JPH10320106A - 座標入力装置及び振動伝達板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】測定精度を保ちながら座標入力面に接着剤等の
手段によって別の物体を固着させることを可能とする座
標入力装置を提供する。 【解決手段】座標入力装置は、入力された振動を検出セ
ンサの装着位置まで伝播させる振動伝達板８と、振動伝
達板８とは音響的に不連続な状態で積層状に配置された
弾性部材２５とを有する。振動伝達板８には、伝播する
振動を検出する圧電センサ６が設けられる。当該装置の
筐体の一部である上ケースは粘着層２４を介して、弾性
部材２５に接着され、固定される。振動ペンによる振動
伝達板８への振動の入力は、弾性部材２５を介して行な
われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は座標入力装置に関
し、特に座標入力面に対して与えられた振動の伝達時間
を計測して入力座標を検出する座標入力装置及びこれに
用いられる振動伝達板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より振動伝達を利用した座標入力装
置として、振動ペンから入力された弾性波振動を振動伝
達板に複数設けられたセンサにより検出し、振動ペンか
ら振動伝達板に入力された弾性波振動の伝達時間を計測
し、その伝達時間に基づいて振動ペンによる振動入力点
の座標を検出する座標入力装置がある。

【０００３】この種の装置としては、例えば、超音波を
利用して、２点間の距離を算出する方式が知られてお
り、その具体的な応用例として特公平５−６０６１５号
等に記載されているような座標入力装置が知られてい
る。この装置は、座標入力面となる振動伝達板に、振動
を発生し座標入力指示器具となる座標入力ペンからの振
動を入力し、振動伝達板に取付けられた複数のセンサ
（例えば図７におけるセンサ６ａ〜６ｄ）でこの振動を
検出して、振動が各センサまで到達する時間を計測する
ことで、振動が入力された座標位置の算出を行なうもの
である。

【０００４】このような座標入力装置を用いれば、座標
入力ペンで指示した位置座標を、例えばパーソナルコン
ピュータ等の情報処理装置に出力することによって、手
書きによる文字、図形の入力が可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の様な座標入力装置では、ある媒体を伝播する音波
の音速は一定であるという物理現象を利用し、音波の到
達する時間を計測することで振動発生源と振動検出素子
間の距離を導出することを基本原理としているため、例
えば、振動が伝播して行く際に音速が変化するような場
合には、その検出精度（距離測定精度、或は座標算出精
度）は大幅に低下することになる。

【０００６】このような現象が起こる場合として具体的
な例を、特公平５−６０６１５号に用いられているよう
な板波（Ｌａｍｂ Ｗａｖｅ）で説明すれば、一般に板
波の音速は伝播する媒体の材質、或は板の厚みｔ、さら
には振動の周波数に依存することが知られている。つま
り、振動が伝播する板の厚みが変化するような場合（例
えば板の断面が台形状となっている場合）には、その変
化量に応じて波の伝播速度が変化する様になる。これ
は、装置の測定精度を低下させるので、この種の装置で
は板の厚みが一定となるように構成されるのが一般的で
ある。

【０００７】しかし、板の厚みが例え一定であっても、
セロテープ等の粘着物を振動伝達板に密着させた様な場
合にもこのような現象が発生することが確認されてお
り、大幅な精度低下につながる。つまり、この種の座標
入力装置に於て、振動を伝達させる伝播体には、接着等
の手段によって別の物体を固着させるような構成を採用
することは検出精度を低下させることにつながり、好ま
しいことではない。しかしながら、この種の座標入力装
置を実際に製品形態とするような場合、図８に示される
ような形態にすることがしばしば要求される。つまり、
座標を入力することができる有効エリアを形作るため、
或は、振動検出手段を目隠しするため、或は、原稿
（紙）を位置決めするための位置決め手段として、ある
いは、装置を保護するための保護手段としてケース１０
１を付ける構成が製品仕様として要求される。

