JPS62281023A - 座標入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明は座標入力装置に関し、特に弾性波の遅延時間を
計時することにより、その座標入力盤上の弾性波発生の
位置座標を求める座標入力装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来のこの種の装置では、増幅演算回路からスタート信
号がパルス発生器に出され、これに応じてパルス発生器
はパルス電気信号を発生する。このパルス信号により駆
動され、圧電素子により発生した振動をホーンを通して
振動伝播体に板波弾性波として伝播させ、これをセンサ
ー用の圧電素子により圧電電圧として検出し、前記スタ
ート信号を同期させて前記振動電波に要した遅延時間を
繰り返し計時することにより、振動発振源の位置座標を
検出するものであった。尚、このとき伝播振動を検出す
る際には検出波形であるパルス群中の最大のピークレベ
ルのパルスを検出することにより掲示していた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、伝播する弾性波は板波なので分散の影響で群速
度と位相速度が異なる為、上記検出方法では位相速度波
長で最大１波長分の誤差が生じることは避けられなかっ
た。

本発明は上記従来技術に鑑みなされたものであり、検出
信号であるパルス群の包絡線の最大値を求めることによ
り、計時した遅延時間値に補正を施すことによってより
高分解能の座標入力装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この問題を解決するための一手段として本発明は以下の
様な構成からなる。

すなわち、座標入力盤上の所望の位置を指定し前記座標
入力盤を付勢して弾性波を発生する位置指定手段と、前
記座標入力盤の所定の位置に固定され、前記弾性波を受
信し電気信号に変換する複数の受信手段と、前記電気信
号の最大振幅のパルスが受信されるまでを計時する計時
手段と、前記電気信号のパルス群に対する包絡線のピー
クの位置を算出する算出手段と、該算出手段により得ら
れたピーク位置でもって前記時間値を補正する補正手段
とを備える。

［作用］ かかる本発明の構成において、位置指定手段により指定
された位置から伝播する弾性波を受信手段により受信さ
れるまでの時間値を計時手段により計時し、受信手段に
より発生した電気信号のパルス群の色落線のピーク位置
を算出手段により算出し、この算出結果でもって計時手
段で計時された時間値を補正手段により補正することに
よって位置指定手段の座標位置を求めることになる。

［実施例］ 以下、添付図面に従って本発明に係る実施例を詳細に説
明する。

第１図は本実施例の座標入力装置の構成図である。

図中、１は振動ペンであり、パルス発生器１０よりの信
号でもって振動する圧電素子２及びその振動を増幅する
ホーン３により構成される。４はタブレット型の信号入
力板であり、５は振動伝播体である。６はホーン３と振
動伝播体５との接触点である。また７８〜７ｃは振動検
出用の圧電素子であり弾性波を電気信号に変換する。８
はリード線、９は弾性波の反射防止用の振動吸収材、１
１はパルス信号発生器１０にパルス信号の発生指示し、
リート線８からの電気信号を受信する増幅演算回路であ
る。１２は本装置全体を制御する制御部であり、内部に
は計時された時間値でもって接地点６の座標位置を算出
するプログラムと後述する第６図のフローヂャ−１・の
動作処理のプログラムが格納されているメモリ１２ａを
備えている。

上述した構成に於ける動作を説明すると、先ず増幅演算
回路１１からスタート信号かパルス発生器１０に出力さ
れ、これに応じてパルス発生器１０はパルス電気信号を
発生する。この周波数は高くなるほど分解能は増すが、
減衰率も増すという点で、３００〜５００　Ｋ　Ｈｙ、
が妥当である。この電気信号を受けて振動ベン１の圧電
素子２ばその振動数でもって伸縮（振動）する。この振
動はボーン３により拡大され、接触点６において振動伝
播体５に振動が伝わり板波弾性波として伝播することに
なる。尚、振動伝播体５の素材はガラス・アクリル等の
透明な板が考えられる。さて伝播した板波弾性波は振動
検出用に設けられた３箇所の圧電素子７８〜７Ｃで圧電
電圧として検出され（この弾性波検出処理は後述する。

）、リード線線８を介して増幅演算回路１１に送られる
。またこのと剖、増幅演算回路から発生したスタート信
号と同期させて振動伝播に要した遅延時間をそれぞれ検
出する。以上の動作を例えば１秒間に５０〜１５０回繰
り返し行い、得られた３箇所の振動検出用圧電素子７に
おける遅延時間を用いて振動ペン１の接触点６の位置座
標を計算するわけである。

