(57)【要約】【課題】遠隔操作における座標入力の操作性を向上させた座標入力装置を提供すること。【解決手段】座標入力面に対して所望の位置を指示する位置指示手段に、１段目と２段目が連続的に切り替え可能なスイッチ手段を具備し、前記スイッチ手段の１段目および２段目がオンになった後に２段目と１段目がオフとなった場合に、１段目がオンである状態を所定時間継続させる。【選択図】        図１
2004240633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標入力面に対して所望の位置を指示して座標を入力する座標入力装置であって、
ホスト装置の情報を表示する表示手段と、
位置を指示する位置指示手段と、
前記位置指示手段によって指示された座標を算出する座標算出手段と、
前記位置指示手段に具備された１段目の切り替えを経由して２段目の切り替えを行い、１段目と２段目が連続的に切り替え可能なスイッチ手段と、
前記１段目および２段目がオフの場合に前記位置指示手段のモードを設定する第一のモード設定手段と、
前記１段目がオンの場合に前記位置指示手段のモードを設定する第二のモード設定手段と、
前記１段目および２段目がオンの場合に前記位置指示手段のモードを設定する第三のモード設定手段と、
前記スイッチ手段の１段目および２段目の切り替えがオンになった後の１段目の切り替えがオフになった場合に、前記第一のモード設定手段と前記第二のモード設定手段のどちらかを決定するモード決定手段を有することを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
前記モード決定手段によって、前記第二のモード設定手段が決定された場合には、該第二のモード設定手段によって設定されるモードを所定時間継続させることを特徴とする座標入力装置。
【請求項３】
前記モード決定手段は、前記スイッチ手段の１段目および２段目の切り替えがオンになった後の２段目の切り替えがオフの時刻と１段目の切り替えがオフになる時刻との時間差を検出する時間差検出手段の検出結果によって決定することを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。
【請求項４】
前記モード決定手段は、前記スイッチ手段の１段目および２段目の切り替えがオンになった後の２段目の切り替えがオフの時刻と１段目の切り替えがオフからオンになる時刻とを監視することによって検出する検出結果によって処理することを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。
【請求項５】
前記第一のモード設定手段が設定するモードは、前記位置指示手段の発信を停止状態とするモードであり、前記第二のモード設定手段が設定するモードは、前記表示手段に表示されるカーソルの移動を行うモードであり、前記第三のモード設定手段が設定するモードは、前記ホスト装置にコマンドを送信するモードであることを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。
【請求項６】
前記第二のモード設定手段および第三のモード設定手段は、前記位置指示手段の発信の駆動間隔を制御することを特徴とする請求項１記載の座標入力装置。
【請求項７】
前記位置指示手段は、入力面を構成する表示面に対して位置入力を行う超音波入力手段であって、前記表示面の周辺部に設けられた複数の振動検出手段と、前記超音波入力手段から発生した超音波を前記複数の振動検出手段が受信した受信タイミングに基づいて前記超音波入力手段によって指示された座標を算出する座標算出手段と、
を有することを特徴とする請求項１ないし５いずれか記載の座標入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示システムと組み合わせて使用することにより、入出力一体の装置を構成することができる座標入力装置に関する。より詳しくは、ディスプレイの画面に指示具によって直接座標を入力したり、画面に対して離れたところから座標を入力することにより、外部接続されたコンピュータを制御したり、文字や図形などを書き込むために用いられる座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、あるいはプロジェクター等の表示装置の表示面に、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、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を放射することで位置を検出する方式、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算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ものも有る。
【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った。そして、フロントプロジェクタ、リアプロジェクタ、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、ＴＶ会議システム等に利用され始めている。この大型の液晶ディスプレイやＰＤＰディスプレイは、現在も画質の改善、低コスト化が進められており、衛星放送等のデジタル化に伴い、テレビの仕様形態も過渡期の状態に入りつつある。
【０００４】
また、これらの大型表示装置は、例えば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、表示用ディスプレイに表示された情報は、ホワイトボードの如く、操作者、あるいは出席者により表示情報を更新するために、直接画面をタッチすることで、パソコンを制御して、例えば表示スクリーン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】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の大型の入出力一体型システムを考慮した場合には、下記の課題があった。すなわち、大勢の参加者を想定した打ち合わせ、あるいはネットワークを介した使用環境を考慮すれば、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はなく、例えば質問者がその場で遠隔操作により、画面を操作したり、その場で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。
【０００６】
従来のこの種の装置では、画面から離れて入力（遠隔操作）する場合は、コンピュータを操作するマウスと同じように前回の座標に対する差分値でカーソルの移動量を算出する相対座標方式の装置が主流であった。したがって、画面に表示されている現状のカーソル位置を操作者が確認し、その位置から所望の位置までカーソルを移動させたり、アプリケーションによっては、カーソルの移動にしたがって図形や文字等を描画したりさせていた。
【０００７】
