JP5973849B2 - 座標入力装置および座標入力装置に用いられるセンサバー - Google Patents

Description

本発明は、情報の入力や選択をするために指等の指示具によって座標入力面に入力された座標位置を光学的に検出する座標入力装置および座標入力装置に用いられるセンサバーに関するものである。特に、着脱可能で、可搬性を有する座標入力装置に関するものである。

従来、この種の座標入力装置として、各種方式の座標入力装置（タッチパネルやデジタイザ）が提案、または製品化されている。例えば、特殊な器具等を用いずに、指で画面上をタッチすることで、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等の端末の操作を簡単に行うことがきるタッチパネル等が広く用いられている。

座標入力方式としては、抵抗膜を用いたもの、または、超音波を用いたもの等、種々のものがある。光を用いたものとして、座標入力面外側に再帰性反射材を設け、投光部からの光を再帰反射材で反射し、その光量分布を受光部により検出する方式（光学遮光方式）が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。この方式は、座標入力領域内の指等で遮光された遮光部分（領域）の方向を検出し、遮光位置、つまり、座標入力位置の座標を決定する。

特許文献１の構成を一般化した例として、図２７の構成を示す。図２７は、座標入力面の両端に配置されたセンサユニット２Ｌ及び２Ｒと、座標を入力する際に使用する座標入力面である所の座標入力有効領域５が示される。そして、座標入力有効領域５の周囲３辺には、進入してきた光を進入してきた方向に再帰的に反射する再帰反射部４が設けられている。

センサユニット２Ｌ及び２Ｒは、投光部及び受光部（不図示）を有している。投光部は、座標入力有効領域５の入力面にほぼ平行に扇形に広がる光を投光し、受光部は、その光が再帰反射部４で再帰反射され、戻ってきた光を受光する。座標入力装置は、２つのセンサユニット２Ｌ及び２Ｒでそれぞれ検知された光の遮光方向（遮光角度θＬ及びθＲ）と当該センサユニット間の距離に基づいて、座標入力有効領域５に入力されたタッチ位置Ｐを算出することができる。

図中、センサユニット２Ｌ及び２Ｒの光軸方向を対称線として、センサユニット２Ｌ及び２Ｒの視野範囲が図示のように対称に設定される。レンズ光学系を使用する、この種の座標入力装置にあっては、光軸との成す角が増大すると、収差の影響により光学性能が劣化するのが常であり、軸対称な光学系を採用することでより高性能な装置を実現できる。

尚、図中３はセンサユニット２Ｌ及び２Ｒを制御し、また、取得したセンサユニット２Ｌ及び２Ｒの出力信号を処理、あるいはその処理結果を外部装置に出力する演算制御回路である。

特許文献２には、特許文献１で示される光学遮光方式の座標入力装置におけるセンサユニットの投光部及び受光部の具体的な構成の一例が示されている。

さらには、特許文献３には、各々のセンサユニットにおける投光部の点灯を制御する構成が開示されている。具体的には、特許文献３では、一方のセンサユニットの投光部から出射された光が他方のセンサユニットの受光部で外乱光として受光されることを防止するために、センサユニットの各投稿部からの光の出射が交互に行われる様に制御する。

さらには、特許文献４には、座標入力有効領域の対向する２辺に複数のセンサユニットを配置され、当該センサユニットが、再帰反射部材と座標入力面との隙間に設ける構成が開示されている。

この種の座標入力装置を表示装置と一体にすることによって、表示装置の表示画面をタッチすることで、表示状態を制御したり、あたかも紙と鉛筆の様な関係で、タッチ位置の軌跡を筆跡として表示したりすることが可能となる。表示装置としては、液晶表示装置等の各種方式のフラットパネルディスプレイやフロントプロジェクターが知られている。フラットパネルディスプレイの場合には、座標入力装置を重ねて配置すれば、このような操作環境を実現でき、スマートフォン等の携帯機器はその代表例と言える。フラットパネルディスプレイの大型化に伴い、大型のタッチパネルと組み合わせて、例えば、デジタルサイネージと言った分野でもその導入が進んでいる。

大型の表示を可能とするフロントプロジェクターの場合には、その投影面であるスクリーンボード等に位置検出部を組み込み、そのスクリーンボードに画像を投影することになる。従って、座標入力装置の大きさは、タッチ操作面となるスクリーンボードの大きさに依存することになり、比較的大きな装置となる。そのため、スクリーンボードを移動するためのスタンドがスクリーンボードに装着される、あるいは、スクリーンボードを壁に固定的に据え付けて使用すると言うのが通例である。また、大きくなると共に販売価格が指数関数的に上昇し、大型の座標入力装置、あるいはそれを使ったアプリケーションの普及に、大きな妨げになっている。

図２７に示す光学遮光方式の座標入力装置の場合、センサユニット２、演算制御回路３、及び再帰反射部４が主要部品であり、それらがスクリーンボードに装着される。従って、装置が大型化しても主要部品の構成はそのままであり、大型化によるコストアップ要因はスクリーンボードの材料費が大半を占めることになる。

米国特許第４５０７５５７号明細書 特開２００４−２７２３５３号公報 特開２００１−４３０２１号公報 特許登録第４１１８６６４号公報

表示装置の表示画面をタッチすることで操作するユーザインタフェースは、直観的であり誰でもが使えると言うことで、今や携帯機器では一般化している。当然のことながら、より大きな表示画面を有する装置であっても、そのような操作ができることが望まれている。

大画面を使った具体的用途は、会議用途でのプレゼンテーションやホワイトボード機能として、教育現場におけるＩＣＴ化教育、デジタルサイネージと言った市場からの要望が大きい。それに応えるためには、その操作環境を実現するための導入コストを大幅に低下させる必要が有る。

現状の会議室や教育現場には、備品としてホワイトボードやフロントプロジェクターが既に導入されていること例が多い。本願発明は、ユーザが既に購入しているこれらの装置を有効に活用して、大画面でも低価格でタッチ操作可能な操作環境を提供できるようにすることを目的としている。

先にも述べた通り、光学遮光方式の座標入力装置の主要構成部品は、タッチ操作により光路が遮られた方向を検出する少なくとも２つのセンサユニット２、演算制御回路３、及び再帰反射部４である。これらの主要構成部品を所定の位置寸法関係で、例えば、ホワイトボードに装着できれば、ホワイトボードのタッチ位置を検知することが可能となる。スクリーンボードとして既存のホワイトボードを流用すれば、コストの大半を占めるスクリーンボード自体が必須構成要素から無くなる。従って、製品価格を大幅に抑えることができ、大型であっても安価にタッチ操作環境を提供することができる。

この光学遮光方式の座標入力装置の位置検出原理は、少なくとも２つのセンサユニットが出力するタッチ位置の遮光方向（＝角度）とそのセンサユニット間の距離情報に基づき幾何学的にタッチ位置を算出する。従って、高精度でタッチ位置を検出するためには、高精度でセンサユニットを位置決めして取り付けなければならない。更に望ましくは、その取り付けをユーザが簡単にできることが好ましい。

一方で、ユーザによるセンサユニットのラフな位置決めでの装着でも、高精度なタッチ位置検出が可能であれば、次のような使い勝手を実現することが可能となる。光学遮光方式の座標入力装置の主要構成部品のみを持ち運び、例えば、会議が行われる会議室に設置されているホワイトボードに簡単に短時間で装着して使用する。そして、会議終了と共に主要構成部品を取り外し持ち帰る、あるいは別の会議室に持って行ってそこで使用する。要は、着脱、可搬できることにより、『誰でも』が『何時でも』、『何処でも』、『簡単に』操作できるようになる。また、それらを実現するための製品そのものの構成部品点数も、より少ないのが好ましい。さらには、可搬を想定して小型、軽量であることが望まれる。

この主要構成部品を装着、取り外し可能な構成とするために、例えば、マグネットを用いることで、例えば、既に購入されているホワイトボードに装着可能となる。そして、ホワイトボードを投影面とすることで、入出力一体型のタッチ操作環境が提供される。一般にホワイトボードは種々のサイズのものが市販されており、当然のことながらより大きなホワイトボードを使用すれば、より大きな表示画面に投影することができる。従って、会議室に設置されている大小様々なホワイトボードの大きさに応じて、この主要構成部品の設置が可能であり、かつ高精度にタッチ位置を検出できることが好ましい。

しかしながら、市販されているホワイトボードを使用する場合や壁等を投射面として使用する場合、ホワイトボードの平面性及び壁等に突起物がないという保証はない。言い換えると、市販されているホワイトボードや壁等は図２８（Ａ）及び（Ｂ）の状態が起こりえる。具体的に述べると、図２８（Ａ）に示されるように、壁等の投射面であるホワイトボード６に何らかの突起物１１３が存在したり、図２８（Ｂ）に示されるようにホワイトボード６の投射面が撓んで、撓み凸１１４が発生したりすることがある。従って、平面性が保たれない市販されたホワイトボードや、突起物等が存在する壁等に光学遮光方式の座標入力装置を設置した場合、不具合を生じる。図２８はこの不具合を説明するものであり、図２８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、投光部３０から発せられた光は、突起物１１３及び撓み凸１１４によって遮られる。このような状況は、光学遮光方式の座標入力装置の性能を阻害する結果となる。

また、図２９にホワイトボードの平面性が保たれていない例として、ホワイトボード自体が湾曲している図を示す。

図２９（Ａ）はホワイトボードを正面に見た場合の座標入力装置の正面図である。図２９（Ａ）内のＢ−Ｂ断面図が図２９（Ｂ）、図２９（Ａ）内のＣ−Ｃ断面図が図２９（Ｃ）である。

図２９（Ｂ）のようにホワイトボード６がＸ方向に湾曲している場合、センサバー１Ｌ及び１Ｒを設置すると、センサユニット２−Ｌ２及び２−Ｒ２は正対せずにそれぞれ前方上方向にむけて赤外光を投射してしまう。そのため、投光部３０Ｌ（あるいは３０Ｒ）から発せられた光は再帰反射部４Ｒ（あるいは４Ｌ）に当たらないため、受光部４０Ｒ（あるいは４０Ｌ）で投光部３０Ｌ（あるいは３０Ｒ）からの光を受光することができない。

また、図２９（Ｃ）のようにホワイトボード６がＹ方向に湾曲している場合、センサバー１Ｌを設置すると、センサバー１Ｌの筺体がホワイトボード６に沿って変形して設置される。センサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２は設置している部位の角度にそって固定されるため、投光部３０−Ｌ１（あるいは３０−Ｌ２）から投光した光はその角度に平行して投光される。再帰反射部４Ｌはセンサバー１Ｌに設置されているため、センサバー１Ｌと共に変形する。そのため、センサユニット２−Ｌ１（あるいは２−Ｌ２）から発せられた光は、ホワイトボード６の面内の角度によって、対向する再帰反射部４Ｒに当たる角度と当たらない角度が存在する。そのため、受光部４０−Ｌ２（あるいは４０−Ｌ１）で座標入力有効領域５の全域を検出することができない。

このような状況は、光学遮光方式の座標入力装置の性能を阻害する結果となる。

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、既存のホワイトボードや会議室等の壁面を投影面とし、その投影面をタッチすることで、表示画面を制御することができる座標入力装置を提供することを目的とする。

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、座標入力有効領域に対する指示位置を検出する座標入力装置であって、
前記座標入力有効領域に対して投光する投光手段と受光手段とを備えるセンサユニットを少なくとも２つ内蔵する第１の筺体と、
前記座標入力有効領域に対して投光する投光手段と受光手段とを備えるセンサユニットを少なくとも２つ内蔵する第２の筺体とを有し、
前記第１の筺体と前記第２の筺体は、前記座標入力有効領域を構成する矩形状の領域の対向する２辺に配置され、
前記第１の筺体と前記第２の筺体には、それぞれ、対向する辺に配置された筺体の前記センサユニットが備える前記投光手段からの光を再帰反射するように反射手段が設けられ、
前記第１の筺体と前記第２の筺体のそれぞれが備える前記受光手段は、対向する辺に配置された筺体に設けられた前記反射手段からの光を受光し、
更に、
前記投光手段、前記受光手段及び前記反射手段の前記座標入力有効領域からの高さを変更する変更手段と、
前記受光手段が受光する受光量が予め設定されている閾値以上であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果を通知する通知手段と
を有する。

