JP2002358157A

JP2002358157A - 座標入力装置、座標入力装置の制御方法、および座標入力装置の制御プログラム

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Publication number: JP2002358157A
Application number: JP2001166020A
Authority: JP
Inventors: Hajime Sato; 肇佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2002-12-13

Abstract

(57)【要約】【課題】振動入力位置等の入力状態に係わらず、空中
超音波を利用して安定した良好な入力感により座標入力
を行なえるようにする。【解決手段】入力ペンで発生され空中を伝達した超音
波振動を入力面周辺の振動センサにより検出し、振動検
出タイミングを決定するために用いるエンベロープ信号
７１を得る。エンベロープ信号７１を信号処理回路の電
源電圧に基づき定めたしきい値７５と比較し、しきい値
７５よりもエンベロープ信号７１の方が大きかった場合
は超音波出力が小さくなるよう制御した上、再度入力ペ
ンから超音波振動を発生させる。超音波出力の制御は、
パルス数や駆動電圧の制御により行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波を媒体として
座標入力を行なう座標入力装置、その制御方法、および
その制御プログラムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、コンピュータが出力する各種情報
を表示する表示装置と、座標入力面を有し、この画面上
でペンで任意に指示した点の座標を検出して座標データ
をコンピュータに出力する座標入力装置とから構成され
た情報入出力装置がある。この情報入出力装置を構成す
る表示装置には、ＣＲＴ、ＬＣＤ、ＰＤＰ、プロジェク
タ等があり、近年は、液晶の表示性能技術の向上や設置
面積の観点から、ＬＣＤ、ＰＤＰ等のフラットパネル
が、表示装置市場での割合を伸ばしている。

【０００３】一方、座標入力装置は、タッチパネルやタ
ブレットと呼ばれ、ペン型の入力装置（入力ペン）を用
いて座標入力面の入力可能領域の任意の点を指示する
と、その入力点の座標を検出し、接続されたコンピュー
タに座標データを出力し、入力点を表示装置で表示する
ことができる装置である。入力点を検出する方式として
は、抵抗膜方式、電磁誘導方式、超音波方式が特に知ら
れており、ユーザーが価格、用途に見合った選択ができ
るように多種多様化してきている。特に、超音波方式
は、電磁的なノイズに強く、コスト的にも安価であると
いう特徴がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】超音波振動を利用する
座標入力装置では、振動伝達板として構成された入力面
に超音波振動を入力する方式の他、空中超音波を用い、
空中を伝達させる方式もある。

【０００５】この空中超音波方式の場合、空中超音波は
減衰が激しくしかもその減衰は超音波周波数の２乗に比
例するため、実用的にはある程度低い周波数帯域の超音
波を利用する。しかしながら、それでも振動センサによ
り検出された信号は、微弱なものであり、そのまま信号
処理を行うのには適していないため、前置増幅器を用い
て増幅するのが一般的である。通常、前置増幅器の利得
は、検出信号の最大値が処理回路の電源電圧内に納まる
ように設定される。

【０００６】また、空中超音波方式の座標入力装置にお
いては、検出信号レベルが非常に大きく変化する。要因
としては、振動伝達距離、ペン角度、各部品ばらつき、
障害物等がある。特に振動伝達距離によって検出信号レ
ベルは非常に大きな変化率を有するために、一般的に広
いダイナミックレンジ（有効な信号振幅範囲）を確保す
る必要がある。

【０００７】また、検出した信号を有効と判断するため
の閾値は、前述の要因による変動幅と、不要反射波のレ
ベル、電磁的なノイズレベル、電源電圧を考慮して決定
される。この閾値をできるだけ低レベルの信号を検出す
るように設定することで広いダイナミックレンジを設定
することができるが、先述の電磁的なノイズなどのシス
テムの制限により、ある程度のマージンを確保して設定
するのが現状である。したがって、空中超音波を利用し
た座標入力装置の場合、広いダイナミックレンジを確保
できない場合は、有効な信号振幅範囲が非常に狭いもの
になってしまう。

