JPS6139122A

JPS6139122A - 座標位置情報読取装置

Info

Publication number: JPS6139122A
Application number: JP15904684A
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するための
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、抵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５７−３７９０７．
特公昭５６−４９４７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
置は、第２図あるいは第３図に示すようなものが一般的
であった。第２図は前記特公昭５７−３７９０７号に示
されるもので、入力板２１上の各測定基準点に配置され
た振動発生源２２から機械的振動波を発生させて、この
機械的振動波を入力板２１上の所望の位置に当接された
位置指示器２３によって検出するものである。また、第
３図は特公昭５６−４９４７号に示されるもので、入力
板３１の上辺と左側辺に夫々帯状の振動検知器３２が配
置され、入力板３１上の所望の位置に当接された位置指
示器３３より発生される機械的振動波を検知するもので
ある。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、第２図に示すものでは、同図に生源２２
を同時駆動した場合、測定不能になってし永う。従って
、１箇所の座標位置情報を読み取るために複数回の駆動
走査が必要となり、処理に座標位置情報の読み取り精度
を向上させるため′に測定基準点の−を増やした場合よ
り顕著なものとなる。また、位置指示器２３を入力板２
１の表面波を検出するもので鮎るため、入力板２１とし
て、機械的振動波の伝播チャンネルが自由表面より内側
に形成される弾性媒質を用いた場合、検出感度が低下す
るという欠点もあ“った。さらに、検知素子として圧電
ピッ°クアップ門内蔵した位置指示器２３にあっては、
入力板２１の表面部の振動が位置指示器側に伝播される
ものであるから、両者の接触部の面積を半°径Δｄの円
形９位置指示器２３の圧電ピックアップ受感部の面積を
Ａ、入力＃ｉ２１に固着された振動発生源が単位時間に
放出する振動エネルギーをＵ２位位置指示器２餐圧電ピ
ックアップに伝播される単位面積・単位時間当りの検出
振動エネルギーをＵ　Ｐ　ｙひとつの振動発生源２２と
位置指示器２餐の接触部との距離をＬとすれば、Ｋを比
例、係数として、上、ΩＬ（巳、ＵＵ　ｐ　”　Ｋ　　Ｌ　２　　　　Ａであるから、分解能をあげるため、位置指示器の尖端部
を鋭利にすると、上式中の（Δｄ）２／’Ａの項が極端
に小さな値となって、検出感度が著しく低下し“てＳ／
Ｎ比が悪くなり、外来ノイーズとの分離が困難になる欠
点があった。

また、第３図に示すものでは、圧電シート等による振動
検知器３２が帯状で長さを有するものであるため、この
振動検知器３２では既に機械的振動波の到来した所と未
着の所とが生じ、到来した所では反射波と後続波とが互
いに干渉して波形が歪む。さらに、この振動検知器３２
はその全長に渡って同一時刻に及ぼされた振動の状況の
総和を電気出力するものであるから、位置指示器３３で
指示したポイント○より発した機械的振動波の位相、振
幅とは異なる出力波形が出力されることとなる。従って
、１点から放射状に拡がり、同相部分が同心円を形成し
つつ伝播してゆく機械的振動波を直線的座標軸を代表す
る帯状の振動検知器３２で無理に検知しているため、高
精度の座標位置情報を得られないという欠点があった。

また、振動検知器３２を入力板３１の周縁に配置する形
式であるため、球状座標等の閉曲面座標のように全く縁
端辺のないもの等に−は適用できない欠点があった。

本発明は、これらの点に着目してなされたもので、１回
の駆動操作で座標位置情報を得ることができ、機械的振
動“波の検知出゛力が大きく、充分なＳＩＮ比が得られ
、得られた座標位置情報の精度も高く、閉曲面座標等に
も適用可能な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
信号を機械的振動波に変換する信号変換器、およびこの
検量変換器が発生する機械的振動波の外部への′伝達部
分を構成する尖端部を具備する位置指示器と、少なくと
も平面方向に均一な弾性媒体で形成される入力板と、こ
の入力板上に定められた複数の測定基準点の各□々に取
り付けられ、この入力板内を伝播してくる機械的振動波
を検出して電気信号に変換する複数の振動検知器と、前
記位置指示器から各振動検知器までの機械的振動波の伝
播遅延時間に基づいて座標位置情報を算出する演算処理
手段とで構成して、各測定基準点を夫々その測定基準点
に最も近い入力板の縁部より所定の距離以上離して設定
し起ものである。

