WO2014061242A1 - Coordinate input device, electronic calculation device and coordinate input method - Google Patents

Abstract

A coordinate input device (2) is provided with the following: four reception parts (20-23) for receiving light or sound temporarily emitted from a coordinate designating body (1); a detection unit for detecting received time differences at the reception parts (20-23); and a coordinate calculation unit for calculating the spatial coordinates of the coordinate designating body (1) on the basis of the detected time differences.

Description

Translated fromJapanese

座標入力装置、電子演算装置および座標入力方法Coordinate input device, electronic operation device, and coordinate input method

　本発明は、ポインター等の座標指示体の空間位置を検出し、その空間座標を出力する座標入力装置に関する。The present invention relates to a coordinate input device that detects the spatial position of a coordinate indicator such as a pointer and outputs the spatial coordinates.

　従来の座標入力装置としては、座標指示体が備える発信素子から発信される超音波を、マイクを用いて発信された超音波の受信方向を検知することにより、座標指示体の空間座標を求めるものがある（特許文献１，２参照）。As a conventional coordinate input device, an ultrasonic wave transmitted from a transmitting element included in a coordinate indicator is used to obtain a spatial coordinate of the coordinate indicator by detecting a receiving direction of the ultrasonic wave transmitted using a microphone. (See Patent Documents 1 and 2).

　図１２は、特許文献２に記載された従来の座標入力装置の構成を示す模式図である。図１２において、座標指示体５００は超音波発信素子５１１を内蔵しており、座標入力装置６００に向けて超音波を発信する。FIG. 12 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional coordinate input device described in Patent Document 2. In FIG. 12, the coordinate indicator 500 includes an ultrasonic transmission element 511 and transmits ultrasonic waves toward the coordinate input device 600.

　板状をした座標入力装置６００は、その表面にそれぞれマイクからなる４つの受信素子５２０～５２３を有する。特許文献２では、これらの受信素子５２０～５２３が超音波の受信方向を検知することにより、座標指示体の空間座標を検出できるとしている。The plate-like coordinate input device 600 has fourreceiving elements 520 to 523 each consisting of a microphone on its surface. In Patent Document 2, thereceiving elements 520 to 523 can detect the spatial coordinates of the coordinate indicator by detecting the receiving direction of the ultrasonic waves.

特公昭５８－５６１５２号公報Japanese Examined Patent Publication No. 58-56152特開平１０－２９３６４６号公報JP-A-10-293646

　ところで、本願発明者らは従来の受信方向から空間座標を検出する方法とは異なった手法によって座標指示体の空間座標を求めることを検討している。By the way, the inventors of the present application are considering obtaining the spatial coordinates of the coordinate indicator by a method different from the conventional method of detecting the spatial coordinates from the reception direction.

　そこで、本願発明は空間座標を求める新しい手法を実現できる座標入力装置を提供することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a coordinate input device capable of realizing a new method for obtaining spatial coordinates.

　本発明に係る座標入力装置は、座標指示体から一時に放射された光または音を受信する少なくとも４つの受信部と、前記受信部のうちの所定の組み合わせにおいて受信した時点の時間差を検出する検出部と、検出された時間差に基づいて、前記座標指示体の空間座標を演算する座標演算部と、を備える。The coordinate input device according to the present invention detects at least four reception units that receive light or sound emitted from a coordinate indicator at a time and a time difference between the reception points in a predetermined combination of the reception units. And a coordinate calculation unit that calculates the spatial coordinates of the coordinate indicator based on the detected time difference.

　本発明の座標入力装置によれば、複数の受信部にて受信した時間差を検出し、検出された時間差に基づいて座標指示体の空間座標を演算するという、空間座標を求める新しい手法を実現できる。According to the coordinate input device of the present invention, it is possible to realize a new method for obtaining a spatial coordinate by detecting a time difference received by a plurality of receiving units and calculating a spatial coordinate of a coordinate indicator based on the detected time difference. .

実施の形態１における座標入力装置の模式図Schematic diagram of a coordinate input device according to Embodiment 1座標入力装置の受信素子の配置と座標系の詳細を示す斜視図The perspective view which shows the arrangement | positioning of the receiving element of a coordinate input device, and the detail of a coordinate system座標入力装置の受信素子の配置と座標系の詳細を示す平面図Plan view showing details of arrangement and coordinate system of receiving element of coordinate input device座標入力装置の座標指示体の構成の一例を示すブロック図The block diagram which shows an example of a structure of the coordinate indicator of a coordinate input device座標入力装置の構成の一例を示すブロック図Block diagram showing an example of the configuration of a coordinate input device座標入力装置の時間差検出部の構成の一例を示すブロック図The block diagram which shows an example of a structure of the time difference detection part of a coordinate input device.座標入力装置の時間差検出部の構成の別の一例を示すブロック図The block diagram which shows another example of a structure of the time difference detection part of a coordinate input device.座標入力装置の受光部の構成の一例を示す回路図Circuit diagram showing an example of the configuration of the light receiving unit of the coordinate input device座標入力装置の時間‐デジタル変換機の一例を示す概略回路図Schematic circuit diagram showing an example of the time-digital converter of the coordinate input device座標入力装置の時間‐デジタル変換機の動作を説明するタイミング図Timing diagram explaining the operation of the time-to-digital converter of the coordinate input device実施の形態２における電子演算装置の模式図Schematic diagram of the electronic arithmetic device in the second embodiment従来の座標入力装置の模式図Schematic diagram of a conventional coordinate input device実施の形態１における時間差検出部２４の回路構成の、更に別の一例を示すブロック図The block diagram which shows another example of the circuit structure of the timedifference detection part 24 in Embodiment 1. FIG.実施の形態２における電子演算装置の一例であるゲーム機の模式図Schematic diagram of a game machine which is an example of an electronic arithmetic device in Embodiment 2

　以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１における座標入力装置の模式図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of a coordinate input device according to Embodiment 1 of the present invention.

　図１において、座標指示体１は、操作者により動かされるものであって、その空間的位置である空間座標を座標入力装置２に対して指し示す。In FIG. 1, a coordinate indicator 1 is moved by an operator, and indicates a spatial coordinate that is a spatial position to the coordinate input device 2.

　座標指示体１には、空間位置の検出対象となる発信素子１１が備えられている。この発信素子１１は、光または音を空間上に放射する機能を備えており、具体的には、赤外線などの光を発する発光素子、または超音波を発信する超音波発信素子から構成される。The coordinate indicator 1 is provided with a transmittingelement 11 that is a target for detecting a spatial position. The transmittingelement 11 has a function of emitting light or sound into the space, and specifically includes a light emitting element that emits light such as infrared rays or an ultrasonic transmitting element that emits ultrasonic waves.

　座標入力装置２は、後述の規則に従った配置で受信素子２０～２３を備える。これらの受信素子２０～２３は、発信素子１１から放射される光または音をそれぞれ受信し、その受信信号を出力する。The coordinate input device 2 includes receivingelements 20 to 23 arranged according to the rules described later. These receivingelements 20 to 23 respectively receive light or sound radiated from the transmittingelement 11 and output the received signals.

　詳しくは後述するが、座標入力装置２では、各受信素子２０～２３の受信信号（この受信信号は、座標指示体１から一時に放射された信号を受信したことを示す。）のうちの特定の組合せについての受信時点の時間差を検出し、検出した時間差に基づいて、座標指示体１の空間座標を演算し、演算結果を出力することとなる。As will be described in detail later, in the coordinate input device 2, the reception signal of each of the receivingelements 20 to 23 (this reception signal indicates that a signal emitted at one time from the coordinate indicator 1 has been received). The time difference at the time of reception for the combination is detected, the spatial coordinates of the coordinate indicator 1 are calculated based on the detected time difference, and the calculation result is output.

