JP2001175406A - 座標入力装置 - Google Patents
座標入力装置Info
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- JP2001175406A JP2001175406A JP36465399A JP36465399A JP2001175406A JP 2001175406 A JP2001175406 A JP 2001175406A JP 36465399 A JP36465399 A JP 36465399A JP 36465399 A JP36465399 A JP 36465399A JP 2001175406 A JP2001175406 A JP 2001175406A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音波送信手段から送信される超音波の先頭
波を取りこぼしや最大強度を示す波の前後間違いに伴う
距離誤計測による座標位置ずれをなくす超音波方式の座
標入力装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 超音波送信手段から超音波を送出した時
間と、超音波受信手段により超音波を受信した時間とか
ら超音波送信手段と超音波受信手段間の距離を計測する
距離計測部15と、計測距離を用いて座標指標媒体4の
2次元若しくは3次元の位置座標を算出する座標演算部
18と、超音波送信手段を駆動する駆動位相を変化さ
せ、極大値と極小値の波を含んだ超音波を生成させる送
信制御部6と、距離計測部15がこの極大値若しくは極
小値を示す波の到着時間を基準に時間計測する時間計測
部16とを具備する。
波を取りこぼしや最大強度を示す波の前後間違いに伴う
距離誤計測による座標位置ずれをなくす超音波方式の座
標入力装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 超音波送信手段から超音波を送出した時
間と、超音波受信手段により超音波を受信した時間とか
ら超音波送信手段と超音波受信手段間の距離を計測する
距離計測部15と、計測距離を用いて座標指標媒体4の
2次元若しくは3次元の位置座標を算出する座標演算部
18と、超音波送信手段を駆動する駆動位相を変化さ
せ、極大値と極小値の波を含んだ超音波を生成させる送
信制御部6と、距離計測部15がこの極大値若しくは極
小値を示す波の到着時間を基準に時間計測する時間計測
部16とを具備する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、手書き入力機能を
有するコンピューターシステムや電子黒板等において、
特に超音波を用いて座標指標媒体の指示位置の座標を検
出する際に、超音波の先頭波の受信ミス等に起因する座
標位置ずれをなくす座標入力装置に関するものである。
有するコンピューターシステムや電子黒板等において、
特に超音波を用いて座標指標媒体の指示位置の座標を検
出する際に、超音波の先頭波の受信ミス等に起因する座
標位置ずれをなくす座標入力装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、手書き入力機能を有するコンピュ
ーターシステムや電子黒板等における座標入力装置とし
ては、 (1)赤外線方式によるもの (2)感圧方式によるもの (3)静電結合方式によるもの (4)電磁方式によるもの (5)超音波方式によるもの 等が知られている。
ーターシステムや電子黒板等における座標入力装置とし
ては、 (1)赤外線方式によるもの (2)感圧方式によるもの (3)静電結合方式によるもの (4)電磁方式によるもの (5)超音波方式によるもの 等が知られている。
【0003】しかしながら、上記従来の(1)〜(4)
の座標入力装置では、電子黒板サイズのような大型の座
標入力装置を構成した場合、高価な部品が必要であった
り、あるいは、サイズの大きな構成部品が必要となった
りするためいずれも製造コストが高価になるという問題
がある。
の座標入力装置では、電子黒板サイズのような大型の座
標入力装置を構成した場合、高価な部品が必要であった
り、あるいは、サイズの大きな構成部品が必要となった
りするためいずれも製造コストが高価になるという問題
がある。
【0004】そこで、今日では、座標指標媒体に超音波
送信手段を実装するとともに、座標指標媒体の入力領域
内の所定箇所に超音波受信手段を設置し、座標指標媒体
に実装された超音波を送出した時間と、超音波受信手段
により超音波を受信した時間とからこれら超音波送信手
段と超音波受信手段との間の距離を計測し、この計測距
離を用いて座標指示媒体の2次元若しくは3次元の位置
座標を算出する超音波方式が実現されている。
送信手段を実装するとともに、座標指標媒体の入力領域
内の所定箇所に超音波受信手段を設置し、座標指標媒体
に実装された超音波を送出した時間と、超音波受信手段
により超音波を受信した時間とからこれら超音波送信手
段と超音波受信手段との間の距離を計測し、この計測距
離を用いて座標指示媒体の2次元若しくは3次元の位置
座標を算出する超音波方式が実現されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のものでは、
座標指標媒体からの超音波送出タイミングは、ある期間
毎に一定期間だけ所定の周波数の超音波を送出されるの
が一般的である。これを受信側から観察すると、所定の
周波数の超音波をある周期毎に一定期間ずつ受信するこ
とになるが、その際、各回の受信タイミングにおいて超
