JPH02150918A - 三次元座標入力装置及びその位置指示器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野）） 本発明は、コンピュータ等に用いる入力装置として利用
できる座標入力装置に関し、特に三次元座標入力装置に
関するものである。

（従来の技術） 従来、二次元上の位置を検出して、二次元上での手書き
文字や図形等の情報をコード化する装置は公知である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前述の装置では三次元位置を検出するこ
とができなかった。

本発明の目的は上記の問題点に鑑み、三次元空間中に描
いた三次元図形等の情報及び三次元空間中の測定対象物
の外形情報等をコード化して上位装置に入力する三次元
座標入力装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達成するために、請求項（１）で
は、タイミング信号に基づいて、パルス状の所定の周波
数の超音波を発生する超音波発生部を有し、限定された
指示空間中の位置を指示する位置指示器と、前記指示空
間と非指示空間との境界に存在し且つ同一直線上に存在
しない少なくとも三つの異なる位置に設けた前記超音波
を検出する複数のマイクロフォンと、前記タイミング信
号を発生するタイミング信号発生回路と、前記タイミン
グ信号を発生した時間と前記複数のマイクロフォンによ
り前記超音波を検出した時間との時間差を検出する時間
差検出回路と、前記時間差検出の結果に基づいて、前記
位置指示器による指定位置の座標値を算出する座標算出
手段とからなる三次元座標入力装置を構成した。

請求項（２）では、タイミング信号に基づいて、パルス
状の所定の周波数の超音波を発生する超音波発生部を有
し、限定された指示空間中の位置を指示する位置指示器
と、ＸＹＺ空間中の同一直線上に存在しない少なくとも
四つの異なる位置に設けた前記超音波を検出する複数の
マイクロフォンと、前記タイミング信号を発生するタイ
ミング信号発生回路と、前記タイミング信号を発生した
時間と前記複数のマイクロフォンにより前記超音波を検
出した時間との時間差を検出する時間差検出回路と、前
記時間差検出の結果に基づいて、前記位置指示器による
指定位置の座標値を算出する座標算出手段とからなる三
次元座標入力装置を構成した。

また、請求項（３）では、タイミング信号に基づいて、
パルス状の所定の周波数の超音波を発生する超音波発生
部を有し、限定された指示空間中の位置を指示する位置
指示器を構成した。

更に、請求項（４）では、請求項（３）記載の位置指示
器において、超音波発生部を二つの異なる位置に配置し
た超音波発生器により構成し、所定の周期で前記超音波
発生器から交互にパルス状の所定の周波数の超音波を発
生するようになした。

請求項（５）では、請求項（３）記載の位置指示器にお
いて、超音波発生部を二つの異なる位置に配置した超音
波発生器により構成し、前記超音波発生器からパルス状
の異なる所定の周波数の超音波を同時に発生するように
なした。

（作　用） 本発明の請求項（１）乃至（２）によれば、位置指示器
により、タイミング信号に基づいて、パルス状の所定の
周波数の超音波が発生され、複数のマイクロフォンによ
り空間を介して伝搬される前記超音波が検出され、タイ
ミング信号発生回路により、前記タイミング信号が発生
される。また、時間差検出回路により、前記タイミング
信号を発生した時間と前記複数のマイクロフォンにより
前記超音波を検出した時間との時間差が検出され、座標
算出手段により、前記時間差に基づいて、前記位置指示
器による指定位置の座標値が算出される。

また、請求項（３）によれば、タイミング信号に基づい
て、パルス状の所定の周波数の超音波が発生される。

また、請求項（４）によれば、二つの異なる位置から交
互にパルス状の所定の周波数の超音波が発生される。

また、請求項（５）によれば、二つの異なる位置からパ
ルス状の異なる所定の周波数の超音波が同時に発生され
る。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例を示す概略構成図である
。図において、１０は座標入力対象位置を指定するため
の位置指示器、２１乃至２４は超音波を検出するマイク
ロフォンで、マイクロフォン２１はＸＹＺ座標の原点に
、マイクロフォン２２はＸ軸上の座標（Ｘｓ、Ｏ，Ｏ）
に、マイクロフォン２３はＹ軸上の座標（０，Ｙｓ、Ｏ
）に、マイクロフォン２４はＺ軸上の座標（０，０゜Ｚ
ｓ）にそれぞれ配設されている。また、５０は指示空間
、１００はタイミング信号発生回路で、位置指示器に後
述するタイミング信号を出力する。

