JPH09325853A - 座標入力装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 座標検出において、振動伝達方向により振動
伝達速度が異なる異方性を持つ振動伝達板を用いる場合
に、座標検出精度が低下する。 【解決手段】 振動ペンから各振動センサまでの各距離
を１４０６の固定定数を用いて算出し、１４０４で概略
入力座標を算出する。該概略座標から１４０５で振動ペ
ンから振動センサへの振動伝達角度を算出し、１４０７
では、１４０５で算出された振動伝達角度に対応する振
動伝達速度を導出する。該振動伝達速度より高精度な入
力座標を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動伝達板上の振
動伝達時間から指示点座標を検出する座標入力装置及び
その制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、振動伝達板に対し圧電素子等
を内蔵した振動ペンにより振動入力を行い、振動伝達板
に設けた複数の振動センサにより入力点の座標を検出す
る座標入力装置が知られている。

【０００３】上記振動を検出する座標入力装置の座標演
算では、振動伝達板を伝わる振動波の伝達速度を予め求
め、これを定数として、振動ペンから振動センサまでの
振動伝達時間にこの定数を乗じる等を基本とした計算に
より、振動ペンから振動センサまでの距離を求め、これ
から座標を求める手法が一般的に知られている。また、
特に、上記振動伝達板を伝わる振動波として板波を検出
して用いる場合、板波の伝達速度が、板厚と周波数に依
存することに着目し、従来に於ては、実測して求める以
外には、周波数の検出値と板厚の測定値により上記伝達
速度を求めることを行っていた。

【０００４】具体的に、従来例として、特開平７−１６
０４０７では、本発明は群速度が板厚のみの関数として
得られている事実の発見に基づき、板波の音速度設定
は、まず検出信号の位相同期より周波数を測定し、その
値と板厚より位相速度を測定し、群速度は、板厚のみに
より導出する、という提案がなされている。これは、位
置検出精度の向上、及び、信頼性、量産性向上等を目的
としたものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
上記振動を検出する座標入力装置の伝達速度は、振動セ
ンサごとの各々の値の平均値、或は、代表的な一つの振
動センサに於て求めた値を全ての振動センサに対して一
つの定数として用いており、以下の欠点があった。

【０００６】全ての振動センサに対して一つの定数を用
いた場合、均一等質媒体の振動伝達板を用いる場合には
問題は生じないが、振動伝達方向により振動伝達速度が
異なる異方性をもつ振動伝達板を用いる場合には、座標
検出精度が低下するという問題点があった。この異方性
をもつ振動伝達板を用いる場合の問題について、図１３
〜図１７を用いて説明を行う。

【０００７】図１３は、典型的な従来の振動を検出する
座標入力装置における振動伝達板及び振動センサの模式
的な構成図である。但し、振動伝達板は、振動伝達方向
により振動伝達速度が異なるという前記異方性をもった
ものである。今、振動センサを図のようにＡ、Ａ′、
Ｂ、Ｂ′とする。

【０００８】図１４は、従来の振動を検出する座標入力
装置に於て、遅延時間により求めた各振動センサから振
動ペンまでの距離の誤差ΔＬを各振動センサの振動伝達
速度の平均値を一つの定数として用いて算出し、示した
ものである。ここでは、従来例の問題点を前記距離の算
出結果において示すことが目的であるので、この算出法
等の詳細は本発明の実施例に於て触れる。図で示された
ΔＬは、各振動センサに関して振動伝達板の対角方向に
振動ペンを走査して測定したもので、横軸は、振動セン
サからの距離、縦軸は、ΔＬを示す。

【０００９】また、前記走査距離の中心部に於て、その
点が基準点で誤差がゼロとなるような調整を行ってい
る。従って、図１４に於て、中心部は誤差が小さくなっ
ている。さて、図から明らかなように、ΔＬは、前記中
心部の調整点から離れた振動センサから最短点と最長点
に於て誤差ΔＬは最大となっている。さらに、振動セン
サＡ、Ａ′と振動センサＢ、Ｂ′の組に変動傾向が分か
れ、その２組の傾向は、ほぼ正反対となる。これは、振
動伝達板に、前記異方性が存在しているため、図１３に
示す２つの矢印の方向で振動伝達速度が異なり、従っ
て、距離と振動伝達時間との関係が異なるにもかかわら
ず、一つの振動伝達速度の平均値を定数として用いて算
出したことによるものである。

【００１０】比較として、振動伝達方向により振動伝達
速度が異ならない前記異方性のない振動伝達板に於て、
図１４と同じ振動センサ構成での上記と同一条件で算出
したΔＬと振動センサからの距離との関係を示したの
が、図１５であり、異方性が存在しない場合には、一つ
の振動伝達速度の平均値を定数として用いて算出しても
問題とはならないことがわかる。

【００１１】更に、全ての振動センサに対して一つの定
数を用いた場合、振動伝達方向により振動伝達速度が異
なる異方性をもつ振動伝達板を用いる場合には、定数が
固定値であることにより、一つの振動センサに対して振
動の振動伝達角度（入射角度）により振動伝達速度が異
なる状況に対応できず、振動センサまでの距離計算結果
に誤差が生じ、精度が低下する。つまり、図１６で示す
ように、有効エリア内の振動ペンの座標入力点が異なる
と、それに伴い振動ペンから振動センサまでの振動伝達
経路が異なり、振動伝達方向が異なり、異方性をもつ振
動伝達板では、図でαで示す振動伝達角度が異なると振
動伝達速度が異なり、図１７で示すように、上記固定定
数との差分だけ振動センサから振動ペンまでの距離の誤
差ΔＬが誤差が生じる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、振動伝達方向により振動伝達速度が異な
る異方性を有する振動伝達板と、前記振動伝達板上に入
力された振動発生源からの振動が振動伝達板上を伝播
し、この振動が振動発生源から振動検出手段まで振動伝
達板上を伝播する時間を計測して前記振動発生源の座標
を検出する座標入力装置であって、予め固定値として持
つ振動伝播速度を基に概略座標を算出する第１算出手段
と、前記第１算出手段により算出された概略座標から各
振動検出手段への振動伝達角度を導出する導出手段と、
前記導出手段により導出された振動伝達角度に基づい
て、振動伝達距離を求め、前記振動発生源の位置座標を
算出する第２算出手段とを有することを特徴とする座標
入力装置を提供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）以下、添付図面に従って本発明に関わる
実施形態を詳細に説明する。

