JP3492180B2 - 座標入力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大型表示システム
に用いられる座標入力装置に関する。より詳しくは、大
型ディスプレイの画面に指示具によって直接座標を入力
することにより、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ために用いられる座標
入力装置に関する。

【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
ものや、ＰＳＤ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
用いるものなどが知られている。

【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
号を送受する装置について開示されている。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。

【０００４】一方、特許出願第２５０３ｌ８２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。

【０００５】

【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、需要
が拡大されつつある。そして、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した環境においても
使用できるように、外乱光に強いことがますます必要に
なってきている。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、外乱光に強いこと
は、装置の重要な特性の一つである。

【０００６】しかしながら、前記特公平７−７６９０２
号公報、前記特開平６−２７４２６６号公報からもわか
るように、従来のＣＣＤセンサを用いるものは、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、前記特許出願第２５０３ｌ８２号のように、Ｐ
ＳＤを用いる装置では、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で
きるため、光学フィルタと併用することによって、外乱
光に対しては強い特性を持っている。

【０００７】また、大画面ディスプレイは、明るさの改
善と同時に高解像度化も進められている。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、例えば全体をｌ
０００の座標に分解する場合には少なくとも６０ｄＢ以
上のＳ／Ｎ比が必要になり、さらに前記特許出願第２５
０３ｌ８２号で述べられているように、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
ャープさに依存するため、前述した外乱光の抑圧だけで
は不十分であり、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、装置自体が非常に高価で、大型な
ものになってしまう。

【０００８】さらに、ＣＣＤセンサを用い、分解能を高
める手法として、前記特公平７−７６９０２号公報で
は、ビデオカメラを複数台同時使用することが開示され
ているが、これは装置が大型化し、高価になる。また、
一台で画素数の多いビデオカメラの場合には、複数のカ
メラを用いるよりもさらに大型化し、高価となる。ま
た、画像処理によって、画素数よりも高い分解能を達成
するには、膨大な画像データの高速処理が必要となり、
リアルタイム動作をさせるには非常に大型で、高価なも
のとなってしまう。

【０００９】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
が得られるようにしており、外乱光が小さく良好なＳ／
Ｎ比が確保できれば高分解能化が可能である。しかし、
実際には、リニアセンサでは結像が線状であり、点像と
なるエリアセンサに比べて面内で外乱光との分離ができ
ないため、外乱光の影響を受けやすく、外乱光の少ない
特殊な環境でしか実用にならないという問題がある。

【００１０】そこで、本発明の目的は、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
とにある。

【００１１】また、本発明の他の目的は、小型で、底コ
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】本発明は、指示具からの
光を座標入力画面の所定位置に照射して光スポットを生
成し、前記光スポットを座標検出器に検出することによ
り、前記座標入力画面の所定位置に対応した座標出力信
号を生成する座標入力装置であって、前記指示具に設け
られ、前記光スポットの発光を所定の周期で点滅させる
発光制御手段と、前記座標検出器に設けられ、前記光ス
ポットを検出する複数の光電変換センサが直線上に配列
されたセンサアレイと、前記センサアレイからの前記光
スポットの所定の周期に同期して出力された点灯時と非
点灯時との信号を各々別々に積分するリング状の電荷転
送部からなる積分手段と、点灯時と非点灯時との信号か
ら差分信号を求める差分手段と有する撮像手段と、前記
撮像手段から出力された点灯時と非点灯時との差分信号
をｎビット以上のデータ幅でデジタル化して座標演算を
行い、前記センサアレイの画素数の約２のｎ乗倍の分解
能の座標値を算出する座標演算手段とを具えることによ
って、座標入力装置を構成する。

【００１３】ここで、前記座標検出器は、前記光スポッ
トによる高周波の点滅を検出する検出手段と、前記検出
手段により検出された高周波の信号を用いて、前記積分
手段による積分動作のタイミング制御を行う制御手段と
をさらに具えることができる。

【００１４】前記撮像手段は、転送されている電荷から
一定量の電荷を除去するスキム手段をさらに具えること
ができる。

【００１５】前記座標演算手段は、前記差分信号中のピ
ークレベルが所定値を超えたことを検出することによ
り、前記積分手段の積分動作を停止させる積分制御手段
をさらに具えることができる。

【００１６】前記撮像手段に結像される前記光スポット
の像の幅が、前記光電変換センサの画素の幅よりも大き
くなるように調整することができる。

【００１７】また、本発明は、指示具からの光を座標入
力画面の所定位置に照射して光スポットを生成し、前記
光スポットの発光を所定の周期で点滅させる発光制御工
程と、前記光スポットを、複数の光電変換センサが直線
上に配列されたセンサアレイにより検出する検出工程
と、前記センサアレイからの前記光スポットの所定の周
期に同期して出力された点灯時と非点灯時との信号を、
リング状の電荷転送部からなる積分手段により各々別々
に積分する積分工程と、前記積分工程により積分された
点灯時と非点灯時との信号から差分信号を求める差分工
程と、前記差分信号をｎビット以上のデータ幅でデジタ
ル化して座標演算を行い、前記センサアレイの画素数の
約２のｎ乗倍の分解能の座標値を算出する座標値演算工
程と、前記座標値演算工程により算出された前記座標値
を、前記座標入力画面の所定位置に対応した座標出力信
号として出力する出力工程とを具えることによって、座
標入力方法を提供する。

【００１８】ここで、前記光スポットによる高周波の点
滅を検出する検波工程と、前記検波工程により検出され
た高周波の信号を用いて、前記積分工程による積分動作
のタイミング制御を行う制御工程とをさらに具えること
がてきる。

【００１９】前記積分工程は、転送されている電荷から
一定量の電荷を除去するスキム工程をさらに具えること
ができる。

【００２０】前記差分信号中のピークレベルが所定値を
超えたことを検出することにより、前記積分工程の積分
動作を停止させる積分制御工程をさらに具えることがで
きる。

