JPS63136125A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は座標入力装置、特にコンピュータなどの電子機
器に手書き文字や図形などの情報を入力用ペンなどで入
力する際に用いて有効な座標入力装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 最近、手書き文字や図形情報を座標情報としてコンピュ
ータなどに入力する座標入力装置の需要が高まってきて
いる。

従来、この種の装置には、次のようなものがある０例え
ば、 １）抵抗膜を用いる、つまり一面を抵抗体としたもので
、Ｘ座標用、Ｙ座標用の抵抗膜を重ね、それぞれ電圧ま
たは電流をかけて、加圧された点に対して電圧または電
流の比などを測定して座標位置を検出するもの。

２）電磁誘導を利用するものとして、ペン先から局所的
な磁界パルスを発生させておき、パネルマトリクス状に
配線しである電極線のどれかに近づけて電磁結合させ、
電極線に生じる電流を測定するもの。

３）超音波を利用するものとしては、表面波を使ったも
ので、ｕ　ａ波の伝播媒体から成るデジタイザータブレ
ットによる伝播遅延時間を検出して位置座標を測定する
もの。

また、音波を空気中に伝え、その伝播時間を計測する方
法などがある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、これらには次のような欠点がある。

すなわち、１）の方法は抵抗体の均一性がそのまま図形
の精度を左右するため、特に均一性の優れた抵抗体を必
要とするために高価となる。

そして、Ｘ座標用、Ｙ座標用の２枚が必要となるため、
透明度が落ちてしまう。

２）の方法によるものは、電線がマトリクス状に走って
いるため透明にならず、表示器と重ねて用いることがで
きない。

さらに、３）の表面波や音波を利用したものであると、
送信部と受信部の間に物、キズ、あるいは手などが存在
した場合、その障害物によって測定点が違ってしまう、
また測定できないなどの障害が起きてしまう欠点がある
。

また、弾性波を使ったデジタイザーの場合には、測定点
が伝播媒体の端部に近くなると、直接波と反射波が重畳
した応答波形が検出されるため、座標検出精度が落ちて
しまうという欠点がある。

本発明の目的は、上記従来例の欠点を除去すると同時に
、透明で表示器と重ねて用いることができ、かつ精度の
高い使い勝手の良い座標入力装置を提供することにある
。

［問題点を解決するための手段］ 以上の目的を達成するため、本発明では、振動発生手段
を組み込んだ振動ペンを振動伝播媒体よりなる信号入力
板に接触させ、伝播された弾性波を上記伝播媒体に固着
した振動検出素子で検出し、検出振動の伝播遅延時間を
計測することにより上記振動ペンの位置座標を検出する
座標入力装置において、振動発生手段の駆動に擬似ラン
ダム系列で変調した駆動信号を用いる構成を採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、擬似ランダム信号により駆動され
た振動ペンの振動は、他のノイズ振動と明確に弁別され
るので、高精度な振動検出に基づき正確な座標検出を行
える。

［実施例］ 以下、図面に基づき本発明の実施例を具体的に説明する
。

第１図は本発明の実施例の概略図で、符号ｌは制御／演
算を行うブロックで、マイクロプロセッサ素子などから
成り、これから説明する各ブロー２り、回路を制御する
とともに、座標決定のための演算を行う。

符号２は振動子５を振動させるための駆動信号に用いる
擬似ランダム系列としてのＭ系列および相関演算に用い
るＭ系列を発生する回路、符号４は情報を入力するため
の振動ペンで振動子５とホーン６と、これらを支持する
棒状の物で構成されている。

符号８ａ、８ｂ、８ｃは振動ペン４による振動を、伝播
媒体（例えばガラス）９を通して受信するためのセンサ
ーで、この場合は圧電素子を使用している。

符号７はペン４からの振動波が伝播媒体９の端部で反射
するのを防１トするために設けた反射防止材で、例えば
シリコンゴムなどを使う。

符号１２はセンサー８で受信し、検出／整形する受信波
形検出回路である。

符号１１は振動ペン４で与えられた情報を演算／制御ブ
ロック１で演算、制御してディスプレイ１０に表示する
ための駆動回路である。

符号１０のディスプレイは伝播媒体（ガラス）９と重ね
て一体化することで、４のペンで入力した情報をリアル
タイムに近い時間で表示でき、４のペンで書いた文字や
図形等が、あたかもペンで紙に書いているのと同じよう
に、そのまま表示することができるように構成されてい
る。

