JP4546224B2 - 座標入力方法及びその装置 - Google Patents
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Description
本実施形態に係る座標入力装置の概略構成について説明する。
図2は、本実施形態の座標入力装置の光学的な配置を説明する図である。
図3は、センサユニット1L及び1Rの詳細を説明するための説明図である。
図1の演算制御ユニット2とセンサユニット1L、1Rとの間では、CCDの制御信号、CCD用クロック信号とCCDの出力信号、及び、複数の受光光学系夫々に対応する投光手段としてのLEDの駆動信号がやり取りされている。
ここで、本実施形態の座標入力における座標算出の概念を、図12に基づいて説明する。
以下、本実施形態の座標入力装置による座標入力の概略の手順を、図7及び図7のS120を詳細に示す図8のフローチャートに従って説明する。尚、各ステップにおける詳細な処理内容については、概略手順の説明の後に順次説明する。
次に、上記本実施形態の座標値算出に係る各ステップのより詳細な内容を順次説明する。
まず、本実施形態で使用される用語や定数について定義を行なう。尚、上述の説明における用語も、この定義に従う。
また、第1影とは観測角度θLが小さい側に存在する影を意味し、第2影とは観測角度θLが大きい側に存在する影を意味する。
θL1_c =(θL1_f + θL1_e )/2 …式101-1
θL2_c =(θL2_f + θL2_e )/2 …式101-2
θR1_c =(θR1_f + θR1_e )/2 …式102-1
θR2_c =(θR2_f + θR2_e )/2 …式102-2
図11より、
θL01_c = θL0_f + θL01_w/2 …式103-1
θL02_c = θL0_e − θL02_w/2 …式103-2
θR01_c = θR0_f + θR01_w/2 …式104-1
θR02_c = θR0_e − θR02_w/2 …式104-2
本実施形態においては、各センサで観測された波形に関して、2つの影の重複の度合いに従って、1サンプルごとに各センサに順番をつけ、後述する「役割」を決める、
ここで、影の重複率を下記の式で定義する。
/small[仮想第1影幅角度、仮想第2影幅角度] …式105
(ここで、small[甲、乙]は甲、乙の小さい方を選ぶという意味である。同様に、以下のlarge[甲、乙]は甲、乙の大きい方を選ぶという意味である。)
センサLを例にとると、
重複率=(θL01_w + θL02_w - θL0_w)/small[θL01_W , θL02_w] …式106
特別な場合として遮光の影が2つに見える時は、
θL0_w = θL01_w + θL02_wであるから、重複率=0%である。
θL0_w = large[θL01_w , θL02_w]であり、
分母は、
θL01_w + θL02_w - large[θL01_w , θL02_w]
= small[θL01_w , θL02_w]となる。
まず、基本的に重複率が低い状態をbetterとして、高い状態をworseとし、better_sensorとは相対的に重複率が低い影を観測しているセンサ、worse_sensor とは相対的に重複率が高い影を観測しているセンサとする。また、worse_unitとは4つの中で最も重複率が高いセンサを含むユニットとし、better_unitとは、worse_unitに対するもう一方のunitとする。 better_unitは必ずしも最も「良い」センサを含むunitという意味ではない。
(本実施形態で使用される座標計算式)
本実施形態において使用する座標計算式を説明する。
Xt(θL-45 , θR-45)
=(tan(θL-45)-tan(θR-45))/[2*(1-tan(θL-45)*tan(θR-45))] …式120
Yt(θL-45 , B-45)
=-1*[(1-tan(θL-45))*(1-tan(θR-45))/(2*(1-tan(θL-45)*tan(θR-45)))
-0.5] …式121
このように定義すると、図16の点Oを原点としたときの点P(X,Y)の座標は、
X = DLR *Xt(θL - 45 、θR - 45) …式122
Y = DLR *Yt(θL - 45 、θR - 45) …式123
となる。
(O'→P')x = (DLR-ΔD)*Xt(θL-45, θR-45) …式130
(O'→P')y = (DLR-ΔD)*Yt(θL-45, θR-45) …式131
となる。
ただし Sx=S0*cos(θs) , Sy=S0*sin(θs) …式133
さらに、図17から明らかなように、
(O→O')x=ΔD/2 …式134
(O→O')y=(-1)*ΔD/2 …式135
以上のようにすれば、点Oを原点としたP'の座標は(O→P') = (O→O') + (O→P')のX成分とY成分として求めることができる。ここで、同様にセンサL1s、センサR2sの組み合わせの場合には、前記X成分のみ符号を変えればよい。
