JPH0519947A

JPH0519947A - 座標入力装置

Info

Publication number: JPH0519947A
Application number: JP17500791A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Yoshimura; 雄一郎吉村; Kiyoshi Kaneko; 潔兼子; Katsuyuki Kobayashi; 克行小林; Masaki Tokioka; 正樹時岡; Atsushi Tanaka; 淳田中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-07-16
Filing date: 1991-07-16
Publication date: 1993-01-29

Abstract

(57)【要約】【目的】防振材７を振動伝達体８の周囲に装着する
際、防振材の防振特性を阻害する接着層を作らずに装着
する。【構成】振動ペン３で振動伝達体８を押さえると、ペ
ン３の振動をセンサ６ａ・６ｂ・６ｃで検知してペンで
押さえた座標を決定する。その際、振動伝達体８の周辺
部で反射波が生じてセンサでの振動の検知に悪影響を与
える。そのため、伝達体８の周囲に防振材７を装着する
が、防振材として磁性体を分散させ磁化した材料を用い
る。これによって、接着層を介さずに防振材７を伝達体
８に密着して装着できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば振動伝達板上の
振動伝達時間から指示点座標を検出する座標入力装置等
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、圧電素子などを内蔵した振動
ペンにより振動伝達板に振動入力を行い、振動伝達板に
設けた複数のセンサにより入力振動を検出し、振動伝達
時間を計測することにより入力点の座標を検出する座標
入力装置が知られている。

【０００３】このような座標入力装置では、振動伝達板
の端部で入力振動が反射し、その反射波により振動セン
サによる検出に誤差を生じないように、振動伝達板の端
部を防振材により支持する構造が用いられる。

【０００４】従来の防振材は主として騒音防止用に開発
されたもので、空気音対策用と、固体音対策用とに大き
く分類される。したがって、従来の防振材を上記のよう
な用途に用いるには固体音対策用のものが用いられる。
従来の固体音対策用の制振材としては、図７（Ａ）に示
すような薄板用制振シート、あるいは塗料などがあっ
た。

【０００５】図７（Ａ）において、８’は制振されるべ
き振動板、７’は制振シートである。振動板８’は、薄
鋼板やアルミ板などの金属板あるいは樹脂板・ガラス板
などから構成される。

【０００６】このような構成では、振動している振動板
８’に制振シート７’を張り付けることにより制振シー
ト７’の振動減衰を利用して板８’の振動を減少させ、
騒音を減少させることができる。

【０００７】市販されている制振シート７の材質には、
ポリ塩化ビニール樹脂・アタクチツクポリプロピレン・
ポリエチレンビニルアセチレート・スチレンブタジエン
ゴム・シリコンゴム・セメントペーストなどがあり、さ
らにこれらに可塑剤・安定剤・軟化剤、鉛・鉄などの金
属粉、ケイ砂・アスファルトなどを添加、あるいは混合
したものが用いられる。これらの材質の成形形状として
はスポンジ状の多孔質形状がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来例の制振シートは主として振動する板全体に
装着することにより板全体の振動を抑制するように考え
られている。

【０００９】したがって、前記のように振動伝達板の端
部での反射波を抑制するために図７（Ｂ）のように振動
伝達板８の周辺に装着して用いても十分に反射波を減少
させることができなかった。

【００１０】図７（Ｂ）は前記振動伝達板周辺部に前記
制振シートを装着した場合の振動伝播を示す図、図７
（Ｃ）は図７（Ｂ）の断面図の一部であり、反射波の様
子を示す図である。

【００１１】図において符号８は振動伝達板、７’は前
記制振シート、３は加振源である振動ペン、Ａは前記振
動ペン３と前記振動伝達板８との接触点である加振点か
ら伝播する振動を示す波、Ｂは振動伝達板端面での反射
波、Ｃは制振シート装着境界面での反射波をそれぞれ模
式的に示したものである。

