JP2004355098A - 超音波座標入力装置及び超音波座標入力方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】超音波の出力を調整できる超音波座標入力装置を提供する。
【解決手段】超音波を送信する送信器４０２と、送信器４０２との間で同期を取りながら送信器４０２から受信した超音波信号に基づいて、送信器４０２による指示位置を特定する手段を備えた受信器４０３と、を有する超音波座標入力装置４０１において、送信器４０２は、受信器４０３との間で双方向通信が行える通信線を介して受信器４０３に接続されている。また、受信器４０３は、超音波の伝達時間を算出するメインプロセッサ４３２を有し、送信器４０２は、メインプロセッサ４２２が算出した超音波伝達時間に応じて、超音波出力を調整する超音波出力回路を有する。
【選択図】 図５
【解決手段】超音波を送信する送信器４０２と、送信器４０２との間で同期を取りながら送信器４０２から受信した超音波信号に基づいて、送信器４０２による指示位置を特定する手段を備えた受信器４０３と、を有する超音波座標入力装置４０１において、送信器４０２は、受信器４０３との間で双方向通信が行える通信線を介して受信器４０３に接続されている。また、受信器４０３は、超音波の伝達時間を算出するメインプロセッサ４３２を有し、送信器４０２は、メインプロセッサ４２２が算出した超音波伝達時間に応じて、超音波出力を調整する超音波出力回路を有する。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波座標入力装置及び超音波座標入力方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から超音波を用いた座標入力装置が提案されている。図１は、特許文献１記載の超音波座標入力装置を説明するための図である。図１では、端末１の画面を閉じたときの当該画面の背面１６を示している。図１において、超音波受信器（１）２、超音波受信器（２）２は、ペン４から放射された超音波を受信するものである。赤外線ＰＤ３は、ペン４から放射された赤外線を受信するものである。紙６は、背面１６上に置いてペン４で筆記するものである。紙ばさみ１８は、紙６を背面１６に固定するものである。
【０００３】
次に、この従来の超音波座標入力装置の動作について説明する。ペン４で背面１６上に紙６を置いて押圧したり、描画したりすると、ペン４の先端部分から超音波および赤外線が送信される。送信された超音波を背面１６の所定箇所に配置された超音波受信器（１）２、超音波受信器（２）２によってそれぞれ検出すると共に、送信された赤外線を背面１６の所定の位置に配置された赤外線ＰＤ３で検出する。
【０００４】
検出された赤外線の時刻をもとに、検出された超音波までの差時間Ｔ１，Ｔ２をそれぞれ算出し、これら差時間Ｔ１，Ｔ２をもとにペン４の位置座標を算出する。上記処理を所定時間毎に繰り返し、ペン４で指示位置あるいは描画した位置（座標）を逐次読み取る。以上によって、端末１の画面を閉じて背面１６が現れた状態で当該背面１６上に紙６を置いて直接にペン４で位置を指示あるいは描画したときに当該ペン４の先端の座標を逐次検出することが可能となるというものである。
【０００５】
次に、他の従来の超音波座標入力装置について説明する。図２は従来の他の超音波座標入力装置のブロック構成図である。この超音波座標入力装置２０は、特許文献１記載の装置と同様に、超音波出力の同期信号として赤外線を用いたものである。図２に示すように、この超音波座標入力装置２０は、送信器３０、受信器４０を有する。符号５０は例えば、パーソナルコンピュータ等のホストコンピュータを示している。
【０００６】
送信器３０は、例えば、図１で示されるのと同様にペン状に形成されている。この送信器３０は、電源部３１、メインプロセッサ３２、赤外線投光回路３３、超音波発信回路３４を有する。電源部３１は、送信器３０全体に電源を供給するものである。メインプロセッサ２２は、送信器３０全体を制御し、赤外線投光回路３３、超音波発信回路３４を駆動させる。赤外線投光回路２３は、赤外線を投光する。超音波発信回路２４は、超音波を発信する。
【０００７】
受信器４０は、送信器３０から放射された超音波を受信するものであって、赤外線受光回路４１、超音波受信回路４２、メインプロセッサ４３、電源部４４、ホストＩ／Ｆ回路４５を有する。赤外線受光回路４１は、送信器３０から発光された赤外線を受光する。超音波受信回路４２は、送信器３０からの超音波を受信する。なお、図示は省略するが、特許文献１記載の超音波座標入力装置に示したように、受信器４０には、超音波受信回路４２が２つ設けられている。電源部４４は、受信器４０全体に電源を供給するものである。
【０００８】
メインプロセッサ４３は、赤外線受光回路４１及び超音波受信回路４２からの信号に基づき、検出された赤外線の時刻をもとに、検出された超音波までの差時間を算出し、これら差時間をもとに送信器３０の位置座標を算出し、算出した送信器３０の位置座標をホストＩ／Ｆ回路４５を介して、ホスト５０へ出力する。これにより、送信器３０の位置を特定するようにしている。
【０００９】
次に、特許文献２記載の他の従来技術について説明する。特許文献２記載の位置入力装置は、振動ペンと受信部をケーブルで接続し、このケーブルを介し、外部からペン側に電力を供給し、ペン側から受信部への同期信号を送信するというものである。
【００１０】
次に、特許文献３記載の他の従来技術について説明する。特許文献３記載の超音波式デジタイザは、超音波発振器に周波数切り換え部を設け、複数の異なる周波数に切り換えて発生するようにして、精度が良く、測定できるというものである。次に、特許文献４記載の他の従来技術について説明する。特許文献４記載の装置は、振動ペンと制御回路側をケーブルで接続し、このケーブルを介して制御回路側からペン側に電源を供給するというものである。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−３７３０５３号公報
【特許文献２】
特開平１１−１５５９２号公報
【特許文献３】
特開平１０−１１１１１７号公報
【特許文献４】
特開２０００−１３２６８２号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１記載の超音波座標入力装置や図２に示した従来の超音波座標入力装置では、送信器等から超音波が出力されることを受信器に知らせるためのトリガ信号として、赤外線を用いていたが、この赤外線は太陽光などの外乱光の影響を受けやすいため、受信器側でトリガ信号を誤検出するという問題があった。また、赤外線を用いた場合、送信器に赤外線投光回路が、受信器に赤外線受光回路が必要であり、回路スペースやコストに関しても問題があった。
【００１２】
また、特許文献２では、このような問題点を解決するために、送信器および受信器間をケーブルで接続して、トリガ信信号を送るようにしているが、送信器がどの位置にあっても同じ出力で超音波を出力するため、電力を無駄に消費してしまうという問題がある。
【００１３】
また、図２に示した超音波座標入力装置では、送信器３０の電源部３１には、電池を用いることが一般的であるが、動作電圧以下に電池電圧が減少してしまった場合、超音波座標入力装置２０を使用することができなくなってしまう問題もあった。
【００１４】
また、特許文献２及び特許文献４では、この問題点を解決するために、送信器側に電源を設けず、送信器が受信器側の電源を用いて超音波を出力するようにしているが、送信器がどの位置にあっても同じ出力で超音波を出力するため、電力を無駄に消費してしまい、送信器の位置に応じた制御をすることができないという問題があった。
【００１５】
そこで、本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、送信器及び受信器間で双方向の通信が可能な超音波座標入力装置を提供することを目的とする。また、本発明は、超音波の出力を調整できる超音波座標入力装置及び超音波座標入力方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の超音波座標入力装置は、超音波を送信する送信器と、前記送信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する手段を備えた受信器と、を有する超音波座標入力装置において、前記送信器は、前記受信器との間で双方向通信を行う通信線を介して前記受信器に接続されていることを特徴とする。請求項１記載の発明によれば、送信器は、受信器との間で双方向通信を行う通信線を介して受信器に接続されているので、送信器・受信器双方向の通信が可能となる。
【００１７】
また、本発明は、請求項２に記載のように、請求項１記載の超音波座標入力装置において、前記受信器は、前記送信器から受信する超音波の伝達時間を算出する伝達時間算出手段を有し、前記送信器は、前記伝達時間算出手段が算出した超音波伝達時間に応じて、送信する超音波の出力を調整する出力調整手段を有することを特徴とする。請求項２記載の発明によれば、超音波伝達時間に応じて送信する超音波の出力の強弱をコントロールすることができる。
【００１８】
また、本発明は、請求項３に記載のように、請求項２記載の超音波座標入力装置において、前記出力調整手段は、前記伝達時間算出手段が算出した超音波伝達時間に対応した超音波出力振幅パターンに従って、送信する超音波の出力を調整することを特徴とする。請求項３記載の発明によれば、超音波伝達時間に対応した超音波出力振幅パターンに従って、超音波出力を調整するようにしたので、数段階に分けて超音波出力をコントロールできる。
【００１９】
また、本発明は、請求項４に記載のように、請求項２又は請求項３記載の超音波座標入力装置において、前記送信器は、前記伝達時間算出手段が算出した超音波伝達時間に応じて、送信する超音波の発信周期を調整する周期調整手段を有することを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、超音波伝達時間に応じて、超音波の周期をコントロールすることができる。例えば、送信器の移動量が大きいと判断した場合には、超音波の出力周期を短くすることで、座標解像度を上げ、座標の正確性を向上させることができる。また、逆に送信器の移動量が小さいと判断した場合には、超音波の出力周期を長くすることで解像度を下げ、同じような座標データを省くことで、データ量を圧縮することができる。
【００２１】
また、本発明は、請求項５に記載のように、請求項４記載の超音波座標入力装置において、前記周期調整手段は、前記伝達時間算出手段が算出した超音波伝達時間に対応した超音波周期パターンに従って、送信する超音波の発信周期を調整することを特徴とする。請求項５記載の発明によれば、数段階に分けて超音波発信周期をコントロールできる。
【００２２】
また、本発明は、請求項６に記載のように、請求項１記載の超音波座標入力装置において、前記受信器は、前記送信器から受信する超音波の振幅を検出する超音波検出手段を有し、前記送信器は、前記超音波検出手段が検出した超音波振幅に応じて、送信する超音波の出力を調整する出力調整手段を有することを特徴とする。請求項６記載の発明によれば、受信する超音波の振幅に応じて、送信する超音波の出力の強弱をコントロールすることができる。
【００２３】
また、本発明は、請求項７に記載のように、請求項６記載の超音波座標入力装置において、前記出力調整手段は、前記超音波検出手段が検出した超音波振幅に対応した超音波振幅パターンに従って、送信する超音波の出力を調整することを特徴とする。請求項７記載の発明によれば、超音波振幅に応じて、数段階に分けて送信する超音波の出力を調整することができる。
【００２４】
また、請求項８記載の超音波座標入力装置は、超音波を送信する送信器と、前記送信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する手段を備えた受信器と、を有する超音波座標入力装置において、前記受信器は、前記送信器から受信する超音波の受信状態を前記送信器に通知する手段を有し、前記送信器は、前記手段から取得した超音波の受信状態に応じて、送信する超音波の出力を調整する出力調整手段を有することを特徴とする。請求項８記載の発明によれば、超音波の受信状態に応じて、送信する超音波の出力を調整することができる。
【００２５】
また、請求項９記載の超音波座標入力装置は、超音波を送信する送信器と、前記送信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する手段を備えた受信器と、を有する超音波座標入力装置において、前記受信器は、前記送信器から受信する超音波の伝達時間を算出する伝達時間算出手段を有し、前記送信器は、前記伝達時間算出手段が算出した超音波伝達時間に応じて、送信する超音波の出力を調整する出力調整手段を有することを特徴とする。請求項９記載の発明によれば、超音波伝達時間に応じて超音波出力の強弱をコントロールすることができる。
