JP3034271B2

JP3034271B2 - 超音波距離計測方法及びその装置

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Publication number: JP3034271B2
Application number: JP7350390A
Authority: JP
Inventors: 浩嗣土井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-03-26
Filing date: 1990-03-26
Publication date: 2000-04-17
Anticipated expiration: 2015-04-17
Also published as: JPH03276222A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は超音波距離計測方法及びその装置、さらに超
音波の伝播を利用する距離計測技術を取り入れた各種応
用装置一般に関するものである。

［従来の技術］超音波距離計測の応用装置として考案されたものの一
つに超音波座標入力装置がある。以後、この装置を例に
とつて本発明についての説明を行なう。

第12図は一般に考案されている超音波座標入力装置の
概観概略図である。１は座標指示具（以後ペンと呼ぶ）
であり、内部に圧電素子が組み込まれていて先端より所
望の超音波信号を発信する発信器である。2a,2b,2cはセ
ンサであり、ペンから発せられた超音波信号を伝播体３
を介して受信する受信器である。３は伝播体で超音波の
伝播媒体となるガラス，アルミ他等が用いられる。４は
防振材でセンサ2a〜2cにペン１からの直接波以外の反射
波が混入しないようにする目的で設定されている。以上
のような構成をとる超音波座標入力装置において、２個
以上の複数の各センサと指示点の距離より指示点の座標
が計算される。

センサと指示点の距離算出方法はさまざまなものが考
案されているが、基本的にはペンから発せられた超音波
信号のセンサ到達時間によつて算出する。群速度と位相
速度が異なる横超音波を用いる場合、受信波形に対しエ
ンベローブをとり群到達時間を求めて大まかな距離計算
を行ない、さらに精度を求められる場合には適当な位置
の位相を検知し、位相到達時間を求めてより細かい精度
を出している。

次に、群到達時間と位相到達時間の２つの時間情報か
らペン・センサ間距離γを算出する手順を説明する。ま
ず、第13図で示すような電圧をペン内の圧電素子に印加
した場合、センサの受信信号波形は第14図で示すように
なる。これに対し、そのピーク位置を群到達時間t_gとし
て検出する場合には、第15図のようにセンサ出力信号に
対して初段増幅器5,全波整流器6,ローパス・フイルタ7,
微分回路８の各回路を通し、微分信号のゼロクロスをコ
ンパレータ９によつて検出し、その時刻を群到達時間t_g
として認識する。

これにより、γ＝v_g・t_gでｒ算出することができる
が、エンベローブをもとに時間を検出するという方法に
よるため、信号出力の大きさやフイルタ特性の影響でど
うしてもある程度のゆらぎ△ｔが発生する。従つて一般
には、特定の位相ゼロクロスポイント検出して時間を決
定方がよりゆらぎの少ない値を得ることができる。

そこで、群到達時間t_g決定直後の位相ゼロクロスとい
うように検出ポイントを規定すると、v_g≠v_pであり距離
γと共に群の中の位相がずれるため、位相到達時間t_pと
して第16図に示すような階段状のものが観測される。こ
の段は位相の検出ポイントの移動を示すもので、各段の
つなぎ目は信号の周期Ｔだけ平行移動したものとなる。
v_gとv_pが等しく常に一定の位相検出ポイントを観測でき
る場合には、このような階段はできず直線ａの様な位相
到達時間t_pが得られる。

従つて、階段状に得られるt_pを元の直線ａに変換して
やればよい。

つまり、 t_pa≒（v_g/v_p）t_g−t_of（t_of:オフセツト値）であるが、群到達時間t_gはゆらぎが大きいので t_pi＝（v_g/v_p）t_g−t_of−t_p（ｎは整数）という性質を利用して、＝t_p＋Ｔ×I_nt（t_pi/T＋0.5）＝t_p＋Ｔ×I_nt［｛（v_g/v_p）t_g−t_of−t_p｝/T＋0.5］とする手続きをとればよい。

