JPH06242876A - 座標入力方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検出された振動入力ペンの位置情報が有効か
否かを判断できるようにして、実際の座標入力操作が行
われているかいないかを自動的に判断できるようにした
座標入力方法及び装置を提供することを目的とする。 【構成】 振動伝達板８に入力された振動入力ペン３か
らの弾性波振動を基に、振動入力ペン３により指示され
た振動伝達板８の座標位置を検出して出力する座標入力
装置であって、振動伝達板８に設けられ、振動入力ペン
３より入射され振動伝達板８を伝播した振動波を検出す
る複数のセンサ６ａ〜６ｄと、これら複数のセンサのそ
れぞれで検出された信号に基づいて複数のセンサのそれ
ぞれと振動入力ペン３までの各距離ｄａ〜ｄｄを算出
し、算出された各距離に基づいて振動入力ペン３の位置
を検出する。この振動入力ペン３の検出された位置より
複数のセンサのそれぞれまでの距離ｄａ’〜ｄｄ’を算
出し、算出された各距離ｄａ〜ｄｄと比較することによ
り、検出された振動入力ペン３の位置が有効か否かを判
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は座標入力方法及び装置に
関し、特に振動ペンから入力された弾性波振動を振動伝
達板に設けられた複数のセンサにより検出し、前記振動
ペンから振動伝達板に入力された弾性波振動の伝達時間
を基づき振動ペンによる振動入力点の座標を検出する座
標入力方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、座標入力装置として、例えば
電磁式或いは静電結合式又は感圧式というように様々の
方式の装置が提案されている。また、このような座標入
力装置を透明板や透明電極等で構成し、その下部に表示
装置（例えば液晶表示器）を設けた一体の構成にして、
座標入力装置で指示された点を表示装置に表示すること
により、あたかも紙に鉛筆で文字や図形を描くような感
覚で、座標情報を入力することができる装置が知られて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
の座標入力装置は次のような欠点を有している。

【０００４】一般に、座標入力装置において座標を指示
するための指示部材として入力ペンを用いているが、こ
の入力ペンの状態を特定するための何らかの手段を設け
る必要がある。即ち、オペレータが入力ペンにより手書
きで文字を入力するような場合、オペレータが実際に入
力を行っているか、或いは入力のための思考中であるた
め座標指示操作が行われていないかを入力ペンより座標
入力装置に知らせる必要がある。このために、例えば入
力ペンを所定の位置（例えば入力ペンを固定するホルダ
等）に収容すると、これによりスイッチ等が動作して入
力ペンが所定の位置に収容され、実際に座標入力に使用
されていないことを座標入力装置側で検知できる。しか
しながら、このような特別な操作をオペレータに強制さ
せることはオペレータの思考を中断させるなど、操作上
好ましいものではなかった。

【０００５】本発明は上記従来例に鑑みてなされたもの
で、検出された振動入力ペンの位置情報が有効か否かを
判断できるようにして、実際の座標入力操作が行われて
いるかいないかを自動的に判断できるようにした座標入
力方法及び装置を提供することを目的とする。

【０００６】尚、本発明の他の利点や目的は、添付図面
を参照して後述する説明より明らかになるであろう。

【０００７】

【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を備える。即
ち、振動伝達板に入力された振動入力ペンからの弾性波
振動を基に、前記振動入力ペンにより指示された前記振
動伝達板上の座標位置を検出して出力する座標入力装置
であって、前記振動伝達板に設けられ、前記振動入力ペ
ンより入射され前記振動伝達板を伝播した振動波を検出
する少なくとも３個以上の複数のセンサと、前記複数の
センサで検出された信号に基づいて前記複数のセンサの
それぞれと前記振動入力ペンまでの各距離を算出する算
出手段と、前記算出手段により算出された各距離に基づ
いて前記振動入力ペンの位置を検出する位置検出手段
と、前記位置検出手段により検出された前記振動入力ペ
ンの位置より前記複数のセンサのそれぞれまでの距離を
算出し、前記算出手段により算出された前記各距離と比
較することにより、前記位置検出手段により検出された
振動入力ペンの位置が有効か否かを判定する判定手段と
を有し、前記判定手段により、判定された結果に基づ
き、入力ペンの状態を示す情報を出力する手段を有す
る。

【０００８】上記目的を達成するために本発明の座標入
力方法は以下の様な工程を備える。即ち、振動伝達板に
入力された振動入力ペンからの弾性波振動を基に、前記
振動入力ペンにより指示された前記振動伝達板上の座標
位置を検出して出力する座標入力方法であって、前記振
動伝達板に設けられ、前記振動入力ペンより入射され前
記振動伝達板を伝播した振動波を検出する少なくとも３
個以上の複数のセンサのそれぞれで検出された信号に基
づいて前記複数のセンサのそれぞれと前記振動入力ペン
までの各距離を算出する算出工程と、その算出された各
距離に基づいて前記振動入力ペンの位置を検出する工程
と、その検出された前記振動入力ペンの位置より前記複
数のセンサのそれぞれまでの距離を算出し、前記算出工
程により算出された前記各距離と比較することにより、
前記振動入力ペンの位置が有効か否かを判定する工程と
を有する。

