JP3342099B2 - 座標入力装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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を決定する座標
入力装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、超音波振動を利用した座標入力装
置において、振動ペンから入力された振動を伝播体上に
複数個設けられたセンサにより検出し、伝播体上の複数
個のセンサのうちの１つのセンサ（例えば入力点からの
先着センサ）の到達遅延時間を基準としたときの他のセ
ンサとの到達遅延時間の差分データにより振動ペンの伝
播体上での座標を決定するものがあった。

【０００３】上記座標入力装置において、座標位置算出
式は図１１に示す構成において次のようになる。

【０００４】到達遅延時間差分データにより算出される
値Δｄｂ〜Δｄｄは Δｄｂ＝ｄｂ−ｄａ …（１０１） Δｄｃ＝ｄｃ−ｄａ …（１０２） Δｄｄ＝ｄｄ−ｄａ …（１０３） である。

【０００５】点ｐ（ｘ，ｙ）は、

【０００６】

【数１】

【０００７】

【数２】 但し、上式は、 Δｄｂ＋Δｄｄ−Δｄｃ≠０ …（１０６） のとき成り立つ。

【０００８】 Δｄｂ＋Δｄｄ−Δｄｃ＝０ …（１０７） のときには、 ｘ＝Ｘ／２ …（１０８） ｙ＝（Ｙ±√Ａ）／２ …（１０９） Ａ＝Δｄｂ² （１＋Ｘ² ／（Ｙ² −Δｄｂ² ） …（１１０） あるいは ｙ＝Ｙ／２ …（１１１） ｘ＝（Ｘ±√Ｂ）／２ …（１１２） Ｂ＝Δｄｄ² （１＋Ｙ² ／（Ｘ² −Δｄｄ² ）） …（１１３） となっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来例では、差分データを取得する際に複数の信号が同時
に検出される場合があり、１つのカウンタのスタート、
ストップの信号を各信号に割り付けて差分を計時するだ
けでは、回路遅延あるいは群遅延時間と位相遅延時間
が、各センサで逆転することにより、先着センサの判定
に誤差が生じる。

【００１０】さらに２つのカウンタを同時にスタートし
て、それぞれをカウントするだけでは、信号源の繰り返
し周期以上のカウンタ長が必要となり、回路規模の増大
を招く。

【００１１】また、前記従来例の座標位置算出式では、
式（１０６）が成立する場合、式（１０４）と式（１０
５）で計算した結果は、式（１０８）および式（１１
１）の近傍で誤差が生じやすいという欠点があった。

【００１２】本発明は上記従来例に鑑みて成されたもの
で、回路規模を小さく押さえながら精度を向上させた座
標入力装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】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。振動を入力する入
力手段と、振動を伝達する振動伝達体と、前記振動伝達
体の振動を互いに異なる箇所で検出する複数の検出手段
と、前記入力手段から入力された振動が、入力されてか
ら前記複数の検出手段それぞれで検出されるまでの所要
時間を測定する測定手段と、前記複数の検出手段の１の
検出手段について前記測定手段により測定された所要時
間を、他の検出手段各々についての所要時間から差し引
いて差分値を算出する手段と、前記差分値各々に基づい
て、前記振動が入力された位置から前記１の検出手段の
検出箇所までの距離と、前記振動が入力された位置から
前記他の検出手段の検出箇所各々までの距離との各距離
差を算出し、該各距離差から、前記入力手段により振動
が入力された位置を算出する算出手段とを有し、前記算
出手段は、所定の条件により複数の領域に分割された入
力領域のうち、振動が入力された領域を判定する領域判
定手段を有し、判定された領域に応じて異なる手順で座
標を算出する。

【００１４】

【作用】上記構成により、入力された振動を複数の検出
手段により互いに異なる箇所で検出し、振動が入力され
た位置から複数の検出手段の１の検出手段の検出箇所ま
での距離と、振動が入力された位置から前記他の検出手
段の検出箇所各々までの距離との各距離差を算出し、該
各距離差から、所定の条件により複数の領域に分割され
た入力領域のうち、振動が入力された領域を判定し、判
定された領域に応じて異なる手順で座標を算出する。

