JPH10320103A

JPH10320103A - 座標入力装置

Info

Publication number: JPH10320103A
Application number: JP12460397A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Yoshimura; 雄一郎吉村; Katsuyuki Kobayashi; 克行小林; Atsushi Tanaka; 淳田中; Hajime Sato; 肇佐藤; Ryozo Yanagisawa; 亮三柳澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-05-15
Filing date: 1997-05-15
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】発振源の入力姿勢に関係なく、精度の高い座
標検出が可能な座標入力装置を提供することを課題とす
る。【解決手段】振動発振源３からの板波振動が振動伝達
板８に複数設けた振動センサ６ａ〜６ｄ’により検出さ
れ、この振動伝達時間により発振源の位置座標が検出さ
れる。振動伝達板８の表面に設けられた振動センサ６ａ
〜６ｄは振動波の非対称波を高感度で検出し、側面に設
けられた振動センサ６ａ’〜６ｄ’は、対称波を高感度
で検出する。発振源の姿勢で対称波、非対称波の振幅が
変化するので、それを検出することにより発振源の姿勢
に応じていずれかの振動センサが選定され、選定された
センサが検出する板波の伝達速度で座標演算が行なわれ
る。このような構成では、発振源の振動伝達板に対する
入力姿勢に無関係に、高精度の座標入力が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、座標入力装置、更
に詳細には、発振源から振動伝達板上に入力された弾性
波振動の振動伝達時間から指示点座標を検出する座標入
力装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、振動伝達板に圧電素子等を内
蔵した振動ペンにより振動入力を行い、振動伝達板に設
けた複数のセンサにより入力点の座標を検出する座標入
力装置が知られている。

【０００３】従来の板状の振動伝達板を伝播する振動を
検出する座標入力装置は、主に携帯用、デスクトップ用
の手書き入力用、ポインティングデバイスとして用いら
れることが多く、サイズは中型、小型のものが考案さ
れ、従って、振動ペンの入力板である振動伝達板に対す
る角度は、図１２（ａ）に示すように、ポインタである
振動ペン３’を振動伝達板８に比較的垂直に近い立った
角度で用いられることを想定してハードウェア及びソフ
トウェアも開発されていた。しかし、上記座標入力装置
を上記のパーソナル用ではなく、会議等のプレゼンテー
ション用としてホワイトボードサイズのものを考えたと
き、座標を入力する者は、基本的に聴衆の方に向き、極
力身体が表示を遮らないようにするため、ポインター
（振動ペン、指示棒）をかなり振動伝達板に対してねか
せる必要がでてくる。これを従来の座標入力装置で実行
する場合、図１２（ｂ）に示すような振動ペン３’の角
度となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したよう
に、従来の振動伝達板に圧電素子等を内蔵した振動ペン
により振動入力を行い、振動伝達板に設けた複数のセン
サにより入力点の座標を検出する座標入力装置では、図
１２（ｂ）のような振動伝達板８に対して寝かせた角度
で振動ペン３’を用いることは想定しておらず、また、
図からみて明らかなように、振動ペンの形状から振動ペ
ンが振動伝達板に接触して振動が伝達するためには、寝
かせる角度にも限界がある。更に、厳密には、従来の振
動を検出する座標入力装置においては、振動ペンを大き
く傾けると、座標検出誤差が発生するという不都合があ
った。これは、上記振動を検出する座標入力装置におい
ては、板波を検出しているが、物理的に板波は振動入射
角に影響を受け、これが振動モードにより異なり検出振
動振幅が変動し、また、検出振動波形が変形することに
起因する。

【０００５】具体的には、例えば従来の振動を振動伝達
板の表面に振動センサを装着して検出する座標入力装置
において、比較的振動ペンを立てて（垂直９０゜近傍）
入力する場合には、板波の非対称波モードの基本モード
（以下Ａ０波という）を主に検出していた。しかし、従
来の装置においても４５°程度まで傾けると、板波の対
称波モードの基本モード（以下Ｓ０という）の検出波形
振幅の上記Ａ０波の検出波形振幅に対する比率が大きく
なり、誤検出の原因となっていた。従って、本発明の主
に対象とする上記のポインター（振動ペン、指示棒）を
かなり振動伝達板に対して寝かせる構成では、Ｓ０波
が、かなり大きくなってしまい、従来の単純に単一波の
Ａ０波（或は、振動センサ構成によってはＳ０波）のみ
を検出する構成では、検出誤差が発生し、精度の低下を
招くという問題が存在する。

