JP2017058883A - 座標入力装置及びその制御方法、制御装置、コンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の指示部からの反射光が部分的に重複した場合であっても各指示具の入力座標を正確に取得することが可能な座標入力の技術を提供する。【解決手段】入力面に対する指示位置を検出する座標入力装置は、入力面に対して光を投光する投光部と、入力面に指示された指示手段が投光を反射した反射光を受光する複数の受光画素を有する受光部とをそれぞれ備えた第１、第２のセンサユニットと、各センサユニットについて受光部における反射光の受光分布に基づき指示手段による指示の方向を検出し、当該方向に基づき指示位置を取得する取得手段とを備える。取得手段は、複数の指示手段からの反射光による受光分布が受光部のいずれかにおいて重複した場合に、第１、第２の光量レベルに対応する受光画素を特定し、当該第１の光量レベルに対応する受光画素と、第２の光量レベルに対応する受光画素との位置関係に基づき、複数の座標候補点の虚実を判別する。【選択図】 図１０

Description

本発明は座標入力装置及びその制御方法、制御装置、コンピュータプログラムに関し、特に、指示手段によって座標入力面に入力された座標位置を光学的に検出する技術に関する。

情報の入力や選択をするために指やスタイラス等の指示部によって座標入力面に入力された座標位置を検出する各種方式の座標入力装置（タッチパネルやデジタイザ）が提案、または製品化されている。例えば、特殊な器具等を用いずに、指で画面上をタッチすることで、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）やタブレット端末、スマートフォン等の操作を簡単に行うことがきるタッチパネル等が広く用いられている。

座標入力の方式としては、抵抗膜方式、電磁誘導方式、静電誘導方式、光学方式等、種々のものがある。光学方式のうち、入力面への指示部の反射光により指示位置を求める直接反射光方式を採用した構成が特許文献１に記載されている。特許文献１の構成は、複数の投光部から投光された光が入力面上の指示部において反射すると、その反射光を複数の受光部で検出し、各受光部が入射光を検出した角度に基づき指示位置を特定する。

指示部からの反射光の性質は、指示部の反射表面状態に依存する。指示部として、指やペン等の反射表面が再帰反射特性を持たない場合、指示部からの反射光は拡散光となる。拡散光は、その光路長の増大に伴い広範囲に拡散する。したがって、指示部から受光部までの距離により、受光部による受光強度は大きく変動する。そこで、指示部からの反射光のみならず遮光情報を用いる方式を含めた光学方式の座標入力装置が知られている。

反射光や遮光情報を用いて座標を入力する構成においては、複数の指示部により複数の指示が同時に入力された場合、指示部の入力位置と受光部との位置関係によっては、指示部の入力位置を正しく特定することができない場合がある。そこで、複数の入力に対応するためには、実際に入力された指示部の数よりも多数の候補点から、実際に指示された位置を判別する虚実判定を行う必要がある。

特許文献２、特許文献３には、受光部で検出された受光情報の画素方向の幅を比較して虚実判定を行う構成が記載されている。

特開平８−２４９１１２号公報 特開２００１−３１８７５９号公報 特開２００３−１８６６１６号公報

しかしながら、特許文献２、特許文献３の構成のように、受光部で検出された受光情報の画素方向の幅を比較して複数入力時の虚実判定を行う構成においては、予め指示位置の座標を求める必要がある。また、受光情報の一部が重複した場合に正確に指示位置を求めることが困難である。

本発明は、複数の指示具を用いて座標を入力した場合において、複数の指示部からの反射光が部分的に重複した場合であっても各指示具の入力座標を正確に取得することが可能な座標入力の技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明による座標入力装置は以下の構成を備える。即ち、
入力面に対する指示位置を検出する座標入力装置であって、
前記入力面に対して光を投光する投光部と、前記入力面に指示された指示手段が前記投光を反射した反射光を受光する複数の受光画素を有する受光部とをそれぞれ備えた第１、第２のセンサユニットと、
前記第１、第２のセンサユニットの各々について前記受光部における前記反射光の受光分布に基づき前記指示手段による指示の方向を検出し、当該方向に基づき前記指示手段による指示位置を取得する取得手段と
を備え、
前記取得手段は、複数の指示手段からの反射光による受光分布が前記受光部のいずれかにおいて重複した場合に、第１、第２の光量レベルに対応する受光画素を特定し、当該第１の光量レベルに対応する受光画素と、第２の光量レベルに対応する受光画素との位置関係に基づき、複数の座標候補点の虚実を判別する。

本発明によれば、複数の指示具を用いて座標を入力した場合において、複数の指示部からの反射光が部分的に重複した場合であっても各指示具の入力座標を正確に取得することが可能な座標入力の技術を提供することができる。

