発明の第一の実施の形態において説明した部分と同一部分については同一符号を用い、説明も省略する。本実施の形態は、情報入力装置の変形例である。
【００６４】
第一の実施の形態の情報入力装置においては、筆記具に限らず指等であっても情報入力が可能であるが、本実施の形態の情報入力装置においては、より高度な筆記性を実現するために、タッチ時に赤外線信号を発生する信号発信部材である電子ペンを用いるようにしたものである。このような電子ペンを用いることにより、タッチ・デタッチの情報やその他の付加機能を追加することができ、電子黒板システム１をより快適に利用することができるようになる。
【００６５】
ここで、図９は本実施の形態の情報入力装置６０を示すものであって、（ａ）は上面図、（ｂ）は縦断側面図である。図９に示すように、本実施の形態の情報入力装置６０は、第一の実施の形態の情報入力装置３の構成に加えて、表示装置２の表示面２ａに対して後方位置に設けられた両光学ユニット２７から反射ミラー５０に至る領域の近傍に、電子ペン６２から発された赤外線信号を受信する受信器６１を備えている。
【００６６】
図１０は、電子ペン６２を示すものであって、（ａ）は側面図、（ｂ）は縦断側面図である。図１０に示すように、電子ペン６２は、中空状の棒状軸部６３、棒状軸部６３の一端側先端部に設けられた発信部６４、棒状軸部６３の外周部に設けられた機能ボタン６５、棒状軸部６３内に収納されたプリント回路基板６６や電池６７等により構成されている。棒状軸部６３の一端側先端部に設けられた発信部６４は、出没自在であって突出する向きに付勢されて設けられている。
【００６７】
発信部６４は、ＬＥＤ６８を備えており、発信部６４が押圧されて押し込み位置へ移動することで接点６９が接続されてＬＥＤ６８が発光する構造とされている。また、図１１に示すように、発信部６４には円錐形状の反射部材７０が設けられており、ＬＥＤ６８から発せられた赤外線信号を略直角に反射する。すなわち、図１２に示すように、入力操作時に電子ペン６２の発信部６４を表示装置２の表示面２ａに押圧した場合、赤外線信号は、反射部材７０において略直角に反射され、表示装置２の表示面２ａに略平行な方向に進行することになる。
【００６８】
一方、図１３は、受信器６１を示す外観斜視図である。図１３に示すように、受信器６１は、情報入力装置６０の情報入力領域３ａ全面をカバーすべく、角度をつけた状態で２つの受信部６１ａを備えている。これらの受信部６１ａには、フォトディテクタ（図示せず）が組み込まれており、フォトディテクタで電子ペン６２から発された赤外線信号を受ける。なお、受信器６１は、光学ユニット２７からの扇形状の光束膜に干渉しない位置に配置される。光薄膜と兼用して反射ミラー５０を利用することでミラーの枚数を節減しコストを抑えられることが大きなメリットである。
【００６９】
したがって、表示装置２の表示面２ａに略平行な方向に進行した機能ボタン６５に応じた赤外線信号は、図１０に示すように、反射ミラー５０で略直角方向に進行方向を偏向され、受信器６１のフォトディテクタに受光される。
【００７０】
ここに、より高度な筆記性を実現するために、タッチ時に信号を発生することでタッチ・デタッチの情報やその他の付加機能を追加する電子ペン６２を用いるようにした場合にも、光学ユニット２７から反射ミラー５０に至る領域に受信器６１を設けることで、コンパクトな設計で情報入力装置をより快適に利用することが可能になる。
【００７１】
なお、各実施の形態においては、情報入力装置３，６０として光薄膜遮断方式の情報入力装置を適用して説明したが、これに限るものではない。ほかに、光薄膜反射方式の情報入力装置、回転走査系を有する再帰光遮断方式の情報入力装置、回転走査系を有する再帰光反射方式の情報入力装置等であっても良い。
【００７２】
光薄膜反射方式の情報入力装置が、光薄膜遮断方式の情報入力装置と異なる点は、情報入力領域の周辺部に再帰性反射部材を設けるのではなく、情報入力領域内の一点を指し示すために用いられる所定物体として、先端近傍に再帰性反射部材が設けられている指示手段を用いる点である。すなわち、光薄膜反射方式の情報入力装置においては、指示手段の挿入により受光素子の光の強度分布の形状にピークが出現することになり、この光強度の波形に出現するピークに基づいて三角測量の手法により指示手段の位置座標（ｘ，ｙ）が検出される。
【００７３】