【０００８】このとき問題となるのが、このケース１０
１と振動伝達板１００の隙間である。隙間が有れば、原
稿を突き当てた時に原稿がその空間に入り込み、原稿の
位置決めができない、或は原稿を抜き取る際に原稿を破
く場合が有り、ユーザにとって非常に扱いにくい製品と
なる。また、作業中にコーヒー等の液体をこぼしてしま
った場合（または雨に濡れた場合）には、その空間に存
在する液体を拭き取ることができず、装置の故障につな
がるばかりでなく、水滴が存在することによって前述の
音速が変化する（又はその部分で大幅な吸収がおき、音
波が伝達し無くなる）等の問題が発生し、装置の信頼性
を大幅に低下させることになる。

【０００９】本発明は上記の問題に鑑みてなされたもの
であり、測定精度を保ちながら座標入力面に接着剤等の
手段によって別の物体を固着させることを可能とする座
標入力装置及び振動伝達板を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の座標入力装置は以下の構成を備える。すな
わち、振動伝達板を伝播する振動を検出して指示座標を
検出する座標入力装置であって、前記振動伝達板を構成
し、入力された振動を検出センサの装着位置まで伝播さ
せる第１の弾性部材と、前記第１の弾性部材とは音響的
に不連続な状態で積層状に配置された第２の弾性部材
と、前記第１の弾性部材に装着され、該第１の弾性部材
を伝播する振動を検出する検出手段と、前記第２の弾性
部材の部分と当該座標入力装置の筐体の部分とを固着す
る固着手段とを備える。

【００１１】また、上記の目的を達成する本発明の振動
伝達板は、入力された振動を検出センサの装着位置まで
伝播させる第１の弾性部材と、前記第１の弾性部材とは
音響的に不連続な状態で積層状に配置された第２の弾性
部材とを備える。

【００１２】

【発明の実施の形態】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】＜座標入力装置の全体構成（図２）＞図２
は本実施形態による座標入力装置の全体的な構成を示す
ブロック図である。以下、図２を用いて、本実施形態に
おける座標入力装置の装置全体の構成について説明す
る。図中１は装置全体を制御するとともに、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内に内蔵されている振動子４を振動さ
せるものである。なお振動子４によって発生した振動
は、ペン先５を介して振動伝達板８に入力され得る。

【００１４】振動伝達板８はアクリルやガラス板等、透
明部材からなり、振動ペン３による座標入力は、この振
動伝達板８上の座標入力有効エリア（以下有効エリア、
図中実線で示す符号Ａの領域）をタッチすることで行な
う。また振動ペン３で入力された振動が振動伝達板８の
端面で反射し、振動が中央部にもどるのを防止（反射波
を減衰）するための防振材７が、振動伝達板８の外周に
設けられている。

【００１５】図示されるように振動伝達板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が固定されている。振動センサ６ａ〜６
ｄからの信号は不図示の増幅回路で増幅された後、信号
波形検出回路９に送られ、信号処理を行ないその結果を
演算制御回路１に出力し、座標を算出する。なお信号波
形検出回路９、演算制御回路１については、その詳細を
別途後述することとする。

【００１６】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（例えばガラス等の透明部材からなる
場合）を透して見ることが可能になっている。

【００１７】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。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。

【００１８】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に板波を発生することができる値に選択
される。またこのとき、振動子４の周波数をペン先５を
含んだ共振周波数とすることで効率の良い振動変換が可
能となる。

【００１９】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、表面波などに比べて振動伝達板
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。

【００２０】＜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、後述するタイマ（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〜６ｄま
での距離に応じて遅延して到達する。

【００２１】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、そして振動ペンの座標位置を算出する。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）。

【００２２】図３は本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ある。演算制御回路１の各構成
要素およびその動作概略を以下に説明する。

【００２３】図中、３１は演算制御回路１及び座標入力
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、定数等を記憶する不揮発性メモリなど
によって構成されている。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とられ、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。振動波形検出回路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。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。

