JPH07306746A - 超音波座標入力装置 - Google Patents

超音波座標入力装置

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JPH07306746A
JPH07306746A JP14353694A JP14353694A JPH07306746A JP H07306746 A JPH07306746 A JP H07306746A JP 14353694 A JP14353694 A JP 14353694A JP 14353694 A JP14353694 A JP 14353694A JP H07306746 A JPH07306746 A JP H07306746A
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ultrasonic
ultrasonic wave
wave
input device
propagating body
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JP14353694A
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Nobuyasu Yamaguchi
伸康 山口
Hiroshi Ishikawa
寛 石川
Yasuhide Iwamoto
康秀 岩本
Atsuo Iida
安津夫 飯田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/043—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using propagating acoustic waves
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コードレスペンを使用して操作性が向上する
と共に、全体構成の小型化を図れる超音波座標入力装置
を提供する。 【構成】 コードレスの超音波ペン１から超音波伝播体
４を伝播した超音波を超音波受信器5a，5b，5c，5dにて
受信し、各超音波受信器5a，5b，5c，5dの受信信号の立
ち上がりを各受信回路６にて検出し、各超音波受信器5
a，5b，5c，5d相互間における超音波の受信時間差をカ
ウンタ回路部７にて測定し、その測定結果に基づいて超
音波入力位置の座標を座標算出部８にて算出する。これ
らの受信回路６，カウンタ回路部７，座標算出部８を各
超音波受信器5a，5b，5c，5dと共に超音波伝播体４上に
設置すれば、装置全体が小型化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波入力ペン等の超
音波入力手段で発生した超音波の伝播を利用して、入力
した座標を特定する超音波座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ技術の発展に伴い、近年新
しいマン・マシンインターフェースとして、ペンを用い
て手書きの文字，図形などをコンピュータなどの処理装
置に入力するペン入力方式を用いた機器が注目を集めて
いる。このペン入力装置では、ディスプレイ装置と座標
検出装置とが組み合わされており、ディスプレイ装置の
表示画面上でペンを用いて文字などの入力を行うと、座
標検出装置によってペンの座標を検出し、その結果に基
づいてディスプレイ装置上に各種の情報が表示されるよ
うになっている。
【０００３】現在、このペン入力装置用の座標検出装置
としては、主に電磁誘導方式、抵抗膜方式、超音波方式
が知られている。電磁誘導方式は、特殊な受信コイルパ
ターンを配した不透明な座標検出パネルを受信装置とし
て使用するため、ディスプレイ装置の背面にこのパネル
を設置する必要がある。抵抗膜方式は、座標検出部とし
て表面全体に特殊な透明導電性薄膜処理を施した抵抗膜
ガラスパネルを使用するため、表示光の透過率が減少
し、表示されたものが見にくくなるとともに、表示に対
する消費電力も増大する。
【０００４】このような理由により、超音波発生素子を
備えた超音波入力ペンから超音波伝播体に超音波を伝播
させ、伝播された超音波を超音波伝播体に設けた複数の
圧電振動子にて検出して超音波入力ペンの超音波伝播体
上での座標を特定するようにした超音波座標入力装置
が、広く用いられている。
【０００５】図22は、このような超音波座標入力装置の
基本構成を示す模式図、図23は、超音波座標入力装置に
おける座標検出の原理を説明するための図である。図に
おいて、41は超音波を発振する発振用圧電振動子を備え
た超音波入力ペンであり、超音波入力ペン41は、超音波
を伝播する超音波伝播体42に接触している。超音波伝播
体42の周縁部には、超音波伝播体42を伝播した超音波を
受信する複数（本例では３個）の受信センサ（受信用圧
電振動子）43が、導電性の接着剤で接着して設けられて
いる。超音波入力ペン41から出力された超音波が、Lamb
波として超音波伝播体42内を伝播し、各受信センサ43に
て受信される。プリアンプ等を含んだ超音波検出回路44
は、各受信センサ43で受信した超音波を検出して、その
検出信号を演算回路45へ出力する。演算回路45は、超音
波検出回路44からの検出信号に基づいて後述するような
演算を行って、座標を特定する。特定された座標はディ
スプレイ46に表示される。
【０００６】座標検出の原理について説明する。図23に
示すように、超音波入力ペン41から出力された超音波
が、超音波伝播体42を伝播して２個の受信センサ43に受
信されるまでの伝播時間から、座標を求めることが可能
である。いま、超音波入力ペン41で超音波を入力した点
をＰ（ｘ，ｙ）、２個の受信センサ43，43の位置をそれ
ぞれＡ（０，０），Ｂ（Ｌ，０）とし、超音波伝播体42
を伝播する超音波の速度をＣとし、Ｐ−Ａ間の伝播時間
をｔ1 ，Ｐ−Ｂ間の伝播時間をｔ2 とすると、以下のよ
うにして点Ｐの座標を特定できる。ここで、Ｌ及びＣは
既知の値であり、ｔ1 及びｔ2 は計測値である。 （Ｃ・ｔ1 ）2 ＝ｘ2 ＋ｙ2 …（１） （Ｃ・ｔ2 ）2 ＝（Ｌ−ｘ）2 ＋ｙ2 …（２） （２）−（１）より ｘ＝｛Ｃ2 （ｔ1 2 −ｔ2 2 ）＋Ｌ2 ｝÷２Ｌ …（３） （１），（３）より ｙ＝［Ｃ2 ・ｔ1 2 −｛Ｌ2 ＋Ｃ2 （ｔ1 2 −ｔ2 2 ）｝2 ÷４Ｌ2 ］1/2 …（４）
【０００７】図24は特開平1-126716号公報に開示されて
いる従来の超音波座標入力装置の構成図である。図24に
おいて、図22と同一部分には同一番号を付しており、超
音波入力ペンの図示は省略している。本例ではプリアン
プ47が超音波検出回路44に内蔵されておらずに分離され
ていて、３個の各プリアンプ47は、超音波伝播体42をデ
ィスプレイ46に設置するための伝播体設置部材48中に設
けられており、対応する各受信センサ43と数十mm程度の
線材49にて接続されている。
【０００８】また、図25は上述の特開平1-126716号公報
に他の実施例として開示されている従来の超音波座標入
