JPH01209523A - 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、特に振動ペンから入力された振
動を振動伝達板に複数設けられたセンサにより検出し前
記振動ペンから振動センサまでの振動伝達時間に基づき
前記振動ペンによる入力点の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］ 上記のような座標入力装置は電極膜、抵抗膜などを利用
する他の座標検出装置に比して機械的構造が比較的簡単
であること、振動伝達板による入力タブレットが透明材
料から構成でき、原稿、表示塁などの重ねて使用できる
などの利点があり。

手書きの文字、画像の入力などに用いられている。　振
動伝達時間により入力座標を算出する方式では、振動ペ
ンを間欠的に駆動し、振動伝達板に入力された振動を振
動センサでサンプリングして順次座標演算を行なう。

［発明が解決しようとする課題］ 従来装置では、座標検出点の数をできるだけ多くするた
めに、可能な限り短い時間間隔で振動ペンの駆動および
座標演算を行なうようにしており、また、振動ペンの駆
動間隔は一定であった。

ところが、操作者が文字１画像などを入力する場合、振
動ペンによる筆記速度は一定ではないため、筆記速度の
遅速により同じ文字、画像を入力した場合に得られる検
出座標値の数がばらついてしまうという問題がある。た
とえば、筆記速度が遅すぎる場合には座標検出点の数が
過多となり。

筆記速度が速すぎる場合には座標検出点の数が不足する
ことになる。したがって、文字認識などを行なう場合に
は冗長な座標データを間引いたり、逆に補間するような
処理が必要になってしまう。

また、特に筆記速度が遅く多すぎる座標データが出力さ
れる場合には無駄な電力消費が生じるという問題がある
。

本発明は以上の問題を解決し、振動ペンの筆記速度にか
かわらず、適切な冗長度をもつ入力座標データ列を得ら
れる座標入力装置を提供することを主たる課題とする。

［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
ペンから間欠的に入力された振動を振動伝達板に複数設
けられたセンサにより検出し前記振動ペンから振動セン
サまでの振動伝達時間に基づき前記振動ペンによる入力
点の座標を検出する座標入力装置において、入力時の振
動ペンの振動伝達板上での速度を検出する手段と、この
検出手段により検出された入力時の振動ペンの速度に応
じて座標検出間隔を変化させる制御手段を設けた構成を
採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、筆記速度に応じて適切な座標検出
間隔を自動的に選択することができる。

［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図は本発明を採用した情報入出力装置の構造を示し
ている。第１図の情報入出力装置は振動伝達板８からな
る入力タブレットに振動ペン３によって座標入力を行な
わせ、入力された座標情報にしたがって入力タブレット
に重ねて配置されたＣＲＴからなる表示器１１’に入力
画像を表示するものである。

図において符号８で示されたものはアクリル。

ガラス板などからなる振動伝達板で振動ペン３から伝達
される振動をその角部に３個設けられた振動センサ６に
伝達する０本実施例では振動ペン３から振動伝達板８を
介して振動センサ６に伝達された超音波振動の伝達時間
を計測することにより振動ペン３の振動伝達板８上での
座標を検出する。

振動伝達板８は振動ペン３から伝達された振動が周辺部
で反射されて中央部の方向に戻るのを防止するためにそ
の周辺部分をシリコンゴムなどから構成された反射防止
材７によって支持されている。

振動伝達板８はＣＲＴ（あるいは液晶表示器など）など
、ドツト表示が可能な表示器１１’Ｊ：、に配置され、
振動ペン３によりなぞられた位置にドツト表示を行なう
ようになっている。すなわち、検出された振動ペン３の
座標に対応した表示器１１“トの位置にドツト表示が行
なわれ、振動ペン３により入力された点、線などの要素
により構成される画像はあたかも紙に書き込みを行なっ
たように振動ペンの軌跡の後に現れる。

