JPH05181595A - 座標入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定して入力できる高精度座標入力装置を提
供する事である。 【構成】 振動発生手段を有する振動ペンと、弾性波を
伝播する伝播部材と、振動センサを備え、弾性波の伝播
遅延時間より座標を決定する座標入力装置において、振
動ペンの正弦波振動と振動センサの振動の位相差を検出
する時間検出手段を備え、振動ペンの正弦波振動の周波
数を複数使用して、座標入力位置を認識することを特徴
とする。 【効果】 信号波形の位相信号のみを使用し、かつ、特
定周波数の信号のみを使用しているので、ノイズの影響
を受けにくく、除去しやすい。また、振幅情報は使用し
ないので、振動伝達板に手を置いた時の影響や、自然減
衰の影響をうけにくいという効果を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は手書きの文字、図形など
をコンピュータなどの処理装置に入力する座標入力装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の座標入力装置は、特開平２−１７
１８１９号公報に記載されているような、ＸＹ方向にマ
トリックス状に配置したセンサを使用したものがある。
この方式は、センサの配列の加工精度で分解能がきま
る。座標入力装置は、装置の面積が広い程使いやすい
が、広いほど、また分解能が高いほど加工コストが高く
なり、製品の製作上限界がある。

【０００３】その改良装置として、特開平３−４２７１
２号公報に記載されているような、信号発生のペンより
超音波を発信し、３個のセンサで位置を認識する装置が
ある。この方式では、超音波を発信するのに、数発のパ
ルスをだして発信信号とし、超音波の伝播時間を測り、
振動元と振動センサの距離を算出する。例えば、伝播部
材にガラスを使用し、時間測定に高速駆動形のＩＣを使
用して、５０ＭＨｚで測れたとする。超音波の横波の速
度が、５４４０ｍ／ｓであり、時間計測分解能が２０ｎ
ｓとなる。振動ペンと振動センサの距離の測定分解能は
約０．１１ｍｍとなり実用上問題のない水準である。

【０００４】しかし、超音波を信号媒体とした場合、振
動エネルギーの減衰が問題となる。振動エネルギーは距
離の２乗に比例して減衰するので、波の振幅が急激に小
さくなる。ペンを伝播部材にあてる力（筆圧）とあてる
角度（ペンの持ち形）により、エネルギーの伝わる効率
がかわる。振動ペンを持つ手を伝播部材にのせる為、超
音波エネルギーが手および伝播部材の支持体に吸収され
る。

【０００５】この様に、超音波方式は波形振幅の変動し
やすい信号を扱っている。その対策として、振動センサ
の入力信号の自動増幅率制御や、圧力センサで筆圧をは
かり振動ペンの出力調整をしたり、伝播部材のうねりや
表面粗さを規制するなど幾多の工夫が必要となってい
る。

【０００６】さらに、この方式では振動センサの入力信
号波形における、振幅のエンベロープ形状を使用して、
超音波の時間を計測している。よって、振幅の変動は位
置認識精度に大きくかかわっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の超音波方式の従
来技術では、信号レベルの変動が位置認識精度に大きく
影響をおよぼし、信号処理を複雑に制御する必要があっ
た。

【０００８】本発明の目的は、座標入力装置において、
高分解能な認識精度をもち、信号の減衰、外乱に対処し
える装置を提供する事である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の座標入力装置
は、振動発生手段を有する振動ペンと、該振動ペンを接
触させることにより弾性波を生じかつ伝播する伝播部材
と、該伝播部材に設けられた振動センサを備え、前記弾
性波の伝播遅延時間より座標を決定する座標入力装置に
おいて、振動ペンより、ある特定周波数の正弦波振動を
だして、振動センサの検出信号をフィルタ処理するフィ
ルタ手段を備え、振動ペンの正弦波振動と、振動センサ
の振動の位相差を検出する位相検出手段を備えることを
特徴とする。

【００１０】また、振動ペンの正弦波振動の周波数を複
数使用して、座標入力位置を認識することを特徴とす
る。

【００１１】また、前記フィルタ手段は、振動ペンの振
動数を中心周波数としたバンドパスフィルタ手段である
ことを特徴とする。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の実施例における主要構成図
である。演算、制御回路１で指定した特定周波数の正弦
波信号を駆動信号発生回路からだし、振動子駆動回路２
と振動子４により振動ペン３の先端に配置したホーン５
を振動させる。振動ペン３を振動伝達板８に接触させた
時、振動が振動センサ６に伝わる。振動伝播速度は、一
定密度の材質の中では等速である事から振動ペンの位置
により、センサとの距離がかわり、伝播に要する時間が
かわる。すると、センサに到達した時の位相が振動ペン
の位置により変化する。

【００１３】信号位相測定回路９で、波形の位相を測定
し演算、制御回路１に伝える。演算、制御回路１では、
振動ペン３の周波数と位相を記憶する。次に別の周波数
をだして位相を測定する。数回この動作を繰り返して振
動ペンと振動センサの距離を算出する。

【００１４】位相から距離を算出する方法は、次のとう
りである。振動伝達板８の大きさより、振動ペン３と振
動センサ６の距離の最大値が決まる。仮に２００ｍｍと
する。振動ペン３と振動センサ６の距離をＬとおくと
０＜Ｌ＜２００ ｍｍである。振動伝達板８上をつたわ
る超音波の伝播速度を５０００ｍ／Ｓとする。

