(57)【要約】【課題】座標入力装置において、座標検出のための測定距離の増大に伴う座標検出分解能の低下を補償するとともに、特にポインタとして構成される場合に問題となる指示面（座標入力面）までの距離の増大に伴う指示面上での指示点の揺らぎの増大を抑えられるようにする。【解決手段】周期的に検出される指示具の位置の３次元座標値（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）を逐次記憶する（ステップＳ１０３）。処理開始後で最初の座標値（ｎ＝１）だったら（Ｓ１０４）、そのＺ座標値に基づいて、平均化する座標値のサンプル数Ｋｅｎｄを設定する（Ｓ１０５）。すなわちＺ座標値が大きいほど大きく設定する。そして、記憶したサンプル数がＫｅｎｄ個になったら（Ｓ１０６）、それぞれの座標の算術平均値（Ｘａｖｅ，ＹａｖｅないしＺａｖｅ）を算出して出力する（Ｓ１０７）。【選択図】　　　　図７
2004133566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標入力位置を指示する指示具の位置の３次元座標を所定周期毎に検出する座標入力装置において、
検出された一連の３次元座標の少なくとも１軸の座標値を平均化する演算処理を行なって処理結果の座標値を出力する演算処理手段を有し、該演算処理手段は前記検出された３次元座標の少なくとも１軸の座標値に基づいて平均化する座標値のサンプル数を決定して前記平均化の演算処理を行なうことを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
前記演算処理手段は、前記指示具の位置の３次元座標が前記周期で連続的に検出されている期間において最初に有効となる３次元座標の内の少なくとも１軸の座標値に基づいて前記平均化する座標値のサンプル数を決定し、前記３次元座標の連続的な検出が中断したら前記サンプル数をリセットすることを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
【請求項３】
平坦な表示画面を有する表示装置と一体的に構成された座標入力装置であって、
前記表示画面の面内で互いに直交する２方向をＸ軸方向とＹ軸方向、前記表示画面に垂直な方向をＺ軸方向として座標系を定義するものとして、
前記演算処理手段は、前記検出された３次元座標の内のＺ軸座標値に基づいて前記平均化する座標値のサンプル数を決定し、検出された一連の３次元座標の内の少なくともＸ軸座標値とＹ軸座標値を平均化する演算処理を行なうことを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
【請求項４】
所定周期毎に信号発信源から発信される信号を複数の受信手段により受信して、前記信号発信源から前記複数の受信手段までの距離のそれぞれを計測し、該計測した距離のそれぞれに基づいて前記信号発信源の位置の座標を検出する座標入力装置において、
検出された一連の座標値を平均化する演算処理を行なって処理結果の座標値を出力する演算処理手段を有し、該演算処理手段は前記計測した距離に基づいて平均化する座標値のサンプル数を決定して前記平均化の演算処理を行なうことを特徴とする座標入力装置。
【請求項５】
所定周期毎に信号発信源から発信された信号を複数の受信手段により受信して、前記信号発信源から前記複数の受信手段までの距離のそれぞれを計測し、該計測した距離のそれぞれに基づいて前記信号発信源の位置の座標を検出する座標入力装置において、
計測した一連の距離を平均化する演算処理を行なって処理結果の平均距離に基づいて前記信号発信源の位置の座標を算出する演算処理手段を有し、該演算処理手段は、前記計測した距離に基づいて平均化する距離のサンプル数を決定して前記平均化の演算処理を行なうことを特徴とする座標入力装置。
【請求項６】
前記演算処理手段は、前記信号発信源から信号が前記周期で連続的に発信されている期間において最初に有効となる信号に基づいて前記平均化するサンプル数を決定し、前記信号の連続的な検出が中断したら前記サンプル数をリセットすることを特徴とする請求項４または５に記載の座標入力装置。
【請求項７】
前記信号発信源の位置の３次元座標を検出する座標入力装置であって、前記演算処理手段は、検出された一連の３次元座標値の内の少なくとも１軸の座標値を平均化する演算処理を行なうことを特徴とする請求項４に記載の座標入力装置。
【請求項８】
座標入力位置を指示する指示具に設けられた音波発生源から空中に放射される音波を検出し、該検出結果に基づいて前記音波発生源の位置の座標を検出することを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の座標入力装置。
【請求項９】
所定周期毎に音波発生源から空中に発せられた音波を複数の検出手段により検出して、前記音波発生源から複数の検出手段までの音波の到達時間のそれぞれを計測し、該計測した到達時間のそれぞれに基づいて前記音波発生源の位置の座標を検出する座標入力装置において、
計測した一連の到達時間を平均化する演算処理を行なって処理結果の平均到達時間に基づいて前記音波発生源の位置の座標を算出する演算処理手段を有し、該演算処理手段は、前記計測した到達時間に基づいて平均化する到達時間のサンプル数を決定して前記平均化の演算処理を行なうことを特徴とする座標入力装置。
【請求項１０】
前記演算処理手段は、前記平均化の演算処理として移動平均を求める演算処理を行なうことを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載の座標入力装置。
【請求項１１】
所定周期毎に検出される一連の３次元座標の少なくとも１軸の座標値を平均化する演算処理を行なって処理結果の座標値を出力する座標値の演算処理方法であって、前記検出された３次元座標の少なくとも１軸の座標値に基づいて平均化する座標値のサンプル数を決定して前記平均化の演算処理を行なうことを特徴とする座標値の演算処理方法。
【請求項１２】
３次元座標が前記周期で連続的に検出されている期間において最初に有効となる３次元座標の内の少なくとも１軸の座標値に基づいて前記平均化する座標値のサンプル数を決定し、前記３次元座標の連続的な検出が中断したら前記サンプル数をリセットすることを特徴とする請求項１１に記載の座標値の演算処理方法。
【請求項１３】
所定周期毎に信号発信源から発信される信号を複数の受信手段により受信して、前記信号発信源から前記複数の受信手段までの距離のそれぞれを計測し、該計測した距離のそれぞれに基づいて前記信号発信源の位置の座標を検出する座標検出方式において、
検出された一連の座標値を平均化する演算処理を行なって処理結果の座標値を出力する座標値の演算処理方法であって、前記計測した距離に基づいて平均化する座標値のサンプル数を決定して前記平均化の演算処理を行なうことを特徴とする座標値の演算処理方法。
【請求項１４】
所定周期毎に信号発信源から発信された信号を複数の受信手段により受信して、前記信号発信源から前記複数の受信手段までの距離のそれぞれを計測し、該計測した距離のそれぞれに基づいて前記信号発信源の位置の座標を検出する座標検出方式において、
計測した一連の距離を平均化する演算処理を行なって処理結果の平均距離に基づいて前記信号発信源の位置の座標値を算出する座標値の演算処理方法であって、前記計測した距離に基づいて平均化する距離のサンプル数を決定して前記平均化の演算処理を行なうことを特徴とする座標値の演算処理方法。
【請求項１５】
前記信号発信源から信号が前記周期で連続的に発信されている期間において最初に有効となる信号に基づいて前記平均化するサンプル数を決定し、前記信号の連続的な検出が中断したら前記サンプル数をリセットすることを特徴とする請求項１３または１４に記載の座標値の演算処理方法。
【請求項１６】
所定周期毎に音波発生源から空中に発せられた音波を複数の検出手段により検出して、前記音波発生源から複数の検出手段までの音波の到達時間のそれぞれを計測し、該計測した到達時間のそれぞれに基づいて前記音波発生源の位置の座標を検出する座標検出方式において、
計測した一連の到達時間を平均化する演算処理を行なって処理結果の平均到達時間に基づいて前記音波発生源の位置の座標を算出する座標値の演算処理方法であって、前記計測した到達時間に基づいて平均化する到達時間のサンプル数を決定して前記平均化の演算処理を行なうことを特徴とする座標値の演算処理方法。
【請求項１７】
前記平均化の演算処理として移動平均を求める演算処理を行なうことを特徴とする請求項１１から１６までのいずれか１項に記載の座標値の演算処理方法。
【請求項１８】
所定周期毎に検出される一連の３次元座標の少なくとも１軸の座標値を平均化する演算処理を行なって処理結果の座標値を出力するように座標値の演算処理を行なう演算処理プログラムであって、前記検出された３次元座標の少なくとも１軸の座標値に基づいて平均化する座標値のサンプル数を決定して前記平均化の演算処理を行なうことを特徴とする座標値の演算処理プログラム。
【請求項１９】
３次元座標が前記周期で連続的に検出されている期間において最初に有効となる３次元座標の内の少なくとも１軸の座標値に基づいて前記平均化する座標値のサンプル数を決定し、前記３次元座標の連続的な検出が中断したら前記サンプル数をリセットすることを特徴とする請求項１８に記載の座標値の演算処理プログラム。
【請求項２０】
所定周期毎に信号発信源から発信される信号を複数の受信手段により受信して、前記信号発信源から前記複数の受信手段までの距離のそれぞれを計測し、該計測した距離のそれぞれに基づいて前記信号発信源の位置の座標を検出する座標検出方式において、
検出された一連の座標値を平均化する演算処理を行なって処理結果の座標値を出力するように座標値の演算処理を行なう演算処理プログラムであって、前記計測した距離に基づいて平均化する座標値のサンプル数を決定して前記平均化の演算処理を行なうことを特徴とする座標値の演算処理プログラム。
【請求項２１】
前記信号発信源から信号が前記周期で連続的に発信されている期間において最初に有効となる信号に基づいて前記平均化するサンプル数を決定し、前記信号の連続的な検出が中断したら前記サンプル数をリセットすることを特徴とする請求項２０に記載の座標値の演算処理プログラム。
【請求項２２】
前記平均化の演算処理として移動平均を求める演算処理を行なうことを特徴とする請求項１８から２１までのいずれか１項に記載の座標値の演算処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、座標入力位置を指示する指示具の位置の座標を検出してホスト装置に入力する座標入力装置及び座標値の演算処理方法と演算処理プログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ、あるいはプロジェクター等の表示装置の表示画面に、座標を入力することができる座標入力装置を重ねて配置し、操作者が行ったポインティング（指示）或いは筆記による筆跡をディスプレイに表示し、あたかも、紙と鉛筆のような関係を実現することができる装置が知られている。座標入力装置としては、抵抗膜方式をはじめ、静電方式、ガラス等の座標入力面に超音波を伝播させる超音波方式等、透明な入力板を有するものや、光学式、あるいは空中に音波（超音波）を放射することで位置を検出する空中音波方式、さらには電磁誘導（電磁授受）方式の様に、表示装置の裏側に座標検出のための機構を配置し、表示装置の前面に透明な保護板を配置して、入出力一体の情報機器を構成している物もある。
