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JP2524614B2 - Coordinate input device - Google Patents
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JP2524614B2 - Coordinate input device - Google Patents

Coordinate input device

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JP2524614B2
JP2524614B2 JP1598788A JP1598788A JP2524614B2 JP 2524614 B2 JP2524614 B2 JP 2524614B2 JP 1598788 A JP1598788 A JP 1598788A JP 1598788 A JP1598788 A JP 1598788A JP 2524614 B2 JP2524614 B2 JP 2524614B2
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潔 兼子
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は座標入力装置、特に振動ペンから入力された
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
て前記振動ペンの振動伝達板上での座標を検出する座標
入力装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention detects a vibration input from a coordinate input device, particularly a vibration pen, by using a plurality of sensors provided on the vibration transmission plate, and transmits the vibration to the vibration transmission plate of the vibration pen. The present invention relates to a coordinate input device for detecting the above coordinates.

[従来の技術] 従来より手書きの文字、図形などをコンピュータなど
の処理装置に入力する装置として各種の入力ペンおよび
タブレットなどを用いた座標入力装置が知られている。
この種の方式では入力された文字、図形などからなる画
像情報はCRTディスプレイなどの表示装置やプリンタな
どの記録装置に出力される。
2. Description of the Related Art Conventionally, coordinate input devices using various input pens, tablets, and the like have been known as devices for inputting handwritten characters, graphics, and the like to a processing device such as a computer.
In this type of system, input image information including characters, figures, and the like is output to a display device such as a CRT display or a recording device such as a printer.

この種の装置のタブレットの座標検出においては次に
あげる各種の方式が知られている。
The following various methods are known for detecting the coordinates of a tablet of this type of device.

1)抵抗膜と対向配置されたシート材の抵抗値変化を検
出する方式。
1) A method of detecting a change in resistance value of a sheet material disposed opposite to a resistance film.

2)対向配置された導電シートなどの電磁ないし静電誘
導を検出する方式。
2) A method of detecting electromagnetic or electrostatic induction of a conductive sheet or the like arranged opposite to each other.

3)入力ペンからタブレットに伝達される超音波振動を
検出する方式。
3) A method of detecting ultrasonic vibration transmitted from the input pen to the tablet.

上記の1)、2)の方式では、抵抗膜や導体膜を用い
るので透明なタブレットを形成するのが困難である。一
方、3)の方式ではタブレットをアクリル板やガラス板
などの透明材料から構成できるので、液晶表示器などに
入力タブレットを重ねて配置し、あたかも紙に画像を書
き込むような感覚で使用できる操作感覚のよい情報入出
力装置を構成できる。
In the above methods 1) and 2), it is difficult to form a transparent tablet because a resistance film or a conductor film is used. On the other hand, in the method of 3), the tablet can be made of a transparent material such as an acrylic plate or a glass plate, so that the input tablet can be placed on a liquid crystal display, etc., and used as if writing an image on paper. A good information input / output device can be configured.

[発明が解決しようとする課題] 従来の弾性波を利用した座標入力装置では、振動伝達
板に振動入力を行なうための振動ペンが用いられる。振
動ペン内部には圧電素子などからなる振動子が内蔵され
る。振動子の振動は、振動を増幅するためのホーン形状
を有する振動入力部材を介して振動伝達板に入力され
る。
[Problems to be Solved by the Invention] A conventional coordinate input device using elastic waves uses a vibrating pen for inputting vibration to a vibration transmission plate. A vibrator including a piezoelectric element is built in the vibrating pen. The vibration of the vibrator is input to the vibration transmission plate via a vibration input member having a horn shape for amplifying the vibration.

この振動入力部材は直接振動伝達板に接して操作され
るため、長期の使用に際して摩耗摩耗を生じる。振動入
力部材の形状が摩耗などによって変わってくると、ホー
ン形状が変化し、その振動伝達特性が変化し、充分な振
動の入力強度が得られなくなり、座標検出精度が低下す
る、あるいは入力が不可能になるという問題を生じる。
また、入力部材の形状変化により、ペンの傾き、筆圧に
より入力振動に与える影響が大きくなり、入力精度が不
安定になるという問題がある。
Since this vibration input member is operated directly in contact with the vibration transmission plate, it wears and wears during long-term use. When the shape of the vibration input member changes due to wear or the like, the shape of the horn changes, its vibration transmission characteristics change, and it becomes impossible to obtain sufficient vibration input strength, resulting in a decrease in coordinate detection accuracy or incomplete input. The problem arises that it will be possible.
Further, there is a problem that the input accuracy becomes unstable due to the influence of the tilt of the pen and the pen pressure on the input vibration due to the shape change of the input member.

