JPH0562774B2 - - Google Patents

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、特に振動伝達板上の振
動伝達板時間から指示点座標を検出する座標入力
装置であつて、振動伝達板端部に防振材を設ける
構造を有す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、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入力を行ない、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。

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。

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、第１１図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。

第１１図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、
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。

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。

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、さらにこれに可塑剤、安定剤、軟
化材、鉛、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。

［発明が解決しようとする問題点］ 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。

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第１１図Ｂのように
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。

第１１図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、第１
１図Ｃは第１１図Ｂの断面図の一部であり、反射
波の様子を示す図である。

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。

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、第１１図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、第１１
図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。

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。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つて検出
精度を下げるという欠点があつた。

［問題点を解決するための手段］ 以上の問題点を解決するために、本発明におい
ては、振動発生手段を有する振動入力手段を接触
することで入力された振動を、振動伝達部材に設
けられた振動検出手段により検出して、前記振動
入力手段の入力座標を検出する座標入力装置にお
いて、前記振動伝達部材の端縁から振動波の半波
長の整数倍の位置に、振動入力側に対する端縁を
位置付けた防振材を、前記振動伝達部材上に設け
た構成を採用した。

［作用］ 以上の構成によれば、振動伝達部材の周辺部に
おいて、防振材および境界面で発生させた反射波
により干渉を起こし、これにより全体の反射波を
減衰させることができ、振動検出時のノイズを低
減して検出精度を向上させることができる。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づき、本発明を詳
細に説明する。

第１図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。第１図の座標入力装置は、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１１′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。

図において符号８で示されたものはアクリル、
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辺部に３個設けられた振
動センサ６に伝達する。

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を伝達時間を計測
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。

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、第１図Ｂのように合成樹脂など
で構成された防振材７が装着されている。上記防
振材７は、上記振動伝達板８の表面に振動伝播波
の波長の1/2の整数倍の距離差をもつて装着する。

これにより、後に詳述するように、表面と裏面
に装着した防振材７の境界面による反射波は1/2
波長分位相がずれることにより、お互いに弱めあ
うように干渉する。詳細に後述する。振動伝達板
８の辺部には３個の振動センサ６が取り付けられ
ており、振動ペン３から伝達される弾性波を検出
する。

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１１′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
示を行な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１１′上
の位置にドツト表示が行なわれ、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なつたように振
動ペンの軌跡の後に現れる。

また、このような構成によれば表示器１１′に
はメニユー表示を行ない、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。

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
を先端が尖つたホーン部５を介して振動伝達板８
に伝達する。

第２図は振動ペン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。

電気的は駆動信号は振動子４によつて機械的な
表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。

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。

再び、第１図Ａにおいて、振動伝達板８の角部
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ない、振動ペン３の振動伝達
板８上での座標位置を検出する。

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１１′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
標情報に基づいてビデオ信号処理装置１０を介し
て表示器１１′の出力動作を制御する。

第３図は第１図の演算制御回路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。

マイクロコンピユータ１１は内部カウンタ、
ROMおよびRAMを内蔵している。駆動信号発
生回路１２は第１図の振動子駆動回路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１１により座標演算用の回路と
同期して起動される。

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。

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、座標検出のための振動伝
達時間を計測するための検出信号のタイミング情
報および、筆圧検出のための信号レベル情報を出
力する。これらのタイミングおよびレベル情報は
入力ポート１５および１７にそれぞれ入力され
る。

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、判定回路１６によ
りラツチ回路１４内の計数値と比較され、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なわれる。

表示器１１′の出力制御処理は入出力ポート１
７を介して行なわれる。

第４図は第１図の波形検出回路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。第４図において符号４
１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内を通つて振動セ
ンサ６に検出される。

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。第４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に於ては振動伝達板８内で
の伝播距離に対して検出波形のエンベロープ４２
１と位相４２２の関係は振動伝達中に伝達距離に
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。

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
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。

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。

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とすれば、±
１／２波長以内であれば、ｎの決定することができ
る。上記のようにして求めた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(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
正確に測定することができる。

第４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９により行なわれ
る。波形検出回路９は第５図に示すように構成さ
れる。第５図の波形検出回路は筆圧検出のため、
後述のように振動センサ６の出力波形のレベル情
報も処理する。

第５図において、振動センサ６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。ピーク検出信号はモノマルチバ
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。

また、このTg信号と、遅延時間調整回路５７
によつて遅延された元信号からコンパレータ検出
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。

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。センサの数を一般化してｈ個とす
ると、エンベロープ遅延時間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。

第３図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
のタイミングをトリガとしてカウンタ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は振動子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。

たとえば、第６図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、第４図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。

ｘ＝Ｘ／２＋（d1＋d2）（d1−d2）／2X ……(4) ｙ＝Ｙ／２＋（d1＋d3）（d1−d3）／2Y ……(5) ここでＸ、ＹはＳ２，Ｓ３の位置の振動センサ
６と原点（位置Ｓ１）のセンサのＸ、Ｙ軸に沿つ
た距離である。

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。第１図Ａのよ
うに振動センサ６を振動伝達板８の３辺の中央位
置に設けても、原点を移動して第６図と同様な演
算を行なうことによつて振動ペンの位置座標を検
出できる。

第１実施例 ここで、第１図Ｂで示した本発明の実施例であ
る防振材の装着位置について説明する。第７図の
ように振動伝達板８の表面に振動伝達板８の端縁
からＦ＝nλ／２の幅を有する防振材７を装着す
る。

