JPH03141419A

JPH03141419A - 座標入力装置

Info

Publication number: JPH03141419A
Application number: JP1278668A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Kobayashi; 克行小林; Kiyoshi Kaneko; 潔兼子; Ryozo Yanagisawa; 柳沢　亮三; Yuichiro Yoshimura; 雄一郎吉村; Atsushi Tanaka; 淳田中; Shinnosuke Taniishi; 谷石　信之介; Takeshi Kamono; 武志鴨野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-10-27
Filing date: 1989-10-27
Publication date: 1991-06-17
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: JP2535626B2; DE69028477T2; US5073685A; EP0424957A3; EP0424957A2; EP0424957B1; DE69028477D1

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に係り、特に振動ペンから入力さ
れた弾性波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、振動ペンによる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１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。

この種の装置では、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表示・出力される。このような座
標入力装置のうち、タブレット型の座標入力装置におけ
る座標検出方法として、次にあげる各種の方式が知られ
ている。

（１）抵抗膜と対向配置されたシート材とにより構成さ
れ、押圧された点の抵抗値の変化によりその座標値を検
出する方式。

（２）対向配置された導電シートなどの電磁ないし静電
誘導をもとに座標位置を検出する方式。

（３）入力ペンからタブレットに伝達される超音波振動
をもとに、入力ペンの座標位置を検出する方式。

［発明が解決しようとする課題］しかし、これらの方式を採用した従来の座標入力装置に
は次のような欠点がある。

すなわち、上述の抵抗膜利用タイプのもの（■の場合）
は抵抗体の均一性がそのまま図形入力の精度を左右する
ので、特に均一性の優れた抵抗体を必要とし、そのため
非常に高価となる。また、Ｘ座標用とＸ座標用の２枚の
抵抗膜が必要となるので、座標入力面の透明度が低下し
てしまう。このため、原稿等に重ねて使用する場合など
は、原稿面が見にくくなるという欠点もある。

次に、電磁誘導を利用したタイプのもの（■の場合）は
、電線がマトリックス状に配設されているので座標入力
面が透明にはならず、原稿や表示器などに重ねて用いる
には不適当である。

さらに、従来の超音波方式の座標入力装置では（■の場
合）、入力ペンで発生した振動が伝播媒体中を伝播して
変換素子に到達するまでの遅延時間を検出する方式であ
ったため、この方式では遅延時間を検出するために基準
となる時間（例えば入力ペンで振動が発生した時間）を
知る必要がある。このため、入力ペンにおける振動が発
生した時間情報を絶えず到達遅延時間を検出する回路に
入力する必要があったため、振動を発生する入力ペンは
、ケーブルなどによって本体と接続される必要があった
。従って、この座標入力装置を用いて文字、図形などを
入力する場合、操作性が悪くなり、また、その信号を電
波などで送信した場合はペン中に発信機などを内蔵する
必要があり、通常の筆記具と同じような形状、重量、操
作性を実現するのは困難であった。ところが、超音波方
式は上記問題を克服すれば、上述の他の方式の欠点を有
しておらず、また機械的構造が比較的簡略であるから低
コストの装置を提供できる。

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、超音波振
動を利用した座標入力装置において、振動入力ペンと座
標位置検出側との間での信号の授受を不要にして振動ペ
ンと座標位置検出側との接続ケーブルなどをな（すこと
により、低コストで操作性をよくした座標入力装置を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために本発明の座標入力装置は以下
の様な構成からなる。即ち、振動伝達板と、前記振動伝達板を伝達された振動入力ペ
ンよりの弾性波振動をもとに、前記振動入力ペンにより
指示された前記振動伝達板の座標位置を検出して出力す
る座標入力装置であって、前記振動入力ペンは第１の周
波数で振動した後、所定時間をおいて前記第１の周波数
と異なる第２の周波数で振動を発生する振動発生手段を
備え、前記振動伝達板を伝達された前記第１と第２の周
波数の振動の間の到達遅延時間を検出する検出手段と、
前記到達遅延時間及び前記振動伝達板を伝播する前記第
１と第２の周波数振動の群速度により、前記振動入力ペ
ンによる前記振動伝達板上の指示座標位置を算出する算
出手段とを有する。

