JPH10171588A - ペン入力装置及び該装置におけるキャリブレーション方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位置検出機構の実装位置ずれに起因する入力
ペンの入力位置ずれを簡単かつ短時間に補正し得るキャ
リブレーション機能を実現する。 【解決手段】 受信処理部３２は、スタイラスペン１か
らの超音波を超音波受信素子３１ａ、３１ｂで受信処理
してスタイラスペン１の絶対座標を算出しかつボタン押
下状況を認識する。受信処理部３２内のローカル演算部
は、上記ボタン押下状況からスタイラスペン１での特定
操作を認識すると、この時の絶対座標に対して上記特定
操作に対応する演算処理を施すことで相対的な座標変換
処理を行い、演算処理部４０は該座標変換処理後の絶対
座標を用いて入力処理する。スタイラスペン１の実際位
置と入力位置（表示カーソル）が不一致の時、スタイラ
スペン１を固定したまま特定ボタンを押下（特定操作）
して表示カーソルを上記実際位置まで相対移動させるこ
とでキャリブレーションが実行できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、手書き入力機能を
有するコンピュータシステム等におけるペン入力装置に
関し、特に、位置検出機構の位置ずれ等に起因する入力
ペンの実際の位置と指示位置との不整合を補正するキャ
リブレーション機能の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、手書き入力機能を有するコンピュ
ータシステム等における入力装置としては、 １）赤外線方式によるもの ２）感圧方式によるもの ３）静電容量方式によるもの ４）電磁方式によるもの ５）超音波方式によるもの 等が知られている。

【０００３】ここで、１）の赤外線方式によるものとし
ては、赤外線を発光するライトペンによるスポット位置
を半導体位置検出素子を用いて検出するもの、入力面に
複数の赤外線発光素子および受光素子を配設して、赤外
線発光素子から発光された赤外線が指、入力ペン等によ
り遮られた位置を受光素子の出力から判別することによ
り指示位置を検出するもの等が知られている。

【０００４】また、２）の感圧方式によるものとして
は、複数のＸ軸電極が配設された電極シートと複数のＹ
軸電極が配設された支持体とをドットスペーサを介在さ
せて重ね合わせた感圧パネルを用いたもの、平行する２
枚のプレートを３次元スプリングを介して重ね合わせ、
指、入力ペン等により触れた位置の電流の変化を検出す
ることにより指示位置を検出するもの等が知られてい
る。

【０００５】また、３）の静電容量方式によるものとし
ては、２枚のガラス上に蒸着形成された導電性の膜をそ
れぞれＸ軸、Ｙ軸電極パターンとしてこの２枚のガラス
を電極パターン形成面を向かい合わせて張り合わせた静
電容量結合方式パネルを用いたもの等が知られている。

【０００６】更に、４）の電磁方式によるものとして
は、入力面に複数のセンサアンテナコイルを配設すると
ともに、入力ペンにはコイルとコンデンサからなる共振
回路を内蔵させ、まず上記複数のセンサアンテナコイル
に交流電流を流すことにより電磁誘導を利用して上記入
力ペンの共振回路に電流を流し、次に上記複数のセンサ
アンテナコイルに流した交流電流を切り、この状態で上
記上記入力ペンの共振回路に流れる電流により発生する
磁界を上記複数のセンサアンテナコイルで検出すること
により入力ペンの指示位置を検出するもの等が知られて
いる。

【０００７】また、５）の超音波方式によるものとして
は、スタイラスペンに超音波送信手段を実装すると共
に、スタイラスペンの入力領域内の所定の箇所に超音波
受信手段を配置し、スタイラスペンに実装された超音波
送信手段から超音波を送出した時間と、超音波受信手段
により超音波を受信した時間とからこれら超音波送信手
段と超音波受信手段との間の距離を計測すると共に、こ
の計測距離を用いてスタイラスペンの２次元若しくは３
次元の位置座標を算出し、この算出された位置座標に基
づき所定の入力領域におけるスタイラスペンによる指示
位置を入力するような超音波位置検出機構が知られてい
る。

【０００８】上述した赤外線／感圧／静電容量／電磁／
超音波のいずれの方式のペン入力装置においても、実用
上不満のない入力精度を維持するためには、実際の装置
運用に先立ち、入力ペンの位置とこの時の検出座標に基
づく指示位置とを整合させるいわゆるキャリブレーショ
ンを行う必要があることはいうまでもない。

【０００９】ところで、このキャリブレーションは、例
えば設計段階で入力精度を厳密に設定すべく行う「位置
検出機構の基本特性に関する補正」と、例えば、位置検
出機構を別の装置に転用する場合等に入力精度を再調整
する程度のより簡略な補正とに大別できる。

【００１０】換言すれば、上述した「位置検出機構の基
本特性に関する補正」（以下、重たいキャリブレーショ
ンという）は、装置出荷時等に一度行えば良く、以下の
ような状況下では必ずしも必要となされないものであ
る。

【００１１】ａ．振動／衝撃に起因する入力位置ずれ。

【００１２】このような現象は、入力面と位置検出機構
ががっしりと一体化された情報機器でも発生し得る。

【００１３】ｂ．入力装置を別の入力面に適応させる場
合。

【００１４】１つの入力装置を複数の人間で使い回しす
る場合等に相当する。

【００１５】ｃ.入力装置を頻繁に移動させる場合。

【００１６】現在の入力装置では、単に表示画面に対し
て描画等の入力を行う利用方法が一般的であるが、今後
の運用方法としては、操作者の机上や会議室の一角等、
多くの場所で利用者の操作（広義の意味としては、人間
の動き）をコンピュータに認識させるような応用が考え
られる。

【００１７】このうち、上記ｂ，ｃの運用を実現するこ
とを考えた場合、上記各方式の中でも特に超音波方式の
ペン入力装置が好適である。これは、超音波方式の入力
装置は、仕様上の限界があるものの、基本的には入力面
のサイズに対して汎用的に流用可能である、すなわち１
つの入力装置を用いて複数のサイズの入力面に適応可能
であるという特徴を有するからに他ならない。

【００１８】かかる超音波方式の入力装置の運用の効率
化を考えた場合、装置の開発段階等において、予め複数
のサイズの入力面を想定し、これらの各々に対応するキ
ャリブレーションを行っておけば、エンドユーザが時間
を割いて上述したいわゆる重たいキャリブレーションを
行う必要はない。

【００１９】しかしながら、たとえ入力面のサイズが分
かっていても、２次元または３次元的に実装位置を基準
点に合わせるいわゆる軽いキャリブレーションに関して
は、誤差の程度によってその都度行う必要性がある。そ
こで、この種の従来装置におけるキャリブレーションと
しては、以下のような公知例が存在していた。

【００２０】・特開平3-192412号 超音波表面弾性波方式の入力装置において、位置検出機
構の実装後に、その取り付けのばらつきに関して補正を
行うもの。

【００２１】・特開昭62-32575号 入力領域に応じて相対／絶対座標入力切替え機構を設け
たもの。

【００２２】・特開昭62-224820号 スタイラスペンの移動量により、相対／絶対座標入力を
切替える機構を設けたもの。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来装置のうち、
特開平3-192412号のものは、位置検出機構の入力精度の
向上を図る目的で用いられている補正手段は、位置検出
機構自体の位置検出精度を向上させるための本格的なキ
ャリブレーション機能を開示している。これは、上述し
た重たいキャリブレーションを行う機能に相当するもの
であって、キャリブレーションにおいてエンドユーザに
多くの時間と手間を強要することになる。

【００２４】特開昭62-32575号，特開昭62-224820号の
ものは、単に、相対／絶対座標入力の切替え操作を開示
したものであって、キャリブレーションを前提とした絶
対／相対座標入力の切替えを意図したものではない。

【００２５】このように、上記従来装置は、あくまでも
「位置検出機構の基本特性に関する補正」を行うべく上
述した重たいキャリブレーションの実行機能のみを具備
し、位置検出機構の実装位置の基準合わせに有用なより
簡易なキャリブレーション機能を有してはいなかった。
このため、この種の従来装置において、例えば、位置検
出機構を他の装置に転用するといった運用に際し、エン
ドユーザにキャリブレーションに関する多くの時間と手
間を強要することになり、円滑な運用の妨げになるとい
う問題点があった。

【００２６】そこで、本発明は、位置検出機構の他の装
置への転用等に伴う位置検出機構の実装位置ずれに起因
する入力位置ずれを簡単かつ短時間に補正可能なペン入
力装置及び該装置におけるキャリブレーション方法を提
供することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、本発明は、入力ペンの２次元若しくは３次元の絶
対座標を検出し、該絶対座標に基づき所定の入力領域に
おける前記入力ペンの指示位置の入力処理を行うペン入
力装置において、操作者が行う特定操作を認識する認識
手段と、前記特定操作が認識された場合、この時に検出
された前記入力ペンの絶対座標に対し、予め前記特定操
作に対応付けられている演算式を用いて相対的な座標変
換処理を施す座標変換手段と、前記座標変換手段による
演算結果を前記入力ペンの位置補正座標として保持する
位置補正座標保持手段と、検出された前記入力ペンの絶
対座標と前記位置補正座標とに基づき前記入力ペンの入
力座標を算出し、該入力座標を用いて前記入力処理を行
う入力処理手段とを具備することを特徴とする。

