JPH0758456B2 - 座標入力装置 - Google Patents

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］ 従来より、手書き文字や図形などをコンピュータなどの
処理装置に入力する装置として、各種入力ペンおよびタ
ブレットを使用した座標入力装置が知られている。その
中で超音波振動を利用した座標入力装置として、入力ペ
ンから振動伝達板に伝達される超音波振動の伝播時間を
検出し、入力ペンの座標位置を検出する座標入力装置と
しては、第４図に示すような構成のものが考案されてい
る。

振動ペン143は弾性波を伝える振動伝達板146の中に弾性
波を発生させるためのペンで、振動発生圧電素子（振動
子）142を内部に有している。また、符号141はこのペン
の駆動回路である。符号144は振動伝達板146を伝わって
くる弾性波を検出するための圧電素子から成る振動セン
サである。符号145は振動伝達板146端面での反射を防止
する防振材である。

次に第５図において、符号149はペン駆動波形である。
符号150はセンサにおける検出波形で、各センサごとに
第４図の前置増幅回路130〜132によって所定のゲインで
増幅された後、振動波形検出回路133、134、135に入力
される。振動波形検出回路では第５図のエンベロープ波
形153を抽出し、エンベロープのピーク点151および前記
ピーク点後最初の検出波形のゼロクロス点152を検出
し、検出信号を第４図のラッチ回路136、137、138に入
力する。ラッチ回路では駆動信号と同期してスタートさ
れている計時カウンタ139の計時結果を前記検出信号に
よってラッチし、第５図の位相遅延時間tp、および群遅
延時間tgとして制御装置140に出力する。制御装置では
前記tp、tgをもとに、以下の計算によってペン入力位置
Ｐ（ｘ、ｙ）の座標を検出する。

第６図は第４図の振動センサ144の配置を模式的に示し
ている。第６図において、振動センサ位置S0とS1、S2の
距離をrx、ry、S0、S1、S2とＰ（ｘ、ｙ）の距離をd0、
d1、d2、あらかじめ測定された弾性波の位相速度をVpと
して で与えられる。ここでτ０、τ１、τ２は前記tp、およ
びあらかじめ測定された弾性波の周波数をｆとおくと、 で表される（添字ｉ＝０〜２はセンサを示す）。

上式のｎはあらかじめ測定された弾性波の群速度Vgおよ
び上記tgより で与えられる整数となる（INT［ ］は整数化を示
す）。

従って、従来では第５図のエンベロープ波形153を作
り、tgi、tpiを測定することによって座標値を算出して
いた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記実施例では伝達振動の検出点での周
波数を知る手段がなく、あらかじめ別の手段によって測
定された周波数によって算出された定数として扱ってい
たため、実際に振動伝達板内を伝わる弾性波の周波数が
変化した時には検出座標（ｘ、ｙ）と実際の入力点の座
標の間にずれを生じることがあった。

［問題点を解決するための手段］ 上記の問題を解決するため、本発明では、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、前記振動伝達板に伝
達される振動の伝達時間を測定する伝達時間測定手段
と、前記振動伝達板に伝達される振動のゼロクロス点の
時間間隔から周期を測定する周期測定手段と、前記伝達
時間測定手段と前記周期測定手段により測定された振動
伝達時間および周期を用いて前記振動伝達板上での振動
ペンによる振動入力点の座標を導出する導出手段を設け
た構成を採用した。

［作 用］ 以上の構成によれば、座標演算を行なう場合、従来のよ
うに固定値の振動周波数を用いず、実際に測定した振動
周期に基づき座標演算を行なうので、より正確な座標検
出処理が可能になる。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明
する。

第１図は本発明を採用した情報入力装置の構造を示して
いる。第１図の情報入力装置は振動伝達板122からなる
入力タブレットに振動ペン118によって座標入力を行な
わせるものである。

第１図において符号122はアクリル、ガラス板などから
成る振動伝達板で、振動ペン118から伝達される振動を
その角部に３個設けられた振動センサ123に伝達する。
本実施例では振動ペン118から振動伝達板122を介して振
動センサ123に伝達された超音波振動の伝達時間および
振動周期を計測することによって振動ペン118の振動伝
達板122上での座標を検出する。

振動伝達板122は振動ペン118から伝達された振動が周辺
部で反射されて中央部の方向へ戻るのを防止するために
その周辺部分をシリコンゴムなどから構成された反射防
止材121によって支持される。

振動伝達板122に超音波振動を伝達させる振動ペン118は
内部に圧電素子などから構成した振動子119を有してお
り、振動子119の発生した超音波振動を先端が尖ったホ
ーン部120を介して振動伝達板119に伝達する。

振動ペン118に内蔵された振動子119は振動子駆動回路11
7によって駆動される。振動子119の駆動信号は制御回路
116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117によって所
定のゲインで増幅された後、振動子119に印加される。

電気的な駆動信号は振動子119によって機械的な超音波
振動に変換され、ホーン部120を介して振動板122に伝達
される。

振動子119の振動周波数はアクリル、ガラスなどの振動
伝達板122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122に対して
垂直方向に振動子119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119の振動周波数を振動子1
19の共振周波数とすることで効率のよい振動変換が可能
である。

上記のようにして振動伝達板122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122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。

また、第１図において振動伝達板122を角部に設けられ
た振動センサ123も、圧電素子などの機械／電気変換素
子によって構成される。３つの振動センサ123の各々の
出力信号は前置増幅回路100、101、102に入力され、所
定のゲインで増幅された後、各々振動波形検出回路10
5、108、111および遅延回路104、107、110に入力され
る。

