JP2000207118A

JP2000207118A - 座標入力指示具

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Publication number: JP2000207118A
Application number: JP513999A
Authority: JP
Inventors: Ryozo Yanagisawa; 亮三柳澤; Katsuhide Hasegawa; 勝英長谷川; Atsushi Tanaka; 淳田中; Yuichiro Yoshimura; 雄一郎吉村; Katsuyuki Kobayashi; 克行小林; Kiwamu Kobayashi; 究小林; Masaaki Kanashiki; 正明金鋪
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 1999-01-12
Publication date: 2000-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】光学式座標入力装置の座標入力指示具におい
て、操作性、使い勝手を向上する。【解決手段】指示具４には、座標入力のために座標入
力面に光スポットを照射するための発光手段として、不
可視光である赤外線を発光する発光素子４１Ａと、可視
光を発光する発光素子４１Ｂが設けられる。また、発光
制御部４４と手動の操作用スイッチ４３Ａ〜４３Ｄが設
けられ、発光制御部４４は操作用スイッチ４３Ａ，４３
Ｂの操作に応じて、発光素子４１Ａ，４１Ｂを選択的に
発光させる。このような構成により、光スポットの照射
のために可視光と不可視光を選択的に発光することがで
き、可視光と不可視光を必要に応じて使い分けることに
より、座標入力指示具の操作性、使い勝手を向上でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は座標入力指示具に関
し、詳しくは、光学式座標入力装置の座標入力面上の任
意の位置を指示して光スポットを照射して座標入力を行
うための座標入力指示具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記の光学式座標入力装置は例えば座標
入力を行えるように構成された大型表示システムに用い
られている。この大型表示システムでは、大型ディスプ
レイの表示画面が座標入力面を兼ねるように構成され、
発光手段を設けた座標入力指示具（以下、指示具と略称
する）により表示画面上の任意の位置を指示し、発光手
段の発光による光スポットを照射して座標入力を行うこ
とにより、外部接続されたコンピュータを制御したり、
文字や図形などを入力するようになっている。

【０００３】このような大型表示システムに用いられる
従来の座標入力装置としては、ＣＣＤエリアセンサやリ
ニアセンサを用いて表示画面上の光スポットを撮像し、
重心座標あるいはパターンマッチングを用いるなどの画
像処理を行って、座標値を演算して出力するものや、Ｐ
ＳＤと呼ばれる位置検出素子（光スポットの位置に対応
した出力電圧が得られるアナログデバイス）を用いるも
のなどが知られている。

【０００４】例えば、特公平７−７６９０２号公報に
は、指示具に設けられた発光手段からの可視光の平行ビ
ームによる光スポットをビデオカメラで撮像して座標を
検出する装置について開示されている。また、特開平６
−２７４２６６号公報には、リニアＣＣＤセンサと特殊
な光学マスクを用いて座標検出を行う装置が開示されて
いる。

【０００５】上記のような座標入力装置は、黒板サイズ
程度の大画面のフロント型あるいはリア型の投射型表示
装置に応用され、この投射型表示装置が接続されるコン
ピュータの入力装置として利用される。すなわち、指示
具からの光線による光スポットの照射位置である入力点
の座標が座標検出手段により検出され、座標検出手段か
らコンピュータに出力される。この入力点の座標の出力
結果に基づいてコンピュータにより所定の機能、例えば
メニューコマンドの実行等が行われる。当然、上記入力
点の位置にカーソルを表示することもできる。また上記
入力点の位置に点を表示すること、あるいは入力が連続
的になされる場合には、所定のサンプリングレートで検
出した入力点群を線で結ぶことで、入力点の軌跡を表示
することもできる。さらには、この軌跡を識別判断する
ことで、文字あるいは図形の認識、あるいはジェスチャ
ーコマンドの実行等を行うことができる。また、指示具
にマウスボタンに相当するスイッチを設け、このスイッ
チを操作することで、指示されているメニューコマンド
あるいはアイコンを選択あるいは実行することもでき
る。この場合は、各種のマウス対応のアプリケーション
が、指示具により操作できる。

【０００６】上記のような座標入力手段を有する大画面
の投射型表示装置は会議室等での打ち合わせ、テレビ会
議、あるいはいわゆるプレゼンテーションに利用され
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の座標入力装置においては、指示具の使い勝手、操作
性に関して以下の問題がある。

【０００８】まず、指示具の発光手段が可視光線を出射
する場合は、投写型表示装置の表示画面（座標入力面）
上で使用者の眼に見える光スポットの位置と座標入力装
置により検出される入力点の位置がずれてしまうという
問題がある。このずれの量は座標入力装置の検出精度お
よび投射型表示装置の表示画面の歪みによるものであ
り、画面上の所定点に光スポットを当てキャリブレーシ
ョンする等の方法で校正して上記ずれの量をより小さく
することはできても、なくすことはできない。上記ずれ
のため、光スポットと、それに対応して画面上に表示さ
れるカーソルの位置、あるいは軌跡の位置がずれてしま
い、メニューコマンドやアイコンの選択あるいは描画に
際し使い勝手が極めて悪くなる。

【０００９】一方、指示具の発光手段が赤外線のように
不可視の光線を出射する場合は、それによる表示画面上
の光スポットは使用者に見えないので上記のような問題
はない。しかしながら、この場合、表示画面から所定距
離以上離れた場所での指示具の操作に際し、表示画面外
に光スポットが位置し、座標検出ができなくなり、指示
具の指示位置が全く分からなくなってしまう場合がある
という問題がある。上記のように離れた位置では、指示
具の出射する光線の少しの方向の違いで、光スポットが
表示画面外に出てしまうため、指示具の操作に熟練を要
してしまうという操作性の悪さを招いてしまう。

