JP2004192033A

JP2004192033A - 座標入力装置

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Publication number: JP2004192033A
Application number: JP2002355473A
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: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】絶対座標と相対座標を出力する座標入力装置の操作性を向上させる。
【解決手段】座標入力ペンに絶対座標モードあるいは相対座標モードに固定するためのスイッチ手段を有し、距離によって座標の出力形式を決定する自動モードと絶対座標および相対座標を適宜切り替えられる構成とした。
また、発振を制御するスイッチ手段がモードを切り替えるスイッチ手段を兼ねる構成とした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示システムと組み合わせて使用することにより、入出力一体の装置を構成することができる座標入力装置に関する。より詳しくは、ディスプレイの画面に指示具によって直接座標を入力したり、画面に対して離れたところから座標を入力することにより、外部接続されたコンピュータを制御したり、文字や図形などを書き込むために用いられる座標入力装置に関する。
【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ー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、或いは筆記による筆跡をディスプレイに表示し、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。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、透明な入力板を有するものや、光学式、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）方式の様に、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ものも有る。
【０００３】
この様な機器は、携帯性を有する小型の電子手帳に始まって、ペン入力コンピュータ等、表示デバイスの大型化に伴って、比較的大きなサイズの情報機器も見られるようになった。そして、フロントプロジェクタ、リアプロジェクタ、あるいはＰＤＰ等の大型の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。この大型の液晶ディスプレイやＰＤＰディスプレイは、現在も画質の改善、低コスト化が進められており、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。
【０００４】
また、これらの大型表示装置は、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、パソコン内にあらかじめ用意した資料用データを大画面ディスプレイ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、表示用ディスプレイ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、パソコンを制御して、例えば表示スクリーン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。
【０００５】
【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型システムを考慮した場合には、下記の課題があった。すなわち、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ソコンを制御するばかりではなく、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、その場で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。
【０００６】
従来、この種の装置は、画面に直接ペン先をタッチして入力する装置の場合には、指示する点をダイレクトに出力する絶対座標方式であり、アイコンなどの表示されている内容に対して、操作者はダイレクトに指示操作ができるため非常にアクセス性に優れるものである。
【０００７】
一方で、画面から離れて入力（遠隔操作）する場合には、コンピュータを操作するマウスと同じように前回の座標に対する差分値でカーソルの移動量を算出する相対座標方式の装置が主流であった。したがって、画面に表示されている現状のカーソル位置を操作者が確認し、その位置から所望の位置までカーソルを移動させたり、アプリケーションによっては、カーソルが移動する軌跡として図形や文字等を描画したりできる。
【０００８】
しかしながら、両者を同一装置で構成し、かつ両者を操作者が適宜切り替えるには困難性がともなった。
【０００９】
すなわち、この種の装置での一連の入力動作は、まず、入力装置（例えばペンタイプ）に実装されたオン／オフを切り替えるボタンスイッチ等によって発信が制御され、ボタンスイッチをロックさせて入力装置を発信するモードに固定したならば、続いて所望の位置にカーソルを移動させる動作をする。そして、移動させたカーソル位置で描画やアイコンのクリック動作をさせるために、別のボタンスイッチを押す操作をする。そして操作者は、動作を終了させるために、発信を制御するボタンスイッチのロックを解除する。このように、入力操作するための一連の動作が非常に複雑である。
【００１０】
それに加えて、絶対座標方式と相対座標方式を操作者が切り替えるには、表示画面に表示されているメニューから選択することによって、モードを切り替える方法が主であって、モードを切り替えるためにカーソルを移動させる必要であり、操作者にとって必ずしも操作性のよいものではなかった。
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、表示画面に対する座標の入力を簡素化させるとともに操作者が所望する入力方式を容易に選択できる操作性に優れた座標入力装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本出願に係る発明は、座標入力面に対して所望の位置を指示して座標を入力する座標入力装置であって、位置を指示する位置指示手段と、該位置指示手段によって指示された座標を算出する座標算出手段と、前記座標算出手段が算出する座標を出力する座標出力手段と、前記座標出力手段が出力する座標を絶対座標あるいは相対座標に切替える座標切替手段を前記位置指示手段が有する。
【００１３】
