JPH0354620A - 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１ 本発明は座標人力装置、特に振動人力手段から振動伝達
部材に人力された振動を振動伝達部材に設けられた複数
の振動センサにより検出し、振動伝達部材上での振動到
達時間を測定しその測定結果に基づき振動伝達部材上で
の振動入力点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、情報処理装置のデジタイザタブレットや、複写機
の領域指定装置などにおいて、各種の座標入力方式が用
いられている。通常、この種のＨＭでは、入力タブレッ
トに対して入力ベンを接触させることにより座標入力を
行なっている６従来の座標入力方式において、入力ペン
による入力点の座標を検出するために、感圧式，静電式
、あるいは超音波振動の伝達を利用したものが知られて
いる。

特に超音波方式では、タブレットの構造が簡単であり、
また、透明材料などをタブレットとして使用できるため
、タブレットを原稿や表示装置などに重ねて使用できる
という利点がある。

通常，タブレットの複数の位置には圧電素子などによる
振動センサが装着され、同じく圧電素子などからなる振
動子をもつ入力ペンから人力された振動を検出し、その
振動伝達時間から入力点からセンサまでの距離が算出さ
れ、これに基づき入力点の座標が検出される。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の超音波振動方式の座標人力装置では、入力ペンに
よる指定部位とセンサ間の距離によってセンサに得られ
る受信出力が大きく変化するため，センサと入力ペンの
間の距離が近い場合は信号が飽和したり、遠い時は小さ
くなって雑音レベルに埋もれたりする危険性が多く、測
定精度の向上を阻害するという問題があった． この問題は，入力タブレットの面積が大きく設定される
装置において重要である．入力タブレットが大きければ
、考えられる入力点からセンサまでの距離が著しく大き
い場合と著しく小さい場合が生じ、これらの場合におけ
る振動センサに入力される振動の強度の差が非常に大き
い。また、ユーザの筆圧も常時一定ではないから，検出
信号強度のばらつきはこれにｉ０１大きくなる。

したがって、従来では入力領域の面積が大きなタブレッ
トを構成するのが困難であった．本発明の課題は、以上
の問題を解決することにある． ［課題を解決するための千段］ 以上の課題を解決するために、本発明においては、振動
人力手段から振動伝達部材に入力された振動を振動伝達
部材に設けられた複数の振動センサにより検出し、振動
伝達部材上での振動到達時間を測定しその測定結果に基
づき振動伝達部材上での振動入力点の座標を検出する座
標入力装置において，振動センサの出力信号を増幅する
手段と，この増幅手段の出力信号を入力し前記振動到達
時間を検出する手段と，この振動到達時間検出手段の出
力に応じて振動入力点の座標を演算する手段と，前記増
幅手段の出力に応じて前記増幅手段の増幅率を制御する
手段と、前記複数の振動センサの出力信号のうちいずれ
かを時分割で選択して前記振動到達時間検出手段および
増幅率制御手段に人力する切換手段を設けた構成を探用
した．［作　用］ 以上の構成によれば、複数の振動センサの出力を時分割
で取り込み、単一の振動到達時間検出手段を用いて座標
検出が可能である．また，複数の振動センサの出力を時
分割で取り込み、これに応じて振動検出信号の増幅比制
御を行ない、各センサそれぞれに関して適切な振動人力
レベルを設定できる． ［実施例］ 以下，図面に示す実施例に基づき、本発明を詳細に説明
する． 第１図は座標入力装置の座標入力部を示している．第１
図において符号ｌは超音波の振動伝達部材からなる座標
入力面で、ガラス、アルミ板などが用いられる． 振動人力面ｌには圧電素子からなる振動センサから発せ
られた超音波振動を振動入力面ｌを通して受信する．人
力ペン４は同様の圧電素子による振動子を内蔵し、振動
人力面１上の所望の座標に振動を入力する． ここでは３個のセンサを用いた例が示してあるが、原理
的には入力面のｌ辺に２個のセンサを配置すれば、指示
点の座標を算出することができる． 振動伝達板ｌの縁部には、振動の反射により振動センサ
２ａ〜２Ｃにノイズが入力されるのを防止するため，防
振材３が取り付けられている（第１図では４個を図示）
． 第２図に第１図の装置の制御系の構造を示す．第１図に
おいて符号２ａ〜２ｄは振動センサ、符号５１〜５４は
それぞれの振動センサに近接して装置内に配置された前
置増幅回路、符号６は振動センサ２ａ〜２ｄの信号を選
択するアナログマルチブレクサ回路、符号７は信号到達
時間検出回路（後述）である． マルチプレクサ６は制御部ＣＣによるＡ．Ｂの２ビット
の入力値に応じて人力端子ＸＯ〜Ｘ３に入力される前置
増幅器５１〜５４の出力のいずれか１つを出力する８ マルチブレクサ６の出力は、オペアンプ８を介して信号
到達時間検出回路７に入力される．また、信号到達時間
検出回路７の出力は、コンパレー夕１ｌに入力され，基
準電圧１２と比較され、その比較結果が制御部ＣＣに人
力される．制御部ＣＣは、マイクロプロセッサ、および
メモリなどから構成され、信号到達時間検出回路７で検
出した振動到達時間（後述）に基づき入力座標値を算出
する． また、制御部ＣＣは、コンパレータ１１の出力に応じて
，才ベアンブ８の負帰還電圧を制御することにより、才
ベアンブ８の増幅率を制御する。