【００２６】
また、請求項１０記載の超音波座標入力装置は、超音波を送信する送信器と、前記送信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する手段を備えた受信器と、を有する超音波座標入力装置において、前記受信器は、前記送信器から受信する超音波の伝達時間を算出する伝達時間算出手段を有し、前記送信器は、前記伝達時間算出手段が算出した超音波伝達時間に応じて、送信する超音波の発信周期を調整する周期調整手段を有することを特徴とする。請求項１０記載の発明によれば、超音波伝達時間に応じて、送信する超音波の周期をコントロールすることができる。
【００２７】
また、請求項１１記載の超音波座標入力装置は、超音波を送信する送信器と、前記送信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する手段を備えた受信器と、を有する超音波座標入力装置において、前記受信器は、前記送信器から受信する超音波の振幅を検出する超音波検出手段を有し、前記送信器は、前記超音波検出手段が検出した超音波の振幅に応じて、送信する超音波の出力を調整する出力調整手段を有することを特徴とする。請求項１１記載の発明によれば、受信した超音波の振幅に応じて超音波出力の強弱をコントロールすることができる。
【００２８】
また、本発明は、請求項１２に記載のように、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の超音波座標入力装置において、前記送信器は、超音波出力の同期信号を伝達する信号線を介して前記受信器に接続されていることを特徴とする。請求項１２記載の発明によれば、送信器は、超音波出力の同期信号を伝達する信号線を介して受信器に接続されているので、従来同期信号の送受信に必要であった赤外線投光および受光回路を削除することができる。
【００２９】
また、本発明は、請求項１３に記載のように、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の超音波座標入力装置において、前記受信器は、前記送信器へ電源を供給する電源部を備え、前記送信器は、電源線を介して前記送信器の電源部に接続されていることを特徴とする。請求項１３記載の発明によれば、送信器は、電源線を介して送信器の電源部から電源が供給されるので、従来必要であった送信器側の電源回路が不要となる。
【００３０】
また、本発明は、請求項１４に記載のように、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の超音波座標入力装置において、前記送信器は、本体と、ケーブルが固定されたヘッド部とを備え、前記ヘッド部の軸をもとに前記本体が回転可能に構成されていることを特徴とする。請求項１４記載の発明によれば、前記送信器は、本体と、ケーブルが固定されたヘッド部から成り、前記ヘッド部の軸をもとに前記本体が回転可能に構成されているので、ケーブルのねじれを防止するができる。
【００３１】
また、請求項１５記載の超音波座標入力方法は、超音波を送信する送信器と受信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する超音波座標入力方法において、前記送信器から受信する超音波の伝達時間を算出する伝達時間算出段階と、前記伝達時間算出段階で算出した超音波伝達時間に応じて、前記送信器から送信する超音波の出力を調整する出力調整段階とを有することを特徴とする。請求項１５記載の発明によれば、超音波伝達時間に応じて送信器から送信する超音波出力の強弱をコントロールすることができる。
【００３２】
また、本発明は、請求項１６記載のように、請求項１５記載の超音波座標入力方法において、前記出力調整段階は、前記伝達時間算出段階で算出した超音波伝達時間に対応した超音波出力振幅パターンに従って、前記送信器から送信する超音波の出力を調整することを特徴とする。請求項１６記載の発明によれば、超音波伝達時間に応じた超音波出力振幅パターンに従って、超音波出力を調整するようにしたので、数段階に分けて超音波出力振幅をコントロールできる。
【００３３】
また、請求項１７記載の超音波座標入力方法は、請求項１５又は請求項１６記載の超音波座標入力方法において、更に、前記伝達時間算出手段で算出した超音波伝達時間に応じて、前記送信器から送信する超音波の発信周期を調整する周期調整段階を有することを特徴とする。請求項１７記載の発明によれば、超音波伝達時間に応じて、超音波の周期をコントロールすることができる。
【００３４】
また、本発明は、請求項１８に記載のように、請求項１７記載の超音波座標入力方法において、前記周期調整段階は、前記伝達時間算出段階で算出した超音波伝達時間に対応した超音波周期パターンに従って、前記送信器から送信する超音波の発信周期を調整することを特徴とする。請求項１８記載の発明によれば、数段階に分けて超音波発信周期をコントロールできる。
【００３５】
また、請求項１９記載の超音波座標入力方法は、超音波を送信する送信器と受信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する超音波座標入力方法において、前記送信器から受信する超音波の振幅を検出する超音波検出段階と、前記超音波検出段階で検出した超音波振幅に応じて、前記送信器から送信する超音波の出力を調整する出力調整段階とを有することを特徴とする。請求項１９記載の発明によれば、受信した超音波の振幅に応じて超音波出力の強弱をコントロールすることができる。
【００３６】
また、本発明は、請求項２０に記載のように、請求項１９記載の超音波座標入力方法において、前記出力調整段階は、前記超音波検出段階で検出した超音波振幅に対応した超音波振幅パターンに従って、前記送信器から送信する超音波の出力を調整することを特徴とする。請求項２０記載の発明によれば、超音波振幅に応じて、数段階に分けて超音波出力を調整することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を適用した一実施形態について説明する。図３は、第１実施形態に係る超音波座標入力装置のブロック構成図である。図３に示すように、超音波座標入力装置１０１は、送信器１０２、受信器１０３を有する。符号５０は例えばパーソナルコンピュータ等のホストを示している。
【００３８】
送信器１０２と、受信器１０３間は、ケーブル１０５により接続されている。ケーブル１０５は、超音波出力の同期信号を送出する信号線１０６を備える。受信器１０３では、送信器１０２からの超音波出力の同期信号と、超音波信号とに基づいて、受信器１０２による指示位置を特定する。送信器１０２は、例えば、ペンのような形状をしている。この送信器１０２は、電源部１２１、メインプロセッサ１２２、超音波発信回路１２３を有する。
【００３９】
電源部１２１は、送信器１０３全体に電源を供給するものである。メインプロセッサ１２２は、一定周期で超音波を出力するように超音波発信回路１２３をコントロールして、超音波を出力させる。また、メインプロセッサ１２２は、超音波発信回路１２３が超音波を出力する際、ケーブル１０５を通じて受信器１０３のメインプロセッサ１３２へ超音波出力の同期信号として、デジタルパルスを送出して、超音波を出力したことを通知する。
【００４０】
超音波発信回路１２３は、メインプロセッサ１２２からの出力信号に基づき、超音波を出力する。受信器１０３は、超音波受信回路１３１、メインプロセッサ１３２、電源部１３３、ホストＩ／Ｆ回路１３４を有する。超音波受信回路１３１は、送信器１０２からの超音波を受信する。
【００４１】
メインプロセッサ１３２は、送信器１０２からの超音波出力の同期信号を受信後、超音波受信回路１３１が超音波を受信するまでの時間（カウント量）を計測し、受信器１０２による指示位置を特定する。メインプロセッサ１３２は、特定した受信器１０２の指示位置をホストＩ／Ｆ回路１３４を介してホスト５０へ送出する。電源部１３３は、受信器１０３全体に電源を供給する。
【００４２】
次に、第１実施形態に係る超音波座標入力装置１０１の動作を説明する。ユーザがペン状の送信器１０２を用いて所定の操作を行うと、メインプロセッサ１２２は、一定周期で超音波を出力するように超音波発信回路１２３をコントロールして、超音波を出力させる。また、メインプロセッサ１２２は、超音波発信回路１２３が超音波を出力する際、ケーブル１０５を通じて受信器１０３のメインプロセッサ１３２へ超音波出力の同期信号として、デジタルパルスを送出して、超音波を出力することを通知する。
【００４３】
受信器１０３の超音波受信回路１３１は、送信器３０からの超音波を受信し、超音波受信信号をメインプロセッサ１３２へ出力する。メインプロセッサ１３２は、送信器１０２からの超音波出力の同期信号を受信後、超音波受信回路１３１が超音波を受信するまでの時間（カウント量）を計測し、送信器１０２による指示位置を特定する。
【００４４】
メインプロセッサ１３２は、特定した送信器１０２の指示位置をホストＩ／Ｆ回路１３４を介してホスト５０へ送出する。これにより、ホスト５０では、送信器１０２の指示位置を知ることができる。
【００４５】
第１実施形態によれば、超音波出力の同期信号を、赤外線信号の代わりに有線を用いるようにしたので、超音波出力の同期信号がケーブル１０５を通したデジタル信号で扱えるため、従来必要だった赤外線の投光回路、受光回路が不要となり、かつ外乱光の影響を受けることなく正確に通知することが可能となる。
【００４６】
（第２の実施の形態）
図４は、第２実施形態に係る超音波座標入力装置のブロック構成図である。図４に示すように、第２実施形態に係る超音波座標入力装置２０１は、送信器２０２、受信器２０３を有する。送信器２０２は、メインプロセッサ１２２、超音波発信回路１２３を有する。受信器２０３は、超音波受信回路１３１、メインプロセッサ１３２、電源部２３３、ホストＩ／Ｆ回路１３４を有する。なお、上記実施形態と同一構成要素については同一符号を付するものとし、その説明を省略する。
【００４７】
送信器２０２と受信器２０３と接続するケーブル２０５は、超音波出力の同期信号を伝達する信号線１０６に加え、送信器２０２に電源を与える電源線２０６を備えている。そのため、送信器２０２側での電源回路が不要となる。
【００４８】
第２実施形態に係る超音波座標入力装置２０１によれば、送信器２０２は、電源線を介して送信器２０２の電源部２３３から電源が供給されるので、従来必要であった送信器側の電源回路が不要となる。これにより、コストダウンを図ることができる。
【００４９】
（第３の実施の形態）
図５は、第３実施形態に係る超音波座標入力装置のブロック構成図である。図５に示すように、超音波座標入力装置３０１は、送信器３０２、受信器３０３を有する。送信器３０２は、メインプロセッサ３２２、超音波発信回路１２３を有する。受信器３０３は、超音波受信回路１３１、メインプロセッサ３３２、電源部２３３、ホストＩ／Ｆ回路１３４を有する。送信器３０２と受信器３０３は、ケーブル３０５により接続されている。なお、上記実施形態と同一構成要素については同一符号を付するものとし、その説明を省略する。
【００５０】
ケーブル３０５は、超音波出力の同期信号を伝達する信号線１０６、電源線２０６に加え、送信器メインプロセッサ３２２と受信器メインプロセッサ３３２との間で双方向の通信が行える通信線３０６を備えている。この通信線３０６には、例えばシリアルインターフェース信号線等が含まれる。
【００５１】
送信器３０２、受信器３０３間を通信線３０６で接続することで、双方向の通信が可能となり、以下のような事が実施可能となる。例えば、送信器３０２、受信器３０３間の距離が近い場合には、受信器３０３から送信器３０２に対し超音波出力を弱めるよう指示を出し、それに従った出力で送信器３０２は超音波を出力させることができる。
【００５２】
逆に、ある一定距離より送信器３０２、受信器３０３間の距離が遠くなった場合には、受信器３０３から送信器３０２に対し、超音波出力を強めるよう指示を出すことで、超音波出力の強弱をコントロールすることが可能となる。
【００５３】
第３実施形態に係る超音波座標入力装置３０１によれば、送信器３０２は、受信器３０３との間で双方向通信が行える信号線３０６を介して受信器３０３に接続されているので、送信器・受信器双方向の通信が可能となる。
【００５４】
（第４の実施の形態）
