JPH0648457B2 - 画像処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は画像処理装置、特に、振動発生手段から発生さ
れた振動を振動伝達板に接する振動センサにより検知し
て前記振動発生手段の指示する位置の座標情報を検出
し、これに基づき振動伝達板に重ねて配置した表示手段
に情報表示を行う画像処理装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、透明電極を有する透明キーボードをＬＣＤ、
ＣＲＴなどの表示装置上に配置し、キーボードから入力
された情報を表示させたり、あるいはキーボードにより
表示内容を制御したりする情報入出力装置の構成が知ら
れている。また、入力手段を連続的な座標点の入力を行
なえるように構成し、入力された座標情報に基づき表示
器に画像表示を行なうことにより手書き情報を入力する
ようにした装置も考えられている。

このような用途に用いる透明な座標入力装置として、振
動伝達板に振動センサを取り付け、振動ペンから振動伝
達板に振動を与え、振動入力点の座標を入力する方式も
考えられている。

第７図は上記の超音波振動方式による情報入出力装置の
構造を示している。

図において符号８は座標入力タブレットとしてのアクリ
ルなどの透明材料からなる振動伝達板で、圧電素子など
を用いた入力ペンにより所望の座標入力点を指すことに
より座標入力が行なわれる。振動伝達板８に入力された
振動は振動伝達板８に設けられた振動センサ（複数個）
６により検出され、振動伝達時間に基づいて入力点の座
標が検出される。

振動伝達板８の下部には表示器１１′が配置され、入力
された座標点の直下の表示面にドット表示を行なうこと
により、あたかもペンにより書き込みを行なったように
手書き情報を入力できる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記の構造において、振動センサ６、振動伝達板８およ
び表示器１１′の位置決め構造について考えてみる。振
動伝達板８の振動を検出するための振動センサ６は、接
着剤６ａにより振動伝達板８に固定される。振動伝達板
８は、振動伝達板８に与えられた振動が振動伝達板８の
端部で反射されて振動センサ６に戻り、検出波形に悪影
響を与えるのを防止するために、防振材などからなる反
射防止材７によって支持されている。

一方、表示器１１′は枠構造体２４によりタブレットの
本体２３の所定位置に位置決めされる。枠構造体２４は
同時に反射防止材７、振動センサ６を固定された振動伝
達板８を本体２３に対して挟持する。枠構造体２４はビ
ス２５により本体２３に固定される。

以上の構造において、手書き文字などの情報を入力する
場合、振動伝達板８上の所望の位置に入力が行なわれた
場合、表示器１１′上の同一位置に表示を行なえること
が当然要求される。

ところが、上記のような位置決め構造では振動センサ
６、振動伝達板８および表示器１１′の組み込み位置の
ずれによって入力位置と表示位置のずれが生じ得る。上
記の構造では振動伝達板８に対する振動センサ６の接着
位置、および振動伝達板８と表示器１１′の位置の両方
にずれが発生する可能性があり、入力位置と表示位置の
一致精度を一定の高い値に保つのが困難である。

振動センサ６は振動伝達板８の２箇所ないし３箇所の角
部に設けられ、振動入力点から各センサまでの振動伝達
時間から直線距離を求め、これから入力座標が決定され
る。したがって、第８図のように振動センサ６のセンサ
の１つが３個設けられる（符号Ｓがセンサ位置を示す）
場合に、センサの１つが他の２つに対して傾斜した位置
に接着されると、本来のＸＹ座標軸に対するａ、ｃ点の
入力はｂ、ｄ点の座標として検出されてしまうため、入
力位置と表示位置のずれが生じる。また、振動伝達板８
と表示器１１′が第９図のように回転方向のずれを生じ
ている場合には、回転角に応じた入力点と表示点のずれ
が生じる。あるいは第１０図のように振動伝達板８と表
示器１１′が平行にずれている場合にも、振動伝達板８
と表示器１１′ずれの方向、距離に応じた入力点、表示
点のずれが生じる。

