JPH07200148A - 超音波式検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気ノイズ等による誤検出を防止し、タッ
チオン、タッチ位置座標を確実に検出できる信頼性の高
い超音波式検出装置を提供する。 【構成】 受信子（５ａ、５ｂ）を介した超音波信号
のレベルが該超音波を吸収する物体の存在を示す所定の
基準レベルを越えたか否かを検出（２３）し、検出され
た超音波信号のレベルが基準時間以上継続して前記基準
レベルを越えていることが検出された場合に前記物体の
存在を示すタッチオン信号を出力する。さらに、超音波
のレベルが基準時間以上基準レベルを越えたことが検出
された場合に、該基準レベルを通過する第１の時点と第
２の時点の平均から前記ＸまたはＹの座標を算出（２
３）する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、物体の有無または位
置を超音波により検出する超音波式検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来例Ａ：超音波式検出装置は、概略ＣＲＴ等の表示画
面を覆って配置されるパネルと検出動作を制御する制御
部からなり、パネルに伝播させた超音波の接触物体によ
る超音波吸収量から、物体の位置（タッチ位置）または
有無を検出するものである。

【０００３】利用可能な超音波には、固体表面を伝播す
る表面弾性波（ＳＡＷ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔ
ｉｃ Ｗａｖｅ）と固体中を伝播する弾性波（ＧＡＷ：
Ｇｕｉｄｅｄ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ）がある。

【０００４】図９は超音波用のパネルの概略平面構成を
示し、該パネル１は液晶パネルあるいはＣＲＴディスプ
レイ等と同一曲率を持ったほぼ矩形のガラスにより成形
され、パネル１の表面の４つの周辺部にはそれぞれ低融
点ガラス粉末により印刷加工された複数の反射素子２か
らなる反射アレイ３が形成されている。反射アレイ３に
囲まれた矩形部分は検出面６となっており、検出面６を
挟む平行な対向する２つの反射アレイ３の一方の一端に
は超音波を発信する発信子４が、他方の反射アレイ３の
一端には前記発信子４から発信された超音波を受信する
受信子５が取り付けられて１組の検出対を構成してい
る。パネル１上の互いに垂直な２組の検出対により検出
面６上の位置座標が特定されことになる。２組の検出対
の反射アレイ３は、通常のＸＹ座標面のＸＹ座標軸にそ
れぞれ対応しており、片方の組の検出対の反射アレイ３
をＸ軸とすればもう一方の組の検出対の反射アレイ３は
Ｙ軸に相当する。

【０００５】図１０の（Ａ）は表面弾性波用の発信子ま
たは受信子の取付け状態を示し、該発信子４および受信
子５は圧電素子７とプリズム８により構成され、パネル
１の表面の前述の位置に取り付けられる。また、固体中
を伝搬する弾性波（ＧＡＷ）の発信子４および受信子５
は、図１０の（Ｂ）に示すようにパネル１の端面に直接
取付けられる。以後の説明においては超音波として図１
０の（Ａ）に示す表面弾性波を例にとり説明する。

【０００６】次にパネル表面上の物体の座標位置検出の
動作原理について簡単に説明する。図１１の（Ａ）に示
すように、制御部から５．５ＭＨｚの発信衝撃波が圧電
素子７に与えられると、圧電素子７に振動が発生してプ
リズム８内で縦波に変換される。プリズム８とパネル１
の界面では、縦波が表面弾性波に変換され、パネル１上
の反射アレイ３上を伝搬し、反射アレイ３の各反射素子
２によりごく少量のエネルギを直角に反射する。反射し
た表面弾性波は図９の矢印に示すようにパネル１の検出
面６の全体に及びそして対向する反射アレイ３に向かっ
て伝搬し、該反射アレイ３によって直角に反射されて、
受信子５の圧電素子７により受信される。受信子５によ
り受信される信号は図１１の（Ｂ）に示すように持続時
間の長い信号になる。この場合、パネル１の検出面６に
物体が接触する（タッチが発生する）と、接触部分で弾
性波エネルギーが吸収され図１１の（Ｃ）に示すように
接触部分に対応する信号が欠落し、受信信号内で窪みＨ
になって現れる。この場合、図９において最短距離ａを
通る弾性波、タッチ位置ｂを通る弾性波または最長距離
ｃを通る弾性波では、受信子５へ到達するのに時間差を
生じるので、最初に受信された弾性波からタッチ位置ｂ
および最長距離ｃに対応する受信弾性波の経過時間Ｔ
０、Ｔ１を測定すれば物体９の位置（タッチ位置）の座
標成分を求めることができる。

【０００７】図１１に示す受信波は、受信用圧電素子に
よって電圧に変換されるものの、受信波を示す電圧（振
幅）の時間変化は、図１１に示すように均一ではなく、
実際には図１２に示すように時間軸上で不均一なものに
なる。この振幅の形状は、プリズム８とパネル１の界
面、反射素子２、パネル表面等が必ずしも均一でなく表
面弾性波が一様に伝播しないからであるが、いったんプ
リズム８、反射素子２、パネル１の界面が製作により決
まると、固有の形状（定数）とみなされる。パネル１上
を指等でタッチすると、図１２の点線で示すように、そ
のタッチ位置に相当する部分の表面弾性波が吸収され
る。この吸収によるへこみの時間軸の位置から、タッチ
位置の座標成分が算出される。即ち、パネル１上の２組
の検出対の発信子４に交互に発信衝撃波を伝えることに
より、Ｘ、Ｙの座標軸での吸収によるへこみの位置から
タッチ位置の平面座標位置を算出し、タッチ位置座標が
検出される。

