JP3131294B2 - 座標入力用振動伝達板および座標入力装置 - Google Patents

座標入力用振動伝達板および座標入力装置

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    • G06F3/0433—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using propagating acoustic waves in which the acoustic waves are either generated by a movable member and propagated within a surface layer or propagated within a surface layer and captured by a movable member

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は座標入力装置、特に振動
入力ペンから入力された弾性振動波を振動伝達板に複数
設けられたセンサにより検出し、前記振動入力ペンから
振動伝達板に入力された弾性振動の伝達時間に基づき振
動入力ペンによる振動入力位置の座標を検出する座標入
力装置および座標入力用振動伝達板に関するものであ
る。
【０００２】
【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座標入力装置とし
て種々の方式のものが提案されているが、構造が簡単で
しかも信頼性の高い方式として超音波振動の伝達を利用
して、その波の伝播遅延時間を測定して座標を算出する
方式が知られている。この方式で用いられる振動伝達板
に要求されることは、座標入力装置の使用者の種々の操
作環境下において振動入力ペンによる超音波振動を板波
としてセンサに伝達することである。また振動伝達板を
プラスチック，ガラス等の透明材料で構成できるため、
液晶表示器などに振動伝達板を重ねて配置することによ
り、あたかも紙に画像を書き込む感覚で使用できる操作
感覚の高い情報入力装置を構成できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ここで問題となるの
は、振動伝達板の材質選択において透明度の高さ、振動
の減衰係数が小さいという点では、ガラスの使用が有効
である。しかし振動伝達板をガラス板単体とすると、実
際にこの座標入力装置の使用状況下で発生する振動入力
ペン傾斜による評定位置の変動が起きてしまう。この問
題は振動入力ペンの傾斜に伴いガラスに入力される振動
の力ベクトルが変化するために、振動伝達板を伝播する
板波の位相が変動することに起因する。その結果センサ
で検知する波の到達時間が変化し、検出位置精度が低下
してしまうという欠点があった。この欠点を補うため
に、振動入力ペン傾斜の影響を除去できるように、振動
伝達板を多層構造としたものが提案されている。しかし
ながら、振動入力位置の検出精度の向上にはなお改善す
べき余地があった。
【０００４】そこで、本発明の目的は、振動入力位置の
検出精度を向上することの可能な座標入力用振動伝達板
および座標入力装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１の発明は、振動を発生する振動入力
ペンを振動伝達板に接触させ、前記振動を前記振動伝達
板を介して複数のセンサにより検出することにより位置
座標の入力を行う座標入力用振動伝達板において、振動
伝達が一定の方向にのみ許容される部材を前記一定方向
が前記振動伝達板の平面に直交するように当該部材を前
記振動伝達板に配設したことを特徴とする。
【０００６】請求項２の発明は、請求項１の発明に加え
て、前記振動伝達板を、前記振動入力ペンを接触させる
入力層、前記振動を前記センサに伝播する振動伝播層お
よび前記入力層と前記振動伝播層との間に前記部材を配
接した中間層からなる多層構造としたことを特徴とす
る。
【０００７】請求項３の発明は、振動を発生する振動入
力ペンを振動伝達板に接触させ、前記振動を前記振動伝
達板を介して複数のセンサにより検出することにより位
置座標の入力を行う座標入力用振動伝達板において、前
記振動伝達板を、前記振動入力ペンを接触させる入力層
および前記センサに振動を伝播する振動伝播層の２層構
造となし、該２層の当接部分において一方の層を他の層
に対して点接触させる層形状としたことを特徴とする。
【０００８】請求項４の発明は、請求項３の発明に加え
て、前記点接触の位置を座標入力位置として示す半透明
マークを前記２層のいずれかの層に配設したことを特徴
とする。
【０００９】請求項５の発明は、振動を発生する振動入
力ペンを振動伝達板に接触させ、前記振動を前記振動伝
達板を介して複数のセンサにより検出することにより位
置座標の入力を行う座標入力用振動伝達板において、前
