JPH0973360A

JPH0973360A - 座標入力装置

Info

Publication number: JPH0973360A
Application number: JP23002395A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Kobayashi; 克行小林; Yuichiro Yoshimura; 雄一郎吉村; Masaki Tokioka; 正樹時岡; Atsushi Tanaka; 淳田中; Ryozo Yanagisawa; 亮三柳沢; Hajime Sato; 肇佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1997-03-18
Also published as: US5744760A

Abstract

(57)【要約】【課題】可搬性に優れかつ低コストで製造可能な座標
入力装置を提供することを目的としている。【解決手段】座標入力領域Ａを含む第１の面と該第１
の面に対向する第２の面を有する圧電性を有する振動伝
達板８と、入力ペン３が座標入力領域Ａの所望の位置に
電圧を印加する。電圧によって発生する振動を、座標入
力領域Ａ外に配される振動検出用電極６ａ〜６ｄで電気
信号として検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入力ペンによって
座標を入力する座標入力装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、特公平５ー６０６１５号
に開示されている座標入力装置は、図１１に示すよう
な、入力ペン３に内蔵される振動子４を振動子駆動回路
２から入力される駆動信号によって発生する超音波等の
振動を利用して、入力ペン３の接触子５が指示する位置
から振動伝達板の端点に備えつけられる圧電センサ間の
距離Ｌを算出する。具体的には、座標入力面となる振動
伝達板８に、座標入力ペン３から振動を入力し、振動伝
達板８に取り付けられた複数の圧電センサでこの振動を
検出して、振動が各センサまで到達する時間を信号波形
検出回路９で計測し、その計測結果に基づいて、演算制
御回路１により振動が入力された座標位置の算出を行っ
ていた。また、入力ペン３で指示した位置座標を、例え
ば、入力した文字や図形をパーソナルコンピュータ等の
情報処理装置に出力することが可能であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の座標入力装置は以下のような問題点があった。入力
ペンから振動伝達板に入力する振動を、振動伝達板を介
して伝播する振動を振動伝達板に取り付けられた複数の
圧電センサ（振動検出素子）で検出する構成であるため
に、圧電センサの厚み分、装置自体が厚くなり、例え
ば、持ち運びし易い携帯型の装置として使用するための
可搬性に乏しいという問題点があった。

【０００４】また、座標の位置の算出原理としては、入
力ペンが指示する入力点と各圧電センサ間の距離を各々
求め、その距離情報より入力ペンが指示する位置を出力
しているので、精度良く座標を算出するためには、各々
の圧電センサの絶対位置を精度良く位置決めして圧電セ
ンサを固定する必要があった。そのため、圧電センサの
位置を厳密に管理する必要があり、装置を大量に生産す
る際の量産性を低下させ、それに伴い低コストで製造す
ることができないという問題点があった。

【０００５】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、可搬性に優れかつ低コストで製造可能な座標
入力装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による座標入力装置は、以下の構成を備え
る。即ち、入力ペンによって座標を入力する座標入力装
置であって、座標入力領域を含む第１の面と該第１の面
に対向する第２の面を有する圧電性を有する振動伝達板
と、前記入力ペンを前記座標入力領域の所望の位置に接
触させることで前記振動伝達板に電圧を印加する印加手
段と、前記電圧によって発生する振動を、前記座標入力
領域外に配される電極位置で電気信号として検出する検
出手段とを備える。

【０００７】また、好ましくは、前記検出手段のそれぞ
れに到達する時間を算出する第１算出手段と、前記第１
算出手段で算出される各時間に基づいて、前記入力ペン
が接触する位置を算出する第２算出手段と、前記第２算
出手段で算出される位置を出力する出力手段と更に備え
る。

【０００８】また、好ましくは、前記入力ペンは、グラ
ンドに接地されている。また、好ましくは、前記座標入
力領域は、網目上の電極を有する。網目上にすること
で、電圧が印加される位置を特定することができるから
である。また、好ましくは、前記第２の面は、前記座標
入力領域と対向する位置に少なくとも該座標入力領域と
同じ大きさの電極を有する。

【０００９】また、好ましくは、前記第２の面の電極
は、グランドに接地されている。また、好ましくは、前
記振動伝達板は、圧電性セラミックスからなる振動伝達
板である。