２００は時間差検出回路で、マイクロフォン２１〜２４
からの出力信号とタイミング信号発生回路２００から出
力されるタイミング信号との時間差を検出する。３００
は座標算出回路で、前記時間差に基づいて、位置指示器
１０により指示された指示空間５０内の位置の座標値を
求める。

前記位置指示器１０は、第２図に示すように指示棒１１
の軸心上に超音波発生器１２．１３が設けられてなる。

超音波発生器１２．１３のそれぞれはケーブルを介して
タイミング信号発生回路１００に・接続され、タイミン
グ信号発生回路１００から出力されるタイミング信号に
基づいて、パルス状の所定の同じ周波数の超音波を発生
する。

また、超音波発生器１２と超音波発生器１３との間は所
定距離Ｌ１を有し、超音波発生器１２と指示棒１１の先
端との間は所定距離Ｌ２を有している。指示＋１１１の
先端で座標入力対象位置を指示する。

前記タイミング信号発生回路１００は、第３図のブロッ
ク図に示すように、クロック信号発生回路１１１、タイ
ミング信号発生カウンタ１１２及びタイミング切替え回
路１１３から構成される。

クロック信号発生回路１１１は、座標検出の分解能に対
応した周期のクロック信号を発生する。タイミング信号
発生カウンタ１１２は、クロック信号に基づいて、計時
すると共に所定のタイミング発生周期Ｔでパルス状のタ
イミング信号を発生する。タイミング切替え回路１１３
は前記タイミング信号に基づいて、超音波発生器１２に
パルス信号Ｅを、超音波発生器１３にパルス信号Ｆを交
互に出力する。

前記タイミング発生周期Ｔは、超音波発生器１２．１３
の発生する超音波が、指示空間５０内の任意の位置とマ
イクロフォン２１〜２４との間の最長距離を伝搬するの
に要する時間の定数倍、例えば１．２倍としている。

前記時間差検出回路２００は、第３図のブロック図に示
すように、帯域フィルタ（以下、ＢＰＦと称す）２１１
〜２１４、整流回路２２１〜２２４、パルス検出回路２
３１〜２３４、カウンタ２４０、レジスタ２５１〜２５
４から構成されている。

前記ＢＰＦ２１１〜２１４は同一に構成され、前記超音
波発生器１２．１３の発生する超音波の周波数を中心と
した所定の帯域幅内の周波数の信号を通過させる。ＢＰ
Ｆ２１１の入力はマイクロフォン２１の出力に、ＢＰＦ
２１２の入力はマイクロフォン２２の出力に、ＢＰＦ２
１３の入力はマイクロフォン２３の出力に、ＢＰＦ２１
４の入力はマイクロフォン２４の出力にそれぞれ接続さ
れている。

前記整流回路２２１〜２２４は、それぞれダイオード及
びコンデンサからなり、同一に構成されている。整流回
路２２１の入力はＢＰＦ２１１の出力に、整流回路２２
２の入力はＢＰＦ２１２の出力に、整流回路２２３の入
力はＢＰＦ２１３の出力に、整流回路２２４の入力はＢ
ＰＦ２１４の出力にそれぞれ接続されている。

前記パルス検出回路２３１〜２３４は、それぞれコンパ
レータ及びフリップフロップからなり、同一に構成され
ている。パルス検出回路２３１〜２３４のそれぞれは、
所定の電圧レベル以上のパルスが入力したときに、この
パルスのリーディングエツジを検出して、前記クロック
信号に同期した１クロックパルス幅のパルス信号を出力
する。

パルス検出回路２３１の入力は整流回路２２１の出力に
、パルス検出回路２３２の人力は整流回路２２２の出力
に、パルス検出回路２３３の入力は整流回路２２３の出
力に、パルス検出回路２３４の入力は整流回路２２４の
出力にそれぞれ接続されている。