記振動伝達板を、前記振動入力ペンを接触させる入力
層、前記センサに振動を伝播する振動伝播層および前記
入力層から入力された振動を前記振動伝播層に伝達する
中間層の多層構造となし、前記中間層を、複数の多面体
ユニットで構成し、当該複数の多面体ユニットを、空隙
を持たせるように該中間層の平面上に配列したことを特
徴とする。
【００１０】請求項６の発明は、振動を発生する振動入
力ペンを振動伝達板に接触させ、前記振動を前記振動伝
達板を介して複数のセンサにより検出することにより位
置座標の入力を行う座標入力用振動伝達板において、前
記振動伝達板を、前記振動入力ペンを接触させる入力層
および前記センサに振動を伝播する振動伝播層の２層構
造となし、前記入力層に、その結晶構造が層状構造とな
る部材を使用することを特徴とする。
【００１１】請求項７の発明は、振動を発生する振動入
力ペンを振動伝達板に接触させ、前記振動を前記振動伝
達板を介して複数のセンサにより検出することにより位
置座標の入力を行う座標入力用振動伝達板において、前
記振動伝達板を、前記振動入力ペンを接触させる入力
層、前記センサに振動を伝播する振動伝播層および当該
入力層および振動伝播層の間で振動伝達を行う固体潤滑
層の多層構造となしたことを特徴とする。
【００１２】請求項８の発明は、請求項７の発明に加え
て、前記入力層と前記固体潤滑層とを固着状態とし、該
固体潤滑層と前記振動伝播層とを未接着とすることを特
徴とする。
【００１３】請求項９の発明は、請求項７の発明に加え
て、前記振動伝播層と前記固体潤滑層とを固着状態と
し、該固体潤滑層と前記入力層とを未接着とすることを
特徴とする。
【００１４】請求項１０の発明は、請求項７の発明に加
えて、前記入力伝播層、前記固体潤滑層および前記振動
伝播層の各層間とも未接着とすることを特徴とする。
【００１５】請求項１１の発明は、請求項７の発明に加
えて、前記固体潤滑層を２層構造となし、該２層の中の
第１の固体潤滑層を前記入力層に固着し、第２の固体潤
滑層を前記振動伝播層に固着し、前記第１の固体潤滑層
および前記第２の固体潤滑層の間を未接着とすることを
特徴とする。請求項１２の発明は、振動を発生する振動
入力ペンを振動伝達板に接触させ、前記振動を前記振動
伝達板を介して複数のセンサにより検出することにより
位置座標の入力を行う座標入力用振動伝達板であって、
振動伝達が一定の方向にのみ許容される部材を前記一定
方向が前記振動伝達板の平面に直交するように当該部材
を前記振動伝達板に配設した座標入力用振動伝達板を有
することを特徴とする。 請求項１３の発明は、前記振動
伝達板を、前記振動入力ペンを接触させる入力層、前記
振動を前記センサに伝播する振動伝播層および前記入力
層と前記振動伝播層との間に前記部材を配接した中間層
からなる多層構造としたことを特徴とする。 請求項１４
の発明は、振動を発生する振動入力ペンを振動伝達板に
接触させ、前記振動を前記振動伝達板を介して複数のセ
ンサにより検出することにより位置座標の入力を行う座
標入力用振動伝達板であって、前記振動伝達板を、前記
振動入力ペンを接触させる入力層および前記センサに振
動を伝播する振動伝播層の２層構造となし、該２層の当
接部分において一方の層を他の層に対して点接触させる
層形状とした座標入力用振動伝達板を有することを特徴
とする。 請求項１５の発明は、前記点接触の位置を座標
入力位置として示す半透明マークを前記２層のいずれか
の層に配設したことを特徴とする。 請求項１６の発明
は、振動を発生する振動入力ペンを振動伝達板に接触さ
せ、前記振動を前記振動伝達板を介して複数のセンサに
より検出することにより位置座標の入力を行う座標入力
用振動伝達板であって、前記振動伝達板を、前記振動入
力ペンを接触させる入力層、前記センサに振動を伝播す
る振動伝播層および前記入力層から入力された振動を前
記振動伝播層に伝達する中間層の多層構造となし、前記
中間層を、複数の多面体ユニットで構成し、当該複数の
多面体ユニット を、空隙を持たせるように該中間層の平
面上に配列した座標入力用振動伝達板を有することを特
徴とする。 請求項１７の発明は、振動を発生する振動入
力ペンを振動伝達板に接触させ、前記振動を前記振動伝
達板を介して複数のセンサにより検出することにより位
置座標の入力を行う座標入力用振動伝達板であって、前
記振動伝達板を、前記振動入力ペンを接触させる入力層
および前記センサに振動を伝播する振動伝播層の２層構
造となし、前記入力層に、その結晶構造が層状構造とな
る部材を使用する座標入力用振動伝達板を有することを
特徴とする。 請求項１８の発明は、振動を発生する振動
入力ペンを振動伝達板に接触させ、前記振動を前記振動
伝達板を介して複数のセンサにより検出することにより
位置座標の入力を行う座標入力用振動伝達板であって、
前記振動伝達板を、前記振動入力ペンを接触させる入力
層、前記センサに振動を伝播する振動伝播層および当該
入力層および振動伝播層の間で振動伝達を行う固体潤滑
