JP4741937B2 - 距離測定システムおよび距離測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、音波（超音波を含む）に代表される波動信号を利用して測定対象までの距離を測定するシステムおよび方法に関する。

プロジェクタを利用した様々なプレゼンテーションシステムが提供されている。その一つに、プロジェクタからの投写画面上で、電子ペン等のポインティングデバイスを利用して文字などの情報を書き込むことが可能な電子プレゼンテーションシステムがある。この電子プレゼンテーションシステムでは、超音波による距離測定を利用して、投写画面上におけるポインティングデバイスの位置を検出する。

電子プレゼンテーションシステムとして、特許文献１には、先端部に超音波発信部および赤外線発信部を設けた電子ペンと、スクリーンとして使用可能な構造体上の少なくとも２箇所の基準位置に設けられた、超音波受信部および赤外線受信部を備える受信装置とを備える電子黒板システムが記載されている。この電子黒板システムでは、電子ペンの超音波発信部および赤外線発信部からそれぞれ超音波信号と赤外線信号が同時に一定の間隔で送信される。この電子ペンから同時に送信された超音波信号および赤外線信号は、各基準位置の受信装置にて受信される。各受信装置において、赤外線信号の受信タイミングと超音波信号の受信タイミングの時間差を求め、その時間差に基づいて基準位置から電子ペンまでの距離を算出する。
特開２００２−３３３３１４号公報

しかしながら、従来の電子黒板システムにおける超音波を利用した距離測定には、以下のような問題がある。

図９に、電子ペンの外観図を示す。図９を参照すると、電子ペン１００は、その先端部に超音波発信部１０１および赤外線発信部１０２を備える。この電子ペン１００の超音波発信部１０１から送信された超音波信号は、図１０の破線で示すように、電子ペン１００の先端部近傍を中心として放射状に伝搬する。このため、超音波受信部では、超音波発信部１０１からの超音波信号が直接受信されるだけでなく、天井等の反射物にて反射された超音波信号（反射波）も受信される。

図１１に、超音波受信部にて受信された直接波と反射波の受信タイミングの一例を示す。図１１に示すように、超音波信号と赤外線信号が一定の周期で同時に送信された場合、最初の周期Ｔ１では、赤外線信号の受信タイミングから伝搬遅延分だけ送れたタイミングで超音波信号（直接波）Ｕ１が受信される。ここで、伝搬遅延は、発信部と受信部の間における、赤外線信号に対する超音波信号の伝搬遅延である。周期Ｔ１では、反射波はまだ受信されていない。

続く周期Ｔ２では、赤外線信号の受信タイミングから伝搬遅延分だけ送れたタイミングで超音波信号（直接波）Ｕ２が受信されると同時に、反射物で反射された超音波信号（反射波）Ｒ１も受信される。直接波Ｕ２と反射波Ｒ１（直接波Ｕ２の送信タイミングより前に送信された超音波信号の遅延波）の受信タイミングが一致しているため、超音波受信部では、直接波Ｕ２と反射波Ｒ１を重畳した波が受信されることとなる。このため、反射波がノイズとなり、直接波の受信タイミングを正確に判定することが困難になる。

電子黒板システムのように、電子ペンの移動にともなって、発信部と反射物の距離および受信部と反射物の距離が徐々に変化する場合は、その移動区間の一部において、上記の周期Ｔ２のような、直接波Ｕ２と反射波Ｒ１を重畳した波が受信される状態となる。例えば、スクリーンの左端から右端に向かって電子ペンを移動した場合には、その移動区間において、ある区間では、上記の周期Ｔ２のように、直接波Ｕ２と反射波Ｒ１の受信タイミングが一致し、別の区間では、直接波Ｕ２と反射波Ｒ１の受信タイミングが不一致となる。直接波Ｕ２と反射波Ｒ１の受信タイミングが一致した区間では、反射波Ｒ１がノイズとなって、直接波の受信タイミングを正確に判定することが困難になる。

上記のとおり、従来の距離測定手法においては、超音波受信部にて受信される超音波信号には、超音波発信部から直接受信した直接波と、天井等の反射物にて反射された反射波（遅延波）とが含まれるために、直接波と反射波が同時に受信された場合に、直接波の受信タイミングを正確に判定することができず、測定対象までの距離を正確に測定することが困難になる、という問題がある。

