JP4536947B2 - 座標入力装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指示された位置座標を出力する座標入力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、平板状の入力面に指示具や指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、文字や図形などを書き込むために用いられる座標入力装置が存在する。この種の座標入力装置として、指示具からの光の到来方向を、入力面の上辺両端部に２個一組の角度検出器を設置して検出し、三角測量の原理により、指示具の位置を検出するものが知られている。角度検出器としては、レーザースキャナーを用いて入力面上をスキャンし、指示具からの反射光を検出するものが実用化されている。また、リニアセンサを用いて指示具に設けられた発光源の位置を計測する方法が、例えば、特開平５−１３４８０３号、特開平６−２７４２６６号等で提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、大型ディスプレィ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り、また、コンピュータの普及が進んだため、会議室などで使用する大型のコンピュータ用ディスプレィの需要が拡大されつつある。このような用途において、コンピュータ画面を用いたプレゼンテーションや会議を行なう場合、画面を直接操作できる座標入力装置は非常に便利なものである。
【０００４】
特に、上記従来の座標入力装置のように角度検出器を入力面の上辺両端部に設けるものは、入力面は平面であればよく、大型化してもコストが高くならない利点がある。
【０００５】
しかしながら、角度検出器を用いて三角測量で座標を求める方式では、後に詳述するように検出精度が入力面内の位置により変化してしまう。このため、角度検出器の分解能は必要な入力座標分解能よりかなり高くする必要があり、あるいは入力範囲から角度検出器を離して配置して検出器の使用角度範囲を狭める必要がある。このため、角度検出器のコストが高くなったり、座標算出用演算回路が高速高精度な高価かつ消費電力の大きいものになったり、あるいは、角度検出器を含めた装置全体が大型になってしまうことがあった。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、コストをかけることなく、高精度で小型の座標入力装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明による座標入力装置は以下の構成を備える。即ち、
指示された位置座標を出力する座標入力装置であって、
概略矩形平面状の座標入力領域と、
前記座標入力領域の任意の位置に存在する検出対象物からの光の到来方向／不到来方向を検出する少なくとも２個一組の角度検出器と、
前記２個一組の角度検出器の出力に基づいて、前記位置を示す座標値を出力する座標演算手段とを備え、
前記２個一組の角度検出器それぞれの検出範囲の第１部分が残りの第２部分より高い角度分解能である。
【０００８】
また、好ましくは、前記２個一組の角度検出器それぞれは、前記第１部分の範囲の光を結像する第１焦点距離の第１スリットと、前記第２の部分の範囲の光を結像する第２焦点距離の第２スリットを有し、該第１及び第２スリットからの光を１つのセンサー面に結像するよう配置され、前記第１焦点距離は前記第２焦点距離より長い。
【０００９】
また、好ましくは、前記２個一組の角度検出器それぞれは、前記第１部分の範囲の光を結像する第１焦点距離の第１光学系と、前記第２の部分の範囲の光を結像する第２焦点距離の第２光学系を有し、該第１及び第２スリットからの光１つのセンサー面にともに結像するよう配置され、前記第１焦点距離は前記第２焦点距離より長い。
【００１０】
また、好ましくは、前記第１及び第２光学系は、レンズまたはミラーである。
【００１１】
また、好ましくは、前記２個一組の角度検出器の角度分解能の比は、当該２個一組の角度検出器の基準点を結ぶ直線の中点から、前記座標入力領域内の最も近い点の近傍の座標分解能と、最も遠い点の近傍の座標分解能が実質的に等しくなるように選ばれている。