尚、この計算方法を以下に示す。

第２図に示すように振動ペン１の位置座標を（ｘ、ｙ）
とし、３つの振動検出用の圧電素子７８〜７ｃのそれぞ
れの座標ＰａＮＰｃをＰａ（ｘｌ、ｙｌ）＝（０，０） Ｐｂ　（Ｘ２．ｙ２）＝　（Ｘ２．Ｏ＞Ｐｃ　（Ｘ３．
ｙ３）＝　（０、ｙ３）とすると、振動ペン１の位置座
標（ｘ、ｙ）は次式の様にして求められる。

但し、ｔ１〜ｔ３：弾性波の伝播時間 ■：弾性波の伝播速度 以上の計算を、増幅演算回路１】で行なうことにより振
動ペン１の位置座標か得られるわけである。

尚、振動伝播体５中の振動が振動吸収材９に到達すると
、弾性波はここで振幅が減衰する。この振動吸収材９の
旧質として木実流側では、減衰率が大きく且つガラスと
の固有１′￥−響インピーダンスとの整合の為シリコン
ゴムに金属粉を混入したものを用いるものとして説明す
るがこれに限定されるものではない。また振動伝播体５
の板厚であるが、これは０．３〜２．０ｍｍが妥当であ
る。というのは板圧が薄くなるほど伝播及び検出される
弾性波の振幅は大きくなるが、材料強度が落るためであ
る。

以上の座標入力装置にお（つる振動の信号波形の検出方
法について説明する。

第３図は弾性波の伝播距離と伝播時間及び信号波形との
関係を示す図であり、振動ペン１が「Ａ状態」における
検出用の例えば圧電素子７ａによって電気信号に変換さ
れた波形は「Ａｏ」となる。このとき、スタート信号発
生時（０点）から弾性波の伝播比Ｍ　Ｘ　Ａに対応する
遅延時間を示すのがｔＡである。そこで振動ベン１を「
Ｂ状態」に移動すると、伝播距離がｘＢになるので検出
信号は「Ｂｏ」になり遅延時間はｔＢとなる。

ここで問題となるのは、この第３図に示す様に検出振動
波形がｒＡ’　Ｊ　、ｒＢ’　」とでは位相が違うこと
があるということでる。この場合に従来では最大ピーク
レベルのパルスを検出した時点を弾性波検出時としてい
たため、検出信号「Ａｏ」の場合には問題がないが、検
出信号「Ｂｏ」のと籾にはｔＢ’分の時間誤差が生じて
しまうことになる。この位相の相違は板波弾性波には分
散性がある為、パルス駆動を行なう場合に検出信号波形
における群速度と位相速度が異なるために起こるもので
ある。これは振動伝播体を伝播する弾性波には板波（ラ
ム波）があり、本実施例では板の表面に触れても表面波
の様に振幅が大幅に減少しないという点で板波弾性波が
伝播となるような条件を採用したために、検出信号波形
の群速度に対応する理想検出点とパルス群中の最大パル
スのレベルを検出した時点では位相速度波長で最大１波
長分の誤差が生じることによって生ずるものである。

この時間誤差を補正するために本実施例ではパルス群中
の最大ピークレベルのパルス信号の直後にあるパルス信
号のピークレベルを閾値として、最大ピークレベルのパ
ルス信号と比較することにより発生するパルス幅でもっ
て連続的にその時間誤差を補正することになる。その補
正処理手順とその原理を以下に説明する。

第４図は検出信号波形における伝播距離と伝播時間の関
係である。ｖｃは群速度に対応する直線で、ａ　Ｎｅは
位相速度に対応する直線である。この直線の傾きは１／
ｖ（ｖは伝播速度）を示す。

従って、この図かられかるように群速度より位相速度の
方が遅いことがわかる。尚、伝播距離において、λＰは
位相速度の１波長、１／ｆは位相速度の１周期（ｆ：駆
動周波数）である。第４図において、伝播距離でＸＡ移
動（Ｉ→ＩＩ　）すれば群速度の中の位相は元に戻るこ
とがわかる。