［作用］以上の構成において、振動入力ペンは第１の周波数で振
動した後、所定時間をおいて前記第１の周波数と異なる
第２の周波数で振動を発生する。

この入力ペンより、振動伝達板を伝達された第１と第２
の周波数の振動の間の到達遅延時間を検出し、その到達
遅延時間及び振動伝達板を伝播する第１と第２の周波数
振動の群速度により、振動伝達板上における振動入力ペ
ンの指示座標位置を算出するように動作する。

［実施例］以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細
に説明する。

［タブレットの説明　（第１図）］第１図（Ａ）は本実施例の振動ベン３の構成を示すブロ
ック図、第１図（Ｂ）は本実施例の情報入出力装置の概
略構成を示すブロック図である。

第１図（Ｂ）において、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従って、入力タブレ
ットに重ねて配置されたＣＲＴなどからなる表示器１１
に入力画像を表示するものである。

図において、８は振動伝達板で、アクリル、ガラス板な
どからなり、振動ベン３から伝達される振ａをその角部
に３個設けられた振動センサ６に伝達している。本実施
例では、振動ベン３がら振動伝達板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、振動ベン３の振動伝達板８上での座標を検出す
ることができる。

振動伝達板８は振動ベン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
動ベン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、検出された振動ベン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、振動ベン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ように、表示器１１
に表示される。

また、このような構成によれば表示器１１にメニュー表
示を行ない、振動ペン３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
。

第１図（Ａ）において、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。

振動ペン３には振動子４の駆動のための振動子駆動回路
２、および電池などからなる振動子駆動電源Ｂを内蔵し
、従来例とは異なり入力タブレットあるいは装置本体側
と電気的な同期信号の授受を行なわない。振動子駆動回
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、ホーン部５を介して振
動板８に伝達される。

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信号波形検出回路９に
入力され、後段の演算制御回路ｌ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は振動伝達飛開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ｌは入力座標情報に基づいてビ
デオ信号処理装置１ｏを介して表示器１１の出力動作を
制御する。

［信号波形の説明　（第２図）］第２図（Ａ）は振動ペン３中の振動子４を駆動する振動
子駆動波形を示している。

図示のように、振動子駆動回路２は周波数ｆ。

及びｆ２の所定の長さの矩形波パルス列を振動子４に入
力することができるようになっている。つまり、振動子
駆動回路２は振動子４に所定長さの周波数ｆ、の矩形波
パルス列を入力した後、一定時間Ｔ。後に周波数ｆ２の
所定長さの矩形波パルス列を振動子４に入力する。この
ようにして入力された電気エネルギーは、第２図（Ｂ）
で示すように、振動子４で機械エネルギーに変換され、
振動伝達板８を介して振動センサ６で再び電気エネルギ
ーに変換されて出力される。

第２図（Ｃ）は、この時に振動センサ６から出力される
検出信号波形を示している。２１は周波数ｆ１部分が伝
達された波形信号を示し、２２は周波数ｆｉ部分が伝達
された波形信号を示している。

時間Ｔ０は、先に入力された周波数ｆ１のパルス列で形
成される検出信号波形と、周波数ｆ２のパルス列で形成
される検出信号波形とが干渉してお互いに歪まないよう
に設定される。またパルス列の長さおよび駆動電圧の大
きさは、検出信号波形が充分に得られるようにそれぞれ
設定されている。

［振動子駆動回路の説明　（第５図）］第５図（Ａ）は
振動子駆動回路２の具体的な構成を示すブロック図、第
５図（Ｂ）はそのタイミングチャートである。

第５図（Ａ）において、発信器（Ｏ３Ｃ）５０ｌは、周
波数ｆ、およびｆゎの源発振出力を行なう。クロックｆ
ｂ　　（第５図（Ｂ）のタイミングチャートの５１１）
は、分周回路５０２によりｆｅ（タイミングチャートの
５１２）の周波数に分周された後、ｆゎとｆ、の切換回
路５０４に入力される。一方、０５Ｃ５０１から出力さ
れるもう１つのクロックｆ、は、別の分周回路５０３に
よって、タイミングチャート５１３で示されるクロック
に分周される。さらにこのクロック５１３により、切換
回路５０４が周波数ｆｂとｆｅのクロックを交互に選択
して、シフトレジスタ５０５に出力する。