また、このような構成によれば表示器１１°にはメニュ
ー表示を行ない、振動ペンによりそのメニュー項目を選
択させたり、プロンプトを表示させて所定の位置に振動
ペン３を接触させるなどの入力方式を用いることもでき
る。

振動伝達板８に超°音波振動を伝達させる振動ペン３は
、内部に圧電素子などから構成した振動子４を有してお
り、振動子４の発生した超音波振動を先端が尖ったホー
ン部５を介して振動伝達板８に伝達する。

第２図は振動ペン３の構造を示している。振動ペン３に
内蔵された振動子４は、振動子駆動回路２により駆動さ
れる。振動子４の駆動信号は第１図の演算および制御回
路１から低レベルのパルス信号として供給され、低イン
ピーダンス駆動が可能な振動子駆動回路２によって所定
のゲインで増幅された後、振動子４に印加される。

電気的な駆動信号は振動子４によって機械的な超音波振
動に変換され、ホーン部５を介して振動板８に伝達され
る。

振動子４の振動周波数はアクリル、ガラスなどの振動伝
達板８に板波を発生させること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に対して第２図
の垂直方向に振動子４が主に振動するような振動モード
が選択される。また、振動子４の振動周波数を振動子４
の共振周波数とすること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、表面波赴どに比して振動伝達板８の表面の傷
、障害物などの影響を受けにくいという利点を有する。

再び、第１図において、振動伝達板８の角部に設けられ
た振動センサ６も圧電素子などの機械〜電気変換素子に
より構成される。３つの振動センサ６の各々の出力信号
は波形検出回路９に入力され、後述の波形検出処理によ
り、各センサへの振動到着タイミングを検出する。この
検出タイミング信号は演算制御回路ｌに入力される。

また、波形検出回路９の出力は、タイマー回路９９に入
力される。このタイマー回路９９は、３つの振動センサ
６に振動伝達が行なわれてから。

次の振動が３つの振動センサ６に入力されるまでの時間
、すなわち座標の入力間隔に相当する時間を計測するも
のである。タイマー回路９９の計測時間は演算制御回路
ｌに入力され、後述の方法で利用される。

演算制御回路ｌは波形検出回路から入力された検出タイ
ミングにより各センサへの振動伝達時間を検出し、さら
にこの振動伝達時間から振動ペン３の振動伝達板８上で
の座標入力位置を検出する。

検出された振動ペン３の座標情報は演算制御回路ｌにお
いて表示器１１’による出力方式に応じて処理される。

すなわち、演算制御回路は入力座標情報に基づい、て表
示器駆動回路１０を介して表示器１１”の出力動作を制
御する。また、座標データはパーソナルコンピュータな
ど他の情報処理装置にも出力できる。

第３図は第１図の演算制御回路１の構造を示している。

ここでは主に振動ペン３の駆動系および振動センサ６に
よる振動検出系の構造を示している。

マイクロコンピュータ１１は内部カウンタ、ＲＯＭおよ
びＲＡＭを内蔵している。駆動信号発生回路１２は第１
図の振動子駆動回路２に対して所定周波数の駆動パルス
を出力するもので、マイクロコンピュータ１１により座
標演算用の回路と同期して起動される。

カウンタ１３の計数値はマイクロコンピュータ１１によ
りラッチ回路１４にラッチされる。

一方、波形検出回路９は、振動センサ６の出力から後述
のようにして振動伝達時間を計測するための検出信号の
タイミング情報を出力する。これらのタイミング情報は
入力ポート１５にそれぞれ入力される。

波形検出回路９から入力されるタイミング信号は入力ポ
ート１５に入力され、ラッチ回路１４内の各振動センサ
６に対応する記憶領域に記憶され、その結果がマイクロ
コンピュータ１１に伝えられる。

