JPH0472250B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、画像表示面内の任意の座標を遠隔的
に決定しその座標から割り込み信号を入力する装
置に係り、特に光学的手段による遠隔的スクリー
ン座標入力装置に関する。

〔発明の背景〕

画像表示装置に表示された画像に対し、その画
像表示面から直接的にデータを入力する手段の一
つとして、ライトペンによるスクリーン座標入力
装置がある。これは第１３図に示した画像表示装
置１の画像表示面２において、必要とする座標Ｎ
（ｘ，ｙ）の情報を得たい場合、座標Ｎ（ｘ，ｙ）
を走査する走査線５１の光をライトペン３で検出
し座標情報を得るものである。すなわち、走査線
５１が画像表示面２の走査開始点Ａを通過した時
に第１４図Ｂに示す走査線同期信号を発生させ
る。この走査線同期信号の周期Ｔは、走査線が画
像表示面２を一回走査する時間と同じである。受
光素子を内蔵したライトペン３で必要とする画像
表示面２の座標Ｎ（ｘ，ｙ）を押えると、ライト
ペン３のスイツチが入り、第１４図Ａの光入力信
号が走査線５１によりライトペン３に入力され
る。そこで走査線同期信号とライトペン光入力信
号との時間差ｔを検出すると、走査開始点Ａと必
要とする座標Ｎ（ｘ，ｙ）の間の走査時間がわか
り、走査線５１の走査速度から座標Ｎ（ｘ，ｙ）
が決定される。座標Ｎ（ｘ，ｙ）が決定されると、
その座標から割り込み信号をはじめとするデータ
入力が可能となる。

通常、この種の画像表示装置１の操作者あるい
は画像の監視者は一人であり、画像表示面２から
の座標入力も一人で行う。しかし重要な画像の場
合、誤認または誤操作防止のため、複数人による
画像の監視と操作が必要で、画像を大型スクリー
ンに投映して監視することがある。この時、大型
スクリーン上の画像と操作者あるいは監視者との
間は距離があるため、大型スクリーンから座標入
力したい場合、ライトペンのような画像表示面接
触形式のスクリーン座標入力装置は使用できず、
大型スクリーンの機能が制約される。

発光ペンにより座標を入力する従来の装置とし
ては、例えば、特開昭50−57134号がある。この
従来例においては、４方向に光を発するデイスプ
レイ画面２を指定するための発光ペンと、デイス
プレイ画面の周囲に配列されて発光ペンからの光
を検出する受光素子を含む光検出部と、光検出部
からの信号により発光ペンで指定されたデイスプ
レイ画面上の位置を求める座標計算部７とからな
る位置指定装置を示している。

この従来例の発光ペンは、押しボタンスイツチ
を押した状態では、十字線状の光を同時に投光す
るので、後述の第４図Ｂで説明する欠点すなわち
画面内に交差点が無いのにあるように誤認識する
問題が生ずる。

また、前記従来例は、発光ペン１をスクリーン
に接触させ交差する直線状の光を同時に投光する
方式を示しているに過ぎないので、スクリーン接
触方式においては、その点における画面に対して
発光ペンの光路またはスリツトが極端に傾き対向
することがない。すなわち、接触状態またはごく
近接した状態で用いられるために、投光されるス
リツトパターンがぼけて、複数の受光素子に入射
してしまい、どれが真の光の位置か不明瞭になる
ことは予定していない。

本願発明が対象としている離れた場所からスク
リーン上の位置を指示する方式に、引用例１の構
造の発光ペンをそのまま採用した場合、一般には
発光ペンをスクリーンに接触させることができな
い。したがつて、スクリーンのその点における正
確な垂線方向から直線状光を照射することが困難
であり、直線状光の幅が広がるぼけを生じ、複数
の受光素子に受光される可能性が高くなる。その
結果、演算に当たつて、特別の対策を施さないか
ぎり、正確かつ迅速な座標演算を実現できない。

さらに、上記従来例においては、デイスプレイ
画面上に発光ペンをタツチさせたときのみ十字線
を表示するようになつている。

これを本願発明の対象である大型スクリーンに
適用した場合、全画面領域のいずれかに接触しな
がら位置決めすることができないために、所望の
点を狙うめやすとしての光を投光する必要があ
る。