【００１４】図１は本実施形態に於ける座標入力装置の
構造の特徴を最もよく表す図である。

【００１５】図中１は装置全体を制御すると共に、座標
位置を算出する演算制御回路である。２は振動子駆動回
路であって、振動ペン３内のペン先を振動させるもので
ある。８はアクリルやガラス板等、透明部材からなる振
動伝達板であり、振動ペン３による座標入力は、この振
動伝達板８上をタッチすることで行う。

【００１６】振動伝達板８には、図示に実線で示す符号
Ａの領域（以下有効エリア）を設ける。これは、この有
効エリアＡは、この領域内を振動ペン３で指定した座標
のみが、有効な入力座標となる領域であり、図のように
方形であり、必要とされる座標入力精度、座標入力範囲
等の座標入力装置の仕様により決定される領域である。

【００１７】そして、この振動伝達板８の外周には、反
射した振動が中央部に戻るのを防止（減少）させるため
の防振材７が設けられ、又振動伝達板８の周辺部には圧
電素子等、機械的振動を電気信号に変換する４個の振動
センサ６ａ〜６ｄが上記有効エリアＡの領域外の角部に
配置固定されている。

【００１８】本実施形態に於ける上記振動伝達板８は、
振動伝達方向により振動伝達速度が異なる異方性を有す
る振動伝達板である。この異方性は、圧延工程を経て製
造される金属板に存在し、また、異方性を持った樹脂性
のシートを前記振動伝達板に貼り付けることによっても
持つことになる。この異方性の方向は、直交している。
そして、上記対向する２つの振動センサ６ａと６ｄ及び
６ｂと６ｃを結ぶ２つの線分により形成される角の２等
分線上に、上記振動伝達板の直交するこの２つの異方性
の軸が来る様に振動伝達板８の向きを調整する。つま
り、例えば、金属板等であれば、この異方性が上記２等
分線の向きになるように切出し加工を行う。また、ガラ
ス板に樹脂シートを張り合わせる場合であれば、上記２
等分線の向きと樹脂シートの異方性の方向とを合わせ
て、貼り合わせを行う。

【００１９】以上の振動センサ６からの出力信号は、図
に示すような振動センサ６近傍に設けられた不図示の前
置増幅回路へ送られ、ここで所定のゲインで増幅された
出力を信号波形検出回路９に送る。更に、各振動センサ
６ａ〜６ｄに対応する前記信号波形検出回路９の信号を
演算制御回路１に送り座標演算を行う。この入力座標の
演算は、まず固定定数で上記計測した振動伝達時間に対
して振動ペン３から振動センサ６までの概略の距離を算
出し、これより算出された概略入力座標から、振動ペン
３から振動センサ６への振動伝達角度を算出する。そし
て振動伝達角度より導出された振動伝達速度を用いても
う一度上記計測した振動伝達時間に対して振動ペン３か
ら振動センサ６までの正確な距離を算出し高精度の入力
座標演算を行う。この本発明の振動伝達板の異方性と振
動センサの配置及び振動伝達速度に関する定数の決定及
び座標算出に関する説明に関しては、後で詳述する。

【００２０】１１は前記振動伝達板８が透明な場合に設
けられる、液晶表示器、及び、その投射型表示器等のド
ット単位の表示が可能なディスプレイ、或は、ＣＲＴ、
及び、その投射型表示器等であり、振動伝達板の背後に
配置している。そしてディスプレイ駆動回路１０の駆動
により振動ペン３によりなぞられた位置に表示しそれを
振動伝達板８（透明部材の場合）を透してみる事が可能
になっている。

【００２１】図２に示されるように振動ペン３に内蔵さ
れた振動子４は、同じく振動ペン３に内蔵された振動子
駆動回路２によって駆動される。振動子４の駆動信号は
演算制御回路１から低レベルのパルス信号として供給さ
れ振動子駆動回路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。

【００２２】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、ペン先５を介して振動伝達
板８に伝達される。

【００２３】ここで振動子４の振動周波数はガラスなど
の振動伝達板８に板波を発生する事が出来る値に選択さ
れる。また、振動子駆動の際、振動伝達板８に対して図
２の垂直方向に振動するモードが選択される。また、振
動子４の振動周波数をペン先５を含んだ共振周波数とす
る事で効率の良い振動変換が可能である。

【００２４】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
の表面の傷、障害物等の影響を受けにくいという利点を
有する。

【００２５】＜演算制御回路の構成例＞上述した構成に
於いて、演算制御回路１は所定周期毎（例えば、５ｍｓ
毎）に振動子駆動回路２振動ペン３内の振動子４を駆動
させる信号を出力すると共に、その内部タイマ（カウン
タで構成されている）による計時を開始させる。そし
て、振動ペン３より発生した振動は振動センサ６ａ〜６
ｄ迄の距離に応じて遅延して到達する。

