JP4828746B2 - 座標入力装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力した座標が光学的に検出される座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、タッチパネルに触れること（タッチ）によってコンピュータなどの機器に座標を入力するタッチパネル式の座標入力装置がある。また、タッチパネル式の座標入力装置には、タッチされた座標が光学的に検出されて機器に入力する光学式の座標入力装置がある。
【０００３】
上記した光学式座標入力装置のタッチパネルは、パネル上に光を照射する光の照射部と、照射された光を受光する受光部とを備えている。光が照射されているタッチパネルに指などがタッチすると、タッチされた点（タッチ点）を通る光が受光部に受光されなくなる。このため、受光部のうちのタッチ点を通る光が受光されるべき位置で受光された光量だけが低下する。光学式座標入力装置では、光量が低下する位置を検出することによってタッチ点を通る光の光軸を特定し、タッチ点の座標の検出に利用している。
【０００４】
また、上記したタッチ点の検出において、光量が低下する位置は、受光部に入力された光の光量をＡ／Ｄ変換したディジタル値が予め定められたしきい値よりも低下した位置として検出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した座標入力装置において、タッチパネル上に照射される光は、タッチパネル面に対して垂直方向に所定の幅を持っている。このため、指などがタッチパネルにタッチする以前にも光が遮蔽されてタッチがなされたと誤検出されるおそれがある。
【０００６】
図９（ａ）〜（ｄ）は、光の幅によってタッチが実際になされる以前にタッチが検出される不具合を説明するための図である。図９（ａ）〜（ｄ）は、タッチパネル面９０１、タッチパネル面９０１上に所定の幅を持って照射される光９０２、光９０２を遮ってタッチパネル面９０１にタッチするタッチ部材（指）９０３を示している。
【０００７】
また、図９（ａ）はタッチがなされていない状態のタッチパネルと検出される光量とを示した図、図９（ｂ）は（ａ）に示した状態よりも指９０３がタッチパネル面９０１よりも近づいた状態と検出される光量を示している。図９（ｃ）は（ｂ）に示した状態よりも指９０３がタッチパネル面９０１よりも近づいた状態と検出される光量とを示し、図９（ｄ）は指９０３がタッチパネル面９０１にタッチした状態と検出される光量とを示している。図９に示した例では、検出される光量がしきい値Ｐth以下になったとき、タッチパネル面９０１に対してタッチがなされたことを検出している。
【０００８】
図９（ａ）に示した状態では、指９０３が光を遮ることがなく、光量の低下は見られない。指９０３は、タッチパネル面９０１に近づくことによって光９０２の照射幅内に入り、光９０２の一部を遮蔽する。このとき、検出される光の光量が低下しはじめる。指９０３がタッチパネルに近づくほど遮蔽される光が多くなり、検出される光量の低下が顕著になる。そして、図９（ｃ）のように、指９０３がタッチパネル面９０１に完全にタッチしていないにも関わらず光量の低下がタッチを検出するしきい値Ｐthを超えてタッチが検出されることがある。
【０００９】
ところで、例えば、タッチパネル面９０１にタッチすることによって「三」という文字をコンピュータに入力する場合、先ず、タッチパネル面９０１にタッチしてから左から右に横線を書き、いったん指９０３をタッチパネル面９０１から離して左下方に移動する。そして、再度タッチパネル面９０１にタッチして二本目の横線を書く。上記した動作の途中で指９０３がタッチパネル面９０１に完全にタッチしていないにも関わらずタッチが検出されると、コンピュータには最初に書かれた横線が二本目の横線とつながった文字が入力されることになる。
【００１０】
指がタッチの直前に光の一部を遮ったときタッチが検出されることを防ぐため、照射される光９０２の幅を極力小さくする、つまりタッチパネル面９０１の面に近接した光を照射することが考えられる。しかし、タッチパネル面９０１に近接し、しかも面と平行な光を照射するためには光学系を高い精度で調整することが必要となる。高精度の調整を必要とする座標入力装置は、大量生産することに不向きである。
【００１１】
また、タッチパネルにタッチしたときに音波や赤外光を発生する専用のペン（専用ペン）を設け、上記したタッチの誤検出を防ぐ座標入力装置がある。また、専用ペンを備える座標入力装置には、専用ペンと指や一般的なペンとを併用するために専用ペン使用モードと光の遮蔽によってタッチを検出するモードとを切り替えるスイッチを備えたものがある。
【００１２】
ただし、専用ペンと他のタッチ部材とを併用する構成では、ユーザがモード切替えの操作をする必要が生じ、この操作が煩雑である上に忘れる可能性もある。そして、ユーザが切り替えの操作を忘れた場合には、座標が適切に入力できない、あるいは専用ペンを使用したにも関わらず一般的なペンで光を遮蔽することによって座標を入力したのと同様の結果を得るといったことが起こり得る。
【００１３】
さらに、専用ペンは、一般的にペン先が押圧されることによって音波や赤外光を発する。このため、ユーザがタッチパネル以外の部位に誤って専用ペンを押しつけてしまった場合にタッチが誤検出される可能性もある。
【００１４】
本発明は、上述の問題点を解決するために成されたものであり、専用ペンと一般的なタッチ部材とを併用でき、専用ペンと一般的なタッチ部材との入力モードを自動的に切り替えることができる座標入力装置を提供することを第１の目的とする。
【００１５】
また、本発明は、専用ペンにおいてタッチを誤検出することがない座標入力装置を提供することを第２の目的とする。
【００１６】
さらに、本発明は、専用ペンを長寿命化できる座標入力装置を提供することを第３の目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に記載の発明にかかる座標入力装置は、タッチパネルと、光を出射する光源と、前記光源から出射された光を受光する受光手段と、該受光手段の受光状態に基づいて前記タッチパネルに対するタッチを検出するタッチ検出手段と、ペンの先端が押圧された際に前記ペンから出力された信号を検出するペン信号検出手段と、前記タッチ検出手段による検出結果と、前記ペン信号検出手段によって検出される信号の有無との組み合わせに基づいて、前記タッチパネルに対して前記ペンまたは前記ペン以外の物体のいずれによってタッチがなされたのかを判定する判定手段と、前記判定手段によって前記ペンまたは前記ペン以外の物体によってタッチがなされたと判定された場合に、前記受光状態に基づいてタッチがなされた点の座標を検出する座標検出手段と、を備え、前記タッチ検出手段は、前記判定手段によって前記ペンによってタッチがなされたと判定された場合、前記ペン信号検出手段が前記信号を検出した状態から該信号を検出しなくなったタイミングで前記タッチパネルに対するデタッチを検出し、前記判定手段によって前記ペン以外の物体によってタッチがなされたと判定された場合、前記受光状態に基づくタイミングで前記タッチパネルに対するデタッチを検出するように前記判定手段による判定結果に基づいてデタッチを検出するタイミングを異ならせること、を特徴とする。
【００１８】
