JPH03137970A - 超音波ディジタイザー用入力ペン - 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、超音波振動を利用して伝播媒体の上に座標を
設定するためのディジタイザ−に使用する入力ペンに関
する。

〔背景技術〕

ディジタイザ−の動作方式としては、従来より電磁誘導
方式と抵抗マトリックス方式とが用いられている。

このうち、電磁誘導方式は、プレート台に強力な磁場を
かけておき、このプレート台のＸ−Ｙ方向に電磁パルス
を送り、プレート台上の位置関係（座標）で決まる電磁
パルスの位相差をスタイラスペンによって検出し、これ
によってスタイラスペンのヘッド位置を知る方法である
。

一方、抵抗マトリックス方式は、プレート台に導電性ゴ
ムを格子状に配置しておき、ペン（普通のペン）で導電
性ゴムを押さえた時に筆圧で変化する抵抗値によってペ
ン先の位置座標を知る方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の電磁誘導方式のディジタイザ−に
あっては、プレート台に強力な磁場をかけておく必要が
あり、また構造も比較的複雑であるために高価格であっ
た。

また、抵抗マトリックス方式のディジタイザ−にあって
は、安価ではあるが、導電性ゴムの大きさによって分解
能に制限があり、このなめ分解能が低いという問題があ
った。

しかして、本発明は、低コストで高い分解能を得ること
ができる第三の方式として提案した超音波ゲイジタイザ
一方式に用いる入力ペンの効率及び感度を高めることを
目的としてなされたものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の超音波ディジタイザ−用入力ペンは、先端側が
ヘッド部となった増幅用ホーンの基端面に圧電振動子を
接合した振動エレメントを備えたことを特徴としている
。

〔作用〕

本発明は、第三のディジタイザ一方式として超音波方式
を用いたディジタイザ−用入力ペンである。圧電振動子
に例えばパルス状の電圧を印加すると、圧電振動子が共
振現象を起こして機械的振動を発生する。この振動は増
幅用ホーンの振幅拡大作用によってヘッド部で増幅され
る。よって、このヘッド部を伝播媒体に当接させること
により、ヘッド部から伝播媒体へ振動を出力することが
でき、伝播媒体においては振動波が各方向へ一様に広が
ってゆく、この振動波は、伝播媒体に取り付けられた受
信センサー等の検出手段によって検出され、検出信号の
遅延時間に基づいてヘッド部の当接箇所の座標を知るこ
とができる。

上記のように、本発明の超音波ディジタイザ−用入力ペ
ンは、圧電共振子で発生した振動を増幅用ホーンで増幅
してヘッド部から伝播媒体へ出力させることができるの
で、圧電共振子に印加する駆動電圧が低電圧の場合でも
、ヘッド部で振幅の大きな振動を生じさせることができ
、ディジタイザ−の高効率化を図ることができる。さら
に、ヘッド部の増幅された振動を伝播媒体へ出力するこ
とができるので、伝播媒体側でも振幅の大きな振動を得
ることができ、検出手段の検出信号強度も大きくなって
高Ｓ／Ｎ比化を図ることができる。

しかも、構造が簡単であるので、コストも安価にするこ
とができ、また波長の短い超音波振動を用いることによ
り高い分解能も得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳述する。

第１図に示すものは、ディジタイザ−用入力ペン５の断
面図であり、ペン型ケース６内には第２図に示すような
振動エレメント４が内蔵されている。この振動エレメン
ト４は、増幅用ホーン２の基端面に圧電セラミックスや
水晶振動子等の圧電振動子３を接合させたものであり、
増幅用ホーン２の先端部がヘッド部１となっている。増
幅用ホーン２はケース６内に固定されており、先端のヘ
ッド部１がゲース６の先端から突出している。

また、圧電振動子３の上面型［７及び増幅用ホーン２の
基端面（増幅用ホーン２が金属製でない場合には、基端
面に電極膜を形成しである。）には、圧電振動子３にパ
ルス状の駆動電圧を印加するためのリード線８が接続さ
れている。

振動系は、増幅用ホーン２の材質や構造等により影響を
受けるので、増幅用ホーン２としてこれらの最適化を図
る必要がある９例えば増幅用ホーン２の材質にＡＢＳ樹
脂等を用いた場合には、ヘッド部ｌの内部における音響
的ロスが著しく、圧電振動子３に高い電圧を印加しない
と伝播媒体に振動波が発生しないことがあり、効率が悪
くて増幅用ホーン２の材質としては不適切であった。

このため増幅用ホーン２の材質は適切なものを選択する
必要があり、例えばアルミニウムやステンレス等の金属
、あるいはエンジニアリングプラスチック等の高硬度の
樹脂を用いるのが好適である。これらの好適な材質の増
幅用ホーン２を用いると、増幅用ホーン２内部での音響
的なロスを最小となるように抑えることができ、圧電振
動子３により発生した機械的振動をヘッド部１へ効率的
に伝達させることができ、高効率の増幅用ホーン２が得
られる。また、増幅用ホーン２の形態は、−船釣には、
圧電共振子を接合されている基端面側で面積が大きく、
ヘッド部１で小面積となったものであり、圧電振動子３
により励起された基端面側の振動がヘッド部ｌへ伝えら
れると、振動エネルギーはヘッド部１で小面積内に集中
し、振幅の大きな振動が得られる。したがって、圧電共
振子で発生させられた機械的振動は、増幅用ホーン２に
より増幅され、増幅された振動を伝播媒体へ伝えること
ができるのである。増幅用ホーン２の具体的形態として
は種々の形状のものが使用でき、例えば第２図に示すも
のは、段付き円錐ホーン型の増幅用ホーン２であって、
柱状部つと円錐状部１０とを一体に形成したものである
。増幅用ホーン２の寸法は、各部の寸法が圧電振動子３
の共振周波数における半波長となることが理想的である
が（即ち、後記の０式及び０式でそれぞれｎ＝１．ｍ＝
１の場合に当たる、）、このような寸法にすると増幅用
ホーン２が小さくなってへ・ノド部１の視認性が低下し
、ディジタイザ−用入力ベン５の使い勝手が悪くなる。

