JP2002236545A

JP2002236545A - 座標入力装置及びその制御方法、コンピュータ可読メモリ

Info

Publication number: JP2002236545A
Application number: JP2001032291A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Kobayashi; 克行小林; Yuichiro Yoshimura; 雄一郎吉村; Hajime Sato; 肇佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2002-08-23

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的大型な表示装置を用いても、低コスト
で精度良く座標算出が可能な座標入力装置及びその制御
方法、コンピュータ可読メモリを提供する。【解決手段】演算制御回路１は、指示具４の対する第
１次元、第２次元、第３次元で定義される３次元座標値
が所定期間内で検出されているか否かを判定する。次
に、その判定結果に基づいて、前記所定期間内で検出さ
れる前記３次元座標値の第１次元の第１座標値の検出状
況を監視する。次に、監視される前記第１座標値の変化
パターンに基づいて、所定情報を生成する。そして、所
定情報と前記第２及び第３次元の座標値の出力を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、指示具の３次元位
置座標を検出する座標入力装置及びその制御方法、コン
ピュータ可読メモリに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディス
プレイ（ＬＣＤ）、あるいはプロジェクタ等の表示装置
の表示面に、座標を入力することができる座標入力装置
を重ねて配置し、操作者が行ったポインティングあるい
は筆記による筆跡を表示装置に表示し、あたかも、紙と
鉛筆のような関係を実現することができる装置が知られ
ている。

【０００３】座標入力装置としては、抵抗膜方式をはじ
め、静電方式、ガラス等の座標入力面に超音波を伝播さ
せる超音波方式等の透明な入力板を有する方式や、光学
方式、あるいは空中に音波を放射することで位置を検出
する方式、さらには電磁誘導（電磁授受）方式のように
表示装置の裏側に座標算出のための機構を配置し、表示
装置の前面に透明な保護板を配置して、入出力一体の情
報機器を構成している物もある。

【０００４】このような情報機器は、携帯性を有する小
型の電子手帳に始まり、表示装置の大型化に伴って、比
較的大きなサイズのペン入力コンピュータ等の情報機器
も見られるようになった。その他、フロントプロジェク
タ、リアプロジェクタ、あるいはＰＤＰ等の大型表示装
置と組み合わせて、例えば、プレゼンテーション装置、
ＴＶ会議システム等に利用され始めている。また、大型
の液晶ディスプレイやＰＤＰディスプレイ等の表示装置
は、現在も画質の改善、低コスト化が進められている
他、衛星放送等のデジタル化に伴い、テレビの仕様形態
も過渡期の状態に入りつつある。

【０００５】また、これらの大型の表示装置は、例え
ば、オフィスにおいて使われていたホワイトボード、あ
るいは電子黒板にとって変わり、パーソナルコンピュー
タ内にあらかじめ用意した資料用データを大型の表示装
置に表示させることで、会議用途、打ち合わせ用途に使
われ始めている。その場合、大型の表示装置に表示され
た情報は、ホワイトボードの如く、操作者、あるいは出
席者により表示情報を更新するために、直接画面をタッ
チすることで、パーソナルコンピュータを制御して、例
えば、表示画面の表示内容を切り替えることができるよ
うに構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の座標入力装置において、抵抗膜方式、静電方式等の座
標入力装置は、完全に透明な入力板を構成することが困
難であり、表示装置の画像の質を低下させるという課題
が生じる。さらには、ガラス等の伝播体を必要とする超
音波方式では、例えば、室内で用いる際の蛍光灯の映り
こみを防止するために、そのガラスの表面を光学的に処
理する必要があり、画像の画質を維持するという点で大
幅なコストアップが避けられない。また、電磁誘導方式
は、表示面の裏側にマトリックス上の電極を配置し、入
力ペンとの間で電磁的な信号の送受を行うので、表示装
置が大型化し表示装置の厚みが増すと、原理的に座標算
出が困難なものとなる上に、会議用途、あるいはプレゼ
ンテーション用途といった大型の座標入力装置を構成す
る場合には、非常にコストの高い装置となってしまうと
いう課題を有する。

【０００７】また、大型の表示装置を採用した場合に
は、大勢の聴衆が鑑賞することが想定され、画像の視野
角、あるいはコントラスト等は十分な性能が要求され
る。従って、これらの大型の表示装置と座標入力装置を
組み合わせる場合には、十分な低コストで精度良く座標
算出が可能となるばかりでなく、大型の表示装置の画質
を劣化させないことが重要な課題となる。

【０００８】さらには、この種の大型の入出力一体のシ
ステムを考慮した場合、大勢の参加者を想定した打ち合
わせあるいはネットワーク時代を考慮すれば、操作者が
直接画面をタッチすることでパーソナルコンピュータを
制御するばかりでなく、例えば、質問者がその場で遠隔
操作により、画面を操作したり、必要に応じてネットワ
ークより情報を引き出せるような構成になるのが好まし
い形態であると言える。

【０００９】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、比較的大型な表示装置を用いても、低
コストで精度良く座標算出が可能な座標入力装置及びそ
の制御方法、コンピュータ可読メモリを提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による座標入力装置は以下の構成を備える。
即ち、指示具の３次元位置座標を検出する座標入力装置
であって、前記指示具の対する第１次元、第２次元、第
３次元で定義される３次元座標値が所定期間内で検出さ
れているか否かを判定する判定手段と、前記判定手段の
判定結果に基づいて、前記所定期間内で検出される前記
３次元座標値の第１次元の第１座標値の検出状況を監視
する監視手段と、前記監視手段で監視される前記第１座
標値の変化パターンに基づいて、所定情報を生成する生
成手段と前記所定情報と前記第２及び第３次元の座標値
の出力を制御する制御手段とを備える。

【００１１】また、好ましくは、前記所定情報は、前記
指示具が有するスイッチに対応づけられた当該座標入力
装置に対する処理を指示するコマンド情報である。

【００１２】また、好ましくは、前記３次元座標値の前
記第１次元の座標値を所定値と比較する比較手段とを更
に備え、前記制御手段は、前記比較手段の比較結果に基
づいて、前記所定情報と前記第２及び第３次元の座標値
の出力を制御する。

【００１３】また、好ましくは、前記制御手段は、前記
第１次元の座標値が所定値以下である場合に、前記第２
及び第３次元の座標値を出力する。

【００１４】また、好ましくは、前記制御手段は、前記
比較手段の比較結果に基づいて、前記所定期間中の第１
の時点で検出された第１の３次元座標値を記憶する記憶
手段とを備え、前記第１の時点以降に検出される第２の
３次元座標値と前記第１の３次元座標値の差分の出力を
制御する。

【００１５】また、好ましくは、前記制御手段は、前記
第１次元の座標値が所定値以上である場合に、前記所定
期間中の第１の時点で検出された第１の３次元座標値を
記憶する記憶手段とを備え、前記第１の時点以降に検出
される第２の３次元座標値と前記第１の３次元座標値の
差分の出力を制御する。

【００１６】上記の目的を達成するための本発明による
座標入力装置の制御方法は以下の構成を備える。即ち、
指示具の３次元位置座標を検出する座標入力装置の制御
方法であって、前記指示具の対する第１次元、第２次
元、第３次元で定義される３次元座標値が所定期間内で
検出されているか否かを判定する判定工程と、前記判定
工程の判定結果に基づいて、前記所定期間内で検出され
る前記３次元座標値の第１次元の第１座標値の検出状況
を監視する監視工程と、前記監視工程で監視される前記
第１座標値の変化パターンに基づいて、所定情報を生成
する生成工程と前記所定情報と前記第２及び第３次元の
座標値の出力を制御する制御工程とを備える。

