JPH04182810A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は座標入力装置に関し、特に、例えば、振動ペン
により振動伝達板をビックし、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、超音波振動を媒体として座標入力を行なう座標入
力装置においては、座標入力面を、例えばガラスや金属
あるいはその他の振動伝達材料で構成し、その座標入力
面の各部などの所定位置に複数個の振動センサを設けて
いた。そして、振動子を有する入力ペンをその座標入力
面に接触させて振動入力を行ない、各振動センサへの振
動伝達時間に基づいて入力点とセンサ間の距離を測定し
、この距離情報を基に入力ペンによる入力点の座標を決
定していた。

このような超音波振動を媒体とした座標入力装置の場合
、入力ペンの入力状態の変化及び振動の減衰により、振
動波をセンサで検出した際の信号の信号レベルに一定の
変動幅が生じる。さて、伝達時間の計測タイミングには
、振動波のエンベローブ信号を一回以上微分した信号の
ゼロクロスタイミングを用いるのが一般的であるが、エ
ンベローブを検出する際に用いられる絶対値回路（全波
整流回路もしくは半波整流回路）は、入力信号のレベル
変化による影響を受は易い。そのため、入力信号が変動
すると振動伝達時間の計測タイミングに変動が生じる。

この変動に対する対策としては、オートゲインコントロ
ール回路を設けることが一般的であった。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記従来例では、オートゲインコントロー
ルを用いた場合、回路規模が増大するのでそれに伴うコ
ストアップ及び消費電力増加という欠点があった。さら
に、座標入力装置を手書入力等に用いた場合、入力ペン
の出力する振動波の周期の変化、及び振動波を検出した
信号レベルの急激な変化により、オートゲインコントロ
ールを常に正常に行うことも困難であった。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、振動波の
変動に影響を受けない正確な座標検出が可能な座標入力
装置を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明の座標入力装置は以下
の様な構成からなる。即ち、 振動を発生する座標指示具により振動伝達板上の任意の
箇所を指示することにより、前記箇所の座標値を検出す
る座標入力装置であって、前記振動伝達板内の所定の位
置に備えられ前記座標指示具による指示により発生する
振動を検知し、前記振動を電気信号に変換しａカする複
数の検知手段と、前記座標指示具によって指示がなされ
た時刻から前記電気信号が検出された時刻までの時間を
測定する測定手段と、前記電気信号の検出タイミングの
変動を制御する制御手段とを有することを特徴とする座
標入力装置を備える。

［作用］ 以上の構成により本発明は、座標指示具が発生した振動
を変換した電気信号の変動による伝達時間の検出タイミ
ングの変動を最小化するよう動作する。

［実施例］ 以下添付図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に
説明する。

第１図は本発明の代表的な実施例である座標入力装置の
構成を示したブロック図である。第１図に於て、１０１
ａ〜１０１Ｃは振動波を検出する振動センサ、１０９は
座標値の算出及びペン駆動等の制御を行う演算制御回路
、２０１は振動波を発生する振動ペン、２０３は振動波
を伝達する振動伝達板、２０４は伝達板の端部における
振動波の反射を防ぐ防振材、２０５は振動センサの検出
した信号波を用いて振動波の伝達時間を計測する信号波
検出回路、２０７は振動ペンを駆動する駆動回路である
。

第２図は信号波検出回路２０５の詳細な構成を示したブ
ロック図である。第２図に於て、１０１は振動波を検出
し振動波信号を出力する振動センサ（１０１ａ〜１０１
ｃを代表する参照番号とする）、１０２は振動波信号を
増幅するアンプ、１０３はアンプの出力した振動波信号
を分圧した信号を選択的に出力するアナログスイッチ、
１０４は振動波信号を絶対値変換する絶対値回路、１０
５は絶対値変換信号のエンベローブを検出するローパス
フィルタ、１０６はエンベローブ信号の２同機分信号を
出力する微分回路、】０７は設定されたフンバレートレ
ベルで２同機分信号の信号検出点を検出するコンパレー
タ、１０８は振動波発生から検出までの伝達時間を計時
する計時回路、１０９はアナログスイッチ及びコンパレ
ートレベル設定回路の制御と伝達時間による座標値の算
出を行う演算制御回路、１１０はコンパレータのコンパ
レートレベルを設定するコンパレートレベル設定回路で
ある。

