JP2003216335A

JP2003216335A - 座標入力装置及びその制御方法、プログラム

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Publication number: JP2003216335A
Application number: JP2002013521A
Authority: JP
Inventors: Hajime Sato; 肇佐藤; Katsuyuki Kobayashi; 克行小林; Yuichiro Yoshimura; 雄一郎吉村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2003-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】指示具の回路構成を簡略化し、かつ座標出力
モードを容易に変更することができる座標入力装置及び
その制御方法、プログラムを提供する。【解決手段】入力面を構成する表示面に対して位置入
力を行う指示具からの入力を、その表示面の周辺部に設
けられた複数の検出部が受信した受信タイミングに基づ
いて、その指示具の位置を算出する座標入力装置におい
て、Ｔｐ信号検出回路６７１は、複数の検出部の検出信
号の内、前記指示具からの入力信号に対する位相遅延時
間に関わる位相信号を検出する。そして、Ｔｐ信号選択
回路６８は、その検出信号に基づいて、指示具の動作モ
ードを判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入力面を構成する
表示面に対して位置入力を行う指示具からの入力を、前
記表示面の周辺部に設けられた複数の検出手段が受信し
た受信タイミングに基づいて、前記指示具の位置を算出
する座標入力装置及びその制御方法、プログラムに関す
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、操作者が行った指示具によるポインテ
ィングあるいは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、ペン入力コンピュータ等、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】前述の空中に音波を放
射することで位置を検出する方式において、空中に放射
する超音波は減衰が激しく、しかもその減衰は超音波周
波数の２乗に比例するため、実用的にはある程度低い周
波数帯域の超音波を利用する。この場合、その超音波を
検出する座標入力装置の振動センサの検出信号は、微弱
なものであり、そのまま信号処理を行うのには適してい
ないため、前置増幅器を用いて増幅するのが一般的であ
る。

【０００７】このような超音波を利用した座標入力装置
においては、検出信号レベルが非常に大きく変化する。
特に、超音波の発信源と振動センサが近距離において
は、レベル変化が急峻となる。また、振動伝達距離以外
のレベル変動の要因として、指示具（発信源）の角度、
各部品ばらつき等があげられる。

【０００８】一般的に、検出した信号を有効なものと判
断するためのしきい値は、前記要因による変動幅と、不
要検出波のレベル、電磁的なノイズレベル、電源電圧を
考慮して決定される。

【０００９】前述の中で、不要検出波とは、座標入力面
からの反射波が主たる要因ではあるが、機器を構成する
筐体や座標入力面から離れたところから入力する場合
は、指示具の極近接にある、例えば、机などの不特定多
数の反射物が存在する。さらに、使用環境において様々
な機器が比較的近距離にある場合、それらが放射する音
波も不要検出波となる場合もある。

【００１０】従って、振動センサの検出信号の処理回路
は、広範囲なダイナミックレンジが必要で、かつ必要検
出信号と不要検出信号を分別する手段、また電磁的ノイ
ズ対策が必要とされる。

【００１１】また、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を介した使用環境を考慮すれ
ば、操作者が直接画面をタッチすることでパーソナルコ
ンピュータ等の端末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。

【００１２】即ち、座標入力面に直接タッチして入力す
る場合と座標入力面から離れて入力する場合の２つのモ
ードが存在する。これらのモード切替は、指示具（発信
源）の回路が、座標入力装置本体側にモードを変更する
旨の信号を送信して行っている。例えば、赤外線や電波
を利用して、指示具の先端スイッチや超音波発信用スイ
ッチを押された旨の信号を座標入力装置本体側に送信し
ていた。従って、座標入力装置本体側には、発振子の駆
動タイミング信号、ペンのＩＤ信号等の様々な信号を座
標入力装置本体側に送信しなければならないために、回
路が複雑になっていた。

【００１３】本発明は上記問題に鑑みてなされたもので
あり、指示具の回路構成を簡略化し、かつ座標出力モー
ドを容易に変更することができる座標入力装置及びその
制御方法、プログラムを提供することを目的とする。

【００１４】

【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、入力面を構成する表示面に対して位置入力を行う
指示具からの入力を、前記表示面の周辺部に設けられた
複数の検出手段が受信した受信タイミングに基づいて、
前記指示具の位置を算出する座標入力装置であって、前
記複数の検出手段の検出信号の内、前記指示具からの入
力信号に対する位相遅延時間に関わる位相信号を検出す
る位相信号検出手段と、前記位相信号検出手段の検出信
号に基づいて、前記指示具の動作モードを判定する判定
手段とを備える。

【００１５】また、好ましくは、前記複数の検出手段の
検出信号の内、前記指示具からの入力信号に対する群遅
延時間に関わる群信号を検出する群信号検出手段とを更
に備え、前記位相信号検出手段は、前記群信号に基づい
て前記位相信号を検出する。

【００１６】また、好ましくは、前記複数の検出手段そ
れぞれは、前記指示具の駆動周波数を判定する判定手段
とを備え、前記指示具は、前記判定手段で判定する複数
種類の駆動周波数の各周波数を切り替えて駆動する駆動
手段とを備える。

