JPH0562775B2 - - Google Patents

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、特に振動ベンから入力
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、図形などをコンピユー
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ツ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
プレイ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。

この種の装置の入力タブレツトの座標検出にお
いては、入力ペンからタブレツトに伝達される超
音波振動を検出する方式が知られている。この方
式では、タブレツトに設けられた振動センサによ
り、タブレツト上を伝達された超音波振動を検出
し、その伝達時間から入力座標を決定する。

［発明が解決しようとする問題点］ タブレツトには、金属板、ガラス、プラスチツ
クなどの振動伝達板が用いられ、タブレツトに設
けられる振動センサ、あるいは入力ペンに設けら
れる超音波振動子としては圧電素子などの機械／
電気、ないし電気／機械変換素子が用いられる。

特に、入力ペンに設けられる振動子はホーンな
どの振動伝達部材を介してタブレツトの振動伝達
板に超音波振動を伝達する。一方、振動子に駆動
信号を与えるため、素子の電極に信号線を接続す
る必要があるが、この場合、従来ではリード線を
素子の電極にハンダ付けする構造が用いられてい
る。

ところが、この接続に用いられるハンダによつ
て振動子の特性が変化してしまう問題があつた。
すなわち、振動子は伝達特性を向上させるため、
ある共振特性を有するように設計、製作されてい
るが、ハンダが素子の一部に付着することにより
物理的振動特性が変化し、所期の振動伝達特性を
得られなくなつてしまう。

また、どの製品に対しても均一な取り付け位
置、あるいはハンダ付着量によりハンダ付けを行
なうことは困難であり、入力ペン毎に特性が異な
つてしまう問題もある。

逆に、振動子にハンダを付着させた状態で素子
の特性を均一に調整することも考えられるが、調
整作業はきわめて困難になると考えられ、この方
法は生産性の高い製造方法とはいえない。

［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、振動発生手段を有する振動入力手段を接触
することで入力された振動を、振動伝達部材に設
けられた振動検出手段により検出して、前記振動
入力手段の入力座標を検出する座標入力装置にお
いて、前記振動発生手段に駆動信号を供給する電
極部材を前記振動入力手段に設け、該電極部材を
前記振動発生手段の振動の節に対応する前記振動
発生手段上の表面の位置で圧接した構成を採用し
た。

［作用］ 以上の構成によれば、振動発生手段を駆動回路
に容易に電気的に接続することができるととも
に、ハンダなどの余計な部材が振動発生手段に付
着されないので、振動発生手段の振動特性を安定
化することができる。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づき、本発明を詳
細に説明する。

第１図は本発明を採用した情報入力出力装置の
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ツトに振動ペン３
によつて座標入力を行なわせ、入力された座標情
報にしたがつて入力タブレツ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によつて支持されてい
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つている。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１
１′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つたよ
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
はメニユー表示を行ない、振動ペンによりそのメ
ニユ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
を先端が尖つたホーン部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、前記の振動子駆
動回路２により駆動される。振動子４の駆動信号
は第１図および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によつて所定の
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によつて機械的な
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。

第２図の振動子４は、リング状の断面を有する
ほぼ円筒状のもので、振動子４はペン軸２３内に
設けられた支持部材２０およびホーン部５の後端
部の円形断面を有する突起部２０ａ、および５ａ
によつて支持されている。

駆動電極は銀ペーストなどの塗布により振動子
４の円筒の外周面、内周面の所定位置に設けられ
ている。駆動電極に駆動信号を与えるため、本実
施例では従来のようなハンダ付けは用いず、振動
子４の駆特電極に弾性を有する電極２１，２２を
圧接する構成を採用している。

すなわち、プラスチツクなどから形成された支
持部材２０にはモールド成形などにより電極２
１，２２が埋設されており、このうち電極２１は
振動子４の内側の駆動電極に、また電極２２は振
動子４をリング状に取り囲むように形成され振動
子４の外側の駆動電極に圧接される。電極２１，
２２はペンの後部などにおいて駆動回路と接続す
るためのケーブルに結合される。

振動子４の分極は円筒の内側と外側で行なわれ
ており、圧電横効果、すなわち素子の内側、外側
に設けられた駆動電極により形成される印加電界
方向と素子の変位方向が直角になる振動モードが
選択されている。これにより、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になる。

さらに、前記の駆動回路２による、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４の振動周波数を振動子４の振
動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。

また、以上のような構造によれば、リング状の
振動子４を内側、外側から電極２１，２２で挟
み、さらに支持部材２０とホーン部５の突起２０
ａ，５ａによつてペン内の所定位置に位置決決め
することにより、容易に振動子４をペン内に固定
し、また必要な回路に電気的に接続できる。

また、ハンダ付けなどにより回路接続を行なつ
ていないので、素子に付着したハンダにより振動
子４の共振特性が変化したり、あるいはペンごと
に共振特性が変化することがない。

また、第２図のような電極の圧接構造におい
て、電極２１，２２を振動子４に発生する振動の
節の位置に圧接することにより、振動子４の振動
特性をより安定化することができる。この構造に
よれば、従来のように振動子４の端部にリード線
をハンダ付けするような方法に比べて振動特性の
バラツキを低減できる。

