JP3051425B2 - 超音波座標入力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は超音波を用いて座標を入力する超音波座標入
力装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、超音波を用いた距離計測システムの応用とし
て、パソコン複写器等のOA機器向けに超音波座標入力装
置が考案されている。

超音波座標入力装置の例を第26図に示す。３は伝播体
でアルミ板ガラスなどが用いられる。2a〜2cは圧電素子
を用いたセンサであり、座標指示具１から発せられた超
音波信号を伝播体３を通してキヤツチする。この例では
３個のセンサを用いた例が示してあるが、原理的には２
つのセンサで座標を算出することが可能である。４は防
振材で、有効エリア内での信号の多重反射を防止する役
割を持つ。１は座標指示具（以後ペンと呼ぶ）で、内部
にピエゾ素子が組み込まれており、先端より所望の超音
波を発信する。

次に、以上のような装置におけるペン・センサ間の距
離ｒの算出例を説明する。まず、ペン１への第27図の駆
動信号に対し、センサからの信号出力波形は第28図のよ
うになる。ここで信号到達時間t_gを信号波形のエンベロ
ーブの頂上とすると、原理的にはｒ＝v_g・t_g（v_g：群速
度）でｒを算出することができる。しかし、エンベロー
ブ（の頂上）で時間を検出するという方法をとると、信
号出力の大きさやフィルタ特性の影響でどうしてもある
程度のゆらぎΔt_gが発生する。一般には、特定の位相ゼ
ロクロスポイントを検出して時間を決定する方がよりゆ
らぎの少ない値を得ることができる。そこで、例えば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
規定し、その時間をt_pとして観測してｒ＝v_p・t_pからｒ
を算出することで、より精度のよい距離計測ができる。

しかし、この方法は用いる超音波が波動として群の速
度v_gと位相の速度v_pとが等しい性質を持つ場合に限られ
る。つまり、v_gとv_pとが異なると、距離ｒと共に群の中
の位相がズレてしまうため、ある一つの位相だけを追い
続けることは不可能となるからである。このような例は
横波で見られるが、この場合の距離ｒの算出方法を次に
説明する。

上述と同様に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した場合、t_pとして第29図中のt_p
のように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Ｔだ
け平行移動したものとなる。v_gとv_pとが等しく常に一定
の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のようなt_pが得られる。したがつて、階
段状に得られるt_pをもとの直線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 セット値） であるが、t_gはブレが大きいので t_pi＝nT≒（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_pa＝t_p＋Ｔ×Int（t_pi/T＋0.5） ＝t_p＋Ｔ×Int［｛（v_g／v_p）t_g−t_of−t_p｝/T＋0.
5］ とするという手続きをとればよい。結局、ｒは次式で与
えられる。

ｒ＝v_p・t_pa−r_of （r_of：オフセット値） 以上で述べたような方式でt_g・t_p検出を行なう場合の
信号到達時間検出回路のブロツク構成図を第30図に示
す。本例は群到達時間t_gとしてセンサ出力のエンベロー
プ波形の２階微分ゼロクロスポイント、つまり変曲点を
検出する場合である。2a〜2cは伝播体に設置された圧電
素子センサで超音波信号を受信する。次にこれを初段の
前置増幅器５で増幅し、その後絶対値回路6,ローパスフ
イルタ７により全波整流して、エンベロープの波形変換
を行なう。このエンベロープ波形に対し、微分回路8,9
を通して２階微分波形を得、そのゼロクロスポイントを
T_gコンパレータ回路10によつて検出し、微分回路８の出
力からT_g検出のゲートをT_g検出ゲート回路13で発生して
ANDゲート14によりゲートし、その時刻を群到達時間t_g
とする。

一方、t_gコンパレータ10の出力に伴ない位相到達時間
t_p検出用のゲート回路11がONし、その直後のセンサ出力
ゼロクロスポイントをT_gコンパレータ回路12によつて検
出し、ANDゲート15によるゲート信号とのANDからその時
刻をt_pとする。

一つのセンサに対して以上のような信号処理によつて
t_g，t_pが検出されるわけであるが、実用の超音波座標入
力装置においては、少なくとも２個、また冗長性を高め
るためには３個以上の複数のセンサが設置されることに
なる。同様の回路が各センサ（本例では2b,2c）に対し
て装備されている。

［発明が解決しようとしている課題］ 上記の様な方法で指示点座標を精度よく算出するに
は、当然の事ながら正確なペン・センサ間の距離を用い
ることが大前提となる。しかしながら、伝播体の厚みの
不均一，伝播体表面の塗装の不均一やはがれ，さらには
センサとペンとの特性不整合などにより、ペン・センサ
間の距離と信号伝達時間とは完全にリニアな関係に有る
わけでなく、局所的に大きなゆらぎをもつてしまうこと
は避けられない。

また、群速度と位相速度とが異なる横波を伝達信号と
して用いる場合には、前述したようにペン・センサ間の
距離の算出に波長の整数倍を加える項を持ち、上記同様
の原因ばかりでなく、更には温度・湿度などの環境条件
の変動により信号伝達時間のゆらぎが発生する。整数値
が正しい値からずれてしまつた場合は、結果的にペン・
センサ間の距離が波長の整数倍だけ誤つた値を算出して
しまうこととなり、これをもとに算出する座標値もまた
真の値からずれた値になる。

本発明は、前記従来の欠点を除去し、センサの誤検出
や環境条の変動によるゆらぎ等の影響を防ぎ、安定した
座標情報が得られる超音波座標入力装置を提供する。

［課題を解決するための手段］ この課題を解決するために、本発明の超音波座標入力
装置は、超音波の伝播を利用して指示点の座標を入力す
る座標入力装置であつて、 指示点の座標値を複数の方法により計算する計算手段
と、前記計算結果のばらつきに基づいて、超音波信号の
誤検出センサの存在を認識する認識手段とを備える。

