JPH03194617A - 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
出して前記振動ペンの振動伝達板上での座標を検出する
座標入力装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、弾性波を用いて指示点座標を検出する座標入力装
置では、振動伝達板から成る入力タブレットに振動ペン
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パーソナルコンピュータ
などの情報処理装置に出力している。このような座標入
力装置では、振動ペンを振動伝達板に押し当てて振動伝
達板中に弾性波を発生させ、振動伝達板の角部に設けら
れたセンサによりこの弾性波を検知する。そして、弾性
波の発生よりセンサが検知するまでの遅延時間を計測す
ることにより、振動ペンに指示された位置とセンサまで
の距離を計算することにより、その指示された点の座標
値を得ている。

この種の座標入力装置では、伝達時間の検出は一般にセ
ンサにより検出された振動波形のエンベロープ曲線のピ
ークを検出し、このピーク時のタイミングで時間を計測
して、その時間をもとに距離計算を行っている。

［発明が解決しようとする課題］ このような構成の座標入力装置では、振動伝達板を伝達
する振動波形は、振動ペンとセンサ間の距離や振動ペン
を振動伝達板に押圧する筆圧等により変化する。従って
、伝達時間を正確に検出するためには、検出回路の電源
レンジを広げるか、或は増幅回路にオートゲインコント
ロール（自動利得制御回路）などを付加する必要がある
。しかし、この様な構成すると消費電力が増え、しかも
回路が複雑になり好ましくない。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、センサ検
出された振動波形を所定のレベルでカットすることによ
り、振動波形の大きさに影響されることなく、正確に振
動の伝達時間が計測できるようにした座標入力装置を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の座標入力装置は以下
の様な構成から成る。即ち、 振動ペンから入力された振動を振動伝達板上に設けられ
た複数のセンサにより検出して前記振動ペンの振動伝達
板上での座標を検出する座標入力装置であって、前記セ
ンサにより検出された振動波信号のうち所定の電圧レベ
ル以上の信号をカットするカット手段と、前記カット手
段によりカットされた振動波信号のエンベロープをもと
に前記振動波信号の到達時間を計測する計測手段と、前
記計測手段により計測された到達時間より前記振動ペン
と前記センサのそれぞれとの距離を求め、前記振動ペン
により指示された前記振動伝達板上の座標値を算出する
算出手段とを有する。

［作用］ 以上の構成において、センサにより検出された振動波信
号のうち所定の電圧レベル以上の信号をカットし、その
カットされた振動波信号のエンベロープをもとに振動波
信号の到達時間を計測する。こうして計測された到達時
間より、振動ペンとセンサのそれぞれとの距離を求め、
振動ペンにより指示された振動伝達板上の座標値を算出
するように動作する。

［実施例］ 以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細
に説明する。

［座標入力装置の説明　（第３図）］ 第３図は本実施例の座標入力装置の概略構成を示すブロ
ック図である。

図において、７８は座標入力用タブレットを形成してい
る振動伝達板で、振動ペン７３を押圧することにより座
標位置が指示される。この振動ペン７３は弾性波を伝え
る振動伝達板７８中に弾性波を発生させるためのペンで
、振動子７４、ホーン７５及びその支持体から構成され
る。また、符号７２で示すものはこのペンの駆動回路、
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（振動センサ）、符号７７は振動
伝達板７８端面での反射を防止するための防振材である
。

さて、弾性波は振動伝達板７８中をある伝達速度Ｖで伝
わってくるので、ペン７３の指示点とセンサ間の距離ｄ
は、 ｄ＝ｖ−ｔ（ただしｔは伝達時間）・・・（１）で示さ
れる。■は伝播材に用いる物質に固有な定数であるので
、ｄを知るためにはｔを計測すればよい。振動波形検出
回路８３〜８５、ラッチ回路８６〜８８及び計時カウン
タ７９は、この伝達時間ｔを計測するための回路で、各
センサに対応して設けられている。

制御部７１は振動子駆動回路７２を介して振動ペン７３
を駆動すると同時に、計時カウンタ７９を“０″′から
スタートさせる。振動ペン７３で発生した振動は距離（
振動ペン７３の位置）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〜
８２を経て振動波形検出回路８３〜８５に至る。振動波
形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、この
振動検出信号をトリガとして経時カウンタ７９の出力を
読み込む。

