JPH0887374A

JPH0887374A - 入力装置

Info

Publication number: JPH0887374A
Application number: JP24851494A
Authority: JP
Inventors: Masato Michinaka; 正人道中; Takashi Amano; 隆天野; Hiroyuki Kayano; 博幸加屋野; Hiroyasu Uchida; 裕康内田; Tadahiko Maeda; 忠彦前田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 1996-04-02

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ホワイトボードやスクリーン等に文字，図形
等を描画する際に、参加者各人の席上からの描画作業を
可能とし、かつ誤動作の原因となる反射波等の影響の少
ない入力装置を提供する。立体的な画像または物体を容
易に入力する事が可能な入力装置を提供する。使用周波
数帯域を広げる事なく複数の入力が可能であり、クリッ
クスイッチ等の付加情報を送信できる入力装置を提供す
る。【構成】図形等を入力するスタイラス等の位置入力装
置と位置検出装置から成る。送信手段を備えたスタイラ
ス等の入力装置から定期的に送信される信号を空間的に
離れた複数の受信機により受信し、それぞれの受信時間
を検出し比較する事により、位置指示装置の位置を検出
する入力装置であり、受信時間を規定する事により不要
反射波を制限し、誤動作を防ぐ。さらに、複数の位置指
示装置を用いる場合、送信タイミングのみを制御する事
により、同時に使用する事を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は入力装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の装置は図１２のようなもの
がある。図１２はホワイトボード等の描画板１０１と専
用の筆記具１０２より構成されており、描画したい人が
描画板１０１の所に行って筆記具１０２を用いて直接書
き込んで行くという構成のものである。この従来の設備
によると、描画する人がその都度描画板１０１の所に移
動する必要があるという不具合があった。この不具合を
解決する為に、描画板を移動するには大幅に手間がかか
り、かつ移動のための通路を確保しておかなければなら
ないという問題が生ずる。また各々の人に専用の設備を
備えると、費用もかかるうえ無駄が多いという問題が使
用ずる。そして、各々の人に描画設備を備えた場合、描
画対象を見る為にはそれぞれの描画板を見渡す必要があ
り、描画内容の比較・認識が困難になるという重大な問
題が生ずる。

【０００３】これらの問題を解決するためには、人の数
に応じた複数の入力装置とそれぞれに入力した内容を表
示できる共通のディスプレイ装置が必要となる。

【０００４】また、例えば計算機端末に図形を入力する
装置の典型的なものとしてタブレット（またはディジタ
イザ）と呼ばれるものがあり、表１に示すものがある。
描画等の図形情報等の入力は、ペン型の装置かマウスに
より、位置情報の集合として図形を読みとる方法があ
る。

【０００５】

【表１】この種の装置は図１３のような構成となっている。これ
は２次元あるいは３次元の位置情報をコンピュータに入
力するために座標入力装置の一種である。ペン型あるい
はカーソル型のスタイラスで図面をトレースし、座標情
報として入力するものである。図１４は静電結合方式の
タブレットで、タブレット台１０３とスタイラス１０４
から成っている。図１４のように導体を備えたスタイラ
ス１０４で位置を指示する事により、タブレット内に並
べられた電極の容量変化が生じ、それよりスタイラスの
位置を算出する構成となっている。

【０００６】この従来の装置によるとスタイラス１０４
の位置を検出するための電極を内蔵したタブレット盤上
でスタイラス１０４を操作する事が不可欠となる。位置
検出用電極を離れた位置に置く場合、スタイラス１０４
と位置検出用電極の距離が大きくなる事になり容量変化
が検出できない為、精度の良い位置検出が極めて難しく
なり、実用的な位置検出ができなくなる等の不具合があ
る。この不具合を解決するためにはタブレット台は不可
欠なものであり、これにより使用位置がタブレット台の
上だけに限定されるという問題が生ずる。このことは、
図１５に示すような磁歪方式や電磁誘導方式を用いた場
合も同様であり、位置情報を検出すめのタブレット台が
不可欠なものである。

