JPH0519948A

JPH0519948A - 座標入力装置

Info

Publication number: JPH0519948A
Application number: JP3176490A
Authority: JP
Inventors: Masaki Tokioka; 正樹時岡; Yuichiro Yoshimura; 雄一郎吉村; Katsuyuki Kobayashi; 克行小林; Atsushi Tanaka; 淳田中; Kiyoshi Kaneko; 潔兼子
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-07-17
Filing date: 1991-07-17
Publication date: 1993-01-29

Abstract

(57)【要約】【目的】振動伝達板８の端部からの反射波を無くし、
振動ペン３による振動を正確に検出できるようにする。【構成】振動ペン３で振動伝達板８を押さえると、ペ
ン３の振動をセンサ６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、伝達板８の周囲の本体外枠２０を伝達板８と同じ音
響インピーダンスを持つ素材で作成し、伝達体８に密着
させる。これにより、伝達板８の振動は効率よく外枠２
０に伝播し反射波を押さえることができる。

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の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、振動伝達板に圧電素子などを
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
の端部での入力信号の反射波のために振動センサによる
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に開発さ
れたもので、空気音対策用と、固定音対策用に大きく分
類される。したがつて、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９（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つた。

【０００５】図９（Ａ）において、８′は制振されるべ
き振動材、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、振動する振動板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振動板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・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・セレントペーストなどがあり、さらに
これらに可塑剤・安定材・軟化材・鉛や鉄などの金属粉
・ケイ砂・アスフアルトなどを添加、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している課題】しかしながら、上
記のような従来の制振シートは、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止するように
考えられている。

【０００９】したがつて、前記のように振動伝達板の端
部での反射波を抑止するために、図９（Ｂ）のように制
振シートを振動伝達板８の周辺に装着して用いても充分
に反射波を減少させることができなかつた。

【００１０】図９（Ｂ）は前記振動伝達板周辺部に制振
シートを装着した場合の振動伝播を示す図、図９（Ｃ）
は図９（Ｂ）の断面図の一部であり、反射波の様子を示
す図である。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は振動伝達端面での反射波、Ｃは制振シート
装着界面での反射波をそれぞれ模式的に示したものであ
る。

【００１１】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９（Ｂ）のよう
に、制振シート７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９（Ｃ）のように制振シートの
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。よつて、
制振シート７の幅を大きくすることで、振動伝達板端面
でけの反射波を抑える必要があつた。そのために、振動
伝達板の外形の周辺部は幅広の制振シート７を装着する
領域として、座標入力が不可能な無効エリアとなつてい
た。

【００１２】更に、従来の制振シート７を装着すること
により、制振シート装着面で反射波Ｃが新たに発生し
た。制振シート７の装着面からの反射を抑えるために
は、振動伝達板の音響インピーダンスに比べて小さい値
の音響インピーダンスを持つ材料を制振シート７に選ぶ
必要があつた。また、音響インピーダンスが小さい材料
を用いると、振動伝達板端面での反射を抑える能力が弱
くなるので、制振シート７の幅をさらに広くとる必要が
あつた。

【００１３】従つて、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すること
で、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つて検出精度を下げるという欠
点があつた。さらに、振動伝達板端面からの反射波を抑
えるには、制振シートの幅を広くしてやる必要があり、
そのために座標入力が不可能な無効エリアが大きくなつ
ていた。

【００１４】本発明は上記従来例に鑑みてなされたもの
であり、座標入力面の有効面積を減らさずにノイズとな
る反射波を効率よく抑制できる座標入力装置を提供する
事を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の座標入力装置は以下の構成からなる。

【００１６】振動源からの振動伝達時間により振動源の
座標を特定する座標入力装置であって、第１の振動伝達
手段と、該第１の振動伝達手段に密接した第２の振動伝
達手段とを備える。

【００１７】

【作用】以上の構成によれば、第１の振動伝達手段を伝
播する振動は、第２の振動伝達手段に伝播し、第１の振
動伝達手段の端部での反射波が減少する。

【００１８】

【実施例】以下に、図面に示す実施例に基づき、本発明
を詳細に説明する。

【００１９】図１（Ａ）は本発明を採用した座標入力装
置の構造を示している。図１（Ａ）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
レイ１８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。