本発明の目的は、上記問題を解決し、測定対象までの距離を正確に測定することのできる距離測定システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、電磁波信号（例えば赤外線信号）を一定の送信間隔である電磁波送信タイミングで送信するとともに、該電磁波送信タイミングで定められる周期ごとに、超音波を含む音波信号を複数の異なる音波送信タイミングで交互に送信する発信装置と、前記発信装置から送信された電磁波信号および音波信号をそれぞれ受信するとともに、該受信した電磁波信号と音波信号の受信タイミングの時間差に基づいて、自装置から前記発信装置までの距離を算出する受信装置とを有する。そして、前記受信装置は、前記電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期ごとに、前記音波信号が前記発信装置から直接受信された直接波と、該直接波の送信タイミングより前に送信された音波信号の遅延波とが、それらの受信タイミングが一致して重畳された波を受信したか否かを判定し、該直接波と遅延波が重畳された波を受信したと判定した場合は、その周期を測定対象外とし、該測定対象外とした周期を除く周期について前記時間差を測定する。
上記の構成において、前記受信装置は、前記電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期ごとに、前記音波信号の受信レベルの変化を調べ、他の周期に比べて受信レベルが大きく変化した周期を前記測定対象外の周期としてもよい。また、前記発信装置は、前記音波信号の送信を行わない特定の周期を一定の間隔で設定し、前記受信装置は、前記特定の周期において、前記遅延波が受信された場合に、該受信した遅延波と当該特定の周期の開始タイミングを規定する電磁波信号との受信タイミングの時間差を測定し、前記発信装置から送信された電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期のうち、該測定した時間差と前記電磁波信号と音波信号の受信タイミングの時間差との差分が所定の範囲内である周期を前記測定対象外の周期としてもよい。

上記の構成によれば、超音波信号は複数の異なる送信タイミングで交互に送信されるので、いずれか１つの送信タイミングで送信された超音波信号について、反射物からの反射波が直接波と重畳しても、他の送信タイミングで送信された超音波信号については、同一反射物からの反射波が直接波と重畳することはない。例えば、赤外線信号と同時に超音波信号Ｕ１が送信される第１の送信タイミングと、赤外線信号の送信から一定の遅延時間の後に超音波信号Ｕ２が送信される第２の送信タイミングとを考えた場合、受信装置では、奇数周期において、第１の送信タイミングで送信された超音波信号Ｕ１が受信され、偶数周期において、第２の送信タイミングで送信された超音波信号Ｕ２が受信される。奇数周期において、超音波信号Ｕ１の直接波が、この直接波の送信タイミングより前に送信された超音波信号Ｕ２の遅延波（反射物からの反射波）と同時に受信されたとしても、偶数周期においては、超音波信号Ｕ２の送信タイミングが超音波信号Ｕ１の送信タイミングと異なるために、超音波信号Ｕ２の直接波が、この直接波の送信タイミングより前に送信された超音波信号Ｕ１の遅延波（同一反射物からの反射波）と同時に受信されることはない。したがって、直接波の送信タイミングより前に送信された波動信号の遅延波が直接波と重畳される奇数周期を測定対象外とし、反射波が直接波と重畳しない偶数周期のみを用いて、赤外線信号と超音波信号の受信タイミングの時間差を測定することで、測定対象物までの距離を正確に測定することが可能となる。

本発明によれば、反射波が直接波と重畳しない周期を用いることで、超音波信号の受信タイミングを正確に判定することができ、受信装置から発信装置までの距離を正確に測定することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である距離測定システムの概略構成を示すブロック図である。図１を参照すると、この距離測定システムは、電子黒板に代表される電子プレゼンテーションシステムなどに適用されるものであって、発信装置１０と受信装置２０からなる。

発信装置１０は、測定対象（例えば電子ペン）に搭載されるものであって、赤外線信号を発信する赤外線発信部１１と、超音波信号を発信する超音波発信部１２と、スイッチなどの入力部１３と、入力部１３からの入力に応じて赤外線発信部１１および超音波発信部１２の発信動作を制御する制御部１４とを有する。

制御部１４は、赤外線信号が一定の送信間隔で送信されるように赤外線発信部１１の発信動作を制御するとともに、超音波信号が赤外線信号の送信タイミングを基準にして複数の異なる送信タイミングで交互に送信されるように超音波発信部１２の発信動作を制御する。赤外線信号の周期は、例えば３０ｍｓｅｃである。超音波信号の周波数は、数十ｋＨｚである。

受信装置２０は、自装置から発信装置１０までの距離を測定するものであって、赤外線受信部２１、超音波受信部２２および演算処理部２３からなる。赤外線受信部２１は、赤外線を受光する受光素子より構成され、その出力は演算処理部２３に供給されている。超音波受信部２２は、マイクロホンと同様な構成であり、音波を受信する。この超音波受信部２２の出力は演算処理部２３に供給されている。演算処理部２３は、赤外線受信タイミング判定部２３−１、超音波受信タイミング判定部２３−２、反射波判定部２３−３および受信タイミング時間差測定部２３−４を有する。

赤外線受信タイミング判定部２３−１は、赤外線受信部２１の出力レベルと基準レベルＬ１を比較し、出力レベルが基準レベルＬ１を超えた場合に、赤外線発信部１１から送信された赤外線信号が赤外線受信部２１で受信されたと判定する。また、赤外線受信タイミング判定部２３−１は、赤外線信号が赤外線受信部２１で受信されたと判定した場合に、その旨を示す赤外線受信タイミング信号を反射波判定部２３−３および受信タイミング時間差測定部２３−４に供給する。

