JP2014191692A - 座標算出装置、及びミシン - Google Patents

Abstract

【課題】１個の超音波発信器を用いて、超音波ペンの角度と方向とを算出可能な座標算出装置を提供する。
【解決手段】ミシン１０１は、検出部９４、９５が超音波を検出した複数のタイミングに基づいて、Ｓ２１、Ｓ２３、Ｓ２５にてスイッチ９１３が押されたタイミングの前後において超音波が発信された平面上の複数の座標を算出する。Ｓ３０にて、ミシン１０１は、Ｓ２１により算出されたスイッチ９１３が押されたタイミングにおける超音波が発信された平面上の座標９３１とＳ２７により算出された位置指示部９１が移動した平面上の移動方向９２０と、Ｓ２９により算出された位置指示部９１の長手方向と平面とがなす角度αと、に基づいて、指示部９１１が指示する平面上の指示点９３６の座標を算出する。
【選択図】図７

Description

本発明は、座標算出装置、及び座標算出装置を備えるミシンに関する。

従来から、座標算出装置として、超音波ペンが知られている。

特許文献１に、２個の超音波発信器を備える超音波ペンが開示されている。２個の超音波発信器により、２点を特定し、超音波ペンの角度と方向を特定し、指示点の座標を算出することができる。

特開２００４―１３９１９１号公報

しかしながら、超音波発信器を２個設けると、部品点数が多くなる。その結果、超音波ペンが大型化してしまうという問題点があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、１個の超音波発信器を用いて、ペンの角度と方向とを算出可能な座標算出装置を提供することを目的とする。

本発明の座標算出装置は、指示部と、前記指示部が指示されたタイミングで押されるスイッチと、超音波を発信する１つの発信器と、からなり、前記指示部と前記発信器とを通過する直線の方向に長い位置指示部と、前記発信器から発信される超音波を検出する検出部と、前記指示部によって指示される平面と、前記検出部が超音波を検出した複数のタイミングに基づいて、前記スイッチが押されたタイミングの前後において超音波が発信された前記平面上の複数の座標を算出する第１算出手段と、前記第１算出手段によって算出された前記平面上の複数の座標に基づいて、前記位置指示部が移動した前記平面上の移動方向を算出する第２算出手段と、前記第１算出手段によって算出された前記平面上の複数の座標に基づいて、前記位置指示部の長手方向と前記平面とがなす角度を算出する第３算出手段と、前記第１算出手段が算出した前記スイッチが押されたタイミングにおける超音波が発信された前記平面上の座標と、前記第２算出手段が算出した前記位置指示部が移動した前記平面上の移動方向と、前記第３算出手段が算出した前記位置指示部の長手方向と前記平面とがなす角度と、に基づいて、前記指示部が指示する前記平面上の指示点の座標を算出する第４算出手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の座標算出装置は、スイッチが押されたタイミングの前後において超音波が発信された平面上の複数の座標に基づいて、位置指示部の長手方向と平面とがなす角度及び位置指示部の移動方向を算出する。前記角度及び前記移動方向に基づいて、指示点の座標を算出する。このようにして、１個の発信器を用いて、指示点の座標を正確に算出することができる。

ミシン１の正面図。 超音波ペン９１の構造を説明する説明図。 受信器９４の斜視図。 ミシン１０１の電気的構成を示すブロック図。 ＲＯＭ６２、及びＲＡＭ６３に記憶されるデータの構造を示す説明図。 発信器座標Ｅの算出方法を説明するための図。 座標算出処理を示すフローチャート。 発信器座標算出処理Ｓ２１を示すフローチャート。 超音波ペン９１の正面図、及び平面上の発信器座標Ｅの分布を示す平面図。 角度算出処理Ｓ２９を示すフローチャート。 テーブル５４０の内容を示す説明図。

［ミシン１０１の構成］
図１を参照して、本実施形態に係るミシン１０１の構成について説明する。

ミシン１０１は、ベッド部１０２と、脚柱部１０３と、アーム部１０４と、頭部１０５と、を備える。ベッド部１０２は、ミシン１０１の土台部である。ベッド部１０２は、加工布１００が載置可能であり、超音波ペン９１のペン先９１１によって指示されるベッド面９８を有する。脚柱部１０３は、ベッド部１０２から延びる。アーム部１０４は、ベッド部１０２に対向して脚柱部１０３から水平方向に延びる。頭部１０５は、アーム部１０４の先端に設けられる。

本実施形態における方向について定義する。脚柱部１０３がベッド部１０２から延びる方向を、上方向とし、上方向の反対方向を下方向とする。アーム部１０４が脚柱部１０３から延びる方向を、左方向とし、左方向の反対方向を右方向とする。左右方向と上下方向とに直交する方向を、前後方向とする。

ミシン１０１は、受信器９４、９５を備える。受信器９４、９５は、ベッド部１０２上において、超音波ペン９１から発信される超音波を検出する。

受信器９４、９５は、頭部１０５の下端の後部に設けられる。受信器９４は、頭部１０５の下側面の左後方に設けられる。受信器９５は、頭部１０５の下側面の右後方に設けられる。受信器９４、９５は、頭部１０５の左右方向の長さ分、左右に離間する。