【００１０】また、表示画面内に光スポットが位置する
場合でも、画面上の画像情報が多い又は煩雑な場合、或
いは光スポットに対応して表示されているカーソルが小
さい又は目立たない場合には、カーソルの位置を見つけ
づらく使い勝手が悪いという問題がある。

【００１１】そこで本発明の課題は、この種の座標入力
指示具において、上記のような問題を解決し、操作性、
使い勝手を向上できる構成を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明によれば、光学式座標入力装置の座標入力面
上の任意の位置を指示して光スポットを照射して座標入
力を行うための座標入力指示具において、前記光スポッ
トの照射のために可視光を発光する第１の発光手段と、
前記光スポットの照射のために不可視光を発光する第２
の発光手段と、該第１の発光手段と第２の発光手段を選
択的に発光させる発光制御手段とを有する構成を採用し
た。

【００１３】なお、前記不可視光は、例えば赤外線とす
る。また、前記発光制御手段は、例えば手動スイッチの
操作に応じて前記第１の発光手段と第２の発光手段を選
択的に発光させるものとする。

【００１４】このような構成によれば、光スポットの照
射のために可視光と不可視光を選択的に発光することが
でき、可視光と不可視光を必要に応じて使い分けること
により、指示具の操作性、使い勝手を向上することがで
きる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。ここでは投写型表示装置と共に大型
表示システムを構成する光学式座標入力装置の座標入力
指示具の実施形態を示す。

【００１６】まず、図２は、大型表示システムの全体構
成を示す。本システムは、表示画面と共に座標入力面を
構成するスクリーン１０と、このスクリーン１０上の任
意の位置を指示して光スポット５を照射して座標入力を
行うための指示具４と、光スポット５の照射位置の座標
を検出する座標検出器１と、スクリーン１０に表示画像
を投射する投射型表示装置８とからなる。なお、座標検
出器１、指示具４、及びスクリーン１０により座標入力
装置が構成される。以下、投写型表示装置８、座標検出
器１、指示具４の順にそれぞれの構成を説明する。

【００１７】〈投写型表示装置８の説明〉投射型表示装
置８の構成について図２により説明する。

【００１８】図２において、投射型表示装置８は、コン
ピュータ（図示せず）などの外部接続装置である表示信
号源からの画像信号が入力される画像信号処理部８１
と、これにより制御され画像を形成する液晶パネル８２
と、ランプ８３、ミラー８４、コンデンサーレンズ８５
からなる照明光学系と、液晶パネル８２の画像をスクリ
ーン１０上に投影する投影レンズ８６とからなってい
る。これにより、所望の画像を大画面であるスクリーン
１０上に表示することができる。

【００１９】スクリーン１０に対して指示具４から発射
された光ビーム４５（後述する不可視光としての赤外線
の光ビーム４５Ａ又は可視光の光ビーム４５Ｂ）による
光スポット５が照射される。スクリーン１０は、投射画
像の観察範囲を広くするために適度な光拡散性を持たせ
てあり、指示具４からの光ビーム４５も光スポット５の
位置で拡散される。したがって、画面上の光スポット５
の位置や光ビーム４５の方向によらず、光スポット５の
位置で拡散された光の一部が座標検出器１に入射し、座
標検出器１で光スポット５の照射位置の座標を検出でき
るようになっている。

【００２０】〈座標検出器１の説明〉座標検出器１の構
成について図１，図２により説明する。まず概略構成を
図２により説明する。

【００２１】図２において、座標検出器１は、座標検出
センサ部２と、このセンサ部２の制御および座標演算な
どを行うコントローラ３と、制御信号検出センサとして
の受光素子６と、その出力信号を処理して後述するペン
ダウンやペンボタンの制御信号を検出する信号処理部７
とからなっている。そして、前記光スポット５のスクリ
ーン１０上の座標と、指示具４の後述する各スイッチの
状態に対応する制御信号とを検出してコントローラ３に
よってコンピュータ等の外部接続装置（図示せず）に通
信するようにしている。これにより、指示具４を用い
て、スクリーン１０上に文字や線画を記入したり、ボタ
ン操作やアイコンの選択決定などの入力操作を自由に行
える。

【００２２】次に、座標検出器１のより詳細な構成を図
１により説明する。図１に示すように座標検出器１に
は、集光光学系によって高感度に光量検出を行う受光素
子６と、結像光学系によって光の到来方向を検出する２
つのリニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙとが設けられている。
リニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙは図１中の座標検出センサ
部２に相当する。これらは指示具４からの光ビーム４５
によりスクリーン１０上に照射された光スポット５から
の拡散光をそれぞれ受光する。

【００２３】受光素子６は、集光光学系としての集光レ
ンズ６ａ（図２参照）が装着されており、スクリーン１
０上の全範囲から後述する指示具４の発光素子４１Ａ，
４１Ｂの発光波長の光量を高感度で検知する。この検知
出力は、周波数検波部７１によって検波された後、制御
信号検出部７２において制御信号（指示具４の発光制御
部４４によって発光信号に重畳された信号）などのデー
タを含むデジタル信号が復調される。なお、周波数検波
部７１及び制御信号検出部７２は図２中の信号処理部７
を構成する。

【００２４】次に、２つのリニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙ
について、図３，４により説明する。

