(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と指示具とを備え、前記指示具を所定の方向から傾けることにより、座標又は座標の変化分を示す座標データを入力する座標入力装置であって、
前記固定部は、
前記指示具からの光信号である第１の信号を受光素子で受信する第１の受信手段と、
光を出射する第１の発光素子で構成され、前記第１の発光素子から光を照射することにより生成された光信号である第２の信号を前記指示具へ送信する第１の送信手段とを有し、
前記指示具は、
互いに異なった方向に配置された複数のラインセンサで構成され、前記第１の送信手段からの前記第２の信号を前記複数のラインセンサにおいて受信する第２の受信手段と、
前記第２の受信手段で受信した前記第２の信号に基づいて前記座標データを算出する座標演算手段と、
光を出射する第２の発光素子で構成され、少なくとも前記座標演算手段により算出した前記座標データを、前記第２の発光素子から光を照射することにより生成された光信号である前記第１の信号として前記第１の受信手段へ送信する第２の送信手段とを備え、
前記ラインセンサは、ライン状の光電変換素子からなり、複数のセルで構成された循環型電荷転送経路を有しており、前記第２の送信手段は、前記ラインセンサの動作と前記第１の送信手段との動作を同期させるためのタイミング信号を前記座標データと合成し、前記第１の信号として前記第１の受信手段へ送信する
ことを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】
前記ラインセンサは、ライン状に並ぶ任意の光電変換素子から全画素同時に、前記循環型電荷転送経路に枝状に接続される電荷転送経路に転送された後、前記循環型電荷転送経路に転送される、あるいは、前記ライン状の全画素同時に直接的に前記循環型電荷転送経路に転送されるように構成されている
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】
使用者が扱う指示具であり、前記指示具を所定の方向から傾けることにより、座標又は座標の変化分を示す座標データを、光を出射する第１の発光素子と受光素子で構成される固定部に入力する座標入力指示具であって、
光を出射する第２の発光素子で構成され、前記第２の発光素子から光を照射することにより生成された光信号である第１の信号を前記固定部の前記受光素子へ送信する送信手段と、
互いに異なった方向に配置された複数のラインセンサで構成され、前記固定部からの前記第１の発光素子から光を照射することにより生成された光信号である第２の信号を前記複数のラインセンサにおいて受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した前記第２の信号に基づいて前記座標データを算出する座標演算手段とを備え、
前記ラインセンサは、ライン状の光電変換素子からなり、複数のセルで構成された循環型電荷転送経路を有しており、前記送信手段は、前記ラインセンサの動作と前記送信手段との動作を同期させるためのタイミング信号を前記座標データと合成し、前記第１の信号として前記固定部へ送信する
ことを特徴とする座標入力指示具。
【請求項４】
請求項３に記載の座標入力指示具の各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、指示具を用いて座標入力を行う座標入力装置及び座標入力指示具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の遠隔型座標入力装置としては、以下に示すようないくつかのものがある。
【０００３】
例えば、第１のタイプとしては、指示具側に所定の形態で配置された複数の発光素子を備え、使用者がこの指示具を適宜傾けることにより入力を行うというもので、そのための構成として固定部（据え置き部）側に受光素子を備え、指示具の傾きによって指示具側の複数の発光素子から据え置き側に夫々照射される光の相対強度が変化することを受光素子が検知して、座標ないし座標の変化分を算出するというものがある。
【０００４】
また、第２のタイプとして、一般にポインタと称する指示具より表示画面上の意図する位置にレーザー光を照射し、スクリーンの背後あるいは表示画面の表側にあるカメラによってレーザー光の像を検知することによって座標ないし座標の変化分を入力するというものがある。
【０００５】
また、座標入力装置の応用例として、従来、３次元ＣＡＤ、３次元レイアウトツール、３次元動作ゲーム、３次元運動測定装置などのような３次元座標を扱うシステムあるいはアプリケーションソフトにおける座標入力装置、操作装置の分野および、各種ヒューマンインタフェースとして使用者の動作、合図等を入力情報として取り込む用途のあるマルチメディア装置、アミューズメント装置、教育装置が存在する。これらの３次元座標を扱う装置には、
１）多関節メカによって支持されるセンサを用いて、そのセンサと座標入力対象物との機械的接触、機械的変形、力学的加速度等により、その座標入力対象物の３次元的動きないし位置を検知するもの。
【０００６】
２）ジョイスティックなどのように２次元的入力作業の複合によって、３次元座標の入力が成り立つもの。
【０００７】
３）可視光または赤外線に感度のある複数のビデオカメラによって得られるステレオ画像を計算処理して３次元座標を算出するもの等があった。
【０００８】
４）特開２０００−１１２６４４号で開示されるような、発光素子を有し、３次元的位置を指示する指示具と、発光素子から照射される光を受光し、該発光素子の存在する３次元的位置を計測する複数のラインセンサからなる受光部とを有し、受光部で計測される計測値に基づいて、指示具が位置する３次元座標を算出するものがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、これらのような光を用いた座標入力装置においては、以下のような課題がある。
【００１０】
まず、前記第１のタイプのものにおいては、指示具上のみに複数の発光素子を備える場合、光の相対強度を位置情報として用いることから、結果として得られる座標ないし座標の変化分の精度が不足する。
【００１１】
また、前記第２のタイプのものについては、レーザー光を用いるために危険性が皆無ではない。あるいは、画像処理を用いるのでコンピュータに対する負担が大きく、それ故に応答速度に問題がある。更には、カメラが必要であること自体も器材が増える等の点で問題である。
【００１２】
一方、上記従来の３次元座標を扱う座標入力装置において、１）の方法では、メカニズムが大掛かりとなり、また、製造に伴うコストも大きく、広範な用途に対応できるものではなかった。２）の方法では、使用者にとって３次元座標の入力が直感的でない、リアルタイム性がない、連続性がない等の課題があった。また、３）の方法では、連続的な静止画ないし動画は、そのデータ量が非常に大きいため、３次元座標を算出する場合の演算量が多く、コンピュータ側のＣＰＵへの負担が大きいため、リアルタイム性がない、他の処理が遅れるなどの課題があった。
【００１３】
また、一般に、３次元入力は３次元並進座標入力（並進運動）入力と、３軸回転角度入力（回転運動入力）とがあるが、この両者を良好に達成しているものはなく、４）の方法においても、これについては改善されていない。
【００１４】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、比較的簡易且つ取扱上も安全であり、極めて迅速な応答速度で高精度に座標データを得ることを可能とする座標入力装置、座標入力指示具、コンピュータプログラムを提供することを目的とする。
【００１５】
【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、
固定部と指示具とを備え、前記指示具を所定の方向から傾けることにより、座標又は座標の変化分を示す座標データを入力する座標入力装置であって、
前記固定部は、
前記指示具からの光信号である第１の信号を受光素子で受信する第１の受信手段と、
光を出射する第１の発光素子で構成され、前記第１の発光素子から光を照射することにより生成された光信号である第２の信号を前記指示具へ送信する第１の送信手段とを有し、
前記指示具は、
互いに異なった方向に配置された複数のラインセンサで構成され、前記第１の送信手段からの前記第２の信号を前記複数のラインセンサにおいて受信する第２の受信手段と、
前記第２の受信手段で受信した前記第２の信号に基づいて前記座標データを算出する座標演算手段と、
光を出射する第２の発光素子で構成され、少なくとも前記座標演算手段により算出した前記座標データを、前記第２の発光素子から光を照射することにより生成された光信号である前記第１の信号として前記第１の受信手段へ送信する第２の送信手段とを備え、
前記ラインセンサは、ライン状の光電変換素子からなり、複数のセルで構成された循環型電荷転送経路を有しており、前記第２の送信手段は、前記ラインセンサの動作と前記第１の送信手段との動作を同期させるためのタイミング信号を前記座標データと合成し、前記第１の信号として前記第１の受信手段へ送信する。
【００１６】
上記の目的を達成するための本発明による座標入力指示具は以下の構成を備える。即ち、
使用者が扱う指示具であり、前記指示具を所定の方向から傾けることにより、座標又は座標の変化分を示す座標データを、光を出射する第１の発光素子と受光素子で構成される固定部に入力する座標入力指示具であって、
光を出射する第２の発光素子で構成され、前記第２の発光素子から光を照射することにより生成された光信号である第１の信号を前記固定部の前記受光素子へ送信する送信手段と、
互いに異なった方向に配置された複数のラインセンサで構成され、前記固定部からの前記第１の発光素子から光を照射することにより生成された光信号である第２の信号を前記複数のラインセンサにおいて受信する受信手段と、
前記受信手段で受信した前記第２の信号に基づいて前記座標データを算出する座標演算手段とを備え、