制御部７１は、このようにして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振動ペン７３によ
り指示された点の距離を算出し、その後、幾何学的計算
をおこなってその指示された点の座標値を得る。

［振動ペンの説明　（第４図）］ 第４図はこの実施例で使用される振動ペン７３の構造を
示すブロック図である。

振動ペン３に内蔵された振動子７４は、振動子駆動回路
７２により駆動される。振動子７４の駆動信号は第３図
の制御部７１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７２に
よって所定のゲインで増幅された後、振動子７４に印加
される。この振動子７４を駆動する電気的な駆動信号は
、振動子７４によって機械的な超音波振動に変換され、
ホーン７５を介して振動板７８に伝達される。

そして、振動子７４の振動周波数は、アクリルあるいは
ガラスなどの振動伝達板７８に板波を発生させることが
できる値に選択される。また、駆動の際、振動伝達板７
８に対して垂直方向に振動子７４が主に振動するような
モードが選択される。また、振動子７４の振動周波数を
振動子７４の共振周波数とすることで効率のより振動変
換が可能である。

上記のようにして振動伝達板７８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７８の表面
の傷、障害物などの影響を受けに（いという利点を有す
る。

〈動作説明　（第３図〜第５図）〉 第３図を参照して動作を説明する。

はじめに制御部７１は、座標入力時に計時カウンタ７９
をリセットする。続いて計時カウンタ７９をスタートさ
せると同時に、振動子７４の共振周波数をもつパルス列
からなる駆動信号を振動子駆動回路７２に出力し、適当
なレベルまで増幅させ振動ペン７３の振動子７４に人力
させる。計時カウンタ７７は、必要な座標検出分解能に
応じた周期のクロックをカウントする振動伝達時間の計
測を開始する。

振動ペン７３より伝達され、振動伝達板７８上を伝播し
た振動は振動センサ７６に入力され、各々の振動センサ
７６の出力信号は前置増幅回路８０〜８２を経て振動波
形検出回路８３〜８５に入力される。ここで、後述のよ
うにして振動波形検出が行なわれ、振動検出タイミング
が決定される。

ラッチ回路８６〜８８は、振動波形検出回路８３〜８５
のそれぞれの振動検出タイミング時に、計時カウンタ７
９より出力されているカウントデータ（計時値）をラッ
チする。こうしてラッチ回路８６〜８８のそれぞれにラ
ッチされた、各センサへの振動伝達時間情報は制御部７
１に入力される。

そして、制御部７１は後述の距離演算および幾何学演算
を行って座標値を算出し、情報処理装置などのホスト装
置に転送する。以上の動作を繰返すことにより連続的に
座標データを入力することができる。

［振動波形検出の説明　（第１図、第２図）］次に第１
図及び第２図を参照して波形検出の詳細を説明する。第
１図は振動波形検出回路のブロック図であり、第２図は
第１図の各部での信号波形を示している。

信号ＳＯで駆動された振動子７４より振動伝達板７８を
伝達された振動は、センサ７６により検出されて信号（
Ｓｌ）が出力される。この信号Ｓ１は更にアンプ部２で
増幅される。この増幅の際、信号Ｓ１の変曲点（エンベ
ロープの２回微分波形Ｓ６のゼロクロス点Ｚｐ）の検出
に影響しない振幅幅でスライスされて信号Ｓ２を得る。

この検出に影響しないスライスレベルとは、スライスし
たことにより、１回微分波形のピークｐｐに歪の発生し
ないレベルである。

全波（整流）回路３は、このスライスされた信号Ｓ２を
入力して全波整流し、全波波形（Ｓ３）を出力する。こ
の全波波形（Ｓ３）はローパスフィルタ４によりエンベ
ロープ信号Ｓ４として抽出される。このエンベロープ信
号Ｓ４は微分回路５により微分されて反転微分波形（Ｓ
５）となり、更に微分回路６により微分されて反転微分
波形（Ｓ６）となる。この反転微分鼓形（Ｓ６）をゼロ
クロスコンパレータ７に入力して変曲点検出信号（Ｓ７
）を得る。

ペン起動パルスＳＯの最初の立上りから変曲点検出まで
の振動伝達時間ｔは、カウンタ７９のカウント値により
計測され、この計測値はラッチ回路８６〜８８に格納す
る。そして、振動ベン７３により指示された座標値を検
出をするには、センサ７６が振動伝達板７８の一辺に設
けられるのであれば、センサの数は最低２個であり、ま
た必要に応じてそれ以上の数を設けることも可能である
。