層の多層構造となした座標入力用振動伝達板を有するこ
とを特徴とする。 請求項１９の発明は、前記入力層と前
記固体潤滑層とを固着状態とし、該固体潤滑層と前記振
動伝播層とを未接着とすることを特徴とする。 請求項２
０の発明は、前記振動伝播層と前記固体潤滑層とを固着
状態とし、該固体潤滑層と前記入力層とを未接着とする
ことを特徴とする。 請求項２１の発明は、前記入力伝播
層、前記固体潤滑層および前記振動伝播層の各層間とも
未接着とすることを特徴とする。 請求項２２の発明は、
前記固体潤滑層を２層構造となし、該２層の中の第１の
固体潤滑層を前記入力層に固着し、第２の固体潤滑層を
前記振動伝播層に固着し、前記第１の固体潤滑層および
前記第２の固体潤滑層の間を未接着とすることを特徴と
する。
【００１６】
【作用】請求項１、１２の発明は、振動伝達方向に指向
性がある部材を配設することによって入力の振動が一定
方向に制限されてセンサに入力される。
【００１７】請求項２、１３の発明は、請求項１の発明
に加えて、上記部材を中間層として設置することで、多
層構造の持つ振動の指向性と上記部材の振動指向性との
相乗効果により、一層の位置検出精度の向上が得られ
る。
【００１８】請求項３、１４の発明は、２つの層が点接
触するので、伝達される振動方向および範囲が制限され
る。
【００１９】請求項４、１５の発明は、請求項３の発明
に加えて、操作者が入力位置をマークにより確認でき
る。
【００２０】請求項５、１６の発明は、多面体間の空隙
により伝達される振動方向および範囲が制御される。
【００２１】請求項６、１７の発明は、結晶構造が層状
である部材を入力層に使用することで振動伝達方向に指
向性を持たせる。
【００２２】請求項７、１８の発明は、固体潤滑層を設
けることで振動の伝達における位相変化を阻止する。
【００２３】請求項８〜請求項１１、請求項１９〜請求
項２２の発明は、潤滑層と他の層との間の状態を未接着
とすることで、振動伝達方向に指向性を持たせる。
【００２４】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【００２５】＜第１実施例＞図１は第１実施例の構造を
示す。図１において振動伝達板は入力層４０Ａ，中間層
４０Ｂおよび振動伝播層４０Ｃの３層にて構成される。
本実施例では中間層４０Ｂとして０．５ｍｍのグラスフ
ァイバー束を単繊維の状態で敷き詰めたものを用い、振
動入力ペン３による入力面側に０．３ｍｍのポリカーボ
ネイトをコーティングし入力層を形成する。これは中間
層４０Ｂにグラスファイバーを使用しているため、実使
用時において振動入力ペン３による入力操作の悪化を防
ぐためである。また振動伝播層４０Ｃとしては厚さ１．
０ｍｍであるガラス板を用いている。振動入力ペン３に
より入力層４０Ａに入力された振動は、中間層４０Ｂを
介して振動伝播層４０Ｃへと伝播する。そして振動伝播
層４０Ｃに取り付けられたセンサ６Ａ〜６Ｄにて振動波
が検出される。
【００２６】図２に振動伝達板の断面構造を模式的に示
す。振動入力ペン３による振動の入射が、振動伝達板の
法線方向に対しある角度θを持った場合、中間層４０Ｂ
内のある質点Ａに働く力は図中に示すｘ方向成分のＦx
およびｙ方向成分のＦy である。従来のようにこのＦx
がそのまま振動伝播層の質点に伝わってしまうと、振動
伝播層の振動形態は左右非対称となり振動入力ペンの傾
斜によって位相遅れεが生じてしまうが、本実施例の図
で示すようにグラスファイバー繊維の配向性を板厚方向
と平行にすることで、Ｆx がＦy と比較して板厚方向に
伝播していくことを妨げる。その結果、振動伝播層４０
Ｃ内の質点Ｂ間においてＦx の値が小さくなり、振動伝
播層４０Ｃにおける振動形態の左右非対称性が緩和さ
れ、振動入力ペン傾斜による検出位置精度の低下が妨げ
ることになる。なお、本実施例の中間層としてグラスフ
ァイバー繊維を用いているが、中間層４０Ｂの他の材料
としてアクリル樹脂系のプラスティック繊維を用いるこ
とも可能である。
【００２７】＜第２実施例＞第２実施例の構造を図３に
示す。図３において、振動伝達板は入力層３０Ａと振動
伝播層３０Ｃの２層にて構成される。入力層３０Ａにお
ける板長手方向の振動成分を振動伝播層３０Ｃに伝えに
くくするため、各層を未接着にて入力層３０Ａ凸部が振
動伝播層３０Ｃに接触する形で構成する。これは振動入
力ペン３の傾斜の影響を振動伝播層８Ａ内に伝わること
を防ぐ効果を大きくするためである。入力層３０Ａの振
動入力面上には入力層３０Ａの凸部（図４参照）に相当
する位置に半透明のマーク塗布処理が施してあり、振動
入力面上のマーク位置（座標入力位置）付近に振動入力
ペン３により入力された振動は、入力層３０Ａを介して
振動伝播層３０Ｃへと伝播する。そして振動伝播層３０
Ｃに取り付けられたセンサ６Ａ〜６Ｄにて振動波が検出
される。また、振動入力ペン３と振動電達板とのなす角
θは、本座標入力装置の使用にあたり予想される人為的
