座標入力装置およびその制御方法
【課題】装置本体で投光される入力用領域に対し、入力指示具のペンダウン・発光による入力を行う座標入力装置において、複数の入力指示具による同時入力が発生すると、各指示具の発光や本体投光が重畳して情報識別が困難となる。これにより、書き出し時の応答性が低下してしまう。
【解決手段】複数の入力指示具のそれぞれにおいて、ペンアップ状態となった際に、直前のペンダウン時の発光タイミングの計時を所定期間継続する。該所定期間内のタイミングａで再度ペンダウンが発生すると、各入力指示具は、計時が継続されている発光タイミングに応じて発光する。このとき、各入力指示具ごとに発光周期を異ならせておけば、同時書き出し時における発光の重畳を大幅に減らすことができ、書き出し時の応答性が改善される。
【解決手段】複数の入力指示具のそれぞれにおいて、ペンアップ状態となった際に、直前のペンダウン時の発光タイミングの計時を所定期間継続する。該所定期間内のタイミングａで再度ペンダウンが発生すると、各入力指示具は、計時が継続されている発光タイミングに応じて発光する。このとき、各入力指示具ごとに発光周期を異ならせておけば、同時書き出し時における発光の重畳を大幅に減らすことができ、書き出し時の応答性が改善される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力面上を指示することによって座標情報を入力する座標入力装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えばタッチパネル装置等、入力面上をユーザが指や指示具等で指示することによって座標情報を入力する座標入力装置が普及している。このように入力された座標情報に基づき、接続されたコンピュータを制御したり、文字や図形等の書き込みを行うことが可能となる。
【０００３】
例えば、タッチパネル装置を、リアプロジェクタやフロントプロジェクタ、プラズマディスプレイパネルなどの表面に実装し、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）画面などを表示することが一般に行われている。このようなシステムにおいては、ユーザがタッチパネル装置を介して指や指示具などでＰＣの操作ができたり、ユーザによる手書きの軌跡の入力を可能とする大型のインタラクティブディスプレイ装置を構成することができる。このような大型の装置としては、例えば、ディスプレイに接続されたＰＣで、描画軌跡を表示するようなアプリケーションを起動し、ユーザが指や指示具などで入力した軌跡を表示する、所謂ホワイトボードのような使い方が想定される。
【０００４】
上記従来の座標入力装置における座標入力方式としては、光を用いるもの、抵抗膜を用いるもの、また、超音波を用いるものや静電容量を用いるもの等、様々な方式がある。例えば、光を用いた座標入力方式として、座標入力面外側に再帰性反射シートを設け、投光部からの投光を再帰反射シートで反射し、受光検出手段で光量分布を検出する遮光方式がある。この方式によれば、入力用領域内にある指などの遮蔽物で遮蔽された領域の角度を検出し、遮蔽位置すなわち入力位置の座標を決定する（例えば、特許文献１，２，３参照）。
【０００５】
例えば特許文献１では、微分等の波形処理演算によって、受光部における遮蔽物による遮蔽部分のピーク値を検出することによって、受光部に対する遮光部分の角度を検出し、該検出結果からその遮蔽物の座標を算出する技術が記載されている。また特許文献２では、特定のレベルパターンとの比較によって遮光部分の一方端と他方端の座標を検出し、それらの中心を検出する技術が記載されている。
【０００６】
上述したホワイトボードのような利用形態であれば、文字や絵を書くのが主たる用途となるため、座標入力装置への入力にはペンを模した指示具が用いられる場合が多い。この種の指示具（以下、ペン）には、ペン先にスイッチが設けられており、筆記動作の折に、ペンの先端が座標入力装置（以下、本体装置）の入力用領域に接触したときに該スイッチが導通（オン）する。このスイッチのオン／オフにより、ペンのダウン状態（ペンが入力用領域に接触した状態）や個体識別情報（ＩＤ）が本体装置に報知される。さらには、ペンの側面（ペンサイド）にも、マウスの右ボタンに相当する機能や、ページ送り等の各種機能を割り当てられたスイッチが設けられている場合が多い。
【０００７】
各スイッチが押下されたタイミングでペン先端が発光することによって、本体装置へのデータ送信が行われるが、本体装置における座標入力方式が上述した遮光方式である場合、投光部による投光とペンの発光とがそれぞれ重畳し合う場合がある。その場合、受光検出部において正しい遮光信号を検出することが困難となるため、入力された座標を算出することができず、描画中の線が途切れてしまう等、操作性が低下してしまう。
【０００８】
このような発光の重畳を避けるために、投光部による投光の発光周期とペンの発光周期を互いに異なるように設定する方法が知られている（例えば、特許文献４参照）。この方法によれば、ペンの発光周期は、投光の発光周期および発光期間、投光またはペン発光の受光検出部における検出期間、およびペン発光の発光期間、に基づいて決定される。さらには、ペン発光周期が投光の発光周期の整数倍にならないように制御することで、受光検出部による検出結果を投光の発光周期の複数回分の後に確定する。これにより、ペン発光と投光との重畳を回避して、ペン信号検出の抜けを防止する事が可能となる。
【０００９】
また、上述したような、会議等におけるホワイトボードのような利用形態を想定した場合、複数の操作者が同時に入力することを許容することが望まれるため、複数の同時入力に対応する座標入力装置も考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第４５０７５５７号公報
【特許文献２】特開２０００−１０５６７１号公報
【特許文献３】特開２００１−１４２６４２号公報
【特許文献４】特開２００５−２７６０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、座標入力装置に対して複数のペンによる入力を行う際に、複数のペンダウンが同時に発生する場合を考えると、以下のような問題がある。一般に、ペンの発光周期はその各スイッチ（ペン先スイッチおよびペンサイドスイッチ）の押下に同期して毎回開始され、ペンアップ（ペンと入力用領域との接触が解かれる）と同時にその周期は途切れる。したがって、たとえ複数のペンのそれぞれにおける発光周期を異ならせた場合であっても、複数ペンによる同時ペンダウンが発生すると、互いの発光周期が同時に開始されてしまうため、初回の発光については同時となる。このように同時発光が発生すると、ペンのアップ／ダウン情報や、ペンの個体識別情報を示す光信号が重畳してしまい、正しいビット列を復元できない。そのため初回の発光では、検出座標に対していずれのペンによるものであるかを示すＩＤの割り付けが行えなくなり、座標出力の遅延、すなわち筆記応答性の低下が発生してしまう。
【００１２】
また、上記特許文献４のように投光部とペンとで発光周期が異なるように設定する方法においても、その発光周期はペン先スイッチまたはペンサイドスイッチの押下に同期して毎回開始され、ペンアップと同時にその周期は途切れることになる。この方法ではすなわち、ペンダウン時における初回の発光の重畳は避けられず、座標検出が遅延する、すなわち書き出し時の応答性（筆記応答性）が低下することを前提としていた。
【００１３】
上述した同時ペンダウンによる発光重畳、および本体投光とペン発光との重畳の問題はいずれも、ペンアップ後のペンダウン時に発光周期が新たに開始されるため、ペンダウンと同時に必ず初回発光が行われてしまうことに起因すると考えられる。
【００１４】
そこで、このような、複数ペンを用いた場合のペン同士の発光の重畳、およびペン発光と本体の投光との重畳を避けるために、座標入力装置本体と複数のペンとで同期を取り、互いの発光のタイミングが異なるように制御する方法が考えられる。しかしながら、装置本体とペンとの同期を取るために、これらをケーブル等の有線で接続した場合には、ペンの自由度が損なわれ、入力の操作性が低下してしまう。また、無線によって同期信号を常時やり取りする方法も考えられるが、この場合特にペン側において、電池寿命が実用上問題になる程短くなってしまう。
【００１５】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、以下の機能を有する座標入力装置およびその制御方法を提供することを目的とする。すなわち、入力指示具による入力指示が途切れた場合でも、再度入力指示が発生すれば以前と同じタイミングによる発光を行うことを可能とする。
【００１６】
また、複数の入力指示具による同時入力がなされた場合でも、書き出し時の筆記応答性を損なうことなく、これらを適切に検出することを可能とする。
【００１７】
また、筆記応答性を損なうことなく、座標検出用の投光とペン発光との衝突を避けて検出精度の向上を可能とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するための一手段として、本発明の座標入力装置は以下の構成を備える。
【００１９】
すなわち、装置本体の入力用領域に入力指示具を接触させることによって入力を行う座標入力装置であって、前記入力指示具は、該入力指示具から装置本体への送信を行う際の送信周期を計時により生成するタイマ手段と、前記入力用領域に対する該入力指示具の接触の有無に応じて、入力指示の有無を検出する検出手段と、前記検出手段で入力指示有りが検出された場合に該入力指示の情報を前記タイマ手段で生成された送信周期で装置本体へ光通信により送信し、前記検出手段で入力指示無しが検出された場合には装置本体への送信を行わない送信手段と、を有し、前記タイマ手段は、前記検出手段で入力指示有りに続いて入力指示無しが検出された場合に、該入力指示有りの際の送信周期の計時を予め定められた保持期間、継続し、前記送信手段は、前記検出手段で入力指示無しが検出されてから前記保持期間内に入力指示有りが検出されると、前記タイマ手段で計時が継続されている送信周期による送信を行うことを特徴とする。
【００２０】
また、それぞれが前記入力用領域に対する入力を可能とする複数の前記入力指示具を有し、複数の前記入力指示具は、それぞれのタイマ手段で生成される送信周期が互いに異なることを特徴とする。
【００２１】
さらに、前記入力用領域への投光を行う投光手段と、前記入力用領域に対する前記投光による反射光の光量分布を検出する受光手段と、前記受光手段で検出される光量分布の、前記投光のない状態で検出される光量分布に対する変化量に基づいて、前記入力用領域において前記入力指示具により前記反射光が遮光された座標位置を算出する座標算出手段と、前記入力指示具から前記送信手段によって送信された前記入力指示の情報に基づいて、前記投光手段による投光が前記送信手段の発光と重畳しないように、投光周期を制御する投光制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
上記構成からなる本発明によれば、入力指示具による入力指示が途切れた場合でも、再度入力指示が発生すれば以前と同じタイミングによる発光を行うことが可能となる。
【００２３】
また、複数の入力指示具による同時入力がなされた場合でも、書き出し時の筆記応答性を損なうことなく、これらを適切に検出することが可能となる。
【００２４】
また、筆記応答性を損なうことなく、座標検出用の投光とペン発光との衝突を避けて検出精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態における座標入力装置の外観を示す図、
【図２】投光部の構成を示す図、
【図３】受光検出部の構成を示す図、
【図４】センサユニットの構成を示す図、
【図５】再帰反射特性を示す図、
【図６】メインユニットの構成を示すブロック図、
【図７】座標取得用発光期間における各種制御信号のタイミングチャート、
【図８】ペン入力前後の光量分布を示す図、
【図９】ペン入力状態を模式的に示す図、
【図１０】光量分布の検出例を示す図、
【図１１】光量分布の変化量および変化率を示す図、
【図１２】入力画素位置の検出例を示す図、
【図１３】画素番号と角度との関係を示す図、
【図１４】センサユニットと座標系の関係を示す図、
【図１５】座標入力処理を示すフローチャート、
【図１６】指示具（ペン）の構成を示すブロック図、
【図１７】ペンによるスイッチ信号の例を示す図、
【図１８】ペンによるスイッチ信号検出を模式的に示す図、
【図１９】従来のペン入力を示すタイミングチャート、
【図２０】従来の複数のペンによる入力を示すタイミングチャート、
【図２１】本実施形態におけるペン入力を示すタイミングチャート、
【図２２】本実施形態における複数ペンによる入力を示すタイミングチャート、
【図２３】第２実施形態における座標取得処理を示すフローチャート、
【図２４】第２実施形態におけるペン入力を示すタイミングチャート、である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態は特許請求の範囲に関る本発明を限定するものではなく、また、本実施の形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。
【００２７】
＜第１実施形態＞
●装置概要構成
図１は、本実施形態における座標入力装置の外観を示す図であり、同図を用いてその概略構成を説明する。
【００２８】
同図において、１Ｌ，１Ｒは投光部および検出部を有するセンサユニットであり、互いに所定の距離をおいて、入力用領域４の角部に設置されている。以下、これら左右のセンサユニット１Ｌ，１Ｒをまとめて、単にセンサユニット１と表記する。２は座標入力装置全体における制御・演算を行うメインユニットである。センサユニット１はメインユニット２に接続され、メインユニット２から制御信号を受け取ると共に、検出した信号をメインユニット２に送信する。３は再帰反射部であり、入射光をその到来方向に反射する再帰反射面を有し、左右それぞれのセンサユニット１の投光部から略９０°範囲に投光された光を、それぞれのセンサユニット１に向けて再帰反射する。センサユニット１では、再帰反射部３で反射された光が、結像光学系とラインＣＣＤ等によって構成された検出部によって１次元的に検出され、その光量分布がメインユニット２に送られる。
【００２９】
４は入力用領域であり、これをＰＤＰやリアプロジェクタ、フロントパネルやＬＣＤパネル等の表示装置の表示画面として用いることにより、これら装置をインタラクティブな入力装置として利用することができる。
【００３０】
上記図１に示す構成において、入力用領域４に指や指示具６等による入力指示がなされると、センサユニット１の投光部から投光された光が遮られ、検出部では再帰反射による反射光が得られなくなる。すなわち、入力用領域４からの反射光のうち、入力指示に応じた位置のみについて、光量が得られなくなる。
【００３１】
