JP2016139214A - 座標入力装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】座標入力面に対する投光系の調整を必要とすることなく、適切に指示具の座標入力面に対する指示位置を検出する。
【解決手段】座標入力装置は、座標入力有効領域４１の周辺部に、座標入力面４０に対して直交する第一方向に座標入力面から所定距離離間して配置され、光源からの光を座標入力面に対して斜めに投光する投光手段と、投光手段からの光の投光角度を変化させて座標入力面を走査する走査手段と、第一方向において投光手段よりも座標入力面に近い側に配置され、投光手段から投光された光の指示具５０による反射光を検出可能な複数の受光手段と、走査手段により座標入力有効領域全体を走査している間に複数の受光手段で検出した光量分布に基づいて、指示具による指示位置の座標を決定する決定手段と、決定手段で決定した指示位置の座標に基づいて、指示具と座標入力面との接触状態を判定する判定手段と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、座標入力有効領域に対する指示具による指示位置の座標を検出する座標入力装置及びその制御方法に関する。

座標入力面に、指示具（例えば、専用入力ペン、指等）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、文字や図形等を書き込んだりする座標入力装置が存在する。従来、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いる。この種の座標入力装置は、特殊な器具等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。

座標入力方式としては、抵抗膜を用いたもの、超音波を用いたもの、光を用いたもの等、様々なものがある。
光を用いた座標入力方式としては、特許文献１に記載の技術がある。この技術は、座標入力領域の外側に再帰性反射シートを設け、照明部からの光を再帰反射シートで反射し、受光部により反射光の光量分布を検出するものである。そして、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遮蔽物の指示位置を決定する。このように、特許文献１には、遮光方式の座標入力装置の構成が開示されている。

米国特許第４５０７５５７号公報

上記特許文献に記載の技術にあっては、投光系（上記の照明部や発光手段）から、座標入力面に対して略平行で、かつ座標入力面に対して近接した光を発光する必要がある。これは、指示具の接触判定（タッチ判定）をなるべく座標入力面に近い高さで行い、操作者の操作感を向上させるためである。
しかしながら、投光系を座標入力面に対して平行および近接に調整することは、非常に困難である。特に、座標入力面が大型になるほど、投光系の微小な角度設置誤差が大きな検出誤差となって現れるため、高精度な調整が必要となる。

高精度な調整を実現するためには、例えば、タッチ検出用の赤外光と光学的に同一投光角度となる可視光のレーザー光を出力させて、座標入力面に投光が平行になるようにユーザが調整するという構成が考えられる。あるいは、座標入力面に対して投光系の取付角度を測定する装置を付加して、そのフィードバックにより投光系の角度を自動調整する構成も考えられる。

しかしながら、上記の構成では、ユーザが装置を使い始める前の設置の負荷が増大するとともに、可視光のレーザーを用いて調整するための部品についてのコストの増大も懸念される。また、取付角度の測定装置を付加した構成についても同様にコスト増大は避けられない。
そこで、本発明は、座標入力面に対する投光系の調整を必要とすることなく、適切に指示具の座標入力面に対する指示位置を検出することができる座標入力装置及びその制御方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る座標入力装置の一態様は、座標入力面上の座標入力有効領域に対して、指示具によって指示された指示位置を検出する座標入力装置であって、前記座標入力有効領域の周辺部に、前記座標入力面に対して直交する第一方向に当該座標入力面から所定距離離間して配置され、光源からの光を前記座標入力面に対して斜めに投光する投光手段と、前記投光手段からの前記光の投光角度を変化させて前記座標入力面を走査する走査手段と、前記第一方向において前記投光手段よりも前記座標入力面に近い側に配置され、前記投光手段から投光された光の前記指示具による反射光を検出可能な複数の受光手段と、前記走査手段により前記座標入力有効領域全体を走査している間に前記複数の受光手段で検出した光量分布に基づいて、前記指示具による前記指示位置の座標を決定する決定手段と、前記決定手段で決定した前記指示位置の座標に基づいて、前記指示具と前記座標入力面との接触状態を判定する判定手段と、を備える。

本発明によれば、座標入力面に対する投光系の調整を必要とすることなく、適切に指示具の座標入力面に対する指示位置を検出することができる。

第一の実施形態における座標入力装置の一例を示す概略構成図である。 図１に示す座標入力装置の側面図である。 センサユニットの構成例を示す図である。 制御ユニットの構成例を示すブロック図である。 制御信号のタイミングチャートである。 位置座標の検出について説明するための図である。 センサユニットが検出する光量分布を説明するための図である。 位置座標の検出について説明するための図である。 制御信号および受光波形のタイミングチャートである。 位置座標の検出について説明するための図である。 座標入力装置が実行する座標算出処理手順を示すフローチャートである。 指示位置座標の算出方法を説明するための図である。 座標入力装置が実行する接触判定処理手順を示すフローチャートである。 第二の実施形態の位置座標の検出について説明するための図である。 投光位置座標と指示位置座標との比較について説明するための図である。 第二の実施形態の位置座標の検出について説明するための図である。 第二の実施形態の接触判定処理手順を示すフローチャートである。 位置座標を算出する方法を説明するための図である。 図１８に示す座標入力装置の側面図である。 第三の実施形態の位置座標の検出について説明するための図である。 フォトダイオードによる反射光検出タイミングの一例である。 第三の実施形態の位置座標の検出について説明するための図である。 第三の実施形態の位置座標の検出について説明するための図である。 第三の実施形態の接触判定処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための好適な形態について詳細に説明する。
なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
本実施形態における座標入力装置は、表示装置としてのプロジェクタと組み合わせて使用する。この座標入力装置は、プロジェクタで投影した画像に対して、指などの指示具による座標入力領域上の指示位置を検出し、文字や図形等の画像を書き込んだり、マウスのように装置を接続するコンピュータを制御したりすることを可能とする。
なお、必ずしもプロジェクタが投影する画像と入力面とを一体的に使用する必要はなく、コンピュータを制御する構成であれば、上記装置構成に限定はされるものではない。また、表示装置として、プロジェクタに限定されるものではなく、例えば、液晶ディスプレイのようにコンピュータが出力する画像を表示できる装置であればよい。さらに、表示方法についても特に限定するものではない。

（第一の実施形態）
図１及び図２は、本実施形態における座標入力装置の一例を示す概略構成図である。ここで、図１は座標入力装置の平面図、図２は座標入力装置の側面図である。
座標入力装置１００は、複数（図１では２つ）のセンサユニット１０Ｌ，１０Ｒと、制御ユニット２０と、センサユニット１０Ｌ，１０Ｒ及び制御ユニット２０を収容する筐体３０とを備える。
センサユニット１０Ｌ，１０Ｒは、それぞれ光を投光する投光部および反射光を受光する受光部を有する。センサユニット１０Ｌ及び１０Ｒは、座標入力面４０上の座標入力有効領域４１のＹ軸に平行に、かつＸ軸に対称な位置に、所定距離離れて筺体３０の中に配置されている。また、センサユニット１０Ｌ及び１０Ｒは、制御ユニット２０に接続され、制御信号を制御ユニット２０から受信すると共に、自身で検出した信号を制御ユニット２０に送信可能となっている。

筐体３０は、座標入力面４０上における座標入力有効領域４１の外側近傍（周辺部）に配置されている。また、座標入力面４０は、プロジェクタ、液晶ディスプレイなどの表示装置の表示画面で構成することで、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。
各センサユニット１０Ｌ，１０Ｒの投光部は、扇型のシート状のビームを形成し、これを座標入力面４０に対して斜めに投光する。このとき、投光部は、Ｙ方向に伸びるライン状の光をＸ方向に走査し、座標入力有効領域４１全体に投光する。
このような構成において、座標入力有効領域４１に指やペンなどの指示具５０による入力指示がなされると、センサユニット１０Ｌ，１０Ｒの投光部から投光された光が指示具５０に当たって反射する。すると、センサユニット１０Ｌ及び１０Ｒの受光部は、その反射光７０を１次元的に検出する。すなわち、受光部が検出した光量分布から、どの方向からの光が検出できたかを判別することが可能となる。

制御ユニット２０は、センサユニット１０Ｌ及び１０Ｒが検出した光量分布の変化から、指示具５０によって入力指示された部分の反射光範囲を検出する。そして、その反射光範囲の端部情報から、センサユニット１０Ｌ及び１０Ｒそれぞれに対する反射光範囲の方向（角度）をそれぞれ算出する。
そして、それぞれ算出された方向（角度）、及びセンサユニット１０Ｌ及び１０Ｒ間の距離情報等から、座標入力有効領域４１上の指示具５０の反射光位置（座標値）を幾何学的に算出する。算出した座標値は、表示装置に接続されているホストコンピュータ等の外部端末に、ＵＳＢなどのインターフェースを経由して出力する。