な想定接触角を表す。本実施例においてはマーク塗布は
直径０．５ｍｍの円形である。入力層３０Ａ振動伝播層
共に厚さ１．５ｍｍ入力層３０Ａの凹凸のピッチ１．０
ｍｍであり、入力層３０Ａにはポリカーボネイト、振動
伝播層にはガラスを使用材質として用いた。
【００２８】図４に振動伝達板の断面を示す。振動入力
ペン３によりマーク塗布領域内で振動の入射が生じる、
振動伝達板の法線方向に対しある角度θを持った場合、
入力層３０Ａの凸部頂点上の質点Ａに働く力は図中に示
すｘ方向成分のＦx およびｙ方向成分のＦy である。従
来のように入力層と振動伝播層の接触面が平坦だとこの
Ｆx がそのまま振動伝播層の質点に伝わってしまうと、
振動伝播層の振動形態は左右非対称となり振動入力ペン
の傾斜によって位相遅れεが生じてしまう。けれども本
実施例のように入力層３０Ａに設けた凹凸により入力層
３０Ａは振動伝播層３０Ｂに対して点接触となり質点
Ａ，Ｂ間にてすべりが生じ質点Ｂには質点ＡのＦy のみ
が伝わる。すなわちマーク中心付近に入力された振動
は、マーク中心位置の質点Ｂにおいてｘ方向成分を持た
ない振動として伝達され、振動伝播層３０Ｃ内において
振動形態が左右対称となり、振動入力ペン３の傾斜によ
る検出位置精度の低下が防げることになる。
【００２９】なお、他の形態として入力層３０Ａと振動
伝播層３０Ｃ間にできる空隙内に入力層材質と屈折率が
大差ない流体の充填等を行うと、より検出位置精度が高
まる。
【００３０】＜第３実施例＞図５は第３実施例の構造を
示す。図５において、振動伝達板は入力層５０Ａ，中間
層５０Ｂおよび振動伝播層５０Ｃの３層にて構成され
る。本実施例では入力層５０Ａに厚さ０．５ｍｍのポリ
カーボネイト板を用い、振動伝播層５０Ｃとしては厚さ
１．０ｍｍであるガラス板を用いている。また中間層５
０Ｂには一辺０．５ｍｍのポリカーボネイトの立方体ユ
ニットを０．５ｍｍの等間隔にて並べて構成し、入力層
５０Ａおよび振動伝播層５０Ｃに、上記立方体ユニット
の上面、底面を接着してある。振動入力ペン３により入
力層５０Ａに入力された振動は、中間層５０Ｂを介して
振動伝播層５０Ｃへと伝播する。そして振動伝播層５０
Ｃに取り付けられたセンサ６Ａ〜６Ｄにて振動波が検出
される。
【００３１】図６に第３実施例の断面構造を示す。振動
入力ペン３による振動の入射が、振動伝達板の法線方向
に対しある角度θを持った場合、入力層内のある質点Ａ
に働く力は図中に示すｘ方向成分のＦx およびｙ方向成
分のＦy である。このＦx がそのまま振動伝播層の質点
Ｂに伝わってしまうと、振動伝播層の振動形態は左右非
対称となり振動入力ペンの傾斜によって位相遅れεが生
じてしまうが、図５に示すように中間層として直方体ユ
ニットをある間隔をおいて各々ｙ方向に対し独立した形
態にとることで、質点ＡのＦy が質点Ｂに伝達されるこ
とを緩和する効果がある。
【００３２】その結果、振動伝播層内の質点Ｂ間におい
てＦx の値が小さくなり、振動伝播層内における振動形
態の左右非対称性が緩和され、振動入力ペン傾斜による
検出位置精度の低下が防げることになる。
【００３３】なお、本実施例の他の形態として中間層に
使用する多面体ユニットとして立方体の他に直方体、三
角柱、四面体等の形状を用いることもできる。
【００３４】＜第４実施例＞図７は第４実施例の構造を
示す。図７において、振動伝達板は入力層６０Ａと振動
伝播層６０Ｃの２層にて構成される。入力層６０Ａと振
動伝播層６０Ｃは接着して構成され、振動入力ペン３に
より入力された振動は、入力層６０Ａを介して振動伝播
層６０Ｃへと伝播する。そして振動伝播層６０Ｃに取り
付けられたセンサ６Ａ〜６Ｄにて振動波が検出される。
また図７において示す振動入力ペン３と振動伝達板８と
のなす角θは、座標入力装置の使用にあたり予想される
人為的な想定接触角を表す。本実施例においては、入力
層６０Ａの厚さ０．８ｍｍ、振動伝播層６０Ｃの厚さ
１．５ｍｍであり、入力層６０Ａには六方晶系層状結晶
であるグラファイト、振動伝播層６０Ｃにはガラスを使
用材質として用いた。
【００３５】図８に、入力層６０Ａの拡大断面を示し、
図９，図１０に六方晶系層状結晶であるグラファイトの
各層における原子配置図を示す。入力層６０Ａにて層状
結晶であるグラファイトの各層は厚さ方向に対し平行に
配置され、図９，図１０中のＩ，ＩＩにて示す異なる原
子配置構造をもつ層が交互に積み重なっている。層状結
晶構造であるため、各層間はファンデルワールス結合力
により結合されているため、層に平行な力の成分（剪断
力）に対しては容易に変形し、層間にて力の伝達能力が
低いが、層に垂直な力の成分に対しては力の伝達能力は
高い。そのため図中に示すような力のペクトルＦが入力
層６０Ａの表面に加えられた場合、入力層６０Ａの厚さ
方向に対する力は層に垂直な方向の力の成分Ｆx は伝達
されやすいが、層に平行な力の成分ＦY は伝達されにく
い。
【００３６】従って、振動入力ペンにて入力された剪断