前記カウンタ２４０は、前記クロック信号によりフリー
カウントを行い、前記タイミング信号によりリセットさ
れて、再びフリーカウントするようになっている。

前記レジスタ２５１〜２５４のそれぞれの入力は、カウ
ンタ２４０の出力に接続され、レジスタ２５１はパルス
検出回路２３１の出力パルスＡにより、レジスタ２５２
はパルス検出回路２３２の出力パルスＢにより、レジス
タ２５３はパルス検出回路２３３の出力パルスＣにより
、レジスタ２５４はパルス検出回路２３４の出力パルス
Ｄによりそれぞれカウンタ２４０の出力データをラッチ
して保持する。

前記座標算出回路３００は、割込み信号発生回路３１１
、トライステート出力型のレジスタ３２１〜３２４、Ｃ
ＰＵ３：３０により構成される。

前記割込み信号発生回路３１１は、フリップフロップ及
び論理回路からなり、パルス検出回路２３１〜２３４か
ら出力されるパルス信号Ａ〜Ｄとタイミング切替え回路
１１３から出力されるパルス信号Ｅ、Ｆとクロック信号
を入力し、パルス信号Ｅを入力した後にパルス信号Ａ−
Ｄの全てを入力したときに第１の割込み信号ｌＮＴｌを
論理“１”にして出力し、この後、パルス信号Ｆを入力
し、更に、パルス信号Ａ−Ｄの全てを入力したときに第
２の割込み信号ＩＮＴ２を論理“１″にして出力する。

また、後述するＣＰＵ３３０から論理“１”のパルス状
のリセット信号Ｒを入力したときに、第１、第２の割込
み信号ｌＮＴｌ。

ＩＮＴ２を論理″０”にする。また、第１１第２の割込
み信号ｌＮＴｌ、ＩＮＴ２を論理和した信号Ｇを出力す
る。

前記レジスタ３２１の入力はレジスタ２５１の出力に、
レジスタ３２２の入力はレジスタ２５２の出力に、レジ
スタ３２３の入力はレジスタ２５３の出力に、レジスタ
３２４の入力はレジスタ２５４の出力にそれぞれ接続さ
れ、信号Ｇにより入力データＤ１〜Ｄ４をラッチして保
持する。

前記ＣＰＵ３３０は、第１、第２の割込み信号ｌＮＴｌ
、ＩＮＴ２に基づいて、データバスＤＢを介してレジス
タ３２１〜３２４からデータＤ１〜Ｄ４を入力する。更
に、このデータＤ１〜Ｄ４に基づいて、位置指示器１０
の超音波発生１Ｇ１２゜１３の座標値を算出すると共に
、指示棒１１の先端の座標入力対象位置の座標値を算出
する。

前記座標算出手段は、座標算出回路３００とＣＰ−Ｕ３
３０を動作させるプログラムにより構成される。

次に、前述の構成からなる第１の実施例の動作を第４図
に示すプログラムフローチャートに基づいて説明する。

前記位置指示器ｌＯの先端で第１図に示す指示空間５０
の座漂入力対象の点Ｐを指示した場合の動作を説明する
。

前記位置指示器１０の超音波発生器１２．１３は、タイ
ミング信号発生回路１００から出力される信号Ｅ、Ｆに
基づいて、交互に同一の所定周波数のパルス状の超音波
を発生する。超音波発生器１２により発生したパルス状
の超音波は、空間を伝搬してマイクロフォン２１〜２４
に伝わる。マイクロフォン２１〜２４のそれぞれは、検
出した超音波を電気信号に変換して対応するＢＰＦ２１
１〜２１４に出力する。ＢＰＦ２１１〜２１４のそれぞ
れは、超音波発生器１２から出力された超音波の周波数
を中心とした所定の帯域幅内の周波数の信号を出力し、
この信号は整流回路２２１〜２２４により整流され、パ
ルス検出回路２３１〜２３４により前記超音波のパルス
信号のリーディングエツジが検出されて、パルス信号Ａ
〜Ｄが出力される。

また、カウンタ２４０は、前記タイミング信号によりリ
セットされて、クロック信号に基づいてフリーカウント
を行っている。レジスタ２５１〜２５４のそれぞれは対
応したパルス信号Ａ−Ｄで、カウンタ２４０の出力デー
タをラッチして、データＤ１〜Ｄ４を出力する。このと
き割込み信号発生回路３１１は、第１の割込み信号ｌＮ
Ｔｌを論理“１”にして出力する。また、これと同時に
信号Ｇが出力されて、レジスタ２５１〜２５４の出力デ
ータＤ１〜Ｄ４はレジスタ３２１〜３２４にラッチされ
る。