超音波受信タイミング判定部２３−２は、超音波受信部２２の出力レベルと基準レベルＬ２を比較し、出力レベルが基準レベルＬ２を超えた場合に、超音波発信部１２から送信された超音波信号が超音波受信部２２で受信されたと判定する。また、超音波受信タイミング判定部２３−２は、超音波信号が超音波受信部２２で受信されたと判定した場合に、その旨を示す超音波受信タイミング信号を受信タイミング時間差測定部２３−４に供給する。

反射波判定部２３−３は、赤外線受信タイミング判定部２３−１からの赤外線受信タイミング信号と、超音波受信部２２での超音波信号の受信レベルとに基づいて、超音波受信部２２で受信された超音波信号が、直接波と反射波が重畳された信号であるか否かを判定する。この判定では、赤外線受信タイミング信号によって定められる周期ごとに、複数の周期にわたって、超音波受信部２２における超音波信号の受信レベルの変化を調べ、他の周期に比べて受信レベルが大きく変化した周期を、直接波と反射波が同時に受信された周期（直接波と反射波が重畳する周期）と判定する。直接波と反射波は同じ位相の信号であるため、直接波と反射波が重畳する周期においては、直接波と反射波が重畳した信号の受信波形の振幅が発信装置１０の移動にともなって大きく変化する。一方、直接波と反射波が重畳していない周期においては、直接波の受信波形の振幅が最も大きく、発信装置１０の移動に対するその振幅変化は、直接波と反射波が重畳した信号の受信波形に比較して格段に小さい。よって、受信波形の振幅が大きく変化した周期を、直接波と反射波が同時に受信された周期と判定することができきる。この判定結果は、受信タイミング時間差測定部２３−４に供給される。

受信タイミング時間差測定部２３−４は、赤外線受信タイミング判定部２３−１から供給される赤外線受信タイミング信号と、超音波受信タイミング判定部２３−２から供給される超音波受信タイミング信号と、反射波判定部２３−３から供給される判定結果とに基づいて、直接波と反射波が同時に受信された周期を除く周期について、赤外線受信タイミング信号と超音波受信タイミング信号の時間差を測定する。演算処理部２３では、この受信タイミング時間差測定部２３−４で測定した時間差に基づいて、受信装置２０から発信装置１０までの距離を算出することが可能となっている。

次に、本実施形態の距離測定システムの動作を具体的に説明する。

（１）発信装置１０の動作：
図２に、赤外線信号の送信タイミングと超音波信号の送信タイミングを示す。最初の周期Ｔ１では、赤外線信号の送信と同時に超音波信号Ｕ１が送信される。続く周期Ｔ２では、赤外線信号の送信から遅延時間ｔだけ後に、超音波信号Ｕ２が送信される。続く周期Ｔ３では、赤外線信号の送信と同時に超音波信号Ｕ３が送信される。このように、奇数周期では、赤外線信号の送信と同時に超音波信号が送信され、偶数周期では、赤外線信号の送信から遅延時間ｔだけ後に、超音波信号が送信される。

（２）受信装置２０の動作：
超音波発信部から送信された超音波信号が、超音波受信部で直接受信されるとともに、天井等の反射物で反射された後、超音波受信部で受信される場合、発信装置の位置によっては、直接波と同時に反射波が受信され、その結果、直接波の受信タイミングの判定が困難となる。本実施形態では、図２に示したように、超音波発信部１２は、赤外線信号の送信タイミングに対して異なる２つのタイミングで交互に超音波信号を送信する。この場合、同一反射物からの反射波は、一方のタイミングで送信された直接波と同時に受信されたとしても、他方のタイミングで送信された直接波とは同時に受信されることはない。

図３に、赤外線信号の受信タイミングと超音波信号の直接波および反射波の受信タイミングの一例を示す。なお、図３に示す例において、反射波は、同一反射物からの反射波である。

最初の周期Ｔ１では、赤外線信号を受信したタイミングから伝搬遅延分だけ遅れて、超音波信号Ｕ１（直接波）が受信される。この時点では、超音波信号Ｕ１の反射波（遅延波）は未だ超音波受信部２２に到達していない。

続く周期Ｔ２では、赤外線信号を受信したタイミングから、伝搬遅延に遅延時間ｔを加えた時間分だけ遅れて、超音波信号Ｕ２（直接波）が受信される。このとき、超音波信号Ｕ１の反射波Ｒ１が、直接波Ｕ２と同時に受信される。

続く周期Ｔ３では、赤外線信号を受信したタイミングから伝搬遅延分だけ遅れて、超音波信号Ｕ３（直接波）が受信される。このとき、超音波信号Ｕ２に対応する反射波Ｒ２も受信されるが、その受信タイミングは、直接波Ｕ２の受信タイミングより後になる。これは、赤外線信号の送信タイミングに対する超音波信号Ｕ２、Ｕ３のそれぞれの送信タイミングが異なるためである。

発信装置１０が移動する場合は、発信装置１０の移動にともなって、発信装置１０と反射物の距離および受信装置２０と反射物の距離が徐々に変化する。このように発信装置１０の移動に伴って送受信装置と反射物の距離が変化する場合は、その移動区間の一部において、例えば、偶数周期が、周期Ｔ２のように、直接波および反射波が同時に受信される周期となり、奇数周期が、周期Ｔ３のように、直接波および反射波が異なるタイミングで受信される周期となる。したがって、受信装置２０では、奇数周期について、直接波の受信を検出することで、超音波信号の受信タイミングを正確に判定することができる。