【００２８】上記ペン入力装置において、前記特定操作
を、該特定操作に対応して前記入力ペンに実装されたボ
タンのボタン操作としたことを特徴とする。

【００２９】上記ペン入力装置において、前記入力ペン
に実装された超音波送信手段から超音波を送出した時間
と、超音波受信手段により前記超音波を受信した時間と
から前記超音波送信手段と前記超音波受信手段間の距離
を計測すると共に、前記計測距離を用いて前記入力ペン
の絶対座標を算出する超音波方式の位置検出機構を用い
たことを特徴とする。

【００３０】また、本発明のペン入力装置におけるキャ
リブレーション方法は、入力ペンの２次元若しくは３次
元の絶対座標を検出し、該絶対座標に基づき所定の入力
領域における前記入力ペンの指示位置の入力処理を行う
ペン入力装置において、操作者が行う特定操作を認識す
る認識手段と、前記特定操作が認識された場合、この時
に検出された前記入力ペンの絶対座標と該特定操作に予
め対応付けられている変数とに基づき前記絶対座標に対
する相対移動座標を求める相対移動座標算出手段と、前
記特定操作終了後、前記相対移動座標を前記入力ペンの
位置補正座標として特定する特定手段とを具備し、前記
特定操作により前記入力ペンの指示位置を相対移動させ
ることにより当該指示位置ずれを補正することを特徴と
する。

【００３１】上記キャリブレーション方法において、前
記特定操作を、該特定操作に対応して前記入力ペンに実
装されたボタンのボタン操作としたことを特徴とする。

【００３２】上記キャリブレーション方法において、前
記入力ペンに実装された超音波送信手段から超音波を送
出した時間と、超音波受信手段により前記超音波を受信
した時間とから前記超音波送信手段と前記超音波受信手
段間の距離を計測すると共に、前記計測距離を用いて前
記入力ペンの絶対座標を算出する超音波方式の位置検出
機構を用いたことを特徴とする。

【００３３】

【発明の実施の形態】本発明に係わるペン入力装置は、
入力ペンに設けられた超音波送信手段から送出される超
音波の送信タイミングとこの超音波送信手段から送出さ
れる超音波を受信する超音波受信手段における受信タイ
ミングとの同期をとるように構成したうえで、超音波送
信手段から超音波を送信したタイミングと超音波受信手
段で上記超音波を受信したタイミングとの時間差から当
該音波送信手段と超音波受信手段との間の距離を算出
し、更にこの超音波送信手段／受信手段間の距離を用い
て上記入力ペンの位置座標を演算して例えばパソコンの
ディスプレイ等の所定の入力領域における上記入力ペン
による指示位置を例えばカーソル等を用いて入力する超
音波位置検出機構を前提とするものである。

【００３４】特に、本発明では、上記超音波位置検出機
構において、入力ペンの特定操作を認識する手段を有
し、この認識手段により例えば特定操作が認識された場
合、この時に入力ペンから送信された超音波の受信信号
に基づき算出される絶対座標位置に対して上記特定操作
に対応する演算処理を施すことにより、上記入力ペンの
指示位置を相対座標として入力し、この相対座標入力を
適宜に繰り返しながら上記カーソルを上記入力ペンの実
際の位置まで相対移動させることにより、キャリブレー
ションを実現する機能を付加したものである。

【００３５】上記構成によれば、超音波位置検出機構の
例えば開発段階での重たいキャリブレーションが完了し
ているという前提の下において、入力ペンに設けたボタ
ン等を用いて上記特定操作を行うだけで極めて簡単にキ
ャリブレーションを実施でき、例えば、超音波位置検出
機構を他の装置に転用するといった運用に際し、エンド
ユーザにキャリブレーションに関する多くの時間と手間
を強要することがなくなり、超音波位置検出機構の最大
の利点である汎用性を損なうことなく入力精度も向上さ
せることができる。

【００３６】以下、本発明に係わるペン入力装置の実施
の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図
１は、本発明に係わるペン入力装置を適用して構成した
情報処理装置の一実施の形態の概略構成をブロック図で
示したものである。この情報処理装置は、入力ペン（以
下、これをスタイラスペンという）１を用いて表示部５
０の表示画面上で指示された指示位置に対応する画像を
表示部５０の表示画面上に表示するものである。

【００３７】この実施の形態において、スタイラスペン
１には後に詳述するようにその先端から超音波を出力す
る超音波送信手段が設けられており、この超音波送信手
段から送出される超音波に基づき表示部５０の表示画面
上における指示位置を検出してこの指示位置に対応する
画像を表示部５０の表示画面上に表示する。

【００３８】すなわち、本実施の形態に係わる情報処理
装置はスタイラスペン１から発生された超音波を受信す
る２個の超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、この２個の超
音波受信素子３１ａ、３１ｂの受信出力を処理する超音
波受信部３０、この超音波受信部３０の処理結果に基づ
きスタイラスペン１による指示位置を演算してこの指示
位置に対応する画像の表示部５０における表示制御を行
う演算処理部４０を具備して構成される。

【００３９】この実施の形態に係わる情報処理装置の全
体構成は図２に示す如くである。操作者は、ペンホルダ
３４で同期化されたスタイラスペン（超音波送出器）１
を用いて入力領域（表示部５０として用いられるＤispl
ay装置の表示領域）にて、操作を行う。この時、超音波
受信部３０において、スタイラスペン１から送出された
超音波の送／受信タイミングからスタイラスペン１と超
音波センサ（超音波受信素子）３１ａ，３１ｂ，…まで
の距離が算出され、演算処理部４０としてのＣomputer
へ入力される。Ｃomputerは、超音波受信部３０から受
け取った距離値からＤisplay装置の表示領域におけるス
タイラスペン１の２次元または３次元位置を算出し、そ
のデータを基にアプリケーション上の処理を行う。

【００４０】図３は、本実施の形態に係わる情報処理装
置の外観構造の具体例を示したものであり、表示部５０
としてのリアプロジェクタディスプレイの表示画面に対
して所定の位置関係で２個の超音波受信素子３１ａ、３
１ｂが配設されており、また図１及び図２にて開示した
超音波受信部３０および演算処理部４０はこの情報処理
装置本体１００内に内蔵されている。

【００４１】また、表示部５０の表示画面の近傍には、
スタイラスペン１の不使用時にこのスタイラスペン１を
収容するためのペンホルダ３４が設けられている。ここ
で、スタイラスペン１はコードレスのスタイラスペンと
して構成され、このスタイラスペン１の駆動電源はこの
スタイラスペン１に内蔵された二次電池が用いられてお
り、上記ペンホルダ３４はこの二次電池を充電するため
のアダプタとしての機能も有している。

【００４２】まず、この実施の形態における２個の超音
波受信素子３１ａ、３１ｂの受信出力に基づき表示部５
０の表示画面上に対するスタイラスペン１による指示位
置の検出原理を説明する。

【００４３】図４は、表示部５０の表示画面に対して所
定の位置関係で配設された２個の超音波受信素子３１
ａ、３１ｂとスタイラスペン１による指示位置の関係を
示したものである。今、この２個の超音波受信素子３１
ａ、３１ｂに固定された２次元座標系Ｘ−Ｙを考え、こ
の表示部５０の表示画面の横方向の長さをＷとする。

【００４４】ここで、超音波受信素子３１ａは、この２
次元座標系Ｘ−Ｙの原点（０、０）に配設されており、
超音波受信素子３１ｂは、この２次元座標系Ｘ−ＹのＹ
軸上の点（０、Ｗ）に配設されているとする。

【００４５】また、スタイラスペン１による指示位置
が、この２次元座標系Ｘ−Ｙ上の点（ｘ、ｙ）であると
するとし、超音波受信素子３１ａから点（ｘ、ｙ）まで
の距離をａ、超音波受信素子３１ｂから点（ｘ、ｙ）ま
での距離をｂとすると、 ａ²＝ｘ²＋ｙ² …（１） ｂ²＝（Ｗ−ｘ）²＋ｙ² …（２） の関係が成立する。この式（１）〜（２）からｘ、ｙに
ついて解くと ｘ＝（ａ²−ｂ²＋Ｗ）／２Ｗ …（３） ｙ＝±ＳＱＲＴ［ａ²−｛（ａ²−ｂ²＋Ｗ²）／２Ｗ｝²］…（４） ただし、ＳＱＲＴ（Ａ）はＡの平方根を示す。

【００４６】となる。ここで、Ｗは既知の値であるの
で、超音波受信素子３１ａから点（ｘ、ｙ）までの距離
ａ、超音波受信素子３１ｂから点（ｘ、ｙ）までの距離
ｂが分かれば、２個の超音波受信素子３１ａ、３１ｂに
固定された２次元座標系Ｘ−Ｙ上におけるスタイラスペ
ン１による指示位置（ｘ、ｙ）を求めることができる。

【００４７】この実施の形態においては、超音波受信素
子３１ａからスタイラスペン１による指示位置（ｘ、
ｙ）までの距離ａ、超音波受信素子３１ｂからスタイラ
スペン１による指示位置（ｘ、ｙ）までの距離ｂを、ス
タイラスペン１の先端から出力される超音波を用いて検
出する。