【０００３】
この様な機器は、携帯性を有する小型の電子手帳に始まって、ペン入力コンピュータ等、表示デバイスの大型化に伴って、比較的大きなサイズの情報機器も見られるようになり、更に、フロントプロジェクタ、リアプロジェクタ、大型液晶ディスプレイあるいはＰＤＰ等の大型の表示装置と組み合わせて、例えばプレゼンテーション装置やＴＶ会議システム等に利用され始めている。
【０００４】
特に、大型表示装置と座標入力装置を組み合わせた装置は、従来オフィスにおいて使われていたホワイトボードあるいは電子黒板にとって変わり、パソコン内にあらかじめ用意した資料用データを大画面ディスプレイに表示させることで、会議用途、打ち合わせ用途に使われ始めている。その場合、ホワイトボードのように操作者あるいは出席者によりディスプレイに表示された情報を更新するために、直接画面をタッチすることで、そのタッチによる座標入力によりパソコンを制御して表示画面の表示内容を切り替えることができるように構成されている。
【０００５】
このような装置において、大勢の参加者を想定した打ち合わせ、及びネットワーク時代を考慮すれば、上記のように操作者が直接画面をタッチすることでパソコンを制御するばかりでなく、例えば画面を見ながら発表内容を聞いている会議参加者が、質問、或いは反論のための証拠資料を表示したりすることができるように、画面から離れた位置においても、画面の操作（表示情報の制御、所望位置の指示等）を行なったり、必要に応じてネットワークより情報を引き出せるような構成が好ましい。
【０００６】
さらに、大画面ディスプレイを用いたプレゼンテーションを考慮すると、操作者（発表者）は映し出された画像全体を認知しようと、画面より離れた位置に立つのが通例である。このことは、ＯＨＰ等を用いたプレゼンテーションで明らかなように、操作者と画面の距離は画像サイズが大きくなればより長くなる。この場合、画面の所望の位置を指示する手段として、画面を見ている参加者の視線をさえぎらないレーザポインタあるいは指し棒が常用されているが、それと同様のポインタとしての直線的な指示を行なえるように構成された空中音波（超音波）方式の座標入力装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００７】
その装置では、座標入力位置を指示する指示具（指示ペン）の長手方向に沿って配設された複数の音波発生手段から空中に発せられる音波（超音波）をディスプレイの画面の周囲に配置された３つ以上の音波検出手段により検出して複数の音波発生手段の位置の座標を算出し、それから複数の音波発生手段の位置を通る（結ぶ）直線とディスプレイの画面との交点（指示点）の座標を導出するようになっている。
【０００８】
【特許文献１】
特公平７−９７３０４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ポインタとしての指示を行なえる上記の空中音波方式の座標入力装置における指示では、レーザーポインタの操作性でも明らかなように、指示具と画面（指示面）の距離が大きくなるほど画面上の指示点の揺らぎが大きくなるという問題があった。この問題を図１５により説明する。
【００１０】
図１５（Ａ）は、操作者が画面のスクリーンから異なる距離の位置のそれぞれから、所定時間レーザポインタを保持してスクリーン上の１点に向かってレーザ照射をし続けた場合に、レーザポインタを保持した手元の振れにより、スクリーン上で照射されたレーザの輝点（指示点）が揺らぐ幅を測定した実験の結果を示している。照射距離が長くなる程その揺れ幅は大きくなり、照射距離１０ｍで幅約９０ｍｍに達する。つまり、照射距離が長くなれば操作者は所望の点を指示し続ける事ができない。
【００１１】
また図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）の結果を、レーザポインタを保持した手元の振れ角Θ（＝ｔａｎ−１　［（スクリーン上の輝点の揺れ幅／２）／（照射距離）］で整理した結果を示している。ここで手元の振れ角Θが照射距離に依存せずほぼ一定（約０．３°）である事から、レーザの輝点の揺れは、主にこの振れ角Θによって発生することが分かる。
【００１２】
上記ポインタとしての指示を行なえる空中音波方式の座標入力装置においても、座標検出精度が高精度であっても、同様に画面の指示を行なう場合に、指示具を保持する人間の保持能力で約０．３°の手元の振れ角があることから、指示点の揺らぎが発生し、指示具と画面の距離が大きくなる程、揺れ幅が大きくなる。その結果、この種の座標入力装置でＯＨＰ等の大画面上の所望の位置を指示具により離れた位置から指示する場合に、指示点（前述した交点）が揺らぎ、指示点に表示されるカーソルなどが揺らぎ、画面を見ているプレゼンテーションの参加者などにとって不快感、煩わしさ、疲れを感じさせてしまうという問題があった。この問題は空中音波方式に限らず、指示具によりポインタとしての直線的な指示を行なえるように構成された座標入力装置に共通するものである。
【００１３】
一方、空中音波方式の座標入力装置では、上記のポインタとしての指示を行なえるように構成されたものに限らず、音波発生手段を設けた指示具と、画面の周囲などに配置された音波検出手段との距離が大きくなる程、座標検出の分解能が低下するという問題がある。これについて以下に説明する。
【００１４】
一般的に空中音波方式の座標入力装置では、座標入力位置を指示する指示具に設けられた音波発生手段（音波信号の発信源）から所定周期毎に空中に発せられる信号としての音波（一般的に超音波）を例えばディスプレイの画面などに配置された複数の音波検出手段（音波信号の受信手段）により検出し、その音波の検出信号をアナログ回路で処理して音波検出手段への音波の到達タイミングを検出して音波の到達するまでの遅延時間を計測し、さらにその遅延時間から音波発生手段と音波検出手段間の距離を算出し、その距離に基づいて音波発生手段の位置の座標を算出している。
【００１５】
これに対して空中を伝播する音波のエネルギーは伝播距離が大きくなるにつれて指数関数的に減衰する。従って、指示具と音波検出手段の距離が大きくなるにつれて音波検出手段の音波の検出信号のレベルも指数関数的に減衰する。それに伴なって上記アナログ回路の出力も低下し、電気的に変換された信号以外の音波の成分（音響的ノイズ）や回路上存在する電気的ノイズと信号の比、つまりＳ／Ｎも低下する。この結果、上記の到達タイミングの検出分解能が低下し、上記遅延時間の計測分解能も低下する。これにより、図１６に示すように、音波発生手段と音波検出手段間の測定距離にほぼ比例してその距離の測定分解能が低下し、座標検出分解能も低下することになる。
【００１６】
これにより、例えば前述したポインタとしての直線的な指示を行なえるように構成されていない（指示具の音波発生手段が１つのみの）装置でも、（表示画面から離れた位置で指示具の位置のＸ軸とＹ軸の座標入力により表示画面上のカーソルの位置を制御する場合、指示具と表示画面の距離が大きくなるほど座標検出分解能が低下するため、カーソルが大きく揺らぐというような問題があった。
【００１７】
なお、この測定距離の増大に伴う座標検出分解能の低下の問題は、空中音波方式の座標入力装置に限らず、座標入力位置を指示する指示具に設けられた信号発信源から所定周期毎に発信される信号を複数の受信手段により受信して、前記信号発信源から前記複数の受信手段までの距離のそれぞれを計測し、該計測した距離のそれぞれに基づいて前記信号発信源の位置の座標を検出する方式の座標入力装置に共通するものである。
【００１８】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたもので、その課題は、座標入力装置において、上述した座標検出のための測定距離の増大に伴う座標検出分解能の低下を補償することができるとともに、特にポインタとして構成される場合に問題となる指示面（座標入力面）までの距離の増大に伴う指示面上での指示点の揺らぎの増大を抑えることができるようにすることにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明によれば、
座標入力位置を指示する指示具の位置の３次元座標を所定周期毎に検出する座標入力装置において、
検出された一連の３次元座標の少なくとも１軸の座標値を平均化する演算処理を行なって処理結果の座標値を出力する演算処理手段を有し、該演算処理手段は前記検出された３次元座標の少なくとも１軸の座標値に基づいて平均化する座標値のサンプル数を決定して前記平均化の演算処理を行なう構成を採用した。
【００２０】
また、所定周期毎に信号発信源から発信される信号を複数の受信手段により受信して、前記信号発信源から前記複数の受信手段までの距離のそれぞれを計測し、該計測した距離のそれぞれに基づいて前記信号発信源の位置の座標を検出する座標入力装置において、
検出された一連の座標値を平均化する演算処理を行なって処理結果の座標値を出力する演算処理手段を有し、該演算処理手段は前記計測した距離に基づいて平均化する座標値のサンプル数を決定して前記平均化の演算処理を行なう構成を採用した。
【００２１】
また、所定周期毎に信号発信源から発信された信号を複数の受信手段により受信して、前記信号発信源から前記複数の受信手段までの距離のそれぞれを計測し、該計測した距離のそれぞれに基づいて前記信号発信源の位置の座標を検出する座標入力装置において、
計測した一連の距離を平均化する演算処理を行なって処理結果の平均距離に基づいて前記信号発信源の位置の座標を算出する演算処理手段を有し、該演算処理手段は、前記計測した距離に基づいて平均化する距離のサンプル数を決定して前記平均化の演算処理を行なう構成を採用した。
【００２２】
また、所定周期毎に音波発生源から空中に発せられた音波を複数の検出手段により検出して、前記音波発生源から複数の検出手段までの音波の到達時間のそれぞれを計測し、該計測した到達時間のそれぞれに基づいて前記音波発生源の位置の座標を検出する座標入力装置において、
計測した一連の到達時間を平均化する演算処理を行なって処理結果の平均到達時間に基づいて前記音波発生源の位置の座標を算出する演算処理手段を有し、該演算処理手段は、前記計測した到達時間に基づいて平均化する到達時間のサンプル数を決定して前記平均化の演算処理を行なう構成を採用した。
【００２３】
さらに、上記の座標入力装置の構成に対応する座標値の演算処理方法と座標値の演算処理プログラムの構成を採用した。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態を説明する。ここでは３次元（空間）座標の検出可能な空中音波方式の座標入力装置における実施形態を示す。
【００２５】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態を図１〜図８により説明する。
【００２６】
