JPH012128A - 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、特に重ねて配置された手書き
情報入力装置と表示器からなり、入力ペンにより前記手
書き情報入力装置に手書き入力された文字ないし画像を
前記表示器に表示させる情報入出力装置に関するもので
ある。

［従来の技術１ 従来より各種の座標入力装置により構成される手書き情
報入力装置と表示器を重ねて配置し、手書きにより文字
１画像などの情報を入出力し、編集などの処理を加える
装置が提案されている。

この種の装置では、ガラス、プラスチックなどの透明材
料から構成される入力面を有する手書き情報入力装置の
入力面下部に表示器を設け、手書きにより入力面に入力
された入力軌跡の直下に次々にドツト表示などを行なう
ことにより入力された文字、画像などを入力サイズと同
一のサイズで表示させ、入力面を介して視認できるよう
にする。

すなわち、あたかも紙に書き込むように入力された文字
、画像を入力１表示面に発生し、操作者に視認させるこ
とができる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、上記のような装置では、情報入力装置の入力
面は透明であってもある程度の厚みと屈折率を有し、ま
た表示面と入力面の距離はＯではないから、視差や屈折
により正確に入力位置と表爪位置を一致させるのが困難
であった。

つまり、操作者の意図した入力位置と、実際に入力され
る情報にずれが生じることになる。特に、すでに入力さ
れている画像を編集するような用途では、入力位置と表
示位置のずれが大きいと編集、すなわち画像の変更、消
去、追加などはほとんど不可能である。

［問題点を解決するための手段］ 以トの問題点を解決するために、本発明においては、重
ねて配置された手書き情報入力装置と表示器からなり、
入力ペンにより前記手書き情報入力装置に手書き入力さ
れた文字ないし画像′を前記表示器に表示させる情報入
出力装置において、前記入力ペンに設けられ前記表示器
の表示情報を検出する手段と、この検出手段の出力に基
づき前記表示器の表示位置を補正する制御手段を設けた
構成を採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、入力ペンの表示情報検出手段を用
いて入力情報に対応した表示情報の位置を補正すること
ができるので、操作者に対する入力位置、表示位置を確
実に一致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。

振動伝達板８からなる入力タブレットは振動ペン３によ
り手書き文字、画像の入力が可能な手書き情報入力装置
として機能する。まず、この入力部の構成につき説明す
る。

振動伝達板８はアクリル、ガラス板などから構成され、
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。未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′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。

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。

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１７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１６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！Ｍ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。

ここで以上の構４ＴＯ＆における基本動作につき示す。

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４４１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ａ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ｆｌｌｌｄ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
動し− 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＝ｎｅ入ｐ＋Ｖｐ　１１ｔ　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　＝　
［（Ｖｇｌｌｔｇ−ＶｐＨｔｐ）　／　λｐ　＋１　／
Ｎ　］・・・（３） と示される。ここでＮは０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、±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（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３図に示した２つの振動伝達時間ｔｇおよびｔｐの測
定のため、波形検出回路９はたとえば第５図に示すよう
に構成することができる。

ｆ５５図において、振動センサ６の出力信号は前述の増
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クはエンベロープ
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倍信号タイミングと、遅延時間調整回路
５７によって遅延された元信号から検出回路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。

すなわち、Ｔｇ倍信号単安定マルチバイブレータ５５に
より所定幅のパルスに変換される。また、コンパレート
レベル供給回路５６はこのパルスタイミングに応じてｔ
ｐ倍信号検出するためのしきい値を形成する。この結果
、コンパレートレベル供給回路５６はｔ５３図の符号４
４のようなレベルとタイミングを有する信号４４を形成
し、検出回路５７に入力する。

すなわち、単安定マルチバイブレータ５５およびコンパ
レータレベル供給回路５６は位相遅延時間の測定がエン
ベロープピーク検出後の一定時間のみしか作動しないよ
うにするためのものである。

この信号はコンパレータなどから構成された検出回路５
８に入力され、第４図のように遅延された検出波形と比
較され、この結果符号４５のようなｔｐ検出パルスが形
成される。

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”ｒｐｌ−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２ｔＦ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でこの直線用１１１ｄｌ〜ｄ３に
ノ＾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＋（ｄＤｄ２）　（ｄｉ−ｄ２）／２Ｘ　　
　　　　　−（４）ｙ＝Ｙ／２◆（ｄｉ＋ｄ３）　（ｄ
ｉ−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
３１）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。また、上記のような入力処理
を短い時間で繰り返し、表示器１１′上の入力された座
標点に対応する位置にドツト表示を次々に行なうことに
より、振動ペン３によって入力された手書きの文字、画
像などの情報を原寸で表示することができる。

従来例の項で述べたように、このような用途では、操作
者が意図した表示器１１′上の位置に正確に表示が行な
われないと、正確な画像の入力、編集が不可能である。

ところが、前述のように、表示器１１′と振動伝達板８
の距離、振動伝達板８の屈折率などにより、操作者の観
察点では入力位置と表示位置のずれが生じる。つまり、
表示器１１′上の座標入力点と同じ座標位置にドツト表
示を行なっても、操作者の目の位置ではそれらはずれて
知覚される。

