JPH02125318A - 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、詳しくは充電池を内蔵したコー
ドレスの座標入力ペンと座標入力盤から構成される座標
入力装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、超音波振動を媒体として座標入力を行う方式
がある。

この座標入力方式を採用した装置では、そのタブレット
（ここでは、振動伝達材料）としてガラスや金属等を用
い、そのタブレットの角部の所定位置に複数の振動セン
サを配設しである。

そして、振動子を有した入力ペンでもってタブレットの
所望とする位置を指示することにより、そのペン先から
発生する振動をタブレット上を伝播させる。各々の振動
センサはこの振動を検出することになるが、検出するま
での時間は入力ベンと各々の振動センサとの距離によっ
て異なる。換言すれば、各振動センサで検出されるまで
の振動伝達時間を測定することにより、各々の振動セン
サから入力ペンによる指示箇所までの距離が求められ、
ひいては入力ペンの指示箇所の座標位置を求めることが
可能となる。

［発明が解決しようとする課題〕 ところで、入力ペンを電気的に作動させ、そのベンタッ
チ位置を検出する装置の場合、何らかの手段でその入力
ペンに電源を供給することが必要になる。

通常、装置本体と入力ペンとは専用ケーブルで接続され
て、必要な電源の供給や各種信号の授受はこのケーブル
を介して行われている。

ところが、これではケーブルが手にまとわりつく等の操
作性向上の障害は避けられないという問題がある。

従って、電池を内蔵したコードレスの入力ペンでもって
座標入力操作をすることが考えられるが、電池消耗の場
合は、例えばキャップを外し、内部の電池を取り出し、
再びそのキャップを閉めるという面倒な作業が付いてま
わることになる。

本発明はかかる課題に鑑みなされたものであり、充電池
の交換を実質的に不要にした座標入力装置を提供しよう
とするものである。

［課題を解決するための手段］ この課題を解決する本発明の座標入力装置は以下に示す
構成を備える。

すなわち、 充電池を内蔵したコードレスの座標入力ベンと座標入力
盤から構成される座標入力装置であって、前記座標入力
ペンの外部に設けられた前記充電池に充電電力を供給さ
せるための一対の充電端子と、前記座標入力盤上の座標
入力領域外の所定位置設けられ、前記入力ペンを保持す
る保持手段と、該保持手段で前記入力ペンを保持してい
るとき、前記充電端子に充電電力を供給する電力供給手
段とを備える。

［作用］ かかる本発明の構成において、入力ペンを保持手段で保
持している間は、電力供給手段でもって充電端子を介し
て電力を供給し、充電池を充電するものである。

［実施例］ 以下、添付図面に従って本発明に係る実施例を詳細に説
明する。

く構成概略の説明（第１図）〉 第１図に実施例における座標入力装置のブロック構成図
を示す。

図中、１は座標位置を指示するコードレスの入力ペンで
あり、その詳細は後述するが、所定周期（例えば５ｍｓ
周期毎）に座標入力開始に係るスタート信号（光）を窓
部２４を介して放射すると共に、その信号照射に同期し
てペン先を振動（振動子を備えている）させるものであ
る。２は透明なガラス（プラスチックでも構わない）で
構成され、入力ペン１より発生した振動を伝播させる振
動伝達板であり、所謂、座標入力領域をなすものである
。振動伝達板２の三隅には３ａ〜３Ｃで示すピエゾ素子
等からなる振動センサが固定されており、先の入力ペン
ｌから発生した振動はこれら振動センサ３ａ〜３Ｃで検
出させる。４は人力ベン１から伝達された振動が、振動
伝達板２の周辺部で反射され、その中央部の方向に戻る
のを防止するためのシリコンゴムなどから構成される反
射防止材である。５はＣＲＴやＬＣＤパネルなどからな
るデイスプレィであって、振動伝達板２の背後に位置し
ている。換言すれば、振動伝達板２はデイスプレィ５の
前面に位置するので、その表示内容は振動伝達板８を介
して読み取ることができる。６はデイスプレィ５の表示
駆動を制御するデイスプレィ駆動回路であり、後述する
演算制御回路１ｏの指示の基に、点や線等の所定画像を
表示させるものである。このため、例えば、デイスプレ
ィ５に入力ペン３で入力した画像や文字などをそのまま
のサイズで、しかもリアルタイムで表示することにより
、あたかも紙に書き込みを行っているが如く、その筆跡
を表示することが可能となる。尚、その他にも、デイス
プレィ５にキーボードのキー配列面を表示して、入力ペ
ン３により指示するなど、種々の利用が可能になってい
る。

