JP3151748B2 - 座標入力装置および座標入力方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は座標入力装置、特に振動ペンから入力された
振動を振動伝達板に設けられた振動センサにより検出し
て前記振動ペンの振動伝達板上での座標を検出する座標
入力装置および座標入力方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、座標入力装置は特願昭61−149742号などに記載
されているように、第17図に示すような構成の装置が知
られている。第17図の座標入力装置は、伝達板78からな
る入力タブレットに振動ペン73によって座標入力を行な
い、入力された座標情報をこの座標入力装置が接続され
ているパーソナルコンピュータなどの情報処理装置に出
力するものである。

振動ペン73は振動波を伝える伝達板78中に振動波を発
生させるためのペンで、振動子74、ホーン75およびその
支持体から構成される。また72はペンの駆動回路、76は
伝達板78中を伝わってくる振動波を検出するための振動
センサ、77は伝達板78の端面での反射を防止するための
防振材である。

高精度な距離検出を行なうために、位相速度Vpに基づ
いた伝達時間Tpを計測し、距離ｒを算出する場合、指示
点から振動センサ76までの距離ｒは ｒ＝ｎ・λ＋Vp・Tp …（30） となる。ここでλは振動波の波長で、ｎは整数である。
また式（30）のｎは ｎ＝int〔（VgTg−VpTp）／λ＋0.5〕 …（31） で、求められる。こでVgは群速度でTgは群速度に基づい
た伝達時間である。

Vg、Vpは伝播材に用いる物質に固有な定数であるの
で、距離ｒを知るためには振動の群および位相に関する
伝達時間Tg、Tpを計測すればよい。振動波検出回路1,2,
3、83〜85、ラツチ回路1,2,3、86〜88、および計時カウ
ンタ79は、この伝達時間Tg、Tpを計測するための回路で
ある。

上記構成において、制御装置71は振動ペン73を駆動す
ると同時に、計時カウンタ79を０からスタートさせる。

振動ペン73で発生した振動波は群速度Vgおよび位相速
度Vpに基づいた伝達時間Tg、Tpを経て振動センサ76に到
達する。振動センサ76によって振動波は、電気信号に変
換され、前置増幅回路1,2,3（80〜83）を経て振動波検
出回路1,2,3（83〜85）に至る。

振動波検出回路は群速度および位相速度に基づいた振
動波形上のポイントを検出し、Tg検出信号およびTp検出
信号を、ラッチ回路1,2,3（86〜88）へ出力する。

ラッチ回路1,2,3（86〜88）はこのTg検出信号およびT
p検出信号をトリガとして計時カウンタ（79）のカウン
ト値を読み込む。

制御装置71は、このようにして計測した伝達時間Tg、
Tpから式（30）、（31）に基づいてそれぞれの振動セン
サ76からペンの指示点までの距離を算出し、その幾何学
的計算を行なって座標値を得る。

この時式（30）からも明らかなように、距離ｒの検出
に用いる定数は波長λ（＝VpT）と位相速度Vpである。
この定数は検出された振動波の周波数ｆ（＝1/周期Ｔ）
および位相速度Vpを基に決定されている。

また、伝達速度Tpの検出ポイントのペンの入力状態の
変化によって生じる振動波のレベル変動により、波長単
位で移動する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来例において高精度な座標を得
るためには、式（30）における波長λ、速度Vpを正確に
求めることが必要となるのはいうまでもない。

一般に、伝播体（振動伝達板78）中を伝わる板波の速
度Vpは板状の周波数に依存していることが知られてい
る。板状を発生させるための振動入力ペン73は入力ペン
中のたとえば圧電素子などからなる振動子74に高周波電
圧を印加して機械的エネルギーを得、ホーンなどの部材
を通して、伝播体に板波を発生させる。

印加した電圧の駆動周波数に対して伝播体に入力され
る波の応答周波数は圧電素子の機械的特性（たとえば共
振特性）のバラツキ又はホーンなどの部材の機械的特性
のバラツキによって、振動入力ペン一本一本で異なる。

したがって、高精度な座標入力装置を実現するために
は入力ペン一本一本について、その特性を把握する必要
がある。

また、定数Vp,λは板波の周波数に依存しているの
で、圧電素子を駆動するパルスの周波数にも依存するこ
とになる。

また、実使用時において入力ペンは入力面である伝達
板との接触、摺動により、経時的に入力ペンのペン先で
あるホーン部材は摩耗していく。

したがって、摩耗量とともに、ホーン部材の機械的特
性が変化していく。その結果摩耗量とともに、ペン先で
出力される周波数が変化し、結果として、設定された定
数Vg、λが変化し、精度が低下するという欠点を有す
る。