【００１５】

【実施例】

＜装置の構成＞図１は本発明の実施例である座標入力装
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上をタッチすることで行う。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。

【００１６】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。

【００１７】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、
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。

【００１８】＜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。

【００１９】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）。

【００２０】＜演算制御回路の構成＞図２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
要素およびその動作概略を以下に説明する。

【００２１】図中２１は、演算制御回路１および本座標
入力装置全体を制御するマイクロコンピュータであり、
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。２２ａ〜２３ｂは振動セン
サ６ａ〜６ｄの遅延時間を計時するカウンタで、本実施
例では基準となる振動センサ６ａとその他の振動センサ
６ｂ〜６ｄの振動伝達遅延時間信号を入力する４つのカ
ウンタより構成されている。

【００２２】信号波形検出回路９より出力される各振動
センサ６ａ〜６ｄの振動到達遅延時間の信号は、検出信
号入力回路２５を介して、カウンタ２２ａに振動センサ
６ａの群遅延時間信号Ｔｇａ、カウンタ２２ｂに振動セ
ンサ６ｂ〜６ｄの群遅延時間信号Ｔｇｂ〜Ｔｇｄ、カウ
ンタ２３ａには振動センサ６ａの位相遅延時間信号Ｔｐ
ａ、カウンタ２３ｂには振動センサ６ｂ〜６ｄの位相遅
延信号Ｔｐｂ〜Ｔｐｄが入力される。

【００２３】信号が受信されたことを判定回路２６が判
定すると、マイクロコンピュータ２１にその旨の信号を
出力し、マイクロコンピュータ２１が所定の計算を行な
い、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２６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、ディスプレイ１１の対応する位置にドットを表示す
ることができる。あるいはＩ／Ｏポート２６を介してイ
ンターフェ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。

【００２４】＜演算制御回路の動作＞次に演算制御回路
１の動作を図３〜図６を用いて説明する。

【００２５】図３〜図５は演算制御回路１の振動到達遅
延時間差分データを得るまでのフローチャートである。
図６は図３〜図５のフローチャートにともなう各信号を
表すタイミングチャートである。図６において、クリア
信号４０及びスタート信号４１は、マイクロコンピュー
タ２１からカウンタ群に対するもので、それぞれカウン
タのクリア及びカウンタのスタートを指示する信号であ
る。Ａｃｈ（Ａチャンネル）Ｔｐ信号４２及びＢｃｈ
（Ｂチャンネル）Ｔｐ信号４３は、後述する図９の信号
７８あるいは７９に相当する信号である。図６において
は各センサごとの差分データを獲得する手順を説明する
ことが目的であるため、群遅延に関する信号は省いてい
る。

【００２６】ＢｃｈＳＥＬ０信号４５及びＢｃｈＳＥＬ
１信号４６は、チャンネルＢのセンサを選択するための
信号である。

【００２７】図３〜図５において、ステップ３１１は図
４の信号４２・４３のＡｃｈ，Ｂｃｈの切り替えを行う
もので、Ａｃｈには基準センサ６ａの信号、Ｂｃｈには
センサ６ｂの信号が入力されるようにセットする。Ｂｃ
ｈは、信号４５，４６によりセンサを切り替えることが
できる。ステップ３１２はマイクロコンピュータ２１の
出すリセット信号ＣＬＥＡＲにより全てのカウンタをリ
セットし、スタート信号ＳＴＡＲＴによりＡｃｈ，Ｂｃ
ｈに対応する４つのカウンタを同時にスタートさせる。
ステップ３１３では判定回路２４により信号の有無が判
定され、信号が入力されていなければ、例えばステップ
３１６で１．５ｍｓｅｃ経過を待ち、その後にステップ
３１７で振動ペン３が振動伝達板８に振動を伝達してい
ないと判断する。