【００２５】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伝達時間をラッチ回
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。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／０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。

【００２６】＜振動伝搬時間検出の説明（図４、図５）
＞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の場合について説
明するが、その他の振動センサ６ｂ、６ｃ、６ｄについ
ても全く同じである。

【００２７】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
の駆動信号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。

【００２８】この実施形態で用いられている振動は前述
のとおり板波であるため、検出波形のエンベロープ４２
１の伝播する速度（群速度Ｖｇ）と位相４２２の伝播す
る速度（位相速度Ｖｐ）が異なる。従って、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、その伝達距離に
応じて変化する。本実施形態では、この群速度Ｖｇに基
づく群遅延時間Ｔｇ、及び位相速度Ｖｐに基づく位相遅
延時間Ｔｐから、振動ペン３と振動センサ６ａ間の距離
を検出している。

【００２９】図５は振動検出回路９のブロック図であ
る。以下、図４とあわせて群遅延時間Ｔｇ、位相遅延時
間Ｔｐを検出するための手段について説明する。

【００３０】振動センサ６ａの出力信号４２は、前置増
幅回路５１により所定のレベルまで増幅された後、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、信号４４を得る。この信号４４のエンベロー
プに着目すると、その波形が伝播する音速は群速度Ｖｇ
であり、ある特定の波形上の点、例えばエンベロープの
ピークやエンベロープの変曲点を検出すると、群速度Ｖ
ｇに関わる遅延時間ｔｇが得られる。そこで前置増幅回
路５１で増幅され、帯域通過フィルタ５１１を通過した
信号は、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４５のみが取り出される。
さらにこのエンベロープ４５に対して予め設定されてい
る閾値レベル４４１を越える部分のゲート信号４６を、
マルチバイブレータ等で構成されたゲート信号発生回路
５６が形成する。

【００３１】群速度Ｖｇに関わる群遅延時間ｔｇを検出
するためには、先に述べたようにエンベロープのピー
ク、もしくは変曲点等を検出すれば良いが、本実施形態
の場合、エンベロープの最初の変曲点（後述する信号４
３の立ち下がりゼロクロス点）を検出している。そこで
エンベロープ検出回路５２で出力された信号４５はエン
ベロープ変曲点検出回路５３に入力され、エンベロープ
の２回微分波形４３を得る。この微分波形信号４３は前
述のゲート信号４６との比較結果より、マルチバイブレ
ータ等から構成されたｔｇ信号４９が形成され、演算制
御回路１に入力される。

【００３２】一方位相速度Ｖｐに関わる位相遅延時間ｔ
ｐについて説明すると、５７は位相遅延時間ｔｐを検出
するためのゼロクロスコンパレータ、マルチバイブレー
タ等で構成されたｔｐ信号検出回路であり、ゲート信号
４６が開いている間の位相信号４４の最初の立ち上がり
のゼロクロス点を検出し、位相遅延時間ｔｐの信号４７
が演算制御回路１に供給されることになる。

【００３３】以上の説明はセンサ１個に対するものであ
ったが、他の振動センサにも同じ回路が設けられていて
もかまわないし、アナログスイッチ等を用いてセンサを
時分割で選択し、回路の共有化を行っても良いことは言
うまでもない。

【００３４】＜振動ペンとセンサ間の距離算出の説明
（図６）＞このようにして得られた群遅延時間ｔｇと位
相遅延時間ｔｐとから振動ペンと各センサまでの距離を
それぞれ算出する方法について説明する。図６は本実施
形態により得られる群遅延時間ｔｇ、位相遅延時間ｔｐ
とペン−センサ間距離Ｌの関係をそれぞれ模式的に示し
た図である。本実施形態では検出波として板波を用いて
いるので、群遅延時間ｔｇは線形性が良いとは言えな
い。従って振動ペン３及び振動センサ６ａの間の距離Ｌ
を（１）式に示されるように群遅延時間ｔｇと群速度Ｖ
ｐの積として求めた場合、精度良く距離Ｌを求めること
ができない。