座標入力装置の概略構成を示す図 座標入力装置の概略構成を示す図 座標入力装置に含まれる電気回路の概略構成を示すブロック図 受光部における受光分布を示す図 センサユニットから指示部までの距離と受光レベルの関係を示す図 センサユニットの動作に係るタイミングチャート 受光部における受光分布から中心画素を取得する説明図 座標入力装置の概略構成を示す図 受光部における受光分布を示す図 虚実判定の処理手順を示すフローチャート 受光部における受光分布を示す図 虚実判定の処理手順を示すフローチャート

以下、添付の図面を参照して、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。

＜＜実施形態１＞＞
（座標入力装置の構成）
まず、本発明の一実施形態（実施形態１）に係る座標入力装置の概略構成について図１を用いて説明する。図１において、１は、平面状の例えばホワイトボード等の座標入力面である。この座標入力面１に対して、指やペン等の指示部２により座標入力面１にタッチして指示を行い、座標入力を行う。図１においては、複数の指示部（ここでは２つの指示部２−１と２−２）で指示した場合を例示している。光学的な作用、動作に関しては後述する。

もちろん、座標入力面１はホワイトボードの平面に限定されるものではなく、壁面等の通常は入力面として想定されない平面であってもよい。座標入力面１は、例えばフロントプロジェクターの投影スクリーンと兼用される。図１に示したような座標入力面１の周辺部、例えば、隅の領域に、本実施形態の座標入力装置３が装着される。座標入力装置３からは、指示部２で指示した位置の座標入力面１における座標情報が不図示のＰＣ等に送信され、同じくＰＣに接続されたフロントプロジェクターを介して、指示位置の座標が座標入力面１に投射され表示される。したがって、あたかも紙に描くがごとく、あるいは、タッチパネルとして、座標入力面１を操作することができる。

座標入力装置３は、所定距離ｄを離して配置された２つのセンサユニット４−１と４−２、センサユニット４−１と４−２に接続された演算制御回路５、及び、不図示の外部ＰＣとのインターフェースユニットを備える。座標入力装置３は前述のように座標入力面１の入力領域の周辺部、例えば、隅の領域に装着される。その場合の装着部として、座標入力面１が鉄板で構成される場合には、マグネット部が本実施形態の座標入力装置３の不図示筺体裏面に備えられる。センサユニット４−１と４−２は、それぞれ投光部と受光部により構成されているが、詳細は図２を参照して説明する。

図２は、座標入力面１に本実施形態の座標入力装置３を装着し、指示部２で指示した状態を側面から見た概略断面説明図である。センサユニット４内には、投光部と受光部が設けられている。投光部は、発光源を駆動する電気回路を備えた駆動部６と赤外ＬＥＤあるいは赤外レーザー等の発光源７を有する。受光部は、受光レンズ等の受光光学系８と、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳ等の撮像デバイス９と、これを実装するセンサ基板１０とを備える。撮像デバイス９は１次元のライン状に配置された複数の画素から構成され、各画素が検出した光量の分布によって、センサユニット４から見た指示部２の方向が判定される。図２の例では、投光部と受光部は、座標入力面１上に形成される２次元座標系に対して垂直方向に上下に重ねて略同位置に配置されている。発光源７からは、座標入力面１に平行な２次元方向に扇状に広がった光線が投射される。扇型の投射範囲は、センサユニット４−１と４−２のいずれについても、想定する座標入力面１の入力領域をカバーするように設定される。本実施形態では、扇型の投射範囲の形成を、発光源７自体に投射指向性を持たせて実現する例を説明するが、発光源７の投射側に、別の投光レンズ等の光学系を設け実現してもよい。あるいは、扇型の投射範囲を形成するために、発光源７をレーザーとしてビーム光線を座標入力面１に平行で所定の角度範囲を走査させる構成としてもよい。センサユニット４−１、４−２は、それぞれ上記のような構成を備える。

図１及び図２に示されるように、指示部２で座標入力面１の入力領域が指示されると、発光源７からの光が指示部２表面で反射し反射光の一部が受光光学系８を経て撮像デバイス９で受光される。さらに撮像デバイス９で電気信号に変換され、センサ基板１０を経て、演算制御回路５へ電気信号が送信される。この電気信号は、センサユニット４の撮像デバイス９における画素番号に対応した電気信号の電圧、つまり、光量レベルに対応した情報であり、いわゆる光量分布情報である。予めセンサユニット４に対する座標入力面１に平行方向の角度情報と撮像デバイス９の画素番号との対応関係にかかわるデータを取得しておけば、上記画素光量分布情報から指示部２からの反射光の角度情報を得ることができる。センサユニット４−１と４−２は既知の所定の距離ｄを隔てて配置されているので、演算制御回路５において、各センサユニット４−１と４−２から反射光の光量情報から求める各角度情報により、公知の三角測量の手法により、指示部２の座標が算出される。同等の作用・効果を得ることができれば、例えば光源の位置、センサユニットの数等を上記に限定するものではない。

図３は、本実施形態の座標入力装置３に含まれる電気回路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制御装置としての演算制御回路５には、動作機能ブロックとして、更に、座標演算回路部１１が設けられている。座標演算回路部１１は、各センサユニット４−１、４−２において反射光を検出した画素情報から角度情報を算出し、指示部２の指示座標を算出する。更に、投光部の駆動部６を制御する投光駆動回路部１２と、不図示のＰＣ等へ算出した座標情報を送信するインターフェース回路部１３とが設置される。