【００２６】振動波形検出回路９は各振動センサ６ａ〜
６ｄからの信号を検出し、後述する波形検出処理により
各振動センサへの振動到達タイミングを示す信号を生成
し、演算制御回路１は各振動センサ６ａ〜６ｄの信号を
入力し、各振動センサ６ａ〜６ｄの内、各振動センサま
での振動到達時間の検出を行い、振動ペンの座標位置を
算出する。

【００２７】また演算制御回路１は、この算出された振
動ペン３の位置情報を元にディスプレイ駆動回路１０を
駆動して、ディスプレイ１１による表示を制御したり、
あるいはシリアル、パラレル通信によって外部機器に座
標出力を行なう（不図示）。

【００２８】図３は実施形態の演算制御回路１の概略構
成を示すブロック図で、各構成要素及びその動作概略を
以下に説明する。

【００２９】図中３１は演算制御回路１及び本座標入力
装置全体を制御するマイクロコンピュータであり、操作
手順や各種定数（振動伝達速度を含む）を格納したＲＯ
Ｍ３１ｂ、演算等に使用するワークメモリＲＡＭ３１
ｃ、それらを使用して演算・制御を実行するＣＰＵ３１
ａ等を有する。

【００３０】３３は不図示の基準クロックを計時するタ
イマ（例えばカウンタなどにより構成されている）であ
って、振動子駆動回路２に振動ペン３内の振動子４の駆
動を開始させるためのスタート信号を入力すると、その
計時を開始する。これによって、計時開始と振動センサ
による振動検出の同期が取られ、振動センサ６により振
動が検出されるまでの遅延時間が測定できることにな
る。

【００３１】その他各構成要素となる回路は順を追って
説明する。

【００３２】振動波検出回路９より出力される各振動セ
ンサ６ａ〜６ｄよりの振動到達タイミング信号は、検出
信号入力ポート３５を介してラッチ回路３４ａ〜３４ｄ
に入力される。ラッチ回路３４ａ〜３４ｄのそれぞれ
は、各振動センサ６ａ〜６ｄに対応しており、対応する
振動センサよりのタイミング信号を受信すると、その時
のタイマ３３の計時値をラッチする。こうして、各振動
センサ６ａ〜６ｄの内、振動センサ全ての検出信号の受
信がなされたことを判定回路３６が判定すると、マイク
ロコンピュータ３１にその旨の信号を出力する。

【００３３】ここで、上記判定回路３６への判定切り替
え信号であるセレクト信号を出力する。

【００３４】判定回路３６には、マイクロコンピュータ
３１がこの判定回路３６からの信号を受信すると、ラッ
チ回路３４ａ〜３４ｄから各々の振動センサまでの振動
到達時間をラッチ回路より読み取り、所定の計算を行な
って、振動伝達板８上の振動ペン３の座標位置を算出す
る。

【００３５】そして、Ｉ／Ｏポート３７を介してディス
プレイ駆動回路１０に算出した座標位置情報を出力する
ことにより、例えばディスプレイ１１の対応する位置に
ドット等を表示することができる。あるいはＩ／Ｏポー
ト３７を介しインターフェース回路に、座標位置情報を
出力することによって、外部機器に座標値を出力するこ
とができる。

【００３６】図１１は、マイクロコンピュータ３１内の
ＲＯＭ３１ｂに保持されたプログラムコード及び定数を
概念的に示す図である。１４０１は、前述の様に振動駆
動回路２を介して振動ペン３を駆動し、各振動センサ６
に於て振動が検出されるまでの時間、すなわち振動伝達
時間を計測するプログラムモジュールである。１４０２
は、計測した振動伝達時間と、定数としての振動伝達速
度とから振動ペン３から振動センサ６までの距離を算出
するプログラムモジュールである。本発明に於ては、ま
ず、概略入力座標を算出するために、１４０６で保持し
た固定定数で上記計測した振動伝達時間に対して振動ペ
ン３から振動センサ６までの概略の距離を算出する。さ
らに、もう一度、プログラムモジュール１４０７で振動
伝達角度より導出された振動伝達速度を用いて上記計測
した振動伝達時間に対して振動ペン３から振動センサ６
までの正確な距離を算出する。１４０３は、算出した各
距離を補正するプログラムモジュールである。１４０４
は、算出・補正した各距離より振動の入力座標を算出す
るプログラムモジュールである。上記１４０３及び１４
０４も前記プログラムモジュール１４０２により求めら
れた概略距離と正確な距離とに関してそれぞれ処理を行
う。１４０５は、上記プログラムモジュール１４０４で
算出された概略入力座標から、振動ペン３から振動セン
サ６への振動伝達角度を算出するプログラムモジュール
である。１４０７は、１４０５で算出された振動伝達角
度からその振動伝達角度に対応する振動伝達速度を導出
するプログラムモジュールである。

【００３７】＜振動伝達距離算出の説明（図４、図５）
＞以下、振動センサ３までの振動到達時間の計測及び振
動伝達距離を求める原理に付いて説明する。

【００３８】振動伝達時間の計測はプログラムモジュー
ル１４０１に基づいて、振動伝達距離の算出はプログラ
ムモジュール１４０２に基づいて実行される。図４は振
動波形検出回路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ための図である。
尚以下、振動センサ６ａの場合に付いて説明するが、そ
の他の振動センサ６ｂ〜６ｄについても全く同じであ
る。

【００３９】振動センサ６ａへの振動伝達時間の計測
は、振動子駆動回路２へのスタート信号の出力と同時に
開始することは既に説明した。この時、振動子駆動回路
２から振動子４へは駆動信号４１が印加されている。こ
の信号４１によって、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、振動センサ６ａまでの距離に応
じた時間ｔｇをかけて進行した後、振動センサ６ａで検
出される。図示の４２で示す信号は振動センサ６ａが検
出した信号波形を示している。

