JPS63103316A - 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、振動ペンから振動伝達
板の振動検出素子に伝達される振動により振動ペンの座
標入力を行う座標入力装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来より手書きの文字、図形などをコンピュータなどの
処理装置に入力する装置として、各種の入力ペンおよび
タブレットなどから構成された座標入力装置が知られて
いる。この種の装置の代表的な入力方式としては、次の
ようなものがあげられる。

１）抵抗膜と対向配置されたシート材を用いるもの ２）対向配置された導電シートなどの電磁ないし静ＴＬ
誘導を用いるもの ３）入力ペンからタブレットに伝達される超音波振動（
弾性波）を用いるもの ［発明が解決しようとする問題点］ 上記の従来構成は１次のような欠点を有している。

まず１）については、抵抗膜の均一性が検出精度を決定
するので、均一性の高い高価な抵抗膜を必要とすること
、また表示器上などに配置する場合、複数枚のシートに
より構成されるので、透明度が劣るという点があげられ
る。２）については、まず透明化が困難な上、マトリク
ス状の電極を−定間隔で配置するので大型化が困難であ
る。

また、３）の超音波を用いる方式では、タブレットとし
てアクリル板などの透明材を用いることができるが、こ
のタブレット表面上のキズ、障害物などにより弾性波の
反射、干渉などが生じ、精度が低下したり測定不能にな
ったりする。

この種の装置では、検出用の超音波振動を空気中で伝搬
させるものも知られているが、この構成でも障害物によ
り精度上の問題が生じる。

また、アクリル板などを用いて入力ペンから発生された
振動を弾性波の板波として振動検出子まで伝達させる方
式では、検出信号の閾値によって速度分散による板波の
群速度および位相速度が変化し、波長に依存した検出誤
差が生じるという問題がある。

本発明では、入力タブレット（検出板）の透明化が容易
で、また比較的安価に構成できる上記３）の超音波方式
において、上記の検出精度の問題を解決することを目的
とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明のおいては、振動発
生手段を先端に有する振動ペンの振動を振動伝達板に複
数設けられた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を１点で接
触させ、この接触点を介して振動伝達板の振動を振動検
出素子に伝達する構成を採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、振動伝達板から振動伝達部材先端
の１点を介して振動検出素子へと振動を伝達させること
ができるので、振動検出素子に振動の遅延や歪みなどの
影響を排除した純粋な波形のみを伝達させることができ
、検出精度を向上できる。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づいて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造を示して
いる。第１図の座標入力装置は、ドツトマトリクス方式
などの液晶表示器によるディスプレイ１１′とともに文
字、図形１画像などの入出力装置を構成する。

図において符号８で示されるものはアクリル、ガラス板
などから成る振動伝達板で、振動ペン３から伝達される
振動が周辺部で反射されるのを防止するため、シリコン
ゴムなどから構成された反射防止材７に支持されている
。振動伝達板８の角部には３個の振動センサ６が取り付
けられており、振動ペン３から伝達される弾性波を検出
する。

振動伝達板８が液晶ディスプレイなどから構成されたデ
ィスプレイ１１′上に配置され、情報入出力装置を構成
する。ディスプレイ１１’には振動伝達板８を介して入
力された文字、図形をフィードバックさせたり、あるい
は振動伝達板に対する入力操作のプロンプトを表示させ
たりする。

振動伝達板８に超音波振動を伝達させる振動ペン３は、
内部に圧電素子などから構成した振動子４を有しており
、振動子４の発生した超音波振動を先端が尖ったホーン
部５を介して振動伝達板８に伝達する。第２図は振動ペ
ン３の構造を示している。振動ペン３に内蔵された振動
子４は、振動子駆動回路２により駆動される。振動子４
の駆動信号は、第１図の演算および制御回路１から低レ
ベルのパルス信号として供給され、低インピーダンス駆
動の可能な振動子駆動回路２によって所定の利得で増幅
され、振動子４に印加される。電気的な駆動信号は、振
動子４によって機械的な振動に変換され、ホーン部５を
介して振動伝達板８に伝達される。