【００２８】ステップ３１４は、１個目の信号は残響等
の影響により正確な値をカウンタ２２ａ〜２３ｂが計時
していない場合があるので、データの信頼性の向上のた
めにデータをメモリに格納せず（図６タイミングｔ
１）、ステップ３２０でカウンタのクリア・再スタート
を行う。その後Ａｃｈの基準センサ６ａの２個目の信号
をステップ３２１で判定し、それにより停止されたカウ
ンタ２２ａおよびカウンタ２３ａのカウンタ値をメモリ
に格納し、センサ６ｂの信号により停止されたカウンタ
２２ｂおよびカウンタ２３ｂのカウンタ値をメモリに格
納する。マイクロコンピュータでは得られたカウンタ値
Ｔｇａ，Ｔｇｂ，Ｔｐａ，Ｔｐｂにより、ステップ３２
２でΔＴｇｂ＝Ｔｇｂ−ＴｇａとΔＴｐｂ＝Ｔｐｂ−Ｔ
ｐａを計算して、ステップ３２３でメモリに格納する。

【００２９】次にステップ３３０でＢｃｈをセンサ６ｃ
に切り替えて上記と同様の処理をする。この場合には、
ステップ３３１で５００マイクロ秒待ち時間を入れて残
響除去を行い、１個目のパルスをそのまま信号として距
離算出用の信号として用いる。

【００３０】同様にしてステップ３４０でＢｃｈをセン
サ６ｄに切り替えて、上記と同様の処理を行う。

【００３１】以上のようにしてマイクロコンピュータ２
１により計算された差分データが基準センサ６ａに対し
てその他のセンサ６ｂ〜６ｄの各センサ分が揃ったら、
その差分データにより座標を計算する。以上の処理はマ
イクロコンピュータ２１に割り込みとして実行される。

【００３２】カウンタ２２ａ〜２３ｂは有限なカウンタ
であり、その最大カウンタ値は、振動ペン３の超音波振
動が振動伝達板８を伝播する伝播速度と入力エリアとに
より決定される最大差分データにしたがって決まる。本
実施例では最大カウンタ値は最大差分データの２倍以上
とする。

【００３３】図３・図４・図５のステップ３２２・３３
４・３４４において得られる差分データは、図７のフロ
ーチャートのステップ５２〜ステップ５５のように処理
されてマイクロコンピュータ２１のメモリに格納され
る。

【００３４】図７において、ステップ５３の判断処理で
は最大差分データが得られた差分データより小さいかど
うかを判断し、小さければステップ５５により獲得した
差分データを補正する。すなわち、図８における基準セ
ンサＡとセンサＢのカウンタ計時値の差分をそのままと
ると、カウンタの最大値を越えた場合には、獲得する差
分データは実際の差分データと異なる値となってしまう
ので、得られた差分データよりも最大差分データが小さ
いときには以下のように補正することで正しい差分デー
タとする。図８でいえば獲得した差分データは、ΔＡ
Ｂ，ΔＡＣ，ΔＡＤであり、これらの値を最大差分デー
タと比較する。もし最大差分データより大きければ、一
方のカウンタが最大値ＭＡＸを越えて一回りしているも
のと考えられるため、カウンタ値の小さいほうにＭＡＸ
を加算する。

【００３５】図８において、最大カウンタ値≧２×最大
差分データ値とすると、｜ΔＡＢ｜＝｜ｂ−ａ｜であ
り、これが最大差分データ値よりも大きければ補正す
る。補正後、 ｜ΔＡＢ｜＝｜（ｂ＋ＭＡＸ）−ａ｜ ｜ΔＡＣ｜＝｜ｃ−ａ｜ ｜ΔＡＤ｜＝｜ｄ−ａ｜ となる。なお、ＭＡＸは最大カウンタ値である。

【００３６】＜振動伝搬時間検出の説明（図９，図１
０）＞以下、振動検出センサ６ａ〜６ｄまでの振動到達
時間を計測する原理について説明する。

【００３７】図９は振動波形検出回路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、振動検出センサ６ａと６
ｂの差を検出する場合について説明するが、その他の振
動検出センサ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７１が印加さ
れている。この信号７１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をかけて信号した後、振動セ
ンサ６ａで検出される。

