JPH02130613A - 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に関し、特に振動ペンにより入力
した振動を振動伝達板に設けた複数の振動センサにより
検出して該振動ペンの振動伝達板上における座標を検出
する座標入力装置に関する。

［従来の技術］ この種の装置では振動伝達板を伝わる振動の群速度に着
目して振動ペンの入力座標を求めることができる。各振
動センサにおいて、この群速度による信号の到着時間を
検出する方法としては、例えば検出信号の包絡線（エン
ベロープ）を取り出し、該包絡線のピーク点等を検出す
る方法が有る。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来は包絡線の検出にローパスフィルタを使用
したので、振動ペンからの本来の振動の包絡線の他に、
例えば振動ペンを伝達板上に接触させた時の伝達板の振
動（外乱）を取り込んでしまい、信頼性が上らなかった
。

本発明は上述した従来技術の欠点を除去するものであり
、その目的とする所は、簡単な構成でかつ信頼性の高い
座標入力装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の座標入力装置は上記の目的を達成するために、
振動ペンにより入力した振動を振動伝達板に設けた複数
の振動センサにより検出して該振動ペンの振動伝達板上
における座標を検出する座標入力装置において、前記検
出した信号の包絡線成分を抽出する包絡線抽出手段と、
前記検出した信号の包絡線成分を通過させるバンドパス
フィルタ手段を備えることをその概要とする。

［作用］ かかる構成において、包絡線抽出手段は検出した信号の
包絡線成分を抽出し、もって振動の群速度による伝達時
間を検出可能にする。一方、バンドパスフィルタ手段は
、少なくとも抽出した包絡線成分に対する特徴点の検出
を行う手段の前に設けられて、検出した信号の包絡線成
分を通過させるように働き、もって検出した信号のキャ
リア周波数成分及び低域の外乱成分を取り除く。

［実施例の説明］ 以下、添付図面に従って本発明による実施例を詳細に説
明する。

第１図は実施例の座標入力装置のブロック構成図である
。図において、３は振動ペンであり、使用者が手に持っ
て振動伝達板８上の位置に座標入力を行う。即ち、該振
動ペン３は内部に圧電素子等から成る振動子４を有して
おり、該振動子４が発生する超音波振動を先端の尖った
ホーン部５を介して振動伝達板８に伝達する。２は振動
子駆動回路であり、振動子４をパルス駆動する。８は振
動伝達板であり、例えばアクリル板、ガラス板等から成
っている。該振動伝達板８は振動ペン３から受けた超音
波振動をその角部に設けられた圧電素子等から成る振動
センサ６ａ〜６ｃに伝達する。７は反射防止材であり、
例えばシリコンゴム等から成っている。反射防止材７は
振動伝達板８を支持すると共に、該振動伝達板８を伝搬
した超音波振動がその周辺部で反射して中央部の方向に
逆戻りするのを防止する。９は信号波形検出回路であり
、夫々の振動センサ６ａ〜６Ｃが検出した超音波振動の
検出信号に応じて対応する検出タイミング信号を出力す
る。１は演算・制御回路であり、装置の主制御及び入力
座標の演算を行う。

即ち、振動子駆動回路２に超音波パルス信号を送ると共
に、内部タイマをスタートさせ、かつ信号波形検出回路
９から入力した各検出タイミング信号に基づいて前記パ
ルス信号を送った時点から夫々の振動センサ６ａ〜６ｃ
に振動が伝わるまでの振動伝達時間を検出し、該検出し
た振動伝達時間情報に基づき振動ペン３の振動伝達板８
上での入力座標（ｘ、ｙ）を求める。

こうして求めた人力座標（ｘ、ｙ）は更に演算・制御回
路１によって様々に利用される。

即ち、演算・制御回路１は求めた入力座標（ｘ。

ｙ）に基づきデイスプレィ駆動回路１０を介して表示器
１１’の出力動作を様々に制御する。

このため、振動伝達板８は、好ましくはＣＲＴや液晶表
示器等のドツト表示可能な表示器１１′上に重ねられ、
例えば振動ベン３によりなぞられた位置にドツト表示を
行う、即ち、振動ベン３の位置に対応した表示器１１′
上の位置にドツト表示が行われ、振動ベン３を動かせば
、点や線等の要素により構成される画像があたかも紙に
書いたように振動ベン３の軌跡に従って現れる。あるい
は表示器１１′上にメニュー表示を行い、振動ベン３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ベン３を接触させる等の入力
方式を用いることもできる。