【０００６】従って、本発明は、このような問題を解決
するためになされたもので、発振源の入力姿勢に関係な
く、精度の高い座標検出が可能な座標入力装置を提供す
ることを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、振動発振源からの板波振動を振動伝達
板に複数設けた振動センサにより検出し、この振動伝達
時間により前記発振源の位置座標を検出する座標入力装
置において、前記発振源から発生し振動伝達板を伝達す
る振動モードの異なる板波振動を弁別する手段と、弁別
された板波振動から振動モードを選定する手段と、選定
された振動モードの振動伝達に基づき発振源の位置座標
を演算する手段とを有する構成を採用している。

【０００８】このような構成では、発振源の入力姿勢に
従って支配している板波振動の振動モードが選定され、
選定された振動モードの振動伝達時間、伝達定数に基づ
き発振源の位置座標が演算されるので、振動ペン、指示
棒等の発振源の角度を振動伝達板に対して寝かせた場合
だけでなく、発振源の入射角度が垂直（９０°）から寝
かせた状態（０゜）まで広く変動する用途に対して、誤
差を生じさせない座標入力装置を提供することができ
る。従って、振動ペン（指示棒）を振動伝達板に対して
寝かせて入力する機会の多い、大型サイズの会議等のプ
レゼンテーション等の用途においても、高精度の座標入
力装置を提供することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
関わる実施の形態を詳細に説明する。

【００１０】（第１の実施形態）図１は本実施形態にお
ける座標入力装置の構造の特徴を最もよく表す図であ
る。図中１は装置全体を制御すると共に、座標位置を算
出し、更には、本発明の特徴である、基準点設定時の遅
延時間を取り込むタイミング等の制御を行う演算制御回
路である。２は振動子駆動回路であって、指示棒３内の
ほぼ球状の指示部材５を振動子４を介して振動させるも
のである。８はアクリルやガラス板等、透明部材からな
る振動伝達板であり、指示棒３による座標入力は、この
振動伝達板８をタッチすることで行なわれる。指示部材
５が、従来の振動ペンのペン先のように先端尾尖った形
状をしておらず、略球状の形状をしているのは、上記振
動伝達板８に対して、ほとんど平行に近いほどまで低角
度（０゜）に寝かせた状態でも振動伝達板８に接触し、
座標入力を可能とするためである。

【００１１】そして、この振動伝達板８の外周には、反
射した振動が中央部に戻るのを防止（減少）させるため
の防振材７が設けられ、又振動伝達板８の周辺部には圧
電素子等、機械的振動を電気信号に変換する８個の振動
センサ６ａ〜６ｄ’が角部に配置固定されている。これ
らの振動センサ６ａ〜６ｄ’は、振動伝達板８の４つの
角部に同一箇所に２個ずつ、１個は振動伝達板８の表面
に、１個は振動伝達板８の側面に装着される。その詳細
は、後述する。なお、図中Ａは、座標入力の有効領域で
ある。

【００１２】以上の振動センサ６ａ〜６ｄ’からの出力
信号は、図に示すような振動センサ６ａ〜６ｄ’近傍に
設けられた不図示の前置増幅回路へ送られ、ここで所定
のゲインで増幅された出力が各々信号波形検出回路９に
送られる。更に、各振動センサ６ａ〜６ｄ’に対応する
前記信号波形検出回路９の信号を演算制御回路１に送り
座標演算を行う。

【００１３】１１は液晶表示器、及び、その投射型表示
器等のドット単位の表示が可能なディスプレイ、或は、
ＣＲＴ、及び、その投射型表示器等であり、振動伝達板
の背後に配置している。そして、ディスプレイ駆動回路
１０の駆動により指示棒３によりなぞられた位置に表示
しそれを振動伝達板８（透明部材からなる）を透してみ
ることが可能になっている。ディスプレイは大型のホワ
イトボードサイズのものなら、他に、ＰＤＰ等の装置で
も良く、また、製品の用途によっては、必ずしもディス
プレイと一体型でなくてもよい。