次に、センサL2sとセンサR2sの組み合わせで座標計算する場合について、図18をもとに説明する。
(O''→P'')x = (DLR-2*Sx) * Xt(θL-45 , θR-45) …式136
(O''→P'')y = (DLR-2*Sx) * Yt(θL-45 , θR-45) …式137
また図18から明らかなように、
(O→O'')x = 0 …式138
(O→O'')y = (-1) * ( Sx + Sy ) …式139
以上のようにすれば、点Oを原点としたP''の座標は(O→P'') = (O→O'') + (O→P'') のX成分とY成分として求めることができる。
まず、本実施形態における最も基本的な動作について 図12及び図13を用いて説明する。
(1)4つのセンサの中から影の重複率の順番によって役割4のセンサを決定する。
(2)上記結果に従って役割1、2、3のセンサを決定する。
(3)役割1のセンサから得られる角度データと役割2のセンサから得られる角度データとの組み合わせで、第1の座標候補(P11, P12, P21, P22)を計算する。
(4)役割1のセンサから得られる角度データと役割3のセンサから得られる角度データとの組み合わせでで第2の座標候補(P'11, P'12, P'21, P'22)を計算する。
(5)第1の座標候補の中で、対応する第2の座標候補にほぼ一致している2つの座標を選択し、その2つを座標算出結果とする。
(指示具の太さデータの扱い方)
先に述べた指示具の太さデータの保存について説明する。
・case1の場合:
それぞれ重複しない影を用いるので計算手順において太さデータを必要とはしない。また、太さデータを単独で求めることができるので、これを指示具ごとに、かつ、L側ユニットから見た場合、R側ユニットから見た場合ごとに、算出保存し、後の計算のために「継承」する。
役割4のセンサ以外は、case1と同じ状況なので計算手順もcase1と同一である。
better_unit側は太さデータを参照しなくても角度計算でき、かつ単独で太さデータを算出できるので、当該ユニット側の見かけの太さデータを算出、座標換算して保存「継承」する。wors_unit側は重複波形であるから、座標計算には夫々の指示具の太さデータが必要である。当該ユニット側から見た太さデータが「継承」されている場合はそのデータを参照する。前記データが参照できない場合は、better側から見た場合の夫々の指示具の太さデータを参照する。
better_unit側はbetter_sensorは2つの影を検出しているので、過去の太さデータを参照しなくても単独で角度データを算出できる、当該ユニット側の見かけの太さデータを算出座標換算して保存「継承」する。worst_unit側は重複波形であるから、座標計算には夫々の指示具の太さデータが必要であり、当該ユニット側から見た太さデータが「継承」されている場合はそのデータを優先的に参照する。前記データが参照できない場合は、betterユニット側から見た場合の夫々の指示具の太さデータを参照する。
better_unit側は重複波形であるから、角度計算には夫々の指示具の太さデータが必要である。当該ユニット側から見た太さデータが「継承」されている場合はそのデータを参照し、前記データが参照できない場合は、worseユニット側から見た場合の夫々の指示具の太さデータを参照する。wors_unit側はbetter_sensorが2つの影を検出しているので太さデータを用いなくても角度計算できる。また、単独で太さデータを算出できるので、当該ユニット側からの見かけの太さデータを算出、座標換算して保存「継承」する。
どちらのunitにおいても、それぞれのbetter_sensorは2つの影を検出しているので単独で角度計算ができる。また、単独で太さデータを算出できるので、当該ユニット側からの見かけの太さデータを算出、保存「継承」する。それぞれのwors_sensorは当該センサの過去の太さデータが「継承」されている場合は、そのデータを参照し、出来ない場合は、同一ユニットのbetter_sensorから得られる太さデータを参照する。
両側ユニットのそれぞれのセンサにおいて重複した影を観測している。この場合は、指示具1つによる入力が成されていると判断する、また、この状態に至ると、それぞれのユニットにおける指示具太さデータの「継承」は一旦途切れることとなる。
この種の遮光型の座標検出装置においては、仮に同一形状の指示具であっても、入力領域のなかでの存在位置、入力時指示具の姿勢角度などによって影の幅を決定する実効的な径が異なってくる。また、瞬間ごとの実効的な径は指示具ごとに異なるものである。従って、本実施形態においては、計算上2つの指示具の太さが別物であるとして取り扱う。ここで、2つの指示具(A,B)の見分けは、4つのセンサにおいて順番に少なくとも何れか1つのセンサが2つの影を継続的に検出していれば、「継承」することができる。
θL01(A) = θL0_f + θL01_w(A)/2 …式103-1-A
θL02(A) = θL0_e − θL02_w(A)/2 …式103-2-A