図１は本実施形態における座標入力装置の全体の概略構成を示すものである。図１中で４は、座標入力位置を指示する指示具であるところの座標入力ペンであって、操作者による操作により空中に音波（可聴音波でもよいが超音波の方が好ましい）を発生するように構成されている。発生した音波は、ディスプレイ６の表示画面の周囲に配置された複数（ここでは４個）の検出センサ３ａ〜３ｄにより検出され、それぞれの検出信号が後述する方法により信号波形検出回路２で処理されて検出センサ３ａ〜３ｄへの音波の到達タイミングが検出され、それにより演算制御回路１において検出センサへの音波の到達時間が計測され、それに基づいて座標入力ペン４の音波発生源の位置の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が算出されるように構成されている。
【００２７】
演算制御回路１は装置全体を制御するとともに、得られる座標データを基に、ディスプレイ駆動回路７を介して、ディスプレイ６に表示されているカーソルを移動したり、あるいは文字や図形などの筆記情報をディスプレイ６に表示、追記できるように構成されている。
【００２８】
このように、座標入力装置とディスプレイ６を組み合わせることで、ディスプレイ６の表示画面上で座標入力ペン４を操作した場合には、あたかも紙と鉛筆の様な関係を実現することができるマンマシンインターフェースを提供すると共に、表示画面より離れた位置で座標入力ペン４を操作した場合には、例えば表示画面上でカーソルを移動させるなどして遠隔操作による画面制御を行なうことができる。
【００２９】
次に、座標入力装置の構成と動作の詳細を説明する。まず図２により座標入力ペン４の構成について説明する。座標入力ペン４には音波発生源（音波信号の発信源）４３、駆動回路４５、電源４６が内蔵されており、音波発生源４３は駆動回路４５により駆動される。駆動回路４５は、タイマと発振回路、並びに座標入力ペン４に具備されている複数のスイッチ４１，４２ａ，４２ｂの操作情報を検知して制御する制御回路等で構成されている。音波発生源４３の駆動信号は、前記タイマによって発せられる所定の周期で繰り返すパルス信号であって、前記発振回路により所定のゲインで増幅された後、音波発生源４３に印加される。この電気的な駆動信号は音波発生源４３によって機械的な振動に変換され、その振動による音波が空中に放射される。その一方で、前記音波の放射タイミングと同期した光信号が赤外ＬＥＤ等の発光手段４４より発信される。
【００３０】
なお座標入力ペン４は、そのペン先端部を押圧することで動作するペン先スイッチ４１、並びに座標入力ペン４の筐体側面に設けられた２つのペンサイドスイッチ４２ａ，４２ｂを備えている。これらのスイッチのいずれかが押圧されてオンすることに応じて駆動回路４５が音波発生源４３を駆動する。
【００３１】
さて駆動回路４５から音波発生源４３に印加される駆動信号の周期は、例えば１０ｍｓｅｃであり、その場合、音波が１秒間あたり１００回放射され、座標出力サンプリングレートは１００回／秒となる。その周期毎に座標入力ペン４から音波とスタート信号である光信号が放射されることになる。
【００３２】
放射された音波は音波発生源４３から各検出センサ３ａ〜３ｄ迄の距離のそれぞれに応じた時間だけ遅延して各検出センサ３ａ〜３ｄに到達し、検出される。その検出信号のそれぞれは信号波形検出回路２に入力され、そこで検出信号の波形から各検出センサ３ａ〜３ｄへの音波の到達タイミングが検出される。その動作を図３及び図４により以下に説明する。図３は各信号のタイミングチャートであり、図４は信号波形検出回路２の構成を示すブロック図である。
【００３３】
図３において、符号１０１は座標入力ペン４の駆動回路４５で発生される駆動信号であり、この駆動信号１０１の発生と同時に後述のように音波の到達時間の計時をスタートさせるためのスタート信号としての光信号が発光手段４４から発せられる。この光信号は、図１に示すようにディスプレイ６の表示画面の近傍に設けられた受光素子５によって受光され、図４に示す信号波形検出回路２の周波数検波回路２１０で検波されて制御信号検出回路２１１で検出され、演算制御回路１に入力される。これにより後述する演算制御回路１のタイマ３０３が計時をスタートさせられる。
【００３４】
一方、駆動信号１０１により座標入力ペン４の音波発生源４３が駆動され、音波が空中に放射され、音波発生源４３と各検出センサ３ａ〜３ｄ間の距離に応じた遅延時間をかけて、各検出センサ３ａ〜３ｄに到達し、検出される。
【００３５】
なお、図３において検出センサ３は、検出センサ３ａ〜３ｄの個々を代表して示したものであり、符号２０１〜２０７の構成が検出センサ３ａ〜３ｄのそれぞれに対して設けられる。
【００３６】
検出センサ３の音波検出信号は、前置増幅回路２０１で所定レベルまで増幅される。その信号を図３に符号１０２で示してある。この音波検出信号１０２が絶対値回路と低域通過フィルタ等から構成されるエンベロープ検出回路２０３で処理され、信号１０２のエンベロープ１０３のみが取り出される。このエンベロープ１０３に着目すると、その波形が伝播する音速は群速度Ｖｇであり、このエンベロープ１０３の波形の特異点、例えばピークや変曲点を検出すると、音波の音波発生源４３から検出センサ３に到達するまでの群速度Ｖｇに関わる遅延時間（到達時間）Ｔｇが得られる。
【００３７】
本実施形態では変曲点を求めるため、エンベロープ信号１０３は２階微分回路２０６と、コンパレータからなるゲート信号発生回路２０５に入力される。２階微分回路２０６はエンベロープ信号１０３を２階微分して２階微分信号１０６を生成する。ゲート信号発生回路２０５はエンベロープ信号１０３のレベルが所定の閾値レベル１０４を上回る間だけ開く（ローレベルになる）ゲート信号１０５を発生する。
【００３８】
２階微分信号１０６とゲート信号１０５は、ゼロクロスコンパレータなどからなるＴｇ信号検出回路２０７に入力される。この回路２０７は、ゲート信号１０５が開いている間で２階微分信号１０６が最初にゼロクロスする点を変曲点として検出し、その検出信号であるＴｇ信号１０７を発生する。このＴｇ信号１０７が演算制御回路１に入力され、同回路１においてＴｇ信号１０７により音波の群速度Ｖｇに関わる遅延時間Ｔｇが計測される。さらに、この遅延時間Ｔｇと群速度Ｖｇから音波発生源４３と検出センサ３間の距離Ｌが次式により求められる。
【００３９】
Ｌ＝Ｖｇ×Ｔｇ　　　　　　　　…（１）
なお、厳密に言えば遅延時間Ｔｇには波形処理に関わる回路の遅延分が含まれるが、その影響は除去することができるので、ここでは説明を簡略化するために、回路遅延時間は無いものとして説明する。
【００４０】
次に、演算制御回路１の構成と動作を図５のブロック図により説明する。演算制御回路１の構成を示す図５中において、３０１は、演算制御回路１及び本座標入力装置全体を制御するマイクロコンピュータであり、制御の主体となるＣＰＵ３０１ａ、制御プログラムを記憶したＲＯＭ３０１ｂ、そしてワークエリアとして計算等に使用するＲＡＭ３０１ｃ、不図示の定数等を記憶する不揮発性メモリ及びカウンタなどによって構成されている。
【００４１】
前述した通り、座標入力ペン４の音波発生源４３の駆動信号１０１と同期した光信号のスタート信号が信号波形検出回路２の制御信号検出回路２１１で検出され、マイクロコンピュータ３０１に入力される。これに応じてマイクロコンピュータ３０１はカウンタなどで構成されたタイマ３０３をスタートさせる。こうすることで、音波発生源４３の駆動タイミングとタイマ３０３のスタートタイミングの同期が得られるので、音波発生源４３で発生した音波が各検出センサ３ａ〜３ｄのそれぞれに到達するまでの時間（先述した遅延時間Ｔｇ）を測定することが可能となる。
【００４２】
音波が各検出センサ３ａ〜３ｄに到達して検出される毎に、信号波形検出回路２から各検出センサ３ａ〜３ｄからの先述したＴｇ信号１０７である音波到達タイミング信号Ｔｇａ〜Ｔｇｄが検出信号入力ポート３０６を介してラッチ回路３０４ａ〜３０４ｄに各々入力される。ラッチ回路３０４ａ〜３０４ｄの各々は、対応するセンサよりのタイミング信号を受信すると、その時のタイマ３０３の計時値をラッチする。
【００４３】
この様にして座標検出に必要な全ての検出信号の受信がなされたことを判定回路３０５が判定すると、マイクロコンピュータ３０１にその旨の信号を出力する。これを受けてマイクロコンピュータ３０１は、ラッチ回路３０４ａ〜３０４ｄから各検出センサ３ａ〜３ｄまでの音波到達時間を読み取り、後述する計算を行なって、座標入力ペン４の音波発生源４３の位置の座標を算出する。さらに、この得られた座標値（絶対座標値）を後述する方法で処理した結果を、Ｉ／Ｏポート３０７を介してディスプレイ駆動回路７に出力し、ディスプレイ６の対応する位置に例えばドット等を表示し得るようにする。またＩ／Ｏポート３０７を介して不図示の外部インターフェース回路に座標情報を出力することによって、外部機器に座標値を出力することができる。
【００４４】
次に座標入力ペン４の音波発生源４３の位置の３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）の算出方法を図６により説明する。図６に示すように、長方形のディスプレイ６の４つの角部のそれぞれの近傍に検出センサ３ａ〜３ｄが配置されるものとし、ディスプレイ６の平坦な表示画面の中心を原点Ｏ（０，０，０）、表示画面内で表示画面の横方向に沿って原点Ｏを通る１軸をＸ軸、表示画面内で表示画面の縦方向に沿って原点Ｏを通る１軸をＹ軸、Ｘ軸とＹ軸に直交する１軸をＺ軸とする。なお、Ｄｉｓｐ＿Ｘは表示画面（表示領域）のＸ軸方向の長さをＹ軸で２等分した長さ、Ｄｉｓｐ＿Ｙは表示画面（表示領域）のＹ軸方向の長さをＸ軸で２等分した長さである。
【００４５】
そして、前述のようにして求められる音波発生源４３と各検出センサ３ａ〜３ｄの距離を各々Ｌａ〜Ｌｄ、Ｘ軸方向の検出センサ間距離をＸｓ−ｓ、Ｙ軸方向の検出センサ間距離をＹｓ−ｓとすれば、三平方の定理から、
【００４６】
【数１】
2004133566.tif 000003
【００４７】
である。これから音波発生源４３の位置のｘ座標は、次式により求められる。
【００４８】
【数２】
2004133566.tif 000004
【００４９】
同様にしてｙ座標とｚ座標は次式により求められる。
【００５０】
【数３】
2004133566.tif 000005
【００５１】
このような演算をマイクロコンピュータ３０１が行なうことにより、座標入力ペン４の音波発生源４３の位置の３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を算出することができる。
【００５２】
なお、上記（３）〜（５）式から分かるように、例えば距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが分かれば、つまり３個の検出センサと音波発生源４３の距離を測定できれば音波発生源４３の位置座標を算出できる。本実施形態では、検出センサとして３ａ〜３ｄの４個を用いているので、例えば、音波発生源４３からの距離が最も遠いセンサの情報を使わず（このセンサでは、距離が最も遠いために出力信号レベルが最も小さくなっている）、残り３個の距離情報のみで座標を算出することで、信頼性の高い座標算出を可能としている。また、この距離が最も遠いセンサの情報を活用することで、出力された座標値の信頼性が高いものか判定することも可能である。具体的方法としては、例えば、距離情報Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃで算出された座標値と、距離情報Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄで算出された座標値は同一の値を出力するはずであり（距離情報の組み合わせを変更して演算する）、両者が一致しない場合には、いずれかの距離情報が不正、つまり誤検出したことになるので、その場合には、座標値を出力しない、と言った信頼性を向上させる構成も実施可能となる。