また、上記従来例において、圧電素子を駆動する駆動
周波数に対するペン先での応答は単一スペクトルとはな
らず、種々の周波数成分を含む。したがって伝達板上を
伝わってセンサで出力される信号波形はそれら種々の周
波数成分を含んでいる。

したがって、検出信号波形の位相の周期は一定とはな
らない。位相速度Vpに基づいた位相遅延時間tpの検出ポ
イントはペンの入力状態の変化によって生じる検出信号
波形のレベル差によって変化する。

つまり、第10図において、ある状態でのTpの検出ポイ
ントが遅延時間Tp2の場所だけと仮定する。この時計算
される距離10は、式（30）より 10＝n0λ＋VpTp2 なお、式（31）より n0＝int〔（VgTg0−VpTp2）／λ＋0.5〕 入力ペンの距離は一定のままで、たとえば入力ペンの
筆圧が変化し、検出波形のレベルが変化してTpの検出ポ
イントが遅延時間Tp3の場所に変化したとする。この時
計算される距離10′は式（31）より、 ｎ′＝int〔（VgTg0−VpTp3）／λ＋0.5〕 ＝int〔（VgTg0−VpTp2）／λ−（VgT2）／λ＋0.5〕 ＝n0−１ （∴λ≒VpT2） そして、式30より 10′＝ｎ′λ＋VpT3 ＝（n0−１）λ＋Vp（Tp2＋T2） ＝n0λ＋VpTp2＋VpT2−λ ＝10＋（VpT2−λ） ここで、前述の問題によりT1,T2,T3,T4…Tnは一定と
はならない。したがって、同一ポイントを指示してもTp
の検出ポイントがずれた時Tnのバラツキにより（VpT2＝
λとならない）計算される結果が異なってくるとうい欠
点がある。

本発明の課題は、以上の諸問題を解決し、製造が簡単
かつ安価であり、また入力精度の高い座標入力装置およ
び座標入力方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 以上の課題を解決するために、本発明においては、振
動ペンから入力された振動を板状の振動伝達板に設けら
れた振動センサにより検出して前記振動ペンの振動伝達
板上での座標を検出する座標入力装置および座標入力方
法において、 前記振動ペンから、単一周波数成分により駆動される
振動子の振動を前記振動伝達板に入力し、 前記振動センサにより前記振動伝達板を伝達する板波
を検出し、 フィルタ手段により前記振動センサの出力から所定の
周波数成分のみを通過させ、 前記フィルタ手段の中心周波数を前記振動センサ出力
信号のスペクトラムの主ピーク周波数と同一とし、また
前記フィルタ手段の通過帯域幅を前記振動センサ出力信
号のスペクトラムの主ピークの両側に生じるサブピーク
のうち、スペクトラムの主ピーク周波数との差が小さい
側のサブピーク周波数と主ピーク周波数の差のほぼ２倍
あるいは、２倍以下に設定し、 前記フィルタ手段の出力を振動検出信号として用い、
座標演算を行なう構成を採用した。

［作 用］ 以上の構成によれば、バンドパスフィルタの中心周波
数を振動センサの振動検出信号パワースペクトラムのピ
ーク値周波数と一致させ、バンド幅を前記ピークの両側
に生じるサブピークと前記ピークの周波数差が小さい側
の周波数差の２倍に設定することで、板波として振動伝
達板上を伝達してから、振動センサで検出される振動波
の周波数が単一化され、この結果、定数と実際の挙動に
差がなくなり、座標検出精度が向上するとともに、たと
えば、ペンとセンサの距離が変化したり、振動ペンの各
部の製造誤差や経時的な変化によりバラツキが生じてい
たり、同一ポイントにおける入力状態が変化して位相検
出ポイントの位置が変化したとしても安定した座標値が
得られる。

［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、本実施例の座標入力装置の構成を示すブロ
ック図である。

図において、符号８は座標入力用タブレットを形成し
ている伝達板で、振動ペン４で押圧することにより座標
位置が指示される。この振動ペン４は弾性波を伝える伝
達板８中に弾性波を発生させるための振動ペンで振動子
４、ホーン６およびその支持体から構成される。