　図２は、上記受信素子２０～２３の配置と座標系の詳細を示す斜視図である。図３は、同じく上記受信素子２０～２３の配置と座標系の詳細を示すｚ軸方向から俯瞰した平面図である。図２及び図３において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。FIG. 2 is a perspective view showing the arrangement of thereceiving elements 20 to 23 and details of the coordinate system. FIG. 3 is a plan view seen from the z-axis direction showing the details of the arrangement of thereceiving elements 20 to 23 and the coordinate system. 2 and 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

　図２及び図３において、ｘｙｚ直交座標系の原点は受信素子２０の位置に設定され、受信素子２１は原点より距離Ｌ１のｘ軸上に、受信素子２２は原点より距離Ｌ２のｙ軸上に配置され、受信素子２３は原点より距離Ｌ３であり、ｘ軸と角度α３（∠Ｐ１Ｐ０Ｐ３＝α３）をなすｘｙ平面上に配置されている。このように、受信素子２０～２３はｘｙ平面上に配され、ｚ軸は高さ方向を示している。2 and 3, the origin of the xyz orthogonal coordinate system is set to the position of thereceiving element 20, thereceiving element 21 is on the x axis at a distance L1 from the origin, and thereceiving element 22 is on the y axis at a distance L2 from the origin. Thereceiving element 23 is located at a distance L3 from the origin, and is arranged on the xy plane that forms an angle α3 (∠P1P0P3 = α3) with the x axis. Thus, thereceiving elements 20 to 23 are arranged on the xy plane, and the z-axis indicates the height direction.

　更に図３に示す通り、受信素子２０～２３は、その全てが同一の円周上には位置しないように（乗らないように）配置されている。Further, as shown in FIG. 3, thereceiving elements 20 to 23 are arranged so that all of them are not located on the same circumference (so as not to get on).

　即ち、三つの受信素子２０，２１，２２の夫々の位置Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２を通る円周Ｃについて、第４の受信素子２３は、位置Ｐ４のような円周Ｃ上に配置せず、円周Ｃから離れた位置Ｐ３に配置されている。That is, for the circumference C passing through the respective positions P0, P1, and P2 of the three receivingelements 20, 21, and 22, the fourth receivingelement 23 is not arranged on the circumference C as in the position P4. It is arranged at a position P3 away from the circumference C.

　図４は、座標指示体１の構成の一例を示すブロック図である。図４において、クロック生成部１２は、所定周期の基準クロックを生成する。駆動部１３は、クロック生成部１２で生成された基準クロックに基づいて、音または光を発信素子１１から放射する。ここで、発信素子１１は、赤外線を放射する場合は、発光素子を用い、超音波を放射する場合は超音波発信素子を用いる。FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the coordinate indicator 1. In FIG. 4, aclock generator 12 generates a reference clock having a predetermined period. Thedrive unit 13 radiates sound or light from thetransmission element 11 based on the reference clock generated by theclock generation unit 12. Here, thelight emitting element 11 uses a light emitting element when emitting infrared rays, and uses an ultrasonic wave emitting element when emitting ultrasonic waves.

　図５は、座標入力装置２の構成の一例を示すブロック図である。図５において、受信素子２０～２３は、座標指示体１の発信素子１１から発信された信号を受信し、各位置での受信信号を出力する。FIG. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of the coordinate input device 2. In FIG. 5, receivingelements 20 to 23 receive signals transmitted from the transmittingelement 11 of the coordinate indicator 1 and output received signals at each position.

　時間差検出部２４は、受信素子２０～２３からの受信信号間の時間差を検出する。Thetime difference detector 24 detects the time difference between the received signals from the receiving elements 20-23.

　本構成例では、受信素子２０の受信信号を基準として、受信素子２１で受信した受信信号との間の時間差をｄＴ１、受信素子２２で受信した受信信号との間の時間差をｄＴ２、受信素子２３で受信した受信信号との間の時間差をｄＴ３とする数値データを出力する。In this configuration example, with reference to the reception signal of thereception element 20, the time difference between the reception signal received by thereception element 21 is dT1, the time difference between the reception signal received by thereception element 22 is dT2, and thereception element 23 Numerical data with a time difference from the received signal received in step dT3 is output.

　座標演算部２５は、時間差検出部２４にて検出された時間差ｄＴ１，ｄＴ２，ｄＴ３それぞれに、時間差検出部２４における単位時間と、光の場合は光速、音の場合には音速とを乗じて距離差ｄ１，ｄ２，ｄ３を求め、後述の通りに、距離差ｄ１，ｄ２，ｄ３に基づく連立方程式（数１～数３）の解を求め、それに従って座標指示体１の空間位置(ｘ，ｙ，ｚ)が定められる。Thecoordinate calculation unit 25 multiplies the time differences dT1, dT2, and dT3 detected by the timedifference detection unit 24 by the unit time in the timedifference detection unit 24, the speed of light in the case of light, and the speed of sound in the case of sound. Differences d1, d2, and d3 are obtained, and solutions of simultaneous equations (Equations 1 to 3) based on the distance differences d1, d2, and d3 are obtained as described later, and the spatial position (x, y) of the coordinate indicator 1 is accordingly obtained. , Z).

　ここで、上記受信素子２０～２３の受信素子は、信号が赤外線などの光による場合は受光素子であり、超音波による場合は超音波受信素子である。Here, the receiving elements of thereceiving elements 20 to 23 are light receiving elements when the signal is based on light such as infrared rays, and are ultrasonic receiving elements when the signal is based on ultrasonic waves.

　次に、座標演算部２５での空間位置算出に使用される連立方程式（数１）～（数３）について、説明する。（数１）～（数３）の上段の式は双曲面を示す式であり、（数１）については点Ｐ０、点Ｐ１を、（数２）については点Ｐ０、点Ｐ２を、（数３）については点Ｐ０、点Ｐ３をそれぞれ焦点とする二葉回転双曲面を示すものである。これは二葉回転双曲面が二つの焦点からの距離差が一定の点の集合であることからも明らかである。但し、この（数１）～（数３）上段の式は距離差が０でない場合（ｄ１，ｄ２，ｄ３≠０）に成り立つもので、距離差０（ｄ１，ｄ２，ｄ３＝０）の条件では、上段での焦点であった２点間の垂直二等分面を示す下段の式となる。

Next, simultaneous equations (Equation 1) to (Equation 3) used for calculating the spatial position in thecoordinate calculation unit 25 will be described. The upper equations in (Equation 1) to (Equation 3) are hyperbolic surfaces. For (Equation 1), point P0 and point P1 are used. For (Equation 2), point P0 and point P2 are used. 3) shows a two-leaf rotation hyperboloid with points P0 and P3 as focal points. This is also clear from the fact that the biplane rotating hyperboloid is a set of points with a constant distance difference from the two focal points. However, the upper equations of (Equation 1) to (Equation 3) hold when the distance difference is not 0 (d1, d2, d3 ≠ 0), and the condition of the distance difference 0 (d1, d2, d3 = 0) Then, the lower equation showing the perpendicular bisector between the two points, which was the focal point in the upper portion, is obtained.

　即ち、時間差検出部２４で検出された時間差を基に得られた距離差ｄ１～ｄ３にそれぞれ従った（数１）～（数３）を満たす点（ｘ、ｙ、ｚ）を求めることで、座標指示体１の空間位置が判明するものである。That is, by obtaining points (x, y, z) that satisfy (Equation 1) to (Equation 3) according to the distance differences d1 to d3 obtained based on the time difference detected by the timedifference detection unit 24, respectively. The spatial position of the coordinate indicator 1 is determined.

　なお、（数１）～（数３）において空間位置を導出するにあたっては、上記垂直二等分面を挟んだ両側に解が存在することになり、一意に定まらないことになるとも思われるがそうではなく、距離差ｄ１～ｄ３の正負により、解の存在範囲を示す次の不等式（数４）～（数６）の条件を課すことにより正しい空間位置を導出することができる。In deriving the spatial position in (Equation 1) to (Equation 3), there will be solutions on both sides of the vertical bisector, which may not be uniquely determined. Instead, the correct spatial position can be derived by imposing the conditions of the following inequalities (Expression 4) to (Expression 6) indicating the existence range of the solutions based on whether the distance differences d1 to d3 are positive or negative.

