JPH07210303A - 座標入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】不要な振動成分を除去し、高精度な座標入力を
可能とする。 【構成】振動センサ６ａ〜６ｄは振動伝達板８の表面に
配置され、センサ６ａ’〜６ｄ’は、センサ６ａ〜６ｄ
にそれぞれ対向するよう配置されている。これらセンサ
は、主として検知する振動のモードが異なっている。こ
れらで検知した振動を、所定モードの振動について同じ
レベルになるよう増幅回路１３ａおよび１３ｂで増幅
し、そのあと差動回路１２で差分をとる。このため、レ
ベルが等しくされたモードの信号はキャンセルされる。
残った振動モードの成分により振動源までの距離を計算
し、座標を算出することで座標精度を高めることができ
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座標を検出する座標入力装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、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い、振動伝達板に設け
た複数のセンサ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、図７に示す
ように振動を検出するため振動伝達板８の周辺部で圧電
素子により構成されるセンサ６を振動伝達板８表面に接
着等の手段により装着していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
センサ構成で検出される検出波形は２つのモードが重な
った歪んだ波形であり、精度低下の原因となっていた。
これは次のように説明される。

【０００５】板状の振動体を伝播する振動は、周波数と
振動板の板厚により伝播速度が決定される、板波といわ
れる振動であり、図８で模式的に示す板波対称波（縦波
が主成分、図８（ａ））と板波非対称波（横波が主成
分、図８（ｂ））の２つのモードが存在する。従来の上
記図７のセンサ構成で、振動モードが振動伝達板８の表
面に垂直方向である圧電素子（従って横波が主成分の板
波非対称波を検出）の径（寸法）が、波長に比べて無視
できない大きさ（一般に波長の１／１０以上）である場
合は、振動伝達板８表面に平行方向の振動（従って縦波
が主成分の板波対称波）も上記板波非対称波と同時に検
出してしまう。従って、圧電素子で構成されるセンサ６
からの検出信号は２つのモードが重なった歪んだ波形で
検出されるという問題が生じた。

【０００６】これを解決するために、振動伝達板を挟ん
で対向してセンサを配置し、各センサからの信号の差分
をとって、上記板波対称波を干渉除去し、板波非対称波
への影響を軽減し、位置座標検出の高精度化を図る提案
がなされていた。これは、板波の以下の特徴を利用した
ものである。つまり、同一点で振動伝達板を挟んで対向
した２つのセンサで振動を検出した場合、板波は、その
名が示すとおり、上記板波非対称波では２つのセンサの
位相は逆になり、上記板波対称波は２つのセンサの位相
は同一になる。従って、上記振動伝達板を挟んで対向し
た２つのセンサからの信号を差分処理することにより、
検出すべき上記板波非対称波は強められ、不用な上記板
波対称波は打ち消される。

【０００７】しかし、上記の信号処理は、正確に位置ず
れのない同一点で振動伝達板を挟んで対向した２つのセ
ンサの信号を処理することを前提としている。従って、
上記２つのセンサがお互いに位置がずれていると上記２
つの信号が振動ペンからの同一振動伝達時間として計測
されない。つまり、上記２つの信号の差分処理によって
も、板波対称波の信号は完全に打ち消し合わず、また板
波非対称波は同一異位相波の干渉により歪みを生じ座標
検出精度が低下するという不都合が発生する。

【０００８】本発明は、検出波形である板波非対称波へ
の板波対称波の重畳による歪み発生を軽減させるために
なされたもので、対向する２つのセンサの位置ずれの許
容度を上げて効率的に不要振動を除去し、座標検出精度
向上を実現することを目的とする。

【０００９】

【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次のような構成からなる。
すなわち、振動を伝達する振動伝達板と、振動を前記振
動伝達板に入力する入力手段と、前記振動伝達板を伝達
する板波振動波を前記振動伝達板の複数箇所において検
出する、形状の異なる複数の振動子を含む振動検出手段
と、該振動検出手段により検出された信号から単一振動
モードを分離する分離手段と、前記入力手段により振動
が前記振動伝達板に入力されてから、前記振動検出手段
により当該振動が検出されるまでの時間を前記分離手段
により分離された単一モードの振動に基づいて測定し、
測定された振動伝達時間に基づいて前記振動源の座標を
算出する座標算出手段とを備える。