第３図は各信号波形を示すタイムチャートを表す図で、
Ｓｌｋは振動波信号、Ｓ２には絶対値変換信号、３３に
はエンベローブ信号、Ｓ４には２同機分信号、３５には
信号検出信号である。

以上の構成をもつ座標入力装置における座標値検出は次
のように行われる。まず、駆動回路２０７は演算制御回
路１０９の出力するトリガ信号を契機とし、振動ペン２
０１に振動を発生させる。

次に、振動ペン２０１で振動伝達板２０３をビックする
と振動が振動波として振動伝達板２０３中を伝達し、振
動センサ１０１ａ〜１０１ｃで検出される。検出された
振動波は信号波形検出回路２０５で処理され、振動ペン
２０１と振動センサ２０２との距離に応じた伝達時間が
処理出力として演算制御回路１０９へ出力される。演算
制御回路１０９は、伝達時間に基づき、座標値を算出し
て情報処理装置へ座標情報を出力する。

さて本実施例においては、振動ペンにより入力された振
動波が計時回路において検出されるまでの伝達時間をよ
り精確に定めるために、振動波の検出レベル変動によっ
て引き起こされる伝達時間の検出タイミング変動の幅を
最小限に抑える手段を提供する。本実施例ではＳ３に信
号（振動波のエンベローブ）の一定のポイント、つまり
エンベローブ信号の振幅が所定の値に達したときを伝達
時間の検出タイミングとしているので、検出タイミング
をより精確に定めるため、Ｓ３に信号の一定のポイント
をより精確に検出する必要がある。

この一定のポイントを検出する原理について、第４図及
び第５図を用いて説明する。

まず、一定の振幅値をもつ信号レベルをポイントとして
特定するためにコンパレートレベルを設定する。本実施
例では、コンパレートレベルを求めるために、振動波の
エンベローブ信号を１回以上微分した信号（本実施例で
は２回微分）を用いる。

第４図は異なる信号レベルをもつ振動波のエンベローブ
信号について、ｍ同機分した信号のタイムチャートを示
す図である。第４図において、ｆ、＋ｍｌは信号レベル
がｖｌの場合のｍ同機分信号（エンベローブ信号をｍ同
機分した信号）、ｆｋ′１は信号レベルがｖ５の場合の
ｍ同機分信号、ｆｌｌｌｍｌは信号レベルが■７の場合
のｍ同機分信号で、Ｖｌ　＞Ｖつ〉ｖいである。ここで
、コンパレートレベルを０［ｖ］とした仮定すると、信
号レベル■、と■５との間には検出タイミングに△Ｔｋ
の差異が生じ、また■１と■７との間には△Ｔ、の差異
が生じる。第５図の曲線△Ｔは以下の様に信号レベルＶ
、を基準とした検出タイミングの差異を示している。

Ｖ　＋　−０、Ｖ８−△Ｔ＊　、Ｖ、−△Ｔ　ｓ　、”
’　”’■８−４△Ｔｋ、・・・・・・・・・、ｖｏ→
ΔＴ７これに対してコンパレートレベルを△Ｖ　［Ｖｌ
とした仮定すると、第４図から明らかように、信号レベ
ルの違いによる検出タイミングの差異△Ｔは小さくなる
。ここで第４図に示される１、　ｌは、ｆ％ｍｌに対す
るフンバレートレベルなＯ［Ｖｌとした場合とコンパレ
ートレベルをΔＶ　［Ｖｌ　とした場合の検出タイミン
グの時間差である。同様にｔｍは、ｆｋＬｍｌの場合の
時間差、ｔｎはｆ７（′″）の場合の時間差である。

この時間差を信号レベルが■１の場合の時間差ｔｌを基
準として、ｔｋ□＝　１　ｋ−１１で表すと以下の様に
なる。

Ｖｌ−ｔ、’＝０、Ｖ　＊　−ｔ　ｍ’＝　ｔ　ｚ−ｔ
　＋、■、→ｔ＊’＝　ｔｓ−ｔ　＋　　、　・・・・
・・・・・、Ｖ　ｍ　　−４ｔｋ’　＝　ｔｓ−ｔ　、
＋　　、　・・・・・・・・・、Ｖ　ｌｌ　−４ｔ　ａ
’　＝　ｔ　Ｌｌ−ｔ　ｌ第５図の曲線ｔ°は、ｔｋ’
の変化を示したものである。