図４に、受信装置２０において行われる赤外線信号と超音波信号の時間差測定手順を示す。以下、図４を参照して、時間差測定を具体的に説明する。

発信装置１０から送信された赤外線信号および超音波信号は、それぞれ赤外線受信部２１および超音波受信部２２にて受信される（ステップＳ１０）。赤外線信号および超音波信号が受信されると、反射波判定部２３−３が、赤外線受信タイミング判定部２３−１からの赤外線受信タイミング信号によって定められる周期ごとに、超音波受信部２２での超音波信号の受信レベルに基づいて、直接波と反射波を重畳した波を受信した信号であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。この判定では、複数の周期にわたって、超音波受信部２２の受信レベルの変化を調べ、他の周期に比べて受信レベルが大きく変化した周期を、直接波と反射波が同時に受信された周期であると判定する。この判定結果は、受信タイミング時間差測定部２３−４に供給される。

ステップＳ１１で、直接波と反射波が同時に受信された周期であると判定した場合は、受信タイミング時間差測定部２３−４は、その周期を測定対象外とする（ステップＳ１２）。ステップＳ１１で、直接波と反射波が同時に受信された周期ではないと判定した場合は、その周期について、赤外線信号の受信タイミングから超音波信号の受信タイミングまでの時間を測定する（ステップＳ１３）。

受信装置２０では、演算処理部２３が、上記の測定手順で得られた、赤外線信号と超音波信号の受信タイミングの時間差に基づいて、自装置から発信装置１０までの距離を測定する。

以上説明した本実施形態の構成および動作は、本発明の一例であり、赤外線信号の送信タイミングに対して超音波信号を複数の異なる送信タイミングで交互に送信し、同一反射物からの反射波が直接波と重畳しない周期において、超音波信号の受信タイミングを正確に判定する、という本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更することが可能である。例えば、図２に示した例では、赤外線信号の送信タイミングに対して超音波信号を２つの異なる送信タイミングで交互に送信するようになっているが、超音波信号を３つ以上の異なる送信タイミングで交互に送信するようにしてもよい。

図５に、超音波信号を３つの異なる送信タイミングで交互に送信した例を示す。最初の周期Ｔ１では、赤外線信号の送信と同時に超音波信号Ｕ１が送信される。続く周期Ｔ２では、赤外線信号の送信から遅延時間ｔ１だけ後に、超音波信号Ｕ２が送信される。続く周期Ｔ３では、赤外線信号の送信から遅延時間ｔ２（≠ｔ１）だけ後に、超音波信号Ｕ３が送信される。このように、超音波が３種類のタイミングで繰り返し送信されることで、受信装置２０では、例えば３種類のタイミングのうちいずれか１つの送信タイミングで送信された超音波信号について、直接波と反射波の受信タイミングが一致したとしても、他の２つの送信タイミングで送信された超音波信号については、直接波と反射波の受信タイミングは一致することはない。よって、他の２つの送信タイミングで送信された超音波信号については、超音波信号の受信タイミングを正確に判定することができる。超音波信号の送信タイミングの種類が多いほど、赤外線信号との受信タイミングの時間差の測定におけるデータ数が多くなるため、測定精度が向上することになる。

なお、図３に示した超音波信号の直接波と反射波の受信タイミングにおいて、反射波Ｒ１が、直接波Ｕ２より先に受信される場合があり、その場合、反射波Ｒ１を直接波Ｕ２と間違えて判定することが考えられるが、直接波Ｕ２は、赤外線信号を受信したタイミングから、伝搬遅延に遅延時間ｔを加えた時間分だけ遅れて受信されるので、この受信タイミングが予め与えられていれば、直接波Ｕ２の受信を正確に判定することができる。

（第２の実施形態）
本実施形態の距離測定システムは、図１に示した構成において、超音波発信部１２、反射波判定部２３−３および受信タイミング時間差測定部２３−４の動作が異なる以外は、上述の第１の実施形態のものと同様の構成である。ここでは、同じ構成についての説明は省略し、異なる部分についてのみ詳細に説明する。

制御部１４は、第１の実施形態の場合と同様に、赤外線信号が一定の送信間隔で送信されるように赤外線発信部１１の発信動作を制御するとともに、超音波信号が赤外線信号の送信タイミングを基準にして複数の異なる送信タイミングで交互に送信されるように超音波発信部１２の発信動作を制御するが、一定の間隔で、超音波発信部１２による超音波信号の送信が行われない周期が設定されている。

図６に、超音波信号を送信しない周期を設定した例を示す。最初の周期Ｔ１では、赤外線信号の送信と同時に超音波信号Ｕ１が送信される。続く周期Ｔ２では、超音波信号は送信されない。続く周期Ｔ３では、赤外線信号の送信から遅延時間ｔだけ後に、超音波信号Ｕ２が送信される。超音波信号の送信が行われない周期Ｔ２は、一定の間隔で設定されている。