振動子４の振動周波数は、アクリル、ガラスなどの振動
伝達板８に板波を発生させる周波数が選択される。また
、振動子４は、振動伝達板８に対して、第２図の垂直方
向に主に振動するような動作モードが選択される。振動
子の振動周波数は、振動子４の共振周波数に選択するこ
とで効率の良い振動発生を行うことができる。

上記のようにして振動伝達板８に伝えられる弾性液は板
波と呼ばれる波であり、表面波などに比べて表面の傷、
障害物などの影響を受けにくいという利点を持つ、振動
伝達板８内を伝播する波は、その距離に応じた時間遅れ
て振動伝達板８の３つの角部に設けられた振動センサ６
に到達する。従って、振動センサ６により振動を検出し
、その遅延時間を測定することによって、振動伝達板８
上での振動ペン３の位置を検出することができる。

再び第１図において、圧電素子などから構成された振動
センサ６の出力信号は、波形検出回路９に入力され、マ
イクロコンピュータおよびメモリなどから構成された演
算制御回路１により処理可能な検出信号に変換される。

演算制御回路ｌは、上記の遅延時間の演算処理に基づい
て、振動伝達板８上での振動ペン３の位置を検出する。

第１図のディスプレイ１１′は、演算制御回路ｌにより
ディスプレイ駆動回路１０を介して駆動される。

第３図！±第１図の演算制御回路の構造を示している。

ここでは、第１図のディスプレイ１１′の駆動回路の制
御系を除き、振動ペンの振動発生および振動伝達板から
の振動検出を処理する回路のみが示されている。

マイクロコンピュータ１１は内部カウンタ、ＲＯＭおよ
びＲＡＭを内蔵している。駆動信号発生回路１２は、第
１図の振動子駆動回路２に対して駆動パルスを発生する
もので、マイクロコンピュータ１１により演算用の回路
と同期してスタートされる。カウンタ１３の計ａ値は、
マイクロコンピュータ１１によりラッチ回路１４にラッ
チされる。

波形検出回路９から入力される検出信号は、入力ボート
１５に入力され、ラッチ回路１４内の計数値と判定回路
１６により比較され、その結果がマイクロコンピュータ
１１に伝えられる。ディスプレイ１１′の駆動、あるい
はコンピュータシステムなど他の処理装置との入出力は
、入出カポ−）１７を介して行われる。

第４図は第１図の波形検出回路９に入力される検出波形
と、それに基づく遅延時間の計測処理を説明するもので
ある。第４図において符号４１は振動ペン３に対して印
加される駆動信号パルスである。このような波形により
、駆動された振動ペン３によって発生される超音波信号
は振動伝達板８内を弾性波として伝達され、振動センサ
６により検出されて、第４図の符号４２のような検出波
形を形成する。検出波形は、振動ペンから振動伝達板８
を介して振動センサに伝えられるまでに時間ｔｇだけ遅
延している０本実施例において用いられる板波は、分散
性の波であり、そのため振動伝達板内での伝播距等に対
して検出波形のエンベロープ４２１と位相４２２の関係
が変化する。

エンベロープの進む速度を群速度Ｖｇ、位相の速度を位
相速度マＰとする。

この群速度および位相速度の中から振動ペン３とセンサ
間の距離を検出することができる。まず、エンベロープ
４２１のみに着目すると、その速度はマｇであり、ある
特定の点１例えばエンベロープのピークを第４図の符号
４３のように検出すると、振動ペンおよび振動センサ６
の間の距離ｄは、ソノ１１　Ｋ　ｎ　ｎｎ　’ｌｔ　ｔ
ｇ　ト１．テ、ｄ＝マｇ拳ｔｇ　　　　　　　　　　　
　・・・（１）で与えられる。上記の式は振動センサ６
の１つに関するものであるが、同じ式により他の２つの
振動センサおよび振動ペンの間の距離を測定することが
できる。

