JP4139250B2

JP4139250B2 - Ultrasonic optical coordinate input device

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Publication number: JP4139250B2
Application number: JP2003057889A
Authority: JP
Inventors: 正良加藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2023-03-05
Also published as: JP2004272310A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波光座標入力装置に関し、詳細には、紙面上への入力情報の取得、パーソナルコンピュータ、アミューズメント用入力装置、携帯端末等の画面上のカーソル等の移動指示やストロークデータの入力用の２次元座標領域等への入力を正確に行う超音波光座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開平７−２８７６３２号公報
従来、光および超音波を検出して、指示座標位置を検出する座標入力装置としては、例えば、特許文献１に記載されている座標検出装置がある。
【０００３】
この座標検出装置は、図１７に示すように、コンピュータ２０１にキーボード２０２とレシーバ本体２０３が接続され、テーブル２０４上で操作される操作ペン２０５の２次元座標を検出して、コンピュータ２０１の画面上に描画したり、コマンド操作を可能としている。
【０００４】
レシーバ本体２０３は、超音波発振子２０６と光センサ２０７を備え、操作ペン２０５は、レシーバ本体２０３の超音波発振子２０６からの超音波を受信するマイクロフォン２０８、赤外線ＬＥＤ２０９及びスイッチ２１０を備えている。
【０００５】
この座標検出装置は、Ｘ−Ｙ平面に平行なテーブル２０４上で操作ペン２０５が移動されると、赤外線ＬＥＤ２０９から光センサ２０７に向かう照射光の光軸とＹ軸とのなす角度と光量分布の変化で角度を求める。また、レシーバ本体２０３側、例えば、コンピュータ２０１の電源がオンされていると、レシーバ本体２０３の超音波発振子２０６から超音波が出力され、この超音波を操作ペン２０５のマイクロフォン２０８が受信する。操作ペン２０５は、超音波をマイクロフォン２０８が受信しているとき、スイッチ２１０の操作がオンされていると、スイッチ信号に基づいてパルス幅を決定して、このパルス信号で赤外線ＬＥＤ２０９が発光して拡散光を照射する。赤外線ＬＥＤ２０９が発光して拡散光を照射すると、この赤外線をレシーバ本体２０３の２つの受光素子からなる光センサ２０７で受信して、光センサ２０７の２つの受光素子の受光量から操作ペン２０５の方向を検出し、超音波の送信タイミングから光の受光時間を検出して、超音波の伝搬速度と受光時間から距離を、さらに、受光方向から指示位置を算出することで、座標位置を測定する。
【０００６】
そして、この従来の座標検出装置は、レシーバ本体２０３、すなわち、コンピュータ２０１の電源がオンになっていると、操作ペン２０５が超音波を受信可能な範囲にあると、常に操作ペン２０５からの光信号が送信される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の座標検出装置にあっては、２つの受光量の演算値から方向を推定しているため、斜め方向からの入射時での光強度の非対称性により精度が悪化するとともに、超音波の多重反射による誤動作に対処する必要があり、回路等が複雑になって、大型で高価なものになるという問題があった。さらに、上記従来の座標検出装置にあっては、超音波を受信してから光照射の手順を実行しているため、指示部材の動きに対して、一定の遅れが生じ、追従性が悪いという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行う超音波光座標入力装置を提供することを目的としている。
【０００９】
具体的には、請求項１記載の発明は、矩形状の指示平面上の所定の位置が指示されると光信号と超音波信号を送信する信号送信手段を有する座標指示手段と、前記指示平面の一辺に配置され、当該座標指示手段から送信される前記光信号を受信する光信号受信手段と前記超音波信号を受信する超音波信号受信手段とを有する受信手段と、当該受信手段の当該光信号受信手段の受信する光信号と当該超音波信号受信手段の受信する超音波信号に基づいて前記座標指示手段の指示する指示座標位置を検出する演算制御手段と、を備えた超音波光座標入力装置であって、前記座標指示手段は、前記信号送信手段から送信する前記光信号と前記超音波信号に所定の信号を重畳させる送信制御手段を有し、前記受信手段は、前記一辺の方向に配列方向を有する一次元イメージセンサからなる受光素子を複数備えており、該複数の受光素子は前記指示平面に対し垂直方向に配置されており、前記演算制御手段は、当該複数の各受光素子の受信する前記光信号の受光強度を比較して、前記座標指示手段が前記指示平面上に接しているか否かを判定する手段を有して、利用性が良好で、かつ、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行う超音波光座標入力装置を提供することを目的としている。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記演算制御手段は、前記光信号受信手段が光信号の所定の信号を受信した光信号受信タイミングと当該光信号を受信した後に当該光信号に対応する超音波信号を前記超音波信号受信手段が受信した超音波信号受信タイミングとの時間差情報と光信号受信手段の受信した光信号の光強度分布を取得して、当該取得した時間差情報及び光強度分布情報から座標指示手段の存在する方向及び距離を算出することにより、座標指示手段の送信する光信号と超音波信号に基づいて、座標指示手段の指示する指示座標位置を求めて、応答速度を向上させ、高速度で、かつ、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行う超音波光座標入力装置を提供することを目的としている。
【００１２】
請求項３記載の発明は、複数の一次元イメージセンサを、少なくとも一方の一次元イメージセンサの受光領域の配列が他の一次元イメージセンサの受光領域の配列と相対的に位置ズレして配置されているものとすることにより、安価な光信号受信手段を用い、安価で、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行う超音波光座標入力装置を提供することを目的としている。
【００１３】
請求項４記載の発明は、座標指示手段を、所定の情報の選択操作を行う情報選択手段を備えたものとし、送信制御手段が、当該情報選択手段による情報選択操作内容を示す所定の操作情報信号を光信号または超音波信号に重畳させて送信し、光信号受信手段または超音波信号受信手段が、操作情報信号の重畳された光信号または超音波信号を受信して、当該受信した光信号または超音波信号から当該操作情報信号を抽出することにより、情報選択手段を使用した操作者による情報の選択操作を簡単に座標指示手段から受信手段に通知して、操作者の意図する指示状態を簡単に区別し、利用性がより一層良好で、かつ、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行う超音波光座標入力装置を提供することを目的としている。
【００１４】
請求項５記載の発明は、座標指示手段を、少なくとも１つ以上の識別情報を記憶する識別情報記憶手段と、当該識別情報記憶手段の記憶する識別情報のうち１つの識別情報を選択する選択手段と、を備えたものとし、送信制御手段が、識別情報のうち当該選択手段で選択された識別情報を光信号または超音波信号に重畳させて送信し、光信号受信手段または超音波信号受信手段が、操作情報信号の重畳された光信号または超音波信号を受信して当該受信した光信号または超音波信号から当該識別情報を抽出し、演算制御手段が、当該識別情報に基づいて、座標指示手段を識別することにより、座標指示手段を個別に識別し、例えば、他に光信号を送信する機器がある環境や複数の座標指示手段を用いている場合にも個別に座標指示手段を認識し、利用性がより一層良好で、かつ、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行う超音波光座標入力装置を提供することを目的としている。
【００１５】
請求項６記載の発明は、座標指示手段を、指示平面に直接情報を記録する筆記手段を備えたものとすることにより、例えば、電子ボード等で筆記と同時に対応する筆記座標情報を取得し、筆記内容と筆記座標情報を有効に活用して、より一層利用性が良好で、かつ、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行う超音波光座標入力装置を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の超音波光座標入力装置は、矩形状の指示平面上の所定の位置が指示されると光信号と超音波信号を送信する信号送信手段を有する座標指示手段と、前記指示平面の一辺に配置され、当該座標指示手段から送信される前記光信号を受信する光信号受信手段と前記超音波信号を受信する超音波信号受信手段とを有する受信手段と、当該受信手段の当該光信号受信手段の受信する光信号と当該超音波信号受信手段の受信する超音波信号に基づいて前記座標指示手段の指示する指示座標位置を検出する演算制御手段と、を備えた超音波光座標入力装置であって、前記座標指示手段は、前記信号送信手段から送信する前記光信号と前記超音波信号に所定の信号を重畳させる送信制御手段を有し、前記受信手段は、前記一辺の方向に配列方向を有する一次元イメージセンサからなる受光素子を複数備えており、該複数の受光素子は前記指示平面に対し垂直方向に配置されており、前記演算制御手段は、当該複数の各受光素子の受信する前記光信号の受光強度を比較して、前記座標指示手段が前記指示平面上に接しているか否かを判定する手段を有することにより、上記目的を達成している。
【００１７】
上記構成によれば、座標指示手段で指示平面上の所定の位置が指示されると、座標指示手段がその信号送信手段から光信号と超音波信号を送信し、受信手段が、その光信号受信手段で当該座標指示手段から送信される光信号を受信し、その超音波信号受信手段で超音波信号を受信して、演算制御手段が、受信手段の光信号受信手段の受信する光信号と超音波信号受信手段の受信する超音波信号に基づいて座標指示手段の指示する指示座標位置を検出するに際して、座標指示手段が、その送信制御手段で、信号送信手段から送信する光信号と超音波信号に所定の信号を重畳させ、演算制御手段が、光信号受信手段の受信した光信号の光強度分布を取得して、当該複数の各受光素子の受信する前記光信号の受光強度を比較して、前記座標指示手段が前記指示平面上に接しているか否かを判定すると同時に指示座標位置をも検出することができるので、その結果を用いて操作モードを異ならせたり、追従性を向上させることができるとともに、高精度で安定した指示座標位置の検出動作を行うことができる。
【００１８】
この場合、例えば、請求項２に記載するように、前記演算制御手段は、前記光信号受信手段が光信号の所定の信号を受信した光信号受信タイミングと当該光信号を受信した後に当該光信号に対応する超音波信号を前記超音波信号受信手段が受信した超音波信号受信タイミングとの時間差情報と光信号受信手段の受信した光信号の光強度分布を取得して、当該取得した時間差情報及び光強度分布情報から座標指示手段の存在する方向及び距離を算出することにより、座標指示手段の送信する光信号と超音波信号に基づいて、座標指示手段の指示する指示座標位置を求めるであってもよい。
【００１９】
上記構成によれば、演算制御手段をが、光信号受信手段が光信号の所定の信号を受信した光信号受信タイミングと当該光信号を受信した後に当該光信号に対応する超音波信号を超音波信号受信手段が受信した超音波信号受信タイミングとの時間差情報と光信号受信手段の受信した光信号の光強度分布を取得して、当該取得した時間差情報及び光強度分布情報から座標指示手段の指示座標位置を算出するので、座標指示手段の送信する光信号と超音波信号に基づいて、座標指示手段の指示する指示座標位置を検出することができ、応答速度を向上させることができ、処理速度を向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【００２２】
さらに、例えば、請求項３に記載するように、当該複数の一次元イメージセンサは、少なくとも一方の一次元イメージセンサの受光領域の配列が他の一次元イメージセンサの受光領域の配列と相対的に位置ズレして配置されているものであってもよい。
【００２３】
上記構成によれば、受信手段を、当該複数の一次元イメージセンサが、少なくとも一方の一次元イメージセンサの受光領域の配列が他の一次元イメージセンサの受光領域の配列と相対的に位置ズレして配置されているものとしているので、安価な光信号受信手段を用いることができ、安価なものとすることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【００２４】
また、例えば、請求項４に記載するように、前記座標指示手段は、所定の情報の選択操作を行う情報選択手段を備え、前記送信制御手段が、当該情報選択手段による情報選択操作内容を示す所定の操作情報信号を前記光信号または前記超音波信号に重畳させて送信し、前記光信号受信手段または前記超音波信号受信手段は、前記操作情報信号の重畳された前記光信号または前記超音波信号を受信して、当該受信した光信号または超音波信号から当該操作情報信号を抽出するものであってもよい。
【００２５】
上記構成によれば、座標指示手段を、所定の情報の選択操作を行う情報選択手段を備えたものとし、送信制御手段が、当該情報選択手段による情報選択操作内容を示す所定の操作情報信号を光信号または超音波信号に重畳させて送信し、光信号受信手段または超音波信号受信手段が、操作情報信号の重畳された光信号または超音波信号を受信して、当該受信した光信号または超音波信号から当該操作情報信号を抽出するので、情報選択手段を使用した操作者による情報の選択操作を簡単に座標指示手段から受信手段に通知して、操作者の意図する指示状態を簡単に区別することができ、利用性をより一層向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【００２６】
さらに、例えば、請求項５に記載するように、前記座標指示手段は、少なくとも１つ以上の識別情報を記憶する識別情報記憶手段と、当該識別情報記憶手段の記憶する前記識別情報のうち１つの識別情報を選択する選択手段と、を備え、前記送信制御手段が、前記識別情報のうち当該選択手段で選択された識別情報を前記光信号または前記超音波信号に重畳させて送信し、前記光信号受信手段または前記超音波信号受信手段は、前記操作情報信号の重畳された前記光信号または前記超音波信号を受信して当該受信した光信号または超音波信号から当該識別情報を抽出し、前記演算制御手段は、当該識別情報に基づいて、前記座標指示手段を識別するものであってもよい。
【００２７】
上記構成によれば、座標指示手段を、少なくとも１つ以上の識別情報を記憶する識別情報記憶手段と、当該識別情報記憶手段の記憶する識別情報のうち１つの識別情報を選択する選択手段と、を備えたものとし、送信制御手段が、識別情報のうち当該選択手段で選択された識別情報を光信号または超音波信号に重畳させて送信し、光信号受信手段または超音波信号受信手段が、操作情報信号の重畳された光信号または超音波信号を受信して当該受信した光信号または超音波信号から当該識別情報を抽出し、演算制御手段が、当該識別情報に基づいて、座標指示手段を識別するので、座標指示手段を個別に識別し、例えば、他に光信号を送信する機器がある環境や複数の座標指示手段を用いている場合にも個別に座標指示手段を認識することができ、利用性をより一層向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【００２８】
また、例えば、請求項６に記載するように、前記座標指示手段は、前記指示平面に直接情報を記録する筆記手段を備えているものであってもよい。
【００２９】
上記構成によれば、座標指示手段を、指示平面に直接情報を記録する筆記手段を備えたものとしているので、例えば、電子ボード等で筆記と同時に対応する筆記座標情報を取得することができ、筆記内容と筆記座標情報を有効に活用して、より一層利用性を向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００３２】
図１は、本発明の超音波光座標入力装置の第１の実施の形態を適用した超音波光座標入力装置１の操作者側から見た構成図であり、図１において、超音波光座標入力装置１は、情報表示部２、情報表示部２の表面上で操作者により操作される指示座標部材としての座標入力用のスタイラスペン３、スタイラスペン３を介して操作者と対向する所定位置に設定された受信ユニット４と中央制御処理部５を搭載する装置本体部６等を備えている。
