JP3551591B2 - ペン入力装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は手書き入力機能を有するコンピュータシステム等におけるペン入力装置に関し、特に遠隔入力を可能にすることにより操作性の向上および使用形態の多様化を可能にしたペン入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、手書き入力機能を有するコンピュータシステム等における入力装置としては、
１）赤外線方式によるもの
２）感圧方式によるもの
３）静電容量方式によるもの
４）電磁方式によるもの
５）超音波方式によるもの
等が知られている。
【０００３】
ここで、１）の赤外線方式によるものとしては、赤外線線を発光するライトペンによるスポット位置を半導体位置検出素子を用いて検出するもの、入力面に複数の赤外線発光素子および受光素子を配設して、赤外線発光素子から発光された赤外線が指、入力ペン等により遮られた位置を受光素子の出力から判別することにより指示位置を検出するもの等が知られている。
【０００４】
また、２）の感圧方式によるものとしては、複数のＸ軸電極が配設された電極シートと複数のＹ軸電極が配設された支持体とをドットスペーサを介在させて重ね合わせた感圧パネルを用いたもの、平行する２枚のプレートを３次元スプリングを介して重ね合わせ、指、入力ペン等により触れた位置の電流の変化を検出することにより指示位置を検出するもの等が知られている。
【０００５】
また、３）の静電容量方式によるものとしては、２枚のガラス上に蒸着形成された導電性の膜をそれぞれＸ軸、Ｙ軸電極パターンとしてこの２枚のガラスを電極パターン形成面を向かい合わせて張り合わせた静電容量結合方式パネルを用いたもの等が知られている。
【０００６】
更に、４）の電磁方式によるものとしては、入力面に複数のセンサアンテナコイルを配設するとともに、入力ペンにはコイルとコンデンサからなる共振回路を内蔵させ、まず上記複数のセンサアンテナコイルに交流電流を流すことにより電磁誘導を利用して上記入力ペンの共振回路に電流を流し、次に上記複数のセンサアンテナコイルに流した交流電流をを切り、この状態で上記上記入力ペンの共振回路に流れる電流により発生する磁界を上記複数のセンサアンテナコイルで検出することにより入力ペンの指示位置を検出するもの等が知られている。
【０００７】
また、５）の超音波方式によるものとしては、ガラス基板上に超音波表面弾性波を発生する超音波振動素子および超音波受信素子を配設し、指等の弾性波吸収体の存在を上記超音波受信素子の受信信号の変化から検出する超音波表面弾性波方式によるもの等が知られている。
【０００８】
また、５）の超音波方式によるものとして、実開昭６４−７３４０号に開示されているように、同一平面上の既知な３点以上の点にマイクロホンを配設するとともに、上記平面上の任意の座標位置に置くことのできる発音体を設け、上記マイクロホンの中の２つのマイクロホンに発生する電圧の時間差から上記発音体を含む双曲線の位置を決定し、この双曲線の２本以上の交点から上記発音体の座標位置を決定するようにしたものもある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の入力装置はいずれも所定の１つの入力面に対する入力位置を検出するだけのものであるので、例えば予め定められた手書き入力ボード上での入力位置は検出することができても、この手書き入力ボードから離れた位置で手書き入力を行うことはできなかった。
【００１０】
したがって、従来の入力装置において各操作者はこの予め定められた手書き入力ボード上での手書き操作を余儀なくされ、特に大画面スクリーンを手書き入力面として用いた会議等においては参加者にとって操作性が悪く、このことはその入力面サイズが大きくなるにしたがって顕著になった。
【００１１】
この点を解決するために、複数の手書き入力ボードを設け、この複数の手書き入力ボードを入力ポートを介してシステムに入力することによりローカル入力を可能にする構成も考えれるが、この構成の場合は複数の操作者にこの手書き入力ボードを配布する必要があり、また、この複数の手書き入力ボードを信号線で接続しなければならないので、システム全体が高価になり、また手書き入力ボードをそれぞれ信号線で接続しなければならないので、その操作性においても問題があった。
【００１２】
また、ネットワークによりメイン処理を行う情報機器と各操作者が使用する情報機器とを接続し、各操作者によりローカルな入力処理を行う構成も考えられるが、この構成の場合はシステム全体が非常に高価になるという問題が生じた。
【００１３】
そこで、この発明は、安価な構成により、複数の操作者からの手書きペン入力を可能にしたペン入力装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、第１の発明は、入力ペン（図１の１、２）による指示位置を入力するペン入力装置において、前記入力ペンに設けられた超音波発信手段（図６の１１、１５、１７）と、３次元空間内の所定の箇所に配設され、前記超音波発信手段から発信された超音波を受信する複数の超音波受信素子（図１の３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）を有する超音波受信手段（図１の３０）と、第１の入力領域（図１の１０）を有する第１の入力手段と、前記第１の入力手段の入力領域から所定距離離れて配設された第２の入力領域（図１の２０）を有する第２の入力手段と、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に固定された第１の座標系上における前記入力ペンによる指示位置を示す指示位置情報を演算する演算手段（図１の４２）と、前記演算手段により演算された前記指示位置情報に対応する指示位置が前記第１の入力領域に含まれるか前記第２の入力領域に含まれるかを判別する判別手段（図１の４３）と、前記判別手段により前記指示位置が前記第１の入力領域に含まれると判別された場合は、前記指示位置情報を前記第１の入力領域に固定された第２の座標系上の位置を示す第１の位置情報に変換する第１の変換手段（図１の４４）と、前記判別手段により前記指示位置が前記第２の入力領域に含まれると判別された場合は、前記指示位置情報を前記第２の入力領域に固定された第３の座標系上の位置を示す第２の位置情報に変換する第２の変換手段（図１の４５）とを具備することを特徴とする。
【００１５】
また上記構成において、
前記第１の入力手段の第１の入力領域または前記第２の入力手段の第２の入力領域に対する前記入力ペンによる指示位置に対応する表示を行う表示手段（図１の５０）と、前記第１の変換手段で変換された前記第１の位置情報および前記第２の変換手段で変換された前記第２の位置情報に基づき前記表示手段における表示制御を行う表示制御手段（図１の４６）とを更に具備することを特徴とする。
【００１６】
ここで、前記超音波発信手段は、予め設定されたタイミングで超音波を発信し、前記演算手段は、前記超音波発信手段からの超音波発信タイミングを基準にして前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子による前記超音波発信手段からの超音波の受信タイミングを検出し、該受信タイミングに基づき前記指示位置情報の演算を行うように構成することができる。
【００１７】
また、前記入力ペンは、複数の入力ペンからなり、前記超音波発信手段は、前記複数の入力ペンのそれぞれに配設され、前記予め設定されたタイミングは、各入力ペンに対応してそれぞれ設定され、前記演算手段は、前記各入力ペンに対応する各超音波発信手段からの超音波発信タイミングをそれぞれ基準にして前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子による前記各超音波発信手段からの超音波の受信タイミングを検出し、該受信タイミングに基づき前記各入力ペンに対応する指示位置情報の演算を行うように構成することができる。
【００１８】
また、前記超音波発信手段は、前記入力ペンがペンホルダ（図３の３４）に収納されているときに該ペンホルダを介して前記予め設定されたタイミングを示すタイミング情報を受け取るようにすることができる。
【００１９】
また、第２の発明は、位置情報を入力する入力ペン（図１２の１）と、該入力ペンによる第１の入力面を構成するとともに該入力ペンにより入力された位置情報に基づく表示を行う表示手段（図１２の５００）を有するペン入力装置において、前記入力ペンに設けられた超音波発信手段（図６の１１、１５、１７）と、前記第１の入力面に対して所定の位置関係で配設され、前記超音波発信手段から発信された超音波を受信する複数の超音波受信素子（図１の３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）を有する超音波受信手段（図１の３０）と、前記第１の入力面から所定距離離れて配設され、前記入力ペンによる第２の入力面（図１２の２１、図２０の２２）を有する遠隔入力手段と、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第１の入力面の相対的位置関係を示す第１の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第１の入力面に対する第１の指示位置情報を演算する第１の演算手段（図１の４４）と、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第２の入力面の相対的位置関係を示す第２の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第２の入力面に対する第２の指示位置情報を演算する第２の演算手段（図１の４５）と、前記第１の指示位置情報および前記第２の指示位置情報に基づき前記表示手段における表示を制御する表示制御手段（図１の４６）とを具備することを特徴とする。
【００２０】
ここで、前記第２の入力面は、筆記具により書き込み可能な用紙（図１２の２１）からなり、前記入力ペンは、前記筆記具に前記超音波発信手段を装着することにより構成することができる。
【００２１】
また、前記遠隔入力手段は、前記第２の情報を前記第２の演算手段に通知する通知手段を具備し、前記通知手段は、前記第２の入力面に対して所定の位置関係で配設された位置情報通知用超音波発信手段（図２１のＵａ、Ｕｂ、Ｕｃ、Ｕｄ、図３２の２６１）を具備し、前記第２の演算手段は、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子による前記位置情報通知用超音波発信手段からの超音波の受信出力に基づき前記第２の情報を演算するように構成することができる。
【００２２】
また、前記第２の入力面は、筆記具により書き込み可能な用紙（図１２の２１）からなり、前記位置情報通知用超音波発信手段（図３２の２６１）は、前記用紙を挟むクリップ（図３２の２６０）に配設されるように構成することができる。
【００２３】
また、前記第２の入力面は、筆記具により書き込み可能な複数の用紙を綴じたバインダ（図３０の２５０）からなり、前記バインダは、前記用紙の離脱によるページ捲りを検出する検出手段（図３０の２５５）と、前記検出手段の検出出力に基づきページ捲り情報を前記表示制御手段に通知するページ捲り情報通知手段（図２１のＵａ、Ｕｂ、Ｕｃ、Ｕｄ）とを具備するように構成することができる。
【００２４】
また、第３の発明は、位置情報を入力する入力ペン（図２３の１）と、該入力ペンによる第１の入力面を構成するとともに該入力ペンにより入力された位置情報に基づく表示を行う第１の表示手段（図２３の５００）を有するペン入力装置において、前記入力ペンに設けられた超音波発信手段（図の１１、１５、１７）と、前記第１の入力面に対して所定の位置関係で配設され、前記超音波発信手段から発信された超音波を受信する複数の超音波受信素子（図１の３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）を有する超音波受信手段（図１の３０）と、前記第１の入力面から所定距離離れて配設され、前記入力ペンによる第２の入力面を構成するとともに該入力ペンにより入力された位置情報に基づく表示を行う第２の表示手段を有する遠隔入力手段（図２３の２２）と、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第１の入力面の相対的位置関係を示す第１の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第１の入力面に対する第１の指示位置情報を演算する第１の演算手段（図１の４４）と、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第２の入力面の相対的位置関係を示す第２の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第２の入力面に対する第２の指示位置情報を演算する第２の演算手段（図１の４５）と、前記第１の指示位置情報および前記第２の指示位置情報に基づき前記第１の表示手段および前記第２の表示手段における表示を制御する表示制御手段（図１の４６）とを具備することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
この発明のペン入力装置においては、入力ペンに超音波を送出する超音波発生手段を設け、この超音波発生手段から送出される超音波を用いて入力ペンによる指示位置を検出する。
【００２６】
すなわち、この発明においては、入力ペンから送出された超音波を受信する超音波受信手段として３次元的に配列された複数の超音波受信素子を用いる。この場合、この複数の超音波受信素子の受信出力に基づく入力ペンの位置を３次元的に検出することができる。
【００２７】
したがって、例えば、この入力ペンによる入力領域として第１の入力領域とこの第１の入力領域から所定距離離れた第２の入力領域を設定した場合、この第１の入力領域および第２の入力領域における入力ペンによる指示位置をそれぞれ検出することが可能になる。ここで、この発明においては、入力ペンの位置を３次元的に検出することが可能であるので、上記第１の入力領域および第２の入力領域の位置関係がどのような状態にあっても３次元的に配列された複数の超音波受信素子に対する第１の入力領域および第２の入力領域の位置関係を知ることができれば、第１の入力領域および第２の入力領域における入力ペンによる指示位置をそれぞれ検出することが可能である。
【００２８】
ここで、３次元的に配列された複数の超音波受信素子に対する第１の入力領域および第２の入力領域の位置関係は、入力ペンによる指示位置を利用して検出するように構成してもよいし、第１の入力領域および第２の入力領域のそれぞれに対して別の位置情報通知用超音波発信手段を設け、この位置情報通知用超音波発信手段から送出された超音波に基づき検出するように構成してもよい。
【００２９】
この位置情報通知用超音波発信手段としては、例えば、第２の入力領域に対応するローカル入力装置の４隅に配設された超音波発信素子から構成することができる。また、この位置情報通知用超音波発信手段としては、第２の入力領域に対応して配設された用紙を綴じるクリップに設けてもよい。
【００３０】
また、第１の入力領域および第２の入力領域でそれぞれ入力された位置情報に基づき表示装置の表示画面上に図形等の表示制御を行う構成が考えられるが、この構成において、第１の入力領域および第２の入力領域にそれぞれ対応して表示装置の設けてもよいし、また第１の入力領域および第２の入力領域の一方にのみ対応して表示装置の設けるように構成してもよい。
【００３１】
また入力ペンは１本に限らず複数の入力ペンを用いることも可能になる。
【００３２】
例えば、大型の表示画面を有する表示装置を考え、この表示装置の表示画面上を第１の入力領域に設定し、この表示装置から離れた、例えばテーブル上に第２の入力領域を設定した場合を考える。
【００３３】
ここで、入力ペンに描画ペンとして機能を与え、この入力ペンにより描画した図形を上記表示装置の表示画面上に表示する構成を考えると、表示装置の表示画面上で第１の入力ペンのより描画した図形をこの表示装置の表示画面上に表示するとともに、この表示装置から離れたテーブル上に設定された第２の入力領域上で第２の入力ペンのより描画した図形を上記表示装置の表示画面上に表示する制御が可能になる。
【００３４】
ここで、第２の入力ペンを用紙に筆記可能なペンから構成し、第２の入力領域はこの第２の入力ペンにより描画が可能な用紙から構成してもよいし、また第２の入力領域は、上記表示装置と同様の表示を行う別の表示装置の表示画面から構成してもよい。
【００３５】
ところで、上記構成において場合、第１および第２の入力ペンにより指示位置が第１の入力領域に対するものか第２の入力領域に対するものかを判別する必要がある。この判別は入力ペンの３次元的検出位置に基づき入力ペンにより指示位置が第１の入力領域に属するか第２の入力領域に属するかを調べることにより判別することができる。
【００３６】
なお、上記入力領域は２個に限らず３以上の複数の領域を設定することも可能である。
【００３７】
以下、この発明に係わるペン入力装置の実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００３８】
図１は、この発明に係わるペン入力装置を適用して構成した情報処理システムの一実施例の概略構成をブロック図で示したものである。
【００３９】
図１において、この情報処理システムは情報を入力するスタイラスペン（以下、単にペンという）１、２を用いて指示された指示位置に対応する画像を表示部５０に表示するもので、この実施例においては、ペン１、２による指示位置を入力するために第１の入力領域１０と第２の入力領域２０の複数の入力領域が設定されている。
【００４０】
ここで、第１の入力領域１０は、例えば表示部５０に関連して配設され、このシステムのメイン入力領域を形成しており、また第２の入力領域２０は、第１の入力領域１０、すなわち表示部５０から所定距離離れて配設され、任意の位置で指示位置の入力が可能なローカル入力領域を形成している。
【００４１】
また、第１の入力領域１０および第２の入力領域２０は平面状の２次元的入力領域から構成されるものでもよいし、一定の３次元空間からなる３次元的領域から構成されるものでもよい。
【００４２】
なお、第１の入力領域１０を上述したように表示部５０に関連して配設せずに、この第１の入力領域１０も第２の入力領域２０と同様に表示部５０から所定距離離れて配設し、任意の位置で指示位置の入力が可能なローカル入力領域を形成するように構成してもよい。
【００４３】
この実施例において、ペン１、２は後に詳述するようにその先端から超音波を出力する超音波発信手段が設けられており、上記第１の入力領域１０および第２の入力領域２０に対するペン１、２による指示位置を３次元的に配設された複数（実施例においては３つ）の超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃからなる１組の超音波受信手段を有する超音波受信部３０で受信して検出し、その検出結果に対応して表示部５０に対する表示を制御する。
【００４４】
まず、この実施例における３次元的に配設された３つの超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃによる上記第１の入力領域１０および第２の入力領域２０に対するペン１、２による指示位置の検出原理を説明する。
【００４５】
図２は、３次元的に配設された３つの超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに対するペン１、２の内のペン１による指示位置の関係を示したものである。
【００４６】
今、３次元的に配設された３つの超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに固定された３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚを考える。
【００４７】
ここで、超音波受信素子３１ａは、この３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚの原点に配設されており、超音波受信素子３１ｂは、この３次元座標系Ｘ−Ｙ−ＺのＹ軸上の点（０、Ｌｙ、０）に配設され、超音波受信素子３１ｃは、３次元座標系Ｘ−Ｙ−ＺのＺ軸上の点（０、０、Ｌｚ）に配設されているとする。
【００４８】
また、ペン１による指示位置が、この３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ上の点（ｘ、ｙ、ｚ）であるとするとし、超音波受信素子３１ａから点（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離がｎ、超音波受信素子３１ｂから点（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離がｍ、超音波受信素子３１ｃから点（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離がｌであるとすると、
ｌ２ ＝（Ｌｚ−ｚ）２ ＋ｎ２ −ｚ２ …（１）
ｎ２ ＝ｘ２ ＋ｙ２ ＋ｚ２ …（２）
ｍ２ ＝ｘ２ ＋（Ｌｙ−ｙ）２ ＋ｚ２ …（３）
の関係が成立する。この式（１）〜（３）からｘ、ｙ、ｚについて解くと
ｘ＝±ＳＱＲＴ［ｎ２ −｛（Ｌｙ２ ＋ｎ２ −ｍ２ ）／２Ｌｙ｝２
−｛（Ｌｚ２ ＋ｎ２ −ｌ２ ）／２Ｌｚ｝２ ］ …（４）
ｙ＝（Ｌｙ２ ＋ｎ２ −ｍ２ ）／２Ｌｙ …（５）
ｚ＝（Ｌｚ２ ＋ｎ２ −ｌ２ ）／２Ｌｚ …（６）
ただし、ＳＱＲＴ（Ａ）はＡの平方根を示す。
【００４９】
となる。ここでＬｙおよびＬｚは、超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置によって決定される既知の値であるので、超音波受信素子３１ａから点（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離ｎ、超音波受信素子３１ｂから点（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離ｍ、超音波受信素子３１ｃから点（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離ｌがわかれば、３次元的に配設された３つの超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに固定された３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ上におけるペン１による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）を求めることができる。
【００５０】
この実施例においては、超音波受信素子３１ａからペン１による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離ｎ、超音波受信素子３１ｂからペン１による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離ｍ、超音波受信素子３１ｃからペン１による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離ｌを、ペン１の先端から出力される超音波を用いて検出する。
【００５１】
具体的には、この距離ｎ、距離ｍ、距離ｌの検出は、ペン１の先端から出力される超音波が超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃで検出するまでの時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを検出することにより行われる。
【００５２】
すなわち、ペン１の先端から出力される超音波の空間伝達速度をＣとすると、上記時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを検出することにより上記距離ｎ、距離ｍ、距離ｌは
ｎ＝Ｃ×Ｔａ …（７）
ｍ＝Ｃ×Ｔｂ …（８）
ｌ＝Ｃ×Ｔｃ …（９）
により求めることができる。
【００５３】
このペン１の先端から出力される超音波が超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃで検出するまでの時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを検出する処理は、図１に示す超音波受信部３０における受信処理部３２で行われる。
【００５４】
図３は、この図１に示す超音波受信部３０における受信処理部３２の具体的構成を示したものである。この実施例では、ペン１の不使用時にこのペン１を収納するペンホルダ３５が設けられており、このペンホルダ３５には、後に詳述するように、ペン１の超音波発信手段から出力される超音波の出力タイミングと受信処理部３２における受信処理との同期をとる同期回路３５が設けられている。
【００５５】
この同期回路３５は、受信処理部３２に設けられた基本クロック生成回路３２４から出力される基本クロックを計数し、その計数値が一定の値になる毎にペン１の超音波発信手段から出力される超音波の出力タイミングを制御する同期信号を出力するように構成されている。
【００５６】
また、ペン１には、上記基本クロック生成回路３２４と同一の周波数の基本クロックを生成する図示しない基本クロック生成回路が設けられており、この基本クロック生成回路は、このペン１がペンホルダ３５に収納されたときに、上記同期回路３５から出力される同期信号を入力して、上記受信処理部３２に設けられた基本クロック生成回路３２４との同期を確立し、このペン１をペンホルダ３５から取り出した後は、上記同期回路３５と同様にこの受信処理部３２に設けられた基本クロック生成回路３２４との同期して動作する基本クロック生成回路から出力される基本クロックを計数し、その計数値が一定の値になる毎にペン１の超音波発信手段から出力される超音波の出力タイミングを制御するように構成されている。
【００５７】
すなわち、ペン１をペンホルダ３５に収納すると、ペン１の超音波発信手段から出力される超音波の出力タイミングと受信処理部３２における受信処理との同期がとられ、ペン１の超音波発信手段から出力される超音波の出力タイミングは同期回路３５から受信処理部３２に加えられる同期信号のタイミングと一致することになる。
【００５８】
同期回路３５から受信処理部３２に加えられる同期信号は、受信処理部３２のカウンタ３２１、３２２、３２３のリセット端子に加えられ、カウンタ３２１、３２２、３２３はこの同期信号に同期してクリアされる。
【００５９】
また、カウンタ３２１、３２２、３２３の計数入力端子には基本クロック生成回路３２４から出力される基本クロックが入力され、またこのカウンタ３２１、３２２、３２３の計数停止を制御する制御入力端子には、ペン１の先端から出力される超音波を受信したときに超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃからそれぞれ出力される受信クロックが入力されている。
【００６０】
すなわち、カウンタ３２１、３２２、３２３は、ペン１の先端から超音波が出力されるタイミングで同時にリセットされ、それぞれ超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃから受信クロックが入力されるまで基本クロック生成回路３２４から出力される基本クロックを計数し、その結果、カウンタ３２１、３２２、３２３の計数値は、ペン１の先端から出力される超音波が超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃで検出するまでの時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃに対応するものになる。
