JP4478559B2 - 座標入力装置、座標入力方法、プログラムおよび記憶媒体 - Google Patents

Description

本発明は、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、座標入力方法，プログラムおよび記憶媒体に関する。

従来、座標入力装置として、各種方式のものが提案されまたは製品化されている。このような座標入力装置は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの操作を簡単に行うことができるため、広く用いられている。

座標入力装置に用いられる入力方式としては、抵抗膜を用いたもの、超音波を用いたもの、光を用いたものなど、様々なものがある。ここで、光を用いた入力方式の座標入力装置においては、入力面上に該入力面と平行な薄い層をなす光の通過領域が形成され、指示具を上記通過領域の光を遮るように操作することによって、座標位置の入力が行われる。上記指示具には、先端にスイッチを備え、該スイッチの動作状態を装置本体に通知する機能を有する先端スイッチ付き指示具、上記機能を持たない通常の指示具などがある。

また、先端スイッチ付き指示具を用いるタイプの座標入力装置、上記機能を持たない通常の指示具またはユーザの指を用いる座標入力装置がある。

さらに、先端スイッチ付き指示具を用いて入力を行う第１のモードと、上記機能を持たない通常の指示具またはユーザの指を用いて入力行う第２のモードとを選択的に切り替えることが可能なタイプの座標入力装置がある。このよう座標入力装置として、モードの切り替えを例えばアプリケーション上でのユーザによる所定の操作によって行うものがある。また、第２のモードを初期状態として設定し、先端スイッチ付き指示具を用いる際にそのスイッチからの信号に基づいて第１のモードへの切り替えを行うものがある（例えば特許文献１を参照）。
特開２００３−９９１９９号公報

先端スイッチ付き指示具を用いるタイプの座標入力装置において、この指示具の先端スイッチは、指示具が入力面に押し付けられると同時にオンまたはオフに切り替わるものであり、これによって得られたペンスイッチ情報は、装置本体に通知される。そして、装置本体においては、この通知されたペンスイッチ情報を用いてペンアップ状態、ペンダウン状態が判別される。また、一般に、この先端スイッチを、小さいストローク、小さい動作荷重で動作するスイッチとすることにより、指示具の先端が入力面に接する際にペンダウン感覚（先端と入力面との接触感覚）が得られ、実際のペンに近い感触で指示具を使用することができる。しかしながら、先端スイッチ付き指示具という専用の指示具を用いる必要がある。

上記機能を持たない通常の指示具またはユーザの指を用いる座標入力装置においては、ペンアップ状態とペンダウン状態の判別が遮光の程度で判別されている。よって、装置の精度（入力面の平面度など）を考慮すると、遮光の程度を判別する閾値を微妙なレベルに設定することは難しく、これによってペンアップおよびダウンの状態を判別する場合、先端スイッチ付き指示具を用いるタイプの座標入力装置のように、実際のペンに近い感触を得ることは難しい。よって、このような座標入力装置は、機能的には劣るが専用の指示具が不要であり、特に、ユーザの指によって入力することも可能である。

上記第１および第２のモードの切り替えをアプリケーション上でのユーザによる所定の操作によって行う座標入力装置においては、この切り替えに手間が掛かり、また、この切り替えのために作業が中断されるなどの問題がある。

第２のモードを初期状態として設定し、先端スイッチ付き指示具を用いる際にそのスイッチからの信号に基づいて第１モードへの切り替えを行う座標入力装置においては、第２のモードにおいて、先端スイッチ付き指示具を使用する際には、先端スイッチ付指示具のペンダウンが検出される前にこの指示具の遮光が検出されるので、第２のモードにおいて先端スイッチ付き指示具による遮光に基づいた座標入力が行われる可能性がある。これは、先端スイッチ付指示具による指示位置と異なる位置が入力されることを意味し、第２のモードから第１のモードへの切り替えが行われる際に、正確な位置の入力が損なわれる恐れがある。

本発明の目的は、特別な切り替え操作を行うことなく、先端と入力面との接触の有無を検出する検出機能を有する第１の指示具を用いた第１のモードと、第１の指示具の検出機能を持たない第２の指示具を用いた第２のモードとの切り替えをリアルタイムで行うことができ、かつ、モードの切り替えの際における位置入力の精度を損なうことがない座標入力装置、座標入力方法，プログラムおよび記憶媒体を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、入力面と略平行に広がる層状の光通過領域が形成されている入力部と、前記入力面上の所望の位置を指示するための指示具が前記光通過領域内に挿入しながら操作された際の前記光通過領域における光強度分布を検出する検出手段と、前記検出された光強度分布に基づいて前記光通過領域における前記指示具によって遮光された遮光部分の位置を前記指示具による前記入力面上の指示位置として特定する特定手段とを備え、前記指示具として、先端部と前記入力面との接触の有無を検出する機能を有する第１の指示具および先端部と前記入力面との接触の有無を検出する機能を有しない第２の指示具を使用することが可能な座標入力装置であって、前記第１の指示具が有する検出機能によって得られる接触検知信号に基づいて、該第１の指示具の先端部と前記入力面との接触の有無を判定する第１の判定手段と、前記光強度分布または該光強度分布の時間変化に基づいて前記第１または第２の指示具の先端部と前記入力面との接触の有無を判定する第２の判定手段と、前記第１の判定手段による判定結果が接触有りと判定された場合に前記特定手段によって特定された指示位置を描画する第１のモードのときに、前記第１の判定手段による判定結果が接触無しの判定でかつ前記第２の判定手段による判定結果が接触有りの判定である状態が所定の期間連続した場合、または検出座標において所定の移動距離の間連続した場合に、前記第１のモードから、前記第２の判定手段による判定結果が接触有りと判定された場合に前記特定手段によって特定された指示位置を描画する第２のモードに切り替える切り替え手段と、前記第１のモードから前記第２のモードへの切り替えが行われた際に、前記所定の期間または前記所定の移動距離の間において前記特定手段によって特定された前記入力面上の指示位置を入力面上に描画する補正描画手段と
を有することを特徴とする座標入力装置を提供する。

また、本発明は、上記目的を達成するため、座標入力方法、プログラムおよび記憶媒体を提供する。

本発明によれば、特別な切り替え操作を行うことなく、先端と入力面との接触の有無を検出する検出機能を有する第１の指示具を用いた第１のモードと、第１の指示具の検出機能を持たない第２の指示具を用いた第２のモードとの切り替えをリアルタイムで行うことができ、かつ、モードの切り替えの際における位置入力の精度を損なうことがない。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る座標入力装置の主要部構成を示す平面図、図２は図１の再帰反射部材１０３の再帰反射の状態を示す平面図、図３は図１の入力部１０４と平行に通過する光（座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒの投光手段から投光された光または再帰反射された光）の一部が所望の位置を指示する指示具によって遮られた状態を模式的に示す図である。

座標入力装置は、図１に示すように、座標検出用投光手段および座標検出用受光手段を有する座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒと、平面状の入力部１０４と、再帰反射面を有する再帰反射部材１０３と、制御ユニット１０２と、後述する先端スイッチ付きペンからのペンスイッチ信号を検出するためのペンスイッチ信号検出ユニット１１０とを備える。

座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒは、互いに間隔を置いて配置され、座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒは、制御および演算を行う制御ユニット１０２に接続され、制御信号を制御ユニット１０２から受け取り、また検出した信号を制御ユニット１０２に送信する。再帰反射部材１０３は、図２に示すように、再帰反射面で、座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒの座標検出用投光手段などから入射した光をその到来方向すなわち座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒに向けて反射する。

座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒの座標検出用受光手段は、再帰反射された光を受光する。座標検出用受光手段は、集光光学系、ラインＣＣＤなどによって構成され、再帰反射された光は、ラインＣＣＤによって１次元的に検出され、その光強度分布は、制御ユニット１０２に送られる。

入力部１０４は、プラズマディスプレイ、リアプロジェクタ、液晶ディスプレイなどの表示装置で構成され、インタラクティブな入力装置として利用可能である。

ペンスイッチ信号検出ユニット１１０は、本実施の形態においては先端スイッチ付ペンから送信されるペンスイッチ信号が赤外線などの光信号であるので、受光手段から構成される。これに対し、ペンスイッチ信号が電磁波であれば、ペンスイッチ信号検出ユニット１１０は、アンテナや共振回路などから構成される。

このような構成において、図３に示すように、先端スイッチ付ペン、通常のペン（先端にスイッチが設けられていないもの）、指などの指示具２００を用いて入力部１０４上の所望の位置を指示（接触指示）すると、入力部１０４と平行に通過する光（座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒの投光手段から投光された光または再帰反射された光）の一部が、所望の位置を指示する指示具によって遮られ、その部分のみ光強度が小さくなる。その結果、入力指示位置のみが小さい光強度となる光強度分布が検出される。