液晶ディスプレイ１０は、脚柱部１０３の前面に設けられる。以下、液晶ディスプレイ１０は、ＬＣＤ１０と称する。ＬＣＤ１０は、例えば、コマンド、イラスト、設定値、及びメッセージ等の様々な項目を表示する。タッチパネル１６は、ＬＣＤ１０の表面に設けられる。具体的には、タッチパネル１６は、ＬＣＤ１０の前面に設けられる。タッチパネル１６は、項目を設定するために設けられる。設定とは、具体的には、ユーザが、指又は専用のタッチペンを用いてタッチパネル１６を押圧することにより、ミシン１０１が、タッチパネル１６によって検知される押圧位置に対応して、複数の項目のうちどの項目が選択されたかを認識することである。ユーザは、タッチパネル１６を押圧することによって、縫製したい模様又は実行すべきコマンドを選択することができる。

ペンコネクタ５０は、脚柱部１０３の右側面に設けられる。ペンコネクタ５０は、ペンコネクタ９１６に電気的に接続される。ペンコネクタ９１６は、後述する超音波ペン９１から延びるケーブル９１２に連結される。ミシン１０１は、ペンコネクタ５０、ペンコネクタ９１６、及びケーブル９１２を介して、超音波ペン９１に電力を供給する。

［超音波ペン９１の説明］
図２を参照して、超音波ペン９１について説明する。超音波ペン９１は、ペン本体９１０と、ペン先９１１と、スイッチ９１３と、発信器９１５と、を備える。超音波ペン９１は、ユーザが把持可能な形状を有する。

ペン本体９１０の形状は、棒状である。ペン本体９１０は、ペン先９１１と、発信器９１５の中心と、を繋いだ仮想直線９２３の方向に延びている。

ペン先９１１は、ペン本体９１０の長手方向の先端に設けられる。ペン先９１１の先端は、尖っている。

スイッチ９１３は、ユーザが超音波ペン９１を把持した際に、人差し指で操作できる位置に設けられる。具体的には、スイッチ９１３は、ペン本体９１０の長手方向中央よりペン先９１１寄りの位置に設けられる。ユーザは、ベッド面９８上の指示点９３６にペン先９１１を指示したタイミングでスイッチ９１３を押圧する。

発信器９１５は、ペン先９１１近傍に設けられる。発信器９１５とペン先９１１との距離Ｌｒは、例えば、２０［ｍｍ］である。発信器９１５の数は、１つである。

なお詳細は後述するが、ミシン１０１は、超音波ペン９１から発信された超音波を、受信器９４、９５で受信する。ミシン１０１は、検出された超音波に基づいて、超音波の発信源、即ち超音波ペン９１に設けられた発信器９１５の位置を特定する。ミシン１０１は、特定された位置に基づいて縫製を行う。ユーザは、例えば、超音波ペン９１のペン先９１１を加工布１００上に押し当てることで、加工布１００のうちの指定した位置に縫製を行うことができる。

［受信器９４の説明］
図３を参照して、受信器９４の詳細について説明する。受信器９５は、受信器９４と同一構成であるので説明を省略する。受信器９４の形状は、上下方向に長い直方体形状である。開口部９４１は、受信器９４の前面の下端部の中央に設けられる。開口部９４１の形状は、左右方向に長い楕円形である。開口部９４１の周囲９４２は、前側に向かって放射状に傾斜するテーパ面である。電気基板及びマイクが、受信器９４の内部に設けられる。マイクは、開口部９４１の内側に位置する。受信器コネクタは、電気基板の上端の後面に設けられる。受信器コネクタは、ミシン１０１に設けられたコネクタに接続する。受信器９４の指向性は、マイクに対する開口部９４１の向きで定まる。

［ミシン１０１の電気的構成］
図４を参照して、ミシン１０１の電気的構成について説明する。ミシン１０１の制御部６０は、ＣＰＵ６１と、ＲＯＭ６２と、ＲＡＭ６３と、入出力インターフェイス６５と、を備える。ＣＰＵ６１、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３、及び入出力インターフェイス６５は、バス６７を介して相互に電気的に接続する。ＲＯＭ６２は、座標算出プログラム５００を含む各種プログラム、及びデータ等を記憶する。

入出力インターフェイス６５は、タッチパネル１６、タイマ２７、及び駆動回路７２、７５が電気的に接続される。タイマ２７は、時間を計測する。駆動回路７２、７５は、それぞれ、ミシンモータ７９、及びＬＣＤ１０を駆動する。

超音波ペン９１の電気的構成について説明する。超音波ペン９１は、スイッチ９１３と、信号出力回路９１４と、発信器９１５と、を備える。スイッチ９１３は、信号出力回路９１４に電気的に接続される。信号出力回路９１４は、入出力インターフェイス６５に電気的に接続される。スイッチ９１３は、ユーザの指の押圧に応じてＯＮ／ＯＦＦする。スイッチ９１３が押されていない、即ちＯＦＦ状態の場合、信号出力回路９１４は、ケーブル９１２及び入出力インターフェイス６５を介して、ＣＰＵ６１にＨｉｇｈ信号を出力する。スイッチ９１３が押された、即ちスイッチ９１３がＯＮされた場合、信号出力回路９１４は、ケーブル９１２及び入出力インターフェイス６５を介して、ＣＰＵ６１にＬｏｗ信号を出力する。以下、信号出力回路９１４から出力されるＬｏｗ信号は、指示信号９１７と称する。スイッチ９１３と、信号出力回路９１４と、発信器９１５とは、ペン本体９１０の内部に設けられる。ＣＰＵ６１からの超音波の発信を指令する制御信号９１９を受け付けて、発信器９１５は、超音波を発信する。