【０００９】

【作用】以上の構成において、複数のセンサのそれぞれ
で検出された信号に基づいて、これら複数のセンサのそ
れぞれと振動入力ペンまでの各距離を算出する。この算
出された各距離に基づいて振動入力ペンの位置を検出
し、検出された振動入力ペンの位置より複数のセンサの
それぞれまでの距離を算出し、前に算出されている各距
離と比較することにより、位置検出手段により検出され
た振動入力ペンの位置が有効か否かを判定する。

【００１０】

【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。この実施例では、入力ペンより
振動伝達板に振動を伝播し、その振動伝達板に設けられ
た複数のセンサにより振動の伝播を検出し、これらセン
サよりの検出信号により入力ペンにより指示された座標
位置を求める座標入力装置の場合で説明する。

【００１１】図１は本発明の一実施例に係る入力ペン
（振動ペン）３の要部構造を説明するための断面図であ
る。

【００１２】図１において、振動ペン３に内蔵された振
動子４は、後述する振動子駆動回路２により駆動されて
振動する。即ち、振動子駆動回路２より出力される電気
的な駆動信号は、振動子４によって機械的な超音波振動
に変換される。この振動子４の振動は振動伝達部材５を
介してペン先１２に伝達され、ペン先１２と後述の振動
伝達板８（図２参照）とが点接触することによって振動
伝達板に振動が伝えられる。この振動子４は円柱状であ
り、本実施例では分極方向と振動方向が平行なＫ₃₃振動
モードが利用されていて、接着により振動伝達部材５の
大きい方の端面に取り付けられている。

【００１３】この振動子４の一方の電極は振動伝達部材
５、導通リング１３８及び電極バネ１３７を介して振動
子駆動回路２に接続されている。また、振動子４のもう
一方の電極は、電極ピン１３５、電極バネ１３６を通し
て振動子駆動回路２に接続されている。またペン筺体１
３１とペン先保護部材（ペン筺体の一部）１３３は、ネ
ジ部を介して導通リング１３８部分で締結されている。
この導通リング１３８は金属材で構成されており、振動
伝達部材５と接触することにより振動伝達部材５を介し
て振動子４と導通すると共に、振動子４で発生した振動
が振動伝達部材５を介して導通リング１３８にも伝わる
構成となっている。

【００１４】一方、この振動入力ペン３が振動伝達板８
上に放置された場合（振動伝達板８上に横向きに載置さ
れた場合）には、振動子４で発生した振動は、導通リン
グ１３８、ペン先保護部材１３３、及び筺体１３１を介
して、振動伝達板８上に伝えられる。このようにして振
動伝達板８に伝えられた振動は、通常の座標入力時のよ
うにペン先１２（点）を通して伝えられるのではなく、
振動ペン３の長手方向に亙る線状で伝えられるために、
後述する振動伝達板８に設けられた複数のセンサで検出
される信号波形は歪み、ペン先１２を介して点で入力さ
れた信号波形とは異なったものとなる。尚、ペン先１２
の保護部材１３３及び筐体１３１は本実施例では樹脂
（ＡＢＳ）で構成されており、導通リング１３８に伝わ
った振動を振動伝達板８に伝えるのに十分な厚みに設定
されている。この保護部材１３３、及び筐体１３１は、
もちろん他の材質であっても良く、振動が十分に、振動
伝達板８に伝えられるように構成されていれば良い。

【００１５】この振動を利用した座標入力装置の振動ペ
ン３に要求される事項として、まず第１に振動子４で発
生した振動を振動伝達板８に効率良く伝えられること、
そして第２に、座標位置を指示する際に振動伝達板８を
傷つけることがあってはならないことが挙げられる。

【００１６】第１の条件に対しては、その材料として一
般にアルミニウム、ステンレスなどの金属材料がエネル
ギー損失が少なく最適な材料と考えられるが、座標入力
の際に振動伝達板８を傷つけるおそれがある。一方、第
２の問題に対しては、金属に比べて樹脂がより好ましい
材料であると言える。これらの点を考慮して、本実施例
では振動子４の振動を後述の振動伝達板８に伝えるため
に、振動伝達部材５の材料としてアルミニウムを用い
て、まず振動子４の振動を振動伝達部材５に伝える。こ
の振動伝達部材５は金属で構成されているために振動エ
ネルギーの損失が少なく、その軸方向長さが比較的大き
くなっても十分に振動を伝えることが可能となる。さら
に振動伝達部材５は導電性であるので、振動子４の電極
と導通させるための部材をも兼ね備えている。この振動
伝達部材５の小さい方の端面にはネジ山が形成されてお
り、そのネジ山を用いて樹脂性のペン先１２が先端に固
定されている。この実施例では、ペン先１２は樹脂の中
でも比較的振動のエネルギー損失が小さい（金属と比べ
ると損失はかなり大きくなるが）ポリアミドイミドが用
いられており、しかも耐摩耗性にも優れ、振動伝達板８
を傷つけないという利点がある。もちろん、これら２つ
の条件を満足する材料、例えばポリフェニルサルファイ
ド（ｐｐｓ）などの材料を用いても良いことは言うまで
もない。