図６は、第４実施形態に係る超音波座標入力装置のブロック構成図である。第４実施形態では、超音波出力の強弱コントロール機能を備えたことを特徴としている。超音波座標入力装置４０１は、送信器４０２、受信器４０３を有する。送信器４０２は、メインプロセッサ４２２、超音波発信回路１２３、超音波出力調整回路４２４を有する。
【００５５】
受信器４０３は、超音波受信回路１３１、メインプロセッサ４３２、電源部２３３、ホストＩ／Ｆ回路１３４、超音波ピーク検出回路４３５を有する。送信器３０２と受信器３０３は、ケーブル３０５により接続されている。なお、上記実施形態と同一構成要素については同一符号を付するものとし、その説明を省略する。
【００５６】
送信器４０２は、超音波発信回路１２３の超音波出力を調整するための超音波出力調整回路４２４を備える。受信器４０３は、超音波受信回路１３１が受信した超音波の振幅ピークを検出する超音波ピーク検出回路４３５を備えている。受信器４０３のメインプロセッサ４３２は、超音波ピーク検出回路４３５で得られた超音波ピーク値Ｓに基づいて、超音波出力コントロールの制御を行う。
【００５７】
つまり、本実施の形態では、送信器４０２は、超音波ピーク検出回路４３５介してメインプロセッサ４３２が検出した超音波振幅に応じて、超音波発信回路１２３から送信する超音波の出力を調整するようにしている。ここで、メインプロセッサ４２２は、受信器４０３のメインプロセッサ４０３が検出した超音波振幅に対応した超音波振幅パターンに従って、超音波発信回路１２３から送信する超音波の出力を調整するようにしてもよい。詳細は後述する。
【００５８】
次に、超音波発信回路１２３について説明する。図７は、超音波発信回路１２３の回路図を示している。トランジスタＴＲ１はスイッチとして用いられている。このトランジスタＴＲ１がオン状態の時に、インダクタンスＬ１に電流が流れ、インダクタンスＬ１に応じて電流が増加する。ある時点でトランジスタＴＲ１をオフ状態にすると、インダクタンスＬ１に逆起電力が発生し、逆向きの電流をコンデンサＣ１から引き込むことができる。以後、ＬＣ閉回路で、以下の式（１）により共振周波数ｆの共振が発生する。
【００５９】
【数１】
この共振により、超音波センサＳ１である圧電フィルムが振動して超音波が発生する。
【００６０】
図８は、トランジスタＴＲ１のベースに入力されるパルスを示している。図８に示すように、このトランジスタＴＲ１のオン時間が長い程、パルス幅Ｗが大きくなるため、インダクタンスＬ１に発生する逆起電力が大きくなり、振幅の大きな超音波が出力される。
【００６１】
図６に示す超音波出力調整回路４２４は、このトランジスタＴＲ１に与える正のパルス幅Ｗを、後述するように、超音波出力値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に基づき、パルス幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３のように設定する。ここで、パルス幅は、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３の関係にあるものとする。
【００６２】
次に、超音波出力調整回路４２４について説明する。図９は、超音波出力調整回路４２４を説明するための図である。上述した通り、この超音波出力調整回路４２４は、パルス幅を設定するためのものである。図９において、符号４２２はメインプロセッサ、１２３は超音波発信回路、４２４は超音波出力調整回路である。
【００６３】
超音波出力調整回路４２４は、発振器４２５、シフトレジスタ４２６、フリップフロップＦＦ、ＡＮＤ回路、ＯＲ回路により構成されている。超音波出力値（例えばＰ１、Ｐ２、Ｐ３）毎にメインプロセッサのＩ／Ｏ端子を用意する。メインプロセッサ４２２は、超音波出力値Ｐが例えばＰ１である場合には、Ｐ１−セルをハイレベルにする。
【００６４】
図１０は、シフトレジスタ４２６からの出力パルスを示している。メインプロセッサ４２２より起動パルスを出力すると、フリップフロップＦＦの出力Ｑがハイレベルとなる。その後、シフトレジスタ出力（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３）の出力タイミングでフリップフロップＦＦにリセットされる時間が決定される。フリップフロップＦＦの出力Ｑがローレベルになる時間がＰ１−セル、Ｐ２−セル、Ｐ３−セルによって変わる。
【００６５】
フリップフロップＦＦの出力Ｑにより超音波発信回路１２３のトランジスタＴＲ１のオンタイミングが決定される。なお、メインプロセッサ４２２で、トランジスタＴＲ１に与えるパルス幅Ｗを決定する場合は、図９のような回路をトランジスタＴＲ１の前段に設ける必要はない。
【００６６】
次に、図６で示した受信器４０３の超音波受信回路１３１について説明する。図１１は、超音波受信回路１３１を示す図である。図１１において、符号１３１は超音波受信回路、４３２はメインプロセッサである。超音波受信回路１３１は、超音波受信センサＳ２、アンプ（ＡＭＰ）４３６、４３７、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４３８、コンパレータ４３９、抵抗素子Ｒ２、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ６から構成されている。ハイパスフィルタ４３８は抵抗素子Ｒ４、コンデンサＣ２から構成されている。超音波受信センサＳ２には、圧電フィルムを用いている。
【００６７】
超音波受信センサＳ２の振動をアンプ４３６、アンプ４３７で増幅し、ハイパスフィルタ４３８にて、低周波成分をカットし、コンパレータ４３９にてデジタル化する。これにより、メインプロセッサ４３２は、受信した超音波に応じた超音波信号を取得する。
【００６８】
次に、超音波の到達時間の計測方法について説明する。図１２は、超音波の到達時間の計測方法について説明するための図である。メインプロセッサ４３２は、超音波出力の同期信号、すなわち、図１２（ａ）に示す超音波スタートパルスを、送信器３０２のメインプロセッサ３２２から取得する。これにより、メインプロセッサ４３２は、超音波到達時間の計測を開始する。
【００６９】
図１２に示すＡは、上述したコンパレータ４３９のしきい値を示している。図１２の（ｂ）は、超音波受信センサＳ２で受信され、アンプ４３６、４３７で増幅され、さらに、低周波成分がカットされた入力信号を示している。この入力信号がコンパレータ４３９に入力され、基準電圧を比較されて、コンパレータ４３９の出力端子から、図１２（ｃ）に示すようなデジタル化されたパルス信号が出力される。
【００７０】
メインプロセッサ４３２は、パルス信号を取得することにより、図１２（ａ）に示した超音波スタートパルスと、図１２（ｃ）に示した取得したパルス信号とに基づき、超音波到達時間ＴＭを計測する。このように、メインプロセッサ４３２は、このデジタル化されたパルスが検知できるまでの時間を測定することで、超音波到達時間ＴＭを計測することができる。
【００７１】
図１３は、受信器４０３の超音波ピーク検出回路４３５を説明するための図である。符号１３１は超音波受信回路、４３２はメインプロセッサ、４３５は超音波ピーク検出回路を示している。本実施形態では、超音波ピーク検出回路４３５は、Ａ／Ｄコンバータにより構成されている。メインプロセッサ４３２は、超音波ピーク検出回路４３５であるＡ／Ｄコンバータから情報を受け取る。超音波受信回路１３１は、図１１で示した構成と同一であるため、ここでは説明を省略する。
【００７２】
超音波受信回路１３１は、超音波受信センサＳ２で受信した信号を、アンプ４３６、アンプ４３７で増幅し、増幅したアナログ信号をコンパレータ４３９でデジタル化する。超音波ピーク検出回路４３５は、コンパレータ４３９でのデジタルパルス毎にＡ／Ｄ変換を行う。メインプロセッサ４３２は、同じタイミングでＡ／Ｄ変換されたデジタル信号を超音波ピーク検出回路４３５から入力し、その値が最高値（ピーク）となるレベルを算出する。
【００７３】
図１４は、メインプロセッサ４３２が行うピーク算出フローである。メインプロセッサ４３２はピーク算出処理により、受信した超音波の振幅のピーク値を検出することができる。図１４において、ｉｍａｘは任意の値で、超音波信号が減衰するまでの時間から決定される。
【００７４】
ステップＳ１０１において、メインプロセッサ４３２は、デジタル値Ｄｉを０に設定し、ステップＳ１０２において、超音波受信回路１３１のコンパレータ４３９からパルスが入力されたかどうかを検出する。
【００７５】
ステップＳ１０３において、メインプロセッサ４３２は、超音波受信回路１３１のコンパレータ４３９からパルスを入力する毎に、その時のＡ／Ｄ変換デジタル値（Ｄｉ）を超音波ピーク検出回路４３５から読み出し、ステップＳ１０４において、そのときのＡ／Ｄ変換デジタル値と一つ前のＡ／Ｄ変換デジタル値とを比較して、入力されたＡ／Ｄ変換デジタル値が大きい場合は、ステップＳ１０５において、超音波ピーク値Ｓと決定する。
【００７６】
ステップＳ１０６において、メインプロセッサ４３２は、すべてのパルスを判定していないと判断した場合には、ステップＳ１０２へ戻り、上記処理を繰り返し、一方、すべてのパルスを判定したと判断した場合には、処理を終了する。
【００７７】
次に、受信器４０３のメインプロセッサ４３２が行う超音波出力コントロールについて説明する。図１５は、超音波出力コントロールの動作フローチャートである。図１５において、Ｓは受信した超音波のピーク値、Ｓｍｉｎはピーク下限判定値、Ｓｍａｘはピーク上限判定値、Ｐは超音波出力値、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は超音波出力設定値をそれぞれ示している。なお、超音波出力設定値は、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３の関係にあるものとする。
【００７８】
ステップＳ２０１において、メインプロセッサ４３２は、超音波ピーク検出回路４３５から受け取った超音波ピーク値Ｓが予め設定されているピーク下限値Ｓｍｉｎより小さい場合は、ステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２において、メインプロセッサ４３２は、送信器４０２が出力する超音波を大きくするために超音波出力値ＰをＰ３に決定し、受信し易い大きさの超音波出力値に設定する。ここで、Ｐ３は予め設定してある超音波出力設定値で、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のような３段階の出力値の中での最大値である。
【００７９】
ステップＳ２０１において、メインプロセッサ４３２は、超音波ピーク検出回路４３５から受け取った超音波ピーク値Ｓが予め設定されているピーク下限値Ｓｍｉｎよりも大きい場合は、ステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３において、メインプロセッサ４３２は、超音波ピーク検出回路４３５から受け取った超音波ピーク値Ｓが予め設定したピーク上限値Ｓｍａｘより大きい場合は、ステップ２０４に進み、超音波出力値ＰをＰ１に設定する。
【００８０】
ステップＳ２０３において、メインプロセッサ４３２は、超音波ピーク検出回路４３５から受け取った超音波ピーク値Ｓが予め設定したピーク上限値Ｓｍａｘより小さい場合、すなわち、超音波ピーク値ＳがＳｍｉｎ≦Ｓ≦Ｓｍａｘの範囲にある場合は、ステップ２０５に進み、超音波出力値ＰをＰ２に設定する。メインプロセッサ４３２は、決定した超音波出力設定値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３Ｐを、ケーブル３０５を通して、送信器４０２のメインプロセッサ４２２に通知する。
【００８１】
送信器４０２のメインプロセッサ４２２は、受信器４０３から超音波出力設定値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を取得すると、この超音波出力設定値に基づいて、超音波出力調整回路４２４で次に出力する超音波の出力を調整する。第４実施形態によれば、超音波出力振幅を、数段階に分けて可変できる。なお、第４実施形態では、受信器側のメインプロセッサにより超音波出力設定値を決定するようにしているが、送信器側のメインプロセッサにより、超音波出力設定値を決定するようにしてもよい。
【００８２】
（第５実施形態）
図１５は、第５実施形態に係る超音波座標入力装置の超音波出力コントロールの動作フローチャートである。なお、超音波座標入力装置の構成は、第４実施形態で説明した構成と同一であるため、図６を参照しながら説明する。
【００８３】
