JPH02143316A - 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、特に複数の座標入力方式を用い
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、種々の方式による入力タブレットを用い、手
書きの文字や図形を入力し、さらに認識する情報入力装
置が提案されている。特に、タブレット下に表示器を配
置し、手書き入力された文字、図形をそのままのサイズ
、位置で表示する手書き認識システムも考えられている
。

このような手書き認識システムは、現在の情報処理シス
テムにおける、主としてキーボードとデイスプレィから
なるＭＭＩ（マン・マシーン・インターフェース）方式
に代るものとして注目されている。

このような手書ぎ認識システムは、あたかも紙に書き込
みを行なったように表示を行なうことができ、また、単
に文字、図形を入力するのみならず、表示器にアイコン
やメニュー（以下、これらをソフトスイッチという）を
表示させ、直接これらを指示することでコマンドを実行
させるためにも利用できる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の手書き認識システムにおいて、文字、図形の入力
は入力精度が問題にｒｌるため、専用の入力部材を用い
るのは致しかたないとしても、ソフトスイッチの選択は
入力部材を用いず、指などにより直接入力が行なえるの
が、よりユーザフレンドリ−で好ましいのはいうまでも
ない。

ところが、従来より知られている超音波振動を検出する
座標方式、電１ｉｆ１話導、あるいは静電８導を利用し
た座標検出方式では、専用の入力部材が必要で、指によ
る操作は不可能であった。

透明な抵抗膜を対向配置し、入力点においてこれらを接
触させる方式では、入力部材に制約がないため、指によ
る入力が可能であったが、この方式ではそれほど精度が
よくなく、文字、図形の高精度な入力には使用できない
、また、この方式では、入力点以外において抵抗膜を接
触させることはできず、入力面に手をついたりものを置
いたりすることができないなどの制約があり、文字、図
形入力あるいはソフトスイッチ操作の両方に使用できる
汎用型の入力システムには適切でないという問題があっ
た。

本発明の課題は、以上の問題を解決し、操作時の制約が
少なく、入力部材にかかわらず文字、図形入力、ソフト
スイッチ操作など種々の用途に使用で跨る汎用型の座標
入力装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 以上の課題を解決するために、本発明においては、第１
の入力方式により入力点の座標を検出するための第１の
入力タブレットと、この第１の入力タブレット下面に配
置された第２の入力方式により第１の入力タブレットを
介して入力された入力点の座標を検出するための第２の
入力タブレットと、前記第１および第２の入力タブレッ
トからの入力状態に応じて再入力タブレットから入力さ
れる座標情報のいずれかを選択して出力させる出力制御
手段を設けた構成を採用した。

〔作用コ 以上の構成によれば、文字、図形入力、ソフトスイッチ
操作など種々の用途に応じて適切な入力方式を操作状態
に応じて自動的に切り変えることができる。

［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図は本発明を採用した座標入力装置の構成を示して
いる。本実施例では、文字、図形の高精度な入力、およ
び入力部材を用いずに指などで直接入力面を操作して行
なうソフトスイッチ操作の両方を実行できるようにする
ために、超音波振動方式と、抵抗膜方式の２つの座標入
力方式を組み合わせて用いる。

第１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６は弾性波を検出する圧電素子（以下セン
ナという）、符号９〜１１は揚動センサ６からの信号を
増幅する前置増幅回路、符号１２〜１４は増幅ｆＪ号中
のある点を特定し、伝達時間に依存した検出信号を発生
する振動波形検出回路、符号１５〜１７は前記検出信号
をトリガとして計時カウンタ１８の出力、すなわち伝達
時間情報をラッチするラッチ回路である。

符号４は振動発生用の圧電素子（以下振動子という）、
符号５は振動を増幅するホーンで、全体として振動ベン
３を構成する。符号２は振動子４を駆動する振動子駆動
回路である。

符号１は各回路の制御や座標値の計算を行なう制御装置
、また符号７は振動伝達板８の端面での反射を防止する
防振材である。

さらに、振動伝達板８の表面には、抵抗膜方式の入力を
行なうために、透明な抵抗膜を蒸着あるいは印刷などに
より形成し、さらにその上に同じく振動伝達板８との対
向面に抵抗膜を設けた抵抗膜フィルムをシリコンゴムな
どのスペーサ（不図示）を介して所定圧１１１１して配
置しである。