【００１７】上記の目的を達成するための本発明による
コンピュータ可読メモリは以下の構成を備える。即ち、
指示具の３次元位置座標を検出する座標入力装置の制御
のプログラムコードが格納されたコンピュータ可読メモ
リであって、前記指示具の対する第１次元、第２次元、
第３次元で定義される３次元座標値が所定期間内で検出
されているか否かを判定する判定工程のプログラムコー
ドと、前記判定工程の判定結果に基づいて、前記所定期
間内で検出される前記３次元座標値の第１次元の第１座
標値の検出状況を監視する監視工程のプログラムコード
と、前記監視工程で監視される前記第１座標値の変化パ
ターンに基づいて、所定情報を生成する生成工程のプロ
グラムコードと前記所定情報と前記第２及び第３次元の
座標値の出力を制御する制御工程のプログラムコードと
を備える。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態を詳細に説明する。

【００１９】図１は本発明の３次元（空間）座標計測可
能な座標入力装置の概略構成を示す図である。

【００２０】４は筆記具であるところの座標入力ペンで
あり、操作者による座標入力動作により空中に音波を発
生するように構成されている。発生した音波は複数の検
出センサ３（実施形態１の場合、４個の検出センサ３_
Ｓa〜Ｓdを使用する）により検出され、後述する方法に
より信号波形検出回路２で処理される。その後、演算制
御回路１によって、座標入力ペン４の音波発生源の位置
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出するように構成されている。

【００２１】演算制御回路１は、座標入力装置全体を制
御するとともに、得られる座標データを基に、ディスプ
レイ駆動回路５を介して、表示装置６に表示されている
カーソルを移動したり、あるいは筆記等の手書き情報を
表示装置６に表示、追記できるように構成されている。

【００２２】以上のように、座標入力装置と表示装置を
組み合わせることで、あたかも『紙と鉛筆』のような関
係を実現することができるマンマシンインターフェース
を提供することが可能となる。

【００２３】次に、座標入力ペン４の構成について、図
２を用いて説明する。

【００２４】図２は本発明の座標入力ペンの構成を示す
図である。

【００２５】座標入力ペン４内に内蔵された音波発生源
４３は、ペン電源４５、およびタイマと発振回路並びに
座標入力ペン４に具備されている複数のスイッチ情報を
検知して制御する制御回路等で構成された駆動回路４４
によって駆動される。音波発生源４３の駆動信号は、タ
イマによって発せられる所定の周期で繰り返すパルス信
号であって、発振回路により所定のゲインで増幅された
後、音波発生源４３に印可される。この電気的な駆動信
号は、音波発生源４３によって機械的な振動に変換さ
れ、空中にそのエネルギーが放射されることになる。

【００２６】尚、実施形態１における座標入力ペン４
は、そのペン先端部を押圧することで動作するペン先ス
イッチ（ＳＷ）４１、並びに座標入力ペン４の筐体に設
けられた複数のペンサイドスイッチ（ＳＷ）４２を具備
する。

【００２７】駆動回路４４は、所定周期毎（例えば、１
０msec毎、その場合、１秒間あたりに音波を１００回放
射するので、本座標入力装置の座標出力サンプリングレ
ートは、１００回／秒となる）に、座標入力ペン４内の
音波発生源４３を駆動させる信号を出力し、空中に音波
を放射することになる。この音波は、音波発生源４３と
各検出センサ３_Ｓa〜Ｓd迄の距離に各々応じて遅延
し、到達、検出されることになる。この種の座標入力装
置は、座標入力ペン４の音波発生源４３と各検出センサ
３_Ｓa〜Ｓd間の距離を、音波の既知の音速と、その到
達時間の積により各々導出し、各検出センサ３_Ｓa〜Ｓ
dの位置情報を用いて幾何学的に音波発生源４３の位置
情報を得ることを基本としたシステムである。そこで、
この音波の到達時間を検出する方法について、図３、図
４を用いて説明する。

【００２８】図３は本発明の音波の到達時間検出方法を
説明するためのタイミングチャートであり、図４は本発
明の音波の到達時間検出を実現する回路のブロック図で
ある。

【００２９】尚、本発明では、音波の到達時間検出方法
として、３種類の実施形態１〜３を用いて説明する。

【００３０】実施形態１において、５１は駆動回路４４
で発生した駆動信号であり、駆動信号５１を発生すると
ともにスタート信号を生成する。このスタート信号は、
例えば、座標入力ペン４内に内蔵されている赤外ＬＥＤ
等（不図示）を介して、そのスタート信号を演算制御回
路１に送信し、演算制御回路１内のタイマ１２（図５参
照）をスタートさせる。

【００３１】一方、空中に放射された音波は、音波発生
源４３と検出センサ３_Ｓa〜Ｓd間の距離に応じて遅延
し、検出センサ３_Ｓa〜Ｓdで検出されることになる。
５３は前置増幅回路６０で所定レベルまで増幅された検
出センサ３_Ｓa〜Ｓdで検出された検出信号を示す。こ
の検出信号を絶対値回路及び低域通過フィルタ等により
構成されるエンベロープ検出回路６１で処理を行い、検
出信号のエンベロープ５４のみが取り出される。

【００３２】このエンベロープ５４に着目すると、その
波形が伝播する音速は群速度Ｖｇであり、このエンベロ
ープ５４の特異な点、例えば、エンベロープ５４のピー
クや変曲点を検出すると、群速度Ｖｇに関わる遅延時間
ｔｇが得られる。エンベロープ５４のピークあるいは変
曲点を検出するエンベロープ特異点検出回路６２は、微
分回路、ゼロクロスコンパレータを用いて容易に検出が
可能であり、実施形態１では、２階微分することによっ
て信号５５を形成し、閾値レベル５２と信号５３で比較
されたゲート信号を参照してエンベロープ５４の変曲点
を検出する（信号５６）。この信号５６を用いて前述し
たスタート信号により動作しているタイマ１２をストッ
プさせれば、群速度Ｖｇに関わる群遅延時間Ｔｇを検出
することが可能である。（尚、図４のブロック図には、
この群遅延時間Ｔｇを検出する構成は不図示である。）

【００３３】また、厳密に言えば、この群遅延時間Ｔｇ
には、波形処理に関わる回路の遅延分が含まれるが、後
述する方法により、その影響は完全に除去される。よっ
て、ここでは説明を簡略化するために、回路遅延時間は
無いものとして説明を加える。

【００３４】以上のことから、音波発生源４３と検出セ
ンサ３_Ｓa〜Ｓd間の距離Ｌは次式で求めることができ
る。

【００３５】Ｌ＝Ｖｇ×Ｔｇ（１）一方、より高精度な距離Ｌの計算を行うための実施形態
２では、検出信号波形の位相情報より、音波が到達する
時間を導出する。その詳細について説明すれば、検出セ
ンサ３_Ｓa〜Ｓdの出力信号５３は、帯域通過フィルタ
６４により余分な周波数成分を除いた後、Ｔｐ信号検出
回路６６に入力される。Ｔｐ信号検出回路６６は、ゼロ
クロスコンパレータ、マルチバイブレータ等で構成さ
れ、帯域通過フィルタ６４によって出力された信号のゼ
ロクロス点に関わる信号を、所定の閾値レベルと比較す
るゲート信号発生回路６５が生成するゲート信号５７と
比較し、信号５８を生成する。

【００３６】その後に、前述した群遅延時間Ｔｇを検出
する信号５６をゲート信号（ゲート信号発生回路６３が
生成）として参照し、このゲート信号５６の期間内にお
いて、帯域通過フィルタ６４で出力される信号波形の位
相が、例えば、負側から正側にクロスする最初のゼロク
ロス点を出力する信号５９を生成する。