【００１２】
また、好ましくは、前記検出対象物は、光を放射する放射手段を有する指示具である。
【００１３】
また、好ましくは、前記検出対象物は、光を反射する反射手段を有する指示具である。
【００１４】
また、好ましくは、前記検出対象物は、光を遮蔽ないし拡散ないし吸収する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
＜＜実施形態１＞＞
図１は実施形態１の座標入力装置の概略構成を示す図である。
【００１６】
本座標入力装置は大別して、拡散光を発生する発光部を先端に設けた指示具４と、この指示具４を矩形の平面である座標入力可能領域３内で操作することによって、指示具４の発光部の位置座標等を検出する座標検出ユニット１とからなる。
【００１７】
図１にはこれらの構成と合わせて、座標検出ユニット１と接続されたコンピュータ５及びその出力装置として座標入力可能領域３を表示領域として、画像あるいは前述の位置情報等を表示する平面状表示装置６が記載されている。
【００１８】
尚、コンピュータ５は、放送受信機やビデオテープレコーダ、ＧＰＳ装置等の画像情報を発生するものであれば、いずれでもよく、それらの機器に内蔵されている制御回路が同様の機能を果たすようになっていればよい。また、平面状表示装置６は画像を表示するものであれば、液晶モニタやプラズマディスプレイのような平板状でなくても、ＣＲＴモニタ、プロジェクタ等の任意の表示装置でも本発明は適用できることはいうまでもない。座標入力可能領域３は、平面状であるので、表示面は平面状のものが望ましいが、多少湾曲していても適用可能である。
【００１９】
座標検出ユニット１は、２つの角度検出器２Ａ、２Ｂ（図３で後述）と、これらの制御および出力される角度検出信号からＸＹ座標を算出する座標演算等を行うコントローラ１１（図３で後述）とから構成されている。そして、指示具４の座標入力可能領域３上の座標位置を示す座標情報及び指示具４の各スイッチの状態に対応する制御信号を検出して、コントローラ１１からコンピュータ５にその情報を送信する。指示具４からの光は、窓１０から入射するが、窓１０は赤外線透過材料を使用してあり、外乱光の影響を防止している。
【００２０】
コンピュータ５は受信した座標情報と制御信号に基いて情報処理を行なって表示画像信号を生成し、これが平面状表示装置６に送出されて画像が表示されるように構成されている。
【００２１】
このように構成することで、指示具４により座標入力可能領域３上で文字情報や線画情報を入力し、その情報を平面状表示装置６が表示することにより、あたかも『紙と鉛筆』のような関係で情報の入出力を可能とする他、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ようになっている。
【００２２】
尚、本発明は必ずしも表示領域と座標入力可能領域を重ねて使用する必要はなく、別々に設置していても良い。
＜指示具４の詳細説明＞
図２は実施形態１の指示具の概略構造図である。
【００２３】
指示具４は、赤外光を発射するＬＥＤ等の発光素子４１と、その発光を駆動制御する発光制御部４２、電池等の電源部４４、並びに２個の操作用スイッチ４３Ａ、４３Ｂとを内蔵している。発光制御部４２は、操作用スイッチ４３Ａ、４３Ｂの状態に応じて変調された駆動信号を生成して発光素子４１を駆動し、長手方向と垂直な方向全周に光を放射する。
【００２４】
尚、発光のＯＮ、ＯＦＦは電源スイッチ（不図示）で行なう。これは、他の方法、例えば、スイッチ４３Ａ、４３Ｂの状態変化等で制御してもよいし、電源スイッチが押されている時のみ発光するようにしてもよい。
【００２５】
操作者は、指示具４を持って座標入力可能領域３にその先端を向ける。このとき、スイッチ４３Ｂは指が自然に触れる位置に配置されている。一方、スイッチ４３Ａは先端部４６を入力板に押し付けることによって、操作する。
【００２６】
先端部４６は、摺動性が良好で入力板を傷つけにくいように硬度の低い材料（例えば、プレスフェルト等の繊維製品やＰＴＦＥ、ＰＯＭ、ＰＡ等の自己潤滑性の樹脂等が望ましいが、ＡＢＳ、ＰＭＭＡ等の一般樹脂でもよく、入力面表面との相性を考慮して適切なものを選択すればよい）が用いられており、透明キャップ４５に接着固定されている。