さらに、より高精度な座標値を決定するためには、位相
信号の検出に基づく処理を行う、第４図の位相波形４２
２の特定の検出点１例えばピーク通過後のゼロ会りロス
点の遅延時間を第４図のようにｔｐとすれば、振動セン
サと振動ペンとの距離ｄは、 ｄ＝ｎｅλｐ　＋ｖｐｅ　ｔＰ　　　　　　　＋＋　（
２）となる。ここで入ｐは弾性波の波長、ｎは整数であ
る。

前記の（１）式と（２）式より、上記の整１１ｎは。

ｎ＝　［（マｇ”ｔｇ−マｐ−ｔｐ）／入Ｐ＋−〕　　
　　　　・・・（３）と示される。ここでＮはＯ以外の
実数であり、適当な数値を用いる０例えばＮ＝２とすれ
ば、エンベロープの検出精度が土層波長以内であれば、
ｎを決定することができる。上記のようにして求めたｎ
を（２）式に代入することで、振動ペンおよびセンサ間
の距離を正確に測定することができる。

第４図に示した２つの遅延時間ｔｇおよびｔｐに基づ〈
距ガ測定は、第１図の波形検出回路９により行われる。

波形検出回路は第５図に示すように構成される。第５図
において、振動センサ６の出力信号は前置増幅回路５１
により増幅され、低レベルまで増幅される。増幅された
信号はエンベロープ検出回路５２に入力され、エンベロ
ープのみが取り出されて、さらにエンベロープピーク検
出回路５３によって検出信号のエンベロープのピークの
タイミングが検出される。ピーク信号検出はモノマルチ
バイブレータなどから構成された信号検出回路５４によ
って所定波形のＴｇ倍信号形成され、演算制御回路１に
入力される。また、このＴｇ倍信号遅延時間調整回路５
７により遅延された元信号から、コンパレータ検出回路
５８により位相遅延時間Ｔｐ検出信号が形成され、演算
制御回路１に入力される。以上に示した回路は振動セン
サ６の１個分に対するものであり、他のそれぞれの振動
センサについても同様の回路が設けられる。センサの数
は一般化してｈ個とすると、演算制御部１に対してはエ
ンベロープ遅延時間Ｔｇｌ〜ｈ。

ＴＰＩ〜ｈの検出信号が入力される。

第３図の演算制御回路では、上記のＴｇｌ〜ｈ。

ＴｐＩ〜ｈ信号を入力ポート１５から入力し、各々のタ
イミングをトリガとしてカウンタ１３のカウント値をラ
ッチ回路１４に取り込む。上記のようにカウンタ１３は
振動子の駆動と同期してスタートされているので、ラッ
チ回路１４にはエンベロープおよび位相のそれぞれの遅
延時間のデータが取り込まれる。

第６図のように振動伝達板８の角部に３つの振動センサ
を符号Ｓ１〜Ｓ３のように配置すると、第４図に関連し
て説明した処理によって、振動ペンの位置Ｐから各々の
振動センサまでの直線距離ｄｌ−ｄ３を求めることがで
きる。振動ペン３の位置Ｐの座標（ｘ　、　ｙ）は３平
方の定理から、となる、ここでＸ、ＹはＳ　２　＋　Ｓ
　３の位置の振動センサの原点のセンサからの距離であ
る。

以上のようにして、演算制御回路ｌにより演算を行うこ
とにより振動ペンの位置座標をリアルタイムで検出する
ことができる。

第７図は振動センサ６の振動伝達板８に対する取付方法
を示したものである０図示した振動センサ６は円柱形の
もので、振動伝達板８に対して接着あるいは圧着され、
振動伝達板の振動を検出する。第８図は第７図のＶ方向
から振動センサ６を示している。このように振動センサ
６を取り付けると、振動センサ６は第８図で符号７１に
より示した円形の断面により振動検出を行う、一方、振
動ペンの先端Ｐから発生された弾性波は、第８図の同心
円状に広がり、振動センサ６に到達する。