この請求項１に記載の発明によれば、タッチ検出手段による検出結果と、ペン信号検出手段によって検出された信号との組み合わせに基づいて、タッチパネルに対して接触する部材の種別を検出することができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明にかかる座標入力装置は、タッチパネルと、光を出射する光源と、 前記光源から出射された光を受光する受光手段と、該受光手段の受光状態に基づいて前記タッチパネルに対するタッチを検出するタッチ検出手段と、ペンの先端が押圧された際に前記ペンから出力された信号を検出するペン信号検出手段と、前記タッチ検出手段による検出結果と、前記タッチ検出手段によってタッチが検出された後に前記ペン信号検出手段によって検出される信号の有無との組み合わせに基づいて、前記タッチパネルに対して前記ペンまたは前記ペン以外の物体のいずれによってタッチがなされたのかを判定する判定手段と、前記判定手段によって前記ペンまたは前記ペン以外の物体によってタッチがなされたと判定された場合に、前記受光状態に基づいてタッチがなされた点の座標を検出する座標検出手段と、を備え、前記タッチ検出手段は、前記判定手段によって前記ペンによってタッチがなされたと判定された後に、前記ペン信号検出手段が前記信号を検出した状態から該信号を検出しなくなったタイミングで前記タッチパネルに対するデタッチを検出し、前記判定手段によって前記ペン以外の物体によってタッチがなされたと判定された後に、前記受光状態に基づくタイミングで前記タッチパネルに対するデタッチを検出するように前記判定手段による判定結果に基づいてデタッチを検出するタイミングを異ならせること、を特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる座標入力装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態の座表入力装置の全体的な構成を説明するための図である。図示した座標入力装置は、タッチパネル１０１と、タッチパネル１０１に対して専用ペン１０６がタッチしたことを検出する光学ユニット１０２Ｌ、１０２Ｒと、光学ユニット１０２Ｌ、１０２Ｒの検出信号を入力し、タッチされた点（タッチ点）を算出するシステム制御部１０４を備えている。システム制御部１０４によって算出された座標は、インタフェース部１０５を介してパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと記す）１０８に入力される。
【００２８】
また、本実施の形態では、後述するように専用ペン１０６が発光する。本実施の形態の座標入力装置は、専用ペン１０６が発した光を受光してシステム制御部１０４に入力する専用ペン受信部１０７を備えている。
【００２９】
タッチパネル１０１は、光学ユニット１０２Ｌ、１０２Ｒ間を結ぶ直線と一致する辺を除く三辺に光を再帰的に反射する反射板１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを備えている。光学ユニット１０２Ｌ、１０２Ｒが照射した光は、反射板１０３ａ〜１０３ｃによって再帰的に反射され、再び光学ユニット１０２Ｌ、１０２Ｒによって受光される。
【００３０】
図２は、光学ユニット１０２Ｌ、１０２Ｒの構成（光学ユニット１０２Ｌ、１０２Ｒは同様の構成を有する）を説明するための図であって、図２（ａ）と（ｂ）とは互いに９０度異なる方向から見た光学ユニットを示している。光学ユニットは、光源（後にＬＤと記す）２０１、光源２０１から出射された光を光源２０１を要とする扇状に拡散するレンズ部２０２、反射板１０３ａ〜ｃで反射された光を受光して集光する受光レンズ２０３、受光レンズ２０３が集光した光を受光してタッチの有無を検出する光学素子（後にＣＣＤと記す）２０４、破線で示す光学軸上に配置され、出射光と反射光とを制御するハーフミラー２０５を有している。
【００３１】
図３は、専用ペン１０６を説明するための図である。専用ペン１０６は、電池３０３と、電池３０３と接触することによって電力が供給され、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）３０５を点灯させる制御部３０２と、弾性を有し、電池３０３と制御部３０２とを接触させる、あるいは離す電池接触板３０４とを備えている。
【００３２】
電池接触板３０４は、ペン先３０１が押圧されたときにペン内部に押し込まれ、電池３０３と制御部３０２を接触させる。このとき、ＬＥＤ３０５が点灯し、点灯した光信号が専用ペン受信部１０７によって無線または有線で受信される。また、ペン先３０１が押圧されなくなったときにペン先３０１の方向に戻り、電池３０３と制御部３０２とを離す。以上の構成により、専用ペン１０６は、ペン先が押圧されたときにだけ光信号を発生する。
【００３３】
図４は、以上述べた座標入力装置の構成を説明するためのブロック図である。図４の構成は、光学ユニット１０２Ｌ、光学ユニット１０２Ｒと、システム制御部１０４およびインタフェース部１０５とを合わせた機能を持つＭＢＵ（main board unit）４０１と備えている。
【００３４】
光学ユニット１０２Ｌは、光源（ＬＤ（laser diode）２０１、光源２０１を搭載する基板であるＬＤＵ（laser diode unit）４０２と、光学素子（ＣＣＤ（Charge Coupled Device)）２０４、光学素子２０４を搭載する基板であるＳＢＵ（sensor board unit）４０３を備えている。また、光学ユニット１０２Ｒも同様に、光源２０１、ＬＤＵ４０２、光学素子２０４、ＳＢＵ４０３を備えている。
【００３５】
ＭＢＵ４０１は、光学ユニット１０２Ｌ、１０２ＲのＬＤＵ４０２、ＳＢＵ４０３を制御するとともに、ＳＢＵ４０３から出力したＣＣＤ２０４が撮像した画像データを入力してタッチ点の座標を算出するＣＰＵ（Central Processing Unit)４１２を備えている。
【００３６】
また、ＭＢＵ４０１は、画像データのシェーディング補正の基準となるデータを格納しておくシェーディングメモリ４０４、４０９、ＳＢＵ４０３から出力されたアナログデータをディジタルデータに変換する、あるいは画像処理する画像処理ＬＳＩ(Ｌ)４０５、画像処理ＬＳＩ(Ｒ)４０７、ＳＢＵ４０３から出力されたアナログデータをライン毎に格納するデータ格納メモリＬ４０６、データ格納メモリＲ４０８、ＲＯＭ４１０、ＲＡＭ４１１、インタフェース部１０５を備えている。
【００３７】
上記した構成のうち、シェーディングメモリ４０４、画像処理ＬＳＩ(Ｌ)４０５、データ格納メモリＬ４０６は、光学ユニット１０２ＬのＳＢＵ４０３が出力した画像データを処理する構成である。また、シェーディングメモリ４０９、画像処理ＬＳＩ(Ｒ)４０８、データ格納メモリＲ４０７は、光学ユニット１０２ＲのＳＢＵ４０３が出力した画像データを処理する構成である。
【００３８】
また、ＲＯＭ４１０は、ＭＢＵ４０１のシステム制御に使用されるプログラムを記憶している。ＲＯＭ４１１は、ＣＰＵ１１２の処理のワークエリアに使用される。インタフェース部１０５は、ＭＢＵ４０１に組み込まれてＭＢＵ４０１と外部のＰＣ１０８との信号の授受を制御している。なお、図４の構成では、ＲＡＭ４１１とデータ格納メモリＬ４０５、データ格納メモリＲ４０７を別の構成としているが、一つのメモリを機能ごとに分割してＲＡＭ４１１、データ格納メモリＬ４０５、データ格納メモリＲ４０７を構成することもできる。
【００３９】
さらに、ＭＢＵ４０１は、専用ペン受信部１０７と接続している。専用ペン受信部１０７は、専用ペン１０６のＬＥＤ３０５が点灯して発生した光信号を受信し、ＣＰＵ４１２に入力する。ＭＢＵ４０１は、ＬＥＤ３０５がが出力した光信号に基づいて専用ペン１０６のタッチパネル１０１に対する接触および非接触を検出する。
【００４０】
次に、本実施の形態の座標入力装置の基本的な座標検出動作について説明する。ＣＰＵ４１２は、ＲＯＭ４１０から読み出されたプログラムにしたがって光学ユニット１０２Ｌ、光学ユニット１０２ＲのＬＤＵ４０２にＬＤ２０１を点灯するよう指示するＬＤ点灯信号を出力する。ＬＤ点灯信号を入力したＬＤＵ４０２は、それぞれＬＤ２０１を点灯し、タッチパネル１０１上に扇上の光が出射される。
【００４１】
出射された光は、反射板１０３ａ〜１０３ｃによって再帰的に反射され、光学ユニット１０２Ｌ、光学ユニット１０２ＲのＣＣＤ２０４に受光される。このとき、タッチパネル１０１がタッチされた場合、タッチ点を通る光が遮蔽されてＣＣＤ２０４で受光されずに像として撮影される。撮影された像のデータは、画像データとしてＭＢＵ４０１の画像処理ＬＳＩ(Ｌ)４０５、画像処理ＬＳＩ(Ｒ)４０８に入力し、ディジタルデータに変換された上にシェーディングメモリ４０４、４０９に記憶されているデータを使ってシェーディング補正される。シェーディング補正された画像データは、データ格納メモリＬ４０６、データ格納メモリＲ４０９に格納される。
【００４２】
ＣＰＵ４１２は、データ格納メモリＬ４０６、データ格納メモリＲ４０９に格納された画像データを読みだして画像データ中のディップ（光量が低下する点）を検出する。そして、画像データ中のディップからタッチ点の座標を算出する。