振動伝達板８、抵抗膜フィルムの対向する２辺には、そ
れぞれ直交方向に電極が設けられ、これらの電極は押圧
点検出回路２０に接続されており、所定の電圧が印加さ
れる。また、振動伝達板８、抵抗膜フィルムの抵抗膜に
は、電圧分布の均一化あるいは抵抗膜接触による抵抗値
変化を検出するための補助電極が配置されている。

押圧点検出回路２０は、公知の抵抗膜方式の座標検出を
行なう回路で、振動伝達板８、抵抗膜フィルムの対向す
る２辺の電極（あるいは不図示の補正用電極）から入力
した電圧変化に基づき、上下の抵抗膜が接触している点
の座標値を検出する。

本実施例における座標入力装置は、抵抗膜フィルムおよ
び振動伝達板８を入力タブレットとして、指による直接
入力ないし、振動ペン３による振動入力によフて指示点
の座標入力を行ない、入力された座標情報をこの座標入
力装置が接続されているパーソナルコンピュータなどの
ホスト装置に出力するようになっている。

なお、本実施例では不図示だが、振動伝達板８および抵
抗膜フィルムは透明に構成されているので、これらの下
部に表示器を配置して入力された文字、図形の表示、ア
イコン、メニューなどの各種ソフトスイッチの表示を行
なえるのはもちろんである。

第２図は振動ベン３の構造を示している。振動ベン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。

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くいという利点を有する。

まず、振動入力による座標検出系の構造、制御について
詳述する。

第３図に制御装置１周辺の構造をより詳細に示す。制御
装置１は図示のようにマイクロコンピュータ３１、ＲＯ
Ｍ、ＲＡＭにより構成され、駆動信号発生回路３２によ
り振動子駆動回路２に与える駆動パルスを出力する。ま
た、第１図の各部とのデータ人出力は入出力ボート３３
を介して行なわれる。

さらに、第１図に不図示の部材として、ペンダウン検出
回路２１が設けられている。ペンダウン検出回路２１は
、振動波形検出回路１２〜１４と同様に前置増幅回路９
〜１１の出力を入力し、振動検出信号と所定のしきい値
との比較により振動ベン３と振動伝達板８が接触してい
るかどうかを検出するためのものである。ペンダウン検
出回路２１はクリアイ３号により新たなペンダウン信号
の検出を行なうようにリセットされる。

次に振動入力による座標検出制御の概略について述べる
。

第３図の計時カウンタ１８およびラッチ回路１５〜１７
のラッチ内容は、１回の座標入力の最初にクリアされる
。計時カウンタ１８は、−Ｆ記のリセットおよびクリア
の後、駆動信号発生回路３２とともにスタートされる。

駆動信号発生回路３２は振動ベン３の振動子４の共振周
波数の繰り返し周期を持つパルス列を発生し振動子駆動
回路２に出力し、振動ベン３の振動子４を駆動する。計
時カウンタ１８は必要な座標検出分解能に対応した周期
を持つクロックのカウントを開始する。

振動ベン３から発生された弾性波は、振動伝達板８を通
り、振動センサ６に入力される。機械的振動は振動セン
サ６により電気信号に変換され、前置増幅回路９〜１１
を介して振動波形検出回路１２〜１４に入力される。

ラッチ回路１５〜１７は振動波形検出回路１２〜１４の
所定の波形を検出したタイミングでトリガされ、計時カ
ウンタ１８の計時情報を読み取る。マイクロコンピュー
タ３１は３つの計時情報がラッチされた時点でラッチ回
路１５〜１７にラッチされた振動伝達時間を読み取り、
後述の演算により振動ベン３による入力点の座標を決定
する。得られた座標データは、所定のインターフェース
回路を介してホスト装置に転送される。