メインユニット２は、左右のセンサユニット１で検出された光量変化から、入力指示された部分の遮光範囲を検出し、同範囲内での検出点を特定して、該検出点のそれぞれのセンサユニット１に対する角度を算出する。そして、算出された角度および、センサユニット１間の距離等から、入力エリア上の座標位置を算出し、座標入力装置に接続されているＰＣ等に、ＵＳＢ等のインタフェースを経由して座標位置を出力する。
【００３２】
なお本実施形態では、投光部および検出部を備えるセンサユニット１において、投光部からの光を、座標入力用領域の周辺部に設けられた再帰反射面で再帰反射させ、その再帰反射光を検出部で検知する構成を示した。しかしながら本発明は、このような構成に限定されるものではない。例えば再帰反射部材に代えて、導光手段を用いた面発光可能な照明手段を設け、該照明手段で座標入力用領域を照明し、その照明光を検知部が検知する構成であっても良い。この構成の場合も同様に、入力用領域４に指等による入力指示がなされると、照明手段から照明された光が遮られ、その方向の照明光が検知されなくなるので、入力指示位置を算出する事が可能となる。
【００３３】
入力用領域４に対する入力手段として、指ではなく、入力用領域４に対する接触を検出するペンダウン検出スイッチを有するような専用の入力指示具を用いると、尾引きなどのない入力を行うことができる。図１の指示具６はその一例であり、ペン先スイッチあるいはペンサイドに設けられたスイッチが押下されると、ペンに内蔵された赤外ＬＥＤが発光して、スイッチ情報を発信する。以下、指示具６をペン６とも表記するとする。ペン６から発せられた光信号は、集光光学系を有する制御信号受信手段である、受光ＩＣ５によって検出され、メインユニット２に送られて、ペンダウン等の情報が先の座標情報とともに出力される。座標入力装置に接続されているＰＣでは、メインユニット２からの座標情報およびペンダウン等のスイッチ情報を入力することにより、表示画面上への線や文字の描画や、アイコン操作等が可能となる。
【００３４】
以降、本実施形態の座標入力装置における各構成につて、詳細に説明する。
【００３５】
●センサユニット
まず、本実施形態のセンサユニット１（１Ｌ，１Ｒ）について、投光部と受光部の構成、およびその動作について、詳細に説明する。
【００３６】
図２は、センサユニット１における投光部の構成例を示す。図２(a)は、投光部を上（入力面に対して垂直方向）から見た図である。図中３１は赤外光を発する赤外ＬＥＤであり、そこから発光した光は投光レンズ３２によって、略９０°範囲に投光される。図２(b)は、図２(a)と同じ投光部を横（入力面に対して水平方向）から見た図である。同図に示すようにこの方向では、赤外ＬＥＤ３１からの光は上下方向に制限された光束として投光され、主に、再帰反射部３に対して光が入射されるように構成されている。
【００３７】
図３は、センサユニット１における検出部を上（入力面に対して垂直方向）から見た図である。同図に示すように検出部は、１次元のラインＣＣＤ４１および結像光学系としてのレンズ４２,４３および、入射光の入射方向を制限する絞り４４、可視光等の余分な光の入射を防止する赤外フィルタ４５、からなっている。投光部からの光は再帰反射部材によって反射され、赤外フィルタ４５、絞り４４を抜けて、結像用レンズ４２,４３によって入力面の略９０°範囲の光が、ＣＣＤ４１の検出面でその入射角に依存した画素上に結像され、角度ごとの光量分布を示す。つまり、ＣＣＤ４１上での画素番号が角度情報を表すことになる。なお、この検出部を横（入力面に対して水平方向）から見た構成は、上記図３と同様である。
【００３８】
センサユニット１では、投光部と検出部が重ねて配置されており、図４は、これを横（入力面に対して水平方向）からの見た図である。投光部と検出部の光軸間の距離は、再帰反射部材の角度特性から充分検出可能な範囲内に設定されていれば良い。
【００３９】
●再帰反射部
以下、再帰反射部３について説明する。再帰反射部３における再帰反射部材は、入射角度に対する反射特性を有する。再帰性反射部材が平坦であるとすると、図５に示すように、反射部材からの角度が４５度を超えるあたりから得られる反射光量が減少してくるため、そのあたりでは、遮蔽物があった場合にその変化が充分に取れないことになる。
【００４０】
一般に反射光量は、光量分布（照明強度および距離）、反射部材の反射率（入射角度、反射部材の幅）、結像系照度（コサイン４乗則）によって決まるため、反射光量が足りない場合には照明強度を上げることが考えられる。しかしながら、反射分布が均一でない場合には、強い反射光を受光した際に検出部のＣＣＤ４１において当該部分が飽和することがあるため、照明強度を上げるには限界がある。それは裏返せば、反射部材の反射分布をなるべく均一にすれば、弱い反射光を受光していた部分への入射光量の増大を望む事ができるということである。
【００４１】
●メインユニット
以下、メインユニット２の構成および制御について、詳細に説明する。図１に示すメインユニット２とセンサユニット１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、および、ＬＥＤの駆動信号がやり取りされている。
【００４２】
図６は、メインユニット２の構成を示すブロック図である。ＣＣＤ制御信号は、ワンチップマイコン等で構成される演算制御回路（ＣＰＵ）７３から出力されており、ＣＣＤ４１のシャッタタイミング制御や、データの出力制御等を行っている。ＣＣＤ用のクロックは、クロック発生回路７５からセンサユニット１に送られると共に、ＣＣＤ４１との同期を取って各種制御を行うために、ＣＰＵ７３にも入力されている。ＬＥＤ駆動信号は、ＣＰＵ７３からＬＥＤ駆動回路７４Ｌ,７４Ｒを経て、センサユニット１の投光部における赤外ＬＥＤ３１に供給されている。
【００４３】
センサユニット１Ｌ，１Ｒにおける検出部（ＣＣＤ４１）からの検出信号は、メインユニット２のＡＤコンバータ７１Ｌ,７１Ｒにそれぞれ入力され、ＣＰＵ７３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、例えばＲＡＭによって構成されるメモリ７２に記憶され、後述する入力点の角度（以下、入力角度）計算に用いられる。このように算出された入力角度から、入力用領域４上の座標値が求められ、その情報がシリアルインタフェース７６等を介して外部ＰＣ等に出力される。
【００４４】
また、ペン６の発光による信号を受光する受光ＩＣ５からは、ペン６からの変調信号を復調したデジタル信号が出力され、ペンスイッチ信号検出回路としてのサブＣＰＵ７７に入力される。サブＣＰＵ７７で解析された信号は、ＣＰＵ７３に伝達され、またＣＰＵ７３からは、ＬＥＤ駆動回路７４Ｌ，７４Ｒに対するＬＥＤ駆動信号の論理積が入力される。
【００４５】
●光量分布検出処理
以下、本実施形態のセンサユニット１における光量分布の検出処理について、詳細に説明する。
【００４６】
図７は、座標取得用発光期間における各種制御信号のタイミングチャートである。同図において、ＳＨ，ＩＣＧＬ，ＩＣＧＲがＣＣＤ制御用の制御信号である。ＳＨはシャッタ制御信号であり、この信号の間隔でＣＣＤのシャッタ解放時間が決定される。ＩＣＧＬ，ＩＣＧＲはそれぞれ、左右のセンサユニット（１Ｌ，１Ｒ）へのゲート信号であり、ＣＣＤ内部の光電変換部の電荷を読み出し部へ転送するタイミングを制御する。
【００４７】
ＬＥＤＬ，ＬＥＤＲは、左右のＬＥＤの駆動信号である。ＳＨ信号の最初の周期で一方のＬＥＤを点灯するために、ＬＥＤＬの駆動信号がＬＥＤ駆動回路７４Ｌを経てＬＥＤに供給される。そしてＳＨ信号の次の周期で、もう一方のＬＥＤが駆動される。双方のＬＥＤの駆動が終了した後に、ＣＣＤ４１の信号が左右のセンサユニット（１Ｌ，１Ｒ）から読み出される。
【００４８】
ＣＣＤ４１から読み出される信号は、ペン６による入力がない場合には、左右それぞれのセンサユニット１からの出力として、図８(a)のような光量分布が得られる。図８(a)においては縦軸が光量を示し、Ａのレベルが最大光量、Ｂのレベルが最低光量となる。また横軸はＣＣＤ４１に対する入射角すなわち画素番号を示す。同図によれば、反射光のない状態では得られるレベルがＢ付近になり、反射光量が増えるほどＡのレベル方向の光量が増えていくことが分かる。このようにＣＣＤ４１から出力されたデータは、逐次ＡＤ変換されてＣＰＵ７３にデジタルデータとして取り込まれる。なお、どのシステムにおいても図８(a)に示すような光量分布が必ず得られるわけではなく、再帰反射部材の特性やＬＥＤの特性、経時変化（反射面の汚れ等）によって、分布は変化することはもちろんである。
【００４９】
上記図８(a)のような光量分布が得られている状態において、ペン６による入力を行った、つまり、反射光を遮った場合には、図８(b)に示すような光量分布が得られる。図８(b)においてＣの部分が、ペン６で反射光が遮られた部分に相当し、その部分のみ光量が低下していることが分かる。本実施形態における入力点の検出は、この光量分布の変化に基づいて行われる。具体的には、図８(a)のようなペン入力の無い初期状態を予め記憶しておき、それぞれのサンプル期間に図８(b)のような変化があるか否かを、初期状態との差分によって検出する。そして、変化があればその部分を入力点として、後述するように入力角度を決定するための演算を行う。
【００５０】
●入力角度計算処理
入力角度の計算にあたっては、まず、遮光範囲を検出する必要がある。上述したように、光量分布は経時変化等によって変化するため、ペン入力の無い初期状態の記憶は、システムの起動時等に行うことが望ましい。こうすることにより、例えば再帰反射面が汚れていても、完全に反射されないような場合を除いて使用可能になる。
【００５１】
以降、一方のセンサユニット１における処理について説明するが、他方のセンサユニットでも同様の処理を行う。
【００５２】
まず電源投入時に、ペン入力の無い状態で、投光部からの投光を行うこと無しに、ＣＣＤ４１の出力をＡＤ変換して得られる光量分布を、Ｂas_data[N]としてメモリ７２に記憶する。これは、ＣＣＤ４１のバイアスのばらつき等を含んだデータとなり、図８(a)におけるレベルＢ付近のデータとなる。ここで、Ｎは画素番号であり、有効な入力範囲に対応する画素番号が用いられる。次に、投光部からの投光を行った状態での光量分布を検出し、これをＲef_data[N]としてメモリ７２に記憶する。このＲef_data[N]が、図８(a)において実線で表されたデータである。これらメモリ７２に記憶されたＢas_data[N]，Ｒef_data[N]を用いて、まずは入力がなされたか否か、すなわち遮光範囲があるか否かの判定を行う。
【００５３】
ここで、あるサンプル期間において得られる光量分布データをＮorm_data[N]として、本実施形態における入力角度の計算方法を示す。
【００５４】
まず遮光範囲を特定するために、光量分布データの変化の絶対量によって、ペン入力の有無を判定する。これは、ノイズなどによる誤判定を防止し、所定量の確実な変化を検出するためである。具体的には各々の画素について、以下の式(1)によって光量分布変化の絶対量（絶対変化量Ｎorm_data_a[N]）を算出し、これを予め決定してある閾値Ｖthaと比較する。
【００５５】
Ｎorm_data_a[N]＝Ｎorm_data[N]−Ｒef_data[N] ・・・(1)
絶対変化量Ｎorm_data_a[N]が閾値Ｖthaを超える画素が所定数以上検出された場合に、ペン入力があったと判定する。この入力の有無判定処理は簡易であるため、高速に行うことが可能である。
【００５６】
ここで図９に、本実施形態におけるペン入力状態を模式的に示す。同図において、１１１は再帰反射面であり、そのＡ領域が汚れ等によって反射率が低下していたとすると、この場合の光量分布Ｒef_data[N]は、図１０(a)に示すようにＡ領域における反射光量が少なくなる。この状態で、図９にＣで示すようにペン６等の指示具が挿入され、再帰反射部材のほぼ半分を覆ったとすると、反射光量は略半分となるため、図１０(b)に太線で示した光量分布Ｎorm_data[N]が観測される。
【００５７】
図１０(a)，(b)の状態に対して上記式(1)による演算を行うと、絶対変化量Ｎorm_data_a[N]が図１１(a)のように得られる。なお、図１１(a)の縦軸は、初期状態との差分電圧を示している。図１１(a)のデータに対して上記閾値Ｖthaをそのまま適用すると、本来の入力範囲を外れて検出が行われてしまう場合がある。もちろん閾値Ｖthaを下げれば検出精度は多少上がるものの、ノイズなどの影響を受けてしまう可能性がある。そこで本実施形態では、入力点をより高精度に検出するために、変化量の比を用いる。
【００５８】
図１０(b)に示すようにＡ領域Ｂ領域とも反射光量は指示入力前の半分であるので、変化量の比Ｎorm_data_r[N]は以下の式(2)によって算出される。
【００５９】
Ｎorm_data_r[N]＝Ｎorm_data_a[N]／(Ｂas_data[N]−Ｒef_data[N]) ・・・(2)
(2)式により算出れた変化量の比Ｎorm_data_r[N]は、図１１(b)のようになる。このように、本実施形態では光量分布をその変動比として表現するために、反射部材１１１の反射率が領域によって異なる場合であっても、全ての領域を同等に扱うことができ、入力点の高精度な検出が可能になる。
【００６０】
次に、(2)式により図１１(b)に示すように算出された変化量の比Ｎorm_data_r[N]に対して、閾値Ｖthrを適用してその立ち上がり部と立ち下がり部の画素番号を特定し、両者の中央を入力画素として、その入力角度を求める。なお、図１１(b)は説明のために模式的に描画したものであるから、実際にはこのような立ち上がりとはならず、画素ごとに異なるレベルを示している。図１２に、閾値Ｖthrによる入力画素の検出例を示す。この場合、遮光領域の立ち上がり部分は、Ｎr番目の画素で閾値Ｖthrを越え、Ｎf番目の画素で閾値Ｖthrを下回ったとする。このとき、中心画素Ｎpを以下の式(3)によって算出しても良いが、その場合は画素間隔が最小の分解能になってしまう。
【００６１】
Ｎp＝Ｎr＋(Ｎf−Ｎr)／２ ・・・(3)
そこで、より細かな検出を行うために、立ち上がり、立ち下りそれぞれの画素のレベルとその一つ前の画素のレベルを用いて、閾値Ｖthrを横切る仮想の画素番号を算出する。例えば、Ｎr番目画素のレベルをＬr、Ｎr-1番目画素のレベルをＬr-1とする。また、ＮfのレベルをＬf、Ｎf-1番目画素のレベルをＬf-1とすれば、それぞれの仮想画素番号Ｎrv，Ｎfvは以下の式(4)，(5)によって算出される。
【００６２】
Ｎrv＝Ｎr-1＋(Ｖthr−Ｌr-1)／(Ｌr−Ｌr-1) ・・・(4)
Ｎfv＝Ｎf-1＋(Ｖthr−Ｌf-1)／(Ｌf−Ｌf-1) ・・・(5)
そして、仮想中心画素Ｎpvが、以下の式(6)により決定される。
【００６３】
Ｎpv＝Ｎrv＋(Ｎfv−Ｎrv)／２ ・・・(6)
このように、画素番号とそのレベルから仮想的な画素番号を算出することで、より分解能の高い検出を行うことができる。
【００６４】
