JPS6139121A

JPS6139121A - 座標位置情報読取装置

Info

Publication number: JPS6139121A
Application number: JP15904584A
Authority: JP
Inventors: Motohiko Washio; 鷲尾　基彦
Original assignee: NIPPON MEKATORONIKUSU KK
Current assignee: NIPPON MEKATORONIKUSU KK
Priority date: 1984-07-31
Filing date: 1984-07-31
Publication date: 1986-02-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、手書きする図形や文字の座標位置情報をコン
ピュータあるいはディスプレイ装置等に入力し、たり、
ある測定軸に沿った位置情報を与えるリニア・スケール
といった座標位置情報読取装置に関するものである。

（従来・の技術）　　　　　。

この種の座標位置情報読取装置には、電磁誘導を利用し
たもの、１抗シートを利用したもの、静電結合を利用し
たもの等、種々な方式のものが提案されている。昨今、
これらの方式うちで分解能が高く、安価に実現できる超
音波を利用した方式（例えば特公昭５６−３２６６９．
特公昭５７一３７９０７、特公昭５７−３７９０８等）
が注目されている。これらの超音波を利用した方式は、
金属板、アクリル板等で形成される入力板の中を伝播す
る超音波の、駆動から検出までの時間、即ち、伝播遅延
時間に基づいて座標位置を算出するものである。

従来、このような超音波を利用した座標位置情報読取装
置の入力板は、第２図に示すような、平面方向にも厚さ
方向にも一様な等方性媒質が用いられるのが一般的であ
っ奉。

（発明が解決しようとする問題点）しかじらから、このような平面方向にも厚さ方向にも一
様な等方性媒質による入力板を用いた座標位置情報読取
装置にあっては、例えば、特公昭５６−３２６６９にみ
られるごとく、半無限等方性媒質に対する波動方程式の
一つの解であるレイリー波と呼ばれる弾性表面波を利用
するものであるため、第２図（Ｂ）に示すように、変位
ポテンシャルの振幅が自由表面から遠ざかるに従って、
指数関数的に単調減少するものであり、自由表面そのも
のが機械的振動波の伝播チャンネルを構成するものであ
った。従って、このような表面弾性波が形成されるため
には入力板を形成する等方性媒質の厚さを伝播遅延時間
の測定対象となる機械的振動波の波長の数倍程度にとる
必要があった。そのため、例えば入力板を音速が５×１
０″園の金属材料板で形成した場合、機械的振動波の周
波数がＩＭ＆であれば、その波長は５ＩＩＩ１１である
から、入力板の厚さは２０〜３０ｍｍ程度必要であり、
重く、高価なものとなり、移動しにくく、また可撓性が
なくなってくるため曲面の形成が困難となる等の問題点
があった。

さらに、このような表面弾性波は第２図（Ｃ）に示すご
とく入力板面に垂直な速度成分ω。と入力板面内の速度
成分ｕ０　とが合成波を形成しつつ伝播するものである
ため、局所的変位が拘束されやすい入力板表面部の状態
に直接影響される欠点があった。例えば、入力板面上に
油膜、重量物等があると、表面弾性波の減衰が早まって
伝播距離が短くなったり、その部分で表面エコー波が発
生する等の弊害があった。

本発明は、これらの点に着目してなされたもので１機械
的振動波の伝播チャンネルを入力板の弾性媒質内におく
ことで入力板の薄形化を可能とするとともに、入力板の
表面部の影響を受けにくくして、軽くて使いやすく、安
価な入力板を備えた座標位置情報読取装置を提供せんと
するものである。

（問題点を解決するための手段）そのため、本発明では、座標位置情報読取装置を、電気
信号と機械的振動波とを相互変換して座標位置を指示す
る位置指示器と、弾性媒体で形成される入力板と、この
入力板に取り付けられ、この入力板内を伝播する機械的
振動波と電気信号とを相互に変換する信号変換手段とで
構成し、前記入力板を厚さ方向では機械的振動波の伝播
速度が異なり平面方向には均一な弾性媒体で形成したも
のである。

