JPH03217927A - 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］ 本発明は超音波の伝播を利用して、指示された座標位置
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］ 第２図は一般的な超音波座標入力装置の概略図である。

９は座標指示具（以後ペンと呼ぶ）であり、内部に圧電
素子が組み込まれており、先端より所望の超音波信号を
発信する。１０ａ〜１０ｃはセンサであり、ベン９から
発せられた超音波信号を伝播体１１を介して受信する。

ｌ１はガラス、アルミ板等で構成された伝播体である。

ｌ２は防振材で、ベン９から直接伝播される超音波以外
の反射波が各センサに混入しないようにする目的で設定
されている。

以上のような構成における超音波座標入力装置において
、複数のセンサのそれぞれとペン９による指示点の距離
を、超音波信号の伝達時間により求め入力ベン９による
指示点の座標が計算される。このセンサのそれぞれと指
示点の距離算出の方法には様々なものがあるが、一般的
にはペン９から発せられた超音波信号が各センサに到達
するまでの時間を計測して算出される。最も代表的な例
を次に説明する。

まず、第３図で示すような電圧をベン９内の圧電素子に
印加した場合、各センサによる受信波形は第４図で示す
ようになる。第５図は信号検出回路の構成を示すブロッ
ク図である。ここでは、センサにおける受信波形のピー
ク位置までの信号到達時間ｔｇとして到達時間を求めて
いる。まず、センサ１０の出力信号に対し初段増幅ｌ３
、全波整流ｌ４、ローバスフィルタ１５、微分回路１６
の各回路を通し、微分信号のゼロクロスをコンパレータ
１７によって検出し、ピーク位置として認識している。

このとき、ベン９と各センサ間の距離ｒは、次式で与え
られる。

ｒ＝ｖ，●ｔ．−Ｃ＋ ここで、■．は伝播速度、１ｇは伝播時間、Ｃ１はオフ
セットである。上式を用いて伝播時間ｔ５よりペン９と
各センサ間の距離ｒを算出し、さらに、伝播体１１上の
ｘ−ｙ座標値を算出するためには、超音波信号伝播速度
ｖ．、回路遅延時間、センサずれ角等、幾つかの計算定
数が必要になる。これらは通常、特定の条件下において
特定の基準品を用いて適当な点及び線を走査した際の伝
播時間をもとに最適値が決定され、それが製品全体に適
用されることになる。

しかし、信号発信器であるベン９、伝播体１１そして信
号受信器であるセンサ１０のそれぞれが、それぞれある
一定の特性ばらつきを持つため、求められる座標精度に
よっては、出荷時またはサービス時に個別に最適値を再
決定し、較正する必要がある。このため、一般には前述
した第５図で示すような信号処理系より信号を取り出し
、外部カウンタ装置などにて伝播時間ｔ．を計測して、
その結果をコンピュータ等で解析することにより最適定
数を決定している。そして、その値を明記した較正表を
その製品に添付し、それに基づいて別行程でデイツブス
イッチ等により較正を行なうか、またはその座標入力装
置が接続される外部機器のサービスモードなどによって
、バックアップＲＡＭ等に記憶されている較正情報が書
き替えられることにより、その座標値が較正されるよう
に構成されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前述したように最適な計算定数などは、
信号発信器（ベン９）、伝播体１１、信号受信器（セン
サ１０）のそれぞれの特性が重なり合って総合的に決定
されるものである。このため、例えば前述のようにベン
９と伝播体１１の組み合わせにより最適な計算定数を決
定して工場出荷時に較正を行っても、ユーザーによる使
用時においてペンが故障するとか、紛失するとかによっ
てペンなどが変換される場合が考えられる。このような
場合は、サービスマンなどにより交換ペンと伝播体の組
合わせによる最適な定数をなんらかの治具などを使用し
て再決定し、再度、計算定数等を較正する必要があった
。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、入力ペン
の特性を示す情報を自動的に入力し、その特性に従って
計算定数を決定することにより、最適な座標値の補正を
行って座標を検出できる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に本発明の座標入力装置は以下
の様な構成からなる。即ち、 座標指示具より超音波信号を発信し、伝播体各所に設置
された複数のセンサのそれぞれ到達する伝播時間より、
前記座標指示具により指示された座標を認識する座標入
力装置であって、前記座標指示具の特性情報を入力する
入力手段と、前記特性情報に対応して距離計算の補正情
報を記憶する記憶手段と、前記特性情報に対応する補正
情報を前記記憶手段より読出して、前記座標指示具によ
り指示された座標位置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、座標指示具の特性情報を入力し、
その特性情報に対応して距離計算の補正情報を記憶して
いる記憶手段より対応する補正情報を読出す。そして、
その補正情報を用いて座標指示具により指示された座標
位置を算出するように動作する。

