JPH01184523A - 座標入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、特に振動伝達板上での振動伝達
時間に基づき振動伝達板上での指示点座標を検出する座
標入力装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、種々の入力方式の座標入力装置が知られてい
る。特に、抵抗膜、電極膜などを用いた入力タブレット
を使用する方式の他、振動伝達板上での振動伝達時間に
基づき振動伝達板上での指示点座標を検出する検出方式
が考えられている。

この方式は機械的構造が比較的簡略である、入力タブレ
ットにガラスなどの透明材料を使用でき、表示器などと
重ねて使用できるなどの利点を有する。

従来１弾性波を用いた指示点座標を検出する座標入力装
置として、第２図に示すような構成のものが考えられて
いる。第２図の座標入力装置は振動伝達板７８から成る
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
ている情報処理装置（例えばパーソナルコンピュータな
ど）に出力するものである。

振動ペン７３は振動伝達板７８に弾性波を入力するため
のもので、圧電素子などからなる振動子７４、振動伝達
板７８に対する入力振動を増幅するホーン７５．および
その支持体から構成される、また、符号７２はこのペン
の振動子７４の駆動回路である。符号７６は振動伝達板
７８中を伝わってくる弾性波を検出するための圧電素子
（センサ）である、符号７７は振動伝達板７８の端面で
の反射を防止する防振材である。

振動センサ７６は振動伝達板７８の角部などの所定位置
に３つ配置されており、それぞれの出力は前置増幅回路
８０〜８２を介して振動検出回路８３〜８５に入力され
る。振動検出回路８３〜８５は、ピーク検出などの波形
処理により、各センサ位置での振動検出タイミングを決
定する。

振動検出回路８３〜８５が振動を検出すると。

そのタイミングで計時カウンタ７９の計時情報がラッチ
回路８６〜８８にラッチされる。

ラッチ回路８６〜８８の計時情報はマイクロコンピュー
タなどからなる制御装置ｉ７１に入力され、これらの時
間情報に基づき振動ペン７３の入力座標が決定される。

座標演算の概要を以下に示す。

振動ペン７３から入力された弾性波は振動伝達板７８中
をある伝達速度Ｖで伝わってくるから、ペンの指示点と
センサ間の距離１は ノ＝Ｖ＠　ｔ　　　　　　　　　　　　　・・・（１）
（ｔは振動伝達時間） となる、Ｖは伝達板に用いる材料および振動の周波数な
どで決定される定数であるから、Ｊを知るためにはｔを
計測すればよい、振動検出回路８３〜８５、ラッチ回路
８６〜８８．および計時カウンタ７９はこの伝達時間ｔ
を計測するための回路である。

制御回路７１は振動ペン７３を駆動するのと同時に計時
カウンタ７９をＯからスタートさせる。

振動ペン７３で発生した振動は、距離に応じた時間、す
なわち伝達時間ｔを経て振動センサ７６に到達する。振
動センサ７６によって振動は電気信号に変換され、前置
増幅回路８０〜８３を経て振動検出回路８３〜８５に至
る。振動検出回路は振動の伝達を検知すると、振動検出
信号をラッチ回路８６〜８８へ出力する。ラッチ回路は
、該振動検出信号をトリガとして計時カウンタ７９の出
力を取り込む、振動の伝達を検出するには弾性波の縦波
成分を先頭波として検出する方法、横波成分のエンベロ
ープ（包絡線）をとってそのピーク点を検出する方法な
どが知られている。

制御回路７１はこのように計測した伝達時間から（１）
式に基づいてそれぞれのセンサとペンの距離を算出し、
後は幾何学的計算を行なって座標値を得るものである。

また、ペンの駆動を行なってから最大伝達時間（すなわ
ち、座標入力の有効エリア内においてセンサ・指示点間
の距離が最大である時の伝達時間）、回路遅延時間など
より決定される時間を過ぎても振動が検出されない場合
にはペンアップの時であるから、伝達時間の計測を打ち
切り、前記振動ペン７３の駆動からの制御を繰り返す。