【００１７】このように、振動発生源である振動子４と
ペン先１２の間に振動を伝達する部材を介在させること
で、ペン先を交換し易くすることができ、しかも伝達部
材５を金属とすることで伝達部材５の軸方向長さを大き
くすることが可能となり、オペレータが扱い易い形状の
振動入力ペン３を構成することができる。

【００１８】図２は本実施例の振動ペン３を用いた座標
入力装置の構造を示している。

【００１９】図中、１は演算制御回路で、この座標入力
装置全体を制御すると共に、振動ペン３で指示された座
標位置を算出している。２は振動子駆動回路であって、
振動ペン３の振動子４を駆動してペン先１２を振動させ
ている。８はアクリルやガラス板等の透明部材からなる
振動伝達板であり、この振動伝達板８上を振動ペン３で
タッチすることにより座標指示を行う。つまり、図２の
実線で示す符号Ａの領域（以下有効エリア）内を振動ペ
ン３で指定することにより、振動ペン３で発生した振動
が振動伝達板８に入射される。この入射された振動は振
動伝達板８を伝播してセンサ６ａ〜６ｄにより検出され
る。これらセンサ６ａ〜６ｄにより検出された信号に基
づいて座標位置を計測をすることにより、この振動ペン
３により指示された振動伝達板８上の座標位置を求める
ことができる。

【００２０】振動伝達板８を伝播してきた振動波が振動
伝達板８の端面で反射し、その反射波が振動伝達板８の
中央部に伝播されのを防止（減少）するために、振動伝
達板８の外周には防振材７が設けられいる。そして図２
に示すように、この防振材７の内側近傍に圧電素子等か
らなる機械的振動を電気信号に変換する振動センサ６ａ
〜６ｄが固定されている。９は信号波形検出回路で、振
動センサ６ａ〜６ｄのそれぞれで検出された振動を表す
信号を検出して演算制御回路１に出力している。１１は
液晶表示器等のドット単位の表示が可能なディスプレイ
であり、振動伝達板８の下側（内側）に配置されてい
る。このディスプレイ１１は、ディスプレイ駆動回路１
０により駆動され、振動ペン３により指示された振動伝
達板８の位置に対応する位置にドットを表示し、その表
示を透明な振動伝達板８を通して見ることができる。

【００２１】前述したように、振動ペン３に内蔵された
振動子４は振動子駆動回路２によって駆動される。この
振動子４の駆動信号は、演算制御回路１から低いレベル
のパルス信号として振動子駆動回路２に供給され、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に印加されている。こうして電気的な駆動信号
は、振動子４によって機械的な振動に変換され、ペン先
１２を介して振動伝達板８に伝達される。

【００２２】ここで振動子４を駆動する駆動信号の周波
数（振動子４の振動周波数）は、ガラスなどの振動伝達
板８に板波を発生することができる値に選択される。ま
た、振動子４の振動周波数をペン先１２を含んだ共振周
波数とすることにより、効率良く電気信号より機械信号
に変換できる。ここで、振動ペン３より振動伝達板８に
伝えられる振動によ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、障害物等の影響を受
けにくいという利点を有する。

【００２３】＜演算制御回路１の説明＞上述した構成に
おいて、演算制御回路１は所定周期毎（例えば５ｍｓ
毎）に振動ペン３内の振動子４を駆動させる信号を振動
子駆動回路２に出力すると共に、その内部タイマ（例え
ばカウンタで構成されている）による計時を開始する。
これにより、振動入力ペン３より振動伝達板８に入射さ
れた振動は振動伝達板８を伝播し、その入力ペン３から
振動センサ６ａ〜６ｄ迄の距離に応じて遅延して到達す
る。

【００２４】信号波形検出回路９は振動センサ６ａ〜６
ｄのそれぞれからの信号を検出して、後述する波形検出
処理により、振動ペン３より各振動センサへの振動到達
タイミングを示す信号を生成する。演算制御回路１は各
センサに対応したタイミング信号を信号波形検出回路９
より入力し、振動ペン３により指示された位置より各振
動センサ６ａ〜６ｄまでの振動到達時間を検出し、その
検出した値に基づいて振動ペン３により指示された座標
位置を算出する。また演算制御回路１は、この算出され
た振動ペン３により指示された位置情報を基に、ディス
プレイ駆動回路１０を駆動してディスプレイ１１に指示
された点を示すように表示したり、あるいはシリアル又
はパラレル通信によって、不図示の外部機器にその検出
された座標データを出力する。

【００２５】図３は実施例の演算制御回路１の概略構成
を示すブロック図である。

【００２６】図３において、３１は演算制御回路１及び
この座標入力装置全体を制御するマイクロコンピュータ
であり、制御手順を示す制御プログラムや定数等の各種
データを記憶しているＲＯＭ３１ａ、制御処理の実行中
にワークエリアとして使用されるＲＡＭ３１ｂ等を備え
ている。３３は不図示の基準クロックを計数するタイマ
（例えばカウンタなどにより構成されている）で、振動
子駆動回路２に振動ペン３の振動子４の駆動を開始させ
るためのスタート信号３８を入力すると、その計時を開
始する。これによって、タイマ３３による計時開始とセ
ンサ６ａ〜６ｄのそれぞれにおける振動検出との同期が
取られ、これらセンサ６ａ〜６ｄのそれぞれにより振動
が検出されるまでの遅延時間が測定できることになる。

