JP4315423B2 - 入力ペン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、座標入力面を有する座標入力装置用の入力ペンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
座標入力面に、指示具や指によって指示して座標を入力することにより、接続されたコンピュータを制御したり、文字や図形などを書き込むために用いられる座標入力装置が存在する。
【０００３】
従来より、この種の座標入力装置としては、タッチパネルとして、各種方式のものが提案、または製品化されており、特殊な器具などを用いずに、画面上でパーソナルコンピュータ等の端末の操作が簡単にできるため、広く用いられている。
【０００４】
座標入力方式としては、抵抗膜を用いたもの、また、超音波を用いたものなど、さまざまなものがあるが、光を用いたものとして、例えば、特許文献１がある。この特許文献１では、座標入力領域の外側に再帰性反射シートを設け、座標入力領域の角端部に配置された光を照明する照明部と光を受光する受光部とにより、座標入力領域内において指等の光を遮蔽する遮蔽物と受光部間の角度を検出し、その検出結果に基づいて、その遮蔽物の指示位置を決定する構成が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２や３等にあるように、再帰性反射部材を座標入力領域周辺に構成し、再帰反射光が遮光される部分の座標を検出する座標入力装置が開示されている。
【０００６】
これらの装置において、例えば、特許文献２では、微分等の波形処理演算によって受光部が受光する遮蔽物による遮光部分のピークを検出することにより、受光部に対する遮光部分の角度を検出し、その検出結果からその遮蔽物の座標を算出している。また、特許文献３では、特定のレベルパターンとの比較によって遮光部位の一方の端と他方の端を検出し、それらの座標の中心を検出する構成が示されている。
【０００７】
また、特許文献１においては、受光部であるＲＡＭイメージャーの各画素を読み出し、コンパレータで比較することで、遮光部分を検出し、一定幅以上の遮光部分がある場合に、その両端の画素の中心を検出し、その検出結果に基づいて遮蔽物の座標を算出する方式が示されている。
【０００８】
ここで、タッチパネルとして動作させるためには、指等の指示具が座標入力面をタッチしたか否かを判定しなければならない。先に述べた抵抗膜方式は、座標入力面をタッチすることで電気的な抵抗値の変化を検出するものである。
【０００９】
一方、超音波方式は、座標入力面をタッチすることによって、入力面中を伝播している超音波振動が減衰する現象を観測してタッチ位置を検出するものであるので、指等の指示具が座標入力面をタッチしたか否かの判定は容易である。
【００１０】
しかしながら、特許文献１乃至３のような、遮光位置を検出して座標を算出する方式（以下、遮光方式と称する）にあっては、座標入力面の垂直方向の高さｈ１を有する位置に光検出用の光束を設け、その光束を遮蔽物により遮蔽することで、その遮蔽位置を検出する。そのため、必ずしも、座標入力面をタッチしていなくても、座標値を検出、出力してしまう。
【００１１】
この点を鑑み成された発明としては、例えば、特許文献４や特許文献５に示されるように、遮光量に対する複数の閾値を設け、より座標入力面に近いところで座標入力動作が行われた場合に座標値を出力するような構成が開示されている。
【００１２】
また、一方で、専用指示具であるところの座標入力ペンを用いて、高精度に位置座標を算出することができる各種方式の座標入力装置が提案、または製品化され、実用に供されている。
【００１３】
具体的には、特許文献６や特許文献７に示されるように、専用タブレットに内蔵されたループコイルと座標入力ペンに内蔵されたコイル間の電磁結合を利用して、座標入力ペンの位置座標を検出する方式がある。また、特許文献８に示されているような静電結合を利用する方式、さらには、特許文献９や特許文献１０に示されるように、座標入力ペンから空中に放射された超音波が複数のセンサに到達する到達時間を計測することによって座標入力ペンの位置座標を検出する方式が知られている。
【００１４】
これら、特許文献６乃至１０の各種方式の専用指示具は、座標入力面に指示具の先端部を押圧することによって、専用指示具に内蔵されたスイッチ手段を動作させる。そして、スイッチ手段が動作した時に、指示具の先端部が押圧されたことを示す信号を生成して、その信号を検出することにより、指示具が座標入力面をタッチしたか否かを判定するように構成されている。
【００１５】
【特許文献１】
米国特許第４５０７５５７号公報
【特許文献２】
特開２０００−１０５６７１号公報
【特許文献３】
特開２００１−１４２６４２号公報
【特許文献４】
特開２００１−１４７７７６号公報
【特許文献５】
特開２００１−８４１０６号公報
【特許文献６】
特開平２−９６８２５号公報
【特許文献７】
特開平４−９６２１２号公報
【特許文献８】
特開平２−２５４５２０号公報
【特許文献９】
米国特許第６１１１５６５号公報
【特許文献１０】
特開２００２−１３２４３６号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
さて、『座標入力面をタッチしたか否かの判定』の正確さが、座標入力装置を操作する操作者の操作性にどの様に影響するかについて考えてみる。
【００１７】
ここでは、特に、遮光方式の座標入力装置（タッチパネル）について考えてみる。
【００１８】
図２９（ｂ）は、座標入力装置の正面方向からのみた配置図であり、座標入力面１０４の左下隅部に設けられた特定領域（ＳＷ１〜ＳＷ３）を指示することによって、例えば、特定のアプリケーションを起動するように構成できるスイッチ領域を複数設置した場合の例である。
【００１９】
つまり、操作者が指等で、あらかじめ定められた特定領域を指示することによって、座標入力装置は座標値を出力することになるが、その出力された座標値が特定領域内の座標値であるか否かを判定する。そして、この判定結果によって、その特定領域に割り付けられた動作を実行するように構成したものであり、あたかもスイッチ手段として動作できるように作用する。
【００２０】
図２９（ａ）は、図２９（ｂ）におけるＡ−Ａ断面図を示すものである。平面部材からなる座標入力面１０４は、表示装置の表示面をも兼ねている。センサユニット１０２中の投光部で照明された光束は、略表示装置の表面に平行に放射され、再帰反射部１０３によって再帰反射され、センサユニット１０２中の検出部にて検知される。この光束は、図２９（ａ）に示すが如く表示面からの高さｈ１〜ｈ２の範囲に設定（再帰反射部１０３の設置範囲にほぼ相当）されるが、ｈ１≒ｈ２とし、かつ高さｈ１を『０』に設定することは、次の理由により困難である。
【００２１】
一般に、大型表示装置、特に、大勢の参加者が表示装置を用いて会議を行う会議システムにあっては、その表示サイズは対角６０インチ〜１００インチ程度、あるいはそれ以上の大きさの表示装置が要求される。さらには、表示装置の表面を座標入力面としていることから、指等によって押圧されてもその表示面は『たわまない』ことが要求される。
【００２２】
従って、剛性を有する素材で表示面を製作することになるが、その表示領域が大きいこと、透明性が必要であることを考慮して、例えば、ガラスを用いる表示面とすれば、その板厚はかなり厚いものが要求され、重量の大きな装置とならざるを得ない。
【００２３】
さらには、現状の大型表示装置として用いられるリアプロジェクタ方式の表示装置にあっては、その表示面はフレネルレンズ、レンチキュラーレンズ等の光学特性を有する透明な樹脂板で構成されるのが通例であり、板厚増は重量の増大のみならず、光透過率等を悪化させ、表示装置としての機能を低下させることになる。
【００２４】
そこで、通常行われる対策としては、わずかながらでも表示面に曲率を設け、みかけの剛性を増す方法がある。今、仮に表示面の中央部を凸となるように構成した場合、表示領域中央部でのｈ１を限りなく『０』に設定することは可能となるが、表示領域周辺部では、表示面が凸となっていることで、光束が表示面によって遮断されるので、少なくともそのふくらみ高さ分だけのｈ１がおのずと設定される（図３０（ａ）参照。具体的には、表示面１０４のふくらみを、周辺部より中央部で、例えば、５ｍｍ高くすると、周辺部でのｈ１は少なくとも５ｍｍと言うことになる）。逆に、表示面の中央部を凹とした場合にあっては、今度は表示領域周辺部でほぼ『０』に設定することは可能であるが、表示領域中央部ではそうならない。
【００２５】
以上、剛性と言う観点で説明したが、仮に十分な剛性が得られたとしても、このｈ１を『０』に設定することは困難である。具体的な数字で説明すると、仮に表示サイズが対角７０インチ、縦横比３：４の表示装置であるとすると、表示領域の大きさは、約１０６０ｍｍ×１４２０ｍｍ程度で、面積としては約１．５ｍ^２に相当する。
【００２６】
表示面の素材の平面度、取り付け面の平面度、あるいは熱膨張の影響等を考慮して、この表示面を装置に組み込んだ状態で、その表示面の平面度をほぼ『０』に維持することは不可能であり、たとえその値が±１ｍｍ程度で有ったとしても、産業上大きな困難が伴なう。ましてや、その状況で、ｈ１≒ｈ２に設定すれば、座標入力の際の座標入力面の歪みによって、光束が遮断されてしまい、本来、検出しなければならない指示位置の検出に大きな誤差を含んだり、座標検出そのものが不能となる致命的な障害が発生する可能性が高くなる。
【００２７】
以上の観点より、ｈ１≒ｈ２、ｈ１≒０に設定することは、装置を大量に安価に製造するという意味で、事実上不可能と言える。
【００２８】
さて、図２９（ｂ）のように、座標入力面１０４内に図示するが如くスイッチ領域を複数設定するものとする。この時、操作者が、例えば、図中のスイッチ２（ＳＷ２）を動作させて、所望のアプリケーションを実行させようとした場合を考える。操作者の手／指は、表示面に垂直な方向のみの移動を意識してスイッチ動作（図２９（ｂ）のＳＷ２領域を触る行為）するのではなく、『表示面をまさに触った点がちょうどＳＷ２領域にある』と言うこと以外、手／指の移動軌跡を意識しないのが普通であり、例えば、図２９（ａ）中の太い矢印で示された軌跡で移動動作が行われる。
【００２９】
この移動動作に伴ない、座標入力装置が判定する動作について説明すると、まず、操作者がＳＷ２領域に割り付けられた制御を実行させようとして、ＳＷ２領域をタッチするために、座標入力有効領域（表示面）１０４に略平行に設定された光束を遮り始め、（１）の位置まで指／手を移動させたとする。ここで、光束を遮り始めた時点で、その遮光位置の座標を出力し始めるが、操作者は、まだ座標入力面１０４を触れていないので、スイッチを動作させたつもりには至っていない。
【００３０】
そして、（２）の位置（座標入力面１０４に接触した位置）で、ＳＷ２領域を押圧することによって、スイッチ動作をさせたと認知することになる。操作者は、スイッチ動作をさせたと言う目的を達成して、（３）の位置に指／手を移動させることになるが、（３）の位置にあっても、座標入力装置は座標値を出力し続ける。そして、（４）の位置を経て光束を遮ることが無くなったところで、座標出力を停止することになる。
【００３１】
さて、ここで問題となるのが、操作者が認知したのは、（２）の状態で『ＳＷ２領域を押圧した』と言う点だけであるのに対し、座標入力装置は、（４）の状態まで座標値を出力している点である。
【００３２】
つまり、一連の操作者の移動動作によって、最後に出力された座標値が、ＳＷ３領域にある場合には、操作者は確実にＳＷ２領域を押圧したにもかかわらず、ＳＷ３領域に割り付けられた実行命令が実行されてしまうことになる。これは、操作者に、意図しない操作を与えるばかりでなく、実行命令の内容によっては、修復不可能な状態を招く重大な恐れが生じることになる。
【００３３】
その対策としては、例えば、ＳＷ１領域とＳＷ２領域の間（隙間）を十分に大きくとる、あるいは、出力されている座標値を連続的に監視し、例えば、その期間中に出力された座標値の中心を確定値とする等の手段も考えられる。
【００３４】
しかしながら、前者の対策は、スイッチ領域の間隔が大きくなり、操作性が悪い、或いは座標入力有効領域の大きさ制限により多数のスイッチを配置できない等の課題が新たに生じる。また、後者の対策は、例えば、『間違った領域を指し示してしまったので、（２）の状態のまま指を移動させて、正しい位置で指を離すことによって、当初の目的を達成する』等の動作は良く行われるので、必ずしも中心位置が操作者が意図した正しい位置とは限らない、つまり、誤動作する可能性を排除できない。
【００３５】
次に、操作者による指、指示具等のタップ動作、例えば、指により連続的に表示スクリーンを２回タッチすることによって、現状、特にパーソナルコンピュータのマウス動作で周知されている『ダブルクリック』動作を、この種の座標入力装置で実現する場合を考えてみる。
【００３６】
通常の座標入力装置は、所定周期毎に座標値を出力（例えば、１００点／秒の座標検出サンプリングレートであれば、５ｍｓｅｃ毎に座標を出力する能力を有する）することができる。そのため、座標出力タイミング、及び出力された座標値を監視することで、操作者がタップ動作をしたかどうかを判定できるはずである。
【００３７】
つまり、ある時間に座標値Ａが出力された後、次の座標サンプリングで座標値が検出されず（例えば、１００点／秒の座標検出サンプリングレートの時、５ｍｓｅｃ時間が経過しても座標値が検出されない状態）、次に出力される座標値Ｂが、座標値Ａが出力された時間から所定時間以内で、かつ座標値Ａと座標値Ｂが略等しい場合に、ダブルクリック動作が行われたものと判定する。
【００３８】
この時、図２９（ａ）において、操作者がダブルクリック動作を実行しようとして、（１）→（２）→（３）→（２）→（３）→（４）と言う操作をした場合について順に説明を加えると、操作者は、まず、（１）→（２）の工程で所望の位置を指示する。次に、（２）→（３）の工程で座標入力面１０４より指を離する。次に、（３）→（２）の工程で、先に指示した所望の位置と略等しい位置を指示する。そして、（２）→（３）→（４）の工程で、ダブルクリック動作を終了する。
【００３９】
しかしながら、座標入力面１０４を指で２度タッチすることでダブルクリック動作を完了したものと操作者が認識しているにもかかわらず、座標入力装置は工程（１）→（２）→（３）→（２）→（３）→（４）の間、継続的に座標出力を行っているので、操作者が意図したダブルクリック動作を、座標入力装置が判定できない。
【００４０】
言い換えれば、操作者が認識できるのは、『入力面をタッチしたか、しないか』だけであるのに対し、一連の動作である『入力面をタッチ（１回目）』、『離す』、『入力面をタッチ（２回目）』において、『離す』の動作の際に、連続的に出力されている座標値が停止しなければ、操作者の意図を的確に判断することができない。このような状況において、確実にダブルクリック動作を実現するためには、『十分なストローク』を持って『離す』動作をしなければならず、しかも操作者はその『十分なストローク』がどの程度かを即座に認知することができないので、オーバーアクションをせざるを得ず、操作性に優れた装置とは言うことはできない。
【００４１】
以上、表示画面上に表示されている、例えば、アイコン（あらかじめ設定されている特定領域に表示されているアイコンでも良いし、アイコンが表示されている領域を検出して、その情報と座標入力装置の出力座標値を比較して、スイッチ手段を構成しても良いことは言うまでも無い）をタッチすることによって、所望のアプリケーション等を実行させようとする場合に、座標入力装置が操作者のタッチ動作（入力面を押圧したか否かの判定）を正確に検知できない場合に発生する弊害について説明したが、さらに別の具体的な障害について説明を加える。
【００４２】