【００３３】
情報表示部（指示平面）２は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）あるいはＣＲＴ（陰極線管：Cathode Ray Tube）等の情報表示を行うものであり、この情報表示部２に表示されるコマンド操作や情報表示部２の画面への描画等がスタイラスペン３で行われる。
【００３４】
受信ユニット（受信手段）４は、光学ユニット（光信号受信手段）１０と超音波受信部（超音波信号受信手段）３０を備えており、光学ユニット１０は、図２に示すように、円筒レンズ１１と受光部１２等を備えている。
【００３５】
円筒レンズ１１は、後述するように、スタイラスペン３から出射された赤外光を受光部１２に集光する。受光部１２は、例えば、一次元ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）イメージセンサが用いられており、円筒レンズ１１の焦点位置に、その画素配列がレンズ光軸に垂直な配置になる状態で配置されている。受光部１２は、入射される赤外光を光電変換して、受光信号を出力する。
【００３６】
装置本体部６は、その光学ユニット１０と超音波受信部３０が、図３に示すようにブロック構成されており、中央制御処理部５に接続されている。
【００３７】
光学ユニット１０は、上記受光部１２、増幅部１３、バンドパスフィルタ１４、検波部１５、判定器１６、復号部１７、同期部１８、カウンタ１９、Ａ／Ｄ変換器２０、画素値記憶部２１及び演算部２２等を備えており、超音波受信部３０は、超音波受信器３１、増幅器３２、バンドパスフィルタ３３、検波部３４及び判定部３５等を備えている。
【００３８】
そして、スタイラスペン（座標指示手段）３は、図４に示すように、ペン内部に、制御部（送信制御手段）４１、超音波送信部４２、光信号送信部４３を備えているとともに、その透明な部材で形成されている先端部、図５に示すように、中心軸付近の所定位置に少なくとも１つ以上の発光素子４４と当該発光素子４４よりもスタイラスペン３の先端側に拡散光学系４５が設けられており、当該発光素子４４の設けられている部分の外周面に、超音波振動子（図示略）を備えたスピーカ部４６が設けられている。また、スタイラスペン３には、スタイラスペン３のペン先が情報表示部２の表示画面に接触しているか否かを検出する感圧スイッチ４７が設けられており、スタイラスペン３は、図示しないバッテリで駆動される。上記超音波送信部４２、光信号送信部４３、発光素子４４、拡散光学系４５及びスピーカ部４６は、全体として信号送信手段として機能している。
【００３９】
スタイラスペン３は、情報表示部２の表示面で所望の座標が指示操作されると、感圧スイッチ４７が指示動作を検出して制御部４１に通知し、制御部４１が超音波送信部４２を介してスピーカ部４６を駆動して、超音波信号を所定の方向（本実施の形態の場合、全方位に拡散する方向）に送信する。また、制御部４１は、光信号送信部４３を介して発光素子４４を駆動して、光信号を所定の方向（本実施の形態の場合、全方位に拡散する方向）に送信する。この発光素子４４としては、例えば、赤外ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等が用いられており、発光素子４４は、光信号として赤外光信号を拡散光学系４５の方向に出射する。拡散光学系４５は、発光素子４４から出射された光信号を、図４及び図５に矢印で示すように、全方位に拡散させる。
【００４０】
そして、制御部４１は、光信号送信部４３の駆動する発光素子４４に出射させる光信号に、図６に示すように、搬送信号５０に所定の変調信号５１を重畳させて、光信号送信部４３に発光素子４４を駆動させることで、直接変調する。例えば、図６の場合、搬送信号５０に、「１」、「０」、「１」、「１」・・・等の変調信号５１を重畳させている。この場合に送信する信号のフレームは、図７に示すように、受信側である受信ユニット４の光学ユニット１０で同期を取るためのプリアンブル６１、プリアンブル６１に続く送信側であるスタイラスペン３に固有の識別信号に基づく識別情報（送信側ＩＤ）６２、識別情報６２に続くバッテリー情報等のデータ信号６３及びフレームの終了を知らせるリターンコード（ＣＲ）信号６４からなっている。
【００４１】
また、スタイラスペン３は、制御部４１の制御下で、識別信号送信のタイミングに同期して、所定の送信信号を重畳した超音波信号を、超音波送信部４２を介してスピーカ部４６から送信する。
【００４２】
さらに、スタイラスペン３は、座標指示動作中は、スタイラスペン３内のクロック信号に基づく所定の間隔で、定期的に上記光信号及び超音波信号を送信する。
【００４３】
上記受信ユニット４の光学ユニット１０は、その受光部１２として、上述のように、その画素配列がレンズ光軸に垂直な配置になる状態で配置されたＣＣＤが用いられており、円筒レンズ１１を通して結像されるスタイラスペン３からの光信号を各画素位置毎に光電変換して、受光信号を図３に示す増幅器１３に出力する。光学ユニット１０は、この受光信号を増幅器１３で増幅した後、バンドパスフィルタ１４でフィルタ処理して、検波部１５とＡ／Ｄ変換器２０に入力する。Ａ／Ｄ変換器２０は受光信号を量子化して、受光部１２の各画素上でのスポット光量を示す受光データとして画素値記憶部２１に記憶し、演算部２２が画素値記憶部２１に記憶されている受光部１２の各画素毎の受光データを比較して画素番号とともに一旦画素値記憶部２１に格納する。
【００４４】
一方、検波部１５は、バンドパスフィルタ１４でフィルタ処理された受光信号からベースバンド信号を抽出して判定器１６と同期部１８に出力し、判定器１６で判定しつつ同期部１８でカウンタ１９内のクロック信号を同期させる。光学ユニット１０は、同期が完了すると、復号部１７で受信信号を復調し、中央制御処理部５に出力する。
【００４５】
ここで、中央制御処理部（演算制御手段）５は、受信信号の識別信号の受信を検出すると、カウンタ１９のカウント値をリセットして、クロックのカウントを開始させる。
【００４６】
そして、上述のように、光学ユニット１０は、その円筒レンズ１１が、スタイラスペン３から出射された赤外光を受光部１２に集光し、受光部１２が、例えば、一次元ＣＣＤイメージセンサが、円筒レンズ１１の焦点位置に、その画素配列がレンズ光軸に垂直な配置になる状態で配置されていて、角度検出部として機能している。そして、角度検出部としての受光部１２が、入射される赤外光を光電変換して出力する受光信号を角度情報として出力し、光学ユニット１０は、この角度情報から角度検出を行う。
【００４７】
すなわち、上述のように、受光部１２の出力する受光信号を増幅器１３で増幅して、バンドパスフィルタ１４でフィルタ処理した受光信号が、Ａ／Ｄ変換器２０で量子化して、受光部１２の各画素上でのスポット光量を示す受光データを、スポット光分布７０（図２及び図８参照）として、画素値記憶部２１に記憶し、演算部２２が画素値記憶部２１に記憶されている受光部１２の各画素毎の受光データを比較して画素番号とともに一旦画素値記憶部２１に格納しているが、演算部２２は、図８に各画素毎の受光強度を示すように、スタイラスペン３からの受光信号の最大受光値（図８では、７０ｄ）を判定した後、当該最大受光値を与えた画素とその近傍の複数の画素の受光データ（図８では、７０ａ〜７０ｆの６つの画素の受光データ）から受光強度分布に対する受光位置を変数とする受光強度分布曲線を近似計算（例えば、３次曲線による近時計算）を行って求め、当該受光強度分布曲線から最大受光強度を与える受光部１２での位置Ｐを算出する。
【００４８】
そして、演算部２２でスタイラスペン３による情報表示部２での指示点を算出するが、この指示点の算出においては、図９に示すように、情報表示部２の表示画面の直交する２辺をＸｄ軸及びＹｄ軸（以降、表示座表系という。）とし、受信ユニット４によるセンサー座標系でのスポット頂点位置Ｐ（ｘ’ｐ、−ｆ）（受光部１２のセンサ中央部をＹ軸上に仮定）と入射方位（方向ベクトル）Ｖ＝（Ｖｘ、Ｖｙ）成分とは直線ｔＶ（ｔは、任意の数、太字はベクトル）と平面ｙ＝−ｆとの交点の関係からＰ（ｘ’ｐ、−ｆ）に対し、次式の関係が成立する。
【００４９】
ｘ’ｐ／Ｖｘ＝−ｆ／Ｖ’ｙ・・・（１）
ここで、ｆは、円筒レンズ１１の焦点距離
演算部２２は、上記式（１）を使用して、入射方向ベクトルを算出する。
【００５０】
いま、指示座標位置Ｓ（＝超音波発生位置であるスピーカ部４６の位置）は、情報表示部２の表示平面上における位置座標であると見なすことができるため、求める指示座標位置Ｓは、超音波受信部３０の位置をＵとすると、位置Ｕ（センサ座標系での座標値、超音波光座標入力装置１の製造時に既知の位置）を中心とする半径Ｈの円周と直線ｔＶとの交点として求めることができる。
【００５１】
中央制御処理部５は、この関係から所定の変数ｔに関する二次方程式を解くことにより、その解として、位置Ｓの座標値を算出する。ただし、この二次方程式の解は、２点存在するが、受光部１２のセンサ前面が検出対象であることから、位置Ｓの座標値を一義的に求めることができる。
【００５２】
そして、中央制御処理部５は、装置本体部６と表示座標とは、既知の線形な関係（すなわち、相対位置が設計段階で既知な関係）であることから、対応する変換行列（この変換行列は、中央制御処理部５のメモリに予め記憶されている）による線形変換演算により、表示座標に変換し、求める表示座標系での指示位置Ｓｄを算出する。
【００５３】
一方、超音波受信部３０は、超音波受信器３１で、スタイラスペン３からの超音波信号を受信し、増幅器３２で増幅してバンドパスフィルタ３３でフィルタ処理を施した後、検波部６４でベースバンド信号を抽出した後、判定部３５でデジタル信号に復調して、中央制御処理部５に出力する。
【００５４】
中央制御処理部５は、超音波信号を受信を検出すると、超音波信号に重畳されている所定の送信信号を検出したときに、光学ユニット１０のカウンタ１９のカウント値ｎを取得し、超音波光座標入力装置１の設置されている環境温度時、例えば、室温時の音速をＶｓとすると、次式（２）の関係から超音波の伝搬距離Ｈを算出する。
【００５５】
Ｈ＝Ｖｓ×〔超音波信号の伝播時間〕・・・（２）
この場合、装置本体部６、少なくとも超音波受信部３０に温度センサを設けて、上記環境温度を監視し、当該温度センサの検出する環境温度から中央制御処理部５の内部メモリに予め記憶されている環境温度と音速のテーブルから音速Ｖｓを取得して、上記演算式から伝播速度Ｈを演算してもよい。
【００５６】
次に、本実施の形態の作用を説明する。本実施の形態の超音波光座標入力装置１は、情報表示部２の表示画面の所望の座標位置がスタイラスペン３で指示操作されると、感圧スイッチ４７が指示動作を検出して制御部４１に通知し、制御部４１が超音波送信部４２を介してスピーカ部４６を駆動して、超音波信号を全方位に拡散する方向に送信する。また、制御部４１は、光信号送信部４３を介して発光素子４４を駆動して、赤外光信号を全方位に拡散する方向に送信する。このとき、制御部４１は、光信号送信部４３の駆動する発光素子４４に出射させる光信号に、図６に示したように、搬送信号５０に所定の変調信号５１を重畳させて、発光素子４４を駆動することで、直接変調して、図７に示したように、プリアンブル６１、識別情報６２、データ信号６３及びリターンコード（ＣＲ）信号６４からなるフレーム構成の光信号を送信させる。また、スタイラスペン３は、制御部４１の制御下で、識別信号送信のタイミングに同期して、所定の送信信号を重畳した超音波信号を、超音波送信部４２を介してスピーカ部４６から送信する。さらに、スタイラスペン３は、座標指示動作中は、スタイラスペン３内のクロック信号に基づく所定の間隔で、定期的に上記光信号及び超音波信号を送信する。
【００５７】
そして、超音波光座標入力装置１は、スタイラスペン３からの光信号を受信ユニット４の光学ユニット１０が、円筒レンズ１１を通して受光部１２で受光して各画素位置毎に光電変換して、受光信号を増幅器１３に出力した後、バンドパスフィルタ１４でフィルタ処理して、検波部１５とＡ／Ｄ変換器２０に入力する。光学ユニット１０は、Ａ／Ｄ変換器２０で受光信号を量子化して、受光部１２の各画素上でのスポット光量を示す受光データとして画素値記憶部２１に記憶し、演算部２２が画素値記憶部２１に記憶されている受光部１２の各画素毎の受光データを比較して画素番号とともに一旦画素値記憶部２１に格納する。
【００５８】
検波部１５は、バンドパスフィルタ１４でフィルタ処理された受光信号からベースバンド信号を抽出して判定器１６と同期部１８に出力し、判定器１６で判定しつつ同期部１８でカウンタ１９内のクロック信号を同期させる。光学ユニット１０は、同期が完了すると、復号部１７で受信信号を復調し、中央制御処理部５に出力する。
【００５９】
ここで、中央制御処理部５は、受信信号の識別信号の受信を検出すると、カウンタ１９のカウント値をリセットして、クロックのカウントを開始させる。
【００６０】
一方、超音波受信部３０は、上記スタイラスペン３からの超音波信号の超音波受信器３１で受信し、増幅器３２で増幅してバンドパスフィルタ３３でフィルタ処理を施して、検波部６４でベースバンド信号を抽出した後、判定部３５でデジタル信号に復調し、中央制御処理部５に出力する。
【００６１】
中央制御処理部５は、超音波信号を受信を検出すると、超音波信号に重畳されている所定の送信信号を検出したときに、光学ユニット１０のカウンタ１９のカウント値ｎを取得し、超音波光座標入力装置１の設置されている環境温度時、例えば、室温時の音速をＶｓとすると、上記式（２）の関係から超音波の伝搬距離Ｈを算出する。
【００６２】
そして、光学ユニット１０は、上記受光部１２の出力する受光信号を増幅器１３で増幅して、バンドパスフィルタ１４でフィルタ処理した受光信号を、Ａ／Ｄ変換器２０で量子化して、受光部１２の各画素上でのスポット光量を示す受光データを、スポット光分布７０として、画素値記憶部２１に記憶し、演算部２２が画素値記憶部２１に記憶されている受光部１２の各画素毎の受光データを比較して画素番号とともに一旦画素値記憶部２１に格納しているが、演算部２２は、図８に各画素毎の受光強度を示すように、スタイラスペン３からの受光信号の最大受光値を判定した後、当該最大受光値を与えた画素とその近傍の複数の画素の受光データから受光強度分布に対する受光位置を変数とする受光強度分布曲線を近似計算を行って求め、当該受光強度分布曲線から最大受光強度を与える受光部１２での位置Ｐを算出する。
【００６３】
そして、演算部２２は、上記式（１）を使用して、入射方向ベクトルを算出するが、上述のように、指示座標位置Ｓは、情報表示部２の表示平面上における位置座標であると見なすことができるため、求める指示座標位置Ｓは、超音波受信部３０の位置をＵとすると、位置Ｕを中心とする半径Ｈの円周と直線ｔＶとの交点として求めることができる。
【００６４】
中央制御処理部５は、この関係から所定の変数ｔに関する二次方程式を解くことにより、その解として、位置Ｓの座標値を算出する。ただし、この二次方程式の解は、２点存在するが、受光部１２のセンサ前面が検出対象であることから、位置Ｓの座標値を一義的に求めることができる。
【００６５】
このように、本実施の形態の超音波光座標入力装置１は、スタイラスペン３で情報表示部２上の所定の位置が指示されると、スタイラスペン３が超音波送信部４２と光信号送信部４３から光信号と超音波信号を送信し、受信ユニット４が、その光学ユニット１０でスタイラスペン３から送信される光信号を受信し、その超音波受信部３０で超音波信号を受信して、中央制御処理部５が、受信ユニット４の光学ユニット１０の受信する光信号と超音波受信部３０の受信する超音波信号に基づいてスタイラスペン３の指示する指示座標位置を検出するに際して、スタイラスペン３が、その制御部４１で、超音波送信部４２と光信号送信部４３から送信する光信号と超音波信号に所定の信号を重畳させ、中央制御処理部５が、光学ユニット１０が光信号の所定の信号を受信した光信号受信タイミングと当該光信号を受信した後に当該光信号に対応する超音波信号を超音波受信部３０が受信した超音波信号受信タイミングとの時間差情報と光学ユニット１０の受信した光信号の光強度分布を取得して、当該取得した時間差情報及び光強度分布情報からスタイラスペン３の指示座標位置を算出している。
【００６６】
したがって、スタイラスペン３の送信する光信号と超音波信号に基づいて、スタイラスペン３の指示する指示座標位置を検出することができ、追従性を向上させることができるとともに、高精度で安定した指示座標位置の検出動作を行うことができる。
【００６７】
また、上記変換行列においては、例えば、情報表示部２の表示画面が液晶画面等の場合には、システム側が表示座標上既知の位置に複数（少なくとも異なる位置に３点）のマーカを順次表示し、表示されたマーカを個別に指示することにより、検出されるセンサ座標系上の指示座標との上記表示座標位置との対応関係から、上記変換行列要素を再計算することができ、この補正処理を行うことで、装置本体部６の位置変化に柔軟に対応することができる。
