JPS6330924A - 弾性波応用座標入力装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は１弾性波応用座標入力装置に係り、特に、コン
ピュータ等の情報入力における手書き入力装置に好適な
弾性波応用座標入力装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の弾性波応用座標入力装置は、第１１回画像工学コ
ンファレンス論文！５−７．　１９８０、Ｐｌｏｔ−１
０４に記載されている、石井明ほかによる［板波を用い
た弾性波タブレット」に開示されているように、弾性波
媒体中を伝播する波のうち、低周波で伝播する板波すな
わちラム波を応用するとさ、位相速度と群速度との差の
小さい伝播周波数にする必要があった。

このため、弾性波伝播のための媒体の厚さを薄くし、伝
播周波数も低くしなければならなかった。

しかし、前記媒体を薄くすることは入力板の強度低下を
招き、周波数を低（することは検出波の立上がりを鈍く
することになり、ノイズに対して弱くなってしまう。

このため、（周波数）×（板厚）の妥協点から周波数を
決めていた。したがって、位相速度と群速度との差が生
じ、この差から入力板の面積が制限されていた。

また従来、ラム波を応用しない方法として、縦波を応用
した座標入力装置も提案されているが、周波数の選定に
ついては考慮されていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、ラム波を用いた弾性波タブレットにお
ける周波数の選定法については開示されていたが、縦波
応用のタブレットにおける周波数の選定法について配慮
されていなかった。

縦波応用のタブレットでは、比較的低い周波数で検出さ
せた場合、縦波とラム波とが重畳し、正確な縦波の検出
ができず、タブレットの精度低減の要因となっていた。

本発明は、前述の従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、座標入力装置の入力板中。

を伝播する弾性波のうち、検出点における第１到達波に
ラム波が全く含まれないようにして縦波とラム波とを区
別し、弾性波発信点と弾性波検出点との距離が小さくて
も、十分正確な縦波伝播時間を測定でき、装置の高精度
化をなしうる弾性波応用座標入力装置を提供することを
、その目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る弾性波応用座
標入力装置の構成は、弾性波を伝播させる等方性媒体と
入力ペンとを備え、パルサ回路から出力される電気信号
により励振され弾性波を発生させるべき弾性波発信素子
と、その弾性波を電気信号に変換する弾性波検出素子と
を有し、前記入力ペンに前記弾性波発信素子を具備し前
記等方性媒体の複数の端部に前記弾性波検出素子を配置
するが、あるいは前記入力ペンに前記弾性波検出素子を
具備し前記等方性媒体の端部に前記弾性波発信素子を配
置してなる弾性波応用座標入力装置において、前記弾性
波発信素子を発信し前記等方性媒体中を伝播する弾性波
が前記弾性波検出素子に到達するとき１こ、縦波の進行
距離とラム波の進行距離との差が、座標入力有効域内で
、少なくとも縦波の１波長以上になるように伝播弾性波
の周波数と前記等方性媒体の板厚とを演算して選定する
演算制置回路を有するものである。

なお付記すると、上記目的は、座標入力装置の入力板中
を伝播する弾性波のうち、ラム波の群速度を遅くするこ
とにより達成される。

〔作用〕

本発明を開発した考え方および上記手段による作用の原
理を第３図ないし第６図を参照して説明する。

第３図は、一般的なラム波のモード図、第４図は、ラム
波の位相速度分布図、第５図は、入力板中を伝播する各
種弾性波の速度分布図、第６図は、縦波とラム波の検出
波比較図である。

一般に、低周波で伝播する板波すなわちラム波は、入力
板に係る薄板中を伝播する弾性波の代表的な波で、第３
図に示すように、Ｓ波群モードとＡ波群モードとがあり
、下記の諸式で示される。

Ｓ波群モードの位相速度をＣとすれば、ここで 但し、Ｃ，は薄板の横波速度、ＣＤは縦波速度、ｆは伝
播周波数、ｄは薄板の厚さである。また、Ａ波群モード
の位相速度をＣ４とすれば、で与えられる。

（１）式、（４）式からＳ波群およびＡ波群の位相速度
を算出すると、第４図に示すような分布になる。

第４図は、横軸に（周波数）×（板厚）をとり、縦軸に
位相速度をとって、ＳｏないしＳ４　のＳ波群。

ＡｏないしＡ４　のＡ波群の位相速度を示している。

ここに位相速度は、波動現象においである位相を保持し
たまま波とともに動く点の速度であり、群速度は、わず
かに異なった振動数と位相速度をもった一群の波動が、
全体として伝播していく速度をいう。

群速度は、位相速度の微分量で与えられる。

２次高調波以上の波（Ａ＋　、　Ａｚ　、・・・・・・
、Ｓｔ　、Ｓ２、・・・・・・）は、振幅が小さく、こ
れらの波を応用することは、座標入力ｉｔに係るタブレ
ットの精度を著しく低下させるため選定から外さねばな
らない。

