JPH02143315A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は座標入力装置、特に振動ペンから入力された振
動を振動伝達板に複数設けられた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
力装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、弾性波を用いて指示点座標を検出する座標入力装
置として、第６図に示すような構成の装置が考案されて
いる。第６図の座標入力装置は振動伝達板７８から成る
入力タブレットに振動ペン７３によって座標入力を行な
い、入力された座標情報をこの座標入力装置が接続され
ているパーソナルコンピュータなどの情報処理装置に出
力するものである。

振動ペン７３は弾性波を伝える振動伝達板７８中に弾性
波を発生させるためのペンで、振動子７４、ホーン７５
、゛およびその支持体から構成される。また、符号７２
で示すものはこのペンの駆動回路、符号７６は振動伝達
板７８中を伝わってくる弾性波を検出するための圧電素
子（振動センサ）、符号７７は振動伝達板７８端面での
反射を防止するための防振材である。

さて、弾性波は振動伝達板７８中をある伝達速度Ｖで伝
わってくるので、ペンの娑６点とセンサノ間の距１１ｄ
は ｄ＝ｖ−ｔ　　（ただしｔは伝達時間）・・・（１）で
示される。■は伝播材に用いる物質に固有な定数である
ので、ｄを知るためにはｔを計測すればよい、振動波形
検出回路８３〜８５、ラッチ回路８６〜８８、および振
動波形検出回路７９は、この伝達時間ｔを計測するため
の回路である。

制御装置７１は振動ペン７３を駆動すると同時に、振動
波形検出回路７９を０からスタートさせる。振動ペン７
３で発生した振動は距離に応じた時間、すなわち伝達時
間ｔを経て振動センサ７６に到達する。振動センサ７６
によって振動は電気信号に変換され、前置増幅回路８０
〜８３を軽で振動波形検出回路８３〜８５に至る。振動
波形検出回路は振動の伝達を検知すると、振動検出信号
をラッチ回路８６〜８８へ出力する。ラッチ回路は、こ
の振動検出信号をトリガとして振動波形検出回路７９の
出力を読み込む。

制御装置７１は、このようにして計測した伝達時間から
（１）式に基づいてそれぞれのセンサとペンの指示点の
距離を算出し、その後幾何学的計算を行なって座標値を
得る。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような超音波振動を媒介として座標入力を行なう
装置では、振動伝達板上での振動伝達速度を一定の定数
として扱うのが普通である。ところが、実際には振動伝
達速度は温度などの環境条件に応じて変化するため、常
時一定の値を用いると座標値に誤差を生じる。この点に
鑑み、振動ペンにより振動伝達板の所定位置に座標入力
を行なわせ、振動センサにより振動検出を行ない振動伝
達時間の測定を行ない、定数を補正する技術が考えられ
ているが、このような方法では操作者の入力作業を中断
するという問題がある。

本発明の課題は、以上の問題を解決し、操作性や入力効
率を低下させることなく、振動伝達速度の補正を自動的
に行ない正確な座標入力を行なえるようにすることであ
る。

［課題を解決するための手段］ 以上の課題を解決するために、本発明においては、振動
ペンから入力された振動を振動伝達板上の所定位置に設
けられた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、前記振
動伝達板上の所定位置に振動子を設け、前記振動ペンに
よる振動入力が行なわれていない期間において振動伝達
板上の振動子により振動入力を行ないこの振動を前記振
動伝達板上の振動センサにより検出し振動伝達時間を測
定することにより振動伝達板上での振動伝達速度を求め
、この速度値に基づき前記座標検出を行なう構成を採用
した。

〔作　用〕

以上の構成によれば、振動伝達板上に設けられた振動子
および振動センサにより振動伝達板上での振動伝達速度
を実測でき、この実測値に基づき座標演算を行なえる。

［実施例］ 以・下、図面に示す実施例に基づき、本発明の詳細な説
明する。

第１図は本発明を採用した座標入力装置の構成を示して
いる。図において符号８は撮動を弾性波として伝える振
動伝達板、符号６は弾性波を検出する圧電素子（以下振
動センサという）で振動伝達板８の３つの角部に設けら
れている。