【００２５】図３は、２つのリニアセンサ２０Ｘ，２０
Ｙと結像光学系の配置関係を示す。ここに示すように、
指示具４によってスクリーン１０上に照射された光スポ
ット５の像が結像光学系としての円筒レンズ９０Ｘ，９
０Ｙによってリニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙの感光部２１
Ｘ，２１Ｙに線状の像９１Ｘ，９１Ｙとして結像され
る。これら２つのセンサ２０Ｘ，２０Ｙと円筒レンズ９
０Ｘ，９０Ｙを正確に直角に配置することによって、そ
れぞれがＸ座標，Ｙ座標を反映した画素にピークを持つ
出力が得られる。そして、これら２つのセンサは、セン
サ制御部３１によって制御され、出力信号はセンサ制御
部３１に接続されたＡＤ変換部３１Ａによってデジタル
信号として座標演算部３２に送られ、ここで出力座標値
が計算される。

【００２６】そして、その座標演算部３２からの出力座
標値と、制御信号検出部７２からの制御信号などのデー
タとは、通信制御部３３に入力され、所定の通信方法で
コンピュータ等の外部制御装置（図示せず）に送出され
る。また、調整時など通常と異なる動作（例えば、ユー
ザ校正値の設定）を行わせるために、通信制御部３３の
方からセンサ制御部３１、座標演算部３２ヘモード切換
え信号が送られる。

【００２７】なお、センサ制御部３１、ＡＤ変換部３１
Ａ、座標演算部３２、及び通信制御部３３により図２中
のコントローラ３が構成される。

【００２８】次に、図４はリニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙ
の内部構成を示す。これらリニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙ
は、アレイ状に配置され、かつ、同期積分動作が行え
る。なお、これらＸ座標用、Ｙ座標用の２つのセンサは
同じ構成であるため、Ｘ座標用、Ｙ座標用の区別なしに
その構成について説明する。

【００２９】受光部であるセンサアレイ２１はＮ個の画
素からなり、受光量に応じた電荷が積分部２２に貯えら
れる。積分部２２は、Ｎ個からなり、ゲートＩＣＧに電
圧を加えることによってリセットできるため、電子シャ
ッタ動作が可能である。この積分部２２に貯えられた電
荷は、電極ＳＴにパルス電圧を加えることによって蓄積
部２３に転送される。この蓄積部２３は、２Ｎ個からな
り、光の点滅に同期した信号ＬＣＫのＨ（ハイレベル）
とＬ（ローレベル）とにそれぞれ対応して別々に電荷が
蓄積される。その後、光の点滅に同期して各々別々に蓄
積された電荷は、転送クロックを簡単にするために設け
られた２Ｎ個からなるシフト部２４を介して、２Ｎ個か
らなるリニアＣＣＤ部２５に転送される。

【００３０】これにより、リニアＣＣＤ部２５には、Ｎ
画素のセンサ出力の光の点滅に各々対応した電荷が隣接
して並んで記憶されることになる。これらリニアＣＣＤ
部２５に並べられた電荷は、２Ｎ個からなるリングＣＣ
Ｄ部２６に順次転送される。このリングＣＣＤ２６は、
信号ＲＣＬによってＣＬＲ部２７で空にされた後、リニ
アＣＣＤ部２５からの電荷を順次蓄積していく。このよ
うにして蓄積された電荷は、アンプ２９によって読み出
される。このアンプ２９は、非破壊で蓄積電荷量に比例
した電圧を出力するものであり、実際には、隣接した電
荷量の差分、すなわち、点灯時の電荷量から非点灯時の
電荷量を差し引いた分の値を増幅して出力する。

【００３１】〈指示具４の説明〉次に、指示具４の構成
について図１，５により説明する。

【００３２】図１において、指示具４には、先述した光
スポット５を照射するための発光素子として、不可視光
である赤外線を発光する半導体レーザからなる発光素子
４１Ａと、可視光を発光する半導体レーザからなる発光
素子４１Ｂが設けられている。さらに、発光素子４１Ａ
を駆動する（発光させる）発光駆動部４２Ａと、発光素
子４１Ｂを駆動する発光駆動部４２Ｂと、発光駆動部４
２Ａ，４２Ｂを制御する、すなわち発光素子４１Ａ、４
１Ｂの発光を制御する発光制御部４４と、４個の手動の
操作用スイッチ４３Ａ〜４３Ｄが設けられている。発光
制御部４４は、４個の操作用スイッチ４３Ａ〜４３Ｄの
押圧操作によるオン／オフの状態に応じて、発光素子４
１Ａ又は４１Ｂの発光のオン／オフと、発光信号に制御
信号を重畳する発光制御を行う。

【００３３】また図示していないが、指示具４には、発
光素子４１Ａ及び４１Ｂが発光する赤外線及び可視光を
それぞれコリメートあるいは集束し光ビーム４５Ａ及び
４５Ｂ（図５参照）とする光学系が設けられており、さ
らに電源のバッテリが内蔵されている。

【００３４】図５は、指示具４の外観図である。ここに
示すように、指示具４の先端部から赤外線の光ビーム４
５Ａ又は可視光の光ビーム４５Ｂが発射される。その先
端部近傍の外周に上記４個の操作用スイッチ４３Ａ〜４
３Ｄが配置されている。

