JP4422851B2

JP4422851B2 - 座標入力装置及び方法

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Publication number: JP4422851B2
Application number: JP2000062272A
Authority: JP
Inventors: 克行小林; 淳田中; 雄一郎吉村; 勝英長谷川; 究小林; 正明金鋪
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-03-17
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2020-03-07
Also published as: EP1037163A3; EP1037163A2; JP2000347797A; US6963331B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば座標のような位置情報を入力し得る、特に大型表示システムに好適な方法及び装置に関する。より詳しくは、本発明は座標情報のような、表示画面上でオペレータにより指示された位置を表す位置情報を入力する装置及び方法に関するものである。オペレータは指示具を用いて位置の指示を行うことができる。その入力された位置情報は外部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等の処理に用いられ得る。
【０００２】
【従来の技術】
従来の座標入力装置としては、ＣＣＤエリアセンサやリニアセンサを用いて画面上の光スポットを撮像し、重心座標あるいはパターンマッチングを用いるなどの画像処理を行って座標値を演算して出力するものがあった。また、座標入力装置として、ＰＳＤ（Position Sensitive Device）と呼ばれる位置検出素子（スポットの位置に対応した出力電圧が得られるアナログデバイス）を用いるものもある。
【０００３】
例えば、特公平７−７６９０２号公報には、可視光の平行ビームによる光スポットをビデオカメラで撮像して座標を検出し、同時に赤外拡散光で制御信号を送受する装置が開示されている。また、特開平６−２７４２６６号公報には、リニアＣＣＤセンサと特殊な光学マスクを用いて座標検出を行う装置が開示されている。一方、日本国特許第２５０３１８２号には、ＰＳＤを用いた装置について、その構成と出力座標の補正方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、大画面ディスプレイの画面の明るさが改善され、明るく照明された環境においても十分使用できるようになってきており、その需要が拡大されつつある。このような環境では、座標入力装置は、そのような大画面ディスプレイと組み合わせて使用できるように、外乱光に対する耐性が望まれている。また、近年、無線通信手段として、赤外線を利用する機器が増加しており、赤外、可視光ともに外乱光は、増加傾向にあるため、外乱光に対する耐性は装置の重要な特性の一つとなる。
【０００５】
しかしながら、前記特公平７−７６９０２号公報及び前記特開平６−２７４２６６号公報にも開示されているように、従来のＣＣＤセンサを用いる装置においては、光学フィルタでしか外乱光を抑制することができない。これに対して、前記特許第２５０３１８２号に開示されているＰＳＤを用いる装置においては、光強度を周波数変調し、この変調波を同期検波することにより、外乱光の影響を抑制している。光学フィルタと併用した装置は外乱光に対しては強い特性を持ち得る。
【０００６】
また、大画面ディスプレイの明るさの改善と高解像度化が進められている。このため、座標入力装置の分解能も向上させる必要があるが、外乱光に強いＰＳＤを用いた装置ではこの点において問題がある。すなわち、センサ出力電圧のダイナミックレンジが入力範囲にそのまま対応しているため、例えば１mmの分解能或いは解像度を得る為には少なくとも６０ｄＢ以上のＳ／Ｎ比が必要になる。特許第２５０３１８２号で開示されているように、直線性誤差のデジタル補正が必須であるため、高精度なアナログ回路と、多ビットのＡＤ変換器と演算回路とが必要になる。さらに、センサ出力信号のＳ／Ｎ比は光量と光スポットのシャープさとに依存するため、外乱光の抑圧だけでなく、光スポットを作るための明るく高精度な光学系も必要になる。このようなことから、装置は非常に高価で、大型なものになってしまう。
【０００７】
さらに、ＣＣＤセンサを用いて分解能を高める為に、前記特公平７−７６９０２号公報では、複数台のビデオカメラを同時に使用する方法が開示されているが、この方法は装置を大型化し、高価にすることは明らかである。また、一台で画素数の多いビデオカメラを使用した場合には、複数のカメラを用いるよりもさらに装置が大型化し、高価となる。また、実際の画素数よりも高い分解能を画像処理によってリアルタイムで実現させるには、膨大な画像データの高速処理が必要となり、装置が大型化し、高価になる。
【０００８】
また、前記特開平６−２７４２６６号公報では、特殊な光学マスクと信号処理とによって高分解能を得ることについて開示している。外乱光が小さくかつ良好なＳ／Ｎ比が確保できれば高分解能化は可能である。しかし実際には、リニアセンサの結像は線であって面内で外乱光との分離ができないため、結像が点になるエリアセンサに比べて外乱光の影響を受けやすい。この為、このような装置は外乱光の少ない特殊な環境においてのみしか使用され得ない。
【０００９】
また一般にＣＣＤ等の光学素子は、半導体プロセスにより量産されるが、光−電気変換効率等その諸特性は、製造環境、製造条件、製造ロット等に従って大きく変動する。例えば部品公差として約±３０％の光−電気変換効率の差が存在する。電源電圧５ＶでＣＣＤが動作する時に、暗時のＣＣＤ出力電圧の代表値は約１．５Ｖであり、部品公差を考慮すればその値は一般的に約１．０〜２．０Ｖ（約±３０％）のバラツキを有する。従って、その出力を固定の閾値電圧と比較することにより光出力が得られていると判定する場合には、その閾値は２．０Ｖ以上に設定されなければならないが、低いレベルの光しか到達しない構成（即ちＣＣＤ出力が小さい）においては、耐性の限界にある素子は満足な判定が不可能となり、歩留まりが低下する。前述のような個々のＣＣＤでの閾値の調整は光の感度を向上させるが、調整組み立てが必要となるため、組み立て工数が増大し、コストアップの要因となる。
【００１０】
本発明は上記の従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは外乱光影響を抑制し、高分解能で高性能な座標入力装置及び方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、小型で、低コストな座標入力装置を提供することにある。
【００１２】
【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の一態様による座標入力装置は例えば以下の構成を有する。すなわち、
周期的に輝度が変化するスクリーン上の光源の座標位置に対応する情報を出力する装置であって、
所定の態様に配列された複数の光電変換素子を含み、前記光源の光を受ける検出手段と、
周期的に輝度が変化する光源の周期における第１の輝度範囲の期間での光電変換素子の出力と、その周期における前記第１の輝度範囲より低い第２の輝度範囲の期間での前記光電変換素子の出力との間の差分信号を光電変換素子ごとに生成する差分信号生成手段と、
最大の差分信号を有する光電変換素子を検出し、その最大の差分信号を有する光電変換素子に隣接する所定数の光電変換素子の差分信号に基づいて、前記光電変換素子ごとの差分信号に対する閾値を設定する設定手段と、
前記閾値と前記光電変換素子ごとの差分信号に基づいて光電変換素子を選択する選択手段と、
前記選択された光電変換素子から出力される差分信号に基づいて座標演算を実行する演算手段と、
前記演算手段により得た座標値を出力する座標出力手段とを有する。
【００１３】
上記の目的を達成するための本発明の他の態様による座標入力方法は、
周期的に輝度が変化する光源の、スクリーン上における座標位置に対応する電気信号を提供する為の方法であって、
周期的に輝度が変化する光源の、スクリーン上における座標位置に対応する電気信号を提供する為の方法であって、
所定の態様に配置された複数の光電変換素子を使って周期的に輝度が変化する光源から照射された光を受光し、
各光電変換素子について、前記光源の前記周期における第１の輝度範囲の期間での光電変換素子の出力と、前記第１の輝度範囲より低い第２の輝度範囲の期間での前記光電変換素子の出力との間の差分信号を求め、
最大の差分信号を有する光電変換素子を検出し、その最大の差分信号を有する光電変換素子に隣接する所定数の光電変換素子の差分信号に基づいて、各光電変換素子からの前記差分信号に対する閾値を設定し、
前記閾値と前記光電変換素子ごとの差分信号に基づいて差分信号を選択し、
前記選択された光電変換素子から出力される差分信号に基づいて座標演算を実行し、
前記座標演算により得た座標値を出力する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１は第１の実施形態による光学式座標入力装置の構成を示すブロック図である。図１が示すように、装置は座標入力面であるスクリーン１０に対して光スポットを形成する指示具４と、スクリーン１０上の光スポット５に関する位置座標及びその他のパラメータを検出する座標検出器１とを含む。図１において、それらの構成と合わせて、出力装置として、スクリーン１０に画像、或いは前述の位置情報等を表示する投射型表示装置８も記載されている。
【００１８】