【００２０】図において、符号８で示されたものはアク
リルやガラス板などからなる振動伝達板で、振動ペン３
から伝達される振動をその周辺部に設けられた３個の振
動センサ６に伝達する。

【００２１】本実施例における振動ペンを用いる座標検
出では、振動ペン３から振動伝達板８を介して振動セン
サ６に伝達された超音波振動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。

【００２２】振動伝達板８には、振動ペン３から伝達さ
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、図１（Ｂ）のように振動伝達板端面を本
体外枠２０に接着またはグリースを介して密着させてい
る。

【００２３】本体外枠２０には、音響インピーダンスが
振動伝達板８とほぼ等しい材料を用いる。例えば、振動
伝達板８にガラスを使用するなら本体外枠２０はアルミ
を使用し、アクリルならばエポシキ樹脂などのプラスチ
ツク材料を使用する。また、本体外枠２０は図１（Ｂ）
で示したように、振動伝達板８の形状よりわずかに大き
いサイズとし、かつ下部に曲げた構造とする。

【００２４】振動伝達板８はＣＲＴ（あるいは液晶表示
器）など、ドツト表示が可能な表示器１８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
うようになつている。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１８上の位置にドツト表示が行
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ったよ
うに振動ペンの軌跡の後に現れる。

【００２５】また、このような構成によれば表示器１８
にはメニユー表示を行い、振動ペンによりそのメニユー
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。

【００２６】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。

【００２７】図２は振動ペン３の構造を示している。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の駆動信号は図１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
よつて所定のゲインで増幅された後、振動子４に印加さ
れる。

【００２８】電気的な駆動信号は振動子４によつて機械
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。

【００２９】振動子４の振動周波数はアクリルやガラス
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よい振動変
換が可能である。

【００３０】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の表面の傷や障害物などの影響を受けにくいという利
点を有する。

【００３１】再び、図１（Ａ）において、振動伝達板８
の端部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６に入力され、後段
の演算制御回路１により処理可能な検出信号に変換され
る。演算制御回路１は振動伝達時間の測定処理を行い、
振動ペン３の振動伝達板８上での座標位置を検出する。

【００３２】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１８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に基づ
きビデオ信号処理装置１０を介して表示器１８の出力動
作を制御する。

【００３３】図３は図１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。

【００３４】マイクロコンピユータ１１は内部カウンタ
やＲＯＭおよびＲＡＭを内蔵している。駆動信号発生回
路１２は図１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、マイクロコンピユータ１
１により座標演算用の回路と同期して起動される。

【００３５】カウンタ１３の計数値はマイクロコンピユ
ータ１１によりラツチ回路１４にラツチされる。

【００３６】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、座標検出のために振動伝達
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ポート１５にそれ
ぞれ入力される。

【００３７】波形検出回路９から入力されるタイミング
信号は入力ポート１５に入力され、ラツチ回路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ユータ１１に伝えられる。すなわ
ち、カウンタ１３の出力データのラツチ値として振動伝
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、マイクロコンピユータ１１に報知
する。

【００３８】表示器１８の出力制御処理は入出力ポート
１７を介して行われる。

【００３９】図４は図１の波形検出回路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
明するものである。図４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に検出される。

【００４０】振動伝達板８内を振動センサ６までの距離
に応じた時間ｔｇをかけて進行した後、振動は振動セン
サ６に到達する。図４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
ローブ４２１と位相４２２の関係は振動伝達距離に応じ
て変化する。

【００４１】ここで、エンベローブの進速度を群速度Ｖ
ｇ、位相速度をＶｐとする。この群速度および位相速度
の違いから振動ペン３と振動センサ６間の距離を検出す
ることができる。

【００４２】まず、エンベローブ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
とえばピークを図４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の間の距離ｄはその振動伝
達時間をｔｇとして、ｄ＝Ｖｇ・ｔｇ …（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と振動ペン３の距離
を示すことができる。

【００４３】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。図４の位
相波形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 …（２）となる。ここでλｐは弾性波の波長、ｎは整数である。

【００４４】前記の（１）式と（２）式から上記の整数
ｎは、ｎ＝［Ｖｇ・ｔｇ−Ｖｐ・ｔｐ）／λｐ＋１／Ｎ］ …（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、±１／２波長以内で
あればｎを決定することができる。