方向の力の成分ＦY が入力層内にて緩和され、振動伝播
層６０Ｃに伝達されるため振動入力ペン傾斜による検出
位置精度の低下が防げることになる。
【００３７】入力層６０Ａの材質の他の形態として硫化
モリブデン，硫化タングステンなどのジカルコゲン化合
物を使用することが可能である。
【００３８】また、入力層６０Ａの表面に入力層６０Ａ
の保護の目的にてポリカーボネイトの保護シートをコー
ティングすることにより、耐久性を向上させることが可
能である。
【００３９】＜第５実施例＞図１１に振動伝達板の構造
を示す。本実施例では、振動伝播層８Ｃとなる厚さ１．
１ｍｍのガラス板に固体潤滑層８ＢであるＰＴＦＥ（フ
ッ素樹脂系）膜を１０μｍ塗布し、さらにその上に入力
層８Ａである厚さ１．０ｍｍのポリカーボネートシート
を重ねあわせて振動伝達板を構成している。またセンサ
６Ａ〜６Ｄは振動伝播層に取り付けてある。
【００４０】図１１に示す振動伝達板の構造は、振動伝
播層８Ｃと固体潤滑層８Ｂを固着状態とし、固体潤滑層
８Ｂと入力層８Ａを未接着とした場合であるが、図１２
〜図１５に示すように未接着部分を層間のどこに設ける
かにより４つの構造形態が挙げられる。どの構造形態を
選択するかは、入力層８Ａ，固定潤滑層８Ｂ，振動伝播
層８Ｃの材質に依存する固着性、潤滑性、また振動伝達
板の製作工程により決定される。
【００４１】例えば、図１２の振動伝達板においては、
入力層８Ａにポリカーボネートのシートを使用してい
る。固体潤滑層を均一に形成する上では入力層８Ａより
振動伝播層８ＣであるガラスにＰＴＦＥ膜を固着させる
方が容易であり、またＰＴＦＥ膜とポリカーボネート間
の潤滑性が良いため図１３の構造形態が望ましい。図１
４の構造は各層間の潤滑性は良くても固着性が悪い場合
に採用するとよい。図１５の構造は固着性が良くても潤
滑性が入力層−固体潤滑層、振動伝播層−固体潤滑層間
で悪く、固体潤滑層間自体の潤滑性が良い場合に採用す
る。
【００４２】図１６に本実施例の振動伝達板を用いた座
標入力装置の構成を示す。図中１は装置全体を制御する
と共に、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、振動入力ペン３内のペン先を
振動させるものである。８は振動伝達板であり振動入力
ペン３による座標入力は、この振動伝達板８上をタッチ
することで行う。つまり、図示に実線で示す符合Ａの領
域内を振動入力ペン３で指定することで、振動入力ペン
３で発生した振動が振動伝達板８に入射される。入射さ
れたこの振動を計測、処理することで振動入力ペン３の
位置座標を算出することができるようにしたものであ
る。
【００４３】伝播してきた波が振動伝達板８の端面で反
射し、その反射波が中央部に戻るのを防止するために、
振動伝達板８の外周には防振材７が設けられ、防振材の
内側近傍に圧電素子等、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。９は各振動
センサ６Ａ〜６Ｄで振動を検出した信号を演算制御回路
１に出力する信号波形検出回路である。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位置している。そしてディスプレイ
駆動回路１０の駆動により振動入力ペン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を透か
してみることが可能になっている。
【００４４】振動入力ペン３に内蔵された振動子４は振
動駆動回路によって駆動される。振動子４の駆動信号は
演算回路１から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。
【００４５】ここで図１１において、振動子４によって
発生された駆動信号は振動入力ペン３により入力層８Ａ
に対して入力され、振動波は入力層８Ａを介して固体潤
滑層８Ｂ，振動伝播層８Ｃへと伝播する。そして振動伝
播層８Ｃに取り付けられたセンサ６Ａ〜６Ｄにて振動波
が検出される。また、図１１中に示す振動入力ペン３と
振動伝達板８とのなす接触角θは、本座標入力装置の使
用にあたり予想される人為的な想定接触角であり、その
範囲を６０°〜９０°とした。つまり振動伝達板に対し
振動入力ペン３が垂直にあたる状態から最大３０°傾斜
した際においても、センサ６Ａ〜６Ｄにて受信する振動
波が信号波形検出回路９を介して演算・制御回路１に至
る際、その傾斜の影響を除去することが可能である。ま
た本実施例に用いたガラス板およびポリカーボネートシ
ートの材質特性を表１に示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】振動伝達板をガラス層単層とした場合の挙
動について述べる。図１７にこの振動伝達板をガラス板
１層のみで構成した振動伝達板８のモデルの断面図を示
す。同図中、振動入力ペン３による入力位置から左右等
距離にセンサ６Ａ，６Ｃが設けてあり、この２つのセン
