JPH07134631A - 座標入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】座標入力装置の高精度化を図る。 【構成】振動伝達板場の有効領域Ａに、振動ペン３から
振動が入力されると、センサ６ａに振動が到達する迄の
時間と、他のセンサ６ｂ〜６ｄに振動が到達するまでの
時間差を測定する。このとき、センサ６ｂ〜６ｄからほ
ぼ距離にある領域Ｂにおいては、測定した時間差から正
しい座標が得られない。そこで、この場合にはセンサ６
ｃ，６ｄに代えてセンサ６ｅ，６ｆを用いる。こうすれ
ば各センサから等距離にある点がずれるため、領域Ｂで
振動入力されても正しい座標が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業状の利用分野】本発明は座標入力装置、特に入力
された弾性波振動を振動伝達板の複数箇所で検出し、振
動伝達板に振動が入力されてからの弾性波振動の伝達時
間に基づき、振動入力点の座標を検出する装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、超音波による座標入力装置の座標
算出方式の先願例として、振動ペンから入力された振動
を伝搬体上の複数個のセンサのうちの一つのセンサ（例
えば入力点からの振動の先着センサ）の到達遅延時間を
基準としたときの他のセンサとの到達遅延時間の差分デ
ータにより伝搬体上の振動ペンの座標を決定する方式が
ある。この方法では座標入力装置本体と振動入力ペンと
が非同期であっても座標の算出が可能である。前記座標
算出方式は、座標算出精度を向上させるために座標入力
面を複数領域分割して各領域ごとに座標を算出してい
る。座標は、図９に示すセンサ配置のとき図１０のよう
に領域を分割して以下のように求めることができる。

【０００３】センサＳａを基準センサとすると基準とな
る距離はｄａであり、 Δｄｂ＝ｄｂ−ｄａ （１） Δｄｃ＝ｄｃ−ｄａ （２） Δｄｄ＝ｄｄ−ｄａ （３） となる。求める座標Ｐ（ｘ，ｙ）は、Δｄｄ＋Δｄｂ−
Δｄｃ≠０のとき領域および領域３すなわち Δｄｂ＞０ ＡＮＤ Δｄｃ＞０ ＡＮＤ Δｄｂ＞Δ
ｄｄ およびΔｄｂ＜０ ＡＮＤ Δｄｃ＜０ ＡＮＤ
Δｄｂ＜Δｄｄのとき ｘ＝Ｘ／２−Δｄｄ² ／２Ｘ＋ ［Δｄｄ・（Δｄｂ² ＋Δｄｄ² −Δｄｃ² ）］／ ［Ｘ・（Δｄｄ＋Δｄｂ−Δｄｃ）］ （４） ｙ＝Ｙ／２−Δｄｂ／２sqrt［４ｘ² ／（Ｙ² −Δｄｂ² ）＋１］（５） である。ここで、（５）式のｘは（４）式で求める値で
ある。また、領域２および領域４すなわち Δｄｄ＞０ ＡＮＤ Δｄｃ＞０ ＡＮＤ Δｄｂ＞Δ
ｄｄ およびΔｄｄ＜０ ＡＮＤ Δｄｃ＜０ ＡＮＤ
Δｄｂ＜Δｄｄのとき ｙ＝Ｙ／２−Δｄｂ² ／２Ｙ＋ ［Δｄｂ・（Δｄｂ² ＋Δｄｄ² −Δｄｃ² ）］／ ［Ｙ・（Δｄｄ＋Δｄｂ−Δｄｃ）］ （６） ｘ＝Ｘ／２−Δｄｄ／２sqrt［４ｙ² ／（Ｘ² −Δｄｄ² ）＋１］（７） である。ここで、（７）式のｙは（６）式で求める値で
ある。

【０００４】Δｄｄ＋Δｄｂ−Δｄｃ＝０のとき、すな
わち ｘ＝Ｘ／２となるΔｄｄ＝０（ｄａ＝ｄｄ，ｄｂ＝ｄ
ｃ）、またはｙ＝Ｙ／２となるΔｄｂ＝０（ｄａ＝ｄ
ｂ，ｄｃ＝ｄｄ）のとき ｙ＝（Ｙ±sqrt［Δｄｂ²・（１＋Ｘ² ／（Ｙ² −Δｄｂ² ））］）／２ （８） ｘ＝（Ｘ±sqrt［Δｄｄ²・（１＋Ｙ² ／（Ｘ² −Δｄｄ² ））］）／２ （９）

