JP2729051B2 - 情報入力方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は情報入力方法、特に重ねて配置された座標入
力手段と、表示手段と、座標入力手段上で任意の位置を
指示する指示手段とを含み、指示手段により指示された
位置の座標情報に対応する画像情報を表示手段に表示さ
せる情報入力装置における情報入力方法に関する。 ［従来の技術］ 従来より各種の座標入力装置により構成される手書き
情報入力装置と表示器を重ねて配置し、手書きにより文
字、画像などの情報を入出力し、編集などの処理を加え
る装置が提案されている。 この種の装置では、ガラス、プラスチックなどの透明
材料から構成される入力面を有する手書き情報入力装置
の入力面下部に表示器を設け、手書きにより入力面に入
力された入力軌跡の直下に次々にドット表示などを行な
うことにより入力された文字、画像などを入力サイズと
同一のサイズで表示させ、入力面を介して視認できるよ
うにする。 すなわち、あたかも紙に書き込むように入力された文
字、画像を入力、表示面に発生し、操作者に視認させる
ことができる。 ［発明が解決しようとする問題点］ ところが、上記のような装置では、情報入力装置の入
力面は透明であってもある程度の厚みと屈折率を有し、
また表示面と入力面の距離は０ではないから、視差や屈
折により正確に入力位置と表示位置を一致させるのが困
難であった。 つまり、操作者の意図した入力位置と、実際に入力さ
れる情報にずれが生じることになる。特に、すでに入力
されている画像を編集するような用途では、入力位置と
表示位置のずれが大きいと編集、すなわち画像の変更、
消去、追加などはほとんど不可能である。 ［問題点を解決するための手段］ 以上の問題点を解決するために、本発明においては、 重ねて配置された座標入力手段及び表示手段と、前記
座標入力手段上で任意の位置を指示する指示ペンとを含
み、 前記指示ペンにより指示された位置の座標情報を前記
座標入力手段により入力し、該入力した座標情報に対応
する画像情報を前記表示手段に表示させる情報入力装置
における情報入力方法であって、 前記表示手段に所定パターンを表示し、 前記指示ペン内に設けられた検出手段により、前記指
示ペンの前記座標入力手段上での動きに応じて前記表示
手段上に表示された前記所定パターンを検出し、 前記検出手段が前記所定パターンの表示を検出したタ
イミングで得た該指示ペンが指示している位置の座標情
報と、前記所定パターンの表示位置の座標情報とから、
前記指示ペンにより指示される位置と該位置に対応する
画像情報の前記表示手段への表示位置を一致させる為の
補正値を算出し、 前記算出された補正値を記憶し、 前記記憶された補正値に基き、画像情報の前記表示手
段への表示位置を補正する構成を採用した。 ［作用］ 以上の構成によれば、指示ペンの前記座標入力手段上
での動きに応じて表示手段上に表示された前記所定パタ
ーンを検出するために指示ペン内に設けられた検出手段
を用い、前記検出手段が前記所定パターンの表示を検出
したタイミングで得た該指示ペンが指示している位置の
座標情報と、前記所定パターンの表示位置の座標情報と
から、前記指示ペンにより指示される位置と該位置に対
応する画像情報の前記表示手段への表示位置を一致させ
る為の補正値を算出して記憶し、記憶された補正値に基
き、画像情報の前記表示手段への表示位置を補正する。 ［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づき、本発明を詳細に説
明する。 第１図は本発明を採用した情報入出力装置の構造を示
している。第１図の情報入出力装置は振動伝達板８から
なる入力タブレットに振動ペン３によって座標入力を行
なわせ、入力された座標情報にしたがって入力タブレッ
トに重ねて配置されたCRTからなる表示器11′に入力画
像を表示するものである。 振動伝達板８からなる入力タブレットは振動ペン３に
より手書き文字、画像の入力が可能な手書き情報入力装
置として機能する。まず、この入力部の構成につき説明
する。 振動伝達板８はアクリル、ガラス板などから構成さ
れ、振動ペン３から伝達される振動をその角部に３個設