【００３５】また、下記の表１は、操作用スイッチ４３
Ａ〜４３Ｄの操作に応じた発光制御部４４の制御による
指示具４の動作モードを示すものである。なお、表１
中、スイッチＡ、Ｃ、Ｄは、操作用スイッチ４３Ａ、４
３Ｃ，４３Ｄに対応している。また、「赤外線発光」の
「発光」は発光のための発光信号（座標入力のみのため
の座標信号）に対応し、「ペンダウン」、「ペンボタ
ン」は発光信号に重畳されるペンダウンとペンボタンの
制御信号に対応する。なお、表１中で操作用スイッチ４
３Ｂに対応したスイッチＢの欄はないが、スイッチＡの
欄をそのままスイッチＢの欄に置き換えると、「赤外線
発光」の欄がそのまま「可視光発光」の欄となる関係と
なっている。

【００３６】

【表１】

【００３７】次に、指示具の操作と動作について説明す
る。座標入力時に、操作者は、指示具４を握ってスクリ
ーン１０にその先端を向ける。このとき、スイッチ４３
Ａとスイッチ４３Ｂは親指が自然に触れる位置に配置さ
れている。スイッチ４３Ａを押すことによって発光素子
４１Ａが駆動（発光）され、赤外線の光ビーム４５Ａが
発射される。また、スイッチ４３Ｂを押すことによって
発光素子４１Ｂが駆動され可視光の光ビーム４５Ｂが発
射される。これらの光ビーム４５Ａ又は４５Ｂによりス
クリーン１０上に光スポット５が照射される。この光は
後述のように所定方式で変調された発光信号（座標信
号）として照射される。また、人差し指及び中指が自然
に触れる位置に配置されたスイッチ４３Ｃ，４３Ｄを押
すことによって、上記の表１に示すようにペンダウン及
びペンボタンの制御信号が発光信号に重畳された信号と
して出力される。

【００３８】〈制御信号復調の説明〉次に、座標検出器
１において、受光素子６の出力信号から制御信号を復元
する動作について図６により説明する。図６は、その制
御信号の復元動作を説明するタイミングチャートであ
る。

【００３９】指示具４のスイッチ４３Ａまたはスイッチ
４３Ｂがオンになると、発光が開始される。この発光の
点滅により、比較的長い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（メーカーＩＤなど）からな
るヘッダ部との信号が最初に出力され、その後、ペンＩ
Ｄと、スイッチ４３Ｃまたはスイッチ４３Ｂの操作に応
じた制御信号などからなる送信データ列が予め定義され
た順序と形式に従って順次送信される。各データビット
において、“１”ビットは“０”ビットに対して２倍の
間隔をもつような変調形式で変調されている。

【００４０】そして、このようなビット列からなるデー
タ信号は、図１に示した受光素子６に検出される。この
受光素子６に検出された光出力信号ＬＳＧは周波数検波
部７１で検波される。周波数検波部７１は、光出力信号
ＬＳＧの中で最も高い第１の周波数のパルス周期に同調
されており、光学的なフィルタと併用することによっ
て、外乱光の影響を受けることなく、変調信号ＣＭＤを
復調する。

【００４１】この検波方法は広く実用されている赤外線
リモートコントローラと同様であり、信頼性の高い無線
通信方式である。本実施形態では、この第１の周波数と
しては、一般に使用されている赤外線リモートコントロ
ーラより高い帯域である６０ＫＨｚを用いており、同時
に使用しても誤動作することはない。なお、この第１の
周波数を一般に使用されている赤外線リモートコントロ
ーラと同じ帯域にすることも可能であり、このような場
合にはＩＤなどで識別することによって誤動作を防止す
ることが可能である。

【００４２】さて、周波数検波部７１により検波された
変調信号ＣＭＤは、制御信号検出部７２によってデジタ
ルデータとして解釈され、前述したペンダウンやペンボ
タンなどの制御信号が復元される。この復元された制御
信号は通信制御部３３に送られる。

【００４３】上記のデータの符号化方式については種々
のものが使用可能であるが、座標検出のためには平均光
量が一定していることが望ましく、また、後述するよう
にＰＬＬの同調を行うにはクロック成分が十分大きいこ
とが望ましい。送信すべきデータ量はあまり多くないの
で、冗長度を比較的高くしても支障はない。これらのこ
とを勘案して、本実施形態においては、６ビット（６４
個）のデータを１０ビット長のコードのうち、１と０が
同数で、かつ、１あるいは０の連続数が３以下の１０８
個のコードに割り付ける方法で符号化している。このよ
うな符号化方式をとることによって、平均電力が一定に
なり、また十分なクロック成分が含まれるので、容易に
安定した同期信号を生成することができる。このような
符号化方式は、磁気記録再生装置などでよく使われてお
り、同様の手法で符号化も復号化も簡単に実現できる。

【００４４】また、前述したペンダウンおよびペンボタ
ンの制御信号は、２ビットであるがＩＤなどその他の長
いデータも送信しなければならない。そこで、本実施形
態では、２４ビットを１ブロックとして、先頭の２ビッ
トは制御信号、次の２ビットは内容識別コード（例え
ば、筆圧信号は００，ＩＤは１１等）、次の２ビットは
これらのパリティ、その後に、１６ビットのデータと２
ビットのパリティとを並べて、１ブロックのデータとし
て構成する。このようなデータを前述したような方式に
より符号化すると、４０ビット長の信号になる、その先
頭に１０ビット長のシンクコードを付加する。このシン
クコードは０が４個、１が５個連続する、あるいはその
反転パターン（直前のブロックの終わりが、１か０かで
切り替える）という特殊なコードを使用して、データワ
ードとの識別が容易で、データ列の途中においても確実
にその位置を識別してデータの復元ができるようになっ
ている。従って、１ブロックで５０ビット長の伝送信号
となり、制御信号と１６ビットのＩＤまたは筆圧等のデ
ータを送信していることになる。