【０００８】本発明の課題は、振動入力位置等の入力状
態に係わらず、空中超音波を利用して安定した良好な入
力感により座標入力を行なえるようにすることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明によれば、入力面上において超音波振動を発
生する超音波発生手段と、前記入力面の周辺部に設けら
れた複数の振動検出手段を有し、前記超音波発生手段で
発生され空中を伝達した超音波振動を前記複数の振動検
出手段が受信した受信タイミングに基づいて当該超音波
発生手段の入力面上の位置を検出する座標入力装置、そ
の制御方法、およびその制御プログラムにおいて、前記
振動検出手段が検出した検出信号が所定のしきい値を越
えたか否かを判定し、前記検出信号が前記所定のしきい
値を越えたと判定された場合、前記超音波発生手段の出
力が小さくなるよう制御し、再び前記超音波発生手段を
駆動する構成を採用した。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。

【００１１】＜全体構成（図２）＞図２は、本実施形態
における座標入力装置の構成を示している。図２におい
て、１は座標入力装置を制御すると共に、座標位置を算
出して、コンピュータ等のホスト装置４にシリアルケー
ブル等を通じて出力する演算制御回路である。２は光送
受信回路であって、後述する入力ペン２１から発光され
る光信号を検出したり、また、入力ペン２１の動作を制
御する入力ペン制御信号を送信する。３は信号処理回路
であって、光送受信回路２で検出された光信号を処理
し、そのデータを演算制御回路１に出力したり、演算制
御回路１から出力される入力ペン制御信号をパルス列に
変換し、光送受信回路２に出力する。５はプロジェクタ
等の画像投射装置で、ホスト装置４が出力する各種の画
像情報をアクリルや塩化ビニル等からなるスクリーン８
に出力することができる。

【００１２】入力ペン２１による座標入力は、このスク
リーン８上で入力ペン２１から超音波振動を発生させる
ことにより行なわれる。実際には、図示に実線で示す符
号７の領域（以下有効エリア）内を入力ペン２１を移動
させることにより行なう。超音波振動の発生タイミング
は後述の発光素子２２により検出回路に伝達される。そ
して、このスクリーン８の四隅には、圧電素子等、機械
的振動を電気信号に変換する振動センサ６ａ〜６ｄが固
定されている。信号波形検出回路９は各振動センサ６ａ
〜６ｄで振動を検出した旨の信号を演算制御回路１に出
力する。

【００１３】演算制御回路１は、入力ペン２１が指示し
た座標位置を算出して、ホスト装置４に出力する。そし
て、例えば画像投射装置５は、座標位置をドットとして
出力し、先述のホスト装置４の画像情報としてスクリー
ン８に表示される。

【００１４】＜入力ペン及び振動センサの構成（図１）
＞図１は本発明の実施形態における入力ペン及び振動セ
ンサを説明するための図である。図１において、入力ペ
ン２１に内蔵された振動子２５は、振動子駆動回路２４
により駆動される。電気的な駆動信号は振動子２５によ
って機械的な超音波振動に変換され、アルミ等で構成さ
れる円錐形金属の反射材２７で反射され、超音波通過窓
２８から空気中に放射される。

【００１５】振動子２５は、厚み振動を行う圧電振動子
の前面に音響整合層を設けており、この音響整合層はシ
リコンゴム等を薄層化したもので、気体との音響インピ
ーダンスの整合をとり、高感度で広帯域特性が得られ、
またパルス応答性のよい超音波信号の送受信が可能とな
っている。

【００１６】入力ペン２１の超音波通過窓２８から空気
中に放射された超音波は、円錐形金属の反射材１１で反
射され、振動センサ６ａで検出され、その後、後述の処
理を行なうことにより検出タイミングを生成する。

【００１７】振動子駆動回路２４は振動子２５の共振周
波数の所定のパルス数でパルス駆動すると同時に、赤外
ＬＥＤ等の発光素子２２に所定の周波数で変調した発光
タイミング信号を送信する。

【００１８】ここで、振動子駆動回路２４は、電池２３
を電源として動作する。電池２３は、アルカリ乾電池等
の１次電池、またはニッケル水素電池等の２次電池で構
成されていて、交換可能となっている。

