(57)【要約】【課題】従来の指示棒の使い勝手を持つ操作性の優れた座標入力装置及び座標演算方法を提供する。【解決手段】所定の基準点を入力し記憶する（Ｓ２０２）。所定の座標入力面を基準として所望の位置を指示するペン或いはタッチパネルにより指示された位置を検出する（Ｓ２０８）。記憶された所定の基準点と、検出された位置とに基づき、ペン或いはタッチパネルが指示する仮想的な指示位置の座標を算出する。算出された仮想的な指示位置の座標を出力する（Ｓ２１０）。これにより、短いペン或いはタッチパネルのような短く軽い入力手段を用いても、指示箇所の視認性がすぐれた使い勝手を併せ持つ大画面入出力一体型の操作性の優れた座標入力装置を提供することができる。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の基準点を入力し記憶する手段と、
所定の座標入力面を基準として所望の位置を指示する位置指示手段と、
該位置指示手段により指示された位置を検出する位置検出手段と、
前記記憶する手段により記憶された所定の基準点と、前記位置検出手段により検出された位置とに基づき、前記位置指示手段が指示する仮想的な指示位置の座標を算出する手段と、
該算出する手段により算出された仮想的な指示位置の座標を出力する座標出力手段と
を備えることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の座標入力装置において、
前記記憶する手段は、操作者により指示された座標に基づき、前記操作者の身体的条件に合致した前記所定の基準点を設定する基準点設定手段を有することを特徴とする座標入力装置。
【請求項３】
請求項１に記載の座標入力装置において、
前記算出する手段は、
前記所定の基準点から前記算出する手段により算出された位置の座標までの長さの拡大率を入力する手段と、
該入力する手段により入力された拡大率に基づき前記仮想的な指示位置の座標を算出する手段と
を有することを特徴とする座標入力装置。
【請求項４】
請求項３に記載の座標入力装置において、
前記入力する手段は、操作者により指示された座標に基づき前記拡大率を入力することを特徴とする座標入力装置。
【請求項５】
請求項３に記載の座標入力装置において、
前記拡大率は、前記座標入力面から前記位置指示手段までの距離に応じて変化することを特徴とする座標入力装置。
【請求項６】
請求項１に記載の座標入力装置において、
前記所定の基準点から前記算出する手段により算出された位置の座標までの長さに対するオフセット値を入力する手段と、
該入力する手段により入力されたオフセット値に基づき前記仮想的な指示位置の座標を算出する手段と
を更に備えることを特徴とする座標入力装置。
【請求項７】
請求項６に記載の座標入力装置において、
前記入力する手段は、操作者により指示された座標に基づき前記オフセット値を入力することを特徴とする座標入力装置。
【請求項８】
請求項６に記載の座標入力装置において、
前記オフセット値は前記座標入力面から前記位置指示手段までの距離に応じて変化することを特徴とする座標入力装置。
【請求項９】
請求項１に記載の座標入力装置において、
前記所定の基準点は、予め定められた第１基準点と、該第１基準点との関係において座標が定められる第２基準点とからなり、前記仮想的な指示位置の座標は前記第２基準点に基づいて算出されることを特徴とする座標入力装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の座標入力装置において、
前記第２基準点は前記位置検出手段により検出された位置との関係において定められることを特徴とする座標入力装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の座標入力装置において、
前記所定の基準点は互いに関連する複数の基準点からなり、前記仮想的な指示位置の座標は前記複数の基準点の中の一部に基づいて算出されることを特徴とする座標入力装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の座標入力装置において、
前記基準点は前記位置指示手段を操作する操作者の肘の位置であることを特徴とする座標入力装置。
【請求項１３】
請求項９に記載の座標入力装置において、
前記第１基準点は前記位置指示手段を操作する操作者の肩の位置であり、前記第２基準点は前記操作者の肘の位置であることを特徴とする座標入力装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の座標入力装置において、
前記位置指示手段は超音波を発生し、前記位置検出手段は、
前記座標入力面の周辺部に設けられた複数の振動検出手段と、
前記位置指示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位置指示手段の位置を検知する手段と
を有することを特徴とする座標入力装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の座標入力装置において、
前記位置検出手段は、３次元の座標を検出することを特徴とする座標入力装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の座標入力装置において、
前記座標出力手段から出力された座標に対応した位置情報を表示する表示手段を更に備え、前記座標入力面の領域は前記表示手段の表示領域より大きいことを特徴とする座標入力装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の座標入力装置において、
前記位置検出手段は、３次元の座標を検出することを特徴とする座標入力装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載の座標入力装置において、
前記位置指示手段は超音波を発生し、前記位置検出手段は、
前記表示手段の表示領域の周辺部に設けられた複数の振動検出手段と、
前記位置指示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位置指示手段の位置を検知する手段と
を有することを特徴とする座標入力装置。
【請求項１９】
請求項３または６に記載の座標入力装置において、
所定の角度を入力する手段を更に備え、前記算出する手段は、前記所定の基準点から前記位置検出手段により検出された位置への方向に対して前記所定の角度を加えた方向に前記仮想的な指示位置の座標を算出することを特徴とする座標入力装置。
【請求項２０】
座標入力装置を用いた座標演算方法であって、
所定の基準点を入力し記憶するステップと、
位置指示装置を用いて所定の座標入力面を基準として所望の位置を指示するステップと、
該指示するステップにより指示された位置を検出するステップと、
前記記憶された所定の基準点と、前記検出された位置とに基づき、前記位置指示装置が指示する仮想的な指示位置の座標を算出するステップと、
該算出するステップにより算出された位置の座標を出力するステップと
を備えることを特徴とする座標演算方法。
【請求項２１】
請求項１に記載の座標入力装置において、
前記座標出力手段から出力された座標に対応した位置情報を表示する表示手段と、
該表示手段に、前記位置指示手段により指示された位置を含む所定の長さ領域を持つ指示棒状のカーソルを表示する手段と
を更に備えることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の座標入力装置において、
前記カーソルを表示する手段は、前記所定の基準位置と、前記算出する手段により算出された仮想的な指示位置の座標とを結ぶ線分に該当する領域を表示することを特徴とする座標入力装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の座標入力装置において、
前記線分の書式または前記線分の表示の制御を行う表示制御手段を更に備えることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の座標入力装置において、
前記表示制御手段は前記位置指示手段に設けられていることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２５】
請求項２２に記載の座標入力装置において、
前記位置指示手段と前記座標入力面との接触の有無、または前記位置指示手段と前記座標入力面との距離により、前記線分の書式または前記線分の表示の有無の制御を行う表示制御手段を更に備えることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２６】
請求項２１に記載の座標入力装置において、
前記位置指示手段は超音波を発生し、前記位置検出手段は、
前記座標入力面の周辺部に設けられた複数の振動検出手段と、
前記位置指示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位置指示手段の位置を検知する手段と
を有することを特徴とする座標入力装置。
【請求項２７】
所定の基準点を入力し記憶する手段と、
所定の座標入力面を基準として所望の位置を指示する位置指示手段と、
該位置指示手段により指示された位置を検出する位置検出手段と、
前記記憶する手段により記憶された所定の基準点から前記位置検出手段により検出された位置へ向かう方向の所定位置からの角度を算出する角度算出手段と、
前記位置検出手段により検出された位置に対し、前記算出する手段により算出された角度方向に所定のオフセットを与えた位置の座標を算出する座標算出手段と、
該座標算出手段により算出された位置の座標を出力する座標出力手段と
を備えることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の座標入力装置において、
前記所定の基準点は、予め定められた第１基準点と、該第１基準点との関係において座標が定められる第２基準点とからなり、前記角度は前記第２基準点に基づいて算出されることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の座標入力装置において、