７は信号波形検出回路であり、振動センサ３ａ〜３Ｃで
検出された振動に対する信号を検出し、演算制御回路１
１に対応するパルス信号を出力する。

また、８はスタート信号検出回路であり、受光部９から
出力されてきた入力ペン１より放射された光に対する電
気信号を所定のパルス信号に変換して演算制御回路１１
に出力するものである。

く入力ペンの説明（第２図、第３図）〉実施例における
入力ペンの構造（断面図）の−例を第２図に示し、以下
に各構成要素を説明する、基本的には、この入力ペン１
には振動発生に必要な全ての部材を内蔵している。

入力ペン１は振動子２１、そして座標入力な行い且つ振
動をその先端にまで伝達させるホーン２０（所謂、ペン
先をなしでいる）をはじめ、以下に示す構成を備えてい
る。

２２はスタート信号発生回路であり、実施例では５ｍｓ
周期毎に数個のパルス信号を発生し、ＬＥＤ２３を点灯
させるものである。このＬＥＤ２３からの光が透明部材
よりなる窓部２４を介して外部の放出され、装置本体側
の受光部９で受光されることになる。２５はスタート信
号発生回路２２から発生する信号に同期して、振動子２
１を駆動する駆動回路である。これによって、光の放出
と振動子２１の振動の同期、すなわち、装置本体側にと
っては、入力ペン１による振動開始の時期を検出するこ
とが可能となる。

２６は充電池であって、その出力端子は前述したスター
ト信号発生回路２２等へ供給されており、充電端子２７
．２８が入力ペンｌの尾栓部に設けられている。すなわ
ち、入力ペン１に内蔵した充電値を取り出し、別の充電
済み電池を装填させるのではなく、尾栓部の充電端子２
７．２８に充電電圧を印加することで、充電池２６を充
電しようとするものである。

具体的には、第３図に示す様なペンスタンド３０が装置
本体上（振動伝達板２以外であればどこでも良い）に設
けられている。尚、図示の場合もその断面図を示してい
る。

ペンスタンド３０内の底部には、入力ペンの尾栓部の充
電端子２７．２８と係合する充電供給端子３１．３２が
設けられていて、入力ペン１の尾栓部を図示の矢印方向
からペンスタンド３０に挿入することで、充電端子２７
．２８と充電供給端子３１．３２が夫々電気的に接続さ
れる。ここで、充電供給端子３１．３２には装置本体よ
り充電電圧が印加されていることは言うまでもない。

この様に、入力ベン１をベンスタンド３０に差し込むだ
けで、充電がなされることになり、実質的に入力ベンｌ
の充電池の交換は不要になる。

また、説明が前後するが、振動子２１の振動周波数は振
動伝達板２に板波を発生させることができる値に選択さ
れている。板波は、平面波等に比して振動伝達板２の表
面の傷、障害物等の影響を受けにくいという利点を有す
る。

また、振動子駆動の際、振動伝達板２に対して第２図の
垂直方向に振動比２１が主に振動するような振動モード
が選択されている。また、振動子２１の振動周波数を振
動子２１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。

く演算制御回路の説明（第４図）〉 第４図に実施例における演算制御回路１１の内部構成を
示し、各構成要素及びその動作概要を以下に説明する。

図中、４１は演算制御回路１１及び本座標入力装置全体
を制御するマイクロコンピュータである。４３は不図示
の基準クロックを計時するタイマであって、スタート信
号検出回路８からの信号（入力ベンの振動開始を示す光
を受信したことを示す信号）を受信することにより、そ
の計時を開始する。

すなわち、これによって、計時開始と振動発生の時期の
同期が取られることになる。

その地番構成要素となる回路は順を追って説明する。

信号波形検出回路７を介して得られた各振動センサ３ａ
〜３Ｃの検出信号は検出信号入力ボート４５を介して、
ラッチ回路４４ａ〜４４ｃに入力される。ラッチ回路４
４ａ〜４４ｃは振動センサ３ａ〜３ｃに対応しており、
各々は対応する振動センサからの検出信号を入力ボート
４５を介して受信すると、その時点でのタイマ４３の計
時値をラッチする。そして、全ての検出信号の受信がな
されたことを判定回路４６が判定すると、マイクロコン
ピュータ４１にその旨の信号を出力する。