【００２１】前記センサアレイに結像される前記光スポ
ットの像の幅が、前記光電変換センサの画素の幅よりも
大きくなるように調整することができる。本発明は、指
示具の光源からの光を座標検出器で検出し、座標入力画
面の所定位置に対応した座標出力信号を生成する座標入
力装置であって、前記指示具に設けられ、前記光源を所
定の周期で点滅させる発光制御手段と、前記座標検出器
に設けられ、撮像手段と、ここで、該撮像手段は、前記
光源を検出する複数の光電変換センサが配列されたセン
サアレイと、前記センサアレイからの前記光源の所定の
周期に同期して出力された点灯時と非点灯時との信号を
各々別々に積分する積分手段と、前記点灯時と非点灯時
との信号から差分信号を求める差分手段とを有し、前記
撮像手段から出力された点灯時と非点灯時との差分信号
をデジタル化して座標演算を行い、画素数よりも高い分
解能の座標値を算出する座標演算手段とを具えることに
よって、座標入力装置を構成する。本発明は、指示具の
光源からの光を座標検出器で検出することにより、座標
入力画面の所定位置に対応した座標出力信号を生成する
座標入力装置であって、前記座標検出器に設けられ、撮
像手段と、ここで、該撮像手段は、所定の周期で点滅さ
せる光源を検出する複数の光電変換センサが配列された
センサアレイと、前記センサアレイからの前記光源の所
定の周期に同期して出力された点灯時と非点灯時との信
号を各々別々に積分する積分手段と、前記点灯時と非点
灯時との信号から差分信号を求める差分手段とを有し、
前記撮像手段から出力された点灯時と非点灯時との差分
信号をデジタル化して座標演算を行い、画素数よりも高
い分解能の座標値を算出する座標演算手段とを具えるこ
とによって、座標入力装置を構成する。ここで、前記セ
ンサアレイは、複数の光電変換センサを直線状に配列し
て構成してもよい。前記積分手段は、リング状の電荷転
送部として構成してもよい。前記座標演算手段は、前記
撮像手段から出力された点灯時と非点灯時との差分信号
をｎビット以上のデータ幅でデジタル化して座標演算を
行い、前記センサアレイの画素数の約２のｎ乗倍の分解
能の座標値を算出してもよい。前記指示具は、前記光源
を所定の周期で点滅させる発光制御手段を有してもよ
い。本発明は、指示具の光源からの光を座標検出器で検
出することにより、座標入力画面の所定位置に対応した
座標出力信号を生成する座標入力方法であって、前記指
示具において、前記光源を所定の周期で点滅させる工程
と、前記座標検出器において、複数の光電変換センサが
配列されたセンサアレイによって、前記光源により点滅
された光を検出する工程と、前記センサアレイから前記
光源の所定の周期に同期して出力された点灯時と非点灯
時との信号を各々別々に積分する工程と、前記点灯時と
非点灯時との信号から差分信号を求めて出力する工程
と、前記出力された点灯時と非点灯時との差分信号をデ
ジタル化して座標演算を行い、画素数よりも高い分解能
の座標値を算出する工程とを具えることによって、座標
入力方法を提供する。本発明は、指示具の光源からの光
を座標検出器で検出することにより、座標入力画面の所
定位置に対応した座標出力信号を生成する座標入力方法
であって、前記座標検出器において、複数の光電変換セ
ンサが配列されたセンサアレイによって、所定の周期で
点滅させる光源からの光を検出する工程と、前記センサ
アレイから前記光源の所定の周期に同期して出力された
点灯時と非点灯時との信号を各々別々に積分する工程
と、前記点灯時と非点灯時との信号から差分信号を求め
て出力する工程と、前記出力された点灯時と非点灯時と
の差分信号をデジタル化して座標演算を行い、画素数よ
りも高い分解能の座標値を算出する工程とを具えること
によって、座標入力方法を提供する。本発明は、コンピ
ュータによって、指示具の光源からの光を座標検出器で
検出し、座標入力画面の所定位置に対応した座標出力信
号を生成して座標入力制御を行うためのプログラムを記
録した媒体であって、該制御プログラムはコンピュータ
に、前記座標検出器において、前記指示具の光源によっ
て所定の周期で点滅された光を、複数の光電変換センサ
が配列されたセンサアレイによって検出させ、前記セン
サアレイから前記光源の所定の周期に同期して出力させ
た点灯時と非点灯時との信号を各々別々に積分させ、前
記点灯時と非点灯時との信号から差分信号を求めて出力
させ、前記出力させた点灯時と非点灯時との差分信号を
デジタル化して座標演算を行わせ、画素数よりも高い分
解能の座標値を算出させることによって、座標入力制御
プログラムを記録した媒体を提供する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。

【００２３】本発明の第１の実施の形態を、図１ないし
図１２に基づいて説明する。

【００２４】（装置構成）まず、本発明に係る光学式座
標入力装置の構成の概略を、図１〜図５に基づいて説明
する。図２は、光学式座標入力装置の全体構成を示す。
本装置は、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、光スポットを検出する座標検出器１と、
スクリーン１０に投射する投射型表示装置８とに大別さ
れる。

【００２５】（投射型表示装置）投射型表示装置８の構
成について説明する。

【００２６】図２において、投射型表示装置８は、コン
ピュータ（図示せず）などの外部接続装置である表示信
号源からの画像信号が入力される画像信号処理部８１
と、これにより制御される液晶パネル８２、ランプ８
３、ミラー８４、コンデンサーレンズ８５からなる照明
光学系と、液晶パネル８２の像をスクリーンｌ０上に投
影する投影レンズ８６とからなっている。これにより、
所望の画像を大画面に表示することができる。

【００２７】大画面であるスクリーン１０に指示具４か
ら発射された光ビームを照射することで、光スポット５
が形成される。スクリーンｌ０は、投射画像の観察範囲
を広くするために適度な光拡散性を持たせてあり、指示
具４からの光ビームも光スポット５の位置で拡散され
る。したがって、画面上の位置や光ビームの方向によら
ず、光スポット５の位置で拡散された光の一部が座標検
出器１に入射する。

【００２８】（座標検出器）座標検出器１の構成につい
て説明する。

【００２９】図２において、座標検出器１は、座標検出
センサ部２と、このセンサ部の制御および座標演算など
を行うコントローラ３と、制御信号検出センサ６と、信
号処理部７とからなっている。そして、前記光スポット
５のスクリーン１０上の座標信号と、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してコントロー
ラ３によって、外部接続装置（図示せず）に通信するよ
うにしている。これにより、指示具４を用いて、スクリ
ーン１０上に文字や線画を記入したり、ボタン操作やア
イコンの選択決定などの入力操作を自由に行えるもので
ある。

【００３０】図１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と
が設けられており、指示具４からの光ビームによりスク
リーンｌ０上に生成された光スポット５からの拡散光を
それぞれ受光する。

【００３１】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、スクリーンｌ０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、周波数検波手段７１によって検波された後、制御
信号検出手段７２において制御信号（指示具４の発光制
御手段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。