ここで、前記認識手段は、前記計算結果のバラツキが
所定しきい値以上になつた場合に、超音波信号の誤検出
センサが存在すると判定する。

又、前記計算手段は、群速度と位相速度とが異なる横
波超音波を信号として用い、群到達時間でペン・センサ
間の距離が波長の何倍かという大まかな距離計算をおこ
なう第１の距離計算手段と、位相到達時間によつてさら
に精度を上げる第２の距離計算手段とを備え、前記認識
手段は、前記距離が波長の何倍であるかという項の計算
誤まりの発生を認識する。

更に、本発明の超音波座標入力装置は、前記指示点座
標値の計算結果のばらつきの量に基づいて、誤検出をお
こしたセンサを特定する誤検出センサ特定手段を備え
る。

更に、本発明の超音波座標入力装置は、前記指示点座
標値の計算結果のばらつき量及び所定のセンサを誤検出
と仮定して波長の整数倍プラス又はマイナスした場合の
前記指示点座標値のばらつき量に基づいて、誤検出をお
こしたセンサ及び誤り量を特定する誤検出センサ特定手
段を備える。

ここで、誤検出を起こした可能性のあるセンサとして
２つのセンサが選別された場合、前記２つのセンサ以外
の誤検出を起こしていない２つ以上のセンサで座標計算
を行なつた結果と、誤検出を起こした可能性のある前記
２つのセンサのうちの１つと誤検出を起こしていない１
つ以上のセンサの組み合わせで座標計算を行つた結果と
の比較を誤検出を起こした可能性のある前記２つのセン
サでそれぞれ行ない、誤検出を起こしていないセンサの
みで行なつた座標計算値に遠い方が誤検出センサを含む
と判断して、誤検出センサを特定する。

又、誤検出を起こした可能性のある前記２つのセンサ
のうち、どちらか一方を座標計算の方法の違いによる座
標値のバラツキが縮小するように波長の整数倍値を＋１
または−１し、その結果、誤検出を起こしていない２つ
以上のセンサより計算した座標値と誤検出を起こした可
能性のある前記２つのセンサより計算した座標値を比較
し、その差がある一定以上ある場合は整数値を直してい
ない方が、また一定以下の場合には整数値を直した方の
センサが誤検出を起こしたと判断する。

又、少なくともｙ座標算出用に２個とｘ座標算出用に
２個の計４個のセンサを、それぞれを結ぶ直線が有効エ
リアの中心で十字を描くように、ｙ座標算出用の２個の
センサの間の距離とｘ座標算出用の２個のセンサの間の
距離とをある一定以上異ならせ、且つ有効エリア中でこ
れら４つのセンサからともある一定距離範囲内にあると
いうエリアを作らないように設置する。

又、Ｍ誤検出を起こした可能性のある３つのセンサの
うち、どれか１つを座標計算の方法の違いによる座標値
のバラツキが縮小するように波長の整数倍値を＋１また
は−１し、その結果誤検出をしていない１つのセンサと
そのセンサの座標軸（ｘ軸もしくはｙ軸）上にない他の
１つのセンサの２つから求めた座標値と、それら以外の
２つのセンサから求めた座標値とを比較し、その差の大
きさにより３つのセンサのうちの向かいにある２つのセ
ンサのうちのどちらかの誤検出か、他の１つのセンサの
誤検出かを判別する。

更に、本発明の超音波座標入力装置は、前記特定され
た誤りセンサの誤り量に基づいて、座標計算の方法の違
いによる座標値のバラツキが縮小するように座標値を補
正する座標値補正手段を備える。

更に、本発明の超音波座標入力装置は、複数の方法で
計算された座標値を平均化して指示点座標値とする平均
化手段を備える。

［作用］ かかる構成において、一つの指示点に対し数種の方法
で座標値を算出し、それらが一定値以上異なつた場合誤
検出をしたセンサが存在するとし、さらにまたそれら数
種の方法で算出した座標値の差異の大きさより誤検出セ
ンサを１個または２個に特定し、その影響を最も受けに
くい座標算出方法を適宜選択することで、安定した座標
情報が得られる超音波座標入力装置を実現するものであ
る。

［実施例］ 以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説
明する。

第１図は本実施例の超音波座標入力装置の構成を示す
ブロツク図である。図中、１は振動ペン、２はセンサ、
３は振動板、４は防振材であり、振動ペン１はペン制御
部40によりその制御をされ、センサ２はセンサ制御部20
によりその制御をされる。センサ制御部20には第32図に
示す各回路が含まれていても良い。100は演算制御用のC
PU、101は誤動作検出プログラム101a,誤センサ判断プロ
グラム101b,座標値補正プログラム101cを含む制御プロ
グラムを格納するROM、102は補助記憶用RAMで、例えば
座標算出用の定数を記憶する定数記憶部102aや異なるセ
ンサの組合せによる複数の座標を記憶する座標記憶部10
2bを有する。103は入力座標を表示画面等に出力する出
力部である。

〈第１実施例〉 本発明の第１実施例として第２図で図示されたように
３個のセンサS₁〜S₃を配置した場合を考える。このよう
にセンサを配置した場合の誤検出センサの発見方法につ
いて説明する。

まず、座標入力装置上の絶対座標系として、図中に示
すように上辺と右辺をそれぞれｘ座標,y座標とし、右肩
の角を原点とする。通常、指示点の位置はこの座標系で
の座標値を用いて示し、外部機器などへ出力することと
なる。