例えば、第５図に示すように振動伝達板７８の角部に５
１．５２．５３の３つのセンサを配置し、第１図および
第２図に関して説明した処理により得た振動伝達時間に
より、振動伝達板７８上での振動伝達速度から、（１）
式により振動ベン７３の位置Ｐから各々のセンサの位置
までの直線距離ｄｉ−ｄ３を求めることができる。

さらに、制御部７１によりこの直線距離ｄ１〜ｄ３に基
づき次のような演算を行うことにより、振動ベン３の入
力点Ｐの座標（Ｘ、Ｙ）を求めることができる。

ｘ＝Ｘ／２　＋　（ｄｉ　＋ｄ２）　（ｄｉ　−ｄ２）
　／２Ｘ　　−（３）ｙ＝Ｙ７２÷（ｄｉ　＋　ｄ３）
　（ｄｌ　−ｄ３）　／２Ｙ　　・・・（４）ここでＸ
、Ｙはセンサ５２，５３の位置と原点（位置（０，０）
　）のセンサ５１のＸ、Ｙ軸に沿った距離である。

以上説明したように本実施例によれば、スライスレベル
に応じてアンプゲインを設定するか、或はアンプのゲイ
ンに応じてスライスレベルを設定することにより、任意
の電源レンジＥＷ（第２図Ｓ２参照）における振動波検
出のダイナミックレンジを広げることができ、また同じ
ダイナミックレンジにおいて電源レンジＥＷを小さくす
ることができる。

なお、上記実施例では、振動波の群速度による伝達時間
を検出していたが、第６図に示すように、スライスした
信号波形（Ｓ２）（第２図）をゼロクロスコンパレータ
８に直接入力することにより、位相速度による振動伝達
時間を検出できる。この例においても電源レンジＥＷを
小さくすることが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明した様に本発明によれば、センサ検出された振
動波形を所定のレベルでカットすることにより、振動波
形の大きさに影響されることな（、正確に振動の伝達時
間が計測できる効果がある。

また、所定の振動波のレベル範囲で同等のレベルを有す
る振動波を検出する場合であっても、電源のレンジを広
げたり、特別な回路を必要としないので、消費電力を小
さ（できるとともに回路構成を簡単にすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の振動波形検出回路の概略構成を示す
ブロック図、 第２図は第１図の各部の信号波形を示す波形図、 第３図は本実施例の座標入力装置の構成を示すブロック
図、 第４図は本実施例の振動ベンの概略構成を説明する図、 第５図は振動伝達板のセンサと振動ベンの位置関係を説
明するための図、そして 第６図は他の実施例の振動波形検出回路の構成を示すブ
ロック図である。 図中、２・；・アンプ、３・・・全波（整流）回路、４
・・・ローパスフィルタ、５．６・・・微分回路、７，
８・・・ゼロクロスコンパレータ、２０・・・スライサ
、５１〜５３．７６・・・センサ、７１・・・制御部、
７２・・・振動子駆動回路、７３・・・振動ペン、７４
・・・振動子、７８・・・振動伝達板、７９・・・計時
カウンタ、８３〜８５・・・振動検出回路、８６〜８８
・・・ラッチ回路である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）振動ペンから入力された振動を振動伝達板上に設
   けられた複数のセンサにより検出して前記振動ペンの振
   動伝達板上での座標を検出する座標入力装置であつて、 前記センサにより検出された振動波信号のうち所定の電
   圧レベル以上の信号をカットするカット手段と、 前記カット手段によりカットされた振動波信号のエンベ
   ロープをもとに前記振動波信号の到達時間を計測する計
   測手段と、 前記計測手段により計測された到達時間より前記振動ペ
   ンと前記センサのそれぞれとの距離を求め、前記振動ペ
   ンにより指示された前記振動伝達板上の座標値を算出す
   る算出手段と、 を有することを特徴とする座標入力装置。
2. （２）前記計測手段は前記カット手段によりカットされ
   た振動波信号のエンベロープ信号を検出するエンベロー
   プ検出回路と 上記エンベロープ信号を微分する第１の微分回路と 前記第１の微分回路の出力を更に微分する第２の微分回
   路と 前記第２の微分回路の出力を入力し、ゼロクロス点を検
   出するゼロクロス検出回路と、 を備えたことを特徴とする請求項第１項に記載の座標入
   力装置。