JPH0196714A - 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、特に振動伝達板に振動入力部材
から入力された振動を検出し、振動伝達板上の振動入力
点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。

特に、座標入力方式として超音波振動を用いた座標入力
装置として、入力ペンから振動伝達板に伝達される超音
波振動を圧電素子などの機械／電気変換手段によって電
気信号に変換し、伝達板上での振動検出時間から座標検
出を行なう方式が知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記のような超音波方式では、振動検出
手段が機械／電気変換であったため、上記振動伝達板は
振動センサに直接結合されており、入力ペンより発せら
れた超音波振動が弾性波として振動伝達板上を伝わる場
合に、振動センサと振動伝達板の接触点における不要な
反射、および振動モードの変形などの問題が生じ、振動
検出に基づく座標入力精度に悪影響を与える問題があフ
た。

また、振動センサを振動伝達板に結合する際、ある一定
の圧力を持ってセンサを圧接するために複雑な機構を必
要とする問題があった。

［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、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検出し、振
動伝達板上の振動入力点の座標を検出する座標入力装置
において、前記振動伝達板に結合された磁気センサを設
け、この磁気センサの出力を座標入力のための振動検出
出力として用いる構成を採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、機械的な振動検出手段を用いず、
磁気的な検出により振動検出を行なうので、装置外装な
どの部分と振動伝達板を機械的に結合する必要がなくな
り、座標検出のための振動検出に悪影響を与えることが
ない。

［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図は本発明による座標入力装置の構成を表している
０図において符号１は超音波振動を弾性波として伝える
振動伝達板で、ガラスなどの材料から構成されている。

符号３は永久磁石などから成る磁石で、振動伝達板１の
角部に取り付けられており、振動伝達板のみで支持され
ている。符号２は磁石３の周囲に配置されたコイルで、
磁石３が発生する磁界の中に配置されており、磁石３が
振動すると電磁銹導によって起電力を発生する０本実施
例では、上記コイルと磁石の組が３組配されている。

また、符号４は信号波形検出回路であり、コイル２から
の検出信号をマイクロコンピュータおよびメモリなどか
ら構成された演算制御回路５によって処理可能な検出信
号に変換する。演算制御回路５は後述の遅延時間の演算
処理に基づいて振動伝達板１の上での振動ペン７の位置
を検出する。符号６は振動子駆動回路である。

第２図はコイル２と磁石３の取付部をより詳細に示して
いる０図において符号１は前記振動伝達板で、この振動
伝達板には円筒形の磁石３が接着されている。また、磁
石の周囲に配置された円形コイル２はプラスチックなど
の非磁性体から構成された支持部材１０によって支持さ
れている。すなわち、磁石３とコイル２、および支持部
材５は機械的に結合しておらず、したがって振動伝達板
１の装置外装などとの機械的結合部分がない。

第３図は振動ペンツの構造を示している。振動ペン７に
内蔵された振動子８は振動子駆動回路６によって駆動さ
れる。振動子８の駆動信号は第１図の演算制御回路５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
ンス駆動の可能な振動子駆動回路６によって所定の利得
で増幅され、振動子８に印加される。電気的な駆動信号
は振動子８によって機械的な振動に変換され、ホーン部
９を介して振動伝達板１に伝達、される。

振動子８の振動周波数は、アクリル、ガラス板などの振
動伝達板１に板波を発生させる周波数が選択される。ま
た、振動子８は振動伝達板１に対して第３図の垂直方向
に主に振動するような振動モードが選択される。

第４図は第１図の演算制御回路のブロック図である。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６に対して駆動パルスを発生するもの
で、マイクロコンピュータ１１によって演算用の回路と
同期してスタートする。

カウンタ１３の計数値は波形検出回路４から検出信号入
力ボート１５に入力される検出信号によってラッチ回路
１４にラッチされ、判定回路１６によって必要なデータ
が揃ったかどうかを判定し、その結果がマイクロコンピ
ュータに伝えられ、必要なデータが揃ったらマイクロコ
ンピュータ１１はラッチ回路１４よりラッチされた計数
値を取り込む、コンピュータシステムなど他の処理装置
との入出力は、入出力ポート１７を介して行なわれる。

ここで、ラッチ回路１４には入力ポート１５から信号波
形検出回路４から前記コイル２による振動検出タイミン
グ信号が入力される。

第５図は第１図の信号波形検出回路４に入力されるコイ
ル２による振動検出波形と、それに基づく遅延時間の計
測処理を、説明するものである。

第５図において、符号４１は振動ペン７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って駆
動された振動ペン７によって発生される超音波信号は振
動伝達板１内を弾性波として伝達され、磁石３を振動さ
せる。磁石３が振動すると、電磁誘導によってコイル２
に起電力を生じる。これは、符号４２に示すような検出
波形となる。この検出波形は、振動ペンから振動伝達板
を通してコイルに起電力を生じるまでに、時間Ｔｇだけ
遅延している。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
係が変化する。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。

この群速度および位相速度の中から振動ペン７とコイル
間の距離を検出することができる。まずエンベロープ４
２１のみ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第５図の符号４３
のように検出すると、振動ペンおよびコイル間の距離ｄ
は、その遅延時間をｔｇとして ｄ＝Ｖｇ　−ｔｇ　　　　　　　　　　　・・・（１）
で与えられる。上記の式は、コイル２のうち１つに関す
るものであるが、同じ式によって他の２つのコイルおよ
び振動ペン間の距離も測定することができる。

