(57)【要約】【課題】複数の入力状態の各入力状態において、効率良くかつ適切に座標入力することができる座標入力装置及びその制御方法、座標入力指示具、プログラムを提供する。【解決手段】座標入力ペン４の第１乃至第３軸で定義される空間における位置座標を算出する。座標出力形態として、少なくともその位置座標を出力する絶対座標出力形態と、その位置座標と所定座標との差分座標値を出力する相対座標出力形態とを有し、算出された座標値の第１軸の値に基づいて、座標値の座標出力形態を決定する第一の出力形態決定手段と、算出された座標値の第２軸及び第３軸の両者の座標値に基づいて、座標値の出力形態を決定する第二の出力形態決定手段とを備え、第一の出力形態決定手段の出力結果と第二の出力形態決定手段の出力結果より座標出力形態を選択して、算出した座標値を処理する。【選択図】　図９
2004062658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標入力指示具の位置座標を検出する座標入力装置であって、
前記座標入力指示具の第１乃至第３軸で定義される空間における位置座標を算出する算出手段と、
座標出力形態として、少なくとも
算出した座標値をそのまま出力する絶対座標出力形態と
算出した座標値と所定の座標値との差分値を出力する相対座標出力形態とを備え、
算出された座標値の前記第１軸の値に基づいて、座標値の座標出力形態を決定する第一の出力形態決定手段と、
算出された座標値の前記第２軸及び前記第３軸の両者の座標値に基づいて、座標値の出力形態を決定する第二の出力形態決定手段とを備え、
前記第一の出力形態決定手段の出力結果と前記第二の出力形態決定手段の出力結果より前記座標出力形態を選択して、算出した座標値を処理する
ことを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
前記所定座標は、連続的に座標入力が行われている連続入力期間中の最初に有効となる座標値であり、
前記連続入力期間中に最初に有効となって前記算出手段で算出された位置座標を前記所定座標として記憶する記憶手段と
を更に備え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】
当該座標入力装置と重ねて配置される表示装置を更に備え、前記第１軸は前記表示装置の表示領域平面の法線方向、前記第２及び第３軸は該表示装置の表示領域平面を定義する
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４】
前記座標出力形態として、更に、少なくとも前記第２軸の座標値と前記所定座標値との差分座標値を変倍して出力する相対座標処理出力形態を有する
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５】
当該座標入力装置と重ねて配置される表示装置を更に備え、前記第１軸は前記表示装置の表示領域平面の法線方向、前記第２軸は該表示装置の表示領域平面の水平方向、前記第３軸は前記表示装置の表示領域平面の天地方向に定義されている
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６】
前記相対座標処理出力形態による前記差分座標値の変倍の変倍率は、前記第１軸の座標値に基づいて設定される
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７】
相対座標処理出力形態による前記差分座標値の変倍の変倍率は、前記位置座標に基づいて設定される
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】
座標入力指示具の位置座標を検出して、その位置座標に基づく情報を表示装置に表示する座標入力装置であって、
前記座標入力指示具の位置座標を算出する算出手段と、
前記算出手段で算出された位置座標が前記表示装置の表示領域内にあるか否かを判定する判定手段と、
前記判定結果に基づいて、前記位置座標あるいは前記位置座標と所定座標との差分座標値を出力するかを決定する決定手段と
を備えることを特徴とする座標入力装置。
【請求項９】
前記表示装置の表示領域を設定する設定手段と
を更に備えることを特徴とする請求項８に記載の座標入力装置。
【請求項１０】
前記設定手段は、前記表示領域の少なくとも３箇所の表示領域隅部の座標値に基づいて、該表示領域を設定する
ことを特徴とする請求項９に記載の座標入力装置。
【請求項１１】
前記座標入力指示具が有する複数のスイッチの動作状態を判定するスイッチ状態判定手段とを更に備え、
前記座標出力制御手段は、前記判定手段の判定結果と前記スイッチ状態判定手段の判定結果に基づいて、前記位置座標あるいは前記位置座標と所定座標との差分座標値を出力する、あるいは前記位置座標の出力を禁止する
ことを特徴とする請求項９に記載の座標入力装置。
【請求項１２】
前記所定座標は、連続的に座標入力が行われている連続入力期間中の最初に有効となる座標値であり、
前記連続入力期間中に最初に有効となって前記算出手段で算出された位置座標を前記所定座標として記憶する記憶手段と
を更に備えることを特徴とする請求項９に記載の座標入力装置。
【請求項１３】
座標入力指示具の位置座標を検出する座標入力装置の制御方法であって、
前記座標入力指示具の第１乃至第３軸で定義される空間における位置座標を算出する算出工程と、
座標出力形態として、少なくとも
前記位置座標を出力する絶対座標出力形態と、
前記位置座標と所定座標との差分座標値を出力する相対座標出力形態とを備え、
算出された座標値の前記第１軸の値に基づいて、座標値の座標出力形態を決定する第一の出力形態決定工程と、
算出された前記第２軸及び前記第３軸の両者の座標値に基づき、座標値の座標出力形態を決定する第二の出力形態決定工程と
前記第一の出力形態決定工程の出力結果と前記第二の出力形態決定工程の出力結果より前記座標処理出力形態を選択して、算出した座標値を処理する
ことを特徴とする座標入力装置の制御方法。
【請求項１４】
座標入力指示具の位置座標を検出して、その位置座標に基づく情報を表示装置に表示する座標入力装置の制御方法であって、
前記座標入力指示具の位置座標を算出する算出工程と、
前記算出工程で算出された位置座標が前記表示装置の表示領域内にあるか否かを判定する判定工程と、
前記判定結果に基づいて、前記位置座標あるいは前記位置座標と所定座標との差分座標値を出力するかを決定する決定手段と
を備えることを特徴とする座標入力装置の制御方法。
【請求項１５】
座標入力指示具の位置座標を検出する座標入力装置の制御をコンピュータに機能させるためのプログラムであって、
前記座標入力指示具の第１乃至第３軸で定義される空間における位置座標を算出する算出工程のプログラムコードと、
座標出力形態として、少なくとも
前記位置座標を出力する絶対座標出力形態と、
前記位置座標と所定座標との差分座標値を出力する相対座標出力形態とを備え、
算出された座標値の前記第１軸の値に基づいて、座標値の座標出力形態を決定する第一の出力形態決定工程のプログラムコードと、
算出された前記第２軸及び前記第３軸の両者の座標値に基づき、座標値の座標出力形態を決定する第二の出力形態決定工程のプログラムコードと
前記第一の出力形態決定工程の出力結果と前記第二の出力形態決定工程の出力結果より前記座標処理出力形態を選択して、算出した座標値を処理する処理工程のプログラムコードと
を備えることを特徴とするプログラム。
【請求項１６】
座標入力指示具の位置座標を検出して、その位置座標に基づく情報を表示装置に表示する座標入力装置の制御をコンピュータに機能させるためのプログラムであって、
前記座標入力指示具の位置座標を算出する算出工程のプログラムコードと、
前記算出工程で算出された位置座標が前記表示装置の表示領域内にあるか否かを判定する判定工程のプログラムコードと、
前記判定結果に基づいて、前記位置座標あるいは前記位置座標と所定座標との差分座標値を出力する座標出力制御工程のプログラムコードと
を備えることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、座標入力指示具の位置座標を検出する座標入力装置及びその制御方法、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（ＬＣＤ）、あるいはプロジェクタ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、操作者が行った指示具によるポインティングあるいは筆跡を表示装置に表示し、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。
【０００３】
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の透明な入力板を有する方式や、光学方式、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）方式のよう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物もある。
【０００４】
このような情報機器は、携帯性を有する小型の電子手帳に始まり、ペン入力コンピュータ等、表示装置の大型化に伴って、比較的大きなサイズのペン入力コンピュータ等の情報機器も見られるようになった。その他、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。また、大型の液晶ディスプレイやＰＤＰディスプレイ等の表示装置は、現在も画質の改善、低コスト化が進められている他、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。
【０００５】
また、これらの大型の表示装置は、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、パーソナルコンピュータ内にあらかじめ用意した資料用データを大型の表示装置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、大型の表示装置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、パーソナルコンピュータを制御して、例えば、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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種の座標入力装置において、抵抗膜方式、静電方式等の座標入力装置は、完全に透明な入力板を構成することが困難であり、表示装置の画像の質を低下させると言う問題が生じる。
【０００７】
また、ガラス等の伝播体を必要とする超音波方式では、例えば、室内で用いる際の蛍光灯の映りこみを防止するために、そのガラスの表面を光学的に処理する必要があり、画像の画質を維持すると言う点で大幅なコストアップが避けられない。
【０００８】
また、電磁誘導方式は、表示面の裏側にマトリックス上の電極を配置し、指示具との間で電磁的な信号の送受を行うので、表示装置が大型化し装置の厚みが増すと、原理的に座標算出が困難なものとなる上に、会議用途、あるいはプレゼンテーション用途といった大型の座標入力装置を構成する場合には、非常にコストの高い装置となってしまう欠点を有する。
【０００９】
また、大型の表示システムを採用した場合には、大勢の聴衆が鑑賞することが想定され、画像の視野角、あるいはコントラスト等は十分な性能が要求される。従って、これらの大型表示システムと座標入力装置を組み合わせる場合には、十分な低コストで精度良く座標算出が可能となるばかりでなく、表示装置の画質を劣化させないと言うことが重要な要件となる。
【００１０】
