JPH01126716A - 座標入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波を利用して位置検出をする座標入力装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、一般的に、超音波を利用した座標入力装置では、
伝播体にセンサを装着し、センサから信号波形積用回路
までを長い線材で引き−回し、信号伝送をして信号処理
をするといった構成になっている。

〔発明が解決しようとしている問題点〕しかしながら、
上記従来例では、センサー（Ｐ　Ｚ　’ｒ）のインピー
ダンスが共振周波数近傍では低く、その他の周波数領域
では、高インピーダンスとなっているため、次のような
欠点があった。

（１）前置増幅器の入力インピーダンスは、一般的に、
高入力インピーダンスに設定する、従って前記センサ（
ＰＺＴ）と接続すると、センサ側の高インピーダンス領
域は保たれたままであるため、長い線材で引き回すと、
ノイズが飛び込みやすく、さらに検出信号が数ｍＶ以下
という小信号のためＳ／Ｎが悪化し、誤検出あるいは精
度が落ちるといった欠点があった。

（２）信号の周波数が数十ＫＨ２から数百ＫＨ２以上の
周波数を使用した場合、ＰＺＴから前置増幅器までの線
材は、検出信号に対しては一般的にシーヤド線等、イオ
対策をした線材を使用する。この様な線材は、ストレー
キャパシタンスなどによる損失が起きるその分装置増幅
器のゲインを上げなければならない、従ってＳ／Ｎは悪
化してしまい精度が落ちるといった欠点があった。

〔問題点を解決するための手段（及び作用）〕本発明は
、センサと前置増幅器をできうる限シ短い線材で接続し
、高インピーダンスの部分を最小範囲に留めるよう設置
することにより、ノイズが飛び込みに＜＜、検出信号の
損失もほとんど無くなシ、誤検出がなく、精度の良い伝
播遅延時間の検出ができるようにしたものである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の実施例の構成図である。

１は、各ブロックの制御及び座標値等の演算を行なう演
算制御ブロック。

３は、８の弾性波を伝える伝播媒体中に弾性波を発生さ
せるだめのペンであり、４の振動発生用の圧電素子及び
５のホーンとその支持体より構成されている。２は、こ
のペンの駆動回路である。

６は、８の伝播体中を伝わってくる弾性波を検出するた
めのセンサであり、９は、とのセンサよシ得られた信号
の、ある点を特定し遅延時間に依存した検出信号を発生
する信号検出回路である。

７は、８の伝播体端部での反射を防止するだめの反射防
止材である。

１１は、３のペンにより入力された点を表示するデイス
プレィであり、１０はその駆動回路である。

１２は、伝播体８、デイスプレィ１１等を設置する部材
で、この中に本発明の前置増幅器１３をセンサ６に数１
０ｍｍ程度の線材で接続している。さらに前置増幅器１
３から信号波形検出回路９には、エミッタフォロア等の
出力バッファを前置増幅器１３の中に組み込み、低イン
ピーダンスの状態で接続する。

以下ブロックごとに、順を追って動作を説明する。

第２図は、１：演算制御部の構成ブロック図テする。１
−１はマイクロコンピュータであシ・こ例の場合、内部
カウンター、１１（、ＯＭ及びＲＡＭを持っている。

本構成において、まずリセット信号が１−３遅延時間計
測用のカウンター及び１−５検出信号入力ポートに送ら
れ、各々クリアされ入力待ちの状態になる。

次ニ、１−１マイクロコンピユータより１−２駆動信号
発生回路及び１−３カウンターにスタート信号が送られ
る。このスタート信号によシ、１−２駆動信号発生回路
では、３：ペン内振動子の共振周波数の繰シ返し周期を
持つパルス列を発生し、２：振動子駆動回路に出力する
。又、１−３力ウンター回路は必要とされる分解能から
選択されたクロックに対して、カウントを開始する。

１−２駆動信号発生回路から出力された信号で、この振
動子駆動回路によシペンが駆動され、これによ多発生し
た弾性波が６のセンサ、９検出回路によシ検出され、検
出信号が１−５検出信号入力ポートに入力される。この
検出信号に従い、１−４ラッチ回路内の各センサに対応
したラッチがカウンター値を取シ込み、その値を保持す
る。