この目安の光として座標取り込み用の十字線部
分を表示している光線を用いた場合は、常に十字
線が表示されることになり、煩わしい。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、直線状光が画面内で交差して
いないにもかかわらず、交差しているかのように
座標を取り込んでしまうおそれがないスクリーン
座標入力装置を提供することである。

本発明の他の目的は、画面に対して斜め方向か
ら投光しても光線のぼけを生じないスクリーン座
標入力装置を提供することである。

本発明の別の目的は、画面内に常に十字線が表
示される煩わしさを解消したスクリーン座標入力
装置を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成するために、画像を
表示するスクリーン面内の座標算出用に交差した
直線状の光線をスクリーンに投光する送信機と、
スクリーンの画像表示面の周囲に配置されて送信
機からの直線状交差光線を受ける複数の受光素子
と、交差光線を検出した受光素子からの信号に基
づき交差光線の交点座標を求める座標演算装置と
からなるスクリーン座標入力装置において、送信
機が、各直線状光を異なるタイミングで投光する
手段を含み、座標演算装置が、各直線状光ごとの
座標をまず求め、得られた２組の座標値に基づい
て交差光線の交点座標を求める手段を含むスクリ
ーン座標入力装置を提案するものである。

前記送信機の光学系は、投光したときにぼけを
防ぐために、直線状光の幅方向でコリメートする
柱状レンズを含むことが望ましい。

また、画面上に常に十字線が表示される煩わし
さを避けるには、送信機の投光する手段を、可視
領域外の直線状光を投光する手段と、この直線状
光の交点に可視光を投光する手段との組合せとす
る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の具体的実施例について詳細に説
明する。

第１図は、本発明を大型スクリーンに適用した
座標入力装置の一実施例を示す概念図である。

第１図において、大型スクリーン面内の必要と
する座標をＰ（x_P，y_P）とする。大型スクリーン
５の周囲には受光素子４が大型スクリーン５の所
要分解能に見合うだけの間隔で配置されている。
この受光素子４は、それぞれ固有の座標を持つて
いるため、受光素子４の座標を指定して、大型ス
クリーン５の画像の任意座標を決定できる。受光
素子４の座標指定には、光源として発光ダイオー
ド８１，８２を内蔵した送信機９を使用する。な
おここで、７１は、発光ダイオード８１，８２の
電源及び駆動回路、６は集光光学系である。送信
機９からは交差した直線状の光が取り出され、大
型スクリーン５に投光される。大型スクリーン５
に投光される直線状の光の位置は、送信機９の操
作者が送信機９を持つ角度、大型スクリーン５と
操作者の相対関係により変わる。大型スクリーン
５に投光された光が、大型スクリーン５の周囲に
配置された受光素子４により検出され、その時の
各受光素子４の座標がP₁（x₁，y₁），P₂（x₂，y₂），
P₃（x₃，y₃），P₄（x₄，y₄）である場合、直線
P₁P₂，P₃P₄の交点Ｐ（x_P，y_P）は、次の式で与え
られる。

すなわち、各受光素子４の固有の座標P₁，P₂，
P₃，P₄により大型スクリーン５の画像面内の任
意座標Ｐ（x_P，y_P）が決定される。

第２図は、送信機９の光学系６を示す図であ
る。発光ダイオード８１，８２の光は、柱状レン
ズ１０１，１０２，１０３，１０４によつて直線
状に集光される。これら直線状の光１３１，１３
２は、反射鏡１１１，１１２により反射され、更
に反射鏡１２１及びこの鏡からの反射光を透過さ
せるスリツトをもつた反射鏡１２２で合成され、
交差した直線状の光１３３として外部に取り出さ
れる。

ここで、光学系６が集光する光線に求められる
条件について考えてみる。直線状の光の長手方向
は、大スクリーンを充分カバーし対辺の受光素子
４を同時に照明するだけの長さが必要であるが、
それと直角な集光側では、各辺でひとつの受光素
子のみを照明するように細いビームにしなければ
ならない。各辺で複数の受光素子に光が入ると、
点Ｐの位置が一意に決まらなくなるからである。