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た場合、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時代を考慮すれば、操作者が直接画面をタッチすることでパーソナルコンピュータ等の外部機器を制御し、操作者が必要な情報を適宜表示したりすることができる構成は、操作者（プレゼン発表者）にとって、操作性という観点で優位である。
【００１１】
また、大勢の参加者である聞き手は、操作者が直接画面の情報を操作することで、操作者の指示ポイント、操作者の表情やジェスチャー等の情報を、画面に表示されている情報と共に同時に得られるので、より理解を深めることが可能となる。
【００１２】
しかしながら、この種の大型表示装置の表示画面上の特定の位置に操作者が直接、指示等のアクションを行えば、その際に発生する操作者の移動によって画面の情報がさえぎられ、特に、フロントプロジェクタ、ＯＨＰ等の投射タイプの表示装置を採用しているシステムでは、画像が大きく歪むことになるので、見難いと言う観点で大きな障害となり得る。
【００１３】
こうした光路をさえぎる等の不都合を解消する方法として、操作者が指示具を用いて、その場においてマウス的な動作（絶対座標でなく、相対座標で、例えば、カーソルを移動する動作）を実行することで、現状のカーソル位置から所望の位置にカーソルを移動させていく方法がある。
【００１４】
この相対座標を入力する方法について詳述すれば、操作者による動作によって、ある時点において、例えば、座標値（Ｘ１、Ｙ１）を検出したと仮定し、その後、指示具を移動させて座標値（Ｘ２、Ｙ２）を座標入力装置が検出したとすれば、その移動量は（ΔＸ、ΔＹ）である（ΔＸ＝Ｘ２−Ｘ１、ΔＹ＝Ｙ２−Ｙ１）。
【００１５】
この移動量（ΔＸ、ΔＹ）分を、現状の任意のカーソル位置からの移動量としてカーソルを移動させれば、操作者の意図（方向とその移動距離が指示具の移動方向と移動量に等しい）に応じてカーソルを移動させることができる。つまり、大画面の所定位置に直接指示具を位置せしめなくても、操作者がその場にいて、カーソルを所定位置に移動させることが可能となる。
【００１６】
もちろん座標入力装置としては、画面を直接タッチすることで文字入力、描画（あたかも紙と鉛筆の様な関係で、指示具を移動させることでそのエコーバックとしてその移動個所に筆跡が残る構成）、あるいはアイコンをダブルクリックする等の動作によるコマンド生成は重要な機能である。
【００１７】
つまり、この種のシステムにおいては、絶対座標を出力する動作モードは必須であり、上述した相対的な動作と両立させることは重要な課題である。
【００１８】
この動作モードを切り替える方法としては、種々の構成が開示されており、例えば特開平４−２９９７２４号に示されるように表示領域を分割して絶対座標を入力できる領域と相対座標を入力できる領域に分割する方法や、特開平５−２９８０１４号、あるいは特開平１０−３３３８１７号に示されるように相対／絶対座標入力切替手段を設ける方法、アプリケーションに応じて自動的に切り替える方法が開示されている。
【００１９】
さらには、特開平１０−１４９２５３号に示されるように絶対座標に対するオフセット値を設定する方法や、指示具の移動速度に応じて座標を処理する方法が開示されている。
【００２０】
領域を分割、あるいはアプリケーションに応じて動作モードを切り替える方法は、表示領域内の座標検出を前提とし、検出された座標をどのように処理するかを開示するものである。例えば、相対座標を検出することができる領域の領域内に絶対的なポイント指示を行おうとする場合には、設定される領域を再度設定しなおし、その所望のポイント位置の領域を絶対座標検出のための領域に設定しなければならず、無論、アプリケーションによる方法であっても何らかの設定が必要であり、操作が非常にわずらわしい。
【００２１】
さらには、切替手段を有する構成、特定操作によってオフセット量を設定する方法は、用途に応じていちいち切替等の特定の動作が発生し、操作性に優れると言う観点で十分な構成とは言いがたい。また、指示具の移動速度に基づき座標を処理する方法にあっては、カーソルの大移動を小さな手元動作で実現することができる手段であるが、文字を入力したり図形を描くと言う観点で、非常に扱い難い仕様であるといわざるを得ない。
【００２２】
一方、この種の大型の入出力一体のシステムを考慮した場合、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時代を考慮すれば、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ーソナルコンピュータ等の外部機器を制御するばかりでない。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、あるいは反論のための証拠資料を開示できるように、『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。
【００２３】
また、従来の座標入力装置は、感圧、電磁方式に代表されるように、座標入力（検出）可能な領域は、座標入力装置全体の大きさを上回ることはない。従って、液晶等の表示装置に重ねて配置する場合には、表示装置の表示領域に組み付け時の公差等を考慮した数値が上乗せされた範囲を座標入力有効領域とする場合が一般的であり、表示領域の大きさと座標入力有効領域の大きさはほぼ等しく設定されている。
【００２４】
言い換えれば、表示装置の外側をも検出することができる仕様は、座標入力装置の大きさがその分だけ増し、表示領域の大きさに比べて装置全体の大きさが非常に大きくなると言う課題を有することになる。
【００２５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、複数の入力状態の各入力状態において、効率良くかつ適切に座標入力することができる座標入力装置及びその制御方法、プログラムを提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明による座標入力装置は以下の構成を備える。即ち、
座標入力指示具の位置座標を検出する座標入力装置であって、
前記座標入力指示具の第１乃至第３軸で定義される空間における位置座標を算出する算出手段と、
座標出力形態として、少なくとも
算出した座標値をそのまま出力する絶対座標出力形態と
算出した座標値と所定の座標値との差分値を出力する相対座標出力形態とを備え、
算出された座標値の前記第１軸の値に基づいて、座標値の座標出力形態を決定する第一の出力形態決定手段と、
算出された座標値の前記第２軸及び前記第３軸の両者の座標値に基づいて、座標値の出力形態を決定する第二の出力形態決定手段とを備え、
前記第一の出力形態決定手段の出力結果と前記第二の出力形態決定手段の出力結果より前記座標出力形態を選択して、算出した座標値を処理する。
【００２７】
また、好ましくは、前記所定座標は、連続的に座標入力が行われている連続入力期間中の最初に有効となる座標値であり、
前記連続入力期間中に最初に有効となって前記算出手段で算出された位置座標を前記所定座標として記憶する記憶手段と
を更に備える。
【００２８】
また、好ましくは、　当該座標入力装置と重ねて配置される表示装置を更に備え、
前記第１軸は前記表示装置の表示領域平面の法線方向、前記第２及び第３軸は該表示装置の表示領域平面を定義する。
【００２９】
また、好ましくは、前記座標出力形態として、更に、少なくとも前記第２軸の座標値と前記所定座標値との差分座標値を変倍して出力する相対座標処理出力形態を有する。
【００３０】
また、好ましくは、当該座標入力装置と重ねて配置される表示装置を更に備え、
前記第１軸は前記表示装置の表示領域平面の法線方向、前記第２軸は該表示装置の表示領域平面の水平方向、前記第３軸は前記表示装置の表示領域平面の天地方向に定義されている
また、好ましくは、前記相対座標処理出力形態による前記差分座標値の変倍の変倍率は、前記第１軸の座標値に基づいて設定される。
【００３１】
また、好ましくは、相対座標処理出力形態による前記差分座標値の変倍の変倍率は、前記位置座標に基づいて設定される。
【００３２】
上記の目的を達成するための本発明による座標入力装置は以下の構成を備える。即ち、
座標入力指示具の位置座標を検出して、その位置座標に基づく情報を表示装置に表示する座標入力装置であって、
前記座標入力指示具の位置座標を算出する算出手段と、
前記算出手段で算出された位置座標が前記表示装置の表示領域内にあるか否かを判定する判定手段と、
前記判定結果に基づいて、前記位置座標あるいは前記位置座標と所定座標との差分座標値を出力するかを決定する決定手段と
を備える。
【００３３】
また、好ましくは、前記表示装置の表示領域を設定する設定手段と
を更に備える。
【００３４】
また、好ましくは、前記設定手段は、前記表示領域の少なくとも３箇所の表示領域隅部の座標値に基づいて、該表示領域を設定する。
【００３５】
また、好ましくは、前記座標入力指示具が有する複数のスイッチの動作状態を判定するスイッチ状態判定手段とを更に備え、
前記座標出力制御手段は、前記判定手段の判定結果と前記スイッチ状態判定手段の判定結果に基づいて、前記位置座標あるいは前記位置座標と所定座標との差分座標値を出力する、あるいは前記位置座標の出力を禁止する。
【００３６】
また、好ましくは、前記所定座標は、連続的に座標入力が行われている連続入力期間中の最初に有効となる座標値であり、
前記連続入力期間中に最初に有効となって前記算出手段で算出された位置座標を前記所定座標として記憶する記憶手段と
を更に備える。
【００３７】
上記の目的を達成するための本発明による座標入力装置の制御方法は以下の構成を備える。即ち、
座標入力指示具の位置座標を検出する座標入力装置の制御方法であって、
前記座標入力指示具の第１乃至第３軸で定義される空間における位置座標を算出する算出工程と、
座標出力形態として、少なくとも
前記位置座標を出力する絶対座標出力形態と、
前記位置座標と所定座標との差分座標値を出力する相対座標出力形態とを備え、
算出された座標値の前記第１軸の値に基づいて、座標値の座標出力形態を決定する第一の出力形態決定工程と、
算出された前記第２軸及び前記第３軸の両者の座標値に基づき、座標値の座標出力形態を決定する第二の出力形態決定工程と
前記第一の出力形態決定工程の出力結果と前記第二の出力形態決定工程の出力結果より前記座標処理出力形態を選択して、算出した座標値を処理する。
【００３８】
上記の目的を達成するための本発明による座標入力装置の制御方法は以下の構成を備える。即ち、
座標入力指示具の位置座標を検出して、その位置座標に基づく情報を表示装置に表示する座標入力装置の制御方法であって、
前記座標入力指示具の位置座標を算出する算出工程と、
前記算出工程で算出された位置座標が前記表示装置の表示領域内にあるか否かを判定する判定工程と、
前記判定結果に基づいて、前記位置座標あるいは前記位置座標と所定座標との差分座標値を出力するかを決定する決定工程と
を備える。
【００３９】
上記の目的を達成するための本発明によるプログラムは以下の構成を備える。即ち、
座標入力指示具の位置座標を検出する座標入力装置の制御をコンピュータに機能させるためのプログラムであって、
前記座標入力指示具の第１乃至第３軸で定義される空間における位置座標を算出する算出工程のプログラムコードと、
座標出力形態として、少なくとも
前記位置座標を出力する絶対座標出力形態と、
前記位置座標と所定座標との差分座標値を出力する相対座標出力形態とを備え、
算出された座標値の前記第１軸の値に基づいて、座標値の座標出力形態を決定する第一の出力形態決定工程のプログラムコードと、
