JPH10171585A - 光デジタイザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出分解能の向上と無駄なスペースを減らす
こととの矛盾を解決し、小型で位置検出精度の高い光デ
ジタイザを提供する。 【解決手段】 長方形形状の座標読取面と、該座標読取
面上で操作者が指又はスタイラスで指示する指示位置の
情報を含み該座標読取面に沿って進行する光を受光して
電気信号に変換する撮像手段と、該撮像手段の出力信号
を処理することにより前記指示位置に関する情報を抽出
する処理手段とを含む光デジタイザであって、前記座標
読取面上の前記指示位置が該座標読取面を構成する長方
形の一辺に平行に移動しても前記撮像手段の出力が変化
しないように該撮像手段の視野を前記座標読取面の一辺
の幅をもって平行化する光学レンズ手段と、前記座標読
取面上に沿って進行する光の光路を座標読取面の裏側に
折り返すための光学的反射手段とを備え、前記撮像手段
を前記座標読取面の裏側に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータシス
テムの操作やＴＶ、その他の機器の操作に用いるマウス
やデジタイザ、タッチパネルといったポインティングデ
バイスに関し、特に撮像手段を用いてスタイラスや指の
位置を検出する光デジタイザに関する。

【０００２】

【従来の技術】近来のノート型パソコンには、パッド面
を指でさすることにより画面に表示されるカーソルを移
動するタイプのポインティングデバイスが組み込まれて
いるものが多い。このようなポインティングデバイスは
低廉ではあるが、操作性の点ではデジタイザ等の他の座
標入力装置に劣る。方式として、指の接近による電極間
の静電容量の変化を検出するものと、抵抗膜を用いた感
圧シートにより指の接触圧を検出するものの２種類があ
る。

【０００３】しかしながら、いずれの方式においても、
パッド面と指の接触の状態が安定しないといった本質的
な問題を含んでおり、このことは特に軽いタッチで操作
したときになかなか入力がなされないという形で顕著に
現れ、これが操作性を悪いものにしている。すなわち、
操作者は、ある一定圧以上の大きさの押圧力をもって座
標入力面を指等で押すことを強いられる。

【０００４】このような問題を本質的に解決する手段と
して、指の接触状態に依存せずに指の位置を安定して検
出することのできる、イメージセンサを用いた光デジタ
イザ方式が考えられる。従来の光デジタイザの例を図１
０に示す。

【０００５】図１０（ａ）は、従来の光デジタイザの座
標検出原理を示す図である。光源１００１は四辺形形状
の座標読取面を構成する四辺のうち三方の辺上に置かれ
た線状光源であり、多数の点状光源(発光ダイオード)を
並べるか、あるいは、一つの点状光源(発光ダイオード)
からの光を線状に導く導光板を配置することにより構成
され得る。多数の点状光源を用いる場合であっても、一
様な線状光源を得るために導光板を用いるのが望まし
い。座標読取面を構成する四辺のうち線上光源１００１
が配置されない残余の辺のほぼ両端近くにはそれぞれ一
次元撮像手段、たとえばリニアイメージセンサ１０１
１、１０１２が配置される。リニアイメージセンサは多
数の受光素子を直線状に並べたものであり、それぞれの
受光素子が受けた光量に応じた信号を出力するように構
成されたものである。一次元撮像手段としてリニアイメ
ージセンサ以外の例としては、たとえば長い素子一つか
らなり、光の当たる場所に応じてその両端の電圧が変化
するごとくに構成されたものが考えられる。

【０００６】図１０における例では、リニアイメージセ
ンサ１０１１、１０１２は、その受光素子が座標読取面
のほぼ中央を向くように所定の角度で固定される。ま
た、リニアイメージセンサ１０１１、１０１２のそれぞ
れの前面には、ピンホール（板）１０２１、１０２２が
それぞれ所定の位置に配置される。ピンホール(板)１０
２１、１０２２は座標読取面上の操作者の指(または操
作者が操作するスタイラス) の像をリニアイメージセン
サ１０１１、１０１２にそれぞれ結像させる働きをす
る。リニアイメージセンサ１０１１、１０１２は指また
はスタイラスを側面から異なる方向でそれぞれ撮像し、
その出力を信号処理手段１０９１に送出し、信号処理手
段１０９１は、三角測量の原理で指の位置を計算する。
その結果、得られた指の位置は座標読取面上の二次元座
標（Ｘ，Ｙ）として外部機器に出力される。

