JPH01214921A - 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
動の縦波成分を振動伝達板に複数設けられたセンサによ
り検出し振動伝達板上での振動の縦波成分の伝達時間に
基づき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デイスプレィ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、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
方式が知られている。こ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課８］ 上記のような超音波振動を利用する方式では、振動伝達
板に伝達される横波成分を利用するものと、縦波成分を
利用するものの両方が知られている。縦波成分を検出す
る方式では、最初にセンサに到達する直接波を検出する
。振動伝達板を直接波成分のみが伝達されるならば、最
初に到達する直接波を利用して精度の高い測定を行なえ
る。しかし、直接波に対して歪みを与えて悪影響を及ぼ
す反射波も伝達されるので、この反射波成分を減少させ
る必要があった。

特に、縦波と同時に生じる横波弾性波は、縦波弾性波よ
り伝播速度は遅いものの、縦波弾性波より検出レベルが
大きいことが多く、また、振動伝達板端面での反射によ
って一部が横波から縦波へモード変換する場合もあり、
前周期の横波弾性波の残響が次の周期の直接波に干渉し
て検出精度を下げるという問題があった。

さらに、直接波検出に関しても、センサから近距離にお
いて振動ペンで入力した場合、縦波弾性波より若干遅れ
て検出される横波弾性波によって干渉を受け、縦波弾性
波の検出波形が歪んで検出精度が下がるという欠点があ
った。

本発明の課題は以上の問題を解決し、精度の高い座標検
出を行なえる座標入力装置を提供することである。

［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
動ペンから入力された振動の縦波成分を振動伝達板に複
数設けられたセンサにより検出し振動伝達板上での振動
の縦波成分の伝達時間に基づき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
動伝達板の外縁部表面ないし裏面の所定位置に振動を吸
収する防振材を設けた構成を採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、振動伝達板の外縁部表面ないし裏
面の所定位置に設けられた振動を吸収する防振材により
振動伝達板の伝達振動のうちレベルが大きく、縦波成分
の検出に悪影響を与える厚み方向の横波成分を効果的に
減衰することができる。

［実施例コ 以下、図面に示す実施例に基づき１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図の情報入出力装置は振動伝達板８
からなる入力タブレ−／　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１
１’に入力画像を表示するものである。

振動ペン３は、圧電素子などからなる振動子４を有し、
この振動子４は振動子駆動回路２により駆動される。

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、振動ペン３から伝達される
振動をその辺部の端縁（側面）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先端のホーン部５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縦
波弾性波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。

座標検出は波形検出回路９による波形処理により、振動
センサ６への振動伝達タイミングを決定し、振動子駆動
回路２による振動ペン駆動からの振動センサ６への振動
の到達までの時間を計測し、振動ペン３および各振動セ
ンサ６との直線距離を得、さらに幾何学的な演算により
入力座標値を検出する。

振動伝達板８周辺部で反射される反射波の影響を防止す
るために、振動伝達板８の周辺にはシリコンゴム、合成
樹脂あるいはそれに無機化合物、金属などの添加物を混
合して所望の音響インピーダンスを付与した防振材７を
設ける。防振材７は接着などの方法により、振動センサ
６の装着領域を除いて振動伝達板８周辺の表面に固定す
る。周辺の防振材７の装着部の断面図を第１図（Ｂ）に
示す。

これによって、振動ペン３から伝達された振動のうち、
特に横波成分が周辺部の防振材７装着部において減衰さ
れ、振動伝達板端面反射での残響が軽減される。

以下に、防振材７の作用につき詳細に説明する。

本実施例では、振動センサ６によってその進行方向、す
なわち振動伝達板８の面にほぼ平行に振動する縦波弾性
波を検出する方式を採用していに対してほぼ垂直な方向
に振動入力が行なわれる。これにより振動伝達板８に垂
直に入力される横波成分の方が大きくなってしまう、振
動ペン３を傾けて入力する場合も相当振動ペン３を傾斜
させないかぎり横波成分の方が大きくなる。

従って、センサ装着条件、駆動周波数、振動伝達板の厚
さによって異なるが、振動伝達板８に入力される弾性波
も伝播方向に垂直に振動する横波の振幅の方が大きく、
この横波成分は、充分減衰させないと検出を目的とする
縦波成分に重畳されて歪みを生じ、振動検出タイミング
に誤差を生じる。

従って、前記のように振動伝達板８の周縁表面に防振材
７を装着することにより、伝播方向に垂直に振動する横
波の振動を効果的に減衰させることができる。

防振材７は振動伝達板８の裏面に装着してもよく、さら
に、第１図（ｃ）のように振動伝達板８の表裏両面に装
着してもよい、これにより、上記の横波成分をより効果
的に減衰させることができる。

一方、縦波成分も振動伝達板８の端縁で反射され、振動
センサ６に入力されて振動検出タイミングに誤差を生じ
るため、この縦波の反射波を減衰させるため、第２図の
ように端縁（側面）に防振材７２を装着し、第１の実施
例の表面の防振材７１の装着と組み合わせた構成として
もよい。

この場合、端縁では、もともと振動媒体としての振動伝
達板８の伝播境界であり、この側面に装着する防振材７
２は、伝達板の振動の防振材への吸収効率を考えると、
できる限り音響インピーダンスが振動伝達板に近いもの
であることが望ましい。一方、表面へ装着する防振材７
１の材質としては、装着境界部Ａによって反射波が生じ
るのを防ぐため、音響インピーダンスができるだけ小さ
く、少なくとも端縁に装着する防振材７２の音響インピ
ーダンスよりも小さいことが望ましい。