【００４０】この実施形態で用いられてる振動は板波で
あるため振動伝達板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、その伝達距離に応じて変化する。ここでエンベロー
プ４２１の進む速度、即ち、群速度をＶｇ、そして位相
４２２の位相速度をＶｐとする。この群速度Ｖｇ及び位
相速度Ｖｐから振動ペン３と振動センサ６ａ間の距離を
検出することができる。

【００４１】まず、エンベロープ４２１にのみ着目する
と、その速度はＶｇであり、ある特定の波形上の点、例
えば変極点や図示４３で示す信号のようにピークを検出
すると、振動ペン３及び振動センサ６ａの間の距離は、
その振動伝達時間とｔｇとして、 d=Vg・tg （１） で与えられる。この式は振動センサ６ａの一つに関する
ものであるが、同じ式により他の３つの振動センサ６ｂ
〜６ｄと振動ペン３の距離も同様にして表すことができ
る。更に、より高精度な座標決定をするために、位相信
号の検出に基づく処理を行なう。位相波形信号４２２の
特定の検出点、例えば振動印加から、ある所定の信号レ
ベル４６後のゼロクロス点までの時間とｔｐ４５（信号
４７に対し所定幅の窓信号４４を生成し、位相信号４２
２と比較することで得る）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。

【００４２】前記（１）式と（２）式から上記の整数ｎ
は、 n=〔(Vg・tg-Vp・tp)/λp+1/N〕 （３） と表される。

【００４３】ここで、Ｎは“０”以外の実数であり、適
当な値を用いる。例えば、Ｎ＝２とすれば±１／２波長
以内のｔｇ等の変動であれば、ｎを決定することができ
る。上記のようにしてもとめたｎを（２）式に代入する
ことで、振動ペン３及び振動センサ６ａ間の距離を精度
良く測定することができる。上述した２つの振動伝達時
間ｔｇおよびｔｐの測定のため信号４３及び４５の生成
は、振動波形検出回路９により行なわれるが、この振動
波形検出回路９は図５に示すように構成される。

【００４４】図５は実施形態の振動波形検出回路９の構
成を示すブロック図である。

【００４５】図５において、振動センサ６ａ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、帯域通過フィルタ５１１により
検出信号の余分な周波数成分が除かれ、例えば、絶対値
回路及び、低域通過フィルタ等により構成されるエンベ
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。エンベロープピークのタイミン
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。ピーク検出回路はモノマルチバイブレータ等から
構成されたｔｇ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である信号ｔｇ（図４信号
４３）が形成され、演算制御回路１に入力される。

【００４６】一方、５５は信号検出回路であり、エンベ
ロープ検出回路５２で検出されたエンベロープ信号４２
１中の所定レベルの閾値信号４６を越える部分のパルス
信号４７を形成する。５６は単安定マルチバイブレータ
であり、パルス信号４７の最初の立ち上がりでトリガさ
れた所定時間幅のゲート信号４４を開く。５７はｔｐコ
ンパレータであり、ゲート信号４４の開いている間の位
相信号４２２の最初の立ち上がりのゼロクロス点を検出
し、位相遅延時間信号ｔｐ４５が演算制御回路１に供給
されることになる。尚以上説明した回路は振動センサ６
ａに対するものであり、他の振動センサにも同じ回路が
設けられている。

【００４７】＜回路遅延時間補正の説明＞前記ラッチ回
路によってラッチされた振動伝達時間は、回路遅延時間
ｅｔおよび位相オフセット時間ｔｏｆｆを含んでいる。
これらにより生じる誤差は、振動ペン３から振動伝達板
８、振動センサ６ａ〜６ｄへと行なわれる振動伝達の際
に必ず同じ量が含まれる。そこで、例えば図６の原点Ｏ
の位置から、例えば振動センサ６ａまでの距離をＲ１
（＝Ｘ／２）とし、原点Ｏにて振動ペン３で入力を行な
い実測された原点Ｏから振動センサ６ａまでの実測の振
動伝達時間をｔｇｚ′、ｔｐｚ′、また原点Ｏから振動
センサまでの真の伝達時間をｔｇｚ、ｔｐｚとすれば、
これらは回路遅延時間ｅｔおよび位相オフセットｔｏｆ
ｆに関して、 tgz′=tgz+et （４） tpz′=tpz+et+toff （５） の関係がある。

【００４８】一方、任意の入力点での実測値ｔｇ′ｔ
ｐ′は同様に、 tg′=tg+et （６） tp′=tp+et+toff （７） となる。この（４）（６）、（５）（７）両者の差を求
めると、 tg′-tgz′=(tg+et)-(tgz+et)=tg-tgz （８） tp′-tpz′=(tp′+et+toff)-(tpz+et+toff) （９） となり各伝達時間に含まれる回路遅延時間ｅｔおよび位
相オフセットｔｏｆｆが除去され、原点Ｏの位置から入
力点Ｐの間の振動センサ６ａ位置を起点とする距離に応
じた真の伝達遅延時間の差を求めることができ、前記
（２）（３）式を用いればその距離差を求めることがで
きる。

【００４９】振動センサ６ａから原点Ｏまでの距離はあ
らかじめ不揮発性メモリ等に記憶してあり既知であるの
で、振動ペン３と振動センサ６ａ間の距離を決定でき
る。他の振動センサ６ｂ〜６ｄについても同様に求める
ことができる。

【００５０】上記、原点Ｏにおける実測値ｔｇｚ′及び
ｔｐｚ′は出荷時に不揮発性メモリに記憶しておき、プ
ログラムモジュール１４０３に基づいて、（２）式、
（３）式の計算の前に（８）（９）式が実行され精度の
高い測定ができる。