以上のように得られた中央画素番号から実際の座標値を算出するためには、中央画素番号を角度情報に変換する必要がある。ここで図１３に、画素番号と角度との関係を示す。同図において横軸が画素番号、縦軸が角度であり、各画素番号はレンズ中心からの角度に対してほぼ比例した値を示していることが分かる。
【００６５】
ここで、真の検出角度に対し、実際の画素番号は0.2度程度の誤差を有していることが分かっている。そこで、このずれをレンズ構成を変えずに修正するために、以下の近似多項式(7)を用いた補正を行う。式(7)において、ｅは画素番号、ｎは次数、Ｔnは各次数の係数である。なお、センサユニット１における光学系はｆ-θ特性を有している。
【００６６】
θ＝Ｔn・ｅn＋Ｔ(n-1)・ｅ(n-1)＋Ｔ(n-2)・ｅ(n-2)＋・・・＋Ｔ0 ・・・(7)
式(7)において、次数ｎは、必要とされる精度スペック及び計算能力等を鑑みて決定すればよい。また係数Ｔnは、レンズのばらつきや組み立てのばらつき等に左右されるため、各個体ごとに決定することが望ましい。具体的には、レンズとＣＣＤの組が決定したセンサユニットに対し、複数の既知の角度に対する画素番号を測定し、そのデータに対して、最小二乗法等を用いて係数Ｔnを決定する。この係数Ｔnを各個体ごとに記憶しておけば良い。すなわち、補正用の近似多項式(7)はセンサユニット毎に、その組み立て時等のタイミングで、レンズ中心と思われる点をゼロ点として算出され、記憶される。
【００６７】
しかしながら、実際に座標入力装置に対してセンサユニットを取り付ける際には、上記固体ごとのレンズ中心を入力用領域４のゼロ方向に向けて正確に設置することは困難である。ここで、画素番号−角度θ補正式による補正を行うことで、画素番号と角度はtanθ特性などと異なりリニアな関係になる。つまり、角度方向に対する差分値は画素のどの領域を用いても同じ角度差を示すことになる。そこで、入力用領域４の中心点の入力が、検出時にＣＣＤ４１上でどの画素になるかを記憶しておき、以後の検出をこの値との差分から算出するようにすれば、取り付けによる誤差を保証することが可能になる。つまり、センサユニットを取り付ける際に、入力用領域４の中心（基準点）への入力を行い、その点が検出される画素番号もしくは、先の補正式(7)を用いた角度データを、基準点データとして不揮発メモリ（不図示）に記憶しておく。そして、電源投入時等のタイミングでこの基準点データを読み出し、以降の座標計算に用いるとする。
【００６８】
後述する座標計算処理において、角度θそのものよりも、その角度における正接（tangent）の値を求めるほうが都合がよい。角度θからtanθへの変換には、テーブルや変換式を用いるが、その際、先のセンサユニット１の取り付け誤差補正のための基準点データを用いる。すなわち、まず中心角度θcを式(8)により求める。式(8)において、θorgは記憶してあった基準点データとしての角度、θpvは上記式(7)によって算出された仮想中心角度である。
【００６９】
θc＝θpvθorg ・・・(8)
そして、式(8)で得られた中心角度θcをＴanθcへ変換するには、例えば以下の式(9)に示すような、マクローリン展開等の級数展開式を用いれば良い。
【００７０】
Tanθc＝θc＋1／3・θc3＋2／15・θc5＋17／315・θc7＋62／2835・θc9 ・・・(9)
このように得られたTanθcが、入力角度情報として検出される。
【００７１】
●座標算出処理
以下、ペン入力位置に対して得られた角度データTanθcから、その座標値を算出する処理について説明する。図１４は、センサユニット１Ｌ，１Ｒと画面座標との位置関係を示す図である。入力範囲の下辺左右にそれぞれのセンサユニット１Ｌ，１Ｒが設置されており、その間の距離はＤsである。また、画面中央が画面の原点位置であり、Ｐ0はそれぞれのセンサユニット１Ｌ，１Ｒの角度０の交点、ＰOYは交点Ｐ0と原点との距離である。ペン入力が行われた位置に対し、それぞれのセンサユニット１Ｌ，１Ｒで検出される角度をそれぞれθL，θRとすると、それぞれのtanθL，tanθRを、上記多項式(9)を用いて算出する。このとき点Ｐのｘ,ｙ座標はそれぞれ、以下の式(10)，式(11)によって算出される。
【００７２】
ｘ＝Ｄs・(tanθL＋tanθR)／(１＋(tanθL・tanθR)) ・・・(10)
ｙ＝−Ｄs・(tanθR・tanθL(２tanθL・tanθR))／(１＋(tanθL・tanθR))＋Ｐ0Y ・・・(11)
●座標入力処理の制御手順
以上、本実施形態の座標入力装置における座標入力に関する各処理について説明したが、以下ではその流れについて、図１５を用いて説明する。図１５は、座標入力装置において電源投入から座標計算までの工程を示すフローチャートである。
【００７３】
まずＳ１０１で、ＣＰＵ７３は電源が投入されるまで待機し、電源が投入されるとＳ１０２に進み、ＣＰＵ７３はポート設定やタイマ設定等の様々な初期化処理を行う。
【００７４】
その後Ｓ１０３において、不揮発メモリ（不図示）からθ補正用の各定数を読み出し、メインユニット２のメモリ７２に格納する。また、センサユニットの取り付け時に取得した基準点データθorgも不揮発メモリ（不図示）から読み出し、メモリ７２に格納する。
【００７５】
次にＳ１０４〜Ｓ１０６において、ＣＣＤ４１の不要電荷を除去するための初期処理を行う。一般に、ＣＣＤ等の光電変換素子においては、動作させていない間に不要な電荷が蓄積されている場合があるため、このような場合にＣＣＤからの検出データをそのままリファレンスデータとして用いると、誤検出が発生したり検出不能となってしまう。そこで装置の立ち上げ時に、投光無しで、ＣＣＤ４１すなわちセンサユニット１からのデータ読み出しを複数回行っておく。Ｓ１０４ではその読み出し回数を設定し、Ｓ１０５で投光無しデータを読み出して不要電荷の除去を行い、Ｓ１０６で該Ｓ１０５の処理を所定回数繰り返す。
【００７６】
上記不要電荷の除去処理が終了すると、次にＳ１０７でセンサユニット１から、リファレンスデータとして投光無しでの光量分布データＢ(N)を取り込み、Ｓ１０８でメモリ７２に記憶する。このＢ(N)がすなわち、上記式(2)に示したＢas_data[N]に相当する。
【００７７】
次にＳ１０９において、もう一つのリファレンスデータである、投光した際の初期光量分布データＲ(N)を取り込み、Ｓ１１０でメモリ７２に記憶する。このＲ(N)が、上記式(1)に示したＲef_data[N]に相当する。
【００７８】
ここまでの処理が、電源投入時の初期設定動作であり、以降、通常の入力動作が開始される。
【００７９】
Ｓ１１１で、センサユニット１から投光有りデータＮ(N)を取り込むと、Ｓ１１２において、Ｎ(N)とＲ(N)との差分値（Ｒ(N)−Ｎ(N)）によって遮光部分の有無を判定する。具体的には、該差分値が所定値以上である場合に、入力があったと判定される。ここで、座標入力無しと判定された場合にはＳ１１１へ戻り、再度取り込みを行う。この繰り返し周期を１０[msec]程度に設定すれば、１００回／秒のサンプリングが行われる。
【００８０】
Ｓ１１２で遮光部分有り、すなわち入力があったと判定されると、Ｓ１１３に進んで、上記式(1)，(2)で説明したように、光量分布の変化量の比Ｎr(N)を算出する。すなわち、光量分布変化量の比Ｎr(N)は、以下の式(12)によって算出される。
【００８１】
Ｎr(N)＝(Ｎ(N)−Ｒ(N))／(Ｂ(N)−Ｒ(N)) ・・・(12)
次にＳ１１４で、Ｓ１１３で得られた変化量の比Ｎr(N)に対して、所定の閾値を適用してその立ち上がり、立ち下がり位置を決定し、その中心位置を算出する。この処理はすなわち、上記式(4)，(5)，(6)に基づいて行われる。このように算出された中心位置に対し、先に読み込んでおいた係数を用いて、上記式(7)に基づいて仮想中心角度θpvを算出し、さらに式(8)によりこれを補正して、中心角度θcを求める。そしてＳ１１５で、Ｓ１１４で得られた中心角度θcから、Ｔanθを式(9)により算出する。なお、以上のＳ１１３〜Ｓ１１５の処理は、左右のセンサユニット１Ｌ，１Ｒのそれぞれについて行い、すなわち各センサユニット１について、入力点に応じた角度情報であるTanθが算出される。そしてＳ１１６で、以上のように算出された左右のセンサユニット１Ｌ，１ＲにおけるＴanθから、上記式(10)，(11)を用いてｘ，ｙ座標を算出する。
【００８２】
以上のように入力座標値が求まると、次にＳ１１７において、ペン６による入力指示の有無を判定する。すなわち、ペン６が入力用領域４にタッチされたペンダウン状態であるか否かの判定を行う。ペン６は、ペン先スイッチ等によるオン／オフを光信号によって発信しており、この光信号を受光ＩＣ５を介してサブＣＰＵ７７が検出し、その結果を不図示のポートに出力している。このペンダウンの検出結果に応じて、ペンダウンフラグのセット（Ｓ１１８）あるいはリセット（Ｓ１１９）が行われる。すなわち、ペンダウン状態であればＳ１１８でペンダウンフラグがセットされ、ペンダウン状態でない、すなわちペンアップ状態であればＳ１１９でペンダウンフラグがリセットされる。
【００８３】
以上のように入力座標値とダウン状態を示すペンダウンフラグが決定されると、最後にＳ１２０において、これらのデータを不図示のホストＰＣへ送信する。この送信は、ＵＳＢやＲＳ２３２等のシリアルインタフェースをはじめ、任意のインタフェースにより行われる。これを受信したＰＣ側では、ドライバが受信データを解釈し、得られた入力座標値およびペンダウンフラグに基づいてカーソルの移動、マウスボタン状態の変更等を行う。 このように、座標入力装置での指示入力に基づいてＰＣ画面の操作を行うことが可能になる。なお、Ｓ１２０の処理が終了したらＳ１１１に戻り、以降、電源がオフされるまで、当該フローチャートに示す処理が繰り返される。
【００８４】
●座標入力装置用ペン
上述したように本実施形態の座標入力装置においては、「指」での入力を行うことも可能であるが、ペン６などの指示具による入力を行うことによって、マウスの各種ボタンに対応する操作を行うことが可能となる。以下、本実施形態におけるペン６の構成について、図１６を用いて詳細に説明する。
【００８５】
筆記具を模したペン６は、そのペン先端部を押圧することで動作するペン先スイッチ（以下、ペン先ＳＷ）６１、並びに筐体側面に設けられた複数のペンサイドスイッチ（以下、ペンサイドＳＷ）６２を備える。また、筐体内部には、制御部としてのＣＰＵ６４と、タイマ６５、および電池６６を備える。ペン先ＳＷ６１および複数のペンサイドＳＷ６２のいずれかがダウン状態となることによって、タイマ６５で計時により生成された所定の送信周期に同期して、信号が送信される。
【００８６】
ここでペン先ＳＷ６１のダウン状態とは、座標入力面であるディスプレイ等の入力用領域４に、座標入力用のペン６が接触して位置し、操作者によってまさに座標入力が行われ、筆跡を入力しようとする状態を表す。また、例えば、ペン先ＳＷ６１を所定時間内に２回動作させた場合には、マウスのダブルクリック動作として認識するように構成されている。
【００８７】
また、ペンサイドＳＷ６２のダウン状態とは、ペンサイドＳＷ６２が物理的に押下された状態を表す。図１６によれば、ペン６には３個のペンサイドＳＷ６２_a、６２_b、６２_cが備えられており、例えば１つにマウスの右ボタン、他の１つに上下のスクロールボタン、というように、それぞれに機能を割り当てるられるように構成されている。
【００８８】
ペンダウン状態時に発信される信号（以下、スイッチ信号）は、ＣＰＵ６４で検出されたペン先ＳＷ６１及びペンサイドＳＷ６２の各状態、及び個体識別情報に応じて生成される。例えば、タイマ６５の計時により生成された所定の送信周期毎に、タイミング信号、及びスイッチのアップ／ダウン情報、個体識別情報、に基づいて生成されたスイッチ信号を、赤外線ＬＥＤ６３の発光によって発信する。この発信方法としては、まず、ペン６がタイミング信号として放射する光信号に、スイッチのアップ／ダウン情報や個体識別情報を示す信号を重畳させる。そして、この情報を伝送する際には、例えば連続するパルス列からなるリーダ部と、これに続くコード（メーカＩＤ等）とからなるヘッダ部をまず出力する。その後、ペン先ＳＷ６１からの制御信号等よりなる送信データ列を、予め定義された順序と形式に従って順次出力する。なお、このような光通信による発信方法は、例えば赤外線を利用した遠隔制御装置等において周知であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
【００８９】
以上のようにペン６から発信された光信号（スイッチ信号）が図６に示す受光ＩＣ５で受光されると、サブＣＰＵ７７において、ペン６のどのスイッチが動作しているのかを判定する。該判定結果に応じて、ＣＰＵ７３が、センサユニット１Ｌ，１Ｒの間で、ＣＣＤの制御信号やＣＣＤ用クロック信号、およびＬＥＤの駆動信号のやり取りを開始する。
【００９０】
●スイッチ信号検出処理
以下、本実施形態においてペン６より発信されたスイッチ信号の検出処理について、詳細に説明する。スイッチ情報や個体識別情報等よりなるスイッチ信号は光信号であり、外乱などの影響を受けにくいように所定の周波数ｆで変調されている。図１７は、スイッチ信号の一例を示すものである。図１７によればスイッチ信号は、データ開始を示すスタートビットと、ペン先ＳＷ信号Ｓ0とペンサイドＳＷ信号Ｓ1、データの正当性を判定するためにＳ0，Ｓ1それぞれの反転信号／Ｓ0、／Ｓ1、データ終端を示すストップビット、からなる。これら各信号は、それぞれ周波数ｆで変調されている。
【００９１】
ここで図１８に、スイッチ信号検出の概要を示す。図１８に示すように、スイッチ信号としての変調光は、受光ＩＣ５で受光されるとサブＣＰＵ７７で復調され、ビット列としてＣＰＵ７３へ入力される。この復調されたパルス幅は、受光ＩＣ５等の特性により変調波の幅とは異なる場合がある。入射光レベルにもよるが例えば、入力パルス幅１０[μsec]に対し、数十[μsec]ほどのパルス幅を持って出力されることがある。
【００９２】
サブＣＰＵ７７は、スイッチ信号として先頭のスタートビットを検出すると、一定周期でのサンプリングを行って各ビット位置の１／０を判定し、／Ｓ0、／Ｓ1等の論理が適当であるか否か、また、ストップビットまで検出できたか否か、等の判断を行う。論理が適当であれば結果を出力するが、不適当であった場合には、当該スイッチ信号を破棄して再度検出を行う。
【００９３】
●複数ペンによる同時入力制御
本実施形態の座標入力装置においては、入力用指示具としてのペン６の複数本により、複数点への同時入力を行うことが考えられる。ここで、本実施形態における複数ペンによる同時入力制御についての説明を行うに先立って、従来の座標入力装置において複数本のペンを同時使用した場合に起こりうる問題について、説明する。
【００９４】
図１９は、従来のペンによる入力を示すタイミングチャートであり、２１０１はペン先ＳＷまたはペンサイドＳＷの何れかのダウン状態を表すスイッチダウン信号、２１０２は発光タイミング信号を示す。同図によれば、発光タイミング信号２１０２は、スイッチダウン信号２１０１の開始に合わせて発光が開始されることが分かる。
