JPH08278845A - 位置情報入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】超音波を用いた位置検出を行う際に位置検出精
度の劣化を低減することができる位置情報入力装置を提
供すること。 【構成】超音波受信機１１ａ〜１１ｃが超音波受信開始
時間に出力した超音波受信信号に基づいて計測部１２ａ
が計測した時間差と、超音波受信機１１ａ〜１１ｃが超
音波受信終了時間に出力した超音波受信信号に基づいて
計測部１２ｂが計測した時間差に基づいて、スタイラス
ペン１０により指示されたスクリーンパネル１１での位
置を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を用いた位置情
報入力装置に関し、特に、入力面を構成するスクリーン
の周辺部に配設された複数の超音波受信機の超音波受信
タイミングのづれに起因する位置検出誤差を可及的に小
さくするように改善した位置情報入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、音波を用いた位置情報入力装置が
知られている。

【０００３】例えば、実開昭６３−１３０８３３号公報
（以下、「第１の先行技術」と言う。）には、入力ペン
に備えた超音波送信機から発生した超音波を、少なくと
も３つの超音波受信機のうちのいずれか１つの超音波受
信機で検出してから、該超音波を他の超音波受信機が受
信するまでの時間差に基づいて、指定された入力位置を
検出するよう構成した位置入力装置が開示されている。

【０００４】また、特開昭６４−１０３１９号公報（以
下、「第２の先行技術」と言う。）には、操作卓の複数
の所定の位置に配置された音波送受信機が音波パルスを
発射してから、該音波パルスが入力ペンで反射され前記
音波送受信機で受信されるまでの時間に基づいて、入力
ペンの位置を検出するよう構成した情報認識装置が開示
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１の先行技術および上記第２の先行技術のいづれの場合
でも超音波受信機の超音波受信タイミングのづれによる
位置検出誤差が発生するという問題がある。

【０００６】すなわち、上記第１の先行技術および上記
第２の先行技術のいずれの場合でも超音波受信機で受信
する超音波波形は、図１０に示すように、先頭部分、す
なわち超音波受信開始から時点ｔ０までの間に受信レベ
ルが不安定な期間を含み、この時点経過後は、受信レベ
ルのピーク値が所定のレベルまで順次増加する波形とな
る。

【０００７】そこで、上記第１の先行技術および上記第
２の先行技術のいずれの場合でも、超音波受信機の超音
波受信タイミングを検出するために、超音波受信機の受
信レベルを所定のスレッシュホールドレベルＶ0 を比較
し、この受信レベルが所定のスレッシュホールドレベル
Ｖ0 を超えた時点、すなわちｔ２で超音波を受信した受
信タイミングとして検出するように構成されている。

【０００８】ところで、このような構成において、時点
ｔ０までの時間は、超音波受信機の特性および経験上か
ら知ることができるので、この時点ｔ０までの時間の補
正は可能であるが、時点ｔ０から時点ｔ２までの時間
（ｔ２−ｔ０）は計算上で補正することはできない。

【０００９】例えば、超音波受信機の受信レベルとスレ
ッシュホールドレベルＶ0 との関係で、本来、時点ｔ２
を受信タイミングとして検出すべきであるのに、時点ｔ
２より１波長前の時点ｔ１で超音波受信機の受信レベル
がスレッシュホールドレベルＶ0 を越え、この時点ｔ１
を受信タイミングとして検出してしまう場合がある。こ
の場合、例えば、１００ｋＨｚの超音波を用いた場合、
１波長に要する時間は１０μｓｅｃであるので、この超
音波はこの１０μｓｅｃの間に約３．４ｍｍ進むことに
なり、この結果、その値がそのまま位置検出誤差とな
る。

【００１０】そこで、本発明では上記問題点を解決し、
超音波を用いて位置検出を行う際の位置検出精度の劣化
を低減することができる位置情報入力装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、入力面を構成するスクリーンまたは該ス
クリーンに対して位置入力を行う入力手段に設けられた
超音波送信機と、前記スクリーンの周辺部の異なる位置
に設けられた複数の超音波受信機とを具備し、前記超音
波送信機から発生された超音波を前記複数の超音波受信
機で受信し、該複数の超音波受信機のそれぞれの受信タ
イミングに基づき前記入力手段により指示された前記ス
クリーン上の位置を検出して該検出位置を示す位置情報
を入力する位置情報入力装置において、前記超音波受信
機の受信レベルが所定のスレッシュホールドレベルを最
初に越えた第１のタイミングと最後に越えた第２タイミ
ングに基づき前記入力手段により指示された前記スクリ
ーン上の位置を検出する位置検出手段（図１の１２）を
具備することを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明は、位置検出手段により、入力面を構成
するスクリーンまたは該スクリーンに対して位置入力を
行う入力手段に設けられた超音波送信機から発生された
超音波を、スクリーンの周辺部の異なる位置に設けられ
た複数の超音波受信機が受信した受信レベルが所定のス
レッシュホールドレベルを最初に越えた第１のタイミン
グと、最後に越えた第２タイミングに基づき前記入力手
段により指示された前記スクリーン上の位置を検出す
る。

