JPS63104122A - 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。

１）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電磁ないし静電誘
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、１）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。

また、ｌ）、２）の方式では入力状態、非入力状態をス
イッチ操作などにより操作者が指定しなければならない
面倒があるが、超音波方式ではそのようなことはなく、
手書きで原稿を書くときのように振動ペンをタブレット
上で上ドさせればよい。

ところが、この超音波方式ではタブレットの振動伝達板
上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。また、振動伝達板上で弾性波として超音波振動を
伝達させる方式では、検出信号のしきい値によって速度
分散に依存した板波の群速度および位相速度のずれが生
じ、波長依存の検出誤差が発生するという問題があった
。

また、この方式では上記のように入力ベンの上下のみに
よって入力、非入力状態を切り換えるが、入力ペンが振
動伝達板と接触する、あるいは離れる過渡期において振
動検出に誤差が生じる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］ 以り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
振動伝達板に対する筆圧を検出する手段を設け、この筆
圧検出手段により検出した筆圧が所定以上である望域に
おいて振動ペンの座標検出を行なう構成を採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、振動ペンが振動伝達板上で上下す
る際の過渡期の信号検出誤差を防止し。

精度よく座標検出を行なうことができる。

［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はの構造を示して
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ニするため、シリ
コンゴムなどから構成された反射防しヒ材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じて供給され、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の共振周波数に追択するこ
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′ｊｉ延時開時間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フ、（
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１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、ｉｆ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
、入出力ポート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〈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”Ｌｇ　　　　　　　　　　　　・・・（１）
で与えられる。）：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参クロス
点のｉ５！５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＊λｐ　＋ｖｐＩＩｔｐ　　　　　　　・（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、上記の整数ｎは、 ｎ＝　［（マｇ・ｔｇ−マｐφｔｐ）　／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。例えばＮ＝２と
すれば、エンベロープの検出精度が士局波長以内であれ
ば、ｎを決定することができる。−ｈ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
距離測定は、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信号が形成され、演算制御回路ｌに
入力される。また、このＴ。

信号と遅延時間調整回路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ｌ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１に対してはエンベロープ遅延時間Ｔｇ！〜
ｈ。

Ｔｐ、−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７ｇ１〜ｈ。

↑Ｐｔ”ｈ信号を入力ボート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、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ｔ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ｄ１〜ｄ３を
求めることができる。振動ペン３の位置Ｐの座標（ｘ　
、　Ｖ）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。

前述のように、従来の座標検出方式ではスイッチ操作に
より入力および非入力状態を切り換えなければならず、
操作感覚がよくないという問題があった。基本的には上
記の超汗波方式では振動のあるなしで入力ないし非入力
状態を切り換えることができるが、振動ペン３が振動伝
達板８に接触する、あるいは離れる過渡期においては誤
検出が発生する可能性がある。

第７図は振動ペン３が振動伝達板８に接触する過渡期の
筆圧と単数の振動センサ６による検出信号の振幅を示し
ている。第７図の領域Ａは振動ペン３が接触して検出信
号の振幅が立ち上がる状態、領域Ｂは筆圧および検出信
号が上昇する状態、領域Ｃは筆圧および検出信号が安定
期に入った状態を示している。

領域Ａ、あるいはＢでは検出信号のレベルが安定してい
ないので、誤検出を行なう可能性がある。そこで本実施
例では第５図の符号５９のように筆圧検出回路を設け、
充分な振動ペン３の筆圧が印加されていない状態では演
算処理回路１の座標検出を禁１ヒすることにする。

第８図は筆圧検出回路５９の処理を説明するものである
。ここでは説明を簡単にするために振動センサ６が単数
の場合を考える。第８図の上３段は第４図の上３段と同
じく振動ペン３の駆動信号、振動センサ６の検出信号お
よびエンベロープ検出回路５２で分離された検出信号の
エンベロープを示している。ここでは筆圧を第７図の関
係を利用して振動センサ６の検出信号の振幅を介して検
出する。

本実施例では第８図の３段目に示すように取り出された
エンベロープを所定のしきい４ｆｌ　Ｖ　Ｔでスライス
して第８図４段目に示すような筆圧検出信号８１を形成
する。この筆圧検出信号は演算制御回路１に送られ、演
算制御回路１は筆圧検出信号８１がハイレベルの間のみ
前述の座標演算を行なう。

しきい値ＶＴのレベルは第７図の筆圧〜振幅の関係にお
いて、領域Ｃに近い方が確実な検出を行なえるが、振動
ペンとセンサの距離が大きくなると検出信号が減衰する
ので、破線で示すように領域Ｂに設定しておくのが好ま
しい。

第９図は複数の振動センサ６の出力から筆圧検出を行な
う実施例を示している。第９Ｆ２ｆｆの筆圧検出回路以
外の構成は第５図とまったく同じである。

第９図の構成では振動センサ６の検出信号は前置増幅器
５１の出力、あるいは破線で示すようにエンベロープ検
出回路５２の出力から取り出され、筆圧検出回路５９の
ピークホールド回路９１に入力される。ピークホールド
検出回路は振動伝達板８に設けられた他の振動センサ６
の出力を並列に入力するため複数設けられる。

各々のピークホールド回路９１の出力は加算回路９２で
加算され、加算された信号レベルはコンパレータ９３で
所定のしきい値と比較することによって筆圧検出信号が
形成され、これが演算制御回路ｌに与えられる。この場
合、しきい値は前記の単数センサの場合のしきい値ＶＴ
の和などに設定する。

このような構成によって複数の振動センサ６から筆圧情
報を得ることができる。複数の振動センサ６の出力は加
算以外の方法で組み合せてもかまわない。

以上の実施例によれば、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なうこ
とができる。

また、筆圧検出を行なって、所定以上の筆圧領域のみに
おいて座標演算を行うので、正確な座標検出を行なえる
。したがって、振動ペンを振動伝達板上で上下させるだ
けで普通の手書き作業と変らない操作感覚で手書き入力
を行なうことができる。

［効　果〕 以−ヒ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
伝達板に対する筆圧を検出する手段を設け、この筆圧検
出手段により検出した筆圧が所定以上である領域におい
て振動ペンの座標検出を行なう構成を採用しているので
。

振動ペンが振動伝達板上で上下される過渡期にも誤検出
を防止でき、高精度な座標検出を行なうことができ、普
通の手書き作業と変らない操作感覚を有する優れた座標
入力装置を提供できる。

【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 谷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ｊｔ［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図は振動ペンの筆圧と検出信号の振幅の関係を示し
た線図、第８図は筆圧検出処理を示した波形図、第９図
は筆圧検出回路および波形検出回路全体の構成を示した
ブロック図である。 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
　　　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

Claims (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
   ンの振動伝達板に対する筆圧を検出する手段を設け、こ
   の筆圧検出手段により検出した筆圧が所定以上である領
   域において振動ペンの座標検出を行なうことを特徴とす
   る座標入力装置。