【００９５】
ここで複数のペンを想定し、各々の個体識別情報を仮にＩＤ1、ＩＤ2とする。図２０は、従来の複数ペンによる入力を示すタイミングチャートであり、２２０１，２２０２は、それぞれＩＤ1，ＩＤ2のペンにおけるペン先ＳＷまたはペンサイドＳＷの何れかのダウン状態を示すスイッチダウン信号である。また２２０３，２２０４は、それぞれのペンにおける発光タイミング信号である。この発光タイミング信号２２０３，２２０４によれば、複数ペンの発光タイミングは、ＩＤごと、すなわちペンごとに異なるように設定されることが分かる。
【００９６】
このような２本のペンを入力に用いる際、各ペンにおけるスイッチダウン状態が同じタイミングで発生すると、図２０の矢印部ａに示すように、全く同じタイミングで各ペンの発光も行われることにより、信号の重畳が起こってしまう。その場合、光信号を受光する受光ＩＣ５およびサブＣＰＵ７７では、ＩＤ1，ＩＤ2のいずれのペンからの発光であるかを判定できなくなるため、式(10)，(11)で算出した複数の座標に対し、ペンの個体識別ＩＤを割り振ることができなくなってしまう。なお、ＩＤ1とＩＤ2は互いの発光周期が異なるように設定されているため、次の発光タイミング（例えば、ＩＤ1においては図中ｂ）で、正しい光信号を取得することができる。しかしながら、スイッチダウンのタイミングからは遅延しての座標出力となり、さらにこの遅延は複数のペンによる書き出しが同時になされる場合には毎回発生するため、ユーザ操作に対して違和感を与えてしまう。
【００９７】
本実施形態ではこのような不具合を回避するために、ペン６の発光周期を生成するタイマ６５において、ペンアップ状態となった後も、所定期間、その発光周期を継続して保持する。すなわち、ペン６による入力指示有りから入力指示無しとなった場合に、入力指示が有った際の発光タイミングの計時を所定期間継続する。
【００９８】
図２１は、本実施形態におけるペン入力を示すタイミングチャートであり、スイッチダウン信号２３０１と、送信周期に応じた発光タイミング信号２３０２を示す。同図に示すように、ペン先ＳＷ６１またはペンサイドＳＷ６２がペンアップ状態になった図中ａの期間においても、発光タイミング信号２３０２によるタイミングをタイマ６５が保持する。すなわち、ペンアップ状態になるとタイマ６５がタイミング信号２３０２の計時を継続する。なお、この継続は所定の保持期間内で行われる。そして、該保持期間内に次回のスイッチダウンが発生した際には、スイッチダウンの直後ではなく、タイマ６５で計時が継続されている発光タイミング（図中ｂ）に同期した発光、すなわち継続送信が開始される。
【００９９】
図２２は、このように発光タイミングを所定時間保持するような、本実施形態のペン６を２本同時に使用した場合のタイミングチャートである。図２２において、２４０１，２４０２は、それぞれＩＤ1，ＩＤ2のペンにおけるペン先ＳＷまたはペンサイドＳＷの何れかのダウン状態を示すスイッチダウン信号である。また２４０３，２４０４は、それぞれのペンにおける発光タイミング信号である。図２２に示すタイミングａにおいて、複数のペンのスイッチダウンが同時に行われると、各ペンのタイマ６５が保持している発光周期に同期して、ＩＤ1のペンは図中ｂ、ＩＤ2のペンは図中ｃのタイミングで、各々スイッチダウン後の最初の発光が起こる。そのため、２本のペンによる光信号は重畳することなく、受光ＩＣ５およびサブＣＰＵ７７によって検出された後、それぞれのスイッチ情報および個体識別情報を正しく取得することができる。
【０１００】
本実施形態では、このようにペン６のタイマ６５で、ペンアップによる送信中断後も発光タイミングを継続して保持することによって、複数ペンの発光信号同士が重畳する回数を大幅に低減することができる。したがって、複数のペンが同時に書き出した際の応答性が改善される。
【０１０１】
なお、設定する発光周期によっては、複数ペンのスイッチダウン後の最初の発光タイミングがたまたま重なってしまう状況も起こりうる。このような場合、発光タイミングの保持期間内であったとしても、このタイミングでスイッチダウンした場合、信号同士は重畳してしまう。しかしながらこのようなタイミングはすなわち、ペンの個体識別情報毎にそれぞれ設定された発光周期の最小公倍数となるタイミングであり、かつ、複数のペンがほぼ同時に入力された場合であるため、その発生頻度は高くない。図２１，２４で説明した発光タイミングの保持による衝突回数の見積もりは、図１９，２２で説明した従来の発光方式と比較して、略１／１０以下となる。
【０１０２】
以上説明したように、複数のペンが各々所定時間発光タイミングを保持することで、同時にペンダウンを行った際の、ペン同士の発光の重畳を回避することができる。
【０１０３】
なお、発光タイミングを保持する保持期間としては、これが極端に短いと、図１９で説明したような従来例とほとんど同様の構成となり、応答性の改善に関して適切でない。一方、極端に長時間に亙って発光タイミングを保持するように構成すると、今度は電池６６の寿命に影響が出てしまう。発光タイミングの保持期間としては、これを数十秒程度に設定することが、上述したような効果が得るために最も効果的であると考えられる。この保持期間は、例えば会議中に複数のペンを使用して文字を入力する状況を想定すると、本実施形態の効果を得るに十分な時間であると考えられる。もちろん、この保持期間についてはペンの電池寿命との相関を鑑みながら設定すれば良く、数十秒の範囲に限定されるものではない。また、ペン６にこの保持期間を変更するための変更手段を設けても良い。以上のように発光タイミングの保持期間を設定することで、電池寿命を実用上問題ない程度に維持することが可能になる。
【０１０４】
以上説明したように本実施形態によれば、入力指示具のペンアップ時に直前の発光タイミングを継続して保持しておくことにより、該保持期間中にペンダウンが発生すると、該保持された発光タイミングに従った発光を行う。これにより、複数のペンによる入力が同時になされた場合でも、各々の発光タイミングが保持されているため、互いの発光同士が衝突する回数を大幅に減らすことが可能となり、書き出し時の筆記応答性を改善することができる。
【０１０５】
＜第２実施形態＞
以下、本実施形態における第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態における座標入力装置の構成は上述した第１実施形態と同様であるため、同様の符号を参照するとして説明を省略する。上述した第１実施形態においては、複数のペンが発光タイミングを所定期間保持することで、ペン同士の発光の重畳を回避する例を示した。一方、座標入力装置本体側からの座標取得用の投光が、ペンスイッチ信号の検出に影響を及ぼすことも考えられる。
【０１０６】
図１９で説明したように、従来の座標入力用ペンの発光はスイッチダウン時に開始されていた。そのため、座標取得用の投光とペンの発光とは同期が取られておらず、したがってこれらが重畳する場合が生じ、その場合にはスイッチ信号の検出が困難となる。復調された信号からスイッチ信号の状態を判定するサブＣＰＵ７７は、スイッチ信号の有無によってスイッチの押下、つまり、ペン先ＳＷ６１のダウン状態（またはペンサイドＳＷ６２のダウン状態）を判定する。そのため、サブＣＰＵ７７では、スイッチングとして正規の光入力が得られない場合には、たとえ描画中であってもペンアップ状態と判定してしまう。このような場合には、連続して描画を行っている最中であっても、描いた線が途切れてしまうという状態が発生する。
【０１０７】
そこで第２実施形態においては、座標取得用の投光とペン発光との重畳が発生するタイミングを事前に検知することでこれを回避し、スムーズな描画を可能とすることを特徴とする。
【０１０８】
図２３は、第２実施形態における座標取得処理を示すフローチャートである。まずＳ２５０２でポート、タイマ等の初期化処理が行われた後、座標取得用の検出ループ処理が開始される。
【０１０９】
該ループにおいては、まずＳ２５０３で、ペンの発光タイミング信号に基づき、該発光タイミングがアクティブであるか否かを判定する。この判定を行うために、上述した第１実施形態と同様にペン６ではペンアップ後も発光タイミングを所定期間保持する。
【０１１０】
Ｓ２５０３でペン発光がアクティブであると判定されると、Ｓ２５０４で所定時間ウェイトし、ペン発光の終了を待つが、ペン発光がアクティブでなければ、すなわちペン発光との重畳の可能性がないため、Ｓ２５０５で座標取得用の投光を行う。第２実施形態ではこのように、座標取得用の投光とペン発光との重畳を回避する。
【０１１１】
以降は上述した第１実施形態と同様に、Ｓ２５０６でセンサユニット１から光情報を取得し、Ｓ２５０７で該光情報に基づいて入力座標を算出し、Ｓ２５０８で該座標を出力する。
【０１１２】
図２４は、第２実施形態におけるペン入力を示すタイミングチャートであり、スイッチダウン信号２６０１と発光タイミング信号２６０２、および投光タイミング信号２６０３を示す。
【０１１３】
発光タイミング信号２６０２は、ペン６内部のタイマ６５で保持された発光周期に同期している。この発光タイミング信号２６０２を、サブＣＰＵ７７を介してＣＰＵ７３が取り込み、これに同期したタイミング情報（すなわち発光タイミングに同期した信号）を生成する。これによりＣＰＵ７３は、ペンの発光タイミングが座標検出用の投光タイミングと衝突するタイミングであるか否かを事前に判定することが可能となる。ＣＰＵ７３は座標検出用の投光タイミングすなわち投光周期も制御するため、これがペンの発光タイミングと衝突するタイミングであることが分かった場合、投光タイミングをペンの発光終了後にずらす。例えば図２４において、図中ａ，ｃが、ペン発光と投光の衝突するタイミングであり、これをそれぞれ、図中ｂ，ｄのように、投光タイミングをペン発光終了後にずらす。このような投光制御を行うことにより、ペン発光と投光との重畳を避けることができる。
【０１１４】
以上説明したように第２実施形態によれば、ペンが発光周期を保持することによってペン発光と検出用の投光の重畳が生じるタイミングを事前に検出することができ、この重畳を回避することで、描画中の線の途切れがない、スムーズな入力が可能になる。
【０１１５】
なお座標入力装置本体では、ペンの発光が無い場合にも投光動作を行っているため、ペンが発光タイミングを保持していない状態における最初の一点目入力に関しては、ペン発光と投光とが衝突を起こす可能性がある。しかながら、それ以降においては、座標取得用の投光とペン発光との重畳を無くすことができるため、書き出し時の応答性の改善は十分に期待できる。
【０１１６】
＜その他の実施形態＞
また、本発明は、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或いは装置に供給し、そのシステム或い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。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力面上を指示することによって座標情報を入力する座標入力装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えばタッチパネル装置等、入力面上をユーザが指や指示具等で指示することによって座標情報を入力する座標入力装置が普及している。このように入力された座標情報に基づき、接続されたコンピュータを制御したり、文字や図形等の書き込みを行うことが可能となる。
【０００３】
例えば、タッチパネル装置を、リアプロジェクタやフロントプロジェクタ、プラズマディスプレイパネルなどの表面に実装し、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）画面などを表示することが一般に行われている。このようなシステムにおいては、ユーザがタッチパネル装置を介して指や指示具などでＰＣの操作ができたり、ユーザによる手書きの軌跡の入力を可能とする大型のインタラクティブディスプレイ装置を構成することができる。このような大型の装置としては、例えば、ディスプレイに接続されたＰＣで、描画軌跡を表示するようなアプリケーションを起動し、ユーザが指や指示具などで入力した軌跡を表示する、所謂ホワイトボードのような使い方が想定される。
【０００４】
上記従来の座標入力装置における座標入力方式としては、光を用いるもの、抵抗膜を用いるもの、また、超音波を用いるものや静電容量を用いるもの等、様々な方式がある。例えば、光を用いた座標入力方式として、座標入力面外側に再帰性反射シートを設け、投光部からの投光を再帰反射シートで反射し、受光検出手段で光量分布を検出する遮光方式がある。この方式によれば、入力用領域内にある指などの遮蔽物で遮蔽された領域の角度を検出し、遮蔽位置すなわち入力位置の座標を決定する（例えば、特許文献１，２，３参照）。
【０００５】
例えば特許文献１では、微分等の波形処理演算によって、受光部における遮蔽物による遮蔽部分のピーク値を検出することによって、受光部に対する遮光部分の角度を検出し、該検出結果からその遮蔽物の座標を算出する技術が記載されている。また特許文献２では、特定のレベルパターンとの比較によって遮光部分の一方端と他方端の座標を検出し、それらの中心を検出する技術が記載されている。
【０００６】
上述したホワイトボードのような利用形態であれば、文字や絵を書くのが主たる用途となるため、座標入力装置への入力にはペンを模した指示具が用いられる場合が多い。この種の指示具（以下、ペン）には、ペン先にスイッチが設けられており、筆記動作の折に、ペンの先端が座標入力装置（以下、本体装置）の入力用領域に接触したときに該スイッチが導通（オン）する。このスイッチのオン／オフにより、ペンのダウン状態（ペンが入力用領域に接触した状態）や個体識別情報（ＩＤ）が本体装置に報知される。さらには、ペンの側面（ペンサイド）にも、マウスの右ボタンに相当する機能や、ページ送り等の各種機能を割り当てられたスイッチが設けられている場合が多い。
【０００７】
各スイッチが押下されたタイミングでペン先端が発光することによって、本体装置へのデータ送信が行われるが、本体装置における座標入力方式が上述した遮光方式である場合、投光部による投光とペンの発光とがそれぞれ重畳し合う場合がある。その場合、受光検出部において正しい遮光信号を検出することが困難となるため、入力された座標を算出することができず、描画中の線が途切れてしまう等、操作性が低下してしまう。
【０００８】
このような発光の重畳を避けるために、投光部による投光の発光周期とペンの発光周期を互いに異なるように設定する方法が知られている（例えば、特許文献４参照）。この方法によれば、ペンの発光周期は、投光の発光周期および発光期間、投光またはペン発光の受光検出部における検出期間、およびペン発光の発光期間、に基づいて決定される。さらには、ペン発光周期が投光の発光周期の整数倍にならないように制御することで、受光検出部による検出結果を投光の発光周期の複数回分の後に確定する。これにより、ペン発光と投光との重畳を回避して、ペン信号検出の抜けを防止する事が可能となる。
【０００９】