【００６８】
図１０及び図１１は、本発明の超音波光座標入力装置の変形例を示す図である。
【００６９】
なお、本変形例は、上記第１の実施の形態の超音波光座標入力装置１と同様の超音波光座標入力措置に適用したものであり、本変形例の説明においては、上記第１の実施の形態の超音波光座標入力装置１と同様の構成部分には、同一の符号を付して説明するとともに、図示しない部分についても、必要に応じて、第１の実施の形態の説明で用いた符号をそのまま用いて説明する。
【００７０】
図１０は、本発明の超音波光座標入力装置の変形例を適用した超音波光座標入力装置１の受信ユニット４の光学ユニット８０の要部斜視図である。
【００７１】
本変形例の光学ユニット８０は、第１の実施の形態の光学ユニット１０と同様に、円筒レンズ１１と高分解能の受光部１２を備えているとともに、受光部１２と同一平面上に受光部１２と平行に低分解能の受光部８１が配設されており、受光部８１としては、低分解能のイメージセンサまたは受光素子アレイが用いられている。受光部８１は、３個の受光素子８２、８３、８４が直線上に配設されており、各受光素子８２、８３、８４には、円筒レンズ１１に入射されるスタイラスペン３からの赤外線の入射角度に応じて、円筒レンズ１１に入射された赤外線が集光される。
【００７２】
本変形例の超音波光座標入力装置１は、スタイラスペン３からの赤外線が、光学ユニット８０の円筒レンズ１１を通して、受光部１２に入射されるとともに、受光部８１の各受光素子８２、８３、８４にも入射され、受光部８１の各受光素子８２、８３、８４に入射された赤外光に基づいて、図８に示した最大値の大まかな位置を求めて、受光部１２に入射された赤外光に基づいて、当該大まかに求めた位置付近での最大値を正確に検出することで、処理速度を向上させている。
【００７３】
すなわち、一般的に、高精度に光信号の方向を検出しようとすると、受光部１２に用いているような高分解能、すなわち、高画素のイメージセンサを用いることになるが、受光部１２として高分解能のイメージセンサを用いると、各画素の受光強度データをスキャンニングするのに要する時間が長くなる。
【００７４】
そこで、本変形例の超音波光座標入力装置１は、その受光ユニット８０に、高分解能の受光部１２に対して平行に、複数の低分解能の受光素子８２、８３、８４からなる受光部８１を併設し、図１１に示すように、低分解能の受光部８１の各受光素子８２、８３、８４の受光データ８２ａ、８３ａ、８４ａから対応するスポット近傍の画素値が含まれる画素データ群を判定して、この画素データのみを比較して、曲線近時及びスポット頂点位置の算出を行う。
【００７５】
例えば、図１１では、受光データ８３ａを受光した受光素子８３に対応する位置の受光部１２の画素データのみを比較し、スポット頂点位置の算出を行う。
【００７６】
このように、本変形例の超音波光座標入力装置１は、受信ユニット１０の光学ユニット８０として、複数の受光素子１２、８２〜８４を備え、当該複数の受光素子１２、８２〜８４が、少なくとも一方の受光素子８２〜８４の空間的な分解能が他方の受光素子１２の空間的な分解能よりも大きいものとしている。
【００７７】
したがって、例えば、分解能の低い受光素子８２〜８４の受光結果に基づいて座標指示位置を大まかに求め、分解能の大きい受光素子１２の受光結果に基づいて正確な座標指示位置を求めて、応答速度を向上させることができ、スキャニング時間を短縮して、処理速度を向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【００７８】
図１２〜図１４は、本発明の超音波光座標入力装置の第１の実施の形態の受光素子を示す図である。
【００８０】
図１２は、本発明の超音波光座標入力装置の第１の実施の形態を適用した超音波光座標入力装置１の受信ユニット４の光学ユニット９０の要部斜視図である。
【００８１】
本実施の形態の光学ユニット９０は、図１で説明した光学ユニット１０と同様に、円筒レンズ１１と受光部１２を備えているとともに、受光部１２と同一平面上に受光部１２と平行に、かつ、上段に受光部９１が配設されており、受光部９１としては、受光部１２と同様の高分解能のイメージセンサまたは受光素子アレイが用いられている。受光部１２及び受光部９１には、それぞれ円筒レンズ１１に入射されるスタイラスペン３からの赤外線の入射角度に応じて、円筒レンズ１１に入射された赤外線が集光される。
【００８２】
本実施の形態の超音波光座標入力装置１は、スタイラスペン３からの赤外線が、光学ユニット９０の円筒レンズ１１を通して、受光部１２に入射されるとともに、受光部９１にも入射され、中央制御処理部５が、これら２つの受光部１２と受光部９１の受光光量を比較して、スタイラスペン３が空中にあるか否か判断して、空中での座標指示動作を可能としている。
【００８３】
すなわち、中央制御処理部５は、受光ユニット９０の上下段に別れて平行に配設されている２つの受光部１２と受光部９１の受光量を比較し、上段の受光部９１の受光光量が下段の受光部１２の受光光量よりも大きい場合には、スタイラスペン３が、図１２に実線で示すように、情報表示部２の指示面に接触していると判断して、通常の指示動作処理を行う。一方、中央制御処理部５は、下段の受光部１２の受光光量が上段の受光部９１の受光光量よりも大きい場合には、スタイラスペン３が、図１２に破線で示すように、情報表示部２の指示面から離れて空中にあると判断して、座標の指示をも行う。
【００８４】
このように、本実施の形態の超音波光座標入力装置１は、受信ユニット４の光学ユニット１０として、複数の受光素子１２、９１を備えたものとし、中央制御処理部５を、当該複数の各受光素子１２、９１の受信する光信号の受光強度を比較して、スタイラスペン３の指示座標位置を算出するものとしている。
【００８５】
したがって、例えば、感圧スイッチ４７による指示画面への接触検知とは別に、受信ユニット４側でペン状態を検出して、スタイラスペン３を情報表示部２の指示平面上に接触させた状態での位置指示操作や指示平面から離れた状態での位置指示操作等の操作者の座標指示動作を認識して指示座標位置を検出することができ、利用性を向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【００８６】
具体的には、情報表示部２がＣＲＴ（陰極線管：Cathode Ray Tube）やＬＣＤ（Liquid Crystal Display）のようなディスプレイであって、当該情報表示部２上で目的のポイントを指示する際のポインタの動きを空中から捕捉することができ、視差や検出ずれ等に伴う誤動作を低減することができる。
【００８７】
なお、本実施の形態の場合、図１３に示すように、上下段の受光部１２、９１を、画素ピッチが半周期ずれるように配置すると、図１４に示すように、受光部１２の受光光量分布１２ａと受光部９１の受光光量分布９１ａが半周期ずれるため、双方の受光光量分布中の最大受光光量画像データからスポットピーク値を推定することができ、より一層高精度に入射角を算出することができる。その結果、安価なものとすることができるとともに、座標位置検出精度をより一層向上させることができる。
【００８８】
図１５は、本発明の超音波光座標入力装置の第２の実施の形態を適用したスタイラスペン１００の正面概略構成図である。
【００８９】
なお、本実施の形態は、上記第１の実施の形態の超音波光座標入力装置１と同様の超音波光座標入力装置に適用したものであり、本実施の形態の説明においては、必要に応じて上記第１の実施の形態で用いた符号をそのまま用いて説明する。
【００９０】
図１５において、スタイラスペン（座標指示手段）１００は、上記第１の実施の形態の超音波光座標入力装置１のスタイラスペン３と同様に、制御部４１、超音波送信部４２、光信号送信部４３、発光素子４４、拡散光学系４５、スピーカ部４６及び感圧スイッチ４７を備えているとともに、切り返しスイッチ１０１、記憶部１０２、ボタン１０３及び検出部１０４を備えている。
【００９１】
記憶部（識別情報記憶手段）１０２は、予め識別情報を複数記憶しており、切り返しスイッチ（選択手段）１０１は、記憶部１０２の記憶している複数の識別情報の一つをスイッチ位置で選択する。記憶部１０２は、切り返しスイッチ１０１で選択された識別情報を制御部４１に出力する。
【００９２】
ボタン（情報選択手段）１０３は、マウス上のクリックボタン等と同様の機能を有しており、オン／オフ操作されて、所定の情報の選択操作が行われる。
【００９３】
検出部１０４は、ボタン１０３のオン操作を検出してオン操作検出信号を制御部４１に出力する。
【００９４】
本実施の形態の超音波光座標用入力装置１は、切り返しスイッチ１０１で記憶部１０２に記憶している識別情報の１つが選択されると、当該識別情報を制御部４１に出力し、ボタン１０３が押されたことを検出部１０４が検出して、検出部１０４からオン操作検出信号が制御部４１に入力されると、制御部４１は、光信号送信部４３に、ボタン１０３がオン操作されている際の所定の情報信号を光信号の変調信号の識別情報（送信側ＩＤ）６２の次のデータ信号６３に挿入させて送信させる。
【００９５】
そして、上記受信ユニット４の光学ユニット１０は、この光信号の変調信号のデータ信号６３に挿入されている情報信号からボタン１０３の操作の有無を検出し、この検出結果を中央制御処理部５に出力して、各種処理を行う。
【００９６】
したがって、例えば、光座標入力装置１をコンピュータ等に接続し、情報表示部２の表示画面上で、ＧＵＩ(Graphical User Interface)操作等に必要なクリック動作（マウス操作での左右ボタンクリックやスクロール操作等のクリック動作等）をスタイラスペン１００のボタン１０３の操作で行うことで、マウスと同様のＧＵＩ操作環境を、情報表示部２の表示画面でスタイラスペン１００を操作することで実現することができる。
【００９７】
また、切り返しスイッチ１０１で選択された識別情報を光信号に挿入して送信するため、他に赤外線装置が存在しているような環境であっても、受信ユニット４で一義的に決まる識別信号によりスタイラスペン１００を認識して、誤動作することなく光信号を検出することができ、誤動作を防止することができるとともに、識別信号と座標位置とを対応付けることにより、複数のスタイラスペン１００をそれぞれ異なる識別情報を選択設定することで、複数のスタイラスペン１００を同時に操作することができる。
【００９８】
なお、上記説明では、識別情報やボタン１０３の操作を示す情報信号を光信号に含ませて送信しているが、超音波信号に含ませて送信してもよい。
【００９９】
このように、本実施の形態の超音波光座標入力装置１は、スタイラスペン１００を、所定の情報の選択操作を行うボタン１０３を備えたものとし、制御部４１が、ボタン１０３による情報選択操作内容を示す所定の操作情報信号を光信号または超音波信号に重畳させて送信し、光学ユニット１０または超音波受信部３０が、操作情報信号の重畳された光信号または超音波信号を受信して、当該受信した光信号または超音波信号から当該操作情報信号を抽出している。
【０１００】
したがって、ボタン１０３を使用した操作者による情報の選択操作を簡単にスタイラスペン１００から受信ユニット４に通知して、操作者の意図する指示状態を簡単に区別することができ、利用性をより一層向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【０１０１】
また、本実施の形態の超音波光座標入力装置１は、スタイラスペン１００を、少なくとも１つ以上の識別情報を記憶する記憶部１０２と、記憶部１０２の記憶する識別情報のうち１つの識別情報を選択する切り返しスイッチ１０１と、を備えたものとし、制御部４１が、識別情報のうち切り返しスイッチ１０１で選択された識別情報を光信号または超音波信号に重畳させて送信し、光学ユニット１０または超音波受信部３０が、操作情報信号の重畳された光信号または超音波信号を受信して当該受信した光信号または超音波信号から当該識別情報を抽出し、中央制御処理部５が、当該識別情報に基づいて、スタイラスペン１００を識別している。
【０１０２】
したがって、スタイラスペン１００を個別に識別し、例えば、他に光信号を送信する機器がある環境や複数のスタイラスペン１００を用いている場合にも個別にスタイラスペン１００を認識することができ、利用性をより一層向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【０１０３】
図１６は、本発明の超音波光座標入力装置の第３の実施の形態を適用したスタイラスペン１１０の正面概略構成図である。
【０１０４】
なお、本実施の形態は、上記第１の実施の形態の超音波光座標入力装置１と同様の超音波光座標入力装置に適用したものであり、また、上記第２の実施の形態のスタイラスペン１００と同様のスタイラスペンに適用したものであり、本実施の形態の説明においては、必要に応じて上記第１の実施の形態及び第２の実施の形態で用いた符号をそのまま用いて説明する。
【０１０５】
図１６において、スタイラスペン（座標指示手段）１１０は、上記第１の実施の形態の超音波光座標入力装置１のスタイラスペン３と同様に、制御部４１、超音波送信部４２、光信号送信部４３、発光素子４４、拡散光学系４５、スピーカ部４６及び感圧スイッチ４７を備え、第２の実施の形態のスタイラスペン１００と同様の切り返しスイッチ１０１、記憶部１０２、ボタン１０３及び検出部１０４を備えているとともに、先端中央部に筆記部材１１１が設けられている。
【０１０６】
筆記部材（筆記手段）１１１は、例えば、インクカートリッジ等が用いられ、情報表示部２が電子ボード等のように筆記可能な部材であるときに、当該情報表示部２の表示面に直接文字や図形等を筆記することができる。
【０１０７】
この筆記部材１１１の基端部に、スタイラスペン１１０のペン先が情報表示部２の表示画面に接触しているか否かを検出する感圧スイッチ４７が設けられており、筆記部材１１１の外周面は、拡散反射面に形成されている。この筆記部材１１１は、例えば、スタイラスペン１１０の先端部に円筒状の空洞を設けて、当該空洞内に挿入することでスタイラスペン１１０に搭載することができる。
【０１０８】
筆記部材１１１のスピーカ部４６よりも下方の位置には、筆記部材１１１の周囲を取り巻くように、複数の発光素子４４が配設されており、各発光素子４４は、制御部４１により各発光素子４４を駆動する光信号送信部４３が接続されている。したがって、各発光素子４４から出射された赤外光信号は、筆記部材１１１の外表面で反射されて、全方位に拡散される。
【０１０９】
したがって、本実施の形態の超音波光座標入力装置１は、例えば、光座標入力装置１をコンピュータ等に接続し、筆記部材１１１で直接筆記可能な電子ボード等の情報表示部２の表示画面上で、会議等で当該情報表示部２に書き込んだ文字や図形等の内容をデジタル情報として、取り込んで保管し、保管したデジタル情報を有効活用することができる。
【０１１０】
このように、本実施の形態の超音波光座標入力装置１は、スタイラスペン１１０を、情報表示部２の指示平面に直接情報を記録する筆記部材１１１を備えたものとしている。
【０１１１】
したがって、例えば、電子ボード等で筆記と同時に対応する筆記座標情報を取得することができ、筆記内容と筆記座標情報を有効に活用して、より一層利用性を向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【０１１２】
以上、本発明者によってなされた発明を好適な実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１１３】
例えば、上記各実施の形態においては、スタイラスペン３、９０、１００、１１０から送信する超音波信号に、上記フレーム構成で各信号（識別信号やデータ信号）を送信するようにしてもよい。
【０１１４】
超音波信号を送信する場合、発光素子４４が受光する受信ユニット４の光学ユニット１０からの赤外光の受光光量が一定量以上であるときにのみ、超音波信号を送信するようにしてもよい。この場合、上記光信号は、同期及びカウンタのセットのための信号のみを重畳した簡単なフレーム構成としてもよい。
【０１１５】
このようにすると、回路構成を簡単なものとすることができる。
【０１１６】
また、例えば、上前記受信ユニット４の受光部１２に、スタイラスペン３、９０、１００、１１０の発光素子４４の波長以外の光の入射を防止する光学フィルタを設けてもよい。
【０１１７】
このようにすると、外乱光等の光ノイズを低減することができ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【０１１８】
さらに、スタイラスペン３、９０、１００、１１０を識別するのに、上記各実施の形態では、スタイラスペン３、９０、１００、１１０に固有の識別信号に基づく識別情報（送信側ＩＤ）６２をスタイラスペン３、９０、１００、１１０から送信する光信号の変調信号に挿入しているが、所定の発振器による搬送波の周波数を切り換え、受信側で対応するバンドパスフィルタにより受信信号を検出することで識別するようにしてもよい。