けられた振動センサ６に伝達する。本実施例では振動ペ
ン３から振動伝達板８を介して振動センサ６に伝達され
た超音波振動の伝達時間を計測することにより振動ペン
３の振動伝達板８上での座標を検出する。 振動伝達板８は振動ペン３から伝達された振動が周辺
部で反射されて中央部の方向に戻るのを防止するために
その周辺部分をシリコンゴムなどから構成された反射防
止材７によって支持されている。 振動伝達板８はCRT（あるいは液晶表示器など）、ド
ット表示が可能な表示器11′上に配置され、振動ペン３
によりなぞられた位置にドット表示を行なうようになっ
ている。すなわち、検出された振動ペン３の座標に対応
した表示器11′上の位置にドット表示が行なわれ、振動
ペン３により入力された点、線などの要素により構成さ
れる画像はあたかも紙に書き込みを行なったように振動
ペンの軌跡の後に現れる。 また、このような構成によれば表示器11′にはメニュ
ー表示を行ない、振動ペンによりそのメニュー項目を選
択させたり、プロンプトを表示させて所定の位置に振動
ペン３を接触させるなどの入力方式を用いることもでき
る。 振動伝達板８に超音波振動を伝達させる振動ペン３
は、内部に圧電素子などから構成した振動子４を有して
おり、振動子４の発生した超音波振動を先端が尖ったホ
ーン部５を介して振動伝達板８に伝達する。 第２図は振動ペン３の構造を示している。振動ペン３
に内蔵された振動子４は、振動子駆動回路２により駆動
される。振動子４の駆動信号は第１図の演算および制御
回路１から低レベルのパルス信号として供給され、低イ
ンピーダンス駆動が可能な振動子駆動回路２によって所
定のゲインで増幅された後、振動子４に印加される。 電気的な駆動信号は振動子４によって機械的な超音波
振動に変換され、ホーン部５を介して振動板８に伝達さ
れる。 振動子４の振動周波数はアクリル、ガラスなどの振動
伝達板８に板波を発生させることができる値に選択され
る。また、振動子駆動の際、振動伝達板８に対して第２
図の垂直方向に振動子４が主に振動するような振動モー
ドが選択される。また、振動子４の振動周波数を振動子
４の共振周波数とすることで効率のよい振動変換が可能
である。 上記のようにして振動伝達板８に伝えられる弾性波は
板波であり、表面波などに比して振動伝達板８の表面の
傷、障害物などの影響を受けにくいという利点を有す
る。 再び、第１図において、振動伝達板８の角部に設けら
れた振動センサ６も圧電素子などの機械〜電気変換素子
により構成される。３つの振動センサ６の各々の出力信
号は波形検出回路６に入力され、後段の演算制御回路１
により処理可能な検出信号に変換される。演算制御回路
１は振動伝達時間の測定処理を行ない、振動ペン３の振
動伝達板８上での座標位置を検出する。 検出された振動ペン３の座標情報は演算制御回路１に
おいて表示器11′による出力方式に応じて処理される。
すなわち、演算制御回路は入力座標情報に基づいてビデ
オ信号処理装置10を介して表示器11′の出力動作を制御
する。 第３図は第１図の演算制御回路１の構造を示してい
る。ここでは主に振動ペン３の駆動系および振動センサ
６による振動検出系の構造を示している。 マイクロコンピュータ11は内部カウンタ、ROMおよびR
AMを内蔵している。駆動信号発生回路12は第１図の振動
子駆動回路２に対して所定周波数の振動パルスを出力す
るもので、マイクロコンピュータ11により座標演算用の
回路と同期して起動される。 カウンタ13の計数値はマイクロコンピュータ11により
ラッチ回路14にラッチされる。 一方、波形検出回路９は、振動センサ６の出力から後
述のようにして、座標検出のための振動伝達時間を計測
するための検出信号のタイミング情報および、筆圧検出
のための信号レベル情報を出力する。これらのタイミン
グおよびレベル情報は入力ポート15および17にそれぞれ
入力される。 波形検出回路９から入力されるタイミング信号は入力
ポート15に入力され、判定回路16によりラッチ回路14内
の計数値と比較され、その結果がマイクロコンピュータ
11に伝えられる。すなわち、カウンタ13の出力データの
ラッチ値として振動伝達時間が表現され、この振動伝達