図７に、受信装置２０において行われる赤外線信号と超音波信号の時間差測定手順を示す。以下、図７を参照して、時間差測定を具体的に説明する。

まず、反射波判定部２３−３が、現在受信中の赤外線信号によって定められる周期が、反射波判定部超音波信号の送信が行われない周期Ｔ２に対応する周期（特定の周期）であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。周期Ｔ２は一定の間隔で設定されており、超音波信号の最初の受信から何番目の周期にあたるかを調べることで、周期Ｔ２に対応する特定の周期を判断することができる。この判定結果は、受信タイミング時間差測定部２３−４に供給される。

ステップＳ２０で、特定の周期であると判定した場合は、続いて、反射波判定部２３−３が、特定の周期において、所定レベル以上の反射波が受信されたか否かを判定する（ステップＳ２１）。ここで、所定レベルは、反射波が直接波と重畳する場合に、直接波の受信タイミングの判定が困難になるレベルである。この判定結果は、受信タイミング時間差測定部２３−４に供給される。

ステップＳ２１で、特定の周期において、反射波が受信されたと判定された場合は、続いて、受信タイミング時間差測定部２３−４が、その反射波の受信レベルが所定レベルを超えたタイミングを受信タイミングとして判定する（ステップＳ２２）。続いて、受信タイミング時間差測定部２３−４が、次の特定の周期が検出されるまでの間、周期ごとに、以下のステップＳ２３〜Ｓ２５の処理を繰り返す。

ステップＳ２３では、特定の周期において、赤外線信号と反射波の受信タイミングとの時間差が測定されるとともに、特定の周期以外の周期について、赤外線信号と超音波信号の受信タイミングの時間差が測定され、両時間差の差分が所定の範囲内にあるか否かが判定される。ここで、所定の範囲は、直接波と反射波が重畳する範囲である。両時間差の差分が所定の範囲内にある場合は（ステップＳ２３、Ｙｅｓ）、直接波と反射波が重畳するため、その周期を測定対象外とする（ステップＳ２４）。両時間差の差分が所定の範囲内にない場合は（ステップＳ２３、Ｎｏ）、直接波と反射波は重畳しないため、その周期を測定対象とする（ステップＳ２５）。

ステップ２１で、特定の周期において、反射波が受信されなかった場合は（ステップＳ２１、Ｎｏ）、受信タイミング時間差測定部２３−４が、次の特定の周期が検出されるまでの間、全ての周期を測定対象として、各周期について、赤外線信号と超音波信号の受信タイミングの時間差を測定する（ステップＳ２６）。

本実施形態の距離測定システムによれば、直接波と反射波が重畳する周期は測定対象外とされ、直接波と反射波が重畳しない周期について、赤外線信号と超音波信号の受信タイミングの時間差が測定される。本実施形態によっても、前述の第１の実施形態と同様、超音波信号の受信タイミングを正確に判定することができるので、送信装置１０と受信装置２０の間の距離を正確に測定することが可能である。

次に、本発明の距離測定システムを適用可能な電子プレゼンテーションシステムについて説明する。

図８に、本発明の距離測定システムを適用した電子プレゼンテーションシステムの概略構成を示す。この電子プレゼンテーションシステムは、座標検出部１、超音波受信部２ａ、２ｂ、赤外線受信部３ａ、３ｂ、電子ペン４、およびスクリーン５からなる。

スクリーン５は、壁などの構造体であってもよい。電子ペン４は、不図示のプロジェクタがスクリーン５上に投写した画面上で文字などの情報を入力するためのポインティングデバイスであって、図１に示した発信装置１０を備える。赤外線発信部１１、超音波発信部１２および入力部（スイッチ部）１３は、電子ペン４の先端部に設けられている。電子ペン４の先端をスクリーン５に押し当てることで入力部１３がオン状態になる。入力部１３がオンされると同時に、制御部１４が、赤外線発信部１１および超音波発信部１２の発信動作の制御を開始する。赤外線発信部１１および超音波発信部１２の発信動作は、前述の第１または第２の実施形態における発信動作と同じである。

超音波受信部２ａ、２ｂは、いずれも図１に示した超音波受信部２２と同じものであって、スクリーン５上の基準となる位置（ここでは、スクリーンの左上、左下）に配置されている。赤外線受信部３ａ、３ｂは、いずれも図１に示した赤外線受信部２１と同じものであって、それぞれ超音波受信部２ａ、２ｂと隣接して配置されている。

座標検出部１は、プロジェクタ内の処理回路の一部を構成するものであって、図１に示した演算処理部２３を備えている。演算処理部２３は、スクリーン５の左上に配置された、超音波受信部２ａと赤外線受信部３ａからなる第１の受信部から電子ペン４までの第１の距離と、スクリーン５の左下に配置された、超音波受信部２ｂと赤外線受信部３ｂからなる第２の受信部から電子ペン４までの第２の距離とを算出する。第１および第２の距離の算出は、前述の第１または第２の実施形態における距離の算出と同じである。座標検出部１では、この演算処理部２３で算出した第１および第２の距離に基づいて、三角測量によりスクリーン５上における電子ペン４の位置（座標）が算出される。

