JPH1011207A

JPH1011207A - 座標入力装置及びその制御方法

Info

Publication number: JPH1011207A
Application number: JP16446596A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Yoshimura; 雄一郎吉村; Ryozo Yanagisawa; 亮三柳沢; Atsushi Tanaka; 淳田中; Hajime Sato; 肇佐藤; Katsuyuki Kobayashi; 克行小林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 1998-01-16
Also published as: US6041284A

Abstract

(57)【要約】【課題】座標検出において、振動伝達方向により振動
伝達速度が異なる異方性を持つ振動伝達板を用いる場合
に、座標検出精度が低下する。【解決手段】複数の振動センサ（６ａ、６ｂ、６ｃ、
６ｄ）の内、対向する２個の振動センサを結ぶ２つの線
分（線ａｃと線ｂｄ）より成る角の２等分線と、前記振
動伝達板８の異方性の軸とが重なるように、振動伝達板
８と振動センサを配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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】従来より、振動伝達板に対し圧電素子等
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】上記振動を検出する座標入力装置の座標演
算では、振動伝達板を伝わる振動波の伝達速度を予め求
め、これを定数として、振動ペンから振動センサまでの
振動伝達時間にこの定数を乗じる等を基本とした計算に
より、振動ペンから振動センサまでの距離を求め、これ
から座標を求める手法が一般的に知られている。また、
特に、上記振動伝達板を伝わる振動波として板波を検出
して用いる場合、板波の伝達速度が、板厚と周波数に依
存することに着目し、従来に於ては、実測して求める以
外には、周波数の検出値と板厚の特定値により上記伝達
速度を求めることを行っていた。

【０００４】具体的に、従来例として、特開平７−１６
０４０７では、本発明は群速度が板厚のみの関数として
得られている事実の発見に基づき、板波の音速度設定
は、まず検出信号の位相同期より周波数を測定し、その
値と板厚より位相速度を測定し、群速度は、板厚のみに
より導出する、という提案がなされている。これは、位
置検出精度の向上、及び、信頼性、量産性向上等を目的
としたものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
上記振動を検出する座標入力装置の伝達速度は、振動セ
ンサごとに各々の値を求めて座標算出用の定数とする
か、この各々の値の平均値、或は、代表的な一つの振動
センサに於て求めた値を全ての振動センサに対して一つ
の定数として用いており、以下の欠点があった。

【０００６】まず、振動センサごとに各々の値を求めて
座標算出用の定数とした場合に於ては、工業化に伴う量
産性に問題があった。つまり、上記振動センサの数だけ
測定或は算定が必要となり工数が増加し、更に、座標算
出時の演算回路の負担が増加する。一方、全ての振動セ
ンサに対して一つの定数を用いた場合、均一等質媒体の
振動伝達板を用いる場合には問題は生じないが、振動伝
達方向により振動伝達速度が異なる異方性をもつ振動伝
達板を用いる場合には、座標検出精度が低下するという
問題点があった。この異方性をもつ振動伝達板を用いる
場合の問題について、図１４及び図１５を用いて説明を
行う。

【０００７】図１４は、典型的な従来の振動を検出する
座標入力装置に於ける振動伝達板及び振動センサの模式
的な構成図である。但し、振動伝達板は、振動伝達方向
により振動伝達速度が異なるという前記異方性をもった
ものである。今振動センサを図のようにＡ、Ａ’、Ｂ、
Ｂ’とする。

【０００８】図１５は、従来の振動を検出する座標入力
装置に於て、遅延時間により求めた各センサから振動ペ
ンまでの距離の誤差ΔＬを各センサの振動伝達速度の平
均値を一つの定数として用いて算出し、示したものであ
る。ここでは、従来例の問題点を前記距離の算出結果に
おいて示すことが目的であるので、この算出法等の詳細
は本発明の実施例に於て触れる。図で示されたΔＬは、
各振動センサに関して振動伝達板の対角方向に振動ペン
を走査して測定したもので、横軸は、振動センサからの
距離、縦軸は、ΔＬを示す。

