JP3167801B2 - 座標入力装置及びその方法 - Google Patents

座標入力装置及びその方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は座標入力装置及び方法、
特に入力された振動を検出し、振動源の位置を特定する
ことで座標位置を入力する座標入力装置及び方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、超音波振動を媒体として座標入力
を行う方式があった。この座標入力方式を採用した装置
では、座標入力面を形成するタブレット(ここでは、振
動伝達材料)としてガラスや金属などを用い、そのタブ
レット上の所定位置に複数の振動センサを配設してあ
る。
【0003】そして、振動子を有した入力ペンでもって
タブレットの所望の位置を指示することにより、そのペ
ン先から発生する振動をタブレット上を伝播させる。各
々の振動センサはこの振動を検出するが、検出するまで
の時間は入力ペンと各々の振動センサとの距離によって
異なる。換言すれば、入力ペンから振動が発せられてか
ら各振動センサで検出されるまでの振動伝達遅延時間を
測定することにより、各々の振動センサから入力ペンに
よる指示箇所までの距離が求められ、ひいては入力ペン
の指示箇所の座標位置を求めることが可能となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】入力ペンから振動が発
せられてから各振動センサで検出されるまでの振動伝達
遅延時間を測定することにより、各々の振動センサから
入力ペンによる指示箇所までの距離を求める際に、厳密
には前記振動伝達遅延時間は、振動が入力ペン内を伝播
してペン先に到達するまでの時間を含んでいる。この入
力ペン内部の伝達遅延時間は、複数の振動センサの振動
伝達遅延時間全てに等しく含まれるために、座標算出の
際にはオフセット分として差し引いて演算される。
【0005】しかし、問題となるのは、温度等の環境変
化により入力ペン内部の振動伝達遅延時間が変化してし
まい、誤って座標算出してしまうことである。というの
も、振動伝達板に用いるガラス等と比較して、入力ペン
のペン先に用いる樹脂(ペンの書き味を良くするために
選ばれる)は音速が遅いだけでなく音速の温度変化も激
しいために、入力ペン内部での振動伝達遅延時間の温度
変化の量は、振動伝達板のそれと比べて桁違いに大きく
なる。
【0006】また、前記振動伝達遅延時間は、入力ペン
から振動が発せられたタイミングから計時されるため
に、入力ペンの振動は同期がとられている必要がある。
よって、ワイヤレスな入力ペンであっても、本体との同
期をとるための無線通信手段が別に必要となり、コスト
アップの要因となる。本発明は上記従来例に鑑みて成さ
れたもので、環境変化に伴う座標入力の精度の低下を防
止することを目的とする。よって、さらに本発明は、低
コストなワイヤレス入力ペンを実現することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために本発明は次のような構成から成る。
【0008】点状の振動源より振動伝達板に振動を入力
し、該振動を検出して振動源の座標を算出する座標入力
装置であって、前記振動伝達板に設けられた複数の振動
検出手段と、前記複数の振動検出手段のうちの1つの振
動検出手段を基準とし、該基準となる振動検出手段が振
動により発生した群遅延時間信号を検出した時間と、他
の振動検出手段が前記振動により発生した群遅延時間信
号を検出した時間との差を測定する第1の測定手段と、
前記複数の振動検出手段のうちの1つの振動検出手段を
基準とし、該基準となる振動検出手段が前記振動により
発生した位相遅延時間信号を検出した時間と、他の振動
検出手段が前記振動より発生した位相遅延時間信号を検
出した時間との差を測定する第2の測定手段と、前記第
1及び第2測定手段により測定された時間の差を基に、
振動源の位置を算出する手段とを備える
【0009】あるいは、所定の周期で矩形波の信号を発
するタイマ手段と、前記矩形波の立ち上がりと立ち下が
りのエッジをパルス信号に変換する手段と、前記パルス
信号を整流する整流手段とを有する振動入力ペンと、前
記発振手段により入力された振動を検出して座標位置を
算出する算出手段とを備える。
【0010】
【実施例】
[実施例1]図1は本発明に於ける座標入力装置の構造
を示している。図中1は装置全体を制御すると共に、座
