JP2003044213A - 座標入力装置の入力指示器及び座標入力装置 - Google Patents
座標入力装置の入力指示器及び座標入力装置Info
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- JP2003044213A JP2003044213A JP2001230729A JP2001230729A JP2003044213A JP 2003044213 A JP2003044213 A JP 2003044213A JP 2001230729 A JP2001230729 A JP 2001230729A JP 2001230729 A JP2001230729 A JP 2001230729A JP 2003044213 A JP2003044213 A JP 2003044213A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 空中超音波方式の座標入力装置の入力指示器
で近距離入力と遠距離入力の両方に好適に使用できる構
成を提供する。 【解決手段】 入力指示器1の先端部に設けられた超音
波発生手段2は、一軸延伸分極フィルムからなる圧電フ
ィルムから両端が開放された中空の角錐台形に形成さ
れ、その圧電フィルムの超音波発生面が指示器1の軸方
向に対して傾斜している。また、その一軸延伸方向Eが
指示器1の軸方向に対して垂直になっている。この圧電
フィルムからなる超音波発生手段2の先端部は開口して
いるので、そこに座標入力モード切り替え用のスイッチ
Sを設けることもできる。
で近距離入力と遠距離入力の両方に好適に使用できる構
成を提供する。 【解決手段】 入力指示器1の先端部に設けられた超音
波発生手段2は、一軸延伸分極フィルムからなる圧電フ
ィルムから両端が開放された中空の角錐台形に形成さ
れ、その圧電フィルムの超音波発生面が指示器1の軸方
向に対して傾斜している。また、その一軸延伸方向Eが
指示器1の軸方向に対して垂直になっている。この圧電
フィルムからなる超音波発生手段2の先端部は開口して
いるので、そこに座標入力モード切り替え用のスイッチ
Sを設けることもできる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、操作者により任意
に指示された位置の座標を検出してホスト装置に入力す
る座標入力装置、特に空中を伝わる超音波を利用して指
示位置の座標を検出する空中超音波方式の座標入力装
置、及びこの装置において操作者が座標を入力する位置
を指示するために用いられる超音波発生手段を備えた入
力指示器に関するものである。
に指示された位置の座標を検出してホスト装置に入力す
る座標入力装置、特に空中を伝わる超音波を利用して指
示位置の座標を検出する空中超音波方式の座標入力装
置、及びこの装置において操作者が座標を入力する位置
を指示するために用いられる超音波発生手段を備えた入
力指示器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、空中超音波方式の座標入力装置が
知られており、例えば特開平8−6703号、特開平9
−167046号、特公平7−62820号などに記載
されている。この装置は、操作者が座標を入力する位置
を指示する入力指示器として超音波発生手段を備えたペ
ン状ないし棒状の入力指示器を用い、この入力指示器の
超音波発生手段から空中に発せられた超音波をそれぞれ
異なる位置に設けられた複数の超音波センサにより検出
し、入力指示器の超音波発生手段から超音波センサまで
の超音波の伝達時間に基づいて、入力指示器の超音波発
生手段の位置、すなわち指示位置の座標を検出(算出)
するものである。
知られており、例えば特開平8−6703号、特開平9
−167046号、特公平7−62820号などに記載
されている。この装置は、操作者が座標を入力する位置
を指示する入力指示器として超音波発生手段を備えたペ
ン状ないし棒状の入力指示器を用い、この入力指示器の
超音波発生手段から空中に発せられた超音波をそれぞれ
異なる位置に設けられた複数の超音波センサにより検出
し、入力指示器の超音波発生手段から超音波センサまで
の超音波の伝達時間に基づいて、入力指示器の超音波発
生手段の位置、すなわち指示位置の座標を検出(算出)
するものである。
【0003】この空中超音波方式の座標入力装置では、
超音波センサが配置された座標入力面(XY平面)上で
入力指示器により指示された位置の2次元座標(x,
y)を検出して入力するように構成することもできる
し、座標入力面から離れた空間で指示された位置の3次
元座標(x,y,z)を検出して入力するように構成す
ることもできる。また、入力指示器をポインタ的に使用
して座標入力面から離れた所から指示された座標入力面
上の指示位置の2次元座標を検出して入力するように構
成することもできる。
超音波センサが配置された座標入力面(XY平面)上で
入力指示器により指示された位置の2次元座標(x,
y)を検出して入力するように構成することもできる
し、座標入力面から離れた空間で指示された位置の3次
元座標(x,y,z)を検出して入力するように構成す
ることもできる。また、入力指示器をポインタ的に使用
して座標入力面から離れた所から指示された座標入力面
上の指示位置の2次元座標を検出して入力するように構
成することもできる。
【0004】このような空中超音波方式の座標入力装置
の従来の構成では、一般的に、入力指示器の超音波発生
手段として、PZT(ジルコン・チタン酸鉛)などのセ
ラミックスから板状などに形成されたバイモルフ振動子
などの固体圧電素子が用いられている。
の従来の構成では、一般的に、入力指示器の超音波発生
手段として、PZT(ジルコン・チタン酸鉛)などのセ
ラミックスから板状などに形成されたバイモルフ振動子
などの固体圧電素子が用いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、入力指
示器の超音波発生手段に固体圧電素子を用いる場合、固
体圧電素子と空気の音響インピーダンスの差が大きいの
で、超音波の放出効率が低く、振動板を装着する必要が
あった。そして、振動板を装着すると、その構造上、超
音波放射の指向性として、入力指示器の軸方向に集中し
て放射強度が高くなる。
示器の超音波発生手段に固体圧電素子を用いる場合、固
体圧電素子と空気の音響インピーダンスの差が大きいの
で、超音波の放出効率が低く、振動板を装着する必要が
あった。そして、振動板を装着すると、その構造上、超
音波放射の指向性として、入力指示器の軸方向に集中し
て放射強度が高くなる。
【0006】このような指向性では、前述した2次元座
標の入力と3次元座標の入力ないしポインタ的な2次元
座標の入力を共に行なえるように構成された装置におい
て、図13(b)のように座標入力面(平面板6の表
面)から遠距離のところで入力指示器1で入力位置を指
示して3次元座標の入力ないしポインタ的な2次元座標
の入力を行なう場合(以下、遠距離入力という)には適
している。
標の入力と3次元座標の入力ないしポインタ的な2次元
座標の入力を共に行なえるように構成された装置におい
て、図13(b)のように座標入力面(平面板6の表
面)から遠距離のところで入力指示器1で入力位置を指
示して3次元座標の入力ないしポインタ的な2次元座標
の入力を行なう場合(以下、遠距離入力という)には適
している。
【0007】しかし、図13(a)のように座標入力面
に入力指示器1を接触させて、ないしは座標入力面から
ごく近距離で入力位置を指示して2次元ないし3次元座
標の入力を行なう場合(以下、近距離入力という)には
不向きであり、この場合、座標検出を安定して高精度に
行なうことができない。
に入力指示器1を接触させて、ないしは座標入力面から
ごく近距離で入力位置を指示して2次元ないし3次元座
標の入力を行なう場合(以下、近距離入力という)には
不向きであり、この場合、座標検出を安定して高精度に
行なうことができない。
【0008】また、固体圧電素子自体が比較的Q値が大
きく、駆動周波数と固体圧電素子の共振周波数とのずれ
に対する許容値が小さいので、工業的に管理負担が大き
い。
きく、駆動周波数と固体圧電素子の共振周波数とのずれ
に対する許容値が小さいので、工業的に管理負担が大き
い。
【0009】また、固体圧電素子を超音波発生手段とし
て入力指示器に組み込む場合には、できるだけ小さな寸
法にするのが望ましいが、固体圧電素子は共振周波数に
より寸法が規定されるため、所望の寸法と使用振動周波
数との調整が困難である。
て入力指示器に組み込む場合には、できるだけ小さな寸
法にするのが望ましいが、固体圧電素子は共振周波数に
より寸法が規定されるため、所望の寸法と使用振動周波
数との調整が困難である。
【0010】また、固体圧電素子は形状の自由度が低い
ので、入力指示器の固体圧電素子が設けられる先端部に
座標入力モード切り替え用のスイッチを組み込む場合な
どに構造的な問題が生じる。
ので、入力指示器の固体圧電素子が設けられる先端部に
座標入力モード切り替え用のスイッチを組み込む場合な
どに構造的な問題が生じる。
【0011】そこで本発明の課題は、空中超音波方式の
座標入力装置の入力指示器において、上記のような問題
を解決し、近距離入力と遠距離入力の両方に好適に使用
でき、その両方で安定して高精度な座標検出を行なえる
ようにすることができる構成を提供することにある。ま
た、この入力指示器を用いて近距離入力と遠距離入力の
いずれにおいても安定して高精度に座標検出を行なうこ
とができる空中超音波方式の座標入力装置の構成を提供
することにある。
座標入力装置の入力指示器において、上記のような問題
を解決し、近距離入力と遠距離入力の両方に好適に使用
でき、その両方で安定して高精度な座標検出を行なえる
ようにすることができる構成を提供することにある。ま
た、この入力指示器を用いて近距離入力と遠距離入力の
いずれにおいても安定して高精度に座標検出を行なうこ
とができる空中超音波方式の座標入力装置の構成を提供
することにある。
【0012】
【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、空中超音波方式の座標入力装置で
座標を入力する位置を指示するために用いられ、超音波
発生手段を有する入力指示器において、前記超音波発生
手段は、圧電フィルムから構成され、該圧電フィルムの
超音波発生面が入力指示器の軸方向に対して傾斜してい
る第1の構成、及び、前記超音波発生手段は、筒形状の
圧電フィルムから構成され、該圧電フィルムの筒の軸方
向が入力指示器の軸方向に対して傾斜するように配置さ
れる第2の構成、及び、前記超音波発生手段として、圧
電フィルムから構成された第1の超音波発生手段と、固
体圧電素子から構成された第2の超音波発生手段を有す
る第3の構成を採用した。
め、本発明によれば、空中超音波方式の座標入力装置で
座標を入力する位置を指示するために用いられ、超音波
発生手段を有する入力指示器において、前記超音波発生
手段は、圧電フィルムから構成され、該圧電フィルムの
超音波発生面が入力指示器の軸方向に対して傾斜してい
る第1の構成、及び、前記超音波発生手段は、筒形状の
圧電フィルムから構成され、該圧電フィルムの筒の軸方
向が入力指示器の軸方向に対して傾斜するように配置さ
れる第2の構成、及び、前記超音波発生手段として、圧
電フィルムから構成された第1の超音波発生手段と、固
体圧電素子から構成された第2の超音波発生手段を有す
る第3の構成を採用した。
【0013】また、空中超音波方式の座標入力装置の第
1の構成として、上記第1または第2の構成の入力指示
器と、それぞれ前記入力指示器の超音波発生手段から空
中に発せられた超音波を検出する異なる位置に配置され
た複数の超音波検出手段と、該複数の超音波検出手段の
超音波検出信号を処理して該複数の超音波検出手段への
超音波の到達タイミングのそれぞれを示す複数のタイミ
ング信号を生成する信号処理手段と、前記複数のタイミ
ング信号により前記入力指示器の超音波発生手段から前
記複数の超音波検出手段までの超音波の伝達時間のそれ
ぞれを計時する計時手段と、該計時手段により計時され
た超音波伝達時間のそれぞれに基づいて、前記入力指示
器の超音波発生手段の位置の座標を算出する演算手段を
有する構成を採用した。
1の構成として、上記第1または第2の構成の入力指示
器と、それぞれ前記入力指示器の超音波発生手段から空
中に発せられた超音波を検出する異なる位置に配置され
た複数の超音波検出手段と、該複数の超音波検出手段の
超音波検出信号を処理して該複数の超音波検出手段への
超音波の到達タイミングのそれぞれを示す複数のタイミ
ング信号を生成する信号処理手段と、前記複数のタイミ
ング信号により前記入力指示器の超音波発生手段から前
記複数の超音波検出手段までの超音波の伝達時間のそれ
ぞれを計時する計時手段と、該計時手段により計時され
た超音波伝達時間のそれぞれに基づいて、前記入力指示
器の超音波発生手段の位置の座標を算出する演算手段を
有する構成を採用した。
【0014】また、空中超音波方式の座標入力装置の第
2の構成として、上記第3の構成の入力指示器と、それ
ぞれ前記入力指示器の第1または第2の超音波発生手段
から空中に発せられた超音波を検出する異なる位置に配
置された複数の超音波検出手段と、該複数の超音波検出
手段の超音波検出信号を処理して該複数の超音波検出手
段への超音波の到達タイミングのそれぞれを示す複数の
タイミング信号を生成する信号処理手段と、前記複数の
タイミング信号により前記入力指示器の第1または第2
の超音波発生手段から前記複数の超音波検出手段までの
超音波の伝達時間のそれぞれを計時する計時手段と、該
計時手段により計時された超音波伝達時間のそれぞれに
基づいて、前記入力指示器の第1または第2の超音波発
生手段の位置の座標を算出する演算手段を有する構成を
採用した。
2の構成として、上記第3の構成の入力指示器と、それ
ぞれ前記入力指示器の第1または第2の超音波発生手段
から空中に発せられた超音波を検出する異なる位置に配
置された複数の超音波検出手段と、該複数の超音波検出
手段の超音波検出信号を処理して該複数の超音波検出手
段への超音波の到達タイミングのそれぞれを示す複数の
タイミング信号を生成する信号処理手段と、前記複数の
タイミング信号により前記入力指示器の第1または第2
の超音波発生手段から前記複数の超音波検出手段までの
超音波の伝達時間のそれぞれを計時する計時手段と、該
計時手段により計時された超音波伝達時間のそれぞれに
基づいて、前記入力指示器の第1または第2の超音波発
生手段の位置の座標を算出する演算手段を有する構成を
採用した。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
よる空中超音波方式の座標入力装置とその入力指示器の
実施の形態を詳細に説明する。なお、実施形態の装置で
は、前述した図13(a)の近距離入力と、(b)の遠
距離入力が可能なものとする。また、ここでは3つの実
施形態を説明する。
よる空中超音波方式の座標入力装置とその入力指示器の
実施の形態を詳細に説明する。なお、実施形態の装置で
は、前述した図13(a)の近距離入力と、(b)の遠
距離入力が可能なものとする。また、ここでは3つの実
施形態を説明する。
【0016】[第1の実施形態]本発明の第1の実施形
態を図1〜図17により説明する。
態を図1〜図17により説明する。
【0017】<装置の全体構成の説明>まず、本実施形
態の座標入力装置の全体構成を図1により説明する。
態の座標入力装置の全体構成を図1により説明する。
【0018】図1において、1は本装置で使用者が座標
を入力する位置を指示するための入力指示器(以下、指
示器と略す)であり、その細長い真っ直ぐな円柱状の筐
体の先端部には圧電フィルムから構成された超音波発生
手段2が設けられている。圧電フィルムは、固体圧電素
子に比べて音響インピーダンスが低く、フィルムである
から形状の自由度が高い。この超音波発生手段2の詳細
は後述する。
を入力する位置を指示するための入力指示器(以下、指
示器と略す)であり、その細長い真っ直ぐな円柱状の筐
体の先端部には圧電フィルムから構成された超音波発生
手段2が設けられている。圧電フィルムは、固体圧電素
子に比べて音響インピーダンスが低く、フィルムである
から形状の自由度が高い。この超音波発生手段2の詳細
は後述する。
【0019】指示器1の超音波発生手段2は座標入力装
置の本体側に設けられた振動駆動回路3にケーブルCで
接続され、この回路により駆動され、振動して超音波を
発生する。その超音波は空中を伝播して行く。その超音
波の周波数は、数十〜百kHz程度の可聴帯域外で所定
の有効入力領域において超音波が到達する様な所定の周
波数に選択される。なお、振動駆動回路3は、空間的、
構造的に問題なければ指示器1の筐体内に設けてもよ
い。
置の本体側に設けられた振動駆動回路3にケーブルCで
接続され、この回路により駆動され、振動して超音波を
発生する。その超音波は空中を伝播して行く。その超音
波の周波数は、数十〜百kHz程度の可聴帯域外で所定
の有効入力領域において超音波が到達する様な所定の周
波数に選択される。なお、振動駆動回路3は、空間的、
構造的に問題なければ指示器1の筐体内に設けてもよ
い。
【0020】また、5は、装置全体を制御すると共に、
指示器1により指示された位置の座標を算出する演算制
御回路である。この演算制御回路5から超音波発生手段
2の駆動信号が低レベルのパルス信号として振動駆動回
路3に供給され、振動駆動回路3によって所定のゲイン
で増幅された後、超音波発生手段2に印加される。その
駆動信号は超音波発生手段2によって機械的な超音波振
動に変換され、超音波が空中に放出される。
指示器1により指示された位置の座標を算出する演算制
御回路である。この演算制御回路5から超音波発生手段
2の駆動信号が低レベルのパルス信号として振動駆動回
路3に供給され、振動駆動回路3によって所定のゲイン
で増幅された後、超音波発生手段2に印加される。その
駆動信号は超音波発生手段2によって機械的な超音波振