制御ユニット１０２は、左右の座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒで検出された光強度分布の変化から、入力指示された部分の遮光範囲を検出し、同範囲内にある検出点を特定してそれぞれの角度を算出する。そして、算出された角度および座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒ間の距離などに基づいて、入力部１０４上の指示された位置の座標値を算出し、その座標値を、ＵＳＢなどのインタフェースを介してＰＣへ出力する。

本実施の形態においては、先端スイッチ付ペンを用いて座標入力を行う第１のモード（以下、ペンモードという）と、通常のペン（先端にスイッチが設けられていないもの）および指などの指示具を用いて座標入力を行う第２のモード（以下、指モードという）とを選択的に切り替え可能であり、この切り替えは、先端スイッチ付ペンから送信されるペンスイッチ信号と後述する遮光深さＳdpthの変化（指示具の操作状態の変化）とに基づいて行われる。この切り替えの詳細については後述する。

次に、座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒの構成について図４を参照しながら説明する。図４は図１の座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒの構成を示す平面図である。

座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒは、図４に示すように、座標検出用投光手段と、座標検出用受光手段とを有し、この座標検出用投光手段は、赤外光を発する赤外ＬＥＤ１３１と、赤外ＬＥＤから発光した光をπ／２（ｒａｄ）の水平方向角度範囲に上下方向に制限された光束として投光する投光レンズ１３２とから構成される。座標検出用投光手段は、その投光レンズ１３２からの光が主に再帰反射部材１０３に向けて投光されるように位置決めされている。座標検出用受光手段は、１次元のラインＣＣＤ１４１、集光光学系としてのレンズ１４２，１４３、入射光の入射方向を制限する絞り１４４、可視光など不要な波長領域の光の入射を防止する赤外フィルタ１４５から構成される。ここで、ラインＣＣＤ１４１に代えて、ＣＭＯＳ構造のラインセンサを用いることも可能である。

上記座標検出用投光手段からの光は、再帰反射部材１０３によって反射され、その再帰反射光は赤外フィルタ１４５、絞り１４４を通過する。そして、集光用レンズ１４２，１４３によって入力面の略π／２（ｒａｄ）範囲の光が、ラインＣＣＤ１４１の入射角に依存した画素上に結像される。よって、ラインＣＣＤ１４１により、角度毎の光量分布が検出されることになる。すなわち、画素番号が角度情報を表すことになる。

次に、上記再帰反射部材１０３について図５を参照しながら説明する。図５（ａ）は平坦に構成されたテープ状の再帰反射部材の入射角度に対する反射特性を示す図、図５（ｂ）は図１の再帰反射部材１０３の形状を示す斜視図である。

再帰反射部材として、平坦に構成されたテープ状のものを用いる場合、この再帰反射部材は、図５（ａ）に示すような入射角度に対する反射特性を有する。この場合、再帰反射部材からの角度がπ／４（ｒａｄ）を超えるあたりから反射光量が減少し、本実施の形態のように、何らかの遮蔽物がある場合と無い場合とを見分ける必要があるときには、その差異が充分に判別することができないことになる。

ここで、トータルとしての光強度は、投光側の照明強度および再帰反射部材までの距離、再帰反射部材の反射率（入射角度、反射部材の幅）、結像系照度（コサインの４乗則）によって決まる。そこで、トータルとしての光強度が不足する場合は、照明強度を上げることが考えられるが、この場合、トータルとしての光強度分布が不均一になり、強い部分の光を受光したときに受光手段のＣＣＤなどが飽和することがある。よって、照明強度を上げるには限界がある。

これを解決する手段の一つとして、再帰反射部材の反射の分布をなるべく均一にすることによって光強度分布の弱い部分への入射光強度の増大を望むことができる。よって、角度方向に対して均一化を図るために、本実施の形態においては、図５（ｂ）に示すような三角柱を並べた形状の部材に再帰反射テープを貼り付けことによって、再帰反射部材１０３が構成される。なお、上記三角柱の角度は、上記再帰反射テープの反射特性から決定すればよく、また、そのピッチは、受光手段のラインＣＣＤ１４１の検出分解能以下に設定することが望ましい。

次に、指示具として使用される先端スイッチ付ペンについて図６を参照しながら説明する。図６は図１の座標入力装置の指示具として用いられる先端スイッチ付ペンの先端部を示す斜視図である。

指示具２００として用いられる先端スイッチ付ペンは、図６に示すように、先端に設けられているペン先スイッチ２０１を有する。ペン先スイッチ２０１は、先端スイッチ付ペンのタッチダウンを検知するためのスイッチであり、短いストロークで小さい力で動作可能なスイッチである。これにより、先端スイッチ付ペンを操作する際に、インクペンで紙に文字などを書く際の感触に近い感触を得ることができる。ペン先スイッチ２０１が入力部１０４に押し当てられるなどによってオンすると、複数のＬＥＤ２０３が赤外線を媒体としてペンスイッチ信号を発信する。このペンスイッチ信号をペンスイッチ信号検出ユニット１１０に到達させるためには、先端スイッチ付ペンから入力部１０４にほぼ平行な全方向に均等に赤外線を照射する必要があるので、複数のＬＥＤ２０３は、先端スイッチ付ペン先端部に円周方向に沿って等間隔で配列されている。本実施の形態においては、円周方向に６個のＬＥＤ２０３が配置されている。

次に、ペンスイッチ信号検出ユニット１１０について図７〜図９を参照しながら説明する。図７は図１のペンスイッチ信号検出ユニット１１０の構成を示す平面図、図８は図７のペンスイッチ信号処理回路１１２の構成を示すブロック図、図９は先端スイッチ付ペンから送信されるペンスイッチ信号の構成の一例を示す図である。

ペンスイッチ信号検出ユニット１１０は、図７に示すように、それぞれ所定の角度範囲を受け持つ複数のフォトダイオード１１１と、ペンスイッチ信号処理回路１１２とから構成される。フォトダイオード１１１は、受光したペンスイッチ信号を電気信号へ変換し、この電気信号は、ペンスイッチ信号処理回路１１２に入力される。ペンスイッチ信号処理回路１１２は、図８に示すように、フォトダイオード１１１から入力された信号を増幅する増幅器１１２ａと、増幅器１１２ａの出力を入力する５００ＫＨｚのバンドパスフィルタ１１２ｂと、バンドパスフィルタ１１２ｂの出力を整流する整流回路１１２ｃと、整流回路１１２ｃの出力を平滑化する平滑化回路１１２ｄと、平滑化回路１１２ｄの出力を２値化された２値化回路１１２ｅとを有する。この２値化回路１１２ｅで２値化された信号は、送信されたペンスイッチ信号を復元した時系列データであり、このデータは、制御ユニット１０２に送られる。

ここで、先端スイッチ付ペンから送信されるペンスイッチ信号は、例えば図９に示すように５００ＫＨｚで変調されたバースト信号であり、８ビットの時系列信号である。このペンスイッチ信号において、その１ビット目はスタートビットで、８ビット目はストップビットであり、どちらも常に“1”である。２，３，４ビット目は、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，であり、５，６，７ビット目は、それらの反転信号である／Ｄ１，／Ｄ２，／Ｄ３であり、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は、それらの反転信号／Ｄ１，／Ｄ２，／Ｄ３と比較して正しい関係にある場合のみ真値として取り込まれる。

一方、座標センサユニット１０１Ｌ，１０１ＲのＬＥＤ１３２からは、遮光用の赤外光が発せられているので、これらとペンスイッチ信号の干渉を考慮する必要がある。そこで、この干渉を避けるために、座標センサユニット１０１Ｌ，１０１ＲのＬＥＤ１３２の発光タイミングまたはラインＣＣＤ１４１の受光タイミングが上記ペンスイッチ信号と重複しないようなタイミングシーケンスが構成され、このタイミングシーケンスがペンスイッチ信号の受信タイミングと同期するように、座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒが動作される。

次に、制御ユニット１０２について図１０を参照しながら説明する。図１０は図１の制御ユニット１０２の構成を示すブロック図である。

制御ユニット１０２と座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒの間では、ラインＣＣＤ１４１の制御信号、ＣＣＤ用クロック信号、ラインＣＣＤ１４１の出力信号および、ＬＥＤ１３１の駆動信号がやり取りされている。制御ユニット１０２は、図１０に示すように、ＲＯＭ１８９に格納されている制御プログラムに従って対応する制御および処理を実行するＣＰＵ１８３と、ＣＰＵ１８３の作業領域を提供するＲＡＭ１８６と、Ａ／Ｄコンバータ１８１Ｌ，１８１Ｒと、メモリ１８２と、座標センサユニット１０１Ｌ，１０１ＲのＬＥＤ１３１のＬＥＤ駆動回路１８５Ｌ，１８５Ｒと、クロック発生回路１８７とを有する。

