JPH10171587A - 超音波式ディジタイザ - Google Patents

超音波式ディジタイザ

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JPH10171587A
JPH10171587A JP32628296A JP32628296A JPH10171587A JP H10171587 A JPH10171587 A JP H10171587A JP 32628296 A JP32628296 A JP 32628296A JP 32628296 A JP32628296 A JP 32628296A JP H10171587 A JPH10171587 A JP H10171587A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
oscillator
signal
sequence
sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP32628296A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuo Okada
一夫 岡田
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Fujitsu General Ltd
Original Assignee
Fujitsu General Ltd
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Publication date
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波式ディジタイザで広い範囲の位置を高
精度で特定する技術を提供する。 【解決手段】 超音波の発振器2を内蔵したペンの先端
から発信する超音波をタブレットの下の2つの隅に固定
したセンサ3a、3bで受信して、超音波がペンの先端
からセンサ3aとセンサ3bに到達する時間とタブレッ
ト上の超音波の伝播速度から、タブレット上の任意の位
置に置かれたペンの位置を特定して計算機等に入力す
る。発振器2から発信する超音波の波形は、符号部10
で生成する符号で符号化してセンサ3a、3bに伝送す
る。センサ3a、3bで受信した信号を復号部20で復
号して、発振器2から発信された超音波の符号と同一符
号がセンサで受信されるまでの時間を検出する。その時
間から上記のペンの位置を特定するようする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、計算機等に位置情
報を入力するときに使用する、高精度で広い範囲の位置
を特定して入力できる超音波式ディジタイザに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の超音波式ディジタイザにおいて
は、パルス状の超音波を発生してその超音波の到達時間
から位置を検出するものとか、正弦波状の超音波を発生
して、その伝播した超音波と元の超音波の位相差から位
置を検出するものが知られている。しかし、パルス状の
超音波を利用するものでは、超音波発振器の特性により
パルスの立ち上がり時間が長く、精度の良い位置検出が
困難である。また、正弦波状の超音波を用いるもので
は、位相差を検出できるのは原理的に正弦波の一波長以
内の位置範囲に限られるため、特定できる位置範囲が限
定されるという問題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑みなされたもので、超音波式ディジタイザで広い範囲
の位置を高精度で特定する技術を提供することを目的と
する。
【0004】
【課題を解決するための手段】発振器で発生する超音波
の波形を符号化する符号部と、前記センサで受信した符
号化された符号を復号する復号部とを設けて、発振器か
ら発信された超音波の符号と同一符号がセンサで受信さ
れるまでの時間から位置を特定するようして、同一符号
の期間を長くすることで時間検出精度すなわち検出位置
精度を上げ、同一符号の繰り返し周期を長くすることで
検出できる位置範囲を広くする。
【0005】
【発明の実施の形態】超音波を発生する発振器と同超音
波を受信するセンサを備えて発振器から伝播する超音波
がセンサに到達するまでの時間から空間内の位置を特定
して計算機等に入力する超音波式ディジタイザにおい
て、前記発振器で発生する超音波の波形を符号化する符
号部と、前記センサで受信した符号化された符号を復号