さらに、前記位置指示手段と前記座標入力面の距離を算出する手段と、該算出された距離から前記座標算出手段が出力する座標を絶対座標あるいは相対座標に切替える切替手段を有する。
【００１４】
さらに、前記位置指示手段は、座標入力面に対して信号を発信する手段を有し、該発信を制御するスイッチ手段をさらに有し、該スイッチ手段が、前記座標切替手段を兼ねる。
【００１５】
さらに、入力面を構成する表示面に対して位置入力を行う超音波入力手段と、前記表示面の周辺部に設けられた複数の振動検出手段と、前記超音波入力手段から発生した超音波を前記複数の振動検出手段が受信した受信タイミングに基づいて当該超音波入力手段の位置を獲得する座標入力装置において、前記超音波入力手段によって指示された座標を算出する座標算出手段と、前記座標算出手段が算出する座標を出力する座標出力手段と、前記座標出力手段が出力する座標を絶対座標あるいは相対座標に切替える座標切替手段を前記超音波入力手段が有する。
【００１６】
さらに、前記超音波入力手段と前記表示面の距離を算出する手段と、該算出された距離から前記座標算出手段が出力する座標を絶対座標あるいは相対座標に切替える切替手段を有する。
【００１７】
さらに、前記超音波入力手段は、前記超音波入力手段から発生した超音波の駆動を制御するスイッチ手段を有し、該スイッチ手段が、前記座標切替手段を兼ねる。
【００１８】
したがって、表示画面に対する座標の入力を簡素化させるとともに操作者が所望する入力方式を容易に選択できる操作性に優れた座標入力装置を提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
＜第一の実施例＞
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
＜システム構成の説明（図１）＞
図１は、本発明の座標入力装置を利用したシステムの概略図である。
【００２１】
本システムは、リアプロジェクション表示装置１０１に座標入力装置を内蔵して構成したシステムの一例である。この装置は、入出力一体型のシステムで、接続されたコンピュータが出力する各種の情報を画面１０２に表示するとともに、ペン２１は、画面１０２を直接タッチすることで座標データを入力することができる。この座標データは、アイコンの操作（コンピュータの操作）に使用したり、カーソルの移動、図形の描画（カーソルの軌跡）等として使用することができる。
【００２２】
座標入力装置は、ペン２１の位置を計算して座標データとしてコンピュータに送出し、コンピュータは、リアプロジェクション表示装置１０１の画面１０２にフィードバックさせるが、ペン２１で画面１０２を指示してマウスの如きにコンピュータを操作するだけではなく、画面１０２から離れた場所からコンピュータを遠隔操作することも可能な装置である。
【００２３】
図中１０２は、リアプロジェクション装置１０１の画面であり、コンピュータのウィンドウ情報等が表示されている。操作者は、先述したとおり、ペン２１で画面１０２を直接タッチして入力することも可能であるが、図１に示すように画面１０２から離れた場所での入力も可能である。いま仮想的な座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を操作者が操作する位置に構成し、図のような概略ＸＹ平面１０５に１０６のような線を仮想的に描画したとする。そのとき、リアプロジェクション装置１０１の画面１０２には、操作者が操作したペン２１の軌跡１０６と対応する線１０４が表示されることになる。
【００２４】
したがって、会議などで操作者が画面から離れている場合など、コンピュータを遠隔操作したり、表示されている内容に上書きをしたりすることができるので、非常に有効な装置となる。
【００２５】
＜座標入力装置の構成に関する説明（図２〜図４）＞
座標入力装置は、先述した通り、ペン型の入力装置を用いて座標入力面の任意の点を指示すると、その入力点の座標を検出して、接続されたコンピュータに座標データを出力する装置である。本実施例では、座標入力装置として超音波方式の座標入力装置を構成した場合について図２から図４を用いて説明する。
【００２６】
図２に本実施例の座標入力装置の入力ペンを示す。この座標入力ペン２１は、画面にペン先を押し当てることで２２のスイッチがオンになり超音波の発振が開始される。また、遠隔操作する場合は、２段スイッチを動作させることで操作することが可能となっており、２段スイッチの１段目であるスイッチ２３と２段目であるスイッチ２４を適宜押し切り替えることで入力ペン２１の超音波の発振動作を制御する事ができる。
【００２７】
ここで、２段スイッチの構造について図３を用いて説明する。本実施例に用いる２段スイッチは、１段目を押してさらに押し込むことで２段目のスイッチがオンになる構造となっている。一般的にスイッチの操作感は、操作者がスイッチのキートップを押し込んでスイッチ内部回路がオン（オフ）となるための作動力と内部回路がオン（オフ）となるために必要な押し込み距離である移動量で支配されていて、この両方を座標入力装置として適切な値に設定することで操作性のよい座標入力装置を構成することが可能となる。
【００２８】
図３は、本実施例で用いる２段スイッチの内部回路を示している。図中、状態１は、スイッチ２３とスイッチ２４の両方がオフの状態を示している。そして、１段目であるスイッチ２３を押すと状態２に示すようにスイッチ２３の接点がオンになる。状態２の状態からさらに押し込むことによってスイッチ２４の接点がオンになり、状態３に示すようなスイッチ状態となる。すなわち、状態３ではスイッチ２３とスイッチ２４の両方がオンになる。したがって、この図からもわかるように２段スイッチは１段目と２段目が連動しており、１段目が押されていて、すなわちオン状態でなければ、２段目がオンとなる状態は有り得ず、言い換えれば、２段目のスイッチがオンのときは、必ず１段目のスイッチがオンの状態である。
【００２９】
図２の２５は回転スイッチで、ペン先２２が指示した点を直接座標として出力する絶対座標方式と前回の座標との差分を出力する相対座標方式を操作者が入力用途によって適宜切り替えることができるような構成となっている。スイッチ２５を回転させてＡの表示を切り欠き２６と合わせることでモードＡ（絶対座標出力モード）になり、またはＢの表示を切り欠き２６と合わせることでモードＢ（相対座標出力モード）になる。
【００３０】
ここで、各モードについて説明を加える。まず、モードＡの絶対座標方式は、画面に直接ペン先２２をタッチして入力する場合に特に有効で、アイコンなどの表示されている内容に対して、操作者はダイレクトに指示操作ができるため非常に応答性に優れるものである。一方で、モードＢの相対座標方式は、画面から離れて入力（遠隔操作）する場合に特に有効で、コンピュータを操作するマウスと同じように前回の座標に対する差分値でカーソルの移動量を算出するので、画面に表示されている現状のカーソル位置を操作者が確認し、その位置から所望の位置までカーソルを移動させたり、アプリケーションによっては、カーソルが移動する軌跡として図形や文字等を描画したりすることができる。