（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、機械的振動波が位置指示器より発生され、測定基
準点に配置された振動検知器によって検知されるもので
あるので、１回の駆動操作で座標位置情報の読取が可能
となって、処理時間を短縮することができ、それほど先
鋭度を要求されない振動検知器によって機械的振動波が
検知されるものであるので、充分なＳ／Ｎ比も得られ、
かつ、この振動検知器は帯状でなく、入力板の縁部から
一定値以上離れて配置されているので検出波形が歪むこ
とがなく、高精度の座標位置情報かえられ、ぎらに閉曲
面座標等にも容易に適用可能な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、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概要を示
す平面図である。同図において、１１は弾性媒質より成
る入力板であり、１２は位置指示器である。この位置指
示器１２は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４゛１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４２と、この変換器４２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４３へ伝達
する振動伝達部４４とを内蔵している。

第５図は前記入力板１１の一例を示すもので、同図（Ａ
）はその部分断面図鐵ある。同図において、５１は弾性
媒質、５２は基板である。入力板１１はこの弾性媒体５
１と基板５２とで構成されている。弾性媒質５１は３層
構造となっていて、上下の第１層５３および第３層５５
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５４には前記第１層５３
および第３層５５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５１
の素材としてはニガラス、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、５６は前記弾性媒質５
１の表面保護膜であり、５７は前記弾性媒質５１と基板
５２とを接着する接着層である。

第５図（Ｂ）はこのような３層構造の弾性媒質５１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５１
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５４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５４を伝播チャンネ
ルにして、機械的振動波をこの第２層５４内に閉じ込め
て伝播させることが可能となる。第５図（Ｃ）はこのよ
うな状態を示す説明図である。このような構造の弾性媒
質による入力板を用いた場合、機械的振動波が弾性媒質
の自由表面ではなく、内部に形成される伝播チャンネル
内に集中して伝播するため、弾性媒質のを薄形化できる
ばかりか、この弾性媒質表面に油膜や重量物があっても
、それら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を低下させるようなこともなく
なる。

また、第１図における１３は、入力板１１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１１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１４より出力す
るものであり、検知部分は入力板を構成するいずれの層
に設けてもよい。この信号変換手段１３は３つの測定基
準点に各々配置されており、各測定基準点は夫々が最も
近い入力板の辺縁より所定の距離（以下干渉距離という
）以上前れて設定されている。第１図に１５で示される
鎖線がこの干渉距離を示している。

この信号変換手段は、前記変換器４２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１１の所望のポイントＯに位置指示器１２の尖端
部４４を当接させてリード線４１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１１の弾性媒質の第２層
５４内を放射状に伝播してゆく。この弾性媒質の第２層
５４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１３で検知され
、電気信号に変換されてリード線１４より図示を省略し
た演算処理手段へ出力される。

ここで、信号変換手段１３は入力板１１の辺縁より干渉
距離以上離れて配置されているので入力板１１の辺縁で
反射された反射波が信号変換手段１３に戻ってくるまで
には充分な時間がある。従って、信号変換手段１３で検
知される機械的振動波は安定部分に入っても暫くは、反
射波の影響による歪は殆どない。第６図に位置指示器１
２の入力波形と、３つの信号変換手段１３の各の検出波
形との関係を示す。

演算処理手段では、各測定基準点の信号変換手段１３か
らの信号の受信時間の差に基づいて前記ポイントＯの座
標情報を演算し、これを出力情報とする。この場合、受
信波形中の過渡部分は不安定であるため、その部分に該
当する数振幅をスキップさせて安定部分における所定の
ポイント、例えば、変曲点、ピーク点、ゼロクロス点、
微分特性点等の中から適宜選定したポイントを基準とし
て伝播遅延時間の測定を行う。

このような各信号変換手段１３からの信号の不安定な過
渡部分を除くための最初の数振幅スキンプは、例えば、
第７図に示す構成の回路等で容易に実現できる。信号変
換手段１３からの信号は、この信号の周波数を中心周波
数とするバンドパスフィルタ７１で雑音が除去され、増
幅器７２で増幅されて特徴検出部７３に送られる。この
特徴検出部７３は、例えば、比較手段によって構成され
。

