JPH0336617A - 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］ 本発明は超音波を用いて座標の入力を行う座標入力装置
に関するものである。 ［従来の技術］ 従来より、タブレット形式の座標入力装置としては、感
圧式、電磁式、静電式あるいは超音波式の座標入力装置
が知られている。このうち、超音波式の座標入力装置で
は、座標入力ペン内に超音波信号の発振源を設け、この
入力ペンによりタブレット面を指定して座標入力を行っ
ている。この場合、タブレット面は金属やガラスなどの
超音波の伝播体で構成されており、このタブレット面の
端部に設けられた超音波センサにより超音波信号を検出
し、タブレット上における入力ペンの位置を検出してい
る。 ［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の超音波式の座標入力装置では、以
下に示すような問題があった。 ■伝播体となる金属板（例えばアルミ板）の温度変化に
よる収縮、膨張のために、測定位置精度が変動し、測定
精度の許容範囲を越えてしまう。 ■超音波信号の伝播を妨げるため、伝播体であるタブレ
ット表面にアニール等の熱処理ができない。 ■複写機等にこの座標入力装置を取付けた場合、機内昇
温の影響を受けるため測定精度が低下してしまう。 本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、伝播体の
温度を検出し、その温度に従って測定距離を補正するよ
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、 超音波信号の発信源を内蔵するペンと、前記超音波信号
を伝播する伝播体で構成されたタブレットと、該タブレ
ット上の複数部位に設置され、前記超音波信号を検出す
るためのセンサとを備えた座標入力装置であって、前記
複数のセンサよりの信号を基に、前記超音波信号の速度
を求める速度検出手段と、前記タブレットに近接あるい
は密着して取付けられた温度検出手段と、前記温度検出
手段の出力に対応して、前記速度検出手段により求めら
れる速度を補正し、補正された速度を用いて前記ペンと
前記複数のセンサとの各距離を決定して前記ペンの座標
値を求める座標決定手段とを有する。

【作用１ 以上の構成において、複数のセンサよりの信号を基に、
ペンよりの超音波信号の速度を求める。 タブレットに近接あるいは密着して温度センサが取付け
られており、その温度センサ出力に対応して、超音波信
号の伝播速度を補正する。この伝播速度を用いて、ペン
と複数のセンサとの各距離を決定して、ペンの座標値を
求めるように動作している。 ［実施例１ 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。 ［信号処理部の説明　（第１図）】 第１図は本実施例の座標入力装置における信号処理部の
概略構成を示すブロック図である。 図において、２ａ〜２ｄは超音波センサで、第３図に示
すように、それぞれタブレットの端部に取付けられてい
る。５−１〜５−４はそれぞれのセンサに近接して配置
され、対応するセンサよりの信号を増幅するためのプリ
アンプ回路である。 ６はアナログマルチプレクサ回路で、センサ２ａ〜２ｄ
よりの信号を入力し、マイクロプロセッサなどのＣＰＵ
３１よりの選択信号３６に対応して、いずれかのセンサ
信号を選択してオペアンプ回路８に出力している。７は
信号到着時間検出回路で、オペアンプ回路８よりの信号
をもとに各センサよりの信号到達時間を検出している。 ３１はマイクロプロセッサなどのｃＰＵで、ＣＰＵ３１
の制御プログラムや各種データを記憶してい！ＲＯＭ３
１１．ＣＰＵ３１（７）’７−クニリアとして使用され
るＲＡＭ３１２などを備えている。３２．３３はともに
カウンタで、クロック信号４１をＣＰＵ３１よりセット
されたデータに対応して分周し、入力ペンの振動子３９
の発振周波数を決定している。Ｄ／Ａコンバータ１０は
ＣＰＵ３１よりのデータを基に所定電圧を出力する。 この出力電圧はオペアンプ３４で電流増幅された後、ト
ランジスタ４０でスイッチングされて交流信号に変更さ
れ、入力ペンに装着された振動子３９を駆動する。こう
してこの振動子３９より発せられた超音波信号が伝播体
の振動波となって各センサ２ａ〜２ｄに到着する。 アナログマルチプレクサ６で選択された各センサよりの
信号は、オペアンプ８で増幅された後、コンパレータ３
５で基準電圧Ｅと比較される。この比較結果は信号４２
としてＣＰＵ３１に入力されている。ＣＰＵ３１はこの