ＣＰＵ１８３は、座標センサユニット１０１Ｌ，１０１ＲのラインＣＣＤ１４１のシャッタタイミングや、データの出力制御などを行う。具体的には、ラインＣＣＤ１４１の制御信号がＣＰＵ１８３から座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒに送出され、また、ＣＰＵ１８３の制御下で、ラインＣＣＤ１４１のクロックがクロック発生回路１８７から座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒに送出される。このクロックは、ラインＣＣＤ１４１の動作などと同期をとるために、ＣＰＵ１８３にも入力される。また、ＣＰＵ１８３は、座標センサユニット１０１Ｌ，１０１ＲのＬＥＤ１３１の駆動信号を、ＬＥＤ駆動回路１８５Ｌ，１８５Ｒを介して、座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒに送出する。

座標センサユニット１０１Ｌ，１０１ＲのラインＣＣＤ１４１の出力信号は、それぞれ、制御ユニットのＡＤコンバータ１８１Ｌ，１８１Ｒでデジタルデータに変換され、変換されたデジタルデータは、ＣＰＵ１８３を介して、メモリ１８２に記憶される。ＣＰＵ１８３は、上記デジタルデータに基づいて、遮光波形の取り込みを行い、さらには遮光深さおよび座標計算を行う。そして、ＣＰＵ１８３は、座標計算によって得られた指示位置の座標値を、ＵＳＢなどのインタフェース１８８を介して、ＰＣへ送信する。

ペンスイッチ信号検出力ユニット１１０で復元されたペンスイッチ信号は、ＣＰＵ１８３に取り込まれ、ＣＰＵ１８３は、上記ペンスイッチ信号に基づいて、指示具の状態判別、さらにはモード判別を行う。

次に、座標センサユニット１０１Ｌ，１０１ＲのＬＥＤ１３１を発光させ、ラインＣＣＤ１４１から光強度分布データを読み出すシーケンスについて図１１を参照しながら説明する。図１１は座標センサユニット１０１Ｌ，１０１ＲのＬＥＤ１３１を発光させ、ラインＣＣＤ１４１から光強度分布データを読み出すシーケンスを示す図である。

ＣＰＵ１８３は、図１１に示すように、所定の周期毎にタイミングシーケンスのスタートパルスであるＣＣＤクリアを座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒに与え、これを基準としてラインＣＣＤ１４１の露光期間パルスＣＣＤ_Ｌ，ＣＣＤ_Ｒおよび露光期間に包含される形でＬＥＤ発光パルスＬＥＤ＿Ｌ，ＬＥＤ＿Ｒを座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒに与える。

上記露光期間パルスＣＣＤ_Ｌ，ＣＣＤ_Ｒにより規定された露光期間中に、露光によって得られた座標センサユニット１０１Ｌ，１０１ＲのそれぞれのラインＣＣＤ１４１の電気信号が同時に光強度分布データとしてＣＰＵ１８３またはメモリ１８２に転送される。その後、ＣＰＵ１８３は、上記光強度分布データに基づいて、光強度分布データの中の遮光位置を検出するとともに、指示具の状態の判定、および指示具によって指示された位置の座標計算（Ｘ−Ｙ座標上の位置の計算）を行う。そして、ＣＰＵ１８３は、モード判定を行うとともに、得られた座標値をＰＣへ送信する。

次に、光強度分布から遮光位置を検出する場合の手順について図１２〜図１６を参照しながら説明する。図１２はラインＣＣＤ１４１の出力から得られた光強度分布の一例を示す図、図１３はラインＣＣＤ１４１の出力から得られた光強度分布の他の例を示す図、図１４はある遮光状態において所定の式を用いて求められた相対強度分布Norm_Data[ｉ]の一例を示す図、図１５は光強度分布の遮光部分の状態を示す図、図１６は遮光部分を拡大して、画素単位の信号を示す図である。

座標センサユニット１０１Ｌ，１０１ＲのラインＣＣＤ１４１から読み出される信号から得られる光強度分布としては、指示具による遮光がないすなわち指示具による入力がない場合、図１２に示すような出力すなわち光強度分布が得られる。もちろん、この分布は、座標センサユニット１０１Ｌ，１０１ＲのＬＥＤ１３１などの投光側の指向性、再帰反射部材１０３の特性、ラインＣＣＤ１４１などの受光側の指向性、入力部１０４のスクリーン表面の反射、スクリーン表面の変形、経時変化（反射面の汚れなど）によって、様々に決まるものである。

これに対し、入力指示に伴い先端スイッチ付ペン、通常のペン（先端にスイッチが設けられていないもの）、指などの指示具で光が遮られた場合、図１３に示すような出力すなわち光強度分布が得られる。この出力の例においては、Ｃの部分が、光が遮られた部分に対応し、そこの光強度は他の部分より小さい。この遮光位置は、遮光があるときとないときの光強度分布の変化から求められる。具体的には、図１２のような入力がない（遮光がない）状態が初期状態として予め記憶され、それぞれの１サンプルシーケンスにおいて図１３のような変化があるかないかが初期状態との差分によって検出され、その検出された差分から変化があったと判断された部分が遮光位置として求められる。そして、遮光位置に対応するデータに所定の変換処理が施され、ラインＣＣＤ１４１に入射する光の入射角度が求められる。

ここでは、説明のために、座標センサユニット１０１Ｌ，１０１ＲのラインＣＣＤ１４１の有効画素数をＮとし、画素番号に伴って分布する物理量を要素ｉ(ｉ＝１〜Ｎ)の行列で以下のように表現するものとする。

Blind_Data[ｉ]：投光手段が照明しないときにラインＣＤＤ１４１で得られる暗時ノイズ分布
Ref_Data_abs[ｉ]：投光手段が照明し、かつ遮光なし（指示具や指による入力なし）のときにラインＣＣＤ１４１で得られる光の強度分布
CCD_Data_abs[ｉ]：投光手段が照明し、かつ遮光あり（指示具や指による入力あり）のときにラインＣＣＤ１４１で得られる光の強度分布
次に、座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒの有効再帰反射領域のデータに対する処理について説明する。なお、ここでは、一方の座標センサユニットによる有効再帰反射領域のデータに対する処理を説明するが、他方のデータに対しても同様の処理が行われる。

ここでは、Ref_Data_abs[ｉ]、CCD_Data_abs[ｉ]からBlind_Data[ｉ]を差し引いたものを次のように定義する。

Ref_Data[ｉ]＝Ref_Data_abs[ｉ]−Blind_Data[ｉ] …（１）
CCD_Data[ｉ]＝CCD_Data_abs[ｉ]−Blind_Data[ｉ] …（２）
また、相対強度分布Norm_Data[ｉ]を、Ref_Data[ｉ]に対するCCD_Data[ｉ]の比率として次のように定義する。

Norm_Data[ｉ]＝CCD_Data[ｉ]／Ref_Data[ｉ] …（３）
電源投入時、入力がない状態で、まず投光手段から照明することなく、ラインＣＣＤ１４１の出力がＡＤ変換され、これがBlind_Data[ｉ]として、メモリ１８２に記憶される。これは、ラインＣＣＤ１４１の感度のばらつきなどを評価するデータとなり、例えば図１２および図１３のＢのレベル付近のデータ（破線）となる。

次に、投光手段により照明が行われた状態での光量分布がRef_Data_abs[N]としてメモリ１８２に記憶される。これは、例えば図１２の実線で表されたデータである。ここで、ラインＣＣＤ１４１の感度むらやばらつきを補正するために、上記式（１）を用いてRef_Data[ｉ]が算出される。

これで、基本的な初期設定が終了し、通常のサンプリングループが開始される。通常のサンプリングでは、まず、CCD_Data_abs[ｉ]が測定される。次に、ラインＣＣＤ１４１の感度むらやばらつきを補正するために、上記式（２）により、CCD_Data[ｉ]が算出される。そして、純粋に遮光状態を表現する物理量としての相対強度分布Norm_Data[ｉ]が上記式（３）を用いて算出される（図１４を参照）。

以上のように、常に絶対強度分布から照明なしの場合の強度分布を差し引くことにより、ラインＣＣＤ１４１の感度むら、ばらつきなどの影響を回避することができ、また、常に遮光なしの場合の強度分布をリファレンスとして、所定の式を用いて遮光ありの場合の強度分布を算出することにより、投光側の輝度分布の変動、反射部材などの光学系の変動に影響されることなく、適正な遮光状態の光強度分布すなわち遮光状態を表現する物理量であるNorm_Data[ｉ]を得ることができる。

