JPH0746302B2 - 座標入力装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は弾性波の伝播遅延時間より座標位置を検出する
座標入力装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の座標入力装置は、振動伝播体を振動が伝
播する為、この振動伝播体をネジ等によって固定すると
共振周波数がずれたり、振動の減衰が大きくなったりす
るという欠点があった。

この為、振動伝播体を振動に影響を与えない軟らかいス
ペーサで、そっと固定していた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながらこの場合、座標入力装置を移動させたりし
た場合に、振動伝播体がずれたり、落下したりするとい
う問題点があった。

〔問題点を解決する為の手段（及び作用）〕

この問題点を解決する為に、本発明は振動伝播媒体であ
る信号入力板を固定する治具を入力有効エリアに対して
弾性波の反射を防止する防振材の外側に取り付けること
により、センサーで出力される検出信号にその影響が及
ばないようにしたものである。

〔実施例〕

以下、図面を参照し本発明の実施例について説明する。
第１図（ａ）及び第１図（ｂ）は本実施例で用いた振動
伝達板の取り付け方法を示した図である。８は振動伝達
板、７は振動伝達板を伝って来た振動の反射を防止する
反射防止材、30は振動伝達板を保持する本体、31は座標
入力有効エリアに対して反射防止材７の外側で振動伝達
板を位置決めし、本体とネジ止めで振動伝達板８を固定
する上ケースである。このような構成によれば、振動伝
達板上で振動伝達に影響を与える要因がないので誤検出
の原因となったり、座標を検出できなくなるということ
がなくなった。

反射防止材としては、防振ゴム，ゲル等、種々の物質が
考えられる。振動伝達板と反射防止材とを両方同時には
さみこむ等の手段により、振動伝達板を固定する方法も
考えられるが、防振材の種類によっては振動伝達板８を
しっかりと固定することが出来なかったり、防振材をは
さみこむことによる防振材の機械的特性の変化により、
本来持つ防振材の機能を十分発揮できなくなる。従って
本実施例においては、防振材の近傍には空間がもうけら
れており、伝播体８を固定した場合においても防振効果
が十分得られるようになっている。

第２図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。第２図の装置は座標検出のみならず、入力情報
の表示も行う。すなわち、図示した情報入力装置は振動
伝達板８からなる入力タブレツトに振動ペン３によって
座標入力を行わせ、入力された座標情報にしたがって入
力タブレツトに重ねて配置されたCRTからなる表示器1
1′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個設けらえた振動センサ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、振動ペン
３によりなぞられた位置にドツト表示を行うようになっ
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11′上の位置にドツト表示が行われ、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ったように振動ペン
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ホール部５を介し
て振動伝達板８に伝達する。

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、上記のように構成
されたホーン部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
とうい利点を有する。

再び、第２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９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。

マイクロコンピユータ11は内部カウンタ、ROMおよびRAM
を内蔵している。マイクロコンピユータ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の計数値を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われる。

表示器11′の出力制御処理は入出力ポート18を介して行
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
動伝達中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V
g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う。第４図の位相波形422
の特定の検出点、たとえば振動動印加から、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−Vg・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間の距離を正確に決
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は振動子ペンの駆動と同期
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に位置Ｐの座標（x,y）を３平行の
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） ｘ＝X/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。

上記実施例では、振動伝達板８による入力タブレツトを
CRTによる表示器11′に重ねて用いる構成を示したが、
入力タブレツトと表示器はこのように重ねて配置される
必要はなく、別体であってもかまわない。また、表示器
は液晶表示器など他の表示方式のものであってもよい。

〔他の実施例〕

１）伝播板８の固定方法はネジ止めである必要はなく、
例えば、バネ力によるもの等、種々の構成が考えられ
る。

２）防振効果を向上させるために防振材を伝播体の両面
に取り付けた場合でも、同様の手段で固定することがで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように振動伝達板の取り付け手段を有効入
力面に対して、防振材の外側に設けることにより簡単な
構成で取り付けが可能となり、しかも取り付けることで
本来の目的である座標検出に悪影響を及ぼすということ
がなくなった。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び第１図（ｂ）は伝播体取り付け方法を
示した図、第２図は本発明を採用した情報出力装置の構
成を示した説明図、第３図は第２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２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 11′…表示器、31…上ケース 30…本体、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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷石 信之介 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 兼子 潔 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 田中 淳 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 吉村 雄一郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】振動発生手段を有する振動ペンから入力さ
   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
   る座標入力装置において、 前記振動伝達部材の有効入力領域の外周部分に設けられ
   た防振材と、 該防振材に対して前記振動伝達部材の外側端面側で、前
   記振動伝達部材を固定する固定手段を有することを特徴
   とする座標入力装置。