(57)【要約】【課題】  超音波方式のポインティングデバイスの座標値の誤差のばらつきを抑制する。【解決手段】  超音波受信器Ｒ１に受信される超音波から変換される電圧値が、閾値電圧γまたはφのいずれかを最初に通過するタイミングを受信確認タイミングとし、超音波の発信のタイミングから上記受信確認タイミングまでの第一時間を演算する第一演算処理部１９１と、上記電圧値が閾値電圧γまたはφを所定回数Ｘ通過した後であって次に閾値電圧γまたはφを通過するまでのいずれかの時点を受信確定タイミングとし、上記発信のタイミングから上記受信確定タイミングまでの第二時間を超音波伝搬時間として演算する第二演算処理部１９２と、を備える。そして、第二演算処理部１９２は、上記第一時間に応じて上記所定回数Ｘを変更する。【選択図】  図１
2006085636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波発信手段を備えたポインティングデバイスと、
上記超音波発信手段から発信される超音波を受信する超音波受信手段と、
上記超音波発信手段から上記超音波受信手段までの超音波の伝搬時間に基づいて、上記ポインティングデバイスの座標値を演算する座標値演算手段と、を備えた座標値入力システムにおいて、
上記超音波受信手段に受信される超音波の波高値が所定の閾値を第一所定回数通過するタイミングを受信確認タイミングとし、上記発信のタイミングから上記受信確認タイミングまでの第一時間を演算する第一演算手段と、
上記波高値が上記所定の閾値を第二所定回数通過した後であって次に所定の閾値を通過するまでのいずれかの時点を受信確定タイミングとし、上記発信のタイミングから上記受信確定タイミングまでの第二時間を上記伝搬時間として演算する第二演算手段とを備え、
上記第二演算手段は、上記第一時間に応じて上記第二所定回数を変更することを特徴とする座標値入力システム。
【請求項２】
請求項１に記載の座標値入力システムにおいて、
上記第二演算手段は、
上記波高値が上記所定の閾値を第二所定回数通過した直後のゼロクロス点が検出される時点を、上記受信確定タイミングとすることを特徴とする座標値入力システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の座標値入力システムにおいて、
上記第一時間の値と、上記第二所定回数との値とを関連付けたテーブルが備えられ、
上記第二演算手段は、上記テーブルを参照して、上記第一時間に応じて上記第二所定回数を変更することを特徴とする座標値入力システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の座標値入力システムにおいて、
上記所定の閾値には、
上記超音波のセンターよりも高い閾値γと、上記超音波のセンターよりも低い閾値φとが含まれることを特徴とする座標値入力システム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の座標値入力システムにおいて、
上記超音波受信手段は、
上記超音波を受信する第一受信部と、
上記超音波を受信すると共に、上記第一受信部に対し所定の間隔を開けて配される第二受信部と、から構成され、
第一演算手段は、
上記第一受信部に受信された超音波に対する第一時間と、上記第二受信部に受信された超音波に対する第一時間とを演算し、
第二演算手段は、
上記第一受信部に受信された超音波に対する上記伝搬時間と、上記第二受信部に受信された超音波に対する上記伝搬時間とを演算することを特徴とする座標値入力システム。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の座標値入力システムにおいて、
上記第二演算手段は、
上記超音波受信手段に受信される超音波において発生する振幅の時間幅が所定値より小さい場合、当該超音波に基づく第二時間を算出しないことを特徴とする座標値入力システム。
【請求項７】
請求項６に記載の座標値入力システムにおいて、
上記第二演算手段は、
上記第一時間に応じて、上記所定値を変更することを特徴とする座標値入力システム。
【請求項８】
ポインティングデバイスに超音波発信手段が備えられ、上記超音波発信手段から上記超音波受信手段までの超音波の伝搬時間に基づいて、上記ポインティングデバイスの座標値を演算する座標値入力方法において、
上記超音波受信手段に受信される超音波の波高値が所定の閾値を第一所定回数通過するタイミングを受信確認タイミングとし、上記発信のタイミングから上記受信確認タイミングまでの第一時間を演算する第一工程と、
上記波高値が上記所定の閾値を第二所定回数通過した後であって次に所定の閾値を通過するまでのいずれかの時点を受信確定タイミングとし、上記発信のタイミングから上記受信確定タイミングまでの第二時間を上記伝搬時間として演算する第二工程とを含み、
上記第二工程では、上記第一時間に応じて上記第二所定回数を変更することを特徴とする座標値入力方法。
【請求項９】
請求項８に記載の座標値入力方法をコンピュータにおいて実行するための座標値入力プログラムであって、
上記第一工程および第二工程をコンピュータに実行させることを特徴とする座標値入力プログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載の座標値入力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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポインティングデバイスの座標値を入力する座標値入力システム、座標値入力方法、座標値入力プログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータにおける表示装置に表示されている画像上の位置を指定するため、また、表示装置上に表示するための文字または図形の軌跡を入力するための装置として、マウス型デバイス、ペン型デバイス、トラックボール等の様々なポインティングデバイスが従来から知られている。
【０００３】
最近では、このようなポインティングデバイスのうち、超音波利用方式のペン型デバイスが提案され、注目されている。
【０００４】
この超音波利用方式では、例えば、図２に示すように、ペン先１１０ａ付近に超音波発信器Ｔを有するペン型デバイス１１０と、２つの超音波受信器Ｒ１・Ｒ２を有すると共にコンピュータ本体２００に接続される受信ユニット１５０と、から構成される座標値入力システムによって、ペン型デバイス１１０の位置情報がコンピュータ本体２００へ入力される。
【０００５】
この構成において、超音波発信器Ｔから発信される超音波の速度、および、超音波受信器Ｒ１・Ｒ２間の距離Ｐは予め設定されている値である。
【０００６】
そこで、受信ユニット１５０において、超音波発信器Ｔから超音波受信器Ｒ１へ伝搬される超音波の伝搬時間ｔ１と、超音波発信器Ｔから超音波受信器Ｒ２へ伝搬される超音波の伝搬時間ｔ２とを演算する。そして、この各伝搬時間ｔ１・ｔ２に上記超音波の速度を乗じることにより、超音波発信器Ｔと超音波受信器Ｒ１との距離Ｌ１、および超音波発信器Ｔと超音波受信器Ｒ２との距離Ｌ２を求めることができる。
【０００７】
ここで、超音波受信器Ｒ１の位置を原点とした座標において、超音波受信器Ｒ１・Ｒ２と超音波発信器Ｔとの位置関係を図３に示す。そして、同図に示すように、Ｒ１・Ｒ２・Ｔを頂点とした三角形を想定し、超音波発信器Ｔの座標値を（ｘ，ｙ）とすると、三角測量法に基づいて、
ｘ２＋ｙ２＝Ｌ１２……（１）
（ｘ−Ｐ）２＋ｙ２＝Ｌ２２……（２）
を導くことができる。
【０００８】
さらに、（１）式および（２）式を変形すると、
ｘ＝（Ｐ２＋Ｌ１２−Ｌ２２）／２Ｐ・・・（３）
ｙ＝（Ｌ１２−ｘ２）１／２・・・（４）
を得ることができる。よって、受信ユニット１５０において演算される各伝搬時間ｔ１・ｔ２から求められる距離Ｌ１、Ｌ２、および、予め設定されているＰを（３）式（４）式に代入することにより、超音波発信器Ｔの座標値（ｘ，ｙ）を算出できる。ここで、超音波発信器Ｔはペン型デバイス１１０に備えられているため、この座標値（ｘ，ｙ）は、ペン型デバイス１１０の座標値とも言え、これにより、ペン型デバイス１１０の座標値を演算したことになる。
【０００９】
また、特許文献１に開示されている座標値入力システム（座標入力装置）では、以下に示す手順によってペン型デバイス１１０の座標値を演算している。
【００１０】