さて、ペンの駆動を行なってから、すなわちスタート信
号を出力してから最大伝達時間、回路遅延時間より決定
される時間を過ぎてもイ３号波形検出信号が出力されな
い場合は振動ペン３が振動伝達板８から離れている状態
、すなわちペンアップの状態であるから伝達時間の計測
を打ち切り、再びペンダウン検出回路１９が検出信号を
出力するまで待機状態になる。なお、この時間の計測に
は制御回路１の内部カウンタを用いる。

以上の制御処理を行なうことによって、ペンアップ時に
振動ベンの駆動を行なわず、ペンダウン時のみ駆動を行
なって、指示点座標をリアルタイムで検出することがで
きる。

次に波形検出および座標演算の詳細につき説明する。

第４図は第１図の波形検出回路１２〜１４に入力される
振動センサ６からの信号波形と、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ベン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
れた振動ベン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までの距離に
応じた時間ｔｇをかけて進行した後、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、そのため検出波形のエンベロープ
４２１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
振動ベン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、振動ベン３お
よび振動センサ６の間の距ｇｄ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か、同
じ式により他の２つの振動センサ６と振動ベン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
サと振動ベンの距離は ｄ＝ｎ・λｐ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ｌ−［（
νｇ−ｔｇ　−Ｖｐ−ｔｐ）　／λｐ　＋　ｌ　／Ｎ１
−＝　（３）と示される。ここでＮは０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、群遅延
時間ｔｇのゆらぎが±１／２彼長以内であれば、ｎを決
定することがで炒る。

上記のようにして求めたｎを（３）式に代入することで
、振動ベン３および振動センサ６間の距腑を正確に測定
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１２〜１４によって行なわ
れる。振動波形検出回路は、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の出力信号は前置増幅回
路９〜１１を経て絶対値回路、ローパスフィルタなどか
ら構成されるエンベロープ検出回路５１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微分回路などから
構成されるエンベロープピーク検出回路５３によって検
出され、このピーク検出信号からコンパレータなどから
構成された信号検出回路５４によってエンベロープ遅延
時間検出信号Ｔｇが形成され、演算制御回路１、ラッチ
回路１５へ出力される。

また、遅延時間調整回路５２によって遅延された元信号
からコンパレータなどから構成されるＴｐ検出回路５７
によって位相遅延時間検出信号チバイブレータ５５、コ
ンパレートレベル供給回路５６によってＴｇ信号検出後
のある一定時間しか作動しないように調整されており、
これによってピーク後のゼロクロス点検出が可能なよう
になっている。

ここで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、位相伝達時間Ｔｐ１〜ｈのそ
れぞれｈ個の検出信号が出力される。前述のように計時
カウンタ１８は振動ベン３の駆動と同期してスタートさ
れているので、ラッチ回路１５から１７にはエンベロー
プおよび位相のそれぞれの伝達時間を示すデータが取り
込まれる。さらに、制御回路１は各々の検出信号に基づ
いてラッチ回路１５〜１７の保持データをそのつど取り
込む。このようにして、各センナに対するエンベロープ
および位相伝達時間を測定する。

座標値を検出するには、センサが振動伝達板８の一辺に
設けられるのであれば、センサの数は最低２個であり、
また必要に応じてそれ以上の数を設けることも可能であ
る。たとえば、第６図に示すように振動伝達板８の角部
にＳｌ、Ｓ２、Ｓ３の３つのセンサを配置し、第３図に
関連して説明した処理により振動ベン３の位置Ｐから各
々のセンサの位置までの直線距１１ｄｌ〜ｄ３を求める
ことができる。

さらに、制御回路ｌによりこの直線距ａｄ１〜ｄ３に基
づき次のような演算を行なうことにより、撮動ベン３の
入力点Ｐの座標（ｘ、ｙ）を求めることができる。

ｘ＝Ｘ／２＋　（ｄｌ＋ｄ２１（ｄｉ−ｄ２）／２Ｘ・
・・（４） 、ｙ＝Ｙ／２＋　（ｄｌ＋ｄ３）（ｄｉ−ｄ３）／２Ｙ
・・・（５） ここでＸ、ＹはＳ２、Ｓ３の位置の摂動センサ６と原点
（位置Ｓ１）のセンサのＸ、Ｙ軸に沿った距離である。