比較結果に応じてＤ／Ａコンバータ１０への出力値を変
更し、入力ペン内の振動子３９の駆動信号レベルを変化
させる。そして、コンパレータ３５よりの比較信号４２
を再び入力し、所定範囲に入っているとＤ／Ａコンバー
タ１０への出力値を、現在の値に保持する。そして、信
号到達時間検出回路７よりの出力１　、、１　ｐをＣＰ
Ｕ３１に取り込み、所定の演算式に代入して入力ペンに
より指定された座標値を求める。 ３７はサーミスタなどの温度センサで、振動伝播体であ
るタブレットに近接あるいは密着して取付けられており
、伝播体の温度を検出している。 この温度信号はＡ／Ｄ変換器３８によりデジタル信号に
変換されてＣＰＵ３１に入力されている。 これにより、ＣＰＵ３１は後述するようにして、タブレ
ット上の信号・伝播速度を補正して、屈度に影響される
ことなく入力ペンの座標位置を求めることができる。 第２図はセンサ（２ａ〜２ｄ）よりの出力波形を示す図
である。 第３図は本実施例の座標入力装置のタブレット入力面を
示す図である。 図において、１は伝播体でアルミ板やガラス板などでｔ
＋ｔａされている。２ａ〜２ｄは圧電素子を用いたセン
サであり、入力ペン４から発せられた超音波信号を伝播
体１を通して入力することにより、その信号を検出して
いる。この例では４個のセンサを用いた例が示しである
が、原理的には２つのセンサで座標を算出することが可
能である。 ３は防振材で、有効エリア内での信号の多重反射を防止
している。４は入力ペンで、内部に振動子３９（例えば
ピエゾ素子）が組み込まれており。 先端よりＣＰＵ３１で指示された周波数の超音波信号を
出力している。 上記構成の座標入力装置における、入力ペン４とセンサ
間の距離ｒを算出する方法を以下に説明する。 まず、各センサ（２ａ−２ｄ）からの信号出力は、第２
図の如くである。ここで、信号到達時間を信号波形のエ
ンベロープの頂上として１ｇとすると、原理的にはｒ＝
ｖ、・ｔｇ（Ｖｇ：群速度）で距離ｒを算出することが
できる。しかし、エンベロープ（の頂上）で時間を検出
するという方法を取ると、信号出力の大きさやフィルタ
特性などの影響で、ある程度のゆらぎΔ１ｇがどうして
も発生する。 一般には、特定位相のゼロクロスポイントを検出して時
間を決定するほうが、よりゆらぎの少ない値を得ること
ができる。そこで例えば、ｔ、決定直後の位相のゼロク
ロス点というように検出ポイントを規定し、その時間を
ｔ２とする。そして、ｒ：ｖｌｔ、よりｒを算出するこ
とで精度のよい距離計測ができる。 しかし、この方法は用いる超音波が波動として群の速度
ｖｌと位相の速度Ｖｐとが等しい性質を持つ場合に限ら
れる。つまりＶｇとＶ、が異なると、距離ｒと共に群の
中の位相がずれてしまうため、ある１つの位相だけを追
い続けることは不可能となるからである。このような例
は横波で見られるが、この場合の距離ｒの算出方法を以
下に説明する。 前述したように、１ｇを決定した直後の位相のゼロクロ
ス点というように検出ポイントを規定した場合、ｔ、と
じて第５図中の１ｐのように階段上のものが観測される
。この段は位相の検出ポイントの移動を示すもので、各
段のつなぎ目がＴだけ平行移動したものとなっている。 いま、ｖｇとｖｐが等しく、常に一定の検出ポイントを
観測できる場合には、この様な階段はできず直線ａのよ
うなｔ、が得られる。従って、階段上に得られたｔｐを
、元の直線ａ上の値に変換してやればよいことになる。 つまり、ｔ□り（ｖｇ／ｖｐ　）　ｊｇ　＋　ｉ　ｏｔ
であるが、ｔｌはブレが大きいので ｔ、、＝ｎｔ−３（ｖｇ／ｖｐ　）ｔｇ＋　ｔ６ｙ−ｔ
ｐ（但し、ｎは整数）である性質を利用して、ｔｐａ”
　ｔｐ　”　Ｔ　”　Ｉ　ｎ　ｊ　［（（Ｖｇ／Ｖｐ）
ｊｇ　＋ｆｏｒｊｐ）／　Ｔ　　＋０．５３ としてｊｐａを求める。結局、ｒは次式で与えられる。 ｒ　　”　　Ｖ　ｐ　　”　　ｔｐａ−ｒ　ａｔ以上で
述べたような方式で１　、、１　ｐの検出を行なう場合
のブロック構成図を第４図に示し、その各部の信号タイ
ミング波形を第６図に示す。 本実施例では、群到達時間をｔ、とじて、センサ２ａ〜
２ｄの出力のエンベロープ波形の２回微分のゼロクロス
ポイント、つまり変曲点を検出する場合で示している。 伝播体に設置された圧電素子センサ２ａ〜２ｄで超音波
信号を受信した後、そのセンサ信号６１は、初段のプリ
アンプ（５−１〜５−４）で増幅されて第４図の信号到
達時間検出回路７に入力される。その後、絶対値回路１
３により全波整流され（信号６２）、ローパスフィルタ
１４によりエンベロープ波形（信号６３）に変換される