【００４５】上記のようにして求めたｎを（２）式に代
入することで、振動ペン３および振動センサ６間の距離
を正確に判定することができる。

【００４６】図３に示した２つの振動伝達時間ｔｇおよ
びｔｐの測定のため、波形検出回路９はたとえば図５に
示すように構成することができる。

【００４７】図５において、振動センサ６の出力信号は
前述の増幅回路５１により所定のレベルまで増幅され
る。

【００４８】増幅された信号はエンベロープ検出回路５
２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５３によつて検出される。
ピーク検出信号からモノマルチバイブレータなどから構
成された信号検出回路５４によつて所定波形のエンベロ
ープ遅延時間検出信号Ｔｇが形成され、演算制御回路１
に入力される。

【００４９】また、このＴｇ信号のタイミングと、遅延
時間調整回路５７によつて遅延された元信号から検出回
路５８により位相遅延時間検出信号Ｔｐが形成され、演
算制御回路１に入力される。

【００５０】すなわち、Ｔｇ信号は単安定マルチバイブ
レータ５５により所定幅のパルスに変換される。また、
コンパレートレベル供給回路５６はこのパルスタイミン
グに応じてｔｐを信号を検出するためのしきい値を形成
する。この結果、コンパレートレベル供給回路５６は図
３の符号４４のようなレベルとタイミングを有する信号
４４を形成し、検出回路５７に入力する。

【００５１】すなわち、単安定マルチバイブレータ５５
およびコンパレートレベル供給回路５６は位相遅延時間
の測定がエンベロープピーク検出後の一定時間のみしか
作動しないようにするためのものである。

【００５２】この信号はコンパレータなどから構成され
た検出回路５８に入力され、図４のように遅延された検
出波形と比較され、この結果、符号４５のようなｔｐ検
出パルスが形成される。

【００５３】以上に示した回路は振動センサ６の１つ分
のもので、他のそれぞれのセンサに対しても同じ回路が
設けられる。センサの下図を一般化してｈ個とすると、
エンベローブ遅延時間Ｔｇ１〜ｈ、位相遅延時間Ｔｐ１
〜ｈ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。

【００５４】図３の演算制御回路では上記のＴｇ１〜ｈ
・Ｔｐ１〜ｈ信号を入力ポート１５から入力し、各々の
タイミングを取り出してカウンタ１３のカウント値をラ
ツチ回路１４に取り込む。前記のようにカウンタ１３は
振動ペンの駆動と同期してスタートされているので、ラ
ツチ回路１４には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取り込まれる。

【００５５】図６のように振動伝達板８の角部に３つの
振動センサ６を符号Ｓ１からＳ３の位置に配置すると、
図４に関連して説明した処理によつて振動ペン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
の直線距離ｄ１〜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。ただし、Ｓ１・Ｓ２・Ｓ３はそれぞれ
座標（０，０）・（Ｘ，０）・（０，Ｙ）であるものと
する。

【００５６】ｘ＝Ｘ／２＋（ｄ１＋ｄ２）・（ｄ１−ｄ２）／２Ｘ …（４）ｙ＝Ｙ／２＋（ｄ１＋ｄ３）・（ｄ１−ｄ３）／２Ｙ …（５）ここでｘ・ｙはそれぞれＳ２・Ｓ３の位置の振動センサ
６と原点（位置Ｓ１）のセンサのＸ軸・Ｙ軸に沿った距
離である。

【００５７】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。ここでは説明を
簡略するために、図６に示されるように直交座標系に対
応するセンサ配置を例示したが、図１（Ａ）のようなセ
ンサ配置を行う場合でも、同様の演算により座標値を決
定することができる。

【００５８】ここで、図１（Ａ）・図１（Ｂ）に示した
ような構成を用いる効果について説明する。本体外枠２
０は、振動伝達板８の音響インピーダンスとほぼ等しい
値の音響インピーダンスをもつ材料により構成されてい
る。伝導伝達板８の音響インピーダンスをＣ１、本体外
枠２０の音響インピーダンスをＣ２とすると、伝導伝達
板８と本体外枠２０との界面での反射率Ｒは、界面に垂
直に入射した場合、次式のようになることはよく知られ
ている。

