JP2002236546A

JP2002236546A - 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: JP2002236546A
Application number: JP2001032289A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Tanaka; 淳田中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2002-08-23
Also published as: US7075514B2; US20020140673A1

Abstract

(57)【要約】【課題】任意の場所から座標入力を精度良く実現する
ことができる座標入力装置及びその制御方法、コンピュ
ータ可読メモリを提供する。【解決手段】演算制御回路１は、任意の空間上に座標
入力領域を定義する複数点の座標値の組を記憶してお
き、その記憶されている座標値の組から定義される座標
入力領域に、前記指示具の位置座標である３次元座標値
が属するか否かを判定する。そして、その判定手段の判
定結果に基づいて、前記指示具の３次元座標を前記表示
画面に対応する２次元座標値に変換する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２次元座標からな
る画面を表示する表示装置と組み合わせて使用される指
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を考慮すれば、操作者が表
示画面の場所まで出向いて、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、質問者が任意の場所で遠隔操作により、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。

【０００７】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、任意の場所から座標入力を精度良く実
現することができ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を提供することを目的とする。

【０００８】

【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、２次元座標からなる画面を表示する表示装置と組
み合わせて使用される指示具の３次元位置座標を検出す
る座標入力装置であって、任意の空間上に座標入力領域
を定義する複数点の座標値の組を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている座標値の組から定義され
る座標入力領域に、前記指示具の位置座標である３次元
座標値が属す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、前記指示具の３次元座標を
前記表示画面に対応する２次元座標値に変換する変換手
段とを備える。

【０００９】また、好ましくは、前記記憶手段は、複数
種類の座標入力領域毎に、各座標領域を定義する複数点
の座標値の組を記憶する。

【００１０】また、好ましくは、前記記憶手段は、更
に、前記座標入力領域毎に、前記指示具の座標入力操作
を示すスイッチ情報を記憶する。

【００１１】また、好ましくは、前記記憶手段は、更
に、前記座標入力領域前記指示具が有する複数のスイッ
チに対し、マウスの操作に対応する所定の処理を実行す
る動作を定義する定義テーブルを記憶する。

【００１２】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、
２次元座標からなる画面を表示する表示装置と組み合わ
せて使用される指示具の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、任意の空間上に座標入力
領域を定義する複数点の座標値の組を記憶媒体に記憶す
る記憶工程と、前記記憶工程で記憶媒体に記憶されてい
る座標値の組から定義される座標入力領域に、前記指示
具の位置座標である３次元座標値が属するか否かを判定
する判定工程と、前記判定工程の判定結果に基づいて、
前記指示具の３次元座標を前記表示画面に対応する２次
元座標値に変換する変換工程とを備える。

【００１３】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、
２次元座標からなる画面を表示する表示装置と組み合わ
せて使用される指示具の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、任意の空間上に座標入力領
域を定義する複数点の座標値の組を記憶媒体に記憶する
記憶工程のプログラムコードと、前記記憶工程で記憶媒
体に記憶されている座標値の組から定義される座標入力
領域に、前記指示具の位置座標である３次元座標値が属
す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、前記指示具の３次
元座標を前記表示画面に対応する２次元座標値に変換す
る変換工程のプログラムコードとを備える。

【００１４】

【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。

【００１５】まずは、３次元座標検出を可能とする、例
として超音波振動を用いた座標入力装置について述べ
る。

【００１６】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。

【００１７】図中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（本実施例の場合、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で処理された後、演算制御回路１
によって、筆記具４の発信源位置（X,Y,Z）を算出する
ように構成されている。演算制御回路１は装置全体を制
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、ディスプレイ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
報をディスプレイ６に表示、追記できるように構成され
ている。

【００１８】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。

【００１９】図２は本発明の座標入力ペンの構成を示す
図である。

【００２０】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。

【００２１】尚、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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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５４のみが取り出される。

【００２６】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。

【００２７】尚、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。

【００２８】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。

【００２９】Ｌ＝Ｖｇ×Ｔｇ（１）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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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（信
号５６、もしくは後述する信号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１２の計時値をラッチする。