動に変換され、超音波が空中に放出される。
【0021】6は、その表面が座標入力面となる平面板
であり、ここでは長方形に形成され、その四隅には、超
音波の振動を電気信号に変換する固体圧電素子等からな
る超音波センサ(振動センサ)7a〜7dが固定されて
いる。なお、平面板6は、ここでは、その背後に配置さ
れたディスプレイ10の表示面の前面に配置される前面
板とされているが、フロントプロジェクタのスクリーン
やホワイトボードなどとしてもよい。また、この平面板
6を設けずに、ディスプレイ10の表示面を座標入力面
としてもよい。すなわち、空中超音波方式の座標入力装
置では特定の座標入力面を必要とせず、また、前述のよ
うに近距離入力と遠距離入力が可能なように構成するこ
とができる。
であり、ここでは長方形に形成され、その四隅には、超
音波の振動を電気信号に変換する固体圧電素子等からな
る超音波センサ(振動センサ)7a〜7dが固定されて
いる。なお、平面板6は、ここでは、その背後に配置さ
れたディスプレイ10の表示面の前面に配置される前面
板とされているが、フロントプロジェクタのスクリーン
やホワイトボードなどとしてもよい。また、この平面板
6を設けずに、ディスプレイ10の表示面を座標入力面
としてもよい。すなわち、空中超音波方式の座標入力装
置では特定の座標入力面を必要とせず、また、前述のよ
うに近距離入力と遠距離入力が可能なように構成するこ
とができる。
【0022】超音波センサ7a〜7dは、指示器1の超
音波発生手段2から空中を伝播して自らに到達した超音
波を検出し、その超音波の振動を電気信号、すなわち超
音波検出信号に変換する。その超音波検出信号は検出信
号処理回路8に入力される。なお、ここでは超音波セン
サを4個設けるものとしているが、後述のように2個あ
るいは3個でもよい。
音波発生手段2から空中を伝播して自らに到達した超音
波を検出し、その超音波の振動を電気信号、すなわち超
音波検出信号に変換する。その超音波検出信号は検出信
号処理回路8に入力される。なお、ここでは超音波セン
サを4個設けるものとしているが、後述のように2個あ
るいは3個でもよい。
【0023】検出信号処理回路8は、各超音波センサ7
a〜7dからの超音波検出信号を後述のように処理して
各超音波センサへの超音波到達タイミングを示す超音波
到達タイミング信号(後述するTK信号)を生成し、演
算制御回路5に出力する。演算制御回路5は、後述のよ
うに超音波到達タイミング信号により計時される各超音
波センサ7a〜7dまでの超音波伝達時間に基づいて指
示器1の超音波発生手段2の位置の座標を算出する。
a〜7dからの超音波検出信号を後述のように処理して
各超音波センサへの超音波到達タイミングを示す超音波
到達タイミング信号(後述するTK信号)を生成し、演
算制御回路5に出力する。演算制御回路5は、後述のよ
うに超音波到達タイミング信号により計時される各超音
波センサ7a〜7dまでの超音波伝達時間に基づいて指
示器1の超音波発生手段2の位置の座標を算出する。
【0024】また、10は上記の平面板6の背後に配置
されたディスプレイであり、ディスプレイ駆動回路11
に駆動され、例えば指示器1により指示された平面板6
の位置にドットやカーソルなどを表示する。これによ
り、文字をあたかも紙に描くようにして画面上で入力す
る手書き入力や、マウスで行っているような指示の画面
上での直接入力などが可能になる。
されたディスプレイであり、ディスプレイ駆動回路11
に駆動され、例えば指示器1により指示された平面板6
の位置にドットやカーソルなどを表示する。これによ
り、文字をあたかも紙に描くようにして画面上で入力す
る手書き入力や、マウスで行っているような指示の画面
上での直接入力などが可能になる。
【0025】<演算制御回路の説明>次に、演算制御回
路5の詳細を説明する。演算制御回路5は所定周期毎
(例えば5ms毎)に振動駆動回路3に指示器1の超音
波発生手段2を駆動する駆動信号を出力すると共に、そ
の内部のカウンタから構成されたタイマによる超音波伝
達時間の計時を開始させる。
路5の詳細を説明する。演算制御回路5は所定周期毎
(例えば5ms毎)に振動駆動回路3に指示器1の超音
波発生手段2を駆動する駆動信号を出力すると共に、そ
の内部のカウンタから構成されたタイマによる超音波伝
達時間の計時を開始させる。
【0026】上記の駆動信号により駆動された指示器1
の超音波発生手段2から発生した超音波は各超音波セン
サ7a〜7d迄の距離に応じた伝達時間をかけて各超音
波センサ7a〜7dに到達し、検出される。各センサの
超音波検出信号は検出信号処理回路8に入力される。
の超音波発生手段2から発生した超音波は各超音波セン
サ7a〜7d迄の距離に応じた伝達時間をかけて各超音
波センサ7a〜7dに到達し、検出される。各センサの
超音波検出信号は検出信号処理回路8に入力される。
【0027】検出信号処理回路8は各超音波センサ7a
〜7dからの超音波検出信号を後述するように処理して
超音波到達タイミング信号を生成し、演算制御回路5に
出力する。
〜7dからの超音波検出信号を後述するように処理して
超音波到達タイミング信号を生成し、演算制御回路5に
出力する。
【0028】演算制御回路5は、各センサ毎の超音波到
達タイミング信号を入力し、それに基づいて後述するよ
うに各々の超音波センサ7a〜7dまでの超音波伝達時
間を検出し、その伝達時間から指示器1の超音波発生手
段2の位置の座標を算出する。
達タイミング信号を入力し、それに基づいて後述するよ
うに各々の超音波センサ7a〜7dまでの超音波伝達時
間を検出し、その伝達時間から指示器1の超音波発生手
段2の位置の座標を算出する。
【0029】また演算制御回路5は、算出した座標情報
を元にディスプレイ駆動回路10を駆動して、ディスプ
レイ11による表示を制御したり、あるいはシリアルな
いしパラレル通信によって不図示の外部機器に座標情報
を出力したりする。
を元にディスプレイ駆動回路10を駆動して、ディスプ
レイ11による表示を制御したり、あるいはシリアルな
いしパラレル通信によって不図示の外部機器に座標情報
を出力したりする。
【0030】次に、演算制御回路5の内部構成とその動
作を図2のブロック図により説明する。
作を図2のブロック図により説明する。
【0031】図2中で31は、演算制御回路5及び本座
標入力装置全体を制御するとともに座標算出の演算を行
なうマイクロコンピュータであり、図示していないが、
制御の処理を行なう主体となるCPU、その制御プログ
ラムを格納したROM、ワーキングエリアとして計算等
に使用されるRAM、定数等の記憶に使用される不揮発
性メモリ等によって構成されている。
標入力装置全体を制御するとともに座標算出の演算を行
なうマイクロコンピュータであり、図示していないが、
制御の処理を行なう主体となるCPU、その制御プログ
ラムを格納したROM、ワーキングエリアとして計算等
に使用されるRAM、定数等の記憶に使用される不揮発
性メモリ等によって構成されている。
【0032】33は、不図示の基準クロックをカウント
して指示器1の超音波発生手段2から各超音波センサ7
a〜7dまでの超音波伝達時間を計時するカウンタから
構成されたタイマである。このタイマ33に対して、マ
イクロコンピュータ31が振動駆動回路3に出力する指
示器1の超音波発生手段2の駆動信号がスタート信号と
して入力される。タイマ33はそのスタート信号を入力
すると計時のカウントを開始する。これによって、タイ
マ33の計時開始と超音波発生手段2の超音波発生との
同期がとられ、超音波センサ7a〜7dにより超音波が
検出されるまでの超音波伝達時間が測定できることにな
る。
して指示器1の超音波発生手段2から各超音波センサ7
a〜7dまでの超音波伝達時間を計時するカウンタから
構成されたタイマである。このタイマ33に対して、マ
イクロコンピュータ31が振動駆動回路3に出力する指
示器1の超音波発生手段2の駆動信号がスタート信号と
して入力される。タイマ33はそのスタート信号を入力
すると計時のカウントを開始する。これによって、タイ
マ33の計時開始と超音波発生手段2の超音波発生との
同期がとられ、超音波センサ7a〜7dにより超音波が
検出されるまでの超音波伝達時間が測定できることにな
る。
【0033】超音波センサ7a〜7dの超音波検出信号
は、指示器1の超音波発生手段2から発せられて空中を
伝播した超音波に対応した波形の信号である。そして、
検出信号処理回路8がその4つの超音波検出信号のそれ
ぞれを処理して生成する4つの超音波到達タイミング信
号のそれぞれは、信号入力回路35を介して、超音波セ
ンサ7a〜7dに一対一に対応するラッチ回路34a〜
34dのそれぞれに入力される。
は、指示器1の超音波発生手段2から発せられて空中を
伝播した超音波に対応した波形の信号である。そして、
検出信号処理回路8がその4つの超音波検出信号のそれ
ぞれを処理して生成する4つの超音波到達タイミング信
号のそれぞれは、信号入力回路35を介して、超音波セ
ンサ7a〜7dに一対一に対応するラッチ回路34a〜
34dのそれぞれに入力される。
【0034】ラッチ回路34a〜34dは、それぞれ対
応する超音波センサの超音波検出信号から生成された超
音波到達タイミング信号の入力時点でタイマ33の計時
値のデータをラッチする。これにより各超音波センサ7
a〜7dへの超音波伝達時間が計時されることになる。
応する超音波センサの超音波検出信号から生成された超
音波到達タイミング信号の入力時点でタイマ33の計時
値のデータをラッチする。これにより各超音波センサ7
a〜7dへの超音波伝達時間が計時されることになる。
【0035】こうして全ての超音波到達タイミング信号
の入力がなされたことを判定回路36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。
の入力がなされたことを判定回路36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。
【0036】これを受けたマイクロコンピュータ31
は、ラッチ回路34a〜34dから各々の超音波センサ
までの超音波伝達時間を読み取り、その伝達時間に基づ
いて後述する演算を行なって、指示器1の超音波発生手
段2の位置の座標を算出する。そしてI/Oポート37
を介してディスプレイ駆動回路11に算出した座標の情
報を出力することにより、例えばディスプレイ10上で
指示器1の超音波発生手段2に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37か
ら不図示のインターフェース回路を介して外部機器に座
標情報を出力することができる。
は、ラッチ回路34a〜34dから各々の超音波センサ
までの超音波伝達時間を読み取り、その伝達時間に基づ
いて後述する演算を行なって、指示器1の超音波発生手
段2の位置の座標を算出する。そしてI/Oポート37
を介してディスプレイ駆動回路11に算出した座標の情
報を出力することにより、例えばディスプレイ10上で
指示器1の超音波発生手段2に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37か
ら不図示のインターフェース回路を介して外部機器に座
標情報を出力することができる。
【0037】<検出信号処理回路と超音波伝達時間検出
の説明>次に、検出信号処理回路8の構成と信号処理、
及びそれに基づく超音波伝達時間の検出について図3〜
図6により説明する。ここでは超音波センサ7a〜7d
の超音波検出信号のエンベロープから超音波到達タイミ
ング信号を生成する場合と、位相から超音波到達タイミ
ング信号を生成する場合との2つの実施形態を説明する
ものとし、まず前者の場合の実施形態を図3及び図4に
より説明する。なお、以下では、超音波センサ7aに関
わる構成と処理について説明するが、他の超音波センサ
7b,7c,7dに関わる構成と処理についても全く同
様であることは勿論である。
の説明>次に、検出信号処理回路8の構成と信号処理、
及びそれに基づく超音波伝達時間の検出について図3〜
図6により説明する。ここでは超音波センサ7a〜7d
の超音波検出信号のエンベロープから超音波到達タイミ
ング信号を生成する場合と、位相から超音波到達タイミ
ング信号を生成する場合との2つの実施形態を説明する
ものとし、まず前者の場合の実施形態を図3及び図4に
より説明する。なお、以下では、超音波センサ7aに関
わる構成と処理について説明するが、他の超音波センサ
7b,7c,7dに関わる構成と処理についても全く同
様であることは勿論である。
【0038】図3は、検出信号処理回路8の信号処理に
関わる各信号のタイミングチャート図であり、図4は検
出信号処理回路8の構成を示すブロック図である。図4
の構成が超音波センサ7a〜7dのために4組設けられ
るか、あるいは1組だけ設けられてアナログスイッチな
どを介して各センサに時分割で共用される。
関わる各信号のタイミングチャート図であり、図4は検
出信号処理回路8の構成を示すブロック図である。図4
の構成が超音波センサ7a〜7dのために4組設けられ
るか、あるいは1組だけ設けられてアナログスイッチな
どを介して各センサに時分割で共用される。
【0039】超音波センサ7aへの超音波伝達時間の計
測は、振動駆動回路3への超音波発生手段2の駆動信号
の出力と同時に開始することは既に説明した。この駆動
信号を図3に符号41で示してある。この駆動信号41
によって駆動された指示器1の超音波発生手段2が発生
した超音波は、超音波センサ7aまでの距離に応じた伝
達時間をかけて空中を進行した後、超音波センサ7aで
検出される。その超音波検出信号を図3に符号42で示
してある。この超音波検出信号42において符号Kは超
音波の検出波形を示している。
測は、振動駆動回路3への超音波発生手段2の駆動信号
の出力と同時に開始することは既に説明した。この駆動
信号を図3に符号41で示してある。この駆動信号41
によって駆動された指示器1の超音波発生手段2が発生
した超音波は、超音波センサ7aまでの距離に応じた伝
達時間をかけて空中を進行した後、超音波センサ7aで
検出される。その超音波検出信号を図3に符号42で示
してある。この超音波検出信号42において符号Kは超
音波の検出波形を示している。
【0040】この超音波検出信号42は、図4の検出信
号処理回路8の構成に入力され、まず前置増幅回路51
により所定のレベルまで増幅された後、帯域通過フィル
タ511により余分な周波数成分が除かれてエンベロー
プ検出回路52に入力される。
号処理回路8の構成に入力され、まず前置増幅回路51
により所定のレベルまで増幅された後、帯域通過フィル
タ511により余分な周波数成分が除かれてエンベロー
プ検出回路52に入力される。
【0041】この回路52は、絶対値回路及び低域通過
フィルタ等により構成され、超音波検出信号42から、
その検出波形Kのエンベロープに対応するエンベロープ
信号43を取り出す。このエンベロープ信号43は2階
微分回路53とゲート信号生成回路56に入力される。
フィルタ等により構成され、超音波検出信号42から、
その検出波形Kのエンベロープに対応するエンベロープ
信号43を取り出す。このエンベロープ信号43は2階
微分回路53とゲート信号生成回路56に入力される。
【0042】2階微分回路53はエンベロープ信号43
を2階微分して2階微分信号45を生成し、変曲点検出
回路54に出力する。
を2階微分して2階微分信号45を生成し、変曲点検出
回路54に出力する。
【0043】また、ゲート信号生成回路56は、コンパ
レータから構成され、エンベロープ信号43のレベルを
所定の閾値レベル431と比較して、エンベロープ信号
43のレベルが閾値レベル431を上回る期間だけ開く
ローレベルで有効のゲート信号44を生成し、変曲点検
出回路54に出力する。
レータから構成され、エンベロープ信号43のレベルを
所定の閾値レベル431と比較して、エンベロープ信号
43のレベルが閾値レベル431を上回る期間だけ開く
ローレベルで有効のゲート信号44を生成し、変曲点検
出回路54に出力する。
【0044】変曲点検出回路54は、コンパレータとマ
ルチバイブレータなどから構成され、2階微分信号45
とゲート信号44を比較してゲート信号44が開いてい
る期間において2階微分信号45の正側から負側へのゼ
ロクロス点を超音波検出信号42のエンベロープの最初
の変曲点として検出し、その検出時点で立ち上がる(有
効になる)所定幅のパルスのTK信号46を生成する。
そして、このTK信号46が超音波検出信号42のエン
ベロープから検出した超音波到達タイミングを示す超音
波到達タイミング信号として演算制御回路5に入力され
る。
ルチバイブレータなどから構成され、2階微分信号45
とゲート信号44を比較してゲート信号44が開いてい
る期間において2階微分信号45の正側から負側へのゼ
ロクロス点を超音波検出信号42のエンベロープの最初
の変曲点として検出し、その検出時点で立ち上がる(有
効になる)所定幅のパルスのTK信号46を生成する。
そして、このTK信号46が超音波検出信号42のエン
ベロープから検出した超音波到達タイミングを示す超音
波到達タイミング信号として演算制御回路5に入力され
る。
【0045】そして、演算制御回路5の前述した構成に
おいて、超音波発生手段2の駆動信号(スタート信号)
41の立ち上がり時点からTK信号46のパルスの立ち
上がり時点までの時間TKが指示器1の超音波発生手段
2から超音波センサ7aまでの超音波伝達時間として計
時され、検出される。
おいて、超音波発生手段2の駆動信号(スタート信号)
41の立ち上がり時点からTK信号46のパルスの立ち
上がり時点までの時間TKが指示器1の超音波発生手段
2から超音波センサ7aまでの超音波伝達時間として計
時され、検出される。
【0046】なお、以上では超音波検出信号42の検出
波形Kの時間的に先頭よりの部分の検出でTK信号46
を生成するために、そのエンベロープの変曲点を検出し
たが、前記エンベロープのピークを検出してもよい。
波形Kの時間的に先頭よりの部分の検出でTK信号46