【００３５】Ｌ＝Ｖｇ・ｔｇ …（１）

【００３６】そこで、より高精度な座標決定をするため
に、線形性の優れる位相遅延時間ｔｐに基づき（２）式
により演算処理を行なう。

【００３７】 Ｌ＝Ｖｐ・ｔｐ＋ｎ・λｐ …（２）

【００３８】ここで、λｐは弾性波の波長、ｎは整数で
ある。つまり（２）式、右辺第１項は、図６に於いて距
離Ｌ０を示すものであり、求めたい距離Ｌと距離Ｌ０の
差は図から明らかなように波長の整数倍（時間軸上で階
段の幅Ｔ＊は、信号波形４４の１周期、従ってＴ＊＝１
／周波数、また距離で表せば階段の幅は波長λｐ）とな
っている。従って整数ｎを求めることによって精度良く
ペン−センサ間距離Ｌを正確に求めることができる。そ
こで前述の（１）式と（２）式から上記の整数ｎは、
（３）式により求めることができる。

【００３９】 ｎ＝［（Ｖｇ・ｔｇ−Ｖｐ・ｔｐ）／λｐ＋１／Ｎ］ …（３）

【００４０】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、群遅延時間
ｔｇの線形性が良くなくても、その発生誤差が±１／２
波長以内であれば、ｎを正確に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６ａ間の距離を精度良
く測定することができる。

【００４１】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得ることができ
る。

【００４２】＜回路遅延時間補正の説明＞前記ラッチ回
路３４ａ〜３４ｄによってラッチされた振動伝達時間
は、位相回路遅延時間ｅｔｐおよび群回路遅延時間ｅｔ
ｇ（図６参照、またこれらの時間は回路遅延時間のほか
に振動ペン３のペン先５中を振動が伝播する時間等を含
む）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。

【００４３】そこで、例えば図７の原点Ｏの位置から、
例えば振動センサ６ａまでの距離をＲａ（＝ｓｑｒ
｛（Ｘ／２）^2＋（Ｙ／２）^2｝、図７参照）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までの実測される振動伝達時間をｔｇ０
*、ｔｐ０*、また原点Ｏからセンサまで伝播体上を波が
実際伝播するのにかかる伝達時間をｔｇ０，ｔｐ０とす
れば、 ｔｇ０*＝ｔｇ０＋ｅｔｇ …（４） ｔｐ０*＝ｔｐ０＋ｅｔｐ …（５） の関係がある。

【００４４】一方、任意の入力点Ｐ点での実測値ｔｇ
*、ｔｐ*は同様に、 ｔｇ*＝ｔｇ＋ｅｔｇ …（６） ｔｐ*＝ｔｐ＋ｅｔｐ …（７） となる。この（４）式と（６）式、（５）式と（７）式
の差を各々求めると、 tg*-tg0*=(tg+etg)-(tg0+etg)=tg-tg0 …（８） tp*-tp0*=(tp+etp)-(tp0+etp)=tp-tp0 …（９） となり、各伝達時間に含まれる位相回路遅延時間ｅｔｐ
および群回路遅延時間ｅｔｇ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
（１）、（２）、（３）式を用いればその距離差を求め
ることができる。つまり、 ｔｇ＝ｔｇ*−ｔｇ０* …（１０） ｔｐ＝ｔｐ*−ｔｐ０* …（１１） として（１）、（２）、（３）式を用いて距離を計算
し、その値に振動センサ６ａから原点Ｏまでの距離Ｒａ
を加えることで、振動入力ペン３と振動センサ６ａまで
の距離を正確に求めることができる。従って振動センサ
６ａから原点Ｏまでの距離をあらかじめ不揮発性メモリ
等に記憶しておけば、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】＜座標位置算出の説明（図７）＞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。図７は、振動伝達板上の振動入力位置の
座標算出を説明する図である。

