JP4810505B2

JP4810505B2 - 座標検出装置

Info

Publication number: JP4810505B2
Application number: JP2007163343A
Authority: JP
Inventors: 太朗森; 高信細江; 準石田
Original assignee: Hitachi Solutions Ltd
Current assignee: Hitachi Solutions Ltd
Priority date: 2007-06-21
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2027-06-21
Also published as: JP2009003670A

Description

本発明は、電子黒板やコンピュータディスプレイ等に取り付ける光学式センサを使用した座標検出装置に係り、特に、光学式センサが検出した複数の位置座標の識別方法に関するものである。

近年では、電子黒板やコンピュータディスプレイに取り付け、専用の電子ペンあるいは指を用いることで画面上の座標を直接指定する入力装置が考えられている。
例えば、下記の特許文献１（特開平９−０９１０９４号）では、四角形状の座標入力面の２隅部に光源部を設けると共に、これら２つの光源部から照射される光を各光源部へと再帰反射する再帰反射部を光源部の対向辺部分に設け、さらに前記２つの光源部と同じ位置に設置され、再帰反射された光を受光し、その角度を検出する検出部を用い、座標入力面に挿入された指または電子ペンなどの座標指示物の位置を検出する装置を示している。
また、下記の特許文献２（特開２０００−１３２３３９号）では、前記特許文献１の装置が１点のみ検出できるのに対し、２点同時入力に対しても対応した入力装置を示している。

図９は、特許文献２に開示された座標入力装置の概略図である。
図９において、入力装置１０１は、四角形状の座標入力面の右側上方と左側下方にそれぞれ光ビームの発光と受光とを行う受発光装置１０２（上側受発光装置１０２ａ、下側受発光装置１０２ｂ）と、入力装置の内側下部に反射材である反射ミラー１０３と、下部を除く周辺部に再帰性反射部材である再帰性反射シート１０４と、入力領域１０５と、受発光装置１０２ａ、１０２ｂで受光した受光信号に基づいて入力領域１０５に挿入された挿入物（座標指示物）の座標位置を検出する演算部１０６を備えている。
入力領域１０５内の所定の位置を２箇所（図１内のＡ、Ｂ）同時に指で指し示した場合、Ａを指し示すことによって、受発光装置１０２ａから発光された光ａの反射ミラー１０３による反射光ａ’と、受発光装置１０２ａから発光された光ｃが遮られるのと同時に、Ｂを指し示すことによって、受発光装置１０２ａから発光された光ｂの反射ミラー１０３による反射光ｂ’と、受発光装置１０２ａから発光された光ｄが遮られる。
反射光ａ’、反射光ｂ’、光ｃ、光ｄが遮られた情報では、反射光ａ’と光ｄの組み合わせであるＡ’や反射光ｂ’と光ｃの組み合わせであるＢ’も候補として考えられる。そこで、受発光装置１０２ｂから発光された光ｅと光ｆを用いて特定する。
このように、２つの受発光装置と再帰性反射光シートと反射ミラーを用いることで２点同時入力における座標検出を可能としている。

特開平０９−０９１０９４号特開２０００−１３２３３９号

しかしながら、特許文献２の技術は２つの入力点Ａ、Ｂが重なるほど接近した場合に、Ａ、Ｂどちらの点によって光が遮られているかを判別できず、Ａ、Ｂの軌跡を正確に検出できない可能性がある。
図１０は、２つの入力点Ａ、Ｂを交差させるように移動させようとした状態を示している。入力点Ａ、Ｂについて実際に移動させる予定の操作方向を点線矢印２０１ａ、２０１ｂで示している。

図１１はＡ、Ｂが交差しようと重なった状態を示している。この時、受発光装置１０２ａ、１０２ｂから発光された光は１点としてしか認識できず、この後、どちらがＡであり、どちらがＢであったかを識別できず、あいまいな状態となる。このため、ＡとＢを取り違えた場合、図１２のように、実際にはＡ，Ｂの移動軌跡は交差するような動きをしているにもかかわらず、入力点は折り返すような動きをしているように認識してしまうということが起きる。