する復号部とを設け、発振器から発信された超音波の符
号と同一符号がセンサで受信されるまでの時間から位置
を特定するようする。
【0006】前記符号部は、正弦波信号とその反転信号
を所定の時間毎に切り替えて発生させたものとする。
【0007】前記符号部は、PN(Pseudorandom Nois
e)系列により前記正弦波信号を反転信号に切り替える
ようにする。
【0008】前記復号部は、符号部のPN系列の開始時
期から一定時間の経過後に開始するPN系列で、前記セ
ンサで受信する超音波信号を反転して切り替え、その出
力信号を前記正弦波と同一周波数を透過する帯域フィル
タを透過させ、その出力信号が最大となる前記経過時間
から、超音波が発振器からセンサに到達する時間を求め
る。
【0009】前記復号部におけるPN系列の前記符号部
のPN系列の開始時期からの一定時間の経過は、符号部
のPN系列を開始するリセットパルスを基準信号として
PLL回路で発振する発信信号をカウントして得るよう
にする。
【0010】前記符号部のPN系列を開始するリセット
パルスは、同パルスの周期より短期間の周期のクロック
パルスの中の1のパルスとし、前記復号部におけるPN
系列の符号部のPN系列の開始時期からの一定時間の経
過は、前記クロックパルスをカウントして得るようにす
る。
【0011】前記フィルタを透過する出力信号の最大
は、MPUを用いて求める。
【0012】前記発振器の位置は可動とし、2箇所の異
なる位置に固定した2つのセンサにより、前記発振器か
らの超音波信号を受信して平面内の位置を特定するもの
とし、前記復号部は2つのセンサで同一のものを切り替
えて使用するようにする。
【0013】前記発振器の位置は可動とし、同一平面内
にない3カ所の異なる位置に固定した3つのセンサによ
り、前記発振器からの超音波信号を受信して空間内の位
置を特定するものとし、前記復号部は3つのセンサで同
一のものを切り替えて使用する。
【0014】前記発振器は同一平面内にない3カ所の異
なる位置に固定し、センサの位置を可動として前記発振
器からの超音波信号を受信して空間内の位置を特定する
ものとし、前記符号部は3つの発振器で同一のものを切
り替えて使用するようにする。
【0015】
【実施例】図1は、本発明による超音波式ディジタイザ
の1実施例の要部ブロック図、図2は、本発明による超
音波式ディジタイザの1実施例によるタブレットの模式
図、図3は、本発明による超音波式ディジタイザの1実
施例の位置検出のための主要な信号のタイミング図であ
る。超音波の発振器2を内蔵したペンの先端から発信す
る超音波をタブレット40の下の2つの隅に固定したセ
ンサ3a、3bで受信して、超音波がペンの先端からセ
ンサ3aとセンサ3bに到達する時間とタブレット40
上の超音波の伝播速度から、ペンの先端とセンサ3aお
よび3bとの間の距離を検出する。ついで、センサ3a
および3bを中心としたそれぞれ前記距離を半径とする
円弧の交点から、タブレット40上の任意の位置に置か
れたペンの位置を特定して計算機等に入力する。発振器
2から発信する超音波の波形は、符号部10で生成する
符号で符号化してセンサ3a、3bに伝送する。センサ
3a、3bで受信した信号を復号部20で復号して、発
振器2から発信された超音波の符号と同一符号がセンサ
で受信されるまでの時間を検出する。その時間からMP
U6で上記のペンの位置を特定して、位置信号S9を出
力する。
【0016】符号化の一例としては、次のようにする。
符号部10の正弦波発振器11で発生させた正弦波信号
S1と、その正弦波信号S1を反転回路12で反転させ
た反転信号とを、リセットパルス発生回路15で発生す
るリセットパルスS2からPN系列発生回路16で発生
するPN系列信号S3を用いて切替器13で切り替え
て、符号化信号S4とする。
【0017】復号部20では、符号部10のPN系列信
号S3の開始時期となるリセットパルスS2から一定時
間tの経過後に発生するリセットパルスS6により開始
するPN系列信号S7をPN系列発生回路24で発生さ
せる。PN系列信号S7でセンサ3aまたはセンサ3b
で受信する超音波信号S5とそれを反転回路25で反転
した信号とを切替器26で切り替える。切り替えた出力
信号は正弦波信号S1と同一周波数を透過する帯域フィ
ルタ27を透過さる。その出力の正弦波信号S8が最大
となる経過時間tを、超音波が発振器からセンサに到達
する時間とする。なお、正弦波信号S8が最大となるの
は、符号部10のPN系列信号S3と符号化信号S4と
の相対タイミングが、センサでの受信した超音波信号S