【００４８】具体的には、この距離ａ、距離ｂの検出
は、スタイラスペン１の先端から出力される超音波が超
音波受信素子３１ａ、３１ｂで検出されるまでの時間Ｔ
ａ、Ｔｂを検出することにより行われる。

【００４９】すなわち、スタイラスペン１の先端から出
力される超音波の空間伝達速度をＣとすると、上記時間
Ｔａ、Ｔｂを検出することにより上記距離ａ、距離ｂは ａ＝Ｃ×Ｔａ …（５） ｂ＝Ｃ×Ｔｂ …（６） により求めることができる。

【００５０】このスタイラスペン１の先端から出力され
る超音波が超音波受信素子３１ａ、３１ｂで検出される
までの時間Ｔａ、Ｔｂを検出する処理は、図１に示す超
音波受信部３０における受信処理部３２で行われる。

【００５１】図５は、図１に示す超音波受信部３０にお
ける受信処理部３２の具体的構成を示したものである。
この実施の形態では、スタイラスペン１の不使用時にこ
のスタイラスペン１を収納するペンホルダ３４が設けら
れており、このペンホルダ３４には、後に詳述するよう
に、スタイラスペン１の超音波発信手段から出力される
超音波の出力タイミングと受信処理部３２における受信
処理との同期をとる同期回路３５が設けられている。

【００５２】この同期回路３５は、受信処理部３２に設
けられた基本クロック生成回路３２４から出力される基
本クロックを計数し、その計数値が一定の値になる毎に
スタイラスペン１の超音波発信手段から出力される超音
波の出力タイミングを制御する同期信号を出力するよう
に構成されている。

【００５３】また、スタイラスペン１には、上記基本ク
ロック生成回路３２４と同一の周波数の基本クロックを
生成する基本クロック生成回路（後に説明するオシレー
タ１３）が設けられており、この基本クロック生成回路
は、スタイラスペン１がペンホルダ３４に収納された時
に、上記同期回路３５から出力される同期信号を入力し
て、上記受信処理部３２に設けられた基本クロック生成
回路３２４との同期を確立し、スタイラスペン１をペン
ホルダ３４から取り出した後は、上記同期回路３５と同
様にこの受信処理部３２に設けられた基本クロック生成
回路３２４と同期して動作する基本クロック生成回路か
ら出力される図６（ａ）に示すような基本クロックを計
数し、図６（ｂ）に示すようにその計数値が一定の値に
なる毎にスタイラスペン１の超音波発信手段から出力さ
れる超音波の出力タイミングを制御するように構成され
ている。

【００５４】すなわち、スタイラスペン１をペンホルダ
３４に収納すると、スタイラスペン１の超音波発信手段
から出力される超音波の出力タイミングと受信処理部３
２における受信処理との同期がとられ、スタイラスペン
１の超音波発信手段から出力される超音波の出力タイミ
ングは同期回路３５から受信処理部３２に加えられる同
期信号のタイミングと一致することになる。

【００５５】同期回路３５から受信処理部３２に加えら
れる同期信号は、受信処理部３２のカウンタ３２１、３
２２のリセット端子に加えられ、カウンタ３２１、３２
２はこの同期信号に同期してクリアされる。

【００５６】また、カウンタ３２１、３２２の計数入力
端子には基本クロック生成回路３２４から出力される基
本クロックが入力され、またこのカウンタ３２１、３２
２の計数停止を制御する制御入力端子には、スタイラス
ペン１の先端から出力される超音波を受信した時に超音
波受信素子３１ａ、３１ｂからそれぞれ出力される受信
クロックが入力されている。

【００５７】すなわち、カウンタ３２１、３２２は、ス
タイラスペン１の先端から超音波が出力されるタイミン
グで同時にリセットされ、それぞれ超音波受信素子３１
ａ、３１ｂから受信クロックが入力されるまで基本クロ
ック生成回路３２４から出力される基本クロックを計数
し、その結果、カウンタ３２１、３２２の計数値は、ス
タイラスペン１の先端から出力される超音波が超音波受
信素子３１ａ、３１ｂで検出するまでの時間Ｔａ、Ｔｂ
に対応するものになる。

【００５８】図７は、このカウンタ３２１、３２２によ
る時間Ｔａ、Ｔｂの検出動作をタイミングチャートで示
したものである。すなわち、スタイラスペン１の図示し
ない基本クロック生成回路は図７（ａ）に示す基本クロ
ックを生成し、図７（ｂ）に示す同期信号の立上がりに
同期してスタイラスペン１の先端から超音波を出力する
ための図７（ｃ）に示す送信クロックを発生し、この送
信クロックに同期してスタイラスペン１の超音波発信手
段を駆動するための図７（ｄ）に示す超音波駆動信号を
発生する。この超音波駆動信号によりスタイラスペン１
の超音波発信手段が駆動され、スタイラスペン１の先端
からは送信クロックが生じている間だけ超音波が出力さ
れる。

【００５９】このスタイラスペン１の先端から出力され
た超音波は超音波受信素子３１ａ、３１ｂで受信され、
超音波受信素子３１ａ、３１ｂからはこの超音波の受信
に対応して図７（ｅ）に示すような受信クロックが出力
される。

【００６０】そこで、カウンタ３２１、３２２では、図
７（ｂ）に示す同期信号の立上がりタイミングから図７
（ｅ）に示す受信クロックの立上がりタイミングまでの
時間Ｔ、すなわち時間Ｔａ、Ｔｂを図７（ａ）に示す基
本クロックを計数することにより求めることができる。

【００６１】このカウンタ３２１、３２２で計数された
スタイラスペン１の先端から出力される超音波が超音波
受信素子３１ａ、３１ｂで検出するまでの時間Ｔａ、Ｔ
ｂは、受信時間保持回路３２５、３２６でそれぞれ保持
され、図１に示した通信部３３を介して演算処理部４０
に伝送される。

【００６２】演算処理部４０は、通信部３３を介して伝
送される上記時間Ｔａ、Ｔｂを受取り、この時間Ｔａ、
Ｔｂに基づきスタイラスペン１により表示部５０の画面
上で指示された指示位置を演算する。

【００６３】この演算においては、まず、前述した式
（５）〜（６）に基づき、スタイラスペン１から超音波
受信素子３１ａ、３１ｂまでの距離ａ、ｂを算出する。
そして、この算出した距離ａ、ｂおよび前述した式
（３）〜（４）に基づき、超音波受信素子３１ａ、３１
ｂに固定された２次元座標系Ｘ−Ｙ上におけるスタイラ
スペン１による指示位置（ｘ、ｙ）を算出する。そし
て、この算出したスタイラスペン１による指示位置
（ｘ、ｙ）に基づき表示部５０における表示制御を行
う。

【００６４】次に、図１に示したスタイラスペン１、超
音波受信部３０及び演算処理部４０の具体的詳細構成に
ついて説明する。

【００６５】この実施の形態に係わる装置で用いるスタ
イラスペン１の外観構造は例えば図８に示す如くの形態
から成る。このスタイラスペン１は、内部に超音波送信
手段を有するとともに、第１ボタン１４ａ〜第７ボタン
１４ｇの７つのボタンを有している。ここで、第１ボタ
ン１４ａは、例えばこのスタイラスペン１を用いて描画
を行う際に操作されるものである。また、第２ボタン１
４ｂ〜第７ボタン１４ｇは以下に述べるような当該スタ
イラスペン１の特定操作との対応付けがなされており、
それぞれ対応する特定操作を行う場合に押下される。

【００６６】図９は、このスタイラスペン１の内部回路
構成を示したものである。同図からも分かるように、こ
のスタイラスペン１は、該スタイラスペン１からの超音
波の送信タイミングを制御する送信タイミング制御部１
１、オペアンプ１６を有し送信タイミング制御部１１か
ら出力された超音波送出器駆動信号を増幅するアンプ部
１５、超音波送出器１８を有しアンプ部１５から出力さ
れる超音波送出器駆動信号により超音波を送出する送出
部１７を具備している。

【００６７】送信タイミング制御部１１には、更に、図
８に示した第１ボタン１４ａ〜第７ボタン１４ｇから成
るボタン１４の出力及び基本クロックを生成するオシレ
ータ（基本クロック生成部）１３からの基本クロックに
応じてこのスタイラスペン１からの超音波送信タイミン
グ制御の状態遷移を制御するシーケンサ１２が設けられ
ている。

【００６８】図１０は、図１に示した超音波受信部３０
及び演算処理部４０の具体的構成を示したものである。
同図において、超音波受信部３０は、受信処理部３２、
通信部３３から構成される。

【００６９】ここで、超音波受信部３０は図１に示した
超音波受信素子３１ａ、３１ｂから構成される受信セン
サ部３１からの超音波受信出力を入力処理する。受信処
理部３２は、アンプ部６０、受信タイミング制御部７
０、ローカル演算部７５から成り、アンプ部６０にはオ
ペアンプ６１が設けられ、受信タイミング制御部７０に
はカウンタ、レジスタ７１、シーケンサ７２、オシレー
タ７３が設けられる。

【００７０】ここで、カウンタ、レジスタ７１は、図５
に示したカウンタ３２１、３２２、及び受信時間保持回
路３２５、３２６に対応し、オシレータ７３は基本クロ
ックを生成する図５に示した基本クロック生成回路３２
４に対応する。