【００４５】本実施形態では、第１の周波数６０ｋＨｚ
の１／８の７．５ｋＨｚを第２の周波数としているが、
前述のような符号化方式を採用しているため、平均伝送
ビットレートは、この２／３の５ｋＨｚとなる。さら
に、１ブロックが５０ビットなので、１００Ｈｚでは１
ブロック２４ビットのデータを送信していることにな
る。したがって、パリティを除いた実効ビットレート
は、２０００ビット／秒である。このように冗長性は高
いが、誤検出を防止し、同期を容易にすることが非常に
簡単な構成で実現できる方式となっている。また、後述
のセンサ制御のための位相同期信号と、シンクコードの
繰り返し周期のチェックとを併用することによって、信
号に短いドロップアウトが発生した場合でも追従がで
き、逆に実際に、ペンアップやダブルタップのような素
早い操作を行った場合との識別は、ヘッダ信号の有無に
よって確実に行えるようにもなっている。

【００４６】〈リニアセンサ制御の説明〉次に、リニア
センサ２０Ｘ，２０Ｙの制御について図６〜８により説
明する。

【００４７】図６に示した変調信号ＣＭＤに含まれる第
２の周波数であるコード変調の周期は、センサ制御部３
１によって検出される。この検出された信号は、リニア
センサ２０Ｘ，２０Ｙの制御に用いられる。

【００４８】すなわち、センサ制御部３１では、図６に
示したヘッダ部のタイミングでリセットし、その後、変
調信号ＣＭＤの立ち下がりに位相同期した信号ＬＣＫを
生成する。この生成された信号ＬＣＫにより、発光の有
無に同期した一定周波数の信号をセンサ制御部３１が有
する。また、変調信号ＣＭＤからは、光入力の有無を示
す信号ＬＯＮと、この信号ＬＯＮによって起動されるセ
ンサリセット信号ＲＣＬとが生成される。このセンサリ
セット信号ＲＣＬがハイレベルの間に２つのリニアセン
サ２０Ｘ，２０Ｙはリセットされ、信号ＬＣＫの立ち上
がりに同期したセンサリセット信号ＲＣＬの立ち下がり
のタイミングによって後述する同期積分動作が開始され
る。

【００４９】一方、制御信号検出部７２はヘッダ部を検
出し、他の機器やノイズではなく、指示具４からの入力
が開始されたことを確認すると、この確認を示す信号が
通信制御部３３からセンサ制御部３１に伝達され、リニ
アセンサ２０Ｘ，２０Ｙの動作有効を示す信号ＣＯＮが
ハイレベルにセットされ、座標演算部３２の動作が開始
される。

【００５０】図７は、光出力信号ＬＳＧが無くなり、一
連の復元動作を終了する時におけるタイミングチャート
を示す。光出力信号ＬＳＧから検波された変調信号ＣＭ
Ｄがローレベルを一定時間以上続けると、光入力の有無
を示す信号ＬＯＮがローレベルになり、さらに、センサ
動作有効を示す信号ＣＯＮもローレベルになり、その結
果、リニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙによる座標信号の出力
動作を終了する。

【００５１】図８は、センサ制御部３１によるリニアセ
ンサ２０Ｘ，２０Ｙのセンサ制御の一連の動作を示すフ
ローチャートである。センサ制御部３１は、まず、ステ
ップＳ１０１でセンサ制御動作を開始し、ステップＳ１
０２において信号ＣＯＮを監視する。そして、信号ＣＯ
Ｎがハイレベルになると、ステップＳ１０３でフラグｐ
ｏｎを１にセット、カウンタｎを０にリセットし、ステ
ップＳ１０４でセンサ出力のピークレベルＰＥＡＫが所
定の大きさＴＨ１より大きいか否かを判定する。

【００５２】ＴＨ１より小さい場合は、ステップＳ１０
５でカウンタｎが第１の所定回数ｎ０を超えているかを
判定する。超えていなければ、ステップＳ１０６に移
り、信号ＬＣＫの１周期分の時間後カウンタｎを１イン
クリメントしてステップＳ１０４に戻る。そして、ＰＥ
ＡＫ値がＴＨ１より大きくなるか、ｎがｎ０を超える
と、ステップＳ１０７に進み、積分停止信号ＲＯＮをハ
イレベル（Ｈ）にし、これにより積分動作が停止され
る。そして、座標演算部３２による座標値演算の処理が
開始される。

【００５３】その後、ステップＳ１０８とステップＳ１
０９のループでカウンタｎが第２の所定回数ｎ１を超え
ると、ステップＳ１１０で積分停止信号ＲＯＮをローレ
ベルにし、同時に、信号ＬＣＫの周期の数倍（図７では
２倍）の間センサリセット信号ＲＣＬをハイレベルにし
て、ステップＳ１１２に進み、信号ＣＯＮがハイレベル
か判定し、信号ＣＯＮがハイレベルである間はこの動作
が繰り返され、前記のカウンタ値ｎ１で決まる周期ごと
に座標値演算が行われる。

【００５４】また、ごみなどの影響で、信号ＣＯＮがド
ロップしても、１回のみは状態を保持するように、ステ
ップＳ１１１が設けられており、ステップＳ１１２で信
号ＣＯＮがローレベルならステップＳ１１１で上記カウ
ンタ値ｎ１で決まる１周期の時間待機した後、ステップ
Ｓ１０２に戻り、信号ＣＯＮがハイレベルか判定する。
もし、連続して２周期の間、信号ＣＯＮがローレベルで
あれば、ステップＳ１０２からステップＳ１１３に進
み、フラグｐｏｎを０にリセットし、シンク信号待ちの
状態になってステップＳ１０１に戻る。

