JPS63181020A - 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Ｊ 本発明は座標入力装置、特に振動伝達板上の振動伝達時
間から指示点座標を検出する座標入力装置であって、振
動伝達板を防振材を介して支持する構造を有する座標入
力装置に関するものである。

〔従来の技術］ 従来より、振動伝達板に圧電素子などを内蔵した振動ペ
ンにより振動入力を行ない、振動伝達板に設けた複数の
センサにより入力振動を検出し、振動伝達時ｕ■を計測
することにより入力点の座標を検出する座標入力装置が
知られている。

このような座標入力装置では、振動伝達板の端部で入力
振動が反射し、その反射波により振動センサによる検出
に誤差を生じないように、振動伝達板の端部を防振材に
より支持する構造が用いられる。

従来の防振材は主として騒音防止用に開発されたもので
、空気音対策用と、固体音対策用に大きく分類される。

したがって、従来の防振材を上記のような用途に用いる
には固体音対策用のものが用いられる。従来の固体音対
策用の制振材としては、第１２図（Ａ）に示すような薄
板用制振シート、あるいは塗料などがあった。

第１２図（Ａ）において、８′は制振されるべき振動板
、７は制振シートである。振動板８′は薄鋼板、アルミ
板などの金属板、あるいは樹脂板、ガラス板などから構
成される。

このような構成では、振動している振動板８′に制振シ
ート７を張り付けることにより制振シート７の振動減衰
を利用して振動板８′の振動を減少させ、騒音を減少さ
せることができる。

市販されている制振材７の材質には、ポリ塩化ビニール
樹脂、アタクチックポリプロピレン、ポリエチレンビニ
ルアセチレート、スチレンブタジェンゴム、シリコンゴ
ム、セメントペーストなどがあり、さらにこれらに可塑
剤、安定剤、軟化剤、鉛、鉄などの金属粉、ケイ砂、ア
スファルトなどを添加、あるいは混合したものが用いら
れる。これらの材質の成形形状としてはスポンジ状の多
孔質形状がある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記のような従来の制振シートは主とし
て振動する板金体に装着することにより板金体の振動を
抑止するように考えられている。

したがって、前記のように、振動伝達板の端部での反射
波を抑止するために第１２図（Ｂ）のように振動伝達板
８の周辺に装着して用いても充分に反射波を減少させる
ことができなかった。

第１２図（Ｂ）は前記振動伝達ｉ辺部に前記制振シート
を装着した場合の振動伝播を示す図、第１２図（Ｃ）は
第１２図（Ｂ）の断面図の一部であり、反射波の様子を
示す図である。８は振動伝達板、７は前記制振シート、
３は加振源である振動ペン、Ａは前記振動ペン３と前記
振動伝達板８との接触点である加振点から伝播する振動
を示す波、Ｂは振動伝達板端面での反射波、Ｃは制振シ
ート装着境界面での反射波をそれぞれ模式的に示したも
のである。従来の制振シート７は、前述のとおり板金体
に発生している振動（固有振動つまり共振振動も含む）
に対しては制振効果は大きいが、第１２図（Ｂ）のよう
に、制振シート７が装着されない領域で加振し、そこか
ら伝播する進行波としての振動に対しては充分な制振効
果が得られないため、第１２図（Ｃ）のように制振シー
ト７の装着部分りにおいて若干ｊＪＪＡ衰させるものの
振動伝達板端面での反射波Ｂを充分抑えることができな
い、更に、従来の制振シート７を装着することにより、
新たに、制振シート装着界面で反射波Ｃが発生する。従
って、弾性波を用いる座標入力装置の振動伝達板の周辺
部に従来の制振シートを装着しただけでは、前記２つの
反射波が発生し、加振源からの直接波を検出する際にノ
イズとなって検出精度を下げるという欠点があった。

［問題点を解決するための手段］ 以と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
た振動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
動伝達板の周辺部に複数の振動伝達境界面を有する防振
材を設け、この防振材の複数の境界面において発生され
る反射波の干渉によって振動伝達板周辺において反射波
を減衰させる構成を採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、振動伝達板の周辺部において、防
振材の境界面で発生させた反射波により干渉を起こし、
これにより全体の反射波を減衰させることができ、振動
検出時のノイズを低減して検出精度を向上させることが
できる。

［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１実施例 第１図（Ａ）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（Ａ）の座標入力装置は、ドツトマ
トリクス方式などの表示方式を有するディスプ°レイ１
１′とともに文字、図形、画像などの情報入出力装置を
構成する。

図において符号８で示されたものも一部、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。

本実施例における振動ペンを用いる座標検出では、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には、振動ペン３から伝達された振動が同
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
　ｚ１図（Ｂ）のように前述のような合成樹脂などで構
成された防振材７が装着され、振動伝達板８はこの防振
材７で支持されている。上記防振材７は、上記振動伝達
板８の表面と裏面に振動伝播波の波長のｌ／４の奇数倍
の距離差をもって装着する。