前記第２基準点は前記位置検出手段により検出された位置との関係において定められることを特徴とする座標入力装置。
【請求項３０】
請求項２７に記載の座標入力装置において、前記所定の基準点は互いに関連する複数の基準点からなり、前記角度は前記複数の基準点の中の一部の基準点に基づいて算出されることを特徴とする座標入力装置。
【請求項３１】
請求項２７に記載の座標入力装置において、
前記所定の基準点は前記位置指示手段を操作する操作者の肘の位置であることを特徴とする座標入力装置。
【請求項３２】
請求項２８に記載の座標入力装置において、
前記第１基準点は上記位置指示手段を操作する操作者の肩の位置であり、前記第２基準点は前記操作者の肘の位置であることを特徴とする座標入力装置。
【請求項３３】
請求項２７に記載の座標入力装置において、
前記位置指示手段は超音波を発生し、前記位置検出手段は、
前記座標入力面の周辺部に設けられた複数の振動検出手段と、
前記位置指示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位置指示手段の位置を検知する手段と
を有することを特徴とする座標入力装置。
【請求項３４】
請求項２７に記載の座標入力装置において、
前記位置検出手段は、３次元の座標を検出することを特徴とする座標入力装置。
【請求項３５】
請求項２７に記載の座標入力装置において、前記オフセットは前記座標入力面から前記位置指示手段までの距離に応じて変化することを特徴とする座標入力装置。
【請求項３６】
請求項２７に記載の座標入力装置において、
前記座標出力手段から出力された座標に対応した位置情報を表示する表示手段を更に備え、
前記座標入力面の領域は前記表示手段の表示領域より大きいことを特徴とする座標入力装置。
【請求項３７】
請求項３５に記載の座標入力装置において、
前記位置検出手段は、３次元の座標を検出することを特徴とする座標入力装置。
【請求項３８】
請求項３７に記載の座標入力装置において、
前記位置指示手段は超音波を発生し、前記位置検出手段は、
前記表示領域の周辺部に設けられた複数の振動検出手段と、
前記位置指示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位置指示手段の位置を検知する手段と
を有することを特徴とする座標入力装置。
【請求項３９】
座標入力装置を用いた座標演算方法であって、
位置指示装置を用いて所定の基準点を入力し記憶するステップと、
所定の座標入力面を基準として所望の位置を指示するステップと、
前記位置指示装置により指示された位置を検出するステップと、
前記記憶された所定の基準点から前記検出された位置へ向かう方向の所定位置からの角度を算出するステップと、
前記検出された位置に対し、前記算出された角度方向に所定のオフセットを与えた位置の座標を算出するステップと、
該算出された位置の座標を出力するステップと
を備えることを特徴とする座標演算方法。
【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及びこの座標入力装置における座標演算方法に関する。より詳しくは、ディスプレイの画面に指示具或いは指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及びこの入力装置における座標演算方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、或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、ガラス等の透明な入力板からなる座標入力面に超音波を伝播させる超音波方式等がある。また、光学式、或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ものもある。
【０００３】
このような機器は、携帯性を有する小型の電子手帳や、ペン入力コンピュータ等としてよく知られているが、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、液晶ディスプレイ、或いは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。このうち、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】
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、或いは電子黒板にとって変わり、パソコン内に予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、或いは出席者により表示情報を更新できるように、直接画面をタッチすることでパソコンを制御し、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】
この種の大型の入出力一体型システムにおいては、ビジネスにおいて会議システムとしての用途が考えられるが、とりわけ重要な案件の議決に先立つ説明、顧客に対する新商品の売り込み、新企画の説明等のプレゼンテーションへの利用は重要な位置を占めている。一方、従来型のプレゼンテーションにおいてはＯＨＰを用いる機会が多く、その場合には説明箇所を明確にし、印象を強めるために指し棒、指示棒を用いることが一般的である。
【０００６】
プレゼンテーション時に重要なことは、聞き手に如何に効果的にこちらの内容を正確にしかも印象的に伝え、説得性を持たせるかである。そのためには、発表者は、聞き手の目を見て話すのが効果的とされる。また、場合によっては、聞き手の反応をうかがいながら説明の仕方を変える等の臨機応変さも要求され、聞き手側に顔、身体を向けての指示棒によるプレゼンテーションが効果的とされる。指示棒の利点は、このように発表者自らスクリーンの傍らに立ち、聞き手に向かって話をしながら的確に、スクリーン上の内容を指示できるので、効果的なプレゼンテーションを行うことができる点にあり、実際に従来からの実績もあり日常的に慣れ親しんだ手段と言える。しかも、指示箇所が棒の先で示されるので、視認性がよく、聞き手が指示箇所を確認しやすい。
【０００７】
しかしながら、スクリーンが大型になると、棒の長さでは届かない領域に対しては指示できない。そして、長くすると重たくなると言う欠点もあった。また、指示棒の長さは一定であり、スクリーンサイズ、指示箇所により指示棒の長さを変えることができないと言う欠点があった。これを改善するために折畳式の指示棒も存在するが、依然として長さと重さの問題が残る。つまり、長さを変えるためには両手でわずらわしい伸縮作業が必要であり、また、伸ばす長さにも限界がある。更に、一部には、指示棒先端がスクリーン表面に接触することによるスクリーンの損傷が懸念されている。
【０００８】
これに対比されるのが、スクリーンが大きい場合のみならずスクリーンとの距離が離れている場合に用いられるレーザーポインターである。このレーザーポインターは、比較的小型で軽く、手軽であり用いられる機会が増加している。
【０００９】
しかしながら、近年、レーザー光の目に与える障害が懸念され、安全性で問題になっている。同時に、指し棒と比較して、ポイントのみで指示されるために、聞き手が指示箇所を視認しにくい、目で追いにくい、と言う欠点があった。更に、従来型の指示棒（指し棒）、レーザーポインターのいずれも、単純な表示面に対する指示手段ではあるが、上記大型の表示器を持つ情報機器に対する座標入力による情報入力機能がないことは言うまでもない。
【００１０】
一方、近年において急速に定着しつつあるプレゼンテーションの形態としては、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）を接続したプロジェクターにより画像を大画面に投影させ、このコンピュータ画面に対し、マウスなどによる入力装置で指示を行う形態である。このＰＣを用いたプレゼンテーションは、グラフィックス画面を用いて、視覚的にも効果的にアピールでき、また、電子情報をそのまま表示できるので従来のＯＨＰを用いたプレゼンテーションに比べて利便性に優れている。
【００１１】
しかしながら、強調箇所等を指示する場合に、マウスによる場合だと、発表者がＰＣ側に位置し、ＰＣ画面を見ながら、或いは、座ってマウスを操作することになり、指示棒の場合に比べると、カーソルの視認性が劣る。そして、発表者がスクリーンの傍らに立って聞き手に対面していないので、説得性に欠けるという問題点があった。
【００１２】
更に、マウスのカーソルの動きは、本来操作者が机上で目から近距離の小型表示画面を見ながら操作するために考案された入力装置で、マウスパット上でのマウスの反復的な動作に対応した、相対座標入力方式である。周知のように、マウスの移動距離に対して、一定の倍率で拡大して座標を出力する場合の拡大率も任意に設定することができる。この従来のマウス等に代表される入力方式における座標拡大方式を模式的に説明すると、図１４に示すようになる。今、マウスの相対座標系において、一連の操作の始点を基準点Ｏ（ｘ０、ｙ０）、マウスによる入力座標の軌跡をＯ（ｘ０、ｙ０）→ａ（ｘ、ｙ）の軌跡とする。ここで、拡大率を２倍と設定すると、出力座標はＯ（ｘ０、ｙ０）→Ａ（Ｘ、Ｙ）の軌跡を描く。この場合、始点である基準点Ｏに対して拡大率が２倍であるから、Ｘ＝２ｘ、Ｙ＝２ｙである。
【００１３】
尚、ここでは、マウスの座標と出力座標の始点は説明を簡略化するために同一点としたが、通常は、オフセットがあり、更に、相対座標系であるから、このオフセットはマウスがマウスパットから持ち上がって再度置かれることを反復するたびに変動するのは周知のとおりである。
【００１４】
しかしながら、指し棒の先端（＝出力座標）の動きは、言うまでもなく絶対座標系であり、指し棒を持つ手の位置を入力座標とすると、ちょうど肘を軸とした腕の延長線に指示棒の先端（＝出力座標）が来る動きが典型的である。従って、上記のような、従来のマウスに代表される相対座標系における任意の基準点に対する拡大（縮小）座標系では、大型の表示器に対して効果的なプレゼンテーションツールとしての従来の指示棒（指し棒）の動作を反映することは困難であり、効果的な指示棒ライクな座標入力を実現することは困難であるという問題があった。