【００３８】図示の７２で示す信号は振動センサ６ａ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７２１と位相７２２
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７２１の進む速度、即ち、群速
度をＶｇ、そして位相７２２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。

【００３９】まず、エンベロープ７２１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７２１の２回微分波形７２３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７３（ｔ
ｇｂ）との差、すなわち、振動伝達時間７３１（Δｔｇ
ｂ）により、次式で与えられる。

【００４０】 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７２２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７
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７７の最初の立ち上がり点に対し所定幅の窓信
号７８を生成し、位相信号７２２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。

【００４１】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。

【００４２】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との距離の差Δｄｂを精度良
く測定することができる。上述した２つの振動伝達時間
の差Δｔｇ及びΔｔｐの測定のため信号７３１及び７９
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１０に示すように構成され
る。

【００４３】図１０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１０は、振動セン
サ６ａと６ｂの到達遅延時間差△ｔｇｂ，△ｔｐａ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１０において、振動センサ６ａ，６ｂの出力信
号は、前置増幅回路８１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８１１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８２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８３によって検出
される。変曲点検出回路８３出力はモノマルチバイブレ
ータ等から構成された△ｔｇ信号検出回路８４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△ｔｇ（図８信号８４１）が形成され、演算制御回路
１に入力される。

【００４４】一方、８５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７２中の所定レベル
の閾値信号７６を超える部分のパルス信号７７を形成す
る。８６は単安定マルチバイブレータであり、パルス信
号７７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７４を開く。８７は△ｔｐ信号検出回路であ
り、ゲート信号７４の開いている間の位相信号７２２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△ｔｐ７９１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
ンサの組み合わせも同じ回路が設けられている。

【００４５】＜座標位置算出の説明（図１１，図１２）
＞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。

【００４６】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の位置までの直線
距離ｄａ〜ｄｄとすると、センサ６ａとペン３との距離
ｄａとその他のセンサとペン３との距離ｄｂ〜ｄｄの距
離差△ｄｂ〜ｄｄ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平方の定理から次式よ
うにして求めることができる。

【００４７】まず、算出される△ｄｂ〜△ｄｄを表す
と、 ｄｂ＝△ｄｂ＋ｄａ …（６） ｄｃ＝△ｄｃ＋ｄａ …（７） ｄｄ＝△ｄｄ＋ｄａ …（８） となる。

【００４８】 ｄａ² ＝ｘ² ＋ｙ² …（９） ｄｂ² ＝（△ｄｂ＋ｄａ）² ＝ｘ² ＋（Ｙ−ｙ）² …（１０） ｄｃ² ＝（△ｄｃ＋ｄａ）² ＝（Ｘ−ｘ）² ＋（Ｙ−ｙ）² …（１１） ｄｄ² ＝（△ｄｄ＋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。

【００４９】次に、（１０）−（９），（１１）−（１
２）より △ｄｂ² ＋２ｄａ・△ｄｂ＝Ｙ² −２Ｙ・ｙ …（１３） △ｄｃ² −△ｄｄ² ＋２ｄａ・（△ｄｃ−△ｄｄ）＝ 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。

【００５０】 ｄａ＝−（ｄｂ² ＋△ｄｄ² −△ｄｃ² ）／２（△ｄｄ＋△ｄｂ−△ｄｃ） …（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は次式の様に求まる。

【００５１】 ｙ＝Ｙ／２−△ｄｂ² ／２Ｙ＋△ｄｂ・ （△ｄｂ² ＋△ｄｄ² −△ｄｃ² ）／（△ｄｄ＋△ｄｂ−△ｄｃ）／２Ｙ …（１６） 同様な方法でｘを求めると、 ｘ＝Ｘ／２−△ｄｄ² ／２Ｘ＋△ｄｄ・ （△ｄｂ² ＋△ｄｄ² −△ｄｃ² ）／（△ｄｄ＋△ｄｂ−△ｄｃ）／２Ｘ …（１７） となる。但し、（１７）が成り立つのも、 △ｄｄ＋△ｄｂ−△ｄｃ≠０ …（１８） の時である。