次に、上記構成における動作、作用を詳述する。

概要としては、振動ペン４で起こされた振動を利用して
伝播媒体９に置いたペン先の位置座標を、センサー８お
よび受信波形検出回路１２で検出し、相関演算ブロック
１３および演算／制御ブロックｌで演算して決定する処
理を行う。

そして、その情報をディスプレイ駆動回路１０およびデ
ィスプレイ１１に送って表示するのである。

次に、座標位置の検出方法について詳細に説明する。

まず、振動ペン４の振動子５を第２図（Ｂ）の駆動信号
ｘ　（ｔ）によって駆動する。

該駆動信号は、第１図Ｍ系列発生器２によって発生され
たＭ（最大周期）系列信号ｂ（ｔ）（第２図（Ａ）に示
した周期１５で１．０の２値からなるＭ系列）で、幅γ
、高さＰのパルス列を変調したものである。

同信号を、第１図の振動子駆動回路３によって、駆動電
圧まで増幅して、ペンの振動子５を駆動して振動させる
。

ここでパルス幅γは、振動子の共振周波数とする。

さらにホーン６に通して振動を増幅し、この振動を伝播
媒体９に入力する。

その振動が超音波（または弾性波）となり、伝播媒体９
を伝播する。

この時の弾性波が板波となるよう振動子５の振動モード
を予め選択しておく、板波を利用すると、伝播媒体９の
表面にキズが付いていても、また物が置かれていても殆
ど影響がない。

よって、センサー８ａ、８ｂ、８ｃでは板波の信号を受
信することができる。

第２図（Ｄ）に、１つのセンサーの受信波形ｙ（１）を
示したゆ そして、各センサーの受信波形を第１図の受信波形検出
回路１２で増幅し、これらを相関演算ブロック１３に送
る。

次に、相関演算ブロック１３の作用について説明する。

同ブロックにはＭ系列発生器２によって、第２図（Ｃ）
に示したようなり　（ｔ）の１．Ｏに対して、１．−１
を対応させたＭ系列ａ（ｔ）が送られてくる。

そして、Ｍ系列ａ（ｔ）（第２Ｖ４（ｃ））とセンサー
により検出された応答ｙ　（ｔ）との相互相関関数Ｄａ
ｙ（τ）を相関演算ブロック１３で計算すると、第２図
（Ｅ）に示すような幅Ｔの単一パルス状振動入力に対す
る応答に比例した波形が得られる。

すなわち、相関演算ブロック１３は、下式に基づく演算
をハードウェアないしソフトウェア的に実行する回路で
ある。

Ｄａｙ　（ｔ）　　＝に１　　ｆｏｇ（ｔ）Ｄａｂ（τ
−ｔ）ｄｔただし、ｇ（ｔ）は振動伝播系のインパルス
レスポンス、ＤａｂはＭ系列ａとｂの相互相関関数。

Ｋ、は比例定数 このようにして求めた波形（第２図（Ｅ））は、制御／
演算ブロック１に入力され、入力パルス列の時刻Ｏから
の遅延時間、すなわちここでは波形のピークまでの時間
Ｔｇを、入力位置から受信位置までの伝播に要した時間
として求める。

他のに２個のセンサーによるそれぞれの遅延時間も同様
な手順で計算し、これらを用いて第１図の制御／演算ブ
ロック１でペンの座標位置を演算、決定する。座標演算
は、振動遅延時間と振動の速度から各センサーとペンと
の距離を求め、これらを３平法の定理に基づいて組み合
わせることなどによって行える。

そして、その位置座標の情報を、ディスプレイ駆動回路
１１に伝送し、ディスプレイｌＯに表示する。

このようにして、手書き入力による入出カ一体型のディ
ジタイザ−が構成できる。

以上のように、擬似ランダム系列により変調した駆動信
号を用い、検出応答の１ないし数周期から相関演算によ
り遅延時間演算のための検出信号を生成するため、次の
ような利点がある。

まず、相関性の低いノイズなどの外乱の影響を除去でき
ること、また、積分処理による相関演算を行うので、瞬
間的な信号エネルギーは小さくてすみ、省電力化、ある
いは伝播媒体９を軽湯化できるなどの利点がある。