音波の先頭波を取りこぼしてしまうといった危険性があ
る。
座標指標媒体からの超音波送出タイミングは、ある期間
毎に一定期間だけ所定の周波数の超音波を送出されるの
が一般的である。これを受信側から観察すると、所定の
周波数の超音波をある周期毎に一定期間ずつ受信するこ
とになるが、その際、各回の受信タイミングにおいて超
音波の先頭波を取りこぼしてしまうといった危険性があ
る。
【0006】図7は、従来の座標入力装置における超音
波駆動信号と超音波受信波形の時間関係を示した図であ
る。駆動開始時刻T0より、超音波送信手段に所定の周
波数(Tf)の超音波駆動信号を加え超音波を送出す
る。これにより受信側では、超音波送信手段と超音波受
信手段との距離に対応した到着時刻T1に超音波の先頭
波が観測される。この超音波の先頭波は図示するように
その受信強度(振幅)が弱く、さらに超音波送信手段と
超音波受信手段との距離が大きくなるにつれて空気中で
の減衰により、さらにその受信強度(振幅)が弱くなる
ため、超音波送信手段と超音波受信手段との距離によっ
ては超音波の先頭波を取りこぼしてしまうといった危険
性がある。
波駆動信号と超音波受信波形の時間関係を示した図であ
る。駆動開始時刻T0より、超音波送信手段に所定の周
波数(Tf)の超音波駆動信号を加え超音波を送出す
る。これにより受信側では、超音波送信手段と超音波受
信手段との距離に対応した到着時刻T1に超音波の先頭
波が観測される。この超音波の先頭波は図示するように
その受信強度(振幅)が弱く、さらに超音波送信手段と
超音波受信手段との距離が大きくなるにつれて空気中で
の減衰により、さらにその受信強度(振幅)が弱くなる
ため、超音波送信手段と超音波受信手段との距離によっ
ては超音波の先頭波を取りこぼしてしまうといった危険
性がある。
【0007】これを解消するために、図中Aで示した最
大強度(振幅)を示す超音波の到着時刻T2を時間計測
の基準時間とする方法が考えられる。しかしながら、図
中Aで示した最大強度を示す超音波は、その前後の波
B、Cと比較して受信強度(振幅)に明確な差がないた
め、本来T0からT2までの時間を計測しなければなら
ないものが、その前後の超音波B、Cの到着時間をT2
としてしまう危険性をやはり回避できない。
大強度(振幅)を示す超音波の到着時刻T2を時間計測
の基準時間とする方法が考えられる。しかしながら、図
中Aで示した最大強度を示す超音波は、その前後の波
B、Cと比較して受信強度(振幅)に明確な差がないた
め、本来T0からT2までの時間を計測しなければなら
ないものが、その前後の超音波B、Cの到着時間をT2
としてしまう危険性をやはり回避できない。
【0008】このような先頭波の取りこぼしや最大強度
の前後間違いによる1波長分の時間計測ミスが生じた場
合には、その座標位置は1波長分(40KHzの超音波
では、約8.6mm)の距離誤計測になることになる。
の前後間違いによる1波長分の時間計測ミスが生じた場
合には、その座標位置は1波長分(40KHzの超音波
では、約8.6mm)の距離誤計測になることになる。
【0009】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、超音波送信手段から送信される超音波の先頭波を取
りこぼしや最大強度を示す波の前後間違いに伴う距離誤
計測による座標位置ずれをなくす超音波方式の座標入力
装置を提供することを目的とする。
で、超音波送信手段から送信される超音波の先頭波を取
りこぼしや最大強度を示す波の前後間違いに伴う距離誤
計測による座標位置ずれをなくす超音波方式の座標入力
装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、座標指標媒体
若しくは座標入力装置本体に実装された超音波送信手段
から超音波を送出した時間と、超音波受信手段により前
記超音波を受信した時間とから前記超音波送信手段と前
記超音波受信手段間の距離を計測する距離計測手段と、
前記計測距離を用いて前記座標指標媒体の2次元若しく
は3次元の位置座標を算出する座標演算手段とを具備
し、前記座標指標媒体による指示位置を入力する座標入
力装置であって、前記超音波送信手段を駆動する駆動位
相を変化させ、振幅極大値と振幅極小値を示す波を含ん
だ超音波を生成させる送信制御手段と、前記距離計測手
段がこの振幅極大値若しくは振幅極小値を示す波の到着
時間を基準に時間計測する時間計測手段とを具備する。
若しくは座標入力装置本体に実装された超音波送信手段
から超音波を送出した時間と、超音波受信手段により前
記超音波を受信した時間とから前記超音波送信手段と前
記超音波受信手段間の距離を計測する距離計測手段と、
前記計測距離を用いて前記座標指標媒体の2次元若しく
は3次元の位置座標を算出する座標演算手段とを具備
し、前記座標指標媒体による指示位置を入力する座標入
力装置であって、前記超音波送信手段を駆動する駆動位
相を変化させ、振幅極大値と振幅極小値を示す波を含ん
だ超音波を生成させる送信制御手段と、前記距離計測手
段がこの振幅極大値若しくは振幅極小値を示す波の到着
時間を基準に時間計測する時間計測手段とを具備する。
【0011】この構成により、超音波送信手段から送信
される超音波の先頭波を取りこぼしや最大強度を示す波
の前後間違いに伴う距離誤計測による座標位置ずれをな
くす超音波方式の座標入力装置を提供できる。
される超音波の先頭波を取りこぼしや最大強度を示す波
の前後間違いに伴う距離誤計測による座標位置ずれをな
くす超音波方式の座標入力装置を提供できる。
【0012】
【発明の実施の形態】請求項1に記載の発明は、座標指
