JPH01130216A - 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、振動ペンから入力された
振動を振動伝達板に複数設けられたセンサにより検出し
て前記振動ペンの振動伝達板上での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〕

従来より手書きの文字、図形などをコンピュータなどの
処理装置に入力する装置として各種の入力ペンおよびタ
ブレットなどを用いた座標入力装置が知られている。こ
の種の方式では入力された文字、図形などからなる画像
情報はＣＲＴデイスプレィなどの表示装置やプリンタな
どの記録装置に出力される。

この種の装置のタブレットの座標検出においては次にあ
げる各種の方式が知られている。

ｌ）抵抗膜と対向配置されたシート材の抵抗値変化を検
出する。

２）対向配置された導電シートなどの電磁ないし静電誘
導を検出する方式。

３）入力ペンからタブレットに伝達される超音波振動を
検出する方式。

°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。

さらに、細密に電極を設置しなくてはならず、高価であ
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ばかりではなく
、細密な電極を不用とするためアルミニウム、鉄と言っ
た金属板を用いる事が可能である。また、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非常に安価で構成できる
。

〔発明が解決しようとしている問題点〕ところが、超音
波振動を用いる方式では、タブレットの板波弾性波を機
械電気変換素子を用いたセンサーを振動伝達板に直接接
着したり、あるいは圧着したりして取り付けている為、
板波弾性波の振動で耐久的に振動伝達板自身が摩耗して
しまう。このことは振動伝達時の検出波形に影響するの
で、高精度な座標入力を行えないという問題がある。

本発明では、他の方式に比してタブレットの透明化が容
易で比較的安価に構成できるという種々の利点を有する
超音波方式において、上記の検出誤差の問題を改善する
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段（及び作用）〕以上に鑑
み、本発明によれば振動発生手段を有する振動ペンから
入力された振動を振動伝達板に複数設けられたセンサに
より検出して前記振動ペンの振動伝達板上での座標を検
出する座標入力装置において、前記振動伝達板のセンサ
ー取付面を表面強化することで耐摩耗性を向上させるこ
とにした。この表面強化はその処理方法によって両面と
も強化させた方が安価に出来る場合もあるので、両面強
化させてもかまわない。

以上の様に表面強化することで、センサー取付面の耐摩
耗性が著しく向上し、高精度の座標検出が安定して行え
る様になった。

〔実施例〕

以下、図面に示す実施例に基づき、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の構造を示して
いる。第１図の情報入出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先端が尖ったホーン
部５を介して振動伝達板８に伝達する。

第２図は振動ペン３の構造を示している。振動ぺン３に
内蔵された振動子４は、振動子駆動回路２により駆動さ
れる。振動子４の駆動信号は第１図の演算および制御回
路ｌから低レベルのパルス信号として供給され、低イン
ピーダンス駆動が可能な振動子駆動回路２によって所定
のゲインで増幅された後、振動子４に印加される。

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、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、振動子駆動の際、振動伝達板８に対して第２図
の垂直方向に振動子４が主に振動するような振動モード
が選択される。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。

上記のようにして振動伝達板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１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６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ｌ
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１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ｌＯ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。

ここでは主に振動ペン３の駆動系および振動センサ６に
よる振動検出系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。駆動信号発生回路１２は第１
図の振動子駆動回路２に対して所定周波数の駆動パルス
を出力するもので、マイクロコンピュータ１１により座
標演算用の回路と同期して起動される。

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および、筆圧検出の
ための信号レベル情報を出力する。これらのタイミング
およびレベル情報は入力ポート１５および１６にそれぞ
れ入力される。

波形検出回路９から入力されるタイミング信号は入力ポ
ート１５に入力され、判定回路１７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（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ｖｇ１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＝＝ｎｅλｐ十ｖｐ＠ｔｐ・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・（２）となる。ここでλｐ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］＋＋
ｍ＋＋・・・＋・＋（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、±１／２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間の距離を正確に測定
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６図に示すように構成される。