すなわち、この種の装置での一連の入力動作は、概ね以下のようになる。まず、入力装置（例えばペンタイプ）に実装されたオン／オフを切り替えるボタンスイッチによって、発信が制御される。ボタンスイッチをロックさせて入力装置を発信するモードに固定したならば、続いて、所望の位置にカーソルを移動させる動作をする。そして、移動させたカーソル位置で描画やアイコンのクリック動作をさせるために、別のスイッチを押す操作をする。そして操作者が、動作を終了させるためには、発信を制御するボタンスイッチのロックを解除して発信を停止させる。
【０００８】
このように、入力操作するための一連の動作が非常に煩雑であり、しかも操作する際に指先の移動が多いために操作者にとっては非常に入力しづらく、また、手ぶれなどにより所望の指示点と異なる点をクリックしてしまうなどの誤入力の原因となっていた。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ペンによる遠隔操作での座標入力を簡素化させるとともに操作性のよい座標入力装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は下記の構成を備えることにより上記課題を解決できるものである。
【００１１】
（１）座標入力面に対して所望の位置を指示して座標を入力する座標入力装置であって、ホスト装置の情報を表示する表示手段と、位置を指示する位置指示手段と、前記位置指示手段によって指示された座標を算出する座標算出手段と、前記位置指示手段に具備された１段目の切り替えを経由して２段目の切り替えを行い、１段目と２段目が連続的に切り替え可能なスイッチ手段と、前記１段目および２段目がオフの場合に前記位置指示手段のモードを設定する第一のモード設定手段と、前記１段目がオンの場合に前記位置指示手段のモードを設定する第二のモード設定手段と、前記１段目および２段目がオンの場合に前記位置指示手段のモードを設定する第三のモード設定手段と、前記スイッチ手段の１段目および２段目の切り替えがオンになった後の１段目の切り替えがオフになった場合に、前記第一のモード設定手段と前記第二のモード設定手段のどちらかを決定するモード決定手段を有することを特徴とする座標入力装置。
【００１２】
（２）前記モード決定手段によって、前記第二のモード設定手段が決定された場合には、該第二のモード設定手段によって設定されるモードを所定時間継続させることを特徴とする座標入力装置。
【００１３】
（３）前記モード決定手段は、前記スイッチ手段の１段目および２段目の切り替えがオンになった後の２段目の切り替えがオフの時刻と１段目の切り替えがオフになる時刻との時間差を検出する時間差検出手段の検出結果によって決定することを特徴とする前記（１）記載の座標入力装置。
【００１４】
（４）前記モード決定手段は、前記スイッチ手段の１段目および２段目の切り替えがオンになった後の２段目の切り替えがオフの時刻と１段目の切り替えがオフからオンになる時刻とを監視することによって検出する検出結果によって処理することを特徴とする前記（１）記載の座標入力装置。
【００１５】
（５）前記第一のモード設定手段が設定するモードは、前記位置指示手段の発信を停止状態とするモードであり、前記第二のモード設定手段が設定するモードは、前記表示手段に表示されるカーソルの移動を行うモードであり、前記第三のモード設定手段が設定するモードは、前記ホスト装置にコマンドを送信するモードであることを特徴とする前記（１）記載の座標入力装置。
【００１６】
（６）前記第二のモード設定手段および第三のモード設定手段は、前記位置指示手段の発信の駆動間隔を制御することを特徴とする前記（１）記載の座標入力装置。
【００１７】
（７）前記位置指示手段は、入力面を構成する表示面に対して位置入力を行う超音波入力手段であって、前記表示面の周辺部に設けられた複数の振動検出手段と、前記超音波入力手段から発生した超音波を前記複数の振動検出手段が受信した受信タイミングに基づいて前記超音波入力手段によって指示された座標を算出する座標算出手段と、を有することを特徴とする前記（１）ないし（５）いずれか記載の座標入力装置。
【００１８】
したがって、ペンによる遠隔操作でも、操作性よく座標を入力することができる座標入力装置を提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
＜実施例＞
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
＜システム構成の説明（図１）＞
図１は、本発明の座標入力装置を利用したシステムの概略図である。
【００２１】
本システムは、リアプロジェクション表示装置１０１に座標入力装置を内蔵して構成したシステムの一例である。この装置は、入出力一体型のシステムで、接続されたコンピュータが出力する各種の情報を画面１０２に表示するとともに、ペン２１は、画面１０２を直接タッチすることで座標データを入力することができる。この座標データは、アイコンの操作（コンピュータの操作）に使用したり、カーソルの移動、図形の描画（カーソルの軌跡）等として使用することができる。
【００２２】
座標入力装置は、ペン２１の位置を計算して座標データとしてコンピュータに送出し、コンピュータは、リアプロジェクション表示装置１０１の画面１０２にフィードバックさせるが、ペン２１で画面１０２を指示してマウスの如きにコンピュータを操作するだけではなく、画面１０２から離れた場所からコンピュータを遠隔操作することも可能な装置である。
【００２３】
図中１０２は、リアプロジェクション装置１０１の画面であり、コンピュータのウィンドウ情報等が表示されている。操作者は、先述したとおり、ペン２１で画面１０２を直接タッチして入力することも可能であるが、図１に示すように画面１０２から離れた場所での入力も可能である。いま仮想的な座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を操作者が操作する位置に構成し、図のような概略ＸＹ平面１０５に１０６のような線を仮想的に描画したとする。そのとき、リアプロジェクション装置１０１の画面１０２には、操作者が操作したペン２１の軌跡１０６と対応する線１０４が表示されることになる。
【００２４】
したがって、会議などで操作者が画面から離れている場合など、コンピュータを遠隔操作したり、表示されている内容に上書きをしたりすることができるので、非常に有効な装置となる。
【００２５】
＜座標入力装置の構成に関する説明（図２〜図４）＞
座標入力装置は、先述した通り、ペン型の入力装置を用いて座標入力面の任意の点を指示すると、その入力点の座標を検出して、接続されたコンピュータに座標データを出力する装置である。本実施例では、座標入力装置として超音波方式の座標入力装置を構成した場合について図２から図４を用いて説明する。
【００２６】
図２に本実施例の座標入力装置の入力ペンを示す。この座標入力ペン２１は、画面にペン先を押し当てることで２２のスイッチがオンになり超音波の発振が開始される。また、遠隔操作する場合は、２段スイッチを動作させることで操作することが可能となっており、２段スイッチの１段目であるスイッチ２３と２段目であるスイッチ２４を適宜押し切り替えることで入力ペン２１の超音波の発振動作を制御する事ができる。