　ここで、例えば受信素子２３が、図３のＰ４の位置のように全ての受信素子が同一円周Ｃ上に配置されている場合において、座標指示体１がこの円周Ｃの中心を足とする垂線上に位置すると、円周Ｃを底面とする直円錐の頂点に位置する関係となるため、何れの受信素子とも等距離となり、距離差は何れも０となる（ｄ１＝ｄ２＝ｄ３＝０）。これを、空間位置を求めるために（数１）～（数３）に適用すると、何れも下段の式が適用され、その解は（ｘ，ｙ）＝（Ｌ１／２，Ｌ２／２）と垂線を示すのみとなり、ｚ軸方向の成分、すなわち高さ成分を導出することは困難となる課題が生ずる。

Here, for example, in the case where all the receiving elements are arranged on the same circumference C as in the position P4 in FIG. 3, the coordinate indicator 1 has the center of the circumference C as a foot. Since the relationship is located at the apex of a right cone with the circumference C as the bottom, the distance is equal to any receiving element, and the distance difference is 0 (d1 = d2 = d3 = 0). If this is applied to (Equation 1) to (Equation 3) in order to obtain the spatial position, the lower equation is applied, and the solution is (x, y) = (L1 / 2, L2 / 2). Only a vertical line is shown, and there arises a problem that it is difficult to derive a component in the z-axis direction, that is, a height component.

　上述の受信素子２０～２３の配置は、この課題に鑑みて、全ての受信素子が同一円周上に乗らない配置となっている。こうすることで、座標指示体１が座標入力装置２上の何れの位置に置かれても、（数１）～（数３）において、少なくとも一つの式が上段の双曲面の式に基づいて空間座標の導出が行われるようになる。In view of this problem, the arrangement of the receivingelements 20 to 23 described above is an arrangement in which all the receiving elements do not ride on the same circumference. In this way, at any position on the coordinate input device 2 where the coordinate indicator 1 is placed, in (Equation 1) to (Equation 3), at least one equation is based on the upper hyperboloid equation. Spatial coordinates are derived.

　かかる構成によれば、全ての受信素子が同一円周上には位置しないような配置とすることにより、座標指示体１と受信素子２０～２３とが全て等距離となることはなく、座標指示体１が座標入力装置２上の何れの位置に置かれても、一意な空間点を求めることができ、これにより安定した測定精度を有する座標入力装置を実現することができる。According to this configuration, by arranging the receiving elements so that all the receiving elements are not located on the same circumference, the coordinate indicator 1 and the receivingelements 20 to 23 are not all equidistant. Even if the body 1 is placed on any position on the coordinate input device 2, a unique spatial point can be obtained, thereby realizing a coordinate input device having stable measurement accuracy.

　なお、上記空間位置を求めるための（数１）～（数３）からなる連立方程式は、反復的な数値解法により解を求めてもよいがこれに限られない。The simultaneous equations composed of (Equation 1) to (Equation 3) for obtaining the spatial position may be obtained by an iterative numerical solution, but are not limited thereto.

　例えば、受信素子２０～２３の配置が定まっている場合、それにより受信素子間の距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３、角度α３の値は定まっているため、このＬ１，Ｌ２，Ｌ３、角度α３を定数として求めた、距離差ｄ１，ｄ２，ｄ３の所定の組み合わせに対応する解（ｘ，ｙ，ｚ）をテーブルとして予めに組み込み、検出した距離差ｄ１，ｄ２，ｄ３について、その近傍のテーブル値からの内挿により近似解を導出してもよい。これにより、連立方程式の解の導出における処理時間、消費電力を抑えることができる。For example, when the arrangement of the receivingelements 20 to 23 is determined, the values of the distances L1, L2, L3 and the angle α3 between the receiving elements are determined, so that the L1, L2, L3 and the angle α3 are set as constants. The obtained solution (x, y, z) corresponding to the predetermined combination of the distance differences d1, d2, and d3 is previously incorporated as a table, and the detected distance differences d1, d2, and d3 are calculated from the table values in the vicinity thereof. An approximate solution may be derived by interpolation. Thereby, the processing time and power consumption in deriving the solution of simultaneous equations can be suppressed.

　なお、上記においては、受信素子２０，２１を通る直線Ｐ０Ｐ１と受信素子２０，２２を通る直線Ｐ０Ｐ２が直交する場合について記載したが、これに限定するものではなく、直線Ｐ０Ｐ１と直線Ｐ０Ｐ２が角度α２（∠Ｐ１Ｐ０Ｐ２＝α２）を成して斜交するような場合においても同様に位置の検出は可能である。この場合の位置の算出は、上記と同様に（数７）～（数９）の解を求めることにより得られる。In the above description, the case where the straight line P0P1 passing through the receivingelements 20 and 21 and the straight line P0P2 passing through the receivingelements 20 and 22 are orthogonal to each other has been described. However, the present invention is not limited to this, and the straight line P0P1 and the straight line P0P2 have an angle α2. The position can be detected in the same manner even in the case of crossing in the form of (∠P1P0P2 = α2). The calculation of the position in this case is obtained by obtaining the solutions of (Equation 7) to (Equation 9) as described above.

　なお、上記座標指示体１において、送信信号は一定の周期の信号である場合について説明しているがこれに限られない。

In the coordinate indicator 1, the case where the transmission signal is a signal having a constant period has been described, but the present invention is not limited to this.

　例えば、空間座標以外の付加的な情報を送信するために、周波数変調、位相変調、パルス幅変調などの変調を加えて送信するようにしても構わない。この付加的な情報としては、例えば座標指示体１に設けられたスイッチの操作情報や、加速度センサーからの加速度情報などのセンサー情報などが考えられる。For example, in order to transmit additional information other than spatial coordinates, modulation such as frequency modulation, phase modulation, and pulse width modulation may be added for transmission. As this additional information, for example, switch operation information provided on the coordinate indicator 1, sensor information such as acceleration information from an acceleration sensor, and the like can be considered.

　これにより、ｘ，ｙ，ｚの空間座標のみならず、上記付加的な情報を含む多様な情報（空間座標情報）を座標指示体１により指し示すことが可能となる。Thereby, not only the spatial coordinates of x, y, and z but also various information (spatial coordinate information) including the additional information can be indicated by the coordinate indicator 1.

　図６は、上記時間差検出部２４の回路構成の一例を示すブロック図ある。図６において、図５と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。FIG. 6 is a block diagram showing an example of the circuit configuration of the timedifference detection unit 24. In FIG. 6, the same components as those in FIG.

　図６において、時間‐デジタル変換器（TDC：Time-to-Digital Converter）２４１は、計測開始と計測終了の二つの入力を持ち、開始信号入力端（図中、Ｓで標記）に入った信号と終了信号入力端（図中、Ｅで標記）に入った信号の時間差を、計測したデジタル値として出力するものである。時間－デジタル変換器２４１の二つの入力には、それぞれ二つの受信素子からの信号が入力されている。In FIG. 6, a time-to-digital converter (TDC) 241 has two inputs, a measurement start and a measurement end, and is a signal input to the start signal input terminal (denoted by S in the figure). And the time difference between the signals input to the end signal input terminal (indicated by E in the figure) are output as measured digital values. Signals from two receiving elements are input to two inputs of the time-digital converter 241, respectively.

　遅延回路２４２は、時間‐デジタル変換器２４１の計測終了入力端子（停止信号入力側）と一方の受信素子との間に挿入され、所定の時間遅延量τだけ受信信号を遅延させる。Thedelay circuit 242 is inserted between the measurement end input terminal (stop signal input side) of the time-digital converter 241 and one receiving element, and delays the received signal by a predetermined time delay amount τ.