【０００７】しかしながら、図１０（ｂ）に示すよう
に、このような光デジタイザは指と撮像手段の距離が離
れたときに、イメージセンサのすべての画素が有効に使
用されず、位置検出の分解能が悪くなるといった問題が
あり、これを解決しようとして座標読み取り面から撮像
手段を離して視野角を小さくすると、無駄なスペースが
必要となる。特に指の後方に光源を設置する場合にはか
なりのスペースが必要となる。このように、検出分解能
の向上と無駄なスペースを減らすこととの間には、相矛
盾する関係がある。

【０００８】また、比較的高価なイメージセンサを２つ
使用すると、コスト面の理由によりパソコンへの搭載が
難しい。

【０００９】本発明の目的はこのような、検出分解能の
向上と無駄なスペースを減らすこととの矛盾を解決し、
小型で位置検出精度の高い光デジタイザを提供すること
にある。また、パソコンに搭載できる経済的な光デジタ
イザを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、長方形形状の座標読取面と、該座標読取
面上で操作者が指又はスタイラスで指示する指示位置の
情報を含み該座標読取面に沿って進行する光を受光して
電気信号に変換する撮像手段と、該撮像手段の出力信号
を処理することにより前記指示位置に関する情報を抽出
する処理手段とを含む光デジタイザであって、前記座標
読取面上の前記指示位置が該座標読取面を構成する長方
形の一辺に平行に移動しても前記撮像手段の出力が変化
しないように該撮像手段の視野を前記座標読取面の一辺
の幅をもって平行化する光学レンズ手段と、前記座標読
取面上に沿って進行する光の光路を座標読取面の裏側に
折り返すための光学的反射手段とを備え、前記撮像手段
を前記座標読取面の裏側に配置するものである。

【００１１】また、長方形形状の座標読取面と、該座標
読取面上で操作者が指又はスタイラスで指示する指示位
置の情報を含み該座標読取面に沿って進行する光を受光
して電気信号に変換する撮像手段と、該撮像手段の出力
信号を処理することにより前記指示位置に関する情報を
抽出する処理手段とを含む光デジタイザであって、前記
座標読取面の裏面に該座標読取面に平行な境界面を設け
て、前記座標読取面上の操作者が指又はスタイラスで指
示する層を第１層、前記座標読取面と前記境界面との間
の層を第２層、前記境界面の前記座標読取面に向き合わ
ない側の面に沿った層を第３層とする３層構造とし、前
記座標読取面に沿って前記第１層を進行する光の光路を
前記座標読取面の裏側に１８０度折り返して前記第２層
を進行させる第一の光学的反射手段と、該第一の光学的
反射手段によって折り返され前記第２層を進行する光を
さらに１８０度前記座標読取面から遠ざける向きに折り
返して前記第３層を進行させる第二の光学的反射手段と
を備えて、前記撮像手段は前記第３層に配置して、前記
座標読取面上の指示位置の情報を含む光の光路を２度折
り返してから該撮像手段に導くものを提案する。

【００１２】また、長方形形状の座標読取面と、該座標
読取面上で操作者が指又はスタイラスで指示する指示位
置の情報を含み該座標読取面に沿って進行する光を受光
して電気信号に変換する撮像手段と、該撮像手段の出力
信号を処理することにより前記指示位置に関する情報を
抽出する処理手段とを含む光デジタイザであって、前記
長方形形状の座標読取面を構成する長方形の四辺のうち
の隣合う２辺上にそれぞれ当該辺に広がる線状光源を互
いに直交するように設け、該線状光源から発し前記座標
読み取り面上を進行する光の光路を該座標読み取り面の
裏側に折り返すべく、前記線状光源を設けた辺のそれぞ
れ対辺にあたる辺上にそれぞれ光学的反射手段を互いに
直交するように設け、該光学的反射手段によりそれぞれ
折り返されて前記座標読取面の裏側を進行する２組の光
を合成するハーフミラー手段を配置し、前記撮像手段を
該ハーフミラー手段の後方に配置して、前記２組の線状
光源を交互に点滅して、それぞれの点灯期間に、該線状
光源の影となる前記指示位置の像を該撮像手段により撮
像することによって、異なる方向からの前記指示位置の
像を一つの撮像手段で撮像できるようにしたものを提案
する。

【００１３】また、上述のハーフミラー手段を用いた光
デジタイザであって、前記座標読取面上の前記指示位置
が該座標読取面を構成する長方形の一辺に平行に移動し
ても前記撮像手段の出力が変化しないように該撮像手段
の視野を前記座標読取面の一辺の幅をもって平行化する
光学レンズ手段を備えたものを提案する。