標位置を算出する演算制御回路である。2は振動ペン3
に内蔵された振動子駆動回路であって、振動ペン内の振
動子4を駆動しペン先5を振動させるものである。8は
アクリルやガラス板等、透明部材からなる振動伝達板で
あり、振動ペン3による座標入力は、この振動伝達板8
上をタツチすることで行う。つまり、図示に実線で示す
符号Aの領域(以下有効エリア)内を振動ペン3で指定
する事で、振動ペン3で発生した振動が振動伝達板8に
入射され、入射されたこの振動を計測、処理をすること
で振動ペン3の位置座標を算出することができるように
したものである。
【0011】伝達してきた波が振動伝達板8の端面で反
射し、その反射波が中央部に戻るのを防止(減少)する
ために、振動伝達板8の外周には防振材7が設けられ、
図1に示すように防振材の内側近傍に圧電素子等、機械
的振動を電気信号に変換する振動センサ6a〜6dが固
定されている。9は各振動センサ6a〜6dで振動を検
出した信号を演算制御回路1に出力する信号波形検出回
路である。11は液晶表示器等のドット単位の表示が可
能なディスプレイであり、振動伝達板の背後に配置して
いる。そしてディスプレイ駆動回路10の駆動により振
動ペン3によりなぞられた位置にドットを表示し、それ
を振動伝達板8(透明部材からなる)を透かしてみるこ
とが可能になっている。
【0012】図2に示すように、振動ペン3に内蔵され
た振動子4は、ペン電源21、ペンタイマ22と発振回
路23とで構成された振動子駆動回路2によって駆動さ
れる。振動子4の駆動信号は、ペンタイマ22によって
発せられる任意の周期で繰り返すパルス信号を、発振回
路23によって所定のゲインで増幅された後、振動子4
に印可される。駆動信号の前記繰り返しのタイミングは
特に演算制御回路1と同期はとられていない。ペンタイ
マ22と発振回路23は同じく振動ペンに内蔵された電
池等で構成されるペン電源21によって電力が供給され
る。電気的な駆動信号は振動子4によって機械的な振動
に変換され、ペン先5を介して振動伝達板8に伝達され
る。
【0013】ここで振動子4の振動周波数はガラスなど
の振動伝達板8に板波を発生する事が出来る値に選択さ
れる。また、振動子駆動の際、振動伝達板8に対して図
2の垂直方向に振動するモードが選択される。また、振
動子4の振動周波数をペン先5を含んだ共振周波数とす
る事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の表面の傷、障害物等の影
響を受けにくいという利点を有する。
【0014】<演算制御回路の説明>上述した構成にお
いて、所定周期毎(例えば5ms毎)に振動子駆動回路
2は、振動ペン3内の振動子4を駆動させる信号を出力
する。そして、振動ペン3より発生した振動は振動伝達
板8上を伝播し、振動センサ6a〜6d迄の距離に応じ
て遅延して到達する。
【0015】信号波形検出回路9は各振動センサ6a〜
6dからの信号を検出して、後述する波形検出処理によ
り基準となる振動センサ6aと、6b〜6dへの振動到
達タイミングの各時間差を示す信号を生成するが、演算
制御回路1には各センサの組合せ毎のこの時間差信号が
入力され、基準となる振動センサ例えば6aとそれ以外
の振動センサ6b〜6dまでの振動到達時間の差を計時
し、そして振動ペンの座標位置を算出する。また演算制
御回路1は、この算出された振動ペン3の位置情報を基
にディスプレイ駆動回路10を駆動して、ディスプレイ
11による表示を制御したり、あるいはシリアル、パラ
レル通信によって外部機器に座標出力を行う(不図
示)。
【0016】図3は実施例の演算制御回路1の概略構成
を示すブロック図で、各構成要素及びその動作概略を以
下に説明する。
【0017】図中31は演算制御回路1及び本座標入力
装置全体を制御するマイクロコンピユータであり、内部
カウンタ、操作手順を記憶したROM、そして計算等に
使用するRAM、定数等を記憶する不揮発性メモリ等に
よって構成されている。33は不図示の基準クロックを
計時するタイマ(例えばカウンタなどにより構成されて
いる)であって、基準となるセンサ、本実施例では振動
センサ6aと、その他の振動センサ6b〜6dとの振動
伝達遅延時間差信号を入力する。タイマ33はセンサ6
aと6b〜6d間の振動が検出されるまでの遅延時間の
差を測定することになる。
【0018】その他各構成要素となる回路は順を追って
説明する。
【0019】信号波形検出回路9より出力される各振動
センサ6aと6b〜6dとの振動到達タイミングの差信
