JP2002366292A - 座標入力装置 - Google Patents
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- G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
- G06F3/043—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using propagating acoustic waves
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音波振動子を含めた回路のばらつきを吸収
でき安定した位置検出をすることができる座標入力装置
を提供することを目的とする。 【解決手段】 盤面の近傍に複数の受信機を配置し、指
示器から発信される少なくとも一つに超音波を用いた位
置信号を受信機で受信し、指示器の盤面上の位置を検出
し指示器の座標位置を入力する座標入力装置であって、
超音波を用いた位置信号は任意の時間間隔で発信され、
超音波発振回路は超音波振動子４とコイル３を並列接続
し共振回路を形成し、共振の開始電流の量を時間量で可
変できるようにした。
でき安定した位置検出をすることができる座標入力装置
を提供することを目的とする。 【解決手段】 盤面の近傍に複数の受信機を配置し、指
示器から発信される少なくとも一つに超音波を用いた位
置信号を受信機で受信し、指示器の盤面上の位置を検出
し指示器の座標位置を入力する座標入力装置であって、
超音波を用いた位置信号は任意の時間間隔で発信され、
超音波発振回路は超音波振動子４とコイル３を並列接続
し共振回路を形成し、共振の開始電流の量を時間量で可
変できるようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を利用した
面入力タイプの音響式座標入力技術（以後、デジタイジ
ング技術と呼ぶ）を使用して、盤面上の指示器の位置を
入力する座標入力装置に関するものである。
面入力タイプの音響式座標入力技術（以後、デジタイジ
ング技術と呼ぶ）を使用して、盤面上の指示器の位置を
入力する座標入力装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ボード上に貼った設計図面を指示
器でポイントすることにより座標の拾い出し処理を行
い、設計図面をＰＣ（パーソナルコンピュータ）に入力
するデジタイザが多用されている。指示器は、超音波を
発信する機能を持つもので、ボード上端の幅方向の両端
部に配置した受信機に超音波を送って、ボード上のポイ
ント位置がＰＣに送信されて位置情報がデータ化され
る。
器でポイントすることにより座標の拾い出し処理を行
い、設計図面をＰＣ（パーソナルコンピュータ）に入力
するデジタイザが多用されている。指示器は、超音波を
発信する機能を持つもので、ボード上端の幅方向の両端
部に配置した受信機に超音波を送って、ボード上のポイ
ント位置がＰＣに送信されて位置情報がデータ化され
る。
【０００３】図４は従来の座標入力装置の概略構成図、
図５は従来の座標入力装置の超音波発振回路の概略構成
図、図６は従来の座標入力装置の信号波形図、図７は従
来の座標入力装置の反射波による誤動作の説明図であ
る。
図５は従来の座標入力装置の超音波発振回路の概略構成
図、図６は従来の座標入力装置の信号波形図、図７は従
来の座標入力装置の反射波による誤動作の説明図であ
る。
【０００４】図４に示す座標入力装置は、間欠的に超音
波を発信する指示器７と、ボード５上の上部左右に取り
付けられた受信機６から構成される。受信機６は、指示
器７からの超音波が受信機６に到達するまでの空間伝搬
時間をそれぞれ計測し三角測量により指示器７の座標を
読み取り位置情報をＰＣ８へ送信するものである。ま
た、指示器７と受信機６は、時間計測を行うため常に同
期が取られており、指示器７から超音波が出力されると
同期して受信機６は時間計測を開始する。これにより正
確な伝搬時間が計測できる。このような構成の座標入力
装置では、指示器７の位置情報が瞬時にＰＣ８のディス
