JP3957505B2 - ３次元情報検出装置、３次元情報センサ装置 - Google Patents
３次元情報検出装置、３次元情報センサ装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元情報指示装置及び３次元情報センサ装置を用いて、前記３次元情報指示装置の３次元空間における座標や方向に関する３次元情報を検出する３次元情報検出装置に関し、特に、電磁結合を用いて３次元情報を検出するための３次元情報検出装置、３次元情報センサ装置および３次元情報指示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、指示装置及びセンサ装置を用いて、前記指示装置とセンサ装置間の電磁結合を利用することにより前記指示装置の姿勢を検出する姿勢検出装置が開発されている。例えば、特開２０００−９９２５９号公報には、指示コイルを有する球体状の指示装置と、センサコイルを有するセンサ装置とから成る検出装置を用いて、前記指示装置の姿勢を前記センサ装置で検出するように構成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に記載された検出装置では、指示装置の傾きや水平方向位置は検出することが可能であるが、３次元空間における座標は検出できないという問題があった。
【０００４】
本発明は、３次元空間における指示装置の位置や方向を検出できるようにすることを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、少なくとも一つの指示コイルを有する指示手段と、相互に交差するように検出面にそって配設され前記指示コイルと電磁的に結合する複数のセンサコイルと、前記センサコイルを切り換え選択する選択手段と、前記指示コイルと選択された前記センサコイル間で電磁的結合により送受する信号を発生する信号発生手段と、前記選択されたセンサコイル又は前記指示コイルで受信した信号を検出する信号検出手段と、前記信号検出手段によって検出した検出信号から、３次元空間における前記指示手段の位置及び方向を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする３次元情報検出装置が提供される。信号検出手段は、選択手段によって選択されたセンサコイル又は指示手段の指示コイルで受信した信号を検出する。算出手段は、前記信号検出手段によって検出した検出信号から、３次元空間における前記指示手段の位置及び方向を算出する。
【０００６】
ここで、前記算出手段は、前記検出手段で検出した検出信号中のピーク値近傍の少なくとも３点の信号に基づいて、前記指示手段のＸ軸座標及びＹ軸座標を算出すると共に、前記検出信号の所定レベル値における座標の幅から前記指示手段の高さを得るように構成してもよい。
また、前記算出手段は、前記検出手段で検出した検出信号の関係から前記指示手段の傾き角θ及び方位角φを得るように構成してもよい。
また、前記指示手段は前記指示コイルとして２本の縦巻きコイルを有し、前記算出手段は前記２本の縦巻きコイルの合成二子山信号の左右比から前記傾き角θ及び方位角φを得るように構成してもよい。
【０００７】
また、前記算出手段は、前記検出信号のサブ信号比から前記傾き角θ及び方位角φを得るように構成してもよい。
また、前記算出手段は、前記検出信号の左右片側幅の比から前記傾き角θ及び方位角φを得るように構成してもよい。
また、前記算出手段は、検出したＸ軸座標、Ｙ軸座標及び高さを、得られた傾き角θと方位角φを用いて補正するように構成してもよい。
また、前記指示手段は、１つの指示コイルを有するように構成してもよい。
また、前記指示手段は、複数の指示コイルを有しているように構成してもよい。
また、前記複数の指示コイルの中心軸は相互に直交するように配設した構成としてもよい。
【０００８】
また、前記複数の指示コイルの中心位置が同一になるように配設した構成としてもよい。
また、前記複数の指示コイルの中の少なくとも一つの指示コイルの中心位置は他の指示コイルの中心位置からずれて配設するように構成してもよい。
また、前記指示手段は球体を有し、前記指示コイルは前記球体内に配設されているように構成してもよい。
また、前記指示コイルのうちの少なくとも一つはフェライトコア又はその他の磁性材料に巻回されているように構成してもよい。
【０００９】
また、前記信号発生手段は前記指示コイルに対応する複数の周波数の信号を発生し、前記各指示コイルと前記選択されたセンサコイルとの間では異なる周波数の信号を送受信するように構成してもよい。
また、前記信号発生手段から前記指示コイルに電流を供給することによって前記指示コイルから信号を送信し、前記検出手段は前記センサコイルで生じた信号を検出するように構成してもよい。
また、前記信号発生手段から前記センサコイルに電流を供給することによって前記センサコイルから信号を送信し、前記検出手段は前記指示コイルで生じた信号を検出するように構成してもよい。
【００１０】
また、前記信号発生手段から前記センサコイルに電流を供給することによって前記センサコイルから信号を送信し、前記指示コイルは前記信号を受信した後に前記センサコイルに返送し、前記検出手段は前記センサコイルで受信した信号を検出するように構成してもよい。
また、前記算出手段は、前記指示手段の延長線が前記検出面に交差する点を算出するように構成してもよい。
また、相互に交差すると共に、前記センサコイルに交差するように配設された複数の斜めセンサコイルを備えて成るように構成してもよい。
【００１１】
また、本発明によれば、相互に交差するように検出面にそって配設され指示手段の指示コイルと電磁的に結合する複数のセンサコイルと、前記センサコイルを切り換え選択する選択手段と、前記指示コイルと選択された前記センサコイル間で電磁的結合により送受する信号を発生する信号発生手段と、前記選択されたセンサコイル又は前記指示コイルで受信した前記信号発生手段からの信号を検出する信号検出手段と、前記信号検出手段によって検出した信号から前記指示手段の位置及び方向を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする３次元情報センサ装置が提供される。信号検出手段は、選択手段によって選択されたセンサコイル又は指示手段の指示コイルで受信した信号発生手段からの信号を検出する。算出手段は、前記信号検出手段によって検出した信号から前記指示手段の位置及び方向を算出する。
【００１２】
ここで、前記算出手段は、前記検出手段で検出した検出信号中のピーク値近傍の少なくとも３点の信号に基づいて、前記指示手段のＸ軸座標及びＹ軸座標を得ると共に、前記検出信号の所定レベル値における座標の幅から前記指示手段の高さを得るように構成してもよい。
また、前記算出手段は、前記検出手段で検出した検出信号の関係から前記指示手段の傾き角θ及び方位角φを得るように構成してもよい。
また、前記指示手段は前記指示コイルとして２本の縦巻きコイルを有し、前記算出手段は、前記２本の縦巻きコイルの合成二子山信号の左右比から前記傾き角θ及び方位角φを得るように構成してもよい。
【００１３】
また、前記算出手段は、前記検出信号のサブ信号比から前記傾き角θ及び方位角φを得るように構成してもよい。
また、前記算出手段は、前記検出信号の左右片側幅の比から前記傾き角θ及び方位角φを得るように構成してもよい。
また、前記算出手段は、検出したＸ軸座標、Ｙ軸座標及び高さを、得られた傾き角θと方位角φを用いて補正するように構成してもよい。
また、相互に交差すると共に、前記センサコイルに交差するように配設された複数の斜めセンサコイルを備えて成るように構成してもよい。
【００１４】
また、本発明によれば、複数のセンサコイルとの間で電磁結合により信号の受け渡しを行う複数の指示コイルを備えた３次元情報指示装置であって、前記複数の指示コイルは２本の指示コイルによって構成され、前記各指示コイルの中心位置は相互にずれた位置に配設されると共に、前記各指示コイルの中心軸は相互に直交するように配設されて成ることを特徴とする３次元情報指示装置が提供される。２本の指示コイルの中心位置は相互にずれた位置に配設されると共に、前記各指示コイルの中心軸は相互に直交するように配設されている。
【００１５】
ここで、前記各指示コイルは磁性材料に巻回されているように構成してもよい。
また、前記各指示コイルに接続されて各々異なる周波数の共振回路を構成する複数の共振用コンデンサを備えて成るように構成してもよい。
また、前記各共振回路に直列接続され対応する共振回路と同一の共振周波数を有する複数の直列共振回路を備えて成るように構成してもよい。
また、送信信号出力回路を備え、前記送信信号出力回路の出力信号を、前記直列共振回路を介して、前記直列共振回路に対応する指示コイルから出力するように構成してもよい。
また、前記送信信号出力回路に駆動電力を供給する電池を備えて成るように構成してもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、各図において、同一部分には同一符号を付している。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る３次元情報検出装置の構成を概念的に示す斜視図である。
本第１の実施の形態に係る３次元情報検出装置１００は、３次元情報である３次元空間におけるＸＹＺ座標や方向を指示するための３次元情報指示装置１０１及び３次元空間における３次元情報指示装置１０１の３次元情報（ＸＹＺ座標や方向）を検出するための３次元情報センサ装置１０２とを備えている。
【００１７】
３次元情報指示装置１０１は指示手段を構成しており、第１のコイルとしての複数の指示コイル１０３〜１０５を備えている。複数の指示コイル１０３〜１０５は、その少なくとも一つの指示コイル（第１の指示コイル）１０３の中心位置は他の指示コイル（第２の指示コイル）１０４及び指示コイル（第３の指示コイル）１０５の中心位置からずれると共に、各指示コイル１０３〜１０５の中心軸が直交して配設された構成となっている。
また、指示コイル１０３（以下、必要に応じてペンコイルと称し又、指示コイル１０３から受信して得られた検出信号を必要に応じてペン信号と称する。）の中心位置は、指示コイル１０４（以下、必要に応じて第１の円柱コイルあるいは縦巻コイルと称し又、指示コイル１０４からの信号を受信して得られた検出信号を必要に応じて第１の円柱信号と称する。）、指示コイル１０５（以下、必要に応じて第２の円柱コイルあるいは縦巻コイルと称し又、指示コイル１０５からの信号を受信して得られた検出信号を必要に応じて第２の円柱信号と称する。）の中心位置からずれた位置に配設され、指示コイル１０４、１０５は中心位置が同一位置に配設され、指示コイル１０３〜１０５の中心を通る中心軸は相互に直交するように構成されている。
【００１８】
指示コイル１０３は磁性材料によって構成されたコア１０６に巻回され、指示コイル１０４、１０５は磁性材料によって構成されたコア１０７に巻回されている。また、指示コイル１０３〜１０５は各々、後述するように、信号ケーブル１０８を介してセンサ装置１０２を構成する回路要素に接続されている。また、指示装置１０１はペン形の容器に収容され、手で把持した状態で操作されるように構成されている（以下、ペン形容器に収容した指示装置を必要に応じて「３Ｄペン」と称する。）。
一方、３次元情報センサ装置１０２は、センサ装置１０２の平坦な上面である検出面（指示装置１０１側の面）の全域にわたって、相互に直交するよう（本第１の実施の形態ではＸ軸方向及びＹ軸方向）に配設された第２のコイルとしての複数のセンサコイル１０９を備えている。
【００１９】
図２は、図１に示した３次元情報検出装置１００のブロック図である。
図２において、複数のセンサコイル１０９は、Ｘ軸方向に並設された複数のセンサコイル（Ｘセンサコイル）とＹ軸方向に並設された複数のセンサコイル（Ｙセンサコイル）とから構成されており、増幅回路を有する受信回路２０１を介して、信号検出手段を構成する検出部２０２に接続されている。
検出部２０２は、受信した信号を検波するための複数種類の周波数信号（本第１の実施の形態では周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗ）を生成する発振回路２０３や検波回路（図示せず）を備えている。
【００２０】
信号発生手段を構成する送信制御部２０６は、複数種類の周波数信号（本第１の実施の形態では周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗ）を生成する発振回路を有する送信信号発生回路２０７、送信信号発生回路２０７で生成した信号を所定タイミングで選択的に切り換えて送信回路２０９に出力するセレクタ回路２０８を備えている。送信回路２０９は増幅回路を有し、その出力部は各々、複数の信号ケーブルによって構成された信号ケーブル１０８を介して指示装置１０１の対応するコイル１０３〜１０５に接続されている。
検出部２０２と送信制御部２０６は同期をとるために接続されている。また、検出部２０２及び送信制御部２０６は、これらを制御するための制御部２１０に接続されている。
【００２１】
制御部２１０は、後述するような各種テーブルや処理プログラムを予め記憶したメモリ２０４、メモリ２０４に記憶したプログラムを実行することにより、前記テーブルを参照して指示装置１０１の３次元座標や方向の算出処理、センサコイル１０９の選択制御処理、検出部２０２及び送信制御部２０６の同期制御処理等の各種処理を行う中央処理装置（ＣＰＵ）２０５を備えている。センサコイル１０９、受信回路２０１、検出部２０２、送信制御部２０６、送信回路２０９及び制御部２１０はセンサ装置１０２に備えられている。
ここで、制御部２１０は処理手段を構成し、メモリ２０４は記憶手段を構成し、ＣＰＵ２０５はセンサコイル１０９の選択制御処理を行う選択手段、指示装置１０１の３次元情報を算出する算出手段、検出部２０２及び送信制御部２０６の同期制御を行う同期制御手段を構成している。
【００２２】
図３は、指示装置１０１の構成を示すブロック図である。指示装置１０１は、指示コイル１０３〜１０５が各々含まれる３つの信号出力回路３０６〜３０８を備えている。
図３において、信号出力回路３０６について説明すると、磁性材料のコアに巻回された指示コイル１０３に対して並列にコンデンサ３０１が接続されている。指示コイル１０３とコンデンサ３０１は、共振周波数ｆｕの並列共振回路を構成している。指示コイル１０３とコンデンサ３０１からなる並列共振回路には、直列に、コイル３０２及びコンデンサ３０３によって構成された共振周波数ｆｕの直列共振回路３０４が信号ケーブル１０８を介して接続されている。
直列共振回路３０４及びインピーダンス整合用のバッファ回路３０５から成るフィルタ回路３０９は送信回路２０９に含まれている。
【００２３】
信号出力回路３０７、３０８は、信号出力回路３０６と同様の構成であるが、指示コイル１０４を有する信号出力回路３０７においては、共振周波数ｆｖの並列共振回路を構成するように指示コイル１０４に対して並列にコンデンサが接続されている点で信号出力回路３０６と相違している。また、指示コイル１０５を有する信号出力回路３０８においては共振周波数ｆｗの並列共振回路を構成するように指示コイル１０５に対して並列にコンデンサが接続されている点で信号出力回路３０６と相違している。
また、フィルタ回路３１０、３１１はフィルタ回路３０９と同様の構成であるが、フィルタ回路３１０は共振周波数ｆｖの直列共振回路を有する点でフィルタ回路３０９と相違しており又、フィルタ回路３１１は共振周波数ｆｗの直列共振回路を有する点でフィルタ回路３０９と相違している。フィルタ回路３１０、３１１も、フィルタ回路３０９と同様に送信回路２０９に含まれており、各々、信号ケーブル１０８を介して出力回路３０７、３０８に接続されている。尚、フィルタ回路３０９〜３１１は、送信回路２０９に設けずに、指示装置１０１に設けるようにしてもよい。
【００２４】
図４は、本第１の実施の形態の動作を説明するためのタイミング図である。尚、図４では、センサコイル１０９が、Ｘ軸方向に並設した１０３本のＸセンサコイル、及び、これらに直交するＹ軸方向に並設した７８本のＹセンサコイルを有する例を示している。また、前記Ｘ、Ｙセンサコイルに対して所定角度回転して配設した斜めセンサコイル（第３のコイル）のタイミングも併記しているが、前記斜めセンサコイルの動作については、後述する他の実施の形態の動作で説明するものとし、本第１の実施の形態においては前記斜めセンサコイルは存在しないものとして説明する。
先ず、図４における動作の概要を説明すると、３次元情報センサ装置１０２は、３次元情報指示装置１０１の３次元空間における位置及び方向を検出するために、各指示コイル１０３〜１０５の共振周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗに対応する周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗの信号を送信信号発生回路２０７で生成し、セレクタ回路２０８によって所定タイミングで切り換え選択して、送信回路２０９及び信号ケーブル１０８を介して前記周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗに対応する信号出力回路３０６〜３０８に出力する。
【００２５】
これにより、指示装置１０１では、各指示コイル１０３〜１０５に対して、各指示コイルの共振周波数に対応する信号が供給され、送信期間中は当該指示コイルから対応する周波数の信号が出力される。
センサ装置１０２から受信した信号の周波数がｆｕの場合には指示コイル１０３から信号が出力され、センサ装置１０２から受信した信号の周波数がｆｖの場合には指示コイル１０４から信号が出力され、センサ装置１０２から受信した信号の周波数がｆｗの場合には指示コイル１０５から信号が出力される。
各指示コイル１０３〜１０５から信号が出力されると、電磁結合により、センサコイル１０９に信号が発生する。前記送信期間内における受信期間において、センサコイル１０９のＸセンサコイル及びＹセンサコイルを所定タイミングで走査することにより、指示装置１０１に近いセンサコイルからは大きな検出信号が得られ、指示装置１０１から離れるほど小さな検出信号が得られる。
【００２６】
前記動作を図４に従って説明すると、図４（ａ）に示すように、先ず送信期間において、送信制御部２０６から、送信回路２０９及び信号ケーブル１０８を介して、共振周波数ｆｕに対応する周波数ｆｕの信号を指示装置１０１に送出する。指示装置１０１では、共振周波数ｆｕの共振回路を構成する指示コイル１０３から信号が出力される。尚、前記送信は前記受信期間も含めて前記送信期間全体にわたって行われるが、前記受信期間以外では、センサ装置１０２は受信動作を行わない。
次に、前記受信期間において、電磁結合によって、指示コイル１０３から出力された信号を、制御部２１０の選択制御によって選択したＸセンサコイル中の１つのセンサコイルで受信する。前記センサコイルで受信した信号は受信回路２０１で増幅された後、検出部２０２で検波されて信号レベルの検出が行われる。前記送信動作及び受信動作を、１つのＸセンサコイルあたり４回繰り返して行って（図４（ｂ））、得られた各検出信号レベルを図示しないバッファメモリに一端記憶し、その合計値を当該センサコイルで検出した検出信号レベルとし、前記検出信号レベルのデータを前記検出したセンサコイルに対応付けてメモリ２０４に記憶する。
【００２７】
前記動作を、周波数ｆｕに関して、全てのＸセンサコイル（本実施の形態では１０３本）、全てのＹセンサコイル（本実施の形態では７８本）について行う（図４（ｃ））。
前記動作に続いて、周波数ｆｖ、ｆｗの信号に関しても前記同様の動作を行う。この場合、指示装置１０１では、周波数ｆｖの信号は指示コイル１０４から出力され又、周波数ｆｗの信号は指示コイル１０５から出力されることになる。
前述のようにして、周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗに関する動作を行うことにより、一サイクルの動作が完了する（図４（ｄ））。
尚、本実施の形態では、指示装置１０１から送信期間全体にわたって信号の送信を行うと共に、前記送信期間内における受信期間に、センサ装置１０２で受信するように構成しているが、指示装置から信号真相を完了した後にセンサ装置１０２で受信動作を行うように構成して、指示装置１０１からの送信動作とセンサ装置１０２での受信動作を交互に行うようにしてもよい。
【００２８】
図５及び図６は、本第１の実施の形態に係る３次元情報検出装置における処理を示すフローチャートである。
図７は、本第１の実施の形態の動作を説明するための模式図で、指示装置１０１のＸＹＺ座標及び方向（鉛直線からの傾き角θ及びＸ軸を基準とする方位角φ）を示す図である。