号は、検出信号入力ポート35を介してラッチ回路34
b〜34dに入力される。ラッチ回路34b〜34dの
それぞれは、各振動センサ6b〜6dに対応しており、
対応するセンサとセンサ6aとの到達遅延時間の差信号
を受信している間のタイマ33の計時値をラッチする。
こうして全ての差信号の受信がなされたことを判定回路
36が判定すると、マイクロコンピユータ31にその旨
の信号を出力する。マイクロコンピユータ31がこの判
定回路36からの信号を受信すると、ラッチ回路34b
〜34dから各々の振動到達時間差をラッチ回路より読
み取り、所定の計算を行なって、振動伝達板8上の振動
ペン3の座標位置を算出する。そして、I/Oポート3
7を介してディスプレイ駆動回路10に算出した座標位
置情報を出力することにより、例えばディスプレイ11
の対応する位置にドット等を表示することができる。あ
るいはI/Oポート37を介しインターフエース回路
に、座標位置情報を出力することによって、外部機器に
座標値を出力することができる。
【0020】<振動伝播時間検出の説明(図4,図5)
>以下、振動センサ3までの振動到達時間を計測する原
理に付いて説明する。
【0021】図4は信号波形検出回路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
するための図である。尚以下、振動センサ6aと6bの
差を検出する場合に付いて説明するが、その他の振動セ
ンサ6c,6dについても全く同じである。信号波形検
出回路9とは全く同期がとられていない周期で振動子駆
動回路2から振動子4へ駆動信号41が印加されてい
る。この信号41によって、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、振動センサ6aまでの距
離に応じた時間tgaをかけて進行した後、振動センサ6
aで検出される。図示の42で示す信号は振動センサ6
aが検出した信号波形を示している。この実施例で用い
られている振動は板波であるため振動伝達板8内での伝
播距離に対して検出波形のエンベロープ421と位相4
22の関係は振動伝達中に、その伝達距離に応じて変化
する。ここでエンベロープ421の進む速度、即ち、群
速度をVg 、そして位相422の位相速度をVp とす
る。この群速度Vg 及び位相速度Vp から振動ペン3と
振動センサ6a間の距離を検出することができる。
【0022】まず、エンベロープ421にのみ着目する
と、その速度はVg であり、ある特定の波形上の点、例
えばエンベロープ421の2回微分波形423のゼロク
ロス点、すなわちエンベロープ波形の変曲点を検出する
と、振動ペン3及び振動センサ6aの間の距離da は、
その振動伝達時間をtgaとして、 da =Vg ・tga (1) で与えられる。この式は振動センサ6aの一つに関する
ものであるが、同じ式により他の3つの振動センサ6b
〜6dと振動ペン3の距離も同様にして表すことができ
る。振動センサ6aと振動ペン3との距離da と6bと
ペン3との距離dbとの距離差Δdbは、同様に検出さ
れるセンサ6bについての振動到達タイミング43(t
gb)との差、すなわち、振動伝達時間の差431(Δt
gb)により、次式で与えられる。
【0023】 Δdb =Vg ・tgb−Vg ・tga=Vg ・Δtgb (2) 更に、より高精細な座標決定をするために、位相信号の
検出に基づく処理を行なう。位相波形信号422の特定
の検出点、例えば振動印加からある所定の信号レベル4
4後のゼロクロス点までの時間をtpa(コンパレート後
の信号47の最初の立ち上がり点に対し所定幅の窓信号
48を生成し、位相信号422と比較することで得る)
とすれば、振動センサと振動ペンの距離は、 da =na ・λp +Vp・tpa (3) となる。ここでλp は弾性波の波長、na は整数であ
る。ここでも、センサ6aと6bの距離差Δdb を、同
様に検出したセンサ6bのゼロクロス点tpbとの差Δt
pbで表すと、 Δdb =nb ・λp +Vp ・tpb−(na ・λp +Vp ・tpa) =(nb −na )・λp +Vp ・(tpb−tpa) =nb ’・λp +Vp ・Δtpb (4) となる。nb ’は、nb やna と同様整数の値を持つ。
【0024】前記(2)式と(4)式から上記の整数n
b ’は、 nb ’=int[(Vg ・Δtgb−Vp ・Δtpb)/λp +1/N](5) と表される。
【0025】ここで、Nは“0”以外の実数であり、適
