JP2002333950A - Coordinate inputting device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、座標入力面を有
し、この座標入力面上で任意に指示された入力点の座標
を検出する座標入力装置に関し、特に、超音波を利用し
て座標の検出を行なう超音波方式の座標入力装置に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a coordinate input device having a coordinate input surface and detecting the coordinates of an input point arbitrarily designated on the coordinate input surface, and more particularly to a coordinate input device utilizing ultrasonic waves. The present invention relates to an ultrasonic coordinate input device for detecting an ultrasonic wave.
【0002】[0002]
【従来の技術】現在、コンピュータが出力する各種情報
を表示する表示装置と、その表示画面を座標入力面とし
て表示画面上で入力ペン(ペン型の座標入力点指示手
段)により任意に指示された入力点の座標を検出して座
標データをコンピュータに出力する座標入力装置とから
構成された情報入出力装置がある。2. Description of the Related Art At present, a display device for displaying various information outputted by a computer and an input pen (pen-shaped coordinate input point indicating means) are arbitrarily specified on the display screen using the display screen as a coordinate input surface. There is an information input / output device including a coordinate input device that detects coordinates of an input point and outputs coordinate data to a computer.
【0003】この情報入出力装置を構成する表示装置に
は、CRT,LCD,PDP, プロジェクタ等があり、
近年では、LCDやPDP等のフラットパネルが表示性
能の向上や設置スペースの観点から表示装置市場でのシ
ェアを拡大している。[0003] Display devices constituting this information input / output device include a CRT, an LCD, a PDP, and a projector.
In recent years, flat panels such as LCDs and PDPs have increased their market share in the display device market from the viewpoint of improving display performance and installation space.
【0004】一方、座標入力装置は、タッチパネルやタ
ブレットと呼ばれ、入力ペンを用いて座標入力面の入力
可能領域の任意の入力点を指示すると、その入力点の座
標を検出し、接続されたコンピュータに座標データを出
力し、コンピュータが入力点を表示装置で表示できるよ
うにした装置である。On the other hand, a coordinate input device is called a touch panel or a tablet. When an input point is used to specify an arbitrary input point in an inputtable area of a coordinate input surface, the coordinates of the input point are detected and connected. This device outputs coordinate data to a computer so that the computer can display input points on a display device.
【0005】入力点の座標を検出する方式としては、抵
抗膜方式、電磁誘導方式、超音波方式が特に知られてお
り、ユーザーが価格、用途に応じて選択できるように多
種多様化してきている。特に、超音波方式は、電磁的な
ノイズに強く、コスト的にも安価であるという特徴を有
しているので、積極的な開発が進められている。[0005] As a method for detecting the coordinates of an input point, a resistive film method, an electromagnetic induction method, and an ultrasonic method are particularly known, and the method has been diversified so that a user can select according to the price and application. . In particular, since the ultrasonic method has a feature of being resistant to electromagnetic noise and being inexpensive in cost, active development is being promoted.
【0006】超音波方式には振動伝達板方式と空中超音
波方式がある。振動伝達板方式では、座標入力面を構成
する振動伝達板に対して、超音波を発生する振動子を備
えた入力ペンで指示された入力点から入力された超音波
振動を振動伝達板の周辺部に設けられた複数の振動セン
サにより検出し、その検出タイミングに基づいて入力点
の座標を算出する。The ultrasonic system includes a vibration transmission plate system and an aerial ultrasonic system. In the vibration transmission plate method, an ultrasonic vibration input from an input point designated by an input pen equipped with a vibrator for generating ultrasonic waves is applied to a vibration transmission plate constituting a coordinate input surface around the vibration transmission plate. Detected by a plurality of vibration sensors provided in the unit, and the coordinates of the input point are calculated based on the detection timing.
【0007】空中超音波方式では、座標入力面上の入力
点を指示する入力ペンから空中に放射された超音波の振
動を座標入力面の周辺部に設けられた複数の振動センサ
により検出し、その検出タイミングに基づいて入力点の
座標を算出する。In the aerial ultrasonic system, vibrations of ultrasonic waves radiated into the air from an input pen for designating an input point on a coordinate input surface are detected by a plurality of vibration sensors provided around the coordinate input surface. The coordinates of the input point are calculated based on the detection timing.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記の空中超音波方式
の座標入力装置では、空中に放射された超音波の減衰が
激しく、しかもその減衰は超音波周波数の2乗に比例す
るため、実用的にはある程度低い周波数帯域の超音波を
利用する。しかしながら、それでも振動センサにより検
出された信号は、微弱なものであり、そのまま信号処理
を行うのには適していないため、前置増幅器を用いて増
幅するのが一般的である。In the above-mentioned coordinate input device of the aerial ultrasonic system, ultrasonic waves emitted into the air are greatly attenuated, and the attenuation is proportional to the square of the ultrasonic frequency. For this purpose, an ultrasonic wave in a low frequency band is used. However, the signal detected by the vibration sensor is still weak and is not suitable for performing the signal processing as it is. Therefore, the signal is generally amplified using a preamplifier.
【0009】この座標入力装置においては、超音波振動
の検出信号レベルが非常に大きく変化する。その要因と
しては、超音波の伝達距離、入力ペンの角度、各部品の
ばらつき等がある。通常、検出信号を有効と判断するた
めのしきい値は、前記要因によるレベルの変動幅と、不
要反射波のレベル、電磁的なノイズレベル、電源電圧を
考慮して決定される。[0009] In this coordinate input device, the detection signal level of the ultrasonic vibration changes very greatly. The factors include the transmission distance of the ultrasonic wave, the angle of the input pen, and the variation of each component. Usually, the threshold value for judging that the detection signal is valid is determined in consideration of the fluctuation range of the level due to the above factors, the level of the unnecessary reflected wave, the electromagnetic noise level, and the power supply voltage.
【0010】また、不要反射波に関しては、図2に示す
ような座標入力装置の座標入力面からの反射波が主たる
ものであるが、座標入力装置の筐体や入力面から離れた
ところから入力する場合は、入力ペンの極く近くに位置
する例えば机などの不特定多数の物体からの反射波が存
在する。As for the unnecessary reflected wave, the reflected wave from the coordinate input surface of the coordinate input device as shown in FIG. 2 is mainly used. In such a case, there are reflected waves from an unspecified number of objects such as desks located very close to the input pen.
【0011】このような反射波は、超音波を放射する入
力ペンの位置、すなわち座標の入力点から振動センサま
での超音波の伝達経路において直接波と反射波の伝達経
路の距離の差(以下、伝達経路差という)が大きい場合
は、超音波検出後の処理に影響しない。例えば使用周波
数が40kHzの場合、伝達経路差が数十mm(数波長)
あれば、反射波と直接波を分離でき、前記の処理に影響
しない。[0011] Such a reflected wave is a difference in the distance between the direct wave and the reflected wave transmission path (hereinafter referred to as the position of the input pen that emits the ultrasonic wave, ie, the transmission path of the ultrasonic wave from the coordinate input point to the vibration sensor. , Transmission path difference) is large, it does not affect the processing after the detection of the ultrasonic wave. For example, when the operating frequency is 40 kHz, the transmission path difference is several tens mm (several wavelengths).
If so, the reflected wave and the direct wave can be separated without affecting the above processing.
【0012】しかし、伝達経路差が十分に得られない場
合には、反射波と直接波が重畳した超音波を検出してそ
の検出信号を処理してしまうため、誤検出となり、座標
算出精度が劣化してしまう。However, if the transmission path difference cannot be sufficiently obtained, an ultrasonic wave in which the reflected wave and the direct wave are superimposed is detected and the detection signal is processed, resulting in erroneous detection, and the accuracy of coordinate calculation is reduced. Will deteriorate.
【0013】一方、数十mmというような伝達経路差を確
保するとなると、入力ペンの振動子の位置や振動センサ
の構成等において装置の設計の自由度がなくなってしま
うという問題がある。なお、反射波の影響による問題
は、振動伝達板方式の装置でも共通する。On the other hand, if a transmission path difference of several tens of millimeters is to be ensured, there is a problem that the degree of freedom in the design of the apparatus is lost in the position of the vibrator of the input pen, the configuration of the vibration sensor, and the like. The problem due to the influence of the reflected wave is common to the vibration transmission plate type device.