サと振動入力ペンの入力位置は同一断面上にある。
【００４８】図１８に振動入力ペン３が振動伝達板に対
し垂直に接触した場合と、３０°垂直の状態から傾斜し
た場合とでセンサ６Ａ，６Ｃにおいてそれぞれ受信する
振動波の様子を横軸に時間、縦軸に振幅をとり示す。図
１８中、点線にて示すのは振動入力ペンがθ＝９０°で
振動伝達板８に接触した際のセンサ６Ａ，６Ｃで受信し
た振動波である。実線して示すのはそれぞれ振動入力ペ
ン３がθ＝６０°で振動伝達板８に接触した際のセンサ
６Ａ，６Ｃで受信した振動波である。従来技術について
の課題については既に述べているが、振動入力ペン３を
傾斜させることにより、センサ６Ａ，６Ｃで受信する振
動波がそれぞれ異なり、同図中の円内に示すように振動
波が振幅値＝０の直線と交わる点に時間的な遅れが生じ
てしまう。また、この時間遅れ、すなわち振動波の位相
遅れεは振動伝達板がガラスに限らず均一材質の単一層
で構成された場合に発生することが判明している。この
位相遅れεが大きくなると、センサ６Ａ，６Ｃで受信し
た振動波が信号波形検出回路９を経て、演算・制御回路
１にて位置認識を行う際に位置検出誤差を増大させる原
因となる。
【００４９】この振動入力ペン３の傾斜により、位相遅
れεが生じる原因を明確にとらえるため、図１９，図２
０にガラス板１層のみとした振動伝達板の断面における
振動形態の様子を示す。図中の矢印は各振動伝達板の質
点における変位ベクトルを表す。図１９にて、振動入力
ペンをθ＝９０°で接触させると振動伝達板内の振動形
態は左右対称となるが、振動入力ペンをθ＝６０°で接
触させると振動伝達板内の振動形態は図２０に示すよう
に非対称性を生じ、その結果センサ６Ａ，６Ｃで検知す
る波の到達時間が変化してしまう。つまり振動入力ペン
の傾斜により生じる位相遅れを除去するには、センサが
直接取りつけてある振動伝播層の振動形態が振動入力ペ
ンの傾斜においても左右対称となることが必要である。
【００５０】図２１に本実施例の振動伝達板８の振動入
力ペン３の傾斜に振動伝達状況を示す。振動入力ペン３
による振動の入射が、振動伝達板８の法線方向に対しあ
る角度θを持った場合、振動入力ペン３の入力位置の真
下にあたる入力層８Ａのある質点Ａに働く力は、図中に
示すｘ方向成分のＦx およびｙ方向成分のＦy が考えら
れる。もしこの質点Ａに働く力がそのまま振動伝播層８
Ｃの質点Ｂに伝わってしまうと、振動伝播層の振動形態
は左右非対称となり振動入力ペン３の傾斜によって位相
遅れεが生じてしまう。
【００５１】そこで、本実施例では入力層８Ａと振動伝
播層８Ｃの間に固体潤滑層８Ｂを設けることで、質点Ａ
に働くｘ方向成分の力Ｆx をすべりによって緩和、除去
する。このことにより、質点Ｂにはｙ方向成分の力Ｆy
のみを伝えることが可能となる。その結果、振動伝達層
８Ｃにおいて振動形態が振動入力ペン３の入力位置に対
して左右対称となり、振動入力ペン３の傾斜による検出
位置精度の低下が妨げることになる。
【００５２】図２２，図２３に振動伝達板８に振動入力
ペン３をθ＝９０°，６０°で接触させた際の振動伝達
板断面内の振動形態を示す。固体潤滑層８Ｂは入力層８
Ａ，振動伝播層８Ｃに比べ薄いため図２２，図２３では
直線で表わされている。入力層８Ａにて発生する振動形
態の左右非対称性が、入力層８Ａと固体潤滑層８Ｂとの
滑りにより振動伝播層においては解消され、振動形態が
左右対称性を持っていることが判る。
【００５３】固体潤滑層の他の形態として、高級脂肪
酸，高級アルコール，高級アミン等を用いた単分子層を
積層したラングミュアーブロジェット膜の使用も可能で
ある。
【００５４】
【発明の効果】以上、説明したように、請求項１〜請求
項２２の発明によれば、振動伝達方向を振動伝達板の平
面に直交する方向に制限できるので、振動位相変化を抑
え、位置検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の構造を示す斜視図である。
【図２】第１実施例の断面構造を示す断面図である。
【図３】第２実施例の構造を示す斜視図である。
【図４】第２実施例の断面構造を示す断面図である。
【図５】第３実施例の構造を示す斜視図である。
【図６】第３実施例の断面構造を示す断面図である。
【図７】第４実施例の構造を示す斜視図である。
【図８】入力層６０Ａの断面を示す断面図である。
【図９】入力層６０Ａに用いる部材の原子配置モデルを
示す構成図である。
【図１０】入力層６０Ａに用いる部材の原子配置モデル
を示す構成図である。
【図１１】第５実施例の構造を示す斜視図である。
【図１２】第５実施例の接着状態の各種態様を示す断面
図である。
【図１３】第５実施例の接着状態の各種態様を示す断面
図である。
【図１４】第５実施例の接着状態の各種態様を示す断面
図である。
【図１５】第５実施例の接着状態の各種態様を示す断面
図である。
【図１６】第５実施例を用いた座標入力装置の回路構成