【０００９】また、前記走査距離の中心部に於て、その
点が基準点で誤差がゼロとなるような調整を行ってい
る。従って、図１５に於て、中心部は誤差が小さくなっ
ている。さて、図から明らかなように、ΔＬは、前記中
心部の調整点から離れた振動センサから最短点と最長点
に於て誤差ΔＬは最大となっている。さらに、振動セン
サＡ、Ａ’と振動センサＢ、Ｂ’の組に変動傾向が分か
れ、この２組の傾向は、ほぼ正反対となる。これは、振
動伝達板に、前記異方性が存在しているため、図１４に
示す２つの矢印の方向で振動伝達速度が異なり、従っ
て、距離と振動伝達時間との関係が異なるのもかかわら
ず、一つの振動伝達速度の平均値を定数として用いて算
出したことによるものである。

【００１０】比較として、振動伝達方向により振動伝達
速度が異ならない前記異方性のない振動伝達板に於て、
図１５と同じ振動センサ構成での上記と同一条件で算出
したΔＬと振動センサからの距離との関係を示したの
が、図１６であり、異方性が存在しない場合には、一つ
の振動伝達速度の平均値を定数として用いて算出しても
問題とはならないことがわかる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、振動伝達方向により振動伝達速度が異な
る異方性を有する振動伝達板と、前記振動伝達板上に入
力された振動発生源からの振動が振動伝達板上を伝播
し、この振動が振動発生源から振動検知手段まで振動伝
達板上を伝播する時間を計測して前記振動発生源の座標
を検出する座標入力装置であって、前記振動検知手段の
内、対向する２個の振動検知手段を結ぶ２つの線分より
成る角の２等分線と、前記振動伝達板の異方性の軸とが
重なるように、振動伝達板と振動検知手段を配置するこ
とを特徴とする座標入力装置を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】

（第１の実施形態）以下、添付図面に従って本発明に関
わる実施形態を詳細に説明する。

【００１３】図１は本実施形態に於ける座標入力装置の
構造の特徴を最もよく表す図である。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板
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。

【００１４】振動伝達板８には、図示に実線で示す符号
Ａの領域（以下有効エリア）を設ける。これは、この有
効エリアＡは、この領域内を振動ペン３で指定した座標
のみが、有効な入力座標となる領域であり、図のように
方形であり、必要とされる座標入力精度、座標入力範囲
等の座標入力装置の仕様により決定される領域である。

【００１５】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、又振動伝達板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４個の振動
センサ６ａ〜６ｄが上記有効エリアＡの領域外の角部に
配置固定されている。

【００１６】本実施形態に於ける上記振動伝達板８は、
振動伝達方向により振動伝達速度が異なる異方性を有す
る振動伝達板である。この異方性は、圧延工程を経て製
造される金属板に存在し、また、異方性を持った樹脂性
のシートを前記振動伝達板に貼り付けることによっても
持つことになる。この異方性の方向は、直交している。
そして、上記対向する２つの振動センサ６ａと６ｄ及び
６ｂと６ｃを結ぶ２つの線分により形成される角の２等
分線上に、上記振動伝達板の直交するこの２つの異方性
の軸が来る様に振動伝達板８の向きを調整する。つま
り、例えば、金属板等であれば、この異方性が上記２等
分線の向きになるように切出し加工を行う。また、ガラ
ス板に樹脂シートを張り合せる場合であれば、上記２等
分線の向きと樹脂シートの異方性の方向とを合わせて、
貼り合わせを行う。この本発明の振動伝達板の異方性と
振動センサの配置に関しては、後で詳述する。

【００１７】以上の振動センサ６からの出力信号は、図
に示すような振動センサ６近傍に設けられた不図示の前
置増幅回路へ送られ、ここで所定のゲインで増幅された
出力を信号波形検出回路９に送る。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に送り座標演算を行う。