力装置の構成図である。伝播体設置部材48上に超音波伝
播体42を載置し、更に、３個の受信センサ43とこれらの
それぞれに数十mm程度の線材49にて接続された３個のプ
リアンプ47とが形成されたプリント基板50が、超音波伝
播体42上に設けられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】超音波方式の座標入力
装置では、超音波ペン41から発振した超音波信号が超音
波伝播体42中を伝播して受信センサ43に受信されるまで
の伝播遅延時間を測定して座標を算出するため、伝播遅
延時間を測定するための基準時間として超音波ペン41か
ら超音波が発振した時間情報を、演算回路45に入力する
必要がある。そのため、超音波ペン41はコード51によっ
て本体と接続されている必要があり、従来の座標入力装
置の場合、コード51が邪魔になって操作性が悪いという
問題がある。
【００１０】図24に示す構成では、超音波伝播体42の周
りの伝播体設置部材48にプリアンプ47等を設け、プリア
ンプ47と受信センサ43とを線材49にて接続しているの
で、超音波伝播体42を設置するために大型の伝播体設置
部材48が必要であり、装置全体の構成も大型化するとい
う問題がある。
【００１１】また、図25に示す構成では、ディスプレイ
にこの超音波座標入力装置を設置した場合、ディスプレ
イがプリント基板50に遮られて表示が見えないという問
題がある。透明のプリント基板を使用して、ディスプレ
イの表示部外にパターン配線を形成し、かつ表示部外に
プリアンプなどを設けることも考えられるが、視差が大
きくなる、透過率が悪くなるなどの問題は残る。
【００１２】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、超音波信号の各受信センサ相互間の受信時間差
を測定し、これに基づき座標を算出することにより、超
音波ペンと本体側との発振タイミングの時間情報の授受
を不要として超音波ペンのコードをなくし、操作性が良
い超音波座標入力装置を提供することを目的とする。
【００１３】本発明の他の目的は、超音波を検出する超
音波検出回路及び／または入力座標を特定するための演
算回路を超音波伝播体上に設けることにより、超音波伝
播体をディスプレイに設置するための設置部材が小型に
なって装置全体の構成も小型化でき、受信センサと超音
波検出回路との結線が短くなってノイズを低減できて、
高精度に入力座標を検出できる超音波座標入力装置を提
供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本願の第１発明に係る超
音波座標入力装置は、超音波伝播体の相異なる任意の位
置に設けた少なくとも３個の超音波受信器と、各超音波
受信器相互間における超音波の受信時間差を測定する測
定手段と、測定手段の測定結果に基づいて超音波入力位
置の座標を算出する算出手段とを備えたことを特徴とす
る。
【００１５】本願の第２発明に係る超音波座標入力装置
は、第１発明において、各超音波受信器が、超音波伝播
体を伝播する超音波の中で最も速い板波対称波の第１波
目の立ち上がりを受信するように構成したことを特徴と
する。
【００１６】本願の第３発明に係る超音波座標入力装置
は、第１発明において、各超音波受信器は、超音波伝播
体を伝播する超音波の中で最も速い板波対称波を受信す
ることとし、各超音波受信器にて受信した板波対称波を
全波整流し、その第１波目またはその包絡線成分の立ち
上がりを検出する検出手段を備え、検出手段の検出結果
に応じて、測定手段が、各超音波受信器相互間における
超音波の受信時間差を測定するように構成したことを特
徴とする。
【００１７】本願の第４発明に係る超音波座標入力装置
は、第１発明において、所定時間内の各超音波受信器に
おける超音波の受信の有無に基づいて、超音波入力手段
の移動を識別する識別手段を備え、この所定時間とし
て、各超音波受信器相互間における受信時間差の最長時
間またはその整数倍と同等かそれ以上の時間を設定する
ように構成したことを特徴とする。
【００１８】本願の第５発明に係る超音波座標入力装置
は、第１または第４発明において、各超音波受信器にお
ける受信直後の所定数の受信信号は無視して、その後の
超音波受信信号に基づいて超音波入力位置の座標の算出
及び／または超音波入力手段の移動の識別を行うように
構成したことを特徴とする。
【００１９】本願の第６発明に係る超音波座標入力装置
は、第１発明において、各超音波受信器の受信信号を増
幅する増幅器と、各超音波受信器における受信信号の振
幅に応じて増幅器の増幅率を調整する調整手段とを備え
たことを特徴とする。
【００２０】本願の第７発明に係る超音波座標入力装置
は、第１発明において、各超音波受信器の受信信号を増
幅する増幅器と、算出手段にて算出された座標に従って
超音波入力位置と各超音波受信器との距離を算出し、そ
の算出結果に応じて増幅器の増幅率を調整する調整手段
とを備えたことを特徴とする。
【００２１】本願の第８発明に係る超音波座標入力装置
は、超音波伝播体の任意の相異なる位置に設けられた少
なくとも４個の超音波受信器と、各超音波受信器相互間
における超音波の受信時間差を測定する測定手段と、３
個１組の超音波受信器相互間における測定手段の測定結
果に基づいて超音波入力位置の複数の座標を算出する第
１算出手段と、第１算出手段の複数の算出結果に応じて
超音波入力位置の座標を算出する第２算出手段とを備え
たことを特徴とする。
【００２２】本願の第９発明に係る超音波座標入力装置
は、超音波伝播体の相異なる位置に設けられ、その１個
または複数個が所定位置に固定されている複数の超音波
受信器と、所定位置に固定されている超音波受信器及び
残りの中から超音波受信信号の検出タイミングが速い順
に選択した超音波受信器の超音波受信信号に基づいて超
音波入力位置の座標を算出する算出手段とを備えたこと
を特徴とする。
【００２３】本願の第10発明に係る超音波座標入力装置
は、第９発明において、２個の超音波受信器を、超音波
伝播体の対角線上または同一辺上に固定するように構成
したことを特徴とする。
【００２４】本願の第11発明に係る超音波座標入力装置
は、超音波伝播体を伝播した超音波を受信する複数の圧
電振動子の受信信号から超音波を検出する超音波検出回
路を、超音波伝播体上に設けたことを特徴とする。
【００２５】本願の第12発明に係る超音波座標入力装置
は、第11発明において、超音波検出回路の検出結果に基
づいて超音波入力位置の座標を演算する演算回路も、超
音波伝播体上に設けたことを特徴とする。
【００２６】本願の第13発明に係る超音波座標入力装置
は、第11発明において、複数の圧電振動子で囲まれた領
域の外で、かつ超音波入力範囲の外に、超音波検出回路
を設けたことを特徴とする。
【００２７】本願の第14発明に係る超音波座標入力装置
は、第12または第13発明において、複数の圧電振動子で
囲まれた領域の外で、かつ超音波入力範囲の外に、演算
回路を設けたことを特徴とする。
【００２８】本願の第15発明に係る超音波座標入力装置
は、第11，第12，第13または第14発明において、超音波