【0014】本発明は上記のような問題に鑑みてなされ
たものであり、超音波方式の座標入力装置において、座
標の入力点から振動センサまでの超音波の直接波と反射
波の伝達経路差を大きく確保できなくても、反射波の影
響を排除ないし低減でき、超音波振動の検出信号のレベ
ル変動の影響を受けず、安定した座標算出精度が得られ
る構成を提供することを課題としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and in an ultrasonic coordinate input device, a difference in transmission path between a direct ultrasonic wave and a reflected wave from a coordinate input point to a vibration sensor. It is an object of the present invention to provide a configuration which can eliminate or reduce the influence of the reflected wave even if it is not possible to secure a large value, and is not affected by the level fluctuation of the ultrasonic vibration detection signal, and can obtain a stable coordinate calculation accuracy. .
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明によれば、超音波発生手段を備えた座標入力
点指示手段により座標入力面上の入力点が指示されたと
きに前記超音波発生手段から発せられた超音波の振動を
前記座標入力面の周辺部に設けられた複数の振動検出手
段により検出し、その振動検出タイミングに基づいて前
記入力点の座標を算出する座標入力装置において、前記
振動検出手段が出力する振動検出信号から該信号のエン
ベロープに対応するエンベロープ信号を取り出すエンベ
ロープ検出回路と、前記エンベロープ信号を微分する第
1の微分回路と、該第1の微分回路が出力する第1の微
分信号をさらに微分して第2の微分信号を出力する第2
の微分回路と、前記エンベロープ信号の電圧が所定の参
照レベル以上の間で前記第1と第2の微分信号を比較し
て、前記振動検出信号のエンベロープによる振動検出タ
イミングを示す第1のタイミング信号を生成する第1の
コンパレータと、前記振動検出信号から該信号の位相を
示す位相信号を生成する位相信号生成回路と、前記第1
のタイミング信号を反転して生成されたゲート信号と前
記位相信号を比較して、前記振動検出信号の位相による
振動検出タイミングを示す第2のタイミング信号を生成
する第2のコンパレータを有し、前記第1と第2のタイ
ミング信号により示される振動検出タイミングのそれぞ
れに基づいて前記入力点の座標を算出する構成を採用し
た。According to the present invention, when an input point on a coordinate input surface is designated by a coordinate input point designating means provided with an ultrasonic wave generating means, the present invention has been made to solve the above problem. A coordinate input for detecting the vibration of the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic wave generating means by a plurality of vibration detecting means provided on the periphery of the coordinate input surface and calculating the coordinates of the input point based on the vibration detection timing. In the device, an envelope detection circuit for extracting an envelope signal corresponding to an envelope of the vibration detection signal output from the vibration detection means, a first differentiation circuit for differentiating the envelope signal, and the first differentiation circuit A second differential signal for further differentiating the first differential signal to be output and outputting a second differential signal
And a first timing signal indicating a vibration detection timing by the envelope of the vibration detection signal by comparing the first and second differential signals while the voltage of the envelope signal is equal to or higher than a predetermined reference level. A first comparator for generating a phase signal indicating a phase of the vibration detection signal from the vibration detection signal;
A second comparator for comparing a gate signal generated by inverting the timing signal with the phase signal to generate a second timing signal indicating a vibration detection timing based on a phase of the vibration detection signal, A configuration is employed in which the coordinates of the input point are calculated based on each of the vibration detection timings indicated by the first and second timing signals.
【0016】なお、前記第2の微分回路は、例えば、前
記エンベロープ信号を4階以上微分した微分信号を出力
するものとする。The second differentiating circuit outputs, for example, a differentiated signal obtained by differentiating the envelope signal by four or more orders.
【0017】また、例えば、前記第1のタイミング信号
のパルスの最初の立ち上がり時点を前記振動検出信号の
エンベロープによる振動検出時点とする。Further, for example, the first rising point of the pulse of the first timing signal is set as the vibration detection point by the envelope of the vibration detection signal.
【0018】また、例えば、前記第2のタイミング信号
において所定の順番のパルスの立ち上がり時点または立
下り時点を前記振動検出信号の位相による振動検出時点
とする。Further, for example, a rising time or a falling time of a pulse in a predetermined order in the second timing signal is set as a vibration detection time based on the phase of the vibration detection signal.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0020】[全体構成の説明(図1)]まず、本発明
の実施形態における空中超音波方式の座標入力装置の全
体の構成を図1により説明する。[Explanation of Overall Configuration (FIG. 1)] First, the overall configuration of a coordinate input device of the aerial ultrasonic system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【0021】図1において、1は演算制御回路であり、
座標入力装置全体を制御すると共に、座標入力面上の入
力点の座標を算出してコンピュータ等のホスト装置4に
シリアルケーブル等を通じて出力する。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an arithmetic control circuit,
It controls the entire coordinate input device, calculates the coordinates of the input point on the coordinate input surface, and outputs it to a host device 4 such as a computer via a serial cable or the like.
【0022】2は光送受信回路であり、後述する入力ペ
ン21から発光される光信号を検出したり、また、入力
ペン21の動作を制御する光信号としての入力ペン制御
信号を送信したりする。An optical transmission / reception circuit 2 detects an optical signal emitted from the input pen 21, which will be described later, and transmits an input pen control signal as an optical signal for controlling the operation of the input pen 21. .
【0023】3は信号処理回路であり、光送受信回路2
で検出された光信号を処理し、そのデータを演算制御回
路1に出力したり、演算制御回路1から出力される入力
ペン制御信号をパルス列に変換し、光送受信回路2に出
力したりする。Reference numeral 3 denotes a signal processing circuit, and an optical transmitting / receiving circuit 2
And outputs the data to the arithmetic and control circuit 1, converts the input pen control signal output from the arithmetic and control circuit 1 into a pulse train, and outputs to the optical transmitting and receiving circuit 2.
【0024】5はプロジェクタ等の画像投射装置であ
り、ホスト装置4が出力する各種の画像情報による画像
をアクリルや塩化ビニル等からなるスクリーン8に投射
する。スクリーン8の表面が座標入力装置の座標入力面
となっている。An image projection device 5 such as a projector projects an image based on various types of image information output from the host device 4 onto a screen 8 made of acrylic, vinyl chloride, or the like. The surface of the screen 8 is a coordinate input surface of the coordinate input device.
【0025】21は、装置の使用者が座標入力面上の所
望の入力点を指示して座標入力を行なうためのペン型の
座標入力点指示手段としての入力ペンである。この入力
ペン21による座標入力は、座標入力面としてのスクリ
ーン8の表面において符号7で示す有効エリア内の所望
の入力点を入力ペン21のペン先で指示することで行
う。Numeral 21 denotes an input pen as a pen-type coordinate input point indicating means for the user of the apparatus to specify a desired input point on the coordinate input surface and to input coordinates. The coordinate input by the input pen 21 is performed by designating a desired input point in the effective area indicated by reference numeral 7 with the pen tip of the input pen 21 on the surface of the screen 8 as a coordinate input surface.
【0026】スクリーン8の表面において有効エリア7
の外側の周辺部の四隅には、圧電素子等からなる機械的
振動を電気信号に変換する振動センサ6a〜6dが固定
されている。The effective area 7 on the surface of the screen 8
Vibration sensors 6a to 6d for converting mechanical vibrations made of a piezoelectric element or the like into electric signals are fixed to the four corners on the outer peripheral side of.
【0027】9は、振動検出信号処理回路であり、各振
動センサ6a〜6dが超音波振動を検出して出力する振
動検出信号を処理して、各センサ6a〜6dの超音波振
動の検出タイミング(各センサへの超音波振動の到達タ
イミング)を示す信号を生成し、それぞれを演算制御回
路1に出力する。Reference numeral 9 denotes a vibration detection signal processing circuit which processes the vibration detection signals output from the respective vibration sensors 6a to 6d by detecting and outputting ultrasonic vibrations, and detects the ultrasonic vibration detection timing of each of the sensors 6a to 6d. A signal indicating (the arrival timing of the ultrasonic vibration to each sensor) is generated, and each signal is output to the arithmetic and control circuit 1.
【0028】演算制御回路1は、その信号に基づいて、
入力ペン21により指示された座標入力面上の入力点の
座標を後述のように算出し、ホスト装置4に出力する。The arithmetic and control circuit 1 calculates the
The coordinates of the input point on the coordinate input surface specified by the input pen 21 are calculated as described below, and output to the host device 4.