【００１８】１１は前記振動伝達板８が透明な場合に設
けられる、液晶表示器、及び、その投射型表示器等のド
ット単位の表示が可能なディスプレイ、或は、ＣＲＴ、
及び、その投射型表示器等であり、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表示しそれを
振動伝達板８（透明部材の場合）を透かしてみる事が可
能になっている。

【００１９】図２に示される様に、振動ペン３に内蔵さ
れた振動子４は、同じく振動ペン３に内蔵された振動子
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。

【００２０】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。

【００２１】ここで振動子４の振動周波数はガラスなど
の振動伝達板８に板波を発生する事が出来る値に選択さ
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
る事で効率のよい振動変換が可能である。

【００２２】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、障害物等の影響を受けにくいという利点を
有する。

【００２３】＜演算制御回路の説明＞上述した構成に於
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〜６ｄ迄の
距離に応じて遅延して到達する。

【００２４】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、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
し、演算制御回路１は各振動センサ６ａ〜６ｄの信号を
入力し、各振動センサ６ａ〜６ｄの内、各振動センサま
での振動到達時間の検出を行い、振動ペンの座標位置を
算出する。

【００２５】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
標出力を行なう（不図示）。

【００２６】図３は実施形態の演算制御回路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。

【００２７】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、操作
手順や各種定数（振動伝達速度を含む）を格納したＲＯ
Ｍ３１ｂ、演算等に使用するワークメモリＲＡＭ３１
ｃ、それを使用して演算・制御を実行するＣＰＵ３１ａ
等を有する。

【００２８】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、振動センサ６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。

【００２９】その他各構成要素となる回路は順を追って
説明する。

【００３０】振動波検出回路９より出力される各振動セ
ンサ６ａ〜６ｄよりの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。

【００３１】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
３３の計時値をラッチする。こうして、各振動センサ６
ａ〜６ｄの内、振動センサ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。

【００３２】ここで、上記判定回路３６への判定切り替
え信号であるセレクト信号を出力する。

【００３３】判定回路３６には、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〜３４ｄから各々の振動センサまでの振動
到達時間をラッチ回路より読み取り、所定の計算を行な
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。

【００３４】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
ドット等を表示することができる。あるいはＩ／Ｏポー
ト３７を介しインターフェース回路に、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。

【００３５】図１３は、マイクロコンピュータ３１内の
ＲＯＭ３１ｂに保持されたプログラムコード及び定数を
概念的に示す図である。１４０１は、前述の様に振動駆
動回路２を介して振動ペン３を駆動し、各振動センサ６
に於て振動が検出されるまでの時間、すなわち振動伝達
時間を計測するプログラムモジュールである。１４０２
は、計測した振動伝達時間と、定数として１４０５に保
持された振動伝達速度とから振動ペン３から振動センサ
６までの距離を算出するプログラムモジュールである。
１４０３は、算出した各距離を補正するプログラムモジ
ュールである。１４０４は、算出・補正した各距離より
振動の入力座標を算出するプログラムモジュールであ
る。

【００３６】＜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
理に付いて説明する。

【００３７】振動伝達時間の計測はプログラムモジュー
ル１４０１に基づいて、振動伝達距離の算出はプログラ
ムモジュール１４０２に基づいて実行される。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。
尚以下、振動センサ６ａの場合に付いて説明するが、そ
の他の振動センサ６ｂ〜６ｄ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。

【００３９】この実施形態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、即ち、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。

【００４０】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、ある特定の波形上の点、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＝Ｖｇ・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すことができ
る。

【００４１】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なう。

【００４２】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。

【００４３】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）と表される。

【００４４】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。上記のようにしてもとめた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
良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および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により行なわれるが、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。

【００４５】図５は実施形態の振動波形検出回路９の構
成を示すブロック図である。

【００４６】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、低域通過フィルタ等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、エンベロープピーク検出回路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等から
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。

【００４７】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の最初の立ち上りでトリガされ
た所定時間幅のゲート信号４４を開く。５７はｔｐコン
パレータであり、ゲート信号４４の開いている間の位相
信号４２２の最初の立ち上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。

【００４８】＜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およ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へと行なわれる振動伝達の際
に必ず同じ量が含まれる。