才ベアンブ８は抵抗Ｒｌ．Ｒ２とともに非反転増幅器を
構成しており、帰還抵抗Ｒ２の出力点と接地電位間には
、抵抗Ｒ３、ＦＥＴ９のソース〜ドレインからなる直列
回路が接続されている。

制御部ＣＣはＤ／Ａコンバータ１０を介してＦＥＴ９の
ソース〜ドレイン間の抵抗値（Ｒ４）を変化させる．制
御部ＣＣは，コンバレータ１１を介してオペアンブ８の
出力を監視しつつ、才ベアンブ８の出力のピークが、基
＄電圧１２（Ｅ１）に収束するようにＤ／Ａコンバータ
ｌＯ．ＦＥＴ９を介してオペアンブ８の１ｔ！ｊ幅率を
制御する．座標入力面ｌの伝播体へ伝えられた振動ベン
４の出力振動は、各振動センサ２ａ〜２ｅに到達する． 各センサの出力はセンサ近傍に設けられた各前置増幅器
５１〜５４で増幅され，マルチブレクサ６に入力される
． マルチブレクサ６で選択されたセンサの出力イ月号は、
オペアンブ８で増幅された後コンパレータ１１で基準電
圧Ｅと比較される。この比較結果は制御部ＣＣに入力さ
れ、その結果に応じて前述のようにしてＤ／Ａコンバー
タ１０を介してオペアンブ８の増幅率が制御される。

