JPH02125324A - 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、詳しくは充電池を内蔵したコー
ドレスの座標入力ペンと座標入力盤から構成される座標
入力装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、超音波振動を媒体として座標入力を行う方式
がある。

この座標入力方式を採用した装置では、そのタブレット
（ここでは、振動伝達材料）としてガラスや金属等を用
い、そのタブレットの角部の所定位置に複数の振動セン
サを配設しである。

そして、振動子を有した入力ペンでもってタブレットの
所望とする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ことになるが、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、各振動センサで検出されるまで
の振動伝達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。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、入力ペンを電気的に作動させ、そのベンタッ
チ位置を検出する装置の場合、何らかの手段でその入力
ペンに電源を供給することが必要になる。

通常、装置本体と入力ペンとは専用ケーブルで接続され
て、必要な電源の供給や各種信号の授受はこのケーブル
を介して行われているが、操作上、充電池を内蔵したコ
ードレスの入力ペンであることが望ましいことは明らか
である。

しかしながら、コードレス入力ペンにすると今度は、そ
の管理が問題になる。すなわち、紛失しやすくなるわけ
である。

本発明は係る課題に鑑みなされたものであり、座標入力
装置のコードレス入力ペンの管理を容易にすることを可
能ならしめた座標入力装置を提供しようとするものであ
る。

［課題を解決するための手段］ この課題を解決する本発明の座標入力装置は以下に示す
構成を備える。

すなわち、 少なくとも電源を内蔵したコードレスの入力ペンと座標
入力盤をその構成要素とする座標入力表において、所定
位置に設けられ、前記入力ペンを支持する支持手段と、
装置本体への電力投入な検出する検出手段と、該検出手
段で電力投入が消勢されているとき、前記入力ペンの保
持手段への有無を外部に報知する報知手段を備える。

［作用］ かかる本発明の構成において、検出手段で装置本体への
電力が消勢されていることを検出している最中、支持手
段に入力ペンが支持されているか否かを報知手段で外部
に報知するものである。

［実施例］ 以下、添付図面に従って本発明に係る実施例を詳細に説
明する。

く構成概略の説明（第１図）〉 第１図に実施例における座標入力装置のブロック構成図
を示す。

図中、１は座標位置を指示するコードレスの入力ペンで
あり、その詳細は後述するが、所定周期（例えば５ｍｓ
周期毎）に座標入力開始に係るスタート信号（光）を透
明な窓部２４を介して放射すると共に、その信号照射に
同期してペン先を振動（振動子を備えている）させるも
のである。２は透明なガラス（プラスチックでも構わな
い）で構成され、入力ペン１より発生した振動を伝播さ
せる振動伝達板であり、所謂、座標入力領域をなすもの
である。振動伝達板２の三隅には３ａ〜３Ｃで示すピエ
ゾ素子等からなる振動センサが固定されており、先の入
力ペン１から発生した振動はこれら振動センサ３ａ〜３
Ｃで検出させる。４は入力ペン１から伝達された振動が
、振動伝達板２の周辺部で反射され、その中央部の方向
に戻るのを防止するためのシリコンゴムなどから構成さ
れる反射防止材である。５はＣＲＴやＬＣＤパネルなど
からなるデイスプレィであって、振動伝達板２の背後に
位置している。換言すれば、振動伝達板２はデイスプレ
ィ５の前面に位置するので、その表示内容は振動伝達板
８を介して読み取ることができる。６はデイスプレィ５
の表示駆動を制御するデイスプレィ駆動回路であり、後
述する演算制御回路１０の指示の基に、点や線等の所定
画像を表示させるものである。このため、例えば、デイ
スプレィ５に入力ペン３で入力した画像や文字などをそ
のままのサイズで、しかもリアルタイムで表示すること
により、あたかも紙に書き込みを行っているが如く、そ
の筆跡を表示することが可能となる。尚、その他にも、
デイスプレィ５にキーボードのキー配列面を表示して、
入力ペン３により指示するなど、種々の利用が可能にな
っている。

７は信号波形検出回路であり、振動センサ３ａ〜３ｃで
検出された振動に対する信号を検出し、演算制御回路１
１に対応するパルス信号を出力する。

また、８はスタート信号検出回路であり、受光部９から
出力されてきた入力ペンｌより放射された光に対する電
気信号を所定のパルス信号に変換して演算制御回路１１
に出力するものである。

〈入力ペンの説明（第２図、第３図）〉実施例における
入力ペンの構造（断面図）の−例を第２図に示し、以下
に各構成要素を説明する。基本的には、この入力ペン１
には振動発生に必要な全ての部材を内蔵している。