従って符号７１のような円形の検出面を有する振動セン
サでは、図中の矢印のように検出面の円内で検出時間が
様々に変化し、また、１点鎖線で示した弾性波の山の部
分および実線で示した谷の両者を同時に検出するため、
検出波形が歪んでしまう問題がある。

すなわち、第８図に示すような波長λの弾性波を検出す
るためには、理想的には符号７２で示すように波長λよ
り充分小さい点によって振動検出を行う必要がある。

従って本実施例では、振動センサの外形を第９図の符号
６１のように形成する。第９図の例では、振動センサ６
１の検出面が球面状に研削され、振動センサ６１は振動
伝達板８に対して充分小さな点により接触する。あるい
は、第１０図のように振動センサ６３の先端部を円錐形
状とすることにより、振動センサ６３と振動伝達板８の
接触点をより小さくすることが考えられる。

第９図、第１０図に示したような構成により、振動セン
サの検出面を第８図の符号７２で示したような理想的な
大きさに近づけることができ、これによって弾性波の山
あるいは谷を部分的に検出し、歪みの少ない検出波形を
出力することができる。また、第９図、第１０図に示す
ように、振動センサの検出面に対向する底面に対応する
部分も検出面と同様な形状に形成することにより、セン
サの共振周波数を安定させ、正確な振動検出を行わせる
ことができる。

第９図、：５１０図のように振動センサそのものを加工
するのではなく、第１１図、第１２図に示すように通常
の円筒状の振動センサ６２，６４に対して、球面状ある
いは円錐状のキャップ１２を介して振動伝達板８と振動
センサを接触させるようにしてもよい、キャップ１２は
振動伝達板８や振動センサ６２，６４と同等の共振周波
数を有する材質あるいは形状に構成するのが望ましい。

第９図〜第１２図の実施例では、振動センサ側の形状に
よって振動伝達板と振動センサを点接触させるようにし
ているが、逆に振動伝達板８に球面加工や円錐面加工を
施して点接触を得るようにしても、同様の効果を得るこ
とができるまた。振動センサの検出面を曲面あるいは円
錐状、あるいはその他の形状に加工することで、振動セ
ンサを伝達板に垂直に取り付けられない場合でも点接触
を得ることができ、装置の実装効率を向上させることが
できる。

［効　果］ 以上の説明から明らかなように１本発明によれば、振動
発生手段を先端に有する振動ペンの振動を振動伝達板に
複数設けられた振動検出素子により検出し、前記振動伝
達板状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を１点で
接触させ、この接触点を介して振動伝達板の振動を振動
検出素子に伝達する構成を採用しているので、座標検出
のための弾性波を振動検出板上の１点により検出し、検
出波形の歪みを低下させることで座標検出の精度を著し
く向上できる優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用した座標入力装置の構成を示した
説明図、第２図は第１図の振動ペンの構造を示した説明
図、第３図は第１図の演算制御回路の構造を示したブロ
ック図、第４図は振動ペンと振動センサの距ｆａ測定を
説明する検出波形を示した波形図、第５図は第１図の波
形検出回路の構成を示したブロック図、第６図は振動セ
ンサ配置を示した説明図、第７図は振動センサの取付方
法を示した説明図、第８図は第７図の振動センサの検出
面を垂直方向から示した説明図、第９図〜第１２図はそ
れぞれ本発明に基づく振動センサの異なる実装方式を示
した説明図である。 １・・・演算制御回路　　３・・・振動ペン４・・・振
動子　　　　　６・・・振動センサ８・・・振動伝達板 （積土８路） 濤募制御Ｂ路のアロー７７図 第３図 第９図 第１１図 錫１２０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 振動発生手段を先端に有する振動ペンの振動を振動伝達
   板に複数設けられた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を１
   点で接触させ、この接触点を介して振動伝達板の振動を
   振動検出素子に伝達することを特徴とする座標入力装置
   。