そこで、ペン先の振動入力部材を交換式にする構造が
考えられるが、この構造においては、振動入力部材の取
り外し時にこれと結合される振動子がむき出しとなり、
操作者が不用意に振動子に触れてその特性を阻害した
り、ペン先交換時に中の振動子を落させ損傷させたり、
振動子駆動中に振動子に触れて電撃を受ける危険性があ
る。
Therefore, a structure in which the vibration input member of the pen tip is made replaceable is conceivable, but in this structure, the vibrator coupled with this when the vibration input member is removed is exposed,
An operator carelessly touches the vibrator to impair its characteristics, or drops and damages the vibrator inside when replacing the pen tip,
There is a risk of electric shock by touching the vibrator while driving the vibrator.

本発明なこのような問題を解決することを課題とす
る。
An object of the present invention is to solve such a problem.

[課題を解決するための手段] 以上の課題を解決するために、本発明においては、振
動ペンから入力された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て前記振動ペンの振動伝達板上で
の座標を検出する座標入力装置において、前記振動ペン
内部に配置された振動子と、前記振動ペン先端に着脱可
能に設けられた振動入力部材と、前記振動子で発生した
振動を前記振動入力部材に伝達し、かつ前記振動子と前
記振動入力部材間を電気的に絶縁し、かつ振動入力部材
離脱時に開口する部位にペン内部を保護するための絶縁
保護部材を設ける構成を採用した。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, in the present invention, the vibration input from the vibrating pen is detected by a plurality of sensors provided on the vibration transmitting plate to transmit the vibration of the vibrating pen. In a coordinate input device for detecting coordinates on a plate, a vibrator arranged inside the vibrating pen, a vibration input member detachably provided at the tip of the vibrating pen, and a vibration generated by the vibrator are described above. A structure is adopted in which an insulation protection member is provided for transmitting to the vibration input member, electrically insulating between the vibrator and the vibration input member, and protecting the inside of the pen at a portion opened when the vibration input member is detached. .

[作用] 以上の構成によれば、振動入力部材を取り外した場
合、保護部材により振動子が外部と絶縁されるため、操
作者が不用意に振動子に触れてその特性を阻害したり、
あるいは振動子駆動中に振動子に触れて電撃を受ける危
険性がなくなる。
[Operation] According to the above configuration, when the vibration input member is removed, the vibrator is insulated from the outside by the protection member, so that the operator carelessly touches the vibrator and hinders its characteristics.
Alternatively, there is no danger of being touched by the vibrator while being driven and receiving an electric shock.

[実施例] 以下、図面に示す実施例に基づき、本発明を詳細に説
明する。
[Examples] Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples shown in the drawings.

第1図は本発明を採用した情報入出力装置の構造を示
している。第1図の情報入出力装置は振動伝達板8から
なる入力タブレットに振動ペン3によって座標入力を行
なわせ、入力された座標情報にしたがって入力タブレッ
トに重ねて配置されたCRTからなる表示器11′に入力画
像を表示するものである。
FIG. 1 shows the structure of an information input / output device adopting the present invention. The information input / output device of FIG. 1 causes the input tablet composed of the vibration transmission plate 8 to input coordinates by the vibrating pen 3, and the display device 11 'composed of a CRT arranged on the input tablet according to the input coordinate information. The input image is displayed on.

図において符号8で示されたものはアクリル、ガラス
板などからなる振動伝達板で振動ペン3から伝達される
振動をその角部に3個設けられた振動センサ6に伝達す
る。本実施例では振動ペン3から振動伝達板8を介して
振動センサ6に伝達された超音波振動の伝達時間を計測
することにより振動ペン3の振動伝達板8上での座標を
検出する。
The reference numeral 8 in the drawing denotes a vibration transmission plate made of acrylic, glass plate or the like, which transmits vibration transmitted from the vibration pen 3 to three vibration sensors 6 provided at the corners. In this embodiment, the coordinate of the vibration pen 3 on the vibration transmission plate 8 is detected by measuring the transmission time of the ultrasonic vibration transmitted from the vibration pen 3 to the vibration sensor 6 via the vibration transmission plate 8.

振動伝達板8は振動ペン3から伝達された振動が周辺
部で反射されて中央部の方向に戻るのを防止するために
その周辺部分をシリコンゴムなどから構成された反射防
止材7によって支持されている。
The vibration transmitting plate 8 has its peripheral portion supported by an antireflection material 7 made of silicon rubber or the like in order to prevent the vibration transmitted from the vibrating pen 3 from being reflected at the peripheral portion and returning toward the central portion. ing.