【００５１】＜本発明の振動伝達速度に関する定数の決
定及び座標算出に関する説明＞ここでは、本発明の主要
部分である振動伝達板の異方性と振動センサの配置及び
振動伝達速度に関する定数の決定及び座標算出に関して
説明を行う。

【００５２】前記振動伝達板の振動伝達速度がその伝達
方向により異なる異方性は、前にも少し触れたが、その
振動伝達板がアルミ等の金属である場合はそのある一定
の圧延方向に金属の結晶粒界が並ぶことにより、振動の
伝達条件が方向により異なることにより発生する。更に
は、金属のみならず、樹脂性のシート等もその製造過程
に於ける延伸方向により異方性が発生し、この樹脂シー
トを前記振動伝達板に貼り付けることにより、振動伝達
板全体としても異方性を持つことになる。もちろん、こ
の樹脂自体を振動伝達板として用いる場合にも、異方性
を持つことになる。

【００５３】本発明に於ける振動伝達板としては、この
異方性つまり振動伝達方向により振動伝達速度が異なる
特性を持った振動伝達板８により装置を構成する。現在
工業的に、板材として流通している材料は、その製造上
の前記理由により多少なりとも異方性を有しており、特
に、異方性の大きい樹脂シートを飛散防止のために異方
性の小さいガラス板にラミネートする用途は多く、逆
に、上記異方性の小さな材料を振動伝達板として用いる
と無延伸材の低強度をおぎなうための処理をほどこした
材料等、特別な材料を用意しコストが高くつく場合があ
る。

【００５４】本発明の実施形態は、図１のところでも簡
単に説明したが、図７に示すように、上記異方性を有す
る振動伝達板８を用いる際の定数の決定及び座標算出に
関するものである。

【００５５】前記＜振動伝搬時間検出の説明＞のところ
で述べたように、振動ペン３及び振動センサ６ａ〜６ｄ
間の距離を算出するには予め定数として、振動伝達速
度、つまり、群速度Ｖｇ及び位相速度Ｖｐを求めておか
なくてはならない。本発明に於ては、振動伝達角度によ
り振動伝達速度が異なるという異方性を持つ振動伝達板
を用いた場合、振動伝達角度に対応した振動伝達速度で
振動ペン３から振動センサ６までの正確な距離を算出
し、振動の入力座標を算出するものである。

【００５６】前記図１６のところで述べたように、振動
センサ６に対する振動ペン３からの振動伝達経路により
振動伝達速度が異なるのが異方性をもつ振動伝達板であ
り、この振動伝達速度は、振動センサ６に対する振動ペ
ン３からの入射する振動伝達角度で一意に決定される。
図７は同様に向きＸと向きＹに異方性の軸がある振動伝
達板であり、それぞれの振動伝達速度を向きＸをｘ、向
きＹをｙとすると、この振動伝達板に於て、ｘかｙがそ
れぞれ振動伝達速度の最大値か最小値をとることにな
る。仮に、ｘが振動伝達速度の最大値を、ｙが振動伝達
速度の最小値をとるとすると、図に示された振動ペンか
ら振動センサまでの伝達経路を通る振動の振動伝達速度
Ｖはｘ≧Ｖ≧ｙの値を取り、向きＸ（或はＹ）との成す
角度（振動伝達角度）で一意的に決定されることにな
る。そして、図７に示す振動伝達角度βと振動伝達角度
γ（β＜γ）のそれぞれの振動伝達速度ＶβとＶγは、
Ｖβ＞Ｖγとなることは明らかである。つまり、今 、
振動伝達角度をα、とすれば、その振動伝達経路に応じ
た振動伝達速度Ｖは、導出関数Ｇにより、Ｖ＝Ｇ（α）
で求められる。この導出関数Ｇは、予め前記異方性をも
つ振動伝達板８に対して、上記振動伝達角度を変化させ
た振動伝達速度のデータを測定しておき、これから求め
てもよい。振動伝達速度の測定は、ステージ等により振
動ペンを走査させて測定するが、他の手法でも構わな
い。また、振動伝達角度と振動伝達速度の対応付けは、
上記導出関数Ｇによらず、振動伝達角度ごとの振動伝達
速度を予めテーブルにもって対応させてもよい。

【００５７】従って、本発明に於ては、まず振動センサ
ごとに振動伝達角度を求め、それを基にその振動伝達経
路に応じた振動伝達速度を振動センサごとに導出し、そ
の振動伝達速度を用いて振動ペン３から各振動センサ６
までの距離を算出するので、図８で示されるようにΔＬ
の少ない正確な距離が算出される。

【００５８】更に、本実施形態に於ては、上記対向する
２つの振動センサ６ａと６ｄ及び６ｄと６ｃを結ぶ２つ
の線分により形成される角の２等分線上に、上記振動伝
達板の直交するこの２つの異方性の軸が来る様に振動伝
達板８の向きを調整する。図９で示すように、四隅に４
つの振動センサ６ａ〜６ｄを配置された上記振動伝達板
８を考える。この振動センサの内、対向する６ａと６
ｄ、６ｂと６ｃを結ぶ２つの線分をそれぞれ線ａｄ、線
ｂｃ、振動伝達板の異方性の方向を示す線をｅｆ、線ｇ
ｈ、交点をｏとすると、線ａｄと線ｂｃの成す角、例え
ば∠ａｏｃと∠ａｏｂの二等分線上に異方性の軸の線ｅ
ｆ及び線ｇｈが来るように振動伝達板の向きを調整す
る。つまり、∠ａｏｅ＝∠ｃｏｅ、∠ａｏｇ＝∠ｂｏｇ
となるようにする。このような振動センサ配置と異方性
の向きの構成をとることにより、異方性の軸の線ｅｆ及
び線ｇｈは線ａｄと線ｂｃよりなる角の二等分線上にあ
るため、線ａｄ及び線ｂｃは、異方性の軸線ｅｆ及び線
ｇｈに対する角度が等しく、振動伝達特性が等価にな
る。従って、図１０に示すように各振動センサに関わる
振動伝達角度を異方性の軸の向きＸとのなす角度と定義
すれば、図のように振動ペン３で指示した場合の振動セ
ンサ６ａ〜６ｄの振動伝達角度はａ〜ｄとなり、これら
の振動伝達角度から、各振動センサ共通の前記導出関数
Ｇにより振動伝達経路に応じた振動伝達速度Ｖを求める
ことができる。