【００５５】このドロップアウト対策部分は、１周期で
なくもっと長くすることも可能であり、外乱が少なけれ
ば、逆に無くしてしまってもよいことは言うまでもな
い。なお、ここの１周期を前述のデータブロックの周期
の自然数倍として、シンクコードのタイミングと一致さ
せ、信号ＣＯＮの代りにシンクコード検出信号を用いて
も同様の動作を行える。

【００５６】〈リニアセンサの積分動作の説明〉次に、
リニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙの同期積分動作について図
９により説明する。

【００５７】図９は、リニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙの出
力波形の一例を示す。Ｂの波形は、指示具４の発光の点
灯時の信号のみを読み出したときの波形である。Ａの波
形は、非点灯時の波形、すなわち、外乱光のみの波形で
ある。図４で前述したリニアセンサ２０Ｘ，２０Ｙのリ
ングＣＣＤ部２６には、これらＡ，Ｂの波形に対応する
画素の電荷が隣接して並んでいる。これにより、アンプ
２９は、実際には、その隣接する電荷量の差分値を求
め、その差分値を非破壊増幅して出力することになる。

【００５８】アンプ２９の出力波形はＢ−Ａの波形とな
り、これにより、外乱光の成分が打ち消されてノイズが
抑制され、指示具４からの点滅光のみの像の信号を得る
ことができる。

【００５９】図８のステップＳ１０４に示したＰＦＡＫ
値の信号は、このＢ−Ａの波形の最大値に相当するもの
であり、点滅の繰り返しによってリングＣＣＤ部２６に
順次蓄積されて大きくなるので、このレベルが所定の大
ささＴＨ１に達したことを検出することによって、常に
一定した品位の出力波形を得ることができる。

【００６０】〈座標値演算の説明〉次に、座標演算部３
２における座標演算処理について図１０により説明す
る。

【００６１】上述したようにして得られた２つのリニア
センサ２０Ｘ，２０Ｙの出力信号（アンプ２９からの差
分信号）は、センサ制御部３１に設けられたｎビット
（本実施形態では８ビット）のＡＤ変換部３１Ａでデジ
タル信号として座標演算部３２に送られ、座標値が計算
される。座標値の演算は、まず、Ｘ座標、Ｙ座標の各方
向の出力データに対して、リニアセンサ上の座標値（Ｘ
１，Ｙ１）が求められる。なお、演算処理は、Ｘ，Ｙ同
様であるので、Ｘのみについて説明する。

【００６２】図１０は、座標演算の処理の流れを示すも
のである。ステップＳ２０１で処理を開始し、ステップ
Ｓ２０２では、各画素の差分信号である差分データＤｘ
（１）〜Ｄｘ（Ｎ）が読み込まれ、バッファメモリに貯
えられる。

【００６３】次に、ステップＳ２０３では、ノイズを抑
制してＳ／Ｎを改善するために、平滑化のプレフィルタ
リングＤｘ２（ｍ）を行う。これは、近傍演算オペレー
タ（１，２，１）としてよく知られているごく簡単な足
し算である。

【００６４】次に、ステップＳ２０４では、最大値とそ
の前後のうち大きい方の画素を検索し、その画素番号を
ｎｘ，ｎｘ＋１とする。

【００６５】次に、ステップＳ２０５では、ピークの画
素間の正確な位置を微分オペレータの一種である（１，
１，０，−１，−１）を用いて求める。この計算は、微
分波形のゼロクロスを求めるものであるが、簡単な式の
整理により、その式はステップ２０５に示す非常に簡単
な形になる。

【００６６】そして、ステップＳ２０６では、このよう
にして求めた画素間座標Ｇｘと、画素番号ｎｘとの和
が、Ｘ座標のセンサ出力座標Ｘ１として求められ、その
後ステップＳ２０７で処理を終了する。

【００６７】〈指示具の操作に応じた全体の動作の説
明〉次に、指示具４の操作に応じた図２の大型表示シス
テム全体の本発明に係わる動作について説明する。

【００６８】操作者が指示具４のスイッチ４３Ａを押す
と、所定周期で発光素子４１Ａが発光し、赤外線の光ビ
ーム４５Ａが発射される。光ビーム４５Ａがスクリーン
１０上に当たり、光スポット５が照射されると、その拡
散光の一部が受光素子６により検出され、発光素子４１
Ａの所定の発光タイミングに合わせリニアセンサ２０
Ｘ，２０Ｙが駆動され、拡散光がリニアセンサ２０Ｘ，
２０Ｙに検出される。そして、例えばスクリーン１０の
中央を原点とするＸ軸およびＹ軸における光スポット５
の照射位置の座標が座標演算部３２により算出され、通
信制御部３３を介して外部接続装置に出力される。

【００６９】そして外部接続装置での処理後、外部接続
装置からの画像信号により、画像信号処理部８１が液晶
パネル８２を制御することにより、スクリーン１０上の
光スポット５の位置にカーソルが表示される。ただし、
この状態ではペンダウン及びペンボタンの制御信号はオ
フの状態である。このため、スクリーン１０上では、カ
ーソルの動きやボタンのハイライト切換えなどによる操
作者への指示位置の明示のみが行われる。

【００７０】この状態から、操作者がスイッチ４３Ｃを
押すことによってペンダウンの状態となり、文字や線画
の入力を開始したり、ボタンを選択決定するなどの画面
制御が実行できる。

