JPS6041764B2

JPS6041764B2 - 座標入力装置

Info

Publication number: JPS6041764B2
Application number: JP53066036A
Authority: JP
Inventors: 勉石川
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1978-05-31
Filing date: 1978-05-31
Publication date: 1985-09-18
Also published as: JPS54157038A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は座標入力装置、特に弾性的な表面波の遅延量
を座標変換せしめる形式の座標入力装置に関するもので
ある。

従来この種の座標入力装置においては、幾つか提案さ
れてきた。

すなわち、ガラス等の光学的に透明な等方性の基板面上
に’’くさび’’型のトランスジューサを配置せしめる
形式のもの、異方性あるいは等方性物質の面上に異方性
の物質を配置した基板面上に磁気的な手段等で表面波を
送受信する形式のもの等である。しかし、後者は基板が
光学的に不透明てあつたり、あるいは著しく悪いといつ
た光学上の問題、あるいは有効なデイジダイス領域が大
きなものの製造が困難といつた製造上の問題、またたと
え製造上の問題が解決したとしても、製造コストが非常
に高くなるといつたコストの問題等があり、実用化が
非常に困難であつた。前者については、現在までに提案
されたものの内エイ・エム・ハラデイ： ’゛アタツ
チセンシテイブエツクスーワイポジションエンコ
ーダーフォーコンピュータインプット’’、フオ
ールジョイントコンピュータコンファレンス、１
９６９（Ａ−−Ｍ・■、ＡＤＹ： ’゛Ａｔｏｕｃｈ
ｓｅｎｓｉｔｉｖｅＸ−ＹＰｏｓｉｔｉｏｎｅｎｃｏｄ
ｅｒｆｏｒＣｏｍｐｕｔｅｒｉｎｐｕｔ’’、Ｆａｌ
ｌＪｏｉｎｔＣｏｍｐｕｔｅｒ’Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
Ｎ１９６９）等による方式が最も優れた代表例として上
げられる。しかし、それとて多くの問題点を含むもので
ある。以下第１図、第２図ａ、ｂを参照しながら、従
来の方式の問題点を明確にする。

第１図は従来の方式の実施例、第２図ａ、ｂは圧電板１
５１を励振する複数個からなる従来の方式の駆動波形、
従来の方式の反射波の受信信号を示している。第１図で
は電気−機械変換部Ｄが基板１０２と異る音速を有する
アクリル等からなる所定の角度を有する゛’くさび’’
１５０面上に厚み振動をする圧電板１５１を接着せしめ
る層１５５、さらに“゛くさび’’１５０の他の面を基
板１０２の表面に接着する層１０６と、雑音性の超音波
成分を取り除く吸収物質１５４を有する構造となつてお
り、““くさび’’１５０に縦波１５２が伝搬し、基板
１０２の表面において表面波１５３に変換され、入射波
１０４として基板１０２面上を伝搬し、接触体１０７（
例えば、フェルトペンあるいは指等）によつて生ずる反
射波１０５を受信し、遅延量を計数する方式であつた。
また、第２図ａに示すごとく、エネルギーの集中を良く
するために複数個の駆動波形を用いており、第２図ｂに
示すような雑音成分を含む波高値のほぼ一定な信号を受
信し、増幅回路等を介して比較回路にて最も速く到達す
る信号を遅延量として計量する方式のため、上記方式が
原因で生じる装置の性能に影響する幾つかの問題点があ
つた。すなわち、トランスジューサの変換効率が低いこ
と、最短時間を遅延量とするために、単発的な雑音に弱
いこと、駆動電圧が高くなること、基板からの縦波の反
射による影響を少くする吸収物質１５４が必要なこと、
分解能を上るために゜゛くさび゛１５０の加工精度を上
げなければならない等の問題であつた。