そこで、このようなセンサ配置において、指示点のｘ
座標,y座標をどのように算出することができるかを考え
てみると、次のような数種の方法が挙げられる。

（１）センサS₁とS₂とでx,y座標を求める。但し、セン
サS₁とS₂とを結ぶ直線（x₁₂座標軸）に対し、右側また
は左側のどちらにあるかについてはセンサS₃を用いる。

（２）センサS₁とS₃とでx,y座標を求める。但し、セン
サS₁とS₃とを結ぶ直線（x₁₃座標軸）に対し、右側また
は左側のどちらにあるかについてはセンサS₂を用いる。

（３）センサS₁とS₂とでx₁₂座標を求め、センサS₁とS₃
とでX₁₃座標を求め、一次変換により（x₁₂，x₁₃）をx,y
座標に変換する。

（４）センサS₂とS₃とでｙ座標を求める。

そこで今、センサS₁が何らかの外乱で超音波信号到達
時刻（t_gあるいはt_p）を誤まつて取り込んでしまつたと
する。すると、例えば（１）の方法で算出したx,y座標
と（２）の方法で算出したx,y座標とにはある値の差が
でる。この様子を第３図に示す。（１）の方法よつてx,
yを求めれば本来の指示点Ａの座標が例えばＢ点の座標
となり、（２）の方法によつて求めれば例えばＣ点の座
標となつてしまう。

したがつて、その差の大きさ（絶対値）に対し、ある
しきい値level1（ｙ座標についてはlevel2）を設け、そ
の値より差が大きい場合には“誤検出センサ有り”と判
別し、小さい場合には“無し”と判別するようにすれば
よい。しきい値としては、当然“誤検出センサ無し”の
場合に座標入力装置として保証すべき座標精度が確保さ
れるような値を設定しなければならない。

“誤検出センサ育り”と判別された場合の処理につい
ては、製品仕様により色々なケースが考えられる。例え
ば次のようなものが挙げられる。

警告音または警告表示を行ない再入力を促す。

誤検出センサを除外して他の正常なセンサでx,y座標
を計算し、通常通りの動作を行なう。

誤検出センサの誤まり量を推定し、平均化等の各種補
正処理を実施して修正を施し、通常通りの動作を行な
う。

本実施例は、使用される超音波信号がたて波であるか
よこ波であるかについては特に関係なく実施可能であ
る。

本実施例の処理手順を示すフローチヤートを第４図に
示す。尚、ｘ（１）,y（１）はそれぞれ（１）の方法に
よつて計算されたｘ座標値,y座標値、ｘ（２）,y（２）
は（２）の方法によつて計算されたｘ座標値,y座標値を
示す。

ステツプS41でｘ座標の差がlevel1より大きいか否
か、ステツプS42でｙ座標の差がlevel2より大きいか否
かが判別され。共に大きくない場合はステツプS43に進
んで誤検出センサなしとする。一方、どちらかで大きい
場合はステツプS44に進んで誤検出センサありとする。

ところで、２つのセンサでx,y座標を算出するには２
つのセンサを結ぶ直線に対し右側にあるのか左側にある
のかを知らなければならない。このため、本実施例でも
他のセンサを設けてそれを決定することを述べたが、２
つのセンサを結ぶ直線上から一定距離のエリアは座標値
があいまいになることがあるので、誤判定をさけるため
には予め判定不能域を設定しておく必要が生じる場合も
ある。但し、センサの数を更に増加したり配置を変える
ことにより、この問題は解消される。

〈第２実施例〉 本発明の第２実施例として、群速度と位相速度とが異
なる横波超音波を信号として用い、群到達時間でペン・
センサ間の距離が波長の何倍かという大まかな距離計算
をおこない、位相到達時間によつてさらに精度を上げる
という方式を行う場合において、特に距離が波長の何倍
であるか（すなわちｎ値）の項の計算誤まりの発生を発
見する方法、さらにその際の座標値のずれが誤検出セン
サとペン間の距離の関数であることを利用して誤検出を
起こした可能性のあるセンサを特定する方法とを説明す
る。

センサ配置として、第５図で示すようにｙ座標算出用
に２個とｘ座標算出用に２個の計４個のセンサを、それ
ぞれを結ぶ直線が有効エリアの中心で十字を描くように
配置した場合を考える。この場合に、例えば指示点のｘ
座標を計算する方法の中で次の２つを考える。

（５）センサS₁とS₂とでx₁₂座標を求め、センサS₁とS₃
とでx₁₃座標を求め、一次変換により（x₁₂，x₁₃）をｘ
座標に変換する。

（６）センサS₀とS₂とでx₀₂座標を求め、センサS₀とS₃
とでx₀₃座標を求め、一次変換により（x₀₂，x₀₃）をｘ
座標に変換する。

この時、４つのセンサが第５図で示されるようにひし
形状に配置されている場合、４つのセンサ中の１つのセ
ンサがｎ値を±１だけ誤計算したとすると、（５）の方
法によつて求められるｘ座標値ｘ（５）と（６）の方法
によつて求められるｘ座標値ｘ（６）との差の大きさは
次のような関数で示される。

ｘ（５）：（５）の方法で求められた座標値 ｘ（６）：（６）の方法で求められた座標値 λ：波長 L₀₁：センサS₀とS₁間の距離 r_k：誤検出したセンサとペン間の真の距離 λとL₀₁のついてはあらかじめ知ることができる。ま
たr_kと実際に観測されるr_k′との違いは高々λの大きさ
である。したがつて、４つのセンサのうちどのセンサが
式を満たすペン・センサ間距離になつているかを調べ
れば、誤検出センサを特定することが可能となる。