【０１１９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の超音波光座標入力装置によれば、座標指示手段で矩形状の指示平面上の所定の位置が指示されると光信号と超音波信号を送信する信号送信手段を有する座標指示手段と、前記指示平面の一辺に配置され、当該座標指示手段から送信される前記光信号を受信する光信号受信手段と前記超音波信号を受信する超音波信号受信手段とを有する受信手段と、当該受信手段の当該光信号受信手段の受信する光信号と当該超音波信号受信手段の受信する超音波信号に基づいて前記座標指示手段の指示する指示座標位置を検出する演算制御手段と、を備えた超音波光座標入力装置であって、前記座標指示手段は、前記信号送信手段から送信する前記光信号と前記超音波信号に所定の信号を重畳させる送信制御手段を有し、前記受信手段は、前記一辺の方向に配列方向を有する一次元イメージセンサからなる受光素子を複数備えており、該複数の受光素子は前記指示平面に対し垂直方向に配置されており、前記演算制御手段は、当該複数の各受光素子の受信する前記光信号の受光強度を比較して、前記座標指示手段が前記指示平面上に接しているか否かを判定する手段を有するので、座標指示手段の送信する光信号と超音波信号に基づいて、座標指示手段の指示する指示座標位置を検出することができ、追従性を向上させることができるとともに、高精度で安定した指示座標位置の検出動作を行うことができる。
【０１２０】
請求項２記載の発明の超音波光座標入力装置によれば、演算制御手段が、光信号受信手段が光信号の所定の信号を受信した光信号受信タイミングと当該光信号を受信した後に当該光信号に対応する超音波信号を超音波信号受信手段が受信した超音波信号受信タイミングとの時間差情報と光信号受信手段の受信した光信号の光強度分布を取得して、当該取得した時間差情報及び光強度分布情報から座標指示手段の存在する方向及び距離を算出することにより、座標指示手段の送信する光信号と超音波信号に基づいて、座標指示手段の指示する指示座標位置を求めて、追従性を向上させることができるとともに、高精度で安定した指示座標位置の検出動作を行うことができる。
【０１２２】
請求項３記載の発明の超音波光座標入力装置によれば、複数の一次元イメージセンサが、少なくとも一方の一次元イメージセンサの受光領域の配列が他の一次元イメージセンサの受光領域の配列と相対的に位置ズレして配置されているものとしているので、安価な光信号受信手段を用いることができ、安価なものとすることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【０１２３】
請求項４記載の発明の超音波光座標入力装置によれば、座標指示手段を、所定の情報の選択操作を行う情報選択手段を備えたものとし、送信制御手段が、当該情報選択手段による情報選択操作内容を示す所定の操作情報信号を光信号または超音波信号に重畳させて送信し、光信号受信手段または超音波信号受信手段が、操作情報信号の重畳された光信号または超音波信号を受信して、当該受信した光信号または超音波信号から当該操作情報信号を抽出するので、情報選択手段を使用した操作者による情報の選択操作を簡単に座標指示手段から受信手段に通知して、操作者の意図する指示状態を簡単に区別することができ、利用性をより一層向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【０１２４】
請求項５記載の発明の超音波光座標入力装置によれば、座標指示手段を、少なくとも１つ以上の識別情報を記憶する識別情報記憶手段と、当該識別情報記憶手段の記憶する識別情報のうち１つの識別情報を選択する選択手段と、を備えたものとし、送信制御手段が、識別情報のうち当該選択手段で選択された識別情報を光信号または超音波信号に重畳させて送信し、光信号受信手段または超音波信号受信手段が、操作情報信号の重畳された光信号または超音波信号を受信して当該受信した光信号または超音波信号から当該識別情報を抽出し、演算制御手段が、当該識別情報に基づいて、座標指示手段を識別するので、座標指示手段を個別に識別し、例えば、他に光信号を送信する機器がある環境や複数の座標指示手段を用いている場合にも個別に座標指示手段を認識することができ、利用性をより一層向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【０１２５】
請求項６記載の発明の超音波光座標入力装置によれば、座標指示手段を、指示平面に直接情報を記録する筆記手段を備えたものとしているので、例えば、電子ボード等で筆記と同時に対応する筆記座標情報を取得することができ、筆記内容と筆記座標情報を有効に活用して、より一層利用性を向上させることができるとともに、追従性に優れ、高精度で安定した位置検出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波光座標入力装置の第１の実施の形態を適用した超音波光座標入力装置の利用者側から見た構成図。
【図２】図１の光学ユニットの斜視図。
【図３】図１の装置本体部の回路ブロック構成図。
【図４】図１のスタイラスペンの正面概略構成図。
【図５】図４のスタイラスペンの先端部分の拡大構成図。
【図６】図４及び図５のスタイラスペンの送信する光信号の構成図。
【図７】図６の光信号の変調信号のフレーム構成の一例を示す図。
【図８】図３の受光ユニットの受光部が受光して演算部が各画素毎の受光強度の最大受光値から受光強度分布曲線を求める動作説明図。
【図９】図８の受光強度分布曲線に基づいてスタイラスペンの位置方向ベクトルの算出処理の説明図。
【図１０】本発明の超音波光座標入力装置の第２の実施の形態を適用した超音波光座標入力装置の光学ユニットの斜視図。
【図１１】図１０の低分解能の受光部の各受光素子の受光データから対応するスポット近傍の画素値が含まれる画素データ群を判定して曲線近時及びスポット頂点位置の算出を行う動作説明図。
【図１２】本発明の超音波光座標入力装置の第３の実施の形態を適用した超音波光座標入力装置の光学ユニットの斜視図。
【図１３】図１２の光学ユニットの他の例の斜視図。
【図１４】図１３の低分解能の受光部の各受光素子の受光データから対応するスポット近傍の画素値が含まれる画素データ群を判定して曲線近時及びスポット頂点位置の算出を行う動作説明図。
【図１５】本発明の超音波光座標入力装置の第４の実施の形態を適用した超音波光座標入力装置に用いられるスタイラスペンの正面概略構成図。
【図１６】本発明の超音波光座標入力装置の第５の実施の形態を適用した超音波光座標入力装置に用いられるスタイラスペンの正面概略構成図。
【図１７】従来の座標検出装置の斜視図。
【符号の説明】
１超音波光座標入力装置
２情報表示部
３スタイラスペン
４受信ユニット
５中央制御処理部
６装置本体部
１０光学ユニット
１１円筒レンズ
１２受光部
１３増幅部
１４バンドパスフィルタ
１５検波部
１６判定器
１７復号部
１８同期部
１９カウンタ
２０Ａ／Ｄ変換器
２１画素値記憶部
２２演算部
３０超音波受信部
３１超音波受信器
３２増幅器
３３バンドパスフィルタ
３４検波部
３５判定部
４１制御部
４２超音波送信部
４３光信号送信部
４４発光素子
４５拡散光学系
４６スピーカ部
４７感圧スイッチ
５０搬送信号
５１変調信号
６１プリアンブル
６２識別情報（送信側ＩＤ）
６３データ信号
６４リターンコード（ＣＲ）信号
７０スポット光分布
７０ａ〜７０ｆ受光データ
８０光学ユニット
８１受光部
８２、８３、８４受光素子
８２ａ、８３ａ、８４ａ受光データ
９０光学ユニット
９１受光部
９１ａ受光光量分布
１００スタイラスペン
１０１切り返しスイッチ
１０２記憶部
１０３ボタン
１０４検出部
１１０スタイラスペン
１１１筆記部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic optical coordinate input device, and more particularly, acquisition of input information on a paper surface, input of movement instructions and stroke data of a cursor on a screen of a personal computer, an amusement input device, a portable terminal, etc. The present invention relates to an ultrasonic light coordinate input device that accurately performs input to a two-dimensional coordinate area for use.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
JP-A-7-287632
Conventionally, as a coordinate input device that detects light and an ultrasonic wave and detects an indicated coordinate position, for example, there is a coordinate detection device described in Patent Document 1.
[0003]
As shown in FIG. 17, this coordinate detection apparatus has a keyboard 202 and a receiver main body 203 connected to a computer 201, detects the two-dimensional coordinates of an operation pen 205 operated on a table 204, and displays on the screen of the computer 201. It is possible to draw and command operation.
[0004]
The receiver main body 203 includes an ultrasonic oscillator 206 and an optical sensor 207, and the operation pen 205 includes a microphone 208 that receives ultrasonic waves from the ultrasonic oscillator 206 of the receiver main body 203, an infrared LED 209, and a switch 210. .
[0005]
In this coordinate detection apparatus, when the operation pen 205 is moved on a table 204 parallel to the XY plane, the angle formed by the optical axis of the irradiated light from the infrared LED 209 toward the optical sensor 207 and the Y axis and the light amount distribution. Find the angle by change. Further, when the power source of the receiver main body 203 side, for example, the computer 201 is turned on, ultrasonic waves are output from the ultrasonic oscillator 206 of the receiver main body 203, and the microphone 208 of the operation pen 205 receives the ultrasonic waves. The operation pen 205 determines the pulse width based on the switch signal when the operation of the switch 210 is turned on while the microphone 208 is receiving the ultrasonic wave, and the infrared LED 209 emits light by this pulse signal. Irradiate diffuse light. When the infrared LED 209 emits light and irradiates diffused light, the infrared light is received by the optical sensor 207 including two light receiving elements of the receiver main body 203, and the direction of the operation pen 205 is determined from the amount of light received by the two light receiving elements of the optical sensor 207. The coordinate position is measured by detecting the light reception time from the ultrasonic transmission timing, calculating the distance from the ultrasonic wave propagation speed and the light reception time, and calculating the indicated position from the light reception direction.
[0006]
The conventional coordinate detection apparatus always detects the light from the operation pen 205 when the operation of the receiver pen 203, that is, the computer 201 is in the range where the operation pen 205 can receive ultrasonic waves. A signal is transmitted.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional coordinate detection device, since the direction is estimated from the calculated values of the two received light amounts, the accuracy deteriorates due to the asymmetry of the light intensity at the time of incidence from the oblique direction. There is a problem that it is necessary to deal with a malfunction due to multiple reflections of sound waves, and the circuit becomes complicated, resulting in a large and expensive one. Furthermore, in the conventional coordinate detection apparatus, since the procedure of light irradiation is executed after receiving the ultrasonic wave, a certain delay occurs with respect to the movement of the pointing member, and the followability is poor. There was a problem.
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an ultrasonic optical coordinate input device that has excellent followability and performs highly accurate and stable position detection.