この問題を解消するための構成を以下にいくつか示す。

第７図の構成は、表示位置を補正する制御量を操作者が
入力設定できるようにしたものである。

設定された制御量はそれ以後設定手段に保持（記憶）さ
れる。

第７図において符号７２．７３で示されているものは、
操作者が表示位置を制御するための制御量を入力設定す
るボリューム（可変抵抗器）で、このボリューム７２．
７３の一端はともに抵抗Ｒを介して電源電圧Ｖｃｃに接
続され、他端は接地されている。ボリューム７２．７３
の端子電圧はそれぞれＡ／Ｄ変換器７４．７４によりデ
ジタル値に変換され、演算制御回路１に入力される。

ポリ・ニーム７２．７３の操作軸は、入力タブレットや
、演算制御回路１が収納された本体部などの所定位置に
露出させてあり、操作者が回転させて抵抗値を調節でき
るようにしである。ボリューム７２．７３の端子電圧は
この操作量に応じて変化し、Ａ／Ｄ変換器７４を介して
演算制御回路１に認識される。

演算制御回路ｌはボリューム７２．７３の端子電圧をそ
れぞれ表示器１１′上の表示位置のＸ方向およびＸ方向
の補正量として認識する。すなわち、ボリューム７２．
７３の端子電圧を、符号７１で示すように表示ドツトの
位置をｘ、Ｘ方向に補正するための制御量として認識し
、デイスプレィ制御部１０に入力された制御量を与え、
ドツト表示をそれぞれＸ、Ｘ方向に移動させる。この処
理は表示座標値の加減算により座標を平行移動すること
により容易に行なえる。

このような構成において、操作者が振動ペン３によりド
ツト（あるいは線など）を入力し、振動ペン３の先端を
入力位置に固定したままボリューム７２．７３を回転さ
せると、演算制御回路ｌがデイスプレィ制御部１０を介
して表示ドツトをＸおよびＸ方向に移動させる。ボリュ
ームの回転が停止ヒされると、演算制御回路１は表示ド
ツトの位置をボリュームにより設定される制御量に対応
した補正位置に停止ヒさせる。

したがって、操作者は入力したドツトが振動ペン３の先
端に合うようにボリューム７２．７３を調整することに
より、自分の観察点から見た入力位置と表示位置を合致
するように制御することができる。

設定された補正制御量はボリューム７２．７３の回転軸
の位置として保持されるので、装置の電源を遮断しても
次に電源を投入して処理を開始しても同一の制ｕ４量を
演算制御回路１に与えることができる。したがって操作
者の操作位置がかわらなければ、１度調整を行なった後
表示位置は所定の補正位置に制御される。

以上では、ボリュームにより表示器２の補正制御量を入
力、設定するようにしているが、Ａ／Ｄ変換器を必要と
するので構成が比較的複雑である。そこで第８図に示す
ようにｘ、Ｘ方向の表示位置の補正制御量をそれぞれ入
力するＤＩＰスイッチ８１．８２を設け、演算制御回路
ｌに直接デジタル値の制御量を与えるようにしてもよい
。

ＤＩＰスイッチ８１．８２の素子数は、必要とされる補
正解像度に応じたビット数とする。

このような構成によれば、より簡単な構造により表示位
置の補正制御量を入力、設定できる。

第７図、第８図のような構成では、操作者の姿勢が変化
したり、あるいは肉体的条件が異なる操作者が装置を用
いるような場合には再度ボリューム７２．７３を回転さ
せ７ＪＪｔ！ｆＪを繰り返さなければならない。

そこで、第９図のように、第８図のＤＩＰスイッチ８１
．８２に設定されるようにデジタル制ｇｇ量を記憶した
ＥＦＲＯＭなどを搭載したＩＣカード（あるいは調整基
板など）９１を設け、これに操作者の違い、あるいは同
一操作者の姿勢の違いなどに応じた表示位置の補正制御
量を記憶させておき、カード９１を差し替えることによ
り補正制御量を変更する方法が考えられる。

ＩＣカード９１の制御量は入出力ボート９２を介して演
算制御回路１に入力され、メモリ９４などにロードされ
、デイスプレィ制御部１０の制御に用いられる。メモリ
９そを不揮発メモリ（ＥＥ’ＦＲＯＭ）などから構成す
れば、以後ＩＣカード９１を用いなくても同じ補正制御
量を用いることができる。

このような構成によれば、操作者、あるいは操作者の姿
勢が変化してもＩＣカードを差し替えるだけで容易に表
示位置の補正制御が可能になる。

第７図から第８図の構成はなんらかの調整作業が必要で
ある。この点に鑑み、入力位置と表示位置の調整作業を
容易にするため第１０図から第１３図に示すような構造
が考えられる。