【００１２】従来の制振シート７’は前述のとおり板全
体に発生している振動（固有振動つまり共振振動も含
む）に対しては制振効果は大きいが、図７（Ｂ）のよう
に、制振シートが装着されない領域で加振し、そこから
伝播する進行波としての振動に対しては充分な制振効果
が得られないため、図７（Ｃ）のように制振シート７’
装着部分Ｄにおいて若干減衰させるものの振動伝達板端
面での反射波Ｂを充分抑えることができない。

【００１３】更に、従来の制振シート７’を装着するこ
とにより、新たに制振シート装着界面で反射波Ｃが発生
した。したがって、弾性波を用いる座標入力装置の振動
伝達板の周辺部に従来の制振シートを装着しただけで
は、前記２つの反射波が発生し、加振源からの直接波を
検出する際にノイズとなって検出精度を下げるという欠
点があった。

【００１４】また、以前に異なる特性を持つ２種類以上
の防振材を組み合わせて振動伝達板の周辺部に装着した
構成の提案もなされているが、単一材料でしかも材料特
性を数値で特定していなかった。

【００１５】更に、従来、上記防振材装着面での反射波
を軽減するような材料成分を持った防振材に関する提案
もなされている。しかし、前記防振特性を機能させるに
は構造的に伝播体へ上記防振材を密着固定する必要があ
る。従来例においては、そのために接着剤や両面テープ
などの接着手段を用いていたが、その接着剤・両面テー
プなどの材料に接着機能と共に上記防振性能を持たせる
のは困難であった。また、接着に伴って接着剤などの材
料や製造上の工程が余計にかかっていた。

【００１６】本発明は上記従来例に鑑みてなされたもの
であり、防振特性を阻害する接着層なしに防振材を振動
伝達体に装着して防振材自身の防振特性を発揮させ、さ
らに、量産時の防振材を接着する工程を省いて、低コス
ト化と接着に起因する特性のバラツキをなくすことを目
的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の座標入力装置は次のような構成からなる。
振動の伝達時間によって振動源の座標を特定する座標入
力装置であって、振動伝達体と、磁性体を分散させ方向
をそろえて磁化した防振材とを備える。

【００１８】

【作用】上記構成により本発明の座標入力装置は、磁化
した防振材の磁力により振動伝達体を支持し、振動を抑
制する。

【００１９】

【実施例】以下、添付図面にしたがって、本発明に係る
実施例を詳細に説明する。

【００２０】［装置構成の説明（図１）］図１は本実施
例における座標入力装置の構造を示している。

【００２１】図中、１は装置全体を制御すると共に、座
標位置を算出する演算制御回路である。２は振動子駆動
回路であって、振動ペン３内のペン先を振動させるもの
である。８はアクリルやガラス板など透明部材からなる
振動伝達板であり、振動ペン３による座標入力はこの振
動伝達板８上をタッチさせることで行う。また、実際に
は、図示の実線で示す符号Ａの領域（以下、有効エリア
と言う）内を振動ペン３で指定することを行う。この振
動伝達板８の外周には、反射した振動が中央部に戻るの
を防止（減少）させるための防振材７が設けられ、その
境界に圧電素子など、機械的振動を電気信号に変換する
振動センサ６ａ〜６ｃが図示の位置に固定されている。
上記防振材７は磁性体を分散させ着磁させたものである
が、詳しくは後で述べる。

【００２２】９は各振動センサ６ａ〜６ｃで振動を検出
した旨の信号を演算制御回路１に出力する振動波形検出
回路である。１１はＣＲＴ（あるいは液晶表示器）など
のドット単位の表示が可能なディスプレイであり、振動
伝達板８の背後に配置している。そして、ディスプレイ
駆動回路１０の駆動により振動ペン３でなぞられた位置
にドットを表示し、それを振動伝達板８（透明部材より
なるので）を透かして見ることが可能になっている。す
なわち、検出された振動ペン３の座標に対応したディス
プレイ１１上の位置にドット表示が行われ、振動ペン３
により入力された点や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った様に振動ペンの軌
跡の上に現れる。