ここで、第４図より明らかな様に、コンパレートレベル
を△Ｖに設定した場合の検出タイミングの変動は、△Ｔ
ｉｅ−ｔｈｅ’となる。これは、第５図の曲線△Ｔと曲
線ｔ゛の差で示される。よって、信号レベルｖ１からＶ
ｌｌの範囲で△Ｔ　ｋ−ｔ　ｗ　’の値が最小になるよ
うに△■を設定すれば、検圧タイミングの変動幅を十分
に抑制することができる。

本実施例では、振動波信号Ｓｌｋを絶対値回路１０４で
絶対値変換し、ローパスフィルタ１０５を通すことによ
ってエンベローブ信号Ｓ３ｋを検８し、更に、エンベロ
ーブ信号Ｓ３ｋを微分回路１０６で２同機分した２同機
分信号Ｓ４にのゼロクロス点に対応するエンベローブ信
号の変曲点近傍で伝達時間を検出している。

次に第６図（ａ）、第６図（ｂ）及び第７図を用いて、
本実施例におけるコンパレートレベルの最適値の決定手
順について述べる。

第６図（ａ）に示した振幅レベルが■１の振動波信号Ｓ
ＱＬと振幅レベルがＶｋの振動波信号ＳＯｋはそれぞれ
、第６図（ｂ）に示した２同機分信号Ｓ４１とＳ４ｋに
対応する。この際、コンパレートレベルが０［ｖ］の場
合の伝達時間の検出タイミングは、Ａ１とＡｋ、同様に
、コンパレートレベルが△Ｖ　［Ｖｌの場合の検出タイ
ミングはＢ１とＢｋとなる。振幅レベルなＶｌからＶｎ
まで変化させた場合の伝達時間の変動は、第７図の△Ｔ
Ａと△ＴＨにそれぞれ対応する。実際のコンパレートレ
ベル設定時にはペンを任意の位置に固定し、コンパレー
トレベルＳ６の設定を変化させていき、それぞれのコン
パレートレベルにおけるｖ１〜Ｖｎの変化に対する伝達
時間の変動△Ｔ測測定、△Ｔの変動幅が最小となるコン
パレートレベルを最適値とする。以後、アナログスイッ
チ１０３の選択をＳＱＬに固定し、コンパレートレベル
の設定は前記最適値に固定して伝達時間の検出を行う。

座標値を検出するには、振動センサ１０１が伝達板２０
３の一辺に設けられるのであれば、振動センサ１０１は
最低２個必要であり、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。

本実施例においては、第８図に示す様に振動伝達板２０
３の３ケ所、即ち、ＢＳＩ、ＢＳ２及びＢＳ３の位置に
３つの振動センサ１０１ａ〜１０１Ｃを配置し、伝達時
間Ｔを検出することにより、下記の式（１）より振動ペ
ン２０１の位置Ｐから各々のセンサの位置までの直線距
離ｄ１〜ｄ３を求めることができる。

ｄｎ＝ｄｎｏ　＋ｖ　（Ｔｍ　−Ｔｏ　）　　−（１）
（ｎ＝１〜３） ここで、■は伝達速度、ｄ　ｎ　ｏは既知の入力点Ｐ０
からセンサの位置（ＢＳｎ、ｎ＝１〜３）までの距離、
Ｔｏはｄ　ｎ　ｏにおける伝達時間、そして、Ｔｌｌは
Ｐから各センサまでの伝達時間である。

さらに、演算制御回路１０９によりこの直線距離ｄ１〜
ｄ３に基づき、次のような演算を行うことにより、振動
ペン２０１の入力点Ｐの座標（Ｘ、ｙ）を求めることが
できる。

ｘ　＝　Ｘ／２＋（ｄｌ＋ｄ２）　（ｄｉ−ｄ２）／２
Ｘ　−（２）ｙ　二Ｙ／２＋（ｄｌ＋ｄ３）　（ｄｉ−
ｄ３）／２Ｙ・・・（３）ここで、Ｘ、ＹはそれぞれＢ
Ｓ２、ＢＳ３の位置にある振動センサ１０１ｂ、１ｏ１
ｃと、ＢＳｌの位置（ｘ−ｙ座標系の原点）にある振動
センサ１０１ａのとの距離である。なお、ＢＳ２、ＢＳ
３はそれぞれＸ軸、ｙ軸上にあるとしている。