【0029】ホスト装置4は入力された座標の情報を画
像情報として画像投射装置5に出力し、それにより画像
投射装置5が画像をスクリーン8に投射し、スクリーン
8の入力点の位置にドットなどが表示される。The host device 4 outputs the input coordinate information as image information to the image projection device 5, whereby the image projection device 5 projects an image on the screen 8, and a dot or the like is provided at the position of the input point on the screen 8. Is displayed.
【0030】[入力ペン21と振動センサ6a〜6dの
説明(図2)]次に、入力ペン21及び振動センサ6a
〜6dについて図2により説明する。[Description of Input Pen 21 and Vibration Sensors 6a to 6d (FIG. 2)] Next, the input pen 21 and the vibration sensor 6a
6d will be described with reference to FIG.
【0031】図2において、入力ペン21に内蔵された
超音波発生手段としての振動子25は振動子駆動回路2
4により駆動される。同回路24からの電気的な駆動信
号は振動子25によって機械的な超音波振動に変換さ
れ、その超音波がアルミ等の金属で構成される円錐形の
反射材27で反射され、超音波通過窓28から空気中に
放射される。In FIG. 2, a vibrator 25 as ultrasonic wave generating means built in the input pen 21 is a vibrator driving circuit 2.
4. The electric drive signal from the circuit 24 is converted into mechanical ultrasonic vibration by a vibrator 25, and the ultrasonic wave is reflected by a conical reflector 27 made of metal such as aluminum, and passes through the ultrasonic wave. Radiated from the window 28 into the air.
【0032】振動子25は、厚さ方向に振動する圧電振
動子の前面に音響整合層26を設けたものである。音響
整合層26はシリコンゴム等を薄層化したもので、空気
との音響インピーダンスの整合をとり、高感度で広帯域
特性が得られるようにし、またパルス応答性のよい超音
波信号の送信を可能としている。The vibrator 25 has a structure in which an acoustic matching layer 26 is provided on the front surface of a piezoelectric vibrator that vibrates in the thickness direction. The acoustic matching layer 26 is made of a thin layer of silicon rubber or the like, matches acoustic impedance with air, enables high sensitivity and broadband characteristics, and enables transmission of ultrasonic signals with good pulse response. And
【0033】超音波通過窓28から空気中に放射された
超音波は、振動センサ6a〜6d(図2では6aのみ図
示)上に設けられた金属からなる円錐形の反射材211
で反射され、その超音波振動が振動センサ6a〜6dで
検出され、その振動検出タイミング(振動到達タイミン
グ)に基づいて後述のように入力点の座標が算出され
る。Ultrasonic waves radiated into the air from the ultrasonic wave passing window 28 are reflected by a conical reflector 211 made of metal provided on the vibration sensors 6a to 6d (only 6a is shown in FIG. 2).
And the ultrasonic vibrations are detected by the vibration sensors 6a to 6d, and the coordinates of the input point are calculated based on the vibration detection timing (the vibration arrival timing) as described later.
【0034】振動子駆動回路24は、振動子25をその
共振周波数の所定の発数でパルス駆動すると同時に、入
力ペン21に設けられた赤外LED等の発光素子22に
所定の周波数で変調した発光タイミング信号を送信す
る。The vibrator drive circuit 24 pulse-drives the vibrator 25 at a predetermined frequency of its resonance frequency and simultaneously modulates the light at a predetermined frequency to a light emitting element 22 such as an infrared LED provided on the input pen 21. A light emission timing signal is transmitted.
【0035】なお、振動子駆動回路24は電池23を電
源として動作する。電池23は、アルカリ乾電池等の1
次電池、またはニッケル水素電池等の2次電池であり、
交換可能となっている。振動子駆動回路24は、電池2
3の出力電圧を電源電圧として動作して、振動子25の
パルス駆動電圧も電源電圧と同じ電圧値で駆動される。
出力レベルを上げたい場合は、昇圧トランス等を介して
振動子25を電源電圧よりも高い電圧で駆動することも
可能である。しかし、消費電流が大きくなるので、電池
寿命の観点では不利である。The vibrator drive circuit 24 operates using the battery 23 as a power supply. Battery 23 is one of alkaline batteries or the like.
Secondary batteries or secondary batteries such as nickel-metal hydride batteries,
It is exchangeable. The vibrator drive circuit 24 includes the battery 2
3 operates as the power supply voltage, and the pulse drive voltage of the vibrator 25 is also driven at the same voltage value as the power supply voltage.
When it is desired to increase the output level, it is possible to drive the vibrator 25 at a voltage higher than the power supply voltage via a step-up transformer or the like. However, current consumption increases, which is disadvantageous in terms of battery life.
【0036】[全体の動作の説明]次に座標入力装置全
体の動作について説明する。上述のように、入力ペン2
1内の振動子駆動回路24は、振動子25を駆動するの
と同時に発光素子22に所定の周波数で変調した発光タ
イミング信号を出力し、それに応じた光信号を発光させ
る。その光信号が光送受信回路2で検出され、信号処理
回路3で復調処理された後、演算制御回路1に対して、
振動センサ6a〜6dに伝達される超音波振動の振動伝
達時間の計時をスタートさせるスタートタイミング信号
として入力される。[Explanation of Overall Operation] Next, the operation of the entire coordinate input device will be described. As described above, the input pen 2
The vibrator driving circuit 24 in 1 outputs a light emission timing signal modulated at a predetermined frequency to the light emitting element 22 at the same time as driving the vibrator 25, and emits an optical signal corresponding to the light emission timing signal. After the optical signal is detected by the optical transmitting / receiving circuit 2 and demodulated by the signal processing circuit 3, the arithmetic control circuit 1
It is input as a start timing signal for starting time measurement of the vibration transmission time of the ultrasonic vibration transmitted to the vibration sensors 6a to 6d.
【0037】演算制御回路1は、信号処理回路3からの
スタートタイミング信号により内部タイマ(カウンタで
構成されている)による振動伝達時間の計時を開始させ
る。そして、入力ペン21の振動子25から発生した超
音波は、座標入力面上で入力ペン21により指示された
入力点(厳密に云うと振動子25の位置)から振動セン
サ6a〜6d迄の距離に応じた振動伝達時間だけ遅延し
て各振動センサに到達し、その超音波振動が検出され、
その検出信号が各振動センサから振動検出信号処理回路
9に入力される。The arithmetic and control circuit 1 starts measuring the vibration transmission time by an internal timer (constituted by a counter) in response to a start timing signal from the signal processing circuit 3. The ultrasonic wave generated from the transducer 25 of the input pen 21 is a distance from the input point (strictly speaking, the position of the transducer 25) designated by the input pen 21 on the coordinate input surface to the vibration sensors 6a to 6d. Arrives at each of the vibration sensors with a delay of the vibration transmission time according to, and its ultrasonic vibration is detected,
The detection signal is input to the vibration detection signal processing circuit 9 from each vibration sensor.
【0038】振動検出信号処理回路9は各振動センサ6
a〜6dからの検出信号に対して後述する信号処理を行
ない、各振動センサの振動検出タイミングを示す振動検
出タイミング信号を生成し、演算制御回路1に入力す
る。The vibration detection signal processing circuit 9 includes the vibration sensors 6
Signal processing described later is performed on the detection signals from a to 6d, and a vibration detection timing signal indicating the vibration detection timing of each vibration sensor is generated and input to the arithmetic and control circuit 1.
【0039】演算制御回路1はその信号が入力された時
点で内部タイマで計時されている時間を各振動センサ6
a〜6dまでの超音波の振動伝達時間とし、それに基づ
いて入力ペン21で指示された入力点の座標を算出す
る。そして、演算制御回路1は、算出した入力点の座標
情報をホスト装置4に入力し、ホスト装置4は入力され
た座標情報に基づいて画像投射装置5による画像の表示
を制御したりする。The arithmetic and control circuit 1 measures the time measured by the internal timer at the time when the signal is input to each vibration sensor 6.
Based on the ultrasonic vibration transmission times from a to 6d, the coordinates of the input point pointed by the input pen 21 are calculated based on the transmission times. Then, the arithmetic control circuit 1 inputs the calculated coordinate information of the input point to the host device 4, and the host device 4 controls the display of an image by the image projection device 5 based on the input coordinate information.