【００１７】また、好ましくは、前記判定手段の判定結
果に基づいて、前記指示具の位置座標の出力形式を制御
する制御手段とを更に備える。

【００１８】また、好ましくは、前記判定手段は、前記
位相信号の検出レベルに基づいて、前記指示具の動作モ
ードを判定する。

【００１９】また、好ましくは、前記判定手段は、前記
位相信号の周波数に基づいて、前記指示具の動作モード
を判定する。

【００２０】また、好ましくは、前記複数の検出手段そ
れぞれは、前記位相信号に対応した検出レベルのダイナ
ミックレンジを複数設定する。

【００２１】また、好ましくは、前記指示具は、複数の
音波発生手段と、前記複数の音波発生手段それぞれを異
なる駆動周波数で駆動する駆動手段とを備える。

【００２２】また、好ましくは、前記複数の音波発生手
段は、第１及び第２音波発生手段を少なくとも有し、前
記第１及び第２音波発生手段それぞれは、前記指示具の
両端に配置されている。

【００２３】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、
入力面を構成する表示面に対して位置入力を行う指示具
からの入力を、前記表示面の周辺部に設けられた複数の
検出部が受信した受信タイミングに基づいて、前記指示
具の位置を算出する座標入力装置の制御方法であって、
前記複数の検出部の検出信号の内、前記指示具からの入
力信号に対する位相遅延時間に関わる位相信号を検出す
る位相信号検出工程と、前記位相信号検出工程の検出信
号に基づいて、前記指示具の動作モードを判定する判定
工程とを備える。

【００２４】上記の目的を達成するための本発明による
プログラムは以下の構成を備える。即ち、入力面を構成
する表示面に対して位置入力を行う指示具からの入力
を、前記表示面の周辺部に設けられた複数の検出部が受
信した受信タイミングに基づいて、前記指示具の位置を
算出する座標入力装置の制御をコンピュータに機能させ
るためのプログラムであって、前記複数の検出部の検出
信号の内、前記指示具からの入力信号に対する位相遅延
時間に関わる位相信号を検出する位相信号検出工程のプ
ログラムコードと、前記位相信号検出工程の検出信号に
基づいて、前記指示具の動作モードを判定する判定工程
のプログラムコードとを備える。

【００２５】

【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。＜実施形態１＞図１は本発明の実施形態１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。

【００２６】４は指示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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】図２は本発明の実施形態１の座標入力ペン
の構成を示す図である。

【００３１】特に、図２（ａ）は座標入力ペン４の外観
図であり、図２（ｂ）は座標入力ペン４の機能構成図で
ある。

【００３２】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、各種データを記憶するメモ
リ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は、例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリ
デン）等の圧電性素子で構成される。このＰＶＤＦは、
フィルム状で、所定サイズの円環状に構成することで、
所望周波数で駆動効率が最大になるようになっている。
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
印加される。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。

【００３３】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）４２ａ、４
２ｂを具備する。

【００３４】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４
３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。この検出センサ
３_Ｓａ〜Ｓｄは、例えば、ＰＺＴ等の厚み振動を行う
圧電振動子で、前面に音響整合層を設けている。この音
響整合層は、シリコンゴム等を薄層化したもので、気体
との音響インピーダンスの整合をとり、高感度で広帯域
特性が得られ、かつパルス応答性のよい超音波信号の送
受信が可能となっている。

【００３５】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〜Ｓｄ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
間を検出する到達時間検出方法について、図３、図４を
用いて説明する。

【００３６】図３は本発明の実施形態１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は本発明の実施形態１の音波の到達時間検出を
実現する検出回路のブロック図である。

【００３７】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６参照）をスタートさせ
る。

【００３８】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
た各検出センサ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。

【００３９】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Ｔｇ
信号検出回路６９で検出することが可能である。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】Ｌ＝Ｖｇ×Ｔｇ（１）一方、より高精度な距離Ｌの計算を行う場合には、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、第１帯域通過フィルタ回路６
５により余分な周波数成分を除いた後、更に、第１増幅
回路６６に入力されて所定のゲインに増幅された後、第
１Ｔｐ信号検出回路６７に入力される。第１Ｔｐ信号検
出回路６７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る。そして、第１帯域通過フィルタ
回路６５によって出力され、第１増幅回路６６で増幅さ
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６４が生成するゲー
ト信号５７と比較し、信号５８を生成する。

【００４３】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、第１帯域通過フィルタ回路６５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を生成し、Ｔｐ信号
選択回路６８に入力される。また、第１帯域通過フィル
タ回路６５とは通過する周波数が異なる第２帯域通過フ
ィルタ回路６５１を通過した検出信号も同様な処理でＴ
ｐ信号（不図示）を獲得し、Ｔｐ信号選択回路６８に入
力される。

【００４４】ここで、Ｔｐ信号選択回路６８は、得られ
た異なる周波数のＴｐ信号のうち、１つのＴｐ信号を後
述する方法で選択して、演算制御回路１に出力する。そ
して、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に関わる位相遅
延時間Ｔｐを検出することが可能である尚、厳密にいえ
ば、この位相遅延時間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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】１）音波発生源４３、検出センサ３_Ｓ
ａ〜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_Ｓ
ａ〜Ｓｄ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５
３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。