超音波発生器１３により発生されたパルス状の超音波が
マイクロフォン２１〜２４により検出されたときも同様
の動作を行うが、このときは割込み信号発生回路３１１
から第２の割込み信号ＩＮＴ２が論理“１°で出力され
る。

前記ＣＰＯ３３０は、第１の割込み信号ｌＮＴ１が論理
“１゛であるか否かを常に監視している（Ｓｌ）。第１
の割込み信号ｌＮＴｌが論理“１＃になると、データバ
スＤＢを介してレジスタ３２１〜３２４からデータＤ１
〜Ｄ４を読み取る（Ｓｌ）。次に、出力ボートＰ１に論
理″１”のパルス状のリセット信号Ｒを出力する（Ｓ３
）。

これにより第１の割込み信号ｌＮＴｌはリセットされて
論理“０“になる。次に、データＤ１〜Ｄ４を用いて、
超音波発生器１２とマイクロフォン２１〜２４のそれぞ
れとの間の距離Ｌａｏ。

Ｌａｘ、Ｌａｙ、Ｌａｚを算出する（Ｓ４）　。これら
の距離Ｌａｏ、Ｌａｘ、Ｌａｙ、Ｌａｚは、データＤ１
〜Ｄ４のそれぞれとクロック信号の周期と空間における
超音波の伝搬速度との積を求めることにより得ることが
できる。

次に、距離Ｌａｏ、Ｌａｘ、Ｌａｙ、Ｌａｚを用いて、
次式に基づいて、超音波発生器１２の座標値（Ｘａ、Ｙ
ａ、Ｚａ）を算出する（Ｓ５）。

Ｘａ　−（Ｘｓ　−（Ｌａｘ　　　Ｌａｏ２）／Ｘｓ）
／２　　　　　　　　　　　・・・　（１）Ｙａ　−（
Ｙｓ　−（Ｌａｙ　　　Ｌａｏ２）／Ｙｓ）一 ／２　　　　　　　　　　　・・・　（２）２ａ＝（Ｚ
ｓ−（Ｌａｚ　　−Ｌａｏ２）／Ｚｓ）／２　　　　　
　　　　　　・・・　（３）ここで、Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ
はマイクロフォン２２〜２４の各座標値である。

次に、第２の割込み信号ＩＮＴ２が論理・“１″である
か否かを監視しくＳ６）、論理“１”になっなときにデ
ータバスＤＢを介してレジスタ３２１〜３２４からデー
タＤ１〜Ｄ４を読み取る（Ｓ７）。データＤ１〜Ｄ４を
読み取った後、出力ボートＰ１に論理“１”のパルス状
のリセット信号Ｒを出力する（Ｓ８）。次に、データＤ
１〜Ｄ４を用いて、超音波発生器１３とマイクロフォン
２１〜２４のそれぞれとの間の距１１ｉ１　Ｌ　ｂ　ｏ
　。

Ｌｂｘ、Ｌｂｙ、Ｌｂｚを算出しくＳ９）、次式に基づ
いて、超音波発生器１３の座標値（Ｘｂ。

Ｙｂ、Ｚｂ）を算出する（ＳＩＯ）。

Ｘｂ−（Ｘｓ　−（Ｌｂｘ　　　Ｌｂｏ２）／Ｘｓ）／
２　　　　　　　　　　　・・・　（４）Ｙｂ　−（Ｘ
ｓ　−（Ｌｂｙ　　　Ｌｂｏ２）／Ｘｓ）／２　　　　
　　　　　　　・・・　（５）Ｚｂ−（Ｚｓ　−（Ｌｂ
ｘ２−Ｌｂｏ２）／Ｘｓ）／２　　　　　　　　　　　
・・・　（６）次に、次式に基づいて点Ｐの座標値（Ｘ
ｐ、Ｙｐ、Ｚｐ）を算出する（Ｓ　１１）。

Ｘｐ−Ｘａ＋　（Ｘａ−Ｘｂ）　・Ｌ２／Ｌｌ・・・　
（７） Ｙｐ−Ｙａ＋　（Ｙａ−Ｙｂ）　　ＩＩＬ２／Ｌｌ・・
・　　（８） Ｚｐ−Ｚａ＋　　（Ｚａ−Ｚｂ）　　−Ｌ２／Ｌｌ・・
・　　（９） ここで、Ｌｌは超音波発生器１２と超音波発生器１３と
の間の距離、Ｌ２は超音波発生器１２と指示棒１１の先
端との間の距離であり、定数として予めプログラムに設
定されている。