【００１５】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来の指示棒の使い勝手を持つ大画面入出力一体型の操作性の優れた座標入力装置及び座標演算方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発明は、座標入力装置であって、所定の基準点を入力し記憶する手段と、所定の座標入力面を基準として所望の位置を指示する位置指示手段と、該位置指示手段により指示された位置を検出する位置検出手段と、前記記憶する手段により記憶された所定の基準点と、前記位置検出手段により検出された位置とに基づき、前記位置指示手段が指示する仮想的な指示位置の座標を算出する手段と、該算出する手段により算出された仮想的な指示位置の座標を出力する座標出力手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の座標入力装置において、前記記憶する手段は、操作者により指示された座標に基づき、前記操作者の身体的条件に合致した前記所定の基準点を設定する基準点設定手段を有することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の座標入力装置において、前記算出する手段は、前記所定の基準点から前記算出する手段により算出された位置の座標までの長さの拡大率を入力する手段と、該入力する手段により入力された拡大率に基づき前記仮想的な指示位置の座標を算出する手段とを有することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の座標入力装置において、前記入力する手段は、操作者により指示された座標に基づき前記拡大率を入力することを特徴とする。
【００２０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の座標入力装置において、前記拡大率は、前記座標入力面から前記位置指示手段までの距離に応じて変化することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の座標入力装置において、前記所定の基準点から前記算出する手段により算出された位置の座標までの長さに対するオフセット値を入力する手段と、該入力する手段により入力されたオフセット値に基づき前記仮想的な指示位置の座標を算出する手段とを更に備えることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の座標入力装置において、前記入力する手段は、操作者により指示された座標に基づき前記オフセット値を入力することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の座標入力装置において、前記オフセット値は前記座標入力面から前記位置指示手段までの距離に応じて変化することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の座標入力装置において、前記所定の基準点は、予め定められた第１基準点と、該第１基準点との関係において座標が定められる第２基準点とからなり、前記仮想的な指示位置の座標は前記第２基準点に基づいて算出されることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の座標入力装置において、前記第２基準点は前記位置検出手段により検出された位置との関係において定められることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載の座標入力装置において、前記所定の基準点は互いに関連する複数の基準点からなり、前記仮想的な指示位置の座標は前記複数の基準点の中の一部に基づいて算出されることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１に記載の座標入力装置において、前記基準点は前記位置指示手段を操作する操作者の肘の位置であることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項９に記載の座標入力装置において、前記第１基準点は前記位置指示手段を操作する操作者の肩の位置であり、前記第２基準点は前記操作者の肘の位置であることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１に記載の座標入力装置において、前記位置指示手段は超音波を発生し、前記位置検出手段は、前記座標入力面の周辺部に設けられた複数の振動検出手段と、前記位置指示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位置指示手段の位置を検知する手段とを有することを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１に記載の座標入力装置において、前記位置検出手段は、３次元の座標を検出することを特徴とする。
【００３１】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１に記載の座標入力装置において、前記座標出力手段から出力された座標に対応した位置情報を表示する表示手段を更に備え、前記座標入力面の領域は前記表示手段の表示領域より大きいことを特徴とする。
【００３２】
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載の座標入力装置において、前記位置検出手段は、３次元の座標を検出することを特徴とする。
【００３３】
また、請求項１８に記載の発明は、請求項１６に記載の座標入力装置において、前記位置指示手段は超音波を発生し、前記位置検出手段は、前記表示手段の表示領域の周辺部に設けられた複数の振動検出手段と、前記位置指示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位置指示手段の位置を検知する手段とを有することを特徴とする。
【００３４】
また、請求項１９に記載の発明は、請求項３または６に記載の座標入力装置において、所定の角度を入力する手段を更に備え、前記算出する手段は、前記所定の基準点から前記位置検出手段により検出された位置への方向に対して前記所定の角度を加えた方向に前記仮想的な指示位置の座標を算出することを特徴とする。
【００３５】
また、請求項２０に記載の発明は、座標入力装置を用いた座標演算方法であって、所定の基準点を入力し記憶するステップと、位置指示装置を用いて所定の座標入力面を基準として所望の位置を指示するステップと、該指示するステップにより指示された位置を検出するステップと、前記記憶された所定の基準点と、前記検出された位置とに基づき、前記位置指示装置が指示する仮想的な指示位置の座標を算出するステップと、該算出するステップにより算出された位置の座標を出力するステップとを備えることを特徴とする。
【００３６】
また、請求項２１に記載の発明は、請求項１に記載の座標入力装置において、前記座標出力手段から出力された座標に対応した位置情報を表示する表示手段と、該表示手段に、前記位置指示手段により指示された位置を含む所定の長さ領域を持つ指示棒状のカーソルを表示する手段とを更に備えることを特徴とする。
【００３７】
また、請求項２２に記載の発明は、請求項２１に記載の座標入力装置において、前記カーソルを表示する手段は、前記所定の基準位置と、前記算出する手段により算出された仮想的な指示位置の座標とを結ぶ線分に該当する領域を表示することを特徴とする。
【００３８】
また、請求項２３に記載の発明は、請求項２２に記載の座標入力装置において、前記線分の書式または前記線分の表示の制御を行う表示制御手段を更に備えることを特徴とする。
【００３９】
また、請求項２４に記載の発明は、請求項２３に記載の座標入力装置において、前記表示制御手段は前記位置指示手段に設けられていることを特徴とする。
【００４０】
また、請求項２５に記載の発明は、請求項２２に記載の座標入力装置において、前記位置指示手段と前記座標入力面との接触の有無、または前記位置指示手段と前記座標入力面との距離により、前記線分の書式または前記線分の表示の有無の制御を行う表示制御手段を更に備えることを特徴とする。
【００４１】
また、請求項２６に記載の発明は、請求項２１に記載の座標入力装置において、前記位置指示手段は超音波を発生し、前記位置検出手段は、前記座標入力面の周辺部に設けられた複数の振動検出手段と、前記位置指示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位置指示手段の位置を検知する手段とを有することを特徴とする。
【００４２】
また、請求項２７に記載の発明は、座標入力装置であって、所定の基準点を入力し記憶する手段と、所定の座標入力面を基準として所望の位置を指示する位置指示手段と、該位置指示手段により指示された位置を検出する位置検出手段と、前記記憶する手段により記憶された所定の基準点から前記位置検出手段により検出された位置へ向かう方向の所定位置からの角度を算出する角度算出手段と、前記位置検出手段により検出された位置に対し、前記算出する手段により算出された角度方向に所定のオフセットを与えた位置の座標を算出する座標算出手段と、該座標算出手段により算出された位置の座標を出力する座標出力手段とを備えることを特徴とする。
【００４３】
また、請求項２８に記載の発明は、請求項２７に記載の座標入力装置において、前記所定の基準点は、予め定められた第１基準点と、該第１基準点との関係において座標が定められる第２基準点とからなり、前記角度は前記第２基準点に基づいて算出されることを特徴とする。
【００４４】
また、請求項２９に記載の発明は、請求項２８に記載の座標入力装置において、前記第２基準点は前記位置検出手段により検出された位置との関係において定められることを特徴とする。
【００４５】
また、請求項３０に記載の発明は、請求項２７に記載の座標入力装置において、前記所定の基準点は互いに関連する複数の基準点からなり、前記角度は前記複数の基準点の中の一部の基準点に基づいて算出されることを特徴とする。
【００４６】