【００２７】
ここで、２段スイッチの構造について図３を用いて説明する。本実施例に用いる２段スイッチとは、１段目を押してさらに押し込むことで２段目のスイッチがオンになる構造となっている。一般的にスイッチの操作感は、操作者がスイッチのキートップを押し込んでスイッチ内部回路がオン（オフ）となるための作動力と内部回路がオン（オフ）となるために必要な押し込み距離である移動量で支配されていて、この両方を座標入力装置として適切な値に設定することで操作性のよい座標入力装置を構成することが可能となる。
【００２８】
図３は、本実施例で用いる２段スイッチの内部回路を示している。図中、状態１は、スイッチ２３とスイッチ２４の両方がオフの状態を示している。そして、１段目であるスイッチ２３を押すと状態２に示すようにスイッチ２３の接点がオンになる。状態２の状態からさらに押し込むことによってスイッチ２４の接点がオンになり、状態３に示すようなスイッチ状態となる。すなわち、状態３ではスイッチ２３とスイッチ２４の両方がオンになる。したがって、この図からもわかるように２段スイッチは１段目と２段目が連動しており、１段目が押されていて、すなわちオン状態でなければ、２段目がオンとなる状態は有り得ず、言い換えれば、２段目のスイッチがオンのときは、必ず１段目のスイッチがオンの状態である。
【００２９】
座標入力装置の入力指示具に配置されているスイッチの押す感触は、座標の入力感と非常に密接的である。指示したい点を指し示す動作（主に手首と腕を動かすことで行う）とスイッチを押す動作（指を動かす）を同時に行わなければならず、スイッチの押す感触によっては指示したい点とはずれてしまい所望の座標が入力できないということが生じてしまう。したがって、本願の座標入力装置の入力ペン２１の２段スイッチの作動力および移動量は以下のような設定となっている。
【００３０】
先述したように、スイッチの押す感触は、オフからオン動作となるための必要な押し込む力であるところの作動力とオフからオンとなる接点までの距離である移動量によって決まる。本願の座標入力装置における座標入力ペン２１に実装される２段スイッチの機能は、画面に表示される描画データを制御するスイッチ機能であり、また画面に表示されているアイコンを操作する機能である。したがって、１段目で所望の位置までカーソルを移動させて、２段目のスイッチで所望の動作（例えば描画の実行、コンピュータ画面のアイコンのクリック動作）をさせることを鑑みると、上記作動力および移動量は次のような構成となっている。いま、１段目の作動力をｆ１、移動量をｄ２、２段目の作動力をｆ２、移動量をｄ２とすると、
ｆ１＜ｆ２
ｄ１＜ｄ２
このような、作動力と移動量の設定にすることによって、１段目のスイッチの入力は、軽く動作させることができて、クリック動作のための指の移動が少ないため、２段目まで、操作者が意図しないクリック動作をすることが極力避けることができる。
【００３１】
図４は、超音波方式の座標入力装置を構成したブロック図である。
【００３２】
図中、３０１は入力ペン２０２の内部構成を図示している。３０２は、不図示のバッテリで動作する３０３の発振子を駆動する駆動回路である。この駆動回路３０２は、発振子３０３を所定のタイミングで駆動するように制御している。そして、発振子３０３から発振された超音波信号は、座標入力装置本体２０３の内部回路３０４のうち、超音波センサ３０５で検出される。検出された超音波信号は、波形処理回路３０６で所定のレベルまで増幅されて、検出タイミング信号としてＣＰＵ３０７に入力される。こうして、複数の超音波センサで検出されたタイミング信号が揃ったらＣＰＵ３０７は、時間情報から距離情報に変換して、さらに三角測量の原理で入力ペン２０２の座標位置を算出する。なお、この座標計算は、ＲＯＭに格納されている座標算出プログラム３０７をＣＰＵ３０７が呼び出すことによって実行される。そして、算出された座標データは、メモリ３１０に格納される。さらに、座標データは、逐次無線インターフェース３１１によって、外部のコンピュータに転送される。
【００３３】
なお、本実施形態のシステム構成は、上述した構成以外にも種々の構成を採用することができる。例えば、入力具はペン状に限定されるものではなく、いわゆる指示棒状やリモコンの形状であってもよい。また、座標入力の方式は、超音波方式に限らず、赤外線利用方式、抵抗膜方式、電磁誘導方式、或いは、静電結合方式等も採用することができる。
【００３４】
但し、本実施例のようなＸＹＺ軸の３次元の座標を算出することが可能な座標入力装置ではなく２次元の座標を算出する座標入力装置の場合においては、例えば赤外線の反射光を用いることで距離を測定できる機能を付加するなどして、画面と入力装置の間の距離を算出できる機能を別に有するならば、本願の発明が有効であることは言うまでもない。
【００３５】
また、表示装置は、リアプロジェクション装置に限定されず、フロントプロジェクタ、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ等、コンピュータの情報を表示することができるものであれば本願の発明が有効であることは言うまでもない。
【００３６】
＜座標入力装置の動作に関する説明（図５）＞
以下、遠隔操作の場合（スイッチ２３およびスイッチ２４の操作による入力）の入力例をあげて、本実施例における座標入力装置の入力ペンの入力方法について説明する。
【００３７】
図５は、表示装置の画面上にカーソルが表示されているときの入力例を示している。今、操作者が、図５の１に示した点Ａから点Ｂまで線を描画したいとき、ペンのスイッチの動作とペンから出力される超音波が発振あるいは停止のいずれかの状態にあるかと座標入力装置の座標出力モードに関して図５を用いて説明する。
【００３８】
まず、カーソル４０１が画面上に表示されていて、点Ａから点Ｂまで線を描画したいとき（描画は、マウスの左クリックを押しながらカーソルを移動させたのと同様に、座標情報とスイッチ情報がコンピュータに送信されることによって描かれる。）、図５において、１の状態はカーソルが画面上に表示されているのみで、ペンのスイッチはいずれも押されていない（図３においてスイッチ２３および２４がオフの状態）。
【００３９】
次に２の状態では、描画を開始したい点Ａにカーソルを移動させる。すなわち、スイッチ２３をオンにして、超音波を発振するモードにし、カーソルを点Ａに移動させる。
【００４０】
次に３の状態では、スイッチ２３および２４をオンにして点Ａから点Ｂまでカーソルを移動させる動作をする。すなわち、この状態は描画されている状態であり、画面上には、カーソルの軌跡が表示される。
【００４１】
そして、４の状態では、点Ｂまで軌跡が表示されてカーソルが移動したならば、スイッチ２４をオフ（手をはなす）にする。以上のようにして、座標情報とスイッチ情報を入力することによって、マウスの如きにコンピュータを操作することができる。
【００４２】
なお、１および４の状態では、スイッチ２３がオンでスイッチ２４がオフの状態でもよく、この場合、連続的にカーソルを移動させることができるため、早い入力が必要なときには有効である。
【００４３】