第１０図は以下の実施例での調節操作を説明するもので
ある。

この実施例では、まず表示器１１”上の１点に表示を行
ない、次に操作者にその表示点に座標入力を行なうよう
に要求する。

補正前において操作者の観察点では、入力位置と表示位
置のずれがあるので、たとえば符号３′のような位置に
座標入力を行なうはずである。

したがって、この入力点の座標を取り込み、そのＸ座標
およびＸ座標と最初に表示した表示点のｘ、Ｘ座標との
差を求めることにより表示座標の補正値を求めることが
できる。以後束められた補正値に基づき、表示位置の補
正を行なうことにより操作者に対して入力位置と表示位
置を合致させることができる。

このような補正処理をより正確に行なうための構成とし
て、第１１図から第１３図に示すような構造が考えられ
る。

第１１図は振動ペン３の構造を示している。第１１図に
おいて符号１１１はペン軸であり、このペン軸内部には
リング状に形成された振動子１１２が設けられており、
振動子１１２の振動はガラスなどの光透過性を有するホ
ーン部１１４を介して振動伝達板８に伝達できるように
しである。振動子１１２の振動モードは前述の実施例と
同様に選択する。

さらにリング状の振動子１１２の中央部にはホーン部１
１４を介して伝達される光を検出できるようにフォトダ
イオードなどの光センサ１１３が設けである。

第１１図のような構造を有する振動ペン３を実際に使用
する場合、はとんどの操作者は第１２図のような角度で
振動ペン３を傾斜させて振動伝達板８に接触させる。

表示器１１′に液晶表示器のような反射型の素子を用い
る場合、室内の照明光源などから発した光は図示のよう
な経路で表示器１１′の反射面で反射され、ペン軸１１
１の中心軸に一致させて設けられた光センサ１１３に達
する。ただし、ここでは光軸を振動伝達板８における屈
折を無視して図示しである。

もし、符号１２１で示すようにピットが表示されていれ
ば、光センサ１１３に入力される光の強度により表示の
有無を検出することができる。

このように表示ドツトを光センサ１１により検出してい
る際に振動子１１２を駆動し、振動伝達板８に入力され
る振動を前述のように処理して入力座標値を得る。そし
てあらかじめわかっている表示点の座標との差を求める
ことにより表示位置の補正制御量を求めることができる
。

この方法では、操作者は小さな表示ドツトを振動ペン３
で指すように要求されるので、誤差が太きくなったり、
操作が困難になるかも知れない。

そこで次に示すような方法が考えられる。

たとえば、第１３図に符号１３１で示すように、表示器
１１′にＸ軸と平行な直線（ｙ＝ｎ）を表示し、この直
線と交差するように振動ペン３で線の入力を行なわせる
。

この線の入力中、光センサ１１３の出力を監視し１表示
された直線１３１をセンサ１１３が検出したときの入力
座標のうちｙ座標と直線１３１のｙの値ｎとの差がＸ方
向の補正制御量となる。

同様にｘ＝ｎの直線を表示させ、これと交差するように
振動ペン３により入力を行なわせ、同様の処理を行なう
ことにより、Ｘ方向の補正量を得ることができる。

以上では反射型の表示器を例示したが、ＥＬ。

ＣＲＴなど発光型の表示器でも第１Ｏ図〜第１３図と同
様の構成を用いることができる。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、重ねて配置
された手書き情報入力装置と表示器からなり、入力ペン
により前記手書き情報入力装置に手書き入力された文字
ないし画像を前記表示器に表示させる情報入出力装置に
おいて、前記入力ペンに設けられ前記表示器の表示情報
を検出する手段と、この検出手段の出力に基づき前記表
示器の表示位置を補正する制御手段を設けた構成を採用
しているので、入力ペンの表示情報検出手段を用いて入
力情報に対応した表示情報の位置を補正することができ
るので、操作者に対する入力位置、表示位置を確実に一
致させることができ、装置の操作性を向上できるという
債れた効果がある。

【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ｆｌ
ｌｌ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９
図は入力位Ｊと表示位置を補正するためのそれぞれ異な
る構成を示した説明図、第１０図から第１３図は入力位
置と表示位置の補正のためのさらに異なる構成を説明す
るもので、第１０図は操作手順を示した説明図、第１１
図は振動ペンの構造を示した説明図、第１２図は補正制
御量の検出を示した説明図、第１３図は異なる補正制御
量の検出を示した説明図である。 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・・・入力ボー
ト ５２・・・エンベロープ検出回路 ５４．５８・・・信号検出回路 ７２．７３・・・ボリューム ８１．８２・・・ＤＩＰスイッチ ９１・・・ＩＣカード １１２・・・振動子　　　１１３・・・光センサ第４図 第８図 ネ自’ｉｌＥ梼円＠部の説日月膠］ 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重ねて配置された手書き情報入力装置と表示器からなり
   、入力ペンにより前記手書き情報入力装置に手書き入力
   された文字ないし画像を前記表示器に表示させる情報入
   出力装置において、前記入力ペンに設けられ前記表示器
   の表示情報を検出する手段と、この検出手段の出力に基
   づき前記表示器の表示位置を補正する制御手段を設けた
   ことを特徴とする情報入出力装置。