以下、図１乃至図７を用いて、本第１の実施の形態の動作を説明する。
先ず、制御部２１０のメモリ２０４、ＣＰＵ２０５、送信制御部２０６、制御部２１０及び検出部２０２内に設けられた前記バッファメモリの初期化処理を行う（図５のステップＳ１１）。
【００２９】
次に、図４で説明したように、センサ装置１０２側から指示装置１０１側へ所定タイミングで周波数の異なる信号を順次送信すると共に、センサ装置１０２側で電磁結合によって、指示装置１０１からの信号を受信し検出する処理を行う。
即ち、先ず、送信制御部２０６のセレクタ２０８を切り換えることにより、指示装置１０１に送信する信号の周波数を選択する（ステップＳ１２）。前記周波数の選択は、図４（ｄ）に示すように、所定タイミングで、周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗの順で繰り返し行うため、先ず周波数ｆｕの信号を出力するようにセレクタ２０８の接続が選択される。
次に、指示装置１０１からの信号を電磁結合で受信するセンサコイル１０９を切換えて選択する（ステップＳ１３）。
【００３０】
この状態で、送信制御部２０６から信号ｆｕの信号を指示装置１０１に出力し、前記選択したセンサコイル１０９で受信し、検出部２０２でレベル検出を行う。センサコイル１０９の全Ｘセンサコイル及び全Ｙセンサコイルを所定タイミングで順次選択することにより、前記検出動作（グローバルスキャン）を行う（ステップＳ１４）。
３種類の周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗの信号について前記動作を行ったか否かを判断し、周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗの信号全てについて前記動作が完了していないと判断した場合にはステップＳ１２へ戻り、周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗの信号全てについての動作が完了したと判断した場合には、ステップＳ１６に移行する（ステップＳ１５）。
【００３１】
上記処理により、指示装置１０１から受信した信号の検出レベル及び該検出レベルに対応するセンサコイルのデータが、各周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗ毎に、メモリ２０４に記憶される。
ステップＳ１６では、メモリ２０４に予め記憶した受信レベルに関するテーブルを参照して、センサコイル１０９の受信レベルに対して、ステップＳ１２〜Ｓ１５におけるセンサコイル１０９の受信レベルのバラツキを補正する（ステップＳ１６）。前記レベル補正は全ての周波数信号ｆｕ、ｆｖ、ｆｗについて行う。また、ステップＳ１６では、Ｙセンサコイルで検出した信号レベルのピークを、Ｘコイルセンサで検出した信号レベルのピークに一致するように補正する。
【００３２】
図８〜図１１は、ステップＳ１６におけるレベル補正を説明するための特性図であり、メモリ２０４に予め記憶されたレベル補正テーブルを示す図である。
図８は、指示装置１０１の先端部Ａが前記検出面から所定距離離間した位置（本実施の形態では前記検出面の上方１００ｍｍの位置）にすると共に指示装置１０１を垂直（傾き角θ＝０度）にした状態で、一端のＸセンサコイルから他端のＸセンサコイルまでＸ軸方向に移動させながら、各Ｘセンサコイル及び各Ｙセンサコイルで検出した信号レベルのピーク信号ＬＵxm、ＬＵymをプロットした図である。尚、図８縦軸のペン信号とは、ペンコイル１０３から出力された信号を各センサコイル１０９で検出した信号のレベルであることを意味している。
【００３３】
図９は、前記の如くして検出した各ピーク信号ＬＵxm、ＬＵymを原点（検出面の中央部）付近のピーク信号のレベルに一致させて検出レベルを平坦化するために、各ピーク信号ＬＵxm、ＬＵymに掛け合わせるための補正係数（Ｘ軸方向補正係数）を示す図である。尚、図９に示したＸ軸方向補正係数は、補正係数テーブルとして、予めメモリ２０４に記憶されている。
図１０は、指示装置１０１の先端部が前記検出面から所定距離離間した位置（本実施の形態では前記検出面の上方１００ｍｍの位置）にすると共に指示装置１０１を垂直（傾き角θ＝０度）にした状態で、一端のＹセンサコイルから他端のＹセンサコイルまでＹ軸方向に移動させながら、各Ｘセンサコイル及び各Ｙセンサコイルで検出した信号レベルのピーク信号ＬＵxm、ＬＵymをプロットした図である。
【００３４】
図１１は、前記の如くして検出した各ピーク信号ＬＵxm、ＬＵymを原点（検出面の中央部）付近のピーク信号のレベルに一致させて検出レベルを平坦化するために、各ピーク信号ＬＵxm、ＬＵymに掛け合わせるための補正係数（Ｙ軸方向補正係数）を示す図である。尚、図１１に示したＹ軸方向補正係数は、補正係数テーブルとして、予めメモリ２０４に記憶されている。
ステップＳ１６では、周波数信号ｆｕ、ｆｖ、ｆｗについて、前記補正係数テーブル（図９、図１１参照）を参照して、センサコイル１０９の受信レベルのバラツキを補正し又、Ｙセンサコイルで検出した信号レベルのピークを、Ｘコイルセンサで検出した信号レベルのピークに一致するように補正する。
【００３５】
次に、ＣＰＵ２０５は、指示コイル１０３から受信して検出した検出信号（ペン信号ｆｕ）の中の最大の検出信号レベルと、前記最大の検出信号レベル点の両側近傍の２点の検出信号レベルとに基づいて、放物線近似を用いた周知の方法により、最大信号レベル点のＸ座標及び該座標におけるレベルを最大信号レベルＸｕとして算出し又、Ｙ軸方向における最大レベル点のＹ座標及び該Ｙ座標点のレベルを最大信号レベルＹｕとして算出する（ステップＳ１７）。メイン信号のピーク信号座標は指示装置１０１の先端（ペン先）位置を表しているため、メイン信号の最大信号レベルＸｕ、Ｙｕに対応するＸ座標、Ｙ座標は指示装置１０１のペン先の座標を表すことになる。
次に、ＣＰＵ２０５は、信号Ｘｕ又は信号Ｙｕに基づいて、ペン信号ｆｕの最大信号レベルの半値幅を算出する（ステップＳ１８）。次に、ＣＰＵ２０５は、円柱信号ｆｖ、ｆｗの検出信号レベルＬＶ、ＬＷの自乗和平方根を計算して合成二子山信号（円柱合成信号）ＬＶＷを算出する（ステップＳ１９）。このときの円柱合成信号ＬＶＷは、ＬＶＷ＝√（ＬＶ２＋ＬＷ２）で表される。
次に、ＣＰＵ２０５は、円柱合成信号ＬＶＷの２つのレベルピークのうち、高いレベルの座標と信号レベルを、前述したような放物線近似で算出する（ステップＳ２１）。
【００３６】
図１２は、ステップＳ１７〜Ｓ２１によって算出した各信号レベルの波形を示す図で、Ｘ軸方向成分を示している。図１２において、ＬＵxmはペン信号ｆｕのＸ軸成分ＬＵxの最大信号レベル、ＬＶＷxは円柱合成信号ＬＶＷのＸ軸成分である。また、ＬＶＷx_right、ＬＶＷx_leftは、各々、円柱合成信号ＬＶＷのＸ成分ＬＶＷxの右側ピーク、左側ピークである。ステップＳ１８における半値幅は、ペン信号のＸ軸成分ＬＵxの半値幅Ｘwidthである。
次に、ＣＰＵ２０５は、メモリ２０４に予め記憶した方位角テーブル（図１３参照）を参照して、水平方位角φを暫定的に、円柱合成信号ＬＶＷのＸ軸成分であるＬＶＷxとＹ軸成分であるＬＶＷyの左右の信号比から求める（ステップＳ２２）。
【００３７】
図１３は、前記方位角テーブルを示す図で、円柱合成信号ＬＶＷの左右の山の比の方位角φ依存性を示すデータである。尚、図１３における記号の意味は次の通りである。
ΔＬＶＷx＝ＬＶＷx_right−ＬＶＷx_left
ＳＬＶＷx＝ＬＶＷx_right＋ＬＶＷx_left
ΔＬＶＷy＝ＬＶＷy_right−ＬＶＷy_left
ＳＬＶＷy＝ＬＶＷy_right＋ＬＶＷy_left
とし、また、
ratio_x＝ΔＬＶＷx／ＳＬＶＷx
ratio_y＝ΔＬＶＷy／ＳＬＶＷy
とすると、
ratio＝√（ratio_x２＋ratio_y２）
ratio_y/x＝ratio_y／ratio_x
である。
【００３８】
図１３の方位角テーブルを参照して、算出した円柱合成信号ＬＶＷの左右の山の比ratio_y/xに対応する方位角φ０（＝ｔａｎ−１（ratio_y/x）＊１８０／π（度））を暫定的に方位角φ０とする。
次に、ペン信号のＸ軸成分信号ＬＵx及びＹ軸成分信号ＬＵyのレベルデータのうち、いずれのレベルデータが半値幅の算出に使用可能かを判断し、半値幅が算出可能な軸のデータの方を選択する（ステップＳ２３）。例えば、ＬＵxmとＬＵymのうち、いずれの信号レベルが大きいかを判断し、信号レベルの大きい方が信頼性が高いため、信号レベルの大きい方の信号レベルデータを使用する。
次に、選択した軸のレベルデータのピークレベル信号ＬＵxm又はＬＵymの半値幅から、予めメモリ２０４に記憶した半値幅テーブル（図１４参照）を参照してＺ軸座標Ｚuを算出する（ステップＳ２４、Ｓ２５）。即ち、ステップＳ２３においてＸ軸のレベルデータＬＵxを選択した場合にはピークレベル信号ＬＵxmの半値幅ＸwidthからＺ軸座標Ｚuを算出し（ステップＳ２４）、ステップＳ２３においてＹ軸のレベルデータＬＵyを選択した場合にはピークレベル信号ＬＵymの半値幅ＹwidthからＺ軸座標Ｚuを算出する（ステップＳ２５）。
尚、ステップＳ２４、Ｓ２５で得られるＺ軸座標Ｚｕは指示装置１０１のペン先の座標である。
【００３９】
図１４は、信号ＬＵxmの半値幅Ｘwidthと指示装置１０１の先端部の高さ（Ｚ軸座標）との関係を示すデータで、選択した信号がＸ軸のレベルデータＬＵxの場合を示している。前記のようにして算出した半値幅Ｘwidthに対応する高さが指示装置１０１先端部のＺ軸座標になる。尚、選択した信号がＹ軸のレベルデータＬＵyの場合にも半値幅テーブルは図１４と同様の特性データとなり、該データの半値幅テーブルも予めメモリ２０４に記憶されているため、ステップＳ２３でＹ軸のレベルデータを選択した場合には、ステップＳ２５では該Ｙ軸用の半値幅テーブルを参照してＺ軸座標を算出する。
次に、ＣＰＵ２０５は、円柱合成信号ＬＶＷのＸ軸成分の２つのピーク値の大小関係と、Ｙ軸成分の２つのピーク値の大小関係とから、予めメモリ２０４に記憶した図１５の象限判定テーブルを参照して、方位角φの象限を判定する（ステップＳ２６）。図１５に示すように、方位角φは、ratio_xが正でratio_yが正のときは第１象限、ratio_xが負でratio_yが正のときは第２象限、ratio_xが負でratio_yが負のときは第３象限、ratio_xが正でratio_yが負のときは第４象限と判断する。
【００４０】
次に、ＣＰＵ２０５は、円柱合成信号ＬＶＷのレベル比から、傾き角θのＸ軸成分θxを、予めメモリ２０４に記憶した図１６の傾き角テーブルを参照して算出する（ステップＳ２７）。図１６は、傾き角θのＸ軸成分θxと、ＬＵx、ＬＶＷx_left、ＬＶＷx_right、ratio_xの関係を示す図である。信号比ratio_xは単調増加するため、信号比ratio_xを算出し、該信号比ratio_xに対応するＸ軸方向の傾き角θxが求めるＸ軸方向傾き角θxである。
尚、メモリ２０４には、傾き角θのＹ軸方向成分θyを算出するために図１６と同様の傾き角テーブルが記憶されている。即ち、傾き角θのＹ軸成分θyと、ＬＵy、ＬＶＷy_left、ＬＶＷy_right、ratio_yの関係を示すデータがテーブルとして記憶されている。傾き角θxの場合と同様に、信号比ratio_yは単調増加するため、ＣＰＵ２０５は、信号比ratio_yを算出した後にテーブル参照することにより、Ｙ軸方向の傾き角θyが算出される（ステップＳ２８）。
【００４１】
次に、ＣＰＵ２０５は、次式により、方位角φを算出する（ステップＳ２９）。
φ０＝ｔａｎ−１（ratio_y/x）＊１８０／π （度）
但し、暫定方位角φ０は、−９０度≦φ０≦９０度の範囲で暫定的に定めた方位角φである。
次に、ＣＰＵ２０５は、Ｘ軸方向傾き角θｘ及びＹ軸方向傾き角θｙから、指示装置１０１の傾き角θを算出する（ステップＳ３０）。
次に、Ｚ軸座標（高さ）Ｚｕを用いると共に、予めメモリ２０４に記憶した図１７の傾き角補正テーブルを参照して、傾き角θを補正する（ステップＳ３１）。図１７に示した傾き角補正テーブルの例は、傾き角θを４５度に保持した状態で高さを変化させた場合に、指示装置１０１の先端高さＺｕが１００ｍｍの状態のratio_xとratio_xとの信号比対高さの関係を表すデータを示しているが、前記傾き角補正テーブルには他の傾き角θについてのデータも格納されている。高さが高くなると前記信号比が小さくなり、傾き角θが小さめに検出されてしまうので、検出信号比ratio_xに、前記テーブルの逆数を補正係数として掛けることにより補正し、正確なθxを得る。
【００４２】
θyについても、図１７と同様の検出信号比ratio_yに関する傾き角補正テーブルがメモリ２０４に記憶されているので、θxと同様に前記傾き角補正テーブルを参照して補正し、正確なθyを得る。
次に、ＣＰＵ２０５は、補正後のθx、θyから合成方位角φ（＝ｔａｎ−１（ｔａｎθy／ｔａｎθx）＊１８０／π（度））を算出する（ステップＳ３３）。
次に、ＣＰＵ２０５は、円柱合成信号ＬＶＷのレベル比から、ステップＳ２６と同様にして、前記象限判定テーブルを参照して、補正後の方位角φの象限を改めて判定する（ステップＳ３４）。これにより、正確な方位角φが得られる。
【００４３】
次に、ＣＰＵ２０５は、傾き角θのＸ軸成分θx及びＹ軸成分θyに基づいて、メモリ２０４に予め記憶した図１８の半値幅傾き角依存性テーブルを参照してＺ軸座標を補正する（ステップＳ３５）。図１８は、ペン信号の半値幅の傾き角θ依存性を示すデータで、指示装置１０１の先端を１００ｍｍに保持して傾き角θを変化させた場合の信号の半値幅の変化を示している。傾き角θが大きくなると、高さ検出の誤差が大きくなるため、検出信号の半値幅に、補正係数を掛けることにより、正確なＺ軸座標を得る。前記補正係数は、図１８において、傾き角θ＝０度のときの半値幅を、前記傾き角θのときの半値幅で除算した値である。尚、このとき得られるＺ座標は指示装置１０１のペン先の座標である。
【００４４】
次に、ＣＰＵ２０５は、傾き角θのＸ軸成分θx及びＹ軸成分θyに基づいて、メモリ２０４に予め記憶した図１９の座標補正テーブルを参照して、Ｘ軸座標及びＹ軸座標を補正する（ステップＳ３６）。
図１９の座標補正テーブルには、ΔＸの傾き角θ及び高さｈ依存性を示すデータが格納されている。ここで、ΔＸは、ペンコイル１０３からの信号を検出したＸセンサコイルのピーク値のＸ座標Ｘｍから、傾き角θが０度のときのピーク値のＸ座標を引いた値である。図１９に示すように、傾き角θを一定にすると、高さｈとΔＸは、高さｈの増加にともないΔＸが減少する関係にあるため、前記のようにして求めた傾き角θ及び高さｈに基づいてΔＸが求められる。この関係を利用して、図１９のテーブルを参照してΔＸを求め、負のΔＸを加算することによってＸ軸座標を補正して正確なＸ座標を得る。同様にしてＹ座標も補正することにより正確なＹ座標を得る。尚、このとき得られるＸ座標、Ｙ座標は指示装置１０１のペン先の座標である。
前記処理を繰り返すことにより、指示装置１０１の３次元空間におけるＸＹＺ座標、方位角φ及び傾き角θを検出することが可能になる。
以上のようにして、２本の縦巻きコイル１０４、１０５からの信号を検出して得られた合成二子山信号の左右比から傾き角θ及び方位角φを得ることが可能になる。
尚、前記処理によって指示装置１０１のペン先の位置が求められるため、後述する図２０の関係に基づいて、指示装置１０１のペンコイル１０３の３次元重心座標（ＸGG，ＹGG，ＺC）は、ペン先Ｂの３次元座標（ＸG，ＹG，Ｚ）から幾何学的に算出することができる。
【００４５】
次に、指示装置１０１の延長線が前記検出面に交差する点（的：まと）targetを算出する場合の処理を説明する。
図２０は、前記まとtargetのＸＹ座標を算出する場合の処理を説明するための図である。図２０において、指示装置１０１はペン形容器Ｃ内に収容されており、指示装置１０１の先端にはペン先が設けられている。指示コイル１０３の重心位置のＸＹ座標を（ＸGG，ＹGG）、Ｚ座標をＺc、指示装置１０１のペン先ＢのＸ、Ｙ座標を（ＸG，ＹG）、Ｚ座標をＺ、指示コイル１０３の重心位置とペン先の距離をＬ、まとtargetのＸ、Ｙ座標を（Ｘtar，Ｙtar）として、下記式を用いて前記まとtargetのＸＹ座標を算出する。
ＸG＝ＸGG−（Ｌ・ｃｏｓθ）・ｔａｎθ・ｃｏｓθ
ＹG＝ＹGG−（Ｌ・ｃｏｓθ）・ｔａｎθ・ｓｉｎθ
Ｚ＝ＺＣ−（Ｌ・ｃｏｓθ）
Ｘtar＝ＸG−Ｚ・ｔａｎθ・ｃｏｓφ
Ｙtar＝ＹG−Ｚ・ｔａｎθ・ｓｉｎφ
これにより、まとtargetの位置を求めることが可能になる。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。指示装置が単一の指示コイルしか有しない場合等は、指示装置が水平（前記検出面と平行）に位置すると共に、Ｘセンサコイル又はＹセンサコイルと平行に位置した場合、指示装置と平行になったＸセンサコイル又はＹセンサコイルは指示コイルと電磁結合できないため検出信号を得ることができない。本第２の実施の形態は、係る問題が発生しないようにした例である。
図２１は、本第２の実施の形態に係る３次元情報検出装置のブロック図で、図２と同一機能を有する部分には同一符号を付している。
【００４７】
図２１のセンサ装置と図２のセンサ装置の主な相違点は、センサコイル１０９と同一構成のセンサコイルを検出面内で所定角度（本実施の形態では４５度）回転させた斜めセンサコイル２００２を、センサコイル１０９に重ねて配設している点である。
センサコイル１０９はＸ軸方向（φ＝０度）に並設された複数のＸセンサコイル及びＹ軸方向（φ＝９０度）に並設された複数のＹセンサコイルを備え、又、斜めセンサコイル２００２は、前記Ｘ軸方向から４５度回転したＸ’軸方向（φ＝４５度）に並設された複数のＸ’センサコイル及びＸ’センサコイルに直交するＹ’軸方向（φ＝１３５度）に並設された複数のＹ’センサコイルを備えている。
【００４８】
尚、指示装置は図２の指示装置１０１を使用することも可能であるが、本第２の実施の形態では、磁性材料によって構成したコア２００４に巻回した単一の指示コイルのみを有する指示装置を使用している。図２４は、本第２の実施の形態の動作を説明するための模式図で、３次元情報指示装置２００１のＸＹＺ座標及び方向（傾き角θ及びＸ軸を基準とする方位角φ）を示す図である。指示装置２００１は、コア２００４に巻回した単一の指示コイル２００３（必要に応じてペンコイルと称する。）を有する構成となっている。
また、本第２の実施の形態では、図４（ｃ）、（ｄ）において、周波数ｆｖ、ｆｗの信号は使用せずに周波数ｆｕの信号のみを用いて、指示コイル２００３からの信号を電磁結合により、センサコイル１０９及び斜めセンサコイル２００２で受信し検出するように動作する。
【００４９】
図２２及び図２３は、本第２の実施の形態に係る３次元情報検出装置における処理を示すフローチャートである。
以下、図４、図２１乃至図２４を用いて、本第２の実施の形態の動作を説明する。
先ず、センサ装置２０００の制御２１０に設けられたメモリ２０４及びＣＰＵ２０５、送信制御部２０６、制御部２１０及び検出部２０２内に設けられたバッファメモリの初期化処理を行う（図２２のステップＳ２１１）。
【００５０】
次に、センサ装置２０００側から指示装置２００１側へ周波数ｆｕの信号を送信すると共に、センサ装置２０００側で電磁結合によって、指示装置２００１からの信号を受信し検出する処理を行う。
即ち、先ず、送信制御部２０６のセレクタ２０８を切り換えることにより、指示装置２００１に送信する信号の周波数を選択する（ステップＳ２１２）。尚、本第２の実施の形態の場合には１種類の周波数ｆｕのみを使用しているため、複数の周波数信号を選択するためのセレクタスイッチ及びステップ２１２は不要であるが、図１に示したような複数の指示コイルを有する指示装置を使用することが可能なように、セレクタスイッチ２０８及びステップ２１２を使用した説明としている。
【００５１】
次に、図４に関して説明したように、指示装置２００１からの信号を電磁結合で受信するセンサコイル１０９及び斜めセンサコイル２００２を順次切換えて選択する（ステップＳ２１３）。
この状態で、指示装置２００１から出力される信号をセンサコイル１０９及び斜めセンサコイル２００２で順次受信してレベル検出を行うグローバルスキャンを行う（ステップＳ２１４）。
