JPH01102617A - 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、特に振動波を媒介として点座標
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］ 従来、座標入力装置の代表的な方式としては次のような
ものがある。

ｌ）抵抗膜を用いるもの ２）電磁誘導あるいは静電誘導を用いるもの３）超音波
（振動）を用いるもの 上記の１）、２）の方式では、抵抗膜や導体膜を用いる
ので透明なタブレットを形成するのが困難である。一方
、３）の方式ではタブレットをアクリル板やガラス板な
どの透明材料から構成できるので、液晶表示器などに入
力タブレットを重ねて配置し、あたかも紙に画像を書き
込むような感覚で使用できる操作感覚のよい情報入出力
装置を構成できる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記の従来例ではいずれの方式の場合で
あっても指示点の座標が入力できるだけであって、この
ような座標入力装置を備えた情報処理装置が他の情報処
理装置と通信を行なう場合であるとか、外部記憶装置と
の間でデータのやり取りを行なう場合などには、座標入
力装置とは全く別系統の入出力装置、例えばＲ３２３２
Ｃ方式などの直列データ入出力ボート、あるいは並列力
゛　　式のデータ入出力ボートなどを備えなければなら
ない。

ところで、以上のように様々な情報の入出力が別々の系
統で行なわれると、それぞれの系統ごとにコネクタある
いは接続のためのケーブルが必要であるため、装置間の
接続が複雑になり、誤った接続を行なった場合には情報
の入出力が正しく行なわれないばかりか、場合によって
は装置を破壊してしまう恐れもある。従って、ある程度
知識をもった人間でなければ、複数の装置から成るシス
テムを組み立てることが困難であり、また入出力のため
の装置をそれぞれの系統で独立してもっているため、シ
ステムが大型化してしまう傾向があった。

［問題点を解決するための手段］ 上記の問題点を解決するため、本発明においては振動伝
達板に振動入力部材から入力された振動を振動伝達板に
取り付けられた振動センサによって検出し、振動入力点
の座標を検出する座標入力装置において、前記振動入力
部材および振動センサに対して所定フォーマットの情報
信号を入出力する手段を設け、前記振動入力部材および
振動センサを前記座標検出手段および他の装置と振動入
出力を媒介として情報入出力を行なう手段として兼用す
る構成を採用した。

［作　用］ 上記の構成によれば、座標検出のための振動入出力手段
を他の装置との振動を媒介とした情報入出力手段として
用いることができる。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図は本発明を採用した座標入力装置を示しており、
図において符号８は振動を弾性波として伝える振動伝達
板、符号９は弾性波を検出する圧電素子から成る振動セ
ンサである。符号２は該振動センサからの振動を検知し
、信号波形検出により振動検出タイミングを特定し、遅
延時間に依存した検出信号を発生するかあるいは該振動
センサからの信号を後述の非同期通信回路４で読み取れ
る形に変換する振動波形検出回路である。

振動波形検出回路２がどちらの機能で動作するかは、後
述の情報処理装置１３からの制御信号１４によって決定
される。符号６は振動発生用の圧電素子（以下振動子と
呼ぶ）、符号７は振動を増幅するホーンで、全体として
振動ペン５を構成する。

符号１は後述の座標入力制御装置３あるいは非同期通信
回路４からの出力信号に基づいて振動子６の駆動を行な
う振動子駆動回路である。振動子駆動回路ｌがどちらの
信号に基づいて振動子の駆動を行なうかは、情報処理装
置１３からの制御信号１４による。

符号３は座標入力を行なう際に各回路の制御や座標値の
計算を行なう座標入力制御装置、符号４は直列／並列の
データ変換をして送受信を行なう非同期通信装置、符号
１３は本発明に係わる情報入力装置が接続される情報処
理装置で、例えばパーソナルコンピュータなどである。