以上の動作を縁り返して指示点座標を検出する。

センサの数は、２個以上あれば座標値を算出することが
可能である。以下に座標計算の方法を説明する。

第３図に示すように、３つのセンサ５Ｏ１Ｓ１．Ｓ２を
伝達板の３つの角に配置する。センサＳＯの位置を原点
、またセンサＳ１、Ｓ２の位置をそれぞれ（ａ　、　０
）、（ｏ　、　ｂ）とすると、指示点Ｐ　（ｘ　、　ｙ
）の座標値は ｘ＝ａ／２＋（ｊｌ　Ｏ＋１１）（ｊｌ０　＝１１）／
２ａ・・・（２）ｙ冨ｂ／２＋（ｊ２　ｏ＋Ｊ　２）（
ｊ！ｏ〒ｆｆｌ　２　）／２ｂ・・・（３）１０＝ｖΦ
ｔｏ　　　　　　　　　　　・・・（４）Ｊ１＝ｖ−ｋ
ｌ　　　　　　　　　　　　　・−・（５）ｊ１２＝ｖ
−ｔ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　・・・　（６）となる（ただし、ｔｏ、
ｔｌ、ｔ２はそれぞれ指示点ＰからセンサＳ０．３１．
３２への振動伝達時間）。

上端の２つのセンサ５Ｏ１Ｓｌだけを用いる場合には前
出の（２）式と（７）式、すなわちｘ　＝ａ／２＋（ｊ
ｌ　Ｏ＋　１２１　）（、ｌ１Ｏ−ＩＩ　ｌ）／２ａ＝
　（２）ｙ＝８７丁石ｉ百Ｔ扁５　　　・・・（７）に
よって求めることができる。

［発明が解決しようとする課題１ 制御回路７１の座標値演算手段には、マイクロコンピュ
ータ（ＣＰＵ）が用いられる。ところで１周知のように
マイクロコンピュータの演算命令は加算、減算、論理演
算、ビットシフトなどが基本であり、乗算、除算を実行
させるには相当のステップ数（または処理時間）を必要
とする。

従って、前記（２）、（３）式中に含まれている除算部
分、すなわち （ｊ２０＋１１）−（ｊ！０−ｊ２１）／２ａ−（９）
（）Ｏ＋１２）　　・　（）Ｏ−ｊ２２）／２ｂ　　・
・・（１０）の計算にはかなりの時間が必要である。１
点の座標値を計算し終るまでは次の指示点のサンプリン
グをすることができないから、従来例において指示点の
サンプリングスピードを向上させるには、ＣＰＵの動作
速度を上げなければならなかった。

そのため、高速で動作可能なＣＰＵを用いるためにコス
トがかさみ、また消費電力も増大してしまうという欠点
があった。

また、演算専用のコプロセッサを持つ方法も考えられる
が、コストがかかりすぎてしまい、安価に座標入力装置
を提供することができない。

本発明の課題は、上記の問題を解決することにある。

［課題を解決するための手段］ 以−ヒの課題を解決するために、本発明においては、振
動発生手段を有する振動ペンと、振動を伝達する伝達板
と、該伝達板に設けられた振動センサとを有し、振動ペ
ンから振動伝達板を介して振動センサに入力された振動
の伝達時間から振動伝達板上での入力座標値を検出する
座標入力装置において、座標軸方向に沿って設置される
少なくとも２個の振動センナ間の距離を座標入力の分解
能の２の整数乗倍とする構成を採用した。

［作　用］ 上記の構成によれば、センサ間の距離を検出分解能の２
の整数乗倍にとることによって、除算、逆数の乗算など
時間のかかる演算プロセスを２進数のビット処理に置換
でき、座標演算を簡略化できる。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づき、本発明の詳細な説明
する。