［実施例コ 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。

〈装置構成の説明　（第１図）〉 第１図は本実施例における座標入力装置の構成を示すブ
ロック図で、第２図と共通する部分は同一記号で示して
いる。

図中、ｌは装置全体を制御すると共に、座標位置を算出
する演算制御回路である。２は振動子駆動回路であって
、ペン９のペン先を振動させるための駆動信号を発生す
る。１ｌはアクリルやガラス板等、透明部材からなる振
動伝播体であり、ペン９による座標入力は、この振動伝
播体ｌｌ上をベン９によりタッチすることにより行う。

そして、この振動伝播体１１の外周には、振動伝播体１
１を伝播して、その端部で反射された振動が中央部に戻
るのを防止（減少）させるための反射防止材１２が設け
られている。そして、振動伝播体１ｌと反射防止材１２
の境界に圧電素子等からなる機械的振動を電気信号に変
換するセンサ１０ａ〜ｌｏｃが図示の如く固定されてい
る。

３は各振動センサ１０ａ〜１０ｃで振動を検出した旨の
信号を演算制御回路ｌに出力する振動波形検出回路であ
る。６はＣＲＴ　（或いは液晶表示器）等のドット単位
の表示が可能なディスプレイであり、透明な振動伝播体
１１の背後に配置されている。そして、ディスプレイ駆
動回路７の駆動によりベン９によりなぞられた位置にド
ットを表示し、それを振動伝播体１１（透明部材よりな
るので）を透して見ることができる。こうして、検出さ
れたベン９の座標に対応したディスプレイ６上の位置に
ドット表示が行われ、ペン９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く・場
合のように、ペン９の軌跡として表示される。また、こ
のような構成によればディスプレイ６に、そのメニュー
表示を行なつてベン９によりその項目を選択させたり、
フロンブトな表示させて所定の位置にベン９を接触させ
るなどの入力方式を用いることもできる。

〈演算制御回路の説明（第３図）〉 第３図は本実施例における演算制御回路１の内部構成を
示すブロック図で、各構成要素及びその動作概要を以下
に説明する。

図中、３１は演算制御回路１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り、内部カウンタ、
ＲＯＭ３　１　ａ、そしてＲＡＭ３　ｌｂなどを内蔵し
ている。３３は必要とされる分解能から選択された基準
クロックを計時するタイマ（カウンタより構成されてい
る）であって、ペン９内の振動子４の駆動を開始させる
ためのスタート信号を振動子駆動回路２に出力すること
により計時を開始する。これによって、センサ１０によ
り振動波形を検出するまでの時間の計時開始と、ペン９
による振動発生タイミングとの同期が取られることにな
る。

その他、各構成要素となる回路ば順を追って説明する。

先ず、！イク口コンピュータ３ｌは、タイマ３３等にリ
セット信号を出力し、それらを一旦クリアする。この後
、振動子駆動回路２にベン９内の振動子４を駆動させる
旨の信号を出力する。この結果、タイマ３３はその計時
を開始する。

こうして、ペン９より発生した振動は各振動センサ１０
ａ〜１０ｃに各々の距離に応じた時間だけ遅延して到達
する。そして詳細は後述するが、振動波形検出回路３を
介して得られた各振動センサｉ０ａ〜１０ｃの振動到達
のタイミング信号は、検出信号入力ボート３５を介して
、ラッチ回路３４ａ〜３４ｃに入力される。ラッチ回路
３４ａ〜３４６のそれぞれは、各振動センサ１０ａ〜１
０ｃに対応しており、各々は対応する振動センサの信号
であるタイミング信号を受信すると、その時点でのタイ
マ３３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３６が判定すると、マイクロコンピュータ３１にその
旨の信号を出力する。これにより、マイクロコンピュー
タ３１はラッチ回路３４ａ〜３４ｃに記憶されている各
々のセンサまでの振動到達時間を読み取る。その後、所
定の計算を経て、ベン９による振動伝播体１１上の座標
位置を算出する。そして、Ｉ／Ｏボート３７を介してデ
ィスプレイ駆動回路１０に算出した座標位置情報を出力
することにより、例えばディスプレイの対応する位置に
ドット等を表示する。

