JPS63262714A - 情報入出力装置 - 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］ 本発明は情報入出力装置、特に、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
での座標を検出し、検出された座標情報に基づき情報出
力を制御する情報入出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。ま
た、この種の装置を表示器と重ねて用い、入力された文
字、図形を原寸で表示するなどの処理も考えられている
。

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、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、従来の超音波振動を用いる方式では、振動ペ
ンという専用の入力ペンを用いなければ座標入力を行な
えない。

そして、従来装置では、振動ペンを１木のみ用いること
が前提とされていたので、複数の操作者が同時に入力を
行なう、ペンの区別により入力タブレットと重ねて用い
る表示器の表示色を変化させるなどの処理を行なうこと
ができず、通常の紙と筆記具を用いる処理に比べて用途
の限定がかなり大きいという問題があった。

［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、本発明においては、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し、検出された座標
情報に基づき情報出力を制御する情報入出力装置におい
て、複数の振動ペンを設け、これらを時分割駆動するこ
とによりほぼ同時に複数の振動ペンから異なる座標情報
を入力する構成を採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、複数の振動ペンからほぼ同時に異
なる座標情報を入力し、これらを識別して扱うことによ
り、単数の振動ペンを用いるのに比べて幅広い用途範囲
を実現できる。

［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情報入出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。

図示した装置では、従来装置と異なり、複数（この場合
２本）の振動ペン３１．３２を用いて座標入力を行なう
ことができるようになっている。

図において符号８で示された参噂ものはアクリル、ガラ
ス板などからなる振動伝達板で振動ペン３１．３２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３１．３２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３１．３２
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３１．３２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’上に配置され、振動
ペン３１．３２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
３１．３２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３１．３２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３１．３２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３１．
３２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（Ａ）は振動ペン３１（３２も同じ構造）の構造
を示している。振動ペン３１に内蔵された振動子４は、
振動子駆動回路８１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８１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
（Ａ）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。

また、振動ペン３１．３２は、それぞれの入力座標情報
を区別でき、しかもほぼ同時に座標入力を行なえるよう
に、第２図（Ｂ）に示すような回路により時分割駆動さ
れる。

ｉ２図（Ｂ）において符号８１．８２は振動子駆動回路
２で、それぞれ振動ペン３１．３２の振動子を駆動する
。駆動信号は信号切り換え回路８３により交互に振動子
駆動回路８１．８２に与えられる。

信号切り換え回路８３は、演算制御回路１から与えられ
るクロックに応じて交互に能動化され、入力された駆動
信号を交互に振動ペン３１．３２のための振動子駆動回
路８１．８２に与える。

このようにして、振動ペン３１．３２が交互に駆動され
る。振動ペン３１．３２を交互に駆動する制御信号の周
期は、操作者のペン操作に対して充分速い値が選択され
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３１．３
２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３１．３２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３１．３２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ポート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
振動伝達時間イ０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。

次に、振動ベン３１．３２の入力座標を検出する処理に
付いて述べる。ここでは説明を簡略化するため、１本の
振動ベンの入力座標処理につき示す。

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
動ベン３１ないし３２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ベン３
１．３２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
振動ベン３１ないし３２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３１
ないし３２および振動センサ６の間の距＃ｄはその振動
伝達時間をｔｇ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と振動ベン３１ないし３２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１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
サと振動ベンの距離は ｄ＝ｎ　　＠　λ　Ｐ＋ＶＰ　　＠ｔ　　ｐ　　　　　
　　　　　　　・・・　（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Ｎ数ｎはｎ＝［（
Ｖｇ　−ｔｇ−Ｖｐ　−ｔｐ）／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、±１／２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
、振動ベン３１ないし３２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１
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、Ｔｐｌ〜
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１
４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３１ないし３２の
位置Ｐから各々の振動センサ６の位置までの直線距ｆｉ
ｄｌ〜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ｆｉｄｌ−ｄ３に基づき振動ペン３１な
いし３２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＋　　（ｄ　　１　＋ｄ２）（ｄ　　１−ｄ
２）／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１ｓ＋）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３１ないし３２の入力点座標
をリアルタイムで検出することができる。

つぎに、２木の振動ペン３１．３２による入力座標情報
を識別して扱うための処理につき説明する。

第７図は第２図（Ｂ）の振動ペンの振動子の駆動信号、
および選択信号のタイ・ミングを示している。

選択信号は符号９１で示すように、駆動信号９２よ４Ｊ
　モ長い周期で交互にハイレベル、ローレベルを繰り返
す。このような選択信号９１によれば、信号切り換え回
路８３の作用によってＡの期間では振動ペン３１が、Ｂ
の期間では振動ペン３２がそれぞれ駆動される。

したがって、期間Ａ、Ｂ内に演算制御回路１が上述の座
標演算を終了し、そのときの選択信号９１のハイレベル
ないしローレベルがわかっていれば、入力された・座標
情報がいずれの振動ペンから入力されたものかを識別す
ることができる。

したがって、振動ペン３１．３２を同時に用いることが
できるのはもちろんのこと、振動ペン３１．３２のそれ
ぞれにより入力された座標情報に基づき、ディスプレイ
１１゛に文字、図形を表示する場合、振動ペン違いによ
り表示色を変化させるなど、幅広い用途が考えられる。