標媒体若しくは座標入力装置本体に実装された超音波送
信手段から超音波を送出した時間と、超音波受信手段に
より超音波を受信した時間とから超音波送信手段と超音
波受信手段間の距離を計測する距離計測手段と、この計
測距離を用いて座標指標媒体の2次元若しくは3次元の
位置座標を算出する演算手段とを具備し、前記座標指標
媒体による指示位置を入力する座標入力装置であって、
超音波送信手段を駆動する駆動位相を変化させ、振幅極
大値と振幅極小値を示す波を含んだ超音波を生成させる
送信制御手段と、距離計測手段がこの振幅極大値若しく
は振幅極小値を示す波の到着時間を基準に時間計測する
時間計測手段とを具備する。
標媒体若しくは座標入力装置本体に実装された超音波送
信手段から超音波を送出した時間と、超音波受信手段に
より超音波を受信した時間とから超音波送信手段と超音
波受信手段間の距離を計測する距離計測手段と、この計
測距離を用いて座標指標媒体の2次元若しくは3次元の
位置座標を算出する演算手段とを具備し、前記座標指標
媒体による指示位置を入力する座標入力装置であって、
超音波送信手段を駆動する駆動位相を変化させ、振幅極
大値と振幅極小値を示す波を含んだ超音波を生成させる
送信制御手段と、距離計測手段がこの振幅極大値若しく
は振幅極小値を示す波の到着時間を基準に時間計測する
時間計測手段とを具備する。
【0013】これにより、振幅極大値と振幅極小値を示
す波を時間計測の基準時間として利用できるので、距離
誤計測に伴う座標位置ずれをなくすことができる。
す波を時間計測の基準時間として利用できるので、距離
誤計測に伴う座標位置ずれをなくすことができる。
【0014】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の発明において、超音波送信手段を駆動する駆動位相を
変化させるとともに、駆動電圧も変化させる送信制御手
段を具備したものである。
の発明において、超音波送信手段を駆動する駆動位相を
変化させるとともに、駆動電圧も変化させる送信制御手
段を具備したものである。
【0015】これにより、明確な振幅極大値と振幅極小
値を示す波を時間計測の基準時間として利用できるの
で、距離誤計測に伴う座標位置ずれをなくすことができ
る。
値を示す波を時間計測の基準時間として利用できるの
で、距離誤計測に伴う座標位置ずれをなくすことができ
る。
【0016】請求項3に記載の発明は、請求項1に記載
の座標入力装置において、超音波送信手段を駆動する駆
動位相及び駆動電圧を変化させ、周期の異なる波を含ん
だ超音波を生成させる送信制御手段と、距離計測手段が
この周期の異なる波の到着時間を基準に時間計測する時
間計測手段とを具備したものである。
の座標入力装置において、超音波送信手段を駆動する駆
動位相及び駆動電圧を変化させ、周期の異なる波を含ん
だ超音波を生成させる送信制御手段と、距離計測手段が
この周期の異なる波の到着時間を基準に時間計測する時
間計測手段とを具備したものである。
【0017】これにより、周期の異なる波を時間計測の
基準時間として利用できるので、距離誤計測に伴う座標
位置ずれをなくすことができる。
基準時間として利用できるので、距離誤計測に伴う座標
位置ずれをなくすことができる。
【0018】(実施の形態1)図1は本発明の実施の形
態1における座標入力装置を示す構成図、図2は本発明
の実施の形態1における座標算出のための説明図、図3
は本発明の実施の形態1における超音波駆動信号と超音
波受信波形の時間関係を示した図である。図1におい
て、座標入力装置1は、受信本体部2と、座標入力領域
3と、座標指標媒体4とから構成される。
態1における座標入力装置を示す構成図、図2は本発明
の実施の形態1における座標算出のための説明図、図3
は本発明の実施の形態1における超音波駆動信号と超音
波受信波形の時間関係を示した図である。図1におい
て、座標入力装置1は、受信本体部2と、座標入力領域
3と、座標指標媒体4とから構成される。
【0019】座標指標媒体4は、電源5、スイッチSW
の状態をもとに超音波駆動部を制御する送信制御部6、
超音波駆動部7、超音波送信素子9、さらに超音波の送
出タイミングを受信本体部2に通知するための赤外線駆
動部8、赤外線発光素子10とから構成される。
の状態をもとに超音波駆動部を制御する送信制御部6、
超音波駆動部7、超音波送信素子9、さらに超音波の送
出タイミングを受信本体部2に通知するための赤外線駆
動部8、赤外線発光素子10とから構成される。
【0020】また、受信本体部2は、超音波を受信する
超音波センサ11A及び11B、それを増幅する増幅部
12A、12B、また赤外線を受光する赤外線センサ1
3、それを増幅する増幅部14、これら増幅された超音
波信号や赤外線信号をもとに、座標指標媒体4との距離
を計測する距離計測部15、距離計測部15の処理結果
に基づいて、座標入力領域3での座標指標媒体4の座標
を演算算出する座標演算部18とから構成される。ここ
で距離計測部15は、超音波信号や赤外線信号の到着時
間を時間計測する時間計測部16と、これをもとに距離
を算出する距離算出部17とから構成される。
超音波センサ11A及び11B、それを増幅する増幅部
12A、12B、また赤外線を受光する赤外線センサ1
3、それを増幅する増幅部14、これら増幅された超音
波信号や赤外線信号をもとに、座標指標媒体4との距離
を計測する距離計測部15、距離計測部15の処理結果
に基づいて、座標入力領域3での座標指標媒体4の座標
を演算算出する座標演算部18とから構成される。ここ
で距離計測部15は、超音波信号や赤外線信号の到着時