そして、このようにして得られたNorm_Data[ｉ]に基づいて、遮光量（図１５の斜線部の面積Ｓ_elc）および遮光位置(画素番号)Ｎｐが求められる。また、この遮光量Ｓ_elcに基づいて後述する遮光深さＳdpthが求められる。

具体的には、図１５および図１６に示すように、閾値Vth_posiと相対強度分布Norm_Data[ｉ]との関係からその立ち上がり部と立ち下り部の画素番号とが求められ、両者の中央位置の画素番号に対応する画素が入力画素とされ、角度が求められる。図１６の例においては、（Ｎr−１）番目とＮr番目の画素の間にある画素が閾値Vth_posiに対応する立ち上がり部の画素となり、その画素番号は以下の式（４）で仮想画素番号として求められる。また、（Ｎｆ−１）番目の画素とでＮf番目の画素の間にある画素が閾値Vth_posiに対応する立ち下がり部の画素となり、その画素番号は以下の式（５）式で仮想画素番号として求められる。後述するように、上記式（４）および（５）で求められる画素番号は、小数を含む番号であり、これは、最小の分解能が画素間隔（整数）となることを回避するためである。

ここで、Ｎr番目の画素のレベルをＬr、（Ｎr−１）番目の画素のレベルをＬr-1とする。また、Ｎf番目の画素のレベルをＬf、Ｎf−１番目の画素のレベルをＬf-1とし、立ち上がり部に対応する画素の仮想画素番号をＮrv、立ち下がり部に対応する画素の仮想画素番号をＮfvとすれば、それぞれの仮想画素番号Ｎrv，Ｎfvは、
Ｎrv＝（Ｎr−１）＋（Ｖthr−Ｌr-1）／（Ｌr−Ｌr-1） …（４）
Ｎfv＝（Ｎf−１）＋（Ｖthr−Ｌf-1）／（Ｌf−Ｌf-1） …（５）
と表される。

そして、仮想画素番号Ｎrvの画素と仮想画素番号Ｎfvの画素との間にある仮想中心画素の仮想画素番号Ｎpvは、次の式（６）で求められる。

Ｎpv＝Ｎrv＋（Ｎfv−Ｎrv）／２ …（６）
ここで仮想画素番号Ｎpvは、上記波形から求められた遮光位置に対応する画素位置を表すものである。このように、画素番号とそのレベルから仮想的な画素番号を計算することによって、高い分解能での遮光位置の検出を行うことができる。

これに代えて、例えば、簡易的に、次の式（７）を用いて仮想中心画素を求めるようにしてよい。ここで、仮想中心画素の仮想画素番号Ｎpとする。

Ｎp＝Ｎr＋（Ｎf−Ｎr）／２ …（７）
この場合、上記式（６）の場合と異なり、最小の分解能が画素間隔（整数）になる。すなわち画素ピッチで量子化された値となる。

次に、上記仮想画素番号Ｎpvから実際の座標値を計算するためには、角度情報への変換が必要である。後述する実際の座標計算においては、角度における正接（tangent）の値を求めるほうが都合がよい。ここでは、仮想画素番号Ｎpvからtanθへの変換には、テーブル参照や変換式が用いられる。例えば、実際の測定により所定のデータが求められ、このデータに対して近似式が作成され、その近似式用いて画素番号からtanθへの変換が行われる。この近似式すなわち変換式は、例えば高次の多項式を用いると、精度を確保することができるが、次数などは計算能力および要求精度などを鑑みて決定すればよい。

例えば５次多項式を用いる場合には、係数が６個必要になるので、出荷時などにこのデータを不揮発性メモリなどに記憶しておけばよい。今、５次多項式の係数をＬ５，Ｌ４，Ｌ３，Ｌ２，Ｌ１，Ｌ０としたとき、tanθは次の式（８）で表される。

tanθ＝（（（（Ｌ５＊Ｎpv＋Ｌ４）＊Ｎpv＋Ｌ３）＊Ｎpv+Ｌ２）＊Ｎpv＋Ｌ１）＊
Ｎpv＋Ｌ０ …（８）
このような計算が各座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒの出力に対して行われ、各座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒのそれぞれの角度データを得ることができる。

もちろん、上記例ではtanθを求めているが、まず、角度そのものを求め、その後にtanθを求めるようにしても構わない。

次に、上記角度データtanθから遮光位置の座標を計算する手順について図１７を参照しながら説明する。図１７は入力部１１４の画面座標と各座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒとの位置関係を示す平面図である。

各座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒは、図１７に示すように、入力部１０４の下辺左右にそれぞれ取り付けられており、その間の距離はＤsで表される。ここで、入力部１０４の画面中央が原点位置とされ、位置Ｐ0は、それぞれの座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒの基準角度０を表す直線の交点である。

ユーザが指示具で入力部１０４の画面上の位置Ｐ（ｘ，ｙ）を指示した場合、座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒのそれぞれの出力に基づいて上記基準角度θＬ，θＲに対するtanθＬ，tanθＲが上記多項式（８）を用いて算出される。そして、上記点Ｐのｘ，ｙ座標が、次の（９）および（１０）式に基づいて算出される。

ｘ＝（Ｄs／２）＊（tanθＬ＋tanθＲ）／（１＋（tanθＬ＊tanθＲ））…（９）
ｙ＝−（Ｄs／２）＊（tanθＲ−tanθＬ−（２＊tanθＬ＊tanθＲ））
／（１＋（tanθＬ＊tanθＲ））+Ｐ0Y …（１０）
次に、遮光量に基づいたペンアップダウンの状態判別について図１８を参照しながら説明する。図１８は図１の座標入力装置における遮光量に基づいたペンアップダウンの状態判別の原理を模式的に示す図である。ここで、ペンアップダウンの状態判別とは、後述する指示具の入力部１０４のスクリーン面に対する状態を表す遮光深さＳdpthが、入力部１０４のスクリーン面に対して後述するいずれの状態（Ａ，Ｂ，Ｃ状態）にあるかを判別することをいい、上記指示具には、先端スイッチ付ペン、通常のペン（先端にスイッチが設けられていないもの）および指が含まれる。

本実施の形態においては、図１８に示すように、遮光深さＳdpthに対して、２つの閾値（閾値TH1と閾値TH2）が設けられ、これらの閾値によって、遮光深さＳdpthの状態がＡ状態（０％〜閾値TH1）、Ｂ状態（閾値TH1〜TH2）、Ｃ状態（閾値TH2〜１００％）の３つに分けられる。また、遮光の深さではないが、先端スイッチ付ペンのタッチダウンを検知した状態を論理Ｄで表す（Ｄ＝１：タッチダウン検知状態、Ｄ＝０：タッチダウン非検知状態）。Ｄ領域は実質的に遮光深さがほぼ１００％に近い状態なので、Ｄ＝１の領域をＤ領域と表すものとする。

ペンモード（先端スイッチ付ペンを用いて指示入力を行うモード）の場合、遮光深さＳdpthがＡ状態にあるときには、その際の先端スイッチ付ペンの指示位置は座標検出無効位置にあると判定され、Ｂ状態およびＣ状態（但し、Ｄ領域を除く）にあるときには、先端スイッチ付ペンが入力部１０４のスクリーン面から離れたペンアップ状態と判定される。そして、遮光深さＳdpthがＤ領域すなわち１００％にあるときには、先端スイッチ付ペンが入力部１０４のスクリーン面と接触状態にあるペンダウン状態と判定される。

指モード（通常のペン（先端にスイッチが設けられていないもの）および指などの指示具を用いて座標入力を行うモード）の場合、遮光深さＳdpthがＡ状態にあるときには、その際の指示具の指示位置は座標検出無効位置にあると判定され、Ｂ状態にあるときには、指示具が入力部１０４のスクリーン面から離れたペンアップ状態と判定される。そして、遮光深さＳdpthがＣ状態にあるときには、指示具が入力部１０４のスクリーン面と接触状態にあるペンダウン状態と判定される。

次に、本実施の形態の座標入力装置の動作について図１９を参照しながら説明する。図１９は図１の座標入力装置の動作の手順を示すフローチャートである。本図のフローチャートで示す手順は、ＣＰＵ１８３（図１０に示す）がＲＯＭ１８９に格納されているプログラムに従って実行されるものである。

本実施の形態においては、一旦、上記Ａ状態（有効な遮光なし）になると、状態がスタートまたはリセットされた状態すなわち初期状態に移行される。ここで、初期状態においては、ペンモードが設定されている。また、図１９に示すフローチャートにおいて、●Ｄｃは、ｉ番目の波形の遮光検出および座標演算と、状態判別とをそれぞれ行う処理を表す。○Ｐｕは、ｉ番目の座標データとペンアップ情報を送信することを表す。○Ｐｄは、ｉ番目の座標データとペンダウン情報を送信することを表す。◎は、過去のｊ番目の座標データ呼び出しを表し、破線は過去のｊ番目の座標データ呼び出しを表す。