伝播体の超音波入力面とは反対側の面に導電性の膜を設
けたことを特徴とする。
【００２９】本願の第16発明に係る超音波座標入力装置
は、第11，第12，第13，第14または第15発明において、
超音波伝播体を伝播する超音波の中で最も伝播速度が速
い波を各圧電振動子にて受信すべく構成したことを特徴
とする。
【００３０】本願の第17発明に係る超音波座標入力装置
は、第１発明において、測定手段及び／または算出手段
を超音波伝播体上に設けたことを特徴とする。
【００３１】
【作用】第１発明では、超音波信号を各超音波受信器が
受信する際の各超音波受信器相互間の受信時間差を測定
し、これに基づいて座標を算出するので、超音波入力手
段（超音波ペン）の発振タイミングとは無関係に測定で
きる受信時間差に応じて座標を算出できるため、超音波
ペンをコードレスにすることが可能である。
【００３２】第２発明では、超音波伝播体を伝播する超
音波の中で最も速い板波対称波の第１波目の立ち上がり
を各超音波受信器にて受信するので、この板波対称波よ
り遅く受信される板波非対称波または超音波伝播体の端
部での影響を排除でき、超音波伝播体の周縁部に超音波
吸収体を設ける必要はない。
【００３３】第３発明では、各超音波受信器にて受信し
た板波対称波を全波整流し、その第１波目またはその包
絡線成分の立ち上がりを検出し、その検出結果に応じて
超音波の受信時間差を測定するので、超音波受信信号の
第１波目が立ち上がりから始まるか立ち下がりから始ま
るかが分からなくても、その測定誤差は小さい。
【００３４】第４発明では、各超音波受信器相互間にお
ける受信時間差の最長時間またはその整数倍と同等かそ
れ以上の時間を所定時間とし、この所定時間内の各超音
波受信回路における超音波の受信の有無に基づいて、超
音波入力手段（超音波ペン）の移動（アップダウン）を
識別するので、超音波ペンの超音波伝播体に対する接
触，非接触を正確に検出できる。
【００３５】第５発明では、各超音波受信器における受
信直後の所定数の受信信号は無視して、その後の超音波
受信信号に基づいて超音波入力位置の座標の算出及び／
または超音波入力手段（超音波ペン）の移動の識別を行
うので、最初の不安定な超音波受信信号による誤検出を
防止できる。
【００３６】第６発明では、各超音波受信器における受
信信号の振幅に応じて、増幅器の増幅率を調整するの
で、超音波入力手段（超音波ペン）の超音波伝播体に対
する接触圧の変化に伴う超音波受信信号のレベルの違い
を調整できる。
【００３７】第７発明では、超音波入力位置と各超音波
受信器との距離の算出結果に応じて、増幅器の増幅率を
調整するので、超音波入力手段（超音波ペン）の超音波
伝播体に対する接触状態の変化に伴う超音波受信信号の
レベルの変化を調整して、座標の算出精度は向上する。
【００３８】第８発明では、まず、複数の座標値を算出
し、この算出した複数の座標算出値の平均値を求めるな
どして、最終的な座標値を算出するので、誤差が減少し
て算出精度がより向上する。
【００３９】第９発明では、複数の超音波受信器のうち
のいくつかを固定して使用し、残りの中では超音波入力
手段（超音波ペン）により近い超音波受信器を使用する
ので、座標算出に利用する超音波受信信号の受信感度が
低くならず、この結果、算出精度が向上する。
【００４０】第10発明では、２個の超音波受信器を、超
音波伝播体の対角線上または同一辺上に固定するように
したので、より効率よく超音波受信信号を受信できる。
【００４１】第11または第12発明では、超音波検出回路
のみ、または超音波検出回路及び演算回路が、複数の受
信用圧電振動子と共に、超音波伝播体上に設けられてい
るので、従来例のように伝播体設置部材に回路構成を形
成する領域を設ける必要がなく、伝播体設置部材は小型
化する。また、受信用圧電振動子に近接して超音波検出
回路を設けるので、従来例のような接続のための長い線
材は不要となり、ノイズに対して強い回路構成となる。
【００４２】第13または第14発明では、超音波検出回路
のみ、または超音波検出回路及び演算回路が、複数の圧
電振動子で囲まれた領域の外で、かつ超音波入力範囲の
外に設けられているので、従来例のようにディスプレイ
がプリント基板，プリアンプなどで遮られず、常に表示
が見える。また、ディスプレイと超音波伝播体との間に
何らかの基板，回路が入ることが全くなく、視差の増
大，透過率の悪化は問題とならない。
【００４３】第15発明では、超音波伝播体の超音波入力
面とは反対側の面に導電性膜が設けられているので、電
磁ノイズを発生するディスプレイに設置した場合に、こ
の導電性膜にて電磁ノイズを遮蔽する。
【００４４】第16発明では、超音波の中で最も速い波を
複数の圧電振動子にて受信する。よって、超音波伝播体
の端部から反射する不要な超音波を無視できる。
【００４５】第17発明では、測定手段及び／または算出
手段を超音波伝播体上に設けるので、全体の構成が小型
化する。
【００４６】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
いて具体的に説明する。
【００４７】（実施例１）図１は、本発明の超音波座標
入力装置の第１の実施例の概略構成図である。図におい
て、１は座標を指示するための超音波ペンであり、超音
波ペン１はその内部に、所定の周波数のパルス状信号を
発信する発信器２と、超音波を発振する超音波発振器３
とを有している。また、４はガラス，アクリル等の超音
波信号伝播性を有する材質の板からなる超音波伝播体で
あり、超音波ペン１より発振された超音波が超音波伝播
体４の内部を伝播していくようになっている。超音波伝
播体４の周縁部の相異なる位置に、超音波伝播体４を伝
播した超音波を受信する少なくとも３個以上の超音波受
信器５が設けられている。図１に示す本実施例では、超
音波伝播体４の四隅部に夫々１個ずつの超音波受信器5
a, 5b, 5c, 5dが設けられている。各超音波受信器5a, 5
b, 5c, 5dには、受信信号を増幅し、その立ち上がりを
検出する受信回路６が夫々取り付けられている。各受信
回路６は、検出された受信信号の立ち上がり情報に従っ
て各超音波受信器5a, 5b, 5c, 5d相互間の受信時間差を
パルスカウンタ回路を用いて測定するカウンタ回路部７
に接続されている。カウンタ回路部７は、測定された受
信時間差から座標値を算出する座標算出部８に接続され
ている。また、カウンタ回路部７は、カウンタ回路部７
の出力に基づいて超音波ペン１が超音波伝播体４に接触
した・離れたことを認識してその情報（以下、超音波ペ
ン１のアップダウン検出情報という）を座標算出部８に
出力するアップダウン検出部９に接続されている。そし
て、アップダウン検出部９からのこの超音波ペン１のア
ップダウン検出情報に基づいて、座標算出部８は座標算
出処理の開始・終了を制御する。
【００４８】次に、第１の実施例における座標算出原理
について説明する。図２は、超音波ペン１で指示した点
における超音波伝播体４上の直交座標を算出する原理を
説明するための図である。図に示すように、縦Ｈ×横Ｗ