。そして、こうして作成されたエンベロープ波形６２に
対し、微分回路１５により１階微分信号６４を、微分回
路１６により２階微分信号５６を得る。 ゲート信号発生回路１７は１階微分信号６４を入力し、
その信号が所定レベル以上のときにオン□となるｔ１ゲ
ート信号５９を出力する。Ｔｇコンパレータ１９は、２
階微分信号５６を入力すると、５５で示すような１ｇコ
ンパレータ信号を出力する。ゲート回路５２はこのコン
パレータ信号５５とｔヨゲート信号５９とを入力し、両
者の論理積を取って１ｇ信号（ラッチパルス）５７を出
力する。これにより、２階微分波形５６のゼロクロスポ
イントまでの群到達時間１ｇが、ラッチ２２にラッチさ
れる。 一方、ゲート信号発生回路１８はｔ１検出に伴なってワ
ンショットをたたくことにより、ｔｌ。 ゲート信号６０を出力する。Ｔ、コンパレータ２０はセ
ンサ信号６１を入力し、その信号を所定のスレシュホル
トで比較した１ｐコンパレータ出力５４を得る。ゲート
回路５１はこのゲート信号６０とコンパレータ信号５４
とを入力し、それらの論理積信号５８°を得る。そして
、信号５８°をもとにｔ、信号（ラッチパルス）５８を
作成して出力している。これにより、センサ出力におけ
るｔ１直後のゼロクロスポイントがｔ、として、ラッチ
回路２３にラッチされる。 このような信号処理によって、１つのセンサ出力に対し
てｔ□１ｐが検出されるわけであるが、実際の超音波式
の座標入力装置においては、少なくとも２個、また冗長
性を高めるためには３個以上のセンサが設置されている
。 次に、ラッチ回路２２．２３にラッチされる計数値につ
いて説明する。カウンタ２１は入力ペン４の圧電振動子
３９の駆動パルス５３の立上りに同期してクロック信号
のカウントを開始し、その計数値はゲート回路５２．５
１の出力パルスによって、それぞれのラッチ回路２２．
２３にラッチされる。これらラッチされた値は、バッフ
ァ回路２４．２５を通してＣＰＵ３１に入力される。信
号線４３は、これら１．．１．を選択してＣＰＵ３１に
読込むための選択信号や、カウンタ２１のクリア信号な
どが含まれている。 ［温度に基づく補正処理　（第１図、第７図）］第７図
は本実施例の座標入力装置のＣＰＵ３１による測定処理
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ＲＯＭ３１１に記憶されている。この処理は、
位相速度Ｖｐを温度情報をもとに補正し、同時に測定さ
れた１　、、　１　ｐにより、入力ベン４により指示さ
れた点と各センサ間の距離ｒを求めるものである。 本実施例の超音波デジタイザは、工場での生産の最終調
整工程で、いくつかの補正ポイントに入力ペン４を固定
して位相速度Ｖｐを測定し、このときの値（初期値）　
Ｖｐｏ１測定温測定温度用０データとしてＲＯＭ３１１
あるいはバッテリ・バックアップされたＲＡＭなどのメ
モリに記憶しておく。また、補正係数αは伝播体の熱膨
張係数に応じてあらかじめ設定されている。 まずステップＳ２で、温度センサ３７よりの信号をもと
に、タブレットの温度を測定する。この温度測定は、所
定時間をおいて複数回検出され、それらをＴ１．Ｔｏ　
、Ｔｓとする。ステップＳ２でこれら温度（Ｔ、、Ｔ、
、Ｔ、）の平均を求め、その平均値をＴＡとする０次に
ステップＳ３に進み、■、。（１＋Ｑ　（ＴＡ−Ｔｏ　
）　）より、補正されたＶ、を求める。ここで、Ｖｐｏ
は初期較正時に計測されたＶｐ　’　、Ｔｏはその初期
較正時の温度、αは補正係数である。 次にステップＳ４に進み、ｔ□＝ｔｐ＋Ｔ・Ｉｎｔ　　
（ｔ　ｐ＋　＋　Ｏ−５）よりｔ、ａを求める。次にス
テップＳ５に進み、ｒ　”　Ｖ　ｐ　’　ｔｐａ−ｒ　
ｏｒより距離ｒを求める。そして、ステップＳ６で、各
センサに対する距離ｒを求め、それら距離ｒをもとにＸ
、Ｙ座標を算出する。こうして座標が求められるとステ
ップＳ７に進み、その検出された座標値を表示・出力し
て、処理を終了する。 前述の実施例では、１つの温度センサによりタブレット
面の温度を検出して、距離を補正するようにしたが、こ
れに限定されるものでなく、第８図に示すように、複数
の温度センサを設けてもよい。これは、座標入力領域が
非常に大きいため、伝播体の温度分布にバラツキがある
ことを考慮して、伝播体上の複数部位の温度センサ８１
．８２を配し、それら各部の温度を測定できるようにし
ている。この場合は、前述した第７図のステップＳ２で
、各温度センサよりの温度値の平均を取って、その平均
値をもとに補正するようにすればよい、なお、この温度
センサの数は２個に限定されるものでないことはもちろ