【００４９】ここで、図５に、音波発生源４３と検出セ
ンサ３_Ｓａ〜Ｓｄ間の距離Ｌと検出センサ３_Ｓａ〜Ｓ
ｄが検出する検出レベルの関係を模式的に示す。

【００５０】図５に示すように、検出レベルは、音波発
生源４３と検出センサ３_Ｓａ〜Ｓｄ間の距離Ｌが短い
ときに変化率が大きく、距離Ｌが長くなるにつれて急峻
に減衰することがわかる。従って、座標入力領域全体に
おいて検出センサ３_Ｓａ〜Ｓｄのダイナミックレンジ
を確保するよりも、座標入力領域を複数の領域に分割し
て、複数の検出レベルのダイナミックレンジを設定する
方が回路構成上有利である。

【００５１】実施形態１においては、第１帯域通過フィ
ルタ回路６５で検出する第１周波数をｆ１、第２帯域通
過フィルタ回路６５１で検出する第２周波数をｆ２とし
て、図のような領域に分割する。そして、第１周波数ｆ
１検出領域をＭｏｄｅ＝１，２、第２周波数ｆ２検出領
域をＭｏｄｅ＝３，４としてそれぞれの検出領域で異な
る動作をさせる。各動作モードの詳細については後述す
る。

【００５２】こうして、第１周波数ｆ１及び第２周波数
ｆ２それぞれの周波数で検出された第１Ｔｐ信号及び第
２Ｔｐ信号は、Ｔｐ信号選択回路６８に入力される。こ
のＴｐ信号選択回路６８は、第１帯域通過フィルタ回路
６５及び第２帯域通過フィルタ回路６５１を通過後のそ
れぞれの異なる周波数の検出信号波形から第１Ｔｐ信号
検出回路６７及び第２Ｔｐ信号検出回路６７１それぞれ
が出力する第１及び第２Ｔｐ信号の内、音波発信源４３
を駆動する周波数の検出信号を選択するように動作す
る。

【００５３】例えば、前置増幅回路６０で得られた検出
信号は、音波発信源４３の発振周波数に対応した周波数
帯域のエネルギーが大きいため、第１帯域通過フィルタ
回路６５及び第２帯域通過フィルタ６５１で得られた位
相信号の内、検出レベルの大きい方を音波発生源４３の
駆動周波数であると判断して、該周波数のＴｐ信号を選
択して演算制御回路１に入力する。

【００５４】次に、実施形態１の演算制御回路１の概略
構成について、図６を用いて説明する。

【００５５】図６は本発明の実施形態１の演算制御回路
の概略構成を示すブロック図である。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】一方、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、図
７、図８を用いて説明する。

【００６１】尚、上述の図３、図４の構成による音波の
到達時間を検出する到達時間検出方法を第１到達時間検
出方法とし、これに対し、図７、図８の構成による音波
の到達時間を検出する到達時間検出方法を第２到達時間
検出方法とする。

【００６２】図７、図８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。

【００６３】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。

【００６４】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、ここでは、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Ｔｇ信号検
出回路８３で検出することが可能である。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】一方、検出センサ３_Ｓａ〜Ｓｄの出力信
号７３は、音波発生源４３の発振する複数の周波数に適
合する帯域幅の共振周波数を有する帯域通過フィルタ回
路８５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、帯域通過フィルタ回路８５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８４が生成するゲート信号７
７と比較し、信号７８を生成する。

【００６８】その後に、帯域通過フィルタ回路８５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パルス信号７９
（Ｔｐ信号）を生成する。そして、このＴｐ信号７９
は、演算制御回路１に入力されて、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に関わる位相遅延時間Ｔｐ_2を検出するこ
とが可能である。

【００６９】ここで、Ｔｐ信号７９を信号７８の１周期
のパルス信号とするのは、演算制御回路１では、このパ
ルス幅を計測して周波数を求めるためである。即ち、第
１到達時間検出方法では、得られた検出信号の検出レベ
ルで比較して大きい方を音波発生源４３の駆動周波数で
あると判断していたが、第２到達時間検出方法では、検
出信号の周波数を観測して得られる周波数（周期）で音
波発生源４３の駆動周波数をＴｐ信号判定回路８７で判
定して後述する動作モード切替に使用する。

【００７０】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と第１到達時間検出方法で求められ
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。

【００７１】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。

【００７２】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７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。

【００７３】以上説明したように、第１到達時間検出方
法に比べ、第２到達時間検出方法は、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。

【００７４】よって、実施形態１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、第１到達時間
検出方法よりも第２到達時間検出方法のほうが位相遅延
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。

【００７５】さらに、第２到達時間検出方法の群遅延時
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、その結果に影響することが無い。
従って、第２到達時間検出方法は、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。

【００７６】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第２到達時間
検出方法に比べ、第１到達時間検出方法は位相遅延時間
Ｔｐのみでの音波の到達時間検出が可能であり、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
到達時間検出方法を採用するかは、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。