　ローパスフィルタ２４３は、時間‐デジタル変換器より受信信号の周期毎に得られる受信信号間の時間差を平準化し、ダウンサンプラ２４４にて受信信号の周期より長い周期で時間差を出力している。The low-pass filter 243 equalizes the time difference between the received signals obtained for each period of the received signal from the time-digital converter, and thedown sampler 244 outputs the time difference with a period longer than the period of the received signal.

　かかる構成による時間差検出部２４においては、特に光を用いた場合、行程差による時間差は極めて短いため、一度の検出では誤差が大きく高い検出精度を得ることが困難であるが、多数のサンプリング結果の平均化により良好な検出精度を得ることができる。In the timedifference detection unit 24 having such a configuration, especially when light is used, the time difference due to the stroke difference is extremely short, so that it is difficult to obtain high detection accuracy with a large error in one detection. Good detection accuracy can be obtained by averaging.

　減算器２４５は、ダウンサンプラ２４４から出力される時間差の値に対して、遅延回路２４２による遅延時間に相当する値τを減算することにより、受信信号間の時間差ｄＴ１、ｄＴ２、ｄＴ３を求めている。Thesubtractor 245 obtains time differences dT1, dT2, and dT3 between the received signals by subtracting a value τ corresponding to the delay time by thedelay circuit 242 from the value of the time difference output from thedown sampler 244. .

　かかる遅延回路２４２と減算器２４５を加えた構成により、時間‐デジタル変換器２４１は、計測開始入力端Ｓから計測終了入力端Ｅへの信号の遅れを計測するものであるため、二つの信号間の一方向の時間差（例えば、受信素子２０が受信信号を受信してから受信素子２１が受信信号を受信するまでの時間差）しか計測できないものが、正負双方の時間差を計測することを可能としている。With the configuration in which thedelay circuit 242 and thesubtractor 245 are added, the time-digital converter 241 measures the delay of the signal from the measurement start input terminal S to the measurement end input terminal E. That can measure only the time difference in one direction (for example, the time difference from when the receivingelement 20 receives the received signal until the receivingelement 21 receives the received signal) makes it possible to measure both the positive and negative time differences. .

　つまり、例えば、受信素子２１が受信素子２０よりも先に受信信号を受信したとしても、両者の受信の時間差を計測することが可能となる。That is, for example, even if the receivingelement 21 receives the received signal before the receivingelement 20, it is possible to measure the time difference between the reception of both.

　更に、この構成によれば、両受信素子から時間差検出部２４に信号を伝達する過程で生じる遅延差も相殺するように、減算器２４５での減算値τを定めることができるため、受信素子、時間差検出部の配置に起因する誤差を低減することもできる。Furthermore, according to this configuration, since the subtraction value τ in thesubtractor 245 can be determined so as to cancel out the delay difference generated in the process of transmitting signals from both receiving elements to the timedifference detecting unit 24, the receiving element, Errors due to the arrangement of the time difference detectors can also be reduced.

　図６で説明した構成によれば、時間差検出部２４において、時間‐デジタル変換器の計測終了入力端Ｅに対して所定の時間遅延τの遅延回路２４２を介して受信信号を入力し、測定結果の時間差の値から遅延時間τを減算する構成とすることにより、正負双方の時間遅延の計測が、同一の送信信号に由来する受信信号に対して、比較的短い遅延素子列の時間‐デジタル変換器で行える。このため、回路規模、消費電力が比較的小さく、高精度の座標入力装置の実現に寄与できる。According to the configuration described with reference to FIG. 6, the timedifference detection unit 24 inputs the received signal to the measurement end input terminal E of the time-digital converter via thedelay circuit 242 having a predetermined time delay τ, and the measurement result The delay time τ is subtracted from the value of the time difference between the positive and negative time delays, so that the time-to-digital conversion of a relatively short delay element array can be performed for received signals derived from the same transmission signal. Can be done with a vessel. For this reason, the circuit scale and power consumption are relatively small, which can contribute to the realization of a highly accurate coordinate input device.

　図７は、上記時間差検出部２４の回路構成の別の一例を示すブロック図ある。図７において、図６と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。FIG. 7 is a block diagram showing another example of the circuit configuration of the timedifference detection unit 24. In FIG. 7, the same components as those in FIG.

　図７において、時間‐デジタル変換器２４１１、２４１２は対をなし、その入力について交互に入れ替えた構成となっている。In FIG. 7, time-digital converters 2411 and 2412 are paired, and their inputs are alternately switched.

　遅延判定部２４６は、一対の時間‐デジタル変換器２４１１、２４１２とローパスフィルタ２４３、ダウンサンプラ２４４からなる時間差検出路から得られた時間差について、値が小さい方を選択すると共に、それに対応した正負の符号を付けて検出した時間差として出力する。Thedelay determination unit 246 selects a time difference obtained from a time difference detection path including a pair of time-digital converters 2411 and 2412, a low-pass filter 243, and adownsampler 244, and selects a positive or negative value corresponding thereto. Output as a time difference detected by adding a sign.

　かかる構成により、時間差検出部２４において正負の時間差の検出を可能とし、この検出を比較的小規模な回路で行うことができる。With this configuration, the timedifference detection unit 24 can detect positive and negative time differences, and this detection can be performed with a relatively small circuit.

　なお、本構成においては、対を成す二つの時間‐デジタル変換器２４１１、２４１２を備えているが、この時間‐デジタル変換器を一つとし、受信信号の周期毎に時間‐デジタル変換器への入力を交互に入れ替えて検出することで同様の効果を得ることができる。このように、受信信号の周期毎に時間‐デジタル変換器への入力を交互に入れ替える例を図１３を用いて説明する。In this configuration, two time-to-digital converters 2411 and 2412 are provided as a pair, but this time-to-digital converter is used as one unit, and the time-to-digital converter is connected to each period of the received signal. The same effect can be obtained by detecting the input alternately. An example in which the input to the time-digital converter is alternately switched every period of the received signal as described above will be described with reference to FIG.

　図１３は、上記時間差検出部２４の回路構成の更に別の一例を示すブロック図ある。FIG. 13 is a block diagram showing still another example of the circuit configuration of the timedifference detection unit 24.

　図１３において、時間‐デジタル変換器２４１と受信素子２０～２３との間には、切替器２４９が挿入され、受信素子２０からの信号から信号期間を示す切替信号を出力する切替信号ブロック２４８が加えられている。In FIG. 13, aswitch 249 is inserted between the time-digital converter 241 and the receivingelements 20 to 23, and aswitching signal block 248 for outputting a switching signal indicating a signal period from the signal from the receivingelement 20 is provided. It has been added.

　切替器２４９は、切替信号ブロック２４８からの切替信号に従い、時間－デジタル変換器２４１へ入力される２つの受信信号の入力先を、周期的に交互に切り替える。Theswitch 249 periodically switches the input destinations of the two received signals input to the time-digital converter 241 in accordance with the switch signal from theswitch signal block 248.

　かかる構成によれば、時間－デジタル変換器２４１が出力する切替に応じた２種類の値のうち、有効な値が得られた周期における値の方を後続する処理において用いることができる。According to such a configuration, of the two types of values corresponding to the switching output from the time-digital converter 241, the value in the cycle in which the effective value is obtained can be used in the subsequent processing.

　なお、上記説明においてローパスフィルタ２４３とダウンサンプラ２４４は、個別のブロックとして説明しているが、この二つの機能ブロックが独立している必要はなく、上記の通り、送信信号の周期で検出される時間差値を平均化し、より長い周期の低周波数で時間差値を出力する機能をもつものであればよい。In the above description, the low-pass filter 243 and thedownsampler 244 are described as separate blocks. However, the two functional blocks do not have to be independent, and are detected in the cycle of the transmission signal as described above. Any function that averages the time difference values and outputs the time difference values at a low frequency with a longer period may be used.

