JPS623318A

JPS623318A - 座標検出装置

Info

Publication number: JPS623318A
Application number: JP60143320A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Tanaka; 淳田中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1985-06-28
Publication date: 1987-01-09
Anticipated expiration: 2010-10-18
Also published as: JPH0797304B2

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］　　　　　　　　　　　　　　　
に本発明は、座標検出装置に関し、特に指示体か　　あ
ら発振された超音波を複数位置で検知することに　　し
より指示体の３次元座標を検出し、その３次元座　　　
［標に基づいて指示座標を検出するようにした座標検出
装置に関する。　　　　　　　　　　　　　　　に［開
示の概要］　　　　　　　　　　　　　　　　　　２本
明細書および図面は、座標検出装置におい　　号で、複
数個の超音波発生手段を有し、３次元に移　　す動自在
な座標指示手段と、超音波発生手段から出　　倍力され
た超音波を検出する複数個の検出手段を有　　１１し、
座標指示手段によって座標が指示される座標　　こ指定
手段と、超音波発生手段からの超音波が複数　　の報に
基づいて、超音波発生手段の３次元座標を演　　違算す
る手段とを具えることにより、指示手段９３次元的位置
座標の検出が可能な技術を開示するも　　にのである、
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　コなお、この
概要はあくまでも本発明の技術内容迅速にアクセスする
ためにのみ供されるものでって、本発明の技術的範囲お
よび権利解釈に対では何の影響も及ぼさないものである
。

従来の技術］従来の超音波を用いて、座標検出を行うようした装置と
して知られているものに、例えば次元ディジタイザがあ
る（米国特許第４３５７８７２参照）、第６図によって
、その動作原理を説明ると、ここで、８および９はそれ
ぞれ超音波受用のマイクロフォンであり、１０は超音波
発振子を有する指示ペン、１２は動作エリアである。そ
で、いま指示ペン１０がエリア１２上において１つ点を
指示したとすると、その指示点において、音波発振子１
１から出力された超音波は距ｇｌａｌ　ｂ対応した時間
でマイクロフォン８および９に到する。

よって、このマイクロフォン８と９との両地点おける到
達時間から座標Ｘおよびｙをマイクロンピユータにより
算出することができる。すな　　　　　　゛わち、距離
ａおよびｂは到達に要したそれぞれの時間をｔ＆および
ｔｌ、とし、音速をυＳとすれば、ａ＝υ、、ｔ、、ｂ
＝υ、、　ｔｂ　によって算出される。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、このような従来の座標検出装置において
は、平面上すなわち、２次元での位置座標の検出しか得
られず、殊に指示ペン１０がマイクロフォン８および９
と同一平面上に無いような場合には、誤差を生じるとい
う欠点があった。

そこで本発明の目的は、従来のような２次元位置座標の
検出にとどまらず、３次元座標の数値化具現を可能にし
、また画面上への指示を行う場合に指示ペンを画面の表
面やディジタル化表示が行われる面に接触することなく
離れて行うことが可能で、２次元入力を行う場合におい
てもその精度を上げることができる座標検出装置を提供
することにある。

［問題点を解決するための手段］かかる目的を達成するために、本発明は、複数個の超音
波発生手段を有し、３次元に移動自在な座標指示手段と
、超音波発生手段から出力された超音波を検出する複数
個の検出手段を有し、座標指示手段によって座標が指示
される座標指定手段と、超音波発生手段からの超音波が
複数個の検出子時いて、超音波発生手段の３次元座標を演算する手段とを
具えたことを特徴とするものである。

［作　用］このように構成した座標検出装置においては、指示手段
に設けた複数個の発振源から発振された超音波を指示面
上の複数個の受信用マイクロフォンによって受信させる
ことにより、複数個の発振源の位置が３次元的に検知さ
れ、更にこれらの発振源の相対位置から指示手段によっ
て指示された指示面上の位置やその指示方向を検知する
ことも可能となる。

［実施例］以下に、図面を参照して本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す、ここで、１は指示
面としての例えばディスプレイであり、２．３および４
は受信用マイクロフォン、５は指示ベン、６および７は
指示ベン５に設けられている超音波発振源である。この
ように構成した座標検出装置においては、発振源６およ
び７から発振された超音波が個々のマイク２．３および
４によってそれぞれ受信されると出力されてからの時間
から演算によって発振源６および７の位置を検出するこ
とができる。

その発振源６および７の位置算出方法を第２図によって
説明する。ここで、Ａ、ＢおよびＣは第１図に示した受
信用マイクロフォン２．３および４の座標上の位置であ
り、これらの座標をそれぞれ（Ｑ、０．Ｏ）、（０，Ｘ
ｂ　、０）およびＣＯ，Ｙｃ　＋ＺＣ）とする。