【００３４】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３次元座標値を出力す
ることができる。

【００３５】上記説明では、エンベロープ５４を用い、
群遅延時間Ｔｇを用いて座標を算出する方法であるが、
位相部分を検出して、時間計測を行っても座標を算出す
ることができる。その詳細について説明すれば、図４に
示すように、検出センサ３_Ｓa〜Ｓdの出力信号５３
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８３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）しかしながら、この信号５９は、前述したとおり信号５
３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５８'となる。しかしながら、この位相遅延時間Ｔ
ｐ’と前述の位相遅延時間Ｔｐの差分は、検出信号波形
５３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。

【００４０】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。

【００４１】このようにして、群遅延時間Ｔｇ、群遅延
時間Ｔｇと位相遅延時間Ｔｐから座標を算出することも
可能である。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】上記、既知の距離Ｌini、及びその距離に
おける時間計測値ｔini*（群遅延時間Ｔｇini*、あるい
は位相遅延時間Ｔｐini*、あるいはその両者）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。

【００４７】次に、図６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。

【００４８】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、

【００４９】となる。同様にして、

【００５０】となる。

【００５１】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。

【００５２】これにより、表示装置６の表示画面上に対
し紙とペンのような使い勝手で座標入力操作を実現で
き、表示画面上にあたかも文字や線を記入したり、座標
入力装置に接続されるパーソナルコンピュータ等の外部
機器を制御したりすることが可能になる。また、これを
応用することで、直接表示画面近傍でない場所からも座
標入力が可能な座標入力装置を構成できる。

【００５３】以下、表示装置６の表示画面から比較的離
れた場所からでも座標入力を可能にする座標入力装置に
ついて説明する。

【００５４】まず、座標入力装置で定義する座標入力領
域について説明する。

【００５５】図７は本発明の座標入力装置の座標入力領
域を示す概略図である。

【００５６】図７に示すように、領域Ａ、領域Ｂ、領域
Ｃの空間がそれぞれ、独立に表示素プチ６の表示画面に
対応した座標入力領域として定義されている。

【００５７】これにより、例えば、会議での発言者が領
域Ａ付近で座標入力を行い、その座標入力に対し、質問
者などが領域Ｂ付近に配置される会議デスク上で座標入
力を行ったり、あるいは領域Ｃでポインタのように空中
で座標入力が可能になる。

【００５８】このような空間中の座標入力領域は、以下
のように決定できる。

【００５９】ここでは、例として、領域Ａを定義する座
標入力領域について、図８を用いて説明するが、領域
Ｂ、領域Ｃについても同様である。

【００６０】領域Ａ中の３点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ
１）、Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、Ｐ３（ｘ３，ｙ３，
ｚ３）の３次元座標値から領域Ａの式は決定される。

【００６１】ここで、Ｐ１とＰ２を結ぶベクトルｖａ
と、Ｐ１とＰ３を結ぶベクトルｖｂの成分はそれぞれの
点の座標値から、ｖａ(ｘ２−ｘ１，ｙ２−ｙ１，ｚ２−ｚ１) （１４）ｖｂ(ｘ３−ｘ１，ｙ３−ｙ１，ｚ３−ｚ１) （１５）で与えられる。

【００６２】これらの２つのベクトルｖａ、ｖｂの外積
を求めることで、これらベクトルと垂直な方向のベクト
ルｖｎが得られる。

【００６３】また、一般に領域Ａのような平面は、ａｘ＋ｂｘ＋ｃｚ＋ｄ＝０（１６）で表される。ここでの定数ａ、ｂ、ｃはベクトルｖｎの成分で与えられるから、ａ＝(ｙ２−ｙ１)(ｚ３−ｚ１)−(ｚ２−ｚ１)(ｙ３−ｙ１) (１７) ｂ＝(ｚ２−ｚ１)(ｘ３−ｘ１)−(ｘ２−ｘ１)(ｚ３−ｚ１) (１８) ｃ＝(ｘ２−ｘ１)(ｙ３−ｙ１)−(ｙ２−ｙ１)(ｘ３−ｘ１) (１９) で決定できる。