【０００８】より詳しくは、まず、検出面６上に接触物
体がない（タッチしていない）場合に、図１２の電圧波
形は図１３の丸印で示すように、等しい時間間隔でＡ／
Ｄ変換器により高速でサンプリングされ、そのサンプリ
ングデータはＲＡＭに記憶される。この記憶データは、
タッチされていない時に受信される表面弾性波のサンプ
リングデータであって、以後にタッチオンを検出する際
のベースライン（基準）となるものである。

【０００９】次に、通常の検出時に同様に受信波をサン
プリングし、以前にベースラインとしてＲＡＭ内に記憶
されている現在のサンプリング時間に対応するデータを
現在のサンプリングデータからそれぞれ差し引いた差分
をとり、時間ｔにおける測定データとする。この差分が
物体の接触による超音波の吸収の存在を表す値を示す。
ベースラインの記憶の後、何ら物体の接触がなければ、
測定されるサンプリングデータは変化せずベースライン
との差分は０となる。

【００１０】図１４は、ベースラインを基準とした場合
に、指でタッチしたときに現れる受信された電圧波形の
へこみを点線により示したものである。さらに、図１５
は、図１４のタッチを示す点線部を拡大すると共にベー
スラインと受信電圧波形のデジタル値の差を表した図で
ある。図１５において、時間軸に示す各サンプリング時
間、・・・、ｔ_ｎ−２、ｔ_ｎ−１、ｔ_ｎ、ｔ_ｎ＋１、ｔ
_ｎ＋２、・・・、に対してサンプリングされたことを示
している。同図において、サンプリングデータの差分Δ
Ａｎは、時間ｔ＝ｔ_ｎで最大となる。

【００１１】従来、タッチの有無およびタッチ座標を求
めるには、発信子４から発信衝撃波が出力される毎に、
最大差分ΔＡｎを求めて基準レベル値Ａｔｈと比較し
て、ΔＡｎ≦Ａｔｈ ・・・ タッチなし、ΔＡｎ＞Ａ
ｔｈ ・・・ タッチあり、と判定し、タッチありの場
合にΔＡｎに対応する時間ｔ_ｎから求められる座標成分
をパネル１上のタッチ位置座標成分とし、ＸおよびＹ座
標軸の座標成分からタッチ座標位置を検出している。

【００１２】従来例Ｂ 上述の超音波式検出装置のパネル１への入力（タッチオ
ン）用に使用されるスタイラスとしては、従来、超音波
の吸収が可能な指による入力により行われていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】

課題Ａ 従来の超音波式検出装置の制御部の回路は、電源回路や
ホストコンピュータあるいは電磁波からのノイズの影響
を受けやすい。これは、Ａ／Ｄ変換のサンプリングが高
速であることや、圧電素子７の内部インピーダンスが高
く外来ノイズを拾いやすいためである。例えば図１６に
示すように、Ａ／Ｄ変換されたサンプリングデータにノ
イズによる誤差Ｅが重畳し、正常な場合はベースライン
からの差の最大値として検出されるＲ点よりもノイズが
重畳したＰ点やＱ点の差が大きくなって最大値として検
出され、このためタッチ位置はＲ点に対応する正しいサ
ンプリング時間ｔ_ｎから算出されずにＰ点またはＱ点と
対応する誤ったサンプリング時間ｔ_Ｐやｔ_Ｑから求めら
れるので、タッチ位置の検出がノイズによって誤ること
になる。

【００１４】また図１７に示すように、タッチを検出す
る基準値を実際には越えていないのにＢ点のようにノイ
ズが加わって瞬間的に基準値Ａｔｈを越えたり、タッチ
した指圧力がふらつくことによって誤検出やタッチあり
／タッチなしを繰り返すような誤動作が発生する恐れが
ある。

【００１５】この発明の目的は、ノイズによる誤検出を
防止して確実にタッチオンの検出が行える信頼性の高い
超音波式検出装置を提供することである。また、この発
明の目的は、ノイズによる誤検出や座標のふらつきを防
止し、確実にタッチ位置の座標を検出できる信頼性の高
い超音波式位置検出装置を提供することである。

【００１６】また、この発明の目的は、電気ノイズやタ
ッチした指圧力の変動によるタッチオン／タッチオフの
チャタリング（タッチオン／タッチオフが繰り返すこ
と）を防止し、タッチオン／タッチオフを確実に検出で
きる信頼性の高い超音波式検出装置を提供することであ
る。さらに、発明の目的は、確実にタッチ位置の座標を
検出できる信頼性の高い超音波式位置検出装置を提供す
ることである。

【００１７】課題Ｂ 上述の超音波式検出装置のパネル１への入力に使用され
る従来のスタイラスとして指を用いた場合には、柔らか
くかつパネル面への接触面が大きいためペンによる入力
と異なり手書き入力は困難であり、また分解能も悪かっ
た。また、接触面の小さい先端形状を備えていても超音
波をほとんど吸収しない堅い材質の従来のペン等では超
音波を吸収しないから入力自体を行うことが不可能であ
った。このため、超音波式検出装置はペン等による分解
能の良い手書き入力が行えないため、ペンコンピュータ
やＰＤＡ（パーソナル・デジタル・アシスト）等で電滋
誘導方式タブレットや抵抗膜式タッチパネルを採用し、
超音波式は採用されていなかった。

