JPH04268618A - 3次元座標入力装置 - Google Patents
3次元座標入力装置Info
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- JPH04268618A JPH04268618A JP3050763A JP5076391A JPH04268618A JP H04268618 A JPH04268618 A JP H04268618A JP 3050763 A JP3050763 A JP 3050763A JP 5076391 A JP5076391 A JP 5076391A JP H04268618 A JPH04268618 A JP H04268618A
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- Japan
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- ultrasonic
- dimensional coordinate
- input device
- coordinate input
- dimensional
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- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 5
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 241000699666 Mus <mouse, genus> Species 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 241000699670 Mus sp. Species 0.000 description 1
- 230000003340 mental effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Position Input By Displaying (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は3次元座標入力装置に利
用され、特に、構造設計および構造検討用の3次元CA
Dシステムの座標入力装置に関する。
用され、特に、構造設計および構造検討用の3次元CA
Dシステムの座標入力装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の座標入力装置は、3次元座標を直
接入力するのではなく、最初に1次元または2次元座標
を指定した後、残りの2次元または1次元を指定すると
いう2段階の操作をタブレットやマウスといった2次元
座標入力装置を用いて実施していた。
接入力するのではなく、最初に1次元または2次元座標
を指定した後、残りの2次元または1次元を指定すると
いう2段階の操作をタブレットやマウスといった2次元
座標入力装置を用いて実施していた。
【0003】以下、具体的動作を図6および図7を参照
して説明する。例えば、図6(a) および(b) に
示すような、マウス41やタブレットペン43、および
タブレットボード42等の2次元座標入力装置を用いて
、図7に示すような空間座標Pを入力する方法としては
、まず、システム固有の基準作業面内の2次元座標Aを
指定し、次に高さAPを指定するというような入力手順
となる。
して説明する。例えば、図6(a) および(b) に
示すような、マウス41やタブレットペン43、および
タブレットボード42等の2次元座標入力装置を用いて
、図7に示すような空間座標Pを入力する方法としては
、まず、システム固有の基準作業面内の2次元座標Aを
指定し、次に高さAPを指定するというような入力手順
となる。
【0004】この場合、システムは、Aの入力を確認す
ると、自動的に、次のマウス41やタブレットペン43
からの入力情報を高さ情報と対応付けるように、画面表
示と認識を切り替える動作をする。
ると、自動的に、次のマウス41やタブレットペン43
からの入力情報を高さ情報と対応付けるように、画面表
示と認識を切り替える動作をする。
【0005】このような動作自体は、システムによって
も異なるが、原理的には、一度に3次元座標を入力する
のではなく、複数回の指示を必要としている。
も異なるが、原理的には、一度に3次元座標を入力する
のではなく、複数回の指示を必要としている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の座
標入力装置では、3次元座標を1回の入力操作では入力
できないため、CADオペレーションの基本であるとこ
ろの座標入力自体がそもそも面倒で時間のかかる欠点が
あった。
標入力装置では、3次元座標を1回の入力操作では入力
できないため、CADオペレーションの基本であるとこ
ろの座標入力自体がそもそも面倒で時間のかかる欠点が