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来例では、求める座標入力面の中心近傍、すなわち各差
分データ（Δｄｂ，Δｄｃ，Δｄｄ）がゼロの近い値に
なるときには、上記座標算出式を用いた座標算出では各
差分データの誤差が（４）式および（６）式によって拡
大されるため（４）式で求めた値を代入して（５）式で
得られる座標および（６）式で求めた値を代入して
（７）式で得られる座標は結果的に精度が低下する。さ
らに、中心近傍では各差分データの誤差が領域判定に大
きく影響し、異なる領域で計算することで座標算出の精
度が低下していた。

【０００５】本発明は上記従来例に鑑みてなされたもの
で、振動入力と非同期に動作でき、しかも高精度の座標
入力装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【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次のような構成からなる。

【０００７】すなわち、振動源から入力された振動を伝
播する振動伝達板と、該振動伝達板上を伝播する振動を
互いに異なる少なくとも３つの所定の検出箇所において
検出する第１の検出手段と、前記検出箇所の１を基準箇
所として、該基準箇所で振動が検出された時間と他の検
出箇所で振動が検出された時間との時間差を各検出箇所
について測定する測定手段と、該測定手段により測定し
た時間差に基づいて、前記各検出箇所と前記基準箇所と
の距離の差を算出する差分算出手段と、該差分算出手段
により算出された距離の差に基づいて、前記基準箇所を
除く各検出箇所について、前記振動源との距離が互いに
ほぼ等しいか判定する判定手段と、前記振動源からの距
離が前記測定箇所各々と異なる箇所において振動を検出
する第２の検出手段と、前記差分検出算出手段により算
出された距離の差に基づいて前記振動源の座標を算出す
る手段と、を備え、各検出箇所と振動源との距離が互い
にほぼ等しい場合には、前第２の検出手段による検出結
果を前記第１の検出手段による検出結果の一部に代えて
用いる。

【０００８】

【作用】以上の構成により、精度の低下する領域では、
検出箇所を切り換えてその領域を移動させ、精度良く座
標を算出する。

【０００９】

【第１実施例】図１は本実施例における座標入力装置の
構成を示している。図中、１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は電源
を含む振動子駆動回路であって、振動ペン３内のペン先
を振動させるものである。８はアクリルやガラス板等、
透明部材からなる振動伝達板であり、振動ペン３による
座標入力は、この振動伝達板８上をタッチすることで行
う。また実際には、図示に実線で示す符号Ａの領域（以
下有効エリア）内を振動ペン３で指定することを行う。
そして、この振動伝達板８の外周には、反射した振動が
中央部に戻るのを防止（減少）させるための防振材７が
設けられ、その境界に圧電素子等、機械的振動を電気的
信号に変換する振動センサ６ａ〜６ｆが固定されてい
る。

【００１０】９は各振動センサ６ａ〜６ｆで振動を検出
した旨の信号を演算制御回路１に出力する信号波形検出
回路である。１１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、振動伝達板の背後に配置し
ている。そしてディスプレイ駆動回路１０の駆動により
振動ペン３によりなぞられた位置にドットを表示しそれ
を振動伝達板８（透明部材からなる）を透してみること
が可能になっている。

【００１１】振動ペン３に内蔵された振動子４は、振動
子駆動回路２によって駆動される。電気的な駆動信号は
振動子４によって機械的な超音波振動に変換され、ペン
先５を介して振動伝達板８に伝達される。

【００１２】ここで振動子４の振動周波数はガラス等の
振動伝達板８に板波を発生することができる値に選択さ
れる。また、振動子駆動の際、振動伝達板８に対して垂
直方向に振動するモードが選択される。また、振動子４
の振動周波数をペン先５を含んだ共振周波数とすること
で効率の良い振動変換が可能である。

【００１３】上記の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り、表面波等に比して振動伝達板の
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。

【００１４】＜演算制御回路の説明＞上述した構成にお
いて、所定周期ごとに振動子駆動回路２が振動ペン３内
の振動子４を駆動させる振動を出力する。そして、振動
ペン３より発生した振動は振動センサ６ａ〜６ｆまでの
距離に応じて遅延して到達する。

【００１５】振動波形検出回路９は各振動センサ６ａ〜
６ｆからの信号を検出して、後述する波形検出処理によ
り各振動センサへの振動到達タイミングを示す信号を生
成するが、演算制御回路１は各センサごとのこの信号を
入力し、各々の振動センサ６ａ〜６ｆまでの振動到達時
間の検出、そして振動ペンの座標位置を算出する。

【００１６】また演算制御回路１は、この算出された振
動ペン３の位置情報を基にディスプレイ駆動回路１０を
駆動して、ディスプレイによる表示を制御したり、ある
いはシリアル、パラレル通信によって外部機器に座標出
力を行う（不図示）。