振動伝達板8はCRT(あるいは液晶表示器など)な
ど、ドット表示が可能な表示器11′上に配置され、振動
ペン3によりなぞられた位置にドット表示を行なうよう
になっている。すなわち、検出された振動ペン3の座標
に対応した表示器11′上の位置にドット表示が行なわ
れ、振動ペン3により入力された点、線などの要素によ
り構成される画像はあたかも紙に書き込みを行なったよ
うに振動ペンの軌跡の後に現れる。
The vibration transmitting plate 8 is arranged on a display device 11 'capable of displaying dots, such as a CRT (or a liquid crystal display device), and displays dots at the position traced by the vibration pen 3. That is, a dot display is performed at a position on the display 11 ′ corresponding to the detected coordinates of the vibrating pen 3, and the image composed of elements such as points and lines input by the vibrating pen 3 is written on paper. Appears after the locus of the vibrating pen as you did.

また、このような構成によれば表示器11′にはメニュ
ー表示を行ない、振動ペンによりそのメニュー項目を選
択させたり、プロンプトを表示させて所定の位置に振動
ペン3を接触させるなどの入力方式を用いることもでき
る。
Further, according to such a configuration, a menu is displayed on the display 11 ', and the vibrating pen is used to select the menu item, or a prompt is displayed to bring the vibrating pen 3 into contact with a predetermined position. Can also be used.

振動伝達板8に超音波振動を伝達させる振動ペン3
は、内部に圧電素子などから構成した振動子4を有して
おり、振動子4の発生した超音波振動を先端が尖ったホ
ーン部5を介して振動伝達板8に伝達する。
Vibration pen 3 for transmitting ultrasonic vibrations to the vibration transmission plate 8
Has an oscillator 4 formed of a piezoelectric element or the like inside, and transmits the ultrasonic vibration generated by the oscillator 4 to the vibration transmission plate 8 via the horn portion 5 having a sharp tip.

第2図(A)は振動ペン3の構造を示している。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
り駆動される。振動子4の駆動信号は第1図の演算およ
び制御回路1から低レベルのパルス信号として供給さ
れ、低インピーダンス駆動が可能な振動子駆動回路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。
FIG. 2A shows the structure of the vibrating pen 3. The vibrator 4 built in the vibrating pen 3 is driven by the vibrator drive circuit 2. The drive signal for the vibrator 4 is supplied as a low-level pulse signal from the arithmetic and control circuit 1 in FIG. 1, amplified by a predetermined gain by the vibrator drive circuit 2 capable of low impedance driving, and then the vibrator 4 Applied to.

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、ホーン部5を介して振動板8に伝達さ
れる。
The electric drive signal is converted into mechanical ultrasonic vibration by the vibrator 4 and transmitted to the diaphragm 8 via the horn unit 5.

振動子4の振動周波数はアクリル、ガラスなどの振動
伝達板8に板波を発生させ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(A)の垂直方向に振動子4が主に振動するような振
動モードが選択される。また、振動子4の振動周波数を
振動子4の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。
The vibration frequency of the vibrator 4 is selected to a value capable of generating a plate wave on the vibration transmission plate 8 such as acrylic or glass. Further, when driving the vibrator, the second
A vibration mode is selected in which the vibrator 4 mainly vibrates in the vertical direction of FIG. Further, by setting the vibration frequency of the vibrator 4 as the resonance frequency of the vibrator 4, it is possible to perform efficient vibration conversion.

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8の表面の
傷、障害物などの影響を受けにくいという利点を有す
る。
The elastic wave transmitted to the vibration transmitting plate 8 as described above is a plate wave, and has an advantage that it is less susceptible to scratches and obstacles on the surface of the vibration transmitting plate 8 as compared to surface waves.

第2図(B)に振動ペン3の先端部の構造を詳細に示
す。
FIG. 2B shows the structure of the tip of the vibrating pen 3 in detail.

本実施例で用いた振動子4は円筒状の圧電素子で、分
極は円筒の内側と外側で行なわれており、圧電横方向を
利用したもの(印加電界方向と変位方向が直角)であ
る。
The vibrator 4 used in this embodiment is a cylindrical piezoelectric element, and polarization is performed inside and outside the cylinder, and the piezoelectric lateral direction is used (the applied electric field direction and the displacement direction are at right angles).

もちろん、他の種の圧電素子を用いても構わない。 Of course, other types of piezoelectric elements may be used.

図において、符号25はホーン5を支持し、座標入力ペ
ン本体を構成するペン軸、符号24は外側電極23および内
側電極21を振動子4に対して位置決めする位置決め部材
であり、かつその外周は本実施例の場合ペン軸25に係合
されており、振動子4の位置決め部材も兼ねている。
In the figure, reference numeral 25 is a pen shaft which supports the horn 5 and constitutes a coordinate input pen main body, reference numeral 24 is a positioning member which positions the outer electrode 23 and the inner electrode 21 with respect to the vibrator 4, and the outer periphery thereof is In the case of this embodiment, it is engaged with the pen shaft 25 and also serves as a positioning member for the vibrator 4.