また、請求項３１に記載の発明は、請求項２７に記載の座標入力装置において、前記所定の基準点は前記位置指示手段を操作する操作者の肘の位置であることを特徴とする。
【００４７】
また、請求項３２に記載の発明は、請求項２８に記載の座標入力装置において、前記第１基準点は上記位置指示手段を操作する操作者の肩の位置であり、前記第２基準点は前記操作者の肘の位置であることを特徴とする。
【００４８】
また、請求項３３に記載の発明は、請求項２７に記載の座標入力装置において、前記位置指示手段は超音波を発生し、前記位置検出手段は、前記座標入力面の周辺部に設けられた複数の振動検出手段と、前記位置指示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位置指示手段の位置を検知する手段とを有することを特徴とする。
【００４９】
また、請求項３４に記載の発明は、請求項２７に記載の座標入力装置において、前記位置検出手段は、３次元の座標を検出することを特徴とする。
【００５０】
また、請求項３５に記載の発明は、請求項２７に記載の座標入力装置において、前記オフセットは前記座標入力面から前記位置指示手段までの距離に応じて変化することを特徴とする。
【００５１】
また、請求項３６に記載の発明は、請求項２７に記載の座標入力装置において、前記座標出力手段から出力された座標に対応した位置情報を表示する表示手段を更に備え、前記座標入力面の領域は前記表示手段の表示領域より大きいことを特徴とする。
【００５２】
また、請求項３７に記載の発明は、請求項３５に記載の座標入力装置において、前記位置検出手段は、３次元の座標を検出することを特徴とする。
【００５３】
また、請求項３８に記載の発明は、請求項３７に記載の座標入力装置において、前記位置指示手段は超音波を発生し、前記位置検出手段は、前記表示領域の周辺部に設けられた複数の振動検出手段と、前記位置指示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位置指示手段の位置を検知する手段とを有することを特徴とする。
【００５４】
また、請求項３９に記載の発明は、座標入力装置を用いた座標演算方法であって、位置指示装置を用いて所定の基準点を入力し記憶するステップと、所定の座標入力面を基準として所望の位置を指示するステップと、前記位置指示装置により指示された位置を検出するステップと、前記記憶された所定の基準点から前記検出された位置へ向かう方向の所定位置からの角度を算出するステップと、前記検出された位置に対し、前記算出された角度方向に所定のオフセットを与えた位置の座標を算出するステップと、該算出された位置の座標を出力するステップとを備えることを特徴とする。
【００５５】
以上の本発明により、短いペン或いはタッチパネルのような短く軽い入力手段を用いても、従来の指示棒の先端の動きに近く、指示箇所の視認性が優れた使い勝手を持つ大画面入出力一体型の操作性の優れた座標入力装置を提供することができる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００５７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の主眼とする指示棒（指し棒）の使い勝手を実現する座標入力手段（以下、仮想指示棒という）における、入力座標に対する出力座標の演算方法を示す図である。本発明の特徴をよく表すために、大画面の入出力一体型のシステムを考える。図１に示すシステムは、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、座標入力ペン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。つまり、この入出力一体型システムにおける座標入力面は画面１０２に重なる面により形成される。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。
【００５８】
座標入力装置は、座標入力ペン２１の位置を計算するとともに仮想指示棒の先端座標データを算出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、座標入力ペン２１で指示棒のようにコンピュータを操作する。なお、本実施形態に係る座標入力装置の位置検出手段は、上記のように専用ペンとして座標入力ペン２１を用いる方式としたが、座標入力面上の位置を検出できる手段であれば、タッチパネル方式でも良い。
【００５９】
図１の座標入力ペン２１による入力座標（ｘ，ｙ）に対して、図２に示すフローチャートの座標演算処理により仮想的な指示位置が算出され、仮想指示棒の座標出力として（Ｘ，Ｙ）が出力される。具体的な本発明の座標算出方法に関して、図２に示すフローチャートと併せて説明する。
【００６０】
まず、実際の座標入力作業に先立ち、図２のフローにおけるステップＳ２０２〜Ｓ２０６で、指示棒のパラメータに関する設定を行う。最初のステップＳ２０２で操作者の肘の位置を入力する。これは、実際の指示棒の動きにおける基準点Ｏ（ｘ０、ｙ０）
となるものである。実際に、操作者が画面１０２の近傍に立ち、実際に指示動作を行う場合の位置に基づき入力する。この肘の位置の入力手段としては、実際にキーボード等で上記画面１０２に対応した座標入力面における座標を数値入力しても良いし、また、肘の位置にペンを当ててその位置を入力しても良い。或いは、表示器に典型的な人の腕部分を表示させ、その表示位置をカーソル等で移動させて設定しても良い。もちろん、一般的な、プレゼンテーションにおいて典型的な操作者の位置を予め記憶しておき、操作者の好み、用途、スクリーンに対して立つ位置、身長、利き腕等に応じて、これらの条件を入力させ、或いは、用意されたメニューから選択できるようにして、腕（肘）の位置を設定し記憶しても良い。
【００６１】
また、この肘の位置は、上記画面１０２に対応した座標入力面内のみの座標でなく、上記画面１０２に対応した座標入力面外の領域の座標を入力しても良い。但し、上記座標入力ペン２１、及びタッチパネルの入力範囲は通常、上記画面１０２に対応した座標入力面内の領域に限定されるので、肘の位置をキーボード等で入力する場合は問題ないが、肘の位置にペンを当ててその位置を入力する場合には、その入力範囲は、上記画面１０２に対応した座標入力面内の領域に限定される。この指示棒のパラメータに関する設定は、アプリケーションソフトにおいて、メニュー画面に沿って行うようにしても良い。
【００６２】
次に、ステップＳ２０４で、操作者がペンを持った状態でペン先位置（或いはタッチパネルの指示指先位置）（ｘ１，　ｙ１）を入力し、この座標と上記肘の位置Ｏ（ｘ０，ｙ０）により、肘からペン先（指先）までの長さａが設定される。具体的には、次の式により算出される。
ａ＝（ｘ１−ｘ０）ｓｅｃ　θ１
θ１　＝ｔａｎ−１（（ｙ１−ｙ０）　／　（ｘ１−ｘ０））
【００６３】
次に、ステップＳ２０６で、操作者が所望の長さの仮想指示棒の先端の位置（ｘ２，ｙ２）　をカーソルを移動させながら入力し、この座標と上記肘の位置Ｏ（ｘ０，ｙ０）により、肘から仮想指示棒先端までの長さｂが設定される。具体的には、次の式により算出される。
2004078323.tif 000003
【００６４】
以上のステップＳ２０２〜Ｓ２０６において、指示棒のパラメータに関する設定、即ち所定の基準点を入力し記憶する処理がなされる。尚、ステップＳ２０２の肘の位置入力に関しては、キーボードにしろペン入力にしろ実際の入力作業に煩雑さが伴うので、例えば、典型的な位置を用意しておきメニュー選択画面で簡単に選べるようにしても良い。或いは、上記ステップＳ２０４〜Ｓ２０６の操作者の２点入力により、典型的な肘からペン先（指先）までの長さａを既知の値として持つことにより、肘の位置及び肘から仮想指示棒先端までの長さｂを求めて自動的に設定しても良い。更には、上記肘からペン先（指先）までの長さａに加えて、肘から仮想指示棒先端までの長さｂを所定の典型的な既知の値として持つことにより、ステップＳ２０４の操作者がペンを持って、画面１０２に対応した座標入力面内の領域に１点のみ入力することにより、自動的に肘の位置を算出しても良い。
【００６５】
つまり、操作者の肘からペン先（指先）までの長さとして一般的な操作者の平均的データを基にした数字を予め記憶しておき、或いは指示棒の長さとして典型的な指示棒の長さを予め記憶しておき、これに基づいて、後述する仮想指示棒先端の座標を求めても、実用上問題ない場合がある。従って、このように初期設定作業を簡略化することにより、操作者は、初期の１点（肘の位置）、或いは、２点（肘とペン先の位置）を座標入力面内の領域に入力すれば、実際に肘の位置が自動的に設定されるので、実際の使用において使い勝手が向上する。
【００６６】
もちろん、最初に、操作者が上記指示棒の長さｂを好みの長さに設定できる手段を設けても良いし、次に述べるステップＳ２１２で、操作中に長さｂを変更できる手段を設けても良い。
【００６７】
図２に示す、次のステップＳ２０８及びＳ２１２において、実際の座標入力ペン２１の指示点（或いはタッチパネルの場合にはタッチ位置）に対応する仮想的な指示位置の座標（以下、「仮想指示棒先端指示座標」という）の演算を行い出力する。まず、ステップＳ２０８において、操作者の実際の座標入力ペン２１の指示点（或いはタッチパネルの場合にはタッチ位置）（ｘ，　ｙ）の検出を行う。これは、通常、各座標検出方式における通常の座標演算である。次のステップＳ２１０において、以上のステップにおける指示棒のパラメータに関する設定値、及び操作者の指示座標をもとに、仮想指示棒先端指示座標（Ｘ，Ｙ）を算出する。具体的には、次の式により算出され、出力される。
（Ｘ，Ｙ）＝（ｘ０　＋（ｘ−ｘ０　）＊ｂ／ａ，　ｙ０　＋（ｙ−ｙ０　）＊ｂ／ａ）
【００６８】
この式からわかるように、上記算出される仮想指示棒先端指示座標（Ｘ，Ｙ）は、図１に示されるように、基準点としての操作者の肘から、操作者の実際の座標入力ペン２１の指示点或いはタッチパネルの場合にはタッチ位置である（ｘ，　ｙ）に向かう角度θ方向に、肘からペン先（指先）までの長さと所望の指示棒先端までの長さの比である拡大率ｂ／ａを乗じた位置に仮想指示棒の先端の座標を出力することができる。
【００６９】
或いは、次の式により算出され、出力される。