符号１０は振動伝達板８の端面での振動波の反射を防止
する防振材、符号１１はデイスプレィ駆動回路、符号１
２はデイスプレィである。

第２図は座標入力制御装置３のブロック図である。符号
２１はマイクロコンピュータであり、この例の場合プロ
グラムを格納したＲＯＭ、および動作情報を記憶するＲ
ＡＭを内蔵している１本構成において、まずリセット信
号が遅延時間計測用のカウンタ２２および検出信号入力
ボート２５に送られ、各々クリアされて入力待ちの状態
になる。

次に、マイクロコンピュータ２１によって振動子駆動回
路ｌおよびカウンタ２２にスタート信号が送られる。こ
のスタート信号によって振動子駆動回路１では振動子６
の共振周波数の繰り返し周期をもつパルス列を発生し、
振動子６に出力する。

また、カウンタ回路２２は必要とされる分解能から選択
されたクロックに対してカウントを開始する。振動ペン
の振動によって発生した弾性波が振動センサ９．振動波
形検出回路２によって検出され、検出信号入力ポート２
５に入力される。この検出信号に従ってラッチ回路２３
内の各センサに対応したラッチがカウンタ値を取り込み
、その値を保持する。

マイクロコンピュータ２１はこの信号を受けてラッチ回
路２１内に保持されたデータを順次取り込み、このデー
タから座標値を計算する。

以上のようにして得られた座標値は、Ｉ１０ポート２６
を介して情報処理装置１３に転送される。

ところで、判定回路２４からデータセット信号が回路遅
延時間、最大遅延時間などから決定される時間を過ぎて
も出力されない場合、マイクロコンピュータ２１は座標
値の計算を行なわず、前記リセットからの動作を繰り返
す。

以下、上述の動作を繰り返して指示点座標が決定される
。

第３図（ａ）〜（ｆ）は座標検出処理における振動波形
検出回路２の入出力信号の説明図である。第３図（ａ）
は駆動信号波形であり、散発のパルスより成る。（ｂ）
は振動センサ９によって検出された波形であり、駆動信
号（ａ）より距離に応じた分遅れている。

本実施例において用いられる波は板波であり、これは分
散性の波であるから伝播距離に対して検出波形のエンベ
ロープ（図中破線Ａ）と位相（図中Ｂ）の関係が変化す
る。

このエンベロープの進む速度を群速度ｖｇ、位相の速度
を位相速度ｖｐとする。この群および位相速度を用いて
座標を決定する。まずエンベロープだけに着目するとそ
の速度はｖｇであり、ある特定の点、例えばエンベロー
プのピークを検出すると、ペン、振動センサ間の距離ｄ
はその遅延時間をｔｇ（第３図（Ｃ）、（ｄ））として
、ｄ＝ｖｇ・ｔｇ　　　　　　　　　　・・・（１）で
与えられる。同様に他の振動センサについても、距離を
求めることによってペンの座標位置を決定できる。

しかしより高精度な座標値を決定するために、位相にも
着目する０位相のある特定の点、例えばピーク通過後の
ゼロクロス点の遅延時間をｔｐ（第３図（ｅ）、（ｆ）
）とすれば、 ｄ＝ｎ入ｐ＋Ｖｐ　−ｔ　ｐ−−（２）として与えられ
る。ここで入Ｐは波長、ｎは整数である。

（１）、（２）式より整数ｎは ｎ　−［（Ｖｇ−ｔｐ−Ｖｐ−ｔｐ）／λｐ＋−］・・
・（３）となる、（［］内は整数化）ここでＮはＯ以外
の実数であり、適当な数値を用いる０例えばＮ＝２とす
れば、エンベロープの検出精度が±１７２波長以内であ
れば、ｎを特定できる。

上記（３）式で求めたｎを（２）式に代入することで、
ペン、振動センサ間の距離が正確に求められる。

座標位置は、２個以上の振動センサについて上述のｄを
求めることで計算することができる０例えば：ＪＩＩＡ
図のように配置すると、振動センサＳ１．２．３に対す
るｄｉ、２．３から、ペン指示点Ｐ　（ｘ、ｙ）に対し
て となり、振動ペンによる入力座標を決定できる。