前記グローバルスキャンでは、送信制御部２０６は周波数ｆｕの信号を送信回路２０９に出力する。送信回路２０９は送信制御部２０６から入力された周波数ｆｕの信号を、信号ケーブル１０８を介して指示装置２００１に供給する。選択されたセンサコイル１０９及び斜めセンサコイル２００２は、電磁結合により指示装置２００１からの信号を受信する。検出部２０２は受信回路２０１を介して、前記センサコイル１００９及び斜めセンサコイル２００２で受信した信号を受信し、前記信号のレベルを検出し、指示装置２００１から受信した信号の検出レベル及び該検出レベルに対応するセンサコイル１０９、２００２のデータをメモリ２０４に記憶する。
【００５２】
次に、全てのコイルセンサ１０９及び斜めセンサコイル２００２について前記動作を行ったか否かを判断し、全てのセンサコイル１０９、２００２について前記動作が完了していなければステップＳ２１２へ戻り、全てのセンサコイル１０９、２００２についての動作が完了したと判断した場合には、ステップＳ２１６に移行する（ステップＳ２１５）。
ステップＳ２１６では、前記第１の実施の形態において図８〜図１１のテーブルを使用してセンサコイルのレベル補正を行ったのと同様にして、メモリ２０４に予め記憶したテーブルを参照して、センサコイル１０９のＸセンサコイル及びＹセンサコイル、斜めセンサコイル２００２のＸ’センサコイル及びＹ’センサコイルの受信レベルのバラツキを補正する（ステップＳ２１６）。また、ステップＳ２１６では、傾き角θ＝０度の状態で、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルで検出した信号レベルのピーク値を、Ｘコイルセンサで検出した信号レベルのピーク値に一致するように補正する。
【００５３】
次に、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルの各々について、各センサコイルの検出信号の最大レベル点の検出信号レベルと前記最大レベル点の両側近傍の２点の検出信号レベルとに基づいて、放物線近似を用いた周知の方法により、Ｘセンサコイルにおける最大レベル点のＸ座標及び該座標におけるレベルを最大信号レベルＸｕとして算出し又、Ｙセンサコイルにおける最大レベル点のＹ座標及び該座標における最大信号レベルＹｕとして算出し、Ｘ’センサコイルにおける最大レベル点のＸ座標及び該座標におけるレベルを最大信号レベルＸｕ’として算出し又、Ｙ’センサコイルにおける最大レベル点のＹ座標及び該座標における最大信号レベルＹｕ’として算出する（ステップＳ２１７）。尚、信号レベルＸｕ、Ｙｕ、Ｘｕ’、Ｙｕ’に対応する座標は、指示装置１０１のペン先の座標である。
図２５は、前記動作により、Ｘセンサコイルで検出した信号の特性を示す図である。
【００５４】
次に、前記第１の実施の形態と同様にして、ペン信号ｆｕの最大信号レベルの半値幅を算出する（ステップＳ２１８）。
次に、下記の如くして、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルの座標による信号強度による重み平均をとって重心座標を求め、正確な重心座標を得る（ステップＳ２１９）。このとき、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルのうち、３つのセンサコイルから独立に同じＸ座標（又はＹ座標）を得ることができるが、これらの３つの信号は信号強度が異なる。信号強度が小さいほど信号ジッタ等による誤差が大きくなり、信号強度が大きいほど信頼性の高いデータが得られるため、単純平均よりも、信号強度に応じて重み平均をとることにより正確な重心座標を得るようにしている。
【００５５】
先ず、常にサブ信号の大きい方の信号の座標が必要なためＬＵｘｓ１＜ＬＵｘｓ２の場合に、各Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル及びＹ’センサコイルで検出した信号レベルに所定の係数をかけて、Ｘセンサコイルの信号レベルに合わせる。尚、前記所定の係数は、例えば、センサ装置１０２の検出面中央部で、高さ１００ｍｍ、傾き角θでデータをとり、各Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル及びＹ’センサコイルの検出信号レベルがＸセンサコイルの信号レベルに合致するような係数を予め得ておくようにする。前記所定の係数としては、例えば、ＬＵx＝１＊ＬＵx、ＬＵx’＝１．４５５＊ＬＵx’、ＬＵy＝１．１２３＊ＬＵy、ＬＵy’＝１．３２５＊ＬＵy’のように選定する。
次に、大小判定して、ＬＵx_med及びＬＵx_minを得る。ＬＵx_medは、ＬＵxs1、ＬＵxm及びＬＵxs２の中の中間の大きさの値（ＬＵx_med＝Ｍｅｄｉａｎ（ＬＵxs1，ＬＵxm，ＬＵxs2））、又は、ＬＵxs1及びＬＵxs2の中の大きい方の値（ＬＵx_med＝Ｍａｘ（ＬＵxs1，ＬＵxs2））である。また、ＬＵx_minは、ＬＵxs1、ＬＵxm及びＬＵxs2の中の最小の値（ＬＵx_min＝Ｍｉｎ（ＬＵxs1，ＬＵxm，ＬＵxs2））、又は、ＬＵxs1及びＬＵxs2の中の小さい方の値（ＬＵx_min＝Ｍｉｎ（ＬＵxs1，ＬＵxs2））である。
【００５６】
次に、Ｘセンサ（φ＝０度）上の座標を次式から求める。Ｘmは最大値ＬＵxmをとるときのＸ座標値、Ｘ_medは中間値ＬＵx_medをとるときのＸ座標値である。
ＸG＝（（ＬＵxm−ＬＵx_min）＊Ｘm＋（ＬＵx_med−ＬＵx_min）＊Ｘ_med）／（ＬＵxm−２＊ＬＵx_min＋ＬＵx_med）
同様にして、Ｘ’センサ（φ＝４５度）上の座標を次式から求める。
次に、Ｘセンサ（φ＝０度）上の座標を次式から求める。Ｘ’mは最大値ＬＵx’mをとるときのＸ’座標値、Ｘ’_medは中間値ＬＵx’_medをとるときのＸ’座標値である。
Ｘ’G＝（（ＬＵx’m−ＬＵx’_min）＊Ｘ’m＋（ＬＵx’_med−ＬＵx’_min）＊Ｘ’_med）／（ＬＵx’m−２＊ＬＵx’_min＋ＬＵx’_med）
次に、Ｙセンサ（φ＝９０度）上の座標を次式から求める。
ＹG＝（（ＬＵym−ＬＵy_min）＊Ｙm＋（ＬＵy_med−ＬＵy_min）＊Ｙ_med）／（ＬＵx’m−２＊ＬＵx’_min＋ＬＵx’_med）
最後にＹ’センサ（φ＝１３５度）上の座標を次式から求める。
Ｙ’G＝（（ＬＵy’m−ＬＵy’_min）＊Ｙ’m＋（ＬＵy’_med−ＬＵy’_min）＊Ｙ’_med）／（ＬＵy’m−２＊ＬＵx’_min＋ＬＵx’_med）
すなわち、ＬＵxs1及びＬＵxs2のうち、大きい方をＬＵx_med、小さい方をＬＵxminにする。
【００５７】
各Ｘ、Ｙ、Ｘ’、Ｙ’センサコイルの原点（本実施の形態では、センサコイル１０９及び斜めセンサコイル２００２の中央部）を、ＸO、Ｘ’O、ＹO、Ｙ’Oとすると、重み平均で、コイル重心座標（ＸGG，ＹGG）は下記のようになる。
ΔＸG＝ＸG−ＸO
ΔＸ’G＝Ｘ’G−Ｘ’O
ΔＹG＝ＹG−ＹO
ΔＹ’G＝Ｙ’G−Ｙ’O
ＸGG＝ＸO＋（ＬＵxm＊ΔＸG＋ＬＵx’m＊（ΔＸ’G／√２）−ＬＵy’m＊（ΔＹ’G／√２））／（ＬＵxm＋ＬＵx’m＋ＬＵy’m）
ＹGG＝ＹO＋（ＬＵx’m＊（ΔＸ’G／√２）＋ＬＵym＊ΔＹG＋ＬＵy’m＊（ΔＹ’G／√２））／（ＬＵx’m＋ＬＵym＋ＬＵy’m）
【００５８】
次に、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルで検出した検出信号の最小信号レベルＬＵxmin、中間信号レベルＬＵxmedを判定する（ステップＳ２２０）。
次に、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルで検出した検出信号のピーク信号レベルの平均値ＬＵm_av、最小信号レベルの平均値ＬＵmin_av、中間信号レベルの平均値ＬＵmed_avを下記式から求める（ステップＳ２２１）。
ＬＵm_av＝（ＬＵxm＋ＬＵx’m＋ＬＵym＋ＬＵy’m）／４
ＬＵmin_av＝（ＬＵxmin＋ＬＵx’min＋ＬＵymin＋ＬＵy’min）／４
ＬＵmed_av＝（ＬＵxmed＋ＬＵx’med＋ＬＵymed＋ＬＵy’med）／４
ここで、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルのピーク信号レベルをＬＵxm、ＬＵx’m、ＬＵym、ＬＵy’m、最小信号レベルをＬＵxmin、ＬＵx’min、ＬＵymin、ＬＵy’min、中間信号レベルをＬＵxmed、ＬＵx’med、ＬＵymed、ＬＵy’medで表している。
【００５９】
次に、下記式を用いて、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルで検出した検出信号のピーク信号レベル、最小信号レベル、中間信号レベルの前記各平均値からの偏差を算出する（ステップＳ２２２）。
ＬＵxm_dev＝ＬＵxm−ＬＵm_av
ＬＵx’m_dev＝ＬＵx’m−ＬＵm_av
ＬＵym_dev＝ＬＵym−ＬＵm_av
ＬＵy’m_dev＝ＬＵy’m−ＬＵm_av
ここで、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルの最大値信号レベルの偏差を各々、ＬＵxm_dev、ＬＵx’m_dev、ＬＵym_dev、ＬＵy’m_devで表している。
【００６０】
また、
ＬＵxmin_dev＝ＬＵxmin−ＬＵmin_av
ＬＵx’min_dev＝ＬＵx’min−ＬＵmin_av
ＬＵymin_dev＝ＬＵymin−ＬＵmin_av
ＬＵy’min_dev＝ＬＵy’min−ＬＵmin_av
ここで、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルの最小値信号レベルの偏差を各々、ＬＵxmin_dev、ＬＵx’min_dev、ＬＵymin_dev、ＬＵy’min_devで表している。
また、
ＬＵxmed_dev＝ＬＵxmed−ＬＵmed_av
ＬＵx’med_dev＝ＬＵx’med−ＬＵmed_av
ＬＵymed_dev＝ＬＵymed−ＬＵmed_av
ＬＵy’med_dev＝ＬＵy’med−ＬＵmed_av
ここで、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルの中間値信号レベルの偏差を各々、ＬＵxmed_dev、ＬＵx’med_dev、ＬＵymed_dev、ＬＵy’med_devで表している。
【００６１】
次に、下記式を用いて、前記各偏差の２乗和平方根を算出する（ステップＳ２２３）。
ＬＵm_am＝√（（ＬＵxm_dev２＋ＬＵx’m_dev２＋ＬＵym_dev２＋ＬＵy’m_dev２）／２）
ＬＵmin_am＝√（（ＬＵxmin_dev２＋ＬＵx’min_dev２＋ＬＵymin_dev２＋ＬＵy’min_dev２）／２）
ＬＵmed_am＝√（（ＬＵxmed_dev２＋ＬＵx’med_dev２＋ＬＵymed_dev２＋ＬＵy’med_dev２）／２）
ここで、ピーク信号、最小信号、中間信号の偏差の２乗和平方根を各々、ＬＵm_am、ＬＵmin_am、ＬＵmed_amで表している。
次に、下記式を用いて、ピーク信号、最小信号、中間信号の包絡線を求める（ステップＳ２２４）。
ＬＵm_en＝ＬＵm_av＋ＬＵm_am
ＬＵmin_en＝ＬＵmin_av＋ＬＵmin_am
ＬＵmed_en＝ＬＵmed_av＋ＬＵmed_am
ここで、ピーク信号、最小信号、中間信号の包絡線を各々、ＬＵm_en、ＬＵmin_en、ＬＵmed_enで表している。
【００６２】
次に、下記式を用いて、包絡線比ratioから傾き角θを算出する（ステップＳ２２５）。
ratio＝（ＬＵmed_en−ＬＵmin_en）／（ＬＵm_en−ＬＵmin_en）
θ＝ratio＊１８０／π （度）
次に、下記式を用いて、ピーク信号、ｃｏｓ（２φ）、ｓｉｎ（２φ）から、フーリエ変換（ＤＦＴ（Discrete Fourier Transformation））により、方位角φ０（−９０度≦φ０≦９０度の範囲で代表させた暫定的なφの値）を算出する（ステップＳ２２６）。尚、下式は、一例として所定の数値を代入して計算した式を示している。
【００６３】
また、信号の右サブ信号ＬＵs2の３点近似法によるピーク信号の方向で象限を判定し、φ０から一般の方位角φを算出する（ステップＳ２２７）。図２６は、方位角φを算出するための方位角テーブルを示す図であり、メモリ２０４に予め記憶されている。図２７及び図２８は、前記方位角テーブルで使用している記号を説明するための図である。
前記方位角テーブルから、方位領域が２であることが得られる。例えば、図２７のような信号が得られる場合には、一般の方位角φは、
φ＝φ０＋９０（度）＝−４１．８＋９０（度）＝４８．２（度）
となる。
前記処理を繰り返すことにより、指示装置２００１の３次元空間におけるＸＹＺ座標、方位角φ及び傾き角θを検出することが可能になる。尚、ここで得られるＸＹＺ座標は指示装置２００１のコイル２００３の重心座標であるが、図２０を用いて、指示装置２００１のペン先のＸＹＺ座標を幾何学的に求めることができる。
以上のようにして、検出信号のサブ信号比から傾き角θ及び方位角φを得ることが可能になる。
尚、本第２の実施の形態においても、図６の処理ステップＳ３５、Ｓ３６を行うことにより、ＸＹＺ座標の補正処理を行うようにしてもよい。
【００６４】
次に、傾き角θ及び方位角φを検出するための他の例として、検出信号の左右片の比から傾き角θ及びφ方位角を検出する方法を、第３の実施の形態として説明する。本第３の実施の形態に係る３次元情報検出装置と前記第１の実施の形態との相違点は、ＣＰＵ２０５による傾き角θ及び方位角φの算出方法が異なる点であり、それ以外の構成は前記第１の実施の形態と同一である。以下、主として傾き角θ及び方位角φの算出方法について説明する。
図２９は、Ｘセンサコイルで検出したペンコイル信号ＬＵｘを示す図である。
図２９に示すように、検出信号のメイン信号の山のピーク値のＸ座標Ｘmを境にして、メイン信号の左の片側半値幅をＸwidth50_left、右の片側半値幅をＸwidth50_rightとする。また、メイン信号の左の片側２５％値幅をＸwidth25_left、右の片側２５％値幅をＸwidth25_rightとする。
【００６５】
先ず、各幅と各比率を算出する場合、５０％値片側幅Ｘwidth50_left、Ｘwidth50_rightを算出する。次に、２５％値片側幅Ｘwidth25_left，Ｘwidth25_rightを算出する。次に、５０％値左右片側幅比Ｘwidth50_left/right＝Ｘwidth50_left／Ｘwidth50_rightを算出する。次に、２５％値左右片側幅比Ｘwidth25_left/right＝Ｘwidth25_left／Ｘwidth25_rightを算出する。
次に、傾斜角θの検出を行う。Ｘセンサコイルの５０％値左右片側幅比と２５％値左右片側幅比を、方位角φ＝０度方向に傾けたとき、傾斜角θに対してプロットすると、図３０に示すグラフのようになる。図３０に示す片側幅比率の傾斜角依存性テーブルは予めメモリ２０４に記憶されている。
２５％値左右片側幅比の方が滑らかに変化しているので、２５％値左右片側幅比を使用する。図３０の片側幅比率の傾斜角依存性テーブルを用いて、このグラフの縦軸（（Ｘwidth25_left/right）−１）が解れば、傾き角θを検出できる。
【００６６】
次に、方位角φの検出を行う。この場合、先ず、Ｙセンサコイルの２５％値左右片側幅比の算出を行う。Ｙセンサコイルの検出信号ＬＵｙも使用し、同様にして、２５％値左右片側幅比（（Ｙwidth25_left/right）−１）を算出する。例えば、傾斜角θ＝４５度のまま、方位角φを１回転（０〜３６０度）させて、ＸとＹの２５％値左右片側幅比を方位角φに関してプロットすると、図３１ようになる。尚、図３１に示す２５％値の片側幅比率の傾斜角依存性テーブルは予めメモリ２０４に記憶されている。
次に、方位角φの算出を行う場合、先ず、暫定的な方位角φ０を次式で算出する。
φ０＝ｔａｎ−１（（（Ｙwidth25_left/right）−１）／（（Ｘwidth25_left/right）−１））＊１８０／π（度）
【００６７】
この暫定的な方位角φ０を方位角φに対してデータを取ると、図３２の表のようになる。図３２は、（メイン信号の２５％値の左右の片側幅の比率−１）、（（Ｘwidth25_left/right）−１）の符号ｓｉｇｎ（（Ｘwidth25_left/right）−１）および（（Ｙwidth25_left/right）−１）の符号ｓｉｇｎ（（Ｙwidth25_left/right）−１）から象限を判定して、一般方位角φを求めた例（高さ１００ｍｍ、傾斜角φ＝４５度）である。尚、図３２に示す象限判定テーブルは予めメモリ２０４に記憶されている。Ｘセンサコイルの検出信号ＬＵxとＹセンサコイルの検出信号ＬＵyの左右サブ信号の大小関係から、一般の方位角φを算出する。
以上のようにして、検出信号の左右片側幅の比から傾き角θ及び方位角φを得ることが可能になる。
【００６８】
次に、指示装置の他実施の形態について説明する。図３３〜図４１は、本発明の実施の形態に係る３次元情報指示装置の他の実施の形態を示す図である。
前記第１、第２の実施の形態に示した指示装置も含めて、各指示装置は、大別して、複数の指示コイルを有するもの（図７、図３３〜図４１）と、単一の指示コイルを有するもの（図２４、図４０、図４１）に分けられる。また、複数のコイルを有する指示装置は、少なくとも一つの指示コイルの中心位置が他の指示コイルの中心位置からずれて配設された構成のもの（図７、図３３〜図３５）と、複数の指示コイルが全て同一中心位置に配設された構成のもの（図３６〜図３９）とに分けられる。
【００６９】
図３３〜図３５に示す指示装置は、複数の指示コイルを有し、その少なくとも一つの指示コイルの中心位置が他の指示コイルの中心位置からずれて配設されると共に、前記各指示コイルの中心軸が直交して配設された指示装置の例である。
指示コイルの中心位置がずれて配設されているため、センサ装置と指示装置間の信号の同期をとらなくとも、指示装置の表裏検出（指示装置がセンサ装置側を向いているのかセンサ装置の反対側を向いているのかの検出）が可能になる。
図３３において、３次元情報指示装置は、磁性材料によって構成した複数の円柱形のコア２６０４〜２６０６に各々複数の指示コイル２６０１〜２６０３を巻回した構成となっており、各指示コイル２６０１〜２６０３は中心位置がずれると共に中心軸が直交するように配設されている。
【００７０】
図３４において、３次元情報指示装置は、磁性材料によって構成した単一の円柱形のコア２７０３の両端に複数（２つ）の指示コイル２７０１、２７０２を巻回した構成となっており、各指示コイル２７０１、２７０２は中心位置がずれると共に中心軸が一致するように配設されている。
図３５において、３次元情報指示装置は、磁性材料によって構成した小径円柱形のコア２８０３、磁性材料によって構成した大径円柱形のコア２８０４に各々１つの指示コイル２８０１、２８０２を巻回した構成となっており、各指示コイル２８０１、２８０２は中心位置がずれると共に中心軸が直交するように配設されている。
【００７１】
図３６〜図３９に示す３次元情報指示装置は、複数の指示コイルを有し、全ての指示コイルの中心位置が同一位置に配設されると共に、各指示コイルの中心軸が直交して配設された指示装置の例である。各指示コイルの中心位置が同一位置に配設されているため、センサ装置と指示装置間の信号の同期をとらない場合には、指示装置の表裏検出ができない。
図３６において、３次元情報指示装置は、磁性材料によって構成した円柱形のコア２９０４に複数（３つ）の指示コイル２９０１〜２９０３を巻回した構成となっており、各指示コイル２９０１〜２９０３は中心位置が一致すると共に中心軸が直交するように配設されている。
【００７２】
図３７において、３次元情報指示装置は、球体３００４内に複数の指示コイル３００１〜３００３を巻回した構成となっており、各指示コイル３００１〜３００３は中心位置が一致すると共に中心軸が直交するように配設されている。
図３８において、３次元情報指示装置は、磁性材料によって構成した単一の円柱形のコア３１０３に複数（２つ）の指示コイル３１０１、３１０２を巻回した構成となっており、各指示コイル３１０１、３１０２は中心位置が一致すると共に中心軸が直交するように配設されている。
図３９において、３次元情報指示装置は、球体３２０３内に複数（２つ）の指示コイル３２０１、３２０２を巻回した構成となっており、各指示コイル３２０１、３２０２は中心位置が一致すると共に中心軸が直交するように配設されている。
【００７３】
図４０、図４１に示す指示装置は、単一の指示コイルを有する指示装置の例である。単一の指示コイルしか有していないため、センサ装置と指示装置間の信号の同期をとらない場合には、指示装置の表裏検出ができない。
図４０において、３次元情報指示装置は、磁性材料によって構成した円柱形のコア３３０２に１つのの指示コイル３３０１を巻回した構成となっている。