符号２はCPU1の指示により、ペン駆動信号を発生する
駆動信号発生回路で、同回路が出力したペン駆動信号
は、増幅器AMP3で増幅され、振動ペン４の振動子５に印
加される。電気的な駆動信号は振動子によって機械的な
超音波振動に変換され、ホーン６を介して伝達板８に伝
達される。

符号７は伝達板８中を伝わってきた弾性波を、検出す
るための振動センサで９は伝達板８端面での反射を防止
するための防振材である。

振動センサ７で検出された振動波形は増幅器ＡΜPa,
b,c（10、11、12）で各々増幅され、バンドパスフィル
タa,b,c（51、52、53）を介してTg検出回路a,b,c（13,1
5,17）およびTp検出回路a,b,c（14,16,18）に入力され
る。

バンドパスフィルタa,b,c（51、52、53）の機能につ
いては、後に詳述する。

Tg検出回路a,b,c（13,15,17）は群速度に基づいた振
動波形の検出ポイントを検出しTg検出信号を発生する。

一方、Tp検出回路a,b,cは位相速度に基づいた振動波
形の検出ポイントを２ポイント検出し、Tp検出信号およ
びTp′検出信号を発生する。この２つの検出ポイント
は、１波長分の時間差を有している。

ラッチa1〜a3,b1〜b3,c1〜c3（20〜28）は、駆動信号
発生と同期してカウントを開始する計数回路のカウント
値を、前記Tg検出信号およびTp検出信号をトリガとして
群速度に基づいた伝達時間Tgと位相速度に基づいた伝達
時間Tpを読み込む。

CPU1は、前記TgおよびTpを基本に、振動ペン４の指示
点から振動センサ７までの距離ｒを算出し、その後、幾
何学的計算を行なうことによって、指示点の座標値を得
る。距離ｒおよび座標値の算出に関しては後述する。

第２図はTp検出回路の構成を示すブロック図、第３図
は第２図の各部の信号波形を示す波形図である。図にお
いて、符号33は振動センサ７の検出した振動波信号のS4
のゼロクロス点を検出するためのコンパレータで、31は
前記ゼロクロス点として検出される伝達時間Tpの、検出
開始を指示するTpウィンドウ信号S6を発生させるための
コンパレータである。

符号32は、後述するTg検出回路から供給される振動波
信号を絶対値変換した絶対値信号S5がコンパレータレベ
ルVwpを超えた時点でコンパレータCMP1（31）が出力す
る信号をトリガにして立ち上るTpウィンドウ信号S6を出
力するフリップフロップ回路である。

符号34はTpウィンドウ信号S6とゼロクロス検出信号S7
の論理和である信号S8を基に、Tpウィンドウ信号が立ち
上った以後の最初の立ち下りゼロクロス点であるTp検出
信号S9を出力するフリップフロップ回路である。

符号35はTp検出信号S9とゼロクロス検出信号S7の論理
和である信号S10を基に、Tp検出信号S9からの一波長後
の立ち下りゼロクロス点であるTp′検出信号S11を出力
するフリップフロップ回路である。

符号36はペン駆動信号S2の発生と同期したカウンタリ
セット信号Ｓを出力するフリップフロップ回路である。

符号37はカウンタリセット信号S3がローレベルになる
と、カウント値を“0"にし、同信号の立ち上りに同期し
てカウントを開始するカウンタである。ラッチa2,a3（2
1,22）はTg検出信号S9とTp′検出信号S11をトリガとし
て、位相速度に基づいた伝達時間TpおよびTp′をカウン
タ37から読み込み、その値をCPUへ送る。

第４図はTg検出回路の構成を示すブロック図、第５図
は第４図の各部の信号波形を示す波形図である。

図において、符号41は振動波信号S4を絶対値変換する
絶対値回路で、符号42は絶対値信号S5のエンベロープS1
2を抽出するローパスフィルタである。

符号43は、エンベロープS12を微分し、微分信号S13を
出力する微分回路で、46はエンベロープS12のピークに
相当する微分信号S14のゼロクロス点を検出するコンパ
レータである。

符号44はエンベロープS12がコンパレートレベルVwgを
越えたのを検出するコンパレータで、45は前記検出に同
期して、立ち上るTgウィンドウ信号S14を出力するフリ
ップフロップである。