今、操作者が『あ』という文字を入力するために、指示具を、図３１（ａ）に示すが如く移動動作させた場合を想定する。この時、操作者は図３１（ａ）における実線部分を入力面にタッチして指示具を移動させ、図３１（ａ）における破線部分を入力面をタッチすることなく指示具を移動させることになる。
【００４３】
つまり、操作者は、『入力面をタッチ』することを認知して筆跡を残すことを想定し、図３１（ａ）の実線部分の筆跡が画面に記録されることを意図している。ここで先にも説明したように、座標入力面をタッチしていないにも関わらず、座標入力装置が指示具等により座標入力動作が行われていると誤検出しているような状態にあっては、表示される文字情報は図３１（ｂ）のようになる。
【００４４】
つまり、『あ』と言う文字を入力したにもかかわらず、座標入力面をタッチする直前／直後において、余分な軌跡が表示され、操作者が意図した軌跡とは異なる表示が得られることになる。この現象を、以後、『尾引き』と称するが、この尾引きの発生により、操作者の意図する情報が表示されず、『見にくい』、『小さい字は書けない』、『細かい図形情報は描けない』等の問題が発生する。
【００４５】
一方、仮に座標入力面をタッチしているにも関わらず、そのタッチ情報を誤検出するような状態にあっては、表示される文字情報は、図３１（ｃ）のようになり、『あ』という文字を入力したにもかかわらず、座標入力面をタッチする直前／直後において、本来表示されるべき軌跡情報が欠落し、操作者が意図した軌跡とは異なる状態となってしまう。
【００４６】
これらの現象を回避するためには、指示具の先端が座標入力面に接触して、押圧する際に、そのことを検知するスイッチ手段は、限りなく動作ストロークが『ゼロ』に近く、願わくば０．１ｍｍ以下であって、しかもその時の動作荷重は限りなく『ゼロ』に近い、願わくば３０ｇ以下程度であることが、検討の結果、望ましい形態であることが解った。
【００４７】
従来技術において、動作ストローク０．２ｍｍ、動作ＯＮ荷重１００ｇ、動作ＯＦＦ荷重５０ｇ、動作寿命１００万回なるスイッチ手段は市販されている。そして、指示具の先端部を座標入力面に押圧することでスイッチ手段が動作するように構成（以後、このスイッチ手段をペンダウン検出スイッチあるいはペン先スイッチと称する）する場合、例えば、動作ストローク０．２ｍｍ、動作荷重６０ｇなるペンダウン検出スイッチを構成することは可能である。
【００４８】
つまり、指示具の先端部をバネ部材等を用いてスイッチ手段が動作する方向にあらかじめ与圧し、例えば、与圧を４０ｇに設定すれば、スイッチ手段は６０ｇをさらに負荷すれば動作することになる。尚、この与圧によりスイッチ手段と筆圧を伝達するスライド部材の機械的な隙間（遊び）は『ゼロ』になるので、ストロークは、スイッチ手段のストローク０．２ｍｍと同等となる。
【００４９】
しかしながら、より動作荷重を軽くしようとして与圧を６０ｇに設定すれば、このスイッチ手段の動作ＯＦＦ荷重は５０ｇであるので、スイッチ手段は常にＯＮ状態となり、スイッチ手段として作用しなくなる、
つまり、より軽荷重で動作するペンダウン検出スイッチを構成することは困難であり、『尾引き』等の弊害を発生させず、軽動作荷重、小ストロークなるペンダウン検出スイッチを搭載した操作性の良い指示具を実現することができないという課題が生じる。
【００５０】
以上説明したように、操作性の良い座標入力ペンを実現するためには、軽動作荷重、小ストロークなるペン先スイッチが必須である。また、座標入力ペンのペン先を座標入力面に押圧することによって、ペン先スイッチを動作させることから、ペン先を座標入力面に押圧することによって、その力をスイッチ手段に伝達するスライド部材の移動量も小さくなければならない。
【００５１】
つまり、スイッチ手段、スライド部材を一体に組み上げて座標入力ペンである指示具を製造する際に、スイッチ手段とスライド部材間の遊びも、極力小さくしなければならない（遊びが大きければ、遊びの分だけスイッチが動作するためのストロークが大きくなり操作性を低下させてしまう）。
【００５２】
さらには、操作性の良い小ストローク、軽動作荷重なるスイッチ手段を搭載した指示具であっても、例えば、操作者が操作中に指示具を誤って机上から落下させた場合を想定すれば、その衝撃はスライド部材を介して、直接スイッチ手段に負荷されることになる。従って、そのような場合であっても、スイッチ手段の破壊を防止するために、その衝撃荷重を緩和するための機構が必須の構成となる。
【００５３】
具体的な数字を用いて説明すれば、仮に、２０ｇの負荷を与えることによってスライド部材が０．１ｍｍ移動して、スイッチ手段を動作させているとする。この時、さらに１０００ｇの異常荷重が負荷されたとすれば、スライド部材はスイッチ手段の圧力と変形量の関係に応じてスライドし、例えば、スイッチ動作状態からスライド部材がさらに０．２ｍｍ移動したところでスイッチの破壊耐圧８００ｇを超え、スイッチ手段が破壊されることになる。
【００５４】
従って、例えばスイッチ動作状態からスライド部材がさらに０．１ｍｍ移動したところでスライド部材がそれ以上にスライドしないように、ストッパ手段を別途設ける必要が生じる。
【００５５】
つまり、１０００ｇの異常荷重が負荷されたような場合であっても、ストッパ手段によりスイッチ動作状態からスライド部材がさらに０．１ｍｍしか移動できないように構成する。この時、直接スイッチ手段に負荷される荷重は、ほぼ４００ｇ程度（変軽量０．２ｍｍにてスイッチの耐圧８００ｇに至るとすれば、線形であると仮定して、変軽量０．１ｍｍ時の負荷は４００ｇ程度と言える）、残りの６００ｇ分については、ストッパ手段を介して、例えば、指示具の筐体に異常負荷を逃がすことが可能となり、スイッチ手段の破壊を防止することが可能となる。
【００５６】
このように、スライド部材のスライド量は、その一方のスライド方向にはスイッチ手段とスライド部材の遊びを小さくするために制限する必要があり、反対のスライド方向にはスイッチの破壊を防止するために制限する必要がある。更には、この遊びを小さくすることで、機械部品の公差を吸収できなくなり、操作者がペン先を押圧していないにも関わらずペン先スイッチが動作しっぱなしと言う状態が発生しないように、装置を大量生産する場合には十分な管理が必要となる。従って、操作性が良い指示具を実現するためには、スライド部材のスライド可能範囲をスイッチ手段に対して、非常に高精度にしかも両方向に設定する必要があり、部品の機械的精度が要求されるばかりでなく、部品間の位置関係を調整して組み立てる等、製造コストが高くなるという課題を有している。
【００５７】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、安価で、かつ操作性に優れた座標入力装置用の入力ペンを提供することを目的とする。
【００５８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明による入力ペンは以下の構成を備える。即ち、
座標入力面を有する座標入力装置用の入力ペンであって、
ペン先端部が座標入力面を押圧することによってスライドするスライド部材と、
前記スライド部材のスライドによって動作するペンダウン検出用のスイッチ手段と、
前記スライド部材を挿入することにより、そのスライド方向を規制し、かつ前記スイッチ手段を位置決めする位置決め部を有するシリンダ部材と、
前記スライド部材の嵌合面の少なくとも一部にある凹部と、前記シリンダ部材の嵌合面の少なくとも一部にある凸部とを係合させるために、前記スライド部材を前記シリンダ部材に挿嵌後、該スライド部材をスライド軸周りに所定角度回動させることによって、前記スライド部材のスライド方向のスライド可動範囲を規制する規制手段と、
前記スライド部材及び前記シリンダ部材には、各々周り止め手段が設けられ、該スライド部材を該シリンダ部材に挿入し、かつ所定角度回動後においても両者の軸周りの相対的な角度が略一定に保持されるように、前記周り止め手段を装着する保持手段を有する筐体と、
を備える。
【００６０】
上記の目的を達成するための本発明による入力ペンは以下の構成を備える。即ち、
座標入力面を有する座標入力装置用の入力ペンであって、
ペン先端部が座標入力面を押圧することによってスライドするスライド部材と、
前記スライド部材のスライドによって動作するペンダウン検出用のスイッチ手段と、
前記スライド部材を挿入することにより、そのスライド方向を規制し、かつ前記スイッチ手段を位置決めする位置決め部を有するシリンダ部材と、
前記スライド部材の嵌合面の少なくとも一部にある凸部と、前記シリンダ部材の嵌合面の少なくとも一部にある凹部とを係合させるために、前記スライド部材を前記シリンダ部材に挿嵌後、該スライド部材をスライド軸周りに所定角度回動させることによって、前記スライド部材のスライド方向のスライド可動範囲を規制する規制手段と、
前記スライド部材及び前記シリンダ部材には、各々周り止め手段が設けられ、該スライド部材を該シリンダ部材に挿入し、かつ所定角度回動後においても両者の軸周りの相対的な角度が略一定に保持されるように、前記周り止め手段を装着する保持手段を有する筐体と、
を備える。
【００６２】
また、好ましくは、前記シリンダ部材は、前記シリンダ部材の位置決め部により位置決めされた前記スイッチ手段を固定する固定部を更に備える。
【００６３】
上記の目的を達成するための本発明による入力ペンは以下の構成を備える。即ち、
座標入力面を有する座標入力装置用の入力ペンであって、
ペン先端部が座標入力面を押圧することによってスライドするスライド部材と、
前記スライド部材のスライドによって動作するペンダウン検出用のスイッチ手段と、
前記スライド部材を挿入することにより、そのスライド方向を規制し、かつ前記スイッチ手段を位置決めする位置決め部を有するシリンダ部材と、
前記スライド部材の嵌合面の少なくとも一部にある凹部と、前記シリンダ部材の嵌合面の少なくとも一部にある凸部とを係合させることによって、前記スライド部材のスライド方向のスライド可動範囲を規制する規制手段とを備え、
前記スライド部材は、少なくとも前記シリンダ部材のガイド穴と嵌合する円柱面と、前記ガイド穴の形状よりも小さな形状の圧入面を有する第一スライド部材、及び少なくとも前記シリンダ部材の嵌合面と嵌合する円柱面と、前記第一スライド部材の圧入面と圧入可能な圧入部を有する第二スライド部材からなり、
前記第一スライド部材を前記シリンダ部材のガイド穴の一方より挿嵌後、前記第二スライド部材を該シリンダ部材の他方より挿嵌するとともに、所定の負荷荷重により前記第一スライド部材を前記シリンダ部材のガイド穴に設けられた突起部位置まで、前記第一スライド部材と前記第二スライド部材を前記圧入部にて圧入し、固定することで、前記スライド部材を一体に構成する。
【００６４】
また、好ましくは、前記スイッチ手段は、少なくともその片面に導電性部材を設けた導電性シート部材と、円環状のスペーサ部材及び電極パターンを施した基板部材を順に積層した構造からなり、
前記シリンダ部材と前記導電性シート部材が当接する当接面に設けられた複数のピン手段で、該導電性シート部材、前記スペーサ部材及び前記基板部材の相応の位置に各々設けられたガイド穴により位置決めし、該シリンダ部材、該導電性シート部材、該スペーサ部材、該基板部材を一体に構成する。
【００６５】
また、好ましくは、前記スイッチ手段は、少なくともその片面に導電性部材を設けた積層形導電性シート部材と、電極パターンを施した基板部材を順に積層した構造からなり、
前記シリンダ部材と前記積層形導電性シート部材が当接する当接面に設けられた複数のピン手段で、該積層形導電性シート部材と、前記基板部材の相応の位置に各々設けられたガイド穴により位置決めし、該シリンダ部材、該積層形導電性シート部材、該基板部材を一体に構成する。
【００６８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００６９】
まず、本発明に係る座標入力装置用入力ペン（以下、座標入力ペンと略称する）の概略構成について、図１を用いて詳細に説明する。
【００７０】
図１は本発明の実施形態の座標入力ペンの概略構成図である。
【００７１】
座標入力ペン１は、電池８、電池電圧を昇圧するためのＤＣコンバータ７、座標入力ペン１内に内蔵されたペン先スイッチ９（ペンダウン検出スイッチ）及びペンサイドに設けられたペンサイドスイッチ５の動作状態を検知して、その検知結果を外部機器等に伝達するための信号を生成するペン制御回路６、生成された信号を光信号として放射するための発光部４を備える。
【００７２】
ペン先スイッチ９は、スライド部材１０、シリンダ部材１１、及びＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２からなる。このペン先スイッチ９は、操作性を良好にする小ストローク、軽動作荷重で動作させるために、操作者がペン先２を座標入力面１０４に押圧（以後、この押圧を、操作者が座標入力ペン１等の指示具を操作することによって生じる筆圧と称する）することによって、ペン先２及びスライド部材１０を介してＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２を動作させることになる。
【００７３】
そして、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２がＯＮ状態にある時に、ペン制御回路６は後述するペンダウン信号を発生するように構成されている。
【００７４】
尚、本実施形態においては、ペン先２は操作者の操作により経時的に磨耗、変形が起こるので、ペン先２はスライド部材１０に圧入することにより固定され、操作者が適宜、ペン先２の交換が行えるように構成されている。
【００７５】
即ち、ペン先２（図５Ｂ参照）は円柱部とその一端面が曲率を有する略砲弾型形状であって、その円柱部をスライド部材１０の開口部に圧入することで、スライド部材１０に固定される。
【００７６】
尚、本実施形態においては、スライド部材１０の開口部は、ペン先方向から見ると、図２に示すように、複数の突起部を有する構成であって、その突起部の内接円寸法を、ペン先２の円柱部分の直径より小さく設定することで、ペン先２をスライド部材１０に圧入して、固定できるように構成されている。
【００７７】
また、スライド部材１０の開口部を、このような形状とすることで、ペン先２とスライド部材１０が干渉する範囲を少なくでき、操作者がペン先２をスライド部材１０に容易に着脱できるように構成されている。逆に、スライド部材１０の開口部内面を円柱形状に構成し、ペン先２の円柱部に突起部を設ける構成であっても同様の効果が得られる
図１の説明に戻る。
【００７８】
ペンサイドスイッチ５は、例えば、ペンサイドスイッチ５が動作状態（ＯＮ状態）となることで、そのスイッチ信号が発光部４より放射される。そして、このスイッチ信号を受信した座標入力装置本体側で、例えば、特定のアプリケーションを起動したり、あるいは通常のマウス右ボタンと同様に表示画面上にメニューを表示できるように構成されている。
【００７９】
尚、このペンサイドスイッチ５は、用途に応じてその数が複数有っても、または、ペンサイドスイッチ５が無くてもかまわない。
【００８０】
また、本実施形態では、ペン先スイッチ９及びペンサイドスイッチ５の動作状態を検知して、その検知結果を発光部４により光信号として発光し、座標入力装置のセンサユニットによりその信号を検知して、特定の処理を実行できるように構成しているが、その伝達媒体は光である必要は無く、例えば、電波、超音波であっても良い。
【００８１】
また、座標入力ペン１と座標入力装置間を信号ケーブルで接続し、信号ケーブルを介して座標入力装置本体に座標入力ペン１からの信号を伝送しても良い。この場合は、座標入力ペン１は、信号ケーブルで座標入力装置本体と接続されているので、座標入力ペン１の操作範囲が制限されるので、作業性、操作性が低下する懸念がある。しかしながら、信号ケーブルを介して座標入力装置本体側から座標入力ペン１へ電源を供給できるようになるため、座標入力ペン１では電池８が不要となり軽量化が図られる他、常時使用（長時間使用）するような用途、つまり、電池寿命を気にするような用途には好適な構成となり得る。