この制御結果をコンパレータ１ｌで検出し、所定範囲内
であればＤ／Ａコンバータ１０をその値でホールドしオ
ペアンブ８の増幅率を固定し、信号到達時間検出回路７
で得られた出力ｔｇ．ｔｐのデータを制御部ＣＣに取り
込み、所定の演算式に代入してペンの指定座標を求める
． ここで、信号到達時間検出回路７の作用および具体的な
構成につき説明する． 第１図のような構成では，人力ベン４から各振動センサ
２ａ〜２ｃまでの直線距離を算出し、これに基づき入力
点の直交座標系における座標値を算出する． まず、センサからの信号出力波形は、第３図に示すよう
になる．ここで振動到達時間を信号波形のエンベローブ
の重畳としてｔｇとすると、原理的にはγ＝ｖｇ−ｔｇ
　　（ｖｇ　：振動の群速度ｔｇ：振動センサを介して
検出された座標入力面１上での振動伝達時間）の式によ
ってγを算出することができる． しかし、エンベローブ（の頂上）で時間を検出するとい
う方法をとると、信号出力の大きさやフィルタ特性の［
ｔである程度のゆらぎΔｔｇがどうしても発生する６一
般には、特定の位相ゼロクロス点を検出して時間を決定
する方がよりゆらぎの少ない値を得ることができる。そ
こで、たとえば群遅延時間ｔｇ決定直後の位相やゼロク
ロスというように検出点を規定してその時間を位相遅延
時間ｔｐとして観測し、γ＝ｖｇ−ｔｐとしてγを算出
すれば、より高精度な距離計測が行なえる． しかし，この方法は用いる超音波が波動として群速度ｖ
ｇと位相速度ｖｐが等しい性質を有する場合に限られる
．これは、群速度ｖｇと位相速度ｖｐが、異なると距離
γとともに群の中での位相がずれてしまうため、ある１
つの位相だけを追い続けることが不可能となるからであ
る。

このような例は、横波において見られるが、この場合の
距離γの算出方法を次に説明する。前述と同様、群遅延
時間ｔｇ決定直後の位相ゼロクロ又というように検出点
を規定した場合、位相遅延時間ｔｐとしては、第５図の
ように階段状のものが観察される． 位相遅延時間ｔｐの段々は位相の検出点の移動を示すも
ので、格段のつなぎ目はＴだけ平行移動したものとなる
．群速度ｖｇと位相速度ｖｐが等しく、常に一定の検出
点を観測できる場合にはこのような階段はできず、符号
ａのように直線性をもつ位相遅延時間ｔｐが得られる．
したがって、階段状に得られるｔｐをもとの直１１ａに
変換すればよいことになる．つまり ｔｐｉ＜（ｖｇ／ｖｐ）ｔｇ＋ｉｏｆ であるが、ｔｇはブレが大きいので ｔｐｉ＝　（ｖｇ／ｖｐ）ｔｇ＋ｉｏｆ−ｔｐ＝ｎＴ（
ｎは整数） という性質を利用して ｔｐａ＝　ｔ　ｐ　＋ＴＨ　ＩＮＴ　　（　ｔｐｉ＋０
．　　５）＝ｔｐ＋Ｔ−ＩＮＴ　　［　（　（ｖｇ／ｖ
ｐ）ｔｇ＋ｉｏｆ−ｔｐ）／Ｔ＋０．５］ とする手続をとればよい。

結局，γは次式で求められる。

γ＝ｖｐ゜ｔｐａ−γＯｆ 以上′で述べたような方式で群および位相遅延時間ｔｇ
．ｔｐ検出を行なう場合のブロック構成図を、第４図に
示す．この例は群遅延時間ｔｇとしてセンサ出力のエン
ベロープ波形の２回微分ゼロクロス点，つまり変曲点を
検出する場合である．第２図のマルチプレクサ６の出力
は，絶対値回路ｌ３、ローバスフィルタｌ４によって全
波整流、エンベローブの波形変換を行なう。そしてこの
エンベローブ波形に対して微分回路ｌ５、ｌ６を２回通
して１次、２次微分波形を得、そのゼロクロス点をＴｇ
検出ゲート回路ｌ７の出力とＴｇコンパレータ１１０に
より比較することにより振動人力からの群遅延時間ｔｇ
を測定する．一方、群遅延時間ｔｇの検出に伴って位相
遅延時間ｔｐ検出用のゲート回路１８がオンし，その直
後のセンサ出力ゼロクロス点をＴｇコンパレータ回路２
０によって検出し，振動人力からの位相遅延時間ｔｐを
求める。