【００４９】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で入力を行ない実測された原
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および位相オフセットｔｏｆｆに関して、 tgz'=tgz+et （４） tpz'=tpz+et+toff （５）の関係がある。

【００５０】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） rp'=tp+et+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)=tp-tpz （９）となり各伝達時間に含まれる回路遅延時間ｅｔおよび位
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。

【００５１】振動センサ６ａから原点Ｏまでの距離はあ
らかじ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。

【００５２】上記、原点Ｏにおける実測値ｔｇｚ’及び
ｔｐｚ’は出荷時に不揮発性メモリに記憶しておき、プ
ログラムモジュール１４０３に基づいて、（２）式、
（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。

【００５３】＜本発明の振動伝達板の異方性と振動セン
サの配置及び定数決定法の説明＞ここでは、本発明の主
要部分である振動伝達板の異方性と振動センサの配置及
び定数決定法に関して説明を行う。

【００５４】前記振動伝達板の振動伝達速度がその伝達
方向により異なる異方性は、前にも少し触れたが、その
振動伝達板がアルミ等の金属である場合はそのある一定
の圧延方向に金属の結晶粒界が並ぶことにより、振動の
伝達条件が方向により異なることにより発生する。更に
は、金属のみならず、樹脂性のシート等もその製造過程
に於ける伸延方向により異方性が発生し、この樹脂シー
トを前記振動伝達板に貼り付けることにより、振動伝達
板全体としても異方性を持つことになる。もちろん、こ
の樹脂自体を振動伝達板として用いる場合にも、異方性
を持つことになる。

【００５５】本発明に於ける振動伝達板としては、この
異方性つまり振動伝達方向により振動伝達速度が異なる
特性を持った振動伝達板８により装置を構成する。現在
工業的に、板材として流通している材料は、その製造上
の前記理由により多少なりとも異方性を有しており、特
に、異方性の大きい樹脂シートを飛散防止のために異方
性の小さいガラス板にラミネートする用途は多く、逆
に、上記異方性の小さな材料を振動伝達板として用いる
と特別な材料を用意しコストが高くつく場合がある。

【００５６】本発明の実施形態は、図１のところでも簡
単に説明したが、図７に示すように、上記異方性を有す
る長方形の振動伝達板８の四隅に４つの振動センサ６ａ
〜６ｄを配置する際の異方性の方向と振動センサ配置に
関するものである。

【００５７】前記＜振動伝搬時間検出の説明＞のところ
で述べたように、振動ペン３及び振動センサ６ａ〜６ｄ
間の距離を算出するには予め定数として、振動伝達速
度、つまり、群速度Ｖｇ及び位相速度Ｖｐを求めておか
なくてならない。本発明の構成に於ては、異方性を持つ
振動伝達板を用いた場合でもこの振動伝達速度を定数と
して一つ求め、この一つの定数をＲＯＭ３１ｂの領域１
４０５に保持すれば足りる。従来例の様に、各振動セン
サごとに格別に定数を持つ必要がない。この作用につい
て以下説明を行う。

【００５８】前記の様に、四隅に４つの振動センサ６ａ
〜６ｄを配置された上記振動伝達板８を考える。この振
動センサの内、対向する６ａと６ｄ、６ｂと６ｃを結ぶ
２つの線分をそれぞれ線ａｄ、線ｂｃ、振動伝達板の異
方性の方向を示す線をｅｆ、線ｇｈ、交点をｏとする
と、線ａｄと線ｂｃの成す角、例えば∠ａｏｃと∠ａｏ
ｂの二等分線上に異方性の軸の線ｅｆ及び線ｇｈが来る
ように振動伝達板の向きを調整する。つまり、 ∠ａｏｅ＝∠ｃｏｅ、∠ａｏｇ＝∠ｂｏｇとなるようにする。

