JPH0797306B2

JPH0797306B2 - 座標入力装置

Info

Publication number: JPH0797306B2
Application number: JP21789287A
Authority: JP
Inventors: 克行小林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-09-02
Filing date: 1987-09-02
Publication date: 1995-10-18
Anticipated expiration: 2010-10-18
Also published as: JPS6461815A

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振動センサにより検出
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］座標入力装置として、従来より各種の入力装置が知られ
ている。この種の装置では、所定の入力面上に座標系を
設定し、所定方式の入力部材により入力面に入力を行な
い、入力面上の座標系における座標情報を検出する。

検出方式としては、抵抗膜や導電膜を対向配置すること
により入力タブレットを構成し、指やペンなどの筆記具
により対向配置された膜を接触させるもの、静電誘導や
電磁波などを媒介とする方式、あるいは超音波ペンなど
による入力部材を用い、振動伝達板などから構成された
入力タブレットに超音波振動を入力し、タブレット上で
の振動伝達時間から座標値を検出する方式などが知られ
ている。

上記従来例のうち、超音波方式以外の方式では、導電
膜、抵抗膜、その他のパターンを入力面に形成する必要
があり、入力分解能はこれらのパターンにより限定され
る。したがって、大型の入力面を製作したり、高精度化
を行なうには非常にコストが高くなる。

一方、超音波振動を利用する方式は、入力面になんら特
別の材料を成膜する必要がなく構造が比較的安価で済
み、また、タブレットをアクリル板やガラス板などの透
明材料から構成できるので、液晶表示器などに入力タブ
レットを重ねて配置し、あたかも紙に画像を書き込むよ
うな感覚で使用できる操作感覚のよい情報入出力装置を
構成できる。

［発明が解決しようとする問題点］超音波方式では、タブレットを構成する振動伝達板に圧
電素子などから成る振動センサを複数個設け、振動ペン
から入力される超音波振動を検出し、その振動伝達時間
から入力座標を演算により決定する。従来では、入力面
の端部、辺部などに複数個（２〜３個程度）振動センサ
を配置し入力振動を検出する構造が一般的である。

しかし、このような従来構造では入力点の位置が振動セ
ンサから離れる程センサに達する振動の減衰度が大きく
なる。振動センサに対して、最も遠い入力点からの入力
振動を良好なS/N比をもって伝達するには、振動ペンか
らの振動入力レベルを大きくする、振動センサの感度を
向上させる、あるいはセンサ出力の増幅度を大きくする
などの方法が考えられる。

ところが、振動ペンの振動子の発生振動レベル、振動子
感度、振動センサ出力を増幅するアンプの増幅度にはお
のずと限界があるから、結局従来構造では、振動伝達距
離をある程度以上長くできず、したがって座標入力面の
大型化が困難であるという問題があった。

［問題点を解決するための手段］以上の問題点を解決し、座標入力装置の座標入力面を大
型化し、また座標入力のS/N比を向上させるため、本発
明においては、振動を入力するための振動入力手段と、該振動入力手段を接触することで入力された振動を伝達
する振動伝達部材と、該振動伝達部材の中央部に配置された第１の振動検出手
段と、該第１の振動検出手段の周囲に配置された複数の第２の
振動検出手段と、前記複数の第２の振動検出手段の中から前記第１の振動
検出手段とともに座標導出に用いるものを選択する選択
手段と、前記第１の振動検出手段と、前記選択手段により選択さ
れた第２の振動検出手段とにより各々得られる振動伝達
時間に基づき、前記振動入力手段の前記振動伝達部材へ
の接触位置の座標を導出する導出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、複数の第２の振動検出手段の中か
ら第１の振動検出手段とともに座標導出に用いるものが
選択され、第１の振動検出手段と選択された第２の振動
検出手段とにより各々得られる振動伝達時間に基づき、
振動入力手段の振動伝達部材への接触位置の座標が導出
される。振動伝達部材の中央部に配置された第１の振動
検出手段を常に座標導出に用いることにより、振動検出
手段を振動伝達部材の周辺部のみに設ける構造に比べ
て、装置の座標入力面を容易に大型化することができ
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。

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４つの辺部の中央にそれぞれ１個、および中
央部に１個設けられた振動センサ６に伝達する。