前記ラインセンサは、ライン状の光電変換素子からなり、複数のセルで構成された循環型電荷転送経路を有しており、前記送信手段は、前記ラインセンサの動作と前記送信手段との動作を同期させるためのタイミング信号を前記座標データと合成し、前記第１の信号として前記固定部へ送信する。
【００６８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した好適な諸実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は実施形態１の座標入力システムの外観を示す図である。また、図２は実施形態１の座標入力システムで使用する指示具の外観を示す図である。また、図３は実施形態１の座標入力システムの機能構成を示すブロック図である。
【００６９】
実施形態１の座標入力装置は、使用者が扱う指示具１及び固定されて使用に供される固定部（据え置き部）２で構成される座標入力装置と、当該据え置き部２が設置された本体部３と、当該本体部３の外部装置を構成するコンピュータ又は画像機器等の端末装置３０、ＲＳ２３２ＣポートやＵＳＢポート等からなるシリアルポート２９及び情報表示画面を有する表示装置３１とを備えて構成されている。
【００７０】
指示具１は、図２及び図３に示すように、座標入力の開始及びリモコンとして付帯情報を入力するためのスイッチ（ＳＷ）群１５と、このＳＷ群１５に促されて指示具１全体を制御する制御信号を生成する制御信号作成部１６と、この制御信号作成部１６の制御信号に制御され、据え置き部２から照射される赤外線Ａ（第１の信号）を検知し、座標データの元になるデータ列を生成するＸラインセンサ１３、Ｙラインセンサ（第２の受信手段）１４と、このデータ列に基づいて入射角度を算出し、更に座標ないし座標の変化分（座標データ）を算出する座標演算部１７と、座標データと制御信号作成部１６から送られる制御信号に基づいて発光信号を生成するドライブ回路１８と、この発光信号に基づいて据え置き部２へ座標データ等を示す赤外線Ｂ（第２の信号）を照射する発光素子（第２の送信手段）１９とを備えて構成されている。
【００７１】
Ｘラインセンサ１３、Ｙラインセンサ１４はそれぞれ、一組で２変数（ｘ，ｙ）のラインセンサであり、図４に示すように、互いに直交するように配置されている。また、各ラインセンサは、図５に示すように、円柱状レンズ１０を有し、据え置き部２から発光した赤外線Ａがラインセンサ上に結像するように構成されている。
【００７２】
据え置き部２は、図３及び図６に示すように、指示具１の発光素子１９から送信される赤外線Ｂを受光する受光素子（第１の受信手段）２０と、この受光素子２０が検知した波形を処理してデジタル信号をつくる波形処理部２１と、据え置き部２から座標検知のもとになる赤外線Ａを照射する発光素子（第１の送信手段）２４と、この発光素子２４を駆動するドライブ回路２３とを備えて構成されている。
【００７３】
本体部３は、指示具１から赤外線Ｂで送られた座標データ、タイミング信号、付帯情報を解析抽出する信号解析部２６と、その情報を基にシステム全体を制御するＣＰＵ２８と、このＣＰＵ２８の指示に基づいて指示具１に送出する点滅信号（赤外線Ａ）のデータを生成する点滅信号作成回路２５と、ＣＰＵ２８の演算に伴いデータを一時的に保持するメモリ２７を備えて構成されている。
【００７４】
上述のように、実施形態１においては、据え置き部２、指示具１のどちらにも発光手段及び受光手段が設けられており、両者により一種のループが形成されて赤外線通信が実行される。
【００７５】
以下、その詳細動作について説明する。
【００７６】
まず、据え置き部２の発光素子２４は、自らの指示具１に対する相対的方向を指示具１、特に、Ｘラインセンサ１３，Ｙラインセンサ１４に知らしめるための発光を行う。
【００７７】
この発光は所定の周波数で点滅することによってなされており、当該点滅はＸラインセンサ１３、Ｙラインセンサ１４を構成するリングＣＣＤ（詳細は後述）の特徴によるものである。この点滅により、据え置き部２の発光素子２４の発する赤外線Ａから外乱を排除する目的と、指示具１と据え置き部２間の距離によって目まぐるしく変化するＸラインセンサ１３、Ｙラインセンサ１４ヘの照射強度に対して広いダイナミックレンジで受光する目的を達成している。
【００７８】
次に、指示具１の発光素子１９は、Ｘラインセンサ１３、Ｙラインセンサ１４において検出された赤外線Ａの入射角度から、更に求めた座標値データと、Ｘラインセンサ１３、Ｙラインセンサ１４と据え置き部２の発光素子２４とを同期させるためのタイミング信号及びＳＷ群１５によって入力されたスイッチ情報を合成して赤外線Ｂとして送出する。
【００７９】
即ち、実施形態１では、座標入力システムの赤外線通信において、座標探知という意味では、まず、指示具１から点灯のタイミング信号を送信し、据え置き部２では、それをきっかけに点灯（点滅）をはじめ、指示具１がこれを受光することにより自らの傾きを検知し、この傾きから指示座標（座標データ）を求め、この座標データとスイッチ情報及び次のタイミング信号を合成して、再び据え置き部２に送信する、という繰り返しが行われる。このように、実施形態１では、指示具１と据え置き部２でフィードバックループを構成し、連続的な座標入力及びその変化分の入力を行う。
【００８０】
実施形態１では、指示具１で発光素子１９及び受光素子であるＸラインセンサ１３、Ｙラインセンサ１４で赤外線により各種データを送受信するが、この他の手段であっても各種データを送受信できる手段であればよい。また、据え置き部２でも、発光素子２４及び受光素子２０に替わり、当該各種データを送受信できる手段であれば適用可能である。
【００８１】
＜リングＣＣＤの使用＞
実施形態１においては、その主たる特徴として、Ｘラインセンサ１３、Ｙラインセンサ１４として環状光電変換素子（リングＣＣＤ）を用いる。このリングＣＣＤは、外部より制御される電子シャッタ機能を有している。
【００８２】
実施形態１では、据え置き部２の発光素子２４において、所定の周波数にて点滅する赤外線Ａを発光させ、これに電子シャッタ機能とを同期させることにより、外乱光の抑圧（外乱光による影響の排除）を行なっている。
【００８３】
また、このリングＣＣＤは、循環型電荷転送経路をもち、光電変換部で発生した電荷は、この循環型電荷転送経路に、直接的にあるいはライン型転送路を介して転送され、更に、これを循環する毎に、新たに同様に電荷を逐次追加蓄積してゆく機能を有する。
【００８４】
また、逐次追加蓄積しつつ循環する状態と、逐次追加蓄積せずに循環のみ行なうという状態を外部制御の切替機能があり、実施形態１では、Ｘラインセンサ１３、Ｙラインセンサ１４が受ける光の強度に応じて、この切替制御を適応的に行なう。これにより、例えば、レベルの小さい光を受光する場合は電荷を多数回蓄積し、一方、レベルの大きい光を受光する場合は電荷を少数回蓄積するという制御を行なうことで、広い受光ダイナミックレンジを実現している。
【００８５】
更には、循環型電荷転送経路を構成するセル群の任意のセルにおいて所定の電荷量を超えた電荷が蓄積された場合、循環型電荷転送経路上の全てのセルから一定の電荷量を差し引くという機能を有する。この動作は、スキム動作と呼ばれており、これにより循環型電荷転送経路の飽和が防止される。
【００８６】
次に、リングＣＣＤの具体的構造について説明する。図７、図８は、このリングＣＣＤの循環型電荷転送経路構造を示す図である。
【００８７】
このリングＣＣＤは、例えば、特開平８−２３３５７１公報等で示されるように、ライン状に並ぶｎ個の画素からなる光電変換部と、リング状に並ぶｍ個のセルからなる循環型電荷転送経路と、この循環型電荷転送経路の途中に接続される信号読出部から構成されている。
【００８８】
ここで、図７では、ライン状に並ぶ任意の光電変換素子から全画素同時に、循環型電荷転送経路に枝状に接続される電荷転送経路に転送された後、循環型電荷転送経路に転送される構造のリングＣＣＤを示している。また、図８では、ライン状に並ぶ任意の光電変換素子から全画素同時に、直接的に循環型電荷転送経路に転送される構造のリングＣＣＤを示している。
【００８９】
尚、実施形態１では、図８のリングＣＣＤに基づいて説明する。
【００９０】
次に、図８〜図１１を用いて、リングＣＣＤの電荷転送動作について説明する。
【００９１】
光電変換部２３０にて光電変換された電荷は、蓄積部／クリア部２３１に蓄積される。次に、この電荷は、ホールド部ａ（２３２）またはホールド部ｂ（２３３）に転送される。この蓄積部／クリア部２３１は、次の蓄積を行なう前に残った電荷を一旦放電する。更にホールド部ａ（２３２）に転送された電荷は、循環型電荷転送経路の２ｉ−１番目のセルに転送される。同様に、ホールド部ｂ（２３３）に転送された電荷は２ｉ番目のセルに転送される。
【００９２】
図８におけるｉ番目の光電変換部２３０から循環型電荷転送経路の２ｉ−１，２ｉ番目のセルの周辺部分を図９に、図９中の各スイッチのタイミングシーケンスを図１０にそれぞれ示す。
【００９３】
この部分の動作は、リングＣＣＤの電子シャッタを表す信号"ＩＲＣＬＫ"を基本周期として行われる。信号"ＩＲＣＬＫ"の周期は、例えば、実施形態１では、１．２５ＫＨｚであり、据え置き部２の発光素子２４の点滅を表す信号"ＬＥＤ＿ＩＲＣＬＫ"とも等しい値に選ばれる。信号"ＩＲＣＬＫ"は、リングＣＣＤの転送クロック"ＣＣＤ＿ＳＰ"をｍ分周（例えば、１５０分周）したものである。
実施形態１における電子シャッタの機能はこの部分が実現している。
【００９４】
実際、信号"ＩＲＣＬＫ"は、一周期で２回電子シャッタ機能をＯＮしており、一回は（ＨＩの期間）は指示具１の発光素子１９が点灯している時の光を取り込むものであり、もう一回は（ＬＯＷの期間）は指示具１の発光素子１９が点灯していない時の光を取り込むためのものである。
【００９５】
以下、当該動作について順を追って説明する
図１０中でグレイの部分が一組の電子シャッタ動作（電子シャッタ：ＯＮの１セット分、２回分）に相当する。
【００９６】
まず、Ｃのタイミングで、蓄積部／クリア部２３１の電荷がＳＷ１（２３４）によってクリアされる。次に、Ａのタイミングの間、光電変換部２３０で発生した電流は蓄積部／クリア部２３１に蓄積され、ＥのタイミングでＳＷ２＿１（２３５）がＯＮしてホールド部ａ（２３２）に転送される。