第７図は本実施例の処理手順を示すフローチヤートで
ある。

ステツプS71,S73,S75,S77でｘ座標値の差|x（５）−
ｘ（６）｜（＝Δｘ）と、それぞれのr_k（ｋ＝0,1,…）
とについて、Δx/r_kを求めてその値が２λ／L₀₁に近い
か否かを、level3＜Δx/r_k＜level4の条件で判別し、も
しこの間の値であれば、それぞれステツプS72でセンサS
₀を、ステツプS74でセンサS₁を、ステツプS76でセンサS
₂を、ステツプS78でセンサS₃を誤検出の可能性ありとす
る。

但し、第５図に示すように２つのセンサS₀とS₂とを結
ぶ直線の垂直二等分線l₁上付近は、それら２つのセンサ
S₀とS₂とからほぼ等距離にあるため、もしそのうちのど
ちらかに誤検出センサがある場合、そのどちらかを特定
することは非常にむずかしい。どこまで一つのセンサに
特定できるかはt_pの分解能や精度との兼ね合いになり、
実用の製品においてはそれらを考慮してしきい値を決め
ることとなる。

４つのセンサのうち例えば第６図に示すようにセンサ
S₀とS₂との垂直二等分線l₁とセンサS₀とS₃との垂直二等
分線l₂との交点Ｐ付近は、センサS₀，S₂，S₃のどれかを
特定しにくいこととなる。また、その交点ＰとセンサS₁
とS₃との垂直二等分線l₃が近接しているとセンサS₀〜S₃
のどれかをも特定できないこととなる。そのため、セン
サS₀，S₁とセンサS₂，S₃とのセンサ間距離をある程度異
ならせることにより、４つのセンサのうちどれにも特定
できないというようなエリアをなくすことができる。逆
にいえば、確実に誤検出がおきていないセンサを一つ以
上特定することが可能になる。

なお、本実施例ではｘ座標を求める方法として３つの
センサが作る平行でない２つの座標系での座標を一次変
換して求める方法を使用したので、ｘ座標と平行でない
例えばセンサS₀とS₂とのみでｘ座標（またはｙ座標）を
決定する方法に比べて座標精度がよく良好である。これ
は、２つのセンサのみでその２つを結ぶ直線と平行でな
い座標系の座標値を計算しようとすると、オフセツトな
どの計算定数の微妙なズレが、平行でない成分の計算誤
差に非常に大きく帰与してしまうことなどによる。ま
た、本実施例のような算出方法なら２つのセンサを結ぶ
直線の右側であるか左側であるかという問題も生じな
い。

〈第３実施例〉 前記第２実施例に示してような方法、もしくはその他
のなんらかの方法で誤検出をおこした可能性のあるセン
サとして、ｘ軸,y軸のどちらとも平行でない直線上にあ
る２つのセンサが選ばれた場合に、誤検出を起こしたセ
ンサがどちらであるかを判別する方法を説明する。

センサ配置としては第２実施例と同様なものを考え
る。この時，センサS₀とS₂との垂直２等分線上l₁近辺の
ある一点P₁が指示されたとし、センサS₂が何らかの外乱
でt_gがぶれて取り込まれたためｎ値を＋１誤まつたとす
る。この様子を第８図に示す。

この時第２実施例の方法で誤検出センサを特定した場
合には、ペン・センサS₀間の距離r₀とペン・センサS₂間
の距離r₂とがr₀≒r₂であるため、第２実施例の方法であ
るとセンサS₀とS₂とを誤検出としてしまい、どちらが実
際に誤検出を行つたのかが特定できない。そこで、本実
施例ではまずセンサS₀が誤まつたとしたらｎ値を＋１誤
つたのか−１誤まつたのか、次にセンサS₂が誤まつたと
したらｎ値を＋１誤まつたのか−１誤まつたのかを知べ
る。その方法として、まずセンサS₀とS₂のどちらか一
方、たとえばセンサS₂のｎ値（n₂）を、得られた値より
も＋１して|x（５）−ｘ（６）｜（n₂←n₂＋１）を求め
る。次に、センサS₂のｎ値を得られた値よりも−１して
|x（５）−ｘ（６）｜（n₂←n₂−１）を求める。そし
て、得られたままのｎ値で計算した｜（５）−ｘ（６）
｜（n₂）と比較する。今の場合、本当はセンサS₂が＋１
誤まつたのだから、 |x（５）−ｘ（６）｜（n₂←n₂−１）＜|x（５）−ｘ
（６）｜（n₂） |x（５）−ｘ（６）｜（n₂←n₂＋１）＞|x（５）−ｘ
（６）｜（n₂） という結果が得られ、センサS₂が誤まつていたとすれば
＋１誤まつたのであるということがわかる。この様子を
示したものが第９図である。

ただし、センサS₀がｎ値を−１誤まつた場合も、みか
け上これと同じ結果が得られる。つまりセンサS₂のｎ値
を得られた値よりも＋１して|x（５）−ｘ（６）｜（n₂
←n₂＋１）を求めたものと、−１して|x（５）−ｘ
（６）｜（n₂←n₂＋１）を求めたものは、もともとの|x
（５）−ｘ（６）｜（n₂）と比較して、 |x（５）−ｘ（６）｜（n₂←n₂−１）＜|x（５）−ｘ
（６）｜（n₂） |x（５）−ｘ（６）｜（n₂←n₂＋１）＞|x（５）−ｘ
（６）｜（n₂） という結果になる。この様子を示したものが第10図であ
る。つまり、センサS₂のｎ値を−１することによつて、
第２実施例の（５）の方法も（６）の方法も共にP₂点を
算出することになり、 |x（５）−ｘ（６）｜（n₂←n₂−１）≒０ となる。さらに、センサS₀がｎ値を＋１誤まつた場合と
センサS₂が−１誤まつた場合とには、第10図，第11図に
示すように共にP₃点を算出することになり、 |x（５）−ｘ（６）｜（n₂←n₂−１）＞|x（５）−ｘ
（６）｜（n₂） |x（５）−ｘ（６）｜（n₂←n₂＋１）＜|x（５）−ｘ
（６）｜（n₂）という関係が得られる。

