(57)【要約】【課題】空間座標入力装置において、受信部に係わるサイズ、消費電力、及びコストを低減し、安定した空間位置の検出を可能とすること。【解決手段】本願発明に係る空間座標入力装置は、発信素子を備えた座標指示体と、少なくとも４の受信部とを備え、発信素子より送られた信号を少なくとも４つの受信部で受信し、各受信信号間の時間差を基に座標指示体の空間位置を検出する。一箇所の受信部として単一の受信素子を用いることで受信部に係るサイズ、消費電力、及びコストが低減され、全ての受信部の配置が同一円周上に乗らないように配することにより座標指示体の位置に係らず安定した空間位置の検出が可能となる。【選択図】図１
2016001353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
座標指示体の空間位置を検出し、その空間座標情報を出力する座標入力装置であって、
前記座標指示体に備えた所定の周期の信号を放射する信号源と、
前記信号源からの信号を受信する少なくとも４つの受信部と、
前記受信部にて受信した受信信号間の時間差を検出する時間差検出部と、
前記時間差検出部にて検出された時間差に基づいて、前記座標指示体の空間座標情報を算出する座標演算部と、
を備えた座標入力装置。
【請求項２】
前記受信部は同一の平面上に配置され、更に前記受信部の全てが同一の円周上に乗らないように配置することを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
【請求項３】
前記信号源は、発光素子であり、
前記受信部の各々は、単一の受光素子により信号を受信する
請求項１または２に記載の座標入力装置。
【請求項４】
前記信号源は、超音波発信素子であり、
前記受信部の各々は、単一の超音波受信素子により信号を受信する
請求項１または２に記載の座標入力装置。
【請求項５】
前記時間差検出部において、前記受信信号間の時間差検出のために時間‐デジタル変換器が用いられ、
前記時間‐デジタル変換器の停止信号入力側には所定の遅延時間をもつ遅延回路が挿入されていることを特徴とする
請求項１〜４の何れかに記載の座標入力装置。
【請求項６】
前記時間差検出部において、前記受信信号間の時間差検出のために時間‐デジタル変換器が用いられ、
一つの時間差検出毎に入力を交互に与えた一対の時間‐デジタル変換器により構成されたことを特徴とする
請求項１〜４の何れかに記載の座標入力装置。
【請求項７】
前記時間差検出部において、前記受信信号間の時間差検出のために時間‐デジタル変換器が用いられ、
前記時間‐デジタル変換器について、検出周期の度に入力を交互に入れ替えて時間差を検出し、
有効な検出値が得られた周期での値を、求める時間差とすることを特徴とする
請求項１〜４の何れかに記載の座標入力装置。
【請求項８】
前記受信部が周辺に配された表示パネルを備え、表示パネル上の表示物が前記座標指示体の空間位置に従って表示されることを特徴とする
請求項１〜７の何れかに記載の座標入力装置。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかに記載の座標入力装置と、
前記座標入力装置の座標演算部により算出された空間座標情報を基に所定の処理を行うアプリケーション・プロセスと、
を備えたことを特徴とする電子演算装置。
【請求項１０】
座標指示体の空間位置を検出し、その空間座標情報を出力する座標入力方法であって、
前記座標指示体に備えられた信号源から放射される所定の周期の信号を、少なくとも４つの受信部で受信する受信ステップと、
前記受信ステップにて受信した、少なくとも４つの受信信号間の時間差を検出する時間差検出ステップと、
前記時間差検出ステップにて検出された時間差に基づいて、前記座標指示体の空間座標を算出する座標演算ステップと、
を備えた座標入力方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、座標指示体の空間位置を検出し、その空間座標を出力する座標入力装置に係わり、特に表示装置上において座標指示体による空間座標の入力を行う座標入力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の座標入力装置としては、空間座標を入力するための座標指示体が備える発光素子から放射される赤外線などの光について、複数の受光部で光の入射方向をそれぞれ検出し、三角測量の原理に基づいて指示体の空間座標を求めるものがあった。或いは、座標指示体が備える超音波発信素子から放射される超音波について、複数の超音波受信器で受信し、受信信号間の位相差を検出し、位相差から空間座標を求めるものがあった（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