【００３１】
それぞれのモードには、以下のような利点がある。まず、絶対座標方式は、画面と座標入力装置が一体に構成された入出力一体型の装置では、画面に対してダイレクトに操作が可能であるため直感的な入力が可能である。したがって、カーソルをクリックしたいところに何度も移動（ドラッグ）させないでも、ペン先を指示したい点に示せば瞬時に操作が可能である。また、相対座標方式は、マウスと同じ座標出力方式なので、同じイメージで操作者が操作を習得するのが比較的容易である。さらに、特に大画面のときには、ペンが届かない位置への入力が可能で、ペンの移動範囲が狭くても入力が可能であるため手を大きく動かさなくてすむことがあげられる。そしてさらに、表示されているカーソルに対して離れた場所での座標の入力が可能なので、表示されている内容を手や体で隠さないで入力することが可能である。
【００３２】
上述のように、各モードはそれぞれ主となる使用用途が存在するが、本願の座標入力装置は汎用性のある装置であるため操作者の用途は多岐にわたるものと考えられる。ゆえに、上記の各モードの利点を生かして、操作者は随時モードを切り替えられる構成とした。
【００３３】
したがって、本実施例のペン２１に配置する回転スイッチ２５は、座標の入力中は操作者の任意のタイミングで変更が可能で、画面に表示されているメニューアイコンを操作して変更するなどの操作が不要となる。
【００３４】
なお、ペン２１に配置されている各スイッチの情報は、赤外線や電波で本体に送信してもよいし、発振の間隔をスイッチの動作ごとに可変させることによって、本体側で検出してもよい。
【００３５】
図４は、超音波方式の座標入力装置を構成したブロック図である。
【００３６】
図中、３０１は入力ペン２０２の内部構成を図示している。３０２は、不図示のバッテリで動作する３０３の発振子を駆動する駆動回路である。この駆動回路３０２は、発振子３０３を所定のタイミングで駆動するように制御している。そして、発振子３０３から発振された超音波信号は、座標入力装置本体２０３の内部回路３０４のうち、超音波センサ３０５で検出される。検出された超音波信号は、波形処理回路３０６で所定のレベルまで増幅されて、検出タイミング信号としてＣＰＵ３０７に入力される。こうして、複数の超音波センサで検出されたタイミング信号が揃ったらＣＰＵ３０７は、時間情報から距離情報に変換して、さらに三角測量の原理で入力ペン２０２の座標位置を算出する。なお、この座標計算は、ＲＯＭに格納されている座標算出プログラム３０７をＣＰＵ３０７が呼び出すことによって実行される。そして、算出された座標データは、メモリ３１０に格納される。さらに、座標データは、逐次無線インターフェース３１１によって、外部のコンピュータに転送される。
【００３７】
なお、本実施形態のシステム構成は、上述した構成以外にも種々の構成を採用することができる。例えば、入力具はペン状に限定されるものではなく、いわゆる指示棒状やリモコンの形状であってもよい。また、座標入力の方式は、超音波方式に限らず、赤外線利用方式、抵抗膜方式、電磁誘導方式、或いは、静電結合方式等も採用することができる。
【００３８】
但し、本実施例のようなＸＹＺ軸の３次元の座標を算出することが可能な座標入力装置ではなく２次元の座標を算出する座標入力装置の場合においては、例えば赤外線の反射光を用いることで距離を測定できる機能を付加するなどして、画面と入力装置の間の距離を算出できる機能を別に有するならば、本願の発明が有効であることは言うまでもない。
【００３９】
また、表示装置は、リアプロジェクション装置に限定されず、フロントプロジェクタ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等、コンピュータの情報を表示することができるものであれば本願の発明が有効であることは言うまでもない。
【００４０】
＜座標入力装置の動作に関する説明（図５）＞
以下、遠隔操作の場合（スイッチ２３およびスイッチ２４の操作による入力）の入力例をあげて、本実施例における座標入力装置の入力ペンの入力方法について説明する。
【００４１】
図５は、表示装置の画面上にカーソルが表示されているときの入力例を示している。今、操作者が、図５の１に示した点Ａから点Ｂまで線を描画したいとき、ペンのスイッチの動作とペンから出力される超音波が発振あるいは停止のいずれかの状態にあるかと座標入力装置の座標出力モードに関して図５を用いて説明する。
【００４２】
なお、図５の入力例は、ペンの位置とは関係なく画面に表示されている内容を示したものであり、絶対座標モードでも相対座標モードでも同様である。
【００４３】
まず、カーソル４０１が画面上に表示されていて、点Ａから点Ｂまで線を描画したいとき（描画は、マウスの左クリックを押しながらカーソルを移動させたのと同様に、座標情報とスイッチ情報がコンピュータに送信されることによって描かれる。）、図５において、１の状態はカーソルが画面上に表示されているのみで、ペンのスイッチはいずれも押されていない（図３においてスイッチ２３および２４がオフの状態）。
【００４４】
次に２の状態では、描画を開始したい点Ａにカーソルを移動させる。すなわち、スイッチ２３をオンにして、超音波を発振するモードにし、カーソルを点Ａに移動させる。
【００４５】
次に３の状態では、スイッチ２３および２４をオンにして点Ａから点Ｂまでカーソルを移動させる動作をする。すなわち、この状態は描画されている状態であり、画面上には、カーソルの軌跡が表示される。
【００４６】
そして、４の状態では、点Ｂまで軌跡が表示されてカーソルが移動したならば、スイッチ２４をオフ（手をはなす）にする。以上のようにして、座標情報とスイッチ情報を入力することによって、マウスの如きにコンピュータを操作することができる。
【００４７】
なお、１および４の状態では、スイッチ２３がオンでスイッチ２４がオフの状態でもよく、この場合、連続的にカーソルを移動させることができるため、早い入力が必要なときには有効である。
【００４８】
＜座標入力装置の詳細な構成の説明＞
上述した動作をする座標入力装置の構成をより詳細に説明する。
【００４９】
図６は本実施例に於ける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ものである。図中４は筆記具であるところの座標入力ペンであって、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。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』の様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。
【００５０】
以下、図面に基づき、本願発明の詳細を説明する。
【００５１】
＜座標入力ペンの説明＞