【００１９】振動子駆動回路２４は、電池２３の電圧を
電源電圧として動作して、振動子２５のパルス駆動電圧
も電源電圧と同じ電圧値で駆動される。出力レベルを上
げたい場合は、振動子２５の駆動は、消費電流が大きく
なるので電池寿命の観点では不利は生じるが、昇圧トラ
ンス等で電源電圧よりも高い電圧で駆動することも可能
である。

【００２０】＜演算制御回路の構成（図３）＞入力ペン
２１内の振動子駆動回路２４は、振動子２５を駆動する
のと同時に発光素子２２を駆動し、所定の周波数で変調
した信号を光信号として出力させる。そして、光検出回
路２で検出された光信号は信号処理回路３で復調処理さ
れた後、演算制御回路１に振動センサに伝達される超音
波振動の計時のスタートタイミング信号として入力され
る。

【００２１】演算制御回路１は、前述の信号処理回路３
から出力されるスタートタイミング信号により内部タイ
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、入力ペン２１より発生した超音波は振動セ
ンサ６ａ〜６ｄ迄の距離に応じて遅延して到達する。

【００２２】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て、後述する波形検出処理によ
り各振動センサヘの振動到達タイミングを示す信号を生
成するが、演算制御回路１は各センサ毎のこの信号を入
力し、各々の振動センサ６ａ〜６ｄまでの振動到達時間
を検出し、入力ペン２１の座標位置を算出する。また、
演算制御回路１は、この算出された入力ペン２１の位置
情報をホスト装置４に出力して、画像投射装置５による
表示を制御したりする。

【００２３】図３は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。

【００２４】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、制御
処理を行う主体となるＣＰＵ３１１、その制御プログラ
ムを格納したＲＯＭ３１２、ワーキングエリアとして計
算等に使用するＲＡＭ３１３、及び定数等を記憶する不
揮発性メモリ等によって構成されている。

【００２５】３２ａ〜３２ｄは不図示の基準クロックを
計時するカウンタであって、振動子駆動回路２４に入力
ペン２１内の振動子２５の駆動を開始させるための信号
と同時に駆動される光信号が、光検出回路２で検出さ
れ、信号処理回路３を介して、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、計時開始と振
動センサによる超音波振動検出の同期が取られ、振動セ
ンサ６ａ〜６ｄ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。信号波形検出回路９より出力
される各振動センサ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３４を介してカウンタ３２
ａ〜３２ｄに入力される。カウンタ３２ａ〜３２ｄは、
それぞれ各振動センサ６ａ〜６ｄに対応している。

【００２６】こうして全ての検出信号を受信したと判定
回路３３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。マイクロコンピュータ３１がこ
の判定回路３３からの信号を受信すると、カウンタ３２
ａ〜３２ｄ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、スク
リーン８上の入力ペン２１の座標位置を算出する。

【００２７】そして、Ｉ／Ｏポート３５を介してホスト
装置４に算出した座標位置情報を出力することにより、
画像投射装置５がスクリーン８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３５
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】＜振動伝搬時間検出処理（図４、図５）＞
以下、振動センサ６ａ〜６ｄまでの振動到達時間を計測
する原理について説明する。

【００２９】図４は、信号波形検出回路９の構成を示す
ブロック図である。図５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。なお、以下は振動センサ６
ａの場合に付いて説明するが、その他の振動センサ６ｂ
〜６ｄについても全く同様である。

【００３０】振動センサ６ａへの振動伝達時間の計測
は、信号処理回路３から演算制御回路１へのスタートタ
イミング信号の出力と同時に開始することは既に説明し
た。このとき、入力ペン２１内の振動子駆動回路２４か
ら振動子２５へは駆動信号５１が印加されている。駆動
信号５１は、短い（例えば２発の）矩形パルスである。
この信号５１によって、入力ペン２１から出力された超
音波振動は、振動センサ６ａまでの距離に応じた時間を
かけて進行した後、概ね５２２のような検出波形として
振動センサ６ａで検出される。駆動信号５１を短いパル
スとする理由は、不要反射成分と検出すべき振動との干
渉（重畳）による誤検出を防ぎ、装置全体の小型化を図
るためである。図示の５２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】振動センサ６ａが検出した信号波形５２
は、符号５２１で示される群信号と、符号５２２で示さ
れる位相信号についてそれぞれの信号が後述する手順に
よって処理される。