【００２３】また、このような構成によればディスプレ
イ１１にはメニュー表示を行い、振動ペン３によりその
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。

【００２４】図２に実施例に振動ペン３の構造（断面
図）を示す。

【００２５】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
演算制御回路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。

【００２６】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（ペン先）５を介
して振動伝達板８に伝達される。

【００２７】ここで、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に対して図２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良い
振動変換が可能である。

【００２８】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。

【００２９】なお、以上の構成における実施例の振動伝
達板８の寸法及び反射防止材７の装着位置、さらには振
動センサ６ａ〜６ｃの配置位置などの特定にかかる原理
の詳細は後述する。

【００３０】［演算制御回路の説明（図３）］上述した
構成において、演算制御回路１は所定周期ごと（例えば
５ｍｓごと）に振動子駆動回路２に振動ペン３内の振動
子４を駆動させる信号を出力すると共に、その内部のタ
イマ（カウンタで構成されている）により計時を開始さ
せる。そして、振動ペン３より発生した振動は振動セン
サ６ａ〜６ｃまでの距離に応じて遅延して到達する。振
動波形検出回路９は各振動センサ６ａ〜６ｃからの信号
を検出して、後述する波形処理により各振動センサへの
振動到達タイミングを示す信号を生成する。演算制御回
路１にはセンサ毎のこの信号が入力され、各々の振動セ
ンサ６ａ〜６ｃまでの振動到達時間を計り、そして振動
ペンの座標位置を算出する。

【００３１】そして、演算制御回路１はこの算出された
振動ペン３の座標位置情報を基にディスプレイ駆動回路
１０を駆動して、ディスプレイ１１による表示動作を制
御する。

【００３２】図３に実施例における演算制御回路１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。

【００３３】図中、３１は演算制御回路１及び本座標入
力装置全体を制御するマイクロコンピユータであり、内
部カウンタや動作手順を記憶したＲＯＭ、ワークエリア
に使用するＲＡＭなどを内蔵している。３３は不図示の
基準クロックを計時するタイマ（カウンタより構成され
ている）であって、振動子駆動回路２に振動ペン３内の
振動子４を駆動を開始させるためのスタート信号を出力
することで、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との同期が取られるこ
とになる。

【００３４】その他各構成要素となる回路は順を追って
説明する。

【００３５】振動波形検出回路９を介して得られた各振
動センサ６ａ〜６ｃの振動到達のタイミング信号は検出
信号入力ポート３５を介して、ラッチ回路３４ａ〜３４
ｃに入力される。ラッチ回路３４ａ〜３４ｃは振動セン
サ６ａ〜６ｃに対応しており、各々は対応する振動セン
サの信号であるタイミング信号を受信すると、その時点
でのタイマ３３の計時値をラッチする。そして、すべて
の検出信号の受信がなされたことを判定回路３６が判定
すると、マイクロコンピユータ３１にその旨の信号を出
力する。マイクロコンピユータ３１が判定回路３６から
この信号を受信した時には、ラッチ回路３４ａ〜３４ｃ
から各々の振動センサまでの振動到達時間を読み取り、
所定の計算を経て振動ペン３による振動伝達板８上の座
標位置を算出する。そして、Ｉ／Ｏポート３７を介して
ディスプレイ駆動回路１０に算出した座標位置情報を出
力することにより、例えばディスプレイの対応する位置
にドット等を表示する。

【００３６】［振動伝播時間検出の説明（図４、図
５）］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。

【００３７】図４は振動波形検出回路９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。なお、以下では、振動センサ６ａ
を用いて説明するが、その他の振動センサ６ｂ・６ｃに
ついても全く同じである。

【００３８】振動センサ６ａへの振動伝達時間の計測
は、振動子駆動回路２へのスタート信号の出力でもって
開始することはすでに説明した。

【００３９】このとき、振動子駆動回路２から振動子４
へは信号４１が印加されている。

【００４０】この信号によって、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、振動センサ６ａ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６ａで検出される。図示の４２で示す信号は振動セン
サ６ａが検出した信号波形を示している。