【００１８】この一発明の目的は、超音波式検出装置の
パネルにスタイラスを使用して入力する場合、分解能の
良い手書き入力の行えるスタイラスを提供することであ
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明は、受信子を介
した超音波信号のレベルが該超音波を吸収する物体の存
在を示す所定の基準レベルを越えたか否かを検出する基
準レベル検出手段と、前記基準レベル検出手段により検
出された前記基準レベルを越えている超音波信号のレベ
ルが基準時間以上継続しているか否かを判断する基準時
間検出手段と、前記基準時間検出手段により前記基準レ
ベルを越えている超音波信号のレベルが基準時間以上継
続したことが検出された場合に前記物体の存在を示すタ
ッチオン信号を出力する手段と、を備えて構成されてい
る。さらに、この一発明は、前記基準時間検出手段によ
り前記基準レベルを越えている超音波信号のレベルが基
準時間以上継続していることが検出された場合に、該基
準レベルを通過する第１の時点と第２の時点の平均から
前記ＸまたはＹの座標を算出する座標演算手段 が備え
られている。

【００２０】また、この一発明には、受信子を介した超
音波信号のレベルが該超音波を吸収する物体の存在を示
す所定の基準レベルを越えたか否かを検出する基準レベ
ル検出手段と、前記基準レベル検出手段により検出され
た前記基準レベルを越えている超音波信号のレベルが第
１の基準時間以上継続しているか否かを判断する第１の
基準時間検出手段と、前記第１の基準時間検出手段によ
り前記基準レベルを越えている超音波信号のレベルが第
１の基準時間以上継続したことが検出された場合に前記
物体の存在を示すタッチオン信号を出力する手段と、前
記第１の基準時間検出手段により検出された前記基準レ
ベルを越えている超音波信号のレベルが前記第１の基準
時間より短い第２の基準時間以上継続しているか否かを
判断する第２の基準時間検出手段と、前記第２の基準時
間検出手段により前記基準レベルを越えている超音波信
号のレベルが前記第２の基準時間以上継続していること
が検出されなかった場合に前記物体の不存在を示すタッ
チオフ信号を出力する手段と、を備えて構成されてい
る。さらに、この一発明には、前記第１の基準時間検出
手段により前記基準レベルを越えている超音波信号のレ
ベルが第１の基準時間以上継続したことが検出された場
合に、該基準レベルを通過する第１の時点と第２の時点
の平均から前記ＸまたはＹの座標を算出する座標演算手
段が備えられている。

【００２１】また、この一発明には、受信子を介した超
音波信号のレベルが該超音波を吸収する物体の存在を示
す第１の基準レベルを越えたか否かを検出する第１の基
準レベル検出手段と、前記受信子を介した超音波信号の
レベルが該超音波を吸収する物体の存在を示す前記第１
の基準レベルより低い第２の基準レベルを越えたか否か
を検出する第２の基準レベル検出手段と、前記第１また
は第２の基準レベル検出手段により検出された前記第１
または第２の基準レベルを越えている超音波信号のレベ
ルが基準時間以上継続しているか否かを判断する基準時
間検出手段と、前記基準時間検出手段により前記第１の
基準レベルを越えている超音波信号のレベルが基準時間
以上継続したことが検出された場合に前記物体の存在を
示すタッチオン信号を出力する手段と、前記基準時間検
出手段により基準時間以上前記第１の基準レベルを越え
て検出された前記第２の基準レベルを越えている超音波
信号のレベルが基準時間以上継続したことが検出されな
かった場合に前記物体の不存在を示すタッチオフ信号を
出力する手段とを備えて構成されている。さらに、この
一発明には、前記基準時間検出手段により前記第１の基
準レベルを越えている超音波信号のレベルが基準時間以
上継続していることが検出された場合に、該第１の基準
レベルを通過する第１の時点と第２の時点の平均から前
記ＸまたはＹの座標を算出する座標演算手段が備えられ
ている。

【００２２】本一発明の超音波式検出装置に使用される
スタイラスは、検出される超音波を吸収する超音吸収材
料含む尖端部と、該尖端部を設けた硬質の棒状部とから
構成されている。

【００２３】

【作用】この一発明は、受信子を介した超音波信号のレ
ベルが該超音波を吸収する物体の存在を示す所定の基準
レベルを越えたか否かを検出し、検出された超音波信号
のレベルが基準時間以上継続して前記基準レベルを越え
ていることが検出された場合に前記物体の存在を示すタ
ッチオン信号を出力する。さらに、この一発明は、超音
波のレベルが基準時間以上基準レベルを越えたことが検
出された場合に、該基準レベルを通過する第１の時点と
第２の時点の平均から前記ＸまたはＹの座標を算出す
る。

【００２４】また、この一発明は、受信子を介した超音
波信号のレベルが該超音波を吸収する物体の存在を示す
所定の基準レベルを越えたか否かを検出し、検出された
超音波信号のレベルが第１の基準時間以上継続して前記
基準レベルを越えているか否かを判断し、第１の基準時
間以上継続して前記基準レベルを越えたことが検出され
た場合に前記物体の存在を示すタッチオン信号を出力
し、基準レベルを第１の基準時間以上越えた超音波信号
の持続時間が前記第１の基準時間より短い第２の基準時
間以上継続しているか否かを検出し、超音波信号の持続
時間が前記第２の基準時間以上継続していないことが検
出された場合に前記物体の不存在を示すタッチオフ信号
を出力する。さらに、この一発明には、超音波のレベル
が第１の基準時間以上前記基準レベルを越えたことが検
出された場合に、該基準レベルを通過する第１の時点と
第２の時点の平均からＸまたはＹの座標を算出する。