また、上述したような、会議等におけるホワイトボードのような利用形態を想定した場合、複数の操作者が同時に入力することを許容することが望まれるため、複数の同時入力に対応する座標入力装置も考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第４５０７５５７号公報
【特許文献２】特開２０００−１０５６７１号公報
【特許文献３】特開２００１−１４２６４２号公報
【特許文献４】特開２００５−２７６０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、座標入力装置に対して複数のペンによる入力を行う際に、複数のペンダウンが同時に発生する場合を考えると、以下のような問題がある。一般に、ペンの発光周期はその各スイッチ（ペン先スイッチおよびペンサイドスイッチ）の押下に同期して毎回開始され、ペンアップ（ペンと入力用領域との接触が解かれる）と同時にその周期は途切れる。したがって、たとえ複数のペンのそれぞれにおける発光周期を異ならせた場合であっても、複数ペンによる同時ペンダウンが発生すると、互いの発光周期が同時に開始されてしまうため、初回の発光については同時となる。このように同時発光が発生すると、ペンのアップ／ダウン情報や、ペンの個体識別情報を示す光信号が重畳してしまい、正しいビット列を復元できない。そのため初回の発光では、検出座標に対していずれのペンによるものであるかを示すＩＤの割り付けが行えなくなり、座標出力の遅延、すなわち筆記応答性の低下が発生してしまう。
【００１２】
また、上記特許文献４のように投光部とペンとで発光周期が異なるように設定する方法においても、その発光周期はペン先スイッチまたはペンサイドスイッチの押下に同期して毎回開始され、ペンアップと同時にその周期は途切れることになる。この方法ではすなわち、ペンダウン時における初回の発光の重畳は避けられず、座標検出が遅延する、すなわち書き出し時の応答性（筆記応答性）が低下することを前提としていた。
【００１３】
上述した同時ペンダウンによる発光重畳、および本体投光とペン発光との重畳の問題はいずれも、ペンアップ後のペンダウン時に発光周期が新たに開始されるため、ペンダウンと同時に必ず初回発光が行われてしまうことに起因すると考えられる。
【００１４】
そこで、このような、複数ペンを用いた場合のペン同士の発光の重畳、およびペン発光と本体の投光との重畳を避けるために、座標入力装置本体と複数のペンとで同期を取り、互いの発光のタイミングが異なるように制御する方法が考えられる。しかしながら、装置本体とペンとの同期を取るために、これらをケーブル等の有線で接続した場合には、ペンの自由度が損なわれ、入力の操作性が低下してしまう。また、無線によって同期信号を常時やり取りする方法も考えられるが、この場合特にペン側において、電池寿命が実用上問題になる程短くなってしまう。
【００１５】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、以下の機能を有する座標入力装置およびその制御方法を提供することを目的とする。すなわち、入力指示具による入力指示が途切れた場合でも、再度入力指示が発生すれば以前と同じタイミングによる発光を行うことを可能とする。
【００１６】
また、複数の入力指示具による同時入力がなされた場合でも、書き出し時の筆記応答性を損なうことなく、これらを適切に検出することを可能とする。
【００１７】
また、筆記応答性を損なうことなく、座標検出用の投光とペン発光との衝突を避けて検出精度の向上を可能とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するための一手段として、本発明の座標入力装置は以下の構成を備える。
【００１９】
すなわち、装置本体の入力用領域に入力指示具を接触させることによって入力を行う座標入力装置であって、前記入力指示具は、該入力指示具から装置本体への送信を行う際の送信周期を計時により生成するタイマ手段と、前記入力用領域に対する該入力指示具の接触の有無に応じて、入力指示の有無を検出する検出手段と、前記検出手段で入力指示有りが検出された場合に該入力指示の情報を前記タイマ手段で生成された送信周期で装置本体へ光通信により送信し、前記検出手段で入力指示無しが検出された場合には装置本体への送信を行わない送信手段と、を有し、前記タイマ手段は、前記検出手段で入力指示有りに続いて入力指示無しが検出された場合に、該入力指示有りの際の送信周期の計時を予め定められた保持期間、継続し、前記送信手段は、前記検出手段で入力指示無しが検出されてから前記保持期間内に入力指示有りが検出されると、前記タイマ手段で計時が継続されている送信周期による送信を行うことを特徴とする。
【００２０】
また、それぞれが前記入力用領域に対する入力を可能とする複数の前記入力指示具を有し、複数の前記入力指示具は、それぞれのタイマ手段で生成される送信周期が互いに異なることを特徴とする。
【００２１】
さらに、前記入力用領域への投光を行う投光手段と、前記入力用領域に対する前記投光による反射光の光量分布を検出する受光手段と、前記受光手段で検出される光量分布の、前記投光のない状態で検出される光量分布に対する変化量に基づいて、前記入力用領域において前記入力指示具により前記反射光が遮光された座標位置を算出する座標算出手段と、前記入力指示具から前記送信手段によって送信された前記入力指示の情報に基づいて、前記投光手段による投光が前記送信手段の発光と重畳しないように、投光周期を制御する投光制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
上記構成からなる本発明によれば、入力指示具による入力指示が途切れた場合でも、再度入力指示が発生すれば以前と同じタイミングによる発光を行うことが可能となる。
【００２３】
また、複数の入力指示具による同時入力がなされた場合でも、書き出し時の筆記応答性を損なうことなく、これらを適切に検出することが可能となる。
【００２４】
また、筆記応答性を損なうことなく、座標検出用の投光とペン発光との衝突を避けて検出精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態における座標入力装置の外観を示す図、
【図２】投光部の構成を示す図、
【図３】受光検出部の構成を示す図、
【図４】センサユニットの構成を示す図、
【図５】再帰反射特性を示す図、
【図６】メインユニットの構成を示すブロック図、
【図７】座標取得用発光期間における各種制御信号のタイミングチャート、
【図８】ペン入力前後の光量分布を示す図、
【図９】ペン入力状態を模式的に示す図、
【図１０】光量分布の検出例を示す図、
【図１１】光量分布の変化量および変化率を示す図、
【図１２】入力画素位置の検出例を示す図、
【図１３】画素番号と角度との関係を示す図、
【図１４】センサユニットと座標系の関係を示す図、
【図１５】座標入力処理を示すフローチャート、
【図１６】指示具（ペン）の構成を示すブロック図、
【図１７】ペンによるスイッチ信号の例を示す図、
【図１８】ペンによるスイッチ信号検出を模式的に示す図、
【図１９】従来のペン入力を示すタイミングチャート、
【図２０】従来の複数のペンによる入力を示すタイミングチャート、
【図２１】本実施形態におけるペン入力を示すタイミングチャート、
【図２２】本実施形態における複数ペンによる入力を示すタイミングチャート、
【図２３】第２実施形態における座標取得処理を示すフローチャート、
【図２４】第２実施形態におけるペン入力を示すタイミングチャート、である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態は特許請求の範囲に関る本発明を限定するものではなく、また、本実施の形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。
【００２７】
＜第１実施形態＞
●装置概要構成
図１は、本実施形態における座標入力装置の外観を示す図であり、同図を用いてその概略構成を説明する。
【００２８】
同図において、１Ｌ，１Ｒは投光部および検出部を有するセンサユニットであり、互いに所定の距離をおいて、入力用領域４の角部に設置されている。以下、これら左右のセンサユニット１Ｌ，１Ｒをまとめて、単にセンサユニット１と表記する。２は座標入力装置全体における制御・演算を行うメインユニットである。センサユニット１はメインユニット２に接続され、メインユニット２から制御信号を受け取ると共に、検出した信号をメインユニット２に送信する。３は再帰反射部であり、入射光をその到来方向に反射する再帰反射面を有し、左右それぞれのセンサユニット１の投光部から略９０°範囲に投光された光を、それぞれのセンサユニット１に向けて再帰反射する。センサユニット１では、再帰反射部３で反射された光が、結像光学系とラインＣＣＤ等によって構成された検出部によって１次元的に検出され、その光量分布がメインユニット２に送られる。
【００２９】
４は入力用領域であり、これをＰＤＰやリアプロジェクタ、フロントパネルやＬＣＤパネル等の表示装置の表示画面として用いることにより、これら装置をインタラクティブな入力装置として利用することができる。
【００３０】
上記図１に示す構成において、入力用領域４に指や指示具６等による入力指示がなされると、センサユニット１の投光部から投光された光が遮られ、検出部では再帰反射による反射光が得られなくなる。すなわち、入力用領域４からの反射光のうち、入力指示に応じた位置のみについて、光量が得られなくなる。
【００３１】
メインユニット２は、左右のセンサユニット１で検出された光量変化から、入力指示された部分の遮光範囲を検出し、同範囲内での検出点を特定して、該検出点のそれぞれのセンサユニット１に対する角度を算出する。そして、算出された角度および、センサユニット１間の距離等から、入力エリア上の座標位置を算出し、座標入力装置に接続されているＰＣ等に、ＵＳＢ等のインタフェースを経由して座標位置を出力する。
【００３２】
なお本実施形態では、投光部および検出部を備えるセンサユニット１において、投光部からの光を、座標入力用領域の周辺部に設けられた再帰反射面で再帰反射させ、その再帰反射光を検出部で検知する構成を示した。しかしながら本発明は、このような構成に限定されるものではない。例えば再帰反射部材に代えて、導光手段を用いた面発光可能な照明手段を設け、該照明手段で座標入力用領域を照明し、その照明光を検知部が検知する構成であっても良い。この構成の場合も同様に、入力用領域４に指等による入力指示がなされると、照明手段から照明された光が遮られ、その方向の照明光が検知されなくなるので、入力指示位置を算出する事が可能となる。
【００３３】
入力用領域４に対する入力手段として、指ではなく、入力用領域４に対する接触を検出するペンダウン検出スイッチを有するような専用の入力指示具を用いると、尾引きなどのない入力を行うことができる。図１の指示具６はその一例であり、ペン先スイッチあるいはペンサイドに設けられたスイッチが押下されると、ペンに内蔵された赤外ＬＥＤが発光して、スイッチ情報を発信する。以下、指示具６をペン６とも表記するとする。ペン６から発せられた光信号は、集光光学系を有する制御信号受信手段である、受光ＩＣ５によって検出され、メインユニット２に送られて、ペンダウン等の情報が先の座標情報とともに出力される。座標入力装置に接続されているＰＣでは、メインユニット２からの座標情報およびペンダウン等のスイッチ情報を入力することにより、表示画面上への線や文字の描画や、アイコン操作等が可能となる。
【００３４】
以降、本実施形態の座標入力装置における各構成につて、詳細に説明する。
【００３５】
●センサユニット
まず、本実施形態のセンサユニット１（１Ｌ，１Ｒ）について、投光部と受光部の構成、およびその動作について、詳細に説明する。
【００３６】
図２は、センサユニット１における投光部の構成例を示す。図２(a)は、投光部を上（入力面に対して垂直方向）から見た図である。図中３１は赤外光を発する赤外ＬＥＤであり、そこから発光した光は投光レンズ３２によって、略９０°範囲に投光される。図２(b)は、図２(a)と同じ投光部を横（入力面に対して水平方向）から見た図である。同図に示すようにこの方向では、赤外ＬＥＤ３１からの光は上下方向に制限された光束として投光され、主に、再帰反射部３に対して光が入射されるように構成されている。
【００３７】
図３は、センサユニット１における検出部を上（入力面に対して垂直方向）から見た図である。同図に示すように検出部は、１次元のラインＣＣＤ４１および結像光学系としてのレンズ４２,４３および、入射光の入射方向を制限する絞り４４、可視光等の余分な光の入射を防止する赤外フィルタ４５、からなっている。投光部からの光は再帰反射部材によって反射され、赤外フィルタ４５、絞り４４を抜けて、結像用レンズ４２,４３によって入力面の略９０°範囲の光が、ＣＣＤ４１の検出面でその入射角に依存した画素上に結像され、角度ごとの光量分布を示す。つまり、ＣＣＤ４１上での画素番号が角度情報を表すことになる。なお、この検出部を横（入力面に対して水平方向）から見た構成は、上記図３と同様である。
【００３８】
センサユニット１では、投光部と検出部が重ねて配置されており、図４は、これを横（入力面に対して水平方向）からの見た図である。投光部と検出部の光軸間の距離は、再帰反射部材の角度特性から充分検出可能な範囲内に設定されていれば良い。
【００３９】
●再帰反射部
以下、再帰反射部３について説明する。再帰反射部３における再帰反射部材は、入射角度に対する反射特性を有する。再帰性反射部材が平坦であるとすると、図５に示すように、反射部材からの角度が４５度を超えるあたりから得られる反射光量が減少してくるため、そのあたりでは、遮蔽物があった場合にその変化が充分に取れないことになる。
【００４０】
一般に反射光量は、光量分布（照明強度および距離）、反射部材の反射率（入射角度、反射部材の幅）、結像系照度（コサイン４乗則）によって決まるため、反射光量が足りない場合には照明強度を上げることが考えられる。しかしながら、反射分布が均一でない場合には、強い反射光を受光した際に検出部のＣＣＤ４１において当該部分が飽和することがあるため、照明強度を上げるには限界がある。それは裏返せば、反射部材の反射分布をなるべく均一にすれば、弱い反射光を受光していた部分への入射光量の増大を望む事ができるということである。
【００４１】
●メインユニット
以下、メインユニット２の構成および制御について、詳細に説明する。図１に示すメインユニット２とセンサユニット１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、および、ＬＥＤの駆動信号がやり取りされている。
【００４２】
図６は、メインユニット２の構成を示すブロック図である。ＣＣＤ制御信号は、ワンチップマイコン等で構成される演算制御回路（ＣＰＵ）７３から出力されており、ＣＣＤ４１のシャッタタイミング制御や、データの出力制御等を行っている。ＣＣＤ用のクロックは、クロック発生回路７５からセンサユニット１に送られると共に、ＣＣＤ４１との同期を取って各種制御を行うために、ＣＰＵ７３にも入力されている。ＬＥＤ駆動信号は、ＣＰＵ７３からＬＥＤ駆動回路７４Ｌ,７４Ｒを経て、センサユニット１の投光部における赤外ＬＥＤ３１に供給されている。