【００４１】ところで、実施例で用いられている振動は
板波であり、そのため振動伝達板８内での伝播距離に対
して検出波形の包絡線４２１と位相４２２との関係は、
振動伝達中にその伝達距離に応じて変化する。

【００４２】ここで、包絡線４２１の進む速度、すなわ
ち群速度をＶｇ、位相４２２の位相速度をＶｐとする。
この群速度Ｖｇ及び位相速度Ｖｐの違いから、振動ペン
３と振動センサ６ａ間の距離を検出することができる。

【００４３】まず包絡線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、例えばピーク
を図示の４３で示す信号のように検出すると、振動ペン
３と振動センサ６ａとの間の距離ｄはその振動伝達時間
をｔｇとして、ｄ＝Ｖｇ・ｔｇ … で与えられる。この式は振動センサ６ａ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６ｂ・６
ｃと振動ペン３との距離も同様の原理で表される。

【００４４】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。

【００４５】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（信号４３で所定幅の窓信号４４を生成し、位
相信号４２２と比較することで得る）とれば振動センサ
と振動ペンの距離ｄ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。

【００４６】前記、式と式から上記の整数ｎは、ｎ＝［（Ｖｇ・ｔｇ−Ｖｐ・ｔｐ）／λｐ＋１／Ｎ］ … と表される。

【００４７】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、±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を式に代入することで、振動ペン３と包絡線セ
ンサ６ａ間の距離、ひいては振動ペン３と振動センサ６
ｂ・６ｃ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及びｔｐの測定のための信
号４３及び４５は振動波形検出回路９により行われる
が、この振動波形検出回路９は図５に示すように構成さ
れる。

【００４８】図５において、振動センサ６ａの出力信号
は前置増幅回路５１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５２に入力
され、検出信号の包絡線のピークのみが取り出される。
抽出された包絡線のピークのタイミングはエンベロープ
ピーク検出回路５３によって検出される。検出されたピ
ークから、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５４によって所定波形の包絡線遅延時
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１に入力される。

【００４９】また、この信号Ｔｇは単安定マルチバイブ
レータ５５（信号４４を発生させる）・コンパレートレ
ベル供給回路５６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５８に供給される。そして、このコンパレータ
Ｔｇ検出回路５８からは位相遅延時間信号Ｔｐが演算制
御回路１に供給されることになる。

【００５０】なお、以上説明した回路は振動センサ６ａ
に対するものであり、他の振動センサ６ｂ・６ｃについ
ても同じ回路が設けられる。

【００５１】そこで、センサの数を一般化してｈ個とす
ると、包絡線遅延時間Ｔｇ１〜Ｔｇｈのそれぞれｈ個の
検出信号が演算制御回路１に入力される。そして、演算
制御回路１では上記のＴｇ１〜Ｔｇｈ、Ｔｐ１〜Ｔｐｈ
信号を入力ポート３５から入力し、各々のタイミングを
トリガとしてタイマ３３の計時値（カウント値）をラッ
チ回路３４ａ〜３４ｃに取り込む。タイマ３３は振動ペ
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３４ａ〜３４ｃには各振動センサ６ａ〜６ｃの包絡線
及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。

【００５２】［座標位置算出の説明（図６）］次に実際
に振動ペン３による振動伝達板８上の座標位置検出の原
理を説明する。

【００５３】今、振動伝達板８上の振動センサ６ａの座
標をＳa （０，０）すなわち原点とし、振動センサ６ｂ
・６ｃの座標位置を各々Ｓb （Ｘ，０）、Ｓc （０，
Ｙ）とする。そして振動ペンの座標をＰ（ｘ，ｙ）とす
る。

【００５４】そして、先に説明した原理に基づいて、振
動ペン３と各振動センサ６ａ〜６ｃまでの距離をそれぞ
れｄa 〜ｄc とすると、求めるＰ（ｘ，ｙ）は三平方の
定理より、次式のごとくなる。ここで、“Ｘ”及び“Ｙ”は振動センサ６ａから振動セ
ンサ６ｂ・６ｃへの横及び縦方向の距離であり、センサ
６ａ・６ｂ・６ｃは図６の様に直角３角形をなして配置
されている。