入力信号が一定の閾値を越えた時にスイッチング動作を
するものである。この時、入力信号から直流成分を除去
する必要があれば、図示のごとくコンデンサ７４によっ
て交流結合を行えばよい。この特徴検出部７３のスイッ
チング動作の回数は計数部７５によって計数され、計数
部７５は予め定められた所定数Ｍだけ計数すると、出力
信号を送出して、フリッププロップ７６をセットする。

このフリップフロップ７６がセットされた後の、信号変
換手段１３からの信号のピーク点、ゼロクロス点等の所
定のポイントで当該信号変換手段１３の伝播遅延時間の
計数を停止させる。

演算処理手段では、適宜選定された、例えば測定基準点
（ｂ）の伝播遅延時間と、他の測定基準点（ａ）で測定
された伝播遅延時間との差Ｔ１および測定基準点（ｃ）
で測定された伝播遅延時間との差Ｔ２が求められ、この
差に基づいて座標位置情報が演算される。このような演
算処理を行うことで位置指示器１２内の変換器４２から
尖端部４４までの伝播遅延時間、入力板上に載せた製図
用紙等の厚さ２位置指示器１２の尖端部４４の摩耗、さ
らには位置指示器１２の製造精度のバラツキ等に起因す
る誤差をキャンセルできる。

以下、前記筆記具形態の位置指示器１２の尖端部４４で
所望の図形等を描いたり、トレースをしながら、要所要
所で前述の如き処理を逐次実行してゆけば、当該図形等
の要所要所の座標位置情報が得られる。

第８図は本発明に係る他の実施例を示す図で、リニア・
スケールといった主として一軸方向の座標位置情報読取
装置の構成例であって、同図（Ａ）はその平面図、（Ｂ
）Ｉ−Ｉ線断面図である。同図において、位置指示器８
１と入力板８２とは電磁結合されており、位置指示器８
１のリード線８３に所定の電気信号を与えると、入力板
８２がこれに応答して局部的に歪む。その結果、入力板
８２には弾性振動波が励起され、音速で伝播するから位
置指示器８１の入力板８２に対する位置に応じた所定の
伝播遅延時間後に、入力板８２に設けた信号変換手段８
４により電気信号として検出される。

このように、位置指示器８１と入力板８２とを電磁結合
させる方式の利点は、第８図（Ｂ）に示すごとく、位置
指示器８１と入力板８２との間にギャップがあっても相
互間の振動信号の伝達が可能となることであり、両者が
無接触状態にあっても位置指示器８１の座標位置を読取
れることである。

なお、第８図（Ｂ）は側面口字状の位置指示器８１で入
力板８２の両面を挟込む構成となっているが、位置指糸
器８１が入力板８２の片方の面側にのみあり、入力板８
２と電磁結合している構成を採ることもできる。第９図
（Ａ）、（Ｂ）その−例を示す部分正面図および側断面
図である。

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ミンを含むものである。例えば、
振動検知器の数は実施例のものに限るものではなく、第
１図の実施例においては２つでも４つ以上でもよく、第
２図の実施例においては１つでも３つ以上でもよく、精
度と装置のコスト等の兼合い等によって適当に決めれば
よいものであり、伝播遅延時間の測定の基準も受信波の
先頭部等化の位置に置いてもよい。さらに。

座標位置情報の演算も、測定された各伝播遅延時間Ｔａ
、ＴｂおよびＴｃから直接算出するものであってもよい
。

また、入力板を厚さ方向にも均一な弾性媒体で形成して
もよく、可撓性を有する弾性媒体を用いれば平面だけで
なく円筒状球状等の曲面を有する入力板も実現可能とな
る。さらに、この弾性媒体を透明体で形成し、表裏いず
れか一方の面、あるいは弾性媒体の中間部に、マット面
あるいは極めて薄い半透明層のごとき光線散乱面を形成
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。この場合
、投影機の熱等によって、入力板の温度が変化すると、
機械的振動波の伝播速度が変化するため、その補正が必
要となる。この補正手段としては、例えば次のようなも
のがある。即ち、第１図の実施例の場合、３つの振動検
知器の内の１つを送受兼用とし、この振動検知器を駆動
して、他の２つの振動検知器で機械的振動波を検知すれ
ば。