また、本実施例では板波を用いているので、表面波など
を用いる場合に比して表面の傷、障害物に影響を受けに
くいという利点を持っている。

本実施例では、上記のような座標入力装置とともに、同
じ振動入出力系を利用して他の装置と情報入出力を行な
う。

本実施例の情報処理装置内で通信を行なう場合には、第
５図に示すようにそれぞれの振動発生手段たる振動ペン
をそれぞれ通信の相手方の振動伝達板に接触させて、そ
れぞれの振動子を送信する情報の内容に応じて振動させ
、かかる振動を振動伝達板を介して相手側の振動センサ
に伝達させることで情報の送受信を行なうものである。

第６図は振動子駆動回路の構成図である。符号６１は共
振周波数発振回路で、振動子６の固有共振周波数の方形
波信号を発振している。符号６２はカウンタで、座標入
力制御装置３からのスタート信号をトリガとして、共振
周波数発振回路６１のクロックをｎ回カウントしく例え
ば第３図の例ではｎ＝５）、このカウント時間だけアン
ドゲート６３を開く信号を出力してアンドゲート６３の
出力に第３図（ａ）に示すような駆動信号を得るもので
ある。

一方、符号６４は通信を行なう場合に上記共振周波数信
号をどのような形で振動子６に印加するかを決めるため
の反駆動波形発振回路で、非同期通信のボーレートの１
周期をｔｌとした場合にデユーティ比がｔｄ：ｔｌ−ｔ
ｄとなるような信号を発振する。ｔｄの決め方について
は後述する。

符号６５は非同期通信回路より出力されるシリアル信号
のスタートビットの立ち上がりを検知するスタートビッ
ト検出回路で、スタートビットの立ち上がりのタイミン
グで鎖駆動発振回路６４に対りて発振開始の制御を行な
い、シリアル通信のｎビット分に相当する時間、すなわ
ちｎＸｔ１時間だけ経た後１発振終了の制御を行なう、
ｎは非同期通信のキャラクタビット長にスタートビット
を加えた数とする０例えば、ｌキャラクタ８ビツト、ス
タートビットｌの場合にはｎ＝８＋１＝９とする。

以上の共振周波数信号、原駆動波形信号、シリアル信号
の３者の論理積をアンドゲート６６によって得、該論理
積信号が通信を行なう場合の駆動信号となる。符号６７
は２と１のデータセレクタで、振動子を駆動する信号を
アンドゲート６３．６６の出力のどちらとするかを制御
信号１４に基づいて選択するものである。座標検知を行
なう場合は前者を、また通信を行なう場合は後者をそれ
ぞれ駆動信号とする。

符号６８は振動発生回路で、該駆動信号を実際に振動子
６を駆動するのに充分な電圧にまで昇圧する低インピー
ダンス駆動の可能な増幅回路である。

振動発生回路の駆動によって発生した振動はホーン７で
増幅され、振動ベン５と振動伝達板８を接触させること
によって振動を伝える。

上述の振動子６の固有共振周波数には、振動伝達板８に
板波を発生させることのできる周波数を設定する。また
、振動子の振動モードは振動伝達板に対して主に垂直方
向に振動するモードが選択されている。

第７図は振動波形検出回路の構成図である。振動センサ
９から得られた信号よりＴｇ検出信号。

Ｔｐ検出信号を生成し、座標入力制御装ｇ１３に送出す
る。

振動センサ９で機械／電気変換された信号は前置増幅回
路７１で増幅され、エンベロープ検出回路７２、エンベ
ロープピーク検出回路７３を経てエンベロープピークが
検出され、これよりＴｇ信号検出回路７４から群検出信
号Ｔが出力される。

上記のような回路を各振動センサごとに持ち、センサ数
ｎ個に対してＴｇｌ−ｎ、Ｔｐ　ｌＮｎ検出信号を座標
入力制御装置３へ送出する。

座標入力制御装Ｒ３ではＴｇｌ−ｎ、Ｔｐｌ　〜ｎ信号
のそれぞれに従ってラッチがカウンタ値を取り込み、Ｔ
ｇ　１−ｎ、　Ｔｐ　ｌ−ｎの値を得、以下前述した計
算を行なって座標値を決定する。