【００４３】
図５は、タッチ点Ｐ（ｘ，ｙ）の算出方法を説明するための図である。タッチパネル１０１上の点Ｐ(ｘ，ｙ)にタッチがなされたとき、光学ユニット１０２Ｌとタッチ点Ｐとがなす角度をθL、光学ユニット１０２Ｒとタッチ点Ｐとがなす角度をθRと表す。また、光学ユニット１０２Ｌ、光学ユニット１０２Ｒとの間の長さをＷとすると、タッチ点Ｐは、以下の式によって算出される。
ｘ＝Ｗ・ｔａｎθR／（ｔａｎθL＋ｔａｎθR） …（１）
ｙ＝Ｗ・ｔａｎθR・ｔａｎθL／（ｔａｎθL＋ｔａｎθR）…（２）
＝ｘ・ｔａｎθL …（２）’
上記した式（１）、（２）’を使って算出された座標（ｘ，ｙ）は、インタフェース部１０５を介して外部のＰＣ１０８に入力する。
【００４４】
次に、本実施の形態の座標入力装置における専用ペン１０６のタッチの検出について説明する。本実施の形態の座標入力装置は、ＣＣＤ２０４の受光状態と専用ペン１０６が発生した光信号との組み合わせに基づいて、タッチパネル１０１に対して接触するタッチ部材の種別を検出している。
【００４５】
▲１▼タッチ開始の検出
タッチパネル１０１に対してタッチを開始する場合、タッチ部材がＬＤ２０１が出射した光の一部を横切ってから比較的短い時間でタッチパネル１０１にタッチすることが知られている。このため、本実施の形態の座標入力装置は、タッチ開始時のタッチ点の検出は、常にＣＣＤ２０４が受光したデータに基づいて行うものとする。
【００４６】
▲２▼専用ペンの検出
本実施の形態の座標入力装置は、ＭＢＵ４０１が、タッチパネル１０１にタッチするタッチ部材が専用ペン１０６であるか否かをＳＢＵ４０３によって得られた画像データとＬＥＤ３０５によって出力された光信号との組み合わせに基づいて自動的に判定し、タッチ部材に応じてタッチパネル１０１に対するタッチの状態を検出している。
【００４７】
専用ペン１０６がタッチパネル１０１にタッチした場合、専用ペン１０６のＬＥＤ３０５が点灯する。専用ペン受信部１０７は、ＬＥＤ３０５の光を受信したときにＣＰＵ４１２に信号１を出力し、光を受信していない場合には信号０を出力する。
【００４８】
本実施の形態では、ＳＢＵ４０３から入力した画像データに基づいてタッチ点を検出した場合、専用ペン受信部１０７が信号１を出力しているか、または信号０を出力しているか判断する。そして、タッチ点を検出するとともにＭＢＵ４０１が専用ペン受信部１０７から信号１を入力した場合、タッチ部材が専用ペン１０６であると判断する。
【００４９】
以上述べた処理によれば、本実施の形態は、タッチ部材が専用ペン１０６であるか否かをＭＢＵ４０１が自動的に判断し、座標入力時のタッチ、タッチパネル１０１からタッチ部材が離れたこと（デタッチ）を検出する検出モードを自動的に切り替えることができる。このため、本実施の形態の座標入力装置は、ユーザがスイッチを切り替える必要がないため、より操作性を高めることができる。
【００５０】
また、本実施の形態は、ユーザの操作ミスによって専用ペンを使用しているにも関わらず一般的なタッチ部材でタッチされた場合と同様にタッチを検出するといった不具合をなくし、タッチ検出の信頼性を高めることができる。
【００５１】
さらに、本実施の形態では、画像データに基づいてタッチが検出される場合にだけ専用ペン受信部１０７が出力する信号を検出するものとする。そして、本実施の形態の座標入力装置は、専用ペン受信部１０７が信号１を出力した場合にも画像データにディップが検出されなければタッチを検出することがない。このため、専用ペン１０６がタッチパネル１０１以外の領域にタッチしたことをタッチパネル１０１に対するタッチと誤検出することを防ぐことができる。
【００５２】
上記した処理の結果、本実施の形態の座標入力装置は、専用ペン１０６でタッチパネル１０１以外の領域にタッチしてＬＥＤ３０５を点灯させた場合にも、ＰＣ１０８にタッチがなされたことを示すデータを入力することがない。このため、タッチの誤検出によってＰＣ１０８の画面の不適切な位置にカーソルが表示されたり、入力された文字や図形が変形することを防ぐことができる。
【００５３】
▲３▼デタッチの検出
本実施の形態では、以下に述べるように、専用ペン１０６を使用しているか否かによってデタッチ検出の方法を切り替えている。すなわち、専用ペン１０６を使ってタッチパネル１０１に対するタッチを行っている場合、専用ペン受信部１０７が信号０を出力したタイミングでデタッチがなされたと判断する。
【００５４】
一方、タッチ部材が専用ペン１０６でない場合、画像データに基づいてタッチパネル１０１に対するタッチ、デタッチが検出される。なお、画像データからタッチ部材のデタッチが検出された場合には、専用ペン１０６を使用しているか否かに関わらず、タッチ部材のデタッチを検出する。
【００５５】
▲４▼専用ペンによる再タッチ
画像データに基づいてタッチが検出されているとき、専用ペン受信部１０７によって出力される信号が０から１に切り換わった場合、本実施の形態の座標入力装置は、専用ペン１０６がいったんデタッチした後に再度タッチパネル１０１にタッチしたと判断する。
【００５６】
図６は、タッチパネル１０１が実際にタッチされたタイミング、ＣＣＤ２０４の受光状態に基づく画像データによるタッチの検出タイミング、専用ペン１０６によるタッチ検出のタイミングを説明するための図である。図６（ａ）は専用ペン１０６以外のものを使用してタッチパネル１０１にタッチした場合の図で、（ｂ）は専用ペン１０６を使用してタッチパネル１０１にタッチした場合の図である。また、図６（ａ）、（ｂ）のいずれにおいても、縦軸は信号ｓの出力値、横軸は時間ｔを示している。
【００５７】
図６（ａ）に示したように、タッチ部材が専用ペン１０６でない場合、専用ペン受信部１０７から信号１が出力されることはない。このため、本実施の形態の座標入力装置は、▲２▼で述べたように、ＭＢＵ４０１が専用ペン受信部１０７から信号１を入力した場合にタッチ部材が専用ペン１０６であると判断することができる。
【００５８】
また、図６（ｂ）に示したように、実際のタッチは、画像データに基づいてタッチが検出された後になされる。このため、画像データに基づいてタッチが検出された場合にだけ専用ペン受信部１０７が出力する信号を検出しても、正確なタイミングでタッチを検出することができる。
【００５９】
さらに、図６（ｂ）から明らかなように、専用ペン１０６を用いてタッチした場合、画像データからは検出されないデタッチを検出することができる（符号Ａで示す）。すなわち、専用ペン１０６によれば、他のタッチ部材よりもデタッチを高精度に検出することができ、ユーザがタッチした点の座標をより正確にコンピュータに入力することができる。本実施の形態の座標入力装置は、ユーザが検出モード切り替え操作を忘れても自動的に専用ペン１０６の使用を判断できるため、従来の構成よりも座標検出の精度および信頼性を高めることができる。
【００６０】
図７は、以上説明した座標入力装置で行われる処理を説明するためのフローチャートである。図示したフローチャートでは、先ず、ＣＣＤ２０４が受光したデータに基づいて作成された画像データによってタッチパネル１０１に対するタッチを検出する（ステップＳ７０１）。検出の結果、タッチがなされたと判断された場合（ステップＳ７０２：Ｙｅｓ）、専用ペン受信部１０７が信号１を出力したか否か判断する（ステップＳ７０３）。
【００６１】
ステップＳ７０３の判断の結果、信号１が出力された場合（ステップＳ７０３：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１１２は、タッチパネル１０１にタッチがなされたと判断する（ステップＳ７０４）。そして、ＣＰＵ１１２は、画像データにシェーディング補正などの処理を施すと共に画像データに基づいてタッチ点の座標を算出する（ステップＳ７０５）。さらに、算出された座標を外部のＰＣ１０８に送出し、処理を終了する。
【００６２】
また、ステップＳ７０２において、タッチが検出されなかった場合（ステップＳ７０２：Ｎｏ）、前回のタッチ検出でタッチが検出されたか否か判断する（ステップＳ７０８）。判断の結果、タッチが検出されていなかった場合には（ステップＳ７０８：Ｎｏ）、再度画像データからタッチを検出する処理に戻る（ステップＳ７０１）。
【００６３】