　図８は、受信素子２０～２３が受光素子によって構成される場合の回路構成の一例を示す回路図である。図８において、受光素子としてのフォトトランジスタ２０１は、座標指示体１の発光素子から放射された光信号を受光し電流に変換する。なお、この受光素子はフォトトランジスタに限るものではなく、フォトダイオード、その他の光電変換素子であってもよい。抵抗２０２は、電源とフォトトランジスタ２０１の間に接続され、フォトトランジスタ２０１の流す電流に従った電圧を測定するためのものである。ここで、フォトトランジスタ２０１は光が入射した場合には電流を流し、光が入射しない場合は電流を流さないため光を検出したとき低電圧レベルを、光が検出されないとき高電圧レベルを出力するものである。なお、この抵抗２０２は、定電流源を構成する回路に置き換えられてもよい。ローパスフィルタ２０３は、受信する所定周期の信号を除去するカットオフ特性をもち受信信号を平準化して信号検出のための参照レベルを与える。比較器２０４は、ローパスフィルタ２０３からの参照レベルとフォトトランジスタ２０１と抵抗２０２からの受信信号レベルとを比較し、光の有無をデジタル値として出力する。FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of a circuit configuration when the receivingelements 20 to 23 are constituted by light receiving elements. In FIG. 8, aphototransistor 201 as a light receiving element receives an optical signal emitted from the light emitting element of the coordinate indicator 1 and converts it into a current. The light receiving element is not limited to a phototransistor, and may be a photodiode or other photoelectric conversion element. Theresistor 202 is connected between the power supply and thephototransistor 201 and is used to measure a voltage according to the current flowing through thephototransistor 201. Here, thephototransistor 201 outputs a current when the light is incident, and outputs a low voltage level when the light is detected because no current flows when the light is not incident, and outputs a high voltage level when the light is not detected. Is. Theresistor 202 may be replaced with a circuit that constitutes a constant current source. The low-pass filter 203 has a cut-off characteristic for removing a signal having a predetermined period to be received, and equalizes the received signal to provide a reference level for signal detection. Thecomparator 204 compares the reference level from the low-pass filter 203 with the received signal level from thephototransistor 201 and theresistor 202, and outputs the presence or absence of light as a digital value.

　図９は、時間‐デジタル変換器の一例を示す概略回路図である。図９において、時間‐デジタル変換器は、計測開始入力端Ｓに接続され、多数の一定の遅延を持つ遅延素子が直列に接続された遅延素子列と、それぞれ遅延素子の出力と、計測終了入力端Ｅからの信号と、を入力とする多数のフリップフロップと、多数のフリップフロップからの出力値をバイナリに変換するデコーダから構成される。FIG. 9 is a schematic circuit diagram showing an example of a time-digital converter. In FIG. 9, the time-digital converter is connected to the measurement start input terminal S, a delay element array in which a number of delay elements having a constant delay are connected in series, the output of the delay element, and the measurement end input, respectively. It is composed of a large number of flip-flops that receive the signal from the terminal E, and a decoder that converts the output values from the large number of flip-flops into binary.

　このように、時間‐デジタル変換器は、その開始信号入力側に遅延素子を複数段連ねてなるディレイラインを有する。なお、遅延素子の遅延時間は例えば数ピコ秒に設定される。Thus, the time-to-digital converter has a delay line formed by connecting a plurality of delay elements on the start signal input side. The delay time of the delay element is set to several picoseconds, for example.

　この時間‐デジタル変換器の動作を図１０のタイミング図を用いて説明する。図１０（Ａ）の計測開始信号Ｓより計測終了信号Ｅが僅かに遅れて入力される場合、この信号遅延の関係を正の時間差と定義する。本時間‐デジタル変換器は、入力信号の立ち上がりエッジを基準に動作するもので（図中、上向き矢印で記載）、この場合において、計測開始信号Ｓの立ち上がりエッジは遅延素子列を一定の遅延時間を持って伝播していく、次に計測終了信号Ｅの立ち上がりエッジが入ると、フリップフロップによりその瞬間の遅延列の値が一斉に取り込まれる。このとき、計測開始信号Ｓの立ち上がりエッジは、計測開始信号Ｓと計測終了信号Ｅの立ち上がりエッジの時間差の分（図中、ハッチング領域）だけ遅延列を進んでおり、入力端側からその遅延素子までの遅延素子の出力が１として取り込まれ、それ以降の遅延素子の値は０が取り込まれる。デコーダは、フリップフロップに取り込まれた値について、計測開始信号Ｓの立ち上がりエッジに相当する出力値１が入力端側から進んだ量をバイナリ値に変換して出力する。これにより、計測開始信号Ｓと計測終了信号Ｅの立ち上がりエッジの時間差がバイナリ値に変換され、出力されている。The operation of this time-digital converter will be described with reference to the timing chart of FIG. When the measurement end signal E is input with a slight delay from the measurement start signal S in FIG. 10A, this signal delay relationship is defined as a positive time difference. This time-to-digital converter operates on the basis of the rising edge of the input signal (indicated by an upward arrow in the figure). In this case, the rising edge of the measurement start signal S causes the delay element array to have a certain delay time. Then, when the rising edge of the measurement end signal E is input, the values of the delay sequence at that moment are simultaneously fetched by the flip-flops. At this time, the rising edge of the measurement start signal S advances through the delay line by the time difference (hatched area in the figure) between the rising edges of the measurement start signal S and the measurement end signal E, and the delay element from the input end side. Until then, the output of the delay element is captured as 1, and the value of the delay element thereafter is captured as 0. The decoder converts the value obtained by the output value 1 corresponding to the rising edge of the measurement start signal S from the input end side of the value fetched into the flip-flop into a binary value and outputs it. As a result, the time difference between the rising edges of the measurement start signal S and the measurement end signal E is converted into a binary value and output.

　次に、図１０（Ｂ）の計測開始信号Ｓより計測終了信号Ｅが僅かに早く入力される場合、この信号遅延の関係を負の時間差と定義する。この場合においては、上記の通り時間‐デジタル変換器は、正の時間差を計測する構成であるため、早く入ってきた計測終了信号Ｅの立ち上がりエッジで計測されず、次に入ってくる立ち上がりエッジまでの時間差（図中、ハッチング領域）が計測される。Next, when the measurement end signal E is input slightly earlier than the measurement start signal S in FIG. 10B, this signal delay relationship is defined as a negative time difference. In this case, since the time-digital converter is configured to measure a positive time difference as described above, the time-to-digital converter is not measured at the rising edge of the measurement end signal E that has entered earlier, but until the next incoming rising edge. Time difference (hatched area in the figure) is measured.

　ここで、受信信号が一定周期の信号である場合は、上記の通り次の計測終了信号Ｅの立ち上がりエッジによる時間差を計測して、周期を差し引くことで負の時間差を求めることが可能である。このように位相差として取り扱うことで負の時間差を求めても良いが、次の様な課題が生じる。Here, when the received signal is a signal having a fixed period, it is possible to obtain a negative time difference by measuring the time difference due to the rising edge of the next measurement end signal E and subtracting the period as described above. Although the negative time difference may be obtained by treating it as a phase difference in this way, the following problems arise.

　計測する時間差が大きくなるため、遅延素子の列が少ないと有効な値が得られないことがある。とはいえ、長い遅延素子の列を設けると、回路規模、消費電力の増大を招くと共に、長い遅延列の通過により誤差を蓄積し測定精度の低下を招く。また、上述の通り、空間位置以外の情報を伝送するため、送信信号に周波数変調或いは位相変調など時間軸方向の変調が加えられる場合、同一の送信信号に由来する時間差計測でないため、この変調成分が計測する時間差の誤差となる。特に送信素子として発光素子を用いる場合には、計測する時間差は、（距離差）／（光速）で極めて短い時間であるため、これらの誤差は著しい測定誤差となって現れる。Since the time difference to be measured becomes large, there are cases where an effective value cannot be obtained if there are few delay element rows. However, providing a long delay element array causes an increase in circuit scale and power consumption, and accumulates errors due to the passage of the long delay string, resulting in a decrease in measurement accuracy. Further, as described above, in order to transmit information other than the spatial position, when modulation in the time axis direction such as frequency modulation or phase modulation is applied to the transmission signal, this modulation component is not used because it is not a time difference measurement derived from the same transmission signal. It becomes an error of the time difference to measure. In particular, when a light emitting element is used as the transmitting element, the time difference to be measured is (distance difference) / (speed of light), which is an extremely short time.