なお、スイッチ情報は、赤外線や電波で本体に送信してもよいし、発振の間隔をスイッチ動作ごとに可変させることによって、本体側で検出してもよい。
【００４４】
前述したように、２段スイッチであるスイッチ２３とスイッチ２４の作動力と移動量を設定することによって、例えばカーソルを移動させようとした瞬間に２段目のスイッチまで押してしまって描画動作をさせてしまうなどの誤動作を軽減させることが可能となる。
【００４５】
＜座標入力装置の詳細な構成の説明＞
上述した動作をする座標入力装置の構成をより詳細に説明する。
【００４６】
図６は本実施例に於ける３次元（空間）座標計測可能な座標入力装置の概略構成を示すものである。図中４は筆記具であるところの座標入力ペンであって、操作者による座標入力動作により空中に音波を発生するように構成されている。発生した音波は複数の検出センサ３（本実施例の場合、４個の検出センサ３＿Ｓａ〜Ｓｄを使用する）により検出され、後述する方法により信号波形検出回路２で処理された後、演算制御回路１によって、筆記具４の発信源位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出するように構成されている。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５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、あるいは筆記等の手書き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。以上のように、座標入力装置と表示装置を組み合わせることで、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ことが可能となる。
【００４７】
以下、図面に基づき、本願発明の詳細を説明する。
【００４８】
＜座標入力ペンの説明＞
まず図７（ａ），（ｂ）を用いて、座標入力ペン４の構成について、その概略を説明する。座標入力ペン４内に内蔵された音波発生源４３は、ペン電源４５、およびタイマと発振回路、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情報を検知して制御する制御回路等で構成された駆動回路４４によって駆動される。音波発生源４３は、例えばＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などの圧電性素子で構成される。このＰＶＤＦはフィルム状で、所定サイズの円環状に構成することで、所望周波数で駆動効率が最大になるようになっている。音波発生源４３の駆動信号は、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、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、空中にそのエネルーギーが放射されることになる。なお本実施例における座標入力ペン４は、画面に直接タッチして入力するための筆記具であるところ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（ＳＷ４１）と、画面にタッチしないで入力するための座標入力ペン４の筐体に設けられたペンサイド２段スイッチ（ＳＷ４２ａおよびＳＷ４２ｂ）を具備する。これらのスイッチを押すことによって、音波発生源４３の駆動が開始される。
【００４９】
＜本体検出回路の説明＞
さて、所定周期毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎、その場合、１秒間あたりに音波を１００回放射するので、本座標入力装置の座標出力サンプリングレートは、１００回／秒となる）に駆動回路４４は、座標入力ペン４内の音波発生源４３を駆動させる信号を出力し、空中に音波を放射することになるが、その音波は音源と各検出センサ３＿Ｓａ〜Ｓｄ迄の距離に各々応じて遅延し、到達、検出されることになる。この検出センサ３＿Ｓａ〜Ｓｄは、例えばＰＺＴ等の厚み振動を行う圧電振動子で、前面に音響整合層を設けている。この音響整合層は、シリコンゴム等を薄層化したもので、気体との音響インピーダンスの整合をとり、高感度で広帯域特性が得られ、またパルス応答性のよい超音波信号の送受信が可能となっている。
【００５０】
この種の座標入力装置は、座標入力ペン４の音波発信源と各検出センサ３間の距離を、音波の既知の音速と、その到達時間の積により各々導出し、各検出センサの位置情報を用いて幾何学的に前述音波発信源の位置情報を得ることを基本としたシステムである。そこで、この音波の到達時間を検出する方法について説明する。
【００５１】
＜検出方式に関する説明＞
図８は本実施形態における到達時間検出方法を説明するためのタイミングチャートであり、図９はそれを実現するための回路ブロック図である。符号５１は駆動回路４４で発生した駆動信号であり、駆動信号５１を発生するとともにスタート信号を生成する。このスタート信号は例えば座標入力ペン４内に内蔵されている赤外ＬＥＤ等（不図示）を介して、その信号を演算制御回路１に送信し、演算制御回路１内のタイマ１２をスタートさせる。一方、空中に放射された音波は、前述音波発生源４３と検出センサ３間の距離に応じて遅延し、検出センサ３で検出されることになる。符号５３は前置き増幅回路６０で所定レベルまで増幅された検出センサ３で検出された検出信号を示す。この信号を絶対値回路及び、低域通過フィルタ等により構成されるエンベロープ検出回路６１で処理をし、検出信号のエンベロープ５４のみが取り出される。
【００５２】
このエンベロープに着目すると、その波形が伝播する音速は群速度Ｖｇであり、このエンベロープの特異な点、例えばエンベロープのピークやエンベロープの変曲点を検出すると、群速度Ｖｇに関わる遅延時間ｔｇが得られる。エンベロープのピーク、あるいは変曲点を検出するエンベロープ特異点検出回路６２は微分回路、ゼロクロスコンパレータを用いて容易に検出が可能であり、本実施例では２階微分することによって信号５５を形成し、閾値レベル５２と信号５３で比較されたゲート信号を参照してエンベロープの変曲点を検出する（信号５６）。この信号５６を用いて前述したスタート信号により動作しているタイマ１２をストップさせれば、群速度Ｖｇに関わる群遅延時間Ｔｇを検出することが可能である（なお、図９のブロック図にはこの部分の構成は不図示である。また厳密に言えば、この群遅延時間Ｔｇには、波形処理に関わる回路の遅延分が含まれるが、後述する方法により、その影響は完全に除去される。よって、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を加える）。従って、音波発生源４３と検出センサ３間の距離Ｌは次式で求めることができる。
【００５３】
Ｌ＝Ｖｇ×Ｔｇ              （１）