回転走査系を有する再帰光遮断方式の情報入力装置は、ポリゴンミラー等の回転走査系によって光源から出射された光ビームを放射状に投光して情報入力領域を形成する光学ユニットを用いるものである。この点で、扇形状の光束膜を投光して情報入力領域を形成する光薄膜遮断方式の情報入力装置と異なるものである。このような情報入力領域に指や筆記具等の指示手段が挿入されてあるビーム光が遮蔽されると、受光素子の光の強度分布の形状にはディップが出現することになり、このディップに基づいて三角測量の手法により指示手段の位置座標（ｘ，ｙ）が検出される。
【００７４】
回転走査系を有する再帰光反射方式の情報入力装置が、回転走査系を有する再帰光遮断方式の情報入力装置と異なる点は、情報入力領域の周辺部に再帰性反射部材を設けるのではなく、情報入力領域内の一点を指し示すために用いられる所定物体として、先端近傍に再帰性反射部材が設けられている指示手段を用いる点である。すなわち、回転走査系を有する再帰光反射方式の情報入力装置においては、指示手段の挿入により受光素子の光の強度分布の形状にピークが出現することになり、この光強度の波形に出現するピークに基づいて三角測量の手法により指示手段の位置座標（ｘ，ｙ）が検出される。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の情報入力装置によれば、光を受発光する２つの光学ユニットから出射された光によって形成された二次元の情報入力領域を指示した所定物体の二次元の位置座標を三角測量の手法によって検出する情報入力装置において、前記各光学ユニットから出射された光の進行方向を、それぞれ前記各光学ユニット間を結ぶ線分から当該線分に直交する方向に所定距離を隔てた位置で偏向する偏向手段を備え、この偏向手段により進行方向を偏向された光によって形成された領域を前記情報入力領域とすることにより、測量対象が基準線に極めて近い場合には誤差が大きくなるという三角測量の欠点に起因する測量精度の不良領域を、情報入力領域としては用いないようにすることができるとともに、両光学ユニットを結ぶ基準線を情報入力領域からある程度離して設けることができるので、情報入力領域の測量精度を向上させることができる。また、前記光学ユニットから前記偏向手段に至る領域であって前記各光学ユニットから出射された光に干渉しない位置に設けられ、前記情報入力領域に干渉せずに当該情報入力領域に対して略平行に赤外線信号を発する信号発信部材から発せられた赤外線信号を受信する受信器をさらに備え、前記信号発信部材から発せられた赤外線信号は、前記偏向手段により進行方向を偏向された後に前記受信器に受信されることにより、より高度な筆記性を実現するために、タッチ時に信号を発生することでタッチ・デタッチの情報やその他の付加機能を追加する信号発信部材を用いるようにした場合にも、光学ユニットから偏向手段に至る領域に受信器を設けることで、コンパクトな設計で情報入力装置をより快適に利用することができる。
【００７６】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の情報入力装置において、前記偏向手段は、少なくとも前記情報入力領域の幅方向と同じ長さの長尺形状の反射ミラーであることにより、安価な構成で情報入力領域の測量精度を向上させることができる。
【００７７】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の情報入力装置において、前記反射部材は光を略直角方向に反射させるものであって、前記各光学ユニットは前記情報入力領域よりも奥側に設けられていることにより、光学ユニットが情報入力領域の前方及び上下方向に突出することがないことから、コンパクトな設計で、デザイン的に優れる装置を提供することができる。
【００７９】
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情報入力装置において、前記光学ユニットは、光を薄膜状に成形して投光することにより前記情報入力領域を形成することにより、物体の挿入を受け付ける二次元の情報入力領域を確実に形成することができ、無視差、完全透明、高い描画感を実現する情報入力装置を提供することができる。
【００８０】
