JPH02133816A - 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
動を振動伝達板に複数設けられたセンサにより検出して
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、弾性波振動を用いて指示点座標を検出する座標入
力装置として、第７図に示すような構成の装置が知られ
ている。第７図の座標入力装置は振動伝達板７８から成
る入力タブレットに振動ペン７３によって座標入力を行
ない、入力された座標情報をこの座標入力装置が接続さ
れているパーソナルコンピュータなどの情報処理装置に
出力するものである。

振動ペン７３は弾性波を伝える振動伝達板７８中に弾性
波を発生させるためのペンで、振動子７４、ホーン７５
、およびその支持体から構成される。また、符号７２で
示すものはこのペンの駆動回路、符号７６は振動伝達板
７８中を伝わってくる弾性波を検出するための圧電素子
（振動センサ）、符号７７は振動伝達板７８端面での反
射を防止するための防振材である。

さて、弾性波は振動伝達板７８中をある伝達速度Ｖで伝
わってくるので、ペンの指示点とセンサ間の距＠ｄは ｄ＝ｖ−ｔ　　（ただしｔは伝達時間）・・・（１）で
示される。■は伝播材に用いる物質に固有な定数である
ので、ｄを知るためにはｔを計測すればよい、振動波形
検出回路８３〜８５、ラッチ回路８６〜８８．および計
時カランタフ９は、この伝達時間ｔを計測するための回
路である。

制御装置７１は振動ペン７３を駆動すると同時に、計時
カウンタ７９を０からスタートさせる。

振動ペン７３で発生した振動は距離に応じた時間、すな
わち伝達時間ｔを経て振動センサ７６に到達する。振動
センサ７６によって振動は電気信号に変換され、前置増
幅回路８０〜８３を経て振動波形検出回路８３〜８５に
至る。振動波形検出回路は振動の伝達を検知すると、振
動検出信号をラッチ回路８６〜８８へ出力する。ラッチ
回路は、この振動検出信号をトリガとして振動波形検出
回路７９の出力を読み込む。

制御装置７１は、このようにして計測した伝達時間から
（１）式に基づいてそれぞれのセンサとペンの指示点の
距離を算出し、その後幾何学的計算を行なフて座標値を
得る。

また、ペンの駆動を行なってから最大伝達時間、すなわ
ち座標入力の有効エリア内においてセンサ・指示点間の
距離が最大である時の伝達時間、回路遅延時間などから
決定される時間を過ぎても振動波形が検出されない場合
には、ペンアップの場合であるので伝達時間の計測を打
ち切り、振動ペン７３駆動以降の前述の制御を繰り返す
。

以上の動作を繰り返して、指示点座標が検出される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来例においては、振動ペンの駆動によフて発生す
る振動をセンサで検出することによってペンダウンを検
知している。すなわち、ペンダウンを検知するために断
続的ではあるが常に振動ペン７３を駆動する必要があっ
た。

つまり従来装置ではペンダウン検知のためだけにペン駆
動を行なっており、無駄な電力を消費するという欠点を
有している。

また、ペン先にスイッチを備え、このスイッチの開閉に
よってペンダウンを検知するようにした座標入力装置も
考案されているが、スイッチを開閉する際のストローク
が書き味に違和感を与えるといった欠点を有している。

本発明の課題は以上の問題を解決することである。

［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を振動伝達板に複数設けられた
センサにより検出して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、座標入力時に振
動ペンが振動伝達板に圧接された際に振動ペンの先に印
加される圧力を検出する手段を設け、この圧力検出手段
の出力に応じて振動ペンの振動発生を制御する構成を採
用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、操作者が座標入力のために振動ペ
ンを振動伝達板上に下ろしたこと（ペンダウン）を圧力
検出手段を介して検出することができ、この検出結果に
応じて振動ペンの駆動を制御できる。