符号22はコイルバネによるバネ部材23′を有する外側
電極23と接触された駆動電極であり、同じく同心状のコ
イルバネからなる内側電極21のバネ部21′とともに振動
子4をホーン5に圧着されている。また、ホーン5とペ
ン軸25はそれぞれネジ部26を介して固定されている。
Reference numeral 22 is a drive electrode which is in contact with the outer electrode 23 having a spring member 23 'by a coil spring, and the vibrator 4 is crimped to the horn 5 together with the spring portion 21' of the inner electrode 21 which is also a concentric coil spring. . Further, the horn 5 and the pen shaft 25 are fixed via screw portions 26, respectively.

このような構造によって、ホーン5は摩耗などが生じ
た際に簡単にペン軸25から取り外し可能となっており、
ユーザが簡単に交換できる。従って、ホーン5の交換に
より初期の振動入力性能を維持することができ、座標入
力不能、あるいは入力精度低下などの問題を生じること
がない。
With such a structure, the horn 5 can be easily detached from the pen shaft 25 when abrasion occurs.
It can be easily replaced by the user. Therefore, by exchanging the horn 5, the initial vibration input performance can be maintained, and problems such as inability to input coordinates or reduction in input accuracy do not occur.

さらに、本実施例では第2図(B)に示したようにホ
ーン5とペン軸25はネジ部26を用いて固定しているが、
ユーザが道具(工具)などを使用せず簡単に取り外し可
能な方法あるいは手段であれば、どのような構造を採用
してもよい。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 2B, the horn 5 and the pen shaft 25 are fixed by using the screw portion 26.
Any structure may be adopted as long as it is a method or means that can be easily removed by the user without using a tool.

振動ペン3先端の構造として、さらに第2図(C)、
(D)に示すような構造を用いることもできる。
As the structure of the tip of the vibrating pen 3, FIG.
A structure as shown in (D) can also be used.

第2図(C)においてはホーン5を取り外した時に振
動子4が落下しないように、あるいは振動子4あるいは
内側および外側電極21,23などにユーザが直接触れるの
を防ぐための絶縁保護部材27を振動子4とネジ部26の間
に設けてある。
In FIG. 2 (C), an insulating protection member 27 is provided to prevent the vibrator 4 from falling when the horn 5 is removed or to prevent the user from directly touching the vibrator 4 or the inner and outer electrodes 21 and 23. Is provided between the vibrator 4 and the screw portion 26.

絶縁保護部材27はペン軸25に対して接着、溶着などの
手段で固定されている。また、少なくともホーン5に接
する側は絶縁されており、たとえ給電されている状態で
あってもユーザに直接電流は流れない。材質は超音波振
動が伝播する絶縁材質(例えばポリイミド)など、ある
いは絶縁層を持った金属などでもない。また、ホーン5
はネジ部26でペン軸25に固定されている。
The insulating protection member 27 is fixed to the pen shaft 25 by means such as adhesion or welding. Further, at least the side in contact with the horn 5 is insulated, and no current flows directly to the user even when power is being supplied. The material is not an insulating material (such as polyimide) through which ultrasonic vibration propagates, or a metal having an insulating layer. Also, horn 5
Is fixed to the pen shaft 25 with a screw portion 26.

さらに絶縁保護部材27、ホーン5、振動子4の間に
は、振動伝播効率を上げるためにグリスなどを充填して
もよい。実験では、グリスなどを充填した方が2つの媒
体間で安定した振動伝達が行なわれることがわかってい
る。
Further, grease or the like may be filled between the insulating protection member 27, the horn 5, and the vibrator 4 in order to increase the vibration propagation efficiency. In experiments, it has been found that the filling of grease or the like allows stable vibration transmission between the two media.

このような構造によれば、ホーン5を交換のとき取り
外しても振動子4がむき出しとならず、これを落下させ
たり、不用意に触れて損傷させたりすることがなくな
る。また、絶縁保護部材27の絶縁作用により、振動子4
に駆動電流が加わっている状態で振動子4に触れて電撃
を受ける危険性も回避できる。
With such a structure, even if the horn 5 is removed during replacement, the vibrator 4 is not exposed, and the vibrator 4 is prevented from being dropped or being inadvertently touched and damaged. Further, the insulating protection member 27 serves to insulate the vibrator 4
It is also possible to avoid the risk of touching the vibrator 4 and being electrically shocked while the drive current is being applied to.

第2図(D)の構造では絶縁保護部材27′にネジ部26
が設けられており、ホーン5はネジ部26に対してネジ止
めされる。この構造によれば、ネジ部26は絶縁保護部材
27と一体に形成できるから、製造工程を簡略化できる。
In the structure of FIG. 2 (D), the screw portion 26 is attached to the insulation protection member 27 '.
Is provided, and the horn 5 is screwed to the screw portion 26. According to this structure, the screw portion 26 is an insulating protection member.
Since it can be formed integrally with 27, the manufacturing process can be simplified.