このようにして、指示具５０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したりする等の外部端末の操作が可能になる。
すなわち、本実施形態における座標入力装置は、投光部から投光し指示具によって反射された反射光を受光部で検出し、当該反射光の光量分布から指示具の指示位置座標を検出する反射光検出方式の座標入力装置である。

（センサユニット１０Ｌ，１０Ｒの構成）
次に、センサユニット１０Ｌ及び１０Ｒ内の具体的構成について、図３を参照しながら説明する。なお、センサユニット１０Ｌとセンサユニット１０Ｒとは同一構成を有するため、ここではセンサユニット１０Ｌについて説明する。
センサユニット１０Ｌは、投光部１１Ｌと受光部１２Ｌとを備える。投光部１１Ｌは、赤外レーザー１１１Ｌと、反射ミラー１１２Ｌと、投光レンズ１１３Ｌとを備える。また、受光部１２Ｌは、ラインセンサ１２１Ｌと受光レンズ１２２Ｌとを備える。
投光部１１Ｌの赤外レーザー１１１Ｌは、赤外光を発光する光源であり、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）と比較して指向性が高く光出力が大きいものである。赤外レーザー１１１Ｌは、制御ユニット２０によって発光タイミングが制御される。

また、反射ミラー１１２Ｌは、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System：微小電子機械部品）ミラーであり、駆動する電圧をパルス制御することによって１軸に回転動作するものである。反射ミラー１１２Ｌは、制御ユニット２０によって駆動制御される。
さらに、投光レンズ１１３Ｌは、例えば、ロッドレンズであり、入射光から扇型のシート状のビームを形成して出射するものである。
すなわち、赤外レーザー１１１Ｌが発光した赤外光は、反射ミラー１１２Ｌによって反射して偏向され、投光レンズ１１３Ｌを介して座標入力有効領域４１に向けて投光される。

投光部１１Ｌから投光された赤外光は、指示具５０による入力がある場合には指示具５０によって反射され、受光部１２Ｌによって検出される。
ラインセンサ１２１Ｌは、検出素子が水平方向（Ｙ方向）に配置された一次元のＣＭＯＳラインセンサであり、受光レンズ１２２Ｌは、ラインセンサ１２１Ｌ内の検出素子上に光を集光する集光光学系（集光レンズ）である。
すなわち、投光部１１Ｌから投光され、指示具５０によって反射した反射光は、集光レンズ１２２Ｌを経て、ＣＭＯＳラインセンサ１２１Ｌの検出素子上に集光、結像することになる。そして、ＣＭＯＳラインセンサ１２１Ｌは、反射光の入射角に応じた光量分布を出力する。すなわち、ＣＭＯＳラインセンサ２２１を構成する各画素の画素番号が角度情報を示すことになる。

本実施形態では、投光部１１Ｌと受光部１２Ｌとは、座標入力面４０（座標入力有効領域４１）の垂直方向（Ｚ方向）に対し、重ねて配置されている。また、投光部１１Ｌと受光部１２Ｌとは、正面方向（座標入力面４０に対し垂直方向）から見て、投光部１１Ｌの発光中心と受光部１２Ｌの基準位置とが一致するよう配置されている。
さらに、受光部１２Ｌは、垂直方向（Ｚ方向）において投光部１１Ｌよりも座標入力面４０に近い側に配置され、指示具５０が座標入力面４０に接近した場合に生じる反射光（拡散光）が検出できるようになっている。

投光部１１Ｌは、垂直方向（Ｚ方向）において受光部１２Ｌよりも座標入力面４０から遠い側（受光部１２Ｌの上側）に配置され、上記赤外光を座標入力面４０に対して斜めに投光する。また、投光部１１Ｌは、制御ユニット２０によって反射ミラー１１２Ｌの傾きが制御されることで、上記赤外光の投光角度を変化させ、座標入力有効領域４１全体を走査可能な構成となっている。
このように、本実施形態では、センサユニット１０Ｌは、１つの投光部１１Ｌと、当該投光部１１Ｌで投光し、指示具５０で反射される反射光を検出可能な１つの受光部１２Ｌとを有する。センサユニット１０Ｒについても同様である。
なお、ここでは、２つのセンサユニット１０Ｌ，１０Ｒがそれぞれ１つずつ投光部と受光部とを備える場合について説明したが、座標入力装置として少なくとも１つの投光部と複数の受光部とを備える構成であれば、投光部及び受光部の数は上記に限定されるものではない。

（制御ユニット２０の構成）
図４は、制御ユニット２０の具体的構成を示すブロック図である。
制御ユニット２０は、ワンチップマイコン等で構成される演算制御部２１を備える。演算制御部２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース等を含んで構成されている。また、制御ユニット２０は、Ａ／Ｄコンバータ２２、クロック発生回路（ＣＬＫ）２３、メモリ２４、通信Ｉ／Ｆ２５を備える。
演算制御部２１のＣＰＵは、ラインセンサ１２１Ｌ，１２１Ｒに対して、シャッタタイミングやデータの出力制御等を行うためのラインセンサ制御信号を出力する。

また、演算制御部２１は、赤外レーザー１１１Ｌ，１１１Ｒの赤外レーザー駆動回路（不図示）に対して、赤外レーザー駆動信号を出力する。
さらに、演算制御部２１は、走査ミラー（反射ミラー）１１２Ｌ，１１２Ｒの反射ミラー駆動回路（不図示）に対して、ミラー駆動信号を出力する。これにより、走査ミラー１１２Ｌ，１１２Ｒを座標入力面４０に対して１軸に走査したり、所定角度に静止制御したりできる構成となっている。
なお、演算制御部２１のＣＰＵは、ＣＬＫ２３からのクロック信号に従って動作する。また、ラインセンサ用のクロック信号は、ＣＬＫ２３からセンサユニット１０Ｌ及び１０Ｒに送信されると共に、各センサユニット内部のラインセンサとの同期をとって各種制御を行うために、ＣＰＵにも入力される。

Ａ／Ｄコンバータ２２は、ラインセンサ１２１Ｌ，１２１Ｒからの検出信号を入力し、演算制御部２１のＣＰＵからの制御によって、当該検出信号がデジタル値に変換される。この変換されたデジタル値は、上記ＣＰＵとデータバスで接続されたメモリ２４に記憶され、指示具５０の角度計算に用いられる。
演算制御部２１は、この計算された角度から座標値を算出し、外部端末に通信Ｉ／Ｆ２５を介して出力する。ここで、通信Ｉ／Ｆ２５は、例えばシリアルインタフェース（例えば、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ２３２Ｃインターフェース等）である。

（光量分布検出の説明）
図５は、演算制御部２１が出力する制御信号のタイミングチャートである。この図５では、上述した赤外レーザー駆動信号ＴＡと、ラインセンサ制御信号ＲＡとを示している。
赤外レーザー駆動信号ＴＡにおいて、Ｈｉｇｈの期間は赤外レーザー１１１Ｌ，１１１Ｒが発光する期間である。なお、本実施形態では、赤外レーザー１１１Ｌ，１１１Ｒが発光するのと同じ期間で、反射ミラー１１２Ｌ，１１２Ｒも回転動作する。このとき、反射ミラー１１２Ｌ，１１２Ｒは、座標入力有効領域４１内全体への走査を行うため、予め設定された角度範囲内で連続的に回転動作する。

ラインセンサ制御信号ＲＡにおいて、Ｈｉｇｈの期間はシャッター開放期間に相当する。シャッター開放期間について、ラインセンサ１２１Ｌ，１２１Ｒは受光を行うこととなる。なお、本実施形態では、赤外レーザー１１１Ｌ，１１１Ｒの発光期間とシャッター開放期間とは、同じ期間Ｔ１となるようにＣＰＵで制御される。
すなわち、図６に示すように、投光部１１Ｌ（１１Ｒ）は、反射ミラー１１２Ｌ（１１２Ｒ）の回転動作により、予め設定された投光走査範囲１１４に赤外光７１を投光する。このとき、指示具である指５１が座標入力面４０に対して接触しようとして走査範囲内に入ると、投光部１１Ｌ（１１Ｒ）から投光した赤外光が指５１に当たって反射する。そのため、ラインセンサ１２１Ｌ（１２１Ｒ）は、指５１によって反射した反射光７２を検出する。この反射光７２は、指５１で反射した拡散光であり、座標入力面４０に対して接触状態でなくとも、受光部のラインセンサ１２１Ｌ（１２１Ｒ）で検出が可能である。