第２図は実施例の振動ベン３の構造を示す図である。尚
、第１図と同一構成には同一番号を付しである。図にお
いて、演算・制御回路１からは低レベル（例えば５■等
）の超音波パルス信号が送られる。振動子駆動回路２は
、出力の低インピーダンス駆動が可能な回路であり、低
レベルの入力パルス信号を所定ゲインで増幅して振動子
４に印加する。振動子４は電気的駆動信号を機械的超音
波振動に変換し、該超音波振動はホーン部５を介して振
動伝達板８に伝達される。振動子４の振動周波数はアク
リル板やガラス板等から成る振動伝達板８に板波を発生
させることができる範囲で選択される。また振動子４を
駆動する際には、該振動子４が振動伝達板８の面に対し
て主に垂直方向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。かよう
にして振動伝達板８に伝えられる弾性波は板波であるか
ら、表面波に比して振動伝達板８の表面の傷、障害物等
の影響を受けにくいという利点が有る。

第３図は実施例の演算・制御回路１のブロック構成図で
ある。図において、１１はマイクロコンピュータ（ｃｐ
ｕ）であり、各種の演算及び制御を行う。ｌｌａはＣＰ
ＵＩＩが実行するプログラムを記憶しているＲＯＭ、ｌ
ｌｂはｃｐｕｉｉがワークエリアとして使用するＲＡＭ
である。

１２は駆動信号発生回路であり、ＣＰＵＩＩからのスタ
ート信号に同期して、振動子駆動回路２に対する所定周
波数の駆動パルス信号を出力する。

また、ＣＰＵＩＩからのスタート信号はタイマカウンタ
１３による計数動作を開始させる。

一方、信号波形検出回路９は各振動センサ６ａ〜６ｃの
検出出力をキャッチして振動伝達時間を計測するための
各種の検出タイミング信号（タイミンクパルス信号）を
出力する。これらの信号は、例えば振動センサ６の個数
を一般化してｈ個とすると、後述するエンベロープ信号
の検出タイミング信号ｔ□〜ｔ１ｈ及び位相信号の検出
タイミング信号ｔｐ凰〜ｔ、ｈを言う。これらの検出タ
イミング信号は検出信号入力ボート１５にパラレル入力
する。１４はラッチ回路であり、各検出タイミング信号
の入力に応じてカウンタ１３の内容（振動伝達時間）を
ラッチし、各振動センサ６ａ〜６ｃに対応する記憶領域
に保持する。１６は判定回路であり、全振動センサから
の検出タイミング信号が入力されたか否かを判定し、入
力された時はその旨なＣＰＵＩＩに報知する。これによ
りｃｐｔｚｉは各振動センサ６ａ〜６ｃに関する全振動
伝達時間に基づき振動ベン３が置かれた座標（ｘ、ｙ）
の演算を行う、１７はＩ１０ボートであり、外部回路で
ある所の例えば表示器１１′の制御はこのＩ１０ボート
１７を介して行われる。尚、実施例の回路遅延時間、最
大伝達遅延時間等により決定される最大時間を過ぎても
判定回路１６からの報知信号が無い時はＣＰＵ１１は演
算を行わずにリセット信号を出力して上記動作を繰り返
す。

第４図は実施例の振動伝達の態様を説明するタイミング
チャートである。図において、信号４１は駆動信号発生
回路１２が発生した超音波パルス信号であり、散発のパ
ルスよりなる。これに従って振動子４が超音波振動し、
該超音波振動はホーン部５を介して振動伝達板８に伝わ
る。

