JP2612055B2

JP2612055B2 - 座標入力装置

Info

Publication number: JP2612055B2
Application number: JP28386188A
Authority: JP
Inventors: 潔兼子; 克行小林; 武志鴨野; 亮三柳沢; 信之介谷石; 雄一郎吉村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-11-11
Filing date: 1988-11-11
Publication date: 1997-05-21
Anticipated expiration: 2012-05-21
Also published as: JPH02130612A

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に関し、特に振動ペンにより入
力した振動を伝動伝達板に設けた複数の振動センサによ
り検出して該振動ペンの振動伝達板上における座標を検
出する座標入力装置に関する。

［従来の技術］この種の装置では群速度に基づく振動伝達時間と位相
速度に基づく振動伝達時間との関係により入力点からの
正確な距離が求められる。従来は、群速度による振動伝
達時間の検出タイミングを基準として位相速度による振
動伝達時間の検出を行なつていた。

［発明が解決しようとする課題］しかし、一般に検出信号から群速度の特徴点（例えば
エンベロープ信号のピーク点）を捕えようとすると、現
実には特徴抽出のための方式上必然的な時間的遅れを生
じ、位相速度による検出との整合がとれない。また時間
的遅れが生じると反射波等の影響を受け易くなる。

一方、位相信号検出系に適当な遅延回路を挿入して位
相信号の検出を遅らせようとすると回路が複雑化し、コ
ストアツプにつながる。

本発明は上述した従来技術の欠点を除去するものであ
り、その目的とする所は、簡単な構成で正確な入力点座
標を求められる座標入力装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成すために、本発明の座標入力装置は、
振動ペンより入力した振動を伝動伝達板に設けた複数の
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
における座標を検出する座標入力装置であって、群速度
に基づく遅延時間を検出する群遅延時間検出手段と、前
記群遅延時間検出手段とは異なり、前記群遅延時間検出
手段による遅延時間の検出より先に位相速度に基づく遅
延時間を検出する位相遅延時間検出手段と、前記群遅延
時間検出手段と位相遅延時間検出手段とによる検出結果
に基づいて、座標を算出する算出手段とを有することを
その概要とする。

また好ましくは、前記群遅延時間検出手段は、前記振
動センサの検出信号の包絡線信号を出力し、該出力され
た包絡線信号の所定点を検出して、当該所定点を基準と
して群遅延時間を検出する。

また好ましくは、前記位相遅延時間検出手段は、前記
振動センサの検出信号のあらかじめ定められた閾値を越
える部分を検出してゲート信号を出力し、該出力された
ゲート信号期間中の、前記振動センサの検出信号の立上
りを基準として位相速度に基づく位相遅延時間を検出す
る。

また好ましくは、前記ゲート信号は、増幅回路の出力
信号である。

［作用］かかる構成において、群遅延時間検出手段は、群速度
に基づく遅延時間を検出し、位相遅延時間検出手段は、
前記群遅延時間検出手段が群速度の基づく遅延時間を検
出するより先に、位相速度に基づく遅延時間を検出す
る。座標算出手段は、前記群遅延時間検出手段と、位相
遅延時間検出手段による検出結果に基づいて振動ペンの
座標を算出する。

［実施例の説明］以下、添付図面に従つて本発明による実施例の詳細に
説明する。

第１図は実施例の座標入力装置のブロツク構成図であ
る。図において、３は振動ペンであり、使用者が手に持
つて振動伝達板８上の位置に座標入力を行う。即ち、該
振動ペン３は内部に圧電素子等から成る振動子４を有し
ており、該振動子４が発生する超音波振動を先端の尖つ
たホーン部５を介して振動伝達板８に伝達する。２は振
動子駆動回路であり、振動子４をパルス駆動する。８は
振動伝達板であり、例えばアクリル板、ガラス板等から
成つている。該振動伝達板８は振動ペン３から受けた超
音波振動をその角部に設けられた圧電素子等から成る振
動センサ6a〜6cに伝達する。７は反射防止材であり、例
えばシリコンゴム等から成つている。反射防止材７は振
動伝達板８を支持すると共に、該振動伝達板８を伝搬し
た超音波振動がその周辺部で反射して中央部の方向に逆
戻りするのを防止する。９は信号波形検出回路であり、
夫々の振動センサ6a〜6cが検出した超音波振動の検出信
号に応じて対応する検出タイミング信号を出力する。１
は演算・制御回路であり、装置の主制御及び入力座標の
演算を行う。即ち、振動子駆動回路２に超音波パルス信
号を送ると共に、内部タイマをスタートさせ、かつ信号
波形検出回路９から入力した各検出タイミング信号に基
づいて前記パルス信号を送つた時点から夫々の振動セン
サ6a〜6cに振動が伝わるまでの振動伝達時間を検出し、
該検出した振動伝達時間情報に基づき振動ペン３の振動
伝達板８上での入力座標（x,y）を求める。

