JPS63126025A - 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
の種の方式では入力された文字、図形などからなる画像
情報はＣＲＴディスプレイなどの表示装置やプリンタな
どの記録装置に出力される。

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。

上記の１）、２）の方式では、抵抗膜や導体膜を用いる
ので透明なタブレットを形成するのが困難である。一方
、３）の方式ではタブレットをアクリル板やガラス板な
どの透明材料から構成できるのでしたがって、液晶表示
器などに入力タブレットを重ねて配置し、あたかも紙に
画像を書きφ 込むよう感覚で使用できる操作感覚のよい情報入出力装
置を構成できる。

［発明が解決しようどする問題点］ ところが、従来の超音波復動方式では、振動検出側との
同期を取るための信号線、電源電圧を供給するための信
号線などがついた振動ペンを引きまわして入力作業を行
なう作業がかなりわずられしく、指や普通のペンにより
入力を行なえる他の方式に比べて操作性が劣るという問
題がある。

［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振動伝達板における振動遅延時
間から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、前記振動ペン内に振動発生に必
要な全ての部材を収納するとともに、振動ペンと座標入
力装置本体の間に非接触で振動入力と検出を同期させる
同期信号を送信する手段・を設けた構成を採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、振動ペンが振動発生に必要な全て
の部相を内蔵し、しかも装置本体と同期して振動発生を
行なうことができるから、入力装置本体と振動ペンをケ
ーブルなどで接続する必要がない。

［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３図は本発明を採用した情報入出力装置の構造を示し
ている、第１図の装置は座標検出のみならず、入力情報
の表示も行なう。すなわち、図示した情報入力装置は振
動伝達板８かもなる入力タブレットに振動ペン３によっ
て座標入力を行なわせ、入力された座標情報にしたがっ
て入力タブレットに重ねて配置されたＣＲＴからなる表
示器１１°に入力画像を表示するものである。

図において符号８で示されたものものはアグリル、ガラ
ス板などからなる振動伝達板で振動ペン３から伝達され
る振動をその角部に３個設けられた振動センサ６に伝達
する０本実施例では振動ペン３から振動伝達板８を介し
て振動センサ６に伝達された超音波振動の伝達時間を計
測することにより振動ペン３の振動伝達板８上での座標
を検出する。

振動伝達板８は振動ペン３かも伝達された振動が周辺部
で反射されて中央部の方向に戻るのを防止するためにそ
の周辺部分をシリコンゴムなどかｑノ ら構成された反射防止材によって支持されている。

振動伝達板８は（、ＲＴ（あるいは液晶表示器など）な
ど、ドツト表示が可能な表示器１１’上に配置され、振
動ペン３によりなぞられた位置にドツト表示を行なうよ
うになっている。すなわち、検出された振動ペン３の座
標に対応した表示器１１′上の位８にドツト表示が行な
われ、振動ペン３により入力された点、線などの要素に
より構成される画像はあたかも紙に書き込みを行なった
ように振動ペンの軌跡の後に現れる７また、このような
構成によれば表示器１１゛にはメニュー表示を行ない、
振動ペンによりそのメニュー項目を選択させたり、ブロ
ンズトを表示させて所定の位置に振動ペン３を接触さぜ
るなどの入力方式を用いることもできる。

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は
振動発生に必要な全ての部材を内蔵する。振動ペン３の
振動子４は、同じく振動ペン３に内蔵された振動子駆動
回路２により所定の周波数で駆動される。振動ペン３の
動作に必要な電源は電池などから構成される電源部２５
から供給される。

駆動回路２が発生する電気的な駆動信号は振動子４によ
って機械的な超音波振動に変換され。

ホーン部５を介して振動板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ことができる値に選択される
。また、振動子駆動の際、振動伝達板８に対して第２図
の垂直方向に振動子４が主に振動するような振動モード
が選択される。また、振動子４の振動周波数を振動子４
の共振周波数とすることで効率のよい振動変換が可能で
ある。

上記のように構成された振動ペン３から振動伝達板８に
伝えられる弾性波は板波であり、表面波などに比して振
動伝達板８の表面の傷、障害物などの影響を受けにくい
という利点を有する。

一方、振動ペンの振動発生と、振動伝達板８側に接続さ
れた振動検出部の動作を同期させるため、振動ペン３内
部にはスタート信号発生回路２２およびＬＥＤ２３が内
蔵されている。スタート信号発生回路２２は振動子駆動
回路２に振動開始を指示するスタート信号を入力すると
ともに、ＬＥＤ　２３を点灯させて光信号によるスター
ト信号を発生させる。この光信号によるスタート信号は
窓２４を介して後述する検出装置側に送られる。

