JPS63293623A - 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、特に振動ベンから振動伝達板に
入力された振動を振動伝達板に設けられた複数の振動セ
ンサにより検出し、振動入力点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１＃］ 従来より手書きの文字１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ベンおよびタ
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１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。

工）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）入力ベ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］ 上記の超音波振動を用いる方式では、ガラス、アクリル
などの振動伝達板から構成されるタブレットに、圧電素
子などの振動子を設けた入力ベンにより所望の入力点に
超音波振動を入力する。

第１１図は従来の振動伝達板８の周辺部の構造を示して
いる０図示のように、振動伝達板８の角部などの所定位
置には　圧電素子などからなる振動センサ６が複数個固
定されており、入力点から伝達された超音波振動を検出
する。各センサ６までの振動伝達時間は、各センサと入
力点の距離に応じて変化するから、センサから入力点ま
での距離を求めることができ、これに基づいて入力点の
座標を決定づけることができる。

振動伝達板８に設けられる圧電素子から成る振動センサ
６は、多くの場合、円筒形状であり、振動センサ６の円
筒端面が振動伝達板８に圧接、あるいは接着されること
により振動伝達板８と振動センサ６が結合される。

このような従来構造では、振動センサ６と振動伝達板８
は接着剤などを介して第１２図のように不均一に結合さ
れており、１点で結合しているわけではないから、座標
検出の原点となる振動センサ６の振動伝達板８に対する
取り付は位置を厳密に設定できず、座標検出誤差を小さ
くすることができない。

第１２図において、符号Ａは振動入力点を示しており、
振動センサ６と入力点Ａの距離はもっとも近い振動セン
サ６の端部でＢ、もっとも遠い端部でＣであり、振動セ
ンサ６の基準位置の設定によっては最大Ｃ−Ｂだけの検
出誤差を生じる。

振動センサ６の基準位置を振動センサ６の中心とするこ
とにより、一応、最大検出誤差は振動センサ６の半径分
とみることができる。

その場合でも、接着、圧接などにより振動センサ６を振
動伝達板８に固定する方式では、第１３図に示すように
振動センサ６が振動伝達板８上で傾斜することが考えら
れ、このような状態では振動センサ６の振動伝達板８上
での位置が不確定であり、入力点の座標を正確に検出す
ることは不可能である。

また、振動センサ６と振動伝達板８の結合に接着による
方法を用いると、接着材が振動を吸収し、充分な検出信
号強度を得ることができないことがあった。また、接着
状態のバラツキにより、検出精度を一定の範囲内に収束
させることが困難であった。

以上に鑑み、振動センサの先端部にホーン部などを設け
る構造が考えられているが、この方式では部品点数が増
加し、振動センサとホーン部の結合点で上記の接着材に
よる振動吸収などの問題を生じることがあり、精度を保
つことが困難である。また、振動センサを直接加工して
振動伝達板との結合部をホーン形状とすることも考えら
れるが、加工が困難であり、製造コストを増大させると
いう問題がある。

［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
動ベンから振動伝達板に入力された振動を振動伝達板に
設けられた複数の振動センサにより検出し、振動入力点
の座標を検出する座標入力装置において、前記振動伝達
板に設けられた突起部に前記振動センサの検出面を接触
させ、前記突起部を介して前記振動センサに振動入力を
行なう構成を採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、振動センサと振動伝達板の結合面
をより小さくし、点に近付けることができるので、座標
検出の原点となる振動伝達板上での振動センサの位置を
正確に設定することができる。

［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図（Ａ）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（Ａ）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ベン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或いはＬ　ＣＤ
（液晶表示器）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で示されたものはアクリル、ガラス板
などからなる振動伝達板で振動ベン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
０本実施例では振動ベン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
ることにより振動ベン３の振動伝達板８上での座標を検
出する。

第１図ＣＢ）は、振動伝達板８の構造を示している。

本実施例では、振動伝達板８の３つの角部の表面あるい
は裏面に振動センサ６を設けるが、その場合、円筒状の
振動センサ６の検出端面ば、振動伝達板８の角部の所定
位置に振動伝達板８本体と一体形成された突起１０１の
先端に圧接される。

突起１０１は、振動伝達板８上の所定の検出位置（本実
施例では角部の３点）に設けられ、その形状は先端が尖
った円錐形となっている。

第１図（Ｃ）は突起ｌＯ１に対して振動センサ６を圧接
するための構造を示している。

第１図（Ｃ）において符号１１１は、入力タブレットの
フレームなどに固定されたＬ型うグである。ラグ１１１
の振動伝達板８上に延びる水平な腕には振動センサ６を
支持するための透孔１１３を有しているが、この透孔１
１３は入力タブレットのフレームに対して所定位置に位
置決めされた振動伝達板の突起１０１の直上の位置に設
けられている。

Ｌ型のラグ１１１の水平な腕上にはさらにＬ型の支持部
材１１４が設けられている。振動センサ６はラグ１１１
の透孔１１３に貫通し、振動センサ６の後端面と支持部
材１１４の間にはバネ１１２が弾装され、このバネ１１
２の付勢力により振動センサ６は振動伝達板８の突起１
０１に圧接される。

