JPH01161424A - 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
動を振動伝達板に設けられた振動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。

この種の座標入力装置の入力方式として、タブレットを
ガラス、金属板などの振動伝達板から構成し、この振動
伝達板上に振動ペンから入力されたりｉ性液振動の振動
伝達時間を測定することにより入力座標を検出する方式
が知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の弾性波を用いた座標入力装置では、振動伝達板に
塗装などを行なわずにそのまま使用していた。このため
、振動入力ペンで文字、画像などを入力する際、書き味
が悪かったり振動伝達板あるいは入力ペンの摩耗が早い
という問題があった。また、筆圧などの影響によって振
動伝達板の一部領域において振動伝達効率が変化したり
、安定した振動伝達特性を確保できなかったりする問題
があり、高精度な座標入力を行なえないという問題があ
った。

［問題点を解決するための手段］ 以上の問題点を解決するために１本発明においては　振
動ペンから入力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
板の所定面に塗装膜を形成した構成を採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、塗装膜により振動伝達板および振
動ペンの耐摩耗性、振動入力時の書き味が向上されると
ともに、振動入力面に塗装膜を設ける場合には、入力面
全面にわたって均一な振動伝達特性を付与できる。

［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（Ａ）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
を行なわせ、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
振動を所定位置に３個設けられた振動センサ６に伝達す
る０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防振材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なうよう
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なわ
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なったよ
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
ー表示を行ない、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を用いることもでき
る。

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。振動ペン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１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２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１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くいという利点を有する。

本実施例では、第１図（Ｂ）に示すように振動伝達板８
の表面に透明な塗装膜８′を設ける。防振材７はこの塗
装膜８′の上に振動伝達板８の端縁の位置に接着などの
方法で固定される。又、防振材７は振動伝達板８表面の
非塗装部分に装着しても良い。

塗装膜８′の材質としては種々の材質を利用できるが、
例えば紫外線硬化型インクなどを用いれば、塗装作業が
非常に容易になる。

このような構成によれば、例えば振動伝達板８に金属な
どの材料を用いた場合、振動ペン３のホーン５との摩擦
による摩耗の度合が従来例に比べて著しく減少する。

また、振動ペン３のホーン５と振動伝達板８の密着性が
塗装膜８′によって向上するため、振動ペン３から振動
伝達板８への振動伝達効率を大きく向上でき、また文字
、図形などの入力時において安定した接着状態を形成す
ることができる。また、振動ペン移動時の書き味を向上
させ、不快な音を発生する問題もなくなる。

また、第１図（Ｃ）に破線で示すように振動ペン３を傾
斜させた場合、従来構成では振動ペン３を直立させた時
と振動検出波形が大きく変化して検出精度が低下すると
いう問題があった。

例えば、第１図（Ｄ）の最上段に示すような出力信号を
振動センサ６から得られるが、第１図（Ｃ）の破線のよ
うに振動ペン３を傾けると第１図（Ｄ）の中段のように
振動検出信号のレベルが低下し、また水平方向の振動成
分が入力されるため波形に歪みを生じ、座標検出を決定
づける振動検出タイミングの決定が不正確になるという
問題がある。

ところが、本実施例によれば、塗装膜８′によって上述
のように接触状態が安定するため、振動ペン３を傾斜さ
せても第１図（Ｄ）の下段に示すように直立時とほぼ変
わらない振動検出波形を得ることができる。

上記実施例では振動伝達板の片面の入力面のみを塗装し
たが、振動伝達板の両面を塗装しても構わない。また、
塗料としては熱硬化性インク、あるいは他の所望の印刷
インクを使用できる。

第１図（Ｅ）に振動伝達板８の両面に塗装膜８′を設け
た場合の断面を示す、この構成では、振動センサ６は下
面の塗装膜８′の上に装着されている。このような装着
方法によれば振動センサ６と振動伝達板８の接触面の密
着性を向上させることができ、よりレベルの高い検出信
号を形成することができ、座標検出精度を向上できる。

また、振動センサ６に密着性を向上させるための材質を
わざわざ介在させる必要がなく、簡単安価に振動伝達特
性を向上できる。塗装膜は１層のみでなく、複数層に分
けて形成してもよい。

また、装置の調整時、あるいは特定の情報入力ソフトウ
ェアの処理において操作者に振動伝達板上の特定の点に
座標入力を行なわせる必要がある場合、この目印を塗装
によって設けておいてもよい。

この構成によれば、液晶表示器を用いて指示点を表示す
る場合に比べて視差の影響を受けず正確に入力を行なう
ことができる。このように、塗装膜は振動伝達板上に特
定の目印を設ける場合にも利用でき、また特定の社名、
ブランド名などを表示してデザイン性を向上させるのに
も役立つ。

さらに、振動伝達板８を表示器に重ねて用いない場合な
ど、振動伝達板８の光透過性が問題にならない場合には
塗装膜８を不透明な塗料により形成してもよいのはもち
ろんである。