5と復号部20のPN系列信号S7との相対タイミング
が一致した場合であり、それ以外では、切替器26の出
力信号に含まれる高調波が多くなるため、正弦波信号S
8は小さくなる。なお、PN系列発生回路の1例として
は、シフトレジスタと排他論理和回路からなるM系列
(Maximum Length Sequence )発生回路を使用する。
【0018】復号部20では、符号部10のPN系列の
開始時期となるリセットパルスS2を基準信号として、
PLL回路21により所定の倍数の周波数を発生する。
PLL回路21で発生する周波数をカウンタ22でカウ
ントして、リセットパルスS2から一定のカウント後の
パルスをセレクタ23を用いてMPU23により選択す
る。選択したパルスをリセットパルスS6としてPN系
列発生回路24で復号部20のPN系列信号S7を発生
する。上記の帯域フィルタ27から出力する正弦波信号
S8の最大は、その出力信号を検波器28で検波して低
域フィルタ29で直流とし、A/D変換器30でディジ
タル値としてMPU6に取り込み検出する。すなわち、
符号部10のリセットパルスS2から復号部20のリセ
ットパルスS6までの経過時間tを、セレクタ23で選
択するパルスの位置を順次変えることで変化させ、その
都度上記のようにしてMPU6で正弦波信号S8の振幅
を検出して最大となる経過時間tを得る。
【0019】タブレット40上に固定した2つのセンサ
3a、3bで受信する超音波信号は、MPU6で切替器
4を用いて一方のセンサからの信号に切り替えて復号部
20に入力する。上記のようにして経過時間tすなわち
発振器を内蔵したペンから一方のセンサまでの距離を検
出後、他方のセンサに切り替えて同ペンからそのセンサ
までの距離を検出して、これらからペンの位置を特定す
る。
【0020】上記と同様に、超音波の発振器の位置は可
動とし、例えば室内の3隅に3つのセンサを固定して、
各センサで受信する超音波信号を順次切り替えて、発振
器から各センサまでの距離を検出することで、室内の発
振器の位置を特定して出力することもできる。また逆
に、例えば室内の3カ所の隅に3つの発振器を固定して
各発振器への符号化信号を順次切り替えて発信すること
で、室内の位置を特定して出力することもできる。
【0021】図4は、本発明による超音波式ディジタイ
ザの符号部のPN系列から一定時間経過後に復号部のP
N系列を発生させる別の実施例である。PN系列の周期
より十分短い周期のパルスを発信する発信器41から出
力するパルスをカウンタ42でカウントして、その最初
のパルスを符号部のPN系列発生回路16のリセットパ
ルスとする。最初のパルスから一定の時間tだけ経過後
のパルスをセレクタ43を用いてMPU6で選択して、
復号部のPN系列発生回路24のリセットパルスとす
る。このようにして符号部のPN系列信号S3から一定
の時間tだけ経過後に発生する復号部におけるPN系列
信号S7が得られる。
【0022】
【発明の効果】発振器で発生する超音波の波形を符号化
する符号部と、前記センサで受信した符号化された符号
を復号する復号部とを設けて、発振器から発信された超
音波の符号と同一符号がセンサで受信されるまでの時間
から位置を特定するようすることで、同一符号の期間を
長くすることが可能となり、これにより位置の検出精度
を上げることができる。また、同一符号の繰り返し周期
を長くすることも可能となり、これにより検出できる位
置範囲を広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明による超音波式ディジタイザの1実施例の
要部ブロック図である。
【図2】本発明による超音波式ディジタイザの1実施例
によるタブレットの模式図である。
【図3】本発明による超音波式ディジタイザの1実施例
の位置検出のための主要な信号のタイミング図である。
【図4】本発明による超音波式ディジタイザの符号部の
PN系列から一定時間経過後に復号部のPN系列を発生
させる別の実施例である。
【符号の説明】
2 超音波の発振器 3a、3b センサ 4 切替器 6 MPU 10 符号部 11 正弦波発振器 12 反転回路 13 切替器 15 リセットパルス発生回路 16、24 PN系列発生回路 20 復号部 21 PLL回路 22 カウンタ 23 セレクタ 25 反転回路 26 切替器 27 帯域フィルタ 28 検波器 29 低域フィルタ 30 A/D変換器 40 タブレット 41 発振器 42 カウンタ 43 セレクタ S1、S8 正弦波信号 S2、S6 リセットパルス S3、S7 PN系列信号 S4 符号化信号 S5 超音波信号