プレイ上に表示されボード５上の描画情報をＰＣ８に取
り込むことができる。
波を発信する指示器７と、ボード５上の上部左右に取り
付けられた受信機６から構成される。受信機６は、指示
器７からの超音波が受信機６に到達するまでの空間伝搬
時間をそれぞれ計測し三角測量により指示器７の座標を
読み取り位置情報をＰＣ８へ送信するものである。ま
た、指示器７と受信機６は、時間計測を行うため常に同
期が取られており、指示器７から超音波が出力されると
同期して受信機６は時間計測を開始する。これにより正
確な伝搬時間が計測できる。このような構成の座標入力
装置では、指示器７の位置情報が瞬時にＰＣ８のディス
プレイ上に表示されボード５上の描画情報をＰＣ８に取
り込むことができる。
【０００５】次に上述したような座標入力装置の指示器
７に内蔵される従来の超音波発振回路と波形を図５およ
び図６に示す。図５において超音波発振回路は、トラン
ジスタ１と超音波振動子４とパルストランス９から構成
される。
７に内蔵される従来の超音波発振回路と波形を図５およ
び図６に示す。図５において超音波発振回路は、トラン
ジスタ１と超音波振動子４とパルストランス９から構成
される。
【０００６】トランジスタ１に図６（Ａ）に示すパルス
が入力されると、パルストランス９の１次側に電流が流
れ２次側に昇圧された電圧が発生する。次にパルスがオ
フすると、パルストランス９の２次側のコイルと超音波
振動子４からなる共振回路により、昇圧された電圧を基
準に減衰振動が発生し図６（Ｂ）のような出力電圧が超
音波振動子４に印加され、超音波が発生する。
が入力されると、パルストランス９の１次側に電流が流
れ２次側に昇圧された電圧が発生する。次にパルスがオ
フすると、パルストランス９の２次側のコイルと超音波
振動子４からなる共振回路により、昇圧された電圧を基
準に減衰振動が発生し図６（Ｂ）のような出力電圧が超
音波振動子４に印加され、超音波が発生する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図５に示すような座標
入力装置では、入力するパルスが同一でも電源やパルス
トランスのばらつきや超音波振動子の出力ばらつきによ
り、発生する超音波レベルがばらついてしまう。
入力装置では、入力するパルスが同一でも電源やパルス
トランスのばらつきや超音波振動子の出力ばらつきによ
り、発生する超音波レベルがばらついてしまう。
【０００８】図５において、指示器内の超音波振動子に
減衰振動電圧が印加されるが、実際に空気中を伝播する
超音波は振幅が増加しその後減衰するような波形（図６
（Ｃ））となる。さらに、受信機６には、通常共振型の
超音波センサが使用されているため、図６（Ｄ）に示す
ように受信波形は共振現象により徐々に振幅が大きくな
り最大振幅となった後、尾を引くように減衰振動にな
る。超音波を受信する受信機６では、通常位置検出ずれ
を少なくするため、超音波を受けはじめてから数波目の
レベルをあるスレショルドレベルに設定されたコンパレ
ータにて検出し、超音波が発振されてから受信機６に到
達するまでの時間が計測される。このような場合、超音
波発振レベルがばらついた際に、検出位置がずれてしま
う。検出位置が１波（１波長）ずれた場合、超音波の周
波数４０ＫＨｚ、音速３４０ｍ／ｓとすると、距離計測
値が８．５ｍｍ違ってくることになる。
減衰振動電圧が印加されるが、実際に空気中を伝播する
超音波は振幅が増加しその後減衰するような波形（図６
（Ｃ））となる。さらに、受信機６には、通常共振型の
超音波センサが使用されているため、図６（Ｄ）に示す
ように受信波形は共振現象により徐々に振幅が大きくな
り最大振幅となった後、尾を引くように減衰振動にな
る。超音波を受信する受信機６では、通常位置検出ずれ
を少なくするため、超音波を受けはじめてから数波目の
レベルをあるスレショルドレベルに設定されたコンパレ
ータにて検出し、超音波が発振されてから受信機６に到
達するまでの時間が計測される。このような場合、超音
波発振レベルがばらついた際に、検出位置がずれてしま
う。検出位置が１波（１波長）ずれた場合、超音波の周