を生成するために、そのエンベロープの変曲点を検出し
たが、前記エンベロープのピークを検出してもよい。
【0047】次に、超音波センサ7a〜7dの超音波検
出信号の位相から超音波到達タイミング信号を生成する
場合の実施形態を図5のタイミングチャートと図6のブ
ロック図により説明する。図5,6において図3,4中
と共通な部分には共通の符号を付してあり、その説明は
省略する。
出信号の位相から超音波到達タイミング信号を生成する
場合の実施形態を図5のタイミングチャートと図6のブ
ロック図により説明する。図5,6において図3,4中
と共通な部分には共通の符号を付してあり、その説明は
省略する。
【0048】図6の構成で前置増幅回路51、帯域通過
フィルタ511、エンベロープ検出回路52、及びゲー
ト信号生成回路56は図4のものと共通であり、その動
作も同じであるが、帯域通過フィルタ511により超音
波検出信号42から余分な周波数成分を除いた位相信号
47と、ゲート信号生成回路56により生成されたゲー
ト信号44が位相検出回路57に入力される。この回路
57は、ゼロクロスコンパレータ等で構成され、図5に
示すように、ゲート信号44が開いている期間内での位
相信号47のゼロクロス点を検出し、立ち上がりのゼロ
クロス点で立ち上がり、立下りのゼロクロス点で立ち下
がるパルス列のTK信号48を生成する。これにより位
相信号47の波束の中で常に一定の位置(発数)の位相
を安定して検出することができる。
フィルタ511、エンベロープ検出回路52、及びゲー
ト信号生成回路56は図4のものと共通であり、その動
作も同じであるが、帯域通過フィルタ511により超音
波検出信号42から余分な周波数成分を除いた位相信号
47と、ゲート信号生成回路56により生成されたゲー
ト信号44が位相検出回路57に入力される。この回路
57は、ゼロクロスコンパレータ等で構成され、図5に
示すように、ゲート信号44が開いている期間内での位
相信号47のゼロクロス点を検出し、立ち上がりのゼロ
クロス点で立ち上がり、立下りのゼロクロス点で立ち下
がるパルス列のTK信号48を生成する。これにより位
相信号47の波束の中で常に一定の位置(発数)の位相
を安定して検出することができる。
【0049】そして、このTK信号48が超音波検出信
号42の位相から検出した超音波到達タイミングを示す
超音波到達タイミング信号として演算制御回路5に入力
され、その前述した構成において、超音波発生手段2の
駆動信号(スタート信号)41の立ち上がり時点からT
K信号48の最初のパルスの立ち上がり時点(ゲート信
号44が開いている期間における位相信号47の最初の
立ち上がりのゼロクロス点)までの時間TKが指示器1
の超音波発生手段2から超音波センサ7aまでの超音波
伝達時間として計時され、検出される。
号42の位相から検出した超音波到達タイミングを示す
超音波到達タイミング信号として演算制御回路5に入力
され、その前述した構成において、超音波発生手段2の
駆動信号(スタート信号)41の立ち上がり時点からT
K信号48の最初のパルスの立ち上がり時点(ゲート信
号44が開いている期間における位相信号47の最初の
立ち上がりのゼロクロス点)までの時間TKが指示器1
の超音波発生手段2から超音波センサ7aまでの超音波
伝達時間として計時され、検出される。
【0050】<指示器とセンサ間の距離、及び座標算出
の説明>次に、上記のようにして得られる超音波伝達時
間TKにより指示器1の超音波発生手段2から各超音波
センサ7a〜7dまでの距離を算出し、さらにその距離
から超音波発生手段2の位置の座標を算出する方法につ
いて説明する。なお、この算出を行なうのは前述のよう
にマイクロコンピュータ31である。
の説明>次に、上記のようにして得られる超音波伝達時
間TKにより指示器1の超音波発生手段2から各超音波
センサ7a〜7dまでの距離を算出し、さらにその距離
から超音波発生手段2の位置の座標を算出する方法につ
いて説明する。なお、この算出を行なうのは前述のよう
にマイクロコンピュータ31である。
【0051】まず、指示器1の超音波発生手段2から超
音波センサ7aまでの距離をLa、超音波の空中伝播速
度をVとすると、Laは次の様にして求められる。
音波センサ7aまでの距離をLa、超音波の空中伝播速
度をVとすると、Laは次の様にして求められる。
【0052】La=V・TK …(1)
この式は1つの超音波センサ7aに関するものである
が、同じ式により他の3つの超音波センサ7b〜7dと
指示器1の超音波発生手段2との距離Lb〜Ldも同様
にして得ることができる。
が、同じ式により他の3つの超音波センサ7b〜7dと
指示器1の超音波発生手段2との距離Lb〜Ldも同様
にして得ることができる。
【0053】次に、これらの距離から指示器1の超音波
発生手段2の位置の座標を算出する方法について説明す
るが、ここでは説明を簡単にするために、座標入力面を
構成する平面板6上での指示器1の超音波発生手段2の
位置の2次元座標(x,y)を算出する方法を説明す
る。
発生手段2の位置の座標を算出する方法について説明す
るが、ここでは説明を簡単にするために、座標入力面を
構成する平面板6上での指示器1の超音波発生手段2の
位置の2次元座標(x,y)を算出する方法を説明す
る。
【0054】以上の説明では超音波センサは平面板6の
四隅に4個設けるものとしたが、より簡単な構成とし
て、図7に示すように、平面板6の1辺の両端に2つの
超音波センサ7a,7bだけ設ける構成でも十分に座標
を検出できるので、まず、この構成の場合の座標算出方
法を説明する。なお、超音波センサを4個設ける場合で
も、その内の2個を選択して使用して以下のように座標
を算出することができるのは勿論である。
四隅に4個設けるものとしたが、より簡単な構成とし
て、図7に示すように、平面板6の1辺の両端に2つの
超音波センサ7a,7bだけ設ける構成でも十分に座標
を検出できるので、まず、この構成の場合の座標算出方
法を説明する。なお、超音波センサを4個設ける場合で
も、その内の2個を選択して使用して以下のように座標
を算出することができるのは勿論である。
【0055】最初に、先に説明した式(1)により指示
器1の超音波発生手段2から振動センサ7a,7bのそ
れぞれの位置までの直線距離La,Lbを求める。
器1の超音波発生手段2から振動センサ7a,7bのそ
れぞれの位置までの直線距離La,Lbを求める。
【0056】次に、直線距離La,Lbに基づき、超音
波センサ7a,7b間の距離をXとして、指示器1の超
音波発生手段2の位置の座標(x,y)を3平方の定理
から次式のようにして求める。
波センサ7a,7b間の距離をXとして、指示器1の超
音波発生手段2の位置の座標(x,y)を3平方の定理
から次式のようにして求める。
【0057】
x=X/2+(La+Lb)・(La−Lb)/2X …(2)
y=√((La+Lb)・(La−Lb)) …(3)
次に、3つの超音波センサの距離情報を用いて座標を算
出する方法を説明する。この場合、図8に示すように平
面板6上面の3つの隅に3つの超音波センサ7a〜7c
を設けてもよいし、四隅に4つの超音波センサ7a〜7
dを設けて4つの内の3つを選択して使用するようにし
てもよい。ここでは、前者の3つ設ける構成として説明
する。
出する方法を説明する。この場合、図8に示すように平
面板6上面の3つの隅に3つの超音波センサ7a〜7c
を設けてもよいし、四隅に4つの超音波センサ7a〜7
dを設けて4つの内の3つを選択して使用するようにし
てもよい。ここでは、前者の3つ設ける構成として説明
する。
【0058】この場合の座標の演算手順は基本的には超
音波センサが2つの場合と同じであり、まず先に説明し
た式(1)に基づいて、指示器1の超音波発生手段2の
位置から各々の超音波センサ7a,7b,7cの位置ま
での直線距離La,Lb,Lcを求める。
音波センサが2つの場合と同じであり、まず先に説明し
た式(1)に基づいて、指示器1の超音波発生手段2の
位置から各々の超音波センサ7a,7b,7cの位置ま
での直線距離La,Lb,Lcを求める。
【0059】次に、この直線距離La,Lb,Lcに基
づき、超音波センサ7a,7b間の距離をX、センサ7
a,7c間の距離をYとして、指示器1の超音波発生手
段2の位置の座標(x,y)を3平方の定理から次式の
ようにして求める。
づき、超音波センサ7a,7b間の距離をX、センサ7
a,7c間の距離をYとして、指示器1の超音波発生手
段2の位置の座標(x,y)を3平方の定理から次式の
ようにして求める。
【0060】
x=(La+Lb)・(La−Lb)/2X …(4)
y=(La+Lc)・(La−Lc)/2Y …(5)
以上のようにして演算制御回路5のマイクロコンピュー
タ31が指示器1の超音波発生手段2の位置の座標を算
出することができる。
タ31が指示器1の超音波発生手段2の位置の座標を算
出することができる。
【0061】以上では、3つの超音波センサの距離情報
を用いて計算しているが、図1に示したように4つの超
音波センサを設ける場合は、残りの1個のセンサの距離
情報を用いて算出座標の確からしさの検証に用いてもよ
い。また、指示器とセンサの距離が大きい場合、超音波
検出信号のレベルが低下しノイズの影響を受ける確率が
大きくなるので、4個のセンサの内で指示器との距離が
短い方から2個または3個のセンサを選択してその距離
情報から座標を算出しても良い。指示器との距離のみな
らず手の影等で超音波の伝達が遮られた場合を考慮し
て、4個のセンサの内で超音波検出信号のレベルが高い
方から2個または3個を選択してその距離情報から座標
を算出してもよい。
を用いて計算しているが、図1に示したように4つの超
音波センサを設ける場合は、残りの1個のセンサの距離
情報を用いて算出座標の確からしさの検証に用いてもよ
い。また、指示器とセンサの距離が大きい場合、超音波
検出信号のレベルが低下しノイズの影響を受ける確率が
大きくなるので、4個のセンサの内で指示器との距離が
短い方から2個または3個のセンサを選択してその距離
情報から座標を算出しても良い。指示器との距離のみな
らず手の影等で超音波の伝達が遮られた場合を考慮し
て、4個のセンサの内で超音波検出信号のレベルが高い
方から2個または3個を選択してその距離情報から座標
を算出してもよい。
【0062】また、以上では、説明を簡単にするために
2次元座標の算出方法を説明したが、それを3次元座標
の算出に拡張するのは容易であり、説明は省略するが、
座標算出の数式を3次元用の算出数式に変更すればよ
い。つまり、指示器1が図13(b)に示すように平面
板6から離れた遠距離入力の場合においても、指示器1
から各超音波センサ7a〜7dまでの超音波伝達時間に
基づいて、上述した2次元座標の求め方を3次元座標計
算に応用することにより、指示器1の超音波発生手段2
から入力板6までの距離Zを含めた超音波発生手段2の
位置の3次元座標(x,y,z)を容易に算出すること
ができる。すなわち、超音波センサ7a〜7dの受信特
性などは2次元と3次元の両方に対応できるものとし
て、共通のハードウェアで、座標算出方法を切り替える
だけで、2次元座標入力と3次元座標入力を行なうこと
ができ、図13(a)の近距離入力と(b)の遠距離入
力を行なうことができる。
2次元座標の算出方法を説明したが、それを3次元座標
の算出に拡張するのは容易であり、説明は省略するが、
座標算出の数式を3次元用の算出数式に変更すればよ
い。つまり、指示器1が図13(b)に示すように平面
板6から離れた遠距離入力の場合においても、指示器1
から各超音波センサ7a〜7dまでの超音波伝達時間に
基づいて、上述した2次元座標の求め方を3次元座標計
算に応用することにより、指示器1の超音波発生手段2
から入力板6までの距離Zを含めた超音波発生手段2の
位置の3次元座標(x,y,z)を容易に算出すること
ができる。すなわち、超音波センサ7a〜7dの受信特
性などは2次元と3次元の両方に対応できるものとし
て、共通のハードウェアで、座標算出方法を切り替える
だけで、2次元座標入力と3次元座標入力を行なうこと
ができ、図13(a)の近距離入力と(b)の遠距離入
力を行なうことができる。
【0063】<入力指示器のコードレス化の説明>とこ
ろで以上説明した構成では、指示器1の超音波発生手段
2の駆動とタイマ33の計時開始のタイミングを同期さ
せるため、演算制御回路5から超音波発生手段2の駆動
信号(タイマ33のスタート信号)を振動駆動回路3に
発して超音波発生手段2を駆動させる構成をとってい
た。このため、図1で示すように振動駆動回路3を装置
本体側に設ける場合は指示器1と振動駆動回路3の間、
振動駆動回路3を指示器1に設ける場合は振動駆動回路
3と演算制御回路5の間を有線で接続する必要がある。
ろで以上説明した構成では、指示器1の超音波発生手段
2の駆動とタイマ33の計時開始のタイミングを同期さ
せるため、演算制御回路5から超音波発生手段2の駆動
信号(タイマ33のスタート信号)を振動駆動回路3に
発して超音波発生手段2を駆動させる構成をとってい
た。このため、図1で示すように振動駆動回路3を装置
本体側に設ける場合は指示器1と振動駆動回路3の間、
振動駆動回路3を指示器1に設ける場合は振動駆動回路
3と演算制御回路5の間を有線で接続する必要がある。
【0064】これに対して指示器1のコードレス化のた
めに、振動駆動回路3と電源を指示器1に設け、振動駆
動回路3による超音波発生手段2の駆動と同時に上記の
スタート信号を電波や光などによる無線通信手段によっ
て装置本体側へ送信するようにしてもよい。また、他の
コードレス化の手段として、ある超音波センサを基準と
して各超音波センサの超音波検出タイミングの時間差を
検出し、これを用いて座標を算出してもよい。この場合
は超音波センサの数は3以上となる。
めに、振動駆動回路3と電源を指示器1に設け、振動駆
動回路3による超音波発生手段2の駆動と同時に上記の
スタート信号を電波や光などによる無線通信手段によっ
て装置本体側へ送信するようにしてもよい。また、他の
コードレス化の手段として、ある超音波センサを基準と
して各超音波センサの超音波検出タイミングの時間差を
検出し、これを用いて座標を算出してもよい。この場合
は超音波センサの数は3以上となる。
【0065】<入力指示器の超音波発生手段の説明>次
に、入力指示器1の超音波発生手段2の詳細について図
9〜図17により説明する。
に、入力指示器1の超音波発生手段2の詳細について図
9〜図17により説明する。
【0066】図9の(a)に示すように、細長い真っ直
ぐな円柱形状に形成された指示器1の先端部には超音波
発生手段2が設けられている。この超音波発生手段2
は、前述のように、従来の固体圧電素子に比べて音響イ
ンピーダンスが低く形状的にも自由度が高い圧電フィル
ムから構成される。具体的には、ここでは、図9の
(b),(c)に示すように、底面と天井面が正6角形
で開放された中空の6角錐台形状をなすように、6枚の
同じ台形の圧電フィルムを接合したものとして構成され
る。6枚の圧電フィルムは、6角錐台形状をなすため、
その超音波発生面すなわちフィルム面が図9(a)中に
点線で示す指示器1の軸方向に対して所定角度傾斜して
配置されることになる。また、互いに接合された6枚の
圧電フィルムは、所定の共振特性を持ち、機械振動特性
において一体となっている。
ぐな円柱形状に形成された指示器1の先端部には超音波
発生手段2が設けられている。この超音波発生手段2
は、前述のように、従来の固体圧電素子に比べて音響イ
ンピーダンスが低く形状的にも自由度が高い圧電フィル
ムから構成される。具体的には、ここでは、図9の
(b),(c)に示すように、底面と天井面が正6角形
で開放された中空の6角錐台形状をなすように、6枚の
同じ台形の圧電フィルムを接合したものとして構成され
る。6枚の圧電フィルムは、6角錐台形状をなすため、
その超音波発生面すなわちフィルム面が図9(a)中に
点線で示す指示器1の軸方向に対して所定角度傾斜して
配置されることになる。また、互いに接合された6枚の
圧電フィルムは、所定の共振特性を持ち、機械振動特性
において一体となっている。
【0067】なお6枚の圧電フィルムの接合の手段は、
接着剤、樹脂テープ、あるいはお互いを挟み込む圧着部
材等で良い。ただし、超音波振動の減衰によるロスを極
力少なくするため、接着剤、樹脂テープ、圧着部材等の
使用は最小限にする。また、強度を得るために必要な場
合は内部に支えのフレームを配置するが、なるたけ超音
波振動を妨げないような構造とする。
接着剤、樹脂テープ、あるいはお互いを挟み込む圧着部
材等で良い。ただし、超音波振動の減衰によるロスを極
力少なくするため、接着剤、樹脂テープ、圧着部材等の
使用は最小限にする。また、強度を得るために必要な場
合は内部に支えのフレームを配置するが、なるたけ超音
波振動を妨げないような構造とする。
【0068】また、圧電フィルムは、具体的にはポリフ
ッ化ビニリデン(PVDF)或いはPVDFとトリフロ
ロエチレンとの共重合体等の高分子材料からなる一軸延
伸分極フィルムから構成され、その一軸延伸分極フィル
ムの両面のほぼ全面にアルミニウム等の蒸着、或いは導
電塗料の塗布などにより振動駆動回路3からの駆動信号
を印加するための電極を形成して構成される。電極のそ
れぞれは、小面積の電極取り出し部分を介して圧着或い
は導電塗料その他の手段で振動駆動回路3に接続され
る。なお、6枚の台形の圧電フィルムどうしはお互いに
必ずしも電気的に接続されている必要はない。ただし、
お互いに電気的に接続されない場合には、言うまでもな
く個々に振動駆動回路3に接続する必要がある。
ッ化ビニリデン(PVDF)或いはPVDFとトリフロ
ロエチレンとの共重合体等の高分子材料からなる一軸延
伸分極フィルムから構成され、その一軸延伸分極フィル
ムの両面のほぼ全面にアルミニウム等の蒸着、或いは導
電塗料の塗布などにより振動駆動回路3からの駆動信号
を印加するための電極を形成して構成される。電極のそ
れぞれは、小面積の電極取り出し部分を介して圧着或い
は導電塗料その他の手段で振動駆動回路3に接続され
る。なお、6枚の台形の圧電フィルムどうしはお互いに