以上の構成からなる本発明によれば、既存のホワイトボードや会議室等の壁面を投影面とし、その投影面をタッチすることで、表示画面を制御することができる座標入力装置を提供できる。

実施形態１の座標入力装置を説明するための図である。 実施形態１の高さ調整ユニットの分解斜視図である。 実施形態１の高さ調整ユニットの斜視図である。 実施形態１の高さ調整ユニットの斜視図である。 実施形態１の高さ調整ユニットの斜視図である。 実施形態１の高さ調整ユニットの正面図である。 実施形態１の高さ調整ユニットによる高さ調整に関する処理を示すフローチャートである。 実施形態１のセンサバーの構成を示す図である。 実施形態１の座標入力装置の概略構成図である。 実施形態１のセンサユニットの詳細構成を示す図である。 実施形態１の投光部と受光部の視野範囲を説明するための図である。 実施形態１のセンサバーの概略構成を示す図である。 実施形態１の演算制御回路の第１の検出モードの動作を説明するための図である。 実施形態１の検出信号波形の処理を説明する図である。 実施形態１の座標算出を説明する図である。 実施形態１のデジタイザ座標系とスクリーン座標系を説明するための図である。 実施形態１の演算制御回路の第２の検出モードの動作を説明するための図である。 実施形態１のセンサユニットの相対的な位置関係の算出を説明するための図である。 実施形態１の初期設定処理を示すフローチャートである。 実施形態１の通常動作及びキャリブレーションの処理を示すフローチャートである。 実施形態２の座標入力装置の構成を示す図である。 実施形態３の座標入力装置を説明するための図である。 実施形態３の変更角度、高さを決定するためのフローチャートである。 実施形態３の落下防止用フックを説明するための図である。 実施形態４の座標入力装置を説明するための図である。 実施形態４の角度変更・高さ調整ユニットを実施形態２の座標入力装置に適用したときの図である。 従来の光学式座標入力装置の基本構成を説明するための図である。 従来の光学式座標入力装置を説明するための図である。 従来の反った入力面の光学式座標入力装置を説明するための図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。尚、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。

＜実施形態１＞
図１は実施形態１の座標入力装置を説明するための図である。

図中、１Ｌ、１Ｒは各々少なくとも２個のセンサユニット２（図８及び図９に図示）を装備する筺体であるところのセンサバーの側面図である。尚、センサバーの詳細な説明は図９以降で説明する。

センサバー１Ｌ及び１Ｒ（総称する場合は、センサバー１と表記）にはそれぞれ、投光部（発光部）３０、受光部（検出部）４０、再帰反射部４Ｌあるいは４Ｒ、高さ調整ユニット１０６が装備されている。センサバー１Ｌの中の、投光部３０から発せられた光はセンサバー１Ｒに装着されている再帰反射部４Ｒで再帰反射し、センサバー１Ｌの中の受光部４０に戻る。この時、ホワイトボード６の面が平面ならば問題ないが、図２８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように突起物１１３や撓み凸１１４等があった場合、性能に影響を与える。

そこで、図１中の高さ調整ユニット１０６を機能させ、投光部３０及び受光部４０と再帰反射部４Ｌ及び４Ｒ（総称する場合は、再帰反射部４と表記）を同時に高さ調整する。これにより、投光光及び受光光とホワイトボード６の平行を保ちつつ、ホワイトボード６からのセンサバー１の高さを、図１（Ａ）の高さＢを図１（Ｂ）の高さＣへと変更することができる。つまり、Ｂ＜Ｃとすることができる。Ｂ＜Ｃとすることにより、図２８で示した突起物１１３や撓み凸１１４による障害物に発光光、受光光が遮断されない構成をとることができる。

次に、高さ調整ユニット１０６の実施形態を、図２の分解斜視図を用いて説明する。

１００は高さ調整ユニット１０６の筺体の一部、１００ｂ１、１００ｂ２及び１００ｂ３は高さ調整設定部材１０４のリブ１０４ａをクリック感持たせて固定させる凹部である。１００ｃはスロープ状のリブ、１００ｄはストッパーリブ、１００ａはメネジ部、１０１は高さ調整部材、１０１ａはオネジ部、１０１ｂ及び１０１ｃはネジ部である。１０２は磁石、１０３及び１０５はサラビス、１０４ｃはビス穴、１０４ｂは突起部、１０４ｄはストッパー部、１０６は高さ調整ユニットである。

まず、磁石１０２をサラビス１０３を使って、ネジ部１０１ｃに固定する。磁石１０２は機器をホワイトボード６等に磁力を利用して着脱可能に設置するためのものである。次に、高さ調整部材１０１のオネジ部１０１ａをメネジ部１００ａに挿入し、時計周りに回転ストップするまでねじり込む。この時、高さ調整部材１０１は高さ調整範囲の中で、機器の筺体１００に対して最も凸量が小さい状態になっている。

そして、高さ調整部材１０１に高さ調整設定部材１０４を被せ、サラビス１０５をビス穴１０４ｃを通し、ネジ部１０１ｂに固定する。この状態では、リブ１０４ａは凹部１００ｂ１に嵌り込む回転ストッパーの役目を負っている。突起部１０４ｂは弾力を持たせているので、高さ調整設定部材１０４を反時計方向に回転させようとすると、リブ１０４ａはクリック感をもって凹部１００ｂ２及び１００ｂ３に入り込み固定される。そして、ストッパー部１０４ｄはストッパーリブ１００ｄに当たり、これ以上反時計周りには回転しない。本実施形態は、高さ調整を２段階変えられるようにしたものであるが、高さ段階数、高さ調整量はこれに限らず、様々な場合があってもよい。

本実施形態をもう少し詳しく説明すると、高さ調整部材１０１のオネジ部１０１ａのピッチを、例えば、１０ｍｍとすると、図３の状態では、高さ調整部材１０１は機器の筺体１００から２．５ｍｍ凸量が増える。また、図４の状態では、高さ調整部材１０１は機器の筺体１００から５ｍｍ凸量が増える。そして、図５に示すように、高さ調整設定部材１０４の回転位置を、高さ調整ユニット１０６全部を同じ位置（例えば、ストッパーリブ１００ｄ）に合わせることにより、投光部３０及び受光部４０と再帰反射部４をセットで同一の移動量で調整することができる。

次に、図７のフローチャートを用いて、本発明の高さ調整に関わる処理について説明する。

本フローチャートは上記実施形態（高さ調整を２段階変えられるようにした高さ調整ユニット１０６）を説明するものであるが、更に多段階の場合も可能であり、状況に応じてその段階数を可変に設定する。

まず、機器すべての高さ調整ユニット１０６の高さ調整設定部材１０４を図３と図６に示す状態、即ち、１の番号位置に突起部１０４ｂが設置される状態（１の状態）に設定する（ステップＳ４０１）。この状態は、高さ調整部材１０１の凸量が一番小さい状態である。

尚、図６に示される、高さ調整ユニット１０６の筺体１００に印刷あるいは刻印されている、１〜３の番号表示は、高さ調整ユニットの移動量を表示する表示部として機能する。つまり、ユーザは、突起部１０４ｂが設置される位置に表示される番号を視認することで、移動部である高さ調整ユニットの現在の移動量（高さ）を把握することができる。

次に、図８に示す光量確認スイッチ（ＳＷ）１１８をＯＮする（ステップＳ４０２）。次に、図１の再帰反射部４から反射される受光光量が受光部４０に性能上充分受光されているか否か、つまり、性能上適正であるか否かを判定する（ステップＳ４０３）。この判定は、例えば、受光光量分布中の最大光量が予め設定されている閾値以上であるか否かで判定する。つまり、最大光量が予め設定されている閾値以上である場合は、光量が充分であると判定し、最大光量が予め設定されている閾値未満である場合は、光量が充分でないと判定する。光量が充分である場合（ステップＳ４０３でＹＥＳ）、その判定結果を通知する通知部として、図８に示す光量ＯＫランプ１１６が点灯する（ステップＳ４０４）。次に、５秒後に光量ＯＫランプ１１６が消灯する（ステップＳ４０５）。消灯時間はその場に合わせて設定すればよい。

次に、光量を確認するか否かを判定する（ステップＳ４０６）。確認する場合（ステップＳ４０６でＹＥＳ）、ステップＳ４０２に戻る。確認しない場合（ステップＳ４０６でＮＯ）、そのまま座標入力装置を使用する（ステップＳ４０７）。そして、使い終わったら終了する（ステップＳ４０８）。

尚、光量を確認するか否かの判定は、例えば、光量確認スイッチ（ＳＷ）１１８に対する所定の操作（一定時間長押し）の有無で判定する。

一方、ステップＳ４０３において、光量が充分でない場合（ステップＳ４０３でＮＯ）、その判定結果を通知する通知部として、図８に示す光量不足ランプ１１７が点灯する（ステップＳ４０９）。次に、５秒後に光量不足ランプ１１７が消灯する（ステップＳ４１０）。消灯時間はその場に合わせて設定すればよい。ステップＳ４１０の状態は、光量が不足しているという状態なので、機器は使用できない状態にある。そこで、光量を確保するために、図４の状態、即ち、高さ調整設定部材１０４ｂを図６の２の番号位置（２の状態）に設定する（ステップＳ４１１）。つまり、一段階高さを調整する。

次に、図８に示す光量確認ＳＷ１１８をＯＮする（ステップＳ４１２）。次に、図１の再帰反射部４から反射される受光光量が受光部４０に性能上充分受光されているかを判定する（ステップＳ４１３）。

光量が充分である場合（ステップＳ４１３でＹＥＳ）、ステップＳ４０４に進む。一方、ステップＳ４１３において、光量が充分でない場合（ステップＳ４１３でＮＯ）、図８に示す光量不足ランプ１１７が点灯する（ステップＳ４１４）。次に、５秒後に光量不足ランプ１１７が消灯する（ステップＳ４１５）。消灯時間はその場に合わせて設定すればよい。ステップＳ４１５の状態は、光量が不足しているという状態なので、機器は使用できない状態にある。そこで、光量を確保するために更に、高さ調整設定部材１０４ｂを図６の３の番号位置（３の状態）に設定する（ステップＳ４１６）。つまり、もう一段階高さを調整する。そして、ステップＳ４０７に進み、座標入力装置の使用に移る。

次に、本願発明の座標入力装置の概略構成を、図９を用いて説明する。

各々のセンサバー１Ｌ及び１Ｒは、図示のように矩形状の座標入力有効領域５の対向する２辺に設けられる。表示装置が仮にフロントプロジェクターとすれば、表示領域は座標入力有効領域５の範囲内に設定され、例えば、平面状のホワイトボード６に投影される。無論、ホワイトボード６に限定されるものではなく、壁面等であっても良い。

センサバー１Ｌ及び１Ｒの側面にはそれぞれ、図示のように再帰反射部４Ｌ及び４Ｒが装着され、対向する辺に設けられたセンサバー１Ｌあるいは１Ｒのセンサユニットが投光した赤外光を再帰的に反射できるように構成してある。

センサバー１Ｌにはセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２が内蔵され、センサバー１Ｒにはセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２が内蔵されている。センサバー１Ｌに内蔵される演算制御回路３Ｌはセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２を制御して、その出力結果を演算処理すると共に、センサバー１Ｒの演算制御回路３Ｒを制御する。センサバー１Ｒの演算制御回路３Ｒは、センサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２を制御して、その出力結果を演算処理して、センサバー１Ｌの演算制御回路３Ｌにその結果を送信する。そしてセンサバー１Ｌの演算制御回路３Ｌは、４つのセンサユニット２−Ｌ１、２−Ｌ２、２−Ｒ１及び２−Ｒ２からの出力結果を処理して、タッチ位置を算出し、パーソナルコンピュータ等の外部機器へ結果を出力する。