【００５３】
なお、以上に説明した構成は、単に座標入力ペン４の音波発生源４３の位置の３次元座標の入力だけを行なうものであるが、特許文献１に記載されたものと同様に、音波発生源４３を２つ座標入力ペン４の長手方向に沿って並ぶように設け、その２つの位置のそれぞれの３次元座標を検出し、それからその２つの位置を結ぶ直線とディスプレイ６の表示画面との交点の位置の座標を導出するようにすれば、レーザーポインタと同様に表示画面の所望の位置を直線的に指示するポインタとして用いることができる。
【００５４】
ところで、本実施形態では、前述した発明の課題を解決するために、検出される一連の３次元座標の内のｘ座標とｙ座標を平均化する演算処理（以下、平均化処理という）をマイクロコンピュータ３０１（のＣＰＵ３０１ａ）が行なう。
【００５５】
この平均化処理は、周期的に逐次検出される一連のｘ座標値とｙ座標値の算術平均を求めて平均化する処理であり、その際に検出されるｚ座標値が大きくなるほど１回に平均化する座標値のサンプル数（以下、平均化サンプル数という）を大きくする。
【００５６】
この平均化処理の詳細を図７により以下に説明する。図７は平均化処理の演算処理手順を示すフローチャートであり、これに対応した演算処理プログラムがマイクロコンピュータ３０１のＲＯＭ３０１ｂに格納され、ＣＰＵ３０１ａにより実行される。
【００５７】
図７の処理では、まずステップＳ１０１において、後述のように逐次検出されて記憶されるｘ，ｙ，ｚ座標値のそれぞれのサンプル数を示す整数ｎを０に初期化し、その後、座標入力ペン４の音波発生源４３の位置の座標が検出されるまで、待機する。
【００５８】
ここで、あるタイミングで座標が検出されると、ステップＳ１０２においてサンプル数ｎを『１』インクリメントし（この場合、最初でｎ＝１になる）、その後、ステップＳ１０３で検出した座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）をｎ番目のサンプルの座標値（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）としてＲＡＭ３０１ｃに記憶する。
【００５９】
続いて、ステップＳ１０４でサンプル数ｎ＝１か否か判定し、ｎ＝１の場合はステップＳ１０５で検出された座標値の内のＺ座標値に基づいて平均化サンプル数Ｋｅｎｄを設定する。その設定方法は、上述のようにＺ座標値が大きくなる程（言い換えれば、座標入力ペン４がディスプレイ６の表示画面（Ｚ＝０）からより離れた所に位置する程）、平均化サンプル数Ｋｅｎｄの値をより大きく設定する様にし、その増大方法は、例えばＺ座標値の増大に応じて比例的あるいは指数関数的に増大させても良い。
【００６０】
ステップＳ１０５の後、及びステップＳ１０４でサンプル数ｎ＝１でなかった場合、ステップＳ１０６に進み、サンプル数ｎの値が平均化サンプル数Ｋｅｎｄの値と一致しているか判定し、一致しない場合にはステップＳ１０８で座標が連続的に検出されているか判定し、連続的に検出されている場合には、ステップＳ１０２に戻りステップＳ１０２〜Ｓ１０６，Ｓ１０８の処理を繰り返す。これにより、連続的な座標検出が中断されない限り、ステップＳ１０６でサンプル数ｎの値が平均化サンプル数Ｋｅｎｄの値と一致するまで逐次検出された座標が記憶される。
【００６１】
そして、ステップＳ１０６でサンプル数ｎの値が平均化サンプル数Ｋｅｎｄの値と一致した場合には、ステップＳ１０７で一連の動作で検出され記憶されたＸ座標値とＹ座標値（それぞれ平均化サンプル数Ｋｅｎｄ個の座標値が存在している）の算術平均（相加平均）値、すなわち、それぞれの座標値の合計値を平均化サンプル数Ｋｅｎｄで除した商の座標値Ｘａｖｅ，Ｙａｖｅを算出し、Ｉ／Ｏポート３０７を介してディスプレイ駆動回路７や他の外部機器などに出力する。ここでＺ座標値の平均値Ｚａｖｅも算出して出力するようにしてもよい。例えば座標入力ペン４に音波発生源４３を２つ設けてポインタとして構成する場合にはＸ，Ｙ，Ｚの座標値の全ての平均化処理を行なう。また、用途に応じて、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標値のいずれか１つのみの平均値を算出して出力することもあり得る。
【００６２】
このようにして平均値を出力した後、一連の処理を終了（ステップＳ１０９）して、ステップＳ１０１のサンプル数ｎの初期化、待機状態に戻る。
【００６３】
一方、ステップＳ１０８で連続的に座標検出が行なわれていなかった場合、すなわち連続検出状態が中断した場合には、整数ｎが平均化サンプル数Ｋｅｎｄの値に達していなくても、ステップＳ１０９に進んで処理を終了する。これは連続的に座標検出が行われている状態であればこそ、平均化処理による座標値が有効となるためである。
【００６４】
なお、ここでの座標の連続検出の判定方法について説明しておく。本座標入力装置が例えば座標検出を１００回／秒の座標サンプリングレートで行えるものとすれば、１０ｍｓｅｃの周期毎に座標が検出される。この周期を計測することで、連続的に座標検出が行われているかを判定することができる。具体的には、例えば、制御信号検出回路２１１が検出する光信号のスタート信号の発生タイミングを監視（この場合、サンプリングレートを１００回／秒とすれば、０．０１秒毎にスタート信号が発生する）する事によって、連続検出の状態にあるかどうかを判定する。また、その他の方法として、直接に図３の音波検出信号１０２の到達間隔を監視する。この場合は、座標入力ペン４の移動に伴ってペン４と各検出センサ３ａ〜３ｄの距離が絶えず変化するので、サンプリングレートに基づく時間（サンプリングレートを１００回／秒とすれば０．０１秒）に対して距離変化に伴なう音波の伝達時間の差が増減される。従って約０．０１秒程度の周期（理論的には０〜０．０２秒の範囲内に必ず信号が受信される）と言う表現になり、実用上０．０１秒以内におけるペン４の最大移動量を考慮し、例えば０．０１５秒以内に信号が受信できたときには連続して座標検出が行われていると判定する。
【００６５】
以上のように、検出されたｚ座標値が大きくなるほど、すなわち座標入力ペン４と検出センサ３ａ〜３ｄとの距離が大きくなるほど大きな平均化サンプル数でｘ，ｙないしｚ座標値を平均化して出力することにより、上記距離が大きくなるほど座標検出分解能が低下することを補償することができる。つまり、座標検出分解能の低下による検出座標値のばらつきを検出座標値の平均化によって消去することができ、それにより実質的に座標検出分解能を向上させることができる。そして、ディスプレイ６の表示画面から離れた位置から座標入力ペン４の位置のＸ，Ｙ座標の入力により表示画面上のカーソルの位置を制御する場合に距離の増大に伴うカーソルの揺らぎを抑えることができる。
【００６６】
また、座標入力ペン４に音波発生源４３を２つ設けてポインタとして構成した場合、前述のように、操作者が表示画面から離れた位置からペン４で表示画面上の所望の位置を指示する際に、操作者がペン４を保持する手元の振れによる表示画面上の指示点（２つの音波発生源４３を結ぶ直線と表示画面の交点）の揺らぎを平均化処理により抑制することができる。つまり、ペン４を保持した手元の振れによる２つの音波発生源４３の位置の座標値の変動を、その平均化により抑制することができ、それにより、前記座標値から導出される表示画面上の指示点（上記の交点）の座標値の変動、すなわち指示点の揺らぎを抑制することができる。こうして、表示画面上の指示点の揺らぎを抑制して、指示点に表示されるカーソルなどの揺らぎを抑制することができ、表示画面を見ている人にとって見易い環境を提供することができる。
【００６７】
ただし、上記の平均化処理により、座標サンプリングレートが実質的に低下する。例えば、図７のステップＳ１０５で平均化サンプル数Ｋｅｎｄの値がＫｅｎｄ＝１０にセットされたと仮定すると、例えば座標サンプリングレート１００回／秒の性能を有する座標入力装置の場合、この平均化処理により外部への座標値の出力は秒あたり１０回に低下することになる。しかし、これは以下の理由により問題ない。
【００６８】
操作者にとってみれば、Ｚ＝０、つまりディスプレイ６の表示画面上では、座標入力ペン４によって文字、図形等の筆記入力を行い、その筆跡を表示する事で『ホワイトボード』のように情報を記録できることが重要であり、文字、図形としてその筆跡を忠実に再現するために十分な座標サンプリングレートが確保されていなければならない。
【００６９】
しかし、画面から離れるに従って、その機能は重要でなくなり、離れた場所で特定の位置を『指示できる』、或いは特定の文章に『アンダーラインを引く』、さらには特定の領域を『囲む（選択する）』と言った大雑把な動作の機能が重要になる。つまり、画面から離れるに従って座標サンプリングレートが実質的に低下しても、上記の『大雑把な動作』の実現は可能であり、問題ない。
【００７０】
また、本実施形態では、座標算出に関して、時間遅れが発生する。つまり、座標入力した時点から平均化サンプル数Ｋｅｎｄ分の座標算出が行われなければ、外部への座標出力を行わない仕様なので、例えば、座標入力装置のサンプリングレートを１００点／秒、平均化サンプル数Ｋｅｎｄを１０回とすれば、１０ｍｓｅｃの時間遅れが生じる。しかし、検討の結果、その程度の時間遅れでは、人間の感覚（座標入力したのに、出力されない、或いは遅れていると感じる間隔）として問題なく操作できることが確認されている。平均化サンプル数Ｋｅｎｄがそれ以上の値になると、人間は遅れていると感じ始めるが、そのような平均化サンプル数に設定されるのは、音波発生源４３と検出センサ３ａ〜３ｄの距離が比較的大きな距離、言い換えれば、ディスプレイ６の表示画面から十分に離れた距離となっているので、その時の使用目的（細かい字や図形を入力するのでなくて、指し示す等の大雑把な動作）を鑑みれば、実用上問題無い。これは、次に述べる第２の実施形態、及び後述する第３の実施形態についても同様に言えることである。
【００７１】
［第２の実施形態］
上述した第１の実施形態の平均化処理では座標サンプリングレートが実質的に低下する。これに対処して座標サンプリングレートが実質的に低下しないようにして平均化処理を行なう第２の実施形態を図８により説明する。なお、第２の実施形態の装置に関して平均化処理の方法以外は第１の実施形態と共通とする。
【００７２】
図８は第２の実施形態における平均化処理の演算処理手順を示すフローチャートであり、これに対応した演算処理プログラムがマイクロコンピュータ３０１のＲＯＭ３０１ｂに格納され、ＣＰＵ３０１ａにより実行される。
【００７３】