入力ペン１は振動子２１、そして座標入力を行い且つ振
動をその先端にまで伝達させるホーン２０（所謂、ペン
先をなしている）をはじめ、以下に示す構成を備えてい
る。

２２はスタート信号発生回路であり、実施例では５ｍｓ
周期毎に数個のパルス信号を発生し、ＬＥＤ２３を点灯
させるものである。このＬＥＤ２３からの光が透明部材
よりなる窓部２４を介して外部の放出され、装置本体側
の受光部９で受光されることになる。２５はスタート信
号発生回路２２から発生する信号に同期して、振動子２
１を駆動する駆動回路である。これによって、光の放出
と振動子２１の振動の同期、すなわち、装置本体側にと
っては、入力ペンｌによる振動開始の時期を検出するこ
とが可能となる。そして、２６は充電池を内蔵した電源
部である。

また、説明が前後するが、振動子２１の振動周波数は振
動伝達板２に板波を発生させることができる値に選択さ
れている。板波は、平面波等に比して振動伝達板２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。

また、振動子駆動の際、振動伝達板２に対して第２図の
垂直方向に振動子２１が主に振動するような振動モード
が選択されている。また、振動子２１の振動周波数を振
動子２１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。

さて、上述した入力ペン１を振動伝達板２上の任意の箇
所を指定し、その指定箇所の座標を入力することになる
が、本装置の所定位置（少なくとも座標入力領域外であ
って、例えば四隅のいずれか）には、入力ペン１を保持
するための、所謂、ペンスタンドが設けられている。

そして、座標入力の作業を終え、このペンスタンドに入
力ペン１を差し込んでいないことを検出したときに、外
部にその旨を報知し、入力ペンｌが紛失したりしないよ
うにするものである。

第３図に実施例におけるペンスタンドとその周辺のブロ
ック図を示す。

ベンスタンド３０内面底部には、入力ペン１の有無（重
さに感応する）でもってオン／オフするスイッチ３１が
設けられている。このスイッチ３１の状態をペン検出回
路３２が監視している。

一方、本座標入力装置自身には、その主電源投入スイッ
チ３６があって、先に説明した演算制御回路１１等への
電力供給を監視している電源ＯＦＦ検出回路が設けられ
ている。

そして、ブザー駆動回路３５が、ペン検出回路３２より
ペンスタンド３０に入力ペン１が保持されていない旨の
信号を受信し、且つ、電源ＯＦＦ検出回路３４より装置
本体への電源が供給されていない旨の信号を受信したと
き、ブザー３３を駆動し、外部に報知するものである。

尚、これら各回路やブザー等の駆動のための電源はブザ
ー駆動回路３５内にある不図示の充電池よりなされるも
のであり、座標入力装置として使用されている最中に、
その充電がなされる様になっている。

この様に、座標入力に係る作業を終え、その主電源投入
スイッチ３６をＯＦＦにしたときにペンスタンド３ｏに
入力ペンが差し込まれていないことを検出すると、ブザ
ー３３を鳴らし、外部に報知することが可能となる。従
って、本装置を使用していない間は、入力ペン１はペン
スタンド３０に差し込まれていることになり、その管理
が確実なものになる。

く演算制御回路の説明（第４図）〉 第４図に実施例における演算制御回路１１の内部構成を
示し、各構成要素及びその動作概要な以下に説明する。

図中、４１は演算制御回路１１及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る。４３は不図示
の基準クロックを計時するタイマであって、スタート信
号検出回路８からの信号（入力ペンの振動開始を示す光
を受信したことを示す信号）を受信することにより、そ
の計時を開始する。

すなわち、これによって、計時開始と振動発生の時期の
同期が取られることになる。

その地番構成要素となる回路は順を追って説明する。

信号波形検出回路７を介して得られた各振動センサ３ａ
〜３ｃの検出信号は検出信号入力ボート４５を介して、
ラッチ回路４４ａ〜４４ｃに入力される。ラッチ回路４
４ａ〜４４ｃは振動センサ３ａ〜３ｃに対応しており、
各々は対応する振動センサからの検出信号を入力ボート
４５を介して受信すると、その時点でのタイマ４３の計
時値をラッチする。そして、全ての検出信号の受信がな
されたことを判定回路４６が判定すると、マイクロコン
ピュータ４１にその旨の信号を出力する。