【００７７】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〜Ｓ
ｄ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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】上記、既知の距離Ｌini、及びその距離に
おける時間計測値ｔini*（第１到達時間検出方法におい
ては位相遅延時間Ｔｐini*、第２到達時間検出方法にお
いては群遅延時間Ｔｇini*及び位相遅延時間Ｔｐini*）
を、出荷時やリセット時に演算制御回路１の不揮発性メ
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７
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。

【００８２】次に、図９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。

【００８３】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、

【００８４】

【数１】となる。同様にして、

【００８５】

【数２】となる。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】本発明の座標入力ペン４は、図２（ａ）に
示したように、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、図１１を用いて説明を加える。ま
た、座標入力ペン４の動作モードに対応した検出回路側
（本体側）の動作モードについて図１０、図１２を用い
て説明する。

【００９１】図２の駆動回路４４内のメモリには、図１
１に示す処理を実行する動作プログラムが記憶されてい
て、駆動回路４４内の制御回路（ＣＰＵ）は、ペン先Ｓ
Ｗ４１及びペンサイドＳＷ４２_a、４２_bの操作に従っ
て、動作プログラムを実行する。

【００９２】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９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は動作する。

【００９３】尚、以下の説明で、ペン先ＳＷ４１が動作
する入力を「ペン入力」と呼ぶ。また、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、座標入力動作をする場合を「近接入力」と呼ぶ。更
に、表示装置６から離れたところで座標入力動作をする
場合を遠隔入力と呼ぶ。

【００９４】まず、ステップＳ１０２で、メモリに記憶
されている各種データを初期化するために、メモリクリ
アを実行する。ステップＳ１０３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Ｓ１０３でＮＯ）、ステップＳ１１２に進む。一方、
ＯＮである場合（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、ステッ
プＳ１０４に進み、駆動周波数ｆ＝ｆ１（例えば、４０
ｋＨｚ）に設定する。ステップＳ１０５で、駆動間隔Ｔ
＝Ｔ１（例えば、１００回／秒）に設定する。そして、
ステップＳ１０６で、設定された駆動周波数及び駆動間
隔で駆動回路４４により音波発生源４３を動作させ、音
波が空中に放射されるように動作する。即ち、この時の
動作は、図１０のペン入力モード（Ｍｏｄｅ＝１）とな
る。

【００９５】ステップＳ１０７で、ペン先ＳＷ４１の状
態を検知する動作を実行して、ペン先ＳＷ４１がＯＮで
あるか否かを判定する。ＯＮである場合（ステップＳ１
０７でＹＥＳ）、操作者が筆記動作を続けているとみな
して、ステップＳ１０６の音波発生源４３を駆動する動
作を繰り返す。一方、ＯＮでない場合（ステップＳ１０
７でＮＯ）、即ち、操作者が座標入力面から座標入力ペ
ン４を離した場合は、ステップＳ１０８に進む。

【００９６】ステップＳ１０８で、所定時間（例えば、
１０秒）、タイマ（Timer）をセットする。そして、ス
テップＳ１０９で、駆動間隔Ｔ＝Ｔ１１（例えば、５０
回／秒）に設定する。ステップＳ１１０で、設定された
駆動周波数及び駆動間隔で駆動回路４により音波発生源
４３を動作させる。ステップＳ１１１で、タイマがゼロ
（Timer＝０）であるか否かを判定する。ゼロでない場
合（ステップＳ１１１でＮＯ）、ゼロになるまで、ステ
ップＳ１１０及びステップＳ１１１の動作を繰り返す。
このとき、図１０に示す動作モードは近接入力モード
（Ｍｏｄｅ＝２）であって、ペン先ＳＷ４１がＯＮから
ＯＦＦに遷移したときに、この近接入力モードに移行す
る。一方、ゼロである場合（ステップＳ１１１でＹＥ
Ｓ）、ステップＳ１０２に戻る。

【００９７】一方、座標入力面から離れて（例えば、画
面から４００ｍｍ以上）操作する場合は、コンピュータ
等の外部機器への座標の出力モードとなり、前回の座標
値に対する今回の座標値の差分を出力する相対座標とな
る。従って、操作者は、まず、画面上に表示されている
現在のカーソルの位置を入力したい位置まで移動させて
（いわゆる、マウスのドラッグ）、アイコンをクリック
したり、描画の動作をさせる（いわゆる、マウスの左ク
リック）。特に、実施形態１では、図２のペンサイドＳ
Ｗ４２ａを押すことによって、カーソルを移動させて、
同時に、ペンサイドＳＷ４２ｂを押すことで、アイコン
のクリックや描画の動作を実現する。

【００９８】ステップＳ１０３において、ペンサイドＳ
Ｗ４１がＯＮでない場合（ステップＳ１０３でＮＯ）、
ステップＳ１１２に進み、ペンサイドＳＷ４２ａがＯＮ
であるか否かを判定する。ＯＮでない場合（ステップＳ
１１２でＮＯ）、ステップＳ１０２に戻る。一方、ペン
サイドＳＷ４２ａがＯＮである場合（ステップＳ１１２
でＹＥＳ）、即ち、操作者が、座標入力面から離れて操
作する場合には、ステップＳ１１３に進む。