【００３７】同様にして、この信号５９を用いて前述し
たスタート信号により動作しているタイマ１２をストッ
プさせれば、位相速度Ｖｐに関わる位相延時間Ｔｐを検
出することが可能である尚、厳密にいえば、この群遅延
時間Ｔｐには、波形処理に関わる回路の遅延分が含まれ
るが、後述する方法により、その影響は完全に除去され
る。よって、ここでは説明を簡略化するために、回路遅
延時間は無いものとして説明を加える。

【００３８】以上のことから、音波発生源４３と検出セ
ンサ３_Ｓa〜Ｓd間の距離Ｌは次式で求めることができ
る。

【００３９】Ｌ＝Ｖｐ×Ｔｐ（２）ここで、エンベロープ特異点検出回路６２に基づきゲー
ト信号発生回路６３で生成するゲート信号５６を用いる
効果について説明する。

【００４０】検出センサ３_Ｓa〜Ｓdによって検出され
る信号レベルは、次の要因によって変動する。

【００４１】１）音波発生源４３、検出センサ３_Ｓa
〜Ｓdの電気−機械変換効率２）音波発生源４３と検出センサ３_Ｓa〜Ｓd間の距
離３）音波が伝播する空中の温度、湿度等の環境変動４）音波発生源４３の音波放射に関する指向性、並び
に検出センサ３_Ｓa〜Ｓdの感度指向性項目１）は部品公差により発生する要因であり、装置を
大量生産する場合には十分な留意が必要である。また、
項目２）は音波の減衰に関する項目であり、音波発生源
４３と検出センサ３_Ｓa〜Ｓd間の距離が大きくなるに
つれて、空気中を伝播する音波の信号レベルは指数関数
的に減衰することが一般的によく知られている他、その
減衰定数も項目３）による環境で変化する。さらには、
項目４）は、本発明は座標入力装置として動作するの
で、筆記具であるところの座標入力ペン４は、操作者に
よる筆記動作で常にその姿勢が変化、つまり、ペン保持
角度が変動するので、その変動によっても大きくレベル
が変化する。さらには、検出センサ３_Ｓa〜Ｓdの感度
指向性により、座標入力ペン４と検出センサ３_Ｓa〜Ｓ
dの成す角度が変動しても検出レベルが変動する。この
時、例えば、検出レベルがより小さくなったと仮定した
場合には、前述した閾値レベル（例えば、信号５２）が
固定であるために、信号５８が信号５８'に変化するこ
とは十分に有り得る現象となる。つまり、たとえ同一地
点での座標入力動作を行っても、例えば、座標入力ペン
４の保持角度（向き）が異なれば、検出信号５３のレベ
ルが異なることになるので、ゲート信号５７の発生する
時間がそれに依存することになる。しかしながら、本発
明はエンベロープ５４の特異点に基づくゲート信号５６
を参照しているので、検出信号レベルに依存することな
く、安定して信号５９を得ることが可能となっている。

【００４２】次に、本発明の演算制御回路１の概略構成
について、図５を用いて説明する。

【００４３】図５は本発明の演算制御回路の概略構成を
示すブロック図である。

【００４４】１１は演算制御回路１及び本座標入力装置
全体を制御するマイクロコンピュータであり、内部カウ
ンタ、操作手順を記憶したＲＯＭ、そして計算等に使用
するＲＡＭ、定数等を記憶する不揮発性メモリ等によっ
て構成されている。前述した通り、駆動回路４４により
座標入力ペン４内の音波発生源４３の駆動タイミングと
同期したスタート信号が、座標入力ペン４に内蔵された
赤外ＬＥＤ等（不図示）により光信号として放射され、
その信号をスタート信号検出回路１７で検波することに
よって、演算制御回路１内のタイマ１２（例えば、カウ
ンタなどにより構成されている）をスタートさせる。

【００４５】このように構成することで、座標入力ペン
４内の音波発生源４３を駆動する駆動タイミングと、演
算制御回路１内のタイマ１２との同期が得られるので、
音波発生源４３で発生した音波が各検出センサ３_Ｓa〜
Ｓd各々に到達するのに要する時間を測定することが可
能となる。

【００４６】信号波形検出回路２より出力される各振動
センサ３_Ｓa〜Ｓdよりの振動到達タイミング信号（実
施形態１における信号５６、もしくは実施形態２におけ
る信号５９）は、検出信号入力ポート１３を介してラッ
チ回路１５_a〜dに各々入力される。ラッチ回路１５_a
〜dの各々は、対応する検出センサ３_Ｓa〜Ｓdよりの振
動到達タイミング信号を受信すると、その時のタイマ１
２の計時値をラッチする。

【００４７】このようにして座標検出に必要な全ての検
出信号の受信がなされたことを判定回路１４が判定する
と、マイクロコンピュータ１１にその旨の信号を出力す
る。マイクロコンピュータ１１がこの判定回路１４から
の信号を受信すると、ラッチ回路１５_a〜dから各々の
検出センサ３_Ｓa〜Ｓdまでの振動到達時間をラッチ回
路１５_a〜dより読み取り、所定の計算を行なって、座
標入力ペン４の座標位置を算出する。その結果を、Ｉ／
Ｏポート１６を介してディスプレイ駆動回路５に出力
し、表示装置６の対応する位置に、例えば、ドット等を
表示することができる。また、Ｉ／Ｏポート１６を介し
てインタフェース回路（不図示）に、座標位置情報を出
力することによって、外部機器に座標値を出力すること
ができる。

【００４８】一方、実施形態３としては、前述のごとく
検出信号レベルの大小に依存せず、精度良く距離Ｌを求
める方法について説明する。

【００４９】図６、図７を用いて説明すると、７１は駆
動回路４４で発生した駆動信号であり、駆動信号７１を
発生するとともにスタート信号を生成する。このスター
ト信号は、例えば、座標入力ペン４内に内蔵されている
赤外ＬＥＤ等（不図示）を介して、その信号を演算制御
回路１に送信し、演算制御回路１内のタイマ１２をスタ
ートさせる。

【００５０】一方、空中に放射された音波は、音波発生
源４３と検出センサ３_Ｓa〜Ｓd間の距離に応じて遅延
し、検出センサ３_Ｓa〜Ｓdで検出されることになる。
７３は前置増幅回路８０で所定レベルまで増幅された検
出センサ３_Ｓa〜Ｓdで検出された検出信号を示す。こ
の検出信号を、絶対値回路及び低域通過フィルタ等によ
り構成されるエンベロープ検出回路８１で処理を行い、
検出信号のエンベロープ７４のみが取り出される。

【００５１】このエンベロープ７４に着目すると、その
波形が伝播する音速は群速度Ｖｇであり、このエンベロ
ープ７４の特異な点、例えば、エンベロープ７４のピー
クや変曲点を検出すると、群速度Ｖｇに関わる遅延時間
ｔｇが得られる。エンベロープ７４のピークあるいは変
曲点を検出するエンベロープ特異点検出回路８２は、微
分回路、ゼロクロスコンパレータを用いて容易に検出が
可能であり、実施形態３では、２階微分することによっ
て信号７５を形成し、閾値レベル７２と信号７３で比較
されたゲート信号を参照してエンベロープ７４の変曲点
を検出する（信号７６）。この信号７６を用いて前述し
たスタート信号により動作しているタイマ１２をストッ
プさせれば、群速度Ｖｇに関わる群遅延時間Ｔｇを検出
することが可能である尚、実施形態１、２と同様に、こ
の群遅延時間Ｔｇには、波形処理に関わる回路の遅延分
が含まれるが、説明を簡略化するために、回路遅延時間
は無いものとして説明を加える。