【００５９】次に、本発明の振動センサごとに振動伝達
角度を求める手法について説明する。本実施形態に於て
は、まず、固定定数で上記計測した振動伝達時間に対し
て振動ペン３から振動センサ６までの概略の距離を算出
し、これより算出された概略入力座標から、振動ペン３
から振動センサ６への振動伝達角度を算出する。この固
定定数は、例えば、前記有効エリアＡの対角線方向の各
振動センサの振動伝達速度の平均値等を用いる。もちろ
ん、これは、概略座標値を求めるものであるので、他の
定数、例えば、代表的な一つの振動センサに関する振動
伝達速度を用いてもよい。これにより、本来のその振動
ペン３の指示点と振動センサ６とを結ぶ方向に対応した
振動伝達速度とずれた振動伝達速度を定数として用い距
離を算出するので算出された座標値にはその分の誤差は
含まれるが、振動伝達角度を算出するために必要な概略
座標値としては十分である。概略座標値から、振動伝達
角度を算出するのは、例えば、振動センサ６ａの座標を
（ｈ、ｉ）、振動ペン３の指示点を（ｊ、ｋ）とする
と、 振動伝達角度α＝ｔａｎ−１（（ｊ−ｈ）／（ｋ−
ｉ）） で簡単に求まる。また、他の方法で振動伝達角度を求め
てもよい。

【００６０】以上の本発明の振動伝達速度に関する定数
の決定及び座標算出に関して、図１１を使って時系列的
に説明する。まず、振動ペン３から各振動センサ６まで
の振動伝達時間の計測がプログラムモジュール１４０１
で実行される。次に、１４０６で保持した固定定数で上
記計測した振動伝達時間に対して振動ペン３から振動セ
ンサ６までの概略の距離をプログラムモジュール１４０
２で算出し、プログラムモジュール１４０３で算出した
各距離を補正する。

【００６１】次に、プログラムモジュール１４０４で算
出・補正した各振動センサに関する距離より振動の概略
入力座標を算出する。そして、算出された概略入力座標
から、プログラムモジュール１４０５で振動ペン３から
振動センサ６への振動伝達角度を算出する。次に、プロ
グラムモジュール１４０７で、プログラムモジュール１
４０５で算出された振動伝達角度からその振動伝達角度
に対応する振動伝達速度を導出する。

【００６２】そして、再度、上記プログラムモジュール
１４０２で各振動センサごとの振動伝達角度に対応する
振動伝達速度を用いて、前記振動伝達時間に対してもう
一度振動ペン３から振動センサ６までの正確な距離を算
出し、プログラムモジュール１４０３で算出した各距離
を補正する。そして、プログラムモジュール１４０４で
算出・補正した各振動センサに関する距離より振動の高
精度な入力座標を算出する。上記処理を前記所定（駆
動）周期毎に繰り返す。各処理ごとの１４０２、１４０
３、１４０４の繰返し用いられるプログラムモジュール
は、フラグ等をたててループを制御することは言うまで
もない。また、プログラムモジュール１４０１で実行さ
れるプログラムモジュール振動伝達時間の計測の結果は
再利用されるので、プログラムモジュール１４０１で実
行される振動伝達時間の計測の結果を例えばプログラム
モジュール１４０１′（不図示）に格納し、これを取り
出して再利用してもよい。

【００６３】以上の実施形態に於て、対向する２つの振
動センサ６ａと６ｄ及び６ｂと６ｃを結ぶ２つの線分に
より形成される角の２等分線上に、上記振動伝達板の直
交するこの２つの異方性の軸が来る様に振動伝達板８の
向きを調整する構成としたが、本発明の主眼とする振動
伝達経路に対応した振動伝達速度を用いて正確な距離の
算出を実現するためには、この形態に何ら限定されるも
のではない。振動伝達板の異方性の向きがいかなる場合
でも、この振動伝達板の異方性に対応した各振動センサ
ごとの振動伝達角度と振動伝達速度との対応関数或は対
応テーブルをプログラムモジュール１４０７内に設け、
各振動センサごとにこの対応付けを行えば良い。

【００６４】同様な理由で、本発明の振動センサ配置は
構成上記振動伝達板８の四隅に配置される場合に限られ
るものではない。例えば、振動伝達板および有効エリア
に対し、四隅ではなく、十字状に振動センサを配置した
場合に於ても振動伝達経路に対応した振動伝達速度を用
いて正確な距離の算出を実現できる。

【００６５】＜座標位置算出の説明（図６）＞次に実際
に振動ペン３による振動伝達板８上の座標位置検出の原
理を図６を用いて説明する。

【００６６】座標算出式は、３平方の定理から算出され
る。

【００６７】振動センサ６ａ、６ｂ、６ｃを図１の位置
に設けると、先に説明した原理に基づいて、振動入力ペ
ン３の位置Ｐから各々の振動センサ６ａ、６ｂ、６ｃの
位置までの直線距離ｄａ、ｄｂ、ｄｃを求めることがで
きる。更に演算制御回路１でこの直線距離ｄａ、ｄｂ、
ｄｃに基づき、振動入力ペン３である図６の位置Ｐの座
標（ｘ、ｙ）を次式のようにして求めることができる。