[0009]
  Specifically, the invention of claim 1RectangularA coordinate indicating means having a signal transmitting means for transmitting an optical signal and an ultrasonic signal when a predetermined position on the indicating plane is indicated;Arranged on one side of the indicating plane;A receiving means having an optical signal receiving means for receiving the optical signal transmitted from the coordinate indicating means and an ultrasonic signal receiving means for receiving the ultrasonic signal; and receiving the optical signal receiving means of the receiving means. An ultrasonic optical coordinate input device comprising: an optical control unit that detects an instruction coordinate position indicated by the coordinate instruction unit based on an optical signal and an ultrasonic signal received by the ultrasonic signal reception unit; The coordinate instruction unit includes a transmission control unit that superimposes a predetermined signal on the optical signal and the ultrasonic signal transmitted from the signal transmission unit,The receiving means includes a plurality of light receiving elements composed of a one-dimensional image sensor having an arrangement direction in the direction of the one side, and the plurality of light receiving elements are arranged in a direction perpendicular to the indication plane,The arithmetic control means includesComparing the received light intensity of the optical signals received by each of the plurality of light receiving elements, and having means for determining whether or not the coordinate indicating means is in contact with the indicating plane, the usability is good, And,An object of the present invention is to provide an ultrasonic optical coordinate input device that has excellent followability and performs highly accurate and stable position detection.
[0010]
  The invention according to claim 2The arithmetic control means includes an optical signal reception timing at which the optical signal receiving means receives a predetermined signal of the optical signal, and an ultrasonic signal corresponding to the optical signal after the optical signal receiving means receives the optical signal. The time difference information with the received ultrasonic signal reception timing and the light intensity distribution of the optical signal received by the optical signal receiving means are acquired, and the direction and distance in which the coordinate indicating means exists is obtained from the acquired time difference information and light intensity distribution information. Based on the optical signal and ultrasonic signal transmitted by the coordinate designating means, the designated coordinate position designated by the coordinate designating meansTherefore, an object of the present invention is to provide an ultrasonic optical coordinate input device that improves response speed, has high speed, is excellent in followability, and performs highly accurate and stable position detection.
[0012]
  Claim 3The described inventionMultiple one-dimensional image sensorsTheSmallAt least oneOne-dimensional image sensorThe light receiving area of otherOne-dimensional image sensorBy using a low-cost optical signal receiving means, low cost, excellent followability, highly accurate and stable position detection An object of the present invention is to provide a sound wave optical coordinate input device.
[0013]
  Claim 4In the described invention, the coordinate instruction unit includes an information selection unit that performs a selection operation of predetermined information, and the transmission control unit transmits a predetermined operation information signal indicating the content of the information selection operation by the information selection unit. The optical signal receiving unit or the ultrasonic signal receiving unit receives the optical signal or ultrasonic signal on which the operation information signal is superimposed, and transmits the received optical signal or ultrasonic signal. By extracting the operation information signal from the signal, the information selection operation by the operator using the information selection unit can be easily notified from the coordinate instruction unit to the reception unit, and the instruction state intended by the operator can be easily distinguished. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic optical coordinate input device that can perform position detection with high accuracy, excellent usability, excellent followability, and high accuracy.
[0014]
  Claim 5In the described invention, the coordinate instruction unit includes: an identification information storage unit that stores at least one or more pieces of identification information; and a selection unit that selects one identification information among the identification information stored in the identification information storage unit. The transmission control means is provided with identification information.NoThat is, the identification information selected by the selection means is transmitted superimposed on an optical signal or ultrasonic signal, and the optical signal receiving means or ultrasonic signal receiving means transmits the optical signal or ultrasonic signal on which the operation information signal is superimposed. Receiving and extracting the identification information from the received optical signal or ultrasonic signal, the operation control means identifies the coordinate instruction means based on the identification information, thereby identifying the coordinate instruction means individually; For example, even in an environment where there are other devices that transmit optical signals and when using a plurality of coordinate indicating means, the coordinate indicating means is individually recognized, the usability is much better, and the followability is excellent, An object of the present invention is to provide an ultrasonic optical coordinate input device that performs highly accurate and stable position detection.
[0015]
  Claim 6In the described invention, the coordinate instruction means is provided with writing means for recording information directly on the indication plane, for example, to acquire corresponding writing coordinate information simultaneously with writing on an electronic board or the like, An object of the present invention is to provide an ultrasonic optical coordinate input device that makes effective use of handwritten coordinate information, and has a further excellent usability, excellent followability, and highly accurate and stable position detection.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
  The ultrasonic optical coordinate input device according to the first aspect of the invention comprises:RectangularA coordinate indicating means having a signal transmitting means for transmitting an optical signal and an ultrasonic signal when a predetermined position on the indicating plane is indicated;Arranged on one side of the indicating plane;A receiving means having an optical signal receiving means for receiving the optical signal transmitted from the coordinate indicating means and an ultrasonic signal receiving means for receiving the ultrasonic signal; and receiving the optical signal receiving means of the receiving means. An ultrasonic optical coordinate input device comprising: an optical control unit that detects an instruction coordinate position indicated by the coordinate instruction unit based on an optical signal and an ultrasonic signal received by the ultrasonic signal reception unit; The coordinate instruction unit includes a transmission control unit that superimposes a predetermined signal on the optical signal and the ultrasonic signal transmitted from the signal transmission unit,The receiving means includes a plurality of light receiving elements composed of a one-dimensional image sensor having an arrangement direction in the direction of the one side, and the plurality of light receiving elements are arranged in a direction perpendicular to the indication plane,The arithmetic control means includesComparing the received light intensity of the optical signal received by each of the plurality of light receiving elements, it has means for determining whether or not the coordinate indicating means is in contact with the indicating planeThe above-mentioned purpose is achieved.
[0017]
  According to the above configuration, when a predetermined position on the pointing plane is indicated by the coordinate indicating means, the coordinate indicating means transmits the optical signal and the ultrasonic signal from the signal transmitting means, and the receiving means receives the optical signal. The optical signal transmitted from the coordinate indicating means is received by the means, the ultrasonic signal is received by the ultrasonic signal receiving means, and the arithmetic control means is superordinate to the optical signal received by the optical signal receiving means of the receiving means. When detecting the indicated coordinate position indicated by the coordinate indicating means based on the ultrasonic signal received by the sound wave signal receiving means, the coordinate indicating means transmits the optical signal and the ultrasonic signal transmitted from the signal transmitting means by the transmission control means. A predetermined signal is superimposed on the,lightObtaining the light intensity distribution of the optical signal received by the signal receiving meansThe received light intensity of the optical signal received by each of the plurality of light receiving elements is compared to determine whether or not the coordinate indicating means is in contact with the indicating plane, and at the same time, the indicated coordinate position can be detected. So, use the result to change the operation mode,The followability can be improved, and the operation of detecting the designated coordinate position can be performed with high accuracy and stability.
[0018]
  In this case, for example, as described in claim 2,The arithmetic control means includes an optical signal reception timing at which the optical signal receiving means receives a predetermined signal of the optical signal, and an ultrasonic signal corresponding to the optical signal after the optical signal receiving means receives the optical signal. The time difference information with the received ultrasonic signal reception timing and the light intensity distribution of the optical signal received by the optical signal receiving means are acquired, and the direction and distance in which the coordinate indicating means exists is obtained from the acquired time difference information and light intensity distribution information. Is calculated, based on the optical signal and the ultrasonic signal transmitted from the coordinate instruction means, to obtain the designated coordinate position designated by the coordinate instruction means.It may be.
[0019]
  According to the above configuration,The arithmetic control means, the optical signal receiving means receives the optical signal reception timing when the optical signal receiving means receives the predetermined signal, and the ultrasonic signal receiving means receives the ultrasonic signal corresponding to the optical signal after receiving the optical signal. Because the time difference information from the ultrasonic signal reception timing and the light intensity distribution of the optical signal received by the optical signal receiving means are acquired, and the indicated coordinate position of the coordinate indicating means is calculated from the acquired time difference information and light intensity distribution information. Based on the optical signal and the ultrasonic signal transmitted by the coordinate instruction means, the indicated coordinate position indicated by the coordinate instruction means can be detected,The response speed can be improved, the processing speed can be improved, the followability is excellent, and a highly accurate and stable position detection can be performed.
[0022]
  In addition, for example,Claim 3As described inOne-dimensional image sensorAt least oneOne-dimensional image sensorThe light receiving area of otherOne-dimensional image sensorIt may be arranged so as to be displaced relative to the arrangement of the light receiving regions.
[0023]
  According to the above configuration, the receiving meansThisThe pluralityOne-dimensional image sensorBut at least oneOne-dimensional image sensorThe light receiving area of otherOne-dimensional image sensorSince the optical signal receiving means can be used at low cost, the follow-up performance is excellent and high Accurate and stable position detection can be performed.
[0024]
  For example,Claim 4As described above, the coordinate instruction unit includes an information selection unit that performs a selection operation of predetermined information, and the transmission control unit receives a predetermined operation information signal indicating the content of the information selection operation performed by the information selection unit. The optical signal or the ultrasonic signal is transmitted in a superimposed manner, and the optical signal receiving means or the ultrasonic signal receiving means receives the optical signal or the ultrasonic signal on which the operation information signal is superimposed, The operation information signal may be extracted from the received optical signal or ultrasonic signal.
[0025]
According to the above configuration, the coordinate instruction means is provided with information selection means for performing a selection operation of predetermined information, and the transmission control means outputs a predetermined operation information signal indicating information selection operation contents by the information selection means. The optical signal reception unit or ultrasonic signal reception unit receives the optical signal or ultrasonic signal on which the operation information signal is superimposed, and transmits the received optical signal or ultrasonic signal. Since the operation information signal is extracted from the sound wave signal, the information selection operation by the operator using the information selection unit is easily notified from the coordinate instruction unit to the reception unit, and the instruction state intended by the operator is easily distinguished. Thus, the usability can be further improved, the followability is excellent, and highly accurate and stable position detection can be performed.
[0026]
  In addition, for example,Claim 5As described above, the coordinate designating unit includes an identification information storage unit that stores at least one or more pieces of identification information, and a selection unit that selects one identification information among the identification information stored in the identification information storage unit. And the transmission control means includes the identification information.NoIn other words, the identification information selected by the selection unit is transmitted by being superimposed on the optical signal or the ultrasonic signal, and the optical signal reception unit or the ultrasonic signal reception unit transmits the optical information on which the operation information signal is superimposed. The signal or the ultrasonic signal is received and the identification information is extracted from the received optical signal or ultrasonic signal, and the calculation control means identifies the coordinate instruction means based on the identification information. May be.
[0027]
  According to the above configuration, the coordinate instruction means includes identification information storage means for storing at least one or more pieces of identification information, selection means for selecting one identification information among the identification information stored in the identification information storage means, And the transmission control means uses the identification information.NoThat is, the identification information selected by the selection means is transmitted superimposed on an optical signal or ultrasonic signal, and the optical signal receiving means or ultrasonic signal receiving means transmits the optical signal or ultrasonic signal on which the operation information signal is superimposed. Receiving and extracting the identification information from the received optical signal or ultrasonic signal, and the calculation control means identifies the coordinate instruction means based on the identification information. In addition, even in an environment where there are other devices that transmit optical signals or when using a plurality of coordinate indicating means, the coordinate indicating means can be individually recognized, and the usability can be further improved and the tracking can be performed. The position can be detected with high accuracy and high accuracy.
[0028]
  For example,Claim 6As described above, the coordinate designating unit may include a writing unit that directly records information on the designated plane.
[0029]
According to the above configuration, since the coordinate instruction means includes a writing means for recording information directly on the instruction plane, for example, it is possible to obtain corresponding writing coordinate information simultaneously with writing on an electronic board or the like, Effectively utilizing the written contents and the written coordinate information, the usability can be further improved, and the position can be detected with high accuracy and stability with excellent followability.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are preferred embodiments of the present invention, and thus various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is particularly limited in the following description. As long as there is no description which limits, it is not restricted to these aspects.
[0032]
FIG. 1 is a configuration diagram viewed from the operator side of an ultrasonic optical coordinate input device 1 to which the first embodiment of the ultrasonic optical coordinate input device of the present invention is applied. In FIG. The input device 1 includes an information display unit 2, a coordinate input stylus pen 3 as a pointing coordinate member operated by the operator on the surface of the information display unit 2, and a predetermined position facing the operator via the stylus pen 3. The apparatus main body 6 and the like, which are mounted with the receiving unit 4 and the central control processing unit 5 set in the above, are provided.
[0033]
The information display unit (indication plane) 2 displays information such as an LCD (Liquid Crystal Display) or a CRT (Cathode Ray Tube), and command operations and information displayed on the information display unit 2 are displayed. Drawing on the screen of the unit 2 is performed by the stylus pen 3.
[0034]
The receiving unit (receiving means) 4 includes an optical unit (optical signal receiving means) 10 and an ultrasonic receiving unit (ultrasonic signal receiving means) 30, and the optical unit 10 has a cylindrical lens as shown in FIG. 11 and a light receiving unit 12 and the like.
[0035]
The cylindrical lens 11 condenses the infrared light emitted from the stylus pen 3 on the light receiving unit 12 as described later. For example, a one-dimensional CCD (Charge Coupled Device) image sensor is used as the light receiving unit 12, and is arranged at the focal position of the cylindrical lens 11 in a state where the pixel arrangement is arranged perpendicular to the lens optical axis. . The light receiving unit 12 photoelectrically converts incident infrared light and outputs a light reception signal.
[0036]
In the apparatus main body 6, the optical unit 10 and the ultrasonic wave receiver 30 are configured as a block as shown in FIG. 3, and are connected to the central control processor 5.
[0037]
The optical unit 10 includes a light receiving unit 12, an amplifying unit 13, a band pass filter 14, a detecting unit 15, a determiner 16, a decoding unit 17, a synchronizing unit 18, a counter 19, an A / D converter 20, and a pixel value storage unit 21. The ultrasonic receiver 30 includes an ultrasonic receiver 31, an amplifier 32, a band pass filter 33, a detector 34, a determination unit 35, and the like.
[0038]
  The stylus pen (coordinate instruction unit) 3 includes a control unit (transmission control unit) 41, an ultrasonic transmission unit 42, and an optical signal transmission unit 43 inside the pen as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the distal end portion formed of a transparent member, at least one light emitting element 44 at a predetermined position near the central axis, and the diffusion optical system closer to the distal end side of the stylus pen 3 than the light emitting element 44 45 is provided, and a speaker unit 46 having an ultrasonic transducer (not shown) is provided on the outer peripheral surface of the portion where the light emitting element 44 is provided. Further, the stylus pen 3 detects whether or not the pen tip of the stylus pen 3 is in contact with the display screen of the information display unit 2.put outA pressure sensitive switch 47 is provided, and the stylus pen 3 is driven by a battery (not shown). The ultrasonic transmission unit 42, the optical signal transmission unit 43, the light emitting element 44, the diffusion optical system 45, and the speaker unit 46 function as a signal transmission unit as a whole.