図２は指示具４の構成を示すブロック図である。指示具４は、光ビームを発射する半導体レーザ、或いはＬＥＤ素子、電球等の発光素子４１と、その発光を制御する発光制御部４２、複数の操作用スイッチ４３Ａ〜４３Ｄ（以下、これらのスイッチをひとまとめにいう場合、スイッチ４３という）、本実施形態では電池を用いている電源部４４とを含む。電源部４４は、主電源或いは自家発電によっても良い（a mains connection or a manually-operated generator.）。
【００１９】
発光制御部４２は、所定周期の周波数で発光のＯＮ（オン）及びＯＦＦ（オフ）をするよう発光素子４１を制御し、更に後述する変調方法とによって、制御信号を発光に重畳することができる。交互に起こる発光のＯＮ時とＯＦＦ時の間で、２つの明るさのレベル（HIGHとLOW）となる。この発光周期は、操作者により視認されるフリッカーと区別されるべく、十分高速なものとする。
【００２０】
本実施形態においては、ＯＮ及びＯＦＦはまたＨＩＧＨ及びＬＯＷである場合を含む。制御信号変調は操作スイッチ４３Ａから４３Ｄの状態に応じて２つの状態を交互に生成する光ビームを可能とする。この制御信号変調においても、前述と同様にフリッカーと区別され得る周期とする。指示具は４つのスイッチ４３Ａから４３Ｄを示しているが、他の数及び配置が可能である。
【００２１】
また、図１において、座標検出器１はスクリーン１０を透過した指示具４からの光を検出する。座標検出器１は座標検出センサ部２と、座標検出センサ部２の制御および座標演算などを行うコントローラ３、制御信号検出センサ（受光素子）６と、信号処理部７とを含む。
【００２２】
座標検出器１は、スクリーン１０上の光スポット５の位置座標及び指示具４の各スイッチの状態に対応する制御信号とを検出する。座標検出器１はその検出した情報を出力手段３Ａを介してコンピュータ２００のような外部装置に送る。外部装置はＲＡＭ２０２及びＲＯＭ２０３といったデータやプログラム等を記憶するためのメモリを備える処理部２０１と、キーボード２０４やマウス２０５のような入力装置と、脱着可能なディスク２０７へのデータの読み取り及び書き込みをするディスクドライブ２０６と、表示器２０８とを含むコンピュータ２００である。プリンタ２０９もまたコンピューター２００に接続可能であり、モデム２１０を用いることにより、ネットワークにおけるデータの交信を可能とする。
【００２３】
投射型表示装置８は、発光光学系と投影レンズを含む。発光光学系は、外部装置２００から出力される画像信号を受けて液晶パネル８２を制御する制御信号を提供する画像信号処理部８１を含む。投射型表示装置８は更にランプ８３、ミラー８４、コンデンサーレンズ８５を含む。投射型表示装置８は任意の画像をスクリーン１０に表示することができる。スクリーン１０は投射画像の観察範囲を広くするための適度な光拡散性を持つ。このため、指示具４により発光された光ビームもまたスクリーン１０を伝わって光スポット５の位置で拡散される。光スポットのスクリーン上での位置や指示具４の光ビーム４５のスクリーン１０の面に対する方向によらず、座標検出器１は拡散された光の一部を検出できる。
【００２４】
本実施形態の座標入力装置によれば、スクリーン１０上で光スポット５を移動させることにより、スクリーン１０上で文字情報や線画情報を入力することができ、操作スイッチ４３Ａから４３Ｄを使って指示具４により発光する光ビームを変調することができる。光スポット５に関する座標情報及び変調情報は出力手段３Ａを介してコンピュータ２００に送られる。その情報を投射型表示装置８を用いて表示すべく、その情報は処理され、コンピュータ１００から信号処理部８１に送られる画像信号に作用する。指示具４は入出力手段としても使用される。例えば画面に表示されるカーソルの移動、スクリーンに表示されているボタンの指示、或いはアイコンを選択することによる入力操作の実行などである。以下、本実施形態の光学式座標入力装置の詳細に付いて具体的に説明する。
【００２５】
＜指示具４の詳細説明＞
発光制御部４２は発光素子４１の発光のＯＮ及びＯＦＦ（或いはＨＩＧＨレベル及びＬＯＷレベル間で交互に発光する）及び後述する変調方法とによる制御信号の光への重畳といった制御を行う。制御信号の種類は操作スイッチ４３Ａから４３Ｄの状態に応じて定まる。指示具のスイッチ入力と制御信号との関係を表す真理値表を図３に示す。
【００２６】
図３において、スイッチＡ〜Ｄは図２におけるスイッチ４３Ａから４３Ｄに対応し、“発光”は光スポット５を作る発光素子４１の光ビームの発光に対応し、“ペンダウン”及び“ペンボタン”は光ビームの変調により送られる制御信号に対応する。
【００２７】
操作者は、指示具４を握ってスクリーン１０に向ける。スイッチ４３Ａは操作者の親指に便利な位置に配置されている。スイッチ４３Ａが押されると光ビーム４５が発光される。光スポット５はスクリーン１０上に生成され、座標信号が出力され始める。この状態では、ペンダウン及びペンボタンの制御信号はＯＦＦの状態である。このため、スクリーン上の座標位置のみが出力手段３Ａから出力される。
【００２８】
スイッチ４３Ｃ及び４３Ｄは操作者の人差し指及び中指に便利な位置に配置されている。これらのスイッチが押されると、図３に示されるようにペンダウン及びペンボタンに対応する制御信号が光ビームに重畳される。すなわち、スイッチ４３Ｃが押されると“ペンダウン”制御信号が光ビームを介して送られ、文字や線画の入力、アイコンとしてスクリーンに表示されているボタンの選択及び決定などの画面制御機能を実行できる。
【００２９】
スイッチ４３Ｄが押されると“ペンボタン”制御信号が光ビームを介して送られ、メニューの呼び出しなどの別機能を実行できる。
【００３０】
これにより、操作者はスクリーン１０上の任意の位置ですばやく正確に文字や図形を描いたり、ボタンやメニューを選択決定したりすることができ、効果的な操作が可能となる。
【００３１】
指示具４を直接入力専用として使用する、即ちポインタとして使用せず、スクリーンに接触して使用する指示具とするならば、光ビームを生成する必要はなく拡散光を指示具の光源として用いることができる。これは、半導体レーザよりも安価で長寿命のＬＥＤを用いることを可能とするものである。
【００３２】
図１に示したシステムはリアプロジェクションシステム、即ち表示装置がスクリーン１０の後方（オペレーターから見てスクリーンの逆の位置）に位置する構成である。表示装置からの画像出力はスクリーンの後方から投影される。指示具４により発光される光はスクリーン１０を通過した後に座標検出器１に到達する。一方、図２３に示すような、表示装置から出力される画像を部屋の壁や不透明なスクリーンに投影するフロントタイププロジェクションが普及しており、本発明はこのようなシステムでも使用可能である。
【００３３】
フロントプロジェクションタイプの座標検出器１００（図２３）の構成は、前述したリアプロジェクションタイプのシステムとほぼ同様であるので、詳細な説明は省略する。ただし、フロントプロジェクションタイプの実施形態においては、光の位置はスクリーン１１０を介さずに検出されなければならない。このようなフロントタイププロジェクションシステムで用いられる指示具１４０の構成を図２３及び図２４を用いて以下に説明する。
【００３４】
指示具１４０は伸縮自在のセンター部Ｃを有し、その一端にはグリップ部１４０ａを備える。グリップ部１４０ａには操作スイッチ１４３Ａ、１４３Ｃ及び１４３Ｄと、電源部１４４及び発光制御部１４２といった内部処理手段が備わっている。発光源１４１はセンター部の多端に位置する先端部１４６に配置される。先端部１４６は発光素子１４１、スイッチ１４３Ｂ,透明保護カバー１４７とを備える。発光素子１４１とカバー１４７とは、スイッチ１４３Ｂがスクリーン１１０に押圧されたときに発光素子１４１から発光された光がスクリーン１１０から遠ざかる方向に進むような関係に構成されている。
【００３５】
従って、このシステムにおいては発光１４５の一部がスクリーン１１０を通過することなく座標検出器１００に到達することができる。スイッチ１４３Ｂはスクリーンに押圧されることによって操作され、発光素子１４１は発光を開始する。発光素子１４１により発光された光の一部が保護カバー１４７を介して座標検出器１００に到達するが、保護カバー１４７が光１４５が指示具１４０の長さ方向に向かって幅広い光拡散をするような光拡散性とレンズ機能を持つことにより、例え指示具の角度が変わっても光は座標検出器１００に到達できる。図２４に示した指示具１４０に含まれる各処理手段は、図２の指示具において対応する番号（下２桁が一致する番号）を付された各手段と同様の機能を有する。
【００３６】
例えば、投影型表示装置が座標検出器及び指示具なしで会議において用いられた場合、話者は投影型表示装置からの光を遮ることを避ける為に投影型表示装置とスクリーンの間に立つことができず、スクリーン上の位置を特定するためにポインターのような道具が使用される。プレゼンテーションを進めるにあたり、話者は表示する画像の変更を指示する為に画像の表示を制御しているコンピュータの所に移動するか、或いはその操作の為にコンピューターの所に他の人を配置することが要求される。
【００３７】
しかしながら、図２３及び図２４に示されるシステムでは、話者はコンピュータの所に移動することなく所望の位置に情報を加えたり位置情報を入力したりすることができる。更に、同様にしてスクリーンマウスのように機能させて、コマンド入力ボタンとしてのアイコンをクリックすることにより、移動したり他者の補助を求めることなく話者は自在にコンピュータを制御することができる。
【００３８】
また、図２の指示具４のスイッチ４３Ｂは指示具４の一端に設けられている。同様に図２４の指示具のスイッチ１４３Ｂが指示具１４０の一端（グリップ１４０ａの多端）に設けられている。スイッチ４３Ｂ及びスイッチ１４３Ｂは、スクリーン１０或いは１１０に押し付けられることによって動作する。操作者は指示具４或いは１４０を握り、指示具４の端或いは先端部をスクリーン１０或いは１１０に押し付けると“ペンダウン”制御信号が指示具４或いは１４０から発光される光ビームに重畳される。座標検出センサ部２は光スポット５の位置を検出し、制御信号検出センサ６は光ビームに重畳されている制御信号を検出する。図3の表に示されているように、発光がＯＮかつ指示具がスクリーンに押されているときは、位置信号と制御信号の両方が光ビームを介して転送されている。従って、自然な入力のためのペン操作に余分なボタン操作は不要となる。