【００１３】このため、超音波を用いた位置検出を行う
際に位置検出精度の劣化を低減することが可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１５】図１は、第１の実施例の位置情報入力装置
の構成を示すブロック図である。

【００１６】図１に示すように、この位置情報入力装置
は、超音波送信機を内蔵したスタイラスペン１０と、超
音波受信機を実装したスクリーンパネル１１と、入力位
置を検出する位置検出部１２とから構成される。

【００１７】スタイラスペン１０は、スクリーンパネル
１１に対して位置を指示する指示手段であり、超音波を
送信する超音波送信機１０ａを内蔵する。すなわち、こ
のスタイラスペン１０の側面に設けたスイッチ１０ｂを
押すと、超音波送信機１０ａから全周に対して一定時間
超音波が送信される。

【００１８】スクリーンパネル１１は、文字及び図形等
を表示する表示部であり、そのパネル面の周辺部に３つ
の超音波受信機１１ａ〜１１ｃが実装される。

【００１９】超音波受信機１１ａ〜１１ｃは、スタイラ
スペン１０の超音波送信機１０ａから送信された超音波
１３の受信レベルが所定のスレッシュホールドを超えた
際に、超音波受信信号を位置検出部１２に出力する。

【００２０】なお、この実施例では、スクリーンパネル
１１上に３つの超音波受信機１１ａ〜１１ｃを設ける場
合について説明するが、この超音波受信機の数は、スク
リーンパネルの大きさ及び要求される位置検出精度に応
じて定めることができ、また超音波受信機の設置場所
は、任意に設定することができる。

【００２１】位置検出部１２は、スタイラスペン１０の
スクリーンパネル１１上での入力位置を検出する処理部
であり、計測部１２ａ及び１２ｂと、位置演算部１２ｃ
からなる。

【００２２】計測部１２ａは、各超音波受信機１１ａ〜
１１ｃから出力される超音波受信信号のうち、各超音波
受信機１１ａ〜１１ｃごとに超音波受信信号が最初に発
生した時間（以下、「超音波受信開始時間」と言う。）
の時間差を位置演算部１２ｃに出力する処理部である。

【００２３】計測部１２ｂは、各超音波受信機１１ａ〜
１１ｃから出力される超音波受信信号のうち、各超音波
受信機１１ａ〜１１ｃごとに超音波受信信号が最後に発
生した時間（以下、「超音波受信終了時間」と言う。）
の時間差を位置演算部１２ｃに出力する処理部である。

【００２４】位置演算部１２ｃは、計測部１２ａから受
け取った時間差と、計測部１２ｂから受け取った時間差
に基づいて、入力位置を演算して出力する処理部であ
る。

【００２５】すなわち、この位置情報入力装置は、３つ
の超音波受信機１１ａ〜１１ｃがそれぞれ超音波の受信
を開始した受信開始時間の時間差と、３つの超音波受信
機１１ａ〜１１ｃがそれぞれ超音波の受信を終了した受
信終了時間の時間差に基づいて、スタイラスペン１０に
よる入力位置を検出している。

【００２６】次に、上記スタイラスペン１０の細部構成
についてさらに具体的に説明する。

【００２７】図２は、図１に示すスタイラスペン１０の
細部構成を示す図である。

【００２８】図２に示すように、スタイラスペン１０の
スイッチ１０ｂが押し下げられない状態、すなわちオフ
状態の場合には、スイッチ接点２１が解放され、タイミ
ングパルス生成回路２２により生成されるタイミングパ
ルスが、マスク回路２３でマスクされるため、超音波発
生機１０ａからは超音波は送信されない。

【００２９】一方、スタイラスペン１０のスイッチ１０
ｂが押し下げられ、スイッチ接点２１が接触すると、Ｏ
Ｎ状態となり、タイミングパルス生成回路２２により生
成されるタイミングパルスが超音波送信機１０ａに出力
され、これをトリガとして超音波送信機１０ａから超音
波が一定時間送信される。

【００３０】このように、利用者は、スクリーンパネル
１１上で、スタイラスペン１０を用いて所望の操作を行
う前に、スタイラスペン１０のスイッチ１０ｂを押下す
ることにより、一定時間ペン先から全周に対して超音波
を送信することができる。

【００３１】なお、この実施例では、スイッチ１０ｂの
操作により、超音波送信機１０ａのオン／オフを切り換
える場合について説明したが、スイッチ１０ｂをペン先
に設けおき、該スタイラスペン１０がスクリーンパネル
１１に触れた時に超音波を送信するよう構成することも
可能である。

