JPS63103317A - 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、特に振動ペンから入力された振
動を振動伝達板に複数設けられたセンサにより検出して
前記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
ブレットなどを用いた座標入力装置が知られている。こ
の種の装置のタブレットの座標検出においては次にあげ
る各種の方式が知られている。

り抵抗膜と対向配置されたシート材の抵抗値変化を検出
する方式。

２）対向配置された導電シートなどのＴＬ磁ないし静電
誘導を検出する方式。

３）入力ペンからタブレットに伝達される超音波振動を
検出する方式。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記の各従来方式は次のような問題点を有している。

まず、ｌ）の抵抗膜方式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、あるいはタブレットを透明化できないので表示器
などに重ねて使用できないなどの欠点がある。

２）の誘導方式も透明化が困難で、しかもマトリクス状
の電極を多数設けるため大型なタブレットを構成するの
が困難である。

一方、３）の超音波方式では、タブレットとして、圧電
素子などの振動センサを設けたアクリル、ガラス板など
の透明材料から成る振動伝達板を用いることができる。

ところが、この超音波方式ではタブレットの振動伝達板
」二の傷や障害物などによって検出精度が低下する問題
がある。

そこで、弾性波のうち板波によってタブレットの振動伝
達板を振動させ、振動伝達板の傷や障害物の影響を小さ
くする技術が提案されている。ところが、この方式では
振動ペンの筆圧、あるいは傾きなどの条件により振動の
縦波成分が振動センサの検出波形に影響し、精度よく振
動検出に基づく座標入力を行えないという問題があった
。

本発明では、他の方式に比して透明化が容易で比較的安
価に構成できるという種々の利点を有する超音波方式に
おいて、上記の検出誤差の問題を改善することを目的と
する ［問題点を解決するための手段］ 以上の問題点を解決するために、本発明においては、振
動ペンから入力された振動を振動伝達板に複数設けられ
たセンサにより検出して前記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おいて、前記振動ペン
の振動発生手段の振動を前記振動伝達板に伝達する金属
性の振動伝達部材を設け、この振動伝達部材の振動伝達
部を弾性材によりコーティングした構成を採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、振動ペンが傾斜している場合でも
、振動ペンの振動伝達部材に設けられた弾性材層により
振動伝達板の水平方向に加わる力を吸収することができ
るので、座標検出精度を低下させる振動伝達板の縦波成
分を除去することができる。

［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、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１トするため
、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から伝達されるり
ｎ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ｌ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に伝えられる弾性波は板
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ｌ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図は第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”Ｃ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の計数値は
、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、入カポ−）
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
、入出力ボート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１分散
性の波であり、そのため振動伝達板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
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、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、その遅延時間をｔｇとして、 ｄ＝マｇ”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、例えばピーク通過後のゼロ・クロス
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＝ｎ　　拳　　入　ｐ　＋　マｐ　　＠　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ａｎは、 ｎ＝　［（マｇ争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出展波長以内であれば
、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に基づく
距＃ＬｌｌＩＩＩ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
プビーク検出回路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ｌに入力される。また、このＴｇ倍信号遅延時間
調整回路５７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０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ｌに
対してはエンベロープ遅延時間Ｔｇｌ　−ｈ　。

Ｔｐｌ−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
イミングをトリがとしてカウンタ１３のカウント値をラ
ッチ回路１４に取り込む、」二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Ｓｌ　−Ｓ３のように配行すると、第４図に関連
して説明した処理によって、振動ペンの位ＩＦから各々
の振動センサまでの直線距離ｄ、−ｄ３を求めることが
できる。振動ペン３の位？ＩＰの座標（ｘ　、　ｙ）は
３平方の定理から、となる、ここでＸ、ＹはＳ２．Ｓ３
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１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。

以上の構成によれば、振動伝達板８に弾性波の板波とし
て超音波振動を伝達するので、振動伝達板８の傷や障害
物による妨害を低減し、高精度な座標検出を行うことが
できる。