【００６１】
図４は、このカウンタ３２１、３２２、３２３による時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃの検出動作をタイミングチャートで示したものである。
【００６２】
すなわち、ペン１の図示しない基本クロック生成回路は図４の（ａ）に示す基本クロックを生成し、図４の（ｂ）に示す同期信号の立上がりに同期してペン１の先端から超音波を出力するための図４の（ｃ）に示す送信クロックを発生し、この送信クロックに同期してペン１の超音波発信手段を駆動するための図４の
（ｄ）に示す超音波駆動信号を発生する。この超音波駆動信号によりペン１の超音波発信手段が駆動され、ペン１の先端からは送信クロックが生じている間だけ超音波が出力される。
【００６３】
このペン１の先端から出力された超音波は超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃで受信され、超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃからはこの超音波の受信に対応して図４の（ｅ）に示すような受信クロックが出力される。 そこで、カウンタ３２１、３２２、３２３では、図４の（ｂ）に示す同期信号の立上がりタイミングから図４の（ｅ）に示す受信クロックの立上がりタイミングまでの時間Ｔ、すなわち時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを図４の（ａ）に示す基本クロックを計数することにより求めることができる。
【００６４】
このカウンタ３２１、３２２、３２３で計数されたペン１の先端から出力される超音波が超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃで検出するまでの時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃは、受信時間保持回路３２５、３２６、３２７でそれぞれ保持され、通信部３３を介して図１に示した演算処理部４０に伝えられる。
【００６５】
なお、上記説明においては、ペン１の先端から出力される超音波が超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃで検出するまでの時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃの検出処理について述べたが、ペン２の先端から出力される超音波が超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃで検出するまでの時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃも同様に検出することができる。
【００６６】
演算処理部４０は、この通信部３３を介して伝えられた時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを通信部４１を介して受取り、演算部４２においてこの時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃに基づきペン１、２により指示された指示位置を演算算出する。
【００６７】
この演算処理部４０においては、まず、前述した式（７）〜（９）に基づき、ペン１、２から超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃまでの距離ｎ、ｍ、ｌを算出する。
【００６８】
そして、この算出した距離ｎ、ｍ、ｌおよび前述した式（４）〜（６）に基づき、超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに固定された３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ上におけるペン１、２による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）を算出する。 次に、判別部４３により、演算部４２で算出した超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに固定された３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ上におけるペン１、２による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）に基づき、ペン１、２による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）が第１の入力領域１０に属するか第２の入力領域２０に属するかの判別を行う。
【００６９】
そして、この判別部４３により、ペン１、２による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）が第１の入力領域１０に属すると判定された場合は、第１の変換部４４により、３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ上におけるペン１、２による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）を、第１の入力領域１０に固定された３次元座標系Ｘ１ −Ｙ１ −Ｚ１ 上の位置（ｘ１ 、ｙ１ 、ｚ１ ）に変換する。
【００７０】
また、この判別部４３により、ペン１、２による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）が第２の入力領域２０に属すると判定された場合は、第２の変換部４５により、３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ上におけるペン１、２による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）を、第２の入力領域２０に固定された３次元座標系Ｘ２ −Ｙ２ −Ｚ２ 上の位置（ｘ２ 、ｙ２ 、ｚ２ ）に変換する。
【００７１】
なお、この場合、超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに固定された３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚに対する第１の入力領域１０に固定された３次元座標系Ｘ１ −Ｙ１ −Ｚ１ の相対位置、および第２の入力領域２０に固定された３次元座標系Ｘ２ −Ｙ２ −Ｚ２ の相対位置が予めわかっていることが前提になるが、これがわかっていれば上記変換は周知の座標変換処理により容易に行うことができる。
【００７２】
なお、超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに固定された３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚに対する第１の入力領域１０に固定された３次元座標系Ｘ１ −Ｙ１ −Ｚ１ の相対位置、および第２の入力領域２０に固定された３次元座標系Ｘ２ −Ｙ２ −Ｚ２ の相対位置を求める具体的手法については後に詳述する。
【００７３】
その後、表示制御部では、第１の変換手段４４により変換されたペン１、２による指示位置（ｘ１ 、ｙ１ 、ｚ１ ）および第２の変換手段４５により変換されたペン１、２による指示位置（ｘ２ 、ｙ２ 、ｚ２ ）に基づき表示部５０における表示制御を行う。
【００７４】
ここで、この実施例においては、ペン１、２により３次元的指示位置（ｘ１ 、ｙ１ 、ｚ１ ）および（ｘ２ 、ｙ２ 、ｚ２ ）が指定可能であるので、表示部５０において、この３次元的指示位置（ｘ１ 、ｙ１ 、ｚ１ ）および（ｘ２ 、ｙ２ 、ｚ２ ）に対応する３次元的表示が可能である。
【００７５】
なお、表示部５０が３次元表示可能な表示器である場合は、この３次元の指示位置（ｘ１ 、ｙ１ 、ｚ１ ）および（ｘ２ 、ｙ２ 、ｚ２ ）に基づく３次元表示をそのまま行えばよいが、表示部５０が２次元表示器である場合は、この３次元の指示位置（ｘ１ 、ｙ１ 、ｚ１ ）および（ｘ２ 、ｙ２ 、ｚ２ ）に基づく３次元表示を階調表示または色表示と組み合わせることにより行うようにしてもよい。
【００７６】
また、演算処理部４０で算出した３次元座標値のｘ、ｙ値のみを利用することにより入力平面以外の空間から２次元入力を行うことも可能であり、このような構成によると更にユーザインターフェースの向上を図ることができる。
【００７７】
次に、図１に示したペン１、２および超音波受信部３０および演算処理部４０の具体的詳細構成について説明する。
【００７８】
図５は、この実施例で用いるペン１の外観を示したものである。この図５に示すペン１は、内部に超音波発信手段を有するとともに、第一ボタン１４ａおよび第二ボタン１４ｂを有している。ここで、第一ボタン１４ａは単なるプッシュボタンから構成され、第二ボタン１４ｂはオン状態保持機構を有するラッチ機構付きのプッシュボタンから構成される。
【００７９】
後述するように、第一ボタン１４ａはこのペン１により描画を行う描画時または所定のコマンド実行時等に操作され、また、第二ボタン１４ｂは、このペン１を第２の入力領域を使用するときに操作される。
【００８０】
図６は、このペン１の内部回路構成を示したものである。図６において、このペン１は、このペン１からの超音波の送信タイミングを制御する送信タイミング制御部１１、オペアンプ１６を有し、送信タイミング制御部１１から出力された超音波駆動クロックを増幅するアンプ部１５、超音波送出器１８を有し、アンプ部１５から出力される超音波送出器駆動信号により超音波を送出する送出部１７を有している。
【００８１】
ところで、この実施例においては、後に詳述する複数のペンを同時使用可能なマルチペン機能および複数のモードを切替可能なマルチモード機能を可能にしているので、送信タイミング制御部１１は、図５に示した第一ボタン１４ａおよび第二ボタン１４ｂからなるボタン１４の出力および基本クロックを生成するオシレータ（基本クロック生成部）１３からの基本クロックに応じてこのペン１からの超音波送信タイミング制御の状態遷移を制御するシーケンサ１２を有している。なお、このシーケンサ１２による超音波送信タイミング制御の状態遷移の制御の詳細については後述する。
【００８２】
なお、図５および図６においては、ペン１について説明したが、ペン２もこのペン１と同一構成である。
【００８３】
図７は、図１に示した超音波受信部３０および演算処理部４０の具体的構成を示したものである。
【００８４】
図７において、超音波受信部３０は、受信センサ部３１、受信処理部３２、通信部３３から構成される。
【００８５】
ここで、受信センサ部３１は図１に示した超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃを有している。
【００８６】
また、受信処理部３２には、アンプ部６０、受信タイミング制御部７０からなり、アンプ部６０にはオペアンプ６１が設けられ、受信タイミング制御部７０にはカウンタ、レジスタ７１、シーケンサ７２、オシレータ７３、ＳＣＣ（シリアル通信制御部）初期化部７４が設けられている。
【００８７】
ここで、カウンタ、レジスタ７１は、図３に示したカウンタ３２１、３２２、３２３および受信時間保持回路３２５、３２６、３２７に対応し、オシレータ７３は基本クロックを生成する図３に示した基本クロック生成回路３２４に対応する。
【００８８】
また、シーケンサ７２は、オシレータ７３から出力される基本クロックに基づきこの受信タイミング制御部７０の受信タイミング制御の遷移状態を制御するものである。このシーケンサ７２は、図３に示したペンホルダ３４の同期回路３５からの同期信号（リセット信号）によりリセットされ、受信タイミング制御部７０における受信タイミング制御の遷移状態を制御する。なお、このシーケンサ７２による受信タイミング制御の遷移状態の制御の詳細については後述する。
【００８９】
また、通信部３３には、ＳＣＣ（シリアル通信制御部）３３１およびＲＳ２３２Ｃインタフェースを駆動するための２３２Ｃドライバ３３２が設けられている。
【００９０】
また、図７において、演算処理部４０は、所定のアプリケーションが搭載され、ペン１、２の指示位置に対応した表示を制御するウインドウ処理部（Ｗｉｎ ｆｏｒ Ｐｅｎ）、マウスドライバ等を有し、ＲＳ２３２Ｃインタフェースを介して超音波受信部３０の通信部３３に接続されるパーソナルコンピュータから構成される。
【００９１】
図８は、図６に示したペンに設けられたシーケンサ１２による超音波送信タイミング制御の状態遷移を状態遷移図で示したものである。
【００９２】
ところで、この実施例においては、上述したように複数のペンを同時使用可能なマルチペン機能を有しており、このマルチペン機能を選択するか否かおよび同時に使用するペンの数は図示しないディップスイッチにより切換えられる。
【００９３】
今、図示しないディップスイッチによりマルチペン機能が選択されており（ＭＰｅｎ＝１）、同時に使用するペンの数がＰｅｎＮＯ＝０（例えばペン１に対応する）とＰｅｎＮＯ＝１（例えばペン２に対応する）の２本に設定されているとする。
【００９４】
なお、図８に示す状態遷移図において、ある遷移状態から他の遷移状態への遷移は、ＰｅｎＮＯ＝０またはＰｅｎＮＯ＝１のペンに設けられる図６に示したオシレータ１３から出力される基本クロックを所定数計数する毎に行われる。
【００９５】
図８において、状態１４２（Ｉｎｉｔ ００００（０））は、ペンのいわゆる初期状態で、このペンが図３に示したペンホルダ３４に収納され、ペンホルダ３４の同期回路３５から同期信号を受けると（ＲｅｓｅｔＰｅｎ＝１）、いかなる状態１４１（ＡｎｙＳｔａｔｅ）からもこの状態１４２（Ｉｎｉｔ ００００
（０））に遷移する。この状態１４２（Ｉｎｉｔ ００００（０））ではなにも行わない。
【００９６】
ところで、この場合は、マルチペン機能が選択されたＭＰｅｎ＝１に設定されているので、次に、ＰｅｎＮＯ＝０のペンは、状態１４３（Ｔｒａｃｅ ０００１（１））に遷移し、また、ＰｅｎＮＯ＝１のペンは、状態１５１（ＷａｉｔＭＰｅｎ０ １１００（９））に遷移する。
【００９７】
状態１４３（Ｔｒａｃｅ ０００１（１））は、このＰｅｎＮＯ＝０のペンの位置を図７に示した超音波受信部３０に認識させるための状態である。つまり、図１に示した表示部５０に表示されるカーソルをこのペンの位置に合わせて追従移動させるための状態である。したがって、この状態においてはこのＰｅｎＮＯ＝０のペンから超音波を出力する。
【００９８】
また、状態１４３（Ｔｒａｃｅ ０００１（１））において、このＰｅｎＮＯ＝０のペンの図５に示した第二ボタン１４ｂが押されていず（ＭｏｄｅＳｙｎｃ＝０）、かつこのＰｅｎＮＯ＝０のペンの図５に示した第一ボタン１４ａが押されている場合は（ＰｅｎＤｏｗｎＳｙｎｃ＝１）の場合は、状態１４５（Ｄａｔａ０ ０１１０（６））に遷移し、それ以外の場合は、状態１４４（Ｄｕｍｍｙ０ ００１０（２））に遷移する。
【００９９】
状態１４５（Ｄａｔａ０ ０１１０（６））では、このＰｅｎＮＯ＝０のペンの第一ボタン１４ａが押されていることを超音波受信部３０に認識させるために、このＰｅｎＮＯ＝０のペンから超音波を出力する。
【０１００】
この状態１４５（Ｄａｔａ０ ０１１０（６））からは無条件で状態１４７（Ｄｕｍｍｙ１ ０１０１（５））に遷移する。
【０１０１】
また、状態１４４（Ｄｕｍｍｙ０ ００１０（２））ではなにも行わず、この状態１４４（Ｄｕｍｍｙ０ ００１０（２））で第二ボタン１４ｂが押された場合は（ＭｏｄｅＳｙｎｃ＝１）、状態１４６（Ｍｏｄｅ ００１１（３））に遷移し、第二ボタン１４ｂが押されていない場合は（ＭｏｄｅＳｙｎｃ＝０）、状態１４７（Ｄｕｍｍｙ１ ０１０１（５））に遷移する。
【０１０２】
状態１４６（Ｍｏｄｅ ００１１（３））では、このＰｅｎＮＯ＝０のペンの第二ボタン１４ｂが押されていることを超音波受信部３０に認識させるために、このＰｅｎＮＯ＝０のペンから超音波を出力する。
【０１０３】
そして、この状態１４６（Ｍｏｄｅ ００１１（３））において、このＰｅｎＮＯ＝０のペンの第一ボタン１４ａが押されている場合は（ＰｅｎＤｏｗｎＳｙｎｃ＝１）の場合は、状態１４９（Ｄａｔａ２ ０１００（８））に遷移し、このＰｅｎＮＯ＝０のペンの第一ボタン１４ａが押されていない場合は（ＰｅｎＤｏｗｎＳｙｎｃ＝０）の場合は、状態１５０（Ｄｕｍｍｙ２ ０１００（４））に遷移する。
【０１０４】
また、状態１４７（Ｄｕｍｍｙ１ ０１０１（５））ではなにも行わず、この状態１４７（Ｄｕｍｍｙ１ ０１０１（５））において、このＰｅｎＮＯ＝０のペンの第一ボタン１４ａが押されている場合は（ＰｅｎＤｏｗｎＳｙｎｃ＝１）の場合は、状態１４８（Ｄａｔａ１ ０１１１（７））に遷移し、このＰｅｎＮＯ＝０のペンの第一ボタン１４ａが押されていない場合は（ＰｅｎＤｏｗｎＳｙｎｃ＝０）の場合は、状態１５０（Ｄｕｍｍｙ２ ０１００（４））に遷移する。
【０１０５】
状態１４９（Ｄａｔａ２ ０１００（８））、状態１５０（Ｄｕｍｍｙ２ ０１００（４））、状態１４８（Ｄａｔａ１ ０１１１（７））からは、マルチペン機能が選択されている場合は（ＭＰｅｎ＝１）、状態１５１（ＷａｉｔＭＰｅｎ０ １１００（９））に遷移し、マルチペン機能が選択されていない場合は（ＭＰｅｎ＝０）、状態１４３（Ｔｒａｃｅ ０００１（１））に遷移する。
【０１０６】
ところで、今はマルチペン機能が選択されている状態、すなわち（ＭＰｅｎ＝１）を想定しているので、ここでは、状態１４９（Ｄａｔａ２ ０１００（８））、状態１５０（Ｄｕｍｍｙ２ ０１００（４））、状態１４８（Ｄａｔａ１ ０１１１（７））から状態１５１（ＷａｉｔＭＰｅｎ０ １１００（９））に遷移する。
【０１０７】
また、状態１４２（Ｉｎｉｔ ００００（０））から状態１５１（ＷａｉｔＭＰｅｎ０ １１００（９））に遷移したＰｅｎＮＯ＝１のペンは、無条件で、状態１５２（ＷａｉｔＭＰｅｎ１ １１０１（Ａ））、状態１５３（ＷａｉｔＭＰｅｎ２ １１１０（Ｂ））、状態１５４（ＷａｉｔＭＰｅｎ３ １１１０（Ｃ））を経て状態１４３（Ｔｒａｃｅ ０００１（１））に遷移する。
【０１０８】
この状態１４３（Ｔｒａｃｅ ０００１（１））に遷移したＰｅｎＮＯ＝１のペンは、次に、ＰｅｎＮＯ＝０のペンと同様の状態遷移を行う。
【０１０９】
また、状態１４９（Ｄａｔａ２ ０１００（８））、状態１５０（Ｄｕｍｍｙ２ ０１００（４））、状態１４８（Ｄａｔａ１ ０１１１（７））から状態１５１（ＷａｉｔＭＰｅｎ０ １１００（９））に遷移したＰｅｎＮＯ＝０のペンは、ＰｅｎＮＯ＝１のペンと同様に、無条件で、状態１５２（ＷａｉｔＭＰｅｎ１ １１０１（Ａ））、状態１５３（ＷａｉｔＭＰｅｎ２ １１１０（Ｂ））、状態１５４（ＷａｉｔＭＰｅｎ３ １１１０（Ｃ））を経て状態１４３（Ｔｒａｃｅ ０００１（１））に遷移する。
【０１１０】
そして、ＰｅｎＮＯ＝０のペンおよびＰｅｎＮＯ＝１のペンは、上記状態遷移をこれらペンが図３に示したペンホルダ３４に収納され、ペンホルダ３４の同期回路３５から同期信号を受けるまで繰り返すことになる。
【０１１１】
図９は、上記マルチペン機能が選択された場合（ＭＰｅｎ＝１）におけるＰｅｎＮＯ＝０のペンおよびＰｅｎＮＯ＝１のペンの超音波送信タイミング制御をタイミングチャートで示したものである。
【０１１２】
図８に示した状態遷移図から明らかなように、ＰｅｎＮＯ＝０のペンおよびＰｅｎＮＯ＝１のペンはそれぞれ４回の超音波送信タイミングを１単位として交互に超音波を送出する。
【０１１３】
すなわち、図９に示すように、ＰｅｎＮＯ＝０のペン、すなわちペンＰｅｎ＃０は、４回の超音波送信タイミングを１ブロックとして超音波を送出する。ここで、各超音波送信タイミングにおける超音波送出期間はＴｓｅｎｄであり、その超音波送出間隔はＴｗａｉｔである。そしてこの４回の超音波送信タイミングの１回目の超音波送信タイミングにおいては、このペンＰｅｎ＃０の位置に対応して図１に示した表示部５０に表示されるカーソルを追従移動制御するために常時超音波を送出する。また、２回目の超音波送信タイミングにおいては、このペンＰｅｎ＃０で第一ボタン１４ａが押されたときのみ超音波を送出する。また、３回目の超音波送信タイミングにおいては、このペンＰｅｎ＃０で第二ボタン１４ｂが押されたときのみ超音波を送出する。また、４回目の超音波送信タイミングにおいては、２回目の超音波送信タイミングと同様にこのペンＰｅｎ＃０で第一ボタン１４ａが押されたときのみ超音波を送出する。
【０１１４】
また、ＰｅｎＮＯ＝１のペン、すなわちペンＰｅｎ＃１もペンＰｅｎ＃０と同様に、４回の超音波送信タイミングを１ブロックとして超音波を送出する。すなわち、この４回の超音波送信タイミングの１回目の超音波送信タイミングにおいてはこのペンＰｅｎ＃１の位置に対応して図１に示した表示部５０に表示されるカーソルを追従移動制御するために常時超音波を送出する。また、２回目の超音波送信タイミングにおいては、このペンＰｅｎ＃１で第一ボタン１４ａが押されたときのみ超音波を送出する。また、３回目の超音波送信タイミングにおいては、このペンＰｅｎ＃１で第二ボタン１４ｂが押されたときのみ超音波を送出する。また、４回目の超音波送信タイミングにおいては、２回目の超音波送信タイミングと同様にこのペンＰｅｎ＃１で第一ボタン１４ａが押されたときのみ超音波を送出する。
【０１１５】
ここで、ペンＰｅｎ＃０およびＰｅｎ＃１から２回目の超音波送信タイミングと４回目の超音波送信タイミングの両者において第一ボタン１４ａが押されたことを示す超音波を発生するように構成した理由は、この実施例においては、ペンによる描画に際して第一ボタン１４ａを押しながら描画を行うように構成されているので、この描画に係わる指示位置の検出密度（サンプリング周期）を高くするためである。
【０１１６】
なお、各超音波送信タイミングで発生される超音波駆動信号（超音波駆動クロック）は、例えばＦＨｚの信号であり、超音波駆動クロックは図６に示したアンプ部１５を介して送出部１７に加えられ、送出部１７からは、このＦＨｚの超音波が送出される。
【０１１７】
なお、上記説明においては、マルチペン機能が選択された場合（ＭＰｅｎ＝１）について説明した、ペンがＰｅｎＮＯ＝０の一本であり、マルチペン機能が選択されていない場合は（ＭＰｅｎ＝０）、図８に示す状態遷移図において、状態１４２（Ｉｎｉｔ ００００（０））から状態１５１（ＷａｉｔＭＰｅｎ０ １１００（９））への遷移はなくなり、また、状態１４９（Ｄａｔａ２ ０１００（８））、状態１５０（Ｄｕｍｍｙ２ ０１００（４））、状態１４８（Ｄａｔａ１ ０１１１（７））からは、状態１４３（Ｔｒａｃｅ ０００１（１））に遷移し、この状態遷移がこのＰｅｎＮＯ＝０のペンが図３に示したペンホルダ３４に収納され、ペンホルダ３４の同期回路３５から同期信号を受けるまで繰り返すことになる。
【０１１８】
この場合は、図９に示したペンＰｅｎ＃０による超音波送信タイミング制御のみが繰り返されることになる。
【０１１９】
また、マルチペン機能が選択され（ＭＰｅｎ＝１）、同時に使用するペンの数が３本以上の場合は、それぞれのペンがそれぞれ４回の超音波送信タイミングを１単位として順次超音波を送出することになる。
【０１２０】
図１０は、図７に示したシーケンサ７２による受信タイミング制御の状態遷移を状態遷移図で示したものである。
【０１２１】
図１０に示す状態遷移は、図８に示したペンにおける超音波送信タイミング制御の状態遷移と同期して遷移するもので、ペンにおいてマルチペン機能が選択されている場合は（ＭＰｅｎ＝１）、状態７２２（Ｔｒａｃｅ０ ００１（１））、状態７２３（Ｄａｔａ０ ０１０（２））、状態７２４（Ｍｏｄｅ０ ０１１（３））、状態７２５（Ｄａｔａ１ １００（４））のタイミングで受信した超音波はＰｅｎＮＯ＝０のペンから送出された超音波として処理し、状態７２６（Ｔｒａｃｅ１ １０１（５））、状態７２７（Ｄａｔａ２ １１０（２））、状態７２８（Ｍｏｄｅ１ １１１（７））、状態７２９（Ｄａｔａ３ ０００（０））のタイミングで受信した超音波はＰｅｎＮＯ＝１のペンから送出された超音波として処理する。
【０１２２】
また、ペンにおいてマルチペン機能が選択されていない場合は（ＭＰｅｎ＝０）、状態７２２（Ｔｒａｃｅ０ ００１（１））、状態７２３（Ｄａｔａ０ ０１０（２））、状態７２４（Ｍｏｄｅ０ ０１１（３））、状態７２５（Ｄａｔａ１ １００（４））、状態７２６（Ｔｒａｃｅ１ １０１（５））、状態７２７（Ｄａｔａ２ １１０（２））、状態７２８（Ｍｏｄｅ１ １１１（７））、状態７２９（Ｄａｔａ３ ０００（０））のタイミングで受信した超音波はすべてＰｅｎＮＯ＝０のペンから送出された超音波として処理する。
【０１２３】
また、図１０において、状態７２９（Ｄａｔａ３ ０００（０））は、この超音波受信部３０における受信タイミング制御の遷移状態の初期状態で、この超音波受信部３０にハードウエアリセット（ＲｅｓｅｔＰｅｎ＝１）が発生した場合には、いかなる状態７２１（ＡｎｙＳｔａｔｅ）からも、この状態７２９（Ｄａｔａ３ ０００（０））に遷移する。
【０１２４】
この状態７２９（Ｄａｔａ３ ０００（０））で受信した超音波に基づく指示位置は、図１に示した表示部５０における描画データとして認識する。
【０１２５】
状態７２９（Ｄａｔａ３ ０００（０））からは、無条件で、状態７２２（Ｔｒａｃｅ０ ００１（１））に遷移する。
【０１２６】
状態７２２（Ｔｒａｃｅ０ ００１（１））で受信した超音波に基づく指示位置は、図１に示した表示部５０においてカーソルを追従移動制御するために位置データとして認識する。
【０１２７】
状態７２２（Ｔｒａｃｅ０ ００１（１））からは、無条件で、状態７２３（Ｄａｔａ０ ０１０（２））に遷移する。
【０１２８】
この状態７２３（Ｄａｔａ０ ０１０（２））で受信した超音波に基づく指示位置は、図１に示した表示部５０における描画データとして認識する。
【０１２９】
状態７２３（Ｄａｔａ０ ０１０（２））からは、無条件で、状態７２４（Ｍｏｄｅ０ ０１１（３））に遷移する。
【０１３０】
この状態７２４（Ｍｏｄｅ０ ０１１（３））で受信した超音波は、ペンによる入力領域を図１に示した第１の入力領域から第２の入力領域に切り換えるモード切換えデータとして認識する。
【０１３１】
状態７２４（Ｍｏｄｅ０ ０１１（３））からは、無条件で、状態７２５（Ｄａｔａ１ １００（４））に遷移する。
【０１３２】
この状態７２５（Ｄａｔａ１ １００（４））で受信した超音波に基づく指示位置は、図１に示した表示部５０における描画データとして認識する。
【０１３３】
状態７２５（Ｄａｔａ１ １００（４））からは、無条件で、状態７２６（Ｔｒａｃｅ１ １０１（５））に遷移する。
【０１３４】
この状態７２６（Ｔｒａｃｅ１ １０１（５））で受信した超音波に基づく指示位置は、図１に示した表示部５０においてカーソルを追従移動制御するために位置データとして認識する。
【０１３５】
状態７２６（Ｔｒａｃｅ１ １０１（５））からは、無条件で、状態７２７（Ｄａｔａ２ １１０（２））に遷移する。
【０１３６】
この状態７２７（Ｄａｔａ２ １１０（２））では、で受信した超音波に基づく指示位置は、図１に示した表示部５０における描画データとして認識する。
【０１３７】
状態７２７（Ｄａｔａ２ １１０（２））からは、無条件で、状態７２８（Ｍｏｄｅ１ １１１（７））に遷移する。
【０１３８】
この状態７２８（Ｍｏｄｅ１ １１１（７））で受信した超音波は、ペンによる入力領域を図１に示した第１の入力領域から第２の入力領域に切り換えるモード切換えデータとして認識する。