符号９〜１１は振動センサ６からの信号を増幅する前置
増幅回路、符号１２〜１４は増幅信号中のある点を特定
し、伝達時間に依存した検出信号を発生する振動波形検
出回路、符号１５〜】７は前記検出信号をトリガとして
計時カウンタ１８の出力、すなわち伝達時間情報をラッ
チするラッチ回路である。

符号４は振動発生用の圧電素子（以下振動子という）、
符号５は振動を増幅するホーンで、全体として振動ペン
３を構成する。符号２は振動子４を駆動する振動子駆動
回路である。

符号１は各回路の制御や座標値の計算を行なう制御装置
、また符号７は振動伝達板８の端面での反射を防止する
防振材である。

符号９０は振動センサ６が設けられていない振動伝達板
８の角部の所定位置に配置された振動子で、振動ベン３
の場合と同様に不図示のホーンなどの伝達部材を介して
振動伝達板８に結合されている。この振動子９０は、振
動を振動伝達板８に入力し、振動センサ６でその振動を
検出することにより振動伝達板８上での振動伝達時間速
度を実測するために用いられる。振動子９０の駆動信号
はアナログスイッチ１９を介して振動子駆動回路２から
入力される。アナログスイッチ１９は振動子駆動回路２
の出力を座標検出期間においては撮動ベン３に、振動伝
達速度の実測期間においては振動子９０に入力するよう
に切り換えるためのものである。

本実施例における座標入力装置は、振動伝達板８を入力
タブレットとして撮動ベン３によって指示点の座標入力
を行ない、入力された座標情報をこの座標入力装置が接
続されているパーソナルコンピュータなどの情報処理装
置に出力するようになっ″ている。

第２図は振動ベン３の構造を示している。第２図はアナ
ログスイッチ１９の図示を省略しており、振動ベン３の
振動子４に振動子駆動回路２が不図示のアナログスイッ
チ１９を介して接続された状態を示している。

振動ベン３に内蔵された振動子４は、振動子駆動回路２
により駆動される。振動子４の駆動信号は第１図の演算
および制御回路１から低レベルのパルス信号として供給
され、低インピーダンス駆動が可能な振動子駆動回路２
によって所定のゲインで増幅された後、振動子４に印加
される。

図示のように、振動子駆動回路２が振動子４に接続され
ている場合は、電気的な駆動信号は才辰勤子４によって
機械的な超音波振動に変換され５ホーン５を介して振動
板８に伝達される。

振動子４の振動周波数はアクリル、ガラスなどの振動伝
達板８に板波を発生させることができる値に選択される
。また、振動子駆動の際、振動伝達板８に対して第２図
の垂直方向に振動子４が主に振動するような振動モード
が選択される。また、振動子４の振動周波数を振動子４
の共振周波数とすることで効率のよい撮動変換が可能で
ある。

上記のようにして振動伝達板８に伝えられる弾性波は板
波であり、表面波などに比して振動伝達板８の表面の傷
、障害物などの影響を受けにくいという利点を有する。

上記のような振動入力系の構造は振動子９０についても
同じであるものとする。

次に、第１図を用いて制御回路１が各回路に対して行な
う全体的な制御および各回路の動作について述べる。

座標入力期間では、制御回路１はまず振動子４を駆動す
るためアナログスイッチ１９を振動ベン３側に切り換え
、次に計時カウンタ１８をリセットする。

続いて計時カウンタ１８をスタートさせると同時に振動
子４の共振周波数をもつパルス列からなる駆動信号を振
動子駆動回路２に入力し、適当なレベ・ルまで増幅させ
振動ベン３の振動子４に入力させる。計時カウンタ１８
は必要な座標検出分解能に応じた周期のクロックのカウ
ントにより振動伝達時間の計測を開始する。

振動伝達板８上を伝播した振動は振動センサ６に入力さ
れ、各々の振動センサ６の出力信号は前置増幅回路９〜
１１を経て振動波形検出回路１２〜１４に入力される。

ここで後述のようにして振動波形検出が行なわれ、振動
検出タイミングが決定される。

ラッチ回路１５〜１７は、振動波形検出回路１２〜１４
のそれぞれの振動検出タイミングにおいて計時カウンタ
１８のカウントデータなラッチする。ラッチされた計時
情報は制御回路１に入力される。