【００８２】
さて、発光部４より光信号として放射されるスイッチ信号は、外乱などの影響を受けにくいように、所定の周波数ｆで変調されている。ここで、そのスイッチ信号の一例について、図３を用いて説明する。
【００８３】
図３は本発明の実施形態のスイッチ信号の一例を示す図である。
【００８４】
図３に示すように、スイッチ信号は、信号の開始を示すスタート信号（スタートビット）Ｓｔａｒｔ、ペン先スイッチ１が動作した時に発生するペンダウンスイッチ信号Ｓ０、及びペンサイドスイッチ５が動作した時に発生するペンサイドスイッチ信号Ｓ１、データの正当性を判定するために、Ｓ０及びＳ１信号の反転信号／Ｓ０及び／Ｓ１、信号の終了を示すストップ信号（ストップビット）Ｓｔｏｐからなり、それぞれ周波数ｆで変調されている。
【００８５】
この発光部４からの変調光１０６は、図４に示すように、センサユニット１０２Ｌ（１０２Ｒ）によって復調され、ビット列として座標入力装置内の制御ユニット（後述する図１３の、座標入力装置の演算／制御を実行するための演算・制御ユニット１０１）に出力し、演算・制御ユニット１０１内の、例えば、ＣＰＵ１３３（図１７）により、スイッチ信号の正当性の判定が成される。
【００８６】
演算・制御ユニット１０１内のＣＰＵ１３３は、スイッチ信号中の先頭のスタート信号Ｓｔａｒｔを検出すると、一定周期でのサンプリングを行い、各ビット位置の１、０を判定する。この判定は、例えば、ペンダウンスイッチ信号Ｓ０とその反転信号／Ｓ０の論理値があっているか否か、また、ストップ信号Ｓｔｏｐまで検出できたか否かの判定を行い、論理値が間違っている場合には、そのデータを破棄し、再度検出を行うように構成されている。
【００８７】
次に、ペン先スイッチ９の詳細構成について、図５Ａ〜図５Ｃを用いて説明する。
【００８８】
図５Ａ〜図５Ｃは本発明の実施形態のペン先スイッチの詳細構成を示す図であり、特に、図５Ａはペン先スイッチをペン先方向から見た概観図、図５Ｂは図５ＡのＡ−Ａ断面図、図５Ｃは図５ＡのＢ−Ｂ断面図を示している。
【００８９】
図５Ｂや図５Ｃにおいて、シリンダ部材１１は、スライド部材１０の軸方向に、スライド部材１０が繰り返し移動できるように、スライド部材１０のスライド軸径と嵌合するガイド穴を有する。このシリンダ部材１１は、本実施形態では、後述する方法で、導電性シート部材４３、スペーサ部材４２、基板部材４１からなるＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２を保持、固定している。
【００９０】
ここで、シリンダ部材１１及びスライド部材１０の詳細構成について、図６Ａ〜６Ｄを用いて説明する。
【００９１】
図６Ａ〜図６Ｃは本発明の実施形態のスライド部材及びガイド部材の詳細構成を示す図である。
【００９２】
スライド部材１０におけるＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の押圧面３５近傍には、突起部３１ａ及び３１ｂが軸対称位置に設けられ、図６Ｂの下図に示すように、スライド部材１０の嵌合径の一端面３２、及び突起部３１ａ（３１ｂ）の一端面３３によりスライド部材１０の凹部３８が形成されている。
【００９３】
本実施形態では、後述する理由により、この凹部３８はスライド軸の全周に渡って形成されるのではなく、部分的に構成されるいるのみである。従って、図５Ｂにおいては、スライド部材１０の凹部３８は図示されず、例えば、その直交方向である図５Ｃにスライド部材１０の凹部３８が図示されるている。
【００９４】
一方、スライド部材１０のスライド軸と嵌合するシリンダ部材１１のガイド穴には、突起部が設けられている。この突起部形状について説明すれば、図６Ｃはスライド軸方向から見たガイド穴形状を示し、図６Ｂの上図にはそのＣ−Ｃ断面図を示している。
【００９５】
図６Ｃ、図６Ｂの上図に示されるように、軸対称位置に面２３ａ（２３ｂ）及び端面２２により、ガイド穴内にシリンダ部材１１の凸部２１ａ（２１ｂ）が設けられている。
【００９６】
ここで、スライド部材１０をシリンダ部材１１に挿嵌する際に、嵌合軸周りに両者の相対角度を適宜設定することにより、スライド部材１０の突起部３１ａ及び３１ｂは、シリンダ部材１１のガイド穴に設けられた凸部２１ａ及び２１ｂに干渉することなく、図６Ｂにおけるスライド部材１０の一端面３２とシリンダ部材１１の凸部２１ａ（２１ｂ）の一端面２２が一致するところまで、スライド部材１０を挿入することができる構造となっている。
【００９７】
図６Ｂに示されるように、スライド部材１０の一端面３２とシリンダ部材１１の凸部２１ａ（２１ｂ）の端面２２が略一致する位置にあれば、スライド部材１０はスライド軸周りに回動可能である。スライド部材１０の突起部３１ａ（３１ｂ）の側面と、シリンダ部材１１の突起部端面２３ａ（２３ｂ）と面２４ａ（２４ｂ）の段差により生じる面２５が一致する位置で、スライド部材１０とシリンダ部材１１のスライド軸周りの位置決めが行われる。
【００９８】
この時、スライド部材１０はシリンダ部材１１に対して、まだ回動可能な状態にあるが、後述するＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の組み立てを完了したペン先スイッチ９を座標入力ペン１の筐体３に組み込むことによって、その回動は規制される。
【００９９】
つまり、スライド部材１０をシリンダ部材１１に所定位置まで挿嵌後、スライド軸周りに所定角度回動した状態（図６Ｄ参照）で、このペン先スイッチ９を筐体３に組み付けると、筐体３に設けられた突起部（不図示）とシリンダ部材１１の凹部４３ａが係合し、さらには筐体３に設けられた８角形状の開口部とスライド部材１０の角柱部３７が係合する。その結果、スライド部材１０とシリンダ部材１１の軸周りの相対的な角度が略一定に保持され、シリンダ部材１１からスライド部材１０が離脱できなくなるように構成されている。
【０１００】
尚、本実施形態では、スイッチの状態をＬＥＤ等の発光部４により伝送しているので、筐体３は放射光を透過することができる光透過部材から構成されている。
【０１０１】
次に、本実施形態のペン先スイッチ９の構成例及びその組立方法について、図７を用いて説明する。
【０１０２】
図７は本発明の実施形態のペン先スイッチの構成例を示す図である。
【０１０３】
図７（ａ）は、ペン先２を前方とした場合のペン先スイッチ９の前方分解斜視図である。４３は、少なくともその片面に導電性部材が施された導電性シート部材であって、基板部材４１上の電極４５との導通を得るための突起部４４を有する。４２は円環状のスペーサ部材であって、導電性シート部材４３と基板部材４１のもう一方の電極４６間は、スペーサ部材４２のシート厚み分のギャップで保持されることになる。
【０１０４】
図７（ｂ）は、ペン先スイッチ９の後方分解斜視図である。シリンダ部材１１の導電性シート部材４３との当接面には、４本の位置決めピン１３ａ〜１３ｄが設けられており、導電性シート部材４３、スペーサ部材４２、基板部材４１のそれぞれには、位置決めピン１３ａ〜１３ｄそれぞれの対応位置にガイド穴が設けられ、組み立て時に各部品の軸が一致するように構成されている。
【０１０５】
図７（ｃ）は、図７（ｂ）の状態から位置決めピン１３ａ〜１３ｄに各部部品のガイド穴を通して、ペン先スイッチ９を組み上てた組立完成図である。
【０１０６】
本実施形態では、シリンダ部材１１を樹脂で製作することにより、位置決めピン１３ａ〜１３ｄの頭部を熱により溶融してかしめることによって、各部品を一体に構成している（図７（ｃ）では、位置決めピン１３ｄを熱でかしめた状態を示している）。
【０１０７】
そして、最後に、導電性シート部材４３と基板部材４１の電極４５との電気的接続を行うために、導電性シート部材４３の突起部４４と電極４５間を導電性接着剤で接着する。あるいは、導電性シート部材４３の突起部４４にあらかじめ熱溶融性の接着剤を導電層に重ねて印刷しておき、熱を加えることによって、導電性シート部材４３と電極４５との電気的接続を行い、ペン先スイッチ９の組立を完了する。
【０１０８】
さて、操作者が座標入力ペン１を操作する際に、ペン先２を座標入力面１０４に押圧することによって、スライド部材１０がスライドし、スライド部材１０の頭部３５（図６Ａ）が導電性シート部材４３を変形させ、導電性シート部材４３が基板部材４１の電極４６と接触することで、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２が導通される。その結果、ペン制御回路６はペンダウン信号Ｓ０を生成する。また、操作者の操作によって、筆圧が除去されると、歪んでいた導電性シート部材４３が元の状態に戻り、ペンダウン信号Ｓ０の生成が中断される。
【０１０９】
尚、本実施形態の場合、導電性シート部材４３は、厚さ７５μのＰＥＴフィルムを用いており、その片面には、銀ベースあるいはカーボンベースの導電性塗料が印刷されている。また、スペーサ部材４２は、厚さ５０μの円環状ＰＥＴフィルムであり、導電性シート部材４３と電極４６の隙間は、ほぼ５０μに保持されるので、このＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の動作ストロークは、スペーサ部材４２の厚みに等しく、５０μと言える。
【０１１０】
一方、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２が動作するための動作荷重は、導電性シート部材４３の材質、シート厚、及びスペーサ部材４２の円環内径寸法、シート材質、シート厚、さらにはスライド部材１０の頭部３５の形状に主に依存する。本実施形態においては、導電性シート部材４３は厚さ７５μのＰＥＴフィルムであり、スペーサ部材４２の内径寸法を約４ｍｍに設定することで、動作荷重約２５ｇ〜３０ｇ程度を実現している。
【０１１１】
また、スライド部材１０の頭部３５が導電性シート部材４３を変形させ、導電性シート部材４３が基板部材４１の電極４６と接触することで、スイッチ手段であるＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２を構成している。そのため、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の動作荷重を安定して製造するためには、スペーサ部材４２の中心軸と、スライド部材１０の頭部３５の中心軸が一致していることが好ましい。この一致の条件が崩れると、動作荷重がより重くなるので、大量に生産する場合には、その管理は重要である。
【０１１２】
従って、本実施形態では、それらの軸が一致するようにシリンダ部材１１に、位置決めピン１３ａ〜１３ｄを構成することにより各部品の位置決めが容易に行えるように構成し、軸ずれによって生じる動作荷重のばらつきを抑制している。
【０１１３】
以上説明したように、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２は、小ストローク、軽動作荷重で動作するスイッチ手段となるが、実際に、座標入力ペン１の操作性を向上させるためには、ペン先スイッチ９（ペン先スイッチ９は、スライド部材１０、シリンダ部材１１、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２よりなる）が小ストローク、軽動作荷重になっていなければならない。
【０１１４】
つまり、ペン先スイッチ９を組み立てたとき、スライド部材１０の移動範囲内においてスライド部材１０の頭部３５と導電性シート部材４３間に隙間が生じると、このペン先スイッチ９の動作ストロークは、先に説明した、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の動作ストロークにこの隙間量を加えた値が、動作ストローク最大値となる。
【０１１５】
そして、この隙間が存在すると、たとえＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の動作ストロークが小さくても、操作性の良い座標入力ペン１を構成することが困難となる。この隙間を解消する一般的な方法としては、スライド部材１０をＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の方向にばね等の付勢手段により付勢するのが一般的であるが、本実施形態の座標入力ペン１にこれを適用することは、以下の理由により困難である。
【０１１６】
まず、動作荷重が２５ｇ前後のＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２を用いているので、付勢手段で発生させる力は、少なくともそれ以下であり、なおかつスライド部材１０がスライドをはじめる際の静止摩擦係数による影響（仮に、５ｇ以上の負荷を与えないと、スライドを開始しないとする）、あるいはスライド部材１０や一緒にスライドすることになるペン先２の総重量（例えば、全体で２ｇ程度と仮定する）を考慮しなければならない。
【０１１７】
つまり、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２がＯＦＦ状態にあって、座標入力ペン１のペン先２が天地方向の下側を向いているものとすれば、前述の付勢手段は、スライド部材１０の総重量と静止摩擦係数による影響に打ち勝って、スライド部材１０をＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２に付勢しなければならず、少なくとも付勢手段による押圧力は７ｇ以上を必要とする。
【０１１８】
一方、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２がＯＮからＯＦＦになるときの状況を想定し、なおかつ座標入力ペン１のペン先２が天地方向の上側を向いているものとすれば、その付勢力が１８ｇ以下でなければ、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２がＯＦＦになることができない。
【０１１９】
そこで、押圧力を仮に１０ｇに設定したものとする。この状況において、操作者が座標入力ペン１を用いて入力動作を実行しようとする場合、その操作によっては、座標入力ペン１に大きな加速度が加わる。仮に、操作者が座標入力ペン１を空中で往復運動させて、重力加速度の１０倍程度の加速度を加えたとすれば、スライド部材１０の見かけの重量は約２０ｇとなり、諸条件がそろうとＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２が動作してしまう場合が起こりえる。
【０１２０】
つまり、筆記動作をしてもいないのに、ペンダウン信号が検出され、誤動作を起こす結果となる。この弊害を考慮すると、付勢手段の付勢力は非常に小さな値となり、スライド部材１０の総重量、静止摩擦係数の影響を考慮した条件と適合しなくなる。つまり、付勢手段による、スライド部材１０の頭部３５と導電性シート部４３間の隙間の解消は現実的な解決手段とならない。
【０１２１】
そこで、本実施形態では、図６Ｂに示すが如く、シリンダ部材１１の端面２６にＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の導電性シート部材４３を当接せしめ、シリンダ部材１１とＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２のスライド軸方向の位置決めを行うとともに、シリンダ部材１１の端面２６近傍に、端面２２、端面２３ａ（２３ｂ）により構成される凸部２１ａ（２１ｂ）を設けている。
【０１２２】