第３図Ａの如く、大スクリーン５の周辺の受光
素子４に柱状レンズ１０１，１０２等が焦点を結
ぶようにした場合は、操作者が前後に動いたり腕
の伸ばし具合を変えたりすると、焦点位置が変化
してしまい、前記条件が必ずしも満たされなくな
る。

そこで集光側については、コリメータ方式にし
て照射光線を平行光線にするのがよい。第３図Ｂ
は、平行光線にした後にスリツトを持つた反射鏡
１２２でビームに絞り込む例を、第３図Ｃは、リ
レーレンズ系により絞り込む例を示している。ス
リツト１２２で遮光してビーム幅を絞り込む第３
図Ｂの例に比較して、同図Ｃの光学系の方が光量
ロスが少ないことは明らかである。

なお、画面上に図形や文字が表示されていると
きにその上を十字状の光が動くことは目ざわりな
ので、発光ダイオード８１，８２の発振波長を近
赤外領域に選定する。そうすれば、大型スクリー
ン５の面内に投光された光は、操作者の目に煩し
くなく、受光素子４に感度良く検出される。

さて、送信機９の指示方向によつては、第４図
Ａに示すように、常に直線P₁P₂，P₃P₄の交点Ｐ
（x_P，y_P）が大型スクリーン５の面内にあるとは
限らず、例えば第４図Ｂのように、大型スクリー
ン５からはずれた状態になることがある。このと
きでも各座標P₁，P₂，P₃，P₄は検出されてしま
うから、あくまで直線P₁P₂とP₃P₄との交点Ｐを
算出し、直線P₁P₃とP₂P₄との交点Ｑを点Ｐと誤
認しないようにする必要がある。第５図に示すよ
うに送信機９の発光ダイオード８１，８２の駆動
電流が同時に流れないように駆動回路７１を制御
すると、大型スクリーン５の面内の各直線状の光
P₁P₂，P₃P₄は、受光素子４の受光タイミングが
異なるから、確実に判別され、P₁P₃，P₂P₄の組
合せによる誤認が生じない。

送信機９の発光ダイオード８１，８２の駆動電
流は、消費電力を小さくするため、通常は振幅変
調を加えるとともに、デユーテイ比をできるだけ
小さくする。

こうして得られた送信機９からの光は、大型ス
クリーン５の周囲に配置された受光素子４に受光
されるが、他光源の光も同時に受光する。このた
め、振幅変調された送信機９からの光だけを効果
的に受光し増幅しなければならない。第６図は、
一般光と送信機９からの光を分離して増幅するた
めの増幅回路の一実施例を示し、第７図は、受光
素子４に対する入力及び増幅回路の出力例を示
す。第６図において、まず一般光と送信機９から
の光は、波長フイルタ１４により発光ダイオード
８１，８２の発振波長成分のみを選択される。こ
の光は、受光素子（フオトダイオード）４に入力
される。これは第７図Ａに示す様に、発光ダイオ
ード８１，８２の光とそれに発振波長が同じ一般
光中の波長成分による直流分Ｄとからなる。この
直流Ｄに対しては、増幅器の静電容量C₁が働か
ず、抵抗１７，１８が演算増幅器１５の変換定数
として作用する。振幅変調が加わつた送信機９か
らの光に対しては、静電容量C₁が働き、抵抗１
６がこの光に対する変換定数として作用すること
から、最終的には増幅回路出力として第７図Ｂが
得られる。