【００７１】また、シーケンサ７２は、オシレータ７３
から出力される基本クロックに基づきこの受信タイミン
グ制御部７０の受信タイミング制御の遷移状態を制御す
るものである。このシーケンサ７２は、図５に示したペ
ンホルダ３４の同期回路３５からの同期信号（リセット
信号）によりリセットされ、受信タイミング制御部７０
における受信タイミング制御の遷移状態を制御する。

【００７２】また、ローカル演算部７５は、受信タイミ
ング制御部７０からの入力データに基づきスタイラスペ
ン１の絶対位置座標を算出すると共に、後述するスタイ
ラスペン１の特定操作がなされた場合は、上記絶対位置
座標に対して当該特定操作に対応する演算処理を施すこ
とにより、絶対位置座標から相対位置座標への変換処理
を行う。

【００７３】また、通信部３３は、ＳＣＣ（シリアル通
信制御部）３３１及びＲＳ２３２Ｃインタフェースを駆
動するための２３２Ｃドライバ３３２を有する。また、
図１０において、演算処理部４０は、所定のアプリケー
ションが搭載され、スタイラスペン１の指示位置に対応
した表示を制御するウインドウ処理部やマウスドライバ
等を有し、ＲＳ２３２Ｃインタフェースを介して超音波
受信部３０の通信部３３に接続されるパーソナルコンピ
ュータから構成される。

【００７４】ところで、本実施の形態に係わる装置で
は、図８に示す如く、第１ボタン１４ａ〜１４ｇの７つ
のボタンを有するスタイラスペン１を用いることから、
超音波受信側におけるこれら７つのボタンの押下状況の
認識を実現するために、これら各ボタンに対応した超音
波送出フレームを設ける必要がある。

【００７５】図１１は、本実施の形態の装置におけるス
タイラスペン１の超音波送信タイミングを示すタイミン
グチャートである。同図からも分かるように、このスタ
イラスペン１ではそれぞれ８回の超音波送信タイミング
（◇数字１〜８で示す。以下、フレーム＃１〜＃８とい
う）を１単位として交互に超音波を送出する。

【００７６】すなわち、図１１に示すように、このスタ
イラスペン１は、８回の超音波送信タイミングを１ブロ
ックとして超音波を送出する。ここで、各超音波送信タ
イミングにおける超音波送出期間はＴｓｅｎｄであり、
その超音波送出間隔はＴｗａｉｔである。そしてこの８
回の超音波送信タイミングの１回目の超音波送信タイミ
ングにおいては、このスタイラスペン１の位置に対応し
て表示部５０に表示されるカーソルを追従移動制御する
ために常時超音波を送出する。また、２回目の超音波送
信タイミングにおいては、このスタイラスペン１で第１
ボタン１４ａが押された時のみ超音波を送出する。ま
た、３回目の超音波送信タイミングにおいては、このス
タイラスペン１で第２ボタン１４ｂが押された時のみ超
音波を送出する。同様に、４回目〜回目の超音波送信タ
イミングにおいては、このスタイラスペン１で第３ボタ
ン１４ｃ〜第７ボタン１４ｇが押された時のみそれぞれ
超音波を送出する。

【００７７】なお、各超音波送信タイミングで発生され
る超音波駆動信号（超音波駆動クロック）は、例えばＦ
Ｈｚの信号であり、超音波駆動クロックは図９に示した
アンプ部１５を介して送出部１７に加えられ、送出部１
７からは、このＦＨｚの超音波が送出される。

【００７８】図１１に示したスタイラスペン１側の超音
波送信タイミングに対し、超音波受信部３０の受信タイ
ミング制御部７０におけるシーケンサ７２では、上記超
音波送信タイミング（各フレーム＃１〜＃８）に同期し
て超音波受信素子３１ａ，３１ｂで受信した受信信号の
処理を行い、演算処理部４０では当該スタイラスペン１
の位置を算出する。

【００７９】ここで、上記各フレーム＃１〜＃８は、前
述の如くに同期化の図られた超音波送信側（スタイラス
ペン１）と超音波受信側（超音波受信部３０）とで同一
の意味付けがなされている。これにより、超音波受信部
３０のシーケンサ７２では、フレーム＃１での受信信号
に応じてスタイラスペン１における超音波受信素子３１
ａ，３１ｂとの間の距離を算出し得ると同時に、フレー
ム＃２〜＃８での受信信号に応じてこのスタイラスペン
１における第１〜第７の各ボタン１４ａ〜１４ｇの押下
状況を認識できる。ここで算出された距離及び認識され
たボタン押下状況は、該受信タイミング制御部７０から
ローカル演算部７５へと送信される。

【００８０】図１２は、受信タイミング制御部７０から
ローカル演算部７５に送信されるデータの構造の一例を
示す図である。このデータは３バイトから構成され、第
１バイト〔同図（ａ）〕はスタイラスペン１に実装され
た各ボタン１４の押下状態を示している。第２バイト
〔同図（ｂ）〕は、超音波受信部３０における超音波受
信素子３１ａからスタイラスペン１までの距離すなわち
図４における距離ａを示す値である。第３バイト〔同図
（ｃ）〕は、超音波受信部３０における超音波受信素子
３１ｂからスタイラスペン１までの距離すなわち図４に
おける距離ｂを示す値である。

【００８１】第２，３バイトの値は、図５における基本
クロック生成回路３２４にて作られた基本クロックが、
スタイラスペン１から超音波が送出され、超音波受信素
子３１ａ，３１ｂにてそれぞれ受信されるまでカウンタ
３２１，３２２でカウントされた数をそれぞれ示してい
る。

【００８２】ローカル演算部７５は、このカウント値を
用い、例えば上記基本クロックが１ＭＨzの時、１クロ
ック時間は１ｕsecであり第２，３バイトの１bit が超
音波が１ｕsec 間で空気中を伝播する距離（0.344mm）
であることを利用して、各超音波受信素子３１ａ，３１
ｂとスタイラスペン１との距離を算出する。更に、この
算出された各超音波受信素子３１ａ，３１ｂとスタイラ
スペン１の距離を用いて、入力面（図４参照）上に設定
された座標軸におけるスタイラスペン１の座標を算出す
る。この算出方法は上述した通りである。

【００８３】更に、ローカル演算部７５により算出され
た上記座標値は通信部３３を通じてＰＣ（図１では、演
算処理部４０に相当）に送られ、ＰＣでその入力座標値
に基づき表示画面５０の対応する座標位置に、スタイラ
スペン１により指示された位置を、カーソル等を用いて
表示する。

【００８４】以上、２次元座標についての位置検出方法
について述べたが、本発明は超音波受信器を３個つ用い
ることで、３次元座標についての位置検出も行える。こ
の場合、上述した２次元座標での位置検出機構と異なる
構成として、図１３に示す如く、ディスプレイ（入力
面）近傍に、３つの超音波受信器（３１ａ，３１ｂ，３
１ｃ）を実装する。また、超音波送出器は、これまでの
説明と同様、スタイラスペン内部に実装する。この時、
ディスプレイ近傍に実装した３つの超音波受信器を基準
にして、同図に示すような３次元座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚが生
成される。

【００８５】この３次元座標系の中で、図１４に示すよ
うに、超音波送出器（スタイラスペン１）から出力され
た超音波は、空気中を伝播して３つの超音波受信器（３
１ａ，３１ｂ，３１ｃ）にて受信される。位置検出機構
では、上記超音波送信器から超音波の出力時間と各超音
波受信素子（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）の超音波受信時
間とから超音波送出器と各超音波受信器との間の距離を
それぞれ算出し、上記３次元座標系の中で、ディスプレ
イ上、あるいはその周辺部を移動するスタイラスペン１
の３次元位置座標を検出する。

【００８６】以下、この３個の超音波受信素子３１ａ、
３１ｂ、３１ｃを用いたスタイラスペン１の先端の位置
の３次元的検出原理について述べる。今、図１５に示す
ように、３個の超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ
に固定された３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚを考える。

【００８７】ここで、超音波受信素子３１ａは、この３
次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚの原点に配設されており、超音波
受信素子３１ｂは、この３次元座標系Ｘ−Ｙ−ＺのＹ軸
上の点（０、Ｌｙ、０）に配設され、超音波受信素子３
１ｃは、３次元座標系Ｘ−Ｙ−ＺのＺ軸上の点（０、
０、Ｌｚ）に配設されているとする。

【００８８】また、スタイラスペン１による指示位置
が、この３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ上の点（ｘ、ｙ、ｚ）
であるとするとし、超音波受信素子３１ａから点（ｘ、
ｙ、ｚ）までの距離がｎ、超音波受信素子３１ｂから点
（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離がｍ、超音波受信素子３１ｃ
から点（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離がｌであるものとする
と、 ｌ²＝（Ｌｚ−ｚ）²＋ｎ²−ｚ² …（７） ｎ²＝ｘ²＋ｙ²＋ｚ² …（８） ｍ²＝ｘ²＋（Ｌｙ−ｙ）²＋ｚ² …（９） の関係が成立する。この式（９）〜（１１）からｘ、
ｙ、ｚについて解くと ｘ＝±ＳＱＲＴ［ｎ²−｛（Ｌｙ²＋ｎ²−ｍ²）／２Ｌｙ｝² −｛（Ｌｚ²＋ｎ²−ｌ²）／２Ｌｚ｝²］ …（１０） ｙ＝（Ｌｙ²＋ｎ²−ｍ²）／２Ｌｙ …（１１） ｚ＝（Ｌｚ²＋ｎ²−ｌ²）／２Ｌｚ …（１２） ただし、ＳＱＲＴ（Ａ）はＡの平方根を示す。