図４１において、３次元情報指示装置は、球体３４０２内に単一の指示コイル３４０１を巻回した構成となっており、指示コイル３４０１の中心位置が球体３４０２の中心に一致するように配設されている。
【００７４】
尚、前記各実施の形態では、方位角φや傾き角θ等を算出する場合に、メモリ２０４に予め記憶したテーブルを参照することにより行ったが、予めメモリ２０４に、方位角φや傾き角θ等を算出するための計算式（近似式）をプログラムとして記憶しておき、前記計算式をＣＰＵ２０５で実行するように構成してもよい。
また、前記各実施の形態では、３次元情報センサ装置のセンサコイルから発生した信号を３次元情報指示装置で受信し、３次元情報指示装置から３次元情報センサ装置に信号を返送し、３次元情報指示装置に信号を送信したセンサコイルと同一のセンサコイルで３次元情報指示装置からの信号を受信し、３次元情報センサ装置側で３次元情報指示装置の位置や方向を検出するようにしたが、信号の送信、受信を異なるセンサコイルによって行うことが可能である。
【００７５】
また、３次元情報指示装置の指示コイル及び３次元情報センサ装置のセンサコイルが発振回路を構成し、３次元情報指示装置が存在するとき３次元情報センサ装置が自己発振するような方式とすることも可能である。
さらに、３次元情報指示装置内に電源あるいは他から電源供給を受ける電源回路を設けると共に、３次元情報センサ装置との間で送受信するための信号を発生する信号発生回路を設けるようにしてもよい。
また、３次元情報指示装置側に、電源若しくは他から電源供給を受ける電源回路、送受信するための信号を発生する信号発生回路、前記信号の送受信回路、算出部及び算出結果を赤外線や電波等の無線で送信する送信回路を内蔵させ、その一方、３次元情報センサ装置側に、共振回路を構成する複数のコイルを平面的に配設するように構成し、３次元情報指示装置側から送信した信号を支持台側で受信して返送し、これを３次元情報指示装置の送受信回路で受信して、前記算出部により３次元情報を算出し、該算出結果を前記送信回路で上位装置等の他の装置に送信するように構成してもよい。
【００７６】
また、３次元情報指示装置側に、電源若しくは他から電源供給を受ける電源回路、送受信するための信号を発生する信号発生回路、前記信号の送受信部、受信信号を所定の送信フォーマットに処理する信号処理部、前記信号処理結果を赤外線や電波等の無線で送信する送信回路を内蔵させ、その一方、３次元情報センサ装置側に、共振回路を構成する複数のセンサコイルを平面的または曲面的に配設すると共に前記送信回路からの信号を受けて３次元情報指示装置の位置や方向を算出する算出部を設けるようにしてもよい。
また、３次元情報指示装置側に、電源若しくは他から電源供給を受ける電源回路、信号の受信部、受信信号を所定の送信フォーマットに処理する信号処理部、前記信号処理結果を赤外線や電波等の無線で送信する送信回路を内蔵させ、その一方、３次元情報センサ装置側に、共振回路を構成する複数のセンサコイル、前記センサコイルを切替選択する選択回路、送受信するための信号を発生する信号発生回路、前記送信回路からの信号を受けて３次元情報指示装置の３次元情報を算出する算出部を設けるようにしても良い。
【００７７】
また、３次元情報指示装置側に、電源若しくは他から電源供給を受ける電源回路、信号の受信部、３次元情報算出部及び算出結果を赤外線や電波等の無線で送信する送信回路を内蔵させ、その一方、３次元情報センサ装置側に、共振回路を構成する複数のセンサコイル及び信号発生回路を配設し、前記センサコイルを切替選択しながら前記信号発生回路からの信号を前記３次元情報指示装置に送信し、前記３次元情報指示装置側で３次元情報を算出して、上位装置等の他の装置に無線送信するように構成してもよい。
また、前記各実施の形態では、３次元情報指示装置をペン形の容器に収容した例で説明したが、球体内に収容するように構成してもよい。
また、指示コイルとセンサコイルの電磁的結合を妨げるような、背面（指示装置検出面の裏）の影響を受けないように、磁気シールド材を備えるように構成してもよい。
尚、３次元情報指示装置側に送信回路を設けるような構成とした場合等には、指示コイルは共振回路を形成しないように構成することが可能である。
また、３次元情報センサ装置側に送信回路を設けるような構成とした場合等には、センサコイルは共振回路を形成しないように構成することが可能である。
さらにまた、指示コイルや３次元情報センサ装置が共振回路を構成する場合において、送受信する信号は必ずしも前記共振回路の共振周波数に完全に一致させる必要はなく、実質的な受信信号が得られる程度の相違を有する範囲内の信号、即ち、前記共振周波数に関連する信号で有ればよい。
また、指示装置の位置は、指示装置の使用形態に応じて、ペン先位置とコイルの重心位置のいずれを求めるようにしてもよいが、指示装置をペン形容器に収容して使用する形態では、図２０を用いて、最終的にはペン先位置を求めるようにすることが好ましい。
【００７８】
以上説明したように、前記各実施の形態に係る３次元情報検出装置は、少なくとも一つの指示コイルを有する指示装置１０１と、相互に交差するように検出面にそって配設され前記指示コイルと電磁的に結合する複数のセンサコイル１０９と、センサコイル１０９を切り換え選択する選択手段と、前記指示コイルと選択された前記センサコイル間で電磁的結合により送受する信号を発生する信号発生手段と、前記選択されたセンサコイル又は前記指示コイルで受信した信号を検出する信号検出手段と、前記信号検出手段によって検出した検出信号から、３次元空間における前記指示手段の位置及び方向を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴としている。したがって、３次元空間内における指示装置１０１の位置や方向を検出することが可能になる。
【００７９】
ここで、検出信号に関する特性データを予め記憶した記憶手段を備え、前記算出手段は、前記テーブルを参照して、検出手段で検出した検出信号に基づいて、３次元空間内における指示装置１０１の位置や方向を算出するように構成してもよい。
また、検出信号に基づいて３次元空間内における指示装置１０１の３次元空間における位置や方向を算出するための近似式を予め記憶した記憶手段を備え、前記算出手段は、前記近似式を用いて、検出手段で検出した検出信号に基づいて、３次元空間内における指示装置１０１の位置や方向を算出するように構成してもよい。
また、前記算出手段は、前記検出手段で検出した検出信号中のピーク値近傍の少なくとも３点の信号に基づいて、指示装置１０１のＸ軸座標及びＹ軸座標を算出すると共に、前記検出信号の所定レベル値における座標の幅から指示装置１０１の高さを得るように構成している。
【００８０】
また、前記算出手段は、前記検出手段で検出した検出信号の関係から前記指示手段の傾き角θ及び方位角φを得るように構成している。
また、前記指示手段は前記指示コイルとして２本の縦巻きコイルを有し、前記算出手段は前記２本の縦巻きコイルの合成二子山信号の左右比から前記傾き角θ及び方位角φを得るように構成している。
また、前記算出手段は、前記検出信号のサブ信号比から前記傾き角θ及び方位角φを得るように構成している。
また、前記算出手段は、前記検出信号の左右片側幅の比から前記傾き角θ及び方位角φを得るように構成している。
また、前記算出手段は、検出したＸ軸座標、Ｙ軸座標及び高さを、得られた傾き角θと方位角φを用いて補正するように構成している。
【００８１】
また、前記指示手段は、１つの指示コイルを有するように構成している。
また、指示装置１０１は、複数の指示コイルを有している。
また、前記複数の指示コイルの中心軸は相互に直交するように配設されている。
また、前記複数の指示コイルの中心位置が同一になるように配設されている。
また、前記複数の指示コイルの中の少なくとも一つの指示コイルの中心位置は他の指示コイルの中心位置からずれて配設されている。
また、前記指示手段は球体を有し、前記指示コイルは前記球体内に配設されている。
また、前記指示コイルのうちの少なくとも一つはフェライトコア又はその他の磁性材料に巻回されている。
【００８２】
また、前記信号発生手段は前記指示コイルに対応する複数の周波数の信号を発生し、前記各指示コイルと前記選択されたセンサコイルとの間では異なる周波数の信号を送受信するように構成されている。
また、前記信号発生手段から前記指示コイルに電流を供給することによって前記指示コイルから信号を送信し、前記検出手段は前記センサコイルで生じた信号を検出するように構成されている。
また、前記信号発生手段から前記センサコイルに電流を供給することによって前記センサコイルから信号を送信し、前記検出手段は前記指示コイルで生じた信号を検出するように構成されている。
【００８３】
また、前記信号発生手段から前記センサコイルに電流を供給することによって前記センサコイルから信号を送信し、前記指示コイルは前記信号を受信した後に前記センサコイルに返送し、前記検出手段は前記センサコイルで受信した信号を検出するように構成されている。
また、前記算出手段は、前記指示手段の延長線が前記検出面に交差する点を算出するように構成されている。
また、相互に交差すると共に、前記センサコイルに交差するように配設された複数の斜めセンサコイルを備えて成るように構成されている。
【００８４】
また、本発明の実施の形態に係る３次元情報検出方法は、選択手段が、少なくとも一つの指示コイルを有する指示手段に対して電磁的に結合すると共に相互に交差するように検出面にそって配設された複数のセンサコイルを切り換え、信号発生手段が、前記指示コイルと選択された前記センサコイル間で電磁的結合により送受する信号を発生し、信号検出手段が、前記選択されたセンサコイル又は前記指示コイルで受信した前記信号発生手段からの信号を検出し、算出手段が、前記信号検出手段によって検出した検出信号に基づいて前記指示手段の位置及び方向を算出することを特徴としている。したがって、３次元空間内における指示装置の位置や方向を検出することが可能になる。
【００８５】
尚、前記方法において、前記算出手段は、前記検出手段で検出した検出信号中のピーク値近傍の少なくとも３点の信号に基づいて、前記指示手段のＸ軸座標及びＹ軸座標を算出すると共に、前記検出信号の所定レベル値における座標の幅から前記指示コイルの高さを得ることを特徴とするように構成してもよい。また、前記算出手段は、前記検出手段で検出した検出信号の関係から前記指示手段の傾き角θ及び方位角φを得ることを特徴とするように構成してもよい。また、前記算出手段は、前記指示手段は前記指示コイルとして２本の縦巻きコイルを有し、前記２本の縦巻きコイルの合成二子山信号の左右比から前記傾き角θ及び方位角φを得ることを特徴とするように構成してもよい。また、前記算出手段は、前記検出信号のサブ信号比から前記傾き角θ及び方位角φを得ることを特徴とするように構成してもよい。また、前記算出手段は、前記検出信号の左右片側幅の比から前記傾き角θ及び方位角φを得ることを特徴とするように構成してもよい。また、前記算出手段は、検出したＸ軸座標、Ｙ軸座標及び高さを、得られた傾き角θと方位角φを用いて補正することを特徴とするように構成してもよい。
【００８６】
また、本発明の実施の形態に係る３次元情報センサ装置は、相互に交差するように検出面にそって配設され指示手段の指示コイルと電磁的に結合する複数のセンサコイルと、前記センサコイルを切り換え選択する選択手段と、前記指示コイルと選択された前記センサコイル間で電磁的結合により送受する信号を発生する信号発生手段と、前記選択されたセンサコイル又は前記指示コイルで受信した前記信号発生手段からの信号を検出する信号検出手段と、前記信号検出手段によって検出した信号から前記指示手段の位置及び方向を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴としている。したがって、３次元空間内における指示装置の位置や方向を検出することが可能になる。
【００８７】
また、本発明の実施の形態に係る３次元指示装置は、複数のセンサコイルとの間で電磁結合により信号の受け渡しを行う複数の指示コイルを備えた３次元情報指示装置であって、前記複数の指示コイルは２本の指示コイルによって構成され、前記各指示コイルの中心位置は相互にずれた位置に配設されると共に、前記各指示コイルの中心軸は相互に直交するように配設されて成ることを特徴としている。したがって、３次元空間内における位置や方向を指示することが可能になる。
【００８８】
【発明の効果】
本発明に係る３次元情報検出装置によれば、３次元空間内における指示装置の位置や方向を検出することが可能になる。
また、本発明に係る３次元情報センサ装置によれば、３次元空間内における指示装置の位置や方向を検出することが可能になる。
また、本発明に係る３次元情報情報指示装置によれば、３次元空間内における位置や方向を指示することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態の全体構成を概略的に示す構成図である。
【図２】 本発明の第１の実施の形態のブロック図である。
【図３】 本発明の第１の実施の形態に使用する３次元指示装置のブロック図である。
【図４】 本発明の実施の形態の動作を説明するためのタイミング図である。
【図５】 本発明の第１の実施の形態に係るＣＰＵの主処理を示すフローチャートである。
【図６】 本発明の第１の実施の形態に係るＣＰＵの主処理を示すフローチャートである。
【図７】 本発明の第１の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図８】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図９】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図１０】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図１１】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図１２】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図１３】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図１４】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図１５】 本発明の第１の実施の形態において使用する方向判別用テーブル特性図である。
【図１６】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図１７】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図１８】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図１９】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図２０】 本発明の第１の実施の形態における動作説明図である。
【図２１】 本発明の第２の実施の形態のブロック図である。
【図２２】 本発明の第２の実施の形態に係るＣＰＵの主処理を示すフローチャートである。
【図２３】 本発明の第２の実施の形態に係るＣＰＵの主処理を示すフローチャートである。
【図２４】 本発明の第２の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図２５】 本発明の第２の実施の形態における特性図である。
【図２６】 本発明の第２の実施の形態において使用する方向判別用テーブル特性図である。
【図２７】 本発明の第２の実施の形態における特性図である。
【図２８】 本発明の第２の実施の形態において３次元情報指示装置の方向判別処理を説明するための図である。
【図２９】 本発明の第３の実施の形態における特性図である。
【図３０】 本発明の第３の実施の形態における特性図である。
【図３１】 本発明の第３の実施の形態における特性図である。
【図３２】 本発明の第３の実施の形態において３次元情報指示装置の方位角を算出した例を示す図である。
【図３３】 本発明の他の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図３４】 本発明の他の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図３５】 本発明の他の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図３６】 本発明の他の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図３７】 本発明の他の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図３８】 本発明の他の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図３９】 本発明の他の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図４０】 本発明の他の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図４１】 本発明の他の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【符号の説明】
１００・・・３次元情報検出装置
１０１・・・３次元情報指示手段を構成する３次元情報指示装置
１０２・・・３次元情報検出手段を構成する３次元情報センサ装置
１０３〜１０５、２００３、２６０１〜２６０３、２７０１、２７０２、２８０１、２８０２、２９０１〜２９０３、３００１〜３００３、３１０１、３１０２、３２０１、３２０２、３３０１・・・３次元情報指示コイル
１０６、１０７、２００４、２６０４〜２６０６、２７０３、２８０３、２８０４、２９０４、３１０３、３３０２・・・コア
１０８・・・信号ケーブル
１０９・・・３次元情報センサコイル
２０１・・・受信回路
２０２・・・信号検出手段を構成する検出部
２０３・・・発振回路
２０７・・・送信信号発生回路
２０４・・・記憶手段を構成するメモリ
２０５・・・選択手段及び算出手段を構成するＣＰＵ
２０６・・・信号発生手段を構成する送信制御部
２０８・・・セレクタ回路
２０９・・・送信回路
２１０・・・制御部
２００２・・・斜めセンサコイル
３０６、３０７、３０８・・・信号出力回路
３００４、３２０３、３４０２・・・球体
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元情報指示装置及び３次元情報センサ装置を用いて、前記３次元情報指示装置の３次元空間における座標や方向に関する３次元情報を検出する３次元情報検出装置に関し、特に、電磁結合を用いて３次元情報を検出するための３次元情報検出装置、３次元情報センサ装置および３次元情報指示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、指示装置及びセンサ装置を用いて、前記指示装置とセンサ装置間の電磁結合を利用することにより前記指示装置の姿勢を検出する姿勢検出装置が開発されている。例えば、特開２０００−９９２５９号公報には、指示コイルを有する球体状の指示装置と、センサコイルを有するセンサ装置とから成る検出装置を用いて、前記指示装置の姿勢を前記センサ装置で検出するように構成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に記載された検出装置では、指示装置の傾きや水平方向位置は検出することが可能であるが、３次元空間における座標は検出できないという問題があった。
【０００４】
本発明は、３次元空間における指示装置の位置や方向を検出できるようにすることを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、少なくとも一つの指示コイルを有する指示手段と、相互に交差するように検出面にそって配設され前記指示コイルと電磁的に結合する複数のセンサコイルと、前記センサコイルを切り換え選択する選択手段と、前記指示コイルと選択された前記センサコイル間で電磁的結合により送受する信号を発生する信号発生手段と、前記選択されたセンサコイル又は前記指示コイルで受信した信号を検出する信号検出手段と、前記信号検出手段によって検出した検出信号から、３次元空間における前記指示手段の位置及び方向を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする３次元情報検出装置が提供される。信号検出手段は、選択手段によって選択されたセンサコイル又は指示手段の指示コイルで受信した信号を検出する。算出手段は、前記信号検出手段によって検出した検出信号から、３次元空間における前記指示手段の位置及び方向を算出する。