図１６は、メインプロセッサ４３２が行う超音波出力コントロールの動作フローチャートである。図１６において、Ｃは超音波出力の同期信号を受けてから、超音波を受信するまでの時間（カウンタ値）、Ｃｍｉｎはカウンタ下限判定値、Ｃｍａｘカウンタ上限判定値、Ｐは超音波出力値をそれぞれ示している。なお、上述と同様に、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、超音波出力設定値であり、ここでは３段階に設定されている。また、超音波出力設定値は、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３の関係にあるものとする。
【００８４】
ステップＳ３０１において、メインプロセッサ４３２は、カウンタ値Ｃが予め設定したカウンタ下限値Ｃｍｉｎより小さい場合には、ステップＳ３０２に進む。ステップＳ３０２において、メインプロセッサ４３２は、送信器４０２の超音波出力が大きくなるように超音波出力値ＰをＰ３に設定する。
【００８５】
ステップＳ３０１において、メインプロセッサ４３２は、カウンタ値Ｃが予め設定したカウンタ下限値Ｃｍｉｎよりも大きい場合には、ステップＳ３０３に進む。ステップＳ３０３において、メインプロセッサ４３２は、カウント値Ｃが予め設定されたカウント上限値Ｃｍａｘより大きい場合には、ステップＳ３０４に進み、超音波出力値ＰをＰ１に設定する。
【００８６】
ステップ３０３において、メインプロセッサ４３２は、カウント値Ｃが予め設定されたカウント上限値Ｃｍａｘより小さい場合には、ステップＳ３０５に進み、超音波出力値ＰをＰ２に設定して、超音波出力をコントロールする。
【００８７】
第５実施形態では、受信器４０３のメインプロセッサ４３２は、送信器４０２から受信した超音波の伝達時間を算出する。このため、メインプロセッサ４３２が伝達時間算出手段に相当する。また、送信器４０２のメインプロセッサ４２２は、受信器４０３のメインプロセッサ４３２が算出した超音波伝達時間に応じて、超音波発信回路１２３から送信する超音波の出力を調整する。このため、メインプロセッサ４２２が出力調整手段に相当する。
【００８８】
また、上述したように、メインプロセッサ４２２は、受信器４０３のメインプロセッサ４３２が算出した超音波伝達時間に対応した超音波出力振幅パターンに従って、超音波発信回路１２３から送信する超音波の出力を調整するようにしたので、数段階に分けて超音波出力振幅を可変できる。なお、メインプロセッサ４２２が超音波発信回路１２３から送信する超音波の出力を直接調整するようにしてもよいし、超音波出力調整回路４２２を介して、超音波の出力調整をするようにしてもよい。
【００８９】
（第６実施形態）
図１７は、第６実施形態に係る超音波座標入力装置の超音波出力周期コントロールを説明するフローチャートである。なお、超音波座標入力装置の構成は、第４実施形態で説明した構成と同一であるため、図５を参照しながら説明する。第６実施形態は、送信器４０２に対して、受信器４０３がフィードバックを行う内容として、送信器４０２から発信される超音波の周期をコントロールするようにしたものである。
【００９０】
つまり、受信器４０３のメインプロセッサ４３２は、送信器４０２の移動量が大きいと判断した場合には、超音波の出力周期を短くするように送信器４０２へ通知することで、座標解像度を上げ、座標の正確性を向上させることができる。逆に送信器４０２の移動量が小さいと判断した場合には、超音波の出力周期を長くすることで座標解像度を下げ、同じような座標データを省くことで、データ量を圧縮することが可能になる。
【００９１】
図１７において、Ｃは超音波出力の同期信号を受けてから、超音波を受信するための時間（カウント値）、Ｃ１は前回受信した超音波到達時間（カウント値）、Ｄｍｉｎは座標移動量の下限判定値、Ｄｍａｘは座標移動量の上限判定値、Ｔは超音波周期、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は超音波周期設定値をそれぞれ示している。なお、超音波周期設定値は、３段階に設定されている。また、超音波出力設定値は、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３の関係にあるものとする。
【００９２】
ステップＳ４０１において、受信器４０３のメインプロセッサ４３２は、前回の超音波到達時間（カウント値）Ｃ１と、今回の超音波到達時間（カウント値）Ｃとの差分絶対値｜Ｃ１−Ｃ｜が予め設定した座標移動量下限値Ｄｍｉｎより小さい場合は、ステップＳ４０２に進み、超音波周期ＴをＴ３に設定する。なお、ここで、Ｔ３は予め設定してある超音波周期設定値の中での最長値である。
【００９３】
ステップＳ４０１において、受信器４０３のメインプロセッサ４３２は、前回の超音波到達時間（カウント値）Ｃ１と、今回の超音波到達時間（カウント値）Ｃとの差分絶対値｜Ｃ１−Ｃ｜が予め設定した座標移動量下限値Ｄｍｉｎよりも大きい場合は、ステップＳ４０３に進む。
【００９４】
ステップＳ４０３において、メインプロセッサ４３２は、前回の超音波到達時間（カウンタ値）Ｃ１と、今回の超音波到達時間（カウンタ値）Ｃとの差分絶対値｜Ｃ１−Ｃ｜が予め設定した座標移動量上限値Ｄｍａｘより大きい場合は、ステップＳ４０４に進み、超音波周期ＴをＴ１に設定する。
【００９５】
一方、ステップＳ３０３において、メインプロセッサ４３２は、前回の超音波到達時間（カウンタ値）Ｃ１と、今回の超音波到達時間（カウンタ値）Ｃとの差分絶対値｜Ｃ１−Ｃ｜が予め設定した座標移動量上限値Ｄｍａｘよりも小さい場合、すなわち、差分絶対値｜Ｃ１−Ｃ｜がＤｍｉｎ≦｜Ｃ１−Ｃ｜≦Ｄｍａｘの範囲にある場合は、超音波周期ＴをＴ２に設定する。
【００９６】
メインプロセッサ４３２は、超音波周期設定値Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を、ケーブル３０５を介して、送信器４０２のメインプロセッサ４２２へ通知する。メインプロセッサ４３２は、次に、出力する超音波の周期が設定される。
【００９７】
第６実施形態では、メインプロセッサ４２２は、受信器４０３のメインプロセッサ４３２が算出した超音波伝達時間に応じて、送信する超音波の発信周期を調整する。従って、メインプロセッサ４２２が周期調整手段に相当する。
【００９８】
（第７実施形態）
次に、第７実施形態に係る送信器について説明する。図１８は、第７実施形態に係る送信器の機構的構造について説明するための図である。図１９に示すように、第７実施形態に係る送信器５０１は、ペン型になっている。符号５０２は本体部、５０３はヘッド部、５０４はケーブル、５０５はペン先、５０６は超音波出力センサをそれぞれ示している。
【００９９】
第７実施形態に係る送信器５０１では、ユーザが操作する場合でも、送信器５０１と受信器を結ぶケーブル５０４がねじれない工夫がされている。送信器５０１は、本体部５０２とヘッド部５０３は別パーツとなっており、ヘッド部５０３の中心を軸として、本体部５０２が回転できる機構になっている。
【０１００】
図１９は、第７実施形態に係る送信器５０１の分解図である。図２０は、第７実施形態に係る送信器５０１の断面図である。図１９及び図２０において、符号５０７は上接点、５０８はヘッド軸、５０９は下接点、５１０バネ、５１１はビスをそれぞれ示している。ヘッド部５０３には、ケーブル５０４からの信号を本体部５０２に伝えるための上接点５０７があり、本体部５０２の下接点５０９と接触する形になっている。ヘッド部５０３と本体部５０２はヘッド軸５０８を本体部５０２に通し、バネ５１０とビス５１１で接続する構造である。
【０１０１】
第７実施形態に係る送信器によれば、送信器５０１は、ヘッド部５０３の軸をもとに本体５０２が回転可能な構成であるため、ケーブル５０４のねじれを防止するができる。
【０１０２】
以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、送信器及び受信器間で双方向の通信が可能な超音波座標入力装置を提供できる。また、超音波の出力を調整できる超音波座標入力装置及び超音波座標入力方法を提供できる。
【０１０４】
【図面の簡単な説明】
【図１】特許文献１記載の超音波座標入力装置を説明するための図である。
【図２】従来の他の超音波座標入力装置のブロック構成図である。
【図３】第１実施形態に係る超音波座標入力装置のブロック構成図である。
【図４】第２実施形態に係る超音波座標入力装置のブロック構成図である。
【図５】第３実施形態に係る超音波座標入力装置のブロック構成図である。
【図６】第４実施形態に係る超音波座標入力装置のブロック構成図である。
【図７】超音波発信回路の回路図を示している。
【図８】トランジスタＴＲ１のベースに入力されるパルスを示している。
【図９】超音波出力調整回路を示す図である。
【図１０】フリップフロップＦＦからの出力パルスを示している。
【図１１】超音波受信回路を示す図である。
【図１２】超音波到達時間計測方法について説明するための図である。
【図１３】超音波ピーク検出回路を説明するための図である。
【図１４】メインプロセッサが行うピーク算出フローである。
【図１５】超音波出力コントロールの動作フローチャートである。
【図１６】メインプロセッサが行う超音波出力コントロールの動作フローチャートである。
【図１７】第６実施形態に係る超音波座標入力装置の超音波出力周期コントロールを説明するフローチャートである。
【図１８】第７実施形態に係る送信器の機構的構造について説明するための図である。
【図１９】第７実施形態に係る送信器の分解図である。
【図２０】第７実施形態に係る送信器の断面図である。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１ 超音波座標入力装置
１０２、２０２、３０２、４０２ 送信器
１０３、２０３、３０３、４０３ 受信器
１０５、３０５ ケーブル
１２１ 電源部
１２２、３２２、４２２ メインプロセッサ
１２３ 超音波発信回路
１３１ 超音波受信回路
１３２、３３２、４３２ メインプロセッサ
１３３、２３３ 電源部
１３４ ホストＩ／Ｆ回路
４２４ 超音波出力調整回路
４３５ 超音波ピーク検出回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波座標入力装置及び超音波座標入力方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から超音波を用いた座標入力装置が提案されている。図１は、特許文献１記載の超音波座標入力装置を説明するための図である。図１では、端末１の画面を閉じたときの当該画面の背面１６を示している。図１において、超音波受信器（１）２、超音波受信器（２）２は、ペン４から放射された超音波を受信するものである。赤外線ＰＤ３は、ペン４から放射された赤外線を受信するものである。紙６は、背面１６上に置いてペン４で筆記するものである。紙ばさみ１８は、紙６を背面１６に固定するものである。
【０００３】
次に、この従来の超音波座標入力装置の動作について説明する。ペン４で背面１６上に紙６を置いて押圧したり、描画したりすると、ペン４の先端部分から超音波および赤外線が送信される。送信された超音波を背面１６の所定箇所に配置された超音波受信器（１）２、超音波受信器（２）２によってそれぞれ検出すると共に、送信された赤外線を背面１６の所定の位置に配置された赤外線ＰＤ３で検出する。
【０００４】
検出された赤外線の時刻をもとに、検出された超音波までの差時間Ｔ１，Ｔ２をそれぞれ算出し、これら差時間Ｔ１，Ｔ２をもとにペン４の位置座標を算出する。上記処理を所定時間毎に繰り返し、ペン４で指示位置あるいは描画した位置（座標）を逐次読み取る。以上によって、端末１の画面を閉じて背面１６が現れた状態で当該背面１６上に紙６を置いて直接にペン４で位置を指示あるいは描画したときに当該ペン４の先端の座標を逐次検出することが可能となるというものである。
【０００５】
次に、他の従来の超音波座標入力装置について説明する。図２は従来の他の超音波座標入力装置のブロック構成図である。この超音波座標入力装置２０は、特許文献１記載の装置と同様に、超音波出力の同期信号として赤外線を用いたものである。図２に示すように、この超音波座標入力装置２０は、送信器３０、受信器４０を有する。符号５０は例えば、パーソナルコンピュータ等のホストコンピュータを示している。
【０００６】
送信器３０は、例えば、図１で示されるのと同様にペン状に形成されている。この送信器３０は、電源部３１、メインプロセッサ３２、赤外線投光回路３３、超音波発信回路３４を有する。電源部３１は、送信器３０全体に電源を供給するものである。メインプロセッサ２２は、送信器３０全体を制御し、赤外線投光回路３３、超音波発信回路３４を駆動させる。赤外線投光回路２３は、赤外線を投光する。超音波発信回路２４は、超音波を発信する。