入力点および表示点の間にずれがあると、入力精度が低
下するばかりでなく、手書き情報を入力する場合には書
き込みを行なった地点に表示が行なわれず、ずれた位置
に画像が現れるので操作者に違和感を与える問題があ
る。

［問題点を解決する為の手段］ 以上の問題点を解決する為に、本発明においては、振動
を発生する振動発生手段と、振動伝達板に接し、該振動
伝達板に対して振動発生手段より発生された振動を検知
する振動センサと、前記センサにより検知される振動か
ら該振動発生手段の指示する位置の座標情報を検出する
座標情報検出手段と、前記振動伝達板に重ねて配置さ
れ、前記座標情報検出手段により検出された座標情報に
基づいた情報を表示する表示手段と、前記振動センサと
前記表示手段に共通に固定する固定手段とを有する構成
を採用した。

［作用］ 以上の構成によれば、振動センサと表示手段を共通の固
定手段で固定するので、振動発生手段の指示する位置と
それに基づいた情報の表示位置の一致精度を高い値に保
つことができる。

［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（Ａ）、（Ｂ）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。図示した情報入力装置は、前記
従来例と同様に、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。

第１図（Ａ）、（Ｂ）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。

第１図（Ａ）は、従来構造の第７図に対応する図であ
り、入力タブレットの断面構造を示している。

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
材によって支持されている。振動伝達板８はプラスチッ
ク、あるいは金属などの材質から形成された枠構造体２
２とタブレットの本体２３との間に挟持固定される。

一方、振動センサ６は振動伝達板８に固定されておら
ず、枠構造体２２の所定位置に固定され、振動伝達板８
に圧接される。この際の圧接力は、枠構造体２２自体の
弾性などにより得るが、バネなどの圧接部材を別に設け
てもよい。また、枠構造体２２の中央部の所定位置に設
けられた凹部には表示器１１′が収納、固定されてい
る。

枠構造体２２は従来例と同様にビス２５により本体２３
に固定される。

このような構造によれば、振動センサ６と表示器１１′
が同一の位置決め部材として機能する枠構造体２２によ
り位置決めされる。したがって、振動センサ６は表示器
１１′の表示面により規定される振動伝達板８の入力面
に対して正確に同じ位置に圧接し、その位置で振動検出
を行なうことができる。

このような構造によれば、第８図のように振動センサ６
の個々の位置が振動伝達板８に対してずれることがな
く、表示器１１′（ないし表示器１１′により規定され
る振動伝達板８上の入力面）が第８図、第９図のように
ずれることがない。したがって、入力点と表示点の座標
のずれを解消し、高精度に座標入力点と表示点を一致さ
せることができる。枠構造体２２をプラスチックなどか
ら一体形成しておけば、製品ごとのばらつきも一定範囲
内に抑えることができ、安定した品質の情報入出力装置
を提供できる。また、振動センサ６を接着すると、接着
剤により振動が吸収され、各々のセンサの振動検出特性
が変化する可能性があるが、上記実施例では接着部がな
いため、このような問題がない。

上記構成では、振動伝達板８が他の部材に対して位置ず
れを生じる可能性があるが、入力面は表示器１１′の表
示面により規定されるので、振動伝達板８はいずれの部
位を用いてもよく、したがって振動伝達板８は概略正規
の位置に固定されていればよい。

第１図（Ａ）の構成では表示器１１′、振動センサ６を
固定した枠構造体２２を直接本体２３に固定している
が、第１図（Ｃ）のように他の固定部材２７を用いて固
定してもよい。枠構造体２２は上記同様に所定位置に振
動センサ６および表示器１１′を固定している。

枠構造体２２および固定部材２５は、中央部の位置決め
部２８、２９の部分においてのみ係合するとともに、枠
構造体２２はこの部分を介して固定部材２７から圧接力
をうける。位置決め部２８、２９は図示のように緩い結
合構造を構成しており、枠構造体２２は固定部材２７に
対して微小量の移動を許されている。