次に、コンパレータCMP4（46）の出力信号とTgウィン
ドウ信号の論理和をとることにより、エンベロープ信号
S12のピークに相当する微分信号S13のゼロクロス点を抽
出した信号S15を得る。

符号47はS15を基に前記ゼロクロス点検出に同期して
立ち上るTg検出信号S16を出力するフリップフロップで
ある。ラッチa1はTg検出信号をトリガとして、群速度に
基づいた伝達時間Tgをカウンタから読み込み、その値を
CPUへ送る。

以下、CPUで行なう演算処理につき説明する。

第６図は伝達時間Tg、Tpと振動ペンから振動センサま
での距離ｒとの関係を示している。

図において、既知の基準点r0における群速度に基づい
た伝達時間をTg0、位相速度に基づいた伝達時間をTp0と
すれば、下記の関係式が得られる。

r0＝Vg（Tg0−ΔTg） …（１） r0＝n0λ＋Vp（Tp0−ΔTp） …（２） ただし、Vg:群速度 Δtg:Tg検出系における検出遅延時間 Vp:位相速度 λ：波長（λ＝Vp/f） f:周波数 n0:Tg検出ポイントにおける群先頭からの波長数 また、任意の点ｒにおける伝達時間をそれぞれTg、Tp
とすれば、下記の関係式が得られる。

ｒ＝Vg（Tg−ΔTg） …（３） ｒ＝ｎλ＋Vp（Tp−ΔTp） …（４） ここで式（３）−（１）より下記の関係式が得られ
る。

ｒ＝r0＋Vg（Tg−Tg0） …（５） 式（５）においてVgは、伝達板に用いる物質に固有な
定数であり、またr0,Tg0は既知の値である。よってTgを
計測すればｒを算出することができる。しかし、Tgを計
測するには、エンベロープの波形上の一定点を検出する
必要があり、高精度の計測は困難である。

一方、式（２）−（１）および式（４）−（３）より
下記の関係式が得られる。

n0＝｛Vg（Tg0−ΔTg）−Vp（Tp0−ΔTp）｝／λ …（６） ｎ＝｛Vg（Tg−ΔTg）−Vp（Tp−ΔTp）｝／λ…（７） さらに、式（７）−（６）より下記の関係式が得られ
る。

ｎ−n0＝｛Vg（Tg−Tg0）−Vp（Tp−Tp0）｝／λ …（８） また式（４）−（２）より下記の関係式が得られる。

ｒ＝r0＋（ｎ−n0）λ＋Vp（Tp−Tp0） …（９） 式（８）、（９）において、Vg、Vpは伝達板に用いる
物質に固有な定数であり、また、λ＝Vp/fであり、ｆ＝
1/T（f:周波数、T:周期）は計測できる。よって、Tg、T
pを計測すれば、式（８）（９）より距離ｒを検出でき
る。この場合Tgに誤差が含まれていても、 ｎ−n0＝int〔｛Vg（Tg−Tg0）−Vp（Tp−Tp0）｝／＋0.5〕 …（10） によりｎ−n0を求めることができる。さらに、式（10）
で求めたｎ−n0の値を（９）式に代入することにより、
距離ｒを算出することができる。式（９）では、高精度
の計測が可能なTpを基に距離ｒを算出しているので、式
（５）の場合さらに精度の高い距離値ｒを求めることが
できる。

ここで、振動検出により得られた距離情報から、座標
情報を得る方法を示しておく。第８図のように、振動伝
達板８の各部に３の振動センサ７をS1からS3の位置に配
置する場合、振動ペン４の位置Ｐから各々の振動センサ
７の位置までの直線距離r1〜r3を求めることができる。
さらに、CPU1で、この直線距離r1〜r3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＋（r1＋r2）（r1−r2）/2X …（11） ｙ＝Y/2＋（r1＋r3）（r1−r3）/2Y …（12） ここで、x,yはS1,S3の位置の振動センサ７と原点（位
置S1）のセンサのＸ、Ｙ軸に沿った距離である。

さらに、本発明の特徴的な構成につき説明する。

第９図は、振動波信号のレベル変動とTp検出ポイント
の移動を示した説明図である。図において、振動波信号
Sa,Sbを絶対値変換した絶対値信号|Sa|、|Sb|がTpウィ
ンドウ信号用のコンパレートレベルVwpを越えた時に立
ち上るTpウィンドウ信号はレベルの差により、Δtwの時
間差を有するTwpa,Twpbとなる。このTpウィンドウ信号
の差異により、Tp検出信号は、１波長の時間差を有する
Tpa,Tpbとなる。