【００３２】次に、超音波受信機１１ａ〜１１ｃが超音
波の受信レベルと超音波受信信号の出力タイミングの関
係について説明する。

【００３３】図３は、図１に示す超音波受信機１１ａ、
１１ｂ又は１１ｃが位置検出部１２に対して超音波受信
信号を出力する出力タイミングを示す図である。

【００３４】図３（ａ）に示すように、超音波受信機に
入力する超音波の波形３０ａは、その先頭部分と最終部
分がなまった状態であり、時刻ｔ2から時刻ｔ3の所定の
タイミングでスレッシュホールドレベルＶ0を超える受
信レベルを保持している。

【００３５】したがって、超音波受信機に入力する超音
波波形３０ａが上記受信レベルを有する場合には、超音
波波形３０ａのうち点アにおいて受信レベルが最初にス
レッシュホールドレベルＶ0を超え、また所定の時間間
隔でスレッシュホールドレベルＶ0を超えたか否かの判
定が行われることから、時刻ｔ2が超音波受信開始時刻
とみなされる。

【００３６】また、超音波波形３０ａのうち点イにおい
て受信レベルがスレッシュホールドレベルＶ0以下に下
がり、また所定の時間間隔でスレッシュホールドレベル
Ｖ0を超えたか否かの判定が行われることから、時刻ｔ3
が超音波受信終了時刻とみなされる。

【００３７】図３（ｂ）は、超音波受信機が位置検出部
１２に対して超音波受信信号を出力するタイミングを示
す図である。

【００３８】図３（ｂ）に示すように、本実施例では、
超音波受信機に到来する超音波の受信レベルがスレッシ
ュホールドレベルＶ0を超えたタイミング、すなわち、
超音波の受信レベルが最初にスレッシュホールドレベル
Ｖ0を超えた超音波受信開始時間だけでなく、超音波の
受信レベルがスレッシュホールドレベルＶ0を超える限
り、超音波受信信号を出力するよう構成している。

【００３９】具体的には、超音波の受信レベルがスレッ
シュホールドレベルＶ0を超える時刻ｔ2〜ｔ3の間で超
音波受信信号ｐ１〜ｐ４が発生されるとともに、超音波
受信信号ｐ１のアップエッジにて超音波の受信が開始さ
れ、超音波受信信号ｐ４のダウンエッジにて超音波の受
信が終了したものとみなされる。

【００４０】なお、超音波の受信レベルがスレッシュホ
ールドレベルＶ0を超えたタイミングで順次超音波受信
信号を出力することとした理由は、本発明が超音波受信
開始時間だけでなく、超音波受信終了時間をも加味して
スタイラスペン１０の位置検出を行うためである。

【００４１】すなわち、超音波受信開始時間のみに着目
すれば、上述した誤差を回避することができないため、
超音波受信終了時間を考慮することにより、上記誤差の
低減を図っているのである。

【００４２】加えて、超音波の立ち上がり時の不安定さ
に起因して、スポット的に受信レベルがスレッシュホー
ルドレベルＶ0を超える場合に、超音波受信開始時間の
みに着目すれば、かかる超音波開始時刻に基づいて入力
位置を算定するため、大きな誤差が生ずる結果となる。

【００４３】このため、本実施例では、超音波受信開始
時間と超音波受信終了時間に大きな隔たりがある場合に
は入力ミスと認識することにより、かかる大きな誤差を
回避することとしている。

【００４４】次に、上記超音波受信信号に基づいて入力
位置を決定する位置検出部１２の細部構成について説明
する。

【００４５】図４は、図１に示す位置検出部１２の細部
構成を示すブロック図である。

【００４６】図４に示すように、この位置検出部１２
は、基本クロック生成回路４０ａ及び基本クロック制御
回路４０ｂと、計測部１２ａ及び１２ｂと、位置演算部
１２ｃとからなる。

【００４７】基本クロック生成回路４０ａは、基本クロ
ックを基本クロック制御回路４０ｂに出力する処理部で
あり、また基本クロック制御回路４０ｂは、各超音波受
信機１１ａ〜１１ｃが超音波受信開始時間に出力した超
音波受信信号に対応して、計測部１２ａに基本クロック
を出力し、各超音波受信機１１ａ〜１１ｃが超音波受信
終了時間に出力した超音波受信信号に対応して、計測部
１２ｂに基本クロックを出力する。

【００４８】具体的には、超音波受信機１１ａ〜１１ｃ
のうち、最も早く超音波受信信号を出力した出力元の超
音波受信機を判別し、該出力元の超音波受信機以外の超
音波受信機に対応するカウンタに対して基本クロックを
出力するとともに、各超音波受信機からの超音波受信信
号を受け取った時点で基本クロックの出力を停止する。