間を時間計測する時間計測部16と、これをもとに距離
を算出する距離算出部17とから構成される。
【0021】以上のように構成された座標入力装置につ
いて、その動作を図1、図2および図3を用いて説明す
る。
いて、その動作を図1、図2および図3を用いて説明す
る。
【0022】まず、スイッチSWがオンの状態であると
き、送信制御部6は、超音波駆動部7を介して図3に示
すように駆動開始時刻T0より所定の周波数(Tf)の
超音波駆動信号を超音波送信素子9に2周期分加える。
その後、送信制御部6は時刻Tcにおいて超音波駆動信
号の位相をずらし(図中の場合で180度)、さらに続
いて所定の周波数(Tf)の超音波駆動信号を超音波送
信素子9に3周期分加えて駆動を終了し、以後一定の周
期でこれを繰り返す。
き、送信制御部6は、超音波駆動部7を介して図3に示
すように駆動開始時刻T0より所定の周波数(Tf)の
超音波駆動信号を超音波送信素子9に2周期分加える。
その後、送信制御部6は時刻Tcにおいて超音波駆動信
号の位相をずらし(図中の場合で180度)、さらに続
いて所定の周波数(Tf)の超音波駆動信号を超音波送
信素子9に3周期分加えて駆動を終了し、以後一定の周
期でこれを繰り返す。
【0023】ここで、送信制御部6は超音波の駆動開始
時刻T0を受信本体2側に通知するため、時刻T0にお
いて赤外線駆動部8を介して赤外線も送出しておく。こ
れにより送出される超音波は、図3に示すように、その
受信強度(振幅)が一旦くびれるようになり、受信強度
(振幅)が極大値を示す超音波と受信強度(振幅)が極
小値を示す超音波が存在することになる。
時刻T0を受信本体2側に通知するため、時刻T0にお
いて赤外線駆動部8を介して赤外線も送出しておく。こ
れにより送出される超音波は、図3に示すように、その
受信強度(振幅)が一旦くびれるようになり、受信強度
(振幅)が極大値を示す超音波と受信強度(振幅)が極
小値を示す超音波が存在することになる。
【0024】一方、受信本体部2に設置された2個の超
音波センサ11A、11Bでは、この受信強度(振幅)
が一旦くびれた超音波を受信し、それぞれの増幅部12
A、12Bにて増幅し、距離計測部15に入力する。
音波センサ11A、11Bでは、この受信強度(振幅)
が一旦くびれた超音波を受信し、それぞれの増幅部12
A、12Bにて増幅し、距離計測部15に入力する。
【0025】さらに距離計測部15中の時間計測部16
において、座標指標媒体4から超音波とともに送出され
た赤外線を赤外線センサ13で受信し、これを増幅部1
4にて増幅された信号により時刻T0(赤外線の伝播速
度は、超音波の伝播速度に比べて十分速いのでT0とし
ても計測誤差とはならない)と、上記受信強度(振幅)
が一旦くびれた超音波のうち、極大値を示す超音波の到
着時刻T3若しくは極小値を示す超音波の到着時刻T4
を時間計測する。また、距離算出部17では、上記計測
した時間T0、T3若しくはT4をもとに、これに音速
を乗じることで座標指標媒体4と超音波センサ11A、
11Bとの距離を算出する。
において、座標指標媒体4から超音波とともに送出され
た赤外線を赤外線センサ13で受信し、これを増幅部1
4にて増幅された信号により時刻T0(赤外線の伝播速
度は、超音波の伝播速度に比べて十分速いのでT0とし
ても計測誤差とはならない)と、上記受信強度(振幅)
が一旦くびれた超音波のうち、極大値を示す超音波の到
着時刻T3若しくは極小値を示す超音波の到着時刻T4
を時間計測する。また、距離算出部17では、上記計測
した時間T0、T3若しくはT4をもとに、これに音速
を乗じることで座標指標媒体4と超音波センサ11A、
11Bとの距離を算出する。
【0026】ここで距離算出に関して詳細に説明する。
図3に示すように受信した超音波は、駆動開始時刻T0
に対して、その先頭波到着時刻がTs、極大値を示す超
音波の到着時刻がT3となっている。ここで先頭波の到
着時刻Tsは、座標指標媒体4と超音波センサ11A、
11Bの距離に比例した時刻になるのであるが、先頭波
は受信強度(振幅)が弱く、また距離に応じて減衰する
ためこれを取りこぼしてしまうといった危険性がある。
そこで、受信強度(振幅)が極大値を示す超音波をピー
クホールド回路(図示せず)や比較回路(図示せず)等
を用いて検出すると共に、その到着時刻T3も計測す
る。ここで、超音波の先頭波と極大値を示す波の時間間
隔ΔTは一定であるので事前に計測しておけば、座標指
標媒体4と超音波センサ11A、11Bとの距離Lは、
音速をVとすれば、L=V×(T3−ΔT−T0)で求
まることになる。
図3に示すように受信した超音波は、駆動開始時刻T0
に対して、その先頭波到着時刻がTs、極大値を示す超
音波の到着時刻がT3となっている。ここで先頭波の到
着時刻Tsは、座標指標媒体4と超音波センサ11A、
11Bの距離に比例した時刻になるのであるが、先頭波
は受信強度(振幅)が弱く、また距離に応じて減衰する
ためこれを取りこぼしてしまうといった危険性がある。
そこで、受信強度(振幅)が極大値を示す超音波をピー
クホールド回路(図示せず)や比較回路(図示せず)等
を用いて検出すると共に、その到着時刻T3も計測す
る。ここで、超音波の先頭波と極大値を示す波の時間間
隔ΔTは一定であるので事前に計測しておけば、座標指
標媒体4と超音波センサ11A、11Bとの距離Lは、
音速をVとすれば、L=V×(T3−ΔT−T0)で求
まることになる。
【0027】以上のような時間計測及び距離算出を行う
ことで、座標指標媒体4と超音波センサ11A、11B