シフトレジスタ５０５は、クロック５１３が変化した直
後に数クロック（本実施例の場合は４゜５クロツク）の
パルス列を出力するように構成されており、このパルス
列５１４の周波数はｆｂ及びｆｃの周波数に依存する。

この結果、シフトレジスタ５０５からは、第５図（Ｂ）
のタイミングチャートに示すようにクロック５１３が変
化する直後に、クロック５１４で示される周波数ｆ＋と
ｆ２のクロックが交互に出力されることになる。

なお、５０６はドライブ回路で、シフトレジスタ５０５
から出力されるクロック５１４を振動子４の駆動に最適
な電気信号レベルに変換する。

ここで、振動伝達板８を伝わる板波の性質について述べ
ておく。

振動伝達板８を伝わる板波の伝播速度は板の材質、板厚
、波の周波数によって決定されることが良く知られてい
る。本実施例の座標入力装置において、振動伝達板８の
材質及び板厚は一定であるから、周波数が異なれば振動
伝達板８を伝播する板波の伝播速度は必ず異なる。いま
、周波数ｆ。

で発生した振動の振動伝達板８を伝わる板波の群速度な
Ｖ　ｇ　Ｉ＊周波数ｆ２でのそれをｖｇ、とする、これ
らの値はあらかじめ求めておき定数として用いる。

［振動伝達原理の説明　（第３図）］第３図は振動伝達板８を伝播する振動伝達の原理を説明
するための図で、周波数ｆ、のパルス列が発生した時間
Ｔを基準に考えると、周波数ｆ。

のパルス列で発生した波は伝達板上を伝わってセンサ６
で検出され、そのセンサ出力はＣ３２のようになる。こ
の波の特異な点、例えばエンベロープＣ３３を形成して
、そのピーク点を到達遅延時間とすれば、その時間はＴ
ｚとなる。

Ｃ３４は振動入力ベン３から出力される周波数ｆ２のパ
ルス列を示し、Ｃ３５はセンサ６により検出されて出力
されるセンサ出力を示している。

ここで、周波数ｆ２のパルス列は周波数ｆｔのパルス列
より時間Ｔ０だけ遅れて発生されるが、センサ６上では
その到達遅延時間がＴ、として検出される。ここで、周
波数ｆ２のパルス列が発生してから実際にセンサ６に到
達するまでの到達遅延時間は（’ｒ、−’ｒ、）である
ので、次に示す方法により距離を計算する。

振動ペン３とセンサ６の距離をρとすれば、β”　Ｖ　
ｇ　＋　Ｔｚ　　　　　　・・・■ｎ＝ｖ　ｇｚ　　（
Ｔｓ　−Ｔｏ　）　”’■ここで測定が可能なのは時間
ＴＩだけであり、Ｔｏは定数である。

上式を変形して、Ｔ　２　＝　１２　／　ｖ　ｇ　ｒ　　・・・■また、
Ｔｓ　＝Ｔａ　＋Ｔ、　　・・・００〜０式を利用して
βについて解（とＶｇ＋−Ｖｇｚつまり、周波数ｆ１が発生する時刻を求めることができ
なくても、周波数が異なる２つの入力パルス列の時間差
Ｔ０と、それらの検出波形の到達遅延時間の差Ｔ、とが
分かれば、振動入力ベン３による入力点とセンサ６との
間の距離が算出可能であることを示している。

このようにして、振動ベン３による入力点と振動センサ
６までの距離を算出できれば、これに基づいて、振動伝
達板８上の直交座標値を求めることができる。

従って、従来のように振動ペン３の振動入力タイミング
を検知せずに、入力ベン３とセンサ６との距離判定が可
能になるので、入力ベン３と装置間でいかなる信号授受
をも行なう必要がない座標入力装置を実現することがで
きる。