【０００６】
ここで、前記算出手段は、前記検出手段で検出した検出信号中のピーク値近傍の少なくとも３点の信号に基づいて、前記指示手段のＸ軸座標及びＹ軸座標を算出すると共に、前記検出信号の所定レベル値における座標の幅から前記指示手段の高さを得るように構成してもよい。
また、前記算出手段は、前記検出手段で検出した検出信号の関係から前記指示手段の傾き角θ及び方位角φを得るように構成してもよい。
また、前記指示手段は前記指示コイルとして２本の縦巻きコイルを有し、前記算出手段は前記２本の縦巻きコイルの合成二子山信号の左右比から前記傾き角θ及び方位角φを得るように構成してもよい。
【０００７】
また、前記算出手段は、前記検出信号のサブ信号比から前記傾き角θ及び方位角φを得るように構成してもよい。
また、前記算出手段は、前記検出信号の左右片側幅の比から前記傾き角θ及び方位角φを得るように構成してもよい。
また、前記算出手段は、検出したＸ軸座標、Ｙ軸座標及び高さを、得られた傾き角θと方位角φを用いて補正するように構成してもよい。
また、前記指示手段は、１つの指示コイルを有するように構成してもよい。
また、前記指示手段は、複数の指示コイルを有しているように構成してもよい。
また、前記複数の指示コイルの中心軸は相互に直交するように配設した構成としてもよい。
【０００８】
また、前記複数の指示コイルの中心位置が同一になるように配設した構成としてもよい。
また、前記複数の指示コイルの中の少なくとも一つの指示コイルの中心位置は他の指示コイルの中心位置からずれて配設するように構成してもよい。
また、前記指示手段は球体を有し、前記指示コイルは前記球体内に配設されているように構成してもよい。
また、前記指示コイルのうちの少なくとも一つはフェライトコア又はその他の磁性材料に巻回されているように構成してもよい。
【０００９】
また、前記信号発生手段は前記指示コイルに対応する複数の周波数の信号を発生し、前記各指示コイルと前記選択されたセンサコイルとの間では異なる周波数の信号を送受信するように構成してもよい。
また、前記信号発生手段から前記指示コイルに電流を供給することによって前記指示コイルから信号を送信し、前記検出手段は前記センサコイルで生じた信号を検出するように構成してもよい。
また、前記信号発生手段から前記センサコイルに電流を供給することによって前記センサコイルから信号を送信し、前記検出手段は前記指示コイルで生じた信号を検出するように構成してもよい。
【００１０】
また、前記信号発生手段から前記センサコイルに電流を供給することによって前記センサコイルから信号を送信し、前記指示コイルは前記信号を受信した後に前記センサコイルに返送し、前記検出手段は前記センサコイルで受信した信号を検出するように構成してもよい。
また、前記算出手段は、前記指示手段の延長線が前記検出面に交差する点を算出するように構成してもよい。
また、相互に交差すると共に、前記センサコイルに交差するように配設された複数の斜めセンサコイルを備えて成るように構成してもよい。
【００１１】
また、本発明によれば、相互に交差するように検出面にそって配設され指示手段の指示コイルと電磁的に結合する複数のセンサコイルと、前記センサコイルを切り換え選択する選択手段と、前記指示コイルと選択された前記センサコイル間で電磁的結合により送受する信号を発生する信号発生手段と、前記選択されたセンサコイル又は前記指示コイルで受信した前記信号発生手段からの信号を検出する信号検出手段と、前記信号検出手段によって検出した信号から前記指示手段の位置及び方向を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする３次元情報センサ装置が提供される。信号検出手段は、選択手段によって選択されたセンサコイル又は指示手段の指示コイルで受信した信号発生手段からの信号を検出する。算出手段は、前記信号検出手段によって検出した信号から前記指示手段の位置及び方向を算出する。
【００１２】
ここで、前記算出手段は、前記検出手段で検出した検出信号中のピーク値近傍の少なくとも３点の信号に基づいて、前記指示手段のＸ軸座標及びＹ軸座標を得ると共に、前記検出信号の所定レベル値における座標の幅から前記指示手段の高さを得るように構成してもよい。
また、前記算出手段は、前記検出手段で検出した検出信号の関係から前記指示手段の傾き角θ及び方位角φを得るように構成してもよい。
また、前記指示手段は前記指示コイルとして２本の縦巻きコイルを有し、前記算出手段は、前記２本の縦巻きコイルの合成二子山信号の左右比から前記傾き角θ及び方位角φを得るように構成してもよい。
【００１３】
また、前記算出手段は、前記検出信号のサブ信号比から前記傾き角θ及び方位角φを得るように構成してもよい。
また、前記算出手段は、前記検出信号の左右片側幅の比から前記傾き角θ及び方位角φを得るように構成してもよい。
また、前記算出手段は、検出したＸ軸座標、Ｙ軸座標及び高さを、得られた傾き角θと方位角φを用いて補正するように構成してもよい。
また、相互に交差すると共に、前記センサコイルに交差するように配設された複数の斜めセンサコイルを備えて成るように構成してもよい。
【００１４】
また、本発明によれば、複数のセンサコイルとの間で電磁結合により信号の受け渡しを行う複数の指示コイルを備えた３次元情報指示装置であって、前記複数の指示コイルは２本の指示コイルによって構成され、前記各指示コイルの中心位置は相互にずれた位置に配設されると共に、前記各指示コイルの中心軸は相互に直交するように配設されて成ることを特徴とする３次元情報指示装置が提供される。２本の指示コイルの中心位置は相互にずれた位置に配設されると共に、前記各指示コイルの中心軸は相互に直交するように配設されている。
【００１５】
ここで、前記各指示コイルは磁性材料に巻回されているように構成してもよい。
また、前記各指示コイルに接続されて各々異なる周波数の共振回路を構成する複数の共振用コンデンサを備えて成るように構成してもよい。
また、前記各共振回路に直列接続され対応する共振回路と同一の共振周波数を有する複数の直列共振回路を備えて成るように構成してもよい。
また、送信信号出力回路を備え、前記送信信号出力回路の出力信号を、前記直列共振回路を介して、前記直列共振回路に対応する指示コイルから出力するように構成してもよい。
また、前記送信信号出力回路に駆動電力を供給する電池を備えて成るように構成してもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、各図において、同一部分には同一符号を付している。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る３次元情報検出装置の構成を概念的に示す斜視図である。
本第１の実施の形態に係る３次元情報検出装置１００は、３次元情報である３次元空間におけるＸＹＺ座標や方向を指示するための３次元情報指示装置１０１及び３次元空間における３次元情報指示装置１０１の３次元情報（ＸＹＺ座標や方向）を検出するための３次元情報センサ装置１０２とを備えている。
【００１７】
３次元情報指示装置１０１は指示手段を構成しており、第１のコイルとしての複数の指示コイル１０３〜１０５を備えている。複数の指示コイル１０３〜１０５は、その少なくとも一つの指示コイル（第１の指示コイル）１０３の中心位置は他の指示コイル（第２の指示コイル）１０４及び指示コイル（第３の指示コイル）１０５の中心位置からずれると共に、各指示コイル１０３〜１０５の中心軸が直交して配設された構成となっている。
また、指示コイル１０３（以下、必要に応じてペンコイルと称し又、指示コイル１０３から受信して得られた検出信号を必要に応じてペン信号と称する。）の中心位置は、指示コイル１０４（以下、必要に応じて第１の円柱コイルあるいは縦巻コイルと称し又、指示コイル１０４からの信号を受信して得られた検出信号を必要に応じて第１の円柱信号と称する。）、指示コイル１０５（以下、必要に応じて第２の円柱コイルあるいは縦巻コイルと称し又、指示コイル１０５からの信号を受信して得られた検出信号を必要に応じて第２の円柱信号と称する。）の中心位置からずれた位置に配設され、指示コイル１０４、１０５は中心位置が同一位置に配設され、指示コイル１０３〜１０５の中心を通る中心軸は相互に直交するように構成されている。
【００１８】
指示コイル１０３は磁性材料によって構成されたコア１０６に巻回され、指示コイル１０４、１０５は磁性材料によって構成されたコア１０７に巻回されている。また、指示コイル１０３〜１０５は各々、後述するように、信号ケーブル１０８を介してセンサ装置１０２を構成する回路要素に接続されている。また、指示装置１０１はペン形の容器に収容され、手で把持した状態で操作されるように構成されている（以下、ペン形容器に収容した指示装置を必要に応じて「３Ｄペン」と称する。）。
一方、３次元情報センサ装置１０２は、センサ装置１０２の平坦な上面である検出面（指示装置１０１側の面）の全域にわたって、相互に直交するよう（本第１の実施の形態ではＸ軸方向及びＹ軸方向）に配設された第２のコイルとしての複数のセンサコイル１０９を備えている。
【００１９】
図２は、図１に示した３次元情報検出装置１００のブロック図である。
図２において、複数のセンサコイル１０９は、Ｘ軸方向に並設された複数のセンサコイル（Ｘセンサコイル）とＹ軸方向に並設された複数のセンサコイル（Ｙセンサコイル）とから構成されており、増幅回路を有する受信回路２０１を介して、信号検出手段を構成する検出部２０２に接続されている。
検出部２０２は、受信した信号を検波するための複数種類の周波数信号（本第１の実施の形態では周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗ）を生成する発振回路２０３や検波回路（図示せず）を備えている。
【００２０】
信号発生手段を構成する送信制御部２０６は、複数種類の周波数信号（本第１の実施の形態では周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗ）を生成する発振回路を有する送信信号発生回路２０７、送信信号発生回路２０７で生成した信号を所定タイミングで選択的に切り換えて送信回路２０９に出力するセレクタ回路２０８を備えている。送信回路２０９は増幅回路を有し、その出力部は各々、複数の信号ケーブルによって構成された信号ケーブル１０８を介して指示装置１０１の対応するコイル１０３〜１０５に接続されている。
検出部２０２と送信制御部２０６は同期をとるために接続されている。また、検出部２０２及び送信制御部２０６は、これらを制御するための制御部２１０に接続されている。
【００２１】
制御部２１０は、後述するような各種テーブルや処理プログラムを予め記憶したメモリ２０４、メモリ２０４に記憶したプログラムを実行することにより、前記テーブルを参照して指示装置１０１の３次元座標や方向の算出処理、センサコイル１０９の選択制御処理、検出部２０２及び送信制御部２０６の同期制御処理等の各種処理を行う中央処理装置（ＣＰＵ）２０５を備えている。センサコイル１０９、受信回路２０１、検出部２０２、送信制御部２０６、送信回路２０９及び制御部２１０はセンサ装置１０２に備えられている。
ここで、制御部２１０は処理手段を構成し、メモリ２０４は記憶手段を構成し、ＣＰＵ２０５はセンサコイル１０９の選択制御処理を行う選択手段、指示装置１０１の３次元情報を算出する算出手段、検出部２０２及び送信制御部２０６の同期制御を行う同期制御手段を構成している。
【００２２】
図３は、指示装置１０１の構成を示すブロック図である。指示装置１０１は、指示コイル１０３〜１０５が各々含まれる３つの信号出力回路３０６〜３０８を備えている。
図３において、信号出力回路３０６について説明すると、磁性材料のコアに巻回された指示コイル１０３に対して並列にコンデンサ３０１が接続されている。指示コイル１０３とコンデンサ３０１は、共振周波数ｆｕの並列共振回路を構成している。指示コイル１０３とコンデンサ３０１からなる並列共振回路には、直列に、コイル３０２及びコンデンサ３０３によって構成された共振周波数ｆｕの直列共振回路３０４が信号ケーブル１０８を介して接続されている。
直列共振回路３０４及びインピーダンス整合用のバッファ回路３０５から成るフィルタ回路３０９は送信回路２０９に含まれている。
【００２３】
信号出力回路３０７、３０８は、信号出力回路３０６と同様の構成であるが、指示コイル１０４を有する信号出力回路３０７においては、共振周波数ｆｖの並列共振回路を構成するように指示コイル１０４に対して並列にコンデンサが接続されている点で信号出力回路３０６と相違している。また、指示コイル１０５を有する信号出力回路３０８においては共振周波数ｆｗの並列共振回路を構成するように指示コイル１０５に対して並列にコンデンサが接続されている点で信号出力回路３０６と相違している。
また、フィルタ回路３１０、３１１はフィルタ回路３０９と同様の構成であるが、フィルタ回路３１０は共振周波数ｆｖの直列共振回路を有する点でフィルタ回路３０９と相違しており又、フィルタ回路３１１は共振周波数ｆｗの直列共振回路を有する点でフィルタ回路３０９と相違している。フィルタ回路３１０、３１１も、フィルタ回路３０９と同様に送信回路２０９に含まれており、各々、信号ケーブル１０８を介して出力回路３０７、３０８に接続されている。尚、フィルタ回路３０９〜３１１は、送信回路２０９に設けずに、指示装置１０１に設けるようにしてもよい。
【００２４】
図４は、本第１の実施の形態の動作を説明するためのタイミング図である。尚、図４では、センサコイル１０９が、Ｘ軸方向に並設した１０３本のＸセンサコイル、及び、これらに直交するＹ軸方向に並設した７８本のＹセンサコイルを有する例を示している。また、前記Ｘ、Ｙセンサコイルに対して所定角度回転して配設した斜めセンサコイル（第３のコイル）のタイミングも併記しているが、前記斜めセンサコイルの動作については、後述する他の実施の形態の動作で説明するものとし、本第１の実施の形態においては前記斜めセンサコイルは存在しないものとして説明する。
先ず、図４における動作の概要を説明すると、３次元情報センサ装置１０２は、３次元情報指示装置１０１の３次元空間における位置及び方向を検出するために、各指示コイル１０３〜１０５の共振周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗに対応する周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗの信号を送信信号発生回路２０７で生成し、セレクタ回路２０８によって所定タイミングで切り換え選択して、送信回路２０９及び信号ケーブル１０８を介して前記周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗに対応する信号出力回路３０６〜３０８に出力する。
【００２５】
これにより、指示装置１０１では、各指示コイル１０３〜１０５に対して、各指示コイルの共振周波数に対応する信号が供給され、送信期間中は当該指示コイルから対応する周波数の信号が出力される。
センサ装置１０２から受信した信号の周波数がｆｕの場合には指示コイル１０３から信号が出力され、センサ装置１０２から受信した信号の周波数がｆｖの場合には指示コイル１０４から信号が出力され、センサ装置１０２から受信した信号の周波数がｆｗの場合には指示コイル１０５から信号が出力される。
各指示コイル１０３〜１０５から信号が出力されると、電磁結合により、センサコイル１０９に信号が発生する。前記送信期間内における受信期間において、センサコイル１０９のＸセンサコイル及びＹセンサコイルを所定タイミングで走査することにより、指示装置１０１に近いセンサコイルからは大きな検出信号が得られ、指示装置１０１から離れるほど小さな検出信号が得られる。
【００２６】
前記動作を図４に従って説明すると、図４（ａ）に示すように、先ず送信期間において、送信制御部２０６から、送信回路２０９及び信号ケーブル１０８を介して、共振周波数ｆｕに対応する周波数ｆｕの信号を指示装置１０１に送出する。指示装置１０１では、共振周波数ｆｕの共振回路を構成する指示コイル１０３から信号が出力される。尚、前記送信は前記受信期間も含めて前記送信期間全体にわたって行われるが、前記受信期間以外では、センサ装置１０２は受信動作を行わない。
次に、前記受信期間において、電磁結合によって、指示コイル１０３から出力された信号を、制御部２１０の選択制御によって選択したＸセンサコイル中の１つのセンサコイルで受信する。前記センサコイルで受信した信号は受信回路２０１で増幅された後、検出部２０２で検波されて信号レベルの検出が行われる。前記送信動作及び受信動作を、１つのＸセンサコイルあたり４回繰り返して行って（図４（ｂ））、得られた各検出信号レベルを図示しないバッファメモリに一端記憶し、その合計値を当該センサコイルで検出した検出信号レベルとし、前記検出信号レベルのデータを前記検出したセンサコイルに対応付けてメモリ２０４に記憶する。
【００２７】
前記動作を、周波数ｆｕに関して、全てのＸセンサコイル（本実施の形態では１０３本）、全てのＹセンサコイル（本実施の形態では７８本）について行う（図４（ｃ））。
前記動作に続いて、周波数ｆｖ、ｆｗの信号に関しても前記同様の動作を行う。この場合、指示装置１０１では、周波数ｆｖの信号は指示コイル１０４から出力され又、周波数ｆｗの信号は指示コイル１０５から出力されることになる。
前述のようにして、周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗに関する動作を行うことにより、一サイクルの動作が完了する（図４（ｄ））。
尚、本実施の形態では、指示装置１０１から送信期間全体にわたって信号の送信を行うと共に、前記送信期間内における受信期間に、センサ装置１０２で受信するように構成しているが、指示装置から信号真相を完了した後にセンサ装置１０２で受信動作を行うように構成して、指示装置１０１からの送信動作とセンサ装置１０２での受信動作を交互に行うようにしてもよい。
【００２８】
図５及び図６は、本第１の実施の形態に係る３次元情報検出装置における処理を示すフローチャートである。
図７は、本第１の実施の形態の動作を説明するための模式図で、指示装置１０１のＸＹＺ座標及び方向（鉛直線からの傾き角θ及びＸ軸を基準とする方位角φ）を示す図である。
以下、図１乃至図７を用いて、本第１の実施の形態の動作を説明する。
先ず、制御部２１０のメモリ２０４、ＣＰＵ２０５、送信制御部２０６、制御部２１０及び検出部２０２内に設けられた前記バッファメモリの初期化処理を行う（図５のステップＳ１１）。
【００２９】
次に、図４で説明したように、センサ装置１０２側から指示装置１０１側へ所定タイミングで周波数の異なる信号を順次送信すると共に、センサ装置１０２側で電磁結合によって、指示装置１０１からの信号を受信し検出する処理を行う。
即ち、先ず、送信制御部２０６のセレクタ２０８を切り換えることにより、指示装置１０１に送信する信号の周波数を選択する（ステップＳ１２）。前記周波数の選択は、図４（ｄ）に示すように、所定タイミングで、周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗの順で繰り返し行うため、先ず周波数ｆｕの信号を出力するようにセレクタ２０８の接続が選択される。
次に、指示装置１０１からの信号を電磁結合で受信するセンサコイル１０９を切換えて選択する（ステップＳ１３）。
【００３０】
この状態で、送信制御部２０６から信号ｆｕの信号を指示装置１０１に出力し、前記選択したセンサコイル１０９で受信し、検出部２０２でレベル検出を行う。センサコイル１０９の全Ｘセンサコイル及び全Ｙセンサコイルを所定タイミングで順次選択することにより、前記検出動作（グローバルスキャン）を行う（ステップＳ１４）。
３種類の周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗの信号について前記動作を行ったか否かを判断し、周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗの信号全てについて前記動作が完了していないと判断した場合にはステップＳ１２へ戻り、周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗの信号全てについての動作が完了したと判断した場合には、ステップＳ１６に移行する（ステップＳ１５）。
【００３１】
