JPS63103315A - 座標入力装置 - Google Patents

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］ 本発明は座標入力装置、特に振動ペンと振動検出素子を
複数設けた振動伝達板から成り、振動ペンから伝達され
た振動を前記検出素子により検出し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。

［従来の技術］ 上記のような座標入力装置として、振動伝達板をガラス
やアクリル板などの透明部材から構成し、これを表示装
置などの上に載せて、操作者に振動ペンを用いて図形、
文字あるいは位置などの情報を入力させる手書き情報入
力装置が提案されている。

この種の装置では振動伝達板としてのアクリルあるいは
ガラス板に圧電素子などから成る振動検出部材を設け、
振動ペンから伝達されてくる弾性波を検出し、その遅延
時間などから振動ペンの伝達板上での位置を検出するよ
うにしている。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、振動入力部材としてのアクリル板あるいはガ
ラス板などの振動伝達板を伝播する弾性波、特に板波弾
性を検出する場合１弾性波の波長と比較して無視できな
い程度の大きさを有する振動センサを用いると同時に異
なった位相の振動を拾うことになるため、検出素子から
歪みを持った振動を検出し、検出座標に誤差を生じる問
題がある。

すなわちこのような装置では、振動検出を振動伝達板上
の１点で行なう必要がある。しかしこの種の装置で用い
られる弾性波の波長はかなり短く、これに充分見合った
小型の圧電素子を製造するのはかなり困難であった。

また上記の振動ペンを振動伝達板上の振動発生素子と検
出素子を入れ替え、板状部材に取り付けられた圧電素子
から発生される振動を、ペン先に取り付けた圧ＴＬ素子
などのセンサにより検出する方式も考えられているが、
この方式では振動伝達板に取り付けられたＸ軸方向とｙ
＠力方向２つの圧電素子を交互に時分割などの方法で区
分しなければならず、制御が複雑になるという問題があ
った。

［問題点を解決するための手段〕 以上の問題を解決するために、本発明においては、振動
発生源を先端に有する振動ペンと、信号検出素子を複数
設けた振動伝達板から構成され、前記振動ペンから伝達
された振動を前記振動伝達板に設けられた複数の振動検
出素子により検出し、前記振動伝達板上での前記振動ペ
ンの座標を検出する座標入力装置において、前記振動伝
達板と前記振動検出素子の間に振動を伝達するホーン状
の振動伝達部材を設けた構成を採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、振動伝達板に対して振動検出素子
が先の尖ったホーン状の振動伝達部材の先端により接触
するため、振動伝達板を伝播してきた弾性波を歪みなく
検出できる。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づき、本発明の詳細な説明
する。

第１図は本発明を採用した座標入力装置の構成を示して
いる０図において符号１で示すものは振動ペンで、鉛筆
やペンなどの筆記具に類似した形状に構成され、その先
端部には圧電素子などから構成した振動子２が取り付け
られている。この振動子２は発振回路などから構成され
たパルス発生器１０により駆動され、所定周波数の振動
を発生する。この周波数は、高いほど座標検出の分解能
を増すことができるので、　５０ＫＨｚ〜５ＭＨｚの周
波数帯を用いる。但し周波数が高くなると減衰率も大き
くなるため、好ましくは２００ＫＨｚ　〜Ｉ　ＭＨｚ　
ｃＦ）帯域が適当である。

振動子２の振動はアルミニウムなどの金属あるいはアル
ミナなどのセラミックなどから構成された先端が尖った
ホーン部３の先端部６から振動伝達板５に伝えられる。

上記のホーン部の材質は。

振動伝達板５や振動子２の圧電素子と固有音響インピー
ダンスと整合するためのものである。

振動伝達板５はホーン部３の先端部６から伝達された振
動が伝達板５の周辺部で反射されて中央部に戻るのを防
止するための振動防止材９を介して信号入力板４に取り
付けられている。振動伝達板５はガラスあるいはアクリ
ルなどの材質から構成され、振動防止材９は減衰率を大
きくするため、また伝達板５との固有音響インピーダン
スとの整合のため、シリコンゴムに金属粉などを混入し
て形成する。振動伝達板５の板厚は０．３〜２■腸程度
のものを用いるのが好ましい、板厚が薄くなるほど伝播
および検出される弾性波の振幅は大きくなるが、材料強
度の面で問題が出てくる。

振動ペン１から振動伝達板５に伝達された振動は振動伝
達板５の３つの角部に設けられた圧電素子などを用いて
構成された振動センサ７により検出され、物理的な振動
が電気的な検出信号に変換される。３つの振動センサ７
の出力はリード線８を介して増幅および演算回路１１に
入力される。

増幅および演算回路１１はパルス発生器１００発生する
パルス信号に基づき、振動センサ７から出力された検出
パルスの遅延状態から振動伝達板５上での振動ペンｌの
座標を演算により求める。