さらに、スライド部材１０の端面３２、端面３３より構成される凹部３８ａ（３８ｂ）とシリンダ部材１１の凸部２１ａ（２１ｂ）を係合させることにより、スライド部材１０の移動量は規制され、その移動量はΔ１となる。スライド部材１０が、その端面３３とシリンダ部材１１の端面２３が一致する位置にあっては、スライド部材１０の頭部３５は、シリンダ部材１１の端面２６の位置にほぼあって、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２はＯＦＦ状態となっている。
【０１２３】
一方、スライド部材１０が、その端面３２とシリンダ部材１１の端面２２が一致する位置にあっては、スライド部材１０の頭部３５は、シリンダ部材１１の端面２６より突出量Δ２だけ突出して、導電性シート部材４３を変形させて、基板部材４１上に施された電極４６と十分な圧接力をもって電気的接続が成されており、その圧接力によって基板部材４１のミクロ的変形が発生している状態にある。つまり、スライド部材１０が、その端面３２とシリンダ部材１１の端面２２が一致する位置に移動する前に、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２はＯＮ状態となる。
【０１２４】
さて、スライド部材１０が、その端面３２とシリンダ部材１１の端面２２が一致する位置にあっては、基板部材４１のミクロ的変形が起こっているが、操作者がいくら筆圧をペン先２に負荷させても、それ以上スライド部材２は移動できない。そのため、異常荷重が負荷された場合であっても基板部材４１の著しい変形は起こりえず、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２は破壊を免れる。
【０１２５】
つまり、このシリンダ部材１１のガイド穴に設けられた端面２２が無ければ、スライド部材１０の頭部３５により基板部材４１に集中的な応力が発生し、導電性シート部材４３、あるいは基板部材４１を破壊に至らしめることになる。しかしながら、ガイド穴に設けられた端面２２によりシリンダ部材１１の当接面２６全体でその負荷を分散して吸収できるので、信頼性を大幅に向上できる。
【０１２６】
さらには、本実施形態では、図５Ｃに示すが如く、シリンダ部材１１と筐体３の嵌合面を接着することにより、例えば、操作者が座標入力ペン１を落下させたような場合に有っても、ペン先２で受けた衝撃荷重は、シリンダ部材１１の突起部端面２２を介して、座標入力ペン１の筐体３へ逃げるように構成することができる。
【０１２７】
尚、シリンダ部材１１と筐体３との結合は、接着手段に限定されるものでなく、例えば、基板部材４１の外形をシリンダ部材１１の外形より小さくし、筐体３及び筐体１３によりシリンダ部材１１のフランジ部を挟み込むように組み付け、筐体１３の内径より基板部材４１の外形を小さく設定すれば、異常負荷は筐体１３で吸収することになり、基板部材４１への影響を全く無くすことが可能となる。
【０１２８】
以上説明したように、この種の座標入力ペンにあって、操作性の良い小ストロークを実現するためには、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の動作ストロークのみならず、スライド部材１０が小ストロークでＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２を動作させなければならず、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２とスライド部材１０の隙間を最小にしなければならない。
【０１２９】
この状態を図５Ｂで説明すると、スライド部材１０がペン先方向へ移動（図で左側に移動）できる位置を高精度に設定しなければならないと言うことになる。さらには、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の破壊防止と言う観点で、スライド部材１０がペン後部方向へ移動（図５Ｂで右側に移動）できる位置も高精度に設定しなければならない。
【０１３０】
本実施形態のペン先スイッチ９は、スイッチ動作をするためのスライド部材１０の移動範囲を、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２を一体に構成するシリンダ部材１１の当接面２６の近傍位置で設定する位置規制手段を有するとともに、スライド部材１０を回動させることによって、スライド部材１０とシリンダ部材１１の２部品のみでその設定を実現している。
【０１３１】
さらには、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２のスライド軸方向の位置決めをシリンダ部材１１で実現しているので、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の動作ストロークに対する突出量Δ２に関わるシリンダ部材１１、スライド部材１０の機械的公差の設定、及びその管理も容易となる。
即ち、移動量Δ１、突出量Δ２をシリンダ部材１１、スライド部材１０の２部品で管理できるので、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２がＯＦＦ時にできるスライド部材１０の頭部３５とスイッチ部材１２の最大隙間（本実施例の場合、スライド部材１０の頭部３５と導電性シート部材４３間に相当）、つまり、機械的な「遊び」を最小に設定でき、たとえ、大量生産する場合に発生する部品公差によるばらつきが生じても、操作者がペン先を押圧していないにも関わらずペン先スイッチが動作しっぱなしと言う状態が発生しない様に構成することができる。
これにより、操作性に優れた座標入力ペン１を構成するとともに、スライド部材１０のＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の破壊を防止するための機構を、安価に実現し、信頼性の硬い座標入力ペン１を供給できるようになる。
【０１３２】
さらには、スライド部材１０を回動させることによって、スライド部材１０のスライド位置が規制される、本実施形態の構成を採用することによって得られる利点について説明を加える。
【０１３３】
先に説明したように、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２は、ＰＥＴフィルムからなる導電性シート部材４３の変形に基づき、ＯＮ／ＯＦＦ動作を実現するものである。そして、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２が、ＯＮ状態からＯＦＦ状態となる際に起こるスライド部材１０の移動は、導電性シート部材４３の復元力によって起こる。
【０１３４】
この導電性シート部材４３の復元力は、例えば、高温下において継続的にシートを変形させると、復元力が極端に低下し、一度ペン先スイッチ９をＯＮ動作させると、ＯＦＦ状態に戻らなくなる恐れが生じる。
【０１３５】
従って、図７（ｄ）に示すようなペン先スイッチ９の完成品を、例えば、輸送する際には、その輸送環境に留意する必要が生じる他、場合によってはペン先スイッチ９を一個一個梱包して輸送するなど、管理コストが大幅に上昇する可能性がある。
【０１３６】
しかしながら、本実施形態では、図７（ｄ）の状態は、スライド部材１０を回動させて、シリンダ部材１１から分離可能な状態にあるので、その分離した部品をそれぞれ大量に同一梱包可能、つまり、管理することなく各々を同梱しても、導電性シート部材４３が変形するような事態は発生しない。そのため、輸送中の温度管理等を緩和することができる、つまり、低コストで部品調達が可能となる優れた効果が得られるようになる。
【０１３７】
次に、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の変形例１について、図８を用いて説明する。
【０１３８】
図８は本発明の実施形態のＯＮ／ＯＦＦスイッチの変形例１を示す図である。
【０１３９】
尚、図７と共通の構成要素については、同一の参照番号を付加し、その詳細については省略する。
【０１４０】
図８（ｂ）において、４８は第一スライド部材であって、シリンダ部材１１のガイド穴に挿嵌される円柱面を有するとともに、その円柱面の内側に圧入用ガイド穴が設けられている。一方、図８（ａ）において、４７は第二スライド部材であって、シリンダ部材１１のガイド穴に挿嵌される円柱面、及び第一スライド部材４８の圧入用ガイド穴に圧入するための円柱面を有する。
【０１４１】
この変形例１でのＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の組立図について、図９を用いて説明する。
【０１４２】
図９は本発明の実施形態の変形例１でのＯＮ／ＯＦＦスイッチの組立図である。
【０１４３】
図９（ａ）は図８（ａ）を組み立てた状態での断面図、図９（ｂ）は図８（ｂ）を組み立てた状態での断面図である。
【０１４４】
また、図９（ｃ）は第一スライド部材４８をまさにシリンダ部材１１のガイド穴に挿嵌した状態での断面図であり、さらに第一スライド部材４８を挿入し続けると、やがて第一スライド部材４８の圧入用ガイド穴と、第二スライド部材の圧入用円柱面が干渉し、第一スライド部材４８と第二スライド部材４７の一体化が始まる。
【０１４５】
その際、本実施形態のＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２は、軽荷重動作を実現しているので、圧入が始まる際には、まず導電性シート部材４２が図９（ｄ）に示すが如く変形している。そして、圧入時には基板部材４１のミクロ的変形を生じさせて、第一スライド部材４８の端面６１とシリンダ部材１１の突起部端面６２が一致する位置で、圧入動作が完了する。
【０１４６】
つまり、圧入するための負荷圧力は、シリンダ部材１１の突起部端面６２により作用しなくなるので、それ以上深く圧入しようとしても困難な状態となる。そして、その圧入負荷を除去すると、導電性シート部材４３の復元力によって、第一スライド部材４８と第二スライド部材４７が一体となったスライド部材１０は、図９（ｅ）の状態となる。つまり、第一スライド部材４８を所定の圧入負荷で第二スライド部材４７と圧入結合するだけで、両者の位置関係が適宜設定され、図７の構成と同様に、小ストローク、軽荷重動作であって、異常荷重負荷であっても、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２を破壊することが無いペン先スイッチ９を構成できる。
【０１４７】
尚、両者を結合した図９（ｂ）の状態で、両者を圧入結合している部分を接着剤により固定しても良い（図９（ｂ）に示されるように、ペン先端部よりディスペンサの挿入が可能な構造となっている）ことはいうまでも無い。
【０１４８】
次に、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の変形例２について、図１０を用いて説明する。
【０１４９】
図１０は本発明の実施形態のＯＮ／ＯＦＦスイッチの変形例２を示す図である。
【０１５０】
図１０の構成では、図７（ｂ）のシリンダ部材１１の位置決めピン１３ａ〜１３ｄに加えて、５本目の位置決めピン１３ｅが設けられている。導電性シート部材４３の突起部４４及び、基板部材４１の相応する位置には、同様に貫通穴が設けられ、位置決めピン１３ｅにまず、厚さｔを有する円環状のゴム部材４９を通した後、導電性シート部材４３、スペーサ部材４２、基板部材４１を図７の構成と同様に配置し、位置決めピン１３ａ〜１３ｅの先端部を熱変形させることで、組立てを完了する。
【０１５１】
この時、厚さｔを有するゴム部材４９は、シリンダ部材１１、及び導電性シート部材４３を介して基板部材４１とサンドイッチされた構造となり、ゴム部材４９は押しつぶされて変形する。その結果、導電性シート部材４３と基板部材４１の電極４５が圧接され、電気的接続が確保できるように構成されている。従って、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の組立てが一方向から行え、組立て作業性が大幅に改善される。
【０１５２】
この図１０の構成の変形例として、厚さｔを有する円環状の導電性ゴム部材（例えば、異方性導電ゴム等）を導電性シート部材４３と基板部材４１間に配置し、前述の如く熱かしめにより一体に固定することで導電性ゴムが変形し、導電性シート部材４３と基板部材４１の電極パターンとの電気的接続が確保できるように構成しても良い。
【０１５３】
次に、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の変形例３について、図１１を用いて説明する。
【０１５４】
図１１は本発明の実施形態のＯＮ／ＯＦＦスイッチの変形例３を示す図である。
【０１５５】
図１１（ａ）は、導電性シート部材４３と同様な、ＰＥＴフィルムの少なくとも片面に導電性塗料が印刷されている積層形導電性シート部材５１である。そして、この積層形導電性シート部材５１は、第一円環部５２、第二円環部５３、接点部５４から構成されている。
【０１５６】
この積層形導電性シート部材５１を、図１１（ａ）中の破線部分で矢印方向に折り曲げることで、図１１（ｂ）に模式的に示されるＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２を構成する。図中、積層形導電性シート部材５１の片面に施されている太線は、電極面であることを示している。
【０１５７】
そして、図示のごとく折り重ねて基板部材４１に配置すれば、その積層形導電性シート部材５１の電極面は、基板部材４１上の一方の電極４５と接続され、スライド部材１０の頭部３５により押圧されることにより、電極４５と電極４６間の電気的接続が得られるように構成されている。
【０１５８】
ここで、この変形例３においても、図１１（ａ）に示すように、積層形導電性シート部材５１にはシリンダ部材１１の突起部１３ａ〜１３ｄを貫通させるための嵌合穴が設けられている。
【０１５９】
従って、組立時には、第一円環部５２と第二円環部５３の内径が軸一致するように構成されているので、大量に生産した場合であっても、動作荷重が安定したＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２を構成することができるように構成されている。
【０１６０】
また、この変形例３は、シリンダ部材１１、積層形導電性シート部材５１、基板部材４１を、シリンダ部材１１の突起部１３ａ〜１３ｄを利用して熱かしめすることで一体にすることにより、電気的接続が全て行われることから、部品点数が少ないばかりか、組立て工数も削減でき、生産コストが最も有利な構成となり得る。
【０１６１】
但し、動作ストロークを決定するスペーサ部分（１１０ａ及び１１０ｂの部分）が２層になってしまうこと、及び図７の構成あるいは変形例１や２のように、導電性シート部材４３とスペーサ部材４２の厚みをそれぞれ適宜設定できないということから、動作ストロークが大きめになる等、動作荷重設定の制約が生じる。
【０１６２】
つまり、より動作荷重が軽いＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２を実現しようとするならば、変形例３においては、より薄い厚みの積層形導電性シート部材５１を選択するとともに、より円環部の内径を大きくする必要がある。但し、この場合、円環部の外形が大きくなり、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の形状が大きくなる弊害が発生する。また、薄いシート厚を選択することで繰り返しスライド部材１０で押圧することによるスイッチの耐久性が低下するので、これらの点を鑑み、どの構成を採用するかを決めれば良い。
【０１６３】
次に、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の変形例４について、図１２を用いて説明する。
【０１６４】
図１２は本発明の実施形態のＯＮ／ＯＦＦスイッチの変形例４を示す図である。
【０１６５】