図９では、センサバー１Ｌの演算制御回路３Ｌとセンサバー１Ｒの演算制御回路３Ｒとはコードで接続される構成（つまり、有線接続）となっているが、これに限定されない。例えば、無線等の通信機能を互いに搭載して、それらの通信機能を使用してデータの送受信（無線接続）を行っても良い。

尚、以後の説明にあっては、水平方向をＸ軸（図面右側が＋）、天地方向をＹ軸（下側が＋）として説明する。

図１０はセンサユニット２−Ｌ１、２−Ｌ２、２−Ｒ１及び２−Ｒ２（総称する場合は、センサユニット２と表記する）の詳細構成を示す図である。図１０（Ａ）は図９における断面Ａ−Ａであり、図１０（Ｂ）及び（Ｃ）は図中の矢印方向から見た正面図である。

図１０（Ａ）において、センサユニット２は、センサバー１に収納されており、投光部３０及び受光部４０で構成される。投光部３０と受光部４０の距離はＬ＿ｐｄであり、その間に再帰反射部４が図示のように設けられている。４５は光透過性の部材であって、センサバー１内へのゴミ等の異物の侵入を防止するための保護部材である。

図１０（Ｂ）において、投光部３０は、発光部である赤外ＬＥＤ３１、投光レンズ３２、両者を固定するための接着層３３で構成される。投光レンズ３２は、赤外ＬＥＤ３１の光を、座標入力面となるホワイトボード６と略平行な光束となるように構成する。そして、対向する辺に設けられたセンサバー１の再帰反射部４の全領域を照明するように、投光範囲がｇ〜ｈ範囲であって、頂点が点Ｏの位置（センサユニット２の重心位置）の扇状の光束を出射する。この時、投光部３０の光軸はｆ方向に設定されることになるが、その理由は後述する。

図１０（Ｃ）において、受光部４０は、投光部３０が投光した光が、対向する辺に設けられたセンサバー１に装着されている再帰反射部４によって再帰反射された光を検出する。４１は光電変換素子であるところのラインＣＣＤ、４２は受光レンズ、４３は視野絞り、４４は赤外線通過フィルターである。また、保護部材４５に赤外通過フィルター機能を設けることで、赤外線通過フィルター４４を廃止してもかまわない。

受光部４０の光軸はＸ軸方向に設定される。視野範囲はｇ〜ｈ範囲であり、点Ｏの位置が光学的な中心位置となっている。また、受光部４０は、図示のように光軸に対して非対称な光学系となっている。点Ｏの位置、及び方向ｇ、方向ｈが略一致するように、投光部３０と受光部４０は、図１０（Ａ）のように重ねて配置される。また、受光部４０は、入射する光の方向に応じて、ラインＣＣＤ４１の画素に集光されるので、ラインＣＣＤ４１の画素番号は入射する光の角度情報を表す。

図１１（Ａ）は座標入力装置の概略と投光部３０及び受光部４０の光学系の配置を示す図である。センサバー１Ｌの投光部３０より対向する辺に設けられたセンサバー１Ｒに設けられた再帰反射部４Ｒに向けて照明される範囲はｇ〜ｈ範囲である。そして、実際に再帰反射部４Ｒが装着されている範囲ｊ〜ｆの方向の光が再帰反射され、受光部４０で検出される。

図１０（Ａ）で模式的に示す投光部３０で投光した光の光束は完全には平行とはならず、投光距離が延びるに従って、その光束幅は広くなる。従って、再帰反射部４Ｒで再帰反射される光の量は、再帰反射部４Ｒに到達する距離が長くなれば減少する。従って、投光地点Ｏから再帰反射部４Ｒまでの距離が近い方向ｊに比べて距離の遠い方向ｆは再帰反射効率が悪い。

更には、再帰反射部４Ｒは再帰反射面に垂直方向から入射した場合より、その角度が斜めになるに従って、再帰反射効率が低下する。言い換えれば、再帰反射部４Ｒに入射する光が再帰反射光として再帰反射する割合は、入射角に依存しており、方向ｆは最もその再帰反射効率が低下する方向と言える。

更には、受光部４０の光軸は方向Ｘに設定されており、方向ｆが最も光軸となす角度が大きな方向となっている。一般的な光学レンズのレンズ特性は、光軸となす角度が大きくなるに従って性能が劣化することが知られており、例えば、方向ｆでの集光効率の低下により、その方向が最も暗くなる方向と言える。

以上より、仮に投光部３０が方向によらず一定の強度で照明することができたとしても、方向ｊから帰ってくる再帰反射光に比べて、方向Ｊから方向ｆに向かうに従って、受光部４０で検出できる再帰反射光は弱くなる（図１１（Ｂ）参照）。

一方で、赤外ＬＥＤ３１は光軸方向に光の放射強度が最大となる様に構成されるのが一般的である。そして、光軸からのなす角度が大きくなるに従って放射強度は低下することになるが、その度合いを、光軸方向の照明強度の半分となる角度『半値角』で定義することが通常である（図１１（Ｃ）参照）。

そこで、再帰反射光レベルが最も弱い方向ｆに投光部３０の光軸を向けることで、方向ｆの照明強度を増大させ、相対的に方向ｆから方向ｊに向かうに従って、照明強度を低下させている。その結果、方向ｊから方向ｆまでの間、検出できる再帰反射光の強度を均一化できるようになる（図１１（Ｄ）参照）ので、方向によらずより安定した信号が得られるようになる。

尚、本実施形態では、赤外ＬＥＤ３１の放射強度分布を基に投光部３０の光軸を再帰反射光レベルが最も弱い方向ｆに向ける構成を示しているが、投光部３０の受光部４０に対する傾斜角はこれに限られるものではない。例えば、投光レンズ３２自体の光軸が非対称となる光学系を搭載する場合には、その光量分布も、図１１（ｃ）の放射強度分布も非対称性を有する。この場合、その非対称性を有する分布が最大となる方向と方向ｆとが一致するように、投光部３０の受光部４０に対する傾斜角を設定しても良い。

図１２を用いて、センサバー１Ｌの構成の詳細を説明する。尚、図１２では、センサバー１Ｌに着目して説明するが、センサバー１Ｒも同様の構成を有する。

上述のように、２本のセンサバー１Ｌ及び１Ｒを、例えば、平面状のホワイトボードや壁面に装着し、そのホワイトボードや壁面に投影されている表示画面を直接タッチして操作できるようにすることが本装置の狙いでもある。表示画面の大きさは、ホワイトボードの大きさや、壁面の大きさに応じてユーザが適宜設定するものであり、固定値では無い。更には、市販されているホワイトボードには種々のサイズのものが有り、投影画面のスクリーンとして大画面を投影できる標準サイズとしては、縦横寸法９００×１２００ｍｍ、９００×１８００ｍｍ、１２００×１８００ｍｍがある。

しかしながら、この寸法はホワイトボードとして有効に使える範囲を定義しているのではなく、ホワイトボード６の４辺周囲部の筺体枠を含んだ寸法であることが多い。従って、実際に使える平面領域はそれより小さく、その大きさも製造メーカによってまちまちとなっている現状が有る。

そこで、本願発明の座標入力装置は、センサバー１に伸縮機構を設けることで、センサバー１の長さを、言い換えればセンサバー１に内蔵される２つのセンサユニット２のセンサ間の距離を可変にできるように構成している。実際には、例えば、縦寸法９００〜１２００ｍｍのホワイトボードの平面部分の大きさ８２０ｍｍから１２００ｍｍに装着できるように、センサバー１の外形長さが８２０ｍｍから１２００ｍｍまで可変できる構成とする。

尚、図９では、ホワイトボードの左右２箇所にセンサバーを装着するものとして、ホワイトボードの縦寸法を基準にして伸縮量を設定しているが、これに限定されるものではない。例えば、ホワイトボードの左右でなく、上下２箇所に装着することを想定する場合には、センサバー１を伸ばした時の最大寸法はより長く設定することになる。さらには、壁面等により大きな画面を投影した場合でも使えるようにすることを想定する場合には、想定する最大表示画面の大きさに応じて、センサバーの伸縮量を設定することになる。

また、本願発明において、ホワイトボードへセンサバーを装着することを前提とすると、センサバーを左右に装着することが、上下に装着することよりもより優位と考えられる。

第１の理由は、表示装置のアスペクト比とホワイトボードのアスペクト比を考慮すると、ホワイトボード上に可能な限り表示領域を最大に設定した場合に、ホワイトボードの左右領域に空白部分（表示されない領域）ができる。従って、その空白部分にセンサバー１を設置すれば、そのことによって、表示画像を小さくしなければならないと言った障害が発生することがない。言い換えれば、より大きな画面を使うことができる操作環境を提供することが可能になる。

第２の理由は、表示画面のアスペクト比は、例えば、１６：９等の横長であることが通例である。表示画面と等しい領域をタッチ操作可能とするためには、本願発明のセンサユニットを、表示画面の角部に設ける必要がある。従って、表示画面の左右にセンサバー１を設けることで、上下にセンサバー１を設ける場合より、そのセンサバー１の長さを抑えることが可能となる。

本願発明の座標入力装置は、ユーザが所望する会議室等に持ち運んで、既に会議室に設置されているホワイトボードや、会議室の壁面を使って、直ぐに使えることを狙いの一つとしている。従って、センサバー１の大きさや重量は、より小さく、より軽いことが好適であり、センサバー１の長さを抑制することができる左右に装着する仕様がより好ましい形態である。

第３の理由は、左右装着仕様とすることで、設置が容易となる点である。言い換えれば、上下装着仕様の場合、表示画面が大きくなれば上側にセンサバー１を装着する際に脚立等を用意した上での高所作業が発生してしまう。従って、上下に装着する仕様は、表示サイズによっては設置容易性に欠ける場合がある。

図１２（Ａ）は、センサバー１の概略構成を示しており、センサバー１は、上側筺体５１、及び下側筺体５２で構成される。５３は外側パイプ、５４は内側パイプで有り、外側パイプ５３の内径と内側パイプ５４の外形が略勘合の関係にある。外側パイプ５３は上側筺体５１に固定され、内側パイプ５４は下側筺体５２に固定される。上側筺体５１と下側筺体５２とでセンサバー１の長さを伸縮させようとすると、外側パイプ５３と内側パイプ５４が勘合関係を維持した状態でスライドする（図１２（Ｂ）参照）。本願発明にあっては、これらのパイプを金属製とすることで、伸縮動作時のセンサバー１の伸縮方向や機械的強度を得ている。金属製パイプの一端は絞り加工が施され、押しつぶされた状態となり、その部分で筺体に機械的に結合されると共に、センサユニット２が装着される。

本願発明にあっては、センサバー１の伸縮方向に対して直角な方向にセンサユニット２の受光部４０の光軸が配置されている。先に説明したとおり、受光部４０の視野範囲は光軸に対して非対称に設けられている。このように構成することで、センサバー１の筺体を細く構成することが可能となる。この理由として、ラインＣＣＤ４１、及び、ラインＣＣＤ４１が実装される回路基板（不図示）の長手方向が、センサバー１の長手方向と一致し、首尾よく配置されることによる。

図１２（Ｃ）は、従来技術であるところの軸対称な光学系を採用している投光部の例である。受光部４０に必要な視野範囲を確保するために、センサバーのスライド方向に対して、受光部４０の光学系の光軸は傾いた状態にならざるを得ない。その結果、その光学系を収納するセンサバー１の幅Ｌｗが、本願発明の実施形態のセンサバー１の幅より大きくなってしまう。このことは、筺体がより大きくなることで重量増につながり、可搬性を低下させるだけではなく、センサバーを装着するために必要な面積がより大きくなることを意味する。よって、ホワイトボード等に装着する場合には、表示装置の投影面積が小さくなってしまう。

図１２（Ｃ）において、軸対称な光学系を用いて、かつセンサバー１のスライド方向に垂直な方向に受光部４０の光学系を設定し、光学系で光線を折り曲げて必要な視野範囲を確保する場合を考える。当然のことながら、光路上にミラー等の新たな光学素子を設けることになり、センサユニット２がより大きくなることは避けられない。つまり、そのような構成としても、本願発明の非軸対称な光学系を用いる場合より、センサバー１の幅Ｌｗは大きくなる。