【００２５】また、この一発明は、受信子を介した超音
波信号のレベルが該超音波を吸収する物体の存在を示す
第１の基準レベルを越えたか否かを検出し、検出された
超音波信号のレベルが基準時間以上継続して前記第１の
基準レベルを越えているか否かを判断し、超音波のレベ
ルが基準時間以上継続して前記第１の基準レベルを越え
たことが検出された場合に前記物体の存在を示すタッチ
オン信号を出力し、第１の基準レベルを基準時間以上越
えた超音波信号のレベルが継続して基準時間以上前記第
１の基準レベルより低い第２の基準レベルを越えている
か否かを検出し、超音波信号が前記基準時間以上継続し
て越えていないことが検出された場合に前記物体の不存
在を示すタッチオフ信号を出力する。さらに、この一発
明には、超音波のレベルが基準時間以上前記第１の基準
レベルを越えたことが検出された場合に、該第１の基準
レベルを通過する第１の時点と第２の時点の平均から前
記ＸまたはＹの座標を算出する。

【００２６】また、この一発明のスタイラスは尖端部に
おいて超音波を吸収すると共に、該尖端部と棒状部とに
より文字等の通常のペン入力が可能となる。

【００２７】

【実施例】本発明の超音波式検出装置の一実施例の概略
構成について図１を参照して説明する。図１において、
衝撃波発生器１１から出力される超音波の衝撃波は送信
アンプ１２を介してＸ軸スイッチ１３およびＹ軸スイッ
チ１４に与えられる。Ｘ軸スイッチ１３およびＹ軸スイ
ッチ１４から出力される衝撃波は、図５に示されるパネ
ル１に備えられた発信子４に相当するＸ軸発信子４ａと
Ｙ軸発信子４ｂにそれぞれ対応して入力される。Ｘ軸発
信子４ａとＹ軸発信子４ｂから出力された超音波はパネ
ル面を表面弾性波としてそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方
向に伝播し、図５に示されるパネル１の備えられた受信
子５に相当するＸ軸受信子５ａおよびＹ軸受信子５ｂに
よってそれぞれ受信される。Ｘ軸受信子５ａおよびＹ軸
受信子５ｂによって受信された表面弾性波は超音波電気
信号に変換されてそれぞれ対応するＸ軸スイッチ１５お
よびＹ軸スイッチ１６に与えられ、該スイッチ１５、１
６を介した超音波信号は受信アンプ１７に入力される。
Ｘ軸スイッチ１３、１５およびＹ軸スイッチ１４、１６
はマイクロプロセッサ２６により制御されており、Ｘ軸
スイッチ１３、１５またはＹ軸スイッチ１４、１６のい
ずれか一方がオンし、他方はオフするように制御され
る。

【００２８】受信アンプ１７によって増幅された超音波
信号は復調器１８に送られ、ここで超音波信号がＡＭ
（振幅変調）検波されて直流成分に変換される。復調器
１８の出力はＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器１９
に与えられ、ここで時間経過に従って高速でサンプリン
グされる。Ａ／Ｄ変換器１９からのサンプリングデータ
はバッファ２０を介してＳＲＡＭ（スタティック・ラン
ダム・アクセス・メモリ）２１に送られて記憶される。
マイクロプロセッサ２６のＣＰＵ２３は、Ａ／Ｄ変換器
１９のサンプリング動作が終了するとＳＲＡＭ２１に記
憶されたサンプリングデータをバッファ２２を介して書
き込み、パネル１上に物体のタッチがあるか否かの判定
の演算およびタッチ位置の座標を求める演算を開始す
る。タッチの判定の基準となる前述したベースラインの
サンプリングデータはまたＳＲＡＭ２１に記憶され、判
定に際してＣＰＵ２３に書き込まれる。ＣＰＵ２３はバ
ッファ２０、２２を制御してデータ流れの方向を調整す
る。マイクロプロセッサ２６にはＣＰＵ２３の他にＣＰ
Ｕ２３の演算の記憶に使用されるＲＡＭ２４、演算用の
プログラムが記憶されるＲＯＭ２５が備えられている。
ＣＰＵ２３によって判定されたタッチオン／タッチオフ
およびタッチ位置の座標データはインタフェース２７を
経てホストコンピュータ２８に送られる。

【００２９】次に本発明に係る物体のタッチオンの有無
および位置座標の検出動作について説明する。まず、検
出動作に先立って、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ
衝撃波が出力され、Ｘ軸およびＹ軸にそれぞれ対応する
超音波のサンプリングデータが判定の基準となるベース
ラインとしてＳＲＡＭ２１に記憶されているものとす
る。Ｘ軸スイッチ１３、１５がオン（Ｙ軸スイッチ１
４、１６はオフ）した状態でＸ軸についての検出動作が
行われる。即ち、衝撃波発生器１１から断続して衝撃波
が出力され、該衝撃波に基づく超音波電気信号のＡ／Ｄ
変換器１９を介したサンプリングデータが測定データと
してＳＲＡＭ２１に記憶される。またＲＡＭ２４にはタ
ッチオンの有無を判断する基準となる基準レベル値およ
び基準時間がＸ軸およびＹ軸に対してそれぞれに設定さ
れている。ＣＰＵ２３はＲＯＭ２５に記憶された演算プ
ログラムに従って測定データの検出動作を行う。