第10図はTp検出ポイントと伝達時間Tpの関係を示して
いる。

第10図から明らかなように、Tp検出ポイントがP1→P2
→P3→P4→P5→P6と移動すると、伝達時間はTp1→Tp2→
Tp3→Tp4→Tp5→Tp6に変化する。実際のペン入力時に
は、入力状態の変化により振動波信号のレベルが変化
し、Tp検出ポイントの移動が生じる。

第11図は、伝達時間Tpと検出距離ｒの関係を示してい
る。第11図で既知の入力ポイントr0における伝達時間を
Tp0とすると、伝達時間Tp6の場合に求められる距離ｒは
式（９）により、 r1＝r0＋｛（n0＋３）−n0｝λ＋Vp（Tp1＋Tp0） ＝r0＋３λ＋Vp（Tp1−Tp0） …（13） r2＝r0＋｛（n0＋２）−n0｝λ＋Vp（Tp2＋Tp0） ＝r0＋２λ＋Vp（Tp1＋T1）−Tp0｝ ＝r0＋２λ＋VpT1＋Vp（Tp1−Tp0） …（14） r3＝r0＋｛（n0＋１）−n0｝λ＋Vp（Tp3−Tp0） ＝r0＋λ＋Vp｛（Tp1＋T1＋T2）−Tp0｝ ＝r0＋λ＋Vp2（T1＋T2）＋Vp（Tp1−Tp0） …（15） r4＝r0＋（n0−n0）λ＋Vp（Tp4−Tp0） ＝r0＋Vp｛（Tp1＋T1＋T2＋T3）−Tp0｝ ＝r0＋Vp（T1＋T2＋T3）＋Vp（Tp1−Tp0） …（16） r5＝r0＋｛（ｎ−１）−n0｝λ＋Vp（Tp5−Tp0） ＝r0−λ＋Vp｛（Tp1＋T1＋T2＋T3＋T4）−Tp0｝ ＝r0−λ＋Vp（T1＋T2＋T3）＋Vp（Tp1−Tp0） …（17） r6＝r0＋｛（ｎ−２）−n0）｝λ＋Vp｛（（（Tp2−Tp0）｝ ＝r0−２λ＋Vp｛（T1＋T2＋T3＋T4＋T5）−Tp0｝ ＝r0−２λ＋Vp（T1＋T2＋T3＋T4＋T5）＋Vp（Tp1−Tp0） …（18） 式（13）〜（18）で波長λは位相速度Vgと周期Ｔの積
である。よってT1＝T2＝T3＝T4＝T5＝Ｔであれば、r1＝
r2＝r3＝r4＝r5＝r6となる。ところが実際には、T1＝T2
＝T3＝T4＝T5＝Ｔとならない。

つまり、圧電素子を駆動する駆動周波数に対するペン
先での応答は単一スペクトルとはならず、種々の周波数
成分を含む。したがって、伝達板上を伝わって来る振動
がセンサで出力された時その検出信号波形は種々の周波
数の波の合成波として出力されその合成波の位相の周期
は一定とはならず、ゼロクロスでの周期を計測した場
合、検出信号波形のどの部分で計測したかにより値が異
なる。

第12図は、振動波のパワースペクトラムを示した説明
図である。図に示したように、振動波のパワースペクト
ルは、振動ペンを駆動しているパルス周波数近傍の値と
なるピークSp2以外にSp1、Sp3のようなピークを持つ。

本発明では、後述するバンドパスフィルタを付加する
ことで、ピークSp1,Sp3のレベルを減衰させ、パワース
ペクトラムのピークが単一になるようにしている。

第13図はバンドパスフィルタａ〜ｃの特性を示した説
明図である。

バンドパスフィルタの中心周波数f0は第12図のピーク
Sp2の周波数fp2と一致させている。

これは、振動波の中のfp2の周波数成分のS/Nがよい状
態で、安定したバラツキのないｆ（前述した２式のλ＝
Vp/fのｆ）を検出するためである。

また、バンド幅Ｂは、第12図のピークSp1、Sp2の周波
数差Δf1＝fp3−fp1とピークSp2、Sp3の周波数差Δf1＝
fp3−fp1のうち周波数差の小さい方の値の２倍としてい
る。