んである。 第１１図は、さらに他の実施例を示す図で、温度センサ
が伝播体に密着して設けることができないため、伝播体
の温度変化に対して温度センサ３７が追随できる検出速
度が異なることを考慮し。 センサ３７よりの出力を所定の時定数（Ｒ、、。 Ｃ１で決定される）で積分するようにしたものである。 センサ３７−の電圧レベルは、オペアンプ８３、コンデ
ンサＣｓ　＋　を抵抗Ｒ１１４で構成される積分回路で
コンデンサと抵抗との時定数で時間積分され、この時間
積分された温度値はＡ／Ｄコンバータ３８によりデジタ
ル信号に変換されて、ＣＰＵ３１に入力される。これに
より、ＣＰＵ３１はより実際の伝播体の温度に近い温度
情報を入力して補正することができる。 以上説明したように本実施例によれば、伝播体の熱膨張
・熱収縮による座標入力の測定誤差を補正することがで
きる。 また本実施例によれば、複数の温度センサを用いること
により、伝播体上の熱分布のバラツキによる補正精度の
劣化を防止できる。 さらに、温度センサの出力を積分することにより、伝播
体上の熱分布のバラツキや、伝播体以外の温度を検出す
ることによる、測定精度の低下を防止できる。

【発明の効果】

以上説明したように本発明によれば、伝播体の温度を検
出し、その温度に従って測定距離を補正できるため、温
度による測定精度の低下を防止できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の座標入力装置の制御部の回路構成を
示すブロック図、 第２図はセンサよりの検出出力波形例を示す図、 第３図は実施例の座標入力装置のタブレット面と入力ペ
ンを示す外観図、 第４図は信号到達時間検出回路の構成を示すブロック図
、 第５図は入力ペンとセンサ間との距離及び超音波到達時
間の関係を示す図。 第６図は第４図の各部の信号タイミング例を示す図、 第７図は実施例の座標入力装置のＣＰＵによる、座標位
置決定処理を示すフローチャート、そして、 第８図及び第９図はその他の実施例の制御回路を示す回
路ブロック図である。 図中、ｌ・・・伝播体、２ａ〜２ｄ・・・超音波センサ
、３・・・防振材、４・・・入力ペン、６・・・マルチ
プレクサ、７・・・信号到達時間検出回路、１３・・・
絶対値回路、１４・・・ローパスフィルタ、１５．１６
・・・微分回路、１７．１８・・・ゲート信号発生回路
、１９・・・Ｔ、コンパレータ、２０・・・Ｔｌｌコン
パレータ、２１・・・カウンタ、２２．２３・・・ラッ
チ回路、３１・・・ＣＰＵ、３６・・・センサ選択信号
、３７，８１゜８２・・・温度センサ、３９・・・振動
子、５７・・・１ｇ信号、５８・・・ｔ、信号、６１・
・・センサ出力信号である。 第３ 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波信号の発信源を内蔵するペンと、前記超音
   波信号を伝播する伝播体で構成されたタブレットと、該
   タブレット上の複数部位に設置され、前記超音波信号を
   検出するためのセンサとを備えた座標入力装置であつて
   、 前記複数のセンサよりの信号を基に、前記超音波信号の
   速度を求める速度検出手段と、 前記タブレットに近接あるいは密着して取付けられた温
   度検出手段と、 前記温度検出手段の出力に対応して、前記速度検出手段
   により求められる速度を補正し、補正された速度を用い
   て前記ペンと前記複数のセンサとの各距離を決定して前
   記ペンの座標値を求める座標決定手段と を有することを特徴とする座標入力装置。
2. （２）前記温度検出手段は、前記伝播体の複数部位に近
   接あるいは密着して取付けられた温度センサの出力の平
   均値を求め、前記座標決定手段は前記平均値をもとに前
   記超音波信号の伝播速度を補正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。
3. （３）前記座標決定手段は、座標位置較正時の温度を初
   期値として、該初期化との差をパラメータとし、該パラ
   メータを所定の補正式あるいは補正テーブルに挿入する
   ことで補正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。
4. （４）前記温度検出手段は、前記伝播体の複数部位に近
   接あるいは密着して取付けられた温度センサの出力を所
   定の時定数で時間積分し、前記座標決定手段は前記時間
   積分出力によって前記超音波信号の伝播速度を補正する
   ことを特徴とする請求項第１項に記載の座標入力装置。