JPS63129412A - 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。

この種の装着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・・トに伝達される超音波振動
を検出する方式。

と記の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めガラス板な
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
画像を書き込むよ虐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。

［発明が解決しようとする問題点］ −ヒ記の超音波振動方式では振動をタブレー、トに入力
するために、圧電素子などから構成される振動子を内蔵
した振動ペンが用いられる。効率のよい振動伝達を行な
うために、振動ペンの振動子の振動をホーン部材を介し
て振動伝達板に伝える方式が考えられている。

ところが、このような方式では、振動を伝達するホーン
部材と、振動伝達板の摩擦により振動伝達板表面を傷つ
ける可能性がある。振動伝達板および振動ペンのホーン
が傷つくと、入力の際の書き味が悪くなる。また、振動
伝達板を透明部材とし、表示器や他の書類に重ねて用い
る場合には、透明度が低下して振動伝達板の下の部材の
視認性が低下する。あるいは、振動伝達板の傷により振
動伝達が損なわれたり、振動波形の歪みが生じたりして
検出精度、分解能が低下することも考えられＺ、。

また、振動ペンのホーンの摩耗が進むと、振動ペンの振
動伝達特性が変化する。振動ペンのホーン部は振動子の
共振系を構成し、効率のよい振動伝達を行なうためのも
のであるから共振条件が崩れると検出信号が歪みを生じ
、座標検出精度および分解能の低下を招く。かといって
、ホーン部をセラミックなどの材質から構成すれば、ホ
ーンの摩耗を考えなくてもよいが振動伝達板側が傷つく
。逆にホーン部を樹脂などから構成すれば、振動伝達板
の傷は避けられるが、ホーン部での振動の減衰が大きく
なり、有効な振動入力が不可能になってしまう。

［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、前記振動ペンに振動を発生させ
る振動子と、振動子の振動を前記振動伝達板に伝達する
伝達部材が設けられるとともに、この伝達部材先端の振
動伝達板に対する接触部を伝達部材本体と別体の部材か
ら形成する構成を採用した。

［作　用］ 以−ヒの構成によれば、伝達部材の先端部を摩擦係数が
小さい交換可能な樹脂などのチップとすることにより、
振動伝達板の損傷を防止するとともに、チンプが摩耗し
て振動伝達特性が悪化した場合には、これを交換するこ
とにより初期の性能を維持することができる。

［実施例コ 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ｅは振
動伝達板８から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で示されたーものはアクリル、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。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から伝達された振動が周辺部
で反射されて中央部の方向に屡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ら構成された反射防止
材７によって支持されている。

振動伝達板８はＣＲＴ（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′旧の位置にドツト表示が行なわ
れ、振動ペン３により入力された気、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。

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、プロンプトを表示させて所定の位置に振動
ペン３を接触させ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。

図において、符号２１は振動ペン３のペン軸状のケース
で、その先端部にはホーン部５が固定される。ホーン部
５の本体２３は全屈、セラミンクなどの材質から構成し
、振動子４の振動を効圭よく振動伝達板８に伝達させる
ため、エクスポネンシャル形状など公知の音響素子とし
てのホーンに種々用いられる形状とする。ホーン部５は
、下記のチップ部２２も含めて音響インピーダンスは振
動子４と共振系を構成するように設定する。

ホーン部５の本体２３の先端には棒状の突起２４が形成
されており、ここにはチップ部２２が嵌合固定される。

チップ部２２は本体２３よりも摩擦係数が小さく、また
対摩耗性に優れたポリアセタール系の樹脂から先端部を
丸めた形状に構成される。本体２３とチ・ンブ部２２は
ねじ込みなどにより相互に固定してもよい。

以上のような構造により、ホーン部５は本体２３ではな
く、チップ部２２を介して振動伝達板８に接触する。

このような構造によれば、振動ペン３の振動を振動伝達
板８に伝達するホーン部５が摩擦係数が小さく、対摩耗
性に優れたチップ部２２を介して振動伝達板８に接触す
るので、振動伝達板８の表面が傷つくことがなく、また
、摩耗によってホーン部５の音響特性（振動伝達特性）
が変化することがない。したがって、長期間座標入力を
行なっても振動伝達板８の透明度が劣化したり、振動伝
達特性の劣化により座標検出精度、検出分解能が認化す
ることがない。