必ずしも電気的に接続されている必要はない。ただし、
お互いに電気的に接続されない場合には、言うまでもな
く個々に振動駆動回路3に接続する必要がある。
【0069】また、以上の構成において、圧電フィルム
を構成する一軸延伸分極フィルムの一軸延伸方向が図9
(b),(c)中で矢印Eで示すように、指示器1の軸
方向に対し垂直になるようにされる。一軸延伸分極フィ
ルムから構成される圧電フィルムの圧電性は、強い異方
性を示し、厚み方向に駆動電圧を印加した場合、一軸延
伸方向のひずみが最も大きくなる。従って、その一軸延
伸方向が指示器1の軸方向に対し垂直である本実施形態
の構成では、超音波振動が指示器1の軸方向に対し略軸
対象に発生し、そうでない場合に比べてより円周方向に
対し均一に超音波を発生することができる。
を構成する一軸延伸分極フィルムの一軸延伸方向が図9
(b),(c)中で矢印Eで示すように、指示器1の軸
方向に対し垂直になるようにされる。一軸延伸分極フィ
ルムから構成される圧電フィルムの圧電性は、強い異方
性を示し、厚み方向に駆動電圧を印加した場合、一軸延
伸方向のひずみが最も大きくなる。従って、その一軸延
伸方向が指示器1の軸方向に対し垂直である本実施形態
の構成では、超音波振動が指示器1の軸方向に対し略軸
対象に発生し、そうでない場合に比べてより円周方向に
対し均一に超音波を発生することができる。
【0070】なお、ここでは超音波発生手段2を6角錐
台形状としたが、圧電フィルムの超音波発生面が指示器
1の軸方向に対し所定角度で傾斜するように配置される
形状であれば、3角錐台、4角錐台、その他の角錐台形
状でもよい。
台形状としたが、圧電フィルムの超音波発生面が指示器
1の軸方向に対し所定角度で傾斜するように配置される
形状であれば、3角錐台、4角錐台、その他の角錐台形
状でもよい。
【0071】また、圧電フィルムからなる角錐台形の超
音波発生手段2の先端部には開口部ができるので、図9
(c)に符号Sで示すように、その先端部の開口部にス
イッチを設け、指示器1の平面板6への接触の有無によ
りスイッチSがオン、オフして、例えばペンアップモー
ド、ペンダウンモード等の座標入力モードが切り替えら
れるようにしてもよい。
音波発生手段2の先端部には開口部ができるので、図9
(c)に符号Sで示すように、その先端部の開口部にス
イッチを設け、指示器1の平面板6への接触の有無によ
りスイッチSがオン、オフして、例えばペンアップモー
ド、ペンダウンモード等の座標入力モードが切り替えら
れるようにしてもよい。
【0072】次に、本実施形態の圧電フィルムからなる
超音波発生手段2が6角錐台形であって圧電フィルムの
超音波発生面が指示器1の軸方向に対し所定角度で傾
き、且つ圧電フィルムの一軸延伸方向が指示器1の軸方
向に対し垂直であることによる作用を説明する。ここで
は、図10(a),(b)に示すように、超音波発生手
段2の圧電フィルムを円筒形(指示器1の軸方向に対し
圧電フィルムの超音波発生面が平行であって傾きを有し
ていない例であり、角筒でも同様)に構成し、その一軸
延伸方向が指示器1の軸方向に対して垂直である場合と
比較して説明する。
超音波発生手段2が6角錐台形であって圧電フィルムの
超音波発生面が指示器1の軸方向に対し所定角度で傾
き、且つ圧電フィルムの一軸延伸方向が指示器1の軸方
向に対し垂直であることによる作用を説明する。ここで
は、図10(a),(b)に示すように、超音波発生手
段2の圧電フィルムを円筒形(指示器1の軸方向に対し
圧電フィルムの超音波発生面が平行であって傾きを有し
ていない例であり、角筒でも同様)に構成し、その一軸
延伸方向が指示器1の軸方向に対して垂直である場合と
比較して説明する。
【0073】図10の比較例の場合に放射される超音波
の指向性と、図9の本実施形態の場合の指向性を比較す
ると、図11のようになる。ここでの指向性の測定方法
としては、図9と図10の超音波発生手段2の圧電フィ
ルムをそれぞれ周波数40KHzで駆動し、圧電フィル
ムから100mmの距離にマイクロフォンを設置して超
音波強度(音圧)を測定した。そして、図12(a),
(b)に示すように、比較例の円筒形と本実施形態の角
錐台形の超音波発生手段2のそれぞれの軸方向を0°、
それと垂直な方向を90°として、その角度による超音
波強度の変化を見るため超音波発生手段2を回転させて
測定した。
の指向性と、図9の本実施形態の場合の指向性を比較す
ると、図11のようになる。ここでの指向性の測定方法
としては、図9と図10の超音波発生手段2の圧電フィ
ルムをそれぞれ周波数40KHzで駆動し、圧電フィル
ムから100mmの距離にマイクロフォンを設置して超
音波強度(音圧)を測定した。そして、図12(a),
(b)に示すように、比較例の円筒形と本実施形態の角
錐台形の超音波発生手段2のそれぞれの軸方向を0°、
それと垂直な方向を90°として、その角度による超音
波強度の変化を見るため超音波発生手段2を回転させて
測定した。
【0074】図11から判るように、比較例の円筒形の
場合、90°近辺で超音波強度が特に高いが、本実施形
態の角錐台形の場合は、比較例よりも角度による超音波
強度の変動が小さく、特定の角度で特に高くなることは
ない。なお、両方とも角度による多少のゆらぎ変動があ
るが、これは、それぞれの超音波発生手段2の圧電フィ
ルムの内側面から発生して先端部の開口部から放出され
る超音波と、圧電フィルムの外側面から発生した超音波
とが干渉し、その度合いが角度により変動するからであ
る。この点に関して、角錐台形の場合は円筒形の場合よ
りも先端部の開口部の面積が小さいので、上記干渉が弱
まり、放射角度による検出レベルの変動が小さくなる。
この効果に加えて、角錐台形の場合は、円筒形の場合に
比べて、0°〜90°の方向に対して、圧電フィルムの
超音波発生面が斜めでその法線方向からの角度が小さい
ので、角度による超音波強度の変動が小さくなる。
場合、90°近辺で超音波強度が特に高いが、本実施形
態の角錐台形の場合は、比較例よりも角度による超音波
強度の変動が小さく、特定の角度で特に高くなることは
ない。なお、両方とも角度による多少のゆらぎ変動があ
るが、これは、それぞれの超音波発生手段2の圧電フィ
ルムの内側面から発生して先端部の開口部から放出され
る超音波と、圧電フィルムの外側面から発生した超音波
とが干渉し、その度合いが角度により変動するからであ
る。この点に関して、角錐台形の場合は円筒形の場合よ
りも先端部の開口部の面積が小さいので、上記干渉が弱
まり、放射角度による検出レベルの変動が小さくなる。
この効果に加えて、角錐台形の場合は、円筒形の場合に
比べて、0°〜90°の方向に対して、圧電フィルムの
超音波発生面が斜めでその法線方向からの角度が小さい
ので、角度による超音波強度の変動が小さくなる。
【0075】これにより、図13の(a)に示すように
近距離入力を行なう場合と、(b)に示すように遠距離
入力を行なう場合に、本実施形態の上記角度による超音
波のレベル変動が少なく指向性の広い指示器1を用いる
ことにより、近距離用と遠距離用を別途用意して使い分
ける必要がなく、1つの指示器1で近距離から遠距離の
広い使用領域にわたって安定した座標入力が可能とな
る。比較例では(a)の近距離の場合には適するが、
(b)の遠距離の場合には不適当である。
近距離入力を行なう場合と、(b)に示すように遠距離
入力を行なう場合に、本実施形態の上記角度による超音
波のレベル変動が少なく指向性の広い指示器1を用いる
ことにより、近距離用と遠距離用を別途用意して使い分
ける必要がなく、1つの指示器1で近距離から遠距離の
広い使用領域にわたって安定した座標入力が可能とな
る。比較例では(a)の近距離の場合には適するが、
(b)の遠距離の場合には不適当である。
【0076】なお、図13(a)の近距離入力の場合に
比べて、(b)の遠距離入力の場合のほうが、当然より
強い超音波発生レベルが要求される。従って、指示器1
の軸方向に対する超音波発生手段2の圧電フィルムの超
音波発生面の傾斜を図14の(a)から(b)に示すよ
うにより広げる(傾斜角度を大きくする)ように調整し
てもよい。
比べて、(b)の遠距離入力の場合のほうが、当然より
強い超音波発生レベルが要求される。従って、指示器1
の軸方向に対する超音波発生手段2の圧電フィルムの超
音波発生面の傾斜を図14の(a)から(b)に示すよ
うにより広げる(傾斜角度を大きくする)ように調整し
てもよい。
【0077】また、圧電フィルムで円筒形に形成した超
音波発生手段の場合の共振特性は、一般に次の式で与え
られることが知られている。
音波発生手段の場合の共振特性は、一般に次の式で与え
られることが知られている。
【0078】
fr=(1/(2πr))√(Y/ρ) (6)
ここで、Yは圧電フィルムのヤング率、ρは密度であ
る。
る。
【0079】従って、超音波発生手段2を円筒形の圧電
フィルムで構成した場合には、PZTなどからなる板状
などの固体圧電素子にくらべて共振周波数特性はブロー
ドになるものの、ある一定の狭い範囲で共振周波数領域
が特定される。
フィルムで構成した場合には、PZTなどからなる板状
などの固体圧電素子にくらべて共振周波数特性はブロー
ドになるものの、ある一定の狭い範囲で共振周波数領域
が特定される。
【0080】これに対して、本実施形態では超音波発生
手段2を図15に示す台形の圧電フィルム20で構成す
ることにより、指示器1の軸方向に沿って、圧電フィル
ム20の共振特性を決定する図15中に矢印Eで示す一
軸延伸方向の寸法が連続的に変化することになるので、
駆動振動周波数を単一ではなく複数或いは連続可変とし
た場合にも効率よく各駆動周波数に追随した超音波振動
を発生することができる。従って、この周波数の違いを
検出信号処理回路8及び演算制御回路5で検出して、座
標をより精度よく検出する、或いは、スイッチ信号を検
出すること等に利用することができる。
手段2を図15に示す台形の圧電フィルム20で構成す
ることにより、指示器1の軸方向に沿って、圧電フィル
ム20の共振特性を決定する図15中に矢印Eで示す一
軸延伸方向の寸法が連続的に変化することになるので、
駆動振動周波数を単一ではなく複数或いは連続可変とし
た場合にも効率よく各駆動周波数に追随した超音波振動
を発生することができる。従って、この周波数の違いを
検出信号処理回路8及び演算制御回路5で検出して、座
標をより精度よく検出する、或いは、スイッチ信号を検
出すること等に利用することができる。
【0081】ところで、本実施形態の指示器1の圧電フ
ィルムから構成される超音波発生手段2の形状は、前述
の通り、指示器1の軸方向に対し所定角度で傾斜するよ
うに配置される形状であれば、3角錐台、4角錐台、そ
の他の角錐台形状でもよい。更に、指示器1の軸に対す
る円周方向に均一な超音波放射特性を実現するために、
図16(a)に示すように、より細い台形の圧電フィル
ムを接合して円錐台形に近い多角形の角錐台形に構成し
ても良い。
ィルムから構成される超音波発生手段2の形状は、前述
の通り、指示器1の軸方向に対し所定角度で傾斜するよ
うに配置される形状であれば、3角錐台、4角錐台、そ
の他の角錐台形状でもよい。更に、指示器1の軸に対す
る円周方向に均一な超音波放射特性を実現するために、
図16(a)に示すように、より細い台形の圧電フィル
ムを接合して円錐台形に近い多角形の角錐台形に構成し
ても良い。
【0082】また、先端部の開口部をなくして、図16
(b)に示すような角錐形状としてもよい。これによ
り、開口部内側から発生する超音波の干渉を防ぐことが
でき、安定した超音波検出を可能とすることができる。
ただし、この場合、先端部にスイッチを設けることはで
きない。また、超音波発生効率と共振周波数の広域化を
調整する必要がある。
(b)に示すような角錐形状としてもよい。これによ
り、開口部内側から発生する超音波の干渉を防ぐことが
でき、安定した超音波検出を可能とすることができる。
ただし、この場合、先端部にスイッチを設けることはで
きない。また、超音波発生効率と共振周波数の広域化を
調整する必要がある。
【0083】また、以上では、圧電フィルムを一軸方向
に延伸した一軸延伸分極フィルムから構成するものとし
たが、一軸方向、すなわち直線方向ではなく円周方向に
延伸した分極フィルムから圧電フィルムを構成し、これ
を用いて超音波発生手段2を図17(a),(b)に示
すように円錐台形ないし円錐形に構成してもよい。この
場合も圧電フィルムの超音波発生面が指示器の軸方向に
対し所定角度で傾斜し、且つ、圧電フィルムの延伸方向
E′が指示器の軸方向に対し垂直になる。この構成によ
れば超音波が指示器の軸方向に対してより軸対象に発生
し、円周方向により均一に超音波を発生することができ
る。
に延伸した一軸延伸分極フィルムから構成するものとし
たが、一軸方向、すなわち直線方向ではなく円周方向に
延伸した分極フィルムから圧電フィルムを構成し、これ
を用いて超音波発生手段2を図17(a),(b)に示
すように円錐台形ないし円錐形に構成してもよい。この
場合も圧電フィルムの超音波発生面が指示器の軸方向に
対し所定角度で傾斜し、且つ、圧電フィルムの延伸方向
E′が指示器の軸方向に対し垂直になる。この構成によ
れば超音波が指示器の軸方向に対してより軸対象に発生
し、円周方向により均一に超音波を発生することができ
る。
【0084】以上のように、本実施形態の指示器1によ
れば、超音波発生手段2が音響インピーダンスの低い圧
電フィルムからなり、超音波放出効率が高く、従来の固
体圧電素子を用いる場合のように振動板を装着する必要
がない。また、形状の自由度が高く、例えば角錐台形と
して、指示器1の軸方向に沿って、共振特定を決定する
一軸延伸方向の寸法が連続的に変化する形状にすること
ができ、駆動振動周波数を単一ではなく複数或いは連続
可変とした場合にも効率よく各駆動周波数に追随した超
音波振動を発生することができる。
れば、超音波発生手段2が音響インピーダンスの低い圧
電フィルムからなり、超音波放出効率が高く、従来の固
体圧電素子を用いる場合のように振動板を装着する必要
がない。また、形状の自由度が高く、例えば角錐台形と
して、指示器1の軸方向に沿って、共振特定を決定する
一軸延伸方向の寸法が連続的に変化する形状にすること
ができ、駆動振動周波数を単一ではなく複数或いは連続
可変とした場合にも効率よく各駆動周波数に追随した超
音波振動を発生することができる。
【0085】また角錐台形(角錐形、円錐台形、円錐形
でもよい)とすることにより、超音波発生手段2から発
せられる超音波の指向性が広く、広範囲の入力角度(指
示角度)においてほぼ均一な出力の超音波を発すること
ができ、指示器を傾けた場合にも安定した入力動作が期
待でき、前述した近距離入力においても遠距離入力にお
いても安定して高精度な座標検出を可能とすることがで
きる。また、この指示器1を用いる本実施形態の座標入
力装置は、近距離入力においても遠距離入力においても
安定して高精度に座標を検出することができる。
でもよい)とすることにより、超音波発生手段2から発
せられる超音波の指向性が広く、広範囲の入力角度(指
示角度)においてほぼ均一な出力の超音波を発すること
ができ、指示器を傾けた場合にも安定した入力動作が期
待でき、前述した近距離入力においても遠距離入力にお
いても安定して高精度な座標検出を可能とすることがで
きる。また、この指示器1を用いる本実施形態の座標入
力装置は、近距離入力においても遠距離入力においても
安定して高精度に座標を検出することができる。
【0086】なお、以上では、超音波発生手段2の圧電
フィルムの形状は、指示器1の軸方向に沿って、一軸延
伸方向の寸法が連続的に変化する形状としたが、段階的
に変化する形状としてもよい。
フィルムの形状は、指示器1の軸方向に沿って、一軸延
伸方向の寸法が連続的に変化する形状としたが、段階的
に変化する形状としてもよい。
【0087】[第2の実施形態]次に、本発明の第2の
実施形態を図18〜図27により説明する。なお、これ
らの図において、上述した第1の実施形態の図1〜図1
7中と共通ないし対応する部分には共通ないし対応する
符号を付してあり、共通部分の説明は省略する。
実施形態を図18〜図27により説明する。なお、これ
らの図において、上述した第1の実施形態の図1〜図1
7中と共通ないし対応する部分には共通ないし対応する
符号を付してあり、共通部分の説明は省略する。
【0088】まず、図18は本実施形態の座標入力装置
の全体の構成を示している。ここに示す座標入力装置の
本体側の演算制御回路5や検出信号処理回路8などのハ
ードウェアの構成は、第1の実施形態と共通とし、その
説明は省略するが、この装置に用いられる入力指示器1
の構成が第1の実施形態と異なっている。
の全体の構成を示している。ここに示す座標入力装置の
本体側の演算制御回路5や検出信号処理回路8などのハ
ードウェアの構成は、第1の実施形態と共通とし、その
説明は省略するが、この装置に用いられる入力指示器1
の構成が第1の実施形態と異なっている。
【0089】すなわち、図18と共に図20(a)に示
す指示器1の先端部には、先述した圧電フィルムから構
成される第1の超音波発生手段2−1と、固体圧電素子
からなる第2の超音波発生手段2−2が設けられてお
り、それぞれ指示器1の内部に設けられた超音波発生手
段2−1用の振動駆動回路3−1、及び超音波発生手段
2−2用の振動駆動回路3−2により駆動されて超音波
を発生する。また、指示器1の内部には駆動選択回路4
が設けられており、これにより後述する入力モードに応
じて振動駆動回路3−1が選択されて超音波発生手段2
−1を駆動するか、叉は振動駆動回路3−2が選択され
て超音波発生手段2−2を駆動するようになっている。
す指示器1の先端部には、先述した圧電フィルムから構
成される第1の超音波発生手段2−1と、固体圧電素子
からなる第2の超音波発生手段2−2が設けられてお
り、それぞれ指示器1の内部に設けられた超音波発生手
段2−1用の振動駆動回路3−1、及び超音波発生手段
2−2用の振動駆動回路3−2により駆動されて超音波
を発生する。また、指示器1の内部には駆動選択回路4