算出された前記第２軸及び前記第３軸の両者の座標値に基づき、座標値の座標出力形態を決定する第二の出力形態決定工程のプログラムコードと
前記第一の出力形態決定工程の出力結果と前記第二の出力形態決定工程の出力結果より前記座標処理出力形態を選択して、算出した座標値を処理する処理工程のプログラムコードと
を備える。
【００４０】
上記の目的を達成するための本発明によるプログラムは以下の構成を備える。即ち、
座標入力指示具の位置座標を検出して、その位置座標に基づく情報を表示装置に表示する座標入力装置の制御をコンピュータに機能させるためのプログラムであって、
前記座標入力指示具の位置座標を算出する算出工程のプログラムコードと、
前記算出工程で算出された位置座標が前記表示装置の表示領域内にあるか否かを判定する判定工程のプログラムコードと、
前記判定結果に基づいて、前記位置座標あるいは前記位置座標と所定座標との差分座標値を出力するかを決定する決定工程のプログラムコードと
を備える。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
【００４２】
図１は本発明の実施形態１の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図である。
【００４３】
４は指示具であるところの座標入力ペンであり、超音波の放射タイミング、あるいは座標入力ペン４のスイッチ情報等を伝送するための赤外光を放射するように構成されている。放射された赤外光は光検出センサ５で受光されると共に、同時に放射される音波は複数の検出センサ３（実施形態１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で処理される。その後、演算制御回路１によって、座標入力ペン４の音波発生源の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出するように構成されている。
【００４４】
演算制御回路１は、座標入力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、表示装置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表示装置６に表示、追記できるように構成されている。
【００４５】
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』のよう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。
【００４６】
次に、座標入力ペンの構成について、図２を用いて説明する。
【００４７】
図２は本発明の実施形態１の座標入力ペンの構成を示す図である。
【００４８】
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４６、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、各種データを記憶するメモリ等で構成された駆動回路４５によって駆動される。
【００４９】
音波発生源４３は、例えば、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等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、空中にそのエネルギーが放射されることになる。一方で、音波発生源４３からの機械的な振動のエネルギーが放射されるときに、そのタイミングに同期して、赤外ＬＥＤ等の発光部４４を介して光信号が放射される。
【００５０】
尚、実施形態１における座標入力ペン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（ＳＷ）４１、並びに座標入力ペン４の筐体に設けられた複数のペンサイドスイッチ（ＳＷ）４２ａ、４２ｂを具備する。
【００５１】
駆動回路４４は、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算出サンプリングレートは、１００回／秒となる）に、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、空中に音波とタイミング信号であるところの光信号を放射することになる。
【００５２】
この音波は、音波発生源４３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、厚み振動を利用したＰＺＴからなる圧電振動子で、前面に音響整合層を設けて構成する。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、検出センサ３をこのような構成とすることで、高感度な広帯域特性が得られ、かつ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。
【００５３】
この種の座標入力装置は、座標入力ペン４の音波発生源４３と各検出センサ３＿Ｓａ〜Ｓｄ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３＿Ｓａ〜Ｓｄの位置情報を用いて幾何学的に音波発生源４３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到達時間検出方法について、図３、図４を用いて説明する。
【００５４】
図３は本発明の実施形態１の音波の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４は本発明の実施形態１の音波の到達時間検出を実現する検出回路のブロック図である。
【００５５】
１０１は駆動回路４５で発生した音波発生源４３の駆動信号であり、それと同期して発光部４４からの超音波発生のタイミング情報を伝送するためのスタート信号が光信号として放射される。この光信号は光検出センサ５を介して検出され、周波数検波回路２１０、制御信号検出回路２１１を介して、超音波発生のタイミング、あるいは座標入力ペン４の状態（例えば、ペンアップ／ペンダウン状態等）を演算制御回路１内のマイクロコンピュータ３０１（図５）に出力して、タイマ３０３（図５）をスタートさせる。
【００５６】
一方、空中に放射された音波は、音波発生源４３と検出センサ３＿Ｓａ〜Ｓｄ間の距離に応じて遅延し、検出センサ３＿Ｓａ〜Ｓｄで検出されることになる。１０２は前置増幅回路２０１で所定レベルまで増幅された各検出センサ３＿Ｓａ〜Ｓｄで検出された検出信号を示す。この検出信号１０２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２０３で処理を行い、検出信号１０２のエンベロープ１０３を抽出する。
【００５７】
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の特異な点、例えば、エンベロープ１０３のピークやエンベロープ１０３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。エンベロープ特異点検出回路２０６は、微分回路、ゼロクロスコンパレータを用いて容易に、このエンベロープ１０３のピークあるいは変曲点を検出することが可能である。
【００５８】
特に、実施形態１では、２階微分することによって信号１０６を形成し、閾値レベル１０４とエンベロープ１０３で比較されたゲート信号１０５を参照してエンベロープ１０３の変曲点を検出する（信号１０７）。そして、このＴｇ信号検出回路２０７により生成される信号１０７により、カウント動作を継続しているタイマ３０３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。
【００５９】
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。
【００６０】
以上のことから、音波発生源４３と検出センサ３＿Ｓａ〜Ｓｄ間の距離Ｌは次式で求めることができる。
【００６１】
Ｌ＝Ｖｇ×Ｔｇ　　　　　　　　　　　　　　（１）
一方、より高精度な距離Ｌの計算を行なう場合には、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。その詳細について説明すれば、検出センサ３＿Ｓａ〜Ｓｄの出力信号１０３は、帯域通週フィルタ２０８により余分な周波数成分を除いた後、Ｔｐ信号検出回路２０９に入力される。Ｔｐ信号検出回路２０９は、ゼロクロスココンパレータ、マルチバイブレータ等で構成される。そして、帯域通過フィルタ２０８によって出力された信号１０８のゼロクロス点に関わる信号１０９を生成する。
【００６２】
更に、所定の閾値レベル１０４と比較するゲート信号発生回路２０５が生成するゲート信号１０５と比較し、ゲート信号１０５の期間内において、帯域通過フィルタ２０８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１１０を生成する。同様にして、この信号１１０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３０３をストップさせれば、位相速度Ｖｐに閑わる位相遅延時間Ｔｐを検出することが可能である。
【００６３】
尚、厳密にいえば、この位相遅延時間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。
【００６４】
ここで、検出センサ３＿Ｓａ〜Ｓｄ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。
【００６５】
１）　音波発生源４３、検出センサ３＿Ｓａ〜Ｓｄの電気−機械変換効率
２）　音波発生源４３と検出センサ３＿Ｓａ〜Ｓｄ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＿Ｓａ〜Ｓｄの感度指向性
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＿Ｓａ〜Ｓｄ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。
【００６６】
さらには、項目４）は、本発明は座標入力装置として動作するので、筆記具であるところの座標入力ペン４は、操作者による筆記動作で常にその姿勢が変化、つまり、ペン保持角度が変動するので、その変動によっても大きくレベルが変化する。さらには、検出センサ３＿Ｓａ〜Ｓｄの感度指向性により、座標入力ペン４と検出センサ３＿Ｓａ〜Ｓｄの成す角度が変動しても検出レベルが変動する。
【００６７】
この時、例えば、検出レベルがより小さくなったと仮定した場合には、前述した閾値レベル（例えば、信号１０４）が固定であるために、ゲート発生期間は短くなり（信号１１１）、例えば、信号１１０が、信号レベルの低下により信号１１２に変化することは十分に有り得る現象となる。
【００６８】
また、信号１１０と信号１１２の時間的な差は、信号１０８の位相周期の整数倍（図示の場合には、１周期に相当）であるので、この位相遅延時間Ｔｐを用いて距離を求める式は波の波長λｐ（＝Ｖｐ×Ｔ＝Ｖｐ／ｆ：ｆは周波数）、整数ｎを用いて次のようになる。
【００６９】
Ｌ＝Ｖｐ×Ｔｐ＋ｎ×λｐ　　　　　　　　　　　　　　　　（２）
しかしながら、式（１）、（２）より整数ｎを求めることは可能であり
ｎ＝Ｉｎｔ［（Ｖｇ×Ｔｇ−Ｖｐ×Ｔｐ）／λｐ＋０．５］　　　　（３）
となる。
【００７０】
よって、この整数ｎの値を式（２）に代入することで、距離Ｌの導出が高精度に可能となる。
【００７１】
次に、実施形態１の演算制御回路１の概略構成について、図５を用いて説明する。
【００７２】
図５は本発明の実施形態１の演算制御回路の概略構成を示すブロック図である。
【００７３】