【００４９】すなわち、計測部１２ａに設けた３つのカ
ウンタ４１ａ、４１ｂ及び４１ｃと、計測部１２ｂに設
けた３つのカウンタ４２ａ、４２ｂ及び４２ｃは、それ
ぞれ超音波受信機１１ａ、１１ｂ及び１１ｃに対応して
設けたものであり、例えば、超音波受信開始時間に対応
して超音波受信機１１ａから出力された超音波受信信号
を最初に受け取ったとすると、該超音波受信機１１ａに
対応するカウンタ４１ａ以外のカウンタ４１ｂ及び４１
ｃに対して基本クロックの出力を開始する。

【００５０】そして、超音波受信機１１ｂから超音波受
信信号を受け取った時点で、超音波受信機１１ｂに対応
するカウンタ４１ｂに対する基本クロックの出力を停止
し、超音波受信機１１ｃから超音波受信信号を受け取っ
た時点で、超音波受信機１１ｃに対応するカウンタ４１
ｃに対する基本クロックの出力を停止する。

【００５１】同様に、超音波受信終了時間に対応して超
音波受信機１１ａから出力された超音波受信信号を最初
に受け取ったとすると、カウンタ４２ｂ及び４２ｃに対
する基本クロックの出力を開始し、超音波受信機１１ｂ
から超音波受信信号を受け取った時点でカウンタ４２ｂ
に対する基本クロックの出力を停止し、超音波受信機１
１ｃから超音波受信信号を受け取った時点でカウンタ４
２ｃに対する基本クロックの出力を停止する。

【００５２】計測部１２ａは、各超音波受信機１１ａ〜
１１ｃが超音波の受信を開始した受信開始時間に出力し
た超音波受信信号に基づいて超音波受信時間の時間差を
出力する処理部であり、カウンタ４１ａ、４１ｂ及び４
１ｃと、受信時間差保持回路４１ｄ、４１ｅ及び４１ｆ
とから構成される。

【００５３】カウンタ４１ａ、４１ｂ及び４１ｃは、そ
れぞれ超音波受信機１１ａ、１１ｂ及び１１ｃに対応し
て設けたカウンタであり、他の超音波受信機のいずれか
が最初に超音波を受信してから、各カウンタに対応する
超音波受信機が超音波を受信するまでの基本クロック数
をカウントする。

【００５４】なお、３つの超音波受信機１１ａ〜１１ｃ
のうち、最初に超音波を受信した超音波受信機に対応す
るカウンタは、カウント動作を行わない。

【００５５】受信時間差保持回路４１ｄ、４１ｅ及び４
１ｆは、それぞれカウンタ４１ａ、４１ｂ及び４１ｃに
対応して設けられた保持回路であり、各カウンタがカウ
ント動作を停止した時点で、該カウント値を対応するカ
ウンタから受け取って保持する。

【００５６】すなわち、最も早く超音波を受信した超音
波受信機に対応する受信時間保持回路は’０’のまま保
持され、それ以外の超音波受信機に対応する受信回路保
持回路には、当該超音波受信機が超音波を受信した時間
と、最も早く超音波を受信した超音波受信機の受信時間
との時間差に対応するカウント値が格納されることにな
る。

【００５７】計測部１２ｂは、各超音波受信機１１ａ〜
１１ｃが超音波の受信を終了した超音波受信終了時間に
基づいて入力位置を演算する処理部であり、カウンタ４
２ａ、４２ｂ及び４２ｃと、受信時間差保持回路４２
ｄ、４２ｅ及び４２ｆと、演算部４２ｇとから構成され
る。なお、各部はそれぞれ計測部１２ａの構成部位と同
様の役割を果たす。

【００５８】位置演算部１２ｃは、計測部１２ａ及び計
測部１２ｂからそれぞれ出力された時間差に基づいて、
スタイラスペン１０の入力位置を決定する処理部であ
る。

【００５９】具体的には、計測部１２ａの受信時間差保
持回路４１ｄ〜４１ｆから出力された時間差から、スタ
イラスペン１０から各超音波受信機１１ａ〜１１ｃまで
の距離の差を求めるとともに、計測部１２ｂの受信時間
差保持回路４２ｄ〜４２ｆから出力された時間差から、
スタイラスペン１０から各超音波受信機１１ａ〜１１ｃ
までの距離の差を求め、それぞれの距離の差の平均値等
を用いて入力位置を求める。

【００６０】ただし、計測部１２ａから出力された時間
差と、計測部１２ｂから出力された時間差とがかけ離れ
ている場合には、測定誤りと認識する。

【００６１】すなわち、本来、計測部１２ａから出力さ
れた時間差と、計測部１２ｂから出力された時間差は、
超音波の１波長に対応する程度の違いとなるはずである
が、例えば超音波開始当初のように超音波の受信レベル
が不安定である場合に、一時的に超音波の受信レベルが
スレッシュホールドレベルを超えることがある。