このt_p ^aを用い、ペン・センサ間距離ｒは次式で与え
られる。

ｒ＝v_p・t_pa−r_of（r_of:オフセツト値）＝At_p＋Ｂ×Int｛Ct_g＋Dt_p＋Ｅ＋0.5｝＋Ｆ A:v_p B:v_p・Ｔ＝λ C:（v_g/v_p）/T＝（v_s/v_p） D:−1/T＝−ｆ E:−t_of/T F:−r_of ここで、t_g,t_pの測定の開始時期であるが、これはペ
ンと伝播体との密着具合によつて各センサで検出される
波形のレベルが変わることを利用して規定している。す
なわち、ペンが伝播体に押しつけられ相互の密着度が増
して検出波形レベルがある基準値より大きくなつた時
に、入力状態と判断してt_g,t_pの測定を開始する。

第17図にその回路例を示す。第17図は最近用いられて
いる検出回路ブロツク図である。又、第18図（ａ），
（ｂ）には第17図の回路の各部における信号を示す。

第17図において、10は受信波形の位相状態を検出する
ための受信波ゼロクロス・コンパレータ、11はローパス
・フイルタ７から出力されるエンベローブ出力がある基
準レベル以上の大きさになつている間に“High"出力を
維持する基準レベル・コンパレータ、12は微分回路８の
出力がある基準レベル以上の大きさになつている間に
“high"出力を維持する基準レベルコンパレータであ
る。ローパス・フイルタ７から出力されたエンベローブ
波形は微分回路８と基準レベル・コンパレータ11に取
り込まれる。第１微分回路８に取り込まれたエンベロー
ブ波形は微分波形となつて出力され、基準レベル・コン
パレータ12と第２微分回路８′とに入力される。そして
第２微分回路８′の出力がゼロクロス・コンパレータ９
に入力される。ゼロクロス・コンパレータ９は入力され
た微分波形の立ち下がりのゼロクロスを検出し“high"
レベルを出力、さらに立上がりのゼロクロスを検出して
“low"レベルを出力する。これによつて得られる出力が
である。

一方、基準レベル・コンパレータ12は、入力された１
次微分波形が基準よりも高いレベルにある間“high"レ
ベルの出力を行う。これによつて得られた出力信号が
である。t_gはペン駆動信号の発信からとの出力つの
論理積から得られる出力の立上がりまでの時間をカウ
ントして測定される。すなわち、第１微分回路８から出
力された１次微分波形が基準レベル・コンパレータ12に
設定された基準レベルよりも大きくならなければt_gは出
力されないようになつている。またとの論理積をと
ることによつて、に表れるノイズによるコンパレータ
出力を排除し、常に正しいt_g測定できるようにしてい
る。

このようにすることによりt_gの規定ポイントはローパ
ス・フイルタ７の出力の最初の変曲点となり、微分回路
１段の場合に比べて反射の影響を受けにくいより前の位
置で規定されるようになつている。すなわち、ペン１か
ら発せられる超音波信号は、直接センサ２に入るもの
と、伝播体３上の防振材４で反射してセンサ２に入るも
のとがあり、両者の光路差によつて、反射波が直接波に
重なつてくる場合がある。この重なり具合は、両者の交
路差が短くなるにつれて反射波が直接波の前のほうに重
なるようになるため、反射波の影響をなるべく受けない
ようt_g,t_pを測定するにはt_g及びt_pの規定ポイントを信
号波形のなるべく前のほうでとるのが望ましい。また、
このようにすることにより、伝播体３上の無効領域
（t_g,t_pの規定ポイントに反射波が重なり、正しいt_g,t_p
の測定ができなくなる領域）に対する有効領域の面積比
を大きくとることができる。

以上の原理t_gにも用いられている。但し、t_p測定の場
合は、受信波形をゼロクロス・コンパレータ10に入力す
ることによつて得られた出力信号と、基準レベル・コ
ンパレータ11の出力信号との論理積から得られる出力
信号の最初の立下がりを検出してt_pを規定している。