【００３９】
スイッチ４３Ａ及び１４３Ａはペンボタンの一部として機能する。指示具を画面に押し付けない状態でスイッチ４３Ａを押せば、位置信号のみが出力され、外部装置においてスクリーンカーソルの位置制御に用いることができる。実際上、文字や図形の入力は画面から離れて行うより、直接画面に触れた方が遥に操作性、正確性が良い。本実施形態では、このように４個のスイッチを用いて画面から離れていても、また、直前にいても、自然で快適な繰作が可能であり、各状況に応じて使い分けることができるように構成されている。
【００４０】
また、近接用、遠隔用の２種類の指示具４或いは１４０を用いたり、同時に２人以上で操作する、あるいは色や太さなど属性の異なる複数の指示具４を用いるといった場合のために、発光制御部４２（１４２）は、ＩＤ番号等の固有の識別信号を光ビーム４５或いは１４５の変調情報の一部として送信するように設定されている。なお、送信された装置のＩＤ番号に対応して、指示具４或いは１４０により描かれた線の太さや色などの属性を外部接続機器のソフトウェアなどで決定するようにも構成できる。各装置における線の属性は、スクリーン１０上のボタンやメニューなどを用いて設定及び変更することができる。また、この操作は、指示具４（１４０）に別途操作ボタン等を設けて変更指示信号を送信するようにしてもよい。これらの設定については指示具４（１４０）内部あるいは座標検出器１（１００）内に状態を保持するようにして、ＩＤ番号ではなく、例えば線の太さや色を示す属性情報を外部接続機器へ送信するように構成することも可能である。
【００４１】
このような追加の操作ボタンは、他の機能にも使用可能である。例えば表示装置の点滅や信号源の切換、録画装置や外部装置（コンピュータ２００）、或いは端子３Ａとは別の予備出力端子を介して直接接続された座標検出器１の制御である。さらに、スイッチ４３Ａと４３Ｂ（或いは１４３Ａと１４３Ｂ）のいずれか一方、または両方に圧力検出手段を設けることにより、筆圧検出を行ってこの筆圧データを制御信号と共に送信することができる。このような方法により、各種の有用な信号を座標検出器１に送信することが可能である。
【００４２】
指示具４のスイッチ４３Ａまたはスイッチ４３ＢがＯＮになると発光が開始され、図７のＬＳＧ信号に示すような発光信号が出力される。すなわち、本実施形態の発光信号は、比較的長い連続するパルス列からなるリーダ部（LEADER）と、これに続くコード（メーカーＩＤなど）とからなるヘッダ部がまず出力され、その後、ペンＩＤや制御信号などからなる送信データ列が予め定義された順序と形式に従って順次出力される。
【００４３】
本実施形態では各データビットにおいて、“１”ビットは光を受けていない３つのクロックインターバルが続いている光を受けていることを示すクロックインターバルにより定義され、“０”ビットは光を受けていない一つのクロックが続いている光を受けていることを示すクロックインターバルにより定義されている。この変調方式では“１”ビットは“０”ビットの２倍のインターバルを必要としている。しかしながら、データの符号化方式については種々のものが使用可能である。後述する様に、効果的な座標検出のためには平均光量が一定していること、またＰＬＬの同調を行うにはクロック成分が十分大きいことが望ましい。また、送信すべきデータ量から見て冗長度を比較的高くしても支障はないことを勘案して、本例においては、６ビット（６４個）のデータを１０ビット長のコードのうち、１と０が同数で、かつ、１あるいは０の連続数が３以下の１０８個のコードに割り付ける方法で符号化している。このような符号化方式をとることによって、平均電力が一定になり、また十分なクロック成分が含まれるので、復調時に容易に安定した同期信号を生成することができる。
【００４４】
また、前述したように、ペンダウンおよびペンボタンを表す制御信号に２ビットの信号を用いるが、ＩＤなどその他の長いデータも送信しなければならない。そこで、本例では、２４ビットを１ブロックとして、先頭の２ビットは制御信号、次の２ビットは内容識別コード（例えば、筆圧信号は００、ＩＤは１１等）、次の２ビットはこれらのパリティ、その後に、１６ビットのデータと２ビットのパリティとを並べて、１ブロックのデータとして構成する。このようなデータを前述したような方式により符号化すると、４０ビット長の信号になる。その先頭に１０ビット長のシンクコードを付加する。このシンクコードは０が４個、１が５個連続する、あるいはその反転パターン（直前のブロックの終わりが、１か０かで切り替える）という特殊なコードを使用して、データワードとの識別が容易で、データ列の途中においても確実にその位置を識別してデータの復元ができるようになっている。従って、１ブロックで５０ビット長の伝送信号となり、制御信号と１６ビットのＩＤまたは筆圧等のデータを送信していることになる。
【００４５】
本例では、第１の周波数６０ｋＨｚの１／８の７．５ｋＨｚを第２の周波数としているが、前述のような符号化方式を採用しているため、平均伝送ビットレートは、この２／３の５ｋＨｚとなる。さらに、１ブロックが５０ビットなので、１００Ｈｚでは１ブロック２４ビットのデータを送信していることになる。したがって、パリティを除いた実効ビットレートは、２０００ビット／秒である。このように冗長性は高いが、誤検出を防止し、同期を容易にすることが非常に簡単な構成で通信を実現できる方式となっている。また、後述のセンサ制御のための位相同期信号と、シンクコードの繰り返し周期のチェックとを併用することによって、信号に短いドロップアウトが発生した場合でも追従ができ、逆に実際に、ペンアップやダブルタップのような素早い操作を行った場合との識別は、ヘッダ信号の有無によって確実に行えるようにもなっている。
【００４６】
＜座標検出器１の詳細説明＞
図４は、座標検出器１の内部構成を示す。この座標検出器１には、集光光学系によって高感度に光量検出を行う受光素子６と、結像光学系によって光の到来方向を検出する２つのリニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙ（座標検出センサ部２を構成する）とが設けられている。表示装置としてリアタイプを用いるかフロントタイプを用いるかに拠らず、座標検出処理は同じである。以後、リアタイプの実施態様について説明するが、フロントタイプの場合においても光スポットの位置の検出は同様に実行される。
【００４７】
座標検出装置１は指示具４に内蔵された発光素子４１からの光ビームにより、スクリーン１０上に生成された光スポット５からの拡散光を受光する。コントローラ３は、センサ制御部３１、ＡＤ変換部３１Ａ、座標演算部３２、通信制御部３３を有し、コントローラ７は周波数検波部７１、制御信号検出部７２を備える。各部の機能は以下の説明から明らかとなろう。
【００４８】
＜集光光学系の動作説明＞
受光素子６には、集光光学系としての集光レンズ６ａが装着されており（図１）、スクリーン１０上の全範囲から高感度で所定波長の光量を検知する。この検知出力は、周波数検波部７１によって検波された後、制御信号検出部７２において制御信号（指示具４の発光制御部４２によって重畳された信号）などのデータを含むデジタル信号が復調される。
【００４９】
座標検出装置１の機能構成図を図２５に示す。この装置は処理を制御及び実行する中央処理装置（ＣＰＵ）３０１と制御プログラムや各処理において生成される様様なデータを格納するメモリ３０２を有する。図１２、１６、１７及び２０のフローチャートに示した各種処理を実行するための制御プログラムはメモリ３０２に記憶され、ＣＰＵ３０１はこの制御プログラムに基づいて処理を実行する。従って、図４に示した座標演算部３２、周波数検波部７１及び制御信号検出部７２の処理はＣＰＵ３０１により実行される。プログラムは処理が開始される以前にフロッピーディスクやＣＤＲＯＭのようなデータ保持手段から読み出すか、或いはモデム２１０を介して接続された通信ネットワークの外部端末からダウンロードしてメモリ３０２に格納することも可能である。
【００５０】
メモリ３０２がＣＰＵ３０１に接続されているときには、処理はメモリ３０２に格納されている制御プログラムに基づいて実効され得る。通信インタフェース３０３は本装置と他の装置、例えばコンピュータ２００、情報処理部、形態端末、電話等（図示せず）との間の通信を制御する。通信インターフェース３０３は信号或いはデータの転送及び受信を制御する。信号或いはデータは本装置と外部装置との間を、公衆回線、インターネット、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークを介して転送及び受信され得る。入力インタフェース３０４は信号及びデータの入力を制御し、出力インタフェース３０５は信号及びデータの出力を制御する。センサ３０７、センサ制御部３０６及びＡＤ変換部３０８は図４におけるユニット２、３１及び３１Ａに対応する。
【００５１】
図２５においては、装置内にセンサ３０７、センサ制御部３０６及びＡＤ変換部３０８を有したが、センサ３０７は他の手段と切り離して他の装置に配置することも可能である。ここでは、入力インタフェース３０４はセンサ３０７から転送された信号を受信し、それらをセンサ制御部３０６かＡＤ変換部３０８に送り、出力インタフェース３０５はセンサ制御部３０６から外部センサ３０７への信号及びデータの転送制御を行うものである。更に、センサ３０７だけでなくセンサ制御手段３０６或いはＡＤ変換部３０８も他の外部装置に配置可能である。その場合、入力インタフェース３０４はセンサ制御部３０６或いはＡＤ変換部３０８から転送されてくる信号及びデータを受信し、他の内部手段に送る。出力インタフェース３０５は他の内部手段からの信号及びデータをセンサ制御部３０６或いはＡＤ変換部３０８に転送する。入力インタフェース３０４及び出力インタフェース３０５における装置と外部装置との間の通信における処理は、ＣＰＵ３０１により制御される。図２５の装置における各手段はバス３０９により接続され、信号及びデータがそれらの間を転送される。