が設けられており、これにより後述する入力モードに応
じて振動駆動回路3−1が選択されて超音波発生手段2
−1を駆動するか、叉は振動駆動回路3−2が選択され
て超音波発生手段2−2を駆動するようになっている。
【0090】なお、駆動選択回路4は、ケーブルCを介
して演算制御回路5に接続される。詳細には図19に示
す第1の実施形態と共通の演算制御回路5のマイクロコ
ンピュータ31に接続され、それにより制御される。な
お、駆動選択回路4と振動駆動回路3−1,3−2は座
標入力装置の本体側に設けてもよい。
して演算制御回路5に接続される。詳細には図19に示
す第1の実施形態と共通の演算制御回路5のマイクロコ
ンピュータ31に接続され、それにより制御される。な
お、駆動選択回路4と振動駆動回路3−1,3−2は座
標入力装置の本体側に設けてもよい。
【0091】超音波発生手段2−1,2−2の駆動周波
数は、第1の実施形態の場合と同様に、数十から百kH
z程度の可聴帯域外で所定の有効入力領域において超音
波が到達するような所定周波数に選択される。
数は、第1の実施形態の場合と同様に、数十から百kH
z程度の可聴帯域外で所定の有効入力領域において超音
波が到達するような所定周波数に選択される。
【0092】超音波発生手段2−1は、先述した一軸延
伸分極フィルムからなる短冊状の圧電フィルムを円筒形
に丸めたものとして構成されており、その軸方向が指示
器1の軸方向に沿うように配置され、かつその一軸延伸
方向が超音波発生手段2−1自身の軸方向に対して垂直
であって、指示器1の軸方向に対し垂直になっている。
圧電フィルムの寸法は、円筒状にした際に上記の所定周
波数で最も超音波発生効率が高くなるように設定され
る。
伸分極フィルムからなる短冊状の圧電フィルムを円筒形
に丸めたものとして構成されており、その軸方向が指示
器1の軸方向に沿うように配置され、かつその一軸延伸
方向が超音波発生手段2−1自身の軸方向に対して垂直
であって、指示器1の軸方向に対し垂直になっている。
圧電フィルムの寸法は、円筒状にした際に上記の所定周
波数で最も超音波発生効率が高くなるように設定され
る。
【0093】なお、上記短冊状の圧電フィルムを円筒形
にするに当たっては、圧電フィルムの一軸延伸方向を考
慮した上で、短冊状の圧電フィルムの両端を接着剤、樹
脂テープ、或いはお互いを挟み込む圧着部材等で接合し
て作成する。ただし、振動減衰によるロスを極力少なく
するため、接着剤、樹脂テープ、あるいは圧着部材等の
使用は最小限とする。
にするに当たっては、圧電フィルムの一軸延伸方向を考
慮した上で、短冊状の圧電フィルムの両端を接着剤、樹
脂テープ、或いはお互いを挟み込む圧着部材等で接合し
て作成する。ただし、振動減衰によるロスを極力少なく
するため、接着剤、樹脂テープ、あるいは圧着部材等の
使用は最小限とする。
【0094】一方、超音波発生手段2−2は、固体圧電
素子としてのバイモルフ振動子あるいは厚み縦振動子に
より構成され、望ましくは空中への発振効率を高めるた
め金属板及び共振子が結合される。
素子としてのバイモルフ振動子あるいは厚み縦振動子に
より構成され、望ましくは空中への発振効率を高めるた
め金属板及び共振子が結合される。
【0095】さらに、超音波発生手段2−1,2−2の
詳細について図20以下により説明する。
詳細について図20以下により説明する。
【0096】超音波発生手段2−1に関して、圧電フィ
ルムで円筒形に形成した場合の共振特性は、先述した下
記の式(6)で与えられる。
ルムで円筒形に形成した場合の共振特性は、先述した下
記の式(6)で与えられる。
【0097】
fr=(1/(2πr))√(Y/ρ) ---(6)
ここで、Yは圧電フィルムのヤング率、ρは密度、rは
円筒の半径である。従って、上記所定周波数で最も超音
波発生効率が高くなるように設定される。先述のよう
に、圧電フィルムは、固体圧電素子に比べて加工性に優
れ、形状的にも自由度が高いので、容易に円筒状に構成
することができる。また、上記の様に一軸延伸方向が指
示器1の軸方向に対し垂直となる向きで円周方向となる
ようにするのは、前述のように一軸延伸方向の振動変位
が最も大きくなるので、円筒状にした場合に最も効率よ
く空中に超音波を放射できるからである。
円筒の半径である。従って、上記所定周波数で最も超音
波発生効率が高くなるように設定される。先述のよう
に、圧電フィルムは、固体圧電素子に比べて加工性に優
れ、形状的にも自由度が高いので、容易に円筒状に構成
することができる。また、上記の様に一軸延伸方向が指
示器1の軸方向に対し垂直となる向きで円周方向となる
ようにするのは、前述のように一軸延伸方向の振動変位
が最も大きくなるので、円筒状にした場合に最も効率よ
く空中に超音波を放射できるからである。
【0098】この円筒形の圧電フィルムにより構成され
る超音波発生手段2−1の超音波放射状態を図20
(b)に模式的に示してある。この場合、図中の矢印で
方向、点線の曲線で領域を示したように、円筒形の円周
の伸縮運動として、超音波発生手段2−1の側面に垂直
な方向が指向性の中心となる超音波放射特性となる。言
うまでもなく、これは、指示器1の軸方向に垂直な円周
方向に均一な放射特性を持つ。
る超音波発生手段2−1の超音波放射状態を図20
(b)に模式的に示してある。この場合、図中の矢印で
方向、点線の曲線で領域を示したように、円筒形の円周
の伸縮運動として、超音波発生手段2−1の側面に垂直
な方向が指向性の中心となる超音波放射特性となる。言
うまでもなく、これは、指示器1の軸方向に垂直な円周
方向に均一な放射特性を持つ。
【0099】従って、図21(a)で示すように前述し
た近距離入力を行なう場合は、超音波発生手段2−1を
駆動すれば、上記の指向性によって、超音波センサ7a
〜7dのいずれに対しても、安定して効率よく超音波を
放射することができる。
た近距離入力を行なう場合は、超音波発生手段2−1を
駆動すれば、上記の指向性によって、超音波センサ7a
〜7dのいずれに対しても、安定して効率よく超音波を
放射することができる。
【0100】一方、超音波発生手段2−2は、円筒形の
超音波発生手段2−1の内側で、先端部が超音波発生手
段2−1より前側に突出するように配置される。前述の
ように、超音波発生手段2−2は、固体圧電素子として
のバイモルフ振動子あるいは厚み縦振動子により構成さ
れるが、圧電素子自体が比較的Q値が大きく、駆動に関
して電気的インピーダンスのマッチングを行うことによ
り電気機械変換効率は高まるが、セラミックである団体
圧電素子と気体である空気の音響インピーダンスの差が
大きい。
超音波発生手段2−1の内側で、先端部が超音波発生手
段2−1より前側に突出するように配置される。前述の
ように、超音波発生手段2−2は、固体圧電素子として
のバイモルフ振動子あるいは厚み縦振動子により構成さ
れるが、圧電素子自体が比較的Q値が大きく、駆動に関
して電気的インピーダンスのマッチングを行うことによ
り電気機械変換効率は高まるが、セラミックである団体
圧電素子と気体である空気の音響インピーダンスの差が
大きい。
【0101】このため、詳しく図示していないが、実際
には空中への超音波放出効率を高めるために、円錐形状
の金属振動板を補助的な共振子として装着する。この振
動版の円錐の頂点部分を付け根としてバイモルフ振動子
あるいは厚み縦振動子に結合することにより、空中への
超音波放射効率は格段に向上する。
には空中への超音波放出効率を高めるために、円錐形状
の金属振動板を補助的な共振子として装着する。この振
動版の円錐の頂点部分を付け根としてバイモルフ振動子
あるいは厚み縦振動子に結合することにより、空中への
超音波放射効率は格段に向上する。
【0102】その際の超音波発生手段2−2の超音波放
射状態は図20(b)に模式的に示した様になり、円板
型の固体圧電素子の場合、その軸及び共振子振動板の軸
が指示器1の軸と一致するように指示器1の先端に設け
られた場合、その軸方向に沿って指向性が強い超音波放
射特性となる。
射状態は図20(b)に模式的に示した様になり、円板
型の固体圧電素子の場合、その軸及び共振子振動板の軸
が指示器1の軸と一致するように指示器1の先端に設け
られた場合、その軸方向に沿って指向性が強い超音波放
射特性となる。
【0103】従って、図21(b)に示すように前述し
た遠距離入力を行なう場合、超音波発生手段2−2を駆
動すれば、超音波センサ7a〜7dに対して、指示器1
の軸方向を中心に効率的な超音波放射を行うことができ
る。
た遠距離入力を行なう場合、超音波発生手段2−2を駆
動すれば、超音波センサ7a〜7dに対して、指示器1
の軸方向を中心に効率的な超音波放射を行うことができ
る。
【0104】なお、図21の(a)の近距離入力の場合
と(b)の遠距離入力の場合は、中間領域を除いて同時
に発生することはないので、超音波発生手段2−1,2
−2のいずれか一方の駆動を駆動選択回路4により選択
することが電気的な効率、更には、不要超音波の発生を
防ぐ意味でも望ましい。
と(b)の遠距離入力の場合は、中間領域を除いて同時
に発生することはないので、超音波発生手段2−1,2
−2のいずれか一方の駆動を駆動選択回路4により選択
することが電気的な効率、更には、不要超音波の発生を
防ぐ意味でも望ましい。
【0105】このため、上記の近距離入力と遠距離入力
のモードに応じて、駆動選択回路4が振動駆動回路3−
1または3−2を選択して、超音波発生手段2−1また
は2−2を駆動させる。その選択の仕方は、例えば指示
器1に使用者の操作により切り替えられる不図示のモー
ド選択スイッチ(切り替えスイッチ)を駆動選択回路4
の選択(切り替え)を行なうものとして設け、これを使
用者が上記モードに応じて操作して振動駆動回路3−1
または3−2を選択して、超音波発生手段2−1または
2−2を択一的に駆動させるようにしても良い。
のモードに応じて、駆動選択回路4が振動駆動回路3−
1または3−2を選択して、超音波発生手段2−1また
は2−2を駆動させる。その選択の仕方は、例えば指示
器1に使用者の操作により切り替えられる不図示のモー
ド選択スイッチ(切り替えスイッチ)を駆動選択回路4
の選択(切り替え)を行なうものとして設け、これを使
用者が上記モードに応じて操作して振動駆動回路3−1
または3−2を選択して、超音波発生手段2−1または
2−2を択一的に駆動させるようにしても良い。
【0106】また、そのモードの選択(切り替え)を演
算制御回路5の制御により自動的に行なうものとして、
例えば電源投入時に、演算制御回路5が指示器1の駆動
選択回路4を制御して一方の超音波発生手段(望ましく
は2−2)を強制的に駆動し、その超音波発生手段と座
標入力面(xy平面)を構成する平面板6との距離Z
(指示器1と平面板6の距離)、すなわちその超音波発
生手段の位置のz座標の値を算出し、この距離Zが所定
距離(例えば数cm〜数十cmの間の任意の距離)以下
の場合は超音波発生手段2−1を駆動し、前記所定距離
より大きい場合は超音波発生手段2−2を駆動するよう
に駆動選択回路4を制御するものとしても良い。
算制御回路5の制御により自動的に行なうものとして、
例えば電源投入時に、演算制御回路5が指示器1の駆動
選択回路4を制御して一方の超音波発生手段(望ましく
は2−2)を強制的に駆動し、その超音波発生手段と座
標入力面(xy平面)を構成する平面板6との距離Z
(指示器1と平面板6の距離)、すなわちその超音波発
生手段の位置のz座標の値を算出し、この距離Zが所定
距離(例えば数cm〜数十cmの間の任意の距離)以下
の場合は超音波発生手段2−1を駆動し、前記所定距離
より大きい場合は超音波発生手段2−2を駆動するよう
に駆動選択回路4を制御するものとしても良い。
【0107】なお、ここで距離Zが所定距離以下か否か
で2者択一的に切り替えるのではなく、近距離と遠距離
の中間領域でのつなぎをスムーズに行なうために、駆動
選択回路4が超音波発生手段2−1,2−2を択一的ま
たは同時に駆動できるものとして、上記の距離Zが第1
の所定距離(例えば数cm)以下の場合は超音波発生手
段2−1を駆動し、前記第1の所定距離からこれより大
きな第2の所定距離(例えば数十cm)までの間である
場合は超音波発生手段2−1,2−2の両方を駆動し、
前記第2の所定距離より大きい場合は超音波発生手段2
−2を駆動するように演算制御回路5が駆動選択回路4
を制御するようにしてもよい。
で2者択一的に切り替えるのではなく、近距離と遠距離
の中間領域でのつなぎをスムーズに行なうために、駆動
選択回路4が超音波発生手段2−1,2−2を択一的ま
たは同時に駆動できるものとして、上記の距離Zが第1
の所定距離(例えば数cm)以下の場合は超音波発生手
段2−1を駆動し、前記第1の所定距離からこれより大
きな第2の所定距離(例えば数十cm)までの間である
場合は超音波発生手段2−1,2−2の両方を駆動し、
前記第2の所定距離より大きい場合は超音波発生手段2
−2を駆動するように演算制御回路5が駆動選択回路4
を制御するようにしてもよい。
【0108】なお、超音波発生手段2−1,2−2の駆
動を同一周波数で行うことにより、振動駆動回路3−
1,3−2の一部を共通化しても良い。但し、通常、圧
電フィルムから構成される超音波発生手段2−1の駆動
電圧は、固体圧電素子よりなる超音波発生手段2−2よ
り高くする必要があり、トランス回路等により昇圧が必
要となる。従って、この場合には、振動駆動回路の前段
を共通にし、昇圧回路部分のみを切り替えるようにして
も良い。
動を同一周波数で行うことにより、振動駆動回路3−
1,3−2の一部を共通化しても良い。但し、通常、圧
電フィルムから構成される超音波発生手段2−1の駆動
電圧は、固体圧電素子よりなる超音波発生手段2−2よ
り高くする必要があり、トランス回路等により昇圧が必
要となる。従って、この場合には、振動駆動回路の前段
を共通にし、昇圧回路部分のみを切り替えるようにして
も良い。
【0109】更には、上記の近距離入力と遠距離入力の
モード、或いは、その他の使用モードに応じて異なった
周波数の超音波を発生するために、振動駆動回路3−
1,3−2の駆動周波数を異なるものとして、超音波発
生手段2−1,2−2の発生する超音波の周波数を異な
るものとし、モードに応じていずれか一方を駆動するよ
うにしてもよい。
モード、或いは、その他の使用モードに応じて異なった
周波数の超音波を発生するために、振動駆動回路3−
1,3−2の駆動周波数を異なるものとして、超音波発
生手段2−1,2−2の発生する超音波の周波数を異な
るものとし、モードに応じていずれか一方を駆動するよ
うにしてもよい。
【0110】なお、本実施形態の座標入力装置の座標入
力動作において、上記のように超音波発生手段2−1,
2−2の駆動を切り替える動作以外の動作は、第1の実
施形態と全く同様である。すなわち、超音波発生手段2
−1,2−2の内で駆動されたいずれか一方から発せら
れた超音波が超音波センサ7a〜7dにより検出され、
その超音波検出信号が図18の検出信号処理回路8で処
理されて超音波到達タイミング信号が生成され、その超
音波到達タイミング信号により演算制御回路5で前記一
方の超音波発生手段から各センサ7a,7dまでの超音
波の伝達時間が計時され、その伝達時間に基づいて前記
一方の超音波発生手段の位置の座標が算出される。
力動作において、上記のように超音波発生手段2−1,
2−2の駆動を切り替える動作以外の動作は、第1の実
施形態と全く同様である。すなわち、超音波発生手段2
−1,2−2の内で駆動されたいずれか一方から発せら
れた超音波が超音波センサ7a〜7dにより検出され、
その超音波検出信号が図18の検出信号処理回路8で処
理されて超音波到達タイミング信号が生成され、その超
音波到達タイミング信号により演算制御回路5で前記一
方の超音波発生手段から各センサ7a,7dまでの超音
波の伝達時間が計時され、その伝達時間に基づいて前記
一方の超音波発生手段の位置の座標が算出される。
【0111】以上のような本実施形態によれば、互いに
超音波放射の指向性が異なる超音波発生手段2−1,2
−2の駆動を切り替えることにより、近距離入力の場合
も遠距離入力の場合も、指示器1からの超音波が安定し
て効率よく超音波センサ7a〜7dに伝達され、座標検
出を安定して高精度に行なうことができる。
超音波放射の指向性が異なる超音波発生手段2−1,2
−2の駆動を切り替えることにより、近距離入力の場合
も遠距離入力の場合も、指示器1からの超音波が安定し
て効率よく超音波センサ7a〜7dに伝達され、座標検
出を安定して高精度に行なうことができる。
【0112】ところで、以上では、近距離入力と遠距離
入力の場合で超音波発生手段2−1,2−2のいずれか
一方を駆動するものとしたが、駆動の仕方はそれに限ら
ない。例えば、近距離入力のみを行なう場合に、指示器
1を平面板6に対してほぼ垂直に立てて使用する場合
と、角度をつけて寝かせて使用する場合があり、広範囲
な角度に渡って均一な指向性が要求されるので、超音波
発生手段2−1,2−2を同時に駆動することでこれに
対応してもよい。
入力の場合で超音波発生手段2−1,2−2のいずれか
一方を駆動するものとしたが、駆動の仕方はそれに限ら
ない。例えば、近距離入力のみを行なう場合に、指示器
1を平面板6に対してほぼ垂直に立てて使用する場合
と、角度をつけて寝かせて使用する場合があり、広範囲
な角度に渡って均一な指向性が要求されるので、超音波
発生手段2−1,2−2を同時に駆動することでこれに
対応してもよい。
【0113】<入力指示器の他の構成例>次に、本実施
形態における入力指示器1の超音波発生手段2−1,2
−2に関して他の複数の構成例を図22〜図27により
説明する。
形態における入力指示器1の超音波発生手段2−1,2
−2に関して他の複数の構成例を図22〜図27により
説明する。
【0114】図22に示す構成例では、固体圧電素子か
ら構成される超音波発生手段2−2の後部が圧電フィル
ムから構成される超音波発生手段2−1の円筒の内部に
収まり、前部が露出するように配置されている。
ら構成される超音波発生手段2−2の後部が圧電フィル