時間値により座標演算が行なわれる。 表示器11′の出力制御処理は入出力ポート18を介して
行なわれる。 ここで以上の構成における基本動作につき示す。 第４図は第１図の波形検出回路９に入力される検出波
形と、それに基づく振動伝達時間の計測処理を説明する
ものである。第４図において符号441で示されるものは
振動ペン３に対して印加される駆動信号パルスである。
このような波形により駆動された振動ペン３から振動伝
達板８に伝達された超音波振動は振動伝達板８内を通っ
て振動センサ６に検出される。 振動伝達板８内を振動センサ６までの距離に応じた時
間tgをかけて進行した後、振動は振動センサ６に到達す
る。第４図の符号42は振動センサ６が検出した信号波形
を示している。本実施例において用いられる板波は分散
性の波であり、そのため検出波形のエンベロープ421と
位相422の関係は振動伝達距離に応じて変化する。 ここで、エンベロープの進む速度を群速度Vg、位相速
度をVpとする。この群速度および位相速度の違いから振
動ペン３と振動センサ６間の距離を検出することができ
る。 まず、エンベロープ421のみに着目すると、その速度
はVgであり、ある特定の波形上の点、たとえばピークを
第４図の符号43のように検出すると、振動ペン３および
振動センサ６の間の距離ｄはその振動伝達時間をtgとし
て ｄ＝Vg・tg …（１） この式は振動センサ６の１つに関するものであるが、同
じ式により他の２つの振動センサ６と振動ペン３の距離
を示すことができる。 さらに、より高精度な座標値を決定するためには、位
相信号の検出に基づく処理を行なう。第４図の位相波形
422の特定の検出点、たとえば振動印加から、ピーク通
過後のゼロクロス点までの時間をtpとすれば振動センサ
と振動ペンの距離は ｄ＝ｎ・λｐ＋Vp・tp …（２） となる。ここでλｐは弾性波の波長、ｎは整数である。 前記の（１）式と（２）式から上記の整数ｎは ｎ＝［λ（Vg・tg−Vp・tp）／λｐ＋1/N］ …（３） と示される。ここでＮは０以外の実数であり、適当な数
値を用いる。たとえばＮ＝２とし、±1/2波長以内であ
れば、ｎを決定することができる。 上記のようにして求めたｎを（２）式に代入すること
で、振動ペン３および振動センサ６間の距離を正確に測
定することができる。 第３図に示した２つの振動伝達時間tgおよびtpの測定
のため、波形検出回路９はたとえば第５図に示すように
構成することができる。 第５図において、振動センサ６の出力信号は前述の増
幅回路51により所定のレベルまで増幅される。 増幅された信号はエンベロープ検出回路52に入力さ
れ、検出信号のエンベロープのみが取り出される。抽出
されたエンベロープのピークのタイミングはエンベロー
プピーク検出回路53によって検出される。ピーク検出信
号はモノマルチバイブレータなどから構成された信号検
出回路54によって所定波形のエンベロープ遅延時間検出
信号Tgが形成され、演算制御回路１に入力される。 また、このTg信号のタイミングと、遅延時間調整回路
57によって遅延された元信号から検出回路58により位相
遅延時間検出信号Tpが形成され、演算制御回路１に入力
される。 すなわち、Tg信号は単安定マルチバイブレータ55によ
り所定幅のパルスに変換される。また、コンパレートレ
ベル供給回路56はこのパルスタイミングに応じてtp信号
を検出するためのしきい値を形成する。この結果、コン
パレートレベル供給回路56は第３図の符号44のようなレ
ベルとタイミングを有する信号44を形成し、検出回路57
に入力する。 すなわち、単安定マルチバイブレータ55およびコンパ
レートレベル供給回路56は位相遅延時間の測定がエンベ
ロープピーク検出後の一定時間のみしか作動しないよう
にするためのものである。 この信号はコンパレータなどから構成された検出回路
58に入力され、第４図のように遅延された検出波形と比
較され、この結果符号45のようなtp検出パルスが形成さ
れる。 以上に示した回路は振動センサ６の１つ分のもので、
他のそれぞれのセンサに対しても同じ回路が設けられ
る。センサの数を一般化してｈ個とすると、エンベロー
プ遅延時間Tg1〜ｈ、位相遅延時間Tp1〜ｈのそれぞれｈ