【００６８】 x=X/2+(da+db)・(da-db)/2X （１０） y=Y/2+(da+dc)・(da-dc)/2Y （１１） ここでＸ、Ｙはそれぞれ振動センサ６ａ、６ｂ間の距
離、振動センサ６ａ、６ｃ間の距離である。

【００６９】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。

【００７０】（実施形態２）以上の本発明の実施形態に
於ては、概略入力座標から振動ペン３から振動センサ６
への振動伝達角度を算出し、算出された振動伝達角度か
らその振動伝達角度に対応する振動伝達速度を導出した
が、この概略入力座標から直にこの座標から各振動セン
サまでの振動伝達速度を導出してもよい。この場合のマ
イクロコンピュータ３１内のＲＯＭ３１ｂに保持された
プログラムコード及び定数を概念的に図１２で示す。１
４０１は、前述の様に振動駆動回路２を介して振動ペン
３を駆動し、各振動センサ６に於て振動が検出されるま
での時間、すなわち振動伝達時間を計測するプログラム
モジュールである。１４０２は、計測した振動伝達時間
と、定数としての振動伝達速度とから振動ペン３から振
動センサ６までの距離を算出するプログラムモジュール
である。本発明に於ては、まず、概略入力座標を算出す
るために、１４０６で保持した固定定数で上記計測した
振動伝達時間に対して振動ペン３から振動センサ６まで
の概略の距離を算出する。さらに、もう一度、プログラ
ムモジュール１４０８で概略入力座標より導出された振
動伝達速度を用いて上記計測した振動伝達時間に対して
振動ペン３から振動センサ６までの正確な距離を算出す
る。１４０３は、算出した各距離を補正するプログラム
モジュールである。１４０４は、算出・補正した各距離
より振動の入力座標を算出するプログラムモジュールで
ある。上記１４０３及び１４０４は前記プログラムモジ
ュール１４０２により求められた概略距離と正確な距離
とに関してそれぞれ処理を行う。１４０８は、上記プロ
グラムモジュール１４０４で算出された概略入力座標か
ら、振動ペン３から振動センサ６への振動伝達速度を導
出するプログラムモジュールである。振動伝達角度の値
を経ないで直に振動伝達速度に対応させるため、入力座
標値と振動ペン３から各振動センサ６への振動伝達速度
との対応テーブルが、プログラムモジュール１４０８に
保持される。この対応テーブルは、有効エリア内の数カ
所に分割された領域ごとに振動伝達速度を割り当てたも
のでも良い。

【００７１】以上の本発明の振動伝達速度に関する定数
の決定及び座標算出に関して、図１２を使って時系列的
に説明する。まず、振動ペン３から各振動センサ６まで
の振動伝達時間の計測がプログラムモジュール１４０１
で実行される。次に、１４０６で保持した固定定数で上
記計測した振動伝達時間に対して振動ペン３から振動セ
ンサ６までの概略の距離をプログラムモジュール１４０
２で算出し、プログラムモジュール１４０３で算出した
各距離を補正する。

【００７２】次に、プログラムモジュール１４０４で算
出・補正した各振動センサに関する距離より振動の概略
入力座標を算出する。そして、算出された概略入力座標
から、プログラムモジュール１４０８で振動ペン３から
振動センサ６への振動伝達経路に対応する振動伝達速度
を導出する。そして、再度、上記プログラムモジュール
１４０２で各振動センサごとにその振動伝達経路に対応
する振動伝達速度を用いて、前記振動伝達時間に対して
もう一度振動ペン３から振動センサ６までの正確な距離
を算出し、プログラムモジュール１４０３で算出した各
距離を補正する。そして、プログラムモジュール１４０
４で算出・補正した各振動センサに関する距離より振動
の高精度な入力座標を算出する。上記処理を前記所定
（駆動）周期毎に繰り返す。各処理ごとの１４０２、１
４０３、１４０４の繰返し用いられるプログラムモジュ
ールは、フラグ等をたててループを制御することは言う
までもない。また、プログラムモジュール１４０１で実
行されるプログラムモジュール振動伝達時間の計測の結
果は再利用されるので、プログラムモジュール１４０１
で実行される振動伝達時間の計測の結果を例えばプログ
ラムモジュール１４０１′（不図示）に格納し、これを
取り出して再利用してもよい。

【００７３】以上の概略入力座標から直にこの座標から
各振動センサまでの振動伝達速度を導出することによ
り、マイクロコンピュータ３１内のＲＯＭ３１ｂ等の負
担を軽減し、処理速度を向上することができる。

【００７４】（実施形態３）上記実施形態に於ては、固
定定数を用いて概略の距離を算出し、これより算出され
た概略入力座標で振動伝達角度を経て、或は直に、対応
する振動伝達速度を求めこれを用いて再度座標演算をし
ていたが、この座標演算結果を基に再度、振動伝達角度
を経て、或は直に、対応する振動伝達速度を求め、これ
を用いて再度座標演算すると言うように繰返し処理を行
ってもよい。この繰返し処理により、更に正確な入力座
標をもとに正確な振動伝達角度を経て、或は直に、対応
するより正確な振動伝達速度を求めることができ、従っ
て、より高精度な入力座標を得ることができる。

【００７５】なお、本発明は、複数の機器から構成され
るシステムに適用しても、一つの機器からなる装置に適
用してもよい。また、本発明の目的は、前記振動センサ
の配置と相俟って、前述した実施形態の機能を実現する
ソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体
を、システム或は、装置に供給し、そのシステムあるい
は装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶
媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行する
ことによっても、達成されることは言うまでもない。