これにより、表面と裏面に装着した防振材７の境界面に
よる反射波はｌ／２波長位相がずれることにより、お互
いに弱めあうように干渉する。この作用の詳細について
は後述する。

振動伝達板８の辺部には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はＣＲＴ（あるいは液晶表示器）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。

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人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
ピーダンス駆動が可能な振動子駆動回路２によって所定
のゲインで増幅された後、振動子４に印加される。

電気的な駆動信号は振動子４によって機械的な超音波振
動に変換され、ホーン部５を介して４Ｊｉ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：５２
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。

上記のようにして振動伝達板８に伝えられる弾友 性液は板波であり、表面並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。

再び、第１図（Ａ）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１は振動伝達面ｕ１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ｌ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δ１０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ｌの構造を示している。

ここでは主に振動ペン３の駆動系および振動センサ６に
よる振動検出系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。駆動信号発生回路１２は第１
図の振動子駆動回路２に対して所定周波数の駆動パルス
を出力するもので、マイクロコンピュータ１１により座
標演算用の回路と同期して起動される。

カウンタ１含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および、筆圧検出の
ための信号レベル情報を出力する。これらのタイミング
およびレベル情報は入力ボート１５および１６にそれぞ
れ入力される。

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１７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ポート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〈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ｆｔｄはその振動伝達時間を
ｔｇとしてｄ＝Ｖｇ＊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＝ｎｓ　　λ　ｐ＋Ｖｐ　　・　ｔｐ　　　　　　　
　…　（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・ｔｇ−Ｖｐ・ｔｐ） ／λＰ＋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。

±ｌ／２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図の波
形検出回路は筆圧検出のため、後述のように振動センサ
６の出力波形のレベル情報も処理する。

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
ルチパイプ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ｒｔＲ調ｇ！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〜ｈ１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に人力される。

第３図の演算制御回路では上記のＴｇｌ−ｈｌ、Ｔｐｌ
〜ｈ信号を入カポ−）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、前器用にカウンタ１
３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
ぞれの遅延時間をしめずデータが取り込まれる。

たとえば、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
２１ｐから各々の振動センサ６の位置までの直線距離ｄ
ｌ−ｄ３を求めることができる。さらに演算制御回路１
でこの直線距離ｄｉ−ｄ３に基づき振動ペン３の位２Ｉ
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） ｙ＝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ｓ１）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。

：ｔＳ１図（Ａ）のように振動センサ６を振動伝達板８
の３辺の約中央位置に設けても、第６図と同様な演算に
よって振動ペンの位置座標を検出できる。

ここで、第１図（Ｂ）で示した本発明の実施例である防
振材の装着位置について説明する（第７図）、振動伝達
板８の表面にある。巾をもつ防振材７を装着し、更に上
記振動伝達板８の裏面に上記防振材７と同じ材質、同じ
厚さの防振材７を第７図のように表面の防振材７の境界
面と１／４人（２ｎ−１）だ（すずらして装着する。

λは本装置で用いる振動ペン３から発せられ。

振動伝達板８を伝播する弾性波の波長を示す、防振材７
の巾は１本実施例では表面の方が大きいが、表面、裏面
どちらが大きくてもよい、振動ペン３から発せられた弾
性波はまず１表面に装着された防振材７の境界面（第１
の境界面）で反射し、ここで防振材は振動を拘束してい
るので反射波の位相は１８０°ずれる（Ｄ）。

一方、表面の防振材の透過波は裏面に装着した防振材の
境界面（第２の境界面）で反射し、前記と同様に反射波
の位相は１８０°ずれる（Ｅ）。

上記振動伝達板８を伝播する弾性波は前記のとおり板波
であるため、防振材境界面による反射の現象は表面、裏
面とも同様に起こる。

１／４人（２ｎ　−１）の距離差のある防振材によって
反射した反射波りとＥは、お互いに位相が１７２λ分だ
けずれた弾性波となり、お互いに干渉して打ち消しあう
、従って、防振材境界により生じる反射波は、大幅に減
少する。

第２実施例 振動伝達板８に装着する防振材の厚さを表面と裏面で異
なるようにした実施例を示したのが第８図である０本発
明の効果を大きく出すには、表面と裏面での防振材によ
る反射波の振幅が同じ大きさであることが望ましい。

表面の防振材を薄くすることによりその境界面（第１の
境界面）の反射を減少させ、更にその境界面で反射しな
い弾性波、つまり透過波の減衰を減少させ、裏面の防振
材を逗くすることによって１／４λ（２ｎ−１）ｇｉれ
た次の反射面、つまり裏面の防振材の境界面（第２の境
界面）による反射を増加させ、以上によって前記２つの
境界面による反射波の振幅レベルをそろえることにより
、１８０’位相がずれることによる干渉の効果をより大
きなものにし、結果として全体としての反射波を減少さ
せることができる。