【００１０】また、好ましくは、前記振動伝達板は、少
なくともＰＺＴ、ＺｎＯ、ＰＬＺＴ、ＰＶＤＦのいずれ
かを含む。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施の形態を詳細に説明する。まず、図１を用いて
本実施の形態における座標入力装置の装置全体の構成に
ついて説明する。図１は本実施の形態の座標入力装置の
構成を示すブロック図である。

【００１２】１は演算制御回路であり、座標入力装置全
体を制御すると共に座標を算出するために演算制御回路
である。２は駆動回路であり、振動伝達板８に振動を発
生させるための駆動信号を生成する。３は入力ペンであ
り、その先端が導電性の接触子５で構成され、入力ペン
３を後述する振動伝達板８に接触させることで、振動伝
達板８の板厚方向に電圧を付加し、その結果圧電性を有
する振動伝達板８より振動が発生する。また、座標の入
力は、図の破線で囲まれる領域Ａ（以下、有効エリアと
呼ぶ）内を入力ペン３で指定することで行う。

【００１３】８は振動伝達板であり、本実施の形態で
は、例えば、ＰＺＴ（チタン・ジルコン酸鉛）からなる
圧電性セラミックスで構成されている。また、振動伝達
板８は所定の厚さを持っており、その上面（座標入力
面）の４隅に機械的振動を電気信号に変換する振動検出
用電極６ａ〜６ｄが構成されている。その具体的構成に
ついては、図２〜図５を用いて後述する。また、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が設けられている。

【００１４】次に図１を用いて、本実施の形態の座標入
力装置で実行される処理について説明する。振動検出用
電極６ａ〜６ｄが検出する機械的な振動は、電気的信号
に変換され、更に不図示の増幅回路で増幅された後、信
号波形検出回路９に入力される。そして、信号波形検出
回路９に入力された電気的信号は、後述する波形信号処
理により各振動検出用電極６ａ〜６ｄへの振動到達タイ
ミングを示す信号を演算制御回路１に出力する。そし
て、演算制御回路１は、入力された信号に基づいて各振
動検出用電極６ａ〜６ｄまでの振動到達時間の検出、入
力ペン３と各振動検出用電極６ａ〜６ｄ間の距離を算出
し、後述する方法により座標を算出する。尚、信号検出
回路９、演算制御回路１の詳細な処理動作については、
別途後述する。

【００１５】また、演算制御回路１は、シリアル、パラ
レル通信等によって外部機器（不図示）に対し、この算
出された座標値を出力することもできる。一方、振動伝
達板８を振動させるための駆動信号は、まず、演算制御
回路１から低レベルのパルス信号（例えば、５ｍｓ毎）
として供給すると共に、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、駆動
回路２ａによって所定のゲインで増幅された後、接触子
５に印加される。電気的な駆動信号は、接触子５が振動
伝達板８の有効エリアＡ内を接触することで、機械的な
超音波振動に変換される。入力ペン３の接触により発生
した振動は、振動検出用電極６ａ〜６ｄまでの各々の距
離に応じ遅延して到達する。

【００１６】尚、駆動回路２ａによって生成される駆動
パルスの周波数は、振動伝達板８で発生した振動が板波
（Lamb Wave)となって振動伝達板８を伝播するように選
択される。更に、振動伝達板８を伝播する弾性波は板波
であり、表面波などに比べ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。もちろ
ん、目的、用途によってはこれに限定されるものではな
く、他の振動モードを利用しても良いことは言うまでも
ない。

【００１７】次に本実施の形態の振動伝達板８の上面に
固定される振動検出用電極６ａ〜６ｄの複数の構成につ
いて図２〜図５を用いて説明する。図２の（ａ）は振動
伝達板８の一部の第１の構成を示す外観斜視図であり、
（ｂ）は矢印Ａ１方向からの矢視図である。図２の
（ａ）の座標入力可能な有効エリアＡ内において、振動
伝達板８の下面には一様に電極が配されておりグランド
に接地されている。一方、その反対面である上面（座標
入力面）には、メッシュ状の電極が形成され、入力ペン
３の接触子５がこの上面電極の１つに接触することで、
振動伝達板８の板厚方向に振動伝達板８を駆動させるた
めの駆動信号としての電圧が駆動回路２ａから供給さ
れ、その接触位置で振動伝達板８は振動を開始する。そ
の発生した振動は、あたかも水面に石を投下した時に発
生する波紋の様に振動伝達板８を伝播することになる。