まず、超音波発信器Ｔから超音波受信器Ｒ１へ伝搬される超音波の伝搬時間ｔ１を算出し、この伝搬時間ｔ１に上記超音波の速度を乗じることにより、超音波発信器Ｔと超音波受信器Ｒ１との距離Ｌ１を求めている。つぎに、超音波受信器Ｒ１の受信した超音波と超音波受信器Ｒ２の受信した超音波との位相差を算出すると共に、この位相差から距離Ｌ１と距離Ｌ２との距離差を求める。そして、求めた距離Ｌ１と、距離Ｌ１と距離Ｌ２との距離差とから、超音波発信器Ｔと超音波受信器Ｒ２との距離Ｌ２を得ている。そして、以上の（３）式（４）式にこれらＬ１、Ｌ２、Ｐを代入することによって超音波発信器Ｔの座標値（ｘ，ｙ）を算出することにより、超音波発信器Ｔを備えたペン型デバイス１１０の座標値を得ている。
【特許文献１】特開２００２−１３２４３６（公開日：平成１４年５月１０日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここで、特許文献１に示した座標値入力システムによれば、以下に示す処理によって、超音波発信器Ｔから超音波受信器Ｒ１への超音波の伝搬時間ｔ１を求めている。
【００１２】
まず、ペン型デバイス１１０において、超音波発信器Ｔが超音波を発信し、赤外線発光素子が超音波の発信タイミングを示す赤外線同期信号を発信する。
【００１３】
つぎに、超音波受信器Ｒ１は当該超音波を受信し、受信した超音波の包絡線を求める。そして、上記赤外線同期信号に基づき上記超音波の発信タイミングを検知し、超音波の発信タイミングから、当該包絡線が所定の閾値を超えるタイミングまでの時間を、上記超音波の伝搬時間としている（特許文献１の段落〔００２４〕および図５参照）。
【００１４】
しかし、以上の処理によって求められる伝搬時間の誤差には超音波受信器Ｒ１と超音波発信器Ｔとの距離に応じてばらつきが生じる。この点について、以下、詳細に説明する。
【００１５】
超音波は、発信源から受信先までの距離に応じて、振幅高さが全体的に変動するという性質を有する。したがって、上記所定の閾値を一定値とすると、超音波発信器Ｔと超音波受信器Ｒ１との距離によって、受信超音波の包絡線が所定の閾値を超えるタイミングが変動し、求められる超音波の伝搬時間の誤差にばらつきが生じる。
【００１６】
より具体的に説明すると、超音波発信器Ｔと超音波受信器Ｒ１との距離が変わると、包絡線が所定の閾値を超えるタイミングまでに出現する振幅数が変動するため、受信超音波波形におけるこのタイミングの位置がずれてしまい、求められる伝搬時間の誤差が上記距離に応じてばらつく（例えば、ある伝搬距離の超音波の場合、最初に発生する振幅の立ち上がりタイミングで包絡線が所定の閾値を超えるが、別の伝搬距離の超音波の場合、３回目に発生する振幅の立ち上がりタイミングで包絡線が所定の閾値を超えるという事態が生じる）。
【００１７】
このようにして、超音波受信器Ｒ１に対するペン型デバイス１１０の位置に応じて、検出される超音波の伝搬時間の誤差にばらつきが生じるため、この伝搬時間に基づいて算出されるポインティングデバイスの座標値の誤差もばらつきが生じるという事態が想定される。
【００１８】
本発明の目的は、超音波利用方式のポインティングデバイスの座標値を入力する座標値入力システム、座標値入力方法、座標値入力プログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体において、この座標値の誤差のバラツキを抑制できる座標値入力システム、座標値入力方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
以上の目的を達成するために、本発明の座標値入力システムは、超音波発信手段を備えたポインティングデバイスと、上記超音波発信手段から発信される超音波を受信する超音波受信手段と、上記超音波発信手段から上記超音波受信手段までの超音波の伝搬時間に基づいて、上記ポインティングデバイスの座標値を演算する座標値演算手段と、を備えた座標値入力システムにおいて、上記超音波受信手段に受信される超音波の波高値が所定の閾値を第一所定回数通過するタイミングを受信確認タイミングとし、上記発信のタイミングから上記受信確認タイミングまでの第一時間を演算する第一演算手段と、上記波高値が上記所定の閾値を第二所定回数通過した後であって次に所定の閾値を通過するまでのいずれかの時点を受信確定タイミングとし、上記発信のタイミングから上記受信確定タイミングまでの第二時間を上記伝搬時間として演算する第二演算手段とを備え、上記第二演算手段は、上記第一時間に応じて上記第二所定回数を変更することを特徴とする。
【００２０】
上記構成によれば、上記第一演算手段は、上記超音波受信手段に受信される超音波の波高値が所定の閾値を第一所定回数通過するタイミングを受信確認タイミングとし、上記発信のタイミングから上記受信確認タイミングまでの第一時間を演算している。ここで、この第一時間の多寡によって、上記超音波発信手段から上記超音波受信手段までの超音波の概ねの伝搬距離の把握が可能になる。
【００２１】
さらに、上記構成によれば、上記第二演算手段は、上記波高値が上記所定の閾値を第二所定回数通過した後であって次に所定の閾値を通過するまでのいずれかの時点を受信確定タイミングとし、上記発信のタイミングから上記受信確定タイミングまでの第二時間を演算し、この第二時間を超音波の伝搬時間としている。
【００２２】
ここで、超音波は伝搬距離に応じて各振幅の高さが変動するため、一定期間において上記所定の閾値を超える振幅の数は伝搬距離に応じて変動する。
【００２３】
そこで、上記構成では、上記第一時間（超音波発信手段から上記超音波受信手段までの概ねの距離）に応じて上記第二所定回数を変更している。これにより、上記伝搬距離にかかわらず、受信した超音波における受信確定タイミングまでに生じる振幅数が一定となるように、受信確定タイミングを調整することが可能になる。
【００２４】
このようにして、上記伝搬距離に関係なく、上記受信確定タイミングまでに生じる超音波の振幅数を一定にすることができ、この受信確定タイミングに基づく上記第二時間を超音波の伝搬時間として算出すれば、この伝搬時間に基づいて演算されるポインティングデバイスの座標値の誤差のバラツキを抑制できる。
【００２５】
本発明の座標値入力システムにおいて、上記第二演算手段は、上記波高値が上記所定の閾値を第二所定回数通過した直後のゼロクロス点が検出される時点を、上記受信確定タイミングとすることが好ましい。
【００２６】
上記構成によれば、上記波高値が上記所定の閾値を第二所定回数通過した直後のゼロクロス点が検出される時点を、上記受信確定タイミングとしている。ここで、ゼロクロス点は閾値として設定し易い値であるため、これにより上記受信確定タイミングを検出する構成を容易に実現することができる。
【００２７】
本発明の座標値入力システムにおいて、上記第一時間の値と、上記第二所定回数との値とを関連付けたテーブルが備えられ、上記第二演算手段は、上記テーブルを参照して、上記第一時間に応じて上記第二所定回数を変更することを特徴とする。
【００２８】
上記構成によれば、上記第一時間の値と、上記第二所定回数との値とを関連付けたテーブルが備えられているため、第二演算処理部は、このテーブルを参照することによって、上記第一時間に応じて上記第二所定回数を変更することができる。
【００２９】
また、超音波には、波形のセンターよりも高い振幅と波形のセンターよりも低い振幅が存在する。したがって、上記所定の閾値に、上記超音波のセンターよりも高い閾値γと、上記超音波のセンターよりも低い閾値φとを含ませるのが好ましい。
【００３０】
本発明の座標値入力システムにおいて、上記超音波受信手段は、上記超音波を受信する第一受信部と、上記超音波を受信すると共に、上記第一受信部に対し所定の間隔を開けて配される第二受信部と、から構成され、第一演算手段は、上記第一受信部に受信された超音波に対する第一時間と、上記第二受信部に受信された超音波に対する第一時間とを演算し、第二演算手段は、上記第一受信部に受信された超音波に対する上記伝搬時間と、上記第二受信部に受信された超音波に対する上記伝搬時間とを演算する構成であってもよい。
【００３１】
上記ポインティングデバイスの座標値を演算する手段として三角測量の原理の利用が考えられるが、この場合、互いに離間する２つの超音波受信手段を構成し、超音波発信手段から一方の超音波受信手段までの超音波伝搬時間、および、超音波発信手段から他方の超音波受信手段までの超音波伝搬時間とが必要になる。
【００３２】