　以上のように、本実施の形態１に係る座標入力装置２では、受信素子２０～２３から出力された受信信号のうちの特定の組合せについての時間差を検出し、検出した時間差に基づいて、座標指示体１の空間座標を演算し、演算結果を出力する。これにより、回路規模、消費電力が比較的小さく、高精度な空間座標の演算を実現できる。As described above, the coordinate input device 2 according to the first embodiment detects the time difference for a specific combination of the received signals output from the receivingelements 20 to 23, and coordinates based on the detected time difference. The spatial coordinates of the indicator 1 are calculated and the calculation result is output. Thereby, the circuit scale and power consumption are relatively small, and high-precision spatial coordinate calculation can be realized.

　（実施の形態２）
　図１１は、本発明の実施の形態２の電子演算装置の模式図である。図１１において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。(Embodiment 2)
FIG. 11 is a schematic diagram of the electronic arithmetic device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 11, the same components as those in FIG.

　図１１において、表示パネル３は、液晶表示パネルや有機ＥＬ表示パネルなどのフラットパネルディスプレイである。本構成においては、表示パネル３上にカーソル、ポインタ、或いはキャラクターなどの表示物が表示されており、座標入力装置２により座標指示体１の空間位置に従った空間座標が求められ、この座標指示体１の空間座標に準じて表示物の画面上での表示位置を定めている。これにより、表示物は座標指示体１の動きに追従して表示画面上を動かされる。更に、この表示物の位置或いは動作に従った表示パネル３上での動作がアプリケーション・プロセスによって実行されるものである。特に、表示パネル３が３Ｄ表示パネルである場合、上記表示物の奥行き方向の位置も座標指示体１の動作に合わせて表示することができる。In FIG. 11, thedisplay panel 3 is a flat panel display such as a liquid crystal display panel or an organic EL display panel. In this configuration, a display object such as a cursor, a pointer, or a character is displayed on thedisplay panel 3, and the coordinate input device 2 obtains spatial coordinates according to the spatial position of the coordinate indicator 1, and this coordinate instruction The display position of the display object on the screen is determined according to the spatial coordinates of the body 1. As a result, the display object is moved on the display screen following the movement of the coordinate indicator 1. Further, the operation on thedisplay panel 3 according to the position or operation of the display object is executed by an application process. In particular, when thedisplay panel 3 is a 3D display panel, the position of the display object in the depth direction can also be displayed in accordance with the operation of the coordinate indicator 1.

　かかる構成によれば、表示パネル３に表示される３Ｄグラフィックス上の表示物、或いは、３Ｄ表示パネルに表示される表示物を、座標指示体１により直感的に操作することができ、ユーザーにとり分かり易く、負担の少ない良好なユーザーインターフェースを提供することができる。According to such a configuration, the display object on the 3D graphics displayed on thedisplay panel 3 or the display object displayed on the 3D display panel can be intuitively operated by the coordinate indicator 1, so that the user can A user interface that is easy to understand and has a low burden can be provided.

　この他にも電子演算装置の例としては次のようなゲーム機が考えられる。In addition to the above, the following game machines can be considered as examples of the electronic arithmetic unit.

　図１８は、電子演算装置の一例であるゲーム機の模式図である。FIG. 18 is a schematic diagram of a game machine which is an example of an electronic arithmetic device.

　ゲーム機３００は、折り畳み型をしており、上画面３０２と下画面３０３を備える。Thegame machine 300 is a folding type and includes anupper screen 302 and alower screen 303.

　上画面３０２の周縁には、４つの受信素子３２０～３２３が配置されている。このうち受信素子３２３だけは、上画面３０２から遠い位置に配置されている。
これは４つの受信素子のすべてが同一円周上に位置しないようにするためである。Four receivingelements 320 to 323 are arranged on the periphery of theupper screen 302. Among these, only the receivingelement 323 is arranged at a position far from theupper screen 302.
This is to prevent all four receiving elements from being located on the same circumference.

　また、下画面３０３の周囲には、４つの受信素子３３０～３３３が配置されている。このうち受信素子３３３だけは、上画面３０２から遠い位置に配置されている。Further, around thelower screen 303, four receivingelements 330 to 333 are arranged. Among these, only the receivingelement 333 is arranged at a position far from theupper screen 302.

　このようなゲーム機において図示しない座標指示体の空間座標を検出する場合には、上画面３０２の表示内容に対する入力の際には、４つの受信素子３２０～３２３を用いて行い、下画面３０３の表示内容に対する入力の際には、４つの受信素子３３０～３３３を用いて行うとしてもよい。In such a game machine, when detecting the spatial coordinates of a coordinate indicator (not shown), the input to the display content of theupper screen 302 is performed using the four receivingelements 320 to 323, and thelower screen 303 is displayed. When inputting the display content, the four receivingelements 330 to 333 may be used.

　また、両画面３０２，３０３の表示とは関係なく、８つの受信素子を用いて座標指示体の空間座標を検出するとしても構わない。用いる受信素子の数を増やすことで、演算量の増加を招く傾向があるものの、空間座標の検出精度を高めることができる。Also, the spatial coordinates of the coordinate indicator may be detected using eight receiving elements regardless of the display of bothscreens 302 and 303. Increasing the number of receiving elements used tends to increase the amount of computation, but can improve the accuracy of spatial coordinate detection.

　＜補足１＞
（１）時間差を求める受信素子の組み合わせ
　実施の形態１では、
　ｄＴ１・・・受信素子２０と受信素子２１との受信信号の時間差
　ｄＴ２・・・受信素子２０と受信素子２２との受信信号の時間差
　ｄＴ３・・・受信素子２０と受信素子２３との受信信号の時間差
として、受信素子２０を基準としてこの受信素子２０と残りの受信素子２１～２３との時間差を求めるとしている。これはｘｙｚ直交座標系の原点を受信素子２０の点Ｐ０（図２参照）としたことから、座標の計算が容易になるためである。<Supplement 1>
(1) Combination of receiving elements for obtaining time difference In the first embodiment,
dT1: time difference between the reception signals of thereception element 20 and thereception element 21 dT2: time difference between the reception signals of thereception element 20 and thereception element 22 dT3: time difference between the reception signals of thereception element 20 and thereception element 23 As the time difference, the time difference between the receivingelement 20 and the remaining receivingelements 21 to 23 is obtained with the receivingelement 20 as a reference. This is because the origin of the xyz orthogonal coordinate system is set to the point P0 (see FIG. 2) of the receivingelement 20, so that the calculation of coordinates becomes easy.

　もっとも、時間差を求める受信素子の組み合わせはこれに限られない。４つの受信素子２０～２３から、任意の受信素子二つの組み合わせを三種類選び、選んだ三種類の時間差を求めるとしても構わない。ようするに、（数１）～（数３）の三元三次方程式の解が適当に求まるような組み合わせで、受信素子間の時間差を求めるようにすればよい。However, the combination of receiving elements for obtaining the time difference is not limited to this. Three combinations of two arbitrary receiving elements may be selected from the four receivingelements 20 to 23, and the three selected time differences may be obtained. Thus, the time difference between the receiving elements may be obtained by a combination that appropriately finds the solution of the ternary cubic equation of (Equation 1) to (Equation 3).

　また、受信素子の個数は、４つや８つに限られるものではない。空間座標の必要な精度や許容される演算量などに基づいて適当な数に設定することができるが、例えばその上限は３２個（あるいは１６個）とすることが考えられる。Also, the number of receiving elements is not limited to four or eight. Although it can be set to an appropriate number based on the required accuracy of the spatial coordinates, the amount of calculation allowed, etc., for example, the upper limit may be 32 (or 16).