【００５２】では、（１８）式の条件を満たさない時に
ついては検討する。（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
持ってゼロの値を取ることになる。

【００５３】（１８）式が成立しない時と判定した時
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、△ｄｂ
＝△ｄｃである）（９）〜（１２）は次の２式となる。

【００５４】 ｄａ² ＝Ｘ² ／４＋ｙ² …（２０） （△ｄｂ＋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。

【００５５】 ｙ＝（Ｙ±ｓｑｒｔ（Ａ））／２ …（２２） ここで、 Ａ＝△ｄｂ² ・（１＋Ｘ² ／（Ｙ² −△ｄｂ² ）） …（２３） （２２）の符号は△ｄｂ＞０の時“−”で、△ｄｂ＜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。

【００５６】同様に、ｙ＝Ｙ／２の時は、ｘは次に通り
求まる。

【００５７】 ｘ＝（Ｘ±ｓｑｒｔ（Ｂ））／２ …（２４） ここで、 Ｂ＝△ｄｄ² ・（１＋Ｙ² ／（Ｘ² −△ｄｄ² ）） …（２５） 但し、（２４）の符号は△ｄｄ＞０の時“−”で、△ｄ
ｄ＜０の時“＋”である。

【００５８】しかしながら、ｙ＝Ｙ／２近傍では、△ｄ
ｂと△ｄｂ＋△ｄｄ−△ｄｃの値が０に近いため式（１
６）の第２項及び第３項がほぼ０になる事により、ｙ座
標に関しては精度が良いが、ｘ座標に関してはｙ＝Ｙ／
２近傍で△ｄｄの計時データの誤差が式（１７）に大き
く影響するために精度が悪い。

【００５９】同様にｘ＝Ｘ／２近傍では△ｄｄと△ｄｂ
＋△ｄｄ−△ｄｃの値が０に近いために式（１７）の第
２項及び第３項がほぼ０になる事により、ｘ座標に関し
ては精度が良いが、ｙ座標に関してはｘ＝Ｘ／２近傍で
△ｄｂの計時データの誤差が式（１６）に大きく影響す
るために精度が悪い。

【００６０】従って、ｙ＝Ｙ／２近傍では精度の良いｙ
座標を求めてから、そのｙ座標からｘ座標を求める。同
様にｘ＝Ｘ／２近傍では精度の良いｘ座標を求めてから
そのｘ座標からｙ座標を求める。

【００６１】そこで、図１２の様に入力エリアを４つの
領域に分割する。各領域は以下の条件で分割できる。

【００６２】領域１：△ｄｂ＞０ ＡＮＤ △ｄｃ＞０
ＡＮＤ △ｄｂ＜△ｄｄ 領域２：△ｄｄ＜０ ＡＮＤ △ｄｃ＜０ ＡＮＤ △
ｄｂ＜△ｄｄ 領域３：△ｄｂ＜０ ＡＮＤ △ｄｃ＜０ ＡＮＤ △
ｄｂ＞△ｄｄ 領域４：△ｄｄ＞０ ＡＮＤ △ｄｃ＞０ ＡＮＤ △
ｄｂ＞△ｄｄ 領域１及び領域３において、ｘ座標は式（１７）を用い
て算出する。

【００６３】ｙ座標は式（１７）を式（１０）に代入し
て次式の様に求まる。

【００６４】 ｙ＝Ｙ／２±（△ｄｂ×ｓｑｒｔ（Ａ））／２ …（２６） ここで、 Ａ＝４ｘ² ／（Ｙ² −△ｄｂ² ）＋１ …（２７） 式（２６）の第２項の符号は領域１において ｙ＜Ｙ／２，△ｄｂ＞０ より“−” 領域３において、 ｙ＞Ｙ／２，△ｄｂ＜０ より“−” 同様に領域２及び領域４においてｙ座標は式（１６）を
用いて算出する。