【０００７】
受信器４０は、送信器３０から放射された超音波を受信するものであって、赤外線受光回路４１、超音波受信回路４２、メインプロセッサ４３、電源部４４、ホストＩ／Ｆ回路４５を有する。赤外線受光回路４１は、送信器３０から発光された赤外線を受光する。超音波受信回路４２は、送信器３０からの超音波を受信する。なお、図示は省略するが、特許文献１記載の超音波座標入力装置に示したように、受信器４０には、超音波受信回路４２が２つ設けられている。電源部４４は、受信器４０全体に電源を供給するものである。
【０００８】
メインプロセッサ４３は、赤外線受光回路４１及び超音波受信回路４２からの信号に基づき、検出された赤外線の時刻をもとに、検出された超音波までの差時間を算出し、これら差時間をもとに送信器３０の位置座標を算出し、算出した送信器３０の位置座標をホストＩ／Ｆ回路４５を介して、ホスト５０へ出力する。これにより、送信器３０の位置を特定するようにしている。
【０００９】
次に、特許文献２記載の他の従来技術について説明する。特許文献２記載の位置入力装置は、振動ペンと受信部をケーブルで接続し、このケーブルを介し、外部からペン側に電力を供給し、ペン側から受信部への同期信号を送信するというものである。
【００１０】
次に、特許文献３記載の他の従来技術について説明する。特許文献３記載の超音波式デジタイザは、超音波発振器に周波数切り換え部を設け、複数の異なる周波数に切り換えて発生するようにして、精度が良く、測定できるというものである。次に、特許文献４記載の他の従来技術について説明する。特許文献４記載の装置は、振動ペンと制御回路側をケーブルで接続し、このケーブルを介して制御回路側からペン側に電源を供給するというものである。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−３７３０５３号公報
【特許文献２】
特開平１１−１５５９２号公報
【特許文献３】
特開平１０−１１１１１７号公報
【特許文献４】
特開２０００−１３２６８２号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１記載の超音波座標入力装置や図２に示した従来の超音波座標入力装置では、送信器等から超音波が出力されることを受信器に知らせるためのトリガ信号として、赤外線を用いていたが、この赤外線は太陽光などの外乱光の影響を受けやすいため、受信器側でトリガ信号を誤検出するという問題があった。また、赤外線を用いた場合、送信器に赤外線投光回路が、受信器に赤外線受光回路が必要であり、回路スペースやコストに関しても問題があった。
【００１２】
また、特許文献２では、このような問題点を解決するために、送信器および受信器間をケーブルで接続して、トリガ信信号を送るようにしているが、送信器がどの位置にあっても同じ出力で超音波を出力するため、電力を無駄に消費してしまうという問題がある。
【００１３】
また、図２に示した超音波座標入力装置では、送信器３０の電源部３１には、電池を用いることが一般的であるが、動作電圧以下に電池電圧が減少してしまった場合、超音波座標入力装置２０を使用することができなくなってしまう問題もあった。
【００１４】
また、特許文献２及び特許文献４では、この問題点を解決するために、送信器側に電源を設けず、送信器が受信器側の電源を用いて超音波を出力するようにしているが、送信器がどの位置にあっても同じ出力で超音波を出力するため、電力を無駄に消費してしまい、送信器の位置に応じた制御をすることができないという問題があった。
【００１５】
そこで、本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、送信器及び受信器間で双方向の通信が可能な超音波座標入力装置を提供することを目的とする。また、本発明は、超音波の出力を調整できる超音波座標入力装置及び超音波座標入力方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の超音波座標入力装置は、超音波を送信する送信器と、前記送信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する手段を備えた受信器と、を有する超音波座標入力装置において、前記送信器は、前記受信器との間で双方向通信を行う通信線を介して前記受信器に接続されていることを特徴とする。請求項１記載の発明によれば、送信器は、受信器との間で双方向通信を行う通信線を介して受信器に接続されているので、送信器・受信器双方向の通信が可能となる。
【００１７】
また、本発明は、請求項２に記載のように、請求項１記載の超音波座標入力装置において、前記受信器は、前記送信器から受信する超音波の伝達時間を算出する伝達時間算出手段を有し、前記送信器は、前記伝達時間算出手段が算出した超音波伝達時間に応じて、送信する超音波の出力を調整する出力調整手段を有することを特徴とする。請求項２記載の発明によれば、超音波伝達時間に応じて送信する超音波の出力の強弱をコントロールすることができる。
【００１８】
また、本発明は、請求項３に記載のように、請求項２記載の超音波座標入力装置において、前記出力調整手段は、前記伝達時間算出手段が算出した超音波伝達時間に対応した超音波出力振幅パターンに従って、送信する超音波の出力を調整することを特徴とする。請求項３記載の発明によれば、超音波伝達時間に対応した超音波出力振幅パターンに従って、超音波出力を調整するようにしたので、数段階に分けて超音波出力をコントロールできる。
【００１９】
また、本発明は、請求項４に記載のように、請求項２又は請求項３記載の超音波座標入力装置において、前記送信器は、前記伝達時間算出手段が算出した超音波伝達時間に応じて、送信する超音波の発信周期を調整する周期調整手段を有することを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、超音波伝達時間に応じて、超音波の周期をコントロールすることができる。例えば、送信器の移動量が大きいと判断した場合には、超音波の出力周期を短くすることで、座標解像度を上げ、座標の正確性を向上させることができる。また、逆に送信器の移動量が小さいと判断した場合には、超音波の出力周期を長くすることで解像度を下げ、同じような座標データを省くことで、データ量を圧縮することができる。
【００２１】
また、本発明は、請求項５に記載のように、請求項４記載の超音波座標入力装置において、前記周期調整手段は、前記伝達時間算出手段が算出した超音波伝達時間に対応した超音波周期パターンに従って、送信する超音波の発信周期を調整することを特徴とする。請求項５記載の発明によれば、数段階に分けて超音波発信周期をコントロールできる。
【００２２】
また、本発明は、請求項６に記載のように、請求項１記載の超音波座標入力装置において、前記受信器は、前記送信器から受信する超音波の振幅を検出する超音波検出手段を有し、前記送信器は、前記超音波検出手段が検出した超音波振幅に応じて、送信する超音波の出力を調整する出力調整手段を有することを特徴とする。請求項６記載の発明によれば、受信する超音波の振幅に応じて、送信する超音波の出力の強弱をコントロールすることができる。
【００２３】
また、本発明は、請求項７に記載のように、請求項６記載の超音波座標入力装置において、前記出力調整手段は、前記超音波検出手段が検出した超音波振幅に対応した超音波振幅パターンに従って、送信する超音波の出力を調整することを特徴とする。請求項７記載の発明によれば、超音波振幅に応じて、数段階に分けて送信する超音波の出力を調整することができる。
【００２４】
また、請求項８記載の超音波座標入力装置は、超音波を送信する送信器と、前記送信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する手段を備えた受信器と、を有する超音波座標入力装置において、前記受信器は、前記送信器から受信する超音波の受信状態を前記送信器に通知する手段を有し、前記送信器は、前記手段から取得した超音波の受信状態に応じて、送信する超音波の出力を調整する出力調整手段を有することを特徴とする。請求項８記載の発明によれば、超音波の受信状態に応じて、送信する超音波の出力を調整することができる。
【００２５】
また、請求項９記載の超音波座標入力装置は、超音波を送信する送信器と、前記送信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する手段を備えた受信器と、を有する超音波座標入力装置において、前記受信器は、前記送信器から受信する超音波の伝達時間を算出する伝達時間算出手段を有し、前記送信器は、前記伝達時間算出手段が算出した超音波伝達時間に応じて、送信する超音波の出力を調整する出力調整手段を有することを特徴とする。請求項９記載の発明によれば、超音波伝達時間に応じて超音波出力の強弱をコントロールすることができる。
【００２６】
また、請求項１０記載の超音波座標入力装置は、超音波を送信する送信器と、前記送信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する手段を備えた受信器と、を有する超音波座標入力装置において、前記受信器は、前記送信器から受信する超音波の伝達時間を算出する伝達時間算出手段を有し、前記送信器は、前記伝達時間算出手段が算出した超音波伝達時間に応じて、送信する超音波の発信周期を調整する周期調整手段を有することを特徴とする。請求項１０記載の発明によれば、超音波伝達時間に応じて、送信する超音波の周期をコントロールすることができる。
【００２７】
また、請求項１１記載の超音波座標入力装置は、超音波を送信する送信器と、前記送信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する手段を備えた受信器と、を有する超音波座標入力装置において、前記受信器は、前記送信器から受信する超音波の振幅を検出する超音波検出手段を有し、前記送信器は、前記超音波検出手段が検出した超音波の振幅に応じて、送信する超音波の出力を調整する出力調整手段を有することを特徴とする。請求項１１記載の発明によれば、受信した超音波の振幅に応じて超音波出力の強弱をコントロールすることができる。
【００２８】
また、本発明は、請求項１２に記載のように、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の超音波座標入力装置において、前記送信器は、超音波出力の同期信号を伝達する信号線を介して前記受信器に接続されていることを特徴とする。請求項１２記載の発明によれば、送信器は、超音波出力の同期信号を伝達する信号線を介して受信器に接続されているので、従来同期信号の送受信に必要であった赤外線投光および受光回路を削除することができる。
【００２９】
また、本発明は、請求項１３に記載のように、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の超音波座標入力装置において、前記受信器は、前記送信器へ電源を供給する電源部を備え、前記送信器は、電源線を介して前記送信器の電源部に接続されていることを特徴とする。請求項１３記載の発明によれば、送信器は、電源線を介して送信器の電源部から電源が供給されるので、従来必要であった送信器側の電源回路が不要となる。
【００３０】
また、本発明は、請求項１４に記載のように、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の超音波座標入力装置において、前記送信器は、本体と、ケーブルが固定されたヘッド部とを備え、前記ヘッド部の軸をもとに前記本体が回転可能に構成されていることを特徴とする。請求項１４記載の発明によれば、前記送信器は、本体と、ケーブルが固定されたヘッド部から成り、前記ヘッド部の軸をもとに前記本体が回転可能に構成されているので、ケーブルのねじれを防止するができる。
【００３１】
また、請求項１５記載の超音波座標入力方法は、超音波を送信する送信器と受信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する超音波座標入力方法において、前記送信器から受信する超音波の伝達時間を算出する伝達時間算出段階と、前記伝達時間算出段階で算出した超音波伝達時間に応じて、前記送信器から送信する超音波の出力を調整する出力調整段階とを有することを特徴とする。請求項１５記載の発明によれば、超音波伝達時間に応じて送信器から送信する超音波出力の強弱をコントロールすることができる。
【００３２】