３０１は演算制御回路１及び本座標入力装置重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、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に内蔵された発光部４４により光信号として放射され、その信号を制御信号検出回路２１１で検波することによって、演算制御回路１内のタイマ３０３（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。
【００７４】
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内のタイマ３０３との同期が得られるので、音波発生源４３で発生した音波が各検出センサ３＿Ｓａ〜Ｓｄ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。
【００７５】
信号波形検出回路２より出力される各検出センサ３＿Ｓａ〜Ｓｄよりの振動到達タイミング信号（信号１０７、更により高精度な検出を行なう場合は信号１１０）は、検出信号入力ポート３０６を介してラッチ回路３０４＿ａ（Ｔｇ信号処理用）、３０４＿ｂ（Ｔｐ信号処理用）に各々入力される。ラッチ回路３０４＿ａ、３０４＿ｂは、対応する検出センサ３＿Ｓａ〜Ｓｄよりの振動到達タイミング信号を受信すると、その時のタイマ３０３の計時倍をラッチする。
【００７６】
このようにして、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。マイクロコンピュータ３０１がこの判定回路３０５からの信号を受信すると、ラッチ回路３０４＿ａ、３０４＿ｂから各々の検出センサ３＿Ｓａ〜Ｓｄまでの振動到達時間をラッチ回路３０４＿ａ、３０４＿ｂより読み取り、所定の計算を行なって、座標入力ペン４の座標位置を算出する。
【００７７】
尚、図中では、検出センサ１個分のラッチ回路しか示されていないが、実際には、検出センサの数に応じたラッチ回路が適宜配置されている。
【００７８】
その算出結果として得られる座標値（絶対座標値）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、表示装置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。また、Ｉ／Ｏポート３０７を介しインターフェース回路（不図示）に、座標位置情報あるいは座標入力ペン４の状態信号（ペンアップ／ダウン状態、ペンＩＤ等）を出力することによって、外部機器に座標値あるいは制御信号を出力することができる。
【００７９】
尚、実施形態１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＿Ｓａ〜Ｓｄ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。
【００８０】
ラッチ回路３０４＿ａ、３０４＿ｂ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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（４）
となる。
【００８１】
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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）
となる。よって、
ｔ＊−ｔｉｎｉ＊＝ｔ−ｔｉｎｉ　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）
となる。ここで、音波の音速をＶとすれば、
2004062658.tif 000003
となる。
【００８２】
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　　　　　　　　　（８）
となる。
【００８３】
上記、既知の距離Ｌｉｎｉ、及びその距離における時間計測値ｔｉｎｉ＊（位相遅延時間Ｔｐｉｎｉ＊、あるいは群遅延時間Ｔｇｉｎｉ＊及び位相遅延時間Ｔｐｉｎｉ＊）を、出荷時やリセット時に演算制御回路１の不揮発性メモリ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。
【００８４】
次に、図６に示すような座標系に検出センサ３＿Ｓａ〜Ｓｄが配置された場合に、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。
【００８５】
尚、音波発生源４３の位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を規定する空間座標は、Ｚ軸が表示装置６の表示平面の法線方向、Ｘ及びＹ軸は表示装置６の表示平面を定義する。
【００８６】
また、後述する実施形態２では、Ｚ軸は表示装置６の表示平面の法線方向、Ｘ軸は表示装置６の表示平面の水平方向、Ｙ軸は表示装置６の表示平面の天地方向に定義されている。
【００８７】
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＿Ｓａ〜Ｓｄ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、
2004062658.tif 000004
となる。同様にして、
2004062658.tif 000005
となる。
【００８８】
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。本発明では、検出センサ３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。
【００８９】
また、この距離が遠い検出センサの距離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否かをか判定することも可能である。
【００９０】
具体的な方法としては、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る（距離情報の組み合わせを変更して演算する）。しかしながら、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（出力を禁止する）といった信頼性を向上させる構成も実施可能となる。
【００９１】
次に、本発明の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。
【００９２】
本発明の座標入力ペン４は、図２に示したように、ペン先ＳＷ４１、及び２個のペンサイドＳＷ４２ａ、４２ｂを具備してなり、各ＳＷの動作モードについて図７及び図８を用いて説明を加える。また、座標入力ペン４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図８及び図９を用いて説明する。
【００９３】
図７は本発明の実施形態１の座標入力ペンの動作を説明するフローチャートであり、図８は本発明の実施形態１の座標入力ペンの動作モードを説明するための図である。
【００９４】
尚、図２の駆動回路４５内のメモリには、図８に示す動作モードに従って、図７に示す処理を実行する動作プログラムが記憶されていて、駆動回路４４内の制御回路（ＣＰＵ）は、ペン先ＳＷ４１及びペンサイドＳＷ４２ａ、４２ｂの操作に従って、動作プログラムを実行する。
【００９５】
また、以下の説明で、ペン先ＳＷ４１が動作する入力を「ペン入力」と呼ぶ。また、直接、表示装置６の表面に接触はしていない、即ち、ペン先ＳＷ４１が動作していない状態において、比較的その表示装置６の近傍で、座標入力動作をする場合を「近接入力」と呼ぶ。更に、表示装置６から離れたところで座標入力動作をする場合を遠隔入力と呼ぶ。
【００９６】
操作者が、座標入力ペン４を握って座標入力面を押圧することで、ペン先ＳＷ４１が動作する。まず、ステップＳ４０２で、ペン先ＳＷ４１がＯＮであるか否かを判定する。ＯＮでない場合（ステップＳ４０２でＮＯ）、ステップＳ４０３に進む。一方、ＯＮである場合（ステップＳ４０２でＹＥＳ）、ステップＳ４０６に進み、第１の所定周期で（例えば、５０回／秒）で駆動回路４４により音波発生源４３が動作し、その第一の所定周期で音波（第１制御信号）が空中に放射されるように動作する。この時、本発明の座標入力装置によって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、外部装置等に出力することで、操作者は筆記動作が可能となる（ペンダウン状態）。
【００９７】
この時、検出された座標値が、表示領域内の座標値（図６においてｘ＜±Ｄｉｓｐ＿Ｘ、ｙ＜±Ｄｉｓｐ＿Ｙの範囲）であれば、通常の紙と鉛筆の様な関係で、指示具４の移動に伴なう軌跡が、表示画面上に出力されることになる。
【００９８】
一方、ペン先ＳＷ４１が動作しているのに、検出された座標値が表示領域外である時には、例えば、操作者の手によって無意識のうちにペン先ＳＷ４１が動作し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ように構成されている。同様に、ペン先ＳＷ４１が動作している状態は、座標入力ペン４により座標入力面である表示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ように構成する。
【００９９】
一方、ペン先ＳＷ４１がＯＦＦ状態の場合は、操作者により座標入力面を押圧すること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、座標入力面近傍、あるいは座標入力面であるところの表示装置６から離れた位置で、さらには表示装置６の表示領域の外側で、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。
【０１００】
そのため、ペンサイドＳＷ４２ａ、４２ｂのどちらか一方を押圧することで、音波が空中に放射されるように動作し、カーソルの移動等を可能にする（ペンアップ状態）。また、ペンサイドＳＷ４２ａ、４２ｂの両方を押圧することで、ペン先ＳＷ４１が動作していなくても、ペンダウン状態となるように構成している。
【０１０１】
処理としては、以下のようになる。
【０１０２】
ペン先ＳＷ４１がＯＮでない場合（ステップＳ４０２でＮＯ）、つまり、ＯＦＦ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（ペンアップ状態）を行えることが好ましい。この動作を実現するために、本発明の座標入力ペン４には、ペンサイドＳＷ４２ａ、４２ｂが設けられている。
【０１０３】
そして、ステップＳ４０３〜ステップＳ４０５でそれぞれ、ペンサイドＳＷ４２ａ、４２ｂがＯＮであるか否かを判定する。この判定結果に基づいて、少なくともペンサイドＳＷのどちらか一方がＯＮ状態の場合は、ステップＳ４０７に進み、第二の所定周期（例えば、４０回／秒）で音波（第２制御信号）が空中に放射される（ペンアップ状態）。一方、入力面から離れていても（Ｚ＞０）、座標入力ペン４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）として残したいような場合には、ペンサイドＳＷ４２ａ、４２ｂの両方を押圧することで、ステップＳ４０６に進み、第一の所定周期で音波（第１制御信号）が空中に放射されるように動作し、ペンダウン状態となる。
【０１０４】
以上の説明では、ペンアップ／ペンダウン情報を超音波が放射される周期を計測する事（５０回秒なのか４０回秒なのかを計測／判定）で検知しているが、これに限定されるものではない。例えば、前述したスタートタイミング信号（実施形態１の場合、スタートタイミング信号を座標入力ペン４に内蔵された発光部４４による光信号）に重畳させて、制御信号検出回路２１１で検波することにより、演算制御回路１にその情報を出力しても良い。さらには、座標入力ペン４のスイッチの状態に応じて、例えば、放射する音波の周波数を変更し、それを検波することで、動作モードを判定することも可能である。