【００９９】次に、ステップＳ１１３で、ペンサイドＳ
Ｗ４２ｂがＯＮであるか否かを判定する。ＯＮである場
合（ステップＳ１１３でＹＥＳ）、ステップＳ１１７に
進む。一方、ＯＮでない場合（ステップＳ１１３でＮ
Ｏ）、ステップＳ１１４に進む。このステップＳ１１２
及びステップＳ１１３の判定によって、図１０の遠隔入
力１モード（Ｍｏｄｅ＝３）か遠隔入力２モード（Ｍｏ
ｄｅ＝４）の判定を実行する。

【０１００】ここで、ペンサイドＳＷ４２ａがＯＮで、
かつペンサイドＳＷ４２ｂがＯＦＦである場合は、遠隔
入力１モード（Ｍｏｄｅ＝３）とみなして、ステップＳ
１１４で、駆動周波数ｆをｆ＝ｆ２（例えば、３０ｋＨ
ｚ）に設定する。また、ステップＳ１１５で、駆動間隔
Ｔ＝Ｔ２（例えば、３０回／秒）に設定する。そして、
ステップＳ１１６で、設定された駆動周波数及び駆動間
隔で駆動回路４により音波発生源４３を動作させ、ステ
ップＳ１１２に戻る。

【０１０１】一方、ペンサイドＳＷ４２ａがＯＮで、か
つペンサイドＳＷ４２ｂがＯＮである場合は、遠隔入力
２モード（Ｍｏｄｅ＝４）とみなして、ステップＳ１１
７で駆動周波数ｆをｆ＝ｆ２（例えば、３０ｋＨｚ）に
設定する。また、ステップＳ１１８で、駆動間隔Ｔ＝Ｔ
２１（例えば、４０回／秒）に設定する。そして、ステ
ップＳ１１９で、設定された駆動周波数及び駆動間隔で
駆動回路４により音波発生源４３を動作させる。

【０１０２】ステップＳ１２０で、ペンサイドＳＷ４２
ｂの状態を検知する動作を実行して、ペンサイドＳＷ４
２ｂがＯＮであるか否かを判定する。ＯＮである場合
（ステップＳ１２０でＹＥＳ）、遠隔入力２モード（Ｍ
ｏｄｅ＝４）が継続しているとみなして、ステップＳ１
１９の音波発生源４３を駆動する動作を繰り返す。一
方、ＯＮでない場合（ステップＳ１２０でＮＯ）、ステ
ップＳ１０２に戻る。

【０１０３】尚、各動作モード（Ｍｏｄｅ＝１〜４）に
おける駆動周波数ｆおよび駆動間隔Ｔは、駆動周波数
ｆ：ｆ１＞ｆ２、駆動間隔：Ｔ１＜Ｔ１１＜Ｔ２１＜Ｔ
２を満足する設定を実行することで、効率の良い座標入
力装置を構成することができる。

【０１０４】即ち、駆動周波数は、音波発生源４３を効
率よく駆動できる周波数を選択するが、超音波のパワー
が周波数の２乗に比例して減衰することから、遠隔入力
モード（Ｍｏｄｅ＝３，４）のときには、ペン入力モー
ド（Ｍｏｄｅ＝１）及び近接入力モード（Ｍｏｄｅ＝
２）よりも低周波数にする方が距離による減衰が小さい
ので好ましい。また、ペン入力モード（Ｍｏｄｅ＝
１）、近接入力モード（Ｍｏｄｅ＝２）、遠隔入力２モ
ード（Ｍｏｄｅ＝４）、遠隔入力１モード（Ｍｏｄｅ＝
３）の順番で操作者が高速に入力をすることを考慮する
と上記駆動間隔にすることで、座標入力ペン４の消費電
力を抑えることができ、電源寿命の点で有利である。

【０１０５】次に、検出回路側（本体側）での動作につ
いて説明すると、図１２において、ステップＳ１２１の
待機状態から、ステップＳ１２２で、検出センサ３が座
標入力ペン４からの信号を検出したか否かを判定する。
信号を検出していない場合（ステップＳ１２２でＮ
Ｏ）、ステップＳ１２１に戻る。一方、信号を検出した
場合（ステップＳ１２２でＹＥＳ）、ステップＳ１２３
に進み、座標入力ペン４における音波発生源４３の駆動
周波数を判定する動作をこれ以降で実行する。

【０１０６】即ち、先述した第１到達時間検出方法では
検出センサ３で検出した信号が第１帯域通過フィルタ回
路６５及び第２帯域通過フィルタ回路６５１を通過した
後のそれぞれの検出レベルを比較することで、駆動周波
数ｆを算出する。また、第２到達時間検出方法では、帯
域通過フィルタ回路８５を通過した後の信号波形の周期
を観測することで、駆動周波数ｆを算出する。これらの
算出された音波発生源４３の駆動周波数ｆは、これ以後
のステップでそれぞれ利用される。