ムから構成される超音波発生手段2−1の円筒の内部に
収まり、前部が露出するように配置されている。
【0115】円筒状の超音波発生手段2−2では、図2
3に示すように、円筒の外側面から発せられる超音波
(矢印A及びB)と、円筒の内側面から発せられる超音
波(矢印A′及びB′)がある。ここで円筒の側面に対
し垂直方向へ放射される超音波については特に問題を生
じないが、斜め方向に放射される超音波については、例
えば、AとA′の間、及びBとB′の間で距離、角度、
位相により干渉を生じ、このため場所、放射角度により
音圧の強弱が生じ、均一で安定した超音波が得られない
という問題がある。
3に示すように、円筒の外側面から発せられる超音波
(矢印A及びB)と、円筒の内側面から発せられる超音
波(矢印A′及びB′)がある。ここで円筒の側面に対
し垂直方向へ放射される超音波については特に問題を生
じないが、斜め方向に放射される超音波については、例
えば、AとA′の間、及びBとB′の間で距離、角度、
位相により干渉を生じ、このため場所、放射角度により
音圧の強弱が生じ、均一で安定した超音波が得られない
という問題がある。
【0116】そこで、図22の構成例では、超音波発生
手段2−2が円柱状の固体圧電素子からなるものとし
て、圧電フィルムから構成される超音波発生手段2−1
の円筒の穴を略塞ぐように配置されるものとする。これ
により内側面からのA′及びB′の超音波の放射が抑止
され、超音波の発生に関してより均一な指向性を持たせ
ることができる。なお、円柱状の圧電素子よりなる超音
波発生手段2−2は、言うまでもなく、圧電素子自体の
みである必要はなく、他の構成部材を含む(これは、今
まで既に述べた内容にも当てはまる)。
手段2−2が円柱状の固体圧電素子からなるものとし
て、圧電フィルムから構成される超音波発生手段2−1
の円筒の穴を略塞ぐように配置されるものとする。これ
により内側面からのA′及びB′の超音波の放射が抑止
され、超音波の発生に関してより均一な指向性を持たせ
ることができる。なお、円柱状の圧電素子よりなる超音
波発生手段2−2は、言うまでもなく、圧電素子自体の
みである必要はなく、他の構成部材を含む(これは、今
まで既に述べた内容にも当てはまる)。
【0117】次に、図24に示す構成例では、円筒状の
超音波発生手段2−1の内側に配置される円柱状の超音
波発生手段2−2が指示器1の軸方向、すなわち超音波
発生手段2−1の軸方向に沿った前後方向にスライド可
能に設けられるものとする。そして超音波発生手段2−
2の前面に設けられた網等の超音波が透過できる部材1
2が平面板6に押し当てられた場合に、超音波発生手段
2−2が後方にスライドし、その背面に設けられた操作
部材13により、指示器1の筐体内に配置されたタクト
スイッチ14が押圧されてオンする。また、部材12が
平面板6から離されると、タクトスイッチ14が自らの
バネ力で超音波発生手段2−2を前方にスライドさせて
オフする。そしてタクトスイッチ14のオン、オフに応
じて座標入力のモードなどが切り替えられるものとす
る。
超音波発生手段2−1の内側に配置される円柱状の超音
波発生手段2−2が指示器1の軸方向、すなわち超音波
発生手段2−1の軸方向に沿った前後方向にスライド可
能に設けられるものとする。そして超音波発生手段2−
2の前面に設けられた網等の超音波が透過できる部材1
2が平面板6に押し当てられた場合に、超音波発生手段
2−2が後方にスライドし、その背面に設けられた操作
部材13により、指示器1の筐体内に配置されたタクト
スイッチ14が押圧されてオンする。また、部材12が
平面板6から離されると、タクトスイッチ14が自らの
バネ力で超音波発生手段2−2を前方にスライドさせて
オフする。そしてタクトスイッチ14のオン、オフに応
じて座標入力のモードなどが切り替えられるものとす
る。
【0118】次に、図25に示す構成例では、円筒状の
圧電フィルムから構成された超音波発生手段2−1の内
側の奥に、固体圧電素子からなる超音波発生手段2−2
を配置している。この構成の場合、遠距離入力時に選択
して駆動される超音波発生手段2−2からの超音波の放
射は図中で矢印で示すようになり、超音波発生手段2−
2の前方にある超音波発生手段2−2の円筒がいわゆる
ホーンの作用をし、軸方向に超音波を集中し、その音圧
を高める効果がある。
圧電フィルムから構成された超音波発生手段2−1の内
側の奥に、固体圧電素子からなる超音波発生手段2−2
を配置している。この構成の場合、遠距離入力時に選択
して駆動される超音波発生手段2−2からの超音波の放
射は図中で矢印で示すようになり、超音波発生手段2−
2の前方にある超音波発生手段2−2の円筒がいわゆる
ホーンの作用をし、軸方向に超音波を集中し、その音圧
を高める効果がある。
【0119】次に、図26に示す構成例では、破線で示
した固体圧電素子からなる超音波発生手段2−2が円筒
状の圧電フィルムから構成された超音波発生手段2−1
の内側をその軸方向に沿って前後にスライドでき前後方
向に位置を調整できる構成となっている。これにより、
入力モード或いは平面板6までの距離に応じて超音波発
生手段2−2の前後方向の位置を調整することにより、
最適な音圧、指向性で超音波を放射することができる。
更に、超音波発生手段2−2を前後にスライドさせるス
ライド駆動手段を設け、振動駆動回路3−1,3−2の
切り替えのところで述べたのと同様にして、電源投入時
に一方の超音波発生手段(例えば2−2)を駆動してそ
の超音波発生手段の平面板6からの距離Zを検出し、検
出結果に応じて前記スライド駆動手段の駆動により超音
波発生手段2−2の前後方向の位置を自動的に調整する
ようにしてもよい。
した固体圧電素子からなる超音波発生手段2−2が円筒
状の圧電フィルムから構成された超音波発生手段2−1
の内側をその軸方向に沿って前後にスライドでき前後方
向に位置を調整できる構成となっている。これにより、
入力モード或いは平面板6までの距離に応じて超音波発
生手段2−2の前後方向の位置を調整することにより、
最適な音圧、指向性で超音波を放射することができる。
更に、超音波発生手段2−2を前後にスライドさせるス
ライド駆動手段を設け、振動駆動回路3−1,3−2の
切り替えのところで述べたのと同様にして、電源投入時
に一方の超音波発生手段(例えば2−2)を駆動してそ
の超音波発生手段の平面板6からの距離Zを検出し、検
出結果に応じて前記スライド駆動手段の駆動により超音
波発生手段2−2の前後方向の位置を自動的に調整する
ようにしてもよい。
【0120】更に、図27に示す構成例では、指示器1
の筐体の軸方向の一端に円筒状の圧電フィルムから構成
される超音波発生手段2−1を設け、他端に固体圧電素
子からなる超音波発生手段2−2を設けている。この構
成は、指示器1に寸法的、形状的な制約があって、一箇
所に超音波発生手段2−1,2−2を配置するのが困難
な場合に好適である。また、超音波発生手段2−1,2
−2がお互いに干渉しないので、駆動選択回路4を設け
ずに、より簡略な回路構成で、常に超音波発生手段2−
1,2−2の両方を同時に駆動して超音波を発生させて
も、問題はない。そして、使用者が平面板6からの距
離、使用モードに応じて指示器1の向きを変えることで
常に良好な超音波放射状態を実現できる。勿論、この構
成で超音波発生手段2−1,2−2を択一的に駆動して
もよい。
の筐体の軸方向の一端に円筒状の圧電フィルムから構成
される超音波発生手段2−1を設け、他端に固体圧電素
子からなる超音波発生手段2−2を設けている。この構
成は、指示器1に寸法的、形状的な制約があって、一箇
所に超音波発生手段2−1,2−2を配置するのが困難
な場合に好適である。また、超音波発生手段2−1,2
−2がお互いに干渉しないので、駆動選択回路4を設け
ずに、より簡略な回路構成で、常に超音波発生手段2−
1,2−2の両方を同時に駆動して超音波を発生させて
も、問題はない。そして、使用者が平面板6からの距
離、使用モードに応じて指示器1の向きを変えることで
常に良好な超音波放射状態を実現できる。勿論、この構
成で超音波発生手段2−1,2−2を択一的に駆動して
もよい。
【0121】また、この構成では、円筒形の超音波発生
手段2−1の内側にスイッチSを設け、このスイッチS
が平面板6の表面(座標入力面)に押し付けられるか否
かによってオン、オフして座標入力モードが切り替えら
れるようにすることもできる。また、この構成に図24
の構成を組合せて、超音波発生手段2−2をスライド可
能として、これにより筐体内に設けたスイッチがオン、
オフされるようにしてもよい。
手段2−1の内側にスイッチSを設け、このスイッチS
が平面板6の表面(座標入力面)に押し付けられるか否
かによってオン、オフして座標入力モードが切り替えら
れるようにすることもできる。また、この構成に図24
の構成を組合せて、超音波発生手段2−2をスライド可
能として、これにより筐体内に設けたスイッチがオン、
オフされるようにしてもよい。
【0122】[第3の実施形態]次に、本発明の第3の
実施形態を図28〜図33により説明する。なお、本実
施形態における空中超音波方式の座標入力装置では、入
力指示器の超音波発生手段に関わる構成以外は第1の実
施形態と共通とし、その説明は省略し、入力指示器の超
音波発生手段に関わる構成のみ説明する。
実施形態を図28〜図33により説明する。なお、本実
施形態における空中超音波方式の座標入力装置では、入
力指示器の超音波発生手段に関わる構成以外は第1の実
施形態と共通とし、その説明は省略し、入力指示器の超
音波発生手段に関わる構成のみ説明する。
【0123】まず、図28は、本実施形態における入力
指示器の超音波発生手段に関わる構成を示している。
指示器の超音波発生手段に関わる構成を示している。
【0124】図28(a)に示す入力指示器1の筐体は
細長い真っ直ぐな円筒状に形成されており、その先端は
開放されている。その先端部の内側に超音波発生手段2
が設けられている。この超音波発生手段2は、先述した
第2の実施形態の超音波発生手段2−1と同様に、一軸
延伸分極フィルムからなる短冊状の圧電フィルムを円筒
形に丸めたものとして構成されており、その一軸延伸方
向が超音波発生手段2−1自身の軸方向に対して垂直に
なっている。また、圧電フィルムの寸法に関して、円周
方向の寸法は、前述した共振特性に関する式(6)をも
とに決定される。また、超音波発生手段2は、第1の実
施形態と共通の振動駆動回路3に接続され、第1の実施
形態の場合と全く同様に駆動される。
細長い真っ直ぐな円筒状に形成されており、その先端は
開放されている。その先端部の内側に超音波発生手段2
が設けられている。この超音波発生手段2は、先述した
第2の実施形態の超音波発生手段2−1と同様に、一軸
延伸分極フィルムからなる短冊状の圧電フィルムを円筒
形に丸めたものとして構成されており、その一軸延伸方
向が超音波発生手段2−1自身の軸方向に対して垂直に
なっている。また、圧電フィルムの寸法に関して、円周
方向の寸法は、前述した共振特性に関する式(6)をも
とに決定される。また、超音波発生手段2は、第1の実
施形態と共通の振動駆動回路3に接続され、第1の実施
形態の場合と全く同様に駆動される。
【0125】但し、超音波発生手段2は、第2の実施形
態の超音波発生手段2−1と異なる点として、自らの軸
方向が指示器1の図28(a)中で点線により示す軸方
向に対して所定角度傾斜している。すなわち、超音波発
生手段2は、指示器1の先端部内側に、所定の傾斜角度
を持たせて不図示の支持部材に圧電フィルムの一部を固
定して取り付けられている。
態の超音波発生手段2−1と異なる点として、自らの軸
方向が指示器1の図28(a)中で点線により示す軸方
向に対して所定角度傾斜している。すなわち、超音波発
生手段2は、指示器1の先端部内側に、所定の傾斜角度
を持たせて不図示の支持部材に圧電フィルムの一部を固
定して取り付けられている。
【0126】このように、円筒形の圧電フィルムからな
る超音波発生手段2の軸方向が指示器1の軸方向に対し
て傾斜していることによる作用効果を、図29(a)に
示すように、同じ超音波発生手段2の軸方向を指示器1
の軸方向と平行として傾きをもたせずに構成した場合と
比較して説明する。
る超音波発生手段2の軸方向が指示器1の軸方向に対し
て傾斜していることによる作用効果を、図29(a)に
示すように、同じ超音波発生手段2の軸方向を指示器1
の軸方向と平行として傾きをもたせずに構成した場合と
比較して説明する。
【0127】図29(a)の比較例の場合で超音波放射
の指向性に関して、指示器1の軸方向を基準として測定
した結果を図30に示す。この場合の測定方法として
は、40KHzで超音波発生手段2を駆動し、超音波発
生手段2から100mmの距離の位置に設置したマイク
ロフォンにより超音波強度(音圧)を測定した。そし
て、図29(b)に示すように、超音波発生手段2の軸
方向を0°、それと垂直な方向を90°として、その角
度による超音波強度の変化を見るため、超音波発生手段
2を指示器1ごと回転させて測定した。
の指向性に関して、指示器1の軸方向を基準として測定
した結果を図30に示す。この場合の測定方法として
は、40KHzで超音波発生手段2を駆動し、超音波発
生手段2から100mmの距離の位置に設置したマイク
ロフォンにより超音波強度(音圧)を測定した。そし
て、図29(b)に示すように、超音波発生手段2の軸
方向を0°、それと垂直な方向を90°として、その角
度による超音波強度の変化を見るため、超音波発生手段
2を指示器1ごと回転させて測定した。
【0128】図30から判るように、超音波強度は、超
音波発生手段2の軸方向で最低となり、その軸方向から
一定角度(この場合は40°)傾いたところで最大とな
る。なお、ここで、角度による多少のゆらぎ変動がある
が、これは、超音波発生手段2の円筒形の圧電フィルム
の内側面から発生して円筒形の先端の開口から放出され
る超音波と、圧電フィルムの外側面から発生した超音波
とが干渉し、その度合いが角度により変動するからであ
る。
音波発生手段2の軸方向で最低となり、その軸方向から
一定角度(この場合は40°)傾いたところで最大とな
る。なお、ここで、角度による多少のゆらぎ変動がある
が、これは、超音波発生手段2の円筒形の圧電フィルム
の内側面から発生して円筒形の先端の開口から放出され
る超音波と、圧電フィルムの外側面から発生した超音波
とが干渉し、その度合いが角度により変動するからであ
る。
【0129】さて、使用者が平面板6から離れた位置で
前述した遠距離入力を行なう場合で指示器1の先端を平
面板6の方向に向ける場合、通常では、図30中に矢印
Aで示す指示器1の軸方向の0°を中心として±20°
程度の範囲を主として使用する。従って、図29(a)
の比較例の構成では、最も超音波強度が低い0°(軸方
向)を中心とした角度範囲Aを主として使用することに
なるため、非効率的となり、S/N比が悪くなる。
前述した遠距離入力を行なう場合で指示器1の先端を平
面板6の方向に向ける場合、通常では、図30中に矢印
Aで示す指示器1の軸方向の0°を中心として±20°
程度の範囲を主として使用する。従って、図29(a)
の比較例の構成では、最も超音波強度が低い0°(軸方
向)を中心とした角度範囲Aを主として使用することに
なるため、非効率的となり、S/N比が悪くなる。
【0130】そこで、本実施形態では、予め、円筒形の
圧電フィルムからなる超音波発生手段2の軸方向を指示
器1の軸方向に対して所定角度(この場合では40°)
傾斜させておく。これにより、図30中で矢印Bで示す
軸方向の0°からオフセットした角度(この場合では4
0°)を中心としたほぼ±20°の角度範囲を主として
使用する。このBの角度範囲においては、超音波強度が
最も高いオフセット角度(40°)を中心として超音波
強度が高いので、特に使用者が遠距離入力で例えばポイ
ンタ的な用途で使用することができ、S/N比が良く、
効率的に高精度な座標検出が可能となる。
圧電フィルムからなる超音波発生手段2の軸方向を指示
器1の軸方向に対して所定角度(この場合では40°)
傾斜させておく。これにより、図30中で矢印Bで示す
軸方向の0°からオフセットした角度(この場合では4
0°)を中心としたほぼ±20°の角度範囲を主として
使用する。このBの角度範囲においては、超音波強度が
最も高いオフセット角度(40°)を中心として超音波
強度が高いので、特に使用者が遠距離入力で例えばポイ
ンタ的な用途で使用することができ、S/N比が良く、
効率的に高精度な座標検出が可能となる。
【0131】ここで、図30の様な指向性となる理由の
主な要因について述べる。上記のように短冊状の圧電フ
ィルムを円筒にし、その一軸延伸方向を円筒の軸方向に
垂直にした超音波発生手段2は、円周の寸法が変動する
呼吸振動を行うので、円筒の側面に垂直な方向への超音
波が円周方向に均一に放射される。これは、圧電フィル
ムの円筒の外側のみならず、内側方向にも同様に放射さ
れる。従って、放射される超音波の指向性については、
この円筒の内外両面から放射される超音波を合わせて考
慮しなければならない。
主な要因について述べる。上記のように短冊状の圧電フ
ィルムを円筒にし、その一軸延伸方向を円筒の軸方向に
垂直にした超音波発生手段2は、円周の寸法が変動する
呼吸振動を行うので、円筒の側面に垂直な方向への超音
波が円周方向に均一に放射される。これは、圧電フィル
ムの円筒の外側のみならず、内側方向にも同様に放射さ
れる。従って、放射される超音波の指向性については、
この円筒の内外両面から放射される超音波を合わせて考
慮しなければならない。
【0132】今、図31(a),(b)に、圧電フィル
ムの円筒の側面の幅(軸方向の長さ)が異なる2つの超
音波発生手段2の軸方向をそれぞれ指示器1の軸方向
(0°)に対して傾けた場合の回転面(超音波発生手段
2の軸と指示器1の軸を含む平面)に垂直な方向から見
た図を示してある。いずれの場合も円筒の側面に垂直な
方向への超音波放射が最も強い。その強度をIοとする
と、概略であるが、図に示すように、指示器1の軸方向
に対する超音波発生手段2の超音波放射強度Iは、側面