【０１０５】
また、図２に示すように、ペンサイドＳＷ４２ａと４２ｂの両者は、座標入力ペン４の断面方向において、約９０度方向に配置され、操作者が握ったときに、右利き、左利き関係なく、その一方に親指が、その他方に人差し指が自然に触れるような位置に設定される。
【０１０６】
このようにペンサイドＳＷ４２ａと４２ｂを配置することと、どちらか一方のみのペンサイドＳＷがＯＮすることによって設定される同一の動作モード（実施形態１の場合、ペンアップ状態）と、両者がともにＯＮ状態のみで動作する動作モード（ペンダウン状態）を設定することで、利き腕に関係なく、使い勝手の良い座標入力ペン４を構成している。
【０１０７】
また、ペンサイドＳＷ４２ａ、４２ｂの他の実施形態としては、１つのスイッチで２段階の切り替えをするスイッチも有効である。つまり、軽押圧の場合に１段目のスイッチが動作し（ペンアップ状態）、さらに押圧することで２段目のスイッチが動作（ペンダウン状態）する構成であって、この場合も同一の座標入力ペン４で、利き腕に関係なく、使い勝手の良い座標入力ペン４を実現することが可能となる。
【０１０８】
さて、ペンサイドＳＷ４２ａ、４２ｂを動作させることで、表示装置６の表示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）できる方法について説明したが、この様な場合（直接表示装置６の表面に接触はしていない、ペン先ＳＷ４１が動作していない状態）において、表示装置６の表示面上、あるいは表示面の近傍（表示面の近くの空中にあって、ペン先ＳＷ４１が動作していない状態）で動作させる場合と、表示面から離れた位置、ある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。
【０１０９】
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。一方、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４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。
【０１１０】
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）手段であることが好ましい。これに加え、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、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。
【０１１１】
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ーソナルコンピュータ等の外部機器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、質問あるいは反論のための証拠資料を開示できるように、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。
【０１１２】
本発明は、この点を鑑みなされたものであり、本発明の座標入力装置は、検出された座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を基に、その座標値をどのような形態（座標出力形態）で出力するかを判定する構成を有する。さらには、検出された座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の情報と、座標入力ペン４のスイッチ状態の情報を組み合わせて、座標出力形態、あるいは出力制御を行うように構成する。
【０１１３】
具体的に、これを実現する座標入力装置の動作について図９を用いて説明する。
【０１１４】
図９は本発明の実施形態１の座標入力装置の動作を説明するフローチャートである。
【０１１５】
尚、図９のフローチャートは、図８の動作モードに基づいて動作する。
【０１１６】
ステップＳ５０２で、座標検出に必要な情報（例えば、座標入力ペン４で放射された超音波信号が検出センサ３で受信されたか否かを判定する）である有効信号を検出したか否かを判定する。有効信号を検出していない場合（ステップＳ５０２でＮＯ）、検出するまで待機する。一方、有効信号を検出した場合（ステップＳ５０２でＹＥＳ）、ステップＳ５０３に進み、座標入力ペン４の３次元位置座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）（絶対座標値）を算出する。
【０１１７】
次に、ステップＳ５０５で、算出された位置座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を基に、まずＺ軸の値が０（Ｚ＝０）、つまり、座標入力ペン４が座標入力面上に位置して、座標入力が行われたか否かを判定する。Ｚ座標値＝０である場合（ステップＳ５０５でＹＥＳ）、ステップＳ５０６に進み、算出された（Ｘ、Ｙ）座標が表示領域内にあるか否かを判定する。表示装置６の表示領域内にある場合（ステップＳ５０６でＹＥＳ）、ステップＳ５０９に進み、算出された座標値（Ｘ、Ｙ）を確定値として外部機器に出力する（絶対座標出力形態）。
【０１１８】
尚、この表示領域に関する情報（表示領域の座標値）は、演算制御回路１の不揮発性メモリに予め記憶されているものとする。
【０１１９】
一方、ステップＳ５０６において、算出された座標値（Ｘ、Ｙ）が表示領域外にある場合（ステップＳ５０６でＮＯ）、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、算出した座標値の出力を中止して処理を終了する。
【０１２０】
尚、図８のフローチャートには直接は示さないが、例えば、座標入力ペン４のペン先ＳＷ４１の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すれば、このペン先ＳＷ４１の情報を用いて、座標算出の信頼性を増すことも可能である。
【０１２１】
つまり、ペン先ＳＷ４１が動作した状態は、座標入力面であるところの表示領域を押圧してペン先ＳＷ４１が動作するのが通常である。そのため、ペン先ＳＷ４１が動作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ようになる（図８参照）。
【０１２２】
一方、ステップＳ５０５において、Ｚ座標値＝０でない場合（ステップＳ５０５でＮＯ）、ステップＳ５０７に進み、Ｚ座標値が所定値１未満であるか否かを判定する。Ｚ座標値が所定値１以上である場合（ステップＳ５０７でＮＯ）、ステップＳ５１０に進む。一方、Ｚ座標値が所定値１未満である場合（ステップＳ５０７でＹＥＳ）、この場合、座標入力ペン４は座標入力面であるところの表示面近傍、あるいは比較的近い位置に位置していると判断でき、ステップＳ５０８で、算出された座標値（Ｘ、Ｙ）が表示領域内にあるか否かを判定する。
【０１２３】
算出された座標値（Ｘ、Ｙ）が表示領域内にある場合（ステップＳ５０８でＹＥＳ）、ステップＳ５０９に進み、算出された座標値（Ｘ、Ｙ）をそのまま出力する。この状態は、操作者が比較的表示面に近いところで座標入力ペン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、カーソルを移動したり、文字、図形等の情報を追記したりして、表示情報を制御している状態となる。
【０１２４】
一方、ステップＳ５０８で、算出された座標値（Ｘ、Ｙ）が表示領域内にない場合（ステップＳ５０８でＮＯ）、操作者は表示面近傍かつ表示領域の脇ににあって、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を想定でき、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。
【０１２５】
この相対的にカーソルを移動する方法について説明を続ければ、操作者は比較的表示装置６に近い位置にあって、しかも表示装置６の脇に位置していると判断できるので、ステップＳ５１０で、算出された座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の少なくともＸ軸、Ｙ軸の値を所定の座標値（Ｘ１ｓｔ、Ｙ１ｓｔ）として演算制御回路１の不揮発性メモリに記憶する。
【０１２６】
次に、ステップＳ５１１で、座標が連続的に入力されているか否かを判定する。この『連続的に入力されている』という定義は、この種の座標入力装置は、例えば、座標出力を５０回／秒（座標算出サンプリングレート）行えるものとすれば、０．０２ｍｓｅｃ毎に座標出力が行われるのであって、この周期を計測することで、連続的に座標入力が行われているかを判定することができる。
【０１２７】
本発明の座標入力装置では、例えば、制御信号検出回路２１１のスタート信号（図４参照）の発生タイミングを監視（この場合、座標算出サンプリングレートを５０回／秒とすれば、０．０２秒毎にスタート信号が発生する）しても良いし、直接超音波信号（例えば、図３における信号１０２）の到達間隔を監視することで、座標が連続的に入力されているか否かの判定を実現する。
【０１２８】
実施形態１の場合は、座標入力ペン４の移動を伴って指示具４とセンサ３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５０回／秒とすれば、０．０２秒）に距離変化に伴なう音波の伝達時間の差が増減される。
【０１２９】
従って、『約０．０２秒程度』の周期（理論的には０〜０．０４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０．０２秒以内における座標入力ペン４の最大移動量を鑑み、例えば、０．０３秒以内に信号が受信できたときには連続して座標入力が行われていると判定する。
【０１３０】
そこで、ステップＳ５１１で、座標が連続的に入力されている場合（ステップＳ５１１でＹＥＳ）、ステップＳ５１２に進み、座標入力ペン４の３次元位置座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を算出する。次に、ステップＳ５１３で、ステップＳ５１０で記憶した所定の座標値（Ｘ１ｓｔ、Ｙ１ｓｔ）と算出された座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の差分座標値を計算して相対座標（ΔＸ、ΔＹ）を導出し、出力する（相対座標出力形態）。その後、再度、ステップＳ５１１に戻り、座標が連続的に入力されているか否かを判定する。そして、座標が連続的に入力されていない場合（ステップＳ５１１でＮＯ）、動作を終了する。
【０１３１】
この時、出力される座標値が絶対座標値（Ｘ、Ｙ）であるか、相対座標値（ΔＸ、ΔＹ）であるかを判別するために、別途、その情報を確定座標値と共に出力する構成であってもかまわない。
【０１３２】
また、座標入力装置の簡略化を目的としたり、厳密な設計仕様を必要としない座標入力環境の場合には、ステップＳ５０５〜ステップＳ５０８の処理を省略し、算出された座標値が表示領域内外のどちらかにある状態に基づいて、絶対座標あるいは相対座標を出力するようにしても良い。加えて、座標入力ペン４のペン先ＳＷ４１の動作状態に応じて、絶対座標あるいは相対座標を出力するようにしても良い。このような構成の場合は、処理速度の向上や安価な座標入力装置を構成することができる。
【０１３３】
ここで、ステップＳ５０７において、ステップＳ５０２で算出された座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が所定値１より大きい場合について考えてみる。