【００１７】図２は、実施例の演算制御回路１の概略構
成を示すブロック図で各構成要素およびその動作概略を
以下に説明する。

【００１８】図中、２１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、操作手順を記憶したＲＯＭ、そして計算等
に使用するＲＡＭ、定数などを記憶する不揮発性メモリ
等によって構成されている。

【００１９】２２ａ〜２３ｂはカウンタで、振動センサ
６ａとその他の振動センサ６ａ〜６ｆの振動到達遅延時
間の信号は、検出信号入力回路２５を介してカウンタ２
２ａに振動センサ６ａの群遅延時間信号Ｔga、カウンタ
２２ｂに振動センサ６ａ〜６ｆの群遅延時間信号Ｔgb〜
Ｔgf、２３ａに振動センサ６ａの位相遅延時間信号Ｔp
a、カウンタ２３ｂに振動センサ６ａ〜６ｆの位相遅延
時間信号Ｔpb〜Ｔpfが入力される。位相遅延時間及び群
遅延時間については、振動伝播時間検出の説明の項で後
述する。

【００２０】信号が受信されたことを判定回路２４が判
定するとマイクロコンピュータ２１にその旨の信号を出
力し、マイクロコンピュータ２１が所定の計算を行い、
振動伝達板８上の振動ペン３の座標位置を算出する。そ
して、Ｉ／Ｏポート２６を介してディスプレイ１１の対
応する位置にドットを表示することができる。あるいは
Ｉ／Ｏポート２６を介してインターフェース回路に座標
位置情報を出力することによって外部機器に座標値を出
力することができる。

【００２１】次に演算制御回路１の動作を説明する。図
３は本実施例のセンサ配置図、図４は演算制御回路１に
よりセンサを切り替える処理を説明するためのフローチ
ャート、図５はセンサ切り替え図である。

【００２２】最初にセンサ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの４
個のセンサを使用して座標を算出する場合について説明
する。すなわち、図４のステップＳ４１および図５にお
いてスイッチ５１がＯＮ状態、スイッチ５２がＯＦＦ状
態で、スイッチ５３でセンサの組５５を切り替える場合
である。マイクロコンピュータ２１の出すリセット信号
により全てをリセットし、スタート信号によりＡchに対
応するカウンタ２２ａ，２３ａとＢchに対応するカウン
タ２２ｂ，２３ｂの４つのカウンタを同時にスタートさ
せる。Ａchにはセンサ６ａの信号が入力され、Ｂchには
センサ６ｂ〜６ｄが切り替わりそれぞれの信号が入力さ
れる。

【００２３】まず、基準センサ６ａの信号により停止さ
れたカウンタ２２ａおよびカウンタ２３ａのカウンタ値
と、センサ６ｂの信号により停止されたカウンタ２２ｂ
およびカウンタ２３ｂのカウンタ値をマイクロコンピュ
ータ２１内のメモリに格納する。マイクロコンピュータ
２１では得られたカウンタ値Ｔga，Ｔgb，Ｔpa，Ｔpbに
よりΔＴgb＝Ｔgb−Ｔga、ΔＴpb＝Ｔpb−Ｔpaを計算す
る。次にＢchのセンサをスイッチ５３で６ｃ、６ｄに切
り替えて上記と同様の処理をする。以上の処理が、図４
のステップＳ４１の処理である。なお、Ｔga，Ｔgbはそ
れぞれＡch，Ｂchの群遅延時間、Ｔpa，Ｔpbはそれぞれ
Ａch，Ｂchの位相遅延時間である。センサ６ｃ，６ｄに
ついては、Ｂchのスイッチ５３を切り換えてＴpa，Ｔga
とともに群遅延時間のカウンタ値Ｔgc，Ｔgd及び位相遅
延時間のカウンタ値Ｔpc，Ｔpdを計測し、それぞれＴa
との差分ΔＴgc＝Ｔgc−Ｔga、ΔＴpc＝Ｔpc−Ｔpa，Δ
Ｔgd＝Ｔgd−Ｔga、ΔＴpd＝Ｔpd−Ｔpを計算する。

【００２４】マイクロコンピュータ２１により計算され
た差分データが、基準センサ６ａに対してその他のセン
サ６ｂ〜６ｄの各センサ分揃ったら、その差分データに
より後述の座標算出式で座標を計算する。以上の処理は
マイクロコンピュータ２１に割り込みとして実行され
る。