次に、本発明の第２の実施例を説明する。

第５図は第２の実施例の概略構成図である。図において
、第１の実施例と同一構成部分は同一符号をもって表わ
す。即ち、１０は位置指示器、２１乃至２３は超音波を
検出するマイクロフォンで、マイクロフォン２１はＸＹ
Ｚ座標の原点に、マイクロフォン２２はＸ軸上の座標（
Ｘｓ、００）に、マイクロフォン２３はＹ軸上の座標（
０゜Ｙｓ　　Ｏ）にそれぞれ配設されている。また、５
１は指示空間で、マイクロフォン２１〜２３を含んだＸ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれを辺とする直方体の空間であ
る。１０１はタイミング発生回路、２０１は時間差検出
回路、３０１は座標検出回路である。

前記位置指示器１０は、第６図に示すように指示棒１１
の軸心上に超音波発生器１２．１４が設けられてなる。

超音波発生器１２．１４のそれぞれはケーブルを介して
タイミング信号発生回路１０１に接続され、タイミング
信号発生回路１０１から出力されるタイミング信号に基
づいて、パルス状の所定の異なる周波数の超音波を同時
に発生する。また、超音波発生器１２と超音波発生器１
４との間は所定距離Ｌ１を有し、超音波発生器１２と指
示棒１１の先端との間は所定距離Ｌ２を有している。指
示棒１１の先端で座標入力対象位置を指示する。

前記タイミング信号発生回路１０１は、第７図のブロッ
ク図に示すように、クロック信号発生回路１１１とタイ
ミング信号発生カウンタ１１２により構成され、これら
の動作は第１の実施例と同様である。タイミング信号発
生カウンタ１１２から出力されるタイミング信号Ｈは、
超音波発生器。

１２．１４に同時に供給される。

前記時間差検出回路２０１は、第７図のブロック図に示
すように、ＢＰＦ２１１〜２１３゜２１５〜２１６、整
流回路２２１〜２２３゜２２５〜２２７、パルス検出回
路２３１〜２３３゜２３５〜２３７、カウンタ２４０、
レジスタ２５１〜２５３．２５５〜２５７により構成さ
れている。

前記ＢＰＦ２１１〜２１３は同一に構成され、前記超音
波発生器１２の発生する超音波の周波数を中心とした所
定の帯域幅内の周波数の信号を通過させる。ＢＰＦ２１
５−２１７は同一に（１■成され、前記超音波発生器１
４の発生する超音波の周波数を中心とした所定の帯域幅
内の周波数の信号を通過させる。また、ＢＰＦ２１１〜
２１３が通過させる周波数の帯域とＢＰＦ２１５〜２１
７が通過させる周波数の帯域は重ならないものである。

ＢＰＦ２１１とＢＰＦ２１５の入力はマイクロフォン２
１の出力に、ＢＰＦ２１２とＢＰＦ２１６の入力はマイ
クロフォン２２の出力に、ＢＰＦ２１３とＢＰＦ２１７
の入力はマイクロフォン２３の出力にそれぞれ接続され
ている。

前記整流回路２２１〜２２３，２２５〜２２７は、ダイ
オード及びコンデンサにより同一に構成され、それぞれ
の入力は対応したＢＰＦ２１１〜２１３．２１５〜２１
７の出力に接続されている。

前記パルス検出回路２３１〜２３３．２３５〜２３７は
、それぞれコンパレータ及びフリップフロップにより同
一に構成されている。パルス検出回路２３１〜２３３，
２３５〜〜２３７のそれぞれは、所定の電圧レベル以上
のパルスが人力したときに、このパルスのリーディング
エツジを検出して、クロック信号に同期した１クロック
パルス幅のパルス信号を出力する。パルス検出回路２３
１〜２３３　２３５〜２３７のそれぞれの入力は、対応
した整流回路２２１〜２２３，２２５〜２２７の出力に
接続されている。

前記カウンタ２４０は、クロック信号によりフリーカウ
ントを行い　タイミング発生カウンタ１１２から出力さ
れるタイミング信号Ｈによりリセットされて、再びフリ
ーカウントするようになっている。