マイクロコンピュータ４１が判定回路４６からこの信号
を受信したときには、ラッチ回路４４ａ〜４４ｃから各
々の振動センサまでの振動到達時間を読み取り、所定の
計算を経て、入力ベン１による振動伝達板２上の座標位
置を算出する。そして、Ｉ１０ボート４７を介してデイ
スプレィ駆動回路６に算出した座標位置情報を出力する
ことにより、例えばデイスプレィの対応する位置にドツ
ト等を表示する。

く振動伝播時間検出の説明（第５図、第６図）〉以下、
振動センサまでの振動到達時間の計測の原理を説明する
。

第５図は信号波形検出回路７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ための
図である。尚、以下では、振動センサ３ａを用いて説明
するが、その他の振動センサ３ｂ、３ｃについても全く
同じである。

振動センサ３ａへの振動伝達時間の計測は、入力ベン１
からの光信号受信により開始することは既に説明した。

このとき、入力ベン１内の駆動回路２５からは図示の振
動駆動信号５１が振動子２１に印加されている。

この信号により駆動された振動ベン１から振動伝達板２
に伝達された超音波振動は、振動センサ３ａまでの距離
に応じた時間ｔ、をかけて進行した後、振動センサ３ａ
で検出される。

図示の５２で示す信号は振動センサ３ａが検出した信号
波形を示している。

ところで、実施例で用いられてい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５２１と位相５２２の関係は振動
伝達中に、その伝達距離に応じて変化する。

ここで、エンベロープ５２１の進む速度、すなわち、群
速度をＶｇ、そして位相５２２の位相速度なＶｐとする
。この群速度Ｖｇおよび位相速度Ｖｐの違いから入力ペ
ン３と振動センサ３ａ間の距離を検出することができる
。

まず、エンベロープ５２１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
を図示の５３で示す信号のように検出すると、入力ペン
ｌおよび振動センサ３ａの間の距離ｄはその振動伝達時
間をｔｇとしてｄ　＝　Ｖ　ｇ　−ｔ　ｇ　　　　　　
　−・・■この式は振動センサ３ａ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３ｂ、３
ｃと振動ペン３の距離も同様の原理で表わされる。

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う。

位相波形信号４２２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＝ｎ　・　λｐ”ｖｐ’ｔｐ　　　・・・■となる。

ここでλｐは弾性波の波長、ｎは整数である。

前記、■式と０式から上記の整数ｎは ｎ＝　［（Ｖｇ−ｔｇ−Ｖｐ−ｔｐ）／λｐ＋１／Ｎ］
　　　　　　　　−・・■ と表される。

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０式に代入することで、入力ペン１および振動センサ
３ａ間の距離、ひいては入力ペン１と振動センサ３ｂ、
３ｃ間の距離を正確に測定することができる。

上述した２つの振動伝達時間ｔｇおよびｔｐの測定のた
めの信号５３及び５５は波形検出回路９により行われる
が、この波形検出回路９は第６図に示すように構成され
る。

第６図において、振動センサ３ａの出力信号は前置増幅
回路６１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６２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６３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Ｔｇ信号検出回
路６４によって所定波形のエンベロープ遅延時間検出信
号である信号Ｔｇ（信号５３）が形成され、演算制御回
路１１に入力される。

また、この信号Ｔｇは単安定マルチバイブレータ６５．
コンパレートレベル供給項内６６を経て、遅延時間調整
回路５７によって遅延された元信号と比較するため、コ
ンパレータＴｐ検出回路６８に供給される。そして、こ
のコンパレータＴｐ検出回路６８からは位相遅延時間信
号Ｔｐが演算制御回路１１に供給されることになる。

尚、以上説明した回路は振動センサ３ａに対するもので
あり、他の振動センサ３ｂ、３ｃにも同じ回路が設けら
れる。

そこで、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１１に入力され
る。

そして、演算制御回路１１では上記のＴｇｌ〜ｈ、’ｒ
ｐｔＮｈ信号を入力ボート４５から入力し、各々のタイ
ミングなトリガとしてタイマ４３の計時値（カウント値
）をラッチ回路４４ａ〜４４Ｃに取り込む。タイマ４３
は入力ペンの駆動に同期してスタートされているので、
ラッチ回路４４〜４４ｃには、各振動センサ３ａ〜３Ｃ
のエンベロープおよび位相のそれぞれの遅延時間を示す
データがラッチされることになる。