【００５２】以上のことから、音波発生源４３と検出セ
ンサ３_Ｓa〜Ｓd間の距離Ｌは（１）式で求めることが
できる。

【００５３】一方、検出センサ３_Ｓa〜Ｓdの出力信号
７３は、帯域通過フィルタ８４により余分な周波数成分
を除いた後、Ｔｐ信号検出回路８６に入力される。Ｔｐ
信号検出回路８６は、ゼロクロスコンパレータ、マルチ
バイブレータ等で構成され、帯域通過フィルタ８４によ
って出力された信号のゼロクロス点に関わる信号を、所
定の閾値レベルと比較するゲート信号発生回路８５が生
成するゲート信号７７と比較し、信号７８を生成する。

【００５４】その後に、帯域通過フィルタ８４で出力さ
れる信号波形の位相が、例えば、負側から正側にクロス
する最初のゼロクロス点を出力する信号７９を生成す
る。同様にして、この信号７９を用いて前述したスター
ト信号により動作しているタイマ１２をストップさせれ
ば、位相速度Ｖｐに関わる位相延時間Ｔｐ_2を検出する
ことが可能である。

【００５５】しかしながら、この信号７９は、前述した
とおり信号７３の信号レベルによって変化する。例え
ば、信号レベルがより低下した場合には、固定閾値で比
較されるゲート信号のために、ゲート信号発生位置が変
化し、例えば、信号７８'となる。しかしながら、この
位相遅延時間Ｔｐ_2と実施形態１で求められたＴｐ信号
の差分は、検出信号波形７３の位相周期の整数倍であっ
て、必ず以下の関係が成立する。

【００５６】Ｔｐ＝Ｔｐ_2+ｎ×Ｔ（３）ここで、ｎは整数、Ｔは検出信号波形の位相周期であ
り、既知の値である。式（３）を式（２）に代入し、式
（１）を用いればｎ＝Int [ （Ｖｇ×Ｔｇ−Ｖｐ×Ｔｐ_2）/λｐ+0.5 ] （４）ここで、λｐは音波の波長であって、位相速度Ｖｐと周
期Ｔの積に等しい。よって、整数ｎが既知となり、式
（２）、式（３）を用いて距離Ｌの導出が高精度に可能
となる。

【００５７】尚、上述の説明において、図３の信号５６
と信号５９の時間差Δ、および図６の信号７６と信号７
８の時間差Δが存在するが、空中を伝播する音波の群速
度Ｖｇと位相速度Ｖｐは等しく、この時間差Δは固定量
となる。従って、回路遅延と同様に後述する方法で、そ
の影響は完全に除去されるので、ここでは、Δ＝０とし
て説明している。

【００５８】以上説明したように、実施形態１に比べ、
実施形態２、３は、信号波形の位相情報より距離を導出
しているので、より高精度に距離を計測することができ
る優れた効果を得ることができる。

【００５９】一方、実施形態２に比べ、実施形態３は、
位相遅延時間の検出点が検出信号波形５３、７３のより
先頭部分に位置することにあり、このような構成とする
ことで、反射波による影響をより軽微なものにすること
ができる。つまり、図１３に示すように、空中に放射さ
れた音波は、反射面（図示の場合は座標入力面であると
ころの表示装置６が存在すると、振動発生源４３から直
接、検出センサ３に入射する直接波と、反射面を経由し
て入射する反射波が、直接波と反射波の経路の差分だけ
時間的に遅延して、検出されることになる。この反射波
の影響を受けない構成とするためには、直接波の信号波
形のより前方に、群遅延時間Ｔｇ、および位相遅延時間
Ｔｐの検出点を設けるのが好ましい。よって、本発明に
おいては、群遅延時間Ｔｇの検出点を特定するために、
エンベロープのピーク（１階微分）でなく、より前方に
位置する変曲点（２階微分）を検出点としている。さら
には、実施形態２よりも実施形態３のほうが位相遅延時
間Ｔｐの検出点が、検出信号波形のより先頭部に位置し
ているので、前述した反射波の影響を受けにくく、より
高精度に座標算出を可能とする優れた構成であると言え
る。さらに、実施形態３の群遅延時間Ｔｇは、先に述べ
た演算方法により整数ｎを算出するため（式４）にのみ
使用され、かつ式（４）で演算上、整数化（四捨五入相
当）を実行することになるので、例えば、反射波の影響
による群遅延時間Ｔｇの誤差が検波する信号波形の位相
の半周期以内（長さに換算して、半波長以内）であれ
ば、結果に影響することが無い。従って、実施形態３
は、より反射波の影響を除去することができる優れた構
成であると言える。

【００６０】しかしながら、群遅延時間Ｔｇ、位相遅延
時間Ｔｐの両者を検出しなければならない実施形態３に
比べ、実施形態２は位相遅延時間Ｔｐのみでの検出が可
能であり、コスト的にはより有利な構成となっている。
従って、どちらの実施形態を採用するかは、目的とする
製品形態の仕様によって選択することになる。

【００６１】以上述べた実施形態において、検出された
時間には、音波発生源４３と各検出センサ３_Ｓa〜Ｓd
まで音波が到達する時間に加えて、回路等による電気的
な処理時間も含まれる。従って、ここでは、音波が伝播
する時間以外に余分に計測される時間を除去する方法に
ついて説明する。

【００６２】ラッチ回路によってラッチされた群遅延時
間Ｔｇ、もしくは位相遅延時間Ｔｐには、各々群回路遅
延時間ｅｔｇ、位相回路遅延時間ｅｔｐを含む。この回
路遅延時間は、時間計測毎に同一の値を必ず含む。そこ
で、ある計測回路によって、音波発生源４３と検出セン
サ３間を伝播する際に計測された時間をｔ*、その計測
回路における回路遅延時間をｅ、実際に音波が音波発生
源４３と検出センサ３間を伝播したのに要した時間をｔ
とすれば、ｔ*＝ｔ＋ｅ（５）となる。

【００６３】一方、音波発生源４３と検出センサ間の距
離が既知の距離Ｌiniにおける時間計測値をｔini*と
し、その計測回路における回路遅延時間をｅ、実際に音
波が伝播した時間をｔiniとすれば、ｔini*＝ｔini＋ｅ（６）となる。よって、ｔ*−ｔini*＝ｔ−ｔini （７）となる。ここで、音波の音速をＶとすれば、Ｖ×（ｔ*−ｔini*）＝Ｖ×（ｔ−ｔini）＝Ｖ×ｔ−Ｌini （８）となる。

【００６４】よって、求めるべき任意の音波発生源４３
と検出センサ３間の距離Ｌは、Ｌ＝Ｖ×ｔ＝Ｖ×（ｔ*−ｔini*）＋Ｌini （９）となる。

【００６５】上記、既知の距離Ｌini、及びその距離に
おける時間計測値ｔini*（実施形態１においては群遅延
時間Ｔｇini*、実施形態２においては位相遅延時間Ｔｐ
ini*、実施形態３においてはその両者）を、出荷時等に
不揮発性メモリ等の記憶媒体に記憶することによって、
任意の距離における音波発生源４３と検出センサ３間の
距離を精度良く算出することが可能となる。また、前述
したように、図３の信号５６と信号５８の時間差Δ、お
よび図６の信号７６と信号７８の時間差Δについても固
定量（一般に空中を伝播する音波の群速度Ｖｇと位相速
度Ｖｐは等しい）であるので、上記の方法によりその影
響を除去することが可能である。

【００６６】次に、図８に示すような座標系に検出セン
サ３_Ｓa〜Ｓdが配置された場合、音波発生源４３の位
置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求める方法について説明する。