［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成を示して
いる０図において符号８は振動を弾性波として伝える振
動伝達板、符号６は弾性波を検出する圧電素子（以下セ
ンサという）、符号９〜１１は振動センサ６からの信号
を増幅する前置増幅回路、符号１２〜１４は増幅信号中
のある点を特定し、伝達時間に依存した検出信号を発生
する振動波形検出回路、符号１５〜１７は前記検出信号
をトリガとして計時カウンタ１８の出力、すなわち伝達
時間情報をラッチするラッチ回路である。

符号４は振動発生用の圧電素子（以下振動子という）、
符号５は振動を増幅するホーンで、全体として振動ペン
３を構成する。符号２は振動子４を駆動する振動子駆動
回路である。

符号１は各回路の制御や座標値の計算を行なう制御装置
、また符号７は振動伝達板８の端面での反射を防止する
防振材である。

符号９０はペン先に加わる圧力を電気信号に変換する圧
力センサ、符号１９は圧力センサ９０が出力する電気信
号を基にペンダウンの検出信号を発生するペンダウン検
出回路である。

本実施例における座標入力装置は、振動伝達板８を入力
タブレットとして振動ベン３によって指示点の座標入力
を行ない、入力された座標情報をこの座標入力装置が接
続されているパーソナルコンピュータなどの情報処理装
置に出力するようになっている。

第２図は振動ペン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８に伝達
される。

前記の圧力センサ９０は、コの字形の断面を有する装着
部材９０ａとペン軸内部の構造部材の間に配置されてい
る。装着部材９０ａはコの字の内側に振動子４を収納し
た状態で圧力センサ９ｏとホーン５を結合している。圧
力センサ９ｏは振動子４と同様に圧電素子などから構成
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。

次に、第１図を用いて制御回路１が各回路に対して行な
う全体的な制御および各回路の動作について述べる。

制御回路１はまずペンダウン検出信号を待機し、ペンダ
ウン検出回路１９が検出信号の出力を行なうまでは何の
制御も行なわない。そしてユーザが何らかの座標入力を
行なおうとして振動ベン３でタブレット面である振動伝
達板８の表面を指示すると、振動ベン３のペン先に加わ
る圧力によって圧力センサ９０はこの圧力レベルに応じ
た電気信号を出力する。この電気信号がある一定レベル
を越えると、ペンダウン検出回路１９は検出信号を制御
回路１に出力する。制御回路１はこの検出信号を受は取
ると、まずクリア信号を計時カウンタ１８に対して送出
する。計時カウンタ１８はカウント値をクリアした後に
スタート信号入力待ちの状態となる。

次に制御回路１は計時カウンタ１８にスタート信号を送
り、同時に振動子４の共振周波数の繰返周期を蒜つパル
ス列から成る駆動信号を発生して振動子駆動回路２に出
力する。また、振動波形検出回路１４は必要とされる分
解能に応じた周期のクロックに対してカウントを開始す
る。制御回路１から出力された信号は振動子駆動回路２
で増幅され、ペンの振動子４を駆動する。

さて、ペンの撮動によフて発生した弾性波は振動伝達板
８を伝わって振動センサ６に到達し、ここで電気信号に
変換されて前置増幅回路９〜１１を経て振動波形検出回
路１２〜１４に至る。ここで振動波形が検出され、この
検出信号がラッチ回路１５〜１７に出力される。ラッチ
回路では、この検出信号をトリガとして計時カウンタ１
８の出力を取り込む。振動波形検出信号は、制御回路１
に対しても出力される。制御回路１はこの検出信号に基
づいてラッチ回路に保持されたデータを取り込む。

このようにして、それぞれのセンサに対する伝達時間が
計測される。制御回路１はそれぞれのセンサに対する伝
達時間のデータから距離計算、幾何学的計算を行なって
座標値を算出する。得られた座標値はホストの情報処理
装置に転送される。