図７は、指示具５０（指５１など）から反射した光が、受光部のラインセンサで検出された場合の概略波形を示している。この図７において、横軸はラインセンサの画素番号、縦軸はラインセンサで得られる光量レベルである。反射光の光量分布は、指５１のセンサユニット１０Ｌ，１０Ｒからの距離が近いほど光量レベルが大きくなり、遠ざかるほど小さくなる。なお、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、指示具５０の反射特性や投光部の特性などによって、光量分布は変化する。

ラインセンサ１２１Ｌ，１２１Ｒで検出した光量分布データは、演算制御回路２１のＣＰＵに転送される。ここで、先述したように、検出した反射光は入射角に応じた角度情報であるので、所定の座標算出処理を実行することで、座標入力面４０における指５１の指示座標Ｐを算出することができる。上記座標算出処理については後で詳述する。
本実施形態では、座標入力有効領域４１全体に対して投光を走査させて指示具５０の座標値Ｐを算出した後、座標入力有効領域４１に対して赤外光を再投光し、指示具５０の座標入力面４０に対する接触状態を判定する。

指示具５０が座標入力面４０に触れたかどうかの接触状態を判定するために、演算制御回路２１のＣＰＵは、算出した座標値Ｐが含まれる領域に対して赤外光を投光するように、反射ミラー１１２Ｌ，１１２Ｒの角度範囲を計算する。そして、計算したミラー角度範囲内で反射ミラー１１２Ｌ，１１２Ｒが連続的に回転動作するように、当該反射ミラー１１２Ｌ，１１２Ｒを制御する。これにより、図８に示すように、座標値Ｐが含まれる領域に対して投光７３を行う。
ここで、座標値Ｐに対応する位置のみではなく、座標値Ｐを含む所定領域に赤外光を再投光するようにしたのは、反射ミラー１１２Ｌ，１１２Ｒの角度制御誤差を考慮したためである。したがって、当該誤差が無視できる程度に微小である場合には、座標値Ｐに対応する位置に赤外光を再投光し、接触状態を判定するようにしてもよい。

図９は、接触状態判定を行う際に演算制御部２１が出力する制御信号のタイミングチャートである。この図９では、赤外レーザー駆動信号ＴＢと、ラインセンサ制御信号ＲＢとを示している。
接触状態判定時においては、接触状態となるまでの過渡的な時間を考慮して所定回数（例えば４回程度）、赤外光を投光する。
すなわち、図９に示すように、接触状態判定時における赤外レーザー駆動信号ＴＢはパルス信号となり、所定期間（Ｔ２）ずつ断続的に赤外レーザー１１１Ｌ，１１１Ｒが発光する。

また、接触状態判定時におけるラインセンサ制御信号ＲＢは、シャッター開放期間が赤外レーザーの投光時間と同じ期間となるよう制御される。すなわち、ラインセンサ制御信号ＲＢも、赤外レーザー駆動信号ＴＢと同様のパルス信号となる。
このように、座標値Ｐが含まれる領域に赤外光を再投光することで、図１０に示すように、指５１が赤外光を再投光する空間内に侵入すると、投光７３が指５１に反射して、その反射光７４がラインセンサ１２１Ｌ（１２１Ｒ）で検出される。したがって、座標値Ｐを含む領域に対して再投光した状態において、反射光が検出されることをもって、指５１が座標入力面４０に接触した状態であると判断することができる。

このとき、各シャッター開放期間において、ラインセンサからは、図９に示す受光波形ｗ１〜ｗ４が得られる。座標入力面４０に指５１が接触すると、上記の受光波形は時間軸上で一時的な安定状態となる。ここで、受光波形の安定状態とは、ラインセンサで得られる光量レベルが予め定められた所定の閾値ＴＨを超えた状態が、一定期間継続する状態である。そこで、本実施形態では、受光波形が時間軸上で安定した検出レベルかどうかを判定し、上記安定状態が抽出されることをもって、指５１が座標入力面４０に接触した状態であると判断する。具体的には、各シャッター開放期間においてラインセンサで得られる光量レベルが閾値ＴＨを２回連続して超えた場合に、接触状態であると判断する。この接触状態判定処理については後で詳述する。

なお、ここでは、接触状態の判定のための赤外レーザーの駆動回数を４回としたが、これに限定されるものではなく、装置の用途によって適宜変更することができる。また、ここでは、安定状態の判定のための回数を２回としたが、これに限定されるものではなく、サンプリング速度に応じて適宜変更することができる。
このように、本実施形態では、図７に示すような光量分布を検出することで、指示具５０の指示位置座標を算出し、図９に示すような安定的に連続した光量レベルを検出することで、指示具５０の接触状態を判定する。光量分布の検出は、当該光量分布の変化を検知することで行う。具体的には、サンプル期間中の光量分布を、指示具５０による入力のない初期状態での光量分布と比較することで、光量分布の変化を検知する。

本実施形態では、投光部による投光（照明）がない状態の光量分布と、投光（照明）中で指示具５０による入力がない（反射光がない）状態の光量分布を初期状態として予めメモリ２４に記憶しておく。
そして、センサユニット１０Ｌ及び１０Ｒそれぞれの検出信号のサンプル期間に、図７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２４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。光量分布に変化がある場合には、その変化部分を指示具５０の入力点として、その座標値Ｐを算出する。
座標値の算出後、座標入力有効領域に対して再投光して反射光を検出する場合においては、投光しない状態での光量分布と投光した状態での光量分布を交互に検出する。そして、両者の光量分布の差分をとることで反射光の有無を判断（接触状態の判定）する。

（演算制御部２１で実行する座標算出処理）
次に、演算制御部２１で実行する座標算出処理について、より詳細に説明する。
図１１は、演算制御部２１で実行する座標算出処理手順を示すフローチャートである。
この図１１は、本実施形態に係る座標入力装置のデータ取得から座標情報送信までの処理動作の流れを示すフローチャートである。この座標算出処理は、例えば電源投入時に実行を開始する。なお、図１１の処理の開始タイミングは上記のタイミングに限定されるものではない。
先ずステップＳ１で、演算制御部２１は、ＣＰＵのポート設定、タイマ設定等、座標入力装置に係る各種初期化を行う。
次にステップＳ２で、演算制御部２１は、受光素子であるところのラインセンサ１２１Ｌ，１２１Ｒの画素有効範囲を、例えば、メモリ２４から読み出して設定する。

次にステップＳ３で、演算制御部２１は、初期読込動作の初期読み込み回数を設定する。ここで、初期読込動作とは、座標入力装置の起動時にのみ行うものであり、ラインセンサ１２１Ｌ，１２１Ｒの不要電荷除去を行うための動作である。
ラインセンサ等の光電変換素子においては、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のまま座標入力動作を実行すると、検出不能や誤検出の原因となり得る。そこで、これを避けるために、初期読込動作として、投光部による照明を停止している状態（照明無しの状態）で、ラインセンサ１２１Ｌ，１２１Ｒからデータを読み出す。これにより、ラインセンサ１２１Ｌ，１２１Ｒに蓄積されていた不要電荷を除去する。ステップＳ３では、この初期読込動作を実行する回数を設定する。

ステップＳ４では、演算制御部２１は、ラインセンサ１２１Ｌ，１２１Ｒからデータを読み込む初期読込動作を実行し、ステップＳ５に移行する。
ステップＳ５では、演算制御部２１は、初期読込動作が上記のステップＳ３で設定した回数だけ実行されたか否かを判定する。そして、初期読込動作の実行回数が設定した回数に達していないと判断した場合にはステップＳ４に戻り、設定した回数に達したと判断した場合にはステップＳ６に移行する。

ステップＳ６では、演算制御部２１は、投光部１１Ｌ（１１Ｒ）による投光を停止している（照明無し）状態でのラインセンサ１２１Ｌ，１２１Ｒのデータ（ベースデータＢａｓ＿ｄａｔａ［ｎ］）を取り込む。ここで、ｎは画素番号である。
ステップＳ７では、演算制御部２１は、ステップＳ６で取り込んだベースデータＢａｓ＿ｄａｔａ［ｎ］をメモリ２４に記憶し、ステップＳ８に移行する。
ステップＳ８では、演算制御部２１は、投光部１１Ｌ（１１Ｒ）からの投光を行っている（照明有り）状態でのラインセンサ１２１Ｌ，１２１Ｒのデータ（リファレンスデータＲｅｆ＿ｄａｔａ［ｎ］）を取り込む。ここで、ｎは画素番号である。
ステップＳ９では、演算制御部２１は、ステップＳ８で取り込んだリファレンスデータＲｅｆ＿ｄａｔａ［ｎ］をメモリ２４に記憶し、ステップＳ１０に移行する。