実際には、受光素子４は大型スクリーン５の各
座標を十分表現できる数だけある。第８図に受光
素子４が受光した光の処理回路のブロツク図を示
す。大型スクリーン５の各座標を示す受光素子４
は、スキヤニング回路２０に接続され、スタート
パルスＳにより順次スキヤンされる。スキヤンさ
れた受光素子４からの信号は、増幅回路２１で増
幅された後、積分回路を含んだ波形整形回路２２
に入力される。波形整形回路２２からの出力は、
カウンタ回路２３に入力される。ここで、第９図
に示すようにスタートパルスＳと第一のパルスま
での時間差t₁、第二のパルスまでの時間差t₂がク
ロツクパルスφを計数して検出される。なおスタ
ートパルスＳ、クロツクパルスφは、マイクロコ
ンピユータ２４で制御される。マイクロコンピユ
ータ２４は、スタートパルスＳの周期Ｔと時間差
t₁及びt₂からどの受光素子４に送信機９からの光
が入つたかを判断するとともに、その受光素子４
の座標を記憶する。次の周期Ｔで、さらに新たに
二つの座標が同様に検出され、(1)及び(2)式により
大型スクリーン５の面内の直線状の光の交点座標
Ｐ（x_P，y_P）が決定される。さらに次の周期Ｔで
は直前の周期Ｔで得られた受光素子４の座標を用
いる。この交点座標Ｐ（x_P，y_P）は、大型スクリ
ーン５の投映制御装置２５の画像表示情報の中に
組み込まれ、交点の座標において交点がどこにあ
るかを示すマーク表示を行う。その結果、送信機
９の操作者あるいは大型スクリーン５の画像の監
視者は必要とする座標を容易に知ることができ
る。

これまで示したように、振幅変調が加えられた
送信機９の光を受光素子４で受光し検出して大型
スクリーン５の面内の任意座標を決定する場合、
第１０図Ａに示すように座標算出用の駆動電流を
発光ダイオード８１，８２に流す。大型スクリー
ン５の面内から割り込み信号をはじめとするデー
タ入力が必要な場合は、その入力を行うための座
標を決定し、第２図の駆動回路７１に割り込み信
号Ｉを入力して、発光ダイオード８１，８２の発
光周期内にコード化された割り込み信号Ｉを第１
０図Ｂの如く送信機９から送光する。この光を受
光素子４で検出し、座標入力を行う。割り込み信
号を受光し検出したら、大型スクリーン５面内の
交点座標を示していたマーク表示を点滅したりさ
せ、送信機９の操作者あるいは画像の監視者に割
り込み信号の受信を知らせる。

以上の大型スクリーン５面内の任意座標から割
り込み信号を入力するスクリーン座標入力装置の
信号処理の流れを示すと、第１１図のようにな
る。すなわち、まず最初に大型スクリーン５面内
からの割り込み信号の入力を許可する。次に送信
機９から大型スクリーン５に送光し、周囲に設置
した受光素子４の座標から、大型スクリーン５面
内の任意座標を決定するとともに、その座標に対
してマーク表示を行う。マーク表示は、過去何回
かの座標情報を平均化し見やすくする。この座標
からの割り込み信号入力は、送信機９の送光をコ
ード化して座標算出用の光と区別する。受光素子
４は、割り込み信号を受光し、後段の処理回路で
割り込み信号の内容を処理するとともに、大型ス
クリーン５面内に表示していた入力座標のマーク
表示を点滅したりさせ、割り込み信号の受信を知
らせる。

このような、光を用いた大型スクリーンの座標
入力装置は、画像面に非接触的に座標入力が可能
であり、また複数人による画像監視と操作がで
き、大型スクリーンを用いた画像の監視機能及び
操作機能が向上する。さらに、送信機が光学系に
より構成され、可動部分がないことから座標入力
装置の信頼性が高まるとともに、ワイヤレススク
リーン座標入力装置であるため、任意場所からの
座標入力が簡単な操作でできる。

上記実施例では、大型スクリーンの座標入力の
割り込み信号として、発信機の送光パターンを変
える方法について説明した。すなわち、大型スク
リーンの画像面からの直接的座標入力方法であ
る。これとは別に、送信機から直接的に投映制御
装置に割り込み信号を送つても、大型スクリーン
面内の任意座標からデータ入力できる。