前記レジスタ２５１〜２５３，２５５〜２５７のそれぞ
れの入力は、カウンタ２４０の出力に接続されている。

また、レジスタ２５１はパルス検出回路２３１の出力パ
ルスＡにより、レジスタ２５２はパルス検出回路２３２
の出力パルスＢにより、レジスタ２５３はパルス検出回
路２３３の出力パルスＣにより、レジスタ２５５はパル
ス検出回路２３５の出力パルスＩにより、レジスタ２５
６はパルス検出回路２３６の出力パルスＪにより、レジ
スタ２５７はパルス検出回路２３７の出力パルスＫによ
りそれぞれカウンタ２４０の出力データをラッチして保
持する。

前記座標検出回路３０１は、割込み信号発生回路３１２
、トライステート出力型のレジスタ３２１〜３２３，３
２５〜３２７、ＣＰＵ３３０により構成される。

前記割込み信号発生回路３１２は、フリップフロップ及
び論理回路からなり、パルス検出回路２３１〜２３３．
２３５〜２３７から出力されるパルス信号Ａ−Ｃ，Ｉ−
にとタイミング信号にとクロック信号を入力し、タイミ
ング信号Ｋを入力した後にパルス信号Ａ−Ｃ，Ｉ−にの
全てを入力したときに割込み信号ＩＮＴを論理“１“に
して出力する。また、ＣＰＯ３３０から論理“１“のパ
ルス状のリセット信号Ｒを入力したときに割込み信号Ｉ
ＮＴを論理“０”にする。

前記レジスタ３２１〜３２３，３２５〜３２７のそれぞ
れの入力は対応したレジスタ２５１〜２５３．２５５〜
２５７の出力に接続され、割込み信号ＩＮＴの立上りで
入力データＤＩｌ〜Ｄ１３．Ｄ２１〜Ｄ２３をラッチし
て保持する。

前記ＣＰＵ３３０は割込み信号ＩＮＴに基づいて、デー
タバスＤＢを介してレジスタ３２１〜３２３．３２５〜
３２７からデータＤ１１〜Ｄ１３、Ｄ２１〜Ｄ２３を入
力する。更に、このデータＤｌｌ〜Ｄ１３．Ｄ２１〜Ｄ
２３に基づいて、位置指示器１０の超音波発生器１２．
１４の座標値を算出すると共に、指示棒１１の先端の座
標入力対象位置の座標値を算出する。

前記座標算出手段は、座標算出回路３０１とＣＰＵ３３
０を動作させるプログラムにより構成される。

次に、前述の構成からなる第２の実施例の動作を第８図
に示すプログラムフロチャートに基づいて説明する。

前記位置指示器１０の先端で第５図に示す指示空間５１
の座標入力対象の点Ｐを指示した場合の動作を説明する
。

前記位置指示器１０の超音波発生器１２．１４は、タイ
ミング信号Ｈに基づいて、同時に異なった周波数のパル
ス状の超音波を発生する。超音波発生器１２．１４によ
り発生したパルス状の超音波は、空間を伝搬してマイク
ロフォン２１〜２３に伝わる。マイクロフォン２１〜２
３のそれぞれは、検出した超音波を電気信号に変換して
、ＢＰＦ２１１〜２１３，２１５〜２１７に出力する。

ＢＰＦ２１１〜２１３のそれぞれは、超音波発生器１２
から出力された超音波の周波数を中心とした所定の帯域
幅内の周・波数の信号を出力する。ＢＰＦ２１５〜２１
７のそれぞれは、超音波発生器１４から出力された超音
波の周波数を中心とした所定の帯域幅内の周波数の信号
を出力する。ＢＰＦ２１１〜２１３．２１５〜２１７か
ら出力された信号は整流回路２２１〜２２３．２２５〜
２２７により整流され、パルス検出回路２３１〜２３３
．２３５〜２３７により前記超音波のパルス信号のリー
ディングエツジが検出されて、パルス信号Ａ−Ｃ，Ｉ−
Ｋが出力される。