一方、より高精度な距離検出を行うための実施形態は、検出信号波形の位相情報より、音波が到達する時間を導出する方法である。その詳細について説明すれば、検出センサ３の出力信号５３は、帯域通過フィルタ６４により余分な周波数成分を除いた後、Ｔｐ信号検出回路６６に入力される。Ｔｐ信号検出回路６６は、ゼロクロスコンパレータ、マルチバイブレータ等で構成され、帯域通過フィルタ６４によって出力された信号のゼロクロス点に関わる信号を、所定の閾値レベルと比較するゲート信号発生回路６５が生成するゲート信号５７と比較し、信号５８をまず生成する。その後に、前述した群遅延時間Ｔｇを検出する信号５６をゲート信号（ゲート信号発生回路６３が生成）として参照し、前述ゲート信号５６の期間内において、帯域通過フィルタ６４で出力される信号波形の位相が、例えば負側から正側にクロスする最初のゼロクロス点を出力する信号５９を生成する。同様にして、この信号５９を用いて前述したスタート信号により動作しているタイマ１２をストップさせれば、位相速度Ｖｐに関わる位相延時間Ｔｐを検出することが可能である（厳密にいえば、この群遅延時間Ｔｐには、波形処理に関わる回路の遅延分が含まれるが、後述する方法により、その影響は完全に除去される。よって、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を加える）。従って、音波発生源４３と検出センサ３間の距離Ｌは次式で求めることができる。
【００５４】
Ｌ＝Ｖｐ×Ｔｐ            （２）
さてここで、エンベロープ特異点検出回路６２に基づきゲート信号発生回路６３で生成するゲート信号を用いる効果について説明する。
【００５５】
検出センサ３によって検出される信号レベルは、次の要因によって変動する。
１）音波発生源４３、検出センサ３の電気−機械変換効率
２）音波発生源４３と検出センサ３間の距離
３）音波が伝播する空中の温度、湿度等の環境変動
４）音波発生源４３の音波放射に関する指向性、並びに検出センサ３の感度指向性
【００５６】
項目１は、部品公差により発生する要因であり、装置を大量生産する場合には十分な留意が必要である。また項目２は音波の減衰に関する項目であり、音波発生源４３と検出センサ３間の距離が大きくなるにつれて、空気中を伝播する音波の信号レベルは指数関数的に減衰することが一般的によく知られている他、その減衰定数も項目３による環境で変化する。
【００５７】
＜演算制御回路１の説明＞
図１０は本実施例の演算制御回路１の概略構成を示すブロック図で、各構成要素及びその動作概略を以下に説明する。図中１１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、内部カウンタ、操作手順を記憶したＲＯＭ、そして計算等に使用するＲＡＭ、定数等を記憶する不揮発性メモリ等によって構成されている。前述した通り、駆動回路４４により座標入力ペン４内の音波発生源４３の駆動タイミングと同期したスタート信号が、座標入力ペン４に内蔵された赤外ＬＥＤ等（不図示）により光信号として放射され、その信号をスタート信号検出回路１７で検波することによって、演算制御回路１内のタイマ１２（例えばカウンタなどにより構成されている）をスタートさせる。このように構成することで、座標入力ペン４内の音波発生源４３を駆動する駆動タイミングと、演算制御回路１内の例えばタイマとの同期が得られるので、音波発生源４３で発生した音波が、音波発生源４３から各検出センサ３各々に到達するのに要する時間を測定することが可能となる。
【００５８】
信号波形検出回路２より出力される各振動センサ３＿Ｓａ〜３＿Ｓｄよりの振動到達タイミング信号（第１実施例における符号５９の信号）は、検出信号入力ポート１３を介してラッチ回路１５＿ａ〜１５＿ｄに各々入力される。ラッチ回路１５＿ａ〜１５＿ｄ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１２の計時値をラッチする。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１４が判定すると、マイクロコンピュータ１１にその旨の信号を出力する。マイクロコンピュータ１１がこの判定回路１４からの信号を受信すると、ラッチ回路１５＿ａ〜１５＿ｄから各々の振動センサまでの振動到達時間をラッチ回路より読み取り、所定の計算を行って、座標入力ペン４の座標位置を算出する。その結果を、Ｉ／Ｏポート１６を介してディスプレイ駆動回路５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することができる様に構成した。またＩ／Ｏポート１６を介しインターフェース回路に、座標位置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様に構成したものである。
【００５９】
さらに、上記実施例を精度良く距離を求める方法について説明する。
【００６０】
図１１、図１２を用いて同様に説明すれば、符号７１は駆動回路４４で発生した駆動信号であり、駆動信号７１を発生するとともにスタート信号を生成する。このスタート信号は例えば座標入力ペン４内に内蔵されている赤外ＬＥＤ等（不図示）を介して、その信号を演算制御回路１に送信し、演算制御回路１内のタイマ１２をスタートさせる。一方、空中に放射された音波は、前述音波発生源４３と検出センサ３間の距離に応じて遅延し、検出センサ３で検出されることになる。符号７３は前置き増幅回路８０で所定レベルまで増幅された検出センサ３で検出された検出信号を示す。この信号を絶対値回路及び、低域通過フィルタ等により構成されるエンベロープ検出回路８１で処理をし、検出信号のエンベロープ７４のみが取り出される。
【００６１】
このエンベロープ７４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、このエンベロープの特異な点、例えばエンベロープのピークやエンベロープの変曲点を検出すると、群速度Ｖｇに関わる遅延時間Ｔｇが得られる。エンベロープのピーク、あるいは変曲点を検出するエンベロープ特異点検出回路８２は微分回路、ゼロクロスコンパレータを用いて容易に検出が可能であり、本実施例では２階微分することによって信号７５を形成し、閾値レベル７２と信号７３で比較されたゲート信号を参照してエンベロープの変曲点を検出する（信号７６）。この信号７６を用いて前述したスタート信号により動作しているタイマ１２をストップさせれば、群速度Ｖｇに関わる群遅延時間Ｔｇを検出することが可能である（同様に回路の遅延分が含まれるが、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を加える）。従って、音波発生源４３と検出センサ３間の距離Ｌは（１）式で求めることができる。
【００６２】
一方、検出センサ３の出力信号７３は、帯域通過フィルタ８４により余分な周波数成分を除いた後、Ｔｐ信号検出回路８６に入力される。Ｔｐ信号検出回路８６は、ゼロクロスコンパレータ、マルチバイブレータ等で構成され、帯域通過フィルタ８４によって出力された信号のゼロクロス点に関わる信号を、所定の閾値レベルと比較するゲート信号発生回路８５が生成するゲート信号７７と比較し、信号７８をまず生成した後、帯域通過フィルタ８４で出力される信号波形の位相が、例えば負側から正側にクロスする最初のゼロクロス点を出力する信号７９を生成する。同様にして、この信号７９を用いて前述したスタート信号により動作しているタイマ１２をストップさせれば、位相速度Ｖｐに関わる位相延時間Ｔｐ＿２を検出することが可能である。しかしながらこの信号は、前述したとおり信号７３の信号レベルによって変化する（例えば信号レベルがより低下した場合には、固定閾値で比較されるゲート信号のために、ゲート信号発生位置が変化し、例えば信号７８‘となる）。しかしながらこの位相遅延時間Ｔｐ＿２と前述した第１実施例で求められたＴｐ信号の差分は、検出信号波形７３の位相周期の整数倍であって、必ず以下の関係が成立する。