次いで、連続して入力される次の入力点の座標値を求め
るため、前述の計時カウンタ１８クリア動作からの制御
を繰り返す。

さて、ペンの駆動を行なってから、すなわちスタート信
号を出力してから最大伝達時間、回路遅延時間より決定
される時間を過ぎても信号波形検出信号が出力されない
場合は振動ペン３が振動伝達板８から離れている状態、
すなわちペンアップの状態であるから伝達時間の計測を
打ち切り、再びペンダウン検出回路１９が検出信号を出
力するまで待機状態になる。なお、この時間の計測には
制御回路１の内部カクンタを用いる。

以上の制御処理を行なうことによって、ペンアップ時に
振動ペンの駆動を行なわず、ペンダウン時のみ駆動を行
なって、指示点座標をリアルタイムで検出することがで
きる。

次に波形検出および座標演算の詳細につき説明する。

第３図は第１図の波形検出回路１２〜１４に入力される
振動センサ６からの信号波形と、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３図において
符号４１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に伝達された超音波振
動は振動伝達板８内を通って振動センサ６までの距離に
応じた時間ｔｇをかけて進行した後、振動センサ６に到
達する。第３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。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
４２１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、振動ペン３お
よび振動センサ６の間の距１１１ｄはその振動伝達時間
をｔｇとしてｄ　＝　Ｖ　ｇ　−ｔ　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
サと振動ペンの距離は ｄ＝ｎ・λｐ＋Ｖｐ−ｔｐ　　　　　　・・・（２）と
なる。ここでλｐ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−［（
Ｖｇ−ｔｇ−Ｖｐ−ｔｐ）／λｐ＋Ｉ／Ｎｌ・・・（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、群遅延時間ｔｇのゆ
らぎが±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（３）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３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１２〜１４によって行なわ
れる。振動波形検出回路は、第４図に示すように構成す
ることができる。

第４図において、振動センサ６の出力信号は前置増幅回
路９〜１１を経て絶対値回路、ローパスフィルタなどか
ら構成されるエンベロープ検出回路５１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微分回路などから
構成されるエンベロープピーク検出回路５３によって検
出され、このピーク検出信号からコンパレータなどから
構成された信号検出回路５４によってエンベロープ遅延
時間検出信号Ｔ８が形成され、演算制御回路１、ラッチ
回路１５へ出力される。

また、遅延時間調整回路５２によりて遅延された元信号
からコンパレータなどから構成されるＴｐ検出回路５７
によって位相遅延時間検出信号”ｒｐが形成され、演算
制御回路１、ラッチ回路工ノ １５へ出力される。Ｔｐ検出回路５７は枦ノマルチバイ
ブレータ５５、コンパレートレベル供給回路５６によっ
てＴｇ倍信号検出後ある一定時間しか作動しないように
調整されており、これによってピーク後のゼロクロス点
検出が可能なようになっている。

こ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、位相伝達時間Ｔｐ１〜ｈのそ
れぞれｈ個の検出信号が出力される。前述のように計時
カウンタ１８は振動ペン３の駆動と同期してスタートさ
れているので、ラッチ回路１５から１７にはエンベロー
プおよび位相のそれぞれの伝達時間を示すデータが取り
込まれる。さらに、制御回路１は各々の検出信号に基づ
いてラッチ回路１５〜１７の保持データをそのつど取り
込む。このようにして、各センサに対するエンベロープ
および位相伝達時間を測定する。

座標値を検出するには、センサが振動伝達板８の一辺に
設けられるのであれば、センサの数は最低２個であり、
また必要に応じてそれ以上の数を設けることも可能であ
る。たとえば、第５図に示すように振動伝達板８の角部
にＳｌ、Ｓ２、Ｓ３の３つのセンサを配置し、第３図に
関連して説明した処理により振動ベン３の位置Ｐから各
々のセンサの位置までの直線路１１１ｄｌ〜ｄ３を求め
ることができる。

