JP4590114B2 - 座標入力装置及びその制御方法、記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、座標入力装置及びその制御方法、記録媒体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。
【０００８】
【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、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、近接入力及び遠隔入力により座標を入力できる座標入力装置及びその制御方法、記録媒体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、 指示具に対する前記Ｘ軸、前記Ｙ軸、前記Ｚ軸の座標値を検出する検出手段と、
前記Ｚ軸の座標値を所定値と比較する比較手段と、
前記比較手段の比較の結果、前記Ｚ軸の座標値が前記所定値より大きい場合、第１の時点で検出された第１のＸ軸の座標値及び第１のＹ軸の座標値を記憶する記憶手段と、
前記比較手段の比較結果に基づいて、前記Ｘ軸及びＹ軸の座標値の出力を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記比較手段の比較の結果、前記Ｚ軸の座標値が前記所定値より大きい場合、前記第１の時点以降の第２の時点に検出される第２のＸ軸の座標値と前記記憶手段に記憶されている前記第１のＸ軸の座標値の差分、及び、前記第２の時点に検出される第２のＹ軸の座標値と前記記憶手段に記憶されている前記第１のＹ軸の座標値の差分を、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸で規定されるＸＹ平面における前記指示具に対する座標値として出力し、
前記比較手段の比較の結果、前記Ｚ軸の座標値が前記所定値以下である場合、前記第１の時点で検出された第１のＸ軸の座標値、及び、前記第１の時点で検出された第１のＹ軸の座標値を、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸で規定されるＸＹ平面における前記指示具に対する座標値として出力する。
【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。
【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、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、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〜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〜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より出力される各検出センサ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１２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。
【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、音波発生源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、
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Ｔｐini*、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音波発生源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個の音波発生源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、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１０Ａ、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ＮＯ）、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Ｓ２０５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ＳＷ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、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４０２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１１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ＳＷ４２_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のずれ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のである。
【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Ｓ３０２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Ｓ３０８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ＸＹ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Ｓ３１１に進み、得られた座標値（Ｘ，Ｙ）とステップＳ３０９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（300ｍｍ＜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言うまでも無い。
【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、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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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軸の値を参照して、Ｘ軸、Ｙ軸の出力形態を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決定し、例えば、パーソナルコンピュータに内蔵されている他のアプリケーションソフト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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【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、スイッチ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ができる。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、近接入力及び遠隔入力により座標を入力できる座標入力装置及びその制御方法、記録媒体を提供できる。
【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ＳＷ
４２ ペンサイドＳＷ
４３ 音波発生源
本発明は、座標入力装置及びその制御方法、記録媒体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。
【０００８】
【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、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、近接入力及び遠隔入力により座標を入力できる座標入力装置及びその制御方法、記録媒体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、 指示具に対する前記Ｘ軸、前記Ｙ軸、前記Ｚ軸の座標値を検出する検出手段と、
前記Ｚ軸の座標値を所定値と比較する比較手段と、
前記比較手段の比較の結果、前記Ｚ軸の座標値が前記所定値より大きい場合、第１の時点で検出された第１のＸ軸の座標値及び第１のＹ軸の座標値を記憶する記憶手段と、
前記比較手段の比較結果に基づいて、前記Ｘ軸及びＹ軸の座標値の出力を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記比較手段の比較の結果、前記Ｚ軸の座標値が前記所定値より大きい場合、前記第１の時点以降の第２の時点に検出される第２のＸ軸の座標値と前記記憶手段に記憶されている前記第１のＸ軸の座標値の差分、及び、前記第２の時点に検出される第２のＹ軸の座標値と前記記憶手段に記憶されている前記第１のＹ軸の座標値の差分を、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸で規定されるＸＹ平面における前記指示具に対する座標値として出力し、
前記比較手段の比較の結果、前記Ｚ軸の座標値が前記所定値以下である場合、前記第１の時点で検出された第１のＸ軸の座標値、及び、前記第１の時点で検出された第１のＹ軸の座標値を、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸で規定されるＸＹ平面における前記指示具に対する座標値として出力する。
【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。