【００５２】
なお、図２５に示されている装置は、処理や入力信号及びデータの状況を示す画像やメッセージを表示する表示器、処理を制御する為の指示を入力するためのキーボードやポインティングデバイスなどの入力手段をも備え得る。
【００５３】
図７は、制御信号の復元動作を説明するタイミングチャートである。先に述べたようなビット列からなるデータ信号は、受光素子６で光出力信号ＬＳＧとして検出され、周波数検波部７１で検波される。周波数検波部７１は、光出力信号ＬＳＧの中で最も高い第１の周波数のパルス周期に同調するように構成され、光学的なフィルタと併用することによって、外乱光の影響を受けることなく、変調信号ＣＭＤを復調する。この検波方法は広く実用されている赤外線リモートコントローラと同様であり、信頼性の高い無線通信方式である。本例では、この第１の周波数としては、一般に使用されている赤外線リモートコントローラより高い帯域である６０ＫＨｚを用い、赤外線リモートコントローラを同時に使用しても誤動作することのないように構成してある。しかしながら、この第１の周波数を一般に使用されている赤外線リモートコントローラと同じ帯域にすることも可能であり、このような場合にはＩＤなどで識別することによって誤動作を防止することになる。
【００５４】
さて、周波数検波部７１により検波された変調信号ＣＭＤは、制御信号検出部７２によってデジタルデータとして解釈され、前述した“ペンダウン”や“ペンボタン”などの制御信号が複元される。この複元された制御信号は、通信制御部３３に送られる。また変調信号ＣＭＤに含まれる第２の周波数であるコード変調の周期は、センサ制御部３１によって検出され、この信号によってリニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙを制御する事になる。すなわち、センサ制御部３１では、図７に示したヘッダ部のタイミングで各部をリセットし、その後、変調信号ＣＭＤの立ち下がりに位相同期した信号ＬＣＫを生成する。従って、この生成された信号ＬＣＫは、指示具４の発光の有無に同期した一定周波数の信号となる。また、変調信号ＣＭＤからは、光スポットが現れた時にハイレベルを生成し、指示具が光を投影しなくなった時にローレベルを生成する信号ＬＯＮと、この信号ＬＯＮによって起動されるセンサリセット信号ＲＣＬとが生成される。このセンサリセット信号ＲＣＬがハイレベルの間に２つのリニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙはリセットされ、信号ＬＣＫの立ち上がりに同期したセンサリセット信号ＲＣＬの立ち下がりのタイミングによって後述する同期積分動作が開始される。
【００５５】
一方、制御信号検出部７２は信号中のヘッダ部を検出し、他の機器やノイズではなく、指示具４からの入力が開始されたことを確認すると、この確認を示す信号が通信制御部３３からセンサ制御部３１に伝達され、リニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙの動作有効を示す信号ＣＯＮがハイレベルにセットされ、座標演算部３２の動作が開始される。
【００５６】
図８は、光出力信号ＬＳＧが無くなり、一連動作の終了時におけるタイミングチャートを示す。光出力信号ＬＳＧから検波された変調信号ＣＭＤがローレベルを一定時間以上続けると、光入力の有無を示す信号ＬＯＮがローレベルになり、さらに、センサ動作有効を示す信号ＣＯＮもローレベルとなる。そして、その結果、リニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙによる座標の出力動作が終了する。
【００５７】
＜結像光学系の動作説明＞
図５は、２つのリニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙの配置を示す図である。結像光学系としての円筒レンズ９０Ｘ、９０Ｙによって光スポット５の像が各センサの感光部２１Ｘ，２１Ｙに線状に結像する（９１Ｘ，９１Ｙ）。これら２つのセンサを正確に直角に配置することによって、それぞれがＸ座標、Ｙ座標を反映した画素にピークを持つ出力が得られる。そして、これら２つのセンサは、センサ制御部３１によって制御され、出力信号はセンサ制御部３１に接続されたＡＤ変換部３１Ａによってデジタル信号に変換されて座標演算部３２に送られる。座標演算部３２はこれらのデジタル信号から出力座標値を計算し、その結果を制御信号検出部７２へ提供する。制御信号検出部７２は、座標演算制御部３２からの座標値を、制御信号などのデータと共に通信制御部３３を介して、所定の通信方法で外部制御装置（例えばコンピューター２００）に送出する。
【００５８】
また、調整時など通常と異なる動作（例えば、ユーザ校正値の設定）を行わせるために、通信制御部３３の方からセンサ制御部３１、座標演算部３２へモード切換え信号が送られる。
【００５９】
本実施形態では、光スポット５の像が各センサの画素の数倍の像幅となるように焦点調節を行って、故意にボケを生じさせている。直径１．５ｍｍのプラスチック製の円筒レンズと画素ピッチ約１５μｍ、有効画素が６４画素のリニアＣＣＤ及び赤外線ＬＥＤを用いた実験によれば、最もシャープな結像をさせると、約４０度の画角全面にわたって１５μｍ以下の像幅となり、このような状態では画素間分割演算結果が階段状に歪んでしまうことがわかった。これに対して、像幅が３０μｍから６０μｍとなるようにレンズの位置を調節すると、非常に滑らかな座標データが得られる。もちろん、大きくボケさせると、ピークレベルが小さくなってしまうので、数画素程度の像幅にするのが最適であると思われる。画素数の少ないＣＣＤと、適度な画素数の像幅を持つ線像を形成する光学系を用いることが、本実施形態のポイントの一つであり、このような組み合わせを用いることによって、演算データ量が少なく、小さなセンサと光学糸で非常に高分解能、高精度、高速でかつ低コストな座標入力装置を実現できる。
【００６０】
アレイ状に配置されたＸ座標検出用リニアセンサ２０Ｘ，Ｙ座標検出用リニアセンサ２０Ｙは同一の構成であるので、以下ではＸ座標検出用リニアセンサ２０の構成について説明する。図６はＸ座標検出用リニアセンサ２０Ｘ（Ｙ座標検出用リニアセンサ２０Ｙ）の内部構成を示すブロック図である。
【００６１】
受光部であるセンサアレイ２１はＮ個の画素（本実施形態では６４画素）からなり、受光量に応じた電荷が積分部２２に貯えられる。積分部２２は、Ｎ個からなり、ゲートＩＣＧに電圧を加えることによってリセットできるため、電子シャッタ動作が可能である。この積分部２２に貯えられた電荷は、電極ＳＴにパルス電圧を加えることによって蓄積部２３に転送される。この蓄積部２３は、２×Ｎ個からなり、指示具４の発光タイミングに同期した信号ＬＣＫのＨ（ハイレベル）とＬ（ローレベル）とのそれぞれに対応して別々に電荷が蓄積される。この結果、発光素子の点灯時と非点灯時で別々に電荷が蓄積される。その後、光の点滅に同期して各々別々に蓄積された電荷は、２×Ｎ個からなるシフト部２４を介して、２×Ｎ個からなるリニアＣＣＤ部２５に転送される。このシフト部２４は転送クロックを簡単にすべく設けられている。
【００６２】
これにより、リニアＣＣＤ部２５には、Ｎ画素の各画素毎に、点灯時と非点灯時のセンサ出力に対応した、計６４画素の電荷が隣接して並んで記憶されることになる。これらリニアＣＣＤ部２５に並べられた電荷は、２×Ｎ個からなるリングＣＣＤ部２６に順次転送される。このリングＣＣＤ２６は、信号ＲＣＬに応じてＣＬＲ部２７で空にされた後、リニアＣＣＤ部２５からの電荷を順次蓄積していく。
【００６３】
このようにして蓄積された電荷は、アンプ２９によって読み出される。このアンプ２９は、非破壊で蓄積電荷量に比例した電圧を出力するものであり、実際には、隣接して格納されている電荷量の差分、すなわち、Ｎ画素の各画素について、その画素の発光素子４１の点灯時の電荷量とその画素の発光素子４１の非点灯時の電荷量との差分に対応する値を増幅して出力する。
【００６４】
また、センサを、エリアセンサとして構成する場合は、分解能を２倍にするには、４倍の画素数と演算データとが必要となるのに対して、リニアセンサとして構成する場合には、Ｘ座標，Ｙ座標各々２倍の画素数にするだけで済む。従って、画素数を増やしてさらに高分解能にすることも容易にできる。
【００６５】
また、線上に光電変換素子を配列したセンサ（２０Ｘ及び２０Ｙ）を用いる例を説明したが、光電変換素子を２次元に配列したセンサを用いることもできる。この場合、円筒形レンズ（９０Ｘ及び９０Ｙ）の替わりにボケた点像が得られるような構成の集光レンズを用いる。光電変換素子の出力を各光電変換素子の二次元位置情報に関連付けてメモリに格納し、その格納された光電変換素子の出力信号から差分信号が最大となるpeak画素を求め、そのpeak画素を中心とする円状、或いは円内の画素の差分信号から閾値を求めるという処理を実行する。この場合、分解能を２倍にするには、４倍の画素数と演算データとが必要となるのに対して、リニアセンサとして構成する場合には、Ｘ座標，Ｙ座標各々２倍の画素数にするだけで済む。従って、画素数を増やしてさらに高分解能にすることも容易にできる。
【００６６】