図１２は、前記特許文献１及び特許文献２に記載された従来の座標入力装置の構成を示す模式図である。
【０００４】
図１２において、座標指示体１は、操作者により動かされ、逐次その空間位置が検出されて空間座標として読み出されている。座標指示体１には、検出対象となる発光素子、或いは超音波発信器などのような発信素子１１が備えられている。発光素子からは赤外線などの光、超音波発信器からは超音波が放射されている。座標検出装置２は受信素子２０〜２３を備え、受信素子２０〜２３は、発信素子１１が発光素子の場合は、放射される光の入射方向を検出し、発信素子１１が超音波発信器の場合には、超音波を受信して電気信号に変換している。
【０００５】
発信素子１１が発光素子の場合について、空間位置の検出は、受信素子２０〜２３で得られた発光素子からの光の入射方向により三角測量の原理に基づいて行われる。即ち、図１１について受信素子２０〜２３の各位置から検出した入射方向に沿って引かれた直線（図中の各点線）が交わる点として求められている。
【０００６】
発信素子１１が超音波発信器の場合についての空間位置の検出は、受信素子２０〜２３で得られる電気信号に変換された超音波について信号間の位相差が検出され、この位相差に基づいて算出することで実現されている。ここで、上記位相差は、発信素子１１と各受信素子２０〜２３との距離の差により生じるものであるため、この位相差から距離差を算出し、各受信素子位置からこの距離差の条件を満たす空間位置を割り出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５５−１２４４５号公報
【特許文献２】特開平１０−２９３６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の発光素子を用いた構成について、座標指示体の光源の位置を受信部における光の入射方向を基に求めていることから、受信部で入射方向を検出するためにエリアセンサーが必要となる。このため、光学系も含めた受信部の薄型化には限界があり装置の薄型化の点で課題を有する。或いは、光学系、エリアセンサーを含む撮像モジュールは比較的高価であり低コスト化の点で課題を有する。更には、入射方向検出のためにはエリアセンサーで得た画像に対する画像処理を伴うことから消費電力が大きく低消費電力化の点での課題を有する。
【０００９】
また、前記従来の超音波素子を用いた構成について、４つの超音波受信器が従来記載の配置、即ち受信素子が長方形の頂点に配された配置では、長方形の中心を通る垂線上の位置はどの受信素子からも等距離であり、どの受信した超音波信号の位相差も０となる。このため、座標指示体の高さ方向の成分が検出できないという課題を有している。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、受信部に係わるサイズ、コスト、及び消費電力を低減した高精度の座標入力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の座標入力装置は、座標指示体に備えられ所定周期の信号を放射する信号源と、前記信号源からの信号を受信する単一の受信素子を備えた少なくとも４つの受信部と、前記受信部にて受信した受信信号間の時間差を検出する時間差検出部と、前記時間差検出部にて検出された時間差に基づいて空間座標を算出する座標演算部とを有し、座標指示体の空間位置の検出を行う。
【００１２】
本構成によって、信号源から放射される信号は各受信部の単一の受信素子のみで受信するため受信部に係わるサイズ、コスト、及び受信素子の駆動、及び信号解析に係る消費電力を低減することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の座標入力装置では、全ての受信部は同一の円周上に乗らないように配置され、受信信号間の時間差の検出を行う。
【００１４】
本構成によって、少なくとも一つの受信部は同一円周上に位置しない配置であるため、前記円周の中心を足とする垂線上に前記発信源が置かれても全ての受信部から等距離となることはなく、高さの検出が可能であり、安定した空間位置の検出が可能となる。
【００１５】
また、本発明の座標入力装置では、時間差検出部において時間‐デジタル変換器が用いられ、前記時間‐デジタル変換器の停止信号入力側には所定の遅延時間をもつ遅延回路が挿入されて、前記受信信号間の時間差の検出を行う。