一方、ステップＳ７０８において、前回の検出でタッチが検出されていたと判断された場合（ステップＳ７０８：Ｙｅｓ）、タッチ部材が前回のタッチ点から離されたと判定する（ステップＳ７０９）。そして、前回のタッチで検出されたタッチ点の座標をセットし（ステップＳ７１０）、ＰＣ１０８に送出する（ステップＳ７０６）。
【００６４】
また、ステップＳ７０３において、専用ペン受信部１０７が信号１を出力しなかったと判断された場合（ステップＳ７０３：Ｎｏ）、前回のタッチにおいても専用ペン受信部１０７が信号０を出力したか否か判断する（ステップＳ７０７）。判断の結果、前回も信号０が出力されていた場合（ステップＳ７０７：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１１２は、タッチパネル１０１にタッチがなされたと判断する（ステップＳ７０４）。このとき、ＣＰＵ１２１は、タッチ部材が専用ペン１０６以外の部材であるとして画像データに基づくタイミングでタッチを検出することになる。
【００６５】
また、ステップＳ７０７において、前回のタッチで専用ペン受信部１０７が信号０を出力しなかったと判断された場合（ステップＳ７０７：Ｎｏ）、前回のタッチ点から専用ペン１０６が離されたと判定する（ステップＳ７０９）。そして、前回のタッチで検出されたタッチ点の座標をセットし（ステップＳ７１０）、ＰＣ１０８に送出する（ステップＳ７０６）。なお、このとき、ＣＰＵ１１２は、タッチ部材が専用ペン１０６であるとして専用ペン１０６が光信号を出力するタイミングでタッチ、デタッチを検出する。
【００６６】
以上述べた本実施の形態の座標入力装置は、タッチパネルに対するタッチ開始時にはＣＣＤの受光データに基づく画像データによってタッチを検出する。そして、以降は画像データと専用ペンが出力する信号との組み合わせによってタッチ検出に使用する情報を画像データまたは専用ペンの信号のいずれかに切り替える。このため、専用ペン、一般的なタッチ部材（指や通常のペンなど）のいずれを用いても座標を入力することができる。したがって、本実施の形態の座標入力装置は、専用ペンを使用したときに高精度にタッチを座標を検出する性能を有しながら、専用ペンがユーザの周囲にない場合にも使用することができる。
【００６７】
また、本実施の形態は、専用ペンを備えているため、ＣＣＤが出射する光の幅やタッチパネルとの距離を特に高精度に調整する必要がなく、座標入力装置の生産性を高めることができる。さらに、タッチ、デタッチを高精度に検出できるため、外部の機器に入力される文字がつながったり座標が変形したりすることがない。
【００６８】
なお、本発明は以上述べた実施の形態に限定されるものではない。すなわち、上記した実施の形態では、専用ペンがＬＥＤを点灯させて光信号を発生するものとした。しかし、専用ペンが出力する信号は光信号に限定されるものでなく、例えば赤外光や音波を利用した信号であってもよい。
【００６９】
また、本発明の座標入力装置は、専用ペンが出力する信号を専用ペンの受信部を通してＭＢＵに入力するものに限定されるものでなく、ＭＢＵに信号を受信する構成を搭載し、ＭＢＵが信号を直接入力するものであってもよい。
【００７０】
ところで、専用ペンは、ペン先がタッチパネルから離れると電池接触板が電池から離れてしまって制御部に電力が供給されなくなる。しかし、文字などを書いている間にはいったんタッチパネルから離れたペン先がすぐにタッチパネルに接触することが多い。このとき、専用ペンの制御部が出力するペン先がタッチパネルから離れたことを示す信号がふらついてノイズのように観測され、タッチ、あるいはデタッチが誤検出されるおそれがある。信号がふらつく可能性のある部分を、図８に符号Ｂを付して示す。
【００７１】
上記した不具合を防ぐため、本発明は、専用ペンにコンデンサなどの電力を蓄えておく構成を設け、電池が制御部と離れても一定時間制御部に電力を供給するようこともできる。制御部に電力を供給する一定時間は、一般的に人が文字を書いている最中にある点から次の点に移る時間に応じて決定され、最低１００ｍｓｅｃ電力を供給しておくことが望ましい。また、この電力の供給は、図８中のＢで示したタイミングでなされる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、タッチ検出手段による検出結果とペンが出力する信号との組み合わせに基づいて、タッチパネルに対して接触する部材の種別を自動的に検出することができる座標入力装置を提供することができるという効果を奏する。
【００７３】
また、請求項１に記載の発明は、信号を出力できるペンと一般的な部材（指や一般的なペン）とのいずれでもタッチの有無を検出することができる。さらに、信号を出力できるペンを備えたために光源が出射する光を特に高い精度で調整しなくても正確にタッチが検出できる、量産に適した座標入力装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の座表入力装置の全体的な構成を説明するための図である。
【図２】図１に示した光学ユニットを説明するための図である。
【図３】図１に示した専用ペンを説明するための図である。
【図４】本発明の一実施の形態の座標入力装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図５】タッチ点の算出方法を説明するための図である。
【図６】タッチパネルが実際にタッチされたタイミング、ＣＣＤの受光状態に基づく画像データによるタッチの検出タイミング、専用ペンによるタッチ検出のタイミングを説明するための図である。
【図７】本発明の一実施の形態の座標入力装置で行われる処理を説明するためのフローチャートである。
【図８】タッチパネルが実際にタッチされたタイミング、ＣＣＤの受光状態に基づく画像データによるタッチの検出タイミング、専用ペンによるタッチ検出のタイミングにおいて、信号がふらつく部位を説明するための図である。
【図９】従来技術の欠点を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１ タッチパネル
１０２Ｌ 光学ユニット
１０２Ｒ 光学ユニット
１０３ａ〜ｃ 反射板
１０４ システム制御部
１０５ インタフェース部
１０６ 専用ペン
１０７ 専用ペン受信部
２０１ 光源（ＬＤ）
２０２ レンズ部
２０３ 受光レンズ
２０４ 光学素子（ＣＣＤ）
２０５ ハーフミラー
３０１ ペン先
３０２ 制御部
３０３ 電池
３０４ 電池接触板
４０１ ＭＢＵ
４０２ ＬＤＵ
４０３ ＳＢＵ
４０４、４０９ シェーディングメモリ
４０５ 画像処理ＬＳＩ（Ｌ）
４０６ データ格納メモリＬ
４０７ データ格納メモリＲ
４０８ 画像処理ＬＳＩ（Ｒ）
４１０ ＲＯＭ
４１１ ＲＡＭ
４１２ ＣＰＵ
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力した座標が光学的に検出される座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、タッチパネルに触れること（タッチ）によってコンピュータなどの機器に座標を入力するタッチパネル式の座標入力装置がある。また、タッチパネル式の座標入力装置には、タッチされた座標が光学的に検出されて機器に入力する光学式の座標入力装置がある。
【０００３】
上記した光学式座標入力装置のタッチパネルは、パネル上に光を照射する光の照射部と、照射された光を受光する受光部とを備えている。光が照射されているタッチパネルに指などがタッチすると、タッチされた点（タッチ点）を通る光が受光部に受光されなくなる。このため、受光部のうちのタッチ点を通る光が受光されるべき位置で受光された光量だけが低下する。光学式座標入力装置では、光量が低下する位置を検出することによってタッチ点を通る光の光軸を特定し、タッチ点の座標の検出に利用している。
【０００４】
また、上記したタッチ点の検出において、光量が低下する位置は、受光部に入力された光の光量をＡ／Ｄ変換したディジタル値が予め定められたしきい値よりも低下した位置として検出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した座標入力装置において、タッチパネル上に照射される光は、タッチパネル面に対して垂直方向に所定の幅を持っている。このため、指などがタッチパネルにタッチする以前にも光が遮蔽されてタッチがなされたと誤検出されるおそれがある。