【００３２】まず、エンベロープ信号（群信号）５２１
については、エンベロープ検出回路４０２によりエンベ
ロープ５３が取り出される。取り出されたエンベロープ
信号５３は、ゲート信号生成回路４０６に入力される。
ゲート信号生成回路４０６は、所定のしきい値である参
照レベル信号５５１を生成する。この参照レベル信号５
５１については、後で詳細に説明する。

【００３３】さらに、エンベロープ信号５３と参照レベ
ル信号５５１を比較することでゲート生成信号５５が出
力され、単安定マルチバイブレータ４０７は入力された
ゲート生成信号５５の立ち上がりタイミングから所定の
パルス幅のゲート信号５６を出力する。

【００３４】エンベロープ信号５３から、エンベロープ
変曲点検出回路４０４により２階微分出力波形５４が生
成され、ゲート信号５６とともに、群信号コンパレータ
４０５に入力される。

【００３５】群信号コンパレータ４０５は、ゲート信号
５６と２階微分波形５４とを入力とし、ゲート信号５６
が開いている間のゼロクロス点をエンベロープの変曲点
としてｔｇ信号５９を生成する。得られたｔｇ信号は、
演算制御回路１に供給されることになる。

【００３６】一方、位相信号については、位相波形５２
２は、狭帯域なバンドパスフィルタ４０８によって所定
幅の周波数成分の信号にされ、さらにスライス回路４０
９によって、所定の振幅レベル以下に波形がスライス
（波形のレベル圧縮）される。その出力である位相信号
５７とゲート信号５６とが位相信号コンパレータ４１０
に入力されると、位相信号コンパレータ４１０は、ゲー
ト信号５６の開いている間の位相信号（スライス回路の
出力信号５８）の所定の順番にあたる立ち上がりのゼロ
クロス点を検出し、位相遅延時間信号ｔｐが演算制御回
路１に供給されることになる。図５の例では、ｔｐは２
番目の立ち上がりゼロクロス点である。

【００３７】本実施形態の装置で用いられている超音波
は、空中を振動するため、検出波形のエンベロープ５２
１と位相波形５２２の関係は振動伝達中に、その伝達距
離に関わらず一定である。ここでエンベロープ５２１の
進む速度、即ち、群速度をＶｇ、そして位相波形５２２
の進む速度、即ち、位相速度をＶｐとする。この群速度
Ｖｇ及び位相速度Ｖｐから入力ペン２１と振動センサ６
ａ間の距離を検出することができる。

【００３８】まず、エンベロープ５２１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、
（例えば変曲点）を検出すると、入力ペン２１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と入力ペン２１の距離も同様にして表すことがで
きる。

【００３９】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。位相波形５
２２から先述のように検出したｔｐより、振動センサと
入力ペンの距離は、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。
前記（１）式と（２）式から上記の整数ｎは、（４）式
により求めることができる（ｉｎｔ［］は切り捨てによ
る整数化を示す）。

【００４０】ｎ＝ｉｎｔ［（Ｖｇ・ｔｇ−ＶＰ・ｔｐ）／λｐ＋１／２］（３）Ｖ＝Ｖｇ＝Ｖｐよりｎ＝ｉｎｔ［Ｖ・（ｔｇ−ｔｐ）／λｐ＋１／２］（４）ここで、群遅延時間ｔｇの距離に対する線形性が良いと
は言えず、式（４）において整数化を実行しているのは
このためである。正確な整数ｎを求めるための必要十分
条件は次の式（５）から導出される式（６）のようにな
る。