【００７６】この場合、記憶媒体から読み出されたプロ
グラムコード自体が上記振動センサの配置と相俟って、
本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログ
ラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を実現すること
になる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、固定定
数で計測した概略座標から、振動ペンから振動検出手段
への振動伝達角度を算出し、算出された振動伝達角度よ
り導出された振動伝達速度を用いて位置座標を算出する
ので、振動伝達板の異方性を考慮して、正確な座標を検
出することができる。

【００７８】また、位置座標をリアルタイムに検出する
ことができる。

【００７９】また、概略入力座標から直ちに各振動検出
手段までの振動伝達時間を導出することにより、処理速
度を向上することができる。

【００８０】また、繰り返し処理を行うことにより、よ
り高精度な入力座標を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の特徴を最もよく表す図である。

【図２】振動ペンの構成を示す図である。

【図３】実施形態に於ける演算制御回路の内部構成であ
る。

【図４】信号処理のタイムチャートである。

【図５】信号検出回路のブロック図である。

【図６】座標位置算出のための説明図である。

【図７】本発明の振動伝達板の異方性と振動センサの配
置及び定数決定法の説明図である。

【図８】本発明の振動伝達板の異方性と振動センサの配
置及び定数決定法の説明図である。

【図９】本発明の振動伝達板の異方性と振動センサの配
置及び定数決定法の説明図である。

【図１０】本発明の振動伝達板の異方性と振動センサの
配置及び定数決定法の説明図である。

【図１１】本発明の実施形態に於けるマイクロコンピュ
ータ内のＲＯＭに保持されたプログラムコード及び定数
を概念的に示す図である。

【図１２】本発明の実施形態２の説明図である。

【図１３】従来例の説明図。

【図１４】従来例の説明図。

【図１５】従来例の説明図。

【図１６】従来例の説明図。

【図１７】従来例の説明図。

【符号の説明】

１ 演算制御回路 ２ 振動子駆動回路 ３ 振動入力ペン ４ 振動子 ５ ペン先 ６ａ〜６ｄ 振動センサ ７ 防振材 ８ 振動伝達板 ９ 信号波形検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 佐藤 肇 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 (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動伝達方向により振動伝達速度が異な
   る異方性を有する振動伝達板と、前記振動伝達板上に入
   力された振動発生源からの振動が振動伝達板上を伝播
   し、この振動が振動発生源から振動検出手段まで振動伝
   達板上を伝播する時間を計測して前記振動発生源の座標
   を検出する座標入力装置であって、 予め固定値として持つ振動伝播速度を基に概略座標を算
   出する第１算出手段と、 前記第１算出手段により算出された概略座標から各振動
   検出手段への振動伝達角度を導出する導出手段と、 前記導出手段により導出された振動伝達角度に基づい
   て、振動伝達距離を求め、前記振動発生源の位置座標を
   算出する第２算出手段と、 を有することを特徴とする座標入力装置。
2. 【請求項２】 前記振動は板波となって振動伝達板上を
   伝播することを特徴とする請求項１記載の座標入力装
   置。
3. 【請求項３】 前記振動伝達角度は、振動発生源から振
   動検知手段へ振動が伝達する向きと、異方性の向きで構
   成されることを特徴とする請求項１記載の座標入力装
   置。
4. 【請求項４】 前記複数の振動検出手段の内、対向する
   ２個の振動検知手段を結ぶ２つの線分より成る角の２等
   分線と、前記振動伝達板の異方性の軸とが重なるよう
   に、振動伝達板と振動検知手段が配置されることを特徴
   とする請求項１記載の座標入力装置。
5. 【請求項５】 振動伝達方向により振動伝達速度が異な
   る異方性を有する振動伝達板と、前記振動伝達板上に入
   力された振動発生源からの振動が振動伝達板上を伝播
   し、この振動が振動発生源から振動検出手段まで振動伝
   達板上を伝播する時間を計測して前記振動発生源の座標
   を検出する座標入力装置の制御方法であって、 予め固定値として持つ振動伝播速度を基に概略座標を算
   出する第１算出工程と、 前記第１算出手段により算出された概略座標から各振動
   検出手段への振動伝達角度を導出する導出工程と、 前記導出手段により導出された振動伝達角度に基づい
   て、振動伝達距離を求め、前記振動発生源の位置座標を
   算出する第２算出工程と、 を有することを特徴とする座標入力装置の制御方法。
6. 【請求項６】 前記振動は板波となって振動伝達板上を
   伝播することを特徴とする請求項５記載の座標入力装置
   の制御方法。
7. 【請求項７】 前記振動伝達角度は、振動発生源から振
   動検知手段へ振動が伝達する向きと、異方性の向きで構
   成されることを特徴とする請求項５記載の座標入力装置
   の制御方法。
8. 【請求項８】 前記複数の振動検出手段の内、対向する
   ２個の振動検知手段を結ぶ２つの線分より成る角の２等
   分線と、前記振動伝達板の異方性の軸とが重なるよう
   に、振動伝達板と振動検知手段が配置されることを特徴
   とする請求項５記載の座標入力装置の制御方法。
9. 【請求項９】 予め固定値として持つ振動伝播速度を基
   に概略座標を算出する第１算出工程と、 前記第１算出工程により算出された概略座標から各振動
   検出手段への振動伝達角度を導出する導出工程と、 前記導出工程により導出された振動伝達角度に基づい
   て、振動伝達距離を求め、前記振動発生源の位置座標を
   算出する第２算出工程とを含む、コンピュータが読むこ
   とができるプログラムを格納した記憶媒体。