この理由として、t_g測定の場合は、基準レベル・コン
パレータ出力が“high"レベルにならない場合を除け
ば、t_g用ゼロクロス・コンパレータ出力信号の立上が
りは、必ず出力信号が“high"状態を維持している間
に起こるのに対し、t_pの場合は、t_p用ゼロクロス・コン
パレータの出力信号が“high"になつたのちに出力信
号が立上がる場合も起り得るため、出力信号の立上
がりでは正常なt_pを規定できない場合があるからであ
る。そこで、t_p測定の場合は、出力信号の立下がりを
検出してt_pを規定するようにしている。

以上のようにして、ペンがある程度以上の押圧で伝播
体に押しつけられない限り座標入力されないようになつ
ている。

［発明が解決しようとしている課題］上記従来例においては、入力状態の検出は受信信号レ
ベルがペン１の伝播体３への押付け圧によつて変わるこ
とを利用して行つていた。すなわち、ペン１が伝播体３
にある程度以上の圧力で押付けられ、受信信号レベル
（もしくは、それに基づく他の信号レベル、例えばロー
パス・フイルタの出力）がある一定の基準値よりも大き
くなつた時に、これを検知して入力状態と判断してい
た。

しかしながら、受信信号レベルはペン１とセンサ２と
の距離やペンの傾きの角度によつても異なるため、上記
距離や傾きの角度の変動幅が大きい場合には入力状態と
判断するペン１の押付け圧の変動幅も大きい。従つて、
センサ２に近い所では、入力意志のないペン押付け状態
（あいまい入力）や正確な距離測定ができないペン傾け
状態（傾け入力）で距離測定を開始してしまつたり、セ
ンサ２に遠い所では、正式な入力状態であるにもかかわ
らず押付け圧を上げなければ入力できないなど、操作感
の悪さや正しい入力動作を規定できないなどの問題があ
つた。

本発明は、前記従来の欠点を除去し、ペンとセンサと
がいかなる距離関係にあっても、正式な入力か否かを正
確に判断し、ペンの極端な傾き状態などによる誤つた入
力をなくした超音波距離計測方法及びその装置を提供す
る。

又、座標入力装置などのようなより広い範囲でも、正
式な入力か否かを正確に判断する超音波距離計測方法及
びその装置を提供する。

［課題を解決するための手段］この課題を解決するために、本発明の超音波距離計測
装置は、超音波の伝播を利用して距離を計測する超音波
距離計測装置であって、ペン・センサ間の距離と信号レ
ベルとの関係を押付け力をパラメータとして示す情報
と、センサから出力される超音波振動の信号レベルと、
そのとき計測した距離情報とをもとに、ペンの押付け力
を予測する予測手段と、前記予測手段より予測される押
付け力が所定値より小さいと判断された場合に、その時
の距離計測を無効とするよう制御する制御手段とを有す
ることを特徴とする。ここで、前記制御手段は、前記予
測手段より予測される押付け力が所定値以上であると判
断された場合に、その時の距離計測を有効とするよう制
御する。また、前記超音波距離計測装置は、伝播手段の
所定の複数個所に前記センサを配置した座標入力装置に
適用され、前記複数のセンサのうち、前記超音波を発生
するペンとの距離が最も短いセンサを選び出す選出手段
を更に備える。

又、本発明の超音波距離計測方法は、超音波の伝播を
利用して距離を計測する超音波距離計測方法であって、
ペン・センサ間の距離と信号レベルとの関係を押付け力
をパラメータとして示す情報と、センサから出力される
超音波振動の信号レベル及びそのとき計測した距離情報
とをもとに、ペンの押付け力を予測し、前記予測される
押付け力が所定値より小さいと判断された場合に、その
時の距離計測を無効とするよう制御することを特徴とす
る。ここで、前記予測される押付け力が所定値以上であ
ると判断された場合に、その時の距離計測を有効とする
よう制御する。また、前記超音波距離計測方法は、伝播
手段の所定の複数個所に前記センサを配置した座標入力
装置に適用され、前記複数のセンサのうち、前記超音波
を発生するペンとの距離が最も短いセンサを選び出す。