[0039]
In the stylus pen 3, when a desired coordinate is instructed on the display surface of the information display unit 2, the pressure-sensitive switch 47 detects the instruction operation and notifies the control unit 41, and the control unit 41 transmits the ultrasonic transmission unit 42. Then, the speaker unit 46 is driven to transmit an ultrasonic signal in a predetermined direction (in the present embodiment, a direction in which it is diffused in all directions). In addition, the control unit 41 drives the light emitting element 44 via the optical signal transmission unit 43 and transmits the optical signal in a predetermined direction (in this embodiment, a direction in which it is diffused in all directions). For example, an infrared LED (Light Emitting Diode) is used as the light emitting element 44, and the light emitting element 44 emits an infrared signal as an optical signal in the direction of the diffusion optical system 45. The diffusion optical system 45 diffuses the optical signal emitted from the light emitting element 44 in all directions as indicated by arrows in FIGS.
[0040]
Then, as shown in FIG. 6, the control unit 41 superimposes a predetermined modulation signal 51 on the carrier signal 50 on the optical signal to be emitted from the light emitting element 44 that is driven by the optical signal transmission unit 43. 43 directly drives the light emitting element 44 to perform direct modulation. For example, in the case of FIG. 6, a modulation signal 51 such as “1”, “0”, “1”, “1”. As shown in FIG. 7, the frame of the signal to be transmitted in this case is unique to the preamble 61 for synchronizing with the optical unit 10 of the receiving unit 4 that is the receiving side, and the stylus pen 3 that is the transmitting side following the preamble 61. Identification information (sender ID) 62 based on the identification signal, a data signal 63 such as battery information following the identification information 62, and a return code (CR) signal 64 for informing the end of the frame.
[0041]
The stylus pen 3 transmits an ultrasonic signal on which a predetermined transmission signal is superimposed from the speaker unit 46 via the ultrasonic transmission unit 42 in synchronization with the timing of transmission of the identification signal under the control of the control unit 41. To do.
[0042]
Further, during the coordinate indicating operation, the stylus pen 3 periodically transmits the optical signal and the ultrasonic signal at a predetermined interval based on the clock signal in the stylus pen 3.
[0043]
As described above, the optical unit 10 of the receiving unit 4 uses a CCD arranged in a state in which the pixel arrangement is perpendicular to the lens optical axis as the light receiving unit 12, and passes through the cylindrical lens 11. The optical signal from the stylus pen 3 to be imaged is photoelectrically converted for each pixel position, and the received light signal is output to the amplifier 13 shown in FIG. The optical unit 10 amplifies the received light signal by the amplifier 13, filters it by the band pass filter 14, and inputs it to the detector 15 and the A / D converter 20. The A / D converter 20 quantizes the light reception signal and stores it in the pixel value storage unit 21 as light reception data indicating the spot light amount on each pixel of the light reception unit 12, and the calculation unit 22 stores it in the pixel value storage unit 21. The received light data for each pixel of the light receiving unit 12 is compared and temporarily stored in the pixel value storage unit 21 together with the pixel number.
[0044]
On the other hand, the detection unit 15 extracts a baseband signal from the light-receiving signal filtered by the bandpass filter 14 and outputs the baseband signal to the determination unit 16 and the synchronization unit 18. Synchronize the clock signal inside. When the synchronization is completed, the optical unit 10 demodulates the received signal by the decoding unit 17 and outputs it to the central control processing unit 5.
[0045]
Here, when the central control processing unit (arithmetic control means) 5 detects the reception of the identification signal of the received signal, it resets the count value of the counter 19 and starts counting the clock.
[0046]
As described above, in the optical unit 10, the cylindrical lens 11 condenses the infrared light emitted from the stylus pen 3 on the light receiving unit 12, and the light receiving unit 12 is, for example, a one-dimensional CCD image sensor. The pixel array is arranged at a focal position of the cylindrical lens 11 in a state of being perpendicular to the lens optical axis, and functions as an angle detection unit. And the light-receiving part 12 as an angle detection part outputs the light reception signal which photoelectrically converts the incident infrared light, and outputs it as angle information, and the optical unit 10 performs angle detection from this angle information.
[0047]
  That is, as described above, the light receiving signal output from the light receiving unit 12 is amplified by the amplifier 13 and the light receiving signal filtered by the band pass filter 14 is quantized by the A / D converter 20, The received light data indicating the spot light amount on each pixel is stored in the pixel value storage unit 21 as a spot light distribution 70 (see FIGS. 2 and 8), and the calculation unit 22 is stored in the pixel value storage unit 21. The light receiving data for each pixel of the light receiving unit 12 is compared and temporarily stored in the pixel value storage unit 21 together with the pixel number.The figure8 shows the received light intensity for each pixel, and after determining the maximum received light value (70d in FIG. 8) of the received light signal from the stylus pen 3, the pixel that gave the maximum received light value and a plurality of adjacent pixels Approximate calculation (for example, recent calculation using a cubic curve) of the received light intensity distribution curve with the received light position relative to the received light intensity distribution from the received light data of the pixels (in FIG. 8, received light data of six pixels 70a to 70f). The position P at the light receiving unit 12 that gives the maximum received light intensity is calculated from the received light intensity distribution curve.
[0048]
Then, the calculation unit 22 calculates the indication point on the information display unit 2 by the stylus pen 3. In calculating the indication point, as shown in FIG. 9, two orthogonal sides of the display screen of the information display unit 2 are calculated. Are the Xd axis and the Yd axis (hereinafter referred to as the display coordinate system), and the spot apex position P (x′p, −f) in the sensor coordinate system by the receiving unit 4 (the sensor central portion of the light receiving unit 12 is the Y axis). (Assumed above) and the incident azimuth (direction vector) V = (Vx, Vy) component is P (x based on the relationship between the intersection of the straight line tV (t is an arbitrary number, bold is a vector) and the plane y = −f. For 'p, -f), the following relationship holds.
[0049]
x'p / Vx = -f / V'y (1)
Here, f is the focal length of the cylindrical lens 11
The computing unit 22 calculates the incident direction vector using the above equation (1).
[0050]
  Now, since the designated coordinate position S (= the position of the speaker unit 46 which is the ultrasonic wave generation position) can be regarded as the position coordinate on the display plane of the information display unit 2, the designated coordinate position S to be obtained isUltrasonic receiver 30If the position of U is U, the intersection of the circumference of the radius H centered on the position U (the coordinate value in the sensor coordinate system, a known position at the time of manufacturing the ultrasonic light coordinate input device 1) and the straight line tV is obtained. Can do.
[0051]
The central control processing unit 5 calculates the coordinate value of the position S as a solution by solving a quadratic equation relating to the predetermined variable t from this relationship. However, although there are two solutions to this quadratic equation, since the front surface of the sensor of the light receiving unit 12 is a detection target, the coordinate value of the position S can be uniquely determined.
[0052]
Then, the central control processing unit 5 has a known linear relationship between the device main unit 6 and the display coordinates (that is, a relationship in which the relative position is known at the design stage). Is converted into display coordinates by a linear conversion operation (stored in advance in the memory of the central control processing unit 5), and the indicated position Sd in the display coordinate system to be calculated is calculated.
[0053]
On the other hand, the ultrasonic receiver 30 receives the ultrasonic signal from the stylus pen 3 with the ultrasonic receiver 31, amplifies it with the amplifier 32, performs the filter processing with the band pass filter 33, and then detects with the detector 64. After extracting the baseband signal, the determination unit 35 demodulates the digital signal and outputs the digital signal to the central control processing unit 5.
[0054]
When the central control processing unit 5 detects reception of the ultrasonic signal, the central control processing unit 5 acquires the count value n of the counter 19 of the optical unit 10 when detecting a predetermined transmission signal superimposed on the ultrasonic signal, If the sound velocity at the ambient temperature where the optical coordinate input device 1 is installed, for example, room temperature, is Vs, the propagation distance H of the ultrasonic wave is calculated from the relationship of the following equation (2).
[0055]
H = Vs × [propagation time of ultrasonic signal] (2)
In this case, a temperature sensor is provided in the apparatus main body unit 6, at least the ultrasonic receiving unit 30, and the environmental temperature is monitored. The velocity of sound Vs may be obtained from the table of ambient temperature and sound velocity, and the propagation velocity H may be calculated from the above equation.
[0056]
Next, the operation of the present embodiment will be described. In the ultrasonic optical coordinate input device 1 according to the present embodiment, when a desired coordinate position on the display screen of the information display unit 2 is instructed by the stylus pen 3, the pressure sensitive switch 47 detects the instruction operation and the control unit 41, the control unit 41 drives the speaker unit 46 via the ultrasonic transmission unit 42, and transmits the ultrasonic signal in a direction in which it is diffused in all directions. In addition, the control unit 41 drives the light emitting element 44 via the optical signal transmission unit 43 to transmit the infrared light signal in a direction in which it is diffused in all directions. At this time, the control unit 41 superimposes a predetermined modulation signal 51 on the carrier signal 50 as shown in FIG. 6 on the optical signal to be emitted from the light emitting element 44 driven by the optical signal transmission unit 43, and thereby the light emitting element As shown in FIG. 7, an optical signal having a frame structure including a preamble 61, identification information 62, a data signal 63, and a return code (CR) signal 64 is transmitted by directly modulating the signal 44. The stylus pen 3 transmits an ultrasonic signal on which a predetermined transmission signal is superimposed from the speaker unit 46 via the ultrasonic transmission unit 42 in synchronization with the timing of transmission of the identification signal under the control of the control unit 41. To do. Further, during the coordinate indicating operation, the stylus pen 3 periodically transmits the optical signal and the ultrasonic signal at a predetermined interval based on the clock signal in the stylus pen 3.
[0057]
In the ultrasonic optical coordinate input device 1, the optical unit 10 of the receiving unit 4 receives the optical signal from the stylus pen 3 through the cylindrical lens 11 by the light receiving unit 12 and performs photoelectric conversion for each pixel position. After the signal is output to the amplifier 13, the signal is filtered by the band pass filter 14 and input to the detection unit 15 and the A / D converter 20. The optical unit 10 quantizes the received light signal by the A / D converter 20 and stores it in the pixel value storage unit 21 as received light data indicating the amount of spot light on each pixel of the light receiving unit 12. The received light data for each pixel of the light receiving unit 12 stored in the storage unit 21 is compared and temporarily stored in the pixel value storage unit 21 together with the pixel number.
[0058]
The detection unit 15 extracts a baseband signal from the received light signal filtered by the bandpass filter 14 and outputs the baseband signal to the determination unit 16 and the synchronization unit 18. Synchronize clock signals. When the synchronization is completed, the optical unit 10 demodulates the received signal by the decoding unit 17 and outputs it to the central control processing unit 5.
[0059]
Here, when the central control processing unit 5 detects the reception of the identification signal of the received signal, the central control processing unit 5 resets the count value of the counter 19 and starts counting the clock.
[0060]
On the other hand, the ultrasonic receiver 30 receives the ultrasonic signal from the stylus pen 3 with the ultrasonic receiver 31, amplifies it with the amplifier 32, performs the filter processing with the band-pass filter 33, and the detector 64 with the base After extracting the band signal, the determination unit 35 demodulates the digital signal and outputs the digital signal to the central control processing unit 5.
[0061]
When the central control processing unit 5 detects reception of the ultrasonic signal, the central control processing unit 5 acquires the count value n of the counter 19 of the optical unit 10 when detecting a predetermined transmission signal superimposed on the ultrasonic signal, When the sound velocity at the ambient temperature where the optical coordinate input device 1 is installed, for example, room temperature, is Vs, the propagation distance H of the ultrasonic wave is calculated from the relationship of the above equation (2).
[0062]
The optical unit 10 amplifies the light reception signal output from the light receiving unit 12 by the amplifier 13, quantizes the light reception signal filtered by the band pass filter 14 by the A / D converter 20, and receives the light receiving unit 12. The received light data indicating the spot light amount on each pixel is stored in the pixel value storage unit 21 as the spot light distribution 70, and the calculation unit 22 stores each pixel of the light receiving unit 12 stored in the pixel value storage unit 21. The light receiving data of the stylus pen 3 are temporarily stored in the pixel value storage unit 21 together with the pixel number, but the calculation unit 22 indicates the light receiving intensity of each pixel in FIG. After determining the maximum light reception value, obtain the light reception intensity distribution curve with the light reception position with respect to the light reception intensity distribution as a variable from the light reception data of the pixel that gave the maximum light reception value and a plurality of neighboring pixels, From the photodetection intensity distribution curve for calculating the position P of the light receiving portion 12 to provide a maximum light reception intensity.
[0063]
  And the calculating part 22 calculates an incident direction vector using the said Formula (1), but the instruction | indication coordinate position S is a position coordinate on the display plane of the information display part 2 as mentioned above. Since it can be considered, the indicated coordinate position S to be obtained isUltrasonic receiver 30If the position of U is U, it can be obtained as the intersection of the circumference of the radius H centered on the position U and the straight line tV.
[0064]
The central control processing unit 5 calculates the coordinate value of the position S as a solution by solving a quadratic equation relating to the predetermined variable t from this relationship. However, although there are two solutions to this quadratic equation, since the front surface of the sensor of the light receiving unit 12 is a detection target, the coordinate value of the position S can be uniquely determined.
[0065]
As described above, in the ultrasonic optical coordinate input apparatus 1 according to the present embodiment, when a predetermined position on the information display unit 2 is instructed by the stylus pen 3, the stylus pen 3 transmits the optical signal to the ultrasonic transmission unit 42. An optical signal and an ultrasonic signal are transmitted from the unit 43, the receiving unit 4 receives the optical signal transmitted from the stylus pen 3 by the optical unit 10, and receives the ultrasonic signal by the ultrasonic receiving unit 30. When the central control processing unit 5 detects the indicated coordinate position indicated by the stylus pen 3 based on the optical signal received by the optical unit 10 of the receiving unit 4 and the ultrasonic signal received by the ultrasonic receiving unit 30, The pen 3 uses the control unit 41 to superimpose a predetermined signal on the optical signal and the ultrasonic signal transmitted from the ultrasonic transmission unit 42 and the optical signal transmission unit 43, and the central control processing unit 5 uses the optical unit 10 to transmit the light. Difference information between the optical signal reception timing at which the predetermined signal of the signal is received and the ultrasonic signal reception timing at which the ultrasonic receiver 30 receives the ultrasonic signal corresponding to the optical signal after receiving the optical signal, and the optical unit The light intensity distribution of the ten received optical signals is acquired, and the indicated coordinate position of the stylus pen 3 is calculated from the acquired time difference information and light intensity distribution information.