そこで、上記構成によれば、超音波発信手段から第一受信部までの超音波の伝搬時間と、超音波発信手段から第二受信部までの超音波の伝搬時間との両方を、第一演算手段および第二演算手段によって算出している。したがって、一方の伝搬時間のみを第一演算手段および第二演算手段によって算出する構成と比べ、最終的に演算されるポインティングデバイスの座標値をより高精度にすることができる。
【００３３】
本発明の座標値入力システムにおいて、上記第二演算手段は、上記超音波受信手段に受信される超音波において発生する振幅の時間幅が所定値より小さい場合、当該超音波に基づく第二時間を算出しない構成であってもよい。
【００３４】
受信される超音波によっては、発生する振幅にふらつきが観測されることもあるが、このようにふらついた振幅を有する超音波では、正確な第二時間を算出することはできない。そこで、上記構成によれば、上記超音波受信手段に受信される超音波において発生する振幅の時間幅が所定値より小さい場合、当該超音波に基づく第二時間を算出しないようにし、算出される第二時間の精度をより高めることとしている。
【００３５】
本発明の座標値入力システムにおいて、上記第二演算手段は、上記第一時間に応じて、上記所定値を変更する構成であってもよい。
【００３６】
受信される超音波に発生する振幅のふらつきの程度は、この超音波の伝搬距離に応じて変動するものである。ここで上記構成によれば、上記第一時間に応じて上記所定値を変更する構成を採用しているため、振幅にふらつきのある超音波をより高精度に検出することが可能となる。
【００３７】
以上の目的を達成するために、本発明の座標値入力方法は、ポインティングデバイスに超音波発信手段が備えられ、上記超音波発信手段から上記超音波受信手段までの超音波の伝搬時間に基づいて、上記ポインティングデバイスの座標値を演算する座標値入力方法において、上記超音波受信手段に受信される超音波の波高値が所定の閾値を第一所定回数通過するタイミングを受信確認タイミングとし、上記発信のタイミングから上記受信確認タイミングまでの第一時間を演算する第一工程と、上記波高値が上記所定の閾値を第二所定回数通過した後であって次に所定の閾値を通過するまでのいずれかの時点を受信確定タイミングとし、上記発信のタイミングから上記受信確定タイミングまでの第二時間を上記伝搬時間として演算する第二工程とを含み、上記第二工程では、上記第一時間に応じて上記第二所定回数を変更することを特徴とする。
【００３８】
上記手順によれば、上記超音波受信手段に受信される超音波の波高値が所定の閾値を第一所定回数通過するタイミングを受信確認タイミングとし、上記発信のタイミングから上記受信確認タイミングまでの第一時間を演算している。ここで、この第一時間の多寡によって、上記超音波発信手段から上記超音波受信手段までの超音波の概ねの伝搬距離の把握が可能になる。
【００３９】
さらに、上記手順によれば、上記第二演算手段は、上記波高値が上記所定の閾値を第二所定回数通過した後であって次に所定の閾値を通過するまでのいずれかの時点を受信確定タイミングとし、上記発信のタイミングから上記受信確定タイミングまでの第二時間を演算し、この第二時間を超音波の伝搬時間としている。
【００４０】
ここで、超音波は伝搬距離に応じて各振幅の高さが変動するため、一定期間において上記所定の閾値を超える振幅の数は伝搬距離に応じて変動する。
【００４１】
そこで、上記手順では、超音波発信手段から上記超音波受信手段までのおおよその距離（上記第一時間）に応じて上記第二所定回数を変更している。これにより、上記伝搬距離にかかわらず、受信した超音波における受信確定タイミングまでに生じる振幅数が一定となるように、受信確定タイミングを調整することが可能になる。
【００４２】
このようにして、上記伝搬距離に関係なく、上記受信確定タイミングまでに生じる超音波の振幅数を一定にすることができ、この受信確定タイミングに基づく上記第二時間を超音波の伝搬時間として算出すれば、この伝搬時間に基づいて求められるポインティングデバイスの座標値の誤差のバラツキを抑制できる。
【００４３】
なお、上記座標値入力方法は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、上記第一工程および第二工程をコンピュータに実行させる座標値入力プログラムによって実現することが可能である。また、上記座標値入力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も、本発明の範疇に入る。
【発明の効果】
【００４４】
以上のように、本発明の座標値入力システムは、上記超音波受信手段に受信される超音波の波高値が所定の閾値を第一所定回数通過するタイミングを受信確認タイミングとし、上記発信のタイミングから上記受信確認タイミングまでの第一時間を演算する第一演算手段と、上記波高値が上記所定の閾値を第二所定回数通過した後であって次に所定の閾値を通過するまでのいずれかの時点を受信確定タイミングとし、上記発信のタイミングから上記受信確定タイミングまでの第二時間を上記伝搬時間として演算する第二演算手段とを備え、上記第二演算手段は、上記第一時間に応じて上記第二所定回数を変更する構成である。
【００４５】
また、以上のように、本発明の座標値入力方法は、上記超音波受信手段に受信される超音波の波高値が所定の閾値を第一所定回数通過するタイミングを受信確認タイミングとし、上記発信のタイミングから上記受信確認タイミングまでの第一時間を演算する第一工程と、上記波高値が上記所定の閾値を第二所定回数通過した後であって次に所定の閾値を通過するまでのいずれかの時点を受信確定タイミングとし、上記発信のタイミングから上記受信確定タイミングまでの第二時間を上記伝搬時間として演算する第二工程とを含み、上記第二工程では、上記第一時間に応じて上記第二所定回数を変更するものである。
【００４６】
それゆえ、超音波発信手段から超音波受信手段までの超音波の伝搬距離に関係なく、上記受信確定タイミングまでに生じる超音波の振幅数を一定にすることができ、この受信確定タイミングに基づく上記第二時間を超音波の伝搬時間として算出すれば、この伝搬時間に基づいて演算されるポインティングデバイスの座標値の誤差のバラツキを抑制できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
本発明の実施の一形態について、図１ないし図９に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００４８】
本実施形態における座標値入力システムの外観構成は、従来技術で説明したものと同様である。したがって、本実施形態に係る座標値入力システムの外観構成の説明については、従来技術の項で用いた図２に基づいて説明する。
【００４９】
図２に示すように、座標値入力システム１００は、ペン型デバイス１１０、入力面１２０、受信ユニット１５０を含んでいる。なお、受信ユニット１５０はコンピュータ本体２００に接続され、コンピュータ本体２００はモニタ３００と接続されている。
【００５０】
ペン型デバイス（ポインティングデバイス）１１０は、超音波利用方式のポインティングデバイスである。つまり、利用者が、ペン型デバイス１１０のペン先１１０ａを入力面１２０に接触させると、ペン型デバイス１１０は超音波および赤外線を発信する。なお、ペン型デバイス１１０の詳細な構成については後に詳述する。
【００５１】
受信ユニット１５０は、ペン型デバイス１１０から発信される超音波および赤外線を受信し、これら超音波および赤外線に基づいて、入力面１２０を座標とした場合のペン型デバイス１１０の座標値を検出し、この座標値をコンピュータ本体２００へ入力するデバイスである。
【００５２】
入力面１２０は、ペン型デバイス１１０のペン先１１０ａを接触させるパッド部材であり、表面が平滑であれば材質は限定されない。例えば、紙、板、金属、化成品等のあらゆる材質で構成することが可能である。
【００５３】
モニタ３００は、コンピュータ本体２００によって処理されたデータに基づいて画像を表示する装置であり、ここでは液晶ディスプレィが用いられる。但し、モニタ３００は液晶ディスプレィに限られるものではなく、例えば、プラズマディスプレィ、ＣＲＴ（cathode ray tube）ディスプレィ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレィ、無機ＥＬディスプレィであってもよい。
【００５４】
コンピュータ本体２００は、受信ユニット１５０から入力した座標値に基づいて、モニタ３００に表示されるカーソル等の移動、図形の描写等を行なう。つまり、利用者がペン型デバイス１１０を用いて入力面１２０上に軌跡を描くと、コンピュータ本体２００は、モニタ３００に表示されるカーソルをこの軌跡に従って移動させ、また、モニタ３００に表示される画像上にこの軌跡に従った図形を描写する処理を行なう。