【００６２】このような場合には、計測部１２ａから出
力された時間差と、計測部１２ｂから出力された時間差
とがかけ離れる結果となるため、かかる場合を測定ミス
として認識する。

【００６３】なお、計測部１２ａから受け取ったデータ
と、計測部１２ｂから受け取ったデータの位置演算部１
２ｃにおける処理内容は異なるため、この点について以
下説明する。

【００６４】図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す超音波受
信信号をあるスレッシュホールドレベルで２値化した信
号を示しているが、この受信信号が’Ｈ’レベルとなる
個数は超音波受信機から超音波受信機までの距離に応じ
て変動する場合がある。ちなみに、図３（ｂ）に示す信
号が’Ｈ’になる個数はｐ１〜ｐ４の４個である。

【００６５】したがって、かかる２値化された受信信号
の’Ｈ’になる個数をあらかじめ測定してデータとして
保持しておき、位置演算部１２ｃが計測部１２ｂからの
データを処理する際に、該データを参考にしなければな
らない。以下、その具体例を示す。

【００６６】まず、超音波の受信信号の最初のアップエ
ッジにて、計測部１２ａからデータが位置演算部１２ｃ
に送られてくる。先述したように、このデータにより超
音波受信機から受信機までの距離を算出することが可能
であり（この距離に対してその精度を向上させるのが本
発明の目的である。）、このデータに基づいて位置演算
部１２ｃ内の所定のメモリ領域にあらかじめ保持した
「２値化された受信信号の’Ｈ’になる個数」を検索す
る。

【００６７】そして、超音波の受信信号の最後のダウン
エッジに応答して、計測部１２ｂからデータが位置演算
部１２ｃに送られてくるたため、このデータを先程検索
した情報を用いて補正する。

【００６８】ここで、例えば、超音波送信機が５個の方
形波を出力するものとし、また、ある距離ｙを介してそ
の送信機から出力された超音波を受信機にて受信する際
における、「２値化された受信信号の’Ｈ’になる個
数」が１０個であるとする。この２つのデータは、演算
部１２ｃが内部メモリ等に保持することにより参照可能
となる。このとき、補正データをＨ（μｓｅｃ）とし、
また超音波の周波数が１００ｋＨｚの場合には、Ｈ＝５
×１０（μｓｅｃ）となる。

【００６９】計測部１２ｂから位置演算部１２ｃに送ら
れてくるデータは、本来算出したい時間に上記のＨを含
んだ形で送られてくる。よって、演算部１２ｃにてその
補正を行う。

【００７０】次に、上記位置演算部１２ｃが時間差に基
づいて入力位置を求める処理について具体的に説明す
る。

【００７１】図５に示すように、超音波受信機１１ｂが
最初に超音波受信開始時間に対応する超音波受信信号を
出力し、そのｔ１秒後に、超音波受信機１１ａ及び１１
ｃが超音波受信開始時間に対応する超音波受信信号を出
力した場合を考えると、スタイラスペン１０から超音波
受信機１１ｂまでの距離Ｌｂと、スタイラスペン１０か
ら超音波受信機１１ｃまでの距離Ｌｃとの距離の差Ｌ１
は、 Ｌ１ ＝ Ｃ × ｔ１ の関係式から求める。

【００７２】なお、’Ｃ’は、超音波の伝搬速度であ
り、例えば温度が２０度の空中においては、このＣが３
４４ｍ／ｓとなる。

【００７３】同様に、超音波受信機１１ｂが最初に超音
波受信終了時間に対応する超音波受信信号を出力し、そ
のｔ２秒後に、超音波受信機１１ａ及び１１ｃが超音波
受信開始時間に対応する超音波受信信号を出力したとす
ると、スタイラスペン１０から超音波受信機１１ｂまで
の距離Ｌｂと、スタイラスペン１０から超音波受信機１
１ｃまでの距離Ｌｃとの距離の差Ｌ２を求める。

【００７４】そして、スタイラスペン１０から超音波受
信機１１ｂまでの距離Ｌｂと、スタイラスペン１０から
超音波受信機１１ｃまでの距離Ｌｃとの距離の差の平均
Ｌは、 Ｌ ＝ （Ｌ１＋Ｌ２）／２ の関係式を用いて算定する。

【００７５】このため、スタイラスペン１０は、超音波
受信機１１ｂ及び超音波受信機１１ｃからの距離の差が
Ｌとなる軌跡５ａ上のいずれかに位置することが分か
る。

【００７６】また、超音波受信機１１ａと超音波受信機
１１ｃは、同時刻に超音波を受信したことになるので、
スタイラスペン１０から超音波受信機１１ａまでの距離
Ｌａと、スタイラスペン１０から超音波受信機１１ｃま
での距離Ｌｃとは等しくなる。