【００４３】
センサユニット１Ｌ，１Ｒにおける検出部（ＣＣＤ４１）からの検出信号は、メインユニット２のＡＤコンバータ７１Ｌ,７１Ｒにそれぞれ入力され、ＣＰＵ７３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、例えばＲＡＭによって構成されるメモリ７２に記憶され、後述する入力点の角度（以下、入力角度）計算に用いられる。このように算出された入力角度から、入力用領域４上の座標値が求められ、その情報がシリアルインタフェース７６等を介して外部ＰＣ等に出力される。
【００４４】
また、ペン６の発光による信号を受光する受光ＩＣ５からは、ペン６からの変調信号を復調したデジタル信号が出力され、ペンスイッチ信号検出回路としてのサブＣＰＵ７７に入力される。サブＣＰＵ７７で解析された信号は、ＣＰＵ７３に伝達され、またＣＰＵ７３からは、ＬＥＤ駆動回路７４Ｌ，７４Ｒに対するＬＥＤ駆動信号の論理積が入力される。
【００４５】
●光量分布検出処理
以下、本実施形態のセンサユニット１における光量分布の検出処理について、詳細に説明する。
【００４６】
図７は、座標取得用発光期間における各種制御信号のタイミングチャートである。同図において、ＳＨ，ＩＣＧＬ，ＩＣＧＲがＣＣＤ制御用の制御信号である。ＳＨはシャッタ制御信号であり、この信号の間隔でＣＣＤのシャッタ解放時間が決定される。ＩＣＧＬ，ＩＣＧＲはそれぞれ、左右のセンサユニット（１Ｌ，１Ｒ）へのゲート信号であり、ＣＣＤ内部の光電変換部の電荷を読み出し部へ転送するタイミングを制御する。
【００４７】
ＬＥＤＬ，ＬＥＤＲは、左右のＬＥＤの駆動信号である。ＳＨ信号の最初の周期で一方のＬＥＤを点灯するために、ＬＥＤＬの駆動信号がＬＥＤ駆動回路７４Ｌを経てＬＥＤに供給される。そしてＳＨ信号の次の周期で、もう一方のＬＥＤが駆動される。双方のＬＥＤの駆動が終了した後に、ＣＣＤ４１の信号が左右のセンサユニット（１Ｌ，１Ｒ）から読み出される。
【００４８】
ＣＣＤ４１から読み出される信号は、ペン６による入力がない場合には、左右それぞれのセンサユニット１からの出力として、図８(a)のような光量分布が得られる。図８(a)においては縦軸が光量を示し、Ａのレベルが最大光量、Ｂのレベルが最低光量となる。また横軸はＣＣＤ４１に対する入射角すなわち画素番号を示す。同図によれば、反射光のない状態では得られるレベルがＢ付近になり、反射光量が増えるほどＡのレベル方向の光量が増えていくことが分かる。このようにＣＣＤ４１から出力されたデータは、逐次ＡＤ変換されてＣＰＵ７３にデジタルデータとして取り込まれる。なお、どのシステムにおいても図８(a)に示すような光量分布が必ず得られるわけではなく、再帰反射部材の特性やＬＥＤの特性、経時変化（反射面の汚れ等）によって、分布は変化することはもちろんである。
【００４９】
上記図８(a)のような光量分布が得られている状態において、ペン６による入力を行った、つまり、反射光を遮った場合には、図８(b)に示すような光量分布が得られる。図８(b)においてＣの部分が、ペン６で反射光が遮られた部分に相当し、その部分のみ光量が低下していることが分かる。本実施形態における入力点の検出は、この光量分布の変化に基づいて行われる。具体的には、図８(a)のようなペン入力の無い初期状態を予め記憶しておき、それぞれのサンプル期間に図８(b)のような変化があるか否かを、初期状態との差分によって検出する。そして、変化があればその部分を入力点として、後述するように入力角度を決定するための演算を行う。
【００５０】
●入力角度計算処理
入力角度の計算にあたっては、まず、遮光範囲を検出する必要がある。上述したように、光量分布は経時変化等によって変化するため、ペン入力の無い初期状態の記憶は、システムの起動時等に行うことが望ましい。こうすることにより、例えば再帰反射面が汚れていても、完全に反射されないような場合を除いて使用可能になる。
【００５１】
以降、一方のセンサユニット１における処理について説明するが、他方のセンサユニットでも同様の処理を行う。
【００５２】
まず電源投入時に、ペン入力の無い状態で、投光部からの投光を行うこと無しに、ＣＣＤ４１の出力をＡＤ変換して得られる光量分布を、Ｂas_data[N]としてメモリ７２に記憶する。これは、ＣＣＤ４１のバイアスのばらつき等を含んだデータとなり、図８(a)におけるレベルＢ付近のデータとなる。ここで、Ｎは画素番号であり、有効な入力範囲に対応する画素番号が用いられる。次に、投光部からの投光を行った状態での光量分布を検出し、これをＲef_data[N]としてメモリ７２に記憶する。このＲef_data[N]が、図８(a)において実線で表されたデータである。これらメモリ７２に記憶されたＢas_data[N]，Ｒef_data[N]を用いて、まずは入力がなされたか否か、すなわち遮光範囲があるか否かの判定を行う。
【００５３】
ここで、あるサンプル期間において得られる光量分布データをＮorm_data[N]として、本実施形態における入力角度の計算方法を示す。
【００５４】
まず遮光範囲を特定するために、光量分布データの変化の絶対量によって、ペン入力の有無を判定する。これは、ノイズなどによる誤判定を防止し、所定量の確実な変化を検出するためである。具体的には各々の画素について、以下の式(1)によって光量分布変化の絶対量（絶対変化量Ｎorm_data_a[N]）を算出し、これを予め決定してある閾値Ｖthaと比較する。
【００５５】
Ｎorm_data_a[N]＝Ｎorm_data[N]−Ｒef_data[N] ・・・(1)
絶対変化量Ｎorm_data_a[N]が閾値Ｖthaを超える画素が所定数以上検出された場合に、ペン入力があったと判定する。この入力の有無判定処理は簡易であるため、高速に行うことが可能である。
【００５６】
ここで図９に、本実施形態におけるペン入力状態を模式的に示す。同図において、１１１は再帰反射面であり、そのＡ領域が汚れ等によって反射率が低下していたとすると、この場合の光量分布Ｒef_data[N]は、図１０(a)に示すようにＡ領域における反射光量が少なくなる。この状態で、図９にＣで示すようにペン６等の指示具が挿入され、再帰反射部材のほぼ半分を覆ったとすると、反射光量は略半分となるため、図１０(b)に太線で示した光量分布Ｎorm_data[N]が観測される。
【００５７】
図１０(a)，(b)の状態に対して上記式(1)による演算を行うと、絶対変化量Ｎorm_data_a[N]が図１１(a)のように得られる。なお、図１１(a)の縦軸は、初期状態との差分電圧を示している。図１１(a)のデータに対して上記閾値Ｖthaをそのまま適用すると、本来の入力範囲を外れて検出が行われてしまう場合がある。もちろん閾値Ｖthaを下げれば検出精度は多少上がるものの、ノイズなどの影響を受けてしまう可能性がある。そこで本実施形態では、入力点をより高精度に検出するために、変化量の比を用いる。
【００５８】
図１０(b)に示すようにＡ領域Ｂ領域とも反射光量は指示入力前の半分であるので、変化量の比Ｎorm_data_r[N]は以下の式(2)によって算出される。
【００５９】
Ｎorm_data_r[N]＝Ｎorm_data_a[N]／(Ｂas_data[N]−Ｒef_data[N]) ・・・(2)
(2)式により算出れた変化量の比Ｎorm_data_r[N]は、図１１(b)のようになる。このように、本実施形態では光量分布をその変動比として表現するために、反射部材１１１の反射率が領域によって異なる場合であっても、全ての領域を同等に扱うことができ、入力点の高精度な検出が可能になる。
【００６０】
次に、(2)式により図１１(b)に示すように算出された変化量の比Ｎorm_data_r[N]に対して、閾値Ｖthrを適用してその立ち上がり部と立ち下がり部の画素番号を特定し、両者の中央を入力画素として、その入力角度を求める。なお、図１１(b)は説明のために模式的に描画したものであるから、実際にはこのような立ち上がりとはならず、画素ごとに異なるレベルを示している。図１２に、閾値Ｖthrによる入力画素の検出例を示す。この場合、遮光領域の立ち上がり部分は、Ｎr番目の画素で閾値Ｖthrを越え、Ｎf番目の画素で閾値Ｖthrを下回ったとする。このとき、中心画素Ｎpを以下の式(3)によって算出しても良いが、その場合は画素間隔が最小の分解能になってしまう。
【００６１】
Ｎp＝Ｎr＋(Ｎf−Ｎr)／２ ・・・(3)
そこで、より細かな検出を行うために、立ち上がり、立ち下りそれぞれの画素のレベルとその一つ前の画素のレベルを用いて、閾値Ｖthrを横切る仮想の画素番号を算出する。例えば、Ｎr番目画素のレベルをＬr、Ｎr-1番目画素のレベルをＬr-1とする。また、ＮfのレベルをＬf、Ｎf-1番目画素のレベルをＬf-1とすれば、それぞれの仮想画素番号Ｎrv，Ｎfvは以下の式(4)，(5)によって算出される。
【００６２】
Ｎrv＝Ｎr-1＋(Ｖthr−Ｌr-1)／(Ｌr−Ｌr-1) ・・・(4)
Ｎfv＝Ｎf-1＋(Ｖthr−Ｌf-1)／(Ｌf−Ｌf-1) ・・・(5)
そして、仮想中心画素Ｎpvが、以下の式(6)により決定される。
【００６３】
Ｎpv＝Ｎrv＋(Ｎfv−Ｎrv)／２ ・・・(6)
このように、画素番号とそのレベルから仮想的な画素番号を算出することで、より分解能の高い検出を行うことができる。
【００６４】
以上のように得られた中央画素番号から実際の座標値を算出するためには、中央画素番号を角度情報に変換する必要がある。ここで図１３に、画素番号と角度との関係を示す。同図において横軸が画素番号、縦軸が角度であり、各画素番号はレンズ中心からの角度に対してほぼ比例した値を示していることが分かる。
【００６５】
ここで、真の検出角度に対し、実際の画素番号は0.2度程度の誤差を有していることが分かっている。そこで、このずれをレンズ構成を変えずに修正するために、以下の近似多項式(7)を用いた補正を行う。式(7)において、ｅは画素番号、ｎは次数、Ｔnは各次数の係数である。なお、センサユニット１における光学系はｆ-θ特性を有している。
【００６６】
θ＝Ｔn・ｅn＋Ｔ(n-1)・ｅ(n-1)＋Ｔ(n-2)・ｅ(n-2)＋・・・＋Ｔ0 ・・・(7)
式(7)において、次数ｎは、必要とされる精度スペック及び計算能力等を鑑みて決定すればよい。また係数Ｔnは、レンズのばらつきや組み立てのばらつき等に左右されるため、各個体ごとに決定することが望ましい。具体的には、レンズとＣＣＤの組が決定したセンサユニットに対し、複数の既知の角度に対する画素番号を測定し、そのデータに対して、最小二乗法等を用いて係数Ｔnを決定する。この係数Ｔnを各個体ごとに記憶しておけば良い。すなわち、補正用の近似多項式(7)はセンサユニット毎に、その組み立て時等のタイミングで、レンズ中心と思われる点をゼロ点として算出され、記憶される。
【００６７】
しかしながら、実際に座標入力装置に対してセンサユニットを取り付ける際には、上記固体ごとのレンズ中心を入力用領域４のゼロ方向に向けて正確に設置することは困難である。ここで、画素番号−角度θ補正式による補正を行うことで、画素番号と角度はtanθ特性などと異なりリニアな関係になる。つまり、角度方向に対する差分値は画素のどの領域を用いても同じ角度差を示すことになる。そこで、入力用領域４の中心点の入力が、検出時にＣＣＤ４１上でどの画素になるかを記憶しておき、以後の検出をこの値との差分から算出するようにすれば、取り付けによる誤差を保証することが可能になる。つまり、センサユニットを取り付ける際に、入力用領域４の中心（基準点）への入力を行い、その点が検出される画素番号もしくは、先の補正式(7)を用いた角度データを、基準点データとして不揮発メモリ（不図示）に記憶しておく。そして、電源投入時等のタイミングでこの基準点データを読み出し、以降の座標計算に用いるとする。
【００６８】
後述する座標計算処理において、角度θそのものよりも、その角度における正接（tangent）の値を求めるほうが都合がよい。角度θからtanθへの変換には、テーブルや変換式を用いるが、その際、先のセンサユニット１の取り付け誤差補正のための基準点データを用いる。すなわち、まず中心角度θcを式(8)により求める。式(8)において、θorgは記憶してあった基準点データとしての角度、θpvは上記式(7)によって算出された仮想中心角度である。
【００６９】
θc＝θpvθorg ・・・(8)
そして、式(8)で得られた中心角度θcをＴanθcへ変換するには、例えば以下の式(9)に示すような、マクローリン展開等の級数展開式を用いれば良い。
【００７０】
Tanθc＝θc＋1／3・θc3＋2／15・θc5＋17／315・θc7＋62／2835・θc9 ・・・(9)
このように得られたTanθcが、入力角度情報として検出される。
【００７１】
●座標算出処理
以下、ペン入力位置に対して得られた角度データTanθcから、その座標値を算出する処理について説明する。図１４は、センサユニット１Ｌ，１Ｒと画面座標との位置関係を示す図である。入力範囲の下辺左右にそれぞれのセンサユニット１Ｌ，１Ｒが設置されており、その間の距離はＤsである。また、画面中央が画面の原点位置であり、Ｐ0はそれぞれのセンサユニット１Ｌ，１Ｒの角度０の交点、ＰOYは交点Ｐ0と原点との距離である。ペン入力が行われた位置に対し、それぞれのセンサユニット１Ｌ，１Ｒで検出される角度をそれぞれθL，θRとすると、それぞれのtanθL，tanθRを、上記多項式(9)を用いて算出する。このとき点Ｐのｘ,ｙ座標はそれぞれ、以下の式(10)，式(11)によって算出される。
【００７２】
ｘ＝Ｄs・(tanθL＋tanθR)／(１＋(tanθL・tanθR)) ・・・(10)
ｙ＝−Ｄs・(tanθR・tanθL(２tanθL・tanθR))／(１＋(tanθL・tanθR))＋Ｐ0Y ・・・(11)
●座標入力処理の制御手順
以上、本実施形態の座標入力装置における座標入力に関する各処理について説明したが、以下ではその流れについて、図１５を用いて説明する。図１５は、座標入力装置において電源投入から座標計算までの工程を示すフローチャートである。
【００７３】
まずＳ１０１で、ＣＰＵ７３は電源が投入されるまで待機し、電源が投入されるとＳ１０２に進み、ＣＰＵ７３はポート設定やタイマ設定等の様々な初期化処理を行う。
【００７４】
その後Ｓ１０３において、不揮発メモリ（不図示）からθ補正用の各定数を読み出し、メインユニット２のメモリ７２に格納する。また、センサユニットの取り付け時に取得した基準点データθorgも不揮発メモリ（不図示）から読み出し、メモリ７２に格納する。
【００７５】