【００４６】今図７に示されるように、振動伝達板８上
の４隅に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６ａ〜６ｄの位置までの直線距離ｄａ〜ｄ
ｄ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ｄａ〜ｄｄ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。

【００４７】 ｘ＝（ｄａ＋ｄｂ）・（ｄａ−ｄｂ）／２Ｘ …（１２） ｙ＝（ｄａ＋ｄｃ）・（ｄａ−ｄｃ）／２Ｙ …（１３）

【００４８】ここで、Ｘ，Ｙはそれぞれ振動センサ６
ａ、６ｂ間の距離、振動センサ６ｃ、６ｄ間の距離であ
り、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。

【００４９】また、上記計算では３つのセンサまでの距
離情報を用いて計算しているが、本実施形態では４個の
センサが設置されており、残りのセンサ１個の距離情報
を用いて出力座標の確からしさの検証に用いている。も
ちろん、例えば最もペン−センサ間距離Ｌが大きくなっ
たセンサの距離情報（距離Ｌが大きくなるので検出信号
レベルが低下しノイズの影響を受ける確率が大きくな
る）を用いず残りのセンサ３個で座標を算出しても良
い。また本実施形態では４個のセンサを配置し、３個の
センサで座標を算出しているが、幾何学的には２個以上
のセンサで座標算出が可能であり、製品スペックに応じ
てセンサの個数が設定されることは言うまでもない。

【００５０】＜座標入力部の構成＞以上説明したよう
に、本実施形態の座標入力装置は、音波の到達遅延時間
Ｔｇ、Ｔｐを検出し、音速（Ｖｇ、Ｖｐ）が一定である
という物理現象を利用して、高精度に座標を算出してい
る。しかしながら、この装置を実際に製品化した場合、
この装置を保護するための筐体（保護ケース）が必要と
なる。具体的な実施形態として、この装置を複写機用エ
ディタとして用いた場合の構成について図１を用いて説
明する。

【００５１】図１は、先に述べた座標入力装置を外装に
組み込んだ状態の部分断面図である。振動伝達板８に弾
性部材２５が重ねて配置されている。本実施形態の場
合、振動伝達板８と弾性部材２５はその端面近傍で第２
の粘着層２７で固定されている。この構成は、組み立て
上、或いは量産性の向上という目的だけでなく、次のよ
うな効果を発揮する。先にも述べている通り、振動伝達
板８上の水滴或いは粘着層等は音速を変化させ、装置の
座標算出精度を低下させる。従って、振動伝達板８と弾
性部材２５間に水滴、油等が入れば、信頼性を低下させ
るので、両者を端部で、第２の粘着層でシールすること
により、この問題を除去している。さらには、両者の空
間がシールされているので、乾燥空気を封入しておけ
ば、使用中の温度変化による結露をも防止できる優れた
効果が得られる（ただし、構成からいって空気量は非常
に少量であり、室温大気中でシールしても問題ないこと
が実験により確認されている）。振動伝達板８は先に述
べたように、ガラス、アルミニウム（他の金属でも可）
等、音波を伝達することができる材料であれば良い。ま
た弾性部材２５はペット等の樹脂フィルム、或は金属等
の材料でも良い。要は、振動ペン３で発生した振動がこ
の弾性部材２５を介して振動伝達板８に伝達することが
できるような材料、あるいはそのために十分に薄い厚み
を有する物で有れば良い。

【００５２】弾性部材２５と振動伝達板８の両者は重ね
て配置されているだけなので、微視的にはその間に空気
層が存在し、音響的に不連続な特性となっている。つま
り、両者の間に例えば、水滴等が存在すれば、両者の音
響インピーダンスを整合させる作用が発生するので、そ
の様な場合には、振動伝達板８を伝播する音波の音速
が、その部分で大きく変化する原因となる。ここでいう
空気層は、振動伝達板８と弾性部材２５が接触配置され
ていても良いことを意味し、要は液体が混入していなけ
れば良いことを示す。