第３実施例 第３の実施例を第９図に従って説明する。振動伝達板８
の周辺部に巾Ｆが１　／　２　ｎλである防振材７を装
着する。振動ペン３から発せられた図の矢印方向に伝播
する弾性波は、前記実施例と同様にまず防振材７の境界
面Ｇ（第１の境界面）で反射し、位相が１８０°ずれる
。（第１及び第２実施例における境界面とは、ここでい
う境界面Ｇのことである。）一方、そこでの透過波は、
更にＦの距離１／２ｎλだけ防振材により減衰しながら
進行し、防振材７による拘束がなくなる境界面Ｈ（第２
の境界面）により、位相はずれないで反射し、更に１　
／　２　ｎλだけ防振材によって減衰しながら逆方向に
伝播し、結局、再び境界面Ｇに到達したときには、前記
境界面Ｇでの反射波と位相が１８０°ずれることになる
。従って、以上２つの反射波は、お互いに干渉し、弱め
あうことによって減少する。

第４実施例 本発明の第４の実施例を第１０図に従って説明する。

本実施例においては、弾性波の波長に比べて無視できる
ほど充分小さな巾の防振材７をある一定の間隔■で振動
伝達板８に装着する。防振材７の間の間隔Ｉはλ（２ｎ
−１）／４とする。防振材７の数は偶数個が望ましい。

振動伝達板８を第１０図の矢印の方向に伝播してきた板
波弾性波は一番内側の防振材７の第１の境界面で反射波
および透過波となり、その透過波は入（２ｎ−１）／４
だけ進行して次の防振材７の第２の境界面で同様に反射
波と透過波になり、その反射波は前記の一番内側の防振
材７の境界面に戻ってきたとき、一番内側の防振材７の
境界面で１８０度位相がずれた波と干渉し、互いに打ち
消しあう、したがって、反射波は全体として減少する。

これは、前記実施例と同様に、防振材７の境界面で反射
波の位相が１８０°ずれ、更に行路差が半波長方になる
ことによる。

以上の作用が、３番目−＃の防振材７の境界面でも次々
と生じ、反射波を減少させることができる。

以Ｆの構成にさらに加えて第２実施例と同様に各防振材
の厚さ、幅を調節し、また、異なる材質のものを用いて
反射波どうしの干渉による減衰効果を大きくすることが
できる。

第５実施例 また、防振材の厚みを段階的に変化させ、その段の部分
でも反射波を発生させ、この部分で干渉を発生させても
よい、第１１図はこのような構造を示している。

ここで、第１１図の段の距離Ｊを入（２ｎ−１）／４と
し、第１の境界面での反射波と上記の防振材７の段によ
り生じる第２の境界面での反射波とを干渉させ、減衰作
用を得ることができる。

本実施例においては伝達させる弾性波は板波であるから
、防振材は振動伝達板８の表面、裏面、どちらに装着し
ても同様の効果を得ることができる。

［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振動セ
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
標を検出する座標人力装鐙複数の境界面において発生さ
れる反射波の干渉によって振動伝達板周辺において反射
波を減衰させる構成を採用しているので、振動伝達板の
周辺部において、防振材の境界面で発生させた反射波に
より干渉を起こし、これにより全体の反射波を減衰させ
ることができるため、振動検出時のノイズを低減して振
動センサに歪みのない振動検出信号を発生させることが
でき、座標検出精度を大幅に向上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（Ａ）、（Ｂ）は本発明を採用した情報入出力装
置の座標入力部の構成をそれぞれ示した説明図、第２図
は第１図（Ａ）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ｇＩ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〜ｔＪＳｌ１図はそれぞ
れ異なった防振材による振動伝達板の支持構造を示した
説明図、第１２図（Ａ）は従来の防振材の取り付は構造
を示した説明図、第１２図（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ従
来の座標入力装置における防振材の取り付は構造を示し
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７・・・防振材 ８・・・振動伝達板　　　５１・・・前置増幅器１５．
１６・・・入力ボート ５２・・・エンベロープ検出回路 ５４．５８・・・信号検出回路 ５９・・・Ａ／Ｄ変換回路 ９１・・・ピークホールド回路 ９２・・・加算回路　　　９３・・・コンパレータ康稽
ｘ１装置の数−圓 第１図ＣＢ） （喪、ｔＯ路） 第４図 第５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
   れた振動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
   動伝達板の周辺部に複数の振動伝達境界面を有する防振
   材を設け、この防振材の複数の境界面において発生され
   る反射波の干渉によって振動伝達板周辺において反射波
   を減衰させることを特徴とする座標入力装置。