請求項５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情報入力装置において、前記光学ユニットは、ビーム光を順次走査して投光することにより前記情報入力領域を形成することにより、物体の挿入を受け付ける二次元の情報入力領域を確実に形成することができ、無視差、完全透明、高い描画感を実現する情報入力装置を提供することができる。
【００８１】
請求項６記載の発明の情報入出力システムによれば、表示装置と、この表示装置の表示面に前記情報入力領域を一致させて配設される請求項１ないし５のいずれか一記載の情報入力装置と、前記情報入力装置からの入力に基づいて前記表示装置の表示制御を行う制御装置と、を備えることにより、情報入力面（タッチパネル面）のような物理的な面を有さず、表示装置の表示面に装着して使用した場合であっても視認性に優れる情報入力システムを安価で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態の電子黒板システムを概略的に示す外観斜視図である。
【図２】その側面図である。
【図３】光薄膜遮断方式の情報入力装置の基本的な構成を概略的に示す説明図である。
【図４】光学ユニットの構造を概略的に示す構成図である。
【図５】コントローラのブロック構成図である。
【図６】情報入力装置の情報入力領域内の一点を指示手段で指し示した一例を示す正面図である。
【図７】ＣＣＤの検出動作を模式的に示す説明図である。
【図８】情報入力装置を示すものであって、（ａ）は上面図、（ｂ）は縦断側面図である。
【図９】本発明の第二の実施の形態の情報入力装置を示すものであって、（ａ）は上面図、（ｂ）は縦断側面図である。
【図１０】電子ペンを示すものであって、（ａ）は側面図、（ｂ）は縦断側面図である。
【図１１】発信部の構成を示す縦断側面図である。
【図１２】入力操作時に電子ペンの発信部から出射される光を示す説明図である。
【図１３】受光器を示す外観斜視図である。
【図１４】従来の光学式の情報入力装置の両光学ユニットと表示装置の表示面の上辺との位置関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 情報入出力システム
２ 表示装置
２ａ 表示面
３，６０ 情報入力装置
３ａ 情報入力領域
５ 制御装置
２７ 光学ユニット
５０ 偏向手段、反射ミラー
６２ 信号発信部材
６１ 受信器

Claims (6)

1. 光を受発光する２つの光学ユニットから各々出射された光によって形成された二次元の情報入力領域を指示した所定物体の二次元の位置座標を三角測量の手法によって検出する情報入力装置において、
   前記各光学ユニットから出射された光の進行方向を、それぞれ前記各光学ユニット間を結ぶ線分から当該線分に直交する方向に所定距離を隔てた位置で偏向し、進行方向を偏向された光によって形成された領域を前記情報入力領域とする偏向手段と、
   前記光学ユニットから前記偏向手段に至る領域であって前記各光学ユニットから出射された光に干渉しない位置に設けられ、前記情報入力領域に干渉せずに当該情報入力領域に対して略平行に赤外線信号を発する信号発信部材から発せられた赤外線信号を前記偏向手段により進行方向を偏向された後に受信する受信器と、
   を備えることを特徴とする情報入力装置。
2. 前記偏向手段は、少なくとも前記情報入力領域の幅方向と同じ長さの長尺形状の反射ミラーであることを特徴とする請求項１記載の情報入力装置。
3. 前記反射部材は光を略直角方向に反射させるものであって、前記各光学ユニットは前記情報入力領域よりも奥側に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の情報入力装置。
4. 前記光学ユニットは、光を薄膜状に成形して投光することにより前記情報入力領域を形成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情報入力装置。
5. 前記光学ユニットは、ビーム光を順次走査して投光することにより前記情報入力領域を形成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情報入力装置。
6. 表示装置と、
   この表示装置の表示面に前記情報入力領域を一致させて配設される請求項１ないし５のいずれか一記載の情報入力装置と、
   前記情報入力装置からの入力に基づいて前記表示装置の表示制御を行う制御装置と、
   を備えることを特徴とする情報入出力システム。

Images