再び第１図（Ａ）において、振動伝達板８は振動ベン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
ベン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、検出さ九た振動ベン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、振動ベン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
うに振動ベ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、振動ベ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
ベン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ベン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図は振動ベン３の構造を示している。振動ベン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。

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、振動ベン３の振動
伝達板８上での座標位置を検出する。

検出された振動ベン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１回路は入力座標情報に基づいてビ
デオ信号処理装置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。

ここでは主に振動ベン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ベン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、そのため検出波形のエンベロープ４２
１と位相４２２の関係は振動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、振動ベン３お
よび振動センサ６の間の距ｇＩｄはその振動伝達時間を
ｔｇとしてｄ＝Ｖｇ１１ｔ　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
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
サと振動ベンの距離ｄ＝ｎ＊入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）式から上記の整数ｎは ｎ　＝　［（Ｖｇａｔｇ−Ｖｐ−ｔｐ）／λｐ＋／Ｎ　
　ｌ　　＝　　（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とし
、±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（２）式に代入することで
、振動ベン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。ｔｔｔ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信号と、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、前記のようにカウンタ１３は振動ベン
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ベン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ｄ１〜ｄ３を求
めることができる。

さらに演算制御回路ｌでこの直線距離ｄ１〜ｄ３に基づ
き振動ベン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　　＋　（ｄｉ　　＋　　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ベン３の位置座標をリアルタイム
で検出することができる。

以上の実施例によれば、第１図（Ｂ）、（Ｃ）に示すよ
うな構造により、振動センサ６は第７図のようにあらか
じめ振動伝達板８上の所定位置に一体に構成された突起
１０１の尖った先端部に圧接される。したがって、振動
センサ６と振動伝達板８はほぼ１点で接触することにな
り、従来構造のように振動センサ６の直径に起因する検
出誤差を生じることがない。

また、突起１０１の位置は振動伝達板８に対してあらか
じめ所定の位置に設定されているから、第７図のように
振動センサの端面が不均一であっても振動入力点Ａと振
動検出点である突起１０１の先端と振動センサ６の接触
点りの距ＭＥは一義的に定まる。したがって、振動セン
サ６が突起１０１から完全に外れてしまわない限り、振
動センサ６の取り付は位置のずれや、第８図に示すよう
な振動センサ６の傾斜などにより振動センサ６と振動伝
達板８の結合位置がずれることがない、このため、座標
検出誤差のバラツキを小さく抑えるとともに、振動セン
サ６の位置ずれによる検出誤差低下が発生する可能性を
小さくできる。

以上では、振動伝達板８の表面に円錐状の突起１０１を
一体形成し、これに振動センサ６を当接させる構成を示
したが、突起１０１の形状はこれに限定されることなく
種々考えることができる。

第９図の構成では、円錐状の突起１０１は振動伝達板８
の表面を符号１３１のように切り欠くことにより形成さ
れる。このような構成によっても、上記と同様の効果を
得ることができる。

第９図のように振動伝達板８の表面を切削することによ
り突起１０１を形成する場合には切り欠き部１３１を第
１Ｏ図に示すように浅く、広い摺鉢状に形成するように
してもよい、第１図（Ｂ）、第９図のように突起１０１
の形成により振動伝達板８の表面に段差が形成される場
合には、その部分で弾性波の反射が生じ、座標検出に悪
影響を及ぼすことが考えられるが、第１Ｏ図のような構
造によれば、反射波の発生をほとんど抑えることができ
良好な座標検出特性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、振動ベンか
ら振動伝達板に入力された振動を振動伝達板に設けられ
た複数の振動センサにより検出し、振動入力点の座標を
検出する座標入力装置において、前記振動伝達板に設け
られた突起部に前記振動センサの検出面を接触させ、前
記突起部を介して前記振動センサに振動入力を行なう構
成を採用しているので、振動センサと振動伝達板の結合
面をより小さくし、点に近付けることができるので、座
標検出の原点となる振動伝達板上での振動センサの位置
を正確に設定することができ、座標検出精度をバラツキ
なく高度に保つことが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）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１図ＣＢ）は第１図の装置の振動伝
達板を示した斜視図、８１図（Ｃ）は振動伝達板に対す
る振動センサの取り付は構造を示した斜視図、第２図は
第１図の振動ベ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
振動ベ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、第８図はそれぞれ第１図（Ａ）〜
（Ｃ）の構造における作用を示した説明図、第９図、第
１０図は振動伝達板の異なる構造を示した説明図、第１
１図は従来の振動センサと振動伝達板の結合構造を示し
た斜視図、第１２図、第１３図はそれぞれ従来構造にお
ける作用を示した説明図である。 ｌ・・・演算制御回路　３・・・振動ベン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・・・エンベローフ検出回路 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１０１
突起　　　　１１１・・・ラグ １１２００．バネ　　　１１３・・・透孔１３１・・・
切り欠き 幇 （検出８ｍ） 演算制＠Ｕ３路の７０．７７図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 振動ベンから振動伝達板に入力された振動を振動伝達板
   に設けられた複数の振動センサにより検出し、振動入力
   点の座標を検出する座標入力装置において、前記振動伝
   達板に設けられた突起部に前記振動センサの検出面を接
   触させ、前記突起部を介して前記振動センサに振動入力
   を行なうことを特徴とする座標入力装置。