【００７７】ここで、図５に示す軌跡５ｂは、超音波受
信機１１ａ及び超音波受信機１１ｃからの距離の差が’
０’の点列を示すものであり、スタイラスペン１０は、
同図の軌跡５ｂ上のいずれかに位置することが分かる。

【００７８】このことから、軌跡５ａと軌跡５ｂの交点
に位置する位置Ｐをスタイラスペン１０による入力位置
を判断する。

【００７９】次に、この位置演算部１２ｃが距離差の平
均を算出した後の処理を図６を用いてさらに詳細に説明
する。

【００８０】図６に示すように、Ｘ×Ｙの大きさからな
るスクリーンパネル１１の左下に座標原点（０，０）を
設け、スタイラスペン１０から超音波受信機１１ｂまで
の距離と、スタイラスペン１０から超音波受信機１１ａ
までの距離との差の平均を’ａ’とし、スタイラスペン
１０から超音波受信機１１ｂまでの距離と、スタイラス
ペン１０から超音波受信機１１ｃまでの距離との差の平
均を’ｂ’とすると、ピラゴラスの定理より、 ｘ＾２ ＋ ｙ＾２ ＝ （ｚ＋ａ）＾２ （Ｘ−ｘ）＾２ ＋ ｙ＾２ ＝ ｚ＾２ （Ｘ−ｘ）＾２ ＋ （Ｙ−ｙ）＾２ ＝ （ｚ＋ｂ）＾２ という３つの独立した２次式が得られる。なお、＾はべ
き乗を意味する。

【００８１】ここで、Ｘ及びＹは既知であり、ａ及びｂ
は位置検出部において計測できるため、ｘ，ｙ，ｚの３
変数を３式を用いて解くと、スタイラスペン１０の座標
Ｐ（ｘ、ｙ）を容易に算出することができる。

【００８２】例えば、Ｘ＝１００、Ｙ＝５０、ａ＝１
０、ｂ＝０であれば、この連立方程式を解くと、２つの
解が得られ、ａ＞０の時にｘ＞５０であることを考え合
わせると、 ｘ＝５５．６、ｙ＝２５ が得られる。

【００８３】上記一連の処理を行うことにより、位置演
算部１２ｃは、各超音波受信機１１ａ〜１１ｃが超音波
の受信を開始した超音波受信開始時間と、各超音波受信
機１１ａ〜１１ｃが超音波の受信を終了した超音波受信
終了時間とに基づいて、スクリーンパネル１１上でのス
タイラスペン１０の位置を特定して、位置演算部１２ｃ
に出力できる。

【００８４】上述してきたように、第１の実施例では、
超音波受信機１１ａ〜１１ｃが超音波受信開始時間に出
力した超音波受信信号に基づいて計測部１２ａが計測し
た時間差と、超音波受信機１１ａ〜１１ｃが超音波受信
終了時間に出力した超音波受信信号に基づいて計測部１
２ｂが計測した時間差に基づいて、スタイラスペン１０
により指示されたスクリーンパネル１１での位置を演算
するよう構成したので、超音波を用いた位置検出を行う
際に位置検出精度の劣化を低減することが可能となる。

【００８５】また、本実施例では、位置演算部１２ｃに
おいて計測部１２ａの計測結果と、計測部１２ｂの計測
結果を比較しうるよう構成したので、両者の計測結果が
かけ離れている場合、すなわち大きな誤差があった場合
には、該測定ミスを検出することができる。

【００８６】以上、スタイラスペンに超音波送信機を設
けた場合を示す第１の実施例について説明した。

【００８７】次に、スクリーンパネルの縁部に、２つの
超音波送受信機を設けた位置情報入力装置を示す第２の
実施例について説明する。

【００８８】図７は、第２の実施例で用いる位置情報入
力装置の構成を示すブロック図である。

【００８９】図７に示すように、この位置情報入力装置
は、スタイラスペン７０と、２つの超音波送受信機を実
装したスクリーンパネル７１と、入力位置を検出する位
置検出部７２とから構成される。

【００９０】スタイラスペン７０は、位置入力を行うデ
バイスであり、超音波が反射しやすい硬質な材質からな
り、超音波の進入角度に対して直角な面となるように、
ペン先が球面状に構成されている。

【００９１】スクリーンパネル７１は、文字及び図形等
を表示する表示部であり、そのパネル面の周辺部に２つ
の超音波送受信機７３及び７４が実装されている。

【００９２】超音波送受信機７３は、超音波送信機７３
ａと超音波受信機７３ｂの対からなり、超音波送信機７
３ａが送信した超音波の反射波を超音波受信機７３ｂで
受信し、また超音波送受信機７４は、超音波送信機７４
ａと超音波受信機７４ｂの対からなり、超音波送信機７
４ａが送信した超音波の反射波を超音波受信機７４ｂで
受信する。