【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、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、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〜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〜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より出力される各検出センサ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１２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。
【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、音波発生源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、
【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Ｔｐini*、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音波発生源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】
【００６９】
【００７０】
以上示したように、少なくとも３個の音波発生源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、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１０Ａ、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ＮＯ）、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Ｓ２０５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ＳＷ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、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４０２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１１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ＳＷ４２_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のずれ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のである。
【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Ｓ３０２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Ｓ３０８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ＸＹ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Ｓ３１１に進み、得られた座標値（Ｘ，Ｙ）とステップＳ３０９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（300ｍｍ＜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言うまでも無い。
【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、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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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軸の値を参照して、Ｘ軸、Ｙ軸の出力形態を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決定し、例えば、パーソナルコンピュータに内蔵されている他のアプリケーションソフト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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【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、スイッチ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ができる。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、近接入力及び遠隔入力により座標を入力できる座標入力装置及びその制御方法、記録媒体を提供できる。
【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ＳＷ
４２ ペンサイドＳＷ
４３ 音波発生源
Claims (3)
- 座標入力面をＸ軸及びＹ軸で規定されるＸＹ平面、前記座標入力面の法線方向をＺ軸とする、ＸＹＺ空間における３次元位置座標を検出する座標入力装置であって、
指示具に対する前記Ｘ軸、前記Ｙ軸、前記Ｚ軸の座標値を検出する検出手段と、
前記Ｚ軸の座標値を所定値と比較する比較手段と、
前記比較手段の比較の結果、前記Ｚ軸の座標値が前記所定値より大きい場合、第１の時点で検出された第１のＸ軸の座標値及び第１のＹ軸の座標値を記憶する記憶手段と、
前記比較手段の比較結果に基づいて、前記Ｘ軸及びＹ軸の座標値の出力を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記比較手段の比較の結果、前記Ｚ軸の座標値が前記所定値より大きい場合、前記第１の時点以降の第２の時点に検出される第２のＸ軸の座標値と前記記憶手段に記憶されている前記第１のＸ軸の座標値の差分、及び、前記第２の時点に検出される第２のＹ軸の座標値と前記記憶手段に記憶されている前記第１のＹ軸の座標値の差分を、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸で規定されるＸＹ平面における前記指示具に対する座標値として出力し、
前記比較手段の比較の結果、前記Ｚ軸の座標値が前記所定値以下である場合、前記第１の時点で検出された第１のＸ軸の座標値、及び、前記第１の時点で検出された第１のＹ軸の座標値を、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸で規定されるＸＹ平面における前記指示具に対する座標値として出力する
ことを特徴とする座標入力装置。 - 座標入力面をＸ軸及びＹ軸で規定されるＸＹ平面、前記座標入力面の法線方向をＺ軸とする、ＸＹＺ空間における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、
指示具に対する前記Ｘ軸、前記Ｙ軸、前記Ｚ軸の座標値を検出する検出工程と、
前記Ｚ軸の座標値を所定値と比較する比較工程と、
前記比較工程の比較の結果、前記Ｚ軸の座標値が前記所定値より大きい場合、第１の時点で検出された第１のＸ軸の座標値及び第１のＹ軸の座標値を記憶媒体に記憶する記憶工程と、
前記比較工程の比較結果に基づいて、前記Ｘ軸及びＹ軸の座標値の出力を制御する制御工程とを備え、
前記制御工程は、
前記比較工程の比較の結果、前記Ｚ軸の座標値が前記所定値より大きい場合、前記第１の時点以降の第２の時点に検出される第２のＸ軸の座標値と前記記憶媒体に記憶されている前記第１のＸ軸の座標値の差分、及び、前記第２の時点に検出される第２のＹ軸の座標値と前記記憶媒体に記憶されている前記第１のＹ軸の座標値の差分を、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸で規定されるＸＹ平面における前記指示具に対する座標値として出力し、
前記比較工程の比較の結果、前記Ｚ軸の座標値が前記所定値以下である場合、前記第１の時点で検出された第１のＸ軸の座標値、及び、前記第１の時点で検出された第１のＹ軸の座標値を、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸で規定されるＸＹ平面における前記指示具に対する座標値として出力する
ことを特徴とする座標入力装置の制御方法。 - 座標入力面をＸ軸及びＹ軸で規定されるＸＹ平面、前記座標入力面の法線方向をＺ軸とする、ＸＹＺ空間における３次元位置座標を検出する座標入力装置の制御として、コンピュータに、
指示具に対する前記Ｘ軸、前記Ｙ軸、前記Ｚ軸の座標値を検出する検出手順と、
前記Ｚ軸の座標値を所定値と比較する比較手順と、
前記比較手順の比較の結果、前記Ｚ軸の座標値が前記所定値より大きい場合、第１の時点で検出された第１のＸ軸の座標値及び第１のＹ軸の座標値を記憶媒体に記憶する記憶手順と、
前記比較手順の比較結果に基づいて、前記Ｘ軸及びＹ軸の座標値の出力を制御する制御手順と
を実行させ、
前記制御手順は、
前記比較手順の比較の結果、前記Ｚ軸の座標値が前記所定値より大きい場合、前記第１の時点以降の第２の時点に検出される第２のＸ軸の座標値と前記記憶媒体に記憶されている前記第１のＸ軸の座標値の差分、及び、前記第２の時点に検出される第２のＹ軸の座標値と前記記憶媒体に記憶されている前記第１のＹ軸の座標値の差分を、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸で規定されるＸＹ平面における前記指示具に対する座標値として出力し、
前記比較手順の比較の結果、前記Ｚ軸の座標値が前記所定値以下である場合、前記第１の時点で検出された第１のＸ軸の座標値、及び、前記第１の時点で検出された第１のＹ軸の座標値を、前記Ｘ軸及び前記Ｙ軸で規定されるＸＹ平面における前記指示具に対する座標値として出力する
ためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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