投光駆動回路部１２から駆動部６に対して発光源７が発光する駆動電流あるいは駆動パルス幅を制御することにより、投光強度の制御を行う。以下では、駆動パルスを一定にして、駆動電流を制御する場合の例を説明するが、駆動パルスを制御してもよいし、両方制御してもよい。指示部２からの反射光の受光信号をセンサ基板１０から受け取った座標演算回路部１１は、前述の通り、反射光に関わる画素情報から角度情報を導出して、指示部２の指示座標を算出する。なお、回路ブロックの区分けは、動作機能により便宜的に示したものであり、実際の電気回路のハード構成の区分けを示すとは限らない。例えば、主な演算回路をＦＰＧＡとＤＳＰにより構成したハードウェアにおいては、個別に機能を割り当てるのではなく、それぞれ、座標演算回路部１１と投光駆動回路部１２の両方の機能を跨って有する構成でもよい。なお、ＦＰＧＡはField-Programmable Gate Arrayの略称であり、ＤＳＰはDigital Signal Processorの略称である。

（座標入力と受光分布）
次に、指示部２の指示位置と、各センサユニット４の撮像デバイス９における受光分布との関係について説明する。図４は、センサユニット４の投光部から発せられた光を指示部２が反射した反射光の、受光部における受光量分布を示す図である。図４（ａ）、図４（ｂ）はそれぞれセンサユニット４−１、４−２における受光量分布を示しており、いずれも横軸は撮像デバイス９の画素番号、縦軸は受光レベルに対応した電圧を示している。

図４の２−１、２−２は図１の対応する指示部を示す。ここでは、図１において示したように、２つの指示部２−１と２−２でそれぞれａ、ｂに位置に指示した場合の受光量分布を各センサユニット４−１、４−２ごとに図４（ａ）、図４（ｂ）に示す。図１で示した、２つの指示部２−１と２−２とセンサユニット４−１と４−２の位置関係により、受光量分布の図４（ａ）と図４（ｂ）で示すように、センサユニット４−１、４−２における受光量分布は異なった状態となる。

まずセンサユニット４−２から見て図１の指示部２−１と２−２の位置ａ、ｂは距離は異なるが、検出角度が十分に離れた関係にある。したがって、センサユニット４−２の投光部からの光が指示部２−１と２−２で反射した反射光は、図４（ｂ）に示すように、撮像デバイス９の画素番号軸上において離れて分離された受光分布となる。一方、センサユニット４−１から見て図１の指示部２−１と２−２の位置ａとｂの位置関係は距離が異なるとともに角度も近く、結果として重なった受光分布となる。その場合、センサユニット４−１に近い方のａに位置する指示部２−１に対しては、センサユニット４−１の投光部からの光がすべて反射して、受光される。しかし、センサユニット４−１から遠い方のｂに位置する指示部２−２に対しては、センサユニット４−１の投光部からの光のうち、一部は、手前の指示部２−１に遮られて光は到達せず、遮られなかった残りの光のみが到達し反射して、受光される。したがって、指示部２−１と２−２で反射した反射光は、図４（ａ）に示すように、撮像デバイス９の画素番号軸上において重複した受光分布となる。図４（ａ）で示した破線の部分は、本来、指示部２−１が存在しなければ得られていたであろう光量分布であるが、この情報が得られない。

図５は、センサユニット４から指示部２までの距離と受光信号レベル（電圧）の関係を示した説明図である。背景技術で説明したように、指示部からの反射光は拡散光であり、その光路長の増大に伴い広範囲に散逸する。したがって、指示部２から受光部までの距離が増大するに従い、受光部における受光強度は大幅に低減する。その関係を示したのが図５である。したがって、図４の受光量分布において、光量レベルは、各センサユニット４−１と４−２から指示部２−１、２−２までの距離が反映されたものとなる。つまり、指示部２−１と２−２で反射した反射光が重複した受光分布となる図４（ａ）の光量分布においても、センサユニット４−１から指示部２−１と２−２までの距離の大小関係がそのまま光量レベルに表れるのは前述の通りである。この距離によるレベル差を利用した指示位置検出に関しては後述する。

（センサユニットの動作タイミング）
図６は、センサユニット４を動作させるために演算制御回路５が出力する制御信号、及びセンサユニット４の動作を示すタイミングチャートである。７１、７２、７３は、演算制御回路５の特に座標演算回路部１１による撮像デバイス制御用の制御信号である。７１はシャッタ信号（ＳＨ信号）であり、ＳＨ信号の間隔により撮像デバイス９のシャッタ解放時間が決定される。７２はセンサユニット４−１の撮像デバイス９へのゲート信号であり、ゲート信号７２のトリガに応じて、撮像デバイス９内部の光電変換部の電荷の、読み出し部への転送が開始される。７４はセンサユニット４−１の撮像デバイス９のシャッタ解放時間を示す信号である。７３はセンサユニット４−２の撮像デバイス９へのゲート信号であり、７５はセンサユニット４−２の撮像デバイス９のシャッタ解放時間を示す信号である。