（Ｈ＜Ｗ）の超音波伝播体４の中心を原点（０，０）と
し、その四隅部に各１個の超音波受信器5a, 5b, 5c,5d
を設置する。この場合、各超音波受信器5a, 5b, 5c, 5d
の座標は (Ｗ/2, Ｈ/2) ， (Ｗ/2, −Ｈ/2) ， (−Ｗ/
2, Ｈ/2) ， (−Ｗ/2, −Ｈ/2) となる。ここでは、超
音波ペン１が超音波伝播体４内の点Ｐ (ｘ, ｙ) を指示
し、３個の超音波受信器5a, 5b, 5cの受信信号を用いて
この入力指示位置の座標を算出する場合について説明す
る。
【００４９】図３は、この場合の超音波ペン１の発振信
号と、超音波受信器5a, 5b, 5cの各受信信号とを示す。
この場合、受信信号は超音波受信器5aにて最も早く得ら
れ、その後超音波受信器5b, 5cの順に得られる。そこ
で、超音波受信器5a, 5b間と超音波受信器5a, 5c間との
受信時間差Ｔab，Ｔacを測定する。
【００５０】ここで、点Ｐから各超音波受信器5a, 5b,
5cまでの距離をｒa , ｒb , ｒc とする。一般に座標上
の２点間の距離の差が一定な点の集合は、その２点を焦
点とする双曲線となる。よって点Ｐから超音波受信器5
a, 超音波受信器5bまでの距離の差ｄabと、超音波受信
器5a, 超音波受信器5cまでの距離の差ｄacとを測定でき
れば、点Ｐの座標は、超音波受信器5a, 超音波受信器5b
の設置位置を焦点とする双曲線Ａと、超音波受信器5a,
超音波受信器5cの設置位置を焦点とする双曲線Ｂとの交
点として求めることができる。このｄabとｄacとは、音
速をＣとすると、受信時間差Ｔab，Ｔacを用いて次のよ
うに求めることができる。
【００５１】 ｄab＝ｒb −ｒa ＝Ｃ・Ｔab ｄac＝ｒc −ｒa ＝Ｃ・Ｔac …（５） 一方、ｒa ，ｒb ，ｒc は式（６）のように表せる。 ｒa 2 ＝（Ｗ/2−ｘ）2 ＋ (Ｈ/2−ｙ）2 ｒb 2 ＝（Ｗ/2−ｘ）2 ＋ (Ｈ/2＋ｙ）2 …（６） ｒc 2 ＝（Ｗ/2＋ｘ）2 ＋ (Ｈ/2−ｙ）2 これより、 ｒc 2 −ｒa 2 ＝（ｒc −ｒa )(ｒc ＋ｒa ) ＝（Ｗ/2＋ｘ）2 − (Ｗ/2−ｘ）2 ＝２Ｗｘ ｒb 2 −ｒa 2 ＝（ｒb −ｒa )(ｒb ＋ｒa ) ＝（Ｈ/2＋ｙ）2 − (Ｈ/2−ｙ）2 ＝２Ｈｙ …（７）
【００５２】（５），（７）より、 ２ｒa ＝（２Ｈｙ−ｄab 2 ）／ｄab＝（２Ｗｘ−ｄac 2 ）／ｄac …（８） （８）より、 ｙ＝｛（Ｗ・ｄab）／（Ｈ・ｄac）｝ｘ＋（ｄab／２Ｈ）（ｄab−ｄac） …（９） 最後に、（５）に（８），（９）を代入して、 （Ｗ2 ・Ｈ2 −Ｗ2 ・ｄab 2 −Ｈ2 ・ｄac 2 ）ｘ2 ＋Ｗ・ｄab・ｄac（Ｈ2 ＋ｄab・ｄbc）ｘ −ｄac 2 ｛Ｈ2 ・（Ｗ2 −ｄac 2 ）＋（Ｈ2 ＋ｄab・ｄbc )2 ｝／４ ＝０ …（10） ただし、ｄbc＝ｄac−ｄab
【００５３】この２次方程式を解いて、 ｘ＝｛（ｄac 2 ）／２｝ ×〔｛Ｈ2 （Ｗ2 −ｄac 2 ）＋（Ｈ2 ＋ｄab・ｄbc )2 ｝／Γ〕 …（11） ただし、 Γ＝Ｗ・ｄab（Ｈ2 ＋ｄab・ｄbc）＋｛Ｗ2 ・ｄ
ab 2 （Ｈ2 ＋ｄab・ｄbc )2 ＋Δ｝1/2 Δ＝（Ｗ2 ・Ｈ2 −Ｗ2 ・ｄab 2 −Ｈ2 ・ｄac 2 ）・
｛Ｈ2 ・（Ｗ2 −ｄac 2 ）＋（Ｈ2 ＋ｄab・ｄbc )2 ｝
【００５４】以上の結果から、（９），（11）より点Ｐ
(ｘ, ｙ) の座標を算出することができる。このように
超音波ペン１の超音波発振タイミングに関係なく測定可
能な受信時間差Ｔab，Ｔacを用いて座標算出が行えるの
で、この方法を用いれば、超音波ペン１をコードレスに
することが可能である。
【００５５】次に、第１の実施例における受信信号の立
ち上がり検出について説明する。図４に示すように、一
般に超音波伝播体４中を伝播する超音波信号には、板波
対称波 (Ｓ0 波) ，板波非対称波 (Ａ0 波) という特性
が異なる２種類の波とそれらの高次モードとが存在す
る。これらの波は夫々縦波と横波とが複合したものであ
り、一般的には板厚と周波数とにより音速が異なる。通
常、音速はＳ0 波が最も速く、超音波受信器５には常に
最初に受信される。また、Ｓ0 波の方が、波形の群速度
と位相速度との速度が異なる分散性の影響が小さいた
め、伝播時間計測時の受信波形の立ち上がり検出には優
れている。
【００５６】特に、従来の超音波座標入力装置では、伝
播時間測定開始タイミングとして超音波ペンの駆動パル
ス等立ち上がりが明確な信号を使用できたのに対し、第
１の実施例では、受信時間差の測定開始・終了の両タイ
ミングとも超音波受信波形を用いなければならず、従来
より誤差の要因が大きくなっている。そのため、第１の
実施例では比較的受信波形の立ち上がり検出に適したＳ
0 波を用いている。
【００５７】図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に、第１の実
施例における受信回路６の内部構成例を示し、図６に図
５の各部（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）における信号
波形を示す。
【００５８】図５（ａ）に示す第１例の受信回路６は、
入力受信信号を増幅する増幅器11とコンパレータ回路12
とを備えており、この立ち上がり検出の第１例は、超音
波受信信号の１波目のレベルをコンパレータ回路12で比
較し、これが所定のスレッシュホールドレベルを越えた
ら立ち上がりとして検出する方法である。しかしなが
ら、この方法では、超音波受信信号の１波目のレベルが
スレッシュホールドレベル以下であった場合、２波目以
降を用いて立ち上がり検出を行う。この場合、測定した
受信時間差が１波長分の誤差を含んでしまう。また、１
波目が立ち上がりから始まるか、立ち下がりから始まる
かによっても、1/2 波長分の誤差を含んでしまう。
【００５９】そこで、図５（ｂ）に示す第２例の受信回
路６は、増幅器11と全波整流回路13とコンパレータ回路
12とを備えており、この立ち上がり検出の第２例は、超
音波受信信号を全波整流回路13にて全波整流し、この信
号の１波目のレベルをコンパレータ回路12で比較し、こ
れが所定のスレッシュホールドレベルを越えたら立ち上
がりとして検出する方法である。この方法では、超音波
受信信号の１波目のレベルがスレッシュホールドレベル
以下のため、２波目以降を用いて立ち上がり検出を行っ
ても、測定した受信時間差は1/2 波長分の誤差しか含ま
ず、第１例の半分で済む。
【００６０】図５（ｃ）に示す第３例の受信回路６は、
増幅器11と全波整流回路13とローパスフィルタ（または
直交検波回路）14とコンパレータ回路12とを備えてお
り、この立ち上がり検出の第３例は、超音波受信信号を
全波整流回路13にて全波整流し、この信号の包絡線成分
をローパスフィルタ（または直交検波回路）14を用いて
検出し、このレベルをコンパレータ回路12で比較し、こ
れがあるスレッシュホールドレベルを越えたら立ち上が
りとして検出する方法である。この方法では、超音波受