したがつて、振動伝達板８に伝達される振動の
特性が画一的なものになり、後述の座標検出処理
のための振動検出信号の波形を一定形状の制御す
ることができ、座標検出精度を大きく向上でき
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１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。

マイクロコンピユータ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
クロコンピユータ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ユータ
１１によりラツチ回路１４にラツチされる。

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１７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１６によ
りラツチ回路１４内の計数値と比較され、その結
果がマイクロコンピユータ１１に伝えられる。す
なわち、カウンタ１３の出力データのラツチ値と
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。

表示器１１′の出力制御処理は入出力ポート１
８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４
１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内を通つて振動セ
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
離ｄはその振動伝達時間をtg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なう。第４
図の位相波形４２２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＝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)式と(2)式から上記の整数ｎは ｎ＝［（Vg・tg−Vp・tp）／λp＋１／Ｎ］ ……(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、±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ピークのタイ
ミングはエンベロープピーク検出回路５３によつ
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
よつ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信号のタイミングと、遅延時間
調整回路５７によつ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信号は単安定マルチバイブレー
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tp信号を検出するためのし
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４４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５８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は位相遅延時
間の測定がエンベロープピ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５８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。センサの数の一般化してｈ個とす
ると、エンベロープ遅延時間Tg1〜ｈ、位相遅延
時間Tp1〜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Tg〜ｈ、
Tp1〜ｈ信号を入力ポート１５から入力し、各々
のタイミンゲをトリガとしてカウンチ１３のカウ
ント値をラツチ回路１４に取り込む。前記のよう
にカウンタ１３は振動子の駆動と同期してスター
トされているので、ラツチ回路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の位置に配置する
と、第４図に関連して説明した処理によつて振動
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d1〜d3を求めることができる。さ
らに演算制御回路１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＋（d1＋d2）（d1−d2）／2X ……(4) ｙ＝Ｙ／２＋（d1＋d3）（d1−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S1）のセンサのＸ、Ｙ軸に沿つた
距離である。

以上のようにして振動ペンの位置座標をリアル
タイムで検出することができる。

以上の構造、特に、第２図のように振動ペンの
振動子４をリング状に構成し、振動子４の内側、
外側に設けられた電極に駆動信号を印加する電極
を圧接する、あるいは電極の圧接位置を振動子４
の振動の節の位置に設定する構造により、組み立
てが容易になり、また振動特性のバラツキを抑
え、正確な座標検出特性を得ることぱできるとい
うことを示した。

ただし、振動子４に電極を圧接させる構造は第
２図の構造のみに限定されるものではなく、素子
の振動特性によつては他の構造も考えられる。

第７図は第２図のような圧電効果を用いる振動
子４ではなく、圧電効果を用いる振動子４を使用
する場合の構造を示している。

第７図において、振動子４は円筒状のもので、
円筒の両端面で分極されている。振動子４の電極
は銀ペーストなどの塗布により構成されている
が、下側の端面の電極は斜線で示すように円周面
にまで設けてある。

本実施例の場合、支持部材２０′は電極を兼ね
るもので、導体から構成されており、振動子４の
上端面の電極に圧接されている。また、もう一方
の電極２２はペンの後部から支持部材２０′に接
触しないように延びており、その先端部は振動子
４の外周面を囲むように成形され、斜線のように
振動子４４の外周面まで延長された振動子４の下
端部の電極面に圧接されている。

このような構造によつても、振動子４に対して
ハンダ付けを行なう必要がなくなり、きわめて安
定した振動入力特性を得ることができ、座標検出
精度を向上することができる。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、振
動発生手段を有する振動入力手段を接触すること
で入力された振動を、振動伝達部材に設けられた
振動検出手段により検出して、前記振動入力手段
の入力座標を検出する座標入力装置において、前
記振動発生手段に駆動信号を供給する電極部材を
前記振動入力手段に設け、該電極部材を前記振動
発生手段の振動の節に対応する前記振動発生手段
上の表面の位置で圧接した構成を採用しているの
で、振動発生手段を駆動回路に容易に電気的に接
続することができるとともに、ハンダなどの余計
な部材が振動発生手段に付着されないので、振動
発生手段の振動特性を安定化することができ、振
動検出に基づく座標検出精度を向上させ、また製
品毎の検出精度を一定に管理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ツク図、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ツク図、第６図は振動セン
サの配置を示した説明図、第７図は振動ペンの異
なる構造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、５……ホーン部、６……振動センサ、８
……振動伝達板、５１……前置増幅器、１５，１
６……入力ポート、２０……支持部材、２１，２
２……電極、５２……エンベロープ検出回路、５
４，５８……信号検出回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 振動発生手段を有する振動入力手段を接触す
   ることで入力された振動を、振動伝達部材に設け
   られた振動検出手段により検出して、前記振動入
   力手段の入力座標を検出する座標入力装置におい
   て、 前記振動発生手段に駆動信号を供給する電極部
   材を前記振動入力手段に設け、該電極部材を前記
   振動発生手段の振動の節に対応する前記振動発生
   手段上の表面の位置で圧接したことを特徴とする
   座標入力装置。