このステップＳ９までの処理が電源投入時の初期設定動作であり、この初期設定動作を経て、指示具５０による座標入力を行う通常の取り込み動作状態（有効領域通常取り込み）に移行する。
先ずステップＳ１０では、演算制御部２１は、座標入力サンプリング状態とし、上述した図５に示す制御信号を出力してラインセンサ１２１Ｌ，１２１Ｒから画素データ（Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ［ｎ］）を取り込む。ここで、ｎは画素番号である。

次にステップＳ１１で、演算制御部２１は、ステップＳ１０で取り込んだ画素データＮｏｒｍ＿ｄａｔａ［ｎ］とメモリ２４に記憶したリファレンスデータＲｅｆ＿ｄａｔａ［ｎ］との差分値Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ＿ａ［ｎ］を計算する。
Norm_data_a[n]＝Norm_data[n]−Ref_data[n] ………（１）
ステップＳ１２では、ステップＳ１１で計算した差分値Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ＿ａ［ｎ］に基づいて、反射光部分の有無、すなわち座標入力の有無を判断する。例えば、差分値Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ＿ａ［ｎ］と予め設定した閾値Ｖｔｈａとを比較し、閾値Ｖｔｈａを超える画素が所定数を超えて検出された場合に、指示具５０の入力があると判定する。

また、より高精度に座標入力の有無を判定する場合には、画素データの変化の比Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ＿ｒ［ｎ］を用いる。
Norm_data_r[n]＝Norm_data_a[n]／(Bas_data_[n]−Ref_data[n]) ………（２）
上記（２）式により、光量分布を変化の比で表すことができる。そこで、この画素データ（光量分布）に対して閾値Ｖｔｈｒを設定し、閾値Ｖｔｈｒを超える画素が所定数を超えて検出された場合に、指示具５０の入力があると判定する。

そして、このステップＳ１２で座標入力無しと判断した場合にはステップＳ１０に戻り、座標入力有りと判断した場合にはステップＳ１３に移行する。
ステップＳ１３では、演算制御部２１は、画素データ分布の立ち上がり部及び立ち下がり部を検出し、指示具５０による入力範囲（反射光検出範囲）を特定する。ここでは、上記（２）式により計算された光量変化に対して、閾値Ｖｔｈｒを用いて、光量が変化しているラインセンサ上の画素番号を特定する。具体的には、閾値Ｖｔｈｒを横切る点に対応する画素番号を特定し、これを反射光検出範囲の端部（立ち上がり部及び立ち下がり部）の画素番号として検出する。

次に、検出された立ち上がりの画素番号Ｎｒ及び立ち下がりの画素番号Ｎｆの中央値Ｎｐを計算し、これを反射光検出範囲の中心の画素番号とする。
Ｎｐ＝Ｎｒ＋（Ｎｒ＋Ｎｆ／２） ………（３）
なお、上記（３）式をもとに計算した場合、ラインセンサの画素間隔が出力画素番号の分解能となるが、このとき、検出信号レベル情報等を用いることで、画素番号よりも細かい画素情報が特定可能になる。例えば、閾値Ｖｔｈｒを超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。

次にステップＳ１４で、演算制御部２１は、ステップＳ１３で計算された中心画素番号を角度情報に変換する。ここでは、画素番号と角度θとの関係を示す近似式（多項式）をもとに、中心画素番号を角度情報θに変換し、さらに角度θからｔａｎθを算出する。
θ＝T_n・eⁿ＋T_n-1・e^n-1＋T_n-2・e^n-2＋…＋T₀ ………（４）
ここで、上記（４）式の各次数の係数は、実測値や設計値等から決定できる。また、次数は必要とされる座標精度等を鑑みて決定すればよい。
ステップＳ１５では、演算制御部２１は、左右のセンサユニット１０Ｌ，１０Ｒでのｔａｎθ値からｘ、ｙ座標を算出する。

（座標算出方法）
以下、画素番号から変換された角度情報（θ）から、指示具５０の位置座標を算出する座標算出方法について説明する。
なお、指示具５０の入力が１点である場合には、センサユニット１０Ｌ及び１０Ｒの出力結果に基づいて得られる反射光検出範囲の中央の角度を用いることで座標算出が可能である。
ここで、座標入力有効領域４１上に定義する座標とセンサユニット１０Ｌ及び１０Ｒとの位置関係及び座標系について、図１２を用いて説明する。
図１２は、本実施形態の座標入力有効領域上に定義する座標とセンサユニット１０Ｌ及び１０Ｒとの位置関係を示す図である。ここでは、図１２における左右方向にＸ軸、図１２における上下方向にＹ軸を定義する。そして、座標入力有効領域４１の左辺に、それぞれのセンサユニット１０Ｌ及び１０ＲをＸ軸に対称に取り付け、その間の距離をＤＬＲとする。さらに、センサユニット１０Ｌ及び１０Ｒの既知の角度方向の交点位置、すなわち基準角度の交点をＰ０とする。

このとき、基準角度から、それぞれのセンサユニット１０Ｌ及び１０Ｒで得られた角度をそれぞれθＬ、θＲとすると、検出すべき点Ｐの座標Ｐ(ｘ，ｙ)は、ｔａｎθＬ、ｔａｎθＲの関数ｆｘ、ｆｙを用いて決定することができる。
x＝DLR／2 ＊fx (tanθL, tanθR) ………（５）
y＝DLR／2 ＊fy (tanθL, tanθR) ………（６）
上述した構成では、入力の座標値は１点であったが、複数の入力の座標値を決定することも可能である。複数の入力の座標値を算出した場合には、それぞれの座標値に対して再投光を行う。そして、それぞれの座標値に対して、指示具の接触状態を検査することで、接触状態であると判定された座標値を指示具で入力された座標値として出力すればよい。なお、その際、複数の座標値を区別するために、座標の連続性を示す識別子を座標値の出力に付加してもよい。

次にステップＳ１６で、演算制御部２１は、ステップＳ１５で計算した座標値が、指示具５０の状態としてはどのような入力状態であるかを判定する。すなわち、このステップＳ１６では、指示具５０の座標入力面に対する接触状態の判定処理をサブルーチンとして行う。
（接触状態判定処理）
図１３は、ステップＳ１６で実行する接触状態判定処理手順を示すフローチャートである。
先ずステップＳ１６１で、演算制御部２１は、図１１のステップＳ１５で計算した座標値Ｐ（ｘ、ｙ）を含む領域に対して投光部１１Ｌ（１１Ｒ）による投光を行うための反射ミラー１１２Ｌ，１１２Ｒの角度範囲を計算する。そして、反射ミラー１１２Ｌ，１１２Ｒの角度が計算したミラー角度範囲となるようなミラー駆動信号を生成し、これを反射ミラー駆動回路（不図示）に送信することで、反射ミラー１１２Ｌ，１１２Ｒの角度を制御する。

次にステップＳ１６２では、演算制御部２１は、投光部１１Ｌ（１１Ｒ）による投光を停止している（照明無し）状態でのラインセンサ１２１Ｌ，１２１Ｒのデータ（ベースデータＴｏｕｃｈ＿Ｂａｓ＿ｄａｔａ［ｎ］）を取り込む。ここで、ｎは画素番号である。
ステップＳ１６３では、演算制御部２１は、ステップＳ１６２で取り込んだベースデータＴｏｕｃｈ＿Ｂａｓ＿ｄａｔａ［ｎ］をメモリ２４に記憶し、ステップＳ１６４に移行する。
ステップＳ１６４では、演算制御部２１は、ステップＳ１６１で設定した反射ミラーの角度範囲で再投光する。このとき、上述した図９に示す制御信号を出力してラインセンサ１２１Ｌ，１２１Ｒから画素データ（Ｔｏｕｃｈ＿Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ［ｎ］）を取り込む。

次にステップＳ１６５で、演算制御部２１は、ステップＳ１６４で取り込んだ画素データＴｏｕｃｈ＿Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ［ｎ］と、メモリ２４に記憶したベースデータＴｏｕｃｈ＿Ｂａｓ＿ｄａｔａ［ｎ］との差分値を計算し、ステップＳ１６６に移行する。
ステップＳ１６６では、演算制御部２１は、ステップＳ１６５で計算した差分値に基づいて、反射光部分の有無、すなわち指示具５０の入力の有無を判断する。例えば、上記差分値と上述した閾値ＴＨとを比較し、閾値ＴＨを超える画素が所定数を超えて検出された場合に、指示具５０の入力があると判定する。そして、指示具５０の入力があると判断した場合にはステップＳ１６７に移行し、指示具５０の入力がないと判断した場合にはステップＳ１６８に移行する。