【００２７】
透明キャップ４５は、透明樹脂製であり、ＬＥＤ等の発光素子４１からの光を入射面４５Ａ、反射面４５Ｂにより指示具４の長手方向に対して垂直な面に対しては±約３０度、円周方向には３６０度全周に均一に拡散するようになっている。これにより、操作時に若干指示具４が傾いても座標検出ユニット１に確実に光が入射するとともに、発光素子４１の駆動電力を節約できるようになっている。
【００２８】
入射面４５Ａは、若干負のパワーを持つ屈折面であり、発光素子４１の光を広げることで、発光素子４１と透明キャップ４５の同軸精度の許容範囲を広げている。反射面４５Ｂは概略円錐面状で長手方向に適切な拡散特性が得られるよう、稜線をわずかに曲線（放物線に近似）とされている。また、入射角度が全反射となるように設計されている。もちろん、反射材（アルミ等）を蒸着やメッキしてもよいが、全反射を用いれば、コストダウンが謀れ、かつ反射率も最良である。
【００２９】
ここで、電源をＯＮにすると、発光が開始され、座標検出ユニット１から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、スイッチ４３Ａ、４３ＢはＯＦＦの状態である。このため、座標入力可能領域３上では、カーソルの動きやボタンのハイライト切換等による操作者への指示位置の明示のみが行われる。
【００３０】
次に、スイッチ４３Ａ、４３Ｂを押すことによって、発光制御部４２が、駆動信号を変調し、これが座標検出ユニット１で検出される。即ち、指示具４を押し付けると、スイッチ４３ＡがＯＮとなることによって、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。また、スイッチ４３Ｂを押すことによって、メニューの呼出等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。
【００３１】
尚、前述の変調方法は各種のものが使用できるが、一般に赤外線リモコン等で使用されている方式でも十分適用可能である。また、スイッチは数を増やしてもよいし、また、指示具を複数用意してそれらに固有のＩＤ番号や属性情報を付与することで、線の色や太さを変えたり、消しゴムに切り替わる等の機能を実現できることはいうまでもない。
＜座標検出ユニット１の詳細説明＞
図３は実施形態１の座標検出ユニットの内部構成を示す図である。
【００３２】
尚、図３では、内部が見えるように外装部材を取り去った状態を示している。
【００３３】
この座標検出ユニット１には、２つの角度検出器２Ａ、２Ｂと、コントローラ１１とが設けられている。角度検出器２Ａ、２Ｂは座標入力可能領域３の中心を原点とするＸＹ座標で各々（−Ａ，Ｂ）、（Ａ，Ｂ）を基準点２５Ａ、２５Ｂとし、Ｘ軸に対して４５度の基準軸からの反時計回りの角度θ₁、θ₂の正接（タンジェント）を検出するように配置されている。
【００３４】
コントローラ１１は、角度検出器２Ａ、２Ｂの中間に各検出器の光路を妨害しないよう上方に寄せて配置されている。このコントローラ１１の位置は、光路を妨害しなければどこでもよいが、実施形態１では、スイッチ４３Ａ、４３Ｂの状態を検出する制御信号受光素子がコントローラ１１内に設けられているため、図のように座標入力可能領域３に近接した位置に配置している。
＜角度検出器の詳細説明＞
図４、図５はそれぞれ実施形態１の角度検出器の斜視図、側面図である。
【００３５】
尚、図４、図５では、内部が見えるように支持部材や遮光部材を取り去って示している。また、角度検出器２Ｂは、角度検出器２Ａと左右対称な同様の構成であるので、説明は、角度検出器２Ａのみについて行なう。
【００３６】
角度検出器２Ａは、３つの主たる要素からなっている。２０Ａはスリット２０１、２０２が設けられた薄い金属板からなるスリット板である。２１Ａは多数の光電変換素子が直線状に並べられ、順次読み出すことができるＣＣＤリニアセンサである。２３Ａは側面からみた形状が放物線であるミラー面２４Ａを有する集光ミラーである。
【００３７】