【００５９】Ｒ＝（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｃ２＋Ｃ１） …（６）Ｃ１＝Ｃ２で、Ｒ＝０となり、音響インピーダンスが等
しい材料の境界面での反射はゼロとなる。これは、斜め
に振動が境界に入力した場合でも、同様にＣ１＝Ｃ２
で、Ｒ＝０となることも周知である。

【００６０】実際の音響インピーダンスの値で考えてみ
ると、例えば振動伝達板８にガラス（Ｃ１＝１．７０×
１０⁷ kg／m²）、本体外枠２０にアルミ（Ｃ２＝１．６
９×１０⁷ kg／m²）を選んだ時の反射率は、（６）式よ
りＲ＝０．００３となり、直接波の０．３％しか反射し
ないことになる。

【００６１】また、振動伝達板８から本体外枠２０に透
過した振動に注目すると、本体外枠２０内を伝播し、本
体外枠２０端面で反射し再び振動伝達板８にまで伝播し
てきても、直接波に対して時間遅れが大きく、検出する
際のノイズとはならない。

【００６２】以上のように、振動伝達板８を取り付ける
本体外枠２０として、振動伝達板とほぼ同じ音響インピ
ーダンスを持つ材料を用い、振動伝達板８をその周辺で
外枠と接着するかグリースを介して密着して固定するこ
とで、振動伝達板の端面からの反射波を減少させること
ができ、しかも振動伝達板８上に無効エリアを作らずに
振動検出時のノイズを低減して座標検出精度を向上させ
ることができるという優れた効果がある。

【００６３】

【他の実施例】図７に本体外枠２０を一枚構造とした、
もう一つの実施例を示す。図７で振動伝達版８から本体
外枠２０に透過した振動は、本体外枠２０を横断して反
対側の振動伝達板８にまで到達する。よつて、直接波に
対する時間遅れは図１（Ｂ）の構造よりも更に大きくと
ることができる。

【００６４】また、座標入力装置全体の形状が小さく、
よつて本体外枠２０の形状が大きくとれない時には前記
時間遅れが小さくなり、本体外枠２０から再び振動伝達
板８に戻ってくる振動が問題になる。このような場合に
有効なもう一つの実施例を図８に示す。

【００６５】図８のように本体外枠２０に制振シート７
を装着することで、本体外枠２０を伝播する透過振動を
伝播中に抑えることができる。この構成によれば、制振
シート７の装着面積を大きく取れて本体外枠２０の振動
を押さえることができるが、装着する領域は振動伝達板
内でないため、従来問題となつた無効エリアは生じな
い。

【００６６】また、振動伝達版８と本体外枠２０とを一
体に成型すれば、接合部での振動の反射をほぼ完全に押
さえることができる。

【００６７】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つて達成される場合にも適用で
きることは言うまでもない。

【００６８】

【発明の効果】上記説明したように本発明に係る座標入
力装置は、座標入力面の有効面積を減らさずにノイズと
なる反射波を効率よく抑制できる。

【００６９】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を振動伝達板に複数設
けられた振動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、

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の構成を示した説明図である。

【図２】図１の振動ペンの構造を示した説明図である。

【図３】図１の演算制御装置の構造を示したブロツク図
である。

【図４】振動ペンと振動センサの間の距離測定を説明す
る検出波形を示した波形図である。

【図５】図１の波形検出回路の構成を示したブロツク図
である。

【図６】振動源の座標を定める過程の説明図である。

【図７】

【図８】本発明の他の実施例の構成を示した説明図であ
る。

【図９】従来の防振材の取り付け構造を示した説明図で
ある。

【符号の説明】

１…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９…信号波形検出回路１０…ディスプレイ駆動回路１８…表示部２０…本体外枠

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者兼子潔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】振動源からの振動伝達時間により振動源
の座標を特定する座標入力装置であって、第１の振動伝達手段と、該第１の振動伝達手段に密接した第２の振動伝達手段
と、を備える座標入力装置。
【請求項２】前記第２の振動伝達手段は前記第１の振
動伝達手段と同じまたは近似した値の音響インピーダン
スを持つことを特徴とする請求項１の座標入力装置。
【請求項３】前記第２の振動伝達手段は箱形に形成さ
れていることを特徴とする請求項１の座標入力装置。
【請求項４】前記第２の振動伝達手段には防振材が接
着されていることを特徴とする請求項３の座標入力装
置。