【００９７】
同様に、Ｄのタイミングで、蓄積部／クリア部２３１の電荷がＳＷ１（２３４）によってクリアされ、Ｂのタイミングの間、光電変換部２３０で発生した電流は蓄積部／クリア部２３１に蓄積され、ＦのタイミングでＳＷ２＿２（２３６）がＯＮしてホールド部ｂ（２３３）に転送される。
【００９８】
ホールド部ａ（２３２）、ホールド部ｂ（２３３）にホールドされている電荷は、Ｇのタイミングで同時にそれぞれ循環型電荷転送経路の２ｉ−１番目、２ｉ番目のセルに転送される。
【００９９】
実施形態１においては、信号"ＩＲＣＬＫ"と信号"ＬＥＤ＿ＩＲＣＬＫ"とを同期させることにより、図１０のＡの部分で指示具１の発光素子１９が発光し、Ｂの部分では発光しないという時間関係を形成する。
【０１００】
このように構成すると、ホールド部ａ（２３２）には発光時の電荷、ホールド部ｂ（２３３）には非発光時の電荷がそれぞれホールドされる。その結果、循環型電荷転送経路の２ｉ番目のセルには発光時の電荷、２ｉ−１番目のセルには非発光時の電荷が転送される。また、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇのタイミングで示される動作は全画素に対して同時に実行される。
【０１０１】
次に、循環型電荷転送経路の動作について説明する。
【０１０２】
循環型電荷転送経路は、信号"ＩＲＣＬＫ"２周期分で一循するように構成されている。従って、例えば、２ｉ−１番目、２ｉ番目のセルにある電荷は、信号"ＩＲＣＬＫ"２周期毎にそれぞれ同じセルに戻ってくる。そして、その都度、それぞれホールド部ａ（２３２）、ホールド部ｂ（２３３）に新たにホールドされている電荷が追加蓄積される。
【０１０３】
実施形態１においては、循環型電荷転送経路は、１５０セル（ｍ＝１５０）で構成されている。従って、この循環型電荷転送経路の転送クロック"ＣＣＤ＿ＳＰ"の周波数は、信号"ＩＲＣＬＫ"の１５０倍である。
【０１０４】
また、循環型電荷転送経路の途中には、信号読出部が設けられている。ここでは、循環型電荷転送経路を通過する電荷を非破壊で、電圧値に変換し読み出すことができる、更に、互いに隣接する偶数番目のセルと奇数番目の２つのセルにおける電圧値の差分を読み出すこともできる。従って、例えば、２ｉ−１番目のセルと２ｉ番目のセルにおいて、ホールド部ａ（２３２）、ホールド部（２３３）より転送された電荷の値の差分を読み出すことができる。
【０１０５】
実施形態１においては、この機能により、指示具１が発光しているときの蓄積電荷と発光していないときの蓄積電荷の差分に相当する電圧信号を読み出すことができる。これにより、少なくとも点滅より十分低い周波数成分における外乱光は排除される。
【０１０６】
信号読出部から読み出される信号は、実際に、循環型電荷転送経路を構成するセル群が並んでいる順番と同じ時間的順番で読み出される。図１１はこの様子を示す特性図であり、ｎ番目の画素から１番目の画素の順に電圧値が読み出される。ここで、ｉ番目の近傍のレベルが高いのは、照射された光がラインセンサ上の画素アレイのｉ番目あたりに結像していることを示している。
【０１０７】
即ち、図１１のＡｉの値を、Ｘラインセンサ１３，Ｙラインセンサ１４の夫々に関し計算して求めることにより、Ｘラインセンサ１３，Ｙラインセンサ１４の検出する赤外光の入射角の基となるパラメータを求めることができる。
【０１０８】
以上説明したように、実施形態１によれば、装置構成がカメラ等を用いることなく比較的簡易且つ取扱上も安全であり、極めて迅速な応答速度で高精度に座標データを得ることが可能となる。
（実施形態２）
以下、実施形態２における座標入力システムの概略構成について説明する。
【０１０９】
図１２は実施形態２の座標入力システムの外観を示す図である。
【０１１０】
尚、実施形態２の座標入力システムの機能構成は、基本的には実施形態１の座標入力システムと同様である。
【０１１１】
実施形態２の座標入力システムは、例えば、広大な空間で巨大な表示装置５０などを用いる場合に好適である。
【０１１２】
このような場合、使用者と表示装置３１の間にはかなりの距離があり、通常両者間で赤外線通信を行うのは困難である。実施形態２では、このような場合を考慮し、据え置き部２を表示装置３１と別体とし、ケーブル５１で接続する。
【０１１３】
実施形態２の場合、据え置き部２は、例えば、大会議室のテーブルの上、あるいはシアター設備の天井から釣り下げられる等の配置がなされる。
【０１１４】
以上説明したように、実施形態２によれば、実施形態１で説明した効果に加えて、巨大な表示装置３１を用いる場合に、据え置き部２の設置場所の自由度が拡大し、優れた利便性を発揮することができる。
（実施形態３）
図１３は実施形態３の３次元座標入力装置の外観を示す図である。
【０１１５】
図１３に示すように、実施形態３の３次元座標入力装置は、主として本体部１０２と指示具１０１で構成され、本体部１０２は、例えば、表示装置１０３の枠外部分あるいは、会議机の上、等に固定設置される。一方、指示具１０１は、ワイヤレスであり、専ら使用者がこれを手で握って動かすことにより、本体部１０２への入力がなされる。
【０１１６】
図１４は実施形態３の３次元座標入力装置の概要動作を説明するための図である。
【０１１７】
本体部１０２は、指示具１０１から照射される赤外線０の入射方向を検知する複数のラインセンサ、指示具１０１に本体部１０２の存在方向を知らせるための少なくとも赤外線１〜３を発光可能な複数の赤外線発光素子、および指示具１０１から本体部１０２に発せられる赤外線０の時系列情報を検知する受光素子とで構成される。
【０１１８】
ここで、複数のラインセンサは、例えば、縦方向１個、横方向２個であり、
それぞれの方向のラインセンサによって、指示具１０１の当該方向の位置を検知する。また、同一方向の２個のラインセンサの視差により指示具１０１と本体部１０２の距離を算出する。
【０１１９】
指示具１０１は、縦方向１個、横方向１個のラインセンサと、指示具の存在
位置を示し、かつ時系列情報を本体部１０２に伝える発光素子から構成される。
【０１２０】
指示具１０１の縦方向、横方向のラインセンサは、本体部１０２の複数の発光素子から照射される赤外線の指示具１０１から見たときの相対的方向を検知するものである。これにより、指示具１０１自体の縦方向、横方向の傾き、および指示具１０１の軸方向のねじれの角度を算出することができる。
【０１２１】
また、本体部１０２、指示具１０１はともに、ラインセンサを制御するＣＰＵ、ラインセンサからの信号を演算処理する信号処理部、発光素子を電気的に駆動する駆動回路し、その駆動信号を合成するする駆動回路、該ドライブ信号を合成するドライブ回路を備える。
【０１２２】
以上のような構成とすることで、所定の空間領域内における指示具１０１の並進位置を所定の角度範囲内で指示具１０１の傾き角度、ねじれ角度を算出することができる。従って、使用者は、指示具１０１を所定の範囲内で適当な位置内に維持または移動させ、かつ所定の角度範囲内で適当な方向に傾けることにより、軸回転を含めた３次元的な動きを入力することができる。
＜本体部の構成と動作＞
次に、本体部１０２の構成及び動作について、図１５を用いて説明する。
【０１２３】
図１５は実施形態３の本体部の構成及び動作を示す図である。
【０１２４】
本体部１０２は、複数のラインセンサ、複数の発光素子、単一画素の受光素子によって構成される。
【０１２５】
典型的な構成は、図１５に示すように、横方向（Ｘ軸方向）の２つのＸ１ラインセンサ、Ｘ２ラインセンサを有し、これらの２つのラインセンサは、Ｘ軸方向に所定の距離を隔てて配置されている。また、縦方向（Ｙ軸方向）のＹラインセンサを有している。更に、発光素子１〜３、単一画素の受光素子１を有している。
【０１２６】
Ｘ１ラインセンサ、Ｘ２ラインセンサは、指示具１０１上の発光素子０から照射される赤外線の入射角度のＸ軸成分を示すデータ列を夫々検出する。また、Ｘ１ラインセンサとＸ２ラインセンサはＸ軸方向に所定の距離Ｌｓだけ隔てて配置されているため互いに一定の視差を持ったデータ列を検出しており、実施形態３においては、これを所謂三角測量の考え方に基づいて取り扱う。
【０１２７】
一方、Ｙセンサは入射角度のＹ軸成分を示すデータ列を検出する。
【０１２８】
このように、Ｘ１ラインセンサ、Ｘ２ラインセンサ、Ｙラインセンサによって、本体部１０２を原点としたときの指示具のＸ、Ｙ、Ｚ座標を求めている。
【０１２９】
発光素子１〜３は、指示具１０１に本体部１０２の存在位置を知らしめるために赤外線１〜３を発光する。実施形態３においては、指示具１０１が本体部１０２の存在方向を検知することにより指示具１０１自体のＸ軸、Ｙ軸方向の傾きを検知する。
【０１３０】
ここで、発光素子１〜３は、Ｘ軸方向およそ一列に配置され、また、発光素子１は、中央付近、発光素子２、３は発光素子１を中心にそれぞれ明白に異なった距離を隔てて配置される、これは、指示具１０１から見たときにそれぞれ区別がつくようにするためである。
【０１３１】
指示具１０１側のドライブ回路４４と発光素子０の組み合わせは、前記入射光の発光側点滅の点滅期間内において、点滅周波数より十分周波数の大きいキャリヤーによって変調された信号に従って赤外線０を発光する機能を有し、該変調の有無を制御することにより、点滅の時系列情報、指示具上のスイッチ情報を送信する。
本体側の信号処理部５５の一部をなす変調信号検出部の構成を図２８Ａに示す。
本体側の信号処理部５５の一部をなす変調信号検出部は、発光素子０における変調周波数とほぼ同一周波数の中心周波数をもつバンドパスフィルタ２８１と検波回路２８２、増幅器２８０、２値化回路２８３を備え、受光素子１で得た信号を、増幅器２８０で増幅した後、該バンドパスフィルタ２８１および検波回路２８２を通過させ、更に、２値化回路２８３で２値化することにより、発光素子０から送信される時系列情報、スイッチ情報を検出信号として検出する。
発光素子０から送信される変調信号と本体側での検出の手順について、図２８Ｂ、図２８Ｃに示す。
図２８Ｂは点灯パルスを全てに変調を施した場合で、図２８Ｃは点灯パルス１個置きに変調を施した場合で、このような差異のある信号を適宜選ぶことによりスイッチ情報を送ることができる。