【０１３９】
状態７２８（Ｍｏｄｅ１ １１１（７））からは、無条件で、状態７２９（Ｄａｔａ３ ０００（０））に遷移する。
【０１４０】
そして上記状態遷移は、この超音波受信部３０にハードウエアリセットが発生するまで繰り返される。
【０１４１】
図１１は、図７に示した通信部３３からＲＳ２３２Ｃインタフェースを介して演算処理部４０にデータを送信するデータ送信制御の状態遷移を状態遷移図で示したものである。
【０１４２】
図１１において、状態８０２（Ｉｎｉｔ ０００）は、この状態遷移の初期状態であり、この通信部３３にハードウエアリセット（ＲｅｓｅｔＳｙｎｃ＝１）が発生した場合には、いかなる状態８０１（ＡｎｙＳｔａｔｅ）からも、この状態８０２（Ｉｎｉｔ ０００）に遷移する。この状態８０２（Ｉｎｉｔ ０００）ではなにも行わない。
【０１４３】
この状態８０２（Ｉｎｉｔ ０００）において、図７に示したＳＣＣ（シリアル通信制御部）３３１への初期設定モードであり（ＳＣＣＮｏｔｌｎｉｔ＝１）、かつＳＣＣ（シリアル通信制御部）３３１への図示しない設定許可用ディップスイッチ（ＰｕｓｈＳＷＡＳｙｎｃおよびＰｕｓｈＳＷＢＳｙｎｃ）がその設定許可を示しているならば（ＤａｔａＣｏｕｎｔ０＝１，ＰｕｓｈＳＷＢＳｙｎｃ＝１、ＤａｔａＣｏｕｎｔ０＝１，ＰｕｓｈＳＷＡＳｙｎｃ＝１）、状態８０３（ＳｅｔＵｐ ００１）に遷移するが、それ以外の場合はこの状態８０２に止まる。
【０１４４】
状態８０３（ＳｅｔＵｐ ００１）からは状態８０４（Ｗｒｉｔｅ ０１０）、状態８０５（Ｈｏｌｄ ０１１）、状態８０６（ＣｏｕｎｔＵｐ １００）の順で遷移する。
【０１４５】
ここで、状態８０３（ＳｅｔＵｐ ００１）、状態８０４（Ｗｒｉｔｅ ０１０）、状態８０５（Ｈｏｌｄ ０１１）は、ＳＣＣ３３１へデータを書き込むバスサイクルを生成するために設けられている。すなわち、ハードウエアリセット（ＲｅｓｅｔＳｙｎｃ＝１）が発生した後、ＳＣＣ３３１への初期設定モードの間（ＳＣＣＮｏｔｌｎｉｔ＝１）に４２ｂｙｔｅの初期設定値をＳＣＣ３３１に書き込む。
【０１４６】
状態８０６（ＣｏｕｎｔＵｐ １００）では、以下に示す２つの処理を行う。１）ＳＣＣ３３１の初期設定モードの判定、つまりＳＣＣ３３１へ書き込んだ初期設定データ数の監視を行う。
【０１４７】
２）受信タイミング制御部７０から転送されたデータのすべてをＳＣＣ３３１に書き込んだかの判定を行う。
【０１４８】
上記処理がすべて終了したならば状態８０７（ＷａｉｔＤａｔａ １０１）に遷移する。
【０１４９】
状態８０７（ＷａｉｔＤａｔａ １０１）では、図７に示した受信センサ部３１でペンからの超音波を受信したかどうかを判定する。ここで受信していない場合は（ＲｄｙＳｙｎｃ＝０）は、状態８０７（ＷａｉｔＤａｔａ １０１）に止まるが、受信した場合は（ＲｄｙＳｙｎｃ＝１）、状態８０８（ＷａｉｔＬｏａｄ０ １１０）に遷移する。
【０１５０】
状態８０８（ＷａｉｔＬｏａｄ０ １１０）からは状態８０９（ＷａｉｔＬｏａｄ１ １１１）を経て状態８０２（Ｉｎｉｔ ０００）に遷移する。
【０１５１】
ここで、状態８０８（ＷａｉｔＬｏａｄ０ １１０）、状態８０９（ＷａｉｔＬｏａｄ１ １１１）は、受信タイミング制御部７０から転送されたデータを受け取るための時間を稼ぐ状態である。
【０１５２】
図１２は、この発明に係わるペン入力装置を適用して構成した情報処理システムの他の実施例の概略構成を示したものである。
【０１５３】
図１２に示す実施例は、システム本体１００の表示画面５００を第１の入力面とし、このシステム本体１００から離れた任意の位置に配設されたテーブル等の上に載置されたローカル操作紙２１を第２の入力面とするものである。
【０１５４】
この実施例においては、システム本体１００の表示画面５００上の任意の位置をペン１で指示することにより、このシステム本体１００の表示画面５００に対する指示位置の入力ができるとともに、このシステム本体１００の表示画面５００に対する指示位置に基づく表示を表示画面５００上に表示することができる。
【０１５５】
また、ローカル操作紙２１上の任意の位置をペン１で指示することにより、このローカル操作紙２１に対する指示位置の入力ができるとともに、このローカル操作紙２１に対する指示位置に基づく表示を表示画面５００上に表示することができる。
【０１５６】
ここで、表示画面５００上で任意の位置を指示するペンとローカル操作紙２１上で任意の位置を指示するペンとは同一のペンでもあってもよいし、また本願発明のマルチペン機能を用いることにより表示画面５００上で任意の位置を指示するペンとローカル操作紙２１上で任意の位置を指示するペンとを別のペンから構成するようにしてもよい。
【０１５７】
この図１２に示す実施例は、図１に示した実施例における第１の入力領域１０を表示部５０上に設け、第２の入力領域２０をこの表示部５０から離れたテーブル等の上に載置し、上記表示部５０を図１２の表示画面５００とし、上記第２の入力領域２０を図１２のローカル操作紙２１とした場合に相当する。なお図１２に示す構成において、ペン１の構成およびこのペン１による表示画面５００上における指示位置およびローカル操作紙２１上における指示位置を検出する構成は図１に示したものと基本的には同一である。
【０１５８】
すなわち、ペン１は、図５および図６に示したように、単なるプッシュボタンから構成され、描画またはコマンド入力用の第一ボタン（描画ボタン）１４ａと、ラッチ機構付きのプッシュボタンから構成され、表示画面５００上とローカル操作紙２１上のいずれの入力面を選択するかを切換える第二ボタン（ローカル入力切り替えボタン）１４ｂを有しており、また、このペン１の先端からは、図８に示した状態遷移図にしたがった所定のタイミングで超音波を送出するように構成されている。
【０１５９】
また、システム本体１００には、その表示画面５００と所定の関係で３次元的に配設された超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃが取り付けれれており、ペン１の先端から送出された超音波をこの超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃで受信し、その受信タイミングからペン１による表示画面５００上における指示位置およびローカル操作紙２１上における指示位置を検出する。
【０１６０】
なお、図１２に示す構成において、ローカル操作紙２１はシステム本体１００から離れた任意の位置に配設することが可能である。この場合、システム本体１００において、ペン１によるローカル操作紙２１上における指示位置を検出するためには、システム本体１００に取り付けられた超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対するローカル操作紙２１の相対的位置を検出する必要がある。
【０１６１】
この実施例においては、超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対するローカル操作紙２１の相対的位置を検出するために、ローカル操作紙２１を用いた位置入力の前に、ローカル操作紙２１に予め設定された複数の位置決め領域をペン１により指示する操作を行う。
【０１６２】
図１３は、上記ローカル操作紙２１の具体的構成を示したものである。このローカル操作紙２１は、ペン１の機能を選択するための領域Ｒ１〜Ｒ５とこのペン１による描画領域となる領域Ｒ６を有している。
【０１６３】
ここで、領域Ｒ１は、ペン１を描画ペンとして機能させるために指示される領域である。また、領域Ｒ２は、ペン１をイレーサ、すなわち描画された画像等を消す消しゴムとして機能させるために指示される領域である。
【０１６４】
また、領域Ｒ３〜Ｒ５は、ペン１を描画ペンとして機能させる場合においてその描画ラインの太さを選択するために指示される領域である。
【０１６５】
例えば、ペン１を描画ペンとして機能させ、そのときの描画ラインの太さを
「中」としたい場合は、まず、ペン１の先端を領域Ｒ１に一致させてこのペン１の第一ボタン１４ａを押し、次いでこのペン１の先端を領域Ｒ４に一致させてこのペン１の第一ボタン１４ａを押す操作を行う。
【０１６６】
その後、このペン１の第一ボタン１４ａを押した状態で所定の画像を領域Ｒ６内に描画すれば、太さ「中」の描画ラインがシステム本体１００の表示画面５００上に表示されることになる。
【０１６７】
また、このローカル操作紙２１には、システム本体１００に対して、このローカル操作紙２１の超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対する相対的位置を通知するために、その４隅に４個の位置決め領域Ｐ１〜Ｐ４が設けられている。
【０１６８】
この実施例では、ローカル操作紙２１を用いた位置入力の前の初期設定用データの収集に際して、ローカル操作紙２１に予め設定されたこの４個の位置決め領域Ｐ１〜Ｐ４をペン１により順次指示することにより、システム本体１００に対して超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対するこのローカル操作紙２１の相対的位置を通知する。
【０１６９】
図１４は、この初期設定用データの収集処理をフローチャートで示したものである。
【０１７０】
この初期設定用データ収集が開始されると（ステップ２０１）、まず、ｎ＝１に設定し（ステップ２０２）、ディスプレイ、すなわちステム本体１００の表示画面５００上に「ペンで位置決め領域ｎをポイントし、描画ボタンを押してください」等いう表示が行われる（ステップ２０３）。
【０１７１】
次に、描画ボタン（第一ボタン１４ａ）が押されたかを調べ（ステップ２０４）、押されていない場合は（ステップ２０４でｎｏ）、ステップ２０４に戻るが、押されたと判別された場合は（ステップ２０４でｙｅｓ）、そのボタンが押された時点のペンの座標を（ｘｎ、ｙｎ、ｚｎ）として検出する（ステップ２０５）。
【０１７２】
次に、ｎ＝ｎ＋１に設定し（ステップ２０６）、ｎ＝５かを調べる（ステップ２０７）。ここで、ｎ＝５でない場合は（ステップ２０７でｎｏ）、まだ４個の位置決め領域Ｐ１〜Ｐ４の検出が終了していないのでステップ２０３に戻り、ステップ２０３からステップ２０７までの処理を繰り返す。
【０１７３】
そして、ステップ２０７でｎ＝５が成立すると（ステップ２０７でｙｅｓ）、４個の位置決め領域Ｐ１〜Ｐ４の検出がすべて終了したので、この初期設定用データ収集を終了する（ステップ２０８）。
【０１７４】
このようにして、４個の位置決め領域Ｐ１〜Ｐ４の座標（ｘｎ、ｙｎ、ｚｎ）（ｎ＝１〜４）が求まると、この座標に基づき、領域Ｒ１〜Ｒ６の座標を算出する。
【０１７５】
この領域Ｒ１〜Ｒ６の座標の算出は以下に示すようにして行うことができる。今、図１５に示すように、位置決め領域Ｐ１から領域Ｒ１の左上隅の点、領域Ｒ１の右上隅の点までの横方向におけるそれぞれの距離をＡ１、Ａ２とし、位置決め領域Ｐ１から領域Ｒ１の左上隅の点、領域Ｒ１の左下隅の点までの縦方向におけるそれぞれの距離をＢ１、Ｂ２とし、位置決め領域Ｐ１から位置決め領域Ｐ２までの距離をＡ、位置決め領域Ｐ１から位置決め領域Ｐ３までの距離をＢとし、図１６に示すように、位置決め領域Ｐ１の座標を（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、位置決め領域Ｐ２の座標を（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、位置決め領域Ｐ３の座標を（ｘ３、ｙ３、ｚ３）、位置決め領域Ｐ４の座標を（ｘ４、ｙ４、ｚ４）、領域Ｒ１の左上隅の点の座標を（ｘ５、ｙ５、ｚ５）、領域Ｒ１の右上隅の点の座標を（ｘ６、ｙ６、ｚ６）、領域Ｒ１の左下隅の点の座標を（ｘ７、ｙ７、ｚ７）、領域Ｒ１の右下隅の点の座標を（ｘ８、ｙ８、ｚ８）とし、更に、領域Ｒ１の左辺の延長線とこのローカル操作紙２１の上辺と下辺との交点の座標をそれぞれ（ｘｔ１、ｙｔ１、ｚｔ１）、（ｘｔ３、ｙｔ３、ｚｔ３）、領域Ｒ１の右辺の延長線とこのローカル操作紙２１の上辺と下辺との交点の座標をそれぞれ（ｘｔ２、ｙｔ２、ｚｔ２）、（ｘｔ４、ｙｔ４、ｚｔ４）とし、このローカル操作紙２１はある平面上に存在するとすると、
（ｘｔ１、ｙｔ１、ｚｔ１）
＝（［｛（ｘ２−ｘ１）×Ａ１｝／Ａ］＋ｘ１、［｛（ｙ２−ｙ１）×Ａ１｝／Ａ］＋ｙ１、［｛（ｚ２−ｚ１）×Ａ１｝／Ａ］＋ｚ１） …（１０）
（ｘｔ２、ｙｔ２、ｚｔ２）
＝（［｛（ｘ２−ｘ１）×Ａ２｝／Ａ］＋ｘ１、［｛（ｙ２−ｙ１）×Ａ２｝／Ａ］＋ｙ１、［｛（ｚ２−ｚ１）×Ａ２｝／Ａ］＋ｚ１） …（１１）
（ｘｔ３、ｙｔ３、ｚｔ３）
＝（［｛（ｘ４−ｘ３）×Ａ１｝／Ａ］＋ｘ３、［｛（ｙ４−ｙ３）×Ａ１｝／Ａ］＋ｙ１、［｛（ｚ４−ｚ３）×Ａ１｝／Ａ］＋ｚ３） …（１２）
（ｘｔ４、ｙｔ４、ｚｔ４）
＝（［｛（ｘ４−ｘ３）×Ａ２｝／Ａ］＋ｘ３、［｛（ｙ４−ｙ３）×Ａ２｝／Ａ］＋ｙ１、［｛（ｚ４−ｚ３）×Ａ２｝／Ａ］＋ｚ３） …（１３）
が成立する。したがって、式（１０）〜（１３）から
（ｘ５、ｙ５、ｚ５）
＝（［｛（ｘｔ３−ｘｔ１）×Ｂ１｝／Ｂ］＋ｘｔ１、［｛（ｙｔ３−ｙｔ１）×Ｂ１｝／Ｂ］＋ｙｔ１、［｛（ｚｔ３−ｚｔ１）×Ｂ１｝／Ｂ］＋ｚｔ１）…（１４）
（ｘ６、ｙ６、ｚ６）
＝（［｛（ｘｔ４−ｘｔ２）×Ｂ１｝／Ｂ］＋ｘｔ２、［｛（ｙｔ４−ｙｔ２）×Ｂ１｝／Ｂ］＋ｙｔ２、［｛（ｚｔ４−ｚｔ２）×Ｂ１｝／Ｂ］＋ｚｔ２）…（１５）
（ｘ７、ｙ７、ｚ７）
＝（［｛（ｘｔ３−ｘｔ１）×Ｂ２｝／Ｂ］＋ｘｔ１、［｛（ｙｔ３−ｙｔ１）×Ｂ２｝／Ｂ］＋ｙｔ１、［｛（ｚｔ３−ｚｔ１）×Ｂ２｝／Ｂ］＋ｚｔ１）…（１６）
（ｘ８、ｙ８、ｚ８）
＝（［｛（ｘｔ４−ｘｔ２）×Ｂ２｝／Ｂ］＋ｘｔ２、［｛（ｙｔ４−ｙｔ２）×Ｂ２｝／Ｂ］＋ｙｔ２、［｛（ｚｔ４−ｚｔ２）×Ｂ２｝／Ｂ］＋ｚｔ２）…（１７）
となり、この式（１４）〜（１７）により、領域Ｒ１の４隅の座標（ｘ５、ｙ５、ｚ５）、（ｘ６、ｙ６、ｚ６）、（ｘ７、ｙ７、ｚ７）、（ｘ８、ｙ８、ｚ８）を算出することができる。
【０１７６】
同様に、この４個の位置決め領域Ｐ１〜Ｐ４の座標（ｘｎ、ｙｎ、ｚｎ）（ｎ＝１〜４）が求まると、この座標に基づき、領域Ｒ２〜Ｒ６の四隅の座標を算出することができる。
【０１７７】
このように、この実施例においては、ローカル操作紙２１を用いた位置入力の前の初期設定用データの収集に際して、ローカル操作紙２１に予め設定されたこの４個の位置決め領域Ｐ１〜Ｐ４をペン１により順次指示することにより、システム本体１００に対してローカル操作紙２１のコマンド入力領域Ｒ１〜Ｒ５の四隅の座標および描画領域Ｒ６の四隅の座標を認識させることができ、これによりシステム本体１００では、ペン１によるコマンド入力領域Ｒ１〜Ｒ５の指示および描画領域Ｒ６での描画を検出することができる。
【０１７８】
図１７は、上記システム本体１００側、すなわち図７に示した演算処理部４０側における処理の概要をフローチャートで示したものである。
【０１７９】
図１７において、図７に示した通信部３３からペンの位置座標を受信すると
（ステップ４０１）、まず、ローカル入力切り替えボタン（図５に示した第二ボタン１４ｂ）が押されているか調べる（ステップ４０２）。
【０１８０】
ここで、ローカル入力切り替えボタンが押されていない場合は（ステップ４０２でＮＯ）、ペンの位置座標に対応した位置に図１２に示した表示画面５００に表示されるカーソルを移動する（ステップ４０４）。
【０１８１】
また、ステップ４０２で、ローカル入力切り替えボタンが押されている場合は（ステップ４０２でＹＥＳ）、ローカル操作紙２１との相対座標に対応した位置に図１２に示した表示画面５００に表示されるカーソルを移動する（ステップ４０３）。
【０１８２】
次に、ペンの描画ボタン（第一ボタン１４ａ）が押されているかを調べる（ステップ４０５）。ここで、第一ボタン１４ａが押されていない場合は（ステップ４０５でＮＯ）、ステップ４０１に戻る。
【０１８３】
また、ステップ４０５で第一ボタン１４ａが押されていると判断された場合は（ステップ４０５でＹＥＳ）、ペンが描画領域、すなわち図１３に示した領域Ｒ６に存在するかを調べる（ステップ４０６）。ここで、ペンが描画領域に存在する場合は、ペンによる描画を行い（ステップ４０７）、ステップ４０１に戻る。
【０１８４】
また、ステップ４０６において、ペンが描画領域に存在しないと判断された場合は（ステップ４０６でＮＯ）、次にペンがコマンド入力領域、すなわち図１３に示した領域Ｒ１〜Ｒ５ＮＩ存在するかを調べる（ステップ４０８）。
【０１８５】
ここで、ペンがコマンド入力領域に存在する場合は（ステップ４０８でＹＥＳ）、このペンの位置座標に対応したコマンドを認識し（ステップ４０９）、このコマンドを実行して（ステップ４１０）、ステップ４０１に戻る。
【０１８６】
なお、ステップ４０８で、ペンがコマンド入力領域に存在しないと判断された場合は（ステップ４０８でＮＯ）、なにもせずにステップ４０１に戻る。
【０１８７】
図１８は、ペン１によりローカル操作紙２１の領域Ｒ１を指示してこのペン１に描画ペンとしての機能を与え、その後、例えば領域Ｒ４を指示して描画ラインの太さを「中」に選択した場合における操作例を示したものである。この場合、図１８に示すように、このペン１によりローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６に所望の画像を描くと、これに対応してシステム本体１００側の表示画面５００上にペン１に描画ペンとしての機能を与えたことを示す鉛筆の画像からなるカーソルが表示されるとともに、この鉛筆の画像からなるカーソルによりローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６にペン１で描いた画像と同一の画像が描画表示される。
【０１８８】
また、図１９は、ペン１によりローカル操作紙２１の領域Ｒ２を指示してこのペン１にイレーサ、すなわち消しゴムとしての機能を与えた場合における操作例を示したものである。この場合、図１８に示すように、システム本体１００側の表示画面５００上にペン１に消しゴムとしての機能を与えたことを示す消しゴムの画像なるカーソルが表示され、この状態でペン１の第一ボタン１４ａを押してローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６に描かれた画像をなぞると、これによりのシステム本体１００側の表示画面５００上に表示されている画像が消される。
【０１８９】
なお、この実施例において、ペン１の先端に実際にローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６に画像が描ける筆記具を装着し、ペン１でローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６に描いた画像を直接確認できるように構成してもよい。
【０１９０】
図２０は、この発明に係わるペン入力装置を適用して構成した情報処理システムの更に他の実施例の概略構成を示したものである。
【０１９１】
この実施例は、図２０および図２１に示すように、図１２に示した実施例のローカル操作紙２１を画像表示可能な表示器２２ａを有するローカル操作板２２から構成し、更にこのローカル操作板２２の四隅に超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対するこのローカル操作板２２の相対位置をシステム本体１００に通知するための４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄを配設した点が図１２の示した実施例と異なる。
【０１９２】
この構成によると、ローカル操作板２２上でペン１により描画した画像をローカル操作板２２の表示器２２ａに表示させることができ、また、４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄを設けたことにより、図１２に示した実施例で必要とされたいた初期設定用データ収集処理が不要になる。
【０１９３】
また、システム本体１００側ではこの４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄから送信される超音波を受信することにより超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対するこのローカル操作板２２の相対位置を常に知ることができるので、このローカル操作板２２を移動しながらの位置入力も可能になる。
【０１９４】
ここで、４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄから送信される超音波はシステム本体１００側の超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃにより受信されて、その位置が検出されるが、この４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄから送信される超音波を受信する構成は、前述したマルチペン機能における複数のペンからの超音波を受信する構成を適用することにより容易に構成できる。
【０１９５】
例えば、この実施例において１本のペンを用いたとすると、超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの出力からこの１本のペンから送出される超音波と上記４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄから送信される超音波を受信してその位置をそれぞれ検出できればよいので、結局５本のペンを用いたマルチペン機能と等価になり、図８および図１０で説明した状態遷移図において、５本のペンを用いたマルチペン機能を考えれば、ペンの位置検出と同様にして４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄの位置を検出することができる。
【０１９６】
なお、上記４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄは、ペンと異なり、ペンの第一ボタンおよび第二ボタンに対応する構成は有しないので、１本のペンに割り当てられた４個の超音波発信タイミングを用いることによりこの４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄからの超音波を受信することができるので、このように構成すると、図８および図１０の状態遷移図で説明した２本のペンを用いる場合の状態遷移図と同様の構成で、１本のペンおよび４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄの位置検出が可能になる。
【０１９７】
また、ローカル操作板２２が描画中は移動されることが少ないと考えると、４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄからの超音波発信タイミングはペンからの超音波発信タイミングよりも長い周期で完結的に生じるように構成してもよい。
【０１９８】
また、ローカル操作板２２の表示器２２ａには、このローカル操作板２２で描画された画像のみを表示するように構成してもよいが、この表示器２２ａにシステム本体１００側の表示画面５００に表示された表示内容と同一の画像を表示させれば、ローカル操作板２２の表示器２２ａのみを見ることにより適切な位置入力が可能になるので非常に便利である。なお、この場合は、有線、または無線による伝送手段を用いてシステム本体１００側から表示器２２ａの表示制御のためのビデオ信号を受け取る必要がある。
【０１９９】
ところで、この実施例において、４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄの位置、すなわち３次元座標が検出できると、これによりローカル操作板２２における各位置の３次元座標が算出できる。
【０２００】
すなわち、図２２に示すように、ローカル操作板２２の四隅の４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄの位置が（ｘａ、ｙａ、ｚａ）、（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）、（ｘｃ、ｙｃ、ｚｃ）、（ｘｄ、ｙｄ、ｚｄ）であり、ローカル操作板２２におけるある位置の３次元座標を（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）とし、超音波発信素子Ｕａの配設位置からこのある位置までの横方向の距離がａ、縦方向の距離がｂ、このある点を通る縦方向の線分とこのローカル操作板２２の上辺と下辺との交点の座標を（ｘｔ５、ｙｔ５、ｚｔ５）、（ｘｔ６、ｙｔ６、ｚｔ６）、このローカル操作板２２の横方向の長さをＡ、縦方向の長さをＢとすると、
（ｘｔ５、ｙｔ５、ｚｔ５）
＝（［｛（ｘｂ−ｘａ）×ａ｝／Ａ］＋ｘａ、［｛（ｙｂ−ｙａ）×ａ｝／Ａ］＋ｙａ、［｛（ｚｂ−ｚａ）×ａ｝／Ａ］＋ｚａ） …（１８）
（ｘｔ６、ｙｔ６、ｚｔ６）
＝（［｛（ｘｄ−ｘｃ）×ａ｝／Ａ］＋ｘｃ、［｛（ｙｄ−ｙｃ）×ａ｝／Ａ］＋ｙｃ、［｛（ｚｄ−ｚｃ）×ａ｝／Ａ］＋ｚｃ） …（１９）
が成立する。したがって、式（１８）〜（１９）から
（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）
＝（［｛（ｘｔ６−ｘｔ５）×ｂ｝／Ｂ］＋ｘｔ５、［｛（ｙｔ６−ｙｔ５）×ｂ｝／Ｂ］＋ｙｔ５、［｛（ｚｔ６−ｚｔ５）×ｂ｝／Ｂ］＋ｚｔ５） …（２０）
となり、この式（２０）からローカル操作板２２におけるある位置の３次元座標（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）を求めることができる。
【０２０１】
したがって、ローカル操作板２２の四隅の４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄの３次元座標（ｘａ、ｙａ、ｚａ）、（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）、（ｘｃ、ｙｃ、ｚｃ）、（ｘｄ、ｙｄ、ｚｄ）を用いてペンの３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）が上記３次元座標（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）に等しければ、このペンがこのローカル操作板２２の操作領域上に存在すると認識することができる。
【０２０２】
なお、この実施例で用いるペン１は、図５および図６に示したように、単なるプッシュボタンから構成され、描画または位置指定用の第一ボタン（描画ボタン）１４ａと、ラッチ機構付きのプッシュボタンから構成され、表示画面５００上とローカル操作板２２上のいずれの入力面を選択するかを切換える第二ボタン（ローカル入力切り替えボタン）１４ｂを有しており、また、このペン１の先端からは、図８に示した状態遷移図にしたがった所定のタイミングで超音波を送出するように構成されている。
【０２０３】
また、システム本体１００には、その表示画面５００と所定の関係で３次元的に配設された超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃが取り付けれれており、ペン１の先端から送出された超音波をこの超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃで受信し、その受信タイミングからペン１による表示画面５００上における指示位置およびローカル操作板２２上における指示位置を検出し、その指示位置に対応した画像をシステム本体１００の表示画面５００上およびローカル操作板２２の表示器２２ａに表示する。