【００２５】ここで、図４のステップＳ４２が示すよう
に、センサ６ａ〜６ｂで得られた差分データ（ΔＴgb〜
ΔＴgd、ΔＴpb〜ΔＴpd）がそれぞれ所定の閾値以下の
場合、すなわち図３のエリアＢに点Ｐがあるときは、座
標を算出するセンサを６ａ，６ｂ，６ｅ，６ｆの４個の
センサに切り替える（図４のステップＳ４３）。すなわ
ち、図５において、スイッチ５１をＯＦＦ状態、スイッ
チ５２をＯＮ状態にし、センサの組５６をスイッチ５４
で切り替えて、Ａchにはセンサ６ａ、Ｂchにはセンサ６
ｂ，６ｅ，６ｆが入力される様にする。

【００２６】エリアＢはセンサ６ａ〜６ｄで得られる座
標の精度の低下する特異エリアであり、センサ６ａ〜６
ｄで形成される長方形の中心近傍である。その特異エリ
アＢを、信号を検出するセンサを６ａ，６ｂ，６ｅ，６
ｆの４個のセンサに切り替えることで精度の低下しない
エリアにして図４のステップＳ４４，Ｓ４５により座標
を検出する。図４のステップＳ４２で、センサ６ａ〜６
ｄで得られた差分データが所定の閾値以上の場合は、ス
テップＳ４６で、センサ６ａ〜６ｄで得た差分データで
座標を算出する。

【００２７】こうして得られた座標値をＩ／Ｏポート２
６から出力し、不図示のホストコンピュータ等により処
理が行われる。

【００２８】＜振動伝搬時間検出の説明（図６，図７）
＞以下、振動センサ６ａ〜６ｂまでの振動到達時間を計
測する原理について説明する。

【００２９】図６は信号波形検出回路９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。なお以下、振動センサ６ａと６ｂ
の差を検出する場合について説明するが、その他の振動
センサ６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆについても同じである。

【００３０】信号波形検出回路９とは非同期で振動子駆
動回路２から振動子４へ駆動信号６１が印加されてい
る。この信号６１によって、振動ペン３から振動伝達板
８に伝達された超音波振動は、振動センサ６ａまでの距
離に応じたｔgaをかけて進行した後、振動センサ６ａで
検出される。図示の６２で示す信号は振動センサ６ａが
検出した信号は系を示している。この実施例で用いられ
ている振動は板波であるため振動伝達中に、その伝達距
離に応じて変化する。ここでエンベロープ６２１の進む
速度、すなわち、速度をＶgそして位相６２２の位相速
度をＶpとする。この群速度Ｖgおよび位相速度Ｖpから
振動ペン３と振動センサ６ａ間の距離を検出することが
できる。

【００３１】まず、エンベロープ６２１のみ着目する
と、その速度はＶgであり、ある特定の波形上の点、例
えばエンベロープ６２１の２回微分波形６２３のゼロク
ロス点、すなわちエンベロープ波形の変曲点を検出する
と、振動ペン３および振動センサ６ａの間の距離ｄａ
は、その振動伝達時間をｔgaとして、 ｄａ＝Ｖg・ｔga （１０） で与えられる。この式は振動センサ６ａの一つに関する
ものであるが、同様の式により他の３つの振動センサ６
ｂ〜６ｄと振動ペン３の距離も同様にして表わすことが
できる。振動センサ６ａと振動ペン３との距離ｄａと６
ｂとペン３との距離ｄｂとの距離差Δｄｂは、同様に検
出されるセンサ６ｂについての振動到達タイミング６３
（ｔgb）との差、すなわち、振動伝達時間の差６３１
（Δｔgb）により、次式で与えられる。

【００３２】 Δｄｂ＝Ｖg・ｔgb−Ｖg・ｔga＝Ｖg・Δｔgb （１１） さらに、より高精度な座標決定をするために、位相信号
の検出に基づく処理を行う。位相波形信号６２２の特定
の検出点、例えば振動印加からある所定の信号レベル６
４後のゼロクロス点までの時間をｔpa （コンパレート
後の信号６７の最初の立上がり点に対し所定幅の窓信号
６８を形成し、位相信号６２２と比較することで得る）
とすれば、振動センサと振動ペンの距離は、 ｄａ＝ｎａ・λp＋Ｖp・ｔpa （１２） となり。ここでλpは弾性波の波長、ｎａは整数であ
る。ここでも、センサ６ａと６ｂの距離差をΔｄｂを、
同様に検出したセンサ６ｂのゼロクロス点ｔpbとの差Δ
ｔpbで表わすと、 Δｄｂ＝ｎｂ・λp＋Ｖp・ｔpb−（ｎａ・λp＋Ｖp・ｔpa ） ＝（ｎｂ−ｎａ）・λp＋Ｖp・（ｔpb−ｔpa ） ＝ｎｂ’・λp＋Ｖp・Δｔpb （１３） となる。ｎｂ’は、ｎｂやｎａと同様整数の値を持つ。