第１２図に、このもうひとつの実施例に用いる
送信機の構成例を示す。発振波長が近赤外領域で
ある発光ダイオード８１，８２による交差した直
線状の光１３３とともに、発振波長が可視光領域
である発光ダイオード８３による光１３４が大型
スクリーン５の画像面内に投光される。この時、
可視光１３４は、交差した近赤外光１３３の交点
に位置するため、送信機９の操作者あるいは画像
の監視者は、容易に必要とする座標の位置を知る
ことができる。割り込み等のデータ入力を大型ス
クリーン５の画像面内から行う場合は、送信機９
の駆動回路７２に対し、割り込み信号Ｉを入力す
る。この割り込み信号Ｉにより発光ダイオード８
３を例えば点滅したりさせ、割り込み信号Ｉの入
力を確認するとともに、割り込み信号Ｉを信号線
２５１でマイクロコンピユータ２４１に送る。マ
イクロコンピユータ２４１は、割り込み信号Ｉを
受け取ると、大型スクリーン５の画面上に投光さ
れる交差した直線状の近赤外光１３３を各受光素
子４で検出し、第８図の装置と手順に従い交点の
座標を決定して、その座標における割り込み信号
Ｉの情報内容を処理する。

以上、本発明の実施例として大型スクリーンの
座標入力装置について述べたが、各種の画像表示
装置に応用できることは、当業者にとつては明ら
かである。また、大型スクリーンのみならず小型
スクリーンに対しても非接触的入力が可能であ
る。更に、２本の直線状の光が正確に直交しなく
てもよいことは明らかである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、大型スクリーンの周囲に受光
素子を設置し、このスクリーンに交差する直線状
の光を投光し、受光素子でその光を検出すること
で、画像表示面内の任意座標を遠隔的に決定でき
るため、大型スクリーンからのデータ入力が可能
となり、大型スクリーンを用いた画像の監視機能
及び操作機能が向上する。また、ワイヤレス送信
機であるから、任意場所からの座標入力が簡単に
でき、画像による各種監視システムに適用可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の大型スクリーン座標入力装置
の一実施例を示す概念図、第２図は送信器の光学
系を示す図、第３図は光学系の集光状況を示す
図、第４図は大型スクリーンの投光パターンを示
す図、第５図は発光ダイオードの駆動電流パター
ンを示す図、第６図は増幅回路の一実施例を示す
図、第７図は増幅回路の入出力波形の一例を示す
図、第８図は座標演算装置ブロツク図、第９図は
座標決定のためのパルス波形を示す図、第１０図
は通常時と割込時の送光パターンを示す図、第１
１図は本発明によるスクリーン座標入力装置の信
号処理の流れを示す図、第１２図は送信機の他の
実施例を示す図、第１３図は画像表示面からの座
標入力装置の従来例を示す図、第１４図はその座
標算出の原理を示す図である。 １……画像表示装置、３……ライトペン、４…
…受光素子、５……大型スクリーン、６……集光
光学系、７１，７２……電源及び駆動回路、８
１，８２，８３……発光ダイオード、９……送信
機、１０１〜１０５……柱状レンズ素子、１４…
…フイルタ、２０……スキヤニング回路、２１…
…増幅回路、２２……波形整形回路、２３……カ
ウンタ回路、２４，２４１……マイクロコンピユ
ータ、２５……投映制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 画像を表示するスクリーン面内の座標算出用
   に交差した直線状の光線をスクリーンに投光する
   送信機と、スクリーンの画像表示面の周囲に配置
   されて送信機からの直線状交差光線を受ける複数
   の受光素子と、交差光線を検出した受光素子から
   の信号に基づき交差光線の交点座標を求める座標
   演算装置とからなるスクリーン座標入力装置にお
   いて、 前記送信機が、各直線状光を異なるタイミング
   で投光する手段を含み、 前記座標演算装置が、前記各直線状光ごとの座
   標をまず求め、得られた２組の座標値に基づいて
   前記交差光線の交点座標を求める手段を含むこと
   を特徴とするスクリーン座標入力装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のスクリーン座
   標入力装置において、 前記送信機の光学系が、直線状光の幅方向でコ
   リメートする柱状レンズを含むことを特徴とする
   スクリーン座標入力装置。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
   スクリーン座標入力装置において、 前記送信機の投光する手段が、可視領域外の直
   線状光を投光する手段と、当該直線状光の交点に
   可視光を投光する手段とからなることを特徴とす
   るスクリーン座標入力装置。