【００５５】
つぎに、ペン型デバイス１１０の具体的構成について、図４に基づいて説明する。図４（ａ）は、ペン型デバイス１１０の内部構成を示す図であり、図４（ｂ）は、ペン型デバイス１１０のハードウェア構成を示すブロック図である。
【００５６】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、ペン型デバイス１１０は、赤外線ＬＥＤ（light emitting diode）１０、電池２０、駆動回路３０、接触検知スイッチ４０、超音波発信器Ｔを含んでいる。
【００５７】
電池２０は、ペン型デバイス１１０における各ハードウェア構成を駆動するための電源を供給するものである。
【００５８】
接触検知スイッチ４０は、ペン先１１０ａが入力面１２０に接触すると、駆動回路３０へ電気信号を入力するデバイスである。
【００５９】
駆動回路３０は、接触検知スイッチ４０から入力される電気信号に基づいて、赤外線ＬＥＤ１０および超音波発信器Ｔを駆動するための回路であり、タイマ３１、ＬＥＤ駆動回路３２、超音波駆動回路３３が含まれる。
【００６０】
タイマ３１は、接触検知スイッチ４０から電気信号を入力すると、一定周期でトリガ信号をＬＥＤ駆動回路３２および超音波駆動回路３３へ送信するデバイスである。
【００６１】
ＬＥＤ駆動回路３２は、タイマ３１からトリガ信号を入力するタイミングで、赤外線ＬＥＤ１０を駆動する駆動装置である。
【００６２】
超音波駆動回路３３は、タイマ３１からトリガ信号を入力するタイミングで、超音波発信器Ｔを駆動する駆動装置である。
【００６３】
赤外線ＬＥＤ１０は、ＬＥＤ駆動回路３２に駆動されることによって赤外線の同期信号を発信する発光素子である。ここで、同期信号とは、図５に示すように、上述した超音波が発信されるタイミングで立ち上がるパルスを含む信号である。
【００６４】
超音波発信器（超音波発信手段）Ｔは、超音波駆動回路３３に駆動させることによって、音速Ｖ（２０℃で約３６４ｍ／ｓ）の超音波を発信するデバイスである。
【００６５】
以上の構成によって、ペン型デバイス１１０は、そのペン先１１０ａが入力面１２０に接触すると、赤外線の同期信号および超音波を発信することになる。
【００６６】
つぎに、受信ユニット１５０の具体的構成について、図１に基づいて説明する。図１は、受信ユニット１５０のハードウェア構成を示したブロック図である。
【００６７】
受信ユニット１５０は、図１に示すように、超音波受信器Ｒ１・Ｒ２、赤外線受光素子ＰＤ、オペアンプ１６１・１６５、コンパレータ１７１〜１７３・１７５、受信タイミング検出部１９０、座標値演算部１９８を備えている。また、超音波受信器Ｒ１と超音波受信器Ｒ２とは、図２に示すように、互いに所定の距離Ｐを開けて構成されている。
【００６８】
赤外線受光素子ＰＤは、赤外線ＬＥＤ１０からの赤外線の同期信号を受信し、この同期信号をオペアンプ１６５へ送信するデバイスである。
【００６９】
オペアンプ１６５は、赤外線受光素子ＰＤからの同期信号を増幅し、増幅した同期信号をコンパレータ１７５へ出力する増幅器である。
【００７０】
コンパレータ１７５は、オペアンプ１６５から入力した同期信号に含まれるパルスの立ち上がりタイミングで、受信タイミング検出部１９０ａ・１９０ｂの各々に設けられているタイマ１９５・１９５の駆動開始を指示する駆動制御信号を出力する比較器である。
【００７１】
超音波受信器（超音波受信手段、第一受信部）Ｒ１は、超音波発信器Ｔからの超音波を受信すると、この超音波をアナログ信号（アナログ電圧）Ｓに変換し、このアナログ信号Ｓをオペアンプ１６１ａへ送信するデバイスである。なお、超音波受信器Ｒ２も超音波受信器Ｒ１と同様の機能を有するが、超音波受信器（超音波受信手段、第二受信部）Ｒ２は、アナログ信号Ｓをオペアンプ１６１ｂへ送信する点が異なる
オペアンプ１６１ａは、超音波受信器Ｒ１からアナログ信号Ｓを入力してこのアナログ信号を増幅し、増幅したアナログ信号Ｓをコンパレータ１７１ａ・１７２ａ・１７３ａの夫々へ出力する増幅器である。
【００７２】
なお、オペアンプ１６１ｂもオペアンプ１６１ａと同様の機能を有するが、超音波受信器Ｒ２からアナログ信号Ｓを入力する点、増幅したアナログ信号Ｓをコンパレータ１７１ｂ・１７２ｂ・１７３ｂの夫々へ出力する点が異なる。
【００７３】
コンパレータ１７２ａは、オペアンプ１６１ａから入力したアナログ信号Ｓの電圧値と閾値電圧βとを比較し、比較結果に基づいてデジタル信号ＰＣを生成して、デジタル信号ＰＣを受信タイミング検出部１９０ａへ出力する比較器である。ここで、コンパレータ１７２ａは、入力したアナログ信号Ｓの電圧値が閾値電圧βを超える場合、出力するデジタル信号ＰＣをオン電圧（例えば３．３Ｖ）にし、入力したアナログ信号Ｓの電圧値が閾値電圧β以下の場合、出力するデジタル信号ＰＣをオフ電圧（例えば０Ｖ）にする。
【００７４】
ここで、図５に示すように、コンパレータ１７２ａに設定される閾値電圧βは、オペアンプ１６１ａから入力したアナログ信号Ｓ（受信超音波に対応するアナログ信号）のセンターに対応する電圧値であり、例えば２Ｖに設定されている。よって、コンパレータ１７２ａから出力されるデジタル信号ＰＣは、図５に示すように、アナログ信号Ｓの電圧値（波高値）がゼロクロス点を超えるとオン電圧を示し、ゼロクロス点以下であるときはオフ電圧を示す。
【００７５】
したがって、図５に示すように、このデジタル信号ＰＣには、アナログ信号Ｓの正の振幅ｗ１，ｗ３，ｗ５の各々に対応するパルスｐｃ１，ｐｃ３，ｐｃ５が示され、パルスｐｃ１，ｐｃ３，ｐｃ５の各々の立下りは、正の振幅ｗ１，ｗ３，ｗ５の各々の立下りにおけるゼロクロス点と一致することになる。つまり、デジタル信号ＰＣに示される各々のパルス波形の立下りのタイミングを検出することによって、アナログ信号Ｓの立下りにおけるゼロクロス点の出現するタイミングを検出することができる。
【００７６】
なお、コンパレータ１７２ｂもコンパレータ１７２ａと同様の機能を有するが、オペアンプ１６１ｂからアナログ信号Ｓを入力する点、生成したデジタル信号ＰＣを受信タイミング検出部１９０ｂへ出力している点が異なる。
【００７７】
コンパレータ１７１ａは、オペアンプ１６１ａから入力したアナログ信号Ｓの電圧値と閾値電圧γ（所定の閾値、閾値γ）とを比較し、比較結果に基づいてデジタル信号ＰＢを生成して、生成したデジタル信号ＰＢを受信タイミング検出部１９０ａへ出力する比較器である。ここで、コンパレータ１７１ａは、入力したアナログ信号Ｓの電圧値が閾値電圧γを超える場合、出力するデジタル信号ＰＢをオン電圧にし、入力したアナログ信号Ｓの電圧値が閾値電圧β以下の場合、出力するデジタル信号ＰＢをオフ電圧にする。
【００７８】
ここで、図５に示すように、コンパレータ１７１ａに設定される閾値電圧γは、アナログ信号（受信超音波に対応するアナログ信号）Ｓのセンターに対応する電圧値に所定値を加算した電圧値である（例えば、センターに対応する電圧値２Ｖ＋所定値０．１３９Ｖ＝２．１３９Ｖ）。したがって、コンパレータ１７１ａから出力されるデジタル信号ＰＢは、図５に示すように、アナログ信号Ｓの電圧値がセンターよりも高い閾値電圧γを超えるとオン電圧を示し、この閾値電圧γ以下になるとオフ電圧を示す。よって、図５に示すように、このデジタル信号ＰＢは、アナログ信号Ｓの電圧値が閾値電圧γを通過する度に、立ち上がり波形または立下り波形を示す。つまり、デジタル信号ＰＢに示される各々のパルスｐｂ３，ｐｂ５の立ち上がりおよび立下りタイミングを検出することによって、アナログ信号Ｓの電圧値が閾値電圧γを通過するタイミングを検出することができる。
【００７９】
なお、コンパレータ１７１ｂもコンパレータ１７１ａと同様の機能を有するが、オペアンプ１６１ｂからアナログ信号Ｓを入力する点、生成したデジタル信号ＰＢを受信タイミング検出部１９０ｂへ出力している点が異なる。
【００８０】
コンパレータ１７３ａは、オペアンプ１６１ａから入力したアナログ信号Ｓの電圧値と閾値電圧φ（所定の閾値、閾値φ）とを比較し、比較結果に基づいてデジタル信号ＰＤを生成して、このデジタル信号を受信タイミング検出部１９０ａへ出力する比較器である。ここで、コンパレータ１７３ａは、入力したアナログ信号Ｓの電圧値が閾値電圧φを超える場合、出力するデジタル信号ＰＤをオン電圧にし、入力したアナログ信号Ｓの電圧値が閾値電圧φ以下の場合、出力するデジタル信号ＰＤをオフ電圧にする。
【００８１】