信信号の１波目のレベルがスレッシュホールドレベル以
下でも、測定した受信時間差は1/2 波長分以下の誤差し
か含まなくて済む。
【００６１】このように、超音波伝播体中を伝播する超
音波信号のうち、最も音速が速く、最も速く超音波受信
器によって受信されるＳ0 波の、さらに第１波目の立ち
上がりを検出して座標算出を行うため、立ち上がり検出
の際にこれより遅く検出される超音波伝播体４の端部か
らの反射波の影響を受けることがない。従って、超音波
伝播体４の端部からの反射波を吸収するために、その周
辺部に超音波吸収体を取り付ける必要が無くなり、より
小型な超音波座標入力装置を実現することが可能となっ
ている。
【００６２】次に、第１の実施例におけるアップダウン
検出部９にて行われる超音波ペン１が超音波伝播体４に
接触した・離れたことを認識する超音波ペン１のアップ
ダウン検出動作の詳細について説明する。
【００６３】図７に超音波ペン１のアップダウン検出の
第１例を示す。超音波ペン１が超音波伝播体４に接触し
た場合、超音波受信器５に超音波信号が受信されるた
め、超音波ペン１が接触した（ダウンした）と認識でき
る。その後、超音波ペン１は周期Ｔ0 ごとに超音波パル
ス信号を発振する。
【００６４】ここで、１個の超音波受信器に注目した場
合、ある超音波受信信号Ｓn は、超音波伝播体４中の伝
播遅延時間Ｔn を考慮すると、その直前の超音波受信信
号Ｓ n-1 よりＴ0 ＋（Ｔn −Ｔn-1 ）後に受信される。
（Ｔn −Ｔn-1 ）は超音波ペン１が１周期の間に超音波
受信器５の最近傍から超音波伝播体４上の最遠点に移動
した場合に最大値Ｔmax を取る。そのため、超音波受信
器５が超音波受信信号を受信した後にＴ0 ＋Ｔmax 以内
に次の超音波受信信号を受信した場合には、超音波ペン
１がダウンしていると認識され、逆にＴ0 ＋Ｔmax また
はそれ以上の時間が経過しても次の超音波受信信号が受
信されない場合には、超音波ペン１が超音波伝播体４か
ら離れた（アップした）と認識される。
【００６５】この超音波ペン１のアップダウン検出用の
時間Ｔ0 ＋Ｔmax の計測には、専用の計時カウンタを用
いてもよいし、受信時間差を測定するカウンタ回路部７
内のカウンタを併用することも可能である。さらにソフ
トウェア的に測定することも可能である。
【００６６】なお、超音波伝播体４上の傷、または、超
音波ペン１への筆圧のかけ具合い等のため、超音波ペン
１をアップする意思が無いにも関わらず、１乃至数波の
超音波受信信号が受信されない場合がある。この場合、
超音波ペン１のアップダウン検出に多少の冗長性を持た
せた方が操作性は向上する場合がある。そこで、連続し
てＮ波分の超音波受信信号が受信されなかった場合に超
音波ペン１がアップしたと認識するように、超音波ペン
１のアップダウン検出用の時間を（Ｔ0 ＋Ｔma x ）×Ｎ
またはそれ以上とすることも可能である。
【００６７】また、図８に超音波ペン１のアップダウン
検出の第２例を示す。この第２例では、複数の超音波受
信信号を用いて超音波ペン１のアップダウン検出を行
う。前述したように、超音波受信器間の超音波受信信号
の受信時間差Ｔab，Ｔacを用いて座標算出を行っている
が、この受信時間差は、超音波ペン１が超音波受信器５
の最近傍に来たとき最大値Ｔmax を取る。そこで、最初
の超音波受信信号Ｓa を受信した後にＴmax 以内に他の
超音波受信器5b, 5cによる超音波受信信号Ｓb ，Ｓc が
受信された場合には、超音波ペン１が超音波伝播体４に
接触しており、正規の座標入力が行われていると認識さ
れる。逆に、最初の超音波受信信号Ｓa を受信した後に
Ｔmax 乃至それ以上の時間が経過しても他の超音波受信
器5b, 5cによる超音波受信信号Ｓb ，Ｓc が受信されな
かった場合には、超音波ペン１がアップしていると認識
される。この経過時間は、受信時間差測定用の計時カウ
ンタのオーバーフロー等によって測定することが可能で
ある。
【００６８】ところで、図９に示すように、通常、超音
波ペン１が超音波伝播体４にダウンされてから、接触状
態が安定して超音波受信信号の波形，レベルが安定する
までには、超音波受信信号で数波分の時間がかかる。こ
の間は、座標算出精度は格段に低下する。そこで、超音
波ペン１が超音波伝播体４に接触した直後から、超音波
受信器５によって受信される超音波受信信号のうち、最
初のＮ個の受信信号は無視して、座標算出，超音波ペン
１のアップダウン識別を行わず、Ｎ＋１個以降の超音波
受信信号を有効受信信号として、座標算出，超音波ペン
１のアップダウン識別を行うことにより、ペンダウン直
後の座標算出精度の低下を排除することができる。
【００６９】上述したように接触直後の不安定な受信信
号を無視するためには、不安定な時期に各受信回路６か
らパルスをカウンタ回路部７へ出力しないようにする
か、または、パルスをカウンタ回路部７において最初の
不安定な受信信号については受信時間差を測定しないよ
うにすればよい。
【００７０】次に、第１の実施例における受信回路６内
の増幅率の調整について説明する。超音波座標入力装置
では、超音波ペン１を超音波伝播体４に接触させた場
合、ペンの持ち方または筆圧など個人の特性によって超
音波受信信号のレベルが大きく異なることがある。また
軌跡を描く場合、その接触状態または筆圧の変化等のた
めに、超音波受信信号のレベルが大きく変化してしま
う。これは座標算出精度に大きな影響を与えることにな
る。従って、超音波受信信号のレベルを出来る限り一定
に保つようにする必要がある。
【００７１】図10に、超音波受信信号のレベルを一定に
保つための第１例を示す。ここでは、有効受信信号の第
１波目を座標算出には使用しない。この受信信号のレベ
ルをピークホールド回路またはA/D 変換回路を用いて測
定する。このレベルに合わせて、受信回路６内における
増幅器11（図５参照）の増幅率を調整する。以後はこの
増幅率にて受信信号を増幅し、座標算出等を行う。これ
によって、個人の特性による超音波受信信号のレベルの
違いを調整することが可能となる。
【００７２】図11に、超音波受信信号のレベルを一定に
保つための第２例を示す。ここでは、各超音波受信器５
間の受信時間差から超音波ペン１が指し示している座標
値を求めた後、逆演算を用いて超音波ペン１が指し示し
ている座標値から、各超音波受信器５までの距離を算出
する。この距離に基づいて、受信回路６内の増幅器11の
増幅率を調整する。すなわち、超音波受信器５までの距
離が遠いほど超音波受信信号のレベルが低下するため、
距離が遠い超音波受信器５に対応する受信回路６内の増
幅器11の増幅率を大きくして、超音波受信信号のレベル
が一定になるようにする。これにより、軌跡を描く場合
の超音波ペン１の接触状態，筆圧の変化等による超音波
受信信号のレベル変化を低減し、座標算出精度を向上さ
せることが可能となる。
【００７３】次に、第１の実施例において入力座標を算
出するために使用する超音波受信器の選択例について説
明する。上述したように、第１の実施例の超音波座標入
力装置では、３個の超音波受信器５で超音波信号を受信
すれば座標を算出できる。但し、超音波受信器５からの