マイクロコンピュータ４１が判定回路４６からこの信号
を受信したときには、ラッチ回路４４ａ〜４４ｃから各
々の振動センサまでの振動到達時間を読み取り、所定の
計算を経て、入力ペン１による振動伝達板２上の座標位
置を算出する。そして、Ｉ１０ボート４７を介してデイ
スプレィ駆動回路６に算出した座標位置情報を出力する
ことにより、例えばデイスプレィの対応する位置にドツ
ト等を表示する。

く振動伝播時間検出の説明（第５図、第６図）〉以下、
振動センサまでの振動到達時間の計測の原理を説明する
。

第５図は信号波形検出回路７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、以下では、振動センサ３ａを用いて説明
するが、その他の振動センサ３ｂ、３ｃについても全く
同じである。

振動センサ３ａへの振動伝達時間の計測は、入力ペン１
からの光信号受信により開始することは既に説明した。

このとき、入力ペン１内の駆動回路２５からは図示の振
動駆動信号５１が振動子２１に印加されている。

この信号により駆動された入力ペン１から振動伝達板２
に伝達された超音波振動は、振動センサ３ａまでの距離
に応じた時間ｔ１をかけて進行した後、振動センサ３ａ
で検出される。

図示の５２で示す信号は振動センサ３ａが検出した信号
波形を示している。

ところで、実施例で用いられている板波は分散性の波で
あり、そのため振動伝達板２内での伝播距離に対して検
出波形のエンベロープ５２１と位相５２２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５２１の進む速度、すなわち、群
速度をＶｇ、そして位相５２２の位相速度なＶｐとする
。この群速度Ｖｇおよび位相速度Ｖｐの違いから入力ペ
ン１と振動センサ３ａ間の距離を検出することができる
。

まず、エンベロープ５２１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
を図示の５３で示す信号のように検出すると、入力ペン
１および振動センサ３ａの間の距離ｄはその振動伝達時
間なｔｇとしてｄ＝Ｖｇ−ｔｇ　　　　　　　・・・■
この式は振動センサ３ａの１つに関するものであるが、
同じ式により他潰２つの振動センサ３ｂ、３ｃ、と入力
ペン１の距離も同様の原理で表わされる。

さらに、より高精度な座標値を決定するためには、位相
信号の検出に基づく処理を行う。

位相波形信号４２２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・λｐ＋ＶｐＩＩｔｐ　　＝■ となる。ここでλｐは弾性波の波長、ｎは整数である。

前記、■式と０式から上記の整数ｎは ｎ＝　　［（Ｖｇ　−ｔｇ−Ｖｐ　−ｔｐ）／λｐ＋１
／Ｎ］　　　　　　　　・・・■ と表される。

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とすれば、±１／２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０式に代入することで、入力ペン１および振動センサ
３ａ間の距離、ひいては入力ペン１と振動センサ３ｂ、
３ｃ間の距離を正確に測定することができる。

上述した２つの振動伝達時間ｔｇおよびｔｐの測定のた
めの信号５３及び５５は信号波形検出回路７により行わ
れるが、この波形検出回路７は第６図に示すように構成
される。

第６図において、振動センサ３ａの出力信号は前置増幅
回路６１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回路６２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。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６３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Ｔｇ信号検出回
路６４によって所定波形のエンベロープ遅延時間検出信
号である信号Ｔｇ（信号５３）が形成され、演算制御回
路１１に入力される。

また、この信号Ｔｇは単安定マルチバイブレーク６５．
コンパレートレベル供給項内６６を経て、遅延時間調整
回路５７によって遅延された元信号と比較するため、コ
ンパレータＴｐ検出回路６８に供給される。そして、こ
のコンパレータＴｐ検出回路６８からは位相遅延時間信
号Ｔｐが演算制御回路１１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３ａに対するもので
あり、他の振動センサ３ｂ、３ｃにも同じ回路が設けら
れる。

そこで、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１１に入力され
る。

そして、演算制御回路１１では上記のＴｇｌ〜ｈ、’ｒ
ｐｔ−ｈ信号を入力ボート４５から入力し、各々のタイ
ミングなトリガとしてタイマ４３の計時値（カウント値
）をラッチ回路４４ａ〜４４Ｃに取り込む。タイマ４３
は入力ペンの駆動に同期してスタートされているので、
ラッチ回路４４〜４４ｃには、各振動センサ３ａ〜３Ｃ
のエンベロープおよび位相のそれぞれの遅延時間を示す
データがラッチされることになる。