ここで、図５に示すように、コンパレータ１７３ａに設定される閾値電圧φは、オペアンプ１６１ａから入力したアナログ信号Ｓのセンターに対応する電圧値に所定値を減算した電圧値である（例えば、センターに対応する電圧値２Ｖ−所定値０．１６９Ｖ＝１．８３１Ｖ）。したがって、コンパレータ１７３ａから出力されるデジタル信号ＰＤは、図５に示すように、アナログ信号Ｓの電圧値がセンターよりも低い閾値電圧φを超えるとオン電圧を示し、この閾値電圧φ以下になるとオフ電圧を示す。よって、図５に示すように、このデジタル信号ＰＤは、アナログ信号Ｓの電圧値が閾値電圧φを通過する度に、立ち上がり波形または立下り波形を示す。つまり、デジタル信号ＰＤに示される各々のパルスｐｄ２，ｐｄ４の立ち上がりおよび立下りタイミングを検出することによって、アナログ信号Ｓの電圧値が閾値電圧φを通過するタイミングを検出することができる。
【００８２】
なお、コンパレータ１７３ｂもコンパレータ１７３ａと同様の機能を有するが、オペアンプ１６１ｂからアナログ信号Ｓを入力する点、デジタル信号ＰＤを受信タイミング検出部１９０ｂへ出力している点が異なる。
【００８３】
受信タイミング検出部１９０ａは、コンパレータ１７５から入力される駆動制御信号と、コンパレータ１７１ａ・１７２ａ・１７３ａから入力されるデジタル信号ＰＢ・ＰＣ・ＰＤとに基づいて、超音波発信器Ｔから超音波受信器Ｒ１までの超音波伝搬時間ｔ１を求め、この超音波伝搬時間ｔ１を座標値演算部１９８へ出力するブロックである。
【００８４】
なお、受信タイミング検出部１９０ｂも、受信タイミング検出部１９０ａと同様の機能を有するが、デジタル信号ＰＢ・ＰＣ・ＰＤをコンパレータ１７１ｂ・１７２ｂ・１７３ｂから入力している点、超音波発信器Ｔから超音波受信器Ｒ２までの超音波伝搬時間ｔ２を出力する点が異なる。
【００８５】
また、受信タイミング検出部１９０ａ・１９０ｂには、第一演算処理部１９１、第二演算処理部１９２、タイマ１９５が含まれる。
【００８６】
第一演算処理部（第一演算手段）１９１は、上記駆動制御信号に基づいて、超音波発信器Ｔから超音波が発信されたタイミングである発信タイミングを検出する（第一工程）。そして、第一演算処理部１９１は、デジタル信号ＰＢ・ＰＤに基づき、アナログ信号Ｓの電圧値が閾値電圧γおよびφのいずれかを最初に通過するタイミングを受信確認タイミングとして検出する（第一工程）。そして、第一演算処理部１９１は、タイマ１９５を用いて、上記発信のタイミングから上記受信確認タイミングまでの時間を第一時間として演算する（第一工程）。
【００８７】
第二演算処理部（第二演算手段）１９２は、上記駆動制御信号に基づいて、上記発信タイミングを検出する（第二工程）。そして、第二演算処理部１９２は、デジタル信号ＰＢ・ＰＣ・ＰＤに基づき、アナログ信号Ｓの電圧値が閾値電圧γおよびφを所定回数Ｘ（第二所定回数）通過した直後のゼロクロス点が出現するタイミングを受信確定タイミングとして検出する（第二工程）。そして、第二演算処理部１９２は、タイマ１９５を用いて、上記発信タイミングから上記受信確定タイミングまでの時間を第二時間として演算し、この第二時間を超音波伝搬時間ｔ１（ｔ２）として座標値演算部１９８へ出力する（第二工程）。
【００８８】
なお、第一演算処理部１９１および第二演算処理部１９２の処理の詳細については後で詳細に説明する。
【００８９】
座標値演算部（座標値演算手段）１９８は、受信タイミング検出部１９０ａ・１９０ｂから入力した超音波伝搬時間ｔ１・ｔ２と、超音波受信器Ｒ１と超音波受信器Ｒ２との距離Ｐとに基づいて、超音波発信器Ｔの座標値（ｘ，ｙ）を求める。この求め方は従来技術で説明した三角測量の原理に基づく方法と同様であるため、ここでは簡単に説明する。図７は、座標値演算部１９８の動作手順を示したフローチャートである。
【００９０】
同図に示すように、まず、座標値演算部１９８は、超音波伝搬時間ｔ１・ｔ２を入力する（Ｓ１）。
【００９１】
つぎに、座標値演算部１９８は、入力した超音波伝搬時間ｔ１に対して、超音波発信器Ｔが発信する超音波の音速Ｖを乗じることによって、超音波発信器Ｔと超音波受信器Ｒ１との距離Ｌ１を求める。さらに、座標値演算部１９８は、入力した超音波伝搬時間ｔ２に対して、超音波発信器Ｔが発信する超音波の音速Ｖを乗じることによって、超音波発信器Ｔと超音波受信器Ｒ２との距離Ｌ２を求める（Ｓ２）。
【００９２】
さらに、座標値演算部１９８は、距離Ｌ１、距離Ｌ２、超音波受信器Ｒ１と超音波受信器Ｒ２との間隔Ｐを前記の（３）式（４）式に代入することにより、超音波発信器Ｔの座標値（ｘ，ｙ）を算出する（Ｓ３）。ここで、超音波発信器Ｔはペン型デバイス１１０に備えられているため、この座標値（ｘ，ｙ）は、ペン型デバイス１１０の座標値とも言え、これによりペン型デバイス１１０の座標値を出力したことになる。
【００９３】
つぎに、第一演算処理部１９１および第二演算処理部１９２の処理の詳細について説明する。
【００９４】
まず、第一演算処理部１９１および第二演算処理部１９２は、コンパレータ１７５から駆動制御信号を入力すると、この駆動制御信号のパルス波形の立ち上がりタイミングで、タイマ１９５を駆動して時間計測を開始する。この駆動制御信号のパルス波形の立ち上がりタイミングは、上述した赤外線の同期信号の立ち上がりタイミングを示すものであるため、超音波発信器Ｔから超音波が発信されるタイミング（発信タイミング）で時間計測が開始されることになる（図５参照）。
【００９５】
ここで、第一演算処理部１９１は、この時間計測中に、アナログ信号Ｓの電圧値が閾値電圧γおよびφのいずれかを最初に通過するタイミングを受信確認タイミングとして検出する。具体的には、第一演算処理部１９１は、デジタル信号ＰＢにおける最初の立ち上がり、または、ＰＤにおいて最初の立下りのいずれか早い方のタイミングを検出し、このタイミングを受信確認タイミングとする（図５参照）。
【００９６】
つまり、図５に示す例においては、第一演算処理部１９１は、パルスｐｄ２の立ち下がりタイミングを検出すると、このタイミングを受信確認タイミングとして検出する。
【００９７】
そして、第一演算処理部１９１は、タイマ１９５を用いて、上記発信タイミングから上記受信確認タイミングまでの時間を第一時間として演算して第二演算処理部１９２へ入力する。なお、図５に示す例では、第一時間として６００μｓが求められたものとする。
【００９８】
つぎに、第二演算処理部１９２は、この時間計測中に、アナログ信号Ｓの電圧値が閾値電圧γおよびφを所定回数Ｘ（第二所定回数）通過した直後のゼロクロス点が出現するタイミングを受信確定タイミングとして検出する。具体的には、第二演算処理部１９２は、デジタル信号ＰＢおよびＰＤにおいてパルスの立ち上がりおよび立下りが上記所定回数Ｘ出現した直後の、デジタル信号ＰＣのパルスの立下りタイミングを検出し、この立下りタイミングを受信確定タイミングとする。
【００９９】
なお、ここで、第二演算処理部１９２は、テーブル１９９を参照して、第一演算処理部１９１から入力した第一時間に基づいて上記所定回数Ｘを決定する処理（第二工程）を行なっているが、この処理については後に詳述する。
【０１００】
なお、図５に示す例においては、上記所定回数Ｘは８回であるものとする。つまり、第二演算処理部１９２は、図５に示す例において、パルスｐｄ２の立下りおよび立ち上がり、パルスｐｂ３の立ち上がりおよび立下り、パルスｐｄ４の立下りおよび立ち上がり、パルスｐｂ５の立ち上がりおよび立下りをデジタル信号ＰＢおよびＰＤから順に検出し、その直後にデジタル信号ＰＣにおいて出現するパルスｐｃ５の立下りタイミングを検出すると、このタイミングを受信確定タイミングとして検出する。
【０１０１】
そして、第二演算処理部１９２は、タイマ１９５を用いて、上記発信タイミングから上記受信確定タイミングまでの時間を第二時間として演算する。
【０１０２】
そして、受信タイミング検出部１９０ａの第二演算処理部１９２は、求めた第二時間を、超音波発信器Ｔから超音波受信器Ｒ１までの超音波伝搬時間ｔ１とし、この超音波伝搬時間ｔ１を座標値演算部１９８へ入力する。また、受信タイミング検出部１９０ｂの第二演算処理部１９２は、求めた第二時間を、超音波発信器Ｔから超音波受信器Ｒ２までの超音波伝搬時間ｔ２とし、この超音波伝搬時間ｔ２を座標値演算部１９８へ入力する。
【０１０３】
ここで、本実施の形態において注目すべき事項は、第二演算処理部１９２が、上記受信確定タイミングを検出するにあたり、アナログ信号Ｓの電圧値が閾値電圧γおよびφを通過する回数を上記所定回数Ｘ（第二所定回数）だけカウントするにあたり、第二演算処理部１９２は、テーブル１９９を参照して、第一演算処理部１９１から入力した第一時間に基づいて上記所定回数Ｘを決定する処理を行なっている点である。