【００６４】これら定数ａ、ｂ、ｃが求まれば、点Ｐ
１、Ｐ２、Ｐ３のいずれかの３次元座標値を式（１６）
に代入してｄを決定することができ、領域Ａが定義可能
となる。

【００６５】このように、あらかじめ定義された座標入
力領域（領域Ａ）に対して、入力された３次元座標値が
領域Ａに含まれるか否かの判定を行う。そして、この３
次元座標値が領域Ａに含まれると判定される場合には、
点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を用いて、表示装置６の表示画面上
の２次元座標に変換し、その値を出力することで、任意
の場所で画面操作が可能になる。

【００６６】座標入力操作によって得られる３次元座標
値が属する座標入力領域の判定及び２次元座標への変換
は、以下のようにして行う。

【００６７】実際の判定に際しては、得られた３次元座
標値を上記式に代入して、式が成立するかを否かを判定
すればよいが、実際には領域はある程度の幅を持たない
と入力が困難になる。そこで、ある閾値Ｔｈを定義し、
その範囲内に得られた３次元座標値が属するか否かで判
定を行えばよい。つまり、得られた３次元座標値Ｐｎ
（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に対して、以下の式（領域判定
式）｜ａｘ’＋ｂｙ’＋ｃｚ’＋ｄ｜ ≦ Ｔｈ（２０）を満足する場合、判定対象の座標入力領域内に座標値が
属すると判定する。このようにすることで、ある幅を有
する座標入力領域に対する判定が可能になる。

【００６８】上記判定結果に基づき、得られた３次元座
標値を判定された座標入力領域内の２次元座標に変換す
る。

【００６９】例えば、点Ｐ１とＰ２の距離をＤ１２、点
Ｐ１とＰ３との距離をＤ１３とし、点ＰｎからＰ１、Ｐ
２、Ｐ３までのそれぞれの距離をＬ１、Ｌ２、Ｌ３とす
れば、Ｐ１とＰ２及びＰ１とＰ３のそれぞれの中間点を
原点として、ｘ＝（Ｌ１²−Ｌ２²）／２Ｄ１２（２１）ｙ＝（Ｌ１²−Ｌ３²）／２Ｄ１３（２１）として、空間中の座標入力領域内での２次元座標が計算
できる。この得られた２次元座標値を倍率αｘ、αｙ、
オフセットβｘ、βｙを用いて、表示装置６の表示画面
と一致するようにすればよい。αｘ、αｙは、表示画面
座標とＤ１２、Ｄ１３の比で計算可能であり、βｘ、β
ｙは表示画面の原点位置から画面中央までの座標値と、
上記倍率から計算できる。

【００７０】以上のようにして、空間中に定義された座
標入力領域上の任意の３点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３をあらかじ
め設定、記憶しておけば、任意の空間上の座標入力領域
において、座標入力が可能となる。また、そのような座
標入力領域、例えば、表示装置６の表示画面近傍、会議
机上または、任意の空間のように複数定義し、各座標入
力領域の任意の点の座標値を記憶しておく。そして、得
られた３次元座標値とそれぞれの座標入力領域に対し
て、上記の領域判定式による判定を行い、３次元座標値
を判定された座標入力領域内での２次元座標値に変換す
ることで、図７のように、複数の個所で、座標入力操作
が可能になる。

【００７１】次に、上述の一連の座標算出処理につい
て、図９を用いて説明する。

【００７２】図９は本発明の座標算出処理を示すフロー
チャートである。

【００７３】尚、図９では、図７に示した領域Ａ、Ｂ、
Ｃがそれぞれ座標入力領域として定義されている場合の
座標算出処理について説明する。

【００７４】まず、電源投入から開始し、ステップＳ１
０２で、複数の領域Ａ、Ｂ、Ｃ各々の３点の３次元座標
値をあらかじめ記憶しておいた不揮発性メモリから読み
出す。ステップＳ１０３で、読み出した各領域の３次元
座標値それぞれに対し、上記領域判定式による計算を行
い、計算によって得られる各領域に対する閾値Ｔｈを不
揮発性メモリに記憶する。