また、上記構成において、チップ部２２をホーン部５の
本体２３に対して着脱可能としておけば、チップ部２２
が摩耗した場合でもこれを交換することにより、初期の
振動伝達特性を維持することができる。

ところで、チップ部２２は振動減衰の大きな樹脂から構
成されるが、この厚みを２ミリ程度に抑えることにより
座標検出に充分な強度で振動入力を行なうことができる
。減衰量はチー、ブ部２２の厚みを小さくすればするほ
ど小さくできるが、加工、機械的強度の条件を考慮すれ
ば上記程度の厚みが好ましいと考えられる。

振動ペン３の振動子４は、振動子駆動回路２により所定
の周波数で駆動される。

駆動回路２が発生する１し気的な駆動信号は振動子４に
よって機械的なａ音波振動に変換され、上記のように構
成されたホーン部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、表面波ケどに比して振
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。

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１ｉ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
オ信号処理装行ｌＯ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。マイクロコンピュータ１１は
駆動信号発生回路１２に前記の振動子駆動回路２を駆動
開始させるスタート信号を与えるとともに、振動開始に
同期して振動伝達時間を計測するためのカウンタ１３を
スタートさせる。

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。

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内を振動センサ６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。

ここで、エンベロープの進む速度を群速度Ｖｇ、位相速
度をＶｐとする。この群速度および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、振動ペン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−ｔ　ｇ　　　　　　　　　　　　−（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と振動ペン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
信号の検出に基づく処理を行なう。第４図の位相波形４
２２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
サと振動ペンの距離は ｄ＝ｎｏ入ｐ＋Ｖｐ　ＩＩｔ　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　・ｔ　ｇ−ＶｐＩＩｔ　ｐ）／入ｐ　＋　ｌ　
／　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、±１７２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。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ビーク検出
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
位相遅延時間検出信号ＴＰが形成され、演算制御回路ｌ
に入力される。

以上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”ｒｐｌ−ｈのそれぞ
れｈ個の検出信号が演算制御回路１に入力される。

第３図の演算制御回路では上記のＴｇｌ〜ｈ、Ｔｐｌ〜
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。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４図に関
連して説明した処理によって振動ペン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１でこの直線圧
ｆ＠ｄｉ〜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。

ｘ＝Ｘ／２＋　（ｄｌ＋ｄ２）（ｄｉ−ｄ２）／２Ｘ　
　　　・・・（４） ｘ＝Ｙ／２＋　（ｄｌ＋ｄ３）（ｄｉ−ｄ３）／２Ｙ　
　　・・・（５） 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。

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−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、前記振動ペンに振動を発生させる振動
子と、振動子の振動を前記振動伝達板に伝達する伝達部
材が設けられるとともに、この伝達部材先端の振動伝達
板に対する接触部を伝達部材本体と別体の部材から形成
する構成を採用しているので、伝達部材の先端部を摩擦
係数が小さい交換可能な樹脂などのチップとすることに
より、振動伝達板の損傷を防止するとともに、チップが
摩耗して振動伝達特性が悪化した場合には、これを交換
することにより初期の性能を維持することができる優れ
た座標入力装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用した情報入出力装置の構成を示し
た説明図、第２図は本発明による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フク図、第６図
は振動センサの配置を示した説明図である。 ｌ・・・演算制御回路　　３・・・振動ペン４・・・振
動子　　　　　５・・・ホーン部６・・・振動センサ　
　　８・・・振動伝達板１１′・・・表示器　　　２１
・・・ケース２２・・・チンプ部　　　２３・・・本体
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 （検出８路） テ実屏制箱Ｂロ？各のア［１，７図 第３図 第４図

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、前記振動ペンに振動を発
   生させる振動子と、振動子の振動を前記振動伝達板に伝
   達する伝達部材が設けられるとともに、この伝達部材先
   端の振動伝達板に対する接触部を伝達部材本体と別体の
   部材から形成することを特徴とする座標入力装置。 ２）前記伝達部材先端の接触部が伝達部材本体よりも摩
   擦係数が小さい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。 ３）前記伝達部材先端の接触部が樹脂により構成される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に
   記載の座標入力装置。