まず、図７を用いて座標入力ペン４の構成について、その概略を説明する。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は、例えばＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）など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、空中にそのエネルーギーが放射されることになる。なお本実施例における座標入力ペン４は、画面に直接タッチして入力するための筆記具であるところ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（ＳＷ４１）と、画面にタッチしないで入力するための座標入力ペン４の筐体に設けられたペンサイド２段スイッチ（ＳＷ４２ａおよびＳＷ４２ｂ）を具備する。これらのスイッチを押すことによって、音波発生源４３の駆動が開始される。さらに、回転スイッチ４６は、回転させることによって切り欠きに合わせてモードを切り替えるスイッチで、「ＭｏｄｅＡ」に合わせると絶対座標モード、「ＭｏｄｅＢ」に合わせると相対座標モード、「ＡＵＴＯ」に合わせると自動モード（自動で絶対座標モードと相対座標モードを切り替えるモード）になる。自動モードの詳細については後述する。
【００５２】
各スイッチの信号は、駆動回路４４で検出されて各モードに対応した信号を赤外線などで本体側に送信される。
【００５３】
＜本体検出回路の説明＞
さて、所定周期毎（例えば１０ｍｓｅｃ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）に駆動回路４４は、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が、その音波は音源と各検出センサ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、また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。
【００５４】
この種の座標入力装置は、座標入力ペン４の音波発信源と各検出センサ３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、各検出センサの位置情報を用いて幾何学的に前述音波発信源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説明する。
【００５５】
＜検出方式に関する説明＞
図８は本実施形態における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９はそれを実現するための回路ブロック図である。符号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。一方、空中に放射された音波は、前述音波発生源４３と検出センサ３間の距離に応じて遅延し、検出センサ３で検出されることになる。符号５３は前置き増幅回路６０で所定レベルまで増幅された検出センサ３で検出された検出信号を示す。この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で処理をし、検出信号のエンベロープ５４のみが取り出される。
【００５６】
このエンベロープに着目すると、その波形が伝播する音速は群速度Ｖｇであり、このエンベロープの特異な点、例えばエンベロープのピークやエンベロープの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、本実施例では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（なお、図９のブロック図にはこの部分の構成は不図示である。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）。従って、音波発生源４３と検出センサ３間の距離Ｌは次式で求めることができる。
【００５７】
Ｌ＝Ｖｇ×Ｔｇ（１）
一方、より高精度な距離検出を行うための実施形態は、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方法である。その詳細について説明すれば、検出センサ３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をまず生成する。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、前述ゲート信号５６の期間内において、帯域通過フィルター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。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（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）。従って、音波発生源４３と検出センサ３間の距離Ｌは次式で求めることができる。
【００５８】
Ｌ＝Ｖｐ×Ｔｐ（２）
さてここで、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を用いる効果について説明する。
【００５９】
検出センサ３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。
１）音波発生源４３、検出センサ３の電気−機械変換効率
２）音波発生源４３と検出センサ３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。
【００６０】
＜演算制御回路１の説明＞
図１０は本実施例の演算制御回路１の概略構成を示すブロック図で、各構成要素及びその動作概略を以下に説明する。図中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。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内の例えばタイマ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、音波発生源４３から各検出センサ３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。
【００６１】
信号波形検出回路２より出力される各振動センサ３＿Ｓａ〜３＿Ｓｄよりの振動到達タイミング信号（第１実施例における符号５９の信号）は、検出信号入力ポート１３を介してラッチ回路１５＿ａ〜１５＿ｄに各々入力される。ラッチ回路１５＿ａ〜１５＿ｄの各々は、対応するセンサよりの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。この様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〜１５＿ｄから各々の振動センサまでの振動到達時間をラッチ回路より読み取り、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、ディスプレイ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様に構成した。またＩ／Ｏポート１６を介しインターフェース回路に、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様に構成したものである。
