JPH02125322A - 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、特に振動ペンから発生された振
動を振動伝達板に設けられた振動センサにより検出して
前記信号ペンの指示座標を検出する座標入力装置に関す
るものである。

［従来の技術］ 通常のこの種の装置においては、振動ペンから発生した
振動が振動伝達板の所定位置に設けられた各振動センサ
に到達するまでに要する時間を計測し、その計時値でも
って振動ペンと各振動センサとの距離、ひいては振動ペ
ンによる指示座標を算出していた。

ところで、振動センサに振動が到達したことを示すため
には、その振動センサから発生した振動電気信号（実際
には増幅された後の信号）から、振動センサに振動が到
達したことを示すタイミング信号を生成する必要がある
。そして、主演算部は各振動センサの振動検出に基づく
このタイミング信号を受信することで、到達するまでの
計時を完了させ、座標位置の算出を処理している。

ここで、タイミング信号をどのようにして生成するかが
問題となるが、従来では、振動の群速度に対応した伝播
遅延時間のみ、或いは群速度と位相速度に対応した伝播
遅延時間を計測することで行っていた。いずれにせよ、
群速度に対応する伝播遅延時間を正確に計測するには、
振動波形（振動センサから出力される信号の波形）のエ
ンベロープを生成し、そのエンベロープのピーク位置に
対応して先に説明したタイミング信号を生成している。

そして、このピーク位置に対する信号を生成するのに、
そのエンベロープを微分し、そのゼロクロス点（ピーク
位置ではその傾きがゼロ）を求めることでタイミング信
号を生成している。

［発明が解決しようとしている課題］ ここで問題となるのが、微分回路での増幅作用があるの
で、微分回路に入力される信号のレベルの範囲が狭くな
るということである。

ここで、具体的例な説明する。通常、回路内の信号の最
大振幅（ダイナミックレンジ）は、その回路の電源電圧
等により上限がある。そこで、例えば第７図に示す様に
、最大振幅±Ｖの回路を考えてみる。この場合、増幅後
がその許容レンジ内の信号７０を出力する場合には問題
がないが、そのレンジを越えて増幅してしまうと、信号
７１の様に頭打ちになる。

換言すれば、今、最大振幅が±ＩＯＶ、増幅率が１０倍
の回路を考えてみた場合、入力される信号は±ＩＶ以下
にしなければならなくなる。

この様に、微分回路に入力される信号を注目してみた場
合には、そん入力信号のレベル範囲は狭くならざるをえ
ず、この微分回路の増幅作用を考慮に入れて、それまで
に通過する回路設計を行う必要がある。

本発明はかかる課題に鑑みなされたものであり、微分回
路へ入力される許容レベル範囲を実質的に考慮する必要
をなくし、回路設計が容易な座標入力装置を提供しよう
とするものである。

［課題を解決するための手段］及び［作用］この課題を
解決するために本発明は以下に示す構成を備える。

すなわち、 振動ペンから発生し、振動伝達板を伝播してきた振動を
複数の振動センサで検出し、検出されて得られた夫々の
振動信号のエンベロープを１回以上微分した波形のゼロ
クロスタイミングで前記複数の振動センサへの振動到達
時間を計測し、前記振動ペンの前記振動伝達板上の座標
位置を検出する座標入力装置であって、前記振動信号の
エンベロープを１回以上微分する微分回路の微分可能周
波数域で、微分出力の増幅率が実質的にゼロの周波数を
前記エンベロープの波形の周波数に一致させたことを特
徴とする。