また、本発明は、請求項１６記載のように、請求項１５記載の超音波座標入力方法において、前記出力調整段階は、前記伝達時間算出段階で算出した超音波伝達時間に対応した超音波出力振幅パターンに従って、前記送信器から送信する超音波の出力を調整することを特徴とする。請求項１６記載の発明によれば、超音波伝達時間に応じた超音波出力振幅パターンに従って、超音波出力を調整するようにしたので、数段階に分けて超音波出力振幅をコントロールできる。
【００３３】
また、請求項１７記載の超音波座標入力方法は、請求項１５又は請求項１６記載の超音波座標入力方法において、更に、前記伝達時間算出手段で算出した超音波伝達時間に応じて、前記送信器から送信する超音波の発信周期を調整する周期調整段階を有することを特徴とする。請求項１７記載の発明によれば、超音波伝達時間に応じて、超音波の周期をコントロールすることができる。
【００３４】
また、本発明は、請求項１８に記載のように、請求項１７記載の超音波座標入力方法において、前記周期調整段階は、前記伝達時間算出段階で算出した超音波伝達時間に対応した超音波周期パターンに従って、前記送信器から送信する超音波の発信周期を調整することを特徴とする。請求項１８記載の発明によれば、数段階に分けて超音波発信周期をコントロールできる。
【００３５】
また、請求項１９記載の超音波座標入力方法は、超音波を送信する送信器と受信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する超音波座標入力方法において、前記送信器から受信する超音波の振幅を検出する超音波検出段階と、前記超音波検出段階で検出した超音波振幅に応じて、前記送信器から送信する超音波の出力を調整する出力調整段階とを有することを特徴とする。請求項１９記載の発明によれば、受信した超音波の振幅に応じて超音波出力の強弱をコントロールすることができる。
【００３６】
また、本発明は、請求項２０に記載のように、請求項１９記載の超音波座標入力方法において、前記出力調整段階は、前記超音波検出段階で検出した超音波振幅に対応した超音波振幅パターンに従って、前記送信器から送信する超音波の出力を調整することを特徴とする。請求項２０記載の発明によれば、超音波振幅に応じて、数段階に分けて超音波出力を調整することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を適用した一実施形態について説明する。図３は、第１実施形態に係る超音波座標入力装置のブロック構成図である。図３に示すように、超音波座標入力装置１０１は、送信器１０２、受信器１０３を有する。符号５０は例えばパーソナルコンピュータ等のホストを示している。
【００３８】
送信器１０２と、受信器１０３間は、ケーブル１０５により接続されている。ケーブル１０５は、超音波出力の同期信号を送出する信号線１０６を備える。受信器１０３では、送信器１０２からの超音波出力の同期信号と、超音波信号とに基づいて、受信器１０２による指示位置を特定する。送信器１０２は、例えば、ペンのような形状をしている。この送信器１０２は、電源部１２１、メインプロセッサ１２２、超音波発信回路１２３を有する。
【００３９】
電源部１２１は、送信器１０３全体に電源を供給するものである。メインプロセッサ１２２は、一定周期で超音波を出力するように超音波発信回路１２３をコントロールして、超音波を出力させる。また、メインプロセッサ１２２は、超音波発信回路１２３が超音波を出力する際、ケーブル１０５を通じて受信器１０３のメインプロセッサ１３２へ超音波出力の同期信号として、デジタルパルスを送出して、超音波を出力したことを通知する。
【００４０】
超音波発信回路１２３は、メインプロセッサ１２２からの出力信号に基づき、超音波を出力する。受信器１０３は、超音波受信回路１３１、メインプロセッサ１３２、電源部１３３、ホストＩ／Ｆ回路１３４を有する。超音波受信回路１３１は、送信器１０２からの超音波を受信する。
【００４１】
メインプロセッサ１３２は、送信器１０２からの超音波出力の同期信号を受信後、超音波受信回路１３１が超音波を受信するまでの時間（カウント量）を計測し、受信器１０２による指示位置を特定する。メインプロセッサ１３２は、特定した受信器１０２の指示位置をホストＩ／Ｆ回路１３４を介してホスト５０へ送出する。電源部１３３は、受信器１０３全体に電源を供給する。
【００４２】
次に、第１実施形態に係る超音波座標入力装置１０１の動作を説明する。ユーザがペン状の送信器１０２を用いて所定の操作を行うと、メインプロセッサ１２２は、一定周期で超音波を出力するように超音波発信回路１２３をコントロールして、超音波を出力させる。また、メインプロセッサ１２２は、超音波発信回路１２３が超音波を出力する際、ケーブル１０５を通じて受信器１０３のメインプロセッサ１３２へ超音波出力の同期信号として、デジタルパルスを送出して、超音波を出力することを通知する。
【００４３】
受信器１０３の超音波受信回路１３１は、送信器３０からの超音波を受信し、超音波受信信号をメインプロセッサ１３２へ出力する。メインプロセッサ１３２は、送信器１０２からの超音波出力の同期信号を受信後、超音波受信回路１３１が超音波を受信するまでの時間（カウント量）を計測し、送信器１０２による指示位置を特定する。
【００４４】
メインプロセッサ１３２は、特定した送信器１０２の指示位置をホストＩ／Ｆ回路１３４を介してホスト５０へ送出する。これにより、ホスト５０では、送信器１０２の指示位置を知ることができる。
【００４５】
第１実施形態によれば、超音波出力の同期信号を、赤外線信号の代わりに有線を用いるようにしたので、超音波出力の同期信号がケーブル１０５を通したデジタル信号で扱えるため、従来必要だった赤外線の投光回路、受光回路が不要となり、かつ外乱光の影響を受けることなく正確に通知することが可能となる。
【００４６】
（第２の実施の形態）
図４は、第２実施形態に係る超音波座標入力装置のブロック構成図である。図４に示すように、第２実施形態に係る超音波座標入力装置２０１は、送信器２０２、受信器２０３を有する。送信器２０２は、メインプロセッサ１２２、超音波発信回路１２３を有する。受信器２０３は、超音波受信回路１３１、メインプロセッサ１３２、電源部２３３、ホストＩ／Ｆ回路１３４を有する。なお、上記実施形態と同一構成要素については同一符号を付するものとし、その説明を省略する。
【００４７】
送信器２０２と受信器２０３と接続するケーブル２０５は、超音波出力の同期信号を伝達する信号線１０６に加え、送信器２０２に電源を与える電源線２０６を備えている。そのため、送信器２０２側での電源回路が不要となる。
【００４８】
第２実施形態に係る超音波座標入力装置２０１によれば、送信器２０２は、電源線を介して送信器２０２の電源部２３３から電源が供給されるので、従来必要であった送信器側の電源回路が不要となる。これにより、コストダウンを図ることができる。
【００４９】
（第３の実施の形態）
図５は、第３実施形態に係る超音波座標入力装置のブロック構成図である。図５に示すように、超音波座標入力装置３０１は、送信器３０２、受信器３０３を有する。送信器３０２は、メインプロセッサ３２２、超音波発信回路１２３を有する。受信器３０３は、超音波受信回路１３１、メインプロセッサ３３２、電源部２３３、ホストＩ／Ｆ回路１３４を有する。送信器３０２と受信器３０３は、ケーブル３０５により接続されている。なお、上記実施形態と同一構成要素については同一符号を付するものとし、その説明を省略する。
【００５０】
ケーブル３０５は、超音波出力の同期信号を伝達する信号線１０６、電源線２０６に加え、送信器メインプロセッサ３２２と受信器メインプロセッサ３３２との間で双方向の通信が行える通信線３０６を備えている。この通信線３０６には、例えばシリアルインターフェース信号線等が含まれる。
【００５１】
送信器３０２、受信器３０３間を通信線３０６で接続することで、双方向の通信が可能となり、以下のような事が実施可能となる。例えば、送信器３０２、受信器３０３間の距離が近い場合には、受信器３０３から送信器３０２に対し超音波出力を弱めるよう指示を出し、それに従った出力で送信器３０２は超音波を出力させることができる。
【００５２】
逆に、ある一定距離より送信器３０２、受信器３０３間の距離が遠くなった場合には、受信器３０３から送信器３０２に対し、超音波出力を強めるよう指示を出すことで、超音波出力の強弱をコントロールすることが可能となる。
【００５３】
第３実施形態に係る超音波座標入力装置３０１によれば、送信器３０２は、受信器３０３との間で双方向通信が行える信号線３０６を介して受信器３０３に接続されているので、送信器・受信器双方向の通信が可能となる。
【００５４】
（第４の実施の形態）
図６は、第４実施形態に係る超音波座標入力装置のブロック構成図である。第４実施形態では、超音波出力の強弱コントロール機能を備えたことを特徴としている。超音波座標入力装置４０１は、送信器４０２、受信器４０３を有する。送信器４０２は、メインプロセッサ４２２、超音波発信回路１２３、超音波出力調整回路４２４を有する。
【００５５】
受信器４０３は、超音波受信回路１３１、メインプロセッサ４３２、電源部２３３、ホストＩ／Ｆ回路１３４、超音波ピーク検出回路４３５を有する。送信器３０２と受信器３０３は、ケーブル３０５により接続されている。なお、上記実施形態と同一構成要素については同一符号を付するものとし、その説明を省略する。
【００５６】
送信器４０２は、超音波発信回路１２３の超音波出力を調整するための超音波出力調整回路４２４を備える。受信器４０３は、超音波受信回路１３１が受信した超音波の振幅ピークを検出する超音波ピーク検出回路４３５を備えている。受信器４０３のメインプロセッサ４３２は、超音波ピーク検出回路４３５で得られた超音波ピーク値Ｓに基づいて、超音波出力コントロールの制御を行う。
【００５７】
つまり、本実施の形態では、送信器４０２は、超音波ピーク検出回路４３５介してメインプロセッサ４３２が検出した超音波振幅に応じて、超音波発信回路１２３から送信する超音波の出力を調整するようにしている。ここで、メインプロセッサ４２２は、受信器４０３のメインプロセッサ４０３が検出した超音波振幅に対応した超音波振幅パターンに従って、超音波発信回路１２３から送信する超音波の出力を調整するようにしてもよい。詳細は後述する。
【００５８】
次に、超音波発信回路１２３について説明する。図７は、超音波発信回路１２３の回路図を示している。トランジスタＴＲ１はスイッチとして用いられている。このトランジスタＴＲ１がオン状態の時に、インダクタンスＬ１に電流が流れ、インダクタンスＬ１に応じて電流が増加する。ある時点でトランジスタＴＲ１をオフ状態にすると、インダクタンスＬ１に逆起電力が発生し、逆向きの電流をコンデンサＣ１から引き込むことができる。以後、ＬＣ閉回路で、以下の式（１）により共振周波数ｆの共振が発生する。
【００５９】
【数１】
【００６０】
図８は、トランジスタＴＲ１のベースに入力されるパルスを示している。図８に示すように、このトランジスタＴＲ１のオン時間が長い程、パルス幅Ｗが大きくなるため、インダクタンスＬ１に発生する逆起電力が大きくなり、振幅の大きな超音波が出力される。
【００６１】
図６に示す超音波出力調整回路４２４は、このトランジスタＴＲ１に与える正のパルス幅Ｗを、後述するように、超音波出力値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に基づき、パルス幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３のように設定する。ここで、パルス幅は、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３の関係にあるものとする。
【００６２】
次に、超音波出力調整回路４２４について説明する。図９は、超音波出力調整回路４２４を説明するための図である。上述した通り、この超音波出力調整回路４２４は、パルス幅を設定するためのものである。図９において、符号４２２はメインプロセッサ、１２３は超音波発信回路、４２４は超音波出力調整回路である。
【００６３】
超音波出力調整回路４２４は、発振器４２５、シフトレジスタ４２６、フリップフロップＦＦ、ＡＮＤ回路、ＯＲ回路により構成されている。超音波出力値（例えばＰ１、Ｐ２、Ｐ３）毎にメインプロセッサのＩ／Ｏ端子を用意する。メインプロセッサ４２２は、超音波出力値Ｐが例えばＰ１である場合には、Ｐ１−セルをハイレベルにする。
【００６４】