［データの構造］
図５を参照して、ＲＯＭ６２、及びＲＡＭ６３に記憶されるデータの構造について説明する。

ＲＯＭ６２は、座標算出プログラム５００と、受信器座標データ５１０と、音速データ５２０と、計算式５３０と、テーブル５４０と、を記憶する。座標算出プログラム５００は、後述するフローチャートに従った処理を実現するためのプログラムである。受信器座標データ５１０、音速データ５２０、計算式５３０、及びテーブル５４０は、発信器９１５の座標Ｅを算出する際に、ＲＯＭ６２から読み出される。

ＲＡＭ６３は、ＣＰＵ６１がＲＯＭ６２に記憶される座標算出プログラム５００を実行する際に参照する各種変数等を記憶しておく一時記憶領域として機能する。各種変数は、例えば、発信タイミングＴ１と、検出タイミングＴ２と、到達時間Ｔｂ、Ｔｃ、距離ＥＢ、ＥＣ、発信器座標データ４３０と、を含む。

［発信器９１５の座標算出方法］
図６を参照し、発信器９１５の座標Ｅを特定する方法について説明する。ユーザは、加工布１００に超音波ペン９１のペン先９１１を接触させ、スイッチ９１３を押すことによって、ミシン１０１による縫製を行う位置を加工布１００上に指定する。以下、超音波ペン９１のペン先９１１が接触した加工布１００上の位置を、指示点９３６と称する。ミシン１０１は、発信器９１５の座標Ｅを特定することによって指示点９３６を特定する。発信器９１５の座標Ｅと、ペン先９１１が接触した加工布１００上の指示点９３６とは、異なる。従って、後述する座標算出プログラム５００により、ペン先９１１の指示点の座標９３６と発信器９１５の座標Ｅとの誤差を修正する必要がある。以下、図１のミシン１０１の左右方向、前後方向、及び上下方向を、それぞれＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向とする。図９の左右方向及び上下方向が、それぞれ、Ｘ方向及びＹ方向に相当し、図６の図面表裏方向が、Ｚ方向に相当する。

ミシン１０１は、発信器９１５の座標Ｅ（Ｘ座標，Ｙ座標，Ｚ座標）として特定する。以下の説明において、Ｘ座標、Ｙ座標、及びＺ座標の「１」が、１［ｍｍ］の距離に相当する。座標の原点Ｓ（０，０，０）は、針板に形成され、縫針が挿通する針孔の中心点とする。Ｚ座標が０である面が、針板の上面を示す。受信器９４の位置を示す座標Ｂを、（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）とする。受信器９５の位置を示す座標Ｃを、（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）とする。発信器９１５の座標Ｅを、（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ）とする。以下、座標Ｅを「発信器座標Ｅ」と称する。受信器９４、９５のＺ座標は、針板の上面に対する受信器９４、９５の高さを表す。発信器座標Ｅと座標Ｂとの間の距離を「距離ＥＢ」といい、発信器座標Ｅと座標Ｃとの間の距離を「距離ＥＣ」と称する。

距離ＥＢ、ＥＣは、三平方の定理に基づき、座標Ｂ、Ｃ、Ｅによって表すことができる。距離ＥＢ、及び座標Ｂ、Ｅは、以下の式（１）の関係を満たす。同様に、距離ＥＣ、及び座標Ｃ、Ｅは、以下の式（２）の関係を満たす。
（Ｘｂ−Ｘｅ）２＋（Ｙｂ−Ｙｅ）２＋（Ｚｂ−Ｚｅ）２＝（ＥＢ）２・・・（１）
（Ｘｃ−Ｘｅ）２＋（Ｙｃ−Ｙｅ）２＋（Ｚｃ−Ｚｅ）２＝（ＥＣ）２・・・（２）
式（１）は、座標Ｂを中心点とし、半径が距離ＥＢである発信器座標Ｅを通る球面の方程式と同一である。同様に式（２）は、座標Ｃを中心点とし、半径が距離ＥＣである発信器座標Ｅを通る球面の方程式と同一である。

超音波が進行する速度を、音速ＶＳとする。発信器座標Ｅにある超音波ペン９１から発信された超音波が、受信器９４に到達するまでに要する時間を、到達時間Ｔｂとする。発信器座標Ｅにある超音波ペン９１から発信された超音波が、受信器９５に到達するまでに要する時間を、到達時間Ｔｃとする。この場合、距離ＥＢ、ＥＣは、以下の式（３）（４）で表すことができる。
ＥＢ＝ＶＳ×Ｔｂ・・・（３）
ＥＣ＝ＶＳ×Ｔｃ・・・（４）