【００１４】さらにまた、上述のハーフミラー手段を用
いた光デジタイザであって、前記座標読取面の裏面に該
座標読取面に平行な境界面を設けて、前記座標読取面上
の操作者が指又はスタイラスで指示する層を第１層、前
記座標読取面と前記境界面との間の層を第２層、前記境
界面の前記座標読取面に向き合わない側の面に沿った層
を第３層とする３層構造とし、前記座標読取面に沿って
前記第１層を進行する光の光路を前記座標読取面の裏側
に１８０度折り返して前記第２層を進行させる第一の光
学的反射手段と、該第一の光学的反射手段によって折り
返され前記第２層を進行する光をさらに１８０度前記座
標読取面から遠ざける向きに折り返して前記第３層を進
行させる第二の光学的反射手段とを備えて、前記ハーフ
ミラー手段は第２層に設け、前記撮像手段は前記第３層
に配置して、前記座標読取面上の指示位置の情報を含む
光の光路を２度折り返してから該撮像手段に導くものを
提案する。

【００１５】

【作用】本発明の特徴となる主な構成要素は、第一に撮
像手段の視野を平行化する光学レンズ手段、第二に座標
読取面上にそって進行する光の光路を座標読取面の裏側
に折り返す光学的反射手段、第三に座標読取面の裏側を
進行する２組の光を合成するハーフミラー手段である。
これらの３つの構成要素は、場合によってはそのうちの
いくつかを組み合わせて用いられることになる。まず
は、これらの構成要素の一つ一つの作用について説明し
た後に、組み合わせの作用について説明する。

【００１６】第一に撮像手段の視野を平行化する光学レ
ンズ手段の作用について説明する。この光学レンズ手段
は、座標読取面の一辺の幅をもって撮像手段の視野を平
行化する。「撮像手段の視野を平行化する」とは、仮に
撮像手段を光源としたときに平行光線を発することを意
味する。平行光線を生成するレンズ系はよく知られ、光
学実験等でよく用いられる。「座標読取面の一辺の幅を
もって」とは、仮に撮像手段を光源としたときに平行光
線を発する幅が座標読取面全体をカバーすることを意味
する。ここで、「仮に」と説明したが、撮像手段が光源
ではなく受光手段である場合には、座標読取面上で指示
位置が座標読取面を構成する長方形の四辺の内の一辺に
平行に動いても撮像手段の出力が変化しないように働く
ことを、光線光学における逆進の法則が保証する。した
がって、この「撮像手段の視野を平行化する光学レンズ
手段」は座標読取面上にそれを構成する長方形と重なる
ＸＹ直交座標系を考えたときにＸ座標に依存せずにＹ座
標のみに依存する撮像手段の出力、又はＹ座標に依存せ
ずにＸ座標のみに依存する撮像手段の出力を得るように
働く。さらにいえば、このことにより撮像手段の出力に
よりＸＹ座標値を算出する処理を単純化するように働
く。

【００１７】この平行化するレンズ手段がなかりせば、
撮像手段の出力は角度に依存するものと見て、角度計
算、三角関数の計算等により三角測量と同様の原理によ
り座標を算出するか、あるいは、二つの撮像手段の出力
の組とＸＹ座標の組との間の対応関係を利用してあらか
じめ対応表をつくっておきそれを記憶手段に蓄えて、座
標算出の際にその対応テーブルを参照して座標を出力す
るというやり方が考えられる。それらの処理に比べると
この平行化レンズ手段の作用により著しい座標算出処理
の単純化ひいては低コスト化ができることになる。

【００１８】第二に座標読取面上にそって進行する光の
光路を座標読取面の裏側に折り返す光学的反射手段につ
いて説明する。この光学的反射手段は例えば、プリズム
によって構成され得る。この光学的反射手段は、光路長
を稼ぐように作用するものである。すなわち、もしもこ
の光学的反射手段がなかりせば、撮像手段を座標読取面
の端から相当の距離を隔てて配置せねばならず、光デジ
タイザ全体の占める面積が座標読取面に比べて相当に大
きなものとなる。別の言い方をすれば、光デジタイザの
占める面積のうちの読取有効領域の面積を大きくする、
または、無効領域を小さくする機能を果たすということ
ができる。