【００３２】図３は、２つのリニアセンサ２０Ｘ，２０
Ｙの配置関係を示す。結像光学系としての円筒レンズ９
０Ｘ、９０Ｙによって光スポット５の像が各センサの感
光部２ｌＸ、２１Ｙに線状９１Ｘ，９１Ｙに結像され
る。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、センサ制御手段３１によって制御され、出力信号
はセンサ制御手段３１に接続されたＡＤ変換手段３ｌＡ
によってデジタル信号として座標演算手段３２に送ら
れ、出力座標値が計算される。

【００３３】そして、その座標演算手段３２からの出力
座標値と、制御信号検出手段７２からの制御信号などの
データとは、通信制御手段３３に入力され、所定の通信
方法で外部制御装置（図示せず）に送出される。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、通信制御手段３３の方からセ
ンサ制御手段３１、座標演算手段３２へモード切換え信
号が送られる。

【００３４】図４は、リニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙの内
部構成を示す。これらリニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙは、
アレイ状に配置され、かつ、同期積分動作が行える。な
お、これらＸ座標用、Ｙ座標用の２つのセンサは同じ構
成であるため、片方のみについて説明する。

【００３５】受光部であるセンサアレイ２ｌはＮ個の画
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、２Ｎ個からな
り、光の点滅に同期した信号ＬＣＫのＨ（ハイレベル）
とＬ（ローレベル）とにそれぞれ対応して別々に電荷が
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、転送クロックを簡単にするために設け
られた２Ｎ個からなるシフト部２４を介して、２Ｎ個か
らなるリニアＣＣＤ部２５に転送される。

【００３６】これにより、リニアＣＣＤ部２５には、Ｎ
画素のセンサ出力の光の点滅に各々対応した電荷が隣接
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、２Ｎ個からなるリングＣＣ
Ｄ部２６に順次転送される。このリングＣＣＤ２６は、
信号ＲＣＬによって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。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、隣接した電
荷量の差分、すなわち、点灯時の電荷量から非点灯時の
電荷量を差し引いた分の値を増幅して出力される。

【００３７】（指示具）指示具４の構成について説明す
る。

【００３８】図１において、指示具４は、光ビームを発
射する半導体レーザからなる発光素子４１と、その発光
を駆動制御する発光制御手段４２と、４個の操作用スイ
ッチ４３Ａ〜４３Ｄとを内蔵している。発光制御手段４
２は、４個の操作用スイッチ４３Ａ〜４３Ｄの状態によ
り、発光のＯＮ（オン）／ＯＦＦ（オフ）と、後述する
変調方法とによって、制御信号を重畳した発光制御を行
う。

【００３９】図５は、指示具４の外観図である、表１
は、指示具４の動作モードを示すものである。なお、表
１中、スイッチＡ〜Ｄは、図５のスイッチ４３Ａ〜４３
Ｄに対応している。この場合、「発光」は発光信号（座
標信号）に対応し、「ペンダウン」、「ペンボタン」は
制御信号に対応する。

【００４０】

【表１】

【００４１】操作者は、指示具４を握ってスクリーン１
０にその先端を向ける。このとき、スイッチ４３Ａは親
指が自然に触れる位置に配置されており、これを押すこ
とによって光ビーム４５が発射される。これにより、ス
クリーン１０上に光スポット５が生成され、所定の処理
によって座標信号が出力され始めるが、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１０上では、カーソルの動き
やボタンのハイライト切換えなどによる操作者への指示
位置の明示のみが行われる。

【００４２】また、人差し指及び中指が自然に触れる位
置に配置されたスイッチ４３Ｃ，４３Ｄを押すことによ
って、表１に示すようにペンダウン及びペンボタンの制
御信号が、発光信号に重畳された信号となる。すなわ
ち、スイッチ４３Ｃを押すことによってペンダウンの状
態となり、文字や線画の入力を開始したり、ボタンを選
択決定するなどの画面制御が実行できる。スイッチ４３
Ｄを押すことによってペンボタンの状態となり、メニュ
ーの呼び出しなどの別機能に対応させることができる。
これにより、操作者は、片手でスクリーン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したりすることによって、軽快に操
作することができる。

【００４３】また、指示具４の先端部には、スイッチ４
３Ｂが設けられている。このスイッチ４３Ｂは、スクリ
ーン１０に指示具４を押し付けることによって操作する
スイッチである。そして、操作者は、指示具４をペンの
ように握り、人差し指がスイッチ４３Ａの位置にある状
態で、スイッチ４３Ｂによりスクリーン１０に押し付け
ることによって、ペンダウンの状態となり、余分なボタ
ン操作を行うことなしに自然なぺン入力操作を行うこと
ができる。 また、スイッチ４３Ａはペンボタンの役割
を持つ。もちろん画面に押し付けないでスイッチ４３Ａ
を押せば、カーソルのみを動かすこともできる。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。本例で
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、自然で快適な操作が可能
であり、場合によって使い分けることができるように構
成されている。

【００４４】なお、これらスイッチを別々にしてもよい
ことはいうまでもなく、特に、直接入力専用ならば、光
ビームでなく拡散光源でよいので、半導体レーザよりも
安価で長寿命のＬＥＤを用いることも可能である。

【００４５】また、このように近接用、遠隔用の２種類
の指示具４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
る場合のために、発光制御手段４２は、固有のＩＤ番号
を制御信号と共に送信するように設定されている。送信
されたＩＤ番号に対応して、描かれる線の太さや色など
の属性を外部接続機器側のソフトウェアなどで決定する
ようになっており、スクリーン１０上のボタンやメニュ
ーなどで設定変更することができる。この操作は、指示
具４に別途操作ボタン等を設けて変更指示信号を送信す
るようにしてもよく、これらの設定については指示具４
内部あるいは座標検出器１内に状態を保持するようにし
てＩＤ番号ではなく、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。

【００４６】この場合には、指示具４または座標検出器
１に設定データの保持機構が必要になるが、１つの指示
具を２台以上の装置で使用する場合に属性を一度に切換
えできたり、複数の外部接続装置の画面を表示させる場
合に設定が共通化できるなど便利な場合もある。

【００４７】また、このような追加の操作ボタンは、他
の機能、例えば表示装置の点滅や信号源の切換、録画装
置などの操作などを行えるようにも設定可能である。さ
らに、スイッチ４３Ａ，４３Ｂ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って筆圧検出を行
い、この筆圧データを制御信号と共に送信するなど各種
の有用な信号を送信することが可能である。