【００６７】上記の方法により正確に求められた振動発
生源４３と各検出センサ３_Ｓa〜Ｓdまでの距離を各々
Ｌa〜Ｌd、Ｘ方向の検出センサ間距離をＸs-s、Y方向の
検出センサ間距離をＹs-sとすれば、

【００６８】となる。同様にして、

【００６９】となる。

【００７０】以上示したように、少なくとも３個の振動
発生源４３と検出センサ３までの距離が測定できれば、
容易に音波発生源４３の位置（空間）座標を求めること
が可能となる。本発明では、検出センサを４個用いてお
り、例えば、距離が最も遠い情報を使わず（この場合、
検出センサ３で出力される信号は、距離が遠いために信
号レベルが最も小さくなっている）、残り３個の距離情
報のみで、座標を算出することで、信頼性の高い座標算
出を可能としている。

【００７１】また、この距離が遠いセンサの距離情報を
活用することで、出力された座標値の信頼性が高いもの
か判定することも可能である。

【００７２】具体的な方法としては、例えば、距離情報
Ｌa、Ｌb、Ｌcで算出された座標値と、距離情報Ｌb、Ｌ
c、Ｌdで算出された座標値は同一の値を出力するはずで
あり（距離情報の組み合わせを変更して演算する）、両
者が一致しない場合には、いずれかの距離情報が不正、
つまり、誤検出したことになるので、その場合には、座
標値を出力しないといった信頼性を向上させる構成も実
施可能となる。

【００７３】次に、本発明の空間座標を算出することが
可能な座標入力装置の動作モードについて説明する。

【００７４】図９は本発明の座標入力ペンの外観を示す
図である。

【００７５】図９に示すように、座標入力ペン４は、ペ
ン先ＳＷ４１、及び２個のペンサイドＳＷ４２_a、４２
_bを具備してなり、各ＳＷの動作モードについて図１０
Ａ、図１０Ｂを用いて説明を加える。

【００７６】操作者が、座標入力ペン４を握って座標入
力面（この場合、図８に示すように、表示装置６のスク
リーン面にＸＹ平面（ｚ＝０）が設定されている）を押
圧することで、ペン先ＳＷ４１が動作する。まず、ステ
ップＳ２０１で、ペン先ＳＷ４１がＯＮであるか否かを
判定する。ＯＮでない場合（ステップＳ２０２でＮ
Ｏ）、ステップＳ２０３に進む。一方、ＯＮである場合
（ステップＳ２０２でＹＥＳ）、ステップＳ２０７に進
み、第１の所定周期で（例えば、５０回／秒）で駆動回
路４４により音波発生源４３が動作し、その第一の所定
周期で音波が空中に放射されるように動作する。この
時、本発明の座標入力装置によって算出される座標値
は、絶対座標値（Ｘ、Ｙ、０）であって、その値を直
接、外部装置等に出力することで、操作者は筆記動作が
可能となる（ペンダウン状態：駆動Ｍｏｄｅ＿１）。

【００７７】一方、ペン先ＳＷ４１がＯＮでない場合、
つまり、ＯＦＦの場合は、少なくとも操作者によるＸＹ
平面内（ｚ＝０）での座標入力が行われていない状態を
意味するが、その場合であっても、画面上に表示されて
いるカーソルを移動する等の動作（ペンアップ状態：駆
動Ｍｏｄｅ＿２）を行えることが好ましい。この動作を
実現するために、本発明の座標入力ペン４には、ペンサ
イドＳＷ４２_a、４２_bが設けられている。

【００７８】そして、ステップＳ２０３〜ステップＳ２
０５でそれぞれ、ペンサイドＳＷ４２_a、４２_bがＯＮ
であるか否かを判定する。この判定結果に基づいて、少
なくともペンサイドスイッチのどちらか一方がＯＮ状態
の場合、ステップＳ２０６に進み、第二の所定周期（駆
動Ｍｏｄｅ＿２であって、例えば、４０回／秒）で音波
が空中に放射される。また、入力面から離れていても
（ｚ＞０）、座標入力ペン４の動きによってカーソルを
移動し、その移動状態を記録（筆跡）として残したいよ
うな場合には、ペンサイドＳＷ４２_a、４２_bの両方を
押圧することで、ステップＳ２０７に進み、第一の所定
周期（駆動Ｍｏｄｅ＿１）で音波が空中に放射されるよ
うに動作し、ペンダウン状態となる。

【００７９】上述の説明では、駆動モードを判別する手
段として音波発生源４３が音波を発生するサンプリング
周期を計測することによって（図１１、信号４０１）行
うが、他の実施形態として、図１１における駆動信号４
０２を駆動信号４０６に変調することで、検出信号波形
が４０３から４０７となり、例えば、ピークホールド回
路等を用いて信号４０９を生成することで、モードを区
別しても良い。また、駆動信号を４２０のように構成し
て、放射する音波の周波数を変更し、それを検波（図１
１の信号４２２の周期Ｔを検出）することで、モードを
区別することも可能である。さらには、前述したスター
トタイミング信号（本実施形態の場合、スタートタイミ
ング信号を座標入力ペン４に内蔵されたＬＥＤ等により
放射する手段を有する）を変調し、演算制御回路１内の
スタート信号検出回路１７がその情報を検波しても良
い。

【００８０】ここで、図１３に示すが如く反射波の影響
を考慮すれば、図１１の駆動信号４０２であっても、検
出信号波形４０７の波形が検波されることが有る。つま
り、検出信号波形４０７の最初のピークは直接波で構成
され、続いて直接波と反射波の経路差に応じて反射波が
入力されることになるが、直接波と反射波の経路差がち
ょうど波長の整数倍の時、両者の信号が重畳され、信号
波形４０７に第２のピークを形成する場合である。従っ
て、この場合には、反射波の影響で信号４０７が形成さ
れたのか、駆動信号を４０１から４０６にしたために
（ＳＷ信号の有無により、駆動信号が変化したのか）信
号４０７が得られたのかを区別することができない。

【００８１】従って、本発明では、信号４０９の発生期
間Ｐtを監視するとともに、各検出センサで検出される
直接波と反射波の各々の経路差は、全て異なるため、全
ての検出センサ３_Ｓa〜Ｓdの信号を比べて判定してい
る。このような反射波の影響を考慮すると、信頼性を維
持しながら構成を簡単に、かつコスト的に有利な方法と
して、駆動波形の４０１を４０６のように変調するより
も、駆動周期を変調する（信号４２２）方法が優れ、さ
らにはサンプリング周期を変更する方法は、反射波の影
響を全く無視できる優れた方法であるといえる。

【００８２】尚、本発明では、筆記動作であるペンダウ
ン時は、ペンアップ時よりもより詳細な座標データを送
付することが好ましい（筆跡をより忠実に再現するた
め）と考え、ペンダウン時のサンプリングレートをペン
アップ時のそれより大きい値に設定している。

【００８３】一方、図９に示すように、ペンサイドＳＷ
４２_aと４２_bの両者は、座標入力ペン４の断面方向に
おいて、約９０度方向に配置され、操作者が握ったとき
に、右利き、左利き関係なく、その一方に親指が、その
他方に人差し指が自然に触れるような位置に設定され
る。このようにペンサイドＳＷ４２_aと４２_bを配置す
ることと、どちらか一方のみのペンサイドＳＷがＯＮす
ることによって設定される同一の動作モード（ペンアッ
プ状態）と、両者がともにＯＮされる状態のみで動作す
る動作モード（ペンダウン状態）を設定することで、利
き腕に関係なく、使い勝手の良い座標入力ペン４を構成
している。