また、Ｐは１つの発振源の空間位置であり、その位置座
標を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）として、位置Ａ、ＢおよびＣから位
置Ｐまでのそれぞれの距離をＲａ、Ｒ，およびＲｃ　と
すると１位置（点）　Ａ、ＢおよびＣを中心とし、半径
をＲａ、ＲｂおよびＲＣとする球の方程式はそれぞれ次
式で示される。

Ｘ２＋Ｙ２＋Ｚ２＝Ｒａ２　　　　　　　　（１）ｘ２
　＋（ンｂ　　−Ｙ）２　　＋Ｚ２　　＝Ｒｂ２　　　
　　　　　　　　　（２）Ｘ２＋　（Ｙ（＋Ｙ）２＋　
（Ｚ（−２）＝　Ｒｅ２（３）すなわち、上記正式の連
立方程式を解くことによりＸ、ＹおよびＺの値を求める
ことができるもので、点Ｐまでの距離が検知されること
によってマイクロフォンの位置座標との双方から点Ｐの
３次元座標を検出することができる。なお、上記の説明
においては点Ａを原点とし、点ＢおよびＣをＹＺ平面内
においたが、これらの値は、任意の位置であっても同様
な手順により算出できることは勿論である。

以上の説明は３次元ディジタイザとしての場合について
述べたが、３次元ディジタイザとしてではなく、ディス
プレイ１の画面上のポイン）　　ＰＡの指示をするのに
ディスプレイ１から離れた空間位置から画面に接触する
ことなく指示する場合に利用することもできる。この場
合は第１図の実施例のように指示ベン５に２個の発振源
６および７を設け、これらの発振源６および７における
座標をそれぞれ求めるようにすればよい。

すなわち発振源６および７におけるそれぞれの座標を（
Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）および（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）とし、
更に点ＰＡにおける座標を（ｘ、ｙ、ｚ）とすればこの
２点を通る直線の方程式はで表わせる。

そこで、ディスプレイ１０表面がｙ−ｚ平面にあるとす
ると、ディスプレイ１の画面りの指示点ＰＡの座標は（
０，ｙ、ｚ）で表わされることになり。

式（４）からとして算出される。

このように、指示ベン５内の２つの発振源６および７の
座標を検出することにより、ライトペンのように画面に
直接触れて位置を指示しなくとも、画面上の任意の点を
指示することができる。

ついで第３図の本発明にかかる回路構成図によりその検
出動作を説明する。

まず、中央処理装置ＣＰ０１３から検出信号が出力され
るとその検出信号がインタフェース１４を介してワンシ
ョットパルス発生回路１５に伝えられワンショットパル
スを発生する。また、この検出信号はカウンタｌＧにス
タート信号として供給されカウンタ１８においては計数
が開始される。

一方、パルス発生回路１５から出力されたワンショット
パルスが発振源ドライバ１７に供給されることによって
発振源６および７からは超音波が発射される。この超音
波は空気中に伝搬されて、それぞれ距離に応じた時間遅
れでマイクロフォン２．３および４に到達する。更にマ
イクロフォン２，３および４によって受信された超音波
は電気信号に変換されて増幅器１日により増幅され、波
形整形回路１９によって整形されてカウンタ１６に入力
される。

よって、カウンタ１６では、この信号により計数を停止
し、マイクロフォン２．３および４への到達時間として
のカウンタの計数値を信号として、それぞれインタフェ
ース１４を介してＣＰＵ　１３に出力する。かくしてＣ
ＰＵ　１３では、これらの計数値から前記の式によって
発振源６および７の座標位置を演算し、外部インタフェ
ース２２を介して図示しない外部装置へ出力することが
できる。なお２０はプログラム等を格納しているＲＯＭ
　、　２１はＲＡＭである。

続いて第４図によりその中央処理装置ｃｐｕ　１３にお
いてなされる座標の検出手順について述べる。

なお本例の場合は例えば、時分割によって、１つずつ発
振源６および７からの超音波がマイクロフォン２．３お
よび４に到達する時間をカウントするもので、カウンタ
１Ｇはこれらのマイクロフォンの数に対応して具えられ
るものとする。

まずステップＳ３１で予め設定した順序で発振源を選択
し、ステップ９３２で全てのカウンタ１Ｂをクリアした
後、ステップ３３３においてスタート信号としてワンシ
スットパルスカウンタ１６に供給される。かくしてステ
ップ３４において、波形成回路１９からのストップ信号
によって個々のマイクロフォン２．３および４に対応し
たカウンタが選択され、ステップ３５でその選択された
カウンタによる超音波の到達時間が計数値として読み込
まれ、ステップ３６に進んでその計数値がメモリＲＡＭ
　２１に格納される。

ついでステップ３３７に進んで、全てのマイクロフォン
からの計数値がメモリに格納されたか否かが判断され、
その繰返しによって全ての計数値の格納が終了したなら
ば更にステップＳ３８に進み、全ての発振源８および７
について上述したステップＳ３２からステップ５３７ま
での動作がなされたか否かが判断される。