の距離を求めることができるので、図2に示すように各
超音波センサ11A、11Bからのそれぞれの距離L
2、L3を求めることができる。ここで2つの超音波セ
ンサ11A、11B間の距離L1が一定で既知であれ
ば、三角測量の原理により、座標指標媒体4の座標位置
P(X、Y)を座標演算部18に算出できるのは明らか
である。
ことで、座標指標媒体4と超音波センサ11A、11B
の距離を求めることができるので、図2に示すように各
超音波センサ11A、11Bからのそれぞれの距離L
2、L3を求めることができる。ここで2つの超音波セ
ンサ11A、11B間の距離L1が一定で既知であれ
ば、三角測量の原理により、座標指標媒体4の座標位置
P(X、Y)を座標演算部18に算出できるのは明らか
である。
【0028】上記した時間計測は、極大値を示す超音波
の到着時刻から距離計測を行うので、先頭波に比べて受
信強度が強いため、距離に応じて減衰したとしても、こ
れを取りこぼしてしまう可能性がきわめて低くなる。ま
た、極大値を示した波は前後の波に比べて明確な受信強
度に差があるため、前後することもない。
の到着時刻から距離計測を行うので、先頭波に比べて受
信強度が強いため、距離に応じて減衰したとしても、こ
れを取りこぼしてしまう可能性がきわめて低くなる。ま
た、極大値を示した波は前後の波に比べて明確な受信強
度に差があるため、前後することもない。
【0029】上記実施の形態では、座標指標媒体4と超
音波センサ11A、11Bの距離を算出する場合に、極
大値を示す超音波の到着時刻T3の時間計測に基づいて
距離を算出したが、極小値を示す超音波の到着時刻T4
の時間計測に基づいて距離を算出しても同様なのは明ら
かである。
音波センサ11A、11Bの距離を算出する場合に、極
大値を示す超音波の到着時刻T3の時間計測に基づいて
距離を算出したが、極小値を示す超音波の到着時刻T4
の時間計測に基づいて距離を算出しても同様なのは明ら
かである。
【0030】また、極大値と極小値を示す波を含んだ超
音波を生成させるために、2周期分駆動、位相180度
ずらし、3周期分駆動という駆動信号を与えたが、何も
この値の組み合わせだけに限るものではない。
音波を生成させるために、2周期分駆動、位相180度
ずらし、3周期分駆動という駆動信号を与えたが、何も
この値の組み合わせだけに限るものではない。
【0031】さらに、座標指標媒体4から超音波及び赤
外線を送出し、これを入力領域に設置された受信本体側
で受信した場合を示したが、発信と受信の位置を入れ替
えても座標指標媒体の座標位置を算出できるのは言うま
でもない。さらに、超音波の送出時間を本体側に通知さ
せるために赤外線を利用したが、これを電磁波や磁界を
利用しても構わない。
外線を送出し、これを入力領域に設置された受信本体側
で受信した場合を示したが、発信と受信の位置を入れ替
えても座標指標媒体の座標位置を算出できるのは言うま
でもない。さらに、超音波の送出時間を本体側に通知さ
せるために赤外線を利用したが、これを電磁波や磁界を
利用しても構わない。
【0032】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、距離誤計測に伴う座標位置ずれをなくすことができ
る超音波方式の座標入力装置を提供することができる。
ば、距離誤計測に伴う座標位置ずれをなくすことができ
る超音波方式の座標入力装置を提供することができる。
【0033】(実施の形態2)図4は本発明の実施の形
態2における座標指標媒体を示す構成図、図5は本発明
の実施の形態2における超音波駆動信号と超音波受信波
形の時間関係を示した図である。
態2における座標指標媒体を示す構成図、図5は本発明
の実施の形態2における超音波駆動信号と超音波受信波
形の時間関係を示した図である。
【0034】図4において座標指標媒体4は、実施の形
態1で説明した座標指示媒体4と比較して出力電圧の異
なる(V1とV2)電源5A、5Bを備えた以外は同様
の構成であり、スイッチSWの状態をもとに超音波駆動
部7を制御する送信制御部6、超音波駆動部7、超音波
送信素子9、さらに超音波の送出タイミングを受信本体
部2に通知するための赤外線駆動部8、赤外線発光素子
10とから構成される。
態1で説明した座標指示媒体4と比較して出力電圧の異
なる(V1とV2)電源5A、5Bを備えた以外は同様
の構成であり、スイッチSWの状態をもとに超音波駆動
部7を制御する送信制御部6、超音波駆動部7、超音波
送信素子9、さらに超音波の送出タイミングを受信本体
部2に通知するための赤外線駆動部8、赤外線発光素子
10とから構成される。
【0035】ここで座標指標媒体4以外の構成は、実施
の形態1と同様なので省略する。以上のように構成され
た座標入力装置について、その動作について図5を用い
て説明する。
の形態1と同様なので省略する。以上のように構成され
た座標入力装置について、その動作について図5を用い
て説明する。
【0036】まず、スイッチSWがオンの状態であると
き、送信制御部6は超音波駆動部7を介して図5に示す
ように駆動開始時刻T0より所定の周波数(Tf)で電
源5Aより供給される駆動電圧V1の超音波駆動信号を
超音波送信素子9に2周期分加える。
き、送信制御部6は超音波駆動部7を介して図5に示す
ように駆動開始時刻T0より所定の周波数(Tf)で電
源5Aより供給される駆動電圧V1の超音波駆動信号を
超音波送信素子9に2周期分加える。
【0037】その後時刻Tcにおいて、送信制御部6は
超音波駆動信号の位相をずらし(図中の場合で180
度)、さらに続いて所定の周波数(Tf)で電源5Bよ