【００２７】その他の各構成要素となる回路を、順を追
って説明する。

【００２８】信号センサ６ａ〜６ｄのそれぞれよりの振
動到達タイミング信号は信号波形検出回路９より出力さ
れ、検出信号入力ポート３５を介してラッチ回路３４ａ
〜３４ｄに入力される。ラッチ回路３４ａ〜３４ｄのそ
れぞれは、振動センサ６ａ〜６ｄの各々に対応して設け
られており、対応するセンサよりのタイミング信号を入
力すると、その時点におけるタイマ３３の計時値をラッ
チする。こうして全てセンサよりの検出信号が入力され
たことを判定回路３６が判定すると、マイクロコンピュ
ータ３１にその旨を示す信号を出力する。マイクロコン
ピュータ３１は、この判定回路３６からの信号を入力す
ると、ラッチ回路３４ａ〜３４ｄから各振動センサまで
の振動到達時間を読取り、所定の計算を行なって、振動
伝達板８上における振動ペン３で指示された座標位置を
算出する。そして、Ｉ／Ｏポート３７を介して、算出し
た座標位置情報をディスプレイ駆動回路１０に出力す
る。こうして、例えば振動ペン３により指示された座標
位置に対応するディスプレイ１１の位置にドット等を表
示することができる。あるいはＩ／Ｏポート３７を介し
てインターフェース回路に、その算出した座標位置情報
を出力することによって、外部機器に指示された座標値
を通知することができる。 ＜振動伝搬時間検出の説明（図４，図５）＞以下、振動
ペン３よりの振動が振動センサ６ａ〜６ｄのそれぞれに
到達するまでの振動伝達時間を計測する原理に付いて説
明する。

【００２９】図４は信号波形検出回路９に入力される検
出波形と、それに基づく振動伝達時間の計測処理を説明
するための図である。尚、以下、振動センサ６ａの場合
で説明するが、その他の振動センサ６ｂ，６ｃ，６ｄに
ついても全く同様にして行われる。

【００３０】振動センサ６ａへ振動が伝達されるまでの
時間の計測は、振動子駆動回路２へのスタート信号３８
が出力されるのと同時に開始されることは既に説明し
た。振動子４の駆動時には、振動子駆動回路２から振動
子４へは駆動信号４１が印加されている。この駆動信号
４１によって振動ペン３の振動子４が振動し、ペン先１
２を通して振動伝達板８に伝達された超音波振動は、振
動センサ６ａまでの距離に応じた時間ｔｇをかけて到達
し、振動センサ６ａで検出される。

【００３１】図４において、４２で示す信号は振動セン
サ６ａが検出した信号波形を示している。前述したよう
に、この実施例で用いられる振動は板波であるため、振
動伝達板８での伝播距離に対して、振動伝達中に検出波
形のエンベロープ４２１と位相４２２の関係は、その伝
達距離に応じて変化する。ここでエンベロープ４２１の
進む速度、即ち、群速度をＶ_g 、そして位相４２２の位
相速度をＶ_p とする。この群速度Ｖ_g 及び位相速度Ｖ_p
から振動ペン３と振動センサ６ａ間の距離を検出するこ
とができる。まず、エンベロープ４２１にのみ着目する
と、その速度はＶ_g であり、ある特定の波形上の点、例
えば変曲点や図４の４３で示す信号のようにピークを検
出すると、振動ペン３及び振動センサ６ａの間の距離ｄ
は、その振動伝達時間をｔ_g として、 ｄ＝Ｖ_g ・ｔ_g （１） で与えられる。この式は振動センサ６ａに関するもので
あるが、同じ式により他の３つの振動センサ６ｂ〜６ｄ
と振動ペン３の距離も同様にして表すことができる。

【００３２】更に、より高精度に座標決定をするため
に、位相信号の検出に基づく処理を行なう。位相波形信
号４２２の特定の検出点、例えば振動印加から、ある所
定の信号レベル（４６で示す）後のゼロクロス点までの
時間をｔ_p （信号４７に対し所定幅の窓信号４４を生成
し、位相信号４２２と比較することで得る）とすれば、
振動センサ６ａと振動ペン３との間の距離ｄは、 ｄ＝ｎ・λ_p ＋Ｖ_p ・ｔ_p （２） となる。ここでλ_p は弾性波の波長、ｎは整数である。

【００３３】前述の（１）式と（２）式から上記の整数
ｎは、 ｎ＝int ［（Ｖ_p ・ｔ_g −Ｖ_p ・ｔ_p ）／λ_p ＋１／Ｎ］ （３） で表される。

【００３４】ここでＮは“０”以外の実数であり、適当
な値を用いる。例えば、Ｎ＝２とすれば±１／２波長以
内のｔ_g 等の変動であれば、ｎを決定することができ
る。そして、上記のようにして求めたｎを（２）式に代
入することで、振動ペン３及び振動センサ６ａ間の距離
を精度良く測定することができる。

【００３５】上述した２つの振動伝達時間ｔ_g 及びｔ_p
を測定するための信号４３及び４５の生成は信号波形検
出回路９により行なわれるが、この信号波形検出回路９
は図５に示すように構成される。

