[0001]【発明の属する技術分野】本発明は、入力ペンによって座標を入力する座標入力装置に関するものである。[0002]【従来の技術】従来、例えば、特公平5ー60615号に開示されている座標入力装置は、図11に示すような、入力ペン3に内蔵される振動子4を振動子駆動回路2から入力される駆動信号によって発生する超音波等の振動を利用して、入力ペン3の接触子5が指示する位置から振動伝達板の端点に備えつけられる圧電センサ間の距離Lを算出する。具体的には、座標入力面となる振動伝達板8に、座標入力ペン3から振動を入力し、振動伝達板8に取り付けられた複数の圧電センサでこの振動を検出して、振動が各センサまで到達する時間を信号波形検出回路9で計測し、その計測結果に基づいて、演算制御回路1により振動が入力された座標位置の算出を行っていた。入力ペン3で指示した位置座標を、例えば、入力した文字や図形をパーソナルコンピュータ等の情報処理装置に出力することが可能であった。[0003]【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来の座標入力装置は以下のような問題点があった。入力ペンから振動伝達板に入力する振動を、振動伝達板を介して伝播する振動を振動伝達板に取り付けられた複数の圧電センサ(振動検出素子)で検出する構成であるために、圧電センサの厚み分、装置自体が厚くなり、例えば、持ち運びし易い携帯型の装置として使用するための可搬性に乏しいという問題点があった。device.【0004】また、座標の位置の算出原理としては、入力ペンが指示する入力点と各圧電センサ間の距離を各々求め、その距離情報より入力ペンが指示する位置を出力しているので、精度良く座標を算出するためには、各々の圧電センサの絶対位置を精度良く位置決めして圧電センサを固定する必要があった。そのため、圧電センサの位置を厳密に管理する必要があり、装置を大量に生産する際の量産性を低下させ、それに伴い低コストで製造することができないという問題点があった。accordingly.【0005】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、可搬性に優れかつ低コストで製造可能な座標入力装置を提供することを目的としている。[0006]【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するための本発明による座標入力装置は、以下の構成を備える。配される電極位置で電気信号として検出する検出手段とを備える。first算出手段で算出される各時間に基づいて、前記入力ペンが接触する位置を算出する第2算出手段と、前記第2算出手段で算出される位置を出力する出力手段と更に備える。means.【0008】また、好ましくは、前記入力ペンは、グランドに接地されている。網目上の電極を有する。網目上にすることで、電圧が印加される位置を特定することができるからである。対向する位置に少なくとも該座標入力領域と同じ大きさの電極を有する。region.【0009】また、好ましくは、前記第2の面の電極は、グランドに接地されている。好ましくは、前記振動伝達板は、圧電性セラミックスからなる振動伝達板である。ceramics.【0010】また、好ましくは、前記振動伝達板は、少なくともPZT、ZnO、PLZT、PVDFのいずれかを含む。[0011]【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。図1を用いて本実施の形態における座標入力装置の装置全体の構成について説明する。図1は本実施の形態の座標入力装置の構成を示すブロック図である。制御すると共に座標を算出するために演算制御回路である。2は駆動回路であり、振動伝達板8に振動を発生させるための駆動信号を生成する。3は入力ペンであり、その先端が導電性の接触子5で構成され、入力ペン3を後述する振動伝達板8に接触させることで、振動伝達板8の板厚方向に電圧を付加し、その結果圧電性を有する振動伝達板8より振動が発生する。座標の入力は、図の破線で囲まれる領域A(以下、有効エリアと呼ぶ)内を入力ペン3で指定することで行う。the.【0013】8は振動伝達板であり、本実施の形態では、例えば、PZT(チタン・ジルコン酸鉛)からなる圧電性セラミックスで構成されている。振動伝達板8は所定の厚さを持っており、その上面(座標入力面)の4隅に機械的振動を電気信号に変換する振動検出用電極6a〜6dが構成されている。