更には、十分に大きな視野範囲を有する受光部４０の光学系（例えば、光軸を中心として±５０°の視野範囲を採用した場合を考える。図１１（Ａ）に於いて、受光光学系の視野範囲は方向ｈから方向ｍの範囲であり、光軸方向Ｘに対して、角度Ｘｏｈ＝角度Ｘｏｍ＝５０°の関係となる。本願発明の座標入力装置が必要とする視野範囲は、対向する辺に設けられた再帰反射部４の全域をカバーする範囲（方向ｆから方向ｊの範囲）のみである。従って、片側略半分の視野範囲（方向ｊから方向ｍの範囲）は無効な領域となる。従って、このような場合であっても、受光部４０の有効な視野範囲は、実質的に非対称な光学系を採用している構成した場合の視野範囲と同等と言える。

図１３（Ａ）は演算制御回路３のブロック図である。本実施形態におけるセンサバー１Ｌの演算制御回路３Ｌとセンサバー１Ｒの演算制御回路３Ｒは、外部へのインタフェース仕様を除き、いずれも同様の回路構成であり、接続される対応するセンサユニット２の制御、演算を行う。図１３（Ａ）は、特に、センサバー１Ｌの演算制御回路３Ｌの構成を示している。

センサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２のラインＣＣＤ４１用のＣＣＤ制御信号は、ワンチップマイコン等で構成されるＣＰＵ６１から出力され、ラインＣＣＤ４１のシャッタータイミングやデータの出力制御等を行う。ＣＣＤ用のクロックはクロック発生回路ＣＬＫ６２から各センサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２に送信されるとともに、ラインＣＣＤ４１との同期をとって各種制御を行うためにＣＰＵ６１にも入力されている。尚、センサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２の赤外ＬＥＤ３１を駆動するＬＥＤ駆動信号は、ＣＰＵ６１から供給される。

センサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２それぞれのラインＣＣＤ４１からの検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ６３に入力され、ＣＰＵ６１からの制御によって、デジタル値に変換される。変換されたデジタル値はメモリ６４に記憶され、角度計算に用いられる。そして、計算された角度情報から幾何学的なタッチ位置を算出し、外部ＰＣ等の情報処理装置にインタフェース６８（例えば、ＵＳＢインタフェース）を介して出力される。

先に示した通り、各センサバー１の演算制御回路３は、各々２つのセンサユニット２を制御している。仮に、センサバー１Ｌの演算制御回路３Ｌがメイン機能を果たすものとすれば、ＣＰＵ６１はシリアル通信部６７を介して、センサバー１Ｒの演算制御回路３Ｒに制御信号を送信して、回路間の同期を行う。そして、演算制御回路３Ｒから、必要なデータの取得を行うことになる。

演算制御回路３Ｌ及び３Ｒ間の動作は、マスター・スレーブ制御にて動作する。本実施形態の場合、演算制御回路３Ｌがマスターで、演算制御回路３Ｒがスレーブである。尚、各演算制御回路は、マスター・スレーブのどちらにもなりうるが、ディップスイッチ（不図示）等の切替部で、ＣＰＵのポートに切替信号を入力することで、マスター・スレーブの切替が可能となっている。

マスターであるセンサバー１Ｌの演算制御回路３Ｌからは、対向する辺に設けられたセンサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２のデータを取得するために、制御信号がスレーブの演算制御回路３Ｒにシリアル通信部６７を介して送信される。そして、センサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２で得られた角度情報が算出され、シリアル通信部６７を介してマスター側の演算制御回路３Ｌに送信される。

尚、インタフェース６８は、本実施形態の場合、マスター側の演算制御回路３Ｌに実装されることになる。また、６６は、指示具として、赤外線を発光する専用ペン（不図示）を使用した時の赤外線受光部である。６５は専用ペンからの信号をデコードするためのサブＣＰＵである。専用ペンは、ペン先が入力面を押圧したことを検知するスイッチや、ペン筺体サイド部に種々のスイッチを有する。それらのスイッチの状態やペンの識別情報を専用ペンに設けられた赤外線発光部で送信することにより、専用ペンの操作状態を検知することが可能となる。

図１３（Ｂ）はセンサユニット２を動作させるためにマスター側の演算制御回路３ＬのＣＰＵ６１が出力する制御信号、及びセンサユニット２の動作を示すタイミングチャートである。

７１、７２、７３がラインＣＣＤ４１制御用の制御信号であり、ＳＨ信号７１の間隔でラインＣＣＤ４１のシャッター開放時間が決定される。ＩＣＧＬ信号７２はセンサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２へのゲート信号であり、ラインＣＣＤ４１内部の光電変換部の電荷を読出部へ転送する信号である。

ＣＣＤＬ信号７４は、センサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２のラインＣＣＤ４１のシャッター開放時間を示す信号である。ＩＣＧＲ信号７３は、対向するセンサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２へのゲート信号であり、シリアル通信部６７を介してセンサバー１Ｒの演算制御回路３Ｒに送信される。そして、演算制御回路３ＲがラインＣＣＤ４１内部の光電変換部の電荷を読出部へ転送する信号を生成する。ＣＣＤＲ信号７５は、センサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２のラインＣＣＤ４１のシャッター開放時間を示す信号である。

ＬＥＤＬ信号７６及びＬＥＤＲ信号７７は、各センサユニット２の赤外ＬＥＤ３１の駆動信号である。ＳＨ信号７１の最初の周期でセンサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２の赤外ＬＥＤ３１を点灯するために、ＬＥＤＬ信号７６が各々のＬＥＤ駆動回路（不図示）を経て赤外ＬＥＤ３１に供給される。

そして、ＳＨ信号７１の次の周期で、対向する辺に設けられたセンサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２の赤外ＬＥＤ３１を点灯するために、ＬＥＤＲ信号７７がシリアル通信部６７を介して演算制御回路３Ｒに送信される。そして、演算制御回路３Ｒが各々のＬＥＤ駆動回路に供給するための信号を生成する。

赤外ＬＥＤ３１の駆動、及びラインＣＣＤ４１のシャッター開放が終了した後に、ラインＣＣＤ４１の信号がセンサユニット２から読み出され、後述する方法で角度情報を算出する。そして、スレーブ側の演算制御回路３Ｒの演算結果はマスター側の演算制御回路３Ｌに送信される。

以上のように動作させることで、センサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２と対向するセンサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２とは、異なるタイミングで動作するようになる。このように構成することで、対向する辺に設けられたセンサユニットの赤外光を検出することなく、センサユニット自身が発光した再帰反射光のみを検出できる。

図１４を用いて、センサバー１のセンサユニット２から出力される信号について説明する。先ず、センサユニット２の投光部３０の発光が無い状態である場合の受光部４０の出力は図１４（Ａ）となり、発光が有る場合の受光部４０の出力は図１４（Ｂ）となる。図１４（Ｂ）において、レベルＡが検出した光量の最大レベルであり、レベルＢが光を全く検出（受光）できてないレベルと言える。

センサユニット２が発光した赤外線は、対向する辺に設けられた再帰反射部４で再帰反射され、自身のセンサユニット２で検出される。従って、光出力が得られ始める画素番号Ｎｊの方向は図１１における方向ｊであり、同様に、画素番号Ｎｆの方向は図１１における方向ｆということになる。画素番号Ｎｊから画素番号Ｎｆまでの光量は、表示画面の大きさやそのアスペクト比、それに対応したセンサバー１の配置状態（特に、２つのセンサバー１間の距離）や伸縮状態等によって変化する。

本願発明の座標入力装置は、最適な光量レベルが得られるように、ＳＨ信号を制御することによって、ラインＣＣＤ４１のシャッター開放時間、及び赤外ＬＥＤ３１の露光時間を調整する。センサユニット２から得られる光量が多ければ時間を短くし、逆に少なければ時間を長く設定することができる。さらには、検出光量レベルに応じて、赤外ＬＥＤ３１に流す電流を調整しても良い。このように出力信号を監視することで、最適な光量が得られるように構成されている。このような調整を、レベル変動が有った場合に適宜行う仕様としても良い。もしくは、センサバー１が設置され、その状態が保持されている間は、安定した一定の信号が得られるはずであるので、このような光量の調整は、設置が完了した電源投入時に行えばよい。

再び、図１４に戻り、座標入力有効領域５の入力面をタッチすることで光路を遮ると、図１４（Ｃ）のように、例えば、画素番号Ｎｃで光量が検出できなくなる。本願発明では、この図１４（Ａ）〜（Ｃ）の信号を用いて、タッチした方向、言い換えると、角度を算出する。

まず、システムの起動時、システムのリセット時、あるいは自動的に、基準データを取得する。以降、一つのセンサユニット２のデータ処理について説明するが、他のセンサユニットでも同様の処理を行っている。

電源投入時、操作者によるタッチ操作が行われてない状態で、投光部３０の照明無しの状態でラインＣＣＤ４１の出力をＡ／Ｄコンバータ６３によりＡ／Ｄ変換して、この値をＢａｓｅ＿Ｄａｔａ［Ｎ］としてメモリ６４に記憶する。これは、ラインＣＣＤ４１のバイアスのばらつき等を含んだデータとなり、図１４（Ａ）のレベルＢ付近のデータとなる。ここで、［Ｎ］はラインＣＣＤ４１のＣＣＤ画素番号であり、有効な入力範囲に対応する画素番号が用いられる。

同様に、操作者によるタッチ操作が行われてない状態で、投光部３０から投光した状態での光量分布を取得して記憶する。これは、図１４（Ｂ）の実線で表されたデータであり、Ｒｅｆ＿Ｄａｔａ［Ｎ］としてメモリ６４に記憶する。これにより、初期データとして２種類のデータの記憶を管理する。

その後、サンプリングを開始することになるが、タッチ操作が行われてなければ、図１４（Ｂ）に示すデータは、タッチ操作が行われると、そのタッチ位置に応じて影Ｃが検出された図１４（Ｃ）に示すデータが検出される。この投光部３０の照明有りの状態で得られるサンプルデータをＮｏｒｍ＿Ｄａｔａ［Ｎ］と定義する。

これらのデータ（メモリ６４に記憶されているＢａｓｅ＿Ｄａｔａ［Ｎ］とＲｅｆ＿Ｄａｔａ［Ｎ］）を用いて、まずは、指示具の入力の有無、遮光部分の有無の判定を行う。まず、遮光部分を特定するために、データの変化の絶対量を各々の画素において算出し、予め設定してある閾値Ｖｔｈａと比較する。

Norm_Data0[N] = Norm_Data[N] - Ref_Data[N] （１）
ここで、Norm_Data0[N]は、各画素における絶対変化量であり、閾値比較により、ノイズ等による誤判定を防止し、所定量の確実な変化を検出する。そして、閾値を超えるデータが、例えば、所定数以上の連続した画素で発生した場合に、タッチ操作が有ると判定する。この処理は、差を取り比較するだけなので、短時間での演算が可能であり、入力の有無判定を高速に行うことができる。

次に、より高精度に検出するために、画素データの変化の比を計算して入力点の決定を（２）式を用いて行う。

Norm_DataR[N] = Norm_Data0[N] / (Base_Data[N] - Ref_Data[N]) （２）
この画素データ（光量分布）に対して、別途設定される閾値Ｖｔｈｒを適用する。そして、その閾値Ｖｔｈｒを横切る点に対応する、光量分布中の遮光部分に対応する光量変動領域の立ち上がり部と立ち下がり部の画素番号から、両者の中央を指示具による入力に対応する画素とすることで、角度を算出する。

図１４（Ｄ）は変化の比の計算を終了後の検出結果の例である。今、閾値Ｖｔｈｒで検出すると、遮光部分の立ち上がり部分は、Ｎｓ番目の画素でレベルＬｓとなり閾値Ｖｔｈｒを超えたとする。さらに、Ｎｔ番目の画素でレベルＬｔとなり閾値Ｖｔｈｒを下まわったとする。