【０１３４】
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表示面から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、表示装置６よりかなり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。
【０１３５】
この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）、表示面であるところの表示装置６と座標入力ペン４のＺ軸方向の値は、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、表示装置６の表示面に入力する場合（ペン先ＳＷ４１がＯＮ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。
【０１３６】
しかしながら、表示装置６との距離が大きくなる（Ｚ座標値の値が大きくなる）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ことができなくなる。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ＳＷを動作させて座標を入力することになるが、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るのが通例である。
【０１３７】
そして、所望の位置を指し示したにもかかわらず、実際に表示されるカーソルの位置と所望の位置との差は、表示装置６との距離が大きくなる（Ｚ座標値が大きくなる）に従って、飛躍的に大きくなる。従って、操作者が表示装置６から離れた位置でカーソルを所望の位置へ移動するためには、まず、所望の位置と思われる位置で座標を入力し、その座標値に基づき表示されるカーソル位置を視認した上で、さらに座標入力ペン４を所望の位置方向に移動させて、徐々に所望位置へとカーソルを移動させていく方法をとらざるを得ない。
【０１３８】
言い換えれば、遠隔入力（表示装置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、操作者がペンを所望の方向へさらに移動させるという補正動作を繰り返し行う（視認⇒動作⇒視認を繰り返すループ））ことによって目的を達成できるのであって、ダイレクトに所望の位置を指し示すことはできないのである。
【０１３９】
このように、表示装置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ようになることを考えれば明らかである。
【０１４０】
そこで、本発明では、ステップＳ５０７で、Ｚ軸の座標値が所定値１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の座標値（Ｘ１ｓｔ、Ｙ１ｓｔ）として記憶し（この時、現状映し出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、その方向と移動量分だけカーソルが移動するように動作させることで、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している。
【０１４１】
次に、表示装置６と座標入力有効領域の関係について、図１０を用いて説明する。
【０１４２】
図１０は本発明の実施形態１の表示装置と座標入力有効領域の関係を説明するための図である。
【０１４３】
図１０は、表示装置６と座標入力有効領域の関係を示すとともに、図９のフローチャートで切り替えられる座標出力形態の範囲を示している。
【０１４４】
特に、図１０では、表示領域に比較的近い位置にあって、得られた（Ｘ、Ｙ）座標値が表示領域内にある場合には、ダイレクトに座標を入力できる絶対座標を出力（絶対座標出力形態）し、聞き手の視野をさえぎらない表示装置６の脇、あるいは遠隔操作を行う場合には、相対座標を出力する（相対座標出力形態）ように構成していることを示している。
【０１４５】
この時、直接画面をタッチすることでダイレクトに座標を入力する場合には、大型表示装置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。
【０１４６】
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（大勢の聞き手がいる場合は、必然的に移動は困難）であり、体を移動せずその場において全領域を指し示すことができることが望まれる。
【０１４７】
実施形態１では、この点についても解決するものであり、図１１（ａ）を用いて説明すれば、相対座標出力範囲（図１０参照）において、大勢の聞き手に対して、大画面を有する表示装置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。
【０１４８】
操作者がカーソルの位置を図面上▲１▼の位置から▲３▼の位置へ移動しようとした場合、ダイレクトに座標を入力できる絶対座標を出力（絶対座標出力形態）する形態では、座標入力ペン４を▲３▼の位置に持っていき、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▼の位置を指すことができる位置にいる）。
【０１４９】
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情報を遮られ、プレゼンテーションの内容理解に支障をきたす。特に、大型表示装置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。
【０１５０】
それに対し、操作者が表示装置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。操作者が位置Ａに座標入力ペン４を配置し、ペンサイドＳＷ４２ａ、４２ｂの少なくともどちらか一方を動作させる。これにより、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は表示画面の表示領域外、あるいは表示装置６より離れた位置（Ｚ座標値＞所定値１）にあるので、最初に算出された位置座標は記憶され（図９のステップＳ５１０）、カーソルは▲１▼の位置から移動することはない。
【０１５１】
引き続き、操作者がペンサイドＳＷ４２を動作させて、連続的に座標を検出するように動作させ、座標入力ペン４を位置Ｂに移動させた後、ペンサイドＳＷ４２の動作をＯＦＦさせたとする。そうすると、操作者の座標入力ペン４の移動動作（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応じた量だけ、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。
【０１５２】
さらに、操作者は、座標入力ペン４を位置Ｂから位置Ｃへ、ペンサイドＳＷ４２をＯＦＦ状態で移動させた後（この時、カーソルは▲２▼の位置で動かない）、ペンサイドＳＷ４２ａ、４２ｂの少なくともどちらか一方を動作させて座標入力ペン４を位置Ｄへ移動すれば、ペンサイドＳＷ４２が動作して最初に検出された座標値が再度記憶される（ステップＳ５１０）。その後に、検出された座標値と記憶された所定の座標値（Ｘ１ｓｔ、Ｙ１ｓｔ）の差分座標値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（位置Ｃから位置Ｄへの移動）にともない、その移動方向と移動距離応じた量だけ、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。
【０１５３】
以上説明したように、操作者は入力面であるところの表示領域から外れた位置、あるいは表示装置６から離れた位置にあっても、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。そればかりでなく、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４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ができる。
【０１５４】
つまり、文字を入力しようとする場合、図１１（ｂ）を用いて説明すれば、所望の位置へ、まず、カーソルを移動し（ペンサイドＳＷ４２ａ、４２ｂのどちらか一方を動作させる▲１▼→▲２▼：ペンアップ状態）、その後、ペンサイドＳＷ４２ａ、４２ｂの両者を動作させてペンダウン状態として、指示具４の移動動作に伴い、その移動方向と移動量に応じた軌跡が画面上に残る（▲２▼→▲３▼）。
【０１５５】
その後、一方のペンサイドＳＷ４２ａ、４２ｂをＯＦＦして（残りの一方はまだ動作中であり、連続的に座標が算出されている状態は維持されている：ペンアップ状態）所望の位置へカーソルを移動し（▲３▼→▲４▼）、ＯＦＦしたペンサイドＳＷを再び動作させることで、カーソルが移動した地点から再び軌跡が入力されることになる（▲４▼→▲５▼）。
【０１５６】
操作者は、カーソルを視認ながら座標入力ペン４の移動動作により最初の▲２▼の位置まではカーソルを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。
【０１５７】
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動作を実現することができる。
【０１５８】
このように、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、図形等の情報を追記することが可能である。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。
【０１５９】
さらには、大画面を有するシステムの使い勝手を考慮し、絶対座標出力形態と相対座標出力形態が、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形態をスイッチ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。
【０１６０】
また、相対座標出力形態にあって、算出した座標値との差分を得るための所定の座標値（Ｘ１ｓｔ、Ｙ１ｓｔ）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。
【０１６１】
この理由を詳述すれば、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、Ｚ軸方向の所定値１の値は、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、実際の境界を区別するのは困難に近い。
【０１６２】
一方、最初に座標を入力することによって、操作者が絶対座標出力形態が実行されているのか、相対座標出力形態が実行さ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。
【０１６３】
しかしながら、例えば、座標出力形態が変更となる境界付近で動作させた場合、座標出力形態の切替動作が多発すると、座標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。
【０１６４】
そこで、実施形態１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（所定の座標値（Ｘ１ｓｔ、Ｙ１ｓｔ））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座標値を出力するように構成している。
【０１６５】