【００１０】また、振動を伝達する振動伝達板と、振動
を前記振動伝達板に入力する入力手段と、前記振動伝達
板表面部の複数箇所に配置された振動子を含み、前記振
動伝達板を伝達する板波振動波を検出する第１の振動検
出手段と、前記第１の振動検出手段に含まれる振動子の
近傍にあって前記振動伝達板の側面部に配置された複数
の振動子を含む第２の振動検出手段と、前記第１および
第２の振動検出手段により検出された信号それぞれから
単一振動モードを分離する分離手段と、前記第１の振動
検出手段により検出された振動の検出レベルに基づく信
号レベルと、前記第２の振動検出手段により検出された
振動の検出レベルに基づく信号レベルとを、それぞれに
含まれる所定の振動モードのレベルが等しくなるよう調
整する出力調整手段と、該出力調整手段により調整され
た信号の差分をとる手段とを備える。

【００１１】

【作用】上記構成により、振動源より発せられた、振動
検知手段により探知された振動から単一の振動モードを
分離し、分離した振動モードの振動の伝達時間を測定し
て振動源の座標を算出する。

【００１２】

【第１実施例】以下、添付図面に従って本発明に係わる
実施例を詳細に説明する。

【００１３】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。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等、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上をタッチすることで行う。また実際
には、図示に実線で示す符号Ａの領域（以下有効エリ
ア）内を振動ペン３で指定することを行う。そして、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、
また振動伝達板８の周辺部には圧電素子等、機械的振動
を電気振動に変換する振動センサ６ａ〜６ｄ，６ａ’〜
６ｄ’が各箇所２個ずつ固定されている。各センサ装着
部の断面図をセンサ６ａ，６ａ’に関して（６ｂ，６
ｂ’〜６ｄ，６ｄ’も同じ）図１に示す。図示のごと
く、振動伝達板８を挟むよう様に振動伝達板８の略同一
位置の表裏に６ａ、６ａ’（６ｂ、６ｂ’〜６ｄ、６
ｄ’も同じ）が装着される。ここで、振動センサ６ａと
６ａ’は、振動モードの異なった圧電素子が用いられ
る。本実施例においては図１（ｂ）に示すように６ａに
縦（あるいは厚み）方向、６ａ’に径方向の振動モード
の異なった振動子を用いる。６ｂ、６ｂ’〜６ｄ、６
ｄ’に関しても同様で振動伝達板８を挟んで表裏で振動
モードの異なった振動子を用いる。以上の振動センサ６
からの信号のうち、センサ６ａ〜６ｄの縦（厚み）方向
振動子からの出力は、増幅率Ｔを持つ増幅回路１３ａ
へ、センサ６ａ’〜６ｄ’の径方向振動子からの出力
は、増幅率Ｋを持つ増幅回路１３ｂへ送られる。更に、
この２つの増幅回路の出力は差動回路１２に送られ、そ
の差分信号を信号波形検出回路９に送る。この増幅率及
び差分に関する一連の作用については、後で詳述する。
更に、各振動センサ６ａ〜６ｄに対応する前記信号波形
検出回路９の信号を演算制御回路１に出力する。１１は
液晶表示器等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によりな
ぞられた位置にドットを表示しそれを振動伝達板８（透
明部材からなる）を透してみることが可能になってい
る。

【００１４】振動ペン３に内蔵された振動子４は、振動
子駆動回路２によって駆動される。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。

【００１５】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、ペン先５を介して振動伝達
板８に伝達される。

【００１６】ここで振動子４の振動周波数はガラス等の
振動伝達板８に板波を発生す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するモードが選択される。また、
振動子４の振動周波数をペン先５を含んだ共振周波数と
することで効率のよい振動変換が可能である。

【００１７】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、表面波等に比して振動伝達波の
表面の傷、障害物等の影響を受けにくいという利点を有
する。

【００１８】＜演算制御回路の説明＞上述した構成にお
いて、演算制御回路１は所定周期毎（例えば５ｍｓ毎）
に振動子駆動回路２により振動ペン３内の振動子４を駆
動させる信号を出力すると共に、その内部タイマ（カウ
ンタで構成されている）による計時を開始させる。そし
て、振動ペン３より発生した振動は振動センサ６ａ〜６
ｄまでの距離に応じて遅延して到達する。

【００１９】振動波形検出回路９は各振動センサ６ａ〜
６ｄからの信号を検出して、後述する波形検出処理によ
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
成するが、演算制御回路１は各センサ毎のこの信号を入
力し、各々の振動センサ６ａ〜６ｄまでの振動到達時間
の検出を行って振動ペンの座標位置を算出する。

【００２０】また演算制御回路１は、この算出された振
動ペン３の位置情報を元にディスプレイ駆動回路１０を
駆動して、ディスプレイ１１による表示を制御したり、
あるいはシリアル、パラレル通信によって外部機器に座
標出力を行う（不図示）。