【００６３】
Ｔｐ＝Ｔｐ＿２＋ｎ×Ｔ              （３）
ここでｎは整数、Ｔは検出信号波形の位相周期であり、既知の値である。式（３）を式（２）に代入し、式（１）を用いれば
ｎ＝Ｉｎｔ［（Ｖｇ×Ｔｇ−Ｖｐ×Ｔｐ＿２）／λｐ＋０．５］    （４）
ここでλｐは音波の波長であって、位相速度Ｖｐと周期Ｔの積に等しい。よって整数ｎが既知となり、式（２）、式（３）を用いて距離Ｌの導出が高精度に可能となる（上述の説明において、図８信号５６と信号５８の時間差Δ、および図１１に示される信号７６と信号７８の時間差Δが存在するが、空中を伝播する音波の群速度Ｖｇと位相速度Ｖｐは等しく、この時間差Δは固定量となる。従って、回路遅延と同様に後述する方法で、その影響は完全に除去されるので、ここではΔ＝０として説明している）。
【００６４】
よって本願の実施例においては、群遅延時間Ｔｇの検出点を特定するために、エンベロープのピーク（１階微分）でなく、より前方に位置する変曲点（２階微分）を検出点としているし、さらには第一の実施例よりも第二の実施例のほうが位相遅延時間Ｔｐの検出点が、検出信号波形のより先頭部に位置しているので、前述した反射波の影響を受けにくく、より高精度に座標算出を可能とする優れた構成であると言える。さらに第二実施例の群遅延時間Ｔｇは、先に述べた演算方法により整数ｎを算出するため（式４）にのみ使用され、しかも式（４）で演算上、整数化（四捨五入相当）を実行することになるので、例えば反射波の影響による群遅延時間Ｔｇの誤差が検波する信号波形の位相の半周期以内（長さに換算して、半波長以内）であれば、結果に影響することが無い。
【００６５】
以上述べた実施例において、検出された時間には、音波発生源４３と各検出センサ３まで音波が到達する時間に加えて、回路等による電気的な処理時間も含まれる。従って、ここでは、音波が伝播する時間以外に余分に計測される時間を除去する方法について説明する。前記ラッチ回路によってラッチされた群遅延時間Ｔｇ、もしくは位相遅延時間Ｔｐには、各々群回路遅延時間ｅｔｇ、位相回路遅延時間ｅｔｐを含む。この回路遅延時間は、時間計測毎に同一の値を必ず含む。そこで、ある計測回路によって、音波発生源４３と検出センサ３間を伝播する際に計測された時間をｔ＊、その計測回路における回路遅延時間をｅ、実際に音波が音波発生源４３と検出センサ３間を伝播したのに要した時間をｔとすれば、
ｔ＊＝ｔ＋ｅ                                  （５）
一方、音波発生源４３と検出センサ３間の距離が既知の距離Ｌｉｎｉにおける時間計測値をｔｉｎｉ＊とし、その計測回路における回路遅延時間をｅ、実際に音波が伝播した時間をｔｉｎｉとすれば
ｔｉｎｉ＊＝ｔｉｎｉ＋ｅ                            （６）
よって
ｔ＊−ｔｉｎｉ＊＝ｔ−ｔｉｎｉ                      （７）
今、音波の音速をＶとすれば、
2004240633.tif 000003
よって求めるべき任意の音波発生源４３と検出センサ３間の距離Ｌは
Ｌ＝Ｖ×ｔ＝Ｖ×（ｔ＊−ｔｉｎｉ＊）＋Ｌｉｎｉ      （９）
【００６６】
上記、既知の距離Ｌｉｎｉ、及びその距離における時間計測値ｔｉｎｉ＊を、出荷時等に不揮発性メモリ等に記憶することによって、任意の距離における音波発生源４３と検出センサ３間の距離を精度良く算出することが可能となる。また前述したように、図８信号５６と信号５８の時間差Δ、および図１１に示される信号７６と信号７８の時間差Δについても固定量（一般に空中を伝播する音波の群速度Ｖｇと位相速度Ｖｐは等しい）であるので、上記の方法によりその影響を除去することが可能である。
【００６７】
＜座標算出式の説明＞
さて今、図１３の様な座標系に検出センサ３＿Ｓａ〜３＿Ｓｄが配置された時、音波発生源４３の位置座標（ｘ、ｙ、ｚ）を求める方法について説明する。上記の方法により正確に求められた振動発生源４３と各検出センサ３までの距離を各々Ｌａ〜Ｌｄ、Ｘ方向の検出センサ間距離をＸｓ−ｓ、Ｙ方向の検出センサ間距離をＹｓ−ｓとすれば
【００６８】
2004240633.tif 000004
【００６９】
同様にして
2004240633.tif 000005
【００７０】
以上示したように少なくとも３個の振動発生源４３と検出センサ３までの距離が測定できれば、容易に音波発生源４３の位置（空間）座標を求めることが可能となる。本願発明の実施例では、検出センサを４個用いており、例えば、距離が最も遠い情報を使わず（この場合、検出センサ３で出力される信号は、距離が遠いために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。
【００７１】
＜空間座標算出モードの説明＞
次に本願発明の様な空間座標を算出することが可能な座標入力装置の動作モードについて説明する。
【００７２】
本願発明の座標入力ペンは、外観図を図７に示すように、ペン先ＳＷ４１、及び２段スイッチであるペンサイドＳＷ４２ａ，ＳＷ４２ｂを具備してなり、各ＳＷの動作モードについて表１、図１４、図１６を用いて説明を加える。また、座標入力ペンの動作モードに対応した検出回路側（本体側）の動作モードについて表１、図１５を用いて説明をする。
【００７３】
【表１】
2004240633.tif 000006
【００７４】
図７の駆動回路４４内のメモリには、図１４に示す動作プログラムが内蔵されていて、同じく駆動回路４４内のＣＰＵは、ＳＷ４１およびＳＷ４２ａ，ＳＷ４２ｂの動作にしたがって以下のように動作する。
【００７５】
まず、ステップＳ１０２でΔｔ２１に初期値としてｊを与えておく。ここでΔｔ２１は、ＳＷ４２ｂがＯＦＦになった時刻からＳＷ４２ａがＯＦＦになった時刻までの差分時間として、駆動回路内のメモリに保存される値であり、駆動回路のＣＰＵには各スイッチから出力されるオン・オフで極性が切り替わるパルス信号が入力されていて、各スイッチ信号であるパルス信号の例えばオンになったときの立下りエッジから立下りエッジまでの時間をクロックパルスでカウントすることによって計測する。
【００７６】
操作者が、座標入力ペン４を握って座標入力面（表示装置のスクリーン面にＸＹ平面（ｚ＝０）が設定されている）を押圧することで、ペン先ＳＷ４１が動作する。このとき、（ステップＳ１０３でＳＷ４１＝ＯＮなのでステップＳ１０４に進み、駆動間隔Ｔをセットする。ステップＳ１０５では、Ｔ＝Ｔ１（例えば、１００回／秒）に設定して、ステップＳ１０６で音波発生源４３を駆動して音波が空中に放射されるように動作する。すなわち、表１において動作モードはペン入力モード（Ｍｏｄｅ＝１）になる。
【００７７】