さらに、制御回路１によりこの直線路１ｉｄｌ〜ｄ３に
基づき次のような演算を行なうことにより、振動ベン３
の入力点Ｐの座ｉ（ｘ、ｙ）を求めることができる。

ｘ＝Ｘ／２＋　（ｃｔ　１　＋ｄ　２）（ｄ　１−ｄ　
２）　／２Ｘ・・・（４） ｙ＝ｙ／２＋　　（ｄｌ＋ｄ３）（ｄｉ−ｄ３）／２Ｙ
・・・（５） ここでｘｌＹ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。

本実施例によれば振動ベン３のペンダウンの際に振動ベ
ン３のペン先に加わる圧力を検出する手段によりペンダ
ウンを検出し、振動ベン３の駆動を開始するようにして
いるので、座標入力に必要な期間のみ振動ベン３の駆動
を行ない、消費電力を低減することができる。

また、ペンダウンの検出はスイッチ操作などを必要とせ
ず、自動的に行なわれるので操作が簡単である。さらに
、ペンダウンは従来のように機械式のスイッチなどによ
り検出されるのではなく、スイッチストロークなども存
在しないため書き味を損なわないという利点もある。

以上では、ペンダウンを検出するため、独立した圧力セ
ンサを用いた例を示したが、第６図のような構成により
、振動ベン３の振動子４そのものを圧力センサとして用
いることができる。振動子４を圧電素子から構成するこ
とにより、その出力を介して振動子４に加わる圧力を検
出できる。

第６図では、振動ベン３の振動子４を振動子として利用
するか、圧力センサとして利用するかはアナログスイッ
チ２１により切り換えられる。座標検出期間ではアナロ
グスイッチ２１によりペンダウン検出回路２０が振動子
４に接続され、ペンダウン検出に基づき行なわれる座標
入力期間では振動子駆動回路２が振動ベン３に接続され
る。

ペンダウン検出回路２０は振動子４の出力信号が一定レ
ベルを越えた際にペンダウン検出信号を出力するように
構成しておけばよい、その他の構成は前述の実施例と同
様である。

このような構成によれば、振動子４そのものを圧力セン
サとして利用できるから構成がより簡単安価になるとい
う優れた効果がある。

なお、圧力センサとしては圧電素子に限らず、磁歪セン
サ、ストレインゲージなど種々の素子を利用できるのは
いうまでもない。

［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
ら入力された振動を振動伝達板に複数設けられたセンサ
により検出して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、座標入力時に振動ペン
が振動伝達板に圧接された際に振動ペンの先に印加され
る圧力を検出する手段を設け、この圧力検出手段の出力
に応じて振動ペンの振動発生を制御する構成を採用して
いるので、振動ペンのペンダウンを圧力検出手段を介し
て検出することができ、この検出結果に応じて振動ペン
の駆動を制御できる。従って、座標入力に必要な期間の
み振動ペンの駆動を行なうなどの制御により低消費電力
で効率のよい座標入力装置を提供することができる。

【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図は距離検出のための信号波形を示した波形図
、第４図は振動波形検出回路の構成を示した回路図、第
５図は振動センサの配置を示した説明図、第６図は異な
る座標入力装置の実施例を示した説明図、第７図は従来
の座標入力装置の構造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８・・・振動伝達板　　
９〜１１・・・前置増幅回路１２〜１４・・・振動波形
検出回路 １５〜１フ・・・ラッチ回路 １９．２０・・・ペンダウン検出回路 ２１・・・アナログスイッチ ９０・・・圧カセンサ ル恢ψ刀ハ゛υｌり官Ｑ月臣り 第２図 第３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を振動伝達板に複数設
   けられたセンサにより検出して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、座標入
   力時に振動ペンが振動伝達板に圧接された際に振動ペン
   の先に印加される圧力を検出する手段を設け、この圧力
   検出手段の出力に応じて振動ペンの振動発生を制御する
   ことを特徴とする座標入力装置。