【０１３２】
これらに加え、本体部１０２は、データ列から３次元座標を計算する第１信号処理機能、変調信号検出部から得られる信号をもとに指示具１０１上のＳＷ情報を検知し、かつ赤外線点滅のタイミングを検知する第２信号処理機能、受光素子の動作を制御する制御機能、さらには、前記第１及び第２信号処理機能によって得られた情報をリアルタイムでホストコンピュータ等の端末装置に送る通信機能を具える。尚、これらの各機能の詳細構成については、後述する。
＜指示具の構成と動作＞
次に、指示具１０１の構成及び動作について、図１６を用いて説明する。
【０１３３】
図１６は実施形態３の指示具の構成及び動作を示す図である。
【０１３４】
指示具１は、一般のＡＶ機器リモコンに類似した形状をしており、その基本構成は、図１６に示すように、横方向（Ｘ方向）のＸ０ラインセンサ、縦方向（Ｙ方向）のＹ０ラインセンサ、赤外線を放射する発光素子０と、切替や押し込みによって動作する複数のスイッチ群とを備える。
【０１３５】
Ｘ方向とＹ方向のＸ０ラインセンサ、Ｙ０ラインセンサは、本体部１０２の複数の発光素子群（発光素子１〜３）から照射される赤外線１〜３を受光することにより、該赤外線１〜３の指示具１０１に対する入射方向を求める。これをもとに、本体部１０２で、指示具１０１自体の本体部１０２に対する相対的傾きを求める。また、発光素子１〜３の入射方向の差を考慮することにより、指示具１０１の軸にそった捩れ角を求める。
【０１３６】
発光素子０は、数キロヘルツ程度の周波数で点滅し、かつ該点滅の点灯部分においてスイッチ情報等を時系列情報として送るための変調手段を有する。これにより、本体部１０２側に指示具１０１の存在位置を示す。これに加えて、変調手段により、Ｘ０ラインセンサ、Ｙ０ラインセンサによって検出した本体部１０２の発光素子１〜３の入射方向データ、指示具１０１上に備わるスイッチのスイッチ情報を時系列的に本体部１０２に送信する。
【０１３７】
＜ラインセンサの構成＞
次に、実施形態３で使用する指示具１０１上のＸ０ラインセンサ、Ｙ０ラインセンサ、本体部１０２上のＸ１ラインセンサ、Ｘ２ラインセンサ、Ｙラインセンサの各ラインセンサの構成について説明する。これらのラインセンサは、同一の構成を有しており、ここでは、１つのラインセンサに注目して説明する。
【０１３８】
図１７は実施形態３のラインセンサ周辺の構成を示す図である。
【０１３９】
ラインセンサは、実際には、主として円柱型レンズ１１８とラインセンサ１２０からなるラインセンサユニットとして構成される。
【０１４０】
図のように、円柱型レンズ１１８からの距離Ｚに、面内でＸ１の位置にある発光源０から照射された赤外線は、ラインセンサ１２０上で基準位置からＡｘの位置に結像する。即ち、画素ピッチをＰxとすると、結像位置はＡx／Ｐx番目の画素付近となる。以降、Ａxをｘ軸方向の方向パラメータと称する。
＜座標の定義＞
次に、実施形態３における３次元座標及び３自由度回転の定義を行う。
【０１４１】
図１８に示すように、Ｘ１ラインセンサとＸ２ラインセンサの中間点を原点としたときの指示具１０１の発光素子０の並進位置をＲ＝(Ｘ，Ｙ，Ｚ)と定義する。
【０１４２】
また、図１９、図２０に示すように、指示具１０１後端の中心軸後部を中心点とした傾きθx、θyおよびＺ0軸に沿った捩り角θzを定義する。
【０１４３】
尚、実施形態３においては、指示具１０１は手首を自由度の範囲で動かすものであるという考えから、θx、θy、θz（およびθx_fix、θy_fix）は、使用者が手首乃至、肘を軸に指示具を動かすのであるため、±40deg程度の範囲であるとする。また、傾き角（回転角）の算出方法もこれを前提として近似的手段に基づくものである。
＜３次元位置座標の計算手段＞
ここで、実施形態３における３次元座標及び３軸方向の傾き角の計算手順について説明する。
【０１４４】
まず、図１７を用いて、Ｘ１ラインセンサを例に、ラインセンサ、円筒レンズ、指示具１０１の発光素子０の位置関係、赤外線の入射方向θx1、方向余弦Ａx1、焦点距離ｄ等の定義を示す。また、図１８を用いて、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の定義及び位置ベクトルＲ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、距離Ｌ等を定義する。更に、図１９、図２０を用いて、θx、θy、θzを定義する。
【０１４５】
図１７に示すように、例えば、発光源０がＸＺ面内で中心軸よりθx1だけずれた方向にある場合、光線が結像する位置はラインセンサ中心よりＡxだけずれたところとなる。
【０１４６】
この時、以下の式（１）のような関係が成り立つ。
【０１４７】
Ａx1＝ｄ×ｔａｎ（θx1）                                ……（１）
以下、Ａx1をＸ1方向パラメータと称する。同様に、Ａx2をＸ2方向パラメータ、ＡyをＹ方向パラメータと称する。
【０１４８】
実施形態３は、図１８に示すように、指示具１０１の発光素子０のセンサ部中央に対する相対位置を求めるものである。即ち、３次元位置ベクトルＲを求める（ＲのＸ、Ｙ、Ｚ各成分を求める）というものである。
【０１４９】
以下、このＲ＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求めるための計算手順を説明する。
【０１５０】
まず、図２１を用いて、θx1とＺを求める手順を説明する。
【０１５１】
実施形態３においては、同一面内Ｘ方向にＸ１ラインセンサとＸ２ラインセンサがある。Ｘ１ラインセンサとＸ２ラインセンサは距離Ｌsを隔てて設置されている。それぞれのラインセンサは、図１７と同様な構成である。
【０１５２】
従って、以下のようになる。
【０１５３】
Ａx1／ｄ＝ｔａｎ（θx1）                                ……（２）
Ａx2／ｄ＝ｔａｎ（θx2）                                ……（３）
また、図２１より、次式（４）が成り立つ。
【０１５４】
ｔａｎ（θx）＝｛ｔａｎ（θx1）＋ｔａｎ（θx2）｝／２  ……（４）
従って、Ｘの方向パラメータＡxを
Ａx≡｛Ａx1＋Ａx2｝／２                                ……（５）
のように定義すると、次式（６）が成り立つ。
【０１５５】
ｔａｎ（θx）＝Ａx／ｄ                                  ……（６）
即ち、Ａx1、Ａx2が計測できれば、θxを求めることができる。
【０１５６】
次に、Ｚを求める。
【０１５７】
図２１に示すように、Ｘ１ラインセンサとＸ２ラインセンサは、距離Ｌsだけ隔てて設置されている。
【０１５８】
従って、次の関係が成り立つ。
【０１５９】
｛Ｘ＋（Ｌs／２）｝／Ｚ＝ｔａｎ（θx1）＝Ａx1／ｄ      ……（７）
｛Ｘ−（Ｌs／２）｝／Ｚ＝ｔａｎ（θx2）＝Ａx2／ｄ      ……（８）
従って、式（７）、（８）より、
Ｚ＝（ｄ×Ｌs）／｛Ａx1−Ａx2｝                        ……（９）
即ち、Ａx1、Ａx2が計測できれば、Ｚを求めることができる。
【０１６０】
次に、図２２を用いて、θｙを求める手順を説明する。
【０１６１】
式（２）、（３）と同様に、次の式が成り立つ。
【０１６２】
ｔａｎ（θy）＝Ａy／ｄ                                ……（１０）
即ち、Ａyを計測できれば、θyを求めることができる。
【０１６３】
以上、ここまでで、式（６）、（９）、（１０）により（θx、Ｚ、θy）を求められる。
【０１６４】
次に、図２１、図２２より、Ｘ、Ｙ、Ｚには以下の関係がある
Ｘ＝Ｚ×ｔａｎ（θx）                                ……（１１）
Ｙ＝Ｚ×ｔａｎ（θy）                                ……（１２）
即ち、式（１１）、（１２）より、（Ｘ，Ｙ）を求めることができる。
【０１６５】
以上により、Ｒ＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が求めらる。
【０１６６】
ここまでの手順が、実施形態３おける３次元並進座標の計算手順である。
【０１６７】
次に、θx、θy、θz、θx_fix、θy_fixを求める。
【０１６８】
ここで、以下のことを前提とする
▲１▼およそ  ‐４０deg＜  θx、θy、θz  ＜+４０deg  の範囲を対象として、近似的な答えを求める。
【０１６９】
▲２▼すでに上述の方法により、Ｒ＝（Ｘ，Ｙ，Ｚ）がわかっている。
【０１７０】
以上のような前提から、まず、指示具１０１上のＸ０ラインセンサ、Ｙ０ラインセンサからは、図２３に示すような出力波形分布が得られ、この出力波形分布において、方向パラメータとして、
Ａx0_a，Ａx0_b，Ａx0_c，  （Ａx_ab，Ａx_bc）          ……（１４）
Ａy0_a，Ａy0_b，Ａy0_c，  （Ａy_ab、Ａy_bc）          ……（１５）
が得られる。各方向パラメータの末尾の添え字は、図２３に示すように、データ列の左からa、ｂ、ｃである。また、添え字ｂは発光素子１に対応する。また、添え字ａ、ｂは指示具１０１のねじれ角の方向（θｚの正負）に応じて、発光素子２、３あるいはその逆の順に対応する。
【０１７１】
指示具１０１がＺの距離にあるとき、センサ面上においては
発光素子１、３の間隔、発光素子１、２の間隔はそれぞれ
Ｌr31×（ｄ0／Ｚ）、  Ｌr21×（ｄ0／Ｚ）              ……（１６）
の長さに投影される。
尚、ｄ0はＸ０ラインセンサとＹ０ラインセンサの焦点距離である。
【０１７２】
ここで、指示具１０１の捩れ角がθzであるとき、本来、Ｘ軸方向に並んでいる発光素子１〜３は、図２４乃び図２５のように見えることとなる。ここで、図２４、図２５のＸ座標成分、Ｙ座標成分がそれぞれ、Ｘ０ラインセンサ、Ｙ０ラインセンサで得られる方向パラメータに対応する。
【０１７３】