【００２１】図３は実施例の演算制御回路１の概略構成
を示すブロック図で、各構成要素及びその動作概略を以
下に説明する。

【００２２】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ュータであり、
内部カウンタ、操作手順を記憶したＲＯＭ、そして計算
等に使用するＲＡＭ、定数などを記憶する不揮発性メモ
リ等によって構成されている。

【００２３】３３は不図示の基準クロックを計時するタ
イマ（例えばカウンタなどに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の駆
動を開始させるためのスタート信号を入力すると、その
計時を開始する。これによって、計時開始とセンサによ
る振動検出の同期が取られ、センサ（６ａ〜６ｄ）によ
り振動が検出されるまでの遅延時間が測定できることに
なる。

【００２４】その他各構成要素となる回路は順を追って
説明する。

【００２５】振動波検出回路９より出力される各振動セ
ンサ６ａ〜６ｄより振動到達タイミング信号は、検出信
号入力ポート３５を介してラッチ回路３４ａ〜３４ｄに
入力される。

【００２６】ラッチ回路３４ａ〜３４ｄのそれぞれは、
各振動センサ６ａ〜６ｄに対応しており、対応するセン
サよりのタイミング信号を受信すると、その時のタイマ
（カウンタ）３３の計時値をラッチする。こうして全て
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、マイクロコンピュータ３１にその旨の信号を出
力する。

【００２７】マイクロコンピュータ３１がこの判定回路
３６からの信号を受信すると、ラッチ回路３４ａ〜３４
ｄから各々の振動センサまでの振動到達時間を読み取
り、所定の計算を行って、振動伝達板８上の振動ペン３
の座標位置を算出する。

【００２８】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１１の対応する位置に
ドットなどを表示することができる。あるいはＩ／Ｏポ
ート３７を介してインタフェース回路に座標位置情報を
出力することによって、外部機器に座標値を出力するこ
とができる。

【００２９】＜振動伝搬時間検出の説明（図４，図５）
＞以下、振動センサ３までの振動到達時間を計測する原
理について説明する。

【００３０】図４は振動波形検出回路９に入力される検
出波形を、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。尚以下、振動センサ６ａの場合に
ついて説明するが、その他の振動センサ６ｂ，６ｃ，６
ｄについても全く同じである。

【００３１】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と同時に
開始することは既に説明した。この時、振動子駆動回路
２から振動子４へは駆動信号４１が印加されている。こ
の信号４１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。

【００３２】この実施例で用いられている振動は板波で
あるため、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４２１と位相４２２の関係は、振動伝
達中にその伝達距離に応じて変化する。ここでエンベロ
ープ４２１の進む速度、すなわち群速度をＶｇ、そして
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。

【００３３】まず、エンベロープ４２１にのみ着目する
と、その速度はＶｇであり、ある特定の波形状の点、例
えば変極点や図示４３で示す信号のようにピークを検出
すると、振動ペン３及び振動センサ６ａの間の距離は、
その振動伝達時間をｔｇとして、 ｄ＝Ｖ・ｔｇ （１） で与えられる。この式は振動センサ６ａの一つに関する
ものであるが、同じ式により他の３つの振動センサ６ｂ
〜６ｄと振動ペン３の距離も同様にして表わすことがで
きる。

【００３４】更に、より高精度な座標決定をするため
に、位相信号の検出に基づく処理を行う。

【００３５】位相波形信号４２２の特定の検出点、例え
ば振動印加から、ある所定の信号レベル４６後のゼロク
ロス点までの時間をｔｐ４５（信号４７に対し所定幅の
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。

【００３６】前記（１）式と（２）式から上記の整数ｎ
は、 ｎ＝［（Ｖｇ・ｔｇ−Ｖｐ・ｔｐ）／λｐ＋１／Ｎ］ （３） と表わされる。

【００３７】ここで、Ｎは“０”以外の実数であり、適
当な値を用いる。例えば、Ｎ＝２とすれば±１／２波長
以内のｔｇ等の変動であれば、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（２）式に代入するこ
とで、振動ペン３及び振動センサ６ａ間の距離を精度よ
く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の測定のため信号４３及び４５の生成は、
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。

【００３８】図５は実施例の振動波形検出回路９の構成
を示すブロック図である。

【００３９】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、帯域通過フィルタ５１１により
検出信号の余分な周波数成分が除かれ、例えば、絶対値
回路及び、低域通過ファイルなどにより構成されるエン
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。エンベロープピークのタイミ
ングは、エンベロープ検出回路５３によって検出され
る。ピーク検出回路は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エ
ンベロープ遅延時間検出信号である信号ｔｇ（図４信号
４３）が形成され、演算制御回路１に入力される。