こうして求めた入力座標（x,y）は更に演算・制御回
路１によつて様々に利用される。即ち、演算・制御回路
１は求めた入力座標（x,y）に基づきデイスプレイ駆動
回路10を介して表示器11′の出力動作を様々に制御す
る。

このため、振動伝達板８は、好ましくはCRTや液晶表
示器等のドツト表示可能な表示器11′上に重ねられ、例
えば振動ペン３によりなぞられた位置にドツト表示を行
う。即ち、振動ペン３の位置に対応した表示器11′上の
位置にドツト表示が行われ、振動ペン３を動かせば、点
や線等の要素により構成される画像があたかも紙に書い
たように振動ペン３の軌跡に従つて現れる。あるいは表
示器11′上にメニユー表示を行い、振動ペン３によりそ
のメニユー項目を選択させたり、プロンプトを表示させ
て所定の位置に振動ペン３を接触させる等の入力方式を
用いることもできる。

第２図は実施例の振動ペン３の構造を示す図である。
尚、第１図と同一構成には同一番号を付してある。図に
おいて、演算・制御回路１からは低レベル（例えば5V
等）の超音波パルス信号が送られる。振動子駆動回路２
は、出力の低インピーダンス駆動が可能な回路であり、
低レベルの入力パルス信号を所定ゲインで増幅して振動
子４に印加する。振動子４は電気的駆動信号を機械的超
音波振動に変換し、該超音波振動はホーン部５を介して
振動伝達板８に伝達される。振動子４の振動周波数はア
クリル板やガラス板等から成る振動伝達板に板波を発生
させることができる範囲で選択される。また振動子４を
駆動する際には、該振動子４が振動伝達板８の面に対し
て主に垂直方向に振動するような振動モードが選択され
る。また振動子４の振動周波数を振動子４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。かよう
にして振動伝達板８に伝えられる弾性波は板波であるか
ら、表面波に比して伝動伝達板８表面の傷、障害物等の
影響を受けにくいという利点が有る。

第３図は実施例の演算・制御回路１のブロツク構成図
である。図において、11はマイクロコンピユータ（CP
U）であり、各種の演算及び制御を行う。11aはCPU11が
実行するプログラムを記憶しているROM、11bはCPU11が
ワークエリアとして使用するRAMである。12は駆動信号
発生回路であり、CPU11からのスタート信号に同期し
て、振動子駆動回路２に対する所定周波数の駆動パルス
信号を出力する。また、CPU11からのスタート信号はタ
イマカウンタ13による計数動作を開始させる。

一方、信号波形検出回路９は各振動センサ6a〜6cの検
出出力をキヤツチして振動伝達時間を計測するための各
種の検出タイミング信号（タイミングパルス信号）を出
力する。これらの信号は、例えば振動センサ６の個数を
一般化してｈ個とすると、後述するエンベロープ信号の
検出タイミング信号t_g1〜t_gh及び位相信号の検出タイミ
ング信号t_p1〜t_phを言う。これらの検出タイミング信号
は検出信号入力ポート15にパラレル入力する。14はラツ
チ回路であり、各検出タイミング信号の入力に応じてカ
ウンタ13の内容（振動伝達時間）をラツチし、各振動セ
ンサ6a〜6cに対応する記憶領域に保持する。16は判定回
路であり、全振動センサからの検出タイミング信号が入
力されたか否かを判定し、入力された時はその旨をCPU1
1に報知する。これによりCPU11は各振動センサ6a〜6cに
関する全振動伝達時間に基づき振動ペン３が置かれた座
標（x,y）の演算を行う。17はI/Oポートであり、外部回
路である所の例えば表示器11′の制御はこのI/Oポート1
7を介して行われる。尚、実施例の回路遅延時間、最大
伝達遅延時間等により決定される最大時間を過ぎても判
定回路16からの報知信号が無い時はCPU11は演算を行わ
ずにリセツト信号を出力して上記動作を繰り返す。