【０００７】図１６は超音波方式のタブレットであり、
音波の発振機を備えたスタイラスと、複数のマイクロホ
ンを備えた受信部を持つ位置検出部からなっている。同
図のスタイラスより音波を発信し、各マイクロホンで受
信されるまでの遅延時間を計数し、位置検出部の演算処
理部で数値処理する事により位置を検出する構成となっ
ている。この場合も上下方向と左右方向の２方向の位置
を検出するためのマイクロホンが備え付けられ、その範
囲内のみに作業範囲は限られた場所となる。この不具合
を解決するために送信出力を上げる等の方法により使用
可能範囲を広げ、また音波検出のサンプリング周波数を
高くする事により細かい分解能を保つ事は可能である
が、送信出力を増す事により多少作業範囲を広げる事は
できるものの範囲が限られている事には変わりはなく、
送信受信ともの機器の大型化を招く事になる。受信装置
は図１６のように上端と左端に沿って必要となり、有効
作業面積が増えれば必然的に大きなものとなり、設備の
設置の手間が大幅に増大する事になるという問題が生ず
る。また、超音波を用いているのは、より波長の短い電
波等に比べ伝搬時間が遅いため、位置検出の分解能を容
易に上げる事ができるからである。しかし、波長が非常
に長いために回折等が容易であり、広範囲での作業に適
用した場合は送受信間に物体がある事が多く、回折波に
よる位置の測定誤差が生じてくるという欠点が生じる。
このため、作業領域が狭範囲に制限される事になる。

【０００８】また、計算機端末の画面上のグラフィック
カーソルを操作する場合の入力装置としては、例えばマ
ウスがある。これは移動による相対位置の制御に用いる
入力装置であり、カーソルを操作するにあたっての自由
度が非常に高い。入力者がマウスを任意の方向に操作
し、マウスはその方向，移動量を検出して、有線で電気
的に結ばれた計算機本体へ情報を伝送する事により画面
上のグラフィックカーソルの制御を行う。マウスの移動
量検出手段としては、ボールの回転量を座標値に変換す
る機械式，光センサを用いた光学式，移動するときの摩
擦音から距離を検出する音響式等の各方式がある。いず
れの方法にしても、移動量を正しく検出するためにはパ
ッド等を備える平らな場所が必要となり、またこれによ
り作業範囲が非常に制限されるという大きな欠点があっ
た。そして、パッド上の作業となる事は２次元的な入力
のみに制限される事を意味しており、立体的な形状の入
力はコマンド処理等に頼らざるを得なかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来装置
では入力可能な領域が限定されるために、使用者が入力
場所まで移動しなければならず、そして２次元の平面的
な画像の入力に限定されてしまうという問題点があっ
た。そして、位置情報以外の情報が送れない等の問題点
があった。また、無線を用いて広い範囲を作業対象とし
た場合、入力装置と位置検出装置の間を人やその他の物
体により遮られる事が多々生ずる。超音波では位置検出
の分解能を上げる事は出来るが、波長が長い為に回折波
等による誤動作が生ずる。また、室内では反射波に誤動
作も重要な問題となる。

【００１０】そこで、本発明はこの問題点を除去し、広
い範囲で複数の入力装置を用いての同時入力が可能な入
力装置を提供し、かつ３次元の立体的な描画作業を容易
に実現可能な入力装置を提供する。さらに、位置情報以
外の情報を同時に伝送する事が可能な装置を提供する事
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第１の構成は、位置入力操作に応答して位
置信号を発信する送信手段を有してなる位置入力部と、
前記位置信号を各々受信する複数の受信手段、その各々
の受信タイミングの時間的な遅延量の差から前記複数の
受信手段に対する前記位置入力部の相対位置を検出する
検出手段、及び予め定めた有効入力領域以外から到来す
る前記位置信号を除外し、除外されなかった前記有効入
力領域以内から到来する前記位置信号を前記検出手段に
入力させる信号選択手段を有してなる位置検出部と、を
備えたことを特徴とする。