距離による超音波受信信号の減衰または座標算出時の幾
何学的な誤差等があるため、この３個の超音波受信器５
の組合わせによって、算出された座標値の誤差の度合い
が異なっている。そこで、複数の組合わせから算出され
た複数の座標値について、それらの平均等を取った方が
座標算出精度は向上する。
【００７４】図12に超音波受信器５の選択の第１例を示
す。第１例では、超音波伝播体４の四隅部に各１個ずつ
の超音波受信器5a, 5b, 5c, 5dを取り付けている。この
場合、選択する３個の超音波受信器５の組合わせとして
は、G1〜G4の４組が可能である。そこで、この４組夫々
で座標算出を行って、その結果として４組の座標値が算
出した後、これらの座標値の平均を取ることで、より精
度が高い座標値を得ることが可能となる。
【００７５】また、超音波ペン１から超音波受信器５ま
での距離が遠ければ遠いほど、超音波受信信号の受信感
度が低下し、立ち上がり検出等の誤差が大きくなる。そ
のため、座標値を算出するための超音波受信器５は超音
波ペン１に近ければ近いほど良いということになる。図
13に超音波受信器５の選択の第２例を示す。第２例で
は、２個の超音波受信器5a，5dは常に固定して使用し、
他の１個の超音波受信器５として超音波ペン１からの距
離が短いもの、すなわち受信時間差が小さく、受信タイ
ミングがより速いものを選ぶこととする。図13で説明す
れば、超音波ペン１が領域Ｉ内に存在する場合は超音波
受信器5bを、領域II内に存在する場合は超音波受信器5c
を使用して座標算出を行う。
【００７６】なお、図13に示す例では、３個の超音波受
信器５のうち、２個を固定としたが、１個だけを固定
し、他の２個を受信タイミングが速い順に選択してもよ
い。これにより、より高精度の座標算出が可能となる。
【００７７】（実施例２）図14は、本発明の超音波座標
入力装置の第２実施例の構成図である。図において22は
超音波を伝播する超音波伝播体であり、超音波伝播体22
は、ガラス製またはアクリル製の板材からなる。超音波
伝播体22の四隅部には、受信センサ（受信用圧電振動
子）23が、接着または圧着によって設けられており、超
音波入力範囲は４個の受信センサ23で囲まれた枠（破線
にて示す）の内側とする。超音波伝播体22の四隅には、
超音波伝播体22をディスプレイ26に設置するための伝播
体設置部材31が被せられている。各受信センサ23の設置
位置より少し周縁側に離れた超音波伝播体22上に、プリ
アンプ等を含んだ４個の超音波検出回路24が設けられて
おり、各超音波検出回路24と対応する各受信センサ23と
は線材32にて接続されている。また、各超音波検出回路
24は、超音波伝播体22の外部に設けた演算回路25に接続
されており、演算回路25にはディスプレイ26が接続され
ている。
【００７８】次に、動作について説明する。超音波入力
手段（例えば図22に示す超音波入力ペン41）にて超音波
伝播体22に超音波を入力する。入力された超音波は超音
波伝播体22を伝播する。伝播した超音波は各受信センサ
23にて受信され、その各受信信号が対応する各超音波検
出回路24へ出力される。各超音波検出回路24は、各受信
センサ23で受信した超音波を検出して、その検出信号を
演算回路25へ出力する。演算回路25は、各超音波検出回
路24からの複数の検出信号に基づいて、前述したような
演算原理に従って、座標を演算する。演算された座標は
ディスプレイ26に表示される。
【００７９】以上のように、第２の実施例では図14に示
す如く、超音波伝播体22上で受信センサ23のすぐそばに
超音波検出回路24を設けているので、従来例のように伝
播体設置用部材に回路構成の範囲を設ける必要がなく、
超音波座標入力装置を小型化できる。また、超音波伝播
体22をディスプレイ26に設置するための伝播体設置部材
31も、従来例に示すように超音波伝播体22の全周を取り
囲むような構成をとる必要がなく、図14に示すように、
例えば四隅だけに設ければ良いので、超音波座標入力装
置を小型化できる。更に、受信センサ23のすぐそばにプ
リアンプ等を含んだ超音波検出回路24を設けることがで
きるので、両者を接続するための線材32は短くて良く、
従来例にあるように数十mmもの線材を必要とせず、ノイ
ズに対して強い回路構成が可能となる。
【００８０】（実施例３）図15は、本発明の超音波座標
入力装置の第３実施例の構成図である。図15において、
図14と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
第３実施例では、４個の超音波検出回路24に加えて、演
算回路25及び各超音波検出回路24と演算回路25とを接続
する配線パターン33も、超音波伝播体22上に設けてい
る。他の構成は図14に示す第２実施例と同じである。ま
た動作も第２実施例と同様であるので、その説明は省略
する。
【００８１】第３実施例では、演算回路25も超音波伝播
体22上に構成するので、超音波伝播体22の外部に演算回
路25を設ける必要がなくなり、第２実施例と比して装置
構成を更に小型化できる。
【００８２】図16は、上述した第２または第３実施例に
おいて、超音波検出回路24のみ、または、超音波検出回
路24及び演算回路25を超音波伝播体22上に設ける際の設
置領域を示す図である。図において、Ａ, Ｂ, Ｃ, Ｄは
４個の受信センサ23の設置位置を示す。図16において、
片方向ハッチング，クロスハッチングを付した領域が超
音波検出回路24，演算回路25の設置範囲である。この設
置範囲は、図16に示すように、各受信センサ23の設置位
置Ａ, Ｂ, Ｃ, Ｄに囲まれた範囲外で、かつ超音波入力
範囲外に設定する。
【００８３】以上のように、超音波検出回路24，演算回
路25の設置範囲を設定すると、従来例にあるように、超
音波伝播体22をディスプレイ26に載置した際にディスプ
レイ26がプリント基板，回路等で遮られることがないの
で、表示が見えなくなるという問題は全くない。勿論、
ディスプレイ26と超音波伝播体22との間に何らかの基
板，パネルが入ることがないので、視差が大きくなる、
透過率が悪くなる等の問題も全くない。
【００８４】また、Ａ, Ｂ, Ｃ, Ｄで囲まれた範囲を超
音波入力範囲とした場合、例えば入力位置が点Ｐで、Ｂ
に位置にある受信センサ23に着目した場合、この受信セ
ンサ23に伝播するより先に例えば超音波検出回路24に超
音波が伝播する。この超音波検出回路24に伝播した超音
波がノイズとなる可能性もある。しかし、このような可
能性を防ぐために、点Ｃを中心とした半径ＣＢの円が描
く円弧ＢＦの外側で、かつ点Ａを中心とした半径ＡＢの
円が描く円弧ＢＥの外側である領域を、超音波検出回路
24，演算回路25の設置範囲と設定すれば、何ら問題がな
い。実際は、各受信センサ23は点でなく、超音波入力範
囲と各受信センサ23にて囲まれた範囲とは等しくない場
合があるので、超音波検出回路24，演算回路25の設置範
囲を適宜設定すれば良い。
【００８５】なお、上述の各実施例では、超音波伝播体
22を伝播した超音波を受信する受信センサ（受信用圧電