【００１６】
本構成によって、二つの受信信号間の時間差について負の時間差の場合においても、停止信号が所定の時間遅延を有するため時間‐デジタル変換器における入力の時間的前後関係は維持され、時間‐デジタル変換後の値から遅延値を減算することで比較的小規模な回路で、高精度に正負の時間遅延の検出を可能とする。
【００１７】
また、本発明の座標入力装置では、時間差検出部において時間‐デジタル変換器が用いられ、一つの時間差検出に付き入力を交互に与えた一対の時間‐デジタル変換器により構成され、各々正負に対応した前記受信信号間の時間差の検出を行う。
【００１８】
本構成によって、正負何れの時間差についても、対となる時間‐デジタル変換器の一方が対応する符号の遅延時間を検出するため、比較的小規模な回路で、高精度に正負の時間遅延の検出を可能とする。
【００１９】
また、本発明の座標入力装置では、時間差検出部において時間‐デジタル変換器が用いられ、前記時間‐デジタル変換器について、検出周期の度に入力を交互に入れ替えて時間差を検出し、有効な検出値が得られた周期での値をその対応する符号と共に時間差として出力する。
【００２０】
本構成によって、正負何れの時間差についても、比較的小規模な回路で、高精度に正負の時間遅延の検出を可能とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の座標入力装置によれば、各受信部は単一の受信素子によって構成されるため受信部に係わるサイズ、コスト、及び消費電力を抑えることができ、更には、全ての受信部の配置が同一円周上に乗らないように配することにより座標指示体の位置により高さの検出精度が著しく低下すること抑え、安定的な空間位置の検出を可能とした座標入力装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１における座標入力装置の模式図
【図２】本発明の実施の形態１における座標入力装置の受信素子の配置と座標系の詳細を示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態１における座標入力装置の受信素子の配置と座標系の詳細を示す平面図
【図４】本発明の実施の形態１における座標入力装置の座標指示体の構成の一例を示すブロック図
【図５】本発明の実施の形態１における座標入力装置の座標検出装置の構成の一例を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態１における座標入力装置の時間差検出部の構成の一例を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態１における座標入力装置の時間差検出部の構成の別の一例を示すブロック図
【図８】本発明の実施の形態１における座標入力装置の受光部の構成の一例を示す回路図
【図９】本発明の実施の形態１における座標入力装置の時間‐デジタル変換機の一例を示す概略回路図
【図１０】本発明の実施の形態１における座標入力装置の時間‐デジタル変換機の動作を説明するタイミング図
【図１１】本発明の実施の形態２における電子演算装置の模式図
【図１２】従来の座標入力装置の模式図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における座標入力装置の模式図である。
【００２５】
図１において、座標指示体１は、操作者により動かされ、その空間的位置を空間座標として入力するための装置である。座標指示体１には、空間位置の検出対象となる発信素子１１が備えられ、この発信素子１１としては、赤外線などの光を発する発光素子、或いは超音波を発する超音波発信素子などがある。
【００２６】
座標検出装置２は、後述の規則に従った配置で受信素子２０〜２３を備え、受信素子２０〜２３は、発信素子１１からの放射される信号をそれぞれ受信し、その受信信号を出力する。更に、座標検出装置２では、受信素子２０〜２３からの受信信号に基づき座標指示体１の空間座標を求めて出力する。
【００２７】
図２は、上記受信素子２０〜２３の配置と座標系の詳細を示す斜視図であり。図３は、同じく上記受信素子２０〜２３の配置と座標系の詳細を示すｚ軸方向から俯瞰した平面図である。図２及び図３において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い説明を省略する。
【００２８】