７６、７７は演算制御回路５の特に投光駆動回路部１２によるセンサユニット４−１とセンサユニット４−２の各々の発光源７への駆動信号である。ＳＨ信号７１の最初の周期でセンサユニット４−１の発光源７を点灯するために駆動信号７６が各々の駆動部６を経て発光源７へ供給される。そして、ＳＨ信号７１の次の周期でセンサユニット４−２の発光源７を点灯するために信号７７が、生成・供給される。発光源７の駆動、及び撮像デバイス９のシャッタ開放が終了した後に、撮像デバイス９の受光信号が座標演算回路部１１に読み出される。また、次に述べる手法で画素情報から角度情報を算出する。

（受光分布に基づく座標判定）
図７は、座標演算回路部１１において、センサユニット４の指示部２からの反射光に関わる光量分布情報から指示位置に相当する画素情報つまり角度情報を算出する処理の説明図である。図７において、横軸は、撮像デバイス９の画素番号、縦軸は受光信号の電圧である。

まず、得られた受光信号に対し、所定の検出閾値電圧Ｖ１でスライスした場合の光量分布信号の立ち上がりと立ち下がりにおける前後の互いに隣接する各２画素を求め、比例計算（線形補間）により、Ｖ１に相当する各画素Ｎｓ、Ｎｔを算出する。更に、この立ち上がりと立ち下がりについて算出した２画素の中間画素Ｎｐｖを指示部２の角度に相当する画素として導出する。

図７の例では、光量分布信号が立ち下がりにおいて検出閾値電圧Ｖ１を跨がる前後は、画素をＮ_f-1、Ｎ_fであり、これらの画素の電圧はそれぞれＬ_t-1、Ｌ_tである。ここで、画素番号Ｎ_f-1、Ｎ_fの画素間における光量分布信号を直線で近似すると、Ｖ１に相当する画素の画素番号Ｎｔは次のようになる。

Ｎｔ＝Ｎ_f-1＋（Ｎ_f−Ｎ_f-1）・（Ｌ_t-1−Ｖ₁）／（Ｌ_t-1−Ｌ_t）
同様にして、光量分布信号が立ち上がりにおいて検出閾値電圧Ｖ１を跨がる画素の画素番号Ｎｓを求めることができる。そうすると、中間画素Ｎｐｖは、ＮｓとＮｔの平均値（Ｎｐｖ＝（Ｎｓ＋Ｎｔ）／２）として算出される。

この中間画素の画素情報をもとに、予め取得・設定していた画素と角度との関係を示す関数を用いて、指示位置の角度を求める。そして、センサユニット間の所定距離ｄと各センサユニットにおける指示部２に対応する角度により、指示部２の指示位置の座標を算出する。このように、一つの検出閾値における画素幅の中心値を基に座標を算出することができる。

この手法を、複数の指示部２により指示がなされる場合に適用して座標を算出する例を図８及び図９を参照して説明する。図８は、２つの指示部２−１、２−２により座標入力がなされている座標入力面１を示す図であり、図９は、センサユニット４−１、４−２における受光分布を示す図である。

図８の場合のセンサユニット４−１、４−２と指示部２−１、２−２との位置関係は、図４の場合と異なり、各センサユニット４−１、４−２いずれから見ても、指示部２−１、２−２がお互いに角度が離れている。したがって、受光量分布は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、センサユニット４−１、４−２いずれにおいても、指示部２−１、２−２からの反射光の光量分布は分離している。この分離した光量分布に対して、検出閾値電圧Ｖ１でスライスして立ち上がりと立ち下がりにつき算出した２画素の中間画素を求め、そして前述の処理で角度を求めることができる。

センサユニット４−１、４−２いずれに対しても指示部２−１、２−２に相当する角度が２つ算出されるので、結果として、図８で示すように、ａ、ｂ、ａ’、ｂ’の４つの座標候補点が得られる。そして、このａ、ｂか、ａ’、ｂ’のいずれが実際に指示された位置なのかを更に判別する必要がある。これは、いわゆる虚実判定であり、例えば、４つの座標候補点の受光情報の画素方向の幅を比較する手法や、受光情報の光量レベルを比較する手法等により可能である。しかし、図４（ａ）のように、何れかのセンサユニット４における受光情報に部分的な重なりがある場合には、受光情報の画素方向の幅や光量レベルを単純に比較するだけでは、各受光情報を分離して中心画素の位置を求めることは困難である。したがって、このような場合には、更なるセンサユニットや、継承アルゴリズムを実装した装置等の追加的な構成を設けない限り、虚実判定は一般に困難であった。なお、複数の反射光の分布の中心画素が正確に一致した場合は、複数の指示具はいずれもその中心画素に対応する角度の方向に存在するため、各指示具の座標を正確に求めることができる。