また、以上では振動センサ６の装着領域を除いて防振材
を装着したが、防振材の装着方式としては、第３図のよ
うな構造も考えられる。

第３図（Ａ）は振動伝達板８周辺部の断面図、第３図（
Ｂ）は上面図を示す。

本実施例では、振動伝達板８の周辺部の表面（両面でも
片面でもよい）に防振材７．７を装着し、防振材７で挟
まれた振動伝達板８の端縁に振動センサ６を装着する。

上記構成において、振動ペン３から入力された振動の横
波成分は、振動伝達板８の表面に装着された防振材７に
より大きく減衰し、振動センサ６により直接波としてほ
ぼ縦波弾性波のみを検出でき、横波弾性波の影響を軽減
させることができる。

なお、実際板状の振動伝達板を伝播する弾性波は板波と
呼ばれ、これは縦波を主成分とする対称波（Ｓ波）と横
波を主成分とする非対称波（ａ波）にわかれ、純粋な縦
波および横波はほとんど存在しないと考えられる。しか
し、上記構成においては、防振材７表面装着部において
振動減衰効果はＳ波よりａ波に対しての方が大きく、振
動センサ６においてはＳ波は若干減衰するものの休演の
減衰が大きく、大きなレベルで検出される。

第４図にセンサ近傍に防振材７を設けない場合に振動セ
ンサ６により得られる検出波形Ａと、第３図のように振
動センサ６の近傍に防振材７を設ける場合に振動センサ
６で得られる波形Ｂを示す６図示のように、本実施例に
よれば、最初に到着するＳ波成分はほとんど減衰しない
が、ａ波成分は効果的に抑圧されていることがわかる。

従って、従来、特に振動センサ６から近距離で振動ペン
３によって入力した場合、縦波と横波の伝播遅延時間の
差が小さいため縦波検出波が横波と干渉し、検出精度が
低下していたが、第３図の構成によれば、近距離におい
ても高精度な座標検出が可能になる。

以下に、座標検出系の構造につき詳細に示しておく。

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５図は振動ペン３の構造を詳細に示している。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５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、前記のようにこの板波には、主に縦波成分の
対称波であるＳ波と、主に横波成分の非対称波であるａ
波が含まれるが、本実施例では分散の小さいＳ波を用い
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、後述の波形検出処
理により、各センナへの振動到着タイミングを検出する
。この検出タイミング信号は演算制御回路ｌに入力され
る。

演算制御回路ｌは波形検出回路から入力された検出タイ
ミングにより各センサへの振動伝達時間を検出し、さら
にこの振動伝達時間から振動ペン３の振動伝達板８上で
の座標入力位置を検出する。

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ｌＯを介して表示器１１’の出力動作を
制御する。

第６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（Ａ）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
タイミング情報を出力する。これらのタイミング情報は
入力ボート１５にそれぞれ入力される。波形の検出はあ
る一定のしきい値による検出などの方法を用いるが、筆
圧、振動伝達距離などの影響を避けるためこのしきい値
を可変制御してもよい。あるいは波形が安定して検出で
きる他の方法を用いてもよい。

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、ラッチ回路１４内の各振動センサ
６に対応する記憶領域に記憶され、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。このとき、判定回路１６は複数の
振動センサ６からの波形検出のタイミング情報がすべて
入力されたかどうかを判定し、マイクロコンピュータ１
１に報知する０表示器１１°の出力制御処理は入出力ボ
ート１７を介して行なわれる。

たとえば、第７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６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の位置までの直線圧ｆｉｄ
ｌ−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＋　（ｄ　１　＋ｄ２）（ｄ　１−ｄ２）／
２Ｘ・・・（１） ｙ＝Ｙ／２＋　（ｄｌ＋ｄ３）（ｄｉ−ｄ３）／２Ｙ・
・・（２） ここでＸ、ＹはＳ２、Ｓ３の位置の振動センサ６と原点
（位置Ｓｔ）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。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、振動ペンか
ら入力された振動の縦波成分を振動伝達板に複数設けら
れたセンサにより検出し振動伝達板上での振動の縦波成
分の伝達時間に基づき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
の外縁部表面ないし裏面の所定位置に振動を吸収する防
振材を設けた構成を採用しているので、振動伝達板の外
縁部表面ないし裏面の所定位置に設けられた振動を吸収
する防振材により振動伝達板の伝達振動のうちレベルが
大きく、縦波成分の検出に悪影響を与える厚み方向の横
波成分を効果的に減衰することができ、縦波成分の伝達
時間検出に基づく座標検出精度を大きく向上できるとい
う優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明を採用した座標入力装置の構成を
示した説明図、第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）の振動伝達
板周辺部の断面図、第１図（Ｃ）は防振材を振動伝達板
の両面に設けた場合の断面図、第２図は異なる振動伝達
板周辺部の構造を示した断面図、第３図（Ａ）はさらに
異なる振動伝達板周辺部の構造を示した断面図、第３図
（Ｂ）は第３図（Ａ）の構造における上面図、第４図は
本発明における振動波形特性を示した波形図、第５図は
第１図の振動ペンの構造を示した説明図、第６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７図は
振動センサの配置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７．７１．７２・・
・防振材 ８・・・振動伝達板 Ｓ噴部分 Ｏシ５＃ノか 第４ピ±ＪΣ栴午１゛１主１１示し丁こワン（ヒを［配
］第４図 第５図 □（］町鳴ノ針Ｊ噛ｎ苦シ；す）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）振動ペンから入力された振動の縦波成分を振動伝達
   板に複数設けられたセンサにより検出し振動伝達板上で
   の振動の縦波成分の伝達時間に基づき前記振動ペンの振
   動伝達板上での座標を検出する座標入力装置において、
   前記振動伝達板の外縁部表面ないし裏面の所定位置に振
   動を吸収する防振材を設けたことを特徴とする座標入力
   装置。