り供給される駆動電圧V2の超音波駆動信号を超音波送
信素子9に3周期分加えて駆動を終了し、以後一定の周
期でこれを繰り返す。ここで、送信制御部6は超音波の
駆動開始時刻T0を受信本体部2側に通知するため、時
刻T0において赤外線駆動部8を介して赤外線も送出し
ておく。
超音波駆動信号の位相をずらし(図中の場合で180
度)、さらに続いて所定の周波数(Tf)で電源5Bよ
り供給される駆動電圧V2の超音波駆動信号を超音波送
信素子9に3周期分加えて駆動を終了し、以後一定の周
期でこれを繰り返す。ここで、送信制御部6は超音波の
駆動開始時刻T0を受信本体部2側に通知するため、時
刻T0において赤外線駆動部8を介して赤外線も送出し
ておく。
【0038】上記した駆動方法により送出される超音波
は、図5に示すように、その受信強度(振幅)が一旦く
びれるようになり、受信強度(振幅)が極大値を示す超
音波と受信強度(振幅)が極小値を示す超音波が存在す
ることになる。
は、図5に示すように、その受信強度(振幅)が一旦く
びれるようになり、受信強度(振幅)が極大値を示す超
音波と受信強度(振幅)が極小値を示す超音波が存在す
ることになる。
【0039】ここで示した超音波の受信波形では、極大
値の波とその前後の波との強度差が実施の形態1に比べ
て明確になり、また、極小値の波とその前後の波との強
度差も実施の形態1に比べて明確になるのが特徴であ
る。したがって、極大値を示す波や極小値を示す波を検
出することがさらに容易になる。その他の動作、時間計
測、距離算出や座標演算は、実施の形態1と同様なので
説明は省略する。
値の波とその前後の波との強度差が実施の形態1に比べ
て明確になり、また、極小値の波とその前後の波との強
度差も実施の形態1に比べて明確になるのが特徴であ
る。したがって、極大値を示す波や極小値を示す波を検
出することがさらに容易になる。その他の動作、時間計
測、距離算出や座標演算は、実施の形態1と同様なので
説明は省略する。
【0040】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、極大値若しくは極小値が明確になるので、実施の形
態1以上の信頼性で距離誤計測に伴う座標位置ずれをな
くすことができる超音波方式の座標入力装置を提供する
ことができる。
ば、極大値若しくは極小値が明確になるので、実施の形
態1以上の信頼性で距離誤計測に伴う座標位置ずれをな
くすことができる超音波方式の座標入力装置を提供する
ことができる。
【0041】(実施の形態3)図6は本発明の実施の形
態3における超音波駆動信号と超音波受信波形の時間関
係を示した図である。本発明の座標入力装置を示す構成
に関しては、実施の形態1と同様なので説明は省略す
る。
態3における超音波駆動信号と超音波受信波形の時間関
係を示した図である。本発明の座標入力装置を示す構成
に関しては、実施の形態1と同様なので説明は省略す
る。
【0042】本実施の形態3の座標入力装置について、
その動作について図6を用いて説明する。まず、スイッ
チSWがオンの状態であるとき、送信制御部6は超音波
駆動部7を介して図5に示すように駆動開始時刻T0よ
り所定の周波数(Tf)の超音波駆動信号を超音波送信
素子9に1周期分加える。
その動作について図6を用いて説明する。まず、スイッ
チSWがオンの状態であるとき、送信制御部6は超音波
駆動部7を介して図5に示すように駆動開始時刻T0よ
り所定の周波数(Tf)の超音波駆動信号を超音波送信
素子9に1周期分加える。
【0043】その後時刻Tdにおいて、送信制御部6は
超音波駆動信号の位相をずらし(図中の場合で135
度)、さらに続いて所定の周波数(Tf)で超音波駆動
信号を超音波送信素子9に2周期分加えて駆動を終了
し、以後一定の周期でこれを繰り返す。
超音波駆動信号の位相をずらし(図中の場合で135
度)、さらに続いて所定の周波数(Tf)で超音波駆動
信号を超音波送信素子9に2周期分加えて駆動を終了
し、以後一定の周期でこれを繰り返す。
【0044】ここで、送信制御部6は超音波の駆動開始
時刻T0を受信本体部2側に通知するため、時刻T0に
おいて赤外線駆動部8を介して赤外線も送出しておく。
時刻T0を受信本体部2側に通知するため、時刻T0に
おいて赤外線駆動部8を介して赤外線も送出しておく。
【0045】上記した駆動方法により送出される超音波
は、図中の太線で示す波のようにその他の波に比べて周
期が異なる波が存在することになる。
は、図中の太線で示す波のようにその他の波に比べて周
期が異なる波が存在することになる。
【0046】一方、受信本体部2に設置された2個の超
音波センサ11A、11Bでは、この周期が異なる波を
含んだ超音波を受信し、それぞれの増幅部12A、12
Bにて増幅し、距離計測部15に入力する。
音波センサ11A、11Bでは、この周期が異なる波を
含んだ超音波を受信し、それぞれの増幅部12A、12
Bにて増幅し、距離計測部15に入力する。
【0047】さらに距離計測部15中の時間計測部16
において、座標指標媒体4から超音波とともに送出され
た赤外線を赤外線センサ13で受信し、これを増幅部1
4にて増幅された信号により時刻T0と、上記周期が異
なる波を含んだ超音波のうち、周期の異なる超音波の到
着時刻T5を時間計測する。また、距離算出部17で
は、上記計測した時間T0、T5をもとに、これに音速
を乗じることで座標指標媒体と超音波センサとの距離を
算出する。
において、座標指標媒体4から超音波とともに送出され
た赤外線を赤外線センサ13で受信し、これを増幅部1
4にて増幅された信号により時刻T0と、上記周期が異