【００１８】振動伝達板８を伝播した振動は、やがて振
動伝達板８の４隅に到達する。そして、振動伝達板８の
４隅に設けられた振動検出用電極６ａ〜６ｄは、対向す
る面に各々グランドに接地される電極が固定されてい
る。尚、振動伝達板８に配される電極の形成は、予め圧
電体を板厚方向に分極するために形成した電極（振動伝
達板８の上下面一様に形成される電極）をエッチング等
により図に示されるような形状に形成したり、あるいは
印刷等により図に示すような形状に形成してから、それ
を分極用の電極として圧電体を分極して振動伝達板８を
製作しても良い。また、電極の構成は、図２にしめされ
るようなものに限定されるものではない。例えば、図３
に示すように、下面を一様に、上面（座標入力面）の電
極のみをエッチング等により形成してもよい。

【００１９】図３の（ａ）は振動伝達板８の一部の第２
の構成を示す外観斜視図であり、（ｂ）は矢印Ｂ方向か
らの矢視図である。図３に示されるように、下面全体を
電極とすることで、電気的なノイズに対してその影響を
除去することが可能となる。また、図２の構成に比べ、
上下面の電極の位置決め等が不用となり、比較的安価に
製造することもできる。更に、振動検出用電極６の位置
は振動伝達板８の隅に限定されるものでなく、振動伝達
板８毎に適宜設定されるものであり、その個数も４個に
限定されるものでなく、少なくとも２個以上の振動検出
用電極を固定する構成にしても良い。更に、例えば、図
４に示されるような電極配置にしても良い。

【００２０】図４の（ａ）は振動伝達板８の一部の第３
の構成を示す外観斜視図であり、（ｂ）は矢印Ｃ方向か
らの矢視図である。図４の示されるように、有効エリア
Ａ内の接触面に電極が形成されていなくても、入力ペン
３を接触させることで十分な電圧を与えることができれ
ば、板厚方向に振動が発生するので座標の検出が可能と
なる。また、本実施の形態では、振動伝達板８をＰＺＴ
で構成しているが、これに制限されるものではなく、圧
電性を有するＺｎＯ、ＰＬＺＴ、ＰＶＤＦ等の材料を用
いても良い。また、図２〜図４は振動伝達板８の下面
（入力面と反対側）はグランドに接地されている構成
で、入力ペン３から電圧が与えられているが、これに限
定されるものではない。例えば、図５に示されるような
電極配置にしても良い。

【００２１】図５の（ａ）は振動伝達板８の一部の第４
の構成を示す外観斜視図であり、（ｂ）は矢印Ｄ方向か
らの矢視図である。図５は、下面側より振動伝達板８を
駆動させるための駆動信号が駆動回路２ａから供給され
るような構成になっており、入力ペン３が振動伝達板８
に接触することで振動伝達板８に電圧が負荷され振動が
発生する。この時、上面の振動検出用電極６ａに対向す
る下面側の電極はグランドに接地されているが、これに
限定されるものでない。例えば、下面側に振動検出用電
極６ａを固定する構成にしても良いことは言うまでもな
い。この下面側に振動検出用電極を固定する場合は、図
５のように有効エリアＡ内の電極と、振動検出用電極は
電気的に接続されていない状態が好ましい。何故なら、
下面側に一様に配する電極に振動用電極を含ませてしま
うと、駆動回路２ａから供給される駆動信号が振動検出
用電極の位置でも振動が発生してしまい、正確な座標検
出を行うことができなくなるからである。

【００２２】＜演算制御回路の説明＞図６は本実施の形
態の演算制御回路１の詳細な構成を示すブロック図であ
る。図中、３１は演算制御回路１及び座標入力装置全体
を制御するマイクロコンピュータであり、内部カウンタ
（不図示）、操作手順を記憶したＲＯＭ（不図示）、そ
して座標算出さる際のデータ作業領域あるいは一時待避
領域として使用するＲＡＭ（不図示）、距離計算に必要
な定数（例えば、後述する周波数ｆ、位相速度Ｖｇ、群
速度Ｖｐ等、波の音速に関わる定数）等を記憶する不揮
発性メモリ（不図示）等によって構成されている。