【００８９】となる。ここでＬｙおよびＬｚは、超音波
受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置によって決
定される既知の値であるので、超音波受信素子３１ａか
ら点（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離ｎ、超音波受信素子３１
ｂから点（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離ｍ、超音波受信素子
３１ｃから点（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離ｌが分かれば、
３次元的に配設された３つの超音波受信素子３１ａ、３
１ｂ、３１ｃに固定された３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ上に
おけるスタイラスペン１による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）
を求めることができる。

【００９０】ここで、超音波受信素子３１ａからスタイ
ラスペン１による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離
ｎ、超音波受信素子３１ｂからスタイラスペン１による
指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離ｍ、超音波受信素子
３１ｃからスタイラスペン１による指示位置（ｘ、ｙ、
ｚ）までの距離ｌの検出は、スタイラスペン１の先端か
ら出力される超音波が超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、
３１ｃで検出するまでの時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを検出す
ることにより求めることができる。

【００９１】すなわち、スタイラスペン１の先端から出
力される超音波の空間伝達速度をＣとすると、上記時間
Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを検出することにより上記距離ｎ、距
離ｍ、距離ｌは ｎ＝Ｃ×Ｔａ …（１３） ｍ＝Ｃ×Ｔｂ …（１４） ｌ＝Ｃ×Ｔｃ …（１５） により求めることができる。

【００９２】このスタイラスペン１の先端から出力され
る超音波が超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃで検
出されるまでの時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを検出する処理
は、超音波受信部３０における受信処理部３２で行われ
る。ただし、この場合、超音波受信処理部３２は、図５
に示す構成に、３つ目の超音波受信素子３１ｃに対応す
る処理回路（例えば、カウンタ３２３、受信時間保持回
路３２７が別途必要）を付加する必要がある。

【００９３】この受信処理部３２におけるカウンタ３２
１、３２２、３２３で計数されたスタイラスペン１の先
端から出力される超音波が超音波受信素子３１ａ、３１
ｂ、３１ｃで検出されるまでの時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ
は、受信時間保持回路３２５、３２６、３２７でそれぞ
れ保持され、受信タイミング制御部７０に渡される。

【００９４】受信タイミング制御部７０は、上記時間Ｔ
ａ、Ｔｂ、Ｔｃを受け取ると、前述した式（１３）〜
（１５）に基づき、スタイラスペン１から超音波受信素
子３１ａ、３１ｂまでの距離ｎ、ｍ、ｌを算出し、図１
２に示すようなデータ構造（ただし、この場合には、超
音波受信素子３１ａからスタイラスペン１までの距離ｎ
を示す第２バイト、超音波受信素子３１ｂからスタイラ
スペン１までの距離ｍを示す第３バイトの他、超音波受
信素子３１ｃからスタイラスペン１までの距離ｌを示す
第４バイトが追加される。）によりローカル演算部７５
に伝える。

【００９５】ローカル演算部７５は、受信タイミング制
御部７０から送られてくる距離ｎ、ｍ、ｌに対し、前述
した式（１０）〜（１２）による演算を行うことによ
り、超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに固定され
た３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ上におけるスタイラスペン１
による指示位置（ｘ、ｙ，ｚ）を算出する。

【００９６】次に、本発明装置を入力装置として使用す
る前に必要となるキャリブレーション処理について説明
する。本発明装置において、スタイラスペン１の２次元
または３次元の位置座標を算出し得るのは上述した通り
であるが、この装置を入力装置として初めて使用する場
合、上記算出座標位置が、例えば、コンピュータが出力
する画面表示のどの位置に対応しているのかが不明であ
る。そこで、例えば、本装置に対する超音波受信器の実
装時に、スタイラスペン１の座標位置と画面表示位置と
の対応させるための設定を行う必要があるが、この処理
を一般にキャリブレーションと呼んでいる。

【００９７】以下、図１３に示すような超音波受信器実
装形態を例にとり、本発明装置におけるキャリブレーシ
ョン処理について説明する。この例におけるキャリブレ
ーションの最初の処理として、本発明装置の入力面、す
なわち図１３におけるコンピュータの表示画面におい
て、図１６に示す様に、当該表示画面の向かって左上の
位置に１ドット（ドットＡ）の表示が判断可能な表示を
行う。ここで、当該ドットＡは、上記表示画面における
座標（０，０）に表示されているものとする。

【００９８】次に、操作者は、図１７に示す如く、上記
ドットＡが表示されている位置にスタイラスペン１を移
動させる。移動完了後、操作者は、更に、スタイラスペ
ン１を表示ドットＡの位置に移動させたことを知らせる
ための操作として、スタイラスペン１の第１ボタン１４
ａを押下する。この時、特定されたスタイラスペン１の
座標は、（ｘ0，ｙ0，ｚ0）と算出されたものとする。
これが、ドットＡの位置座標として扱われる。

【００９９】次に、操作者は、上記表示画面上、図１８
に示す位置（画面右上）にドットＢを表示させ、上述し
た方法によりこのドットＢの位置座標を算出する。この
時のドットＢの座標値は、Ｂ（ｘ1，ｙ1，ｚ1）と算出
されたとものとする。同様にして、表示画面の向かって
左下のドットＣ、右上のドットＤの位置座標を次々に算
出する。この時、Ｃ（ｘ2，ｙ2，ｚ2）、Ｄ（ｘ3，ｙ
3，ｚ3）の座標値が算出されたものとする。

【０１００】周知の如く、ある表示面上におけるＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄの４点の座標値が判明すれば、当該表示画面
の全てのドットの位置座標値を求めることが可能であ
る。例えば、本実施の形態において、表示画面の表示解
像度が、図１９に示す如く、（1000×500）ドットであ
るものとすれば、当該表示画面上のドットＥ（600，30
0）の座標値は以下の如く算出可能である。

【０１０１】 x＿temp0 ＝ x0＋｛（x1−x0）/1000｝×600 y＿temp0 ＝ y0＋｛（y1−y0）/1000｝×600 z＿temp0 ＝ z0＋｛（z1−x0）/1000｝×600 x＿temp1 ＝ x2＋｛（x3−x2）/1000｝×600 y＿temp1 ＝ y2＋｛（y3−y2）/1000｝×600 z＿temp1 ＝ z2＋｛（z3−z2）/1000｝×600 Ex ＝ x＿temp0＋｛（x＿temp1−x＿temp0）/500｝×30
0 Ey ＝ y＿temp0＋｛（y＿temp1−y＿temp0）/500｝×30
0 Ez ＝ z＿temp0＋｛（z＿temp1−z＿temp0）/500｝×30
0 上記座標値（Ex，Ey，Ez）が図１９におけるドットＥの
座標値である。よって、スタイラスペン１の位置座標
が、この（Ex，Ey，Ez）の場合は、表示座標（600，30
0）において入力処理を行う。

【０１０２】このように、入力面への表示に関しては、
基本的には当該入力面の４隅の座標が分かれば、全ての
入力面の座標値と表示座標との関連付けが可能である。
しかしながら、これはあくまでも、図１５における超音
波受信器３１が超高精度に製作され、かつ入力面の４隅
の座標が誤差なく計測できた場合のことである。

【０１０３】現実的には、図１５におけるLz，Lyや、超
音波受信器３１の実装角度にも誤差が生じる。また、入
力面の４隅の座標計測時においても、例えば、スタイラ
スペン１の構造上の要因、あるいは操作者の視差による
微妙なスタイラスペンの１の操作ミス、更には操作者自
身の手ぶれ等により必ず誤差が生じる。

【０１０４】こうした誤差に起因するスタイラスペン１
の座標位置と画面表示位置間の位置ずれを防止するため
には、上記キャリブレーション実行位置を増やしたり、
測定回数を増やすことが有用である。例えば、図２０
は、複数の位置（４０ドット）それぞれにおいてスタイ
ラスペン１を移動し、その座標値を予め算出し、それ以
後の入力操作に活用するようにした例であり、図１６〜
図１８に示した表示画面の４隅を対象とする方法に比
べ、計測ポイントが増えた分、高精度なキャリブレーシ
ョン機能を実現できる。更に、図２０に示した方法にお
いて、各ドットのそれぞれについて、複数回の位置座標
の計測を行うようにすれば、キャリブレーション精度の
更なる向上が期待できる。

【０１０５】このように、キャリブレーション処理に関
しては、複数のポイントで処理を実行する、あるいは複
数回実行することで入力精度の向上が見込めるのは自明
であるが、反面、この方法では、操作者に多くの時間と
手間を強いることになる。

【０１０６】しかしながら、こうした高精度の（重た
い）キャリブレーションは、超音波受信器の設置時にの
み行えば良く、現実的な運用に際してはそれ程問題にな
る訳ではない。これは、以下に述べるこの種の装置の一
般的運用形態からも容易に理解できる。