指示具４が入力面近傍にあるときに発せられた光は、入力面にほぼ平行な光束となって集光ミラー２３Ａに入射する。ミラー面２４Ａは放物線状であるため、これらの光束はその焦点に集光され、線状の像を形成する。この焦点の位置にリニアセンサ２１Ａのセンサ部２１１が置かれている。このため、入力面近傍の高さｗ分の平行光が有効にセンサ部２１１に入射させられ、非常に高い感度が得られる。実際には、センサ部２１１も幅を有するので、多少焦点位置からずれていても十分集光効果は得られる。
【００３８】
尚、指示具４が遠いところにある場合と、近傍にある場合とで、到達光量が大きく変化するため、リニアセンサ２１Ａはシャッター動作等により感度を変化させて飽和を防いでいる。また、集光ミラー２３Ａの焦点位置にリニアセンサ２１Ａを置くことで、無限遠に焦点を調節した状態となるので、近傍にある場合は光が平行光束でなく角度を持って入射するため焦点に集光せず、光量変化を緩和する効果もある。実際には、使用範囲の最遠点が最も有効に集光できるように調節するのが好ましいことはいうまでもない。
【００３９】
この光路内に設けられたスリット板２０Ａには段差が設けられ、スリット２０１は、リニアセンサ２１Ａのセンサ部２１１の長手方向の長さで必要な画角９０度弱を検出できる距離に設けられている。一方、スリット２０２は、スリット２０１の約３倍の距離に設けられている。
【００４０】
実施形態１の場合、センサ部２１１は、１画素が幅１５μｍ、１２８画素で全長１．９２ｍｍであり、センサ部２１１から０．９ｍｍの位置にスリット２０１が、２．７ｍｍの位置にスリット２０２が設置されている。この場合、スリット２０１に対しての画角９０度は０．９×２／０．０１５＝１２０画素の範囲となる。一方、スリット２０２に対しての画角は１２０画素に対して約３０度となり、その範囲は２つの角度検出器２Ａ、２Ｂの基準点２５Ａ、２５Ｂを結ぶ線分に近い側の入力範囲約２０度の範囲とされている。
【００４１】
スリット２０１、２０２の幅は、実施形態１では、５０μｍ、板厚１０μｍである。この板厚は、スリット幅以上あると４５度方向の光が透過せず、薄いほど左右４５度方向の特性がよくなるのはいうまでもないが、薄すぎると剛性が不足する。スリット幅の０．５倍以下のとき、正面の７０％以上の開口幅が確保されるので、これが目安となる。
【００４２】
尚、厚い板を使って、４５度以上の角度で面取りを施し、スリットの両サイド部分のみ薄くしても同様であることはいうまでもない。但し、このような特殊な形状は加工が面倒である。
【００４３】
さて、スリット板２０Ａの位置では、入射光は集光しきらず、ある幅を持った像となり、このうちスリット２０１を通過した光がセンサ部２１１上に像２５１を結び、スリット２０２を通過した光がセンサ部２１１上に像２５２を結ぶ。
【００４４】
像２５１は赤外光の波長が０．８μｍの場合、スリット２０１の幅５０μｍではレーリー距離は３．１２５ｍｍである。距離０．９ｍｍの位置はフレネル回折領域であるため、ミラー面２４Ａが理想的な鏡面であれば、全体の幅が約５０μｍで両端近傍にフレネル回折特有の細かい明暗の縞を有する像となってしまう。レーリー距離を０．９ｍｍ以下として滑らかな像とするには、スリット２０１の幅を２６．８μｍ以下にする必要があるが、その場合に得られる像２５１の幅が３０μｍ以下となってしまう。いずれの場合においても、画素ピッチ１５μｍのセンサで検出するとその計算上の重心位置が滑らかに変化せず、従って、画素間を分割して分解能を高めることができなくなってしまう。
【００４５】
そこで、実施形態１では、ミラー面２４Ａがスリットの幅方向に若干の光拡散性を持つよう、Ｒａ０．２程度の仕上げとしている。具体的には、アルミ材をバフ研磨して適度な光拡散性を得ることができたが、材料と必要な粗さに応じて適当な加工法をえらべばよい。電解研摩やラッピング、あるいは粗さが大きい場合はぺーバー仕上げや化学研摩などでもよい。
【００４６】
ミラー面２４Ａが光拡散性を持つ場合には、光学的なローパスフィルターとして働き、拡散特性に応じて像が広がり、両端部は滑らかなスロープとなる。実施形態１の場合、像２５１の半値幅が約７５μｍ、約１００μｍの位置でほぼ光量がゼロになる滑らかな像が得られた。この像の重心位置は光の到来方向を忠実に反映し、画素ピッチの７倍程度の幅を有する滑らかな形状のため、重心計算により画素間を分割して画素数より高い分解能が得られる。
【００４７】