従って、図２４、図２５より、
θz＝ＡＴＡＮ（｜Ａy5｜／｜Ａx_5｜）              ……（１７−１）
または、
θz＝ＡＴＡＮ（｜Ａy_4｜／｜Ａx_4｜）            ……（１７−２）
である。
【０１７４】
また、θzの符号は
｜Ａx5｜≧｜Ａx4｜のとき、θz≧０                ……（１８−１）
｜Ａx5｜＜｜Ａx4｜のとき、θz＜０                ……（１８−２）
または、
（｜Ａy5｜≧｜Ａy4｜のとき、θz≧０                ……（１８−３）
（｜Ａy5｜＜｜Ａy4｜のとき、θz＜０                ……（１８−４）
である。
【０１７５】
以上で、θzが近似的に求められる。
【０１７６】
次に、指示具１０１の傾き角を求める。
【０１７７】
指示具１０１の傾き角は、図１９及び図２０に示すように、指示具１０１上の座標に基づく傾き角（θx，θy）、及び指示具１０１の並進座標に基づく傾き角（θx_fix、θy_fix）が定義される。
【０１７８】
そして、式（２）（３）と同様の関係から（近似的に）、以下の関係が得られる。
【０１７９】
θx≒ＡＴＡＮ（Ay0_b／Ｚ）                        ……（１９−１）
θy≒ＡＴＡＮ（Ax0_b／Ｚ）                        ……（１９−２）
注）x、yの対応関係が入れ替わる。
【０１８０】
また、図２０、図２４、図２５のような座標変換を考慮すると、
Ａx0_fix≒ＣＯＳ（θz）×Ａx0_b＋ＳＩＮ（θz）×Ａy0_b
……（２０−１）
Ａy0_fix≒ＳＩＮ（-θz）×Ａx0_b＋ＣＯＳ（θz）×Ａy0_b
……（２０−２）
である。
【０１８１】
また、式（１９−１）、（１９−２）と同様に、
0004708581.tif 000002
である。
【０１８２】
以上により、θx、θy、θz及びθx_fix、θy_fixが求められる。
＜リングＣＣＤの使用＞
実施形態３において、実施形態１及び実施形態２と同様に、その主たる特徴として、指示具１０１上のＸ０ラインセンサ、Ｙ０ラインセンサ、本体部１０２上のＸ１ラインセンサ、Ｘ２ラインセンサ、Ｙラインセンサの各ラインセンサとして、環状光電変換素子（リングＣＣＤ）を用いる。
【０１８３】
尚、上述の実施形態１、２、加えて、実施形態３は、リングＣＣＤではなく通常のラインセンサを用いても、性能は劣るものの同様のシステムを構成することができる。
【０１８４】
また、実施形態３の特徴は、指示具１０１から本体部１０２に時系列情報を送ることにより、本体部１０２のラインセンサの電子シャッタ機能と指示具１０１の発光素子の点滅と、乃至指示具１０１のラインセンサの電子シャッタ機能と本体部１０２の発光素子の点滅とがそれぞれ同期させている。これにより、受光ダイナミックレンジの拡大とともに、外乱光に対する耐性を著しく強化することができる。
＜発光素子及び受光素子の構成例＞
図１５で示したように、実施形態３の本体部１０２では、Ｘ１ラインセンサ、Ｘ２ラインセンサ、Ｙラインセンサ、発光素子１〜３及び受光素子１で構成される。また、図１６で示したように、指示具１０１では、Ｘ０ラインセンサ、Ｙ０ラインセンサ、発光素子０で構成される。
【０１８５】
Ｘ０ラインセンサ、Ｘ１ラインセンサ、Ｘ２ラインセンサは横方向、Ｙラインセンサ、Ｙ０ラインセンサは、縦方向で互いにほぼ直角に配置される。
【０１８６】
本体部１０２においては、ラインセンサは左からおよそ直線状に、Ｘ１ラインセンサ、Ｙラインセンサ、Ｘ２ラインセンサの順に配置され、Ｘ１ラインセンサとＸ２ラインセンサは距離Ｌsを隔てて配置されている。また、Ｘ１ラインセンサ、Ｘ２ラインセンサは横方向、Ｙラインセンサは縦方向で互いにほぼ直角な方向に配置される。また、発光素子は左からおよそ直線状に発光素子３、１、２順に配置され、発光素子３と発光素子１は距離Ｌr31を隔てて、発光素子１と発光素子２は距離Ｌr21を隔てて配置される。また、受光素子１はＹラインセンサ、発光素子１の付近に配置される。
【０１８７】
実施形態３では、Ｌs＝200ｍｍ、Ｌr31＝100ｍｍ、Ｌr21＝50ｍｍという実寸を提案する
一方、指示具１０１においては、その前面部にＸ０ラインセンサ、Ｙ０ラインセンサ、発光素子０が比較的近傍に配置される（例えば、50ｍｍ以内）。また、Ｘ０ラインセンサは横方向、Ｙ０ラインセンサは縦方向で互いにほぼ直角に配置される。
＜発光動作及び受光動作＞
実施形態３においては、まず、本体部１０２の発光素子１〜３から照射される赤外線１〜３を、指示具１０１上のＸ０ラインセンサ、Ｙ０ラインセンサで受光することにより、発光素子１〜３それぞれからの相対的入射角度を検知する。
【０１８８】
そして、上述した手順によって、発光素子１からの入射角と発光素子３からの入射角度の差を検知することによりθzを求める。さらに、発光素子２からの入射角度を求めることによりθx、θy乃至θx_fix、θy_fixを求める。
【０１８９】
指示具１０１の発光素子０は、第一に指示具１０１の存在位置を本体部１０２に通知すること、第二に発光素子１〜３の入射角度情報と指示具１０１上のスイッチ情報を本体部１０２に送るための赤外線０を発光する。発光素子０は所定の周波数で点滅していて、これは本体部１０２のラインセンサの電子シャッタ機能と同期している。また、この点滅は点滅周波数より十分高い周波数で変調され、この変調周波数を制御することにより入射角度情報とスイッチ情報を時系列的に送信している。
【０１９０】
尚、実施形態３では、点滅周波数を数ＫＨｚ、変調周波数を数100ＫＨｚにすることを想定している。
【０１９１】
本体部１０２は、発光素子０から照射される赤外線０を単一画素の受光素子１で受光することにより、本体部１０２の発光素子１〜３の指示具１０１に対する相対的入射方向の情報、指示具１０１上のスイッチ情報、点滅の時系列情報を検知する。これとともに、これらの情報をＸ１ラインセンサ、Ｘ２ラインセンサ、Ｙラインセンサで受光することにより、本体部１０２のラインセンサ群を基準とした指示具１０１の３次元的位置（正確には、発光素子０の３次元的位置Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求めている。詳しくは、Ｘ１ラインセンサ、Ｘ２ラインセンサによって得られる入射角度の差（所謂、視差）によってＺ座標を求める。次に、これをもとに、ラインセンサＸ１、Ｘ２で得られる入射角度の平均値によってＸ座標を求める。さらに、Ｙラインセンサによって得られる入射角度によってＹ座標を求める。
【０１９２】
実施形態３では、指示具１０１上の発光素子０から本体部１０２に時系列情報を送ることにより、発光素子０と本体部１０２のＸ１ラインセンサ、Ｘ２ラインセンサ、Ｙラインセンサの電子シャッタ機能を同期させることができる。さらに、本体部１０２の発光素子１〜３と指示具１０１のＸ０ラインセンサ、Ｙ０ラインセンサの電子シャッタ機能を同期させることが可能となっている。
＜機能構成＞
次に、実施形態３の座標入力システムの機能構成について、図２６を用いて説明する。
【０１９３】
図２６は実施形態３の座標入力システムの機能構成を示す図である。
【０１９４】
まず、指示具１０１の機能構成について説明する。
【０１９５】
指示具１０１は、主として、スイッチ群４０、ＣＰＵ４１、制御信号作成部４２、信号処理部４３、ドライブ回路４４、Ｘ０ラインセンサ、Ｙ０ラインセンサ、発光素子０からなる。
【０１９６】
ＣＰＵ４１は、スイッチ群４０からの信号をトリガとして一連の動作を開始し、制御信号作成部４２を動作させることにより、Ｘ０ラインセンサ、Ｙ０ラインセンサを制御する。
【０１９７】
Ｘ０ラインセンサ、Ｙ０ラインセンサから得られる信号６４、６５は信号処理部４３に送られる。信号６４、６５は、図２３に示すようなアナログデータ列である。そして、信号処理部４３では、このデータ列からＡx0_a、Ａx0_b、Ａx0_c、Ａy0_a、Ａy0_b、Ａy0_cを求める。
【０１９８】
ＣＰＵ４１は、スイッチ群４０から得られるタイミングと信号処理部４３から得られる入射角度データをもとに、所定の点滅周波数と所定の変調周波数を制御することにより、ドライブ信号を合成しドライブ回路４４に送る。ドライブ回路４４は、所定の電圧によって、発光素子０をドライブする。
【０１９９】
次に、本体部１０２の機能構成について説明する。
【０２００】
本体部１０２は、主として、ＣＰＵ５９、信号処理部５５、ドライブ回路５６、制御信号作成部５７、信号処理部５８、メモリ６０、受光素子１、Ｘ１ラインセンサ、Ｘ２ラインセンサ、Ｙラインセンサ、発光素子１〜３からなる。
【０２０１】
Ｘ１ラインセンサ、Ｘ２ラインセンサ、Ｙラインセンサは、指示具１０１上の発光素子０から照射される赤外線０を受光することにより、図２７に示すようなアナログデータ列を取得する。信号処理部５８では、このデータ列から図２７に示すようなＡx1、Ａx2、Ａyを求める
尚、このＡx1、Ａx2、Ａyの計算は、ＣＰＵ５９で行われる場合もある。この場合は、データ列は何らかの加工をされた上でデジタル化され、メモリ６０に格納される。さらに、ＣＰＵ５９において、Ａx1、Ａx2、Ａyをもとに、本体部１０２を基準とした指示具１０１の３次元座標を算出する。
【０２０２】
一方、指示具１０１から照射される赤外線０は受光素子１においても受光される。受光素子１で受光し光電変換された信号は、信号処理部５５に送られる。信号処理部５５では、光電変換された信号の中から、スイッチ群４０の情報、点滅周波数のタイミング情報及び指示具１０１で観測されたＡx0_a、Ａx0_b、Ａx0_c、Ａy0_a、Ａy0_b、Ａy0_cを抽出し、ＣＰＵ５９に送る。
【０２０３】
ＣＰＵ５９においては、Ａx0_a、Ａx0_b、Ａx0_c、Ａy0_a、Ａy0_b、Ａy0_cをもとに、指示具１０１の傾き（θx、θy、θz）あるいは（θx_fix、θy_fix）を算出する。また、信号処理部５５で抽出された点滅周波数のタイミング情報は、制御信号作成部５７に送られ、Ｘ１ラインセンサ、Ｘ２ラインセンサ、Ｙラインセンサを制御することにより、これらのラインセンサ群の電子シャッタ機能を発光素子０の点滅に同期させるようにしている。また、点滅周波数のタイミング情報は、本体部１０２の発光素子１〜３の点滅を指示具１０１上のＸ０ラインセンサ、Ｙ０ラインセンサの電子シャッタ機能に同期させる役割も担っており、これを元にドライブ回路５６が動作することにより、発光素子１〜３が点滅する。