［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。

く装置構成の説明（第１図）〉 第１図は本実施例における座標入力装置の構造を示して
いる。

図中、１は装置全体を制御すると共に、座標位置を算出
する演算制御回路である。２は振動子駆動回路であって
、振動ペン３内のペン先を振動させるものである。８は
アクリルやガラス板等、透明部材からなる振動伝達板で
あり、振動ペン３による座標入力はこの振動伝達板８上
をタッチさせることで行う、また、振動伝達板８の三隅
には図示の如く振動センサ６ａ〜６Ｇが設けられている
と共に、その周辺部には反射した振動が中央部に戻るの
を防止する反射防止材７が設けられている。尚、これら
振動センサ６ａ〜６Ｃは圧電素子等、機械的振動を電気
信号に変換する素子から構成されている。

９は各振動センサ６ａ〜６Ｃで振動を検出した旨の信号
を演算制御回路１に出力する信号波形検出回路であるが
、その詳細も後述する。１１はＣＲＴ（或いは液晶表示
器）等のドツト単位の表示が可能なデイスプレィであり
、振動伝達板８の背後に配置している。そして、デイス
プレィ駆動回路１０の駆動により振動ペン３によりなぞ
られた位置にドツトを表示し、それを振動伝達板８（透
明部材よるなるので）より見ることが可能になっている
。すなわち、検出された振動ペン３の座標に対応したデ
イスプレィ１１上の位置にドツト表示が行われ、振動ペ
ン３により入力された点、線などの要素により構成され
る画像はあたかも紙に書き込みを行ったように振動ペン
の軌跡の後に現れる。

また、このような構成によればデイスプレィｌｌにはそ
のメニュー表示を行ない、振動ペン３によりその項目を
選択させたり、プロンプトを表示させて所定の位置に振
動ペン３を接触させるなどの入力方式を用いることもで
きる。

く演算制御回路の説明（第２図）〉 上述した構成において、演算制御回路１は所定周期毎（
例えばＳｍｓ毎）に振動子駆動回路２に振動ペン３内の
振動子４を駆動させる信号を出力すると共に、その内部
のタイマ（カウンタで構成されている）による計時を開
始させる。そして、振動ペン３より発生した振動は振動
センサ６ａ〜６ｃまでの距離に応じて遅延して、到達す
る。振動波形検出回路９は各振動センサ６ａ〜６ｃから
の信号を検出して、後述する波形検出処理により各振動
センサへの振動到達タイミングを示す信号を生成するが
、演算制御回路ｌは各センサ毎のこの信号を入力し、各
々の振動センサ６ａ〜６ｃまでの振動到達時間の検出、
そして振動ペンの座標位置を算出する。

そして、演算制御回路ｌはこの算出された振動ペン３の
座標位置情報を基に、デイスプレィ駆動回路１０を駆動
して、デイスプレィ１１による表示動作を制御する。

第２図に実施例における演算制御回路ｌの内部構成を示
し、各構成要素及びその動作概要を以下に説明する。

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、内部カウンタ、
動作手順を記憶したＲＯＭ、そしてワークエリアに使用
するＲＡＭ等を内蔵している。３３は不図示の基準クロ
ックを計時するタイマ（カウンタより構成されている）
であって、振動子駆動回路２に振動ペン３内の振動子４
を駆動を開始させるためのスタート信号を出力すること
で、その計時を開始する。すなわち、・これによって、
計時開始と振動発生の時期の同期が取られることになる
。

その地合構成要素となる回路は順を追って説明する。

信号波形検出回路９を介して得られた各振動センサ６ａ
〜６ｃの振動到達のタイミング信号は検出信号入力ボー
ト３５を介して、ラッチ回路３４８〜３４ｃに入力され
る。ラッチ回路３４ａ〜３４ｃは振動センサ６ａ〜６ｃ
に対応しており、各々は対応する振動センサの信号であ
るタイミング信号を受信すると、その時点でのタイマ３
３の計時値をラッチする。そして、全ての検出信号の受
信がなされたことを判定回路３６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。マイク
ロコンピュータ３１が判定回路３６からこの信号を受信
したときには、ラッチ回路３４８〜３４ｃから各々の振
動センサまでの振動到達時間を読み取り、所定の計算を
経て、振動ペン３による振動伝達板８上の座標位置を算
出する。