上記処理により、指示装置１０１から受信した信号の検出レベル及び該検出レベルに対応するセンサコイルのデータが、各周波数ｆｕ、ｆｖ、ｆｗ毎に、メモリ２０４に記憶される。
ステップＳ１６では、メモリ２０４に予め記憶した受信レベルに関するテーブルを参照して、センサコイル１０９の受信レベルに対して、ステップＳ１２〜Ｓ１５におけるセンサコイル１０９の受信レベルのバラツキを補正する（ステップＳ１６）。前記レベル補正は全ての周波数信号ｆｕ、ｆｖ、ｆｗについて行う。また、ステップＳ１６では、Ｙセンサコイルで検出した信号レベルのピークを、Ｘコイルセンサで検出した信号レベルのピークに一致するように補正する。
【００３２】
図８〜図１１は、ステップＳ１６におけるレベル補正を説明するための特性図であり、メモリ２０４に予め記憶されたレベル補正テーブルを示す図である。
図８は、指示装置１０１の先端部Ａが前記検出面から所定距離離間した位置（本実施の形態では前記検出面の上方１００ｍｍの位置）にすると共に指示装置１０１を垂直（傾き角θ＝０度）にした状態で、一端のＸセンサコイルから他端のＸセンサコイルまでＸ軸方向に移動させながら、各Ｘセンサコイル及び各Ｙセンサコイルで検出した信号レベルのピーク信号ＬＵxm、ＬＵymをプロットした図である。尚、図８縦軸のペン信号とは、ペンコイル１０３から出力された信号を各センサコイル１０９で検出した信号のレベルであることを意味している。
【００３３】
図９は、前記の如くして検出した各ピーク信号ＬＵxm、ＬＵymを原点（検出面の中央部）付近のピーク信号のレベルに一致させて検出レベルを平坦化するために、各ピーク信号ＬＵxm、ＬＵymに掛け合わせるための補正係数（Ｘ軸方向補正係数）を示す図である。尚、図９に示したＸ軸方向補正係数は、補正係数テーブルとして、予めメモリ２０４に記憶されている。
図１０は、指示装置１０１の先端部が前記検出面から所定距離離間した位置（本実施の形態では前記検出面の上方１００ｍｍの位置）にすると共に指示装置１０１を垂直（傾き角θ＝０度）にした状態で、一端のＹセンサコイルから他端のＹセンサコイルまでＹ軸方向に移動させながら、各Ｘセンサコイル及び各Ｙセンサコイルで検出した信号レベルのピーク信号ＬＵxm、ＬＵymをプロットした図である。
【００３４】
図１１は、前記の如くして検出した各ピーク信号ＬＵxm、ＬＵymを原点（検出面の中央部）付近のピーク信号のレベルに一致させて検出レベルを平坦化するために、各ピーク信号ＬＵxm、ＬＵymに掛け合わせるための補正係数（Ｙ軸方向補正係数）を示す図である。尚、図１１に示したＹ軸方向補正係数は、補正係数テーブルとして、予めメモリ２０４に記憶されている。
ステップＳ１６では、周波数信号ｆｕ、ｆｖ、ｆｗについて、前記補正係数テーブル（図９、図１１参照）を参照して、センサコイル１０９の受信レベルのバラツキを補正し又、Ｙセンサコイルで検出した信号レベルのピークを、Ｘコイルセンサで検出した信号レベルのピークに一致するように補正する。
【００３５】
次に、ＣＰＵ２０５は、指示コイル１０３から受信して検出した検出信号（ペン信号ｆｕ）の中の最大の検出信号レベルと、前記最大の検出信号レベル点の両側近傍の２点の検出信号レベルとに基づいて、放物線近似を用いた周知の方法により、最大信号レベル点のＸ座標及び該座標におけるレベルを最大信号レベルＸｕとして算出し又、Ｙ軸方向における最大レベル点のＹ座標及び該Ｙ座標点のレベルを最大信号レベルＹｕとして算出する（ステップＳ１７）。メイン信号のピーク信号座標は指示装置１０１の先端（ペン先）位置を表しているため、メイン信号の最大信号レベルＸｕ、Ｙｕに対応するＸ座標、Ｙ座標は指示装置１０１のペン先の座標を表すことになる。
次に、ＣＰＵ２０５は、信号Ｘｕ又は信号Ｙｕに基づいて、ペン信号ｆｕの最大信号レベルの半値幅を算出する（ステップＳ１８）。次に、ＣＰＵ２０５は、円柱信号ｆｖ、ｆｗの検出信号レベルＬＶ、ＬＷの自乗和平方根を計算して合成二子山信号（円柱合成信号）ＬＶＷを算出する（ステップＳ１９）。このときの円柱合成信号ＬＶＷは、ＬＶＷ＝√（ＬＶ２＋ＬＷ２）で表される。
次に、ＣＰＵ２０５は、円柱合成信号ＬＶＷの２つのレベルピークのうち、高いレベルの座標と信号レベルを、前述したような放物線近似で算出する（ステップＳ２１）。
【００３６】
図１２は、ステップＳ１７〜Ｓ２１によって算出した各信号レベルの波形を示す図で、Ｘ軸方向成分を示している。図１２において、ＬＵxmはペン信号ｆｕのＸ軸成分ＬＵxの最大信号レベル、ＬＶＷxは円柱合成信号ＬＶＷのＸ軸成分である。また、ＬＶＷx_right、ＬＶＷx_leftは、各々、円柱合成信号ＬＶＷのＸ成分ＬＶＷxの右側ピーク、左側ピークである。ステップＳ１８における半値幅は、ペン信号のＸ軸成分ＬＵxの半値幅Ｘwidthである。
次に、ＣＰＵ２０５は、メモリ２０４に予め記憶した方位角テーブル（図１３参照）を参照して、水平方位角φを暫定的に、円柱合成信号ＬＶＷのＸ軸成分であるＬＶＷxとＹ軸成分であるＬＶＷyの左右の信号比から求める（ステップＳ２２）。
【００３７】
図１３は、前記方位角テーブルを示す図で、円柱合成信号ＬＶＷの左右の山の比の方位角φ依存性を示すデータである。尚、図１３における記号の意味は次の通りである。
ΔＬＶＷx＝ＬＶＷx_right−ＬＶＷx_left
ＳＬＶＷx＝ＬＶＷx_right＋ＬＶＷx_left
ΔＬＶＷy＝ＬＶＷy_right−ＬＶＷy_left
ＳＬＶＷy＝ＬＶＷy_right＋ＬＶＷy_left
とし、また、
ratio_x＝ΔＬＶＷx／ＳＬＶＷx
ratio_y＝ΔＬＶＷy／ＳＬＶＷy
とすると、
ratio＝√（ratio_x２＋ratio_y２）
ratio_y/x＝ratio_y／ratio_x
である。
【００３８】
図１３の方位角テーブルを参照して、算出した円柱合成信号ＬＶＷの左右の山の比ratio_y/xに対応する方位角φ０（＝ｔａｎ−１（ratio_y/x）＊１８０／π（度））を暫定的に方位角φ０とする。
次に、ペン信号のＸ軸成分信号ＬＵx及びＹ軸成分信号ＬＵyのレベルデータのうち、いずれのレベルデータが半値幅の算出に使用可能かを判断し、半値幅が算出可能な軸のデータの方を選択する（ステップＳ２３）。例えば、ＬＵxmとＬＵymのうち、いずれの信号レベルが大きいかを判断し、信号レベルの大きい方が信頼性が高いため、信号レベルの大きい方の信号レベルデータを使用する。
次に、選択した軸のレベルデータのピークレベル信号ＬＵxm又はＬＵymの半値幅から、予めメモリ２０４に記憶した半値幅テーブル（図１４参照）を参照してＺ軸座標Ｚuを算出する（ステップＳ２４、Ｓ２５）。即ち、ステップＳ２３においてＸ軸のレベルデータＬＵxを選択した場合にはピークレベル信号ＬＵxmの半値幅ＸwidthからＺ軸座標Ｚuを算出し（ステップＳ２４）、ステップＳ２３においてＹ軸のレベルデータＬＵyを選択した場合にはピークレベル信号ＬＵymの半値幅ＹwidthからＺ軸座標Ｚuを算出する（ステップＳ２５）。
尚、ステップＳ２４、Ｓ２５で得られるＺ軸座標Ｚｕは指示装置１０１のペン先の座標である。
【００３９】
図１４は、信号ＬＵxmの半値幅Ｘwidthと指示装置１０１の先端部の高さ（Ｚ軸座標）との関係を示すデータで、選択した信号がＸ軸のレベルデータＬＵxの場合を示している。前記のようにして算出した半値幅Ｘwidthに対応する高さが指示装置１０１先端部のＺ軸座標になる。尚、選択した信号がＹ軸のレベルデータＬＵyの場合にも半値幅テーブルは図１４と同様の特性データとなり、該データの半値幅テーブルも予めメモリ２０４に記憶されているため、ステップＳ２３でＹ軸のレベルデータを選択した場合には、ステップＳ２５では該Ｙ軸用の半値幅テーブルを参照してＺ軸座標を算出する。
次に、ＣＰＵ２０５は、円柱合成信号ＬＶＷのＸ軸成分の２つのピーク値の大小関係と、Ｙ軸成分の２つのピーク値の大小関係とから、予めメモリ２０４に記憶した図１５の象限判定テーブルを参照して、方位角φの象限を判定する（ステップＳ２６）。図１５に示すように、方位角φは、ratio_xが正でratio_yが正のときは第１象限、ratio_xが負でratio_yが正のときは第２象限、ratio_xが負でratio_yが負のときは第３象限、ratio_xが正でratio_yが負のときは第４象限と判断する。
【００４０】
次に、ＣＰＵ２０５は、円柱合成信号ＬＶＷのレベル比から、傾き角θのＸ軸成分θxを、予めメモリ２０４に記憶した図１６の傾き角テーブルを参照して算出する（ステップＳ２７）。図１６は、傾き角θのＸ軸成分θxと、ＬＵx、ＬＶＷx_left、ＬＶＷx_right、ratio_xの関係を示す図である。信号比ratio_xは単調増加するため、信号比ratio_xを算出し、該信号比ratio_xに対応するＸ軸方向の傾き角θxが求めるＸ軸方向傾き角θxである。
尚、メモリ２０４には、傾き角θのＹ軸方向成分θyを算出するために図１６と同様の傾き角テーブルが記憶されている。即ち、傾き角θのＹ軸成分θyと、ＬＵy、ＬＶＷy_left、ＬＶＷy_right、ratio_yの関係を示すデータがテーブルとして記憶されている。傾き角θxの場合と同様に、信号比ratio_yは単調増加するため、ＣＰＵ２０５は、信号比ratio_yを算出した後にテーブル参照することにより、Ｙ軸方向の傾き角θyが算出される（ステップＳ２８）。
【００４１】
次に、ＣＰＵ２０５は、次式により、方位角φを算出する（ステップＳ２９）。
φ０＝ｔａｎ−１（ratio_y/x）＊１８０／π （度）
但し、暫定方位角φ０は、−９０度≦φ０≦９０度の範囲で暫定的に定めた方位角φである。
次に、ＣＰＵ２０５は、Ｘ軸方向傾き角θｘ及びＹ軸方向傾き角θｙから、指示装置１０１の傾き角θを算出する（ステップＳ３０）。
次に、Ｚ軸座標（高さ）Ｚｕを用いると共に、予めメモリ２０４に記憶した図１７の傾き角補正テーブルを参照して、傾き角θを補正する（ステップＳ３１）。図１７に示した傾き角補正テーブルの例は、傾き角θを４５度に保持した状態で高さを変化させた場合に、指示装置１０１の先端高さＺｕが１００ｍｍの状態のratio_xとratio_xとの信号比対高さの関係を表すデータを示しているが、前記傾き角補正テーブルには他の傾き角θについてのデータも格納されている。高さが高くなると前記信号比が小さくなり、傾き角θが小さめに検出されてしまうので、検出信号比ratio_xに、前記テーブルの逆数を補正係数として掛けることにより補正し、正確なθxを得る。
【００４２】
θyについても、図１７と同様の検出信号比ratio_yに関する傾き角補正テーブルがメモリ２０４に記憶されているので、θxと同様に前記傾き角補正テーブルを参照して補正し、正確なθyを得る。
次に、ＣＰＵ２０５は、補正後のθx、θyから合成方位角φ（＝ｔａｎ−１（ｔａｎθy／ｔａｎθx）＊１８０／π（度））を算出する（ステップＳ３３）。
次に、ＣＰＵ２０５は、円柱合成信号ＬＶＷのレベル比から、ステップＳ２６と同様にして、前記象限判定テーブルを参照して、補正後の方位角φの象限を改めて判定する（ステップＳ３４）。これにより、正確な方位角φが得られる。
【００４３】
次に、ＣＰＵ２０５は、傾き角θのＸ軸成分θx及びＹ軸成分θyに基づいて、メモリ２０４に予め記憶した図１８の半値幅傾き角依存性テーブルを参照してＺ軸座標を補正する（ステップＳ３５）。図１８は、ペン信号の半値幅の傾き角θ依存性を示すデータで、指示装置１０１の先端を１００ｍｍに保持して傾き角θを変化させた場合の信号の半値幅の変化を示している。傾き角θが大きくなると、高さ検出の誤差が大きくなるため、検出信号の半値幅に、補正係数を掛けることにより、正確なＺ軸座標を得る。前記補正係数は、図１８において、傾き角θ＝０度のときの半値幅を、前記傾き角θのときの半値幅で除算した値である。尚、このとき得られるＺ座標は指示装置１０１のペン先の座標である。
【００４４】
次に、ＣＰＵ２０５は、傾き角θのＸ軸成分θx及びＹ軸成分θyに基づいて、メモリ２０４に予め記憶した図１９の座標補正テーブルを参照して、Ｘ軸座標及びＹ軸座標を補正する（ステップＳ３６）。
図１９の座標補正テーブルには、ΔＸの傾き角θ及び高さｈ依存性を示すデータが格納されている。ここで、ΔＸは、ペンコイル１０３からの信号を検出したＸセンサコイルのピーク値のＸ座標Ｘｍから、傾き角θが０度のときのピーク値のＸ座標を引いた値である。図１９に示すように、傾き角θを一定にすると、高さｈとΔＸは、高さｈの増加にともないΔＸが減少する関係にあるため、前記のようにして求めた傾き角θ及び高さｈに基づいてΔＸが求められる。この関係を利用して、図１９のテーブルを参照してΔＸを求め、負のΔＸを加算することによってＸ軸座標を補正して正確なＸ座標を得る。同様にしてＹ座標も補正することにより正確なＹ座標を得る。尚、このとき得られるＸ座標、Ｙ座標は指示装置１０１のペン先の座標である。
前記処理を繰り返すことにより、指示装置１０１の３次元空間におけるＸＹＺ座標、方位角φ及び傾き角θを検出することが可能になる。
以上のようにして、２本の縦巻きコイル１０４、１０５からの信号を検出して得られた合成二子山信号の左右比から傾き角θ及び方位角φを得ることが可能になる。
尚、前記処理によって指示装置１０１のペン先の位置が求められるため、後述する図２０の関係に基づいて、指示装置１０１のペンコイル１０３の３次元重心座標（ＸGG，ＹGG，ＺC）は、ペン先Ｂの３次元座標（ＸG，ＹG，Ｚ）から幾何学的に算出することができる。
【００４５】
次に、指示装置１０１の延長線が前記検出面に交差する点（的：まと）targetを算出する場合の処理を説明する。
図２０は、前記まとtargetのＸＹ座標を算出する場合の処理を説明するための図である。図２０において、指示装置１０１はペン形容器Ｃ内に収容されており、指示装置１０１の先端にはペン先が設けられている。指示コイル１０３の重心位置のＸＹ座標を（ＸGG，ＹGG）、Ｚ座標をＺc、指示装置１０１のペン先ＢのＸ、Ｙ座標を（ＸG，ＹG）、Ｚ座標をＺ、指示コイル１０３の重心位置とペン先の距離をＬ、まとtargetのＸ、Ｙ座標を（Ｘtar，Ｙtar）として、下記式を用いて前記まとtargetのＸＹ座標を算出する。
ＸG＝ＸGG−（Ｌ・ｃｏｓθ）・ｔａｎθ・ｃｏｓθ
ＹG＝ＹGG−（Ｌ・ｃｏｓθ）・ｔａｎθ・ｓｉｎθ
Ｚ＝ＺＣ−（Ｌ・ｃｏｓθ）
Ｘtar＝ＸG−Ｚ・ｔａｎθ・ｃｏｓφ
Ｙtar＝ＹG−Ｚ・ｔａｎθ・ｓｉｎφ
これにより、まとtargetの位置を求めることが可能になる。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。指示装置が単一の指示コイルしか有しない場合等は、指示装置が水平（前記検出面と平行）に位置すると共に、Ｘセンサコイル又はＹセンサコイルと平行に位置した場合、指示装置と平行になったＸセンサコイル又はＹセンサコイルは指示コイルと電磁結合できないため検出信号を得ることができない。本第２の実施の形態は、係る問題が発生しないようにした例である。
図２１は、本第２の実施の形態に係る３次元情報検出装置のブロック図で、図２と同一機能を有する部分には同一符号を付している。
【００４７】
図２１のセンサ装置と図２のセンサ装置の主な相違点は、センサコイル１０９と同一構成のセンサコイルを検出面内で所定角度（本実施の形態では４５度）回転させた斜めセンサコイル２００２を、センサコイル１０９に重ねて配設している点である。
センサコイル１０９はＸ軸方向（φ＝０度）に並設された複数のＸセンサコイル及びＹ軸方向（φ＝９０度）に並設された複数のＹセンサコイルを備え、又、斜めセンサコイル２００２は、前記Ｘ軸方向から４５度回転したＸ’軸方向（φ＝４５度）に並設された複数のＸ’センサコイル及びＸ’センサコイルに直交するＹ’軸方向（φ＝１３５度）に並設された複数のＹ’センサコイルを備えている。
【００４８】
尚、指示装置は図２の指示装置１０１を使用することも可能であるが、本第２の実施の形態では、磁性材料によって構成したコア２００４に巻回した単一の指示コイルのみを有する指示装置を使用している。図２４は、本第２の実施の形態の動作を説明するための模式図で、３次元情報指示装置２００１のＸＹＺ座標及び方向（傾き角θ及びＸ軸を基準とする方位角φ）を示す図である。指示装置２００１は、コア２００４に巻回した単一の指示コイル２００３（必要に応じてペンコイルと称する。）を有する構成となっている。
また、本第２の実施の形態では、図４（ｃ）、（ｄ）において、周波数ｆｖ、ｆｗの信号は使用せずに周波数ｆｕの信号のみを用いて、指示コイル２００３からの信号を電磁結合により、センサコイル１０９及び斜めセンサコイル２００２で受信し検出するように動作する。
【００４９】
図２２及び図２３は、本第２の実施の形態に係る３次元情報検出装置における処理を示すフローチャートである。
以下、図４、図２１乃至図２４を用いて、本第２の実施の形態の動作を説明する。
先ず、センサ装置２０００の制御２１０に設けられたメモリ２０４及びＣＰＵ２０５、送信制御部２０６、制御部２１０及び検出部２０２内に設けられたバッファメモリの初期化処理を行う（図２２のステップＳ２１１）。
【００５０】
次に、センサ装置２０００側から指示装置２００１側へ周波数ｆｕの信号を送信すると共に、センサ装置２０００側で電磁結合によって、指示装置２００１からの信号を受信し検出する処理を行う。
即ち、先ず、送信制御部２０６のセレクタ２０８を切り換えることにより、指示装置２００１に送信する信号の周波数を選択する（ステップＳ２１２）。尚、本第２の実施の形態の場合には１種類の周波数ｆｕのみを使用しているため、複数の周波数信号を選択するためのセレクタスイッチ及びステップ２１２は不要であるが、図１に示したような複数の指示コイルを有する指示装置を使用することが可能なように、セレクタスイッチ２０８及びステップ２１２を使用した説明としている。
【００５１】
次に、図４に関して説明したように、指示装置２００１からの信号を電磁結合で受信するセンサコイル１０９及び斜めセンサコイル２００２を順次切換えて選択する（ステップＳ２１３）。
この状態で、指示装置２００１から出力される信号をセンサコイル１０９及び斜めセンサコイル２００２で順次受信してレベル検出を行うグローバルスキャンを行う（ステップＳ２１４）。
前記グローバルスキャンでは、送信制御部２０６は周波数ｆｕの信号を送信回路２０９に出力する。送信回路２０９は送信制御部２０６から入力された周波数ｆｕの信号を、信号ケーブル１０８を介して指示装置２００１に供給する。選択されたセンサコイル１０９及び斜めセンサコイル２００２は、電磁結合により指示装置２００１からの信号を受信する。検出部２０２は受信回路２０１を介して、前記センサコイル１００９及び斜めセンサコイル２００２で受信した信号を受信し、前記信号のレベルを検出し、指示装置２００１から受信した信号の検出レベル及び該検出レベルに対応するセンサコイル１０９、２００２のデータをメモリ２０４に記憶する。
【００５２】
次に、全てのコイルセンサ１０９及び斜めセンサコイル２００２について前記動作を行ったか否かを判断し、全てのセンサコイル１０９、２００２について前記動作が完了していなければステップＳ２１２へ戻り、全てのセンサコイル１０９、２００２についての動作が完了したと判断した場合には、ステップＳ２１６に移行する（ステップＳ２１５）。
ステップＳ２１６では、前記第１の実施の形態において図８〜図１１のテーブルを使用してセンサコイルのレベル補正を行ったのと同様にして、メモリ２０４に予め記憶したテーブルを参照して、センサコイル１０９のＸセンサコイル及びＹセンサコイル、斜めセンサコイル２００２のＸ’センサコイル及びＹ’センサコイルの受信レベルのバラツキを補正する（ステップＳ２１６）。また、ステップＳ２１６では、傾き角θ＝０度の状態で、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルで検出した信号レベルのピーク値を、Ｘコイルセンサで検出した信号レベルのピーク値に一致するように補正する。
【００５３】
次に、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルの各々について、各センサコイルの検出信号の最大レベル点の検出信号レベルと前記最大レベル点の両側近傍の２点の検出信号レベルとに基づいて、放物線近似を用いた周知の方法により、Ｘセンサコイルにおける最大レベル点のＸ座標及び該座標におけるレベルを最大信号レベルＸｕとして算出し又、Ｙセンサコイルにおける最大レベル点のＹ座標及び該座標における最大信号レベルＹｕとして算出し、Ｘ’センサコイルにおける最大レベル点のＸ座標及び該座標におけるレベルを最大信号レベルＸｕ’として算出し又、Ｙ’センサコイルにおける最大レベル点のＹ座標及び該座標における最大信号レベルＹｕ’として算出する（ステップＳ２１７）。尚、信号レベルＸｕ、Ｙｕ、Ｘｕ’、Ｙｕ’に対応する座標は、指示装置１０１のペン先の座標である。
図２５は、前記動作により、Ｘセンサコイルで検出した信号の特性を示す図である。