【００６２】
＜第二の実施例＞
本願発明の第二の実施形態は、前述のごとく精度良く距離を求める方法について説明するものである。
【００６３】
図１１、図１２を用いて同様に説明すれば、符号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。一方、空中に放射された音波は、前述音波発生源４３と検出センサ３間の距離に応じて遅延し、検出センサ３で検出されることになる。符号７３は前置き増幅回路８０で所定レベルまで増幅された検出センサ３で検出された検出信号を示す。この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で処理をし、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、このエンベロープの特異な点、例えばエンベロープのピークやエンベロープの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、本実施例では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（同様に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）。従って、音波発生源４３と検出センサ３間の距離Ｌは（１）式で求めることができる。
【００６５】
一方、検出センサ３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をまず生成した後、帯域通過フィルター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。しかしながらこの信号は、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と前述した第１実施例で求められた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。
【００６６】
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（上述の説明において、第３図信号５６と信号５８の時間差Δ、および図７に示される信号７６と信号７８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）。
【００６７】
第一の実施例に比べ、第二の実施例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、この様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。よって本願の実施例においては、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し、さらには第一の実施例よりも第二の実施例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。さらに第二実施例の群遅延時間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、しかも式（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、第二実施例は、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。
【００６８】
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二の実施例に比べ、第一の実施例は位相遅延時間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。
【００６９】
以上述べた実施例において、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。前記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）
一方、音波発生源４３と検出センサ３間の距離が既知の距離Ｌ_ｉｎｉにおける時間計測値をｔ_ｉｎｉ ^＊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ｔ_ｉｎｉとすれば
ｔ_ｉｎｉ ^＊＝ｔ_ｉｎｉ＋ｅ（６）
よって
ｔ^＊−ｔ_ｉｎｉ ^＊＝ｔ−ｔ_ｉｎｉ（７）
今、音波の音速をＶとすれば、
Ｖ×（ｔ^＊−ｔ_ｉｎｉ ^＊）＝Ｖ×（ｔ−ｔ_ｉｎｉ）＝Ｖ×ｔ−Ｌ_ｉｎｉ（８）
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^＊−ｔ_ｉｎｉ ^＊）＋Ｌ_ｉｎｉ（９）
上記、既知の距離Ｌ_ｉｎｉ、及びその距離における時間計測値ｔ_ｉｎｉ ^＊（第一実施例においては群遅延時間Ｔｇ_ｉｎｉ ^＊、位相遅延時間Ｔｐ_ｉｎｉ ^＊、第２実施例においては、その両者）を、出荷時等に不揮発性メモリ等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８信号５６と信号５８の時間差Δ、および図１１に示される信号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。
【００７０】
＜座標算出式の説明＞
さて今、図１３の様な座標系に検出センサ３＿Ｓａ〜３＿Ｓｄが配置された時、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。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
【外１】

【００７１】
同様にして
【外２】

【００７２】
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。本願発明の実施例では、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。また、この距離が遠いセンサの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。具体的方法としては、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、Ｌｃ、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、と言った信頼性を向上させる構成も実施可能となる。
【００７３】
＜空間座標算出モードの説明＞