【0040】[演算制御回路1の説明(図3)]次に、
演算制御回路1の構成と動作を図3のブロック図により
説明する。図中31は演算制御回路1及び本座標入力装
置全体を制御するマイクロコンピュータであり、制御処
理を行う主体となるCPU311、その制御プログラム
を格納したROM312、ワーキングエリアとして計算
等に使用するRAM313、及び定数等を記憶する不図
示の不揮発性メモリ等によって構成されている。[Description of Operation Control Circuit 1 (FIG. 3)]
The configuration and operation of the arithmetic and control circuit 1 will be described with reference to the block diagram of FIG. In the figure, reference numeral 31 denotes a microcomputer for controlling the arithmetic control circuit 1 and the whole coordinate input device, which is a CPU 311 serving as a main body for performing control processing, a ROM 312 storing the control program, a RAM 313 used as a working area for calculations and the like, and It is composed of a non-volatile memory (not shown) for storing constants and the like.
【0041】32a〜32dは不図示の基準クロックを
カウントして計時を行なうタイマを構成するカウンタで
あり、振動センサ6a〜6dのそれぞれに対応し、それ
ぞれの振動伝達時間の計時を行なう。カウンタ32a〜
32dは、入力ペン21において振動子25の駆動開始
と同時に発光素子22から発せられる光信号が光検出回
路2で検出され、信号処理回路3を介してスタートタイ
ミング信号が演算制御回路1に入力されると、起動され
て計時のカウントを開始する。これによって、計時開始
と振動子25からの超音波振動の発生との同期が取ら
れ、振動センサ6a〜6dにより超音波振動が検出され
るまでの入力点からの超音波の振動伝達時間を測定でき
ることになる。Reference numerals 32a to 32d denote counters constituting timers for counting a reference clock (not shown) and counting the time. The counters 32a to 32d correspond to the respective vibration sensors 6a to 6d and measure the respective vibration transmission times. Counter 32a ~
32d, the light signal emitted from the light emitting element 22 is detected by the light detection circuit 2 at the same time as the driving of the vibrator 25 in the input pen 21, and the start timing signal is input to the arithmetic and control circuit 1 via the signal processing circuit 3. Then, it is started and starts counting time. As a result, the start of timekeeping is synchronized with the generation of the ultrasonic vibration from the vibrator 25, and the ultrasonic vibration transmission time from the input point until the ultrasonic vibration is detected by the vibration sensors 6a to 6d is measured. You can do it.
【0042】振動センサ6a〜6dが超音波振動を検出
すると、その検出信号が振動検出信号処理回路9に入力
され、各振動センサ6a〜6dの振動検出タイミング信
号が生成され、検出信号入力回路34を介してカウンタ
32a〜32dに入力される。そして、カウンタ32a
〜32d内において振動検出タイミング信号の入力時点
での時間のカウント値のデータが振動伝達時間のデータ
として不図示のラッチ回路にラッチされる。When the vibration sensors 6a to 6d detect the ultrasonic vibration, the detection signal is input to the vibration detection signal processing circuit 9, and the vibration detection timing signal of each of the vibration sensors 6a to 6d is generated. Are input to the counters 32a to 32d. And the counter 32a
Within 32d, the data of the time count value at the time of input of the vibration detection timing signal is latched by the latch circuit (not shown) as the data of the vibration transmission time.
【0043】そして、振動センサ6a〜6dの全ての振
動検出タイミング信号の受信がなされたことを判定回路
33が判定すると、マイクロコンピュータ31にその旨
の信号を出力する。その信号に応じて、マイクロコンピ
ュータ31は、カウンタ32a〜32dのラッチ回路か
ら各振動センサ6a〜6dまでの振動伝達時間の計時デ
ータを読み取る。そして、この計時データに基づいて後
述の演算を行なってスクリーン8上の入力ペン21の入
力点の座標を算出する。When the determination circuit 33 determines that all the vibration detection timing signals of the vibration sensors 6a to 6d have been received, a signal to that effect is output to the microcomputer 31. In accordance with the signal, the microcomputer 31 reads time measurement data of the vibration transmission time from the latch circuits of the counters 32a to 32d to the respective vibration sensors 6a to 6d. Then, the coordinates of the input point of the input pen 21 on the screen 8 are calculated by performing an operation described later based on the time measurement data.
【0044】なお、上記の振動検出タイミング信号に
は、実際には後述のように振動センサ6a〜6dの振動
検出信号のエンベロープの処理により生成されるタイミ
ング信号と、位相の処理により生成されるタイミング信
号があり、このそれぞれにより2種類の振動伝達時間が
計時され、それぞれに基づいて入力点の座標が算出され
る。The vibration detection timing signal includes a timing signal generated by envelope processing of vibration detection signals of the vibration sensors 6a to 6d and a timing signal generated by phase processing, as described later. There are signals, and the two types of vibration transmission time are measured based on the signals, and the coordinates of the input point are calculated based on each.
【0045】マイクロコンピュータ31は、このように
算出した座標の情報をI/Oポート35を介してホスト
装置4に出力する。ホスト装置4は、入力された座標情
報に応じて画像情報を画像投射装置5に出力し、スクリ
ーン8上の入力ペン21による入力点の位置にドット等
を表示させることができる。あるいはI/Oポート35
と他の外部機器用のインターフェース回路を介して、他
の外部機器に座標情報を出力することができる。The microcomputer 31 outputs information on the coordinates thus calculated to the host device 4 via the I / O port 35. The host device 4 can output image information to the image projection device 5 according to the input coordinate information, and can display a dot or the like at a position of an input point by the input pen 21 on the screen 8. Or I / O port 35
And output the coordinate information to another external device via the interface circuit for the other external device.
【0046】[振動検出信号処理回路9と信号処理の説
明(図4,図5)]次に、振動検出信号処理回路9の構
成と、それによる振動センサ6b〜6dの振動検出信号
の処理について図4のブロック図と図5のタイミングチ
ャート図により説明する。なお、以下では振動センサ6
aのための振動検出信号処理回路9の構成と信号処理に
ついて説明するが、他の振動センサ6b〜6dについて
も全く同様の構成が設けられ、全く同様の信号処理がな
されることは勿論である。[Description of Vibration Detection Signal Processing Circuit 9 and Signal Processing (FIGS. 4 and 5)] Next, the configuration of the vibration detection signal processing circuit 9 and the processing of the vibration detection signals of the vibration sensors 6b to 6d thereby. This will be described with reference to the block diagram of FIG. 4 and the timing chart of FIG. In the following, the vibration sensor 6
The configuration and signal processing of the vibration detection signal processing circuit 9 for “a” will be described. Of course, the same configuration is provided for the other vibration sensors 6b to 6d, and the same signal processing is performed. .
【0047】既に説明したように、入力ペン21による
入力点から振動センサ6aへの超音波の振動伝達時間の
計時は、信号処理回路3から演算制御回路1へのスター
トタイミング信号の出力によりカウンタ32aで開始さ
れる。このとき、入力ペン21内の振動子駆動回路24
から振動子25へ駆動信号11が印加される。図5に示
すように、駆動信号11は短い(例えば1発の)矩形パ
ルスである。駆動信号11を短いパルスとする理由は、
不要反射成分と検出すべき振動との干渉(重畳)による
誤検出を防ぎ、装置全体の小型化を図るためである。As described above, the time for transmitting the ultrasonic vibration from the input point of the input pen 21 to the vibration sensor 6a is measured by the counter 32a by the output of the start timing signal from the signal processing circuit 3 to the arithmetic and control circuit 1. Be started. At this time, the vibrator driving circuit 24 in the input pen 21
The drive signal 11 is applied to the vibrator 25 from. As shown in FIG. 5, the drive signal 11 is a short (for example, one) rectangular pulse. The reason why the drive signal 11 is a short pulse is as follows.
This is to prevent erroneous detection due to interference (superposition) between the unnecessary reflection component and the vibration to be detected, and to reduce the size of the entire apparatus.
【0048】この駆動信号11によって、入力ペン21
の振動子25が駆動され、超音波が空中に放射される。
その超音波振動は入力ペン21の入力点(厳密に云うと
振動子25の位置)から振動センサ6aまでの距離に応
じた振動伝達時間をかけて空中を進行した後に振動セン
サ6aで検出される。The driving signal 11 causes the input pen 21
Is driven, and ultrasonic waves are emitted into the air.