【００９３】この超音波受信機７３ｂ及び７４ｂは、図
１に示す超音波受信機１１ａ〜１１ｃと同様の機能を有
し、図３で示したタイミングで位置検出部７２に対して
超音波受信信号を出力する。

【００９４】位置検出部７２は、スタイラスペン１０の
スクリーンパネル１１上での指示位置を検出する検出部
であり、具体的には、２つの超音波送受信機７３及び７
４が、それぞれ超音波を送信してから反射波を受信する
までの時間を用いて入力位置を特定する。ただし、この
位置検出部７２は、図１に示す位置検出部１２と同様に
超音波受信開始時間及び超音波受信終了時間の両者に基
づく位置演算を行う。

【００９５】次に、上記位置検出部７２の細部構成につ
いて、さらに詳細に説明する。

【００９６】図８は、図７に示す位置検出部７２の細部
構成を示す図である。

【００９７】図８に示すように、位置検出部７２は、基
本クロック発生回路８０ａ及び基本クロック制御回路８
０ｂと、送信制御部８１ａ及び８１ｂと、４つのカウン
タ８２ａ、８２ｂ、８３ａ及び８３ｂと、４つの受信時
間保持回路８４ａ、８４ｂ、８５ａ及び８５ｂと、位置
演算部８６とからなる。

【００９８】送信制御部８１ａ及び８１ｂは、それぞれ
超音波送信機７３ａ及び７３ｂに対して超音波の送信指
示を行うとともに、送信指示を行った旨を基本クロック
制御回路８０ｂに出力する。

【００９９】基本クロック制御回路８０ｂは、送信制御
部８１ａが出力した指示信号に応答してカウンタ８２ａ
及び８３ａに対する基本クロックの出力を開始し、また
送信制御部８１ｂが出力した指示信号に応答してカウン
タ８２ｂ及び８３ｂに対する基本クロックの出力を開始
する。

【０１００】そして、超音波受信機７３ｂから最初の超
音波受信信号を受け取った時点でカウンタ８２ａに対す
る基本クロックの出力を停止し、該超音波受信機７３ｂ
から最後の超音波受信信号を受け取った時点でカウンタ
８３ａに対する基本クロックの出力を停止する。

【０１０１】同様に、超音波受信機７４ｂから最初の超
音波受信信号を受け取った時点でカウンタ８２ｂに対す
る基本クロックの出力を停止し、該超音波受信機７４ｂ
から最後の超音波受信信号を受け取った時点でカウンタ
８３ｂに対する基本クロックの出力を停止する。

【０１０２】すなわち、カウンタ８２ａ及び８２ｂは、
図４のカウンタ４１ａ〜４１ｃと同様に超音波受信開始
時間における超音波の受信時間をカウントしており、カ
ウンタ８３ａ及び８３ｂは、図４のカウンタ４２ａ〜４
２ｃと同様に超音波受信終了時間における超音波の受信
時間をカウントする。

【０１０３】そして、カウンタ８２ａ、８２ｂ、８３ａ
及び８３ｂにそれぞれ対応する受信時間保持回路が保持
したカウント値に基づいて、位置演算部８６が入力位置
の演算を行う。

【０１０４】すなわち、この位置演算部８６は、図４に
示す位置演算部１２ｃと同様に超音波受信開始時間及び
超音波受信終了時間におけるスタイラスペン１０から超
音波送受信機７３及び７４までのそれぞれの距離の平均
等を用いて入力位置を算定する。

【０１０５】上述してきたように、第２の実施例では、
超音波送機７３ａ及び７４ａがそれぞれ超音波を送信し
てから超音波受信機７３ｂ及び７４ｂが超音波受信開始
時間に出力した超音波受信信号を受け取るまでのそれぞ
れの時間と、超音波送機７３ａ及び７４ａがそれぞれ超
音波を送信してから超音波受信機７３ｂ及び７４ｂが超
音波受信終了時間に出力した超音波受信信号を受け取る
までのそれぞれの時間とに基づいて、スタイラスペン１
０により指示されたスクリーンパネル１１での位置を演
算するよう構成したので、超音波を用いた位置検出を行
う際に位置検出精度の劣化を低減することが可能とな
る。

【０１０６】また、第２の実施例の場合も、第１の実施
例の場合と同様に計測時間がかけ離れている場合、すな
わち大きな誤差があった場合には、該測定ミスを検出す
ることができる。

【０１０７】なお、第１の実施例では、位置検出部１２
内に、超音波受信開始時間に基づいて入力位置を演算す
る計測部１２ａと、超音波受信終了時間に基づいて入力
位置を演算する計測部１２ｂとを別個に設けた場合を示
したが、両者を１つの計測部で兼用することも可能であ
る。ただし、この場合には、超音波受信開始時間に基づ
く入力位置の演算と、超音波受信終了時間に基づく入力
位置の演算とを独立に行い得るように、スタイラスペン
１０から超音波を送信する送信時間を長くする必要があ
る。