再び、第1図において、振動伝達板8の角部に設けら
れた振動センサ6も圧電素子などの機械〜電気変換素子
により構成される。3つの振動センサ6の各々の出力信
号は波形検出回路6に入力され、後段の演算制御回路1
により処理可能な検出信号に変換される。演算制御回路
1は振動伝達時間の測定処理を行ない、振動ペン3の振
動伝達板8上での座標位置を検出する。
Again, in FIG. 1, the vibration sensor 6 provided at the corner of the vibration transmission plate 8 is also composed of a mechanical-electrical conversion element such as a piezoelectric element. The output signals of each of the three vibration sensors 6 are input to the waveform detection circuit 6, and the arithmetic control circuit 1 in the subsequent stage
Is converted into a processable detection signal. The arithmetic control circuit 1 performs the measurement process of the vibration transmission time, and detects the coordinate position of the vibration pen 3 on the vibration transmission plate 8.

検出された振動ペン3の座標情報は演算制御回路1に
おいて表示器11′による出力方式に応じて処理される。
すなわち、演算制御回路は入力座標情報に基づいてビデ
オ信号処理装置10を介して表示器11′の出力動作を制御
する。
The detected coordinate information of the vibrating pen 3 is processed in the arithmetic and control circuit 1 according to the output system by the display 11 '.
That is, the arithmetic control circuit controls the output operation of the display 11 'via the video signal processing device 10 based on the input coordinate information.

第3図は第1図の演算制御回路1の構造を示してい
る。ここでは主に振動ペン3の駆動系および振動センサ
6による振動検出系の構造を示している。
FIG. 3 shows the structure of the arithmetic control circuit 1 of FIG. Here, the structure of the drive system of the vibration pen 3 and the vibration detection system by the vibration sensor 6 is mainly shown.

マイクロコンピュータ11は内部カウンタ、ROMおよびR
AMを内蔵している。駆動信号発生回路12は第1図の振動
子駆動回路2に対して所定周波数の駆動パルスを出力す
るもので、マイクロコンピュータ11により座標演算用の
回路と同期して起動される。
Microcomputer 11 has an internal counter, ROM and R
Built-in AM. The drive signal generation circuit 12 outputs a drive pulse of a predetermined frequency to the vibrator drive circuit 2 in FIG. 1, and is started by the microcomputer 11 in synchronization with a coordinate calculation circuit.

カウンタ13の計数値はマイクロコンピュータ11により
ラッチ回路14にラッチされる。
The count value of the counter 13 is latched in the latch circuit 14 by the microcomputer 11.

一方、波形検出回路9は、振動センサ6の出力から後
述のようにして、座標検出のための振動伝達時間を計測
するための検出信号のタイミング情報を出力する。これ
らのタイミング情報は入力ポート15にそれぞれ入力され
る。
On the other hand, the waveform detection circuit 9 outputs timing information of the detection signal for measuring the vibration transmission time for coordinate detection from the output of the vibration sensor 6 as described later. These pieces of timing information are input to the input ports 15, respectively.

波形検出回路9から入力されるタイミング信号は入力
ポート15に入力され、ラッチ回路14内の各振動センサ6
に対応する記憶領域に記憶され、その結果がマイクロコ
ンピュータ11に伝えられる。
The timing signal input from the waveform detection circuit 9 is input to the input port 15 and each of the vibration sensors 6 in the latch circuit 14
Is stored in the storage area corresponding to the result of the calculation, and the result is transmitted to the microcomputer 11.

すなわち、カウンタ13の出力データのラッチ値として
振動伝達時間が表現され、この振動伝達時間値により座
標演算が行なわれる。このとき、判定回路16は複数の振
動センサ6からの波形検出のタイミング情報がすべて入
力されたかどうかを判定し、マイクロコンピュータ11に
報知する。
That is, the vibration transmission time is expressed as a latch value of the output data of the counter 13, and the coordinate calculation is performed based on this vibration transmission time value. At this time, the determination circuit 16 determines whether or not all the waveform detection timing information from the plurality of vibration sensors 6 has been input, and notifies the microcomputer 11 of this.

表示器11′の出力制御処理は入出力ポート17を介して
行なわれる。
The output control processing of the display 11 'is performed via the input / output port 17.

第4図は第1図ほ波形検出回路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
ものである。第4図において符号41で示されるものは振
動ペン3に対して印加される駆動信号パルスである。こ
のような波形により駆動された振動ペン3から振動伝達
板8に伝達された超音波振動は振動伝達板8内を通って
振動センサ6に検出される。
FIG. 4 illustrates a detection waveform input to the waveform detection circuit 9 shown in FIG. 1 and a vibration transmission time measurement process based on the detection waveform. In FIG. 4, reference numeral 41 denotes a drive signal pulse applied to the vibration pen 3. The ultrasonic vibration transmitted to the vibration transmission plate 8 from the vibration pen 3 driven by such a waveform passes through the inside of the vibration transmission plate 8 and is detected by the vibration sensor 6.