あった。
【0007】また、特に、データを見込む方向や、デー
タの姿勢等を任意に選んで作業したい場合や、任意の方
向に任意の傾きを有する作業面を設定して作業したいよ
うな場合に、その傾きは、2次元座標入力装置の持つ物
理的な平面の傾きとは一致しないため、どうしても感覚
的な不自然さを伴うことになり、オペレータにかかる精
神的負担が大きく、作業効率も充分には向上できない欠
点があった。
タの姿勢等を任意に選んで作業したい場合や、任意の方
向に任意の傾きを有する作業面を設定して作業したいよ
うな場合に、その傾きは、2次元座標入力装置の持つ物
理的な平面の傾きとは一致しないため、どうしても感覚
的な不自然さを伴うことになり、オペレータにかかる精
神的負担が大きく、作業効率も充分には向上できない欠
点があった。
【0008】本発明の目的は、前記の欠点を除去するこ
とにより、3次元座標を簡単に効率よく入力できる3次
元座標入力装置を提供することにある。
とにより、3次元座標を簡単に効率よく入力できる3次
元座標入力装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、空間的に自由
に動かすことが可能でかつ先端に超音波発信器を有する
ポインタと、前記ポインタから発信される超音波信号を
受信するために所定の位置に配置された少なくとも3個
の超音波受信器と、前記超音波信号の発信時刻と受信時
刻との時間差を計測し、3次元座標データを求める計測
制御手段とを備えたことを特徴とする。
に動かすことが可能でかつ先端に超音波発信器を有する
ポインタと、前記ポインタから発信される超音波信号を
受信するために所定の位置に配置された少なくとも3個
の超音波受信器と、前記超音波信号の発信時刻と受信時
刻との時間差を計測し、3次元座標データを求める計測
制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0010】また、本発明は、4個の超音波受信器がそ
れぞれ3次元座標の原点、X軸の定点、Y軸の定点およ
びZ軸の定点にフレームに固定された構造であることが
できる。
れぞれ3次元座標の原点、X軸の定点、Y軸の定点およ
びZ軸の定点にフレームに固定された構造であることが
できる。
【0011】また、本発明は、4個の超音波受信器がそ
れぞれ一平面内の四角形の頂点に配置された構造である
ことができる。
れぞれ一平面内の四角形の頂点に配置された構造である
ことができる。
【0012】
【作用】本発明は、座標点の計測に超音波信号と少なく
とも3個の超音波受信器を用いたものである。ここで超
音波受信器は、例えば、4個の超音波受信器を、フレー
ムで3次元座標の原点、X座標上、Y座標上およびZ座
標上、または、一平面内で四角形の各頂点に配置し、ポ
インタから発信される超音波信号(発信パルス)と各超
音波受信器で受信される超音波信号(受信パルス)との
時間差を計測し、これより3次元座標P(PX 、PY
、PZ )を求め、上位装置に入力する。
とも3個の超音波受信器を用いたものである。ここで超
音波受信器は、例えば、4個の超音波受信器を、フレー
ムで3次元座標の原点、X座標上、Y座標上およびZ座
標上、または、一平面内で四角形の各頂点に配置し、ポ
インタから発信される超音波信号(発信パルス)と各超
音波受信器で受信される超音波信号(受信パルス)との
時間差を計測し、これより3次元座標P(PX 、PY
、PZ )を求め、上位装置に入力する。
【0013】3次元座標P(PX 、PY 、PZ )
は、変数がPX 、PY 、PZ の三つであるので、
3個の超音波受信器の計測結果から求めることができる
。しかし計算の便宜上4個の受信器が好ましい。
は、変数がPX 、PY 、PZ の三つであるので、
3個の超音波受信器の計測結果から求めることができる
。しかし計算の便宜上4個の受信器が好ましい。
【0014】また、信号として伝播時間の遅い超音波信
号を用いることにより、発信パルスと受信パルスとの時
間差を精密に計測でき、正確な座標値を求めることがで
きる。
号を用いることにより、発信パルスと受信パルスとの時
間差を精密に計測でき、正確な座標値を求めることがで
きる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【0016】図1は本発明の第一実施例の要部を示す模
式的斜視図、および図2はその回路を示すブロック構成
図である。
式的斜視図、および図2はその回路を示すブロック構成
図である。
【0017】本第一実施例は、空間的に自由に動かすこ
とが可能でかつ先端に超音波発信器11a を有するペ
ン形ポインタ11と、このペン形ポインタ11から発信
される超音波信号としての発信パルスを受信するために
、それぞれ3次元座標の原点、X軸の定点、Y軸の定点
、およびZ軸の定点にフレーム12で固定された4個の
超音波受信器M0 、MX 、MY およびMZ と、
発信パルスと受信パルスとの時間差を計測し、3次元座