電子ペン４からの赤外線信号および超音波信号の送信は、毎秒、３０回程度、行われる。座標検出部１では、第１および第２の距離に基づく座標の算出が複数回にわたって行われ、その結果に基づいて、座標が決定される。そして、プロジェクタ内の処理回路が、座標検出部１で決定した座標に基づいて、電子ペン４の先端位置をスクリーン５上にマーカとして表示させる。

上記の電子プレゼンテーションシステムでは、第１および第２の受信部を用いているが、受信部の数はこれに限定されるものではなく、電子ペンの位置を検出できるという条件において、適宜変更することができる。

本発明の距離測定システムの適用が可能な装置は、上述した電子プレゼンテーションシステムに限定されるものではなく、超音波を利用して距離を測定するシステム全般に適用することができる。

以上、超音波を例にとって本発明を具体的に説明したが、本発明は、音波（超音波を含む）一般あるいは波動一般に適用することができる。加えて、赤外線を例にとって説明したが、電磁波一般に適用することができる。

本発明の第１の実施形態である距離測定システムの概略構成を示すブロック図である。 図１に示す発信装置における赤外線信号および超音波信号の送信動作を説明するための波形図である。 図１に示す受信装置における赤外線信号および超音波信号の受信動作を説明するための波形図である。 図１に示す受信装置において行われる赤外線信号と超音波信号の受信タイミングの時間差測定手順を示すフローチャートである。 図１に示す発信装置における赤外線信号および超音波信号の別の送信動作を説明するための波形図である。 本発明の第２の実施形態である距離測定システムを構成する発信装置における赤外線信号および超音波信号の送信動作を説明するための波形図である。 本発明の第２の実施形態である距離測定システムを構成する受信装置において行われる赤外線信号と超音波信号の受信タイミングの時間差測定手順を示すフローチャートである。 本発明の距離測定システムを適用した電子プレゼンテーションシステムの概略構成を示すブロック図である。 電子ペンの外観図である。 図９に示す電子ペンの先端部からの超音波の放射を説明するための模式図である。 従来の受信装置における赤外線信号および超音波信号の受信動作を説明するための波形図である。

符号の説明

１０ 発信装置
１１ 赤外線発信部
１２ 超音波発信部
１３ 入力部
１４ 制御部
２０ 受信装置
２１ 赤外線受信部
２２ 超音波受信部
２３ 演算処理部
２３−１ 赤外線受信タイミング判定部
２３−２ 超音波受信タイミング判定部
２３−３ 反射波判定部
２３−４ 受信タイミング時間差測定部

Claims (16)