更にこの超音波振動は振動伝達板８を伝わり、夫々の振
動センサ６ａ〜６Ｃに検出される。信号４２は振動セン
サ６が検出した信号波形であり、振動伝達の距離に応じ
た分だけ遅れている。実施例の板波は分散性の波であり
、検出波形から抽出したエンベロープ信号４２１と位相
信号（検出波形）４２２との相対関係は振動の伝達距離
に応じて変化する。今、エンベロープ信号４２１の進む
速度を群速度ｖ８、位相信号４２２の進む速度を位相速
度Ｖ、とすると、振動ベン３と各振動センサ６ａ〜６０
間の距離は群速度ｖ５、位相速度Ｖ、に基づいて求まる
。

まずエンベロープ信号４２１にのみ着目する。

群速度Ｖｇによる伝搬の検出はエンベロープ信号４２１
上のある特徴点、例えばピーク点の到着を検出すること
で行う。信号４３はピーク点の検出タイミング信号であ
り、パルス信号４１の発生時からピーク点検出までの時
間ｔ、は実測の振動伝達時間である。また群速度Ｖ８は
既知であるから、振動ベン３と各振動センサ６ａ〜６０
間の距離ｄは（１）式で求まる。

ｄ＝Ｖ、　　・ｔ、　　　　　　　　　　・・・（１）
また、振動ベン３の位置検出精度（タブレット解像度）
を高める時は位相信号４２２の検出に基づく処理を加味
する。−例として、位相信号４２２上のある特定点、即
ちパルス信号４１の発生時点からエンベロープ信号４２
１についての前記ピーク検出後の最初の立ち上がりのゼ
ロクロス点（信号４４）までの時間１．（信号４５）を
検出して、振動ベン３と各振動センサ６ａ〜６０間の距
離を（２）式で求めることができる。

ｄ＝ｎ・λ、＋Ｖ、−ｔｐ　　　　　・・・（２）ここ
で、λ９　：弾性波の波長 ｎ：整数 整数ｎは（１）及び（２）式から（３）式で求まる。

・・・　（３） ここで、記号［］はガウス記号である。

またＮは“０”以外の実数であり、適当な数値を用いる
。例えばＮ＝２とするれば、エンベロープの検出精度が
子局波長以内であればｎを決定できる。こうして（３）
式で求めたｎを（２）式に代入して正確な距離ｄを求め
る。

第５図は実施例の信号波形検出回路のブロック構成図で
ある０図において、前置増幅回路５１は振動センサ６の
出力信号を所定レベルまで増幅する。エンベロープ検出
回路５２は増幅された信号からエンベロープ信号のみを
取り出す。エンベロープビーク検出回路５３はエンベロ
ープ信号のピークを検出して、その検出タイミングでｔ
６信号検出回路５４をトリガするｅ　ｔ、信号検出回路
５４は例えばモノマルチバイブレータ回路で構成される
。演算・制御回路１は信号ｔ８を受信したタイミングに
おけるカウンタ１３の出力に基づき群速度■８による振
動伝達時間ｔ、を得る。

一方、ｔ３信号の立上りは単安定マルチバイブレータ５
５をトリガして所定パルス幅の信号４４を出力させる。

コンパレートレベル供給回路５６はこのパルス信号の期
間中にのみｔ、信号を検出するための閾値信号４４を形
成する。コンパレータｔ、検出回路５８は閾値信号４４
と遅延時間調整回路５７により少なくともエンベロープ
信号のピーク検出により生じる遅れ分等の時間調整をさ
れた位相信号４２２を比較して該位相信号４２２が閾値
信号４４を越えた部分に相当する検出タイミンク信号ｔ
、を出力する。演算・制御回路ｌは検出タイミング信号
１．の発生タイミングにおけるカウンタ１３の出力に基
づき位相速度Ｖ、にょる伝達時間を求める。かかる波形
検出回路の構成は振動センサ６ａ〜６ｃの糸筋に設けら
れておりもって座標入力点から各振動センサ６ａ〜６ｃ
までの距離が求められる。

演算・制御部１は各検出タイミング信号ｔｌｌ〜ｔｇｈ
及びｊｐｌ〜ｔｐｈに従い、カウンタ１３の内容をラッ
チ回路１４に取り込む。ＣＰＵＩＩはこれらの値により
（２）式及び（３）式に従って振動ベン３と各振動セン
サ間の距離ｄ、−ｄｈを求める。