【０１０４】
この変更する処理について、以下具体的に説明する。
【０１０５】
図５に示す、第一時間が６００μｓの超音波では、アナログ信号Ｓの振幅ｗ１の電圧値は閾値電圧γを通過しないため、デジタル信号ＰＢにおいてパルスｐｂ１が検出されず、振幅ｗ２〜ｗ５…の電圧値は閾値電圧γまたはφを通過しているため、デジタル信号ＰＢまたはＰＤにおいてパルスｐｄ２，ｐｂ３，ｐｄ４，ｐｂ５が検出される。
【０１０６】
これに対し、例えば第一時間が１０５０μｓの超音波では、図６に示すように、アナログ信号Ｓの振幅ｗ１の電圧値は閾値電圧γを通過せず、振幅ｗ２の電圧値は閾値電圧φを通過しないため、デジタル信号ＰＢにおいてパルスｐｂ１は検出されず、デジタル信号ＰＤにおいてパルスｐｄ２は検出されない。しかし、振幅ｗ３〜ｗ５…の電圧値は閾値電圧γまたはφを通過しているため、デジタル信号ＰＢまたはＰＤにおいてパルスｐｂ３，ｐｄ４，ｐｂ５が検出される。
【０１０７】
このように、第一時間が長くなれば、デジタル信号ＰＢ・ＰＤにおいて最初に検出されるパルスが変わってしまう。つまり、第一時間が長くなれば、最初に閾値電圧γまたはφを通過する振幅が遅延して発生したものに変わってしまう。
【０１０８】
これは、超音波の振幅は遅延して生じるものほど大きくなるが、発信源から受信先までの距離が長い超音波ほど振幅が全体的に小さくなるという超音波の性質に起因する。この点についてさらに具体的に説明する。
【０１０９】
第一時間が１０５０μｓの超音波は、第一時間が６００μｓの超音波よりも、発信源から受信先までの伝搬距離が長い。したがって、図５および図６に示すように、第一時間が１０５０μｓの超音波は、第一時間が６００μｓの超音波よりも、振幅が全体的に小さい。
【０１１０】
また、第一時間が１０５０μｓの超音波、第一時間が６００μｓの超音波のいずれも、遅延して生じる振幅ほど大きくなる。
【０１１１】
このように、超音波の振幅は発信源から受信先までの伝搬距離が長い超音波ほど各振幅は小さくなる。しかしながら、閾値電圧γおよびφは一定値であるため、伝搬距離の長い超音波ほど、閾値電圧を通過できる振幅が遅延して生じることになる。したがって、超音波の電圧値が閾値電圧γまたはφを最初に通過するタイミングを超音波受信確定タイミングとした場合、伝搬距離が変わると、発信から受信確定タイミングまでに発生する振幅の数が異なることになり、超音波の波形に占める受信確定タイミングの位置がずれることになる。そして、このずれは、算出される超音波伝搬時間の誤差のばらつきの原因となる。
【０１１２】
したがって、本実施の形態では、超音波の電圧値が最初に閾値電圧γおよびφのいずれかを通過するタイミングを受信確定タイミングとはせず、受信確認タイミングとする。そして、超音波発信タイミングからこの受信確認タイミングまでの時間を仮の超音波伝搬時間（第一時間）として算出する。この仮の超音波伝搬時間から概ねの伝搬距離を推測できる。
【０１１３】
他方、超音波の電圧値が閾値電圧γおよびφを所定回数Ｘ通過した直後のゼロクロス点が出現するタイミングを超音波受信確定タイミングとする。ここで、上記仮の超音波伝搬時間（第一時間、つまり推測される伝搬距離）に応じてこの所定回数Ｘを変更することにより、伝搬距離にかかわらず、発信から受信確定タイミングまでに発生する振幅の数が一致するように、波形に占める受信確定タイミングの位置を調整している。
【０１１４】
具体的には、以下の通りである。
【０１１５】
第一時間が０μｓ〜５７０μｓの場合、図８（ａ）図８（ｂ）に示すように、領域Ａのいずれかの地点と超音波受信器Ｒ１（Ｒ２）との距離が上記伝搬距離と推測される。なお、この場合、アナログ信号Ｓの振幅ｗ１の電圧値が閾値電圧γを通過することが推測され、デジタル信号ＰＢおよびＰＤにおいて、図８（ｃ）に示すパルスｐｂ１、ｐｄ２、ｐｂ３、ｐｄ４、ｐｂ５が生じるものと推測される。そこで、第一時間が０μｓ〜５７０μｓの場合、上記の所定回数Ｘを１０回とする。これにより、第二演算処理部１９２は、パルスｐｂ１、ｐｄ２、ｐｂ３、ｐｄ４、ｐｂ５の立ち上がりおよび立下りを検出し、この直後に生じるデジタル信号ＰＣのパルスｐｃ５の立下りタイミングを受信確定タイミングとできる。つまり、アナログ信号Ｓの振幅ｗ５の立下りにおけるゼロクロス点の検出されるタイミングが受信確定タイミングとなる。
【０１１６】
なお、図８（ａ）は、超音波受信器Ｒ１において、発信タイミングから受信確認タイミングまでの時間を示す第一時間とペン型デバイス１１０の位置との関連性を説明する図であり、図８（ｂ）は、超音波受信器Ｒ２において、上記第一時間とペン型デバイス１１０の位置との関連性を説明する図であり、図８（ｃ）は、受信超音波から変換されたアナログ信号Ｓに基づいて生成されるデジタル信号ＰＢおよびＰＤの波形図である。
【０１１７】
第一時間が５７０μｓ〜８５０μｓの場合、図８（ａ）図８（ｂ）に示すように、領域Ｂ１・Ｂ２のいずれかの地点と超音波受信器Ｒ１（Ｒ２）との距離が上記伝搬距離と推測される。この場合、アナログ信号Ｓの振幅ｗ１の電圧値は閾値電圧γを通過せず、振幅ｗ２の電圧値が閾値電圧φを通過することが推測され、デジタル信号ＰＢおよびＰＤにおいて、図８（ｃ）に示すパルスｐｂ１は発生せず、パルスｐｄ２、ｐｂ３、ｐｄ４、ｐｂ５の発生が予測される。そこで、第一時間が５７０μｓ〜８５０μｓの場合、上記の所定回数Ｘを８回とする。これにより、第二演算処理部１９２は、パルスｐｄ２、ｐｂ３、ｐｄ４、ｐｂ５の立ち上がりおよび立下りを検出し、この直後に生じるデジタル信号ＰＣのパルスｐｃ５の立下りタイミングを受信確定タイミングとできる。つまり、アナログ信号Ｓの振幅ｗ５の立下りにおけるゼロクロス点の検出されるタイミングが受信確定タイミングとなる。
【０１１８】
第一時間が８５０μｓを超える場合、図８（ａ）図８（ｂ）に示すように、領域Ｃ１・Ｃ２のいずれかの地点と超音波受信器Ｒ１（Ｒ２）との距離が上記伝搬距離と推測される。この場合、アナログ信号Ｓの振幅ｗ１、ｗ２の電圧値は閾値電圧γおよびφを通過せず、振幅ｗ３の電圧値が閾値電圧γを通過することが推測され、デジタル信号ＰＢおよびＰＤにおいて、図８（ｃ）に示すパルスｐｂ１、ｐｄ２は発生せず、パルスｐｂ３、ｐｄ４、ｐｂ５の発生が予測される。そこで、第一時間が８５０μｓを超える場合、上記の所定回数Ｘを６回とする。これにより、第二演算処理部１９２は、パルスｐｂ３、ｐｄ４、ｐｂ５の立ち上がりおよび立下りを検出し、この直後に生じるデジタル信号ＰＣのパルスｐｃ５の立下りタイミングを受信確定タイミングとできる。つまり、アナログ信号Ｓの振幅ｗ５の立下りにおけるゼロクロス点の検出されるタイミングが受信確定タイミングとなる。
【０１１９】
したがって、
第一時間=０μｓ〜５７０μｓ→所定回数Ｘ=１０回
第一時間=５７０μｓ〜８５０μｓ→所定回数Ｘ=８回
第一時間=８５０μｓ〜→所定回数Ｘ=６回
を示すテーブルを受信タイミング検出部１９０に備え、第二演算処理部１９２が、このテーブルを参照して、第一時間に基づいて所定回数Ｘを変更すれば、超音波の伝搬距離に関係なく、常に５番目に生じる振幅ｗ５の立下りにおけるゼロクロス点の発生するタイミングを受信確定タイミングとすることができる。
【０１２０】
したがって、上記伝搬距離にかかわらず、受信した超音波における受信確定タイミングまでに生じる振幅数を一定とでき、この受信確定タイミングに基づく上記第二時間を超音波の伝搬時間として算出すれば、算出される超音波の伝搬時間の誤差のばらつきを抑制できる。
【０１２１】
本実施の形態では、以上のような手順により、受信タイミング検出部１９０ａが超音波伝搬時間ｔ１を求め、受信タイミング検出部１９０ｂが超音波伝搬時間ｔ２を求めている。したがって、これら超音波伝搬時間ｔ１・ｔ２に基づいて算出される座標値（ｘ，ｙ）の誤差のばらつきも抑制される。
【０１２２】
また、本実施の形態では、アナログ信号Ｓの振幅ｗ５の立下りにおけるゼロクロス点の出現するタイミングを受信確定タイミングとすることになるが、これに限定されるものではない。例えば、図９に示すように、デジタル信号ＰＤのパルスｐｄ６の立下りの後に出現する、デジタル信号ＰＣのパルスｐｃ７の立ち上がりタイミングを受信確定タイミングとするように、上記所定回数Ｘを調整すれば、アナログ信号Ｓの振幅ｗ７の立ち上がりにおけるゼロクロス点の出現するタイミングを受信確定タイミングとすることができる。
【０１２３】