【００１２】第２の構成は、前記位置検出部における前
記複数の送信手段の各々は、三次元方向に物理的に離れ
た位置に配設してなることを特徴とする。

【００１３】また、第１または第２の構成において、位
置検出部は送信手段より変調信号を送出し、受信手段に
復調機能を有する事を特徴とする。

【００１４】更に、第１または第２の構成において、複
数の送信手段がある場合、他の送信手段と同時に送信す
る事のないように、信号の送信間隔を制御する機能を有
する事を特徴とする。

【００１５】また更に、第１または第２の構成におい
て、送信手段の信号送信間隔をその移動速度により制御
する機能を有する事を特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明では入力装置から発信し、その電波を複
数の受信装置で受信することにより、各々の受信信号の
時間的な遅延量の差から入力装置の相対位置を検出する
事により構成されている。そのため、より波長の短い電
波を用いる事により広範囲においても回折波の影響を除
去でき、かつ信号検出時間を制限する事により反射波の
影響を除去できる。そして、受信手段を３次元的に配置
する事により立体的な描画入力を可能とする。

【００１７】さらに、複数の入力装置間で同期する事に
より送信信号の干渉を回避し、また受信信号の制御回路
に変調回路を付加する事により位置情報以外の情報の伝
送を可能とした位置検出装置により構成することができ
る。

【００１８】このような構成であれば、入力装置より無
線信号を発信し、その電波を周囲に配置した複数の受信
装置で受信する事により、各々の受信装置での受信時間
を検出して遅延量の差から入力装置の相対位置を検出す
る事により、位置検出装置と入力装置が近接する必要が
なくなる。そのため、広い範囲を作業領域とする事がで
き、非常に自由度の高い効率的作業を行える。この時、
回折波と反射波を除去できるため、誤動作を大幅に抑え
る事ができる。そして、小型な入力装置を実現できるた
め、操作性が非常に向上する。

【００１９】また、３次元成分を含む立体的な入力が可
能であり、物体入力のための非常に扱い易いマン−マシ
ンインタフェースをを実現できる。

【００２０】さらに、複数の入力装置間で同期する事に
より送信信号の干渉をなくす事ができ、複数の入力装置
による同時入力可能となる。また、受信装置の制御回路
に変調回路を付加する事により位置情報以外の情報、た
とえばマウスにおいてスイッチをクリックする等の情報
を伝送する事が可能となる。

【００２１】

【実施例】図１は本発明の入力装置の第１実施例のブロ
ック図であり、１０は位置を指示するペン，マウス，カ
ーソル等の位置入力装置を示し、１１は受信信号より送
信点位置を検出する位置検出装置である。１２は送信制
御回路、１３は送信機、１４は受信機、１５は受信制御
回路、１６は着信時間データ等を保持するバッファ、１
７は位置座標を求めたり信号の内容を認識する演算回
路、１８はディスプレイ装置等の外部出力装置である。
次にこれを動作するには、入力機能を備えたペン等の位
置入力装置１０から定期的に信号を送信し、これを位置
検出装置１１に備えた異なる位置に配置された複数の受
信機により受信する。各々受信機では受信時間を検出し
バッファに蓄積する。この時、最初の受信信号の着信時
間からある時間までを着信信号の有効時間とし、それ以
降の信号は切り捨てる。この有効時間について図２，図
３に示す。図２，図３は卓上を作業対象領域とした場合
であり、図２は部屋の角に受信用アンテナを設置した場
合で図３は卓上（作業領域上）に受信用アンテナを設置
した場合である。各アンテナから作業領域上の最も近い
点までの距離をａ，最も遠い点までの距離をｂとしたと
き、ａの最小値Ｄ_mi _n，ｂの最大値をＤ_maxとする。最
初の信号を受信してから（Ｄ_max−Ｄ_min）／ｃ（ｃは
信号の伝搬速度）までの時間に受信した信号を有効と
し、バッファに蓄積する。演算回路１７ではこのデータ
より各受信機間の遅延量の差を求め、それと各送信機の
相対位置をもとに位置入力装置１０の相対位置を計算
し、外部出力端子よりディジタルデータとして外部出力
装置１８に出力する。受信時間制限による有効信号の判
別は演算回路１７で行っても良い。