【００１５】振動伝達板８に振動ペン３を接触させ、１
回目に周波数１６７ｋＨｚ、波長３０ｍｍで振動を送っ
たとき、振動センサ６での位相差が３００度、波長換算
して２５ｍｍあったとする。さらに、２回目に周波数２
００ｋＨｚ、波長２５ｍｍで振動を送ったとき、振動セ
ンサ６での位相差が７２度、波長換算して５ｍｍあった
とする。

【００１６】１回目の測定で、距離Ｌは波長３０ｍｍの
整数倍と２５ｍｍの和である事がわかる。よって、２５
ｍｍ、５５ｍｍ、８３ｍｍ、１１５ｍｍ、１４５ｍｍ、
１７５ｍｍのいずれかである。

【００１７】２回目の測定で、距離Ｌは波長２５ｍｍの
整数倍と５ｍｍの和である事がわかる。１回目に上げた
６個の距離候補を２５ｍｍで割った余りは、それぞれ、
０ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、０ｍ
ｍとなる。この中で２回目の測定値と一致するのは、距
離Ｌ＝５５ｍｍの時である。

【００１８】さらに、細かく測定するには、さらに短い
波長で位相測定すれば良い。

【００１９】この方式では、図２からわかるようにセン
サが２個あれば位置を確定する事ができる。長方形の振
動伝達板８の四隅のうち、隣会う２つを選びセンサを配
置した時、各センサからの距離を指定した時に１つの点
のみ求まるからである。しかし、温度による伝播速度の
変動を補正するために、センサを３個配置して平均値を
求める事は、有効である。

【００２０】次に位相信号の測定方法について、実施例
を図３にもとづいてのべる。位相の測定方法にはいくつ
かあるが、今回はフーリエ変換をして位相を求める方法
をとった。その方が波形の平均位相が得られる事と、精
度が高い利点がある。まず、駆動信号発生回路１２の信
号と、振動センサ６の信号を、解析しやすい電圧に増幅
し、信号の周波数の近傍のみを通過するバンドパスフィ
ルター１７、１８に通す。次に各信号をＡ／Ｄ変換し
て、デジタル信号にする。振動センサのＡ／Ｄ変換デー
タをモニターして、超音波信号が来たかどうか検出し、
必要数だけデータをサンプリングしホールドする。各デ
ータをフーリエ変換回路で周波数分解するとともに、信
号周波数の位相を求める。フーリエ変換は、デジタル.
シグナル.プロセッサーを用いて高速演算した。

【００２１】演算・制御回路では、振動波長と位相デー
タを記憶し、数種類の波長について位相を調べ、振動ペ
ンの位置を推定する。

【００２２】以上の内容をフローチャートにし、図４に
しめした。

【００２３】位相を求める方法としては、前出のフーリ
エ変換による方法以外に、位相の差の時間を直接測る方
法や、比較する波形をたし算して波形の振幅変化を測る
方法や、相互相関をとって調べる方法などがある。

【００２４】信号を伝える媒体として、本実施例では超
音波を使用したが、演算速度が速くできれば、電磁波、
光、などが考えられる。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、信号
波形の位相信号のみを使用し、かつ、特定周波数の信号
のみを使用しているので、ノイズの影響を受けにくく、
除去しやすい。また、振幅情報は使用しないので、振動
伝達板に手を置いた時の影響や、自然減衰の影響をうけ
にくいという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の座標入力装置のブロック
図。

【図２】本発明の一実施例の座標演算処理を説明する
図。

【図３】本発明の一実施例の信号位相測定回路のブロッ
ク図。

【図４】本発明の一実施例の信号処理プロセスのフロー
チャート図。

【図５】従来の座標入力装置のブロック図の構成図。

【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 ホーン ６ａ 振動センサ Ａ ６ｂ 振動センサ Ｂ ６ｃ 振動センサ Ｃ ７ 反射防止材 ８ 振動伝達板 ９ 信号位相測定回路 １０ ディスプレイ駆動回路 １１ ディスプレイ １２ 駆動信号発生回路 １３ Ｉ／Ｏポート １４ 外部回路 １５ 増幅回路 １６ 増幅回路 １７ バンドパスフィルター １８ バンドパスフィルター １９ Ａ／Ｄコンバーター ２０ Ａ／Ｄコンバーター ２１ フーリエ変換回路 ２２ フーリエ変換回路 ２３ 信号波形検出回路 ２４ 計時回路 ２５ 振動センサＡと振動ペンの距離 ２６ 振動センサＢと振動ペンの距離 ３０ スタート ３１ 振動ペンの周波数の決定 ３２ 振動ペンの振動 ３３ 振動センサでの検出 ３４ 不要な信号をフィルターでカットする ３５ Ａ／Ｄ変換する ３６ フーリエ変換して位相を求める ３７ 必要数のデータの入手 ３８ ペンとセンサの距離を計算する ３９ エンド

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動発生手段を有する振動ペンと、該振
   動ペンを接触させることにより弾性波を生じかつ伝播す
   る伝播部材と、該伝播部材に設けられた振動センサを備
   え、前記弾性波の伝播遅延時間より振動ペン接触点の座
   標を決定する座標入力装置において、 振動ペンより、ある特定周波数の正弦波振動をだして、
   振動センサの検出信号をフィルタ処理するフィルタ手段
   を備え、振動ペンの正弦波振動と、振動センサの振動の
   位相差を検出する位相検出手段を備えることを特徴とす
   る座標入力装置。
2. 【請求項２】 振動ペンの正弦波振動の周波数を複数使
   用して、座標入力位置を認識することを特徴とする請求
   項１記載の座標入力装置。
3. 【請求項３】 前記フィルタ手段は、振動ペンの振動数
   を中心周波数としたバンドパスフィルタ手段であること
   を特徴とする請求項１記載の座標入力装置。