制御回路１は後述の距Ｎ演算および幾何学演算を行なっ
て、座標値を取り込み、情報処理装置などのホスト装置
に転送する。

以上の動作を繰り返すことにより連続的に座標データを
入力する。なお、以上の動作において、計時カウンタ１
８のスタート、Ｓ動ベン３による振動入力を開始した後
、振動伝達板８の大きさにより定まる最大の振動伝達時
間、あるいはこれに回路遅延時間を加えた時間が経過し
ても振動が検出されなかった場合は、振動ペン３による
入力作業が行なわれていない状態（ペンアップ状態）で
あると判定する。

ペンアップ状態が検出されると、制御回路１はアナログ
スイッチ１９に切り換え信号を入力し、振動子９０に振
動ベン３のものと同様の駆動信号を入力し、振動伝達板
８上での振動伝達速度の実測処理に入る。

ここでは、振動子９０から入力された振動を前記同様に
振動センサ６により検出し、各振動センサ６への振動伝
達時間を測定する。１８動子９０から各振動センサ６の
距離は一定であるから、振動子９０からある振動センサ
６への距離をｄとし、検出された振動伝達時間をｔとす
ると、実際の振動伝達速度■は ｖ　＝　ｄ　／　ｔ　　　　　　　　　　　　　　　　
・・・　（２）によ・り求められる。この速度■は、次
のペンアップ時の振動伝達速度測定まで後述の座標演算
に用いられる。

次に波形検出および座標演算の詳細につき説明する。

第３図は第１図の波形検出回路１２〜１４に入力される
振動センサ６からの信号波形と、これに基づいて振動波
形検出回路１２〜１４およびラッチ回路１５〜１７、計
時カウンタ１８により行なわれる振動伝達時間の計測処
理を説明するものである。ここではある振動センサ６の
１つに関して行なわれる処理を示している。

第３図において符号４１で示されるものは振動ベン３に
対して印加される駆動信号パルスで、振動センサ６では
符号４２のような検出波形が得られる。

この信号４２は振動波形検出回路１２〜１４に入力され
、符号４３のようなエンベロープビーク波形が抽出され
る。さらに、振動波形検出回路１２〜１４において、こ
の波形４３の立ち上がりを検出したり、所定のしきい値
との比較を行なうことなどにより、ラッチ回路１５〜１
７に入力すべきエンベロープビーク検出パルス４４を得
ることができる。

計時カウンタ１８は駆動信号パルス４１の入力タイミン
グから検出パルス４４までの時間を計測することにより
、そのセンサへの振動伝達時間を決定することができる
。

ここでは、簡略化のため、エンベロープビークの検出に
よる方法を示したが、位相波形処理、たとえば波形のゼ
ロクロスなどの検出によるタイミング決定を行なっても
よい。あるいは複数の検出方法を組み合わせて振動検出
タイミングを決定することも考えられる。

座標値を検出するには、センサが振動伝達板８の一辺に
設けられるのであれば、センサの数は最低２個であり、
また必要に応じてそれ以上の数を設けることも可能であ
る。

たとえば、第４図に示すように振動伝達板８の角部にＳ
ｌ、Ｓ２、Ｓ３の３つのセンサを配置し、第３図に関し
て説明した処理により得た振動伝達時間およびペンアッ
プ時に振動子９０を用いて実測した振動伝達板８上での
振動伝達速度から、（１）式により振動ベン３の位置Ｐ
から各々のセンナの位置までの直線圧＠ｄ１〜ｄ３を求
めることができる。

さらに、制御回路１によりこの直線圧＠ｄ１〜ｄ３に基
づき次のような演算を行なうことにより、振動ベン３の
入力点Ｐの座標（ｘ、ｙ）を求めることができる。

ｘ＝Ｘ／２＋　（ｄ　１　＋ｄ　２）（ｄ　Ｉ　−ｄ　
２）　／２Ｘ・・・（３） ｙ＝Ｙ／２＋　（ｄ　１　＋ｄ　３）（ｄ　１−ｄ　３
）　／２Ｙ・・・（４） ここでｘｌＹはＳ２、Ｓ３の位置の振動センサ６と原点
（位置Ｓｔ）のセンサのＸ、Ｙ軸に沿った距離である。