（虚実判定処理）
本実施形態の構成においては、受光部において複数の光量分布の一部が重なった場合に、重なった光量分布の形状から、各光量分布を分離して、虚実判定を行う。具体的には、第１、第２の光量レベルに対応する受光画素を特定し、第１の光量レベルに対応する受光画素と、第２の光量レベルに対応する受光画素との位置関係に基づき、複数の座標候補点の虚実を判別する。このため、上記センサユニット４における指示部２からの反射光の受光情報に部分的な重なりがある場合においても、虚実判定を行うことができる。これに関して、図１０のフローチャートを用いて説明する。以下の各ステップは、制御装置としての演算制御回路５の制御に基づき実行される。

まず、Ｓ１０１において、発光源７を駆動して発光させ、撮像デバイス９において指示部２からの反射光を受光する。そして、受光データを読み出して取得する。

次に、Ｓ１０２において、図４のように、相対的に低い所定の検出閾値Ｖ１で受光信号に対しスライスした場合の光量分布信号の立ち上がりと立ち下がりにおける前後各２画素を求める。検出閾値Ｖ１は、例えば、受光部から最も遠い座標入力面１内の位置に指示部２から指示がされた場合に、その指示部２からの反射光の受光レベルよりもやや小さい値とすることができる。更に、比例計算により、Ｖ１に相当する各画素を算出する。これは、図７を参照して説明した光量分布情報処理の初段の処理である。そして、立ち上がりと立ち下りを反射光の一つの組としてカウントし、各センサユニット４において受光した反射光信号が２つであるか、１つであるかの情報を得る。

次に、Ｓ１０３で、この各センサユニット４において受光した反射光信号数の組み合わせ（指示部２−１の受光数、指示部２−２の受光数）が、（２、１）かあるいは、（１、２）かどうかを判断する。この判断対象は、図１のようなセンサユニット４と指示部２との位置関係の場合であるかどうかである。つまり、図４に示したように、何れかのセンサユニット４の受光情報の数が２であるが、他方のセンサユニット４の受光情報に重複が発生して分離できず受光情報の数が１の場合であるかどうかである。前述のように、センサユニット４から見て指示部２−１、２−２からの受光分布の少なくとも一部が重なる位置関係にあるときは受光情報の数は１となり、重ならないときは２となる。受光した信号の数の組み合わせ（指示部２−１の受光数、指示部２−２の受光数）が、（２、１）かあるいは、（１、２）と判別された場合（Ｓ１０３でＹＥＳ）には、Ｓ１０４へ進む。（１、１）又は（２、２）と判別された場合（Ｓ１０３でＮＯ）には、Ｓ１０７へ進む。

Ｓ１０４で、検出された信号数が１となった受光情報に対し、次の処理を行う。検出閾値Ｖ１よりも相対的にレベルが高い検出閾値Ｖ２で再度受光信号に対しスライスした場合の光量分布信号の立ち上がりと立ち下がりにおける前後各２画素を求め比例計算により、Ｖ２に相当する上がりと立ち下がり各画素を算出する。図１に示すような一つのセンサユニット４に対する２つの指示部２までの距離の差で受光レベルの差が発生する。検出閾値Ｖ２は、この検出する受光レベルの差に対応した値に設定される。例えば、検出閾値Ｖ２は、図４（ａ）に示すように、指示部２−１に対し、想定される距離差の位置ｂの指示部２−２からの反射光レベルより高いレベルに設定される。このような検出閾値Ｖ２は、例えば、検出された信号数が２の受光部において検出された２つ受光分布のピークに対応する受光量の間の値とすることができる。したがって、Ｓ１０４では、検出閾値Ｖ２で、位置ａの指示部２−１からの反射光の受光信号に対してのみスライスされた光量分布信号の立ち上がりと立ち下がり画素情報が得られる。

次に、Ｓ１０５で、検出閾値Ｖ１と検出閾値Ｖ２の二つの閾値に対応する光量分布信号の立ち上がりと立ち下がり画素情報から予め取得していた画素と角度の関数により対応する角度を算出する。検出閾値Ｖ１に関しては、検出された信号数が１となった受光情報のみでなく、検出された信号数が２となった他方のセンサユニット４−２の受光情報に対しても処理を行う。受光情報の数が２である他方のセンサユニット４−２に対しては、検出閾値Ｖ１でスライスされた指示部２−１、２−２それぞれの立ち上がりと立ち下がり角度計４個が算出される。一方、受光情報の数が１であるセンサユニット４−１に対しては、検出閾値Ｖ１でスライスされた立ち上がりと立ち下がりの２つの角度情報を算出する。この受光情報の数が１であるセンサユニット４−１の角度情報は、図１に示す指示部２−１、２−２の反射光が重複して一体となった角度の両端の範囲を示す。以上のセンサユニット４−２とセンサユニット４−１の角度情報との組み合わせにより、図１に示す、ａ、ｂ、ａ’、ｂ’の４つの座標候補点を算出する。この受光情報の端部角度により、交差する３直線の内接円を利用して指示位置候補を算出することができる。すなわち、センサユニット４−２において検出された２つの受光情報のそれぞれについて、
・両端部の角度に対応する２つの直線。
・センサユニット４−１において検出された受光情報の一方の端部の角度に対応する１つの直線。
の３直線に内接する４つの円が、座標候補点ａ、ｂ、ａ’、ｂ’にあたる。このａ、ｂか、ａ’、ｂ’のいずれが実際に指示された位置なのかを、Ｓ１０６において次に判別する。