【０２０４】
図２３は、この実施例におけるローカル操作板２２を用いた操作例を示したものである。この実施例でローカル操作板２２から位置入力を行う場合は、ペン１のラッチ機構付きの第二ボタン（ローカル入力切り替えボタン）１４ｂをオンにする。
【０２０５】
そして、ペン１の第一ボタン（描画ボタン）１４ａを押した状態でこのペン１を用いてローカル操作板２２で所望の画像を描くと、図２３に示されるように、システム本体１００側の表示画面５００上に鉛筆の画像からなるカーソルが表示されるとともに、この鉛筆の画像からなるカーソルによりローカル操作板２２上でペン１で描いた画像と同一の画像が描画表示される。
【０２０６】
また、これと同時に、システム本体１００側の表示画面５００上に描画表示された画像と同一の画像がローカル操作板２２の表示器２２ａに表示される。
【０２０７】
図２４は、ペン１が筆記具としても機能を有する場合のペン１の構成例を示したものである。
【０２０８】
すなわち、図２４に示したペン１は、このペン１の位置を検出するための超音波発信素子６を装着するとともに、その先端には、例えば、図１３に示したローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６に実際に画像を書き込むことができる筆記可能なペン芯３が装着されている。
【０２０９】
この図２４に示したペン１を用いると、例えば、図１２に示した実施例において、ローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６にペン１のペン芯３により実際に画像を描くとともに、このローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６に実際に描かれた画像に対応する表示をシステム本体１００の表示画面５００上に表示させることができる。
【０２１０】
なお、図２４に示したペン１は、このペン１の筆記可能なペン芯３の位置と超音波発信素子６の装着位置とが離れているため、ペン１の向きまたはその傾きに応じて超音波発信素子６の装着位置とペン芯３の位置とがずれ、これによりローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６等に描かれた図形をシステム本体１００の表示画面５００上に表示される図形とが正確に一致しなくなる場合ある。
【０２１１】
図２５は、この問題を解決するためのペン１の他の実施例を示したものである。
【０２１２】
この図２５に示すペン１は、その内部に超音波発信素子６が内蔵される。この超音波発信素子６は、電源である電池４からの給電により動作する制御回路５からの超音波駆動信号により駆動され、超音波を発生する。この超音波発信素子６から発生された超音波はこのペン１の先端に設けられた超音波反射部８で反射され、このペン１の先端に設けられた超音波通過窓７を通って外部に送出される。また、このペン１の先端には図１３に示したローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６等に実際に画像を書き込むことができる筆記可能なペン芯３が装着されている。
【０２１３】
図２６は、図２５で点線で囲んだ部分の拡大図である。図２６から明らかなように、このペン１の先端に設けられた超音波反射部８は円錐形状からなり、超音波発信素子６から発生され、このペン１の軸方向に進む超音波を、この超音波反射部８で反射させることにより、このペン１の先端でこのペン１の軸方向と直角な方向に３６０度の範囲で拡がる超音波に変換し、この３６０度の範囲で拡がる超音波をこのペン１の先端から発生する。なお、このペン１の先端部には、図２７に示すように、その周囲に複数の超音波通過窓７が形成されており、超音波反射部８で反射された超音波はこの複数の超音波通過窓７を通って外部に送出される。
【０２１４】
この図２５乃至図２７に示す構成によると、ペン１の先端に配設された筆記可能なペン芯３の位置とこのペン１から送出される超音波の送出位置、すなわち超音波通過窓７の配設位置とを近接させることができ、これにより、ペン１の向きまたはその傾きによらず、ローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６等に描かれた図形とシステム本体１００の表示画面５００上に表示される図形とをほぼ一致させることができる。
【０２１５】
なお、図２７に示したペン１を用いる場合、超音波発信素子６の位置とこのペン１から送出される超音波の送出位置、すなわち超音波通過窓７の配設位置との間は、図２５に示すように、距離Ｌだけ離れているので、このペン１を用いた場合、このペン１の先端位置を検出するには、この距離Ｌだけ補正する必要がある。
【０２１６】
図２８は、図２５乃至図２７に示したペン１を用いて構成したこの発明に係わる情報処理システムの他の実施例の概略構成を示したものである。
【０２１７】
図２８に示す構成において、ペン１は、その先端にローカル操作板２３の描画領域２３ａに筆記可能なペン芯３が設けられており、このペン１のペン芯３を用いてローカル操作板２３の描画領域２３ａに所望の画像を実際に描くと、このペン１の先端の位置がシステム本体１００側の超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの超音波受信出力に基づき検出され、システム本体１００側の表示画面５００上にはペン形状のカーソルとともに、このローカル操作板２３の描画領域２３ａに実際に描かれた画像に対応する画像が表示される。
【０２１８】
図２９は、この発明のペン入力装置においてローカル入力を行うときに用いるローカル操作板の他の構成例を示したものである。図２９に示すローカル操作板２４は、複数枚のローカル入力紙２４ａをバインダ２５０によりこのローカル操作板２４上に綴じることができるように構成されている。また、このローカル操作板２４には、システム本体１００側の超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対するこのローカル操作板２４の相対位置をシステム本体１００側に通知するための超音波素子Ｕａ〜Ｕｄが設けられている。
【０２１９】
なお、この図２９に示す構成において、超音波素子Ｕａ〜Ｕｄによるローカル操作板２４の相対位置をシステム本体１００側に通知するための構成は、図２１に示した超音波素子Ｕａ〜Ｕｄと同様に、マルチペン機能における複数のペンからの超音波を受信する構成と同様の構成を適用して構成することができる。
【０２２０】
このローカル操作板２４を用いてローカル入力を行うには、先端に筆記可能なペン芯３が装着されているペン１を用い、このペン１のペン芯３を用いてバインダ２５０により綴じられたローカル入力紙２４ａ上に所望の画像を描くことにより行われる。
【０２２１】
図３０は、図２９に示されるバインダ２５０の詳細構成を示したものである。図３０において、このバインダ２５０は、ローカル操作板２４に固定された軸２５１を中心に回動自在に取り付けられたローカル入力紙押さえ板２５３、このローカル入力紙押さえ板２５３をローカル操作板２４にラッチするラッチ機構２３５、このローカル入力紙押さえ板２５３を弾性的に支持するスプリング２５３から構成される。
【０２２２】
また、このバインダ２５０には、ローカル入力紙押さえ板２５３を上方に回動して開いたことを検出する検出スイッチ２５５が設けられている。すなわち、この検出スイッチ２５５は、図３０に示すように、ローカル入力紙押さえ板２５３をラッチ機構２３５によりラッチして閉じた状態においては、オンしており、ローレベルのバインダＯｎ／Ｏｆｆ信号を出力する。
【０２２３】
しかし、このバインダにより綴じられたローカル入力紙２４ａのページ捲りを行うために、図３１に示すように、ローカル入力紙押さえ板２５３に設けられたラッチ機構用孔２５３ａに対するラッチ機構２３５によるラッチを解除すると、ローカル入力紙押さえ板２５３はスプリング２５３の弾性力により上方に回動し、これにより検出スイッチ２５５は、オフになり、図３０に示すバインダＯｎ／Ｏｆｆ信号はハイレベルになる。
【０２２４】
この実施例では、このバインダＯｎ／Ｏｆｆ信号をローカル操作板２４におけるページ捲り信号としてシステム本体１００側に通知するように構成されている。このページ捲り信号のシステム本体１００側への通知は、システム本体１００側の超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対するこのローカル操作板２４の相対位置をシステム本体１００側に通知するために設けられた超音波素子Ｕａ〜Ｕｄのいずれかを用いて行う。
【０２２５】
すなわち、超音波素子Ｕａ〜Ｕｄによるローカル操作板２４の相対位置をシステム本体１００側に通知するための構成を、マルチペン機能における複数のペンからの超音波を受信する構成と同様の構成を適用して構成した場合は、図９に示したように、各超音波素子Ｕａ〜Ｕｄに対して４回の超音波送信タイミングが割り当てれているので、この超音波素子Ｕａ〜Ｕｄの内のこの４回の超音波送信タイミングの中で使用されていない超音波送信タイミングを用いれば、このバインダＯｎ／Ｏｆｆ信号をローカル操作板２４におけるページ捲り信号としてシステム本体１００側に通知することができる。
【０２２６】
図３２は、この発明のペン入力装置においてローカル入力を行うときに用いるでローカル操作板の更に他の構成例を示したものである。この図３２に示すローカル操作板２５は、複数枚のローカル入力紙２５ａをクリップ２６０によりこのローカル操作板２５上に綴じることができるように構成されている。
【０２２７】
ここで、このクリップ２６０には、上記システム本体１００側の超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対するこのローカル操作板２５の相対位置をシステム本体１００側に通知するための超音波素子２６１を設けるように構成することができる。
【０２２８】
この場合、このクリップ２６０に設けられた超音波素子２６１の位置以外の少なくとも２つの位置をシステム本体１００側に通知できれば、システム本体１００側の超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対するこのローカル操作板２５の相対位置を確定できる。
【０２２９】
そこで、このクリップ２６０に設けられた超音波素子２６１の位置以外の少なくとも２つの位置は、例えば、図１４に示した初期設定用データ収集処理と同様の手法によりシステム本体１００側に通知する。
【０２３０】
また、クリップ２６０により綴じられた紙が移動した場合は、確率的にこのクリップ２６０の位置も移動していると考えられるので、システム本体１００側の表示画面５００に「紙が移動したので、初期設定を行って下さい」との旨の表示を行う。
【０２３１】
ところで、この発明のペン入力装置において、図３に示したように、ペン１側に設けられた超音波発信素子の超音波送出タイミングと、システム本体側に設けられた超音波受信部３２における超音波受信処理の同期は、システム本体側に設けられたペンを収納するためのペンホルダ３４に設けられた同期回路３５からの同期信号により行われる。
【０２３２】
図３３は、ペンホルダ３４に設けられた同期回路３５からペン１に同期信号を与えるための構成を示したものである。
【０２３３】
すなわち、図３４に示すように、ペン１には、ペンホルダ３４に設けられた同期回路３５からの同期信号を受け取るための接点１ａが設けられており、また図３５に示すように、ペンホルダ３４には、同期回路３５からの同期信号をペン１に与えるための接点３４ａが設けられている。
【０２３４】
ここで、図３３に示すように、このペン１をこのペンホルダ３４内に収容すると、ペンホルダ３４の接点３４ａとペン１の接点１ａが接触し、これにより同期回路３５からの同期信号はこの接点３４ａ、１ａを介してペン１の送信タイミング制御部１１に与えられる。
【０２３５】
ペン１の送信タイミング制御部１１は、この同期回路３５からの同期信号に基づきこのペン１に設けられた超音波発信素子の超音波発信タイミングを制御し、またシステム本体側の超音波受信部３２では、この同期回路３５からの同期信号に基づきその超音波受信処理を制御するので、その結果、ペン１側に設けられた超音波発信素子の超音波送出タイミングと、システム本体側に設けられた超音波受信部３２における超音波受信処理との同期が確立される。
【０２３６】
また、図２１に示したように、ローカル操作板２２に設けられた超音波素子Ｕａ〜Ｕｄの超音波送信タイミングもシステム本体側に設けられた超音波受信部３２における超音波受信処理と同期をとる必要がある。この場合の同期はローカル操作板２２側に設けられたペンホルダを用いて行われる。
【０２３７】
すなわち、図３６に示すように、ローカル操作板２２側にもシステム本体側と同様に、ペン１を収容するためのペンホルダ３６が設けられており、システム本体側のペンホルダ３４内に収容することによりシステム本体側の超音波受信部３２における超音波受信処理と同期が取られたペン１をこのローカル操作板２２側のペンホルダ３６に収容することにより、ローカル操作板２２に設けられた超音波素子Ｕａ〜Ｕｄの超音波送信タイミングとシステム本体側に設けられた超音波受信部３２における超音波受信処理との同期をとる。
【０２３８】
図３７は、ローカル操作板２２に設けられた超音波素子Ｕａ〜Ｕｄの超音波送信タイミングと、システム本体側の超音波受信部３２における超音波受信処理との同期をとるために、システム本体側の超音波受信部３２における超音波受信処理と同期が取られたペン１の送信タイミング制御部１１から同期信号をローカル操作板２２の超音波素子Ｕａ〜Ｕｄの超音波送信タイミングを制御する送信タイミング制御部２２ｂに同期信号を与えるための構成を示したものである。
【０２３９】
すなわち、図３８に示すように、ペン１には、ペン１の送信タイミング制御部１１からの同期信号をローカル操作板２２に与えるための接点１ｂが設けられており、また図３９に示すように、ローカル操作板２２には、ペン１の送信タイミング制御部１１からの同期信号を受け取るための接点３６ａが設けられている。
【０２４０】
ここで、図３７に示すように、このシステム本体側の超音波受信部３２における超音波受信処理と同期が取られたペン１をこのローカル操作板２２側のペンホルダ３６に収容すると、ペン１の接点１ｂとローカル操作板２２のペンホルダ３６の接点３６ａが接触し、これによりペン１の送信タイミング制御部１１からの同期信号はこの接点１ｂ、３６ａを介してローカル操作板２２の送信タイミング制御部２２ｂに与えられる。
【０２４１】
ローカル操作板２２の送信タイミング制御部２２ｂは、このペン１の送信タイミング制御部１１からの同期信号に基づきこのペン１に設けられた超音波発信素子の超音波発信タイミングを制御し、またシステム本体側の超音波受信部３２では、この同期回路３５からの同期信号に基づきそのローカル操作板２２に設けられた超音波素子Ｕａ〜Ｕｄの超音波送信タイミングを制御するので、その結果、ローカル操作板２２に設けられた超音波素子Ｕａ〜Ｕｄの超音波送信タイミングと、システム本体側の超音波受信部３２における超音波受信処理との同期が確立される。
【０２４２】
以上説明したように、この第１の発明によれば、入力ペンに超音波送出器を設けるとともに、３次元空間内の所定の箇所にこの超音波送出器から発信された超音波を受信する複数の超音波受信素子を有する超音波受信部を設け、この複数の超音波受信素子の受信出力に基づきこの複数の超音波受信素子の配列位置に固定された第１の座標上における入力ペンによる指示位置情報を演算するとともに、この演算された指示位置に対応する指示位置が第１の入力領域に含まれるかこの第１の入力領域から離れた第２の入力領域に含まれるかを判別し、この判別結果に応じてこの指示位置情報を第１の入力領域に固定された座標上の位置を示すを第１の位置情報または第２の入力領域に固定された座標上の位置に変換し、この変換された位置情報に対応して表示手段における表示制御を行うように構成したので、安価な構成により、複数の操作者からの手書きペン入力を可能にするとともに、操作性の向上および使用形態の多様化を可能にしたペン入力装置を提供することができるという効果を奏する。
【０２４３】
また、第２の発明によれば、位置情報を入力する入力ペンと、該入力ペンによる第１の入力面を構成するとともに該入力ペンにより入力された位置情報に基づく表示を行う表示手段を有するペン入力装置において、前記入力ペンに設けられた超音波発信手段と、前記第１の入力面に対して所定の位置関係で配設され、前記超音波発信手段から発信された超音波を受信する複数の超音波受信素子を有する超音波受信手段と、前記第１の入力面から所定距離離れて配設され、前記入力ペンによる第２の入力面を有する遠隔入力手段と、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第１の入力面の相対的位置関係を示す第１の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第１の入力面に対する第１の指示位置情報を演算する第１の演算手段と、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第２の入力面の相対的位置関係を示す第２の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第２の入力面に対する第２の指示位置情報を演算する第２の演算手段と、前記第１の指示位置情報および前記第２の指示位置情報に基づき前記表示手段における表示を制御する表示制御手段とを具備して構成したので、上記効果に加えて、表示手段上の第１の入力面からの情報の入力ともに、この表示手段から所定距離離れて配設された遠隔入力手段の第２の入力面からの情報の入力が可能になる。
【０２４４】
また、第３の発明によれば、位置情報を入力する入力ペンと、該入力ペンによる第１の入力面を構成するとともに該入力ペンにより入力された位置情報に基づく表示を行う第１の表示手段を有するペン入力装置において、前記入力ペンに設けられた超音波発信手段と、前記第１の入力面に対して所定の位置関係で配設され、前記超音波発信手段から発信された超音波を受信する複数の超音波受信素子を有する超音波受信手段と、前記第１の入力面から所定距離離れて配設され、前記入力ペンによる第２の入力面を構成するとともに該入力ペンにより入力された位置情報に基づく表示を行う第２の表示手段を有する遠隔入力手段と、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第１の入力面の相対的位置関係を示す第１の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第１の入力面に対する第１の指示位置情報を演算する第１の演算手段と、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第２の入力面の相対的位置関係を示す第２の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第２の入力面に対する第２の指示位置情報を演算する第２の演算手段と、前記第１の指示位置情報および前記第２の指示位置情報に基づき前記第１の表示手段および前記第２の表示手段における表示を制御する表示制御手段とを具備して構成したので、上記効果に加えて、第２の入力面上で前記表示手段により表示された表示内容を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係わるペン入力装置を適用して構成した情報処理システムの一実施例の概略構成を示すブロック図。
【図２】３次元的に配設された３つの超音波受信素子に対するペンによる指示位置の関係を示した図。
【図３】図１に示した超音波受信部における受信処理部の具体的構成を示したブロック図。
【図４】図３に示したカウンタによる時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃの検出動作を示すタイミングチャート。
【図５】図１に示した実施例の情報処理システムで用いるペンの外観を示した外観図。
【図６】図１に示した実施例の情報処理システムで用いるペンの内部回路構成を示したブロック図。
【図７】図１に示した超音波受信部および演算処理部の具体的構成を示したブロック図。
【図８】図６に示したペンに設けられたシーケンサによる超音波送信タイミング制御の状態遷移を示す状態遷移図。
【図９】図８に示す状態遷移図において、マルチペン機能が選択された場合（ＭＰｅｎ＝１）におけるＰｅｎＮＯ＝０のペンおよびＰｅｎＮＯ＝１のペンの超音波送信タイミング制御を示すタイミングチャート。
【図１０】図７に示したシーケンサによる受信タイミング制御の状態状態を示す状態遷移図。
【図１１】図７に示した通信部からＲＳ２３２Ｃインタフェースを介して演算処理部にデータを送信するデータ送信制御の状態遷移を示す状態遷移図。
【図１２】この発明に係わるペン入力装置を適用して構成した情報処理システムの他の実施例の概略構成を示したシステム構成図。
【図１３】図１２に示したローカル操作紙の具体的構成を示した図。
【図１４】図１２に示した実施例における初期設定用データの収集処理を示すフローチャート。
【図１５】図１２に示した実施例における複数の位置決め領域Ｐ１〜Ｐ４の座標（ｘｎ、ｙｎ、ｚｎ）（ｎ＝１〜４）から各領域Ｒ１〜Ｒ６の座標を算出する処理を説明するための図。
【図１６】図１２に示した実施例における複数の位置決め領域Ｐ１〜Ｐ４の座標（ｘｎ、ｙｎ、ｚｎ）（ｎ＝１〜４）から各領域Ｒ１〜Ｒ６の座標を算出する処理を説明するための図。
【図１７】図１２に示した実施例におけるシステム本体側における処理の概要を示したフローチャート。
【図１８】図１２に示した実施例における操作例を示す図。
【図１９】図１２に示した実施例における他の操作例を示す図。
【図２０】この発明に係わるペン入力装置を適用して構成した情報処理システムの更に他の実施例の概略構成を示したシステム構成図。
【図２１】図２０に示す実施例の情報処理システムで採用するローカル操作板の概略構成を示す図。
【図２２】図２０に示した実施例における４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄの位置からローカル操作板における各位置の３次元座標の算出処理を説明する図。
【図２３】図２０に示した実施例における操作例を示した図。
【図２４】この発明で採用するペンが筆記具としても機能を有する場合のペンの構成例を示す図。
【図２５】この発明で採用するペンが筆記具としても機能を有する場合のペンの他の構成例を示す図。
【図２６】図２５において点線で囲んだ部分を拡大して示す拡大図。
【図２７】図２５に示した超音波通過窓の部分を拡大して示す拡大図。
【図２８】図２５乃至図２７に示したペンを用いて構成したこの発明に係わる情報処理システムの他の実施例の概略構成を示したシステム構成図。
【図２９】この発明のペン入力装置においてローカル入力を行うときに用いるローカル操作板の他の構成例を示した図。
【図３０】図２９に示したバインダの詳細構成を示した図。
【図３１】図２９に示したバインダの開いた状態を示す図。
【図３２】この発明のペン入力装置においてローカル入力を行うときに用いるローカル操作板の更に他の構成例を示した図。
【図３３】この発明のペン入力装置においてペンホルダに設けられた同期回路からペンに同期信号を与えるための構成を示した図。
【図３４】図３３に示すペンの構成を示す図。
【図３５】図３３に示すペンホルダの構成を示す図。
【図３６】この発明のペン入力装置においてペンからローカル操作板に同期信号を与えるための構成を説明するための図。
【図３７】この発明のペン入力装置においてペンからローカル操作板に同期信号を与えるための構成を示す図。
【図３８】図３７に示すペンの構成を示す図。
【図３９】図３７に示すローカル操作板のペンホルダの構成を示す図。
【符号の説明】
１，２…ペン、１０…第１の入力領域、２０…第２の入力領域、３０…超音波受信部、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…超音波受信素子、３２…受信処理部、３３…通信部、４０…演算処理部、４１…通信部、４２…演算部、４３…判別部、４４…第１の変換部、４５…第２の変換部、４６…表示制御部、５０…表示部
【発明の属する技術分野】
この発明は手書き入力機能を有するコンピュータシステム等におけるペン入力装置に関し、特に遠隔入力を可能にすることにより操作性の向上および使用形態の多様化を可能にしたペン入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、手書き入力機能を有するコンピュータシステム等における入力装置としては、
１）赤外線方式によるもの
２）感圧方式によるもの
３）静電容量方式によるもの
４）電磁方式によるもの
５）超音波方式によるもの
等が知られている。
【０００３】
ここで、１）の赤外線方式によるものとしては、赤外線線を発光するライトペンによるスポット位置を半導体位置検出素子を用いて検出するもの、入力面に複数の赤外線発光素子および受光素子を配設して、赤外線発光素子から発光された赤外線が指、入力ペン等により遮られた位置を受光素子の出力から判別することにより指示位置を検出するもの等が知られている。
【０００４】
また、２）の感圧方式によるものとしては、複数のＸ軸電極が配設された電極シートと複数のＹ軸電極が配設された支持体とをドットスペーサを介在させて重ね合わせた感圧パネルを用いたもの、平行する２枚のプレートを３次元スプリングを介して重ね合わせ、指、入力ペン等により触れた位置の電流の変化を検出することにより指示位置を検出するもの等が知られている。
【０００５】
また、３）の静電容量方式によるものとしては、２枚のガラス上に蒸着形成された導電性の膜をそれぞれＸ軸、Ｙ軸電極パターンとしてこの２枚のガラスを電極パターン形成面を向かい合わせて張り合わせた静電容量結合方式パネルを用いたもの等が知られている。
【０００６】
更に、４）の電磁方式によるものとしては、入力面に複数のセンサアンテナコイルを配設するとともに、入力ペンにはコイルとコンデンサからなる共振回路を内蔵させ、まず上記複数のセンサアンテナコイルに交流電流を流すことにより電磁誘導を利用して上記入力ペンの共振回路に電流を流し、次に上記複数のセンサアンテナコイルに流した交流電流をを切り、この状態で上記上記入力ペンの共振回路に流れる電流により発生する磁界を上記複数のセンサアンテナコイルで検出することにより入力ペンの指示位置を検出するもの等が知られている。
【０００７】
また、５）の超音波方式によるものとしては、ガラス基板上に超音波表面弾性波を発生する超音波振動素子および超音波受信素子を配設し、指等の弾性波吸収体の存在を上記超音波受信素子の受信信号の変化から検出する超音波表面弾性波方式によるもの等が知られている。
【０００８】
また、５）の超音波方式によるものとして、実開昭６４−７３４０号に開示されているように、同一平面上の既知な３点以上の点にマイクロホンを配設するとともに、上記平面上の任意の座標位置に置くことのできる発音体を設け、上記マイクロホンの中の２つのマイクロホンに発生する電圧の時間差から上記発音体を含む双曲線の位置を決定し、この双曲線の２本以上の交点から上記発音体の座標位置を決定するようにしたものもある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の入力装置はいずれも所定の１つの入力面に対する入力位置を検出するだけのものであるので、例えば予め定められた手書き入力ボード上での入力位置は検出することができても、この手書き入力ボードから離れた位置で手書き入力を行うことはできなかった。
【００１０】