さて、次に抵抗膜による座標検出系につき詳述する。

ＴＳ７図（Ａ）に示すように、振動伝達板８および抵抗
膜フィルムに形成されている抵抗膜の両端をそれぞれＡ
、Ｂ、Ｃ，Ｄとする。両抵抗膜は、非入力状態では接触
していないが、抑圧が行なわれると第７図（Ｂ）ないし
くＣ）のように接触点Ｐで２つの抵抗膜が接触する。

押圧点検出回路２０は、第７図（Ｂ）ないしくＣ）のよ
うに、Ａ、ＢあるいはＣ，Ｄ間に所定電圧を印加し、入
力抵抗が充分高い電圧検出回路を用いてＣ（ないしＤ）
点、あるいはＡ（ないしＢ）点で接触点Ｐにおける分圧
を検出することにより、座標値のｘ、ｙ成分を検出する
。

このため、押圧点検出回路２０はたとえば第８図に示す
ように構成できる。図において符号８１は、第７図（Ｂ
）ないしくＣ）の回路接続を切り換えるための切り換え
回路で、アナログスイッチなどにより構成される。符号
８３は、ｘｙ切り換え回路８１を介して得られる接触点
の分圧を測定するためのオペアンプで、図示のように入
力抵抗が高いボルテージフォロワとして構成してあり、
接触（分圧）点と検出点の間の抵抗膜による電圧降下を
無視できるようになっている。オペアンプ８３の入力端
子は数ＭΩ程度の高抵抗により接地電位にプルダウンさ
れており、抵抗膜による入力がない場合にはオペアンプ
８３を介してＯＶが検出される。

オペアンプ８３により検出された電圧情報はＡ／Ｄコン
バータ８４を介して制御装置１のマイクロコンピュータ
３１に入力される。

以上の構成により、抵抗膜フィルムおよび振動伝達板８
の抵抗膜による押圧点の座標検出を行なえる。

御する手順につき述べる。第９図はマイクロコンピュー
タ３１の入力制御プログラムの流れを示しており、この
プログラムはマイクロコンピュータ３１のＲＯＭに格納
される。

まず、無入力状態では、マイクロコンピュータ３１は第
９図のステップＳ１において、押圧状態を示すステータ
スフラグ（後述のように０．１、−１の３値をとる）に
０をセットし、続いてステップＳ２において振動入力方
式による入力点の指示が行なわれているかどうかを判定
する。この判定は、ペンダウン検出回路２１の出力など
を用いて有効な座標データが入力されているかどうかに
より行なう。なお、振動ベン３による入力は抵抗膜フィ
ルムを介して振動伝達板８に振動入力を行なうことによ
り行なわれる。

振動方式による入力であれば、ステップＳ３に移行し、
入力された振動伝達時間データから上述の座標演算を行
ない、ステップＳ４でホスト装置に算出された座標値を
転送し、ステップＳ５において振動方式による入力継続
中であることを示すためステータスフラグに−１をセッ
トしステップＳ２に戻る。軌跡の入力などが続行してい
れば、ステップ５２〜Ｓ５のループにより連続的に振動
方式により座標データが取り込まれる。

一方、ステップＳ２で振動方式の入力がおこなわれてい
なければステップＳ６に移行し、ステータスフラグの状
態を判定する。ステップＳ６でステータスフラグが−１
の場合にはステップ５１２に移行し、抵抗膜押圧による
入力が行なわれているかどうかを判定する。抵抗膜によ
る入力が行なわれていればステップＳ２に移行し、同入
力が行なわれていなければステップＳ１に戻り、フラグ
を０にリセットする。

ステップＳ６でステータスフラグが０の場合には、ステ
ップＳ７において抵抗膜押圧による入力が行なわれてい
るかどうかを判定する。この判定は、第８図の押圧点検
出回路２０の出力がＯＶ　カ）どうかを調べることによ
り行なわれる。

ステップＳ８では、第８図のＡ／Ｄコンバータ８４を介
して入力した電圧情報に基づき、押圧点の座標を算出し
、ＦｔＡＭに記憶し、続いてステップＳ９において、抵
抗膜による入力が継続していることを示す１をステータ
スフラグにセットし、ステップＳ２に戻る。