［作用］かかる構成において、ペン・センサ間の距離と信号レ
ベルとの関係を押付け力をパラメータとして示す情報
と、センサから出力される超音波振動の信号レベル及び
そのとき計測した距離情報とをもとに、ペンの押付け力
を予測して、押付け圧が規定値以上であつた時のみ、そ
の時の距離測定の結果を有効とすることにより、ペンと
センサとがいかなる距離関係にあつても、ペンの極端な
傾け状態の入力を回避し、常に一定の押付け圧で距離測
定を行わせることができるようにしたものである。

また、センサを複数用いた座標入力装置に上記構成を
取り入れた場合において、ペンとセンサとの距離の最も
短いセンサを選択することによつて、１つのセンサでは
正確な予測をしきれない広い範囲においても、正確な押
付け圧の予測を可能としたものである。

［実施例］以下、添付図面に従つて、本発明を説明する。

＜押付け圧判断の原理＞第５図はペン１とセンサ２との間の距離ｘと、センサ
２で受信した信号レベルＡ（もしくは、それに基づいた
別の信号の信号レベル、例えば、増幅回路5,ローパス・
フイルタ7,微分回路８などの出力信号）との関係を、ペ
ン１の伝播体３への押付け圧Ｐ（筆圧）をパラメータと
して表したグラフである。本例では、信号レベルＡはロ
ーパスフイルタ７の出力を取り、信号レベルＡは
［Ｖ］、距離ｘは［mm］、押付け圧Ｐは［gf］で表わさ
れている。この関係は、一般に知られている球面波の音
圧の距離ｘに対する減衰を押付け圧Ｐをパラメータにし
て表したものと同等であり、従つてこの減衰の様子は
（１）式で表わされる。

A₀,γは定数で、A₀はe^-rx/x＝１となるのときにペン１
の筆圧Ｐにより定まる定数である。

第６図に伝播体３上のある一点ａにおけるペン１の筆
圧Ｐと信号レベルＡ（x_a）との関係を表したグラフを示
す。これは、ペン１のペン先と伝播体３の密着度が増す
と信号レベルが上昇することを示しており、ペンが傾向
いている状態では信号レベルが上がらないことも意味し
ている。

本発明では上記性質を利用して、ペンの筆圧を管理し
ようとするものであり、そのために、信号レベルＡ及び
その時の距離ｘを測定し、前記式（１）の関係から、筆
圧Ｐが規定値以上のものであるか否かを判断、その判断
結果に応じて距離測定の結果の有効無効を切り分けるよ
うにしたものである。

＜本実施例の構成＞第１図は本実施例の超音波距離計測装置の構成を示す
ブロツク図である。図中、100はペン１を駆動するペン
駆動回路、101は第12図に示したようなペン１の駆動波
形を生成する駆動波形生成回路、200はセンサ２よりの
受信信号からt_g及びt_pを検出するt_g・t_p検出回路、201
はt_g及びt_p信号に基づいて超音波の伝播時間を測定する
ためのカウンタ回路である。t_g・t_p検出回路200の所定
部での信号レベルがCPU300に出力されている。又、300
は駆動波形生成回路101の波形生成の制御及びカウンタ
回路201の出力からの距離の計算を行うと共にt_g・t_p検
出回路202からの信号レベルを基に筆圧を判定するCPU、
301はCPU300の制御プログラムを格納するROM、302は補
助記憶用のRAMであり、400は所定値以上の筆圧の場合に
計算された距離に基づいて、座標等を出力する出力部で
ある。