【００３３】前記（１１）式と（１３）式から上記整数
ｎｂ’は、 ｎｂ’＝int［（Ｖg・Δｔgb−Ｖp・Δｔpb）／λp＋１／Ｎ］ （１４） と表わされる。

【００３４】ここで、ｎは、“０”以外の実数であり、
適当な値を用いる。例えば、Ｎ＝２とすれば，±１／２
は長以内のｔｇ等の変動であれば、ｎｂ’を決定するこ
とができる。上記のようにして求めたｎｂ’を（１３）
式に代入することで、振動ペン３及び振動センサ６ａの
間の距離と、ペン３とセンサ６ｂ間の距離の差Δｄｂを
精度良く測定することができる。上述した２つの振動伝
達時間の差Δｔg及びΔｔpの測定のため信号６３１及び
６９１の生成は、信号波形検出回路９により行われる
が、この信号波形検出回路９は図７に示すように構成さ
れる。

【００３５】図７は実施例の信号波形検出回路９の構成
の一部を示すブロック図である。図７は、振動センサ６
ａと６ｂの到達遅延時間差Δｔgb，Δｔpbを検出する部
分を示しており、６ａと６ｃ、６ａと６ｄについての同
じ回路構成要素を信号波形検出回路９は含んでいる。図
７において、振動センサ６ａ、６ｂの出力信号は、前置
増幅回路７１により所定のレベルまで増幅される。増幅
された信号は、帯域通過フィルタ７１１により検出信号
の余分な周波数成分が除かれ、例えば、絶対値回路及
び、低域通過フィルタなどにより構成されるエンベロー
プ検出回路７２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。エンベロープ変曲点のタイミング
は、エンベロープ変曲点検出回路７３によって検出され
る。変曲検出回路７３はモノマルチバイブレータなどか
ら構成されたΔｔg信号検出回路７４によって２センチ
のエンベロープ遅延時間検出差信号である信号Δｔg
（図６の信号６３１）が形成され、演算制御回路１に入
力される。

【００３６】一方、７５は信号検出回路であり、まず振
動センサ６ａで検出された信号波形６２中の所定の閾値
信号６４を越える部分のパルス信号６７を形成する。７
６は単安定マルチバイブレータであり、パルス信号６７
の最初の立上がりでトリガされた所定時間幅のゲート信
号６８を開く。７７はΔｔp信号検出回路であり、ゲー
ト信号６８の開いている間の位相信号６２２の最初の立
上がりのゼロクロス点を検出し、同様に振動センサ６ｂ
で検出した信号を入力すれば、２センチ間の位相遅延時
間差信号Δｔp６９１が演算制御回路１に供給されるこ
とになる。

【００３７】なお以上説明した回路は振動センサ６ａと
６ｂに対するものであり、他の２通りの振動センサの組
み合わせにも同じ回路が設けられている。

【００３８】以上説明の中のΔｔを前項のΔＴと置き換
えれば、本実施例の演算制御回路１によってΔｄｂ，Δ
ｄｃ，Δｄｄ等を算出することができることがわかる。

【００３９】＜座標位置算出の説明（図３）＞次に実際
に振動ペン３による振動伝達板８上の座標位置検出の原
理を説明する。図３の様にセンサを配置した時４つの振
動センサ６ａ〜６ｄによって座標算出をする。先に説明
した原理に基づいて、振動ペン３の位置Ｐから各々の振
動センサ６ａ〜６ｄの位置までの直線距離ｄａ〜ｄｄと
すると、センサ６ａとペン３との距離ｄａとその他のセ
ンサとペン３との距離ｄｂ〜ｄｄの距離差Δｄｂ〜Δｄ
ｄを求めることができる。さらに演算制御回路１でこの
直線距離差Δｄｂ〜Δｄｄに基づき、振動ペン３の位置
Ｐの座標（ｘ，ｙ）を次式より求めることができる。

【００４０】まず、算出されるΔｄｂ〜Δｄｄでｄｂ〜
ｄｄを表わすと、 ｄｂ＝Δｄｂ＋ｄａ （１５） ｄｃ＝Δｄｃ＋ｄａ （１６） ｄｄ＝Δｄｄ＋ｄｄ （１７） となる。