すなわち、カウンタ１３の出力データのラッチ値として
振動伝達時間が表現され、この振動伝達時間値により座
標演算が行なわれる。このとき。

判定回路１６は複数の振動センサ６からの波形検出のタ
イミング情報がすべて入力されたかどうかを判定し、マ
イクロコンピュータ１１に報知スる。

表示器１１’の出力制御処理は入出力ボート１７を介し
て行なわれる。

第４図は第１図の波形検出回路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も
のである。第４図において符号４１で示されるものは振
動ペン３に対して印加される駆動信号パルスである。こ
のような波形により駆動された振動ペン３から振動伝達
板８に伝達された超音波振動は振動伝達板８内を通って
振動センサ６に検出される。

振動伝達板８内を振動センサ６までの距離に応じた時間
ｔｇをかけて進行した後、振動は振動センサ６に到達す
る。第４図の符号４２は振動センサ６が検出した信号波
形を示している０本実施例において用いられる板波は分
散性の波であり、そのため検出波形のエンベロープ４２
１と位相４２２の関係は振動伝達距離に応じて変化する
。

ここで、エンベロープの進む速度を群速度Ｖｇ、位相速
度をＶｐとする。この群速度および位相速度の違いから
振動ペン３と振動センサ６間の距離を検出することがで
きる。

まず、エンベロープ４２１のみに着目すると、その速度
はＶｇであり、ある特定の波形上の点、たとえばピーク
を第４図の符号４３のように検出すると、振動ペン３お
よび振動センサ６の間の距ｌａｄはその振動伝達時間を
ｔｇとしてｄ−Ｖｇ・ｔｇ　　　　　　　　　　　・・
・（１）この式は振動センサ６の１つに関するものであ
るが、同じ式により他の２つの振動センサ６と振動ペン
３の距離を示すことができる。

さらに、より高精度な座標値を決定するためには１位相
信号の検出に基づく処理を行なう、第４図の位相波形４
２２の特定の検出点、たとえば振動印加から、ピーク通
過後のゼロクロス点までの時間をｔｐとすれば振動セン
サと振動ペンの距離は ｄ＝ｎ＊　　λ　ｐ＋Ｖｐ　　・　ｔｐ　　　　　　　
　　・・・　（２）となる、ここでλｐは弾性波の波長
、ｎは整数である。

前記の（１）式と（２）式から上記の整数ｎは ｎ＝［（Ｖｇ　−ｔ　　ｇ−Ｖｐ　ＩＩ　ｔ　　ｐ）／
入ｐ　＋　ｌ　／　Ｎ　］・・・　（３） と示される。ここでＮは０以外の実数であり、適当な数
値を用いる。たとえばＮ＝２とし、±ｌ／２波長以内で
あれば、ｎを決定することができる− 上記のようにして求めたｎを（２）式に代入することで
、振動ペン３および振動センサ６間の距離を正確に測定
することができる。

第３図に示した２つの振動伝達時間ｔｇおよびｔｐの測
定のため、波形検出回路９はたとえば第５図に示すよう
に構成することができる。

第５図において、振動センサ６の出力信号は前述の増幅
回路５１により所定のレベルまで増幅される。

増幅された信号はエンベロープ検出ｐｌＪ路５２　ニ入
力され、検出信号のエンベロープのみが取り出される。

抽出されたエンベロープのピークのタイミングはエンベ
ロープビーク検出回路５３によって検出される。ピーク
検出信号はモノマルチバイブレータなどから構成された
信号検出回路５４によって所定波形のエンベロープ遅延
時間検出信号Ｔｇが形成され、演算制御回路ｌに入力さ
れる。

また、このＴｇ倍信号タイミングを、遅延時間調整回路
５７によって遅延された元信号から検出回路５８により
位相遅延時間検出信号Ｔｐが形成され、演算制御回路１
に入力される。

すなわち、Ｔｇ倍信号単安定マルチバイブレータ５５に
より所定幅のパルスに変換される。また、フンバレート
レベル供給回路５６はこのパルスタイミングに応じてｔ
ｐ倍信号検出するためのしきい値を形成する。この結果
、コンパレートレベル供給回路５６は第３図の符号４４
のようなレベルとタイミングを有する信号４４を形成し
、検出回路５８に入力する。