上記式（１）（２）に式（３）（４）を代入することによって、以下の式（５）（６）が得られる。
（Ｘｂ−Ｘｅ）２＋（Ｙｂ−Ｙｅ）２＋（Ｚｂ−Ｚｅ）２＝（ＶＳ×Ｔｂ）２・・（５）
（Ｘｃ−Ｘｅ）２＋（Ｙｃ−Ｙｅ）２＋（Ｚｃ−Ｚｅ）２＝（ＶＳ×Ｔｃ）２・・（６）

式（５）（６）のうち、座標Ｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）、座標Ｃ（Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃ）、及び音速ＶＳは既知の値であり、受信器座標データ５１０、音速データ５２０として、ＲＯＭ６２に予め記憶される。式（１）（２）（３）（４）（５）（６）は、計算式５３０としてＲＯＭ６２に予め記憶される。到達時間Ｔｂ、Ｔｃは、超音波ペン９１の発信器９１５から超音波が発信されたタイミング、及び受信器９４、９５において超音波が検出されたタイミングとの差分を算出することによって特定することができる。以下、超音波ペン９１の発信器９１５から超音波が発信されたタイミングを、発信タイミングＴ１と称する。以下、受信器９４、９５において超音波が検出されたタイミングを、検出タイミングＴ２と称する。発信器座標Ｅ（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ）のうちＺｅは、加工布１００の布厚がＸｅ、Ｙｅと比較して無視できる程度に小さいので、０と見做してよい。よって、Ｘｅ、及びＹｅは、式（５）（６）の連立方程式に基づき、算出される。そして、詳しい説明は省略するが、受信器９４，９５の指向性が考慮され、ユーザが超音波ペン９１で指定した加工布１００上の発信器座標Ｅ（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ（＝０））が算出される。

［座標算出プログラム５００］
図７を参照して、座標算出処理について説明する。座標算出処理は、ミシン１０１のＣＰＵ６１によって実行される。座標算出処理は、タッチパネル１６を用いて、ユーザが超音波モードを選択した場合に実行される。フローチャートに示す各ステップは、ＣＰＵ６１の処理を示す。

Ｓ１３では、発信器９１５は、超音波を所定時間ＵＴ毎に発信する。所定時間ＵＴは、例えば、６［ｍｓ］である。具体的には、ＣＰＵ６１は、タイマ２７を参照して、所定時間ＵＴ毎に超音波の発信を指令する制御信号９１９を、発信器９１５に出力する。ＣＰＵ６１からの制御信号９１９を受け付けて、発信器９１５は、超音波を所定時間ＵＴ毎に発信する。

Ｓ１５では、ＣＰＵ６１は、Ｎｙ個のタイミングで超音波が発信された発信器９１５の座標であって、連続したＮｙ個の座標を算出する。ＲＡＭ６３は、超音波が発信された発信器９１５の連続したＮｙ個の座標を記憶する。

Ｓ１７では、ＣＰＵ６１は、スイッチ９１３が押されたか否かを判断する。具体的には、ＣＰＵ６１は、超音波ペン９１の信号出力回路９１４から出力される指示信号９１７を検出したか否かを判断する。ＣＰＵ６１は、指示信号９１７を検出したと判断した場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、Ｓ２１へ処理を進める。具体的には、信号出力回路９１４は、ＣＰＵ６１へ向けて指示信号９１７を出力する。指示信号９１７がＣＰＵ６１に伝達される速度は、超音波が受信器９４，９５に到達する速度よりも格段に速い。このため、スイッチ９１３がＯＮしたタイミングと略同時に、指示信号９１７は、ＣＰＵ６１に到達するものとする。指示信号９１７がＣＰＵ６１に到達すると、ＣＰＵ６１は、指示信号９１７を検出したと判断する。

一方、ＣＰＵ６１は、指示信号９１７を検出していないと判断した場合（Ｓ１７：ＮＯ）、Ｓ１９へ処理を進める。Ｓ１９では、ＣＰＵ６１は、ＲＡＭ６３に記憶されたＮｙ個の発信器９１５の座標を消去する。その後、ＣＰＵ６１は、Ｓ１３へ処理を戻す。

Ｓ２１では、ＣＰＵ６１は、スイッチ９１３が押された時の発信器９１５の座標を、その時に発信された超音波に基づいて算出する。

Ｓ２３では、ＣＰＵ６１は、スイッチ９１３が押される前の発信器９１５の座標であって、Ｎｙ個の座標をＲＡＭ６３から取得する。

Ｓ２５では、ＣＰＵ６１は、スイッチ９１３が押された後の発信器９１５の座標であって、Ｎｚ個のタイミングで超音波が発信された発信器９１５の連続したＮｚ個の座標を、夫々のタイミングで発信された超音波に基づいて、夫々算出する。ＲＡＭ６３は、算出されたＮｚ個の座標を記憶する。