再び、第１図（Ａ）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１は振動伝達時間の測定処理を行ない、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。

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１
１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を出力する。これら
のタイミング情報は入力ボート１５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カポ
−）１５に入力され、ラッチ回路１４内の各振動センサ
６に対応する記憶領域に記憶され、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
標演算が行なわれる。このとき、判定回路１６は複数の
振動センサ６からの波形検出のタイミング情報がすべて
入力されたかどうかを判定し、マイクロコンピュータ１
１に報知する。

表示器１１’の出力制御処理は入出力ボート１７を介し
て行なわれる。

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０本実施例において用いられる板波は分
散性の波であり、そのため検出波形のエンベロープ４２
１と位相４２２の関係は振動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１ａｄはその振動伝達時間を
ｔｇとしてｄ＝ｖｇ−ｔ　ｇ　　　　　　　　　　　　
・　（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なう、第４図の位相波形４
２２の特定の検田点、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ｄ＝ｎ・入ｐ＋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＝［Ｃ
Ｖｇ　−ｔ　ｇ−Ｖｐ　φ　ｔ　　ｐ）／入Ｐ’＋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とし、出展波長以内であれ
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（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３図に示した２つの振動伝達時間ｔｇおよびｔｐの測
定のため、波形検出回路９はたとえば第５図に示すよう
に構成することができる。

第５図において、振動センサ６の出力信号は前述の増幅
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ビークのタイミンクはエンベロープ
ビーク検出回路５３によって検出される。ビーク検出信
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倍信号タイミングと、遅延時間調整回路
５７によって遅延された元信号から検出回路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。

すなわち、Ｔｇ倍信号単安定マルチ八イブレータ５５に
より所定幅のパルスに変換される。また、コンパレート
レベル供給回路５６はこのパルスタイミングに応じてｔ
ｐ倍信号検出するための１７きい値を形成する。この結
果、コンパレートレベル供給回路５６は第３図の符号４
４のようなレベルとタイミングを有する信号４４を形成
し、検出回路５７に入力する。

すなわち、単安定マルチバイブレータ５５およびコンパ
レートレベル供給回路５６は位相８江時間の測定がエン
ベロープビーク検出後の一定時間のみしか作動しないよ
うにするためのものである。

この信号はコンパレータなどから構成された検出回路５
８に入力され、第４図のように遅延された検出波形と比
較され、この結果符号４５のようなｔｐ検出パルスが形
成される。

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〜ｈ、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、”ｒｐｌ
−ｈ信号を入力ボート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」４に取り込む。前記のようにカウンタ１３は振動ペ
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の所定位置に３つの振動セ
ンサ６を符号ＳｌからＳ３の位置に直交座標系を形成す
るように配置すると、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かも各々の振動センサ６の位
置までの直線距離ｄ１〜ｄ３を求めることができる。さ
らに＠算制御回路１でこの直線圧＃ｄ１〜ｄ３に基づき
振動ペン３の位置Ｐの座！（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＋　（ｄ、１．＋ｄ２）（ｄｉ　　ｄ２）／
２Ｘ・・・（４） ｙ＝Ｙ／２＋　（ｄｌ＋ｄ３）（ｄｔ−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袖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。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、振動ペンか
ら入力された振動を振動伝達板に設けられた振動センナ
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、前記振動伝達板の所定
面に塗装膜を形成する構成を採用しているので、塗装膜
により振動伝達板および振動ペンの＃摩耗性、振動入力
蒔の書き味が向−ヒされるとともに、振動入力面に塗装
膜を設ける場合には、入力面全面にわたって均一　な振
動伝達特性を付与できるから、装置の耐久性、操作感を
向上できるとともに、振動伝達板全体にわたって高精度
な座標検出特性を確保できるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明を採用した座標入力装置の構成を
示した説明図、第１図（Ｂ）は本発明による振動伝達板
の構造を示した断面図、第１図（Ｃ）は第１図（Ｂ）の
塗装膜の作用を示した説Ｑｌ１図、第１図（Ｄ）は第１
図（Ｂ）の塗装膜の作用を説明する弾性振動の波形図、
第１図（Ｅ）は本発明による振動伝達板の異なる構造を
示した断面図、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である。 １・・・演算制御回路　　　３・・・振動ペン４・・・
振動子　　　　　　６・・・振動センサ８・・・振動伝
達板　　　　８′・・・塗装膜５１・・・前置増幅器 １５．１６・・・入力ボート ５２・・・エンベロープ検出回路 ５４．５８・・・信号検出回路 ５９・・・Ａ／Ｄ変換回路 ４ηシψ５クイねｊ丁奸礫”ｒｒｏｒｆ３第１面（Ｅ） 業丑多挽土口路のブＤ、クロ 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 振動ペンから入力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
   達板の所定面に塗装膜を形成したことを特徴とする座標
   入力装置。