（作用）このように構成された本発明の座標位置情報読取装置で
は、機械的振動波の伝播チャンネルが入力板の弾性媒質
内に形成され、機械的振動波がこの伝播チャンネル内に
閉じ込められて集中して伝播するため、入力板の弾性媒
質の厚さを薄くすることができ、さらに入力板の表面部
の状態の影響を受けにくくなり、これによって、軽くて
使いやすく安価であり、曲面の形成も可能な入力板を備
えた座標位置情報読取装置の実現を可能としたものであ
る。

（実施例）次に１本発明の実施の一例を図面を参照しながら説明す
る。

第１図は本発明に係る座標位置情報読取装置の一実施例
を説明するための図で、同図（Ａ）はこれに用いられる
入力板の部分断面図である。同図において、１は入力板
であり、２は弾性媒質、３は基板である。入力板１はこ
の弾性媒体２と基板３とで構成されている。弾性媒質２
は３層構造となっていて、上下の第１層２１および第３
層２３には機械的振動波の伝播速度の比較的速い弾性薄
板材が用いられており、中間の第２層２２には前記第１
層２１および第３層２３より機械的振動波の伝播速度が
遅い弾性薄板材が用いられている。ここで、この弾性媒
質の素材としては、ガラス、セラミック、金属、高分子
材料、粘性弾性体、液体等でよく、使用する周波数帯域
において弾性波の良導体となるものであれば良好な結果
が得られる。

また、同図において、４は前記弾性媒質２の表面保護膜
であり、５は前記弾性媒質２と基板３とを接着する接着
層である。

第１図（Ｂ）はこのような３層構造の弾性媒質２内の厚
さ方向における機械的振動波の伝播速度の分布を示して
いる。このような伝播速度分布を有する弾性媒質２内で
は、機械的振動波の周波数を適当に選択すれば、機械的
振動波はその第２層２２の表裏両面で全反射しつつ伝播
させることができ、この第２層２２を伝播チャンネルに
して、機械的振動波をこの第２層２２内に閉じ込めて伝
播させることが可能となる。第１図（Ｃ）はこのような
状態を示す説明図である。

第３図はこのような３層構造の弾性媒体２を備えた入力
板１を用いた本発明に係る座標位置情報読取装置の概要
を示す平面図である。同図において、６は位置指示器で
、ボールペン等の筆記具の形態をなしており、第４図に
示すごとく、リード線６１から入力される電気信号を機
械的振動波に変換する超音波トランスデユーサのごとき
変換器６２と、この変換器６２で発生した機械的振動波
をボールペン等の筆記具の尖端部６３へ伝達する振動伝
達部６４とを内蔵している。また、第３図における７は
、入力板１の表面上に適宜設定された測定基準点に配置
された信号変換手段で、入力板１の弾性媒質２内を伝播
してくる機械的振動波を検知して電気信号に変換し、リ
ード線７１より出力するものである。この信号変換手段
７は３つの測定基準点に配置されており、前記変換器６
２と同様に超音波トランスデユーサ等で構成されている
。

入力板１の所望のポイント○に位置指示器６の尖端部６
３を当接させてリード線６１に所定の電気信号を与える
と、この電気信号に対応した機械的振動波が前記ポイン
ト０を基点として、入力板１の弾性媒質２の第２層２２
内を放射状に伝播してゆく。この弾性媒質２の第２層２
２内を所定の速度で伝播してゆく機械的振動波は、各測
定基準点に配置された信号変換手段７で検知され、電気
信号に変換されてリード線７１より図示を省略したプロ
セッサへ出力される。プロセッサでは、各測定基準点の
信号変換手段７からの信号の受信時間の差に基づいて前
記ポイント０の座標情報を演算し、これを出力情報とす
る。

以下、前記筆記具形態の位置指示器６の尖端部６３で所
望の図形等を描いたりトレースをしながら、要所々々で
前述の如き処理を逐次実行してゆけば、当該図形等の要
所毎の座標位置情報が得られる。