【００３６】図５は本実施例の信号波形検出回路９の構
成を示すブロック図である。

【００３７】図５において、振動センサ（６ａ）よりの
検出信号は、前置増幅回路５１により所定のレベルまで
増幅される。この増幅された検出信号は、帯域通過フィ
ルタ５１１により余分な周波数成分が除かれ、例えば絶
対値回路及び低域通過フィルタ等により構成されるエン
ベロープ検出回路５２に入力され、検出信号のエンベロ
ープ信号（４２１）のみが取り出される。このエンベロ
ープ信号（４２１）のピークタイミングは、エンベロー
プ検出回路５３によって検出される。このピーク検出回
路５３によって検出されたピークのタイミングに応じ
て、モノマルチバイブレータ等から構成されたｔ_g 信号
検出回路５４によって所定波形のエンベロープ遅延時間
検出信号ｔ_g （図４の信号４３）が形成され、このｔ_g
信号が演算制御回路１に入力される。

【００３８】一方、信号検出回路５５は、エンベロープ
検出回路５２で検出されたエンベロープ信号（４２１）
の所定レベルの閾値信号４６を越える部分のパルス信号
（４７）を形成する。５６は単安定マルチバイブレータ
で、パルス信号（４７）の最初の立ち上がりでトリガさ
れ、所定時間のゲート信号（４４）を出力する。ｔ_pコ
ンパレータ５７は、このゲート信号（４４）がハイレベ
ルの間における位相信号（４２２）の最初の立上がりの
ゼロクロス点を検出し、位相遅延時間信号ｔ_p（４５）
を作成して演算制御回路１に供給している。尚、以上説
明した回路は振動センサ６ａに対するものであり、他の
振動センサ６ｂ〜６ｄに対応して同じ回路が設けられて
いることはもちろんである。

【００３９】＜遅延時間補正の説明＞前述のラッチ回路
３４ａ〜３４ｄにラッチされた各振動センサに対応した
振動伝達時間は、厳密には前述の振動伝達板８を音波が
伝播するのに要する時間や、各センサより出力された検
出信号を信号波形処理回路９で処理する時間を含んでい
る。そこで、振動波が振動伝達板８上を伝播する時間以
外の信号の遅延時間を固有遅延時間ｅｔと定義する。ま
た基準となる点における群遅延時間と位相遅延時間の差
を位相オフセット時間ｔ_off と定義する。これら遅延時
間により生じる時間誤差は、振動ペン３から振動伝達板
８、振動センサ６ａ〜６ｄへと行なわれる振動伝達の際
に必ず同じ量が含まれるはずである。そこで、例えば図
６の原点Ｏ（０，０）を前述の基準点とし、この基準点
Ｏより振動センサ６ａまでの距離をＲ₁ （＝Ｘ／２）と
し、原点Ｏを振動ペン３で指示し、この時に実測された
原点Ｏからセンサ６ａまでの実測の振動伝達時間をｔ_g
ｚ’，ｔ_p ｚ’とする。また原点Ｏからセンサ６ａまで
の真の伝達時間をｔ_g ｚ，ｔ_p ｚとすれば、これらは固
有遅延時間ｅｔおよび位相オフセットｔ_off に関して、 ｔ_g ｚ’＝ｔ_g ｚ＋ｅｔ （４） ｔ_p ｚ’＝ｔ_p ｚ＋ｅｔ＋ｔ_off （５） の関係がある。

【００４０】一方、任意の入力点であるＰ点（ｘ，ｙ）
での実測値ｔ_g ’，ｔ_p ’も同様に、 ｔ_g '=ｔ_g ＋ｅｔ （６） ｔ_p '=ｔ_p ＋ｅｔ＋ｔ_off （７） となる。これら（４），（６），（５），（７）両者の
差を求めると、 ｔ_g ' −ｔ_g ｚ’＝（ｔ_g ＋ｅｔ）−（ｔ_g ｚ＋ｅｔ）＝ｔ_g −ｔ_g ｚ … （８） ｔ_p ' −ｔ_p ｚ’＝（ｔ_p ＋ｅｔ＋ｔ_off ）−（ｔ_p ｚ＋ｅｔ＋ｔ_off ） ＝ｔ_p −ｔ_p ｚ … （９） となり、各伝達時間に含まれる固有遅延時間ｅｔ及び位
相オフセットｔ_off が除去される。これにより、振動セ
ンサ６ａからみた原点Ｏまでの距離と、入力点Ｐ（ｘ，
ｙ）までの距離に応じた真の伝達遅延時間の差を求める
ことができ、前述の（２）（３）式を用いれば、これら
２つの距離の差を求めることができる。いま、振動セン
サ６ａから原点Ｏまでの距離はあらかじめ不揮発性メモ
リ等に記憶されていて既知であるので、この関係より振
動ペン３と振動センサ６ａとの間の距離を決定できる。
こうして他のセンサ６ｂ〜６ｄについても同様に求める
ことができる。尚、原点Ｏにおける実測値ｔ_g ｚ’及び
ｔ_p ｚ’は予め不揮発性メモリに記憶されており、
（２），（３）式の計算の前に（８）（９）式で示す計
算が実行されるため、精度の高い測定ができる。