このようにして得られる角度検出器２Ａの出力は、スリット２０１の虚像２５１Ａの位置２５１Ａ’を基準点として、入力面に平行な面内で、センサ部２１１の虚像２１Ａ'の長手方向に直角な直線を基準線とする角度θ₁の正接に相当する像が−４５度〜＋２６．５度の範囲で得られる。また、θ₁が、＋２６．５度〜＋４５度の範囲では、角度θ₁の正接に相当する像に加えて、スリット２０２の虚像２５２Ａの位置２５２Ａ'を基準点とする角度θ₁'の正接による像も同時に検出される。同様に、角度検出器２Ｂの出力は、位置２５１Ｂを基準点とする角度θ₂の正接と位置２５２Ｂ'を基準点とする角度θ₂'の正接の像となる。
【００４８】
次に、角度検出器２Ａの出力例について、図６を用いて説明する。
【００４９】
図６は実施形態１の角度検出器の出力例を示す図である。
【００５０】
図６において、波形Ａは、指示位置が約３度、即ち、tanθ₁＝０．０５の場合である。また、波形Ｂは、指示位置が約３５度、即ち、tanθ₁＝０．７の場合である。Ｘの目盛の数字は、ＣＣＤ画素番号であり、波形Ａからは、画素番号６１の位置のＰＥＡＫ０のみが検出され、波形Ｂの場合は、２画素番号２と８８の２つの位置にＰＥＡＫ１、ＰＥＡＫ０２が検出される。
＜コントローラ１１の動作説明＞
コントローラ１１は、前述の２つのリニアセンサ２１Ａ、２１Ｂの駆動制御部、およびその出力から後述のように座標演算を行なう座標演算部、指示具４のスイッチの状態を検出する制御信号受光素子と信号検出部、外部接続装置（例えば、コンピュータ５）に座標およびスイッチ情報を通信する通信制御部からなっている。
【００５１】
指示具４から光が発光されると、制御信号が検出され、リニアセンサ２１Ａ、２１Ｂからθ₁、θ₂、θ₁'、θ₂'の正接に相当する信号が出力される。そして、これらから座標を算出してスイッチの状態とともに外部接続装置（例えば、コンピュータ５）に通信することで、一連の動作が完了する。これを繰り返すことで、所望の機能が達成される。
【００５２】
図６を用いて、角度検出器２Ａの出力波形から、tanθ₁、tanθ₁'を検出する動作をさらに詳しく説明する。
【００５３】
上述したように、波形Ａは、指示位置が約３度、即ち、tanθ₁＝０．０５の場合の出力波形である。また、波形Ｂは、指示位置が約３５度、即ち、tanθ₁＝０．７の場合の出力波形である。出力波形から、まず、画素番号４から３２の範囲に所定のレベル以上のピークが存在するかどうかを調べる。波形Ａでは、ピークが存在しないので、続いて、画素番号３２から１２４の範囲に所定のレベル以上のピークが存在するかどうかを調べる。波形Ａでは、画素番号６１の位置にピーク（ＰＥＡＫ０）があり、この波形の重心位置をピークの前後数画素のデータから演算で求め、この値（例えば、６１．２２…）から相当するtanθ₁の値（例えば、０．０５）が求まる。
【００５４】
この演算は、光学的な歪が小さければ一次式でよい場合もあるが、必要なら３次式等の曲線で補正することもできる。また、この演算の式および係数は、あらかじめＲＯＭ等の記憶媒体に製造時に書き込むことが適当である。このとき、この係数を、例えば、座標入力装置に接続される端末から所定の方法で入力することで、スリットとセンサの間に生じた位置ずれ等の角度検出器２Ａそのものの誤差や座標入力装置本体への取り付け姿勢誤差等を補正することが可能になる。このような補正方法は、使用する光学系の構成や精度などに応じて適当な方法を使用する必要がある。
【００５５】
一方、波形Ｂの場合は、最初の画素番号４から３２の範囲でＰＥＡＫ１が検出される。従って、画素番号３２から１２４の範囲で検出されるＰＥＡＫ２はもう１つのスリット（ＰＥＡＫ１がスリット２０１である場合、スリット２０２）によるものである。従って、このＰＥＡＫ２の重心位置（例えば、８８．１３…）からは、別の式を用いてtanθ₁'の値（例えば、０．７）が求まる。この式およびその係数も前記tanθ₁に関するものと同様にあらかじめＲＯＭ等の記憶媒体に製造時に書き込むことが適当であることはいうまでもない。
【００５６】
尚、以上は、角度検出器２Ａについて述べたが、同様にして、角度検出器２Ｂによって、θ₂、θ₂'が求まる。
＜座標計算方法の説明＞