標データを求める計測制御手段とを含んでいる。
とが可能でかつ先端に超音波発信器11a を有するペ
ン形ポインタ11と、このペン形ポインタ11から発信
される超音波信号としての発信パルスを受信するために
、それぞれ3次元座標の原点、X軸の定点、Y軸の定点
、およびZ軸の定点にフレーム12で固定された4個の
超音波受信器M0 、MX 、MY およびMZ と、
発信パルスと受信パルスとの時間差を計測し、3次元座
標データを求める計測制御手段とを含んでいる。
【0018】そして計測制御手段は、図2に示すように
、超音波受信器M0、MX 、MY およびMZ で受
信した受信パルスをそれぞれ増幅する超音波増幅器13
と、この増幅された受信パルスを電気的なパルス信号に
変換する変換器14と、これら変換器14からの入力信
号に基づき各受信パルスの遅れ時間を計測するインタバ
ルタイマ15と、超音波発信器11a から所定の周期
でワンショトの送信パルスを送信する制御を行う、水晶
発信器17、パルス発生器18、分周器19、論理積回
路21、およびドライバ22と、インタバルタイマ15
からの受信パルスの遅れ時間から3次元座標を計算し、
インタフェース23を介して上位システム24に対して
出力するコンピュータ16とを含んでいる。
、超音波受信器M0、MX 、MY およびMZ で受
信した受信パルスをそれぞれ増幅する超音波増幅器13
と、この増幅された受信パルスを電気的なパルス信号に
変換する変換器14と、これら変換器14からの入力信
号に基づき各受信パルスの遅れ時間を計測するインタバ
ルタイマ15と、超音波発信器11a から所定の周期
でワンショトの送信パルスを送信する制御を行う、水晶
発信器17、パルス発生器18、分周器19、論理積回
路21、およびドライバ22と、インタバルタイマ15
からの受信パルスの遅れ時間から3次元座標を計算し、
インタフェース23を介して上位システム24に対して
出力するコンピュータ16とを含んでいる。
【0019】次に、本実施例の動作について説明する。
まず、ペン形ポインタ11の先端部の超音波発信器11
a へ一定周期Tで発信パルスと同期した送信波を送り
、超音波受信器M0 、MX 、MYおよびMZ によ
り受信する。 その際に図3に示すように、生じた受信パルスの受信パ
ルスに対する遅れ時間T0 、TX 、TY およびT
Z を、インタバルタイマ15により測定し、コンピュ
ータ16に入力する。
a へ一定周期Tで発信パルスと同期した送信波を送り
、超音波受信器M0 、MX 、MYおよびMZ によ
り受信する。 その際に図3に示すように、生じた受信パルスの受信パ
ルスに対する遅れ時間T0 、TX 、TY およびT
Z を、インタバルタイマ15により測定し、コンピュ
ータ16に入力する。
【0020】ここで図3は、図2における点a、b、c
、dおよびeにおける信号波形を示したもので、波形3
1は発信パルス波形を示し、波形32、33、34およ
び35はそれぞれ超音波受信器M0 、MX 、MY
およびMZ の受信パルス波形を示す。
、dおよびeにおける信号波形を示したもので、波形3
1は発信パルス波形を示し、波形32、33、34およ
び35はそれぞれ超音波受信器M0 、MX 、MY
およびMZ の受信パルス波形を示す。
【0021】コンピュータ16は、インタバルタイマ1
5から入力された遅れ時間を距離に換算すると同時に、
それらの距離データをもとにペン形ポインタ11の先端
の3次元座標を計算し、上位システム24へ送る。
5から入力された遅れ時間を距離に換算すると同時に、
それらの距離データをもとにペン形ポインタ11の先端
の3次元座標を計算し、上位システム24へ送る。
【0022】この計算方法は以下の通りである。すなわ
ち、X、YおよびZのうちの任意の一方向をNとおくと
、図4(a) に示すように、距離(PM0 )および
距離(PMN )は、受信パルスの遅れ時間と音速Vに
より(PM0 )=V・T0 (PMN )=V・TN のように表せる。また、 TL =L/V とすると、PのN座標PN は、 PN =(PM0 )cos θ=V・T0 cos
θかつ、余弦定理により、 cos θ=(L2 +(PM0 )2 −(PM
N )2 )/(2・L・(PM0 ))
=((V・TL )2 +(V・T0 )2 −(
V・TN )2 /(2(V・T
L )・(V・T0 )) =(TLL
2 +T0 2 −TN 2 )/(2TL ・T0
)であるから、結局、 PN =Q(TL 2 +T0 2 −TN 2 )た
だし、 Q≡V/(2・TL ) により計算できる。従って、3次元座標P(PX 、P
Y 、PZ )は、 PX =Q・(TL 2 +T0 2 −TX 2 )
PY =Q・(TL 2 +T0 2 −TY 2 )
PZ =Q・(TL 2 +T0 2 −TZ 2 )
のように求まる。ここに、QおよびTL は定数である
から、変数は、T0 、TX 、TY およびTZ の
四つのみであることが判る。
ち、X、YおよびZのうちの任意の一方向をNとおくと