図１２Ａに示す変形例４では、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２を押圧するスライド部材１０の頭部３５近傍に、軸対称形状の突起部７１ａ及び７１ｂを形成している。
【０１６６】
一方、シリンダ部材１１の構造を図１２Ｂで説明すると、図１２Ｂ（ａ）は、ペン先方向からの見た概観図であり、ガイド穴形状のみを拡大して表示したのが図１２Ｂ（ｄ）である。また、図１２Ｂ（ｃ）は、シリンダ部材１１とＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の当接面より見た概観図であり、そのＡ−Ａ断面図を図１２Ｂ（ｂ）に、また、そのガイド穴形状の拡大図を図１２Ｂ（ｅ）に示している。
【０１６７】
ここで、図１２Ｂ（ｄ）に示されるように、シリンダ部材１１のガイド穴には溝７２ａ及び７２ｂが設けられ、この溝７２ａ及び７２ｂによってスライド部材１０の突起部７１ａ及び７１ｂが干渉することなく、スライド部材１０をシリンダ部材１１に挿嵌可能なように構成している。
【０１６８】
そして、スライド部材１０の突起部７１ａ及び７１ｂの端面が、シリンダ部材１１の溝７２ａ及び７２ｂにより形成される面７４の位置で、スライド部材の挿入が停止する。
【０１６９】
一方、図１２Ｂ（ｄ）及び（ｅ）に示されるように、シリンダ部材１１のガイド穴には、先ほどの溝７２ａ及び７２ｂとスライド軸周りに位相が異なる位置に溝７３ａ及び７３ｂが設けられており、図１２Ｂ（ｂ）に示されるように、ガイド穴内に面７５を形成する。尚、図１２Ｂ（ｄ）の破線部は溝７３ａ及び７３ｂの形状を示し、図１２（ｅ）の破線部は溝７２ａ及び７２ｂを示している。
【０１７０】
従って、図１２Ａの矢印（１）方向にスライド部材１０をシリンダ部材１１に挿嵌して、両者を位置決め後、矢印（２）の方向に回動可能な構成となる。この回動させた状態においては、スライド部材１０をシリンダ部材１１より引き抜く方向に作用させれば、スライド部材１０の突起部７１ａ（７１ｂ）の端面と、ガイド穴に設けられた面７５により干渉し、突起部７１ａ（７１ｂ）の端面と面７５が一致する位置で停止する。
【０１７１】
また、異常荷重が負荷された場合には、突起部７１ａ（７１ｂ）とシリンダ部材１１のガイド穴に設けられた面７４により、両者が一致する位置でスライド部材１０のスライドが停止し、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の破損を防止する。
【０１７２】
図１２Ｃは、スライド部材１０の頭部３５、及び突起部７１ａ及び７１ｂの形状を拡大表示したものである。ここで、突起部７１ａ及び７１ｂのハッチング部は、スライド部材１０を引き抜く際に、ガイド穴に設けられた面７５に干渉する範囲（図１２Ｃにおける突起部７１ａ及び７１ｂの裏側面）であり、略残りの部分は、異常荷重が負荷された際に面７４と干渉する部分（図面１２Ｃにおける突起部７１ａ及び７１ｂの表面）となる。
【０１７３】
変形例４においては、位相の異なる溝７２ａ（７２ｂ）と溝７３ａ（７３ｂ）を設けているが、これはシリンダ部材１１を成型する際に、型構造を簡素化するために実施した構造であり、ガイド穴内の面７４及び面７５よりなる凹部を構成する方法はこれに限定されるのもでない。
【０１７４】
また、ここで称す凹部とは、上記で説明したように、スライド軸周りに位相がずれた面で構成される（言い換えれば、少なくとも位相が一致している凹面がある、とは限らない）ことを含むものとする。
【０１７５】
また、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の組立方法は、上述の各種変形例と同様なので、ここでは説明しないが、先の変形例で説明した効果を、変形例４でも得られることは言うまでも無い。
【０１７６】
また、本実施形態においては、シリンダ部材１１の位置決めピン１３ａ〜１３ｄ、あるいは位置決めピン１３ａ〜１３ｅを用いて熱かしめにより、ペン先スイッチ９の各部品を一体に構成しているが、これに限定されるものでなく、ネジによる締結、止め輪等を利用する方法であっても良い。
【０１７７】
以上説明したように、本実施形態によれば、座標入力ペン１には、小ストローク、軽荷重で動作するペン先スイッチ９が内蔵されており、しかも異常負荷が作用してもそのペン先スイッチ９が破壊することを防止する機能を備えているので、操作性が優れ、かつ信頼性の高い座標入力ペンを、安価に提供できる。
【０１７８】
さて、この座標入力ペン１を指示具として、座標入力装置に適用した場合について説明する。先にも説明した通り、抵抗膜方式のタッチパネル、あるいは入力面に超音波を伝播させ、その減衰によって指示具の位置座標を検出する座標入力装置にあっては、入力面を触らなければ座標算出は行われない。
【０１７９】
従って、『座標算出』可能と言うことは、指示具がペンダウン状態に有ること等価であり、ペンダウンを正確に検知しているのと同等である。
【０１８０】
しかしながら、電磁的、静電的結合を利用して指示具の位置座標を検出する方式、さらには、後述する遮光方式を採用する座標入力装置にあっては、座標検知とペンダウンは等価とならない。
【０１８１】
逆に、等価とならないことを利用して、近接入力（プロキシミティー）を実現し、指示具が入力面の近くにある状態で、その指示具が位置している座標を検出、そのエコーバックとしてカーソルが移動するように構成されているのが通例である。そして、ペン先スイッチが動作することによってペンダウン信号を生成し、そのカーソル移動の軌跡が、例えば、表示面に筆跡として描画されるようになる。
【０１８２】
そこで、本実施形態では、遮光方式を用いる座標入力装置に、上述の座標入力ペン１を適用した場合を想定して、その作用効果について説明する。
【０１８３】
図１３は本発明の実施形態の遮光方式の座標入力装置の概略構成を示す図である。
【０１８４】
図１３において、１０２Ｌ及び１０２Ｒは、投光部３００及び検出部４００（図１６参照）を有するセンサユニットであり、本実施形態の場合、図示の如く座標入力有効領域１０４のＸ軸に平行に、かつＹ軸に対称な位置に、所定距離離されて設置されている。センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒは、制御・演算を行う制御・演算ユニット１０１に接続され、制御信号を制御・演算ユニット１０１から受信すると共に、検出した信号を制御・演算ユニット１０１に送信する。
【０１８５】
１０３は、入射光を到来方向に反射する再帰反射面を有する再帰性反射部であり、左右それぞれのセンサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒから略９０°範囲に投光された光を、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒに向けて再帰反射する。再帰反射部１０３は、ミクロ的に見て３次元的な構造を有し、現在では、主にビーズタイプの再帰反射テープ、或いはコーナキューブを機械加工等により規則正しく配列することで再帰現象を起こす再帰反射テープが知られている。
【０１８６】
再帰反射部１０３で再帰反射された光は、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒによって１次元的に検出され、その光量分布が制御・演算ユニット１０１に送信される。
【０１８７】
座標入力有効領域１０４は、ＰＤＰやリアプロジェクタ、ＬＣＤパネルなどの表示装置の表示画面で構成されることで、インタラクティブな入力装置として、利用可能となっている。
【０１８８】
このような構成において、座標入力有効領域１０４に指等の指示具による入力指示がなされると、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒの投光部３００から投光された光が遮られ、再帰性反射部１０３による反射光が得られなくなるため、入力指示位置のみ反射光量が得られなくなる。その結果、どの方向からの光が検出できなかったかを判別することが可能となる。
【０１８９】
そこで、制御・演算ユニット１０１は、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒが検出する光量変化から、指示具によって入力指示された部分の遮光範囲を検出し、その遮光範囲内での情報（検出点）を特定して、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒそれぞれに対する遮光位置の方向（指示具の角度）を算出する。
【０１９０】
そして、算出された角度及びセンサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒ間の距離情報等から、座標入力有効領域１０４上の指示具の指示位置を算出し、表示装置に接続されているパーソナルコンピュータ等の外部端末に、ＵＳＢ等のインタフェースを経由して座標値を出力する。
【０１９１】
このようにして、指示具によって、画面上に線を描画したり、表示装置に表示されるアイコンを操作する等の外部端末の操作が可能になる。
【０１９２】
＜センサユニットの詳細説明＞
まず、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒ内の投光部３００の構成について、図１４を用いて説明する。
【０１９３】
図１４は本発明の実施形態のセンサユニットの投光部の構成例を示す図である。
【０１９４】
図１４（ａ）は投光部３００を上（座標入力有効領域１０４の入力面に対し垂直方向）から見た場合を示している。１１１は赤外光を発する赤外ＬＥＤであり、赤外ＬＥＤ１１１から発光した光は投光レンズ１１０によって略９０°範囲に光が投光される。
【０１９５】
図１４（ｂ）は投光部３００を横（座標入力有効領域１０４の入力面に対し水平方向）から見た場合を示している。この方向では、赤外ＬＥＤ１１１からの光は上下方向に制限された光束として投光され、主に、再帰性反射部１０３に対して光が投光されるように構成されている。
【０１９６】
次に、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒの検出部４００の構成について、図１５を用いて説明する。
【０１９７】
図１５は本発明の実施形態のセンサユニットの検出部の構成例を示す図である。
【０１９８】
図１５では、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒの検出部４００を座標入力有効領域１０４の入力面に対して垂直方向から見た場合を示している。尚、図中破線部分は、図１６に示される投光部３００の配置を示すものである。
【０１９９】
検出部４００は、複数の受光素子（画素）からなる１次元のラインＣＣＤ１２１及び集光光学系としての集光用レンズ１２２及び１２３、入射光の入射方向を制限する絞り１２４、可視光など余分な光の入射を防止する赤外フィルタ１２５から構成されている。
【０２００】
投光部３００からの光は、再帰性反射部１０３によって反射され、赤外フィルタ１２５、絞り１２４を抜けて、集光用レンズ１２２及び１２３によって入力面の略９０°範囲の光がラインＣＣＤ１２１の検出面にその入射角に依存した画素上に結像される。これにより、入射角の角度毎の光量分布が得られる。つまり、ラインＣＣＤ１２１を構成する各画素の画素番号が角度情報を表すことになる。
【０２０１】
次に、図１４の投光部３００及び図１５の検出部４００を有するセンサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒの構成について、図１６を用いて説明する。
【０２０２】
図１６は本発明の実施形態のセンサユニットの構成例を示す図である。
【０２０３】
図１６では、座標入力有効領域１０４を水平方向から見たときの、図１４（ｂ）の投光部３００と図１５の検出部４００を重ねて、センサユニット１０２Ｌ（１０２Ｒ）を構成した場合を示している。ここで、投光部３００と検出部４００の光軸間の距離Ｌは、投光部３００から再帰反射部１０３までの距離に比べて十分に小さな値に設定され、距離Ｌを有していても十分な再帰反射光を検出部４００で検知することが可能な構成となっている。
【０２０４】
＜制御・演算ユニットの説明＞
制御・演算ユニット１０１とセンサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒの間では、主に、検出部４００内のラインＣＣＤ１２１用のＣＣＤ制御信号、ＣＣＤ用クロック信号と出力信号及び投光部３００の赤外ＬＥＤ１１１の駆動信号がやり取りされている。
【０２０５】
ここで、制御・演算ユニット１０１の詳細構成について、図１７を用いて説明する。
【０２０６】
図１７は本発明の実施形態の制御・演算ユニットの詳細構成を示すブロック図である。
【０２０７】
ＣＣＤ制御信号は、ワンチップマイコン等で構成される演算制御回路（ＣＰＵ）１３３から出力され、ラインＣＣＤ１２１のシャッタタイミングやデータの出力制御等が行われる。尚、この演算制御回路１３３は、メインクロック発生回路１３６からのクロック信号に従って動作する。また、ＣＣＤ用のクロック信号は、クロック発生回路（ＣＬＫ）１３７からセンサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒに送信されると共に、各センサユニット内部のラインＣＣＤ１２１との同期をとって各種制御を行うために、演算制御回路１３３にも入力されている。
【０２０８】
投光部３００の赤外ＬＥＤ１１１を駆動するためのＬＥＤ駆動信号は、演算制御回路１３３からＬＥＤ駆動回路１３４Ｌ及び１３４Ｒを介して、対応するセンサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒの投光部３００の赤外ＬＥＤ１１１に供給されている。
【０２０９】
センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒそれぞれの検出部４００のラインＣＣＤ１２１からの検出信号は、制御・演算ユニット１０１の対応するＡ／Ｄコンバータ１３１Ｌ及び１３１Ｒに入力され、演算制御回路１３３からの制御によって、デジタル値に変換される。この変換されたデジタル値は、メモリ１３２に記憶され、指示具の角度計算に用いられる。そして、この計算された角度から座標値が算出され、外部端末にシリアルインタフェース１３８（例えば、ＵＳＢ、ＲＳ２３２Ｃインタフェース等）を介して出力される。
【０２１０】
＜光量分布検出の説明＞
図１８は本発明の実施形態の制御信号のタイミングチャートである。
【０２１１】
図１８において、１４１〜１４３はＣＣＤ制御信号であり、ＳＨ信号１４１の間隔で、ラインＣＣＤ１２１のシャッタ解放時間が決定される。ＩＣＧＬ信号１４２及びＩＣＧＲ信号１４３は、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒそれぞれのセンサユニットへのゲート信号であり、内部のラインＣＣＤ１２１の光電変換部の電荷を読出部へ転送する信号である。
【０２１２】
１４４、１４５はセンサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒそれぞれの投光部３００の駆動信号である。ここで、ＳＨ信号１４１の最初の周期で、センサユニット１０２Ｌの投光部３００を点灯（投光期間１４６Ｌ）するために、ＬＥＤＬ信号１４４がＬＥＤ駆動回路１３４Ｌを経て投光部３００に供給される。また、ＳＨ信号１４１の次の周期で、センサユニット１０２Ｒの投光部３００を点灯（投光期間１４６Ｒ）するために、ＬＥＤＲ信号１４５がＬＥＤ駆動回路１３４Ｒを経て投光部３００に供給される。
【０２１３】
そして、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒの双方の投光部３００の駆動が終了した後に、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒの双方の検出部（ラインＣＣＤ１２１）の検出信号が読み出される。