を示すブロック図である。
【図１７】第５実施例の振動入力ペンの接触状態を示す
側面図である。
【図１８】センサが検知信号波形を示す波形図である。
【図１９】従来例の振動伝播状態を示す断面図である。
【図２０】従来例の振動伝播状態を示す断面図である。
【図２１】第５実施例の振動伝播状態を示す断面図であ
る。
【図２２】第５実施例の振動伝播状態を示す断面図であ
る。
【図２３】第５実施例の振動伝播状態を示す断面図であ
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 ６ センサ（６Ａ〜６Ｄ） ７ 防振材 ８ 振動伝達板 ８Ａ 入力層 ８Ｂ 固体潤滑層 ８Ｃ 振動伝播層 ９ 信号検出回路

Claims (22)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 振動を発生する振動入力ペンを振動伝達
    板に接触させ、前記振動を前記振動伝達板を介して複数
    のセンサにより検出することにより位置座標の入力を行
    う座標入力用振動伝達板において、 振動伝達が一定の方向にのみ許容される部材を前記一定
    方向が前記振動伝達板の平面に直交するように当該部材
    を前記振動伝達板に配設したことを特徴とする座標入力
    用振動伝達板。
  2. 【請求項２】 前記振動伝達板を、前記振動入力ペンを
    接触させる入力層、前記振動を前記センサに伝播する振
    動伝播層および前記入力層と前記振動伝播層との間に前
    記部材を配接した中間層からなる多層構造としたことを
    特徴とする請求項１に記載の座標入力用振動伝達板。
  3. 【請求項３】 振動を発生する振動入力ペンを振動伝達
    板に接触させ、前記振動を前記振動伝達板を介して複数
    のセンサにより検出することにより位置座標の入力を行
    う座標入力用振動伝達板において、 前記振動伝達板を、前記振動入力ペンを接触させる入力
    層および前記センサに振動を伝播する振動伝播層の２層
    構造となし、該２層の当接部分において一方の層を他の
    層に対して点接触させる層形状としたことを特徴とする
    座標入力用振動伝達板。
  4. 【請求項４】 前記点接触の位置を座標入力位置として
    示す半透明マークを前記２層のいずれかの層に配設した
    ことを特徴とする請求項３に記載の座標入力用振動伝達
    板。
  5. 【請求項５】 振動を発生する振動入力ペンを振動伝達
    板に接触させ、前記振動を前記振動伝達板を介して複数
    のセンサにより検出することにより位置座標の入力を行
    う座標入力用振動伝達板において、 前記振動伝達板を、前記振動入力ペンを接触させる入力
    層、前記センサに振動を伝播する振動伝播層および前記
    入力層から入力された振動を前記振動伝播層に伝達する
    中間層の多層構造となし、前記中間層を、複数の多面体
    ユニットで構成し、当該複数の多面体ユニットを、空隙
    を持たせるように該中間層の平面上に配列したことを特
    徴とする座標入力用振動伝達板。
  6. 【請求項６】 振動を発生する振動入力ペンを振動伝達
    板に接触させ、前記振動を前記振動伝達板を介して複数
    のセンサにより検出することにより位置座標の入力を行
    う座標入力用振動伝達板において、 前記振動伝達板を、前記振動入力ペンを接触させる入力
    層および前記センサに振動を伝播する振動伝播層の２層
    構造となし、前記入力層に、その結晶構造が層状構造と
    なる部材を使用することを特徴とする座標入力用振動伝
    達板。
  7. 【請求項７】 振動を発生する振動入力ペンを振動伝達
    板に接触させ、前記振動を前記振動伝達板を介して複数
    のセンサにより検出することにより位置座標の入力を行
    う座標入力用振動伝達板において、 前記振動伝達板を、前記振動入力ペンを接触させる入力
    層、前記センサに振動を伝播する振動伝播層および当該
    入力層および振動伝播層の間で振動伝達を行う固体潤滑
    層の多層構造となしたことを特徴とする座標入力用振動
    伝達板。
  8. 【請求項８】 前記入力層と前記固体潤滑層とを固着状
    態とし、該固体潤滑層と前記振動伝播層とを未接着とす
    ることを特徴とする請求項７に記載の座標入力用振動伝
    達板。
  9. 【請求項９】 前記振動伝播層と前記固体潤滑層とを固
    着状態とし、該固体潤滑層と前記入力層とを未接着とす
    ることを特徴とする請求項７に記載の座標入力用振動伝
    達板。
  10. 【請求項１０】 前記入力伝播層、前記固体潤滑層およ
    び前記振動伝播層の各層間とも未接着とすることを特徴
    とする請求項７に記載の座標入力用振動伝達板。
  11. 【請求項１１】 前記固体潤滑層を２層構造となし、該