【００１９】第三に座標読取面の裏側を進行する２組の
光を合成するハーフミラー手段の作用について説明す
る。このハーフミラー手段は、２つの撮像手段のうちの
一つを省略して１個の撮像手段で済むようにするという
作用をする。低コストの効果の大きいものである。この
ハーフミラー手段を使う場合、指示位置に点状光源を設
けてその位置を検出するというやり方は困難である。２
組の光を合成した結果、撮像手段に二つの像が同時に検
出されるため、それらの分離の必要が生じるからであ
る。本発明においては、その困難を解決することを課題
とはしない。本発明にあっては、指示位置を示す指また
はスタイラスが直接的に発光するものではなく、間接的
に発光する（または影をつくる）場合において、その光
源を交互に発光させ、どちらの光源が発光しているかの
情報を座標算出処理手段が知り得る（当該処理手段が光
源の発光を制御する場合を含む。）ごとくに構成するこ
とにより二つの撮像手段を一つ省略することとする。

【００２０】本発明の発明者が提案する最良の実施形態
にあっては、これらの三つの構成要素をすべて用いるか
ら、座標算出の単純化、有効領域の拡大、撮像手段の一
つ省略という３つの作用のすべてがなされる。その結
果、それらの相乗作用により、パーソナルコンピュータ
とりわけ携帯型のパソコンに搭載するのに適した経済的
な光デジタイザを構成できるように作用する。

【００２１】他の実施例にあっては、これらの三つのう
ちの幾つかを用いる。その場合、いずれかの作用を欠く
ために、座標算出処理の簡便さを犠牲にするか、有効領
域の拡大を犠牲にするか、撮像手段を二つ設けることと
するか、という不利益を残すものの他の作用による利益
を妨げることはない。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は、実施例１１、すなわち、
視野角を平行にするレンズと、光路を折り返すプリズム
を使用し、かつ、指の背後に光源を配置する実施例を示
す図である。

【００２３】以下、図１を参照しつつ、実施例１１につ
いて説明する。

【００２４】図１では、煩雑を避けるため、図示を省略
したが、座標読取面を示す板が置かれた上を操作者の指
が自由に動けるように構成される。光源１０１は、その
指をその背後から照らすように、座標読取面を構成する
四辺形のうちの一辺上に配置される。プリズム１４１
は、座標読取面を構成する四辺のうち光源１０１の置か
れた辺と相対する辺の上に置かれ、光源１０１からの光
を２回全反射してその光路を折り返すように働く。

【００２５】凸レンズ１３１は、プリズム１４１により
折り返された光路をピンホール１２１に集束させるべく
配置される。逆に言えば、リニアイメージセンサ１１１
およびピンホール１２１側から見たとき、放射状に広が
る視野角を平行にする働きをしている。ピンホール１２
１は、指の像をリニアイメージセンサ１１１に結像させ
るべく、リニアイメージセンサ１１１の受光素子の前方
に配置される。リニアイメージセンサ１１１は、光源１
０１を配置した位置の前記座標読取面に対するちょうど
裏側の位置に近く配置して、その受光素子の面がプリズ
ム１４１を向くようにするのが光路長を稼ぐ上で望まし
い。

【００２６】このような構成により、座標読取面上の指
の像を該座標読取面の裏側に導いてその像を結像するこ
とが可能になる。そして、省スペースの問題をクリアし
つつ、得られる角度の分解能の問題をも解決することを
可能にする。

【００２７】図２は、実施例１２、すなわち、視野角を
平行にするレンズと、光路を折り返すプリズムを使用
し、かつ、指の前面に光源を配置する実施例を示す図で
ある。図２にあっては、リニアイメージセンサ２１１、
ピンホール２２１、凸レンズ２３１、プリズム２４１の
位置関係は図１に示す実施例１１と同様であるが、光源
２０１の配置が図１に示す実施例１１とは異なり、プリ
ズム２４１と同じ側に置かれ、座標読取面上の指を前面
から照らすように構成される。

【００２８】図１に示す実施例１１が指の影の像を結像
させるのに対し、図２に示す実施例１２は、指の像その
ものを結像させるものであるといえる。

【００２９】図３は、実施例１３、すなわち、視野角を
平行にするレンズと、光路を折り返すプリズムを使用
し、かつ、ＬＥＤが先端に付いたスタイラスを使用する
実施例を示す図である。図３にあっては、リニアイメー
ジセンサ３１１、ピンホール３２１、凸レンズ３３１、
プリズム３４１の位置関係は図１に示す実施例１１ある
いは、図２に示す実施例１２と同様であるが、光源とし
て用いるのがスタイラスの先に設けたＬＥＤである点、
操作者が座標読取面上で操作するのが指の先ではなく、
スタイラスである点が図１、図２に示す実施例１１、１
２とは異なる。