【００７５】これ以降は、実際の操作者からの座標入力
操作に対応する３次元座標値の取得動作に進む。

【００７６】ステップＳ１０４で、操作者からの座標入
力操作に対応する３次元座標値を取得する。ステップＳ
１０５で、取得した３次元座標値が領域Ａに属するか否
かを判定する。領域Ａに属する場合（ステップＳ１０３
でＹＥＳ）、ステップＳ１０８に進み、領域Ａにおける
２次元座標変換に必要な値を設定する。

【００７７】一方、領域Ａに属さない場合（ステップＳ
１０５でＮＯ）、ステップＳ１０６に進み、取得した３
次元座標値が領域Ｂに属するか否かを判定する。領域Ｂ
に属する場合（ステップＳ１０６でＹＥＳ）、ステップ
Ｓ１０９に進み、領域Ｂにおける２次元座標変換に必要
な値を設定する。

【００７８】一方、領域Ｂに属さない場合（ステップＳ
１０５でＮＯ）、ステップＳ１０７に進み、取得した３
次元座標値が領域Ｃに属するか否かを判定する。領域Ｃ
に属する場合（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、ステップ
Ｓ１１０に進み、領域Ｃにおける２次元座標変換に必要
な値を設定する。一方、領域Ｃに属さない場合（ステッ
プＳ１０７でＮＯ）、ステップＳ１０４に戻る。

【００７９】そして、ステップＳ１０８〜ステップＳ１
０９のいずれかで設定された値に基づいて、ステップＳ
１１１で、取得した３次元座標値を判定された領域にお
ける２次元座標計算を行う。次に、ステップＳ１１２
で、計算された２次元座標値を、パーソナルコンピュー
タ等の外部機器に出力し、以下、同様の処理を繰り返
す。

【００８０】尚、座標入力領域は、あらかじめ表示装置
６の表示画面への直接入力である領域Ａだけ、出荷時に
セットし、残りの領域Ｂ、Ｃはユーザ設定可能な構成に
しても良い。例えば、パーソナルコンピュータ等の外部
機器側にインストールされたドライバソフト等で表示画
面上に座標入力領域設定用画面を表示し、ユーザに任意
の位置の座標入力領域の設定を促す構成も可能である。
また、指示具４に座標入力領域設定用のスイッチ等を設
け、ユーザがそのスイッチを押下したときに座標入力領
域設定モードに移行し、ユーザのいる場所で、適当な空
間の３点を指示し、その３点の各３次元座標値を不揮発
性メモリ等に記憶することで、その空間を座標入力領域
に設定することが可能になる。

【００８１】以上説明したように、上述の実施形態によ
れば、任意の空間を座標入力領域として定義するため
に、その座標入力領域の少なくとも任意の３点の３次元
座標値を記憶しておく。そして、座標入力操作によって
取得される３次元座標値が、定義した座標入力領域に含
まれるか否かを、記憶された座標入力領域上の３点の３
次元座標値に基づいて判定することができる。これによ
り、表示装置６の表示画面近傍での座標入力だけでな
く、表示装置６から比較的離れた任意の場所に存在する
ユーザ近傍の任意の空間を座標入力領域として定義とす
ることが可能になり、より使い勝手の良い座標入力装置
を提供できる。＜他の実施形態＞上述の座標入力操作に
おいて、ペンダウン等の動作は指示具４のペン先スイッ
チ４１、または複数のペンサイドスイッチ４２をマウス
の左、右スイッチに対応させることで実現できるが、空
間中に座標入力領域を設定したような場合に、複数の座
標入力領域を重ね合わせることで、ペンダウン等に対応
することが可能になる。

【００８２】図１０は本発明の複数の座標入力領域の重
ね合わせの例を示す図である。

【００８３】表示装置６の表示画面に対して、空中に定
義された領域と領域を座標入力領域として重ねて設
定する。

【００８４】そして、例えば、指示具４が領域にある
と判定される場合は、ペンアップとして２次元座標を出
力する。一方、指示具４が領域にあると判定される場
合には、ペンダウン（マウスの左スイッチ押下に相当）
として、２次元座標を出力することができる。