θR01(A) = θR0_f + θR01_w(A)/2 …式104-1-A
θR02(A) = θR0_e − θR02_w(A)/2 …式104-2-A
と表現することとする。
θL01(B) = θL0_f + θL01_w(B)/2 …式103-1-B
θL02(B) = θL0_e − θL02_w(B)/2 …式103-2-B
θR01(B) = θR0_f + θR01_w(B)/2 …式104-1-B
θR02(B) = θR0_e − θR02_w(B)/2 …式104-2-B
と表現する。
以下、図14のcaseごとに図15の(注)記号のケースを例に上げて説明する。尚、case1〜6の事例として、case 1-1, case2-2, case3-2, case4-4, case5-2, case6-4について具体的に説明する。これらの説明から本実施形態の全体像が明確になる。case1-1には図19乃至図21、case2-2には図22乃至24、case3-2には図25乃至29、case4-4には図30乃至35、case5-2には図36乃至図41、case6-4には図42乃至図46が対応する。これらの事例においては指示具Aと指示具Bを別扱いし、例えば同一形状の指示具であっても、指示具の位置による光学系のボケ、指示具の姿勢などによる実効的な影幅の違いなどを考慮して、計算上、別の寸法として扱っている。
図19に示すように、case1は4センサとも2つの影が観測される場合である、この場合は、役割1,2,3,4の選択はとくに制限がなく、便宜的に決めることができる。仮に役割4をR2s、役割1、2、3をR1s、L1s、L2sとした場合、まず図20で示すようにR1s、L1sの組み合わせで、式101-1,2、式102-1,2に従って影の中心角を求め、式122及び123に従って第1の座標候補(P11,P12,P21,P22)を計算する。
図22に示すように、R1sのみ影の数が1個なのでこれが役割4であると決めることができる。以下、case1-1と同じ方法で座標の決定ができる(図23及び図24参照)。
図25に示すようにR1s、R2sのみ影が重複波形である。
図30に示すようにL2sのみ2つの影が観測され、それ以外は1つの影のみ観測される。この場合まず、1つの影が観測される3センサのなかから役割4を決める。
図36に示すようにL2sのみ2つの影が観測され、それ以外は1つの影のみ観測される。この場合まず、1つの影のみが観測される残り3つのセンサの中から役割4を探す。
図42に示すようにL2s、R2sでは2つの影が観測され、L1s,R1sでは1つの影のみが観測される。1つの影のみ観測されるL1s,R1sの中から、役割4を決める。
図47に、2つの指示具での指示であるがいずれのセンサでも1つの影しかセンスできないcase7の一例を示す。この場合は、1つの指示具による入力と判断する。
ここまで、上記実施形態では、座標入力有効領域の一辺を成す2つの角部近傍にそれぞれ2個の受光検出手段を設けた場合で説明してきたが、例えば、片側に3個ないしそれ以上の数でも良く、この場合も同じ計算手順で座標をもとめることができる。このなかで、夫々のユニットで最も重複率の大きいものを除いて、左ユニットの何れかのセンサ、右ユニットのいずれかのセンサの組み合わせの二組を組み合わせて、夫々の組み合わせによって座標候補を求めるようにすれば、上記実施形態と同様の座標演算を行うことができる。
図48に、本発明における第2の実施形態例を示す。
上記第1及び第2の実施形態例においては、座標候補から実際の座標を決定する手段として、第1の座標候補と第2の座標候補とを比較するという手法であった。このように、2組の座標候補を計算するため、2組の有効なセンサの組み合わせが必要であった。
このような前提により、本実施形態においては、図52に示すようにcase1’〜6'の場合分けを行う。図52においては、worse_unitとは影の数が1つであるユニットが多い方のユニットを示し、better_unitはその反対である。worse_sensor、better_sensorの意味は図14及び図15と同様である。
第1乃至第3の実施形態例は、座標入力有効領域の一辺を成す2つの角部近傍に少なくとも夫々2個の受光検出手段を設けた場合であるが、本発明の太さデータを用いて影を1つしか観測していないセンサからみた角度データを計算するという手法は、座標入力有効領域の一辺を成す2つの角部近傍に少なくとも夫々1個の受光検出手段を設けた場合でも適用することができる。本実施形態例は、このような事例(以下、単眼のユニットと称す)を説明するものである(図55参照)。
Claims (9)
- 座標入力有効領域の一辺を成す2つの角部近傍にそれぞれ複数配置され、指や指示具による指示入力に伴う影または像を検出する複数の検出手段と、