【００４１】Δｄｄ＋Δｄｂ−Δｄｃ≠０のとき図１０
において領域１及び領域３すなわち Δｄｂ＞０ ＡＮＤ Δｄｃ＞０ ＡＮＤ Δｄｂ＞
Δｄｄ およびΔｄｂ＜０ ＡＮＤ Δｄｃ＜０ Ａ
ＮＤ Δｄｂ＜Δｄｄの条件で ｘ＝Ｘ／２−Δｄｄ² ／２Ｘ＋ ［Δｄｄ・（Δｄｂ² ＋Δｄｄ² −Δｄｃ² ）］／ ［Ｘ・（Δｄｄ＋Δｄｂ−Δｄｃ）］ （１８） ｙ＝Ｙ／２−Δｄｂ／２sqrt［４ｘ² ／（Ｙ² −Δｄｂ² ）＋１］ （１９） である。ここで、（１９）式のｘは（１８）で求めた値
である。また、領域２および領域４すなわち Δｄｂ＞０ ＡＮＤ Δｄｃ＞０ ＡＮＤ Δｄｂ＞
Δｄｄ およびΔｄｂ＜０ ＡＮＤ Δｄｃ＜０ Ａ
ＮＤ Δｄｂ＜Δｄｄの条件で ｙ＝Ｙ／２−Δｄｂ² ／２Ｙ＋ ［Δｄｂ・（Δｄｂ² ＋Δｄｄ² −Δｄｃ² ）］／ ［Ｙ・（Δｄｄ＋Δｄｂ−Δｄｃ）］ （２０） ｘ＝Ｘ／２−Δｄｄ／２sqrt［４ｙ² ／（Ｘ² −Δｄｄ² ）＋１］ （２１） Δｄｄ＋Δｄｂ−Δｄｃ＝０のとき、すなわち ｘ＝Ｘ／２となるΔｄｄ＝０（ｄａ＝ｄｄ，ｄｂ＝ｄ
ｃ）、またはｙ＝Ｙ／２となるΔｄｂ＝０（ｄａ＝ｄ
ｂ，ｄｃ＝ｄｄ）のとき ｙ＝（Ｙ±sqrt［Δｄｂ²・（１＋Ｘ² ／（Ｙ² −Δｄｂ² ））］）／２ （２２） ｘ＝（Ｘ±sqrt［Δｄｄ²・（１＋Ｙ² ／（Ｘ² −Δｄｄ² ））］）／２ （２３） Ｘ，Ｙはそれぞれ振動センサ６ａと６ｂ間の距離、振動
センサ６ｃと６ｄ間の距離である。

【００４２】ここで、図３のエリアＢに点Ｐがあると
き、すなわち、センサ６ａ〜６ｄにより形成する長方形
の中心点０近傍での座標算出について以下に述べる。

【００４３】前記中心点０に点Ｐがあるときは、点Ｐか
らセンサ６ａ〜６でまでの距離ｄａ〜ｄｄがそれぞれ等
しくなる。すなわち、Δｄｂ＝Δｄｃ＝Δｄｄ＝０とな
る点である。実際には得られる差分データは回路遅延等
の誤差が含まれるためΔｄｂ，ｄｃ，Δｄｄが、所定の
閾値以下になるときは、前述のようにセンサ６ａ，６
ｄ，６ｅ，６ｆに切り換えて座標を算出する。センサを
このように切り換えた場合、領域の切換は図１１に示し
たようになり、エリアＢは領域４’に含まれ、座標位置
の算出がし易い位置となる。座標算出式は以下のように
なる。

【００４４】算出されるΔｄｂ，Δｄｅ，Δｄｆでｄ
ｂ，ｄｅ，ｄｆを表わすと、 ｄｂ＝Δｄｂ＋ｄａ （２４） ｄｅ＝Δｄｅ＋ｄａ （２５） ｄｆ＝Δｄｆ＋ｄａ （２６） となる。したがって、Ｐ（ｘ，ｙ）は、 ｙ＝Ｙ／２−Δｄｂ² ／２Ｙ＋ ［Δｄｂ・（Δｄｂ² ＋Δｄｅ² −Δｄｆ² ）］／ ［Ｙ・（Δｄｅ＋Δｄｂ−Δｄｆ）］ （２７） ｘ＝Ｘ’／２−Δｄｅ／２sqrt［４ｙ² ／（Ｘ² −Δｄｅ² ）＋１］ （２８） である。ここで、（２８）式のｙは（２７）式で求めた
値である。