当な値を用いる。例えば、N=2とすれば±1/2波長
以内のtg等の変動であれば、nb ’を決定することが
できる。上記のようにしてもとめたnb ’を(4)式に
代入することで、振動ペン3及び振動センサ6a間の距
離と、ペン3とセンサ6b間の距離の差Δdb を精度良
く測定することができる。上述した2つの振動伝時間の
差Δtg およびΔtpの測定のため信号431及び49
1の生成は、信号波形検出回路9により行なわれるが、
この信号波形検出回路9は図5に示すように構成され
る。
【0026】図5は実施例の信号波形検出回路9の構成
の一部を示すブロック図である。図5は、振動センサ6
aと6bの到達遅延時間差Δtgb,Δtpaを検出する部
分を示しており、6aと6c,6aと6dについての同
じ回路構成要素を信号波形検出回路9は含んでいる。図
5において、振動センサ6a,6bの出力信号は、前置
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、帯域通過フィルタ511により検出信号
の余分な周波数成分が除かれ、例えば、絶対値回路及
び、低域通過フィルタ等により構成されるエンベロープ
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。エンベロープ変曲点のタイミングは、
エンベロープ変曲点検出回路53によって検出される。
変曲点検出回路53出力はモノマルチバイブレータ等か
ら構成されたΔtg 信号検出回路54によって2センサ
間のエンベロープ遅延時間検出差信号である信号Δtg
(図4信号431)が形成され、演算制御回路1に入力
される。
【0027】一方、55は信号検出回路であり、まず振
動センサ6aで検出された信号波形42中の所定レベル
の閾値信号46を越える部分のパルス信号47を形成す
る。56は単安定マルチバイブレータであり、パルス信
号47の最初の立ち上がりでトリガされた所定時間幅の
ゲート信号48を開く。57はΔtp 信号検出回路であ
り、ゲート信号48の開いている間の位相信号422の
最初の立ち上がりのゼロクロス点を検出し、同様に振動
センサ6bで検出した信号を入力すれば、2センサ間の
位相遅延時間差信号Δtp 452が演算制御回路1に供
給されることになる。尚以上説明した回路は振動センサ
6aと6bに対するものであり、他の2通りの振動セン
サの組合せにも同じ回路が設けられている。
【0028】<座標位置算出の説明(図6)>次に実際
に振動ペン3による振動伝達板8上の座標位置検出の原
理を説明する。
【0029】今、振動伝達板8上の4辺の中点近傍に4
つの振動センサ6a〜6dを符号S1〜S4の位置に設
けると、先に説明した原理に基づいて、振動ペン3の位
置Pから各々の振動センサ6a〜6dの位置まで直線距
離da 〜dd とすると、センサ6aとペン3との距離d
a とその他のセンサとペン3との距離db 〜dd の距離
差Δdb 〜Δdd を求めることができる。更に演算制御
回路1でこの直線距離差da 〜dd に基づき、振動ペン
3の位置Pの座標(x,y)を3平方の定理から次のよ
うにして求めることができる。
【0030】まず、算出されるΔdb 〜Δdd でdb 〜
dd を表すと、 db =Δdb +da (6) dc =Δdc +da (7) dd =Δdd +da (8) となる。
【0031】 da 2 =x2 +y2 (9) db 2 =(Δdb +da )2 =x2 +(Y−y)2 (10) dc 2 =(Δdc +da )2 =(X−x)2 +(Y−y)2 (11) dd 2 =(Δdd +da )2 =(X−x)2 +y2 (12) となる。ここで、X,Yはそれぞれ振動センサ6a,6
b間の距離、振動センサ6c,6d間の距離である。
【0032】次に、(10)−(9),(11)−(1
2)より Δdb 2 +2da ・Δdb =Y2 −2Y・y (13) Δdc 2 −Δdd 2 +2da ・(Δdc −Δdd ) =Y2 −2Y・y (14) となり、両式の差をとってda を求めると次式となる。
【0033】 da =−(db2+Δdd2−Δdc2)/(Δdd +Δdb −Δdc )(15) この式が成り立つのは右辺分母がゼロでないときであ
り、ゼロの時の解き方は後で述べる。式(15)を、
(14)に代入してyは次式のように求まる。