この時、出力すべきラインＣＣＤ４１の画素番号Ｎｐを、立ち上がり部と立ち下がり部の画素番号の中央値として式（３）のように計算しても良いが、そうすると、ラインＣＣＤ４１の画素間隔が出力画素番号の分解能になる。

Np = Ns + (Nt - Ns) / 2 （３）
そこで、より高分解能に検出するために、それぞれの画素のデータレベルとその一つ前の隣接画素のデータレベルを用い、閾値Ｖｔｈｒを横切る仮想の画素番号を計算する。

画素ＮｓのレベルをＬｓ、画素Ｎｓ−１番のレベルをＬｓ−１、そして、画素ＮｔのレベルをＬｔ、画素Ｎｔ−１のレベルをＬｔ−１とすると、それぞれの仮想画素番号Ｎｓｖ、Ｎｔｖは、
Nsv = Ns-1 + ( Vthr - Ls-1 ) / ( Ls -LS-1 ) （４）
Ntv = Nt-1 + ( Vthr - Lt-1 ) / ( Lt -Lt-1 ) （５）
と計算できる。この計算式によれば、出力レベルに応じた仮想画素番号、つまり、ラインＣＣＤ４１の画素番号よりも細かい画素番号を取得できる。そして、これらの仮想画素番号Ｎｓｖ、Ｎｔｖの仮想中心画素Ｎｐｖは、式（６）で決定される。

Npv = Nsv + ( Ntv - Nsv ) / 2 （６）
このように、閾値Ｖｔｈｒを越えるデータレベルの画素の画素番号とその隣接する画素番号と、それらのデータレベルから、所定レベルの閾値Ｖｔｈｒを横切る仮想的な仮想画素番号を計算することで、より分解能の高い検出を実現できる。

このように得られた中心画素番号から、実際の指示具の座標値を計算するためには、この中心画素番号を角度情報に変換する必要がある。

後述する実際の座標計算では、角度そのものよりもその角度における正接（ｔａｎｇｅｎｔ）の値を計算するほうが都合がよい。尚、画素番号から、tａnθへの変換には、テーブル参照や変換式を用いる。変換式は、例えば、高次の多項式を用いると精度を確保できるが、次数等は計算能力及び精度スペック等を鑑みて決定すればよい。

ここで、５次多項式を用いる場合の例を示すと、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、出荷時等にこの係数データを不揮発性メモリ等のメモリ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
tanθ=((((L5*Npr+L4)*Npr+L3)*Npr+L2)*Npr+L1)*Npr+L0 （７）
であらわすことができる。同様なことを、各々のセンサユニットに対して行えば、それぞれの角度データを決定できる。もちろん、上記例では、tａnθを計算しているが、角度データそのものを計算し、その後、tａnθを計算しても構わない。

図１５は、画面座標との位置関係を示す図である。センサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１の視野範囲は方向ｊから方向ｆの範囲であり、角度の正負を図示のように設定する。そして、センサユニット２−Ｌ１の光軸はＸ軸方向であり、その方向を角度０°と定義する。同様に、センサユニット２−Ｌ２の視野範囲は方向ｆから方向ｊの範囲であり、角度の正負を図示のように設定し、及び、センサユニット２−Ｌ２の光軸の方向を角度０°と定義する。そして、センサユニット２−Ｌ１の光軸中心とセンサユニット２−Ｌ２の光軸中心を結ぶ線分をＹ軸と定義すれば、各センサユニットの光軸はその線分の法線方向となる。また、センサユニット２−Ｌ１の光軸中心とセンサユニット２−Ｌ２の光軸中心との距離をｄｈと定義する。

今、点Ｐの位置でタッチ操作が行われた場合を想定する。

センサユニット２−Ｌ１で算出される角度はθＬ１であり、センサユニット２−Ｌ２で算出される角度はθＬ２である。この２つの角度情報と距離ｄｈを用いて、幾何学的にタッチ位置Ｐの座標を算出することが可能となる。

ｘ＝dh・tan(π/2-θL2)・tan(π/2-θL1)/(tan(π/2-θL2)+tan(π/2-θL1)) （８）
ｙ＝dh・tan(π/2-θL2)/(tan(π/2-θL2)+tan(π/2-θL1)) （９）
また、一方のセンサユニットの出力がθL１＝０、もしくはθL２＝０の場合であっても、他方のセンサユニットが出力する角度情報に基づき、幾何学的に容易にタッチ位置を算出することが可能である。

ここで、センサユニット２−Ｌ１及びセンサユニット２−Ｌ２の視野範囲から、タッチ位置Ｐが図１５（Ｂ）のハッチング部の範囲に有る場合のみ、そのタッチ位置を算出することが可能である。タッチ位置がその範囲に無い場合には、同図（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）に示す様に、演算に用いるセンサユニットの組み合わせを変更することで、座標入力有効領域５全域のタッチ位置を検出できるようになる。従って、各センサユニット２が検出した遮光方向の有無、及び遮光方向に基づき、座標算出に必要なセンサユニットを選択して、タッチ位置を算出する。そして、選択したセンサユニット２の組み合わせに応じて、式（８）、式（９）のパラメータを変更して、座標変換を行えばよい。

尚、図１５（Ｆ）に示す様に、センサユニット選択の境界領域近傍にタッチ位置Ｐが存在すると、この場合は、図１５（Ｂ）もしくは図１５（Ｃ）の状態のセンサユニットの組み合わせで、そのタッチ位置を算出できる。具体的な構成として、例えば、センサユニット２−Ｌ２の視野範囲と、センサユニット２−Ｒ１の視野範囲は、座標入力有効領域５の対角線方向で重複するように構成される。そして、重複した領域でタッチした場合には、複数通りのセンサユニットの組み合わせで座標算出が可能となる。その場合にあっては、両者の組み合わせで算出した座標値の平均値を確定座標として出力しても良い。

さて、このように算出された座標値は、本願発明の座標入力装置が持つ第１の座標系（以後、デジタイザ座標系と称す）の値であって、位置算出が可能な有効領域は図１１における座標入力有効領域５である。そして、この座標入力有効領域５の範囲内にディスプレイの表示面を設けることになる。ディスプレイが仮にフロントプロジェクターとすると、図１６に示すように、投影画像である表示領域８が座標入力有効領域５内に設定されることになる。図１６では、ｄ１を原点としてｄｘ軸、ｄｙ軸からなる表示座標系である第２の座標系（以後、スクリーン座標系と称す）からなる。表示されている画像を直接タッチすることで、アイコン等のタップ操作を行うためには、デジタイザ座標系とスクリーン座標系の相関をとる必要が有る。

通常、この種の相関を得るために、表示制御を行っているパーソナルコンピュータ（ＰＣ）には、専用のアプリケーションソフトがインストールされる。アプリケーションを起動すると、表示画面には十字クロス等が表示され、ユーザにそのクロス位置をタッチするように促す。その動作を異なる位置で所定回数繰り返すことで得られるデジタイザ座標系の座標値と、十字クロスが表示されている位置のスクリーン座標系の座標値とが一致するように、座標系の変換が行われる。

本願発明の座標入力装置にあっては、アプリケーションソフトを使って十字クロスの位置を表示させてタッチさせるのではなく、表示画面の四隅をタッチすることで、この座標変換を行っている。このように構成することで、その場にあるＰＣに接続することで、特別なソフトをインストールすることなく直ぐに使えると言う優れた効果が得られる。特に、本願発明の座標入力装置は、センサバー１を持ち運んで会議室に設置する可搬型であり、一緒にＰＣを持ち運ぶ必要が無いと言うことは大きな利点である。持ち運んだ先の、その場のＰＣ、その場の表示装置を利用して、簡単に設置を完了させて直ぐに使えると言う優れた効果を発揮する。

この座標系を一致させるモードへの遷移は、例えば、センサバー１に設けられたモード遷移スイッチ（不図示）で行われる。モード遷移スイッチによりモードが遷移すると、センサバー１に内蔵されるスピーカ等の出力部により、４隅部を順次タッチするようにガイダンスする。また、隅部のタッチが完了する毎に、入力が完了したことを示すブザー音を報知しても良い。または、センサバー１に内蔵されるインジケータで、その操作を促しても良い。

さて、デジタイザ座標系での座標算出では、式（８）及び式（９）で演算に用いるセンサユニット２間の距離ｄｈが既知である必要が有る。しかしながら、表示装置と組み合わせて使用する図１６のような使用態様の場合、この距離ｄｈは必ずしも既知である必要は無い。つまり、ディスプレイの大きさを示す４隅部の情報が、タッチ操作することにより順次デジタイザ座標系における各センサユニットでの角度情報として取得される。その結果、比による計算だけで、スクリーン座標系のタッチ位置座標を算出することが可能となるからである。

さて、本願発明の座標入力装置は、種々の表示サイズの表示面に対して、ユーザが２本のセンサバー１を装着して使用することを想定している。そして、２本のセンサバー間の相対的な位置関係が図１５（Ａ）となる（２つのセンサバーが平行、同一長さ、かつＸ軸方向に他方のセンサバーのセンサユニットが配置される）ことで、デジタイザ座標系での高精度な位置検出が可能となる。２本のセンサバー１がこのような配置となる仕組みを設けることも可能であるが、その場合、ユーザにそれなりの慎重な設置作業を強いることになる。仮に、２つのセンサバーを目分量で簡単に装着できれば、利便性の向上、設置時間の大幅短縮へとつながる。そこで、本願発明にあっては、利便性向上のために、座標検出モードとして第２の検出モードを有する。

図１７（Ａ）は第２の検出モードを説明するためのマスター側のセンサバー１ＬのＣＰＵ６１が出力する制御信号、及びセンサユニット２の動作を示すタイミングチャートである。

９１、９２、９３がラインＣＣＤ４１制御用の制御信号であり、ＳＨ信号９１の間隔でラインＣＣＤ４１のシャッター開放時間が決定される。ＩＣＧＬ信号９２はセンサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２へのゲート信号であり、ラインＣＣＤ４１内部の光電変換部の電荷を読出部へ転送する信号である。

ＣＣＤＬ信号９４は、センサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２のラインＣＣＤ４１のシャッター開放時間を示す信号である。ＩＣＧＲ信号９３は、対向するセンサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２へのゲート信号であり、シリアル通信部６７を介してセンサバー１Ｒの演算制御回路３Ｒに送信される。そして、演算制御回路３ＲがラインＣＣＤ４１内部の光電変換部の電荷を読出部へ転送する信号を生成することになる。ＣＣＤＲ信号９５は、センサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２のラインＣＣＤ４１のシャッター開放時間を示す信号である。

ＬＥＤＬ信号９６及びＬＥＤＲ信号９７は、各センサユニット２の赤外ＬＥＤ３１の駆動信号である。ＳＨ信号９１の最初の周期でセンサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２の赤外ＬＥＤ３１を点灯するために、ＬＥＤＲ信号９７がシリアル通信部６７を介してセンサバー１Ｒの演算制御回路３Ｒに送信される。そして、演算制御回路３Ｒが各々のＬＥＤ駆動回路に供給するための信号を生成する。

そして、ＳＨ信号９１の次の周期で、センサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２の赤外ＬＥＤ３１を点灯するために、ＬＥＤＬ信号９６が各々のＬＥＤ駆動回路を経て赤外ＬＥＤ３１に供給する。

赤外ＬＥＤ３１の駆動、及びラインＣＣＤ４１のシャッター開放が終了した後に、ラインＣＣＤ４１の信号がセンサユニット２から読み出され、後述する方法で角度情報を算出する。そして、スレーブ側の演算制御回路３Ｒの演算結果はマスター側の演算制御回路３Ｌに送信される。

以上のように動作させることで、センサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２は、対向するセンサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２が発光した赤外ＬＥＤ３１の赤外光を直接検出する。同様に、センサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２は、対向するセンサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２が発光した赤外ＬＥＤ３１の赤外光を直接検出する。

尚、図１３では、センサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２と対向するセンサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１及び２−Ｒ２とを異なるタイミングで動作する座標検出モードであり、これが第１の検出モードとなる。