トランスジューサの変換効率が低いという問題は、第１
に゜゜くさび゛１５０を使用するトランスジューサでは
少くとも接着層が２ケ所必要である。すなわち、圧電板
１５１を接着する層１５５と基板１０２上に“くさび゛
１５０を接着する層１０６である。変換効率は接着剤の
接着力、接着層の厚さにより大きな変化を示す。しかし
現状ては非常に優れた接着力を有する材料は入手できず
、今後の開発を待たなければならない。従つて、接着層
を極力薄くする方法等の対策が必要であるが、良く出来
たとしても数μｍ程度が限度であり、改善は非常にむず
かしい。さらには、第１図に示すごとく基板１０２と“
くさび゛１５０との音速の差を利用する形式てあり、基
板１０２と音速の差を有する比較的加工性がよく、減衰
係数が小さく、不要な雑音を発生しない等の安価な゜゛
くさび゛材の選択が必要であるが、十分に条件を満す材
料は見当らず、一例を示せばアクリル材等を使用してい
るにとどまつていた。次に最短時間を遅延量とする検出
方式に関する問題は、第２図ａに示すような駆動波形に
より励振した場合、基板１０２上での減衰が大きく、た
とえばガラス等の等方性物質では著しい信号レベルの低
下をきたし、第２図ｂに示すような雑音成分を多く含む
反射波が検出される。雑音としては縦波１５２に基く成
分、表面近傍に伝わる成分、検出の際に生じる電気回路
系によるもの、電源ラインあるいはグランドライン等に
よる成分もあり、その様相は非常に複雑なものである。
通信受信される信号は圧電板１５１部において数１０μ
■から数ｍ■程度の低レベルであるため、電源ライン、
グランドライン等に重畳される単発的な雑音にさえも影
響を受け、比較回路が最も速く到達する信号を遅延量と
して計量検出する方式では誤動作の原因となり、改善が
必要であつた。また、駆動電圧が高いという問題につい
ては、“くさび゛１５０中を伝搬する縦波１５２を変換
したり、その逆の変換の方法では、駆動信号により形成
される疎密波が連続的に伝搬するのみであり、励振信号
あるいは受信信号成分のエネルギー集中をもたらすこと
が少い故、雑音成分に比し信号成分を大きくしようとす
れば、駆動電圧を上ける方法に頼らざるを得なくなり、
装置が複雑になり、取り扱いも不便なものになつている
。

さらに、吸収物質１５４を付加する問題については、吸
収係数の大きな優れた吸収物質を“くさび゛１５０面上
に付加したとしても、超音波の不要成分が送受信信号中
に混在し、十分な効果は得られておらず、構成が複雑に
なつている。

加えるに、“くさび゛１５０の加工精度の問題について
も、最も能率よく表面波１５３を発生するためにぱ゜く
さび゛１５０と基板１０２との音速の違いによつて決つ
てしまう臨界角近傍て使用しなければならず、分解能を
上げようとすれば、駆動周波数を高くする必要があり、
それだけ゜“くさび゛１５０の角度を正確にしなければ
ならないので、加工がむずかしくなつてしまつた。

上述のことから、従来の座標入力装置では、高効率、低
電圧駆動が可能な、高信頼性、構成が簡・単で、高度な
加工精度を必要としない高品質な入力装置を得ることは
非常に困難であつた。

本発明の目的は、上述欠点を改善した座標入力装置を提
供することにある。

本発明によれば、光学的に透明な基板面上を進．行する
弾性的な表面波の伝搬路中、接触体による任意の指定位
置からの反射波を受信し、前記表面波の励振時からの遅
延量により前記指定位置を座標変換せしめる形式の座標
入力装置において、前記基板面上に配置せしめた前記表
面波を送受信すノる複数の対からなるインターディジタ
ル型のトランスジューサと、前記トランスジューサによ
り受信された前記反射波の受信信号を、所定の追従時間
にて包絡線を検出する包絡線検出器と、前記検出された
包絡線のピーク値に対する前記遅延量を抽出する手段と
により、高効率、低電圧駆動が可能な、信頼性の高い、
装置構成が容易な座標入力装置が得られる。

次に本発明について図面を参照しながら構成、構造およ
び動作を詳しく説明する。

なう支持わく等は従来の技術を用いれば充分であり、特
に図示およびその説明の必要がないので、明示しない。
第３図は第１の実施例を示す座標入力装置の構成図を示
す。同図において、一次元に同一方向に並べられた送受
信用のインターディジタル型のトランスジューサ１０１
が表面波の吸収体１０８を有する光学的に透明な基板１
０２の面上に所定の位置、姿勢にて接着層１０６を介し
て配置してある。