図２及び図３において、ｘｙｚ直交座標系の原点は受信素子２０の位置に設定され、受信素子２１は原点より距離Ｌ１のｘ軸上に、受信素子２２は原点より距離Ｌ２のｙ軸上に配置され、受信素子２３は原点より距離Ｌ３であり、ｘ軸と角度α３（∠Ｐ１Ｐ０Ｐ３＝α３）をなすｘｙ平面上に配置されている。このように、受信素子２０〜２３はｘｙ平面上に配され、ｚ軸は高さ方向を示している。
【００２９】
更に図３に示す通り、受信素子２０〜２３は、その全てが同一の円周上に乗らないように配置されている。即ち、三つの受信素子２０，２１，２２の夫々の位置Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２を通る円周Ｃについて、第４の受信素子２３は、位置Ｐ４のような円周Ｃ上に配置せず、円周Ｃから離れた位置Ｐ３に配置されている。
【００３０】
図４は、座標指示体１の構成の一例を示すブロック図である。図４において、クロック生成部１２は、所定周期の基準クロックを生成する。駆動部１３は、クロック生成部１２で生成された基準クロックに基づいて、所定周期による信号を発信素子１１から放射する。ここで、発信素子１１は信号が赤外線により送信される場合、発光素子であり、超音波の場合は超音波発信素子である。
【００３１】
図５は、座標検出装置２の構成の一例を示すブロック図である。図５において、受信素子２０〜２３は、座標指示体１の発信素子１１から発信された信号を受信し、各位置での受信信号を出力する。
【００３２】
時間差検出部２４は、受信素子２０〜２３からの受信信号間の時間差を検出する。本構成例では、受信素子２０の受信信号を基準として、受信素子２１との間の時間差をｄＴ１、受信素子２２との間の時間差をｄＴ２、受信素子２３との間の時間差をｄＴ３とする数値データを出力する。
【００３３】
座標演算部２５は、時間差検出部２４にて検出された時間差ｄＴ１，ｄＴ２，ｄＴ３それぞれに、時間差検出部２４における単位時間と、光の場合は高速、音の場合には音速とを乗じて距離差ｄ１，ｄ２，ｄ３を求め、後述の通りに、距離差ｄ１，ｄ２，ｄ３に基づく連立方程式（式１〜式３）の解を求め、それに従って座標指示体１の空間位置(ｘ，ｙ，ｚ)が定められる。
【００３４】
ここで、上記受信素子２０〜２３の受信素子は、信号が赤外線などの光による場合は受光素子であり、超音波による場合は超音波受信素子である。
【００３５】
【数１】
2016001353.tif 000003
【００３６】
【数２】
2016001353.tif 000004
【００３７】
【数３】
2016001353.tif 000005
【００３８】
次に、座標演算部２５での空間位置算出に使用される連立方程式（数１）〜（数３）について、説明する。（数１）〜（数３）の上段の式は双曲面を示す式であり、（数１）については点Ｐ０、点Ｐ１を、（数２）については点Ｐ０、点Ｐ２を、（数３）については点Ｐ０、点Ｐ３をそれぞれ焦点とする二葉回転双曲面を示すものである。これは二葉回転双曲面が二つの焦点からの距離差が一定の点の集合であることからも明らかである。但し、この（数１）〜（数３）上段の式は距離差が０でない場合（ｄ１，ｄ２，ｄ３≠０）に成り立つもので、距離差０（ｄ１，ｄ２，ｄ３＝０）の条件では、上段での焦点であった２点間の垂直二等分面を示す下段の式となる。
【００３９】
即ち、時間差検出部２４で検出された時間差を基に得られた距離差ｄ１〜ｄ３にそれぞれ従った（数１）〜（数３）を満たす点（ｘ、ｙ、ｚ）を求めることで、座標指示体１の空間位置が判明するものである。
【００４０】
なお、（数１）〜（数３）において空間位置を導出するにあったては、上記垂直二等分面を挟んだ両側に解が存在することになり、一意に定まらないことになるが、距離差ｄ１〜ｄ３の正負により、解の存在範囲を示す不等式（数４）〜（数５）の条件を課すことにより正しい空間位置を導出することができる。
【００４１】
【数４】
2016001353.tif 000006
【００４２】
【数５】
2016001353.tif 000007
【００４３】
【数６】
2016001353.tif 000008
【００４４】
ここで、例えば受信素子２３が、図３のＰ４の位置のように全ての受信素子が同一円周Ｃ上に配置されている場合において、座標指示体１がこの円周Ｃの中心を足とする垂線上に位置すると、円周Ｃを底面とする直円錐の頂点に位置する関係となるため、何れの受信素子とも等距離となり、距離差は何れも０となる。（ｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝０）これを、空間位置を求めるために（数１）〜（数３）に適用すると、何れも下段の式が適用され、その解は（ｘ，ｙ）＝（Ｌ１／２，Ｌ２／２）と垂線を示すのみとなり、ｚ軸方向の成分、すなわち高さ成分を導出することは困難となる課題が生ずる。上述の受信素子２０〜２３の配置は、この課題に鑑みて、全ての受信素子が同一円周上に乗らない配置とすることで、座標指示体１が座標検出装置２上の何れの位置に置かれても、（数１）〜（数３）において、少なくとも一つの式が上段の双曲面の式に基づいて空間座標の導出が行われるようにしている。