（Ｘ，Ｙ）　＝（ｘ＋（ｂ−ａ）ｃｏｓ　θ，　ｙ＋　（ｂ−ａ）ｓｉｎ　θ）
θ　＝ｔａｎ−１（（ｙ−ｙ０）　／　（ｘ−ｘ０））
この場合、上記算出される仮想支持棒先端指示座標（Ｘ，Ｙ）は、図１に示されるように、基準点としての操作者の肘から、操作者の実際の座標入力ペン２１或いはタッチパネルの場合にはタッチ位置（ｘ，　ｙ）に向けての角度θ方向に、所望の指示棒の長さ（ｂ−ａ）のオフセット（指示棒オフセット）を加えた位置であり、まさに、長さ（ｂ−ａ）の指示棒を手で持った場合の指示棒の先端の座標に近い座標を出力することができる。つまり、従来例におけるマウス等による拡大座標系の場合の様にオフセット値が変動することは無く、しかも、所望の方向に座標を出力することができる。
【００７０】
このようにして、記憶された所定の基準点と、検出された位置とに基づき、指示棒が指示する仮想的な指示位置の座標を算出し、算出された位置の座標を出力する処理が実現される。
【００７１】
つまり、従来のマウスに代表される相対座標系における任意の基準点に対する拡大（縮小）座標系では実現され得なかった、操作者の身体的な条件に基づく基準点及び指示棒のパラメータにより座標が算出されるので、指示棒を操作しているような操作感を実現することができる。
【００７２】
ステップＳ２１２により、操作者がその使用状況により指示棒の長さを変更することができるが、この演算は、周知のように入力された拡大率に基づき算出するものとすることができる。この場合、操作者により指示された座標に基づき拡大率を入力するように構成することができる。ここで、メニューによる選択、或いは、ペンスイッチによる切り替えにより、通常は一定に保ち、必要に応じて変更できる手段を設けることとしても良い。
【００７３】
また、上記実施形態においては、基準点としての操作者の肘から、操作者の実際の座標入力ペン２１の位置或いはタッチパネルの場合にはタッチ位置である（ｘ，　ｙ）に向けて角度方向に、肘からペン先（指先）までの長さと所望の指示棒先端までの長さの比である拡大率ｂ／ａを乗じた位置に仮想指示棒の先端の座標を出力したが、指示棒（指し棒）を持つ人間の手首の角度を考慮して座標を出力しても良い。
【００７４】
つまり、肘と腕の角度θに対して、更に指示棒（指し棒）を持つ場合の手首の傾きの角度θｏｆｆを角度のオフセットとして加えた方向に座標を出力するために、この手首の傾きの角度θｏｆｆを設定、或いは、操作者の動作により入力する手段を予め設けるようにしても良い。この場合、所定の角度を入力し、所定の基準点から算出された位置への方向に対して所定の角度を加えた方向に、仮想的な指示位置の座標を算出することになる。
【００７５】
更に、座標入力装置は図３に示すように、ペン２１の位置を計算するとともに仮想指示棒の先端座標データを算出してコンピュータに送出し、コンピュータを通じて、不図示の表示する手段により、リアプロジェクション表示装置１０１の画面１０２に指示位置と仮想指示棒の先端座標を結ぶ線領域による指示棒状のカーソルＣを表示させ、ペン２１で指示棒のようにコンピュータを操作する構成としても良い。この場合、図２に示すフローチャートの座標演算処理により、仮想指示棒の座標出力として（Ｘ，Ｙ）が出力され、この２点を結ぶ線分が表示される。以下、この実施形態について説明する。
【００７６】
ステップＳ２０２〜Ｓ２０６の指示棒のパラメータに関する設定では、主に操作者の身体の一部の位置の入力、そして、指示棒の長さの設定を行うと同時に、表示される指示棒の書式に関する設定を行う。例えば、指示棒（線分）の色、指示棒の部分の線種、太さ、先端の形状等である。また、指示棒の長さ、書式に関する設定を行う際に、リアルタイムに設定時の条件で表示を行うことにより、操作者の設定時の利便性が向上する。
【００７７】
ステップＳ２１０では、更に不図示の表示手段により、操作者による指示座標（ｘ，　ｙ）と上記算出された仮想支持棒先端指示座標（Ｘ，Ｙ）とを結ぶ線分の画像情報を出力し、画面１０２に表示する。また、表示される指示棒状の線分の表示において、その長さは、上記２点間を結ぶ線分を表示するのみならず、上記２点を結ぶ線上の所定の長さの線分を表示しても良い。指示棒状のカーソルを表示する手段とは、上記座標入力装置の演算制御部の内部に上記仮想指示棒の先端の座標と併せて、線分の始点である上記操作者による指示座標（ｘ，　ｙ）と終点である上記算出された仮想支持棒先端指示座標（Ｘ，Ｙ）の情報を出力する手段、及び、画面１０２に接続されたＰＣの演算制御部において、上記始点（ｘ，　ｙ）及び終点（Ｘ，Ｙ）の座標から線分情報を生成する手段、並びにこの情報を基に画面１０２にグラフィック情報を送出する手段を含めた手段である。もちろん、この表示手段は、座標入力装置側にすべて含めても良いし、逆に、仮想支持棒先端指示座標（Ｘ，Ｙ）の算出演算も含めてＰＣの演算制御部に大半を含めても良い。
【００７８】
ステップＳ２１２により、操作者がその使用状況により指示棒の長さを変更することができるが、これは、メニューによる選択、或いは、ペンスイッチによる切り替えにより、通常は一定に保ち、必要に応じて変更できる手段を設ければよい。また、指示棒の長さに留まらず、このステップにおいても、ステップＳ２０６の初期設定と同様に、操作者が必要と感じた時に途中で所望の上記線分書式を変更できるようにしても良い。更に、表示画面の状況により、指示棒としての線分の表示が、必要となる表示情報を隠してしまう等の不都合が生じる場合には、上記ペンスイッチを設け、このスイッチの操作に応じて一時的に仮想支持棒先端部のカーソルのみ表示し、指示棒部分の表示を消すように構成しても良い。
【００７９】
（第２実施形態）
第１実施形態においては、肘の位置を固定値として指示棒の先端の座標を算出したが、次に説明するように、肩の位置を支点として動く肘の位置を基準として指示棒の先端の座標を算出しても良い。この座標算出アルゴリズムにより、操作者の動作に対してより自然な操作環境を実現することができる。
【００８０】
人間の腕の動きは、図４で示すように、肘のみを支点とした動きに留まらず、更に肩を支点とした動きとの複合動作である。
【００８１】
本発明の座標算出アルゴリズムは、この人間の肩の基準点の位置Ｏ（ｘ０，ｙ０）が一定ならば、領域Ａ内の座標入力ペン２１或いはタッチパネルの指示座標は、肘の位置（肘基準点）Ｏｅ　（ｘｅ，　ｙｅ）　、肘の角度θｅの関数で定められることに着目する。すると、肘基準点Ｏｅ　（ｘｅ，　ｙｅ）　は、次の式で表される。
（　ｘｅ−　ｘ０）２＋（　ｙｅ　−　ｙ０　）２＝ｒｅ　２
【００８２】
一方、肘基準点Ｏｅ　（ｘｅ，　ｙｅ）を基準とした、ペン指示点（ｘ，　ｙ）は次の式で表される。
（　ｘ−　　ｘｅ）２＋（　ｙ　−　ｙｅ　）２＝（Ｒ−ｒｅ）２
従って、逆に肩の基準点の位置とペン指示点（ｘ，　ｙ）がわかれば、下記のように、肘の位置（基準点）Ｏｅ　（ｘｅ，　ｙｅ）　、及び肘の角度θｅを求めることができる。
【００８３】
上記２つの式を満たす肘基準点Ｏｅ　（ｘｅ，　ｙｅ）は、　（ｘｅ１，　ｙｅ１）　、（ｘｅ２，　ｙｅ２）の２点存在するが、肘と腕の角度θｅは、人間の関節の動きからθｅ＜９０°であるから、ｙｅ１　＜　　ｙｅ２　の条件を満たす（ｘｅ１，　ｙｅ１）　が求める基準点Ｏｅ　である。また、
θｅ＝ｔａｎ−１（（ｙ−ｙｅ１）　／　（ｘ−ｘｅ１））
と求められる。
【００８４】
以上より、ペン指示点（ｘ，　ｙ）が検出されれば、それに対応する肘の位置としての基準点Ｏｅ　（ｘｅ１，　ｙｅ１）を算出することができ、このデータをもとに、第１実施形態と同様にして仮想指示棒先端指示座標（Ｘ，Ｙ）　を求めることができる。
【００８５】
以上の根拠に基づき、具体的な座標演算アルゴリズムは、図５に示すようになる。まず、実際の座標入力作業に先立ち、図５のフローにおけるステップＳ４０２〜Ｓ４０８で、指示棒のパラメータに関する設定を行う。
【００８６】
ステップＳ４０２において、操作者の肩の位置を肩基準点Ｏ０　（ｘ０，　ｙ０）として入力を行う。この入力に関しては、この肩の位置の入力手段として上記第１実施形態における肘の位置入力と同様に、実際にキーボード等で上記画面１０２に対応した座標入力面における座標を数値入力しても良いし、肘の位置に座標入力ペン２１を当ててその位置を入力しても良い。或いは、表示器に典型的な人の腕部分を表示させ、その表示位置をカーソル等で移動させて設定しても良い。もちろん、一般的な、プレゼンテーションにおいて典型的な操作者の位置を予め記憶しておき、操作者の好み、用途、スクリーンに対して立つ位置、身長、利き腕等に応じて、これらの条件を入力させ、或いは、用意されたメニューから選択できるようにして、腕（肘）の位置を設定し記憶しても良い。
【００８７】
また、この肩の位置は、上記画面１０２に対応した座標入力面内のみの座標でなく、上記画面１０２に対応した座標入力面外の領域の座標を入力しても良い。但し、上記座標入力ペン２１、及びタッチパネルの入力範囲は通常、上記画面１０２に対応した座標入力面内の領域に限定されるので、肩の位置をキーボード等で入力する場合は問題ないが、肩の位置にペンを当ててその位置を入力する場合には、その入力範囲は、上記画面１０２に対応した座標入力面内の領域に限定される。この指示棒のパラメータに関する設定は、アプリケーションソフトにおいて、メニュー画面に沿って行うようにしても良い。
【００８８】
次に、ステップＳ４０４において、操作者の肘の位置にペンを当て（或いは肘の座標をキーボードにより）肘基準点Ｏｅ　（ｘｅ０，　ｙｅ０）として入力する。この入力方法に関しては、上記肩の場合と同様である。ここで、肩から肘までの距離ｒｅが設定される。
【００８９】
次に、ステップＳ４０６において、操作者がペンを持った状態でペン先位置（或いはタッチパネルの指示指先位置）（ｘ１，ｙ１）を入力する。これにより、肘からペン先（指先）までの長さａ（＝Ｒ−ｒｅ、　Ｒ：肩からペン先位置までの距離）が設定される。具体的には、次の式で算出する。
ａ＝（ｘ１−　ｘｅ０　）ｓｅｃ　θｅ１
θｅ１＝ｔａｎ−１（（ｙ１−　ｙｅ０）　／　（ｘ１−　ｘｅ０））
【００９０】
次に、ステップＳ４０８において、操作者が所望の仮想指示棒の長さ、つまり、仮想指示棒の先端の位置（ｘ２，ｙ２）　をカーソル移動を確認しながら調整し、最終的に決定したらその位置（ｘ２，ｙ２）を入力する。これにより、肘から仮想指示棒先端までの長さｂが設定される。