これにより、振動波のパワースペクトラムがペンの製
造誤差などでバラツイたとしても、スペクトラムを均一
化できる。また前述したようにパワースペクトラムのピ
ークが単一になるようにしてもしているのである。つま
り、これは振動波の波形（第３図S4）がAM変調を受けた
ような波形であるため以上のようなバンドパスフィルタ
を用いることで安定した周波数ｆが得られる効果があ
る。

たとえば Δf1＞Δf2であれば f0＝fp2 …（19） Ｂ≦２Δf2＝２（fp3−fp2） …（20） となる。逆にΔf1＜Δf2であれば、 f0＝fp2 …（19′） Ｂ≦２Δf1＝２（fp2−fp1） …（20′） となる。

第14図はバンドパスフィルタ通過後の振動波のパワー
スペクトラムを示した説明図である。上記のようなバン
ドパスフィルタを付加したことによって、ピークSp1、S
p3はSp′１、Sp′３まで減衰する。

また、上記のようなバンドパスフィルタを付加したこ
とによって、第10、11図で示したT1〜Tsは均一化され
る。

第15図は振動波の波形の実測結果を示している。図に
おいて、上段はバンドパスフィルタを付加しない場合の
振動波で、下段はバンドパスフィルタを付加した場合の
振動波形を示している。図示のように、バンドパスフィ
ルタを付加した場合（下段）、T1〜T5のバラツキは、バ
ンドパスフィルタを付加しない場合（上段）に比べて十
分に縮少している。

第16図（Ａ），（Ｂ）は、検出した距離と実測した距
離の差を示している。第16図（Ａ）はバンドパスフィル
タを付加しない場合、第16図（Ｂ）はバンドパスフィル
タを付加した場合を示している。また、第16図（Ａ），
（Ｂ）において、横軸は距離の実測値で縦軸は、検出し
た距離と実測した距離の差である検出誤差を示してい
る。同図では、第15図のP1〜P6で検出した場合の距離と
検出誤差の関係を重ね書きしてある。

第16図（Ａ），（Ｂ）から明らかなように、バンドパ
スフィルタを付加しない場合（第16図（Ａ））は、第15
図のT1〜T5のバラツキが大きいために検出誤差が大き
く、バンドパスフィルタを付加した場合（第16図
（Ｂ））は、T1〜T5のバラツキが縮少し、検出誤差も小
さくなっている。

これは、バンドパスフィルタを付加したことによっ
て、第10、11図で示したT1〜T5が均一化され、 T1≒T2≒T3≒T4≒T5≒T6 …（21） となり結果として、 r1≒r2≒r3≒r4≒r5≒r6 …（22） となったことを示している。これは、第11図においてT1
〜T5≒Ｔとなった場合に直線（n0−２）〜（n0＋２）が
等間隔の平行線になることからも明らかである。

また、式（21）のような関係が成立っていても、算出
に用いるλ＝VpTと実際のλＲ＝VpRT_Rに差異があると下
記のような検出誤差を生じる。

Δｒ＝（ｎ−n0）（λ−λＲ）＋（Vp−vpR）（Tp−Tp0） …（23） よって、距離ｒの検出精度を上げるためには、正確な位
相周期Ｔと位相速度Vpを求め、その値を算出に用いなけ
ればならない。

第１図、第２図に示したTp検出回路では、１波長の時
間差を有する伝達時間Tp〜Tp′を検出することができ
る。本発明では、バンドパスフィルタを付加したこと
で、式（21）の関係が成立っているので、第６図に示し
た一ケ所の周期Ｔ Ｔ＝Tp−Tp′＝1/f …（24） を計測すれば十分であり、この周期Ｔを使用することが
できる。

また、第７図の周波数ｆと位相速度Vpの関係図に示し
たように、位相速度Vpは周波数ｆと伝達板の板厚ｄの関
係Vp＝Ｆ（ｆ・ｄ）として求められる。よって、既知の
板厚ｄの伝達板におけるVpは式（24）の周期Ｔを計測す
れば、求めることができる。上記方法で求めたVpおよび
λ＝VpTを式（９）の定数として用いることにより、距
離ｒの検出精度を高くすることができる。