第６図は実施例の座標演算処理を説明する図である。図
において、振動伝達板８の角部には３つの振動センサ６
ａ〜６ｃが設けられており、各振動センサの座標は６　
ａ　＝　Ｓ　ｒ　　（０、Ｏ）６ｂ”５３（０，Ｙ）　
、　６Ｃ＝Ｓ２　（Ｘ、　Ｏ）とする。そして３平方の
定理に従えば、入力点Ｐの座標（ｘ、ｙ）は（４）式及
び（５）式で求まる。

２　　　　　　　　　２Ｘ ・・・　（４） ２　　　　　　　　　２Ｙ ・・・　（５） 上述の動作を繰り返す事により、入力座標をリアルタイ
ムに検出できる。

第７図は実施例のエンベロープ検出回路５２のブロック
構成図である。図において、７１は絶対値回路であり、
検出信号４２２の絶対値信号な形成する。例えば全波整
流回路で構成できる。７２はバンドパスフィルタ（Ｂ、
Ｐ、Ｆ）であり、エンベロープ（包絡線）信号成分を通
過させる帯域幅を有する。

第８図（Ａ）、（Ｂ）は従来採用されたローパスフィル
タ（Ｌ、Ｐ、Ｆ）と実施例のバンドパスフィルタ（Ｂ、
Ｐ、Ｆ）の周波数特性を示す図である。図より明らかな
通り、実施例のＢ。

Ｐ、Ｆはその高域ではキャリア周波数である位相信号周
波数成分をカットすると共に、低域では例えば振動ペン
を押し付けた時に生じるような外乱成分もカットできる
。

この低周波成分の外乱は、例えばｔ、信号検出回路がエ
ンベロープ信号のピーク検出を該エンベロープ信号の１
同機分のゼロクロスとして検出するような場合でも、１
同機分のゼロクロスの検出に影響を与える。従って、少
なくともエンベロープ信号の特徴点の検出前にＢ、Ｐ、
Ｆを挿入するとこれを防げる。

尚、上述実施例ではエンベロープ検出回路５２中にＢ、
Ｐ、Ｆ７２を設けたがこの構成に限らない。他にも、例
えば振動センサ６と前置増幅回路５１の間、あるいは前
置増幅回路５１とエンベロープ検出回路５２の間にカッ
プリングコンデンサ（不図示）を挿入してバイパスフィ
ルタ（Ｈ。

Ｐ、Ｆ）を構成し、かつキャソア周波数をカットするり
、Ｐ、Ｆと結合しても良い。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、Ｂ、Ｐ、Ｆを設けるこ
とで様々な外乱（ノイズ）をカットでき、信頼性の高い
座標入力装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の座標入力装置のブロック構成図、 第２図は実施例の振動ベン３の構造を示す図、第３図は
実施例の演算・制御回路１のブロック構成図、 第４図は実施例の振動伝達の態様を説明するタイミング
チャート、 第５図は実施例の信号波形検出回路のブロック構成図、 第６図は実施例の座標演算処理を説明する図、第７図は
実施例のエンベロープ検出回路のブロック構成図、 第８図（Ａ）、（Ｂ）は夫々Ｌ、Ｐ、ＦとＢ、Ｐ、Ｆの
周波数特性を説明する図である。 図中、ｌ・・・演算・制御回路、３・・・振動ペン、４
・・・振動子、６ａ〜６ｃ・・・振動センサ、８・・・
振動伝達板、ｌ　１−ＣＰＵ、　　１１　ａ−ＲＯＭ、
　１　ｌ　ｂ・・・ＲＡＭ、１１”・・・デイスプレィ
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 振動ペンにより入力した振動を振動伝達板に設けた複数
   の振動センサにより検出して該振動ペンの振動伝達板上
   における座標を検出する座標入力装置において、 前記検出した信号の包絡線成分を抽出する包絡線抽出手
   段と、 前記検出した信号の包絡線成分を通過させるバンドパス
   フィルタ手段を備えることを特徴とする座標入力装置。