【０００６】
図９（ａ）〜（ｄ）は、光の幅によってタッチが実際になされる以前にタッチが検出される不具合を説明するための図である。図９（ａ）〜（ｄ）は、タッチパネル面９０１、タッチパネル面９０１上に所定の幅を持って照射される光９０２、光９０２を遮ってタッチパネル面９０１にタッチするタッチ部材（指）９０３を示している。
【０００７】
また、図９（ａ）はタッチがなされていない状態のタッチパネルと検出される光量とを示した図、図９（ｂ）は（ａ）に示した状態よりも指９０３がタッチパネル面９０１よりも近づいた状態と検出される光量を示している。図９（ｃ）は（ｂ）に示した状態よりも指９０３がタッチパネル面９０１よりも近づいた状態と検出される光量とを示し、図９（ｄ）は指９０３がタッチパネル面９０１にタッチした状態と検出される光量とを示している。図９に示した例では、検出される光量がしきい値Ｐth以下になったとき、タッチパネル面９０１に対してタッチがなされたことを検出している。
【０００８】
図９（ａ）に示した状態では、指９０３が光を遮ることがなく、光量の低下は見られない。指９０３は、タッチパネル面９０１に近づくことによって光９０２の照射幅内に入り、光９０２の一部を遮蔽する。このとき、検出される光の光量が低下しはじめる。指９０３がタッチパネルに近づくほど遮蔽される光が多くなり、検出される光量の低下が顕著になる。そして、図９（ｃ）のように、指９０３がタッチパネル面９０１に完全にタッチしていないにも関わらず光量の低下がタッチを検出するしきい値Ｐthを超えてタッチが検出されることがある。
【０００９】
ところで、例えば、タッチパネル面９０１にタッチすることによって「三」という文字をコンピュータに入力する場合、先ず、タッチパネル面９０１にタッチしてから左から右に横線を書き、いったん指９０３をタッチパネル面９０１から離して左下方に移動する。そして、再度タッチパネル面９０１にタッチして二本目の横線を書く。上記した動作の途中で指９０３がタッチパネル面９０１に完全にタッチしていないにも関わらずタッチが検出されると、コンピュータには最初に書かれた横線が二本目の横線とつながった文字が入力されることになる。
【００１０】
指がタッチの直前に光の一部を遮ったときタッチが検出されることを防ぐため、照射される光９０２の幅を極力小さくする、つまりタッチパネル面９０１の面に近接した光を照射することが考えられる。しかし、タッチパネル面９０１に近接し、しかも面と平行な光を照射するためには光学系を高い精度で調整することが必要となる。高精度の調整を必要とする座標入力装置は、大量生産することに不向きである。
【００１１】
また、タッチパネルにタッチしたときに音波や赤外光を発生する専用のペン（専用ペン）を設け、上記したタッチの誤検出を防ぐ座標入力装置がある。また、専用ペンを備える座標入力装置には、専用ペンと指や一般的なペンとを併用するために専用ペン使用モードと光の遮蔽によってタッチを検出するモードとを切り替えるスイッチを備えたものがある。
【００１２】
ただし、専用ペンと他のタッチ部材とを併用する構成では、ユーザがモード切替えの操作をする必要が生じ、この操作が煩雑である上に忘れる可能性もある。そして、ユーザが切り替えの操作を忘れた場合には、座標が適切に入力できない、あるいは専用ペンを使用したにも関わらず一般的なペンで光を遮蔽することによって座標を入力したのと同様の結果を得るといったことが起こり得る。
【００１３】
さらに、専用ペンは、一般的にペン先が押圧されることによって音波や赤外光を発する。このため、ユーザがタッチパネル以外の部位に誤って専用ペンを押しつけてしまった場合にタッチが誤検出される可能性もある。
【００１４】
本発明は、上述の問題点を解決するために成されたものであり、専用ペンと一般的なタッチ部材とを併用でき、専用ペンと一般的なタッチ部材との入力モードを自動的に切り替えることができる座標入力装置を提供することを第１の目的とする。
【００１５】
また、本発明は、専用ペンにおいてタッチを誤検出することがない座標入力装置を提供することを第２の目的とする。
【００１６】
さらに、本発明は、専用ペンを長寿命化できる座標入力装置を提供することを第３の目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に記載の発明にかかる座標入力装置は、タッチパネルと、光を出射する光源と、前記光源から出射された光を受光する受光手段と、該受光手段の受光状態に基づいて前記タッチパネルに対するタッチを検出するタッチ検出手段と、ペンの先端が押圧された際に前記ペンから出力された信号を検出するペン信号検出手段と、前記タッチ検出手段による検出結果と、前記ペン信号検出手段によって検出される信号の有無との組み合わせに基づいて、前記タッチパネルに対して前記ペンまたは前記ペン以外の物体のいずれによってタッチがなされたのかを判定する判定手段と、前記判定手段によって前記ペンまたは前記ペン以外の物体によってタッチがなされたと判定された場合に、前記受光状態に基づいてタッチがなされた点の座標を検出する座標検出手段と、を備え、前記タッチ検出手段は、前記判定手段によって前記ペンによってタッチがなされたと判定された場合、前記ペン信号検出手段が前記信号を検出した状態から該信号を検出しなくなったタイミングで前記タッチパネルに対するデタッチを検出し、前記判定手段によって前記ペン以外の物体によってタッチがなされたと判定された場合、前記受光状態に基づくタイミングで前記タッチパネルに対するデタッチを検出するように前記判定手段による判定結果に基づいてデタッチを検出するタイミングを異ならせること、を特徴とする。
【００１８】
この請求項１に記載の発明によれば、タッチ検出手段による検出結果と、ペン信号検出手段によって検出された信号との組み合わせに基づいて、タッチパネルに対して接触する部材の種別を検出することができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明にかかる座標入力装置は、タッチパネルと、光を出射する光源と、 前記光源から出射された光を受光する受光手段と、該受光手段の受光状態に基づいて前記タッチパネルに対するタッチを検出するタッチ検出手段と、ペンの先端が押圧された際に前記ペンから出力された信号を検出するペン信号検出手段と、前記タッチ検出手段による検出結果と、前記タッチ検出手段によってタッチが検出された後に前記ペン信号検出手段によって検出される信号の有無との組み合わせに基づいて、前記タッチパネルに対して前記ペンまたは前記ペン以外の物体のいずれによってタッチがなされたのかを判定する判定手段と、前記判定手段によって前記ペンまたは前記ペン以外の物体によってタッチがなされたと判定された場合に、前記受光状態に基づいてタッチがなされた点の座標を検出する座標検出手段と、を備え、前記タッチ検出手段は、前記判定手段によって前記ペンによってタッチがなされたと判定された後に、前記ペン信号検出手段が前記信号を検出した状態から該信号を検出しなくなったタイミングで前記タッチパネルに対するデタッチを検出し、前記判定手段によって前記ペン以外の物体によってタッチがなされたと判定された後に、前記受光状態に基づくタイミングで前記タッチパネルに対するデタッチを検出するように前記判定手段による判定結果に基づいてデタッチを検出するタイミングを異ならせること、を特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる座標入力装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態の座表入力装置の全体的な構成を説明するための図である。図示した座標入力装置は、タッチパネル１０１と、タッチパネル１０１に対して専用ペン１０６がタッチしたことを検出する光学ユニット１０２Ｌ、１０２Ｒと、光学ユニット１０２Ｌ、１０２Ｒの検出信号を入力し、タッチされた点（タッチ点）を算出するシステム制御部１０４を備えている。システム制御部１０４によって算出された座標は、インタフェース部１０５を介してパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと記す）１０８に入力される。