ここで、λは本装置で用いる振動ペン３から発
せられ、振動伝達板８を伝播する弾性波の波長を
示す。

振動ペン３から発せられた弾性波はまず、符号
Ｄのように表面に装着された防振材７の第１の境
界面Ｋ１で反射し、ここで防振材は振動を拘束し
ているので反射波の位相は180°ずれる。

また、境界面Ｋ１で反射しなかつた弾性波成分
は符号Ｅのように振動伝達板８の端縁まで進行
し、振動伝達板８端縁の第２の境界面Ｋ２で反射
する。ここの反射では、反射波の位相のずれは生
じない。

したがつて、反射波ＥがＤと合成される際には
nλ／２の２倍の距離のずれがあるから、反射波
ＤとＥは、お互いに逆位相の弾性波となり、お互
いに干渉して打ち消しあう。従つて、防振材境界
により生じる反射波は、大幅に減少する。

防振材７の幅を上記のように設定することによ
り、従来防振材７を装着することによりその装着
端縁で生じていた反射波を振動伝達板８端縁の反
射波と作用させて両者を同時に軽減させることが
できる。

この実施例では防振材７の幅を調整するだけで
よいから、部品点数が増大することがなく、コス
ト面で有利である。

第２実施例 以上では、振動伝達板８端縁からＦ＝nλ／２
の距離の範囲にすべて防振材７を設けているが、
第８図の上段、および中段に示すように、第１の
境界面が第７図と同じ位置に形成される限り防振
材７の幅は任意である。また、第８図下段のよう
に振動伝達板８の両面を防振材７で包むようにし
振動伝達板８をこの防振材７で支持するようにし
てもよい。

上述の反射波減衰効果を大きくするには、逆相
の反射波Ｄ、Ｅの振幅を同一に制御するのがもつ
とも好ましい。したがつて、第８図のように防振
材７の幅を調整することで、反射波Ｄ、Ｅの振幅
調整を行なえる。

第３実施例 第９図に第３の実施例を示す。

第９図において符号７′は防振材に準ずる振動
拘束性を有する振動伝達板８の支持部材で、高分
子材料、合成樹脂、金属、セメント、アスフアル
ト、ガラスなどの材料から構成する。

デイスプレイ１１′、振動伝達板８はこの支持
部材７′上に積層配置される。振動伝達板８は支
持部材７′端縁のほぼコの字型の支持部により支
持される。支持部材７′の支持部による振動伝達
板８の支持点は前記と同様に振動伝達板８の端縁
からＦ＝nλ／２の距離の位置である。

このような構成でも、第１、第２の境界面Ｋ
１，Ｋ２を形成することができ、前記と同様の効
果を得ることができる。

第４実施例 上記実施例では、振動伝達板８の端縁を弾性波
反射に関する境界面として用いている。振動伝達
板８の端縁は、弾性反射に関して、理論的には振
動伝達板８の不連続形状部分と同等と考えてよ
い。

したがつて、第２の境界面Ｋ２は振動伝達板８
の端縁ではなく、第１０図のように振動伝達板８
の下面（ないし上面）に設けた溝により構成して
もよい。境界面Ｋ２を構成する溝と、防振材７の
端縁の境界面Ｋ１の距離Ｆは前述と同様にnλ／
２に設定する。

このような構成によれば、振動伝達板８のサイ
ズ、防振材７の取り付け位置などに関する制約を
小さくできる。

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、振
動発生手段を有する振動入力手段を接触すること
で入力された振動を、振動伝達部材に設けられた
振動検出手段により検出して、前記振動入力手段
の入力座標を検出する座標入力装置において、前
記振動伝達部材の端縁から振動波の半波長の整数
倍の位置に、振動入力側に対する端縁を位置付け
た防振材を、前記振動伝達部材上に設けた構成を
採用しているので、振動伝達部材の周辺部におい
て、防振材および振動伝達部材の形状不連続部分
の境界面で発生する反射波を干渉させ、全体の反
射波を減衰させることができ、振動検出時のノイ
ズを低減して振動センサに歪みのない振動検出信
号を発生させることができるため、座標検出精度
を大幅に向上できるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは本発明を採用した情報入出力装
置の座標入力部の構成をそれぞれ示した説明図、
第２図は第１図の振動ペンの構造を示した説明
図、第３図は第１図の演算制御装置の構造を示し
たブロツク図、第４図は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、第５図は第１図の波形検出回路の構成を示し
たブロツク図、第６図は振動センサの配置を示し
た説明図、第７図〜第１０図はそれぞれ異なつた
防振構造を示した説明図、第１１図Ａは従来の防
振材の取り付け構造を示した説明図、第１１図
Ｂ，Ｃはそれぞれ従来の座標入力装置における防
振材の取り付け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、７……防振材、８…
…振動伝達板、５１……前置増幅器、１５，１６
……入力ポート、５２……エンベロープ検出回
路、５４，５８……信号検出回路、５９……Ａ／
Ｄ変換回路、９１……ピークホールド回路、９２
……加算回路、９３……コンパレータ、Ｋ１，Ｋ
２……境界面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 振動発生手段を有する振動入力手段を接触す
   ることで入力された振動を、振動伝達部材に設け
   られた振動検出手段により検出して、前記振動入
   力手段の入力座標を検出する座標入力装置におい
   て、 前記振動伝達部材の端縁から振動波の半波長の
   整数倍の位置に、振動入力側に対する端縁を位置
   付けた防振材を、前記振動伝達部材上に設けたこ
   とを特徴とする座標入力装置。