本実施例においては、第２図（Ａ）のようなＭ系列を用
いたが、これに限らず他の周期、他の特性多項式を用い
ても同様な効果が得られることは当然である。

次に、同じハードウェア構成を用いて適用できる異なる
座標検出方式を示す。

罷１１ム１ 本実施例でも、振動子の駆動信号の変調信号として、第
３図（Ａ）の信号を用いる。

すなわち、同図に示したように、幅γのパルス２個によ
ってみかけ上、パルス幅δのパルスを形成して、前述の
Ｍ系列ｂ　（ｔ）により変調している。

そして、これを振動子５に入力し、前記実施例と同様な
手順によって応答を計算し、ペン４の位置座標を検出す
る。

この場合、幅δを適当に選択することによって、伝播媒
体端部による反射波を除去できる。

すなわち、第３図（Ａ）による応答の一例を第３図（Ｂ
）に示したが、幅δが小さいと、直接波Ａと反射波Ｂは
図示したように明瞭に分離されて現われてくる。

すなわち、本実施例によれば、上記実施例の効果に加え
、反射波ノイズの低減という効果を得ることができる。

従って、波形Ａのピークを検出することによって、遅延
時間Ｔｇが求められ、これによって位置座標が決定でき
る。

なお、パルス幅δを小さくすると、検出位置での応答も
小さくなるが、信号レベルを高くすることなく、Ｍ系列
の周期を長くすることによってＳ／Ｎ比を落とさずに、
伝播波形を検出することができる。

皿Ｕ敷勿 これまでの実施例とは異なる処理によって、遅延時間を
求める実施例を説明する。

まず、振動子への駆動信号として第３図（Ａ）を用い、
これによる受信波形ｙ　（ｔ）とＭ系列ａ（１）に対し
て次のような相互相関演算を行う。

ただし、サンプリング周期ｖ　＝　Ｔ／ｑとして、ｙ　
　（ｔ）　　＝ｙ　　（ＩＴ＋ｊ　　ν）ａ　　（ｉ）
　　＝２ｂ　　（ｉ）　　−１τ　＝　　ｎＴ＋　　ｊ
　　ν これは、パルス幅δに対する振動伝播系の応答Ｈ（ｉ　
、　ｊ）に正確に比例したものであって、単に１１１述
の実施例における演算を離散化したものとは異なる。

従って、この演算結果に対して、前述の実施例に示した
ように、遅延時間Ｔｇを求めることによってペンの座標
位置が決定できる。

［発明の効果］ 以りの説明から明らかなように、本発明によれば、振動
発生手段を組み込んだ振動ペンを振動伝播媒体よりなる
信号入力板に接触させ、伝播された弾性波を上記伝播媒
体に固着した振動検出素子で検出し、検出振動の伝播遅
延時間を計測することにより上記振動ペンの位置座標を
検出する座標入力装置において、振動発生手段の駆動に
擬似ランダム系列で変調した駆動信号を用いる構成を採
用しているので、本発明の座標入力装置は、振動子を擬
似ランダム系列によって変調して駆動させ、振動伝播媒
体中を伝播した板波を検出し、これと擬似ランダム系列
との相互相関を計算することによって、振動子の位置を
高精度で検出することが可ずをとなる。

【図面の簡単な説明】

信号波形図である。 １・・・制御／演算ブロック ２・・・Ｍ系列発生回路　３・・・振動子駆動回路４・
・・入力ペン　　　　５・・・振動子６・・・ホーン　
　　　　７・・・反射防止材８ａ、８ｂ、８ｃ・・・振
動センサー ９・・・伝播媒体（ガラス） １０・・・ディスプレイ １１・・・ディスプレイ駆動回路 １２・・・受信波形検出回路 １３・・・相関演算ブロック

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）振動発生手段を組み込んだ振動ペンを振動伝播媒体
   よりなる信号入力板に接触させ、伝播された弾性波を上
   記伝播媒体に固着した振動検出素子で検出し、検出振動
   の伝播遅延時間を計測することにより上記振動ペンの位
   置座標を検出する座標入力装置において、振動発生手段
   の駆動に擬似ランダム系列で変調した駆動信号を用いる
   ことを特徴とする座標入力装置。 ２）前記擬似ランダム系列にＭ系列を用いることを特徴
   とした特許請求の範囲第１項に記載の座標入力装置。