　＜補足２＞
　本実施の形態は、次の態様を含むものである。
（１）実施の形態に係る座標入力装置は、座標指示体から一時に放射された光または音を受信する少なくとも４つの受信部と、前記受信部のうちの所定の組み合わせにおいて受信した時点の時間差を検出する検出部と、検出された時間差に基づいて、前記座標指示体の空間座標を演算する座標演算部と、を備える。
（２）前記受信部は全て同一の平面上にあって、かつ、同一の円周上に位置しないように配置されているとしても構わない。<Supplement 2>
The present embodiment includes the following aspects.
(1) A coordinate input device according to an embodiment includes a time difference between at least four receiving units that receive light or sound emitted from a coordinate indicator at a time and a predetermined combination of the receiving units. And a coordinate calculation unit that calculates the spatial coordinates of the coordinate indicator based on the detected time difference.
(2) The receiving units may be arranged on the same plane and not on the same circumference.

　この構成によれば、少なくとも一つの受信部は同一円周上に位置しない配置であるため、この円周の中心を足とする垂線上に座標指示体が置かれたとしても、全ての受信部から等距離となることはなく、高さの検出が可能であり、安定した空間位置の検出が可能となる。
（３）前記座標指示体は、光を放射する発光素子を有し、前記受信部は、それぞれが有する単一の受光素子により光を受信するとしても構わない。According to this configuration, since at least one receiving unit is arranged not to be located on the same circumference, even if a coordinate indicator is placed on a vertical line with the center of this circumference as a foot, all the receiving units Therefore, the height can be detected and the stable spatial position can be detected.
(3) The coordinate indicator may include a light emitting element that emits light, and the receiving unit may receive light using a single light receiving element included therein.

　この構成によれば、各受信部の単一の受信素子のみで受信するため受信部に係わるサイズ、コスト、受信素子の駆動、及び信号解析に係る消費電力などを低減することに寄与できる。
（４）前記座標指示体は、超音波を放射する超音波発信素子を有し、前記受信部は、それぞれが有する単一の超音波受信素子により超音波を受信するとしても構わない。According to this configuration, since reception is performed by only a single receiving element of each receiving unit, it is possible to contribute to reducing the size, cost, driving of the receiving element, power consumption related to signal analysis, and the like related to the receiving unit.
(4) The coordinate indicator may include an ultrasonic transmission element that emits an ultrasonic wave, and the reception unit may receive ultrasonic waves with a single ultrasonic reception element included in each.

　この構成によれば、各受信部の単一の受信素子のみで受信するため受信部に係わるサイズ、コスト、受信素子の駆動、及び信号解析に係る消費電力などを低減することに寄与できる。
（５）前記検出部は、２つの異なる受信部における受信を示す２つの受信信号が入力され、入力された２つの受信信号の時間差を示すデジタル信号を出力する時間－デジタル変換器と、前記時間‐デジタル変換器の停止信号入力側に挿入された所定の遅延時間をもつ遅延回路とを有するとしても構わない。
（６）前記検出部は、第１の受信部での受信を示す受信信号と第２の受信部での受信を示す受信信号とがそれぞれ入力され、前記第１の受信部での受信を示す受信信号の受信時点から、前記第２の受信部での受信を示す受信信号の受信時点までの時間差を示すデジタル信号を出力する第１の時間－デジタル変換器と、前記第２の受信部での受信を示す受信信号と前記第１の受信部での受信を示す受信信号とがそれぞれ入力され、前記第２の受信部での受信を示す受信信号の受信時点から、前記第１の受信部での受信を示す受信信号の受信時点までの時間差を示すデジタル信号を出力する第２の時間－デジタル変換器と、第１および第２の時間－デジタル変換器のうち、より小さい値の時間差を示すデジタル信号を選択的に出力する出力部とを含むとしても構わない。
（７）前記検出部は、２つの異なる受信部における受信を示す２つの受信信号が入力され、入力された２つの受信信号の時間差を示すデジタル信号を出力する時間－デジタル変換器を含み、さらに、前記時間－デジタル変換器へ入力される２つの受信信号の入力先を、周期的に交互に切り替える切替器を備え、前記座標演算部は、演算した前記空間座標を示す有効な値が得られた周期における値を出力するとしても構わない。
（８）前記受信部が周縁に配された表示パネルを備え、表示パネル上の表示物が前記座標指示体の空間位置に従って表示されるとしても構わない。
（９）前記所定の組み合わせとは、前記少なくとも４つの受信部のうちの１つの受信部と、残りの受信部との一対をそれぞれ組み合わせたものであるとしても構わない。
（１０）実施の形態に係る電子演算装置は、請求項１～９の何れかに記載の座標入力装置と、前記座標入力装置の座標演算部により演算された空間座標を基に所定の処理を行うアプリケーション・プロセスと、を備える。
（１１）実施の形態に係る座標入力方法は、座標指示体から一時に放射された光または音を、少なくとも四つの受信部において受信する受信ステップと、前記受信部のうちの所定の組み合わせにおいて受信した時間差を検出する検出ステップと、検出された時間差に基づいて、前記座標指示体の空間座標を演算する座標演算ステップと、を含む。According to this configuration, since reception is performed by only a single receiving element of each receiving unit, it is possible to contribute to reducing the size, cost, driving of the receiving element, power consumption related to signal analysis, and the like related to the receiving unit.
(5) The detection unit receives two reception signals indicating reception at two different reception units, outputs a digital signal indicating a time difference between the two received signals, and the time A delay circuit having a predetermined delay time inserted on the stop signal input side of the digital converter may be included.
(6) The detection unit receives a reception signal indicating reception at the first reception unit and a reception signal indicating reception at the second reception unit, and indicates reception at the first reception unit. A first time-to-digital converter that outputs a digital signal indicating a time difference from a reception time of a reception signal to a reception time of a reception signal indicating reception at the second reception unit; and a second reception unit A reception signal indicating reception at the first reception unit and a reception signal indicating reception at the first reception unit are respectively input, and from the reception point of the reception signal indicating reception at the second reception unit, the first reception unit Between the second time-digital converter that outputs a digital signal indicating the time difference up to the reception time of the received signal indicating reception at the first time-digital converter and the first and second time-digital converters. An output unit that selectively outputs the digital signal Mutoshite may be.
(7) The detection unit includes a time-to-digital converter that receives two reception signals indicating reception in two different reception units and outputs a digital signal indicating a time difference between the two input reception signals. And a switch for periodically and alternately switching the input destinations of the two received signals input to the time-digital converter, and the coordinate calculation unit obtains an effective value indicating the calculated spatial coordinates. It is also possible to output a value in a different cycle.
(8) The receiving unit may include a display panel arranged at the periphery, and a display object on the display panel may be displayed according to the spatial position of the coordinate indicator.
(9) The predetermined combination may be a combination of one of the at least four receiving units and a pair of the remaining receiving units.
(10) An electronic arithmetic device according to an embodiment performs predetermined processing based on the coordinate input device according to any one of claims 1 to 9 and the spatial coordinates calculated by the coordinate arithmetic unit of the coordinate input device. An application process to perform.
(11) In the coordinate input method according to the embodiment, at least four receiving units receive light or sound emitted from the coordinate indicator at a time, and received in a predetermined combination of the receiving units. A detection step for detecting the time difference, and a coordinate calculation step for calculating a spatial coordinate of the coordinate indicator based on the detected time difference.

　本発明にかかる座標入力装置は、コンピュータ等に対して空間（３次元）座標情報を入力する３次元ポインティング装置等として有用である。また、特に表示パネルの前面空間において、表示内容と連携した空間座標入力を行うコンピュータ端末、或いはコンピュータ・ゲーム装置等における３次元ポインティング装置の用途にも応用が可能である。The coordinate input device according to the present invention is useful as a three-dimensional pointing device for inputting spatial (three-dimensional) coordinate information to a computer or the like. Further, the present invention can be applied to the use of a three-dimensional pointing device in a computer terminal or a computer / game device that performs spatial coordinate input in cooperation with display contents, particularly in the front space of the display panel.