以上のように振動ペン３内に振動発生に必要な全ての部
材と、座標入力装置本体に同期信号を送信する手段を設
けることにより、振動ペン３と座標入力装置を接続する
ケーブルを完全に省略できる。

再び、第１図において、振動伝達板８の角部に設けられ
た振動センサ６も圧電素子などの機械〜電気変換素子に
より構成される。３つの振動センサ６の各々の出力信号
は波形検出回路９に入力され、後段の演算制御回路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１
は振動伝達時間の測定処理を行ない、振動ペン３の振動
伝達板８上での座標位置を検出する。

検出された振動ペン３の座標情報は演算制御回路１にお
いて表示器１１’による出力方式に応じて処理される。

すなわち、演算制御回路は入力座標情報に基づいてビデ
オ信号処理袋Ｍ１０を介して表示器１１′の出力動作を
制御する。

第３図は第１図の演算制御回路１の構造を示している。

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。スタート信号検出回路１２は
フォトトランジスタなどの受光部１６により振動ペン３
のＬＥＤ２３が送信する光信号によるスタート信号を受
信し、マイクロコンピュータ１１に振動入力開始を示す
スタート信号を入力する。

受光部１６は振動伝達板８の周辺部の位置１６゛など操
作者の手によりペンのＬＥＤ２３°がさえぎられないよ
うな位置に設ける。受光部は、確実にペンのスタート信
号を受光するために複数個振動伝達板ないし装置の他の
部分に設けることができる。

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。

一方、波形検出回路９は、振動センサ６の出力から後述
のようにして、座標検出のための振動伝達時間を計測す
るための検出信号のタイミング情報を出力する。

波形検出回路９から入力されるタイミング信号は入力ボ
ート１５に入力され、判定回路１６によりラッチ回路１
４内の計数値と比較され、その結果がマイクロコンピュ
ータ１１に伝えられる。すなわち、カウンタ１３の出力
データのラッチ値として振動伝達時間が表現され、この
振動伝達時間値により座標演算が行なわれる。

表示器１１′の出力制御処理は入出力ボート１８を介し
て行なわれる。

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、それに基づく振動伝達時間の計測処理を説明するも
のである。

振動伝達時間の計測は振動ペン３が光信号により送信す
るスタート信号の検出タイミングに基づいて行なわれる
。

第４図において符号４１で示されるものは振動ペン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から振動伝達板８に伝達
された超音波振動は振動伝達板８内を通って振動センサ
６に検出される。

振動伝達板８内を振動→ＳＳササまでの距離に応じた時
間ｔｇをかけて進行した後、振動は振動センサ６に到達
する。第４図の符号４２は振動センサ６が検出した信号
波形を示している。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８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
の関係は振動伝達中に伝達距離に応じて変化する。

友 ここで、エンベロープの進む速度を群速ｒＶｇ、位相速
度をＶｐとする。この群速度およデ位相速度の違いから
振動ペン３と振動センサ６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Ｖｇであり、ある特定の波形上の点、たとえばピーク
を第４図の符号４３のように検出すると、振動ベン３お
よび振動センサ６の間の距＃ｄはその振動伝達時間をｔ
ｇとして ｄ＝Ｖｇ争ｔｇ　　　　　　　　　　　　・・・（１）
この式は振動センサ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６ど振動ベン３の距離
を示すことができる。

さらに、より高精度な座標値を決定するためには、位相
４３号の検出に基づく処理を行なう。第４図の位相波形
４２２の特定の検出点、たとえば振動印加から、ピーク
通過後のゼロクロス点までの時間をｔｐとすれば振動セ
ンサど振動ベンの距離は ｄ＝ｎｍ　　λ　ｐ＋Ｖｐ　　１１ｔ　　ｐ　　　　　
　　　　　　　−（２）となる。ここでλＰは弾性波の
波長、ｎは整数である。

前記の（１）式と（２）式から上記の整数ｎはｎ＝［（
Ｖｇ　Φｔ　　ｇ−Ｖｐ　１１ｔ　　ｐ）／入ｐ　＋　
１　／　Ｎ　］・・・（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。たとえばＮ＝２とすれば、士１／２波長い
ないであれば、ｎを決定することができる。上記のよう
にして求めたｎを決定することができる。