【００５５】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。

【００５６】［本発明の防振材の説明］図８に示すよう
に、未着磁の磁性体を防振材材料中に分散させ（図中の
点々）固定し板状に成形する。成形後、振動伝達板との
装着面に垂直な矢印の方向に強力な一様磁界を印加し、
磁化方向をそろえて着磁して、防振材７とする。基材と
なる防振材の材料は、エポキシン樹脂・シリコン樹脂・
ポリ塩化ビニルなどの樹脂でも、或はブチルゴム・ポリ
ノルブルネンゴムなどのゴム形の材料でも、他の制振性
能を有する材料でもよい。

【００５７】図９は、上記磁性を持った防振材を鉄など
の磁性体の振動伝達板８の周辺部に装着した構成を示
す。この構成により、周辺部に到達した振動は接着層な
どの不要な媒質を介さずに、効率的に防振材７により制
振される。

【００５８】更に、磁性体を防振材中に分散することに
より、充填材として内部摩耗が生じ、振動エネルギーは
効率よく熱エネルギーとして吸収される。

【００５９】更に、磁気吸着により、振動伝達板８と防
振材７との接触部分の密着性が向上し、従来あった、接
触部分に空気層が混入することによる防振材への振動伝
達効率の低下を防ぐことができる。

【００６０】

【他の実施例】次に、図１０に示す様にガラスなどの非
磁性体の振動伝達板に於いて発明の構成を説明する。こ
の場合、振動伝達板８を挟んで、それぞれ逆方向に磁化
された２つの板状の防振材７を装着する。これにより、
磁性体でない振動伝達板であっても装着が可能になる。
また、振動伝達板を挟んだ防振材同士で、磁気制動によ
る振動エネルギーから熱エネルギーへの変換効果が付加
され、防振効果が向上する。

【００６１】更に、本実施例において防振材に分散させ
る前記磁性体の形状はフィラー状・粒状・ウイスカー状
等やその他いずれでもよい。また、上記分散させる磁性
体のサイズを数種類にしたり、他の充填材と組み合わせ
ることにより振動エネルギーの熱エネルギーへの変換効
率を向上することができる。

【００６２】尚、本発明は、複数の機器から構成される
システムに適用しても１つの機器から成る装置に適用し
ても良い。また、本発明は、システム或は装置にプログ
ラムを供給することによって達成される場合にも適用で
きることはいうまでもない。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る座標入
力装置では、防振材自体が振動伝達体への接着力を持つ
ことができ、防振特性を阻害する接着層なしに防振材自
身の防振特性を発揮することができる。さらに、量産時
の防振材を接着する工程が省け低コスト化ができ、接着
に起因する特性のバラツキをなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の座標入力装置のブロック図である。

【図２】振動ペンの構造を示す図である。

【図３】実施例における演算制御回路の内部構成を示す
図である。

【図４】振動ペンと振動センサとの間の距離測定を説明
するための図である。

【図５】実施例における信号波形検出回路の一部構成内
容を示す図である。

【図６】座標位置算出の原理を説明するための図であ
る。

【図７】従来例の説明図である。

【図８】

【図９】

【図１０】実施例の防振材及びその装着を説明するため
の図である。

【符号の説明】

１…演算制御回路２…振動子駆動回路３…振動ペン４…振動子６ａ・６ｂ・６ｃ…振動センサ７・７’…防振材８・８’…振動伝達板３１…マイクロコンピユータ３３…タイマ３４ａ・３４ｂ・３４ｃ…ラッチ回路３５…検出信号入力ポート３６…判定回路３７…Ｉ／Ｏポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者時岡正樹東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者田中淳東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】振動の伝達時間によって振動源の座標を
特定する座標入力装置であって、振動伝達体と、磁性体を分散させ方向をそろえて磁化した防振材と、を備えることを特徴とする座標入力装置。