【００２３】３３ａ、３３ｂは、基準クロックを計時す
るカウンタである。駆動回路２ａに接触子５への駆動パ
ルスを発生させるためのスタート信号を入力すると、例
えば、振動検出用電極６ａで検出される検出波形に基づ
いて算出される位相遅延時間ｔｐを計時するためのカウ
ンタ３３ａ、および群遅延時間ｔｇを計時するためのカ
ウンタ３３ｂが、その計時を開始する。これによって、
計時開始と入力ペン３の振動発生タイミングの同期がと
られ、電極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。尚、図６では振動検出用電極６ａ
に対するカウンタ３３ａ、３３ｂの１組についてのみ示
しているが、本実施の形態のように４箇所の振動検出用
電極６ａ〜６ｄが配されている場合には、各々振動検出
用電極６ａ〜６ｄに対するカウンタが存在する。また、
後述する信号波形検出回路９で時系列的に、各振動検出
用電極６ａ〜６ｄからの信号を切り分けて座標算出に必
要な時間を検出する構成にしても良い。つまり、入力ペ
ン３が指示する位置から発生する振動ごとに別の振動検
出用電極からの信号を処理するように構成する。例え
ば、座標算出に必要な振動検出用電極からの信号が２つ
ならば、入力ペン３が指示する位置から振動が２回発生
されて初めて座標算出が可能となる。

【００２４】信号波形検出回路９より出力される振動検
出用電極６ａからの振動到達タイミング信号は（板波の
位相速度Ｖｐに関わる位相遅延時間ｔｐ、および群速度
Ｖｇに関わる群遅延時間ｔｇの到達タイミング信号）
が、検出信号入力回路３５を介してカウンタ３３ａ、３
３ｂに各々入力される。カウンタ３３ａ、３３ｂは、振
動用電極６ａよりのタイミング信号を受信すると、カウ
ンタ３３ａ、３３ｂをストップさせ、その時の計時値を
ラッチする。判定回路３６は、これらのタイミング信号
が出力されたと判定する。そして、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、
振動伝達時間をカウンタ３３ａ、３３ｂより読み取り所
定の計算を行なう。計算の結果に基づいて、振動伝達板
８の入力ペン３と振動検出用電極６ａの間の距離、並び
に入力点位置座標を算出する。その算出結果は、Ｉ／Ｏ
ポート３７を介して外部情報機器等に座標情報を出力す
る。また、新たに座標入力を行う際は、マイクロコンピ
ュータ３１はリセット信号をカウンタ３３ａ、３３ｂに
出力し、カウンタ３３ａ、３３ｂの内容をゼロクリアす
る。

【００２５】＜振動伝搬時間検出の説明（図７、図８）
＞次に、振動伝達板８上における振動伝達時間、すなわ
ち、座標入力面に入力ペン３がタッチされることによっ
て発生する振動が振動センサ６ａ〜６ｄがその振動を検
出するまでの時間を計測する原理について説明する。図
７は本実施の形態の振動波形検出回路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。

【００２６】尚、ここでは振動検出用電極６ａ〜６ｄの
内、振動検出用電極６ａを例にして説明する。残りの振
動検出用電極６ｂ〜６ｄについては、同様なので省略す
る。振動検出用電極６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。この時、駆動回路２ａから接触子５へは駆動信号４
１が印加されている。この信号４１が、接触子５と振動
伝達板８が接触することによって、振動伝達板８に振動
を発生させ、その振動は振動検出用電極６までの距離に
応じた時間をかけて進行した後、振動検出用電極６ａで
検出される。図信号４２は振動検出用電極６ａが検出し
た信号波形を示している。