【００８４】他の実施形態としては、１つのスイッチで
２段階の切替を行うスイッチも有効である。つまり、軽
押圧の場合に１段目のスイッチが動作し（ペンアップ状
態）、さらに押圧することで２段目のスイッチが動作
（ペンダウン状態）する構成である。この場合も同一の
座標入力ペンで、利き腕に関係なく、使い勝手の良い座
標入力ペン４を実現することが可能となる。

【００８５】さて、ペンサイドＳＷ４２_aと４２_bを動
作させることで、表示装置６の表面から離れていても、
座標を入力して、カーソルを移動（ペンアップ状態）し
たり、あるいは筆記（ペンダウン状態）できる方法につ
いて説明したが、このような場合（直接、表示装置６の
表面に接触はしていない、ペン先ＳＷ４１が動作してい
ない状態）において、比較的その表示装置６の近傍で、
前述の座標入力動作をする場合（以後、近接入力と言
う）と、表示装置６から離れたところで座標入力動作を
する場合（以後、遠隔入力と言う）とでは操作上、要求
される仕様が異なる。

【００８６】まず、近接入力の場合、表示面であるとこ
ろの表示装置６と座標入力ペン４の空間距離は小さな値
（＝本座標入力装置で検出されるＺ軸方向の値が小さい
場合）であるので、操作者は、座標入力ペン４を移動す
ることで、例えば、表示されているカーソルを直感的
に、かつダイレクトに所望の位置に移動することが可能
である。

【００８７】一方、遠隔入力によって表示されているカ
ーソルを所望の位置に移動させようとする場合、まず操
作者は直感的に所望の位置に座標入力ペンを位置させた
と判断して座標を入力することになるが、表示されるカ
ーソルの位置は所望の位置からずれているのが一般的で
あり、そのずれ量は表示画面からより離れることでより
大きくなる。従って、操作者は、その表示されているカ
ーソルの位置と所望の位置とのずれ量を視認しながら、
座標入力ペン４を徐々に移動して、カーソル位置を徐々
に所望の位置に移動する動作を実行して目的を達成す
る。言い換えれば、直感によりまず所望位置に座標入力
ペン４を位置せしめ、その応答（例えば、カーソルの表
示位置）を視認することで、操作者が自身の手に位置修
正動作を指示し、その動作に伴ってカーソルを徐々に移
動させ所望位置にカーソルを移動させる。つまり、操作
者による視覚情報に基づき操作者が補正動作を行うルー
プを繰り返して、目的を達成することになる。

【００８８】このように、表示装置等に表示されている
画像情報（ＸＹ平面上に座標系を有する画像情報）に対
して、何らかの遠隔入力操作を行おうとする場合、操作
者が一連の座標入力を行おうとする際の最初の１点目の
座標値と前述の画像情報の座標値は、一致させることが
できない。このことは、例えば、ＯＨＰ等により表示さ
れている表示画像を指示する道具としてのレーザポイン
タを考えれば容易に理解される。操作者が所望の位置を
指し示したと判断してレーザを照射することになるが、
レーザ発光時の最初の１点目は所望の位置とは大きく異
なり、レーザにより、指示されたポイント位置を見なが
ら、位置修正動作をして所望の位置にレーザを照射する
ことができるようになる。

【００８９】さて、このレーザポインタを使った通常の
プレゼンテーション、打ち合わせ等を想定すれば、操作
者が直接所望の位置を指示することが困難であることに
加え、聞き手からすれば、レーザポインタの指示位置が
不連続に、かつ突然移動する。そのため、その指示位置
を探す（ポインタが照射されていない場合でも探してし
まう）ことに気をとられ、発表内容の理解を手助けする
道具としては十分な仕様とはなっていない。

【００９０】一方、指示棒は所望の位置を指示する古典
的な道具といえるが、聞き手からすれば、操作者による
指示棒の動作が視覚的に予測でき、レーザポインタによ
る指示手段よりも、発表内容に集中できるという点で
は、良い道具といえる。但し、指示棒の長さには限度が
有るので、操作範囲が限られる。

【００９１】本発明は、以上の点を鑑みなされたもので
あり、検出される座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の一軸（例え
ば、Ｚ軸）情報を基に、他の２軸の座標値（例えば、Ｘ
軸、Ｙ軸）をどのようにして出力するかを判定する座標
出力モード判定手段を有する。

【００９２】具体的に、図１２を用いて説明する。

【００９３】図１２は本発明の座標出力モード判定を説
明するフローチャートである。

【００９４】まず、ステップＳ３０１で、処理を開始す
ることになるが、この場合、連続して座標入力装置が座
標値を出力しているかどうかを示すフラグが初期化され
る（Flag＝０）。ステップＳ３０２で、座標演算に必要
な信号が各検出センサ３_Ｓa〜Ｓd、もしくは、スター
ト信号を受信したか否かを判定する。有効と判定した場
合（ステップＳ３０２でＹＥＳ）、ステップＳ３０３に
進む。一方、有効でないと判定した場合（ステップＳ３
０２でＮＯ）、ステップＳ３１２に進む。

【００９５】ステップＳ３０３で、ペンダウン状態かペ
ンアップ状態かの判定（詳細は、図１０Ｂのフローチャ
ート参照）を行い、その判定結果に基づいて、ペンダウ
ン信号を検出する。次に、ステップＳ３０４で、座標入
力ペン４の位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を導出する。次に、
ステップＳ３０５で、Flag＝１であるか否かを判定す
る。Flag＝１でない場合（ステップＳ３０５でＮＯ）、
ステップＳ３０６に進む。一方、Flag＝１である場合
（ステップＳ３０５でＹＥＳ）、ステップＳ３１１に進
む。

【００９６】ステップＳ３０６で、演算されたＺ値を基
に、その値が所定値以下であるか否か判定する。所定値
以下である場合（ステップＳ３０６でＹＥＳ）、近接入
力と判定して、ステップＳ３０７に進み、そのまま得ら
れているＸＹ平面の座標値（Ｘ，Ｙ）を出力して、処理
を終了する。尚、ペン先ＳＷ４１がＯＮの状態は、Ｚ＝
０を検出することになり、この時もそのまま得られてい
るＸＹ平面の座標値（Ｘ，Ｙ）をそのまま出力すること
になる。

【００９７】一方、ステップＳ３０６で、所定値より大
きい場合（ステップＳ３０６でＮＯ）、ステップＳ３０
８に進み、Ｚ値が所定値以上であるかを判定する。所定
値以上である場合（ステップＳ３０８でＹＥＳ）、遠隔
入力と判定して、ステップＳ３０９に進み、得られたＸ
Ｙ平面の座標値（Ｘ，Ｙ）を座標値（Ｘ1st，Ｙ1st）と
してメモリに格納する。そして、ステップＳ３１０で、
Flag＝１として、ステップＳ３０２に戻る。そこで、再
び、ステップＳ３０２で有効信号の検出を行うことにな
るが、前述した通り、本発明の座標入力装置は、所定の
サンプリング周期（例えば、５０点／秒）で座標算出を
可能とする構成であるから、その周期を監視すること
で、連続して座標入力が行われている状態かを区別する
ことが可能である。例えば、所定の周期でスタート信号
が検出できない場合は、座標入力動作が中断したと判断
し、ステップＳ３１２で、Flagをリセットして、処理を
終了する。