【００４５】
かかる構成によれば、（主要構成部）全ての受信素子が同一円周上に乗らない配置とすることにより、（作用）座標指示体１と受信素子２０〜２３とが全て等距離となることはなく、座標指示体１が座標検出装置２上の何れの位置に置かれても、一意な空間点を求めることができ、これにより（効果）安定した測定精度を有する座標入力装置を実現することができる。
【００４６】
なお、上記空間位置を求めるための（数１）〜（数３）からなる連立方程式は、反復的な数値解法により解を求めてもよいが、受信素子２０〜２３の配置が定まっている場合、それにより受信素子間の距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３、角度α３は定まっているため、これに従った、所定の距離差ｄ１〜ｄ３に対応する解（ｘ，ｙ，ｚ）のテーブルを組み込み、検出した距離差ｄ１〜ｄ３について、その近傍のテーブル値からの内挿により近似解を導出してもよい。これにより、連立方程式の解の導出における処理時間、消費電力を抑えることができる。
【００４７】
なお、上記においては、受信素子２０，２１を通る直線Ｐ０Ｐ１と受信素子２０，２２を通る直線Ｐ０Ｐ２が直交する場合について記載したが、これに限定するものではなく、直線Ｐ０Ｐ１と直線Ｐ０Ｐ２が角度α２（∠Ｐ１Ｐ０Ｐ２＝α２）を成して斜交すような場合においても同様に位置の検出は可能である。この場合の位置の算出は、上記と同様に（数７）〜（数９）の解を求めることにより得られる。
【００４８】
【数７】
2016001353.tif 000009
【００４９】
【数８】
2016001353.tif 000010
【００５０】
【数９】
2016001353.tif 000011
【００５１】
なお、上記座標指示体１において、送信信号は一定の周期の信号である場合について説明しているが、空間座標とは別の情報の送信のため、例えば座標指示体１に設けられたスイッチの操作情報や、加速度センサーからの加速度情報などのセンサー情報に基づいた変調が加えられた送信信号であってもよい。即ち、所定の一定周期の信号が搬送波の役割を担っており、これに座標指示体における付加的な情報を持った信号で変調を加えて情報を座標検出装置２に送ることが可能となる。これにより、空間位置のみならず多様な情報を座標指示体１から入力することが可能となる。
【００５２】
図６は、上記時間差検出部２４の回路構成の一例を示すブロック図ある。図６において、図５と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００５３】
図６において、時間‐デジタル変換器２４１は、計測開始と計測終了の二つの入力を持ち、計測開始入力端（図中、Ｓで標記）に入った信号と計測終了入力端（図中、Ｅで標記）に入った信号の時間差を計測したデジタル値として出力するもので、二つの受信素子からの信号が入力されている。
【００５４】
遅延回路２４２は、時間‐デジタル変換器２４１の計測終了入力端子と一方の受信素子との間に挿入され所定の時間遅延量τだけ受信信号を遅延させる。
【００５５】
ローパスフィルタ２４３は、時間‐デジタル変換器より受信信号の周期毎に得られる受信信号間の時間差を平準化し、ダウンサンプラ２４４にて受信信号の周期より長い周期で時間差を出力している。
【００５６】
かかる構成による時間差検出部においては、特に光を用いた場合、行程差による時間差は極めて短いため、一度の検出では誤差が大きく高い検出精度を得ることが困難であるが、多数のサンプリング結果の平均化により良好な検出精度を得ることができる。
【００５７】
減算器２４５は、ダウンサンプラ２４４から出力される時間差の値に対して、遅延回路２４２による遅延時間に相当する値τを減算することにより、受信信号間の時間差ｄＴ１、ｄＴ２、ｄＴ３を求めている。
【００５８】
かかる遅延回路２４２と減算器２４５を加えた構成により、時間‐デジタル変換器２４１においては、計測開始入力端Ｓから計測終了入力端Ｅへの信号の遅れを計測するものであるため、二つの信号間の一方向の時間差しか計測できないものが、正負双方の時間差を計測すること可能としている。