なお、最大遅延時間を過ぎても、判定回路３６より信号
到達を示す信号が入力されないときは、ペン９による座
標入力がなかったものとして座標位置の演算を行わず、
先のリセット処理以降の処理を実行する。

［型名の指示方法の説明（第７図〜第９図）］第７図は
本発明の第１実施例を示しており、ペン９の上部５１及
びコード５０に付けられたカード５２に明記されたｒＣ
−１２Ｊは、ベン９の信号特性による型式を表わしてい
る。この型式としてた、例えば以下のようなものがある
。即ち、ペン９の特性として、特に振動周波数の差など
で起因する■１のばらつき、波形ばらつきに起因するオ
フセットばらつきなどに基づいて型式を決定する。

ここで、ｒＣ−１２Ｊの数字のうち、１桁目の数字”　
２　”がペン・センサ間の距離計算式のオフセット値の
補正値を示しており、２桁目の数字”　ｌ　”が信号速
度の補正係数を示すものとする。

これによりオペレータあるいはサービスマン等が、この
型式に合せて第８図のデイップスイッチをセットする。

ここで、５３．５４のそれぞれには２桁目と１桁目の数
字が、ともに３桁の２進数でセットされている。このデ
イツブスイッチは、例えば座標入力装置内に設けられて
おり、このスイッチとりの信号はＩ／Ｏボート３７を介
してＣＰＵ３１に入力される。

これにより、ＣＰＵ３　１はこのスイッチの状態を検知
し、ＲＯＭ３１ａに記憶されている第９図に示されたテ
ーブルを参照してＶ１とオフセット値の補正値を読出す
。そして、出荷時に設定されたＶｇとオフセット値に対
し、次式のように補正を行なう。即ち、１桁目の数字が
“２”であるため、オフセット値が“＋２”となり、２
桁目の数字が“１”であるため、信号速度の補正係数は
゜“Ｘ０．９９８”となる。このようにして、ペンとセ
ンサ間の距離ｒは、 ｒ＝　（Ｖ．Ｘ０．９９８）ｔｇ＋　（Ｃ＋２　）で求
められる。

以上説明したように、本実施例においては初期設定値を
平均的な特性を有する基準ベンＣ−ＯＯを使用したとき
の値とすることにより、ペン９側の特性ばらつきとして
、信号速度Ｖ．が−０，６％〜＋０．８％の間でばらつ
き、オフセット値が＋３ｍｍ〜−４ｍｍの間でばらつい
ても許容できる。

これにより、ベン９の生産管理が楽になる。

−Ｍ的に、ペン９とセンサ１０間距離の最大値が５００
ｍｍであるとき、測定精度が±１ｍｍであれば、信号速
度の変動△ｖｇの許容変動は、即ち、０．２％以下とな
る。

第１０図はデイツブスイッチの値を読取り、入力ベン９
の型式を判別して、入力ベン９による指示点とセンサと
の距離ｒを求める処理を示すフローチャートで、この処
理を実行する制御プログラムはＲＯＭ３　１　ａに記憶
されている。

ステップＳ１でデイップスイッチの値を読取り、その値
をもとに、例えば第９図に示されたテーブルを参照して
、信号速度Ｖｇの補正係数（Ｃ，）とオフセット値の補
正値（ｃ２）を求める。ステップＳ３で、入力ベン９に
よる指示点よリセンサ１０までに信号が到達するまでの
時間ｔ３を求める。そしてステップｓ４で、距離ｒをｒ
＝（ｖ，ＸＣｔ　）ｔｇ　”　（Ｃ＋Ｃｚ　）により求
める。

このようにして、センサｌＯａ〜１０ｃのそれぞれと指
示点との距離を求め、３角法などにより入力ベン９の指
示点の座標を算出する。

〈第２実施例　（第１１図〜第１３図）〉第１１図は本
発明の第２実施例のベンコード５０ａと本体部との接続
部を示した図である。

前述した第１実施例においては、ベン９に明記された型
式に応じてオペレータなどがデイツブスイッチの設定を
変更することにより、ＣＰＵ３　１が使用されるペンの
型式を認識していた。