【０１０７】まず、ステップＳ１２３で、駆動周波数が
ｆ＝ｆ１であるか否かを判定する。ｆ＝ｆ１である場合
（ステップＳ１２３でＹＥＳ）、ステップＳ１２４に進
む。ステップＳ１２４で、駆動間隔Ｔ＝Ｔ１１であるか
否かを判定する。Ｔ＝Ｔ１１である場合（ステップＳ１
２４でＹＥＳ）、ステップＳ１２６に進み、Ｍｏｄｅ＝
２に設定して、近接入力モードの動作を実行する。一
方、Ｔ＝Ｔ１１でない場合（ステップＳ１２４でＮ
Ｏ）、ステップＳ１２５に進み、Ｍｏｄｅ＝１に設定し
て、ペン入力モードの動作を実行する。

【０１０８】ステップＳ１２３において、ｆ＝ｆ１でな
い場合（ステップＳ１２３でＮＯ）、ステップＳ１２７
に進む。ステップＳ１２７で、ｆ＝ｆ２であるか否かを
判定する。ｆ＝ｆ２でない場合（ステップＳ１２７でＮ
Ｏ）、ステップＳ１２１に戻る。一方、ｆ＝ｆ２である
場合（ステップＳ１２７でＹＥＳ）、ステップＳ１２８
に進む。

【０１０９】ステップＳ１２８で、駆動間隔Ｔ＝Ｔ２で
あるか否かを判定する。Ｔ＝Ｔ２である場合（ステップ
Ｓ１２８でＹＥＳ）、ステップＳ１２９に進み、Ｍｏｄ
ｅ＝３に設定して、遠隔入力１モードの動作を実行す
る。一方、Ｔ＝Ｔ２でない場合（ステップＳ１２８でＮ
Ｏ）、ステップＳ１３０に進み、Ｍｏｄｅ＝４に設定し
て、遠隔入力２モードの動作を実行する。

【０１１０】ここで、各動作モードとその動作モードに
基づく位置座標の出力形式について説明する。まず、ペ
ン先ＳＷ４１がＯＮ状態の場合は、ペン入力モード（Ｍ
ｏｄｅ＝１）は、算出される座標値は絶対座標値（Ｘ、
Ｙ、０）であって、その値を直接外部機器に出力するこ
とで、操作者は筆記動作が可能となる。

【０１１１】一方、ペン先ＳＷ４１がＯＦＦ状態の場合
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
る等の動作を行えることが好ましい。そのため、ペン先
ＳＷ４１がＯＮ状態からＯＦＦ状態に遷移したときに
は、一定時間、ペン先ＳＷ４１を座標入力面に押しつけ
なくても（ペン先ＳＷ４１がＯＮ状態でなくても）座標
の入力が可能な近接入力モード（Ｍｏｄｅ＝２）を有し
ている。

【０１１２】さらに、実施形態１の座標入力装置は、座
標入力面（ＸＹ平面）から離れて入力する（Ｚ＞０であ
ることを示す）ことが可能であり、ペンサイドＳＷ４２
ａが押されることで遠隔入力１モード（Ｍｏｄｅ＝
３）、また、ペンサイドＳＷ４２ａ，ペンサイドＳＷ４
２ｂが同時に押されることで、遠隔入力２モード（Ｍｏ
ｄｅ＝４）に設定されて、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
て残すことが可能となる。

【０１１３】以上説明したように、実施形態１によれ
ば、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、
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。＜実施形態２＞図１３に実施形態２の座標入力ペン１４
の構成を示す。実施形態１における座標入力ペン４は、
音波発生源としてＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等
の圧電性素子のフィルムを所定サイズの円環状に構成す
ることで、所望周波数で駆動効率が最大になるように構
成していた。実施形態２では、音波発生源として先のＰ
ＶＤＦとさらに別の圧電素子をそれぞれ座標入力ペン１
４の両端に配置構成することによって、効率良く各動作
モード（ペン入力モード（Ｍｏｄｅ＝１）、近接入力モ
ード（Ｍｏｄｅ＝２）、遠隔入力１モード（Ｍｏｄｅ＝
３）、遠隔入力２モード（Ｍｏｄｅ＝４））を切り替え
て実行する。

【０１１４】図１３において、音波発生源は圧電振動子
ＰＶＤＦからなる第１音波発生源１４３と圧電振動子Ｐ
ＺＴからなる第２音波発生源１４４で構成される。この
圧電振動子ＰＺＴは、前面にシリコンゴム等を薄層化し
た音響整合層を設けており、気体との音響インピーダン
スの整合をとり、パルス応答性のよい超音波信号の送信
が可能となっている。

【０１１５】一般的に駆動電圧が同じならば放射する音
響パワーは、ＰＺＴの方が大きい。そのため、第１音波
発生源１４３にＰＶＤＦを用いて、ペン入力モード（Ｍ
ｏｄｅ＝１）、近接入力モード（Ｍｏｄｅ＝２）のとき
に使用する。また、第２音波発生源１４４にＰＺＴを用
いて、遠隔入力１モード（Ｍｏｄｅ＝３）、遠隔入力２
モード（Ｍｏｄｅ＝４）のときに使用する。