ところで２個以上あるセンサと、これに対する振動波形
検出回路のうち、いずれか１つの系統については、さら
に第８図に示すような回路が付加される。符号８１はワ
ンショットマルチバイブレータで、前記ピーク検出信号
をトリガとして非同期通信での１ビツト分に相当するパ
ルス幅の信号を発生し、この信号が非同期通信回路４へ
到っている。

符号８２はエンベロープピーク検出信号をマスクするア
ンドゲートで、情報処理装置１３からの制御信号１４に
よってゲートの開閉を行なう、座標検出を行なう時はこ
のゲートを閉じ、また非同期通信を行なう時はこのゲー
トを開くことで、ワンシゴットマルチバイブレータ８１
の動作を制御するものである。

符号８３．８４はそれぞれＴｇ検出信号、Ｔｐ検出信号
をマスクする負論理のアンドゲートで、制御信号１４に
よってゲートの開閉を行なう、座標検出を行なう時はこ
のゲートを開き、また非同ＩＪ１通信を行なう時はこの
ゲートを閉じることで、ＴｇおよびＴｐ検出信号の座標
入力制御装置３への送出を制御するものである。

第９図（ａ）〜（ｇ）は、通信を行なう場合における振
動波形検出回路２の入出力信号の波形とタイミングを説
明するものである１例として、ｌキャラクタ８ビツト、
ｌスタートビット、ｌストップビットで非同期通信を行
ない、１０１０１１００という８ビツトのデータを伝達
しようとする場合について説明する。第９図中（＆）は
非同期通信回路から出力される１０ビツトのシリアル信
号である。このスタートビットの立ち上がりのエツジに
同期して（ｂ）のような原駆動信号が発振され（第６図
中Ｃ点での信号）、原駆動信号、共振周波数信号、シリ
アル信号３者の論理積を取って（Ｃ）のような駆動信号
が振動子に出力される（第６図中り点での信号）、該駆
動信号は散発のパルスから成り、ｔｄ時間だけ出力され
る。

（ｄ）は上記振動に対応して得られる振動センサでの検
出波形であり（第８図中Ｅ点での信号）、（ｃ）の駆動
信号に対して伝播遅延時間ｔｒ分だけ遅れて立ち上がり
始め、この立ち上がりからｔｄ時間経ってピークを迎え
る。この後減衰を始め、ｔｗ時間経つと振幅がＯになる
。従ってｔｄは ｔｄ≦を見−ｔｗ　　　　　　　　　　　・・・　（６
）となるように発生する。

第９図Ｃｅ）は上記検出信号のエンベロープ波形であり
（第８図中Ｆ点での波形）、（ｆ）は該エンベロープを
微分するなどして得られるピーク検出信号である（第８
図中Ｇ点での波形）。

（ｇ）は上記ピーク検出信号の立ち上がりに同期して、
ピーク検出信号の論理ｌの状態をｌビー２ト分のパルス
幅、すなわちｔ１時間だけ保持した信号である（第８図
中Ｈ点での波形）、すなわち、第６図に示すような振動
子駆動回路を用いて（Ｃ）のような駆動を行ない、第８
図に示すような振動波形検出回路を用いて振動センナか
ら得られた検出信号を、第９図（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）
、（ｇ）のように順次変換することで、元々のシリアル
信号第９図（ａ）と同様の波形の信号（ｇ）を再現でき
るものである。

以上説明してきたように、本実施例によれば座標入力装
置に不可欠の振動系（振動発生手段、振動伝達板、機械
／電気変換手段）を通信を行なう際の入出力のインタフ
ェースとして兼用することで、通信のための入出力手段
を全くの別系統で持たなくてもよく、通信のためだけの
コネクタ。

