JPS63245711A - 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。

ｌ）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。

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、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
込むような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］ ところが、超音波振動を用いる方式ではタブレットの振
動伝達板上の傷、障害物によって振動伝達が妨げられ、
検出精度が低下する問題がある。

そこで、弾性波のうち板波を用いてタブレットの振動伝
達板を振動させ、振動伝達板の傷、障害物の影響を低減
させようとする技術が提案されている。しかし、この方
式では振動ペンの筆圧、あるいは傾きなどの操作条件に
より、振動の表面波成分が振動センサの検出波形に影響
するので、高精度な座標入力を行なえないという問題が
ある。

本発明では、他の方式に比してタブレットの透明化が容
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」−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−１−に鑑み、本発明によれば、振動発生手段を有す
る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
伝達板の振動入力面に樹脂層を設けた構成を採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、振動ペンが傾斜している場合でも
、あるいは振動ペンの筆圧が充分でない場合でも、振動
伝達板の樹脂層により座標検出精度を低下させる振動伝
達板の表面波成分を除去することができ、また同時に書
き味を改善し、外光を乱反射させて、振動伝達板下部に
表示器を設ける場合の表示視認性を向」−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図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図の情報入出力装置は振動伝達板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で示されたものものはアクリル、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′」−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′」−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。

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が主に振動する筆うな振動モード
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。

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６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
オ信号処理装置１０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カポ
−）１５に入力され、判定回路１７によリラッチ回路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−１に伝えられる。すなわち、カウンター３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カポ−）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めように検出すると、振動ペン３お
よび振動センサ６の間の距＃Ｉｄはその振動伝達時間な
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＝ｎ・入Ｐ＋ＶＰψｔｐ　　　　　・・・（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−［（Ｖｇ・ｔｇ−Ｖｐ・ｔｐ）／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、±１／２波長以
内であれば、ｎを決定することができる。」−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１に入力される。

第３図の演算制御回路では上記のＴｇｌ−ｈ、Ｔｐ１〜
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
間をしめず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Ｓｌ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の位置までの直線距離ｄｉ−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Ｉｌｌ：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） Ｙ＝Ｙ／２＋　（ｄｌ＋ｄ、３）（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。

以上の構成によれば、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、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。

本実施例では、さらに第７図に示すように、振動伝達板
８の表面に樹脂層７５を設けている。

第７図において符号７１は振動ペン３のボディ下部を示
しており、その先端部にはねじ部７６によりホーン部５
が結合されている。

振動伝達板８の表面には樹脂層７５をコーティングしで
ある。樹脂層７５には所望の表面波の減衰度を得るため
、適当な材質を選択する。

実験の結果、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、高分子ポリ
エチレンなどの樹脂が表面は振動のために適しているこ
とがわかった。振動吸収性がこの目的に適したものであ
れば、他の材質を用いても構わない。

樹脂層７５の材質、厚みを調節することにより、振動伝
達板８の透明度を低下させず、その下部のディスプレイ
の視認性を低下させることがない。また、この樹脂層７
５により、外光を乱反射させ、ディスプレイの視認性を
向上させることもできる。さらに、振動ペン３による書
き味を向上させることもできる。

樹脂層７５は振動伝達板８の表面のみならず、振動伝達
板８の裏面に施し、振動伝達板８の透明度、あるいは外
光、表示光の散乱性を調整してもよい。

また、振動伝達板８表面の樹脂層７５により、振動検出
特性を向上することもできる。

第８図は樹脂層７５がない場合、第９図は樹脂層７５が
ある場合に振動伝達板８の角部に設けられた振動センサ
６により出力される振動検出波形を示している。

樹脂層７５がない場合には、第８図のように、振動ペン
３の傾斜により振動伝達板８に入力される表面波が伝達
振動に合成されるので、符号ｗｈで示すようなピークが
生じる。検出しきい値によっては、前述のピーク検出に
より、この表面波成分によるピークを誤検出してしまう
ので、振動伝達時間、したがって座標検出精度に誤差が
生じる。

一方、樹脂層７５を振動伝達板８に施しておけば、表面
波成分は振動伝達板８の樹脂層７５により減衰され、第
９図のように表面波成分によるピークを生じることがな
いから、高精度な座標検出を行なうことができる。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、振動発生手
段を有する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、
前記振動伝達板の振動入力面に樹脂層を設けた構成を採
用しているので、振動ペンが傾斜している場合でも、あ
るいは振動ペンの筆圧が充分でない場合でも、座標検出
精度を低下させる振動伝達板の表面波成分を除去するこ
とができるから座標検出性を大きく向上できるとともに
、また同時に書き味を改善し、外光を乱反射させて、振
動伝達板下部に表示器を設ける場合の表示視認性を向上
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、第７図は振動伝達板の
表面状態を示した説明図、第８図、第９図はそれぞれ振
動伝達板の樹脂層がある場合とない場合の振動検出波形
を示した波形図である。 ｌ・・・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変挽回路 ７５・・・樹脂層 ９１・・・ピークホールド回路 ９２・・・加算回路　　　９３・・・コンパレータ詣Ｉ
φ十に但４ト号の５炭形口 第８図 １服動伝達朦の説朝記 第７図 糠動兼土信晩１形記 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 振動発生手段を有する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、前記振動伝達板の振動入力面に樹脂層を設け
   たことを特徴とする座標入力装置。