第２図に本実施例を用いた距離測定回路の１例を示
す。図中、５〜14は従来例で説明したものと同様であ
る。また、15はローパス・フイルタ７の出力信号をA/D
変換するA/Dコンバータである。CPU300はA/Dコンバータ
の制御や距離演算，押付け圧（筆圧）予測演算，ペン駆
動，表示出力，データ通信等を制御する。

A/Dコンバータ15はCPU300によつてペンが駆動される
と同時に出力されるSTC信号を受けて、ローパス・フイ
ルタ７の出力のA/D変換を開始する。A/D変換が終了する
と、CPU300にEOC信号を出力し、CPU300はこれを受けてA
/Dコンバータ15にOE信号を出力する。A/Dコンバータ15
は、OE信号を受けると変換結果をCPU300に出力し、CPU3
00はこのデータを一時記憶して、再びSTC信号を発生
し、次のA/D変換をスタートさせる。

CPU300は、次のデータを受けると、一時記憶しておい
た前回のデータと比較し、大きいほうを再び一時記憶す
る。A/Dコンバータ15とCPU300は以上の動作を繰り返
し、ある一定時間内（ペンが駆動され、超音波が入力さ
れてから、その超音波振動がセンサ２に到着するであろ
う最長の時間）にA/D変換した最大の電圧値V_pを検出す
る。第３図に各信号を示す。

一方、V_pを検出する際に、入力した超音波振動により
群到達時間t_gと位相到達時間t_pとは同時測定されてお
り、CPU300はこれをもとにペン・センサ間距離ｘを演算
する。

以上信号レベルをＡとして、取得したv_p及び距離ｘを
式（１）代入してA₀を求め、これが規定値以上であつた
ときに測定，演算した距離ｘを有効とし、出力部400で
あるLCDに表示したり、OUT DATAとして外部の装置に出
力したりする。規定値は、例えば、押付け圧で100［g
f］以上としたい場合には、予め押付け圧100［gf］の時
の定数A₁₀₀を求めておき、CPU300のプログラム上に記憶
しておけばよい。

第４図にセンサを複数用いる座標入力装置に本発明を
応用した場合の制御フローチヤートを示す。

ステツプS401で先ず第１のセンサ信号を測定回路に導
くように設定する。ステツプS402でペンを駆動し、超音
波振動を発生し、ステツプS403で第１のセンサとペンと
の距離を演算する。ステツプS404で全センサを選び出し
たかをチエツクし、また選んだセンサがある場合はセン
サの選択はステツプS401〜S403をセンサの個数分繰り返
し距離データを得る。ステツプS405では最短距離のセン
サを決定し、決定されたセンサのセンサ信号を測定回路
に導くように設定し、再びペンを駆動する。

ステツプS406でこのときの超音波振動に基づく信号
（例えば、ローパス・フイルタの出力信号）の最大値v_p
を検出し、ステツプS407でこのときのt_g・t_pからペン・
センサ間距離ｘを演算する。ステツプS408はステツプS4
06,S407で得たv_p及びｘを用いて筆圧を演算するルーチ
ンである。ステツプS409ではこの結果の筆圧が規定値以
上であるか否かを判断する。規定値以上であつた場合は
正常入力が行われているものとみなして、ステツプ410
〜S413で座標演算に必要な他のセンサのペン−センサ間
の距離を測定，演算する。必要な距離データが揃つたな
らば、ステツプS414で座標値に変換し、ステツプS415で
LCDに表示したり外部機器に通信したりして測定結果を
有効とする。

一方、ステツプS409で筆圧が規定値に達しないと判断
されたならば、正式な入力が行われていないものとみな
してリターンする。

［第２の実施例］第７図に本発明を用いた第２の実施例の測定回路のブ
ロツク図を示す。図中、17はローパス・フイルタ７の出
力とある基準レベルとを比較するコンパレータ、18はそ
の基準レベルをCPU300の指令により切替えるマルチプレ
クサ、19はコンパレータから出力される“high"レベル
を保持するためのRSフリツプフロツプである。以下に第
８図をも参照しながらその動作を説明する。