【００２２】図４はこれを動作したときのタイムチャー
トの一例であり、位置入力装置１０から送信された電波
は位置検出装置１１のアンテナ１，２，３に遅延をもっ
て、時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に受信される。演算回路１７
は各々の受信機の相対的な配置位置と遅延量の差より位
置入力装置１０の相対位置座標を求める。このような構
造になっているから、その効果としては無線を用いて受
信装置からの相対位置を検出できるので、タブレット台
等の専用の位置検出台を必要としない。このため作業領
域を限定する事なく、広範囲での自由度の高い描画作業
を実現できる。受信装置の数を増やす事に信頼性を上げ
ることができる事は容易に分かる。そして、前述のよう
に広い範囲を作業対象領域とした場合は位置入力装置と
位置検出装置の受信装置の間が遮断される事が生じるこ
とがあり、この場合の信号は無効とされる。受信機の数
を増やす事により、無効信号に対する補償にもなり、装
置の信頼性を損なう事を妨げる。また、位置入力装置１
０は制御回路１１と送信機１２のみから構成できるもの
であり、ペン型の位置入力装置内に収まる程度に小型化
・軽量化が容易に行える。このため、位置入力装置を制
御回路と有線でつないでおく必要がなく、作業時の自由
度を大幅に向上する事ができる。

【００２３】図５は本発明の第２実施例のアンテナ配置
図であり、５３はアンテナ装置である。アンテナ装置５
３のＡＮＴ４を他のアンテナと鉛直方向に離れた位置に
配置する事により３次元方向も考慮した立体的な図形、
または物体の入力が可能となる。受信装置の数を増やす
事により信頼性や位置検出精度が上がる事は、前記実施
例と同様である。これは図２に示したようにアンテナ装
置５３を壁面に取り付ける場合も、各アンテナ装置を設
置する高さを変える事により容易に同様の効果を得る事
ができる。これを説明したのが図６である。位置入力装
置１０で入力対象物体７０の表面をなぞる事によりその
物体の形状を出力装置に表示できる。このような構造に
なっているため、マウス等のように平面の相対移動量入
力に制限される事なく、３次元的なポインティングが容
易に実現できる。本実施例において、相対移動量検出に
しろ、基準点を決めての絶対移動量の検出にしろ、位置
検出装置１１の処理に容易に切り換える事は可能であ
る。

【００２４】図７は本発明の第３実施例のブロック図で
あり、１０Ａ〜１０Ｃは位置を指示するペン，マウス，
カーソル等の位置入力装置を示し、１１は受信信号より
送信点位置を検出する位置検出装置である。１２は制御
回路、１３は送信機、１４ａ〜１４ｃは受信機、１５は
受信部制御回路、１６は着信時間データ等を保持するバ
ッファ、１７は位置座標を求めたり信号の内容を認識す
る演算回路、１８はディスプレイ装置等の外部出力装
置、１９は変調回路である。