【００５４】
次に、前記第１の実施の形態と同様にして、ペン信号ｆｕの最大信号レベルの半値幅を算出する（ステップＳ２１８）。
次に、下記の如くして、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルの座標による信号強度による重み平均をとって重心座標を求め、正確な重心座標を得る（ステップＳ２１９）。このとき、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルのうち、３つのセンサコイルから独立に同じＸ座標（又はＹ座標）を得ることができるが、これらの３つの信号は信号強度が異なる。信号強度が小さいほど信号ジッタ等による誤差が大きくなり、信号強度が大きいほど信頼性の高いデータが得られるため、単純平均よりも、信号強度に応じて重み平均をとることにより正確な重心座標を得るようにしている。
【００５５】
先ず、常にサブ信号の大きい方の信号の座標が必要なためＬＵｘｓ１＜ＬＵｘｓ２の場合に、各Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル及びＹ’センサコイルで検出した信号レベルに所定の係数をかけて、Ｘセンサコイルの信号レベルに合わせる。尚、前記所定の係数は、例えば、センサ装置１０２の検出面中央部で、高さ１００ｍｍ、傾き角θでデータをとり、各Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル及びＹ’センサコイルの検出信号レベルがＸセンサコイルの信号レベルに合致するような係数を予め得ておくようにする。前記所定の係数としては、例えば、ＬＵx＝１＊ＬＵx、ＬＵx’＝１．４５５＊ＬＵx’、ＬＵy＝１．１２３＊ＬＵy、ＬＵy’＝１．３２５＊ＬＵy’のように選定する。
次に、大小判定して、ＬＵx_med及びＬＵx_minを得る。ＬＵx_medは、ＬＵxs1、ＬＵxm及びＬＵxs２の中の中間の大きさの値（ＬＵx_med＝Ｍｅｄｉａｎ（ＬＵxs1，ＬＵxm，ＬＵxs2））、又は、ＬＵxs1及びＬＵxs2の中の大きい方の値（ＬＵx_med＝Ｍａｘ（ＬＵxs1，ＬＵxs2））である。また、ＬＵx_minは、ＬＵxs1、ＬＵxm及びＬＵxs2の中の最小の値（ＬＵx_min＝Ｍｉｎ（ＬＵxs1，ＬＵxm，ＬＵxs2））、又は、ＬＵxs1及びＬＵxs2の中の小さい方の値（ＬＵx_min＝Ｍｉｎ（ＬＵxs1，ＬＵxs2））である。
【００５６】
次に、Ｘセンサ（φ＝０度）上の座標を次式から求める。Ｘmは最大値ＬＵxmをとるときのＸ座標値、Ｘ_medは中間値ＬＵx_medをとるときのＸ座標値である。
ＸG＝（（ＬＵxm−ＬＵx_min）＊Ｘm＋（ＬＵx_med−ＬＵx_min）＊Ｘ_med）／（ＬＵxm−２＊ＬＵx_min＋ＬＵx_med）
同様にして、Ｘ’センサ（φ＝４５度）上の座標を次式から求める。
次に、Ｘセンサ（φ＝０度）上の座標を次式から求める。Ｘ’mは最大値ＬＵx’mをとるときのＸ’座標値、Ｘ’_medは中間値ＬＵx’_medをとるときのＸ’座標値である。
Ｘ’G＝（（ＬＵx’m−ＬＵx’_min）＊Ｘ’m＋（ＬＵx’_med−ＬＵx’_min）＊Ｘ’_med）／（ＬＵx’m−２＊ＬＵx’_min＋ＬＵx’_med）
次に、Ｙセンサ（φ＝９０度）上の座標を次式から求める。
ＹG＝（（ＬＵym−ＬＵy_min）＊Ｙm＋（ＬＵy_med−ＬＵy_min）＊Ｙ_med）／（ＬＵx’m−２＊ＬＵx’_min＋ＬＵx’_med）
最後にＹ’センサ（φ＝１３５度）上の座標を次式から求める。
Ｙ’G＝（（ＬＵy’m−ＬＵy’_min）＊Ｙ’m＋（ＬＵy’_med−ＬＵy’_min）＊Ｙ’_med）／（ＬＵy’m−２＊ＬＵx’_min＋ＬＵx’_med）
すなわち、ＬＵxs1及びＬＵxs2のうち、大きい方をＬＵx_med、小さい方をＬＵxminにする。
【００５７】
各Ｘ、Ｙ、Ｘ’、Ｙ’センサコイルの原点（本実施の形態では、センサコイル１０９及び斜めセンサコイル２００２の中央部）を、ＸO、Ｘ’O、ＹO、Ｙ’Oとすると、重み平均で、コイル重心座標（ＸGG，ＹGG）は下記のようになる。
ΔＸG＝ＸG−ＸO
ΔＸ’G＝Ｘ’G−Ｘ’O
ΔＹG＝ＹG−ＹO
ΔＹ’G＝Ｙ’G−Ｙ’O
ＸGG＝ＸO＋（ＬＵxm＊ΔＸG＋ＬＵx’m＊（ΔＸ’G／√２）−ＬＵy’m＊（ΔＹ’G／√２））／（ＬＵxm＋ＬＵx’m＋ＬＵy’m）
ＹGG＝ＹO＋（ＬＵx’m＊（ΔＸ’G／√２）＋ＬＵym＊ΔＹG＋ＬＵy’m＊（ΔＹ’G／√２））／（ＬＵx’m＋ＬＵym＋ＬＵy’m）
【００５８】
次に、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルで検出した検出信号の最小信号レベルＬＵxmin、中間信号レベルＬＵxmedを判定する（ステップＳ２２０）。
次に、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルで検出した検出信号のピーク信号レベルの平均値ＬＵm_av、最小信号レベルの平均値ＬＵmin_av、中間信号レベルの平均値ＬＵmed_avを下記式から求める（ステップＳ２２１）。
ＬＵm_av＝（ＬＵxm＋ＬＵx’m＋ＬＵym＋ＬＵy’m）／４
ＬＵmin_av＝（ＬＵxmin＋ＬＵx’min＋ＬＵymin＋ＬＵy’min）／４
ＬＵmed_av＝（ＬＵxmed＋ＬＵx’med＋ＬＵymed＋ＬＵy’med）／４
ここで、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルのピーク信号レベルをＬＵxm、ＬＵx’m、ＬＵym、ＬＵy’m、最小信号レベルをＬＵxmin、ＬＵx’min、ＬＵymin、ＬＵy’min、中間信号レベルをＬＵxmed、ＬＵx’med、ＬＵymed、ＬＵy’medで表している。
【００５９】
次に、下記式を用いて、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルで検出した検出信号のピーク信号レベル、最小信号レベル、中間信号レベルの前記各平均値からの偏差を算出する（ステップＳ２２２）。
ＬＵxm_dev＝ＬＵxm−ＬＵm_av
ＬＵx’m_dev＝ＬＵx’m−ＬＵm_av
ＬＵym_dev＝ＬＵym−ＬＵm_av
ＬＵy’m_dev＝ＬＵy’m−ＬＵm_av
ここで、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルの最大値信号レベルの偏差を各々、ＬＵxm_dev、ＬＵx’m_dev、ＬＵym_dev、ＬＵy’m_devで表している。
【００６０】
また、
ＬＵxmin_dev＝ＬＵxmin−ＬＵmin_av
ＬＵx’min_dev＝ＬＵx’min−ＬＵmin_av
ＬＵymin_dev＝ＬＵymin−ＬＵmin_av
ＬＵy’min_dev＝ＬＵy’min−ＬＵmin_av
ここで、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルの最小値信号レベルの偏差を各々、ＬＵxmin_dev、ＬＵx’min_dev、ＬＵymin_dev、ＬＵy’min_devで表している。
また、
ＬＵxmed_dev＝ＬＵxmed−ＬＵmed_av
ＬＵx’med_dev＝ＬＵx’med−ＬＵmed_av
ＬＵymed_dev＝ＬＵymed−ＬＵmed_av
ＬＵy’med_dev＝ＬＵy’med−ＬＵmed_av
ここで、Ｘセンサコイル、Ｙセンサコイル、Ｘ’センサコイル、Ｙ’センサコイルの中間値信号レベルの偏差を各々、ＬＵxmed_dev、ＬＵx’med_dev、ＬＵymed_dev、ＬＵy’med_devで表している。
【００６１】
次に、下記式を用いて、前記各偏差の２乗和平方根を算出する（ステップＳ２２３）。
ＬＵm_am＝√（（ＬＵxm_dev２＋ＬＵx’m_dev２＋ＬＵym_dev２＋ＬＵy’m_dev２）／２）
ＬＵmin_am＝√（（ＬＵxmin_dev２＋ＬＵx’min_dev２＋ＬＵymin_dev２＋ＬＵy’min_dev２）／２）
ＬＵmed_am＝√（（ＬＵxmed_dev２＋ＬＵx’med_dev２＋ＬＵymed_dev２＋ＬＵy’med_dev２）／２）
ここで、ピーク信号、最小信号、中間信号の偏差の２乗和平方根を各々、ＬＵm_am、ＬＵmin_am、ＬＵmed_amで表している。
次に、下記式を用いて、ピーク信号、最小信号、中間信号の包絡線を求める（ステップＳ２２４）。
ＬＵm_en＝ＬＵm_av＋ＬＵm_am
ＬＵmin_en＝ＬＵmin_av＋ＬＵmin_am
ＬＵmed_en＝ＬＵmed_av＋ＬＵmed_am
ここで、ピーク信号、最小信号、中間信号の包絡線を各々、ＬＵm_en、ＬＵmin_en、ＬＵmed_enで表している。
【００６２】
次に、下記式を用いて、包絡線比ratioから傾き角θを算出する（ステップＳ２２５）。
ratio＝（ＬＵmed_en−ＬＵmin_en）／（ＬＵm_en−ＬＵmin_en）
θ＝ratio＊１８０／π （度）
次に、下記式を用いて、ピーク信号、ｃｏｓ（２φ）、ｓｉｎ（２φ）から、フーリエ変換（ＤＦＴ（Discrete Fourier Transformation））により、方位角φ０（−９０度≦φ０≦９０度の範囲で代表させた暫定的なφの値）を算出する（ステップＳ２２６）。尚、下式は、一例として所定の数値を代入して計算した式を示している。
また、信号の右サブ信号ＬＵs2の３点近似法によるピーク信号の方向で象限を判定し、φ０から一般の方位角φを算出する（ステップＳ２２７）。図２６は、方位角φを算出するための方位角テーブルを示す図であり、メモリ２０４に予め記憶されている。図２７及び図２８は、前記方位角テーブルで使用している記号を説明するための図である。
前記方位角テーブルから、方位領域が２であることが得られる。例えば、図２７のような信号が得られる場合には、一般の方位角φは、
φ＝φ０＋９０（度）＝−４１．８＋９０（度）＝４８．２（度）
となる。
前記処理を繰り返すことにより、指示装置２００１の３次元空間におけるＸＹＺ座標、方位角φ及び傾き角θを検出することが可能になる。尚、ここで得られるＸＹＺ座標は指示装置２００１のコイル２００３の重心座標であるが、図２０を用いて、指示装置２００１のペン先のＸＹＺ座標を幾何学的に求めることができる。
以上のようにして、検出信号のサブ信号比から傾き角θ及び方位角φを得ることが可能になる。
尚、本第２の実施の形態においても、図６の処理ステップＳ３５、Ｓ３６を行うことにより、ＸＹＺ座標の補正処理を行うようにしてもよい。
【００６４】
次に、傾き角θ及び方位角φを検出するための他の例として、検出信号の左右片の比から傾き角θ及びφ方位角を検出する方法を、第３の実施の形態として説明する。本第３の実施の形態に係る３次元情報検出装置と前記第１の実施の形態との相違点は、ＣＰＵ２０５による傾き角θ及び方位角φの算出方法が異なる点であり、それ以外の構成は前記第１の実施の形態と同一である。以下、主として傾き角θ及び方位角φの算出方法について説明する。
図２９は、Ｘセンサコイルで検出したペンコイル信号ＬＵｘを示す図である。
図２９に示すように、検出信号のメイン信号の山のピーク値のＸ座標Ｘmを境にして、メイン信号の左の片側半値幅をＸwidth50_left、右の片側半値幅をＸwidth50_rightとする。また、メイン信号の左の片側２５％値幅をＸwidth25_left、右の片側２５％値幅をＸwidth25_rightとする。
【００６５】
先ず、各幅と各比率を算出する場合、５０％値片側幅Ｘwidth50_left、Ｘwidth50_rightを算出する。次に、２５％値片側幅Ｘwidth25_left，Ｘwidth25_rightを算出する。次に、５０％値左右片側幅比Ｘwidth50_left/right＝Ｘwidth50_left／Ｘwidth50_rightを算出する。次に、２５％値左右片側幅比Ｘwidth25_left/right＝Ｘwidth25_left／Ｘwidth25_rightを算出する。
次に、傾斜角θの検出を行う。Ｘセンサコイルの５０％値左右片側幅比と２５％値左右片側幅比を、方位角φ＝０度方向に傾けたとき、傾斜角θに対してプロットすると、図３０に示すグラフのようになる。図３０に示す片側幅比率の傾斜角依存性テーブルは予めメモリ２０４に記憶されている。
２５％値左右片側幅比の方が滑らかに変化しているので、２５％値左右片側幅比を使用する。図３０の片側幅比率の傾斜角依存性テーブルを用いて、このグラフの縦軸（（Ｘwidth25_left/right）−１）が解れば、傾き角θを検出できる。
【００６６】
次に、方位角φの検出を行う。この場合、先ず、Ｙセンサコイルの２５％値左右片側幅比の算出を行う。Ｙセンサコイルの検出信号ＬＵｙも使用し、同様にして、２５％値左右片側幅比（（Ｙwidth25_left/right）−１）を算出する。例えば、傾斜角θ＝４５度のまま、方位角φを１回転（０〜３６０度）させて、ＸとＹの２５％値左右片側幅比を方位角φに関してプロットすると、図３１ようになる。尚、図３１に示す２５％値の片側幅比率の傾斜角依存性テーブルは予めメモリ２０４に記憶されている。
次に、方位角φの算出を行う場合、先ず、暫定的な方位角φ０を次式で算出する。
φ０＝ｔａｎ−１（（（Ｙwidth25_left/right）−１）／（（Ｘwidth25_left/right）−１））＊１８０／π（度）
【００６７】
この暫定的な方位角φ０を方位角φに対してデータを取ると、図３２の表のようになる。図３２は、（メイン信号の２５％値の左右の片側幅の比率−１）、（（Ｘwidth25_left/right）−１）の符号ｓｉｇｎ（（Ｘwidth25_left/right）−１）および（（Ｙwidth25_left/right）−１）の符号ｓｉｇｎ（（Ｙwidth25_left/right）−１）から象限を判定して、一般方位角φを求めた例（高さ１００ｍｍ、傾斜角φ＝４５度）である。尚、図３２に示す象限判定テーブルは予めメモリ２０４に記憶されている。Ｘセンサコイルの検出信号ＬＵxとＹセンサコイルの検出信号ＬＵyの左右サブ信号の大小関係から、一般の方位角φを算出する。
以上のようにして、検出信号の左右片側幅の比から傾き角θ及び方位角φを得ることが可能になる。
【００６８】
次に、指示装置の他実施の形態について説明する。図３３〜図４１は、本発明の実施の形態に係る３次元情報指示装置の他の実施の形態を示す図である。
前記第１、第２の実施の形態に示した指示装置も含めて、各指示装置は、大別して、複数の指示コイルを有するもの（図７、図３３〜図４１）と、単一の指示コイルを有するもの（図２４、図４０、図４１）に分けられる。また、複数のコイルを有する指示装置は、少なくとも一つの指示コイルの中心位置が他の指示コイルの中心位置からずれて配設された構成のもの（図７、図３３〜図３５）と、複数の指示コイルが全て同一中心位置に配設された構成のもの（図３６〜図３９）とに分けられる。
【００６９】
図３３〜図３５に示す指示装置は、複数の指示コイルを有し、その少なくとも一つの指示コイルの中心位置が他の指示コイルの中心位置からずれて配設されると共に、前記各指示コイルの中心軸が直交して配設された指示装置の例である。
指示コイルの中心位置がずれて配設されているため、センサ装置と指示装置間の信号の同期をとらなくとも、指示装置の表裏検出（指示装置がセンサ装置側を向いているのかセンサ装置の反対側を向いているのかの検出）が可能になる。
図３３において、３次元情報指示装置は、磁性材料によって構成した複数の円柱形のコア２６０４〜２６０６に各々複数の指示コイル２６０１〜２６０３を巻回した構成となっており、各指示コイル２６０１〜２６０３は中心位置がずれると共に中心軸が直交するように配設されている。
【００７０】
図３４において、３次元情報指示装置は、磁性材料によって構成した単一の円柱形のコア２７０３の両端に複数（２つ）の指示コイル２７０１、２７０２を巻回した構成となっており、各指示コイル２７０１、２７０２は中心位置がずれると共に中心軸が一致するように配設されている。
図３５において、３次元情報指示装置は、磁性材料によって構成した小径円柱形のコア２８０３、磁性材料によって構成した大径円柱形のコア２８０４に各々１つの指示コイル２８０１、２８０２を巻回した構成となっており、各指示コイル２８０１、２８０２は中心位置がずれると共に中心軸が直交するように配設されている。
【００７１】
図３６〜図３９に示す３次元情報指示装置は、複数の指示コイルを有し、全ての指示コイルの中心位置が同一位置に配設されると共に、各指示コイルの中心軸が直交して配設された指示装置の例である。各指示コイルの中心位置が同一位置に配設されているため、センサ装置と指示装置間の信号の同期をとらない場合には、指示装置の表裏検出ができない。
図３６において、３次元情報指示装置は、磁性材料によって構成した円柱形のコア２９０４に複数（３つ）の指示コイル２９０１〜２９０３を巻回した構成となっており、各指示コイル２９０１〜２９０３は中心位置が一致すると共に中心軸が直交するように配設されている。
【００７２】
図３７において、３次元情報指示装置は、球体３００４内に複数の指示コイル３００１〜３００３を巻回した構成となっており、各指示コイル３００１〜３００３は中心位置が一致すると共に中心軸が直交するように配設されている。
図３８において、３次元情報指示装置は、磁性材料によって構成した単一の円柱形のコア３１０３に複数（２つ）の指示コイル３１０１、３１０２を巻回した構成となっており、各指示コイル３１０１、３１０２は中心位置が一致すると共に中心軸が直交するように配設されている。
図３９において、３次元情報指示装置は、球体３２０３内に複数（２つ）の指示コイル３２０１、３２０２を巻回した構成となっており、各指示コイル３２０１、３２０２は中心位置が一致すると共に中心軸が直交するように配設されている。
【００７３】
図４０、図４１に示す指示装置は、単一の指示コイルを有する指示装置の例である。単一の指示コイルしか有していないため、センサ装置と指示装置間の信号の同期をとらない場合には、指示装置の表裏検出ができない。
図４０において、３次元情報指示装置は、磁性材料によって構成した円柱形のコア３３０２に１つのの指示コイル３３０１を巻回した構成となっている。
図４１において、３次元情報指示装置は、球体３４０２内に単一の指示コイル３４０１を巻回した構成となっており、指示コイル３４０１の中心位置が球体３４０２の中心に一致するように配設されている。
【００７４】
尚、前記各実施の形態では、方位角φや傾き角θ等を算出する場合に、メモリ２０４に予め記憶したテーブルを参照することにより行ったが、予めメモリ２０４に、方位角φや傾き角θ等を算出するための計算式（近似式）をプログラムとして記憶しておき、前記計算式をＣＰＵ２０５で実行するように構成してもよい。
また、前記各実施の形態では、３次元情報センサ装置のセンサコイルから発生した信号を３次元情報指示装置で受信し、３次元情報指示装置から３次元情報センサ装置に信号を返送し、３次元情報指示装置に信号を送信したセンサコイルと同一のセンサコイルで３次元情報指示装置からの信号を受信し、３次元情報センサ装置側で３次元情報指示装置の位置や方向を検出するようにしたが、信号の送信、受信を異なるセンサコイルによって行うことが可能である。
【００７５】
また、３次元情報指示装置の指示コイル及び３次元情報センサ装置のセンサコイルが発振回路を構成し、３次元情報指示装置が存在するとき３次元情報センサ装置が自己発振するような方式とすることも可能である。
さらに、３次元情報指示装置内に電源あるいは他から電源供給を受ける電源回路を設けると共に、３次元情報センサ装置との間で送受信するための信号を発生する信号発生回路を設けるようにしてもよい。
また、３次元情報指示装置側に、電源若しくは他から電源供給を受ける電源回路、送受信するための信号を発生する信号発生回路、前記信号の送受信回路、算出部及び算出結果を赤外線や電波等の無線で送信する送信回路を内蔵させ、その一方、３次元情報センサ装置側に、共振回路を構成する複数のコイルを平面的に配設するように構成し、３次元情報指示装置側から送信した信号を支持台側で受信して返送し、これを３次元情報指示装置の送受信回路で受信して、前記算出部により３次元情報を算出し、該算出結果を前記送信回路で上位装置等の他の装置に送信するように構成してもよい。
【００７６】
また、３次元情報指示装置側に、電源若しくは他から電源供給を受ける電源回路、送受信するための信号を発生する信号発生回路、前記信号の送受信部、受信信号を所定の送信フォーマットに処理する信号処理部、前記信号処理結果を赤外線や電波等の無線で送信する送信回路を内蔵させ、その一方、３次元情報センサ装置側に、共振回路を構成する複数のセンサコイルを平面的または曲面的に配設すると共に前記送信回路からの信号を受けて３次元情報指示装置の位置や方向を算出する算出部を設けるようにしてもよい。