の幅が小さい図31(a)の場合ではI=Iοcos(9
0°−α)、側面の幅が大きい図31(b)の場合では
I=Iοcos(90°−β)となる。ここで、α,β
は、指示器1の軸方向(0°)に対する2つの超音波発
生手段2の軸方向の傾き角度である。ここでは簡単のた
めに、円筒側面において円筒の軸から指示器1の軸方向
に向かって最も離れた部分のみを最も影響が大きいので
示したが、実際には円筒の円周に沿った部分の超音波の
放射強度を合算(積分)した値となる。つまり、円周に
沿った部分の上記回転面からの角度をγとすると、上記
Iの式はそれぞれ I=Iοcosγcos(90°−α) I=Iοcosγcos(90°−β) となる。ここで、単純に、円筒側面の内側或いは外側の
一方のみの超音波の放射を考えると、角度α及びβが大
きくなるほど、つまり、円筒の側面が指示器1の軸方向
に対して垂直に近づくほど、指示器1の軸方向への超音
波放射強度は大きくなるはずである。ところが、この円
筒形の場合には、側面のもう一方の側からの超音波放射
がこれに加わることになるので、実際の指示器1の軸方
向への超音波放射強度Itは、円筒の側面の外側からの
超音波放射強度成分Iοと円筒の側面の内側からの超音
波放射強度成分Iiとの合成のIt=Iο+RIiとな
る。
ムの円筒の側面の幅(軸方向の長さ)が異なる2つの超
音波発生手段2の軸方向をそれぞれ指示器1の軸方向
(0°)に対して傾けた場合の回転面(超音波発生手段
2の軸と指示器1の軸を含む平面)に垂直な方向から見
た図を示してある。いずれの場合も円筒の側面に垂直な
方向への超音波放射が最も強い。その強度をIοとする
と、概略であるが、図に示すように、指示器1の軸方向
に対する超音波発生手段2の超音波放射強度Iは、側面
の幅が小さい図31(a)の場合ではI=Iοcos(9
0°−α)、側面の幅が大きい図31(b)の場合では
I=Iοcos(90°−β)となる。ここで、α,β
は、指示器1の軸方向(0°)に対する2つの超音波発
生手段2の軸方向の傾き角度である。ここでは簡単のた
めに、円筒側面において円筒の軸から指示器1の軸方向
に向かって最も離れた部分のみを最も影響が大きいので
示したが、実際には円筒の円周に沿った部分の超音波の
放射強度を合算(積分)した値となる。つまり、円周に
沿った部分の上記回転面からの角度をγとすると、上記
Iの式はそれぞれ I=Iοcosγcos(90°−α) I=Iοcosγcos(90°−β) となる。ここで、単純に、円筒側面の内側或いは外側の
一方のみの超音波の放射を考えると、角度α及びβが大
きくなるほど、つまり、円筒の側面が指示器1の軸方向
に対して垂直に近づくほど、指示器1の軸方向への超音
波放射強度は大きくなるはずである。ところが、この円
筒形の場合には、側面のもう一方の側からの超音波放射
がこれに加わることになるので、実際の指示器1の軸方
向への超音波放射強度Itは、円筒の側面の外側からの
超音波放射強度成分Iοと円筒の側面の内側からの超音
波放射強度成分Iiとの合成のIt=Iο+RIiとな
る。
【0133】ここでRは、円筒の側面の内側からの超音
波放射強度成分Iiが超音波放射時に円筒の対向する側
面に遮られずに伝わる率であり、α又はβを関数とし、 1)α<atan(2r/s)、又はβ<atan(2r/
s)の場合 R=1 2)α≧atan(2r/s)、又はβ≧atan(2r/
s)の場合 R=atan(2r/s)/α、又はR=atan(2r/
s)/β となる。ここで、rは前出の円筒の半径、sは円筒の側
面の幅(円筒の軸方向の長さ)である。
波放射強度成分Iiが超音波放射時に円筒の対向する側
面に遮られずに伝わる率であり、α又はβを関数とし、 1)α<atan(2r/s)、又はβ<atan(2r/
s)の場合 R=1 2)α≧atan(2r/s)、又はβ≧atan(2r/
s)の場合 R=atan(2r/s)/α、又はR=atan(2r/
s)/β となる。ここで、rは前出の円筒の半径、sは円筒の側
面の幅(円筒の軸方向の長さ)である。
【0134】以上により、最終的には、超音波発生手段
2の圧電フィルムの円筒からの超音波放射強度の角度分
布は、内外両側面部分からの超音波放射強度成分のう
ち、お互いに遮ることなく放出される部分の合計とな
り、図31(a),(b)中で両矢印C,Dで示される
領域であって、超音波発生手段2の軸方向に対して所定
角度で超音波発生手段2に接する領域で超音波放射強度
が最大となる(以下、この領域を最大角度領域とい
う)。この最大角度領域の角度は、円筒の側面の幅sの
異なる(a)と(b)で異なるのは勿論である。図30
で示した、最大強度の角度は40°であるが、これは、
例えば、r≒5.5mm、s≒5mmとした場合であり、こ
れ以外の寸法とした場合、上記の通り、最大角度領域の
角度は異なる。
2の圧電フィルムの円筒からの超音波放射強度の角度分
布は、内外両側面部分からの超音波放射強度成分のう
ち、お互いに遮ることなく放出される部分の合計とな
り、図31(a),(b)中で両矢印C,Dで示される
領域であって、超音波発生手段2の軸方向に対して所定
角度で超音波発生手段2に接する領域で超音波放射強度
が最大となる(以下、この領域を最大角度領域とい
う)。この最大角度領域の角度は、円筒の側面の幅sの
異なる(a)と(b)で異なるのは勿論である。図30
で示した、最大強度の角度は40°であるが、これは、
例えば、r≒5.5mm、s≒5mmとした場合であり、こ
れ以外の寸法とした場合、上記の通り、最大角度領域の
角度は異なる。
【0135】本実施形態では、上記のように超音波発生
手段2の圧電フィルムの円筒の半径と側面の幅に基づい
て決定される最大角度領域の角度を指示器1の軸方向に
対して超音波発生手段2の軸方向を傾斜させる傾斜角度
とする。
手段2の圧電フィルムの円筒の半径と側面の幅に基づい
て決定される最大角度領域の角度を指示器1の軸方向に
対して超音波発生手段2の軸方向を傾斜させる傾斜角度
とする。
【0136】なお、以上では円筒形の圧電フィルムの超
音波放射の指向性に関して、超音波放射方向に関わる要
因を述べたが、実際には更に、発生超音波が円筒の外側
と内側で位相が異なることにより発生する干渉による要
因がある。但し、これは、十分距離が遠く、且つ、波長
が超音波発生部分の寸法に対して十分大きい場合には、
ほぼ一定と考えることができる。いずれにしろ、これ
も、周波数を勘案した上で、上記と同様に、円筒形の圧
電フィルムの半径と幅により超音波発生強度が最大とな
る角度領域が決定されることになり、これを基に指示器
1の軸方向に対する円筒形の圧電フィルムの軸方向の傾
斜角度を決定する。
音波放射の指向性に関して、超音波放射方向に関わる要
因を述べたが、実際には更に、発生超音波が円筒の外側
と内側で位相が異なることにより発生する干渉による要
因がある。但し、これは、十分距離が遠く、且つ、波長
が超音波発生部分の寸法に対して十分大きい場合には、
ほぼ一定と考えることができる。いずれにしろ、これ
も、周波数を勘案した上で、上記と同様に、円筒形の圧
電フィルムの半径と幅により超音波発生強度が最大とな
る角度領域が決定されることになり、これを基に指示器
1の軸方向に対する円筒形の圧電フィルムの軸方向の傾
斜角度を決定する。
【0137】また以上では、主に、超音波発生手段2の
円筒形の圧電フィルムの軸方向を指示器1の軸方向に対
して傾斜させた傾斜角度(回転角度)と同じ回転角度方
向(図28(b)の両矢印F方向)の角度特性(指向
性)に関わる超音波放射強度分布に関して述べてきた
が、上記回転角度の回転面に対し垂直に交わる回転角度
方向(図28(c)の両矢印G方向)の角度特性(指向
性)について、以下に若干説明する。
円筒形の圧電フィルムの軸方向を指示器1の軸方向に対
して傾斜させた傾斜角度(回転角度)と同じ回転角度方
向(図28(b)の両矢印F方向)の角度特性(指向
性)に関わる超音波放射強度分布に関して述べてきた
が、上記回転角度の回転面に対し垂直に交わる回転角度
方向(図28(c)の両矢印G方向)の角度特性(指向
性)について、以下に若干説明する。
【0138】この回転角度方向に関しては、図28
(c)を見て明らかなように、超音波発生手段2の円筒
の側面からは超音波が円周方向に沿って均一に放射され
ており、これは円筒の外側と内側で条件が同じである。
従って、図28の場合の40°傾いた円筒形の場合も指
示器1の軸方向を中心とした上記G方向の超音波放射強
度の角度分布はほぼ均一な特性が得られる。
(c)を見て明らかなように、超音波発生手段2の円筒
の側面からは超音波が円周方向に沿って均一に放射され
ており、これは円筒の外側と内側で条件が同じである。
従って、図28の場合の40°傾いた円筒形の場合も指
示器1の軸方向を中心とした上記G方向の超音波放射強
度の角度分布はほぼ均一な特性が得られる。
【0139】以上のことから、本実施形態の円筒形の圧
電フィルムからなる超音波発生手段2をその軸方向が指
示器1の軸方向に対して傾斜するように配置し、更に、
その傾斜角度を上記圧電フィルムの円筒の半径と幅に基
づいて決定される最大角度領域の角度とすることによ
り、超音波放射の指向性に関して、図28(b)の両矢
印F方向については、図30で両矢印Bの方にオフセッ
トした場合のような指向性、すなわち超音波放射強度が
指示器1の軸方向で最高になり、その軸方向を中心とし
て略対称的に低減する指向性となり、図28(c)の両
矢印G方向については超音波放射強度が指示器1の軸方
向を中心として均一になる指向性となる。
電フィルムからなる超音波発生手段2をその軸方向が指
示器1の軸方向に対して傾斜するように配置し、更に、
その傾斜角度を上記圧電フィルムの円筒の半径と幅に基
づいて決定される最大角度領域の角度とすることによ
り、超音波放射の指向性に関して、図28(b)の両矢
印F方向については、図30で両矢印Bの方にオフセッ
トした場合のような指向性、すなわち超音波放射強度が
指示器1の軸方向で最高になり、その軸方向を中心とし
て略対称的に低減する指向性となり、図28(c)の両
矢印G方向については超音波放射強度が指示器1の軸方
向を中心として均一になる指向性となる。
【0140】前述した図13(a)に示した近距離入力
と(b)に示した遠距離入力の両方の使い方をする場合
に、本実施形態の指示器1を用いることにより、近距離
用と遠距離用を別途用意し使い分ける必要がなく、一つ
の指示器1で広い使用領域にわたって安定した座標入力
が可能となる。なお、遠距離入力の場合は、近距離入力
の場合より強い超音波放射レベルが要求され、同時に、
操作者が指示器1の先端を指示方向に向ける動作を勘案
すると、指示器1の軸方向に超音波放射強度の分布中心
がある本実施形態の構成は非常に効果的である。
と(b)に示した遠距離入力の両方の使い方をする場合
に、本実施形態の指示器1を用いることにより、近距離
用と遠距離用を別途用意し使い分ける必要がなく、一つ
の指示器1で広い使用領域にわたって安定した座標入力
が可能となる。なお、遠距離入力の場合は、近距離入力
の場合より強い超音波放射レベルが要求され、同時に、
操作者が指示器1の先端を指示方向に向ける動作を勘案
すると、指示器1の軸方向に超音波放射強度の分布中心
がある本実施形態の構成は非常に効果的である。
【0141】なお、本実施形態においても、先述した第
2の実施形態の図27の構成における超音波発生手段2
−1の場合と同様に、超音波発生手段2の円筒の内側に
座標入力モード等を切り替えるためのスイッチを設けて
もよい。
2の実施形態の図27の構成における超音波発生手段2
−1の場合と同様に、超音波発生手段2の円筒の内側に
座標入力モード等を切り替えるためのスイッチを設けて
もよい。
【0142】<他の構成例>次に、本実施形態の指示器
1の他の構成例を図32及び図33により説明する。
1の他の構成例を図32及び図33により説明する。
【0143】図32に示す指示器1の構成例では、超音
波発生手段2は、2つの円筒形状の圧電フィルム21を
交差するように組み合わせて構成されている。この構成
では、圧電フィルム21の円筒内側からの超音波放射を
遮る対向面の面積が増えることになるが、それでも2つ
の円筒の隙間からの超音波放射に関しては前述した通り
であり、一方で、発生超音波出力がより増加し、また、
超音波放射の指向性がより均一化される。
波発生手段2は、2つの円筒形状の圧電フィルム21を
交差するように組み合わせて構成されている。この構成
では、圧電フィルム21の円筒内側からの超音波放射を
遮る対向面の面積が増えることになるが、それでも2つ
の円筒の隙間からの超音波放射に関しては前述した通り
であり、一方で、発生超音波出力がより増加し、また、
超音波放射の指向性がより均一化される。
【0144】次に、図33(a)に示す構成例では、超
音波発生手段2は、側面の幅(軸方向の長さ)がより小
さい円筒(円環)形状の圧電フィルム22を多数用い、
それを隙間ができるように細かく角度をずらせて交差さ
せ全体としてほぼ球形になるように組み合せて構成され
ている。この構成では、1つの円筒の側面の面積は小さ
くなるが、多数の円筒の隙間からの超音波放射は前述し
た通りであり、更に、より球面の持つ均一性に近づく指
向性を持たせることができる。
音波発生手段2は、側面の幅(軸方向の長さ)がより小
さい円筒(円環)形状の圧電フィルム22を多数用い、
それを隙間ができるように細かく角度をずらせて交差さ
せ全体としてほぼ球形になるように組み合せて構成され
ている。この構成では、1つの円筒の側面の面積は小さ
くなるが、多数の円筒の隙間からの超音波放射は前述し
た通りであり、更に、より球面の持つ均一性に近づく指
向性を持たせることができる。
【0145】また、この構成を図33(b)に示すよう
に変形し、個々の圧電フィルム23をほぼ半円筒形と
し、これを全体としてほぼ半球形になるように組合せて
超音波発生手段2を構成してもよい。
に変形し、個々の圧電フィルム23をほぼ半円筒形と
し、これを全体としてほぼ半球形になるように組合せて
超音波発生手段2を構成してもよい。
【0146】このような球面状構造は、超音波放射の指
向性に関して、指示器1の先端から前側へ向かう全方向
の広範囲な領域にわたって均一な指向性を実現でき、近
距離入力と遠距離入力のいずれの場合においても安定し
て高精度な座標検出を実現できる。
向性に関して、指示器1の先端から前側へ向かう全方向
の広範囲な領域にわたって均一な指向性を実現でき、近
距離入力と遠距離入力のいずれの場合においても安定し
て高精度な座標検出を実現できる。
【0147】さらに、図示していないが、製造上の組み
立ての負担を軽減するために、シート状の圧電フィルム
にその延伸方向に平行に切れ目を入れ、両端がつながっ
た状態で湾曲させてほぼ半球形状の超音波発生手段2を
構成してもよい。
立ての負担を軽減するために、シート状の圧電フィルム
にその延伸方向に平行に切れ目を入れ、両端がつながっ
た状態で湾曲させてほぼ半球形状の超音波発生手段2を
構成してもよい。
【0148】なお以上の説明では、超音波発生手段2を
構成する圧電フィルムを円筒形状としたが角筒形状とし
てもよい。これは第2の実施形態の超音波発生手段2−
1の圧電フィルムについても同様である。ただし、円筒
形状の方がその円周方向に均一に超音波を放射すること
ができる。
構成する圧電フィルムを円筒形状としたが角筒形状とし
てもよい。これは第2の実施形態の超音波発生手段2−
1の圧電フィルムについても同様である。ただし、円筒
形状の方がその円周方向に均一に超音波を放射すること
ができる。
【0149】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、空中超音波方式の座標入力装置で座標を入力
する位置を指示するために用いられ、超音波発生手段を
有する入力指示器において、前記超音波発生手段は、圧
電フィルムから構成され、該圧電フィルムの超音波発生
面が入力指示器の軸方向に対して傾斜している第1の構
成、及び、前記超音波発生手段は、筒形状の圧電フィル
ムから構成され、該圧電フィルムの筒の軸方向が入力指
示器の軸方向に対して傾斜するように配置される第2の
構成、及び、前記超音波発生手段として、圧電フィルム
から構成された第1の超音波発生手段と、固体圧電素子
から構成された第2の超音波発生手段を有する第3の構
成を採用したので、いずれの構成の場合も、超音波発生
手段からの超音波放射の指向性を近距離入力と遠距離入
力の両方に適した指向性とすることができ、近距離入力
と遠距離入力の両方に好適に使用でき、その両方で安定
して高精度な座標検出を行なえるようにすることができ
る。また、音響インピーダンスが低く、形状の自由度が
高いという圧電フィルムの利点を享受することができ、
特に後者により、例えば、圧電フィルムから構成した超
音波発生手段の部分に、座標入力モード切り替え用のス
イッチを容易に組み込むことができる等の効果が得られ
る。
によれば、空中超音波方式の座標入力装置で座標を入力
する位置を指示するために用いられ、超音波発生手段を
有する入力指示器において、前記超音波発生手段は、圧
電フィルムから構成され、該圧電フィルムの超音波発生
面が入力指示器の軸方向に対して傾斜している第1の構
成、及び、前記超音波発生手段は、筒形状の圧電フィル
ムから構成され、該圧電フィルムの筒の軸方向が入力指
示器の軸方向に対して傾斜するように配置される第2の
構成、及び、前記超音波発生手段として、圧電フィルム
から構成された第1の超音波発生手段と、固体圧電素子
から構成された第2の超音波発生手段を有する第3の構
成を採用したので、いずれの構成の場合も、超音波発生
手段からの超音波放射の指向性を近距離入力と遠距離入
力の両方に適した指向性とすることができ、近距離入力
と遠距離入力の両方に好適に使用でき、その両方で安定
して高精度な座標検出を行なえるようにすることができ
る。また、音響インピーダンスが低く、形状の自由度が
高いという圧電フィルムの利点を享受することができ、
特に後者により、例えば、圧電フィルムから構成した超
音波発生手段の部分に、座標入力モード切り替え用のス
イッチを容易に組み込むことができる等の効果が得られ