【００６５】ｘ座標は式（１６）を式（１２）に代入し
て次式の様に求まる。

【００６６】 ｘ＝Ｘ／２±（△ｄｄ×ｓｑｒｔ（Ｂ））／２ …（２８） ここで、 Ｂ＝４ｙ² ／（Ｘ² −△ｄｄ² ）＋１ …（２９） 式（２８）の第２項の符号は領域２において ｘ＜Ｘ／２，△ｄｄ＞０ より“−” 領域４において、 ｘ＞Ｘ／２，△ｄｄ＜０ より“−” となる。

【００６７】以上の座標計算のフローチャートを図１１
に示す。

【００６８】このようにして振動ペン３の位置座標をリ
アルタイムで検出できる。

【００６９】以上説明した様に、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
される事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無いとい
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なうことができる
ため、振動入力ペンをコードレスとすることができる。

【００７０】尚、本実施例では、振動ペン３が本体とコ
ードで接続されていないコードレスのペンとしたが、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
も良いことは、言うまでもない。

【００７１】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。

【００７２】

【他の実施例】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先の実施例と同じである。本発
明の座標入力装置に用いる板波の特性として伝播速度
は、周波数と板厚の積に依存し、センサ及び回路のばら
つきなどにより伝播速度、周波数もばらつきが生じる。
前の実施例では、振動伝播時間は、振動ペンの入力点か
ら振動センサまでの距離を求める式（１）〜（５）にお
いて、定数として４センサの波長λ、群速度Ｖｇ、位相
速度Ｖｐは、４センサの平均値を使用して求めている
が、本実施例では４センサのうち遅延時間差分データを
得るのに対応する基準センサと他のセンサのうちのいず
れかのセンサの定数のみの平均値を使用することにより
座標を算出する。本発明の座標入力装置に用いる板波の
特性として伝播速度は、周波数と板厚の積に依存し、セ
ンサ及び回路のばらつきなどにより伝播速度、周波数も
ばらつきが生じる。

【００７３】すなわち、今、遅延時間差分データを得る
カウンタのチャンネルに基準センサ６ａとセンサ６ｂが
対応している時、２つのセンサの定数の平均値は、波長
λｐｂ，群速度Ｖｇｂ，位相速度Ｖｐｂとすると、振動
ペン３と振動センサ６ａとの距離ｄａと振動ペン３と振
動センサ６ｂの距離ｄｂの距離差△ｄｂは、その振動伝
達時間の群遅延時間をそれぞれｔｇａ，ｔｇｂとすると △ｄｂ＝ｄｂ−ｄａ＝Ｖｇｂ・（ｔｇｂ−ｔｇａ） ＝Ｖｇｂ・△ｔｇｂ …（３１） となる。

【００７４】更に位相信号に基づく処理を行なうと △ｄｂ＝ｎｂ・λｐｂ＋Ｖｐｂ・（ｔｐｂ−ｔｐａ） ＝ｎｂ・λｐｂ＋Ｖｐｂ・△ｔｐｂ …（３２） となる。ここでｎｂは整数の値を持つ。

【００７５】前記（３１）、（３２）から整数ｎｂは ｎｂ＝ｉｎｔ［（Ｖｇｂ・△ｔｇｂ−Ｖｇｂ・△ｔｇｂ）／λｇｂ＋１／Ｎ］ …（３３） と表される。ここでＮは実施例１に示したＮと同様であ
る。

【００７６】上記で求めたｎｂを（３２）に代入するこ
とにより△ｄｂを精度良く求めることができる振動セン
サが６ｃと６ｄの場合に関しても同様に△ｄｃと△ｄｄ
はセンサ６ａと６ｃの定数の平均値及びセンサ６ａと６
ｄの定数の平均値を使用することで求めることができ
る。

【００７７】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。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように、複数の領域に分割
された入力領域のうちから、振動が入力された領域を判
定し、該領域各々について異なる手順で座標を算出する
ので領域により生じる誤差を解消でき精度を向上でき
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】演算制御回路の構成を示すブロック図である。