本発明の目的は、２点同時入力を可能とする光学式センサを使用した座標入力装置において、座標入力点の交差および折り返し動作が行われた場合に２つの座標入力点が接近して識別が曖昧となった場合でも、曖昧となった以降の座標入力点が交差動作によるものか、折り返し動作によるものかを容易に識別することができる座標検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、四角形状の座標入力面を照射光によって走査し、照射方向の対向する位置に設置された再帰反射材によって反射された光を受光する光学式センサを有し、前記座標入力面に挿入された座標指示物による遮光タイミングに基づき前記座標入力面に挿入された座標指示物の座標位置を検出する座標検出装置において、前記照射光の走査によって順次に検出した座標位置を記憶する位置座標記憶手段と、記憶した座標位置と新たに検出した座標位置とに基づき前記座標指示物による指示座標の移動に伴う速度ベクトルを順次算出し、算出した速度ベクトルに基づき、前記座標入力面に挿入された２つの座標指示物による座標指示の交差動作と折り返し動作の座標位置を識別する演算手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、光学式センサを利用した入力装置を使用して２点同時入力を行う際に、交差動作および折り返し動作を行った場合における座標入力点の識別精度を上げることが可能となる。
また、演算部の処理方法で対応することにより、光学式センサの読取精度向上によって対応するよりも費用は抑えられる。

以下、本発明を実施する場合の一形態を、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明の実施の一形態に関わるシステム全体の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態における座標入力装置３０１は、四角形状の座標入力領域３０４の上側２隅部に設置され、２点同時入力を検出できる光学式センサ３０２（左側光学式センサ３０２ａ、右側光学式センサ３０２ｂ）と、座標入力領域３０４の内側の上部を除く周辺部に設けられた再帰性反射シート３０３と、光学式センサ３０２で検出した挿入物（電子ペンまたは指などの座標指示物）の座標位置を検出する演算部３０５とを備える。
光学式センサ３０２の照射光により座標入力領域を走査し、光学式センサ３０２の照射方向の対向辺に設置された再帰性反射シート３０３で反射した光を光学式センサ３０２で受光する。座標入力領域３０４内に挿入物が置かれると、光学式センサ３０２に入射する反射光が遮られる。演算部３０５は、反射光の遮光タイミングに基づき座標入力領域３０４内に置かれた挿入物の位置座標を算出する。

座標入力装置３０１は電子黒板やコンピュータディスプレイといった表示装置に取り付ける装置である。これらの表示装置は一般的に縦サイズよりも横サイズが長いため、２点同時入力を行う際は横並びに行うとする。すなわち１点は座標入力領域３０４の左側に、もう１点は右側に入力するものとする。
入力点の交差動作は１点が左から右に交点を通過して移動する動作であり、もう１点は右から左に交点を通過して移動する動作となる。折り返し動作は１点が左から右に移動し、交点で右から左に反転移動する動作であり、もう１点は右から左に移動し、交点で左から右に反転移動する動作である。

図２は、演算部３０５の概略構成を示すブロック図である。
演算部３０５は、動作状態記憶手段４０１と、位置座標記憶手段４０２と、位置座標検出手段４０３と、動作状態識別手段４０４を有する。
動作状態記憶手段４０１は、現在の入力に対する動作状態を記憶する。記憶する動作状態は「識別不明」、「折り返し」、「交差」、「識別不明なし」の４状態である。初期状態では「識別不明なし」である。
位置座標記憶手段４０２は、１つの入力に対してこれまでに検出した座標の中で直近の３点の位置座標を記憶するものである。２点同時入力を行っている場合は各入力について記憶される。３点以上の位置座標を検出した場合、古い位置座標から破棄され、新しい位置座標が記憶される。