The ultrasonic vibration is detected by the vibration sensor 6a after traveling in the air with a vibration transmission time corresponding to the distance from the input point of the input pen 21 (strictly speaking, the position of the vibrator 25) to the vibration sensor 6a. .
【0049】このときに超音波振動を検出した振動セン
サ6aの振動検出信号を図5中で符号12で示してあ
る。この振動検出信号12が図4に示す振動検出信号処
理回路9の振動センサ6a用の構成に入力され、まず前
置増幅回路401で増幅された後、図5に示す振動検出
信号12の波形のエンベロープ(包絡線)121と位相
122のそれぞれについてエンベロープ検出回路402
以下の信号処理系とバンドパスフィルタ408以下の信
号処理系で別々に処理される。At this time, the vibration detection signal of the vibration sensor 6a that has detected the ultrasonic vibration is indicated by reference numeral 12 in FIG. This vibration detection signal 12 is input to the configuration for the vibration sensor 6a of the vibration detection signal processing circuit 9 shown in FIG. 4, and is first amplified by the preamplifier 401, and then the waveform of the vibration detection signal 12 shown in FIG. Envelope detection circuit 402 for each of envelope (envelope) 121 and phase 122
The signals are separately processed by the following signal processing system and the signal processing system below the bandpass filter 408.
【0050】まず、エンベロープ121については、エ
ンベロープ検出(検波)回路402により振動検出信号
12からその波形のエンベロープ121に対応するエン
ベロープ信号13が検波により取り出される。取り出さ
れたエンベロープ信号13はゲート信号生成回路406
に入力される。ゲート信号生成回路406はエンベロー
プ信号13と所定電圧の参照レベル信号131を比較す
ることでエンベロープ信号13の波形の幅と高さに応じ
たパルス幅のゲート信号132を出力する。First, with respect to the envelope 121, an envelope signal 13 corresponding to the envelope 121 having the waveform is extracted from the vibration detection signal 12 by the envelope detection (detection) circuit 402 by detection. The extracted envelope signal 13 is supplied to a gate signal generation circuit 406.
Is input to The gate signal generation circuit 406 compares the envelope signal 13 with a reference level signal 131 having a predetermined voltage, and outputs a gate signal 132 having a pulse width corresponding to the width and height of the waveform of the envelope signal 13.
【0051】また、エンベロープ信号13はエンベロー
プ1階微分回路403に入力されて1階微分され、1階
微分信号14が生成される。なお、図5において、後述
する信号15,16の波形を簡単に示すため、1階微分
信号14の後半のマイナスの部分はカットして示してあ
る。The envelope signal 13 is input to an envelope first-order differentiating circuit 403, where it is first-order differentiated to generate a first-order differentiated signal 14. In FIG. 5, the negative part of the second half of the first-order differential signal 14 is cut away in order to briefly show the waveforms of signals 15 and 16 described later.
【0052】さらに、1階微分信号14はエンベロープ
4階微分回路404に入力される。エンベロープ4階微
分回路404は入力された1階微分信号14を3階微分
し、4階微分信号16を生成する。Further, the first-order differential signal 14 is input to an envelope fourth-order differential circuit 404. The envelope fourth-order differentiation circuit 404 performs third-order differentiation on the input first-order differentiation signal 14 to generate a fourth-order differentiation signal 16.
【0053】そして、1階微分信号14と4階微分信号
16とゲート信号132が微分信号コンパレータ405
に入力される。このコンパレータ405は、ゲート信号
132が開いている間、すなわちエンベロープ信号13
の電圧レベルが参照レベル信号131以上の間であって
ゲート信号132がローレベルの間で、1階微分信号1
4と4階微分信号16のコンパレートを行ない、1階微
分信号14の電圧が4階微分信号16を上回る間ハイレ
ベルになるパルス信号をエンベロープ121から検出し
た振動検出タイミングを示す振動検出タイミング信号1
7として出力する。The first-order differential signal 14, the fourth-order differential signal 16, and the gate signal 132 are converted into a differential signal comparator 405.
Is input to The comparator 405 operates while the gate signal 132 is open, that is, the envelope signal 13
Is higher than the reference level signal 131 and the gate signal 132 is low level,
A vibration detection timing signal indicating a vibration detection timing in which the fourth and fourth order differential signals 16 are compared, and a pulse signal that becomes high while the voltage of the first order differential signal 14 exceeds the fourth order differential signal 16 is detected from the envelope 121. 1
7 is output.
【0054】この振動検出タイミング信号17が演算制
御回路1に入力される。この信号17において、ゲート
信号132が開いている間で1階微分信号14と4階微
分信号16が最初にクロスした時点に対応する最初の立
ち上がり時点がエンベロープ121による振動検出時点
とされ、この時点でカウンタ32aのカウント値のデー
タがラッチされ、そのカウント値による時間、すなわち
入力ペン21の振動子25の駆動信号11の立ち上がり
時点から検出タイミング信号17の最初の立ち上がり時
点までの時間tgがエンベロープ121についての振動
センサ6aまでの振動伝達時間とされる。The vibration detection timing signal 17 is input to the arithmetic and control circuit 1. In this signal 17, the first rising time point corresponding to the time point when the first-order differential signal 14 and the fourth-order differential signal 16 first cross while the gate signal 132 is open is defined as the vibration detection time by the envelope 121. The data of the count value of the counter 32a is latched, and the time based on the count value, that is, the time tg from the rising point of the drive signal 11 of the vibrator 25 of the input pen 21 to the first rising point of the detection timing signal 17 is the envelope 121. Is the vibration transmission time up to the vibration sensor 6a.
【0055】一方、振動センサ6aの振動検出信号12
の位相122についての処理では、まず振動検出信号1
2が狭帯域のバンドパスフィルタ408によって所定幅
の周波数成分の信号18にされ、さらにスライス回路4
09によって、所定の振幅レベル以下に波形がスライス
(波形のレベル圧縮)される。そして、スライス回路4
09の出力信号が振動検出信号12の位相を示す位相信
号19として位相信号コンパレータ410に入力され
る。On the other hand, the vibration detection signal 12 of the vibration sensor 6a
In the process for the phase 122, the vibration detection signal 1
2 is converted into a signal 18 of a frequency component having a predetermined width by a narrow-band bandpass filter 408,
By 09, the waveform is sliced (waveform level compression) to a predetermined amplitude level or less. And the slice circuit 4
The output signal 09 is input to the phase signal comparator 410 as the phase signal 19 indicating the phase of the vibration detection signal 12.
【0056】また、微分信号コンパレータ405から出
力される振動検出タイミング信号17がゲート信号生成
回路407に入力されて反転され、ゲート信号171が
生成される。このゲート信号171も位相信号コンパレ
ータ410に入力される。Further, the vibration detection timing signal 17 output from the differential signal comparator 405 is input to the gate signal generation circuit 407 and inverted, and the gate signal 171 is generated. This gate signal 171 is also input to the phase signal comparator 410.
【0057】コンパレータ410は、位相信号19とゲ
ート信号171をコンパレートし、ゲート信号171が
開いている間(ローレベルの間)の位相信号19の部分
を取り出し、それを位相122から検出した振動検出タ
イミングを示す振動検出タイミング信号20として出力
する。The comparator 410 compares the phase signal 19 and the gate signal 171, extracts a portion of the phase signal 19 while the gate signal 171 is open (during low level), and detects the portion of the phase signal 19 from the phase 122. It is output as a vibration detection timing signal 20 indicating the detection timing.
【0058】この振動検出タイミング信号20が演算制
御回路1に入力される。この信号20のパルスの内で所
定の順番のパルス、例えばここでは2発目のパルスの立
ち上がり時点が位相122による振動検出時点とされ、
この時点でカウンタ32aのカウント値のデータがラッ
チされ、そのカウント値による時間、すなわち入力ペン
21の振動子25の駆動信号11の立ち上がり時点から
振動検出タイミング信号20の2発目の立ち上がり時点
までの時間tpが位相122についての振動センサ6a
までの振動伝達時間とされる。The vibration detection timing signal 20 is input to the arithmetic and control circuit 1. Among the pulses of the signal 20, a pulse in a predetermined order, for example, the rising point of the second pulse here is set as the vibration detection point by the phase 122,
At this time, the data of the count value of the counter 32a is latched, and the time based on the count value, that is, from the rising point of the drive signal 11 of the vibrator 25 of the input pen 21 to the second rising point of the vibration detection timing signal 20 is obtained. Time tp is the vibration sensor 6a for the phase 122
The vibration transmission time up to
【0059】[入力点と振動センサ間の距離算出の説
明]次に、上記のようにして計時された振動伝達時間t
g,tpに基づいて演算制御回路1で行なわれる入力ペ
ン21の入力点と振動センサ6a〜6dの間の距離の算
出について説明する。なお、以下では、座標入力面上で
入力ペン21のペン先により指示される入力点の位置と
振動子25の位置を実質的に同一と見なして説明する。[Explanation of Calculation of Distance between Input Point and Vibration Sensor] Next, the vibration transmission time t measured as described above is calculated.