振動伝達板8内を振動センサ6までの距離に応じた時
間tgをかけて進行した後、振動は振動センサ6に到達す
る。第4図の符号42は振動センサ6が検出した信号波形
を示している。本実施例において用いられる板波は分散
性の波であり、そのため検出波形のエンベロープ421と
位相422の関係は振動伝達距離に応じて変化する。
After traveling within the vibration transmission plate 8 for a time tg corresponding to the distance to the vibration sensor 6, the vibration reaches the vibration sensor 6. Reference numeral 42 in FIG. 4 indicates a signal waveform detected by the vibration sensor 6. The plate wave used in this embodiment is a dispersive wave, and therefore the relationship between the envelope 421 and the phase 422 of the detected waveform changes according to the vibration transmission distance.

ここで、エンベロープの進む速度を群速度Vg、位相速
度をVpとする。この群速度および位相速度の違いから振
動ペン3と振動センサ6間の距離を検出することができ
る。
Here, the speed at which the envelope advances is defined as the group speed Vg, and the phase speed is defined as Vp. The distance between the vibration pen 3 and the vibration sensor 6 can be detected from the difference between the group velocity and the phase velocity.

まず、エンベロープ421のみに着目すると、その速度
はVgであり、ある特定の波形上の点、たとえばピークを
第4図の符号43のように検出すると、振動ペン3および
振動センサ6の間の距離dはその振動伝達時間をtgとし
て d=Vg・tg …(1) この式は振動センサ6の1つに関するものであるが、
同じ式により他の2つの振動センサ6と振動ペン3の距
離を示すことができる。
First, focusing only on the envelope 421, its speed is Vg, and when a point on a certain specific waveform, for example, a peak is detected as indicated by reference numeral 43 in FIG. 4, the distance between the vibrating pen 3 and the vibration sensor 6 is detected. d is the vibration transmission time tg, d = Vg · tg (1) This formula relates to one of the vibration sensors 6,
The distance between the other two vibration sensors 6 and the vibration pen 3 can be indicated by the same equation.

さらに、より高精度な座標値を決定するためには、位
相信号の検出に基づく処理を行なう。第4図の位相波形
422の特定の検出点、たとえば振動印加から、ピーク通
過後のゼロクロス点までの時間をtp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。
Further, in order to determine the coordinate value with higher accuracy, processing based on the detection of the phase signal is performed. Phase waveform of Fig. 4
If the time from the specific detection point of 422, for example, the application of vibration to the zero crossing point after passing the peak is tp, the distance between the vibration sensor and the vibration pen is d = n · λp + Vp · tp (2). Here, λp is the wavelength of the elastic wave, and n is an integer.

前記の(1)式と(2)式から上記の整数nは n=[(Vg・tg−Vp・tp)/λp+1/N] …(3) と示される。ここでNは0以外の実数であり、適当な数
値を用いる。たとえばN=2とし、±1/2波長以内であ
れば、nを決定することができる。
From the above equations (1) and (2), the integer n is expressed as follows: n = [(Vg · tg−Vp · tp) / λp + 1 / N] (3) Here, N is a real number other than 0, and an appropriate value is used. For example, if N = 2 and n is within ± 1/2 wavelength, n can be determined.

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6間の距離を正確に測
定することができる。
The distance between the vibration pen 3 and the vibration sensor 6 can be accurately measured by substituting n obtained as described above into the expression (2).

第3図に示した2つの振動伝達時間tgおよびtpの測定
のため、波形検出回路9はたとえば第5図に示すように
構成することができる。
For measuring the two vibration transmission times tg and tp shown in FIG. 3, the waveform detection circuit 9 can be configured as shown in FIG. 5, for example.

第5図において、振動センサ6の出力信号は前述の増
幅回路51により所定のレベルまで増幅される。
In FIG. 5, the output signal of the vibration sensor 6 is amplified to a predetermined level by the above-mentioned amplifier circuit 51.

増幅された信号は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。抽出
されたエンベロープの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。ピーク検出信
号はモノマルチバイブレータなどから構成された信号検
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Tgが形成され、演算制御回路1に入力される。
The amplified signal is input to the envelope detection circuit 52, and only the envelope of the detection signal is extracted. The timing of the peak of the extracted envelope is detected by the envelope peak detection circuit 53. The peak detection signal is formed into an envelope delay time detection signal Tg having a predetermined waveform by a signal detection circuit 54 composed of a mono multivibrator or the like, and input to the arithmetic control circuit 1.