【００２５】図８はこれを動作したときのタイムチャー
トの一例であり、位置入力装置１０Ａ〜１０Ｃの送信タ
イミングと送信した電波の変調周波数を示し、１４ａ〜
１４ｃは位置検出装置１１の各々のアンテナより受信さ
れる信号のタイミングを示したものである。位置入力装
置の使用者を三人とし、送信間隔ｔ、非描画時の変調周
波数をｆ１、描画時の変調周波数ｆ２、クリックスイッ
チのクリック時をｆ３、位置検出装置のアンテナ数を３
とする。次にこれを動作するには、使用前に複数の位置
入力装置１０Ａ〜１０Ｃの同期をとっておく必要があ
る。入力機能を備えたペン等の位置入力装置４０からは
常に一定間隔で信号が送信されており、これを位置検出
装置１１の備えた異なる位置に配置された複数の受信機
により受信する。定常状態（描画を行っていない状態）
ではある変調周波数ｆ１の電波を送信する。変調回路１
９では変調周波数を識別し随時演算回路１７に伝える。
描画状態では変調周波数をｆ２に切り換えることによ
り、位置検出回路１１では各々の受信機の受信時間を検
出しバッファに蓄積し、演算回路ではこのデータより各
受信機間の遅延量の差を求め、それと各送信機の相対位
置をもとに位置入力装置１０の相対位置を計算し、外部
出力端子よりディジタルデータとして外部出力装置に出
力する。クリックボタンが押された場合には変調周波数
をｆ３に切り換える事により、位置検出装置の演算回路
１７はクリック状態を認識し、クリック情報を外部出力
に伝える。このような構造になっているから、その効果
としては無線を用いて受信装置からの相対位置を検出で
きるので、タブレット台等の専用の位置検出台を必要と
しない。このため作業範囲が限定される事がなく、自由
度の高い描画作業を実現できる。また、同期を取り送信
時間を制御する事により複数で同時の描画ができ、かつ
認識することが可能となる。そして、クリックボタン等
の情報を伝える事が可能となり、より高度な描画・編集
等の作業に応用する事が可能となる。

【００２６】また、位置入力装置１０と位置検出装置１
１で同期する事により、位置入力装置１０と位置検出装
置１１の間の距離の計算が非常に容易になるため、位置
検出装置１１の演算回路１７の動作を大幅に軽減でき
る。そして、この場合は最低２つの受信機１３を配置す
る事により位置検出が可能となる。

【００２７】図９は本発明の第４実施例であって、位置
を指示するペン，マウス，カーソル等の位置入力装置で
あり、５１は制御回路、５２は送信機、５３はアンテナ
装置、５４は描画識別装置、５５は任意数のクリックス
イッチである。次にこれを動作するには、描画状態にあ
るかどうかを識別する機構を持った装置５４により描画
中かどうかを判定し、描画中のときのみ位置検出のため
の無線信号を定期的に発信する。この時、描画識別はペ
ン先に接触状態を感知する素子を用いたり、スイッチを
用いる等の方法がある。位置検出装置では制御回路によ
り複数のアンテナで受けた受信信号の着信時間をバッフ
ァに蓄積し、演算部で処理され座標データとして、外部
出力端子より出力される。このような構造になっている
ので、その効果としては不必要な発信動作をしないため
他の機器等への干渉等の影響の可能性を抑える事にな
る。また、不要な発信がない事により消費電力を抑える
事ができ、位置入力装置のバッテリーをセーブできる。
そして、位置検出装置の動作は定期的に発信されてくる
電波の着信時間をとらえ多少の演算を行うのみであり、
制御が非常に簡素化できる。

【００２８】図１０は本発明の第５実施例であって、位
置を指示するペン，マウス，カーソル等の位置入力装置
であり、６０は描画状態認識装置である。次にこれを動
作するには、基本的には図９の実施例と同様であるが、
描画状態認識装置６０により位置入力装置の動きを認識
し、位置の変化がないと認識した場合は２度以上続けて
同じ位置で発信する事のないものとする。また、描画中
の位置入力装置の移動速度が速い場合は最小送信間隔に
近い間隔で送信し、描画中の位置入力装置の移動速度が
遅い場合は送信間隔を長くするよう制御する。描画状態
認識については加速度センサ等の感応素子を用いて位置
入力装置そのものが識別する方法や、これを受信機とし
て位置識別装置から情報を通信する等の方法がある。受
信機を用いた場合、その他の情報も通信により得る事が
できるという利点がある。このような構造になっている
ため、その効果としては位置入力装置が速く移動する場
合を想定した最小送信間隔で、使用したときに比べ大幅
に送信を減らす事ができるため、消費電力を大幅に減ら
す事ができる。