【００９１】
以上のステップＳ４０２〜Ｓ４０８において、指示棒及び腕に関するパラメータの設定がなされる。尚、ステップＳ４０２の肩、ステップＳ４０４の肘の位置入力に関しては、キーボードにしろペン入力にしろ実際の入力作業に煩雑さが伴うので、例えば、典型的な位置を用意しておきメニュー選択画面で簡単に選べるようにしても良い。
【００９２】
或いは、上記ステップＳ４０６、Ｓ４０８の操作者による２点（肩、肘の位置）の入力において、典型的な肩から肘までの距離ｒｅ及び肘からペン先（指先）までの長さａを既知の値として予め保持しておくことにより、肩及び肘の位置及び肘から仮想指示棒先端までの長さｂを求めて自動的に設定しても良い。
【００９３】
更には、上記肩から肘までの距離ｒｅ及び肘からペン先（指先）までの長さａに加えて、肘の位置入力及び肘から仮想指示棒先端までの長さｂを所定の典型的な既知の値として保持しておき、ステップＳ４０６の操作者がペンを持って、画面１０２に対応した座標入力面内の領域に１点のみ入力することにより、自動的に肩及び肘の位置を算出しても良い。
【００９４】
つまり、操作者の肩から肘までの長さ、及び肘からペン先（指先）までの長さは、一般的な操作者の平均的データを基にした数字を予め記憶しておく。或いは、指示棒の長さは、典型的な指示棒の長さを予め記憶しておく。そして、これに基づいて後述する仮想指示棒先端の座標を求めても、実用上問題ない場合がある。従って、このように初期設定作業を簡略化することにより、操作者は、初期の１点、或いは２点を座標入力面内の領域に入力すれば、実際に肘の位置が自動的に設定されるので、実際の使用において使い勝手が向上する。
【００９５】
図５に示す、次のステップＳ４１０〜Ｓ４１６において、実際の座標入力ペン２１或いはタッチパネルの場合にはタッチ位置に対応する仮想指示棒先端指示座標の演算を行い出力する。まず、ステップＳ４１０において、操作者の実際の座標入力ペン２１（或いはタッチパネルの場合にはタッチ位置）（ｘ，　ｙ）の検出を行う。これは通常、各座標検出方式における通常の座標演算である。
【００９６】
次のステップＳ４１２では、以上のステップにおける肩、肘及び指示棒のパラメータに関する設定値、及び操作者の指示座標をもとに、仮想指示棒先端指示座標を算出する。
【００９７】
まず、ステップＳ４１２で指示座標（ｘ，　ｙ）に対応する肘基準点Ｏｅ　（ｘｅ，　ｙｅ）、及び肘と腕の角度θｅを算出する。具体的には、次の式により算出され、出力される。
（　ｘｅ−　ｘ０）２＋（　ｙｅ　−　ｙ０　）２　＝ｒｅ２
（　ｘ−　　ｘｅ）２＋（　ｙ　−　ｙｅ　）２　＝（Ｒ−ｒｅ）２
【００９８】
上記２式を満たす２点（ｘｅ１，　ｙｅ１）　、（ｘｅ２，　ｙｅ２）の内、ｙｅ１　＜　ｙｅ２　を満たす（ｘｅ，　ｙｅ）を算出する。肘と腕の角度θｅは、以下の式で表される。
θｅ＝ｔａｎ−１（（ｙ−ｙｅ）　／　（ｘ−ｘｅ））
【００９９】
次に、ステップＳ４１４で、仮想指示棒先端指示座標（Ｘ，Ｙ）を算出し座標出力する。具体的には、次の式により算出され、出力される。
（Ｘ，Ｙ）＝　（ｘ０　＋（ｘ　−　ｘ０　）＊ｂ／ａ，　ｙ０　＋（ｙ−　ｙ０　）＊ｂ／ａ）
この式を見てわかるように、上記算出される仮想指示棒先端指示座標（Ｘ，Ｙ）は、図４に示されるように、基準点としての操作者の肘から、操作者の実際の座標入力ペン２１或いはタッチパネルの場合にはタッチ位置（ｘ，　ｙ）に向けて角度θｅ方向に、肘からペン先（指先）までの長さと所望の指示棒先端までの長さの比である拡大率ｂ／ａを乗じた位置に仮想指示棒の先端の座標を出力することができ、従来のマウスに代表される相対座標系における任意の基準点に対する拡大（縮小）座標系では実現され得なかった、操作者の身体的な条件に合致した基準点及び指示棒のパラメータにより座標が算出される。
【０１００】
或いは、次の式により算出され、出力される。
（Ｘ，Ｙ）＝（ｘ＋（ｂ−ａ）ｃｏｓ　θｅ，　ｙ＋　（ｂ−ａ）ｓｉｎ　θｅ）
この式を見てわかるように、上記算出される仮想支持棒先端指示座標（Ｘ，Ｙ）は、図４に示されるように、基準点としての操作者の肘から、操作者の実際の座標入力ペン２１或いはタッチパネルの場合にはタッチ位置（ｘ，　ｙ）に向けての角度θ方向に、所望の指示棒の長さ（ｂ−ａ）のオフセットを加えた位置である。従って、長さ（ｂ−ａ）の指示棒を手で持った場合の指示棒の先端の座標に近い座標を出力することができるのは、第１実施形態と同様であるが、更にその指示棒の角度を形成する肘の位置の変化に伴い、その基準点も追従して動くので、実際の腕の動きにより近い仮想指示棒による指示を行うことができる。
【０１０１】
即ち、座標入力ペン２１或いはタッチ位置座標の変化に伴い、常に予めインプットされた肩座標に基づきその入力座標に対応した肘の位置が算出され、その肘の位置から入力位置に向かう角度は自然な仮想指示棒の角度となるのである。しかも、従来例におけるマウス等による拡大座標系の場合の様にオフセット値が変動することは無く、しかも、所望の方向に座標を出力することができる。
【０１０２】
従って、第１実施形態と同様に、指示棒による操作感を実現することができる。更に、その指示棒の角度を形成する肘の位置の変化に伴い、その基準点も追従して動くので、実際の腕の動きにより近い仮想指示棒による指示を行うことができる。即ち、座標入力ペン２１或いはタッチ位置座標の変化に伴い、常に予めインプットされた肩座標に基づきその入力座標に対応した肘の位置が算出され、その肘の位置から入力位置に向かう角度は自然な仮想指示棒の角度となるのである。
【０１０３】
ステップＳ４１６において、操作者がその使用状況により指示棒の長さを変更することができるが、これは、メニューによる選択、或いは、ペンスイッチによる切り替えにより、通常は一定に保ち、必要に応じて変更できる手段を設ければ良い。
【０１０４】
本実施形態においては、肩と肘の関係を比較的単純な、肩の付け根を１点の支点として、それを中心に肘が回転するモデルを例に挙げて説明した。これは、演算を簡略するためであり、実際の人間の動きに対応した、例えば肩が他の支点に対し一定の曲線運動をするモデルを使用しても良い。更には、手首の運動を加味する等のより複雑な運動モデルに基づいた演算を行い、より正確で自然な動きにしても良いことは言うまでもない。
【０１０５】
（第３実施形態）
以上の実施形態においては、基準点となる肩及び肘等の位置を入力する際に、キーボード等を用いての入力の場合、或いはペン等の指示領域が表示領域内の場合は問題ないが、実際にペン等を用いて入力する場合の指示領域が表示領域外の場合、更には、操作者の通常の指示領域が表示領域外の場合には、検出領域が表示領域外にもある座標検出方式を用いる必要がある。本発明における座標入力装置の検出方式に関しては、特に限定を設けるものではないが、二次元的に表示領域外の場合のみならず、画面１０２から垂直（Ｚ軸）方向に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座標入力方式として空中超音波方式を用いても良い。
【０１０６】
以下に、上記のような本実施形態に係る三次元入力可能な座標入力装置として空中超音波を用いた方式に関する説明を行う。
【０１０７】
（空中超音波方式の座標入力装置の構成に関する説明）
図６は、本実施形態に係る座標入力装置の入力ペンの外観を示す。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スイッチ２２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、スイッチ２３或いはスイッチ２４を押下することで超音波の発振が開始される。
【０１０８】
図７は、超音波方式の座標入力装置の構成を示すブロック図である。座標入力ペン３０１の内部構成のうち、駆動回路３０２は不図示のバッテリで動作する発振子３０３を駆動する。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３０４の内部回路のうち、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うと、ＣＰＵ３０７は時間情報を距離情報に変換して、更に三角測量の原理で座標入力ペンの画面座標系に基づいた座標位置を算出する。更に、この一連の座標から操作座標系を算出し、この画面座標系における操作者の入力座標を上記操作座標系の座標に変換する。
【０１０９】
なお、この座標計算及び座標換算は、ＲＯＭ３１２に格納されている座標算出プログラム３０８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。更に、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。
【０１１０】
なお、本実施形態にかかる座標入力方式に関しては一例であり、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らず、いわゆる指示棒状であっても良い。また、座標入力の方式は、超音波方式に限らず、３次元の座標を算出することが可能な座標入力方式であれば他の光方式等も採用することができる。
【０１１１】
また、表示装置は、リアプロジェクタ装置に限定されず、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発明の効果を奏することは言うまでもない。
【０１１２】
（空中超音波方式の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。
【０１１３】
図８は本実施形態に係る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。図中座標入力ペン４は筆記具として機能し、操作者の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（本実施形態の場合、４個の検出センサ３＿Ｓａ〜３＿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、座標入力ペン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。