【００２７】尚、本実施の形態で用いられている振動は
上述のとおり板波であるため、検出波形のエンベロープ
４２１の伝播する速度（群速度Ｖｇ）と位相４２２の伝
播する速度（位相速度Ｖｐ）が異なる。従って、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。本実施の形態では、この群速度Ｖ
ｇに基づく群遅延時間Ｔｇ、及び位相速度Ｖｐに基づく
位相遅延時間Ｔｐから、入力ペン３と振動検出用電極６
間の距離を検出している。

【００２８】図８は本実施形態の信号波形検出回路９の
詳細な構成を示すブロック図である。尚、図面において
は振動検出用電極６ａに対する信号波形検出回路９を示
してるが、実際には各振動検出用電極６ａ〜６ｄに対応
して４つ存在する。図７とあわせて群遅延時間ｔｇ、位
相遅延時間ｔｐを検出する方法について説明する。

【００２９】振動検出用電極６ａの出力信号４２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、信号４４を得る。この
信号４４のエンベロープに着目すると、その波形が伝播
する音速は群速度Ｖｇであり、ある特定の波形上の点、
例えばエンベロープのピークやエンベロープの変曲点を
検出すると、群速度Ｖｇに関わる遅延時間ｔｇが得られ
る。

【００３０】信号４４は、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信号４５のみ
が取り出される。取り出されたエンベロープ信号４５に
対して予め設定されている閾値レベル４４１を越えた後
の一定期間を与えるゲート信号４６を、マルチバイブレ
ータ等で構成されたゲート信号発生回路５６が形成す
る。

【００３１】群速度Ｖｇに関わる群遅延時間ｔｇを検出
するには、先に述べたようにエンベロープのピーク、も
しくは変曲点等を検出すれば良いが、本実施の形態の場
合、エンベロープの最初の変曲点（後述する信号４３の
立ち下がりゼロクロス点）を検出している。そこで、エ
ンベロープ検出回路５２で出力されたエンベロープ信号
４５はエンベロープ変曲点検出回路５３に入力され、エ
ンベロープの２回微分波形信号４３を得る。そして、マ
ルチバイブレータ等から構成されたｔｇ信号検出回路５
４によって、この２回微分波形信号４３をゲート信号４
６によりマスクし、所定波形のエンベロープ遅延時間検
出信号であるｔｇ信号４９を形成し、演算制御回路１に
供給する。ここで、信号４１の立ち下がりからｔｇ信号
４９の立ち上がりまでの時間をｔｇとする。

【００３２】一方、位相速度Ｖｐに関わる位相遅延時間
ｔｐは、位相遅延時間ｔｐを検出するためのゼロクロス
コンパレータ、マルチバイブレータ等で構成されたｔｐ
信号検出回路５７より、位相信号４４の最初の立ち上が
りのゼロクロス点（位相が負から正へ変化する最初の
点）を検出する。更に、位相信号４４をゲート信号４６
によりマスクし、位相遅延時間検出信号であるｔｐ信号
４７を形成し、演算制御回路１に供給する。ここで、信
号４１の立ち下がりからｔｐ信号４７までの立ち上がり
までの時間をｔｐとする。

【００３３】＜入力ペンと電極間の距離算出の説明（図
９）＞このようにして得られた群遅延時間ｔｇと位相遅
延時間ｔｐとから入力ペンと各電極までの距離をそれぞ
れ算出する方法について説明する。図９は本実施の形態
の群遅延時間ｔｇ、位相遅延時間ｔｐと入力ペン−振動
検出用電極間距離Ｌの関係を模式的に示したものであ
る。

【００３４】群遅延時間ｔｇと距離Ｌの関係は、連続的
ではあるものの、線形性には優れない。一方、位相遅延
時間Ｔｐと距離Ｌの関係は、線形性には優れるものの、
連続的にはならない。連続的とならないのは、群速度Ｖ
ｇと位相速度Ｖｐが異なる板波の性質により起こる。波
の音速（群速度Ｖｇ、位相速度Ｖｐ）は、これらの関係
より得られ、次の様に定義する。群速度Ｖｇは、群遅延
時間Ｔｐと距離Ｌの関係からその傾きを１次の最小二乗
法より求めた速度と定義する。また、位相速度Ｖｐは個
々の直線の傾きを１次の最小二乗法より求め、測定距離
範囲内で複数得られるこれらの値を平均化した速度と定
義する。更に、板波の周波数ｆは、先に定義された位相
速度Ｖｐを用いて、位相遅延時間ｔｐの各直線の切片を
１次の最小二乗法より求め、各直線の間隔を得る。測定
距離範囲内で複数得られるこれらの値を平均化したもの
を波長λと定義し、周波数ｆを位相速度Ｖｐ／波長λと
して定義する。この様に定義した位相速度Ｖｐ、群速度
Ｖｇ、周波数ｆを用いて後述する方法により距離計算を
行えば、最も距離測定精度が良くなることが理解され
る。