く座標位置算出の説明（第７図）〉 次に実際に入力ペン１による振動伝達板２上の座標位置
検出の原理を説明する。

今、振動伝達板２上の振動センサ３ａの座標をＳ　、　
（０，Ｏ）、すなわち、原点とし、振動センサ３ｂ、３
ｃの座標位置をＳ　ｂ（Ｘ、０）、　５−（０，Ｙ）と
する。そして、入力ペンの座標Ｐ（ｘ、ｙ）とする。

そして、先に説明した原理に基づいて、入力ペン１と各
振動センサ３ａ〜３Ｃまでの距離を夫々ｄ８〜ｄｃとす
ると、求めるＰ（ｘ、ｙ）は三平方の定理より、次式の
如くなる。

ここで、“Ｘ”及びＹ”は振動センサ３ａからの振動セ
ンサ３ｂ、３ｃの横及び縦方向の距離である。

以上のようにして入力ペン１の位置座標をリアルタイム
で検出することができることになる。

く他の実施例の説明（第８図）〉 上述した実施例では、ブザー３３の音響的手段でもって
、作業終了時に所定位置に入力ペン１がないとき、「入
力ペンがペンスタンドに差し込まれていない」或いは「
入力ペンをペンスタンドに差し込んで下さい」という旨
の外部に報知するものであった。

しかし、これのみによって本発明が限定されるものでは
ない０例えば、ペンスタンド３０の回りの構成を第８図
に示す様にしくその動作原理の説明は重複するので割愛
する）、ＬＥＤ３８を点灯させることでその旨を報知し
ても良いからである、尚、３７は圧力センサであり、先
のスイッチ３１と同様の働きをするものである。

以上、説明した様に本実施例によれば、座標入力作業終
了時に、入力ペンが装置の所定位置に納められていない
場合、その旨を報知するので、入力ペンが紛失するとい
った事態を招くことがなくなる。

尚、実施例では入力ペンｌの収納先をペンスタンドとし
たが、これに限定されるものではない。

また、実施例において説明したブザーを鳴らしたり、Ｌ
ＥＤを点灯したりする一連の構成によって、本発明が限
定されるものでもない、すなわち、本発明はその特許請
求の範囲に記載された範囲内で自由に応用したり変更し
たりすることができるものである。従って、実施例では
振動伝達時間でもって座標位置を算出する装置を例にし
て説明したが、コードレス入力ペンをその構成要件とす
る他の方式による座標入力装置であっても全く構わない
。

［発明の効果］ 以上、説明した様に本発明によれば、装置本体への電源
が消勢されているときに、入力ペンが予め設けられた位
置に有るかないかを報知するので、入力ペンの管理が極
めて容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例における座標入力装置のブロック構成図
、 第２図は実施例における入力ペンの構造を示す図、 第３図は実施例におけるペンスタンド近傍の構成を示す
図、 第４図は実施例における演算制御回路の構成を示す図、 第５図は入力ペンから振動センサまでの距離検出の説明
のためのタイミングチャート、第６図は実施例における
信号波形検出回路の構成の一部を示す図、 第７図は座標位置算出を説明するための図、第８図は他
の実施例におけるペンスタンドの近傍の構成を示す図で
ある。 図中、１・・・入力ペン、２・・・振動伝達板、３ａ〜
３ｃ・・・振動センサ、４・・・反射防止材、５・・・
デイスプレィ、６・・・デイスプレィ駆動回路、７・・
・信号波形検出回路、８・・・スタート信号検出回路、
９・・・受光部、１１・・・演算制御回路、３０・・・
ペンスタンド、３１・・・スイッチ、３２・・・ペン検
出回路、３３・・・ブザー　３４・・・電源ＯＦＦ検出
回路、３５・・・ブザー駆動回路、３６・・・主電源投
入スイッチ、３７・・・圧力センサ、３８・・−ＬＥＤ
、４１・・・マイクロコンピュータ、４３・・・タイマ
、４４ａ〜４４ｃ・・・ラッチ回路、４５・・・検出信
号入力ボート、４６・・・判定回路、４７・・・Ｉ１０
ボートである。 特許出願人　　キャノン株式会社 第２図 第３図 （挟工８路） 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくとも電源を内蔵したコードレスの入力ペンと座標
   入力盤をその構成要素とする座標入力装置において、 所定位置に設けられ、前記入力ペンを支持する支持手段
   と、 装置本体への電力投入を検出する検出手段と、該検出手
   段で電力投入が消勢されているとき、前記入力ペンの保
   持手段への有無を外部に報知する報知手段を備えること
   を特徴とする座標入力装置。