第５図（Ａ）は入力板の弾性媒質の他の実施例を示す部
分拡大断面図である。この実施例では弾性媒質内が明瞭
な成層構造になってはいないが、第５図ＣＢ）に示すご
とくその厚さ方向で伝播速度が漸減してから漸増するご
とく変化し、低速度のくびれ部工を形成するように構成
されている。従って、弾性波の進路はフェルマーの原理
に従って常に低速度の方へ曲げられ、変位ポテンシャル
は第５図（Ｄ）に示すごとく、低速度のくびれ部Ｔに対
応する部分に極大部を有することとなるため、第５図（
Ｃ）に示すごとく、弾性媒質の自由表面ではなく前記低
速度のくびれ部工を中心とする低速部分を伝播チャンネ
ルとして機械的振動波を伝播させることができる。

第６図（Ａ）は入力板の弾性媒質のさらに他の実施例を
示す部分拡大断面図である。この実施例では弾性媒質は
２層構造となっていて、第６図（Ｂ）のごとくその表層
における弾性波の伝播速度が下層における伝播速度より
遅くなるように構成されている。従って、第６図（Ｃ）
に示すごとく、機械的振動波は弾性媒質の自由表面では
なく前記表層を伝播チャンネルとして、その内を全反射
しながら伝播される。ここで、弾性媒質の下層部が半無
限媒質であれば、前記上層内を伝播する弾性波は。

ラブ波として知られているものであるが、弾性媒質の表
層の層厚、下層の層厚および両層の伝播速度との関係が
適当に設定されていれば、下層が必ずしも半無限媒質で
なくともラブ波としての伝播が可能となり、弾性媒質の
表層に主要伝播エネルギーを集中させることができ、こ
の場合も弾性媒質の薄形化が可能となる。また、このよ
うな表層におけるラブ波的振動は弾性媒質の面内方向の
速度成分が主なものであり、半無限媒質内を伝播するレ
イリー波のごとき入力板面に垂直な速度成分は非常に少
ないので、入力板表面の拘束等の測定に有害な環境が同
居する状況においても、正確な座標位置情報が得られる
。

これと同等の作用は、表層と下層の区別が明瞭でない弾
性媒質によってもえられる。例えば、第７図（Ｂ）に示
すごとく、弾性媒質の表面に近付くに従って弾性波の伝
播速度が次第に遅くなるように構成すれば、機械的振動
波はフェルマーの原理に従って弾性媒質の自由表面では
なく表層付近の低速部に形成される伝播チャンネル内に
集゛中して伝播される。第７図（Ｂ）にその様子を示す
。

第８図（Ａ）は入力板の弾性媒質のさらに他の実施例を
示す部分拡大断面図である。この実施例では弾性媒質は
第１番目の実施例と同様に３層構造となっていて、第８
図（Ｂ）に示すごとく上下両層における弾性波の伝播速
度より中間層における伝播速度が遅くなるように構成さ
れており、各層が薄く形成されている点でのみ異なって
いる。通常、薄板内を伝播する弾性波は上下両方の表面
が自由表面となるラム波として知られているが、このよ
うに３層構造とすることで伝播エネルギーの一部を中間
層に集中できるので、弾性媒質の表裏両面の状態に影響
されることなく、機械的振動波を遠方まで伝播すること
ができる。

以上、図示の実施例に基づいて詳細に説明したが、本発
明はこれにのみ限定されるものでないことはいうまでも
なく、種々−なバリエーションを含むものである。例え
ば、入力板を透明材料板で形成し、表面、裏面あるいは
中間部に極めて薄い半透明層のような光を散乱させる層
を形成することで投影機のスクリーンとしての利用が可
能となり、航空写真の解析等に用いて有効である。さら
に、信号変換手段から機械的振動波を発生させて位置指
示器でこれを検出するようにしてもよく、また、この信
号変換手段および位置指示器の一変換器としてコイル等
の電磁変換素子を用い、入力板と電磁結合させることに
よって、入力板に電磁的に弾性振動波を誘起させ、入力
いたの弾性振動波を電磁的に検知する方式も採用できる
。さらに、信号変換手段を所定の測定基準点ではなく、
入力板の縦。