これにより、ペンサイドＳＷ４２ａ、４２ｂのいずれかが（もしくはペン先ＳＷ４１）動作している限りは、この基準座標値が保持され、たとえ、座標出力形態の切替領域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、及びその座標出力形態が連続座標入力期間中固定されるので、操作性の良い座標入力装置を構成することができる。
【０１６６】
言い換えれば、操作者はまず座標を１点入力することによって、その座標出力形態（座標出力形態）を知ることが可能であり、それ以降連続して座標入力動作を行っている間は、その座標出力形態が固定されるので、操作者はそれ以降座標出力形態切替のための境界を意識する必要がない。
【０１６７】
さらには、実施形態１の座標入力装置は、座標値、または座標出力形態情報（絶対座標出力形態あるいは相対座標出力形態を示す情報）を外部機器等に出力することができるが、絶対座標値のみを出力する座標入力装置であって、その出力結果を受け取るパーソナルコンピュータ等の外部機器側で、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９に示すような処理を実現しても同様の効果が得られることは明らかである。
【０１６８】
また、実施形態１の座標入力装置は、超音波を利用して発信源の位置座標を検出するものであるが、この方式に限定されるものでなく、光学式等の他の座標検出方法にも適用できることは言うまでもない。
【０１６９】
また、実施形態１では、絶対座標出力形態あるいは相対座標出力形態の判定は、算出された座標値に基づいて、表示装置６からの距離、及び表示装置６の表示領域内にあるか否かで判定している。
【０１７０】
従って、本座標入力装置の座標系において、表示装置６の表示領域がどの範囲にあるかを設定できることが好ましい。特に、表示装置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、表示領域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構成が必須となる。
【０１７１】
もちろん、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、座標入力装置と表示装置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、座標入力装置と表示装置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。
【０１７２】
また、上述したように、座標入力装置の出力が絶対座標出力形態のみであって、その出力を受け取るパーソナルコンピュータ等の外部機器が動作モードを判定する構成でも、表示装置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設定された表示領域を通知する構成が必要となる。
【０１７３】
以下、表示領域を設定する手順について、図１２を用いて説明する。
【０１７４】
図１２は本発明の実施形態１の座標入力装置の表示領域の設定処理を示すフローチャートである。
【０１７５】
まず、ステップＳ６０２で、カウンタｃｏｎｔを１に設定する。表示領域の４隅部それぞれにおける座標値を検出するために、まず、任意の隅部に対する座標入力ペン４による座標入力動作を開始し、ステップＳ６０３で、有効信号を検出したか否かを判定する。有効信号を検出しない場合（ステップＳ６０３でＮＯ）、検出するまで待機する。一方、有効信号を検出した場合（ステップＳ６０３でＹＥＳ）、ステップＳ６０４に進み、絶対座標値（Ｘｃｏｎｔ、Ｙｃｏｎｔ）を算出する。
【０１７６】
ステップＳ６０５で、カウンタｃｏｎｔの値が４より大きいか否かを判定する。カウンタｃｏｎｔの値が４以下である場合（ステップＳ６０５でＮＯ）、ステップＳ６０２に戻り、カウンタｃｏｎｔを１インクリメントする。一方、カウンタｃｏｎｔの値が４より大きい場合（ステップＳ６０５でＹＥＳ）、ステップＳ６０６に進む。
【０１７７】
上記のステップＳ６０２〜ステップＳ６０５の処理が４回繰り返されることで、表示領域の４隅部の出力座標が得られ、これらを演算制御回路１の不揮発性メモリに記憶する。
【０１７８】
このようにして、座標入力装置の座標系における表示領域の４隅部の座標値が得られるので、例えば、左上隅のＸ座標値と左下隅部の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、表示領域を決定する条件式とすることが可能となる。
【０１７９】
具体例としては、ステップＳ６０６で、表示領域を決定するための条件式として、図６におけるＤｉｓｐ＿ＸとＤｉｓｐ＿Ｙを算出することができる。
【０１８０】
また、ここでは、表示装置６の表示領域の４隅部の座標値を演算制御回路１の不揮発性メモリに記憶することで、表示領域を導出しているが、これに限定されるものではない。例えば、表示装置６の隅部の３箇所の座標値からその表示領域を導出してもよく、あるいは境界領域をなぞることで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良い。
【０１８１】
以上説明したように、実施形態１によれば、座標入力ペン４の位置座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に基づいて、表示装置６からの距離、及び設定されている表示装置６の表示領域の内外を判定することによって、座標入力装置の座標出力形態（絶対座標出力形態あるいは相対座標出力形態）を設定できる。
【０１８２】
これにより、操作者が表示画面上の入力面を直接タッチすることで座標を入力した際には、あたかも紙と鉛筆のような関係で、文字や図形を表示画面上に追記することや、表示画面上に表示されている所定のアイコンをクリック、あるいはダブルクリックすることによって、表示情報を制御したり、あるいは表示装置６をコントロールしている、例えば、パーソナルコンピュータに特定の動作をするように作用させることができる。
【０１８３】
さらに、操作者が表示領域の外側、あるいは遠隔操作を行おうとした場合にも、表示面から離れたところで、同様な操作ができるように、座標入力装置の座標出力形態を変更するように構成したので、操作者である話し手は、この座標出力形態の切り替えを意識することなく、話の内容に集中して効率の良いプレゼンテーションが可能となる。一方、聞き手にとっては、操作者により画面を遮られることが無いので、話し手の内容を画面情報と共に効率良く理解することができる。
【０１８４】
さらには、座標出力形態を切り替える境界領域の近傍であっても、連続入力動作を行っている間は座標系及びその座標出力形態が固定されるので、操作性に優れる座標入力装置を構成することができる。
【０１８５】
また、表示装置の表示領域を設定する構成を設けたことで、表示領域が会議毎に変化するフロントプロジェクタを使ったシステムであっても、上述したような各種効果を期待でき、さらには表示装置と一体となるシステム（例えば、リアプロジェクタ、プラズマディスプレイ等の大型表示装置）であっても、その組み付け工程を簡略化し、低コストの装置を実現することが可能となる。
【０１８６】
＜実施形態２＞
実施形態２は、実施形態１の応用例であり、操作者が表示面近傍の脇にいる時には、算出された差分座標値に変倍率（拡大率）を設定することで、操作者の座標入力ペン４の移動方向と移動距離を、忠実に再現（例えば、カーソルの移動距離と方向を再現する）し、操作性に優れる操作環境を提供する構成について説明する。
【０１８７】
以下、このような構成の場合の座標入力装置の動作について、図１３を用いて説明する。
【０１８８】
図１３は本発明の実施形態２の座標入力装置の動作を説明するフローチャートである。
【０１８９】
尚、実施形態２の図１３のフローチャートにおいて、実施形態１の図９のフローチャートと同一の処理については、同一のステップ番号を付加し、その詳細については省略する。
【０１９０】
ステップＳ５１４で、座標が連続的に入力されているかを判定する。座標が連続的に入力されていない場合（ステップＳ５１４でＮＯ）、処理を終了する。一方、座標が連続的に入力されている場合（ステップＳ５１４でＹＥＳ）、ステップＳ５１５に進み、座標入力ペン４の３次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を算出する。そして、ステップＳ５０９で、算出された座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の少なくとも座標値（Ｘ、Ｙ）を確定値としてそのまま出力する（絶対座標出力形態）。
【０１９１】
一方、ステップＳ５１１で、座標が連続的に入力されている場合（ステップＳ５１１でＹＥＳ）、ステップＳ５１２に進み、座標入力ペン４の３次元位置座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を算出する。次に、ステップＳ５１３ａで、ステップＳ５１０で記憶した所定の座標値（Ｘ１ｓｔ、Ｙ１ｓｔ）との差分座標値を計算し、更に、拡大率αを表示面の水平方向の軸であるＸ軸の差分座標値に乗じて、相対座標（αΔＸ、ΔＹ）を導出し、出力する（相対座標処理出力形態）。その後、再度、ステップＳ５１１に戻る。
【０１９２】
尚、拡大率αを乗じることによる作用効果、あるいはαの設定方法の詳細については後述する。
【０１９３】
また、実施形態２では、ステップＳ５０７で、Ｚ軸の値が所定値１以上である場合（遠隔入力）には、ステップＳ５１６で、まず最初に有効となる座標値を所定座標値（Ｘ１ｓｔ、Ｙ１ｓｔ）として記憶し（この時、現状映し出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、その方向と移動量分だけカーソルが移動するように動作させることで、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している。
【０１９４】
これは、ステップＳ５１７〜ステップＳ５１９のルーチン（実施形態１の図９のステップＳ５１０〜ステップＳ５１３のルーチンに対応）であり、計算された差分座標値をそのまま出力する。これは、先に述べた計算された差分座標値に所定の拡大率αを乗じない点で、ステップＳ５１３ａとは異なる。
【０１９５】
このように、構成することで、操作者の使用場面に応じて、検出した座標値に基づき座標出力形態を自動的に決定し、しかも連続的に座標が検出されている間は、その座標出力形態が切り替わることが無いので、操作者にとって使い勝手の良い操作環境を提供することができる。
【０１９６】
尚、出力される座標値が絶対座標値（Ｘ、Ｙ）であるか、（αΔＸ、ΔＹ）であるのか、あるいは相対座標値（ΔＸ、ΔＹ）であるのかを区別するために、別途、その情報を確定座標値と共に出力する構成であっても構わない。
【０１９７】
次に、図１３のステップＳ５１３で、拡大率αを設定する作用効果について図１４を用いて説明する。
【０１９８】
図１３において、操作者が座標入力面である表示装置６の近傍で、表示領域の外側にて指示具４を操作している状態にある場合、座標入力ペン４の移動方向と移動距離に応じて、カーソルがその分移動するためには、次の条件が必要である。つまり、操作者が想定した仮想座標入力面（あたかも操作者がその空間内に操作平面を想定して、指示具４をその平面内で移動させている）が、図１４（ａ）のように、表示領域と平行（言い換えれば、座標入力装置のＸＹ平面と操作者が想定した仮想の座標入力面が平行）となっていることが必要である。
【０１９９】
一方、図１４（ｂ）のように、仮想座標入力面が平行にない時には、Ｘ軸方向の移動量が、座標入力ペン４の移動量に比べ小さくなる（操作者の仮想座標入力面でのＸ軸方向移動量Ｘ’と、表示面上でのカーソルのＸ軸方向移動量Ｘ＊は、Ｘ＊＝Ｘ’ｓｉｎΘの関係にある）。そして、操作者が表示面近傍の脇において、表示情報を制御しようとする場合には、表示面を見ながら操作するのであって、仮想座標入力面を想定する場合には、図１４（ａ）の状態よりも、図１４（ｂ）の状態を想定するのが一般的であり、操作性にも優れる。