【００４１】ｎ*＝Ｖ・（ｔｇ−ｔＰ）／λｐ（５） ΔＮ＝ｎ*−ｎ≦０．５（６）この式（５）、（６）は、発生する誤差量が±１／２波
長以内であれば、群遅延時間ｔｇの線形性が良くなくて
も、整数ｎを正確に決定することができる事を示すもの
である。上記のようにして求めたｎを（２）式に代入す
ることで、入力ペン２１及び振動センサ６ａ間の距離ｄ
を精度良く測定することができる。尚、以上説明した回
路は振動センサ６ａ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るのはいうまでもない。

【００４２】＜座標位置演算（図６）＞今、スクリーン
８上の４辺の頂点近傍に３つの振動センサ６ａ〜６ｄを
符号Ｓａ〜Ｓｄの位置に設けると、先に説明した原理に
基づいて、入力ペン２１の位置Ｐから各々の振動センサ
６ａ〜６ｄの位置までの直線距離ｄａ〜ｄｄ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〜
ｄｄに基づき、入力ペン２１の位置Ｐの座標（ｘ，ｙ）
を３平方の定理から次式のようにして求めることができ
る。

【００４３】ｘ＝（ｄａ＋ｄｄ）・（ｄａ−ｄｄ）／２Ｘ（７）ｙ＝（ｄａ＋ｄｂ）・（ｄａ−ｄｂ）／２Ｙ（８）ここでＸ，Ｙはそれぞれ振動センサ６ａ，６ｄ間の距
離、振動センサ６ａ、６ｂ間の距離であり、以上の演算
を行なうことにより入力ペン２１の位置座標をリアルタ
イムで検出することができる。

【００４４】また、上記計算では３つのセンサまでの距
離情報を用いて計算しているが、本実施形態では４個の
センサが設置されており、残りのセンサ１個の距離情報
を用いて出力座標の妥当性（確実性）の検証に用いてい
る。もちろん、例えば最もペン〜センサ間距離Ｌが大き
くなったセンサの距離情報（距離Ｌが大きくなるので検
出信号レベルが低下しノイズの影響を受ける確率が大き
くなる）を用いず残りのセンサ３個で座標を算出しても
良い。また本実施形態では４個のセンサを配置し、３個
のセンサで座標を算出しているが、幾何学的には２個以
上のセンサで座標算出が可能であり、製品スペックに応
じてセンサの個数が設定されることは言うまでもない。

【００４５】＜参照レベル信号５５１の設定に関する振
動検出処理動作（図７、図８）＞先に振動伝搬時間検出
の説明をしたが、ここでは、本願の主旨であるゲート信
号を生成するために用いる参照レベル信号５５１の設定
に関する振動検出処理動作につき説明する。

【００４６】図７は、横軸に入力ペン２１と振動センサ
６ａの間の距離を、縦軸に入力ペン２１が出力した超音
波信号を振動センサ６ａが検出した検出レベルをプロッ
トしたグラフである。具体的には、図４に示した前置増
幅回路４０１で所定の増幅率で増幅された後、エンベロ
ープ検出回路４０２で検出するエンベロープ信号（図５
の５３）の電圧値をプロットした（図７の７１、７
２）。

【００４７】振動子駆動回路２４は振動子２５の共振周
波数で、かつ所定のパルス数によりパルス駆動すること
は、先述の通りである。図７の符号７１は、４発のパル
ス駆動（駆動波形は図８の８１）のときに入力ペン２１
の入力角度の条件で検出レベルが最大値のときの検出レ
ベルを示している。また、符号７２は、２発のパルス駆
動（駆動波形は図８の８２）のときの入力ペン２１の入
力角度の条件で検出レベルが最小値（装置の仕様によっ
て異なる）になるときの検出レベルを示している。ここ
で、７３は前置増幅回路４０１及び信号波形検出回路９
の電源電圧値である。

【００４８】振動センサ６が検出した信号波形は、エン
ベロープ信号５２１から生成するゲート信号５６が開い
ている期間について、群信号および位相信号についてそ
れぞれ検出タイミングとして獲得することは先に述べ
た。本実施形態においては、このゲート信号を生成する
にあたり、複数のしきい値と比較して検出信号の有効性
を判定して、検出タイミングを獲得する動作をする。