次に、Ｓ１０６で、検出閾値Ｖ１と検出閾値Ｖ２の二つの閾値に対応する光量分布信号の立ち上がりと立ち下がり画素情報の中間画素を算出する。そして、その中心画素を比較し、その比較結果により虚実判定を行う。検出閾値Ｖ１でスライスされた立ち上がりと立ち下がり画素情報は、図４（ａ）で示されるように、位置ａの指示部２−１の反射光と位置ｂの指示部２−２の反射光が重なった受光情報によるものである。ここで、検出閾値Ｖ１による立ち上がりと立ち下がりで形成する画素幅をＷ１、中心画素をＣ１とする。一方、検出閾値Ｖ２でスライスされた立ち上がりと立ち下がり画素情報は、図４（ａ）で示されるように、位置ａの指示部２−１の反射光のみの反射光の受光情報によるものである。位置ａの指示部２−１からの反射光は、位置ｂの指示部２−２と比べて、センサユニット４−１からの距離が近いので、受光レベルが大きく、相対的に大きな検出閾値Ｖ２で検出される。ここで、検出閾値Ｖ２による立ち上がりと立ち下がりで形成する画素幅をＷ２、中心画素をＣ２とする。

ここで、中心画素Ｃ１とＣ２の画素番号を比較する。図１の位置関係の場合、図４（ａ）で示されるように、Ｃ２＜Ｃ１であり、この情報により、角度が小さい側の位置ａに指示部２−１が位置し、角度が大きく相対的に遠いｂの位置に指示部２−２が位置していると判断される。したがって、ａ、ｂが実で、ａ’、ｂ’が虚であると判断される。仮に、Ｃ２＞Ｃ１となる場合、角度が大きい側の位置ａ’に指示部２−１が位置し、角度が小さく相対的に遠いｂ’の位置に指示部２−２が位置していると判断される。このようにして中心画素同士を比較した結果、実と判断された２つの座標を出力する。例えば、前述の４つの円のうち、実の指示位置に対応するａ、ｂに対応する円の中心座標を出力する。

一方、Ｓ１０３で、この各センサユニット４において受光した信号の数の組み合わせ（指示部２−１の受光数、指示部２−２の受光数）が、（２、１）かあるいは、（１、２）でない場合（Ｓ１０３でＮＯ）には、次のように処理する。すなわち、（１、１）の単数入力、あるいは、（２、２）の受光情報に重複のない複数入力の場合である。まず、Ｓ１０７で、センサユニット４−１、４−２何れの受光情報に対しても、検出閾値Ｖ１に対応する光量分布信号の立ち上がりと立ち下がり画素情報の中間画素を導出する。そして、予め取得していた画素と角度の関数により指示部２に相当する角度を算出し出力する。次に、Ｓ１０８で、（１、１）の場合には単数入力の座標を算出する。そして、（２、２）の場合には、図９を参照して説明したように、画素方向の幅を比較する手法、受光情報の光量レベルを比較する手法等を用いた処理により、４つの座標候補点に対し虚実判定を行い、実座標を算出し出力する。

以上のように、本実施形態においては、レベルの異なる複数の検出閾値における受光情報による立ち上がりと立ち下りによる中心画素を比較して虚実判定を行う。このため、センサユニットから重複した位置にある指示部の座標を正確に検出することができる。

なお、上記実施形態においては、Ｓ１０６において、異なるレベルの検出閾値に対応する中心画素比較手法を示した。しかし、センサユニット４からの距離が異なる指示位置２の異なる受光レベルの反射光をその光量レベルではなく対応する画素情報の差異により判別できる方式であればこれに限定されない。例えば、異なるレベルの検出閾値の立ち下り画素、立ち上がり画素同士を比較し、その差異を比較することにより虚実判定してもよい。

また、本実施形態では、座標入力装置を制御する制御装置を専用の演算制御回路５により実現する場合の例を説明したが、装置構成はこれに限られない。例えば、汎用の情報処理装置やプログラム可能な論理回路がコンピュータプログラムに基づき、座標入力装置の動作を制御するようにしてもよい。