【0034】 y=Y/2−Δdb 2 /2Y+ Δdb・( Δdb2+Δdd2−Δdc2)/(Δdd +Δdb −Δdc)/Y (16) 同様な方法でxを求めると、 X=X/2−Δdd 2 /2X+ Δdd・( Δdb2+Δdd2−Δdc2)/(Δdd +Δdb −Δdc)/X (17) となる。但し、(17)が成り立つのも、 Δdd +Δdb −Δdc ≠0 (18) の時である。
【0035】では、(18)式の条件を満たさない時に
ついて検討する。(6)〜(8)式を代入すると、右辺
が0の時とは、 dd +db =dc +da (19) であり、これは、x=X/2またはy=Y/2の時であ
り、da =dd かつdb=dc あるいはda =db かつ
dc =dd の時にのみ成立する。現実には信号波形検出
回路9の時間分解能が存在するために、ある幅(≒)を
持ってゼロの値をとることになる。
【0036】(18)式が成立しないと判定した時は、
座標算出処理上サブルーチンに飛んで、若干複雑ではあ
るが、xあるいはyの2次方程式をたてて解くことにす
る。まず、x=X/2の時、(この時は、Δdb =Δd
c である)(9)〜(12)は次の2式となる。
【0037】 da 2 =X2 /4+y2 (20) (Δdb +da )2 =X2 /4+(Y−y)2 (21) (21)−(20)より求められたda を(20)に代
入して、yは次式と求まる。
【0038】 y=(Y±sqrt(A))/2 (22) ここで、 A=Δdb 2 ・(1+X2 /(Y2 −Δdb 2 )) (23) (22)の符号はΔdb >0の時“−”で、Δdb <0
の時“+”である。また、"sqrt(X)" はXの平方根を与
える関数である。
【0039】同様に、y=Y/2の時は、xは次の通り
求まる。
【0040】 x=(X±sqrt(B))/2 (24) ここで、 B=Δdd 2 ・(1+Y2 /(X2 −Δdd 2 )) (25) 但し、(24)の符号はΔdd >0の時“−”で、Δd
d <0の時“+”である。
【0041】このようにして、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。
【0042】以上説明したように、得られるセンサ間の
振動到達時間の差信号から直接座標をリアルタイムにも
とめることが可能となり、ペン内部を振動が伝播する時
間(到達遅延時間のオフセット分)が、2センサ間で相
殺されることにより無視されるため、ペン内部(特にペ
ン先)での振動伝達時間の温度変化の影響を受けること
がないため、環境変化による誤入力や精度低下がないと
いう効果が得られる。また、振動入力ペンによる振動の
入力を座標入力装置本体とは非同期に行うことができる
ため、振動入力ペンをコードレスとすることができる。
【0043】なお、本実施例では、振動ペン3が本体と
コードレスなペンとしたが、コードを接続し、本体から
駆動信号を送信する構成としてもよいことは、言うまで
もない。
【0044】また、基準とする振動センサはセンサ6a
でなくとも良く、振動伝達板上の所望のセンサを基準と
して他のセンサにおいて振動到達時間の差を測定し、そ
の測定値を基にして座標を算出することができるのはも
ちろんである。
【0045】
【他の実施例】
[実施例2]本実施例の構成は、座標入力装置全体の構
成及び振動ペンの構成は実施例1と同じながら、信号波
形検出回路9の構成が異なっている。 <演算制御回路の説明>図7は、本実施例における演算
制御回路1の概略構成を示した図である。構成そのもの
は実施例1と同じながら、入出力信号が異なっている。
図7においては、マイクロコンピュータ31に信号波形
検出回路9からの信号twa 〜twd が入力され、マイ
クロコンピュータ31はこれらtw信号を比較してもっ
とも早く振動が到達したセンサをセンサ6a〜6dの中
から基準センサとして選択し、基準センサに対応した信
号swを信号波形検出回路9に出力する。
【0046】タイマ33は基準センサとその他のセンサ
間の振動が検出されるまでの振動伝達遅延時間差信号を
測定する。
【0047】振動波形検出回路9から入力される基準セ
ンサと他のセンサとの振動到達タイミングの差信号は、
検出信号入力ポート35を介してラッチ回路34b〜3
4dに入力される。ラッチ回路34b〜34dのそれぞ
れは、基準センサ以外の各振動センサに対応しており、
対応するセンサと基準センサとの到達遅延時間差信号を
受信している間のタイマ33の計時値をラッチする。こ
うしてすべての差信号の受信が成されたことを判定回路
36が判定すると、マイクロコンピュータ31にその旨
の信号を出力する。マイクロコンピユータ31がこの判