　１　座標指示体
　２　座標入力装置
　３　表示パネル
　１１　発信素子
　１２　クロック生成部
　１３　駆動部
　２０、２１、２２、２３　受信素子
　２４　時間差検出部
　２５　座標演算部
　２４１、２４１１、２４１２　時間‐デジタル変換器
　２４２　遅延素子（遅延回路）
　２４３　ローパスフィルタ
　２４４　ダウンサンプラ
　２４５　減算器
　２４６　遅延判定部
　２０１　フォトトランジスタ
　２０２　抵抗
　２０３　ローパスフィルタ
　２０４　比較器
　３００　ゲーム機（電子演算装置の一例）DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coordinate indicator 2 Coordinateinput device 3Display panel 11 Transmittingelement 12Clock generation part 13Drive part 20, 21, 22, 23Reception element 24 Timedifference detection part 25 Coordinate calculatingpart 241, 2411, 2412 Time-digital converter 242 Delay Element (delay circuit)
243 Low-pass filter 244Downsampler 245Subtractor 246Delay determination unit 201 Phototransistor 202Resistor 203 Low-pass filter 204Comparator 300 Game machine (an example of an electronic arithmetic unit)

Claims (11)

Translated fromJapanese

　座標指示体から一時に放射された光または音を受信する少なくとも４つの受信部と、
　前記受信部のうちの所定の組み合わせにおいて受信した時点の時間差を検出する検出部と、
　検出された時間差に基づいて、前記座標指示体の空間座標を演算する座標演算部と、
を備える座標入力装置。At least four receiving units for receiving light or sound emitted from the coordinate indicator at one time;
A detection unit for detecting a time difference at the time of reception in a predetermined combination of the reception units;
A coordinate calculation unit that calculates the spatial coordinates of the coordinate indicator based on the detected time difference;
A coordinate input device comprising:　前記受信部は全て同一の平面上にあって、かつ、同一の円周上に位置しないように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。2. The coordinate input device according to claim 1, wherein the receiving units are all arranged on the same plane and not on the same circumference.　前記座標指示体は、光を放射する発光素子を有し、
　前記受信部は、それぞれが有する単一の受光素子により光を受信する
請求項１または２に記載の座標入力装置。The coordinate indicator has a light emitting element that emits light,
The coordinate input device according to claim 1, wherein the receiving unit receives light by a single light receiving element included in each receiving unit.　前記座標指示体は、超音波を放射する超音波発信素子を有し、
　前記受信部は、それぞれが有する単一の超音波受信素子により超音波を受信する
請求項１または２に記載の座標入力装置。The coordinate indicator has an ultrasonic transmission element that emits ultrasonic waves,
The coordinate input device according to claim 1, wherein each of the receiving units receives ultrasonic waves by a single ultrasonic receiving element included in each of the receiving units.　前記検出部は、２つの異なる受信部における受信を示す２つの受信信号が入力され、入力された２つの受信信号の時間差を示すデジタル信号を出力する時間－デジタル変換器と、
　前記時間‐デジタル変換器の停止信号入力側に挿入された所定の遅延時間をもつ遅延回路とを有することを特徴とする
請求項１～４の何れかに記載の座標入力装置。The detection unit receives two reception signals indicating reception at two different reception units, and outputs a digital signal indicating a time difference between the two input reception signals; and a time-digital converter;
5. The coordinate input device according to claim 1, further comprising a delay circuit having a predetermined delay time inserted on a stop signal input side of the time-digital converter.　前記検出部は、
　第１の受信部での受信を示す受信信号と第２の受信部での受信を示す受信信号とがそれぞれ入力され、前記第１の受信部での受信を示す受信信号の受信時点から、前記第２の受信部での受信を示す受信信号の受信時点までの時間差を示すデジタル信号を出力する第１の時間－デジタル変換器と、
　前記第２の受信部での受信を示す受信信号と前記第１の受信部での受信を示す受信信号とがそれぞれ入力され、前記第２の受信部での受信を示す受信信号の受信時点から、前記第１の受信部での受信を示す受信信号の受信時点までの時間差を示すデジタル信号を出力する第２の時間－デジタル変換器と、
　第１および第２の時間－デジタル変換器のうち、より小さい値の時間差を示すデジタル信号を選択的に出力する出力部とを含む
ことを特徴とする
請求項１～４の何れかに記載の座標入力装置。The detector is
A reception signal indicating reception at the first reception unit and a reception signal indicating reception at the second reception unit are respectively input, and from the reception time of the reception signal indicating reception at the first reception unit, A first time-to-digital converter that outputs a digital signal indicating a time difference until a reception time point of a reception signal indicating reception at the second reception unit;
A reception signal indicating reception at the second reception unit and a reception signal indicating reception at the first reception unit are respectively input, and from the reception time point of the reception signal indicating reception at the second reception unit. A second time-to-digital converter that outputs a digital signal indicating a time difference until a reception time point of a reception signal indicating reception at the first reception unit;
The output unit according to any one of claims 1 to 4, further comprising: an output unit that selectively outputs a digital signal indicating a time difference of a smaller value among the first and second time-digital converters. Coordinate input device.　前記検出部は、２つの異なる受信部における受信を示す２つの受信信号が入力され、入力された２つの受信信号の時間差を示すデジタル信号を出力する時間－デジタル変換器を含み、
　さらに、前記時間－デジタル変換器へ入力される２つの受信信号の入力先を、周期的に交互に切り替える切替器を備え、
　前記座標演算部は、演算した前記空間座標を示す有効な値が得られた周期における値を出力する
ことを特徴とする請求項１～４の何れかに記載の座標入力装置。The detection unit includes a time-to-digital converter that receives two reception signals indicating reception at two different reception units and outputs a digital signal indicating a time difference between the two input reception signals.
Furthermore, a switching device that periodically and alternately switches the input destinations of the two reception signals input to the time-digital converter,
5. The coordinate input device according to claim 1, wherein the coordinate calculation unit outputs a value in a cycle in which an effective value indicating the calculated spatial coordinate is obtained.　前記受信部が周縁に配された表示パネルを備え、表示パネル上の表示物が前記座標指示体の空間位置に従って表示されることを特徴とする
請求項１～７の何れかに記載の座標入力装置。The coordinate input according to any one of claims 1 to 7, wherein the receiving unit includes a display panel arranged at a peripheral edge, and a display object on the display panel is displayed according to a spatial position of the coordinate indicator. apparatus.　前記所定の組み合わせとは、前記少なくとも４つの受信部のうちの１つの受信部と、残りの受信部との一対をそれぞれ組み合わせたものである
ことを特徴とする請求項１～８の何れかに記載の座標入力装置。The predetermined combination is a combination of one of the at least four receiving units and a pair of the remaining receiving units, respectively. The coordinate input device described.　請求項１～９の何れかに記載の座標入力装置と、
　前記座標入力装置の座標演算部により演算された空間座標を基に所定の処理を行うアプリケーション・プロセスと、
を備えることを特徴とする電子演算装置。A coordinate input device according to any one of claims 1 to 9,
An application process for performing predetermined processing based on the spatial coordinates calculated by the coordinate calculation unit of the coordinate input device;
An electronic arithmetic device comprising:　座標指示体から一時に放射された光または音を、少なくとも四つの受信部において受信する受信ステップと、
　前記受信部のうちの所定の組み合わせにおいて受信した時間差を検出する検出ステップと、
　検出された時間差に基づいて、前記座標指示体の空間座標を演算する座標演算ステップと、
を含む座標入力方法。A reception step of receiving light or sound emitted from the coordinate indicator at a time in at least four receiving units;
A detecting step of detecting a time difference received in a predetermined combination of the receiving units;
A coordinate calculation step for calculating a spatial coordinate of the coordinate indicator based on the detected time difference;
Coordinate input method including

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