次にＳ１０４〜Ｓ１０６において、ＣＣＤ４１の不要電荷を除去するための初期処理を行う。一般に、ＣＣＤ等の光電変換素子においては、動作させていない間に不要な電荷が蓄積されている場合があるため、このような場合にＣＣＤからの検出データをそのままリファレンスデータとして用いると、誤検出が発生したり検出不能となってしまう。そこで装置の立ち上げ時に、投光無しで、ＣＣＤ４１すなわちセンサユニット１からのデータ読み出しを複数回行っておく。Ｓ１０４ではその読み出し回数を設定し、Ｓ１０５で投光無しデータを読み出して不要電荷の除去を行い、Ｓ１０６で該Ｓ１０５の処理を所定回数繰り返す。
【００７６】
上記不要電荷の除去処理が終了すると、次にＳ１０７でセンサユニット１から、リファレンスデータとして投光無しでの光量分布データＢ(N)を取り込み、Ｓ１０８でメモリ７２に記憶する。このＢ(N)がすなわち、上記式(2)に示したＢas_data[N]に相当する。
【００７７】
次にＳ１０９において、もう一つのリファレンスデータである、投光した際の初期光量分布データＲ(N)を取り込み、Ｓ１１０でメモリ７２に記憶する。このＲ(N)が、上記式(1)に示したＲef_data[N]に相当する。
【００７８】
ここまでの処理が、電源投入時の初期設定動作であり、以降、通常の入力動作が開始される。
【００７９】
Ｓ１１１で、センサユニット１から投光有りデータＮ(N)を取り込むと、Ｓ１１２において、Ｎ(N)とＲ(N)との差分値（Ｒ(N)−Ｎ(N)）によって遮光部分の有無を判定する。具体的には、該差分値が所定値以上である場合に、入力があったと判定される。ここで、座標入力無しと判定された場合にはＳ１１１へ戻り、再度取り込みを行う。この繰り返し周期を１０[msec]程度に設定すれば、１００回／秒のサンプリングが行われる。
【００８０】
Ｓ１１２で遮光部分有り、すなわち入力があったと判定されると、Ｓ１１３に進んで、上記式(1)，(2)で説明したように、光量分布の変化量の比Ｎr(N)を算出する。すなわち、光量分布変化量の比Ｎr(N)は、以下の式(12)によって算出される。
【００８１】
Ｎr(N)＝(Ｎ(N)−Ｒ(N))／(Ｂ(N)−Ｒ(N)) ・・・(12)
次にＳ１１４で、Ｓ１１３で得られた変化量の比Ｎr(N)に対して、所定の閾値を適用してその立ち上がり、立ち下がり位置を決定し、その中心位置を算出する。この処理はすなわち、上記式(4)，(5)，(6)に基づいて行われる。このように算出された中心位置に対し、先に読み込んでおいた係数を用いて、上記式(7)に基づいて仮想中心角度θpvを算出し、さらに式(8)によりこれを補正して、中心角度θcを求める。そしてＳ１１５で、Ｓ１１４で得られた中心角度θcから、Ｔanθを式(9)により算出する。なお、以上のＳ１１３〜Ｓ１１５の処理は、左右のセンサユニット１Ｌ，１Ｒのそれぞれについて行い、すなわち各センサユニット１について、入力点に応じた角度情報であるTanθが算出される。そしてＳ１１６で、以上のように算出された左右のセンサユニット１Ｌ，１ＲにおけるＴanθから、上記式(10)，(11)を用いてｘ，ｙ座標を算出する。
【００８２】
以上のように入力座標値が求まると、次にＳ１１７において、ペン６による入力指示の有無を判定する。すなわち、ペン６が入力用領域４にタッチされたペンダウン状態であるか否かの判定を行う。ペン６は、ペン先スイッチ等によるオン／オフを光信号によって発信しており、この光信号を受光ＩＣ５を介してサブＣＰＵ７７が検出し、その結果を不図示のポートに出力している。このペンダウンの検出結果に応じて、ペンダウンフラグのセット（Ｓ１１８）あるいはリセット（Ｓ１１９）が行われる。すなわち、ペンダウン状態であればＳ１１８でペンダウンフラグがセットされ、ペンダウン状態でない、すなわちペンアップ状態であればＳ１１９でペンダウンフラグがリセットされる。
【００８３】
以上のように入力座標値とダウン状態を示すペンダウンフラグが決定されると、最後にＳ１２０において、これらのデータを不図示のホストＰＣへ送信する。この送信は、ＵＳＢやＲＳ２３２等のシリアルインタフェースをはじめ、任意のインタフェースにより行われる。これを受信したＰＣ側では、ドライバが受信データを解釈し、得られた入力座標値およびペンダウンフラグに基づいてカーソルの移動、マウスボタン状態の変更等を行う。 このように、座標入力装置での指示入力に基づいてＰＣ画面の操作を行うことが可能になる。なお、Ｓ１２０の処理が終了したらＳ１１１に戻り、以降、電源がオフされるまで、当該フローチャートに示す処理が繰り返される。
【００８４】
●座標入力装置用ペン
上述したように本実施形態の座標入力装置においては、「指」での入力を行うことも可能であるが、ペン６などの指示具による入力を行うことによって、マウスの各種ボタンに対応する操作を行うことが可能となる。以下、本実施形態におけるペン６の構成について、図１６を用いて詳細に説明する。
【００８５】
筆記具を模したペン６は、そのペン先端部を押圧することで動作するペン先スイッチ（以下、ペン先ＳＷ）６１、並びに筐体側面に設けられた複数のペンサイドスイッチ（以下、ペンサイドＳＷ）６２を備える。また、筐体内部には、制御部としてのＣＰＵ６４と、タイマ６５、および電池６６を備える。ペン先ＳＷ６１および複数のペンサイドＳＷ６２のいずれかがダウン状態となることによって、タイマ６５で計時により生成された所定の送信周期に同期して、信号が送信される。
【００８６】
ここでペン先ＳＷ６１のダウン状態とは、座標入力面であるディスプレイ等の入力用領域４に、座標入力用のペン６が接触して位置し、操作者によってまさに座標入力が行われ、筆跡を入力しようとする状態を表す。また、例えば、ペン先ＳＷ６１を所定時間内に２回動作させた場合には、マウスのダブルクリック動作として認識するように構成されている。
【００８７】
また、ペンサイドＳＷ６２のダウン状態とは、ペンサイドＳＷ６２が物理的に押下された状態を表す。図１６によれば、ペン６には３個のペンサイドＳＷ６２_a、６２_b、６２_cが備えられており、例えば１つにマウスの右ボタン、他の１つに上下のスクロールボタン、というように、それぞれに機能を割り当てるられるように構成されている。
【００８８】
ペンダウン状態時に発信される信号（以下、スイッチ信号）は、ＣＰＵ６４で検出されたペン先ＳＷ６１及びペンサイドＳＷ６２の各状態、及び個体識別情報に応じて生成される。例えば、タイマ６５の計時により生成された所定の送信周期毎に、タイミング信号、及びスイッチのアップ／ダウン情報、個体識別情報、に基づいて生成されたスイッチ信号を、赤外線ＬＥＤ６３の発光によって発信する。この発信方法としては、まず、ペン６がタイミング信号として放射する光信号に、スイッチのアップ／ダウン情報や個体識別情報を示す信号を重畳させる。そして、この情報を伝送する際には、例えば連続するパルス列からなるリーダ部と、これに続くコード（メーカＩＤ等）とからなるヘッダ部をまず出力する。その後、ペン先ＳＷ６１からの制御信号等よりなる送信データ列を、予め定義された順序と形式に従って順次出力する。なお、このような光通信による発信方法は、例えば赤外線を利用した遠隔制御装置等において周知であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
【００８９】
以上のようにペン６から発信された光信号（スイッチ信号）が図６に示す受光ＩＣ５で受光されると、サブＣＰＵ７７において、ペン６のどのスイッチが動作しているのかを判定する。該判定結果に応じて、ＣＰＵ７３が、センサユニット１Ｌ，１Ｒの間で、ＣＣＤの制御信号やＣＣＤ用クロック信号、およびＬＥＤの駆動信号のやり取りを開始する。
【００９０】
●スイッチ信号検出処理
以下、本実施形態においてペン６より発信されたスイッチ信号の検出処理について、詳細に説明する。スイッチ情報や個体識別情報等よりなるスイッチ信号は光信号であり、外乱などの影響を受けにくいように所定の周波数ｆで変調されている。図１７は、スイッチ信号の一例を示すものである。図１７によればスイッチ信号は、データ開始を示すスタートビットと、ペン先ＳＷ信号Ｓ0とペンサイドＳＷ信号Ｓ1、データの正当性を判定するためにＳ0，Ｓ1それぞれの反転信号／Ｓ0、／Ｓ1、データ終端を示すストップビット、からなる。これら各信号は、それぞれ周波数ｆで変調されている。
【００９１】
ここで図１８に、スイッチ信号検出の概要を示す。図１８に示すように、スイッチ信号としての変調光は、受光ＩＣ５で受光されるとサブＣＰＵ７７で復調され、ビット列としてＣＰＵ７３へ入力される。この復調されたパルス幅は、受光ＩＣ５等の特性により変調波の幅とは異なる場合がある。入射光レベルにもよるが例えば、入力パルス幅１０[μsec]に対し、数十[μsec]ほどのパルス幅を持って出力されることがある。
【００９２】
サブＣＰＵ７７は、スイッチ信号として先頭のスタートビットを検出すると、一定周期でのサンプリングを行って各ビット位置の１／０を判定し、／Ｓ0、／Ｓ1等の論理が適当であるか否か、また、ストップビットまで検出できたか否か、等の判断を行う。論理が適当であれば結果を出力するが、不適当であった場合には、当該スイッチ信号を破棄して再度検出を行う。
【００９３】
●複数ペンによる同時入力制御
本実施形態の座標入力装置においては、入力用指示具としてのペン６の複数本により、複数点への同時入力を行うことが考えられる。ここで、本実施形態における複数ペンによる同時入力制御についての説明を行うに先立って、従来の座標入力装置において複数本のペンを同時使用した場合に起こりうる問題について、説明する。
【００９４】
図１９は、従来のペンによる入力を示すタイミングチャートであり、２１０１はペン先ＳＷまたはペンサイドＳＷの何れかのダウン状態を表すスイッチダウン信号、２１０２は発光タイミング信号を示す。同図によれば、発光タイミング信号２１０２は、スイッチダウン信号２１０１の開始に合わせて発光が開始されることが分かる。
【００９５】
ここで複数のペンを想定し、各々の個体識別情報を仮にＩＤ1、ＩＤ2とする。図２０は、従来の複数ペンによる入力を示すタイミングチャートであり、２２０１，２２０２は、それぞれＩＤ1，ＩＤ2のペンにおけるペン先ＳＷまたはペンサイドＳＷの何れかのダウン状態を示すスイッチダウン信号である。また２２０３，２２０４は、それぞれのペンにおける発光タイミング信号である。この発光タイミング信号２２０３，２２０４によれば、複数ペンの発光タイミングは、ＩＤごと、すなわちペンごとに異なるように設定されることが分かる。
【００９６】
このような２本のペンを入力に用いる際、各ペンにおけるスイッチダウン状態が同じタイミングで発生すると、図２０の矢印部ａに示すように、全く同じタイミングで各ペンの発光も行われることにより、信号の重畳が起こってしまう。その場合、光信号を受光する受光ＩＣ５およびサブＣＰＵ７７では、ＩＤ1，ＩＤ2のいずれのペンからの発光であるかを判定できなくなるため、式(10)，(11)で算出した複数の座標に対し、ペンの個体識別ＩＤを割り振ることができなくなってしまう。なお、ＩＤ1とＩＤ2は互いの発光周期が異なるように設定されているため、次の発光タイミング（例えば、ＩＤ1においては図中ｂ）で、正しい光信号を取得することができる。しかしながら、スイッチダウンのタイミングからは遅延しての座標出力となり、さらにこの遅延は複数のペンによる書き出しが同時になされる場合には毎回発生するため、ユーザ操作に対して違和感を与えてしまう。
【００９７】
本実施形態ではこのような不具合を回避するために、ペン６の発光周期を生成するタイマ６５において、ペンアップ状態となった後も、所定期間、その発光周期を継続して保持する。すなわち、ペン６による入力指示有りから入力指示無しとなった場合に、入力指示が有った際の発光タイミングの計時を所定期間継続する。
【００９８】
図２１は、本実施形態におけるペン入力を示すタイミングチャートであり、スイッチダウン信号２３０１と、送信周期に応じた発光タイミング信号２３０２を示す。同図に示すように、ペン先ＳＷ６１またはペンサイドＳＷ６２がペンアップ状態になった図中ａの期間においても、発光タイミング信号２３０２によるタイミングをタイマ６５が保持する。すなわち、ペンアップ状態になるとタイマ６５がタイミング信号２３０２の計時を継続する。なお、この継続は所定の保持期間内で行われる。そして、該保持期間内に次回のスイッチダウンが発生した際には、スイッチダウンの直後ではなく、タイマ６５で計時が継続されている発光タイミング（図中ｂ）に同期した発光、すなわち継続送信が開始される。
【００９９】
図２２は、このように発光タイミングを所定時間保持するような、本実施形態のペン６を２本同時に使用した場合のタイミングチャートである。図２２において、２４０１，２４０２は、それぞれＩＤ1，ＩＤ2のペンにおけるペン先ＳＷまたはペンサイドＳＷの何れかのダウン状態を示すスイッチダウン信号である。また２４０３，２４０４は、それぞれのペンにおける発光タイミング信号である。図２２に示すタイミングａにおいて、複数のペンのスイッチダウンが同時に行われると、各ペンのタイマ６５が保持している発光周期に同期して、ＩＤ1のペンは図中ｂ、ＩＤ2のペンは図中ｃのタイミングで、各々スイッチダウン後の最初の発光が起こる。そのため、２本のペンによる光信号は重畳することなく、受光ＩＣ５およびサブＣＰＵ７７によって検出された後、それぞれのスイッチ情報および個体識別情報を正しく取得することができる。
【０１００】
本実施形態では、このようにペン６のタイマ６５で、ペンアップによる送信中断後も発光タイミングを継続して保持することによって、複数ペンの発光信号同士が重畳する回数を大幅に低減することができる。したがって、複数のペンが同時に書き出した際の応答性が改善される。
【０１０１】
なお、設定する発光周期によっては、複数ペンのスイッチダウン後の最初の発光タイミングがたまたま重なってしまう状況も起こりうる。このような場合、発光タイミングの保持期間内であったとしても、このタイミングでスイッチダウンした場合、信号同士は重畳してしまう。しかしながらこのようなタイミングはすなわち、ペンの個体識別情報毎にそれぞれ設定された発光周期の最小公倍数となるタイミングであり、かつ、複数のペンがほぼ同時に入力された場合であるため、その発生頻度は高くない。図２１，２４で説明した発光タイミングの保持による衝突回数の見積もりは、図１９，２２で説明した従来の発光方式と比較して、略１／１０以下となる。
【０１０２】
以上説明したように、複数のペンが各々所定時間発光タイミングを保持することで、同時にペンダウンを行った際の、ペン同士の発光の重畳を回避することができる。
【０１０３】
なお、発光タイミングを保持する保持期間としては、これが極端に短いと、図１９で説明したような従来例とほとんど同様の構成となり、応答性の改善に関して適切でない。一方、極端に長時間に亙って発光タイミングを保持するように構成すると、今度は電池６６の寿命に影響が出てしまう。発光タイミングの保持期間としては、これを数十秒程度に設定することが、上述したような効果が得るために最も効果的であると考えられる。この保持期間は、例えば会議中に複数のペンを使用して文字を入力する状況を想定すると、本実施形態の効果を得るに十分な時間であると考えられる。もちろん、この保持期間についてはペンの電池寿命との相関を鑑みながら設定すれば良く、数十秒の範囲に限定されるものではない。また、ペン６にこの保持期間を変更するための変更手段を設けても良い。以上のように発光タイミングの保持期間を設定することで、電池寿命を実用上問題ない程度に維持することが可能になる。