図１０は、シフトレジスタ４２６からの出力パルスを示している。メインプロセッサ４２２より起動パルスを出力すると、フリップフロップＦＦの出力Ｑがハイレベルとなる。その後、シフトレジスタ出力（Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３）の出力タイミングでフリップフロップＦＦにリセットされる時間が決定される。フリップフロップＦＦの出力Ｑがローレベルになる時間がＰ１−セル、Ｐ２−セル、Ｐ３−セルによって変わる。
【００６５】
フリップフロップＦＦの出力Ｑにより超音波発信回路１２３のトランジスタＴＲ１のオンタイミングが決定される。なお、メインプロセッサ４２２で、トランジスタＴＲ１に与えるパルス幅Ｗを決定する場合は、図９のような回路をトランジスタＴＲ１の前段に設ける必要はない。
【００６６】
次に、図６で示した受信器４０３の超音波受信回路１３１について説明する。図１１は、超音波受信回路１３１を示す図である。図１１において、符号１３１は超音波受信回路、４３２はメインプロセッサである。超音波受信回路１３１は、超音波受信センサＳ２、アンプ（ＡＭＰ）４３６、４３７、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４３８、コンパレータ４３９、抵抗素子Ｒ２、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ６から構成されている。ハイパスフィルタ４３８は抵抗素子Ｒ４、コンデンサＣ２から構成されている。超音波受信センサＳ２には、圧電フィルムを用いている。
【００６７】
超音波受信センサＳ２の振動をアンプ４３６、アンプ４３７で増幅し、ハイパスフィルタ４３８にて、低周波成分をカットし、コンパレータ４３９にてデジタル化する。これにより、メインプロセッサ４３２は、受信した超音波に応じた超音波信号を取得する。
【００６８】
次に、超音波の到達時間の計測方法について説明する。図１２は、超音波の到達時間の計測方法について説明するための図である。メインプロセッサ４３２は、超音波出力の同期信号、すなわち、図１２（ａ）に示す超音波スタートパルスを、送信器３０２のメインプロセッサ３２２から取得する。これにより、メインプロセッサ４３２は、超音波到達時間の計測を開始する。
【００６９】
図１２に示すＡは、上述したコンパレータ４３９のしきい値を示している。図１２の（ｂ）は、超音波受信センサＳ２で受信され、アンプ４３６、４３７で増幅され、さらに、低周波成分がカットされた入力信号を示している。この入力信号がコンパレータ４３９に入力され、基準電圧を比較されて、コンパレータ４３９の出力端子から、図１２（ｃ）に示すようなデジタル化されたパルス信号が出力される。
【００７０】
メインプロセッサ４３２は、パルス信号を取得することにより、図１２（ａ）に示した超音波スタートパルスと、図１２（ｃ）に示した取得したパルス信号とに基づき、超音波到達時間ＴＭを計測する。このように、メインプロセッサ４３２は、このデジタル化されたパルスが検知できるまでの時間を測定することで、超音波到達時間ＴＭを計測することができる。
【００７１】
図１３は、受信器４０３の超音波ピーク検出回路４３５を説明するための図である。符号１３１は超音波受信回路、４３２はメインプロセッサ、４３５は超音波ピーク検出回路を示している。本実施形態では、超音波ピーク検出回路４３５は、Ａ／Ｄコンバータにより構成されている。メインプロセッサ４３２は、超音波ピーク検出回路４３５であるＡ／Ｄコンバータから情報を受け取る。超音波受信回路１３１は、図１１で示した構成と同一であるため、ここでは説明を省略する。
【００７２】
超音波受信回路１３１は、超音波受信センサＳ２で受信した信号を、アンプ４３６、アンプ４３７で増幅し、増幅したアナログ信号をコンパレータ４３９でデジタル化する。超音波ピーク検出回路４３５は、コンパレータ４３９でのデジタルパルス毎にＡ／Ｄ変換を行う。メインプロセッサ４３２は、同じタイミングでＡ／Ｄ変換されたデジタル信号を超音波ピーク検出回路４３５から入力し、その値が最高値（ピーク）となるレベルを算出する。
【００７３】
図１４は、メインプロセッサ４３２が行うピーク算出フローである。メインプロセッサ４３２はピーク算出処理により、受信した超音波の振幅のピーク値を検出することができる。図１４において、ｉｍａｘは任意の値で、超音波信号が減衰するまでの時間から決定される。
【００７４】
ステップＳ１０１において、メインプロセッサ４３２は、デジタル値Ｄｉを０に設定し、ステップＳ１０２において、超音波受信回路１３１のコンパレータ４３９からパルスが入力されたかどうかを検出する。
【００７５】
ステップＳ１０３において、メインプロセッサ４３２は、超音波受信回路１３１のコンパレータ４３９からパルスを入力する毎に、その時のＡ／Ｄ変換デジタル値（Ｄｉ）を超音波ピーク検出回路４３５から読み出し、ステップＳ１０４において、そのときのＡ／Ｄ変換デジタル値と一つ前のＡ／Ｄ変換デジタル値とを比較して、入力されたＡ／Ｄ変換デジタル値が大きい場合は、ステップＳ１０５において、超音波ピーク値Ｓと決定する。
【００７６】
ステップＳ１０６において、メインプロセッサ４３２は、すべてのパルスを判定していないと判断した場合には、ステップＳ１０２へ戻り、上記処理を繰り返し、一方、すべてのパルスを判定したと判断した場合には、処理を終了する。
【００７７】
次に、受信器４０３のメインプロセッサ４３２が行う超音波出力コントロールについて説明する。図１５は、超音波出力コントロールの動作フローチャートである。図１５において、Ｓは受信した超音波のピーク値、Ｓｍｉｎはピーク下限判定値、Ｓｍａｘはピーク上限判定値、Ｐは超音波出力値、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は超音波出力設定値をそれぞれ示している。なお、超音波出力設定値は、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３の関係にあるものとする。
【００７８】
ステップＳ２０１において、メインプロセッサ４３２は、超音波ピーク検出回路４３５から受け取った超音波ピーク値Ｓが予め設定されているピーク下限値Ｓｍｉｎより小さい場合は、ステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２において、メインプロセッサ４３２は、送信器４０２が出力する超音波を大きくするために超音波出力値ＰをＰ３に決定し、受信し易い大きさの超音波出力値に設定する。ここで、Ｐ３は予め設定してある超音波出力設定値で、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のような３段階の出力値の中での最大値である。
【００７９】
ステップＳ２０１において、メインプロセッサ４３２は、超音波ピーク検出回路４３５から受け取った超音波ピーク値Ｓが予め設定されているピーク下限値Ｓｍｉｎよりも大きい場合は、ステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３において、メインプロセッサ４３２は、超音波ピーク検出回路４３５から受け取った超音波ピーク値Ｓが予め設定したピーク上限値Ｓｍａｘより大きい場合は、ステップ２０４に進み、超音波出力値ＰをＰ１に設定する。
【００８０】
ステップＳ２０３において、メインプロセッサ４３２は、超音波ピーク検出回路４３５から受け取った超音波ピーク値Ｓが予め設定したピーク上限値Ｓｍａｘより小さい場合、すなわち、超音波ピーク値ＳがＳｍｉｎ≦Ｓ≦Ｓｍａｘの範囲にある場合は、ステップ２０５に進み、超音波出力値ＰをＰ２に設定する。メインプロセッサ４３２は、決定した超音波出力設定値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３Ｐを、ケーブル３０５を通して、送信器４０２のメインプロセッサ４２２に通知する。
【００８１】
送信器４０２のメインプロセッサ４２２は、受信器４０３から超音波出力設定値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を取得すると、この超音波出力設定値に基づいて、超音波出力調整回路４２４で次に出力する超音波の出力を調整する。第４実施形態によれば、超音波出力振幅を、数段階に分けて可変できる。なお、第４実施形態では、受信器側のメインプロセッサにより超音波出力設定値を決定するようにしているが、送信器側のメインプロセッサにより、超音波出力設定値を決定するようにしてもよい。
【００８２】
（第５実施形態）
図１５は、第５実施形態に係る超音波座標入力装置の超音波出力コントロールの動作フローチャートである。なお、超音波座標入力装置の構成は、第４実施形態で説明した構成と同一であるため、図６を参照しながら説明する。
【００８３】
図１６は、メインプロセッサ４３２が行う超音波出力コントロールの動作フローチャートである。図１６において、Ｃは超音波出力の同期信号を受けてから、超音波を受信するまでの時間（カウンタ値）、Ｃｍｉｎはカウンタ下限判定値、Ｃｍａｘカウンタ上限判定値、Ｐは超音波出力値をそれぞれ示している。なお、上述と同様に、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、超音波出力設定値であり、ここでは３段階に設定されている。また、超音波出力設定値は、Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３の関係にあるものとする。
【００８４】
ステップＳ３０１において、メインプロセッサ４３２は、カウンタ値Ｃが予め設定したカウンタ下限値Ｃｍｉｎより小さい場合には、ステップＳ３０２に進む。ステップＳ３０２において、メインプロセッサ４３２は、送信器４０２の超音波出力が大きくなるように超音波出力値ＰをＰ３に設定する。
【００８５】
ステップＳ３０１において、メインプロセッサ４３２は、カウンタ値Ｃが予め設定したカウンタ下限値Ｃｍｉｎよりも大きい場合には、ステップＳ３０３に進む。ステップＳ３０３において、メインプロセッサ４３２は、カウント値Ｃが予め設定されたカウント上限値Ｃｍａｘより大きい場合には、ステップＳ３０４に進み、超音波出力値ＰをＰ１に設定する。
【００８６】
ステップ３０３において、メインプロセッサ４３２は、カウント値Ｃが予め設定されたカウント上限値Ｃｍａｘより小さい場合には、ステップＳ３０５に進み、超音波出力値ＰをＰ２に設定して、超音波出力をコントロールする。
【００８７】
第５実施形態では、受信器４０３のメインプロセッサ４３２は、送信器４０２から受信した超音波の伝達時間を算出する。このため、メインプロセッサ４３２が伝達時間算出手段に相当する。また、送信器４０２のメインプロセッサ４２２は、受信器４０３のメインプロセッサ４３２が算出した超音波伝達時間に応じて、超音波発信回路１２３から送信する超音波の出力を調整する。このため、メインプロセッサ４２２が出力調整手段に相当する。
【００８８】
また、上述したように、メインプロセッサ４２２は、受信器４０３のメインプロセッサ４３２が算出した超音波伝達時間に対応した超音波出力振幅パターンに従って、超音波発信回路１２３から送信する超音波の出力を調整するようにしたので、数段階に分けて超音波出力振幅を可変できる。なお、メインプロセッサ４２２が超音波発信回路１２３から送信する超音波の出力を直接調整するようにしてもよいし、超音波出力調整回路４２２を介して、超音波の出力調整をするようにしてもよい。
【００８９】
（第６実施形態）
図１７は、第６実施形態に係る超音波座標入力装置の超音波出力周期コントロールを説明するフローチャートである。なお、超音波座標入力装置の構成は、第４実施形態で説明した構成と同一であるため、図５を参照しながら説明する。第６実施形態は、送信器４０２に対して、受信器４０３がフィードバックを行う内容として、送信器４０２から発信される超音波の周期をコントロールするようにしたものである。
【００９０】
つまり、受信器４０３のメインプロセッサ４３２は、送信器４０２の移動量が大きいと判断した場合には、超音波の出力周期を短くするように送信器４０２へ通知することで、座標解像度を上げ、座標の正確性を向上させることができる。逆に送信器４０２の移動量が小さいと判断した場合には、超音波の出力周期を長くすることで座標解像度を下げ、同じような座標データを省くことで、データ量を圧縮することが可能になる。
【００９１】
図１７において、Ｃは超音波出力の同期信号を受けてから、超音波を受信するための時間（カウント値）、Ｃ１は前回受信した超音波到達時間（カウント値）、Ｄｍｉｎは座標移動量の下限判定値、Ｄｍａｘは座標移動量の上限判定値、Ｔは超音波周期、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は超音波周期設定値をそれぞれ示している。なお、超音波周期設定値は、３段階に設定されている。また、超音波出力設定値は、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３の関係にあるものとする。