ステップＳ１６７では、演算制御部２１は、指示具５０の連続入力の有無を判断する。すなわち、演算制御部２１は、上記閾値ＴＨを所定回数（例えば２回）連続して超える入力があるが否かを判定する。そして、指示具５０の連続入力がないと判断した場合にはステップＳ１６８に移行し、指示具５０の連続入力があると判断した場合にはステップＳ１６９に移行する。
ステップＳ１６８では、演算制御部２１は、読み込み回数が所定回数（図９の例では４回）に達したか否かを判断する。そして、読み込み回数が所定回数に達しないと判断された場合は、ステップＳ１６２へ戻り、読み込み回数が所定回数に達したと判断された場合は、ステップＳ１６９へ移行する。

ステップＳ１６９では、演算制御部２１は、戻り値をセットする。戻り値としては、ステップＳ１６７で「連続入力あり」と判断された場合は「接触している」、ステップＳ１６８で所定回数に達した場合は「接触していない」をそれぞれ座標値とペアで設定する。
以上の処理が、指示具５０の座標入力面に対する接触状態の判定のサブルーチンとして実行される。
図１１に戻って、ステップＳ１７では、演算制御部２１は、ステップＳ１５で算出した座標値データに対して、ステップＳ１６の戻り値を各座標値の属性情報として付加する処理を行う。
そして、次のステップＳ１８で、演算制御部２１は、ステップＳ１７でセットした属性情報付の座標値データをホストＰＣ等の外部機器へ送信する。

以上のように、本実施形態では、投光部１１Ｌ（１１Ｒ）と受光部１２Ｌ（１２Ｒ）とを、座標入力面４０（座標入力有効領域４１）の垂直方向に対し重ねた配置構成とする。受光部は、座標入力有効領域４１の面に近い側に配置し、指示具５０が座標入力面４０に接近した場合に生じる反射光（拡散光）を検出可能である。また、投光部は、座標入力面４０からみて受光部の上側、即ち、座標入力面４０から垂直方向（Ｚ方向）に所定距離離間して配置する。そして、投光部から座標入力面４０に対して斜めに赤外光を投射しながら走査することで、座標入力有効領域４１全体に投光する。したがって、座標入力面４０に対して投光が平行となるように調整する必要がない。

例えば、遮光方式の座標入力装置は、座標入力有効領域の外側に再帰性反射シートを設け、投光部から投射され再帰反射シートによって反射された反射光の光量分布を受光部で検出し、座標入力有効領域内の指示具によって上記反射光が遮光される遮光領域の情報から指示具の指示位置を決定する。このような遮光方式の座標入力装置では、投光部は座標入力面に対して略平行で、且つ近接した光を投光する必要がある。その理由は、以下のとおりである。

この種の座標入力装置は、コンピュータが出力する画像に対して、所定のアイコンなどのオブジェクトを操作者が選択して操作することになる。その操作とは、表示されている所定領域に対して直接的に座標入力面を触ることによって行う。操作者が表示オブジェクトを選択したと判断するのは、指先が表示面をタッチしたときであり、指先の感触で確認できる。決して、指先がその表示オブジェクトに近づいたときではない。

仮に、指先が表示オブジェクトに近づいただけで、座標入力装置側がタッチしたと誤判定すると、操作者の意図と異なる動作、つまり誤動作を起こすことになる。したがって、指等の指示具の接触判定（タッチ検出）は、なるべく座標入力面に近い高さで行われる必要がある。当該接触判定（タッチ検出）が行われる位置が座標入力面に近ければ近いほど、操作者の所望する操作が実現でき、より操作感が向上することになる。

しかしながら、座標入力面に対して平行および近接に投光系を調整することは非常に困難である。特に、座標入力面が大型になるほど、投光系の微小な角度設置誤差が大きな検出誤差となって現れるため、高精度な調整が必要となる。ところが、高精度な調整を行うためには、専用の調整機構等が必要となりコストが増大する。
また、投光部から投射され座標入力有効領域内の指示具によって反射された反射光を受光部で検出する、反射光検出方式の座標入力装置の場合にも、投光部と受光部とが座標入力面に対して近接して水平方向に配置された構成である場合には、同様の課題を有する。

これに対して、本実施形態では、投光部から座標入力面に対して斜めに投光するので、座標入力面に対して平行かつ近接して投光する場合と比較して、高精度な調整が不要となる。したがって、投光部の設置の負荷を軽減することができる。また、上述したような投光部の調整機構が不要となるので、その分のコストを削減することができる。
このように、座標入力面に対する投光系の調整を不要であるため、座標入力面が大型である場合でも、適切に操作者は所望の入力操作を行うことが可能となる。また、投光系の光源としてＬＥＤ光よりも光出力強度の高いレーザー光を用いれば、座標入力面の大型化に対応した投光が可能である。

さらに、指示具５０の指示位置座標の算出に際し、投光部１１Ｌ，１１Ｒにより座標入力有効領域４１全体を走査し、受光部１２Ｌ，１２Ｒで指示具５０による反射光を検出する。このとき、受光部１２Ｌ，１２Ｒで検出した光量分布の変化に基づいて、指示具５０の方向を示す角度情報（θ）を導出し、導出した角度情報（θ）に基づいて座標入力有効領域４１における指示具５０の座標値Ｐを算出する。したがって、高精度な座標算出が可能となる。
また、本実施形態では、指示具５０が座標入力面４０に接触する前に、当該座標入力面４０に接近していることを検出することができる。さらに、このとき、指示具５０が接触しようとしている座標入力面４０上の領域を検出することができる。

そこで、指示具５０が接触しようとしている座標入力面４０上の領域に再投光し、このときに受光部１２Ｌ，１２Ｒで検出した光量分布に基づいて、指示具５０と座標入力面４０との接触状態を判定する。このように、指示具５０の指示位置座標を算出したあとに、当該指示位置座標に基づいて指示具５０と座標入力面４０との接触状態を判定する。したがって、指示具５０が座標入力面４０に接触する前に操作者による入力操作がなされたと誤判定するのを防止することができる。

ここで、上記接触状態の判定に際し、指示具５０が接触しようとしている座標入力面４０上の位置を含む所定領域に再投光し、このときに受光部で検出した光量分布に基づいて当該接触状態を判定する。すなわち、受光部で検出した光量分布に基づいて、再投光した光の反射光を検出したと判断した場合には、座標入力面４０に接触した指示具５０により再投光した光が反射したものと判断する。したがって、適切に接触状態を判定することができる。

さらに、上記接触状態の判定に際し、指示具５０が接触しようとしている座標入力面４０上の位置を含む所定領域に断続的に再投光する（投光と非投光とを繰り返す）。このとき、受光部で閾値ＴＨを超える光量レベルの反射光を連続して所定回数検出したと判断した場合に、指示具５０と座標入力面４０とが接触した状態であると判定する。このように、複数回の投光により、安定的な受光レベルが連続して検出できた場合に、指示具５０と座標入力面４０とが接触した状態であると判定する。したがって、高精度に接触状態を判定することができる。
また、投光時に受光部で検出した光量分布と、非投光時に受光部で検出した光量分布との差分情報に基づいて接触状態を判定する。したがって、外乱光の影響を排除した高精度な判定が可能となる。

（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。
この第二の実施形態は、上述した第一の実施形態とは指示具５０の接触状態の判定方法が異なる。第二の実施形態では、座標入力有効領域４１全体を走査したときに算出した指示位置座標と、当該指示位置座標を含む領域に再投光したときに算出した座標とを比較することで、指示具５０の接触状態を判定する。
この第二の実施形態において、座標入力装置１００の構成は、図１〜図３に示す構成と同様である。また、演算制御部２１で実行する座標算出処理も、図１１に示す座標算出処理と同様である。ただし、図１１のステップＳ１６で実行する接触状態判定処理は、上述した第一の実施形態とは異なる。

まず、本実施形態における接触状態判定方法の概略について説明する。本実施形態では、上述した第一の実施形態と同様に、図６に示すように座標入力有効領域４１全体に対して投光を走査させて指示具（例えば、指５１）の座標値Ｐを算出した後、座標入力有効領域４１に対して赤外光を再投光し、指示具の接触状態を判定する。
この接触状態の判定に際し、演算制御部２１のＣＰＵは、図１４に示すように、算出した座標値Ｐから所定角度範囲で断続的に赤外光の投光７３ａ〜７３ｄを行う。すなわち、座標値Ｐを含む複数の位置に対して赤外光を再投光する。ここで、当該複数の位置は、座標値Ｐに対応する位置から、投光部１１Ｌ（１１Ｒ）から遠い側の所定範囲内に設定する。また、投光は、投光部１１Ｌ（１１Ｒ）から遠ざかる方向へ向けて（７３ａ→７３ｂ→７３ｃ→７３ｄの順に）行う。なお、本実施形態においても、上述した第一の実施形態と同様に、接触状態判定時には、接触状態となるまでの過渡的な時間を考慮して所定回数（例えば４回程度）、赤外光を投光する。