すなわち、単安定マルチバイブレータ５５およびフンバ
レートレベル供給回路５６は位相遅延時間の測定がエン
ベロープビーク検出後の一定時間のみしか作動しないよ
うにするためのものである。

この信号はコンパレータなどから構成された検出回路５
８に入力され、第４図のように８延された検出波形と比
較され、この結果符号４５のようなｔｐ検出パルスが形
成される。

以上に示した回路は振動センサ６の１つ分のもので、他
のそれぞれのセンサに対しても同じ回路が設けられる。

センサの数を一般化してｈ個とすると、エンベロープ遅
延時間Ｔｇｌ−ｈ、位相遅延時間Ｔｐｌ−ｈのそれぞれ
ｈ個の検出信号が演算制御回路１に入力される。

第３図の演算制御回路では上記のＴｇｌ〜ｈ。

’ｒｐｉ−ｈ信号を入カポ−）１５から入力し、各々の
タイミングをトリガとしてカウンタ１３のカウント値を
ラッチ回路１４に取り込む、前記のようにカウンタ１３
は振動ペンの駆動と同期してスタートされているので、
ラッチ回路１４にはエンベロープおよび位相のそれぞれ
の遅延時間を示すデータが取り込まれる。

第６図のように振動伝達板８の角部に３つの振動センサ
６を符号Ｓ１からＳ３の位置に配置すると、第４図に関
連して説明した処理によって振動ペン３の位！ＩＰから
各々の振動センサ６の位置までの直線距離ｄｌ−ｄ３を
求めることができる゛。

さらに演算制御回路ｌでこの直線距離ｄｌ−ｄ３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＋（ｄｌ＋ｄ２）（ｄｉ−ｄ２）／２Ｘ・・
・（４） ｙ＝Ｙ／２＋（ｄｌ＋ｄ３）（ｄｉ−ｄ３）／２Ｙ・・
・（５） ここでｘ、ＹはＳ２、Ｓ３の位置の振動センサ６と原点
（位置Ｓｔ）のセンサのｘ、Ｙ軸に沿った距離である。

以上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。

以上では座標検出′のための基本的構成、および動作を
示したが、次にタイマ回路９９を用いた制御につき説明
する。

まず、第７図にタイマ回路９９の構成を示す。

第７図において符号７０１は、波形検出回路９が出力す
るセンサ３つ分の振動検出タイミング信号（ここでは前
記の位相検出信号Ｔｐとする）をクロック入力とするＤ
フリップフロップで、そのデータ入力端子はローレベル
に接続されている。

３つの７リツプフロツプ７０１の出力はＯＲゲート（機
能的には負論理のアントゲ−））７０２に入力される。

また、各フリップフロップ７０１のクリア端子はＯＲゲ
ート７０２の出力端子と接続されている。

ＯＲゲート７０２の出力はラッチ回路７０４にトリガ信
号として入力される。ラッチ回路７０４はこのトリガに
よりタイマカウンタ７０５の所定ビット幅の計数値をラ
ッチする。また、ＯＲゲート７０２の出力信号は遅延回
路７０３を介してカウンタ７０５のクリア端子にも入力
されている。

これは、カウンタ７０５のデータをラッチしてからカウ
ンタ７０５をリセットするためである。カウンタ７０５
は水晶発振子７０６を用いて発生された所定周期のクロ
ックを計数することにより計時を行なう。

第７図の構成において、波形検出回路９から３つの位相
検出信号ＴＰが入力されると、フリップ７ｏツブ７０１
がこれをラッチして昏ローレベルを出力する。

３つの振動センサ６全てから位相検出信号ＴＰが検出さ
れると、ＯＲゲー）７０２がローレベルを出力する。こ
れにより座標入力が行なわれたことが確認され、ＯＲゲ
ート７ｏ２から出力されたローレベルによりラッチ回路
７０４はタイマカウンタ７０５の計数値をラッチする。