図１７（Ｂ）は、第２の検出モードで動作する場合に、センサユニット２で得られる検出信号波形を示している。対向する辺に設けられた２つのセンサユニット２の投光部３０からの発光をそれぞれ受光するので、ピーク信号が２つ生成される。そして、先に述べた角度算出の方法と同様な方法で、その方向を各々算出する。尚、図中の破線は、図１４（Ｂ）で示す受光部４０の出力（光量分布）を示すものであり、方向Ｎｊ、方向Ｎｆの間にピーク信号が生成されることを示している。

上述のように、ユーザが２つのセンサバー１を目分量で装着した場合であっても、高精度な位置検出を実現することが本願発明の目的の一つである。そのために、各センサユニット２が、対向するセンサバー１に収納されているセンサユニット２の投光部３０の光を検出することで、対向するセンサユニット２がどの方向に位置するかを検出する。

図１８を用いて、その様子を説明する。

図１８において、センサユニット２−Ｌ１の光軸中心とセンサユニット２−Ｌ２の光軸中心を結ぶ線分をＹ軸、その法線方向をＸ軸とすれば、センサユニット２−Ｌ１及び２−Ｌ２の光軸はＸ軸と平行である。そして、対向するセンサ２−Ｒ１は、センサユニット２−Ｌ１から見ると角度θ１の方向であり、センサユニット２−Ｌ２から見ると角度θ３の方向である。同様に、θ１からθ８までの角度を算出することが可能であり、その結果、センサバー１Ｌのセンサユニット２−Ｌ１の光軸と、センサバー１Ｒのセンサユニット２−Ｒ１の光軸の成す角度θ９が算出される。

言い換えると、センサバー１Ｌとセンサバー１Ｒの相対的な傾きを検出することができる。更には、センサバー１の長手方向の長さが伸縮することによって変化した場合であっても、各センサユニット２間の絶対的距離を知ることはできないが、４つのセンサユニットの相対的な位置関係を取得することが可能である。そして、先に述べたディスプレイの大きさを示す４隅部の情報を、タッチ操作することで取得すれば、比による演算だけでも、スクリーン座標系での座標を高精度で算出することが可能となる。

図１９は電源投入時からの初期設定処理を示すフローチャートである。

まず、投影画像である表示領域８の全領域を含む矩形状の座標入力有効領域５を形成するために、操作者によってセンサバー１がホワイトボード６に装着されると、例えば、電源投入が行われて初期設定を行う（ステップＳ１０１）。

次に、ＣＰＵ６１のポート設定、タイマ設定等の座標入力装置に係る各種初期化を行うとともに、光電変換素子に残っている余分な電荷を除去する等のラインＣＣＤ４１の初期化も行う（ステップＳ１０２）。次に、ラインＣＣＤ４１が検出する光量の最適化を行う。上述のように、表示領域８の大きさは、ホワイトボード６の大きさにより一意では無い。そのような場合であっても、センサバー１の長さを伸縮させたり、センサバー１間の距離が適宜ユーザによって設定される。従って、装着の状態によって、検出される光の強度は異なるので、ラインＣＣＤ４１のシャッター開放時間や赤外ＬＥＤ３１の点灯時間、もしくは赤外ＬＥＤ３１の駆動電流の設定を含む第２の検出モードで動作設定を行う（ステップＳ１０３）。次に、ラインＣＣＤ４１の出力信号を取り込む（ステップＳ１０４）。

ここで、ステップＳ１０３における動作設定とは、対向するセンサユニット２から直接光を受ける動作の状態（図１７における第２の検出モード）であって、４つのセンサユニット２の相対的な位置関係を導出することを目的とする。ステップＳ１０３で、仮に最初の動作設定を光量が最大に得られるように設定すると、ステップＳ１０５において、光が検出できない状態とは、センサユニット２の受光部４０の視野範囲に、対向する位置にあるセンサユニット２が位置していないということになる。つまり、ユーザによるセンサバー１の配置／設置が不適な状態にあり、ステップＳ１０６でその旨を報知して、センサバーの再設置を促す。そして、ユーザによる再設置が完了すると、再び、ステップＳ１０１を開始することになる。尚、ステップＳ１０５及びステップＳ１０６で検出される信号は、図１７（Ｂ）に示すような信号となり、本実施形態の場合は、２つの信号が出力されている状態が正常状態と言える。

次に、検出信号の波形のチェックを行う（ステップＳ１０７）。対向する位置にあるセンサユニット２の光が強すぎる場合、例えば、検出信号の波形（波形レベル）の少なくとも一部が所定の閾値を超える場合（ステップＳ１０７でＮＯ）、ステップＳ１０３に戻り、例えば、露光時間をより短くする等の再設定を行う。そして、今度、ステップＳ１０７でチェックされる検出信号波形は、より光強度が弱い状態となっているはずである。そして、その信号レベルが適正である場合（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、例えば、検出信号波形の少なくとも一部が所定の閾値以下である場合、ステップＳ１０８に進む。この動作を、各センサユニット（本実施形態の場合、４つ）で実行し、すべての信号が最適化されると、センサユニット２の相対的な位置関係を算出する（ステップＳ１０８）。

ステップＳ１０９以降では、センサユニット２が投光した赤外光が、対向するセンサバー１に設けられた再帰反射部４で再帰反射され、その光を自身の受光部４０で検出した時の信号レベルを最適化する。上述したとおり、センサバー１の配置は一意では無く、その配置に応じた検出レベルを最適化することで、安定した信号を得ることを目的とする。設定する項目は、ラインＣＣＤ４１のシャッター開放時間や赤外ＬＥＤ３１の点灯時間、もしくは赤外ＬＥＤ３１の駆動電流の設定を含む第１の検出モードで動作設定を行う（ステップＳ１０９）。ステップＳ１０９で、仮に最初の動作設定を光量が最大に得られるように設定すると、その時のラインＣＣＤ４１の出力信号を取り込む（ステップＳ１１０）。

取り込まれた出力信号は、照明時のデータであり、図１４（Ｂ）の様な波形となる。光が強すぎると、ラインＣＣＤ４１のダイナミックレンジの範囲を超え、出力が飽和することになるので、正確な角度を算出することが困難となる。その場合は、ステップＳ１１１で、検出信号の波形が不適と判定され（ステップＳ１１１でＮＯ）、ステップＳ１０９に戻り、検出信号の波形（波形レベル）がより小さくなるように、再設定が行われる。再帰反射光を検出するので、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０８での処理（つまり、第２の検出モード）でセンサユニット２の投光を直接受光部４０で検出する場合と比べて、格段に投光する光量が大きくなるように設定することになる。

そして、ステップＳ１１１で、波形レベルが最適と判断される場合（ステップＳ１１１でＹＥＳ）、照明無しの状態の信号Ｂａｓｅ＿Ｄａｔａ［Ｎ］（図１４（Ａ）参照）を取得してメモリ６４に記憶する（ステップＳ１１２）。次に、照明有りの状態の信号Ｒｅｆ＿Ｄａｔａ［Ｎ］（図１４（Ｂ）参照）を取得してメモリ６４に記憶する（ステップＳ１１３）。

このようにして、全てのセンサユニットでのデータが取得されると、一連の初期設定処理が完了する。

図２０（Ａ）は初期設定処理後の通常のサンプリング動作を示すフローチャートである。

図１９の初期設定処理を実行する（ステップＳ１０１）。その後、通常の取込動作（第１の検出モード）として、センサユニット２が投光した赤外光が、対向するセンサバー１に設けられた再帰反射部４で再帰反射され、その光を自身の受光部４０で検出した時の信号を検出する（ステップＳ２０１）。その時のデータは、Ｎｏｒｍ＿ｄａｔａ［Ｎ］であり、仮にタッチ操作があって光路を遮ると、図１４（Ｃ）のように、画素番号Ｎｃの辺りで光信号が検出できなくなる。

いずれかのセンサユニット２で、このような光の遮光部分が生成されたか否か、つまり、入力の有無を判定する（ステップＳ２０２）。入力が無いと判定される場合（ステップＳ２０２でＮＯ）、再度、ステップＳ２０１に戻り、サンプリングを繰り返すことになる。一方、入力が有ると判定される場合（ステップＳ２０２でＹＥＳ）、出力信号に遮光部分が生成されているセンサユニットを選択する（ステップＳ２０３）。その選択したセンサユニットを用いて、遮光部分が生成されている方向（角度）を各々算出する（ステップＳ２０４）。算出した角度に基づいて、デジタイザ座標系でのタッチ位置座標を算出する（ステップＳ２０５）。算出したタッチ位置座標をスクリーン座標系に変換して、パーソナルコンピュータの外部機器に、その座標値を出力（送信）する（ステップＳ２０６）。

尚、この際に、入力面をタッチしている状態であるか否かを示すタッチダウン信号／タッチアップ信号をあわせて出力しても良い。この種の座標入力装置にあっては、タッチ面をタッチすることで、光路は１００％遮断されることになるが、タッチ状態から少しずつ浮かせることによって、少しずつ光が透過するようになる。従って、光がどの程度遮られたかを演算することで、タッチ状態にあるのか、タッチはしてないが、光路を遮っている（角度演算は可能であり、その場合でもその位置を演算可能）状態であるのかを、閾値を設定することで判定できる。

スイッチ等の切替部の操作により、デジタイザ座標系とスクリーン座標系を一致させるためのキャリブレーションモード（第２の検出モード）に遷移することになるが、図２０（Ｂ）を用いて、そのキャリブレーションモードのフローチャートを説明する。

キャリブレーションモードは、センサバー１を装着した直後、あるいは設置完了後であっても、何らかの拍子でディスプレイの表示位置がずれてしまった場合に行われる。キャリブレーションモードに遷移すると、先ずは、初期設定処理を行う（ステップＳ１０１）。これは、センサバーが使用中に設置状態がずれた場合を想定して、光出力の最適化、センサの位置ずれを補正することになる。

そして、ユーザによる表示領域８の４隅のタッチ操作を行わせるために、ステップＳ２０１及びステップＳ２０２を経て、そのひとつの位置のタッチが行われたかを判定する。ステップＳ２０３及びステップＳ２０４で、必要な角度情報を算出する。その後、データの取得が完了したことを報知する（ステップＳ３０１）。この報知は、例えば、完了を示すビープ音を出力する。

次に、表示領域８の４隅の全ての情報の取得が完了したか否かを判定する（ステップＳ３０２）。取得が完了していない場合（ステップＳ３０２でＮＯ）、ステップＳ２０１に戻る。一方、取得が完了している場合（ステップＳ３０２でＹＥＳ）、デジタイザ座標系からスクリーン座標系へと変換するためのパラメータを算出する（ステップＳ３０３）。その後、通常動作に戻る。そして、ここで算出されたパラメータは、ステップＳ２０６における座標変換で使用される。

以上説明したように、実施形態１によれば、投光部及び受光部と再帰反射部をセットで、入力面に対し垂直方向に移動する構成をとっているので、入力面に歪み、凸等があっても本構成を駆使することにより、座標入力装置を使用状態に設定することができる。

また、本構成をとることによって、投受光の光は常に入力面に対し平行を維持することができるので、入力面全域に渡りタッチの反応深さを均一にすることができ、快適な操作環境を提供することができる。

＜実施形態２＞
実施形態２の座標入力装置を、図２１を用いて説明する。図２１の座標入力装置の構成は、図２７に示されている従来の構成をとっている。図２１において、１０８はセンサユニット２、再帰反射部４を含む座標入力装置を固定するベースである。ベース１０８には、入力面に対し垂直方向に高さを調整できる、高さ調整ユニット１０６が配置されている。また、ベース１０８において、図示のように、センサバー１が座標入力有効領域５を構成する矩形状の領域の１辺（好ましくは、長辺）に、残りの３辺に再帰反射部４が配置されている。実施形態１と同様に高さ調整ユニット１０６を調整することにより、ベース１０８に取り付いているセンサバー１、再帰反射部４を含む座標入力装置は、入力面と垂直方向に高さ調整される。