ここで （ｖｐ　：位相速度） である。

よって、第４図の１地点とＩＩ地点においては同位相で
ある。よって、■地点においては伝播時間でｈだけ補正
してやれば、群速度ＶＣにおける伝播速度と一致するこ
とになる。

以上に基づいて、信号波形の検出における補正の内容を
以下に説明する。

第５図（ａ）〜（ｅ）は検出信号波形の典型的なパター
ン図である。本実施例においては、群速度より位相速度
が遅いので、伝播距離が大きくなると、つまり第３図で
「Ａ状態」からｒＢ状態」へ移動すると第５図（ａ）か
ら第５図（ｅ）に示す波形に検出信号波形が連続的に変
化することになる。

ここで、検出信号波形をローパスフィルターに通して包
絡線とし、これを微分し、このゼロ交さ点より位相速度
波形ピークの最大値を検出する。

このままでは、前述した通り最大−波長分のずれが生じ
る。そこで、この最大値をボールドすると同時に、最大
値の次のピークを検出しこのレベルを閾値とし、第５図
（ａ）〜（ｅ）のようにこれを横切る最大波形の切片の
時間領域に相当するパルス幅”　ｚ　”のパルス信号を
発生させる。この様にするとパルス幅“Ｚパは第５図（
ａ）から第５図（ｅ）の様に位相のずれに対応して連続
的に増減し、−波長ずれたところで、また、Ｏに戻るこ
とになる。この連続的に変化するパルス幅Ｚを検出し、
これを、そのつとピークの最大値における点に補正する
ことにより、この信号波形の検出点は、群速度ＶＣにお
ける伝播時間と一致させることが可能となるわけである
。

従って、このパルス幅゛′Ｚ″′を検出することにより
パルス群の色落線の位置を連続的に求められることにな
る。

即ち、パルス群中の最大ピークレベルのパルスを検出す
るまでに要した時間なｔ゛′としたときに、その最大ピ
ークレベルのパルス位置とそのパルス群の色落線のピー
ク位置との差分に相当する時間値を、“ｔ”に加減する
ことによりパルス群の色落線のピークを検出した時間で
もって振動ベン１の位置座標を算出することが可能とな
るわけである。

尚、補正された時間な°゛Ｔ°゛とし、パルス幅“Ｚｏ
ｏに対応する時間補正値をｐ　（ｚ）としたときの関係
を以下に示す。

Ｔ＝ｔ＋Ｐ　（Ｚ） また、このｐ　（ｚ）は第５図（ａ）に示すパルス群中
におけるパルス５０を閾値としたときのパルス幅を２０
としたとき、このＺ。が最大幅となるから、０＜２＜２
゜の関係がある。

よって、 ここで、□は位相速度の１周期である。

波長内で時間値に補正ができることになる。

尚、この２０は予め測定されていて、インプットされて
いるものとする。

次に第６図のフローチャートに従って時間値の補正処理
を説明する。尚、以下の説明でｆ　（ｎ）はパルス群の
各パルスのピークレベルを表わす。

先ず、ステップＳ１で初期値としてｎに１°゛を代入し
、ステップＳ２でｆ　（ｎ）を読み込む。

次いでステップＳ３でｎをインクリメントし、次のステ
ップＳ４でｆ　（ｎ）を読み込み、先に読み込んだｆ（
ｎ−１）とｆ　（ｎ）とを比較する（ステップＳ５）。

この判別でｆ　（ｎ）がｆ（ｎ−１）よりも大きい時に
は、ステップＳ３に戻ることになる。従って、このステ
ップＳ３からステップＳ５まではパルス群中の最大ピー
クレベルのパルスを求めていることになる。さて、ステ
ップＳ５の判別で、ｆ　（ｎ）がｆ（ｎ−１）より小さ
いと判断した時、ステップＳ６に移り、ｆ　（ｎ）を閾
値としてｎ−１番目のパルスの切片Ｚを求める。次にス
テップＳ７でｆ（ｎ−１）の検出点に補正−１７ｆ　Ｘ
　ｚ／ｚ、を加える。次にステップＳ８で補正された時
間値を基に先に説明した式でもって振動ベン１の位置座
標を求め出力する（ステップＳａ）。