したがって、従来の入力装置において各操作者はこの予め定められた手書き入力ボード上での手書き操作を余儀なくされ、特に大画面スクリーンを手書き入力面として用いた会議等においては参加者にとって操作性が悪く、このことはその入力面サイズが大きくなるにしたがって顕著になった。
【００１１】
この点を解決するために、複数の手書き入力ボードを設け、この複数の手書き入力ボードを入力ポートを介してシステムに入力することによりローカル入力を可能にする構成も考えれるが、この構成の場合は複数の操作者にこの手書き入力ボードを配布する必要があり、また、この複数の手書き入力ボードを信号線で接続しなければならないので、システム全体が高価になり、また手書き入力ボードをそれぞれ信号線で接続しなければならないので、その操作性においても問題があった。
【００１２】
また、ネットワークによりメイン処理を行う情報機器と各操作者が使用する情報機器とを接続し、各操作者によりローカルな入力処理を行う構成も考えられるが、この構成の場合はシステム全体が非常に高価になるという問題が生じた。
【００１３】
そこで、この発明は、安価な構成により、複数の操作者からの手書きペン入力を可能にしたペン入力装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、第１の発明は、入力ペン（図１の１、２）による指示位置を入力するペン入力装置において、前記入力ペンに設けられた超音波発信手段（図６の１１、１５、１７）と、３次元空間内の所定の箇所に配設され、前記超音波発信手段から発信された超音波を受信する複数の超音波受信素子（図１の３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）を有する超音波受信手段（図１の３０）と、第１の入力領域（図１の１０）を有する第１の入力手段と、前記第１の入力手段の入力領域から所定距離離れて配設された第２の入力領域（図１の２０）を有する第２の入力手段と、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に固定された第１の座標系上における前記入力ペンによる指示位置を示す指示位置情報を演算する演算手段（図１の４２）と、前記演算手段により演算された前記指示位置情報に対応する指示位置が前記第１の入力領域に含まれるか前記第２の入力領域に含まれるかを判別する判別手段（図１の４３）と、前記判別手段により前記指示位置が前記第１の入力領域に含まれると判別された場合は、前記指示位置情報を前記第１の入力領域に固定された第２の座標系上の位置を示す第１の位置情報に変換する第１の変換手段（図１の４４）と、前記判別手段により前記指示位置が前記第２の入力領域に含まれると判別された場合は、前記指示位置情報を前記第２の入力領域に固定された第３の座標系上の位置を示す第２の位置情報に変換する第２の変換手段（図１の４５）とを具備することを特徴とする。
【００１５】
また上記構成において、
前記第１の入力手段の第１の入力領域または前記第２の入力手段の第２の入力領域に対する前記入力ペンによる指示位置に対応する表示を行う表示手段（図１の５０）と、前記第１の変換手段で変換された前記第１の位置情報および前記第２の変換手段で変換された前記第２の位置情報に基づき前記表示手段における表示制御を行う表示制御手段（図１の４６）とを更に具備することを特徴とする。
【００１６】
ここで、前記超音波発信手段は、予め設定されたタイミングで超音波を発信し、前記演算手段は、前記超音波発信手段からの超音波発信タイミングを基準にして前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子による前記超音波発信手段からの超音波の受信タイミングを検出し、該受信タイミングに基づき前記指示位置情報の演算を行うように構成することができる。
【００１７】
また、前記入力ペンは、複数の入力ペンからなり、前記超音波発信手段は、前記複数の入力ペンのそれぞれに配設され、前記予め設定されたタイミングは、各入力ペンに対応してそれぞれ設定され、前記演算手段は、前記各入力ペンに対応する各超音波発信手段からの超音波発信タイミングをそれぞれ基準にして前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子による前記各超音波発信手段からの超音波の受信タイミングを検出し、該受信タイミングに基づき前記各入力ペンに対応する指示位置情報の演算を行うように構成することができる。
【００１８】
また、前記超音波発信手段は、前記入力ペンがペンホルダ（図３の３４）に収納されているときに該ペンホルダを介して前記予め設定されたタイミングを示すタイミング情報を受け取るようにすることができる。
【００１９】
また、第２の発明は、位置情報を入力する入力ペン（図１２の１）と、該入力ペンによる第１の入力面を構成するとともに該入力ペンにより入力された位置情報に基づく表示を行う表示手段（図１２の５００）を有するペン入力装置において、前記入力ペンに設けられた超音波発信手段（図６の１１、１５、１７）と、前記第１の入力面に対して所定の位置関係で配設され、前記超音波発信手段から発信された超音波を受信する複数の超音波受信素子（図１の３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）を有する超音波受信手段（図１の３０）と、前記第１の入力面から所定距離離れて配設され、前記入力ペンによる第２の入力面（図１２の２１、図２０の２２）を有する遠隔入力手段と、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第１の入力面の相対的位置関係を示す第１の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第１の入力面に対する第１の指示位置情報を演算する第１の演算手段（図１の４４）と、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第２の入力面の相対的位置関係を示す第２の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第２の入力面に対する第２の指示位置情報を演算する第２の演算手段（図１の４５）と、前記第１の指示位置情報および前記第２の指示位置情報に基づき前記表示手段における表示を制御する表示制御手段（図１の４６）とを具備することを特徴とする。
【００２０】
ここで、前記第２の入力面は、筆記具により書き込み可能な用紙（図１２の２１）からなり、前記入力ペンは、前記筆記具に前記超音波発信手段を装着することにより構成することができる。
【００２１】
また、前記遠隔入力手段は、前記第２の情報を前記第２の演算手段に通知する通知手段を具備し、前記通知手段は、前記第２の入力面に対して所定の位置関係で配設された位置情報通知用超音波発信手段（図２１のＵａ、Ｕｂ、Ｕｃ、Ｕｄ、図３２の２６１）を具備し、前記第２の演算手段は、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子による前記位置情報通知用超音波発信手段からの超音波の受信出力に基づき前記第２の情報を演算するように構成することができる。
【００２２】
また、前記第２の入力面は、筆記具により書き込み可能な用紙（図１２の２１）からなり、前記位置情報通知用超音波発信手段（図３２の２６１）は、前記用紙を挟むクリップ（図３２の２６０）に配設されるように構成することができる。
【００２３】
また、前記第２の入力面は、筆記具により書き込み可能な複数の用紙を綴じたバインダ（図３０の２５０）からなり、前記バインダは、前記用紙の離脱によるページ捲りを検出する検出手段（図３０の２５５）と、前記検出手段の検出出力に基づきページ捲り情報を前記表示制御手段に通知するページ捲り情報通知手段（図２１のＵａ、Ｕｂ、Ｕｃ、Ｕｄ）とを具備するように構成することができる。
【００２４】
また、第３の発明は、位置情報を入力する入力ペン（図２３の１）と、該入力ペンによる第１の入力面を構成するとともに該入力ペンにより入力された位置情報に基づく表示を行う第１の表示手段（図２３の５００）を有するペン入力装置において、前記入力ペンに設けられた超音波発信手段（図の１１、１５、１７）と、前記第１の入力面に対して所定の位置関係で配設され、前記超音波発信手段から発信された超音波を受信する複数の超音波受信素子（図１の３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）を有する超音波受信手段（図１の３０）と、前記第１の入力面から所定距離離れて配設され、前記入力ペンによる第２の入力面を構成するとともに該入力ペンにより入力された位置情報に基づく表示を行う第２の表示手段を有する遠隔入力手段（図２３の２２）と、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第１の入力面の相対的位置関係を示す第１の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第１の入力面に対する第１の指示位置情報を演算する第１の演算手段（図１の４４）と、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第２の入力面の相対的位置関係を示す第２の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第２の入力面に対する第２の指示位置情報を演算する第２の演算手段（図１の４５）と、前記第１の指示位置情報および前記第２の指示位置情報に基づき前記第１の表示手段および前記第２の表示手段における表示を制御する表示制御手段（図１の４６）とを具備することを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
この発明のペン入力装置においては、入力ペンに超音波を送出する超音波発生手段を設け、この超音波発生手段から送出される超音波を用いて入力ペンによる指示位置を検出する。
【００２６】
すなわち、この発明においては、入力ペンから送出された超音波を受信する超音波受信手段として３次元的に配列された複数の超音波受信素子を用いる。この場合、この複数の超音波受信素子の受信出力に基づく入力ペンの位置を３次元的に検出することができる。
【００２７】
したがって、例えば、この入力ペンによる入力領域として第１の入力領域とこの第１の入力領域から所定距離離れた第２の入力領域を設定した場合、この第１の入力領域および第２の入力領域における入力ペンによる指示位置をそれぞれ検出することが可能になる。ここで、この発明においては、入力ペンの位置を３次元的に検出することが可能であるので、上記第１の入力領域および第２の入力領域の位置関係がどのような状態にあっても３次元的に配列された複数の超音波受信素子に対する第１の入力領域および第２の入力領域の位置関係を知ることができれば、第１の入力領域および第２の入力領域における入力ペンによる指示位置をそれぞれ検出することが可能である。
【００２８】
ここで、３次元的に配列された複数の超音波受信素子に対する第１の入力領域および第２の入力領域の位置関係は、入力ペンによる指示位置を利用して検出するように構成してもよいし、第１の入力領域および第２の入力領域のそれぞれに対して別の位置情報通知用超音波発信手段を設け、この位置情報通知用超音波発信手段から送出された超音波に基づき検出するように構成してもよい。
【００２９】
この位置情報通知用超音波発信手段としては、例えば、第２の入力領域に対応するローカル入力装置の４隅に配設された超音波発信素子から構成することができる。また、この位置情報通知用超音波発信手段としては、第２の入力領域に対応して配設された用紙を綴じるクリップに設けてもよい。
【００３０】
また、第１の入力領域および第２の入力領域でそれぞれ入力された位置情報に基づき表示装置の表示画面上に図形等の表示制御を行う構成が考えられるが、この構成において、第１の入力領域および第２の入力領域にそれぞれ対応して表示装置の設けてもよいし、また第１の入力領域および第２の入力領域の一方にのみ対応して表示装置の設けるように構成してもよい。
【００３１】
また入力ペンは１本に限らず複数の入力ペンを用いることも可能になる。
【００３２】
例えば、大型の表示画面を有する表示装置を考え、この表示装置の表示画面上を第１の入力領域に設定し、この表示装置から離れた、例えばテーブル上に第２の入力領域を設定した場合を考える。
【００３３】
ここで、入力ペンに描画ペンとして機能を与え、この入力ペンにより描画した図形を上記表示装置の表示画面上に表示する構成を考えると、表示装置の表示画面上で第１の入力ペンのより描画した図形をこの表示装置の表示画面上に表示するとともに、この表示装置から離れたテーブル上に設定された第２の入力領域上で第２の入力ペンのより描画した図形を上記表示装置の表示画面上に表示する制御が可能になる。
【００３４】
ここで、第２の入力ペンを用紙に筆記可能なペンから構成し、第２の入力領域はこの第２の入力ペンにより描画が可能な用紙から構成してもよいし、また第２の入力領域は、上記表示装置と同様の表示を行う別の表示装置の表示画面から構成してもよい。
【００３５】
ところで、上記構成において場合、第１および第２の入力ペンにより指示位置が第１の入力領域に対するものか第２の入力領域に対するものかを判別する必要がある。この判別は入力ペンの３次元的検出位置に基づき入力ペンにより指示位置が第１の入力領域に属するか第２の入力領域に属するかを調べることにより判別することができる。
【００３６】
なお、上記入力領域は２個に限らず３以上の複数の領域を設定することも可能である。
【００３７】
以下、この発明に係わるペン入力装置の実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００３８】
図１は、この発明に係わるペン入力装置を適用して構成した情報処理システムの一実施例の概略構成をブロック図で示したものである。
【００３９】
図１において、この情報処理システムは情報を入力するスタイラスペン（以下、単にペンという）１、２を用いて指示された指示位置に対応する画像を表示部５０に表示するもので、この実施例においては、ペン１、２による指示位置を入力するために第１の入力領域１０と第２の入力領域２０の複数の入力領域が設定されている。
【００４０】
ここで、第１の入力領域１０は、例えば表示部５０に関連して配設され、このシステムのメイン入力領域を形成しており、また第２の入力領域２０は、第１の入力領域１０、すなわち表示部５０から所定距離離れて配設され、任意の位置で指示位置の入力が可能なローカル入力領域を形成している。
【００４１】
また、第１の入力領域１０および第２の入力領域２０は平面状の２次元的入力領域から構成されるものでもよいし、一定の３次元空間からなる３次元的領域から構成されるものでもよい。
【００４２】
なお、第１の入力領域１０を上述したように表示部５０に関連して配設せずに、この第１の入力領域１０も第２の入力領域２０と同様に表示部５０から所定距離離れて配設し、任意の位置で指示位置の入力が可能なローカル入力領域を形成するように構成してもよい。
【００４３】
この実施例において、ペン１、２は後に詳述するようにその先端から超音波を出力する超音波発信手段が設けられており、上記第１の入力領域１０および第２の入力領域２０に対するペン１、２による指示位置を３次元的に配設された複数（実施例においては３つ）の超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃからなる１組の超音波受信手段を有する超音波受信部３０で受信して検出し、その検出結果に対応して表示部５０に対する表示を制御する。
【００４４】
まず、この実施例における３次元的に配設された３つの超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃによる上記第１の入力領域１０および第２の入力領域２０に対するペン１、２による指示位置の検出原理を説明する。
【００４５】
図２は、３次元的に配設された３つの超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに対するペン１、２の内のペン１による指示位置の関係を示したものである。
【００４６】
今、３次元的に配設された３つの超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに固定された３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚを考える。
【００４７】
ここで、超音波受信素子３１ａは、この３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚの原点に配設されており、超音波受信素子３１ｂは、この３次元座標系Ｘ−Ｙ−ＺのＹ軸上の点（０、Ｌｙ、０）に配設され、超音波受信素子３１ｃは、３次元座標系Ｘ−Ｙ−ＺのＺ軸上の点（０、０、Ｌｚ）に配設されているとする。
【００４８】
また、ペン１による指示位置が、この３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ上の点（ｘ、ｙ、ｚ）であるとするとし、超音波受信素子３１ａから点（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離がｎ、超音波受信素子３１ｂから点（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離がｍ、超音波受信素子３１ｃから点（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離がｌであるとすると、
ｌ２ ＝（Ｌｚ−ｚ）２ ＋ｎ２ −ｚ２ …（１）
ｎ２ ＝ｘ２ ＋ｙ２ ＋ｚ２ …（２）
ｍ２ ＝ｘ２ ＋（Ｌｙ−ｙ）２ ＋ｚ２ …（３）
の関係が成立する。この式（１）〜（３）からｘ、ｙ、ｚについて解くと
ｘ＝±ＳＱＲＴ［ｎ２ −｛（Ｌｙ２ ＋ｎ２ −ｍ２ ）／２Ｌｙ｝２
−｛（Ｌｚ２ ＋ｎ２ −ｌ２ ）／２Ｌｚ｝２ ］ …（４）
ｙ＝（Ｌｙ２ ＋ｎ２ −ｍ２ ）／２Ｌｙ …（５）
ｚ＝（Ｌｚ２ ＋ｎ２ −ｌ２ ）／２Ｌｚ …（６）
ただし、ＳＱＲＴ（Ａ）はＡの平方根を示す。
【００４９】
となる。ここでＬｙおよびＬｚは、超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置によって決定される既知の値であるので、超音波受信素子３１ａから点（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離ｎ、超音波受信素子３１ｂから点（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離ｍ、超音波受信素子３１ｃから点（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離ｌがわかれば、３次元的に配設された３つの超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに固定された３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ上におけるペン１による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）を求めることができる。
【００５０】
この実施例においては、超音波受信素子３１ａからペン１による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離ｎ、超音波受信素子３１ｂからペン１による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離ｍ、超音波受信素子３１ｃからペン１による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）までの距離ｌを、ペン１の先端から出力される超音波を用いて検出する。
【００５１】
具体的には、この距離ｎ、距離ｍ、距離ｌの検出は、ペン１の先端から出力される超音波が超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃで検出するまでの時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを検出することにより行われる。
【００５２】
すなわち、ペン１の先端から出力される超音波の空間伝達速度をＣとすると、上記時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを検出することにより上記距離ｎ、距離ｍ、距離ｌは
ｎ＝Ｃ×Ｔａ …（７）
ｍ＝Ｃ×Ｔｂ …（８）
ｌ＝Ｃ×Ｔｃ …（９）
により求めることができる。
【００５３】
このペン１の先端から出力される超音波が超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃで検出するまでの時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを検出する処理は、図１に示す超音波受信部３０における受信処理部３２で行われる。
【００５４】
図３は、この図１に示す超音波受信部３０における受信処理部３２の具体的構成を示したものである。この実施例では、ペン１の不使用時にこのペン１を収納するペンホルダ３５が設けられており、このペンホルダ３５には、後に詳述するように、ペン１の超音波発信手段から出力される超音波の出力タイミングと受信処理部３２における受信処理との同期をとる同期回路３５が設けられている。
【００５５】
この同期回路３５は、受信処理部３２に設けられた基本クロック生成回路３２４から出力される基本クロックを計数し、その計数値が一定の値になる毎にペン１の超音波発信手段から出力される超音波の出力タイミングを制御する同期信号を出力するように構成されている。
【００５６】
また、ペン１には、上記基本クロック生成回路３２４と同一の周波数の基本クロックを生成する図示しない基本クロック生成回路が設けられており、この基本クロック生成回路は、このペン１がペンホルダ３５に収納されたときに、上記同期回路３５から出力される同期信号を入力して、上記受信処理部３２に設けられた基本クロック生成回路３２４との同期を確立し、このペン１をペンホルダ３５から取り出した後は、上記同期回路３５と同様にこの受信処理部３２に設けられた基本クロック生成回路３２４との同期して動作する基本クロック生成回路から出力される基本クロックを計数し、その計数値が一定の値になる毎にペン１の超音波発信手段から出力される超音波の出力タイミングを制御するように構成されている。
【００５７】
すなわち、ペン１をペンホルダ３５に収納すると、ペン１の超音波発信手段から出力される超音波の出力タイミングと受信処理部３２における受信処理との同期がとられ、ペン１の超音波発信手段から出力される超音波の出力タイミングは同期回路３５から受信処理部３２に加えられる同期信号のタイミングと一致することになる。
【００５８】
同期回路３５から受信処理部３２に加えられる同期信号は、受信処理部３２のカウンタ３２１、３２２、３２３のリセット端子に加えられ、カウンタ３２１、３２２、３２３はこの同期信号に同期してクリアされる。
【００５９】
また、カウンタ３２１、３２２、３２３の計数入力端子には基本クロック生成回路３２４から出力される基本クロックが入力され、またこのカウンタ３２１、３２２、３２３の計数停止を制御する制御入力端子には、ペン１の先端から出力される超音波を受信したときに超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃからそれぞれ出力される受信クロックが入力されている。
【００６０】
すなわち、カウンタ３２１、３２２、３２３は、ペン１の先端から超音波が出力されるタイミングで同時にリセットされ、それぞれ超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃから受信クロックが入力されるまで基本クロック生成回路３２４から出力される基本クロックを計数し、その結果、カウンタ３２１、３２２、３２３の計数値は、ペン１の先端から出力される超音波が超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃで検出するまでの時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃに対応するものになる。
【００６１】
図４は、このカウンタ３２１、３２２、３２３による時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃの検出動作をタイミングチャートで示したものである。
【００６２】
すなわち、ペン１の図示しない基本クロック生成回路は図４の（ａ）に示す基本クロックを生成し、図４の（ｂ）に示す同期信号の立上がりに同期してペン１の先端から超音波を出力するための図４の（ｃ）に示す送信クロックを発生し、この送信クロックに同期してペン１の超音波発信手段を駆動するための図４の
（ｄ）に示す超音波駆動信号を発生する。この超音波駆動信号によりペン１の超音波発信手段が駆動され、ペン１の先端からは送信クロックが生じている間だけ超音波が出力される。
【００６３】
このペン１の先端から出力された超音波は超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃで受信され、超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃからはこの超音波の受信に対応して図４の（ｅ）に示すような受信クロックが出力される。 そこで、カウンタ３２１、３２２、３２３では、図４の（ｂ）に示す同期信号の立上がりタイミングから図４の（ｅ）に示す受信クロックの立上がりタイミングまでの時間Ｔ、すなわち時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを図４の（ａ）に示す基本クロックを計数することにより求めることができる。
【００６４】
このカウンタ３２１、３２２、３２３で計数されたペン１の先端から出力される超音波が超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃで検出するまでの時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃは、受信時間保持回路３２５、３２６、３２７でそれぞれ保持され、通信部３３を介して図１に示した演算処理部４０に伝えられる。
【００６５】
なお、上記説明においては、ペン１の先端から出力される超音波が超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃで検出するまでの時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃの検出処理について述べたが、ペン２の先端から出力される超音波が超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃで検出するまでの時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃも同様に検出することができる。
【００６６】
演算処理部４０は、この通信部３３を介して伝えられた時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを通信部４１を介して受取り、演算部４２においてこの時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃに基づきペン１、２により指示された指示位置を演算算出する。