また、このTg信号のタイミングと、遅延時間調整回路
57によって遅延された元信号から検出回路58により位相
遅延時間検出信号Tpが形成され、演算制御回路1に入力
される。
Also, the timing of this Tg signal and the delay time adjustment circuit
The phase delay time detection signal Tp is formed by the detection circuit 58 from the original signal delayed by 57 and is input to the arithmetic control circuit 1.

すなわち、Tg信号は単安定マルチバイブレータ55によ
り所定幅のパルクに変換される。また、コンパレートレ
ベル供給回路56はこのパルスタイミングに応じてtp信号
を検出するためのしきい値を形成する。この結果、コン
パレートレベル供給回路56は第3図の符号44のようなレ
ベルとタイミングを有する信号44を形成し、検出回路58
に入力する。
That is, the Tg signal is converted by the monostable multivibrator 55 into a parc having a predetermined width. Further, the comparator level supply circuit 56 forms a threshold value for detecting the tp signal according to the pulse timing. As a result, the comparator level supply circuit 56 forms the signal 44 having the level and timing as indicated by reference numeral 44 in FIG.
To enter.

すなわち、単安定マルチバイブレータ55およびコンパ
レートレベル供給回路56は位相遅延時間の測定がエンベ
ロープピーク検出後の一定時間のみしか作動しないよう
にするためのものである。
That is, the monostable multivibrator 55 and the comparator level supply circuit 56 are for allowing the measurement of the phase delay time to operate only for a fixed time after the envelope peak is detected.

この信号はコンパレータなどから構成された検出回路
58に入力され、第4図のように遅延された検出波形と比
較され、この結果符号45のようなtp検出パルスが形成さ
れる。
This signal is a detection circuit composed of a comparator, etc.
It is input to 58 and compared with the detection waveform delayed as shown in FIG. 4, and as a result, a tp detection pulse such as reference numeral 45 is formed.

以上に示した回路は振動センサ6の1つ分のもので、
他のそれぞれのセンサに対しても同じ回路が設けられ
る。センサの数を一般化してh個とすると、エンベロー
プ遅延時間Tg1〜h、位相遅延時間Tp1〜hのそれぞれh
個の検出信号が演算制御回路1に入力される。
The circuit shown above is for one of the vibration sensors 6,
The same circuit is provided for each of the other sensors. If the number of sensors is generalized to be h, the envelope delay time Tg1 to h and the phase delay time Tp1 to h are h, respectively.
The individual detection signals are input to the arithmetic control circuit 1.

第3図の演算制御回路では上記のTg1〜h、Tp1〜h信
号を入力ポート15から入力し、各々のタイミングをトリ
ガとしてカウンタ13のカウント値をラッチ回路14に取り
込む。前記のようにカウンタ13は振動ペンの駆動と同期
してスタートされているので、ラッチ回路14にはエンベ
ロープおよび位相のそれぞれの遅延時間を示すデータが
取り込まれる。
In the arithmetic control circuit of FIG. 3, the signals Tg1 to h and Tp1 to h are input from the input port 15, and the count value of the counter 13 is fetched into the latch circuit 14 with each timing as a trigger. As described above, since the counter 13 is started in synchronization with the driving of the vibrating pen, the latch circuit 14 receives the data indicating the delay time of each of the envelope and the phase.

第6図のように振動伝達板8の角部に3つの振動セン
サ6を符号S1からS3の位置に配置すると、第4図に関連
して説明した処理によって振動ペン3の位置Pから各々
の振動センサ6の位置までの直線距離d1〜d3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d1〜
d3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。
As shown in FIG. 6, when the three vibration sensors 6 are arranged at the corners of the vibration transmission plate 8 at the positions S1 to S3, the processes described with reference to FIG. The straight line distances d1 to d3 to the position of the vibration sensor 6 can be obtained. Further, in the arithmetic control circuit 1, this linear distance d1 ~
Based on d3, the coordinates (x, y) of the position P of the vibrating pen 3 can be obtained from the Pythagorean theorem as follows.

x=X/2+(d1+d2)(d1−d2)/2X …(4) y=Y/2+(d1+d3)(d1−d3)/2Y …(5) ここで、X、YはS2、S3の位置の振動センサ6と原点
(位置S1)のセンサのX、Y軸に沿った距離である。
x = X / 2 + (d1 + d2) (d1-d2) / 2X (4) y = Y / 2 + (d1 + d3) (d1-d3) / 2Y (5) Here, X and Y are the positions of S2 and S3. Is the distance along the X and Y axes between the vibration sensor 6 and the sensor at the origin (position S1).

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。
As described above, the position coordinates of the vibrating pen 3 can be detected in real time.