図３において、座標入力可能領域３の中心を原点とするＸＹ座標系を定義する。指示具４の発光素子の位置をＰ（ｘ，ｙ）、角度検出器２Ａ、２Ｂの基準点２５Ａ（−Ａ，Ｂ）、２５Ｂ（Ａ，Ｂ）、これらの中点２５Ｃ（０，Ｂ）とし、画面の幅を２×ａ、高さを２×ｂとする。また、各角度検出器の基準線を座標軸Ｕ，Ｖとして、点Ｐ（ｕ，ｖ）は
tanθ₁＝−ｖ／（√２×Ａ＋ｕ）， tanθ₂＝ｕ／（√２×Ａ＋ｖ）
を満足する。
【００５７】
即ち、
ｕ＝√２×Ａ×tanθ₂×（１−tanθ₁）／（１＋tanθ₁×tanθ₂）
ｖ＝−√２×Ａ×tanθ₁×（１＋tanθ₂）／（１＋tanθ₁×tanθ₂）
である。
【００５８】
一方、ｘ＝（ｕ−ｖ）／√２， ｙ＝−（ｕ＋ｖ）／√２−Ｙ0であるから
ｘ＝Ａ×（tanθ₁＋tanθ₂）／（１＋ tanθ₁× tanθ₂），
ｙ＝Ａ×（tanθ₁−tanθ₂＋２×tanθ₁×tanθ₂）／（１＋tanθ₁×tanθ₂）−Ｙ0 （１）
となり、この式（１）に検出されたtanθ₁，tanθ₂を代入すれば、ｘ，ｙが算出される。
＜角度検出器の配置の説明＞
ここで、角度検出器２Ａ，２Ｂの配置によって、算出される座標値に与える影響を示す敏感度（分解能）について説明する。
【００５９】
式（１）を用いて、位置Ｐ（ｘ，ｙ）に対する敏感度（Ｇｘ，Ｇｙ）は、
Ｇｘ＝√（（∂ｘ／∂（tanθ₁））²＋（∂ｘ／∂（tanθ₂））²），
Ｇｙ＝√（（∂ｙ／∂（tanθ₁））²＋（∂ｙ／∂（tanθ₂））²） （２）
で算出される。そして、座標入力可能領域３が対角５５インチ、縦横比４：３の場合の敏感度Ｇｘ、Ｇｙ、合成敏感度Ｇ＝√（Ｇｘ²＋Ｇｙ²）の算出結果を図７Ａ〜図７Ｃに示す。合成敏感度である各領域の数値（最大：１８００〜２０００）の単位はｍｍであり、従って、合成敏感度２０００の場合、４５度の範囲を２０００分割して検出すれば、１ｍｍの分解能となる。
【００６０】
この結果からわかるように、ｘ座標は中点２５Ｃから最も近い点３５Ａで、ｙ座標は最も遠い点３５Ｂ、３５Ｃで敏感度が最大となる。
【００６１】
この図から容易に推測されるように、角度検出器２Ａ、２ＢのＹ方向のオフセット量Ｙ１を大きくすれば、Ｇｘの最大値は急激に小さくなり、Ｇｙはゆっくりと大きくなる。
【００６２】
即ち、合成敏感度Ｇが、点３５Ａと３５Ｂ、３５Ｃで同一になるＹ1が存在する。従って、Ｙ1をそのように選択することが最適であるといえる。実際には、取付位置に誤差があると、点３５Ａのほうが敏感であるので、誤差が見込まれる場合は、その分Ｙ1を大きめにすることが望ましいことはいうまでもない。
【００６３】
図示したものは、Ｇ（３５Ａ）≒Ｇ（３５Ｂ）となるよう、Ｙ１＝７８ｍｍとした場合であり、このとき、Ｇの最大値は１９３０である。即ち、前述のように、画角９０度が１２０画素のリニアセンサを使用する場合、最もＧの大きいところでは、６０画素あたり１９３０ｍｍ、即ち、１画素あたり３２．２ｍｍ相当となる。従って、１画素の１／３２の分解能でセンサ出力波形の重心計算を行なえば、約１ｍｍの分解能が得られる。
【００６４】
また、点３５Ａの合成敏感度Ｇを、点３５Ｂ、３５Ｃより高くしても良い。上述のように検出精度が３倍の場合、図７Ｄに示すように、オフセット量Ｙ1＝２３ｍｍとすることができる。このとき、点３５Ａでは合成敏感度Ｇが約５４００、点３５Ｂ，３５Ｃでは合成敏感度Ｇが約１８３０となる。
【００６５】
尚、角度検出器２Ａ、２ＢのＸ方向のオフセット量Ｘ１は、（実施形態１では、左右対称を前提としているが、非対称でも可能）大きくするほど（２Ａと２Ｂの距離が大きいほど）、Ｇｘの最大値が急激に大きくなり、Ｇｙの最大値はゆっくりと小さくなる。従って、Ｘ1はできるだけ小さくしたほうが、同等のＧの最大値に対して、角度検出器２Ａ、２Ｂを入力領域に近く配置できるので、装置の小型化に有利である。
【００６６】
但し、Ｘ1が負になるまで近づけてしまうと、角度検出器２Ａ、２Ｂの画角を９０度弱から１８０度弱まで一挙に拡大することが必要であり、不可能ではないが適当とはいえない。
【００６７】
ここで、角度検出器２Ａ、２Ｂに対して、座標入力可能領域３が十分大きい場合には、θ₁とθ₁'、θ₂とθ₂'は同じ値とみなしてよいので、上述の座標演算の式は一つでよい。しかし、これらの差が無視できない場合は、θ₁とθ₂に関する式だけでなく、θ₁'とθ₂、θ₁とθ₂'、θ₁'とθ₂'の合計４種類の場合に分けて演算すればよいことはいうまでもない。
