JPS61281324A - 超音波応用タブレツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、コンピュータ等の情報入力を手書きで行うた
めの超音波応用タブレットに関する。

〔発明の背景〕

従来１手書き入力装置として用いられる弾性波応用タブ
レットの書き込み装置に於いて１問題点の一つとして入
力ペンの傾斜角に−よる標定位置の変動がある。特に１
弾性波の伝播時間を用いて標定を行う方式の場合には、
入力ペンの傾斜角によって檄相角が変化するため、本質
的に免れえない問題とされていた。

従来、弾性波のうち表面波を用いた書き込み装置におい
て層状構造によるものが提案されている。

例えば、特開昭５０−５０８３０では弾性表面波を用い
た接触型位置エンコーダで、表面波を伝える第一のシー
トの下に第二のシートをもつ構造になっており、この第
二のシート材はバルク波を減衰させることが目的である
ためバルク波減衰率の大きな材料が用いられる。このよ
うに、他の目的で複合化された書き込み板については１
本発明で提案するような入力ペン傾斜の影響を無くすた
めに必要な材質の考慮は払われていない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は１通常の手書き入力で座標検出が可能で
あり、また、入力ペンからの超音波の入射角度あるいは
入力ペンの回転角度によって生ずる検出波の波形変化を
低減し特に位相の逆転を防止することによって、高精度
化を可能とした超音波応用タブレットを提供することに
ある。

〔発明の概要〕

本発明による縦波方式の原理とペン傾斜の問題について
説明する。

第１図は縦波を用いた超音波応用タブレットの構成を示
す、書き込み部は入力ペン１と書込み装置２とから構成
されている。該書込み装置２は書込み板３とその各コー
ナーに設置された受波子４（ａｔ　ｂｙ　Ｑｐ　ｄ）と
から成っている。前記入力ペン１は送波子１ａ、ペン先
１ｂ、握りＩＣから成っており、パルス励振回路５によ
ってパルス電圧が印加され、該入力ペン１のペン先１ｂ
より縦波超音波が放射される。前記書込み板２に入射さ
れた縦波超音波は前記書込み板３を伝播し、前記受波子
４（ａ”ｄ）にて検出され、波形整形回路６に入力され
る。該波形整形６の出力は、時間計数回路７に入力され
て、超音波入射点から各受波子までの伝播時間が計測さ
れる。該時間計数回路７の出力は座標演算回路８に入力
されて、位置標定演算を行ったのち、標定結果が表示装
置９にて表示される。

前記波形整形回路６に入力された縦波超音波が入力ペン
１の傾斜角度によって変化する状況を第２図に示す。同
図は書込み板３の両端に受波子Ａ及びＢを設置し、その
中間点Ｐから入力ペン１により縦波超音波を入射した時
の両受波子にて検出される波形を示す、同図（ａ）は入
力ペン１を垂直においた時の検出波形を示し、第１到着
波Ｆは受波子Ａ及び已に同位相で検出される。これに対
し、同図（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は入力ペン１を受波子
Ａ側に徐々に傾斜していった時の検出波形を示す、受波
子Ｂにおける第１到着波Ｆは、若干のレベル変化にある
ものの位相的変化は見られないのに対し、受波子Ａにお
ける第１到着波Ｆは、レベルの変化と共に位相が変化し
、傾斜負犬の（ｄ）では位相が反転してしまう、従って
、第１到着波Ｆに着目して伝播時間を計測する場合１例
えばピーク点に着目した場合に傾斜角θによって伝播時
間が変動することになり、標定誤差の要因となる。

ペンを傾斜させた場合に、検出波の波形が変化する現象
は、媒体１０に入射された超音波の媒体面に平行な成分
が、入力ペンの傾斜の影響を受けているためであること
がシミュレーションによる解析で証明される。その結果
を第３図に示す、第３図（ａ）のように入力ペン１が媒
体面に垂直な場合には、媒体内で広がる波の位相はペン
を中心として対称であることがわかる。しかし、第３図
（ｂ）のように入力ペン１が傾斜すると、ペンが傾斜し
た側の媒体１０の表面付近の領域で波の位相が逆転し、
位相がペンを中心として非対称となることがわかる。さ
らに、詳しく解析するとこの位相が逆転する領域は、入
力ペンの傾斜が大きくなるにつれて拡大してくる。これ
らのことから、入力ペン１の傾斜、すなわち媒体１０に
入射する超音波の媒体面に平行な成分が、媒体内の媒体
面に平行な波成分の位相に直接影響を及ぼし゛ているこ
とがｂかる。この現象のため、ペンが傾斜すると検出波
の波形が変化するのである。