【０２０４】
以上が、指示具１０１、本体部１０２の電気的な動きであり、これらの動作により算出された指示具１０１の傾きを含む３次元座標Ｘ、Ｙ、Ｚ、θx、θy、θz（θx_fix、θy_fix）は、シリアルポート６１を介して、コンピュータ、ゲーム機器、画像機器等の端末装置６２に送信され、その３次元座標に基づいて、各種のアプリケーション用の操作入力として、表示装置６３に対応する画像が表示される。
【０２０５】
上述したように、実施形態３でも、実施形態１と同様、指示具１０１及び本体部１０２のラインセンサ群それぞれに、リングＣＣＤを採用する。基本構成は、図８と同じであるが、実施形態３では、ｎ＝６４、ｍ＝１４０である場合を例に挙げて説明する。
【０２０６】
リングＣＣＤの電子シャッタを表す信号"ＩＲＣＬＫ"の周期は、例えば、実施形態３では、２．０ＫＨｚであり、本体部１０２の発光素子１〜３の点滅を表す信号"ＬＥＤ＿ＩＲＣＬＫ"と１００ＰＰＭ程度の誤差でほぼ等しい周波数である。信号"ＩＲＣＬＫ"は、リングＣＣＤの電荷転送クロック"ＣＣＤ＿ＳＰ"（例えば、２８０ＫＨｚ）をｍ分周（１４０分周）したものである。
【０２０７】
尚、電子シャッタ動作の詳細については、実施形態１で説明しているので、ここでは省略する。
【０２０８】
また、実施形態３においては、信号"ＩＲＣＬＫ"と信号"ＬＥＤ＿ＩＲＣＬＫ"を同期させることにより、図８のＡの部分で指示具１０１の発光素子０が発光し、Ｂの部分では発光しないという時間関係をつくる
このように構成すると、ホールド部ａ（２３２）には発光時の電荷、ホールド部ｂ（２３３）には非発光時の電荷がホールドされ、その結果、転送部の２ｉ番目のセルには発光時の電荷、２ｉ−１番目のセルには非発光時の電荷が転送される。また、Ａ，Ｂ、Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇのタイミングで示される動作は全画素に対して同時に実行される。
【０２０９】
尚、循環型電荷転送経路の転送動作については、実施形態１で説明しているので、ここでは省略する。
【０２１０】
また、実施形態３においては、循環型電荷転送経路は１４０セル（ｍ＝１４０）で構成されている。従って、この転送部の転送クロック"ＣＣＤ＿ＳＰ"の周波数は、信号"ＩＲＣＬＫ"の１４０分の１の周期（２８０ＫＨｚ）である。
【０２１１】
また、信号読出部から読み出される信号は、実際に、循環型電荷転送経路構成するセル群が並んでいる順番と同じ時間的順番で読み出される。図２３、図２４は、この様子を示した特性図であり、ｎ番目の画素から１番目の画素の順に電圧値が読み出される。ここで、図２３は、本体部１０２の発光素子１〜３からの赤外線１〜３が指示具１０１のＸ０ラインセンサ、Ｙ０ラインセンサ上で結像した場合の蓄積電荷の分布あるいは電圧値の読出波形を示している。また、図２７は、指示具１０１の発光素子０からの赤外線０が本体部１０２のＸ１ラインセンサ、Ｘ２ラインセンサ、Ｙラインセンサ上で結像した場合の蓄積電荷の分布あるいは電圧値の読出波形を示している。
＜リングＣＣＤの制御＞
次に、リングＣＣＤの制御について説明する。
【０２１２】
実施形態３において、リングＣＣＤは、指示具１０１では制御信号作成部４２、本体部１０２では制御信号作成部５７によって作られたタイミングシーケンスによって、１ポイント分の座標データを取り込むごとに繰り返し制御される。このタイミングシーケンスについて、図２８Ｄを用いて説明する。
【０２１３】
図２８Ｄにおいて、［ ］付きで示されているのはリングＣＣＤを内部で制御する信号である。それ以外は、外部からリングＣＣＤに与えられる信号である。
【０２１４】
リングＣＣＤは、信号"ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ"を与えると、これをトリガとして、信号"ＣＣＤ＿ＳＰ"を生成し、さらに１４０分周して信号"ＩＲＣＬＫ"を生成する。信号"ＣＣＤ＿ＳＰ"は、上述したように循環型電荷転送経路の転送クロックである。また、信号"ＩＲＣＬＫ"は、上述したように２度の電子シャッタＯＮと電荷を光電変換部から循環型電荷転送経路に転送する動作の基準である。
【０２１５】
図２８Ｄのタイミングシーケンスを説明すると、まず、外部より信号"ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ"が与えられる。この信号"ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ"により、信号"ＩＲＣＬＫ"がスタートする。これと同時に、信号"ＬＯＯＰ＿ＣＬＲ"が、例えば、信号"ＩＲＣＬＫ"の１周期分の期間ＨＩとなり、これにより循環型電荷転送経路に残留している電荷がクリアされる。
【０２１６】
その後、信号"ＩＲＣＬＫ"に伴って順次電荷が追加蓄積され、信号Ｖ＿ＯＵＴ（Ｘ）に示すように、読出波形は次第に大きいものとなる。
【０２１７】
ここで、この読出波形の信号レベルは制御信号作成部によって監視されており、この読出波形の信号レベルがある一定の値に到達したところで、信号"ＣＣＤ＿ＲＥＡＤ"がＨＩとなり、リングＣＣＤのシャッタ動作は停止する。但し、循環動作そのものは継続する。
【０２１８】
実施形態３においては、リングＣＣＤは、信号"ＣＣＤ＿ＲＥＡＤ"がＬＯの間は循環型電荷転送経路への追加蓄積を続け、信号"ＣＣＤ＿ＲＥＡＤ"がＨＩになると、同様の追加蓄積を停止する。但し、循環動作は継続される。
【０２１９】
従って、信号"ＣＣＤ＿ＲＥＡＤ"がＨＩになると、信号Ｖ＿ＯＵＴ（Ｘ）の波形は不変となる。その後、"ＡＤ＿ＲＥＡＤ"がＨＩとなり、これに伴って、信号Ｖ＿ＯＵＴ（Ｘ）は信号処理部内のＡＤ変換器（不図示）に読み込まれ、デジタル信号データ列となりＣＰＵに送られる。
【０２２０】
ここで、上述したように信号Ｖ＿ＯＵＴ（Ｘ）の読出波形の信号レベルが一定値に達するまで信号"ＣＣＤ＿ＲＥＡＤ"はＬＯである。従って、信号レベルが大きいとき（照射される光のレベルが大きいとき）、信号"ＣＣＤ＿ＲＥＡＤ"がＬＯである時間は短くなる。逆に、信号レベルが小さいとき（照射される光のレベルが小さいとき）、"ＣＣＤ＿ＲＥＡＤ"がＬＯである時間が長くなる。
【０２２１】
即ち、"ＣＣＤ＿ＲＥＡＤ"がＬＯの期間は、ある種の露光期間であると考えることができ、実施形態３では、この露光期間を照射光の大きさに応じて調整していると考えることできる。
【０２２２】
このようにして、実際に取り込まれる波形は、信号強度の大小によらず、一定レベルの波形となる。これは、ダイナミックレンジの広い受光を可能とする。
【０２２３】
また、これらの動作に関しては、本体部のラインセンサも指示具部のラインセンサも基本的に同じ動作を行う。
＜点滅と電子シャッタ機能の同期＞
次に、指示具１０１の発光素子０の点滅と、本体部１０２のラインセンサ（リングＣＣＤ）の電子シャッタの同期について説明する。
【０２２４】
実施形態３においては、指示具１０１の発光（信号"ＬＥＤ＿ＤＲＩＶＥ"）の周期は、２．０ＫＨｚである。また、受光側である本体部１０２のラインセンサ（リングＣＣＤ）の電子シャッタ動作の繰り返し周波数（シャッタ２回ＯＮで一周期）も２．０ＫＨｚである（信号"ＩＲＣＬＫ"に相当）。
【０２２５】
この両者、即ち、発光側の点滅周波数と受光側の電子シャッタ動作の繰り返し周波数は、あらかじめ１００ＰＰＭ以内の精度で同一に設定されている。
【０２２６】
ここで、図２８Ｄで示すように、リングＣＣＤのタイミングシーケンスは、信号"ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ"でスタートするように構成されているが、特に、リングＣＣＤで生成される信号"ＩＲＣＬＫ"の立ち上がりが、信号"ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ"の立ち下がりの直後になるように予め構成されている。従って、信号"ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ"のタイミングを制御することにより、信号"ＩＲＣＬＫ"のタイミング（位相）を制御することができる。
【０２２７】
詳しくは、指示具１０１の発光を本体部１０２の受光素子１で検知した信号を、信号処理部５５を経ることにより得られた信号"ＬＥＤ＿ＭＯＤＵ"に対し、所定の時間Ｔ１（例えば、３５０μｓ）だけ遅延させた時点で信号"ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ"が立ち下がるようにタイミングを設定する。これにより、少なくとも信号"ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ"の直後において、信号"ＩＲＣＬＫ"と信号"ＬＥＤ＿ＤＲＩＶＥ"の位相をあわせることができる。このことは、指示具１０１の点滅とリングＣＣＤの電子シャッタの位相を、タイミングシーケンスの先頭の時点であわせることに等しい。
ここで、指示具１上の発光素子０の点滅と、リング型ＣＣＤの電子シャッタ動作の同期処理について、図２８Ｅを用いて説明する。
【０２２８】
実施形態３における同期は、図２８Ｄに示すタイミングシーケンスが始まる直前で時間調整することにより、まず、その時点で信号"ＩＲＣＬＫ"と信号"ＬＥＤ＿ＤＲＩＶＥ"の位相をあわせ、その後１ポイント分の期間（即ち、タイミングシーケンス一回分の間）、信号"ＩＲＣＬＫ"と信号"ＬＥＤ＿ＤＲＩＶＥ"をそれぞれフリーランさせる。さらに、そのタイミングシーケンスが終わると、再び、信号"ＣＣＤ＿ＲＳＥＴ"の立ち下がり検知を待つ状態に入る（ステップＳ１０１）、ここで、次の最初の立ち下がりを検知した場合（ステップＳ１０１でＹＥＳ）、再び時間を調整して（即ち、一定時間Ｔ１だけ待って）位相をあわせ（ステップＳ１０２）、次のタイミングシーケンスを再度スタートさせる（ステップＳ１０３）、という方法をとっている。
