JPH01219922A - 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１ 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、振動ペンより入力された振動伝達板を伝播す
る縦波弾性波を圧電素子などによる振動センサで検出し
、振動伝達板上での振動伝達時間を測定することによっ
て前記振動ペンの入力座標を検出する座標入力方式が提
案されている。

この縦波弾性波を座標検出に利用する方式においては、
他の横波成分などに比して遅延が小さく最初にセンサに
到達する縦波を検出するため、振動伝達板端面での反射
波の影響を受けにくいという特徴がある。

［発明が解決しようとする課題］ ここで、第７図に振動ペンの周期でで振動伝達板に入力
される駆動パルスＳと、振動伝達板の所定位置に設けた
振動センサの出力波形を示す０図において符号Ａは直接
センサに到達した縦波弾性波の検出波形、Ｂは振動伝達
板の端部の反射により生じる残響成分による検出波形で
ある。

座標演算は駆動パルスＳごとに行なわれる、すなわちこ
のパルスＳの周期τが座標のサンプリング周期に相当す
る０手書きの文字などを入力する場合、速い筆記速度に
対応するため座標サンプリング速度を増大させる場合に
は、振動ペンの駆動パルスＳの周期を短くすることにな
るが１周期τを短くするにつれて前周期の反射波の残響
が次の周期の直接波に干渉して検出波を歪ませ、検出精
度を下げるという問題があった。

特に、反射波形Ｂは、例えばガラスなどの振動伝達板の
場合減衰率は小さいため、何回も端面での反射を繰り返
し、次の駆動周期に影響を及ぼす度合が大きい、これを
避けるため、繰り返し駆動周期を長くするという方法も
考えられるが、サンプリング回数が減少し、手書きで文
字、図形などを入力する場合に不都合が生じる。上記の
残響は振動伝達板の減衰率が大きいほど小さくなるが、
振動伝達板の減衰率を大きくすると、座標検出に利用す
る直接波の減衰も小さくなってしまうという問題がある
。

本発明の課題は以上の問題を解決し、振動伝達効率を低
下させることなく５反射波の影響を低減し正確な座標検
出を行なえるようにすることである。

［課題を解決するための手段］ 以上の課題を解決するために、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
伝達板の所定辺部の端縁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、振動伝達板の辺部の防振材により
座標検出に悪影響を与える縦波成分の反射により生じる
残響を効果的に減少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座標入力装置の構造を示して
いる。第１図の座標入力装置は、ドツトマトリクス方式
などの表示方式を有するデイスプレィ１１’とともに文
字、図形、画像などの情報入出力装置を構成する。

図において符号８で示されたものはアクリル、ガラス板
などから成る振動伝達板で、振動ペン３から伝達゛され
る振動の縦波成分をその辺部の端縁（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から振動伝達板８を介して振
動センサ６に伝達された縦波弾性波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には、振動ペン３かも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
、第１図のように振動伝達板８のセンサの装着されてい
ない一辺の端縁（＃面）に、合成樹脂などで構成された
防振材７が装着されている。

振動ペン３から伝達された振動は周辺部で反射を繰り返
すうちに必ず防振材装着部に到達し、防振材７により振
動は吸収減衰され、全体としての残響を減少させること
ができる。防振材７の作用については後述する。

以下に、座標検出系の構造につき詳細に示す。

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、この板波には、主に縦波成分の対称波と、主
に横波成分の非対称波が含まれるが、本実施例では分散
の小さい対称波を座標検出に用いる。

再び、第１図において、振動伝達板８の辺部の端縁に設
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、各センサ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デイ
スプレィ駆動回路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ｌｌ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力ボ
ート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ｌ
ｌ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４図のように３つの振動センサ６を符号Ｓ
１からＳ３の位置に配置すると、第３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ｄ１〜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ｆｉｄｌ−
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）（ｄｌ−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５１）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。振動伝達板の辺部に振動セン
サ６を装着した場合でも同様の演算により座標値を得る
ことができる。

次に第１図の防振材７の作用につき詳細に説明する。

第５図は第１図において振動伝達板８の構成のみを示し
たもので、図示のように振動センサ６が装着されていな
い一辺に防振材７を装着する場合、振動ペン３から入力
された振動は、同心円を描く球面波として広がり、伝達
される。

第５図の符号Ａ、Ｂはそれぞれ直接波と反射波の振動伝
達経路を示している０図から明らかなように、反射波Ｂ
は振動伝達板の辺部の端面で反射を繰り返すうちに必ず
防振材７を装着した辺に達し、そこで振動は吸収されて
減衰する。

本実施例では縦波弾性波を検出するので、第１到達波あ
るいはそれに準する部分を検出するため、直接波は必ず
最初に振動センサ６に入力される。また、縦波弾性波は
、振動が伝達方向に平行であるため、防振材７を図示の
ように振動伝達板の端部側面に装着することにより、効
果的に振動を吸収減衰できる。

防振材７は振動伝達板の全ての辺に装着する必要はなく
、上記のように、任意の一辺の任意の部分に防振材を装
着すれば残響を軽減することができる。

以上のように残響成分を抑圧することにより、振動ペン
３からの振動入力周期を短くシ、座標サンプリング回数
を増やすことができるため、手書きの文字などを入力す
る場合でも速い筆記速度に容易に対応できる。また、振
動伝達板８の減衰度゛を大きくする必要がなく、小さな
振動エネルギーで効率よく振動伝達を行なえ、大きな入
力面を振動伝達板８に設定できる。

また、第６図に示すように振動センサ６を振動伝達板８
の角部を斜めに切りとった面に装着する場合には、各振
動センサ６の間の辺部の複数箇所に装着してもよい、こ
の場合には最初に各辺部に到達する弾性波の反射が防振
材７により低減される。

以上では、防振材７を振動伝達板８の端縁に設け、主と
して縦波弾性波の反射を防止するようにしたが、防振材
７の表ないし裏面に防振材７を装着し、進行方向に交差
する方向に振動する横波弾性波の反射を減衰させてもよ
い、これにより、横波弾性波成分の反射波により座標検
出精度が低下するのを防止゛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
の所定辺部の端縁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、振動伝達板の辺部の防振材により
座標検出に悪影響を与える縦波成分の反射により生じる
残響を効果的に減少させることができ、座標検出精度を
向上できるとともに座標サンプリング周期を短縮し座標
検出の応答性を向上させることができる。また、振動伝
達板の減衰率は小さくて済むため、振動伝達効率を低下
させることがなく、座標入力に必要な振動エネルギーを
小さくする、あるいは振動伝達板の入力面を大きくする
ことが可能になるなどの優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用した座標入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図は振動センサの配置状態を示した説明図
、第５図は防振材の作用を示した説明図、第６図は異な
る防振材の装着構造を示した説明図、第７図は従来の座
標検出における問題点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７・・・防振材　　　　
８・・・振動伝達板代理人　　弁理士　加　藤　卓ｊ十
１ １−一！ （篭土８路） 演算制畑口路のアロ１，７図 第３図 巨す田扶スブの（’Ｆ汗’ｒＬ？、し丁こ嚇免ぢハ〔口
第５図

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、
   前記振動伝達板の所定辺部の端縁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。