【００１４】指示棒３に内蔵された振動子４は、図２に
図示したように、同じく指示棒３に内蔵された振動子駆
動回路２によって駆動される。振動子４の駆動信号は演
算制御回路１から低レベルのパルス信号として供給され
指示棒３内に格納された振動子駆動回路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。なお、
振動子駆動回路２は、図２の如く指示棒３内に格納せ
ず、別の位置に設けてもよい。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、指示部材
５を介して振動伝達板８に伝達される。

【００１５】ここで振動子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、振動子駆動の際、振動伝達板８に対して
図２の垂直方向に振動するモードが選択される。また、
振動子４の振動周波数を指示部材５を含んだ共振周波数
とすることで効率のよい振動変換が可能である。

【００１６】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
の表面の傷、障害物等の影響を受けにくいという利点を
有するが、振動入射角度によって、Ａ０波とＳ０波の検
出振動振幅が変動するいう問題点を有する。

【００１７】＜演算制御回路の説明＞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）に振動子駆動回路２を介して指示棒３内の振動子４
を駆動させる信号を出力すると共に、その内部タイマ
（カウンタで構成されている）による計時を開始させ
る。そして、指示棒３より発生した振動は振動センサ６
ａ〜６ｄ’迄の距離に応じて遅延して到達する。

【００１８】信号波形検出回路９は各振動センサ６ａ〜
６ｄ’からの信号を検出し、波形検出処理により一箇所
の２つの振動センサの組の内いずれか、つまり、６ａ〜
６ｄか、６ａ’〜６ｄ’かを選定し、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し、演算制御回路
１は各振動センサ６ａ〜６ｄ、或は、６ａ’〜６ｄ’の
信号を入力し、各振動センサ（詳細は後述する）までの
振動到達時間の検出を行い、振動センサの振動到達時間
を用いて、指示棒の座標位置を算出する。この波形検出
処理による選定は、後で詳述する。

【００１９】また演算制御回路１は、この算出された指
示棒３の位置情報を元にディスプレイ駆動回路１０を駆
動して、ディスプレイ１１による表示を制御したり、あ
るいはシリアル、パラレル通信によって外部機器に座標
出力を行なう（不図示）。

【００２０】図３は本実施形態の演算制御回路１の概略
構成を示すブロック図で、各構成要素及びその動作概略
を以下に説明する。

【００２１】図中３１は演算制御回路１及び本座標入力
装置全体を制御するマイクロコンピュータであり、内部
カウンタ、操作手順を記憶したＲＯＭ、そして計算等に
使用し基準点設定時の値を格納するＲＡＭ、定数・基準
点設定に関わる距離値等を記憶する不揮発性メモリ等に
よって構成されている。本発明においては、振動伝達速
度の異なる２つのモード（Ａ０波、Ｓ０波）の振動を基
に距離算出を行うため、振動伝達速度等の定数も各々の
振動モードの定数を予め格納しておく。

【００２２】３３は不図示の基準クロックを計時するタ
イマ（例えばカウンタなどにより構成されている）であ
って、振動子駆動回路２に指示棒３内の振動子４の駆動
を開始させるためのスタート信号を入力すると、その計
時を開始する。これによって、計時開始とセンサによる
振動検出の同期が取られ、各振動センサにより振動が検
出されるまでの遅延時間が測定できることになる。

【００２３】その他各構成要素となる回路は順を追って
説明する。

【００２４】信号波形検出回路９より出力される各振動
センサ６ａ〜６ｄ、或は、６ａ’〜６ｄ’よりの振動到
達タイミング信号は、検出信号入力回路３５を介してラ
ッチ回路３４ａ〜３４ｄに入力される。

【００２５】ラッチ回路３４ａ〜３４ｄのそれぞれは、
各振動センサ６ａ〜６ｄ、或は、６ａ’〜６ｄ’に対応
しており、対応するセンサよりのタイミング信号を受信
すると、その時のタイマ３３の計時値をラッチする。こ
うして、各振動センサ６ａ〜６ｄ、或は、６ａ’〜６
ｄ’の内、振動センサ全ての検出信号の受信がなされた
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にその旨の信号を出力する。