なる波を含んだ超音波のうち、周期の異なる超音波の到
着時刻T5を時間計測する。また、距離算出部17で
は、上記計測した時間T0、T5をもとに、これに音速
を乗じることで座標指標媒体と超音波センサとの距離を
算出する。
【0048】ここで距離算出に関して詳細に説明する。
図6に示す受信した超音波は、駆動開始時刻T0に対し
て、その先頭波到着時刻がTs、周期が異なる波の到着
時刻がT5となっている。ここで先頭波の到着時刻Ts
は、座標指標媒体4と超音波センサ11A、11Bとの
距離に比例した時刻になるのであるが、これは受信強度
(振幅)が弱く、また距離に応じて減衰するためこれを
取りこぼしてしまうといった危険性がある。そこで、周
期が異なる波をゼロクロス回路(図示せず)や比較回路
(図示せず)、カウンター回路(図示せず)等を用いて
検出すると共に、その到着時刻T5も計測する。ここ
で、超音波の先頭波と周期が異なる波との時間間隔ΔT
は一定であるので事前に計測しておけば、座標指標媒体
と超音波センサ11A、11Bの距離Lは、音速をVと
すれば、L=V×(T5−ΔT−T0)で求まることに
なる。
図6に示す受信した超音波は、駆動開始時刻T0に対し
て、その先頭波到着時刻がTs、周期が異なる波の到着
時刻がT5となっている。ここで先頭波の到着時刻Ts
は、座標指標媒体4と超音波センサ11A、11Bとの
距離に比例した時刻になるのであるが、これは受信強度
(振幅)が弱く、また距離に応じて減衰するためこれを
取りこぼしてしまうといった危険性がある。そこで、周
期が異なる波をゼロクロス回路(図示せず)や比較回路
(図示せず)、カウンター回路(図示せず)等を用いて
検出すると共に、その到着時刻T5も計測する。ここ
で、超音波の先頭波と周期が異なる波との時間間隔ΔT
は一定であるので事前に計測しておけば、座標指標媒体
と超音波センサ11A、11Bの距離Lは、音速をVと
すれば、L=V×(T5−ΔT−T0)で求まることに
なる。
【0049】以上のような時間計測及び距離算出を行う
ことで、座標指標媒体4と超音波センサ11A、11B
の距離を求めることができるので、図2に示すように各
超音波センサ11A、11Bからの距離L2、L3を求
めることができる。
ことで、座標指標媒体4と超音波センサ11A、11B
の距離を求めることができるので、図2に示すように各
超音波センサ11A、11Bからの距離L2、L3を求
めることができる。
【0050】ここで2つの超音波センサ間の距離L1が
一定で既知であれば、三角測量の原理により、座標指標
媒体4の座標位置P(X、Y)を座標演算部に算出でき
るのは明らかである。
一定で既知であれば、三角測量の原理により、座標指標
媒体4の座標位置P(X、Y)を座標演算部に算出でき
るのは明らかである。
【0051】上記した時間計測は、周期が異なる超音波
の到着時刻の計測を行うので、先頭波に比べて受信強度
が強いため、距離に応じて減衰したとしても、これを取
りこぼしてしまう可能性がきわめて低くなる。
の到着時刻の計測を行うので、先頭波に比べて受信強度
が強いため、距離に応じて減衰したとしても、これを取
りこぼしてしまう可能性がきわめて低くなる。
【0052】また、周期が異なる波の検出方法は、強度
の極大値や極小値の波を検出するのに比べてその検出方
法が容易である。これは超音波の極大値や極小値を検出
する場合、受信強度が距離に応じて減衰するため、距離
により受信強度が異なるため、増幅部の増幅倍率を適切
に設定する必要がある。ここで、増幅部にて増幅倍率が
適切でないと極大値を示す波、極小値を示す波が飽和し
てしまい極大値と極小値の区別がつかなくなってしまう
可能性があるからである。これに比べて周期が異なる波
を検出するには、増幅率を一定にしておき、ゼロクロス
時間の計測ですむので、その検出方法が容易となる。
の極大値や極小値の波を検出するのに比べてその検出方
法が容易である。これは超音波の極大値や極小値を検出
する場合、受信強度が距離に応じて減衰するため、距離
により受信強度が異なるため、増幅部の増幅倍率を適切
に設定する必要がある。ここで、増幅部にて増幅倍率が
適切でないと極大値を示す波、極小値を示す波が飽和し
てしまい極大値と極小値の区別がつかなくなってしまう
可能性があるからである。これに比べて周期が異なる波
を検出するには、増幅率を一定にしておき、ゼロクロス
時間の計測ですむので、その検出方法が容易となる。
【0053】上記実施の形態では、周期の異なる波を含
んだ超音波を生成させるために、1周期分駆動、位相1
35度ずらし、2周期分駆動という駆動信号を与えた
が、何もこの値の組み合わせだけに限るものではない。
んだ超音波を生成させるために、1周期分駆動、位相1
35度ずらし、2周期分駆動という駆動信号を与えた
が、何もこの値の組み合わせだけに限るものではない。
【0054】以上説明したように本実施の形態によれ
ば、周期の異なる波の検出を行い、この到着時間から距
離計測を行うため、距離誤計測に伴う座標位置ずれをな
くすことができるの超音波方式の座標入力装置を提供す
ることができる。
ば、周期の異なる波の検出を行い、この到着時間から距
離計測を行うため、距離誤計測に伴う座標位置ずれをな
くすことができるの超音波方式の座標入力装置を提供す
ることができる。
【0055】
【発明の効果】以上説明したように請求項1に記載の発
明によれば、正確な座標入力を行うことができるので、
電子黒板サイズのような大型の座標入力装置であっても
正確な座標入力が行え、かつ低価格に実現できる。
明によれば、正確な座標入力を行うことができるので、
電子黒板サイズのような大型の座標入力装置であっても