図８の処理手順においてステップＳ１０１〜Ｓ１０９は第１の実施形態の図７のステップＳ１０１〜Ｓ１０９と共通であり、新たに付加されたステップＳ１１０だけ異なる。以下、図７の処理と共通の部分の説明は省略し、異なる部分のみ説明する。
【００７４】
図７の処理では、ステップＳ１０７においてそれまでの動作で検出され記憶された平均化サンプル数Ｋｅｎｄ個のＸ座標値とＹ座標値ないしＺ座標値の算術平均値Ｘａｖｅ，ＹａｖｅないしＺａｖｅを算出して外部に出力した後、処理を終了し（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０１へ戻ったのに対し、図８の処理ではステップＳ１０７の後にステップＳ１１０に進む。
【００７５】
ステップＳ１１０では、それまでの動作でＲＡＭ３０１ｃに記憶されている平均化サンプル数Ｋｅｎｄ個ずつのＸ，Ｙ，Ｚ座標値のそれぞれについて、最初の（最も古い）サンプルＸ１，Ｙ１，Ｚ１を消去した上で、残るサンプルＸｎをＸｎ−１、ＹｎをＹｎ−１、ＺｎをＺｎ−１として再記憶する。例えば平均化サンプル数Ｋｅｎｄが３だとするとＸ２をＸ１、Ｘ３をＸ２として再記憶する。またサンプル数ｎを「１」デクリメントする。
【００７６】
ステップＳ１１０の後はステップＳ１０８に進んで座標が連続的に検出されているか否か確認し、連続的に検出されていたらステップＳ１０２に戻り、ステップＳ１０２以下の処理を繰り返す。
【００７７】
また、ステップＳ１０８で座標が連続的に検出されていなかった場合、つまり座標の連続入力動作が終了した場合、記憶している座標値及び平均化サンプル数Ｋｅｎｄなどの情報を全てリセットして処理を終了し（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０１に戻る。
【００７８】
このような本実施形態の平均化処理によれば、座標検出が連続的になされている限り、検出される座標のサンプル数が最初に平均化サンプル数Ｋｅｎｄに達した以後は１回の座標の検出毎に、座標の平均化、平均値の出力がなされ、移動平均の出力がなされる。従って、座標入力装置の本来の座標のサンプリングレートが例えば１００回／秒なら１００回／秒というようにそのままに維持される。
【００７９】
本実施形態の構成を採用したサンプリングレート１００回／秒の座標入力装置を用いた実験の結果、Ｚ＝０において（表示画面上の入力であって、文字、図形を入力するために高速のサンプリングレートが要求される状態）も平均化サンプル数１０回以下であれば、違和感無く的確な文字入力が行え、この観点で、座標入力装置の本来の座標検出分解能が比較的悪い場合であっても、本実施形態の構成を採用することで、座標検出分解能を向上できることがわかる。また、第１の実施形態に比べて表示画面から離れた所からでも高サンプリングレートで座標入力を行なうことができる。
【００８０】
以上説明した第１と第２の実施形態では、検出座標値の平均化処理を座標入力装置の内部で実行するものとしたが、座標入力装置が検出した座標値を受け取るホストコンピュータなどにおいて平均化処理を行なうものとしてもよい。
【００８１】
また、座標の連続検出を判定する方法として、座標入力装置のサンプリングレートに基づいて座標出力タイミングを監視して判定する方法の他に、例えば所定時間を設定して、その時間と座標出力タイミングを比較して判定しても良い。
【００８２】
また、第１と第２の実施形態では、検出したｘ，ｙ，ｚ座標値の内のｚ座標値という１軸座標値に基づき平均化サンプル数Ｋｅｎｄを決定していたが、検出したｘ，ｙ，ｚ座標値の全てに基づいて平均化サンプル数を決定する方法もある。例えば検出したｘ，ｙ，ｚ座標値により、その座標値の位置（音波発生源４３の位置）からディスプレイ６の表示画面の中心である座標系の原点Ｏまでの距離を算出し、その距離に基づき平均化サンプル数を決定するようにしてもよい。また、検出したｘ，ｙ，ｚ座標値の内の２軸の座標値に基づいて平均化サンプル数Ｋｅｎｄを決定することも考えられる。
【００８３】
また、従来知られているように、座標入力装置によって相対的に位置座標を設定し表示画面上のカーソルの位置を制御する仕様にあっては、座標入力ペン４によって指示された位置の絶対座標値とカーソルの表示位置は異なっている（相対的にずれている）ので、カーソルの表示位置を絶対位置としてまず算出し、そのカーソルの絶対位置と座標入力ペン４の絶対位置との距離を算出して、その距離に応じて平均化サンプル数を決定するようにしてもよい。
【００８４】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態を図９〜図１４により説明する。なお、本実施形態の座標入力装置のハードウェアの構成及び座標検出の基本的な動作は先述した第１と第２の実施形態と共通とし、共通部分の説明は省略し、異なる点のみ説明する。
【００８５】
本実施形態では、第１と第２の実施形態では説明しなかった座標入力ペン４のペンダウンとペンアップの動作モードの切り換え、及び絶対座標と相対座標の出力モードの切り換えを図９の表図に示すように、座標入力ペン４のペン先スイッチ４１、ペンサイドスイッチ４２ａ，４２ｂの操作、及び検出したｘ，ｙ，ｚ座標値に応じて行なう。
【００８６】
まず、ペンダウンとペンアップの動作モードの切り換えについて説明する。ディスプレイ６の表示画面上において、ペンダウン状態の座標入力により文字や図形の筆記入力が行なわれ、ペンアップ状態の座標入力によりカーソルの移動やアイコンのクリックなどが行なわれるものとする。その切り換えは、座標入力ペン４のペン先スイッチ４１、ペンサイドスイッチ４２ａ，４２ｂの操作に応じて図１０のフローチャートに示す処理手順で以下のように行なわれる。なお、以下では「スイッチ」を「ＳＷ」と略す。
【００８７】
図１０の処理手順では、まず処理のスタート（ステップＳ４０１）後、操作者が座標入力ペン４を握って表示画面（座標入力面）を押圧することで、ペン先ＳＷ４１がオンしたら（ステップＳ４０２）、駆動回路４５の制御回路はペンダウン状態と判定し、音波発生源４３を所定周期で駆動し、音波が空中に放射されるようにすると共に、ペンダウン状態であることを演算制御回路１に通知する（ステップＳ４０６）。
【００８８】
その通知方法としては、例えば、ペンダウン状態の情報を発光手段４４から放射される光信号としてのスタート信号に重畳させて送信し、制御信号検出回路２１１で検波して検出できるようにする。また、音波発生源４３から放射する音波の周波数を変更し、演算制御回路１側でそれを検波することで、ペンアップ／ペンダウンを判定することも可能である。
【００８９】
ペンダウン状態で検出されたｘ，ｙ座標値が表示領域（表示画面の領域）内の座標値（図６においてｘ＜±Ｄｉｓｐ＿Ｘ、ｙ＜±Ｄｉｓｐ＿Ｙの範囲）であれば、演算制御回路１のマイクロコンピュータ３０１のＣＰＵ３０１ａは、その座標値を出力する（図９参照）。これにより通常の紙と鉛筆の様な関係で、座標入力ペン４の移動に伴なう軌跡が表示画面上に出力される事になる。
【００９０】
一方、ペン先ＳＷ４１がオンしているのに、検出されたｘ，ｙ座標値が表示領域外である時には、例えば操作者が筆記入力と無関係に無意識のうちにペン先ＳＷ４１を動作させてしまっている状態が想定されるので、この場合には、座標出力を禁止する。同様にペン先ＳＷ４１がオンしている状態は、座標入力ペン４により表示画面（座標入力面）を押圧する状態であるから、この時検出されるＺ軸座標値は、ほぼ『０』であるはずであり、『０』とならない場合には、やはり操作者による誤操作が想定されるので、この場合も座標出力を禁止する（図９参照）。
【００９１】
一方、ペン先ＳＷ４１がオフ状態の場合は、操作者により座標入力面を押圧する事で筆記動作している状態にはなっていない。しかしながら、表示画面の近傍あるいは離れた位置で、さらには表示画面（表示領域）の外側で、例えば表示されているカーソルを移動したり、アイコンをダブルクリック等して所望の画面操作ができることは非常に利点が大きい。
【００９２】
そのため、ステップＳ４０３〜Ｓ４０５でペンサイドＳＷ４２ａ，４２ｂのどちらか一方のみがオンされたら、駆動回路４５の制御回路はペンアップ状態と判定し、音波発生源４３を駆動して音波を発生させ、カーソルの移動などを可能にするとともに、ペンアップ状態であることを演算制御回路１に通知する（ステップＳ４０７）。
【００９３】
また、ステップＳ４０３〜Ｓ４０５でペンサイドＳＷ４２ａ，４２ｂの両方がオンされたら、駆動回路４５の制御回路は、ペン先ＳＷ４１がオンしていなくてもペンダウン状態と判定し、音波発生源４３を駆動して音波を発生させるとともに、ペンダウン状態であることを演算制御回路１に通知する（ステップＳ４０６）。
【００９４】
上述のように、ペンサイドＳＷ４２ａ，４２ｂを操作することで、ディスプレイ６の表示画面から離れた位置で座標を入力し、カーソルを移動（ペンアップ状態）したり、あるいは筆記（ペンダウン状態）したりできるが、この様な場合（ペン４が直接ディスプレイ６の表示画面に接触しておらず、ペン先ＳＷ４１がオンしていない状態）において、ディスプレイ６の表示画面上、あるいは表示画面の近傍で座標入力動作させる場合と、表示画面から比較的離れた位置、或いは表示領域の外側で座標入力動作をさせる場合とでは操作上、要求される仕様が異なる。
【００９５】
まず、前者の場合、座標入力ペン４を移動することで、例えば表示されているカーソルを直感的に、しかもダイレクトに所望の位置に正確に移動することが要求される。しかし後者の場合においては、例えば表示されているカーソルを所望の位置に移動させるためには、座標入力ペンの移動に応じて、カーソルを相対的に移動させることが要求される。つまり操作者が、大型のディスプレイを使ってプレゼンテーションをしようとする場合、直接画面をタッチ（座標入力）することで、表示情報を制御したり、情報（文字、図形）等を筆記することができる（紙と鉛筆の関係）手段であるとともに、単に情報を指し示す場合に有っては、操作者がその場に行って指し示すのではなく、離れた場所で、言い換えれば聞き手側からみて表示されている情報が操作者によって隠されることが無い状態で、所望の画面制御や情報の追加ができるのが好ましい。さらには、この種の大型の入出力一体のシステムを考慮して大勢の参加者を想定した打ち合わせなどを考えれば、上述したような操作者が直接画面をタッチしたりすることでパソコンを制御するばかりでなく、例えば画面を見ながら発表内容を聞いている会議参加者が、質問、或いは反論のための証拠資料を表示したりすることができるように、画面から離れた位置においても、画面を操作したり、必要に応じてネットワークより情報を引き出せるような構成になるのが好ましい形態であると言える。
【００９６】
そこで本実施形態では、検出された座標値（ｘ，ｙ，ｚ）に応じて、図９の表に示す出力座標値として絶対座標値を出力する出力モード１と、相対座標値（後述する差分）を出力する出力モード２との座標出力モードの切り換えを行なうとともに、先述した発明の課題を解決するために、第２の実施形態と同様の検出座標値の平均（移動平均）化処理を行なう。
【００９７】
この座標出力モードの切り換え及び平均化処理の詳細を図１１により以下に説明する。図１１は、その処理手順を示すフローチャートであり、これに対応した処理プログラムがマイクロコンピュータ３０１のＲＯＭ３０１ｂに格納され、ＣＰＵ３０１ａにより実行される。