定回路36からの信号を受信すると、ラッチ回路34b
〜34dから各々の振動到達時間差をラッチ回路より読
み取り、所定の計算を行なって、振動伝達板8上の振動
ペン3の座標位置を算出する。そして、I/Oポート3
7を介してディスプレイ駆動回路10に算出した座標位
置情報を出力することにより、例えばディスプレイ11
の対応する位置にドット等を表示することができる。あ
るいはI/Oポート37を介しインターフエース回路
に、座標位置情報を出力することによって、外部機器に
座標値を出力することができる。 <振動伝播時間検出の説明>振動伝播時間の検出は、実
施例1とほとんど同じ手順で行われるが、実施例1では
特定のセンサを基準にして基準となるセンサと他のセン
サとの検知する振動遅延時間の差を検出しているが、本
実施例では特定のセンサを基準とせず、ひとつの振動を
最も早く振動を検出したセンサを基準として遅延時間を
検出する。
【0048】図8は、信号波形検出回路9の構成の一部
を示すブロック図である。
【0049】図において、各センサごとに信号処理部6
0〜63があり、信号処理部内では、振動センサの出力
信号は前置増幅回路51により所定のレベルまで増幅さ
れる。増幅された信号は帯域通過フィルタ511により
検出信号の余分な信号が取り除かれ、絶対値回路及び低
域通過フィルタ等により構成されるエンベロープ検出回
路52に入力されて、検出信号のエンベロープのみが取
り出される。エンベロープ変曲点のタイミングは、エン
ベロープ変曲点検出回路53によって検出される。
【0050】一方、信号検出回路55は、まず振動セン
サ6aで検出された信号波形42中の所定レベルの閾値
信号46を越える部分のパルス信号47を形成する。単
安定マルチバイブレータ56は、パルス信号47の最初
の立ち上がりでトリガされた所定時間幅のゲート信号4
8(tw)を開く。各センサからのゲート信号twa〜
twdは演算制御回路1にも入力される。演算制御回路
1で最も早く(あるいは最も遅く)振動が到達したセン
サとしてたとえばセンサ6aが選択された場合、演算制
御回路のマイクロコンピュータ31はsw信号としてセ
ンサaを基準とする旨の出力をする。演算制御回路1か
らのsw信号により、マルチプレクサ57がスイッチン
グされ、センサ6aとその他のセンサとの3通りの信号
の組み合わせが選択され、Δtp信号検出回路58とΔ
tg信号検出回路59とに出力される。
【0051】そして、モノマルチバイブレータ等から構
成されたとΔtg信号検出回路59では、基準となるセ
ンサ6aとその他のセンサとの間のエンベロープ遅延時
間検出差信号Δtg1〜Δtg3を形成され(図4では
基準センサ6aと6bとの差;信号431)、演算制御
回路1に入力される。
【0052】また、Δtp検出回路58では、選択され
た基準センサ6aのゲート信号48の開いている間の位
相信号422の最初の立ち上がりのゼロクロス点を検出
し、同様に振動センサ6bで検出した信号を入力して2
センサ間の位相遅延時間差信号Δtp1が演算制御回路
1に供給されることになる。なお、以上説明した信号
は、振動センサ6aと6bとに対するものであり、他の
2通りの振動センサの組み合わせにも同じ手順で信号Δ
tp2及びΔtp3が形成される。
【0053】以上のようにして得られた信号群は、実施
例1と同じ意味を有する信号群であり、たとえばセンサ
6aを基準とするならば、実施例1で説明した式(1)
〜(25)によって座標を得ることができる。また、基
準となるセンサが6b〜6dである場合にも、同じ要領
で座標を算出することができる。
【0054】以上説明したように、得られるセンサ間の
振動伝達時間の差信号から座標を直接リアルタイムに求
めることが可能となり、ペン内部を振動が伝播する時間
(到達遅延時間のオフセット分)が、2センサ間で相殺
されることにより無視されるため、ペン内部(特にペン
先)での振動伝達時間の温度変化の影響を受けることが
ないため、環境変化による誤入力や精度低下がないとい
う効果がある。
【0055】また、基準となるセンサに最も早く振動が
到達したセンサ或は最も遅く到達したセンサを判定して
選択するため、得られる時間差信号(Δtp,Δtg)
がすべて同符号となり、電気的な検出がし易いばかりで
なく、Δdの符号判定が不要なので座標算出の手順が簡
単になる。 [実施例3]第3の実施例として、実施例1の座標入力
装置と同様、装置本体は図1の構成であり、振動ペン3
は図2の構成である。ただし、振動入力ペンに於て異な