【００５３】２３はこの座標入力装置を固定するための
フレームであり、本実施形態の場合、例えば両面テープ
で防振材７と接合されている。またフレーム２３には振
動伝達板８に設置されたセンサ６（上述のセンサ６ａ〜
６ｄ）からの電気的信号を取り出すための電極２１がと
りつけられている。さらにこのフレームには、上ケース
２６が固定され、上ケース開口部が座標入力可能な有効
エリアを形作る様に構成されている。この様に構成する
ことで、センサ６等の部材を目隠しすると共に、使用者
に座標入力可能な領域を認知せしめることが可能とな
る。

【００５４】図示されるように、座標入力有効エリア近
傍で上ケース２６と弾性部材２５は粘着層２４で固定さ
れている。粘着層２４は両面テープ等でも良いが、開口
部が大きくなる（座標入力有効エリアの大きさが大きく
なる事と同等）と、上ケース２６がたわむことが想定さ
れる。つまり、上ケース２６をモールド成形（樹脂製上
ケース）した場合、熱応力等により上ケースがたわむの
で、この歪を吸収するために、粘着層を次のような構成
とすることが好ましい。

【００５５】すなわち、粘着層２４として、モルトプレ
ーン等の発泡体、あるいはシリコンゴム等の弾性部材を
採用し、その対向面に粘着層を設け、上ケース２６と弾
性部材２５を結合する。この様に構成することで、粘着
層２４の変形により上ケース２６の歪を吸収できるよう
にする。

【００５６】さて次に、振動伝達板８、弾性部材２５、
粘着層２４を採用した構成の作用効果について述べる。
説明を簡単にするために、図１の構成で弾性部材２５が
無い場合についてまず考えてみる。

【００５７】一般に、この種の電子回路を含んだ装置
は、湿気を嫌う。例えば座標入力面にコーヒー等の液体
をこぼせば、早急に拭き取る必要があるが、前述のとお
り上ケースを設けた場合には、上ケース２６と振動伝達
板８間に入り込んだ液体をどうすることもできない。つ
まり、弾性部材２５が無い場合には、拭きとることので
きない液体が直接振動伝達板８上に存在することにな
り、その存在位置が振動センサ６よりも有効エリア側で
あれば、その部分で音波の音速が変化して座標算出精度
を低下させるほか、液体による音波の吸収で座標算出も
できなくなる場合が発生する。これを復帰させるために
は放置して、自然と乾かす他、手段が無いのである。

【００５８】そこで粘着層２４を設けて防水効果を出す
ことが考えられるが、粘着層２４を直接振動伝達板８に
貼り付けると、その部分で伝播する音波の音速が変化
し、やはり座標入力装置の精度を低下させることにな
る。

【００５９】本実施形態によれば、弾性部材２５を振動
伝達板８に重ねる構成を採用し、この弾性部材２５と上
ケース２６を粘着層２４で結合させることにより、振動
伝達板８を伝播する音波への影響を防ぐよう構成すると
共に、液体等から装置を守ることができるようになる。

【００６０】さらには、弾性部材２５を設けることで、
座標入力面上に他の部材（本実施形態の粘着層２４と上
ケース２６）を固着することができるので、複写機用の
エディタとしても、超音波を利用した座標入力装置を利
用することができるようになった。

【００６１】なお、複写機用エディタの一般的な使い方
として、座標入力面に原稿を重ね、原稿をなぞる等の動
作により座標を入力する。その動作により指定された領
域を記憶し、その原稿をコピーする際に、その部分だけ
コピーする、あるいは、その部分だけ色を換え、例えば
赤くコピーする等の目的で使われる。この装置は、座標
入力装置の座標系と原稿の座標を一致させるために、前
述の上ケースの端面に原稿を突き当てる仕様とするのが
一般的である。この時、粘着層２４が無いと、原稿が上
ケースの下に入り込む場合が想定され、使いにくい装置
となる他、入り込んだ原稿を取り出す際に原稿を破く場
合も想定される。この様な課題を解決するためには、粘
着層２４は必要不可欠であり、座標入力装置の座標算出
精度を保証するという意味で、弾性部材２５が必須の構
成となる。