【００５９】本発明に於て、予め、距離算出のために定
数として持つ振動伝達速度の振動伝達方向は、対向関係
にある振動センサの組（６ａと６ｄ、６ｂと６ｃ）を各
々結ぶ線分の方向である。実際の測定方法としては、Ｘ
Ｙ軸ステージにより、振動ペン６、或は、振動伝達板８
を走査させて、振動ペン３から振動センサ６までの距離
と振動伝達時間を測定し、求めてもよいし、他の方法で
も良い。ここで、得られる振動伝達速度は、各振動セン
サに関して、等しい値となる。つまり、線ａｄと線ｂｃ
に係わる振動伝達速度は等しい。これは、異方性の軸の
線ｅｆ及び線ｇｈは線ａｄと線ｂｃよりなる角の二等分
線上にあるため、線ａｄと線ｂｃは、異方性の軸線ｅｆ
及び線ｇｈに対する角度が等しく、振動伝達特性が等価
になるからである。従って、本発明の座標入力装置内に
保持する定数として、１つの振動センサに関する振動伝
達速度を定数としてＲＯＭ３１ｂの領域１４０５に保持
すれば足るのである。これにより、本発明の座標入力装
置は、工業化時には、振動伝達速度の測定工程を大幅に
簡略化でき、さらに、装置自体が定数を保持するための
記憶手段等及びそれに伴う距離算出手段の負担を軽減で
きる。

【００６０】上記本発明の実施形態の対向する２個の振
動センサを結ぶ２つの線分より成る角の２等分線と、上
記振動伝達板の異方性の軸（向き）とが重なる様に、振
動伝達板と振動センサを配置し、対向する２個の振動セ
ンサを結ぶ方向の振動伝達速度１つを定数として算出し
た場合の（前記遅延時間により求めた各センサから振動
ペンまでの距離の誤差ΔＬを縦軸、振動センサからの距
離を横軸として示した）ΔＬグラフが図８である。比較
として、本発明の様な振動センサ配置構成をとらず、図
９の様に対向する２個の振動センサを結ぶ方向と振動伝
達板の異方性の軸とが略重なる様に振動伝達板と振動セ
ンサを配置した場合、従来の４つの振動センサ６に対し
て対向する２個の振動センサを結ぶ方向の振動伝達速度
を各々求め（対向する２個の振動センサ間では同じ値と
なる）平均した一つの振動伝達速度を定数として用いた
場合の同条件ΔＬグラフを図１０に示す。これを見てわ
かるように、明らかに、本発明の実施形態で距離を算出
した場合の方が誤差が少ないことがわかる。もちろん、
各センサごとに計４つの振動伝達速度を定数としてもっ
て各々算出しても、本発明の図７と同様の結果となる
が、前述の通り、本発明の場合、一つの振動センサ６に
関してのみ測定すれば足り、４つ全ての振動センサ６に
関して測定しなければならない従来の手法に対して、工
業的に優れていることがわかる。

【００６１】更に、一般的に、同一の製造ロットに於て
は、上記振動伝達板の持つ異方性は、製造上一定になる
ことに着目し、従来の、板波の伝達速度が板厚と周波数
に依存することに着目した手法をも用い、予め、周波数
の検出値と板厚の測定値と前記対向関係にある振動セン
サを結ぶ方向に関わる振動伝達速度の関係式を作成し、
個々の振動伝達板に関しては、板厚のみを測定して、上
記振動伝達速度を定数として持ち算出してもよい。

【００６２】本発明の上記振動センサ配置構成の実施形
態に於ては、前記定数測定領域である振動センサの組
（６ａと６ｄ、６ｂと６ｃ）を各々結ぶ線分領域は、各
振動センサ６ａ〜６ｄからの最遠距離の位置である前記
有効エリアＡの角が含まれている。つまり、本来なら、
一番振動センサから振動ペンまでの距離算出誤差が大き
くなる領域の振動伝達速度を定数として本実施例の手法
は用いているので、座標算出誤差を小さくすることがで
きる。