【００４８】次に、本装置の具体的な動作を、図６〜図
１２に基づいて説明する。

【００４９】（制御信号復調）受光素子６の出力信号か
ら制御信号を復元する動作について説明する。

【００５０】図６は、その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。指示具４のスイッチ４３
Ａまたはスイッチ４３ＢがＯＮになると、発光が開始さ
れる。これにより、比較的長い連続するパルス列からな
るリーダ部と、これに続くコード（メーカーＩＤなど）
からなるへッダ部との信号が最初に出力され、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送信される。各データ
ビットにおいて、“１”ビットは“０”ビットに対して
２倍の間隔をもつような変調形式で形成されている。

【００５１】そして、このようなビット列からなるデー
タ信号は、前記図１に示した受光素子６に検出される。
この受光素子６に検出された光出力信号ＬＳＧは、周波
数検波手段７１に検波される。周波数検波手段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
周期に同調されており、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。

【００５２】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を用いており、同時に使
用しても誤動作することはない。なお、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
とが可能である。

【００５３】さて、周波数検波手段７１により検波され
た変調信号ＣＭＤは、制御信号検出手段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復元される。この復元された
制御信号は、通信制御手段３３に送られる。

【００５４】これらの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が、座標検出のためには平均
光量が一定していることが望ましく、また、後述するよ
うに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。送信すべきデータ量はあまり多くない
ので、冗長度を比較的高くしても支障はない。これらの
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、容易に安
定した同期信号を生成することができる。このような符
号化方式は、磁気記録再生装置などでよく使われてお
り、同様の手法で符号化も復号化も簡単に実現できる。

【００５５】また、前述したように、ペンダウンおよび
ペンボタンの制御信号は、２ビットであるが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。

【００５６】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
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。

【００５７】（センサ制御）リニアセンサ２０Ｘ，２０
Ｙの位相同期について説明する。

【００５８】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、センサ制御手段３１によって
検出される。この検出された信号は、リニアセンサ２０
Ｘ，２０Ｙの制御に用いられる。

【００５９】すなわち、センサ制御手段３１では、図６
に示したヘッダ部のタイミングでリセットし、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。この生成された信号ＬＣＫにより、発光の
有無に同期した一定周波数の信号をセンサ制御手段３１
が有する。また、変調信号ＣＭＤからは、光入力の有無
を示す信号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。

【００６０】一方、制御信号検出手段７２はヘッダ部を
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
が通信制御手段３３からセンサ制御手段３ｌ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、座標演算手段３２の
動作が開始される。

【００６１】図７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もローレベルになり、その結果、リニア
センサ２０Ｘ，２０Ｙによる座標の出力動作を終了す
る。

【００６２】図８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。

【００６３】センサ制御手段３１は、まず、ステップＳ
１０１によりセンサ制御動作を開始し、ステップＳ１０
２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ｎ
を０にリセットし、ステップＳ１０４でセンサ出力のピ
ークレベルＰＥＡＫが所定の大きさＴＨ１より大きいか
否かを判定する。

【００６４】ＴＨ１より小さい場合は、ステップＳ１０
５でカウンタ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、信号ＬＣＫの１周期分の時間後カウンタｎを１イン
クリメントしてステップＳ１０４に戻る。そして、ＰＥ
ＡＫ値がＴＨ１より大きくなるか、ｎが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（Ｈ）になって積分動作は停止される。そし
て、座標演算手段３２による座標値演算の処理が開始さ
れる。

【００６５】その後、ステップＳ１０８とステップＳ１
０９のループで第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７では２倍）の間センサリセット信号
ＲＣＬがハイレベルになって、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、前記のカウンタ値ｎ１で決まる周期ごとに座標
値演算が行われる。

【００６６】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Ｓ１
０２からステップＳ１１３に進み、フラグ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。

【００６７】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り、外乱が少なけれ
ば、逆に無くしてしまってもよいことは言うまでもな
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。

【００６８】（センサ積分動作）リニアセンサ２０Ｘ，
２０Ｙの同期積分動作について説明する。

【００６９】図９は、リニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙの出
力波形の一例を示す。Ｂの波形は、点灯時の信号のみを
読み出したときの波形である。Ａの波形は、非点灯時の
波形、すなわち、外乱光のみ波形である。前記図４に示
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。これに
より、アンプ２９は、実際には、その隣接する電荷量の
差分値を求め、その差分値を非破壊増幅して出力するこ
とになる。

【００７０】アンプ２９の出力波形はＢ−Ａの波形とな
り、これにより、外乱光の成分が打ち消されてノイズが
抑制され、指示具４からの点滅光のみの像の信号を得る
ことができる。

【００７１】前記図８に示したＰＥＡＫ値の信号は、こ
のＢ−Ａの波形の最大値に相当するものであり、点滅の
繰り返しによってリングＣＣＤ２６に順次蓄積されて大
きくなるので、このレベルが所定の大ささＴＨ１に達し
たことを検出することによって、常に一定した品位の出
力波形を得ることができる。

【００７２】なお、この判定はＸ座標用、Ｙ座標用の２
つのセンサに対して別々に行ってもよいが、ごく近接し
て配置してあるため、ほぼ同量の光が入射するので、出
力のピークもほぼ同じである。本例では、一方のみの出
力で判定を行い、全く同じ制御を両方のセンサに行うこ
とによって、回路構成を簡単化している。

【００７３】（センサスキム機能）さらに、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きさ
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。

【００７４】図１０は、そのスキム機能の動作を示すも
のである。スキム部２８は、非点灯信号のレベルを監視
し、ｎ回目のＡｎで信号レベルが所定の値を超えている
場合（図中、一点鎖線）、一定量の電荷をＡ，Ｂの各画
素から抜き取るようにする。これにより、次のｎ＋１回
目には、Ａｎ＋１に示すような波形となり、これを繰り
返すことによって、非常に強い外乱光があっても飽和す
ることなく、信号電荷の蓄積を続けることができる。従
って、点滅光の光量が微弱であっても、多数回積分動作
を継続することによって、十分な大きさの信号波形を得
ることが可能になる。

【００７５】本例では、点滅光源に波長６３５ｎｍの半
導体レーザを用いており、これに対応した光学フィルタ
（図示せず）を光路に挿入しているが、このような可視
光域の場合、表示画像の信号が重畳する。しかし、この
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である。