またカウンタ２４０はタイミング信号Ｈによりリセット
されて、クロック信号に基づいてフリーカウントを行っ
ている。レジスタ２５１〜２５３゜２５５〜２５７のそ
れぞれは対応したパルス信号Ａ−Ｃ，１〜にで、カウン
タ２４０の出力データをラッチして、データＤＩｌ〜Ｄ
１３．Ｄ２１〜Ｄ２３を出力する。このとき割込み信号
発生回路３１２は、割込み信号ＩＮＴを論理“１”にし
て出力する。これにより、レジスタ２５１〜２５３゜２
５５〜２５７の出力データＤ１１〜Ｄ１３゜Ｄ２１〜Ｄ
２３はレジスタ３２１〜３２３゜３２５〜３２７にラッ
チされる。

前記ＣＰＵ３３０は、割込み信号ＩＮＴが論理“１”で
あるか否かを常に監視している（ＳＰＩ）。

割込み信号ＩＮＴが論理“１°になると、データバスＤ
Ｂを介してレジスタ３２１〜３２３゜３２５〜３２７か
らデータＤＩｌ〜ＤＩ２．Ｄ２１〜Ｄ２３を読み取る（
　Ｓ、　Ｐ　２　）。次に、出力ポートＰ１に論理“１
”のパルス状のリセット信号Ｒを出力しく５Ｐ３）、デ
ータＤ１１〜Ｄ１２゜Ｄ２１〜Ｄ２３を用いて、超音波
発生器１２とマイクロフォン２１〜２３のそれぞれとの
間の距離Ｌａｏ、Ｌａｘ、Ｌａｙ、及び超音波発生器１
４とマイクロフォン２１〜２３のそれぞれとの間の距離
Ｌｂｏ、Ｌｂｘ、Ｌｂｙを算出する（ＳＦ３）これらの
距ｆｉＬａｏ、Ｌａｘ、Ｌａｙ、Ｌｂｏ。

Ｌｂｘ、Ｌｂｙは、データＤｌｌ−Ｄ１Ｂ。

Ｄ２１〜Ｄ２３のそれぞれとクロック信号の周期と空間
における超音波の伝搬速度との積を求めることにより得
ることができる。

次に、距離Ｌａｏ、Ｌａｘ、Ｌａｙを用いて、次式に基
づいて、超音波発生器１２の座標値（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ
）を算出する（Ｓ　Ｐ　５）。

Ｘａ　−（Ｘｓ　−（Ｌａｘ　　　Ｌａｏ　　）　／Ｘ
ｓ）　／２Ｙａ　−（Ｙｓ　−（Ｌａｙ２−　　Ｌａｏ
２）　／　Ｙｓ）　／　２・・・　（１１） Ｚａ　−［（Ｌａｏ　　　（Ｘｓ　−（Ｌａｘ２−　Ｌ
ａｏ２）／Ｘｓ）　　／４−　（Ｙｓ−（Ｌａｙ２−　
Ｌａｏ２）／ＹＳ）２／４］１／２　　　　　　・・・
　（１２）更に、距離Ｌｂｏ、Ｌｂｘ、Ｌｂｙを用いて
、次式に基づいて、超音波発生器１４の座標値（ｘｂ。

Ｙｂ、Ｚｂ）を算出する（ＳＦ３）。

Ｘｂ　−（Ｘｓ　−（Ｌｂｘ２−　　Ｌｂｏ２）　／Ｘ
ｓ）　／　２・・・　（１３） Ｙｂ＝　（Ｙｓ　−（Ｌｂｙ２−　Ｌｂｏ２）　／　Ｙ
ｓ）　／　２・・・　（１４） Ｚｂ−［（Ｌｂｏ　　　（Ｘｓ　−（Ｌｂｘ２−　　２
”−Ｌｂｏ） ／　Ｘｓ）　　／　４−　（Ｙｓ　−（Ｌｂｙ２−２”
　　　　　　　　　　　　Ｌｂｏ　　）／　Ｙｓ）　２
／　４　］　１／２・−（１５）次に、次式に基づいて
点Ｐの座標値（Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐ）を算出する（ＳＦ３
）。