、図4(a) に示すように、距離(PM0 )および
距離(PMN )は、受信パルスの遅れ時間と音速Vに
より(PM0 )=V・T0 (PMN )=V・TN のように表せる。また、 TL =L/V とすると、PのN座標PN は、 PN =(PM0 )cos θ=V・T0 cos
θかつ、余弦定理により、 cos θ=(L2 +(PM0 )2 −(PM
N )2 )/(2・L・(PM0 ))
=((V・TL )2 +(V・T0 )2 −(
V・TN )2 /(2(V・T
L )・(V・T0 )) =(TLL
2 +T0 2 −TN 2 )/(2TL ・T0
)であるから、結局、 PN =Q(TL 2 +T0 2 −TN 2 )た
だし、 Q≡V/(2・TL ) により計算できる。従って、3次元座標P(PX 、P
Y 、PZ )は、 PX =Q・(TL 2 +T0 2 −TX 2 )
PY =Q・(TL 2 +T0 2 −TY 2 )
PZ =Q・(TL 2 +T0 2 −TZ 2 )
のように求まる。ここに、QおよびTL は定数である
から、変数は、T0 、TX 、TY およびTZ の
四つのみであることが判る。
【0023】また、この場合に、PN は必ずしもM0
MN 間に存在する必要はない。例えば、図4(b)
に示すようにP′のN座標PN ′も同様の式で求め
ることができる。
MN 間に存在する必要はない。例えば、図4(b)
に示すようにP′のN座標PN ′も同様の式で求め
ることができる。
【0024】本第一実施例の場合の具体的数値を挙げる
と、例えば、 受信器間距離L=20〜30cm程度 発信パルス周期T=30msec程度 発信周波数f=40KHz 程度 である。ただし、感度や解像度は限界が当然存在するた
め、用途に合わせて、そのサイズや超音波受信器の配置
などを考慮する必要がある。
と、例えば、 受信器間距離L=20〜30cm程度 発信パルス周期T=30msec程度 発信周波数f=40KHz 程度 である。ただし、感度や解像度は限界が当然存在するた
め、用途に合わせて、そのサイズや超音波受信器の配置
などを考慮する必要がある。
【0025】図5は本発明の第二実施例の要部を示す模
式的斜視図である。本第二実施例は図1の第一実施例の
場合に比べ、超音波受信器の位置が一平面内に設けられ
ているのが特徴である。
式的斜視図である。本第二実施例は図1の第一実施例の
場合に比べ、超音波受信器の位置が一平面内に設けられ
ているのが特徴である。
【0026】第一実施例の説明に用いた図4(a) に
おいて、PN 以外に、三角形PM0 MN の高さ(
PPN )を以下の〔数1〕で計算できる。
おいて、PN 以外に、三角形PM0 MN の高さ(
PPN )を以下の〔数1〕で計算できる。
【数1】
従って、これを図5の三角形PM1 M4 と三角形P
M2 M3 に適用して、それぞれ高さ(PP1 )お
よび(PP2 )を求め、さらに三角形PP1 P2
に適用して、高さ(PP0 )すなわちPZ が求まる
。一方、PX 、PY はP0 のX、Y座標であるか
ら容易に求められる。
M2 M3 に適用して、それぞれ高さ(PP1 )お
よび(PP2 )を求め、さらに三角形PP1 P2
に適用して、高さ(PP0 )すなわちPZ が求まる
。一方、PX 、PY はP0 のX、Y座標であるか
ら容易に求められる。
【0027】従って、このような平面的な構造でも第一
実施例と同様の性能を得ることができることが判る。感
度や解像度等における各座標軸の対象性を特に重視しな
い場合は、余計なフレームがない第二実施例の方が作業
性は良い特徴がある。
実施例と同様の性能を得ることができることが判る。感
度や解像度等における各座標軸の対象性を特に重視しな
い場合は、余計なフレームがない第二実施例の方が作業
性は良い特徴がある。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、3次元
座標を1回の座標指定動作で行えるようにしたため、C
ADオペレーションの基本操作であるところの座標入力
が容易であり、次々とスピーディに立体図形データの入
力が行える効果がある。
座標を1回の座標指定動作で行えるようにしたため、C
ADオペレーションの基本操作であるところの座標入力
が容易であり、次々とスピーディに立体図形データの入
力が行える効果がある。
【0029】また、データを見込む方向や、データの姿
勢等を任意に選んで作業したい場合や、任意の方向に任
意の傾きを有する作業面を設定して作業したいような場
合には、それと並行な作業面を座標入力装置側に設定で
き、オペレータの感覚に沿った操作を可能にする効果が
ある。
勢等を任意に選んで作業したい場合や、任意の方向に任
意の傾きを有する作業面を設定して作業したいような場
合には、それと並行な作業面を座標入力装置側に設定で
き、オペレータの感覚に沿った操作を可能にする効果が
ある。
【0030】従って、本発明によれば、3次元座標入力
を伴うCADオペレーションの作業効率を大幅に改善で