そして、Ｉ１０ボート３７を介してデイスプレィ駆動回
路１０に算出した座標位置情報を出力することにより、
例えばデイスプレィの対応する位置にドツト等を表示す
る。

尚、振動ベン３による座標入力位置の算出であるが、個
々の振動センサまでの振動到達時間から振動ペン３とそ
れら振動センサ間の距離を算出し、そして三平方の定理
を用いれば容易に算出できるのでその詳細は割愛する。

く振動伝播時間検出の説明（第３図、第４図）〉第３図
は実施例における信号波形検出回路９の一部構成を示す
図であり、第４図はその信号波形検出回路９に入力され
る検出波形と、それに基づく振動伝達時間の計測処理を
説明するためタイミングチャートである。

以下、振動センサ６ａまでの振動到達時間の計測の原理
をこれらの図を基にして説明するが、その他の振動セン
サ６ｂ、６ｃについても全く同じである。

先ず、演算制御回路１内のマイクロコンピュータ３１の
指示により、振動子駆動回路２から振動子４へは信号１
１が印加される。この信号によって、振動ペン３から振
動伝達板８に伝達された超音波振動は、振動センサ６ａ
までの距離に応じた時間をかけて進行した後、検出され
る。

振動センサ６ａがこの振動波を検出すると対応する電気
信号が得られる。そして信号波形検出回路９内の前置増
幅回路６ｏでもって増幅して示したのが、図示の信号１
２である。

尚、原理的には、この振動波形１２が検出されるまでの
経過時間を計時することで、入力ペンｌのペン先から発
生した振動波の振動センサ３ａに到達するまでの時間を
検出することが可能となるが、振動波形信号１２のどの
時点を検出時点とするかが問題となる。例えば、図示の
波形の振幅の最大のときとすると、弾性波の群速度と位
相速度が異なることもあって、最大１／２波長分ずれて
しまうことになり、その分の誤差は覚悟しなければなら
ない。

そこで、実施例では振動波形信号Ｉ２の包路線（エンベ
ロープ：図示の破線部分）を得、そのピーク位置でもっ
て検出するようにした。ピーク位置を検出するには、そ
のピーク位置での波形の傾きは“０”であることを利用
し、微分して“０”レベルとなった位置を検出すれば良
い。

具体的には、エンベロープ検出回路６１　（その構成自
体は公知であるので説明は省略する）でもって、振動波
形信号１２からエンベロープ信号１３を得る。

そして、得られたエンベロープ信号１３のピーク位置を
検出するため、次の微分回路６２はその波形を微分し、
微分波形信号１４を得る。

信号検出回路６３はＯレベルの閾値な持つコンパレータ
等から構成されたゼロクロス検出回路からなり、微分波
形信号のゼロクロス点におけるタイミング信号１５を生
成し、演算制御回路１に出力する。尚、このタイミング
信号１５は演算制御回路１内のラッチ回路のラッチタイ
ミングに用いられることは言うまでもない。

〈微分回路の説明（第５図、第６図）〉上述した実施例
における微分回路６２の詳細を第５図及び第６図を参照
して説明する。

実施例においては、図示の如くオペアンプとコンデンサ
ＣＩ、Ｃ２、そして抵抗Ｒ１，Ｒ２より構成されている
。そして、その微分回路６２のＣＲ段設定あるが、その
微分回路の増幅作用が“Ｏ［ｄＢ］“となる周波数をエ
ンベロープ信号１３の信号そのものの周波数に一致させ
た。

これによって、少なくとも、入力エンベローブ信号を微
分して出力するとき、その波形を歪ませないで出力する
ようとするものである。

具体的には、入力したエンベロープ信号の周波数（測定
環境によらず略一定であると考えて良い）を実際に計測
し、その周波数に微分回路６２の微分周波数ｆｃ（・ｌ
／（２πＣＩＲ２））を一致させるべく、コンデンサＣ
Ｉ、抵抗値Ｒ２を設定する。