Ｓ２７では、ＣＰＵ６１は、Ｓ２１、Ｓ２３、及びＳ２５にて算出又は取得した複数個の座標に基づいて、超音波ペン９１が移動したベッド面９８上の移動方向を算出する。

［移動方向９２０の算出］
図９を参照して、ベッド面９８上の移動方向を算出する処理Ｓ２７について詳細に説明する。

ＣＰＵ６１は、複数の座標９３１、９３２、９３３のうち、第１点９３１から、第１点９３１より後に算出された第２点９３２に向かうベッド面９８上の方向に基づいて、ベッド面９８上の移動方向９２０を算出する。第１点９３１は、スイッチ９１３が押された時の座標である。第２点９３２は、スイッチ９１３が押された後のＮｚ個の座標である。第３点９３３は、スイッチ９１３が押される前のＮｙ個の座標である。第１点９３１、第２点９３２、第３点９３３は、それぞれ順に、○、△、□で表される。具体的には、ＣＰＵ６１は、近似直線９２２を算出する。近似直線９２２は、第１点９３１を通過し、スイッチ９１３が押された後のＮｚ個の座標９３２に近い直線である。ＣＰＵ６１は、近似直線９２２を、周知の最小二乗法を用いて算出する。ＣＰＵ６１は、近似直線９２２が延びる方向を、ベッド面９８上の移動方法９２０としてＲＡＭ６３に記憶させる。

Ｓ２９では、ＣＰＵ６１は、ＲＡＭ６３に記憶されている座標であって、スイッチ９１３が押された前後の発信器９１５の座標に基づいて、超音波ペン９１の長手方向とベッド面９８とがなす角度αを算出する。

［角度αの算出］
図９〜図１１を参照して、角度αを算出する角度算出処理Ｓ２９について詳細に説明する。ＣＰＵ６１は、Ｓ２９の処理が開始された後、図１０に示すＳ８１へ処理を進める。

Ｓ８１では、ＣＰＵ６１は、分布密度Ｍｍを算出する。分布密度Ｍｍは、超音波ペン９１が移動したベッド面９８上の移動方向９２０に対する、Ｓ２１、Ｓ２３、及びＳ２５によって算出されたベッド面９８上の複数の座標９３１、９３２、９３３の分布密度である。分布密度Ｍｍは、以下の式（７）の関係を満たす。
Ｍｍ＝（Ｎｙ＋Ｎｚ）／Ｒｂ・・・（７）

範囲Ｒｂの算出方法について説明する。範囲Ｒｂは、スイッチ９１３が押されたタイミングの前後のＮｙ＋Ｎｚ個の座標の範囲である。具体的には、ＣＰＵ６１は、スイッチ９１３が押されたタイミングでの座標９３１から最も離れた座標９３４を算出する。ＣＰＵ６１は、座標９３１と座標９３４との距離を、範囲Ｒｂに代入する。

分布密度Ｍｍの算出例について説明する。例えば、個数Ｎｙ＝５０、個数Ｎｚ＝５０、範囲Ｒｂ＝０．５［ｍｍ］であった場合、分布密度Ｍｍ＝（５０＋５０）／０．５＝２００［ｄｏｔ／ｍｍ］となる。

Ｓ８３では、ＣＰＵ６１は、Ｓ８１にて算出された分布密度Ｍｍを、テーブル５４０と照合することで、超音波ペン９１の長手方向とベッド面９８とがなす角度αを決定する。テーブル５４０は、分布密度Ｍｍと、角度αと、が対応付けられている。具体的には、例えば、分布密度Ｍｍ＝２００［ｄｏｔ／ｍｍ］であった場合、ＣＰＵ６１は、テーブル５４０と照合して、角度α＝６０°〜７５°と決定する。ＣＰＵ６１は、Ｓ８３終了後、角度算出処理Ｓ２９を終了し、図７のＳ３０へ処理を進める。

Ｓ３０では、ＣＰＵ６１は、Ｓ２１にて算出したスイッチ９１３が押された時の発信器９１５の座標と、Ｓ２７にて算出した超音波ペン９１が移動したベッド面９８上の移動方向と、Ｓ２９にて算出した超音波ペン９１の長手方向とベッド面９８とがなす角度αと、に基づいて、ペン先９１１が指示するベッド面９８上の指示点９３６の座標を算出する。ＣＰＵ６１は、Ｓ３０終了後、座標算出処理を終了する。

［指示点９３６の算出］
図９を参照して、指示点９３６の座標を算出する処理Ｓ３０の詳細について説明する。

指示点９３６が存在する方向について説明する。移動方向９２０は、第１点９３１から、スイッチ９１３が押された後の座標である第２点９３２に向かう移動方向である。一般的に、ペン先９１１は、ユーザが指示点９３６を押した後の超音波ペン９１の移動方向９２０の反対方向に存在する。従って、指示点９３６は、第１点９３１から移動方向９２０の反対方向に存在する。移動方向９２０が、右方向（＋Ｘ方向）であった場合、指示点９３６は、第１点９３１から移動方向９２０の反対方向である左方向（−Ｘ方向）に存在する。

距離ＥＤについて説明する。距離ＥＤは、スイッチ９１３が押された時の発信器９１５のベッド面９８上の座標である第１点９３１と、指示点９３６との距離である。距離ＥＤは、以下の式（８）の関係を満たす。
ＥＤ＝Ｌｒｃｏｓα・・・（８）

距離ＥＤの算出例について説明する。ペン先９１１と発信器９１５との距離Ｌｒ＝２０［ｍｍ］、ベッド面９８と超音波ペン９１の長手方向とのなす角度α＝６０°であった場合、距離ＥＤ＝２０×ｃｏｓ６０°＝１０［ｍｍ］となる。