【００４０】一方、５５は信号検出回路であり、エンベ
ロープ検出回路５２で検出されたエンベロープ信号４２
１中の所定レベルの閾値信号４６を越える部分のパルス
信号４７を形成する。５６は単安定マルチバイブレータ
であり、パルス信号４７の最初の立上がりでトリガされ
た所定時間幅のゲ−ト信号４４を開く。５７はｔｐコン
パレータであり、ゲ−ト信号４４の開いている間の位相
信号４２２の最初の立上がりのゼロクロス点を検出し、
位相遅延時間信号ｔｐ４５が演算制御回路１に供給され
ることになる。尚以上説明した回路は振動センサ６ａに
対するものであり、他の振動センサにも同じ回路が設け
られている。

【００４１】＜回路遅延時間補正の説明＞前記ラッチ回
路によってラッチされた振動伝達時間は、回路遅延時間
ｅｔ及び位相オフセット時間ｔｏｆｆを含んでいる。こ
れらにより生じる誤差は、振動ペン３から振動伝達板
８、振動センサ６ａ〜６ｄへと行われる振動伝達の際に
必ず同じ量が含まれる。

【００４２】そこで、例えば図６の原点Ｏの位置から、
例えば振動センサ６ａまでの距離をＲ１（＝Ｘ／２）と
し、原点Ｏにて振動ペン３で入力を行い実測された原点
Ｏからセンサ６ａまでの実測の振動伝達時間をｔｇ
ｚ’、ｔｐｚ’、また原点Ｏからセンサまでの真の伝達
時間をｔｇｚ、ｔｐｚとすれば、これらは回路遅延時間
ｅｔ及び位相オフセットｔｏｆｆに関して、 ｔｇｚ’＝ｔｇｚ＋ｅｔ （４） ｔｐｚ’＝ｔｐｚ＋ｔｏｆｆ （５） の関係がある。

【００４３】一方、任意の入力点Ｐ点での実測値ｔｇ’
ｔｐ’は同様に、 ｔｇ’＝ｔｇ＋ｅｔ （６） ｔｐ’＝ｔｐ＋ｔｏｆｆ （７） となる。この（４）（６）、（５）（７）両者の差を求
めると、 ｔｇ−ｔｇｚ’＝（ｔｇ＋ｅｔ）−（ｔｇｚ＋ｅｔ） ＝ｔｇ−ｔｇｚ （８） ｔｐ’−ｔｐｚ’＝（ｔｐ’＋ｅｔ＋ｔｏｆｆ）− （ｔｐｚ＋ｅｔ＋ｔｏｆｆ）＝ｔｅ−ｔｐｚ （９） となり各伝達時間に含まれる回路遅延時間ｅｔ及び位相
オフセットｔｏｆｆが除去され、原点Ｏの位置から入力
点Ｐの間のセンサ６ａ位置を起点とする距離に応じた真
の伝達遅延時間の差を求めることができ、前記（２）
（３）式を用いればその距離差を求めることができる。

【００４４】振動センサ６ａから原点Ｏまでの距離は予
め不揮発性メモリ等に記憶してあり既知であるので、振
動ペン３と振動センサ６ａ間の距離を決定できる。他の
センサ６ｂ〜６ｄについても同様に求めることができ
る。

【００４５】上記原点Ｏにおける実測値ｔｇｚ’及びｔ
ｐｚ’は出荷時に不揮発性メモリに記憶され、（２）
（３）式の計算の前に（８）（９）式が実行され精度の
高い測定ができる。

【００４６】＜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。

【００４７】いま、振動伝達板８上の隅点近傍に４つの
振動センサ６ａ〜６ｄを設けると、先に説明した原理に
基づいて、振動ペン３の位置Ｐから各々の振動センサ６
ａ〜６ｄの位置までの直線距離ｄａ〜ｄｄを求めること
ができる。更に演算制御回路１でこの直線距離ｄａ〜ｄ
ｄ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。

【００４８】 ｘ＝（ｄａ＋ｄｂ）・（ｄａ−ｄｂ）／２Ｘ （１０） ｙ＝（ｄｃ＋ｄｄ）・（ｄｃ−ｄｄ）／２Ｙ （１１） ここでＸ、Ｙはそれぞれ振動センサ６ａ、６ｂ間の距
離、振動センサ６ｃ、６ｄ間の距離である。