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５図の位相波形４２
２の特定の検出点、例えばピーク通過後のゼロクロス点
の遅延時間を第５図のようにｔｐとすれば、振動ペンと
コイルとの距＠ｄはｄ＝ｎ・λｐ＋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）式および（２）式より、上記の整数ｎは ｎ＝［（Ｖｇ−ｔｇ−Ｖｐ４ｐ）／　λｐ＋ｌ／Ｎｌ　
　　　　　　　　・”　　（３）と示される（［］は整
数化を示す）。ここでＮは０以外の実数であり、適当な
数値を用いる。例えばＮ＝２とすれば、エンベロープの
検出精度が±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（２）式に代入
することによって、振動ペンおよびコイル間の距離を正
確に測定することができる。

第５図に示した２つの遅延時間ｔｇおよびｔｐに基づく
距離測定は、第１図の波形検出回路４および演算制御回
路５によって行なわれる。

波形検出回路は第６図に示すように構成される。第６図
においてコイル２の出力信号は前置増幅回路５１によっ
て増幅され、低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、エンベロープ
のみが取り出されて、さらにエンベロープピーク検出回
路５３によって検出信号のエンベロープのピークのタイ
ミングが検出される。

ピーク信号の検出はコンパレータなどから構成されたＴ
ｇ信号検出回路５４によって所定波形のＴｇ倍信号形成
され、演算制御回路５に入力される。また、このような
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、Ｔｐ検出回路５８によって位相遅延時間”ｒ
ｐ検出信号が形成され、演算制御回路５に入力される。

Ｔｐ検出回路はモノマルチバイブレータ５５、コンパレ
ートレベル供給回路５６によってその作動時間が決定さ
れる。

以上に示した回路はコイル２の１つ分に対するものであ
り、他のそれぞれのコイルについても同様の回路が設け
られる。コイルの数を一般化してｈ個とすると、演算制
御部５に対してはエンベロープ遅延時間Ｔｇｌ〜Ｔｇｈ
％’ｒｐｔ〜”ｒｐｈの検出信号が入力される。

第４図の演算制御回路５では、上記のＴｇｌ〜Ｔｇｈ％
”ｒｐｔ〜Ｔｐｔ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１のカウント値
をラッチ回路１４に取り込む、上記のように、カウンタ
３１は振動子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
れの遅延時間のデータが取り込まれる。

実際に振動ペンの位置を特定するためには、第７図のよ
うに振動伝達板１の角部に３つのコイルを符号Ｓ１〜Ｓ
３のように配置すると、第５図に関連して説明した処理
によって振動ペンの位置Ｐから各々のコイルまでの直線
路＠ｄ１〜ｄ３を求めることができる。振動ペン３の位
置Ｐの座標（Ｘ％ｙ）は、３平方の定理から で与えられる。ここでＸ％ＹはＳ２、Ｓ３に配置された
コイルと原点にあるコイルＳ１からの距離である。

以上の実施例によれば、磁気センサによって振動検出を
行なっており、磁気ゼンサを介してケース、外装と振動
伝達板が機械的に非結合となるので、従来のようにセン
サ位置で好ましくない振動反射、振動モードの変化など
が生じることがなく、正確な振動検出に基づく座標検出
が可能である。

磁気センサの構造は、上記以外にも種々考えることがで
幹る。例えば、第８図のように前記実施例における磁石
３をコイルに置き換え、コイル２を磁石に置き換える構
成も可能である０本実施例によれば、振動伝達板上に接
着される部材の質量を小さくでき、振動伝達の安定化が
可能である。

また、磁石も用いずにコイルを２つ用いて構成し、撮動
を検出する構成にしてもよい。この場合は、撮動を検出
したい検出部の一方のコイルに定電流を流して磁界を発
生させ、他方のコイルで振動を検出する０本実施例によ
れば、振動を検出する必要のない検出部のコイルは電流
を止めておけば磁界を発生せず、他の検出部のコイルに
悪影響を与えないという利点がある。ｌ また、永久磁石などを用いるよりも検出部の質量をより
軽量化でき、振動検出に対する悪影響を低減できる。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、振動伝達板
に振動入力部材から入力された振動を検出し、振動伝達
板上の振動入力点の座標を検出する座標入力装置におい
て、前記振動伝達板に結合された磁気センサを設け、こ
の磁気センサの出力を座標入力のための振動検出出力と
して用いる構成を採用しているので、振動伝達板に接触
することなしに入力座標を検出できる座標入力装置を構
成でき、振動検出部が振動伝達板に圧着されているため
に生じる反射、吸収などの悪影響を受けず精度のよい座
標入力を行なえるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による座標入力装置の構成を示した説明
図、第２図は機械／電気変換部の構成を示した斜視図、
第３図は振動ペンの説明図、第４図は演算制御回路のブ
ロック図、第５図は距離測定を示した波形図、第６図は
波形検出回路のブロック図、第７図は振動センサ取付位
置の説明図、第８図は他の実施例の構成を示した斜視図
である。 １・・・振動伝達板　　２・・・コイル３・・・磁石　
　　　　４・・・信号波形検出回路５・・・演算制御回
路　６・・・振動子駆動回路フ・・・振動ペン　　　１
０−・・支持部材七秩械／Φ１１七棟部の斜視国 第２図 第３図 纂４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検出し
   、振動伝達板上の振動入力点の座標を検出する座標入力
   装置において、前記振動伝達板に結合された磁気センサ
   を設け、この磁気センサの出力を座標入力のための振動
   検出出力として用いることを特徴とする座標入力装置。