【００４９】この動作について図７及び図８を用いて説
明すると、まず、光送受信回路２から入力ペン２１に振
動子２５を４発で駆動する旨の信号を送信する。入力ペ
ン２１では、この信号を発光素子２２で受信して、振動
子駆動回路２４で４発のパルスを生成して振動子２５を
駆動する。そして振動センサ６で検出された超音波信号
は、エンベロープ検出回路４０２でエンベロープ信号を
出力する。このエンベロープ信号の検出レベルは、入力
ペン２１のスクリーン８に対する角度や、各部品のバラ
ツキによって変動する。エンベロープ信号の検出レベル
が最大値となる条件であれば、概ね図７の曲線７１のよ
うに検出される。

【００５０】そして、ゲート信号生成回路４０６では、
しきい値７４と検出されたエンベロープ信号が比較され
る。このしきい値７４は、前置増幅回路４０１（信号波
形検出回路９）の電源電圧値に応じて定められている。
すなわち、本実施形態においては、しきい値７４は前置
増幅回路４０１（信号波形検出回路９）の電源電圧値よ
りもわずかに小さくなるようマージンをもって設定され
ている。これは、振動検出タイミングを決定するために
用いるエンベロープ信号として電源電圧を超える信号が
入力されてきた場合には測定が不可能であるからであ
る。

【００５１】ここで、エンベロープ信号がしきい値７４
よりも大きければ、図７の曲線７１におけるＡの領域に
入っており、すなわち、電源電圧値を超えるので処理不
能であるとみなして、再び、入力ペン２１に対して今度
は２発のパルスで駆動する旨の信号を送信する。そし
て、上記と同様に再び検出されたエンベロープ信号は、
ゲート信号生成回路４０６で、しきい値７５と比較され
る。しきい値７５は、Ｓ／Ｎ比で決まる電圧値であり、
すなわち、検出可能なエンベロープ信号のレベルの下限
値である。しきい値７５よりも大きければ、すなわち曲
線７２の領域Ｃに入っていると判断して、ゲート信号を
出力する。

【００５２】なお、４発のパルス駆動の時にしきい値７
４よりもエンベロープ信号のレベルが小さければ曲線７
１の領域Ｂであると判断して、その後、しきい値７５と
の比較を行ない、ゲート信号を出力する。

【００５３】図９は、ゲート信号生成回路４０６におい
てゲート信号が出力されるまでの処理を示したフローチ
ャートである。この処理は、演算制御回路１のマイクロ
コンピュータ３１を制御の主体とし、マイクロコンピュ
ータ３１のＲＯＭ３１２に格納された制御プログラムに
したがって、図９に示す手順で以下のようになされる。

【００５４】まず、ステップＳ９０１では、本体側の光
送受信回路２から入力ペン２１に対して、４発のパルス
駆動をする旨の信号を出力する。その後、入力ペンは、
４発のパルスで振動子を駆動をすると同時にタイミング
パルスを出力する。ステップＳ９０２で、光送受信回路
２は、このタイミングパルスを受信して、スタートタイ
ミングとして利用する。

【００５５】その後、それぞれの振動センサに入力ペン
までの距離に対応した時間を経過して超音波信号が検出
され、ステップＳ９０３で、エンベロープ信号が検出さ
れる。

【００５６】検出されたエンベロープ信号は、ステップ
Ｓ９０４で、図７の７４に対応したしきい値１と比較さ
れる。しきい値１より大きいときは、ステップＳ９０５
で、本体側の光送受信回路２から入力ペン２１に対し
て、２発のパルス駆動をする旨の信号を出力する。

【００５７】その後、入力ペンは、２発のパルスで振動
子を駆動をすると同時にタイミングパルスを出力する。
ステップＳ９０６で、光送受信回路２は、再びこのタイ
ミングパルスを受信して、スタートタイミングとして利
用する。