実際には，群遅延時間ｔｇ、位相遅延時間ｔｐは、カウ
ンタ２ｌの計時により求められる．すなわち、カウンタ
２１は振動ベン４の駆動開始とともにスタートされ、所
定のクロツクで歩進する．群遅延時間ｔｇ、位相遅延時
間ｔｐの検出タイミングをコンバレータｌ９、２０がそ
れぞれ出力すると、カウンタ２ｌの時間カウント値は、
コンパレータｌ９、２０の出力パルスに同期してラツチ
２２、２３にラッチされる． これらのラッチ２２、２３に保持された群遅延時間ｔｇ
、位相遅延時間ｔｐに相当するカウント値は，バッファ
２４、２５を介して取り出され、制御部ＣＣによる演算
に使用される． 実際には、第２図に示したように，センサ出力をマルチ
プレクサ６により時分割で信号到達時間検出回路７に入
力しているので、ラツチ２２、２３ないしバッファ２４
、２５から取り出せるデータは１つのセンサに関するも
のである．したがって、複数のセンサの出力を取り出す
場合には、マルチプレクサ６を切り換えて時分割でラ・
ソチ２２、２３ないしバッファ２４、２５から各振動セ
ンサに対応したデータを取り出すことになる． 以上の構成によれば、振動センサの出力信号の強度を、
コンバレータｌ１を介して検出し，この信号強度に応じ
て振動センサの出力信号の増幅率を決定しているため、
振動伝達距離の大小、ユーザの筆圧の大小にかかわらず
、信号到達時間検出回路７に適切な信号強度およびＳ／
Ｎ比を有する振動検出波形を人力することができ、正確
な座標検出が可能である． すなわち、振動伝達距離が遠い場合でも、振動ペンによ
る振動入力レベルを大きくしてＳ／Ｎ比を低下させるこ
となく振動検出を行なえ、また、近距離の場合には振動
ペンの振動入力レベルを小さくして検出波形の歪みを防
止し，正確な波形処理に基づく高精度な座標演算が可能
である．本発明によれば、大面積の入力領域を有する座
標人力装置を容易に実現できる。

また、上記実施例によれば、マルチブレクサで３娠動セ
ンサの出力を時分割で取り込み，信号到達時間検出回路
７による振動伝達距離測定が可能であるから、アナログ
信号処理系が１系統ですみ、簡弔安価に装置を構成でき
る． また、マルチブレクサで各振動センサの出力を時分割で
取り込み、これに応じて振動センサ出力の増幅率制御を
行なっているので、各センサにより距離検出を行なうご
とに振動ベン４の出力調整を行なうことができる８この
ような制御を行なうことにより、ある振動センサに近く
、あるセンサから遠い入力点に座標人力が行なわれた場
合でも各センサに対する振動入力レベルをほぼ同様に制
御でき、各センサともに同等の条件で距離算出および座
標検出を高精度に実施できる． さらに、前置増幅１５１の出力レベルを従来より高める
ことができるため、前置増幅器５Ｉの出力ケーブルにシ
ールド線や同軸ケーブルなどを使用しなくてもＳ／Ｎ比
の劣化を防止することができる． なお、上記構成における距離検出および増幅比調節の時
分割制御は、操作考の入力速度に比して充分速い速度で
行なうのはいうまでちない．第６図に第ｌ図の制御系の
変形例を示す。第６図では、各センサ出力に共通の増幅
器ではなく、前置増幅器５１〜５４の増幅率を個々に制
御している。

第６図は，前置増幅器５１〜５４のゲインを制御した例
で、Ｄ／Ａコンバータｌ．　Ｏの出力をマルチブレクサ
６２で選択して各前置増幅ｉ５１〜５４に切り換えて人
力する８この場合、選択されないブリアンプは、ゲイン
がＩとなって出力最小となるように設定しておく。マル
チブレクサ６２は、マルチブレクサ６と同じ選択信号に
より制御される．また、マルチブレクサ６２の出力は、
ＦＥＴ９　１〜９４を介して前置増幅器５１〜５４に人
力される．前置増幅器５１〜５４の構成は第１図のオペ
アンブ８と同様の回路から構成できる。