【００２６】ここで、マイクロコンピュータ３１には、
切り替えペンスイッチの信号が入力され、電源供給制御
回路、及び、上記判定回路３６への判定切り替え信号で
あるセレクト信号を出力する。

【００２７】判定回路３６には、マイクロコンピュータ
３１がこの判定回路３６からの信号を受信すると、ラッ
チ回路３４ａ〜３４ｄから各々の振動センサまでの振動
到達時間をラッチ回路より読み取り、所定の計算を行な
って、振動伝達板８上の指示棒３の座標位置を算出す
る。そして、Ｉ／Ｏポート３７を介してディスプレイ駆
動回路１０に算出した座標位置情報を出力することによ
り、例えばディスプレイ１１の対応する位置にドット等
を表示することができる。あるいはＩ／Ｏポート３７を
介しインターフェース回路に、座標位置情報を出力する
ことによって、外部機器に座標値を出力することができ
る。

【００２８】＜振動伝搬時間検出の説明（図４、図５）
＞以上は、演算制御回路の振動伝達遅延時間の計測ステ
ップの前段階で、前記波形検出処理により選定し、振動
センサ６ａ〜６ｄ、或は、６ａ’〜６ｄ’よりの振動到
達タイミング信号のいずれかの振動伝達遅延時間の計測
を行う例を示したが、以下、振動センサまでの振動到達
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の場合に
付いて説明するが、その他の振動センサ６ｂ〜６ｄ’に
ついても全く同じである。

【００３０】振動センサ６ａへの振動伝達時間の計測
は、振動子駆動回路２へのスタート信号の出力と同時に
開始することは既に説明した。この時、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
の信号４１によって、指示棒３から振動伝達板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をかけて進行した後、振動センサ６ａで検出
される。図示の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。

【００３１】この実施形態で用いられている振動は板波
であるため振動伝達板８内での伝播距離に対して検出波
形のエンベロープ４２１と位相４２２の関係は振動伝達
中に、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Ｖｇ、そして位
相４２２の位相速度をＶｐとする。この群速度Ｖｇ及び
位相速度Ｖｐから指示棒３と振動センサ６ａ間の距離を
検出することができる。但し、本発明の場合、前述の通
り振動モードにより群速度Ｖｇ及び位相速度Ｖｐが異な
るので、前記選定により、振動センサ６ａ〜６ｄと、６
ａ’〜６ｄ’のｔｇ、ｔｐに対しては、異なった定数を
用いる。

【００３２】まず、エンベロープ４２１にのみ着目する
と、その速度はＶｇであり、ある特定の波形上の点、例
えば変極点や図示４２１’で示す信号のようにピークを
検出すると、指示棒３及び振動センサ６ａの間の距離
は、その振動伝達時間をｔｇとして、ｄ＝Ｖｇ・ｔｇ（１）で与えられる。この式は振動センサ６ａの一つに関する
ものであるが、同じ式により他の３つの振動センサ６ｂ
〜６ｄ或は、６ａ’〜６ｄ’に対しても、指示棒３まで
の距離を同様にして表すことができる。

【００３３】更に、より高精度な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。

【００３４】エンベロープ信号４２１がある所定の信号
レベル４６を越える領域で信号４７を形成し、この信号
４７に対応する窓信号４４と位相信号４２２と比較する
ことにより、位相波形信号４２２の特定の検出点、例え
ば振動印加から、位相信号４２２が窓信号４４に入った
後のゼロクロス点までの時間をｔｐ（４５）とすれば、
振動センサと指示棒の距離は、ｄ＝ｎ・λｐ＋Ｖｐ・ｔｐ（２）となる。ここでλｐは弾性波の波長、ｎは整数である。

【００３５】前記（１）式と（２）式から上記の整数ｎ
は、ｎ＝［（Ｖｇ・ｔｇ−Ｖｐ・ｔｐ）／λｐ＋１／Ｎ］（３）と表される。

【００３６】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ｔｇ等の変動であれば、ｎを決定することができ
る。上記のようにして求めたｎを（２）式に代入するこ
とで、指示棒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。上述した２つの振動伝達時間ｔ
ｇおよびｔｐの測定のため信号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。