CPU300の指令により、マルチプレクサ18はコンパレー
タ17の基準レベルを、先ず最低の電圧値（第８図中V₁）
に設定する。ペンが駆動され超音波振動が入力される
と、その振動はセンサ２で電気信号に変換され、増幅器
5,全波整流６を経てローパス・フイルタ７の出力に現れ
る（ローパス・フイルタ７の出力レベルがセンサ２の受
信信号レベルに比例することは言うまでもない）。この
出力信号はコンパレータ17に入力され、マルチプレクサ
18によつて設定された基準レベルと比較される。比較の
結果、ローパス・フイルタ７の出力が、この基準レベル
よりも大きくなつた時、コンパレータ17の出力は“low"
レベルから“high"レベルに変化し、RSフリツプフロツ
プ19はこの変化の立上りエツジを検出して、その出力端
に“high"レベルをセツトする。

コンパレータ17の出力は、ローパス・フイルタ７の出
力が基準レベルよりも小さくなつた瞬間に“high"レベ
ルから“low"レベルに戻るが、RSフリツプフロツプ19の
出力端は“high"レベルがホールドされるため、CPU300
はこのレベルが“high"か“low"かを読み取ることによ
つて、ローパス・フイルタ７の出力がマルチプレクサ18
により設定された基準レベルよりも大きいか否かを知る
ことができる。

RSフリツプフロツプ19の出力が“high"だつた場合、C
PU300はこれをリセツト（RSフリツプフロツプ出力“lo
w"）し、マルチプレクサ18にコンパレータ17の基準レベ
ルを次のレベルにセツトするよう指令を出す。マルチプ
レクサ18がこの指令に従い基準レベルを次のレベルにセ
ツトすると、CPU300は再びペンを駆動し、ある一定時間
（ペンが駆動されてからその振動が受信されるまでにか
かる最長の時間よりも長い一定時間）の後にRSフリツプ
フロツプ19の出力信号を読み取り、そのレベルが“hig
h"か“low"かを判別する。

以上の動作を繰り返し、ローパス・フイルタ７の出力
のピークレベルがどの範囲にあるのか（第８図において
は、〜V₁,V₁〜V₂,V₂〜V₃…V₆〜V₇,V₇〜V₈,V₈〜）を読み
取る。また、以上の間に測定されるt_g及びt_pによりペン
・センサ間距離ｘを演算し、これら２つのデータから筆
圧が規定値以上であるか否かを判断する。

第８図に筆圧を100［gf］〜150［gf］以上で規定する
場合の基準レベルと距離ｘの範囲との関係を図示する。

図において、距離ｘの有効範囲はl₀〜l₈である。これ
により、ペン・センサ間距離ｘがl₀〜l₁のとき、ローパ
ス・フイルタ７の出力はV₈以上,l₁〜l₂のときはV₇以上,
l₂〜l₃のときはV₆以上…,l₇〜l₈のときはV₁以上となつ
たときに、正式入力状態とみなすようにすれば、最低筆
圧を100［gf］〜150［gf］に規定できる。

尚、l₀,l₁,l₂,l₃.…l₈及びV₁,V₂,V₃…V₈の設定は、式
（１）の定数A₀及びγを設定して演算して決定すればよ
いし、一度実測して決定してもよい。

第９図に第７図の判定回路を用いた場合のローパス・
フイルタ７の最大出力電圧検出の制御フローチヤートを
示す。

ステツプS601で先ず、RSフリツプフロツプ19をリセツ
トし、ステツプS602でコンパレータ17の基準レベルをマ
ルチプレクサ18のセツトにより設定する。ステツプS603
でペンを駆動して超音波振動を入力し、ステツプS604で
ペンが駆動されてからその振動が受信されるまでにかか
る最長の時間よりも長い一定時間のウエイトを行い、そ
ののちにステツプS605でコンパレータ17出力が“high"
レベルになつたか否かを、RSフリツプフロツプ19の出力
レベルにより判別する。