る座標入力装置を説明する。
【0056】図9は本実施例による信号波形検出回路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ための図である。信号42以下は実
施例1と同じながら、信号40及び信号41が異なって
いる。
【0057】矩形波40は、振動ペン3のペンタイマ2
2で発生された、信号波形検出回路9とは非同期のパル
ス幅の大きな信号である。この矩形波40は、発信回路
23により整流処理された後、振動子4へと駆動信号4
1として印加される。振動子4から振動伝達板8に伝達
された振動の処理については実施例1と同じものである
のでここでは省き、振動ペン3における駆動信号の整流
処理について説明する。 <駆動信号の整流処理>振動ペン3の駆動回路2で行わ
れる矩形波40の整流処理について述べる。
【0058】図10に駆動回路2の中の発振回路23の
出力段に設ける整流回路の例を示す。ひとつのトランス
とダイオードの組み合わせで簡単に駆動信号の処理が可
能である。この整流回路によって、矩形波40は駆動信
号41’に変換される。矩形波40の波形のままで振動
子4を駆動した場合、検出される信号は駆動信号が立ち
上がりで始まるときと、立ち下がりで始まるときとで検
出波形の位相が180度ずれる。しかし、整流処理によ
って駆動信号41’のように、いずれの駆動タイミング
も立ち上がりで始まるため検出波形の位相ずれがなくな
る。
【0059】このため、振動子4を駆動する駆動波形を
常に同じ波形にすることができ、誤検出を起こさずに周
波数の低いタイマにより振動ペン3を駆動することがで
き、ペン3の消費する電力を小さくすることができる。
【0060】なお、図11(a)のように、ペン3にノ
ック式の電源スイッチを設けたり、図11(b)のよう
に、ホーン5に感圧式の電源スイッチを設けたりするこ
とにより、ペン3を使用するときに限り電源電力を供給
し、消費電力をより低減することができる。
【0061】尚、本発明は、複数の機器から構成される
システムに適用しても1つの機器から成る装置に適用し
ても良い。また、本発明は、システム或は装置にプログ
ラムを供給することによって達成される場合にも適用で
きることはいうまでもない。
【0062】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる座
標入力装置及び方法によれば、群遅延時間信号と位相遅
延時間信号を有する板波において、環境変化に伴う座標
入力の精度の低下を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】座標入力装置の概略説明図である。
【図2】振動ペンの概略説明図である。
【図3】演算制御回路の構成を示すブロック図である。
【図4】信号処理のタイミングチャートである。
【図5】信号波形検出回路の構成を示すブロック図であ
る。
【図6】座標位置算出のための説明図である。
【図7】他の実施例における演算制御回路の構成を示す
ブロック図である。
【図8】他の実施例における信号波形検出回路の構成を
示すブロック図である。
【図9】他の実施例における信号処理のタイミングチャ
ートである。
【図10】整流回路の図である。
【図11】振動ペンの外観図である。
【図12】座標入力装置の概略説明図および信号波形検
出回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 演算制御回路、 2 振動子駆動回路、 3 振動ペン、 4 振動子、 5 ペン先、 6 振動センサ、 7 防振材、 8 振動伝達板、 9 信号波形検出回路、 10 ディスプレイ駆動回路、 11 ディスプレイである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 小林 克行 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 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 (56)参考文献 実開 昭64−7340(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06F 3/03

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 点状の振動源より振動伝達板に振動を入
    力し、該振動を検出して振動源の座標を算出する座標入