【００８５】この判定処理について、図１１を用いて説
明する。

【００８６】図１１は本発明の判定処理を示すフローチ
ャートである。

【００８７】ステップＳ２０２で、初期設定を行う。こ
れは、図１０のステップＳ１０２及びステップＳ１０３
の処理に相当する。その後、ステップＳ２０３で、操作
者からの座標入力操作に対応する３次元座標値を取得す
る。次に、ステップＳ２０４で、取得した３次元座標値
が領域に属するか否かを判定する。領域である場合
（ステップＳ２０４でＹＥＳ）、ステップＳ２０５に進
み、スイッチ情報としてペンアップを定義する（Ｐｅｎ
ＳＷ＝ＵＰ）。

【００８８】一方、領域に属さない場合（ステップＳ
２０４でＮＯ）、ステップＳ２０６に進み、取得した３
次元座標値が領域であるか否かを判定する。領域で
ある場合（ステップＳ２０６でＹＥＳ）、ステップＳ２
０７に進み、スイッチ情報としてペンダウンを定義する
（ＰｅｎＳＷ＝ＤＯＷＮ）。一方、領域に属さない場
合（ステップＳ２０６でＮＯ）、ステップＳ２０３に戻
る。

【００８９】そして、ステップＳ２０８で、取得した３
次元座標値を判定された領域における２次元座標計算を
行う。次に、ステップＳ２０９で、ステップＳ２０５及
びステップＳ２０７のどちらかで定義されたスイッチ情
報と、計算された２次元座標値を、パーソナルコンピュ
ータ等の外部機器に出力し、以下同様の処理を繰り返
す。

【００９０】また、座標入力領域でスイッチ情報を決定
するだけでなく、座標入力領域毎に指示具４が有するス
イッチに対し、マウスの操作に対応する所定の処理を実
行する動作を定義するように設定しても良い。例えば、
出荷時には、図１２に示すようなペンサイドスイッチ４
２_a、４２_bがそれぞれ、マウスの左ボタン、右ボタン
に設定してあっても、ユーザの利き手に対応して、左右
逆に設定することも可能である。具体的には、例えば、
図１３に示すような指示具４の各スイッチに対し、所定
の処理を動作を定義する定義テーブルを構成し、この定
義テーブルに従って座標入力を制御する。

【００９１】図１３の定義テーブルについて説明する
と、領域Ａでは、ペン先スイッチ４２がマウスの左ボタ
ン（Ｌｅｆｔ）、ペンサイドスイッチ４２_aがマウスの
左ボタン（Ｌｅｆｔ）、ペンサイドスイッチ４２_bがマ
ウスの右ボタン（Ｒｉｇｈｔ）を割り振り、ペンダウン
（ＰｅｎＤｏｗｎ信号）はペン先スイッチ４２に従っ
て決定される。

【００９２】領域Ｂでは、ペン先スイッチ４２がダブル
クリック（Ｄｏｂｌｅｃｌｉｃｋ）、ペンサイドスイ
ッチ４２_aがマウスの右ボタン（Ｒｉｇｈｔ）、ペンサ
イドスイッチ４２_bがマウスの左ボタン（Ｌｅｆｔ）を
割り振り、ペンダウンはペンサイド４２_bに従って決定
される。

【００９３】領域Ｃでは、ペン先スイッチ４２が左ボタ
ン（Ｌｅｆｔ）、ペンサイドスイッチ４２_aがマウスの
左ボタン（Ｌｅｆｔ）、ペンサイドスイッチ４２_bがマ
ウスの右ボタン（Ｒｉｇｈｔ）を割り振り、常にペンダ
ウン（Ｄｏｗｎ）を出力するように定義してある。

【００９４】このように、座標入力領域毎に、スイッチ
情報を設定したり、あるいはスイッチ押下の動作を切り
替えるように構成することで、上記ペンダウンやあるい
はマウスの左右ボタンの入れ替えなどでユーザの利き手
に対応するなど、より使いやすいインタフェースを構成
できる。