[発明の効果] 以上から明らかなように、本発明によれば、振動入力
部材は、振動ペンの先端に着脱可能に設けられており、
摩耗などが発生した場合に簡単に離脱交換できるだけで
なく、振動入力部材を離脱させたとき開口する部位が、
絶縁保護部材により保護されるので、振動入力部材の離
脱時に、ペン内部に配置された振動子が損傷あるいは破
壊を受けたり、あるいは操作者が不用意に振動子に触れ
てその特性を阻害したりすることを回避することができ
る。さらに、振動入力部材が電気的に絶縁性であるため
に、振動入力部材の離脱時に操作者が駆動中の接触子に
触れて電撃を受ける危険性をなくすことが可能になるな
ど、種々の効果が得られる。
EFFECTS OF THE INVENTION As is apparent from the above, according to the present invention, the vibration input member is detachably provided at the tip of the vibration pen,
Not only can it be easily removed and replaced if wear occurs, but the part that opens when the vibration input member is removed
As it is protected by the insulation protection member, when the vibration input member is detached, the vibrator inside the pen is damaged or destroyed, or the operator touches the vibrator carelessly and hinders its characteristics. Can be avoided. Furthermore, since the vibration input member is electrically insulating, it is possible to eliminate the risk of an electric shock when the operator touches the contact during driving when the vibration input member is detached, and various other effects are possible. Is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明を採用した情報入出力装置の構成を示し
た説明図、第2図(A)は第1図の振動ペンの構造を示
した説明図、第2図(B)〜(D)はそれぞれ本発明に
よる振動ペン先端部の異なる構造を示した断面図、第3
図は第1図の演算制御回路の構造を示したブロック図、
第4図は振動ペンと振動センサの間の距離測定を説明す
る検出波形を示した波形図、第5図は第1図の波形検出
回路の構成を示したブロック図、第6図は振動センサの
配置を示した説明図である。 1……演算制御回路、3……振動ペン 4……振動子、6……振動センサ 8……振動伝達板、51……前置増幅器 15、16……入力ポート 21……内側電極 23……外側電極、24……位置決め部材 25……ペン軸、26……ネジ部 27……絶縁保護部材 52……エンベロープ検出回路 54、58……信号検出回路 59……A/D変換回路
FIG. 1 is an explanatory view showing the structure of an information input / output device adopting the present invention, FIG. 2 (A) is an explanatory view showing the structure of the vibrating pen of FIG. 1, and FIGS. 3D is a sectional view showing a different structure of the tip portion of the vibrating pen according to the present invention, FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing the structure of the arithmetic control circuit shown in FIG.
4 is a waveform diagram showing a detection waveform for explaining the distance measurement between the vibration pen and the vibration sensor, FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the waveform detection circuit of FIG. 1, and FIG. 6 is a vibration sensor. It is explanatory drawing which showed arrangement | positioning. 1 ... Arithmetic control circuit, 3 ... Vibration pen 4 ... Oscillator, 6 ... Vibration sensor 8 ... Vibration transmission plate, 51 ... Preamplifier 15, 16 ... Input port 21 ... Inner electrode 23 ... … Outer electrode, 24 …… Positioning member 25 …… Pen shaft, 26 …… Screw part 27 …… Insulation protection member 52 …… Envelope detection circuit 54,58 …… Signal detection circuit 59 …… A / D conversion circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 重樹 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 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 吉村 雄一郎 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 (56)参考文献 特公 昭40−24327(JP,B1) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shigeki Mori 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Atsushi Tanaka 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Incorporated (72) Inventor Yuichiro Yoshimura 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Katsuyuki Kobayashi 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. ( 56) References Japanese Patent Publication No. 40-24327 (JP, B1)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】振動ペンから入力された振動を振動伝達板
に複数設けられたセンサにより検出して前記振動ペンの
振動伝達板上での座標を検出する座標入力装置におい
て、 前記振動ペン内部に配置された振動子と、 前記振動ペン先端に着脱可能に設けられた振動入力部材
と、 前記振動子で発生した振動を前記振動入力部材に伝達
し、かつ前記振動子と前記振動入力部材間を電気的に絶
縁し、かつ振動入力部材離脱時に開口する部位にペン内
部を保護するための絶縁保護部材を設けることを特徴と
する座標入力装置。
1. A coordinate input device for detecting a vibration input from a vibrating pen by a plurality of sensors provided on the vibration transmitting plate to detect coordinates of the vibrating pen on the vibration transmitting plate. A vibrator arranged, a vibration input member detachably attached to the tip of the vibrating pen, a vibration generated by the vibrator is transmitted to the vibration input member, and a vibration is generated between the vibrator and the vibration input member. A coordinate input device characterized in that an insulating protection member for electrically insulating and protecting the inside of the pen is provided at a portion opened when the vibration input member is detached.
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