以上のようにして振動ペン２０１がビックした場所の位
置座標を算出することができる。

このように本実施例によれば、各センサに付随したオー
トゲインコントロール回路を用いることな（、座標入力
時の振動波信号レベルの変動による伝達時間の変動を抑
制することができるので、より精確な伝達時間を測定で
きる。

また本実施例では、伝達時間をエンベローブ信号を２同
機分した信号のゼロクロス点近傍で検圧したが、１回以
上微分した信号の場合にも同様の操作を行うことができ
る。

［他の実施例］ ここでは最適なコンパレートレベルを求めるための別の
手順について説明する。なお、本実施例で用いる装置は
前述の実施例とほぼ同じであるため、以下の説明で示さ
れる図面参照番号はとくに断りのない限り、前述の実施
例と同じ番号を用い説明を省略する。

第９図は他の実施例を説明するため示した振幅レベルが
Ｖｌの振動波信号の２回微分信号Ｓ４１と振幅レベルが
Ｖｋの振動波信号の２回微分信号Ｓ４にのタイムチャー
トである。ここで、２つの信号のピークレベル比（Ｖ４
　ｋ／Ｖ４１　）は、Ｖ　４　ｋ　／　Ｖ　４１　＝　
（ｎ　＋　１−　ｋ　）　／　ｎとする。

第９図において、Ａ１は２回微分信号Ｓ４１が０［Ｖ］
レベルとクロスする点であり、Ｂ１は同信号が任意に設
定したコンパレートレベル△ｖ０とクロスする点である
。

Ａ１とＢ１の検出時間差ｔ。、より、２回微分信号３４
１にゼロクロス点近傍での傾きａ、は次式％式％ 又、Ｓ４１に対してレベルが（ｎ＋１−ｋ）／ｎである
２回微分信号３４にの傾きａｋは、次式で求められる（
Ｓ４１と３４　ｍはほぼ相似）。

ａ５＝△Ｖａ／ｌｏｉ＋”ｖ　（ｎ＋１−ｋ）△Ｖｏ／
ｎｔｏ＋　＋＋　（５）又、式（５）よりコンパレート
レベルを△■に設定した場合の検出時間差ｔｋは次式で
求められる。

ｔｍ＝△Ｖ／ａｍ　＝　ｔｏ　１（△Ｖ／△Ｖ−）　（
ｎ／ｎ＋１−ｋ）　）・・・（６） コンパレートレベルを△Ｖに設定した場合の２回微分信
号Ｓ４１〜Ｓ４ｎ　（振動波信号Ｓｏｌ〜Ｓｏｎに対応
）における、ｔ、（Ｓ４ｋに対応）の変化をｔ、（Ｓ４
１に対応）を基準として、ｔ　ｗ’＝　ｔ　ｍ−ｔ＋で
表せば、次式が得られる。

ｔ−”ｔｍ−ｔ＋ ；ｔｏ＋（△■／△Ｖｏ）　（ｎ／ｒ＋＋１−ｋ））　
−ｔｏ（△Ｖ／△Ｖａ）・・・（７） 第１０図（ａ）はコンパレートレベルを０［Ｖｌに設定
した場合の伝達時間の変動△ＴＡを示し、第１０図（ｂ
）はコンパレートレベルを△Ｖ　［Ｖｌに設定した場合
の伝達時間の変動ｔｋ’（式（７））を示し、そして、
第１０図（ｃ）は△ＴＡ−ｔ、’の変動を示している。

ここで第１０図（ｃ）から明らかなように、１△ＴＡ−
ｔｍ’ｌの変動幅が最小となる△■の値を最小二乗法等
を用いて算出することにより、最適コンパレートレベル
△Ｖ　［Ｖｌを決定できる。このようにして、コンパレ
ートレベルを０［■］に設定した場合の伝達時間の変動
△ＴＡ及びコンパレートレベル０　［Ｖｌと、任意のコ
ンパレートレベル△■。