そして、演算制御部２１は、各投光を行ったときの反射光の有無を検出し、反射光を検出した場合には、その時点で投光している光の座標入力面４０における投光位置座標の座標値Ｐａを算出する。そして、算出した投光位置座標の座標値Ｐａと指示位置座標の座標値Ｐとを比較し、当該比較結果をもとに指示具の接触状態を判定する。ここで、投光位置座標の座標値Ｐａは、受光部１２Ｌ（１２Ｒ）で反射光を検出したときの反射ミラー１１２Ｌ（１１２Ｒ）の角度情報（投光角度を示す角度情報）に基づいて算出する。反射ミラーの角度情報を用いた座標算出方法（座標値Ｐａを算出する方法）については後で詳述する。

図１５は、投光位置座標と指示位置座標との比較について説明するための図である。座標入力有効領域４１全体の投光走査において指示位置座標６０（座標値Ｐ）を算出した場合について説明する。指示具が座標入力面４０に接触していないとき、反射ミラー１１２Ｌ，１１２Ｒの角度情報を用いてそれぞれ算出した投光位置座標（座標値Ｐａ）６１，６２は、指示位置座標６０とは一致しない。具体的には、投光位置座標６１，６２は、センサユニット１０Ｌ，１０Ｒから検出角度方向６３，６４の方向において、指示位置座標６０に対してセンサユニット１０Ｌ，１０Ｒから遠い側に算出される。換言すると、両者の座標が所定範囲で等しいと判断されるとき、指示具が座標入力面４０に接触した状態であると判断することができる。

図１４に示す状態では、指５１が座標入力面４０に接触しておらず、ラインセンサ１２１Ｌ（１２１Ｒ）は、投光７３ｄの反射光７４を検出する。そして、当該反射光７４を検出したときの反射ミラー１１２Ｌ（１１２Ｒ）の角度情報に基づいて座標値Ｐａを算出する。そのため、この場合には座標値Ｐ≠Ｐａとなる。これに対して、図１６に示すように、指５１が座標入力面４０の座標値Ｐに接触すると、座標値Ｐに対して再投光した状態において、ラインセンサ１２１Ｌ（１２１Ｒ）がその反射光を検出する。すなわち、ラインセンサ１２１Ｌ（１２１Ｒ）は、座標値Ｐに対する投光７３ａの反射光７４を検出する。そのため、このときの反射ミラー１１２Ｌ（１１２Ｒ）の角度情報を用いて算出した座標値Ｐａは、Ｐ＝Ｐａとなる。本実施形態では、座標値Ｐａと座標値Ｐとの差が許容範囲内（Ｐ≒Ｐａ）である場合に、指５１が座標入力面４０に接触した状態であると判断する。

（接触状態判定処理）
図１７は、第二の実施形態における接触状態判定処理手順を示すフローチャートである。この接触状態判定処理は、図１１のステップＳ１６で実行するものである。図１７において、上述した図１３の接触状態判定処理と同一処理を行う部分については図１３と同一ステップ番号を付し、ここでは処理の異なる部分を中心に説明する。
先ずステップＳ１６１１で、演算制御部２１は、図１１のステップＳ１５で計算した座標値Ｐ（ｘ、ｙ）から所定角度間隔で断続的に投光部１１Ｌ（１１Ｒ）による投光を行うための反射ミラー１１２Ｌ，１１２Ｒの角度を計算する。そして、反射ミラー１１２Ｌ，１１２Ｒの角度が計算したミラー角度となるようなミラー駆動信号を生成し、これを反射ミラー駆動回路（不図示）に送信することで、反射ミラー１１２Ｌ，１１２Ｒの角度を制御する。

また、演算制御部２１は、上記のステップＳ１６６で指示具５０の入力があると判断すると、ステップＳ１６１２に移行する。このステップＳ１６１２では、演算制御部２１は、ステップＳ１１６で入力ありと判断したときの反射ミラー１１２Ｌ，１１２Ｒの角度情報をメモリ２４に記憶すると共に、当該角度情報を用いて座標値Ｐａ（ｘ，ｙ）を算出する。

（反射ミラーの角度情報を用いた座標算出方法）
以下、反射ミラー１１２Ｌ，１１２Ｒの角度情報に基づいて、投光位置座標の座標値Ｐａ（ｘ，ｙ）を算出する座標算出方法について、図１８及び図１９を参照しながら説明する。なお、図１８及び図１９において、座標入力有効領域４１とセンサユニット１０Ｌ及び１０Ｒとの位置関係などは、図１２を用いて説明した内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図１９に示すように、指示具５０が座標入力面４０に接触していない状態で、投光７３の反射光７４が検出された場合には、反射ミラーの角度情報（投光角度）θＭＬ（Ｒ）を用いて、投光位置座標の座標値Ｐａを算出する。まず、センサユニット１０Ｌの反射ミラーの投光角度θＭＬを用いて、投光７３の座標入力面４０上の位置（投光位置）までのＸ方向距離ＬＭＬを、次式をもとに算出する。ここで、ｆｍはｔａｍθＭＬを変数とした関数であり、予め反射ミラーおよび投光レンズの投光特性により決定することができる。
ＬＭＬ＝ｆｍ（Ｈ，ｔａｎθＭＬ） ………（７）

次に、センサユニット１０Ｌが検出した座標入力面方向の角度情報θＬを用いて、上記投光位置の座標値ＰＬ（ｘ，ｙ）を算出する。
ＰＬ（ｘ，ｙ）＝ｆｘｙ（ＬＭＬ，ｔａｎθＬ） ………（８）
同様に、センサユニット１０Ｒの反射ミラーの投光角度θＭＲを用いて、投光位置までのＸ方向距離ＬＭＲを算出する。
ＬＭＲ＝ｆｍ（Ｈ，ｔａｎθＭＲ） ………（９）

次に、センサユニット１０Ｒが検出した座標入力面方向の角度情報θＲを用いて、上記投光位置の座標値ＰＲ（ｘ，ｙ）を算出する。
ＰＲ（ｘ，ｙ）＝ｆｘｙ（ＬＭＲ，ｔａｎθＲ） ………（１０）
そして、座標値ＰＬ（ｘ，ｙ）と座標値ＰＲ（ｘ，ｙ）との平均を、座標値Ｐａ（ｘ，ｙ）として算出する。
Ｐａ（ｘ，ｙ）＝（ＰＬ（ｘ，ｙ）＋ＰＲ（ｘ，ｙ））／２ ………（１１）
図１７に戻って、ステップＳ１６１３では、演算制御部２１は、ステップＳ１６１２で算出した座標値Ｐａを座標値Ｐと比較し、座標値Ｐと座標値Ｐａとが所定範囲内で等しいか否かを判定する。そして、両者が所定範囲で等しいと判断した場合はステップＳ１６１４に移行し、両者が等しくないと判断した場合はステップＳ１６８に移行する。
ステップＳ１６１４では、演算制御部２１は、戻り値をセットする。戻り値としては、ステップＳ１６１３でＰ≒Ｐａと判断された場合は「接触している」、ステップＳ１６８で所定回数に達した場合は「接触していない」をそれぞれ座標値とペアで設定する。

以上のように、本実施形態では、受光部１２Ｌ，１２Ｒで、投光部１１Ｌ，１１Ｒから投光された光の反射光を検出したとき、当該投光の座標入力面４０における投光位置座標を算出（決定）する。そして、その指示位置座標（座標値Ｐａ）と投光位置座標（座標値Ｐ）とを比較し、指示具５０が座標入力面４０に接触した状態であるか否かを判定する。
このとき、座標値Ｐａと座標値Ｐとの差が許容範囲内であるとき、指示具５０が座標入力面４０に接触した状態であると判定する。
指示具５０が座標入力面４０に接触した状態で算出した投光位置座標と、指示具５０が座標入力面４０に接触していない状態で算出した投光位置座標とは異なり、指示具５０の接触状態では指示位置座標と投光位置座標とが略一致する。本実施形態ではこれを利用し、指示具の接触状態を判定する。したがって、適切に接触状態を判定することができる。