その具体的構成については、図2〜図5を用いて後述する。振動伝達板8の外周には、反射した振動が中央部に戻るのを防止(減少)させるための防振材7が設けられている。portion.【0014】次に図1を用いて、本実施の形態の座標入力装置で実行される処理について説明する。9に入力された電気的信号は、後述する波形信号処理により各振動検出用電極6a〜6dへの振動到達タイミングを示す信号を演算制御回路1に出力する。演算制御回路1は、入力された信号に基づいて各振動検出用電極6a〜6dまでの振動到達時間の検出、入力ペン3と各振動検出用電極6a〜6d間の距離を算出し、後述する方法により座標を算出する。later.【0015】また、演算制御回路1は、シリアル、パラレル通信等によって外部機器(不図示)に対し、この算出された座標値を出力することもできる。each)として供給すると共に、その内部タイマ(カウンタで構成されている)による計時を開始させる。駆動回路2aによって所定のゲインで増幅された後、接触子5に印加される。電気的な駆動信号は、接触子5が振動伝達板8の有効エリアA内を接触することで、機械的な超音波振動に変換される。入力ペン3の接触により発生した振動は、振動検出用電極6a〜6dまでの各々の距離に応じ遅延して到達する。Wave)となって振動伝達板8を伝播するように選択される。振動伝達板8を伝播する弾性波は板波であり、表面波などに比べて振動伝達板の表面の傷、障害物等の影響を受けにくいという利点を有する。目的、用途によってはこれに限定されるものではなく、他の振動モードを利用しても良いことは言うまでもない。mode.【0017】次に本実施の形態の振動伝達板8の上面に固定される振動検出用電極6a〜6dの複数の構成について図2〜図5を用いて説明する。8,(b)は矢印A1方向からの矢視図である。図2の(a)の座標入力可能な有効エリアA内において、振動伝達板8の下面には一様に電極が配されておりグランドに接地されている。electrode,振動伝達板8の板厚方向に振動伝達板8を駆動させるための駆動信号としての電圧が駆動回路2aから供給され、その接触位置で振動伝達板8は振動を開始する。その発生した振動は、あたかも水面に石を投下した時に発生する波紋の様に振動伝達板8を伝播することになる。water.【0018】振動伝達板8を伝播した振動は、やがて振動伝達板8の4隅に到達する。振動伝達板8の4隅に設けられた振動検出用電極6a〜6dは、対向する面に各々グランドに接地される電極が固定されている。振動伝達板8に配される電極の形成は、予め圧電体を板厚方向に分極するために形成した電極(振動伝達板8の上下面一様に形成される電極)をエッチング等により図に示されるような形状に形成したり、あるいは印刷等により図に示すような形状に形成してから、それを分極用の電極として圧電体を分極して振動伝達板8を製作しても良い。電極の構成は、図2にしめされるようなものに限定されるものではない。3に示すように、下面を一様に、上面(座標入力面)の電極のみをエッチング等により形成してもよい。8の構成を示す外観斜視図であり、(b)は矢印B方向からの矢視図である。図3に示されるように、下面全体を電極とすることで、電気的なノイズに対してその影響を除去することが可能となる。2,上下面の電極の位置決め等が不用となり、比較的安価に製造することもできる。振動検出用電極6の位置は振動伝達板8の隅に限定されるものでなく、振動伝達板8毎に適宜設定されるものであり、その個数も4個に限定されるものでなく、少なくとも2個以上の振動検出用電極を固定する構成にしても良い。図4に示されるような電極配置にしても良い。8の構成を示す外観斜視図であり、(b)は矢印C方向からの矢視図である。図4の示されるように、有効エリアA内の接触面に電極が形成されていなくても、入力ペン3を接触させることで十分な電圧を与えることができれば、板厚方向に振動が発生するので座標の検出が可能となる。PZTで構成しているが、これに制限されるものではなく、圧電性を有するZnO、PLZT、PVDF等の材料を用いても良い。図2〜図4は振動伝達板8の下面(入力面と反対側)はグランドに接地されている構成で、入力ペン3から電圧が与えられているが、これに限定されるものではない。図5に示されるような電極配置にしても良い。8の構成を示す外観斜視図であり、(b)は矢印D方向からの矢視図である。8に接触することで振動伝達板8に電圧が負荷され振動が発生する。