波数４０ＫＨｚ、音速３４０ｍ／ｓとすると、距離計測
値が８．５ｍｍ違ってくることになる。
【０００９】次に、図６（Ｄ）に示すように受信波形
は、共振現象により検出位置よりうしろの位置で最大振
幅となるため、このような波形にて間欠駆動をした際
に、遅延して受信される反射波が問題となる。図７を用
いて説明を行う。図７において上図は、間欠的に発振さ
れる超音波発振波形であり、下図は、その超音波を受信
した際の受信波形である。超音波を受信した際に、受信
機６では最短距離で到達した直接波と、物体に反射し減
衰および遅延した反射波を受けることになる。
は、共振現象により検出位置よりうしろの位置で最大振
幅となるため、このような波形にて間欠駆動をした際
に、遅延して受信される反射波が問題となる。図７を用
いて説明を行う。図７において上図は、間欠的に発振さ
れる超音波発振波形であり、下図は、その超音波を受信
した際の受信波形である。超音波を受信した際に、受信
機６では最短距離で到達した直接波と、物体に反射し減
衰および遅延した反射波を受けることになる。
【００１０】図７に示すように反射波が次の発振より後
に受信され、その最大振幅がコンパレータのスレショル
ドレベルより大きい場合、超音波の伝搬時間はｔではな
くｔ’になってしまう。従って、伝搬時間が短くなり位
置検出が誤動作してしまう。
に受信され、その最大振幅がコンパレータのスレショル
ドレベルより大きい場合、超音波の伝搬時間はｔではな
くｔ’になってしまう。従って、伝搬時間が短くなり位
置検出が誤動作してしまう。
【００１１】そこで本発明は、超音波振動子を含めた回
路のばらつきを吸収でき安定した位置検出をすることが
できる座標入力装置を提供することを目的とする。
路のばらつきを吸収でき安定した位置検出をすることが
できる座標入力装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この問題を解決するため
に本発明の座標入力装置は、盤面の近傍に複数の受信機
を配置し、指示器から発信される少なくとも一つに超音
波を用いた位置信号を受信機で受信し、指示器の盤面上
の位置を検出し指示器の座標位置を入力する座標入力装
置であって、超音波を用いた位置信号は任意の時間間隔
で発信され、超音波発振回路は超音波発振子とコイルを
並列接続し共振回路を形成し、共振の開始電流の量を時
間量で可変できるように構成している。
に本発明の座標入力装置は、盤面の近傍に複数の受信機
を配置し、指示器から発信される少なくとも一つに超音
波を用いた位置信号を受信機で受信し、指示器の盤面上
の位置を検出し指示器の座標位置を入力する座標入力装
置であって、超音波を用いた位置信号は任意の時間間隔
で発信され、超音波発振回路は超音波発振子とコイルを
並列接続し共振回路を形成し、共振の開始電流の量を時
間量で可変できるように構成している。
【００１３】本発明によれば、超音波振動子を含めた回
路のばらつきを吸収でき安定した位置検出をすることが
できる座標入力装置を提供することができる。
路のばらつきを吸収でき安定した位置検出をすることが
できる座標入力装置を提供することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】請求項１に記載の座標入力装置
は、盤面の近傍に複数の受信機を配置し、指示器から発
信される少なくとも一つに超音波を用いた位置信号を受
信機で受信し、指示器の盤面上の位置を検出し指示器の
座標位置を入力する座標入力装置であって、超音波を用
いた位置信号は任意の時間間隔で発信され、超音波発振
回路は超音波発振子とコイルを並列接続し共振回路を形
成し、共振の開始電流の量を時間量で可変できるように
構成したものである。
は、盤面の近傍に複数の受信機を配置し、指示器から発
信される少なくとも一つに超音波を用いた位置信号を受
信機で受信し、指示器の盤面上の位置を検出し指示器の
座標位置を入力する座標入力装置であって、超音波を用
いた位置信号は任意の時間間隔で発信され、超音波発振
回路は超音波発振子とコイルを並列接続し共振回路を形
成し、共振の開始電流の量を時間量で可変できるように
構成したものである。