以上の実施例によれば、座標入力が行なわれないペンア
ップ期間を利用して振動伝達板８上に設けられた振動子
９０と撮動センサ６を用いて振動伝達速度を実測し座標
演算に用いることにより、温度などの環境条件にかかわ
らず常時正確な速度値を用いて正確な座標検出を行なう
ことができる。

また、伝達速度検出は所定位置への座標入力などの面倒
な操作を必要とせず自動的に行なわれるため、装置の操
作性を損なうことがない。

以上の振動伝達速度の検出は少なくとも１つの振動セン
サ６を用いて行なうことができるが、３つの振動センサ
６を用いて得た速度値を平均するなどの処理を行なって
もよい。

［ 第呑図に異なる実施例を示す。第５図において第１図と
異なっているのは、振動伝達板８に撮動伝達速度の測定
専用の振動子を設けず、振動センサの１つ（６′）を振
動子として利用する点である。この素子６′は実際には
圧電素子から構成されるから、圧電素子６′とアナログ
スイッチ１９の間にアナログスイッチ２０を設けること
により、圧電素子６′を振動子として用いるか、撮動セ
ンサとして用いるかを切り換えることができる。具体的
にはアナログスイッチ２０は素子６′の出力を前音増幅
回路１１に入力するか、アナログスイッチ１９の出力を
素子６′に入力するかを切り換えるものである。

座標入力期間では、アナログスイッチ１９を振動ベン３
側に、またアナログスイッチ２０を前置増幅回路１１側
に切り換えることにより圧電素子６′を撮動センサとし
て用い、またペンアップ時の振動伝達速度の実測期間で
はアナログスイッチ１９をアナログスイッチ２０側に、
アナログスイッチ２０をアナログスイッチ１９側に切り
換える。

これにより、上記と同様に振動伝達板８に設けられる振
動センサの１つを振動伝達速度測定用の振動子としても
利用でき、前記同様の効果を得られるとともに、振動伝
達板８周りの構造をより簡略化できるという効果がある
。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、振動ペンか
ら入力された振動を振動伝達板上の所定位置に設けられ
た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、前記振動伝達
板上の所定位置に振動子を設け、前記振動ペンによる振
動入力が行なわれていない期間において振動伝達板上の
振動子により振動入力を行ないこの振動を前記振動伝達
板上の振動センサにより検出し振動伝達時間を測定する
ことにより振動伝達板上での振動伝達速度を求め、この
速度値に基づき前記座標検出を行なう構成を採用してい
るので、振動伝達板上の所定位置への座標入力などの面
倒な操作を必要とせず、振動伝達板上に設けられた振動
子および振動センサにより振動伝達板上での振動伝達速
度を実測でき、この実測値に基づき座標演算を高精度に
行なえるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用した座標入力装置の構成を示した
説明図、第２図は第１図の振動ペンの構造を示した説明
図、第３図は距離検出のための信号波形を示した波形図
、第４図は振動センサの配置を、示した説明図、第５図
は異なる座標入力装置の実施例を示した説明図、第６図
は従来の座標入力装置の構造を示した説明図である。 １・・・演算制御回路　３・・・振動ペン４・・・振動
子　　　　６・・・振動センサ６′・・・圧電素子 ８・・・振動伝達板　　９〜１１・・・前室増幅回路１
２〜１４・・・振動波形検出回路 １５〜Ｉ７・・・ラッチ回路 １９．２０・・・アナログスイッチ ９０・・・振動子 特許出願人　キャノン株式会社　、−一。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）振動ペンから入力された振動を振動伝達板上の所定
   位置に設けられた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
   、前記振動伝達板上の所定位置に振動子を設け、前記振
   動ペンによる振動入力が行なわれていない期間において
   振動伝達板上の振動子により振動入力を行ないこの振動
   を前記振動伝達板上の振動センサにより検出し振動伝達
   時間を測定することにより振動伝達板上での振動伝達速
   度を求め、この速度値に基づき前記座標検出を行なうこ
   とを特徴とする座標入力装置。 ２）振動伝達板上の振動センサを前記の振動伝達速度検
   出用の振動子として用いることを特徴とする請求項第１
   項に記載の座標入力装置。