【０１０７】すなわち、本発明装置に代表される超音波
方式の入力装置は、それ以外の例えば電磁誘導／感圧／
静電／赤外線等の各方式の位置検出機構を用いた入力装
置に比べて汎用性の面で特に優れている。例えば、電磁
誘導／感圧／静電／赤外線等の各方式の位置検出機構を
用いた入力装置では、入力精度の低下防止の観点から、
ハードウェアとしての位置検出機構を入力面（多くの場
合は表示装置）にがっしりと組み込む必要がある。その
結果、一度設置された位置検出機構を取り外して、他の
入力装置に設置することは極めて困難となる。

【０１０８】これに対して、超音波入力装置の位置検出
機構では、超音波受信器を入力面に対して簡単に設置す
ることができ、入力面のサイズ、あるいは入力面が表示
面の場合、その種類（ＣＲＴ、フラットパネル、プロジ
ェクタ等）が変わっても臨機応変に適用可能である。

【０１０９】一例として、本発明装置では、例えば図２
１に示す如く、用途に応じて１つの入力装置を種々の入
力面１，２，３に利用可能である。同図中央は、本発明
装置の本来の使用例を示すものである。また、同図左側
の装置は、操作者の机上等での個人的な使用を前提と
し、他方、同図右側の装置は、会議室の一角等での不特
定多数の使用を前提として、それぞれの使用位置に超音
波受信素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃを設置することで、
多くの場所で利用者の操作をコンピュータに認識させる
ような運用を実現している。

【０１１０】上記運用を踏まえた場合、超音波受信素子
３１を簡単に取り付け／取り外し可能な機構にするのが
望ましい。この時、１つの入力面に対してキャリブレー
ションを実行後に超音波受信素子３１の取り外し／取り
付けを行った場合、前回の実装位置からずれることは十
分に予想し得る。また、こうした位置ずれの問題は、入
力面を移動させた場合等による振動や衝撃からも発生す
る。更に、入力面が表示面である場合においては、表示
データの移動が原因で入力ずれが発生する。

【０１１１】この種の位置ずれを解消するためには、高
精度な取り付け器具を用いてがっしりと固定する方法も
考えられるが、この方法では、装置全体が高価かつ大型
化することにより現実的ではなく、なによりもこの種の
装置の最大の利点である汎用性を損なうことになる。

【０１１２】このことからも分かるように、超音波入力
装置は、汎用性に絡んで、超音波受信素子３１の取り外
し／取り付けを行った後、前回の実装位置とのずれが発
生するといった危険性を常にはらんでいる。しかしなが
ら、ここで別の視点から上記運用を考察すると、上述し
た応用時における入力ずれは、その全てが位置検出機構
が持つ座標系と、入力面が持つ座標系とが単純に相対的
にずれることに起因すると考えられる。言い換えれば、
もしこうした相対的なずれを補正することができれば、
上述したような重たいキャリブレーションを再度行う必
要はなく、入力ずれを補正すること可能である。つま
り、必要とされる細かな（重たい）キャリブレーション
は既に終わっているものとすれば、その結果得られた情
報はたとえ超音波受信素子３１の実装位置（基準位置）
がずれたとしても利用可能であると言える。

【０１１３】この点に鑑み、本発明は、音波受信素子３
１を設置変更する場合等における軽いキャリブレーショ
ンを簡単に行えるようにするものであり、具体的には、
スタイラスペン１の検出位置座標に基づき入力面に表示
されるカーソルを、当該スタイラスペン１が実際に存在
する位置まで相対移動させる相対座標入力機能を付加す
ることで対処している。

【０１１４】以下、本発明装置における軽いキャリブレ
ーションの実行方法について説明する。本発明におい
て、重いキャリブレーションが完了している前提の下
で、軽いキャリブレーションを行う場合、操作者は、ス
タイラスペン１において特定操作を行う。本実施の形態
において、上記特定操作としては、例えば、スタイラス
ペン１（図８参照）に設けられた十字ボタン（第４ボタ
ン１４ｄ〜第７ボタン１４ｇ）の押下操作を想定してい
る。

【０１１５】これにより、例えば、スタイラスペン１に
設けられる十字ボタン（第４ボタン１４ｄ〜第７ボタン
１４ｇ）のうち、第４ボタン１４ｄを押下すると、当該
第４ボタン１４ｄの形状によって示される方向にカーソ
ルを相対移動でき、同様に、第５ボタン１４ｅ，第６ボ
タン１４ｆ，第７ボタン１４ｇを押下すると、これら各
ボタンの形状によって示される方向にカーソルを相対移
動できる。

【０１１６】このキャリブレーションに係わるカーソル
の相対移動制御は、ローカル演算部７５において、受信
タイミング制御部７０から送られてくるデータ（図１２
参照）中の第１バイト〔図１２（ａ）〕の内容に基づき
スタイラスペン１の各ボタン１４の押下状態を上記特定
操作と対応付けて各々認識し、この認識結果に従って、
絶対座標上での指示位置を相対座標上での指示位置に変
換する演算処理により実現できる。

【０１１７】図２２は、本実施の形態に係わるローカル
演算部７５の概略構成を示す図であり、ＣＰＵ７５１と
メモリ７５２とから成る。このうち、メモリ７５２に
は、受信タイミング制御部７０から送られてくるデータ
（図１２参照）中の第２バイト、第３バイトの距離デー
タを基に算出されたスタイラスペン１の絶対座標値（Ｘ
pre，Ｙpre）に対するオフセット座標値（Ｘoffset，Ｙ
offset）が、上記十字ボタン１４ｄ〜１４ｇの各ボタン
に対応して予め格納されている。これら第４ボタン１４
ｄ〜第７ボタン１４ｇに対するオフセット座標値（Ｘof
fset，Ｙoffset）の具体的な値は、それぞれ以下の如く
である。但し、この例では、必要とされる入力精度は１
mmであり、また入力座標は２次元であることを想定して
いる。

【０１１８】 第４ボタン（１４ｄ） Ｙoffset＝Ｙoffset−1； …… （１６） 第５ボタン（１４ｅ） Ｘoffset＝Ｘoffset＋1； …… （１７） 第６ボタン（１４ｆ） Ｘoffset＝Ｘoffset−1； …… （１８） 第７ボタン（１４ｇ） Ｙoffset＝Ｙoffset＋1； …… （１９） ローカル演算部７５では、受信タイミング制御部７０か
ら送られてくるデータをメモリ７５２に格納した後、こ
のデータ中の第１バイトからこの時の第４ボタン１４ｄ
〜第７ボタン１４ｇの押下状況を認識すると共に、第２
〜３バイトで示される距離データを用いてスタイラスペ
ン１の絶対座標（Ｘpre ，Ｙpre ）を算出してメモリ７
５２に保持した後、この絶対座標（Ｘpre ，Ｙpre ）に
対して、上記押下の認識された各ボタン（１４ｄ〜１４
ｇ）毎に当該ボタンに対応するオフセット座標値を用い
て以下のような演算を施す。

【０１１９】 Ｘ＝Ｘpre＋Ｘoffset； …… （２０） Ｙ＝Ｙpre＋Ｙoffset； …… （２１） ここで生成されたＸ，Ｙは、上位処理系に引き渡され、
カーソル表示制御等に使用される。なお、Ｘoffset，Ｙ
offsetの初期値は０である。また、この例においては、
上記Ｘ、Ｘpre、Ｙ、Ｙpreについては小数を扱えないも
のとする。

【０１２０】以下、スタイラスペン１の十字ボタン操作
に関する絶対／相対座標切り替え制御について具体例を
挙げながら詳しく説明する。今、本発明装置の表示画面
５０上に図２３に示す如くのＸ，Ｙ座標系を想定し、こ
のＸ，Ｙ座標系において、スタイラスペン１が位置Ａ
（Ｘ0,Ｙ0）にあったものとする。ここで示される座標
系は入力面のものである。この状態において、Ｘoffse
t，Ｙoffsetは初期値のまま「０」であるので、上記位
置Ａの座標値はそのまま上位の処理系に渡される。

【０１２１】上位の処理系において、ローカル演算部７
５のＣＰＵ７５１から入力された上記座標値に基づき上
入力面に対するスタイラスペン１の指示位置の入力処理
を行った結果、カーソルが同図の位置Ｂ（ＸN,ＹN）に
表示されたものとする。この表示結果は、上述した理由
から入力ずれが発生し、この入力ずれに伴って表示位置
ずれを生じた結果であって、本来であれば、カーソルは
位置Ａ（Ｘ0,Ｙ0）に表示されなければならない。

【０１２２】この場合、スタイラスペン１の実際の位置
と指示位置とが一致していない状態であることから、キ
ャリブレーションを行う必要がある。この場合における
キャリブレーションにおいては、最初に、例えば、Ｘ軸
方向の補正を行う。この補正に際し、操作者は当該Ｘ軸
方向へのカーソル移動方向を持つスタイラスペン１の第
６ボタン１４ｆを押下する。

【０１２３】操作者がスタイラスペン１の第６ボタン１
４ｆを押下した場合、この第６ボタン１４ｆの押下を示
す情報が受信タイミング制御部７０からローカル演算部
７５に送られ、ローカル演算部７５は上記受信情報に基
づき第６ボタン１４ｆの押下を認識すると、上記位置Ａ
の座標値（Ｘ0,Ｙ0）に対して当該特定操作（第６ボタ
ン１４ｆの押下）に対応する下記の演算〔上記式（１
８）を適用〕を行い、相対座標値（ＸN-1，ＹN）を求め
る。