一方、ステップＳ６でステータスフラグが１の場合には
ステップＳｔＯに移行し、抵抗膜押圧が終了したかどう
かを判定する。この判定はステップＳ７と同イＪに行な
われる。抑圧が終了していなければステップＳ２に戻り
、終了していればステップＳｉｔで押圧点の座標情報を
ホスト装置に送出し、ステップＳ１に戻る。抵抗膜によ
る入力点の座標は、繰り返し入力が行なわれていれば、
ステップＳ２、Ｓ６〜Ｓ９、ｓｉｏ、ｓｚの経路でホス
ト装置に転送される。なお、ステップＳ８はステップ５
１０とＳｌｌの中間で行なってもよい。

以上の制御手順によれば、振動による入力がある場合に
は抵抗膜による押圧を無視し、また、ステップ３１０〜
Ｓ２のフローにより抵抗膜押圧による入力が行なわれて
から終了までの間に振動による座標入力が行なわれると
抵抗膜による入力を無効化する。これは、第１には、振
動による座標入力の場合には、抵抗膜による入力が不可
避であるためであるが、同時に振動ベン３による入力期
間では入力面に手、指などをついてもその座標値を入力
しないようにするためでもある。

上記構成によれば、面倒なスイッチ操作を行なうことな
く、操作者はたとえば文字、図形の入力か、ソフトスイ
ッチの操作かなどに応じて、操作方法を変えるだけで振
動および抵抗膜による２つの座標入力方式を自由に使い
分けることができる。しかも上記のように、振動ベン３
による入力では、手、指などを入力面についても抵抗膜
側に設定されたソフトスイッチの入力が不用意に行なわ
れてしまうことがない。

以上では、振動方式のタブレット上に抵抗膜方式の入力
面を配置する構成を例示したが５２つの入力方式がこれ
に限定されるものではなく、一方の入力面を介して他方
の入力面にアクセスできるものであれば、電磁８導、静
電誘導、光、透明電極などを用いた各ｆｆｆｌの座標検
出方式を組み合わせて用いることができる。

［発明の効果コ 以上から明らかなように、本発明によれば、第１の入力
方式により入力点の座標を検出するための第１の入力タ
ブレットと、この第１の入力タブレット下面に配置され
た第２の入力方式により第１の入力タブレットを介して
入力された入力点の座標を検出するための第２の入力タ
ブレットと、萌記第１および第２の入力タブレットから
の入力状態に応じて両入力タブレットから入力される座
標情報のいずれかを選択して出力させる出力制御手段を
設けた構成を採用しているので、文字、図形入力、ソフ
トスイッチ操作など種々の用途に応じて適切な入力方式
を操作状態に応じて自動的に切り変えることができる汎
用型の優れた座標入力装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図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図は座標検出系の構成を示すブロック図、チ第
４図は距離検出のための信号波形を示した波形図、第５
図は振動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（Ａ）〜
（Ｃ）は抵抗膜による入力方式の説明図、第８図は抵抗
膜による入力回路を示した回路図、第９図は振動および
抵抗膜方式の２つの入力方式を制御する手順を示したフ
ローチャート図である。 １・・・演算制御回路　３・・・振動ペン４・・・振動
子　　　　６・・・振動センサ８・・・撮動伝達板　　
９〜１１・・・前置増幅回路１２〜１４・・・振動波形
検出回路 １５〜１７・・・ラッチ回路 ２０・・・押圧点検出回路 ２１・・・ペンダウン検出回路 ８３・・・コンバレータ 発〔釦日刺定乞示しヒＪ皮什毎口 孫卸で５寸皺１の試ａ目Ｃ 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）第１の入力方式により入力点の座標を検出するため
   の第１の入力タブレットと、この第１の入力タブレット
   下面に配置された第２の入力方式により第１の入力タブ
   レットを介して入力された入力点の座標を検出するため
   の第２の入力タブレットと、前記第１および第２の入力
   タブレットからの入力状態に応じて両入力タブレットか
   ら入力される座標情報のいずれかを選択して出力させる
   出力制御手段を設けたことを特徴とする座標入力装置。