【図３】データ処理のフローチャートである。

【図４】データ処理のフローチャートである。

【図５】データ処理のフローチャートである。

【図６】データ処理のタイミングチャートである。

【図７】図３のフローチャートでデータを補正する処理
のみのフローチャートである。

【図８】データの補正方法の説明図である。

【図９】信号処理のタイミングチャートである。

【図１０】信号波形検出回路の構成を示すブロック図で
ある。

【図１１】座標位置算出のための説明図である。

【図１２】図９を領域分割した時の座標位置算出のため
の説明図である。

【図１３】座標計算のフローチャートである。

【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 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 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 柳沢 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 (56)参考文献 特開 平５−108248（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−6619（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−158433（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−146613（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 3/03 - 3/033

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動を入力する入力手段と、 振動を伝達する振動伝達体と、 前記振動伝達体の振動を互いに異なる箇所で検出する複
   数の検出手段と、 前記入力手段から入力された振動が、入力されてから前
   記複数の検出手段それぞれで検出されるまでの所要時間
   を測定する測定手段と、 前記複数の検出手段の１の検出手段について前記測定手
   段により測定された所要時間を、他の検出手段各々につ
   いての所要時間から差し引いて差分値を算出する手段
   と、前記差分値各々に基づいて、前記振動が入力された位置
   から前記１の検出手段の検出箇所までの距離と、前記振
   動が入力された位置から前記他の検出手段の検出箇所各
   々までの距離との各距離差を算出し、該各距離差から、
   前記入力手段により振動が入力された位置を算出する算
   出手段とを有し、 前記算出手段は、所定の条件により複数の領域に分割さ
   れた入力領域のうち、振動が入力された領域を判定する
   領域判定手段を有し、判定された領域に応じて異なる手
   順で座標を算出する ことを特徴とする座標入力装置。
2. 【請求項２】 前記測定手段は、振動の群遅延時間と位
   相遅延時間とのそれぞれについて測定することを特徴と
   する請求項１記載の座標入力装置。
3. 【請求項３】 前記検出箇所は矩形の頂点であり、前記
   所定の条件により分割される複数の領域とは、対向する
   検出箇所から等距離にある点を結ぶ２つの線により分割
   される領域であることを特徴とする請求項１に記載の座
   標入力装置。
4. 【請求項４】 前記異なる手順とは、ｘ座標から座標を
   求めるか、ｙ座標から座標を求めるかであることを特徴
   とする請求項１または３に記載の座標入力装置。
5. 【請求項５】 入力手段により振動伝達体に伝達された
   振動を検出して座標入力するための座標入力方法であっ
   て、 前記振動伝達体の振動を互いに異なる複数の検出箇所で
   検出する検出工程と、 前記入力手段から入力された振動が、入力されてから前
   記複数の検出箇所それぞれで検出されるまでの所要時間
   を測定する測定工程と、 前記複数の検出箇所の１の検出手段について前記測定工
   程により測定された所要時間を、他の検出箇所各々につ
   いての所要時間から差し引いて差分値を算出する工程
   と、前記差分値各々に基づいて、前記振動が入力された位置
   から前記１の検出手段の検出箇所までの距離と、前記振
   動が入力された位置から前記他の検出手段の検出箇所各
   々までの距離との各距離差を算出し、該各距離差から、
   前記入力手段により振動が入力された位置を算出する算
   出工程とを有し、 前記算出工程は、所定の条件により複数の領域に分割さ
   れた入力領域のうち、振動が入力された領域を判定する
   領域判定工程を有し、判定された領域に応じて異なる手
   順で座標を算出する ことを特徴とする座標入力方法。
6. 【請求項６】 前記測定工程は、振動の群遅延時間と位
   相遅延時間とのそれぞれについて測定することを特徴と
   する請求項５記載の座標入力方法。
7. 【請求項７】 前記検出箇所は矩形の頂点であり、前記
   所定の条件により分割される複数の領域とは、対向する
   検出箇所から等距離にある点を結ぶ２つの線により分割
   される領域であることを特徴とする請求項５に記載の座
   標入力方法。
8. 【請求項８】 前記異なる手順とは、ｘ座標から座標を
   求めるか、ｙ座標から座標を求めるかであることを特徴
   とする請求項５または７に記載の座標入力方法。