[0066]
Therefore, it is possible to detect the indicated coordinate position indicated by the stylus pen 3 on the basis of the optical signal and the ultrasonic signal transmitted from the stylus pen 3, thereby improving the follow-up performance and providing a highly accurate and stable indication. A coordinate position detection operation can be performed.
[0067]
In the conversion matrix, for example, when the display screen of the information display unit 2 is a liquid crystal screen or the like, the system side sequentially displays a plurality of markers (at least three points at different positions) at known positions on the display coordinates. By individually indicating the displayed marker, the conversion matrix element can be recalculated from the correspondence relationship between the indicated coordinate on the detected sensor coordinate system and the display coordinate position. By performing the above, it is possible to flexibly cope with a change in position of the apparatus main body 6.
[0068]
  10 and 11 show the ultrasonic optical coordinate input device of the present invention.Modified exampleFigure showingInThe
[0069]
  BookModified exampleIs applied to the ultrasonic light coordinate input measure similar to that of the ultrasonic light coordinate input device 1 of the first embodiment.Modified exampleIn the description, the same components as those in the ultrasonic optical coordinate input device 1 according to the first embodiment will be described with the same reference numerals, and the portions not shown in the drawings will be described as necessary. Description will be made using the reference numerals used in the description of the first embodiment as they are.
[0070]
  FIG. 10 shows an ultrasonic optical coordinate input device according to the present invention.Modified example2 is a perspective view of a main part of the optical unit 80 of the receiving unit 4 of the ultrasonic optical coordinate input apparatus 1 to which is applied.
[0071]
  BookModified exampleSimilarly to the optical unit 10 of the first embodiment, the optical unit 80 includes a cylindrical lens 11 and a high-resolution light receiving unit 12 and is parallel to the light receiving unit 12 on the same plane as the light receiving unit 12. A light-receiving unit 81 with a low resolution is provided. As the light-receiving unit 81, a low-resolution image sensor or a light-receiving element array is used. The light receiving unit 81 includes three light receiving elements 82, 83, and 84 arranged in a straight line, and each of the light receiving elements 82, 83, and 84 receives infrared rays from the stylus pen 3 incident on the cylindrical lens 11. Infrared light incident on the cylindrical lens 11 is collected according to the incident angle.
[0072]
  BookModified exampleIn the ultrasonic optical coordinate input apparatus 1, infrared light from the stylus pen 3 enters the light receiving unit 12 through the cylindrical lens 11 of the optical unit 80, and also enters each light receiving element 82, 83, 84 of the light receiving unit 81. The approximate position of the maximum value shown in FIG. 8 is obtained based on the infrared light that is incident and incident on each of the light receiving elements 82, 83, 84 of the light receiving portion 81, and the infrared light that is incident on the light receiving portion 12. The processing speed is improved by accurately detecting the maximum value in the vicinity of the roughly determined position based on light.
[0073]
That is, generally, when trying to detect the direction of an optical signal with high accuracy, an image sensor having a high resolution, that is, a high pixel as used in the light receiving unit 12 is used. When a resolution image sensor is used, the time required to scan the received light intensity data of each pixel becomes longer.
[0074]
  So bookModified exampleThe ultrasonic optical coordinate input apparatus 1 includes a light receiving unit 81 including a plurality of low resolution light receiving elements 82, 83, 84 in parallel to the high resolution light receiving unit 12. 11, the pixel data group including the pixel values in the vicinity of the corresponding spot is determined from the light receiving data 82a, 83a, 84a of the light receiving elements 82, 83, 84 of the low resolution light receiving unit 81, and this pixel Only the data is compared to calculate the near-curve and spot vertex positions.
[0075]
For example, in FIG. 11, only the pixel data of the light receiving unit 12 at the position corresponding to the light receiving element 83 that has received the light receiving data 83a is compared, and the spot vertex position is calculated.
[0076]
  Like thisModified exampleThe ultrasonic optical coordinate input apparatus 1 includes a plurality of light receiving elements 12, 82 to 84 as the optical unit 80 of the receiving unit 10, and the plurality of light receiving elements 12, 82 to 84 are at least one of the light receiving elements 82 to 82. It is assumed that the spatial resolution of 84 is larger than the spatial resolution of the other light receiving element 12.
[0077]
Therefore, for example, the coordinate indication position is roughly obtained based on the light reception results of the light receiving elements 82 to 84 with low resolution, and the accurate coordinate indication position is obtained based on the light reception result of the light receiving element 12 with high resolution, and the response speed is set. The scanning time can be shortened, the processing speed can be improved, the followability is excellent, and highly accurate and stable position detection can be performed.
[0078]
  12 to 14 show the ultrasonic optical coordinate input device of the present invention.FirstOf the embodimentLight receiving elementIn the figure showingis there.
[0080]
  FIG. 12 shows an ultrasonic optical coordinate input device according to the present invention.FirstIt is a principal part perspective view of the optical unit 90 of the receiving unit 4 of the ultrasonic optical coordinate input device 1 to which embodiment is applied.
[0081]
  The optical unit 90 of the present embodiment isAs described in FIG.Similar to the optical unit 10, a cylindrical lens 11 and a light receiving unit 12 are provided, a light receiving unit 91 is disposed on the same plane as the light receiving unit 12, in parallel with the light receiving unit 12, and in the upper stage. As the unit 91, a high-resolution image sensor or light receiving element array similar to that of the light receiving unit 12 is used. Infrared light incident on the cylindrical lens 11 is collected on the light receiving unit 12 and the light receiving unit 91 according to the incident angle of the infrared light from the stylus pen 3 incident on the cylindrical lens 11.
[0082]
In the ultrasonic optical coordinate input device 1 according to the present embodiment, the infrared light from the stylus pen 3 enters the light receiving unit 12 through the cylindrical lens 11 of the optical unit 90 and also enters the light receiving unit 91 to be controlled centrally. The processing unit 5 compares the received light amounts of the two light receiving units 12 and the light receiving unit 91 to determine whether the stylus pen 3 is in the air, thereby enabling the coordinate instruction operation in the air.
[0083]
  That is, the central control processing unit 5 is divided into two upper and lower stages of the light receiving unit 90 and arranged in parallel.Light receiving section12 and the light receiving amount of the light receiving unit 91, and when the light received light amount of the upper light receiving unit 91 is larger than the light received light amount of the lower light receiving unit 12, the stylus pen 3 is as shown by a solid line in FIG. It is determined that the instruction surface of the information display unit 2 is in contact, and normal instruction operation processing is performed. On the other hand, when the received light amount of the lower light receiving unit 12 is larger than the received light amount of the upper light receiving unit 91, the central control processing unit 5 causes the stylus pen 3 to display the information display unit as shown by the broken line in FIG. It is judged that it is in the air away from the indication surface of 2, and the coordinate indicationAlsoDo.
[0084]
As described above, the ultrasonic optical coordinate input device 1 according to the present embodiment includes a plurality of light receiving elements 12 and 91 as the optical unit 10 of the receiving unit 4, and the central control processing unit 5 is connected to the plurality of light receiving elements 12 and 91. The received coordinate intensity of the optical signal received by each of the light receiving elements 12, 91 is compared to calculate the indicated coordinate position of the stylus pen 3.
[0085]
Therefore, for example, separately from the contact detection to the instruction screen by the pressure sensitive switch 47, the pen state is detected on the receiving unit 4 side, and the stylus pen 3 is in contact with the instruction plane of the information display unit 2. It is possible to detect the coordinate position of the operator by recognizing the operator's coordinate pointing operation such as the position pointing operation or the position pointing operation in a state away from the pointing plane. Excellent, highly accurate and stable position detection can be performed.
[0086]
Specifically, the information display unit 2 is a display such as a CRT (Cathode Ray Tube) or an LCD (Liquid Crystal Display), and a pointer for indicating a target point on the information display unit 2 Can be captured from the air, and malfunctions associated with parallax, detection deviation, and the like can be reduced.
[0087]
In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 13, when the upper and lower light receiving units 12 and 91 are arranged so that the pixel pitch is shifted by a half cycle, the amount of light received by the light receiving unit 12 as shown in FIG. Since the distribution 12a and the received light amount distribution 91a of the light receiving unit 91 are shifted by a half cycle, the spot peak value can be estimated from the maximum received light amount image data in both received light amount distributions, and the incident angle is calculated with higher accuracy. be able to. As a result, the cost can be reduced and the coordinate position detection accuracy can be further improved.
[0088]
  FIG. 15 shows an ultrasonic optical coordinate input device according to the present invention.SecondIn the front schematic block diagram of the stylus pen 100 to which the embodiment is appliedis there.
[0089]
The present embodiment is applied to an ultrasonic optical coordinate input device similar to the ultrasonic optical coordinate input device 1 of the first embodiment, and is necessary in the description of the present embodiment. Accordingly, description will be made using the reference numerals used in the first embodiment as they are.
[0090]
In FIG. 15, a stylus pen (coordinate instruction means) 100 is similar to the stylus pen 3 of the ultrasonic optical coordinate input device 1 of the first embodiment, and includes a control unit 41, an ultrasonic transmission unit 42, and an optical signal transmission. A unit 43, a light emitting element 44, a diffusion optical system 45, a speaker unit 46, and a pressure-sensitive switch 47, and a turn-back switch 101, a storage unit 102, a button 103, and a detection unit 104.
[0091]
The storage unit (identification information storage unit) 102 stores a plurality of pieces of identification information in advance, and the switch-back switch (selection unit) 101 selects one of the plurality of identification information stored in the storage unit 102 at the switch position. To do. The storage unit 102 outputs the identification information selected by the switch-back switch 101 to the control unit 41.
[0092]
The button (information selection means) 103 has the same function as a click button on the mouse, etc., and is turned on / off to select predetermined information.
[0093]
The detection unit 104 detects an on operation of the button 103 and outputs an on operation detection signal to the control unit 41.
[0094]
  Ultrasonic light of this embodimentCoordinateWhen one of identification information stored in the storage unit 102 is selected by the switch 101, the input device 1 outputs the identification information to the control unit 41 and detects that the button 103 has been pressed. Is detected and an ON operation detection signal is input to the control unit 41 from the detection unit 104, the control unit 41 sends a predetermined information signal when the button 103 is ON to the optical signal transmission unit 43. The optical signal is inserted into the data signal 63 next to the modulation signal identification information (transmission side ID) 62 and transmitted.
[0095]
Then, the optical unit 10 of the receiving unit 4 detects the presence or absence of the operation of the button 103 from the information signal inserted in the data signal 63 of the modulated signal of the optical signal, and sends the detection result to the central control processing unit 5. Output and perform various processes.
[0096]
Therefore, for example, the optical coordinate input device 1 is connected to a computer or the like, and a click operation necessary for GUI (Graphical User Interface) operation or the like on the display screen of the information display unit 2 (left / right button click or scroll operation by mouse operation) Etc.) can be realized by operating the stylus pen 100 on the display screen of the information display unit 2 by performing the operation of the button 103 of the stylus pen 100. .
[0097]
Further, since the identification information selected by the switch 101 is inserted into the optical signal and transmitted, the identification signal uniquely determined by the receiving unit 4 is used even in an environment where other infrared devices exist. The optical signal can be detected without malfunction by recognizing the stylus pen 100, and malfunction can be prevented, and the identification signal and the coordinate position are associated with each other to identify the stylus pen 100 differently. By selecting and setting information, a plurality of stylus pens 100 can be operated simultaneously.
[0098]
In the above description, the identification signal and the information signal indicating the operation of the button 103 are transmitted in the optical signal, but may be transmitted in the ultrasonic signal.
[0099]
  As described above, the ultrasonic optical coordinate input apparatus 1 according to the present embodiment includes the stylus pen 100 including the button 103 that performs a selection operation of predetermined information, and the control unit 41 performs the information selection operation using the button 103. A predetermined operation information signal indicating the contents is transmitted by being superimposed on the optical signal or the ultrasonic signal, and the optical unit 10 or the ultrasonic sound is transmitted.ReceptionThe communication unit 30 receives the optical signal or ultrasonic signal on which the operation information signal is superimposed, and extracts the operation information signal from the received optical signal or ultrasonic signal.
[0100]
Therefore, the information selection operation by the operator using the button 103 can be easily notified from the stylus pen 100 to the receiving unit 4, and the instruction state intended by the operator can be easily distinguished, and the usability can be further improved. In addition to being able to improve, it is excellent in followability and can perform highly accurate and stable position detection.
[0101]
  In addition, the ultrasonic optical coordinate input device 1 according to the present embodiment includes a stylus pen 100 that includes at least one piece of identification information stored in the storage unit 102 and one piece of identification information stored in the storage unit 102. And a switch 101 for selecting the control information.NoThe identification information selected by the switch back switch 101 is superimposed on an optical signal or an ultrasonic signal and transmitted, and the optical unit 10 or the ultrasonic receiver 30 receives the optical signal or ultrasonic signal on which the operation information signal is superimposed. Then, the identification information is extracted from the received optical signal or ultrasonic signal, and the central control processing unit 5 identifies the stylus pen 100 based on the identification information.
[0102]
Therefore, the stylus pen 100 can be individually identified. For example, the stylus pen 100 can be individually recognized even in an environment where there are other devices that transmit optical signals or when a plurality of stylus pens 100 are used. Performance can be further improved, and the followability is excellent, and highly accurate and stable position detection can be performed.
[0103]
  FIG. 16 shows an ultrasonic optical coordinate input device according to the present invention.ThirdIn the front schematic block diagram of the stylus pen 110 to which the embodiment is appliedis there.
[0104]
  In addition, this Embodiment is applied to the ultrasonic optical coordinate input device similar to the ultrasonic optical coordinate input device 1 of the said 1st Embodiment, and the saidSecondThe present invention is applied to a stylus pen similar to the stylus pen 100 of the embodiment, and in the description of the present embodiment, the first embodiment and the stylus pen as necessary.SecondDescription will be made using the reference numerals used in the embodiment as they are.
[0105]
  In FIG. 16, a stylus pen (coordinate instruction means) 110 is similar to the stylus pen 3 of the ultrasonic optical coordinate input device 1 of the first embodiment, and includes a control unit 41, an ultrasonic transmission unit 42, and an optical signal transmission. Unit 43, light emitting element 44, diffusion optical system 45, speaker unit 46 and pressure sensitive switch 47,SecondThe reversing switch 101, the storage unit 102, the button 103, and the detection unit 104 are provided as in the stylus pen 100 of the embodiment, and a writing member 111 is provided at the center of the tip.