＜＜実施形態２＞＞
次に、本発明の第二の実施形態（実施形態２）に係る座標入力装置について説明する。実施形態１においては、２入力時に一つのセンサユニットにおいて受光が重複した場合に、異なるレベルの検出閾値に対応する中心画素を比較して虚実判定を行う例を説明した。しかし、センサユニット４からの距離が異なる指示部２による異なる受光レベルの反射光を画素情報の差異により判別できる方式であれば、これに限定されない。例えば、実施形態１の検出閾値Ｖ１と同等レベルの検出閾値によりスライスされた立ち上がりと立ち下り画素の中心画素を求め、この中心画素と、受光レベルのピーク画素とを比較して虚実判定を行ってもよい。

図１１は、本実施形態におこる虚実判定を説明する受光情報を示した図である。実施形態１とは異なり、本実施形態における処理においては、本実施形態の検出閾値Ｖ１は、実施形態１で用いた検出閾値Ｖ１と略同レベルの比較的低い値に設定される。更に、受光分布情報に対して、レベルが最大となるピーク位置Ｐの画素検出を行う。この処理は、図１１（ａ）の距離が異なる指示部２の異なる反射光の受光情報が重複し信号数が１となった場合のみ適用される。

図１２は本実施形態における虚実判定処理の処理手順を示すフローチャートである。図１２において、実施形態１で参照したＳ１０６以外の処理は図６と同様であるため、Ｓ１０６に関してのみ説明を行う。例えば、図１１（ａ）の距離が異なる指示部２の異なる反射光の受光情報が重複し信号数が１である場合、Ｓ１０６の処理が行われる。図１２の各ステップも、演算制御回路５の制御に基づき実行される。

Ｓ１０６では、ピーク位置の画素Ｐと検出閾値Ｖ１における中心画素Ｃを比較し、その比較結果により虚実判定を行う。検出閾値Ｖ１でスライスされた立ち上がりと立ち下がり画素情報は、図１１（ａ）で示されるように、位置ａの指示部２−１の反射光と位置ｂの指示部２−２の反射光が重なった受光情報によるものである。ここで、上がりと立ち下がりで形成する画素幅はＷ、中心画素は前述の通りＣである。一方、検出された受光レベルが最大となるピーク位置の画素Ｐは、図１１（ａ）で示されるように、位置ａの指示部２−１の反射光のみの反射光の受光情報によるものである。位置ａの指示部２−１からの反射光は、位置ｂの指示部２−２と比べて、センサユニット４−１からの距離が近いので、受光レベルが大きい。したがって、受光レベル最大となるピーク位置の画素Ｐは位置ａの指示部２−１からの反射光によるものとなる。

ここで、ピーク画素Ｐと中心画素Ｃの画素番号を比較する。図１の位置関係の場合、図４（ａ）で示されるように、Ｐ＜Ｃであり、角度が小さい側の位置ａに指示部２−１が位置し、角度が大きく相対的に遠いｂの位置に指示部２−２が位置していると判断される。したがって、ａ、ｂが実で、ａ’、ｂ’が虚であると判断される。仮に、Ｐ＞Ｃとなる場合、図１の角度が大きい側で相対的に近い位置ａ’に指示部２−１が位置し、角度が小さく相対的に遠いｂ’の位置に指示部２−２が位置していると判断される。そして、ピーク画素と中心画素を比較した結果、実と判断された２つの座標を出力する。

上記のように本実施形態では、複数の指示部からの反射光が重複している受光分布のピークに対応する受光画素と、低い光量レベルに対応する受光画素との位置関係に基づき、虚実判定を行う。このため、受光部における受光分布が重複した場合であっても、特別な構成を設けることなく、それらを分離して適切に虚実を判定し、指示位置の座標を正確に取得することができる。したがって、単眼のシンプルな構成のセンサユニットで構成することができ、更に、事前の座標算出処理の負担なしに、受光情報が重複する状況においても正確に虚実判定ができ、高精度な座標検出が可能となる。

＜＜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。

１：座標入力面、２：指示部、３：座標入力装置、４：センサユニット、５：演算制御回路、６：駆動部、７：発光源、８：受光光学系、９：撮像デバイス、１０：センサ基板、１１：座標演算回路部、１２：投光駆動回路部、１３：インターフェース回路部

Claims (12)