【０１１６】従って、各動作モードでの駆動する周波数
は、実施形態１と同じであるが、実施形態２では、第１
音波発生源１４３及び第２音波発生源１４４それぞれの
音波発生源に対して駆動周波数を設定することができる
ので、各圧電素子の周波数特性を狭帯域とすることで放
射する音響パワーを大きくすることができるという効果
も有する。

【０１１７】尚、実施形態２における座標入力ペン１４
は、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）１４１、並びに座標入力ペン１４の筐体に設
けられた複数のペンサイドスイッチ（ＳＷ）１４２ａ、
ＳＷ１４２ｂを具備する。

【０１１８】操作者は、画面に対してペン先を当接して
入力するとき、即ち、ペン入力モード（Ｍｏｄｅ＝１）
（近接入力モード（Ｍｏｄｅ＝２）も含む）の場合は、
ペン先ＳＷ１４１を先端にして所持する。また、遠隔入
力のときは、第２音波発生源１４４側を先端にして所持
する。従って、実施形態２の座標入力ペン４のように筆
記動作（ペン入力モード）のときにスイッチが指にかか
らないため持ちやすく操作性が向上する。

【０１１９】以上説明したように、実施形態２によれ
ば、実施形態１で説明される効果に加えて、第１音波発
生源１４３及び第２音波発生源１４４を座標入力ペン１
４の両端に配置し、それぞれの音声発生源を異なる周波
数で駆動することによって、効率良く動作モードを切り
替えることができて操作性のよい座標入力装置を提供す
ることができる。

【０１２０】尚、本発明は、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（実施形態のフロー
チャートに対応したプログラム）を、システム或いは装
置に直接或いは遠隔から供給し、そのシステム或いは装
置のコンピュータが該供給されたプログラムコードを読
み出して実行することによっても達成される場合を含
む。その場合、プログラムの機能を有していれば、形態
は、プログラムである必要はない。

【０１２１】従って、本発明の機能処理をコンピュータ
で実現するために、該コンピュータにインストールされ
るプログラムコード自体も本発明を実現するものであ
る。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するた
めのコンピュータプログラム自体も含まれる。

【０１２２】その場合、プログラムの機能を有していれ
ば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行され
るプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プ
ログラムの形態を問わない。

【０１２３】プログラムを供給するための記録媒体とし
ては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハー
ドディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ
−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、不揮発
性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，
ＤＶＤ−Ｒ）などがある。

【０１２４】その他、プログラムの供給方法としては、
クライアントコンピュータのブラウザを用いてインター
ネットのホームページに接続し、該ホームページから本
発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮
され自動インストール機能を含むファイルをハードディ
スク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供
給できる。また、本発明のプログラムを構成するプログ
ラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファ
イルを異なるホームページからダウンロードすることに
よっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理を
コンピュータで実現するためのプログラムファイルを複
数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバ
も、本発明に含まれるものである。

【０１２５】また、本発明のプログラムを暗号化してＣ
Ｄ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所
定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを
介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロ
ードさせ、その鍵情報を使用することにより暗号化され
たプログラムを実行してコンピュータにインストールさ
せて実現することも可能である。

【０１２６】また、コンピュータが、読み出したプログ
ラムを実行することによって、前述した実施形態の機能
が実現される他、そのプログラムの指示に基づき、コン
ピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一
部または全部を行ない、その処理によっても前述した実
施形態の機能が実現され得る。

【０１２７】さらに、記録媒体から読み出されたプログ
ラムが、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
リに書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、
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ない、その処理
によっても前述した実施形態の機能が実現される。

【０１２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
指示具の回路構成を簡略化し、かつ座標出力モードを容
易に変更することができる座標入力装置及びその制御方
法、プログラムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１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】本発明の実施形態１の座標入力ペンの構成を示
す図である。

【図３】本発明の実施形態１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】本発明の実施形態１の音波の到達時間検出を実
現する検出回路のブロック図である。

【図５】本発明の実施形態１の音波発生源と検出センサ
間の距離と検出センサが検出する検出レベルの関係を模
式的に示す図である。

【図６】本発明の実施形態１の演算制御回路の概略構成
を示すブロック図である。

【図７】本発明の実施形態１の音波の別の到達時間検出
方法を説明するためのタイミングチャートである。

【図８】本発明の実施形態１の別の音波の到達時間検出
を実現する検出回路のブロック図である。

【図９】本発明の実施形態１の座標系を説明するための
図である。

【図１０】本発明の実施形態１の座標入力ペンの動作モ
ードを説明するための図である。

【図１１】本発明の実施形態１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１２】本発明の実施形態１の座標入力装置の動作を
説明するフローチャートである。