ケーブルは不必要となる。

また、例えば振動伝達板８にはガラスなどの透明なもの
を用いて、該透明伝達板を第１θ図に示すようにデイス
プレィ装５１２の上に重ねる構成にすれば、座標入力手
段１表示手段、通信手段を一体化することができ、シス
テム全体を非常にコンパクトに構成することが可能であ
る。

第１１図以降は本発明に関する座標入力装置の第２の実
施例を示している０図中符号ｌ、３から１３はそれぞれ
前述の実施例で説明した振動子駆動回路、座標入力制御
装置、非同期通信回路、ぺ　　　′ン、振動子、ホーン
、振動伝達板、振動センサ、防振材、デイスプレィ駆動
回路、デイスプレィ装置、情報処理装置である。

符号２も同様に前述の実施例で説明した振動波形検出回
路であるが、第８図に示すような回路はいずれの系統に
も付加されていない、符号１１１はセンサ９からの信号
を検知し、非同期通信回路４で読み取れる形に変換する
変換゛回路、符号１１２はｗｅ子である圧電素子５を振
動発生手段として用いるか、振動を検知する機械／電気
変換手段として用いるかを切り換えるアナログスイッチ
であり、情報処理装置１３からの制御信号１５によって
切換の動作を行なう。

第１２図は：５１１図の変換回路１１１の構成図で、符
号９．７１．７２．７３．８１はそれぞれ前述の第７図
、第８図中で示した振動センサ、前置増幅回路、エンベ
ロープ検出回路、エンベロープピーク検出回路、ワンシ
ョットマルチバイブレータである。

第１３ＵｇＪは本発明に関する座標入力装置を介して情
報処理装２１１３に接続される外部記憶装置の一例を示
している。図において、符号１３１．１３２．１３４．
１３７．１３９はそれぞれ振動子駆動回路、変換回路、
非同期通信回路、振動伝達板、防振材であり、前述の実
施例、あるいは第１１図で説明した符号１，１１１．４
，１１２．８．１０と同様のものである。

符号１３３は情報の入出力、記憶などの制御を行なう制
御装置（ＣＰＵ）、符号１３５は記憶手段としてのラン
ダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）である、符号１３８は圧
電素子で、該圧電素子を振動発生手段として用いるか、
振動を検知する機械／電気変換手段として用いるかを符
号１３６のアナログスイッチによって切り換えている。

切換の動作はＣＰＵ１３３からの朋御信号１６に基づい
て行なわれる。第１１図のような構成で座標検出を行な
う場合は、前述の実施例で説明したのと全く同様の手順
で処理が行なわれる。

一方、第１３図に示したような外部記憶装置との間で情
報のやり取りを行なう場合には、座標入力装置と外部記
憶装置にそれぞれ備えられた圧電素子のうち１片方の圧
電素子を振動発生手段として用いて、出力する情報の内
容に応じて振動させ、この振動をもう一方の機械／電気
変換手段として用いられている圧電素子に伝達すること
で情報の入出力を行なうものである。

座標入力装置と外部記憶装置との振動の発生、伝達は例
えば第１４図に示すような機械的構成を用いて行なうこ
とができる。第１４図中、符号５．６．７は第１１図と
同様のペン、圧電素子、ホーン、また符号１３７．１３
８．１３９は第１３図に示した振動伝達板、圧電素子、
防振材である。符号１４１は外部記憶装置の外装であり
、上面に位置する孔部にペン５を差し込むと該ペンの自
重で振動伝達板１３７への接触が保たれるようになって
いる。

情報の入出力として非回期半二重の通信を行なう場合に
は、上記に説明したように１つの圧電素子を必要に応じ
て振動発生手段と振動を検出する機械／電気変換手段と
に切り換えて用いる構成とすることができる。このこと
は、振動の伝達が１系統だけであるので、より簡便な接
続によって情報の人出力が行なえるという効果がある。

また、第１１図に示した振動センサとしての圧電素子９
も、振動発生手段、振動を検出する機械／電気変換手段
とに切り換える構成とすれば。

さらにもう１台の装置を接続することができる。

この場合、圧電素子６に関する振動と、圧電素子９に関
する振動は全く独立のものであるから、上記外部記憶装
置に対する情報のやりとりと、もう１台の？ｔ；ａに対
する情報のやりとりとを完全に独立して行なうことが可
能である。