【０１０８】また、第１の実施例及び第２の実施例で
は、超音波受信開始時間及び超音波受信終了時間の両者
に基づいて入力位置を算定する場合について説明した
が、超音波受信終了時間のみに基づいて入力位置を算定
することも可能である。

【０１０９】さらに、第１の実施例及び第２の実施例で
は、１つのスレッシュホールドレベルのみを用いる場合
について説明したが、複数のスレッシュホールドレベル
を用いることも可能である。

【０１１０】図９は、２つのスレッシュホールドレベル
を用いた場合の一例を示す図である。

【０１１１】図９に示すように、この例では、超音波の
先頭部分の検出にはスレッシュホールドレベルＶ0を用
い、超音波の最終部分の検出にはスレッシュホールドレ
ベルＶ0とは異なるスレッシュホールドレベルＶ1を用い
る場合を示している。

【０１１２】このように、超音波の先頭部分と最終部分
に異なるスレッシュホールドを用いることにより、制御
基板の電源ノイズ、使用する超音波センサの特性等を踏
まえたうえで使用する超音波センサ等に最も適合したス
レッシュホールドレベルを先頭部分及び最終部分に対し
て別個に設定することが可能となる。

【０１１３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
入力面を構成するスクリーンまたは該スクリーンに対し
て位置入力を行う入力手段に設けられた超音波送信機か
ら発生された超音波を、スクリーンの周辺部の異なる位
置に設けられた複数の超音波受信機により受信された際
の受信レベルが所定のスレッシュホールドレベルを最初
に越えた第１のタイミングと最後に越えた第２タイミン
グに基づき前記入力手段により指示された前記スクリー
ン上の位置を検出するよう構成したので、下記に示す効
果が得られる。

【０１１４】１）超音波を用いた位置検出を行う際に位
置検出精度の劣化を低減することが可能となる。

【０１１５】２）第１のタイミングと第２のタイミング
がかけ離れている場合を測定ミスとして検出することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例で用いる位置情報入力装置の構成
を示す図。

【図２】図１に示すスタイラスペンの細部構成を示す
図。

【図３】図１に示す超音波受信機が超音波受信信号を出
力するタイミングを示す図。

【図４】図１に示す位置検出部の細部構成を示す図。

【図５】図４に示す演算部の処理の一例を示す図。

【図６】図４に示す演算部の処理を数式化する際に用い
る説明図。

【図７】第２の実施例で用いる位置情報入力装置の構成
を示す図。

【図８】図７に示す位置検出部の細部構成を示す図。

【図９】２つのスレッシュホールドレベルを用いた場合
の一例を示す図。

【図１０】従来の音波送受信器に到来する音波波形の一
例を示す図。

【符号の説明】

１０ スタイラスペン、 １０ａ 超音波送信機、 １
０ｂ スイッチ、１１ スクリーンパネル、 １１ａ，
１１ｂ，１１ｃ 超音波受信機、１２ 位置検出部、
１２ａ，１２ｂ 計測部、１２ｃ 位置演算部、 ２１
スイッチ接点、２２ タイミングパルス発生回路、
２３ マスク回路、４０ａ 基本クロック生成回路、
４０ｂ 基本クロック制御回路、７０ スタイラスペ
ン、 ７２ 位置検出部、７３，７４ 超音波送受信
機、 ７３ａ，７４ａ 超音波送信機、７３ｂ，７４ｂ
超音波受信機、 ８０ａ 基本クロック生成回路、８
０ｂ 基本クロック制御回路、 ８１ａ，８１ｂ 送信
制御部、８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂ カウンタ、
８４ａ，８４ｂ，８５ａ，８５ｂ 受信時間保持回路、
８６ 位置演算部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力面を構成するスクリーンまたは該ス
   クリーンに対して位置入力を行う入力手段に設けられた
   超音波送信機と、 前記スクリーンの周辺部の異なる位置に設けられた複数
   の超音波受信機とを具備し、前記超音波送信機から発生
   された超音波を前記複数の超音波受信機で受信し、該複
   数の超音波受信機のそれぞれの受信タイミングに基づき
   前記入力手段により指示された前記スクリーン上の位置
   を検出して該検出位置を示す位置情報を入力する位置情
   報入力装置において、 前記超音波受信機の受信レベルが所定のスレッシュホー
   ルドレベルを最初に越えた第１のタイミングと最後に越
   えた第２タイミングに基づき前記入力手段により指示さ
   れた前記スクリーン上の位置を検出する位置検出手段を
   具備することを特徴とする位置情報入力装置。