【０２１４】
ここで、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒの双方から読み出される検出信号は、座標入力有効領域１０４への指示具による入力がない場合には、それぞれのセンサユニットからの出力として、図１９（ａ）のような光量分布が得られる。もちろん、このような光量分布がどのシステムでも必ず得られるわけではなく、再帰性反射部１０３の再帰反射特性や投光部３００の特性、また、経時変化（反射面の汚れなど）によって、光量分布は変化する。
【０２１５】
図１９（ａ）においては、レベルＡが最大光量であり、レベルＢが最低光量となっている。
【０２１６】
つまり、再帰性反射部１０３からの反射光がない状態では、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒで得られる光量レベルがレベルＢ付近になり、反射光量が増えるほど、レベルＡに光量レベルが遷移する。このようにして、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒから出力された検出信号は、逐次、対応するＡ／Ｄコンバータ１３１Ｌ及び１３１ＲでＡ／Ｄ変換され、演算制御回路１３３にデジタルデータとして取り込まれる。
【０２１７】
これに対し、座標入力有効領域１０４への指示具による入力がある場合には、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒからの出力として、図１９（ｂ）のような光量分布が得られる。
【０２１８】
この光量分布のＣ部分では、指示具によって再帰性反射部１０３からの反射光が遮られているため、その部分（遮光範囲）のみ反射光量が低下していることがわかる。
【０２１９】
そして、本実施形態では、指示具による入力がない場合の図１９（ａ）の光量分布と、指示具による入力がある場合の図１９（ｂ）の光量分布の変化に基づいて、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒに対する指示具の角度を算出する。
【０２２０】
具体的には、図１９（ａ）の光量分布を初期状態として予めメモリ１３２に記憶しておく。そして、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒそれぞれの検出信号のサンプル期間に、図１９（ｂ）のような光量分布の変化があるか否かを、そのサンプル期間中の光量分布と、メモリ１３２に記憶されている初期状態の光量分布との差分によって検出する。そして、光量分布に変化がある場合には、その変化部分を指示具の入力点としてその入力角度を決定する演算を行う。
【０２２１】
＜角度計算の説明＞
センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒに対する指示具の角度計算にあたっては、まず、指示具による遮光範囲を検出する必要がある。
【０２２２】
上述したように、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒが検出する光量分布は、経時変化等の要因で一定ではないため、その初期状態の光量分布（初期データ）は、例えば、システムの起動時毎にメモリ１３２に記憶することが望ましい。
【０２２３】
つまり、工場等の出荷時に初期データを設定し、その初期データの更新が、逐次行われなければ、例えば、所定位置の再帰反射面にゴミが付着した場合、その部分での再帰反射効率が低下するので、あたかもその位置（センサユニット１０２や１０２Ｒから見た方向）で座標入力動作が行われた、即ち、誤検出してしまうという重大な結果を引き起こす。
【０２２４】
従って、システムの起動時などに、初期データをメモリ１３２に記憶することで、再帰反射面が経時的にほこり等で汚れて再帰反射効率が落ちていても、その状態を初期状態として設定しなおすことができるので、誤動作をすることが無くなる。
【０２２５】
以下、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒの一方（例えば、センサユニット１０２Ｌ）による指示具の角度計算について説明するが、他方（センサユニット１０２Ｒ）でも同様の角度計算を行うことは言うまでもない。
【０２２６】
電源投入時、入力のない（遮光範囲がない）状態で、まず、センサユニット１０２Ｌ内の投光部３００からの投光を停止している状態で、検出部４００の出力である光量分布をＡ／Ｄ変換して、この値をＢａｓ＿ｄａｔａ［Ｎ］としてメモリ１３２に記憶する。
【０２２７】
尚、この値は、検出部（ラインＣＣＤ１２１）のバイアスのばらつき等を含んだデータであり、図１９（ａ）のレベルＢ付近のデータとなる。ここで、ＮはラインＣＣＤ１２１を構成する画素の画素番号であり、有効な入力範囲（有効範囲）に対応する画素番号が用いられる。
【０２２８】
次に、投光部３００からの投光を行っている状態で、検出部４００の出力である光量分布をＡ／Ｄ変換して、この値をＲｅｆ＿ｄａｔａ［Ｎ］としてメモリ１３２に記憶する。
【０２２９】
尚、この値は、例えば、図１９（ａ）の実線で示されるデータとなる。
【０２３０】
そして、このメモリ１３２に初期データとして記憶されたＢａｓ＿ｄａｔａ［Ｎ］とＲｅｆ＿ｄａｔａ［Ｎ］とを用いて、まずは、指示具による入力の有無、かつ遮光範囲の有無の判定を行う。
【０２３１】
ここで、センサユニット１０２Ｌ（ラインＣＣＤ１２１）の出力のサンプル期間内のＮ番目の画素の画素データをＮｏｒｍ＿ｄａｔａ［Ｎ］とする。
【０２３２】
まず、遮光範囲を特定するために、画素データの変化の絶対量によって、遮光範囲の有無を判定する。これは、ノイズ等による誤判定を防止し、所定量の確実な変化を検出するためである。
【０２３３】
具体的には、画素データの変化の絶対量を、ラインＣＣＤ１２１の各々の画素において以下の計算を行い、予め決定してある閾値Ｖｔｈａと比較する。
【０２３４】
Norm_data_a[N] ＝ Norm_data[N] − Ref_data[N] （１）
ここで、Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ＿ａ［Ｎ］は、ラインＣＣＤ１２１の各画素における絶対変化量である。
【０２３５】
この処理は、ラインＣＣＤ１２１の各画素の絶対変化量Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ＿ａ［Ｎ］を算出し、それを閾値Ｖｔｈａと比較するだけなので、その処理時間をさほど必要とせず、入力の有無の判定を高速に行うことが可能である。そして、特に、閾値Ｖｔｈａを初めて超えた画素が所定数を超えて検出された場合に、指示具の入力があると判定する。
【０２３６】
次に、より高精度に指示具による入力を検出するために、画素データの変化の比を計算して入力点の決定を行う方法について、図２０を用いて説明する。
【０２３７】
図２０において、１２１０は再帰性反射部１０３の再帰反射面とする。ここで、α領域が汚れなどにより、その反射率が低下していたとすると、このときのＲｅｆ＿ｄａｔａ［Ｎ］の画素データ分布（光量分布）は、図２１（ａ）のように、α領域に対応する部分の反射光量が少なくなる。この状態で、図２０のように、指示具１２００が挿入され、ほぼ再帰性反射面１２１０の上半分を覆ったとすると、反射光量は略半分となるため、図２１（ｂ）の太線で示した分布Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ［Ｎ］が観測されることになる。
【０２３８】
この状態に対して、（１）式を適用すると、その画素データ分布は、図２２（ａ）のようになる。ここで、縦軸は初期状態との差分電圧になっている。
【０２３９】
この画素データに対して、閾値Ｖｔｈａを適用すると、本来の入力範囲をはずれてしまうような場合がある。もちろん、閾値Ｖｔｈａの値を下げればある程度検出可能であるが、ノイズなどの影響を受ける可能性が大きくなり、座標算出性能を劣化させるという弊害が発生する。
【０２４０】
そこで、指示具によって遮られる光量は、α領域、β領域ともに最初の半分（、図２１（ｂ）において、α領域ではＶ１レベル相当、β領域ではレベルＶ２相当）であるので、次式で画素データの変化の比を計算することとする。
【０２４１】
Norm_data_r[N] = Norm_data_a[N] / (Bas_data[N] - Ref_data[N]) （２）
この計算結果を示すと、図２２（ｂ）のように、画素データの変化が比であらわされるため、再帰性反射部１０３ の反射率が異なる場合でも、等しく扱うことが可能になり、高精度に検出が可能になる。
【０２４２】
この画素データに対して、閾値Ｖｔｈｒを適用して、遮光範囲に対応する画素データ分布の立ち上がり部と立ち下がり部に対応する画素番号を取得し、例えば、この両者の中央を指示具による入力に対応する画素とすることで、より正確な指示具の入力位置を決定することができる。
【０２４３】
尚、図２２（ｂ）は、説明のために模式的に描いたもので、実際にはこのような立ち上がりにはなっておらず、画素毎に異なるデータレベルを示している。
【０２４４】
以下、式（２）を画素データに適用した場合の検出結果の詳細について、図２３を用いて説明する。
【０２４５】
図２３は本発明の実施形態の検出結果の詳細を示す図である。
【０２４６】
図２３において、指示具による遮光範囲を検出するための閾値Ｖｔｈｒに対して、その閾値Ｖｔｈｒを横切る画素データ分布の立ち上がり部分がＮｒ番目の画素、立ち下がり部分がＮｆ番目の画素である場合、両者の画素の中心画素Ｎｐは、
Np = Nr + (Nf-Nr)/2 （３）
と計算することが可能である。但し、この計算では、ラインＣＣＤ１２１の画素間隔が最小の分解能になってしまう。
【０２４７】
そこで、より細かく検出するために、それぞれの画素のデータレベルとその一つ前の隣接画素のデータレベルを用いて、閾値Ｖｔｈｒを横切る仮想の画素番号を計算する。
【０２４８】
ここで、Ｎｒ番目の画素のデータレベルをＬｒ、Ｎｒ−１番目の画素のデータレベルをＬｒ−１とする。また、Ｎｆ番目の画素のデータレベルをＬｆ、Ｎｆ−１番目の画素のデータレベルをＬｆ−１とすれば、それぞれの仮想画素番号Ｎｒｖ，Ｎｆｖは、
Nrv ＝ Nr-1 + ( Vthr - Lr-1 ) / ( Lr - Lr-1 ) （４）
Nfv ＝ Nf-1 + ( Vthr - Lf-1 ) / ( Lf - Lf-1 ) （５）
と計算できる。そして、これらの仮想画素番号Ｎｒｖ，Ｎｆｖの仮想中心画素Ｎｐｖは、
Npv = Nrv + (Nfv-Nrv)/2 （６）
で決定される。
【０２４９】
このように、閾値Ｖｔｈｒを越えるデータレベルの画素の画素番号とその隣接する画素番号と、それらのデータレベルから、閾値Ｖｔｈｒを横切る仮想的な仮想画素番号を計算することで、より分解能の高い検出を実現できる。
【０２５０】
＜画素番号から角度情報への変換＞
次に、遮光範囲の中心点を示す中心画素番号から、実際の指示具の座標値を計算するためには、この中心画素番号を角度情報（θ）に変換する必要がある。
【０２５１】
ここで、画素番号とθとの関係について、図２４を用いて説明する。
【０２５２】
図２４は本発明の実施形態の画素番号に対するθ値の関係を示す図である。
【０２５３】
この図２４に基づいて、画素番号からθを求めるための近似式を定義すると、
θ＝ｆ（Ｎ） （７）
となり、その近似式（変換式）を用いて画素番号からθへの変換を行うことが可能となる。
【０２５４】
本実施形態では、１次近似式を用いて近似できるように、先に説明したセンサユニット１０２Ｌ（１２０Ｒ）中の検出部４００のレンズ群を構成するが、レンズの光学的収差等により、より高次な近似式を用いたほうが、より高精度に角度情報を得ることが可能となる場合がある。
【０２５５】
ここで、どのようなレンズ群を採用するかは、製造コストと密接に関連する。特に、レンズ群の製造原価を下げることによって一般的に発生する光学的な歪を、より高次の近似式を用いて補正する場合には、それなりの演算能力（演算速度）を要求されるので、目的とする製品に要求される座標算出精度を鑑みながら、その両者を適宜設定すれば良い。
【０２５６】
一方、後述する方法で角度情報から座標値を算出する場合には、得られた画素番号から角度そのものを算出するよりも、その角度における正接値（Ｔａｎｇｅｎｔ）を算出するほうが、三角関数の演算を省略することが可能となるので都合が良い。
【０２５７】
そこで、画素番号に対するＴａｎθの関係を求めて、近似式を導出し、その近似式を用いて画素番号からＴａｎθ値への変換を行う。例えば、近似式として５次多項式を用いる場合には、係数が６個必要になるので、出荷時などに、この係数データをメモリ１３２に記憶しておけばよい。
【０２５８】
ここで、５次多項式の係数をＬ５，Ｌ４，Ｌ３，Ｌ２，Ｌ１，Ｌ０とすると、Ｔａｎθは
Ｔａｎθ ＝ (L5*Npr+L4)*Npr+L3)*Npr+L2)*Npr+L1)*Npr+L0 （８）
で示すことができる。
【０２５９】
これをセンサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒそれぞれの検出部４００のラインＣＣＤ１２１で検出する画素番号に対して行えば、それぞれから対応する角度データ（Ｔａｎθ）を決定できる。
【０２６０】
＜座標計算方法の説明＞
次に、画素番号から変換された角度データ（ｔａｎθ）から、指示具の位置座標を算出する座標計算方法について説明する。
【０２６１】
ここで、座標入力有効領域１０４上に定義する座標とセンサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｌとの位置関係について、図２５を用いて説明する。
【０２６２】
図２５は本発明の実施形態の座標入力領域上に定義する座標とセンサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｌとの位置関係を示す図である。
【０２６３】
図２５では、座標入力有効領域１０４の水平方向にＸ軸、垂直方向にＹ軸を定義し、座標入力有効領域１０４の中央を原点位置Ｏ（０，０）に定義している。そして、座標入力有効領域１０４の座標入力範囲の上辺左右に、それぞれのセンサユニット１０２Ｌ及び１０２ＲをＹ軸に対称に取り付けられており、その間の距離はＤｓである。
【０２６４】
また、センサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒそれぞれの受光面は、その法線方向がＸ軸と４５度の角度を成すように配置され、その法線方向を０度と定義している。
【０２６５】
この時、角度の符号は、左側に配置されたセンサユニット１０２Ｌの場合には、時計回りの方向を『＋』方向に、また、右側に配置されたセンサユニット１０２Ｒの場合には、反時計回りの方向を『＋』方向と定義している。
【０２６６】
さらには、Ｐ０はセンサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒの法線方向の交点位置であり、Ｙ軸方向の原点からの距離をＰ0yと定義する。この時、それぞれのセンサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒで得られた角度をθL、θRとすると、検出すべき点Ｐの座標Ｐ(ｘ，ｙ)は、
x = Ds/2 * (tanθR - tanθL) / (1 - (tanθR * tanθL)) （９）
y = Ds/2 * (tanθR + tanθL + (2 * tanθR * tanθL)) /
(1 - (tanθR * tanθL)) + P0y （１０）
で計算される。
【０２６７】