【００３５】ここで具体的に距離計算アルゴリズムにつ
いて説明する。本実施の形態では検出波として板波を用
いており、出力される群遅延時間ｔｇと距離Ｌの線形性
は良いとは言えない。従って入力ペン３及び振動検出用
電極６の間の距離Ｌを（１）式に示されるように群遅延
時間ｔｇと群速度Ｖｇの積として求めた場合、精度良く
距離Ｌを求めることができない。

【００３６】Ｌ＝Ｖｇ・ｔｇ …（１）そこで、より高精度な座標決定をするために、線形性の
優れる位相遅延時間ｔｐに基づき（２）式により演算処
理を行う。Ｌ＝Ｖｐ・ｔｐ＋Ｎ・λｐ …（２）ここで、λｐは弾性波の波長、Ｎは整数である。つまり
（２）式、右辺第１項は、図９に於て距離Ｌ０を示すも
のであり、求めたい距離Ｌと距離Ｌ０の差は図から明ら
かなように波長の整数倍（時間軸上での幅Ｔ＊は、信号
波形４４の１周期、従ってＴ＊＝１／周波数（ｆ）、ま
た、距離で表せば幅は波長λｐ）となっている。従っ
て、整数Ｎを求めることによって精度良く入力ペン−振
動検出用電極間距離Ｌを正確に求めることができる。そ
こで前述の（１）式と（２）式から上記の整数Ｎは、
（３）式により求めることができる。

【００３７】Ｎ＝ＩＮＴ［（Ｖｇ・ｔｇ−Ｖｐ・ｔｐ）／λｐ＋０．５］ …（３）この式は群遅延時間ｔｇと距離の関係の線形性が良くな
っても、それによって発生する誤差が±１／２波長以内
であれば、Ｎを正確に決定することができることを示
す。上記のようにして求めたＮを（２）式に代入するこ
とで、入力ペン３及び振動検出用電極６間の距離Ｌを精
度良く設定することができる。

【００３８】ここで信号波形検出回路９によって出力さ
れる振動伝達時間は、位相回路遅延時間ｅｔｐおよび群
回路遅延時間ｅｔｇを含む。これらにより生じる誤差
は、入力ペン３から振動伝達板８、振動検出用電極６
ａ、信号処理と行なわれる一連の動作の際に必ず同じ量
が含まれる。そこで、例えば、図１０において、振動検
出用電極６ａから既知の距離（以後、この既知の距離を
原点Ｏ、既知の距離をＲａと定義する）で実測される振
動伝達時間をｔｇ０＊、ｔｐ０＊、また原点Ｏから電極
まで伝播体上を波が実際伝播するのにかかる伝達時間を
ｔｇ０、ｔｐ０とすれば、ｔｇ０＊＝ｔｇ０＋ｅｔｇ …（４）ｔｐ０＊＝ｔｐ０＋ｅｔｐ …（５）の関係がある。