RSフリツプフロツプ19のレベルが“high"であつた場
合、ローパス・フイルタ７の出力が基準レベルよりも大
きかつたものと判断して、ステツプS606でその基準レベ
ルが最大のものであつたか否かを判断する。最大のもの
であつた場合、ステツプS607で最大レベルがその基準値
以上であつたと判断し、以降の制御に進む。一方、最大
のものでなかつた場合は、ステツプS601に戻り、ステツ
プS602で次の基準レベルに設定し、以降の制御を繰り返
す。またステツプS605でコンパレータ出力が“high"で
なかつた場合は、ステツプS607でローパス・フイルタ７
の出力がそのときの基準レベルよりも低く、かつその前
の基準レベルよりも高かつたものと判断される。

以上の実施例では、式（１）の定数A₀,γを一定に設
定した場合について説明したが、これに限るものではな
く、例えば筆圧を100gf,200gf,300gf,400gfとした場合
の定数（A₁₀₀,γ₁₀₀），（A₂₀₀,γ₂₀₀），（A₃₀₀,
γ₃₀₀），（A₄₀₀,γ₄₀₀）をそれぞれ設定して切替え自
在とし、操作を選択可能にしてもよい。また、式（１）
を用いず、実際の測定結果から距離ｘ−信号レベルＡ、
筆圧レベルｆ−信号レベルＡの関係の近似式を求め、こ
れによつて距離を含めた筆圧管理を行つてもよい。

［第３の実施例］第10図に本発明を用いた第３の実施例を示す。図中、
20はローパス・フイルタ７の出力に設けられたピークホ
ールド回路で、これによりA/Dコンパレータ15はローパ
ス・フイルタ７の出力のピーク値を確実にA/D変換でき
るようになつている。また、この場合のA/D変換は１回
のペン駆動に対して１回行えばよいので低速のA/D変換
器を用いることができる。

第11図にタイムチヤートを示す。ピーク・ホールド回
路20は、CPU300からのPHR信号を受けてリセツト状態に
ある時以外は、常にローパス・フイルタ７の出力のピー
ク・ホールドを行つている。A/D変換器15はペン１が駆
動されてから十分な時間ｔ（ペンが駆動されてから、そ
の振動が必ずセンサ２に到達するまでの時間）を経たの
ち、STC信号によつてピーク・ホールド回路20の出力のA
/D変換を行い、A/D変換が終了すると、EOC信号をCPU300
に出力する。CPU300はEOC信号を受けてピーク・ホール
ド回路20をリセツトし、所定の処理を行つたのちに次の
ペン駆動を行う。

以上説明したように、センサ手段からの出力信号もし
くは該出力信号に基づいた別の信号の信号レベルを読取
ると同時に、その時の振動発生手段とセンサ手段との距
離を測定し、その測定結果と信号レベルとの関係から振
動発生手段の押付け圧を予測する予測手段と、該予測手
段による押付け圧の予測結果がある規定値以上であるか
否かを判断する判断手段と、該判断手段の判断の結果、
押付け圧が規定値以上であつた時のみ距離測定の結果を
有効とする有効無効判別手段とを設け、センサ手段と振
動発生手段との距離関係に依存することなく、常に一定
の押付け圧で距離測定を開始せしめるようにしたことに
より、あいまい入力や振動発生手段の傾け入力を禁止
し、正確な距離測定を促すとともに、操作感を向上させ
る効果がある。

また、上記構成と複数のセンサ手段を用いた座標入力
装置において、振動発生手段との距離が最も短いセンサ
手段を選択する選択手段と、前記選択センサ手段を用い
て振動発生手段押付け圧の予測を実行させる制御手段と
を設けることにより、１つのセンサでは予測しきれない
広い範囲での押付け圧の予測を可能にし、座標入力装置
の正確な座標入力を促し、かつ、その操作感をも向上さ
せる効果がある。