【００１５】この構成により、超音波発振回路の共振開
始電流の量を時間量で可変できるため、超音波発振レベ
ルを制御する事ができる。
始電流の量を時間量で可変できるため、超音波発振レベ
ルを制御する事ができる。
【００１６】請求項２に記載の座標入力装置は、盤面の
近傍に複数の受信機を配置し、指示器から発信される少
なくとも一つに超音波を用いた位置信号を受信機で受信
し、指示器の盤面上の位置を検出し指示器の座標位置を
入力する座標入力装置であって、超音波を用いた位置信
号は任意の時間間隔で発信され、超音波発振回路は超音
波発振開始後任意の位置で発振周波数と異なる位相また
は周波数に切換えることとしたものである。
近傍に複数の受信機を配置し、指示器から発信される少
なくとも一つに超音波を用いた位置信号を受信機で受信
し、指示器の盤面上の位置を検出し指示器の座標位置を
入力する座標入力装置であって、超音波を用いた位置信
号は任意の時間間隔で発信され、超音波発振回路は超音
波発振開始後任意の位置で発振周波数と異なる位相また
は周波数に切換えることとしたものである。
【００１７】この構成により、受信機での位置検出位置
より後の不要な超音波発振振幅をさげることができ、受
信機側での反射波による誤動作を防止できる。
より後の不要な超音波発振振幅をさげることができ、受
信機側での反射波による誤動作を防止できる。
【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の超音波発振回路の概略構成
図、図２は本発明の実施の形態１における座標入力装置
の超音波発振回路の動作説明図である。図１において超
音波発振回路は、トランジスタ１とダイオード２と並列
接続されたコイル３および超音波振動子４から成り、共
振回路を構成している。なお、座標入力装置の全体構成
は図４と同じである。
態１における座標入力装置の超音波発振回路の概略構成
図、図２は本発明の実施の形態１における座標入力装置
の超音波発振回路の動作説明図である。図１において超
音波発振回路は、トランジスタ１とダイオード２と並列
接続されたコイル３および超音波振動子４から成り、共
振回路を構成している。なお、座標入力装置の全体構成
は図４と同じである。
【００１９】図２（Ａ）において、トランジスタ１に
（入力１）で示したパルスが入力されると、トランジス
タ１がオンしコイル３およびダイオード２に電流が流れ
る。コイル３およびダイオード２に流れる電流をｉＤ１
で示す。電流は、パルスの入力とともに増加し入力が無
くなった時点で最大値（ｉｐｅａｋ１）となる。入力が
無くなるとトランジスタ１およびダイオード２がオフ
し、超音波振動子４とコイル３による共振が開始され
る。この際の共振開始電流は、（ｉｐｅａｋ１）とな
り、（出力１）に示す減衰振動電圧（最大値 Ｖｐｅａ
ｋ１）が超音波振動子に印加され超音波が発振する。
（入力１）で示したパルスが入力されると、トランジス
タ１がオンしコイル３およびダイオード２に電流が流れ
る。コイル３およびダイオード２に流れる電流をｉＤ１
で示す。電流は、パルスの入力とともに増加し入力が無
くなった時点で最大値（ｉｐｅａｋ１）となる。入力が
無くなるとトランジスタ１およびダイオード２がオフ
し、超音波振動子４とコイル３による共振が開始され
る。この際の共振開始電流は、（ｉｐｅａｋ１）とな
り、（出力１）に示す減衰振動電圧（最大値 Ｖｐｅａ
ｋ１）が超音波振動子に印加され超音波が発振する。
【００２０】次に図２（Ｂ）の（入力２）に示すように
パルス幅が（入力１）に対し半分になった場合、コイル
３およびダイオード２に流れる電流の増加率は同一で時
間が半分になるため最大値（ｉｐｅａｋ２）は、（ｉｐ
ｅａｋ１）の半分となる。従って、共振開始電流が半分
になるため、超音波振動子４に印加される最大電圧（Ｖ
ｐｅａｋ２）は、前述した（Ｖｐｅａｋ１）の半分とな
り超音波出力レベルも半分となる。
パルス幅が（入力１）に対し半分になった場合、コイル
３およびダイオード２に流れる電流の増加率は同一で時
間が半分になるため最大値（ｉｐｅａｋ２）は、（ｉｐ
ｅａｋ１）の半分となる。従って、共振開始電流が半分