【００４１】＜座標位置算出の説明（図６）＞次に実際
に、振動ペン３により振動伝達板８上で指示された座標
位置を検出する原理を説明する。いま、振動伝達板８の
４辺の中点近傍のそれぞれに振動センサ６ａ〜６ｄを符
号Ｓ１〜Ｓ４で示された位置に設ける。先に説明した原
理に基づいて、振動ペン３により指示された位置Ｐから
振動センサ６ａ〜６ｄのそれぞれの位置までの直線距離
ｄａ〜ｄｄを求めることができる。更に、演算制御回路
１で、これら直線距離ｄａ〜ｄｄに基づき、振動ペン３
の位置Ｐの座標（ｘ，ｙ）を３平方の定理から次式のよ
うにして求めることができる。

【００４２】 ｘ＝（ｄａ＋ｄｂ）・（ｄａ−ｄｂ）／２Ｘ （１０） ｙ＝（ｄｃ＋ｄｄ）・（ｄｃ−ｄｄ）／２Ｙ （１１） ここでＸ，Ｙは、それぞれ振動センサ６ａ，６ｂ間の距
離、振動センサ６ｃ，６ｄ間の距離を示している。

【００４３】以上説明したように、振動ペン３内で発生
した振動がペン先１２を介して点接触で振動伝達板８に
入力されると、各センサまでの距離をそれぞれ算出し、
その結果を基に振動ペン３の位置座標をリアルタイムで
検出することができる。

【００４４】＜状態判別手段の説明（図７）＞さて、こ
こで振動ペン３が振動伝達板８上に放置された場合につ
いて考えてみる。振動ペン３で発生した振動は、導通リ
ング、ペン先保護部材１３３を介して振動伝達板８に入
力される。本実施例においてペン先保護部材１３３は樹
脂（ＡＢＳ）で構成されており、振動ペン３で発生した
振動をペン先保護部材１３３を介して振動伝達板８に入
力するのに充分な肉厚で構成されているが、他の材料を
用いても良いことは言うまでもない。

【００４５】振動ペン３が振動伝達板８上に放置された
場合、振動ペン３の筺体と振動伝達板８とは線接触とな
る。従ってこの場合、振動ペン３内で発生した振動は、
ペン先保護部材１３３及び筺体１３１を介して線接触に
より振動伝達板８に入力されることになる。従ってこの
場合、各センサより出力される検出信号の波形は、振動
がペン先１２を介して点接触で入射された場合とは異な
り、多数の点で入射された振動の合成波となる。この場
合は、前述のようにして検出されるこの合成波の遅延時
間、及びその計算結果より算出される直線距離ｄａ〜ｄ
ｄは、幾何学的には何の意味も持たない（振動伝達板８
に入射される振動が点で入射されていないため）。そこ
で、このように、振動が線接触で入射されている状態を
判別することができれば、実際に振動ペン３を用いて座
標を入力する状態なのか、振動ペン３が振動伝達板８上
に放置されている状態であるかを区別することができ
る。以下、このような状態を判断する方法について説明
する。

【００４６】いま、前述の（１０）（１１）式により計
算され、出力された座標値を（α，β）とする。この
α，βより、幾何学的に出力された座標値（α・β）か
ら各センサまでの距離ｄａ’〜ｄｄ’をそれぞれ幾何学
的に求めることができる。仮に振動が振動伝達板８に点
で入射され、その入力された点と各センサまでの距離ｄ
ａ〜ｄｄが正確に計算された場合、その結果より算出さ
れる座標値（α，β）から逆算される各センサまでの距
離ｄａ’〜ｄｄ’はそれぞれｄａ〜ｄｄと等しくなる。
ところが線接触により振動が入力された場合は、各セン
サで検出される信号が歪み、その結果、前述のｄａ〜ｄ
ｄとｄａ’〜ｄｄ’は等しくならない。従ってｄａ〜ｄ
ｄとｄａ’〜ｄｄ’の値を比べることによって、出力さ
れた座標値は、ペン先１２を介して振動が入力された状
態、つまり座標を入力することを目的としてオペレータ
による操作が行われたのか、或いは振動ペン３が振動伝
達板８上に放置されている状態であるかを判別すること
ができる。

【００４７】以上説明したことを図７を参照して詳細に
説明する。

【００４８】先に説明したように、本実施例では、４個
のセンサを用いて座標を検出しており、しかも出力され
る座標値のＸ方向座標と、Ｙ方向座標はそれぞれ独立に
検出されている。いま説明を簡単にするために、振動ペ
ン３が振動伝達板８上に放置され、線接触により振動が
入射され、その線上の２点（ａ点及びｂ点）で振動が入
力されている場合について説明する。いま仮にａ点から
の振動によりＸ方向の座標（α）が計算され、ｂ点から
の振動によりＹ方向の座標（β）が出力されたものとす
る。この時の座標Ｃ（α，β）は、図７に示すようにな
る。この座標Ｃ（α，β）を用いて次式（センサ６ａま
での距離についてのみ示す）により、センサ６ａまでの
距離を逆算する。