【００３０】図２のフローチャートは本一発明の実施例
を示し、そのステップＳ１において超音波電気信号を表
す測定データの受信開始のサンプリング時間（以下、開
始値と称する）と受信終了のサンプリング時間（以下、
終了値と称する）がＳＲＡＭ２１から読み出されてＣＰ
Ｕ２３のレジスタに記憶される。ステップＳ２において
ＲＡＭ２４に記憶されているＸ軸に係る基準レベル値と
基準時間がＣＰＵ２３に書き込まれる。次にステップＳ
３に移り、ＳＲＡＭ２１に記憶されたベースラインのサ
ンプリングデータと測定サンプリングデータとがＣＰＵ
２３に読み出され、各サンプリング時間にそれぞれ対応
して測定サンプリングデータとベースラインとの間の差
のデータが演算されてＣＰＵ２３のレジスタに記憶され
る。次にステップＳ４に移り、図３に示すように、差デ
ータがレジスタに記憶された基準レベル値Ａｔｈを越え
たか否かが開始値から終了値までの各サンプリング時間
ごとに判断され、最初に基準レベル値Ａｔｈを越えたサ
ンプリング時間を第１の時点Ｘ_Ｌとし、基準レベル値Ａ
ｔｈを越えてから再び該基準レベル以下になる直前のサ
ンプリング時間を第２の時点Ｘ_Ｒとしてそれぞれレジス
タに記憶される。次にステップＳ５に移り、第２の時点
Ｘ_Ｒから第１の時点Ｘ_Ｌが減算されて図３に示すように
基準レベル値Ａｔｈを越えた時間幅Ｗ（＝Ｘ_Ｒ−Ｘ_Ｌ）
が算出され、該時間幅ＷがＸレジスタに記憶された基準
時間Ｗｔｈ以上か否かが判断される。以上と判断された
場合はステップＳ６に移り、Ｙ軸スイッチ１４、１６を
オンに切り替えてＹ軸に対しても同様にステップＳ１〜
Ｓ５が実行され、Ｙ軸の超音波に対してもその測定サン
プリングデータがＹ軸の基準レベル値を基準時間以上越
えていると判断された場合は、パネル１に物体のタッチ
あり（タッチオン）と判断されてステップＳ７に移る。
ステップＳ７において、サンプリング時間Ｘ_Ｏ＝（Ｘ_Ｌ
＋Ｘ_Ｒ）／２が算出され、該時間Ｘ_Ｏに対応するＸ軸の
位置がタッチオンのＸ座標として特定され、同様にＹ座
標も特定される。ステップＳ８においてＣＰＵ２３はホ
ストコンピュータ２８に対してタッチオンを示すデータ
をその座標データと共に送出する。

【００３１】ステップＳ４において差データが基準レベ
ル値を越えていない場合、または差データが基準レベル
値を越えていても時間幅ＷがステップＳ５において基準
時間Ｗｔｈより短いと判断された場合にはタッチオンは
なかったとみなされ、ステップＳ６に移ることなく、Ｘ
軸において次の測定サンプリングデータの検出動作が繰
り返される。また、ステップＳ６においてＹ軸に関して
の測定サンプリングデータが基準レベル値を基準時間以
上越えていると判断されない場合にもタッチオンは検出
されなかったとしてステップＳ７に移ることなく検出動
作が繰り返される。

【００３２】次に本別の一発明の一実施例について図４
のフローチャートおよび図５を参照して説明する。図４
に示すステップＳ１１において超音波電気信号を表す測
定データの開始値と終了値がＳＲＡＭ２１から読み出さ
れてＣＰＵ２３のレジスタに記憶される。ステップＳ１
２においてＲＡＭ２４に記憶されているＸ軸に係る基準
レベル値と第１の基準時間がＣＰＵ２３に書き込まれ
る。次にステップＳ１３に移り、ＳＲＡＭ２１に記憶さ
れたベースラインのサンプリングデータと測定サンプリ
ングデータとがＣＰＵ２３に読み出され、各サンプリン
グ時間にそれぞれ対応して測定サンプリングデータとベ
ースラインとの間の差のデータが演算されてＣＰＵ２３
のレジスタに記憶される。次にステップＳ１４に移り、
差データがレジスタに記憶された基準レベル値Ａｔｈを
越えたか否かが開始値から終了値までの各サンプリング
時間ごとに判断され、最初に基準レベル値Ａｔｈを越え
たサンプリング時間を第１の時点Ｘ_Ｌとし、基準レベル
値Ａｔｈを越えてから再び該基準レベル以下になる直前
のサンプリング時間を第２の時点Ｘ_Ｒとしてそれぞれレ
ジスタに記憶される。次にステップＳ１５に移り、第２
の時点Ｘ_Ｒから第１の時点Ｘ_Ｌが減算されて基準レベル
値Ａｔｈを越えた時間幅Ｗ（＝Ｘ_Ｒ−Ｘ_Ｌ）が算出さ
れ、該時間幅Ｗがレジスタに記憶された第１の基準時間
Ｗ_１以上か否かが判断される。図５の（Ａ）に示す場合
は時間幅Ｗは第１の基準時間Ｗ_１よりも小さいからタッ
チオフと判断され、図５の（Ｂ）に示す場合は時間幅Ｗ
は第１の基準時間Ｗ_１以上であるからタッチオンと判断
される。ステップＳ１５において時間幅Ｗは第１の基準
時間以上と判断された場合はステップＳ１６に移り、Ｙ
軸スイッチ１４、１６をオンに切り替えてＹ軸に対して
も同様にステップＳ１１〜Ｓ１５が実行され、Ｙ軸の超
音波に対してもその測定サンプリングデータがＹ軸の基
準レベル値をＹ軸の第１の基準時間以上越えていると判
断された場合は、タッチオンと判断されてステップＳ１
７に移る。ステップＳ１７において、サンプリング時間
Ｘ_Ｏ＝（Ｘ_Ｌ＋Ｘ_Ｒ）／２が算出され、該時間Ｘ_Ｏに対
応するＸ軸の位置がタッチオンのＸ座標として特定さ
れ、同様にＹ座標も特定される。ステップＳ１８におい
てＣＰＵ２３はホストコンピュータ２８に対してタッチ
オンを示すデータをその座標データと共に送出する。