横の両辺に線状に配置してもよく、また、この入力板は
二次元座標読取用の平面状のものばかりでなく、リニア
・スケールと呼ばれている一次元座標読取用のもの−に
も適用可能で′ある。また、位置指示器の尖端部の接触
は、製図用紙、原画フィルム、トレース用シートその他
の取はずし可能な薄い素材層を介して行うものであって
も、何も介さず直接行うものであってもよく、位置指示
器と入力板とを電磁結合させる方式では両者の間にギャ
ップがあっても座標位置の読取りが可能となり、無接触
の座標位置情報読取装置が実現できる。

（発明の効果）本発明は以上の様に構成され、弾性媒質を伝播する弾性
波がその自由平面を伝播せずに、内６部に形成される伝
播チャンネル内に集中して伝播するものであるため、入
力板の弾性媒質を薄形化できるばかりか、入力板の弾性
媒質表面に油膜や重量物があっても、その影響を受けに
くく、また、減衰しにくくなって伝播距離も長くなり、
表面波エコー等の発生が抑制されて座標位置情報の精度
が低下するようなこともなくなる等、優れた効果が得ら
れる。さらに、・弾性媒質が柔軟性を有するものであれ
ば、基板の表面になじませて固着できるから、任意の座
標面を形成できるばかりか、金型。

鋳型、造形原形型あるいは製品そのものの寸法。

形状の測定にも利用できる等の利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を説明するための図で、同図
（Ａ）は入力板の部分拡大断面図、（Ｂ）はその厚さ方
向の伝播速度分布を示すグラフ、（Ｃ）は弾性波の伝播
状況を示す説明図であり、第２図は従来のものを説明す
るための図で、同図（Ａ）は入力板の部分拡大断面図、
（Ｂ）はその厚さ方向の速度ポテンシャルの分布を示す
グラフ、（Ｃ）はその自由表面における弾性表面波の伝
播状況を示す説明図であり、第３図は本発明の一実施例
の概略構成を示す平面図、第４図はこれに用いる位置指
示器の構成を示す断面図であり、第５図は本発明の他の
実施例を説明するための図で、同図（Ａ）は入力板の部
分拡大断面図、（Ｂ）はその厚さ方向の伝播速度分布を
示すグラフ、（Ｃ）は弾性波の伝播状況を示す説明図、
（Ｄ）はその厚さ方向の速度ポテンシャルの分布を示す
グラフであり、第６図は本発明のさらに他の実施例を説
明するための図で、同図（Ａ）は入力板の部分拡大断面
図、（Ｂ）はその厚さ方向の伝播速度分布を示すグラフ
、（Ｃ）は弾性波の伝播状況を示す説明図であり、第７
図は本発明のさらに他の実施例を説明するための図で、
同図（Ａ）は入力板の厚さ方向の伝播速度分布を示すグ
ラフ、（Ｂ）はそのは弾性波の伝播状況を示す説明図で
あり、第８図は本発明のさらに他の実施例を説明するた
めの図で、同図（Ａ）は入力板の部分拡大断面図、（Ｂ
）はその厚さ方向の伝播速度分布を示すグラフである。１・・・・・・入力板、２・・・・・・弾性媒質、３・
・・・・・基板、６・・・・・・位置指示器、７信号変
換手段、６２・・・・・・変換器、６３尖端部。第１図第２図第３図　　　　　　　第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電気信号と機械的振動波とを相互に変換する変換
器を有して座標位置の指示を行う位置指示器と、平面方
向には均一で、厚さ方向で機械的振動波の伝播速度が異
なる弾性媒体で形成される入力板と、この入力板に取り
付けられ、この入力板内を伝播する機械的振動波と電気
信号との相互変換を行う信号変換手段とを備えて成る座
標位置情報読取装置。
（２）入力板を３層構造とし、中間層に機械的振動波の
伝播速度がこの中間層を挟む上下両層のそれよりも遅い
弾性媒体を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第（
１）項に記載の座標位置情報読取装置。
（３）入力板を２層構造とし、表層に機械的振動波の伝
播速度が下層のそれよりも遅い弾性媒体を用いたことを
特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の座標位置
情報読取装置。
（４）入力板に、機械的振動波の伝播速度が表面からそ
の厚さ方向に漸次遅くなり、その後漸次速くなる特性を
有する弾性媒体を用いたことを特徴とする特許請求の範
囲第（１）項に記載の座標位置情報読取装置。