個の検出信号が演算制御回路１に入力される。 第３図の演算制御回路では上記のTg1〜ｈ、Tp1〜ｈ信
号を入力ポート15から入力し、各々のタイミングをトリ
ガとしてカウンタ13のカウント値をラッチ回路14に取り
込む。前記のようにカウンタ13は振動ペンの駆動と同期
してスタートされているので、ラッチ回路14にはエンベ
ロープおよび位相のそれぞれの遅延時間を示すデータが
取り込まれる。 第６図のように振動伝達板８の角部に３つの振動セン
サ６を符号S1からS3の位置に配置すると、第４図に関連
して説明した処理によって振動ペン３の位置Ｐから各々
の振動センサ６の位置までの直線距離d1〜d3を求めるこ
とができる。さらに演算制御回路１でこの直線距離d1〜
d3に基づき振動ペン３の位置Ｐの座標（ｘ、ｙ）を３平
方の定理から次式のようにして求めることができる。 ｘ＝X/2＋（d1＋d2）（d1−d2）/2X …（４） ｙ＝Y/2＋（d1＋d3）（d1−d3）/2Y …（５） ここでＸ、ＹはS2、S3の位置の振動センサ６と原点
（位置S1）のセンサのＸ、Ｙ軸に沿った距離である。 以上のようにして振動ペン３の位置座標をリアルタイ
ムで検出することができる。また、上記のような入力処
理を短い時間で繰り返し、表示器11′上の入力された座
標点に対応する位置にドット表示を次々に行なうことに
より、振動ペン３によって入力された手書きの文字、画
像などの情報を原寸で表示することができる。 従来例の項で述べたように、このような用途では、操
作者が意図した表示器11′上の位置に正確に表示が行な
われないと、正確な画像の入力、編集が不可能である。 ところが、前述のように、表示器11′と振動伝達板８
の距離、振動伝達板８の屈折率などにより、操作者の観
察点では入力位置と表示位置のずれが生じる。つまり、
表示器11′上の座標入力点と同じ座標位置にドット表示
を行なっても、操作者の目の位置ではそれらはずれて知
覚される。 この問題を解消するための構成を以下にいくつか示
す。 第７図の構成は、表示位置を補正する制御量を操作者
が入力設定できるようにしたものである。設定された制
御量はそれ以後設定手段の保持（記憶）される。 第７図において符号72、73で示されているものは、操
作者が表示位置を制御するための制御量を入力設定する
ボリューム（可変抵抗器）で、このボリューム72、73の
一端はともに抵抗Ｒを介して電源電圧Vccに接続され、
他端は接地されている。ボリューム72、73の端子電圧は
それぞれA/D変換器74、74によりデジタル値に変換さ
れ、演算制御回路１に入力される。 ボリューム72、73の操作軸は、入力タブレットや、演
算制御回路１が収納された本体部などの所定位置に露出
させてあり、操作者が回転させて抵抗値を調節できるよ
うにしてある。ボリューム72、73の端子電圧はこの操作
量に応じて変化し、A/D変換器74を介して演算制御回路
１に認識される。 演算制御回路１はボリューム72、73の端子電圧をそれ
ぞれ表示器11′上の表示位置のｘ方向およびｙ方向の補
正量として認識する。すなわち、ボリューム72、73の端
子電圧を、符号71で示すように表示ドットの位置をｘ、
ｙ方向に補正するための制御量として認識し、ディスプ
レイ制御部10に入力された制御量を与え、ドット表示を
それぞれｘ、ｙ方向に移動させる。この処理は表示座標
値の加減算により座標を平行移動することにより容易に
行なえる。 このような構成において、操作者が振動ペン３により
ドット（あるいは線など）を入力し、振動ペン３の先端
を入力位置に固定したままボリューム72、73を回転させ
ると、演算制御回路１がディスプレイ制御部10を介して
表示ドットをｘおよびｙ方向に移動させる。ボリューム
の回転が停止されると、演算制御回路１は表示ドットの
位置をボリュームにより設定される制御量に対応した補
正位置に停止させる。 したがって、操作者は入力したドットが振動ペン３の
先端に合うようにボリューム72、73を調整することによ
り、自分の観察点から見た入力位置と表示位置を合致す
るように制御することができる。 設定された補正制御量はボリューム72、73の回転軸の
位置として保持されるので、装置の電源を遮断しても次
に電源を投入して処理を開始しても同一の制御量を演算