【００９８】一方、ステップＳ３０２で、連続して座標
入力動作が行われていると判定した場合（Flag＝１）に
は、同様に、ステップＳ３０３、ステップＳ３０４の処
理を実施した後、ステップＳ３０５からステップＳ３１
１に進み、得られた座標値（Ｘ，Ｙ）とステップＳ３０
９でメモリに格納してあった座標値（Ｘ1st，Ｙ1st）の
差分、つまり、相対座標値（ΔＸ，ΔＹ）を出力して、
ステップＳ３０２に戻る。この時、出力される座標値が
絶対座標（Ｘ，Ｙ）であるか、座標値（ΔＸ，ΔＹ）で
あるのかを区別するために、別途、例えば、Flagの値を
同時に出力してもかまわない。また、座標値（Ｘ1st，
Ｙ1st）は、連続して座標入力が行われている最初の一
点目と説明したが、これに限定されるものでなく、連続
入力期間中に、例えば、最初に有効となった座標値を記
憶して、それ以降の座標値を制御すれば良い。つまり、
座標入力装置の種類によっては最初に入力した座標値に
信頼性が乏しい方式のものもあり（例えば、通例連続入
力期間中の最初の３点目までを出力せず、安定した座標
検出が可能となる４点目から有効な座標値として出力す
るような形態の座標検出方法を採用している場合）、そ
の場合には連続入力期間中に例えば有効となった最初の
座標値（先の例では４点目）を記憶すればよいことにな
る。また、本願発明の構成では、ステップＳ３０６の所
定値を300ｍｍ、ステップＳ３０８の所定値を1000ｍｍ
と設定し（図１０Ａ参照）、その間のＺ軸方向の値（30
0ｍｍ＜Ｚ値＜1000ｍｍ）を検出すると、座標値を出力
しないように構成しているが、両者の値は同一であって
もよく、装置の使用目的に合わせて適宜設定すれば良い
ことはいうまでも無い。

【００９９】以上のように構成することで、操作者は遠
隔入力の際、現状位置するカーソルの位置から、スムー
ズに所望の位置にカーソルを移動することが可能とな
る。また、その座標入力が連続して行われている一連の
間は、座標入力ペン４のＸ方向の移動量及びＹ方向の移
動量は、カーソルの移動量と１対１に、かつ絶対的に対
応しているので、遠隔操作であっても、文字を入力した
りすることも可能となる優れた効果が得られる。

【０１００】このように、本発明の３次元位置座標検出
可能な座標入力装置は、検知される１軸の情報を用い
て、残り２軸の座標値の出力形態を決定する動作方法と
実用上の使い勝手を説明したが、その他の実施形態とし
ては、１軸の情報を、例えば、スイッチ信号として動作
させる方法も提案できる。先に説明したように、本発明
の座標入力装置は、連続入力中かどうかをFlagによって
判定できるので、例えば、マウスのクリック動作と同様
の処理を、座標入力ペン４の移動動作によって検知する
ことが可能となる。例えば、座標入力ペン４をＺ軸方向
のみ移動させる場合を考える。任意の所定位置から、座
標入力ペン４をＺ軸方向に移動させ、引き続き、元の位
置に座標入力ペン４を戻す動作をした場合、例えば、任
意の座標値Ｘ、Ｙ、Ｚに対して、座標入力装置が（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）→（Ｘ，Ｙ，Ｚ−ΔＺ）→（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を検
出した場合、マウスのクリックと同等の操作をしたと判
定する。つまり、その動作を２回続けてすれば、ダブル
クリックが入力されたと判定する方法である。

【０１０１】このスイッチ情報の判定は、座標入力装置
が検出するＺ軸のみの値の急激な変化で行われ、座標入
力ペン４の動作に伴って、表示画面を遠隔操作できる方
法を示すものであり、Ｚ軸のみの急激な値の変化を監視
する等で、前述したＺ軸の値による座標出力モードの設
定方法との併用も可能である。つまり、座標出力形態
（絶対座標値か差分座標値かの出力形態）に基づきＸ
軸、Ｙ軸の検出座標値を出力するとともに、そのスイッ
チ情報（コマンド情報）を重畳させて、座標入力装置が
出力することになる。

【０１０２】このように構成することで、座標入力ペン
４の具備されるペンサイドＳＷ４２_a、４２_bの個数を
必要最小限なものとすることが可能である。言い換えれ
ば、手首の動作でコマンド情報を生成できるので、指先
の複雑な動作を極力少なくでき、操作性に優れた利点を
発揮する。

【０１０３】また、本発明の実施形態は、空中を伝播す
る音波を基に、音波の発信源位置を３次元で検知する方
法について開示するものであるが、得られた３次元位置
座標を基に、どのようにして出力するか、その出力方法
については、３次元座標入力装置の方式に限定されるも
ので無く、例えば、光を使った３次元座標入力装置（光
学式）等であっても良いことはいうまでもない。

【０１０４】以上、座標入力装置の、例えば、演算制御
回路１内のマイクロコンピュータが全ての処理を実施
し、得られた座標入力ペン４の空間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）
からＺの値を参照して２次元の座標値の出力形態を決定
して外部装置等にその情報を出力する座標入力装置を説
明してきたが、他の実施形態として、次のような構成も
考えられる。

【０１０５】座標入力装置本体は、座標入力ペン４の空
間座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を検知し、その結果をそのまま外
部機器に出力する。パーソナルコンピュータ等で構成さ
れる前述の外部機器は、座標入力装置が検出した空間座
標を取り込むとともに、その取り込みのタイミングを監
視することで、連続的な座標入力が行われているか否か
も判定できる。そのため、同様な方法によりＺ軸の値の
変化パターンを参照して、パーソナルコンピュータ等で
構成される前述の外部機器がコマンド情報を生成し、パ
ーソナルコンピュータ等に内蔵されている他のアプリケ
ーションソフトに残り２軸の座標値とともにその情報を
出力することで、同様な効果、操作性を得ることが可能
となる。

【０１０６】以上説明したように、上述の実施形態によ
れば、反射波の影響を受けること無く、かつ信号検出レ
ベルの大小に依存することなく、安定して座標入力ペン
４と各検出センサ３までを音波が伝播する時間のみを検
出することができる。これにより、信頼性が高く、かつ
高精度に３次元（空間）座標を導出することができる。
また、信号検出レベルに依存しない検出方式であること
から、部品間差等の歩留まりにも優れ、低コストで実現
することができ、かつ空中を伝播する音波を信号として
用いるので、本座標入力装置と重ねて用いられる表示装
置の画質を全く低下させることなく構成することができ
る。

【０１０７】加えて、座標入力ペン４の先端部にペン先
ＳＷ４１、及び座標入力ペン４の軸を含む断面に対称に
少なくとも２個のペンサイドＳＷ４２_a、４２_bを設
け、両者ペンサイドスイッチのどちらか一方のみをオン
した場合の動作モードを、どちらをオンさせても全く同
一とすることで、右利き、左利きの区別なく、操作性の
良い座標入力ペンを構成できるようにした。

【０１０８】更に、検出された座標入力ペン４の３次元
位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データのうち、少なくとも１軸
のデータを用いて座標入力装置のモードを設定し、その
モードに従って、残りの２軸の座標値の出力方法を決定
するので、例えば、Ｚ値が小さい場合には近接入力と判
断して、座標（Ｘ，Ｙ）をそのまま出力し、一方、Ｚ値
が比較的大きい場合には、遠隔入力と判断して、座標値
を加工して（ΔＸ、ΔＹ）を出力するように構成したの
で、遠隔操作であっても、所定位置を指示するためのポ
インティング動作だけでなく、文字入力、図形入力がで
きる優れた利点が得られる。

【０１０９】更に、検出された座標入力ペン４の３次元
位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）データのうち、少なくとも１軸
のデータを用いて、スイッチ情報（コマンド情報）を伝
達することにより、遠隔操作によるコマンド入力を可能
とするばかりでなく、手首の動作でコマンド情報を生成
できるので、座標入力ペン４に具備された複数のペンサ
イドＳＷ４２_a、４２_bを動作させるための指先の複雑
な動作を極力少なくでき、操作性に優れた利点を発揮す
る。