第５図の波形検出回路は筆圧検出のため、後述のように
振動センサ６の出力波形のレベル情報も処理する。

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め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タなどから構成された信号検
出回路５４によ７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ｌ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
ｌ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Ｔｇｌ〜ｈ１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１に入力される。

第３図の演算制御回路では上記のＴｇｌ−ｈ、　’ｒｐ
ｔ〜ｈ信号を入カポ−）１５から入力し、各々のタイミ
ングをトリガとしてカウンタ１３のカウント値をラッチ
回路１４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
延時間をしめず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Ｓｌから８３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ｄｉ−ｄ３を求
めることができる。さらに演算制御回路ｌでこの直線距
離ｄ１〜ｄ３に基づき振動ペン３の位置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）Ｙ＝Ｙ／２＋　（ｄｌ＋ｄ３
）　（ｄｉ　−ｄ３）　／２Ｙ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（５）ここでｘ、Ｙ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。

以上の構成によれば、振動伝達板８に弾性波の板波とし
て超音波振動を伝達するので、振動伝達板８の傷、障害
物による妨害を低減し、高精度な座標検出を行うことが
できる。

本実施例では、さらに第７図に示すように、振動伝達板
８のセンサー取付面８１側を物理強化（風冷強化）又は
イオン交換法とによる化学強化等をほどこされている。

これは、振動伝達板８が振動センサー６をくり返し機械
的にただ（様な動作をするときに振動伝達板８の摩耗に
対して大きく改善され、長時間の耐久使用に対して安定
した検出波形を得られる。

第８図に表面強化をしないときの耐久後の検出波形を示
し、第９図は表面強化をしたときの耐久後の検出波形を
示す。第８図のＷＨ部の様な波形の乱れは検出されず、
常に第９図の様に安定した波形でＳ／Ｎの良い波形が検
出出来、精度の良い座標入力装置が実現した。

〔他の実施例〕

以上、振動伝達板８がガラス板のときの説明をしたが、
振動伝達板８がアルミ板等の金属板のとき、摩耗はガラ
ス板以上に著しい現象となる。このとき、表面強化させ
ると、さらに大きな効果があり、長時間の使用に十分耐
えられる振動伝達板８を提供出来る。アルミ板のときの
表面強化は陽極酸化をほどこしたものである。或いは、
化学的皮膜化成法として、炭酸ソーダ処理法や、フロー
ト法（「日干工業金属表面技術便覧」金属表面技術協会
線アルミニウムの化学処理参照）がある。

〔発明の効果〕

以上から明らかな様に本発明によれば、振動発生手段を
有する振動ペンから入力された振動を振動伝達板に複数
設けられたセンサーにより検出して、前記振動ペンの振
動伝達板上での座標を検出する座標入力装置において、
前記振動伝達板のセンサー取付面を表面強化することで
振動伝達板の摩耗を防ぎ、常に安定した波形を検出する
ことが出来る。このことにより、耐久性のある高精度な
座標入力装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用した情報入出力装置の構成を示し
た説明図、第２図は第１図の振動ペンの構造を示した説
明図、第３図は第１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１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、第７図は振動伝達板の
表面状態を示した説明図、第８図、第９図はそれぞれ振
動伝達板の表面強化をほどこさない場合とほどこした場
合の振動検出波形を示した波形図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）振動発生手段を有する振動ペンから入力された振
   動を振動伝達板に複数設けられたセンサにより検出して
   、前記振動ペンの振動伝達板上での座標を検出する座標
   入力装置において、前記振動伝達板のセンサー取付側の
   面又は両面を表面処理をして、硬化させたことを特徴と
   する座標入力装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項に於いて、振動伝達板がア
   ルミであり、表面処理を陽極酸化をほどこしたことを特
   徴とする座標入力装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項に於いて、振動伝達板がガ
   ラスであり、表面処理を熱強化法又は化学強化法をほど
   こしたことを特徴とする座標入力装置。