図９は、リニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙの出力波形の一例を示す図である。図中、縦軸は電荷量を、横軸は画素位置を示す。Ｂの波形は発光素子４１の点灯時に読み出した信号の波形であり、Ａの波形は非点灯時の波形であって、即ち外乱光のみの波形を示すものである（図６を用いて説明したように、リングＣＣＤ２６には、これらＡ，Ｂの波形に対応する画素の電荷が隣接して並んでいる）。アンプ２９は、その隣接する電荷量の差分値（Ｂ−Ａの波形）を非破壊増幅して出力するが、これにより指示具４からの光のみの像の信号を得ることができ、外乱光の影響を受けることなく安定した座標入力が可能となる。
【００６７】
ここで、図９に示したＢ−Ａの波形の最大値をＰＥＡＫ値と定義する。光に対してセンサが機能する蓄積時間を増大させる、即ち、連続するクロックの間電荷を蓄積し続けた場合、その時間に応じてＰＥＡＫ値は増大する。言い換えれば、信号ＬＣＫの１周期分の時間を単位蓄積時間とし、それを単位として蓄積回数ｎを定義すれば、蓄積回数ｎを増大させることでＰＥＡＫ値は増大する。このＰＥＡＫ値が所定の大ささＴＨ１に達するまで検出を続けることで、常に一定した品位の出力波形を得ることができる。
【００６８】
外乱光が非常に強い場合、差分波形Ｂ−Ａのピークが十分な大ささになる前に、リングＣＣＤ２６の転送電荷が飽和してしまう恐れがある。このような場合を考慮して、センサにはスキム機能を有するスキム部２８が付設されている。スキム部２８は、非点灯信号のレベルを監視し、図１０に示されるように、ｎ回目のクロック周期であるＡｎにおいて信号レベルが所定の値（図中、一点鎖線のレベル）を超えている場合、一定量の電荷を各画素の蓄積電荷から抜き取るようにする。これにより、次のｎ＋１回目には、波形Ａｎ＋１が得られる。信号が閾値より下になるまで電荷の抜き取りを繰り返すことによって、非常に強い外乱光があっても飽和しない。従って、点滅光の光量が微弱であっても、複数回積分動作を継続することによって、十分な大ささの信号波形を得ることが可能になる。特に指示具４に可視光域の発光源を用いる場合、表示画像の信号が重畳するので、前述したスキム機能と差分出力を用いることによって、非常にノイズの少ないシャープな波形を得ることが可能となる。
【００６９】
また非常に強い外乱光が入射された場合には、前述のＰＥＡＫ値を監視し、そのＰＥＡＫ値が所定レベルに達した時に前述の蓄積動作を停止させても良い。つまりこのような場合には、蓄積処理を増大させなくても十分な品位の出力波形が得られるので、信頼性の高い座標演算が可能となるとともに、蓄積回数が比較的少なくて済むことから、入射光が弱い場合に比べて、単位時間あたりの座標算出サンプリングレートが向上する（たとえば２０点/秒で座標算出としていたものが４０点/秒とより高速で座標演算が可能という意味）という利点が得られる。
【００７０】
図１１は、リニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙのセンサ制御の一連の動作を示すものである。センサ制御部３１は、まず、ステップＳ１０１によりセンサ制御動作を開始し、ステップＳ１０２において信号ＣＯＮを監視する。そして、信号ＣＯＮがハイレベルになると、ステップＳ１０３でカウンターｐｏｎを１にセットし、蓄積回数ｎを０にリセットし、ステップＳ１０４でセンサ出力のＰＥＡＫ値（ピ―クレベル）が所定の大きさＴＨ１より大きいか否かを判定する。
【００７１】
ＰＥＡＫ値がＴＨ１より小さい場合はステップＳ１０５に進み、蓄積回数ｎが第１の所定回数ｎ０を超えているかを判定する。超えていなければステップＳ１０６に移り、蓄積回数ｎを１インクリメントしてステップＳ１０４に戻る。こうして、ＰＥＡＫ値がＴＨ１より大きくなるか、蓄積回数ｎが限界値ｎ０を超えると、ステップＳ１０７に進み、積分停止信号ＲＯＮがハイレベル（Ｈｉ）になって積分動作は停止される。そして、座標演算部３２による座標値演算の処理が開始される。なお、座標演算処理については後述する。
【００７２】
その後、ステップＳ１０８とステップＳ１０９のループでカウンターｎが第２の所定回数ｎ１を超えると、積分停止信号ＲＯＮがローレベルになり、同時に、信号ＬＣＫの周期の数倍（図８では２倍）の間センサリセット信号ＲＣＬがハイレベルになる。その後、処理は、ステップＳ１１２に進み、信号ＣＯＮがハイレベルである間はこの動作が繰り返され、上述の所定回数ｎ１で決まる周期ごとに座標値演算が行われる。
【００７３】
また、ごみなどの影響で、信号ＣＯＮがドロップしても、１回のみは状態を保持するように、ステップＳ１１１が設けられている。もし、連続して２周期の間、信号ＣＯＮがローレベルであれば、ステップＳ１０２からステップＳ１１３に進み、カウンターｐｏｎが０にリセットされ、シンク信号待ちの状態になってステップＳ１０１に戻る。
【００７４】
なお、このドロップアウト対策部分は、１周期でなくもっと長くすることも可能であるし、外乱が少なければ、無くしてしまってもよい。なお、ここの１周期を前述のデータブロックの周期の自然数倍として、シンクコードのタイミングと一致させ、信号ＣＯＮの代りにシンクコード検出信号を用いても同様の動作を行える。
【００７５】
座標検出器１に入射する指示具４の光は、指示具４における電源の消耗（電池の電圧変化）に応じて変化する。特に、スクリーン１０の光るの拡散性が低い場合、及び表示される画像の表面輝度が増加している場合、センサに入射する光量は光スポットの位置と指示具４とに応じて様々に変化する。しかしながら本実施形態においては、このような場合であっても、このような影響を補償するべく積分回数を自動的に変化させるので、常に安定した出力信号が得られ、現実的な座標検出が可能となる。レーザーポインターのビームが直接センサに入射した場合においても、安定した座標検出が可能である。
【００７６】
また、画面に直接接触させて使用するＬＥＤを用いたペンタイプとレーザポインタとを併用する場合、ＬＥＤはより大きな光量のものが使用可能であるので、使用中の指示具がペンかポインタかに応じて図１１に示した積分回数ｎ０及びｎ１を切換える。ここでは、指示具がペンかポインタかの識別は、使用中の指示具から供給されるＩＤ信号に基づいて行われる。ペンが使用されている時はサンプリングを高速に、ポインタが使用されている時は低速にすることも可能である。実際、文字入力のように繊細な描画作業はポインタでは不可能であり、むしろ低速サンプリングによって滑らかな線を描けるほうが使い勝手がよい。
【００７７】
以上述べてきたように、点滅光に高周波数のキャリアを加え、そのキャリアを周波数検波して得た所定周期の復調信号によって積分動作のタイミング制御を行うようにしたので、指示具と撮像部とをコードレスで同期させることができ、使い勝手の良い座標入力装置を実現することができる。
【００７８】
また、レーザービームを用いることによって画面から離れた位置で容易に操作することが可能となる。また、積分手段からの差分信号中のピークレベルが所定レベルを超えことを検出し積分動作を停止させる積分制御手段を設けたので、光量が変化してもほぼ一定レベルの光スポット像の信号を作成でき、これにより、常に安定した高分解能な座標演算結果を得ることができる。
【００７９】
以上、センサに入射する光量の多少にかかわらず、信号の品位を一定に保つ方法を説明したが、ここでひとつ課題が発生する。前述の光量は、先に説明したように、指示具４に内蔵された電源（電池）４４の消耗により変動する他、指示具４のスクリーンに対する姿勢、つまり座標入力を行う通常の筆記動作により指示具４が傾く、あるいは、センサあるいは発行素子の変換効率の個体間差等によって、変動することが想定される。検出部に到達する光が減少した場合、その到達した光のレベルに応じて積分時間を長くする、すなわち、ｎ０、ｎ１の値を大きくし、積分回数を増大させることで品位の良い信号波形を得ることができるが、積分時間の増大は、座標サンプリングレート、つまり単位時間に算出できる座標点数の減少を意味し、本願発明とするところの座標入力装置として、操作者の筆跡を忠実に再現するためには、おのずと限界がある。例えば、その筆跡を忠実に再現するために２５点／秒の座標算出サンプリングレートが必要であると仮定すれば、１回の座標算出動作時間は少なくとも４０mSEC以下であることが必要であり、その時間内の積分時間で信号波形が所定のピークレベルに到達することが求められる。しかしながら、所定レベルのピークレベルが得られなかった場合でも、信頼性の高い座標を算出することが可能となれば、操作者にとって筆記性の良い指示具（例えば指示具の傾きより大きくできる）を実現可能であり、また電池寿命を延ばすことも可能となる。
【００８０】
＜座標値演算＞
以下、座標演算部３２における座標演算処理について説明する。
【００８１】
上述のようにして得られた２つのリニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙの出力信号（アンプ２９からの差分信号）は、センサ制御部３１に設けられたＡＤ変換部３１Ａでデジタル信号として座標演算部３２に送られ、座標値が計算される。座標値の演算では、まず、Ｘ座標、Ｙ座標の各方向の出力データに対して、センサ上の座標値（Ｘ１，Ｙ１）が求められる。なお、演算処理は、Ｘ座標もＹ座標も同様であるので、以下ではＸ座標に関する演算を説明する。
【００８２】
図１２は第１の実施形態による座標計算の手順を説明するフローチャートである。座標計算処理が開始されると、まずステップＳ２０１で変数contが０にセットされる。変数contは基準点設定モード（後述）において用いられる。そして、ステップＳ２０２において、任意の座標入力点（後述する基準点設定モードでは座標が既知の所定点）での各画素の点灯時と非点灯時の出力値の差分信号である差分データＤｘ（ｎ）（本実施形態の場合画素数ｎ＝６４）が読み込まれ、バッファメモリに貯えられる。次に、ステップＳ２０３では、あらかじめ設定しておいた閾値ＶとＤｘ（ｎ）とを比較し、閾値以上のデータ値Ｅｘ（ｎ）を導出する。このデータＥｘ（ｎ）を用いて、ステップＳ２０４でセンサ上の座標Ｘ１を算出する。本実施形態では重心法により出力デ―タの重心を算出しているが、出力データＥｘ（ｎ）のピーク値を求める方法（例えば微分法による）等、計算の方法は複数あることは言うまでもない。