【００２８】
また、本実施の形態では、後述するように専用ペン１０６が発光する。本実施の形態の座標入力装置は、専用ペン１０６が発した光を受光してシステム制御部１０４に入力する専用ペン受信部１０７を備えている。
【００２９】
タッチパネル１０１は、光学ユニット１０２Ｌ、１０２Ｒ間を結ぶ直線と一致する辺を除く三辺に光を再帰的に反射する反射板１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを備えている。光学ユニット１０２Ｌ、１０２Ｒが照射した光は、反射板１０３ａ〜１０３ｃによって再帰的に反射され、再び光学ユニット１０２Ｌ、１０２Ｒによって受光される。
【００３０】
図２は、光学ユニット１０２Ｌ、１０２Ｒの構成（光学ユニット１０２Ｌ、１０２Ｒは同様の構成を有する）を説明するための図であって、図２（ａ）と（ｂ）とは互いに９０度異なる方向から見た光学ユニットを示している。光学ユニットは、光源（後にＬＤと記す）２０１、光源２０１から出射された光を光源２０１を要とする扇状に拡散するレンズ部２０２、反射板１０３ａ〜ｃで反射された光を受光して集光する受光レンズ２０３、受光レンズ２０３が集光した光を受光してタッチの有無を検出する光学素子（後にＣＣＤと記す）２０４、破線で示す光学軸上に配置され、出射光と反射光とを制御するハーフミラー２０５を有している。
【００３１】
図３は、専用ペン１０６を説明するための図である。専用ペン１０６は、電池３０３と、電池３０３と接触することによって電力が供給され、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）３０５を点灯させる制御部３０２と、弾性を有し、電池３０３と制御部３０２とを接触させる、あるいは離す電池接触板３０４とを備えている。
【００３２】
電池接触板３０４は、ペン先３０１が押圧されたときにペン内部に押し込まれ、電池３０３と制御部３０２を接触させる。このとき、ＬＥＤ３０５が点灯し、点灯した光信号が専用ペン受信部１０７によって無線または有線で受信される。また、ペン先３０１が押圧されなくなったときにペン先３０１の方向に戻り、電池３０３と制御部３０２とを離す。以上の構成により、専用ペン１０６は、ペン先が押圧されたときにだけ光信号を発生する。
【００３３】
図４は、以上述べた座標入力装置の構成を説明するためのブロック図である。図４の構成は、光学ユニット１０２Ｌ、光学ユニット１０２Ｒと、システム制御部１０４およびインタフェース部１０５とを合わせた機能を持つＭＢＵ（main board unit）４０１と備えている。
【００３４】
光学ユニット１０２Ｌは、光源（ＬＤ（laser diode）２０１、光源２０１を搭載する基板であるＬＤＵ（laser diode unit）４０２と、光学素子（ＣＣＤ（Charge Coupled Device)）２０４、光学素子２０４を搭載する基板であるＳＢＵ（sensor board unit）４０３を備えている。また、光学ユニット１０２Ｒも同様に、光源２０１、ＬＤＵ４０２、光学素子２０４、ＳＢＵ４０３を備えている。
【００３５】
ＭＢＵ４０１は、光学ユニット１０２Ｌ、１０２ＲのＬＤＵ４０２、ＳＢＵ４０３を制御するとともに、ＳＢＵ４０３から出力したＣＣＤ２０４が撮像した画像データを入力してタッチ点の座標を算出するＣＰＵ（Central Processing Unit)４１２を備えている。
【００３６】
また、ＭＢＵ４０１は、画像データのシェーディング補正の基準となるデータを格納しておくシェーディングメモリ４０４、４０９、ＳＢＵ４０３から出力されたアナログデータをディジタルデータに変換する、あるいは画像処理する画像処理ＬＳＩ(Ｌ)４０５、画像処理ＬＳＩ(Ｒ)４０７、ＳＢＵ４０３から出力されたアナログデータをライン毎に格納するデータ格納メモリＬ４０６、データ格納メモリＲ４０８、ＲＯＭ４１０、ＲＡＭ４１１、インタフェース部１０５を備えている。
【００３７】
上記した構成のうち、シェーディングメモリ４０４、画像処理ＬＳＩ(Ｌ)４０５、データ格納メモリＬ４０６は、光学ユニット１０２ＬのＳＢＵ４０３が出力した画像データを処理する構成である。また、シェーディングメモリ４０９、画像処理ＬＳＩ(Ｒ)４０８、データ格納メモリＲ４０７は、光学ユニット１０２ＲのＳＢＵ４０３が出力した画像データを処理する構成である。
【００３８】
また、ＲＯＭ４１０は、ＭＢＵ４０１のシステム制御に使用されるプログラムを記憶している。ＲＯＭ４１１は、ＣＰＵ１１２の処理のワークエリアに使用される。インタフェース部１０５は、ＭＢＵ４０１に組み込まれてＭＢＵ４０１と外部のＰＣ１０８との信号の授受を制御している。なお、図４の構成では、ＲＡＭ４１１とデータ格納メモリＬ４０５、データ格納メモリＲ４０７を別の構成としているが、一つのメモリを機能ごとに分割してＲＡＭ４１１、データ格納メモリＬ４０５、データ格納メモリＲ４０７を構成することもできる。
【００３９】
さらに、ＭＢＵ４０１は、専用ペン受信部１０７と接続している。専用ペン受信部１０７は、専用ペン１０６のＬＥＤ３０５が点灯して発生した光信号を受信し、ＣＰＵ４１２に入力する。ＭＢＵ４０１は、ＬＥＤ３０５がが出力した光信号に基づいて専用ペン１０６のタッチパネル１０１に対する接触および非接触を検出する。
【００４０】
次に、本実施の形態の座標入力装置の基本的な座標検出動作について説明する。ＣＰＵ４１２は、ＲＯＭ４１０から読み出されたプログラムにしたがって光学ユニット１０２Ｌ、光学ユニット１０２ＲのＬＤＵ４０２にＬＤ２０１を点灯するよう指示するＬＤ点灯信号を出力する。ＬＤ点灯信号を入力したＬＤＵ４０２は、それぞれＬＤ２０１を点灯し、タッチパネル１０１上に扇上の光が出射される。
【００４１】
出射された光は、反射板１０３ａ〜１０３ｃによって再帰的に反射され、光学ユニット１０２Ｌ、光学ユニット１０２ＲのＣＣＤ２０４に受光される。このとき、タッチパネル１０１がタッチされた場合、タッチ点を通る光が遮蔽されてＣＣＤ２０４で受光されずに像として撮影される。撮影された像のデータは、画像データとしてＭＢＵ４０１の画像処理ＬＳＩ(Ｌ)４０５、画像処理ＬＳＩ(Ｒ)４０８に入力し、ディジタルデータに変換された上にシェーディングメモリ４０４、４０９に記憶されているデータを使ってシェーディング補正される。シェーディング補正された画像データは、データ格納メモリＬ４０６、データ格納メモリＲ４０９に格納される。
【００４２】
ＣＰＵ４１２は、データ格納メモリＬ４０６、データ格納メモリＲ４０９に格納された画像データを読みだして画像データ中のディップ（光量が低下する点）を検出する。そして、画像データ中のディップからタッチ点の座標を算出する。
【００４３】
図５は、タッチ点Ｐ（ｘ，ｙ）の算出方法を説明するための図である。タッチパネル１０１上の点Ｐ(ｘ，ｙ)にタッチがなされたとき、光学ユニット１０２Ｌとタッチ点Ｐとがなす角度をθL、光学ユニット１０２Ｒとタッチ点Ｐとがなす角度をθRと表す。また、光学ユニット１０２Ｌ、光学ユニット１０２Ｒとの間の長さをＷとすると、タッチ点Ｐは、以下の式によって算出される。
ｘ＝Ｗ・ｔａｎθR／（ｔａｎθL＋ｔａｎθR） …（１）
ｙ＝Ｗ・ｔａｎθR・ｔａｎθL／（ｔａｎθL＋ｔａｎθR）…（２）
＝ｘ・ｔａｎθL …（２）’
上記した式（１）、（２）’を使って算出された座標（ｘ，ｙ）は、インタフェース部１０５を介して外部のＰＣ１０８に入力する。
【００４４】
次に、本実施の形態の座標入力装置における専用ペン１０６のタッチの検出について説明する。本実施の形態の座標入力装置は、ＣＣＤ２０４の受光状態と専用ペン１０６が発生した光信号との組み合わせに基づいて、タッチパネル１０１に対して接触するタッチ部材の種別を検出している。
【００４５】
▲１▼タッチ開始の検出
タッチパネル１０１に対してタッチを開始する場合、タッチ部材がＬＤ２０１が出射した光の一部を横切ってから比較的短い時間でタッチパネル１０１にタッチすることが知られている。このため、本実施の形態の座標入力装置は、タッチ開始時のタッチ点の検出は、常にＣＣＤ２０４が受光したデータに基づいて行うものとする。
【００４６】
▲２▼専用ペンの検出