制御回路１に与えることができる。したがって操作者の
操作位置がかわらなければ、１度調整を行なった後表示
位置は所定の補正位置に制御される。 以上では、ボリュームにより表示位置の補正制御量を
入力、設定するようにしているが、A/D変換器を必要と
するので構成が比較的複雑である。そこで第８図に示す
ようにｘ、ｙ方向の表示位置の補正制御量をそれぞれ入
力するDIPスイッチ81、82を設け、演算制御回路１に直
接デジタル値の制御量を与えるようにしてもよい。 DIPスイッチ81、82の素子数は、必要とされる補正解
像度に応じたビット数とする。 このような構成によれば、より簡単な構造により表示
位置の補正制御量を入力、設定できる。 第７図、第８図のような構成では、操作者の姿勢が変
化したり、あるいは肉体的条件が異なる操作者が装置を
用いるような場合には再度ボリューム72、73を回転させ
調節を繰り返さなければならない。 そこで、第９図のように、第８図のDIPスイッチ81、8
2に設定されるようにデジタル制御量を記憶したEPROMな
どを搭載したICカード（あるいは調整基板など）91を設
け、これに操作者の違い、あるいは同一操作者の姿勢の
違いなどに応じた表示位置の補正制御量を記憶させてお
き、カード91を差し替えることにより補正制御量を変更
する方法が考えられる。 ICカード91の制御量は入出力ポート92を介して演算制
御回路１に入力され、メモリ93などにロードされ、ディ
スプレイ制御部10の制御に用いられる。メモリ92を不揮
発メモリ（EEPROM）などから構成すれば、以後ICカード
91を用いなくても同じ補正制御量を用いることができ
る。 このような構成によれば、操作者、あるいは操作者の
姿勢が変化してもICカードを差し替えるだけで容易に表
示位置の補正制御が可能になる。 第７図から第８図の構成はなんらかの調整作業が必要
である。この点に鑑み、入力位置と表示位置の調整作業
を容易にするため第10図から第13図に示すような構造が
考えられる。 第10図は以下の実施例での調節操作を説明するもので
ある。 この実施例では、まず表示器11′上の１点に表示を行
ない、次に操作者にその表示点に座標入力を行なうよう
に要求する。 補正前において操作者の観察点では、入力位置と表示
位置のずれがあるので、たとえば符号３′のような位置
に座標入力を行なうはずである。 したがって、この入力点の座標を取り込み、そのｘ座
標およびｙ座標と最初に表示した表示点のｘ、ｙ座標と
の差を求めることにより表示座標の補正値を求めること
ができる。以後求められた補正値に基づき、表示位置の
補正を行なうことにより操作者に対して入力位置と表示
位置を合致させることができる。 このような補正処理をより正確に行なうための構成と
して、第11図から第13図に示すような構造が考えられ
る。 第11図は振動ペン３の構造を示している。第11図にお
いて符号111はペン軸であり、このペン軸内部にはリン
グ状に形成された振動子112が設けられており、振動子1
12の振動はガラスなどの光透過性を有するホーン部114
を介して振動伝達到８に伝達できるようにしてある。振
動子112の振動モードは前述の実施例と同様に選択す
る。 さらにリング状の振動子112の中央部にはホーン部114
を介して伝達される光を検出できるようにフォトダイオ
ードなどの光センサ113が設けてある。 第11図のような構造を有する振動ペン３を実際に使用
する場合、ほとんどの操作者は第12図のような角度で振
動ペン３を傾斜させて振動伝達板８に接触させる。 表示器11′に液晶表示器のような反射型の素子を用い
る場合、室内の照明光源などから発した光は図示のよう
な経路で表示器11′の反射面で反射され、ペン軸111の
中心軸に一致させて設けられた光センサ113に達する。
ただし、ここでは光軸を振動伝達板８における屈折を無
視して図示してある。 もし、符号121で示すようにドットが表示されていれ
ば、光センサ113に入力される光の強度により表示の有
無を検出することができる。 このように表示ドットを光センサ11により検出してい
る際に振動子112を駆動し、振動伝達板８に入力される
振動を前述のように処理して入力座標値を得る。そして
あらかじめわかっている表示点の座標との差を求めるこ