指示点９３６の算出例について説明する。指示点９３６の座標は、第１点９３１から移動方向の反対方向に距離ＥＤだけ離れたベッド面９８上の座標である。第１点９３１の座標Ｅが（０，−１０，０）であり、移動方向９２０の反対方向が−Ｘ方向、距離ＥＤ＝１０［ｍｍ］であった場合、指示点９３６の座標は、第１点９３１から−Ｘ方向に１０［ｍｍ］離れた座標（−１０，−１０，０）である。

［発信器座標Ｅの算出］
図８を参照し、発信器座標算出処理Ｓ２１の詳細について説明する。ＣＰＵ６１は、Ｓ２１の処理を開始させた後、Ｓ５３へ処理を進める。

Ｓ５３では、ＣＰＵ６１は、タイマ２７を参照し、所定時間ＵＴ毎に発信される超音波の発信タイミングの中から、現在時刻に最も近い発信タイミングを特定する。ＣＰＵ６１は、特定した発信タイミングを、発信タイミングＴ１として取得する。ＲＡＭ６３は、取得した発信タイミングＴ１を記憶する。

Ｓ５５では、ＣＰＵ６１は、超音波ペン９１から発信された超音波を、受信器９４，９５が検出したか否かを判断する。ＣＰＵ６１は、受信器９４，９５が超音波を検出したと判断した場合（Ｓ５５：ＹＥＳ）、Ｓ５７へ処理を進める。ＣＰＵ６１は、受信器９４，９５が超音波を検出していないと判断した場合（Ｓ５５：ＮＯ）、Ｓ６７へ処理を進める。具体的には、受信器９４，９５が超音波を検出すると、入出力インターフェイス６５を介して、ＣＰＵ６１に検出信号９１８を出力する。ＣＰＵ６１は、検出信号９１８を受信すると、超音波を検出したと判断する。

Ｓ６７では、ＣＰＵ６１は、タイマ２７を参照し、発信タイミングＴ１から一定時間が経過したか否かを判断する。一定時間とは、超音波が超音波ペン９１から発信されて、受信器９４、９５に十分到達可能な時間である。一定時間とは、例えば１［ｍｓ］である。ＣＰＵ６１は、一定時間が経過したと判断した場合（Ｓ６７：ＹＥＳ）、Ｓ６９に処理を進める。つまり、ＣＰＵ６１は、受信器９４、又は９５が超音波を検出するまで、一定時間待機する。例えば、超音波ペン９１の発信器９１５から発信された超音波が、ユーザの手や腕、加工布１００等によって遮蔽され、一定時間以上、受信器９４、又は９５に到達しなかったとする。つまり、受信器９４、又は９５が超音波を検出できない状態のまま一定時間が経過すると、ＣＰＵ６１は、Ｓ６９へ処理を進める。ＣＰＵ６１は、一定時間が経過していないと判断した場合（Ｓ６７：ＮＯ）、Ｓ５５に処理を戻す。

Ｓ６９では、ＣＰＵ６１は、エラーメッセージをＬＣＤ１０に表示するよう駆動回路７５を制御する。エラーメッセージは、受信器９４，９５のどちらか一方が超音波を検出できなかったことを示すメッセージである。エラーメッセージを見たユーザは、超音波ペン９１によって加工布１００上の任意の位置を再度指定する。超音波ペン９１の信号出力回路９１４から出力される指示信号９１７を再度検出するために、ＣＰＵ６１は、Ｓ６９終了後、Ｓ５３に処理を戻す。

Ｓ５７では、ＣＰＵ６１は、タイマ２７を参照し、受信器９４，９５で超音波が検出された時刻を特定する。ＲＡＭ６３は、特定した時刻を、検出タイミングＴ２として記憶する。受信器９４，９５で超音波が検出された時刻は、具体的には、ＣＰＵ６１が検出信号９１８を検出した時刻である。

Ｓ５９では、ＣＰＵ６１は、受信器９４，９５の両方から超音波を検出したか否かを判断する。ＣＰＵ６１は、受信器９４、及び９５の両方から超音波を検出したと判断した場合（Ｓ５９：ＹＥＳ）、Ｓ６１へ処理を進める。ＣＰＵ６１は、受信器９４，９５のうちいずれか一方が超音波を検出していないと判断した場合（Ｓ５９：ＮＯ）、Ｓ５５に処理を戻す。

Ｓ６１では、ＣＰＵ６１は、到達時間Ｔｂ、Ｔｃを算出する。具体的には、ＣＰＵ６１は、発信タイミングＴ１と、検出タイミングＴ２と、に基づいて、到達時間Ｔｂ、Ｔｃを算出する。詳細には、受信器９４の検出タイミングＴ２から発信タイミングＴ１を減算することによって、到達時間Ｔｂを算出する。ＣＰＵ６１は、受信器９５の検出タイミングＴ２から発信タイミングＴ１を減算することによって、到達時間Ｔｃを算出する。ＲＡＭ６３は、到達時間Ｔｂ、Ｔｃを記憶する。