【００５８】さらに、それぞれの振動センサに入力ペン
までの距離に対応した時間を経過して超音波信号が検出
され、ステップＳ９０７で、エンベロープ信号が検出さ
れる。

【００５９】検出されたエンベロープ信号は、ステップ
Ｓ９０８で、図７の７５に対応したしきい値２と比較さ
れる。しきい値２より大きいときは、検出された超音波
信号は有効であると判断して、ステップＳ９０９でゲー
ト信号を出力する。

【００６０】なお、ステップＳ９０４で、検出されたエ
ンベロープ信号がしきい値１よりも小さいときは、すぐ
にステップＳ９０８で、しきい値２と比較とされる。

【００６１】そして、しきい値２より大きいときは、検
出された超音波信号は有効であると判断して、ステップ
Ｓ９０９でゲート信号を出力する。

【００６２】ここで、ステップＳ９０８で、エンベロー
プ信号がしきい値２より小さいときは、信号処理不能な
ノイズとして判断され、ステップＳ９１０でエラー処理
される。

【００６３】以上のように、振動検出タイミングを決定
するために用いられるエンベロープ信号が所定のしきい
値を越えたと判定されると、入力ペンが発生する超音波
の出力が小さくなるよう制御し、再び前記超音波発生手
段を駆動する制御を行なうことにより、検出信号レベル
が非常に大きく変化する空中超音波を利用した座標入力
装置においても、振動入力位置（振動センサまでの距
離）や入力状態に係わらず、安定した良好な入力感が得
られる座標入力装置を提供することができる。

【００６４】なお、上記実施形態においては、ゲート信
号を生成する際に、検出されたエンベロープ信号を電源
電圧値に近いしきい値と比較したときに、しきい値より
も大きいと判断されたときは、入力ペンの振動子を駆動
するパルス数を変更してから再び駆動することで、入力
ペンの超音波出力を制御している。

【００６５】しかし、入力ペンの超音波出力を制御する
には、例えば、振動子駆動回路における振動子に印加す
る駆動電圧を変化させるような構成も考えられる。この
場合は、本体側の光送受信回路からの信号を受信して、
振動子駆動回路において、例えばＭＯＳＦＥＴなどで電
源電圧をスイッチングさせることによって実現すること
ができる。

【００６６】一般的には、駆動電圧を制御する構成は、
振動子を駆動するパルスのパルス数を制御する構成より
も、回路構成やスイッチング時の電流によって消費電流
においては不利であるが、入力ペンの電源を充電池とす
る場合等、仕様によって条件が許容できるならば、本実
施形態のような構成にしても実施形態１と同様の効果を
得ることができる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、入力面上において
超音波振動を発生する超音波発生手段と、前記入力面の
周辺部に設けられた複数の振動検出手段を有し、前記超
音波発生手段で発生され空中を伝達した超音波振動を前
記複数の振動検出手段が受信した受信タイミングに基づ
いて当該超音波発生手段の入力面上の位置を検出する座
標入力装置、その制御方法、およびその制御プログラム
において、前記振動検出手段が検出した検出信号が所定
のしきい値を越えたか否かを判定し、前記検出信号が前
記所定のしきい値を越えたと判定された場合、前記超音
波発生手段の出力が小さくなるよう制御し、再び前記超
音波発生手段を駆動する構成を採用することにより、超
音波発生手段の入力面に対する振動入力位置（距離）、
や入力状態に係わらず、空中超音波を利用して安定した
良好な入力感により座標入力を行なえる、という優れた
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を採用した座標入力装置の実施形態の一
例を示す説明図である。