［発明の効果］本発明により、ペンとセンサとがいかなる距離関係に
あっても、正式な入力か否かを正確に判断し、ペンの極
端な傾き状態などによる誤つた入力をなくした超音波距
離計測方法及びその装置を提供できる。

又、座標入力装置などのようなより広い範囲でも、正
式な入力か否かを正確に判断する超音波距離計測方法及
びその装置を提供できる。

又、より広い範囲で正式な入力か否かを正確に判断す
る超音波距離計測装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の超音波距離計測装置の構成を示すブ
ロツク図、第２図は第１の実施例の回路構成を示す図、第３図は第１の実施例の波形を示す図、第４図は第１の実施例の制御フローチヤート、第５図は筆圧をパラメータにした距離ｘと信号レベルＡ
との関係を示した図、第６図は筆圧の信号レベルＡとの関係を示した図、第７図は第２の実施例の回路構成を示す図、第８図第２の実施例の説明図、第９図は第２の実施例の制御フローチヤート、第10図は第３の実施例の回路構成を示す図、第11図は第３の実施例のタイムチヤート、第12図は座標入力装置の概略図、第13図はペン駆動信号を示す図、第14図はセンサ受信信号を示す図、第15図はt_g,t_p規定回路概略図、第16図は距離算出方法の説明図、第17図は従来のt_g,t_p規定用回路のブロツク図、第18図（ａ），（ｂ）は従来のt_g,t_p規定用回路の動作
説明図である。図中、１……座標指示具（ペン）、２……センサ、５…
…増幅器、６……全波整流回路、７……ローパス・フイ
ルタ、15……A/Dコンバータ、17……コンパレータ、18
……マルチバイブレータ、19……RSフリツプフロツプ、
20……ピークホールド回路、100……ペン駆動回路、101
……駆動波形生成回路、200……t_g・t_p検出回路、201…
…カウンタ回路、300……CPU、301……ROM、302……RA
M、302a……筆圧しきい値、400……出力部である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波の伝播を利用して距離を計測する超
音波距離計測装置であって、ペン・センサ間の距離と信号レベルとの関係を押付け力
をパラメータとして示す情報と、センサから出力される
超音波振動の信号レベルと、そのとき計測した距離情報
とをもとに、ペンの押付け力を予測する予測手段と、前記予測手段より予測される押付け力が所定値より小さ
いと判断された場合に、その時の距離計測を無効とする
よう制御する制御手段とを有することを特徴とする超音
波距離計測装置。
【請求項２】前記制御手段は、前記予測手段より予測さ
れる押付け力が所定値以上であると判断された場合に、
その時の距離計測を有効とするよう制御することを特徴
とする請求項１に記載の超音波距離計測装置。
【請求項３】前記超音波距離計測装置は、伝播手段の所
定の複数個所に前記センサを配置した座標入力装置に適
用され、前記複数のセンサのうち、前記超音波を発生するペンと
の距離が最も短いセンサを選び出す選出手段を更に備え
ることを特徴とする請求項１に記載の超音波距離計測装
置。
【請求項４】超音波の伝播を利用して距離を計測する超
音波距離計測方法であって、ペン・センサ間の距離と信号レベルとの関係を押付け力
をパラメータとして示す情報と、センサから出力される
超音波振動の信号レベル及びそのとき計測した距離情報
とをもとに、ペンの押付け力を予測し、前記予測される押付け力が所定値より小さいと判断され
た場合に、その時の距離計測を無効とするよう制御する
ことを特徴とする超音波距離計測方法。
【請求項５】前記予測される押付け力が所定値以上であ
ると判断された場合に、その時の距離計測を有効とする
よう制御することを特徴とする請求項４に記載の超音波
距離計測方法。
【請求項６】前記超音波距離計測方法は、伝播手段の所
定の複数個所に前記センサを配置した座標入力装置に適
用され、前記複数のセンサのうち、前記超音波を発生するペンと
の距離が最も短いセンサを選び出すことを特徴とする請
求項４に記載の超音波距離計測方法。