    力装置であって、 前記振動伝達板に設けられた複数の振動検出手段と、 前記複数の振動検出手段のうちの1つの振動検出手段を
    基準とし、該基準となる振動検出手段が振動により発生
    した群遅延時間信号を検出した時間と、他の振動検出手
    段が前記振動により発生した群遅延時間信号を検出した
    時間との差を測定する第1の測定手段と、前記複数の振動検出手段のうちの1つの振動検出手段を
    基準とし、該基準となる振動検出手段が前記振動により
    発生した位相遅延時間信号を検出した時間と、他の振動
    検出手段が前記振動より発生した位相遅延時間信号を検
    出した時間との差を測定する第2の測定手段と、 前記第1及び第2測定手段により測定された時間の差を
    基に、振動源の位置を算出する手段とを備えることを特
    徴とする座標入力装置。
  2. 【請求項2】 前記複数の振動検出手段のうち、ひとつ
    の振動について最も早く検出した振動検出手段を判定す
    る判定手段を更に備え、該判定手段により最も早く振動
    を検出したと判定された振動検出手段を前記基準となる
    振動検出手段とすることを特徴とする請求項1記載の座
    標入力装置。
  3. 【請求項3】 前記基準となる振動検出手段はあらかじ
    め定められていることを特徴とする請求項1記載の座標
    入力装置。
  4. 【請求項4】 所定の周期で矩形波の信号を発するタイ
    マ手段と、前記矩形波の立ち上がりと立ち下がりのエッジをパルス
    信号に変換する手段と、 前記パルス信号を整流する整流手段と を有する振動入力
    ペンと、 前記発振手段により入力された振動を検出して座標位置
    を算出する算出手段とを備えることを特徴とする座標入
    力装置。
  5. 【請求項5】 前記振動入力ペンは電力を供給する電源
    手段を更に有し、前記発振手段と前記算出手段とは電気
    的に接続されていないことを特徴とする請求項4記載の
    座標入力装置。
  6. 【請求項6】 前記振動入力ペンは前記電源手段により
    供給される電力を継断するスイッチ手段を更に備えるこ
    とを特徴とする請求項5記載の座標入力装置。
  7. 【請求項7】 点状の振動源より振動伝達板に振動を入
    力し、該振動を検出して振動源の座標を算出する座標入
    力方法であって、 前記振動伝達板に設けられた複数の振動検出手段のうち
    の1つの振動検出手段を基準とし、該基準となる振動
    出手段が振動により発生した群遅延時間信号を検出した
    時間と、他の振動検出手段が前記振動により発生した群
    遅延時間信号を検出した時間との差を測定する第1の
    定工程と、前記複数の振動検出手段のうちの1つの振動検出手段を
    基準とし、該基準となる振動検出手段が前記振動により
    発生した位相遅延時間信号を検出した時間と、他の振動
    検出手段が該振動より発生した位相遅延時間信号を検出
    した時間との差を測定する第2の測定工程と、 前記第1及び第2測定工程により測定された時間の差を
    基に、振動源の位置を算出する工程とを備えることを特
    徴とする座標入力方法。
  8. 【請求項8】 前記複数の振動検出手段のうち、ひとつ
    の振動について最も早く検出した振動検出手段を判定す
    る判定工程を更に備え、該判定工程により最も早く振動
    を検出したと判定された振動検出手段を前記基準となる
    振動検出手段とすることを特徴とする請求項7記載の座
    標入力方法。
  9. 【請求項9】 前記基準となる振動検出手段はあらかじ
    め定められていることを特徴とする請求項7記載の座標
    入力方法。
  10. 【請求項10】 所定の周期で矩形波の信号を発するタ
    イマ手段と、前記矩形波の立ち上がりと立ち下がりのエ
    ッジをパルス信号に変換する手段と、前記パルス信号を
    整流する整流手段とを有する振動ペンにより入力された
    振動を検出し、座標位置を算出することを特徴とする座
    標入力方法。
  11. 【請求項11】 前記振動入力ペンは、電源手段と、該
    電源手段により供給される電力を継断するスイッチ手段
    とを更に備えることを特徴とする請求項10記載の座標
    入力方法
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