【００３７】図５は実施形態の信号波形検出回路９の構
成を示すブロック図である。

【００３８】図５において、振動センサ６ａの出力信号
は、前置増幅回路５１により所定のレベルまで増幅され
る。増幅された信号は、帯域通過フィルタ５１１により
検出信号の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
プのみが取り出される。エンベロープピークのタイミン
グは、エンベロープピーク検出回路５３によって検出さ
れる。ピーク検出回路はモノマルチバイブレータ等から
構成されたｔｇ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である信号ｔｇ（図４信号
４３）が形成され、演算制御回路１に入力される。

【００３９】一方、５５は信号検出回路であり、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４２
１中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
であり、パルス信号４７の最初の立ち上がりでトリガさ
れた所定時間幅のゲート信号４４を開く。５７はｔｐコ
ンパレータであり、ゲート信号４４の開いている間の位
相信号４２２の最初の立ち上がりのゼロクロス点を検出
し、位相遅延時間信号ｔｐ４５が演算制御回路１に供給
されることになる。尚以上説明した回路は振動センサ６
ａに対するものであり、他の振動センサにも同じ回路が
設けられている。

【００４０】＜回路遅延時間補正の説明＞前記ラッチ回
路によってラッチされた振動伝達時間は、回路遅延時間
ｅｔおよび位相オフセット時間ｔｏｆｆを含んでいる。
これらにより生じる誤差は、指示棒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。

【００４１】そこで、例えば図６の原点Ｏの位置から、
例えば振動センサ６ａまでの距離をＲ１（＝Ｘ／２）と
し、原点Ｏにて指示棒３で入力を行ない実測された原点
Ｏからセンサ６ａまでの実測の振動伝達時間をｔｇ
ｚ’、ｔｐｚ’、また原点Ｏからセンサまでの真の伝達
時間をｔｇｚ、ｔｐｚとすれば、これらは回路遅延時間
ｅｔおよび位相オフセットｔｏｆｆに関して、ｔｇｚ’＝ｔｇｚ＋ｅｔ（４）ｔｐｚ’＝ｔｐｚ＋ｅｔ＋ｔｏｆｆ（５）の関係がある。

【００４２】一方、任意の入力点Ｐ点での実測値ｔｇ’
ｔｐ’は同様に、ｔｇ’＝ｔｇ＋ｅｔ（６）ｔｐ’＝ｔｐ＋ｅｔ＋ｔｏｆｆ（７）となる。この（４）（６）、（５）（７）両者の差を求
めると、ｔｇ’−ｔｇｚ’＝（ｔｇ＋ｅｔ）−（ｔｇｚ＋ｅｔ）＝ｔｇ−ｔｇｚ（８）ｔｐ’−ｔｐｚ’＝（ｔｐ’＋ｅｔ＋ｔｏｆｆ）−（ｔｐｚ＋ｅｔ＋ｔｏｆｆ）＝ｔｐ−ｔｐｚ（９）となり各伝達時間に含まれる回路遅延時間ｅｔおよび位
相オフセットｔｏｆｆが除去され、原点Ｏの位置から入
力点Ｐの間のセンサ６ａ位置を起点とする距離に応じた
真の伝達遅延時間の差を求めることができ、前記（２）
（３）式を用いればその距離差を求めることができる。

【００４３】振動センサ６ａから原点Ｏまでの距離はあ
らかじめ演算制御回路１中の不図示の不揮発性メモリ等
に記憶してあり既知であるので、指示棒３と振動センサ
６ａ間の距離を決定できる。他のセンサ６ｂ〜６ｄにつ
いても同様に求めることができる。

【００４４】上記、原点Ｏにおける実測値ｔｇｚ’及び
ｔｐｚ’は、本発明の構成においては、出荷時にのみな
らず、出荷後の製品使用時においても、適宜、メモリに
記憶され、（２）、（３）式の計算の前に（８）（９）
式が実行され精度の高い測定ができる。