く座標位置算出の説明（第７図）〉 次に実際に入力ペン１による振動伝達板２上の座標位置
検出の原理を説明する。

今、振動伝達板２上の振動センサ３ａの座標をＳ、（０
，０）、すなわち、原点とし、振動センサ３ｂ、３ｃの
座標位置を５ｂ（Ｘ、０）、　５ｃ（０，Ｙ）とする。

そして、入力ペンの座標Ｐ（ｘ、ｙ）とする。

そして、先に説明した原理に基づいて、入力ペン１と各
振動センサ３ａ〜３Ｃまでの距離を夫々ｄ、〜ｄゎとす
ると、求めるＰ（ｘ、ｙ）は三平方の定理より、次式の
如くなる。

ここで、“Ｘ”及び“Ｙ”は振動センサ３ａからの振動
センサ３ｂ、３ｃの横及び縦方向の距離である。

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ことになる。

く他の実施例の説明（第８図）〉 上述した実施例における入力ペン１とペンスタンド３０
に限定されるものではない。

例えば第８図（ａ）に示す様に、充電端子８１．８２を
ペン８１の側面に円周状に持たせる。

そして、入力ペン８１の尾栓部を最後まで差し込んだと
き、その充電端子８１．８２に各々の極性の充電電圧を
印加する充電供給端子８４．８５をペンスタンド８３内
の所定位置に設ける。

尚、上述した例では、入力ペン尚の充電池を充電すると
きには、−旦、ペン先と接栓部を逆さにする操作が必要
になる。そこで、入力ペンとペンスタンドの構造を第８
図（ｂ）に示す様にすることも考えられる。

因に、８６は入力ペン、８７及び８８は入力ペン８６の
充電端子、８９はペンスタンド、９０及び９１は充電供
給端子である。

以上、説明した様に実施例によれば、入力ペンを装置本
体のペンスタンドに差し込むだけで、入力ペン内部の充
電池が充電されることになる。従って、ペン内部の充電
池を交換する必要がなくなる。

尚、実施例では、座標入力方式を入力ペンから発生する
振動の伝達時間を計測することで、その入力ペンの位置
を検出する場合を説明したが、他の座標入力方式であっ
ても全く構わない、要は、座標入力に係るコードレスの
入力ペンがその動作電源を要するものであれば良いから
である。

［発明の効果］ 以上、説明した様に本発明によれば、入力ペンを装置本
体の保持手段に保持させるだけで、入力ペンが充電され
るので、面倒な電池交換作業から開放されることになる
ゆ

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例における座標入力装置のブロック構成図
、 第２図は実施例における入力ペンの構造を示す図、 第３図は実施例におけるペンスタンドの断面構成図、 第４図は実施例における演算制御回路１１の構成を示す
図、 第５図は入力ペンから振動センサまでの距離検出の説明
のためのタイミングチャート、第６図は実施例における
信号波形検出回路の構成の一部を示す図、 第７図は座標位置算出を説明するための図、第８図（ａ
）、（ｂ）は他の実施例におけるペンスタンドと入力ペ
ンの構造を示す図である。 図中、ｌ・・・入力ペン、１ａ・・・入力ペンの電源部
、２・・・振動伝達板、３ａ〜３ｃ・・・振動センサ、
４・・・反射防止材、５・・・デイスプレィ、６・・・
デイスプレィ駆動回路、７・・・信号波形検出回路、８
・・・スタート信号検出回路、９・・・受光部、１１・
・・演算制御回路、１９・・・充電ソケット、２０・・
・ホーン部、２１・・・振動子、２２・・・スタート信
号発生回路、２３・−ＬＥＤ、２５・・・駆動回路、２
６・・・充電池、２７及び２８・・・充電端子、３０・
・・ペンスタンド、３１及び３２・・・°充電供給端子
、４１・・・マイクロコンピュータ、４３・・・タイマ
、４４ａ〜４４ｃ・・・ラッチ回路、４５・・・検出信
号入力ボート、４６・・・判定回路、４７・・−Ｉ１０
ボートである。 特許出願人　　キャノン株式会社 （旅ｔβ路） 第４図 第２図 第３図 第６図 ／ ヨ 第ε ３図 （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 充電池を内蔵したコードレスの座標入力ペンと座標入力
   盤から構成される座標入力装置であつて、 前記座標入力ペンの外部に設けられた前記充電池に充電
   電力を供給させるための一対の充電端子と、 前記座標入力盤上の座標入力領域外の所定位置設けられ
   、前記入力ペンを保持する保持手段と、該保持手段で前
   記入力ペンを保持しているとき、前記充電端子に充電電
   力を供給する電力供給手段とを備えることを特徴とする
   座標入力装置。