しかし、よく注意して見ると、ペンが傾斜した側の位相
がすべて逆転しているのではないということがわかる。

つまり、超音波の入射点下方の媒体表面から深いところ
、特に波の位相を表わす矢印の渦が生じている深さ以下
での波の位相はペンを中心として対称になっているので
ある。このことから、この位相が対称な波を非対称な波
より早く検出素子に導くことができれば、ペンの傾斜の
影響を低減でき、検出波の波形変化、特に位相の逆転を
防止できる。

〔発明の実施例〕

本発明は上述のような発想によって生れたもので、その
実施例を第４図に示す。前記書込み装置２において、書
込み板３を少なくとも２層からなる構造とし、超音波を
伝搬させる伝搬層媒体３ａの上に該伝搬層媒体より縦波
速度の遅い材質からなる入力層媒体３ｂを設け、前記伝
搬層媒体３ａ側に受波子４　（Ｂ、ｂｅ　Ｑｐ　ｄ）を
取りつけた構造とする。

第５図は１本発明による効果をシミュレーションによっ
て確認した図である。この解析で用いた材料は表１に示
すものである。第５図がら媒体を２層化すると、ペンが
傾斜した場合でも位相が対称化された領域ができ、本発
明の考え方が正しいことが証明された。さらに、詳しい
解析によってこの位相が対称化された同相領域は、ペン
の傾斜を一定とした場合は音波の遅い入力層が厚くなる
につれて大きくなり、また入力層の厚さを一定とした場
合はペンの傾斜が小さいほど同相領域が大きくなるが、
約半波長の長さになると、それ以後は入力層を厚くして
も同相領域の増加は見られないことがわかった。このこ
とから、入力層の厚さはむやみやたらに厚くする必要は
ないことがわがる。また、入力層の音波を遅くすれば、
同じ効果を得るための層の厚さは薄くできることもわか
った。

実用面から考えると、実用上の最大のペン傾斜時におい
て、この位相が対称化された同相類−の大きさが伝搬層
での超音波の波長の半分あればよいといえる。これから
音波の遅い入力層の厚さが決定され−る。具体的には、
超音波の周波数が４００ｋＨｚで表１の材料を用いた場
合、入力ペンの最大傾斜が４０’であれば入力層の厚さ
は１．２ｍｍあればよく、最大傾斜が３０°であれば入
力層の厚さは０．８　ｍｍあればよいことがわかった。

表１　解析に用いた材料の密度と音速 以上に示したようにタブレットを構成することによって
、ペンの傾斜による波形変動を低減し、特に位相の逆転
を防止することが可能となり、高精度に位置評定できる
超音波応用タブレットが実現できる。

また１表１に示した材料は透明であり、このような透明
な材料で構成したタブレットを、液晶表示装置やＣＲＴ
等の表示面に積層すれば、入力面と表示面を一体化した
超音波応用タブレットが実現できるメリットがある。透
明な材料で縦波速度の異なる材料は多々あり、それらの
組み合わせが可能である。又、同一材質で、音響的に２
層になっている材料を用いても同様な効果を得ることが
可能である。

以上は透明な書込み板について述べたが、勿論不透明な
材料でも効果的には全く同じである０例えば前記伝搬層
媒体としてアルミニウム（縦波速度：　６２６０ｍ　ｌ
　ｇ　）を用い、入力層媒体としてベークライト（（縦
波速度：　２５９０ｍ　／　ｓ　）を用いることによっ
て、ペンの傾斜の影響を無くすことができる。