【００４９】 ｄａ’² ＝（Ｘ／２＋α）² ＋β² （１２） この距離ｄａ’とｄａ、及び各センサまでの距離ｄｂ’
〜ｄｄ’のそれぞれと距離ｄｂ〜ｄｄのそれぞれとを比
較することにより、オペレータにより座標が入力されて
いる状態であるのか、振動ペン３が振動伝達板８上に放
置されている状態であるのかを判別することができる。
ここでは説明を簡単にするために、振動ペン３と振動伝
達板８とが線接触している線上の２点で振動が入力され
ている状態で、幾何学的な計算の状態を説明したが、実
際には線上の複数の点で振動が入力されているために、
各センサより出力される検出信号は合成波として検出さ
れ、振動ペン３のペン先１２により点接触で入力された
信号の出力信号波形と比べて歪むことになる。従って、
この場合には、計算された各センサからの距離ｄａ〜ｄ
ｄは誤差を大きく含むことになり、幾何学的には何の意
味も持たなくなる。この様な状態において出力される座
標値から（１２）式に従って各センサまでの距離を逆算
すると、さきに説明したような状態が発生し振動ペンの
状態を判断することができる（図７において、歪んだ信
号波形により、たまたま誤差を含んでｄａ，ｄｂ（ａ
点）、及びｄｃ，ｄｄ（ｂ点）が検出された状態）。

【００５０】以上の説明は４個の振動センサを用いた場
合で説明したが、少なくとも３個の振動センサを用い、
Ｘ方向、Ｙ方向の座標値を異なる組合せのセンサで算出
すれば同様の効果が得られる。また、３個のセンサのう
ち、２個のセンサを用いて波の伝播時間に基づき計算さ
れる入力ペンと前述２個のセンサまでの距離を用いて、
入力ペンの位置を算出することも可能であり、この入力
ペンの位置から残り１個のセンサまでの距離を算出し、
前述の波の伝播時間に基づき計算される残り１個のセン
サまでの距離と比較することで判定することもできる。
また本実施例では、ペン先保護部材１３３及び筺体１３
１とが、振動伝達板８と線接触することにより波形が歪
み、検出位置の誤差が生じることを示したが、本実施例
は点で振動が入力される場合と、ある領域をもって振動
が入力される場合とを区別するものであり、筺体等の形
状等については特に規定されるものではない。

【００５１】＜座標出力のフローチャートの説明（図
８）＞次に、演算制御回路１のマイクロコンピュータ３
１による座標値の出力及びシステム制御信号を出力する
処理を、図８のフローチャートを参照して説明する。
尚、この処理を実行する制御プログラムはＲＯＭ３１ａ
に記憶されている。

【００５２】まずステップＳ１で、演算制御回路１より
振動子駆動回路２を駆動するためのスタート信号３８が
出力されると、振動子駆動回路２により振動ペン３の駆
動が開始される。このスタート信号３８によりタイマ３
３による計時が開始され、タイマ３３で所定時間（例え
ば座標を入力することができる有効エリア内において、
振動ペン３とセンサとの距離が最大となる位置に座標が
入力された際、その間を振動波が伝播するのにかかる時
間）が計時される以前に、各センサから振動伝達板８に
入射された振動の検出信号が出力されるとステップＳ３
に進む。ステップＳ３では、振動ペン３よりの振動が振
動伝達板８に入力されたと判断して、振動ペン３により
指示された位置と各センサまでの距離ｄａ〜ｄｄを計算
し、次にステップＳ４で、その指示された座標値（α，
β）を算出する。

【００５３】次にステップＳ５に進み、算出された振動
ペン３により指示された座標値（α，β）を基に、各セ
ンサまでの距離をそれぞれ逆算して求める。こうして距
離ｄａ’〜ｄｄ’が求まるとステップＳ６に進み、前述
のステップＳ３で算出された距離ｄａ〜ｄｄのそれぞれ
と比較する。ステップＳ６で、比較した値がそれぞれ等
しい場合はステップＳ７に進み、その座標値（α，β）
を確定された値として、Ｉ／Ｏポート３７を介してその
座標値を外部回路に出力し、スタートに戻る。一方、ス
テップＳ６で比較した値が異なる場合はステップＳ８に
進み、その座標値（α，β）を出力せず、システムを制
御する信号（例えばリセット信号等）を出力してステッ
プＳ１に戻る。尚、このシステムを制御する信号を出力
する場合は、前述の方法により振動ペン３が振動伝達板
８上に放置されていることを検出した場合であり、この
場合には例えば、不要な回路への電力供給を遮断するた
めに電源をカットする等の処理を実行させるため、例え
ば、システム上で動作しているプログラムをその処理の
ためのサブルーチン等に分岐させるための信号等であ
る。

【００５４】また図８のフローチャートには示されてい
ないが、座標値（α，β）を確定値として出力した際に
は、システム制御信号をリセットして通常の状態に戻し
てもよく、またステップＳ８における、システムを制御
する信号が何回出力されたか（ステップＳ８が何回実行
されたか）をカウントして、その計数値に基づいてシス
テムの状態を変更しても良いことは言うまでもない。

【００５５】尚、本発明は複数の機器から構成されるシ
ステムに適用しても、１つの機器からなる装置に適用し
ても良い。また、本発明はシステム或は装置に、本発明
を実施するプログラムを供給することによって達成され
る場合にも適用できることは言うまでもない。