【０１２４】Ｘoffset＝Ｘoffset−1； ＸN-1＝Ｘ0＋Ｘoffset; ＹN＝ＹN; この時、Ｘoffsetは「-1」であるので、ＸN-1＝ＸN−
１;である。

【０１２５】この結果、図２３に示すカーソルの表示位
置は、第６ボタン押下前の位置Ｂにおける座標（ＸN，
ＹN）から第６ボタン押下後には（ＸN-1，ＹN）の位置
に移動する。つまり、この場合における演算「ＸN-1＝
ＸN−１;ＹN＝ＹN;」の性質上、カーソルはＸ軸の負の
方向に向かって値「1」だけ移動したことになる。

【０１２６】引き続き、操作者は、第６ボタン１４ｆを
押下する。この第６ボタン１４ｆの押下に伴って、上述
と同様、 Ｘoffset＝Ｘoffset−1； ＸN-2＝ＸN-1＋Ｘoffset; ＹN＝ＹN; なる演算が実施され、該演算結果に基づく入力処理によ
って、カーソルは図２４に示す如く、画面に向かって左
側方向、すなわちＸ軸の負の方向に向かって値「1」だ
け更に移動する。従って、その後も、上記第６ボタン１
４ｆの押下を続けることで、例えばｎ回の押下完了後に
は、カーソルを、座標（ＸN-n，ＹN）の位置Ｃまで移動
させることができる。

【０１２７】ここで、位置ＣのＸ座標値（ＸN-n）が、
スタイラスペン１が実際に置かれた位置Ａの座標（Ｘ0,
Ｙ0）のＸ座標値（Ｘ0）に一致した時に上述したキャリ
ブレーションに係わるＸ軸方向の補正が完了したものと
言える。

【０１２８】そこで、操作者は、カーソルの表示位置Ｃ
のＸ座標値（ＸN-n）が、スタイラスペン１が実際に置
かれた位置Ａの座標（Ｘ0,Ｙ0）のＸ座標値（Ｘ0）に一
致する位置まで移動完了した時、キャリブレーションに
係わるＸ軸方向の補正が完了したと判断してスタイラス
ペン１の第６ボタン１４ｆの押下を取り止めると共に、
引き続き、Ｙ軸方向の補正操作へと移る。

【０１２９】このＹ軸方向の補正に際し、操作者は、ス
タイラスペン１における上記Ｙ軸方向へのカーソル移動
に対応する第７ボタン１４ｇを押下する。操作者がスタ
イラスペン１の第７ボタン１４ｇを押下した場合、この
第７ボタン１４ｇの押下を示す情報が受信タイミング制
御部７０からローカル演算部７５に送られ、ローカル演
算部７５は上記受信情報に基づき第７ボタン１４ｇの押
下を認識すると、上記キャリブレーションに係わるＸ軸
方向の補正位置Ｃの座標値（ＸN-n,ＹN）、すなわち
（Ｘ0,ＹN）に対して当該特定操作（第７ボタン１４ｇ
の押下）に対応する下記の演算〔上記式（１９）を適
用〕を行い、相対座標値（Ｘ0，ＹN-1）を求める。

【０１３０】Ｙoffset＝Ｙoffset＋1； Ｘ0＝X0; ＹN-1＝ＹN＋Ｙoffset; この時、Ｙoffsetは「＋1」であるので、ＹN-1＝ＹN＋
１;である。

【０１３１】この結果、カーソルの表示位置は、第７ボ
タン押下前の位置Ｃにおける座標（Ｘ0，ＹN）から第７
ボタン押下後には（Ｘ0，ＹN-1）の位置に移動する。つ
まり、この場合における演算「ＹN-1＝ＹN＋１;Ｘ0＝Ｘ
0;」の性質上、カーソルはＹ軸の正の方向に向かって値
「1」だけ移動したことになる。

【０１３２】引き続き、操作者は、第７ボタン１４ｇを
押下する。この第７ボタン１４ｇの押下に伴って、上述
と同様、 Ｙoffset＝Ｙoffset＋1； Ｘ0＝Ｘ0; ＹN-2＝ＹN-1＋Ｙoffset; なる演算が実施され、該演算結果に基づく入力処理によ
って、カーソルは図２５に示す如く、画面に向かって下
側方向、すなわちＹ軸の正の方向に向かって値「1」だ
け更に移動する。従って、その後も、上記第７ボタン１
４ｇの押下を続けることで、例えばｎ回の押下完了後に
は、カーソルを、座標（Ｘ0，ＹN-n）の位置まで移動さ
せることができる。

【０１３３】ここで、座標（Ｘ0，ＹN-n）のＹ座標値
（ＹN-n）が、スタイラスペン１が実際に置かれた位置
Ａの座標（Ｘ0,Ｙ0）のＹ座標値（Ｙ0）に一致した時に
上述したキャリブレーションに係わるＹ軸方向の補正が
完了したものと言える。

【０１３４】そこで、操作者は、カーソルの表示位置座
標（Ｘ0，ＹN-n）のＹ座標値（ＹN-n）が、スタイラス
ペン１が実際に置かれた位置Ａの座標（Ｘ0,Ｙ0）のＹ
座標値（Ｙ0）に一致する位置まで移動完了した時、キ
ャリブレーションに係わるＹ軸方向の補正が完了したと
判断してスタイラスペン１の第７ボタン１４ｇの押下を
取り止める。

【０１３５】この時、先の第６ボタン１４ｆの押下に基
づくカーソルの相対移動により既にＸ軸方向の補正〔Ｘ
座標値＝（Ｘ0）〕が終了しているため、今回の第７ボ
タン１４ｇの押下に基づくＹ軸方向の補正終了に伴い
〔Ｙ座標値＝（Ｙ0）〕となることにより、上記カーソ
ルの表示位置座標（Ｘ0，ＹN-n）は座標値（Ｘ0,Ｙ0）
を持つことになる。この座標値は、実際にスタイラスペ
ン１が指し示している位置Ａの座標値に一致するもので
あり、この結果、Ｘ軸，Ｙ軸双方のキャリブレーション
が完了する。

【０１３６】なお、図２５では、図を見易くするために
スタイラスペン１の図示を省略しているが、このスタイ
ラスペン１は実際には座標（Ｘ0,Ｙ0）の位置に存在す
る。これ以後、スタイラスペン１をどの位置に移動させ
てもこの移動に対応した（一致した）位置にカーソルの
表示がなされることになる。

【０１３７】上述の如く、本発明では、Ｘoffset及びＹ
offsetの値を変化させるための特定操作として、スタイ
ラスペン１でのボタン１４の押下操作を例に挙げたが、
こうした特定操作は、スタイラスペン１のボタン操作に
限定する必要はない。要は、操作者が行う位置補正要求
を認識して上記Ｘoffset及びＹoffsetの値を変化させ、
その変化分を位置検出機構で算出されたスタイラスペン
１の位置座標値に対してオフセットとして加算／減算を
行い、入力座標値を生成し得るものであれば良く、上記
ボタン操作以外に、以下の様な方法によっても実現でき
る。

【０１３８】・ローカル演算部７５に複数のプッシュボ
タンを設け、このプッシュボタンの操作内容を読み取る
方法。

【０１３９】・ＰＣのソフトウェア上に設けられたソフ
トウェアボタンの選択状況を読み取る方法・ＰＣのソフ
トウェア上に設けられた予め表示位置が分かっているド
ット表示の指示操作を認識する方法・ＰＣに使用されて
いるキーボードやマウスから所定の入力を行う方法上述
した方法のうち、ローカル演算部７５に設けたプッシュ
ボタンの操作内容を読み取る方法においては、ローカル
演算部７５（図１０参照）でプッシュボタンの値を例え
ばＩ／Ｏ空間等から読み込める機構を付加する必要があ
る。また、ＰＣのソフトウェア上に設けられたソフトウ
ェアボタンまたは予め表示位置が分かっているドット表
示、若しくはキーボード等から入力する方法を用いる場
合は、図１０の構成において、これら各方法での入力を
受け付けたＰＣから通信部３３を経由してローカル演算
部７５にその旨をシリアル通信するような機構を付加す
る必要がある。

【０１４０】なお、上記実施の形態では、図３における
表示部５０としてリアプロジェクタディスプレイを想定
しているが、本発明のペン入力装置はこのリアプロジェ
クタディスプレイを用いた情報処理装置に限定されず、
例えば、図２６に示すような表示部５０としてフロント
プロジェクタディスプレイを用いた情報処理装置にも同
様に適用することができる。

【０１４１】また、本発明のペン入力装置は、上記大型
のディスプレイを用いた情報処理装置以外にも、図２７
に示すようなＣＲＴディスプレイを有するディスクトッ
プ型のコンピュータまたは図２８に示すようなＬＣＤデ
ィスプレイを有するノート型のコンピュータを用いた情
報処理装置にも同様に適用することができる。