第８図は振動ペン３１．３２を２本用いるアプリケーシ
ョンの一例を示している。

第８図において符号１０１で示されたものは、ディスプ
レイ１１゛に表示されたソフトウェア的な図形で、ここ
ではテンプレートを示している。

この場合、振動ペン３１，３２は、画像の編集を行なう
範囲を示すために用いられる。

図示のように、図形１０１の対角線位音を振動ペン３１
．３２により指示し、次に符号３１’、３２′の位置に
おいて振動ペン３１．３２による座標指示を行なうこと
により、図形１０１を１０２のように拡大１回転できる
。

図形１０１，１０２はソフトウェア的なテンプレートで
、振動ペン３１．３２によりその楕内部を座標指示する
ことにより、その楕円を画像入力できるものとする。上
記のような図形の拡大、回転処理によれば、テンプレー
トのサイズを自由に拡大１回転させて所望の楕円を簡単
に入力することができる。

第８図に示すような画像の変形処理は、公知のビットマ
ツプ処理などにより容易に行なうことができるから、こ
こでは詳細な説明を省略する。

第７図に示した例では、選択信号９１による振動ペン３
１．３２の選択周期が１＝１で等しいが、第９図のよう
に、期間ＡとＢを非対称として一方の振動ペンに重点を
おくようにしてもよい。

このような構成により、一方のペンを画像入力用、他方
を編集用などのように使い分けることが考えられる。

また、複数の振動ペンを時分割駆動する構成としては、
第２図（Ｂ）に示したものに限定されることなく、第１
０図、第１１図に示すような構成を用いてもよい。

第１０図の構成では、振動子駆動回路２の後段で、増幅
された駆動信号を信号切り換え回路８３により振動ペン
３１．３２に振り分けている。このような構成によれば
、信号切り換え回路８３により切り換える信号レベルが
高くなるが、回路構成はより簡単になる。

第１１図は、２木よりも多い数の振動ペンを制御するた
めの構成を示している。第１１図においては、振動子駆
動回路２の出力はアナログスイッチ１１１．１１２・・
・から構成された信号切り換え回路により選択され、振
動ペン３１．３２・・・のいずれか１本に入力される。

いずれの振動ペンを駆動するかは、アナログスイッチ１
１１．１１２・・・をデコーダ８５により選択すること
で決定できる。

デコーダ８５はｎビットの選択信号を入力し、２　木の
出力信号線を介してアナログスイッチ１１１．１１２・
・・のいずれか１つを能動化する。

いずれの振動ペンを重点的に駆動するかは演算制御回路
１がｎビットの選択信号を適宜制御することで所望に決
定づけることができる。

このようにして、２本よりも多い数の振動ペンを用いて
画像入力を行なうことができる。ｈ木の振動ペンを用い
るようにすれば、装置の用途範囲をＬ述の実施例よりも
大きく拡大することができる。

以上では、出力装置として振動伝達板８に重ねて配置さ
れるディスプレイを示したが、振動伝達板とディスプレ
イが別体であっても構わない。また、出力装首は表示装
置に限定されることなく、通信装置、記録装置などどの
ような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し、検出された座標情報に基
づき情報出力を制御する情報入出力装置において、複数
の振動ペンを設け、これらを時−分割駆動することによ
りほぼ同時に複数の振動ペンから異なる座標情報を入力
する構成を採用しているので、複数の振動ペンからほぼ
同時に異なる座標情報を入力し、これらを識別して扱う
ことにより、単数の振動ペンを用いるのに比べてさまざ
まな幅広い用途範囲を実現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（Ａ）は第１図の振動ペンの構造を示
した説明図、第２図（Ｂ）は振動ペンの駆動回路の構成
を詳細に示したブロック図、第３図は第１図の演算制御
装置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図は振動ペンの駆動および選択信号を示した波形図
、第８図は複数の振動ペンを用いて可能な画像処理の一
例を示した説明図、第９図は振動ペンの異なる駆動およ
び選択信号を示した波形図、第１０図、第１１図はそれ
ぞれ異なる振動ペンの駆動回路を示したブロック図であ
る。 １・・・演算制御回路　　　　４・・・振動子６・・・
振動センサ　　　　　８・・・振動伝達板５１・・・前
置増幅器 １５．１６・・・入力ボート ３１．３２・・・振動ペン 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 ８１．８２・・・振動子駆動回路 ８３・・・信号切り換え回路　８５・・・デコーダ９１
・・・選択信号　　　　　９２・・・駆動信号Ｊ形Ｊ會
力へ゛ンｆ）盲穴ｌｌ用しコ 第２図（Ａ） 第４図

Claims (1)

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し、検出され
   た座標情報に基づき情報出力を行なう情報入出力装置に
   おいて、複数の振動ペンを設け、これらを時分割駆動す
   ることによりほぼ同時に複数の振動ペンから異なる座標
   情報を入力することを特徴とする情報入出力装置。 ２）座標入力が行なわれた振動ペンの違いにより情報出
   力条件を制御することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の情報入出力装置。