【００７６】また、本発明は、同期積分機能を応用して
いるため、光量の変化に非常に柔軟に対応でき、座標出
力のサンプリング回数を高速にすることにも有利であ
る。特に、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、ＬＥ
Ｄはより大きな光量のものが使用可能であるので、前記
図８に示した積分回数ｎ０，ｎ１をＩＤ信号によってペ
ンかポインタかを判別して切換え、ペンの場合はサンプ
リングを高速に、ポインタの場合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く、このよ
うな切換えを設けることも有効である。

【００７７】（動作周波数）ここで、本例に用いられる
各部の動作周波数について整理しておく。

【００７８】前述したように、点滅光の周期は７．５ｋ
Ｈｚ、ＣＣＤに有効画素数６４画素、全画素数６８画素
のものを用いると、ＣＣＤ上の転送クロックは約１ＭＨ
ｚ（２×６８×７．５ｋＨｚ＝１．０２ＭＨｚ）、差分
データのＡＤ変換のサンプリング周波数はその半分の約
５００ｋＨｚである。

【００７９】一方、同期積分動作の第２の積分回数ＴＨ
０を７２とし、リセット動作を積分３回分の時間を使う
ように設定すると、座標データのサンプリング周波数と
しては、１００Ｈｚ（７．５ｋＨｚ÷７５）となる。こ
のように十分高速な座標サンプリング周波数でありなが
ら、転送クロックやＡＤ変換クロックはエリアセンサに
比較してかなり低速でよく、このことは消費電力や演算
データ量が少ないことを意味している。

【００８０】光量の変動は、電池の電圧や発光素子の経
時変化だけでなく、指示具４の姿勢によっても変動す
る。特に、スクリーン１０の光拡散性が小さい場合、表
示画像の正面輝度は向上するが、この指示具４の姿勢に
よるセンサへの入力光量の変動が大きくなってしまう。
本発明では、このような場合にも、積分回数が自動的に
追従して常に安定した出力信号が得られる。レーザポイ
ンタのビームがあまり散乱されずにセンサに入射した場
合は、かなり強い光が入る可能性があるが、このような
場合でも安定して使用可能である。

【００８１】特に、光量が大きすぎる場合については、
センサの積分部２２の電荷を吐き出す機能を利用して、
いわゆる電子シャッタ動作を行わせることでも対応可能
である。前述したように、積分回数を数十回と多めにす
ることにより、ピーク値を常に一定レベルにすることが
容易になる。例えは、積分回数が第１の設定値（例えば
２４）より小さければ、次回の電子シャッタ速度を短
く、第２の設定値（例えば５６）より大きければ長くす
るように制御することによって、常に積分回数がＴＨ１
の半分程度（３０〜５０）となるようにでき、ピーク値
の変動を５％以下にすることが容易に実現できる。

【００８２】（座標値演算）以下、座標演算手段３２に
おける座標演算処理について説明する。

【００８３】上述した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、センサ制御手段３１に設けられたｎビット
（本例では、８ビット）のＡＤ変換手段３１Ａでデジタ
ル信号として座標演算手段３２に送られ、座標値が計算
される。座標値の演算は、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、Ｙ
１）が求められる。なお、演算処理は、Ｘ，Ｙ同様であ
るので、Ｘのみについて説明する。

【００８４】図１１は、座標演算の処理の流れを示すも
のである。ステップＳ２０１で処理を開始し、ステップ
Ｓ２０２では、各画素の差分信号である差分データＤｘ
（１）〜Ｄｘ（Ｎ）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、ノイズを抑制
してＳ／Ｎを改善するために、平滑化のプレフィルタリ
ングＤｘ２（ｍ）を行う。これは、近傍演算オペレータ
（１、２、１）としてよく知られているごく簡単な足し
算である。

【００８５】次に、ステップＳ２０４では、最大値とそ
の前後のうち大きい方の画素を検索し、その画素番号を
ｎｘ、ｎｘ＋１とする。次に、ステップＳ２０５では、
ピークの画素間の正確な位置を微分オペレータの一種で
ある（１、１、０、−１、−１）を用いて求める。この
計算は、微分波形のゼロクロスを求めるものであるが、
簡単な式の整理により、その式は下記に示す非常に簡単
な形になる。

【００８６】

【数１】

【００８７】そして、ステップＳ２０６では、このよう
にして求めた画素間座標Ｇｘと、画素番号ｎｘとの和
が、Ｘ座標のセンサ出力座標Ｘ１となる。

【００８８】この演算方式は、微分を用いているため、
直流オフセットを無視できる点が重心演算によるものよ
り優れている。また、割り算は、１回だけ行えばよいの
で、演算量も非常に少なく、求められる画素間座標の精
度は像信号のシャープさや歪みにもよるが、１／２０画
素以下が可能であり、４〜５ビット相当の分割ができる
優れた演算方式である。

【００８９】一般には、このような位置検出では、像は
可能な限りシャープであることがよいとされているが、
本発明では、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１５μ
ｍ、有効６４画素のリニアＣＣＤ、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４
０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。そこで、像幅が３０から６０
μｍ程度となるように、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た。もちろん、大きく
ぼけさせると、ピークレベルが小さくなってしまうの
で、２〜３画素程度の像幅が最適である。画素数の少な
いＣＣＤと、適度にボケた光学系を用いることが、本発
明のポイントの一つである。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
サと光学系で非常に高分解能、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ものである。

【００９０】（座標値校正）図１２は、前述した演算に
より求めた座標値Ｘ１，Ｙ１の校正処理を示すものであ
る。

【００９１】ステップＳ２５２では、センサ出力座標値
Ｘ１＝Ｇｘ＋ｎｘと、Ｙ１＝Ｇｙ＋ｎｙとを求める。以
後、座標の校正を行う。この校正の１つは、主に像面歪
曲などの光学系の歪みの補正を行うものである。また、
校正のもう１つは、ユーザーの好みや設置状態の変更時
などに対応する補正を行うものである。

【００９２】ステップＳ２５３では、主に光学系の歪み
を補正する。校正テーブルＦＸ，ＦＹは、製造時に予め
セットされるものである。本例では、テーブルを小さく
するために、画素数分だけの校正テーブルとしており、
センサ出力座標値の上位ビットであるｎｘ、ｎｙで２つ
の値ＦＸ（ｎｘ，ｎｙ）、ＦＸ（ｎｘ＋１，ｎｙ＋１）
を読み出し、下位ビットＧｘ分の直線補間によって校正
座標値Ｘ２を求めている。ｙ座標についても同様にして
求める。