１−６の判定回路は、必要なデータが全て揃った場合に
、１−１マイクロコンピユータに信号を出力する。

１−１マイクロコンピユータは、この信号を受けて１−
４ラッチ回路内のラッチに保持されたデータを順次取シ
込み、このデータから座標値を演算する。

得られた座標値は、１−７Ｉ１０ポートを介し外部回路
、例えばデイスプレィ駆動回路や、ホストコンピュータ
へ転送される。

１−６判定回路からのデータセット信号が回路遅延時間
−最大遅延時間等よシ決定される時間を過ぎても出力さ
れない場合、１−１マイクロコンピユータは演算を行な
わず前記リセットからの動作を繰シ返す。

上述の様な動作を繰シ返し、指示点座標を決定する。

第３図は、３：ペンの構成図である。

同構成において、１：演算・制御部よシ出力された、駆
動信号が、低インピーダンス駆動の可能な、２：振動子
駆動回路により、所定の電圧に増幅され、４：の振動子
に印加される。４振動子（本実施例では圧電素子）によ
り、駆動信号は電気−機械変換され、振動が励起され、
５：ホーンに伝えられる。５：ホーンは振動子で発生し
た振動を増幅して、８：伝播体と接触する事により、振
動を伝える。４振動子の振動周波数は、８伝播体に板波
を発生させる事の出来る周波数が選択される。

また、４振動子の振動モードは、８伝播体に対し垂直方
向に、主に振動するモードが選択されている。

４：振動子の振動周波数を、４：振動子の共振周波数と
する事で、よシ効率よく、振動を発生する事が出来る。

３：ペンによって、８伝播体に励起された振動は、弾性
波として８伝播体内を伝播する。

この弾性波は、板波と呼ばれる波であシ、表面波等に較
べ、表面のキズ、障害物の影響を受けにくいという利点
を持つ。

８：伝播体内を伝播する波は、その距離に応じた時間遅
れて６：センサに到達する。

６：センサ（例えば圧電素子）によって、この波は機械
−電気変換され、９：信号検出回路に送られる。

第４図は、信号検出回路に入力される信号の説明図であ
る。

４−１図は、駆動信号波形であり、数発のパルスよりな
る。

４−２図は、６：センサによシ検出された波形であり、
４−１駆動信号より、距離に応じた分遅れている。

本実施例において用いられている板波は分散性の波であ
る。その為、伝播距離に対して検出波形のエンベロープ
（４−２−１破線）と位相（４−２−２）の関係が変化
する。このエンベロープの進む速度を群速度Ｖｒ、位相
の速度を位相速度Ｖｐとする。この群、位相速度を用い
座標を決定する。まず、エンベロープだけに着目すると
、その速度はＶｔであり、ある特定の点、例えばエンベ
ロープのピークを検出するとペン、センサ間の距離ｄは
、その遅延時間をｔ２として、（４−３図）ｄ＝　ｖｒ
ｔｒ　　　　　　　　　　（１）で与えられる。同様、
に他のセンサについても距離を求める事によってもべ、
ン座標の位置を２決定できる。

しかし、より高精度な座標値を決定するために、位相に
も着目する。位相のある特定の点、例えばピーク通過後
のゼロクロス点の遅延時間をｔｐとすれば、（４−４、
４−５）ｄ　＝　ｎλｐ＋ｖｐｔｐ　　　　　　（２）
として与えられる。ここでλｐは波長、ｎは整数である
。

（１）式と（２）式より整数ｎは、 ：〔〕内整数化 ここでＮは０以外の実数であり、適当な数値を用いる。

例えば、Ｎ二２とすれば、エンベロープの検出精度が十
％波長以内であればｎが決定される。

上記（３）式で求めたｎを（２）式に代入することで、
ペンセンサ間距離が正確に求められる。

第５図は、信号検出回路のブロック図である。

６センサから得られた信号よりＴ２検出信号、Ｔｐ検出
信号を生成し、演算制御部に送る。

６センサで機械−電気変換された信号は、５−２前置増
幅回路で増幅され、５−２．５−３を経て、エンベロー
プビークが検出され、これより５−４Ｔ？信号検出回路
からＴ２検出信号が出力される。