【０２００】
そこで、実施形態２では、操作者が表示面近傍の脇に位置していると判断された時は（図１３のステップＳ５１０〜Ｓ５１３ａ）、表示面の水平方向であるＸ軸方向の差分座標値に所定の拡大率αを乗じて、カーソルを移動するようにする。これにより、操作者が座標入力ペン４の移動量とその方向に応じて、より忠実にカーソルがその動きを再現できるように構成している。
【０２０１】
次に、操作者が想定する仮想座標入力面と座標入力装置のＸＹ平面の成す角Θについて考えてみる。
【０２０２】
操作者は常に表示領域を注視しながら、座標入力面４を動作させて所望の情報を表示させたり、情報を追記するのであるから、操作者が向いている方向によって、Θがほぼ決まることになる。また、表示装置６の視野角を考慮すれば、Θの値は、最低でも３０°程度であり、表示領域から離れるに従って、その角度は大きくなる。
【０２０３】
そこで、実施形態２では、図１３のステップＳ５１６〜ステップＳ５１９における状態は、表示領域から十分に離れた位置であり、前述した通り、カーソルをダイレクトに所望の位置に移動することは困難な領域であって、カーソルの移動を逐次視認しながら、座標入力ペン４を移動させ、所望の位置へカーソルを移動させる領域である。
【０２０４】
この領域では、座標入力ペン４の位置が表示領域内であれば、操作者による仮想座標入力面は表示領域に平行に設定するであろうし、表示領域外にあっても、なす角Θは９０度に近い値（両者の面は、ほぼ平行）となるので、この領域では、拡大率αの設定を行っていない。
【０２０５】
しかしながら、より座標入力ペン４の移動に伴うカーソルの移動を忠実に再現するために、図１５に示すように、所定値２を設け、表示面から比較的小さい領域（Ｚ＜所定値１）と十分遠い領域（Ｚ＞所定値２）とその中間領域にわけ、近傍領域（Ｚ＜所定値１）と中間領域（所定値１＜Ｚ＜所定値２）では拡大率の設定値を変更し、近傍領域では仮想入力面の成す角Θがより大きくなる傾向にあるので近傍領域での拡大率をより大きくする構成も可能である。
【０２０６】
また、算出された座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のＺ軸の値（表示面からの距離）に用いて、拡大率を自動的に設定しても良いし、また、算出された座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と座標原点（図６参照）を結ぶ線分がＸＹ平面と成す角度を求めて、自動的に拡大率を設定することもできる。さらには、アプリケーションにより、操作者が所望の拡大率を設定して動作させることも可能である。
【０２０７】
以上説明したように、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、図形等の情報を追記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。
【０２０８】
また、絶対座標出力形態（ステップＳ５０９）において操作している場合においても、その連続的に入力している期間、相対座標出力形態（ステップＳ５１９）、あるいは相対座標を処理して出力する相対座標処理出力形態（ステップＳ５１３ａ）の範囲を指し示すことことは十分にありえる動作である。
【０２０９】
例えば、Ｚ軸方向において所定値１近傍の領域で絶対座標を検出している時に、その動作の途中でＺ軸方向の値が所定値１を越えたとしても、操作者は一連の動作をしているのであって、その座標系が突然変わることは、操作者にとって混乱の原因、好ましい形態とはならない。
【０２１０】
しかしながら、実施形態２のように、絶対座標を出力している連続した期間は、Ｚ軸の値によらず常に絶対座標を出力しているので、操作者はその境界を意識することなく、操作に集中できる。
【０２１１】
さらには、実施形態２の座標入力装置は、座標値、または座標出力形態情報（絶対座標出力形態、相対座標出力形態あるいは相対座標処理出力形態を示す情報）を外部機器等に出力することを開示するが、絶対座標値のみを出力する座標入力装置であって、その出力結果を受け取るパーソナルコンピュータ等の外部機器側で、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１３に示すような処理を実現しても同様の効果が得られることは明らかである。
【０２１２】
また、実施形態２では、絶対座標出力形態、相対座標出力形態あるいは相対座標処理出力形態の判定は、算出された座標値に基づいて、表示装置６からの距離、及び表示装置６の表示領域内にあるか否かで判定している。
【０２１３】
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、その出力を受け取るパーソナルコンピュータ等の外部機器が動作モードを判定する構成でも、表示装置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設定された表示領域を通知する構成が必要となる。尚、この表示領域の設定は、実施形態１の図１２のフローチャートを用いることで実現できる。
【０２１４】
以上説明したように、実施形態２によれば、座標入力ペン４の位置座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に基づいて、表示装置６からの距離、及び設定されている表示装置６の表示領域の内外を判定することによって、座標入力装置の座標出力形態（絶対座標出力形態、相対座標出力形態あるいは相対座標処理出力形態）を設定できるようにした。
【０２１５】
これにより、実施形態１で説明した効果に加えて、操作者が表示面近傍の脇にいる時には、算出された差分座標値に拡大率を設定することで、操作者の座標入力ペン４の移動方向と移動距離を、忠実に再現（例えば、カーソルの移動距離と方向を再現する）でき、操作性に優れる操作環境を提供できる。
【０２１６】
以上、実施形態例を詳述したが、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、また、一つの機器からなる装置に適用しても良い。
【０２１７】
尚、本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラム（実施形態では図に示すフローチャートに対応したプログラム）を、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータが該供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合を含む。
【０２１８】
従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータにインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。
【０２１９】
その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。
【０２２０】
プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ）などがある。
【０２２１】
その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続し、該ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、もしくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理をコンピュータで実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明に含まれるものである。
【０２２２】
また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせ、その鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行してコンピュータにインストールさせて実現することも可能である。
【０２２３】
また、コンピュータが、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される他、そのプログラムの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。
【０２２４】
さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行ない、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。
【０２２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の入力状態の各入力状態において、効率良くかつ適切に座標入力することができる座標入力装置及びその制御方法プログラムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の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図である。
【図２】本発明の実施形態１の座標入力ペンの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態１の音波の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る。
【図４】本発明の実施形態１の音波の到達時間検出を実現する検出回路のブロック図である。
【図５】本発明の実施形態１の演算制御回路の概略構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施形態１の座標系を説明するための図である。
【図７】本発明の実施形態１の座標入力ペンの動作を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態１の座標入力ペンの動作モードを説明するための図である。
【図９】本発明の実施形態１の座標入力装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の実施形態１の表示装置と座標入力有効領域の関係を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施形態１の座標入力ペンの操作例を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施形態１の座標入力装置の表示領域の設定処理を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施形態２の座標入力装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１４】本発明の実施形態２の座標入力ペンの操作例を説明するための図である。
【図１５】本発明の実施形態２の座標入力装置の別の動作を説明するフローチャートである。
【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　表示装置
４１　ペン先ＳＷ
４２　ペンサイドＳＷ
４３　音波発生源
４４　発光部
４５　駆動回路
４６　ペン電源
【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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