座標値の演算についてはすでに（11）、（12）式で示
した演算を行なう。

以上説明したよう本実施例によれば、導波信号の周期
Ｔをバンドパスフィルタで均一化し、更に、均一化され
た周期Ｔを計測し、Vp、λを求めることで、振動ペン４
の位置座標の検出精度を高くすることができる。

更に、本実施例では、バンドパスフィルタの中心周波
数を振動センサと出力信号のパワースペクトラムのピー
ク周波数と一致させ、更にそのバンド幅を同ピークの両
側に生じるサブピークのうち主ピークとの周波数差の小
さい側のサブピーク〜主ピークの周波数差のほぼ２倍あ
るいは２倍以下に設定することにより、振動検出に用い
る信号の周期をより均一化でき、上記効果をより高める
ことができる。

また、これは周波数スペクトラムにおいて、Tp・Tgを
検出するための信号の周波数成分の比率を高めているの
と同等である。

ここで、前記第12図の説明で示した様に振動波（Tp・
Tgを検出するための信号と同じ）のパワースペクトラム
は、振動ペンを駆動している信号の周波数近傍fp₂がメ
インのピークSp₂となっている。

従って、ペン駆動信号の周波数を電気バンドパスフィ
ルタの中心周波数と一致させることで、検出しようとし
ている信号の周波数成分の比率をより高めることができ
ていることは、言うまでもない。

又、一般的には、振動波のスペクトラムは第12図のよ
うなスペクトラムとなるが、特別な例として第18図のよ
うな極端なスペクトラムだったとしても、前述の説明と
同様にして、ペン駆動信号の周波数と前記バンドパスフ
ィルタの中心周波数を一致させることで前述の効果を得
ることは可能である。

本実施例では、Tg検出回路へもバンドパスフィルタを
介した振動波信号が入力されているが、Tg検出回路は、
バンドパスフィルタを介さなくてもよい。

また、周期Ｔを計測する手段を装置外部に設け、計測
したデータを基に、定数を決定してもよい。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、振動ペン
から入力された振動を板状の振動伝達板に設けられた振
動センサにより検出して前記振動ペンの振動伝達板上で
の座標を検出する座標入力装置および座標入力方法にお
いて、 前記振動ペンから、単一周波数成分により駆動される
振動子の振動を前記振動伝達板に入力し、 前記振動センサにより前記振動伝達板を伝達する板波
を検出し、 フィルタ手段により前記振動センサの出力から所定の
周波数成分のみを通過させ、 前記フィルタ手段の中心周波数を前記振動センサ出力
信号のスペクトラムの主ピーク周波数と同一とし、また
前記フィルタ手段の通過帯域幅を前記振動センサ出力信
号のスペクトラムの主ピークの両側に生じるサブピーク
のうち、スペクトラムの主ピーク周波数との差が小さい
側のサブピーク周波数と主ピーク周波数の差のほぼ２倍
あるいは、２倍以下に設定し、 前記フィルタ手段の出力を振動検出信号として用い、
座標演算を行なう構成を採用している。

すなわち、本発明によれば、バンドパスフィルタの中
心周波数を振動センサの振動検出信号パワースペクトラ
ムのピーク値周波数と一致させ、バンド幅を前記ピーク
の両側に生じるサブピークと前記ピークの周波数差が小
さい側の周波数差の２倍に設定することで、板波として
振動伝達板上を伝達してから、振動センサで検出される
振動波の周波数が単一化され、この結果、定数と実際の
挙動に差がなくなり、座標検出精度が向上するととも
に、たとえば、ペンとセンサの距離が変化したり、振動
ペンの各部の製造誤差や経時的な変化によりバラツキが
生じていたり、同一ポイントにおける入力状態が変化し
て位相検出ポイントの位置が変化したとしても安定した
座標値が得られる。