尚、高さ調整ユニット１０６の数は、ベース１０８を支持するために少なくとも３つ設けられ、その位置は、ベース１０８全体を均一に高さ調整することができる位置に配置することが好ましい。

＜実施形態３＞
実施形態３の座標入力装置を、図２２を用いて説明する。実施形態３では、ホワイトボード６が長辺方向に曲率が一定で凸形状に湾曲した、円柱側面の一部の様なホワイトボード６に座標入力装置を取り付ける形態を示している。尚、位置検出原理等は実施形態１と同様であり、その説明は省略する。

ホワイトボード６の長辺方向をＸ方向、ホワイトボード６の短辺方向をＹ方向、座標入力面に垂直な方向がＺ方向とする。図２２（Ａ）はホワイトボード６を正面に見た場合の座標入力装置の正面図である。図２２（Ａ）内のＢ−Ｂ断面図が図２２（Ｂ）、Ｃ−Ｃ断面図が図２２（Ｃ）である。

図２２（Ｂ）、（Ｃ）のように側面からみるとホワイトボード６は湾曲していることがわかり、その方向はＺ方向から見た場合に凸方向である。湾曲したホワイトボード６にセンサバー１を設置した場合の問題点はすでに記述した通りであり、座標入力有効領域５に入力してもその位置によっては検出不能になることがある。

この課題を解決するためには、センサバー１の設置角度を変更して正対させなければならない。加えて、ホワイトボード６の湾曲が凸方向なので、角度変更のみであればホワイトボード６に投光部３０からの光がケラレてしまうため、高さ調整が必要である。ここで、角度は、センサユニット２（センサユニット２の重心位置）と座標入力有効領域５の法線の角度のことを指し、以後、角度と称するものは特別な説明がない限り、センサユニット２と座標入力有効領域５の法線の角度のことをいう。また、角度のＸ方向成分をＸＺ面内角度、角度のＹ方向成分をＹＺ面内角度と称す。

センサバー１の変更角度は、設置位置の傾き、センサユニット２の光路幅、座標検出領域の大きさ（センサバー１Ｌとセンサバー１Ｒ間の距離）に、高さ調整量はホワイトボード６の最大凸量に依存する。最善には．設置位置の傾き分を角度変更し、センサユニット２の設置位置とホワイトボード６の中央部高さ方向の差分を補正するように角度変更・高さ調整すればよい。

本実施形態のホワイトボード６は．凸形状に湾曲しているので、そのホワイトボード６にセンサバー１を設置した場合のセンサバー角度変更・高さ調整決定処理を図２３を用いて説明する。

本処理では、それぞれの４つのセンサユニット２に備えてある受光部４０にて得ることができる光量分布を確認する必要があるが、１つのセンサユニット２に対してのみを記載する。尚、本処理は、実施形態１の図７のフローチャート内におけるステップＳ４１１からステップＳ４１６に代わるものである。

凸形状のホワイトボード６にセンサバー１Ｌ及び１Ｒを設置した時は、センサバー１Ｌ及び１Ｒがホワイトボード６に沿って設置されているため、左右のセンサバー１Ｌ及び１Ｒは正対していない。それぞれの投光部３０から発せられる光は対向するセンサバー１Ｌ及び１Ｒに備えられる再帰反射部４Ｌ及び３Ｒから外れてしまうため、受光部４０にて受光することができない。そのため、図７のステップＳ４０９及びステップＳ４１０で光量不足ランプ点灯・消灯する。

そこで、まず、高さ調整ユニット１０６にて高さ調整範囲内で最大高さとなるよう高さ調整する（ステップＳ５０１）。これは、角度を変更してもホワイトボード６の表面によってケラレてしまうため、高さ調整ユニット１０６にてホワイトボード６の最大凸部よりも投光部３０が高くなる位置までセンサバー１を上げるためである。

次に、角度変更ユニット１０７（図２２（Ｂ）の１０７−Ｌ及び１０７−Ｒ）を用いて、左右のセンサバー１Ｌ及び１Ｒを正対させる（ステップＳ５０２）。対向するセンサバー１Ｌ及び１Ｒの再帰反射部４Ｌ及び４Ｒに投光した光が当たるように角度変更する。次に、光量分布が角度変更範囲内で最大であるか否かを判定する（ステップＳ５０３）。最大でない場合（ステップＳ５０３でＮＯ）、再度、角度変更を行う（ステップ５０２）。一方、最大である場合、ステップＳ５０４へ進む。

次に、角度変更範囲内にて最大である判定された場合の光量分布で位置検出領域に入力がある場合に検出可能であるか否かを判定する（ステップＳ５０４）。このとき、一部の領域でも検出可能でない場合（ステップＳ５０４でＮＯ）、座標入力装置として満足に使用できないということを示すための光量不足ランプを点滅させることで使用者にその旨を伝える（ステップＳ５０６）。尚、ステップＳ５０４では、４つのセンサユニット２のうち一つでも光量不足と判定されると、ステップＳ５０６へ進む。もちろん、光量不足ランプを点滅させることに限定するものでなく、別途、使用不可専用の表示部を持たせてもよい。この場合、高さ調整は、ステップＳ５０１で既に最大としているため、これより高さを低くしても十分な光量をえることができないため、センサバー１の設置位置を変えたり、ホワイトボード６を交換したりしなければならない。

一方、検出可能である場合（ステップＳ５０４でＹＥＳ）、高さ調整ユニット１０６を用いて、検出可能な範囲内でセンサバー１の高さを下げる。これは、センサバー１の高さが高いと光路とホワイトボード６の距離が離れてしまい、ホワイトボード６から離れた位置でも検出してしまうからである。そのため、検出可能な限り高さを低くし、できる限りセンサバー１とホワイトボード６を近づける必要がある。もちろん、ホワイトボード６から離れた位置でも検出してもよい場合は、この作業を省略してもよい。

以上の処理で、センサバー１の角度変更・高さ調整を行い、座標入力装置の使用を開始する（ステップＳ４０７）。

ステップＳ５０５で高さを変更できたように、受光部４０で得られる光量分布が予め設定した検出可能とした値を超えていれば、座標入力装置は使用可能である。逆に考えると、ある高さ・角度に設定すれば。ある程度の範囲内の凹凸量があるホワイトボード６までカバーできる。そのため、段階的な調整でよいため、実施形態１及び２の方法で調整してよく、角度変更・高さ調整が１段階でよければある調整機構を持たない、ある高さ・角度を有する角度変更ユニット１０７−Ｌ及び１０７−Ｒを用いてもよい。

図２２（Ｃ）のように、ホワイトボード６のＸ方向の断面をみると、Ｙ方向には湾曲していないことがわかる。実施形態３の場合は、Ｙ方向にはセンサユニット２、ホワイトボード６、更には再帰反射部４も略平行に設置することができる。そのため、Ｙ方向には角度変更・高さ調整を考慮する必要がない。

角度変更ユニット１０７及び高さ調整ユニット１０６は、センサバー１内やセンサバー１の外側面に具備させ、角度変更・高さ調整が必要な場合だけセンサバー１の底面にてホワイトボード６と接着できるような機構を設けておけばよい。また、角度変更ユニット１０７及び高さ調整ユニット１０６を着脱可能な構成にしておき、それらが必要な場合のみセンサバー１の底面に取り付けるようにしてもよい。

実施形態３の座標入力装置には、ホワイトボード６からの落下防止として落下防止用フックを備えている。図２４（Ａ）には左右のセンサバー１の双方に落下防止用フック６０を設けている。落下防止部材の断面を詳細に記載した図を図２４（Ｂ）に示す。

ホワイトボード６はその周囲を枠体で囲っている場合がほとんどであり、その形状もホワイトボード６によって異なる。その枠体を避けるよう十分な大きさの落下防止用フック６０を使用し、前方からネジ部材を挟み込むように締め付け固定する。落下防止用フック６０は適切な長さのひもによりセンサバー１と接続される。これにより、落下防止用フック６０の弾性によりホワイトボード６に固定されるので、外力が加えられてホワイトボード６から外れても、床面に落下することはない。

また、電子ホワイトボード等にセンサバー１を設置して使用する場合も考えられるが、電子ホワイトボードの背面には様々な機構が設置されており、その全てに対応する落下防止用フック６０を備えるのは現実的ではない。そのため、左右のセンサバー１を背面でたすき掛けのように落下防止用部材で繋ぎ、連結させてその落下を防いでもよい。

また、実施形態３は、凸方向に湾曲しているホワイトボード６を使用した形態を示しているが、凹方向に湾曲しているホワイトボード６を使用する場合も考えられる。しかしながら、凸方向と凹方向とはそれぞれの曲率の絶対値が同じであれば、曲率の符号が逆なだけであるので、角度変更ユニット１０７の方向を入れ替えればよく、特に別の部材を必要とするものではない。また、凹方向の湾曲では、投光部３０から発せられる光がホワイトボード６表面で反射するため、角度変更ユニット１０７が必要な場合は凸方向の湾曲に比べると少なくなる。

実施形態３では座標入力有効領域５の中央に唯一の変曲点をもったホワイトボード６について説明している。これは、ホワイトボード６が１次モードに変形しているものである。より高次のモードに変形しているホワイトボード６も存在するが、限られた面積のホワイトボード６であれば、高次であればあるほどその振幅（ホワイトボード６の高低差）は低くなる。また、ホワイトボード６の曲率も緩やかになることから、１次モードの変形に対応しておけばよい。

以上説明したように、実施形態３によれば、実施形態１で説明した効果に加えて、入力面に対し垂直方向に角度変更する構成をとっているので、入力面に歪み、凸等があっても本構成を駆使することにより、座標入力装置を使用状態に設定することができる。

＜実施形態４＞
実施形態４の座標入力装置を、図２５を用いて説明する。実施形態４は、ホワイトボード６の曲率が一定に湾曲した、球面の一部の様なホワイトボード６に座標入力装置を取り付ける形態を示している。尚、位置検出原理等は実施形態１と同様であり、その説明は省略する。

ホワイトボード６の長辺方向をＸ方向、ホワイトボード６の短辺方向をＹ方向、座標入力面に垂直な方向がＺ方向とする。図２５（Ａ）はホワイトボード６を正面に見た場合の座標入力装置の正面図である。図２５（Ａ）内のＢ−Ｂ断面図が図２５（Ｂ）、Ｃ−Ｃ断面図が図２５（Ｃ）である。

ここで、実施形態３の角度変更ユニット１０７は、一方向の角度しか変更できない仕様としているため、Ｘ方向のもしくは、角度変更ユニット１０７を９０°回転させてＹ方向の角度のいずれにかしか変更できない。

しかしながら、ホワイトボード６は、Ｘ、Ｙのいずれの方向にも湾曲していることが考えられ、角度変更が十分でないと、センサバー１が変形して設置される恐れがある。また、角度変更ユニット１０７を磁石でホワイトボード６に設置する場合は、その間に隙間が生じて接触面積の減少により接着力の低下をもたらす。その場合は、不意な外力が加わったセンサバー１が落下し破損して使用できなくなったり、使用者の足へ落下した場合は怪我をさせてしまったりする恐れがある。

実施形態４の座標入力装置は、センサバー１が２本あり、それぞれのセンサバー１にセンサユニット２が２個ずつ座標入力有効領域５の角部にそれぞれ設けられ、角度変更ユニット１０７がＹＺ面内に対して固定されることなく角度調整不要な構造となっている。その角度変更ユニット１０７を図２５（Ｂ）及び図２５（ｃ）に示す。角度変更ユニット１０７（図２５（Ｂ）及び図２５（Ｃ）の１０７−Ｌ及び１０７−Ｒ）は、センサバー１に接続されるセンサバー側角度変更部材と、ホワイトボード６に接続されるホワイトボード側角度変更部材からなる。センサバー側角度変更部材とホワイトボード側角度変更部材は、連結を維持しながら自由に摺動可能な角度変更可能なヒンジ部と高さ調整部から構成されている。ＹＺ面内の角度はヒンジ部以外に拘束するものはなく、センサバー１の剛性を利用して形状を維持しながらホワイトボード６に設置される。