【００９３】ここで、ｘ座標の校正にセンサ座標のＹ１
も用いている理由は、光学的歪みは同じｘ座標でもｙ方
向の位置によって異ってしまうためである。したがっ
て、ｘ、ｙ各々について、２次元の校正テーブルが必要
なため、本例のように校正点数を少なくすることが有効
である。なお、校正テーブルＦＸ，ＦＹに貯えられてい
る数値は、基準位置に対する歪み量であるが、ＰＳＤの
ようなアナログデバイスに比べてＣＣＤではこの値は非
常に小さく、下位の２〜４ビットのみで十分であり、校
正テーブルのデータ量は遙に少なくてよい。また、この
歪みは、主に光学系の収差や組立上の誤差であるため、
中央部付近はほとんどゼロであり、校正点を周辺部のみ
とするなど、さらに少なくできることはいうまでもな
い。投射光学系の歪みと特性を合わせることでキャンセ
ルされるようにして、全く無くしてしまうことも実際に
は可能である。

【００９４】次に、ステップＳ２５４では、ユーザー校
正関数を利用して第２の校正を行い、出力仮座標値（Ｘ
０，Ｙ０）を求める。このユーザー校正は、単純な一次
関数による変換であり、設置状態を変更したときなどの
校正値設定モードでユーザーが予め定められた画面上の
３点（または、それ以上）を指示することによって、そ
の関数の係数が３元連立方程式の解（４点以上の場合に
は最小２乗法などのフィッティング法を用いればよい）
として定められる。

【００９５】このようなユーザーによる設置校正は、座
標入力装置で一般に行なわれている方法であり、本発明
に固有のものではないので詳細な説明は省略するが、特
に前面投射型のプロジェクタのように、設置変更が頻繁
に行なわれるものでは必須のの機能である。

【００９６】次に、ステップＳ２５５では、モードによ
り時間軸方向の平滑化処理を行うか否かの判定を行う。
すなわち、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
カー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。

【００９７】本例では、制御信号によりＩＤを送信して
いるため、ポインタタイプか否か、先端のスイッチが押
されているか否かを判定可能なので、これにより、ポイ
ンタとして使っているかどうかを判定する。もし、ポイ
ンタであれば、ステップＳ２５６で、前回及び前々回の
出力座標値（Ｘ−１，Ｙ−１）、（Ｘ−２，Ｙ−２）を
用いて移動平均を計算して今回の出力座標値（Ｘ，Ｙ）
を求める。ポインタでない場合には、ステップＳ２５７
で、そのまま（Ｘ０，Ｙ０）を出力座標値（Ｘ，Ｙ）と
する。

【００９８】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。また、本発明の場
合、電気的には出力座標の安定性が高いので、ペンの場
合に平滑化処理をしなくても十分安定した出力が得られ
るが、使用者の好みによっては若干の平滑化を行った方
がよい場合もある。このような場合には、ＩＤによって
使用されている指示具４の使用者を判定して、ポインタ
に比べて小さめの平滑化効果となるように、切り替える
ようにしてもよい。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
発明の効果は大きい。

【００９９】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１０
ｍｓｅｃの間に終了すればよく、原データは６４画素×
２（ｘおよびｙ）×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
セッサー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間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
であり、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。

【０１００】（座標値出力）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
標演算手段３２から通信制御手段３３に送られる。この
通信制御手段３３には、そのデータ信号と、制御信号検
出手段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。

【０１０１】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。

【０１０２】次に、本発明の第２の実施の形態を、図１
３および図１４に基づいて説明する。なお、前述した第
１の実施の形態と同一部分については同一符号を付し、
その説明は省略する。

【０１０３】本例では、光の点滅制御方式を変えること
によって、座標検出センサ部２を構成するＣＣＤの転送
クロックとＡＤ変換手段３１ＡのＡＤ変換クロックとを
より低くして構成したものである。すなわち、伝送デー
タを５ビット長のバースト状に区切り、このバーストを
一定周期で送信し、これを同期積分の点滅周期とする。

【０１０４】図１３は、受光素子６の出力信号から制御
信号を復元する場合の例である。この場合、指示具４の
スイッチがＯＮになって、入力が開始された直後におけ
るヘッダ部の信号波形である。

【０１０５】前述した例と同様、光は、第１の周波数６
０ｋＨｚのキャリアで変調されており、その１／８の周
波数７．５ｋＨｚを単位として１ビットのデータを送信
する。伝送データは、ビット中央では必ず反転し、
“１”では先頭でも反転する形式で符号化されている。
ヘッダ信号は、２ビット長のリーダ部と、８ビットの予
め定められたパターンとを用いて構成されており、確実
に検出できるようにしている。その後は、５ビット長の
休止期間と、５ビット長のデータとを連続して送信す
る。

【０１０６】図１４は、受光素子６の出力信号から制御
信号を復元する場合の一連の動作の終了時の動作タイミ
ングを示す例である。

【０１０７】次に、座標検出器１の動作について述べ
る。

【０１０８】図１３、図１４に示すように、周波数検波
手段７１の出力である信号ＣＭＤから、位相同期手段に
よってデータクロック信号ＤＣＫが生成される。このデ
ータクロック信号ＤＣＫは、制御信号の復号に用いられ
る。さらに、これを１０分周した信号ＬＣＫが生成さ
れ、これがＣＣＤの制御に用いられる。

【０１０９】図１３に示すように、１０ビット長のヘッ
ダ部の中間で信号ＬＣＫが出力され始めるようにするこ
とによって、タイミングを確実にしている。そして、ヘ
ッダ部が完全に検出されると、信号ＣＯＮがハイレベル
にセットされ、リニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙ内のＣＣＤ
の積分動作が開始される。

【０１１０】図１４に示すように、データは５ビット長
に区切られて送信され、これに同期した信号ＬＣＫによ
って、同期積分が行われる。積分周波数は７５０Ｈｚで
あり、積分回数を最大８回、読み出しと電荷のリセット
動作とに各１回の周期を使うようにして、座標サンプリ
ング周波数は７５Ｈｚとなる。

【０１１１】この場合、ピークレベルが２０％程度変動
する可能性があるが、前述した例で説明したように、適
切な演算方法を使用すれば大きな問題にはならない。Ｃ
ＣＤの総画素数が６８画素ならば、転送クロックは約１
００ｋＨｚ（２×６８×７５０Ｈｚ）、ＡＤ変換は約５
０ｋＨｚとなり、マイクロコントローラに内蔵されてい
るような非常に低速のＡＤ変換器でもサンプリングが可
能になる。これにより、部品点数を削減できる利点があ
り、また、周波数が低くなる分だけＳ／Ｎも有利とな
る。