【００２９】図１１は本発明の第６実施例であって、位
置入力装置の位置検出装置１１に備えられた受信用アン
テナ装置である。部屋内において固定設置する場合は部
屋の各角にアンテナを配置する事により最も精度の良い
位置検出を行う事ができる。移動可能な位置入力装置の
場合は図１０（ａ）（ｂ）のように三角に配置する事に
より少ないアンテナ数で最も精度の良い位置検出を行う
事ができる。図１０（ｃ）に示すように数を増やした
り、アンテナ間隔を広げる事により位置検出精度は大幅
に向上する。このような形状にする事により位置検出精
度の位置的ばらつきを少なくし、周囲全体を入力可能領
域とする事ができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、図１に示す如くの
位置入力装置と位置検出装置からなる入力装置を用いる
事により、広い範囲を作業の有効範囲とする事が容易で
あるため、場所に限定されない非常に自由度の高い作業
が可能となる。そして、作業中の回折波や反射波による
誤動作を減ずる効果を持つ。そして、立体的な画像また
は物体の入力が容易に実現できる。

【００３１】さらに、一つの位置検出装置で、複数の位
置入力装置、つまり入力者の同時認識が可能であるた
め、効率よく同時作業を進める事ができ、つまりは低コ
ストの入力装置を提供できるという利点がある。また、
クリックスイッチ等の位置情報以外の情報の伝送ができ
る入力装置を実現できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のブロック図である。

【図２】部屋の角に受信用アンテナを設置した例を示す
図である。

【図３】卓上に受信用アンテナを設置した例を示す図で
ある。

【図４】本発明の第１実施例のタイムチャートである。

【図５】本発明の第２実施例のアンテナ配置状態を示す
図である。

【図６】本発明の第２実施例の作用を説明するために用
いた図である。

【図７】本発明の第３実施例のブロック図である。

【図８】本発明の第３実施例のタイムチャートである。

【図９】本発明の第４実施例のブロック図である。

【図１０】本発明の第５実施例のブロック図である。

【図１１】本発明のその他の実施例を説明するために用
いた斜視図である。

【図１２】従来の入力装置の概略説明に用いた図であ
る。

【図１３】従来の入力装置を示す機能ブロック図であ
る。

【図１４】従来の入力装置の構造を説明する図である。

【図１５】従来の入力装置の構造を説明する図である。

【図１６】従来の入力装置の構造を説明する図である。

【符号の説明】

１０位置入力装置１１位置検出装置１２，５１送信制御回路１３，５２送信機１４受信機１５受信制御回路１６，１０７バッファ１７演算回路１８出力装置１９変調回路５３アンテナ装置５４描画識別装置５５クリックスイッチ６０描画状態認識装置７０入力対象物体１０１ホワイトボード等描画設備１０２描画専用ペン１０３ペン型スタイラス１０４タブレット台１０５走査レジスタ１０６制御部１０８主制御回路１０９量子化回路１１１Ｘ方向符号化電極１１２Ｙ方向符号化電極１１３磁気遮蔽板１１４Ｘ励磁巻線１１５Ｙ励磁巻線１１６励磁板１１７検知コイル１１８クロックパルス入力１１９ゲートコントロール信号入力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内田裕康神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者前田忠彦神奈川県川崎市幸区小向東芝町１株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】位置入力操作に応答して位置信号を発信
する送信手段を有してなる位置入力部と、前記位置信号を各々受信する複数の受信手段、その各々
の受信タイミングの時間的な遅延量の差から前記複数の
受信手段に対する前記位置入力部の相対位置を検出する
検出手段、及び予め定めた有効入力領域以外から到来す
る前記位置信号を除外し、除外されなかった前記有効入
力領域以内から到来する前記位置信号を前記検出手段に
入力させる信号選択手段を有してなる位置検出部と、を備えたことを特徴とする入力装置。
【請求項２】前記位置検出部における前記複数の送信
手段の各々は、三次元方向に物理的に離れた位置に配設
してなることを特徴とする請求項１記載の入力装置。