ＣＰＵ１８３は、図１９に示すように、まず、波形データを取り込み（Ｄｃ）、先端スイッチ付ペンのスイッチからのペンスイッチ信号（スイッチがオン）を受信したか否かの判別を行う（ステップＳ１０１）。ここで、Ｄ＝０の場合すなわちペンスイッチ信号が受信していない場合、ＣＰＵ１８３は、遮光深さＳdpthがＡ状態にあるかＢ状態にあるかの判別を行う（ステップＳ１０２）。そして、遮光深さＳdpthがＡ状態にある場合、ＣＰＵ１８３は、再度波形データの取り込み（Ｄｃ）を行う。これに対し、遮光深さＳdpthがＢ状態にある場合、ＣＰＵ１８３は、ｉ番目の座標データとペンアップ情報とを組み合わせたデータを送信した（Ｐｕ）後、Ｆ５へ進む。そして、ＣＰＵ１８３は、さらに、波形データを取り込み（Ｄｃ）、このときにペンスイッチ信号を受信していれば（ステップＳ１０３）、ペンダウン状態と判断して座標データと該ペンダウンの情報とを組み合わせたデータを送信した（Ｐｄ）後、Ｆ５へ戻る。

これに対し、ペンスイッチ信号を受信していなければ（ステップＳ１０３）、ＣＰＵ１８３は、遮光深さＳdpthがＡ状態、Ｂ状態、Ｃ状態のいずれにあるかを判別する（ステップＳ１０４）。ここで、遮光深さＳdpthがＡ状態であれば、ＣＰＵ１８３は、指示具が入力部１０４の入力領域から除かれたと判断し、Ｆ１へ戻る。遮光深さＳdpthがＢ状態であれば、ＣＰＵ１８３は、ペンアップ状態と判断し、座標データと該ペンアップの情報とを組み合わせたデータを送信し（Ｐｕ）、Ｆ５へ戻る。遮光深さＳdpthがＣ状態であれば、ＣＰＵ１８３は、座標データと該ペンアップの情報とを組み合わせたデータを送信した（Ｐｕ）後、今回のＣ状態がＡ状態の後の一回目のＣ状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ここで、今回のＣ状態がＡ状態の後の一回目のＣ状態である場合とは、指示具が入力領域に挿入された直後の場合を意味する。

今回のＣ状態がＡ状態の後の一回目のＣ状態でないと判定された場合（ステップＳ１０５）、ＣＰＵ１８３は、Ｆ５へ戻る。これに対し、今回のＣ状態がＡ状態の後の一回目のＣ状態でないと判定された場合（ステップＳ１０５）、ＣＰＵ１８３は、サンプリング番号ｉをＮ２として保存し、経過時間Ｔをリセットし、カウントを開始する。また、ＣＰＵ１８３は、移動距離の累積Ｄｓｔをリセットし、移動距離ｄｓｔ（ｉ）の累積Ｄｓｔを開始する。ここで、移動距離ｄｓｔ（ｉ）は、ｉ番目の座標サンプルにおける前回サンプルからの移動距離であり、次の式（１１）で表される。また、累積Ｄｓｔは、次の式（１２）で表される。

次いで、ＣＰＵ１８３は、波形データを取り込んだ（Ｄｃ）後、ペンスイッチ信号を受信したか否かの判定（ステップＳ１０７）、経過時間Ｔが時間Ｔ１を超えたか否かの判定（ステップＳ１０８１）、累積Ｄｓｔが所定距離Ｄｓｔ１を超えたか否かの判定（ステップＳ１８０２）、Ｔ＊Ｄｓｔが所定数Ｋ１を超えたか否かの判定（ステップＳ１０８３）、遮光深さＳdpthがＢ状態であるか否かの判定（ステップＳ１０９）のそれぞれを行う。

ここで、ペンスイッチ信号を受信した場合（ステップＳ１０７）、ＣＰＵ１８３は、ｉ番目の座標データとペンダウン情報を送信した（Ｐｄ）後、Ｆ５へ戻る。また、上記ステップＳ１０８１，Ｓ１０８２，Ｓ１０８３において応答が否定で、最終的にステップＳ１０９において遮光深さＳdpthがＢ状態でないと判定された場合、ＣＰＵ１８３は、移動距離ｄｓｔ（ｉ）を累積Ｄｓｔに累積（ステップＳ１１０）し、次の波形データの取り込みを行い（Ｄｃ）、ステップＳ１０７から繰り返す。

上記ステップＳ１０８１，Ｓ１０８２，Ｓ１０８３，ステップＳ１０９にいずれかにおいて応答が肯定であれば、ＣＰＵ１８３は、ペンモードから指モードへ移行するための辻褄合せを行うために、Ｆ２へ移行する。そして、ＣＰＵ１８３は、サンプリング番号ｉをＮ３として保存し、呼び出す過去のサンプリング番号ｊをＮ２またはＮ３−Ｎ０に設定する（ステップＳ１１１）。

次いで、ＣＰＵ１８３は、過去のｊ番目の座標データを呼び出し、座標データと該ペンダウンの情報とを組み合わせたデータを送信する。そして、ＣＰＵ１８３は、サンプリング番号ｊがＮ３より大きいか否かを判定する（ステップＳ１１３）。ここで、サンプリング番号ｊがＮ３より大きくないときには、ＣＰＵ１８３は、ｊを１インクリメントして、次の座標データを呼び出す。

上記ステップＳ１１３においてサンプリング番号ｊがＮ３より大きいときには、ＣＰＵ１８３は、Ｆ４すなわち指モードへ移行する。そして、ＣＰＵ１８３は、波形データを取り込んだ（Ｄｃ）後、ペンスイッチ信号を受信したか否かを判定する（ステップＳ１１４）。ここで、ダッチダウン信号を受信した場合、ＣＰＵ１８３は、ペンダウン状態と判断して座標データと該ペンダウンの情報とを組み合わせたデータを送信した（Ｐｄ）後、Ｆ５へ戻る。

これに対して、上記ステップＳ１１４においてダッチダウン信号を受信した場合、ＣＰＵ１８３は、遮光深さＳdpthがＡ状態、Ｂ状態、Ｃ状態のいずれにあるかを判別する（ステップＳ１１５）。ここで、遮光深さＳdpthがＡ状態であれば、ＣＰＵ１８３は、指示具が入力部１０４の入力領域から除かれたと判断し、Ｆ１へ戻る。遮光深さＳdpthがＢ状態であれば、ＣＰＵ１８３は、ペンアップ状態と判断し、座標データと該ペンアップ情報とを組み合わせたデータを送信し（Ｐｕ）、Ｆ４へ戻る。遮光深さＳdpthがＣ状態であれば、ＣＰＵ１８３は、座標データとペンダウン情報とを組み合わせたデータを送信した（Ｐｄ）後、Ｆ４へ戻る。

上記動作においては、初期状態としてペンモードが設定されており、上記ステップＳ１０８１，Ｓ１０８２，Ｓ１０８３にいずれかにおいて応答が肯定であれば、ペンモードから指モードへの移行が行われ、指モードからペンモードへ復帰は、遮光深さＳdpthがＡ状態すなわち指示具が入力部１０４の入力領域から除かれた場合（図１９のステップＳ１１５）に行われる。すなわち、上記動作によるモードの切り替えは、ペンモードが主と使用され、必要に応じて指モードが使用されるような場合に有用である。

これに対し、ペンモードと指モードとをいずれを主とすることなく使用するような使用形態に応じたモード切り替えを行うようにすることも可能である。この場合の動作を図２０に示す。図２０は図１９の動作に代わる動作の手順を示すフローチャートである。

ペンモードと指モードとをいずれを主とすることなく使用するような使用形態に応じたモード切り替えを行う場合、図２０に示すように、初期状態としては、同様にペンモードが設定されており、上記ステップＳ１０８１，Ｓ１０８２，Ｓ１０８３，Ｓ１０９にいずれかにおいて応答が肯定であれば、ペンモードから指モードへの移行が行われる。但し、指モードにおいて、遮光深さＳdpthがＡ状態すなわち指示具が入力部１０４の入力領域から除かれた場合（ステップＳ１１５）、ペンモードへの復帰は行われず、指モードが継続される。そして、ダッチダウン信号を受信した場合（ステップＳ１１４）に、指モードからペンモードへの移行が行われる。この図２０に示すようにモード切り替えを行うことは、ペンモードと指モードとをそれぞれユーザの意図に応じて切り替えて使用するような場合に有用である。