【０１１２】本例では、５ビット長に区切って送信して
いるが、積分回数とサンプリング周波数との比を適宜選
択することによって、２ビットでもよい。

【０１１３】なお、以上の説明では、座標検出装置内で
校正処理や、平滑化処理を行っているが、ユーザ校正と
平滑化処理とは、外部接続装置（コンピューター）で行
ってもほぼ同様の結果を得ることができる。この場合、
本発明の装置であれば、ＩＤ信号を用いた切換えが可能
であることはいうまでもない。外部接続装置（コンピュ
ーター）で行う場合には、その時使用しているソフトウ
ェアによって指示位置の印の形を変化させることが一般
脚こ行なわれているが、このような表示内容との位置関
係とＩＤ信号とを併用することによって、線の色、太さ
などの属性とユーザ校正、平滑化処理の程度を組み合わ
せて変化させるなど、さらに使い勝手を改善したり、応
用範囲を広げることが可能である。

【０１１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
指示具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、そ
の差信号をｎビット以上のデータ幅でデジタル化して座
標演算処理を行い、センサ画素数の約２のｎ乗倍の分解
能の座標値を出力するようにしたので、ピーク画素の位
置を精度よく求め、像信号の品質が良好で画素間を分割
して高分解能の座標値を得ることができ、これにより、
外乱光の影響を抑制し、高分解能で、小型、軽量、低コ
ストな装置を実現することができる。

【０１１５】また、本発明によれば、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、指示具と搬像部とをコードレス
で同期させることができ、これにより、使い勝手がよく
なり、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。

【０１１６】さらに、本発明によれば、積分手段に一定
量の電荷を除去するスキム手段を付設したので、積分手
段での電荷の飽和を防止することができ、これにより、
非常に強い外乱光があっても安定して良好な光スポット
像の信号を得ることができる。

【０１１７】さらに、本発明によれば、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。さらに、本発明によれ
ば、所定の周期で点滅する光源の点灯時と非点灯との信
号を各々別々に積分し、点灯時と非点灯時との信号から
差分信号を求め、その差分信号をデジタル化して座標演
算を行い、画素数よりも高い分解能の座標値を算出して
いるので、外乱光の影響を抑制し、高分解能で、小型、
軽量、低コストの座標入力が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における座標入力装
置の内部構成を示すブロック図である。

【図２】座標入力装置の使用時における全体構成を示す
平面図である。

【図３】リニアセンサの配置関係を示す斜視図である。

【図４】リニアセンサの内部構成を示すブロック図であ
る。

【図５】指示具の外観を示す斜視図である。

【図６】受光素子の出力信号から制御信号を復元する動
作を表わす信号波形のタイミングチャートである。

【図７】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８】リニアセンサの動作制御を示すフローチャート
である。

【図９】リニアセンサの出力波形の１例を示す波形図で
ある。

【図１０】リニアセンサのスキム動作を示す波形図であ
る。

【図１１】座標演算の処理を示すフローチャートであ
る。

【図１２】座標校正の処理を示すフローチャートであ
る。

【図１３】本発明の第２の実施の形態における受光素子
の出力信号から制御信号を復元する動作を示す信号波形
のタイミングチャートである。

【図１４】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。

【符号の説明】

１ 座標検出器 ４ 指示具 ２０Ｘ，２０Ｙ 撮像手段 ２１ センサアレイ ２２ 積分手段 ２８ スキム手段 ２９ 差分手段 ３２ 座標演算手段 ４２ 発光制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 3/00 G06F 3/03 G06F 3/033 - 3/037 G01B 11/00 - 11/30