【００８３】
ステップＳ２０５で座標演算処理のモード判定を行う。出力データの重心Ｘ１から座標を算出するためには、あらかじめ所定値を求めておく必要があり、その所定値を導出する方法（基準点設定モード）について述べる。
【００８４】
同様にＸ方向のみについて説明すれば、スクリーン１０上のＸ座標、Ｙ座標が既知の２点（α₀，β₀）、及び（α₁，β₁）に指示具４からの光スポットを順次位置せしめ、前述のステップＳ２０２〜Ｓ２０４を各々実行し、各々の点で得られるＸ方向センサの重心値を、Ｘ１₀，Ｘ１₁として導出し、その値、及び既知の座標値α₀，α₁を各々ステップＳ２１０で記憶する（２回の繰り返しにより、Ｘ１_cont及びα_contとして、Ｘ１₀，Ｘ１₁及びα₀，α₁が得られる）。
【００８５】
そして、通常の座標算出時には、ステップＳ２１０で格納された値（Ｘ１₀，Ｘ１₁及びα₀，α₁）を用いて、ステップＳ２０６で座標入力点のＸ座標を算出する。ステップＳ２０７ではより高性能な座標入力装置を提供することを目的として、必要に応じて座標値の校正（例えば光学系のレンズ収差を補正するためにソフト的な演算でその歪みを補正する等）を行い、座標値を確定する。
【００８６】
以上の処理において、確定した座標をそのままリアルタイムで出力することも可能であるし、目的に応じてデータを間引く（例えば確定座標１０個毎で１個のデータのみ出力）等も可能である事は言うまでもないが、以下の仕様等を想定する場合には、これらの処理の選定は重要である。
【００８７】
指示具４をペンのように使う場合と、ポインタとして画面から離れて使う場合では、使用者の手の安定性が異なる。ポインタとして使う場合には、画面上のカ―ソルが細かく震えてしまうので、このような細かい動きを抑制したほうが使いやすい。一方、ペンのように使う場合には、できるだけ忠実に速く追従することが求められる。特に文字を書く場合などには小さな素早い操作ができないと、正しく入力できなくなってしまう。
【００８８】
本例では、制御信号によりＩＤを送信しているため、その装置がポインタとして使われているかペンとして使われているか、端のスイッチが押されているか否かの検出により判定することができる。装置がポインタとして使われている時は、既に求められている出力座標値（Ｘ−１，Ｙ−１）、（Ｘ−２，Ｙ−２）から推測することにより現在の出力座標値（Ｘ，Ｙ）を求めることができる。実際、有用な構成においても少しの補正はある。本例では、単純な移動平均を用いているが、このような平滑化処理に用いる関数としては、他にも差分絶対値を大きさにより非線型圧縮したり、移動平均による予測値を用いてこれとの差分を非線型圧縮するなどの各種方式が使用可能である。要は、ポインタとして使用している場合は平滑化を強目にし、そうでない場合は弱めに切り替えることが、制御信号により可能であるため、それぞれ使い勝手のよい状態を実現可能であり、この点でも本実施形態の効果は大きい。
【００８９】
なお、これらの演算処理は、前述したように座標サンプリング周波数が１００Ｈｚの場合には１０msecの間に終了すればよく、原データは６４画素×２（各々ｘおよびｙ座標に対応する）×ＡＤ変換部８ビットと非常に少ない上、収束演算も必要ないので低速の８ビット１チップマイクロプロセッサで十分処理が可能である。このようなことは、コスト的に有利なだけでなく、仕様変更が容易で、開発期間の短縮や様々な派生商品の開発が容易になる利点もある。特に、エリアセンサを用いる場合のように、高速の画像データ処理を行う専用のＬＳＩの開発などは不要であるので、開発費用、開発期間などの優位性は非常に大きなものである。
【００９０】
上述したような演算処理によって求めた座標値（Ｘ，Ｙ）を示すデータ信号は、座標演算部３２から通信制御部３３に送られる。この通信制御部３３には、そのデータ信号と、制御信号検出部７２からの制御信号とが入力される。そして、これらデータ信号および制御信号は、ともに所定の形式の通信信号に変換され、外部の表示制御装置に送出される。これにより、スクリーン１０上のカーソルやメニュー、文字や線画の入力などの各種操作を行うことができる。前述したように、６４画素のセンサを使った場合でも、１０００超の分解能と十分な精度とが得られ、センサ、光学系ともに小型、低コストな構成でよく、また、演算回路も非常に小規模な構成とすることが可能な座標入力装置を得ることができる。
【００９１】
また、センサを、エリアセンサとして構成する場合は、分解能を２倍にするには、４倍の画素数と演算データとが必要となるのに対して、リニアセンサとして構成する場合には、Ｘ座標，Ｙ座標各々２倍の画素数にするだけで済む。従って、画素数を増やしてさらに高分解能にすることも容易にできる。
【００９２】
以上説明したように、本実施形態によれば、指示具４により所定の周期で点滅する光スポットの点灯時と非点灯時との信号を別々に積分して差信号を求め、ピ―ク画素の位置を精度よく求める様に構成したので、高精度、高分解能の座標値を得ることができ、さらには外乱光の影響を抑制し、小型、軽量、低コストな装置を実現することができる優れた効果が得られる。
【００９３】
［第２の実施形態］
上記第１の実施形態では、図１２で示した座表計算処理において電圧Ｖに対応する固定された閾値ＴＨ１と差分データＤｘ（ｎ）との比較を行っている。このため、例えば図１１の処理においてｎ０回の積分を行ってもＤｘ（ｎ）のPEAK値がＴＨ１を越えない場合、すなわち光量が不足している場合には座標検出精度が低下することになる。一方、十分な光量を得るためにｎ０を増加させれば検出速度の低下を招くことになる。第２の実施形態はこのような状況に対処するものである。
【００９４】
＜光量と座標算出サンプリングレート＞
第１の実施形態で述べてきたように、指示具４に内蔵された発光素子４１からの光を、センサ２０の積分動作により安定した信号として検出する事ができる。しかしながら、発光素子からセンサ２０へ到達する光量が減少すると、検出信号のピークレベルを所定レベルに到達させるために積分動作がより多くの回数繰り返されなければならず、ひいては座標算出サンプリングレート（単位時間で座標算出可能な点数）が低下する。座標入力装置としてユーザによる筆記を忠実に再現するためには、数十点／ｓｅｃ程度のサンプリングレートが望まれ、好ましくは１００点／ｓｅｃ程度の実力が求められる。一方、本実施形態の構成で発光素子４１にＬＥＤを用いた場合、実使用状態を想定、或いは量産を考慮（個体間差を考慮）して実験を行った結果、最悪ではＬＥＤから発せられる光量の数％程度しかセンサ２０に到達することができない。一方、光量を増大させる一方法としては、ＬＥＤの順方向電流をより大きくしてＬＥＤ発光量を増す事が挙げられるが、これは指示具４に内蔵された電源部（電池）４４の消耗を増大させ、電池寿命を減少させる。電源部４４を充電可能とする打開策も考えられるが、充電回数の増加をもたらす等、ユーザにとって実使用上好ましい状態とは言えず、発光素子４１の光量をアップさせると言う観点での対策は自ずと限界が有る。この点を鑑みて成されたのが本実施形態の主眼とする所であり、その詳細に付いて以下説明する。
【００９５】
本実施形態では、所定の積分動作（例えば、座標サンプリングレート１００点／ｓｅｃを達成するために、１サンプルあたりの最大積分時間を１０ｍ／ｓｅｃとなるように積分回数ｎ０，ｎ１を設定する）を完了した際、センサから出力される信号のＰＥＡＫ値がＴＨ１に達しない場合でも、精度良く座標算出を行える様に構成したものである。図１３はセンサの各画素の出力レベルを模式的に示したものであり、一般には、閾値レベルＶをもって有効なデータが判別される。出力信号が十分に得られる状態では、閾値レベルＶをノイズレベルから十分マージンをとって設定し、ノイズの影響を受けることなく安定した座標算出が可能である。しかしながら前述の光量不足による検出信号レベルの低下が、実使用状態の条件により想定されるので、この閾値レベルは十分小さく設定するのがより好ましい。例えば、閾値レベルをＶ_LOWに設定すれば、より出力信号の小さなレベルでの座標算出が可能となるが、ノイズの影響を受けやすく、その算出精度は低下する。
【００９６】
図１６は本実施形態における座標計算の手順を説明するフローチャートである。図１６に示される手順では、閾値レベルの低下に伴うノイズの影響を排除して座標計算を行う。
【００９７】
処理が開始されると、まず、ステップＳ３０１で変数contが０に初期化される。そして、ステップＳ３０２では、任意の座標入力点での各画素の差分信号である差分データＤｘ（ｎ）（本実施形態の場合画素数ｎ＝６４）が読み込まれ、ステップＳ３１１でそのＤｘ（ｎ）は閾値と比較されバッファメモリに各画素毎のＥｘ（ｎ）が貯えられる。以上のステップＳ３０１、Ｓ３０２、Ｓ３１１の処理は図１２を用いて説明したステップＳ２０１〜Ｓ２０３の処理と同じである。
【００９８】
次に、ステップＳ３０３で、出力信号が最大となる画素ｎ_peakを検出する。そして、ステップＳ３０４で最大出力信号に対応する画素ｎ_peakとその画素の両隣ｍ画素ずつのデータを用いて（従って、用いられる画素データ数は２ｍ＋１となる）、センサ上の座標Ｘ１を以下の式に従って算出する。座標演算はこの式により行われる。
【００９９】
【数１】

【０１００】
その他のステップ（ステップＳ３０５〜Ｓ３１０）については図１２で述べた動作（ステップＳ２０５〜Ｓ２１０）と同一であり、ここでは説明を省略する。
【０１０１】
以上のステップＳ３０４に示す如く重心計算を行うことの作用効果に付いて図１５を用いて説明する。図１５は従来例（最も左）の計算方法、即ちすべての画素差分信号を用いて重心を求める方法と、第二の実施形態の方法、即ち重心計算に異なる画素数ｍ（例えば各方向から選択する画素数を変える）を用いる方法との精度を示すものである。実際の光スポットの位置と検出された座標とを比較し、その差、即ち座標演算精度をスクリーン全体で１００００点について求めている。計算方法と条件は横軸に示し、演算した座標の精度は縦軸に示している。図１５において、“Ｍａｘ”はその１００００点で演算された差の最大値を表し、“精度”は１００００点の平均値Ａvg、及び標準偏差σから導出されるＡvg＋３σの値である。