また、３次元情報指示装置側に、電源若しくは他から電源供給を受ける電源回路、信号の受信部、受信信号を所定の送信フォーマットに処理する信号処理部、前記信号処理結果を赤外線や電波等の無線で送信する送信回路を内蔵させ、その一方、３次元情報センサ装置側に、共振回路を構成する複数のセンサコイル、前記センサコイルを切替選択する選択回路、送受信するための信号を発生する信号発生回路、前記送信回路からの信号を受けて３次元情報指示装置の３次元情報を算出する算出部を設けるようにしても良い。
【００７７】
また、３次元情報指示装置側に、電源若しくは他から電源供給を受ける電源回路、信号の受信部、３次元情報算出部及び算出結果を赤外線や電波等の無線で送信する送信回路を内蔵させ、その一方、３次元情報センサ装置側に、共振回路を構成する複数のセンサコイル及び信号発生回路を配設し、前記センサコイルを切替選択しながら前記信号発生回路からの信号を前記３次元情報指示装置に送信し、前記３次元情報指示装置側で３次元情報を算出して、上位装置等の他の装置に無線送信するように構成してもよい。
また、前記各実施の形態では、３次元情報指示装置をペン形の容器に収容した例で説明したが、球体内に収容するように構成してもよい。
また、指示コイルとセンサコイルの電磁的結合を妨げるような、背面（指示装置検出面の裏）の影響を受けないように、磁気シールド材を備えるように構成してもよい。
尚、３次元情報指示装置側に送信回路を設けるような構成とした場合等には、指示コイルは共振回路を形成しないように構成することが可能である。
また、３次元情報センサ装置側に送信回路を設けるような構成とした場合等には、センサコイルは共振回路を形成しないように構成することが可能である。
さらにまた、指示コイルや３次元情報センサ装置が共振回路を構成する場合において、送受信する信号は必ずしも前記共振回路の共振周波数に完全に一致させる必要はなく、実質的な受信信号が得られる程度の相違を有する範囲内の信号、即ち、前記共振周波数に関連する信号で有ればよい。
また、指示装置の位置は、指示装置の使用形態に応じて、ペン先位置とコイルの重心位置のいずれを求めるようにしてもよいが、指示装置をペン形容器に収容して使用する形態では、図２０を用いて、最終的にはペン先位置を求めるようにすることが好ましい。
【００７８】
以上説明したように、前記各実施の形態に係る３次元情報検出装置は、少なくとも一つの指示コイルを有する指示装置１０１と、相互に交差するように検出面にそって配設され前記指示コイルと電磁的に結合する複数のセンサコイル１０９と、センサコイル１０９を切り換え選択する選択手段と、前記指示コイルと選択された前記センサコイル間で電磁的結合により送受する信号を発生する信号発生手段と、前記選択されたセンサコイル又は前記指示コイルで受信した信号を検出する信号検出手段と、前記信号検出手段によって検出した検出信号から、３次元空間における前記指示手段の位置及び方向を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴としている。したがって、３次元空間内における指示装置１０１の位置や方向を検出することが可能になる。
【００７９】
ここで、検出信号に関する特性データを予め記憶した記憶手段を備え、前記算出手段は、前記テーブルを参照して、検出手段で検出した検出信号に基づいて、３次元空間内における指示装置１０１の位置や方向を算出するように構成してもよい。
また、検出信号に基づいて３次元空間内における指示装置１０１の３次元空間における位置や方向を算出するための近似式を予め記憶した記憶手段を備え、前記算出手段は、前記近似式を用いて、検出手段で検出した検出信号に基づいて、３次元空間内における指示装置１０１の位置や方向を算出するように構成してもよい。
また、前記算出手段は、前記検出手段で検出した検出信号中のピーク値近傍の少なくとも３点の信号に基づいて、指示装置１０１のＸ軸座標及びＹ軸座標を算出すると共に、前記検出信号の所定レベル値における座標の幅から指示装置１０１の高さを得るように構成している。
【００８０】
また、前記算出手段は、前記検出手段で検出した検出信号の関係から前記指示手段の傾き角θ及び方位角φを得るように構成している。
また、前記指示手段は前記指示コイルとして２本の縦巻きコイルを有し、前記算出手段は前記２本の縦巻きコイルの合成二子山信号の左右比から前記傾き角θ及び方位角φを得るように構成している。
また、前記算出手段は、前記検出信号のサブ信号比から前記傾き角θ及び方位角φを得るように構成している。
また、前記算出手段は、前記検出信号の左右片側幅の比から前記傾き角θ及び方位角φを得るように構成している。
また、前記算出手段は、検出したＸ軸座標、Ｙ軸座標及び高さを、得られた傾き角θと方位角φを用いて補正するように構成している。
【００８１】
また、前記指示手段は、１つの指示コイルを有するように構成している。
また、指示装置１０１は、複数の指示コイルを有している。
また、前記複数の指示コイルの中心軸は相互に直交するように配設されている。
また、前記複数の指示コイルの中心位置が同一になるように配設されている。
また、前記複数の指示コイルの中の少なくとも一つの指示コイルの中心位置は他の指示コイルの中心位置からずれて配設されている。
また、前記指示手段は球体を有し、前記指示コイルは前記球体内に配設されている。
また、前記指示コイルのうちの少なくとも一つはフェライトコア又はその他の磁性材料に巻回されている。
【００８２】
また、前記信号発生手段は前記指示コイルに対応する複数の周波数の信号を発生し、前記各指示コイルと前記選択されたセンサコイルとの間では異なる周波数の信号を送受信するように構成されている。
また、前記信号発生手段から前記指示コイルに電流を供給することによって前記指示コイルから信号を送信し、前記検出手段は前記センサコイルで生じた信号を検出するように構成されている。
また、前記信号発生手段から前記センサコイルに電流を供給することによって前記センサコイルから信号を送信し、前記検出手段は前記指示コイルで生じた信号を検出するように構成されている。
【００８３】
また、前記信号発生手段から前記センサコイルに電流を供給することによって前記センサコイルから信号を送信し、前記指示コイルは前記信号を受信した後に前記センサコイルに返送し、前記検出手段は前記センサコイルで受信した信号を検出するように構成されている。
また、前記算出手段は、前記指示手段の延長線が前記検出面に交差する点を算出するように構成されている。
また、相互に交差すると共に、前記センサコイルに交差するように配設された複数の斜めセンサコイルを備えて成るように構成されている。
【００８４】
また、本発明の実施の形態に係る３次元情報検出方法は、選択手段が、少なくとも一つの指示コイルを有する指示手段に対して電磁的に結合すると共に相互に交差するように検出面にそって配設された複数のセンサコイルを切り換え、信号発生手段が、前記指示コイルと選択された前記センサコイル間で電磁的結合により送受する信号を発生し、信号検出手段が、前記選択されたセンサコイル又は前記指示コイルで受信した前記信号発生手段からの信号を検出し、算出手段が、前記信号検出手段によって検出した検出信号に基づいて前記指示手段の位置及び方向を算出することを特徴としている。したがって、３次元空間内における指示装置の位置や方向を検出することが可能になる。
【００８５】
尚、前記方法において、前記算出手段は、前記検出手段で検出した検出信号中のピーク値近傍の少なくとも３点の信号に基づいて、前記指示手段のＸ軸座標及びＹ軸座標を算出すると共に、前記検出信号の所定レベル値における座標の幅から前記指示コイルの高さを得ることを特徴とするように構成してもよい。また、前記算出手段は、前記検出手段で検出した検出信号の関係から前記指示手段の傾き角θ及び方位角φを得ることを特徴とするように構成してもよい。また、前記算出手段は、前記指示手段は前記指示コイルとして２本の縦巻きコイルを有し、前記２本の縦巻きコイルの合成二子山信号の左右比から前記傾き角θ及び方位角φを得ることを特徴とするように構成してもよい。また、前記算出手段は、前記検出信号のサブ信号比から前記傾き角θ及び方位角φを得ることを特徴とするように構成してもよい。また、前記算出手段は、前記検出信号の左右片側幅の比から前記傾き角θ及び方位角φを得ることを特徴とするように構成してもよい。また、前記算出手段は、検出したＸ軸座標、Ｙ軸座標及び高さを、得られた傾き角θと方位角φを用いて補正することを特徴とするように構成してもよい。
【００８６】
また、本発明の実施の形態に係る３次元情報センサ装置は、相互に交差するように検出面にそって配設され指示手段の指示コイルと電磁的に結合する複数のセンサコイルと、前記センサコイルを切り換え選択する選択手段と、前記指示コイルと選択された前記センサコイル間で電磁的結合により送受する信号を発生する信号発生手段と、前記選択されたセンサコイル又は前記指示コイルで受信した前記信号発生手段からの信号を検出する信号検出手段と、前記信号検出手段によって検出した信号から前記指示手段の位置及び方向を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴としている。したがって、３次元空間内における指示装置の位置や方向を検出することが可能になる。
【００８７】
また、本発明の実施の形態に係る３次元指示装置は、複数のセンサコイルとの間で電磁結合により信号の受け渡しを行う複数の指示コイルを備えた３次元情報指示装置であって、前記複数の指示コイルは２本の指示コイルによって構成され、前記各指示コイルの中心位置は相互にずれた位置に配設されると共に、前記各指示コイルの中心軸は相互に直交するように配設されて成ることを特徴としている。したがって、３次元空間内における位置や方向を指示することが可能になる。
【００８８】
【発明の効果】
本発明に係る３次元情報検出装置によれば、３次元空間内における指示装置の位置や方向を検出することが可能になる。
また、本発明に係る３次元情報センサ装置によれば、３次元空間内における指示装置の位置や方向を検出することが可能になる。
また、本発明に係る３次元情報情報指示装置によれば、３次元空間内における位置や方向を指示することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態の全体構成を概略的に示す構成図である。
【図２】 本発明の第１の実施の形態のブロック図である。
【図３】 本発明の第１の実施の形態に使用する３次元指示装置のブロック図である。
【図４】 本発明の実施の形態の動作を説明するためのタイミング図である。
【図５】 本発明の第１の実施の形態に係るＣＰＵの主処理を示すフローチャートである。
【図６】 本発明の第１の実施の形態に係るＣＰＵの主処理を示すフローチャートである。
【図７】 本発明の第１の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図８】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図９】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図１０】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図１１】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図１２】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図１３】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図１４】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図１５】 本発明の第１の実施の形態において使用する方向判別用テーブル特性図である。
【図１６】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図１７】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図１８】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図１９】 本発明の第１の実施の形態における特性図である。
【図２０】 本発明の第１の実施の形態における動作説明図である。
【図２１】 本発明の第２の実施の形態のブロック図である。
【図２２】 本発明の第２の実施の形態に係るＣＰＵの主処理を示すフローチャートである。
【図２３】 本発明の第２の実施の形態に係るＣＰＵの主処理を示すフローチャートである。
【図２４】 本発明の第２の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図２５】 本発明の第２の実施の形態における特性図である。
【図２６】 本発明の第２の実施の形態において使用する方向判別用テーブル特性図である。
【図２７】 本発明の第２の実施の形態における特性図である。
【図２８】 本発明の第２の実施の形態において３次元情報指示装置の方向判別処理を説明するための図である。
【図２９】 本発明の第３の実施の形態における特性図である。
【図３０】 本発明の第３の実施の形態における特性図である。
【図３１】 本発明の第３の実施の形態における特性図である。
【図３２】 本発明の第３の実施の形態において３次元情報指示装置の方位角を算出した例を示す図である。
【図３３】 本発明の他の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図３４】 本発明の他の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図３５】 本発明の他の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図３６】 本発明の他の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図３７】 本発明の他の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図３８】 本発明の他の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図３９】 本発明の他の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図４０】 本発明の他の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【図４１】 本発明の他の実施の形態に係る３次元情報指示装置を示す図である。
【符号の説明】
１００・・・３次元情報検出装置
１０１・・・３次元情報指示手段を構成する３次元情報指示装置
１０２・・・３次元情報検出手段を構成する３次元情報センサ装置
１０３〜１０５、２００３、２６０１〜２６０３、２７０１、２７０２、２８０１、２８０２、２９０１〜２９０３、３００１〜３００３、３１０１、３１０２、３２０１、３２０２、３３０１・・・３次元情報指示コイル
１０６、１０７、２００４、２６０４〜２６０６、２７０３、２８０３、２８０４、２９０４、３１０３、３３０２・・・コア
１０８・・・信号ケーブル
１０９・・・３次元情報センサコイル
２０１・・・受信回路
２０２・・・信号検出手段を構成する検出部
２０３・・・発振回路
２０７・・・送信信号発生回路
２０４・・・記憶手段を構成するメモリ
２０５・・・選択手段及び算出手段を構成するＣＰＵ
２０６・・・信号発生手段を構成する送信制御部
２０８・・・セレクタ回路
２０９・・・送信回路
２１０・・・制御部
２００２・・・斜めセンサコイル
３０６、３０７、３０８・・・信号出力回路
３００４、３２０３、３４０２・・・球体
Claims (10)
- 少なくとも一つの指示コイルを有する指示手段と、
相互に交差するように検出面にそって配設され前記指示コイルと電磁的に結合する複数のセンサコイルと、
前記センサコイルを切り換え選択する選択手段と、
前記指示コイルと選択された前記センサコイル間で電磁的結合により送受する信号を発生する信号発生手段と、
前記選択されたセンサコイル又は前記指示コイルで受信した信号を検出する信号検出手段と、
前記信号検出手段によって検出した検出信号から、３次元空間における前記指示手段の位置及び方向を算出する算出手段とを備え、
前記指示手段は前記指示コイルとして２本の縦巻きコイルを有し、
前記算出手段は、前記検出手段で検出した前記２本の縦巻きコイルの合成二子山信号の左右比から前記指示手段の傾き角θ及び方位角φを得ることを特徴とする３次元情報検出装置。 - 少なくとも一つの指示コイルを有する指示手段と、
相互に交差するように検出面にそって配設され前記指示コイルと電磁的に結合する複数のセンサコイルと、
前記センサコイルを切り換え選択する選択手段と、
前記指示コイルと選択された前記センサコイル間で電磁的結合により送受する信号を発生する信号発生手段と、
前記選択されたセンサコイル又は前記指示コイルで受信した信号を検出する信号検出手段と、
前記信号検出手段によって検出した検出信号から、３次元空間における前記指示手段の位置及び方向を算出する算出手段とを備え、
前記算出手段は、前記検出信号の左右片側幅の比から前記指示手段の傾き角θ及び方位角φを得ることを特徴とする３次元情報検出装置。 - 前記算出手段は、前記検出手段で検出した検出信号中のピーク値近傍の少なくとも３点の信号に基づいて、前記指示手段のＸ軸座標及びＹ軸座標を算出すると共に、前記検出信号の所定レベル値における座標の幅から前記指示手段の高さを得ることを特徴とする請求項１又は２記載の３次元情報検出装置。
- 前記算出手段は、検出したＸ軸座標、Ｙ軸座標及び高さを、得られた傾き角θと方位角φを用いて補正することを特徴とする請求項３記載の３次元情報検出装置。
- 相互に交差すると共に、前記センサコイルに交差するように配設された複数の斜めセンサコイルを備えて成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の３次元情報検出装置。
- 相互に交差するように検出面にそって配設され指示手段の指示コイルと電磁的に結合する複数のセンサコイルと、
前記センサコイルを切り換え選択する選択手段と、
前記指示コイルと選択された前記センサコイル間で電磁的結合により送受する信号を発生する信号発生手段と、
前記選択されたセンサコイル又は前記指示コイルで受信した前記信号発生手段からの信号を検出する信号検出手段と、
前記信号検出手段によって検出した信号から前記指示手段の位置及び方向を算出する算出手段とを備え、
前記指示手段は前記指示コイルとして２本の縦巻きコイルを有し、
前記算出手段は、前記検出手段で検出した前記２本の縦巻きコイルの合成二子山信号の左右比から前記指示手段の傾き角θ及び方位角φを得ることを特徴とする３次元情報センサ装置。 - 少なくとも一つの指示コイルを有する指示手段と、
相互に交差するように検出面にそって配設され前記指示コイルと電磁的に結合する複数のセンサコイルと、
前記センサコイルを切り換え選択する選択手段と、
前記指示コイルと選択された前記センサコイル間で電磁的結合により送受する信号を発生する信号発生手段と、
前記選択されたセンサコイル又は前記指示コイルで受信した信号を検出する信号検出手段と、
前記信号検出手段によって検出した検出信号から、３次元空間における前記指示手段の位置及び方向を算出する算出手段とを備え、
前記算出手段は、前記検出信号の左右片側幅の比から前記指示手段の傾き角θ及び方位角φを得ることを特徴とする３次元情報センサ装置。 - 前記算出手段は、前記検出手段で検出した検出信号中のピーク値近傍の少なくとも３点の信号に基づいて、前記指示手段のＸ軸座標及びＹ軸座標を得ると共に、前記検出信号の所定レベル値における座標の幅から前記指示手段の高さを得ることを特徴とする請求項６又は７記載の３次元情報センサ装置。
- 前記算出手段は、検出したＸ軸座標、Ｙ軸座標及び高さを、得られた傾き角θと方位角φを用いて補正することを特徴とする請求項８記載の３次元情報センサ装置。
- 相互に交差すると共に、前記センサコイルに交差するように配設された複数の斜めセンサコイルを備えて成ることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一に記載の３次元情報センサ装置。
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