尚、ｆＨは、 ｈ＝１／（２１Ｃ＋　Ｒ１）＝１／（２πＣ２Ｒ２）で
表わされる限界周波数（これ以上の周波数の信号に対し
ては、その微分波形が歪んでしまう）である。従って、
このｆｏはｆｃより高くするため、そのｆ□を構成する
Ｃ１．Ｒ１，ＣＩＲ＊を設定する。

因に、ｆ、をｆｃの１０倍にするときには、Ｃｒ　＝ｌ
ＯＣｚ　、Ｒａ　＝１ＯＲ＋を満足させながら、ｆＣを
設定すれば良い。

以上、説明した様に本実施例によれば、微分回路の微分
作用のゲインを“ＯｄＢ”にするので、微分後の信号の
レベルは、微分回路以前で決定することが可能となる。

換言すれば、入力レベルの範囲はエンベロープ検出回路
６１までに設定すれば良く、微分回路６２の増幅を考慮
することがなくなり、容易に設定でき、且つ、回路を簡
略化することが可能となる。

尚、実施例では各回路の最大信号レベル（振幅）が等し
い場合を説明したが、微分回路によるＧ［ｄＢ］の増幅
が、自身でもって許容できる場合には、エンベロープ信
号の周波数に微分回路でのＧ［ｄＢ］の増幅作用が得ら
れる周波数を一致させればよい。

［発明の効果］ 以上、説明した様に本発明によれば、微分回路へ入力さ
れる許容レベル範囲を実質的に考慮する必要をなくし、
回路設計が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例における座標入力装置のブロック構成
図、 第２図は実施例における演算制御回路の具体的−例を示
す図、 第３図は実施例における信号波形検出回路の−部を示す
図、 第４図は実施例における信号波形検出回路の動作を説明
するための図、 第５図は実施例における微分回路の具体的−例を示す図
、 第６図は実施例の微分回路の特性を説明するための図、 第７図は増幅作用を説明するための図である。 図中、ｌ・・・演算制御回路、２・・・振動子駆動回路
、３・・・振動ペン、６ａ〜６Ｃ・・・振動センサ、７
・・・反射防止材、８・・・振動伝達板、９・・・信号
波形検出回路、１０・・・デイスプレィ駆動回路、１１
・・・デイスプレィ、３１・・・マイクロコンピュータ
、４３・・・タイマ、３４ａ〜３４ｃ・・・ラッチ回路
、３５・・・検出信゛号入力ボート、３６・・・判定回
路、３７・・・Ｉ１０ボート、６０・・・前置増幅回路
、・・・エンベロープ検出回路、 ６２・・・微分回路、 ３・・・信号検出回路である。 特 許 出 願 人 キャノン株式会社 第５図 ｆｃ＝　！／！Ｘ’Ｃ，Ｒ２ ｆ＋　＝’ｈ　７ｃｃ、Ｒ＋　＝ン：２　ＩＣＣ２Ｒ；
第６図 ［Ｈ４Ｆ 胞＝　−Ｃ＋　Ｒ２（ｄＶｉ／６１　）（Ｃ，キＣ２ Ｒ直Ｒ２＞

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 振動ペンから発生し、振動伝達板を伝播してきた振動を
   複数の振動センサで検出し、検出されて得られた夫々の
   振動信号のエンベロープを１回以上微分した波形のゼロ
   クロスタイミングで前記複数の振動センサへの振動到達
   時間を計測し、前記振動ペンの前記振動伝達板上の座標
   位置を検出する座標入力装置であつて、 前記振動信号のエンベロープを１回以上微分する微分回
   路の微分可能周波数域で、微分出力の増幅率が実質的に
   ゼロの周波数を前記エンベロープの波形の周波数に一致
   させたことを特徴とする座標入力装置。