【図２】座標入力装置の概略構成を示す説明図である。

【図３】演算制御回路の詳細な構成を示す説明図であ
る。

【図４】信号波形検出回路の詳細な構成を示す説明図で
ある。

【図５】信号波形検出回路に供給される検出波形と、そ
れに基づく振動伝達時間の計測処理を示した説明図であ
る。

【図６】座標位置の算出例を示した説明図である。

【図７】入力ペンとセンサ間距離および検出レベルの関
係を示した説明図である。

【図８】入力ペン内の振動子の駆動波形を示した説明図
である。

【図９】実施形態１を説明するためのフローチャート図
である。

【符号の説明】

１演算制御回路２光送受信回路３信号処理回路４ホスト装置５画像投射装置６ａ〜６ｄ振動センサ８スクリーン９信号波形検出回路２１入力ペン２２発光素子２３電池２４振動子駆動回路２５振動子２８超音波通過窓３１マイクロコンピュータ３２ａ〜３２ｄカウンタ３３判定回路３５Ｉ／Ｏポート５１駆動信号５３エンベロープ信号５４２階微分波形５６ゲート信号５７位相信号５８出力信号５９ｔｇ信号３１１ＣＰＵ３１３ＲＡＭ３１２ＲＯＭ４０４エンベロープ変曲点検出回路４０５群信号コンパレータ４０６ゲート信号生成回路４０７単安定マルチバイブレータ４０８バンドパスフィルタ４０９スライス回路４１０位相信号コンパレータ５２１エンベロープ信号５２２位相波形５５１参照レベル信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力面上において超音波振動を発生する
超音波発生手段と、前記入力面の周辺部に設けられた複
数の振動検出手段を有し、前記超音波発生手段で発生さ
れ空中を伝達した超音波振動を前記複数の振動検出手段
が受信した受信タイミングに基づいて当該超音波発生手
段の入力面上の位置を検出する座標入力装置において、前記超音波発生手段の出力を制御する超音波出力制御手
段と、前記振動検出手段が検出した検出信号が所定のしきい値
を越えたか否かを判定する判定手段を有し、前記判定手段により前記検出信号が前記所定のしきい値
を越えたと判定された場合、前記超音波出力制御手段に
より前記超音波発生手段の出力が小さくなるよう制御
し、再び前記超音波発生手段を駆動することを特徴とす
る座標入力装置。
【請求項２】前記しきい値が前記振動検出手段の出力
信号を処理する信号回路の電源電圧に基いて定められる
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３】前記超音波出力制御手段は、前記超音波
発生手段を駆動するパルスの数を調節することにより超
音波出力制御を行なう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４】前記超音波出力制御手段は、前記超音波
発生手段の駆動電圧を調節することにより超音波出力制
御を行なう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５】入力面上において超音波振動を発生する
超音波発生手段と、前記入力面の周辺部に設けられた複
数の振動検出手段を有し、前記超音波発生手段で発生さ
れ空中を伝達した超音波振動を前記複数の振動検出手段
が受信した受信タイミングに基づいて当該超音波発生手
段の入力面上の位置を検出する座標入力装置の制御方法
において、前記振動検出手段が検出した検出信号が所定のしきい値
を越えたか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップにより前記検出信号が前記所定のしき
い値を越えたと判定された場合、前記超音波発生手段の
出力が小さくなるよう制御し、再び前記超音波発生手段
を駆動する制御ステップを有することを特徴とする座標
入力装置の制御方法。
【請求項６】前記しきい値が前記振動検出手段の出力
信号を処理する信号回路の電源電圧に基いて定められる
ことを特徴とする請求項５に記載の座標入力装置の制御
方法。
【請求項７】入力面上において超音波振動を発生する
超音波発生手段と、前記入力面の周辺部に設けられた複
数の振動検出手段を有し、前記超音波発生手段で発生さ
れ空中を伝達した超音波振動を前記複数の振動検出手段
が受信した受信タイミングに基づいて当該超音波発生手
段の入力面上の位置を検出する座標入力装置の制御プロ
グラムにおいて、前記振動検出手段が検出した検出信号が所定のしきい値
を越えたか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップにより前記検出信号が前記所定のしき
い値を越えたと判定された場合、前記超音波発生手段の
出力が小さくなるよう制御し、再び前記超音波発生手段
を駆動する制御ステップを含むことを特徴とする座標入
力装置の制御プログラム。
【請求項８】前記しきい値が前記振動検出手段の出力
信号を処理する信号回路の電源電圧に基いて定められる
ことを特徴とする請求項７に記載の座標入力装置の制御
プログラム。