第４図は実施例の振動伝達の態様を説明するタイミン
グチヤートである。図において、信号41は駆動信号発生
回路12が発生した超音波パルス信号であり、数発のパル
スよりなる。これに従つて振動子４が超音波振動し、該
超音波振動はホーン部５を介して振動伝達板８に伝わ
る。更にこの超音波振動は振動伝達板８を伝わり、夫々
の振動センサ6a〜6cに検出される。信号42は振動センサ
６が検出した信号波形であり、振動伝達の距離に応じた
分だけ遅れている。実施例の板波は分散性の波であり、
検出波形から抽出したエンベロープ信号421と位相信号
（検出波形）422との相対関係は振動の伝達距離に応じ
て変化する。今、エンベロープ信号421の進む速度を群
速度V_g、位相信号422の進む速度を位相速度V_pとする
と、振動ペン３と各振動センサ6a〜6c間の距離は群速度
V_g、位相速度V_pに基づいて基まる。

まずエンベロープ信号421にのみ着目する。群速度V_g
による伝搬の検出はエンベロープ信号421上のある特徴
点、例えばピーク点の到着を検出することで行う。こう
するとエンベロープ信号421のピーク点を検出するとい
う方式上から特徴点の検出は少なくとも位相信号422の
１波長分遅延することになる。信号43はピーク点の検出
タイミング信号であり、パルス信号41の発生時からピー
ク点検出までの時間t_gは実測の振動伝達時間である。ま
た群速度V_gは既知であるから、振動ペン３と各振動セン
サ6a〜6c間の距離ｄは（１）式で求まる。

ｄ＝V_g・t_g …（１）また、振動ペン３の位置検出精度（タブレツト解像
度）を高める時は位相信号422の検出に基づく処理を加
味する。一例として、位相信号422上のある特定点、即
ちパルス信号41の発生時点からエンベロープ信号421に
ついての前記ピーク検出後の最初の立ち上がりのゼロク
ロス点（信号44）までの時間t_p（信号45）を検出して、
信号ペン３と各振動センサ6a〜6c間の距離を（２）式で
求めることができる。

ｄ＝ｎ・λ_ｐ＋V_p・t_p …（２）ここで、λ_p:弾性波の波長 n:整数整数ｎは（１）及び（２）式から（３）式で求まる。

ここで、記号［］はガウス記号である。またＮは
“0"以外の実数であり、適当な数値を用いる。例えばＮ
＝２とすれば、エンベロープの検出精度が±1/2波長以
内であればｎを決定できる。こうして（３）式で求めた
ｎを（２）式に代入して正確な距離ｄを求める。

しかし、上述の如くエンベロープ信号421のピーク検
出には少なくとも位相信号422の１波長以上の遅延時間t
_eを含むから、エンベロープ信号は実質421′の如く遅れ
たことになり、これを位相信号検出の基準とするのは好
ましくない。そこで位相信号の検出方法を工夫する。

第５図は実施例の信号波形検出回路のブロツク構成図
である。図において、51は前置増幅回路であり、振動セ
ンサ６の出力信号を所定レベルまで増幅する。52はエン
ベロープ検出回路であり、増幅された信号からエンベロ
ープ信号を取り出す。53はエンベロープピーク検出回路
であり、エンベロープ信号のピークを検出して、その検
出タイミングでt_g信号検出回路54をトリガする。t_g信号
検出回路54は例えばモノマルチバイブレータ回路で構成
される。演算・制御回路１はt_g検出パルス信号43を受信
したタイミングにおけるカウンタ13の出力に基づき群速
度V_gによる振動伝達時間t_gを得る。

一方、55は信号検出回路であり、前置増幅回路51で増
幅された信号のうちの所定レベルのスレツシヨルド信号
46を超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、最初のパルス信号47の立ち
上りでトリガされた所定時間幅のゲート信号48を開く。
57はt_gコンパレータであり、ゲート信号48が開いている
間の検出信号42の最初の立ち上りのゼロクロス点を検出
して時間t_p′の検出信号49を出力する。この時間t_p′は
エンベロープ信号の検出とは無関係に検出されたもので
ある。演算・制御回路１は最初の検出パルス信号49の発
生タイミングにおけるカウンタ13の出力に基づき位相速
度V_pによる伝達時間t_p′を求める。かかる波形検出回路
の構成は振動センサ6a〜6cの系毎に設けられており、も
つて座標入力点から各振動センサ6a〜6cまでの正確な距
離が求められる。