次に、ｉ番目の波形の遮光検出および座標演算と、状態判別とをそれぞれ行う処理（●Ｄｃ）について図２１を参照しながら説明する。図２１はｉ番目の波形の遮光検出および座標演算と、状態判別とをそれぞれ行う処理（●Ｄｃ）の手順を示すフローチャートである。

ｉ番目の波形の遮光検出および座標演算と、状態判別とをそれぞれ行う処理（●Ｄｃ）においては、図２１に示すように、まずＣＰＵ１８３が、CCD_Data[ｉ]を測定し（ステップＳ１２０１）、上記式（３）を用いて相対強度分布Norm_Data[ｉ]を算出する（ステップＳ１２０２）。そして、ＣＰＵ１８３は、Norm_Data[ｉ]に基づいて遮光量Ｓ_elcを算出し、遮光量Ｓ_elcに基づいて遮光深さＳdpthを求める（ステップＳ１２０３）。

次いで、ＣＰＵ１８３は、遮光深さＳdpthがＡ状態、Ｂ状態、Ｃ状態のいずれにあるかを判別する（ステップＳ１２０４）。ここで、遮光深さＳdpthがＡ状態にあれば、ＣＰＵ１８３は、何もせずに、本処理を抜ける。これに対し、遮光深さＳdpthがＢまたはＣ状態にあれば、ＣＰＵ１８３は、座標Ｘ，Ｙの計算を行い（ステップＳ１２０５）、本処理を抜ける。

次に、ペンモードから指モードへ移行した際の指示点の動きについて図２２を参照しながら説明する。図２２（ａ）はペンモードから指モードへ移行した際の指示点の動きの軌跡の一例を示す図、図２２（ｂ）はペンモードから指モードへ移行した際の指示点の動きの軌跡の他の例を示す図である。

図２２（ａ）において、ポイントＮ２は、図１９（または図２０）のステップＳ１０６の時点の指示点に相当し、ポイントＮ３は、指モードへの移行時すなわち図１９（または図２０）のＦ２の時点に相当する。そして、ポイントＮ３において、指モードへ移行の判定が行われる。この判定が行われる際には、実際にはポイントＮ１の段階から、先端スイッチ付ペンでない通常のペンまたは指を使って入力が行われていたと考えられる、従って、Ｃ状態に至ったポイントＮ２の位置から既にペンダウン状態にあったと推定され、正しい軌跡という意味では、ポイントＮ２〜Ｎ３の区間に対して、その軌跡が描画されていなければならない。従って、これを補うために、図１９（または図２０）のＦ２の時点で、ポイントがポイントＮ２に戻され、ポイントＮ３までの軌跡が追加される。この結果は、曲線Ｎ２´〜Ｎ３´で表される。また、この曲線Ｎ２´〜Ｎ３´の描画は、図１９（または図２０）におけるステップＳ１１１〜ステップＳ１１３で行われることになる。すなわち、辻褄合わせが行われる。このような辻褄あわせを行う場合の送信データの例を表１に示す。

表１中でグレーの部分が、軌跡を追加するために再送信されるデータである。１回目のポイントＮ２からポイントＮ３においては、データがペンアップとして送信されているが、再送信においては、データがペンダウンとして送信される。

また、例えばポイントＮ２からＮ３までの距離が長い場合において、ポイントＮ２まで遡るよりもポイントＮ３から少しだけ遡る方が自然な場合は、所定のポイントＮ０の分だけ遡り、Ｎ３−Ｎ０〜Ｎ３までの曲線を軌跡として追加するようによい。この場合を図２２（ｂ）に示す。

次に、ペンモードから指モードへの移行判定および辻褄合わせについて図２３を参照しながらより詳細に述べる。図２３はペンモードから指モードへの移行判定および辻褄合わせにおける動作の一例を示す図である。

通常、先端スイッチ付ペンの使用時は、図２３（ａ）に示すように、遮光深さＳdpthがＡ状態→Ｂ状態→Ｃ状態と進み、そして、Ｄ＝１となる。ここで、Ｃ状態は、非常に狭く設定される（閾値TH2が遮光深さＳdpth＝１００％に近い値に設定される）。また、本実施の形態においては、先端スイッチ付ペンのスイッチのストローク、動作荷重が十分小さいので、このスイッチがわずかな力で入力部１０４のスクリーン面と接触されると、タッチダウン検知を行うことが可能である。よって、このような条件においては、先端スイッチ付ペンがＣ状態になってかつスクリーン面にタッチダウンせずに長い時間Ｃ状態を維持することは、人間の巧緻性の程度から困難である、また、Ｃ領域に入って入力面にタッチダウンせずに再度Ｂ領域に戻るのも人間の巧緻性の程度から困難である、さらにＣ状態でスクリーン面にタッチダウンせずに所定の長さ以上の曲線を描くことも、人間の巧緻性の程度から困難である。このような考えに基づき、図２３（ｂ）に示すように、Ｄ＝１の信号を受信せずに所定の時間Ｔ１の期間中Ｃ状態に保持された場合、スクリーン面に接触している確立が極めて高いにも関わらず、スイッチ信号を受信していないすなわちペン先にスイッチがない指示具または指を指示具として使用しているであろうと判定される。この判定は、ポイントＮ３において行われる。

また、図２３（ａ）に示すように、Ｄ＝１の信号を受信せずに遮光深さＳdpthがＢ状態へ戻った場合も、一旦指示具ないし指で入力面に接触している確立が極めて高いにも関わらず、スイッチ信号を受信していないすなわちペン先にスイッチのない指示具または指を指示具として使用しているであろうと判定される。この判定は、ポイントＮ３において行われる。

さらに、図示されていないが、Ｄ＝１の信号を受信せずに動いた距離（道のり）が所定の移動（Ｄｓｔ１）を超えた場合、または移動距離と経過時間の積が所定の値（Ｋ１）を超えた場合に、スイッチ信号を受信していないすなわちペン先にスイッチがない指示具または指を指示具として使用しているであろうと判定される。この判定は、ポイントＮ３において行われる。

図２３（ａ），（ｂ）の場合などのように、ポイントＮ３で指モードと判定される場合、それに先立つ連続動作としてポイントＮ１の時点においても少なくとも通常の指示具または指を使用していたことが推定され、本来ポイントＮ２でペンダウンになるべきである。

しかるに、ポイントＮ３以前においては、ペンモードとして動作していたため、Ｃ状態にあるポイントＮ２以降ポイントＮ３までは、ペンアップとされ、ＰＣなどの外部装置に送信される信号は、座標信号とペンアップ情報を組み合わせたものである。すなわちポイントＮ２からポイントＮ３までの間の部分に本来あるべき軌跡が描画されない。よって、このような不整合を解消するために、ポイントＮ３に至った段階において、再度ポイントＮ２に遡って辻褄合わせのデータが送信される。詳しくは、ポイントＮ２からポイントＮ３までの座標データが順番に、ペンダウン情報と組み合わせて再度、ＰＣなどの外部装置に送信される。これにより、結果として、ポイントＮ２の段階から軌跡が始まったのと同様の軌跡が残り、上記不整合は解消される。

また、メニュー操作に関するペンダウン信号の時間的な整合性に関しては、最初にポイントＮ３に至った時点でペンダウンが発生し、それを使用者がペンダウンしたと認識してメニュー操作を続けると考えれば、特に問題は無い。

また、図２３（ｃ）に示すように、ポイントＮ４以降は、通常の指モードとして動作する。

本実施の形態においては、特殊な場合として指モードでペンスイッチ信号を受信した場合に、ペンモードにおいてペンスイッチ信号を検知した場合と同様に、図１９（または図２０）のＦ４へ移行するようにしているが、この移行は必ずしも要求されるものではない。

このように、本実施の形態によれば、特別な切り替え操作を行うことなく、先端スイッチ付ペンを用いたペンモードと、通常のペンまたはユーザの指を用いた指モードとの切り替えをリアルタイムで行うことができる。また、モードの切り替えの際における位置入力の精度が損なわれることがない。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について図２４〜図２６を参照しながら説明する。図２４は本発明の第２の実施の形態における動作の手順を示すフローチャート、図２５は図２４の動作に変わる動作の点順を示すフローチャート、図２６（ａ）はペンモードから指モードへ移行した際の指示点の動きの軌跡の一例を示す図、図２６（ｂ）はペンモードから指モードへ移行した際の指示点の動きの軌跡の他の例を示す図である。ここで、本実施の形態は、上記第１の実施の形態と同じ構成を有するので、その説明は省略する。

本実施の形態においては、図２６に示すように、遮光深さＳdpthに対して、１つの閾値TH3（閾値３）が設けられ、この閾値TH3によって、遮光深さＳdpthがＡ’状態、Ｃ’状態の２つの状態に分けられる。

