JPS63181021A - 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］ 本発明は座標人力装置、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。

振動伝達時間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、ケイ酸、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減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］ 以上の問題点を解決するために１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
達板の周辺部にその形状を不連続的に変化させた部分を
設け、この形状変化部分を反射波を発生させる境界面と
して機能させ、他の境界面で発生される反射波と前記形
状変化部分で発生された反射波を干渉させることにより
振動伝達板周辺部での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、振
動伝達板の周辺部の不連続的な形状変化部分として構成
した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１１’とと
もに文字１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ｍ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ｕ１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
、第１図（Ｂ）に示されるように、振動伝達板８の周辺
部に厚みを不連続に変化させた段差部８ａを設けである
。この段差部８ａの長さＦは図示のように振動伝達板８
で伝達される弾性波の１／４の奇数倍になっている。

本実施例では、このような構造により、振動伝達板８の
段差部８ａでの反射波と、振動伝達板８の端縁８ｂで発
生する反射波を互いに打ち消しあうように干渉させ、振
動伝達板８の中央部方向に戻る反射波を減衰させる。ま
た、段差部８ａの下部には、従来どおり補助用の反射防
止材として防振材７を設けである。

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。

゛心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。

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ｌ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。

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１
１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ｖｋ
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
ぞれ人力される。

波形検出回路９から入力されるタイミング信号は入カポ
−）１５に入力され１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の間の距離ｄはその振動伝達時間をｔ
ｇとして ｃｌ−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〈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＝ｎ・入ｐ　＋　Ｖ　ｐφｔｐ　　　　・・・（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）式から上記の整数ｎはｎ＝　［
（Ｖｇｌｌｔ　ｇ−Ｖｐｌｌｔ　ｐ）／入ｐ＋１／Ｎｌ
　　　　　・・・（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＄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−ｈ。

Ｔｐｌ〜ｈ信号を入力ポート１５から入カレ、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ＳＬから５３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
Ｈｐから各々の振動センサ６の位置までの直線距離ｄ１
〜ｄ３を求めることができる。さらに演算制御回路ｌて
この直線距離ｄｌ−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）（ｄｌ−ｃ（２）／２Ｘ
　　・・・（４） ｙ＝Ｙ／２＋（ｄｌ＋ｄ３）（ｄｉ−ｄ３）／２Ｙ　　
・・・（５） ここでｘ、Ｙは３２．５３の位置の振動センサ６と原点
（位置５１）のセンサのｘ、Ｙ軸に沿った距離である。

ここで、第１図（Ｂ）に示した振動伝達板８の周辺部構
造による効果につき説明する。

本実施例では、第７図のように、振動伝達板８の周辺部
に端縁から長さＦの段差部８ａを設けておく、ここでＦ
は、振動ペン３から伝播される振動波投入に関して、Ｆ
＝入（２ｎ−１）／４と設定する（ｎは自然数である）
。

段差部８ａは振動伝達板８の表側、裏側のいずれに設け
てもよい、また、段差部８ａを構成する厚みの比は、小
距離の振動伝播より減衰が無視できる番鋒さいとすれば
、２：ｌにとって１段差部が振動伝達板の半分の厚みに
なるようにするのがよい。

振動ペン３から発生された振動は弾性波となって振動伝
達板８を伝播し、第１の境界面に１である段差部８ａの
内側端においてその一部が符号りのように反射する。

ここで反射しなかった弾性波はさらに振動伝達板８を伝
播し、符号Ｅのように第２の境界面に２である振動伝達
板８の端縁で反射する。

上記の２つの境界面は固体および空気の間のものである
から反射波の位相のずれは生じない。

さらに、Ｆ＝λ（２ｎ−１）／４だけ離れた２つの境界
面Ｋ１．に２で反射した反射波りとＥは、伝播距離で半
波長の奇数倍の位相差、すなわち逆位相を有している。

したがって、上記の２つの境界面Ｋｌ、に２での反射波
が干渉すると、両者は互いに打ち消しあい、全体として
周辺部から振動伝達板８の中央部に戻ろうとする反射波
は低減される。

これによって、振動センサ６により検出される検出信号
の歪みを低減し、座標検出精度を著しく向上させること
ができる。

なお１段差部８ａを形成する２：１の厚みの減少比は、
各境界面に１、Ｋ２での反射波の振幅を同レベルとし、
完全に２つの反射波を減衰させるためのものである。こ
の設定は振動伝達距離による減衰を考慮していないが、
減衰量を厳密に考慮して段差部の厚みの比を設定しても
よい、たとえば、端縁の境界面に２で反射する反射波の
減衰量の方が大きいから、厚みの比を２：ｌよりも小さ
くすることが考えられる。