リード線１０３を介して前記トランスジューサ１０１を
励振せしめ、前記基板１０２の面上に表面波の入射波１
０４を送信しており、前記入射波１０４の伝搬路中の任
意の指定位置に接触体１０７を接触せしめると、反射波
１０５が前記トランスジューサ１０１で受信される。受
信された信号は増幅および送受信の切換え手段１５８に
より増幅および切換えられた出力され検出信号１５９と
なる。検出信号１５９は誤動作となる単発的な急峻な雑
音に影響を受けることのないよう、かつ分解能を低下さ
せない所定の追従時間にて比較的傾斜のゆるやかな包絡
線が検出される。検出された包絡線はそのピーク値に対
応する前記遅延量を検出する手段１６０により遅延量が
検出され入力座標信号１６３として出力される。なお、
トランスジューサとしてインターデイジ．タル型である
のて接着層１０６は表面波に効率よく変換されるのて従
来技術により十分薄くしてあればよい。

反射波１０５の受信は同一のトランスジューサ１０１あ
るいは他のもので検出してもよい。第４図は所定の分極
を有する圧電体の面上に複数の対からなる電極の“くじ
１３５が所定の間隔、長さを有しており、駆動周波数に
対応して、最も効率よく変換できる形式とした電極パタ
ーン１１６があり、Ａ，Ｂの電極間に所定の低電圧なっ
駆動波形が印加できるようになつている。

第５図は遅延量を検出する手段１６０の１例を示す回路
図てあり、以前よりも大きな検出信号１５９が電圧フォ
ロワ用の演算増幅器１７５に入力されると、演算増幅器
１７５で増幅され、ダイオード１７６を通してコンデン
サ１７７を充電し、インピーダンス変換器１７８から出
力信号１７９が出力される。

なお、この時出力信号１７９は演算増幅器１７５、イン
ピーダンス変換器１７８の反転入力端子に接続されてお
り、ダイオード１７６が導通している間は検出信号１５
９、コンデンサ１７７の充電電圧、出力信号１７９が等
しくなつている。次に前述の検出信号１５９よりも小さ
ノな信号が入力されるとダイオード１７６は非導通状態
となり、コンデンサ１７７には前述の検出信号１５９が
保持され、駆動周波数よりも大きな時定数を有する所定
の追従時間にて包絡線１６１を検出している。また出力
信号１７９は包絡線１６１のピーク検出器１８５に入力
され、所定の期間中に出力信号１７９が増加しない場合
に包絡線１６１のピーク値と判断し、所定の時間を減算
することより、ピーク値信号１８６を求め、遅延量計算
器１８７に入力する。遅延量計算器１８７出力信号とし
て入力座標信号１６３が出力される。さらに入力座標信
号１６３を検出した後はリセットスイッチ１８８により
初期状態になり同様な動作を繰り返す。第６図ａはトラ
ンスジューサ１０１に印加される駆動波形であり、１つ
あるいは複数個のパネル状の波高値がほぼ等しい低電圧
からなる信号が印加されている。

第６図ｂは反射波１０５がインターディジタル型のトラ
ンスジューサ１０１で受信されると、変調を受け、各゛
くし″１３５の配置に対応して同一位相の反射波１０５
が重畳される故、信号成分の大きな部分が生じ、遅延量
を検出する手段１６０により点線で示す包絡線１６１が
得られ、さらに、駆動波形の中央部の時間を励振時の時
間ｂとし、包絡線１６１のピーク値を示す時間ｔが検出
されると遅延量ｔ−ωが入力座標信号１６３として出力
される様子を示している。

以上第２図〜第６図から明らかなように、本実施例は表
面波の送受信部にインターディジタル型のトランスジュ
ーサ１０１を用い、包絡線のピーク値に対応する遅延量
を検出する方式てあることから次のような効果が得られ
る。