【００３０】スタイラスという別個の器具を用いる必要
があるが、検出すべき像の大きさが指よりも小さいＬＥ
Ｄである点においてリニアイメージセンサの信号処理を
より簡単にすることができるという利点を有する。

【００３１】図４は、実施例２１、すなわち、二次元座
標を検出するために、２組のイメージセンサを使用した
実施例を示す図である。図１から図３に示した実施例１
１、１２、１３はいずれも指またはスタイラスの像を一
つの方向から見るのみであったため、一次元座標の検出
はできるが、２次元座標の決定まではできない。それに
対し、図４に示す実施例では、二次元座標の決定をすべ
く、図１に示した構成を二組用いたものである。

【００３２】図４（ａ）は、実施例２１の構成を座標読
取面の上側すなわち、指またはスタイラスを動かす側か
ら見た平面図である。座標読取面はここではおよそ正方
形に近い形としている。その正方形を構成する四辺のう
ち一辺に光源Ａ４０１を配置し、それと相対する辺の上
にプリズム４４１を配置する。残余の二辺のうち一辺に
光源Ｂ４０２を配置し、それと相対する辺の上にプリズ
ム４４２を配置する。プリズムの向きは、いずれもそれ
ぞれ光源Ａ、光源Ｂからの光を２度全反射して光路を折
り返して座標読取面の裏側を逆向きに進行させる向きで
ある。

【００３３】図４（ｂ）は、実施例２１の構成を座標読
取面の裏側から見た図、すなわち、図４（ａ）の向きか
らはひっくり返してみた図である。座標読取面上に指ま
たはスタイラスがあると、それが光源Ａ４０１によって
照らされた結果できる影の像は、プリズム４４１によっ
て折り返され、凸レンズ４３１、ピンホール４２１を通
してリニアイメージセンサ４１１上に結像する。同様
に、指またはスタイラスが光源Ｂ４０２によって照らさ
れた結果できる影の像は、プリズム４４２によって折り
返され、凸レンズ４３２、ピンホール４２２を通してリ
ニアイメージセンサ４１２上に結像する。プリズムと凸
レンズの働きによりリニアイメージセンサ上に得られる
像は十分に鮮明であり、かつ、座標読取面の裏側のスペ
ースを有効に利用しているから距離による分解能の違い
の問題も起こらない。二つのリニアイメージセンサの出
力が図示しない信号処理手段により処理されて二次元座
標が算出されることは、図１０に示した従来例と同様で
ある。

【００３４】なお、煩雑を避けるために図示は省略する
が、実施例１１の応用として図４に描いた実施例２１が
構成可能であるのと同様に、二組のイメージセンサを使
用した実施例として実施例２２、実施例２３が、それぞ
れ実施例１２、実施例１３の応用として構成可能であ
る。

【００３５】図５は、実施例３１、すなわち、２つの折
り返し手段により、光路をつづら折りにする実施例を示
す断面図である。実施例３１にあっては、この光デジタ
イザは三層構造を有する。第１層は、座標読取面であ
り、その上を指またはスタイラスが移動可能な面であ
る。第１層の座標読取面を構成する四辺形の四辺のうち
一辺の上に設けられた（線状）光源５０１によって照ら
されたスタイラスの影の像は、光源５０１の設けられた
辺に相対する辺上に設けられた第１プリズム５４１によ
り折り返され、第２層を進行する。

【００３６】第２層を進行した光は、さらに第１プリズ
ム５４１に相対する辺の上に設けられた第２プリズム５
４２によってさらに折り返され第３層を進行する。その
光は対物レンズ５３１を介してリニアイメージセンサ５
１１に入る。対物レンズ５３１は座標読取面上の指また
はスタイラスの影の像をリニアイメージセンサ５１１に
結像するように設計され、配置される。

【００３７】図５は、この光デジタイザの一つの断面に
ついて描いたが、それと直交する断面図もまた同様の構
成となる。

【００３８】図６は、図５に描いた光デジタイザの原理
を説明するため、プリズムによる光路の折り返しを展開
して描いた図である。プリズムをそれぞれ２個用いて光
路長を稼いだため、視野角を小さくできる。この場合の
座標読取の有効エリアはそれぞれのリニアイメージセン
サ５１１、５１２が、対物レンズ５３１、５３２を通じ
て見込む視野の重なり合う図形に内接する長方形として
得られることになる。