しかし、この他の実施例においては、ベン９のコード５
０ａのコネクタ８０とコントローラ基板８１側のコネク
タ８２の間にペン型式識別スイッチを設け、ベン９が装
着されたときに自動的にペンの型式がセットされてＣＰ
Ｕ３　１に入力されるように構成されている。

この実施例では、第１２図及び第１３図で示すように、
ベンコード５０ａ側のコネクタ８０の上面にベン９の型
式に対応した突起部を設け、これによりコントローラ側
のスイッチ８３がオン・オフされるように構成されてい
る。

第１２図は、第１１図のコネクタ８０が装着されたとき
のスイッチ８３の状態を示す図で、コントローラ側のコ
ネクタ８２上部につけられた２枚の金属板が突起部８４
により圧接されることにより導通する。このときの電気
的な等価回路を第１３図に示す。

この実施例のように、例えば３ビットのスイッチ磯構を
用いれば、８つの型式のペンを分類認識できる。

なお、このときのＣＰＵの処理は、第１０図のステップ
Ｓｌでスイッチ８３の状態を読み込むことにより、前述
の第１の実施例と同様に実施できる。

このように本実施例では、ペン型式の設定及び認識が自
動的に行なわれるので、ペン交換の際も特別な動作を必
要としない。

以上説明した様に本実施例によれば、座標指示具（入力
ペン）の特性を自動的に認識し、座標計算の定数を変更
するなどの補正処理を実施することにより、ペンに求め
られる特性ばらつきの大きさが大幅に緩和される。

また、ペンなどの変換後に、信号伝播時間等の様々なデ
ータをとり込んで最適な定数を再決定して、較正するな
どの作業が不要になる。

［発明の効果】 以上説明したように本発明によれば、入力ペンの特性を
示す情報を自動的に入力し、その特性に従って計算定数
を決定することにより、最適な座標値の補正を行って座
標を検出できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の座標入力装置の構成を示
すブロック図、 第２図は一般的な座標入力装置の入力面を示す図、 第３゛図はペン駆動信号の一例を示す図、第４図はセン
サの出力信号例を示す図、第５図は振動波形検出回路の
構成を示すブロック図、 第６図は演算制御回路の構成を示すブロック図、 第７図は第１の実施例の入力ペンを示す図、第８図は第
１の実施例のディップスイッチにより入力ペンの型式を
設定した例を示す図、第９図は入力ペンの型式に基づく
補正テーブルの例を示す図、 第１０図は第１の実施例におけるＣＰＵの処理を示すフ
ローチャート、 第１１図は第２の実施例の入力ペンとコントローラとの
接続部の状態を示す図、 第１２図は入力ベンコードのコネクタと基板のコネクタ
との接続状態を示す断面図、そして第１３図は第１２図
の電気的な状態を示す等価回路図である。 図中、■・・・演算制御回路、２・・・振動子駆動回路
、３・・・振動波形検出回路、４・・・振動子、６・・
・表示器、７・・・ディスプレイ駆動回路、９・・・入
力ペン、１０ａ〜１０ｃ・・・センサ、１１・・・伝播
体、１２・・・防振材、３　１　・Ｃ　Ｐ　Ｕ、３１ａ
−ＲＯＭ、３ｌｂ・・・ＲＡＭ、３３・・・タイマ、３
６・・・判定回路、５０・・・コード、５１・・・型式
コードである。 １０ｃ 何イ 珂Ｊ ２ 図 第 ３ 図 第６ 図 第７ 図 第８図 第 ９ 図 第１０図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）座標指示具より超音波信号を発信し、伝播体各所
   に設置された複数のセンサのそれぞれ到達する伝播時間
   より、前記座標指示具により指示された座標を認識する
   座標入力装置であつて、前記座標指示具の特性情報を入
   力する入力手段と、 前記特性情報に対応して距離計算の補正情報を記憶する
   記憶手段と、 前記特性情報に対応する補正情報を前記記憶手段より読
   出して、前記座標指示具により指示された座標位置を算
   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）前記特性情報は前記座標指示具の出力信号の周波
   数、出力波形の情報を含むことを特徴とする請求項第１
   項に記載の座標入力装置。
3. （３）前記入力手段は前記座標指示具のケーブルを接続
   するコネクタの形状をもとに、前記座標指示具の特性情
   報を入力することを特徴とする請求項第１項に記載の座
   標入力装置。