【００４５】Δｄｅ＋Δｄｂ−Δｄｆ＝０のとき、すな
わち ｙ＝Ｙ／２となるΔｄｂ＝０（ｄａ＝ｄｂ，ｄｆ＝ｄ
ｅ）のとき ｙ＝（Ｙ±sqrt［Δｄｂ²・（１＋Ｘ’² ／（Ｙ² −Δｄｂ² ））］）／２ （２９） ｘ＝（Ｘ’±sqrt［Δｄｅ²・（１＋Ｙ² ／（Ｘ² −Δｄｅ² ））］）／２ （３０） ここでＸ’Ｙはそれぞれ振動センサ６ａ，６ｅ間の距
離、振動センサ６ｅ，６ｆ間の距離である。

【００４６】以上説明した様に本実施例の座標入力装置
によれば、座標入力振動ペン３で駆動される振動は、演
算制御回路と同期をとる必要がない。したがって、ワイ
ヤレスの入力ペンであるにもかかわらず、駆動タイミン
グ受信用の受信回路等は必要なく、簡単な回路構成で構
築できるので、その大きさを小型化することが可能とな
る。その上、有効エリアの前面にわたって正確な座標位
置の検出が可能となる。

【００４７】

【第２実施例】図８は、本発明の第２実施例について説
明するための図である。

【００４８】本実施例では、振動ペン３の振動を検出す
るためのセンサを伝搬体に図８のように構成するもの
で、それに付随する信号波形検出回路等のその他の座標
入力装置の構成は先述の第１実施例と同様である。

【００４９】＜座標位置算出の説明（図８）＞図８のよ
うにセンサを配置した場合には、３つの振動センサ６
ａ，６ｂ，６ｃによって振動が入力された位置の座標算
出をする。前に説明した原理に基づいて、振動ペン３の
位置Ｐ（ｘ，ｙ）から各々の振動センサ６ａ，６ｂ，６
ｄの位置までの直線距離ｄａ，ｄｂ，ｄｄとすると、セ
ンサ６ａとペン３との距離ｄａとその他のセンサとペン
３との距離ｄｂ，ｄｄの距離差Δｄｂ，Δｄｄを求める
ことができる。更に演算制御回路１でこの直線距離差Δ
ｄｂ，Δｄｄに基づき、振動ペン３の位置Ｐ（ｘ，ｙ）
は、時間差一定の２本の双曲線の交点、すなわちΔｄ
ｂ，Δｄｄの交点として与えられる。

【００５０】まず、算出されるΔｄｂ，Δｄｄは、 Δｄｂ＝ｄｂ−ｄａ （３１） Δｄｄ＝ｄｄ−ｄａ （３２） となる。

【００５１】センサ６ａと６ｄを双曲線の焦点とすると
きΔｄｄは次式の双曲線関数として与えられる。

【００５２】 （ｘ−Ｘ／２）² ／ａ₁ ²−ｙ² ／ｂ₁ ²＝１ （３３） ここで、 ａ₁ ²＝（Δｄｄ／２）² （３４） ｂ₁ ²＝（Ｘ／２）² −（Δｄｄ／２）² （３５） また、センサ６ａと６ｂを双曲線の焦点とするときΔｄ
ｂは次式の双曲線関数として与えられる。

【００５３】 ｘ² ／ａ₂ ²−（ｙ−Ｙ／２）² ／ｂ₂ ²＝−１ （３６） ここで、 ａ₂ ²＝（Ｙ／２）² −（Δｄｂ／２）² （３７） ｂ₂ ²＝（Δｄｂ／２）² （３８） Ｘ，Ｙはそれぞれ振動センサ６ａ，６ｂ間の距離、振動
センサ６ａ，６ｂ間の距離である。

【００５４】求める座標Ｐ（ｘ，ｙ）は、式（３３）、
（３６）の連立方程式を解くことによって与えられる。

【００５５】ここで、図８のエリアＣに点Ｐがあると
き、すなわち、Ｘ，Ｙ各々を長辺と短辺とする長方形の
中心点Ｏの近傍での座算出について以下に述べる。

【００５６】前記中心点Ｏに点Ｐがあるときは、点Ｐか
らセンサ６ａ，６ｂ，６でまでの距離ｄａ，ｄｂ，ｄｄ
がそれぞれ等しくなる。すなわち、Δｄｂ＝Δｄｄ＝０
となる点である。実際には得られる差分データは回路遅
延等の誤差が含まれるため、Δｄｂ，Δｄｄが所定の閾
値以下になるとき、すなわち、点ＰがエリアＣにあると
きは、座標を算出するセンサを６ａ，６ｂ，６ｃに切り
換えて座標を算出する。