【００３９】なお、実施例３１と同様に、実施例３２、
実施例３３として、それぞれ実施例１２、実施例１３か
らの応用も可能である。

【００４０】図７は、ハーフミラーを使用して、イメー
ジセンサを１つ省略した実施例４１を示す図である。図
７には、煩雑を避けるため、座標読取面上に配置される
光源および指またはスタイラス等の位置指示手段を描く
のを省略してある。図４に示した実施例２１と比較する
と、図４（ｂ）と同様に座標読取面の裏側から見た図が
図７である。プリズム７４１、７４２、凸レンズ７３
１、７３２は図４（ｂ）と同様である。

【００４１】実施例４１が、図４に示す実施例２１と異
なるのは、２点ある。第一は、ハーフミラー７５１がプ
リズム７４１とプリズム７４２とのなす角をちょうど二
等分する線に沿って配置されている点である。第二は、
リニアイメージセンサ７１２、ピンホール７２２とがプ
リズム７４２に対向する側に置かれているのみであっ
て、プリズム７４１に対向する側のリニアイメージセン
サおよびピンホールが省略されている点である。ハーフ
ミラー７５１の働きにより、プリズム７４１、凸レンズ
７３１を通って進行する光は直角に折り曲げられ、ピン
ホール７２２を経てリニアイメージセンサ７１２に結像
するからである。ここで用いるハーフミラーはたとえ
ば、ガラス板の裏面に金属を薄く蒸着したものが用いら
れ得る。この構成によれば、二つの像が合成されてリニ
アイメージセンサ７１２に結像することとなるが、それ
らを分離する処理は図８に示すフローチャートによりな
される。

【００４２】図８は、光源の点滅により２つの像の分離
を可能とする処理を示すフローチャートである。従来技
術の説明で述べたように、この種の光デジタイザはリニ
アイメージセンサの出力信号を処理して二次元座標値を
算出し、外部機器に出力するものであるが、その信号処
理手段は、マイクロプロセッサを中心とする回路（図７
では図示を省略してある。）により構成され、予め記憶
されたプログラムにしたがって、処理を行うものであ
る。実施例４１にあっては、このマイクロプロセッサが
二つの光源Ａ，Ｂの点灯、消灯という制御をも含めた処
理を実行する。図８は、その際にそのマイクロプロセッ
サが実行するプログラムを示したものである。

【００４３】図８に示したフローチャートを参照しつ
つ、リニアイメージセンサの出力から二つの像を分離す
る処理を説明する。まず、ステップ１において、光源Ａ
を点灯して、光源Ｂを消灯する。この時、光源Ａによっ
てできた指またはスタイラスの像は、プリズム７４１、
凸レンズ７３１を通過し、ハーフミラー７５１によって
直角に反射されて、ピンホール７２２を通過し、リニア
イメージセンサ７１２に結像する。

【００４４】次に、ステップ２において、リニアイメー
ジセンサ７１２により、画像（１）を読む。この画像
は、プリズム７４１に対向する辺の上に設けられた光源
Ａによりできた指またはスタイラスの影の像である。

【００４５】さらに、ステップ３において、光源Ｂを点
灯して、光源Ａを消灯する。この時、光源Ｂによって、
できた指またはスタイラスの像は、プリズム７４２、凸
レンズ７３２、ハーフミラー７５１を通過し、さらにピ
ンホール７２２を通過して、リニアイメージセンサ７１
２に結像する。

【００４６】ステップ４において、リニアイメージセン
サ７１２により、画像（２）を読む。この画像は、プリ
ズム７４２に対向する辺の上に設けられた光源Ｂにより
できた指またはスタイラスの影の像である。

【００４７】最後に、ステップ５において、画像（１）
と画像（２）から指示位置（Ｘ，Ｙ）を演算する。求め
られた座標値は、パーソナルコンピュータ等の他の機器
に送出されることとなる。

【００４８】なお、指（またはスタイラス）の影の像を
用いる実施例２１の変形として、前面から光を当てて得
られる指（またはスタイラス）の像を用いる実施例２２
が考えられたのと同様に、実施例４１の変形として、前
面から光を当てて得られる指（またはスタイラス）の像
を用いる実施例４２が考えられる。その場合には、スタ
イラスの先の反射材を再帰性の強いものとして光が来た
方向にもっとも強く返すこととするのが望ましい。リニ
アイメージセンサ７１２が受けた二つの方向からの合成
された光を分離して処理する必要上、直角方向へ進む光
との識別をする必要があるからである。