以上の作業により、センサS₀がｎ値を＋１誤まつたか
またはセンサS₂がｎ値を−１誤まつた場合と、センサS₀
がｎ値を−１誤まつたかまたはセンサS₂がｎ値を＋１誤
まつた場合との２つの状態を判別できることになる。

第13図のフローチヤートに本実施例の誤検出の分類手
順を示す。

まず、ステツプS131で|x（５）−ｘ（６）｜（n₂）−
|x（５）−ｘ（６）｜（n₂←n₂＋１）を求めて、その値
が正か負かを判定する。正ならばステツプS132に進んで
センサS₂の＋１誤りあるいはセンサS₀の−１誤りとす
る。一方、負ならばステツプS133に進んでセンサS₂の−
１誤りあるいはセンサS₀の＋１誤りとする。尚、ここで
はS₀とS₂とに誤りの可能性がある場合について述べた
が、他の組み合わせの場合も同様に行なえることは自明
である。

次に、センサS₀の＋１の誤まりなのか、センサS₂の−
１の誤まりなのかを判別する方法を説明する。２つのセ
ンサS₀，S₂に誤検出センサが絞られたということは、他
の２つのセンサS₁，S₃は誤検出していないということに
なる。したがつて、まずこの誤検出していないセンサ
S₁，S₃で指示点のx,y座標を求める。この時、第２実施
例で述べたように２つのセンサのみでx,y座標を求める
と座標精度がややおとつてしまうが、大部分の領域では
x,y座標を誤検出による座標誤差よりは十分低い誤差で
求められる。

そこで、たとえば第14図に示すように誤検出をおこし
ていない２つのセンサS₁，S₃で求めたx,y座標値と、誤
検出をおこしていない一つのセンサと誤検出をおこした
可能性のある一つのセンサとのペア例えばS₀とS₃，S₁と
S₂のペアで求めたx,y座標値とを比較する。誤検出をお
こしたセンサを含んだペアで求めたx,y座標値は、当然
誤検出をおこしていない２つのセンサで求めたx,y座標
値とに比べて大きい誤差が現われる。この場合センサ
S₁，S₃及びセンサS₀，S₃で求めたものは共にＤ点を算出
するが、センサS₁，S₂ではＥ点を算出してしまう。従つ
て、誤差の大きいペアの方に誤検出センサが含まれてい
ると判別することができる。

この誤検出センサ判別のフローチヤートを第15図に示
す。同図において、|x,y（S₁，S₃）−x,y（S₁，S₂）｜
は、センサS₁，S₃で求めたx,y座標とセンサS₁，S₂で求
めたx,y座標との差の大きさを表わすもので、実際には
x,y座標独立にその差を吟味して両者の結果をみきわめ
て判断することになる。

まずステツプS151で、 |x,y（S₁，S₃）−x,y（S₁，S₂）｜ −|x,y（S₁，S₃）−x,y（S₃，S₀）｜＞０ を判定し、正ならばステツプS152に進んでセンサS₂を誤
差検出と判断する。一方、負ならばステツプS153に進ん
でセンサS₀を誤検出と判断する。尚、第15図もS₀とS₂と
に誤検出がある場合のみを示しており、他の組み合せの
場合も同様である。

以上、本実施例における第13図の誤検出の分類と第15
図の誤検出センサの判別とから、どのセンサがどう誤検
出したかが認識できる。

〈第４実施例〉 前記第３実施例に示したような方法で、誤検出の疑い
がある２つのセンサから真に誤検出した一つのセンサを
特定することが可能となるが、２つのセンサのみで指示
点のx,y座標を求めるという作業がはいるため、もとも
との絶対座標の精度をだすt_pの精度の安定性が重要な必
要条件となる。

前述したようにt_pの精度のあいまいさは２つのセンサ
のみで指示点のx,y座標を求める際に、計算上大きな誤
差を生んでしまう。その結果、t_pの精度があまりよくな
い場合には、第３実施例で真に誤検出したセンサを正し
く判別できずに、誤判定してしまうことも起き得る。そ
こで、より正確な判別を実現するために本実施例が考案
された。

前記第３実施例と同様な経過をたどり、センサS₀がｎ
値を＋１誤まつたかまたはセンサS₀がｎ値を−１誤まつ
たということまで分かつたとする。その時、n₂を得られ
た値よりも＋１にした状態を考えると、第16図，第17図
及び第18図，第19図に示すような２つの状態のどちらか
になつていることになる。つまり、n₂を＋１したことに
よつて全センサが正常値に戻つたのか、それともセンサ
S₀とセンサS₂の２つ共がｎ値を＋１誤まつてしまつたか
の２つの状態である。

そこで次に、この２のうちのどちらの状態になつてい
るのかを判別する。

第16図に示すようにx₀₂座標とx₁₃座標、それに垂直な
y₀₂座標とy₁₃座標とを考える。４つのセンサがひし形状
に配置されている場合には、x₀₂軸とx₁₃軸とは平行であ
り、その間の距離は一定（＝L₂）である。