【００６３】＜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
理を図６を用いて説明する。

【００６４】座標算出式は、３平方の定理から算出され
る。

【００６５】振動センサ６ａ、６ｂ、６ｃを図１の位置
に設けると、先に説明した原理に基づいて、振動入力ペ
ン３の位置Ｐから各々の振動センサ６ａ、６ｂ、６ｃの
位置までの直線距離ｄａ、ｄｂ、ｄｃ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、ｄｂ、
ｄｃに基づき、振動入力ペン３である図６の位置Ｐの座
標（ｘ、ｙ）を次式のようにして求めることができる。

【００６６】ｘ＝Ｘ／２＋（ｄａ＋ｄｂ）・（ｄａ−ｄｂ）／２Ｘ（１０）ｙ＝Ｙ／２＋（ｄａ＋ｄｃ）・（ｄａ−ｄｃ）／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６ａ、６ｃ間の距離である。

【００６７】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。

【００６８】（第２の実施形態）本発明の振動センサ配
置は構成上記振動伝達板８の四隅に配置される場合に限
られるものではない。例えば、図１１に振動伝達板およ
び有効エリアに対し、四隅ではなく、十字状に振動セン
サを配置した場合を示す。この場合も、図に示すよう
に、この振動センサの内、対向する６ａと６ｄ、６ｂと
６ｃを結ぶ２つの線分をそれぞれ線ａｄ、線ｂｃ、振動
伝達板の異方性の方向を示す線を線ｅｆ、線ｇｈ、交点
をｏとすると、線ａｄと線ｂｃの成す角、例えば∠ａｏ
ｃと∠ａｏｂの二等分線上に異方姓の軸の線ｅｆ及び線
ｇｈが来るように振動伝達板の向きを調整する。つま
り、 ∠ａｏｅ＝∠ｃｏｅ、∠ａｏｇ＝∠ｂｏｇとなるようにする。この場合、線ｅｆ、線ｇｈは直交し
ているので、 ∠ａｏｅ＝∠ｃｏｅ＝∠ａｏｇ＝∠ｂｏｇ＝４５° となる。

【００６９】上記構成に於て、線ａｄと線ｂｃに係わる
方向の振動伝達速度は等しくなり、本発明の座標入力装
置内に保持する定数として、これを１つの振動センサに
関する振動伝達速度を定数としてＲＯＭ３１ｂの領域１
４０５に保持する。

【００７０】この構成は、工業化時のｐ、振動伝達速度
の測定工程の簡略化、記憶手段の負担の軽減という効果
に加えて、上記定数として保持する振動伝達速度の向き
が上記の通り異方性の軸と４５°であるので、異方性に
よる振動伝達速度の変動幅のほぼ中間の値となり、その
値を定数として用いた算出値の有効エリアＡの領域に於
けるばらつきを最小限に抑えることができる。

【００７１】以上、有効エリアでの座標算出のためには
予め定められた既知の位置に振動センサを設けその振動
センサ位置を固定値とするのが工業上容易に実現できる
ので、振動センサの配置に合わせて、振動伝達板の異方
性の向きを調整する構成を説明したが、当然ながら、逆
に、振動伝達板の異方性の向きに合わせて、前記の様に
振動センサの配置を定めてもよい。

【００７２】（第３の実施形態）上記第１の実施形態に
於ては、振動伝達速度を定数として持つために、予め、
対角に位置する振動センサの組（６ａと６ｄ、或は、６
ｂと６ｃ）を結ぶ線分の方向を、振動ペン３、或は、振
動伝達板８を走査させて、振動ペン３から振動センサ６
までの距離と振動伝達時間を測定して導出したが、図１
２に示すように、４つの振動センサの内、どれか１つの
振動センサに対して振動センサ駆動回路１２等を付加し
て振動の発振も受振と共にできる機能を持たせ、一方で
発振した振動を対角に位置する振動センサの組のもう一
つの振動センサで検出し、予め既知の対角振動センサ間
距離をもとに振動伝達速度を算出してもよい。

【００７３】この構成により、大がかりな測定設備をも
たずに工業化が可能になると共に、使用時にも上記測定
を行うことにすれば、環境の変化や部品の交換時にも容
易に振動伝達速度を定数として持つことができ、高精度
な座標検出を維持することができる。