【００４９】図９は、プリズムを二重に用いる実施例３
１に対してハーフミラーによるイメージセンサの１つ省
略を施した実施例５１を示す図である。本実施例におい
ては、視野角を平行化するレンズ手段を用いていないか
ら、座標算出は三角測量と類似の方法、すなわち角度や
三角関数を利用したやり方、または２組の撮像手段の出
力とＸＹ座標との対応関係をテーブルにもっておいてそ
れを参照するやり方等によってなされることになる。

【００５０】

【発明の効果】撮像手段の視野をある幅をもって平行に
するレンズ手段と、撮像の光路を座標読取面の裏側に折
り返す反射手段を用いることにより、座標読取面上のど
の場所においても同一の高い位置検出分解能が得られる
と同時に、デジタイザのサイズをコンパクトにできると
いう効果がある。

【００５１】高い分解能が得られるということは、同一
の分解能であればより画素数の少ないイメージセンサに
置き換えられるので経済性に優れるという効果もある。

【００５２】経済性とコンパクト性に優れ、指示手段の
パッドへの接触状態に影響を受けずに安定して指示位置
を検出できるので、パソコン搭載に最適なポインティン
グデバイスを提供できるという効果がある。

【００５３】２つの反射手段を組み合わせることによ
り、撮像対象の指示手段と撮像手段との光路距離を大き
くすることができるので、座標読取面上の位置による位
置検出分解能の変化を最小限に抑えることができ、高い
位置検出分解能が得られ、また同時にデジタイザのサイ
ズをコンパクトにできるという効果がある。

【００５４】２次元の位置検出ができる構成において、
光路の折り返し手段を用いて２方向の撮像光路を座標読
取面の裏面で直交させ、ここにハーフミラー手段を配置
することにより、２つの像を合成できる。そして、２つ
の像の１つを選択するために各々の光源を点滅制御す
る。このことによって、従来２つの撮像手段が必要だっ
たのを１つに減らすことができるという効果がある。こ
れは低コスト化の上で大きな経済効果がある。そして、
この技術は、上記２つの技術と組み合わせて使用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 視野角を平行にするレンズと、光路を折り返
すプリズムを使用し、かつ、指の背後に光源を配置する
例を示す図。