[0106]
The writing member (writing means) 111 is, for example, an ink cartridge or the like, and when the information display unit 2 is a writable member such as an electronic board, characters or the like are directly displayed on the display surface of the information display unit 2. You can write figures.
[0107]
  It is checked whether or not the pen tip of the stylus pen 110 is in contact with the display screen of the information display unit 2 at the base end of the writing member 111.put outThe pressure sensitive switch 47 is provided, and the outer peripheral surface of the writing member 111 is formed as a diffuse reflection surface. The writing member 111 can be mounted on the stylus pen 110 by, for example, providing a cylindrical cavity at the tip of the stylus pen 110 and inserting it into the cavity.
[0108]
A plurality of light emitting elements 44 are arranged at positions below the speaker unit 46 of the writing member 111 so as to surround the writing member 111, and each light emitting element 44 is controlled by the control unit 41. An optical signal transmitter 43 for driving 44 is connected. Therefore, the infrared light signal emitted from each light emitting element 44 is reflected by the outer surface of the writing member 111 and diffused in all directions.
[0109]
Therefore, the ultrasonic optical coordinate input device 1 according to the present embodiment is, for example, on the display screen of the information display unit 2 such as an electronic board that can be directly written with the writing member 111 by connecting the optical coordinate input device 1 to a computer or the like. Thus, it is possible to capture and store the contents such as characters and figures written in the information display unit 2 at the meeting or the like as digital information, and effectively use the stored digital information.
[0110]
As described above, the ultrasonic optical coordinate input apparatus 1 according to the present embodiment includes the stylus pen 110 including the writing member 111 that directly records information on the indication plane of the information display unit 2.
[0111]
Therefore, for example, it is possible to acquire writing coordinate information corresponding to writing simultaneously with an electronic board or the like, effectively using writing content and writing coordinate information, and further improving the usability and following capability Excellent and stable position detection can be performed with high accuracy.
[0112]
The invention made by the present inventor has been specifically described based on the preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the above, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
[0113]
For example, in each of the above embodiments, each signal (identification signal or data signal) may be transmitted in the frame configuration to the ultrasonic signal transmitted from the stylus pen 3, 90, 100, 110.
[0114]
When transmitting an ultrasonic signal, the ultrasonic signal may be transmitted only when the amount of received infrared light from the optical unit 10 of the receiving unit 4 received by the light emitting element 44 is equal to or greater than a certain amount. . In this case, the optical signal may have a simple frame configuration in which only signals for synchronization and counter setting are superimposed.
[0115]
In this way, the circuit configuration can be simplified.
[0116]
Further, for example, an optical filter that prevents light other than the wavelengths of the light emitting elements 44 of the stylus pens 3, 90, 100, and 110 may be provided in the light receiving unit 12 of the upper receiving unit 4.
[0117]
If it does in this way, optical noises, such as disturbance light, can be reduced and S / N ratio can be improved.
[0118]
Further, in order to identify the stylus pen 3, 90, 100, 110, in each of the above embodiments, the identification information (transmission side ID) 62 based on the identification signal unique to the stylus pen 3, 90, 100, 110 is used as the stylus. It is inserted in the modulated signal of the optical signal transmitted from the pen 3, 90, 100, 110, but it is identified by switching the frequency of the carrier wave by a predetermined oscillator and detecting the received signal by the corresponding band pass filter on the receiving side You may make it do.
[0119]
【The invention's effect】
  According to the ultrasonic optical coordinate input device of the first aspect of the invention, the coordinate indicating meansRectangularA coordinate indicating means having a signal transmitting means for transmitting an optical signal and an ultrasonic signal when a predetermined position on the indicating plane is indicated;Arranged on one side of the indicating plane;A receiving means having an optical signal receiving means for receiving the optical signal transmitted from the coordinate indicating means and an ultrasonic signal receiving means for receiving the ultrasonic signal; and receiving the optical signal receiving means of the receiving means. An ultrasonic optical coordinate input device comprising: an optical control unit that detects an instruction coordinate position indicated by the coordinate instruction unit based on an optical signal and an ultrasonic signal received by the ultrasonic signal reception unit; The coordinate instruction unit includes a transmission control unit that superimposes a predetermined signal on the optical signal and the ultrasonic signal transmitted from the signal transmission unit,The receiving means includes a plurality of light receiving elements composed of a one-dimensional image sensor having an arrangement direction in the direction of the one side, and the plurality of light receiving elements are arranged in a direction perpendicular to the indication plane,The arithmetic control means includesComparing the received light intensity of the optical signal received by each of the plurality of light receiving elements, it has means for determining whether or not the coordinate indicating means is in contact with the indicating planeTherefore, based on the optical signal and the ultrasonic signal transmitted by the coordinate indicating means, the indicated coordinate position indicated by the coordinate indicating means can be detected, the followability can be improved, and a highly accurate and stable indication can be obtained. A coordinate position detection operation can be performed.
[0120]
  According to the ultrasonic optical coordinate input device of the invention described in claim 2,The arithmetic control means receives the optical signal reception timing at which the optical signal receiving means has received the predetermined signal, and the ultrasonic signal receiving means has received the ultrasonic signal corresponding to the optical signal after receiving the optical signal. The time difference information from the sound wave signal reception timing and the light intensity distribution of the optical signal received by the optical signal receiving means are acquired, and the direction and distance where the coordinate indicating means exists are calculated from the acquired time difference information and light intensity distribution information. Thus, it is possible to obtain the indicated coordinate position indicated by the coordinate indicating means based on the optical signal and the ultrasonic signal transmitted from the coordinate indicating means, and to improve the followability, and to indicate the indicated coordinate position with high accuracy and stability. Can be detected.
[0122]
  Claim 3According to the ultrasonic optical coordinate input device of the described invention, DoubleNumberOne-dimensional image sensorBut at least oneOne-dimensional image sensorThe light receiving area of otherOne-dimensional image sensorSince the optical signal receiving means can be used at low cost, the follow-up performance is excellent and high Accurate and stable position detection can be performed.
[0123]
  Claim 4According to the ultrasonic optical coordinate input device of the described invention, the coordinate instruction means is provided with information selection means for performing a selection operation of predetermined information, and the transmission control means is information selection operation contents by the information selection means. A predetermined operation information signal indicating that the operation information signal is superimposed on the optical signal or the ultrasonic signal and transmitted, and the optical signal receiving unit or the ultrasonic signal receiving unit receives the optical signal or the ultrasonic signal on which the operation information signal is superimposed. Since the operation information signal is extracted from the received optical signal or ultrasonic signal, the information selection operation by the operator using the information selection unit is easily notified from the coordinate instruction unit to the reception unit. The intended instruction state can be easily distinguished, the usability can be further improved, the followability is excellent, and highly accurate and stable position detection can be performed.
[0124]
  Claim 5According to the ultrasonic optical coordinate input device of the described invention, the coordinate instruction means includes identification information storage means for storing at least one or more identification information, and identification of one of the identification information stored in the identification information storage means. Selection means for selecting information, and the transmission control means includes identification information.NoThat is, the identification information selected by the selection means is transmitted superimposed on an optical signal or ultrasonic signal, and the optical signal receiving means or ultrasonic signal receiving means transmits the optical signal or ultrasonic signal on which the operation information signal is superimposed. Receiving and extracting the identification information from the received optical signal or ultrasonic signal, and the calculation control means identifies the coordinate instruction means based on the identification information. In addition, even in an environment where there are other devices that transmit optical signals or when using a plurality of coordinate indicating means, the coordinate indicating means can be individually recognized, and the usability can be further improved and the tracking can be performed. The position can be detected with high accuracy and high accuracy.
[0125]
  Claim 6According to the ultrasonic optical coordinate input device of the described invention, the coordinate instruction means includes the writing means for recording information directly on the indication plane. Information can be acquired, written contents and handwritten coordinate information can be used effectively to further improve usability, and followability is excellent, and highly accurate and stable position detection can be performed. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an ultrasonic optical coordinate input device to which a first embodiment of an ultrasonic optical coordinate input device of the present invention is applied, viewed from a user side.
FIG. 2 is a perspective view of the optical unit of FIG.
3 is a circuit block configuration diagram of the apparatus main body of FIG. 1. FIG.
4 is a schematic front view of the stylus pen shown in FIG. 1;
5 is an enlarged configuration diagram of a tip portion of the stylus pen of FIG. 4;
6 is a configuration diagram of an optical signal transmitted by the stylus pen of FIGS. 4 and 5. FIG.
7 is a diagram showing an example of a frame configuration of a modulated signal of the optical signal in FIG. 6. FIG.
8 is a diagram for explaining an operation in which a light receiving unit of the light receiving unit in FIG. 3 receives light and a calculation unit obtains a light reception intensity distribution curve from a maximum light reception value of light reception intensity for each pixel.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a stylus pen position / direction vector calculation process based on the received light intensity distribution curve of FIG. 8;
FIG. 10 is a perspective view of an optical unit of an ultrasonic optical coordinate input device to which a second embodiment of the ultrasonic optical coordinate input device of the present invention is applied.
FIG. 11 is a diagram illustrating an operation of determining a pixel data group including a pixel value in the vicinity of a corresponding spot from light reception data of each light receiving element of the low resolution light receiving unit in FIG. Figure.
FIG. 12 is a perspective view of an optical unit of an ultrasonic optical coordinate input device to which a third embodiment of the ultrasonic optical coordinate input device of the present invention is applied.
13 is a perspective view of another example of the optical unit in FIG. 12. FIG.
FIG. 14 is a diagram illustrating an operation for determining a pixel data group including a pixel value in the vicinity of a corresponding spot from light reception data of each light receiving element of the low resolution light receiving unit in FIG. Figure.
FIG. 15 is a schematic front view of a stylus pen used in an ultrasonic optical coordinate input device to which a fourth embodiment of the ultrasonic optical coordinate input device of the present invention is applied.
FIG. 16 is a schematic front view of a stylus pen used in an ultrasonic optical coordinate input device to which a fifth embodiment of the ultrasonic optical coordinate input device of the present invention is applied.
FIG. 17 is a perspective view of a conventional coordinate detection device.
[Explanation of symbols]
1 Ultrasonic optical coordinate input device
2 Information display section
3 Stylus pen
4 receiving units
5 Central control processor
6 Device body
10 Optical unit
11 Cylindrical lens
12 Light receiver
13 Amplifier
14 Bandpass filter
15 detector
16 Judgment device
17 Decryption unit
18 Synchronization part
19 Counter
20 A / D converter
21 Pixel value storage unit
22 Calculation unit
30 Ultrasonic receiver
31 Ultrasonic receiver
32 amplifier
33 Bandpass filter
34 Detector
35 judgment part
41 Control unit
42 Ultrasonic transmitter
43 Optical signal transmitter
44 Light Emitting Element
45 Diffuse optical system
46 Speaker
47 Pressure-sensitive switch
50 Carrier signal
51 Modulation signal
61 Preamble
62 Identification information (sender ID)
63 Data signal
64 Return code (CR) signal
70 Spot light distribution
70a to 70f Light reception data
80 Optical unit
81 Light receiver
82, 83, 84 Light-receiving element
82a, 83a, 84a Light reception data
90 Optical unit
91 Light receiver
91a Light intensity distribution
100 stylus pen
101 Switch back
102 storage unit
103 button
104 detector
110 Stylus pen
111 Writing materials

Claims

When a predetermined position on a rectangular instruction plane is instructed, a coordinate instruction means having a signal transmission means for transmitting an optical signal and an ultrasonic signal is arranged on one side of the instruction plane and transmitted from the coordinate instruction means. A receiving means having an optical signal receiving means for receiving the optical signal and an ultrasonic signal receiving means for receiving the ultrasonic signal; an optical signal received by the optical signal receiving means of the receiving means; and the ultrasonic signal An ultrasonic optical coordinate input device comprising: an arithmetic control unit that detects an indicated coordinate position indicated by the coordinate indicating unit based on an ultrasonic signal received by the receiving unit, wherein the coordinate indicating unit is the signal a transmission control means for superimposing a predetermined signal to the optical signal and the ultrasonic signal to be transmitted from the transmitting means, said receiving means comprises a one-dimensional image sensor having an array in the direction of the one side And a plurality of optical elements, the light receiving element of the plurality of are arranged in a direction perpendicular to the instruction plane, the arithmetic control means compares the received light intensity of the optical signal received in the plurality of light receiving elements An ultrasonic optical coordinate input device having means for determining whether or not the coordinate instruction means is in contact with the indication plane .

The arithmetic control means includes an optical signal reception timing when the optical signal receiving means receives a predetermined signal of the optical signal and an ultrasonic signal corresponding to the optical signal after the optical signal receiving means receives the optical signal. The time difference information with the received ultrasonic signal reception timing and the light intensity distribution of the optical signal received by the optical signal receiving means are acquired, and the direction and distance in which the coordinate indicating means exists from the acquired time difference information and light intensity distribution information. 2. The ultrasonic optical coordinate input device according to claim 1, wherein an instruction coordinate position indicated by the coordinate instruction means is obtained based on an optical signal and an ultrasonic signal transmitted from the coordinate instruction means by calculating .

The plurality of one-dimensional image sensors are characterized in that the arrangement of light receiving areas of at least one one-dimensional image sensor is shifted relative to the arrangement of light receiving areas of other one-dimensional image sensors. ultrasonic optical coordinate input apparatus according to claim 1 or 2 wherein.

The coordinate instruction means includes information selection means for performing a selection operation of predetermined information, and the transmission control means transmits a predetermined operation information signal indicating information selection operation contents by the information selection means to the optical signal or the ultrasonic wave. The optical signal receiving unit or the ultrasonic signal receiving unit receives the optical signal or the ultrasonic signal on which the operation information signal is superimposed, and receives the received optical signal or ultrasonic signal. The ultrasonic optical coordinate input device according to claim 1, wherein the operation information signal is extracted from a sound wave signal .

The coordinate instruction means comprises: identification information storage means for storing at least one or more identification information; and selection means for selecting one identification information among the identification information stored in the identification information storage means, The transmission control means transmits the identification information selected by the selection means among the identification information superimposed on the optical signal or the ultrasonic signal, and the optical signal receiving means or the ultrasonic signal receiving means The optical information or the ultrasonic signal on which the operation information signal is superimposed is received, the identification information is extracted from the received optical signal or the ultrasonic signal, and the arithmetic control unit is configured to output the identification information based on the identification information. 5. The ultrasonic light coordinate input device according to claim 1, wherein the coordinate instruction means is identified .

Said coordinate pointing means, ultrasonic optical coordinate input equipment according to claims 1 to claim 5, characterized in that it comprises a writing means for recording the information directly to the instruction plane.