【０１０２】
例えば閾値電圧を０．７５Ｖに設定して図１２に示した手順により座標計算を行うと、精度の最大値Ｍａｘが大きく劣化するばかりか、光量が不足して座標算出すら行えない領域が存在することが判明した。もちろん閾値レベルをより高くすることで、座標算出精度は向上するが、座標算出不能領域が拡大する。しかしながら図１６に示した計算方法を用いてｍの値を４程度に設定すれば、全領域で座標算出が可能であり、しかもその座標算出精度は実使用上十分な値が得られる。
【０１０３】
このことは、図１２による座標計算手順に比ベ、センサで出力される信号レベルが小さくても、十分な性能を発揮できることを意味し、信頼性の高い座標入力装置を提供できるものである。また、図１２による計算手順に比べ、積分時間の縮小により座標サンプリングレートを増す事も可能であり、または、ＬＥＤの発光をより弱くする事で、指示具４内に内蔵された電池４４の寿命を延ばし、取り扱いのしやすい構成を実現することも可能となる。
【０１０４】
［第３の実施形態］
第３の実施形態では、以下のような構成を具備することによって、低光量であってもより高精度、高分解に座標を算出する事を可能とする。
【０１０５】
図１７は第３の実施形態による座標計算の手順を説明するフローチャートである。図１７に於いて、処理が開始されると、まずステップＳ４０１で変数contが０に初期化される。そして、ステップＳ４０２で任意の座標入力点での各画素の差分信号である差分データＤｘ（ｎ）が読み込まれ、バッファメモリにその情報を貯える。次に、ステップＳ４０３で、出力信号が最大となる画素ｎ_peakを検出する。そして、ステップＳ４１１で最大画素ｎ_peakの前後ｍ番目の画素を選択し、両者の画素の信号レベルＤｘ（ｎ_peak−ｍ）及びＤｘ（ｎ_peak＋ｍ）の比較を行う。その比較の結果、より小さい方の信号レベルを閾値に設定し、ステップＳ４１３もしくはステップＳ４１４でnpeakの両側の画素の出力信号と閾値との比較を行なう。本実施形態の場合、信号レベルがより小さい値を閾値レベルとしており、ｍ＝３とした場合のその様子を図１４の（Ａ）に示す。この図において、閾値がＤｘ（ｎ_peak−ｍ）に設定されている事が理解される。
【０１０６】
次に、ステップＳ４１５において、重心計算に用いる有効画素の判定を行う。先の動作で得られた画素ｎにおけるデータＥｘ（ｎ）が正の値であれば閾値レベル以上の信号が画素ｎで出力されていることが判明するが、設定される閾値レベルはＰＥＡＫ値の両側の画素の出力信号に応じて変動する変動閾値であるから、光量が弱い状況ではその設定レベルがノイズレベルとなることもあり得る。最大画素ｎ_peakから十分離れた画素でノイズによる信号が出力されると、信号成分がたとえ小さい値であっても、モーメント（ｎＥｘ（ｎ）の項）として計算されるので、その誤差は少なからずとも影響する。従って本実施形態では、ステップＳ４１５で画素ｎにおけるＥｘ（ｎ）が正の値であって、最大画素ｎ_peakを含む連続した画素番号の一連の画素からの出力データのみを有効画素として判定し、演算に用いる画素の最小画素番号ｎ_min及び最大画素番号ｎ_maxを決定する（ｎ_min＜ｎ_peak＜ｎ_max）。その際選択される有効データを模式的に図１４の（Ｂ）に示す。図１６の処理ではそれらが固定であったが、図１４（Ｂ）においては閾値が可変であり、演算に用いる画素の数が可変である。
【０１０７】
次に、ステップＳ４０４において、ステップＳ４１５で求めた有効画素、すなわち、ｎ_minからｎ_maxの画素を用いて、以下の式により重心Ｘ１を求める計算を行う。
【０１０８】
【数２】

【０１０９】
なお、以下の処理（ステップＳ４０５〜Ｓ４１０）は先に説明した処理（ステップＳ２０５〜Ｓ２１０）と同様であり、ここでは説明を省略する。以下、上記の重心計算を用いた場合の利点に付いて説明する。
【０１１０】
座標入力可能有効エリアサイズが１２００×９００ｍｍの座標入力装置の一部分（４０×４０ｍｍ）における座標算出精度を導出した様子を図１８及び図１９に示す。図のＸ軸、Ｙ軸は入力ペン４の指示位置を示し、図のＺ軸は本座標入力装置が出力したＹ座標値と実際の入力位置に対応するＹ座標値との差を示したものである。従って、その差がほぼ０と言うことは座標入力装置の精度が非常に優れている事を示す。
【０１１１】
図１８は、上述の図１６のフローチャートに示される手順で座標計算を行った結果である。同様に、図１９は図１７に示されるフローチャートで座標計算を行った結果である。図１６で示される演算方法の測定誤差が約１０ｍｍ程度であるのに対し、図１７で示される演算方法で演算した結果は、その誤差が約２〜２．５ｍｍ程度と激減しているばかりか、図１８に示されるような階段状の誤差の増加が発生しておらず、滑らかな誤差発生分布となっている。この事は、図１６の演算方法に比べて、図１７に示した演算方法は座標入力装置の分解能を更に改善していることを意味し、高精度かつ高分解能な座標入力装置を実現できる優れた効果が得られていることがわかる。
【０１１２】
なお、上述した実施形態では、ステップＳ４１５で有効画素を抽出するのに用いる閾値として、差分データの最大値を有する画素ｎ_peakの前後ｍ番目の画素の差分デ―タのうちの小さいほうの値を採用した。しかしながら、この閾値の設定はこれに限られるものではなく、例えば、ｍの値をより大きくし、信号レベルＤｘ（ｎ_peak−ｍ）及びＤｘ（ｎ_peak＋ｍ）のうち大きい値を閾値レベルとして採用しても同等の効果が得られる。或いは、例えば差分データの最大値を有する画素の前後ｍ個の画素に対応する２ｍ＋１個の差分データから平均を求める等の所定の演算を行い、その平均或いは複合して閾値を設定しても良い。
【０１１３】
以上説明したように、上記実施形態によれば、指示具４により所定の周期で点滅する光スポットの点灯時と非点灯時との信号を別々に積分して差信号を求め、差分信号の最大値を有する画素（画素番号ｎ）を検知し、この最大画素の前後ｍ番目の画素のデータ、或いは、各々ｍ個の画素を選択して得られる２ｍ＋１個の画素のデータを用いてデータの有効性を設定するための閾値を設定する。そして、この設定された閾値を用いて有効画素を選択し、選択された画素の出力データを用いて座標演算を行う。この結果、高精度、かつ高分解能な座標入力装置を実現することができる優れた効果が得られる。
【０１１４】
更に本願発明では、座標検出の信頼性を向上させるために、設定された前述の閾値が有効であるか（光信号による出力かどうか）を判定するための手段を有する。以下に説明を加えるが、その場合、次の点を十分に考慮しなければならない。これらのセンサを用いた製品を量産する場合、部品の個体間差、特に問題となるのは、センサが光をまったく受光していない時の出力電圧、つまり暗時出力電圧である。一般的な仕様として、この暗時出力電圧は±数１０％変動するのが一般的であり、例えば電源電圧５Ｖと仮定して標準的な仕様が暗時出力電圧１Ｖとすれば、部品の個体間差により、その分布は０．７Ｖ〜１．３Ｖ程度となる。従って、前述した閾値レベルは１．３Ｖ以上であることが必要条件となるが、この場合暗時出力電圧０．７Ｖの部品で閾値電圧１．３Ｖという状態が存在することになる。つまり光量が弱くなってピークレベルが１．３Ｖ程度しか得られない場合には、座標演算不能になる。逆に暗時出力レベル１．３Ｖの部品では、閾値が１．３Ｖに設定されているのでノイズに対するマージンが全く設定されていないので、座標演算の信頼性が低く、より高い値に閾値を設定することが必要となる。つまり、その様な部品交差を考慮すれば、部品に応じた閾値レベルを設定することが必要であり、製品毎に調整することはコストアップの要因となることは明らかである。
【０１１５】
その影響を除去するために、図２０において、ステップＳ５０１で処理を開始し、ステップＳ５０２では、任意の座標入力点の各画素における差分信号である差分データＤｘ（ｎ）（本実施形態の場合画素数ｎ＝６４）が読み込まれる。この時、全画素（６４画素）からの出力値の平均値を演算し、その平均値に所定のオフセット量Ｖoffを加えて第一の閾値Vth1と定義する（ステップ５０３）。第１の閾値は、出力信号の有効性を判定する為に用いる（図２１（Ａ）参照）。つまり、Vth１はセンサに入力される光量、つまり信号レベルに応じて可変するとともに、前述の光量が全く入射されていない状態での暗時出力電圧にも依存することになるので、センサ個体間の部品公差を吸収し、最適な閾値レベルを自動的に設定できる。
【０１１６】
次にステップＳ５０４で差分データＤｘ（ｎ）の最大値を有する画素ｎ_peakを検出し、ステップＳ５０５でピーク画素番号ｎ_peakの前後ｍ番目の画素の出力値、Ｄｘ（ｎ_peak―ｍ）及びＤｘ（ｎ_peak＋ｍ）を各々求めその値を比較する。次にステップＳ５０６、Ｓ５０７で比較結果に応じて第２の閾値Ｖth2を設定する。本実施形態の場合、Ｄｘ（ｎ_peak―ｍ）及びＤｘ（ｎ_peak＋ｍ）のうち、信号レベルがより小さい値を閾値レベルとしているが、ｍ＝３とした場合のその様子を図２１（Ｂ）に示す。閾値がＤｘ（ｎ_peak−ｍ）に設定されている事が理解される。本実施形態の場合、信号レベルがより小さい値を閾値レベルとして採用しているが、ｍの値をより大きくし、信号レベルの高い値を閾値レベルとして採用すべく、信号レベルがより大きい方の値を閾値レベルとして設定しても良い。
【０１１７】
次にステップＳ５０８で第１の閾値レベルＶth1と第２の閾値レベルＶth2を比較する。第２の閾値レベルＶth2が第１の閾値レベルＶth1より大きければ、座標を計算するために十分な光がセンサに入射されたものとして、座標演算を実行する。一方、Ｖth2がＶth1より小さい場合は、座標値を判定するために必要な光量がないとして、処理を中止し、ステップＳ５０１に戻る。