振動子）23の個数が４個である場合について説明した
が、座標を特定するためには２個以上の受信センサがあ
れば良いので、受信センサの個数が４個に限定されるも
のでないことは言うまでもない。
【００８６】（実施例４）図17は、本発明の超音波座標
入力装置の第４実施例の断面図である。超音波伝播体22
の超音波入力面に、受信センサ23と超音波検出回路24
（場合により演算回路25も）とが設けられており、超音
波伝播体22の超音波入力面とは反対側の面（図17では下
側の面）には、ＩＴＯ等からなる透明の導電性膜34が、
その一端を接地させて形成されている。
【００８７】超音波座標入力装置を、プラズマディスプ
レイのような電磁ノイズ発生源となるディスプレイに設
置する場合もある。そのような場合には、高電圧の放電
が起こって、回路系に直接電磁ノイズが飛び込み、第
２，第３実施例に示したように線材32を短くしても大き
なノイズを拾ってしまうことがある。第４実施例では、
超音波入力面の反対側のディスプレイ側の面を、接地さ
せた透明な導電性膜34にてコーティングしているので、
電磁ノイズ発生源となるディスプレイに設置した場合に
電磁ノイズを遮断することができる。
【００８８】ところで、上述した各実施例では、受信セ
ンサ23と超音波検出回路24（場合により演算回路25も）
とを何れも、超音波伝播体22の超音波入力面に設ける場
合について説明したが、それらの設置面はこれに限るも
のではない。例えば、図18（ａ）に示すように、受信セ
ンサ23，超音波検出回路24（場合により演算回路25も）
を何れも、超音波伝播体22の超音波入力面と反対側の面
に設けるようにしても良い。また、図18（ｂ）に示すよ
うに、受信センサ23と超音波検出回路24（場合により演
算回路25も）とを別々に、超音波伝播体22の表面，裏面
それぞれに設けるようにしても良い。特に、図18（ｂ）
に示す設置例では、同一の面に設置する場合と比較し
て、回路構成範囲をより狭くすることが可能であるの
で、更に超音波座標入力装置を小型化することができ
る。
【００８９】図18(b) に示すように、受信センサ23と超
音波検出回路24とを超音波伝播体22の異なる面に設ける
場合には、受信センサ23と超音波検出回路24とを接続す
る方法として、次の２つの方法が考えられる。一方の方
法は、図19（ａ）に示すように、超音波伝播体22の端部
をまわりこませた配線パターン35を形成して両者を接続
する方法である。他方の方法は、図19（ｂ）に示すよう
に、超音波伝播体22に形成したスルーホール36に配線パ
ターン35を通して両者を接続する方法である。
【００９０】ところで、以上の実施例において超音波伝
播体22を伝播するLamb波のうちで最も伝播速度が速いＳ
0 波を受信することにより、超音波検出回路24及び／ま
たは演算回路25を超音波伝播体22上に構成できて、装置
全体の小型化が可能となる。
【００９１】超音波伝播体を伝播するLamb波は、図20に
示すように、変位が伝播体の中心線（破線）に対称なＳ
波((ａ))と非対称なＡ波((ｂ))とからなる。従来の超音
波入力装置では、図21に示すような各々の基本成分Ｓ0
波，Ａ0 波のうちで振幅が大きいＡo 波を受信してい
た。しかし、Ａo 波はＳo 波より速度が遅いので、Ｓ0
波の超音波伝播体端部での反射の影響を防ぐために、超
音波伝播体の周囲に不要な超音波を吸収するための超音
波吸収体を設ける必要があった。従って、超音波検出回
路，演算回路をこの超音波吸収体の中またはその外部に
設けざるを得なかった。本発明では、Lamb波のうちで最
も伝播速度が速いＳ0 波を受信するようにしたので、超
音波伝播体端部等から反射する不要な超音波を無視する
ことができ、超音波伝播体の周囲の超音波吸収体も不要
になると共に、前述したように、超音波伝播体上に超音
波検出回路及び／または演算回路を構成することが可能
となる。
【００９２】
【発明の効果】以上のように本発明では、各超音波受信
器相互間における超音波の受信時間差を測定し、その測
定結果に基づいて超音波入力位置の座標を算出する構成
としたので、超音波ペンと本体とをコードで接続する必
要がなくなり、操作性に優れたコードレス超音波座標入
力装置が実現可能となる。
【００９３】また、本発明では、超音波検出回路, 演算
回路を超音波伝播体上に設けるので、超音波伝播体をデ
ィスプレイに設置するための設置部材を大幅に小型化し
て、コストを下げることができると共に、ノイズに強い
回路が実現可能となる。よって、Ｓ／Ｎの向上に伴って
入力位置の検出精度が向上し、座標入力ミスがなくな
り、手書きの文字，図形などを滑らかに表示できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波座標入力装置の一実施例の構成
図である。
【図２】本発明の超音波座標入力装置における座標の算
出原理の説明図である。
【図３】超音波ペンの発振信号及び超音波受信器の受信
信号の波形図である。
【図４】２種類の超音波信号の特徴を示す波形図であ
る。
【図５】本発明の超音波座標入力装置の受信回路の構成
図である。
【図６】受信回路の各部における波形図である。
【図７】超音波ペンのアップダウン検出の一例を説明す
るための波形図である。
【図８】超音波ペンのアップダウン検出の他の例を説明
するための波形図である。
【図９】不安定な超音波受信信号の除去を説明するため
の波形図である。
【図１０】受信回路の増幅器の増幅率の自動調整の一例
を説明するための図である。
【図１１】受信回路の増幅器の増幅率の自動調整の他の
例を説明するための図である。
【図１２】使用する超音波受信器の選択の一例を説明す
るための図である。
【図１３】使用する超音波受信器の選択の他の例を説明
するための図である。
【図１４】本発明の超音波座標入力装置の一実施例の構
成図である。
【図１５】本発明の超音波座標入力装置の他の実施例の
構成図である。
【図１６】本発明の超音波座標入力装置における超音波
検出回路，演算回路の設置領域を示す図である。
【図１７】本発明の超音波座標入力装置の更に他の実施
例の断面図である。
【図１８】本発明の超音波座標入力装置の変形例の断面
図である。
【図１９】本発明の超音波座標入力装置における受信セ
ンサと超音波検出回路との接続例を示す断面図である。
【図２０】超音波伝播体における超音波の伝播波形を示
す図である。
【図２１】Lamb波の波形図である。
【図２２】超音波座標入力装置の基本構成を示す模式図
である。
【図２３】超音波座標入力装置における座標検出の原理
を説明するための図である。
【図２４】従来の超音波座標入力装置の構成図である。
【図２５】従来の他の超音波座標入力装置の構成図であ
る。
【符号の説明】
１ 超音波ペン ４ 超音波伝播体 5a, 5b, 5c, 5d 超音波受信器 ６ 受信回路 ７ カウンタ回路部 ８ 座標算出部 ９ アップダウン検出部 11 増幅器 12 コンパレータ回路 13 全波整流回路 14 ローパスフィルタ（または直交検波回路） 22 超音波伝播体 23 受信センサ（受信用圧電振動子） 24 超音波検出回路 25 演算回路 26 ディスプレイ 31 伝播体設置部材 32 線材 34 導電性膜 41 超音波入力ペン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯田 安津夫 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波伝播体に超音波入力手段から超音