【００６８】
以上説明したように、実施形態１によれば、座標入力装置の概略矩形状の座標入力可能領域３に対し、２つの角度検出器２Ａ、２Ｂの基準点を結ぶ線分の中点に最も近い点の方向を他の方向より高分解能で検出する少なくとも２種類の角度分解能を有するように、角度検出器２Ａ、２Ｂを構成することで、装置の大型化を招くことなく、角度検出器２Ａ、２Ｂの分解能を有効に利用できる。これにより、コストが安いセンサを使用でき、かつ座標演算処理量も増大しないため、回路規模や消費電力が小さくできる。従って、高分解能で低コストの座標入力装置を実現できる。
＜＜実施形態２＞＞
実施形態２は、実施形態１の座標入力装置で、タッチパネル機能を実現する構成について説明する。実施形態２では、実施形態１と同様の角度検出器２Ａ、２Ｂに照明系を組み込みむことで、タッチパネル機能を実現する。
【００６９】
図８は実施形態２の角度検出器の断面図である。また、図９は実施形態２で用いる再帰性反射部材の構成を示す図である。
【００７０】
尚、実施形態１の角度検出器２Ａで既に説明している構成要素については、説明を省略する。
【００７１】
ＬＥＤ等の発光部材７１Ａからの照明光は、反射鏡７４Ａで入力面に平行な面内の光束になって拡散する。そして、座標入力可能領域の角度検出器２Ａ、２Ｂ側を除く３辺に、図９に示すような、ベースフィルム８１と高屈折率ガラスビーズ８２から構成される光を到来方向に効率よく反射する再帰性反射板８を配置することで、照明光が効率よく角度検出器２Ａ、２Ｂに戻る。その結果、入力範囲全体の像が重ねあわされた出力が角度検出器２Ａ、２Ｂによって得られる。このような構成によって、指示具４のみならず、操作者の指、手等の遮蔽物が座標入力可能領域３の入力面に近づくと、その影に相当する波形変化が生じるので、この影の像から座標を検出することができる。
【００７２】
以上説明したように、実施形態２によれば、実施形態１の座標入力装置に対し、角度検出器２Ａ、２Ｂに照明系を追加し、座標入力可能領域に再帰性反射板を追加するだけで、タッチパネル機能を実現できる。
＜＜実施形態３＞＞
実施形態３では、角度検出器２Ａ、２Ｂを構成するスリット２０１、２０２からなるスリット板の代わりにレンズを用いた場合の例である。
【００７３】
図１０は実施形態３の角度検出器内の構成の一部を示す図である。
【００７４】
尚、図１０の説明は、実施形態１と同様、角度検出器２Ａにのみについて行う。尚、実施形態１の角度検出器２Ａで既に説明している構成要素については、説明を省略する。
【００７５】
図１０に示すように、角度検出器内には、約９０度の角度範囲の像を結像する第一のレンズ２７Ａと、約１５度の角度範囲を検出する第二のレンズ２８Ａが設けられている。
【００７６】
第一のレンズ２７Ａは、実施形態１の集光ミラー２３Ａ側が平面の平凸レンズである。このように集光ミラー２３Ａ側のパワーを小さくすることで、歪曲収差は大きいが、像面湾曲の小さい超広角の結像系が容易に実現できる。もちろん、複数のレンズを組み合わせたり、非球面を用いて収差を補正してもよいことは言うまでもない。但し、実施形態１の説明で述べたように、座標演算部での高次式での補正を用いれば、実施形態３のように平凸レンズ一枚でも高精度を実現可能であり、部品が少ないだけでなく、組立が簡単になるなど低コスト化、小型化の効果が大きい。
【００７７】
一方、第二のレンズ２８Ａは、第一のレンズ２７Ａより長焦点で、リニアセンサ２１Ａの結像側が平面の平凸レンズである。また、光軸を傾けて配置している。この第二のレンズ２８Ａは、リニアセンサ２１Ａの結像側のパワーを小さくすることで、大きな像面湾曲が発生することを利用したものである。すなわち、本発明の場合、この第二のレンズ２８Ａは、検出角度範囲は約１５度と少ないが、第一のレンズ２７Ａの光路を避けて配置する必要があり、かつ結像位置はできるだけ重なるようにしてリニアセンサ２１Ａの画素を有効利用することが求められる。そこで、リニアセンサ２１Ａの結像側のパワーを小さく配置することで発生する大きな像面湾曲を利用して、光軸に対して片側の一定範囲を使用することで、歪曲収差は大きいが、第一のレンズ２７Ａの光路を避けて配置することが可能になる。実施形態３では、第二のレンズ２８Ａの光軸に対して１５度〜３０度の範囲がリニアセンサ２１Ａに結像するように配置することで十分な結像性能が得られている。尚、この第二のレンズ２８Ａについても、第一のレンズ２７Ａと同様に、複数枚のレンズや非球面を用いて実現することが可能なことは明らかである。