この時、上面の振動検出用電極6aに対向する下面側の電極はグランドに接地されているが、これに限定されるものでない。下面側に振動検出用電極6aを固定する構成にしても良いことは言うまでもない。この下面側に振動検出用電極を固定する場合は、図5のように有効エリアA内の電極と、振動検出用電極は電気的に接続されていない状態が好ましい。Because,下面側に一様に配する電極に振動用電極を含ませてしまうと、駆動回路2aから供給される駆動信号が振動検出用電極の位置でも振動が発生してしまい、正確な座標検出を行うことができなくなるからである。impossible.【0022】<演算制御回路の説明>図6は本実施の形態の演算制御回路1の詳細な構成を示すブロック図である。図中、31は演算制御回路1及び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(不図示)、操作手順を記憶したROM(不図示)、そして座標算出さる際のデータ作業領域あるいは一時待避領域として使用するRAM(不図示)、距離計算に必要な定数(例えば、後述する周波数f、位相速度Vg、群速度Vp等、波の音速に関わる定数)等を記憶する不揮発性メモリ(不図示)等によって構成されている。like.【0023】33a、33bは、基準クロックを計時するカウンタである。駆動回路2aに接触子5への駆動パルスを発生させるためのスタート信号を入力すると、例えば、振動検出用電極6aで検出される検出波形に基づいて算出される位相遅延時間tpを計時するためのカウンタ33a、および群遅延時間tgを計時するためのカウンタ33bが、その計時を開始する。this,計時開始と入力ペン3の振動発生タイミングの同期がとられ、電極により振動が検出されるまでの遅延時間が測定できることになる。6a〜6dに対するカウンタが存在する。6a〜6dからの信号を切り分けて座標算出に必要な時間を検出する構成にしても良い。入力ペン3が指示する位置から発生する振動ごとに別の振動検出用電極からの信号を処理するように構成する。座標算出に必要な振動検出用電極からの信号が2つならば、入力ペン3が指示する位置から振動が2回発生されて初めて座標算出が可能となる。33bに各々入力される。カウンタ33a、33bは、振動用電極6aよりのタイミング信号を受信すると、カウンタ33a、33bをストップさせ、その時の計時値をラッチする。判定回路36は、これらのタイミング信号が出力されたと判定する。36,振動伝達時間をカウンタ33a、33bより読み取り所定の計算を行なう。計算の結果に基づいて、振動伝達板8の入力ペン3と振動検出用電極6aの間の距離、並びに入力点位置座標を算出する。Oポート37を介して外部情報機器等に座標情報を出力する。新たに座標入力を行う際は、マイクロコンピュータ31はリセット信号をカウンタ33a、33bに出力し、カウンタ33a、33bの内容をゼロクリアする。8)>次に、振動伝達板8上における振動伝達時間、すなわち、座標入力面に入力ペン3がタッチされることによって発生する振動が振動センサ6a〜6dがその振動を検出するまでの時間を計測する原理について説明する。図7は本実施の形態の振動波形検出回路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の図である。6aを例にして説明する。残りの振動検出用電極6b〜6dについては、同様なので省略する。振動検出用電極6への振動伝達時間の計測は、振動子駆動回路2へのスタート信号の出力と同時に開始する。41が印加されている。図信号42は振動検出用電極6aが検出した信号波形を示している。6a.【0027】尚、本実施の形態で用いられている振動は上述のとおり板波であるため、検出波形のエンベロープ421の伝播する速度(群速度Vg)と位相422の伝播する速度(位相速度Vp)が異なる。従って、振動伝達板8内での伝播距離に対して検出波形のエンベロープ421と位相422の関係は振動伝達中に、その伝達距離に応じて変化する。6間の距離を検出している。between.【0028】図8は本実施形態の信号波形検出回路9の詳細な構成を示すブロック図である。図面においては振動検出用電極6aに対する信号波形検出回路9を示してるが、実際には各振動検出用電極6a〜6dに対応して4つ存在する。図7とあわせて群遅延時間tg、位相遅延時間tpを検出する方法について説明する。described.