【図２】 指の前面に光源を配置する例を示す図。

【図３】 ＬＥＤが先端に付いたスタイラスを使用する
例を示す図。

【図４】 二次元座標を検出するために、2組のイメー
ジセンサを使用した例を示す図。

【図５】 ２つの折り返し手段により、光路をつづら折
りにする例を示す図。

【図６】 この手段により、小型化が図れることを説明
する図。

【図７】 ハーフミラーを使用して、イメージセンサを
1つ省略した実施例を示す図。

【図８】 光源の点滅により２つの像の分離を可能とす
る処理を示すフローチャート。

【図９】 プリズムを二重に用いる構成でもハーフミラ
ーによるイメージセンサの1つ省略が可能であることを
示す図。

【図１０】 従来の光デジタイザを説明する図。

【符号の説明】

１０１、 ２０１、５０１、１００１ 光源 ３０１ ＬＥＤ ４０１ 光源Ａ ４０２ 光源Ｂ １１１、２１１、３１１、５１１、５１２、７１２、１
０１１、１０１２ リニアイメージセンサ １２１、２２１、３２１、７２２、１０２１、１０２２
ピンホール １３１、２３１、３３１、４３１、４３２、７３１、７
３２ 凸レンズ ５３１、５３２ 対物レンズ １４１、２４１、３４１、４４１、４４２、７４１、７
４２ プリズム ５４１ 第１プリズム ５４２ 第２プリズム ７５１ ハーフミラー １０９１ 信号処理手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長方形形状の座標読取面と、該座標読取
   面上で操作者が指又はスタイラスで指示する指示位置の
   情報を含み該座標読取面に沿って進行する光を受光して
   電気信号に変換する撮像手段と、該撮像手段の出力信号
   を処理することにより前記指示位置に関する情報を抽出
   する処理手段とを含む光デジタイザであって、 前記座標読取面上の前記指示位置が該座標読取面を構成
   する長方形の一辺に平行に移動しても前記撮像手段の出
   力が変化しないように該撮像手段の視野を前記座標読取
   面の一辺の幅をもって平行化する光学レンズ手段と、 前記座標読取面上に沿って進行する光の光路を座標読取
   面の裏側に折り返すための光学的反射手段とを備え、 前記撮像手段を前記座標読取面の裏側に配置することを
   特徴とする光デジタイザ。
2. 【請求項２】 長方形形状の座標読取面と、該座標読取
   面上で操作者が指又はスタイラスで指示する指示位置の
   情報を含み該座標読取面に沿って進行する光を受光して
   電気信号に変換する撮像手段と、該撮像手段の出力信号
   を処理することにより前記指示位置に関する情報を抽出
   する処理手段とを含む光デジタイザであって、 前記座標読取面の裏面に該座標読取面に平行な境界面を
   設けて、前記座標読取面上の操作者が指又はスタイラス
   で指示する層を第１層、前記座標読取面と前記境界面と
   の間の層を第２層、前記境界面の前記座標読取面に向き
   合わない側の面に沿った層を第３層とする３層構造と
   し、 前記座標読取面に沿って前記第１層を進行する光の光路
   を前記座標読取面の裏側に１８０度折り返して前記第２
   層を進行させる第一の光学的反射手段と、 該第一の光学的反射手段によって折り返され前記第２層
   を進行する光をさらに１８０度前記座標読取面から遠ざ
   ける向きに折り返して前記第３層を進行させる第二の光
   学的反射手段とを備えて前記撮像手段は前記第３層に配
   置して、前記座標読取面上の指示位置の情報を含む光の
   光路を２度折り返してから該撮像手段に導くことを特徴
   とする光デジタイザ。
3. 【請求項３】 長方形形状の座標読取面と、該座標読取
   面上で操作者が指又はスタイラスで指示する指示位置の
   情報を含み該座標読取面に沿って進行する光を受光して
   電気信号に変換する撮像手段と、該撮像手段の出力信号
   を処理することにより前記指示位置に関する情報を抽出
   する処理手段とを含む光デジタイザであって、 前記長方形形状の座標読取面を構成する長方形の四辺の
   うちの隣合う２辺上にそれぞれ当該辺に広がる線状光源
   を互いに直交するように設け、 該線状光源から発し前記座標読み取り面上を進行する光
   の光路を該座標読み取り面の裏側に折り返すべく、前記
   線状光源を設けた辺のそれぞれ対辺にあたる辺上にそれ
   ぞれ光学的反射手段を互いに直交するように設け、 該光学的反射手段によりそれぞれ折り返されて前記座標
   読取面の裏側を進行する２組の光を合成するハーフミラ
   ー手段を配置し、 前記撮像手段を該ハーフミラー手段の後方に配置して、 前記２組の線状光源を交互に点滅して、それぞれの点灯
   期間に、該線状光源の影となる前記指示位置の像を該撮
   像手段により撮像することによって、異なる方向からの
   前記指示位置の像を一つの撮像手段で撮像できるように
   したことを特徴とする光デジタイザ。
4. 【請求項４】 請求項３に記載した光デジタイザであっ
   て、 前記座標読取面上の前記指示位置が該座標読取面を構成
   する長方形の一辺に平行に移動しても前記撮像手段の出
   力が変化しないように該撮像手段の視野を前記座標読取
   面の一辺の幅をもって平行化する光学レンズ手段を備え
   たことを特徴とする光デジタイザ。
5. 【請求項５】 請求項３に記載した光デジタイザであっ
   て、 前記座標読取面の裏面に該座標読取面に平行な境界面を
   設けて、前記座標読取面上の操作者が指又はスタイラス
   で指示する層を第１層、前記座標読取面と前記境界面と
   の間の層を第２層、前記境界面の前記座標読取面に向き
   合わない側の面に沿った層を第３層とする３層構造と
   し、 前記座標読取面に沿って前記第１層を進行する光の光路
   を前記座標読取面の裏側に１８０度折り返して前記第２
   層を進行させる第一の光学的反射手段と、 該第一の光学的反射手段によって折り返され前記第２層
   を進行する光をさらに１８０度前記座標読取面から遠ざ
   ける向きに折り返して前記第３層を進行させる第二の光
   学的反射手段とを備えて前記ハーフミラー手段は第２層
   に設け、 前記撮像手段は前記第３層に配置して、前記座標読取面
   上の指示位置の情報を含む光の光路を２度折り返してか
   ら該撮像手段に導くことを特徴とする光デジタイザ。