になるため、超音波振動子４に印加される最大電圧（Ｖ
ｐｅａｋ２）は、前述した（Ｖｐｅａｋ１）の半分とな
り超音波出力レベルも半分となる。
【００２１】以上本発明の実施の形態１によれば、入力
のパルス幅を調節する事で共振開始電流の量を制御で
き、超音波出力レベルをコントロールできる。従って、
電源やコイルのばらつきや超音波振動子の出力がばらつ
いても、パルス幅を可変することにより超音波出力を一
定にすることができる。
のパルス幅を調節する事で共振開始電流の量を制御で
き、超音波出力レベルをコントロールできる。従って、
電源やコイルのばらつきや超音波振動子の出力がばらつ
いても、パルス幅を可変することにより超音波出力を一
定にすることができる。
【００２２】（実施の形態２）図３は、本発明の実施の
形態２における座標入力装置の超音波発振回路の動作説
明図である。座標入力装置の超音波発振回路の概略構成
は、図１と同じである。
形態２における座標入力装置の超音波発振回路の動作説
明図である。座標入力装置の超音波発振回路の概略構成
は、図１と同じである。
【００２３】図３（Ａ）に示す入力パルスは、共振開始
電流を決定する第１のパルスと、超音波振動子４・コイ
ル３による共振周波数の半周期（ｔ２）のパルス幅をも
つ第２・第３・第４のパルスから構成される。
電流を決定する第１のパルスと、超音波振動子４・コイ
ル３による共振周波数の半周期（ｔ２）のパルス幅をも
つ第２・第３・第４のパルスから構成される。
【００２４】また、第２・第３・第４のパルスは、共振
周波数の２周期（ｔ１）間隔で入力される。
周波数の２周期（ｔ１）間隔で入力される。
【００２５】次に動作説明を行う。第１のパルス入力
後、前述と同様に共振電圧が超音波振動子に印加される
が２周期過ぎると第２のパルスによりトランジスタ１が
再びオンし、共振電流はダイオード２およびトランジス
タ１に流れてしまい共振が止まってしまう。半周期後ト
ランジスタ１がオフし再び共振が開始される。以後、同
様の動作が第３・第４のパルスにより繰返される。これ
により２周期毎に位相が反転した電圧が、超音波振動子
に印可される（図３（Ｂ）参照）。
後、前述と同様に共振電圧が超音波振動子に印加される
が２周期過ぎると第２のパルスによりトランジスタ１が
再びオンし、共振電流はダイオード２およびトランジス
タ１に流れてしまい共振が止まってしまう。半周期後ト
ランジスタ１がオフし再び共振が開始される。以後、同
様の動作が第３・第４のパルスにより繰返される。これ
により２周期毎に位相が反転した電圧が、超音波振動子
に印可される（図３（Ｂ）参照）。
【００２６】上記構成により、超音波振動子に共振開始
後２周期毎に位相が反転した電圧を印可できる。従って
発生した超音波は、空気中を伝搬する際、図３（Ｃ）に
示すように２周期までは通常の動作と同様に徐々に振幅
が増加し、その後振幅が下がるとともに共振周波数から
ずれた周波数になってしまう。このような超音波を共振
型超音波センサで受信した場合、図３（Ｄ）に示すよう
に２〜３周期までは通常と同様な振幅増加となるが、位
置検出位置以降の振幅増加を抑えることができる。これ
により、反射波の振幅をコンパレータのスレショルドレ
ベル以下にすることができ、反射波による位置検出の誤
動作を防止することができる。
後２周期毎に位相が反転した電圧を印可できる。従って
発生した超音波は、空気中を伝搬する際、図３（Ｃ）に
示すように２周期までは通常の動作と同様に徐々に振幅
が増加し、その後振幅が下がるとともに共振周波数から
ずれた周波数になってしまう。このような超音波を共振
型超音波センサで受信した場合、図３（Ｄ）に示すよう
に２〜３周期までは通常と同様な振幅増加となるが、位
置検出位置以降の振幅増加を抑えることができる。これ
により、反射波の振幅をコンパレータのスレショルドレ
ベル以下にすることができ、反射波による位置検出の誤
動作を防止することができる。
【００２７】なお、実施の形態２において、共振開始後
の２周期あとで位相を変化させたが、周波数を変化させ
ても同様な効果が得られる。
の２周期あとで位相を変化させたが、周波数を変化させ