振動波形検出回路は、第２図に示すように構成される。

第２図は振動波形検出回路の１つの系統についてのみ示
している。第２図において前置増幅回路100より入力さ
れた信号はエンベロープ検出回路205に入力され、検出
信号のエンベロープのみが取り出される。抽出されたエ
ンベロープのピークのタイミングはエンベロープピーク
検出回路204によって検出される。ピーク検出信号はモ
ノマルチバイブレータなどから構成された信号検出回路
203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が形成され、ラッチ回路113に入力される。

また、このTg信号と遅延時間調整回路200によって遅延
された元信号から、コンパレータ検出回路206によって
位相遅延時間検出信号Tpが形成され、ラッチ回路113に
入力される。

以上に示した回路は振動センサ123の１つ分のもので、
他のそれぞれのセンサに対しても同じ回路が設けられ
る。センサの数が一般化してｈ個とすると、エンベロー
プ遅延時間Tg0〜（ｈ−１）、位相遅延時間TP0〜（ｈ−
１）のそれぞれｈ個の検出信号がラッチ回路に入力され
る。

再び第１図において、ラッチ回路113〜115では上記の検
出信号Tg0〜２を各々トリガとして、計時回路112の計時
値をラッチ回路113〜115に取り込む。計時回路112は振
動ペンの駆動と同期してスタートされているので、ラッ
チ回路113〜115には各々のセンサの振動波形のエンベロ
ープおよび位相のそれぞれの遅延時間を示すデータが取
り込まれる。

一方、前置増幅回路100〜102からの出力信号は、上記振
動波形検出回路とは別に遅延回路104、107、110に入力
され、各振動波形検出回路によって処理に必要な時間と
同等な時間だけ遅延された後、振動周期測定回路103、1
06、109に入力される。

第３図は振動周期検出回路を示すブロック図で、３系統
のうちの１系統を示している。遅延回路110から入力さ
れた検出波形はコンパレータ301に入力され、波形の振
幅の中心をゼロ基準とした時に検出波形が負の側から増
加してゼロ線を横切るタイミングを検出する。

この検出信号は、ゼロクロス信号としてカウンタ302と
ワンショットパルス発生回路303に入力される。カウン
タ302は入力信号の振動周期に比べて充分に速い発振を
元にカウンタを動作させてカウント動作を行なうもので
ある。該カウンタはコンパレータ301から入力されるゼ
ロクロス信号によってカウント値をクリアし、ゼロから
カウントアップを始める。

また、カウント値はラッチ回路304に常に出力されてい
る。ワンショットパルス発生回路303ではコンパレータ3
01の出力によってカウント値をラッチ回路304にラッチ
するためのパルス信号を生成する。以上の動作によっ
て、入力信号が負の側から増加してゼロ線を横切るごと
の時間、すなわち振動周期がラッチ回路304に次々にラ
ッチされる。

このラッチ回路304の出力は、ラッチ回路305に入力され
ており、ラッチ回路305では、この系統の位相遅延時間
検出信号Tpをトリガとしてラッチ回路304の出力をラッ
チする。

このラッチ回路305の出力は制御装置116に出力される。
このカウント値は検出信号の位相検出時の振動周期なの
で、逆数を制御装置116で求め、振動検出信号の周波数f
2を求めることができる。同様に他のセンサに関する検
出信号のf1、f0も求めることができる。

以上の方法で求められたTgi、Tpiおよびfiから、以下の
計算を制御装置116で行なうことによって座標を決定す
る。

ただしINTは整数化、Vgは群速度、Vpは位相速度、ｉは
各センサの番号、本実施例では０〜２となる。上記ｎよ
り距離diとリニアな関係にある見かけ上の位相遅延時間
τｉは、diをペンとセンサ間の距離として と示され、このτｉより座標値を求めるが、前記第６図
においてS0とS1の距離をrx、S0とS2の距離をryとして、
次式によって算出される。

この式によって算出された座標値は、座標検出点におけ
る周波数をもとに算出されたものとなる。

以上説明したように、振動伝達板を伝播する振動波の実
測値を用いて上記振動ペンの座標を計算することによっ
て、誤差の少ない正確な座標検出が可能となる。

［発明の効果］ 以上の説明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に複数設けられた
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、前記振動伝
達板に伝達される振動の伝達時間を測定する伝達時間測
定手段と、前記振動伝達板に伝達される振動のゼロクロ
ス点の時間間隔から周期を測定する周期測定手段と、前
記伝達時間測定手段と前記周期測定手段により測定され
た振動伝達時間および周期を用いて前記振動伝達板上で
の振動ペンによる振動入力点の座標を導出する導出手段
を設けた構成を採用しているので、座標演算を行なう場
合、従来のように固定値の振動周波数を用いず、実際に
測定した振動周期に基づき座標演算を行なうので、より
正確な座標検出処理が可能とな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ブロック図、
第２図は第１図の波形検出回路のブロック図、第３図は
第１図の振動周期測定回路のブロック図、第４図は従来
の超音波式座標入力装置のブロック図、第５図は駆動波
形と検出波形を示す波形図、第６図はペンとセンサの距
離関係を示した説明図である。 100〜102……前置増幅回路 105、108、111……振動波形検出回路 103、106、109……振動周期測定回路 116……制御回路 117……振動子駆動回路 118……振動ペン 122……振動伝達板 123……センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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、 前記振動伝達板に伝達される振動の伝達時間を測定する
   伝達時間測定手段と、 前記振動伝達板に伝達される振動のゼロクロス点の時間
   間隔から周期を測定する周期測定手段と、 前記伝達時間測定手段と前記周期測定手段により測定さ
   れた振動伝達時間および周期を用いて前記振動伝達板上
   での振動ペンによる振動入力点の座標を導出する導出手
   段を設けたことを特徴とする座標入力装置。