上記のように１．て求めたｎを（２）式に代入すること
で、振動ベン３および振動センサ６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つの振動伝達時間ｔｇおよびｔｐの測
定は第１図の波形検出回路９により行なわれる。波形検
出回路９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により所定の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、検出信号
のエンベロープのみが取り出されるや抽出されたエンベ
ロープのピークのタイミングはエンベロープピーク検出
回路５３によって検出される。ピーク検出信号はモノマ
ルチバイブレーク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エンベロープ遅延時間検出信号Ｔｇ
が形成され、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５７によって
遅矯された元信号からコンパレータ検出回２８５８によ
り位相遅延時間検出信号Ｔｐが形成され、演算制御回路
１に入力される。

以」二に示した回路は振動センサ６の１つ分のもので、
他のそれぞれ、のセンサに対しても同じ回路が設けられ
る。センサの数を一般化してｈ個とすると、エンベロー
プ遅延時間Ｔｇｌ〜・ｈ、位相遅延時間Ｔｐｌ〜ｈのそ
れぞれｈ個の検出信号が演算制御回路ｌに入力される。

第３図の演算制御回路では上記のＴｇｌ〜１１、Ｔｐ１
〜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、前記のようにカウンタ１３は振動子
ペン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
時間を示す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
６を符号Ｓ１からＳ３の位置に配置すると、第４５図に
関連して説明した処理によって振動ベン３の位置Ｐから
各々の振動センサ６の位置までの直線圧＃ｄ１〜ｄ３を
求めることができる。

さらに演算制御回路ｌでこの直線距離ｄ１〜ｄ３に基づ
き振動ペン３の位置Ｐの座標（ｘ、ｙ）を３平方の定理
から次式のようにして求めることができる。

ここでＸ、ＹはＳ２、Ｓ３の位置の振動センサ６と原点
（位置Ｓｌ）のセンサのＸ、Ｙ軸に沿った距離である。

以上のようにして振動ペン３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、振動ペン３と座標入力装置本体を
つなぐケーブルを完全に省略できるので、振動ペンはほ
ぼ通常の筆記具と同等の操作性を獲得でき、他の座標入
力方式に劣らない優れた操作性を得ることができる。

上記実施例において、スタート信号送信のためのＬＥＤ
２３の光を透過させる窓２４は手などにより通信路がさ
えぎられないように振動ペンの複数箇所に設けるように
してもよい。

同期信号は上記実施例におけるように振動ペン側から送
信するのではなく、座標入力装置本体側からスタート信
号を所定の周期送信し、振動ペン３がスタート信号を受
信した際に振動発生を行なうような構成でもよい。

また、振動ペン３と入力装置本体を同期させる信号は光
信号のみならず、電波など他の媒体を用いて送信しても
よい、同期信号の送信に用いる媒体は振動発生よりも伝
達速度が速いものであればどのようなものでも用いるこ
とができる。

上記実施例では、振動伝達板８による入力タブレットを
ＣＲＴによる表示器１１’に重ねて用いる構成を示した
が、入力タブレットと表示器はこのように重ねて配置さ
れる必要はなく、別体であってもかまわない、また、表
示器は液晶表示器など他の表示方式のものであってもよ
い。

［発明の効果］ 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
により検出して振動伝達板における振動遅延時間から前
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、前記振動ペン内に振動発生に必要な全て
の部材を収納するとともに、振動ペンと座標入力装置本
体の間に非接触で振動入力と検出を同期させる同期信号
を送信する手段を設けた構成を採用しているので、振動
ペンと座標入力装置本体を接続するケーブルの類を一切
省略することができ、振動ペンの操作性を著しく向上さ
せることができる優れた利点がある。

【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
ブロック図、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間の距離
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
　　　１５・・・入力ボート２２・・・スタート信号発
生回路 ２３・・・ＬＥＤ　　　　　２５・・・電源部５１・・
・前置増幅器 ５２・・・エンベローフ検ｔ［［ ５４，５８・・・信号検出回路 ５９・・・Ａ／Ｄ変換回路 第２図 （慎形槓土［Ｍ＆） ヲ輿尋制ａ１０路の７０．２９図 第３図 第５図 第６図

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振動伝達板における振動遅延
   時間から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、前記振動ペン内に振動発生に
   必要な全ての部材を収納するとともに、振動ペンと座標
   入力装置本体の間に非接触で振動入力と検出を同期させ
   る同期信号を送信する手段を設けたことを特徴とする座
   標入力装置。