【００６７】
この演算処理部４０においては、まず、前述した式（７）〜（９）に基づき、ペン１、２から超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃまでの距離ｎ、ｍ、ｌを算出する。
【００６８】
そして、この算出した距離ｎ、ｍ、ｌおよび前述した式（４）〜（６）に基づき、超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに固定された３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ上におけるペン１、２による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）を算出する。 次に、判別部４３により、演算部４２で算出した超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに固定された３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ上におけるペン１、２による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）に基づき、ペン１、２による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）が第１の入力領域１０に属するか第２の入力領域２０に属するかの判別を行う。
【００６９】
そして、この判別部４３により、ペン１、２による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）が第１の入力領域１０に属すると判定された場合は、第１の変換部４４により、３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ上におけるペン１、２による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）を、第１の入力領域１０に固定された３次元座標系Ｘ１ −Ｙ１ −Ｚ１ 上の位置（ｘ１ 、ｙ１ 、ｚ１ ）に変換する。
【００７０】
また、この判別部４３により、ペン１、２による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）が第２の入力領域２０に属すると判定された場合は、第２の変換部４５により、３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚ上におけるペン１、２による指示位置（ｘ、ｙ、ｚ）を、第２の入力領域２０に固定された３次元座標系Ｘ２ −Ｙ２ −Ｚ２ 上の位置（ｘ２ 、ｙ２ 、ｚ２ ）に変換する。
【００７１】
なお、この場合、超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに固定された３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚに対する第１の入力領域１０に固定された３次元座標系Ｘ１ −Ｙ１ −Ｚ１ の相対位置、および第２の入力領域２０に固定された３次元座標系Ｘ２ −Ｙ２ −Ｚ２ の相対位置が予めわかっていることが前提になるが、これがわかっていれば上記変換は周知の座標変換処理により容易に行うことができる。
【００７２】
なお、超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃに固定された３次元座標系Ｘ−Ｙ−Ｚに対する第１の入力領域１０に固定された３次元座標系Ｘ１ −Ｙ１ −Ｚ１ の相対位置、および第２の入力領域２０に固定された３次元座標系Ｘ２ −Ｙ２ −Ｚ２ の相対位置を求める具体的手法については後に詳述する。
【００７３】
その後、表示制御部では、第１の変換手段４４により変換されたペン１、２による指示位置（ｘ１ 、ｙ１ 、ｚ１ ）および第２の変換手段４５により変換されたペン１、２による指示位置（ｘ２ 、ｙ２ 、ｚ２ ）に基づき表示部５０における表示制御を行う。
【００７４】
ここで、この実施例においては、ペン１、２により３次元的指示位置（ｘ１ 、ｙ１ 、ｚ１ ）および（ｘ２ 、ｙ２ 、ｚ２ ）が指定可能であるので、表示部５０において、この３次元的指示位置（ｘ１ 、ｙ１ 、ｚ１ ）および（ｘ２ 、ｙ２ 、ｚ２ ）に対応する３次元的表示が可能である。
【００７５】
なお、表示部５０が３次元表示可能な表示器である場合は、この３次元の指示位置（ｘ１ 、ｙ１ 、ｚ１ ）および（ｘ２ 、ｙ２ 、ｚ２ ）に基づく３次元表示をそのまま行えばよいが、表示部５０が２次元表示器である場合は、この３次元の指示位置（ｘ１ 、ｙ１ 、ｚ１ ）および（ｘ２ 、ｙ２ 、ｚ２ ）に基づく３次元表示を階調表示または色表示と組み合わせることにより行うようにしてもよい。
【００７６】
また、演算処理部４０で算出した３次元座標値のｘ、ｙ値のみを利用することにより入力平面以外の空間から２次元入力を行うことも可能であり、このような構成によると更にユーザインターフェースの向上を図ることができる。
【００７７】
次に、図１に示したペン１、２および超音波受信部３０および演算処理部４０の具体的詳細構成について説明する。
【００７８】
図５は、この実施例で用いるペン１の外観を示したものである。この図５に示すペン１は、内部に超音波発信手段を有するとともに、第一ボタン１４ａおよび第二ボタン１４ｂを有している。ここで、第一ボタン１４ａは単なるプッシュボタンから構成され、第二ボタン１４ｂはオン状態保持機構を有するラッチ機構付きのプッシュボタンから構成される。
【００７９】
後述するように、第一ボタン１４ａはこのペン１により描画を行う描画時または所定のコマンド実行時等に操作され、また、第二ボタン１４ｂは、このペン１を第２の入力領域を使用するときに操作される。
【００８０】
図６は、このペン１の内部回路構成を示したものである。図６において、このペン１は、このペン１からの超音波の送信タイミングを制御する送信タイミング制御部１１、オペアンプ１６を有し、送信タイミング制御部１１から出力された超音波駆動クロックを増幅するアンプ部１５、超音波送出器１８を有し、アンプ部１５から出力される超音波送出器駆動信号により超音波を送出する送出部１７を有している。
【００８１】
ところで、この実施例においては、後に詳述する複数のペンを同時使用可能なマルチペン機能および複数のモードを切替可能なマルチモード機能を可能にしているので、送信タイミング制御部１１は、図５に示した第一ボタン１４ａおよび第二ボタン１４ｂからなるボタン１４の出力および基本クロックを生成するオシレータ（基本クロック生成部）１３からの基本クロックに応じてこのペン１からの超音波送信タイミング制御の状態遷移を制御するシーケンサ１２を有している。なお、このシーケンサ１２による超音波送信タイミング制御の状態遷移の制御の詳細については後述する。
【００８２】
なお、図５および図６においては、ペン１について説明したが、ペン２もこのペン１と同一構成である。
【００８３】
図７は、図１に示した超音波受信部３０および演算処理部４０の具体的構成を示したものである。
【００８４】
図７において、超音波受信部３０は、受信センサ部３１、受信処理部３２、通信部３３から構成される。
【００８５】
ここで、受信センサ部３１は図１に示した超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃを有している。
【００８６】
また、受信処理部３２には、アンプ部６０、受信タイミング制御部７０からなり、アンプ部６０にはオペアンプ６１が設けられ、受信タイミング制御部７０にはカウンタ、レジスタ７１、シーケンサ７２、オシレータ７３、ＳＣＣ（シリアル通信制御部）初期化部７４が設けられている。
【００８７】
ここで、カウンタ、レジスタ７１は、図３に示したカウンタ３２１、３２２、３２３および受信時間保持回路３２５、３２６、３２７に対応し、オシレータ７３は基本クロックを生成する図３に示した基本クロック生成回路３２４に対応する。
【００８８】
また、シーケンサ７２は、オシレータ７３から出力される基本クロックに基づきこの受信タイミング制御部７０の受信タイミング制御の遷移状態を制御するものである。このシーケンサ７２は、図３に示したペンホルダ３４の同期回路３５からの同期信号（リセット信号）によりリセットされ、受信タイミング制御部７０における受信タイミング制御の遷移状態を制御する。なお、このシーケンサ７２による受信タイミング制御の遷移状態の制御の詳細については後述する。
【００８９】
また、通信部３３には、ＳＣＣ（シリアル通信制御部）３３１およびＲＳ２３２Ｃインタフェースを駆動するための２３２Ｃドライバ３３２が設けられている。
【００９０】
また、図７において、演算処理部４０は、所定のアプリケーションが搭載され、ペン１、２の指示位置に対応した表示を制御するウインドウ処理部（Ｗｉｎ ｆｏｒ Ｐｅｎ）、マウスドライバ等を有し、ＲＳ２３２Ｃインタフェースを介して超音波受信部３０の通信部３３に接続されるパーソナルコンピュータから構成される。
【００９１】
図８は、図６に示したペンに設けられたシーケンサ１２による超音波送信タイミング制御の状態遷移を状態遷移図で示したものである。
【００９２】
ところで、この実施例においては、上述したように複数のペンを同時使用可能なマルチペン機能を有しており、このマルチペン機能を選択するか否かおよび同時に使用するペンの数は図示しないディップスイッチにより切換えられる。
【００９３】
今、図示しないディップスイッチによりマルチペン機能が選択されており（ＭＰｅｎ＝１）、同時に使用するペンの数がＰｅｎＮＯ＝０（例えばペン１に対応する）とＰｅｎＮＯ＝１（例えばペン２に対応する）の２本に設定されているとする。
【００９４】
なお、図８に示す状態遷移図において、ある遷移状態から他の遷移状態への遷移は、ＰｅｎＮＯ＝０またはＰｅｎＮＯ＝１のペンに設けられる図６に示したオシレータ１３から出力される基本クロックを所定数計数する毎に行われる。
【００９５】
図８において、状態１４２（Ｉｎｉｔ ００００（０））は、ペンのいわゆる初期状態で、このペンが図３に示したペンホルダ３４に収納され、ペンホルダ３４の同期回路３５から同期信号を受けると（ＲｅｓｅｔＰｅｎ＝１）、いかなる状態１４１（ＡｎｙＳｔａｔｅ）からもこの状態１４２（Ｉｎｉｔ ００００
（０））に遷移する。この状態１４２（Ｉｎｉｔ ００００（０））ではなにも行わない。
【００９６】
ところで、この場合は、マルチペン機能が選択されたＭＰｅｎ＝１に設定されているので、次に、ＰｅｎＮＯ＝０のペンは、状態１４３（Ｔｒａｃｅ ０００１（１））に遷移し、また、ＰｅｎＮＯ＝１のペンは、状態１５１（ＷａｉｔＭＰｅｎ０ １１００（９））に遷移する。
【００９７】
状態１４３（Ｔｒａｃｅ ０００１（１））は、このＰｅｎＮＯ＝０のペンの位置を図７に示した超音波受信部３０に認識させるための状態である。つまり、図１に示した表示部５０に表示されるカーソルをこのペンの位置に合わせて追従移動させるための状態である。したがって、この状態においてはこのＰｅｎＮＯ＝０のペンから超音波を出力する。
【００９８】
また、状態１４３（Ｔｒａｃｅ ０００１（１））において、このＰｅｎＮＯ＝０のペンの図５に示した第二ボタン１４ｂが押されていず（ＭｏｄｅＳｙｎｃ＝０）、かつこのＰｅｎＮＯ＝０のペンの図５に示した第一ボタン１４ａが押されている場合は（ＰｅｎＤｏｗｎＳｙｎｃ＝１）の場合は、状態１４５（Ｄａｔａ０ ０１１０（６））に遷移し、それ以外の場合は、状態１４４（Ｄｕｍｍｙ０ ００１０（２））に遷移する。
【００９９】
状態１４５（Ｄａｔａ０ ０１１０（６））では、このＰｅｎＮＯ＝０のペンの第一ボタン１４ａが押されていることを超音波受信部３０に認識させるために、このＰｅｎＮＯ＝０のペンから超音波を出力する。
【０１００】
この状態１４５（Ｄａｔａ０ ０１１０（６））からは無条件で状態１４７（Ｄｕｍｍｙ１ ０１０１（５））に遷移する。
【０１０１】
また、状態１４４（Ｄｕｍｍｙ０ ００１０（２））ではなにも行わず、この状態１４４（Ｄｕｍｍｙ０ ００１０（２））で第二ボタン１４ｂが押された場合は（ＭｏｄｅＳｙｎｃ＝１）、状態１４６（Ｍｏｄｅ ００１１（３））に遷移し、第二ボタン１４ｂが押されていない場合は（ＭｏｄｅＳｙｎｃ＝０）、状態１４７（Ｄｕｍｍｙ１ ０１０１（５））に遷移する。
【０１０２】
状態１４６（Ｍｏｄｅ ００１１（３））では、このＰｅｎＮＯ＝０のペンの第二ボタン１４ｂが押されていることを超音波受信部３０に認識させるために、このＰｅｎＮＯ＝０のペンから超音波を出力する。
【０１０３】
そして、この状態１４６（Ｍｏｄｅ ００１１（３））において、このＰｅｎＮＯ＝０のペンの第一ボタン１４ａが押されている場合は（ＰｅｎＤｏｗｎＳｙｎｃ＝１）の場合は、状態１４９（Ｄａｔａ２ ０１００（８））に遷移し、このＰｅｎＮＯ＝０のペンの第一ボタン１４ａが押されていない場合は（ＰｅｎＤｏｗｎＳｙｎｃ＝０）の場合は、状態１５０（Ｄｕｍｍｙ２ ０１００（４））に遷移する。
【０１０４】
また、状態１４７（Ｄｕｍｍｙ１ ０１０１（５））ではなにも行わず、この状態１４７（Ｄｕｍｍｙ１ ０１０１（５））において、このＰｅｎＮＯ＝０のペンの第一ボタン１４ａが押されている場合は（ＰｅｎＤｏｗｎＳｙｎｃ＝１）の場合は、状態１４８（Ｄａｔａ１ ０１１１（７））に遷移し、このＰｅｎＮＯ＝０のペンの第一ボタン１４ａが押されていない場合は（ＰｅｎＤｏｗｎＳｙｎｃ＝０）の場合は、状態１５０（Ｄｕｍｍｙ２ ０１００（４））に遷移する。
【０１０５】
状態１４９（Ｄａｔａ２ ０１００（８））、状態１５０（Ｄｕｍｍｙ２ ０１００（４））、状態１４８（Ｄａｔａ１ ０１１１（７））からは、マルチペン機能が選択されている場合は（ＭＰｅｎ＝１）、状態１５１（ＷａｉｔＭＰｅｎ０ １１００（９））に遷移し、マルチペン機能が選択されていない場合は（ＭＰｅｎ＝０）、状態１４３（Ｔｒａｃｅ ０００１（１））に遷移する。
【０１０６】
ところで、今はマルチペン機能が選択されている状態、すなわち（ＭＰｅｎ＝１）を想定しているので、ここでは、状態１４９（Ｄａｔａ２ ０１００（８））、状態１５０（Ｄｕｍｍｙ２ ０１００（４））、状態１４８（Ｄａｔａ１ ０１１１（７））から状態１５１（ＷａｉｔＭＰｅｎ０ １１００（９））に遷移する。
【０１０７】
また、状態１４２（Ｉｎｉｔ ００００（０））から状態１５１（ＷａｉｔＭＰｅｎ０ １１００（９））に遷移したＰｅｎＮＯ＝１のペンは、無条件で、状態１５２（ＷａｉｔＭＰｅｎ１ １１０１（Ａ））、状態１５３（ＷａｉｔＭＰｅｎ２ １１１０（Ｂ））、状態１５４（ＷａｉｔＭＰｅｎ３ １１１０（Ｃ））を経て状態１４３（Ｔｒａｃｅ ０００１（１））に遷移する。
【０１０８】
この状態１４３（Ｔｒａｃｅ ０００１（１））に遷移したＰｅｎＮＯ＝１のペンは、次に、ＰｅｎＮＯ＝０のペンと同様の状態遷移を行う。
【０１０９】
また、状態１４９（Ｄａｔａ２ ０１００（８））、状態１５０（Ｄｕｍｍｙ２ ０１００（４））、状態１４８（Ｄａｔａ１ ０１１１（７））から状態１５１（ＷａｉｔＭＰｅｎ０ １１００（９））に遷移したＰｅｎＮＯ＝０のペンは、ＰｅｎＮＯ＝１のペンと同様に、無条件で、状態１５２（ＷａｉｔＭＰｅｎ１ １１０１（Ａ））、状態１５３（ＷａｉｔＭＰｅｎ２ １１１０（Ｂ））、状態１５４（ＷａｉｔＭＰｅｎ３ １１１０（Ｃ））を経て状態１４３（Ｔｒａｃｅ ０００１（１））に遷移する。
【０１１０】
そして、ＰｅｎＮＯ＝０のペンおよびＰｅｎＮＯ＝１のペンは、上記状態遷移をこれらペンが図３に示したペンホルダ３４に収納され、ペンホルダ３４の同期回路３５から同期信号を受けるまで繰り返すことになる。
【０１１１】
図９は、上記マルチペン機能が選択された場合（ＭＰｅｎ＝１）におけるＰｅｎＮＯ＝０のペンおよびＰｅｎＮＯ＝１のペンの超音波送信タイミング制御をタイミングチャートで示したものである。
【０１１２】
図８に示した状態遷移図から明らかなように、ＰｅｎＮＯ＝０のペンおよびＰｅｎＮＯ＝１のペンはそれぞれ４回の超音波送信タイミングを１単位として交互に超音波を送出する。
【０１１３】
すなわち、図９に示すように、ＰｅｎＮＯ＝０のペン、すなわちペンＰｅｎ＃０は、４回の超音波送信タイミングを１ブロックとして超音波を送出する。ここで、各超音波送信タイミングにおける超音波送出期間はＴｓｅｎｄであり、その超音波送出間隔はＴｗａｉｔである。そしてこの４回の超音波送信タイミングの１回目の超音波送信タイミングにおいては、このペンＰｅｎ＃０の位置に対応して図１に示した表示部５０に表示されるカーソルを追従移動制御するために常時超音波を送出する。また、２回目の超音波送信タイミングにおいては、このペンＰｅｎ＃０で第一ボタン１４ａが押されたときのみ超音波を送出する。また、３回目の超音波送信タイミングにおいては、このペンＰｅｎ＃０で第二ボタン１４ｂが押されたときのみ超音波を送出する。また、４回目の超音波送信タイミングにおいては、２回目の超音波送信タイミングと同様にこのペンＰｅｎ＃０で第一ボタン１４ａが押されたときのみ超音波を送出する。
【０１１４】
また、ＰｅｎＮＯ＝１のペン、すなわちペンＰｅｎ＃１もペンＰｅｎ＃０と同様に、４回の超音波送信タイミングを１ブロックとして超音波を送出する。すなわち、この４回の超音波送信タイミングの１回目の超音波送信タイミングにおいてはこのペンＰｅｎ＃１の位置に対応して図１に示した表示部５０に表示されるカーソルを追従移動制御するために常時超音波を送出する。また、２回目の超音波送信タイミングにおいては、このペンＰｅｎ＃１で第一ボタン１４ａが押されたときのみ超音波を送出する。また、３回目の超音波送信タイミングにおいては、このペンＰｅｎ＃１で第二ボタン１４ｂが押されたときのみ超音波を送出する。また、４回目の超音波送信タイミングにおいては、２回目の超音波送信タイミングと同様にこのペンＰｅｎ＃１で第一ボタン１４ａが押されたときのみ超音波を送出する。
【０１１５】
ここで、ペンＰｅｎ＃０およびＰｅｎ＃１から２回目の超音波送信タイミングと４回目の超音波送信タイミングの両者において第一ボタン１４ａが押されたことを示す超音波を発生するように構成した理由は、この実施例においては、ペンによる描画に際して第一ボタン１４ａを押しながら描画を行うように構成されているので、この描画に係わる指示位置の検出密度（サンプリング周期）を高くするためである。
【０１１６】
なお、各超音波送信タイミングで発生される超音波駆動信号（超音波駆動クロック）は、例えばＦＨｚの信号であり、超音波駆動クロックは図６に示したアンプ部１５を介して送出部１７に加えられ、送出部１７からは、このＦＨｚの超音波が送出される。
【０１１７】
なお、上記説明においては、マルチペン機能が選択された場合（ＭＰｅｎ＝１）について説明した、ペンがＰｅｎＮＯ＝０の一本であり、マルチペン機能が選択されていない場合は（ＭＰｅｎ＝０）、図８に示す状態遷移図において、状態１４２（Ｉｎｉｔ ００００（０））から状態１５１（ＷａｉｔＭＰｅｎ０ １１００（９））への遷移はなくなり、また、状態１４９（Ｄａｔａ２ ０１００（８））、状態１５０（Ｄｕｍｍｙ２ ０１００（４））、状態１４８（Ｄａｔａ１ ０１１１（７））からは、状態１４３（Ｔｒａｃｅ ０００１（１））に遷移し、この状態遷移がこのＰｅｎＮＯ＝０のペンが図３に示したペンホルダ３４に収納され、ペンホルダ３４の同期回路３５から同期信号を受けるまで繰り返すことになる。
【０１１８】
この場合は、図９に示したペンＰｅｎ＃０による超音波送信タイミング制御のみが繰り返されることになる。
【０１１９】
また、マルチペン機能が選択され（ＭＰｅｎ＝１）、同時に使用するペンの数が３本以上の場合は、それぞれのペンがそれぞれ４回の超音波送信タイミングを１単位として順次超音波を送出することになる。
【０１２０】
図１０は、図７に示したシーケンサ７２による受信タイミング制御の状態遷移を状態遷移図で示したものである。
【０１２１】
図１０に示す状態遷移は、図８に示したペンにおける超音波送信タイミング制御の状態遷移と同期して遷移するもので、ペンにおいてマルチペン機能が選択されている場合は（ＭＰｅｎ＝１）、状態７２２（Ｔｒａｃｅ０ ００１（１））、状態７２３（Ｄａｔａ０ ０１０（２））、状態７２４（Ｍｏｄｅ０ ０１１（３））、状態７２５（Ｄａｔａ１ １００（４））のタイミングで受信した超音波はＰｅｎＮＯ＝０のペンから送出された超音波として処理し、状態７２６（Ｔｒａｃｅ１ １０１（５））、状態７２７（Ｄａｔａ２ １１０（２））、状態７２８（Ｍｏｄｅ１ １１１（７））、状態７２９（Ｄａｔａ３ ０００（０））のタイミングで受信した超音波はＰｅｎＮＯ＝１のペンから送出された超音波として処理する。
【０１２２】
また、ペンにおいてマルチペン機能が選択されていない場合は（ＭＰｅｎ＝０）、状態７２２（Ｔｒａｃｅ０ ００１（１））、状態７２３（Ｄａｔａ０ ０１０（２））、状態７２４（Ｍｏｄｅ０ ０１１（３））、状態７２５（Ｄａｔａ１ １００（４））、状態７２６（Ｔｒａｃｅ１ １０１（５））、状態７２７（Ｄａｔａ２ １１０（２））、状態７２８（Ｍｏｄｅ１ １１１（７））、状態７２９（Ｄａｔａ３ ０００（０））のタイミングで受信した超音波はすべてＰｅｎＮＯ＝０のペンから送出された超音波として処理する。
【０１２３】
また、図１０において、状態７２９（Ｄａｔａ３ ０００（０））は、この超音波受信部３０における受信タイミング制御の遷移状態の初期状態で、この超音波受信部３０にハードウエアリセット（ＲｅｓｅｔＰｅｎ＝１）が発生した場合には、いかなる状態７２１（ＡｎｙＳｔａｔｅ）からも、この状態７２９（Ｄａｔａ３ ０００（０））に遷移する。
【０１２４】
この状態７２９（Ｄａｔａ３ ０００（０））で受信した超音波に基づく指示位置は、図１に示した表示部５０における描画データとして認識する。
【０１２５】
状態７２９（Ｄａｔａ３ ０００（０））からは、無条件で、状態７２２（Ｔｒａｃｅ０ ００１（１））に遷移する。
【０１２６】
状態７２２（Ｔｒａｃｅ０ ００１（１））で受信した超音波に基づく指示位置は、図１に示した表示部５０においてカーソルを追従移動制御するために位置データとして認識する。
【０１２７】
状態７２２（Ｔｒａｃｅ０ ００１（１））からは、無条件で、状態７２３（Ｄａｔａ０ ０１０（２））に遷移する。
【０１２８】
この状態７２３（Ｄａｔａ０ ０１０（２））で受信した超音波に基づく指示位置は、図１に示した表示部５０における描画データとして認識する。
【０１２９】
状態７２３（Ｄａｔａ０ ０１０（２））からは、無条件で、状態７２４（Ｍｏｄｅ０ ０１１（３））に遷移する。
【０１３０】
この状態７２４（Ｍｏｄｅ０ ０１１（３））で受信した超音波は、ペンによる入力領域を図１に示した第１の入力領域から第２の入力領域に切り換えるモード切換えデータとして認識する。
【０１３１】
状態７２４（Ｍｏｄｅ０ ０１１（３））からは、無条件で、状態７２５（Ｄａｔａ１ １００（４））に遷移する。
【０１３２】
この状態７２５（Ｄａｔａ１ １００（４））で受信した超音波に基づく指示位置は、図１に示した表示部５０における描画データとして認識する。
【０１３３】
状態７２５（Ｄａｔａ１ １００（４））からは、無条件で、状態７２６（Ｔｒａｃｅ１ １０１（５））に遷移する。
【０１３４】
この状態７２６（Ｔｒａｃｅ１ １０１（５））で受信した超音波に基づく指示位置は、図１に示した表示部５０においてカーソルを追従移動制御するために位置データとして認識する。
【０１３５】
状態７２６（Ｔｒａｃｅ１ １０１（５））からは、無条件で、状態７２７（Ｄａｔａ２ １１０（２））に遷移する。
【０１３６】
この状態７２７（Ｄａｔａ２ １１０（２））では、で受信した超音波に基づく指示位置は、図１に示した表示部５０における描画データとして認識する。
【０１３７】
状態７２７（Ｄａｔａ２ １１０（２））からは、無条件で、状態７２８（Ｍｏｄｅ１ １１１（７））に遷移する。
【０１３８】
この状態７２８（Ｍｏｄｅ１ １１１（７））で受信した超音波は、ペンによる入力領域を図１に示した第１の入力領域から第２の入力領域に切り換えるモード切換えデータとして認識する。
【０１３９】
状態７２８（Ｍｏｄｅ１ １１１（７））からは、無条件で、状態７２９（Ｄａｔａ３ ０００（０））に遷移する。
【０１４０】
そして上記状態遷移は、この超音波受信部３０にハードウエアリセットが発生するまで繰り返される。
【０１４１】
図１１は、図７に示した通信部３３からＲＳ２３２Ｃインタフェースを介して演算処理部４０にデータを送信するデータ送信制御の状態遷移を状態遷移図で示したものである。
【０１４２】
図１１において、状態８０２（Ｉｎｉｔ ０００）は、この状態遷移の初期状態であり、この通信部３３にハードウエアリセット（ＲｅｓｅｔＳｙｎｃ＝１）が発生した場合には、いかなる状態８０１（ＡｎｙＳｔａｔｅ）からも、この状態８０２（Ｉｎｉｔ ０００）に遷移する。この状態８０２（Ｉｎｉｔ ０００）ではなにも行わない。
【０１４３】
この状態８０２（Ｉｎｉｔ ０００）において、図７に示したＳＣＣ（シリアル通信制御部）３３１への初期設定モードであり（ＳＣＣＮｏｔｌｎｉｔ＝１）、かつＳＣＣ（シリアル通信制御部）３３１への図示しない設定許可用ディップスイッチ（ＰｕｓｈＳＷＡＳｙｎｃおよびＰｕｓｈＳＷＢＳｙｎｃ）がその設定許可を示しているならば（ＤａｔａＣｏｕｎｔ０＝１，ＰｕｓｈＳＷＢＳｙｎｃ＝１、ＤａｔａＣｏｕｎｔ０＝１，ＰｕｓｈＳＷＡＳｙｎｃ＝１）、状態８０３（ＳｅｔＵｐ ００１）に遷移するが、それ以外の場合はこの状態８０２に止まる。
【０１４４】
状態８０３（ＳｅｔＵｐ ００１）からは状態８０４（Ｗｒｉｔｅ ０１０）、状態８０５（Ｈｏｌｄ ０１１）、状態８０６（ＣｏｕｎｔＵｐ １００）の順で遷移する。
【０１４５】
ここで、状態８０３（ＳｅｔＵｐ ００１）、状態８０４（Ｗｒｉｔｅ ０１０）、状態８０５（Ｈｏｌｄ ０１１）は、ＳＣＣ３３１へデータを書き込むバスサイクルを生成するために設けられている。すなわち、ハードウエアリセット（ＲｅｓｅｔＳｙｎｃ＝１）が発生した後、ＳＣＣ３３１への初期設定モードの間（ＳＣＣＮｏｔｌｎｉｔ＝１）に４２ｂｙｔｅの初期設定値をＳＣＣ３３１に書き込む。
【０１４６】
状態８０６（ＣｏｕｎｔＵｐ １００）では、以下に示す２つの処理を行う。１）ＳＣＣ３３１の初期設定モードの判定、つまりＳＣＣ３３１へ書き込んだ初期設定データ数の監視を行う。
【０１４７】
２）受信タイミング制御部７０から転送されたデータのすべてをＳＣＣ３３１に書き込んだかの判定を行う。
【０１４８】
上記処理がすべて終了したならば状態８０７（ＷａｉｔＤａｔａ １０１）に遷移する。
【０１４９】
状態８０７（ＷａｉｔＤａｔａ １０１）では、図７に示した受信センサ部３１でペンからの超音波を受信したかどうかを判定する。ここで受信していない場合は（ＲｄｙＳｙｎｃ＝０）は、状態８０７（ＷａｉｔＤａｔａ １０１）に止まるが、受信した場合は（ＲｄｙＳｙｎｃ＝１）、状態８０８（ＷａｉｔＬｏａｄ０ １１０）に遷移する。
【０１５０】
状態８０８（ＷａｉｔＬｏａｄ０ １１０）からは状態８０９（ＷａｉｔＬｏａｄ１ １１１）を経て状態８０２（Ｉｎｉｔ ０００）に遷移する。
【０１５１】
ここで、状態８０８（ＷａｉｔＬｏａｄ０ １１０）、状態８０９（ＷａｉｔＬｏａｄ１ １１１）は、受信タイミング制御部７０から転送されたデータを受け取るための時間を稼ぐ状態である。
【０１５２】
図１２は、この発明に係わるペン入力装置を適用して構成した情報処理システムの他の実施例の概略構成を示したものである。
【０１５３】
図１２に示す実施例は、システム本体１００の表示画面５００を第１の入力面とし、このシステム本体１００から離れた任意の位置に配設されたテーブル等の上に載置されたローカル操作紙２１を第２の入力面とするものである。
【０１５４】