【００４９】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。

【００５０】＜本実施例における検出波形及びその信号
処理に関する説明＞前記振動センサ６ａ〜６ｄの縦（厚
み）方向振動子における検出波形を示すと図９のように
なり、６ａ’〜６ｄ’の径方向振動子における検出波形
を示すと図１０のようになる。図に示すように縦（ある
いは厚み）方向振動子における検出波形と、径方向振動
子における検出波形とを比べると、板波非対称波の検出
レベルに関しては、縦（あるいは厚み）方向振動子にお
ける検出レベルは径方向振動子における検出レベルより
大きく、逆に板波対称波の検出レベルに関しては、径方
向振動子における検出レベルは縦（あるいは厚み）方向
振動子における検出レベルより大きいことがわかる。こ
れは、振動センサに用いる圧電素子（振動子）の振動モ
ードの違いにより、検出される板波のモードの感度が異
なることによる。つまり、前記従来の技術のところで圧
電素子の径と振動伝達板を伝わる振動の波長との関係に
ついて述べたが、振動伝達板表面に装着された縦（ある
いは厚み）方向振動子は、主に振動伝達板表面に垂直な
方向に振動し、振動伝達板表面に垂直な振動成分を主成
分とする板波非対称波の検出感度が大きく、板波対称波
の検出感度が小さい。反面、振動伝達板裏面に装着され
た径方向振動子は、主に振動伝達板表面に平行な方向に
振動し、振動伝達板表面に平行な振動成分を主成分とす
る板波対称波の検出感度が大きく、板波非対称波の検出
感度が小さい。以上の２つの振動子よりの信号位相は、
板波の性質より、板波非対称波に関してはお互いに逆位
相であり、板波対称波に関してはお互いに同位相であ
る。

【００５１】本実施例の装置は、以上のように同一の振
動伝達板に伝わる振動が、振動センサの振動モードによ
り異なった検出波形が得られることを利用するものであ
る。

【００５２】上記の一箇所につき２つの振動センサによ
る振動の検出波形をそれぞれ増幅率の異なった増幅回路
を通して差分をとる処理を行う。この増幅率は、上記振
動センサにおいて、縦（あるいは厚み）方向振動子の出
力信号の板波対称波の検出レベルと、径方向振動子の出
力信号の板波対称波の検出レベルが等しくなるように設
定され、ここで、縦（あるいは厚み）方向振動子におけ
る検出波形において板波対称波の検出レベルをＳ、板波
非対称波の検出レベルをＡ、径方向振動子における検出
波形における検出波形において板波対称波の検出レベル
をＳ’板波非対称波の検出レベルをＡ’とし、縦（ある
いは厚み）方向振動子の信号が送られる増幅回路１３ａ
の増幅率をＴ、径方向振動子の信号が送られる増幅回路
１３ｂの増幅率をＫとすると、この増幅率はＴ／Ｋ＝
Ｓ’／Ｓとなるように設定される。ここで、前述のとお
り、Ｓ＜Ｓ’であるから、Ｔ＞Ｋとなる。また、各セン
サからの板波非対称波の検出信号も前記増幅回路１３ａ
及び増幅回路１３ｂで増幅されるから、縦（あるいは厚
み）方向振動子の信号の増幅後の板非対称波の検出レベ
ルは、ＴＡ、径方向振動子の信号の増幅後の板波非対称
波の検出レベルはＫＡ’となる。ここで、重要なのは、
この増幅後の板波非対称の検出レベルの大小である。前
述の通りＡ＞Ａ’であり、更にＴ＞Ｋであるから、増幅
後の板波非対称波の各々の検出レベルに関して、ＴＡ＞
ＫＡ’となる。前記増幅回路１３ａによる増幅後信号波
形を図１１に、増幅回路１３ｂによる増幅後信号波形を
図１２に示す。従って、以上の増幅後の各信号の差分を
次の差動回路１２を通して差分をとると、不要な板波対
称波はＴＳ＝ＫＳ’であるから、同レベル同位相波の差
分でゼロになり、一方、検出すべき板波非対称波の差分
（逆位相の差分であるから、同位相の加算と同じ）値が
出力される。差動回路１２を図１３に示し、差動回路１
２を通した差分後の信号波形を図１４に示す。

【００５３】ここで、従来問題となっている２つの振動
センサ位置ずれに対する作用について説明する。２つの
振動センサ位置ずれが或る微小値存在するとする。セン
サの位置ずれの存在は、２つの検出信号間に位相ずれが
存在するということである（ここでいう位相ずれとは、
板波非対称波における２つの信号の１８０°の位相ずれ
ではなく、微小な位相ずれである）。この微小な位相ず
れが存在すると、板波対称波が完全に打ち消し合わず残
ってしまうという弊害があるだけでなく、板波非対称波
においても位相ずれにより同一レベルの検出信号同士で
完全に強め合うことなく、歪みが生じる。本実施例にお
いては、板波対称波に関しては検出レベルを同一に揃え
るため同様な問題が生じるものの、検出すべき板波非対
称波においては、位相ずれの影響は大幅に軽減される。
これは、本実施例の板波非対称波における加算（逆位相
の差分）処理においては、前記の通り検出レベルに関し
て、レベルの差が大きい（ＴＡ＞＞ＫＡ’）ことによ
る。以上のように、本実施例において２つの振動センサ
の相対的な位相ずれに対しても、検出すべき板波非対称
波への影響を軽減することができる。