【００３９】一方、任意の入力点Ｐ点での実測値ｔｇ
＊、ｔｐ＊は同様に、ｔｇ＊＝ｔｇ＋ｅｔｇ …（６）ｔｐ＊＝ｔｐ＋ｅｔｐ …（７）となる。この（４）式と（６）、（５）式と（７）式の
差を各々求めると、ｔｇ＊−ｔｇ０＊＝(ｔｇ＋ｅｔ)−(ｔｇ０＋ｅｔｇ)＝ｔｇ−ｔｇ０ …（８）ｔｐ＊−ｔｐ０＊＝(ｔｐ＋ｅｔｐ)−(ｔｐ０＋ｅｔｐ)＝ｔｐ−ｔｐ０ …（９）となり各伝達時間に含まれる位相回路遅延時間ｅｔｐお
よび群回路遅延時間ｅｔｇが除去され、波が振動伝達板
上を伝播する真の伝達時間遅延を求めることができる。
従って、ｔｇ＝ｔｇ＊−ｔｇ０＊ …（１０）ｔｐ＝ｔｐ＊−ｔｐ０＊ …（１１）として（１）、（２）、（３）式を用いて距離を計算
し、その値に振動検出用電極６ａから原点Ｏ迄の距離Ｒ
ａを最後に加えることで、入力ペン３と振動検出用電極
６ａまでの距離を正確に求めることができる。つまり、
振動検出用電極６ａから原点Ｏまでの距離、並びにその
点で計測される振動伝達時間ｔｇ０＊、ｔｐ０＊を予め
不揮発性メモリ等に記憶しておけば、入力ペン３と振動
検出用電極６間の距離を正確に決定できることが示され
る。

【００４０】尚、本実施の形態では板波について説明し
たものであるが、他の振動モードを選択した場合、つま
り、群遅延時間ｔｇと距離Ｌの線形性が優れているよう
な振動モードを選択した場合には、（１）式に示される
ように群遅延時間ｔｇと群速度Ｖｇの積で距離を求めて
も良いことは言うまでもない。＜座標位置算出の説明（図１０）＞次に実際に入力ペン
３による振動伝達板８上の座標位置検出の原理を説明す
る。

【００４１】図１０は本実施の形態の座標入力装置によ
る座標位置の算出方法を説明するための図である。図１
０に示されるように、振動伝達板８上の有効領域Ａを原
点Ｏを中心とするＸＹ座標とし、有効領域Ａの４隅の座
標Ｓ１〜Ｓ４に４つの振動検出用電極６ａ〜６ｄを固定
すると、先に説明した原理に基づいて、入力ペン３の位
置Ｐから各々の振動検出用電極６ａ〜６ｄの位置までの
直線距離ｄａ〜ｄｄ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〜ｄｄに基づき、入力ペン
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。

【００４２】また、振動検出用電極６ａ、６ｂ間の距離
をＸ、６ａ、６ｃ間の距離をＹとする。ｘ＝（ｄａ＋ｄｂ）・（ｄａ−ｄｂ）／２Ｘ …（１０）ｙ＝（ｄａ＋ｄｃ）・（ｄａ−ｄｃ）／２Ｙ …（１１）以上のようにして入力ペン３が指示する位置の座標をリ
アルタイムで検出することができる。

【００４３】また、入力ペン３が指示する位置から３つ
の振動検出用電極６ａ〜６ｃまでの距離情報を用いて計
算しているが、本実施の形態では４箇所の電極が設置さ
れているので、残りの電極１個の距離情報を用いて、出
力座標の精度を検証している。検証方法としては、例え
ば、別の組合せの振動検出用電極６ｂ〜６ｄを用いて座
標を算出し、その結果を比較して、座標位置の精度を確
認することができる。

【００４４】更に、用途によっては、例えば、最も入力
ペン−振動検出用電極間距離Ｌが大きくなる振動検出用
電極の距離情報（距離Ｌが大きくいと、検出信号レベル
が低下しノイズの影響を受ける確立が大きくなる）を用
いず残りの電極３個、あるいは電極２個（計算式は示さ
れていないが、原理的に容易）で座標を算出することも
実施可能である。この場合、座標を入力することができ
る有効なエリアを大きくすることもできる。もちろん振
動検出用電極の数については、幾何学的には２箇所以上
の振動検出用電極で座標算出が可能であり、製品スペッ
クに応じて振動検出用電極の設置箇所が設定されること
は言うまでもない。

【００４５】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、圧電性を有する素材を振動伝達板として構成し、入
力ペンから電圧を印加することによって振動伝達板を振
動させ、その振動を電極位置で電気信号として検出が可
能となるので、従来方式である振動センサ等の圧電素子
を用いた構成に比べ、装置を薄くすることができる。ま
た、入力ペン自体を振動させる必要がなくなるため入力
ペンの構造を簡素化することができ、生産性が向上す
る。更に、振動を利用して振動入力源と振動検出点の距
離を算出して座標を算出する座標入力装置において、振
動を検出するための検出素子の位置決め精度は直接座標
算出精度に影響を与えるので、検出素子の固定位置の位
置精度は厳密に管理する必要があったが、本発明によれ
ば、精度の良い位置決めは不要となるので、従来に比べ
その管理は容易となる。そのため、量産性に優れ低コス
トで、しかも高性能を有する座標入力装置を構成するこ
とができる。