この実施例においては、システム本体１００の表示画面５００上の任意の位置をペン１で指示することにより、このシステム本体１００の表示画面５００に対する指示位置の入力ができるとともに、このシステム本体１００の表示画面５００に対する指示位置に基づく表示を表示画面５００上に表示することができる。
【０１５５】
また、ローカル操作紙２１上の任意の位置をペン１で指示することにより、このローカル操作紙２１に対する指示位置の入力ができるとともに、このローカル操作紙２１に対する指示位置に基づく表示を表示画面５００上に表示することができる。
【０１５６】
ここで、表示画面５００上で任意の位置を指示するペンとローカル操作紙２１上で任意の位置を指示するペンとは同一のペンでもあってもよいし、また本願発明のマルチペン機能を用いることにより表示画面５００上で任意の位置を指示するペンとローカル操作紙２１上で任意の位置を指示するペンとを別のペンから構成するようにしてもよい。
【０１５７】
この図１２に示す実施例は、図１に示した実施例における第１の入力領域１０を表示部５０上に設け、第２の入力領域２０をこの表示部５０から離れたテーブル等の上に載置し、上記表示部５０を図１２の表示画面５００とし、上記第２の入力領域２０を図１２のローカル操作紙２１とした場合に相当する。なお図１２に示す構成において、ペン１の構成およびこのペン１による表示画面５００上における指示位置およびローカル操作紙２１上における指示位置を検出する構成は図１に示したものと基本的には同一である。
【０１５８】
すなわち、ペン１は、図５および図６に示したように、単なるプッシュボタンから構成され、描画またはコマンド入力用の第一ボタン（描画ボタン）１４ａと、ラッチ機構付きのプッシュボタンから構成され、表示画面５００上とローカル操作紙２１上のいずれの入力面を選択するかを切換える第二ボタン（ローカル入力切り替えボタン）１４ｂを有しており、また、このペン１の先端からは、図８に示した状態遷移図にしたがった所定のタイミングで超音波を送出するように構成されている。
【０１５９】
また、システム本体１００には、その表示画面５００と所定の関係で３次元的に配設された超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃが取り付けれれており、ペン１の先端から送出された超音波をこの超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃで受信し、その受信タイミングからペン１による表示画面５００上における指示位置およびローカル操作紙２１上における指示位置を検出する。
【０１６０】
なお、図１２に示す構成において、ローカル操作紙２１はシステム本体１００から離れた任意の位置に配設することが可能である。この場合、システム本体１００において、ペン１によるローカル操作紙２１上における指示位置を検出するためには、システム本体１００に取り付けられた超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対するローカル操作紙２１の相対的位置を検出する必要がある。
【０１６１】
この実施例においては、超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対するローカル操作紙２１の相対的位置を検出するために、ローカル操作紙２１を用いた位置入力の前に、ローカル操作紙２１に予め設定された複数の位置決め領域をペン１により指示する操作を行う。
【０１６２】
図１３は、上記ローカル操作紙２１の具体的構成を示したものである。このローカル操作紙２１は、ペン１の機能を選択するための領域Ｒ１〜Ｒ５とこのペン１による描画領域となる領域Ｒ６を有している。
【０１６３】
ここで、領域Ｒ１は、ペン１を描画ペンとして機能させるために指示される領域である。また、領域Ｒ２は、ペン１をイレーサ、すなわち描画された画像等を消す消しゴムとして機能させるために指示される領域である。
【０１６４】
また、領域Ｒ３〜Ｒ５は、ペン１を描画ペンとして機能させる場合においてその描画ラインの太さを選択するために指示される領域である。
【０１６５】
例えば、ペン１を描画ペンとして機能させ、そのときの描画ラインの太さを
「中」としたい場合は、まず、ペン１の先端を領域Ｒ１に一致させてこのペン１の第一ボタン１４ａを押し、次いでこのペン１の先端を領域Ｒ４に一致させてこのペン１の第一ボタン１４ａを押す操作を行う。
【０１６６】
その後、このペン１の第一ボタン１４ａを押した状態で所定の画像を領域Ｒ６内に描画すれば、太さ「中」の描画ラインがシステム本体１００の表示画面５００上に表示されることになる。
【０１６７】
また、このローカル操作紙２１には、システム本体１００に対して、このローカル操作紙２１の超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対する相対的位置を通知するために、その４隅に４個の位置決め領域Ｐ１〜Ｐ４が設けられている。
【０１６８】
この実施例では、ローカル操作紙２１を用いた位置入力の前の初期設定用データの収集に際して、ローカル操作紙２１に予め設定されたこの４個の位置決め領域Ｐ１〜Ｐ４をペン１により順次指示することにより、システム本体１００に対して超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対するこのローカル操作紙２１の相対的位置を通知する。
【０１６９】
図１４は、この初期設定用データの収集処理をフローチャートで示したものである。
【０１７０】
この初期設定用データ収集が開始されると（ステップ２０１）、まず、ｎ＝１に設定し（ステップ２０２）、ディスプレイ、すなわちステム本体１００の表示画面５００上に「ペンで位置決め領域ｎをポイントし、描画ボタンを押してください」等いう表示が行われる（ステップ２０３）。
【０１７１】
次に、描画ボタン（第一ボタン１４ａ）が押されたかを調べ（ステップ２０４）、押されていない場合は（ステップ２０４でｎｏ）、ステップ２０４に戻るが、押されたと判別された場合は（ステップ２０４でｙｅｓ）、そのボタンが押された時点のペンの座標を（ｘｎ、ｙｎ、ｚｎ）として検出する（ステップ２０５）。
【０１７２】
次に、ｎ＝ｎ＋１に設定し（ステップ２０６）、ｎ＝５かを調べる（ステップ２０７）。ここで、ｎ＝５でない場合は（ステップ２０７でｎｏ）、まだ４個の位置決め領域Ｐ１〜Ｐ４の検出が終了していないのでステップ２０３に戻り、ステップ２０３からステップ２０７までの処理を繰り返す。
【０１７３】
そして、ステップ２０７でｎ＝５が成立すると（ステップ２０７でｙｅｓ）、４個の位置決め領域Ｐ１〜Ｐ４の検出がすべて終了したので、この初期設定用データ収集を終了する（ステップ２０８）。
【０１７４】
このようにして、４個の位置決め領域Ｐ１〜Ｐ４の座標（ｘｎ、ｙｎ、ｚｎ）（ｎ＝１〜４）が求まると、この座標に基づき、領域Ｒ１〜Ｒ６の座標を算出する。
【０１７５】
この領域Ｒ１〜Ｒ６の座標の算出は以下に示すようにして行うことができる。今、図１５に示すように、位置決め領域Ｐ１から領域Ｒ１の左上隅の点、領域Ｒ１の右上隅の点までの横方向におけるそれぞれの距離をＡ１、Ａ２とし、位置決め領域Ｐ１から領域Ｒ１の左上隅の点、領域Ｒ１の左下隅の点までの縦方向におけるそれぞれの距離をＢ１、Ｂ２とし、位置決め領域Ｐ１から位置決め領域Ｐ２までの距離をＡ、位置決め領域Ｐ１から位置決め領域Ｐ３までの距離をＢとし、図１６に示すように、位置決め領域Ｐ１の座標を（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、位置決め領域Ｐ２の座標を（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、位置決め領域Ｐ３の座標を（ｘ３、ｙ３、ｚ３）、位置決め領域Ｐ４の座標を（ｘ４、ｙ４、ｚ４）、領域Ｒ１の左上隅の点の座標を（ｘ５、ｙ５、ｚ５）、領域Ｒ１の右上隅の点の座標を（ｘ６、ｙ６、ｚ６）、領域Ｒ１の左下隅の点の座標を（ｘ７、ｙ７、ｚ７）、領域Ｒ１の右下隅の点の座標を（ｘ８、ｙ８、ｚ８）とし、更に、領域Ｒ１の左辺の延長線とこのローカル操作紙２１の上辺と下辺との交点の座標をそれぞれ（ｘｔ１、ｙｔ１、ｚｔ１）、（ｘｔ３、ｙｔ３、ｚｔ３）、領域Ｒ１の右辺の延長線とこのローカル操作紙２１の上辺と下辺との交点の座標をそれぞれ（ｘｔ２、ｙｔ２、ｚｔ２）、（ｘｔ４、ｙｔ４、ｚｔ４）とし、このローカル操作紙２１はある平面上に存在するとすると、
（ｘｔ１、ｙｔ１、ｚｔ１）
＝（［｛（ｘ２−ｘ１）×Ａ１｝／Ａ］＋ｘ１、［｛（ｙ２−ｙ１）×Ａ１｝／Ａ］＋ｙ１、［｛（ｚ２−ｚ１）×Ａ１｝／Ａ］＋ｚ１） …（１０）
（ｘｔ２、ｙｔ２、ｚｔ２）
＝（［｛（ｘ２−ｘ１）×Ａ２｝／Ａ］＋ｘ１、［｛（ｙ２−ｙ１）×Ａ２｝／Ａ］＋ｙ１、［｛（ｚ２−ｚ１）×Ａ２｝／Ａ］＋ｚ１） …（１１）
（ｘｔ３、ｙｔ３、ｚｔ３）
＝（［｛（ｘ４−ｘ３）×Ａ１｝／Ａ］＋ｘ３、［｛（ｙ４−ｙ３）×Ａ１｝／Ａ］＋ｙ１、［｛（ｚ４−ｚ３）×Ａ１｝／Ａ］＋ｚ３） …（１２）
（ｘｔ４、ｙｔ４、ｚｔ４）
＝（［｛（ｘ４−ｘ３）×Ａ２｝／Ａ］＋ｘ３、［｛（ｙ４−ｙ３）×Ａ２｝／Ａ］＋ｙ１、［｛（ｚ４−ｚ３）×Ａ２｝／Ａ］＋ｚ３） …（１３）
が成立する。したがって、式（１０）〜（１３）から
（ｘ５、ｙ５、ｚ５）
＝（［｛（ｘｔ３−ｘｔ１）×Ｂ１｝／Ｂ］＋ｘｔ１、［｛（ｙｔ３−ｙｔ１）×Ｂ１｝／Ｂ］＋ｙｔ１、［｛（ｚｔ３−ｚｔ１）×Ｂ１｝／Ｂ］＋ｚｔ１）…（１４）
（ｘ６、ｙ６、ｚ６）
＝（［｛（ｘｔ４−ｘｔ２）×Ｂ１｝／Ｂ］＋ｘｔ２、［｛（ｙｔ４−ｙｔ２）×Ｂ１｝／Ｂ］＋ｙｔ２、［｛（ｚｔ４−ｚｔ２）×Ｂ１｝／Ｂ］＋ｚｔ２）…（１５）
（ｘ７、ｙ７、ｚ７）
＝（［｛（ｘｔ３−ｘｔ１）×Ｂ２｝／Ｂ］＋ｘｔ１、［｛（ｙｔ３−ｙｔ１）×Ｂ２｝／Ｂ］＋ｙｔ１、［｛（ｚｔ３−ｚｔ１）×Ｂ２｝／Ｂ］＋ｚｔ１）…（１６）
（ｘ８、ｙ８、ｚ８）
＝（［｛（ｘｔ４−ｘｔ２）×Ｂ２｝／Ｂ］＋ｘｔ２、［｛（ｙｔ４−ｙｔ２）×Ｂ２｝／Ｂ］＋ｙｔ２、［｛（ｚｔ４−ｚｔ２）×Ｂ２｝／Ｂ］＋ｚｔ２）…（１７）
となり、この式（１４）〜（１７）により、領域Ｒ１の４隅の座標（ｘ５、ｙ５、ｚ５）、（ｘ６、ｙ６、ｚ６）、（ｘ７、ｙ７、ｚ７）、（ｘ８、ｙ８、ｚ８）を算出することができる。
【０１７６】
同様に、この４個の位置決め領域Ｐ１〜Ｐ４の座標（ｘｎ、ｙｎ、ｚｎ）（ｎ＝１〜４）が求まると、この座標に基づき、領域Ｒ２〜Ｒ６の四隅の座標を算出することができる。
【０１７７】
このように、この実施例においては、ローカル操作紙２１を用いた位置入力の前の初期設定用データの収集に際して、ローカル操作紙２１に予め設定されたこの４個の位置決め領域Ｐ１〜Ｐ４をペン１により順次指示することにより、システム本体１００に対してローカル操作紙２１のコマンド入力領域Ｒ１〜Ｒ５の四隅の座標および描画領域Ｒ６の四隅の座標を認識させることができ、これによりシステム本体１００では、ペン１によるコマンド入力領域Ｒ１〜Ｒ５の指示および描画領域Ｒ６での描画を検出することができる。
【０１７８】
図１７は、上記システム本体１００側、すなわち図７に示した演算処理部４０側における処理の概要をフローチャートで示したものである。
【０１７９】
図１７において、図７に示した通信部３３からペンの位置座標を受信すると
（ステップ４０１）、まず、ローカル入力切り替えボタン（図５に示した第二ボタン１４ｂ）が押されているか調べる（ステップ４０２）。
【０１８０】
ここで、ローカル入力切り替えボタンが押されていない場合は（ステップ４０２でＮＯ）、ペンの位置座標に対応した位置に図１２に示した表示画面５００に表示されるカーソルを移動する（ステップ４０４）。
【０１８１】
また、ステップ４０２で、ローカル入力切り替えボタンが押されている場合は（ステップ４０２でＹＥＳ）、ローカル操作紙２１との相対座標に対応した位置に図１２に示した表示画面５００に表示されるカーソルを移動する（ステップ４０３）。
【０１８２】
次に、ペンの描画ボタン（第一ボタン１４ａ）が押されているかを調べる（ステップ４０５）。ここで、第一ボタン１４ａが押されていない場合は（ステップ４０５でＮＯ）、ステップ４０１に戻る。
【０１８３】
また、ステップ４０５で第一ボタン１４ａが押されていると判断された場合は（ステップ４０５でＹＥＳ）、ペンが描画領域、すなわち図１３に示した領域Ｒ６に存在するかを調べる（ステップ４０６）。ここで、ペンが描画領域に存在する場合は、ペンによる描画を行い（ステップ４０７）、ステップ４０１に戻る。
【０１８４】
また、ステップ４０６において、ペンが描画領域に存在しないと判断された場合は（ステップ４０６でＮＯ）、次にペンがコマンド入力領域、すなわち図１３に示した領域Ｒ１〜Ｒ５ＮＩ存在するかを調べる（ステップ４０８）。
【０１８５】
ここで、ペンがコマンド入力領域に存在する場合は（ステップ４０８でＹＥＳ）、このペンの位置座標に対応したコマンドを認識し（ステップ４０９）、このコマンドを実行して（ステップ４１０）、ステップ４０１に戻る。
【０１８６】
なお、ステップ４０８で、ペンがコマンド入力領域に存在しないと判断された場合は（ステップ４０８でＮＯ）、なにもせずにステップ４０１に戻る。
【０１８７】
図１８は、ペン１によりローカル操作紙２１の領域Ｒ１を指示してこのペン１に描画ペンとしての機能を与え、その後、例えば領域Ｒ４を指示して描画ラインの太さを「中」に選択した場合における操作例を示したものである。この場合、図１８に示すように、このペン１によりローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６に所望の画像を描くと、これに対応してシステム本体１００側の表示画面５００上にペン１に描画ペンとしての機能を与えたことを示す鉛筆の画像からなるカーソルが表示されるとともに、この鉛筆の画像からなるカーソルによりローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６にペン１で描いた画像と同一の画像が描画表示される。
【０１８８】
また、図１９は、ペン１によりローカル操作紙２１の領域Ｒ２を指示してこのペン１にイレーサ、すなわち消しゴムとしての機能を与えた場合における操作例を示したものである。この場合、図１８に示すように、システム本体１００側の表示画面５００上にペン１に消しゴムとしての機能を与えたことを示す消しゴムの画像なるカーソルが表示され、この状態でペン１の第一ボタン１４ａを押してローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６に描かれた画像をなぞると、これによりのシステム本体１００側の表示画面５００上に表示されている画像が消される。
【０１８９】
なお、この実施例において、ペン１の先端に実際にローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６に画像が描ける筆記具を装着し、ペン１でローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６に描いた画像を直接確認できるように構成してもよい。
【０１９０】
図２０は、この発明に係わるペン入力装置を適用して構成した情報処理システムの更に他の実施例の概略構成を示したものである。
【０１９１】
この実施例は、図２０および図２１に示すように、図１２に示した実施例のローカル操作紙２１を画像表示可能な表示器２２ａを有するローカル操作板２２から構成し、更にこのローカル操作板２２の四隅に超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対するこのローカル操作板２２の相対位置をシステム本体１００に通知するための４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄを配設した点が図１２の示した実施例と異なる。
【０１９２】
この構成によると、ローカル操作板２２上でペン１により描画した画像をローカル操作板２２の表示器２２ａに表示させることができ、また、４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄを設けたことにより、図１２に示した実施例で必要とされたいた初期設定用データ収集処理が不要になる。
【０１９３】
また、システム本体１００側ではこの４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄから送信される超音波を受信することにより超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対するこのローカル操作板２２の相対位置を常に知ることができるので、このローカル操作板２２を移動しながらの位置入力も可能になる。
【０１９４】
ここで、４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄから送信される超音波はシステム本体１００側の超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃにより受信されて、その位置が検出されるが、この４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄから送信される超音波を受信する構成は、前述したマルチペン機能における複数のペンからの超音波を受信する構成を適用することにより容易に構成できる。
【０１９５】
例えば、この実施例において１本のペンを用いたとすると、超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの出力からこの１本のペンから送出される超音波と上記４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄから送信される超音波を受信してその位置をそれぞれ検出できればよいので、結局５本のペンを用いたマルチペン機能と等価になり、図８および図１０で説明した状態遷移図において、５本のペンを用いたマルチペン機能を考えれば、ペンの位置検出と同様にして４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄの位置を検出することができる。
【０１９６】
なお、上記４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄは、ペンと異なり、ペンの第一ボタンおよび第二ボタンに対応する構成は有しないので、１本のペンに割り当てられた４個の超音波発信タイミングを用いることによりこの４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄからの超音波を受信することができるので、このように構成すると、図８および図１０の状態遷移図で説明した２本のペンを用いる場合の状態遷移図と同様の構成で、１本のペンおよび４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄの位置検出が可能になる。
【０１９７】
また、ローカル操作板２２が描画中は移動されることが少ないと考えると、４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄからの超音波発信タイミングはペンからの超音波発信タイミングよりも長い周期で完結的に生じるように構成してもよい。
【０１９８】
また、ローカル操作板２２の表示器２２ａには、このローカル操作板２２で描画された画像のみを表示するように構成してもよいが、この表示器２２ａにシステム本体１００側の表示画面５００に表示された表示内容と同一の画像を表示させれば、ローカル操作板２２の表示器２２ａのみを見ることにより適切な位置入力が可能になるので非常に便利である。なお、この場合は、有線、または無線による伝送手段を用いてシステム本体１００側から表示器２２ａの表示制御のためのビデオ信号を受け取る必要がある。
【０１９９】
ところで、この実施例において、４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄの位置、すなわち３次元座標が検出できると、これによりローカル操作板２２における各位置の３次元座標が算出できる。
【０２００】
すなわち、図２２に示すように、ローカル操作板２２の四隅の４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄの位置が（ｘａ、ｙａ、ｚａ）、（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）、（ｘｃ、ｙｃ、ｚｃ）、（ｘｄ、ｙｄ、ｚｄ）であり、ローカル操作板２２におけるある位置の３次元座標を（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）とし、超音波発信素子Ｕａの配設位置からこのある位置までの横方向の距離がａ、縦方向の距離がｂ、このある点を通る縦方向の線分とこのローカル操作板２２の上辺と下辺との交点の座標を（ｘｔ５、ｙｔ５、ｚｔ５）、（ｘｔ６、ｙｔ６、ｚｔ６）、このローカル操作板２２の横方向の長さをＡ、縦方向の長さをＢとすると、
（ｘｔ５、ｙｔ５、ｚｔ５）
＝（［｛（ｘｂ−ｘａ）×ａ｝／Ａ］＋ｘａ、［｛（ｙｂ−ｙａ）×ａ｝／Ａ］＋ｙａ、［｛（ｚｂ−ｚａ）×ａ｝／Ａ］＋ｚａ） …（１８）
（ｘｔ６、ｙｔ６、ｚｔ６）
＝（［｛（ｘｄ−ｘｃ）×ａ｝／Ａ］＋ｘｃ、［｛（ｙｄ−ｙｃ）×ａ｝／Ａ］＋ｙｃ、［｛（ｚｄ−ｚｃ）×ａ｝／Ａ］＋ｚｃ） …（１９）
が成立する。したがって、式（１８）〜（１９）から
（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）
＝（［｛（ｘｔ６−ｘｔ５）×ｂ｝／Ｂ］＋ｘｔ５、［｛（ｙｔ６−ｙｔ５）×ｂ｝／Ｂ］＋ｙｔ５、［｛（ｚｔ６−ｚｔ５）×ｂ｝／Ｂ］＋ｚｔ５） …（２０）
となり、この式（２０）からローカル操作板２２におけるある位置の３次元座標（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）を求めることができる。
【０２０１】
したがって、ローカル操作板２２の四隅の４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄの３次元座標（ｘａ、ｙａ、ｚａ）、（ｘｂ、ｙｂ、ｚｂ）、（ｘｃ、ｙｃ、ｚｃ）、（ｘｄ、ｙｄ、ｚｄ）を用いてペンの３次元座標（ｘ、ｙ、ｚ）が上記３次元座標（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）に等しければ、このペンがこのローカル操作板２２の操作領域上に存在すると認識することができる。
【０２０２】
なお、この実施例で用いるペン１は、図５および図６に示したように、単なるプッシュボタンから構成され、描画または位置指定用の第一ボタン（描画ボタン）１４ａと、ラッチ機構付きのプッシュボタンから構成され、表示画面５００上とローカル操作板２２上のいずれの入力面を選択するかを切換える第二ボタン（ローカル入力切り替えボタン）１４ｂを有しており、また、このペン１の先端からは、図８に示した状態遷移図にしたがった所定のタイミングで超音波を送出するように構成されている。
【０２０３】
また、システム本体１００には、その表示画面５００と所定の関係で３次元的に配設された超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃが取り付けれれており、ペン１の先端から送出された超音波をこの超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃで受信し、その受信タイミングからペン１による表示画面５００上における指示位置およびローカル操作板２２上における指示位置を検出し、その指示位置に対応した画像をシステム本体１００の表示画面５００上およびローカル操作板２２の表示器２２ａに表示する。
【０２０４】
図２３は、この実施例におけるローカル操作板２２を用いた操作例を示したものである。この実施例でローカル操作板２２から位置入力を行う場合は、ペン１のラッチ機構付きの第二ボタン（ローカル入力切り替えボタン）１４ｂをオンにする。
【０２０５】
そして、ペン１の第一ボタン（描画ボタン）１４ａを押した状態でこのペン１を用いてローカル操作板２２で所望の画像を描くと、図２３に示されるように、システム本体１００側の表示画面５００上に鉛筆の画像からなるカーソルが表示されるとともに、この鉛筆の画像からなるカーソルによりローカル操作板２２上でペン１で描いた画像と同一の画像が描画表示される。
【０２０６】
また、これと同時に、システム本体１００側の表示画面５００上に描画表示された画像と同一の画像がローカル操作板２２の表示器２２ａに表示される。
【０２０７】
図２４は、ペン１が筆記具としても機能を有する場合のペン１の構成例を示したものである。
【０２０８】
すなわち、図２４に示したペン１は、このペン１の位置を検出するための超音波発信素子６を装着するとともに、その先端には、例えば、図１３に示したローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６に実際に画像を書き込むことができる筆記可能なペン芯３が装着されている。
【０２０９】
この図２４に示したペン１を用いると、例えば、図１２に示した実施例において、ローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６にペン１のペン芯３により実際に画像を描くとともに、このローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６に実際に描かれた画像に対応する表示をシステム本体１００の表示画面５００上に表示させることができる。
【０２１０】
なお、図２４に示したペン１は、このペン１の筆記可能なペン芯３の位置と超音波発信素子６の装着位置とが離れているため、ペン１の向きまたはその傾きに応じて超音波発信素子６の装着位置とペン芯３の位置とがずれ、これによりローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６等に描かれた図形をシステム本体１００の表示画面５００上に表示される図形とが正確に一致しなくなる場合ある。
【０２１１】
図２５は、この問題を解決するためのペン１の他の実施例を示したものである。
【０２１２】
この図２５に示すペン１は、その内部に超音波発信素子６が内蔵される。この超音波発信素子６は、電源である電池４からの給電により動作する制御回路５からの超音波駆動信号により駆動され、超音波を発生する。この超音波発信素子６から発生された超音波はこのペン１の先端に設けられた超音波反射部８で反射され、このペン１の先端に設けられた超音波通過窓７を通って外部に送出される。また、このペン１の先端には図１３に示したローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６等に実際に画像を書き込むことができる筆記可能なペン芯３が装着されている。
【０２１３】
図２６は、図２５で点線で囲んだ部分の拡大図である。図２６から明らかなように、このペン１の先端に設けられた超音波反射部８は円錐形状からなり、超音波発信素子６から発生され、このペン１の軸方向に進む超音波を、この超音波反射部８で反射させることにより、このペン１の先端でこのペン１の軸方向と直角な方向に３６０度の範囲で拡がる超音波に変換し、この３６０度の範囲で拡がる超音波をこのペン１の先端から発生する。なお、このペン１の先端部には、図２７に示すように、その周囲に複数の超音波通過窓７が形成されており、超音波反射部８で反射された超音波はこの複数の超音波通過窓７を通って外部に送出される。
【０２１４】