とにより表示位置の補正制御量を求めることができる。 この方法では、操作者は小さな表示ドットを振動ペン
３で指すように要求されるので、誤差が大きくなった
り、操作が困難になるかも知れない。そこで次に示すよ
うな方法が考えられる。 たとえば、第13図に符号131で示すように、表示器1
1′にｘ軸と平行な直線（ｙ＝ｎ）を表示し、この直線
と交差するように振動ペン３で線の入力を行なわせる。 この線の入力中、光センサ113の出力を監視し、表示
された直線131をセンサ113が検出したときの入力座標の
うちｙ座標と直線131のｙの値ｎとの差がｙ方向の補正
制御量となる。 同様にｘ＝ｎの直線を表示させ、これと交差するよう
に振動ペン３により入力を行なわせ、同様の処理を行な
うことにより、ｘ方向の補正量を得ることができる。 以上では反射型の表示器を例示したが、EL、CRTなど
発光型の表示器でも第10図〜第13図と同様の構成を用い
ることができる。 ［発明の効果］ 以上から明かなように、本発明によれば、操作者の身
体的特徴や姿勢等の使用条件によって使用角度が変化す
る指示ペン内に、指示ペンの前記座標入力手段上での動
きに応じて表示手段上に表示された所定パターンを検出
する検出手段を設け、この検出手段を用いて所定のパタ
ーンが表示されていることが検出されたタイミングで画
像情報の表示位置を補正する為の補正値を算出する為の
座標情報を得るようにしているので、補正値を算出する
為の指示ペンでの指示操作が簡便になり、操作者の身体
的特徴や姿勢等の使用条件に合わせた補正値を求める時
に視差補正の為の指示操作に厳密性を要求されないた
め、操作者にとって優しい操作環境を提供することがで
きる、という優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明を採用した情報入出力装置の構成を示し
た説明図、第２図は第１図の振動ペンの構造を示した説
明図、第３図は第１図の演算制御回路の構造を示したブ
ロック図、第４図は振動ペンと振動センサの間の距離測
定を説明する検出波形を示した波形図、第５図は第１図
の波形検出回路の構成を示したブロック図、第６図は振
動センサの配置を示した説明図、第７図から第９図は入
力位置と表示位置を補正するためのそれぞれ異なる構成
を示した説明図、第10図から第13図は入力位置と表示位
置の補正のためのさらに異なる構成を説明するもので、
第10図は操作手順を示した説明図、第11図は振動ペンの
構造を示した説明図、第12図は補正制御量の検出を示し
た説明図、第13図は異なる補正制御量の検出を示した説
明図である。 １……演算制御回路、３……振動ペン ４……振動子、６……振動センサ ８……振動伝達板、51……前置増幅器 15、16……入力ポート 52……エンベロープ検出回路 54、58……信号検出回路 72、73……ボリューム 81、82……DIPスイッチ 91……ICカード 112……振動子、113……光センサ

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．重ねて配置された座標入力手段及び表示手段と、前
   記座標入力手段上で任意の位置を指示する指示ペンとを
   含み、 前記指示ペンにより指示された位置の座標情報を前記座
   標入力手段により入力し、該入力した座標情報に対応す
   る画像情報を前記表示手段に表示させる情報入力装置に
   おける情報入力方法であって、 前記表示手段に所定パターンを表示し、 前記指示ペン内に設けられた検出手段により、前記指示
   ペンの前記座標入力手段上での動きに応じて前記表示手
   段上に表示された前記所定パターンを検出し、 前記検出手段が前記所定パターンの表示を検出したタイ
   ミングで得た該指示ペンが指示している位置の座標情報
   と、前記所定パターンの表示位置の座標情報とから、前
   記指示ペンにより指示される位置と該位置に対応する画
   像情報の前記表示手段への表示位置を一致させる為の補
   正値を算出し、 前記算出された補正値を記憶し、 前記記憶された補正値に基き、画像情報の前記表示手段
   への表示位置を補正することを特徴とする情報入力方
   法。