また、投光位置座標は、受光部１２Ｌ，１２Ｒで上記反射光を検出したときに導出した、指示具５０の方向を示す角度情報（θＬ，θＲ）と投光部１１Ｌ，１１Ｒからの光の投光角度を示す角度情報（θＭＬ，θＭＲ）とに基づいて算出する。したがって、適切に投光位置座標を求めることができ、高精度な接触状態の判定が可能となる。
さらに、接触状態の判定に際し、座標入力面４０における指示位置座標（座標値Ｐ）に対応する位置を含む複数の位置にそれぞれ再投光し、このときに受光部で検出した光量分布に基づいて当該接触状態を判定する。このとき、座標入力面４０における指示位置座標（座標値Ｐ）に対応する位置と、当該指示位置座標に対応する位置よりも投光部１１Ｌ，１１Ｒから遠い側の所定範囲内に設定された少なくとも１つの位置とにそれぞれ再投光する。このように、再投光時には、座標値Ｐに投光している状態から投光を上方に走査する。指示具５０が座標入力面４０に接触していない状態で算出される投光位置座標は、指示位置座標よりも投光部１１Ｌ，１１Ｒから遠い側となるため、上記のように再投光する位置を設定することで、確実に接触状態を判定することができる。

また、仮に指示位置座標よりも投光部１１Ｌ，１１Ｒに近い側に投光した場合、座標入力面４０で反射した光が、更に指示位置座標にある指示具５０に反射し、受光部１２Ｌ，１２Ｒで反射光を検出してしまう場合がある。本実施形態では、再投光する位置を指示位置座標よりも投光部１１Ｌ，１１Ｒから遠い側に設定することで、上記のような誤検出を防止することができ、精度良く接触状態を判定することができる。

（第三の実施形態）
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。
この第三の実施形態は、上述した第一及び第二の実施形態とは指示具５０の接触状態の判定方法が異なる。第三の実施形態では、赤外光の再投光を繰り返すことなく指示具５０の接触状態を判定する。
この第三の実施形態において、座標入力装置１００の構成は、図２０に示すように、受光部１２Ｌ（Ｒ）にフォトダイオード１２３Ｌ（１２３Ｒ）を追加したことを除いては、図１〜図３に示す構成と同様である。また、演算制御部２１で実行する座標算出処理も、図１１に示す座標算出処理と同様である。ただし、図１１のステップＳ１６で実行する接触状態判定処理は、上述した第一及び第二の実施形態とは異なる。

フォトダイオード１２３Ｌ（１２３Ｒ）は、受光部１２Ｌ（１２Ｒ）においてラインセンサ１２１Ｌ（１２１Ｒ）の近傍に配置されている。フォトダイオード１２３Ｌ（１２３Ｒ）は、投光部１１Ｌ（１１Ｒ）から投光され、指示具５０によって反射された反射光を検出可能である。また、フォトダイオード１２３Ｌ（１２３Ｒ）は、当該反射光を検出したタイミングがシャッター開放期間であっても、リアルタイムで当該タイミングを検出することができる。なお、ここではフォトダイオードを設置する場合について説明したが、反射光を検出したタイミングを検出可能な構成であれば適用可能である。

以下、本実施形態における接触状態判定方法の概略について説明する。本実施形態では、図２０に示すように、図６に示す第一及び第二の実施形態と同様に座標入力有効領域４１全体に対して投光を走査させる。このとき、走査範囲内に指５１が入っていると、反射光７２をラインセンサ１２１Ｌ（１２１Ｒ）とフォトダイオード１２３Ｌ（１２３Ｒ）とで検出する。このとき、上述した第一及び第二の実施形態と同様に、ラインセンサ１２１Ｌ（１２１Ｒ）で検出した光量分布データに基づいて、座標入力面４０における指５１の指示位置座標の座標値Ｐを算出することができる。

また、フォトダイオード１２３Ｌ（１２３Ｒ）が付加されていることにより、反射光７２の検出タイミングを把握することができる。図２１に示すように、フォトダイオード（ＰＤ）の受光タイミング波形は、シャッター開放期間に相当するラインセンサの制御信号ＲＡがＨｉｇｈの期間Ｔ１（全体走査時間に相当）の中で検出される。
本実施形態では、反射光７２の検出タイミングから、その時点での反射ミラー１１２Ｌ，１１２Ｒの投光角度を算出する。そして、当該投光角度から上述した第二の実施形態と同様に座標値Ｐａを算出し、座標値Ｐと比較することで指示具（例えば指５１）の接触状態を判定する。

すなわち、本実施形態では、上述した第一及び第二の実施形態のように赤外光を再投光して指示具の接触状態を判定するのではなく、上記再投光をすることなく、座標入力有効領域４１全体に対する投光走査時に指示具の接触状態を判定する。図２０に示す反射光７２の検出タイミングから反射ミラー１１２Ｌ（１１２Ｒ）の投光角度を算出すると、図２２に示すように、投光７３を行ったのと同様の状況について検証することができる。つまり、図２２に示す座標値Ｐａを算出することができる。したがって、座標値Ｐと座標値Ｐａとが所定範囲で等しいか否かを判断することで、指示具の接触状態を判断することができる。

図２１に示す状態では、指５１が座標入力面４０に接触していないため、この場合には座標値Ｐ≠Ｐａとなる。これに対して、指５１が座標入力面４０の座標値Ｐに接触した状態では、フォトダイオード１２３Ｌ（１２３Ｒ）が反射光７２を検出したタイミングから算出した反射ミラー１１２Ｌ（１１２Ｒ）の投光角度は、図２３に示す投光７３を行う投光角度となる。そのため、このときの反射ミラー１１２Ｌ（１１２Ｒ）の角度情報を用いて算出した座標値Ｐａは、Ｐ≒Ｐａとなる。したがって、指５１が座標入力面４０に接触した状態であると判断することができる。

（接触状態判定処理）
図２４は、第三の実施形態における接触状態判定処理手順を示すフローチャートである。この接触状態判定処理は、図１１のステップＳ１６で実行するものである。
先ずステップＳ１６２１で、演算制御部２１は、フォトダイオード（ＰＤ）１２３Ｌ（１２３Ｒ）による反射光の検出タイミングから反射ミラー１１２Ｌ（１１２Ｒ）の投光角度θＭＬ（θＭＲ）を計算し、ステップＳ１６２２に移行する。
ステップＳ１６２２では、演算制御部２１は、ステップＳ１６２１で求めた投光角度θＭＬ（θＭＲ）を用いて座標値Ｐａを計算する。ここで、座標値Ｐａの算出方法は、上述した第二の実施形態における座標値Ｐａの算出方法を用いることができる。

次にステップＳ１６２３で、演算制御部２１は、図１１のステップＳ１５で算出した座標値Ｐと、ステップＳ１６２２で算出した座標値Ｐａとを比較し、両者が所定範囲内で等しいか否かを判定する。
そして、ステップＳ１６２４では、演算制御部２１は、ステップＳ１６２３の比較結果をもとに戻り値をセットする。戻り値としては、ステップＳ１６２４で、両者が所定範囲で等しい（Ｐ≒Ｐａ）と判断された場合は「接触している」、ステップＳ１６２４で両者が等しくないと判断された場合は「接触していない」をそれぞれ座標値とペアで設定する。

以上のように、本実施形態では、投光部１１Ｌ，１１Ｒから投光された光の指示具５０による反射光を検出するフォトダイオード１２３Ｌ，１２３Ｒを設置する。そのため、上記反射光を検出したタイミングがシャッター開放期間であっても、リアルタイムで当該タイミングを検出することが可能である。すなわち、座標入力有効領域４１全体を投光走査している間に、受光部１２Ｌ，１２Ｒが指示具５０による反射光を検出したとき、フォトダイオード１２３Ｌ，１２３Ｒによってその検出タイミングを把握することができる。したがって、当該検出タイミングに基づいて、受光部１２Ｌ，１２Ｒが指示具５０による反射光を検出したときの、投光部１１Ｌ，１１Ｒからの光の投光角度を示す角度情報（θＭＬ，θＭＲ）を容易に算出（決定）することができる。また、これにより、受光部１２Ｌ，１２Ｒが指示具５０による反射光を検出したときの、投光位置座標（座標値Ｐａ）を算出（決定）することができ、指示具５０の接触状態の判定が可能となる。このように、座標入力有効領域４１全体を投光走査している間に上記接触状態を判定することができるので、上述した第一及び第二の実施形態のように再投光を繰り返す必要がない。

上述した第一及び第二の実施形態では、座標入力有効領域４１全体の投光走査のシャッター開放期間においては、指示具５０の入力に対して反射光を検出したタイミングを把握することができない。そのため、座標入力有効領域４１全体の投光走査で反射光を検出し、指示位置座標（座標値Ｐ）を算出した後、該指示位置座標を含む所定領域に再投光し、座標入力面４０に対する指示具５０の接触状態を判定しなければならない。
これに対して、本実施形態では、接触状態を判定するために再投光を行う必要がないため、座標入力有効領域４１全体に対して投光走査を行う処理を繰り返し実施することができる。