次に本願発明の様な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】
本願発明の座標入力ペンは、外観図を図７に示すように、ペン先ＳＷ４１、及び２段スイッチであるペンサイドＳＷ４２ａ，ＳＷ４２ｂ、さらに座標出力モードを切り替える回転スイッチ４６を具備してなり、各ＳＷの動作モードについて表１から表３、図１４を用いて説明を加える。また、座標入力ペン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表１から表３、図１５を用いて説明をする。
【００７５】
図７の駆動回路４４内のメモリには、図１４に示す動作プログラムが内蔵されていて、同じく駆動回路４４内の制御回路は、ＳＷ４１およびＳＷ４２ａ，ＳＷ４２ｂ，ＳＷ４６の動作にしたがって以下のように動作する。
【００７６】
まず、ステップＳ１０２で、ＳＷ４６の状態としてどのモードがセットされているかを検知して駆動回路４４内のメモリにセットされる。次に、操作者が、座標入力ペン４を握って座標入力面（表示装置のスクリーン面にＸＹ平面（ｚ＝０）が設定されている）を押圧する場合は、ペン先ＳＷ４１が動作する。このとき、ステップＳ１０３でＳＷ４１＝ＯＮなのでステップＳ１０４に進む。
【００７７】
ステップＳ１０４では、ＳＷ４６の状態をメモリから読み込みＭｏｄｅがＡ（絶対座標モード）かどうかを判定する。Ｍｏｄｅ＝Ａの場合は、ステップＳ１０７で駆動間隔Ｔをセットする。ステップＳ１０７では、Ｔ＝Ｔ１（例えば、１００回／秒）に設定して、ステップＳ１０８で音波発生源４３を駆動して音波が空中に放射されるように動作する。すなわち、表１において動作モードはペン入力モード（Ｍｏｄｅ＝１）になる。ステップＳ１０４でＭｏｄｅがＡではない場合は、ステップＳ１０５でＭｏｄｅがＢ（相対座標モード）かどうかを判定する。Ｍｏｄｅ＝Ｂの場合は、ステップＳ１０６で駆動間隔Ｔをセットする。ステップＳ１０６では、Ｔ＝Ｔ２（例えば、５０回／秒）に設定して、ステップＳ１０８で音波発生源４３を駆動して音波が空中に放射されるように動作する。すなわち、表２において動作モードはペン入力モード（Ｍｏｄｅ＝３）になる。ステップＳ１０５でＭｏｄｅがＢではない場合は、Ｍｏｄｅ＝ＡＵＴＯ（自動モード）であると判定して、ステップＳ１０７では、Ｔ＝Ｔ１（例えば、１００回／秒）に設定して、ステップＳ１０８で音波発生源４３を駆動して音波が空中に放射されるように動作する。すなわち、表３において動作モードはペン入力モード（Ｍｏｄｅ＝１）になる。
【００７８】
さらに、ステップＳ１０９でＳＷ４１の状態を検知する動作を実行して、ＳＷ４１がＯＮの状態であるならば、操作者が筆記動作を続けているとみなして、ステップＳ１０８の音波発生源４３を駆動する動作を繰り返す。ステップＳ１０９でＳＷ４１がＯＦＦのとき、すなわち、操作者が座標入力面から座標入力ペン４を離したときは、ステップＳ１１０で所定の時間（例えば１０秒）だけタイマ（Ｔｉｍｅｒ）をセットする。次に、ステップＳ１１１では、ＳＷ４６の状態をメモリから読み込みＭｏｄｅがＡ（絶対座標モード）どうかを判定する。Ｍｏｄｅ＝Ａの場合は、ステップＳ１１４で駆動間隔Ｔをセットする。ステップＳ１１４では、Ｔ＝Ｔ１１（例えば、４０回／秒）に設定して、ステップＳ１１５で音波発生源４３を駆動して音波が空中に放射されるように動作する。すなわち、表１において動作モードは近接入力モード１（Ｍｏｄｅ＝２）になる。ステップＳ１１１でＭｏｄｅがＡではない場合は、ステップＳ１１２でＭｏｄｅがＢ（相対座標モード）かどうかを判定する。Ｍｏｄｅ＝Ｂの場合は、ステップＳ１１３で駆動間隔Ｔをセットする。ステップＳ１１３では、Ｔ＝Ｔ２１（例えば、３０回／秒）に設定して、ステップＳ１１５で音波発生源４３を駆動して音波が空中に放射されるように動作する。すなわち、表２において動作モードは近接入力モード（Ｍｏｄｅ＝４）になる。ステップＳ１１２でＭｏｄｅがＢではない場合は、Ｍｏｄｅ＝ＡＵＴＯ（自動モード）であると判定して、ステップＳ１１４では、Ｔ＝Ｔ１１（例えば、４０回／秒）に設定して、ステップＳ１１５で音波発生源４３を駆動して音波が空中に放射されるように動作する。すなわち、表３において動作モードは近接入力モード（Ｍｏｄｅ＝２）になる。
【００７９】
そして、ステップＳ１１６でＳＷ４１の状態を検知する動作を実行して、ＳＷ４１がＯＦＦの状態であるならば、ステップＳ１１５で音波発生源４３を駆動するように動作し、ステップＳ１１７でタイマがゼロ（Ｔｉｍｅｒ＝０）になるまでこの動作を繰り返す。途中ステップＳ１１６でＳＷ４１の状態がＯＮになったときは、操作者が筆記動作を再開したとみなして、ステップＳ１０３に戻る。
【００８０】
次に本実施例では、図７に示すＳＷ４２ａを押すことによってカーソルを移動させて、さらにＳＷ４２ｂを押し込むことでアイコンのクリックや描画の動作を実現する。ステップＳ１０３でＳＷ４１がＯＦＦの場合は、ステップＳ１１８でＳＷ４２ａの状態を判定する。ステップＳ１１８でＳＷ４２ａがＯＮのとき、すなわち操作者が、座標入力面から離れて操作する場合には、次にステップＳ１１９でＳＷ４２ｂの状態を検知する動作をさせる。ステップＳ１１９でＳＷ４２ｂがＯＦＦのときは、さらにステップＳ１２０でＳＷ４１の状態を判定する。ステップＳ１２０でＳＷ４１がＯＮの場合は、ステップＳ１０４を実行する。ステップＳ１２０でＳＷ４１がＯＦＦの場合は、ステップＳ１２１で、ＳＷ４６の状態をメモリから読み込みＭｏｄｅがＡ（絶対座標モード）どうかを判定する。Ｍｏｄｅ＝Ａの場合は、ステップＳ１２４で駆動間隔Ｔをセットする。ステップＳ１２４では、Ｔ＝Ｔ１１（例えば、４０回／秒）に設定して、ステップＳ１２５で音波発生源４３を駆動して音波が空中に放射されるように動作する。すなわち、表１において動作モードは遠隔入力モード（Ｍｏｄｅ＝２）になる。ステップＳ１２１でＭｏｄｅがＡではない場合は、ステップＳ１２２でＭｏｄｅがＢ（相対座標モード）かどうかを判定する。Ｍｏｄｅ＝Ｂの場合は、ステップＳ１２３で駆動間隔Ｔをセットする。ステップＳ１２３では、Ｔ＝Ｔ２１（例えば、３０回／秒）に設定して、ステップＳ１２５で音波発生源４３を駆動して音波が空中に放射されるように動作する。すなわち、表２において動作モードは遠隔入力モード（Ｍｏｄｅ＝４）になる。ステップＳ１２２でＭｏｄｅがＢではない場合は、Ｍｏｄｅ＝ＡＵＴＯ（自動モード）であると判定して、ステップＳ１２４では、Ｔ＝Ｔ１１（例えば、４０回／秒）に設定して、ステップＳ１２５で音波発生源４３を駆動して音波が空中に放射されるように動作する。すなわち、表３において動作モードは遠隔入力モード（Ｍｏｄｅ＝３）になる。
【００８１】