【0029】振動検出用電極6aの出力信号42は、前置増幅回路51により所定のレベルまで増幅される。増幅された信号は、帯域通過フィルタ511により検出信号の余分な周波数成分が除かれ、信号44を得る。point,例えばエンベロープのピークやエンベロープの変曲点を検出すると、群速度Vgに関わる遅延時間tgが得られる。Vg.【0030】信号44は、例えば、絶対値回路及び低域通過フィルタ等により構成されるエンベロープ検出回路52に入力され、検出信号のエンベロープ信号45のみが取り出される。取り出されたエンベロープ信号45に対して予め設定されている閾値レベル441を越えた後の一定期間を与えるゲート信号46を、マルチバイブレータ等で構成されたゲート信号発生回路56が形成する。formed.【0031】群速度Vgに関わる群遅延時間tgを検出するには、先に述べたようにエンベロープのピーク、もしくは変曲点等を検出すれば良いが、本実施の形態の場合、エンベロープの最初の変曲点(後述する信号43の立ち下がりゼロクロス点)を検出している。そこで、エンベロープ検出回路52で出力されたエンベロープ信号45はエンベロープ変曲点検出回路53に入力され、エンベロープの2回微分波形信号43を得る。436によりマスクし、所定波形のエンベロープ遅延時間検出信号であるtg信号49を形成し、演算制御回路1に供給する。ここで、信号41の立ち下がりからtg信号49の立ち上がりまでの時間をtgとする。like信号検出回路57より、位相信号44の最初の立ち上がりのゼロクロス点(位相が負から正へ変化する最初の点)を検出する。あるtp信号47を形成し、演算制御回路1に供給する。ここで、信号41の立ち下がりからtp信号47までの立ち上がりまでの時間をtpとする。tp.【0033】<入力ペンと電極間の距離算出の説明(図9)>このようにして得られた群遅延時間tgと位相遅延時間tpとから入力ペンと各電極までの距離をそれぞれ算出する方法について説明する。Lの関係を模式的に示したものである。schematically.【0034】群遅延時間tgと距離Lの関係は、連続的ではあるものの、線形性には優れない。linearity,連続的にはならない。Vgと位相速度Vpが異なる板波の性質により起こる。波の音速(群速度Vg、位相速度Vp)は、これらの関係より得られ、次の様に定義する。群速度Vgは、群遅延時間Tpと距離Lの関係からその傾きを1次の最小二乗法より求めた速度と定義する。位相速度Vpは個々の直線の傾きを1次の最小二乗法より求め、測定距離範囲内で複数得られるこれらの値を平均化した速度と定義する。板波の周波数fは、先に定義された位相速度Vpを用いて、位相遅延時間tpの各直線の切片を1次の最小二乗法より求め、各直線の間隔を得る。測定距離範囲内で複数得られるこれらの値を平均化したものを波長λと定義し、周波数fを位相速度Vp/波長λとして定義する。この様に定義した位相速度Vp、群速度Vg、周波数fを用いて後述する方法により距離計算を行えば、最も距離測定精度が良くなることが理解される。improved.【0035】ここで具体的に距離計算アルゴリズムについて説明する。本実施の形態では検出波として板波を用いており、出力される群遅延時間tgと距離Lの線形性は良いとは言えない。従って入力ペン3及び振動検出用電極6の間の距離Lを(1)式に示されるように群遅延時間tgと群速度Vgの積として求めた場合、精度良く距離Lを求めることができない。そこで、より高精度な座標決定をするために、線形性の優れる位相遅延時間tpに基づき(2)式により演算処理を行う。ここで、λpは弾性波の波長、Nは整数である。(2)式、右辺第1項は、図9に於て距離L0を示すものであり、求めたい距離Lと距離L0の差は図から明らかなように波長の整数倍(時間軸上での幅T*は、信号波形44の1周期、従ってT*=1/周波数(f)、また、距離で表せば幅は波長λp)となっている。Lを正確に求めることができる。(2),(3)式により求めることができる。この式は群遅延時間tgと距離の関係の線形性が良くなっても、それによって発生する誤差が±1/2波長以内であれば、Nを正確に決定することができることを示す。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3及び振動検出用電極6間の距離Lを精度良く設定することができる。etpおよび群回路遅延時間etgを含む。6a、信号処理と行なわれる一連の動作の際に必ず同じ量が含まれる。