したがつて、指示点の位置がx₀₂軸とx₁₃軸との間にあ
る場合には、指示点のy₀₂座標値とy₁₃座標値には次のよ
うな関係が成立する。

y₀₂＋y₁₃＝L₂ また、x₁₃軸よりも外側の場合は y₀₂−y₁₃＝L₂ また、x₀₂軸よりも外側の場合は −y₀₂＋y₁₃＝L₂ のようになる。

したがつて、指示点がこれら３つのうちどこにあるの
かを判別し、それに応じてy₀₂，y₁₃，L₂の関係式が満た
されているのかどうかを調べ、満たされていない場合に
は誤検出していないセンサのｎ値を変更してしまつたと
判断し、もう一方のセンサが誤検出をしたと判別でき
る。また、満たされた場合にはｎ値を変更したセンサが
誤検出していたと判別できる。

本実施例においては、疑われているどちらか一方のセ
ンサのｎ値を変更することによつて、判別すべき２つの
状態の現象差を故意に広げることになり、判別の信頼性
を向上させる効果がある。

第20図に本実施例の処理手順のフローチヤートを示
す。

まず、ステツプS201でn₂を＋１する。ステツプS202,S
203,S204で上記それぞれの領域での等式を満足するか否
かを判別し、等式を満足すればステツプS206に進んで、
センサS₂の−１誤検出とする。どの等式も満足しなけれ
ばステツプS205に進んでセンサS₀の＋１誤検出とする。
しかし、ステツプS205に進む場合に一概にセンサS₀の＋
１誤検出とは決まらない場合もあるので、n₀を−１とし
て同様の判別をし、全ての等式を満足しない場合は誤検
出センサの判定は不能とすれば良い。

すなわち、３つの領域を判別できる分解能によつて
は、それぞれの境界に判別不能域を設ける必要があり、
同図においてy₀₂＋y₁₃≒L₂と記されているが、実際にy
₀₂＋y₁₃の値をどの範囲で≒L₂と認定するかによつて、
この判別不能域の大きさは変化する。

〈第５実施例〉 本実施例では前記第２実施例のような方法、もしくは
他のなんらかの方法で、誤検出をおこした可能性のある
センサが３つ選ばれら場合に、３つのうち向かい合う２
つのセンサのうちどちらかの誤検出か、他の一つのセン
サの誤検出かを判別する方法を説明する。

例として、センサS₀，S₂，S₃のうちどれがが誤検出セ
ンサであるという場合を考えてみる。センサ配置として
は第２実施例と同様なものを考える。この時にセンサ
S₀，S₂の垂直二等分線l₁とセンサS₀，S₃の垂直２等分線
l₂の交点近辺のある一点P₄が指示されたとし、|x（５）
−ｘ（６）｜の値とペン・センサ間の距離との関係から
誤検出センサを特定しようとすると、r₀＝r₂＝r₃である
ためどうしてもセンサS₀，S₂，S₃の内どれが本当の誤検
出センサなのかの区別がつかない。

しかし、３つのうちのどれか一つのセンサ（本例では
センサS₂）のｎ値を|x（５）−ｘ（６）｜の値が減少す
るような方に＋１または−１する。たとえば、センサS₂
のｎ値（n₂）を|x（５）−ｘ（６）｜が減少するよう修
正するとすると、n₂を＋１すると|x（５）−ｘ（６）｜
が減少する場合と、n₂を−１すると|x（５）−ｘ（６）
｜減少する場合の２種類に分類できる。

そのときの２つの分類は次のようである。

n₂←n₂＋１した方が|x（５）−ｘ（６）｜が減少する
場合 センサS₂が−１誤まり、または センサS₀が＋１誤まり、または センサS₃が−１誤まり n₂←n₂−１した方|x（５）−ｘ（６）｜が減少する場
合 センサS₂が＋１誤まり、または センサS₀が−１誤まり、または センサS₃が＋１誤まり そこで今、後者が選ばれた場合について考える。この
時の３つの場合を第21図〜第23図に示す。n₂の値を−１
した状態を考えると、第24図（ａ）〜（ｃ）のどれかに
なつている。

第４実施例と同様にx₀₂座標，x₁₃座標それに垂直なy
₀₂座標，y₁₃座標を考える。今考えている指示点領域はx
₀₂軸とx₁₃軸の間にあるので、指示点y₀₂座標値とy₁₃座
標値の間には次のような関係がある。

y₀₂＋y₁₃＝L₂（一定） … 第24図（ａ）の場合は当然この関係が満たされる。ま
た第24図（ｃ）の場合も、センサS₃の＋１分とセンサS₂
の−１分が相補しあつて、この関係がある程度満たされ
る。しかし、第24図（ｂ）の場合は、センサS₂とセンサ
S₀両方の−１分のためにこの関係が満たされない。した
がつて、式の関係が満たされる場合はセンサS₂または
センサS₃の誤まりであると判別でき、満たさない場合は
センサS₀の誤まりであると判別することができる。尚、
前者が選ばれた場合もn₂の値を＋１とすることにより同
様の判別ができる。

以上のフローチヤートを第25図に示す。

まず、ステツプS251でn₂←n₂−１とした場合の座標値
の差の変化から、差が小さくなつた場合はステツプS252
に進んで、センサS₂の＋１誤りあるいはセンサS₀の−１
誤りあるいはセンサS₃の＋１誤りと判定する。一方、差
が大きくなつた場合はステツプS257に進んで、センサS₂
の−１誤りあるいはセンサS₀の＋１誤りあるいはセンサ
S₃の−１誤りと判定する。

ステツプS252の場合は、次にステツプS253でn₂←n₂−
１としてステツプS254でy₀₂＋y₁₃がL₂に近いか否かを判
断し、近い場合はステツプS255に進んでセンサS₂の＋１
誤りあるいはセンサS₃の＋１誤りの判別する。一方、y
₀₂＋y₁₃とL₂との違いが所定以上である場合はステツプS
256に進んで、センサS₀の−１誤りと判別する。ステツ
プS257の場合にはステツプS258でn₂←n₂＋１として、同
様にy₀₂＋y₁₃とL₂との近さからステツプS260あるいはS₂
61での判別を行う。