The calculation of the distance between the input point of the input pen 21 and the vibration sensors 6a to 6d performed by the arithmetic and control circuit 1 based on g and tp will be described. Hereinafter, the position of the input point indicated by the pen tip of the input pen 21 on the coordinate input surface and the position of the vibrator 25 will be described as being substantially the same.
【0060】本実施形態の装置で用いられている超音波
は、空中を伝わるため、振動センサ6a〜6dの振動検
出信号12の波形のエンベロープ121と位相122の
関係は振動伝達中に、その伝達距離に関わらず一定であ
る。ここでエンベロープ121の進む速度、即ち群速度
をVg、そして位相122の進む速度、即ち位相速度を
Vpとする。この群速度Vg及び位相速度Vpから入力
ペン21の入力点と振動センサ6a間の距離を検出する
ことができる。Since the ultrasonic wave used in the apparatus of this embodiment travels in the air, the relationship between the envelope 121 and the phase 122 of the waveform of the vibration detection signal 12 of the vibration sensors 6a to 6d is determined during the transmission of the vibration. It is constant regardless of the distance. Here, the traveling speed of the envelope 121, that is, the group velocity is Vg, and the traveling speed of the phase 122, that is, the phase velocity is Vp. The distance between the input point of the input pen 21 and the vibration sensor 6a can be detected from the group velocity Vg and the phase velocity Vp.
【0061】まず、エンベロープ121にのみ着目する
と、その速度はVgであり、エンベロープ121の波形
上の特定点の検出時点(本実施形態ではゲート信号13
2が開いている間の1階微分信号14と4階微分信号1
6の最初のクロス時点)までの振動伝達時間を先述した
tgとして、入力ペン21の入力点と振動センサ6aの
間の距離dは、 d=Vg・tg (1) で与えられる。この式は振動センサ6aのみに関するも
のであるが、同じ式により他の3つの振動センサ6b〜
6dと入力点の距離も同様にして表すことができる。First, focusing only on the envelope 121, the speed is Vg, and the detection point of the specific point on the waveform of the envelope 121 (the gate signal 13 in this embodiment).
2 while the first differential signal 14 and the fourth differential signal 1 are open
The distance d between the input point of the input pen 21 and the vibration sensor 6a is given by d = Vg · tg (1), where tg is the vibration transmission time up to the first crossing point of 6). Although this equation relates only to the vibration sensor 6a, the other equations are the same for the other three vibration sensors 6b to 6b.
The distance between 6d and the input point can be similarly expressed.
【0062】更に、より高精度な座標決定をするため
に、先述のように振動検出信号12の位相122から検
出した振動検出タイミングによる振動伝達時間tpに基
づく処理を行なう。この振動伝達時間tpと位相速度V
pから、振動センサ6aと入力点の間の距離dは、 d=n・λp+Vp・tp (2) となる。ここでλpは超音波の波長、nは整数である。
前記(1)式と(2)式から上記の整数nは、以下の(3), (4)
式により求めることができる。Further, in order to determine coordinates with higher accuracy, processing is performed based on the vibration transmission time tp based on the vibration detection timing detected from the phase 122 of the vibration detection signal 12 as described above. The vibration transmission time tp and the phase velocity V
From p, the distance d between the vibration sensor 6a and the input point is as follows: d = n · λp + Vp · tp (2) Here, λp is the wavelength of the ultrasonic wave, and n is an integer.
From the formulas (1) and (2), the above integer n is the following (3), (4)
It can be obtained by an equation.
【0063】 n=int[(Vg・tg−Vp・tp)/λp+1/2] (3) V=Vg=Vpより n=int[V・(tg−tp)/λp+1/2] (4) ここで、エンベロープによる振動伝達時間tgの距離に
対する線形性が良いとは言えず、式(4)において整数化
を実行しているのはこのためである。正確な整数nを求
めるための必要十分条件は次の式(5)から導出される式
(6)に示され、 n*=V・(tg−tp)/λp (5) ΔN=n*−n≦0.5 (6) つまり、発生する誤差量が±1/2波長以内であれば、
エンベロープによる振動伝達時間tgの線形性が良くな
くても、整数nを正確に決定することができる事を示す
ものである。上記のようにして求めたnを(2)式に代入
することで、入力ペン21の入力点と振動センサ6a間
の距離dを精度良く算出することができる。他の振動セ
ンサ6b〜6dのそれぞれと入力点の間の距離も全く同
様にして精度良く算出することができる。N = int [(Vg · tg−Vp · tp) / λp + /] (3) From V = Vg = Vp n = int [V · (tg−tp) / λp + /] (4) Here Therefore, it cannot be said that the linearity of the envelope with the distance of the vibration transmission time tg is good, and the reason why the integer conversion is performed in the equation (4) is as follows. The necessary and sufficient conditions for finding the exact integer n are the equations derived from the following equation (5)
(6), n * = V * (tg−tp) / λp (5) ΔN = n * −n ≦ 0.5 (6) That is, if the error amount generated is within ±± wavelength. If
This indicates that the integer n can be accurately determined even if the linearity of the vibration transmission time tg by the envelope is not good. The distance d between the input point of the input pen 21 and the vibration sensor 6a can be accurately calculated by substituting n obtained as described above into the equation (2). The distance between each of the other vibration sensors 6b to 6d and the input point can be accurately calculated in the same manner.
【0064】[座標算出の説明(図6)]次に、上記の
ように算出した入力点と振動センサ6a〜6dの間の距
離に基づく入力点の座標の算出について図6により説明
する。[Explanation of Coordinate Calculation (FIG. 6)] Next, the calculation of the coordinates of the input point based on the distance between the input point calculated as described above and the vibration sensors 6a to 6d will be described with reference to FIG.
【0065】図6に示すスクリーン8の表面、すなわち
座標入力面において四隅の符号Sa〜Sdの位置に4つ
の振動センサ6a〜6dを設けると、先に説明した振動
検出タイミングによる振動伝達時間に基づいて、演算制
御回路1で入力ペン21の入力点Pから各々の振動セン
サ6a〜6dの位置SaからSdまでの直線距離da〜
ddを算出することができる。When the four vibration sensors 6a to 6d are provided at the four corners Sa to Sd on the surface of the screen 8 shown in FIG. 6, that is, on the coordinate input surface, the vibration transmission time based on the vibration detection timing described above is used. In the arithmetic and control circuit 1, the linear distances da to from the input point P of the input pen 21 to the positions Sa to Sd of the respective vibration sensors 6a to 6d.
dd can be calculated.
【0066】更に演算制御回路1において、直線距離d
a〜ddに基づき、入力点Pの座標(x,y)を3平方
の定理から次の式(7),(8)から求めることができ
る。Further, in the arithmetic and control circuit 1, the linear distance d
Based on a to dd, the coordinates (x, y) of the input point P can be obtained from the following equations (7) and (8) from the square theorem.
【0067】 x=(da+dd)・(da−dd)/2X (7) y=(da+db)・(da−db)/2Y (8) ここでX,Yはそれぞれ振動センサ6a,6d間の距離
と振動センサ6a,6b間の距離である。以上のように
して入力ペン21の入力点の座標をリアルタイムで算出
することができる。X = (da + dd) · (da−dd) / 2X (7) y = (da + db) · (da−db) / 2Y (8) where X and Y are distances between the vibration sensors 6a and 6d, respectively. And the distance between the vibration sensors 6a and 6b. As described above, the coordinates of the input point of the input pen 21 can be calculated in real time.
【0068】なお、上記計算は入力点Pと3つの振動セ
ンサの間の距離情報を用いて可能であるが、本実施形態
では4個の振動センサが設置されているので、残りの1
個の振動センサと入力点P間の距離情報を上記の計算で
算出した座標の確からしさの検証に用いてもよい。Although the above calculation can be performed using the distance information between the input point P and the three vibration sensors, in the present embodiment, since four vibration sensors are provided, the remaining one is used.