Ｓ６３では、ＣＰＵ６１は、到達時間Ｔｂ、Ｔｃと、超音波が伝搬する速度である音速ＶＳと、に基づいて、発信器９１５と受信器９４、９５との距離ＥＢ、ＥＣを算出する。具体的には、ＣＰＵ６１は、算出した到達時間Ｔｂ、Ｔｃに音速ＶＳを乗算することによって、距離ＥＢ、ＥＣを算出する（式（３）（４）参照）。ＲＡＭ６３は、距離ＥＢ、ＥＣを記憶する。

Ｓ６５では、ＣＰＵ６１は、発信器９１５と受信器９４、９５との距離ＥＢ、ＥＣと、ベッド面９８上の発信器座標（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ）と受信器９４、９５の座標Ｂ、Ｃとの距離と、が一致するベッド面９８上の発信器座標を算出する。具体的には、ＣＰＵ６１は、座標Ｂ（Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ）、座標Ｃ（Ｘｃ，Ｙｃ，Ｚｃ）、距離ＥＢ、ＥＣを式（５）（６）に適用し、連立方程式を解くことによって、発信器座標Ｅ（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ（＝０））を算出する。これによって、ＣＰＵ６１は、超音波ペン９１によって指定された加工布１００上の発信器９１５の座標を算出する。ＣＰＵ６１は、Ｓ６５終了後、発信器座標算出処理Ｓ２１を終了し、図７のＳ２３へ処理を進める。ＲＡＭ６３は、発信器座標Ｅを発信器座標データ４３０として記憶する。

［本実施形態の効果］
Ｓ６３では、ＣＰＵ６１は、発信タイミングＴ１と、検出タイミングＴ２と、音速ＶＳと、に基づいて、発信器９１５と受信器９４、９５との距離ＥＢ、ＥＣを算出する。Ｓ６５では、ＣＰＵ６１は、受信器９４から距離ＥＢ離れ、受信器９５から距離ＥＣ離れた座標Ｅを算出する。これにより、発信タイミングＴ１、検出タイミングＴ２を取得するだけで、簡易な構成で、指示点の座標を特定することができる。

Ｓ１３では、ＣＰＵ６１は、所定時間ＵＴ毎に超音波を発信する。このため、発信タイミングＴ１、及び検出タイミングＴ２が、一意に定まる。従って、一層、指示点の座標を正確に特定することができる。

Ｓ２７では、ＣＰＵ６１は、座標の軌跡に基づいて、移動方向９２０を算出する。算出した移動方向９２０を算出するだけで、簡易な構成で、指示点の座標を特定することができる。

Ｓ２９では、ＣＰＵ６１は、座標の分布密度に基づいて、角度αを算出する。算出した角度αを算出するだけで、簡易な構成で、指示点の座標を特定することができる。

［変形例］
本発明は上記実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。

本実施形態においては、ＣＰＵ６１は、複数の座標９３１、９３２、９３３のうち、第１点９３１から、第１点９３１より後に算出された第２点９３２に向かうベッド面９８上の方向９２０に基づいて、ベッド面９８上の移動方向を算出した。しかしながら、スイッチ９１３が押された後のＮｚ個の座標に限らず、スイッチ９１３が押される前のＮｙ個の座標９３３から、スイッチ９１３が押された時の座標９３１に向かうベッド面９８上の方向に基づいて、ベッド面９８上の移動方向を算出してもよい。また、スイッチ９１３が押される前後の座標９３１、９３２、９３３のすべてを用いて、ベッド面９８上の移動方向を算出してもよい。

なお、上述したプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又はＤＶＤなどのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行されてもよい。また、このプログラムは、インターネットなどのネットワークを介して配布することが可能な伝送媒体であってもよい。

本実施形態では、超音波が発信された座標を算出する手段と、ベッド面９８上の移動方向９２０を算出する手段と、角度αを算出する手段と、指示点９３６の座標を算出する手段と、発信器９１５と受信器９４、９５との距離ＥＢ、ＥＣを算出する手段と、距離ＥＢ、ＥＣと、平面上の座標と受信器９４、９５との距離と、が一致する平面上の座標を算出する手段と、分布密度Ｍｍを算出する手段と、角度αを決定する手段と、をＣＰＵ６１が実行するソフトウェアにより実現したが、各手段をハードウェアにより実現してもよい。