すなわち、高効率化に関しては、接着層が１層ですむこ
とから、接着層の損失分が少くてすむこと、゛くさび゛
１５０を必要としないために、゜“くさび゛１５０によ
る損失分がなくなり、さらにインターディジタル型のト
ランスジューサが複数個の′４くし′５１３５からなる
ため、送受信において、位相変調を受け、同一位相成分
が重畳される故、小さな信号で．も大きな信号として出
力できる等により、大きな効果が得られる。低電圧駆動
化に関しても、上述の位相変調の関係から明らかであり
、従来のピーク電圧〜１５０Ｖに対し、数１０Ｖでの駆
動電圧ですむことを確めており、さらに電圧を下げよう
とすれば、゜゛くじ１３５の数を増すことにより、可能
となる。構成上の問題に関しては、“くさび゛１５０を
必要としないこと、基板１０２から反射される縦波及び
゜“くさび゛１５０等からの雑音性の超音波を吸収する
吸収物質１５４を必要としないこと、受信される信号の
レベルが高いため、外来の雑音に影響受けないので、回
路構成が簡単になる等の効果がある。加工精度に関して
は、゜゜くさび゛１５０を使用しないことは無論、電極
パターン１１６も化学エッチング等により、比較的簡単
に高精度にてきる。信頼性に関しては、従来の方式では
送受信に複数個の信号を用い、反射波１０５の内最も速
く到達する信号により、遅延量を決めているため、締音
性の超音波に基ずく雑音、構成する回路に基すく雑音、
電源ライン等に混在する雑音により、所定の遅延量を正
確に検出できなかつたが、包絡線の検出方式によれば、
駆動周波数よりも大きな時定数を有する所定の追従時間
て包絡線１６１を検出しているために、白色雑音、その
他単発的な不要な雑音により遅延量を検出してしまうと
いつた問題が生じない。また、ピーク値信号１８６を減
算により求めている故、正確てあり、分解能も高くなる
。さらに接着層が一層ですむことから、温度、湿度等に
よる影響は少い等の効果がある。従つて、高効率、低電
圧駆動、構成が簡単、高度な加工精度を必要としない良
好な品質の座標入力装置を得ることができ、本発明の目
的を達成することができる。

第７図は本発明の第２の実施例を図示したものである。

本実施例は、トランスジューサ１０１の配置を２次元化
したことを示している。第７図から明らかなように、本
実施例は、トランスジューサ１０１を２次元的に配置し
たことにより、２次元的な座標入力が可能となり、装置
の応用範囲が広くなる。

以上本発明の実施例について説明してきたが上述のこと
は、トランスジューサの電極配置の変更、接着面の変更
により高効率化が可能てあり、また電極パターンとして
符号化せしめる方法、グレーティングをつける方法等が
可能であり、基板についても平面に限らず曲面を有する
ものでもよく、さらにサンプリング方式等により、ピー
ク値に対応する遅延量を検出等が十分に類推でき、本発
明の基本的動作原理、作用、効果を特徴とする限り各構
成要素を変形した構成、構造を有するいかなる座標入力
装置にも本発明を適用てきることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の方式て実施例を説明する構造概念図、第
２図ａは駆動波形、第２図ｂは受信信号波形を示す図、
第３図は本発明の一実施例を示す図、第４図はインター
ディジタル型のトランスジューサの電極パターンを示す
図、第５図は遅延量を検出する手段の１例、第６図ａは
トランスジューサに印加される駆動波形、第６図ｂは包
絡線と遅延量、第７図は第２の実施例を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

１光学的に透明な基板面上を進行する弾性的な表面波
の伝搬路中、接触体による任意の指定位置からの反射波
を受信し、前記表面波の励振時からの遅延量により前記
指定位置を座標変換せしめる形式の座標入力装置におい
て、前記基板面上に配置せしめた前記表面波を送受信す
る複数の対からなるインターディジタル型のトランスジ
ューサと、前記トランスジューサにより受信された前記
反射波の受信信号を、所定の追従時間にて包絡線を検出
し、前記検出された包絡線のピークに対応する前記遅延
量を検出する手段とを有することを特徴とする座標入力
装置。