さらに、ステップＳ１０６でＳＷ４１の状態を検知する動作を実行して、ＳＷ４１がＯＮの状態であるならば、操作者が筆記動作を続けているとみなして、ステップＳ１０５の音波発生源４３を駆動する動作を繰り返す。ステップＳ１０６でＳＷ４１がＯＦＦのとき、すなわち、操作者が座標入力面から座標入力ペン４を離したときは、ステップＳ１０７で所定の時間（例えば１０秒）だけタイマ（Ｔｉｍｅｒ）をセットする。そして、ステップＳ１０８で駆動間隔ＴをＴ＝Ｔ１１（例えば、５０回／秒）に設定して、ステップＳ１１０でＳＷ４１の状態を検知する動作を実行して、ＳＷ４１がＯＦＦの状態であるならば、ステップＳ１０９で音波発生源４３を駆動するように動作し、ステップＳ１１１でタイマがゼロ（Ｔｉｍｅｒ＝０）になるまでこの動作を繰り返す。途中ステップＳ１１０でＳＷ４１の状態がＯＮになったときは、操作者が筆記動作を再開したとみなして、ステップＳ１０４に戻り駆動間隔Ｔをセットして、ステップＳ１０５で音波発生源４３を駆動するように動作する。このとき、表１に示す動作モードは近接入力モード（Ｍｏｄｅ＝２）であって、ＳＷ４１がＯＮからＯＦＦに遷移したときにこのモードに移行する。
【００７８】
さらに、座標入力面から離れて（例えば、画面から４００ｍｍ以上）操作する場合（遠隔入力とよぶ）は、コンピュータへの座標の出力モードは前回の座標値に対して差分を出力する相対座標となる。したがって、操作者はまず、画面上に表示されている現在のカーソルの位置を入力したい位置まで移動させて（いわゆるマウスのドラッグ）、アイコンをクリックしたり、描画の動作をさせる（いわゆるマウスの左クリック）。本実施例では、図７に示すＳＷ４２ａを押すことによってカーソルを移動させて、さらにＳＷ４２ｂを押し込むことでアイコンのクリックや描画の動作を実現する。
【００７９】
次に、ステップＳ１１２でＳＷ４２ａの状態を検出する動作をする。ステップＳ１１２でＳＷ４２ａがＯＦＦのときは、ステップＳ１１７で、Δｔ２１に初期値としてｊが入力されているのでステップＳ１０２に戻る。
【００８０】
ステップＳ１１２でＳＷ４２ａがＯＮのとき、すなわち操作者が、座標入力面から離れて操作する場合には、次にステップＳ１１３でＳＷ４２ｂの状態を検知する動作をして、表１の遠隔入力１モード（Ｍｏｄｅ＝３）か遠隔入力２モード（Ｍｏｄｅ＝４）の判定を実行する。すなわち操作者が、座標入力面から離れて操作する場合には、次にステップＳ１１３でＳＷ４２ｂの状態を検知する動作をして、表１の遠隔入力１モード（Ｍｏｄｅ＝３）か遠隔入力２モード（Ｍｏｄｅ＝４）の判定を実行する。
【００８１】
ステップＳ１１３でＳＷ４２ｂがＯＦＦのときは、続いてステップＳ１１４でＳＷ４１の状態を検知する動作をする。ここでＳＷ４１がＯＮならばステップＳ１０４を実行して駆動間隔ＴをＴ＝Ｔ１に設定して、ステップＳ１０５で音波発生源４３を駆動し、以降先述したように動作する。ステップＳ１１４でＳＷ４１がＯＦＦならば、すなわち遠隔入力モード１（Ｍｏｄｅ＝３）とみなして、ステップＳ１１５では駆動間隔ＴをＴ＝Ｔ２（例えば３０回／秒）に設定して、ステップＳ１１６で音波発生源４３を駆動する動作する。そして、再びステップＳ１１２でＳＷ４２ａの状態を検知する動作を繰り返す。
【００８２】
ステップＳ１１３でＳＷ４２ｂがＯＮのときは、ステップＳ１１８でＳＷ４２ａがＯＮになった時刻からＳＷ４２ｂがＯＮになった時刻までの差分時間であるΔｔ１２を閾値ｋと比較する。ここで、Δｔ１２が閾値ｋ以上である場合は、ステップＳ１１９へ、Δｔ１２が閾値ｋより小さい場合はステップＳ１１４へと移行する動作をする。すなわち、ＳＷ４２ｂが所定時間の間ＯＮになった場合は、ＳＷ４２ｂがＯＮ動作であること有効として、それ以外はＳＷ４２ｂのＯＮ動作を無効とする動作をする。
【００８３】
ステップＳ１１８でＳＷ４２ｂがＯＮであると認められた場合は、遠隔入力２モード（Ｍｏｄｅ＝４）とみなして、ステップＳ１１９では駆動間隔ＴをＴ＝Ｔ２１（例えば４０回／秒）に設定して、ステップＳ１２０で音波発生源４３を駆動する動作する。そして、再びステップＳ１２１でＳＷ４２ｂの状態を検知する動作をし、ＳＷ４２ｂがＯＮのときには、遠隔入力モード２（Ｍｏｄｅ＝４）が継続しているとみなして、ステップＳ１２０で音波発生源４３を駆動する動作を繰り返す。
【００８４】
ステップＳ１２１でＳＷ４２ｂがＯＦＦのときには、次に、ステップＳ１１２でＳＷ４２ａの状態を検出する動作をする。ここで、ステップＳ１１２でＳＷ４２ａがＯＦＦのときは、ステップＳ１１７で、Δｔ２１と閾値ｊが比較される。ここで、Δｔ２１が閾値ｊ以上である場合は、ステップＳ１０２へ、Δｔ１２が閾値ｋより小さい場合はステップＳ１１３へと移行する動作をする。すなわち、ＳＷ４２ａが所定時間の間ＯＦＦになった場合は、ＳＷ４２ａがＯＦＦ動作であることを有効として、それ以外はＳＷ４２ａのＯＦＦ動作を無効とする動作をする。それぞれのステップへ移行した後は前述のように動作する。
【００８５】
なお、ペン入力モード（Ｍｏｄｅ＝１）、近接入力モード（Ｍｏｄｅ＝２）、遠隔入力モード２（Ｍｏｄｅ＝４）、遠隔入力モード１（Ｍｏｄｅ＝３）の順番で操作者が高速に入力をすることを考慮すると、各モード（Ｍｏｄｅ＝１〜４）における駆動間隔Ｔは、駆動間隔：Ｔ１＜Ｔ１１＜Ｔ２１＜Ｔ２のように設定することで効率よく本願の座標入力装置を構成することができる。すなわち、座標入力ペン４の消費電力を抑えることができるので電池寿命を延ばすことができるという効果がある。
【００８６】
次に、検出回路側（本体側）での動作について図１５を用いて説明する。図１５において、ステップＳ１２１０の待機状態から、ステップＳ１２２で、検出センサ３が信号を検出したと判断されたならば、上述したとおり、座標入力ペン４の位置座標Ｘ，Ｙ，Ｚを算出する。次に、ステップＳ１２４で駆動間隔Ｔを判定する。ここで、Ｔ＝Ｔ１のときは、ステップＳ１２６でＭｏｄｅ＝１に設定してペン入力モードの動作をさせる。ステップＳ１２４で駆動間隔Ｔを判定した結果がＴ＝Ｔ１以外の場合は、さらにステップＳ１２５で駆動間隔Ｔを判定する。ここで、Ｔ＝Ｔ１１のときは、ステップＳ１２７でＭｏｄｅ＝２に設定して近接入力モードの動作をさせる。以上のＭｏｄｅ＝１およびＭｏｄｅ＝２では、ステップＳ１３３で絶対座標Ｘ，Ｙを出力する。
【００８７】
また、ステップＳ１２５でＴ＝Ｔ１１と判断されない場合は、ステップＳ１２９に進み前回のサンプリングに計算した座標値Ｘ，Ｙとの差分値（相対座標）ΔＸ，ΔＹを算出する。
【００８８】
そして、ステップＳ１３０で駆動間隔Ｔを判定する。ここで、Ｔ＝Ｔ２のときは、ステップＳ１３１でＭｏｄｅ＝３に設定して遠隔入力モード１の動作をさせる。ステップＳ１３１でＴ＝Ｔ２以外の駆動間隔と判断されたときは、ステップＳ１３２でＭｏｄｅ＝４に設定して遠隔入力モード２の動作をさせる。以上のＭｏｄｅ＝３およびＭｏｄｅ＝４では、ステップＳ１３４で相対座標ΔＸ，ΔＹを出力する。
【００８９】
ここで、各モードの動作について説明する。まず、ペン先ＳＷ４１がオン状態の場合はペン入力モード（Ｍｏｄｅ＝１）は、算出される座標値は絶対座標値（Ｘ，Ｙ，０）であって、その値を直接外部装置に出力することで、操作者は筆記動作が可能となる。
【００９０】