【００４５】＜座標位置算出の説明（図６）＞次に実際
に指示棒３による振動伝達板８上の座標位置検出の原理
を図６を用いて説明する。

【００４６】座標算出式は、３平方の定理から算出され
る。

【００４７】例えば、振動センサ６ａ、６ｂ、６ｃの３
個のセンサからの信号に基づいて計測を行なう場合、先
に説明した原理に基づいて、指示棒３の位置Ｐから各々
の振動センサ６ａ、６ｂ、６ｃの位置までの直線距離ｄ
ａ、ｄｂ、ｄｃを求めることができる。更に演算制御回
路１でこの直線距離ｄａ、ｄｂ、ｄｃに基づき、指示棒
３である図６の位置Ｐの座標（ｘ、ｙ）を次式のように
して求めることができる。

【００４８】ｘ＝（ｄａ＋ｄｂ）・（ｄａ−ｄｂ）／２Ｘ（１０）ｙ＝（ｄａ＋ｄｃ）・（ｄａ−ｄｃ）／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６ａ、６ｃ間の距離である。以上、６
ａ’〜６ｄ’に対しても同様であるが、構造上、６ａ〜
６ｄとまったく同一箇所に振動センサ６ａ’〜６ｄ’を
装着できない場合には、振動センサ６ａ’〜６ｄ’独自
の距離に基づき以下の演算を行う。

【００４９】以上のようにして指示棒３の位置座標をリ
アルタイムで検出することができる。

【００５０】上記第１の実施形態においては、振動セン
サの配置は上記に限られるものではなく、また、振動セ
ンサ総数も振動伝達板のサイズにより適宜加減させても
よく、更には、その中で座標算出に用いる振動センサの
数も２個以上であれば、上記３個に限られるものでもな
く、その振動センサ配置も上記に限られるものではな
く、例えば、上記全ての振動センサ６ａ〜６ｄを用いた
り、あるいは十字状に配置された辺中央の振動センサ４
個を用いてもよいことは、言うまでもない。

【００５１】＜波形検出処理による振動モード選定の説
明（図７〜１０）＞以下に、本発明の波形検出処理によ
る振動モード選定を説明するために、振動センサ６の振
動伝達板８における装着位置と各振動モードの検出波の
振幅（感度）との関係について説明する。図７に模式的
に示すように、板波の内、非対称波（Ａ）モードは、主
に横波つまり振動伝達板の厚み方向の振動振幅が大きい
ので、図８に示すように縦（厚み）方向振動子のセンサ
６を振動伝達板の表面に装着すると、非対称波であるＡ
０波が感度よく検出される。

【００５２】一方、対称波（Ｓ）モードは、図７に模式
的に示すように、主に縦波つまり振動伝達板の振動伝達
方向の振動振幅が大きいので、図９に示すように縦（厚
み）方向振動子のセンサ６を振動伝達板の側面に装着す
ると、非対称波のＡ０波の感度が減少し、対称波である
Ｓ０波の検出感度が大きくなる。実際の検出振動として
は、Ａ０波とＳ０波は、感度は異なるものの両方検出さ
れる。これを、上記振動センサ６の振動伝達板８におけ
る装着位置の場合のそれぞれの検出波形を概略示すと、
図８（ｂ）及び図９（ｂ）となる。

【００５３】但し、これは、図に矢印で示したように振
動伝達板に対してほぼ垂直に振動を入射した場合のこと
であって、図８（ｃ）及び図９（ｃ）に示すように、振
動伝達板に対して寝かせて振動を入射した場合には、上
記振動伝達板の振動伝達方向成分、つまり、Ｓ０波の振
動振幅が増大し、Ａ０波は減少し、図示のような検出波
形となる。従って、振動センサ６の振動伝達板８におけ
る装着位置が上記振動伝達板の表面か側面かいずれかで
検出波モードもＡ０かＳ０か一方のみの場合には、振動
入射角度によって、検出波形振幅が大きく変動し、誤検
出が発生する。

【００５４】図１０に、本発明の実施形態の振動センサ
の振動伝達板における装着構成を示す。振動センサ６ａ
は、振動伝達板８の表面に装着し、振動センサ６ａ’
は、側面に装着する。振動センサ６ｂ〜６ｄ’も同様で
ある。この構成により、常に前記図８と図９のいずれの
検出波も得ることができるが、その検出波が振動センサ
６ａからのものか、振動センサ６ａ’からのものかが信
号波形検出回路９において判別できるようになってい
る。