位置座標検出手段４０３は、光学式センサ３０２より挿入物の検出情報を位置座標に変換する手段であり、既存技術である。入力点が接近していて識別できない２つの入力点を検出した場合、動作状態記憶手段４０１に「識別不明」を記憶させる。
識別できない２点が重なっていない場合は折り返し動作と判断できる。
また、交差動作を行う場合、入力した２点が接近する地点の前後での速さの変化は小さい。これに対して、折り返し動作の場合、２点が接近する地点の直前で速さは減少する。すなわち、２点が接近する地点の直前で速度ベクトルの速さが減少傾向にある場合は折り返し動作である可能性が高く、それ以外の場合は交差動作である可能性が高い。

図３〜図５は、交差動作および折り返し動作に関する入力点とその速さの関係を示す図である。
交差動作について光学式センサ３０２が時間的に等間隔で検出した位置座標は、図３のａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ（ａは始点、ｅは入力２点が重なる地点）のようになる。折り返し動作について光学式センサ３０２が時間的に等間隔で検出した位置座標は、図４のａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’、ｅ’（ａ’は始点、ｅ’は入力２点が重なる地点）のようになる。
図５は、交差動作および折り返し動作について各検出点とその速さの関係を示している。
折れ線５０１ａが交差動作における検出点とその速さを示しており、入力２点が重なる地点まで速さは増加していく傾向にある。
折れ線５０１ｂが折り返し動作における検出点とその速さを示しており、入力２点が重なる地点の前から速さは徐々に減少していく傾向にある。

動作状態識別手段４０４は、上記のような傾向を交差動作と折り返し動作の判定基準として、以降の処理を行う。
動作状態記憶手段４０１が「識別不明」を記憶していた場合、入力２点が重なっていなければ動作状態記憶手段４０１に「折り返し」を記憶する。入力２点が重なっている場合、現在検出した位置座標の直前の位置座標までの速度ベクトルを算出してその速さを比較し、速度ベクトルの速さが減少の場合は折り返し動作と判断し、動作状態記憶手段４０１に「折り返し」を記憶させる。速さが減少していない場合は「交差」を記憶させる。
動作状態記憶手段４０１が「折り返し」を記憶していた場合、現在検出した２点の位置座標を折り返し動作になるように識別する。
動作状態記憶手段４０１が「交差」を記憶していた場合、現在検出した２点の位置座標を交差動作になるように識別する。
動作状態記憶手段４０１が「識別不明なし」を記憶していた場合、速度ベクトルの比較や入力点の識別は行わない。

図６は、動作状態識別手段４０４の処理手順を示すフローチャートである。
まず、動作状態識別手段４０４は、動作状態記憶手段４０１を参照して現在の動作状態を取得（ステップ６０１）し、動作状態が「識別不明」であるかを判定する（ステップ６０２）。
「識別不明」である場合、２つの入力点が重なっているかを判定する（ステップ６０３）。２つの入力点が重なっていない場合、動作状態記憶手段４０１に「折り返し」を記憶し（ステップ６０４）、現在検出した位置座標を記憶する（ステップ６１５）。
２つの入力点が重なっている場合、位置座標記憶手段４０２からこれまでの位置座標を取得（ステップ６０５）し、速度ベクトルの速さを算出する（ステップ６０６）。

算出方法は、これまでの座標位置を（ｘ０，ｙ０）、（ｘ１，ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）とし、位置座標の検出が時間的に等間隔で行われるとして、距離を算出することによって速さｖ１、ｖ２とする。

ｖ１、ｖ２を比較し、減少しているかを判定する（ステップ６０７）。減少の場合は動作状態記憶手段４０１に「折り返し」を設定し（ステップ６０８）、減少でない場合は「交差」を設定する（ステップ６０９）。