これらの振動センサ６は振動ペン３から振動伝達板８を
介して入力された振動を検出するためのものである。入
力点から振動センサ６までの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
が検出されるが、本実施例では常時５つのセンサが全て
用いられるわけではなく、後述の方法により座標演算に
適したセンサが選択的に用いられる。

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、
ドッ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ット表示を行なうようにな
っている。すなわち、検出された振動ペン３の座標に対
応した表示器11′上の位置にドット表示が行なわれ、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′にはメニュー
表示を行ない、振動ペン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。

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。

振動子４の駆動信号は演算制御回路１から抵レベルのパ
ルス信号として供給され、抵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。

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。

振動伝達板８に設けられた各振動センサ６も圧電素子な
どの機械〜電気変化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
る。波形検出回路９は振動センサ６の出力信号の波形処
理により振動検出タイミングが決定される。演算制御回
路１は、振動ペンによる振動入力タイミングから、波形
検出回路９で決定された振動検出タイミングまでの時間
をカウンタ1bを用いて測定する。このように測定された
振動伝達時間に基づき振動ペン３による振動伝達板８上
での入力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２図は本実施例で用いた座標入力装置のセンサの配置
図である。図においてＳ（ｘ、ｙ）、Ｐ（ｘ、ｙ）はそ
れぞれ各振動センサ６の配置位置および振動入力点の座
標を示している。このような構成において、図中Ｐ点に
おいて弾性波が発生させられた場合、最初にその振動が
達するセンサはS4であり、以下S0、S3、S1、S2の順とな
る。従って、その振動がセンサに到達する時間は各セン
サ座標S0〜S4への振動伝達時間t0、t1、t2、t3、t4の大
小関係は t4≦t0≦t3≦t1≦t2 ……（１）となる。

前述のように、振動伝達板８が大型化するにつれてセン
サ間の距離も大きくなり、座標を検出する点Ｐとセンサ
の間の距離が大きくなる場合が生じる。距離が増大すれ
ばセンサに到達する振動エネルギーは減衰のために小さ
くなり、座標を検出するのに充分な電気信号を取り出す
ことができなくなる。

そこで、本実施例の場合、全センサから得られた振動伝
達時間データのうち最も時間値が小さい３つのデータを
用いて座標計算を行なう。

振動伝達時間ｔに相当する距離は、弾性波の進行速度を
ｖとすればvtによって求めることができるから、振動伝
達時間t0、t1、t2、t3、t4に相当する距離をそれぞれd
0、d1、d2、d3、d4とする。また、本実施例の場合座点S
0の振動センサは、第２図に示すように振動伝達板８の
有効エリアＡ内の中心位置に配置されているので、この
センサから得られる伝達時間データは先着の３つの伝達
時間データの中に必ず含まれる。また、他の２つのデー
タは、S2、S4のどちらかとS1、S3のどちらかのデータの
組み合せである。そこで、原点をS0センサの位置とすれ
ば、座標の計算式は三平方の定理を用いて、以下の通り
である。

ここで、（２）式においてdxの値がd2の場合α＝１、dx
の値がd4の場合α＝−１となる。同様に、（３）式にお
いてdyの値がd1の時β＝１、d3の時β＝−１となる。

第３図は、演算制御回路１のROM1aに格納された、本実
施例の座標入力装置の処理フローチャートである。

まず、ステップS1で初期化によって内部クロック、フリ
ップフロップなどの初期化を行ない、ステップS2で振動
ペン３の振動子の駆動と同期してカウンタ1bをスタート
する。

ステップS3で全てのセンサからの弾性波の検出信号を波
形検出回路９から受信する。ここで所定時間内に検出信
号の受信がない場合は、ステップS11から本処理を抜け
て他の処理に移る。

ステップS4では検出信号を受信するまでの振動伝達時間
を比較し、（２），（３）式におけるd0、dx、dyを決定
するためのt0、tx、tyを選択する。

もし、この時に同一遅延時間がある場合（例えばt1＝t
3）はステップS5からステップS10に移行し、あらかじめ
決められた規則（たとえば「同一値センサの若い番号の
方を最短時間とする」など）に従って決定する。

次にステップS6で最短遅延時間のセンサの番号が決定し
たら、ステップS7でα，βを決定し、ステップS8で演算
を行なって座標を決定し、ステップS9で座標をRAMに記
憶して外部のディスプレイ駆動回路10などに出力して１
つのサイクルを終了する。