一方、ステップＳ１１９でＳＷ４２ｂがＯＮの場合は、ステップＳ１２６では、ＳＷ４６の状態をメモリから読み込みＭｏｄｅがＡ（絶対座標モード）かどうかを判定する。Ｍｏｄｅ＝Ａの場合は、ステップＳ１２９で駆動間隔Ｔをセットする。ステップＳ１２９では、Ｔ＝Ｔ１（例えば、１００回／秒）に設定して、ステップＳ１３０で音波発生源４３を駆動して音波が空中に放射されるように動作する。すなわち、表１において動作モードは遠隔入力モード（Ｍｏｄｅ＝１）になる。ステップＳ１２６でＭｏｄｅがＡではない場合は、ステップＳ１２７でＭｏｄｅがＢ（相対座標モード）かどうかを判定する。Ｍｏｄｅ＝Ｂの場合は、ステップＳ１２８で駆動間隔Ｔをセットする。ステップＳ１２８では、Ｔ＝Ｔ２（例えば、５０回／秒）に設定して、ステップＳ１３０で音波発生源４３を駆動して音波が空中に放射されるように動作する。すなわち、表２において動作モードは遠隔入力モード（Ｍｏｄｅ＝３）になる。ステップＳ１２７でＭｏｄｅがＢではない場合は、Ｍｏｄｅ＝ＡＵＴＯ（自動モード）であると判定して、ステップＳ１２９では、Ｔ＝Ｔ１（例えば、１００回／秒）に設定して、ステップＳ１３０で音波発生源４３を駆動して音波が空中に放射されるように動作する。すなわち、表３において動作モードは遠隔入力モード（Ｍｏｄｅ＝４）になる。
そして、再びステップＳ１３１でＳＷ４２ｂの状態を検知する動作をし、ＳＷ４２ｂがＯＮのときには、入力が継続しているとみなして、ステップＳ１３０で音波発生源４３を駆動する動作を繰り返す。ステップＳ１３１でＳＷ４２ｂがＯＦＦのときには、ステップＳ１０２に戻り以上の動作を繰り返し実行する。
【００８２】
なお、通常の動作としては、Ｍｏｄｅ＝ＡＵＴＯでの入力が多いと考えられる。したがって、ペン入力モード（Ｍｏｄｅ＝１）、近接入力モード（Ｍｏｄｅ＝２）、遠隔入力モード２（Ｍｏｄｅ＝４）、遠隔入力モード１（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、各モード（Ｍｏｄｅ＝１〜４）における駆動間隔Ｔは、駆動間隔：Ｔ１＜Ｔ１１＜Ｔ２１＜Ｔ２のように設定することで効率よく本願の座標入力装置を構成することができる。すなわち、座標入力ペン４の消費電力を抑えることができるので電池寿命を延ばすことができるという効果がある。
【００８３】
次に、検出回路側（本体側）での動作について図１５を用いて説明する。図１５において、ステップＳ１３１０の待機状態から、ステップＳ１３２で、検出センサ３が信号を検出したと判断されたならば、上述したとおり、座標入力ペン４の位置座標Ｘ，Ｙ，Ｚを算出する。次にステップＳ１３４で前回のサンプリングのときの座標と差分値を計算してΔＸ，ΔＹを算出しておく。次に、ステップＳ１３４で駆動間隔Ｔを判定する。ここで、Ｔ＝Ｔ１のときは、ステップＳ１３６で座標入力ペン４から出力されたＳＷ２６の状態を示す信号が、Ｍｏｄｅ＝ＡＵＴＯかどうかを検出する。ここで、検出されたＭｏｄｅがＡＵＴＯ以外のときは、ステップＳ１４２でＭｏｄｅ＝１に設定してペン入力モードの動作をさせる。また、ステップＳ１３６でＭｏｄｅ＝ＡＵＴＯのときは、ステップＳ１３７でステップＳ１３３で算出したＺ座標の大きさを判断する。本実施例では、Ｚ座標が４００ｍｍを閾値として比較される。Ｚ座標が４００ｍｍ以上のときは、ステップＳ１４４でＭｏｄｅ＝３に設定して、遠隔入力モード１の動作をさせる。Ｚ座標が４００ｍｍより小さいときは、ステップＳ１４２でＭｏｄｅ＝１に設定して、ペン入力モードの動作をさせる。
【００８４】
ステップＳ１３５で駆動間隔Ｔを判定した結果がＴ＝Ｔ１以外の場合は、さらにステップＳ１３８で駆動間隔Ｔを判定する。ここで、Ｔ＝Ｔ１１のときは、ステップＳ１３９で座標入力ペン４から出力されたＳＷ２６の状態を示す信号が、Ｍｏｄｅ＝ＡＵＴＯかどうかを検出する。ここで、検出されたＭｏｄｅがＡＵＴＯ以外のときは、ステップＳ１４３でＭｏｄｅ＝２に設定して近接入力モードの動作をさせる。また、ステップＳ１３９でＭｏｄｅ＝ＡＵＴＯのときは、ステップＳ１４０でステップＳ１３３で算出したＺ座標の大きさを判断する。Ｚ座標が４００ｍｍ以上のときは、ステップＳ１４５でＭｏｄｅ＝４に設定して、遠隔入力モード２の動作をさせる。Ｚ座標が４００ｍｍより小さいときは、ステップＳ１４３でＭｏｄｅ＝２に設定して、近接入力モードの動作をさせる。
【００８５】
また、ステップＳ１３８でＴ＝Ｔ１１と判断されない場合は、ステップＳ１４１に進み前回のサンプリングに計算した座標値Ｘ，Ｙとの差分値（相対座標）ΔＸ，ΔＹの出力方式を決定するために、ステップＳ１４１で駆動間隔Ｔを判定する。ここで、Ｔ＝Ｔ２のときは、ステップＳ１４４でＭｏｄｅ＝３に設定して遠隔入力モード１の動作をさせる。ステップＳ１４１でＴ＝Ｔ２以外の駆動間隔と判断されたときは、ステップＳ１４５でＭｏｄｅ＝４に設定して遠隔入力モード２の動作をさせる。
【００８６】
以上の動作において、Ｍｏｄｅ＝１およびＭｏｄｅ＝２では、ステップＳ１４６で絶対座標Ｘ，Ｙを出力する。また、Ｍｏｄｅ＝３およびＭｏｄｅ＝４では、ステップＳ１４７で相対座標ΔＸ，ΔＹを出力する。
【００８７】
ここで、各モードの動作について説明する。まず、ペン先ＳＷ４１がオン状態の場合はペン入力モード（Ｍｏｄｅ＝１）は、算出される座標値は絶対座標値（Ｘ，Ｙ，０）であって、その値を直接外部装置に出力することで、操作者は筆記動作が可能となる。
【００８８】
一方、ペン先ＳＷ４１がオフ状態の場合は、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がオン状態からオフ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ＳＷ４１がオン状態でなくても）座標の入力が可能な近接入力モード（Ｍｏｄｅ＝２）を有している。
【００８９】
さらに、本願の座標入力装置は、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、ＳＷ４２ａが押されることで遠隔入力１モード（Ｍｏｄｅ＝３）、また、ＳＷ４２ａ，ＳＷ４２ｂが同時に押されることで、遠隔入力２モード（Ｍｏｄｅ＝４）に設定されて、座標入力ペン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っている。
【００９０】
また、本願の座標入力装置の座標入力ペンは、各モードにおける座標出力の方式を切り替えることができるＳＷ４６を有しているので、操作者は、通常の使用ではＡＵＴＯモードにすることで画面と入力点の距離によって、絶対座標と相対座標を適宜自動的に切り替えていても、用途によって絶対座標あるいは相対座標に固定したい場合には、座標入力ペンのスイッチを切り替えるだけで容易に座標出力形式を固定のモードに変更することが可能である。
【００９１】
＜第三の実施例＞
本願発明の第三の実施形態は、先に説明した第一実施例および第二実施例における座標入力ペン４に具備されている２段スイッチであるペンサイドスイッチＳＷ４２ａ，ＳＷ４２ｂが、振動発生源４３の駆動を制御するのみではなく、第一実施例および第二実施例においてはＳＷ４６の機能であった座標の出力形式のモードを変更するスイッチをも兼ねる構成とした場合ついて説明する。
【００９２】