【０１４２】また、本発明は、超音波方式の装置に特に
好適ではあるが、基本的にはこれ以外の例えば感圧／静
電／電磁誘導／赤外線等の各方式のペン入力装置につい
ても実施でき、また、シングルペンを用いる場合のみな
らず、マルチペンの入力装置にも適用可能である。

【０１４３】更に、上記実施の形態では、超音波受信部
３０と演算処理部４０（ＰＣ）との通信インタフェース
としてＲＳ２３２Ｃインタフェースを用いているが、本
発明においては、当該ＲＳ２３２Ｃインタフェース以外
の通信インタフェースについても同様に適用できること
はいうまでもない。

【０１４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
操作者による特定操作が認識された場合、この時の入力
ペンの絶対座標に対して上記特定操作に対応する演算処
理を施すことにより上記入力ペンの絶対座標を相対座標
として入力し、上記入力ペンの位置を固定したままに表
示カーソル等で明示される指示位置を当該入力ペンの実
際の位置まで相対移動させ得る機能を付加したため、例
えば装置導入時に重たいキャリブレーションが完了して
いるという前提の下で、位置検出機構の位置ずれに起因
する入力位置ずれを補正する際に、入力ペンのボタン押
下等による特定操作により上記指示位置を入力ペンの実
際の位置まで相対移動させるだけで簡単かつ短時間にキ
ャリブレーションが実施できる。

【０１４５】特に、超音波方式のペン入力装置では、装
置導入時の重たいキャリブレーション完了後、超音波受
信手段を適宜に設置変更して個人用あるいは不特定多数
用の入力装置として汎用的に用い得るという特質を有す
るが、上述した極めて簡易なキャリブレーション機能を
備えたことで、こうした超音波方式のペン入力装置の最
大の利点である汎用性を損なうことなく、高精度の入力
処理を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるペン入力装置を適用した情報処
理装置の概略構成を示すブロック図。

【図２】図１に示した情報処理装置全体の概略構成を示
す図。

【図３】図１に示した情報処理装置の外観構造の一例を
示す斜視図。

【図４】図１に示した表示部の表示画面に対して所定の
位置関係で配設された２個の超音波受信素子とスタイラ
スペンによる指示位置の関係を示す図。

【図５】図１に示した超音波受信部の受信処理部の機能
構成を示すブロック図。

【図６】図５に示したスタイラスペンにおける基本クロ
ックと超音波送出タイミングとの関係を示すフローチャ
ート。

【図７】図５に示したカウンタによる超音波受信時間の
検出動作を示すタイミングチャート。

【図８】図１に示した情報処理装置で用いるスタイラス
ペンの外観構成図。

【図９】図１に示した情報処理装置で用いるスタイラス
ペンの内部回路構成を示すブロック図。

【図１０】図１に示した超音波受信部及び演算処理部の
機能構成を示すブロック図。

【図１１】図１に示した情報処理装置で用いるスタイラ
スペンの超音波送信タイミング制御を示すタイミングチ
ャート。

【図１２】図１０に示した受信タイミング制御部からの
出力データのデータ形式の一例を示す図。

【図１３】図１に示した情報処理装置における３次元座
標検出時の超音波受信器の実装形態と３次元座標軸との
関係を示す図。

【図１４】図１３に示した３次元座標系における超音波
伝播の様子を示す図。

【図１５】図１３に示した３次元座標系におけるスタイ
ラスペン位置座標の検出原理を説明するための図。

【図１６】図１に示した情報処理装置におけるキャリブ
レーションの開始段階のドット表示例を示す図。

【図１７】図１に示した情報処理装置におけるキャリブ
レーションの次段階のドット表示及びスタイラスペン位
置の例を示す図。

【図１８】図１に示した情報処理装置におけるキャリブ
レーションの次々段階のドット表示及びスタイラスペン
位置の例を示す図。

【図１９】図１に示した情報処理装置におけるキャリブ
レーション完了後のドット表示の一例を示す図。

【図２０】図１に示した情報処理装置におけるキャリブ
レーション実行位置のドット構成の一例を示す図。

【図２１】図１に示した情報処理装置に適用されるペン
入力装置による超音波入力装置の応用例を示す図。

【図２２】図１に示した情報処理装置におけるローカル
演算部の概略構成図。

【図２３】図１に示した情報処理装置におけるスタイラ
スペンの特定操作に基づくキャリブレーション開始前の
状態を示す図。

【図２４】図１に示した情報処理装置におけるスタイラ
スペンの特定操作に基づくＸ軸方向のキャリブレーショ
ン実行状態を示す図。

【図２５】図１に示した情報処理装置におけるスタイラ
スペンの特定操作に基づくＹ軸方向のキャリブレーショ
ン実行状態を示す図。

【図２６】表示部としてフロントプロジェクタディスプ
レイを用いた本発明の他の実施の形態を示す図。

【図２７】表示部としてＣＲＴディスプレイを有するデ
ィスクトップ型コンピュータを用いた本発明の更に他の
実施の形態を示す図。

【図２８】表示部としてＬＣＤディスプレイを有するノ
ート型コンピュータを用いた本発明の別の実施の形態を
示す図。

【符号の説明】

１…スタイラスペン、１１…送信タイミング制御部、１
２…シーケンサ、１３…オシレータ、１４…ボタン、１
４ａ…第１ボタン、１４ｂ…第２ボタン、１４ｃ…第３
ボタン、１４ｄ…第４ボタン、１４ｅ…第５ボタン、１
４ｆ…第６ボタン、１４ｇ…第７ボタン、１５…アンプ
部、１６…オペアンプ、１７…送出部、１８…超音波送
出器、３０…超音波受信部、３１…受信センサ部、３１
ａ，３１ｂ，３１ｃ…超音波受信素子、３２…受信処理
部、６０…アンプ部、６１…オペアンプ、７０…受信タ
イミング制御部、７１…カウンタ、レジスタ、７２…シ
ーケンサ、７３…オシレータ、７５…ローカル演算部、
７５１…ＣＰＵ、７５２…メモリ、３２１，３２２…カ
ウンタ、３２４…基本クロック生成回路、３２５，３２
６…受信時間保持回路、３３…通信部、３３１…ＳＣＣ
（シリアル通信制御部）、３３２…２３２Ｃドライバ、
３４…ペンホルダ、３５…同期回路、４０…演算処理
部、４１…通信部、４２…演算部、４３…判別部、４４
…表示制御部、５０…表示部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力ペンの２次元若しくは３次元の絶対
   座標を検出し、該絶対座標に基づき所定の入力領域にお
   ける前記入力ペンの指示位置の入力処理を行うペン入力
   装置において、 操作者が行う特定操作を認識する認識手段と、 前記特定操作が認識された場合、この時に検出された前
   記入力ペンの絶対座標に対し、予め前記特定操作に対応
   付けられている演算式を用いて相対的な座標変換処理を
   施す座標変換手段と、 前記座標変換手段による演算結果を前記入力ペンの位置
   補正座標として保持する位置補正座標保持手段と、 検出された前記入力ペンの絶対座標と前記位置補正座標
   とに基づき前記入力ペンの入力座標を算出し、該入力座
   標を用いて前記入力処理を行う入力処理手段とを具備す
   ることを特徴とするペン入力装置。
2. 【請求項２】 前記特定操作を、該特定操作に対応して
   前記入力ペンに実装されたボタンのボタン操作としたこ
   とを特徴とする請求項１記載のペン入力装置。
3. 【請求項３】 前記入力ペンに実装された超音波送信手
   段から超音波を送出した時間と、超音波受信手段により
   前記超音波を受信した時間とから前記超音波送信手段と
   前記超音波受信手段間の距離を計測すると共に、前記計
   測距離を用いて前記入力ペンの絶対座標を算出する超音
   波方式の位置検出機構を用いたことを特徴とする請求項
   １または２記載のペン入力装置。
4. 【請求項４】 入力ペンの２次元若しくは３次元の絶対
   座標を検出し、該絶対座標に基づき所定の入力領域にお
   ける前記入力ペンの指示位置の入力処理を行うペン入力
   装置において、 操作者が行う特定操作を認識する認識手段と、 前記特定操作が認識された場合、この時に検出された前
   記入力ペンの絶対座標と該特定操作に予め対応付けられ
   ている変数とに基づき前記絶対座標に対する相対移動座
   標を求める相対移動座標算出手段と、 前記特定操作終了後、前記相対移動座標を前記入力ペン
   の位置補正座標として特定する特定手段とを具備し、前
   記特定操作により前記入力ペンの指示位置を相対移動さ
   せることにより当該指示位置ずれを補正することを特徴
   とするペン入力装置におけるキャリブレーション方法。
5. 【請求項５】 前記特定操作を、該特定操作に対応して
   前記入力ペンに実装されたボタンのボタン操作としたこ
   とを特徴とする請求項４記載のペン入力装置におけるキ
   ャリブレーション方法。
6. 【請求項６】 前記入力ペンに実装された超音波送信手
   段から超音波を送出した時間と、超音波受信手段により
   前記超音波を受信した時間とから前記超音波送信手段と
   前記超音波受信手段間の距離を計測すると共に、前記計
   測距離を用いて前記入力ペンの絶対座標を算出する超音
   波方式の位置検出機構を用いたことを特徴とする請求項
   ４または５記載のペン入力装置におけるキャリブレーシ
   ョン方法。