ても同様な効果が得られる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の座
標入力装置によれば、電源やコイルのばらつきや超音波
振動子の出力がばらついても、パルス幅を可変すること
により超音波出力を一定にできる。パルス幅の可変は、
ＣＰＵまたはデジタル回路により簡単に設定できるた
め、調整が容易で安定な超音波出力を得ることができ
る。従って、誤動作のない安定した位置検出ができる座
標入力装置を実現できる。
標入力装置によれば、電源やコイルのばらつきや超音波
振動子の出力がばらついても、パルス幅を可変すること
により超音波出力を一定にできる。パルス幅の可変は、
ＣＰＵまたはデジタル回路により簡単に設定できるた
め、調整が容易で安定な超音波出力を得ることができ
る。従って、誤動作のない安定した位置検出ができる座
標入力装置を実現できる。
【００２９】請求項２に記載の座標入力装置によれば、
超音波発振回路の超音波振動子に印加する共振電圧の位
相を途中から変化させることで、位置検出位置以降の不
要な超音波の振幅を抑えるとともに受信機の超音波セン
サの共振周波数からずらすことができる。つまり受信機
の位置検出に対して必要十分な超音波発振レベルを確保
できるとともに、反射波を受信した際の受信振幅を抑え
ることができる。従って、反射波による位置検出の誤動
作を防止でき、安定な位置検出ができる座標入力装置を
実現できる。
超音波発振回路の超音波振動子に印加する共振電圧の位
相を途中から変化させることで、位置検出位置以降の不
要な超音波の振幅を抑えるとともに受信機の超音波セン
サの共振周波数からずらすことができる。つまり受信機
の位置検出に対して必要十分な超音波発振レベルを確保
できるとともに、反射波を受信した際の受信振幅を抑え
ることができる。従って、反射波による位置検出の誤動
作を防止でき、安定な位置検出ができる座標入力装置を
実現できる。
【図１】本発明の実施の形態１における座標入力装置の
超音波発振回路の概略構成図
超音波発振回路の概略構成図
【図２】本発明の実施の形態１における座標入力装置の
超音波発振回路の動作説明図
超音波発振回路の動作説明図
【図３】本発明の実施の形態２における座標入力装置の
超音波発振回路の動作説明図
超音波発振回路の動作説明図
【図４】従来の座標入力装置の概略構成図
【図５】従来の座標入力装置の超音波発振回路の概略構
成図
成図
【図６】従来の座標入力装置の信号波形図
【図７】従来の座標入力装置の反射波による誤動作の説
明図
明図
１ トランジスタ ２ ダイオード ３ コイル ４ 超音波振動子 ５ ボード ６ 受信機 ７ 指示器
Claims (2)
- 【請求項１】盤面の近傍に複数の受信機を配置し、指示
器から発信される少なくとも一つに超音波を用いた位置
信号を受信機で受信し、指示器の盤面上の位置を検出し
指示器の座標位置を入力する座標入力装置であって、 超音波を用いた位置信号は任意の時間間隔で発信され、
超音波発振回路は超音波発振子とコイルを並列接続し共
振回路を形成し、共振の開始電流の量を時間量で可変で
きるようにしたことを特徴とする座標入力装置。 - 【請求項２】盤面の近傍に複数の受信機を配置し、指示
器から発信される少なくとも一つに超音波を用いた位置
信号を受信機で受信し、指示器の盤面上の位置を検出し
指示器の座標位置を入力する座標入力装置であって、 超音波を用いた位置信号は任意の時間間隔で発信され、
超音波発振回路は超音波発振開始後任意の位置で発振周
波数と異なる位相または周波数に切換えることを特徴と
する座標入力装置。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001178106A JP2002366292A (ja) | 2001-06-13 | 2001-06-13 | 座標入力装置 |
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Family Applications (1)
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