また、このＴｆ倍信号、５−７遅延時間調整回路によシ
、デイレイをかけられた元信号から、５−８のコンパレ
ータによりＴｐ検出信号が出力される。

上記の様な回路を各センサーごとに持ち、センサ数ｎ個
に対して、Ｔｆ１〜ｎ、Ｔｐ１〜ｎの検出信号を１：演
算制御部へ送出する。

１演算制御部では、ＴｌＰ１〜ｎ及びＴｐ１〜ｎ信号ニ
従い、各々に対しラッチがカウンター値ヲ取り込む。

マイクロコンピュータは、この値よす各々のセンサと、
ペン間の距離ｄ１〜ｎを先の（２）　。

（３）式よシ算出する。センサの数は、裏側以上任意だ
が、本実施例の様に、３個使用した場合、第６図の様に
配置すると、センサ５１２３に対するｄｌ、２．５から
、ペン指示点Ｐ（ｘ、ｙ）忙対して、 で与えられ、座標決定出来る。

上述の動作を繰υ返す事により、座標点リアルタイムに
検出する事が出来る。

第７図に、本発明の実施例を示す。ここで６は、センサ
で１３は、前置増幅器で２０１は、プリント基板である
。

〔実施例〕

前記実施例では、前置増幅器１３をセンサ６の近くに設
置したが、センサ６の近くに、エミッタフォロア等のバ
ッファのみを設置し出力イシピーダンスの低い状態で信
号波形検出回路に接続してもノイズに対しては効果を持
つ。

〔実施例３〕 前実施例では、信号波形検出回路はセンサの近くには設
置していないが第５図における、１３．５−２．５−３
、．５−４．５−５．５−６　。

５−７．５−８までの遅延時間ｔグ、ｔｐの検出信号パ
ルス形成の回路全てを各センサに対して第１図の前置増
幅器１，３の位置に設置し、演算制御回路１との接続だ
けにすることも可能で、１２０部材にスペースの余裕が
ある時は外部にさらされるのが第４図４−３．４〜５の
ｔｉ’、ｔｐのデジタル信号であるので接続する線材も
高価なシールド線を使用する必要もなくなり、安価なビ
ニール線を使用することかでき高精度で、安価な装置が
実現できる。

〔実施例４〕 実施例１．２．３に記したセンサ６の近くに設置した各
々の回路を、線材で接続するのではなく、第８図に示す
如くセンサ６と同一基板上に設置する構成でも、同様な
効果が得られる。

〔実施例５〕 第９図に示す如く各センサ６に対し前置増幅器１３を近
傍に配置し、第１図の他の１゜２．９．１０等の回路ブ
ロックをも全て同一基板上に構成しても、同様の効果が
得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したようにセンサに近くに、前置増幅器を設置
することでノイズの飛び込む部分を少なくすることがで
き、検出信号のレベルを上げ、低インピーダンスの状態
で伝送することで、Ｓ／Ｎは悪化せず、精度の高い入力
装置が実現できる。さらに実施例３の様にデジタル信号
だけの伝送であれば、検出信号の線材による損失の影響
が無く、構成することができ、高精度で安価な、座標入
力装置が実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成図、 第２図は演算・制御部のブロック構成図、第３図は、ペ
ン構成図、 第４図は、検出波形説明図。 第５図は、信号検出回路ブロック構成図、第６図は、座
標決定説明図、 第７図は、本発明の実装例を示す図、 第８図は他の実施例での実装例を示す図、第９図は他の
実施例での実装例を示す図。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）振動ペンから入力された振動を振動伝達板に設け
   られた振動センサにより検出して前記振動ペンの振動伝
   達板上での座標を検出する座標入力装置において、前記
   センサ支持部材と隣接する部材内にセンサのインピーダ
   ンス変換手段を持つことを特徴とする座標入力装置。
2. （２）前記インピーダンス変換手段に検出信号増幅手段
   を含む構成とすることを特徴とする特許請求の範囲第（
   １）項に記載の座標入力装置。
3. （３）センサ支持部材、インピーダンス変換手段、増幅
   手段を同一部材内に構成したことを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項に記載の座標入力装置。