したがって、本発明によれば、振動ペンの各部の製造
誤差や経時的な変化によりバラツキや入力ペンとセンサ
間の距離によらず、常に定数である位相速度であらわさ
れる距離と、位相遅延時間の関係を正確に得ることがで
き、座標入力装置の精度を著しく向上できる。また同一
入力点における入力で、入力状態により位相検出ポイン
トがずれた場合にも計算される座標値は常に一定である
という優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は座標入力装置の構成を示すブロック図、第２図
はTp検出回路の構成を示すブロック図、第３図は第２図
の各部の信号波形を示す波形図、第４図はTg検出回路の
構成を示すブロック図、第５図は第４図の各部の信号波
形を示す波形図、第６図は伝達時間Tg、Tpと振動ペンか
ら振動センサまでの距離ｒとの関係を示した説明図、第
７図は周波数ｆと位相速度Tpの関係を示す説明図、第８
図は座標入力装置におけるセンサの配置を示した説明
図、第９図は振動波信号のレベル変動とTp検出ポイント
の移動を示した説明図、第10図はTp検出ポイントと伝達
時間Tpの関係を示した説明図、第11図は伝達時間Tpと検
出距離ｒの関係を示した説明図、第12図は振動波信号の
パワースペクトラムを示した説明図、第13図はバンドパ
スフィルタの特性を示した説明図、第14図はバンドパス
フィルタ通過後の振動波のパワースペクトラムを示した
説明図、第15図はバンドパスフィルタの有無に関する振
動波信号の波形を示した説明図、第16図（Ａ），（Ｂ）
は検出距離の実測距離の差を示した説明図、第17図は従
来の座標入力装置のブロック図、第18図は振動波パワー
スペクトラムの特別な例を示した説明図である。 １……CPU、４……振動ペン ５……振動子、６……ホーン ７……振動センサ、８……振動伝達板 10〜12……増幅器 13、15、17……Tg検出回路 14、16、18……Tp検出回路 20〜28……ラッチ S1……リセット信号 S2……ペン駆動信号 S3……クロックリセット信号 S4……振動波信号 S5……絶対値信号 S6……Tgウィンドウ信号 S7……ゼロクロス検出信号 S9……Tp検出信号 S11……Tp′検出信号 S12……エンベロープ S13……微分信号 S14……Tgウィンドウ信号 S16……Tg検出信号

フロントページの続き (72)発明者 田中 淳 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 (72)発明者 吉村 雄一郎 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 (72)発明者 柳澤 亮三 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 (72)発明者 谷石 信之介 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 (56)参考文献 特開 平２−150918（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 3/03 340

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】振動ペンから入力された振動を板状の振動
   伝達板に設けられた振動センサにより検出して前記振動
   ペンの振動伝達板上での座標を検出する座標入力装置に
   おいて、 単一周波数成分により駆動される振動子の振動を前記振
   動伝達板に入力する振動ペンと、 前記振動伝達板を伝達する板波を検出する振動センサ
   と、 前記振動センサの出力から所定の周波数成分のみを通過
   させるフィルタ手段を設け、 前記フィルタ手段の中心周波数を前記振動センサ出力信
   号のスペクトラムの主ピーク周波数と同一とし、また前
   記フィルタ手段の通過帯域幅を前記振動センサ出力信号
   のスペクトラムの主ピークの両側に生じるサブピークの
   うち、スペクトラムの主ピーク周波数との差が小さい側
   のサブピーク周波数と主ピーク周波数の差のほぼ２倍あ
   るいは、２倍以下に設定し、 前記フィルタ手段の出力を振動検出信号として用い、座
   標演算を行なうことを特徴とする座標入力装置。
2. 【請求項２】前記フィルタ手段の中心周波数が前記振動
   ペン駆動信号の周波数と同一であることを特徴とする請
   求項第１項に記載の座標入力装置。
3. 【請求項３】振動ペンから入力された振動を板状の振動
   伝達板に設けられた振動センサにより検出して前記振動
   ペンの振動伝達板上での座標を検出する座標入力方法に
   おいて、 前記振動ペンから、単一周波数成分により駆動される振
   動子の振動を前記振動伝達板に入力し、 前記振動センサにより前記振動伝達板を伝達する板波を
   検出し、 フィルタ手段により前記振動センサの出力から所定の周
   波数成分のみを通過させ、 前記フィルタ手段の中心周波数を前記振動センサ出力信
   号のスペクトラムの主ピーク周波数と同一とし、また前
   記フィルタ手段の通過帯域幅を前記振動センサ出力信号
   のスペクトラムの主ピークの両側に生じるサブピークの
   うち、スペクトラムの主ピーク周波数との差が小さい側
   のサブピーク周波数と主ピーク周波数の差のほぼ２倍あ
   るいは、２倍以下に設定し、 前記フィルタ手段の出力を振動検出信号として用い、座
   標演算を行なうことを特徴とする座標入力方法。
4. 【請求項４】前記フィルタ手段の中心周波数が前記振動
   ペン駆動信号の周波数と同一であることを特徴とする請
   求項第３項に記載の座標入力方法。