【００５６】以上説明したように本実施例によれば、振
動入力ペン３が座標入力面である振動伝達板８上に放置
されているのか、それとも振動ペン３がオペレータによ
り操作されて、その振動伝達板８上で位置が指示されて
いるのかを判別することができる。その結果、例えば、
振動入力ペン３が振動伝達板８上に放置され、例えばオ
ペレータが位置を指示せず思考しているような場合等に
は、オペレータは特にスイッチを切る等といった動作
（アクション）をしなくても、不要な回路への電力供給
が遮断される等の処理が自動的に行われる。又、オペレ
ータが振動伝達板８上での位置指示操作を再開すると、
それまで電力供給が遮断されていた回路への電力供給が
自動的に再開され、通常の処理が行えるようになる。こ
うして、オペレータの思考を妨げることなく電力の浪費
を防ぐことができる。これは特に、システムが電池等の
バッテリで動作している場合には、使用時間を延ばすこ
とができる等、優れた効果が得られる。

【００５７】また振動ペン３が振動伝達板８上に放置さ
れていることを検知して、システム上で動作しているソ
フトウェア（アプリケーション・プログラム等）を他の
処理に分岐することも可能である。この様に、オペレー
タが座標位置を指示する振動入力ペン３を振動伝達板８
上の任意の場所に放置するというごく自然な動作だけ
で、システムの動作状態を変更することができる（スイ
ッチの役目を果たす）という優れた効果が得られる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、検
出された振動入力ペンの位置情報が有効か否かを判断で
きるようにして、実際の座標入力操作が行われているか
いないかを操作者が、座標を入力するためのペンを振動
伝達板上の任意の場所に放置するというごく自然な動作
だけで自動的に判断させることができる優れた効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の振動入力ペンの構造を示す断面図で
ある。

【図２】本実施例の座標入力装置の概略構成を示すブロ
ック図である。

【図３】本実施例の座標入力装置の演算制御回路の構成
を示すブロック図である。

【図４】本実施例の座標入力装置の信号波形検出回路に
おける信号処理のタイミングを示すタイミングチャート
である。

【図５】本実施例の信号波形検出回路の構成を示すブロ
ック図である。

【図６】座標位置算出のための説明図である。

【図７】振動ペンにより指示された位置と各センサとの
間の距離を算出する方法を説明する図である。

【図８】本実施例の座標入力装置の演算制御回路におけ
る座標値出力及びシステム制御信号の出力処理を示すフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１ 演算制御回路 ２ 振動子駆動回路 ３ 振動ペン ４ 振動子 ５ 振動伝達部材 ６ａ〜６ｄ センサ ７ 防振材 ８ 振動伝達板 ９ 信号波形検出回路 １０ ディスプレイ駆動回路 １１ ディスプレイ １２ ペン先 ３１ マイクロコンピュータ ３１ａ ＲＯＭ ３３ タイマ ３４ａ〜３４ｄ ラッチ回路 ３８ スタート信号 １３１ ペン筺体 １３３ ペン先保護部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 淳 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 吉村 雄一郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 兼子 潔 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動伝達板に入力された振動入力ペンか
   らの弾性波振動を基に、前記振動入力ペンにより指示さ
   れた前記振動伝達板上の座標位置を検出して出力する座
   標入力装置であって、 前記振動伝達板に設けられ、前記振動入力ペンより入射
   され前記振動伝達板を伝播した振動波を検出する少なく
   とも３個以上の複数のセンサと、 前記複数のセンサのそれぞれで検出された信号に基づい
   て前記複数のセンサのそれぞれと前記振動入力ペンまで
   の各距離を算出する算出手段と、 前記算出手段により算出された各距離に基づいて前記振
   動入力ペンの位置を検出する位置検出手段と、 前記位置検出手段により検出された前記振動入力ペンの
   位置より前記複数のセンサのそれぞれまでの距離を算出
   し、前記算出手段により算出された前記各距離と比較す
   ることにより、前記位置検出手段により検出された振動
   入力ペンの位置が有効か否かを判定する判定手段と、 前記判定手段により前記振動入力ペンの位置が有効であ
   ると判断された時に前記位置を示す座標情報を出力し、
   前記前記振動入力ペンの位置が有効でないと判断される
   と前記位置を示す座標情報を出力することなく無効であ
   ることを示す情報を出力する出力手段を有することを特
   徴とする座標入力装置。
2. 【請求項２】 振動伝達板に入力された振動入力ペンか
   らの弾性波振動を基に、前記振動入力ペンにより指示さ
   れた前記振動伝達板上の座標位置を検出して出力する座
   標入力方法であって、 前記振動伝達板に設けられ、前記振動入力ペンより入射
   され前記振動伝達板を伝播した振動波を検出する複数の
   センサのそれぞれで検出された信号に基づいて前記複数
   のセンサのそれぞれと前記振動入力ペンまでの各距離を
   算出する算出工程と、 その算出された各距離に基づいて前記振動入力ペンの位
   置を検出する工程と、 その検出された前記振動入力ペンの位置より前記複数の
   センサのそれぞれまでの距離を算出し、前記算出工程に
   より算出された前記各距離と比較することにより、前記
   振動入力ペンの位置が有効か否かを判定する工程と、 を有することを特徴とする座標入力方法。