一方、ペン先ＳＷ４１がオフ状態の場合は、少なくとも操作者によるＸＹ平面内（Ｚ＝０）での座標入力が行われていない状態を意味するが、その場合であっても、画面上に表示されているカーソルを移動する等の動作を行えることが好ましい。そのため、ペン先ＳＷ４１がオン状態からオフ状態に遷移したときには一定時間、ペン先ＳＷ４１を座標入力面に押しつけなくても（ペンＳＷ４１がオン状態でなくても）座標の入力が可能な近接入力モード（Ｍｏｄｅ＝２）を有している。
【００９１】
さらに、本願の座標入力装置は、座標入力面（ＸＹ平面）から離れて入力する（Ｚ＞０であることを示す）ことが可能であり、ＳＷ４２ａが押されることで遠隔入力１モード（Ｍｏｄｅ＝３）、また、ＳＷ４２ａ，ＳＷ４２ｂが同時に押されることで、遠隔入力２モード（Ｍｏｄｅ＝４）に設定されて、座標入力ペンの動きによってカーソルを移動し、その移動状態を記録（筆跡）として残すことが可能となっている。
【００９２】
図１６は、２段スイッチであるＳＷ４２ａ，ＳＷ４２ｂのＯＮ／ＯＦＦの状態として、駆動回路４４に入力される信号のタイミングチャートを示したものである。
【００９３】
図示するように両者のＳＷ信号は、駆動回路に入力されるレベルとして、ＯＦＦの状態の場合にはハイレベルで、ＯＮの状態の場合にはローレベルとなる。
【００９４】
また、図１６の下段には、スイッチ信号のタイムチャートと連動した、座標入力ペンの駆動間隔を図示した。図のように、ＳＷ４２ａのＯＮ／ＯＦＦおよびＳＷ４２ｂのＯＮ／ＯＦＦによって駆動間隔を連続的に可変することができるため、本体側の検出回路でスイッチの動作によって、出力する座標の形式を連続的に可変することが可能である。
【００９５】
いま、ＳＷ４２ａがＯＮになったタイミングからＳＷ４２ｂがＯＮになったタイミングまでをΔｔ１２とする。すなわち、図１６において（１）と（２）の区間である。
【００９６】
また、ＳＷ４２ｂがＯＦＦになるタイミングからＳＷ４２ａがＯＦＦになったタイミングまでをΔｔ２１とする。すなわち、図１６において（３）と（４）の区間および（９）と（１０）の区間である。図１４で説明したように、（３）と（４）の区間ではΔｔ２１が閾値ｊよりも小さいとするとＳＷ４２ａの（４）から（５）の区間のＯＦＦ動作が無効となる。また、（９）と（１０）の区間ではΔｔ２１が閾値ｊ以上であるとするとＳＷ４２ａの（１０）以降のＯＦＦ動作は有効となる。
【００９７】
以上のように、Δｔ１２およびΔｔ２１を所定の閾値と比較させることによって、スイッチの動作が有効か無効かを確認する手段として使用し、操作者の意図しないスイッチの動作を判定して動作するので座標入力する際に格段に操作性を向上させることができる。
【００９８】
本願発明の他の実施形態は、上記に加えて、ＳＷ４２ｂがＯＦＦ動作の期間中にＳＷ４２ａがＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮと動作した場合について監視することで、スイッチ手段の操作における信頼性を向上させることができるものである。
【００９９】
図１４において、ＳＷ４２ｂがＯＦＦの動作を開始した時点、すなわち（３）から開始して、ＳＷ４２ａがＯＮ→ＯＦＦになる時点、すなわち（４）からＳＷ４２ａがＯＦＦ→ＯＮになる時点、すなわち（５）までの時間Δｔ２１１を所定の閾値と比較することによって判定する。
【０１００】
この場合、所定の閾値よりも上記時間間隔が小さいときは、ＳＷ４２ａの操作を無効とする動作をさせる。
【０１０１】
また、図１４において、（３）（４）と（４）（５）の両方の時間を監視してもよく、この場合も、それぞれの時間間隔が小さいときは、ＳＷ４２ａの操作を無効とする動作をさせることで、上記と同様の効果が得られる。
【０１０２】
さらに、（９）（１０）のタイミングを監視した後、所定の時間は強制的にＳＷ４２ａがＯＮであるとみなして、音波発生源４３を駆動する構成としてもよい。この場合は、所定時間経過して、音波発生源４３を駆動が終了した後、ＳＷ４２ａがＯＦＦ→ＯＮをその間に検出した場合に再び音波発生源４３を駆動する構成となる。
【０１０３】
このように構成することによって、操作者が意図せず２段目をオフする際に１段目までオフしてしまっても、誤操作を防止することができる。
【０１０４】
したがって、以上の様な構成とすることで、操作者は遠隔入力の際、現状位置する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り、しかもその座標入力が連続して行われている一連の間にクリックや描画といった動作が自然と行うことができるため、遠隔操作であっても操作感を向上させることが可能となる優れた効果が得られる。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、座標入力面に対して所望の位置を指示して座標を入力する座標入力装置であって、位置を指示する位置指示手段と、前記位置指示手段によって指示された座標を算出する座標算出手段と、前記位置指示手段に具備された１段目の切り替えを経由して２段目の切り替えを行い、１段目と２段目が連続的に切り替え可能なスイッチ手段と、前記スイッチ手段の１段目および２段目の切り替えがオンになった後の２段目の切り替えがオフになる時刻と１段目の切り替えがオフになる時刻との時間差を検出する時間差検出手段と、前記時間差検出手段の検出結果によって、前記座標出力手段の座標出力形式を変更する座標出力形式変更手段を有するので、ペンによる遠隔操作でも、操作性よく座標を入力することができる座標入力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係る座標入力装置を利用したシステムの一例を示す図
【図２】第１実施例に係る座標入力ペンの模式図
【図３】第１実施例に係る座標入力ペンに配置された２段スイッチの回路図
【図４】第１実施例に係る座標入力装置の方式の一例を説明する図
【図５】第１実施例に係る座標入力装置の入力方法の一例を説明する図
【図６】第１実施例に係る座標入力装置の概略構成図
【図７】（ａ），（ｂ）  第１実施例に係る座標入力装置の座標入力ペンを説明する図
【図８】第１実施例に係る信号処理のタイミングチャート
【図９】第１実施例に係る信号処理のブロック図
【図１０】演算制御回路１のブロック図
【図１１】第１実施例に係る信号処理のタイミングチャート
【図１２】第１実施例に係る信号処理のブロック図
【図１３】座標系を説明する説明図
【図１４】第１実施例に係る座標入力ペンの動作を説明するフローチャート
【図１５】第１実施例に係る検出回路側の動作を説明するフローチャート
【図１６】第１実施例および第２実施例に係る座標入力ペンのスイッチ動作を説明するタイミングチャート
【符号の説明】
１  演算制御回路
２  信号波形検出回路
３  検出センサ
４  座標入力ペン
６  表示ディスプレイ
４１  ペン先ＳＷ
４２ａ  ペンサイドＳＷ
４２ｂ  ペンサイドＳＷ
４３  音波発生源
【図１】
2004240633.tif 000007
【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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