【００９８】
図１１の処理では、まず処理を開始するステップＳ５０１において、後述のように逐次検出されて記憶されるｘ，ｙ，ｚ座標値のそれぞれのサンプル数を示す整数ｎを０に初期化する。
【００９９】
次に、ステップＳ５０２で座標演算に必要な有効な音波検出信号とスタート信号が各検出センサ３ａ〜３ｄと制御信号検出回路２１１で検出されたか否か判定し、有効な信号が検出された場合（座標算出を行なえる場合）には、ステップＳ５０３で整数ｎを『１』インクリメントする（最初の場合ｎ＝１となる）とともに、上記の有効な音波検出信号から先述のように各検出センサ３ａ〜３ｄと音波発生源４３の距離のそれぞれを計測する。
【０１００】
次に、ステップＳ５０４で整数ｎが１か否か判定し、１だったらステップＳ５０５においてステップＳ５０３で計測した各検出センサ３ａ〜３ｄと音波発生源４３の距離の内で音波発生源４３の位置座標の算出に用いる３つの距離情報（例えば４つの距離の内で最長の距離情報は算出に使用しない）に基づいて、前述した平均化処理における平均化サンプル数（平均化する座標値のサンプル数）Ｋｅｎｄを設定する。その設定の方法は、例えば座標算出に用いる有効な３つの距離情報の中で、最も長い距離情報に基づき行われ、その値がより大きい程（言い換えれば、座標入力ペン４と検出センサの距離が大きい程）、平均化サンプル数Ｋｅｎｄの値をより大きく設定する。その設定では、例えば距離値に応じて比例的に、或いは指数関数的に平均化サンプル数Ｋｅｎｄの値を増大させる。
【０１０１】
次に、ステップＳ５０６で上記有効な３つの距離情報を用いて音波発生源４３の位置座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出し、サンプル数ｎ番目の座標値（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）としてＲＡＭ３０１ｃに記憶する。
【０１０２】
次に、ステップＳ５０７で整数ｎが１か否か判定し、１だったら、その直前のステップＳ５０６で算出し、記憶したサンプル数ｎ＝１番目の座標値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を、以下に述べる座標出力モードの決定と差分値の算出に用いるために、改めて別にＲＡＭ３０１ｃに記憶する（ステップＳ５０８）。そして、ステップＳ５０９、Ｓ５１０でその座標値により座標出力モードを決定する。
【０１０３】
ここで、先述した図６のように座標入力装置の座標系を定義し、ディスプレイ６の表示画面をＸＹ平面（Ｚ＝０）、その垂直方向をＺ軸として、ステップＳ５０９では、記憶したＺ軸の座標値Ｚ１が所定値（例えば距離１ｍなら１ｍに対応する値）より小さいか比較する。そして所定値より小さければ、さらにステップＳ５１０において記憶したＸ軸座標値Ｘ１、Ｙ軸座標値Ｙ１がディスプレイ６の表示領域（表示画面の領域）内の座標値（図６においてｘ＜±Ｄｉｓｐ＿Ｘ、ｙ＜±Ｄｉｓｐ＿Ｙの範囲内）であるかを判定し、表示領域内であるときは、座標出力モードを『出力モード１』にセットする。
【０１０４】
またステップＳ５０９で座標値Ｚ１が所定値以上である場合、或いはステップＳ５１０で座標値Ｘ１，Ｙ１が表示領域外の座標値であるときは、座標出力モードを『出力モード２』にセットする。
【０１０５】
なお図１１のフローチャートには、先に図９を用いて説明した動作モードを設定する方法の全てを示していないが、例えば座標入力ペン４のペン先ＳＷ４１の動作（オン、オフ）情報をスタート信号である光信号に重畳させ、制御信号検出回路２１１で制御信号として復調して検出すれば、ペン先ＳＷ４１の動作情報を用いて、座標算出の信頼性を増すことが可能となる。つまりペン先ＳＷ４１がオンした状態は、座標入力面であるところの表示画面を押圧してペン先ＳＷ４１がオンするのが通常であり、ペン先ＳＷ４１がオンしているにも関わらず、Ｚ軸の検出値がＺ＝０とならない場合には、やはり何らかの誤操作によって座標入力が行われたものとして、検出した座標値の出力を中止することが可能となり、誤動作防止と言う観点で、より信頼性の高い構成が得られる（図９参照）。
【０１０６】
『出力モード１』の状態は、操作者がディスプレイ６の表示画面に比較的近いところで、しかもディスプレイ６の表示領域内で座標入力ペン４を操作している状態で、座標入力ペン４の移動動作に伴ない、ディスプレイ６に表示されているカーソルを移動したり、文字、図形等の情報を筆記したりして、表示情報を制御している状態となる。
【０１０７】
一方、『出力モード２』の状態は、例えば操作者は表示画面近傍において表示領域外（例えばディスプレイ６の横）にあって、聞き手に対して表示情報をさえぎることなく、表示内容を制御しながらプレゼンテーションしている状態、或いはディスプレイ６より離れた位置にあって、リモート操作で表示内容を制御している状況が想定できるので、座標入力ペン４の動作によりカーソルを相対的に移動できるように構成する。この『相対的』にカーソルを移動する方法について説明すれば、検出された座標値の少なくともＸ軸、Ｙ軸の各々の値を先にメモリした座標値（Ｘ１，Ｙ１）との差分値として演算する様に構成する。つまり、検出された座標値は、『出力モード１』の場合は、
検出座標値（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）　→　記憶座標値（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）　　　　とし、『出力モード２』の場合は、
検出座標値（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）　→　記憶座標値（Ｘｎ−Ｘ１，Ｙｎ−Ｙ１，Ｚｎ−Ｚ１）
として処理される。
【０１０８】
次に、ステップＳ５１３において、整数ｎの値がステップＳ５０５で設定された平均化サンプル数Ｋｅｎｄの値と一致しているかを判定し、一致していなければステップＳ５１６で座標検出が連続的になされているかを第１の実施形態の図７のステップＳ１０８で説明したのと全く同様にして判定する。そして座標検出が連続的になされていたらステップＳ５０３に戻り、座標検出が連続的になされている限り、ステップＳ５１３で整数ｎが平均化サンプル数Ｋｅｎｄに達するまで、ステップＳ５０３〜Ｓ５１３，Ｓ５１６の処理を繰り返す。この繰り返しにより、逐次、座標値（出力モード１では絶対座標値、出力モード２では差分値）が算出され、ＲＡＭ３０１ｃに記憶される。
【０１０９】
そして、整数ｎが平均化サンプル数Ｋｅｎｄに一致した場合には、ステップＳ５１４において、それまでの一連の動作で検出され記憶された平均化サンプル数Ｋｅｎｄ個ずつの座標値（出力モード１では絶対座標値、出力モード２では差分値）の算術平均値を算出し、Ｘ軸座標、Ｙ軸座標の値を外部機器等へ出力する（無論、Ｚ軸座標の平均値を外部機器等へ出力する仕様であってもかまわないし、用途に応じては、Ｘ軸座標またはＹ軸座標のみの出力形態もあり得る）。なお、ここで出力される座標値が『出力モード１』による絶対座標値か或いは『出力モード２』による差分値かを示す情報を座標値と共に出力するようにしてもよい。
【０１１０】
次に、ステップＳ５１５において、それまでの動作で記憶されている平均化サンプル数Ｋｅｎｄ個ずつのＸ，Ｙ，Ｚ座標値（出力モード１では絶対座標値、出力モード２では差分値）のそれぞれについて、最初の（最も古い）サンプルＸ１，Ｙ１，Ｚ１を消去した上で、残るサンプルＸｎをＸｎ−１、ＹｎをＹｎ−１、ＺｎをＺｎ−１とシフトして再記憶する。例えば平均化サンプル数Ｋｅｎｄが３だとするとＸ２をＸ１、Ｘ３をＸ２として再記憶する。またサンプル数ｎを「１」デクリメントする。
【０１１１】
その後、ステップＳ５１６に進み、先述のように座標が連続的に検出されているか否か確認し、連続的に検出されていたらステップＳ５０３に戻り、ステップＳ５０３以下の処理を繰り返す。
【０１１２】
一方、ステップＳ５１６において、座標検出が連続的に行なわれなかった場合、つまり座標の連続入力動作が終了した場合、記憶している座標値及び平均化サンプル数Ｋｅｎｄなどの情報を全てリセットして処理を終了し、その後、ステップＳ５０１へ戻り整数ｎを初期化し、ステップＳ５０２で有効信号の検出を待つ待機状態となる。
【０１１３】
以上のようにして、本実施形態では、検出座標値に基づいて座標出力モードを切り替えるとともに、検出座標値の平均化処理を行なう。平均化処理により第１と第２の実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、座標検出のための測定距離の増大に伴う座標検出分解能の低下を補償することができ、表示画面から離れた位置から座標入力ペン４でカーソルの位置を制御する場合に距離の増大に伴うカーソルの揺らぎを抑えることができる。
【０１１４】
ところで、ステップＳ５０９において、座標値Ｚ１が予め設定された所定値より大きい場合について考えてみる。この状態は座標入力ペン４が座標入力面であるところのディスプレイ６の表示画面からＺ軸方向に離れた位置にあることを意味する。つまりプレゼンテーションを行っている操作者がディスプレイ６から離れた位置にいるか、もしくはプレゼンテーションを聞いている聞き手によって座標入力が行われたものと想定できる。つまり、遠隔操作によって、表示情報を制御したり、文字、図形等の追記を行おうとしている状態であると言える。
【０１１５】
このディスプレイ６の表示画面から離れた状態について考察してみると、比較的離れた距離が小さい場合（近接入力）、表示画面と座標入力ペン４のＺ軸方向の距離は、比較的小さな値であり、座標入力ペン４を移動することで、例えば表示されているカーソルを直感的に、しかもダイレクトに所望の位置に移動することが可能である。もちろん、所望の位置に対するカーソルの位置ずれは、直接に表示画面に入力する場合（ペン先ＳＷ４１がオン状態）に比べ大きくなるが、十分実用の範囲と言うことができる。
【０１１６】
しかしながら、ディスプレイ６の表示画面との距離が大きくなる（Ｚ座標値が大きくなる）につれて、所望の位置に対するカーソルの位置ずれは大きくなり、直感的にダイレクトに所望の位置を指し示す事ができなくなる。つまり離れた位置でカーソルを移動しようとする場合、所望の位置を指し示したと思って座標入力ペン４のペンサイドＳＷ４２ａないし４２ｂをオンさせて座標を入力する事になるが、得られた座標値に基づくカーソルの位置は、前述の所望の位置とは異なり、カーソルの位置を視認しながら、操作者が座標入力ペン４を移動させることによって、所望の位置へカーソルを移動することができるようになる。
【０１１７】
言い換えれば、遠隔入力（ディスプレイ６から離れた位置で座標を入力し、例えばカーソルを移動させる動作）の場合は、操作者による視覚情報に基づき操作者の脳が補正動作を行う（座標入力ペン４を移動させる）ループを繰り返して、目的を達成することになるのであって、ダイレクトに所望の位置を指し示すことは困難なのである。
【０１１８】