The distance information between the vibration sensors and the input point P may be used to verify the certainty of the coordinates calculated by the above calculation.
【0069】また、例えば入力点Pとの距離Lが最も大
きくなった振動センサの距離情報(距離Lが大きくなる
ので振動検出信号レベルが低下しノイズの影響を受ける
確率が大きくなる)を用いず、残りの3個の振動センサ
の距離情報で座標を算出しても良い。Further, for example, the distance information of the vibration sensor having the largest distance L from the input point P is not used (the distance L becomes large, the level of the vibration detection signal decreases, and the probability of being affected by noise increases). Alternatively, the coordinates may be calculated based on the distance information of the remaining three vibration sensors.
【0070】また本実施形態では4個の振動センサを配
置しているが、製品スペックに応じてセンサの個数が設
定されることは言うまでもない。Although four vibration sensors are arranged in this embodiment, it goes without saying that the number of sensors is set according to the product specifications.
【0071】以上のような本実施形態によれば、図5に
示したように振動検出信号12のエンベロープ121に
よる振動検出時点である振動検出タイミング信号17の
最初の立ち上がり時点と、位相122による振動検出時
点である振動検出タイミング信号20の2発目のパルス
の立ち上がり時点は、エンベロープ信号13のピークよ
り前である。すなわち、振動検出信号12のエンベロー
プ121のピークより前の部分は、超音波の反射波の成
分が重畳していないか、重畳していても少ないが、その
ピークより前の部分の処理で振動検出タイミングが得ら
れるので、反射波の影響を排除ないし低減して、振動検
出を高精度に行なえる。したがって振動伝達時間tg,
tpの計時を高精度に行なえ、それに基づく、入力点と
振動センサ間の距離の算出、座標算出を高精度に行なう
ことができる。According to the present embodiment as described above, as shown in FIG. 5, the first rise time of the vibration detection timing signal 17 which is the vibration detection time of the vibration detection signal 12 by the envelope 121, and the vibration by the phase 122 The rising point of the second pulse of the vibration detection timing signal 20, which is the detection point, is before the peak of the envelope signal 13. In other words, in the portion of the vibration detection signal 12 before the peak of the envelope 121, the component of the reflected wave of the ultrasonic wave is not superimposed or is small even if it is superimposed. Since the timing can be obtained, the influence of the reflected wave can be eliminated or reduced, and the vibration can be detected with high accuracy. Therefore, the vibration transmission time tg,
The measurement of tp can be performed with high accuracy, and the calculation of the distance between the input point and the vibration sensor and the calculation of coordinates based on the tp can be performed with high accuracy.
【0072】このような本実施形態の装置の性能を実験
で確認した結果を図7により説明する。図7は、本実施
形態と従来例のそれぞれの装置の構成でエンベロープに
よる振動検出、振動伝達時間tgの計時に基づいて入力
ペンの入力点と振動センサの間の距離Lを測定(算出)
した結果の距離Lと測定誤差ΔLの関係を示している。The result of confirming the performance of the apparatus of this embodiment by experiments will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows the configuration of each of the apparatus of the present embodiment and the conventional example, which detects (calculates) the distance L between the input point of the input pen and the vibration sensor based on the detection of vibration by the envelope and the measurement of the vibration transmission time tg.
The result shows the relationship between the distance L and the measurement error ΔL.
【0073】なお従来例では、図4の振動検出信号処理
回路の構成において、エンベロープ1階微分回路403
とエンベロープ4階微分回路404の代わりに、エンベ
ロープ121の変曲点を検出する変曲点検出回路(2階
微分回路)を用い、その出力信号(図5中に符号15で
示してある)においてゲート信号132が開いている間
の最初のゼロクロス点の時点を振動検出時点としてい
る。In the conventional example, in the configuration of the vibration detection signal processing circuit of FIG.
And an inflection point detection circuit (a second-order differentiation circuit) for detecting an inflection point of the envelope 121 in place of the envelope fourth-order differentiation circuit 404, and the output signal (indicated by reference numeral 15 in FIG. 5) is used. The time point of the first zero-cross point while the gate signal 132 is open is defined as the vibration detection time point.
【0074】図7からわかるように、本実施形態では、
従来例に比べて、概ね距離Lの全般において測定誤差Δ
Lが極めて小さく、良好な線形性が得られる。この良好
な線形性は、前述した(6)式のΔNのマージンが大き
くなることを示すものである。したがって、本実施形態
によれば入力点の座標を高精度に算出することができ
る。As can be seen from FIG. 7, in the present embodiment,
As compared with the conventional example, the measurement error Δ
L is extremely small, and good linearity is obtained. This good linearity indicates that the margin of ΔN in the above equation (6) becomes large. Therefore, according to the present embodiment, the coordinates of the input point can be calculated with high accuracy.
【0075】なお、図7に示す本実施形態の測定結果に
おいて、距離Lが100mmより小さい部分、すなわち入
力点が振動センサに近接した場合に非線形な部分が認め
られるが、この現象は入力点が振動センサに近接した場
合に振動センサの振動検出信号の波形が変形することか
ら生じている。この現象に対しては、入力点が4つの振
動センサ6a〜6dの内の1つのセンサに近接している
場合は、そのセンサは使用せずに他のセンサの振動検出
信号に基づいて座標を算出するなどして対応することが
できる。In the measurement results of the present embodiment shown in FIG. 7, a portion where the distance L is smaller than 100 mm, that is, a non-linear portion is recognized when the input point is close to the vibration sensor. This is caused by the waveform of the vibration detection signal of the vibration sensor being deformed when approaching the vibration sensor. In response to this phenomenon, when the input point is close to one of the four vibration sensors 6a to 6d, the coordinates are determined based on the vibration detection signals of the other sensors without using that sensor. This can be dealt with by calculating.
【0076】なお、以上説明した実施形態において、図
5のゲート信号171が開いている間の位相信号19の
部分としての振動検出タイミング信号20において一例
として2発目のパルスの立ち上がり時点を位相122に
よる振動検出時点としたが、同パルスの立ち下がり時
点、或いは他の順番のパルスの立ち上がり時点ないし立
下り時点を振動検出時点としてもよい。どの時点を振動
検出時点とするかは座標検出のサンプリングレート等の
装置のスペックに応じて決定する。In the embodiment described above, for example, in the vibration detection timing signal 20 as a part of the phase signal 19 while the gate signal 171 in FIG. However, the falling point of the same pulse, or the rising or falling point of the pulse in another order may be set as the vibration detecting point. Which time point is the vibration detection time point is determined according to the specifications of the apparatus such as the sampling rate of coordinate detection.
【0077】また、エンベロープの1階微分信号14を
エンベロープ4階微分回路404で3階微分してエンベ
ロープの4階微分信号16を生成するものとしたが、4
階以上微分してエンベロープの5階以上の微分信号を生
成するものとしてもよい。ただし、階数を大きくすると
回路のノイズマージンが減少すると同時に回路における
信号の遅延等も問題になるので、反射波の影響を考慮し
て適宜決定する。The first-order differential signal 14 of the envelope is third-order differentiated by the fourth-order envelope differential circuit 404 to generate the fourth-order differential signal 16 of the envelope.
Differentiation of the envelope may be performed to generate differential signals of the fifth or higher order. However, if the floor number is increased, the noise margin of the circuit is reduced, and at the same time the signal delay in the circuit becomes a problem.
【0078】また、エンベロープ1階微分回路403を
2階微分を行なう2階微分回路に置き換えても良く、さ
らにエンベロープ4階微分回路404を3階より少ない
階数の微分を行なう微分回路に置き換えてもよい。Further, the envelope first-order differentiating circuit 403 may be replaced with a second-order differentiating circuit that performs a second-order differentiation, and the envelope fourth-order differentiating circuit 404 may be replaced with a differentiating circuit that performs a differentiation of a smaller order than the third order. Good.
【0079】以上では、空中超音波方式の座標入力装置
の実施形態を説明したが、他の超音波方式である振動伝
達板方式の装置にも本発明に係る構成を適用できること
は勿論である。In the above, the embodiment of the coordinate input device of the aerial ultrasonic system has been described. However, it is needless to say that the configuration according to the present invention can be applied to a device of a vibration transmission plate type which is another ultrasonic system.