ところで、かかる方式では振動ペン３による筆圧、振
動伝達距離等による検出信号422のレベル変化も考慮し
なくてはならない。即ち、上記の如くスレツシヨルド信
号46のレベルを固定したので、検出信号422のレベルが
変化すると最初の検出パルス信号47の発生位置も変化す
る。例えば信号42aの検出をミスした場合は時間t_p′の
検出信号49は１波長分遅れてしまう。しかし、この遅れ
は常に１波長の整数倍数で起こる。そこで、演算・制御
部１でこの遅れを補正する。例えば時間t_gの検出信号43
に対して２波長以内の時間にt_p′の検出信号49が検出さ
れた時は該時間t_p′の検出信号49をそのまま使用する。
しかし２波長以上のずれがある時は時間t_gの検出信号43
に対して２波長以内の時間になるように補正する。即
ち、実際に検出した時間t_p′に対して波長の整数倍を加
えた値が前記２波長以内の時間に含まれるように補正
し、結果の時間t_p′を演算に使用する。

尚、上記補正は２波長以内で判断したが、１波長又は
３波長としてもよい。

演算・制御部１は各検出タイミング信号t_g1〜t_gh及び
t_p1〜t_phに従い、カウンタ13の内容をラツチ回路14に取
り込む。CPU11はこれらの値により（２）式及び（３）
式に従つて振動ペン３と各振動センサ間の距離d₁〜d_hを
求める。尚、振動センサの数は２個以上であれば任意で
ある。

第６図は実施例の座表演算処理を説明する図である。
図において、振動伝達板８の角部には３つの振動センサ
6a〜6cが設けられており、各振動センサの座標は6a＝S₁
（０、０）,6b＝S₃（0,Y）,6c＝S₂（X,0）とする。そし
て３平方の定理に従えば、入力点Ｐの座標（x,y）は
（４）式及び（５）式で求まる。

上述の動作を繰り返す事により、入力座標をリアルタ
イムに検出できる。

尚、上述実施例では時間t_gの検出はエンベロープ信号
のピーク点としたがこれに限らない。他にも例えばエン
ベロープ信号を２回微分して、２回微分波形のゼロクロ
ス点（エンベロープ信号の変曲点）を検出してもよい。
これにより時間t_gの信号検出も反射波の影響を受けにく
くなる。

［発明の効果］以上述べた如く本発明によれば、群速度に基づく遅延
時間の検出より先に、群遅延時間検出手段とは異なる位
相遅延時間検出手段によって位相速度に基づく遅延時間
を検出するので、位相遅延時間の群遅延時間に対する依
存性が無く、信頼性の高い測定が行える。また、位相遅
延時間の検出点が早くなるため、反射波の影響を受けに
くくなり、精度の高い測定が行える。さらに、反射波の
影響を受けにくくなるため、コンパクトの座標入力装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の座標入力装置のブロツク構成図、第２図は実施例の振動ペン３の構造を示す図、第３図は実施例の演算・制御回路１のブロツク構成図、第４図は実施例の振動伝達の態様を説明するタイミング
チヤート、第５図は実施例の信号波形検出回路のブロツク構成図、第６図は実施例の座標演算処理を説明する図である。図中、１……演算・制御回路、３……振動ペン、４……
振動子、6a〜6c……振動センサ、８……振動伝達板、11
……CPU、11a……ROM、11b……RAM、11′……デイスプ
レイである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柳沢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 (72)発明者谷石信之介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 (56)参考文献特開昭63−6619（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】振動ペンより入力した振動を伝動伝達板に
設けた複数の振動センサにより検出して前記振動ペンの
振動伝達板上における座標を検出する座標入力装置であ
って、群速度に基づく遅延時間を検出する群遅延時間検出手段
と、前記群遅延時間検出手段とは異なり、前記群遅延時間検
出手段による遅延時間の検出より先に位相速度に基づく
遅延時間を検出する位相遅延時間検出手段と、前記群遅延時間検出手段と位相遅延時間検出手段とによ
る検出結果に基づいて、座標を算出する算出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】前記群遅延時間検出手段は、前記振動セン
サの検出信号の包絡線信号を出力し、該出力された包絡
線信号の所定点を検出して、当該所定点を基準として群
遅延時間を検出することを特徴とする請求の範囲第１項
記載の座標入力装置。
【請求項３】前記位相遅延時間検出手段は、前記振動セ
ンサの検出信号のあらかじめ定められた閾値を越える部
分を検出してゲート信号を出力し、該出力されたゲート
信号期間中の、前記振動センサの検出信号の立上りを基
準として位相速度に基づく位相遅延時間を検出すること
を特徴とする請求の範囲第１項記載の座標入力装置。
【請求項４】前記ゲート信号は、増幅回路の出力信号で
あることを特徴とする請求の範囲第３項記載の座標入力
装置。