ＯＲゲート７０２の出力は同時に３つの７リツプフロツ
プ７０１をリセットする０次に、遅延回路７０３によっ
てほんの少し遅れたローレベルによってタイマカウンタ
７０５がクリアされる。

このようにして、座標入力があるたびにラッチ回路７０
４には直前の座標入力から今回の座標入力までの時間間
隔が正確にラッチされ、この時間データは演算制御回路
ｌに出力される。

次に第８図に示すフローチャートに従って演算制御回路
ｌが行なう座標検出処理全体の制御手順を説明する。

電源投入などにより処理′が始まると、まずステップＳ
１において振動ペン３を所定時間駆動する。

次にステップＳ２に進み、内部のタイマを使いながら１
０ｍ５以内に波形検出回路９から座標入力があるかない
かを調べる。

座標入力がなければステップＳｔに戻り、入力があった
場合にはステップｓ３において、前記方式によって入力
座標値を計算する。求められた座標を（ｘ　、　ｙ）と
すると、ステップＳ４でレジスタｘｌにＸを、ステップ
Ｓ５でｙｔレジスタにｙを代入する０次にステップＳ６
で再び振動ペン３を駆動し、ステップＳ７へ進む。

ステップＳ７ではステップＳ２と同様に座標入力の有無
を検知し、なかった場合にはステップＳ１に戻る。座標
入力が検知された場合にはステップＳ８に進み、前記の
方法で入力座標を算出する。入力座標値を（ｘ　、　ｙ
）とすると、２点目のレジスタｘ２．ｙ２にそれぞれメ
モリしておく。

次にステップＳｌｌにおいて、第７図のタイマ回路のラ
ッチ７０５の出力をレジスタｔに読み込む０次にステッ
プＳ１２に進み、ｘｌ、ｘ２、ｙｔ、７２、ｔを用いて
、以下の式に従って入力速度（筆記速度）Ｖを算出する
。

（ｘｒ−ｘ２）　２＋　（ｙｌ−ｙ２）　２７“　　　
　　　　　　　　　　　　　・・・（６）を 次に、ステップＳ１３で次の一時間数に従って座標サン
プリングの間のウェイト時間Ｗを算出する。

ｗ＝０　．１−ｖＸａ　　　　　　　　　　　　　−・
・　（７）ａは座標入力速度に対してサンプリング速度
を決定するための定数で、本実施例においては人間の筆
記速度が最高で１ｃｍ／ｓとして、この場合に最高速よ
り筆記速度が遅くなると少しずつウェイトを入れるよう
にし、筆記速度が０の時はｌＯ点／Ｓとなるように設定
している。

１式におけるａは座標入力面の大きさや使用環境に合わ
せて変化させられる。Ｗが決定するとステップ５１４に
進み、ｗ（ｍｓ）だけウェイトした後、ステップＳ６に
戻って次の入力点の検出を行なう。

以上の制御により、座標の入力速度、すなわち筆記の速
度によって座標入力のサンプリングスピードを変化させ
ることが可能となる。すなわち、振動ペン３の筆記速度
が遅い場合にはタイマ回路９９により検出される座標入
力間隔が長くなり、これに応じて座標のサンプリング間
隔が長くされ、逆に筆記速度が速い場合には座標サンプ
リング間隔が短縮されるため、たとえば同じ図形を異な
る筆記速度で入力した場合でも同じ数の座標データ列を
得ることができる。

このため、従来のように筆記速度によって座標データ列
の冗長度が変化することがなく、たとえば文字認識など
を行なう場合でもデータの間引き、補間などの面倒な処
理は必要ない。