【０１０４】
以上説明したように本実施形態によれば、入力指示具のペンアップ時に直前の発光タイミングを継続して保持しておくことにより、該保持期間中にペンダウンが発生すると、該保持された発光タイミングに従った発光を行う。これにより、複数のペンによる入力が同時になされた場合でも、各々の発光タイミングが保持されているため、互いの発光同士が衝突する回数を大幅に減らすことが可能となり、書き出し時の筆記応答性を改善することができる。
【０１０５】
＜第２実施形態＞
以下、本実施形態における第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態における座標入力装置の構成は上述した第１実施形態と同様であるため、同様の符号を参照するとして説明を省略する。上述した第１実施形態においては、複数のペンが発光タイミングを所定期間保持することで、ペン同士の発光の重畳を回避する例を示した。一方、座標入力装置本体側からの座標取得用の投光が、ペンスイッチ信号の検出に影響を及ぼすことも考えられる。
【０１０６】
図１９で説明したように、従来の座標入力用ペンの発光はスイッチダウン時に開始されていた。そのため、座標取得用の投光とペンの発光とは同期が取られておらず、したがってこれらが重畳する場合が生じ、その場合にはスイッチ信号の検出が困難となる。復調された信号からスイッチ信号の状態を判定するサブＣＰＵ７７は、スイッチ信号の有無によってスイッチの押下、つまり、ペン先ＳＷ６１のダウン状態（またはペンサイドＳＷ６２のダウン状態）を判定する。そのため、サブＣＰＵ７７では、スイッチングとして正規の光入力が得られない場合には、たとえ描画中であってもペンアップ状態と判定してしまう。このような場合には、連続して描画を行っている最中であっても、描いた線が途切れてしまうという状態が発生する。
【０１０７】
そこで第２実施形態においては、座標取得用の投光とペン発光との重畳が発生するタイミングを事前に検知することでこれを回避し、スムーズな描画を可能とすることを特徴とする。
【０１０８】
図２３は、第２実施形態における座標取得処理を示すフローチャートである。まずＳ２５０２でポート、タイマ等の初期化処理が行われた後、座標取得用の検出ループ処理が開始される。
【０１０９】
該ループにおいては、まずＳ２５０３で、ペンの発光タイミング信号に基づき、該発光タイミングがアクティブであるか否かを判定する。この判定を行うために、上述した第１実施形態と同様にペン６ではペンアップ後も発光タイミングを所定期間保持する。
【０１１０】
Ｓ２５０３でペン発光がアクティブであると判定されると、Ｓ２５０４で所定時間ウェイトし、ペン発光の終了を待つが、ペン発光がアクティブでなければ、すなわちペン発光との重畳の可能性がないため、Ｓ２５０５で座標取得用の投光を行う。第２実施形態ではこのように、座標取得用の投光とペン発光との重畳を回避する。
【０１１１】
以降は上述した第１実施形態と同様に、Ｓ２５０６でセンサユニット１から光情報を取得し、Ｓ２５０７で該光情報に基づいて入力座標を算出し、Ｓ２５０８で該座標を出力する。
【０１１２】
図２４は、第２実施形態におけるペン入力を示すタイミングチャートであり、スイッチダウン信号２６０１と発光タイミング信号２６０２、および投光タイミング信号２６０３を示す。
【０１１３】
発光タイミング信号２６０２は、ペン６内部のタイマ６５で保持された発光周期に同期している。この発光タイミング信号２６０２を、サブＣＰＵ７７を介してＣＰＵ７３が取り込み、これに同期したタイミング情報（すなわち発光タイミングに同期した信号）を生成する。これによりＣＰＵ７３は、ペンの発光タイミングが座標検出用の投光タイミングと衝突するタイミングであるか否かを事前に判定することが可能となる。ＣＰＵ７３は座標検出用の投光タイミングすなわち投光周期も制御するため、これがペンの発光タイミングと衝突するタイミングであることが分かった場合、投光タイミングをペンの発光終了後にずらす。例えば図２４において、図中ａ，ｃが、ペン発光と投光の衝突するタイミングであり、これをそれぞれ、図中ｂ，ｄのように、投光タイミングをペン発光終了後にずらす。このような投光制御を行うことにより、ペン発光と投光との重畳を避けることができる。
【０１１４】
以上説明したように第２実施形態によれば、ペンが発光周期を保持することによってペン発光と検出用の投光の重畳が生じるタイミングを事前に検出することができ、この重畳を回避することで、描画中の線の途切れがない、スムーズな入力が可能になる。
【０１１５】
なお座標入力装置本体では、ペンの発光が無い場合にも投光動作を行っているため、ペンが発光タイミングを保持していない状態における最初の一点目入力に関しては、ペン発光と投光とが衝突を起こす可能性がある。しかながら、それ以降においては、座標取得用の投光とペン発光との重畳を無くすことができるため、書き出し時の応答性の改善は十分に期待できる。
【０１１６】
＜その他の実施形態＞
また、本発明は、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或いは装置に供給し、そのシステム或い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。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置本体の入力用領域に入力指示具を接触させることによって入力を行う座標入力装置であって、前記入力指示具は、
該入力指示具から装置本体への送信を行う際の送信周期を計時により生成するタイマ手段と、
前記入力用領域に対する該入力指示具の接触の有無に応じて、入力指示の有無を検出する検出手段と、
前記検出手段で入力指示有りが検出された場合に該入力指示の情報を前記タイマ手段で生成された送信周期で装置本体へ光通信で送信し、前記検出手段で入力指示無しが検出された場合には装置本体への送信を行わない送信手段と、を有し、
前記タイマ手段は、前記検出手段で入力指示有りに続いて入力指示無しが検出された場合に、該入力指示有りの際の送信周期の計時を予め定められた保持期間、継続し、
前記送信手段は、前記検出手段で入力指示無しが検出されてから前記保持期間内に入力指示有りが検出されると、前記タイマ手段で計時が継続されている送信周期による送信を行う
ことを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
前記検出手段はさらに、前記入力指示具の側面に設置されたスイッチが押下されることによって発生した入力指示の有無を検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。
【請求項３】
前記送信手段は、前記入力指示の情報として少なくとも、前記入力指示の有無を示す情報と、前記入力指示具の個体識別情報を含んで送信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。
【請求項４】
それぞれが前記入力用領域に対する入力を可能とする複数の前記入力指示具を有し、
複数の前記入力指示具は、それぞれのタイマ手段で生成される送信周期が互いに異なることを特徴とする請求項３に記載の座標入力装置。
【請求項５】
前記送信手段は、前記入力指示の情報に応じた発光を行うことにより、本体装置への送信を光通信として行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の座標入力装置。
【請求項６】
さらに、前記入力用領域への投光を行う投光手段と、
前記入力用領域に対する前記投光による反射光の光量分布を検出する受光手段と、
前記受光手段で検出される光量分布の、前記投光のない状態で検出される光量分布に対する変化量に基づいて、前記入力用領域において前記入力指示具により前記反射光が遮光された座標位置を算出する座標算出手段と、
前記入力指示具から前記送信手段によって送信された前記入力指示の情報に基づいて、前記投光手段による投光が前記送信手段の発光と重畳しないように、投光周期を制御する投光制御手段と、
を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。
【請求項７】
前記投光手段および前記受光手段は、前記入力用領域の２つの角部にそれぞれ設置され、
前記受光手段は、前記入力用領域の周辺部において前記投光手段からの投光が再帰反射した反射光の光量分布を検出する
ことを特徴とする請求項６に記載の座標入力装置。
【請求項８】
装置本体の入力用領域に入力指示具を接触させることによって入力を行う座標入力装置における、前記入力指示具の制御方法であって、
前記入力用領域に対する該入力指示具の接触の有無に応じて、入力指示の有無を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおいて入力指示有りが検出された場合に、該入力指示の情報を、タイマによる計時によって生成された送信周期で装置本体へ光通信で送信する送信ステップと、
前記検出ステップにおいて前記入力指示有りに続いて入力指示無しが検出された場合に、前記送信ステップによる送信を中断するとともに、前記入力指示有りの際の送信周期の前記タイマによる計時を予め定められた保持期間、継続させる保持ステップと、
前記検出ステップにおいて前記入力指示無しが検出されてから前記保持期間内に入力指示有りが検出されると、前記タイマで計時が継続されている送信周期による送信を行う継続送信ステップと、
を有することを特徴とする座標入力装置における入力指示具の制御方法。
【請求項９】
コンピュータで実行されることにより、該コンピュータを請求項１乃至７のいずれか１項に記載の座標入力装置における各手段として機能させるためのプログラム。
【請求項１】
装置本体の入力用領域に入力指示具を接触させることによって入力を行う座標入力装置であって、前記入力指示具は、
該入力指示具から装置本体への送信を行う際の送信周期を計時により生成するタイマ手段と、
前記入力用領域に対する該入力指示具の接触の有無に応じて、入力指示の有無を検出する検出手段と、
前記検出手段で入力指示有りが検出された場合に該入力指示の情報を前記タイマ手段で生成された送信周期で装置本体へ光通信で送信し、前記検出手段で入力指示無しが検出された場合には装置本体への送信を行わない送信手段と、を有し、
前記タイマ手段は、前記検出手段で入力指示有りに続いて入力指示無しが検出された場合に、該入力指示有りの際の送信周期の計時を予め定められた保持期間、継続し、
前記送信手段は、前記検出手段で入力指示無しが検出されてから前記保持期間内に入力指示有りが検出されると、前記タイマ手段で計時が継続されている送信周期による送信を行う
ことを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
前記検出手段はさらに、前記入力指示具の側面に設置されたスイッチが押下されることによって発生した入力指示の有無を検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。
【請求項３】
前記送信手段は、前記入力指示の情報として少なくとも、前記入力指示の有無を示す情報と、前記入力指示具の個体識別情報を含んで送信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。
【請求項４】
それぞれが前記入力用領域に対する入力を可能とする複数の前記入力指示具を有し、
複数の前記入力指示具は、それぞれのタイマ手段で生成される送信周期が互いに異なることを特徴とする請求項３に記載の座標入力装置。
【請求項５】
前記送信手段は、前記入力指示の情報に応じた発光を行うことにより、本体装置への送信を光通信として行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の座標入力装置。
【請求項６】
さらに、前記入力用領域への投光を行う投光手段と、
前記入力用領域に対する前記投光による反射光の光量分布を検出する受光手段と、
前記受光手段で検出される光量分布の、前記投光のない状態で検出される光量分布に対する変化量に基づいて、前記入力用領域において前記入力指示具により前記反射光が遮光された座標位置を算出する座標算出手段と、
前記入力指示具から前記送信手段によって送信された前記入力指示の情報に基づいて、前記投光手段による投光が前記送信手段の発光と重畳しないように、投光周期を制御する投光制御手段と、
を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。
【請求項７】
前記投光手段および前記受光手段は、前記入力用領域の２つの角部にそれぞれ設置され、
前記受光手段は、前記入力用領域の周辺部において前記投光手段からの投光が再帰反射した反射光の光量分布を検出する
ことを特徴とする請求項６に記載の座標入力装置。
【請求項８】
装置本体の入力用領域に入力指示具を接触させることによって入力を行う座標入力装置における、前記入力指示具の制御方法であって、
前記入力用領域に対する該入力指示具の接触の有無に応じて、入力指示の有無を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおいて入力指示有りが検出された場合に、該入力指示の情報を、タイマによる計時によって生成された送信周期で装置本体へ光通信で送信する送信ステップと、
前記検出ステップにおいて前記入力指示有りに続いて入力指示無しが検出された場合に、前記送信ステップによる送信を中断するとともに、前記入力指示有りの際の送信周期の前記タイマによる計時を予め定められた保持期間、継続させる保持ステップと、
前記検出ステップにおいて前記入力指示無しが検出されてから前記保持期間内に入力指示有りが検出されると、前記タイマで計時が継続されている送信周期による送信を行う継続送信ステップと、
を有することを特徴とする座標入力装置における入力指示具の制御方法。
【請求項９】
コンピュータで実行されることにより、該コンピュータを請求項１乃至７のいずれか１項に記載の座標入力装置における各手段として機能させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
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【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１１−１２８９９１（Ｐ２０１１−１２８９９１Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８８４１６（Ｐ２００９−２８８４１６）
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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