【００４６】また、本発明は、『ホストコンピュータ、
インタフェース、プリンタ等の』複数の機器から構成さ
れるシステムに適用しても、１つの機器からなる装置に
適用しても良い。また、本発明はシステム或は装置にプ
ログラムを供給することによって実施される場合にも適
用できることは言うまでもない。この場合、本発明に係
るプログラムを格納した記憶媒体が本発明を構成するこ
とになる。そして、該記憶媒体からそのプログラムをシ
ステム或は装置に読み出すことによって、そのシステム
或は装置が、予め定められた仕方で動作する。

【００４７】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、可搬性に優れかつ低コストで製造可能な座
標入力装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態の座標入力装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図２】（ａ）は振動伝達板８の一部の第１の構成を示
す外観斜視図であり、（ｂ）は矢印Ａ１方向からの矢視
図である。

【図３】（ａ）は振動伝達板８の一部の第２の構成を示
す外観斜視図であり、（ｂ）は矢印Ｂ方向からの矢視図
である。

【図４】（ａ）は振動伝達板８の一部の第３の構成を示
す外観斜視図であり、（ｂ）は矢印Ｃ方向からの矢視図
である。

【図５】（ａ）は振動伝達板８の一部の第４の構成を示
す外観斜視図であり、（ｂ）は矢印Ｄ方向からの矢視図
である。

【図６】本実施の形態の演算制御回路１の詳細な構成を
示すブロック図である。

【図７】本実施の形態の振動波形検出回路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。

【図８】本実施形態の信号波形検出回路９の詳細な構成
を示すブロック図である。

【図９】本実施の形態の群遅延時間ｔｇ、位相遅延時間
ｔｐと入力ペン−振動検出用電極間距離Ｌの関係を模式
的に示したものである。

【図１０】本実施の形態の座標入力装置による座標位置
の算出方法を説明するための図である。

【図１１】従来の座標入力装置の構成を示すブロック図
である。

【符号の説明】

１演算制御回路２振動子駆動回路２ａ駆動回路３入力ペン４振動子５接触子６ａ〜６ｄ振動検出用電極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)発明者柳沢亮三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

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力ペンによって座標を入力する座標入
力装置であって、座標入力領域を含む第１の面と該第１の面に対向する第
２の面を有する圧電性を有する振動伝達板と、前記入力ペンを前記座標入力領域の所望の位置に接触さ
せることで前記振動伝達板に電圧を印加する印加手段
と、前記電圧によって発生する振動を、前記座標入力領域外
に配される電極位置で電気信号として検出する検出手段
とを備えることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】前記検出手段のそれぞれに到達する時間
を算出する第１算出手段と、前記第１算出手段で算出される各時間に基づいて、前記
入力ペンが接触する位置を算出する第２算出手段と、前記第２算出手段で算出される位置を出力する出力手段
と更に備えることを特徴とする請求項１に記載の座標入
力装置。
【請求項３】前記入力ペンは、グランドに接地されて
いることを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
【請求項４】前記座標入力領域は、網目上の電極を有
することを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
【請求項５】前記第２の面は、前記座標入力領域と対
向する位置に少なくとも該座標入力領域と同じ大きさの
電極を有することを特徴とする請求項１に記載の座標入
力装置。
【請求項６】前記第２の面の電極は、グランドに接地
されていることを特徴とする請求項５に記載の座標入力
装置。
【請求項７】前記振動伝達板は、圧電性セラミックス
からなる振動伝達板であることを特徴とする請求項１に
記載の座標入力装置。
【請求項８】前記振動伝達板は、少なくともＰＺＴ、
ＺｎＯ、ＰＬＺＴ、ＰＶＤＦのいずれかを含むことを特
徴とする請求項１に記載の座標入力装置。