このような構成によっても、前記実施例と同様の効果を
得られる。

以上では、振動センサ出力の増幅手段の増幅率を調節す
る場合、ある増幅器の出力に応じてその増幅器の増幅率
を制御しているが、複数の増幅器により増幅手段が構成
されている場合，そのいずれの箇所で出力を検出しても
よいし、いずれの箇所で増幅率を制御してもよいのはい
うまでもない． ［発明の効果］ 以上から明らかなように，本発明によれば、振動入力手
段から振動伝達部材に入力された振動を振動伝達部材に
設けられた複数の振動センサにより検出し、振動伝達部
材上での振動到達時間を測定しその測定結果に基づき振
動伝達部材上での振動入力点の座標を検出する座標入力
装置において、振動センサの出力信号を増幅する手段と
、この増幅手段の出力信号を入力し前記振動到達時間を
検出する手段と、この振動到達時間検出手段の出力に応
じて振動入力点の座標を演算する千段と、前記増幅手段
の出力に応じて前記増幅手段の増幅率を制御する手段と
、前記複数の振動センサの出力信号のうちいずれかを時
分割で選択して而記振動到達時間検出ｆ段および増幅率
制御手段に入力する切換手段を設けた構成を拝用してい
るので、複数の振動センサの出力を時分割で取り込み、
単一の振動到達時間検出手段を用いて座標検出が可能で
ある．また，複数の振動センサの出力を時分割で取り込
み、これに応じて振動検出信号の増幅比制御を行ない、
各センサそれぞれに関して適切な振動入力レベルを設定
できる。すなわち、装置の構成を簡単安価にでき、また
、複数の振動センサに関して振動到達時間の検出を同一
の条件にでき，容易に大面積の座標人力装置を構成でき
るなどの優れた効果がある．

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は座標入力装置の座標入力部の説明図、第２図は
本発明を採用した実施例を示すブロック図、第３図はセ
ンサの検出出力波形を示す波形図、第４図は信号処理回
路の例を示すブロック図、第５図はベン〜センサ間距離
と超音波到達時間の関係を示す線図、第６図は本発閉に
よる他の実施例を示すブロック図である。 ｌ・・・座標入力面　　　２ａ・一振動センサ３・・一
防振材　　　　　４・・・振動ペン６・・−マルチブレ
クサ ７・・一信号到達時間検出回路 ８−・・オペアンブ　　　１０・−Ｄ／Ａコンバータ１
１・・・コンバレータ ｌ３・・・絶対値回路　　１４・・・ローバスフィルタ
２ｌ・・一カウンタ　　　２２・−・ラッチ２３・・・
ラッチ　　　　２４・・−バッファメモリ２５・・・バ
ッファメモリ ３Ｉ・・・振動子　　　　３２・・一カウンタ３３・・
・カウンタ　　　３４・・一才ペアンプ５１〜５４・・
・前置増幅器 ＣＣ・−・制御部 第１図 第３図 第２図 １乏：ｉ　晴Ｐ１））の距１１官ニイＩ１（イピ１ノト
ｉ【１（そデ：て１ｌ５ク（Ｓ第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）振動入力手段から振動伝達部材に入力された振動を
   振動伝達部材に設けられた複数の振動センサにより検出
   し、振動伝達部材上での振動到達時間を測定しその測定
   結果に基づき振動伝達部材上での振動入力点の座標を検
   出する座標入力装置において、 振動センサの出力信号を増幅する手段と、 この増幅手段の出力信号を入力し前記振動到達時間を検
   出する手段と、 この振動到達時間検出手段の出力に応じて振動入力点の
   座標を演算する手段と、 前記増幅手段の出力に応じて前記増幅手段の増幅率を制
   御する手段と、 前記複数の振動センサの出力信号のうちいずれかを時分
   割で選択して前記振動到達時間検出手段および増幅率制
   御手段に入力する切換手段を設けたことを特徴とする座
   標入力装置。