【0080】[0080]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、超音波方式の座標入力装置において、振動検
出手段が出力する振動検出信号のエンベロープのピーク
より前の部分の処理で振動検出タイミングが得られるの
で、座標の入力点から振動検出手段までの超音波の直接
波と反射波の伝達経路差を大きく確保できなくても、反
射波の影響を排除ないし低減でき、超音波振動の検出信
号のレベル変動の影響を受けず、安定した座標算出精度
が得られ、設計の自由度も得られるという優れた効果が
得られる。As is apparent from the above description, according to the present invention, in the coordinate input device of the ultrasonic system, the vibration is detected by the processing before the peak of the envelope of the vibration detection signal output by the vibration detecting means. Since the detection timing can be obtained, even if it is not possible to secure a large transmission path difference between the direct wave of the ultrasonic wave and the reflected wave from the coordinate input point to the vibration detecting means, the influence of the reflected wave can be eliminated or reduced, and the ultrasonic vibration can be eliminated. , Which is not affected by the fluctuation of the level of the detection signal, a stable coordinate calculation accuracy can be obtained, and the degree of freedom in design can be obtained.
【図1】本発明の実施形態における座標入力装置の全体
の構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of a coordinate input device according to an embodiment of the present invention.
【図2】同装置の入力ペンと振動センサの構成と超音波
の伝達の様子などを示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of an input pen and a vibration sensor of the apparatus, a state of transmission of ultrasonic waves, and the like.
【図3】同装置の演算制御回路の構成を示すブロック図
である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an arithmetic control circuit of the device.
【図4】同装置の振動検出信号処理回路の構成を示すブ
ロックである。FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of a vibration detection signal processing circuit of the device.
【図5】振動検出信号処理回路の信号処理に関わる各信
号の波形とタイミングを示すタイミングチャート図であ
る。FIG. 5 is a timing chart showing waveforms and timings of signals related to signal processing of a vibration detection signal processing circuit.
【図6】入力点の座標の算出方法を説明するための説明
図である。FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a method of calculating coordinates of an input point.
【図7】実施形態と従来例の構成で実験した結果の入力
点と振動センサ間の距離と測定誤差の関係を示すグラフ
図である。FIG. 7 is a graph showing a relationship between a distance between an input point and a vibration sensor and a measurement error as a result of an experiment performed with the configuration of the embodiment and a conventional example.
1 演算制御回路 2 光送受信回路 3 信号処理回路 4 ホスト装置 5 画像投射装置 6a〜6d 振動センサ 9 振動検出信号処理回路 11 振動子の駆動信号 12 振動検出信号 13 エンベロープ信号 14 1階微分信号 16 4階微分信号 17 エンベロープによる振動検出タイミング信号 19 位相信号 20 位相による振動検出タイミング信号 21 入力ペン 25 振動子 31 マイクロコンピュータ 32a〜32d カウンタ 131 参照レベル信号 132,171 ゲート信号 402 エンベロープ検出回路 403 エンベロープ1階微分回路 404 エンベロープ4階微分回路 405 微分信号コンパレータ 406,407 ゲート信号生成回路 408 バンドパスフィルタ 409 スライス回路 410 位相信号コンパレータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Arithmetic control circuit 2 Optical transmission / reception circuit 3 Signal processing circuit 4 Host device 5 Image projection device 6a-6d Vibration sensor 9 Vibration detection signal processing circuit 11 Vibrator drive signal 12 Vibration detection signal 13 Envelope signal 14 First order differential signal 16 4 First derivative signal 17 Vibration detection timing signal by envelope 19 Phase signal 20 Vibration detection timing signal by phase 21 Input pen 25 Vibrator 31 Microcomputer 32a to 32d Counter 131 Reference level signal 132,171 Gate signal 402 Envelope detection circuit 403 Envelope first floor Differentiating circuit 404 Envelope fourth-order differentiating circuit 405 Differentiated signal comparator 406, 407 Gate signal generating circuit 408 Bandpass filter 409 Slicing circuit 410 Phase signal comparator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉村 雄一郎 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 5B068 AA04 BB21 BC03 BD02 BD09 BD11 BE06 CC11 5B087 AA10 BC03 BC26 BC31 CC01 CC05 CC26 CC47 DD11 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yuichiro Yoshimura 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo F-term in Canon Inc. (reference) 5B068 AA04 BB21 BC03 BD02 BD09 BD11 BE06 CC11 5B087 AA10 BC03 BC26 BC31 CC01 CC05 CC26 CC47 DD11
Claims (4)
手段により座標入力面上の入力点が指示されたときに前
記超音波発生手段から発せられた超音波の振動を前記座
標入力面の周辺部に設けられた複数の振動検出手段によ
り検出し、その振動検出タイミングに基づいて前記入力
点の座標を算出する座標入力装置において、 前記振動検出手段が出力する振動検出信号から該信号の
エンベロープに対応するエンベロープ信号を取り出すエ
ンベロープ検出回路と、 前記エンベロープ信号を微分する第1の微分回路と、 該第1の微分回路が出力する第1の微分信号をさらに微
分して第2の微分信号を出力する第2の微分回路と、 前記エンベロープ信号の電圧が所定の参照レベル以上の
間で前記第1と第2の微分信号を比較して、前記振動検
出信号のエンベロープによる振動検出タイミングを示す
第1のタイミング信号を生成する第1のコンパレータ
と、 前記振動検出信号から該信号の位相を示す位相信号を生
成する位相信号生成回路と、 前記第1のタイミング信号を反転して生成されたゲート
信号と前記位相信号を比較して、前記振動検出信号の位
相による振動検出タイミングを示す第2のタイミング信
号を生成する第2のコンパレータを有し、 前記第1と第2のタイミング信号により示される振動検
出タイミングのそれぞれに基づいて前記入力点の座標を
算出することを特徴とする座標入力装置。1. A vibration of an ultrasonic wave emitted from an ultrasonic wave generating means when an input point on a coordinate input surface is specified by a coordinate input point specifying means having an ultrasonic wave generating means. In a coordinate input device for detecting by a plurality of vibration detecting means provided in a peripheral portion and calculating coordinates of the input point based on the vibration detection timing, an envelope of the signal is obtained from a vibration detection signal output by the vibration detecting means. An envelope detection circuit for extracting an envelope signal corresponding to the following; a first differentiation circuit for differentiating the envelope signal; a first differentiation signal output from the first differentiation circuit, and a second differentiation signal A second differentiating circuit that outputs the first and second differential signals while the voltage of the envelope signal is equal to or higher than a predetermined reference level; A first comparator that generates a first timing signal indicating a vibration detection timing by an envelope, a phase signal generation circuit that generates a phase signal indicating a phase of the signal from the vibration detection signal, A second comparator that compares a gate signal generated by inversion with the phase signal and generates a second timing signal indicating a vibration detection timing based on a phase of the vibration detection signal; 2. A coordinate input device for calculating coordinates of the input point based on each of the vibration detection timings indicated by the timing signal of No. 2.
プ信号を4階以上微分した微分信号を出力することを特
徴とする請求項1に記載の座標入力装置。2. The coordinate input device according to claim 1, wherein the second differentiating circuit outputs a differentiated signal obtained by differentiating the envelope signal by four or more orders.
初の立ち上がり時点を前記振動検出信号のエンベロープ
による振動検出時点とすることを特徴とする請求項1ま
たは2に記載の座標入力装置。3. The coordinate input device according to claim 1, wherein a first rising point of the pulse of the first timing signal is set as a vibration detection time by an envelope of the vibration detection signal.
の順番のパルスの立ち上がり時点または立下り時点を前
記振動検出信号の位相による振動検出時点とすることを
特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の
座標入力装置。4. A vibration detecting time according to a phase of the vibration detecting signal, wherein a rising time or a falling time of a pulse in a predetermined order in the second timing signal is set as a vibration detecting time. 2. The coordinate input device according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001139433A JP2002333950A (en) | 2001-05-10 | 2001-05-10 | Coordinate inputting device |
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Publications (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007004614A (en) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Sharp Corp | Coordinate input pen and coordinate input device provided with the same |
-
2001
- 2001-05-10 JP JP2001139433A patent/JP2002333950A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
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US7643016B2 (en) | 2005-06-24 | 2010-01-05 | Sharp Kabushiki Kaisha | Coordinate input pen and coordinate input apparatus having the same |
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