第４図は入力ベン３の振動伝達板８上における直交座標
を求めるための原理図で、振動伝達板８の角部に３つの
振動センサ６を符号Ｓ１からＳ３の位置に配置した場合
、入力点から振動センサ６までの直線距離ｄｌ、　　２
．ｄｉを０式に基づき算出すれば、これら直線距離ｄ１
〜ｄ３から、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／２４（ｄ＋＋ｄｔ）　（ｄ＋−ｄｉ）／２Ｘ　
・・・ｙ”Ｙ／２＋（ｄ＋＋ｄｓ）　（ｄ＋−ｄ３）／
２Ｙ・・・ここでＸ、Ｙは、Ｓ２．Ｓ３の位置の振動セ
ンサ６と原点（位置Ｓ　１　（０，０）　）のセンサ６
との間の、それぞれ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の位置座標を検出するこ
とができる。上記処理を繰り返すことにより、リアルタ
イムで振動ペン３による入力座標位置を順次検出できる
。

以上説明したように本実施例によれば、振動ペン３の入
力タイミングを検出装置側で知る必要なく、振動入力ペ
ン３による座標入力位置を検出できるので、振動伝達板
８を有する装置本体側と振動ペン３の間でタイミング情
報を授受しなくてもよくなる。これにより、振動ペン３
と装置本体とを接続するワイヤが不要になるためワイヤ
レス化でき、入力時の操作性を著しく向上できる。

なお、以上の説明では、透明な振動伝達板を用いること
で、表示器や原稿と重ねて使用される装置の場合で説明
したが、表示器や原稿に重ねて使用する必要がない場合
には不透明な金属などの材質を用いても構わないことは
もちろんである。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、振動ペンの振動入
力タイミング情報を知る必要がなくなり振動入力ペンと
装置本体との間の信号授受を省略でき、振動入力ペンの
ワイヤレス化が可能となる。この結果、装置の操作性を
著しく向上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）は実施例の振動ペンの概略構成を示すブロ
ック図、第１図（Ｂ）は本実施例の情報入出力装置の概略構成を
示すブロック図、第２図（Ａ）は振動ペンより出力される振動周波数の波
形例を示す図、第２図（Ｂ）は振動ペンによる座標位置指示の状態を示
す図、第２図（Ｃ）はセンサにより検出された振動ぺンよりの
伝達波形例を示す図、第３図は本実施例における振動伝達の原理を説明するた
めの図、第４図は振動ペンの振動伝達板上における直交座標を求
めるための原理図、第５図（Ａ）は実施例の振動ペンの振動子駆動回路の具
体的な構成を示す図、そして第５図（Ｂ）は第５図（Ａ）の各部の信号のタイミング
チャートである。図中、ｌ・・・演算制御回路、２・・・振動子駆動回路
、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、Ｂ・・
・振動子駆動電源、９・・・信号波形検出回路、１０・
・・ビデオ信号処理装置、１１・・・表示器、５０１・
・・発振器、５０２．５０３・・・分周回路、５０４・
・・切換回路、５０５・・・シフトレジスタ、５０６・
・・ドライブ回路である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）振動伝達板と、前記振動伝達板を伝達された振動
入力ペンよりの弾性波振動をもとに、前記振動入力ペン
により指示された前記振動伝達板の座標位置を検出して
出力する座標入力装置であつて、前記振動入力ペンは第１の周波数で振動した後、所定時
間をおいて前記第１の周波数と異なる第２の周波数で振
動を発生する振動発生手段を備え、前記振動伝達板を伝達された前記第１と第２の周波数の
振動の間の到達遅延時間を検出する検出手段と、前記到達遅延時間及び前記振動伝達板を伝播する前記第
１と第２の周波数振動の群速度により、前記振動入力ペ
ンによる前記振動伝達板上の指示座標位置を算出する算
出手段と、を有することを特徴とする座標入力装置。