【００５７】前述のように、Ｐ（ｘ，ｙ）は時間差一定
の２本の双曲線の交点、すなわちΔｄｂ、Δｄｃの交点
として与えられる。

【００５８】算出されるΔｄｂ、Δｄｃは、 Δｄｂ＝ｄｂ−ｄａ （３９） Δｄｃ＝ｄｃ−ｄｂ （４０） センサ６ｂと６ｃを双曲線の焦点とするときΔｄｃは次
式の双曲線関数として与えられる。

【００５９】 （ｘ−Ｘ’／２）² ／ａ₃ ²−（Ｙ−ｙ）² ／ｂ₃ ²＝１ （４１） ここで、 ａ₃ ²＝（Δｄｃ／２）² （４２） ｂ₃ ²＝（Ｘ’／２）² −（Δｄｃ／２）² （４３） センサ６ａと６ｂを双曲線の焦点とするときΔｄｂは次
式の双曲線関数として与えられる。

【００６０】 ｘ² ／ａ₄ ²−（ｙ−Ｙ／２）² ／ｂ₄ ²＝１ （４４） ここで、 ａ₄ ²＝（Ｙ／２）²−（Δｄｂ／２）² （４５） ｂ₄ ²＝（Δｄｂ／２）² （４６） Ｘ’，Ｙは各々振動センサ６ｂ，６ｃ間の距離、振動セ
ンサ６ａ，６間の距離である。

【００６１】求める座標Ｐ（ｘ，ｙ）は、式（４１）、
（４４）の連立方程式を解くことによって与えられる。

【００６２】以上説明した様に本実施例の座標入力装置
によれば、座標入力振動ペン３で駆動される振動は、演
算制御回路と同期をとる必要がない。したがって、ワイ
ヤレスの入力ペンであるにもかかわらず、駆動タイミン
グ受信用の受信回路等は必要なく、簡単な回路構成で構
築できるので、その大きさを小型化することが可能とな
る。その上、有効エリアの前面にわたって正確な座標位
置の検出が可能となる。

【００６３】尚、本発明は、複数の機器から構成される
システムに適用しても１つの機器から成る装置に適用し
ても良い。また、本発明は、システム或は装置にプログ
ラムを供給することによって達成される場合にも適用で
きることはいうまでもない。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の座標入力
装置は振動入力と非同期に動作でき、しかも高精度の座
標算出が可能であるという効果がある。

【００６５】

【図面の簡単な説明】

【図１】座標入力装置のブロック構成図である。

【図２】実施例における演算制御回路の内部構成図であ
る。

【図３】第１実施例における座標入力装置の座標系を示
す図である。

【図４】実施例におけるセンサ切り換えのフローチャー
トである。

【図５】実施例におけるセンサ切り換えの説明図であ
る。

【図６】信号処理のタイムチャートである。

【図７】信号検出回路のブロック図である。

【図８】第２実施例における座標入力装置の座標系を示
す図である。

【図９】従来例における座標入力装置の座標系を示す図
である。

【図１０】従来例における座標入力面の領域分割を示す
図である。

【図１１】第１実施例におけるセンサ切換後の座標入力
面の領域分割を示す図である。

【符号の説明】

１ 演算制御回路 ２ 振動子駆動回路 ３ 振動入力ペン ４ 振動子 ５ ペン先 ６ａ〜６ｆ 振動センサ ７ 防振材 ８ 振動伝達板 ９ 信号波形検出回路 １０ ディスプレイ駆動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 克行 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 吉村 雄一郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 時岡 正樹 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動源から入力された振動を伝播する振
   動伝達板と、 該振動伝達板上を伝播する振動を互いに異なる少なくと
   も３つの所定の検出箇所において検出する第１の検出手
   段と、 前記検出箇所の１を基準箇所として、該基準箇所で振動
   が検出された時間と他の検出箇所で振動が検出された時
   間との時間差を各検出箇所について測定する測定手段
   と、 該測定手段により測定した時間差に基づいて、前記各検
   出箇所と前記基準箇所との距離の差を算出する差分算出
   手段と、 該差分算出手段により算出された距離の差に基づいて、
   前記基準箇所を除く各検出箇所について、前記振動源と
   の距離が互いにほぼ等しいか判定する判定手段と、 前記振動源からの距離が前記測定箇所各々と異なる箇所
   において振動を検出する第２の検出手段と、 前記差分検出算出手段により算出された距離の差に基づ
   いて前記振動源の座標を算出する手段と、を備え、各検
   出箇所と振動源との距離が互いにほぼ等しい場合には、
   前第２の検出手段による検出結果を前記第１の検出手段
   による検出結果の一部に代えて用いることを特徴とする
   座標入力装置。