【００７４】なお、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、一つの機器からなる装置に適
用してもよい。また、本発明の目的は、前記振動センサ
の配置と相俟って、前述した実施形態の機能を実現する
ソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体
を、システム或は、装置に供給し、そのシステムあるい
は装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記憶
媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行する
ことによっても、達成されることは言うまでもない。

【００７５】この場合、記憶媒体から読み出されたプロ
グラムコード自体が上記振動センサの配置と相俟って、
本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログ
ラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を実現すること
になる。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に於ては、
複数の振動検知手段の内、対向する２個の振動検知手段
を結ぶ２つの線分より成る角の２等分線と、上記振動伝
達板の異方性の軸とが重なる様に、振動伝達板と振動検
知手段が配置される構成とすることにより、本発明の座
標入力装置内に保持する定数として、１つの振動センサ
に関する振動伝達速度を定数として保持することがで
き、これにより、本発明の座標入力装置は、工業化時に
は、振動伝達速度の測定工程を大幅に簡略化でき、さら
に、装置自体が定数を保持するための記憶手段及びそれ
に伴う距離算出手段の負担を軽減でき、高精度な座標検
出を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の座標入力装置の特徴を最もよく表す図

【図２】振動ペンの構成を示す図

【図３】実施形態に於ける演算制御回路の内部構成を示
す図

【図４】信号処理のタイムチャート

【図５】信号検出回路のブロック図

【図６】座標位置算出のための説明図

【図７】本発明の振動伝達板の異方性と振動センサの配
置及び定数決定法の説明図

【図８】本発明の振動伝達板の異方性と振動センサの配
置及び定数決定法の説明図

【図９】本発明の振動伝達板の異方性と振動センサの配
置及び定数決定法の説明図

【図１０】本発明の振動伝達板の異方性と振動センサの
配置及び定数決定法の説明図

【図１１】本発明の第２の実施形態の説明図

【図１２】本発明の第３の実施形態の説明図

【図１３】本発明の実施形態に於けるマイクロコンピュ
ータ内のＲＯＭに保持されたプログラムコード及び定数
を概念的に示す図

【図１４】従来例の説明図

【図１５】従来例の説明図

【図１６】従来例の説明図

【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１２振動センサ駆動回路１３振動センサ駆動制御回路

───────────────────────────────────────────────────── 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

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動伝達方向により振動伝達速度が異な
る異方性を有する振動伝達板と、前記振動伝達板上に入
力された振動発生源からの振動が振動伝達板上を伝播
し、この振動が振動発生源から振動検知手段まで振動伝
達板上を伝播する時間を計測して前記振動発生源の座標
を検出する座標入力装置であって、前記振動検知手段の内、対向する２個の振動検知手段を
結ぶ２つの線分より成る角の２等分線と、前記振動伝達
板の異方性の軸とが重なるように、振動伝達板と振動検
知手段を配置することを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】対角配置にある２つの振動検知手段によ
り形成される方向における伝達速度に基づいて、前記振
動発生源から前記対角配置にある振動検知手段までの距
離を求め、前記振動発生源の位置座標を算出することを
特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
【請求項３】前記振動は板波となって振動伝達板上を
伝播することを特徴とする請求項１に記載の座標入力装
置。
【請求項４】前記振動検知手段は、振動伝達板の四隅
に配置することを特徴とする請求項１に記載の座標入力
装置。
【請求項５】振動伝達方向により振動伝達速度が異な
る異方性を有する振動伝達板と、前記振動伝達板上に入
力された振動発生源からの振動が振動伝達板上を伝播
し、この振動が振動発生源から振動検知手段まで振動伝
達板上を伝播する時間を計測して前記振動発生源の座標
を検出する座標入力装置の制御方法であって、前記振動検知手段の内、対向する２個の振動検知手段を
結ぶ２つの線分より成る角の２等分線と、前記振動伝達
板の異方性の軸とが重なるように、振動伝達板と振動検
知手段を配置することを特徴とする座標入力装置の制御
方法。