【００５４】以上説明したように、本実施例の座標入力
装置は、板波対称波を除去して板波非対称波への影響を
軽減し、位置座標検出の高精度化を図ることができると
いう効果がある。更に、工業化時の振動センサ装着上の
軽微な相対的位置ずれが生じても上記効果を上げること
ができる。

【００５５】

【第２実施例】 ＜増幅回路構成＞上記従来例においては、表裏２系統の
センサ信号出力に対し、各々増幅回路を設けたが、図１
５に示すように、縦（あるいは厚み）方向振動子系統か
らの信号出力に対してのみ、Ｓ’／Ｓ（＞１、記号は前
記と同じ事柄を示す）の増幅率を持つ増幅回路１３’を
ひとつ設けてもよい。また、図には示さないが、前記増
幅回路を個々の振動センサごとに近傍に設けてもよい。
このような構成とすることにより、増幅回路の数を減ら
すことができ、コスト節減や組立工程の簡単化といった
効果がある。

【００５６】＜振動センサ構成＞ ＜他のセンサ構成その１＞上記従来例においては、振動
伝達板８の周辺部には圧電素子等、機械的振動を電気信
号に変換する振動センサ６ａ〜６ｄ’を振動伝達板８を
挟むように振動伝達板８の略同一位置の表裏に装着し、
この２つの振動センサは、縦（あるいは厚み）方向と、
径方向の振動モードの異なった振動モードを持つ複数の
振動子で受振検出する構成なら、前記実施例以外の構成
でもよい。例えば、図１６で示すように、振動伝達板端
面側面に以下に述べる振動モードの異なった圧電素子を
用いてもよい。用いる圧電素子の振動モードは、一つの
縦（あるいは厚み）方向振動子で、もう一つは、ずり方
向振動子を用いる。このような構成によっても振動セン
サに用いる圧電素子（振動子）の振動モードの違いによ
り、検出される板波のモードの感度を変えることができ
る。つまり、振動伝達板側面に装着された縦（あるいは
厚み）方向振動子は、同一振動子を振動伝達板表面に装
着した場合とは逆に、主に振動伝達板表面に平行な方向
に振動し、振動伝達板表面に平行な振動成分を主成分と
する板波対称波の検出感度が高く、板波非対称波の検出
感度が小さい。半面、振動伝達板表面に装着されたずり
方向振動子は、主に振動伝達板表面に垂直な方向に振動
し、振動伝達板表面に垂直な振動成分を主成分とする板
波非対称波の検出感度が大きく、板波対称波の検出感度
が小さい。つまり、以上のような構成をとることによっ
ても同一の振動伝達板に伝わる振動を振動センサの振動
モードにより異なった検出波形が得られることができ
る。以後の信号の増幅回路に関しては、前記実施例と同
様に、板波対称波Ｓ１の検出感度が大きい縦（あるいは
厚み）方向振動子後の増幅率Ｋ’を板波対称波Ｓ２の検
出感度が小さいずり方向振動子増幅率Ｔ’より小さく、
Ｔ’／Ｋ’＝Ｓ１／Ｓ２となるように設定する。その後
の差動回路での処理以降は前記実施例と同様である。こ
のような構成とすることで、装置の厚みを減らすことが
できる。また、センサを端面に装着することにより、セ
ンサ近傍の端面による反射波の影響をなくすことができ
る。

【００５７】上記２つの振動センサを振動伝達板側面に
設定する構成は、長さ方向振動子とずり方向振動子との
組み合わせでもよい。

【００５８】＜他のセンサ構成その２＞上記実施例にお
いては、２つのモードの異なった圧電素子（振動子）を
用いたが、図１７に示すように、形状の異なった同一モ
ードの振動子を用いてもよい。図１７ではいずれも縦方
向振動子を用いた場合を示す。つまり、同一のモードの
振動子でも、形状が異なれば、前記板波非対称波の検出
感度と板波対称波の検出感度が異なることを利用する。
例えば図１７に示す縦方向振動子の場合振動伝達板に対
して垂直方向の長さが長い振動子の方の共振周波数が垂
直方向の長さが短い振動子の共振周波数に比べて振動伝
達板を伝わる振動の周波数に近く設定すると、前者の垂
直成分の振動の感度が強まり、従って、前記板波非対称
波の検出感度が大きくなる。従って、この２つの振動セ
ンサの前記板波非対称波の検出感度と板波対称波の検出
感度の違いを利用して、後は、前記と同様の検出信号レ
ベル調整及び差分処理を行えば、同一振動子を振動伝達
板を挟んで検出する場合より、振動センサの相対的なず
れの影響が少なく、高精度の検出ができる。