以上、遮光方式の座標入力装置ついて説明したが、ここで座標入力装置と大型の表示装置とを一体に構成した入出力一体型装置の具体的な使用例及び操作例について述べる。
【０２６８】
その第一使い勝手は、本実施形態の座標入力装置が、例えば、特定領域の座標値（特定領域とは、例えば、ある座標値を中心とした半径Ｒの領域、あるいは、ある座標値を重心とした多角形等の意味で、ある面積を有する特定の場所）を出力した場合に、その特定領域に割り付けられた動作を実行するように構成したものである。
【０２６９】
つまり、この特定領域に相当する部位に、表示装置によりスイッチを示すアイコンを表示させ、操作者がそのアイコンをタッチ（クリック）することによって、その特定領域内のいずれかの座標値を、本実施形態の座標入力装置が出力し、スイッチに割り付けられた動作を実行するように構成したものである。
【０２７０】
第二の使い勝手は、操作者による指示具の移動動作に伴ない、その移動に応じた検出座標値を連続的に出力して、その座標情報に基づきあたかも『鉛筆と紙』のような関係で、表示装置により指示具の移動軌跡（以後筆跡と称す）を表示させることである。表示装置と座標入力装置を一体に組み合わせた装置をこのように構成することで、周知の『インクペンを用いたホワイトボード』と同様に、文字や図形の入力がダイレクトに行えるようになる。
【０２７１】
第三の使い勝手は、操作者による指示具のタップ動作、つまり、例えば、連続的に表示スクリーンを２回タッチすることによって、現状、特に、パーソナルコンピュータのマウス動作で周知されている『ダブルクリック』を実現する使い勝手である。通常の座標入力装置は、所定周期毎に座標値を出力（例えば、１００点／秒の座標検出サンプリングレートであれば、５ｍｓｅｃ毎に座標を出力する能力を有する）することができるので、座標出力タイミングを監視することで、指示具がタップ動作の有無を判定できる。
【０２７２】
具体的に説明すれば、ある時間に座標値Ａが出力された後、次の座標サンプリングで座標値が検出されず（例えば、１００点／秒の座標検出サンプリングレートの時、５ｍｓｅｃ時間が経過しても座標値が検出されない）、次に出力される座標値Ｂが、座標値Ａが出力された時間から所定時間以内で、かつ座標値Ａと座標値Ｂが略等しい場合に、ダブルクリック動作であると判定する。
【０２７３】
以上のような動作を良好な操作性を持って実現するためには、「発明が解決しようとする課題」の項で説明した不具合を解消するためのペンダウン信号生成手段が必須であり、しかもペンダウン検出するためのペン先スイッチ９に求められる仕様は、軽荷重動作かつ小ストローク、願わくば動作荷重３０ｇ以下、ストローク０．１ｍｍ以下が好ましい形態であり、本実施形態では、これらの仕様を満足する優れた構成の指示具である座標入力ペン１を提供することができる。。
【０２７４】
さて、本実施形態のように、指示具の状態を光信号として放射するような座標入力ペン１を、遮光方式の座標入力装置に適用する場合、実際の動作では、座標取得のための座標取得用発光（図１７において、ＣＰＵ１３３の制御に基づき動作するＬＥＤ駆動回路１３４Ｌ及び１３４Ｒ、及びＬＥＤ駆動回路１３４Ｌ及び１３４Ｒによって駆動されるセンサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｒ中の投光部３００の赤外ＬＥＤ１１１）と、座標入力ペン１によるペン信号のペン発光とは同期が取れていないため、座標取得用の発光と、ペン発光が重なる場合が生じる。
【０２７５】
図２６はそのような場合を示したものであり、上段がペン発光信号、下段が座標取得のための投光部３００の座標取得用発光信号（駆動信号）１４４、１４５（図１８参照）である。
【０２７６】
図２６において、ペン発光信号がＡの場合には、ペン発光と座標用発光期間が確実にずれているため問題はないが、同図Ｂの場合にはペン発光の一部が、また、同図Ｃの場合ではペン発光が座標用発光期間と完全に重なっている。このような重なりがあると、座標取得用発光信号に飽和が生じたり、あるいは、波形変形を引き起こし検出誤差の原因となりかねない。そこで、両者の発光が重ならないよう制御する必要がある。
【０２７７】
図２７はその一例を示すものである。図中、１６０は、センサユニット１０２Ｌ（１０２Ｒ）の出力である。１６１は、この出力信号１６０がアクティブの時には座標取得を禁止する座標取得禁止信号であり、ＣＰＵ１３３によって先頭の受光があってから一定時間アクティブ（この場合は、ＬＯＷ）となる。
【０２７８】
１６２、１６３は座標取得用発光信号である。まず、演算・制御ユニット１０１中のＣＰＵ１３３は、ある一定時間毎に座標取得をするために発光を行うが、その発光の前に座標入力ペン１の発光の有無の判定動作を行う。
【０２７９】
つまり、座標取得禁止信号１６１を監視し、これがアクティブでなければ、ＣＰＵ１３３は、座標取得用発光動作を開始するが、座標取得禁止信号１６１がアクティブの場合には、座標取得禁止信号がインアクティブになるまで待ってから（図２７（ａ）中のＡ点）座標取得を行う。
【０２８０】
一方、座標取得用発光中に仮にペン発光がなされると、座標取得禁止信号１６１がアクティブになる場合がある。そのときには、図２７（ｂ）のように、座標取得禁止信号１６１はインアクティブなので、ＣＰＵ１３３は、座標取得用発光動作を開始するが、その発光動作中に座標取得禁止信号１６１がアクティブになる。そのため、この場合には、得られたデータを無効にし、座標取得禁止信号１６１がインアクティブになるのを待って、もう一度、座標取得用発光動作をやりなおすことにする。
【０２８１】
本実施形態では、座標取得禁止信号１６１がアクティブとなる時間は、座標取得用発光期間より長く設定してあるので、座標取得用発光を開始する直前、及びその直後に座標取得禁止信号１６１を監視すれば、ペン発光と座標取得用発光の両者が同時に発光することがないように構成できる。
【０２８２】
また、先にも説明したように、本実施形態の座標入力装置は一定周期で座標を検出するように構成されているので、ペン発光が検知されない場合には、その所定周期で座標取得用発光が行われる。そして、ペン発光が検知され、その両者が重なった場合には、座標の再読込が行われ、あたかもその再読込のタイミングをトリガとして、所定周期毎に座標出力が行われるようになる。
【０２８３】
従って、座標取得用発光の際に座標取得禁止信号１６１をチェックするだけで、ペン発光と座標取得用発光の重複を回避することが可能になり、座標検出精度の低下等を防止することが可能となる。
【０２８４】
尚、上記実施形態では、座標取得用発光期間よりも長い時間、座標取得禁止信号１６１をアクティブに保持する構成としているが、演算・制御ユニット１０１の処理能力に余裕があるような場合、つまり、常に、座標取得禁止信号１６１をモニタできるような構成の場合には、座標取得禁止信号１６１は発光にかかる時間だけアクティブにすればよい。例えば、座標入力ペン１のスイッチ信号が、図３に示す信号構成であれば、スタート信号Ｓｔａｒｔからストップ信号Ｓｔｏｐの発光が終了するまでの時間、禁止するように構成することが可能となる。
【０２８５】
以上の構成に基づく座標入力装置の座標算出処理について、図２８を用いて説明する。
【０２８６】
図２８は本発明の実施形態の座標入力装置が実行する座標算出処理を示すフローチャートである。
【０２８７】
まず、座標入力装置の電源が投入されると、ステップＳ１０２で、制御・演算ユニット１０１のポート設定、タイマ設定等の座標入力装置に係る各種初期化を行う。
【０２８８】
ステップＳ１０３で、ラインＣＣＤ４１の初期読込動作の初期読込回数を設定する。
【０２８９】
尚、この初期読込動作は、座標入力装置の起動時におけるラインＣＣＤ４１の不要電荷除去を行うのための動作である。ラインＣＣＤ４１では、動作させていないときに不要な電荷を蓄積している場合があり、その電荷が蓄積されている状態で座標入力動作を実行すると、検出不能になったり、誤検出の原因となる。そこで、これを避けるために、ステップＳ１０３では、投光部３００による投光を停止している状態で、所定回数の読込動作を実行し、これにより、不要電荷の除去を行う。
【０２９０】
ステップＳ１０４で、ラインＣＣＤ４１の読込動作を実行する。ステップＳ１０５で、所定回数以上の読込を実行したか否かを判定する。所定回数以上の読込を実行していない場合（ステップＳ１０５でＮＯ）、ステップＳ１０４に戻る。一方、所定回数以上の読込を実行した場合（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、ステップＳ１０６に進む。
【０２９１】
ステップＳ１０６で、第１リファレンスデータとして、投光部３００による投光を停止している状態でのラインＣＣＤ４１の画素データ（Ｂａｓ＿ｄａｔａ［Ｎ］）を取り込む。ステップＳ１０７で、その第１リファレンスデータをメモリ１３２に記憶する。
【０２９２】
次に、ステップＳ１０８で、第２リファレンスデータとして、投光部３００からの投光を行っている状態でのラインＣＣＤ４１の画素データ（Ｒｅｆ＿ｄａｔａ［Ｎ］）を取り込む。ステップＳ１０９で、その第２リファレンスデータをメモリ１３２に記憶する。
【０２９３】
ここまでの処理が、電源投入時の初期動作になる。この初期設定動作は、座標入力装置に構成されているリセットスイッチ等により操作者の意図によって動作するように構成しても良いことは言うまでも無く、この初期設定動作を経て、通常の座標入力ペン１による座標入力動作状態に移行することになる。
【０２９４】
まず、ステップＳ１２１で、座標入力ペン１の発光の有無を示す座標取得禁止信号１６１がアクティブであるか否かを判定する。座標取得禁止信号がアクティブである場合（ステップＳ１２１でＹＥＳ）、インアクティブになるまで判定を繰り返す。一方、座標取得禁止信号がインアクティブである場合（ステップＳ１２１でＮＯ）、ステップＳ１１０に進む。
【０２９５】
ステップＳ１１０で、座標入力サンプリング状態で、ラインＣＣＤ４１の通常読込動作を実行して、画素データ（Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ［Ｎ］）を取り込む。次に、ステップＳ１２２で、再度、座標取得禁止信号１６１がアクティブであるか否かを判定する。座標取得禁止信号がアクティブである場合（ステップＳ１２２でＹＥＳ）、インアクティブになるまで判定を繰り返す。一方、座標取得禁止信号がインアクティブである場合（ステップＳ１２２でＮＯ）、ステップＳ１１１に進む。
【０２９６】
ステップＳ１１１で、第２リファレンスデータ（Ｒｅｆ＿ｄａｔａ［Ｎ］）と画素データ（Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ［Ｎ］）の差分値を計算する。ステップＳ１１２で、その差分値と上述の閾値Ｖｔｈｒに基づいて、座標入力ペン１による入力の有無を判定する。入力がない場合（ステップＳ１１２でＮＯ）、ステップＳ１２１に戻る。一方、入力がある場合（ステップＳ１１２でＹＥＳ）、ステップＳ１１３に進む。
【０２９７】
尚、このときの繰り返し周期を１０［ｍｓｅｃ］程度に設定すれば、１００回／秒のサンプリングになる。
【０２９８】
ステップＳ１１３で、画素データの変化の比を、（２）式を用いて算出する。
【０２９９】
ステップＳ１１４で、計算された画素データの変化の比に対して、座標入力ペン１による遮光範囲に対応する画素データ分布の立ち下がりと立ち上がりの検出を行い、検出された立ち下がり及び立ち上がりと、（４）、（５）及び（６）式を用いて、遮光範囲の中心となる仮想的な中心画素番号を決定する。
【０３００】
ステップＳ１１５で、決定された中心画素番号と（８）式よりＴａｎθを計算する。ステップＳ１１６で、センサユニット１Ｌ及び１Ｒに対するＴａｎθ値から、座標入力ペン１の入力座標Ｐ（ｘ，ｙ）を、（９）及び（１０）式を用いて算出する。
【０３０１】
次に、ステップＳ１１７で、座標入力ペン１による入力がタッチダウン入力であるか否かを判定する。
【０３０２】
尚、この判定は、まず、座標入力ペン１からの発光の有無をセンサユニット１０２Ｌ（１０２Ｒ）の出力に基づいて判定する。そして、特に、座標入力ペン１からの発光がある場合に、得られるスイッチ信号を復調することによって、座標入力ペン１のペン先スイッチ９の動作状態を判定することで、タッチダウン入力であるか否かを判定する。
【０３０３】
このような判定方法に基づいて、ステップＳ１１７で、座標入力ペン１による入力がタッチダウン入力である場合（ステップＳ１１８７でＹＥＳ）、ステップＳ１１８に進み、タッチダウン入力である（つまり、ペン先スイッチ９が動作している）ことを示すダウンフラグをセットする。一方、座標入力ペン１による入力がタッチダウン入力でない場合（ステップＳ１１７でＮＯ）、ステップＳ１１９に進み、ダウンフラグをリセットする。
【０３０４】
一方、ステップＳ１１７の判定において、座標入力ペン１からの発光がない場合には、座標入力ペン１以外の指等の指示具により座標入力が行われていると判断できるので、この場合のタッチダウンの有無の判定は、次のように行う。
【０３０５】
すでに図２０及び図２１を用いて説明したように、指等の指示具が完全に光を遮光、つまり、座標入力面をタッチすることによって、完全に光がさえぎられるようになると、その部分で検出される画素の出力によって得られる画素データの変化の比の値（図２２（ｂ）参照）は１に近づく（先に説明した様に、半分程度が遮光されるとその値は０．５）。そこで、この画素データの変化の比の値を監視することによって、指等の指示具が座標入力面をタッチしているか否かを判定することが可能となる。
【０３０６】
以上のようにして、座標入力ペン１以外の指等の指示具によるタッチダウンの有無の判定は、上記のような判定方法で実現する。そして、この判定結果に基づいて、ステップＳ１１８でダウンフラグのセット、あるいはステップＳ１１９でダウンフラグのリセットを行う。
【０３０７】
尚、指等の指示具による座標入力は、以上説明してきた専用の指示具である座標入力ペン１を用いた入力に比べ、例えば、操作者の意図する軌跡を忠実に残すことはできないが、道具を用いることなく座標入力が行えるという利点は有するので、操作の目的に応じてアプリケーションを切り替えれば良い。
【０３０８】
また、本実施形態の主眼となる座標入力ペン１を用いて座標入力を行う場合にあっては、座標入力ペン１の動作状態に応じて発光されるペンダウン信号を検出して、ダウンフラグのセット（ステップＳ１１８）あるいはリセット（ステップＳ１１９）が行われる。
【０３０９】
このように構成することで、表示画面上のカーソルを移動させることができる状態と、座標入力ペン１を移動させることによって、表示画面上のカーソル移動が筆跡となって表示される状態（通常、良く知られているマウスで説明すれば、マウス左ボタンを押した状態でマウスを操作することに相当）を実現することができる。
【０３１０】
そして、ステップＳ１２０で、ダウンフラグの状態（ペン情報（ペンダウンあるいはペンアップ））と算出した座標値を外部端末へ出力する。この出力は、ＵＳＢインタフェースやＲＳ２３２Ｃインタフェース等のシリアル通信で送っても良いし、無線ＬＡＮやブルートゥース等の無線通信で送信しても良い。
【０３１１】
外部端末では、座標入力装置を制御するデバイスドライバが受信データを解釈して、カーソルの移動、マウスボタン状態の変更を行うことで、表示画面の操作を実現する。
【０３１２】
尚、ステップＳ１２０の処理が終了したら、ステップＳ１１０に戻り、以降、電源ＯＦＦまで、もしくは、操作者の意図によってリセット状態が設定されるまで、上記の処理を繰り返すことになる。
【０３１３】
以上説明したように、座標入力ペン１の先端が座標入力面とどのような位置関係にあるかを正確に判定するペン先スイッチ９を設けることで、先に説明した『尾引き』等の障害、あるいは操作性の低下等を回避することが可能となる。このような専用の指示具を用いた場合には、次のように構成することで、新たな利点を更に得ることが可能となる。