【０１１０】尚、本発明の目的は、前述した実施形態の
機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録
した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給し、その
システムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵや
ＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読
出し実行することによっても、達成されることは言うま
でもない。

【０１１１】この場合、記憶媒体から読出されたプログ
ラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現するこ
とになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は
本発明を構成することになる。

【０１１２】プログラムコードを供給するための記憶媒
体としては、例えば、フロッピディスク、ハードディス
ク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ
−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ、磁気テープ、不
揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができ
る。

【０１１３】また、コンピュータが読出したプログラム
コードを実行することにより、前述した実施形態の機能
が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示
に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレ
ーティングシステム）などが実際の処理の一部または全
部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が
実現される場合も含まれることは言うまでもない。

【０１１４】更に、記憶媒体から読出されたプログラム
コードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードや
コンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメ
モリに書込まれた後、そのプログラムコードの指示に基
づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わる
ＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行い、その
処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合
も含まれることは言うまでもない。

【０１１５】本発明を上記記憶媒体に適用する場合、そ
の記憶媒体には、先に説明したフローチャートに対応す
るプログラムコードが格納されることになる。

【０１１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
比較的大型な表示装置を用いても、低コストで精度良く
座標算出が可能な座標入力装置及びその制御方法、コン
ピュータ可読メモリを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の３次元（空間）座標計測可能な座標入
力装置の概略構成を示す図である。

【図２】本発明の座標入力ペンの構成を示す図である。

【図３】本発明の音波の到達時間検出方法を説明するた
めのタイミングチャートである。

【図４】本発明の音波の到達時間検出を実現する回路の
ブロック図である。

【図５】本発明の演算制御回路の概略構成を示すブロッ
ク図である。

【図６】本発明の音波の到達時間検出方法を説明するた
めのタイミングチャートである。

【図７】本発明の音波の到達時間検出を実現する回路の
ブロック図である。

【図８】本発明の座標系を説明するための図である。

【図９】本発明の座標入力ペンの外観を示す図である。

【図１０Ａ】本発明の座標入力ペンの駆動モードを説明
するための図である。

【図１０Ｂ】本発明の座標入力ペンの動作を説明するフ
ローチャートである。

【図１１】本発明の座標入力ペンの駆動モードの判定を
説明するための図である。

【図１２】本発明の座標出力モード判定を説明するフロ
ーチャートである。

【図１３】本発明の直接波及び反射波の経路差を説明す
るための図である。

【符号の説明】

１演算制御回路２信号波形検出回路３検出センサ４座標入力ペン６表示装置４１ペン先ＳＷ４２ペンサイドＳＷ４３音波発生源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤肇東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 5B068 AA05 AA32 BB22 BC03 BD02 BD11 BD21 BE06 BE15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】指示具の３次元位置座標を検出する座標
入力装置であって、前記指示具の対する第１次元、第２次元、第３次元で定
義される３次元座標値が所定期間内で検出されているか
否かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基づいて、前記所定期間内で
検出される前記３次元座標値の第１次元の第１座標値の
検出状況を監視する監視手段と、前記監視手段で監視される前記第１座標値の変化パター
ンに基づいて、所定情報を生成する生成手段と前記所定
情報と前記第２及び第３次元の座標値の出力を制御する
制御手段とを備えることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】前記所定情報は、前記指示具が有するス
イッチに対応づけられた当該座標入力装置に対する処理
を指示するコマンド情報であることを特徴とする請求項
１に記載の座標入力装置。
【請求項３】前記３次元座標値の前記第１次元の座標
値を所定値と比較する比較手段とを更に備え、前記制御手段は、前記比較手段の比較結果に基づいて、
前記所定情報と前記第２及び第３次元の座標値の出力を
制御することを特徴とする請求項１に記載の座標入力装
置。
【請求項４】前記制御手段は、前記第１次元の座標値
が所定値以下である場合に、前記第２及び第３次元の座
標値を出力することを特徴とする請求項３に記載の座標
入力装置。
【請求項５】前記制御手段は、前記比較手段の比較結
果に基づいて、前記所定期間中の第１の時点で検出され
た第１の３次元座標値を記憶する記憶手段とを備え、前記第１の時点以降に検出される第２の３次元座標値と
前記第１の３次元座標値の差分の出力を制御することを
特徴とする請求項３に記載の座標入力装置。
【請求項６】前記制御手段は、前記第１次元の座標値
が所定値以上である場合に、前記所定期間中の第１の時
点で検出された第１の３次元座標値を記憶する記憶手段
とを備え、前記第１の時点以降に検出される第２の３次元座標値と
前記第１の３次元座標値の差分の出力を制御することを
特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
【請求項７】指示具の３次元位置座標を検出する座標
入力装置の制御方法であって、前記指示具の対する第１次元、第２次元、第３次元で定
義される３次元座標値が所定期間内で検出されているか
否かを判定する判定工程と、前記判定工程の判定結果に基づいて、前記所定期間内で
検出される前記３次元座標値の第１次元の第１座標値の
検出状況を監視する監視工程と、前記監視工程で監視される前記第１座標値の変化パター
ンに基づいて、所定情報を生成する生成工程と前記所定
情報と前記第２及び第３次元の座標値の出力を制御する
制御工程とを備えることを特徴とする座標入力装置の制
御方法。
【請求項８】前記所定情報は、前記指示具が有するス
イッチに対応づけられた当該座標入力装置に対する処理
を指示するコマンド情報であることを特徴とする請求項
７に記載の座標入力装置の制御方法。
【請求項９】前記３次元座標値の前記第１次元の座標
値を所定値と比較する比較工程とを更に備え、前記制御工程は、前記比較工程の比較結果に基づいて、
前記所定情報と前記第２及び第３次元の座標値の出力を
制御することを特徴とする請求項７に記載の座標入力装
置の制御方法。
【請求項１０】前記制御工程は、前記第１次元の座標
値が所定値以下である場合に、前記第２及び第３次元の
座標値を出力することを特徴とする請求項９に記載の座
標入力装置の制御方法。
【請求項１１】前記制御工程は、前記比較工程の比較
結果に基づいて、前記所定期間中の第１の時点で検出さ
れた第１の３次元座標値を記憶媒体に記憶する記憶工程
とを備え、前記第１の時点以降に検出される第２の３次元座標値と
前記第１の３次元座標値の差分の出力を制御することを
特徴とする請求項９に記載の座標入力装置の制御方法。
【請求項１２】前記制御工程は、前記第１次元の座標
値が所定値以上である場合に、前記所定期間中の第１の
時点で検出された第１の３次元座標値を記憶媒体に記憶
する記憶工程とを備え、前記第１の時点以降に検出される第２の３次元座標値と
前記第１の３次元座標値の差分の出力を制御することを
特徴とする請求項７に記載の座標入力装置の制御方法。
【請求項１３】指示具の３次元位置座標を検出する座
標入力装置の制御のプログラムコードが格納されたコン
ピュータ可読メモリであって、前記指示具の対する第１次元、第２次元、第３次元で定
義される３次元座標値が所定期間内で検出されているか
否かを判定する判定工程のプログラムコードと、前記判定工程の判定結果に基づいて、前記所定期間内で
検出される前記３次元座標値の第１次元の第１座標値の
検出状況を監視する監視工程のプログラムコードと、前記監視工程で監視される前記第１座標値の変化パター
ンに基づいて、所定情報を生成する生成工程のプログラ
ムコードと前記所定情報と前記第２及び第３次元の座標
値の出力を制御する制御工程のプログラムコードとを備
えることを特徴とするコンピュータ可読メモリ。