また、常に筆記速度に応じた適切な座標サンプリング間
隔が自動的に選択されるから、過剰な電力消費が生じる
こともない。

第８図のフローチャートにおけるステップ５１２以降の
入力速度計算は第９図のように変更してもよい。

第９図のステップ５１１では、ラッチ回路７０４からの
タイマ出力をマイクロコンピュータのポートよりレジス
タｔに読み込んだ後、ステップ５１２において入力速度
Ｖを算出し、ステップＳ１３において算出された入力速
度ＶによりＲＯＭなどにあらかじめ用意したテーブルを
参照してウェイト時間Ｗを算出する。

第１θ図はＲＯＭなどに格納された入力速度Ｖおよびウ
ェイト時間Ｗをそれぞれアドレスデータおよび格納デー
タとして対応づけたテーブルの構成を示している。この
ようなテーブルに入力速度Ｖをアドレスオフセットとし
て入力し、テーブルから読みだされたウェイト時間Ｗを
レジスタＷに格納した後、ステップＳ１４においてＷレ
ジスタの長さだけ（ｗ　（ｍｓ））ウェイトした後にス
テップＳ６へ進み１次の座標入力点を検出する。

このような処理により、演算処理を簡略化し、全体の処
理速度を向上させることができるから。

座標サンプリング速度の上限を向上させることができる
。また、テーブルの構成により入力速度Ｖとウェイト時
間Ｗの対応をいかようにも設定できる。たとえば、非線
形的な特性を設定することも自由に行なえるようになる
。

［発明の効果］ 以上から明らかなように１本発明によれば、振動ペンか
ら間欠的に入力された振動を振動伝達板に複数設けられ
たセンサにより検出し前記振動ペンから振動センサまで
の振動伝達時間に基づき前記振動ペンによる入力点の座
標を検出する座標入力装置において、入力時の振動ペン
の振動伝達板上での速度を検出する手段と、この検出手
段により検出された入力時の振動ペンの速度に応じて座
標検出間隔を変化させる制御手段を設けた構成を採用し
ているので、振動ペンの筆記速度にかかわらず常に適切
な間隔で座標検出を行なうことができる。したがって、
振動ペンの筆記速度にかかわらず常時適切な冗長度をも
つ座標データ列を得ることができる。座標データの間引
きや補間の必要がないという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明を採用した情報入出力装置の構成を示し
た説明図、第２図は第１図の振動ペンの構造を示した説
明図、第３図は第１図の演算制御回路の構造を示したブ
ロック図、第４図は振動ペンと振動センサの間の距離測
定を説明する検出波形を示した波形図、第５図は第１図
の波形検出回路の構成を示したブロック図、第６図は振
動センサの配置を示した説明図、第７図はタイマ回路の
ブロック図、第８図は制御手順のフローチャート図、第
９図は異なる制御手順を示したフローチャート図、第１
θ図は第９図の手順で用いられるテーブル構成を示した
説明図である。 １・・・演算制御回路　３・・・振動ペン４・・・振動
子　　　　６・・・振動センサ８・・・振動伝達板　　
９９・・・タイマ回路７０１・・・フリップフロップ ７０２・・・ＯＲゲート ７０３・・・遅延回路　　７０４・・・ラッチ回路７０
５・・・タイマカウンタ 第４図 第５図 度ｄｆ−に突り哩手１喰の７０−チｙ−）０第８図 里丁Ｊる刺ａ専１・室の７０−手ヤードＧＤ第９図 テーツ・１し横腹の名ｆｇＦ４ｔＤ 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）振動ペンから間欠的に入力された振動を振動伝達板
   に複数設けられたセンサにより検出し前記振動ペンから
   振動センサまでの振動伝達時間に基づき前記振動ペンに
   よる入力点の座標を検出する座標入力装置において、入
   力時の振動ペンの振動伝達板上での速度を検出する手段
   と、この検出手段により検出された入力時の振動ペンの
   速度に応じて座標検出間隔を変化させる制御手段を設け
   たことを特徴とする座標入力装置。