【０１１４】
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、或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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
以下、図面に基づき、本実施形態の詳細を説明する。
【０１１７】
（座標入力ペンの説明）
まず図９を参照し、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、不図示のタイマ、発振回路、及び座標入力ペン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することで、所望周波数で駆動効率が最大になるように構成されている。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。
【０１１８】
なお、本実施形態に係る座標入力ペン４は、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）、並びに座標入力ペン４の筐体に設けられたペンサイドスイッチ（ＳＷ４２ａ及びＳＷ４２ｂ）を具備する。
【０１１９】
（本体検出回路の説明）
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出力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〜３＿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〜３＿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良い超音波信号の送受信が可能となっている。
【０１２０】
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及び各検出センサ３間の距離を、音波の既知の音速と、その到達時間と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上記音波発生源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方法について説明する。
【０１２１】
（検出方式に関する説明）
図１０は本実施形態に係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１１はそれを実現するための回路ブロック図である。駆動回路４４は駆動信号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内に内臓されている赤外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、上記音波発生源４３及び検出センサ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。前置き増幅回路６０は、所定レベルまで増幅された検出センサ３で検出信号５３を検出する。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で処理し、検出信号のエンベロープ５４のみが取り出される。
【０１２２】
このエンベロープ５４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、或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等により構成され、これを用いて容易にエンベロープのピーク等の検出が可能である。本実施形態では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５７を参照してエンベロープの変曲点を検出する（信号５６）。
【０１２３】
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１１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、回路遅延時間はないものとして説明を加える。従って、音波発生源４３及び検出センサ３間の距離Ｌは次式で求めることができる。
Ｌ＝Ｖｇ×Ｔｇ　　　　　　　　　　　　　　（１）
【０１２４】
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（不図示）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、まず信号５８を生成する。その後に、前述した群遅延時間Ｔｇを検出するための信号５６をゲート信号（ゲート信号発生回路６３が生成）として参照する。
【０１２５】
そして、上記ゲート信号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。なお、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、回路遅延時間はな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。
Ｌ＝Ｖｐ×Ｔｐ　　　　　　　　　　　　　　（２）
【０１２６】
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。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及び検出センサ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
【０１２７】
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。また、その減衰定数も項目３による環境で変化する。
【０１２８】
（演算制御回路１の説明）
本実施形態の演算制御回路１の概略構成を示す図１２を参照し、各構成要素及びその動作概略を以下に説明する。図中マイクロコンピュータ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ものであり、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、例えばカウンタなどにより構成されている演算制御回路１内のタイマ１２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の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。
【０１２９】
信号波形検出回路２より出力される各検出センサ３＿Ｓａ〜３＿Ｓｄからの振動到達タイミング信号（信号５９）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、対応するセンサから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。
【０１３０】
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１５＿ａ〜１５＿ｄより読み取り、所定の計算を行って、座標入力ペン４の画面座標系における座標位置を算出する。
【０１３１】
更に、マイクロコンピュータ１１では、画面座標系（ｘ，ｙ，ｚ）において操作者が入力した複数の座標から操作座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における操作者を基準とした操作座標入力面を算出し、この画面座標系（ｘ，ｙ，ｚ）における座標入力ペン４の座標位置を上記操作座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の座標に変換する。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ように構成される。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ように構成される。
【０１３２】
（座標算出式の説明）
今、図１３のような画面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の画面座標系の位置座標（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音波発生源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
【０１３３】
【数１】
2004078323.tif 000004
【０１３４】
【数２】
2004078323.tif 000005
【０１３５】
同様にして、
【０１３６】
【数３】
2004078323.tif 000006
【０１３７】
【数４】
2004078323.tif 000007
【０１３８】
となる。
【０１３９】
以上示したように、少なくとも３個の音波発生源４３から検出センサ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。
【０１４０】
本実施形態では、検出センサを４個用いており、例えば、距離が最も遠い検出センサ（この検出センサ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る）の情報を使わず、残り３個の距離情報のみで座標を算出することにより、信頼性の高い座標算出を可能としている。
【０１４１】
また、この距離が最も遠い検出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、例えば、各検出センサからの距離情報の組み合わせを変更して演算することができる。この場合、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、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、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。
