JPH01114928A - 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】 本発明は弾性波の伝播遅延時間より座標位置を検出する
座標入力装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の座標入力装置は、振動伝播体を振動が伝
播する為、この振動伝播体をネジ等によって固定すると
共振周波数がずれたり、振動の減衰が大きくなったりす
るという欠点があった。

この為に、振動伝播体を振動に影響を与えない軟らかい
スペーサで、そっと固定していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらこの場合、座標入力装置を移動させたりし
た場合に、振動伝播体がずれたり、落下したりするとい
う問題点があった。

〔問題点を解決する為の手段（及び作用）〕この問題点
を解決する為に、本発明は振動伝播媒体である信号入力
板を固定する治具を入力有効エリアに対して弾性波の反
射を防止する防振材の外側に取り付けることにより、セ
ンサーで出力される検出信号にその影響が及ばないよう
にしたものである。

〔実施例〕

以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。

第１図（ａ）及び第１図（ｂ）は本実施例で用いた振動
伝達板の取り付は方法を示した図である。８は振動伝達
板、７は振動伝達板を伝って来た振動の反射を防止する
反射防止材、３０は振動伝達板を保持する本体、３１は
座標入力有効エリアに対して反射防止材７の外側で振動
伝達板を位置決めし、本体とネジ止めで振動伝達板８を
固定する上ケースである。このような構成によれば、振
動伝達板上で振動伝達に影響を与える要因がないので誤
検出の原因となったり、座標を検出できな（なるという
ことがなくなった。

反射防止材としては、防振ゴム、ゲル等、種々の物質が
考えられるが振動伝達板と反射防止材とを両方同時には
さみこむ等の手段により、振動伝達板を固定する方法も
考えられるが、防振材の種類によっては振動伝達板８を
しっかりと固定することが出来なかったり、防振材をは
さみこむことによる防振材の機械的特性の変化により、
本来持つ防振材の機能を十分発揮できなくなる。従って
本実施例においては、防振材の近傍には空間がもうけら
れており、伝播体８を固定した場合においても防振効果
が十分得られるようになっている。

第２図は本発明を採用した情報入出力装置の構造を示し
ている。第２図の装置は座標検出のみならず、入力情報
の表示も行う。すなわち、図示した情報入力装置は振動
伝達板８からなる入力タブレットに振動ペン３によって
座標入力を行わせ、入力された座標情報にしたがって入
力タブレットに重ねて配置されたＣＲＴからなる表示器
１１’　　に入力画像を表示するものである。

図において符号８で示されたものはアクリル、ガラス板
などからなる振動伝達板で振動ペン３から伝達される振
動をその角部に３個設けられた振動センサ６に伝達する
。本実施例では振動ペン３から振動伝達板８を介して振
動センサ６に伝達された超音波振動の伝達時間を計測す
ることにより、振動ペン３の振動伝達板８上での座標を
検出する。

振動伝達板８は振動ペン３から伝達された振動が周辺部
で反射されて中央部の方向に戻るのを防止するために、
その周辺部分をシリコンゴムなどから構成された反射防
止材７によって支持されている。

振動伝達板８はＣＲＴ　（あるいは液晶表示器など）な
ど、ドツト表示が可能な表示器１１’　上に配置され、
振動ペン３によりなぞられた位置にドツト表示を行うよ
うになっている。すなわち、検出された振動ペン３の座
標に対応した表示器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表示器１１′　　にはメ
ニュー表示を行い、振動ペンによりそのメニュー項目を
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％式％ 振動伝達板８に超音波振動を伝達させる振動ペン３は、
内部に圧電素子などから構成した振動子４を有しており
、振動子４の発生した超音波振動をホーン部５を介して
振動伝達板８に伝達する。

駆動回路２が発生する電気的な駆動信号は振動子４によ
って機械的な超音波振動に変換され、上記のように構成
されたホーン部５を介して振動板８に伝達される。

振動子４の振動周波数はアクリル、ガラスなどの振動伝
達板８に板波を発生させることができる値に選択される
。また、振動子４の振動周波数を振動子４の共振周波数
とすることで効率のよい振動変換が可能である。

上記のように構成された振動ペン３から振動伝達板８に
伝えられる弾性波は板波であり、表面波などに比して振
動伝達板８の表面の傷、障害物などの影響を受けに（い
という利点を有する。

再び、第２図において、振動伝達板８の角部に設けられ
た振動センサ６も圧電素子などの機械〜電気変換素子に
より構成される。３つの振動センサ６の各々の出力信号
は波形検出回路９に入力され、後段の演算制御回路１に
より処理可能な検出信号に変換される。演算制御回路１
は振動伝達時間の測定処理を行い、振動ペン３の振動伝
達板８上での座標位置を検出する。