以下、これをサンプリング数にしたがって繰り返す。な
お、ディスプレイ駆動回路10などへの出力は、RAMなど
に記憶された座標の示す点のディスプレイ11上への表示
であってもよいし、他の装置に対する座標値データの送
信であってもよい。

以上のように、本実施例によれば、振動伝達板８の辺部
中央に４つ、振動伝達板８の中央部に１つ振動センサ６
を設け、これらのセンサから得られる振動伝達時間デー
タの内必要なデータをその大小に応じて選択することに
より、最も良好なS/N比をもって座標演算を行なうこと
ができる。本実施例によれば、振動伝達板８の全面積を
４つに分けてセンサを使い分けることになり、センサ、
振動子、センサ出力増幅用のアンプなどが同じ、すなわ
ち振動減衰にかかわる振動伝達距離の制限が同じであれ
ば、従来方式の４倍の入力面の面積を確保できることに
なる。また、上記のように辺部、と中央部に対称的に振
動センサ６を配置することにより、振動伝達時間の大小
に応じて使用するセンサを選択しても演算が複雑になる
ことがないという利点も有する。さらに本実施例によれ
ば、振動センサとその検出系の数をそれほど増大させな
いで済むので、安価に大型の入力面の面積を実現でき
る。

上記実施例の場合、（２）、（３）式のd0、dx、dyを決
定することによって座標検出を行なっている。この時の
dxおよびdyは、それぞれd2、d4のどちらか、d1、d3のど
ちらかであるが、振動伝達板８の形状あるいはセンサの
配置位置によってＸ＝ＹもしくはＸ≒Ｙの場合において
は、振動伝達遅延時間の小さい順に３つ取ることで、d
0、dx、dyを決定してもよい。

また、上記では振動伝達板８の辺部中央に４つ、振動伝
達板８の中央部に１つ振動センサ６を設ける構成を例示
したが、センサの数、配置位置はこれに限定されること
なく種々変更可能である。

本方式は板波弾性波を利用する超音波方式による座標入
力装置において有効であり、第４図のように振動伝達板
８の縁に振動センサ６′を取り付けて振動を検出する方
式では、振動伝達板８中央の有効入力エリア内に設ける
のは不可能であり、本発明の適用は不可能である。この
ような方式において装置を大型化するためには振動入力
源の振幅などを大きくする必要があり、コストアップに
つながるばかりでなく、装置の大きさ自体に限界があ
る。

［発明の効果］以上から明らかなように本発明の座標入力装置によれ
ば、振動伝達部材の中央部に第１の振動検出手段が配置
され、その周囲に複数の第２の振動検出手段が配置さ
れ、この複数の第２の振動検出手段の中から第１の振動
検出手段とともに座標導出に用いるものが選択され、第
１の振動検出手段と選択された第２の振動検出手段とに
より各々得られる振動伝達時間に基づき、振動入力手段
の振動伝達部材への接触位置の座標が導出される構成で
あるので、振動検出手段を振動伝達部材の周辺部にのみ
設ける構造に比べて、座標入力面を容易に大型化するこ
とができる。また、座標導出に用いる第２の振動検出手
段を選択する場合に、例えば振動伝達時間が短いものを
優先して選択することにより、減衰の小さい信号を利用
することになるため、S/N比が向上する。したがって、
座標入力点の位置に起因する信号の減衰度にかかわら
ず、常時正確な座標入力が可能である。

【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造を示し
た説明図、第２図は振動センサの配置および座標検出処
理を示した説明図、第３図は第１図の演算制御装置の制
御手順を示したフローチャート図、第４図は従来構造の
問題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、６……振動センサ８……振動伝達板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動を入力するための振動入力手段と、該振動入力手段を接触することで入力された振動を伝達
する振動伝達部材と、該振動伝達部材の中央部に配置された第１の振動検出手
段と、該第１の振動検出手段の周囲に配置された複数の第２の
振動検出手段と、前記複数の第２の振動検出手段の中から前記第１の振動
検出手段とともに座標導出に用いるものを選択する選択
手段と、前記第１の振動検出手段と、前記選択手段により選択さ
れた第２の振動検出手段とにより各々得られる振動伝達
時間に基づき、前記振動入力手段の前記振動伝達部材へ
の接触位置の座標を導出する導出手段とを有することを
特徴とする座標入力装置。