Ｘｐ＝Ｘａ＋　（Ｘａ−Ｘｂ）　　ｅＬ２／ＬｌＹｐ−
Ｙａ＋　　（Ｙａ−Ｙｂ）　　・　Ｌ２／ＬｌＺ　　ｐ
　−Ｚ　　ａ　　＋　　（Ｚ　　ａ　　−Ｚ　　ｂ　）
　　−Ｌ　２　／　Ｌ　　１・・・　（１８） ここで、Ｌｌは周波数超音波発生器１２と超音波発生器
１４との間の距離、Ｌ２は超音波発生器１２と指示棒１
１の先端との間の距離であり、定数として予めプログラ
ムに設定されている。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）乃至（２）によれば
、超音波を用いた三次元座標入力装置を構成したので、
三次元空間中の指示位置を検出し、その座標値を算出す
ることが可能になったため、三次元空間中に描いた三次
元図形等の情報及び三次元空間中のΔｐ１定対象物の外
形情報等を高精度でコード化し、即時に上位装置に入力
することが可能になる。

また、請求項（３）乃至（５）によれば、タイミング信
号に基づいて、パルス状の所定の周波数の超音波を発生
する超音波発生部を有し、限定された指示空間中の位置
を指示する位置指示器を構成したので、位置指示器によ
り座標入力対象点を指示するだけで簡単に座標入力を行
うことができる。

更に、請求項（４）及び（５）によれば、超音波発生器
を二つの異なる位置に配置したので、超音波発生器の配
設位置以外の位置を指示位置として定めることが可能に
なる。

また、請求項（５）によれば、二つの異なる位置に配置
した超音波発生器からパルス状の異なる所定の周波数の
超音波を同時に発生するようにしたので、座標検出の時
間間隔を短くできるため、高精度の座標値を入力するこ
とが可能になるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の実施例の概略構成図、第２図は第１の実
施例の位置指示器を示す図、第３図は第１の実施例の電
気系回路のブロック図、第４図は第１図の実施例のプロ
グラムフローチャート、第５図は第２の実施例の概略構
成図、第６図は第２の実施例の位置指示器を示す図、第
７図は第２の実施例の電気系回路のブロック図、第８図
は第２の実施例のプログラムフローチャートである。 １０・・・位置指示器、１２，１３．１４・・・超音波
発生器、２１〜２４・・・マイクロフォン、５０゜５１
・・・指示空間、１００，１０１・・・タイミング信号
発生回路、２００，２０１・・・時間差検出回路、３０
０．３０１・・・座標算出回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）タイミング信号に基づいて、パルス状の所定の周
   波数の超音波を発生する超音波発生部を有し、限定され
   た指示空間中の位置を指示する位置指示器と、 前記指示空間と非指示空間との境界に存在 し且つ同一直線上に存在しない少なくとも三つの異なる
   位置に設けた前記超音波を検出する複数のマイクロフォ
   ンと、 前記タイミング信号を発生するタイミング 信号発生回路と、 前記タイミング信号を発生した時間と前記 複数のマイクロフォンにより前記超音波を検出した時間
   との時間差を検出する時間差検出回路と、 前記時間差検出の結果に基づいて、前記位 置指示器による指定位置の座標値を算出する座標算出手
   段とからなる ことを特徴とする三次元座標入力装置。 （２）タイミング信号に基づいて、パルス状の所定の周
   波数の超音波を発生する超音波発生 部を有し、限定された指示空間中の位置を指示する位置
   指示器と、 ＸＹＺ空間中の同一直線上に存在しない少 なくとも四つの異なる位置に設けた前記超音波を検出す
   る複数のマイクロフォンと、 前記タイミング信号を発生するタイミング 信号発生回路と、 前記タイミング信号を発生した時間と前記 複数のマイクロフォンにより前記超音波を検出した時間
   との時間差を検出する時間差検出回路と、 前記時間差検出の結果に基づいて、前記位 置指示器による指定位置の座標値を算出する座標算出手
   段とからなる ことを特徴とする三次元座標入力装置。 （３）タイミング信号に基づいて、パルス状の所定の周
   波数の超音波を発生する超音波発生部を有し、限定され
   た指示空間中の位置を指示する ことを特徴とする位置指示器。 （４）超音波発生部を二つの異なる位置に配置した超音
   波発生器により構成し、所定の周期で前記超音波発生器
   から交互にパルス状の所定の周波数の超音波を発生する
   ようになした請求項（３）記載の位置指示器。 （５）超音波発生部を二つの異なる位置に配置した超音
   波発生器により構成し、前記超音波発生器からパルス状
   の異なる所定の周波数の超音波を同時に発生するように
   なした請求項 （３）記載の位置指示器。