本実施の形態の座標入力装置は、ＭＢＵ４０１が、タッチパネル１０１にタッチするタッチ部材が専用ペン１０６であるか否かをＳＢＵ４０３によって得られた画像データとＬＥＤ３０５によって出力された光信号との組み合わせに基づいて自動的に判定し、タッチ部材に応じてタッチパネル１０１に対するタッチの状態を検出している。
【００４７】
専用ペン１０６がタッチパネル１０１にタッチした場合、専用ペン１０６のＬＥＤ３０５が点灯する。専用ペン受信部１０７は、ＬＥＤ３０５の光を受信したときにＣＰＵ４１２に信号１を出力し、光を受信していない場合には信号０を出力する。
【００４８】
本実施の形態では、ＳＢＵ４０３から入力した画像データに基づいてタッチ点を検出した場合、専用ペン受信部１０７が信号１を出力しているか、または信号０を出力しているか判断する。そして、タッチ点を検出するとともにＭＢＵ４０１が専用ペン受信部１０７から信号１を入力した場合、タッチ部材が専用ペン１０６であると判断する。
【００４９】
以上述べた処理によれば、本実施の形態は、タッチ部材が専用ペン１０６であるか否かをＭＢＵ４０１が自動的に判断し、座標入力時のタッチ、タッチパネル１０１からタッチ部材が離れたこと（デタッチ）を検出する検出モードを自動的に切り替えることができる。このため、本実施の形態の座標入力装置は、ユーザがスイッチを切り替える必要がないため、より操作性を高めることができる。
【００５０】
また、本実施の形態は、ユーザの操作ミスによって専用ペンを使用しているにも関わらず一般的なタッチ部材でタッチされた場合と同様にタッチを検出するといった不具合をなくし、タッチ検出の信頼性を高めることができる。
【００５１】
さらに、本実施の形態では、画像データに基づいてタッチが検出される場合にだけ専用ペン受信部１０７が出力する信号を検出するものとする。そして、本実施の形態の座標入力装置は、専用ペン受信部１０７が信号１を出力した場合にも画像データにディップが検出されなければタッチを検出することがない。このため、専用ペン１０６がタッチパネル１０１以外の領域にタッチしたことをタッチパネル１０１に対するタッチと誤検出することを防ぐことができる。
【００５２】
上記した処理の結果、本実施の形態の座標入力装置は、専用ペン１０６でタッチパネル１０１以外の領域にタッチしてＬＥＤ３０５を点灯させた場合にも、ＰＣ１０８にタッチがなされたことを示すデータを入力することがない。このため、タッチの誤検出によってＰＣ１０８の画面の不適切な位置にカーソルが表示されたり、入力された文字や図形が変形することを防ぐことができる。
【００５３】
▲３▼デタッチの検出
本実施の形態では、以下に述べるように、専用ペン１０６を使用しているか否かによってデタッチ検出の方法を切り替えている。すなわち、専用ペン１０６を使ってタッチパネル１０１に対するタッチを行っている場合、専用ペン受信部１０７が信号０を出力したタイミングでデタッチがなされたと判断する。
【００５４】
一方、タッチ部材が専用ペン１０６でない場合、画像データに基づいてタッチパネル１０１に対するタッチ、デタッチが検出される。なお、画像データからタッチ部材のデタッチが検出された場合には、専用ペン１０６を使用しているか否かに関わらず、タッチ部材のデタッチを検出する。
【００５５】
▲４▼専用ペンによる再タッチ
画像データに基づいてタッチが検出されているとき、専用ペン受信部１０７によって出力される信号が０から１に切り換わった場合、本実施の形態の座標入力装置は、専用ペン１０６がいったんデタッチした後に再度タッチパネル１０１にタッチしたと判断する。
【００５６】
図６は、タッチパネル１０１が実際にタッチされたタイミング、ＣＣＤ２０４の受光状態に基づく画像データによるタッチの検出タイミング、専用ペン１０６によるタッチ検出のタイミングを説明するための図である。図６（ａ）は専用ペン１０６以外のものを使用してタッチパネル１０１にタッチした場合の図で、（ｂ）は専用ペン１０６を使用してタッチパネル１０１にタッチした場合の図である。また、図６（ａ）、（ｂ）のいずれにおいても、縦軸は信号ｓの出力値、横軸は時間ｔを示している。
【００５７】
図６（ａ）に示したように、タッチ部材が専用ペン１０６でない場合、専用ペン受信部１０７から信号１が出力されることはない。このため、本実施の形態の座標入力装置は、▲２▼で述べたように、ＭＢＵ４０１が専用ペン受信部１０７から信号１を入力した場合にタッチ部材が専用ペン１０６であると判断することができる。
【００５８】
また、図６（ｂ）に示したように、実際のタッチは、画像データに基づいてタッチが検出された後になされる。このため、画像データに基づいてタッチが検出された場合にだけ専用ペン受信部１０７が出力する信号を検出しても、正確なタイミングでタッチを検出することができる。
【００５９】
さらに、図６（ｂ）から明らかなように、専用ペン１０６を用いてタッチした場合、画像データからは検出されないデタッチを検出することができる（符号Ａで示す）。すなわち、専用ペン１０６によれば、他のタッチ部材よりもデタッチを高精度に検出することができ、ユーザがタッチした点の座標をより正確にコンピュータに入力することができる。本実施の形態の座標入力装置は、ユーザが検出モード切り替え操作を忘れても自動的に専用ペン１０６の使用を判断できるため、従来の構成よりも座標検出の精度および信頼性を高めることができる。
【００６０】
図７は、以上説明した座標入力装置で行われる処理を説明するためのフローチャートである。図示したフローチャートでは、先ず、ＣＣＤ２０４が受光したデータに基づいて作成された画像データによってタッチパネル１０１に対するタッチを検出する（ステップＳ７０１）。検出の結果、タッチがなされたと判断された場合（ステップＳ７０２：Ｙｅｓ）、専用ペン受信部１０７が信号１を出力したか否か判断する（ステップＳ７０３）。
【００６１】
ステップＳ７０３の判断の結果、信号１が出力された場合（ステップＳ７０３：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１１２は、タッチパネル１０１にタッチがなされたと判断する（ステップＳ７０４）。そして、ＣＰＵ１１２は、画像データにシェーディング補正などの処理を施すと共に画像データに基づいてタッチ点の座標を算出する（ステップＳ７０５）。さらに、算出された座標を外部のＰＣ１０８に送出し、処理を終了する。
【００６２】
また、ステップＳ７０２において、タッチが検出されなかった場合（ステップＳ７０２：Ｎｏ）、前回のタッチ検出でタッチが検出されたか否か判断する（ステップＳ７０８）。判断の結果、タッチが検出されていなかった場合には（ステップＳ７０８：Ｎｏ）、再度画像データからタッチを検出する処理に戻る（ステップＳ７０１）。
【００６３】
一方、ステップＳ７０８において、前回の検出でタッチが検出されていたと判断された場合（ステップＳ７０８：Ｙｅｓ）、タッチ部材が前回のタッチ点から離されたと判定する（ステップＳ７０９）。そして、前回のタッチで検出されたタッチ点の座標をセットし（ステップＳ７１０）、ＰＣ１０８に送出する（ステップＳ７０６）。
【００６４】
また、ステップＳ７０３において、専用ペン受信部１０７が信号１を出力しなかったと判断された場合（ステップＳ７０３：Ｎｏ）、前回のタッチにおいても専用ペン受信部１０７が信号０を出力したか否か判断する（ステップＳ７０７）。判断の結果、前回も信号０が出力されていた場合（ステップＳ７０７：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ１１２は、タッチパネル１０１にタッチがなされたと判断する（ステップＳ７０４）。このとき、ＣＰＵ１２１は、タッチ部材が専用ペン１０６以外の部材であるとして画像データに基づくタイミングでタッチを検出することになる。
【００６５】
また、ステップＳ７０７において、前回のタッチで専用ペン受信部１０７が信号０を出力しなかったと判断された場合（ステップＳ７０７：Ｎｏ）、前回のタッチ点から専用ペン１０６が離されたと判定する（ステップＳ７０９）。そして、前回のタッチで検出されたタッチ点の座標をセットし（ステップＳ７１０）、ＰＣ１０８に送出する（ステップＳ７０６）。なお、このとき、ＣＰＵ１１２は、タッチ部材が専用ペン１０６であるとして専用ペン１０６が光信号を出力するタイミングでタッチ、デタッチを検出する。