【００６２】以上説明したように本実施形態における座
標入力装置によれば、振動伝達板８を伝播する音波の音
速が一定に保たれるので、装置の座標算出精度、信頼性
が向上する。このため、防水構造を持たせて装置を保護
するとともに、高精度に座標算出を行うことが可能とな
る。従って、恒久的に装置の信頼性を保つことができる
という優れた効果が得られるようになる。さらに原稿位
置決め用の部材の設置が座標入力面上で可能となったの
で、超音波利用方式の座標入力装置でもこの種の装置に
応用することができる優れた効果も得られるようにな
る。

【００６３】なお、本発明は、複数の機器（例えばホス
トコンピュータ，インタフェイス機器，リーダ，プリン
タなど）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（例えば、複写機，ファクシミリ装置
など）に適用してもよい。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、測
定精度を保ちながら振動検出方式の座標入力装置におい
て、その座標入力面に接着剤等の手段によって別の物体
を固着させることが可能となる。

【００６５】

【図面の簡単な説明】

【図１】先に述べた座標入力装置を外装に組み込んだ状
態の部分断面図である。

【図２】本実施形態による座標入力装置の全体的な構成
を示すブロック図である。

【図３】本実施形態の演算制御回路１の概略構成を示す
ブロック図である。

【図４】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。

【図５】振動検出回路９のブロック図である。

【図６】本実施形態により得られる群遅延時間ｔｇ、位
相遅延時間ｔｐとペン−センサ間距離Ｌの関係をそれぞ
れ模式的に示した図である。

【図７】振動伝達板上の振動入力位置の座標算出を説明
する図である。

【図８】一般的な座標入力装置の外観を示す図である。

【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 ２５ 弾性部材 ２４ 粘着層 ２６ ケース

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

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動伝達板を伝播する振動を検出して指
   示座標を検出する座標入力装置であって、 前記振動伝達板を構成し、入力された振動を検出センサ
   の装着位置まで伝播させる第１の弾性部材と、 前記第１の弾性部材と空気層を介して積層状に配置され
   た第２の弾性部材と、 前記第１の弾性部材に装着され、該第１の弾性部材を伝
   播する振動を検出する検出手段と、 前記第２の弾性部材の部分と当該座標入力装置の筐体の
   部分とを固着する固着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】 振動を発生する振動ペンを更に備え、 前記振動ペンによって指示された位置において、該振動
   ペンが発生した振動は、前記第２の弾性部材を介して前
   記第１の弾性部材に伝達されることを特徴とする請求項
   １に記載の座標入力装置。
3. 【請求項３】 前記固着手段は、粘着層を前記振動伝達
   板に設定される座標入力有効エリアの周囲外側近傍に配
   置していることを特徴とする請求項１に記載の座標入力
   装置。
4. 【請求項４】 前記粘着層は、少なくとも１対の対向す
   る面を有する形状の弾性体と、該弾性体の該１対の対向
   する面の各々に粘着層を設けた構造を備えることを特徴
   とする請求項１に記載の座標入力装置。
5. 【請求項５】 前記第２の弾性部材が樹脂シートである
   ことを特徴とする請求項１に記載の座標入力装置。
6. 【請求項６】 前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部
   材が周辺端部において固定され、両者間の空気層をシー
   ルする構造となるることを特徴とする請求項１に記載の
   座標入力装置。
7. 【請求項７】 入力された振動を検出センサの装着位置
   まで伝播させる第１の弾性部材と、 前記第１の弾性部材と空気層を介して積層状に配置され
   た第２の弾性部材とを備えることを特徴とする振動伝達
   板。
8. 【請求項８】 前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部
   材が、前記入力された振動を伝播するべき範囲の外側に
   おいて固定され、両者間の空気層をシールすることを特
   徴とする請求項７に記載の振動伝達板。