［Ｖｌにおける伝達時間の検出時間差ｔｏ＋を測定すれ
ば、△Ｖ　［Ｖｌの最適値を算出することができる。ま
た、△ＴＡの櫟準データをテーブルとして持てば、０［
ｖ］と△Ｖ、［Ｖｌにおけるｔ。。

を測定するだけで、△Ｖ　［Ｖｌの最適値を算出するこ
とができる。さらに、この場合第２図のアナログスイッ
チ１０３は不要となり、アンプ１０２の出力を直接、絶
対値回路１０２に入力する回路構成にすることができ回
路もいっそう簡略化される。

従って本実施例に従えば、前述の実施例と同様に伝達時
間の変動を抑制する最適的なフンバレートレベル得られ
るばかりではなく、回路構成をいっそう簡略化すること
もできる。

従ってこれらの実施例に従えば、振動波の発生周期の変
化及び信号レベルの急激な変化に依存することなく検出
タイミングの変動を抑制できるので、より精度の高い座
標値の算出が可能となる。

また、振動波の波形が変化した場合でもコンパレートレ
ベルを再度設定することができるので、常に最適の検出
タイミングを得ることができる。

さらにまた、簡単な回路構成による検出タイミングの変
動の抑制やコンパレートレベルを再度設定が可能なので
、座標入力装置の回路規模の縮小化や消費電力低減にも
資する。

変動の影響を受けずにより精度の高い座標検出な行うこ
とができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の代表的な実施例である座標入力装置の
構成を示すブロック図、 第２図は信号波検出回路の構成を示すブロック図、 第３図は各信号波形を示したタイムチャートを表す図、 第４図はエンベローブ信号のｍ同機分信号のＯＶレベル
近傍を示す図、 第５図はエンベローブ信号レベルと検出時間変動の関係
を示す図、 第６図（ａ）は振幅の異なる振動波信号のタイムチャー
トを表す図、 第６図（ｂ）は第６図（ａ）で示した振動波のエンベロ
ーブ信号の２同機分信号のタイムチャートを表す図、 第７図はコンパレートレベルの違いによる検出時間変動
について示す図、 第８図は振動センサの配置を示した図、第９図は他の実
施例による振動波のエンベローブ信号の２同機分信号の
タイムチャートを表す図、そして、 第１０図（ａ）〜第１０図（ｃ）は他の実施例によるコ
ンパレートレベルの違いによる検出時間変動について示
す図である。 図中、１０１　ａ〜ｌ　Ｏ１ｃ・−振動センサ、１０２
・・・アンプ、１０３・・・アナログスイッチ、１０４
・・・絶対値回路、１０５・・・ローパスフィルタ、１
０６−・・微分回路、１０７・・・コンパレータ、１０
８・・・計時回路、１０９・・・演算制御回路、１１０
・・・コンパレートレベル設定回路、２０１・・・振動
ペン、２０３・・・振動伝達板、２０４・・・防振材、
２０５・・・信号波検出回路、２０７・・・駆動回路、
Ｓｌｋ・・・振動波信号、Ｓ２ｋ・・・絶対値変換信号
、５３ｋ・・・エンベローブ信号、８４ｋ・・・２同機
分信号、８５ｋ・・・信号検出信号である。 ”ＹＴｈ−： 「　４さ！−１ ・（１） 第５図 第７図 第９図 第　１０　図（（１） １０００図（ｂ） 第１０図（Ｃ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）振動を発生する座標指示具により振動伝達板上の
   任意の箇所を指示することにより、前記箇所の座標値を
   検出する座標入力装置であつて、前記振動伝達板内の所
   定の位置に備えられ前記座標指示具による指示により発
   生する振動を検知し、前記振動を電気信号に変換し出力
   する複数の検知手段と、 前記座標指示具によつて指示がなされた時刻から前記電
   気信号が検出された時刻までの時間を測定する測定手段
   と、 前記電気信号の検出タイミングの変動を制御する制御手
   段とを有することを特徴とする座標入力装置。
2. （２）前記制御手段は前記電気信号の検出タイミングの
   変動を最小化するため前記電気信号のエンベローブにお
   ける所定の電圧値を検出する検出手段を有することを特
   徴とする請求項第１項に記載の座標入力装置。