以上説明した如く本実施例は、パルス幅゛ｚ　”の検出
するために最大ピークレベルの直後のパルスのピークレ
ベルを閾値としたが、これに限定されるものではない。

例えば第７図に示す様に、パルス群中の最大ピークレベ
ル し、この最大値から３番目のピークのレベルを閾値とし
て、これを横切る前の２つの波形の切片の時間領域に相
当するパルス幅のパルス信号を発生させ、その２つのパ
ルス幅（Ｚｌ，Ｚ２）の比を検出することによっても同
様の効果を得ることができる。

このときには補正時間値Ｐ（Ｚｌ，Ｚ２）は以下の様に
なる。

尚、この比も、第６図の様に位相のずれに対応して連続
的に増加し、１波長ずれたところで、また、元に戻る。

この連続的に変化するパルス幅２、、２２を検出し、こ
れを、そのつどピークの最大値における点に補正するこ
とにより、この信号波形の検出点は、群速度ｖｃにおけ
る伝播時間と一致するわけである。

尚、本実施例においては、前記検出信号波形の正のピー
クのみで検出したが、絶対値のピークつまり波形の下半
分を上に折り返した形で検出すれば、前記分解能は２倍
になる。

また、本実施例において、補正に用いる波形の数をさら
に増せば、さらに高精度で高分解能な検出方式となる。

以上説明した様に本実施例によれば、検出信号であるパ
ルス群中の最大ピークレベルを検出するまでの時間値に
、パルス群の包絡線の最大の位置と、パルス群中の最大
ピークレベルのピーク位置との差分に対応する時間を補
正することにより、より高分解能に座標を算出すること
ができる様になる。

さらに、実施例における検出方式では、断片的な補正で
はなく、連続的な補正が行なえるという効果がある。

また、閾値を横切る２つの波形の切片の時間領域の比を
とる検出方式においては、筆圧等による検出波形信号の
振幅の変動の影響を受けない位置座標検出を可能にした
。

［発明の効果］ 以上説明した様に本発明によれば、検出信号であるパル
ス群中の最大ピークレベルを検出するまでの時間値に、
パルス群の包絡線の最大の位置と、パルス群中の最大ピ
ークレベルのピーク位置との差分に対応する時間を補正
することにより、より高分解能に座標を算出することが
できる様になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本実施例の座標入力装置を示す概略構成図、 第２図は人力ペンと各受信用の圧電素子までの遅延時間
を示す図、 第３図は弾性波の伝播距離と伝播時間及び信号波形との
関係を示す図、 第４図は検出信号波形における伝播距離と伝播時間の関
係を示す図、 第６図は本実施例にかかるの時間値の補正の処理を示す
フローチャート、 図である。 図中、１・・・振動ペン、２圧電素子、３・・・ポーン
、４・・・信号人力板、５・・・振動伝播体、６・・・
接触点、７ａ〜７ｃ・・・振動検出用の圧電素子、８・
・・リード線、９振動吸収材、１ｏ・・・パルス信号発
生器、１１・・・増幅演算回路、１２・・・制御部、１
２ａ・・・メモリである。 特許出願人　　キャノン株式会社 代理人　弁理士　　　大　塚　康　徳 １４開口８６２−２８１０２３　（９）（Ｃ） （ｅ） （ｄ） 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）座標入力盤上の所望の位置を指定し前記座標入力
   盤を付勢して弾性波を発生する位置指定手段と、前記座
   標入力盤の所定の位置に固定され、前記弾性波を受信し
   電気信号に変換する複数の受信手段と、前記電気信号の
   最大振幅のパルスが受信されるまでを計時する計時手段
   と、前記電気信号のパルス群に対する包絡線のピークの
   位置を算出する算出手段と、該算出手段により得られた
   ピーク位置でもって前記時間値を補正する補正手段とを
   備え、該補正手段により補正された時間値でもって前記
   位置指定手段の座標入力盤上の位置を求めることを特徴
   とする座標入力装置。
2. （２）算出手段は受信手段によって受信されたパルス群
   中の最大振幅パルスに前後する１つのパルスの振幅レベ
   ル値を閾値として前記最大振幅パルスとを比較して求め
   られたパルス幅変調された信号の幅により前記パルス群
   の崩落線のピークを算出することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の座標入力装置。
3. （３）最大振幅パルスに前後する１つのパルスは、最大
   振幅パルスの後のパルスであることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の座標入力装置。