る。
【0150】また、本発明によれば、上記の本発明に係
る入力指示器を用いる空中超音波方式の座標入力装置で
あって、その入力指示器を用いて、近距離入力でも遠距
離入力でも常に安定して高精度に座標検出(算出)を行
なうことができる優れた座標入力装置を提供することが
できる。
る入力指示器を用いる空中超音波方式の座標入力装置で
あって、その入力指示器を用いて、近距離入力でも遠距
離入力でも常に安定して高精度に座標検出(算出)を行
なうことができる優れた座標入力装置を提供することが
できる。
【図1】本発明の第1の実施形態における座標入力装置
の全体の構成を示すブロック図である。
の全体の構成を示すブロック図である。
【図2】同装置の演算制御回路の構成を示すブロック図
である。
である。
【図3】同装置の検出信号処理回路の第1の実施形態に
おける信号処理に関わる各信号のタイミングチャート図
である。
おける信号処理に関わる各信号のタイミングチャート図
である。
【図4】同装置の検出信号処理回路の第1の実施形態の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図5】同装置の検出信号処理回路の第2の実施形態に
おける信号処理に関わる各信号のタイミングチャート図
である。
おける信号処理に関わる各信号のタイミングチャート図
である。
【図6】同装置の検出信号処理回路の第2の実施形態の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図7】同装置で2つの超音波センサを用いた座標算出
方法を説明する説明図である。
方法を説明する説明図である。
【図8】同装置で3つの超音波センサを用いた座標算出
方法を説明する説明図である。
方法を説明する説明図である。
【図9】同装置の入力指示器の構成を説明する説明図で
ある。
ある。
【図10】比較例の入力指示器の構成を説明する説明図
である。
である。
【図11】実施形態と比較例の入力指示器の超音波発生
手段について超音波放射の角度による指向性を測定した
結果を示すグラフ図である。
手段について超音波放射の角度による指向性を測定した
結果を示すグラフ図である。
【図12】実施形態と比較例の入力指示器の超音波発生
手段について超音波放射の角度による指向性を測定した
際の角度を示す説明図である。
手段について超音波放射の角度による指向性を測定した
際の角度を示す説明図である。
【図13】入力指示器による近距離入力と遠距離入力の
様子を示す説明図である。
様子を示す説明図である。
【図14】実施形態の入力指示器の超音波発生手段につ
いて超音波発生面の軸方向に対する角度の変更例を示す
説明図である。
いて超音波発生面の軸方向に対する角度の変更例を示す
説明図である。
【図15】同超音波発生手段を構成する圧電フィルムの
一軸延伸方向の寸法の連続的な変化の様子を示す説明図
である。
一軸延伸方向の寸法の連続的な変化の様子を示す説明図
である。
【図16】同超音波発生手段の他の形状例を示す斜視図
である。
である。
【図17】同超音波発生手段の更に他の形状例を示す斜
視図である。
視図である。
【図18】本発明の第2の実施形態における座標入力装
置の全体の構成を示すブロック図である。
置の全体の構成を示すブロック図である。
【図19】同装置の演算制御回路と入力指示器の回路の
構成を示すブロック図である。
構成を示すブロック図である。
【図20】同装置の入力指示器の構成と超音波発生手段
の超音波放射の指向性などを示す説明図である。
の超音波放射の指向性などを示す説明図である。
【図21】同入力指示器による近距離入力と遠距離入力
の様子を示す説明図である。
の様子を示す説明図である。
【図22】同入力指示器の超音波発生手段に関わる他の
構成例の構成を示す概略的な側面図である。
構成例の構成を示す概略的な側面図である。
【図23】同構成例の作用を説明する説明図である。
【図24】同入力指示器の更に他の構成例の構成を示す
概略的な断面図である。
概略的な断面図である。
【図25】同入力指示器の更に他の構成例の構成を示す
概略的な断面図である。
概略的な断面図である。
【図26】同入力指示器の更に他の構成例の構成を示す
説明図である。
説明図である。
【図27】同入力指示器の更に他の構成例の構成を示す
概略的な断面図である。
概略的な断面図である。
【図28】本発明の第3の実施形態における入力指示器
の構成などを説明する説明図である。
の構成などを説明する説明図である。
【図29】比較例の入力指示器の構成などを説明する説
明図である。
明図である。
【図30】比較例の入力指示器の超音波放射の角度によ
る指向性を測定した結果と超音波発生手段の軸方向の角
度のオフセットを示すグラフ図である。
る指向性を測定した結果と超音波発生手段の軸方向の角
度のオフセットを示すグラフ図である。
【図31】実施形態の入力指示器の超音波発生手段にお
いて超音波の放射強度が最大になる角度の領域を示す説
明図である。
いて超音波の放射強度が最大になる角度の領域を示す説
明図である。
【図32】入力指示器の超音波発生手段の他の構成例を
示す説明図である。
示す説明図である。
【図33】入力指示器の超音波発生手段の更に他の構成
例を示す説明図である。
例を示す説明図である。
1 入力指示器
2,2−1,2−2 超音波発生手段
3,3−1,3−2 振動駆動回路
4 駆動選択回路
5 演算制御回路
6 平面板
7a〜7d 超音波センサ
8 検出信号処理回路
10 ディスプレイ
11 ディスプレイ駆動回路
20〜23 圧電フィルム
31 マイクロコンピュータ
33 タイマ
51 前置増幅回路
52 エンベロープ検出回路
53 2階微分回路
54 変曲点検出回路
56 ゲート信号生成回路
57 位相検出回路
511 帯域通過フィルタ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 佐藤 肇
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
Fターム(参考) 2F068 AA03 AA04 BB05 CC04 DD05
FF03 FF11 GG01 KK01 LL02
LL11 QQ08 QQ23 QQ42
5B068 AA05 BB21 BC03 BD02 BD11
CD05
5J083 AA04 AB20 AC04 AD02 BA01
BE07 BE18 BE26 BE38 CA02
CA35 CB05 CB06
Claims (20)
- 【請求項1】 空中超音波方式の座標入力装置で座標を
入力する位置を指示するために用いられ、超音波発生手
段を有する入力指示器において、 前記超音波発生手段は、圧電フィルムから構成され、該
圧電フィルムの超音波発生面が入力指示器の軸方向に対
して傾斜していることを特徴とする入力指示器。 - 【請求項2】 前記超音波発生手段の圧電フィルムは、
一軸延伸分極フィルムから構成され、その一軸延伸方向
が入力指示器の軸方向に対して垂直であることを特徴と
する請求項1に記載の入力指示器。 - 【請求項3】 前記超音波発生手段の圧電フィルムの一
軸延伸方向の寸法が入力指示器の軸方向に沿って変化し
ていることを特徴とする請求項2に記載の入力指示器。 - 【請求項4】 前記超音波発生手段は圧電フィルムから
錐台形状ないし錐形状に形成されたことを特徴とする請
求項1から3までのいずれか1項に記載の入力指示器。 - 【請求項5】 空中超音波方式の座標入力装置で座標を
入力する位置を指示するために用いられ、超音波発生手
段を有する入力指示器において、 前記超音波発生手段は、筒形状の圧電フィルムから構成
され、該圧電フィルムの筒の軸方向が入力指示器の軸方
向に対して傾斜するように配置されることを特徴とする
入力指示器。 - 【請求項6】 前記圧電フィルムの筒の軸方向が入力指
示器の軸方向に対して傾斜する角度は、前記圧電フィル
ムから入力指示器の軸方向への超音波の放射強度が最大
になる角度に設定されることを特徴とする請求項5に記
載の入力指示器。 - 【請求項7】 前記超音波発生手段は、それぞれ筒形状
の複数の圧電フィルムから構成されることを特徴とする
請求項5または6に記載の入力指示器。 - 【請求項8】 前記圧電フィルムは一軸延伸分極フィル
ムから構成され、その一軸延伸方向が該圧電フィルムの
筒の軸方向に対して垂直であることを特徴とする請求項
5から7までのいずれか1項に記載の入力指示器。 - 【請求項9】 空中超音波方式の座標入力装置で座標を
入力する位置を指示するために用いられ、超音波発生手
段を有する入力指示器において、 前記超音波発生手段として、圧電フィルムから構成され
た第1の超音波発生手段と、固体圧電素子から構成され
た第2の超音波発生手段を有することを特徴とする入力
指示器。 - 【請求項10】 前記第1と第2の超音波発生手段は超
音波放射の指向性が異なることを特徴とする請求項9に
記載の入力指示器。 - 【請求項11】 前記第1の超音波発生手段は筒形状の
圧電フィルムから構成され、前記第2の超音波発生手段
はバイモルフ振動子または厚み縦振動子から構成される
ことを特徴とする請求項9または10に記載の入力指示
器。 - 【請求項12】 前記筒形状の圧電フィルムから構成さ
れた第1の超音波発生手段の内側に前記第2の超音波発
生手段が配置されたことを特徴とする請求項11に記載
の入力指示器。 - 【請求項13】 入力指示器の軸方向の一端に前記第1
の超音波発生手段が設けられ、他端に前記第2の超音波
発生手段が設けられたことを特徴とする請求項9から1
1までのいずれか1項に記載の入力指示器。 - 【請求項14】 前記第2の超音波発生手段が入力指示
器の軸方向に沿った前後方向にスライド可能に設けられ
るとともに、該第2の超音波発生手段の後方へのスライ
ドに連動してオンし、前方へのスライドに連動してオフ
するスイッチが設けられたことを特徴とする請求項9か
ら13までのいずれか1項に記載の入力指示器。 - 【請求項15】 請求項1から8までのいずれか1項に
記載の入力指示器と、 それぞれ前記入力指示器の超音波発生手段から空中に発
せられた超音波を検出する異なる位置に配置された複数
の超音波検出手段と、 該複数の超音波検出手段の超音波検出信号を処理して該
複数の超音波検出手段への超音波の到達タイミングのそ
れぞれを示す複数のタイミング信号を生成する信号処理
手段と、 前記複数のタイミング信号により前記入力指示器の超音
波発生手段から前記複数の超音波検出手段までの超音波
の伝達時間のそれぞれを計時する計時手段と、 該計時手段により計時された超音波伝達時間のそれぞれ
に基づいて、前記入力指示器の超音波発生手段の位置の
座標を算出する演算手段を有することを特徴とする座標
入力装置。 - 【請求項16】 請求項9から14までのいずれか1項
に記載の入力指示器と、 それぞれ前記入力指示器の第1または第2の超音波発生
手段から空中に発せられた超音波を検出する異なる位置
に配置された複数の超音波検出手段と、 該複数の超音波検出手段の超音波検出信号を処理して該
複数の超音波検出手段への超音波の到達タイミングのそ
れぞれを示す複数のタイミング信号を生成する信号処理
手段と、 前記複数のタイミング信号により前記入力指示器の第1
または第2の超音波発生手段から前記複数の超音波検出
手段までの超音波の伝達時間のそれぞれを計時する計時
手段と、 該計時手段により計時された超音波伝達時間のそれぞれ
に基づいて、前記入力指示器の第1または第2の超音波
発生手段の位置の座標を算出する演算手段を有すること
を特徴とする座標入力装置。 - 【請求項17】 前記入力指示器の第1と第2の超音波
発生手段を択一的に駆動する駆動選択手段を有すること
を特徴とする請求項16に記載の座標入力装置。 - 【請求項18】 前記複数の超音波発生手段が配置され
た座標入力面と前記入力指示器の距離が所定距離以下の
場合は前記第1の超音波発生手段、前記所定距離より大
きい場合は前記第2の超音波発生手段を駆動するように
前記駆動選択手段を制御する制御手段を有することを特
徴とする請求項17に記載の座標入力装置。 - 【請求項19】 前記入力指示器の第1と第2の超音波
発生手段を択一的または同時に駆動する駆動選択手段を
有することを特徴とする請求項16に記載の座標入力装
置。 - 【請求項20】 前記複数の超音波発生手段が配置され
た座標入力面と前記入力指示器の距離が第1の所定距離
以下の場合は前記第1の超音波発生手段、前記第1の所
定距離から該距離より大きな第2の所定距離までの間で
ある場合は前記第1と第2の超音波発生手段、前記第2
の所定距離より大きい場合は前記第2の超音波発生手段
を駆動するように前記駆動選択手段を制御する制御手段
を有することを特徴とする請求項19に記載の座標入力
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001230729A JP2003044213A (ja) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | 座標入力装置の入力指示器及び座標入力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001230729A JP2003044213A (ja) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | 座標入力装置の入力指示器及び座標入力装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003044213A true JP2003044213A (ja) | 2003-02-14 |
Family
ID=19062889
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001230729A Withdrawn JP2003044213A (ja) | 2001-07-31 | 2001-07-31 | 座標入力装置の入力指示器及び座標入力装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003044213A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009251654A (ja) * | 2008-04-01 | 2009-10-29 | Penandfree Co Ltd | 位置追跡用信号発生装置及びこれを含む入力システム |
JP2010515962A (ja) * | 2007-01-08 | 2010-05-13 | ペガサス テクノロジーズ リミテッド | 改良された電子ペン装置 |
JP2010152570A (ja) * | 2008-12-25 | 2010-07-08 | Yamaha Corp | ポインティングシステム |
JP2011508927A (ja) * | 2008-01-03 | 2011-03-17 | エポス ディベロップメント リミテッド | 超音波デジタイザおよびホスト |
KR101427151B1 (ko) * | 2013-07-04 | 2014-08-08 | 주식회사 스마트센스테크놀러지 | 지시물체 위치인식장치용 펜 |
JP2016128765A (ja) * | 2015-01-09 | 2016-07-14 | 富士通株式会社 | 位置情報特定システム |
CN108262240A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-07-10 | 吉林大学 | 一种圆台形状的pvdf超声波发射器 |
-
2001
- 2001-07-31 JP JP2001230729A patent/JP2003044213A/ja not_active Withdrawn
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010515962A (ja) * | 2007-01-08 | 2010-05-13 | ペガサス テクノロジーズ リミテッド | 改良された電子ペン装置 |
JP2011508927A (ja) * | 2008-01-03 | 2011-03-17 | エポス ディベロップメント リミテッド | 超音波デジタイザおよびホスト |
US8604365B2 (en) | 2008-01-03 | 2013-12-10 | Qualcomm Incorporated | Ultrasonic digitizer and host |
JP2009251654A (ja) * | 2008-04-01 | 2009-10-29 | Penandfree Co Ltd | 位置追跡用信号発生装置及びこれを含む入力システム |
JP2010152570A (ja) * | 2008-12-25 | 2010-07-08 | Yamaha Corp | ポインティングシステム |
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JP2016128765A (ja) * | 2015-01-09 | 2016-07-14 | 富士通株式会社 | 位置情報特定システム |
US10175338B2 (en) | 2015-01-09 | 2019-01-08 | Fujitsu Limited | Location information determination system |
CN108262240A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-07-10 | 吉林大学 | 一种圆台形状的pvdf超声波发射器 |
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---|---|---|---|
RD01 | Notification of change of attorney |
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