1. 電磁波信号を一定の送信間隔である電磁波送信タイミングで送信するとともに、該電磁波送信タイミングで定められる周期ごとに、超音波を含む音波信号を複数の異なる音波送信タイミングで交互に送信する発信装置と、
   前記発信装置から送信された電磁波信号および音波信号をそれぞれ受信するとともに、該受信した電磁波信号と音波信号の受信タイミングの時間差に基づいて、自装置から前記発信装置までの距離を算出する受信装置とを有し、
   前記受信装置は、前記電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期ごとに、前記音波信号が前記発信装置から直接受信された直接波と、該直接波の送信タイミングより前に送信された音波信号の遅延波とが、それらの受信タイミングが一致して重畳された波を受信したか否かを判定し、該直接波と遅延波が重畳された波を受信したと判定した場合は、その周期を測定対象外とし、該測定対象外とした周期を除く周期について前記時間差を測定する、距離測定システムであって、
   前記受信装置は、前記電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期ごとに、前記音波信号の受信レベルの変化を調べ、他の周期に比べて受信レベルが大きく変化した周期を前記測定対象外の周期とする、距離測定システム。
2. 電磁波信号を一定の送信間隔である電磁波送信タイミングで送信するとともに、該電磁波送信タイミングで定められる周期ごとに、超音波を含む音波信号を複数の異なる音波送信タイミングで交互に送信する発信装置と、
   前記発信装置から送信された電磁波信号および音波信号をそれぞれ受信するとともに、該受信した電磁波信号と音波信号の受信タイミングの時間差に基づいて、自装置から前記発信装置までの距離を算出する受信装置とを有し、
   前記受信装置は、前記電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期ごとに、前記音波信号が前記発信装置から直接受信された直接波と、該直接波の送信タイミングより前に送信された音波信号の遅延波とが、それらの受信タイミングが一致して重畳された波を受信したか否かを判定し、該直接波と遅延波が重畳された波を受信したと判定した場合は、その周期を測定対象外とし、該測定対象外とした周期を除く周期について前記時間差を測定する、距離測定システムであって、
   前記発信装置は、前記音波信号の送信を行わない特定の周期を一定の間隔で設定し、
   前記受信装置は、前記特定の周期において、前記遅延波が受信された場合に、該受信した遅延波と当該特定の周期の開始タイミングを規定する電磁波信号との受信タイミングの時間差を測定し、前記発信装置から送信された電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期のうち、該測定した時間差と前記電磁波信号と音波信号の受信タイミングの時間差との差分が所定の範囲内である周期を前記測定対象外の周期とする、距離測定システム。
3. 前記受信装置は、前記特定の周期に前記遅延波が受信されない場合は、前記特定の周期以外の周期全てについて、前記電磁波信号と前記音波信号の受信タイミングの時間差を測定する、請求項２に記載の距離測定システム。
4. 前記電磁波信号が赤外線信号である、請求項１から請求項３のいずれかに記載の距離測定システム。
5. 電磁波信号を一定の送信間隔である電磁波送信タイミングで送信するとともに、該電磁波送信タイミングで定められる周期ごとに、超音波を含む音波信号を複数の異なる音波送信タイミングで交互に送信する発信装置から、前記電磁波信号および音波信号をそれぞれ受信する受信部と、
   前記受信部で受信した電磁波信号と音波信号の受信タイミングの時間差に基づいて、自装置から前記発信装置までの距離を算出する演算処理部とを有し、
   前記演算処理部は、前記電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期ごとに、前記音波信号が前記発信装置から直接受信された直接波と、該直接波の送信タイミングより前に送信された音波信号の遅延波とが、それらの受信タイミングが一致して重畳された波を受信したか否かを判定し、該直接波と遅延波が重畳された波を受信したと判定した場合は、その周期を測定対象外とし、該測定対象外とした周期を除く周期について前記時間差を測定する、受信装置であって、
   前記演算処理部は、前記電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期ごとに、前記音波信号の受信レベルの変化を調べ、他の周期に比べて受信レベルが大きく変化した周期を前記測定対象外の周期とする、受信装置。
6. 電磁波信号を一定の送信間隔である電磁波送信タイミングで送信するとともに、該電磁波送信タイミングで定められる周期ごとに、超音波を含む音波信号を複数の異なる音波送信タイミングで交互に送信する発信装置から、前記電磁波信号および音波信号をそれぞれ受信する受信部と、
   前記受信部で受信した電磁波信号と音波信号の受信タイミングの時間差に基づいて、自装置から前記発信装置までの距離を算出する演算処理部とを有し、
   前記演算処理部は、前記電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期ごとに、前記音波信号が前記発信装置から直接受信された直接波と、該直接波の送信タイミングより前に送信された音波信号の遅延波とが、それらの受信タイミングが一致して重畳された波を受信したか否かを判定し、該直接波と遅延波が重畳された波を受信したと判定した場合は、その周期を測定対象外とし、該測定対象外とした周期を除く周期について前記時間差を測定する、受信装置であって、
   前記電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期は、前記音波信号が送信されない特定の周期を含み、
   前記演算処理部は、前記特定の周期において、前記遅延波が受信された場合に、該受信した遅延波と当該特定の周期の開始タイミングを規定する電磁波信号との受信タイミングの時間差を測定し、前記発信装置から送信された電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期のうち、該測定した時間差と前記電磁波信号と音波信号の受信タイミングの時間差との差分が所定の範囲内である周期を前記測定対象外の周期とする、受信装置。
7. 前記演算処理部は、前記特定の周期に前記遅延波が受信されない場合は、前記特定の周期以外の周期全てについて、前記電磁波信号と前記音波信号の受信タイミングの時間差を測定する、請求項６に記載の受信装置。
8. 前記電磁波信号が赤外線信号である、請求項５から請求項７のいずれかに記載の受信装置。
9. 電磁波信号を一定の送信間隔である電磁波送信タイミングで送信するとともに、該電磁波送信タイミングで定められる周期ごとに、超音波を含む音波信号を複数の異なる音波送信タイミングで交互に送信する発信装置を備えたポインティングデバイスと、