【０２２９】
次に、フリーランの期間の信号"ＩＲＣＬＫ"と信号"ＬＥＤ＿ＤＲＩＶＥ"の周波数偏差について、以下に説明する。
【０２３０】
実施形態３においては、１ポイント分の座標を取り込む周期を最大で４０ｍｓとしている。これは、図２８Ｄにおける信号"ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ"の周期が最大４０ｍｓということであり、即ち、フリーランの最大期間がおよそ４０ｍｓということである。
【０２３１】
尚、各信号"ＩＲＣＬＫ"と信号"ＬＥＤ＿ＤＲＩＶＥ"を発生する発生回路は、ともに水晶振動子が発生する周波数を分周して使うことを前提としている。一般に、大半の水晶振動子の周波数精度は、１００ＰＰＭより優れている。ここで、例えば、水晶振動子の周波数精度を１００ＰＰＭとしたとき、フリーランの期間に発生しうる位相の周波数偏差は４０ｍｓ×１００ＰＰＭ＝４μｓである。これは、信号"ＩＲＣＬＫ"の周期（５００μｓ）乃至その点灯期間１００μｓ、点灯前側の余裕時間５０μｓに比べて、十分小さい値である。
【０２３２】
従って、実施形態３によって、フリーランの期間も、ほぼ信号"ＩＲＣＬＫ"と信号"ＬＥＤ＿ＤＲＩＶＥ"の同期関係が維持される。これにより、指示具１０１上の発光素子０の点滅と、本体部１０２のラインセンサ（リングＣＣＤ）の電子シャッタを同期させることができる。
【０２３３】
以上説明したように、実施形態３によれば、指示具１０１から発する赤外線を本体部１０２で受光することにより、指示具１０１の３次元位置、３次元的位置の変化分、３次元的運動を算出する。一方で、本体部１０２から発する赤外線を指示具１０１で受光することにより、指示具１０１自体の３軸的傾き、３軸的傾きの変化分を算出する。そして、指示具１０１から本体部１０２に赤外線で時系列情報を送ることにより、上記２種類の算出をリアルタイムでかつ同様の処理手順で実行することができる。
【０２３４】
また、本体部１０２、指示具１０１ともに、複数のラインセンサを用いることにより、操作の動きに対して受光ダイナミックレンジが広く、かつ外乱光ノイズにも耐性のあるワイヤレス３次元座標入力装置を実現することができる。
【０２３５】
（実施形態４）
上述の実施形態３においては、指示具１０１から本体部１０２に時系列情報を送ることにより、本体部１０２のラインセンサの電子シャッタ機能と指示具１の発光素子０の点滅を同期させ、かつ指示具１０１のラインセンサの電子シャッタ機能と本体部１０２の発光素子１〜３の点滅をもそれぞれ同期させ、これにより外乱光に対する耐性を著しく向上させている。
【０２３６】
これに対し、実施形態４においては、特に、指示具１０１の点滅と本体部１０２の点滅に関して、その点滅パターンと位相において特殊の関係を持たせ、かつこれに対応するリングＣＣＤの電子シャッタ機能をそれぞれの点滅に整合させる。これにより、外乱光に対する耐性を維持しつつ、指示具１０１の点滅と本体部１０２の点滅のクロストーク妨害を除去することを可能にする。
【０２３７】
尚、実施形態４の座標入力システムの構成は、基本的には実施形態３の座標入力システムと同様である。また、以降の説明で、実施形態３と重複する内容については省略し、実施形態４において特徴的な部分について説明する。
【０２３８】
実施形態４で用いる点滅信号と電子シャッタ機能の関係を、一般化して、図２９に示す。
【０２３９】
図２９中で、点滅１〜３は、論理ＨＩのとき発光素子の電流が流れ、同図、電子シャッタ１〜３は論理ＨＩのとき電子シャッタがＯＮする。
【０２４０】
尚、点滅１、電子シャッタ１は、上述の実施形態３における点滅信号と電子シャッタの基本的な関係を示している。
【０２４１】
図２９に示すように、電子シャッタ１の周期は、点滅１の周期の半分であり、かつ位相は一定の関係にある。また、奇数番目の電子シャッタＯＮの期間は点灯期間を包含し、偶数番目の電子シャッタＯＮの期間は点灯はないという関係である。
【０２４２】
また、上述の実施形態３においては、奇数番目に蓄積された電荷と偶数番目に蓄積された電荷の差を出力信号として扱っているが（以下、差分信号と称する）、これにより、例えば、奇数番目の電子シャッタＯＮと偶数番目の電子シャッタＯＮのそれぞれに共通の点滅パターンがあるとそれらは相殺され、一方、異なる点滅パターンがあると、それによる蓄積のみ有効信号として出力される。
【０２４３】
そこで、実施形態４では、クロストーク妨害の除去という目的で、図２９に示すように、点滅２と電子シャッタ２、および点滅３と電子シャッタ３の組み合わせを考案する。
【０２４４】
ここで、点滅１の点滅パターンが繰り返す周期（点滅パターン周期）が２＊Ｔｓであるのに対し、点滅２の点滅パターン周期は４＊Ｔｓで、かつ１周期の半分の期間のみＴｓの周期で２回点灯する。また、点滅３の点滅パターン周期は８＊Ｔｓで、かつ１周期の半分の期間のみＴｓの周期で４回点灯する。
【０２４５】
また、電子シャッタ１のＯＮ／ＯＦＦの周期（電子シャッタ周期）がＴｓであるのに対し、電子シャッタ２の電子シャッタ周期は２＊Ｔｓであり、電子シャッタ３の電子シャッタ周期は４＊Ｔｓである。
【０２４６】
更に、位相関係は、それぞれの各点滅周期の１回目の点灯が電子シャッタ１の同一のＯＮの期間である。また、図３０に示すように、各電子シャッタ周期を示す信号ＩＲＣＬＫの先頭が一致している関係にある。
【０２４７】
このような関係においては、上記の点滅と電子シャッタの３つの組み合わせのいずれにおいて、対応関係にある点滅と電子シャッタにおいては、点滅による信号の所定の差分出力が得られる。一方、対応関係にない点滅と電子シャッタの組み合わせにおいては、該点滅による信号は相殺され差分出力はゼロとなる。即ち、少なくともこれらの点滅と電子シャッタの関係においては、クロストーク妨害は除去できる。
【０２４８】
上記の関係をさらに一般化すると下記のように表現することができる。即ち、『１次の電子シャッタ周期Ｔｓに対し、１次の点滅の１次点滅パターン周期は２＊Ｔｓで、かつ１次点滅パターン周期の１周期中の点灯回数は１回で、該１次の点滅の点灯時間は１次の電子シャッタの常に偶数番目（ないし常に奇数番目）のＯＮの領域内に含まれ、
ｎ次の点滅のｎ次点滅パターン周期はＴｓ＊２nであり、ｎ次点滅パターン周期中の半分の期間にＴｓの間隔でかつ１次の電子シャッタがＯＮの期間内ごとに合計２n-1回点灯し、かつ位相関係においては各点滅パターン周期の１回目の点灯が１次の点滅の点灯と同一の１次の電子シャッタのＯＮの期間内にあり、
一方、ｎ次の電子シャッタ周期はＴｓ＊２n-1で、かつ１回のｎ次の電子シャッタのＯＮの期間がｎ次点滅パターン周期の１周期中の全ての点灯期間を包含し、かつｎ次の電子シャッタのＯＦＦの期間が少なくとも１次の電子シャッタのＯＦＦの期間のいずれかに一致する。
【０２４９】
このようなｎ次の点滅と電子シャッタの組み合わせ群を含む、点滅と電子シャッタの組み合わせであれば、同条件を満たす他の次数の異なるいかなる点滅と電子シャッタの組み合わせとの間でもクロストーク妨害を生ずることがない』
ということができる。
＜点滅と電子シャッタ機能の同期＞
実施形態４では、指示具１０１の点滅と本体部１０２の点滅に関して、その点滅パターンと位相において特殊の関係を持たせ、かつこれに対応するリングＣＣＤの電子シャッタ機能をそれぞれの点滅に整合させるために、実施形態３とは異なる点滅と電子シャッタ機能の同期を行う。
【０２５０】
詳しくは、図３３に示すように、指示具１０１の発光"ＬＥＤ＿ＤＲＩＶＥ"の任意の周期の二回目の点灯の立下りに対し、所定の時間Ｔ１（例えば、２９０μｓ）だけ遅延させた時点で"ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ"が立ち下がるようにタイミングを設定する。これにより、少なくとも信号"ＣＣＤ＿ＲＥＳＥＴ"の直後において、信号"ＩＲＣＬＫ"（本体側）と信号"ＬＥＤ＿ＤＲＩＶＥ"（指示具側）の位相をあわせることができる。このことは、指示具１０１の点滅とリングＣＣＤの電子シャッタの位相を、タイミングシーケンスの先頭の時点であわせることに等しい。
【０２５１】
これらの位相合わせを実現する処理について、図３１を用いて説明する。
【０２５２】
図３１は実施形態４の位相合わせを実現する処理を示すフローチャートである。
【０２５３】
実施形態４における同期は、タイミングシーケンスが始まる直前で時間調整することにより、まず、その時点で信号"ＩＲＣＬＫ"と信号"ＬＥＤ＿ＤＲＩＶＥ"の位相をあわせ、その後１ポイント分の期間（即ち、タイミングシーケンス一回分の間）、信号"ＩＲＣＬＫ"と信号"ＬＥＤ＿ＤＲＩＶＥ"をそれぞれフリーランさせる。
【０２５４】
そして、そのタイミングシーケンスが終わると、再び、信号"ＣＣＤ＿ＲＳＥＴ"の立ち下がり検知を待つ状態に入る（ステップＳ５１）。ここで次の最初の立ち下がりを検知した場合（ステップＳ５１でＹＥＳ）、再び時間を調整して（即ち、一定時間Ｔ１だけ待って）位相をあわせる（ステップＳ５２）。そして、ステップＳ５３ａ〜ステップＳ５３ｃで示される次のタイミングシーケンスを再度スタートさせ、一連のタイミングシーケンスが終了すると、ステップＳ５１に戻り、タイムアウトするまで処理を繰り返す。
＜クロストーク妨害の除去＞
次に、実施形態４におけるクロストーク妨害の除去について説明する。
【０２５５】
上述したように、実施形態３では、指示具１０１から本体部１０２に向けて照射した光と、本体部１０２から指示具１０１に向けて照射した光のクロストーク妨害が発生する場合がある。即ち、指示具１０１から本体部１０２に照射した光の一部分が、例えば、表示装置で反射する等により指示具１０１上のラインセンサに意図せず入射してしまう、あるいは、本体部１０２から指示具１０１に向けて照射した光の一部が、例えば、室内で反射する等により本体部のリニアセンサに意図せず入射してしまうなどである。
【０２５６】