この様に、ディスプレイ６に表示されている画像情報（ＸＹ平面上に座標系を有する画像情報）に対して、何らかの遠隔入力操作を行おうとする場合、操作者が一連の座標入力を行おうとする際の最初の１点目の座標値と前述の画像情報の座標値は、一致させることができない。このことは、例えばＯＨＰ等により表示されている表示画像を指示する道具としてレーザポインタが普及しているが、やはりレーザ発光時の最初の１点目は、どこを指示するか解らず、指示されたポイント位置を見ながら、位置修正動作をして所望の位置にレーザを照射することができる様になることを考えれば明らかである。
【０１１９】
そこで本実施形態では、ステップＳ５０９においてＺ座標値が所定値以上である場合（遠隔入力）には、まず最初に有効となる座標値を所定座標値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）として記憶し（この時、表示画面に表示されているカーソルの位置は移動しない）、連続入力期間中の座標入力ペン４の移動に伴ない、逐次座標値として差分値を出力することにより、ペン４の移動方向と移動量分だけカーソルを移動させることで、遠隔操作の場合であっても、優れた操作性を実現できるように構成した。
【０１２０】
図１２は、ディスプレイ６の表示範囲と座標入力の有効な領域で図１１のフローチャートの処理により切り替えられる座標出力モードのそれぞれの出力範囲を示している。ディスプレイ６に比較的近い位置にあって、検出されたｘ，ｙ座標が表示領域内にあるときには、ダイレクトに座標を入力できる絶対座標を出力し（出力モード１）、一方、聞き手の視野をさえぎらないディスプレイ６の脇で、或いはディスプレイ６から離れた位置で遠隔操作を行う場合には、相対座標を出力する（出力モード２）様に構成したことを示している。
【０１２１】
さらに遠隔操作の場合を考えると、直接画面をタッチする事でダイレクトに座標を入力する場合には、大型ディスプレイであることを考慮すれば、画面の端から端までカーソルを移動しようとすると、必ず体の移動を伴なう。しかしながら遠隔操作の場合には、例えば質問者が起立をしてその場で質問するのが通常であり（大勢の聞き手がいる場合は、必然的に移動は困難）、体を移動せずその場において全領域を指し示す事ができることが望まれる。本実施形態の構成は、この点についても問題を解決するものである。図１３（Ａ）を用いてそのことを以下に説明する。
【０１２２】
図１２に示した相対座標（差分値）出力範囲において、大勢の聞き手に対して、大画面を有するディスプレイ６を用いて操作者がプレゼンテーションをしようとしている場面を想定する。図１３（Ａ）に示すように、カーソルの位置を▲１▼の位置から▲３▼の位置へ移動しようとした場合、従来では座標入力ペン４を▲３▼の位置に持っていって、その位置で座標入力を行えば、カーソルは▲１▼の位置から▲３▼の位置に移動することになる（この場合、操作者は▲３▼の位置を指す事ができる位置にいる）。しかしながら、▲１▼の位置で作業した後（操作者は▲１▼の位置近傍にいる）、▲３▼の位置へ移動しようとする場合には、画面を横断するように操作者が移動するので、多くの聞き手にとっては視界を遮られ、プレゼンテーションの内容理解に支障をきたす。特に大型ディスプレイがフロントプロジェクション、ＯＨＰ（投射型の表示装置）等の場合には、その画像が大きく歪むのでなお更である。
【０１２３】
それに対し、本実施形態の構成において、操作者がディスプレイ６の脇にあって、カーソルが▲１▼の位置にあったと仮定する。操作者がＡの位置に座標入力ペン４を保持し、ペンサイドＳＷ４２ａ，４２ｂの少なくとも一方（以下、符号４２で示す）をオンさせることで、座標入力ペン４からは音波が放射され、座標入力ペン４の位置座標を検出することになる。この時、座標入力ペン４はディスプレイ６の表示画面の表示領域外、或いはディスプレイ６より離れた位置（Ｚ＞所定値）にあるので、最初に検出された位置座標は記憶されるが（図１１ステップＳ５０８）、カーソルは▲１▼の位置から移動されることはない。引き続き、操作者がペンサイドＳＷ４２をオンさせて連続的に座標を入力するように動作させながら座標入力ペン４をＢの位置に移動させた後、ペンサイドＳＷ４２をオフさせたとする。そうすると、操作者による座標入力ペン４の位置Ａから位置Ｂへの移動にともない、その移動方向と移動距離に応じて、カーソルが▲１▼の位置から▲２▼の位置へ移動することになる。さらに操作者がペンサイドＳＷ４２をオフした状態で座標入力ペン４をＢの位置からＣの位置へ移動させた（このとき座標入力がないので、カーソルは▲２▼の位置で動かない）後、Ｃの位置でペンサイドＳＷ４２をオンさせて座標入力ペン４をＤの位置へ移動すれば、Ｃの位置から音波が発生して最初に検出された座標値が再度記憶され（ステップＳ５０８）、その後に検出された座標値と記憶された座標値の差分量だけカーソルが移動して、操作者の座標入力ペン４の移動動作（地点ＣからＤへの移動）にともない、その移動方向と移動距離にて、カーソルが▲２▼の位置から▲３▼の位置へ移動することになる。
【０１２４】
以上説明したように、操作者は座標入力面であるところのディスプレイ６の表示画面から離れた位置、或いは表示領域の外側の位置に有っても、現状のカーソルの位置から、スムーズに所望の位置にカーソルを移動することが可能となるばかりでなく、その座標入力が連続して行われている一連の間は、座標入力ペンのＸ方向の移動量、Ｙ方向の移動量は、カーソルの移動量と１対１に対応しているので、文字や図形を入力したりすることもできる。
【０１２５】
文字や図形を入力する場合を図１３（Ｂ）を用いて説明する。まずペンサイドスイッチ４２ａ，４２ｂのどちらか一方のみをオンさせたペンアップ状態で座標入力ペン４を移動させて、カーソルを▲１▼の位置から所望の▲２▼の位置に移動し、その後ペンサイドＳＷ４２ａ，４２ｂの両者をオンさせてペンダウン状態として、座標入力ペン４の移動によりカーソルを▲２▼の位置から▲３▼の位置に移動させることにより、その移動方向と移動量に応じた軌跡が画面上に残る。その後、ペンサイドスイッチ４２ａ，４２ｂの一方をオフして（残りの一方はまだオンしており、連続的に座標が検出されている状態は維持されている；ペンアップ状態）、座標入力ペン４の移動によりカーソルを▲３▼の位置から所望の▲４▼の位置へ移動させた後、オフしたペンサイドＳＷを再びオンさせてペンダウン状態として座標入力ペン４の移動によりカーソルを▲４▼の位置から▲５▼の位置まで移動させれば、再びその移動の軌跡が入力される。そして▲５▼の位置でペンサイドスイッチ４２ａ，４２ｂを共にオフさせれば、座標入力が終了し、『い』の文字の軌跡が筆記入力されたことになる。
【０１２６】
ここで操作者は、最初の▲２▼の位置まではカーソルを視認しながら座標入力ペン４の移動動作により移動する必要があるが、その後の『い』と言う文字の筆記には、カーソルを視認しなくても座標入力ペン４の絶対的な移動量、つまり直感的な手、腕の操作で文字入力が行える。つまり、連続入力期間中の最初の有効な座標値を基準とすることで、その連続期間中に出力される座標は相対的になるが、操作者からみれば、その期間中はカーソルの移動量と手、腕の動作が対応しており、あたかも空間に座標入力面があるが如く、直感的な入力動作で文字入力を行なうことができる。
【０１２７】
この様に、操作者は自然な動作によって表示情報を制御したり、文字、図形等の情報を筆記入力したりすることが可能であり、また多くの聞き手にとっては、表示情報が遮られること無く、操作者である話し手の意図する内容を効率良く理解することが可能となる。
【０１２８】
さらには本実施形態では、大画面を有するシステムの使い勝手を考慮し、絶対座標を出力するモードと相対座標を出力するモードが、算出される座標値によって自動的に切り替わるので、操作者にとって特別な動作（例えば、座標入力装置の出力モードをスイッチ手段等により切り替える）を必要とせず、プレゼンテーションに集中できるという優れた操作環境を提供することが可能となる。
【０１２９】
また本実施形態では、相対座標を出力する状態にあって、検出した座標値との差分を得るための基準となる座標値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を、連続入力期間中に最初に有効となる座標値と定義している。この理由を以下に詳述する。
【０１３０】
操作者にとって表示領域近傍においては表示領域の境界を認識するのは容易であるが、表示領域から離れるに従ってこの認識はあいまいなものになる。さらには、図１１のステップＳ５０９でのＺ軸方向の所定値の数値は、操作者が設定可能な数値であってかまわないが、その数値を認識していたとしても、その所定値によるＺ軸方向の実際の境界を区別するのは困難である。一方、最初に座標を入力する事によって、操作者が絶対座標の形態で出力が行われているのか、相対座標の形態で出力が行われているのかを認識するのは、例えば座標入力ペン４の位置とカーソル位置の関係で容易に理解できる。しかしながら、例えば出力形態が変更となる境界付近で動作させた場合、モードの切替動作が多発すると、出力形態の変更が多発し、操作者にとって扱い難い仕様となってしまう。
【０１３１】
そこで本実施形態では、座標入力ペン４から放射されるスタート信号の周期を監視して、連続的に座標入力が行われているのかを判定し、連続入力期間に最初に有効となった座標値を基準座標値とし、連続入力期間中、それ以降に算出された座標値と基準座標値との差分を出力する様に構成したので、ペンサイドＳＷ４２ａ，４２ｂのいずれかがオンしている限りは、この基準座標が保持され、たとえ切替の境界の近傍での座標入力動作であっても、操作者にとっての座標系、及び絶対なのか相対なのかが連続座標入力期間中は固定されるので、操作性の良い座標入力装置を構成する事ができる。
【０１３２】
言い換えれば、操作者はまず座標を１点入力する事によって、その座標出力形態を知る事が可能であり、それ以降連続して座標入力動作を行っている間は、そのモードが固定されるので、操作者はそれ以降モード切替のための境界を意識する必要がない。
【０１３３】
なお、本実施形態では、座標入力装置が座標値と共に座標モード情報（絶対座標なのか相対座標なのかを示す情報）を外部機器等に出力するようにしてもよいとしたが、座標入力装置が絶対座標値のみを出力するものとし、その出力結果を受け取るホスト装置、例えばパーソナルコンピュータ側でその受け取った座標値と座標値を受け取ったタイミング（連続的に座標入力が行われているか否かを判定する）を監視することで、図１１で説明した座標出力モードの切り換え及び平均化処理と同様の処理を行なうように構成してもよい。
【０１３４】
さて本実施形態では、絶対座標を出力するか、相対座標を出力するかの判定は、検出された座標値に基づき、ディスプレイ６からのＺ軸方向の距離、及びディスプレイ６の表示領域内にあるか否かで判定している。従って、座標入力装置の座標系において、表示領域がどの範囲に有るかを設定できることが好ましい。特にディスプレイ６にフロントプロジェクタを用いた場合には、会議毎に設置の仕方が異なることを考慮すると、表示サイズは常に一定とはならない（フロントプロジェクタの表示サイズはその投射距離に依存する）ので、表示領域を設定する手段が必須となる。また、固定された表示画面（例えばリアプロジェクタやプラズマディスプレイ等）を有するシステムであっても、座標入力装置とディスプレイ６の座標系を一致させるのは、組み立て時においてコスト的に不利な調整工程が必要であり、座標入力装置とディスプレイ６を組み合わせた後に、表示領域を設定できるように構成するのは、製造上の利点も大きい。また上述したように、座標入力装置の出力が絶対座標のみであって、その出力を受け取った例えばパーソナルコンピュータが、動作モードを判定する方法にあっては、やはりディスプレイ６が固定されているとは限らないので、パーソナルコンピュータに表示領域を知らしめる手段が必要となる。