（変形例）
上記各実施形態においては、投光部を構成する反射ミラーが座標入力有効領域４１に対応した走査範囲で動作するのに同期して、赤外レーザー１１１Ｒ，１１１Ｌからも同じ期間で投光している。また、指示具５０の接触判定のための再投光を行う場合についても、反射ミラーの角度を変更して、赤外レーザーによって所定時間投光している。
しかしながら、投光の制御方法はこれに限定されるものではなく、反射ミラーの回転周期に合わせて、投光をパルス制御してもよい。すなわち、ミラーの動作は継続させて、所定角度になったタイミングで赤外レーザーの駆動パルスを送信するようにしてもよい。

また、上記各実施形態においては、反射ミラーをＭＥＭＳミラーとする場合について説明したが、ガルバノミラーやポリゴンミラーなどの回転ミラーであってもよい。
さらに、上記各実施形態においては、投光部の光源として赤外レーザーを用いる場合について説明したが、赤外ＬＥＤを用いることもできる。また、受光部のラインセンサとしてＣＭＯＳラインセンサを用いる場合について説明したが、ＣＣＤラインセンサを用いることもできる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体（または記録媒体）を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

１０Ｒ，１０Ｌ…センサユニット、１１Ｌ，１１Ｒ…投光部、１１１Ｌ，１１１Ｒ…赤外レーザー、１１２Ｌ，１１２Ｒ…反射ミラー（走査ミラー）、１１３Ｌ，１１３Ｒ…投光レンズ、１２Ｌ，１２Ｒ…受光部、１２１Ｌ，１２１Ｒ…ラインセンサ、１２２Ｌ，１２２Ｒ…受光レンズ、１２３Ｌ，１２３Ｒ…フォトダイオード、２０…制御ユニット、２１…演算制御部、２２…Ａ／Ｄコンバータ、２３…クロック発生回路、２４…メモリ、３０…筐体、４０…座標入力面、４１…座標入力有効領域、５０…指示具、５１…指

Claims (13)

1. 座標入力面上の座標入力有効領域に対して、指示具によって指示された指示位置を検出する座標入力装置であって、
   前記座標入力有効領域の周辺部に、前記座標入力面に対して直交する第一方向に当該座標入力面から所定距離離間して配置され、光源からの光を前記座標入力面に対して斜めに投光する投光手段と、
   前記投光手段からの前記光の投光角度を変化させて前記座標入力面を走査する走査手段と、
   前記第一方向において前記投光手段よりも前記座標入力面に近い側に配置され、前記投光手段から投光された光の前記指示具による反射光を検出可能な複数の受光手段と、
   前記走査手段により前記座標入力有効領域全体を走査している間に前記複数の受光手段で検出した光量分布に基づいて、前記指示具による前記指示位置の座標を決定する決定手段と、
   前記決定手段で決定した前記指示位置の座標に基づいて、前記指示具と前記座標入力面との接触状態を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする座標入力装置。
2. 前記投光手段を制御し、前記座標入力面における前記決定手段で決定した前記指示位置の座標に対応する位置、および当該指示位置の座標に対応する位置を含む所定領域のいずれかに投光する投光制御手段をさらに備え、
   前記判定手段は、前記投光制御手段の制御により投光したときに前記複数の受信手段で検出した光量分布に基づいて、前記指示具と前記座標入力面との接触状態を判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。
3. 前記判定手段は、
   前記受信手段で検出した光量分布の変化に基づいて、当該受信手段で前記指示具による反射光を検出したと判断したとき、前記指示具と前記座標入力面とが接触した状態であると判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。
4. 前記投光制御手段は、予め設定した所定時間、前記投光手段から断続的に投光し、
   前記判定手段は、前記投光制御手段の制御による投光により、前記受信手段で所定の閾値を超える光量レベルの前記反射光を連続して所定回数検出したと判断したとき、前記指示具と前記座標入力面とが接触した状態であると判定することを特徴とする請求項２または３に記載の座標入力装置。
5. 前記投光制御手段は、予め設定した所定時間、前記投光手段から断続的に投光し、
   前記判定手段は、前記投光制御手段による投光時に前記受信手段で検出した光量分布と、前記投光制御手段による非投光時に前記受信手段で検出した光量分布との差分情報に基づいて前記接触状態を判定することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の座標入力装置。
6. 前記複数の受光手段で、前記投光手段から投光された光の前記指示具による反射光を検出したときの、当該投光手段から投光された光の前記座標入力面における投光位置の座標を決定する第二の決定手段をさらに備え、
   前記判定手段は、前記決定手段で決定した前記指示位置の座標と前記第二の決定手段で決定した前記投光位置の座標とを比較し、前記接触状態を判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。
7. 前記判定手段は、前記決定手段で決定した前記指示位置の座標と、前記第二の決定手段で決定した前記投光位置の座標との差が許容範囲内であると判断したとき、前記指示具と前記座標入力面とが接触した状態であると判定することを特徴とする請求項６に記載の座標入力装置。
8. 前記第二の決定手段は、
   前記複数の受光手段が検出した光量分布の変化に基づいて、前記受光手段からの前記指示具の方向を示す第一の角度情報をそれぞれ導出する第一の導出手段と、
   前記複数の受光手段で前記反射光を検出したときの、前記投光手段からの前記光の投光角度を示す第二の角度情報を導出する第二の導出手段と、を備え、
   前記第一の導出手段で導出した第一の角度情報と、前記第二の導出手段で導出した第二の角度情報とに基づいて、前記投光位置の座標を決定することを特徴とする請求項６または７に記載の座標入力装置。
9. 前記投光手段を制御し、前記座標入力面における前記決定手段で決定した前記指示位置の座標に対応する位置を含む複数の位置にそれぞれ投光する投光制御手段をさらに備え、
   前記第二の導出手段は、前記投光制御手段の制御により投光しているときに前記受光手段で検出した光量分布に基づいて、前記第二の角度情報を導出することを特徴とする請求項８に記載の座標入力装置。
10. 前記投光制御手段は、前記座標入力面における前記決定手段で決定した前記指示位置の座標に対応する位置と、当該指示位置の座標に対応する位置よりも前記投光手段から遠い側の所定範囲内に設定された少なくとも１つの位置とにそれぞれ投光することを特徴とする請求項９に記載の座標入力装置。
11. 前記複数の受光手段で前記投光手段から投光された光の前記指示具による反射光を検出したタイミングを検出可能な検出手段をさらに備え、
    前記第二の導出手段は、前記走査手段により前記座標入力有効領域全体を走査している間に前記検出手段で検出した前記タイミングに基づいて、前記第二の角度情報を導出することを特徴とする請求項８に記載の座標入力装置。
12. 座標入力面上の座標入力有効領域の周辺部に、前記座標入力面に対して直交する第一方向に当該座標入力面から所定距離離間して配置され、光源からの光を前記座標入力面に対して斜めに投光する投光手段と、前記第一方向において前記投光手段よりも前記座標入力面に近い側に配置され、前記投光手段から投光された光の指示具による反射光を検出可能な複数の受光手段と、を備える座標入力装置の制御方法であって、
    前記投光手段からの前記光の投光角度を変化させて前記座標入力面を走査するステップと、
    前記座標入力有効領域全体を走査している間に前記複数の受光手段で検出した光量分布に基づいて、前記座標入力有効領域に対する指示具による指示位置の座標を決定するステップと、
    決定した前記指示位置の座標に基づいて、前記指示具と前記座標入力面との接触状態を判定するステップと、を含むことを特徴とする座標入力装置の制御方法。
13. 座標入力面上の座標入力有効領域の周辺部に、前記座標入力面に対して直交する第一方向に当該座標入力面から所定距離離間して配置され、光源からの光を前記座標入力面に対して斜めに投光する投光手段と、前記第一方向において前記投光手段よりも前記座標入力面に近い側に配置され、前記投光手段から投光された光の指示具による反射光を検出可能な複数の受光手段と、を備える座標入力装置の制御をコンピュータに機能させるためのプログラムであって、
    前記コンピュータを、
    前記投光手段からの前記光の投光角度を変化させて前記座標入力面を走査する走査手段と、
    前記走査手段により前記座標入力有効領域全体を走査している間に前記複数の受光手段で検出した光量分布に基づいて、前記指示具による指示位置の座標を決定する決定手段と、
    前記決定手段で決定した前記指示位置の座標に基づいて、前記指示具と前記座標入力面との接触状態を判定する判定手段と、
    として機能させるためのプログラム。

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