本実施例は、座標入力ペン４に具備されている２段スイッチであるペンサイドスイッチＳＷ４２ａ，ＳＷ４２ｂについて、１段目がオンになる時間から２段目がオンになる時間までを計測すること、および２段目がオンの時間を計測するように構成にしたことが特徴である。
【００９３】
上記時間は、座標入力ペン４に内蔵されている駆動回路のＣＰＵにて各スイッチから出力されるオン・オフで極性が切り替わるパルス信号が入力されていて、該パルス信号の例えばオンになったときの立上りエッジから立上りエッジまでの時間をクロックパルスでカウントすることによって計測する。そして、得られた時間について、あらかじめメモリされている所定の閾値と比較することによって、モードの切り替え動作を実行する。
【００９４】
図１６から図１８は、上記動作を示したフローチャートで、図１６は、座標の出力形式は本体側で得られた座標によって、自動的に決定される自動モードであり、メインのフローチャートである。図１７は、絶対座標モードが実行された場合のフローチャートである。また、図１８は、相対座標モードが実行された場合のフローチャートである。
【００９５】
図１６において、各モードを示すフラグであるｉの初期値としてｉ＝０がセットされる。そして、ペンサイドスイッチＳＷ４２ａ，ＳＷ４２ｂが押された場合、すなわち２段目までオンになった場合は、ステップＳ１６６で１段目がオンになる時間から２段目がオンになる時間までを計測し（Δｔ）、所定の閾値ｋと比較される。さらに、２段目が押され続けている時間ｔ２ｏｎを所定値ｊと比較する。両者の比較された結果が、Δｔ≦ｋかつｔ２ｏｎ≧ｊと判定された場合はモードを変更するために、ステップＳ１７０に進みフラグをｉ＝１にセットしてステップＳ１７１で絶対座標モードジャンプする。
【００９６】
図１７では、図１６を上記で説明したのと同様に、モードを切り替える操作をした場合は、ステップＳ１９８でΔｔ≦ｋかつｔ２ｏｎ≧ｊと判定されるので、ステップＳ２０２でフラグをｉ＝２にセットしてステップＳ２０３で相対座標モードジャンプする。
【００９７】
同様に図１８の相対座標モードでは、モードを切り替える操作をした場合は、ステップＳ２２８でΔｔ≦ｋかつｔ２ｏｎ≧ｊと判定されるので、ステップＳ２３２でメインモード（自動モード）へジャンプする。
【００９８】
以上のように、ＳＷ４２ａ，ＳＷ４２ｂを所定のタイミングで押すたびに、絶対座標モード→相対座標モード→自動モードとループして座標出力モードを変更することが可能であり、第一実施例および第二実施例と比較して、部品コストを削減させることができるという効果がある。
【００９９】
【表１】

【０１００】
【表２】

【０１０１】
【表３】

【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、座標入力面に対して所望の位置を指示して座標を入力する座標入力装置であって、位置を指示する位置指示手段と、該位置指示手段によって指示された座標を算出する座標算出手段と、前記座標算出手段が算出する座標を出力する座標出力手段と、前記座標出力手段が出力する座標を絶対座標あるいは相対座標に切替える座標切替手段を前記位置指示手段が有するので、座標の入力を操作者が所望する入力方式を容易に選択できる操作性に優れた座標入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係る座標入力装置を利用したシステムの一例を示す図。
【図２】第１実施例に係る座標入力ペンの模式図。
【図３】第１実施例に係る座標入力ペンに配置された２段スイッチの回路図。
【図４】第１実施例に係る座標入力装置の方式の一例を説明する図。
【図５】第１実施例に係る座標入力装置の入力方法の一例を説明する図。
【図６】第１実施例に係る座標入力装置の概略構成図。
【図７】第１実施例に係る座標入力装置の座標入力ペンを説明する図。
【図８】第１実施例に係る信号処理のタイミングチャート。
【図９】第１実施例に係る信号処理のブロック図。
【図１０】演算制御回路１のブロック図。
【図１１】第２実施例に係る信号処理のタイミングチャート。
【図１２】第２実施例に係る信号処理のブロック図。
【図１３】座標系を説明する説明図。
【図１４】第２実施例に係る座標入力ペンの動作を説明するフローチャート。
【図１５】第２実施例に係る検出回路側の動作を説明するフローチャート。
【図１６】第３実施例に係る座標入力ペンの動作を説明するフローチャート。
【図１７】第３実施例に係る座標入力ペンの動作を説明するフローチャート。
【図１８】第３実施例に係る座標入力ペンの動作を説明するフローチャート。
【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ＳＷ
４２ａペンサイドＳＷ
４２ｂペンサイドＳＷ
４３音波発生源

Claims

座標入力面に対して所望の位置を指示して座標を入力する座標入力装置であって、
位置を指示する位置指示手段と、
該位置指示手段によって指示された座標を算出する座標算出手段と、
前記座標算出手段が算出する座標を出力する座標出力手段と、
前記座標出力手段が出力する座標を絶対座標モードあるいは相対座標モードに切替える座標切替手段を前記位置指示手段が有すること特徴とする座標入力装置。
前記位置指示手段と前記座標入力面の距離を算出する手段と、
該算出された距離によって、前記座標算出手段が出力する座標を絶対座標モードあるいは相対座標モードに切替える切替手段を有し、前記絶対座標モードおよび前記相対座標モードを固定にするモードと切り替え可能とすることを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。
前記位置指示手段は、座標入力面に対して信号を発信する手段を有し、
該発信を制御するスイッチ手段を有し、該スイッチ手段が前記座標切替手段を兼ねることを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。
入力面を構成する表示面に対して位置入力を行う超音波入力手段と、前記表示面の周辺部に設けられた複数の振動検出手段と、前記超音波入力手段から発生した超音波を前記複数の振動検出手段が受信した受信タイミングに基づいて当該超音波入力手段の位置を獲得する座標入力装置において、
前記超音波入力手段によって指示された座標を算出する座標算出手段と、
前記座標算出手段が算出する座標を出力する座標出力手段と、
前記座標出力手段が出力する座標を絶対座標モードあるいは相対座標モードに切替える座標切替手段を
前記超音波入力手段が有すること特徴とする座標入力装置。
前記超音波入力手段と前記表示面の距離を算出する手段と、
該算出された距離によって、前記座標算出手段が出力する座標を絶対座標モードあるいは相対座標モードに切替える切替手段を有し、前記絶対座標モードおよび前記相対座標モードを固定にするモードと切り替え可能とすることを特徴とする請求項４記載の座標入力装置。
前記超音波入力手段は、前記超音波入力手段から発生した超音波の駆動を制御するスイッチ手段を有し、該スイッチ手段が、前記座標切替手段を兼ねることを特徴とする請求項４記載の座標入力装置。