〈第６実施例〉 誤検出センサがある一つのセンサに確定された場合の
ｎ値の修正の方法を説明する。

誤検出センサのｎ値を＋１した|x（５）−ｘ（６）｜
と−１した|x（５）−ｘ（６）｜ともとのｎ値で計算し
た|x（５）−ｘ（６）｜を比較する。

|x（５）−ｘ（６）｜（ｎ＋１）＜|x（５）−ｘ（６）
｜（ｎ） の場合は誤検出センサはｎ値を−１誤まつたと判別で
き、 |x（５）−ｘ（６）｜（ｎ−１）＜|x（５）−ｘ（６）
｜（ｎ） の場合は誤検出センサはｎ値を＋１誤まつたと判別でき
る。

〈第７実施例〉 前述してきたような実施例により誤検出センサがある
場合にも、それを発見して修正することが可能になる。
但し、実用の装置の場合誤検出センサを誤判定してしま
うという危具がどうしてもつきまとう。そこで誤判定の
確率を十分小さくするために、そのような誤判定が起こ
りうるようなエリアでは誤検出センサの判別をあきら
め、他の方法で誤検出による影響を最小限に抑え込む方
策をたてる方が全体としては安定した座標精度が得られ
るようになる。

そのような手段として最も簡便なのが平均化である。
数種の方法によつて算出されたバラついたx,y座標値を
単純に相加平均する。突出値を除いて平均するなどの方
法が考えられる。また、誤センサの不確定さにあわせ、
それぞれに最適な平均化の方法がきまる場合もある。た
とえば、第13図のステツプS133のようにセンサS₀の＋１
とびかセンサS₂の−１とびであるということまで確定し
た場合、次のような２つの方法でｘ座標を求めそれを平
均することで誤検出の影響を半分にできる。

センサS₁，S₂でx₁₂座標を求め、センサS₁，S₃でx₁₃座
標を求め、一次変換により（x₁₂，x₁₃）をx,y座標に変
換する。

センサS₀，S₁でｘ座標を求める。

この場合かのどちらかが誤検出センサの影響を受
けずに算出したｘ座標であり、平均化により必ず真の値
からずれたｘ座標を算出してしまうことになる。ただ
し、その時の誤差分は誤検出センサを用いてｘ座標を計
算した場合の必ず半分になるため、突出した誤まりを回
避するには充分有効な手段である。

［発明の効果］ 本発明により、センサの誤検出や環境条の変動による
ゆらぎ等の影響を防ぎ、安定した座標情報が得られる超
音波座標入力装置を提供できる。

すなわち、複数の方法で座標値を算出し、その値のば
らつきの大きさによつて誤検出センサのあるなしを判別
し、判別結果に応じてその後の処理をすることによつ
て、誤まつた座標値をそのまま外部機器へ出力してしま
うことがなくなり、機器としての信頼性が向上する、誤
検出センサを特定し、それにしたがい最も影響を受けな
いような座標算出方法を適宜選択することにより、安定
した座標精度を実現することができる。とくに、ｎ値の
修正を実施することは、ペンや伝播体に対する機材的精
度の要求を大幅に下げることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の超音波座標入力装置の構成を示すブ
ロツク図、 第２図は３つのセンサを配置した場合のX,Y座標値の算
出方法を示す図、 第３図は誤検出センサ発生による座標値の移動を示す
図、 第４は本発明の第１実施例の手順を示すフローチヤー
ト、 第５図は２つのセンサうちどの誤りか判別が困難な場所
を示す図、 第６図は３つのセンサのうちどの誤りか判別が困難な場
所を示す図、 第７図は本発明の第２実施例の手順を示すフローチヤー
ト、 第８図はセンサS₂の＋１誤りの検出例を示す図、 第９図はセンサS₂の＋１誤り検出におけるセンサS₂の−
１修正例を示す図、 第10図はセンサS₀の−１誤り検出におけるセンサS₂の＋
１修正例を示す図、 第11図はセンサS₂の−１誤り検出におけるセンサS₂の＋
１修正例を示す図、 第12図はセンサS₀の＋１誤り検出におけるセンサS₂の＋
１修正例を示す図、 第13図は本発明の第３実施例の手順を示すフローチヤー
ト、 第14図は誤検出を含まないペアでの算出座標値と誤検出
を含むペアでの算出座標値を示す図、 第15図は本発明の第４実施例の手順を示すフローチヤー
ト、 第16図は＋誤検出センサを修正後の誤検出を含まないペ
アでの算出座標値を示す図、 第17図は−誤検出ペアでの算出座標値を示す図、 第18図は−誤検出センサ修正後の誤検出を含まないペア
での算出座標値を示す図、 第19図は＋誤検出ペアでの算出座標値を示す図、 第20図は本発明の第４実施例の手順を示すフローチヤー
ト、 第21図はセンサS₃が＋１誤りの場合の３つのセンサのう
ちどの誤りか判別が困難な場所を示す図、 第22図はセンサS₂が＋１誤りの場合の３つのセンサのう
ちどの誤りか判別が困難な場所を示す図、 第23図はセンサS₀が−１誤りの場合の３つのセンサのう
ちどの誤りか判別が困難な場所を示す図、 第24図（ａ）〜（ｃ）は３つのセンサのうちどの誤りか
判別が困難な場合のセンサS₂の−１修正後を示す図、 第25図は本発明の第５実施例の手順を示すフローチヤー
ト、 第26図は超音波座標入力装置の外観例を示す図、 第27図はペン駆動信号を示す図、 第28図はセンサの出力信号を示す図、 第29図は信号到達時間対ペン・センサ間距離の関係を示
す図、 第30図は信号処理系ブロツク構成図である。 図中、１…ペン、2,2a〜2c…センサ、３…伝播体、４…
防振材、５…前置増幅器、６…絶対値回路、７…ローパ
スフイルタ、8,9…微分回路、10…T_gコンパレータ、11
…T_p検出ゲート回路、12…T_pコンパレータ、13…T_g検出
ゲート回路、14,15…ANDゲート、20…センサ制御部、40
…ペン制御部、100…CPU,101…ROM,101a…誤動作検出プ
ログラム、102…RAM,102a…定数記憶部、102b…座標記
憶部、103…出力部である。