次に、他の実施例について説明する。第６図は書込み装
置の複合化構造の応用を示すもので、書込み板３の伝搬
層媒体３ａと入力層媒体３ｂの中間の中間層媒体３ｃｔ
Ｉ−設け、該中間層媒体として縦波速度が前記伝搬層媒
体と前記入力層媒体の縦波速度の中間の速さをもつもの
を用いることを特徴としている。効果中には第４図の実
施例と同じ考えによる。

また、第７図は前記２つの実施例と異なり、入力ペンに
改良を加えたものである。同図の拡大図に示すように、
入力ペン１のペン先１ｂの先端部に接触用小片材１を設
け、該接触用小片材として縦波速度が前記書込み板３の
縦波速度より遅い材料を用いることを特徴とする。この
場合、ペン先１ｂの材質としては、その縦波速度が前記
接触用小片の縦波速度より速いものを用いることが望ま
しい１以上、本実施例も効果的には第４図の場合と同じ
で、入力ペンの傾斜の影響を無くすことができる。

前述の複合化書き込み板の製法としては、音速の異なる
複数の板を貼り合わせる方法、例えば。

ガラス板の上にポリカーボネイト板とかアクリル板など
を貼り合わせる合板方法がある。又、別の方法として、
同一材において製造過程で素材の物理的性質、例えば比
重の違いなどを用いて音響特性上２層化媒体を作る製法
がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、超音波応用タブレットに・おいて、ペ
ンの傾斜によって生ずる検出板の波形変化を低減でき、
特に位相の逆転が防止できるので、高精度なタブレット
が可能となる。また、波形変化を特別な検出器や付加回
路を用いて補正を行うタブレットに比べて、簡単に構成
できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、縦波を用いた超音波応用タブレットの原理構
成図、第２図は、入力ペンを傾斜した時の受波子に検出
される波形の状況、第３図は入力ペンから書込み板内に
入射される超音波挙動のシミュレーション結果、第４図
は本発明による複合化書込み装置を示す一実施例、第５
図は複合化による効果を示すシュミレーション結果、第
６図は本発明による複合化書き込み装置の他の実施例、
第７図は入力ペン側に改良を加えた本発明による他の実
施例を夫々示す。 １・・・入力ペン、２・・・書込み装置、３・・・書込
み板、４・・・受波子、５・・・パルス励振回路、６・
・・波形整形回路、７・・・時間計数回路、８・・・座
標演算回路、９・・・表示装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気信号に励振され超音波を発生させる送波子と、
   その超音波を一点から放射させるペン先を備えた入力ペ
   ンと、該入力ペンからの超音波を伝搬させる書込み板と
   、該書込み板の端部に設けられ伝搬した超音波を電気信
   号に変換する受波子とからなる書込み装置と、該書込み
   装置の検出信号から前記入力ペンの位置を標定して表示
   装置に表示する信号処理装置とからなる超音波応用タブ
   レットにおいて、前記書込み装置の書込み板を少なくと
   も２層媒体からなる複合化構造とし、超音波を伝搬させ
   る伝搬層媒体の上に該伝搬層媒体より縦波速度の遅い媒
   体からなる入力層媒体を設け、前記伝搬層媒体側に前記
   受波子を取り付けたことを特徴とする超音波応用タブレ
   ット。 ２、前記第１項の構成による超音波応用タブレットにお
   いて、前記書込み装置の複合化構造の書込み板の伝搬層
   媒体と入力層媒体の中間に中間層媒体を設け、該中間層
   媒体として縦波速度が伝搬層媒体と入力層媒体の中間の
   速さをもつものを用いることを特徴とした超音波応用タ
   ブレット。 ３、電気信号に励振され超音波を発生させる送波子と、
   その超音波を放射させるペン先を備えた入力ペンと、該
   入力ペンからの超音波を伝搬させる書込み板と、該書込
   み板の端部に設けられ伝搬した超音波を電気信号に変換
   する受波子とからなる書込み装置と、該書込み装置の検
   出信号から前記入力ペンの位置を標定して表示装置に表
   示する信号処理装置とからなる超音波応用タブレットに
   おいて、前記入力ペンのペン先に接触用小片を設け、該
   接触用小片として縦波速度が前記書込み板の縦波速度よ
   り遅い媒体を用いることを特徴とする超音波応用タブレ
   ット。