この図２５乃至図２７に示す構成によると、ペン１の先端に配設された筆記可能なペン芯３の位置とこのペン１から送出される超音波の送出位置、すなわち超音波通過窓７の配設位置とを近接させることができ、これにより、ペン１の向きまたはその傾きによらず、ローカル操作紙２１の描画領域Ｒ６等に描かれた図形とシステム本体１００の表示画面５００上に表示される図形とをほぼ一致させることができる。
【０２１５】
なお、図２７に示したペン１を用いる場合、超音波発信素子６の位置とこのペン１から送出される超音波の送出位置、すなわち超音波通過窓７の配設位置との間は、図２５に示すように、距離Ｌだけ離れているので、このペン１を用いた場合、このペン１の先端位置を検出するには、この距離Ｌだけ補正する必要がある。
【０２１６】
図２８は、図２５乃至図２７に示したペン１を用いて構成したこの発明に係わる情報処理システムの他の実施例の概略構成を示したものである。
【０２１７】
図２８に示す構成において、ペン１は、その先端にローカル操作板２３の描画領域２３ａに筆記可能なペン芯３が設けられており、このペン１のペン芯３を用いてローカル操作板２３の描画領域２３ａに所望の画像を実際に描くと、このペン１の先端の位置がシステム本体１００側の超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの超音波受信出力に基づき検出され、システム本体１００側の表示画面５００上にはペン形状のカーソルとともに、このローカル操作板２３の描画領域２３ａに実際に描かれた画像に対応する画像が表示される。
【０２１８】
図２９は、この発明のペン入力装置においてローカル入力を行うときに用いるローカル操作板の他の構成例を示したものである。図２９に示すローカル操作板２４は、複数枚のローカル入力紙２４ａをバインダ２５０によりこのローカル操作板２４上に綴じることができるように構成されている。また、このローカル操作板２４には、システム本体１００側の超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対するこのローカル操作板２４の相対位置をシステム本体１００側に通知するための超音波素子Ｕａ〜Ｕｄが設けられている。
【０２１９】
なお、この図２９に示す構成において、超音波素子Ｕａ〜Ｕｄによるローカル操作板２４の相対位置をシステム本体１００側に通知するための構成は、図２１に示した超音波素子Ｕａ〜Ｕｄと同様に、マルチペン機能における複数のペンからの超音波を受信する構成と同様の構成を適用して構成することができる。
【０２２０】
このローカル操作板２４を用いてローカル入力を行うには、先端に筆記可能なペン芯３が装着されているペン１を用い、このペン１のペン芯３を用いてバインダ２５０により綴じられたローカル入力紙２４ａ上に所望の画像を描くことにより行われる。
【０２２１】
図３０は、図２９に示されるバインダ２５０の詳細構成を示したものである。図３０において、このバインダ２５０は、ローカル操作板２４に固定された軸２５１を中心に回動自在に取り付けられたローカル入力紙押さえ板２５３、このローカル入力紙押さえ板２５３をローカル操作板２４にラッチするラッチ機構２３５、このローカル入力紙押さえ板２５３を弾性的に支持するスプリング２５３から構成される。
【０２２２】
また、このバインダ２５０には、ローカル入力紙押さえ板２５３を上方に回動して開いたことを検出する検出スイッチ２５５が設けられている。すなわち、この検出スイッチ２５５は、図３０に示すように、ローカル入力紙押さえ板２５３をラッチ機構２３５によりラッチして閉じた状態においては、オンしており、ローレベルのバインダＯｎ／Ｏｆｆ信号を出力する。
【０２２３】
しかし、このバインダにより綴じられたローカル入力紙２４ａのページ捲りを行うために、図３１に示すように、ローカル入力紙押さえ板２５３に設けられたラッチ機構用孔２５３ａに対するラッチ機構２３５によるラッチを解除すると、ローカル入力紙押さえ板２５３はスプリング２５３の弾性力により上方に回動し、これにより検出スイッチ２５５は、オフになり、図３０に示すバインダＯｎ／Ｏｆｆ信号はハイレベルになる。
【０２２４】
この実施例では、このバインダＯｎ／Ｏｆｆ信号をローカル操作板２４におけるページ捲り信号としてシステム本体１００側に通知するように構成されている。このページ捲り信号のシステム本体１００側への通知は、システム本体１００側の超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対するこのローカル操作板２４の相対位置をシステム本体１００側に通知するために設けられた超音波素子Ｕａ〜Ｕｄのいずれかを用いて行う。
【０２２５】
すなわち、超音波素子Ｕａ〜Ｕｄによるローカル操作板２４の相対位置をシステム本体１００側に通知するための構成を、マルチペン機能における複数のペンからの超音波を受信する構成と同様の構成を適用して構成した場合は、図９に示したように、各超音波素子Ｕａ〜Ｕｄに対して４回の超音波送信タイミングが割り当てれているので、この超音波素子Ｕａ〜Ｕｄの内のこの４回の超音波送信タイミングの中で使用されていない超音波送信タイミングを用いれば、このバインダＯｎ／Ｏｆｆ信号をローカル操作板２４におけるページ捲り信号としてシステム本体１００側に通知することができる。
【０２２６】
図３２は、この発明のペン入力装置においてローカル入力を行うときに用いるでローカル操作板の更に他の構成例を示したものである。この図３２に示すローカル操作板２５は、複数枚のローカル入力紙２５ａをクリップ２６０によりこのローカル操作板２５上に綴じることができるように構成されている。
【０２２７】
ここで、このクリップ２６０には、上記システム本体１００側の超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対するこのローカル操作板２５の相対位置をシステム本体１００側に通知するための超音波素子２６１を設けるように構成することができる。
【０２２８】
この場合、このクリップ２６０に設けられた超音波素子２６１の位置以外の少なくとも２つの位置をシステム本体１００側に通知できれば、システム本体１００側の超音波受信素子３１ａ、３１ｂ、３１ｃの配設位置に対するこのローカル操作板２５の相対位置を確定できる。
【０２２９】
そこで、このクリップ２６０に設けられた超音波素子２６１の位置以外の少なくとも２つの位置は、例えば、図１４に示した初期設定用データ収集処理と同様の手法によりシステム本体１００側に通知する。
【０２３０】
また、クリップ２６０により綴じられた紙が移動した場合は、確率的にこのクリップ２６０の位置も移動していると考えられるので、システム本体１００側の表示画面５００に「紙が移動したので、初期設定を行って下さい」との旨の表示を行う。
【０２３１】
ところで、この発明のペン入力装置において、図３に示したように、ペン１側に設けられた超音波発信素子の超音波送出タイミングと、システム本体側に設けられた超音波受信部３２における超音波受信処理の同期は、システム本体側に設けられたペンを収納するためのペンホルダ３４に設けられた同期回路３５からの同期信号により行われる。
【０２３２】
図３３は、ペンホルダ３４に設けられた同期回路３５からペン１に同期信号を与えるための構成を示したものである。
【０２３３】
すなわち、図３４に示すように、ペン１には、ペンホルダ３４に設けられた同期回路３５からの同期信号を受け取るための接点１ａが設けられており、また図３５に示すように、ペンホルダ３４には、同期回路３５からの同期信号をペン１に与えるための接点３４ａが設けられている。
【０２３４】
ここで、図３３に示すように、このペン１をこのペンホルダ３４内に収容すると、ペンホルダ３４の接点３４ａとペン１の接点１ａが接触し、これにより同期回路３５からの同期信号はこの接点３４ａ、１ａを介してペン１の送信タイミング制御部１１に与えられる。
【０２３５】
ペン１の送信タイミング制御部１１は、この同期回路３５からの同期信号に基づきこのペン１に設けられた超音波発信素子の超音波発信タイミングを制御し、またシステム本体側の超音波受信部３２では、この同期回路３５からの同期信号に基づきその超音波受信処理を制御するので、その結果、ペン１側に設けられた超音波発信素子の超音波送出タイミングと、システム本体側に設けられた超音波受信部３２における超音波受信処理との同期が確立される。
【０２３６】
また、図２１に示したように、ローカル操作板２２に設けられた超音波素子Ｕａ〜Ｕｄの超音波送信タイミングもシステム本体側に設けられた超音波受信部３２における超音波受信処理と同期をとる必要がある。この場合の同期はローカル操作板２２側に設けられたペンホルダを用いて行われる。
【０２３７】
すなわち、図３６に示すように、ローカル操作板２２側にもシステム本体側と同様に、ペン１を収容するためのペンホルダ３６が設けられており、システム本体側のペンホルダ３４内に収容することによりシステム本体側の超音波受信部３２における超音波受信処理と同期が取られたペン１をこのローカル操作板２２側のペンホルダ３６に収容することにより、ローカル操作板２２に設けられた超音波素子Ｕａ〜Ｕｄの超音波送信タイミングとシステム本体側に設けられた超音波受信部３２における超音波受信処理との同期をとる。
【０２３８】
図３７は、ローカル操作板２２に設けられた超音波素子Ｕａ〜Ｕｄの超音波送信タイミングと、システム本体側の超音波受信部３２における超音波受信処理との同期をとるために、システム本体側の超音波受信部３２における超音波受信処理と同期が取られたペン１の送信タイミング制御部１１から同期信号をローカル操作板２２の超音波素子Ｕａ〜Ｕｄの超音波送信タイミングを制御する送信タイミング制御部２２ｂに同期信号を与えるための構成を示したものである。
【０２３９】
すなわち、図３８に示すように、ペン１には、ペン１の送信タイミング制御部１１からの同期信号をローカル操作板２２に与えるための接点１ｂが設けられており、また図３９に示すように、ローカル操作板２２には、ペン１の送信タイミング制御部１１からの同期信号を受け取るための接点３６ａが設けられている。
【０２４０】
ここで、図３７に示すように、このシステム本体側の超音波受信部３２における超音波受信処理と同期が取られたペン１をこのローカル操作板２２側のペンホルダ３６に収容すると、ペン１の接点１ｂとローカル操作板２２のペンホルダ３６の接点３６ａが接触し、これによりペン１の送信タイミング制御部１１からの同期信号はこの接点１ｂ、３６ａを介してローカル操作板２２の送信タイミング制御部２２ｂに与えられる。
【０２４１】
ローカル操作板２２の送信タイミング制御部２２ｂは、このペン１の送信タイミング制御部１１からの同期信号に基づきこのペン１に設けられた超音波発信素子の超音波発信タイミングを制御し、またシステム本体側の超音波受信部３２では、この同期回路３５からの同期信号に基づきそのローカル操作板２２に設けられた超音波素子Ｕａ〜Ｕｄの超音波送信タイミングを制御するので、その結果、ローカル操作板２２に設けられた超音波素子Ｕａ〜Ｕｄの超音波送信タイミングと、システム本体側の超音波受信部３２における超音波受信処理との同期が確立される。
【０２４２】
以上説明したように、この第１の発明によれば、入力ペンに超音波送出器を設けるとともに、３次元空間内の所定の箇所にこの超音波送出器から発信された超音波を受信する複数の超音波受信素子を有する超音波受信部を設け、この複数の超音波受信素子の受信出力に基づきこの複数の超音波受信素子の配列位置に固定された第１の座標上における入力ペンによる指示位置情報を演算するとともに、この演算された指示位置に対応する指示位置が第１の入力領域に含まれるかこの第１の入力領域から離れた第２の入力領域に含まれるかを判別し、この判別結果に応じてこの指示位置情報を第１の入力領域に固定された座標上の位置を示すを第１の位置情報または第２の入力領域に固定された座標上の位置に変換し、この変換された位置情報に対応して表示手段における表示制御を行うように構成したので、安価な構成により、複数の操作者からの手書きペン入力を可能にするとともに、操作性の向上および使用形態の多様化を可能にしたペン入力装置を提供することができるという効果を奏する。
【０２４３】
また、第２の発明によれば、位置情報を入力する入力ペンと、該入力ペンによる第１の入力面を構成するとともに該入力ペンにより入力された位置情報に基づく表示を行う表示手段を有するペン入力装置において、前記入力ペンに設けられた超音波発信手段と、前記第１の入力面に対して所定の位置関係で配設され、前記超音波発信手段から発信された超音波を受信する複数の超音波受信素子を有する超音波受信手段と、前記第１の入力面から所定距離離れて配設され、前記入力ペンによる第２の入力面を有する遠隔入力手段と、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第１の入力面の相対的位置関係を示す第１の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第１の入力面に対する第１の指示位置情報を演算する第１の演算手段と、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第２の入力面の相対的位置関係を示す第２の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第２の入力面に対する第２の指示位置情報を演算する第２の演算手段と、前記第１の指示位置情報および前記第２の指示位置情報に基づき前記表示手段における表示を制御する表示制御手段とを具備して構成したので、上記効果に加えて、表示手段上の第１の入力面からの情報の入力ともに、この表示手段から所定距離離れて配設された遠隔入力手段の第２の入力面からの情報の入力が可能になる。
【０２４４】
また、第３の発明によれば、位置情報を入力する入力ペンと、該入力ペンによる第１の入力面を構成するとともに該入力ペンにより入力された位置情報に基づく表示を行う第１の表示手段を有するペン入力装置において、前記入力ペンに設けられた超音波発信手段と、前記第１の入力面に対して所定の位置関係で配設され、前記超音波発信手段から発信された超音波を受信する複数の超音波受信素子を有する超音波受信手段と、前記第１の入力面から所定距離離れて配設され、前記入力ペンによる第２の入力面を構成するとともに該入力ペンにより入力された位置情報に基づく表示を行う第２の表示手段を有する遠隔入力手段と、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第１の入力面の相対的位置関係を示す第１の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第１の入力面に対する第１の指示位置情報を演算する第１の演算手段と、前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第２の入力面の相対的位置関係を示す第２の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第２の入力面に対する第２の指示位置情報を演算する第２の演算手段と、前記第１の指示位置情報および前記第２の指示位置情報に基づき前記第１の表示手段および前記第２の表示手段における表示を制御する表示制御手段とを具備して構成したので、上記効果に加えて、第２の入力面上で前記表示手段により表示された表示内容を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係わるペン入力装置を適用して構成した情報処理システムの一実施例の概略構成を示すブロック図。
【図２】３次元的に配設された３つの超音波受信素子に対するペンによる指示位置の関係を示した図。
【図３】図１に示した超音波受信部における受信処理部の具体的構成を示したブロック図。
【図４】図３に示したカウンタによる時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃの検出動作を示すタイミングチャート。
【図５】図１に示した実施例の情報処理システムで用いるペンの外観を示した外観図。
【図６】図１に示した実施例の情報処理システムで用いるペンの内部回路構成を示したブロック図。
【図７】図１に示した超音波受信部および演算処理部の具体的構成を示したブロック図。
【図８】図６に示したペンに設けられたシーケンサによる超音波送信タイミング制御の状態遷移を示す状態遷移図。
【図９】図８に示す状態遷移図において、マルチペン機能が選択された場合（ＭＰｅｎ＝１）におけるＰｅｎＮＯ＝０のペンおよびＰｅｎＮＯ＝１のペンの超音波送信タイミング制御を示すタイミングチャート。
【図１０】図７に示したシーケンサによる受信タイミング制御の状態状態を示す状態遷移図。
【図１１】図７に示した通信部からＲＳ２３２Ｃインタフェースを介して演算処理部にデータを送信するデータ送信制御の状態遷移を示す状態遷移図。
【図１２】この発明に係わるペン入力装置を適用して構成した情報処理システムの他の実施例の概略構成を示したシステム構成図。
【図１３】図１２に示したローカル操作紙の具体的構成を示した図。
【図１４】図１２に示した実施例における初期設定用データの収集処理を示すフローチャート。
【図１５】図１２に示した実施例における複数の位置決め領域Ｐ１〜Ｐ４の座標（ｘｎ、ｙｎ、ｚｎ）（ｎ＝１〜４）から各領域Ｒ１〜Ｒ６の座標を算出する処理を説明するための図。
【図１６】図１２に示した実施例における複数の位置決め領域Ｐ１〜Ｐ４の座標（ｘｎ、ｙｎ、ｚｎ）（ｎ＝１〜４）から各領域Ｒ１〜Ｒ６の座標を算出する処理を説明するための図。
【図１７】図１２に示した実施例におけるシステム本体側における処理の概要を示したフローチャート。
【図１８】図１２に示した実施例における操作例を示す図。
【図１９】図１２に示した実施例における他の操作例を示す図。
【図２０】この発明に係わるペン入力装置を適用して構成した情報処理システムの更に他の実施例の概略構成を示したシステム構成図。
【図２１】図２０に示す実施例の情報処理システムで採用するローカル操作板の概略構成を示す図。
【図２２】図２０に示した実施例における４個の超音波発信素子Ｕａ〜Ｕｄの位置からローカル操作板における各位置の３次元座標の算出処理を説明する図。
【図２３】図２０に示した実施例における操作例を示した図。
【図２４】この発明で採用するペンが筆記具としても機能を有する場合のペンの構成例を示す図。
【図２５】この発明で採用するペンが筆記具としても機能を有する場合のペンの他の構成例を示す図。
【図２６】図２５において点線で囲んだ部分を拡大して示す拡大図。
【図２７】図２５に示した超音波通過窓の部分を拡大して示す拡大図。
【図２８】図２５乃至図２７に示したペンを用いて構成したこの発明に係わる情報処理システムの他の実施例の概略構成を示したシステム構成図。
【図２９】この発明のペン入力装置においてローカル入力を行うときに用いるローカル操作板の他の構成例を示した図。
【図３０】図２９に示したバインダの詳細構成を示した図。
【図３１】図２９に示したバインダの開いた状態を示す図。
【図３２】この発明のペン入力装置においてローカル入力を行うときに用いるローカル操作板の更に他の構成例を示した図。
【図３３】この発明のペン入力装置においてペンホルダに設けられた同期回路からペンに同期信号を与えるための構成を示した図。
【図３４】図３３に示すペンの構成を示す図。
【図３５】図３３に示すペンホルダの構成を示す図。
【図３６】この発明のペン入力装置においてペンからローカル操作板に同期信号を与えるための構成を説明するための図。
【図３７】この発明のペン入力装置においてペンからローカル操作板に同期信号を与えるための構成を示す図。
【図３８】図３７に示すペンの構成を示す図。
【図３９】図３７に示すローカル操作板のペンホルダの構成を示す図。
【符号の説明】
１，２…ペン、１０…第１の入力領域、２０…第２の入力領域、３０…超音波受信部、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…超音波受信素子、３２…受信処理部、３３…通信部、４０…演算処理部、４１…通信部、４２…演算部、４３…判別部、４４…第１の変換部、４５…第２の変換部、４６…表示制御部、５０…表示部
Claims (12)
- 入力ペンによる指示位置を入力するペン入力装置において、
前記入力ペンに設けられた超音波発信手段と、
３次元空間内の所定の箇所に配設され、前記超音波発信手段から発信された超音波を受信する複数の超音波受信素子を有する超音波受信手段と、
第１の入力領域を有する第１の入力手段と、
前記第１の入力手段の入力領域から所定距離離れて配設された第２の入力領域を有する第２の入力手段と、
前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に固定された第１の座標系上における前記入力ペンによる指示位置を示す指示位置情報を演算する演算手段と、
前記演算手段により演算された前記指示位置情報に対応する指示位置が前記第１の入力領域に含まれるか前記第２の入力領域に含まれるかを判別する判別手段と、
前記判別手段により前記指示位置が前記第１の入力領域に含まれると判別された場合は、前記指示位置情報を前記第１の入力領域に固定された第２の座標系上の位置を示す第１の位置情報に変換する第１の変換手段と、
前記判別手段により前記指示位置が前記第２の入力領域に含まれると判別された場合は、前記指示位置情報を前記第２の入力領域に固定された第３の座標系上の位置を示す第２の位置情報に変換する第２の変換手段と
を具備することを特徴とするペン入力装置。 - 前記第１の入力手段の第１の入力領域または前記第２の入力手段の第２の入力領域に対する前記入力ペンによる指示位置に対応する表示を行う表示手段と、
前記第１の変換手段で変換された前記第１の位置情報および前記第２の変換手段で変換された前記第２の位置情報に基づき前記表示手段における表示制御を行う表示制御手段と
を更に具備することを特徴とする請求項１記載のペン入力装置。 - 前記超音波発信手段は、
予め設定されたタイミングで超音波を発信し、
前記演算手段は、
前記超音波発信手段からの超音波発信タイミングを基準にして前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子による前記超音波発信手段からの超音波の受信タイミングを検出し、該受信タイミングに基づき前記指示位置情報の演算を行う
ことを特徴とする請求項１記載のペン入力装置。 - 前記入力ペンは、
複数の入力ペンからなり、
前記超音波発信手段は、
前記複数の入力ペンのそれぞれに配設され、
前記予め設定されたタイミングは、
各入力ペンに対応してそれぞれ設定され、
前記演算手段は、
前記各入力ペンに対応する各超音波発信手段からの超音波発信タイミングをそれぞれ基準にして前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子による前記各超音波発信手段からの超音波の受信タイミングを検出し、該受信タイミングに基づき前記各入力ペンに対応する指示位置情報の演算を行う
ことを特徴とする請求項３記載のペン入力装置。 - 前記超音波発信手段は、
前記入力ペンがペンホルダに収納されているときに該ペンホルダを介して前記予め設定されたタイミングを示すタイミング情報を受け取る
ことを特徴とする請求項３記載のペン入力装置。 - 位置情報を入力する入力ペンと、該入力ペンによる第１の入力面を構成するとともに該入力ペンにより入力された位置情報に基づく表示を行う表示手段を有するペン入力装置において、
前記入力ペンに設けられた超音波発信手段と、
前記第１の入力面に対して所定の位置関係で配設され、前記超音波発信手段から発信された超音波を受信する複数の超音波受信素子を有する超音波受信手段と、
前記第１の入力面から所定距離離れて配設され、前記入力ペンによる第２の入力面を有する遠隔入力手段と、
前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第１の入力面の相対的位置関係を示す第１の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第１の入力面に対する第１の指示位置情報を演算する第１の演算手段と、
前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第２の入力面の相対的位置関係を示す第２の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第２の入力面に対する第２の指示位置情報を演算する第２の演算手段と、
前記第１の指示位置情報および前記第２の指示位置情報に基づき前記表示手段における表示を制御する表示制御手段と
を具備することを特徴とするペン入力装置。 - 前記第２の入力面は、
筆記具により書き込み可能な用紙からなり、
前記入力ペンは、
前記筆記具に前記超音波発信手段を装着することにより構成される
ことを特徴とする請求項６記載のペン入力装置。 - 前記遠隔入力手段は、
前記第２の情報を前記第２の演算手段に通知する通知手段
を具備することを特徴とする請求項６記載の入力装置。 - 前記通知手段は、
前記第２の入力面に対して所定の位置関係で配設された位置情報通知用超音波発信手段を具備し、
前記第２の演算手段は、
前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子による前記位置情報通知用超音波発信手段からの超音波の受信出力に基づき前記第２の情報を演算する
ことを特徴とする請求項８記載のペン入力装置。 - 前記第２の入力面は、
筆記具により書き込み可能な用紙からなり、
前記位置情報通知用超音波発信手段は、
前記用紙を挟むクリップに配設される
ことを特徴とする請求項９記載のペン入力装置。 - 前記第２の入力面は、
筆記具により書き込み可能な複数の用紙を綴じたバインダからなり、
前記バインダは、
前記用紙の離脱によるページ捲りを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出出力に基づきページ捲り情報を前記表示制御手段に通知するページ捲り情報通知手段と
を具備することを特徴とする請求項６記載のペン入力装置。 - 位置情報を入力する入力ペンと、該入力ペンによる第１の入力面を構成するとともに該入力ペンにより入力された位置情報に基づく表示を行う第１の表示手段を有するペン入力装置において、
前記入力ペンに設けられた超音波発信手段と、
前記第１の入力面に対して所定の位置関係で配設され、前記超音波発信手段から発信された超音波を受信する複数の超音波受信素子を有する超音波受信手段と、
前記第１の入力面から所定距離離れて配設され、前記入力ペンによる第２の入力面を構成するとともに該入力ペンにより入力された位置情報に基づく表示を行う第２の表示手段を有する遠隔入力手段と、
前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第１の入力面の相対的位置関係を示す第１の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第１の入力面に対する第１の指示位置情報を演算する第１の演算手段と、
前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の配列位置に対する前記第２の入力面の相対的位置関係を示す第２の情報および前記超音波受信手段の複数の超音波受信素子の受信出力に基づき前記入力ペンによる前記第２の入力面に対する第２の指示位置情報を演算する第２の演算手段と、
前記第１の指示位置情報および前記第２の指示位置情報に基づき前記第１の表示手段および前記第２の表示手段における表示を制御する表示制御手段と
を具備することを特徴とするペン入力装置。
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