【００５５】即ち、信号波形検出回路９内に図８、図９
に示すような所定のしきい値Ｌ1〜Ｌ4を設けて検出波形
振幅をこれらのしきい値と比較し、振動モードを選定す
る選定手段とする。この選定手段により所定のレベルに
達した検出信号を採用し、振動伝達遅延時間の計測を行
う。各しきい値は、振動センサ６ａによるＡ０波検出と
振動センサ６ａ’によるＳ０波検出の少なくともいずれ
かの検出振幅レベルがしきい値を越えるように設定し、
また、距離による減衰曲線も考慮したものとする。

【００５６】＜演算制御回路の説明＞のところで述べた
ように、各振動センサ６ａ〜６ｄ’から検出された信号
は、信号波形検出回路９において上記しきい値と比較さ
れ、選定手段により一箇所の２つの振動センサの組の内
いずれか、つまり、６ａ〜６ｄか、６ａ’〜６ｄ’かを
選定し、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。例えば、Ａ０波が所定しきい値を越える
場合には、振動センサ６ａ〜６ｄが、またＳ０波が所定
しきい値を越える場合は、振動センサ６ａ’〜６ｄ’が
選定される。

【００５７】従って、指示棒の振動入射角が垂直からほ
とんど振動伝達板に平行な低角の広範囲において、誤検
出を招かない程度に振幅が十分大きいＡ０波かＳ０波の
いずれかが検出でき、その検出振動センサが６ａの場合
はＡ０であり、６ａ’の場合はＳ０であることが弁別で
きるので、その情報をもとに、演算制御回路１は、各振
動センサ６ａ〜６ｄの場合はＡ０の速度定数、６ａ’〜
６ｄ’の場合はＳ０の速度定数を用いて、各振動センサ
までの振動到達時間から距離を求め、指示棒の座標位置
を算出する。

【００５８】（第２の実施形態（図１１））本発明にお
ける全入射角において、Ａ０波、Ｓ０波のいずれかの振
動振幅の大きい方を検出し、しかも、Ａ０波とＳ０波の
弁別を行う他の実施形態として、特開平５−１９９４
６、及び、特願平６−４４２５で開示されている振動セ
ンサ６の振動伝達板８における装着位置構成（図１１）
を用いた場合を説明する。

【００５９】図のように、同一検出点につき２つの縦
（厚み）方向振動センサを振動伝達板を挟んで設ける
（６ａ、６ａ”）。表裏で同一検出点の２つの振動セン
サ６ａ、６ａ”の電極極性を振動伝達板側を−、反対側
を＋とした場合、図７から明らかなように、Ａ０波に関
しては、２つの振動センサ６ａ、６ａ”は逆位相になる
ため、差分をとることにより強められ（表裏で位置ずれ
要因がまったくないとすると理論的には２倍）、Ｓ０波
に関しては、２つの振動センサ６ａ、６ａ”は同位相に
なるため、加えることにより強められる（同じく、表裏
で位置ずれ要因がまったくないとすると理論的には２
倍）。従って、本実施形態においては、２つの振動セン
サ６ａ、６ａ”の信号出力の差分をとったものが振動セ
ンサを振動伝達板の表面に装着した場合に相当し、加え
たものが、側面に装着した場合に相当し、その後の処理
は、第１の実施形態と同じである。上記のように、理論
的には、不要振動モードは打ち消し合って０になるはず
であるが、実際には、振動センサ自体が波長に対して無
視できない寸法をもつことが多く、また、表裏での位置
ずれが加わるため、やはり、そのあとのしきい値による
選定は必要となる。

【００６０】（第３の実施形態）以上は、振動センサの
装着位置等により、振動伝達板を伝達するモードの異な
る板波振動を弁別し、選定する構成を示したが、振動セ
ンサの装着位置等は従来のままで、検出信号及び演算処
理において振動伝達板を伝達するモードの異なる板波振
動を弁別し、選定してもよい。