【００９２】
ステップＳ４０１において、受信器４０３のメインプロセッサ４３２は、前回の超音波到達時間（カウント値）Ｃ１と、今回の超音波到達時間（カウント値）Ｃとの差分絶対値｜Ｃ１−Ｃ｜が予め設定した座標移動量下限値Ｄｍｉｎより小さい場合は、ステップＳ４０２に進み、超音波周期ＴをＴ３に設定する。なお、ここで、Ｔ３は予め設定してある超音波周期設定値の中での最長値である。
【００９３】
ステップＳ４０１において、受信器４０３のメインプロセッサ４３２は、前回の超音波到達時間（カウント値）Ｃ１と、今回の超音波到達時間（カウント値）Ｃとの差分絶対値｜Ｃ１−Ｃ｜が予め設定した座標移動量下限値Ｄｍｉｎよりも大きい場合は、ステップＳ４０３に進む。
【００９４】
ステップＳ４０３において、メインプロセッサ４３２は、前回の超音波到達時間（カウンタ値）Ｃ１と、今回の超音波到達時間（カウンタ値）Ｃとの差分絶対値｜Ｃ１−Ｃ｜が予め設定した座標移動量上限値Ｄｍａｘより大きい場合は、ステップＳ４０４に進み、超音波周期ＴをＴ１に設定する。
【００９５】
一方、ステップＳ３０３において、メインプロセッサ４３２は、前回の超音波到達時間（カウンタ値）Ｃ１と、今回の超音波到達時間（カウンタ値）Ｃとの差分絶対値｜Ｃ１−Ｃ｜が予め設定した座標移動量上限値Ｄｍａｘよりも小さい場合、すなわち、差分絶対値｜Ｃ１−Ｃ｜がＤｍｉｎ≦｜Ｃ１−Ｃ｜≦Ｄｍａｘの範囲にある場合は、超音波周期ＴをＴ２に設定する。
【００９６】
メインプロセッサ４３２は、超音波周期設定値Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を、ケーブル３０５を介して、送信器４０２のメインプロセッサ４２２へ通知する。メインプロセッサ４３２は、次に、出力する超音波の周期が設定される。
【００９７】
第６実施形態では、メインプロセッサ４２２は、受信器４０３のメインプロセッサ４３２が算出した超音波伝達時間に応じて、送信する超音波の発信周期を調整する。従って、メインプロセッサ４２２が周期調整手段に相当する。
【００９８】
（第７実施形態）
次に、第７実施形態に係る送信器について説明する。図１８は、第７実施形態に係る送信器の機構的構造について説明するための図である。図１９に示すように、第７実施形態に係る送信器５０１は、ペン型になっている。符号５０２は本体部、５０３はヘッド部、５０４はケーブル、５０５はペン先、５０６は超音波出力センサをそれぞれ示している。
【００９９】
第７実施形態に係る送信器５０１では、ユーザが操作する場合でも、送信器５０１と受信器を結ぶケーブル５０４がねじれない工夫がされている。送信器５０１は、本体部５０２とヘッド部５０３は別パーツとなっており、ヘッド部５０３の中心を軸として、本体部５０２が回転できる機構になっている。
【０１００】
図１９は、第７実施形態に係る送信器５０１の分解図である。図２０は、第７実施形態に係る送信器５０１の断面図である。図１９及び図２０において、符号５０７は上接点、５０８はヘッド軸、５０９は下接点、５１０バネ、５１１はビスをそれぞれ示している。ヘッド部５０３には、ケーブル５０４からの信号を本体部５０２に伝えるための上接点５０７があり、本体部５０２の下接点５０９と接触する形になっている。ヘッド部５０３と本体部５０２はヘッド軸５０８を本体部５０２に通し、バネ５１０とビス５１１で接続する構造である。
【０１０１】
第７実施形態に係る送信器によれば、送信器５０１は、ヘッド部５０３の軸をもとに本体５０２が回転可能な構成であるため、ケーブル５０４のねじれを防止するができる。
【０１０２】
以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、送信器及び受信器間で双方向の通信が可能な超音波座標入力装置を提供できる。また、超音波の出力を調整できる超音波座標入力装置及び超音波座標入力方法を提供できる。
【０１０４】
【図面の簡単な説明】
【図１】特許文献１記載の超音波座標入力装置を説明するための図である。
【図２】従来の他の超音波座標入力装置のブロック構成図である。
【図３】第１実施形態に係る超音波座標入力装置のブロック構成図である。
【図４】第２実施形態に係る超音波座標入力装置のブロック構成図である。
【図５】第３実施形態に係る超音波座標入力装置のブロック構成図である。
【図６】第４実施形態に係る超音波座標入力装置のブロック構成図である。
【図７】超音波発信回路の回路図を示している。
【図８】トランジスタＴＲ１のベースに入力されるパルスを示している。
【図９】超音波出力調整回路を示す図である。
【図１０】フリップフロップＦＦからの出力パルスを示している。
【図１１】超音波受信回路を示す図である。
【図１２】超音波到達時間計測方法について説明するための図である。
【図１３】超音波ピーク検出回路を説明するための図である。
【図１４】メインプロセッサが行うピーク算出フローである。
【図１５】超音波出力コントロールの動作フローチャートである。
【図１６】メインプロセッサが行う超音波出力コントロールの動作フローチャートである。
【図１７】第６実施形態に係る超音波座標入力装置の超音波出力周期コントロールを説明するフローチャートである。
【図１８】第７実施形態に係る送信器の機構的構造について説明するための図である。
【図１９】第７実施形態に係る送信器の分解図である。
【図２０】第７実施形態に係る送信器の断面図である。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１ 超音波座標入力装置
１０２、２０２、３０２、４０２ 送信器
１０３、２０３、３０３、４０３ 受信器
１０５、３０５ ケーブル
１２１ 電源部
１２２、３２２、４２２ メインプロセッサ
１２３ 超音波発信回路
１３１ 超音波受信回路
１３２、３３２、４３２ メインプロセッサ
１３３、２３３ 電源部
１３４ ホストＩ／Ｆ回路
４２４ 超音波出力調整回路
４３５ 超音波ピーク検出回路
Claims (20)
- 超音波を送信する送信器と、前記送信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する手段を備えた受信器と、を有する超音波座標入力装置において、
前記送信器は、前記受信器との間で双方向通信を行う通信線を介して前記受信器に接続されていることを特徴とする超音波座標入力装置。 - 前記受信器は、前記送信器から受信する超音波の伝達時間を算出する伝達時間算出手段を有し、
前記送信器は、前記伝達時間算出手段が算出した超音波伝達時間に応じて、送信する超音波の出力を調整する出力調整手段を有することを特徴とする請求項１記載の超音波座標入力装置。 - 前記出力調整手段は、前記伝達時間算出手段が算出した超音波伝達時間に対応した超音波出力振幅パターンに従って、送信する超音波の出力を調整することを特徴とする請求項２記載の超音波座標入力装置。
- 前記送信器は、前記伝達時間算出手段が算出した超音波伝達時間に応じて、送信する超音波の発信周期を調整する周期調整手段を有することを特徴とする請求項２又は請求項３記載の超音波座標入力装置。
- 前記周期調整手段は、前記伝達時間算出手段が算出した超音波伝達時間に対応した超音波周期パターンに従って、送信する超音波の発信周期を調整することを特徴とする請求項４記載の超音波座標入力装置。
- 前記受信器は、前記送信器から受信する超音波の振幅を検出する超音波検出手段を有し、
前記送信器は、前記超音波検出手段が検出した超音波振幅に応じて、送信する超音波の出力を調整する出力調整手段を有することを特徴とする請求項１記載の超音波座標入力装置。 - 前記出力調整手段は、前記超音波検出手段が検出した超音波振幅に対応した超音波振幅パターンに従って、送信する超音波の出力を調整することを特徴とする請求項６記載の超音波座標入力装置。
- 超音波を送信する送信器と、前記送信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する手段を備えた受信器と、を有する超音波座標入力装置において、
前記受信器は、前記送信器から受信する超音波の受信状態を前記送信器に通知する手段を有し、
前記送信器は、前記手段から取得した超音波の受信状態に応じて、送信する超音波の出力を調整する出力調整手段を有することを特徴とする超音波座標入力装置。 - 超音波を送信する送信器と、前記送信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する手段を備えた受信器と、を有する超音波座標入力装置において、
前記受信器は、前記送信器から受信する超音波の伝達時間を算出する伝達時間算出手段を有し、
前記送信器は、前記伝達時間算出手段が算出した超音波伝達時間に応じて、送信する超音波の出力を調整する出力調整手段を有することを特徴とする超音波座標入力装置。 - 超音波を送信する送信器と、前記送信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する手段を備えた受信器と、を有する超音波座標入力装置において、
前記受信器は、前記送信器から受信する超音波の伝達時間を算出する伝達時間算出手段を有し、
前記送信器は、前記伝達時間算出手段が算出した超音波伝達時間に応じて、送信する超音波の発信周期を調整する周期調整手段を有することを特徴とする超音波座標入力装置。 - 超音波を送信する送信器と、前記送信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する手段を備えた受信器と、を有する超音波座標入力装置において、
前記受信器は、前記送信器から受信する超音波の振幅を検出する超音波検出手段を有し、
前記送信器は、前記超音波検出手段が検出した超音波の振幅に応じて、送信する超音波の出力を調整する出力調整手段を有することを特徴とする超音波座標入力装置。 - 前記送信器は、超音波出力の同期信号を伝達する信号線を介して前記受信器に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の超音波座標入力装置。
- 前記受信器は、前記送信器へ電源を供給する電源部を備え、
前記送信器は、電源線を介して前記送信器の電源部に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の超音波座標入力装置。 - 前記送信器は、本体と、ケーブルが固定されたヘッド部とを備え、前記ヘッド部の軸をもとに前記本体が回転可能に構成されていることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の超音波座標入力装置。
- 超音波を送信する送信器と受信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する超音波座標入力方法において、
前記送信器から受信する超音波の伝達時間を算出する伝達時間算出段階と、
前記伝達時間算出段階で算出した超音波伝達時間に応じて、前記送信器から送信する超音波の出力を調整する出力調整段階とを有することを特徴とする超音波座標入力方法。 - 前記出力調整段階は、前記伝達時間算出段階で算出した超音波伝達時間に対応した超音波出力振幅パターンに従って、前記送信器から送信する超音波の出力を調整することを特徴とする請求項１５記載の超音波座標入力方法。
- 前記超音波座標入力方法は更に、前記伝達時間算出手段で算出した超音波伝達時間に応じて、前記送信器から送信する超音波の発信周期を調整する周期調整段階を有することを特徴とする請求項１５又は請求項１６記載の超音波座標入力方法。
- 前記周期調整段階は、前記伝達時間算出段階で算出した超音波伝達時間に対応した超音波周期パターンに従って、前記送信器から送信する超音波の発信周期を調整することを特徴とする請求項１７記載の超音波座標入力方法。
- 超音波を送信する送信器と受信器との間で同期を取りながら前記送信器から受信した超音波信号に基づいて、前記送信器による指示位置を特定する超音波座標入力方法において、
前記送信器から受信する超音波の振幅を検出する超音波検出段階と、
前記超音波検出段階で検出した超音波振幅に応じて、前記送信器から送信する超音波の出力を調整する出力調整段階とを有することを特徴とする超音波座標入力方法。 - 前記出力調整段階は、前記超音波検出段階で検出した超音波振幅に対応した超音波振幅パターンに従って、前記送信器から送信する超音波の出力を調整することを特徴とする請求項１９記載の超音波座標入力方法。
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