き、その効果は大である。
を伴うCADオペレーションの作業効率を大幅に改善で
き、その効果は大である。
【図1】 本発明の第一実施例の要部を示す模式的斜
視図。
視図。
【図2】 その回路を示すブロック構成図。
【図3】 その主要点における信号波形図。
【図4】 本発明の座標計算方法の説明図。
【図5】 本発明の第二実施例の要部を示す模式的斜
視図。
視図。
【図6】 従来の3次元座標入力方法の説明図。
【図7】 従来例の要部を示す模式的斜視図。
11 ペン形ポインタ
11a 超音波発信器
12 フレーム
13 超音波増幅器
14 変換器
15 インタバルタイマ
16 コンピュータ
17 水晶発信器
18 パルス発生器
19 分周器
20 ワンショットマルチバイブレータ21
論理積回路 22 ドライバ 23 インタフェース 24 上位システム 31〜35 波形 41 マウス 42 タブレットボード 43 タブレットペン
論理積回路 22 ドライバ 23 インタフェース 24 上位システム 31〜35 波形 41 マウス 42 タブレットボード 43 タブレットペン
Claims (3)
- 【請求項1】 空間的に自由に動かすことが可能でか
つ先端に超音波発信器を有するポインタと、前記ポイン
タから発信される超音波信号を受信するために所定の位
置に配置された少なくとも3個の超音波受信器と、前記
超音波信号の発信時刻と受信時刻との時間差を計測し、
3次元座標データを求める計測制御手段とを備えたこと
を特徴とする3次元座標入力装置 - 【請求項2】 4個の超音波受信器がそれぞれ3次元
座標の原点、X軸の定点、Y軸の定点およびZ軸の定点
にフレームに固定された構造である請求項1に記載の3
次元座標入力装置。 - 【請求項3】 4個の超音波受信器がそれぞれ一平面
内の四角形の頂点に配置された構造である請求項1に記
載の3次元座標入力装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3050763A JPH04268618A (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | 3次元座標入力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3050763A JPH04268618A (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | 3次元座標入力装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04268618A true JPH04268618A (ja) | 1992-09-24 |
Family
ID=12867875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3050763A Pending JPH04268618A (ja) | 1991-02-22 | 1991-02-22 | 3次元座標入力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04268618A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100326756B1 (ko) * | 1999-04-29 | 2002-03-12 | 이호균 | 초음파를 이용한 위치 및 제어신호 입력 시스템 |
| JP2007507039A (ja) * | 2003-09-26 | 2007-03-22 | マロメ・ティー・コモ | 筆記スタイラスを使用する方法 |
| US8036465B2 (en) | 2003-09-26 | 2011-10-11 | Khomo Malome T | Method of text interaction using chirographic techniques |
-
1991
- 1991-02-22 JP JP3050763A patent/JPH04268618A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100326756B1 (ko) * | 1999-04-29 | 2002-03-12 | 이호균 | 초음파를 이용한 위치 및 제어신호 입력 시스템 |
| JP2007507039A (ja) * | 2003-09-26 | 2007-03-22 | マロメ・ティー・コモ | 筆記スタイラスを使用する方法 |
| US8036465B2 (en) | 2003-09-26 | 2011-10-11 | Khomo Malome T | Method of text interaction using chirographic techniques |
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