以上説明してきたとおり、弾性波を用いて指示点を検出
する座標人力装置において、座標人力に不可欠な振動系
、すなわち振動発生手段、振動伝達板、機械／電気変換
手段を他の装置との接続を行なう際の入出力のインタフ
ェースとして兼用することで、接続のための入出力手段
を全くの別系統で持たなくてもよく、接続のためだけの
コネクタ、ケーブルなどは不必要になる。

また、電気接点を用いずに装置間の接続を行なえるため
、信頼性が高く、電気的には絶縁されているので、通電
時に機械的な接続の開始や中断を行なっても装置を破壊
する恐れがない。

さらに、振動発生手段が振動伝達板のどこかに接触して
さえいれば振動の伝達がなされるので、乗せるだけ、差
し込むだけといった非常に簡便な方法で接続が行なえる
という効果がある０本発明は実施例に示したような情報
処理装置どうし、あるいは情報処理装置と外部記憶装置
との接続にとどまらず、広く応用できることは言うまで
もない。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば振動伝
達板に振動入力部材から入力された振動を振動伝達板に
取り付けられた振動センサによって検出し、振動入力点
の座標を検出する座標入力装置において、前記振動入力
部材および振動センサに対して所定フォーマットの情報
信号を入出力する手段を設け、前記振動入力部材および
振動センサを前記座標検出手段および他の装置と振動入
出力を媒介として情報入出力を行なう手段として兼用す
る構成を採用しているので、座標検出のための振動入出
力手段を他の装置との振動を媒介とした情報入出力手段
として用いることができ、従来装置のようにわざわざ独
立した入出力ボートなどの情報入出力手段を設ける必要
がなくなるので、装置の構成をより簡単安価にできる。

また、他の装置との接続を行なう場合の取り扱いも簡単
かつ安全に行なえ、さらに電気的接点を用いずに情報入
出力を行なうので、接続部の信頼性が高いなどの優れた
利点を有する。

【図面の簡単な説明】

：５１図は本発明を実施した座標入力装置の説明図、第
２図は第１図の座標入力制御装置のブロックＩ４、第３
図（ａ）〜（ｆ）は振動波形検出回路の入出力信号の波
形図、第４図はセンサ配置の例を示す説明図、第５図は
振動入出力系の接続の方法を示す説明図、第６図は振動
子駆動回路のプロ、り図、第７図、第８図は振動波形検
出回路のブロック図、第９図（ａ）〜（ｇ）は入出力信
号の波形図、第１０図は入出力装置を一体化する構成を
示す説明図、第１１図は本発明の第２の実施例における
座標入力装置の説明図、第１２図は変換回路のブロック
図、第１３図は異なる実施例における外部記憶装置の説
明図、第１４図は異なる実施例における外部記憶装置の
振動入出力部の機械的構成を示す説明図である。 ｌ・・・振動子駆動回路 ２・・・振動波形検出回路 ３・・・座標入力制御装置　４・・・非同期通信回路５
・・・振動ペン ６・・・圧電素子（振動子） ７・・・ホーン　　　　　　８・・・振動伝達板９・・
・圧電素子（振動センサ） １０・・・防振材 １１・・・デイスプレィ駆動回路 １２・・・デイスプレィ装置 １３・・・情報処理装置 第３図 η衣ｆｉｎ入出力畜ｎ↑を帛売εうしβ訛日目レコ第５
図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 振動伝達板に振動入力部材から入力された振動を振動伝
   達板に取り付けられた振動センサによって検出し、振動
   入力点の座標を検出する座標入力装置において、前記振
   動入力部材および振動センサに対して所定フォーマット
   の情報信号を入出力する手段を設け、前記振動入力部材
   および振動センサを前記座標検出手段および他の装置と
   振動入出力を媒介として情報入出力を行なう手段として
   兼用することを特徴とする座標入力装置。