【００７８】
また、レンズでなく、凹面鏡を用いても同様に本発明を適用可能なことはいうまでもない。
【００７９】
以上説明したように、実施形態３によれば、実施形態１で説明した効果にくわえて、実施形態１の角度検出器の構成要素であるスリット板の代わりに、レンズや凹面鏡等の光学系を用いることで、角度検出器自体の構成要素数を減らすことができる。これにより、組立の簡単化、低コスト化、小型化を実現できる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コストをかけることなく、高精度で小型の座標入力装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の座標入力装置の概略構成を示す図である。
【図２】実施形態１の指示具の概略構造図である。
【図３】実施形態１の座標検出ユニットの内部構成を示す図である。
【図４】実施形態１の角度検出器の斜視図である。
【図５】実施形態１の角度検出器の側面図である。
【図６】実施形態１の角度検出器の出力例を示す図である。
【図７Ａ】実施形態１の敏感度の値の分布を示す図である。
【図７Ｂ】実施形態１の敏感度の値の分布を示す図である。
【図７Ｃ】実施形態１の敏感度の値の分布を示す図である。
【図７Ｄ】実施形態１の敏感度の値の分布を示す図である。
【図８】実施形態２の角度検出器の断面図である。
【図９】実施形態２で用いる再帰性反射部材の構成を示す図である。
【図１０】実施形態３の角度検出器内の構成の一部を示す図である。
【符号の説明】
１ 座標検出ユニット
２Ａ、２Ｂ 角度検出器
３ 座標入力可能領域
４ 指示具
５ コンピュータ
６ 平面状表示装置
１０ 窓
１１ コントローラ
２５Ａ、２５Ｂ 基準点
２５Ｃ 中点

Claims (7)

1. 指示された位置座標を出力する座標入力装置であって、
   矩形平面状の座標入力領域と、
   前記座標入力領域に存在する検出対象物からの光の到来方向／不到来方向を検出する２個一組の角度検出器と、
   前記２個一組の角度検出器の出力に基づいて、前記検出対象物の位置を示す座標値を出力する座標演算手段とを備え、
   前記２個一組の角度検出器のそれぞれは、検出範囲と角度分解能の異なる第１の光学系及び第２の光学系を有する
   ことを特徴とする座標入力装置。
2. 前記第１の光学系及び前記第２の光学系は、入射光を１つのセンサー面に結像するよう配置され、前記第１の光学系の焦点距離は前記第２の光学系の焦点距離より長い
   ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
3. 前記第１の光学系及び第２の光学系は、スリットまたはレンズまたはミラーである
   ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
4. 前記２個一組の角度検出器の角度分解能の比は、当該２個一組の角度検出器の基準点を結ぶ直線の中点から、前記座標入力領域内の最も近い点の座標分解能と、最も遠い点の座標分解能が実質的に等しくなるように選ばれている
   ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
5. 前記検出対象物は、光を放射する放射手段を有する指示具である
   ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
6. 前記検出対象物は、光を反射する反射手段を有する指示具である
   ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
7. 前記検出対象物は、光を遮蔽ないし拡散ないし吸収する
   ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。

Images