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波の伝播を利用して指示点の座標を入
   力する座標入力装置であつて、 指示点の座標値を複数の方法により計算する計算手段
   と、 前記計算結果のばらつきに基づいて、超音波信号の誤検
   出センサの存在を認識する認識手段とを備えることを特
   徴とする超音波座標入力装置。
2. 【請求項２】前記認識手段は、前記計算結果のバラツキ
   が所定しきい値以上になつた場合に、超音波信号の誤検
   出センサが存在すると判定することを特徴とする請求項
   第１項記載の超音波座標入力装置。
3. 【請求項３】前記計算手段は、群速度と位相速度とが異
   なる横波超音波を信号として用い、群到達時間でペン・
   センサ間の距離が波長の何倍かという大まかな距離計算
   をおこなう第１の距離計算手段と、位相到達時間によつ
   てさらに精度を上げる第２の距離計算手段とを備え、 前記認識手段は、前記距離が波長の何倍であるかという
   項の計算誤まりの発生を認識することを特徴とする請求
   項第１項又は第２項記載の超音波座標入力装置。
4. 【請求項４】更に、前記指示点座標値の計算結果のばら
   つきの量に基づいて、誤検出をおこしたセンサを特定す
   る誤検出センサ特定手段を備えることを特徴とする請求
   項第１項記載の超音波座標入力装置。
5. 【請求項５】更に、前記指示点座標値の計算結果のばら
   つき量及び所定のセンサを誤検出と仮定して波長の整数
   倍プラス又はマイナスした場合の前記指示点座標値のば
   らつき量に基づいて、誤検出をおこしたセンサ及び誤り
   量を特定する誤検出センサ特定手段を備える特徴とする
   請求項第１項記載の超音波座標入力装置。
6. 【請求項６】誤検出を起こした可能性のあるセンサとし
   て２つのセンサが選別された場合、前記２つのセンサ以
   外の誤検出を起こしていない２つ以上のセンサで座標計
   算を行なつた結果と、誤検出を起こした可能性のある前
   記２つのセンサのうちの１つと誤検出を起こしていない
   １つ以上のセンサの組み合わせで座標計算を行つた結果
   との比較を誤検出を起こした可能性のある前記２つのセ
   ンサでそれぞれ行ない、誤検出を起こしていないセンサ
   のみで行なつた座標計算値に遠い方が誤検出センサを含
   むと判断して、誤検出センサを特定することを特徴とす
   る請求項第４項記載の超音波座標入力装置。
7. 【請求項７】誤検出を起こした可能性のある前記２つの
   センサのうち、どちらか一方を座標計算の方法の違いに
   よる座標値のバラツキが縮小するように波長の整数倍値
   を＋１または−１し、その結果、誤検出を起こしていな
   い２つ以上のセンサより計算した座標値と誤検出を起こ
   した可能性のある前記２つのセンサより計算した座標値
   を比較し、その差がある一定以上ある場合は整数値を直
   していない方が、また一定以下の場合には整数値を直し
   た方のセンサが誤検出を起こしたと判断することを特徴
   とする請求項第５項記載の超音波座標入力装置。
8. 【請求項８】少なくともｙ座標算出用に２個とｘ座標算
   出用に２個の計４個のセンサを、それぞれを結ぶ直線が
   有効エリアの中心で十字を描くように、ｙ座標算出用の
   ２個のセンサの間の距離とｘ座標算出用の２個のセンサ
   の間の距離とをある一定以上異ならせ、且つ有効エリア
   中でこれら４つのセンサからともある一定距離範囲内に
   あるというエリアを作らないように設置することを特徴
   とする請求項第１項記載の超音波座標入力装置。
9. 【請求項９】誤検出を起こした可能性のある３つのセン
   サのうち、どれか１つを座標計算の方法の違いによる座
   標値のバラツキが縮小するように波長の整数倍値を＋１
   または−１し、その結果誤検出をしていない１つのセン
   サとそのセンサの座標軸（ｘ軸もしくはｙ軸）上にない
   他の１つのセンサの２つから求めた座標値と、それら以
   外の２つのセンサから求めた座標値とを比較し、その差
   の大きさにより３つのセンサのうちの向かい０ある２つ
   のセンサのうちのどちらかの誤検出か、他の１つのセン
   サの誤検出かを判別することを特徴とする請求項第５項
   記載の超音波座標入力装置。
10. 【請求項１０】更に、前記特定された誤りセンサの誤り
    量に基づいて、座標計算の方法の違いによる座標値のバ
    ラツキが縮小するように座標値を補正する座標値補正手
    段を備えることを特徴とする請求項第４項又は第５項記
    載の超音波座標入力装置。
11. 【請求項１１】更に、複数の方法で計算された座標値を
    平均化して指示点座標値とする平均化手段を備えること
    を特徴とする請求項第１項又は第４項又は第５項記載の
    超音波座標入力装置。