【図１３】本発明の実施形態２の座標入力ペンの構成を
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表示ディスプレイ４１ペン先ＳＷ４２ａ、４２ｂペンサイドＳＷ４３音波発生源１４座標入力ペン１４１ペン先ＳＷ１４２ａ、１４２ｂペンサイドＳＷ１４３第１音波発生源１４４第２音波発生源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉村雄一郎東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 5B068 AA04 AA22 BB21 BC03 BD02 BD11 BD17 BE04 BE08 CC18 5B087 AA02 AC12 CC25 CC26 CC47 DD10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力面を構成する表示面に対して位置入
力を行う指示具からの入力を、前記表示面の周辺部に設
けられた複数の検出手段が受信した受信タイミングに基
づいて、前記指示具の位置を算出する座標入力装置であ
って、前記複数の検出手段の検出信号の内、前記指示具からの
入力信号に対する位相遅延時間に関わる位相信号を検出
する位相信号検出手段と、前記位相信号検出手段の検出信号に基づいて、前記指示
具の動作モードを判定する判定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】前記複数の検出手段の検出信号の内、前
記指示具からの入力信号に対する群遅延時間に関わる群
信号を検出する群信号検出手段とを更に備え、前記位相信号検出手段は、前記群信号に基づいて前記位
相信号を検出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】前記複数の検出手段それぞれは、前記指
示具の駆動周波数を判定する判定手段とを備え、前記指示具は、前記判定手段で判定する複数種類の駆動
周波数の各周波数を切り替えて駆動する駆動手段とを備
え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】前記判定手段の判定結果に基づいて、前
記指示具の位置座標の出力形式を制御する制御手段とを
更に備え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】前記判定手段は、前記位相信号の検出レ
ベルに基づいて、前記指示具の動作モードを判定するこ
とを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
【請求項６】前記判定手段は、前記位相信号の周波数
に基づいて、前記指示具の動作モードを判定することを
特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
【請求項７】前記複数の検出手段それぞれは、前記位
相信号に対応した検出レベルのダイナミックレンジを複
数設定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８】前記指示具は、複数の音波発生手段と、前記複数の音波発生手段それぞれを異なる駆動周波数で
駆動する駆動手段とを備え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９】前記複数の音波発生手段は、第１及び第
２音波発生手段を少なくとも有し、前記第１及び第２音
波発生手段それぞれは、前記指示具の両端に配置されて
いることを特徴とする請求項８に記載の座標入力装置。
【請求項１０】入力面を構成する表示面に対して位置
入力を行う指示具からの入力を、前記表示面の周辺部に
設けられた複数の検出部が受信した受信タイミングに基
づいて、前記指示具の位置を算出する座標入力装置の制
御方法であって、前記複数の検出部の検出信号の内、前記指示具からの入
力信号に対する位相遅延時間に関わる位相信号を検出す
る位相信号検出工程と、前記位相信号検出工程の検出信号に基づいて、前記指示
具の動作モードを判定する判定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１１】前記複数の検出部の検出信号の内、前
記指示具からの入力信号に対する群遅延時間に関わる群
信号を検出する群信号検出工程とを更に備え、前記位相信号検出工程は、前記群信号に基づいて前記位
相信号を検出することを特徴とする請求項１０に記載の
座標入力装置の制御方法。
【請求項１２】前記複数の検出部それぞれは、前記指
示具の駆動周波数を判定する判定工程とを備え、前記指示具は、前記判定工程で判定する複数種類の駆動
周波数の各周波数を切り替えて駆動する駆動工程とを備
えることを特徴とする請求項１０に記載の座標入力装置
の制御方法。
【請求項１３】前記判定工程の判定結果に基づいて、
前記指示具の位置座標の出力形式を制御する制御工程と
を更に備えることを特徴とする請求項１０に記載の座標
入力装置の制御方法。
【請求項１４】前記判定工程は、前記位相信号の検出
レベルに基づいて、前記指示具の動作モードを判定する
ことを特徴とする請求項１０に記載の座標入力装置の制
御方法。
【請求項１５】前記判定工程は、前記位相信号の周波
数に基づいて、前記指示具の動作モードを判定すること
を特徴とする請求項１０に記載の座標入力装置の制御方
法。
【請求項１６】前記複数の検出部それぞれは、前記位
相信号に対応した検出レベルのダイナミックレンジを複
数設定することを特徴とする請求項１０に記載の座標入
力装置の制御方法。
【請求項１７】前記指示具は、複数の音波発生部それ
ぞれを異なる駆動周波数で駆動する駆動工程とを備える
ことを特徴とする請求項１０に記載の座標入力装置の制
御方法。
【請求項１８】前記複数の音波発生部は、第１及び第
２音波発生部を少なくとも有し、前記第１及び第２音波
発生部それぞれは、前記指示具の両端に配置されている
ことを特徴とする請求項１７に記載の座標入力装置の制
御方法。
【請求項１９】入力面を構成する表示面に対して位置
入力を行う指示具からの入力を、前記表示面の周辺部に
設けられた複数の検出部が受信した受信タイミングに基
づいて、前記指示具の位置を算出する座標入力装置の制
御をコンピュータに機能させるためのプログラムであっ
て、前記複数の検出部の検出信号の内、前記指示具からの入
力信号に対する位相遅延時間に関わる位相信号を検出す
る位相信号検出工程のプログラムコードと、前記位相信号検出工程の検出信号に基づいて、前記指示
具の動作モードを判定する判定工程のプログラムコード
とを備えることを特徴とするプログラム。