【００５９】更に、前記実施例では、振動センサの検出
波の後処理として板波対称波の信号レベルが等しくなる
ように増幅回路を用いてゲイン調整を行ったが、２つの
振動センサの検出レベル自体が、板波対称波の振動セン
サ検出レベルのみが等しく、板波非対称波の振動センサ
検出レベルが異なるように振動子の形状を選べば、増幅
回路を用いてゲイン調整は必要なく、じかに差分処理を
行ってもよい。このために例えば、円柱上の縦方向振動
子を用いた場合、板波対称波の検出レベルは径の大きさ
に主に影響されるので、上記図１７において、振動伝達
板を挟んで、径が同一で振動伝達板に対して垂直方向の
長さが異なる縦方向振動子を組み合わせて装着する。こ
のような構成により、ゲイン調整のための増幅回路をな
くすことができ、組立て工程やコストの低減下を図るこ
とができる。

【００６０】＜他のセンサ構成その３＞更に、同一の振
動伝達板に伝わる振動を複数の振動センサによりそれぞ
れその板波非対称波の検出感度と板波対称波の検出感度
が異なった振動検出が得られる構成なら、上記実施例の
ように形状の異なった振動子を用いず、同一形状の振動
子を用いてもよい。図１８で示すように、例えば同一形
状の縦（あるいは厚み）方向振動子を２つ用い、１つを
振動伝達板側面に装着し、もう１つをこの振動伝達板側
面装着面近傍の振動伝達板表面に装着する。このような
お互いに振動伝達板を伝達する振動に対して垂直の位置
関係をその振動伝達板を伝達する振動の波長に対し十分
に小さな振動子を用いることにより、ほぼ同位置に設置
できる。逆に、本実施例における効果として、このよう
な構成でも、ほとんど振動センサの位置ずれの影響をな
くすことができる。同一振動モードの振動センサでも、
この構成で装着することにより、振動伝達板側面に装着
された縦（あるいは厚み）方向振動子は、前記他の実施
例と同様に、主に振動伝達板表面に平行な方向に振動
し、振動伝達板表面に平行な振動成分を主成分とする板
波対称波の検出感度が大きく、板波非対称波の検出感度
が小さい。半面、振動伝達板表面に装着された縦（ある
いは厚み）方向振動子は、これも前記実施例で述べたよ
うに、主に振動伝達板表面に垂直な方向に振動し、振動
伝達板表面に垂直な振動成分を主成分とする板波非対称
波の検出感度が大きく、板波対称波の検出感度が小さ
い。つまり、以上のような構成をとることによっても同
一の振動伝達板に伝わる振動に対して、それぞれその板
波非対称波の検出感度と板波対称波の検出感度が異なっ
た振動検出が得られる。以後の信号の増幅回路に関して
は、前記他の実施例と同様に、板波対称波Ｓ３の検出感
度が大きい縦（あるいは厚み）方向振動子後の増幅率
Ｋ”を板波対称波Ｓ４の検出感度が小さいずり方向振動
子増幅率Ｔ”より小さく、Ｔ”／Ｋ”＝Ｓ３／Ｓ４とな
るように設定する。その後の差動回路での処理以降は前
記実施例と同様である。

【００６１】上記の実施例の説明において増幅率は、２
つの各振動子の出力信号の板波対称波の検出レベルが相
等しくなるように設定されていたが、これは板波非対処
波を検出して座標を検出する場合であって、板波対称波
を検出して座標を検出する場合には、２つの各振動子の
出力信号の板波非対称波の検出レベルが相等しくなるよ
うに設定してもよい。

【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、本発明における座
標入力装置は、板波対称波を干渉除去して板波非対称波
への影響を軽減し、位置座標検出の高精度化を図ること
ができるという効果がある。更に、工業化時の振動セン
サ装着上の軽微な相対的位置ずれが生じても上記効果を
上げることができる。