【０１３５】
図１４は、この点を鑑みなされた表示領域を設定する処理の手順を示すフローチャートである。この処理を行なうための制御プログラムがマイクロコンピュータ３０１のＲＯＭ３０１ｂに格納され、ＣＰＵ３０１ａにより実行される。
【０１３６】
図１４の処理を行なうに当たって、操作者はディスプレイ６の長方形の表示領域（表示画面）の４隅の位置のそれぞれを座標入力ペン４で指示して４隅の位置の座標入力を行なうものとする。
【０１３７】
これに対して、図１４の処理では、まず変数ｃｏｎｔを０にして処理を開始し（ステップＳ６０１）、変数ｃｏｎｔをインクリメント（ステップＳ６０２）した後、座標検出に必要な有効な音波信号とスタート信号が検出されるのを待つ（ステップＳ６０３）。そして有効な信号が検出されたら、それに基づいて座標入力ペン４の指示位置（音波発生源４３の位置で上記４隅の内のいずれか１つの位置）の座標値Ｘｃｏｎｔ，Ｙｃｏｎｔを算出し、ＲＡＭ３０１ｃに記憶する（ステップＳ６０４）。
【０１３８】
次に、変数ｃｏｎｔが４より大きくなったか確認し（ステップＳ６０５）、そうなるまでステップＳ６０２〜Ｓ６０５の処理を合計４回繰り返す。
【０１３９】
こうして表示領域の４隅の位置のそれぞれの座標を検出して記憶した後、４隅の位置の座標値から、図６に示した座標系の原点Ｏに対してＸ軸方向に±Ｄｉｓｐ＿Ｘ、Ｙ軸方向に±Ｄｉｓｐ＿Ｙで示される表示領域（ディスプレイ６の表示画面の領域）を算出する（ステップＳ６０６）。ここでは例えば左上隅のｘ座標値と左下隅のｘ座標値を平均化した値を、左側のｘ方向の境界値と定義したり、あるいは４隅を結んだ４角形の領域を定義して、座標出力形態を決定する条件式とする。
【０１４０】
なお、ここでは表示領域の４隅の位置の座標を検出する事で、表示領域を導出するものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば４隅の内の３箇所の位置の座標を検出して導出するようにしてもよく、或いは座標入力ペン４で表示領域の４辺をなぞってその４辺の座標値を検出し、その情報から表示領域を設定してもよい。
【０１４１】
ところで、座標入力装置の使い勝手を考慮すると、操作者がディスプレイ６の表示画面から離れた位置で、ペンアップ状態、出力モード２として座標入力ペンの移動により画面上のカーソルを移動させる場合、操作者と表示画面の距離が大きくなる程、座標入力ペン４の僅かな動きでカーソルを大きく移動できるようにするのが好ましい。この点を考慮し、このような場合に、検出したｚ座標の絶対座標値が大きくなる程、あるいは座標算出に用いるペン４と検出センサ３ａ〜３ｄ間の測定距離の内の最長距離が大きくなる程、検出したｘ，ｙの相対座標値（差分値）をより大きな拡大率で拡大して出力するようにしてもよい。
【０１４２】
また、本実施形態では第２の実施形態と同様の移動平均化処理を行なうものとしたが、第１の実施形態と同様の単純な平均化処理を行なってもよい。その場合、第１の実施形態と同様に、平均化処理により座標サンプリングレートが実質的に低下するが、第１の実施形態で説明したのと同様の理由によりユーザの使い勝手上で問題はない。
【０１４３】
［他の実施形態］
以上に説明した第１〜第３の実施形態では、検出座標値を平均化する方法として、連続的に検出される座標値を単純に算術平均する、ないしは算術平均であって移動平均するものとしたが、その他の方法として、サンプルの座標値に重み付けして（例えば、より直近に検出された座標値の重みをより大きくして直近の座標値の影響度を増す）、平均化を行なうようにしてもよい。
【０１４４】
また、第１〜第３の実施形態では、検出座標値の平均化処理として、検出した座標値を平均化するものとしたが、座標入力装置が座標を算出するための測定パラメータを平均化することにより、結果的に座標値が平均化されるようにしてもよい。つまり、座標算出のためにまず音波発生源４３から検出センサ３ａ〜３ｄまでの距離を測定する構成であるので、平均化サンプル数分の距離を測定して、その平均距離を算出し、その平均距離を用いて座標値を算出するようにしてもよい。また、音波発生源４３から検出センサ３ａ〜３ｄまでの音波の到達時間を計測しているので、平均化サンプル数分の到達時間を計測して、その平均の到達時間を算出し、その平均の到達時間を用いて座標値を算出するようにしてもよい。
【０１４５】
また、第１〜第３の実施形態の座標入力装置は空中音波方式のものとしたが、これに限らず、所定周期毎に信号発信源から発信される信号を複数の受信手段により受信して、信号発信源から複数の受信手段までの距離のそれぞれを計測し、計測した距離のそれぞれに基づいて信号発信源の位置の座標を検出する方式の座標入力装置ならば、一般に測定距離の増大と共に距離測定分解能が低下するので、本発明に関わる検出座標値の平均化処理、ないしは計測した距離の平均化処理を適用することにより、測定距離の増大に伴う座標検出分解能の低下を補償することができる。
【０１４６】
また、第１〜第３の実施形態の座標入力装置は、ｘ，ｙ，ｚの３次元座標を検出可能なものとしたが、これに限らず、２次元座標のみ、或いは１次元座標のみを検出可能な座標入力装置においても、本発明に関わる検出座標値の平均化処理、ないしは計測した距離の平均化処理を適用することにより、測定距離の増大に伴う座標検出分解能の低下を補償することができる。
【０１４７】
ところで、第１〜第３の実施形態の構成において、ディスプレイ６の表示画面の直近では、主に文字や図形を筆記入力する事に使われる事を考慮すると、座標入力ペン４の移動は主に指、手首の運動によって行われる。一方、画面より離れた位置での操作は、表示画面上の所望の位置を指示するのに用いられるので、座標入力ペン４の移動は腕、指、手首の運動、さらには体の向きを変化させたりして、例えば表示されているカーソルを即座に大移動できることが望ましい。つまり、画面直近よりも、画面遠方において座標入力ペン４の指示に応じたカーソルの移動速度は速くなるのが通例である。
【０１４８】
これに関して第１〜第３の実施形態のように所定周期毎に座標入力ペン４の位置座標を検出する座標入力装置にあっては、前記『所定周期』と検出座標値ないし計測距離の変化分により座標入力ペン４の移動速度を検知することが可能である。
【０１４９】
従って、座標検出する際に、例えば『画面直近にも関わらず、座標入力ペン４の移動速度が異常に速い座標が検出された』場合には、座標値の誤検出が行われたものとして判断することができる。この点に着目して、座標入力ペン４の移動速度に関して、検出した座標値ないしは座標入力ペン４から特定の検出センサ３までの距離の計測値に基づき最大の許容移動速度を設定し、最大許容移動速度を超える速度で検出された座標値は誤検出座標であると判断することができる。例えば、ある検出時点での座標入力ペン４から特定の検出センサ３までの距離と、次の検出時点での座標入力ペン４から前記検出センサまでの距離を比較し、その差分値が前述の許容最大速度で定義されている距離よりも大きければ、距離測定の際に誤検出したと判定できる。そして誤検出と判定した場合にその座標値を無効とすることで、信頼性の高い座標入力装置を構成する事が可能となる。
【０１５０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、座標入力装置において、所定周期毎に検出される一連の座標値を平均化する、或いは座標検出のために計測される信号発信源から受信手段までの距離、ないしは空中音波方式の場合で音波発生源から検出手段までの音波の到達時間を平均化する演算処理を行い、その際に、検出された座標値、或いは計測された上記の距離ないし到達時間に基づいて平均化する座標値、或いは上記の距離ないし到達時間のサンプル数を決定して平均化の演算処理を行なうようにしたので、座標検出のための測定距離の増大に伴う座標検出分解能の低下を補償することができるとともに、特にポインタとして構成される場合に問題となる指示面（座標入力面）までの距離の増大に伴う指示面上での指示点の揺らぎの増大を抑えることができ、操作性に充分配慮されて使い勝手の良い優れた座標入力装置を提供することができる。さらに、座標の連続的な検出ないしは座標検出のための信号の連続的な検出が中断したら上記のサンプル数をリセットするようにしたので、上記の平均化を適正に行なうことができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における座標入力装置の全体の構成を示す概略構成図である。
【図２】同装置の座標入力ペンの側面図及び後面図である。
【図３】同装置の座標検出に関わる信号処理を説明するタイミングチャート図である。
【図４】同装置の信号波形検出回路の構成を示すブロック図である。
【図５】同装置の演算制御回路の構成を示すブロック図である。
【図６】同装置の座標系を示す説明図である。
【図７】第１の実施形態における検出座標値の平均化処理の手順を示すフローチャート図である。
【図８】第２の実施形態における検出座標値の平均化処理の手順を示すフローチャート図である。
【図９】座標入力ペンの動作モード及び座標出力モードと、座標入力ペンの各スイッチのオン、オフ、及び座標算出値との関係などを示す表図である。
【図１０】第３の実施形態における座標入力ペンのスイッチのオン、オフに応じたペンアップ、ペンダウン状態の切り換え処理の手順を示すフローチャート図である。
【図１１】同実施形態における座標出力モードの切り換え及び平均化処理の手順を示すフローチャート図である。
【図１２】同実施形態におけるディスプレイの表示範囲と、絶対座標出力範囲及び相対座標出力範囲との関係を示す説明図である。
【図１３】同実施形態における座標入力ペンによるカーソル移動動作と文字の筆記入力動作の説明図である。
【図１４】同実施形態における表示範囲設定処理の手順を示すフローチャート図である。
【図１５】レーザポインタにおける照射距離と輝点（指示点）の揺らぎ幅との関係、及び照射距離とレーザポインタを保持した手元の振れ角との関係を示すグラフ図である。
【図１６】空中音波方式の座標入力装置における座標検出のための測定距離と測定分解能の関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１　演算制御回路
２　信号波形検出回路
３ａ〜３ｄ　検出センサ
４　座標入力ペン
５　受光素子
６　ディスプレイ
７　ディスプレイ駆動回路
４１　ペン先スイッチ
４２ａ，４２ｂ　ペンサイドスイッチ
４３　音波発生源
２１０　エンベロープ検出回路
２０６　２階微分回路
２０７　Ｔｇ信号検出回路
３０１　マイクロコンピュータ
３０１ａ　ＣＰＵ
３０１ｂ　ＲＯＭ
３０３　タイマ
３０４ａ〜３０４ｄ　ラッチ回路
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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