検出された振動ペン３の座標情報は演算制御回路ｌにお
いて表示器１１’　　による出力方式に応じて処理され
る。すなわち、演算制御回路は入力座標情報に基づいて
ビデオ信号処理装置１０を介して表示器１１’　の出力
動作を制御する。

第３図は第１図の演算制御回路ｌの構造を示している。

マイクロコンピュータ１１は内部カウンタ、ＲＯＭおよ
びＲＡＭを内蔵している。マイクロコンピュータ１１は
駆動信号発生回路１２に前記の振動子駆動回路２を駆動
開始させるスタート信号を与えるとともに、駆動開始に
同期して振動伝達時間を計測するためのカウンタ１３を
スタートさせる。

カウンタ１３の計数値はマイクロコンピュータ１１によ
りラッチ回路１４にラッチされる。

一方、波形検出回路９は、振動センサ６の出力から後述
のようにして、座標検出のための振動伝達時間を計測す
るための検出信号のタイミング情報を出力する。

波形検出回路９から入力されるタイミング信号は入力ボ
ート１５に入力され、判定回路１６によりラッチ回路１
４内の計数値と比較され、その結果がマイクロコンピュ
ータ１１に伝えられる。すなわち、カウンタ１３の出力
データのラッチ値として振動伝達時間が表現され、この
振動伝達時間値により座標演算が行われる。

表示器１１’　の出力制御処理は入出力ポート１８を介
して行われる。

第４図は第１図の波形検出回路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も
のである。

第４図において符号４１で示されるものは振動ペン３に
対して印加される駆動信号パルスである。このような波
形により駆動された振動ペン３から振動伝達板８に伝達
された超音波振動は振動伝達板８内を通って振動センサ
６に検出される。

振動伝達板８内を振動センサ６までの距離に応じた時間
ｔｇをかけて進行した後、振動は振動センサ６に到達す
る。第４図の符号４２は振動センサ６が検出した信号波
形を示している。本実施例において用いられる板波は分
散性の波であり、そのため振動伝達板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伝達距離に応じて変化する。

ここで、エンベロープの進む速度を群速度ｖｇ。

位相速度をＶｐとする。この群速度および位相速度の違
いから振動ペン３と振動センサ６間の距離を検出するこ
とができる。

まず、エンベロープ４２１のみに着目すると、その速度
はＶｇであり、ある特定の波形上の点、たとえばピーク
を第４図の符号４３のように検出すると、振動ペン３お
よび振動センサ６の間の距離ｄはその振動伝達時間をｔ
ｇとして ｄ＝Ｖｇ−ｔｇ　　　　　　　　　　　　−（１）この
式は振動センサ６の１つに関するものであるが、同じ式
により他の２つの振動センサ６と振動ペン３の距離を示
すことができる。

さらに、より高精度な座標値を決定するためには、位相
信号の検出に基づく処理を行う。第４図の位相波形４２
２の特定の検出点、たとえば振動動印加から、ピーク通
過後のゼロクロス点までの時間をｔｐとすれば振動セン
サと振動ペンの距離はｄ＝ｎ・　λｐ＋Ｖｐ−ｔ［）　
　　　　　　　　　　・・・　（２）となる。ここでλ
ｐは弾性波の波長、ｎは整数である。

前記の（１）式と（２）式から上記の整数ｎはｎ＝　［
（Ｖｇ−ｔｇ−Ｖｐ−ｔｐ）　／λｐ＋１／Ｎ］　　−
（３）と示される。ここでＮはＯ以外の実数であり、適
当な数値を用いる。たとえばＮ＝２とすれば、±ｌ／２
波長以内であれば、ｎを決定することができる。

上記のようにして求めたｎを決定することができる。　
　、上記のようにして求めたｎを（２）式に代入するこ
とで、振動ペン３および振動センサ６間の距離を正確に
決定することができる。

上記のようにして求めたｎを（２）式に代入することで
、振動ペン３および振動センサ６間の距離を正確に決定
することができる。

第４図に示した２つの振動伝達時間ｔｇおよびｔｐの測
定は第１図の波形検出回路９により行われる。

波形検出回路９は第５図に示すように構成される。

第５図において、振動センサ６の出力信号は前置増幅回
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のみが取り出される。抽出さ
れたエンベロープのピークのタイミングはエンベロープ
ピーク検出回路５３によって検出される。ピーク検出信
号はモノマルチバイブレークなどから構成された信号検
出回路５４によって所定波形のエンベロープ遅延時間検
出信号Ｔｇが形成され、演算制御回路１に入力される。