ステップ６０２の判定で「識別不明」でない場合、動作状態記憶手段４０１に設定されている状態によって場合分けを行う（ステップ６１０）。
動作状態記憶手段４０１に「折り返し」が記憶されている場合、現在の２点の位置座標が折り返し動作になるように２点を識別する（ステップ６１１）。すなわち、図７に示すように、２点が重なる地点Ｘの直前の２つの入力点をａ１、ａ２、直後の２つの入力点をａ２、ｂ２とすると、入力領域３０４の左側から入力した点ａ１の場合は、Ｘの左側にある点ａ２へと遷移するようにする。
入力領域３０４の右側から入力した点ｂ１の場合には、Ｘの右側にある点ｂ２へと遷移するようにする。そして、動作状態記憶手段４０１に「識別不明なし」を記憶させる（ステップ６１２）。

動作状態記憶手段４０１に「交差」が設定されている場合、次の入力２点の位置座標が交差動作になるように識別する（ステップ６１３）。すなわち、図８に示すように、２点が重なる地点Ｘの直前の２つの入力点ａ１、ａ２、直後の２つの入力点をａ２、ｂ２とすると、入力領域３０４の左側から入力した点ａ１の場合は、Ｘの右側にある点ｂ２へと遷移するようにする。
入力領域３０４の右側から入力した点ｂ２の場合は、左側にある点ａ２へと遷移するようにする。そして、動作状態記憶手段４０１に「識別不明なし」を記憶させる（ステップ６１４）。
動作状態記憶手段４０１に「識別不明なし」が設定されている場合、何も行わない。
最後に、現在検出した２点の位置座標を位置座標記憶手段４０２に記憶させる（ステップ６１５）。

なお、本実施の形態において、記憶する位置座標の点数を直近の３点としているがこれに限るものではなく、座標入力装置の検出時間間隔などにより、増やしても良い。記憶する位置座標を増やした場合、速さの減少比較判定（ステップ６０７）は、隣接する点の間の速さが増加している場合は＋１、減少している場合は−１とカウントし、総カウントがプラスかマイナスかで判定できる。マイナスならば速さは減少傾向にあるため、動作状態記憶手段４０１に「折り返し」を記憶させ（ステップ６０８）、プラスならば減少傾向にないため、「交差」を記憶させる（ステップ６０９）ことで対応できる。

本発明の一実施の形態である座標入力装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の一実施の形態に関わる演算部の概略構成を示す図である。入力座標点の交差動作に関する入力点の関係を示す図である。入力座標点の折り返し動作に関する入力点の関係を示す図である。入力座標点の交差動作および折り返し動作に関する入力点とその速さの関係を示す図である。本発明の一実施の形態に関わる動作状態識別手段の処理を示すフローチャートである。本発明の一実施の形態に関わる折り返し動作識別時の入力点の遷移を示す図である。本発明の一実施の形態に関わる交差動作識別時の入力点の遷移を示す図である。光学式センサを利用した２点同時の座標入力装置の従来例を示すブロック図である。２点同時に入力した点が交差する状況を示す説明図である。２点同時に入力した点が交差状態でほぼ重なった位置にある状況を示す説明図である。２点同時に入力した点が折り返す状況を示す説明図である。

符号の説明

１０１座標入力装置
１０２受発光装置
１０３反射ミラー
１０４再帰性反射シート
１０５演算部
３０１座標入力装置
３０２光学式センサ
３０３再帰性反射シート
３０４入力領域
３０５演算部
４０１動作状態記憶手段
４０２位置座標記憶手段
４０３位置座標検出手段
４０４動作状態識別手段

Claims

四角形状の座標入力面を照射光によって走査し、照射方向の対向する位置に設置された再帰反射材によって反射された光を受光する光学式センサを有し、前記座標入力面に挿入された座標指示物による遮光タイミングに基づき前記座標入力面に挿入された座標指示物の座標位置を検出する座標検出装置において、
前記照射光の走査によって順次に検出した座標位置を記憶する位置座標記憶手段と、記憶した座標位置と新たに検出した座標位置とに基づき前記座標指示物による指示座標の移動に伴う速度ベクトルを順次算出し、算出した速度ベクトルに基づき、前記座標入力面に挿入された２つの座標指示物による座標指示の交差動作と折り返し動作の座標位置を識別する演算手段を備えることを特徴とする座標検出装置。