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超音波を発生する発振器と同超音波を受
    信するセンサを備えて発振器から伝播する超音波がセン
    サに到達するまでの時間から空間内の位置を特定して計
    算機等に入力する超音波式ディジタイザにおいて、前記
    発振器で発生する超音波の波形を符号化する符号部と、
    前記センサで受信した符号化された符号を復号する復号
    部とを設け、発振器から発信された超音波の符号と同一
    符号がセンサで受信されるまでの時間から位置を特定す
    るようにすることを特徴とする超音波式ディジタイザ。
  2. 【請求項2】 前記符号部は、正弦波信号とその反転信
    号を所定の時間毎に切り替えて発生させたものとするこ
    とを特徴とする請求項1記載の超音波式ディジタイザ。
  3. 【請求項3】 前記符号部は、PN(Pseudorandom Noi
    se)系列により前記正弦波信号を反転信号に切り替える
    ようにすることを特徴とする請求項2記載の超音波式デ
    ィジタイザ。
  4. 【請求項4】 前記復号部は、符号部のPN系列の開始
    時期から一定時間の経過後に開始するPN系列で、前記
    センサで受信する超音波信号を反転して切り替え、その
    出力信号を前記正弦波と同一周波数を透過する帯域フィ
    ルタを透過させ、その出力信号が最大となる前記経過時
    間から、超音波が発振器からセンサに到達する時間を求
    めることを特徴とする請求項3記載の超音波式ディジタ
    イザ。
  5. 【請求項5】 前記復号部におけるPN系列の前記符号
    部のPN系列の開始時期からの一定時間の経過は、符号
    部のPN系列を開始するリセットパルスを基準信号とし
    てPLL回路で発振する発信信号をカウントして得るよ
    うにしたことを特徴とする請求項4記載の超音波式ディ
    ジタイザ。
  6. 【請求項6】 前記符号部のPN系列を開始するリセッ
    トパルスは、同パルスの周期より短期間の周期のクロッ
    クパルスの中の1のパルスとし、前記復号部におけるP
    N系列の符号部のPN系列の開始時期からの一定時間の
    経過は、前記クロックパルスをカウントして得るように
    したことを特徴とする請求項4記載の超音波式ディジタ
    イザ。
  7. 【請求項7】 前記フィルタを透過する出力信号の最大
    は、MPUを用いて求めることを特徴とする請求項4記
    載の超音波式ディジタイザ。
  8. 【請求項8】 前記発振器の位置は可動とし、2箇所の
    異なる位置に固定した2つのセンサにより、前記発振器
    からの超音波信号を受信して平面内の位置を特定するも
    のとし、前記復号部は2つのセンサで同一のものを切り
    替えて使用するようにすることを特徴とする請求項4記
    載の超音波式ディジタイザ。
  9. 【請求項9】 前記発振器の位置は可動とし、同一平面
    内にない3カ所の異なる位置に固定した3つのセンサに
    より、前記発振器からの超音波信号を受信して空間内の
    位置を特定するものとし、前記復号部は3つのセンサで
    同一のものを切り替えて使用するようにすることを特徴
    とする請求項4記載の超音波式ディジタイザ。
  10. 【請求項10】 前記発振器は同一平面内にない3カ所
    の異なる位置に固定し、センサの位置を可動として前記
    発振器からの超音波信号を受信して空間内の位置を特定
    するものとし、前記符号部は3つの発振器で同一のもの
    を切り替えて使用するようにすることを特徴とする請求
    項4記載の超音波式ディジタイザ。
JP32628296A 1996-12-06 1996-12-06 超音波式ディジタイザ Pending JPH10171587A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5937294B2 (ja) * 2007-12-28 2016-06-22 日本電気株式会社 位置決定システム、送信装置、受信装置及び位置決定方法
JP2019525344A (ja) * 2016-08-03 2019-09-05 ウルトラハプティクス アイピー リミテッドUltrahaptics Ip Ltd 触覚システムにおける三次元知覚

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