そこで、Ｓｏ波とＡｏ波に注目してみると、Ａｏ波はＳ
ｏ波に（らべ位相速度が極端に遅いため、タブレットで
検出するときは、残響波中に発生し区別ができなくなっ
てしまう。

以上のことから、Ｓｏ波について注目しラム波以外の波
、すなわち縦波、横波、表面波を比較すると第５図に示
すような分布になる。

Ｓｏ波の群速度Ｃ９は、破線のように位相速度Ｃ２の微
分量で示されている。

ここで、位相速度と群速度とが異なる場合、検出波に生
ずる変化はどのように表われるかを第６図により説明す
る。

弾性波発生点から弾性波検出点までの距離をＬとする。

任意の距離して、弾性波発生点から弾性波検出点まで縦
波の群速度Ｃｆの伝播時間は、縦波速度ＣＤを用いて、
Ｔｒ　＝　Ｌ／Ｃ，で与えられる。また、縦波の位相は
、位相速度を用いＴ２　＝　Ｌ／Ｃ，で与えられ、薄板
を伝播する縦波は位相速度Ｃ７と群速度Ｃ１が等しいの
でＴ＋　＝　Ｔ２となり、常に＋側に第１到達波（斜線
部）が表われる。

距離りかわずかに増したときＬ＋Δｔにおける、縦波の
群速度Ｃ１の伝播時間はΔＴ３　＝　Ｊ　Ｌ／Ｃ，で与
えられ、縦波の位相は、ΔＴ＜　＝　ｄ　ｔ／Ｃ−で与
えられ、伝播時間の増加量はΔＴ３−ΔＴ４　　であり
、検出波は同一位相となって表われる。

これに対し、ラム波の場合、距離りのとさの伝播時間は
、ラム波の群速度Ｃ１を用いＴ＋’＝Ｌ／Ｃ−で与えら
れる。また、このときの位相は、位相速度Ｃ２を用いて
Ｔｉ　＝　Ｌ／Ｃ−で与えられる。ここでＣ，＜　Ｃ，
より、’Ｌ’　＜　Ｔ；となる。このため、検出波の位
相は、縦波の場合と一致せず、第１到達波（斜線部）は
−側になっている。

さらにＬ十Δｔの場合、ラム波の伝播時間は、ΔＴイ＝
ΔＬ／Ｃ、、このときの位相は、ΔＴ４＝Δｔ／Ｃ７で
与えられ、ΔＴ３′〉ΔＴ４となり、今度は第１到達波
が＋側になっている。このようにラム波の場合の検出波
は位相が変化してしまう。このため、安定した第１到達
波を検出できなくなるので、タブレットの精度を高める
ことは困難である。

ここで、第５図の速度分布図をふたたび注意深く見ると
、（周波数）×（板厚）の小さなところでラム波の群速
度が速いことがわかる。一般に、＠１波の振幅に対しラ
ム波の振幅は数倍の大きさがある。このため、縦波速度
とラム波速度との差が小さいと、弾性波発生点と弾性波
検出点とが近いとさ、縦波だけを正確に検出することは
困難になる。

そこで、縦波の進行距離とラム波の進行距離との差が、
座標入力有効域内で、少なくとも縦波の１波長以上にな
る（周波数）×（板厚）を算出し、第１到達波は縦波の
みを検出できるようにすれば、正確な縦波伝播時間が得
られ、タブレットの高精度化が可能になる。

本発明は、この考え方にもとづいてなされたものである
。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図および第２図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る、弾性波を用いたタ
ブレットの構成図、第２図は、弾性波検出素子で電気信
号に変換されたときの電圧波形図である。

第１図において、１は、弾性波を伝播させる均一等方性
媒体に係る入力板で、この入力板は、ソーダライムガラ
スで形成されている。

２ａ、２ｂ、２Ｃ１２ｄは、入力板の４角に設置された
弾性波検出素子で、入力板１内を伝播する弾性波を検出
し電気信号に変換するためのものである。

３は入力ペン、４は、励磁電圧を入力ペン３に印加する
ためのパルサ回路である。入力ペン３は、パルサ回路か
ら出力された電気信号により励振され弾性波を発生させ
るべき弾性波発信素子を具備している。

１０は、入力板１の下部に設置した外部装置に係る、例
えば液晶表示装置である。これら入力板１、弾性波検出
素子２ａ〜２ｄ、入力ペン３、／ずルサ４、および液晶
表示装置１０で入力操作部１１が構成されている。

１２は信号制御部で、信号制御部１２は、増幅回路５、
波形整形回路６、時間計数回路７、マイクロコンピュー
タ８等で構成されている。

本実施例のタブレットでは、入力ペン３内の弾性波発信
素子を発信し入力板１を伝播する弾性波が弾性波検出素
子２ａ〜２ｄに到達するときに、縦波の進行距離とラム
波の進行距離との差が、座標入力有効域内で、少な（と
も縦波の１波長以上になるように、（周波数）×（板厚
）を算出し、第１到達波は縦波のみを検出でさるように
構成されたパルサ回路を備えている。