    波を入力し、前記超音波伝播体を伝播した超音波を超音
    波受信器にて受信し、その受信信号に基づいて超音波入
    力位置の座標を検出する超音波座標入力装置において、
    前記超音波伝播体の相異なる任意の位置に設けられた少
    なくとも３個の超音波受信器と、各超音波受信器相互間
    における超音波の受信時間差を測定する測定手段と、該
    測定手段の測定結果に基づいて超音波入力位置の座標を
    算出する算出手段とを備えることを特徴とする超音波座
    標入力装置。
  2. 【請求項２】 前記各超音波受信器が、前記超音波伝播
    体を伝播する超音波の中で最も速い板波対称波の第１波
    目の立ち上がりを受信するように構成したことを特徴と
    する請求項１記載の超音波座標入力装置。
  3. 【請求項３】 前記各超音波受信器は、前記超音波伝播
    体を伝播する超音波の中で最も速い板波対称波を受信す
    ることとし、前記各超音波受信器にて受信した板波対称
    波を全波整流し、その第１波目またはその包絡線成分の
    立ち上がりを検出する検出手段を備え、該検出手段の検
    出結果に応じて、前記測定手段が、前記各超音波受信器
    相互間における超音波の受信時間差を測定するように構
    成したことを特徴とする請求項１記載の超音波座標入力
    装置。
  4. 【請求項４】 所定時間内の前記各超音波受信器におけ
    る超音波の受信の有無に基づいて、前記超音波入力手段
    の移動を識別する識別手段を備え、この所定時間とし
    て、前記各超音波受信器相互間における受信時間差の最
    長時間またはその整数倍と同等かそれ以上の時間を設定
    するように構成したことを特徴とする請求項１記載の超
    音波座標入力装置。
  5. 【請求項５】 前記各超音波受信器における受信直後の
    所定数の受信信号は無視して、その後の超音波受信信号
    に基づいて超音波入力位置の座標の算出及び／または前
    記超音波入力手段の移動の識別を行うように構成したこ
    とを特徴とする請求項１または４記載の超音波座標入力
    装置。
  6. 【請求項６】 前記各超音波受信器の受信信号を増幅す
    る増幅器と、前記各超音波受信器における受信信号の振
    幅に応じて前記増幅器の増幅率を調整する調整手段とを
    備えることを特徴とする請求項１記載の超音波座標入力
    装置。
  7. 【請求項７】 前記各超音波受信器の受信信号を増幅す
    る増幅器と、前記算出手段にて算出された座標に従って
    超音波入力位置と前記各超音波受信器との距離を算出
    し、その算出結果に応じて前記増幅器の増幅率を調整す
    る調整手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の
    超音波座標入力装置。
  8. 【請求項８】 超音波伝播体に超音波入力手段から超音
    波を入力し、前記超音波伝播体を伝播した超音波を超音
    波受信器にて受信し、その受信信号に基づいて超音波入
    力位置の座標を検出する超音波座標入力装置において、
    前記超音波伝播体の任意の相異なる位置に設けられた少
    なくとも４個の超音波受信器と、各超音波受信器相互間
    における超音波の受信時間差を測定する測定手段と、３
    個１組の前記超音波受信器相互間における該測定手段の
    測定結果に基づいて超音波入力位置の複数の座標を算出
    する第１算出手段と、該第１算出手段の複数の算出結果
    に応じて超音波入力位置の座標を算出する第２算出手段
    とを備えることを特徴とする超音波座標入力装置。
  9. 【請求項９】 超音波伝播体に超音波入力手段から超音
    波を入力し、前記超音波伝播体を伝播した超音波を超音
    波受信器にて受信し、その受信信号に基づいて超音波入
    力位置の座標を検出する超音波座標入力装置において、
    前記超音波伝播体の相異なる位置に設けられ、その１個
    または複数個が所定位置に固定されている複数の超音波
    受信器と、所定位置に固定されている超音波受信器及び
    残りの中から超音波受信信号の検出タイミングが速い順
    に選択した超音波受信器の超音波受信信号に基づいて超
    音波入力位置の座標を算出する算出手段とを備えること
    を特徴とする超音波座標入力装置。
  10. 【請求項１０】 ２個の超音波受信器を、前記超音波伝
    播体の対角線上または同一辺上に固定するように構成し
    たことを特徴とする請求項９記載の超音波座標入力装
    置。
  11. 【請求項１１】 超音波を受信するための複数の圧電振
    動子を備えた超音波伝播体に、超音波入力手段から超音
    波を入力し、前記超音波伝播体を伝播した超音波を前記
    各圧電振動子にて受信し、前記各圧電振動子の受信信号
    から伝播した超音波を超音波検出回路にて検出し、該超
    音波検出回路の検出結果に基づいて超音波入力位置の座
    標を演算回路にて演算する超音波座標入力装置におい
    て、前記超音波検出回路を、前記超音波伝播体上に設け
    たことを特徴とする超音波座標入力装置。
  12. 【請求項１２】 前記演算回路も前記超音波伝播体上に
    設けたことを特徴とする請求項１１記載の超音波座標入
    力装置。
  13. 【請求項１３】 前記複数の圧電振動子で囲まれた領域
    の外で、かつ超音波入力範囲の外に、前記超音波検出回
    路を設けたことを特徴とする請求項１１記載の超音波座
    標入力装置。
  14. 【請求項１４】 前記複数の圧電振動子で囲まれた領域
    の外で、かつ超音波入力範囲の外に前記演算回路を設け
    たことを特徴とする請求項１２または１３記載の超音波
    座標入力装置。
  15. 【請求項１５】 前記超音波伝播体の超音波入力面とは
    反対側の面に導電性の膜を設けたことを特徴とする請求
    項１１，１２，１３または１４記載の超音波座標入力装
    置。
  16. 【請求項１６】 前記超音波伝播体を伝播する超音波の
    中で最も伝播速度が速い波を前記各圧電振動子にて受信
    すべく構成したことを特徴とする請求項１１，１２，１
    ３，１４または１５記載の超音波座標入力装置。
  17. 【請求項１７】 前記測定手段及び／または前記算出手
    段を前記超音波伝播体上に設けたことを特徴とする請求
    項１記載の超音波座標入力装置。
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