   スクリーン上の少なくとも２つの基準位置に設けられ、前記発信装置から送信された電磁波信号および音波信号をそれぞれ受信する受信部と、
   前記受信部で受信した電磁波信号と音波信号の受信タイミングの時間差に基づいて、前記スクリーン上における前記ポインティングデバイスの位置を算出する座標検出部とを有し、
   前記座標検出部は、前記電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期ごとに、前記音波信号が前記発信装置から直接受信された直接波と、該直接波の送信タイミングより前に送信された音波信号の遅延波とが、それらの受信タイミングが一致して重畳された波を受信したか否かを判定し、該直接波と遅延波が重畳された波を受信したと判定した場合は、その周期を測定対象外とし、該測定対象外とした周期を除く周期について前記時間差を測定する、電子プレゼンテーションシステムであって、
   前記座標検出部は、前記電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期ごとに、前記音波信号の受信レベルの変化を調べ、他の周期に比べて受信レベルが大きく変化した周期を前記測定対象外の周期とする、電子プレゼンテーションシステム。
10. 電磁波信号を一定の送信間隔である電磁波送信タイミングで送信するとともに、該電磁波送信タイミングで定められる周期ごとに、超音波を含む音波信号を複数の異なる音波送信タイミングで交互に送信する発信装置を備えたポインティングデバイスと、
    スクリーン上の少なくとも２つの基準位置に設けられ、前記発信装置から送信された電磁波信号および音波信号をそれぞれ受信する受信部と、
    前記受信部で受信した電磁波信号と音波信号の受信タイミングの時間差に基づいて、前記スクリーン上における前記ポインティングデバイスの位置を算出する座標検出部とを有し、
    前記座標検出部は、前記電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期ごとに、前記音波信号が前記発信装置から直接受信された直接波と、該直接波の送信タイミングより前に送信された音波信号の遅延波とが、それらの受信タイミングが一致して重畳された波を受信したか否かを判定し、該直接波と遅延波が重畳された波を受信したと判定した場合は、その周期を測定対象外とし、該測定対象外とした周期を除く周期について前記時間差を測定する、電子プレゼンテーションシステムであって、
    前記発信装置は、前記音波信号の送信を行わない特定の周期を一定の間隔で設定し、
    前記座標検出部は、前記特定の周期において、前記遅延波が受信された場合に、該受信した遅延波と当該特定の周期の開始タイミングを規定する電磁波信号との受信タイミングの時間差を測定し、前記発信装置から送信された電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期のうち、該測定した時間差と前記電磁波信号と音波信号の受信タイミングの時間差との差分が所定の範囲内である周期を前記測定対象外の周期とする、電子プレゼンテーションシステム。
11. 前記座標検出部は、前記特定の周期に前記遅延波が受信されない場合は、前記特定の周期以外の周期全てについて、前記電磁波信号と前記音波信号の受信タイミングの時間差を測定する、請求項１０に記載の電子プレゼンテーションシステム。
12. 前記電磁波信号が赤外線信号である、請求項９から請求項１１のいずれかに記載の電子プレゼンテーションシステム。
13. 発信装置が、電磁波信号を一定の送信間隔である電磁波送信タイミングで送信するとともに、該電磁波送信タイミングで定められる周期ごとに、超音波を含む音波信号を複数の異なる音波送信タイミングで交互に送信する第１のステップと、
    受信装置が、前記発信装置から送信された電磁波信号および音波信号をそれぞれ受信するとともに、該受信した電磁波信号と音波信号の受信タイミングの時間差に基づいて、自装置から前記発信装置までの距離を算出する第２のステップとを含み、
    前記第２のステップは、前記電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期ごとに、前記音波信号が前記発信装置から直接受信された直接波と、該直接波の送信タイミングより前に送信された音波信号の遅延波とが、それらの受信タイミングが一致して重畳された波を受信したか否かを判定し、該直接波と遅延波が重畳された波を受信したと判定した場合は、その周期を測定対象外とし、該測定対象外とした周期を除く周期について前記時間差を測定するステップを含む、距離測定方法であって、
    前記第２のステップは、前記電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期ごとに、前記音波信号の受信レベルの変化を調べ、他の周期に比べて受信レベルが大きく変化した周期を前記測定対象外の周期とするステップを含む、距離測定方法。
14. 発信装置が、電磁波信号を一定の送信間隔である電磁波送信タイミングで送信するとともに、該電磁波送信タイミングで定められる周期ごとに、超音波を含む音波信号を複数の異なる音波送信タイミングで交互に送信する第１のステップと、
    受信装置が、前記発信装置から送信された電磁波信号および音波信号をそれぞれ受信するとともに、該受信した電磁波信号と音波信号の受信タイミングの時間差に基づいて、自装置から前記発信装置までの距離を算出する第２のステップとを含み、
    前記第２のステップは、前記電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期ごとに、前記音波信号が前記発信装置から直接受信された直接波と、該直接波の送信タイミングより前に送信された音波信号の遅延波とが、それらの受信タイミングが一致して重畳された波を受信したか否かを判定し、該直接波と遅延波が重畳された波を受信したと判定した場合は、その周期を測定対象外とし、該測定対象外とした周期を除く周期について前記時間差を測定するステップを含む、距離測定方法であって、
    前記第１のステップは、前記音波信号の送信を行わない特定の周期を一定の間隔で設定するステップを含み、
    前記第２のステップは、前記特定の周期において、前記遅延波が受信された場合に、該受信した遅延波と当該特定の周期の開始タイミングを規定する電磁波信号との受信タイミングの時間差を測定し、前記発信装置から送信された電磁波信号の受信タイミングによって定められる周期のうち、該測定した時間差と前記電磁波信号と音波信号の受信タイミングの時間差との差分が所定の範囲内である周期を前記測定対象外の周期とするステップを含む、距離測定方法。
15. 前記第２のステップは、前記特定の周期に前記遅延波が受信されない場合は、前記特定の周期以外の周期全てについて、前記電磁波信号と前記音波信号の受信タイミングの時間差を測定するステップを含む、請求項１４に記載の距離測定方法。
16. 前記電磁波信号が赤外線信号である、請求項１３から請求項１５のいずれかに記載の距離測定方法。

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