【０１１８】
ステップＳ５０９では、第２の閾値Vth２と各画素の出力Ｄｘ（ｎ）が比較されバッファメモリにＥｘ（ｎ）が貯えられる。次に、ステップＳ５１０で、ピーク画素番号ｎ_peakを含み、閾値Ｖth2を越えた連続画素のみを選択し、センサ上の座標Ｘ１を算出する。なおその他のステップで行われる処理は先に述べた動作において説明した各処理と同一であるので、ここでは説明を省略する。
【０１１９】
本実施形態におけるステップＳ５１０において判定される有効画素を図２１（Ｃ）に示す。第2の閾値Ｖth2はＤｘ（ｎ_peak−ｍ）（画素ｎ_peak−ｍの値）に設定されるので、この図の例においては、画素ｎ_peak−ｍのみならず画素ｎ_peak＋ｍの出力値が有効画素として座標計算に用いられる。第１及び第２の閾値は可変であり、座標計算に用いられる画素数も可変であるが、図１６の処理において、それらは固定値である。
【０１２０】
図２２は座標入力可能有効エリアサイズが１２００×９００ｍｍの座標入力装置におけるその一部分（４０×４０ｍｍ）の座標算出精度を示す。この図において誤差発生分布は滑らかであり、図２０の演算が座標入力装置において好判定を得ていることが示されている。従って、その演算により、高精度及び高解像度の座標入力装置を得ることができる。
【０１２１】
なお、本発明に係る座標入力方法及び装置は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インタフェイス機器、リーダ、プリンタなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。
【０１２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外乱光の影響を抑制し、高分解能で高性能な座標入力装置を提供することができる。また、本発明によれば、小型で、低コストな座標入力装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光学式座標入力装置の構成を示すブロック図である。
【図２】指示具４の構成を示すブロック図である。
【図３】図２の装置におけるスイッチ入力と制御出力との関連を示す表である。
【図４】図１の座標検出器の概略構成を示すブロック図である。
【図５】リニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙの構成を示す図である。
【図６】Ｘ或いはY座標検出用リニアセンサの内部構成を示すブロック図である。
【図７】制御信号の復元動作を示すタイミングチャートである。
【図８】受光素子の出力信号から制御信号を復元する一連の動作の終了時のタイミングチャートである。
【図９】Ｘ或いはＹ座標検出用リニアセンサの出力波形の一例を示す図である。
【図１０】リニアセンサにおけるスキム動作を示す波形図である。
【図１１】リニアセンサを制御する一連の動作を示すフローチャートである。
【図１２】第１の実施形態による座標演算処理を示すフローチャートである。
【図１３】リニアＣＣＤセンサの素子の出力の一例を示す図である。
【図１４】リニアＣＣＤセンサの素子の出力の一例を示す図であって、（Ａ）は閾値の設定を示し、（Ｂ）は有効画素の抽出を示す図である。
【図１５】各計算法における座標算出精度を示す図である。
【図１６】第２の実施形態による座標演算処理を示すフローチャートである。
【図１７】第３の実施形態による座標計算処理を示すフローチャートである。
【図１８】第２の実施形態の演算処理による座標算出精度とＸＹ位置との関係を示す図である。
【図１９】第３の実施形態の演算処理による座標算出精度とXY位置との関係を示す図である。
【図２０】第４の実施形態による座標計算処理を示すフローチャートである。
【図２１】有効画素選択モードの例を示す図である。
【図２２】第４の実施形態の演算処理による座標算出精度とＸＹ位置との関係を示す図である。
【図２３】フロント投影タイプの表示装置の構成を示す図である。
【図２４】図２３のフロント投影タイプの表示装置において用いる指示具を示す図である。
【図２５】座標入力装置の機能構成を示す図である。

Claims

周期的に輝度が変化するスクリーン上の光源の座標位置に対応する情報を出力する装置であって、
所定の態様に配列された複数の光電変換素子を含み、前記光源の光を受ける検出手段と、
周期的に輝度が変化する光源の周期における第１の輝度範囲の期間での光電変換素子の出力と、その周期における前記第１の輝度範囲より低い第２の輝度範囲の期間での前記光電変換素子の出力との間の差分信号を光電変換素子ごとに生成する差分信号生成手段と、
最大の差分信号を有する光電変換素子を検出し、その最大の差分信号を有する光電変換素子に隣接する所定数の光電変換素子の差分信号に基づいて、前記光電変換素子ごとの差分信号に対する閾値を設定する設定手段と、
前記閾値と前記光電変換素子ごとの差分信号に基づいて光電変換素子を選択する選択手段と、
前記選択された光電変換素子から出力される差分信号に基づいて座標演算を実行する演算手段と、
前記演算手段により得た座標値を出力する座標出力手段とを有することを特徴とする座標入力装置。
前記検出手段は線上に配列した光電変換素子を含み、
前記設定手段は、最大の差分信号を有する光電変換素子の両側に位置する光電変換素子に対応する差分信号に基づいて閾値を設定することを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
前記設定手段は、最大の差分信号を有する光電変換素子から等しく間隔を空けた二つの光電変換素子に対応する差分信号に基づいて閾値を設定することを特徴とする請求項２に記載の座標入力装置。
前記設定手段は最大の差分信号を有する光電変換素子から等しく間隔を空けた二つの光電変換素子に対応する差分信号のうちの小さい方の差分信号に閾値を設定することを特徴とする請求項３に記載の座標入力装置。
前記設定手段は最大の差分信号を有する光電変換素子から等しく離れた二つの光電変換素子に対応する差分信号のうちの大きい方の差分信号を閾値として設定することを特徴とする請求項３に記載の座標入力装置。
前記選択手段は、最大の差分信号を有する光電変換素子を含む一連の光電変換素子を選択することを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
周期的に輝度が変化するスクリーン上の光源の座標位置に対応する情報を出力する装置であって、
所定の態様に配列された複数の光電変換素子と、周期的に輝度が変化する光源の周期における第１の輝度範囲の期間における各光電変換素子の各々の出力を積分し、前記周期における前記第１の輝度範囲より低い第２の輝度範囲の期間における各光電変換素子の各々の出力を積分する積分手段とを含み、前記光源の光を受ける検出手段と、
前記周期における前記第１の輝度範囲の期間で積分された光電変換素子の出力と、前記周期における前記第２の輝度範囲の期間で積分された前記光電変換素子の出力との間の差分信号を光電変換素子ごとに生成する差分信号生成手段と、
前記光電変換素子の積分された出力から演算される差分信号に基づいて、前記差分信号に対する閾値を設定する設定手段と、
前記閾値と前記光電変換素子ごとの差分信号に基づいて光電変換素子を選択する選択手段と、
前記選択された光電変換素子から出力される差分信号に基づいて座標演算を実行する演算手段と、
前記演算手段により得た座標値を出力する座標出力手段とを備えることを特徴とする座標入力装置。
前記設定手段は、前記積分手段において実行される積分の回数を制御することを特徴とする請求項７に記載の座標入力装置。
前記周期の前記第２の輝度範囲の期間における光電変換素子からの出力が所定値を越える場合に、光電変換素子からの出力値を削減するスキム手段を更に有することを特徴とする請求項７又は８に記載の座標入力装置。
周期的に輝度が変化する光源の、スクリーン上における座標位置に対応する電気信号を提供する為の方法であって、
所定の態様に配置された複数の光電変換素子を使って周期的に輝度が変化する光源から照射された光を受光し、
各光電変換素子について、前記光源の前記周期における第１の輝度範囲の期間での光電変換素子の出力と、前記第１の輝度範囲より低い第２の輝度範囲の期間での前記光電変換素子の出力との間の差分信号を求め、
最大の差分信号を有する光電変換素子を検出し、その最大の差分信号を有する光電変換素子に隣接する所定数の光電変換素子の差分信号に基づいて、各光電変換素子からの前記差分信号に対する閾値を設定し、
前記閾値と前記光電変換素子ごとの差分信号に基づいて差分信号を選択し、
前記選択された光電変換素子から出力される差分信号に基づいて座標演算を実行し、
前記座標演算により得た座標値を出力することを特徴とする座標入力方法。
周期的に輝度が変化する光源の、スクリーン上における座標位置に対応する電気信号を提供する為の方法であって、
所定の態様に配置された複数の光電変換素子を使って周期的に輝度が変化する光源から照射された光を受光し、
周期的に輝度が変化する光源の周期における第１の輝度範囲の期間における各光電変換素子の各々の出力を積分し、前記周期における前記第１の輝度範囲よりも低い第２の輝度範囲の期間における各光電変換素子の各々の出力を積分し、
前記周期における前記第１の輝度範囲の期間で積分された光電変換素子の出力と、前記周期における前記第２の輝度範囲の期間で積分された前記光電変換素子の出力との間の差分信号を光電変換素子ごとに生成し、
前記光電変換素子の積分された出力から演算される差分信号に基づいて、前記差分信号に対する閾値を設定し、
前記閾値と前記光電変換素子ごとの差分信号に基づいて光電変換素子を選択し、
前記選択された光電変換素子から出力される差分信号に基づいて座標演算を実行し、
前記座標演算により得た座標値を出力することを特徴とする座標入力方法。