    ２層の中の第１の固体潤滑層を前記入力層に固着し、第
    ２の固体潤滑層を前記振動伝播層に固着し、前記第１の
    固体潤滑層および前記第２の固体潤滑層の間を未接着と
    することを特徴とする請求項７に記載の座標入力用振動
    伝達板。
  12. 【請求項１２】 振動を発生する振動入力ペンを振動伝
    達板に接触させ、前記振動を前記振動伝達板を介して複
    数のセンサにより検出することにより位置座標の入力を
    行う座標入力用振動伝達板であって、振動伝達が一定の
    方向にのみ許容される部材を前記一定方向が前記振動伝
    達板の平面に直交するように当該部材 を前記振動伝達板
    に配設した座標入力用振動伝達板を有することを特徴と
    する座標入力装置。
  13. 【請求項１３】 前記振動伝達板を、前記振動入力ペン
    を接触させる入力層、前記振動を前記センサに伝播する
    振動伝播層および前記入力層と前記振動伝播層との間に
    前記部材を配接した中間層からなる多層構造としたこと
    を特徴とする請求項１２に記載の座標入力装置。
  14. 【請求項１４】 振動を発生する振動入力ペンを振動伝
    達板に接触させ、前記振動を前記振動伝達板を介して複
    数のセンサにより検出することにより位置座標の入力を
    行う座標入力用振動伝達板であって、前記振動伝達板
    を、前記振動入力ペンを接触させる入力層および前記セ
    ンサに振動を伝播する振動伝播層の２層構造となし、該
    ２層の当接部分において一方の層を他の層に対して点接
    触させる層形状とした座標入力用振動伝達板を有するこ
    とを特徴とする座標入力装置。
  15. 【請求項１５】 前記点接触の位置を座標入力位置とし
    て示す半透明マークを前記２層のいずれかの層に配設し
    たことを特徴とする請求項１４に記載の座標入力装置。
  16. 【請求項１６】 振動を発生する振動入力ペンを振動伝
    達板に接触させ、前記振動を前記振動伝達板を介して複
    数のセンサにより検出することにより位置座標の入力を
    行う座標入力用振動伝達板であって、前記振動伝達板
    を、前記振動入力ペンを接触させる入力層、前記センサ
    に振動を伝播する振動伝播層および前記入力層から入力
    された振動を前記振動伝播層に伝達する中間層の多層構
    造となし、前記中間層を、複数の多面体ユニットで構成
    し、当該複数の多面体ユニットを、空隙を持たせるよう
    に該中間層の平面上に配列した座標入力用振動伝達板を
    有することを特徴とする座標入力装置。
  17. 【請求項１７】 振動を発生する振動入力ペンを振動伝
    達板に接触させ、前記振動を前記振動伝達板を介して複
    数のセンサにより検出することにより位置座標の入力を
    行う座標入力用振動伝達板であって、前記振動伝達板
    を、前記振動入力ペンを接触させる入力層および前記セ
    ンサに振動を伝播する振動伝播層の２層構造となし、前
    記入力層に、その結晶構造が層状構造となる部材を使用
    する座標入力用振動伝達板を有することを特徴とする座
    標入力装置。
  18. 【請求項１８】 振動を発生する振動入力ペンを振動伝
    達板に接触させ、前記振動を前記振動伝達板を介して複
    数のセンサにより検出することにより位置座標の入力を
    行う座標入力用振動伝達板であって、前記振動伝達板
    を、前記振動入力ペンを接触させる入力層、前記センサ
    に振動を伝播する振動伝播層および当該入力層および振
    動伝播層の間で振動伝達を行う固体潤滑層の多層構造と
    なした座標入力用振動伝達板を有することを特徴とする
    座標入力装置。
  19. 【請求項１９】 前記入力層と前記固体潤滑層とを固着
    状態とし、該固体潤滑層と前記振動伝播層とを未接着と
    することを特徴とする請求項１８に記載の座標入力装
    置。
  20. 【請求項２０】 前記振動伝播層と前記固体潤滑層とを
    固着状態とし、該固体潤滑層と前記入力層とを未接着と
    することを特徴とする請求項１８に記載の座標入力装
    置。
  21. 【請求項２１】 前記入力伝播層、前記固体潤滑層およ
    び前記振動伝播層の各層間とも未接着とすることを特徴
    とする請求項１８に記載の座標入力装置。
  22. 【請求項２２】 前記固体潤滑層を２層構造となし、該
    ２層の中の第１の固体潤滑層を前記入力層に固着し、第
    ２の固体潤滑層を前記振動伝播層に固着し、前記第１の
    固体潤滑層および前記第２の固体潤滑層の間を未接着と
    することを特徴とする請求項１８に記載の座標入力装
    置。
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