また、本実施の形態では、アナログ信号Ｓの振幅ｗ５の立下りにおけるゼロクロス点の出現するタイミングを受信確定タイミングとすることになるが、受信確定タイミングはゼロクロス点の出現するタイミングに限定されるものではない。アナログ信号Ｓの電圧値が閾値γおよびφを所定回数Ｘ通過した後であって次に閾値電圧γまたはφを通過するまでのいずれかの時点であれば、ゼロクロス点が出現するタイミング以外の時点を受信確定タイミングとすることができる。
【０１２４】
但し、ゼロクロス点の電圧値は閾値電圧として設定しやすいため、ゼロクロス点を検出する手段は容易に構成できる。よって、本実施の形態のように、ゼロクロス点が出現するタイミングを受信確定タイミングとするのが好ましい。
【０１２５】
また、本実施の形態の第一演算処理部１９１は、アナログ信号Ｓの電圧値が閾値電圧γおよびφのいずれかを最初に通過するタイミングを受信確認タイミングとして検出しているが、このタイミングに限定されるものではない。アナログ信号Ｓの電圧値が閾値電圧γおよびφを所定回数Ｙ（第一所定回数、一定値）通過するタイミングであれば、閾値電圧γおよびφのいずれかを最初に通過するタイミングに限定されるものではない。
【０１２６】
また、本実施の形態では、超音波発信器Ｔから超音波受信器Ｒ１までの超音波伝搬時間ｔ１は受信タイミング検出部１９０ａによって求められ、超音波発信器Ｔから超音波受信器Ｒ２までの超音波伝搬時間ｔ２は受信タイミング検出部１９０ｂによって求めている構成である。しかし、この構成に限定されるものではなく、例えば、（ａ）超音波伝搬時間ｔ１は受信タイミング検出部１９０ａによって求められ、超音波伝搬時間ｔ２は従来技術の構成によって求められてもよい。要は、少なくとも超音波伝搬時間ｔ１またはｔ２のいずれか一方を本実施の形態における第一演算処理部１９１および第二演算処理部１９２が求める構成であれば、従来の座標値入力システムよりも、求められる座標値（ｘ，ｙ）の誤差のバラツキを抑制できる。但し、本実施の形態のように、超音波伝搬時間ｔ１およびｔ２の両方を第一演算処理部１９１および第二演算処理部１９２によって求めるようにすれば、最終的に求める座標値（ｘ，ｙ）の誤差のばらつきをより高精度に抑制できる。
【０１２７】
また、本実施の形態では、超音波受信器Ｒ１・Ｒ２の受信する超音波において、最初に発生する振幅が正である場合（上向きの振幅）についてのみ説明しているが、最初に発生する振幅が負である場合についても本実施の形態を実現することは可能である。
【０１２８】
この場合も、第二演算処理部１９２は、超音波の電圧値が閾値電圧γおよびφを所定回数Ｘ通過した直後のゼロクロス点が出現するタイミングを超音波受信確定タイミングとするが、以下のようにして上記の所定回数Ｘを変更する。
【０１２９】
第一時間が０μｓ〜５７０μｓの場合、図８（ａ）図８（ｂ）に示すように、領域Ａのいずれかの地点と超音波受信器Ｒ１（Ｒ２）との距離が上記伝搬距離と推測される。この場合、アナログ信号Ｓに振幅ｗ１はなく、振幅ｗ２（図５参照）の電圧値が閾値電圧φを通過すると推測され、デジタル信号ＰＢおよびＰＤにおいて、図８（ｃ）に示すパルスｐｂ１は発生せず、パルスｐｄ２、ｐｂ３、ｐｄ４、ｐｂ５のパルスが生じるものと推測される。そこで、第一時間が０μｓ〜５７０μｓの場合、上記の所定回数Ｘを８回とする。これにより、第二演算処理部１９２は、パルスｐｄ２、ｐｂ３、ｐｄ４、ｐｂ５の立ち上がりおよび立下りを検出し、この直後に生じるデジタル信号ＰＣのパルスｐｃ５の立下りタイミングを受信確定タイミングとできる。つまり、アナログ信号Ｓの振幅ｗ５の立下りにおけるゼロクロス点の検出されるタイミングが受信確定タイミングとなる。
【０１３０】
第一時間が５７０μｓ〜８５０μｓの場合、図８（ａ）図８（ｂ）に示すように、領域Ｂ１・Ｂ２のいずれかの地点と超音波受信器Ｒ１（Ｒ２）との距離が上記伝搬距離と推測される。この場合、アナログ信号Ｓの振幅ｗ２の電圧値は閾値電圧φを通過せず、振幅ｗ３が閾値電圧γを通過することが推測され、デジタル信号ＰＢおよびＰＤにおいて、図８（ｃ）に示すパルスｐｂ１、ｐｄ２は発生せず、パルスｐｂ３、ｐｄ４、ｐｂ５の発生が予測される。そこで、第一時間が５７０μｓ〜８５０μｓの場合、上記の所定回数Ｘを６回とする。これにより、第二演算処理部１９２は、パルスｐｂ３、ｐｄ４、ｐｂ５の立ち上がりおよび立下りを検出し、この直後に生じるデジタル信号ＰＣのパルスｐｃ５の立下りタイミングを受信確定タイミングとできる。つまり、アナログ信号Ｓの振幅ｗ５の立下りにおけるゼロクロス点の検出されるタイミングが受信確定タイミングとなる。
【０１３１】
第一時間が８５０μｓを超える場合、図８（ａ）図８（ｂ）に示すように、領域Ｃ１・Ｃ２のいずれかの地点と超音波受信器Ｒ１（Ｒ２）との距離が上記伝搬距離と推測される。この場合、アナログ信号Ｓの振幅ｗ３の電圧値は閾値電圧γを通過せず、振幅ｗ４が閾値電圧φを通過することが推測され、デジタル信号ＰＢおよびＰＤにおいて、図８（ｃ）に示すパルスｐｂ１、ｐｄ２、ｐｂ３は発生せず、パルスｐｄ４、ｐｂ５の発生が予測される。そこで、第一時間が８５０μｓを超える場合、上記の所定回数Ｘを４回とする。これにより、第二演算処理部１９２は、パルスｐｄ４、ｐｂ５の立ち上がりおよび立下りを検出し、この直後に生じるデジタル信号ＰＣのパルスｐｃ５の立下りタイミングを受信確定タイミングとできる。つまり、アナログ信号Ｓの振幅ｗ５の立下りにおけるゼロクロス点の検出されるタイミングが受信確定タイミングとなる。
【０１３２】
このようにすることによって、超音波受信器Ｒ１・Ｒ２の受信する超音波において、最初に発生する振幅が負である場合（下向き）であっても、超音波の伝搬距離に関係なく、常に振幅ｗ５の立下りにおけるゼロクロス点の発生するタイミングを受信確定タイミングとできる。
【０１３３】
また、超音波受信器Ｒ１・Ｒ２の受信する超音波において、最初に閾値電圧γまたはφを超える振幅にはふらつきが観測される場合がある。このようなふらつきがある超音波では正確な超音波伝搬時間ｔ１・ｔ２を算出することができない。したがって、このようなふらつきがある超音波を受信した場合は、当該超音波をＮＧとして、超音波伝搬時間を算出しない構成を採用してもよい。なお、このふらつきの程度は、超音波伝搬距離によってばらつきがあるため、以下に示すような方法で上記構成を採用するとよい。
【０１３４】
第一時間が０μｓ〜５７０μｓの場合、図８（ａ）図８（ｂ）に示すように、領域Ａのいずれかの地点と超音波受信器Ｒ１（Ｒ２）との距離が超音波伝搬距離と推測される。この場合、デジタル信号ＰＢおよびＰＤにおいて最初に出現するパルスはｐｂ１と予測される。そこで、第一時間が０μｓ〜５７０μｓであって、パルスｐｂ１の時間幅が２μｓ（所定値）以下の場合、アナログ信号Ｓの振幅にふらつきがあると考えられ、該当する超音波をＮＧとする。
【０１３５】
第一時間が５７０μｓ〜６５０μｓの場合、図８（ａ）図８（ｂ）に示すように、領域Ｂ１のいずれかの地点と超音波受信器Ｒ１（Ｒ２）との距離が超音波伝搬距離と推測される。この場合、デジタル信号ＰＢおよびＰＤにおいて最初に出現するパルスはｐｄ２と予測される。そこで、第一時間が５７０μｓ〜６５０μｓであって、このパルスｐｄ２の時間幅が５．６μｓ（所定値）以下の場合、アナログ信号Ｓの振幅にふらつきがあると考えられ、該当する超音波をＮＧとする。
【０１３６】
第一時間が６５０μｓ〜８５０μｓの場合、図８（ａ）図８（ｂ）に示すように、領域Ｂ２のいずれかの地点と超音波受信器Ｒ１（Ｒ２）との距離が超音波伝搬距離と推測される。この場合、デジタル信号ＰＢおよびＰＤにおいて最初に出現するパルスはｐｄ２と予測される。そこで、第一時間が６５０μｓ〜８５０μｓであって、このパルスｐｄ２の時間幅が２μｓ以下の場合、アナログ信号Ｓの振幅にふらつきがあると考えられ、該当する超音波をＮＧとする。
【０１３７】
第一時間が８５０μｓ〜１０００μｓの場合、図８（ａ）図８（ｂ）に示すように、領域Ｃ１のいずれかの地点と超音波受信器Ｒ１（Ｒ２）との距離が超音波伝搬距離と推測される。この場合、デジタル信号ＰＢおよびＰＤにおいて最初に出現するパルスはｐｂ３と予測される。そこで、第一時間が８５０μｓ〜１０００μｓであって、このパルスｐｂ３の時間幅が５．６μｓ以下の場合、アナログ信号Ｓの振幅にふらつきがあると考えられ、該当する超音波をＮＧとする。
【０１３８】
第一時間が１０００μｓ〜の場合、図８（ａ）図８（ｂ）に示すように、領域Ｃ２のいずれかの地点と超音波受信器Ｒ１（Ｒ２）との距離が超音波伝搬距離と推測される。この場合、デジタル信号ＰＢおよびＰＤにおいて最初に出現するパルスはｐｂ３と予測される。そこで、第一時間が１０００μｓ〜であって、このパルスｐｂ３の時間幅が２μｓ以下の場合、アナログ信号Ｓの振幅にふらつきがあると考えられ、該当する超音波をＮＧとする。