それぞれの前記検出手段において複数の指または指示具による指示入力に伴う影または像が互いに重複して観測された場合に、前記指または指示具の太さデータを参照することにより重複しない場合の前記指または指示具の仮想的な影または像の角度幅を推定し、該推定した夫々の前記指または指示具の仮想的な影または像の角度幅と現実に観測している重複して観測された影または像の端部の角度とを用いて、前記複数の検出手段からのそれぞれの指または指示具の存在する方向の角度を算出する第1の計算手段と、
前記第1の計算手段の計算結果から前記指示入力した座標を算出する第2の計算手段とを有することを特徴とする座標入力装置。 - 前記第1の計算手段は、前記重複して観測された影または像の角度の大きい側の端部の角度からは、前記推定した夫々の前記指または指示具の仮想的な影または像の角度幅の半分の角度を減算することによって前記複数の検出手段からのそれぞれの指または指示具の存在する方向の角度を算出し、前記重複して観測された影または像の角度の小さい側の端部の角度からは、前記推定した夫々の前記指または指示具の仮想的な影または像の角度幅の半分の角度を加算することによって前記複数の検出手段からのそれぞれの指または指示具の存在する方向の角度を算出することを特徴とする請求項1に記載の座標入力装置。
- 前記第2の計算手段は、複数の前記検出手段において複数の指または指示具による指示入力に伴う影または像が互いに重複して観測された場合に、前記推定した夫々の前記指または指示具の仮想的な影または像の角度幅と前記現実に観測している重複して観測された影または像の角度幅とから、当該複数の前記検出手段における重複の度合いを求めてその重複の度合いが最も大きい検出手段を決定して、前記重複の度合いが最も大きい検出手段を前記指示入力した座標を算出するための検出手段から除いて前記指示入力した座標を算出することを特徴とする請求項1または2に記載の座標入力装置。
- 前記第2の計算手段は、前記指示入力した座標の算出から除かれた検出手段と同じ角部近傍にある他の検出手段と、他の角部近傍にある複数の検出手段のそれぞれとから前記指示入力した座標の候補を算出し、該算出された前記指示入力した座標の候補から、同じ座標を有する候補を前記指示入力した座標とすることを特徴とする請求項3に記載の座標入力装置。
- 座標入力有効領域の一辺を成す2つの角部近傍にそれぞれ複数配置され、指や指示具による指示入力に伴う影または像を検出する複数の検出手段を有し、前記指や指示具による指示入力に伴う影または像の検出に基づいて指示座標を入力する座標入力方法であって、
第1の計算手段が、それぞれの前記検出手段において複数の指または指示具による指示入力に伴う影または像が互いに重複して観測された場合に、前記指または指示具の太さデータを参照することにより重複しない場合の前記指または指示具の仮想的な影または像の角度幅を推定し、該推定した夫々の前記指または指示具の仮想的な影または像の角度幅と現実に観測している重複して観測された影または像の端部の角度とを用いて、前記複数の検出手段からのそれぞれの指または指示具の存在する方向の角度を算出する第1計算ステップと、
第2の計算手段が、前記第1計算ステップでの計算結果から前記指示入力した座標を算出する第2計算ステップとを有することを特徴とする座標入力方法。 - 前記第1計算ステップでは、前記重複して観測された影または像の角度の大きい側の端部の角度からは、前記推定した夫々の前記指または指示具の仮想的な影または像の角度幅の半分の角度を減算することによって前記複数の検出手段からのそれぞれの指または指示具の存在する方向の角度を算出し、前記重複して観測された影または像の角度の小さい側の端部の角度からは、前記推定した夫々の前記指または指示具の仮想的な影または像の角度幅の半分の角度を加算することによって前記複数の検出手段からのそれぞれの指または指示具の存在する方向の角度を算出することを特徴とする請求項5に記載の座標入力方法。
- 前記第2計算ステップでは、
複数の前記検出手段において複数の指または指示具による指示入力に伴う影または像が互いに重複して観測された場合に、前記推定した夫々の前記指または指示具の仮想的な影または像の角度幅と前記現実に観測している重複して観測された影または像の角度幅とから、当該複数の前記検出手段における重複の度合いを求めてその重複の度合いが最も大きい検出手段を決定して、前記重複の度合いが最も大きい検出手段を前記指示入力した座標を算出するための検出手段から除き、
前記指示入力した座標の算出から除かれた検出手段と同じ角部近傍にある他の検出手段と、他の角部近傍にある複数の検出手段のそれぞれとから前記指示入力した座標の候補を算出し、該算出された前記指示入力した座標の候補から、同じ座標を有する候補を前記指示入力した座標とすることを特徴とする請求項5または6に記載の座標入力方法。 - 請求項5乃至7のいずれか1項に記載の座標入力方法のステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
- 請求項8に記載のプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
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