【００３３】ステップＳ１９において、ＣＰＵ２３のレ
ジスタには前記第１の基準時間Ｗ_１に替えて該第１の基
準時間よりも短い第２の基準時間Ｗ_２がＳＲＡＭ２１か
ら書き込まれる。次に、ステップＳ２０に移って第２の
基準時間Ｗ_２に基づいてステップＳ１１〜Ｓ１５が繰り
返され、該ステップＳ１５においては時間幅Ｗがレジス
タに記憶された第２の基準時間Ｗ_２以上か否かが判断さ
れる。図５の（Ｃ）に示す場合は時間幅Ｗは第２の基準
時間Ｗ_２以上であるからタッチオンが継続されていると
判断され、図５の（Ｄ）に示す場合は時間幅Ｗは第２の
基準時間Ｗ_２よりも小さいからタッチオフと判断され
る。ＣＰＵ２３はタッチオフを示すデータをホストコン
ピュータ２８に送出する。以後は、再度Ｓ１１から同様
の検出動作が繰り返される。

【００３４】次に本別の一発明の一実施例について図６
のフローチャートおよび図７を参照して説明する。図７
に示すステップＳ２１において超音波電気信号を表す測
定データの開始値と終了値がＳＲＡＭ２１から読み出さ
れてＣＰＵ２３のレジスタに記憶される。ステップＳ２
２においてＲＡＭ２４に記憶されているＸ軸に係る第１
の基準レベル値Ａ_１と基準時間ＷｔｈがＣＰＵ２３に書
き込まれる。次にステップＳ２３に移り、ＳＲＡＭ２１
に記憶されたベースラインのサンプリングデータと測定
サンプリングデータとがＣＰＵ２３に読み出され、各サ
ンプリング時間にそれぞれ対応して測定サンプリングデ
ータとベースラインとの間の差のデータが演算されてＣ
ＰＵ２３のレジスタに記憶される。次にステップＳ２４
に移り、差データがレジスタに記憶された第１の基準レ
ベル値Ａ_１を越えたか否かが開始値から終了値までの各
サンプリング時間ごとに判断され、最初に第１の基準レ
ベル値Ａ_１を越えたサンプリング時間を第１の時点Ｘ_Ｌ
とし、第１の基準レベル値Ａ_１を越えてから再び該基準
レベル以下になる直前のサンプリング時間を第２の時点
Ｘ_Ｒとしてそれぞれレジスタに記憶される。次にステッ
プＳ２５に移り、第２の時点Ｘ_Ｒから第１の時点Ｘ_Ｌが
減算されて第１の基準レベル値Ａ_１を越えた時間幅Ｗ
（＝Ｘ_Ｒ−Ｘ_Ｌ）が算出され、該時間幅Ｗがレジスタに
記憶された基準時間Ｗｔｈ以上か否かが判断される。図
７の（Ａ）に示す場合は時間幅Ｗは第１の基準レベル値
Ａ_１における基準時間Ｗｔｈよりも小さいからタッチオ
フと判断され、図７の（Ｂ）に示す場合は時間幅Ｗは基
準時間Ｗｔｈ以上であるからタッチオンと判断される。
ステップＳ２５において時間幅Ｗが基準時間Ｗｔｈ以上
と判断された場合はステップＳ２６に移り、Ｙ軸スイッ
チ１４、１６をオンに切り替えてＹ軸に対しても同様に
ステップＳ２１〜Ｓ２５が実行され、Ｙ軸の超音波に対
してもその測定サンプリングデータがＹ軸の第１の基準
レベル値をＹ軸の基準時間以上越えていると判断された
場合は、タッチオンと判断されてステップＳ２７に移
る。ステップＳ２７において、サンプリング時間Ｘ_Ｏ＝
（Ｘ_Ｌ＋Ｘ_Ｒ）／２が算出され、該時間Ｘ_Ｏに対応する
Ｘ軸の位置がタッチオンのＸ座標として特定され、同様
にＹ座標も特定される。ステップＳ２８においてＣＰＵ
２３はホストコンピュータ２８に対してタッチオンを示
すデータをその座標データと共に送出する。