【００５９】
図７は、上記時間差検出部２４の回路構成の別の一例を示すブロック図ある。図７において、図６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００６０】
図７において、時間‐デジタル変換器２４１１、２４１２は対をなし、その入力について交互に入れ替えた構成となっている。遅延判定部２４６は、対の時間‐デジタル変換器２４１１、２４１２とローパスフィルタ２４３、ダウンサンプラ２４４からなる時間差検出路から得られた時間差について、値が小さい方を選択すると共に、それに対応した正負の符号を付けて検出した時間差として出力する。
【００６１】
かかる構成により、時間差検出部２４において正負の時間差の検出を可能としている。
【００６２】
なお、本構成においては、対を成す二つの時間‐デジタル変換器２４１１、２４１２を備えているが、この時間‐デジタル変換器を一つとし、受信信号の周期毎に時間‐デジタル変換器への入力を交互に入れ替えて検出することで同様の効果を得ることができる。
【００６３】
なお、上記説明においてローパスフィルタ２４３とダウンサンプラ２４４は、個別のブロックとして説明しているが、この二つの機能ブロックが独立している必要はなく、上記の通り、送信信号の周期で検出される時間差値を平均化し、より長い周期の低周波数で時間差値を出力する機能をもつものであればよい。
【００６４】
図８は、受信素子２０〜２３が受光素子によって構成される場合の回路構成の一例を示す回路図である。図８において、フォトトランジスタ２０１は、座標指示体１の発光素子から放射された光信号を受光し電流に変換し、上記受光素子に相当する。なお、この受光素子はフォトトランジスタに限るものではなく、フォトダイオード、その他の光電変換素子であればよい。抵抗２０２は、電源とフォトトランジスタ２０１の間に接続され、フォトトランジスタ２０１の流す電流に従った電圧を出力する。ここで、フォトトランジスタ２０１は光が入射した場合には電流を流し、光が入射しない場合は電流を流さないため光を検出したとき低電圧レベルを、光が検出されないとき高電圧レベルを出力するものである。なお、この抵抗２０２は、定電流源を構成する回路に置き換えられてもよい。ローパスフィルタ２０３は、受信する所定周期の信号を除去するカットオフ特性をもち受信信号を平準化して信号検出のための参照レベルを与える。比較器２０４は、ローパスフィルタ２０３からの参照レベルとフォトトランジスタ２０１と抵抗２０２からの受信信号レベルとを比較し、光の有無をデジタル値として出力する。
【００６５】
図９は、時間‐デジタル変換器の一例を示す概略回路図である。図９において、時間‐デジタル変換器は、計測開始入力端Ｓに接続され、多数の一定の遅延を持つ遅延素子が直列に接続された遅延素子列と、それぞれ遅延素子の出力と、計測終了入力端Ｅからの信号と、を入力とする多数のフリップフロップと、多数のフリップフロップからの出力値をバイナリに変換するデコーダから構成される。
【００６６】
この時間‐デジタル変換器の動作を図１０のタイミング図を用いて説明する。図１０（Ａ）の計測開始信号Ｓより計測終了信号Ｅが僅かに遅れて入力される場合、この信号遅延の関係を正の時間差と定義する。本時間‐デジタル変換器は、入力信号の立ち上がりエッジを基準に動作するもので（図中、上向き矢印で記載）、この場合において、計測開始信号Ｓの立ち上がりエッジは遅延素子列を一定の遅延時間を持って伝播していく、次に計測終了信号Ｅの立ち上がりエッジが入ると、フリップフロップによりその瞬間の遅延列の値が一斉に取り込まれる。このとき、計測開始信号Ｓの立ち上がりエッジは、計測開始信号Ｓと計測終了信号Ｅの立ち上がりエッジの時間差の分（図中、ハッチング領域）だけ遅延列を進んでおり、入力端側からその遅延素子までの遅延素子の出力が１として取り込まれ、それ以降の遅延素子の値は０が取り込まれる。デコーダは、フリップフロップに取り込まれた値について、計測開始信号Ｓの立ち上がりエッジに相当する出力値１が入力端側から進んだ量をバイナリ値に変換して出力する。これにより、計測開始信号Ｓと計測終了信号Ｅの立ち上がりエッジの時間差がバイナリ値に変換され、出力されている。
【００６７】
次に、図１０（Ｂ）の計測開始信号Ｓより計測終了信号Ｅが僅かに早く入力される場合、この信号遅延の関係を負の時間差と定義する。この場合においては、上記の通り時間‐デジタル変換器は、正の時間差を計測する構成であるため、早く入ってきた計測終了信号Ｅの立ち上がりエッジで計測されず、次に入ってくる立ち上がりエッジまでの時間差（図中、ハッチング領域）が計測される。