第１図は本発明の座標入力装置におけるセンサ配置の一
例を示している。第１図では第３図で説明した３つのセ
ンサ５Ｏ１Ｓｔ％Ｓ２がそれぞれ３０−３１間１０２．
４ｍｍ　、　Ｓ　Ｏｍ　Ｓ　１間２０４．８ｍｍ　テ装
置されている。装置の構成は第２図と同一であるものと
する。

第１図のセンサ配置によれば、座標入力の分解能は前述
の（１）式から伝達速度Ｖとカウンタの計時の量子化量
（単位計測時間）、すなわちカウンタクロックの周期で
規定される。つまり１分解能Δノはカウンタクロック１
周期をΔｔとしてΔｊ２＝ｖ・ΔＥ　　　　　　　　　
　・・・（１１）と表される。

ここで、例えば伝達板に厚さ１騰脂のクラウンガラスを
使用し、振動ペンの振動周波数を５００ｋＨｚとした場
合、伝達速度Ｖは２０００ｓ＋＃であり、ざらにカウン
タクロックの周波数を２０ＭＨｚとすれば、分解能は（
１１）式より　０．１■■と求められる。座標計算は、
この分解能０．１１を単位長として進められる。

前述のとおり、座標値演算手段にはＣＰＵが用いられて
いるから、距離１、座標値（ｘ　、　ｙ）などは分解能
０．１膳■を単位長とした２進数の整数値として表現さ
れる。

ところで、第１図に示すような間隔でセンサを配置し、
それぞれのセンサ位置を頂点とする四角形内を座標入力
の領域とする場合、ペン・センサ間の距離の最大値（ｆ
ｆｌ　ｍ　ａ　ｘ）は第１図中に示すようにＳＯとＡ点
の距離２２９．０ｍｍである。

２２９．０騰脂は ｊ！　ｍａｘ−２２９，０ｍｍ＜　　４０９．８ｍｓ＋
＝　　２１２Ｘ　　Ｏ，１ｍｍ・・・　（１２）である
から、距離を表現するのに１２ビツトあれば充分である
。しかし、一般的にマイクロプロセッサの演算データ幅
は８Ｘｍピッ）　（ｍは正の整数）であり、この幅で処
理を行なう方が都合がよいから、本実施例では距離ある
いは座標値を表現するのに１６ビツトを使用することに
する。

従って、（９）、（ｌＯ）式の計算を行なう場合、従来
は（１０十）ｌ）・（４２０−ｊ２１）または（ＪＯ＋
ｊ１２）　　・　（２０−７２）という３２ビツトの数
値を２ａまたは２ｂという１６ビツトの数値で割って１
６ビツトの答を得る除算、あるいは（ｊ２０＋ｊｌｌ）
・（Ｊｉｏ−ｊ２１）という３２ビツトの数値に（２）
、（３）式の（２ａ）　（または（２ｂ）−’という１
６ビツトの数値を掛けて得られた４ａビツトの数値のＭ
ＳＢ　（最上位ビット）から１６ビツトのみを答とする
乗算、すなわち（ＭＳＢから１６ビツトの位置に小数点
がくるように、（２ａ）（、（２ｂ）４の小数点位ａｔ
設定する）を行なっていた。このような計算には、マイ
クロプロセッサは約数百ステップの処理を必要とする。

ところが１本実施例では２ａ、２ｂはそれぞれ２　ａ　
＝　２　Ｘ　Ｏ，ｌｍｍ＝　１０００００００００００
０８　　・・・（１３）２　　ｂ　　＝　　２”Ｘ　　
Ｏ，１ｍ鵬＝　　１００ＯＯＯＯＯＯＯＯＯＢ　　　　
・・・　（１４）と表現される（「Ｂ」は２進数を示す
）、このように割る数が２°（ｎは正の整数）の場合に
はマイクロプロセッサの汎用の乗除算を命令を用いなく
ても、ビットシフト操作だけで計算が行なえることは周
知の事実である。