【００３５】ステップＳ２９において、ＣＰＵ２３のレ
ジスタには前記第１の基準レベル値Ａ_１に替えて該第１
の基準レベル値よりも小さい第２の基準レベル値Ａ_２が
ＳＲＡＭ２１から書き込まれる。次に、ステップＳ３０
に移って第２の基準レベル値Ａ_２に基づいてステップＳ
２１〜Ｓ２５が繰り返され、第２の基準レベル値Ａ_２を
越えた測定サンプリングデータの時間幅Ｗが求められ、
該ステップＳ２５においては時間幅Ｗがレジスタに記憶
された基準時間Ｗｔｈ以上か否かが判断される。図７の
（Ｃ）に示す場合は時間幅Ｗは基準時間Ｗｔｈ以上であ
るからタッチオンが継続されていると判断され、図７の
（Ｄ）に示す場合は時間幅Ｗは基準時間Ｗｔｈよりも小
さいからタッチオフと判断される。ＣＰＵ２３はタッチ
オフを示すデータをホストコンピュータ２８に送出す
る。以後は、再度Ｓ２１から同様の検出動作が繰り返さ
れる。

【００３６】なお、タッチオンを検出する際に、第１の
基準レベル値Ａ_１と第１の基準時間Ｗ_１を使用し、タッ
チオンが検出された後のタッチオフを検出するに際して
は第２の基準レベルＡ_２と第２の基準時間Ｗ_２を使用す
るように構成しても良い。またタッチオフを検出する際
にタッチオン時の座標演算と同様にしてタッチオフ時の
座標を検出しても良い。

【００３７】次に、この発明の超音波式検出装置に使用
されるスタイラスの実施例について図８を参照して説明
する。スタイラス３１全体は、図８の（Ａ）に示すよう
に、使用中の鉛筆、ボールペンと同様の大きさ形状を備
え、手書き入力に適するように成形されている。スタイ
ラス３１はパネル１の面に直接接触する尖端部３２と、
該尖端部３２を一端に設けた棒状部３３とから構成され
ている。尖端部３２は図８の（Ｂ）に示すように、超音
波吸収部材であるゴム、スポンジ等により成形された芯
部３４と、該芯部３４の周面にほぼ１ｍｍの厚さで非超
音波吸収部材である金属により皮膜された接触部３５に
より成形されている。棒状部３３は手書き入力に適する
ように硬質の材料により成形され、例えばセラミック、
木材、金属等の通常の非超音波吸収材料を使用しても良
い。芯部３４にはゴム以外の超音波の吸収能の高い素
材、固体に限らず液体あるいは液体と固体の混合物等を
充填しても良い。また図８の（Ｃ）に示すように、尖端
部３２全体を超音波吸収材料であるゴム等により成形し
ても良い。尖端部３２には超音波式検出装置のパネル１
に対して文字等の入力が可能な材質に応じた適度の滑り
を持たせると共に超音波の吸収を検出可能にならしめる
量の超音波吸収材が使用される。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したようにこの一発明によれ
ば、電気ノイズにより測定される超音波信号のレベルが
瞬間的に基準レベルを越えてもタッチオン信号として検
出されることはなく、またパネルへの入力がふらついて
基準レベル付近で変動してもタッチオンと判断されるこ
ともなく、電気ノイズおよび入力時のチャタリングによ
るタッチオンの誤った検出を防止して確実にタッチオン
の検出を行うことができる。さらに、この一発明は、
タッチオンの座標を確実に求めることができ、電気ノイ
ズまたは入力時のチャタリングの影響によって座標の検
出を誤認したり検出座標が不安定に変動することはな
い。

【００３９】また、この一発明によれば、上述した電気
ノイズおよびチャタリングを防止してタッチオンの検出
を確実にできる上に、タッチオフの検出も電気ノイズお
よびチャタリングに影響されることなく確実に行うこと
ができる。

【００４０】また、この一発明のスタイラスによれば、
検出される超音波を吸収する超音吸収材料含む尖端部と
該尖端部を設けた硬質の棒状部とからなっているから、
超音波式検出装置においても通常のペン入力が可能にな
り、分解能の良い手書き入力を行うことができる。この
ため、ペンコンピュータやＰＤＡ（パーソナル・デジタ
ル・アシスト）等で、超音波式検出装置を入力パネルと
して用いることができる。さらに、ペンコンピュータの
分野において一般にペン入力として利用される電滋誘導
方式タブレットに比較し低コスト、低消費電力でありさ
らに液晶表示部のカラー表示への入力が可能である。ま
たＰＤＡの分野において一般に利用されている抵抗膜式
タッチパネルに比較し長寿命、高画質が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の超音波式検出装置の概略全体構成図
である。