【０３１４】
図３０で説明した通り、指等の遮蔽物によって座標入力を行う場合には、ダウンフラグの設定の制約により高さｈ１あるいはｈ２の値をできるだけ小さくするのが好ましいとされた。しかしながら、専用の指示具を用いる場合には、別の手段によってダウンフラグの設定は容易に行えるので、この制約が無くなる。
【０３１５】
従って、図３０（ｂ）に示すが如く意図的に高さｈ１の値を設定し、座標入力面より離れた位置にあっても座標入力を行えるように構成することができる。使い勝手としては、座標入力面より離れた位置にあっても指示具の位置を検出できる。そのため、その座標検出値で、例えば、表示されているカーソルを移動することで、指示具の位置を表示画面上で確認できるようになり、表示画面上の所望の位置を正確に指示することができる。
【０３１６】
この離れた位置でも座標入力が行える機能は、一般に『近接入力』と称され、近接入力を実現するために、図３０（ｂ）に示すが如く意図的に高さｈ１の値を設定し、高さｈ１の値を設定することで生じる各種障害をペン先スイッチ９の状態を検知することで解消している。
【０３１７】
従って、本実施形態の座標入力ペン１のような自発光型専用指示具による座標入力、及び指等の任意の遮蔽物による座標入力のどちらをも実現できる座標入力装置にあっては、任意の遮蔽物による座標入力の際には、高さｈ１の値をできるだけ小さく、逆に、自発光型専用指示具による座標入力の際には、高さｈ１の値をできるだけ大きく設定するように構成するのが好ましい。
【０３１８】
以上説明したように、本実施形態によれば、座標入力ペン１を構成するシリンダ部材１１に小ストローク、軽動作荷重で動作するＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２を一体で構成するとともに、シリンダ部材１１とスライド部材１０の２部品で、スライド部材１０の両方向へのスライド範囲を制限できるように構成したので、小ストローク、軽動作荷重で動作するペン先スイッチ９を調整組み立てすることなく、安価に生産することができ、操作性に優れる座標入力装置用入力ペン１を実現することができる。
【０３１９】
また、ペン先スイッチ９に異常荷重が負荷された場合には、その負荷が直接、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２に伝達することを防止できるので、操作者により座標入力ペン１を誤落下させる場合が有っても、座標入力ペン１の破壊防止に大きく寄与できる。
【０３２０】
また、本実施形態の変形例１のように、第一スライド部材４８、第二スライド部材４７を一体化してスライド部材１０を構成する場合であっても、その一体化のための調整作業は不要であり、上記実施形態と同等の作用効果が得られる。
【０３２１】
また、これらのペン先スイッチ９を大量に生産する場合であっても、シリンダ部材１１により、全部品の位置決めが行われ、ペン先スイッチ９の性能のばらつきが小さく、安定した性能を容易に実現できる。
【０３２２】
また、ペン先スイッチ９を座標入力ペン１の筐体に組み込むまで、ペン先スイッチ９からスライド部材１０を分離可能とする構成なので、製造、輸送工程におけるＯＮ／ＯＦＦスイッチ１２の性能維持を保つための管理が不要であり、コスト面、信頼性という観点で優れた効果も得ることができる。
【０３２３】
尚、本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラム（実施形態では図に示すフローチャートに対応したプログラム）を、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータが該供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。
【０３２４】
従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。
【０３２５】
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等の形態であっても良い。
【０３２６】
プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ）などがある。
【０３２７】
その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続し、該ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明に含まれるものである。
【０３２８】
また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせ、その鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行してコンピュータにインストールさせて実現することも可能である。
【０３２９】
また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。
【０３３０】
さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。
【０３３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、安価で、かつ操作性に優れた座標入力装置用の入力ペンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の座標入力ペンの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態のスライド部材の開口部の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態のスイッチ信号の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態のスイッチ信号の送信の過程を示す図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態のペン先スイッチをペン先方向からみた外観図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態の図５Ａのペン先スイッチのＡ−Ａ断面図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態の図５Ａのペン先スイッチのＢ−Ｂ断面図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態のスライド部材及びガイド部材の詳細構成を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態のスライド部材及びガイド部材の詳細構成を示す図である。
【図６Ｃ】本発明の実施形態のスライド部材及びガイド部材の詳細構成を示す図である。
【図６Ｄ】本発明の実施形態のスライド部材及びガイド部材の詳細構成を示す図である。
【図７】本発明の実施形態のペン先スイッチの構成例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態のＯＮ／ＯＦＦスイッチの変形例１を示す図である。
【図９】本発明の実施形態の変形例１でのＯＮ／ＯＦＦスイッチの組立図である。
【図１０】本発明の実施形態のＯＮ／ＯＦＦスイッチの変形例２を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態のＯＮ／ＯＦＦスイッチの変形例３を示す図である。
【図１２Ａ】本発明の実施形態のＯＮ／ＯＦＦスイッチの変形例４を示す図である。
【図１２Ｂ】本発明の実施形態のＯＮ／ＯＦＦスイッチの変形例４を示す図である。
【図１２Ｃ】本発明の実施形態のＯＮ／ＯＦＦスイッチの変形例４を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態の遮光方式の座標入力装置の概略構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態のセンサユニットの投光部の構成例を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態のセンサユニットの検出部の構成例を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態のセンサユニットの構成例を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態の制御・演算ユニットの詳細構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の実施形態の制御信号のタイミングチャートである。
【図１９】本発明の実施形態のセンサユニットによって得られる光量分布の一例を示す図である。
【図２０】本発明の実施形態の入力例を説明するための図である。
【図２１】本発明の実施形態のセンサユニットによって得られる光量分布の光量変化を説明するための図である。
【図２２】本発明の実施形態のセンサユニットによって得られる光量分布における光量変化量と光量変化比を説明するための図である。
【図２３】本発明の実施形態の光量分布における複数の立ち上がり及び立ち下がりを検出する場合を説明するための図である。
【図２４】本発明の実施形態の画素番号に対するθ値の関係を示す図である。
【図２５】本発明の実施形態の座標入力領域上に定義する座標とセンサユニット１０２Ｌ及び１０２Ｌとの位置関係を示す図である。
【図２６】本発明の実施形態の座標入力ペンの発光により発生する障害を説明するための図である。
【図２７】本発明の実施形態の座標入力ペンの発光により発生する障害を回避するためのタイミングチャートである。
【図２８】本発明の実施形態の座標入力装置が実行する座標算出処理を示すフローチャートである。
【図２９】従来の座標入力動作の一例を説明するための図である。
【図３０】光束と座標入力面の位置関係を説明するための図である。
【図３１】文字入力の際に発生する不具合を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 座標入力ペン
２ ペン先
３ 筐体
４ 発光部
５ ペンサイドスイッチ
６ ペン制御回路
７ ＤＣコンバータ
８ 電池
９ ペン先スイッチ
１０ スライド部材
１１ シリンダ部材
１２ ＯＮ／ＯＦＦスイッチ

Claims (6)

1. 座標入力面を有する座標入力装置用の入力ペンであって、
   ペン先端部が座標入力面を押圧することによってスライドするスライド部材と、
   導電性シート部材と電極を備え、前記スライド部材のスライドによって、前記導電性シート部材が変形して前記電極に接触することで動作するペンダウン検出用のスイッチ手段と、
   前記スライド部材を挿入することにより、そのスライド方向を規制し、かつ前記スイッチ手段を位置決めする位置決め部を有するシリンダ部材と、
   前記スライド部材の嵌合面の少なくとも一部にある凹部と、前記シリンダ部材の嵌合面の少なくとも一部にある凸部とを係合させるために、前記スライド部材を前記シリンダ部材に挿嵌後、該スライド部材をスライド軸周りに所定角度回動させることによって、前記スライド部材のスライド方向のスライド可動範囲を規制する規制手段と、
   前記スライド部材及び前記シリンダ部材には、各々周り止め手段が設けられ、該スライド部材を該シリンダ部材に挿入し、かつ所定角度回動後においても両者の軸周りの相対的な角度が略一定に保持されるように、前記周り止め手段を装着する保持手段を有する筐体と
   を備えることを特徴とする入力ペン。
2. 座標入力面を有する座標入力装置用の入力ペンであって、
   ペン先端部が座標入力面を押圧することによってスライドするスライド部材と、
   導電性シート部材と電極を備え、前記スライド部材のスライドによって、前記導電性シート部材が変形して前記電極に接触することで動作するペンダウン検出用のスイッチ手段と、
   前記スライド部材を挿入することにより、そのスライド方向を規制し、かつ前記スイッチ手段を位置決めする位置決め部を有するシリンダ部材と、
   前記スライド部材の嵌合面の少なくとも一部にある凸部と、前記シリンダ部材の嵌合面の少なくとも一部にある凹部とを係合させるために、前記スライド部材を前記シリンダ部材に挿嵌後、該スライド部材をスライド軸周りに所定角度回動させることによって、前記スライド部材のスライド方向のスライド可動範囲を規制する規制手段と、
   前記スライド部材及び前記シリンダ部材には、各々周り止め手段が設けられ、該スライド部材を該シリンダ部材に挿入し、かつ所定角度回動後においても両者の軸周りの相対的な角度が略一定に保持されるように、前記周り止め手段を装着する保持手段を有する筐体と
   を備えることを特徴とする入力ペン。
3. 前記シリンダ部材は、前記シリンダ部材の位置決め部により位置決めされた前記スイッチ手段を固定する固定部を更に備える
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の入力ペン。
4. 座標入力面を有する座標入力装置用の入力ペンであって、
   ペン先端部が座標入力面を押圧することによってスライドするスライド部材と、
   前記スライド部材のスライドによって動作するペンダウン検出用のスイッチ手段と、
   前記スライド部材を挿入することにより、そのスライド方向を規制し、かつ前記スイッチ手段を位置決めする位置決め部を有するシリンダ部材と、
   前記スライド部材の嵌合面の少なくとも一部にある凹部と、前記シリンダ部材の嵌合面の少なくとも一部にある凸部とを係合させることによって、前記スライド部材のスライド方向のスライド可動範囲を規制する規制手段とを備え、
   前記スライド部材は、少なくとも前記シリンダ部材のガイド穴と嵌合する円柱面と、前記ガイド穴の形状よりも小さな形状の圧入面を有する第一スライド部材、及び少なくとも前記シリンダ部材の嵌合面と嵌合する円柱面と、前記第一スライド部材の圧入面と圧入可能な圧入部を有する第二スライド部材からなり、
   前記第一スライド部材を前記シリンダ部材のガイド穴の一方より挿嵌後、前記第二スライド部材を該シリンダ部材の他方より挿嵌するとともに、所定の負荷荷重により前記第一スライド部材を前記シリンダ部材のガイド穴に設けられた突起部位置まで、前記第一スライド部材と前記第二スライド部材を前記圧入部にて圧入し、固定することで、前記スライド部材を一体に構成する
   ことを特徴とする入力ペン。
5. 前記スイッチ手段は、少なくともその片面に導電性部材を設けた導電性シート部材と、円環状のスペーサ部材及び電極パターンを施した基板部材を順に積層した構造からなり、
   前記シリンダ部材と前記導電性シート部材が当接する当接面に設けられた複数のピン手段で、該導電性シート部材、前記スペーサ部材及び前記基板部材の相応の位置に各々設けられたガイド穴により位置決めし、該シリンダ部材、該導電性シート部材、該スペーサ部材、該基板部材を一体に構成する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の入力ペン。
6. 前記スイッチ手段は、少なくともその片面に導電性部材を設けた積層形導電性シート部材と、電極パターンを施した基板部材を順に積層した構造からなり、
   前記シリンダ部材と前記積層形導電性シート部材が当接する当接面に設けられた複数のピン手段で、該積層形導電性シート部材と、前記基板部材の相応の位置に各々設けられたガイド穴により位置決めし、該シリンダ部材、該積層形導電性シート部材、該基板部材を一体に構成する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の入力ペン。

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