【００６１】本実施形態では、前記モードの異なる板波
振動それぞれに対応する異なる伝達速度等の定数を予め
記憶する手段、及び、前記振動伝達板に振動センサを３
箇所以上設け、上記振動センサ３箇所以上の中から２箇
所の振動センサの組を複数つくり、その組ごとで座標演
算し、その結果を各々比較する際に、上記伝達速度の異
なる２つの伝達速度等の定数で２回計算させ、その上記
比較した座標演算結果が一致する伝達速度定数の演算結
果を用いる。つまり、指示棒の振動入射角が垂直に近く
大きい場合には、Ａ０波が検出され、振動入射角が寝て
くるに従いＳ０波が検出されるが、いずれの場合におい
てもＡ０波とＳ０波の二つの速度定数で演算させる。こ
の際、前記実施形態と同様に、取り込む際の振動モード
が、振動センサごとに異なることの無いように、距離減
衰等の他のレベル変動要因をキャンセルする手段を備え
ることが望ましい。

【００６２】また、上記演算方法は、従来特願昭６３−
１５９８９に開示されている手法で判断してもよい。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、振動
伝達板を伝達する異る振動モードが弁別されて選定さ
れ、その選定された振動モードの振動伝達に基づいて座
標演算が行なわれるので、発振源（振動ペン、指示棒
等）の振動伝達板に対する入力姿勢に無関係に、高精度
の座標入力が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の座標入力装置の全体構成を示す構成図
である。

【図２】指示棒の構成を示す構成図である。

【図３】演算制御回路の内部構成を詳細に示すブロック
図である。

【図４】信号処理のタイムチャートである。

【図５】信号波形検出回路の詳細な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】２種類の板波の振動モードを説明する説明図で
ある。

【図８】振動センサを振動伝達板の表面に取り付けたと
きの検出波形を示す説明図である。

【図９】振動センサを振動伝達板の側面に取り付けたと
きの検出波形を示す説明図である。

【図１０】本発明の１実施形態による振動センサの取り
付けを示す説明図である。

【図１１】本発明の他の実施形態による振動センサの取
り付けを示す説明図である。

【図１２】従来の振動ペンの入力角度を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１演算制御回路２振動子駆動回路３指示棒４振動子５指示部材６ａ〜６ｄ’ 振動センサ７防振材８振動伝達板９信号波形検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤肇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)発明者柳澤亮三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

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動発振源からの板波振動を振動伝達板
に複数設けた振動センサにより検出し、この振動伝達時
間により前記発振源の位置座標を検出する座標入力装置
において、前記発振源から発生し振動伝達板を伝達する振動モード
の異なる板波振動を弁別する手段と、弁別された板波振動から振動モードを選定する手段と、選定された振動モードの振動伝達に基づき発振源の位置
座標を演算する手段と、を有することを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】前記振動モードを選定する手段が、振動
センサの検出信号の振動振幅を比較して振動モードを選
定することを特徴とする請求項１に記載の座標入力装
置。
【請求項３】前記異る振動モードが対称波モードと非
対称波モードであることを特徴とする請求項１または２
に記載の座標入力装置。
【請求項４】前記振動モードの異なる板波振動を弁別
する手段は、振動伝達板の同一検出点の表面と側面にそ
れぞれ設けた振動センサであり、表面に設けた振動セン
サから非対称波モードの振動が、側面に設けた振動セン
サから対称波モードの振動が弁別されることを特徴とす
る請求項３に記載の座標入力装置。
【請求項５】前記振動モードの異なる板波振動を弁別
する手段は、振動伝達板の同一検出点の表面と裏面にそ
れぞれ設けた振動センサであり、各振動センサの信号の
差分あるいは和をとることにより振動モードが弁別され
ることを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
【請求項６】振動発振源からの板波振動を振動伝達板
に設けられた３個以上の振動センサにより検出し、この
振動伝達時間により前記発振源の位置座標を検出する座
標入力装置において、前記振動センサの所定の一組で検出された振動伝達時間
と板波振動の第１と第２の振動モードに対応する演算定
数とからそれぞれ発振源の位置座標を演算する手段と、前記振動センサの他の組で検出された振動伝達時間と板
波振動の第１と第２の振動モードに対応する演算定数と
からそれぞれ発振源の位置座標を演算する手段とを設
け、前記演算された位置座標を比較して一致する演算定数の
演算結果から位置座標を検出することを特徴とする座標
入力装置。