【０１３９】
このようにすることにより、ふらつきがある超音波を除外することができ、より一層、算出される座標値（ｘ，ｙ）の精度を高めることができる。
【０１４０】
また、本実施の形態の座標値入力システム１００によれば、図２に示すように、超音波受信器Ｒ１・Ｒ２は単一の受信ユニット１５０に構成されているが、超音波受信器Ｒ１とＲ２とを別々のユニットに構成してもよい。この場合、図１に示す超音波受信器Ｒ１・Ｒ２以外の各構成を備えるユニットをさらに追加し、このユニットに超音波受信器Ｒ１・Ｒ２から出力されるアナログ信号を入力する構成が考えられる。このようにすることで、超音波受信器Ｒ１とＲ２とをさらに離間して構成することができ、三角測量法に基づく座標値の演算の精度が向上する。
【０１４１】
なお、本実施の形態では、ポインティングデバイスとしてペン型デバイス１１０が用いられているが、このデバイスの形状がペン型に限定されるものではない。超音波発信方式のポインティングデバイスであればその外形に限定されるものではなく、例えば、マウス型ポインティングデバイスに超音波発信器を備える構成であってもよい。
【０１４２】
また、本実施の形態の座標値入力システムは、コンピュータ本体２００に接続され、コンピュータ本体２００へ座標値を入力する構成であるが、当該構成に限定されるものではない。例えば、ビデオゲーム機、カーナビゲーションシステム、テレビ、表示装置つきの携帯電話、各種装置に備えられるオペレーション用の画面に対して座標値を入力する構成であってもよい。つまり、画像を表示する表示手段に対して座標値を入力する構成であれば種々の設計変更が可能である。
【０１４３】
さらに、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）における表示画面を入力面とし、ＰＤＡ内部に受信ユニット１５０の構成を設置することによって、本実施形態をＰＤＡに適用することが可能である。
【０１４４】
また、以上説明した第一演算処理部１９１および第二演算処理部１９２における機能（第一工程および第二工程）は、コンピュータにプログラムを読み込ませることによって実現させてもよい。このプログラムはコンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納されていてもよい。本発明では、この記録媒体として、メインメモリそのものがプログラムメディアであってもよいし、また外部記憶装置としてプログラム読み取り装置が設けられ、そこに記録媒体を挿入することで読み取り可能なプログラムメディアであってもよい。
【０１４５】
いずれの場合においても、格納されているプログラムはＣＰＵがアクセスして実行させる構成であってもよいし、あるいはいずれの場合もプログラムを読み出し、読み出されたプログラムは、図示されていないプログラム記憶エリアにダウンロードされて、そのプログラムが実行される方式であってもよい。このダウンロード用のプログラムは予め本体装置に格納されているものとする。
【０１４６】
ここで、上記プログラムメディアは、本体と分離可能に構成される記録媒体であり、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスクやハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ等の光ディスクのディスク系、ＩＣカード／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＲＯＭ等による半導体メモリを含めた固定的にプログラムを担持する媒体であってもよい。
【０１４７】
さらに、図示されていないが、外部の通信ネットワークとの接続が可能な手段を備えている場合には、その通信接続手段を介して通信ネットワークからプログラムをダウンロードするように、流動的にプログラムを担持する媒体であってもよい。
【０１４８】
なお、このように通信ネットワークからプログラムをダウンロードする場合には、そのダウンロード用プログラムは予め本体装置に格納しておくか、あるいは別な記録媒体からインストールされるものであってもよい。なお、記録媒体に格納されている内容としてはプログラムに限定されず、データであってもよい。
【０１４９】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上述した実施形態において開示された各技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１５０】
本発明の座標値入力システム、座標値入力方法は、超音波利用方式のポインティングデバイスに用いられ、例えば、パーソナルコンピュータに座標値を入力するポインティングデバイス、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）に座標値を入力するポインティングデバイス、ビデオゲーム機に座標値を入力するポインティングデバイス、カーナビゲーションシステムにおいて座標値を入力するポインティングデバイス等、画像上の位置を特定するためのポインティングデバイスに対して広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５１】
【図１】本発明の一実施形態における座標値入力システムに備えられる受信ユニット内部の構成を示したブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態における座標値入力システムの外観構成を示した図である。
【図３】三角測量法の原理を説明するための図である。
【図４】（ａ）は、図２に示す座標値入力システムの構成要素であるペン型デバイスの内部構成を示した図であり、（ｂ）は、このペン型デバイスの各ハードウェア構成を示したブロック図である。
【図５】発信タイミングから受信確認タイミングまでの時間が６００μｓの超音波であって、波形の立下りを受信確定タイミングとするものであり、この超音波から変換されるアナログ信号、このアナログ信号から生成される各デジタル信号、発信タイミングを示す同期信号の波形図である。
【図６】発信タイミングから受信確認タイミングまでの時間が１０５０μｓの超音波であって、波形の立下りを受信確定タイミングとするものであり、この超音波から変換されるアナログ信号、このアナログ信号から生成される各デジタル信号、発信タイミングを示す同期信号の波形図である。
【図７】図１に示した受信ユニットの一構成要素の座標値演算部において、座標値を演算する手順を示したフローチャートである。
【図８】（ａ）は、超音波受信器Ｒ１において、発信タイミングから受信確認タイミングまでの時間を示す第一時間とペン型デバイスの位置との関連性を説明する図であり、（ｂ）は、超音波受信器Ｒ２において、上記第一時間とペン型デバイスの位置との関連性を説明する図であり、（ｃ）は、受信超音波から変換されたアナログ信号に基づいて生成されるデジタル信号ＰＢおよびＰＤの波形図である。
【図９】発信タイミングから受信確認タイミングまでの時間が６００μｓの超音波であって、波形の立ち上がりを受信確定タイミングとするものであり、この超音波から変換されるアナログ信号、このアナログ信号から生成される各デジタル信号、発信タイミングを示す同期信号の波形図である。
【符号の説明】
【０１５２】
１０  赤外線ＬＥＤ
２０  電池
３０  駆動回路
３１  タイマ
３２  ＬＥＤ駆動回路
３３  超音波駆動回路
４０  接触検知スイッチ
１００  座標値入力システム
１１０  ペン型デバイス（ポインティングデバイス）
１２０  入力面
１５０  受信ユニット
１６１・１６５  オペアンプ
１７１〜１７３・１７５  コンパレータ
１９０ａ・１９０ｂ  受信タイミング検出部
１９１  第一演算処理部（第一演算手段）
１９２  第二演算処理部（第二演算手段）
１９５  タイマ
１９８  座標値演算部（座標値演算手段）
１９９  テーブル
２００  コンピュータ本体
３００  モニタ
ＰＤ  赤外線受光素子
Ｒ１・Ｒ２  超音波受信器（超音波受信手段、第一受信部、第二受信部）
Ｔ  超音波発信器（超音波発信手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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