【００７１】また、スイッチ４３Ｄを押すことによって
マウスボタンに相当するペンボタンの状態となり、メニ
ューの呼び出しなどの別機能に対応させることができ
る。これにより、操作者はコンピュータ等の外部接続装
置のキーボードあるいはマウス等を操作することなく、
指示具４を持った片手のみで、スクリーン１０上の任意
の位置で、文字や図形を描いたり、ボタンやメニューを
選択したりすることができる。

【００７２】上記の動作において、リニアセンサ２０
Ｘ，２０Ｙの直角度のずれ、ノイズ等によるリニアセン
サ２０Ｘ，２０Ｙの出力誤差等による座標入力装置の検
出誤差、および投射型表示装置８の投射光学系の像面湾
曲等の歪み、ないしはスクリーン１０の組み付け誤差等
による表示画面の歪みのため、光ビーム４５Ａの光スポ
ット５の実際の位置と、検出される光スポット５の位置
とにはずれを生じるが、光ビーム４５Ａは赤外線であり
不可視のため、光スポット５と、これに対応して表示さ
れるカーソルあるいは軌跡等とのずれが気になることは
なく、極めて操作性の良い入力動作が実現される。

【００７３】さて、上記操作において、操作者がスクリ
ーン１０から離れた位置にいる場合は、指示具４の先端
をスクリーン１０に向けているつもりでも光ビーム４５
Ａがスクリーン１０上から外れてしまい、スクリーン１
０上に光スポットに対応したカーソル等が表示されない
時がある。本実施形態の座標入力装置を含む大型表示シ
ステムは、前述のように会議室等での打ち合わせ、テレ
ビ会議、あるいはいわゆるプレゼンテーションに利用さ
れるものであり、特定の操作者が常時頻繁に使用するも
のではなく、不特定多数の操作者が必要に応じ使用する
ものであり、上記のように光ビーム４５Ａがスクリーン
１０上から外れてしまうことは、頻繁に起こってしまう
ものである。また、表示画面に表示された画像が煩雑な
画像の場合には、光ビーム４５Ａがスクリーン１０上に
当たっていてカーソル等が表示されていても、カーソル
等の位置を見つけることが困難なことも多々ある。

【００７４】これらのような場合、操作者はスクリーン
を見て指示具４の方向を変化させながら、カーソル等を
探すことになり、使い勝手の悪いものとなってしまう。
また、すぐにカーソル等が見つからない、あるいはカー
ソル等を移動させることができない場合には、操作者は
指示具４の電源スイッチ（不図示）が切れていないか、
あるいは指示具４のバッテリがなくなってはいないか、
さらには何れかの装置あるいはシステムが故障してしま
ったのではないか等の懸念を抱き、単に光ビーム４５Ａ
がスクリーン１０に当たっていないだけなのに、この懸
念に相応の行動をとってしまう場合があり、極めて操作
性が悪いものとなってしまう。

【００７５】これに対して本実施形態に於いては、上記
のようにスクリーン１０の画面上にカーソル等が表示さ
れない、あるいはカーソル等が表示されても見つけづら
い時には、操作者がスイッチ４３Ｂを押し、発光素子４
１Ｂを発光させ、可視光の光ビーム４５Ｂを出射させ、
スクリーン１０上あるいはスクリーン１０近傍の装置筐
体あるいはスクリーン１０の後方の室内壁面等に可視光
の光スポット５を照射することで、指示具４の指示位置
を即座に見つけることができる。この場合、発光素子４
１Ｂのみを発光させても、発光素子４１Ａと４１Ｂの両
方を発光させても、何れでもよい。また、発光素子４１
Ｂの発光は連続的でも、所定の周期で点滅させてもよ
い。また、スイッチ４３Ｂが１回押されたら、所定の時
間の間発光素子４１Ｂが発光する構成としてもよい。い
づれにおいても、操作者に光スポット５を認識させ得れ
ば、その目的が達成できる。

【００７６】上記のように、光スポットがスクリーン１
０の外にある場合あるいは、スクリーン１０上にあって
もカーソル等の位置が見つからない場合には、可視光の
光スポットとすることで、即座に座標指示具の指示位置
が分かり、良好な操作性を実現できる。

【００７７】さらには、スイッチ４３Ｂが押されたら可
視光のみを発光する構成では、いわゆるポインタとして
の使用が可能となる。このため、操作者は必要に応じ、
画面上でカーソル等を動かす、メニューあるいはアイコ
ンを選択する、あるいは軌跡を描画する等の操作と、ポ
インタとして単に画面を可視光の光スポットで指示し、
各種の説明を行う、ということを同一の指示具にて行う
ことが可能となり、極めて効率的な会議、プレゼンテー
ション等が可能となる。

【００７８】〈他の実施形態〉上記実施形態に於いて
は、座標検出器１と指示具４は、指示具４からの信号を
座標検出器１に送信する、一方向のみの信号の受け渡し
であったが、図１１に他の実施形態として示すように、
座標検出器１と指示具４をケーブル１１で接続して座標
検出器１から指示具４にも信号を送信し、双方向の通信
を行うようにしてもよい。また、広く一般に使用されて
いる赤外線リモートコントローラのように、座標検出器
１に発光部を有し、指示具４に受光部を有する構成とし
て双方向の無線通信を行ってもよい。