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 指示具からの光を座標入力画面の所定位
   置に照射して光スポットを生成し、前記光スポットを座
   標検出器に検出することにより、前記座標入力画面の所
   定位置に対応した座標出力信号を生成する座標入力装置
   であって、 前記指示具に設けられ、 前記光スポットの発光を所定の周期で点滅させる発光制
   御手段と、 前記座標検出器に設けられ、 前記光スポットを検出する複数の光電変換センサが直線
   上に配列されたセンサアレイと、前記センサアレイから
   の前記光スポットの所定の周期に同期して出力された点
   灯時と非点灯時との信号を各々別々に積分するリング状
   の電荷転送部からなる積分手段と、点灯時と非点灯時と
   の信号から差分信号を求める差分手段と有する撮像手段
   と、 前記撮像手段から出力された点灯時と非点灯時との差分
   信号をｎビット以上のデータ幅でデジタル化して座標演
   算を行い、前記センサアレイの画素数の約２のｎ乗倍の
   分解能の座標値を算出する座標演算手段とを具えたこと
   を特徴とする座標入力装置。
2. 【請求項２】 前記座標検出器は、 前記光スポットによる高周波の点滅を検出する検出手段
   と、 前記検出手段により検出された高周波の信号を用いて、
   前記積分手段による積分動作のタイミング制御を行う制
   御手段とをさらに具えたことを特徴とする請求項１記載
   の座標入力装置。
3. 【請求項３】 前記撮像手段は、 転送されている電荷から一定量の電荷を除去するスキム
   手段をさらに具えたことを特徴とする請求項１又は２記
   載の座標入力装置。
4. 【請求項４】 前記座標演算手段は、 前記差分信号中のピークレベルが所定値を超えたことを
   検出することにより、前記積分手段の積分動作を停止さ
   せる積分制御手段をさらに具えたことを特徴とする請求
   項１ないし３のいずれかに記載の座標入力装置。
5. 【請求項５】 前記撮像手段に結像される前記光スポッ
   トの像の幅が、前記光電変換センサの画素の幅よりも大
   きくなるように調整したことを特徴とする請求項１ない
   し４のいずれかに記載の座標入力装置。
6. 【請求項６】 指示具からの光を座標入力画面の所定位
   置に照射して光スポットを生成し、前記光スポットの発
   光を所定の周期で点滅させる発光制御工程と、 前記光スポットを、複数の光電変換センサが直線上に配
   列されたセンサアレイにより検出する検出工程と、 前記センサアレイからの前記光スポットの所定の周期に
   同期して出力された点灯時と非点灯時との信号を、リン
   グ状の電荷転送部からなる積分手段により各々別々に積
   分する積分工程と、 前記積分工程により積分された点灯時と非点灯時との信
   号から差分信号を求める差分工程と、 前記差分信号をｎビット以上のデータ幅でデジタル化し
   て座標演算を行い、前記センサアレイの画素数の約２の
   ｎ乗倍の分解能の座標値を算出する座標値演算工程と、 前記座標値演算工程により算出された前記座標値を、前
   記座標入力画面の所定位置に対応した座標出力信号とし
   て出力する出力工程とを具えたことを特徴とする座標入
   力方法。
7. 【請求項７】 前記光スポットによる高周波の点滅を検
   出する検波工程と、 前記検波工程により検出された高周波の信号を用いて、
   前記積分工程による積分動作のタイミング制御を行う制
   御工程とをさらに具えたことを特徴とする請求項６記載
   の座標入力方法。
8. 【請求項８】 前記積分工程は、 転送されている電荷から一定量の電荷を除去するスキム
   工程をさらに具えたことを特徴とする請求項６又は７記
   載の座標入力方法。
9. 【請求項９】 前記差分信号中のピークレベルが所定値
   を超えたことを検出することにより、前記積分工程の積
   分動作を停止させる積分制御工程をさらに具えたことを
   特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の座標入
   力方法。
10. 【請求項１０】 前記センサアレイに結像される前記光
    スポットの像の幅が、前記光電変換センサの画素の幅よ
    りも大きくなるように調整したことを特徴とする請求項
    ６ないし９のいずれかに記載の座標入力方法。
11. 【請求項１１】 指示具の光源からの光を座標検出器で
    検出し、座標入力画面の所定位置に対応した座標出力信
    号を生成する座標入力装置であって、 前記指示具に設けられ、 前記光源を所定の周期で点滅させる発光制御手段と、 前記座標検出器に設けられ、 撮像手段と、 ここで、該撮像手段は、 前記光源を検出する複数の光電変換センサが配列された
    センサアレイと、 前記センサアレイからの前記光源の所定の周期に同期し
    て出力された点灯時と非点灯時との信号を各々別々に積
    分する積分手段と、 前記点灯時と非点灯時との信号から差分信号を求める差
    分手段とを有し、 前記撮像手段から出力された点灯時と非点灯時との差分
    信号をデジタル化して座標演算を行い、画素数よりも高
    い分解能の座標値を算出する座標演算手段とを具えたこ
    とを特徴とする座標入力装置。
12. 【請求項１２】 指示具の光源からの光を座標検出器で
    検出することにより、座標入力画面の所定位置に対応し
    た座標出力信号を生成する座標入力装置であって、 前記座標検出器に設けられ、 撮像手段と、 ここで、該撮像手段は、 所定の周期で点滅させる光源を検出する複数の光電変換
    センサが配列されたセンサアレイと、 前記センサアレイからの前記光源の所定の周期に同期し
    て出力された点灯時と非点灯時との信号を各々別々に積
    分する積分手段と、 前記点灯時と非点灯時との信号から差分信号を求める差
    分手段とを有し、 前記撮像手段から出力された点灯時と非点灯時との差分
    信号をデジタル化して座標演算を行い、画素数よりも高
    い分解能の座標値を算出する座標演算手段とを具えたこ
    とを特徴とする座標入力装置。
13. 【請求項１３】 前記センサアレイは、複数の光電変換
    センサが直線状に配列されることを特徴とする請求項１
    １又は１２記載の座標入力装置。
14. 【請求項１４】 前記積分手段は、リング状の電荷転送
    部からなることを特徴とする請求項１１又は１２記載の
    座標入力装置。
15. 【請求項１５】 前記座標演算手段は、前記撮像手段か
    ら出力された点灯時と非点灯時との差分信号をｎビット
    以上のデータ幅でデジタル化して座標演算を行い、前記
    センサアレイの画素数の約２のｎ乗倍の分解能の座標値
    を算出することを特徴とする請求項１１又は１２記載の
    座標入力装置。
16. 【請求項１６】 前記指示具は、前記光源を所定の周期
    で点滅させる発光制御手段を有することを特徴とする請
    求項１２記載の座標入力装置。
17. 【請求項１７】 指示具の光源からの光を座標検出器で
    検出することにより、座標入力画面の所定位置に対応し
    た座標出力信号を生成する座標入力方法であって、 前記指示具において、 前記光源を所定の周期で点滅させる工程と、 前記座標検出器において、 複数の光電変換センサが配列されたセンサアレイによっ
    て、前記光源により点滅された光を検出する工程と、 前記センサアレイから前記光源の所定の周期に同期して
    出力された点灯時と非点灯時との信号を各々別々に積分
    する工程と、 前記点灯時と非点灯時との信号から差分信号を求めて出
    力する工程と、 前記出力された点灯時と非点灯時との差分信号をデジタ
    ル化して座標演算を行い、画素数よりも高い分解能の座
    標値を算出する工程とを具えたことを特徴とする座標入
    力方法。
18. 【請求項１８】 指示具の光源からの光を座標検出器で
    検出することにより、座標入力画面の所定位置に対応し
    た座標出力信号を生成する座標入力方法であって、 前記座標検出器において、 複数の光電変換センサが配列されたセンサアレイによっ
    て、所定の周期で点滅させる光源からの光を検出する工
    程と、 前記センサアレイから前記光源の所定の周期に同期して
    出力された点灯時と非点灯時との信号を各々別々に積分
    する工程と、 前記点灯時と非点灯時との信号から差分信号を求めて出
    力する工程と、 前記出力された点灯時と非点灯時との差分信号をデジタ
    ル化して座標演算を行い、画素数よりも高い分解能の座
    標値を算出する工程とを具えたことを特徴とする座標入
    力方法。
19. 【請求項１９】 コンピュータによって、 指示具の光源からの光を座標検出器で検出し、座標入力
    画面の所定位置に対応した座標出力信号を生成して座標
    入力制御を行うためのプログラムを記録した媒体であっ
    て、 該制御プログラムはコンピュータに、 前記座標検出器において、 前記指示具の光源によって所定の周期で点滅された光
    を、複数の光電変換センサが配列されたセンサアレイに
    よって検出させ、 前記センサアレイから前記光源の所定の周期に同期して
    出力させた点灯時と非点灯時との信号を各々別々に積分
    させ、 前記点灯時と非点灯時との信号から差分信号を求めて出
    力させ、 前記出力させた点灯時と非点灯時との差分信号をデジタ
    ル化して座標演算を行わせ、画素数よりも高い分解能の
    座標値を算出させることを特徴とする座標入力制御プロ
    グラムを記録した媒体。