なお、振動伝達板８に取り付けた防振材７は、本実施例
では補助的なもので、上記の２つの境界面における反射
波の干渉効果が充分大きい場合には防振材７を設けなく
ても構わない。

また、第７図のような振動伝達板８の形状を第８図に示
すようにしてもよい、ここでは、振動伝達板８の表面お
よび裏面に段差部を設けである。

段差部８ａの厚みおよび、長さの設定は第７図の場合と
同様である０本実施例では、振動伝達板８に伝播させる
振動は板波であるから、このように振動伝達板８の裏面
に段差が設けられていてもその効果は上記と全く同じで
ある。

第２実施例 上記実施例では段差部の数は１個であり、この段差部の
端部および振動伝達板８の端縁を２つの境界面として機
能させたが、段差部の数は第９図に示すようにもっと多
数であってもよい、ここでは段差部を符号８０〜８ｅの
ように３個設けている。

これにより、振動伝達板８の端縁も含めてＫｌ〜に４の
４つの境界面が形成される。それぞれの境界面間の距離
はそれぞれ上記のＦ（＝入（２ｎ−１）／４）に設定す
る。

このような構造によれば、第１と第３の境界面Ｋｌ、に
３問および第４と第２の境界面で生じた反射波がそれぞ
れ前記実施例におけるのと同様に干渉しあって減衰され
、より大きな減衰効果を得ることができ、振動伝達板８
中央方向への反射を防止する。

第３実施例 上記では振動伝達板８の周辺部に段差部を設ける構造を
例示したが、反射波を発生させる境界面は段差ではなく
、第１０図（Ａ）に示すような溝８ｆによっても構成で
きる。ここでは溝８ｆは振動伝達板８の端縁から前記実
施例と同様の距ｆａＦだけ離した位置に形成される。

このような構造によっても１反射境界面を形成すること
ができ、第７図の場合と同様の作用により反射波を減衰
させることができる。

この場合、第１θ図（Ｂ）に示すように、溝８ｆ中に防
振材７を充填してもよい、この防振材は前記のとおり反
射波の減衰に対して補助的に機能するが、従来のように
振動伝達板８の周辺部全体に取り付けるよりも入力部全
体の厚みを薄くできるという利点を得られる。

境界面を構成する溝の数も、１つに限定されることなく
、！！４１１＠に示すように多数設けてもよい、ここで
は第９図において段差を３つ設けたように溝８ｆを３個
設けて４つの境界面に１〜に４を構成している。　溝の
深さは図示のように振動伝達板８の端縁に近付くほど深
くするのがよい。

たとえば、第１１図の溝の深さを順に深くした場合、第
１の境界面Ｋｌで全体の弾性波の１／４が反射し、次の
第３の境界面に３では残りの透過波（はじめの３７４）
の１７３が反射し、第４の境界面に４ではさらに残りの
透過波（２／４　＝ｌ／２）を反射し、最後の振動伝達
板８端縁の第２の境界面では残りの透過波を全反射する
というように、各境界面で同量の反射波を生じさせ、効
率的に干渉による反射波打ち消しが可能である。

上記実施例においても、伝達される弾性波が板波である
かぎり溝８ｆは振動伝達板８の表面、裏面のいずれに設
けてもよい。

［発明の効果］ 以上から明らかなように１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
標を検出する座標入力装置において、前記振動伝達板の
周辺部にその形状を不連続的に変化させた部分を設け、
この形状変化部分を反射波を発生させる境界面として機
能させ、他の境界面で発生される反射波と前記形状変発
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、第７図から第１０図（Ａ）、（Ｂ
）および第１１図はそれぞれ異なった振動伝達板の構造
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・・・入力ポート 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・・・コンパレータ麿綽
入カメ償／）ｇｏ月１り 第１図（８） （検出８路） 第５図 第１０図（Ａ） 第１１図 第１２図（Ｂ）

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その形状を不連続的に変化させた部
   分を設け、この形状変化部分を反射波を発生させる境界
   面として機能させ、他の境界面で発生される反射波と前
   記形状変化部分で発生された反射波を干渉させることに
   より振動伝達板周辺部での反射波を減衰させることを特
   徴とする座標入力装置。