ＸＺ面内の角度は、ヒンジ部を中心に高さ調整部を調整することにより、センサバー側角度変更部材とホワイトボード側角度変更部材の角度は変更可能である。この角度変更によって対向するセンサバーと正対するように設置する。ＹＺ面内における角度は、ヒンジ部により角度変更可能な構成となっており、ヒンジ部の他にはその角度を規制するものはない。このような構成であれば、ＸＺ面内・ＹＺ面内のそれぞれの方向の角度を独立に変更可能である。

角度変更部材はセンサバー１の両端に備えられており、角度変更部材によって高さ方向がホワイトボード６の凸量に比べて十分に余裕あるものであればセンサバー１は変形することがない。

実施形態４では、センサバーの１高さを調整せず一定高さ分持ちあげ、ヒンジ部と高さ調整を利用した角度変更可能な構成としているが、実施形態１と同様に多段階に角度変更高さ調整な機構を設けてもよい。

また、実施形態３のように、ＸＺ面内の角度変更が１段階でよければ、予め想定されるＢ−Ｂ断面内の角度を角度変更ユニット１０７に付加させておけばよく、角度変更ユニット１０７を用いることで角度を変更するものとしてよい。その場合、ヒンジ部はＹＺ面内の角度のみ自由に摺動可能な構成でよい。

図２６に示すように、実施形態２のような、２センサと再帰反射部４がベース１０８に配置されている場合は、角度変更ユニット１０７に３６０°どの方向にも回転可能な角度変更機能を持たせておけばよい。その場合は、ＸＺ・ＹＺの両平面内の角度をベース１０８の剛性を利用して平面に維持することが可能であり、角度変更ユニット１０７にてホワイトボード６との傾きを補正できる（ホワイトボード６は不図示）。

以上説明したように、実施形態４によれば、実施形態３で説明した効果に加えて、入力面に対し自由に角度変更する構成をとっているので、入力面に歪み、凸等があっても本構成を駆使することにより、座標入力装置を使用状態に設定することができる。

＜実施形態５＞
実施形態１や２における複数の高さ調整ユニット１０６のすべてを、例えば、ソレノイド等の電子部品を使って、同時に同一の高さに電気的に動作設定する構成としてもよい。

＜＜本願発明の特徴的な構成及び効果＞＞
上述のように、本願発明は、略矩形状の座標入力有効領域に対する指示位置の座標を算出する座標入力装置であって、センサユニットを少なくとも２つ内蔵する第１の筺体及び第２の筺体（センサバー）を有する。各々の筺体には入射した光をもとの方向に戻すための再帰反射部が設けられ、略矩形状の座標入力有効領域の対向する２辺に、第１の筺体及び第２の筺体が各々設けられる。

各々の筺体に設けられたセンサユニットは、対向する辺に設けられた筺体の再帰反射部に向かって赤外線を投光する投光部と、該再帰反射部で再帰反射された光を受光する受光部よりなる。座標入力有効領域をタッチすることによって光路が遮られ、少なくとも２つのセンサユニットは、タッチ位置に応じた光が遮られた方向を検知することができる。少なくとも２つのセンサユニットが検出した角度情報と、当該２つのセンサユニット間の距離情報に基づき、幾何学的な演算によりタッチ位置を算出できる。

第１の筺体及び第２の筺体は座標入力面であるところのスクリーン面に装着、取り外し可能にするための着脱部（高さ調整ユニット）が設けられ、第１の筺体及び第２の筺体を持ち運ぶことができるように構成される。

持ち運ぶことを考慮すると、第１の筺体及び第２の筺体はより小さく小型に、より軽量に構成されることが望ましい。本願発明のセンサユニットの受光光学系は予め指定された範囲（約５０°程度）の視野範囲を有し、受光光学系の光軸は光電変換素子の画素の法線方向に設定されるものの、視野範囲は光軸対称には設定されておらず、光軸非対称な光学系を有する。そして、その光軸（もしくは光電変換素子の画素の法線方向）は、筺体に収納されている少なくとも２つのセンサユニット（受光光学系の光軸中心）を結ぶ直線と垂直になるように設定されている。このように構成することで、センサユニットを格納する筺体を、より小型に構成できる。

スクリーン面の大きさは種々のサイズ、あるいはアスペクト比が想定され、スクリーン面の大きさ、形状に合わせて、座標入力有効領域が設定されるのが好ましい。従って、第１の筺体及び第２の筺体には伸縮部が設けられ、伸縮量を調整することによって筺体内に設けられるセンサユニットの距離が可変し、スクリーン面の大きさに応じてセンサユニットを適宜配置できるように構成される。

さらには、センサユニットを具備する第１の筺体及び第２の筺体を装着する際、両者の相対的な位置関係が精密に位置決めされなくても、高精度にタッチ位置の検出が行えることが好ましい。従って、筺体を装着した際に、各々の筺体に格納されているセンサユニット間の相対的な位置情報を検出する検出部を設け、ユーザが意識することなく簡単に筺体を装着できる。

さらには、座標入力装置が出力した情報を受信する、例えば、パーソナルコンピュータ等に、専用のドライバソフトをインストールする必要が無ければ、どのパーソナルコンピュータ等に接続しても直ぐに使えることになる。従って、座標入力装置の座標系（デジタイザ座標系）と表示装置の座標系（スクリーン座標系）の一致（キャリブレーション）作業を、パーソナルコンピュータを介在させること無く行えるように構成している。

以上の座標入力装置における本願発明の主要部分は以下のようになる。

座標入力有効領域に対する指示位置を検出する座標入力装置であって、
前記座標入力有効領域に対して平行に向けて投光する投光手段と、
前記投光手段が投光した光を再帰的に反射する反射手段と、
前記投光手段あるいは前記反射手段からの光を受光する受光手段と、
前記受光手段から得られる光量分布の変動に基づいて前記座標入力有効領域の前記指示位置を計算することを可能にする光量を確保するために、前記投光手段、前記受光手段及び前記反射手段をセットとして、前記座標入力有効領域に対し垂直方向に移動させる移動手段と
を有する座標入力装置。

以上説明したよう、本願発明によれば、タッチ位置の検出に必要な構成要素が、２つの筺体内に全て収納され、当該筺体を、例えば、平面状のホワイトボード、壁面等に装着することで、タッチ位置の検出が可能となる。つまり、本願発明の座標入力装置は、座標入力有効領域であるタッチ入力面を必須の構成要素として持っていない。従って、たとえ座標入力有効領域が大型（例えば、９０インチクラス）になるとしも、当該２つの筺体のみを持ち運ぶことで、何処でもその操作環境を実現することができる。更には、タッチ入力面を構成要素として具備していないので、製品コストは当然のことながら大幅に低下させることができる。言い換えれば、ユーザが所有している既存のホワイトボード等を活用することで、導入コストを低下させることができる大きな効果が得られる。

更には、構成要素が２つの筺体に全て具備されているので、ユーザによるホワイトボードへの装着、配線等も容易にできる効果が得られる。無論、持ち運ぶことを想定すれば、より軽量／小型の筺体で有ることが好ましく、センサユニットの受光光学系を光軸非対称とすることで、筺体の軽量化／小型化を実現し、可搬性を向上させることができる。

更には、例えば、既存のホワイトボードに装着することを考慮すると、製造メーカ、製品の型番等により、そのサイズは種々存在する。従って、ユーザが既に購入して使用しているホワイトボードを活用して使用できると言うことは、導入コストの削減、あるいは資源の有効利用と言う点で優れた効果が得られる。

更には、高精度な位置検出を可能とする座標入力装置にあって、装着する筺体をそこそこの精度で装着可能とすることで、設置の煩わしさ、設置時間を大幅に削減する効果も得られる。

例えば、ホワイトボード、パーソナルコンピュータ、フロントプロジェクターが既に導入されている会議室に、２つの筺体からなる当該座標入力装置を運び入れて、画面を直接タッチして操作する環境を構築することを想定する。

この時、会議室に既に導入されているパーソナルコンピュータを直ぐに使えることが好ましく、座標入力装置を動作させるためにドライバー等のインストールを不要にすることで、設置容易性、可搬性が向上する。つまり、当該座標入力装置と共に、ドライバー等が既にインストールされている専用のパーソナルコンピュータを持ち運ぶ必要が無くなる。もしくは、会議室のパーソナルコンピュータへのインストール作業が不要であることから、余分なセットアップ時間がかからず、直ぐに会議を始めることができる優れた利点が得られるようになる。

また、本発明は投光部及び受光部と再帰反射部をセットで、入力面に対し垂直方向に移動、もしくは角度を変更する構成をとっているので、入力面に歪み、凸等があっても本構成を駆使することにより本機器を使用状態に設定することができる。

なおかつ、本構成をとることによって、投受光の光は常に入力面に対し平行を維持することができるので、入力面全域に渡りタッチの反応深さを均一にすることができ、快適な操作環境を提供することができる。

尚、本発明の座標入力装置における処理（フローチャート）は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステムまたは装置に供給し、そのシステムまたは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。

Claims (6)

1. 座標入力有効領域に対する指示位置を検出する座標入力装置であって、
   前記座標入力有効領域に対して投光する投光手段と受光手段とを備えるセンサユニットを少なくとも２つ内蔵する第１の筺体と、
   前記座標入力有効領域に対して投光する投光手段と受光手段とを備えるセンサユニットを少なくとも２つ内蔵する第２の筺体とを有し、
   前記第１の筺体と前記第２の筺体は、前記座標入力有効領域を構成する矩形状の領域の対向する２辺に配置され、
   前記第１の筺体と前記第２の筺体には、それぞれ、対向する辺に配置された筺体の前記センサユニットが備える前記投光手段からの光を再帰反射するように反射手段が設けられ、
   前記第１の筺体と前記第２の筺体のそれぞれが備える前記受光手段は、対向する辺に配置された筺体に設けられた前記反射手段からの光を受光し、
   更に、
   前記投光手段、前記受光手段及び前記反射手段の前記座標入力有効領域からの高さを変更する変更手段と、
   前記受光手段が受光する受光量が予め設定されている閾値以上であるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段の判定結果を通知する通知手段と
   を有することを特徴とする座標入力装置。
2. 前記第１の筺体と前記第２の筺体それぞれは、内蔵する前記少なくとも２つのセンサユニットの距離を伸縮する伸縮部を有する
   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の筺体と前記第２の筺体それぞれが内蔵する前記センサユニット間の相対的な位置情報を検出する検出手段を更に有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
4. 座標入力有効領域に対する指示位置を検出する座標入力装置であって、
   前記座標入力有効領域に対して投光する投光手段と、
   前記投光手段が投光した光を再帰的に反射する反射手段と、
   前記反射手段からの光を受光する受光手段と、
   前記投光手段、前記受光手段及び前記反射手段の前記座標入力有効領域からの高さを変更する変更手段と、
   前記受光手段が受光する受光量が予め設定されている閾値以上であるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段の判定結果を通知する通知手段と
   を有し、
   前記変更手段は、複数の移動手段からなり、
   前記複数の移動手段は、同時に同一の高さに電気的に動作設定することが可能な電子部品から構成される
   ことを特徴とする座標入力装置。
5. それぞれが発光部と受光部を有する少なくとも２個のセンサユニットを備え、他のセンサバーとともに、座標入力有効領域に対する指示位置を検出する座標入力装置に用いられるセンサバーであって、
   前記他のセンサバーに備えられた他の少なくとも２個のセンサユニットからの光を再帰的に反射する反射手段と、
   当該センサバーの前記座標入力有効領域からの高さを変更する変更手段と、
   前記受光部が受光する受光量が予め設定されている閾値以上であるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段の判定結果を通知する通知手段と
   を有し、
   当該センサバーと前記他のセンサバーは、前記座標入力有効領域を形成するように配置され、
   前記発光部は、前記座標入力有効領域に対して投光し、
   前記受光部は、前記他のセンサバーにより再帰的に反射された光を受光する
   ことを特徴とする座標入力装置に用いられるセンサバー。
6. 当該センサバーと前記座標入力有効領域の角度を変更する角度変更手段
   を更に有することを特徴とする請求項５に記載の座標入力装置に用いられるセンサバー。

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