上述の実施形態３では、例えば、図３２に示すように、本体部１０２の点滅の点滅パターンが繰り返す周波数（点滅パターン周波数）を２ＫＨｚ、指示具１０１の電子シャッタ周波数を４ＫＨｚ、同様に指示具１０１の点滅の点滅パターン周波数２ＫＨｚ、本体部１０２の電子シャッタ周波数を４ＫＨｚとし、さらに、Ｔ１＝３５０μsとして、図２８Ｄに示すようなタイミングシーケンスを動かすことにより、本体部１０２の点滅と指示具１０１の電子シャッタの同期、および指示具１０１の点滅と本体部１０２の電子シャッタの同期を行うことで、外乱光を除去することを実現していた。
【０２５７】
これに対し、実施形態４では、上述したように、ｎ次の点滅と電子シャッタの組み合わせの群の特徴、即ち、
『１次の電子シャッタ周期Ｔｓに対し、１次の点滅の１次点滅パターン周期は２＊Ｔｓで、かつ１次点滅パターン周期の１周期中の点灯回数は１回で、該１次の点滅の点灯時間は１次の電子シャッタの常に偶数番目（ないし常に奇数番目）のＯＮの領域内に含まれ、
ｎ次の点滅のｎ次点滅パターン周期はＴｓ＊２nであり、ｎ次点滅パターン周期中の半分の期間にＴｓの間隔でかつ１次の電子シャッタがＯＮの期間内ごとに合計２n-1回点灯し、かつ位相関係においては各点滅パターン周期の１回目の点灯が１次の点滅の点灯と同一の１次の電子シャッタのＯＮの期間内にあり、
一方、ｎ次の電子シャッタ周期はＴｓ＊２n-1で、かつ１回のｎ次の電子シャッタのＯＮの期間がｎ次点滅パターン周期の１周期中の全ての点灯期間を包含し、かつｎ次の電子シャッタのＯＦＦの期間が少なくとも１次の電子シャッタのＯＦＦの期間のいずれかに一致する。
【０２５８】
このようなｎ次の点滅と電子シャッタの組み合わせ群を含む、点滅と電子シャッタの組み合わせであれば、同条件を満たす他の次数の異なるいかなる点滅と電子シャッタの組み合わせとの間でもクロストーク妨害を生ずることがない』
ということを想定して、本体部１０２の点滅と指示具１０１のラインセンサの電子シャッタを、上記群の１次の組み合わせとし、指示具１０１の点滅と本体部１０２のラインセンサの電子シャッタを上記群の２次の組み合わせとする。これにより、指示具１０１から本体部１０２に向けて照射される赤外線０と、本体部１０２から指示具１０１に向けて照射される赤外線１〜３とのクロストーク妨害を除去することができる。
【０２５９】
具体的には、図３３に示すように、Ｔｓ＝１２５μｓとすることにより、本体部１０２の点滅の点滅パターン周波数４ＫＨｚ、指示具１０１の電子シャッタ周波数を８ＫＨｚとし、指示具１０１の点滅の点滅パターン周波数を２ＫＨｚ、本体部１０２の電子シャッタ周波数を４ＫＨｚとする。さらに、Ｔ１＝２９０μｓとすることにより位相あわせを行うことにより、前記それぞれの組み合わせにおいては同期関係をなし、かつ前記組み合わせどうしではクロストーク妨害を発生しないという点滅のタイミングシーケンスを実現できる。
尚、図３３における矢印１は指示具から本体に向けての発光受光の組み合わせ、矢印２は本体から指示具に向けての発光受光の組み合わせ、矢印３は指示具から指示具へのクロストーク、矢印４は本体から本体へのクロストークの組み合わせを示す。
【０２６０】
以上説明したように、実施形態４によれば、実施形態３で説明した効果に加えて、指示具１０１の点滅と本体部１０２の点滅に関して、その周波数と位相において特殊の関係を持たせ、かつこれに対応するリングＣＣＤの電子シャッタ機能をそれぞれの点滅に整合させる。これにより、外乱光に対する耐性を維持しつつ、指示具１０１の点滅と本体部１０２の点滅のクロストーク妨害を除去することができる。
【０２６１】
（実施形態５）
上述の実施形態３、４では、本体部１０２と表示装置１０３は一体であることが望ましく、この条件が満たされるときにのみ、指示具１０１の操作に対して、表示装置１０３の表示画面内のカーソルの動き乃至ゲームにおけるキャラクターの動き等が直感的に感じられてくる。
【０２６２】
しかしながら、表示画面が巨大であるとき、あるいは表示画面が離れた位置にある場合、本体部１０２を比較的使用者に近い位置に固定し、これを基準に３次元入力を行うほうが快適な使用感を得られる場合がある。
【０２６３】
実施形態５の場合、本体部１０２は、例えば、大会議室のテーブルの上、あるいはダイニングルームの食卓、あるいはリビングルームのテーブルの上に固定し、これに対して使用者が、入力操作を行い３次元入力を行う（図３４）。
【０２６４】
実施形態３、４で説明した効果に加えて、巨大な表示装置１０３を用いる場合に、本体部１０２の設置場所の自由度が拡大し、優れた利便性を発揮することができる。
【０２６５】
尚、本発明の目的は、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コードを記録した記憶媒体を、システムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
【０２６６】
この場合、記憶媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【０２６７】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。
【０２６８】
また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０２６９】
更に、記憶媒体から読出されたプログラムコードが、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込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、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い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
【０２７０】
以上説明したように、本発明によれば、比較的簡易且つ取扱上も安全であり、極めて迅速な応答速度で高精度に座標データを得ることを可能とする座標入力装置、座標入力指示具、コンピュータプログラムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の座標入力システムの外観を示す図である。
【図２】実施形態１の座標入力システムで使用する指示具の外観を示す図である
【図３】実施形態１の座標入力システムの機能構成を示すブロック図である。
【図４】実施形態１の指示具の前面の外観を示す図である。
【図５】実施形態１のラインセンサ周辺の構成を示す図である。
【図６】実施形態１の据え置き部の前面の外観を示す図である。
【図７】実施形態１のリングＣＣＤの循環型電荷転送経路構造を示す図である。
【図８】実施形態１のリングＣＣＤの循環型電荷転送経路構造を示す図である。
【図９】実施形態１のリングＣＣＤの動作を説明すための図である。
【図１０】実施形態１のリングＣＣＤの動作を説明するためのタイミング信号の図である。
【図１１】実施形態１のリングＣＣＤの動作を説明するための出力波形の図である。
【図１２】実施形態２の座標入力システムの外観を示す図である。
【図１３】実施形態３の３次元座標入力装置の外観を示す図である。
【図１４】実施形態３の３次元座標入力装置の概要動作を説明するための図である。
【図１５】実施形態３の本体部の構成及び動作を示す図である。
【図１６】実施形態３の指示具の構成及び動作を示す図である。
【図１７】実施形態３のラインセンサ周辺の構成を示す図である。
【図１８】実施形態３の３次元座標の定義を説明するための図である。
【図１９】実施形態３の３軸方向の傾き角の定義を説明するための図である。
【図２０】実施形態３の３軸方向の傾き角の定義を説明するための図である。
【図２１】実施形態３の３次元座標の定義を説明するための図である。
【図２２】実施形態３の３次元座標の定義を説明するための図である。
【図２３】実施形態３の指示具上のラインセンサの出力波形の図である。
【図２４】実施形態３の捩れ角の影響を説明するための図である。
【図２５】実施形態３の捩れ角の影響を説明するための図である。
【図２６】実施形態３の座標入力システムの機能構成を示す図である。
【図２７】実施形態３の本体部上のラインセンサの出力波形の図である。
【図２８Ａ】実施形態３の信号処理部の構成を説明する図である。
【図２８Ｂ】実施形態３の変調と検出を説明する図である。
【図２８Ｃ】実施形態３の変調と検出を説明する図である。
【図２８Ｄ】実施形態３の制御信号作成部に関するタイミングシーケンスを示す図である。
【図２８Ｅ】実施形態３の位相合わせを実現する処理を示すフローチャートである。
【図２９】実施形態４の点滅信号と電子シャッタ機能の関係を説明するための図である。
【図３０】実施形態４の点滅信号と電子シャッタ機能の関係を説明するための図である。
【図３１】実施形態４の位相合わせを実現する処理を示すフローチャートである
【図３２】実施形態３の点滅と電子シャッタとの関係を示すタイミングチャートである。
【図３３】実施形態４の点滅と電子シャッタとの関係を示すタイミングチャートである。
【図３４】実施形態５の３次元座標入力装置の外観を示す図である。
【符号の説明】
１  指示具
２  固定部（据え置き部）
３  画像表示画面
１３  Ｘラインセンサ
１４  Ｙラインセンサ
１５  スイッチ
１６  制御信号作成部
１７  座標演算部
１８，２３  ドライブ回路
１９，２４  発光素子
２０  受光素子
２１  波形処理部
２５  点滅信号作成回路
２６  信号解析部
２７  メモリ
２８  ＣＰＵ
２９  ポート
３０  端末装置
３１  表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２８Ｃ】
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【図２８Ｄ】
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【図２８Ｅ】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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