このため、各部の寸法を半波長のほぼ整数倍となるよう
に決めても問題はなく、ヘッド部１の視認性を考慮して
適度な寸法となるようにするとよい、即ち、増幅用ホー
ン２内部での音速をＣ１圧電振動子３の共振周波数をｆ
とすると、視認性を考慮して適当な整数ｎ、ｍを選び、
柱状部の長さ１□及び円錐状部の長さＩ！２を次式によ
り決定すればよい。

！；！１峙−×ｎ　　　　　　　　　　■ｆ なお、増幅用ホーン２と圧電振動子３との接合は、接着
剤を用いて接合する必要があり、圧着のみでは増幅用ホ
ーン２と圧電振動子３との完全な一体共振は得られにく
い。

第３図に示すものは振動エレメント４の他例であり、外
周面の稜線が指数関数形をした増幅用ホーン２の基端面
に圧電振動子３を接合したものである。この指数関数ホ
ーン型の増幅用ホーン２の場合には、その長さはｌは、 によって決めることができる（ｎ’は整数）。

また、第４図に示すものは、振動エレメント４のさらに
他例であり、大きな断面積の柱状部１１と小断面積の柱
状部１２とを一体に形成した増幅用ホーン２の基端面に
圧電振動子３を接合したものである。この段付きホーン
型の増幅用ホーン２にあっても、上記■及び０式と同じ
式によって柱状部１１及び１２の寸法Ｊ！＋’２を決定
することができる。

さらに、第５図に示すものは、振動エレメント４のさら
に他例であり、円錐形の増幅用ホーン２の基端面に圧電
振動子３を接合させたものであり、その寸法工は上記０
式と同じ式によって決定することができる。

次に、上記のようなディジタイザ−用入力ベン５を用い
て面状の伝播媒体１３の上に座標を設定すると共にその
座標データを取り込む方法を第６図により説明する。伝
播媒体１３は、通常プレート状のケース（図示せず）等
に納められており、その面に沿って各方向へ振動波を伝
播するものである。この伝播媒体１３の複数箇所（図示
例では、３箇所）にはそれぞれ受信センサー１４が取り
付けられており、伝播媒体１３を伝播してきた振動波を
受信ないし検出できるようになっており、受信センサー
１４の検出信号は検出回路１５１、送られる。ディジタ
イザ−用入力ベン５の前記リード線８は駆動回路１６に
接続されており、駆動回路１６及び検出回路１５と、演
算回路１７との間には信号の送受経路が構成されている
。

しかして、駆動回路１６から圧電振動子３にパルス状の
駆動電圧が印加されると、圧電振動子３は共振現象を起
こして固有の共振周波数（及びその整数倍）の振動が励
起される。この機械的振動は、増幅用ホーン２を伝わっ
て増幅され、ヘッド部１で大きな振幅の機械的振動に変
換される。この時、ディジタイザ−用入力ベン５のヘッ
ド部１が第６図に示すように伝播媒体１３のある箇所に
接触していると、ヘッド部１の増幅された振動は伝播媒
体１３に伝達されるので、座標が伝播媒体１３上に設定
される。この振動はヘッド部１の接触点から振動波とし
て各方向へ一様に広がり、受信センサー１４の取付は位
置に到達すると受信センサー１４により検出され、各受
信センサー１４の検出信号は検出回路１５へ送られる。

検出回路１５では、各受信センサー１４の位置に振動が
到達するまでの遅延時間（あるいは、遅延時間差）を計
測する。演算回路１７では、検出回路１５から得られた
遅延時間情報に基づき、ヘッド部１により設定された位
置のＸ−Ｙ座標を決定し、座標データとして出力する。

［発明の効果コ 本発明によれば、超音波ディジタイザ−用入力ペンに増
幅用ホーンを備えているので、圧電振動子の駆動電圧が
小さい場合でもヘッド部で大きな振幅の振動を生成する
ことができ、ディジタイザ−用人力ペンの高効率化と高
感度化を図ることができる。したがって、分解能の高い
超音波ディジタイザ−を低癩なコストで実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は同上
の振動エレメントを示す正面図、第３図、第４図及び第
５図はそれぞれ振動エレメントの他側を示す正面図、第
６図は同上の入力ペンの使用方法と動作原理を説明する
斜視図である。 １・・・ヘッド部　　　２・・・振幅用ホーン３・・・
圧電振動子　　４・・・振動エメレント躬う図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）先端側がヘッド部となった増幅用ホーンの基端面
   に圧電振動子を接合した振動エレメントを備えた超音波
   ディジタイザー用入力ペン。