〔本発明と実施例との対応関係〕
本実施形態におけるペン先９１１は、本発明における指示部の一例である。
本実施形態におけるスイッチ９１３は、本発明におけるスイッチの一例である。
本実施形態における発信器９１５は、本発明における発信器の一例である。
本実施形態における超音波ペン９１は、本発明における位置指示部の一例である。
本実施形態における受信器９４、９５は、本発明における検出部の一例である。
本実施形態におけるベッド面９８は、本発明における平面の一例である。
本実施形態における直線９２３は、本発明における指示部と発信器とを通過する直線の一例である。
本実施形態におけるＣＰＵ６１、及びＳ２１、Ｓ２３、Ｓ２５は、本発明における第１算出手段の一例である。
本実施形態におけるＣＰＵ６１、及びＳ２７は、本発明における第２算出手段の一例である。
本実施形態におけるＣＰＵ６１、及びＳ２９は、本発明における第３算出手段の一例である。
本実施形態におけるＣＰＵ６１、及びＳ３０は、本発明における第４算出手段の一例である。
本実施形態におけるＣＰＵ６１、及びＳ６３は、本発明における第５算出手段の一例である。
本実施形態におけるＣＰＵ６１、及びＳ６５は、本発明における第６算出手段の一例である。
本実施形態におけるＣＰＵ６１、及びＳ８１は、本発明における第７算出手段の一例である。
本実施形態におけるＣＰＵ６１、及びＳ８３は、本発明における決定手段の一例である。
本実施形態における第１点９３１は、本発明におけるスイッチが押されたタイミングにおける超音波が発信された平面上の座標の一例である。
本実施形態における移動方向９２０は、本発明における平面上の移動方向の一例である。
本実施形態における角度αは、本発明における位置指示部の長手方向と平面とがなす角度の一例である。
本実施形態における指示点９３６は、本発明における指示点の一例である。
本実施形態における発信タイミングＴ１は、本発明における発信器から超音波が発信されたタイミングの一例である。
本実施形態における検出タイミングＴ２は、本発明における検出部が発信器から発信された超音波を検出したタイミングの一例である。
本実施形態における音速ＶＳは、本発明における超音波が伝搬する速度の一例である。
本実施形態における距離ＥＢ、ＥＣは、本発明における発信器と検出部との距離の一例である。
本実施形態における第１点９３１は、本発明における第１点の一例である。
本実施形態における第２点９３２は、本発明における第２点の一例である。
本実施形態における分布密度Ｍｍは、本発明における分布密度の一例である。
本実施形態におけるテーブル５４０は、本発明におけるテーブルの一例である。
本実施形態における距離Ｌｒは、本発明における指示部と発信器との距離の一例である。
本実施形態における所定時間ＵＴは、本発明における所定時間の一例である。

１０１ ミシン
９４、９５ 受信器
９１ 超音波ペン
１００ 加工布

Claims (8)

1. 指示部と、前記指示部が指示されたタイミングで押されるスイッチと、超音波を発信する１つの発信器と、からなり、前記指示部と前記発信器とを通過する直線の方向に長い位置指示部と、
   前記発信器から発信される超音波を検出する検出部と、
   前記指示部によって指示される平面と、
   前記検出部が超音波を検出した複数のタイミングに基づいて、前記スイッチが押されたタイミングの前後において超音波が発信された前記平面上の複数の座標を算出する第１算出手段と、
   前記第１算出手段によって算出された前記平面上の複数の座標に基づいて、前記位置指示部が移動した前記平面上の移動方向を算出する第２算出手段と、
   前記第１算出手段によって算出された前記平面上の複数の座標に基づいて、前記位置指示部の長手方向と前記平面とがなす角度を算出する第３算出手段と、
   前記第１算出手段が算出した前記スイッチが押されたタイミングにおける超音波が発信された前記平面上の座標と、前記第２算出手段が算出した前記位置指示部が移動した前記平面上の移動方向と、前記第３算出手段が算出した前記位置指示部の長手方向と前記平面とがなす角度と、に基づいて、前記指示部が指示する前記平面上の指示点の座標を算出する第４算出手段と、
   を備えることを特徴とする座標算出装置。
2. 前記第１算出手段は、
   前記発信器から超音波が発信されたタイミングと、前記検出部が前記発信器から発信された超音波を検出したタイミングと、超音波が伝搬する速度と、に基づいて、
   前記発信器と前記検出部との距離を算出する第５算出手段と、
   前記第５算出手段によって算出された前記発信器と前記検出部との距離と、前記平面上の座標と前記検出部との距離と、が一致する前記平面上の座標を算出する第６算出手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の座標算出装置。
3. 前記第１算出手段は、
   前記検出部が超音波を検出した複数のタイミングに基づいて、前記スイッチが押されたタイミングの前後における所定時間単位毎の複数のタイミングにおいて超音波が発信された前記平面上の複数の座標を算出することを特徴とする請求項２に記載の座標算出装置。
4. 前記第２算出手段は、
   前記第１算出手段によって算出された前記平面上の複数の座標のうち、第１点から、前記第１点より後に算出された第２点に向かう前記平面上の方向に基づいて、前記位置指示部が移動した前記平面上の移動方向を算出することを特徴とする請求項１に記載の座標算出装置。
5. 前記第３算出手段は、
   前記第２算出手段によって算出された前記位置指示部が移動した前記平面上の移動方向に対する、前記第１算出手段によって算出された前記平面上の複数の座標の分布密度を算出する第７算出手段と、
   前記分布密度と、前記位置指示部の長手方向と前記平面とがなす角度と、を対応付けて記憶するテーブルと、
   前記第５算出手段が算出した前記分布密度を前記テーブルと照合し、前記位置指示部の長手方向と前記平面とがなす角度を決定する決定手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の座標算出装置。
6. 前記第４算出手段は、
   前記指示部と前記発信器との距離に基づいて、前記指示部が指示する平面上の指示点の座標を算出することを特徴とする請求項１に記載の座標算出装置。
7. 前記位置指示部は、
   超音波ペンであることを特徴とする請求項１に記載の座標算出装置。
8. 請求項１に記載の座標算出装置を備え、
   前記平面はベッド面であることを特徴とするミシン。

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