本実施例ではさらに第７図に示すように振動ペン３の先
端部を構成することにより、振動伝達板８の縦波成分が
振動センサ６の検出波形に与える影響を小さくする。

第７図において符号７１は振動ペン３のボディで、その
先端部にはホーン部５がねじ部７６を介して結合されて
いる。

ホーン部５の基材７３はアルミニウムなトノ金属性で、
ホーン部５とボディ７１の間には圧電素子などから構成
された振動子４が固定されている。

さらに基材７３の円錐状に尖った先端部は弾性を有する
樹脂層７５によりコーティングされている。この樹脂層
の厚みは約３００μｍとする。

いま、振動伝達板８に第８図に示すように振動ペン３の
先端のホーン部５が押し付けられたとすると、樹脂層７
５のＶ、度が筆圧によって変化する。すなわち、第８図
のベクトルＦｖ方向に樹脂層７５の密度が見かけ上増大
することになり、べクトルＦＨ方向に対する樹脂層の密
度との間に差が出てくる。

この密度の差は力ＦｖとＦ）４の伝播率の差となり、振
動ペン３を傾けた状態においても筆圧Ｆのうち垂直方向
成分Ｆｖは効率よく振動伝達板８に伝達されるが、水平
方向成分ＦＨは樹脂層７５に吸収されてしまい、はとん
ど振動伝達板８に伝達されない。

このことは振動伝達板８に発生する弾性波の板波のうち
、縦波弾性波成分の発生がほとんどなくなり、横波弾性
波成分のみが振動伝達板８に対して伝達されることを意
味する。

したがって、従来この種の座標検出装置において検出精
度を阻害していた弾性板波の縦波成分をほとんど除去で
き、座標検出精度を大きく向上させることができる。

実験によると、樹脂層７５の材質としてはフッ素樹脂、
シリコーン樹脂、高分子ポリエチレンなどの樹脂が上記
の縦波成分吸収に適していることがわかった。

樹脂層７５の弾性は膜厚に応じて適切な振動吸収特性を
得られるように決定すればよい、また、膜厚の選択によ
って所定筆圧以下の償域で振動ペンの発生する振動を吸
収することができるから。

膜厚の選択によって入力振動のしきい値を設定すること
もできる。

第９図、第１０図は樹脂層の有無による振動センサ６の
検出信号の違いを示したものである。

第９図は樹脂層を設けない従来の振動ペンによる振動検
出信号を示している０図において符号ＷＨは縦波成分で
、後に続く主成分の横波にかさなりあって横波のみの場
合と異なる時間軸方向に非対称な信号波形が形成される
。これにより前述のエンベロープ検出に誤差が生じ、正
確な座標検出が行えなくなる。

一方、第７図、第８図に示すように樹脂層を設けた振動
ペン３では、第１０図に示すように縦波成分がほとんど
除去され振動センサ６に横波成分のみを検出させること
ができ、高精度な座標検出を行うことができる。

［効　果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、振動ペンか
ら入力された振動を振動伝達板に複数設けられたセンサ
により検出して前記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おいて、前記振動ペンの振動発
生手段の振動を前記振動伝達板に伝達する金属性の振動
伝達部材を設け、この振動伝達部材の振動伝達部を弾性
材によりコーティングした構成を採用しているので、振
動ペンが傾斜している場合であっても、振動ペンの振動
伝達部材に設けられた弾性材層により振動伝達板の水平
方向に加わる力を吸収することができるので、振動伝達
板の縦波成分を除去することができ、座標検出の精度を
向上させることができる。また、弾性材層の特性を選択
することにより座標入力時の筆圧管理を行うこともでき
るという優れた効果がある。

【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図の演算制御装置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間の距＃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
センサの配置を示した説明図、第７図は振動ペンの構造
を詳細に示した断面図、第８図は振動ペン先の樹脂層の
作用を示した説明図、第９図は従来の樹脂層なしの振動
ペンからの振動波形を示した波形図、第１０図は樹脂層
つきの振動ペンによる振動波形を示した波形図である。 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
　　　９・・・波形検出回路５１・・・前置増幅器 ５２・・・エンベロープ検出回路 ５４．５８・・・信号検出回路 ９１・・・ピークホールド回路 ７１・・・ボディ　　　　７３・・・ホーン部７５・・
・樹脂層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）振動ペンから入力された振動を振動伝達板に複数設
   けられたセンサにより検出して前記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おいて、前記振
   動ペンの振動発生手段の振動を前記振動伝達板に伝達す
   る金属性の振動伝達部材を設け、この振動伝達部材の振
   動伝達部を弾性材によりコーティングしたことを特徴と
   する座標入力装置。 ２）前記振動伝達部材先端のコーティング層は厚み５０
   〜８００μｍの樹脂層であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の座標入力装置。