【００６４】

【図面の簡単な説明】

【図１】座標入力装置のブロック図である。

【図２】振動ペンの構成を示す図である。

【図３】信号処理における演算制御回路の内部構成であ
る。

【図４】信号処理のタイムチャートである。

【図５】信号検出回路のブロック図である。

【図６】座標形入力装置の座標系を示す図である。

【図７】従来例のセンサ構成を示す図である。

【図８】板波を模式的に説明した図である。

【図９】本実施例の縦（あるいは厚み）方向振動子にお
ける検出波形示す図である。

【図１０】本実施例の径方向振動子における検出波形を
示す図である。

【図１１】本実施例の増幅回路１３ａによる増幅後信号
波形を示す図である。

【図１２】本実施例の増幅回路１３ｂによる増幅後信号
波形を示す図である。

【図１３】本実施例の差動回路を示す図である。

【図１４】本実施例の差動回路１２を通した差分後の信
号波形を示す図である。

【図１５】本発明第２実施例の増幅回路を示す図であ
る。

【図１６】本発明第２実施例のセンサ構成を示す図であ
る。

【図１７】本発明第２実施例のセンサ構成を示す図であ
る。

【図１８】本発明第２実施例のセンサ構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 演算制御回路 ２ 振動子駆動回路 ３ 振動入力ペン ４ 振動子 ５ ペン先 ６ａ〜６ｄ 振動センサ ７ 防振材 ８ 振動伝達板 ９ 信号波形検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 肇 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 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 小林 克行 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 (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動を伝達する振動伝達板と、 振動を前記振動伝達板に入力する入力手段と、 前記振動伝達板を伝達する板波振動波を前記振動伝達板
   の複数箇所において検出する、形状の異なる複数の振動
   子を含む振動検出手段と、 該振動検出手段により検出された信号から単一振動モー
   ドを分離する分離手段と、 前記入力手段により振動が前記振動伝達板に入力されて
   から、前記振動検出手段により当該振動が検出されるま
   での時間を前記分離手段により分離された単一モードの
   振動に基づいて測定し、測定された振動伝達時間に基づ
   いて前記振動源の座標を算出する座標算出手段と、を備
   えることを特徴とする座標入力装置。
2. 【請求項２】 前記振動検出手段は、第１の振動センサ
   と、該センサと形状の異なる第２の振動センサとを含
   み、前記第１の振動センサで検出された振動の検出レベ
   ルに基づく信号レベルと、前記第２の振動検出手段で検
   出された振動の検出レベルに基づく信号レベルとを、所
   定の振動モードについて等しくなるよう調整する調整手
   段と、該調整手段により調整された２つの信号の差分を
   とる手段とを更に備えることを特徴とする請求項１記載
   の座標入力装置。
3. 【請求項３】 前記板波振動は、板波対称波であること
   を特徴とする請求項２記載の座標入力装置。
4. 【請求項４】 前記第１の振動センサが主として検知す
   る振動の振動モードと、前記第２の振動センサが主とし
   て検知する振動モードとは異なることを特徴とする請求
   項２記載の座標入力装置。
5. 【請求項５】 前記振動検出手段において、第１の振動
   センサは、縦方向振動子を含み、第２の振動センサは径
   方向振動子含み、各々前記振動伝達板を挟んで対向して
   配置されることを特徴とする請求項２乃至４いずれかに
   記載の座標入力装置。
6. 【請求項６】 前記振動検出手段において、第１の振動
   センサは縦方向振動子を含み、前記振動伝達板側面に配
   置され、第２の振動センサはずり方向振動子を含み、前
   記第１の振動センサ近傍の前記振動伝達板側面部に配置
   されることを特徴とする請求項４記載の座標入力装置。
7. 【請求項７】 前記振動検出手段において、前記第１お
   よび第２の振動センサは円中形縦方向振動子を含み、第
   １の振動センサの振動子と第２の振動センサの振動子の
   径は等しく、前記振動伝達板に直交する向きの長さが異
   なり、前記振動伝達板を挟んで対向して配置されること
   を特徴とする請求項２記載の座標入力装置。
8. 【請求項８】 振動を伝達する振動伝達板と、 振動を前記振動伝達板に入力する入力手段と、 前記振動伝達板表面部の複数箇所に配置された振動子を
   含み、前記振動伝達板を伝達する板波振動波を検出する
   第１の振動検出手段と、 前記第１の振動検出手段に含まれる振動子の近傍にあっ
   て前記振動伝達板の側面部に配置された複数の振動子を
   含む第２の振動検出手段と、 前記第１および第２の振動検出手段により検出された信
   号それぞれから単一振動モードを分離する分離手段と、 前記第１の振動検出手段により検出された振動の検出レ
   ベルに基づく信号レベルと、前記第２の振動検出手段に
   より検出された振動の検出レベルに基づく信号レベルと
   を、それぞれに含まれる所定の振動モードのレベルが等
   しくなるよう調整する出力調整手段と、 該出力調整手段により調整された信号の差分をとる手段
   と、を備えることを特徴とする座標入力装置。