ペンモード（先端スイッチ付ペンを用いて指示入力を行うモード）の場合、遮光深さＳdpthがＡ状態にあるときには、その際の先端スイッチ付ペンの指示位置は座標検出無効位置にあると判定され、Ｃ’状態（但し、Ｄ領域を除く）にあるときには、先端スイッチ付ペンが入力部１０４のスクリーン面から離れたペンアップ状態と判定される。そして、遮光深さＳdpthがＤ領域すなわち１００％にあるときには、先端スイッチ付ペンが入力部１０４のスクリーン面と接触状態にあるペンダウン状態と判定される。

指モード（通常のペン（先端にスイッチが設けられていないもの）および指などの指示具を用いて座標入力を行うモード）の場合、遮光深さＳdpthがＡ’状態にあるときには、その際の指示具の指示位置は座標検出無効位置にあると判定され、Ｃ’状態にあるときには、指示具が入力部１０４のスクリーン面と接触状態にあるペンダウン状態と判定される。

本実施の形態においては、図２４に示すように、ＣＰＵ１８３が、まず、波形データを取り込み（Ｄｃ）、遮光深さＳdpthがＡ’状態にあるかＣ’状態にあるかの判別を行う（ステップＳ２００）。そして、遮光深さＳdpthがＡ’状態にある場合、ＣＰＵ１８３は、再度波形データの取り込み（Ｄｃ）を行う。これに対し、遮光深さＳdpthがＣ’状態にある場合、ＣＰＵ１８３は、ペンダウン信号を受信したか否かの判定を行う（ステップＳ２０１）。ここで、ペンダウン信号を受信していればすなわちＤ＝１の場合、ＣＰＵ１８３は、ｉ番目の座標データとペンダウン情報とを組み合わせたデータを送信した（Ｐｄ）後、Ｆ６へ進む。これに対し、ペンダウン信号を受信していなければすなわちＤ＝０の場合、ＣＰＵ１８３は、ｉ番目の座標データとペンアップ情報とを組み合わせたデータを送信した（Ｐｕ）後、今回のＣ’状態がＡ’状態の後の最初のＣ’状態であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。ここで、今回のＣ’状態がＡ’状態の後の最初のＣ’状態であるとは、指示具が入力領域に挿入された直後の場合を意味する。

今回のＣ’状態がＡ’状態の後の最初のＣ’状態でないと判定された場合（ステップＳ２０２）、ＣＰＵ１８３は、Ｆ６へ戻る。これに対し、今回のＣ’状態がＡ’状態の後の最初のＣ’状態でないと判定された場合（ステップＳ２０２）、ＣＰＵ１８３は、サンプリング番号ｉをＮ２として保存し、経過時間Ｔをリセットし、カウントを開始する（ステップＳ２０３）。また、ＣＰＵ１８３は、移動距離の累積Ｄｓｔをリセットし、移動距離ｄｓｔ（ｉ）の累積Ｄｓｔを開始する。ここで、移動距離ｄｓｔ（ｉ）は、上記第１の実施の形態と同じである。

次いで、ＣＰＵ１８３は、波形データを取り込んだ（Ｄｃ）後、ペンスイッチ信号を受信したか否かの判定（ステップＳ２０４）、経過時間Ｔが時間Ｔ１を超えたか否かの判定（ステップＳ２０５１）、累積Ｄｓｔが所定距離Ｄｓｔ１を超えたか否かの判定（ステップＳ２５０２）、Ｔ＊Ｄｓｔが所定数Ｋ１を超えたか否かの判定（ステップＳ２５０３）、遮光深さＳdpthがＣ’状態であるか否かの判定（ステップＳ２５０４）のそれぞれを行う。

ここで、ペンスイッチ信号を受信した場合（ステップＳ２０４）、ＣＰＵ１８３は、ｉ番目の座標データとペンダウン情報を送信した（Ｐｄ）後、Ｆ６へ戻る。また、上記ステップＳ２０４，Ｓ２５０１，Ｓ２５０２，Ｓ２５０３において応答が否定で、最終的にステップＳ２５０４において遮光深さＳdpthがＣ’状態でないと判定された場合、ＣＰＵ１８３は、移動距離ｄｓｔ（ｉ）を累積Ｄｓｔに累積し、次の波形データの取り込みを行い（Ｄｃ）、ステップＳ２０４から繰り返す。

上記Ｓ２５０１，Ｓ２５０２，Ｓ２５０３，ステップＳ２５０４のいずれかにおいて応答が肯定であれば、ＣＰＵ１８３は、ペンモードから指モードへ移行するための辻褄合せを行うために、Ｆ２へ移行する。

次いで、ＣＰＵ１８３は、過去のｊ番目の座標データを呼び出し、座標データとペンダウン情報とを組み合わせたデータを送信する。そして、ＣＰＵ１８３は、サンプリング番号ｊがＮ３より大きいか否かを判定する（ステップＳ２０７）。ここで、サンプリング番号ｊがＮ３より大きくないときには、ＣＰＵ１８３は、ｊを１インクリメントして、次の座標データを呼び出す。

上記ステップＳ１１３においてサンプリング番号ｊがＮ３より大きいときには、ＣＰＵ１８３は、Ｆ４すなわち指モードへ移行する。そして、ＣＰＵ１８３は、波形データを取り込んだ（Ｄｃ）後、ペンスイッチ信号を受信したか否かを判定する（ステップＳ２０９）。ここで、ダッチダウン信号を受信した場合、ＣＰＵ１８３は、ペンダウン状態と判断して座標データとペンダウン情報を組み合わせたデータを送信した（Ｐｄ）後、Ｆ２へ戻る。

これに対して、上記ステップＳ２０９においてダッチダウン信号を受信した場合、ＣＰＵ１８３は、遮光深さＳdpthがＡ’状態、Ｃ’状態のいずれにあるかを判別する（ステップＳ２１０）。ここで、遮光深さＳdpthがＡ’状態であれば、ＣＰＵ１８３は、指示具が入力部１０４の入力領域から除かれたと判断し、Ｆ６へ戻る。遮光深さＳdpthがＣ’状態であれば、ＣＰＵ１８３は、ペンアップ状態と判断し、座標データとペンダウン情報を組み合わせたデータを送信し（Ｐｄ）、Ｆ４へ戻る。

また、本実施の形態においては、指モード時にＡ’状態すなわち有効な遮光なしの状態になると、即座にペンモードの最初の状態であるＦ６に戻る。また、特殊な場合として指モードでペンスイッチ信号を受信した場合、ペンモードにおいてペンモードの最初の状態であるＦ６に戻るようにしている。これは、必ずしもの必要なものではない。

このように、本実施の形態においては、初期状態としてペンモードが設定されており、上記ステップＳ２０５１〜Ｓ２０５４にいずれかにおいて応答が肯定であれば、ペンモードから指モードへの移行が行われ、指モードからペンモードへ復帰は、遮光深さＳdpthがＡ’状態すなわち指示具が入力部１０４の入力領域から除かれた場合（図２４のステップＳ２１０）に行われる。すなわち、上記動作によるモードの切り替えは、ペンモードが主と使用され、必要に応じて指モードが使用されるような場合に有用である。

これに対し、ペンモードと指モードとをいずれを主とすることなく使用するような使用形態に応じたモード切り替えを行うようにすることも可能である。この場合の動作を図２５に示す。

ペンモードと指モードとをいずれを主とすることなく使用するような使用形態に応じたモード切り替えを行う場合、図２５に示すように、初期状態としては、同様にペンモードが設定されており、上記ステップＳ２０５１〜２０５４にいずれかにおいて応答が肯定であれば、ペンモードから指モードへの移行が行われる。但し、指モードにおいて、遮光深さＳdpthがＡ’状態すなわち指示具が入力部１０４の入力領域から除かれた場合（ステップＳ２１０）、ペンモードへの復帰は行われず、指モードが継続される。そして、ダッチダウン信号を受信した場合（ステップＳ２０９）に、指モードからペンモードへの移行が行われる。この図２５に示す動作によってモード切り替えを行うことは、ペンモードと指モードとをそれぞれユーザの意図に応じて切り替えて使用するような場合に有用である。

このように、本実施の形態によれば、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明の目的は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウエアのプログラムコードを記録した記憶媒体（または記録媒体）を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成される。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。または、プログラムコードを、ネットワークを介してダウンロードしてもよい。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。

さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれる。

本発明の第１の実施の形態に係る座標入力装置の主要部構成を示す平面図である。 図１の再帰反射部材１０３の再帰反射の状態を示す平面図である。 図１の入力部１０４と平行に通過する光（座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒの投光手段から投光された光または再帰反射された光）の一部が所望の位置を指示する指示具によって遮られた状態を模式的に示す図である。 図１の座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒの構成を示す平面図である。 （ａ）は平坦に構成されたテープ状の再帰反射部材の入射角度に対する反射特性を示す図、（ｂ）は図１の再帰反射部材１０３の形状を示す斜視図である。 図１の座標入力装置の指示具として用いられる先端スイッチ付ペンの先端部を示す斜視図である。 図１のペンスイッチ信号検出ユニット１１０の構成を示す平面図である。 図７のペンスイッチ信号処理回路１１２の構成を示すブロック図である。 先端スイッチ付ペンから送信されるペンスイッチ信号の構成の一例を示す図である。 図１の制御ユニット１０２の構成を示すブロック図である。 座標センサユニット１０１Ｌ，１０１ＲのＬＥＤ１３１を発光させ、ラインＣＣＤ１４１から光強度分布データを読み出すシーケンスを示す図である。 ラインＣＣＤ１４１の出力から得られた光強度分布の一例を示す図である。 ラインＣＣＤ１４１の出力から得られた光強度分布の他の例を示す図である。 ある遮光状態において所定の式を用いて求められた相対強度分布Norm_Data[ｉ]の一例を示す図である。 光強度分布の遮光部分の状態を示す図である。 遮光部分を拡大して、画素単位の信号を示す図である。 入力部１１４の画面座標と各座標センサユニット１０１Ｌ，１０１Ｒとの位置関係を示す平面図である。 図１の座標入力装置における遮光量に基づいたペンアップダウンの状態判別の原理を模式的に示す図である。 図１の座標入力装置の動作の手順を示すフローチャートである。 図１９の動作に代わる動作に手順を示すフローチャートである。 ｉ番目の波形の遮光検出および座標演算と、状態判別とをそれぞれ行う処理（●Ｄｃ）の手順を示すフローチャートである。 （ａ）はペンモードから指モードへ移行した際の指示点の動きの軌跡の一例を示す図、（ｂ）はペンモードから指モードへ移行した際の指示点の動きの軌跡の他の例を示す図である。 ペンモードから指モードへの移行判定および辻褄合わせにおける動作の一例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における動作の手順を示すフローチャートである。 図２４の動作に代わる動作に手順を示すフローチャートである。 （ａ）はペンモードから指モードへ移行した際の指示点の動きの軌跡の一例を示す図、（ｂ）はペンモードから指モードへ移行した際の指示点の動きの軌跡の他の例を示す図である。

符号の説明

１０１Ｌ，１０１Ｒ座標センサユニット
１０２ 制御ユニット
１０３ 再帰反射部材
１０４ 入力部
１１０ ペンスイッチ信号検出ユニット
１８３ ＣＰＵ
１８６ ＲＯＭ
１８９ ＲＯＭ

Claims (6)

1. 入力面と略平行に広がる層状の光通過領域が形成されている入力部と、前記入力面上の所望の位置を指示するための指示具が前記光通過領域内に挿入しながら操作された際の前記光通過領域における光強度分布を検出する検出手段と、前記検出された光強度分布に基づいて前記光通過領域における前記指示具によって遮光された遮光部分の位置を前記指示具による前記入力面上の指示位置として特定する特定手段とを備え、前記指示具として、先端部と前記入力面との接触の有無を検出する機能を有する第１の指示具および先端部と前記入力面との接触の有無を検出する機能を有しない第２の指示具を使用することが可能な座標入力装置であって、
   前記第１の指示具が有する検出機能によって得られる接触検知信号に基づいて、該第１の指示具の先端部と前記入力面との接触の有無を判定する第１の判定手段と、
   前記光強度分布または該光強度分布の時間変化に基づいて前記第１または第２の指示具の先端部と前記入力面との接触の有無を判定する第２の判定手段と、
   前記第１の判定手段による判定結果が接触有りと判定された場合に前記特定手段によって特定された指示位置を描画する第１のモードのときに、前記第１の判定手段による判定結果が接触無しの判定でかつ前記第２の判定手段による判定結果が接触有りの判定である状態が所定の期間連続した場合、または検出座標において所定の移動距離の間連続した場合に、前記第１のモードから、前記第２の判定手段による判定結果が接触有りと判定された場合に前記特定手段によって特定された指示位置を描画する第２のモードに切り替える切り替え手段と、
   前記第１のモードから前記第２のモードへの切り替えが行われた際に、前記所定の期間または前記所定の移動距離の間において前記特定手段によって特定された前記入力面上の指示位置を入力面上に描画する補正描画手段と
   を有することを特徴とする座標入力装置。
2. 前記第１のモードから前記第２のモードへの切り替え後、前記入力面上の位置の指示が連続して行われる期間中は、前記第２のモードが保持されることを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。
3. 前記切り替え手段は、前記第２のモードのときに、前記指示具による前記入力面上の指示位置の座標が特定不可能な状態に操作された場合、前記第２のモードを前記第１のモードへ切り替えることを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。
4. 入力面と略平行に広がる層状の光通過領域が形成されている入力部と、前記入力面上の所望の位置を指示するための指示具が前記光通過領域内に挿入しながら操作された際の前記光通過領域における光強度分布を検出する検出手段と、前記検出された光強度分布に基づいて前記光通過領域における前記指示具によって遮光された遮光部分の位置を前記指示具による前記入力面上の指示位置として特定する特定手段とを備え、前記指示具として、先端部と前記入力面との接触の有無を検出する機能を有する第１の指示具および先端部と前記入力面との接触の有無を検出する機能を有しない第２の指示具を使用することが可能な座標入力装置の座標入力方法であって、
   前記第１の指示具が有する検出機能によって得られる接触検知信号に基づいて、該第１の指示具の先端部と前記入力面との接触の有無を判定する第１の判定工程と、
   前記光強度分布または該光強度分布の時間変化に基づいて前記第１または第２の指示具の先端部と前記入力面との接触の有無を判定する第２の判定工程と、
   前記第１の判定工程による判定結果が接触有りと判定された場合に前記特定手段によって特定された指示位置を描画する第１のモードのときに、前記第１の判定工程による判定結果が接触無しの判定でかつ前記第２の判定工程による判定結果が接触有りの判定である状態が所定の期間連続した場合、または検出座標において所定の移動距離の間連続した場合に、前記第１のモードから、前記第２の判定工程による判定結果が接触有りと判定された場合に前記特定手段によって特定された指示位置を描画する第２のモードに切り替える切り替え工程と、
   前記第１のモードから前記第２のモードへの切り替えが行われた際に、前記所定の期間または前記所定の移動距離の間において前記特定手段によって特定された前記入力面上の指示位置を入力面上に描画する補正描画工程と
   を有することを特徴とする座標入力方法。
5. 入力面と略平行に広がる層状の光通過領域が形成されている入力部と、前記入力面上の所望の位置を指示するための指示具が前記光通過領域内に挿入しながら操作された際の前記光通過領域における光強度分布を検出する検出手段と、前記検出された光強度分布に基づいて前記光通過領域における前記指示具によって遮光された遮光部分の位置を前記指示具による前記入力面上の指示位置として特定する特定手段とを備え、前記指示具として、先端部と前記入力面との接触の有無を検出する機能を有する第１の指示具および先端部と前記入力面との接触の有無を検出する機能を有しない第２の指示具を使用することが可能な座標入力装置を制御するためのプログラムであって、
   前記第１の指示具が有する検出機能によって得られる接触検知信号に基づいて、該第１の指示具の先端部と前記入力面との接触の有無を判定する第１の判定ステップと、
   前記光強度分布または該光強度分布の時間変化に基づいて前記第１または第２の指示具の先端部と前記入力面との接触の有無を判定する第２の判定ステップと、
   前記第１の判定ステップによる判定結果が接触有りと判定された場合に前記特定手段によって特定された指示位置を描画する第１のモードのときに、前記第１の判定ステップによる判定結果が接触無しの判定でかつ前記第２の判定ステップによる判定結果が接触有りの判定である状態が所定の期間連続した場合、または検出座標において所定の移動距離の間連続した場合に、前記第１のモードから、前記第２の判定ステップによる判定結果が接触有りと判定された場合に前記特定手段によって特定された指示位置を描画する第２のモードに切り替える切り替えステップと、
   前記第１のモードから前記第２のモードへの切り替えが行われた際に、前記所定の期間または前記所定の移動距離の間において前記特定手段によって特定された前記入力面上の指示位置を入力面上に描画する補正描画ステップと
   をコンピュータにより実行させることを特徴とするプログラム。
6. 請求項５記載のプログラムをコンピュータにより読み取り可能に格納したことを特徴とする記憶媒体。

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