かくしてステップＳ３Ｂで全てもの発振源からの計数値
の格納が得られたと判断されたならば、ステップＳ３９
に進み、座標ｘ、ＹおよびＺに対する計算を行い、ステ
ップＳ４０で検出座標を出力する。

なお、本実施例の場合、複数の発振源６および７の座標
を検出するにあたっては１時分割で１つずつ検出するよ
うにしたが、周波数成分の異なる音波を発振させて受信
信号をフィルタによって分離し、同時に検出するように
してもよい。また、本実施例では、２つの発振源を用い
たが発振源の数は２つに限らず２つ以上の複数であって
もよい。更にまた、受信用マイクロフォンについても３
つ以上の複数であってもよいことは勿論である。

なお、先に述べたように、このような構成によって２つ
の発振源の相対位置からその指示方向を検知することが
できるので３次元ジョイスティックとして用いることも
できる。更にまた、ペン先の上述したような発振部だけ
を装着し、３次元ディジタイザとして用いることも可能
である。

また、上記の実施例においては、指示ペン５をコードに
よって、装置と接続するようにしたが。

コードレスとすることもできる。第５図はその実　　　
　　゛雄側を示し、本例は指示ペン５内に発振源６およ
び７の外に発光ダイオード（ＬＥＤ）　２３の発振源お
よびＬＥ［１用のドライバ２４．スイッチ２５．電源２
８および光出力用の透明窓２７を設けたものである。す
なわち、本例ではスイッチ２５が閉成されることによっ
てドライバ２４によりＬＥＤ２３と発振源６および７が
駆動されＬＥ０２３からの光が透明窓２７からペン５外
に出力される。

そこで、この光を本体側例えばディスプレイの方で検出
し、これによってＣＰＵ　１３から検出信号を出力させ
るようにする。なお、このＬＥＤ発光は繰返しのパルス
発光でもよく、あるいはこの発光信号にその他の信号を
重畳させるようにしてもよい。

また、指示ペン５は、ペン形状でなく任意の形でもよい
ことは勿論であり、更にディスプレイ１としては陰極線
管ＣＲＴに限らず、任意のものを選択することができる
。

更にまた、本発明は、ディジタイザや画面上へのポイン
ティングデバイス以外にテレビ等のリモコン装置として
も用いることができる。

なお、音速は空気の密度や周囲の温度によって変化する
ので、温度を検出して音速の補正を行うようにすれば、
距離測定の誤差を防止し、より正確に位置座標の検出を
行うことができる。また、電源投入時あるいは作業開始
時におけるペンの位置を予め決めておいて、その位置の
座標をベースにして自動補正をするようにしても良い。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、複数の受信用マ
イクによって２．指示手段に設けた複数個の発振源から
の超音波を受信させることにより、その位置座標を３次
元的に検知することができる。

また、複数個の発振源の相対位置が検知されることによ
って、ディスプレイ画面等、任意平面上に指示手段によ
る指示位置の検知が可能なポインティングデバイスに適
用することができるのみならず、指示された方向の検知
が可能なことで３次元ジョイスティックとしても適用で
きるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明座標検出装置の構成の概要を示す模式図
、第２図はその３次元座標検出のための位置座標を幾何学
的に示す説明図、第３図は本発明座標検出装置の回路の構成図、第４図はその回路によって座標を検出する手順を示す流
れ図、第５図は本発明の他の実施例によるコードレス指示ペン
の構成図、＄６図は従来の２次元的座標検出装置の原理的な説明図
である。工・・・ディスプレイ、２．３．４・・・マイクロフォン。５・・・指示ペン、６．７・・・超音波発振源、８．９・・・マイクロフォン、１０・・・指示ペン、１１・・・超音波発振源。１２・・・動作エリア。工３・・・ＣＰＵ　。１４．２２・・・インタフェース、１５・・・ワンシ□ットパルス発生回路、１６・・・カ
ウンタ、１７・・・ドライバ、１８・・・増幅器。１８・・・波形整形回路、２０・・・ＲＯＭ、２１・・・ＲＡＭ。

Claims

【特許請求の範囲】１）複数個の超音波発生手段を有し、３次元に移動自在
な座標指示手段と、前記超音波発生手段から出力された超音波を検出する複
数個の検出手段を有し、前記座標指示手段によって座標
が指示される座標指定手段と、前記超音波発生手段からの超音波が前記複数個の検出手
段に到達するまでのそれぞれの時間を検出する時間検出
手段と、該時間検出手段により前記超音波発生手段別に得られた
情報に基づいて、前記超音波発生手段の３次元座標を演
算する手段とを具えたことを特徴とする座標検出装置。２）特許請求の範囲第１項に記載の座標検出装置におい
て、前記座標指示手段による座標の指示が指示信号によ
ってなされ、該指示信号によって前記複数個の超音波発
生手段からの超音波が出力されることを特徴とする座標
検出装置。