【００７９】この場合には、指示具４の赤外線の光ビー
ム４５Ａがスクリーン１０に当たらず、受光素子６で赤
外線の光スポット５の拡散光が検出されない場合には、
座標検出器１より上記ケーブル１１あるいは無線通信手
段を介して、可視光の発光素子４１Ｂの発光を指示する
信号が指示具４に送信されるものとする。そして、この
信号に応じて、発光制御部４４は可視光の発光素子４１
Ｂを自動的に発光させるものとする。

【００８０】これにより、操作者がスイッチ４３Ａを押
して赤外線の光ビーム４５Ａを発射させている状態で、
指示具４の方向をスクリーン１０外に向けていても、ス
イッチ４３Ｂを押すことなく、自動的に可視光の光ビー
ム４５Ｂが発射され、即座に指示具４の指示位置が分か
り、良好な操作性を実現できる。

【００８１】なお、上記の場合においても、先の実施形
態と同様に、発光素子４１Ｂの発光は、発光素子４１Ｂ
のみでも、発光素子４１Ａと４１Ｂの両方を発光させて
も、何れでもよい。また、発光素子４１Ｂの発光は、連
続的でも所定の周期で点滅させてもよい。

【００８２】また、本実施形態においては、指示具４の
スイッチ４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄの操作による
信号は、例えばケーブル１１を介して座標検出器１に送
信できるため、座標検出器１の受光素子６をなくす構成
も可能である。この場合には、座標検出器１より発光お
よび受光の同期信号が指示具４にケーブル１１を介し送
信され、この同期信号により発光素子４１Ａ、４１Ｂが
発光制御されるものとする。また、指示具４の赤外線の
光ビーム４５Ａのスクリーン１０への当射の有無は、リ
ニアセンサ２０Ｘおよび２０Ｙにより検知されるものと
する。

【００８３】以上説明した実施形態においては、リニア
センサを用いた構成としたが、エリアセンサやＰＳＤを
用いてもよいことは言うまでもない。また、座標値の演
算に際しては重心座標あるいはパターンマッチングを用
いるなどのいかなる画像処理を行なってもよいことも言
うまでもない。また、投写型表示装置８は、リア型とし
たが、フロント型としてもよいことは言うまでもない。

【００８４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、光学式座標入力装置の座標入力面上の任意の
位置を指示して光スポットを照射して座標入力を行うた
めの座標入力指示具において、光スポットの照射のため
に可視光と不可視光を選択的に発光することができ、可
視光と不可視光を必要に応じて使い分けることができ
る。例えば、座標入力装置が座標入力面を表示画面とし
て表示システムに用いられる場合で、光スポットが表示
画面（座標入力面）内にあるときは、不可視光を使用す
ることで光スポットと、これに対応して表示画面に表示
されるカーソルや軌跡等とのずれが全く気にならなくな
る。また光スポットが表示画面外にある場合、或いは表
示画面内にあっても光スポットに対応して表示されるカ
ーソル等が見つからない場合には可視光を使用すること
で即座に座標入力指示具の指示位置がわかる。このよう
にして、座標入力指示具の操作性、使い勝手を向上する
ことができるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態における座標入力指示具と座
標検出器の構成を示すブロック図である。

【図２】同実施形態における座標入力装置を含む大型表
示システムの全体の構成を示すブロック図である。

【図３】同実施形態における座標検出器のリニアセンサ
の配置関係を示す斜視図である。

【図４】同リニアセンサの内部構成を示すブロック図で
ある。

【図５】同実施形態の座標入力指示具の外観を示す側面
図である。

【図６】同実施形態の座標検出器において受光素子の出
力信号から制御信号を復元する動作を説明する信号波形
のタイミングチャート図である。

【図７】同受光素子の出力信号から制御信号を復元する
一連の動作の終了時のタイミングチャート図である。

【図８】同実施形態におけるリニアセンサの制御動作を
示すフローチャート図である。

【図９】同リニアセンサの出力波形の一例を示す波形図
である。

【図１０】同実施形態における座標演算処理を示すフロ
ーチャート図である。

【図１１】他の実施形態における座標入力指示具と座標
検出器の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１座標検出器２座標検出センサ部３コントローラ４座標入力指示具５光スポット６受光素子７信号処理部８投写型表示装置１０スクリーン１１ケーブル２０Ｘ，２０Ｙリニアセンサ３１センサ制御部３２座標演算部４１Ａ，４１Ｂ発光素子４２Ａ，４２Ｂ発光駆動部４３Ａ〜４３Ｄ操作用スイッチ４４発光制御部４５Ａ赤外線の光ビーム４５Ｂ可視光の光ビーム７１周波数検波部７２制御信号検出部

フロントページの続き (72)発明者田中淳東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者吉村雄一郎東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者小林克行東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者小林究東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者金鋪正明東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 5B068 AA05 BB18 BC03 BD02 BD09 BD21 CC18 CD05 5B087 AA09 BC03 BC16 BC32 CC09 DD10 DE07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学式座標入力装置の座標入力面上の任
意の位置を指示して光スポットを照射して座標入力を行
うための座標入力指示具において、前記光スポットの照射のために可視光を発光する第１の
発光手段と、前記光スポットの照射のために不可視光を発光する第２
の発光手段と、該第１の発光手段と第２の発光手段を選択的に発光させ
る発光制御手段とを有することを特徴とする座標入力指
示具。
【請求項２】前記不可視光は赤外線であることを特徴
とする請求項１に記載の座標入力指示具。
【請求項３】前記発光制御手段は手動スイッチの操作
に応じて前記第１の発光手段と第２の発光手段を選択的
に発光させることを特徴とする請求項１または２に記載
の座標入力指示具。