また、このＴｇ倍信号、遅延時間調整回路５７によって
遅延された元信号からコンパレータ検出回路５８により
位相遅延時間検出信号Ｔｐが形成され、演算制御回路１
に入力される。

以上に示した回路は振動センサ６の１つ分のもので、他
のそれぞれのセンサに対しても同じ回路が設けられる。

センサの数を一般化してｈ個とすると、エンベロープ遅
延時間Ｔｇ１〜ｈ９位相遅延時間Ｔｐｌ〜ｈのそれぞれ
ｈ個の検出信号が演算制御回路ｌに入力される。

第３図の演算制御回路では上記のＴｇｌ〜ｈ、　Ｔｐｌ
〜ｈ信号を入カポ−）１５から入力し、各々のタイミン
グをトリがとしてカウンタ１３のカウント値をラッチ回
路ｒ４に取り込む。前記のようにカウンタ１３は振動子
ペンの駆動と同期してスタートされているので、ラッチ
回路１４にはエンベロープおよび位相のそれぞれの遅延
時間を示すデータが取り込まれる。

第６図のように振動伝達板８の角部に３つの振動センサ
６を符号８１からＳ３の位置に配置すると、第４図に関
連して説明した処理によって振動ペン３の位置Ｐから各
々の振動センサ６の位置までの直線距離ｄｌ−ｄ３を求
めることができる。さらに演算制御回路１でこの直線距
離ｄｉ−ｄ３に基づき振動ペン３に位置Ｐの座標（ｘ、
　ｙ）を３平方の定理から次式のようにして求めること
ができる。

ｘ　＝Ｘ／２＋　（ｄｌ＋ｄ２）　（ｄｉ−ｄ２）　／
２Ｘ　　−（４）ｘ＝Ｙ／２＋　（ｄｌ＋ｄ３）　（ｄ
ｉ−ｄ３）　／２Ｙ　　−（５）ここでｘｌＹはＳ２、
Ｓ３の位置の振動センサ６と原点（位置Ｓｌ）のセンサ
のＸ、Ｙ軸に沿った距離である。

以上のようにして振動ペン３の位置座標をリアルタイム
で検出することができる。

上記実施例では、振動伝達板８による入力タブレットを
ＣＲＴによる表示器１１’　　に重ねて用いる構成を示
したが、入力タブレットと表示器はこのように重ねて配
置される必要はなく、別体であってもかまわない。また
、表示器は液晶表示器など他の表示方式のものであって
もよい。

〔他の実施例〕

１）伝播板８の固定方法はネジ止めである必要はなく、
例えば、バネ力によるもの等、種々の構成が考えられる
。

２）防振効果を向上させるために防振材を伝播体の両面
に取り付けた場合でも、同様の手段で固定することがで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように振動伝達板の取り付は手段を有効入
力面に対して、防振材の外側に設けることにより簡単な
構成で取り付けが可能となり、しかも取り付けることガ
本来の目的である座標検出に悪影響を及ぼすということ
がなくなりた。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び第１図（ｂ）は伝播体取り付は方法を
示した図、第２図は本発明を採用した情報出力装置の構
成を示した説明図、第３図は第２図の演算制御回路の構
造を示したブロック図、第４図は振動ペンと振動センサ
の間の距離測定を説明する検出波形を示した波形図、第
５図は第２図の波形検出回路の構成を示したブロック図
、第６図は振動センサの配置を示した説明図である。 ｌ・・・演算制御回路　　　　３・・・振動ペン４・・
・振動子　　　　　　　５・・・ホーン部６・・・振動
センサ　　　　　８・・・振動伝達板１１’・・・表示
器　　　　　　３１・・・上ケース３０・・・本体　　
　　　　　　５１・・・前置増幅器５２・・・エンベロ
ープ検出回路 ５４、５８・・・信号検出回路 第４間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機械的振動を発生する振動ペンを振動伝播媒体からなる
   信号入力板に接触させ、前記振動伝播媒体に伝播された
   弾性波を前記振動伝播媒体の所定位置に配設した機械的
   振動を電気信号に変換する変換素子で検出し、検出した
   前記電気信号に基づいて前記弾性波の伝播遅延時間を計
   測することにより前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、前記信号入力板を固定する手段を
   入力有効エリアに対して、弾性波の反射を防止する防振
   材の外側にもうけたことを特徴とする座標入力装置。