これら各振動検知器の相互間隔が既知であるので。

その時の機械的振動波の伝播速度を逆算でき、これに基
づいて補正することができる。また、このような補正の
ための発信専用の振動検知器を用意しても同様にして補
正可能となる。また、第８図に示す実施例の場合にも、
２つの振動検知器の内の１つを送受兼用とし、この振動
検知器を駆動して、他の１つの振動検知器で機械的振動
波を検知すれば全く同様にして補正可能となる。これに
よって、座標位置の読取精度を極めて高いものとするこ
とができる。

さらに、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外し可能な薄い
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い。

（発明の効果）本発明は以上の様に構成され、機械的振動波が位置指示
器の尖端部より発生され、測定基準点に配置された振動
検知器によって検知されるものであるので、１回の駆動
操作で座標位置情報の読取が可能となって、処理時間を
短縮することができる。また、入力板との接触部にそれ
ほど先鋭度を要求されない振動検知器によって機械的振
動波が検知されるものであるので、充分なＳ／Ｎ比も得
られ、かつ、この振動検知器は帯状でなく、入力板の縁
部から一定距離以上離れて配置されているので検出波形
が歪むことがなく、高精度の座標位置情報を得ることが
できる。さらに、閉曲面座標等にも容易に適用可能な座
標位置情報読取装置の実現を可能となる等、数々の優れ
た効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す平面図、第２図および
第３例は従来の座標位置情報読取装置の一例を示す平面
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図は本発明で用いられる入力板を説明す
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６図は
その動作を説明するための波形図、第７図は信号変換手
段からの信号の不安定過渡部分を除くための回路の一例
を示す回路図、第８図は本発明の一実施例を示す平面図
およびそのＩ−Ｉ線断面図、第９図はこれに用いられる
位置指示器の他の例を示す図で、（Ａ）はその部分正面
図、（Ｂ）はその側断面図である。１１．８２・・・・・・入力板、１２．８１・・・・・・位置指示器、１３．８４・・・・・・信号変換手段、４２・・・・・
・変換器、４４・・・・・・尖端部、５１・・・・・・
弾性媒質、５２・・・・・・基板。第５図第２図第３図第６図第７図第８図第９図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電気信号を機械的振動波に変換する信号変換器を
有して座標位置の指示を行う位置指示器と、少なくとも
平面方向に均一な弾性媒体で形成される入力板と、この
入力板上に定められた複数の測定基準点の各々に取り付
けられ、この入力板内を伝播してくる機械的振動波を検
出して電気信号に変換する複数の振動検知器と、前記位
置指示器から各振動検知器までの機械的振動波の伝播遅
延時間に基づいて座標位置情報を算出する演算処理手段
とを備え、各測定基準点がその測定基準点に最も近い入
力板の縁部より所定の距離以上離れていることを特徴と
する座標位置情報読取装置。
（２）前記各振動検知器から出力される信号波の最初の
数波をスキップして、これに続く信号波の所定のポイン
トを前記伝播遅延時間の測定基準としたことを特徴とす
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）前記測定基準点を少なくとも３点設定して各振動
検知器で機械的振動波の検出を行い、前記演算処理手段
は、適宜選定した測定基準点における伝播遅延時間と他
の各測定基準点における伝播遅延時間との差に基づいて
座標位置情報を算出することを特徴とする特許請求の範
囲第（１）項あるいは第（２）項に記載の座標位置情報
読取装置。
（４）前記測定基準点を少なくとも３点設定し、各測定
基準点に対応する振動検知器の内、少なくとも１つは電
気−機械振動の変換に可逆性を有する素子で構成し、こ
の可逆性を有する素子から適宜機械的振動波を発生させ
て、各振動検知器相互間の伝送遅延時間を自動的に校正
することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項〜第（
３）項のいずれか１項に記載の座標位置情報読取装置。
（５）前記測定基準点を少なくとも３点設定し、各測定
基準点に対応する振動検知器の内の１つを電気信号を機
械的振動波に変換する素子で構成し、この変換素子から
適宜機械的振動波を発生させて、各振動検知器相互間の
伝送遅延時間を自動的に校正することを特徴とする特許
請求の範囲第（１）項〜第（３）項のいずれか１項に記
載の座標位置情報読取装置。
（６）前記入力板を光線散乱面を有する透明弾性媒質に
よって構成したことを特徴とする特許請求の範囲第（１
）項〜第（５）項のいずれか１項に記載の座標位置情報
読取装置。