【００６６】
以上述べた本実施の形態の座標入力装置は、タッチパネルに対するタッチ開始時にはＣＣＤの受光データに基づく画像データによってタッチを検出する。そして、以降は画像データと専用ペンが出力する信号との組み合わせによってタッチ検出に使用する情報を画像データまたは専用ペンの信号のいずれかに切り替える。このため、専用ペン、一般的なタッチ部材（指や通常のペンなど）のいずれを用いても座標を入力することができる。したがって、本実施の形態の座標入力装置は、専用ペンを使用したときに高精度にタッチを座標を検出する性能を有しながら、専用ペンがユーザの周囲にない場合にも使用することができる。
【００６７】
また、本実施の形態は、専用ペンを備えているため、ＣＣＤが出射する光の幅やタッチパネルとの距離を特に高精度に調整する必要がなく、座標入力装置の生産性を高めることができる。さらに、タッチ、デタッチを高精度に検出できるため、外部の機器に入力される文字がつながったり座標が変形したりすることがない。
【００６８】
なお、本発明は以上述べた実施の形態に限定されるものではない。すなわち、上記した実施の形態では、専用ペンがＬＥＤを点灯させて光信号を発生するものとした。しかし、専用ペンが出力する信号は光信号に限定されるものでなく、例えば赤外光や音波を利用した信号であってもよい。
【００６９】
また、本発明の座標入力装置は、専用ペンが出力する信号を専用ペンの受信部を通してＭＢＵに入力するものに限定されるものでなく、ＭＢＵに信号を受信する構成を搭載し、ＭＢＵが信号を直接入力するものであってもよい。
【００７０】
ところで、専用ペンは、ペン先がタッチパネルから離れると電池接触板が電池から離れてしまって制御部に電力が供給されなくなる。しかし、文字などを書いている間にはいったんタッチパネルから離れたペン先がすぐにタッチパネルに接触することが多い。このとき、専用ペンの制御部が出力するペン先がタッチパネルから離れたことを示す信号がふらついてノイズのように観測され、タッチ、あるいはデタッチが誤検出されるおそれがある。信号がふらつく可能性のある部分を、図８に符号Ｂを付して示す。
【００７１】
上記した不具合を防ぐため、本発明は、専用ペンにコンデンサなどの電力を蓄えておく構成を設け、電池が制御部と離れても一定時間制御部に電力を供給するようこともできる。制御部に電力を供給する一定時間は、一般的に人が文字を書いている最中にある点から次の点に移る時間に応じて決定され、最低１００ｍｓｅｃ電力を供給しておくことが望ましい。また、この電力の供給は、図８中のＢで示したタイミングでなされる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、タッチ検出手段による検出結果とペンが出力する信号との組み合わせに基づいて、タッチパネルに対して接触する部材の種別を自動的に検出することができる座標入力装置を提供することができるという効果を奏する。
【００７３】
また、請求項１に記載の発明は、信号を出力できるペンと一般的な部材（指や一般的なペン）とのいずれでもタッチの有無を検出することができる。さらに、信号を出力できるペンを備えたために光源が出射する光を特に高い精度で調整しなくても正確にタッチが検出できる、量産に適した座標入力装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の座表入力装置の全体的な構成を説明するための図である。
【図２】図１に示した光学ユニットを説明するための図である。
【図３】図１に示した専用ペンを説明するための図である。
【図４】本発明の一実施の形態の座標入力装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図５】タッチ点の算出方法を説明するための図である。
【図６】タッチパネルが実際にタッチされたタイミング、ＣＣＤの受光状態に基づく画像データによるタッチの検出タイミング、専用ペンによるタッチ検出のタイミングを説明するための図である。
【図７】本発明の一実施の形態の座標入力装置で行われる処理を説明するためのフローチャートである。
【図８】タッチパネルが実際にタッチされたタイミング、ＣＣＤの受光状態に基づく画像データによるタッチの検出タイミング、専用ペンによるタッチ検出のタイミングにおいて、信号がふらつく部位を説明するための図である。
【図９】従来技術の欠点を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１ タッチパネル
１０２Ｌ 光学ユニット
１０２Ｒ 光学ユニット
１０３ａ〜ｃ 反射板
１０４ システム制御部
１０５ インタフェース部
１０６ 専用ペン
１０７ 専用ペン受信部
２０１ 光源（ＬＤ）
２０２ レンズ部
２０３ 受光レンズ
２０４ 光学素子（ＣＣＤ）
２０５ ハーフミラー
３０１ ペン先
３０２ 制御部
３０３ 電池
３０４ 電池接触板
４０１ ＭＢＵ
４０２ ＬＤＵ
４０３ ＳＢＵ
４０４、４０９ シェーディングメモリ
４０５ 画像処理ＬＳＩ（Ｌ）
４０６ データ格納メモリＬ
４０７ データ格納メモリＲ
４０８ 画像処理ＬＳＩ（Ｒ）
４１０ ＲＯＭ
４１１ ＲＡＭ
４１２ ＣＰＵ
Claims (2)
- タッチパネルと、
光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を受光する受光手段と、
該受光手段の受光状態に基づいて前記タッチパネルに対するタッチを検出するタッチ検出手段と、
ペンの先端が押圧された際に前記ペンから出力された信号を検出するペン信号検出手段と、
前記タッチ検出手段による検出結果と、前記ペン信号検出手段によって検出される信号の有無との組み合わせに基づいて、前記タッチパネルに対して前記ペンまたは前記ペン以外の物体のいずれによってタッチがなされたのかを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記ペンまたは前記ペン以外の物体によってタッチがなされたと判定された場合に、前記受光状態に基づいてタッチがなされた点の座標を検出する座標検出手段と、を備え、
前記タッチ検出手段は、前記判定手段によって前記ペンによってタッチがなされたと判定された場合、前記ペン信号検出手段が前記信号を検出した状態から該信号を検出しなくなったタイミングで前記タッチパネルに対するデタッチを検出し、前記判定手段によって前記ペン以外の物体によってタッチがなされたと判定された場合、前記受光状態に基づくタイミングで前記タッチパネルに対するデタッチを検出するように前記判定手段による判定結果に基づいてデタッチを検出するタイミングを異ならせること、
を特徴とする座標入力装置。 - タッチパネルと、
光を出射する光源と、
前記光源から出射された光を受光する受光手段と、
該受光手段の受光状態に基づいて前記タッチパネルに対するタッチを検出するタッチ検出手段と、
ペンの先端が押圧された際に前記ペンから出力された信号を検出するペン信号検出手段と、
前記タッチ検出手段による検出結果と、前記タッチ検出手段によってタッチが検出された後に前記ペン信号検出手段によって検出される信号の有無との組み合わせに基づいて、前記タッチパネルに対して前記ペンまたは前記ペン以外の物体のいずれによってタッチがなされたのかを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記ペンまたは前記ペン以外の物体によってタッチがなされたと判定された場合に、前記受光状態に基づいてタッチがなされた点の座標を検出する座標検出手段と、を備え、
前記タッチ検出手段は、前記判定手段によって前記ペンによってタッチがなされたと判定された後に、前記ペン信号検出手段が前記信号を検出した状態から該信号を検出しなくなったタイミングで前記タッチパネルに対するデタッチを検出し、前記判定手段によって前記ペン以外の物体によってタッチがなされたと判定された後に、前記受光状態に基づくタイミングで前記タッチパネルに対するデタッチを検出するように前記判定手段による判定結果に基づいてデタッチを検出するタイミングを異ならせること、
を特徴とする座標入力装置。
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