このような構成のタブレットの作用を説明する。

パルサ回路４から励振電圧が入力ペン３に印加され、入
力ペン３から弾性波が発生する。入力ペン３を入力板１
に接触させることにより、弾性波が入力板１中を伝播し
、４角に設置された弾性波検出素子２ａ〜２ｄで電気信
号に変換される。

各々の伝播時間は、検出された電気信号から、増幅回路
５、波形整形回路６、および時間計数回路７を介して基
準クロックのカウント値としてマイクロコンピュータ８
に転送される。マイクロコンピュータ８は、各々のカウ
ント値から（Ｘ、Ｙ）座標を算出し、液晶制御回路によ
り液晶表示装置Ｉこ転送する。

第２図は、弾性波検出素子２ａ〜２ｄで検出され電気信
号に変換された電圧を示している。

励磁電圧Ｖ、を印加して、入力ペン３が入力板１に接触
しているとき、伝播時間だけ遅れて縦波が表われる。

このとき、ラム波の群速度を遅くしであるため。

第１到達波は縦波だけであり、他の波が重畳していない
ことがわかる。例えば、入力板１をソーダライムガラス
で形成すると、縦波速度５５００ｍ／秒、横波速度３５
００ｍ／秒を代入し、位相速度分布を算出し、図上微分
してＳｏ波の最小となる（周波数）×（板厚）を求める
と、約２　”　ｍＭ　Ｈｗとなる。したがって、例えば
ソーダライムガラス板の板厚を４ｍｍ、伝播周波数を５
００　ＫＨ，とすればラム波は横波速度より遅くなり、
第２図の（ｂｌの部分は縦波だけの領域となる。このた
め、伝播時間が短くなっても、第１到達波は縦波だけが
正確に検出され、精度の高い伝播時間の測定が可能にな
る。

本実施例によれば、タブレットの入力板中を伝播する波
のうち、縦波とラム波とを区別することが容易になり、
弾性波発信点と、弾性波検出点、すなわち、入力ペン３
と弾性波検出素子２ａ〜２ｄとの距離が小さくでも、十
分正確な縦波伝播時間を測定でさ、タブレットの高精度
化を図ることかでさる。

なお、前述の実施例では、弾性波を伝播させる等方性媒
体を、ソーダライムガラス板の入力板としたが、アクリ
ル板やポリカーボネート板であってもよい。

また、弾性波検出素子を４箇所配置した例を示したが、
２箇所以上あれば座標演算は可能であることは言うまで
もない。

さらに、弾性波発信素子を入力板の端部に配置し、弾性
波検出素子を入力ペン側に具備するように構成しても同
様の効果が期待できる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、座標入力装置の入
力板中を伝播する弾性波のうち、検出点における第１到
達波にラム波が全（含まれないようにして縦波とラム波
とを区別し、弾性波発信点と弾性波検出点との距離が小
さくても、十分正確゛な縦波伝播時間を測定でさ、装置
の高精度化をなしつる弾性波応用座標入力装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る、弾性波を用いたタ
ブレットの構成図、第２図は、弾性波検出素子で電気信
号に変換されたときの電圧波形図、第３図は、一般的な
ラム波のモード図、第４図は、ラム波の位相速度分布図
、第５図は、入力板中を伝播する各種弾性波の速度分布
図、第６図は、縦波とラム波の検出波比較図である。 １・・・入力板、２ａ、２ｂ、２Ｃ１２ｄ　、、、弾性
波検出素子、３・・・入力ペン、４・・・パルサ回路、
６・・・波形整形回路、７・・・時間計数回路、８・・
・マイクロコンピュータ、１１・・・入力操作部、１２
・・・信号制砥部。 代理人　弁理士　小　川　勝　男又−′寮３囚 寮４０ 寮り閉

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、弾性波を伝播させる等方性媒体と入力ペンとを備え
   、パルサ回路から出力される電気信号により励振され弾
   性波を発生させるべき弾性波発信素子と、その弾性波を
   電気信号に変換する弾性波検出素子とを有し、前記入力
   ペンに前記弾性波発信素子を具備し前記等方性媒体の複
   数の端部に前記弾性波検出素子を配置するか、あるいは
   前記入力ペンに前記弾性波検出素子を具備し前記等方性
   媒体の端部に前記弾性波発信素子を配置してなる弾性波
   応用座標入力装置において、前記弾性波発信素子を発信
   し前記等方性媒体中を伝播する弾性波が前記弾性波検出
   素子に到達するときに、縦波の進行距離とラム波の進行
   距離との差が、座標入力有効域内で、少なくとも縦波の
   １波長以上になる伝播弾性波を出力するパルサ回路を備
   えたことを特徴とする弾性波応用座標入力装置。