従って、本実施例において（９）、（１０）式の計算を
行なうのに（ｊｌＯ＋ｊｌｌ）会（ｊ２０−１１）とい
う３２ビツトの数値を左へ４回シフトしてＭＳＢから１
６ビツトとる、並びに（ＪＯ＋ｊ！２）・（ｊｌＯ−７
２）という３２ビツトの数値を左へ５回シフトしてＭＳ
Ｂから１６ビツトとる。という操作を行なうだけで答を
得ることができる。

一般に２ｍビットの数を２で割ってｍビットの答を得よ
うとするには、（ｍ）ｎ）、２ｍビットの数値をｎ回だ
け右へシフト、あるいはｍとｎの差の絶対値の回数だけ
左にビットシフトし、　２ｍビット中の下位ｎビット、
あるいは上位ｍビットを答とすればよい。

本実施例のようにｍ＝１６の時は、３２ビツトのシフト
をせいぜい８回行なえば答を得ることができる。これは
、１６ビツトのシフト命令を持っているＣＰＵならばせ
いぜい１６回、８ビツトのシフト命令しか持っていない
ＣＰＵでも３２回のシフト命令を実行するだけである。

これは、従来の汎用の乗除算を用いる場合に比べてｌ　
／１００程度の演算時間しか要しない。

以上のように、本実施例によれば座標演算のうち、時間
のかかる除算部分をビットシフト処理に置き換えること
ができるから、従来に比べて座標演算に要する時間を飛
躍的に短縮できるという優れた効果がある。ＣＰＵの動
作速度、経済性との兼ね合いから見れば、低速のＣＰＵ
でも充分高速な座標演算が可能であり、また従来と同速
度でよいのであれば、クロック速度の低減によって消費
電力を低減できる。

従来例の項でも述べたように、２個のセンサを備えるだ
けでも座標演算を行なうことができる。

しかしながら、（７）式の平方根の計算をＣＰＵで行な
うには、乗除算にも増して時間がかかる。

従って、従来はサンプリング速度がごく低速でよい場合
を除いては、２センサ方式は採用されなかった。

ところが、本発明によるセンサの配置並びに計算方法を
用いれば、（２）式の計算を短時間で行なうことができ
るので、（７）式の平方根の計算に多少の時間を要する
にしても、全体としては従来の３センサ方式の場合と大
差ない時間で座標計算を行なうことができる。従って、
サンプリング速度の観点から、従来であれば３センサ以
上の方式を採らざるを得なかった場合でも、本発明によ
れば２センサ方式で充分実用に供する座標入力装置を提
供することができる。２センサ方式によれば、センサ数
および検出処理系の構造を著しく簡略化でき、装置のコ
ストダウンが可能となる。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、振動発生手
段を有する振動ペンと、振動を伝達する伝達板と、該伝
達板に設けられた振動センサとを有し、振動ペンから振
動伝達板を介して振動センサに入力された振動の伝達時
間から振動伝達板上での入力座標値を検出する座標入力
装置において、座標軸方向に沿って設置される少なくと
も２個の振動センサ間の距離を座標入力の分解能の２の
整数乗倍とする構成を採用しているので、座標演算に必
要な距離演算をビットシフトのみで行なえるため、高速
な座標演算が可能である。また、低速なマイクロプロセ
ッサによって、コプロセッサなどを用いることなく、従
来と同等あるいはそれ以上の性能を得られるため、装置
のコストを低減できるなどの優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による座標入力装置の振動センサ配置を
示した説明図、第２図は座標入力装置のブロック図、第
３図は従来の振動センサ配置の説明図である。 ７１・・・制御装ｇｌ　　　　７３・・・振動ペン７６
・・・振動センサ　　７Ｂ・・・振動伝達板第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）振動発生手段を有する振動ペンと、振動を伝達する
   伝達板と、該伝達板に設けられた振動センサとを有し、
   振動ペンから振動伝達板を介して振動センサに入力され
   た振動の伝達時間から振動伝達板上での入力座標値を検
   出する座標入力装置において、座標軸方向に沿って設置
   される少なくとも２個の振動センサ間の距離を座標入力
   の分解能の２の整数乗倍とすることを特徴とする座標入
   力装置。