【００９５】尚、上述の実施形態では、指示具４は、空
中超音波を用いた座標入力装置を中心に説明を行った
が、これに限定されるものではなく、例えば、赤外線や
電波を用いるものなど、その手法にかかわらず３次元座
標値を検出することができる座標入力装置であれば、応
用可能である。

【００９６】また、会議のような大型の表示装置に対し
てだけでなく、タブレット等の座標入力領域を設置する
スペースが不要となるので、机上であっても有効であ
る。

【００９７】以上説明したように、上述の実施形態によ
れば、座標入力領域毎に、スイッチ情報やマウスのボタ
ン操作を設定可能にすることで、ひとつの座標入力装置
でありながら、複数のユーザ毎に合わせた入力環境を提
供できる。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
任意の場所から座標入力を精度良く実現することができ
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】本発明の座標系を説明するための図である。

【図７】本発明の座標入力装置の座標入力領域を示す概
略図である。

【図８】本発明の座標入力領域の定義を示す図である。

【図９】本発明の座標算出処理を示すフローチャートで
ある。

【図１０】本発明の複数の座標入力領域の重ね合わせの
例を示す図である。

【図１１】本発明の判定処理を示すフローチャートであ
る。

【図１２】本発明の座標入力ペンの外観を示す図であ
る。

【図１３】本発明の定義テーブルを示す図である。

【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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２次元座標からなる画面を表示する表示
装置と組み合わせて使用される指示具の３次元位置座標
を検出する座標入力装置であって、任意の空間上に座標入力領域を定義する複数点の座標値
の組を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている座標値の組から定義され
る座標入力領域に、前記指示具の位置座標である３次元
座標値が属す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、前記指示具の３次
元座標を前記表示画面に対応する２次元座標値に変換す
る変換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】前記記憶手段は、複数種類の座標入力領
域毎に、各座標領域を定義する複数点の座標値の組を記
憶することを特徴とする請求項１に記載の座標入力装
置。
【請求項３】前記記憶手段は、更に、前記座標入力領
域毎に、前記指示具の座標入力操作を示すスイッチ情報
を記憶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】前記記憶手段は、更に、前記座標入力領
域前記指示具が有する複数のスイッチに対し、マウスの
操作に対応する所定の処理を実行する動作を定義する定
義テーブルを記憶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５】２次元座標からなる画面を表示する表示
装置と組み合わせて使用される指示具の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、任意の空間上に座標入力領域を定義する複数点の座標値
の組を記憶媒体に記憶する記憶工程と、前記記憶工程で記憶媒体に記憶されている座標値の組か
ら定義される座標入力領域に、前記指示具の位置座標で
ある３次元座標値が属す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、前記指示具の３次
元座標を前記表示画面に対応する２次元座標値に変換す
る変換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６】前記記憶工程は、複数種類の座標入力領
域毎に、各座標領域を定義する複数点の座標値の組を前
記記憶媒体に記憶することを特徴とする請求項５に記載
の座標入力装置の制御方法。
【請求項７】前記記憶工程は、更に、前記座標入力領
域毎に、前記指示具の座標入力操作を示すスイッチ情報
を前記記憶媒体に記憶することを特徴とする請求項５に
記載の座標入力装置の制御方法。
【請求項８】前記記憶工程は、更に、前記座標入力領
域前記指示具が有する複数のスイッチに対し、マウスの
操作に対応する所定の処理を実行する動作を定義する定
義テーブルを前記記憶媒体に記憶することを特徴とする
請求項５に記載の座標入力装置の制御方法。
【請求項９】２次元座標からなる画面を表示する表示
装置と組み合わせて使用される指示具の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、任意の空間上に座標入力領域を定義する複数点の座標値
の組を記憶媒体に記憶する記憶工程のプログラムコード
と、前記記憶工程で記憶媒体に記憶されている座標値の組か
ら定義される座標入力領域に、前記指示具の位置座標で
ある３次元座標値が属す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、前記指示具の３次
元座標を前記表示画面に対応する２次元座標値に変換す
る変換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。