正確な座標入力が行え、かつ低価格に実現できる。
【0056】請求項2に記載の発明によれば、電子黒板
サイズのような大型の座標入力装置であってもより正確
かつ信頼性の高い座標入力装置を実現できる。
サイズのような大型の座標入力装置であってもより正確
かつ信頼性の高い座標入力装置を実現できる。
【0057】請求項3に記載の発明によれば、電子黒板
サイズのような大型の座標入力装置であっても正確かつ
低価格に実現できる。
サイズのような大型の座標入力装置であっても正確かつ
低価格に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における座標入力装置を
示す構成図
示す構成図
【図2】本発明の実施の形態1における座標算出のため
の説明図
の説明図
【図3】本発明の実施の形態1における超音波駆動信号
と超音波受信波形の時間関係を示した図
と超音波受信波形の時間関係を示した図
【図4】本発明の実施の形態2における座標指標媒体を
示す構成図
示す構成図
【図5】本発明の実施の形態2における超音波駆動信号
と超音波受信波形の時間関係を示した図
と超音波受信波形の時間関係を示した図
【図6】本発明の実施の形態3における超音波駆動信号
と超音波受信波形の時間関係を示した図
と超音波受信波形の時間関係を示した図
【図7】従来の座標入力装置における超音波駆動信号と
超音波受信波形の時間関係を示した図
超音波受信波形の時間関係を示した図
1 座標入力装置 2 受信本体部 3 座標入力領域 4 座標指標媒体 5、5A、5B 電源 6 送信制御部 7 超音波駆動部 8 赤外線駆動部 9 超音波送信素子 10 赤外線発光素子 11A、11B 超音波センサ 12A、12B、14 増幅部 13 赤外線センサ 15 距離計測部 16 時間計測部 17 距離算出部 18 座標演算部
Claims (3)
- 【請求項1】座標指標媒体若しくは座標入力装置本体に
実装された超音波送信手段から超音波を送出した時間
と、超音波受信手段により前記超音波を受信した時間と
から前記超音波送信手段と前記超音波受信手段間の距離
を計測する距離計測手段と、前記計測距離を用いて前記
座標指標媒体の2次元若しくは3次元の位置座標を算出
する座標演算手段とを具備し、前記座標指標媒体による
指示位置を入力する座標入力装置であって、前記超音波
送信手段を駆動する駆動位相を変化させ、振幅極大値と
振幅極小値を示す波を含んだ超音波を生成させる送信制
御手段と、前記距離計測手段がこの振幅極大値若しくは
振幅極小値を示す波の到着時間を基準に時間計測する時
間計測手段とを具備することを特徴とする座標入力装
置。 - 【請求項2】前記送信制御手段は、前記超音波送信手段
を駆動する駆動位相を変化させるとともに、駆動電圧も
変化させ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】前記超音波送信手段を駆動する駆動位相及
び駆動電圧を変化させ、周期の異なる波を含んだ超音波
を生成させる送信制御手段と、前記距離計測手段がこの
周期の異なる波の到着時間を基準に時間計測する時間計
測手段とを具備することを特徴とする請求項1に記載の
座標入力装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36465399A JP2001175406A (ja) | 1999-12-22 | 1999-12-22 | 座標入力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36465399A JP2001175406A (ja) | 1999-12-22 | 1999-12-22 | 座標入力装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001175406A true JP2001175406A (ja) | 2001-06-29 |
Family
ID=18482341
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP36465399A Pending JP2001175406A (ja) | 1999-12-22 | 1999-12-22 | 座標入力装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001175406A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100468064B1 (ko) * | 2002-03-27 | 2005-01-24 | 한창석 | 초음파 센서를 이용한 포인팅 장치 |
JP2010033473A (ja) * | 2008-07-31 | 2010-02-12 | Pentel Corp | 手書き筆跡入力システム |
-
1999
- 1999-12-22 JP JP36465399A patent/JP2001175406A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100468064B1 (ko) * | 2002-03-27 | 2005-01-24 | 한창석 | 초음파 센서를 이용한 포인팅 장치 |
JP2010033473A (ja) * | 2008-07-31 | 2010-02-12 | Pentel Corp | 手書き筆跡入力システム |
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