【図２】この発明の超音波式検出装置の検出動作を示す
フローチャートである。

【図３】図２の検出動作の原理を説明する図である。

【図４】この発明の超音波式検出装置の別の検出動作を
示すフローチャートである。

【図５】図４の検出動作の原理を説明する図である。

【図６】この発明の超音波式検出装置の別の検出動作を
示すフローチャートである。

【図７】図６の検出動作の原理を説明する図である。

【図８】この発明の超音波式検出装置に使用されるスタ
イラスに実施例を示す図である。

【図９】超音波が伝播される超音波式検出装置のパネル
面を示す図。

【図１０】超音波を発信する発信子の取付け構造を示す
図。

【図１１】パネルを伝播して受信される超音波の受信信
号の状態を示す図。

【図１２】受信された超音波信号の電圧の時間経過を示
す図。

【図１３】受信された超音波信号のサンプリングを説明
する図。

【図１４】サンプリングされた超音波信号を基準となる
ベースラインとして示す図。

【図１５】タッチオンのある測定サンプリングデータと
ベースラインとの差を示す図。

【図１６】ノイズによる検出誤動作が生じる理由を説明
する図。

【図１７】ノイズによる検出誤動作が生じる別の理由を
説明する図。

【符号の説明】

１ パネル ２ 反射素子 ３ 反射アレイ ４ 発信子 ５ 受信子 ６ 検出面 ９ 物体 １９ Ａ／Ｄ変換器 ２１ ＳＲＡＭ（スタティック・ランダム・
アクセス・メモリ） ２３ ＣＰＵ ２５ ＲＯＭ ２６ マイクロプロセッサ ３１ スタイラス ３２ 尖端部 ３３ 棒状部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発信子から送出される超音波をパネルの
   Ｘ方向およびＹ方向へ伝搬させると共に該超音波を受信
   する受信子を備え、前記パネル上を伝搬する超音波を吸
   収する物体の有無または位置を検出する超音波式検出装
   置において、 前記受信子を介した超音波信号のレベルが該超音波を吸
   収する物体の存在を示す所定の基準レベルを越えたか否
   かを検出する基準レベル検出手段と、 前記基準レベル検出手段により検出された前記基準レベ
   ルを越えている超音波信号のレベルが基準時間以上継続
   しているか否かを判断する基準時間検出手段と、 前記基準時間検出手段により前記基準レベルを越えてい
   る超音波信号のレベルが基準時間以上継続したことが検
   出された場合に前記物体の存在を示すタッチオン信号を
   出力する手段と、を備えてなる超音波式検出装置。
2. 【請求項２】 前記基準時間検出手段により前記基準レ
   ベルを越えている超音波信号のレベルが基準時間以上継
   続していることが検出された場合に、該基準レベルを通
   過する第１の時点と第２の時点の平均から前記Ｘまたは
   Ｙの座標を算出する座標演算手段を備えてなる請求項１
   に記載の超音波式検出装置。
3. 【請求項３】 発信子から送出される超音波をパネルの
   Ｘ方向およびＹ方向へ伝搬させると共に該超音波を受信
   する受信子を備え、前記パネル上に伝搬する超音波を吸
   収する物体の有無または位置を検出する超音波式検出装
   置において、 前記受信子を介した超音波信号のレベルが該超音波を吸
   収する物体の存在を示す所定の基準レベルを越えたか否
   かを検出する基準レベル検出手段と、 前記基準レベル検出手段により検出された前記基準レベ
   ルを越えている超音波信号のレベルが第１の基準時間以
   上継続しているか否かを判断する第１の基準時間検出手
   段と、 前記第１の基準時間検出手段により前記基準レベルを越
   えている超音波信号のレベルが第１の基準時間以上継続
   したことが検出された場合に前記物体の存在を示すタッ
   チオン信号を出力する手段と、 前記第１の基準時間検出手段により検出された前記基準
   レベルを越えている超音波信号のレベルが前記第１の基
   準時間より短い第２の基準時間以上継続しているか否か
   を判断する第２の基準時間検出手段と、 前記第２の基準時間検出手段により前記基準レベルを越
   えている超音波信号のレベルが前記第２の基準時間以上
   継続していることが検出されなかった場合に前記物体の
   不存在を示すタッチオフ信号を出力する手段と、を備え
   てなる超音波式検出装置。
4. 【請求項４】 前記第１の基準時間検出手段により前記
   基準レベルを越えている超音波信号のレベルが第１の基
   準時間以上継続したことが検出された場合に、該基準レ
   ベルを通過する第１の時点と第２の時点の平均から前記
   ＸまたはＹの座標を算出する座標演算手段を備えてなる
   請求項３に記載の超音波式検出装置。
5. 【請求項５】 発信子から送出される超音波をパネルの
   Ｘ方向およびＹ方向へ伝搬させると共に該超音波を受信
   する受信子を備え、前記パネルを伝搬する超音波を吸収
   する物体の有無または位置を検出する超音波式検出装置
   において、 前記受信子を介した超音波信号のレベルが該超音波を吸
   収する物体の存在を示す第１の基準レベルを越えたか否
   かを検出する第１の基準レベル検出手段と、 前記受信子を介した超音波信号のレベルが該超音波を吸
   収する物体の存在を示す前記第１の基準レベルより低い
   第２の基準レベルを越えたか否かを検出する第２の基準
   レベル検出手段と、 前記第１または第２の基準レベル検出手段により検出さ
   れた前記第１または第２の基準レベルを越えている超音
   波信号のレベルが基準時間以上継続しているか否かを判
   断する基準時間検出手段と、 前記基準時間検出手段により前記第１の基準レベルを越
   えている超音波信号のレベルが基準時間以上継続したこ
   とが検出された場合に前記物体の存在を示すタッチオン
   信号を出力する手段と、 前記基準時間検出手段により基準時間以上前記第１の基
   準レベルを越えて検出された前記第２の基準レベルを越
   えている超音波信号のレベルが基準時間以上継続してい
   ることが検出されなかった場合に前記物体の不存在を示
   すタッチオフ信号を出力する手段と、を備えてなる超音
   波式検出装置。
6. 【請求項６】 前記基準時間検出手段により前記第１の
   基準レベルを越えている超音波信号のレベルが基準時間
   以上継続していることが検出された場合に、該第１の基
   準レベルを通過する第１の時点と第２の時点の平均から
   前記ＸまたはＹの座標を算出する座標演算手段を備えて
   なる請求項５に記載の超音波式検出装置。
7. 【請求項７】 パネルを伝搬する超音波を吸収する物体
   の有無または位置を検出する超音波式検出装置に使用さ
   れるスタイラスであって、 検出される超音波を吸収する超音吸収材料を含む尖端部
   と、該尖端部を設けた硬質の棒状部とからなるスタイラ
   ス。