1. 入力面に対する指示位置を検出する座標入力装置であって、
   前記入力面に対して光を投光する投光部と、前記入力面に指示された指示手段が前記投光を反射した反射光を受光する複数の受光画素を有する受光部とをそれぞれ備えた第１、第２のセンサユニットと、
   前記第１、第２のセンサユニットの各々について前記受光部における前記反射光の受光分布に基づき前記指示手段による指示の方向を検出し、当該方向に基づき前記指示手段による指示位置を取得する取得手段と
   を備え、
   前記取得手段は、複数の指示手段からの反射光による受光分布が前記受光部のいずれかにおいて重複した場合に、第１、第２の光量レベルに対応する受光画素を特定し、当該第１の光量レベルに対応する受光画素と、第２の光量レベルに対応する受光画素との位置関係に基づき、複数の座標候補点の虚実を判別する
   ことを特徴とする座標入力装置。
2. 前記第２の光量レベルは前記第１の光量レベルよりも大きく、
   前記第１の光量レベルに対応する受光画素の数に基づき、複数の指示手段からの反射光による受光分布が重複しているか否かを判別する判別手段をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
3. 互いに隣接する２つの受光画素であって、一方の受光画素の受光量は前記第１の光量レベルよりも小さく、他方の受光画素の受光量は前記第１の光量レベルよりも大きい受光画素に基づき、前記第１の光量レベルに対応する受光画素を特定する特定手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の座標入力装置。
4. 前記受光部が有する複数の受光画素の各々は、当該受光部から見た角度に対応し、
   前記取得手段は、複数の指示手段からの反射光による受光分布が前記受光部の一方において重複した場合に、当該受光部における前記第１の光量レベルに対応する２つの受光画素の一方の角度に対応する１つの直線と、他方の前記受光部における前記第１の光量レベルに対応する２つの受光画素の角度に対応する２つの直線と、に内接する円の中心を前記座標候補点として取得する
   ことを特徴とする請求項３に記載の座標入力装置。
5. 前記取得手段は、指示手段からの反射光による前記受光部における受光分布の中心に基づき、当該受光部から見た該指示手段の方向を検出することを特徴とする請求項３に記載の座標入力装置。
6. 前記取得手段は、複数の指示手段からの反射光による受光分布が前記受光部の一方において重複した場合に、他方の前記受光部における受光分布の受光レベルに基づいて前記複数の座標候補点の虚実を判別することを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載の座標入力装置。
7. 前記特定手段は、互いに隣接する２つの受光画素であって、一方の受光画素の受光量は前記第２の光量レベルよりも小さく、他方の受光画素の受光量は前記第２の光量レベルよりも大きい受光画素に基づき、前記第２の光量レベルに対応する受光画素をさらに特定することを特徴とする請求項３から６のいずれか１項に記載の座標入力装置。
8. 前記第２の光量レベルは、前記複数の指示手段からの反射光が重複している受光分布のピークに相当する受光レベルであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の座標入力装置。
9. 入力面に対する指示位置を検出する座標入力装置であって、
   前記入力面に対して光を投光する投光部と、前記入力面に指示された指示手段が前記投光を反射した反射光を受光する複数の受光画素を有する受光部とをそれぞれ備えた第１、第２のセンサユニットと、
   前記第１、第２のセンサユニットの各々について前記受光部における前記反射光の受光分布のピークに基づき前記指示手段による指示の方向を検出し、当該方向に基づき前記指示手段による指示位置を取得する取得手段と
   を備え、
   前記取得手段は、
   複数の指示手段からの反射光による受光分布が前記受光部のいずれかにおいて重複した場合に、当該重複した受光分布の形状に基づき、該重複した受光分布を該複数の指示手段の各々からの反射光による受光分布に分離する分離手段と、
   当該分離した受光分布に基づき、複数の座標候補点の虚実を判別する判別手段と
   を有する
   ことを特徴とする座標入力装置。
10. 入力面に対して光を投光する投光部と、前記入力面に指示された指示手段が前記投光を反射した反射光を受光する複数の受光画素を有する受光部とをそれぞれ備えた第１、第２のセンサユニットを備えた、入力面に対する指示位置を検出する座標入力装置を制御する制御装置であって、
    前記第１、第２のセンサユニットの各々について前記受光部における前記反射光の受光分布に基づき前記指示手段による指示の方向を検出する検出手段と、
    当該方向に基づき前記指示手段による指示位置を取得する取得手段と
    を備え、
    複数の指示手段からの反射光による受光分布が前記受光部のいずれかにおいて重複した場合に、第１、第２の光量レベルに対応する受光画素を特定し、当該第１の光量レベルに対応する受光画素と、第２の光量レベルに対応する受光画素との位置関係に基づき、複数の座標候補点の虚実を判別する
    ことを特徴とする制御装置。
11. 入力面に対して光を投光する投光部と、前記入力面に指示された指示手段が前記投光を反射した反射光を受光する複数の受光画素を有する受光部とをそれぞれ備えた第１、第２のセンサユニットを備えた、入力面に対する指示位置を検出する座標入力装置を制御する制御方法であって、
    検出手段が、前記第１、第２のセンサユニットの各々について、前記受光部における前記反射光の受光分布に基づき前記指示手段による指示の方向を検出する検出工程と、
    取得手段が、当該方向に基づき前記指示手段による指示位置を取得する取得工程と
    を備え、
    前記取得工程においては、複数の指示手段からの反射光による受光分布が前記受光部のいずれかにおいて重複した場合に、
    第１、第２の光量レベルに対応する受光画素を特定する特定工程と、
    当該第１の光量レベルに対応する受光画素と、第２の光量レベルに対応する受光画素との位置関係に基づき、複数の座標候補点の虚実を判別する判別工程と
    が含まれる
    ことを特徴とする制御方法。
12. コンピュータを請求項１０に記載の制御装置が備える各手段として機能させるためのコンピュータプログラム。

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