以上の構成によれば、上記の効果に加えて、枠構造体２
２がその中心部のみにおいて支持されているので、振動
センサ６が振動伝達板８に圧接する圧力を複数の振動セ
ンサ間で均一にすることができ、振動センサ６の出力レ
ベルを安定させ、後述の検出信号処理の精度を向上させ
ることができる。

第２図は振動ペン３の構造を示している。

図において、符号２１は振動ペン３のペン軸状のケース
で、その先端部にはホーン部５が固定される。ホーン部
５は振動子４の振動を効率よく振動伝達板８に伝達させ
るため、エクスポネンシャル形状となっている。すなわ
ち、ホーン部５の断面積は根本から先端に向かって指数
関数的に変化するように構成されている。また、ホーン
部５の音響インピーダンスは振動子４と共振系を構成す
るように設定されている。

振動ペン３の振動子４は、振動子駆動回路２により所定
の周波数で駆動される。

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を駆動する振動周波数
を振動子４固有の共振周波数に設定することで効率のよ
い振動変換が可能である。

上記のように構成された振動ペン３から振動伝達板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。

再び、第１図（Ｂ）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。

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。マイクロコンピュータ１１は
駆動信号発生回路１２に前記の振動子駆動回路２を駆動
開始させるスタート信号を与えるとともに、振動開始に
同期して振動伝達時間を計測するためのカウンタ１３を
スタートさせる。

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。

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によりラッチ回路１
４内の計数値と比較され、その結果がマイクロコンピュ
ータ１１に与えられる。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。

表示器１１′の出力制御処理は入出力ポート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。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８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
関係は振動伝達内に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
信号の検出を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とすれば、±１／２波長い
ないであれば、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９により行なわれる。波形検
出回路９は第５図に示すように構成される。

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によって検出される。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信号と、遅延時間調整回路５７によって
遅延された元信号からコンパレータ検出回路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。

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Ｔｇ１〜ｈ、位相遅延時間Ｔｐ１〜ｈのそれぞれ
ｈ個の検出信号を演算制御回路１に入力される。

第３図の演算制御回路では上記のＴｇ１〜ｈ、Ｔｐ１〜
ｈ信号を入力ポート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
１４に取り込む。前記のようにカウンタ１３は振動子ペ
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って振動ペン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。

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、振動を発生
する振動発生手段と、振動伝達板に接し、該振動伝達板
に対して振動発生手段により発生された振動を検知する
振動センサと、前記センサにより検知される振動から該
振動発生手段の指示する位置の座標情報を検出する座標
情報検出手段と、前記振動伝達板に重ねて配置され、前
記座標情報検出手段により検出された座標情報に基づい
た情報を表示する表示手段と、前記振動センサと前記表
示手段を共通に固定する固定手段とを有する構成を採用
しているので、振動発生手段の指示する位置とそれに基
づいた状態の表示位置の一致精度を高い値に保つことの
できる優れた画像処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明を採用した情報入出力装置の情報
入出力部の構造を示した断面図、第１図（Ｂ）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１
図（Ｃ）は異なる情報入出力部の構成を示した断面図、
第２図は本発明による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、第７図は従来の情報入出力部
の構成を示した断面図、第８図から第１０図はそれぞれ
従来構成における欠点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 １５…入力ポート、２３…本体 ２２…枠構造体、２５…ビス ２７…固定部材、２８、２９…係合部 ５１…前置増幅器 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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】振動を発生する振動発生手段と、 振動伝達板に接し、該振動伝達板に対して振動発生手段
   より発生された振動を検知する振動センサと、 前記センサにより検知される振動から該振動発生手段の
   指示する位置の座標情報を検出する座標情報検出手段
   と、 前記振動伝達板に重ねて配置され、前記座標情報検出手
   段により検出された座標情報に基づいた情報を表示する
   表示手段と、 前記振動センサと前記表示手段を共通に固定する固定手
   段とを有することを特徴とする画像処理装置。