【００６８】
ここで、受信信号が一定周期の信号である場合は、上記の通り次の計測終了信号Ｅの立ち上がりエッジによる時間差を計測して、周期を差し引くことで負の時間差を求めることが可能である。このように位相差として取り扱うことで負の時間差を求めても良いが、次の様な課題が生じる。
【００６９】
計測する時間差が大きくなるため、それに対応した長い遅延列が必要となり、回路規模、消費電力の増大を招くと共に、長い遅延列の通過により誤差を蓄積し測定精度の低下を招く。また、上述の通り、空間位置以外の情報を伝送するため、送信信号に周波数変調或いは位相変調など時間軸方向の変調が加えられる場合、同一の送信信号に由来する時間差計測でないため、この変調成分が計測する時間差の誤差となる。特に送信素子として発光素子を用いる場合には、計測する時間差は、（距離差）／（高速）で極めて短い時間であるため、これらの誤差は著しい測定誤差となって現れる。これらの課題に鑑みて、本実施の形態においては、上記の通りの時間‐デジタル変換器を用いた回路構成で正負双方の時間差計測を高い精度で実現している。
【００７０】
以上の通り、かかる構成によれば、時間差検出部２４において、時間‐デジタル変換器の計測終了入力端Ｅに対して所定の時間遅延τの遅延回路２４２を介して受信信号を入力し、測定結果の時間差の値から遅延時間τを減算する構成とすることにより、正負双方の時間遅延の計測が、同一の送信信号に由来する受信信号に対して、比較的短い遅延素子列の時間‐デジタル変換器で行えるため、回路規模、消費電力が比較的小さく、高精度の座標入力装置を実現することができる。
【００７１】
（実施の形態２）
図１１は、本発明の実施の形態２の電子演算装置の模式図である。図１１において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００７２】
図１１において、表示パネル３は、液晶表示パネルや有機ＥＬ表示パネルなどのフラットパネルディスプレイである。本構成においては、表示パネル３上にカーソル、ポインタ、或いはキャラクターなどの表示物が表示されており、座標検出装置２により座標指示体１の空間位置に従った空間座標が求められ、この座標指示体１の空間座標に準じて表示物の画面上での表示位置を定めている。これにより、表示物は座標指示体１の動きに追従して表示画面上を動かされる。更に、この表示物の位置或いは動作に従った表示パネル３上での動作がアプリケーション・プロセスによって実行されるものである。特に、表示パネル３が３Ｄ表示パネルである場合、上記表示物の奥行き方向の位置も座標指示体１の動作に合わせて表示することができる。
【００７３】
かかる構成によれば、表示パネル３に表示される３Ｄグラフィックス上の表示物、或いは、３Ｄ表示パネルに表示される表示物を、座標指示体１により直感的に操作することができ、ユーザーにとり分かり易く、負担の少ない良好なユーザーインターフェースを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明にかかる座標入力装置は、空間位置を指示する座標指示体と、座標指示体の空間位置を検出する座標検出装置を有し、コンピュータ等に対して空間（３次元）座標情報を入力する３次元ポインティング装置等として有用である。また、特に表示パネルの前面空間において、表示内容と連携した空間座標入力を行うコンピュータ端末、或いはコンピュータ・ゲーム装置等における３次元ポインティング装置の用途にも応用が可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１    座標指示体
２    座標検出装置
３    表示パネル
１１    発信素子
１２    クロック生成部
１３    駆動部
２０，２１，２２，２３    受信素子
２４    時間差検出部
２５    座標演算部
２４１，２４１１，２４１２    時間‐デジタル変換器
２４２    遅延回路
２４３    ローパスフィルタ
２４４    ダウンサンプラ
２４５    減算器
２４６    遅延判定部
２０１    フォトトランジスタ
２０２    抵抗
２０３    ローパスフィルタ
２０４    比較器
【図１】
2016001353.tif 000012
【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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