【０１４２】
以上の説明の空中超音波方式の座標入力装置は、表示領域外の領域においても座標検出可能である。従って、基準点となる肩及び肘等の位置を入力する際に、表示領域外でもペン等で実際の身体部分の位置を入力できるので、より自然な仮想指示棒の操作感が得られる。
【０１４３】
また、パラメータ設定時のみならずペン等を用いて入力する場合にも表示領域外入力が可能なので、操作範囲に領域制限が少なくなる。
【０１４４】
また、オフセット分表示領域から離れた入力も可能になるので、全表示領域に対する仮想指示棒による指示が可能になる。
【０１４５】
更に、空中超音波方式等のＺ軸方向座標入力が可能な座標入力装置の場合には、例えばＺ座標に応じて、指示棒のオフセットの長さを自動的に変化させて仮想指示棒先端指示座標（Ｘ，Ｙ）を算出しても良い。具体的には、Ｚ座標に上記肘からペン先（指先）までの長さと所望の指示棒先端までの長さの比である拡大率ｂ／ａを比例させることにより、自然な操作感を実現する。場合によって、頻繁に拡大率ｂ／ａが変化するのが望ましくない場合には、Ｚ座標の段階的な範囲内の変動に対しては、拡大率ｂ／ａが一定となるようにしても良い。
【０１４６】
なお、第１実施形態に示したように画面１０２に指示位置と仮想指示棒の先端座標を結ぶ線領域による指示棒表示Ｃをフィードバックさせる構成の場合、常に指示棒部分を表示するか、場合により設定条件を変更するようにしても良い。
【０１４７】
更に望ましくは、上記ペンである位置指示手段と上記座標入力面（上記画面１０２）との接触の有無、或いは、上記ペンである位置指示手段と上記座標入力面（上記画面１０２）との距離により、上記線分の書式、表示の有無の制御を行っても良い。これにより、本来のオンスクリーン作業でペンで文字を書いたり、描画する場合には、指示棒表示は不要となる。この場合は、ペン先スイッチによりペンダウン状態を検知し、指示棒表示を自動的に行わないように構成することができる。一方、座標入力面（上記画面１０２）から離れて指示する場合は、指示棒による指示モードであり、ペン先スイッチによるペンアップ検知、或いは、画面１０２から垂直（Ｚ軸）方向の距離で判断して、指示棒表示を自動的に行うように構成することができる。また、上記Ｚ座標により、指示棒の表示長さが変更するように構成しても良い。
【０１４８】
また、前記のように、空中超音波方式等のＺ軸方向座標入力が可能な座標入力装置の場合には、Ｚ座標に応じて、指示棒の長さを自動的に変化させて表示できる。場合によって、頻繁に指示棒の長さが変化するのが望ましくない場合には、Ｚ座標の段階的な範囲内の変動に対しては、指示棒の長さが一定となるように構成しても良い。
【０１４９】
更に、指示棒オフセット（ｂ−ａ）に基づいて仮想指示棒先端指示座標（Ｘ，Ｙ）を算出する実施形態では、Ｚ座標に上記指示棒オフセット（ｂ−ａ）を比例させることにより、自然な操作感を実現することとしても良い。場合によって、頻繁に指示棒オフセット（ｂ−ａ）が変化するのが望ましくない場合には、Ｚ座標の段階的な範囲内の変動に対しては、指示棒オフセット（ｂ−ａ）が一定となるように構成しても良い。
【０１５０】
（第４実施形態）
以上の実施形態においては、仮想指示棒先端指示座標（Ｘ，Ｙ）は、肘からペン先（指先）までの長さと所望の指示棒先端までの長さの比である拡大率ｂ／ａ、または指示棒オフセット（ｂ−ａ）を用いて算出する例を示したが、操作者の身体の肘、肩以外の部位の位置を入力し反映させて算出する手段を用いても良い。更には、仮想指示棒先端指示座標（Ｘ，Ｙ）を、基準点としての操作者の肘から、操作者の実際のペン或いはタッチパネルの場合にはタッチ位置（ｘ，　ｙ）に向けての角度方向に、所望の指示棒の長さのオフセットを加えた位置として算出する手段を用いても良い。
【０１５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所定の基準点を入力し記憶する手段と、所定の座標入力面を基準として所望の位置を指示する位置指示手段と、該位置指示手段により指示された位置を検出する位置検出手段と、前記記憶する手段により記憶された所定の基準点と、前記位置検出手段により検出された位置とに基づき、前記位置指示手段が指示する仮想的な指示位置の座標を算出する手段と、該算出する手段により算出された仮想的な指示位置の座標を出力する座標出力手段とを備えるので、短いペン或いはタッチパネルのような短く軽い入力手段を用いても、指示箇所の視認性が優れた使い勝手を併せ持つ大画面入出力一体型の操作性の優れた座標入力装置を提供することができる。これは、操作者の肘、更には肩等の身体的な位置、動きに追従するので、従来の指示棒の先端の軌跡に近いカーソルの動きを得ることができることによる。
【０１５２】
また、本発明によれば、所定の基準点を入力し記憶する手段と、所定の座標入力面を基準として所望の位置を指示する位置指示手段と、該位置指示手段により指示された位置を検出する位置検出手段と、前記記憶する手段により記憶された所定の基準点から前記位置検出手段により検出された位置へ向かう方向の所定位置からの角度を算出する角度算出手段と、前記位置検出手段により検出された位置に対し、前記算出する手段により算出された角度方向に所定のオフセットを与えた位置の座標を算出する座標算出手段と、該座標算出手段により算出された位置の座標を出力する座標出力手段とを備えるので、短いペン或いはタッチパネルのような短く軽い入力手段を用いても、従来の指示棒の先端の動きに近く、指示箇所の視認性がすぐれた使い勝手を併せ持つ大画面入出力一体型の操作性の優れた座標入力装置を提供することができる。これは、肘からペン或いはタッチ箇所にかけての方向（角度）に対してオフセットが与えられるという、指示棒の先端の軌跡に近いカーソルの動きを得ることができることによる。
【０１５３】
また、従来の指示棒ライクな操作考えられるのみに留まらず、従来の指示棒が持つ欠点の長さの制限がなく、手に対する重さの負担もなく、そして、スクリーンに対する損傷も少ない。
【０１５４】
更に、接続したＰＣ等の電子情報機器に対する入力が可能であり、より効率的なプレゼンテーションを代表とする電子会議用のツールとすることができる。
【０１５５】
また、本発明は、従来の入出力一体型装置を使用することで比較的簡単に実現できる。一方、３次元の座標入力が可能な座標入力装置に本発明を実装すれば、より操作者の指示動作に忠実にしかも自然な操作環境を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】入力座標に対する出力座標の演算方法の一例を示す図である。
【図２】本発明第１実施形態に係る座標演算処理を示すフローチャートである。
【図３】入力座標に対する出力座標の演算方法の一例を示す図である。
【図４】本発明第２実施形態に係る仮想指示棒による座標算出方法を示す図である。
【図５】本発明第２実施形態に係る座標演算処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明第３実施形態に係る座標入力装置の入力ペンの外観を示す図である。
【図７】本発明第３実施形態に係る超音波方式の座標入力装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明第３実施形態に係る３次元座標計測可能な座標入力装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】本発明第３実施形態に係る座標入力ペンの概略構成を示す図である。
【図１０】本発明第３実施形態に係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る。
【図１１】本発明第３実施形態に係る到達時間検出方法を実現するための回路ブロック図である。
【図１２】本発明第３実施形態に係る演算制御回路の概略構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明第３実施形態に係る検出センサが配置された画面座標系を示す図である。
【図１４】従来例の座標拡大方式を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１　演算制御回路
２　信号波形検出回路
３＿Ｓａ、３＿Ｓｂ、３＿Ｓｃ、３＿Ｓｄ　検出センサ
４　座標入力ペン
５　ディスプレイ駆動回路
６　ディスプレイ
１１　マイクロコンピュータ
１２　タイマ
１３　検出信号入力ポート
１４　判定回路
１５＿ａ、１５＿ｂ、１５＿ｃ、１５＿ｄ　ラッチ回路
１６　Ｉ／Ｏポート
１７　スタート信号検出回路
２１　座標入力ペン
２２、２３、２４　スイッチ
４３　音波発生源
４４　駆動回路
４５　ペン電源
６０　前置き増幅回路
６１　エンベロープ検出回路
６２　エンベロープ特異点検出回路
６３　ゲート信号発生回路
６４　帯域通過フィルタ
６５　ゲート信号発生回路
６６　Ｔｐ信号検出回路
１０１　リアプロジェクション表示装置
１０２　画面
２０２　座標入力ペン
２０３　座標入力装置本体
３０１　座標入力ペン
３０２　駆動回路
３０３　発振子
３０４　座標入力装置本体
３０５　超音波センサ
３０６　波形処理回路
３０７　ＣＰＵ
３０８　座標算出プログラム
３１０　メモリ
３１１　逐次無線インターフェース
３１２　ＲＯＭ
４１　ペン先スイッチ
４２、４２ａ、４２ｂ　ペンサイドスイッチ
【図１】
2004078323.tif 000008
【図２】
2004078323.tif 000009
【図３】
2004078323.tif 000010
【図４】
2004078323.tif 000011
【図５】
2004078323.tif 000012
【図６】
2004078323.tif 000013
【図７】
2004078323.tif 000014
【図８】
2004078323.tif 000015
【図９】
2004078323.tif 000016
【図１０】
2004078323.tif 000017
【図１１】
2004078323.tif 000018
【図１２】
2004078323.tif 000019
【図１３】
2004078323.tif 000020
【図１４】
2004078323.tif 000021