第２図は第１図の増幅および演算回路１１の行なう座標
検出演算を説明するもので、図において第１図の３つの
振動センサ７の座標は（ｌｘｌｌｙｌ）、（Ｘ２．７２
）、（Ｘ３　、　ｙ３）で示しである。これらの振動セ
ンサ７のそれぞれの座標は左下隅のセンサがｘｙ平面の
原点となるようにとれば、各座標は、 （ＸＩ　　、Ｙ＋）＝　　（０，０） （Ｘ２　　、Ｙ２）＝　　（Ｘ２　．０）（Ｘ３　　、
　　ｙ３）＝　　（０、ｙ３）となる、ここで振動伝達
板５上で伝達される弾性波の伝播速度をＶ、また第２図
の各振動センサの座標に振動波が伝達されるまでの伝播
時間をそれぞれｔ１〜ｔ３とすると、振動ペン１の座標
（Ｘ　、　Ｙ）は次のように示される。

以−Ｌの式に基づく演算を増幅および演算回路１１で行
なうことにより、振動ペン１の振動伝達板５−ヒでの座
標を検出することができる。

以上までに述べた構造は従来知られている座標入力装置
と同じものであるが、このような装置では前述のように
振動伝達板５から振動センサ７に対する振動伝達特性が
問題となる。すなわち理想的には振動センサ７は点接触
により振動伝達板５に接触しないと、振動伝達板５上の
りｉ性液の異なる位相を検出し、検出信号に歪みを生じ
て座標検出精度が低下する。

このため本実施例では第３図に示すような構造を用いる
。第３図は第１図の構成を側面方向から示している。

第３図に示すように振動ペン１の先端部には振動子２が
接続され、この振動子２はパルス発生器１０とリード線
８を介して接続され駆動される。

振動子２の振動は尖ったホーン部３の先端部６から信号
入力板４の振動伝達板５の上面に伝達される。

振動伝達板５の周辺部は振動防止材９によって保持され
ており、この周辺部の位置において振動センサ７の圧電
素子１２が振動ペン１のホーン部３とほぼ同等の構造を
有するホーン部１３を介して振動伝達板５に接触してい
る。

圧電素子１２と共に振動センサ７を構成するホーン部１
３は前記の振動ペン１のものと同様に、金属あるいはア
ルミナなどのセラミックから構成される。このホーン部
１３の形状は円錐形状、エクスポネンシャル（指数関数
）型力テノイダル型、又はステップ（段つき）型ホーン
などが考えられる。さらに、これらの形状に直線部を有
する形状を持たせるようにしてもよい、また圧電素子１
２を固定するためにフランジなどの支持部を一体に形成
するようにしてもよい。

ホーン部１３の先端の面積は歪みのない検出波形を得る
ためにできるだけ小さく尖った形状にするのが望ましい
が、あまり小さくしすぎると、得られる検出信号のゲイ
ンが小さくなるので、ホーン１３の先端の直径は伝播さ
れる弾性波の波長の局〜％０程度が望ましい。

圧電素子１２およびホーン部１３から成る振動センサは
、振動伝達板５の表面に対してほぼ垂直に固定されホー
ン部１３の先端部が振動伝達板５の周辺部に接触される
。

以上のような構造によれば振動センサ７はホーン部１３
の尖った先端部を介して振動伝達板５に接触されるので
、振動伝達板５に対して１点で接触し、振動ペン１から
伝達される弾性波を歪みなく検出することができる。従
って、増幅および演算回路１１で行なわれる座標演算の
精度を損なうことがなく、座標入力装置の精度を著しく
向」二させることができる。

以上の構成において、振動センサ７のホーン部１３の先
端は振動伝達板５に対して接着などの方法により固定し
てもよく、またバネなどの付勢部材によって振動伝達板
５に圧接するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、振動
発生源を先端に有する振動ペン、と振動検出素子を複数
設けた振動伝達板から構成され、前記振動ペンから伝達
された振動を前記振動伝達板に設けられた複数の振動検
出素子により検出し、前記振動伝達板上での前記振動ペ
ンの座標を検出する座標入力装置において、前記振動伝
達板と前記振動検出素子の間に振動を°伝達するホーン
状の振動伝達部材を設けた構成を採用しているので、従
来のように振動伝達板で伝達される弾性波の波長に対し
て比較的大きな圧電素子などにより振動検出を行なうの
に比べ、歪みの少ない検出信号を得ることができ、これ
に基づいて正確な座標入力を行なうことができる。また
従来方式では圧電素子などの振動センサを直接振動伝達
板に取り（・」けるため、検出信号の歪みを少なくする
ために小型化するなどの制約があったが、本発明によれ
ばホーン状の振動伝達部材を介して振動センサを取り付
けるので、振動検出素子に関する制約が軽減され、これ
によって装置の製造コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は未発明を採用した座標入力装置の４１ｉ成を示
した説明図、第２図は第１図の増幅および演算回路の処
理を示した説明図、第３図は第１図の座標入力装置を側
面方向から示した説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 振動発生源を先端に有する振動ペンと、振動検出素子を
   複数設けた振動伝達板から構成され、前記振動ペンから
   伝達された振動を前記振動伝達板に設けられた複数の振
   動検出素子により検出し、前記振動伝達板上での前記振
   動ペンの座標を検出する座標入力装置において、前記振
   動伝達板と前記振動検出素子の間に振動を伝達するホー
   ン状の振動伝達部材を設けたことを特徴とする座標入力
   装置。