JPS61292732A

JPS61292732A - 座標入力装置

Info

Publication number: JPS61292732A
Application number: JP60134236A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Fujishita; 藤下　芳夫; Tatsujiro Kawakita; 川北　達次郎; Takao Takahashi; 高橋　岳雄
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-06-21
Filing date: 1985-06-21
Publication date: 1986-12-23
Anticipated expiration: 2009-07-20
Also published as: JPH0654462B2

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〕この発明は、ディスプレイ面上方に透明なパネルを取り
付け、ディスプレイの指示等にしたがって前記パネルの
一点を指等で押して操作者の指示を入力するだめの座標
入力装置ｔに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の装置には、Ｘ、Ｙ軸に平行に射出された
平行光線の遮断を検出するものや、電磁誘導を利用する
もの、表面弾性波を利用するもの。

膜抵抗を利用するもの、交差する平行導線の接触をマト
リックスにより検出するもの、剛体力学を利用した機械
力によるものなどがある。各案の中では、構造の簡単さ
、パネルの選択の容易さなどの点で機械力形が優れてい
る。この機械力形では特公昭４９−３４２４７号公報、
特開昭５９−２２５４３９号公報などが提案されている
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

これらはいずれもパネル面の一点に加えられた力の分力
を板ばねのたわみに変換し、その板はねの歪量を検出す
るようＫし工いるため、パネル面と板ばねの接触位置（
冥質的支持点位置）が変動し、検出値にシステム誤差を
生ずるという欠点があるわ −１、上記入力装置がオフィスなどのような比較的保躾
された環境とは異なり、街頭等で不特定多数の人々に使
用されるような場合には、その利用者からの故意、不注
意からの粗雑で粗暴な入力操作に耐える必妖があるが、
これまでの提案ではこれらを対象としたようなものはな
い。

この発明は、上記の点にかんがみ工なされたもので、板
ばねを用いた機械力形で見られるような問題がなく、ま
た過大な力の入力による装置の破損を防止でき、街頭等
での使用忙も耐えられる座標入力装置を提供することを
目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にかかる座標入力装置は、パネル板を３点以上
支持する各支持点における分力を歪に変換する分力歪変
換部材をプラスチックからなる柱体とし、この分力歪変
換部材にかかる圧縮歪をそれぞれ検知する盃ゲージを設
けたものである。

〔作用〕

この発明忙おいては、パネル板を押圧して入力を加える
と各支持点における分力をプラスチックからなる柱体の
各分力歪変換部材が歪に変換し。

この歪が各歪ゲージによって検知され、押圧した入力点
が検出される。

〔実施例〕

第７図は機械力形の座標検出原理を説明するための図で
あり、２Ｑはパネル板を示す。力学によれば剛体に働く
力Ｆ、と、このＦ、の作用点の位置ベクトルｒｌ　　Ｋ
ついて５次式がなりたてば剛体のつりあいがとれること
が知られている。（ｃ、ｆ。

共立出版社物理学公式ンとくに、Ｆ、　が平行力である場合には、ＩＩ　＋１）
式はＦ、　ＶＣ垂直な面の座！１Ａ（ｘ、ｙ）によって
、次式のように表現できる。

ここで、Ｆ、　＝　Ｉ　Ｆ、　Ｉであり、ｘＩａ’Ｉｔ
はＦ、のＣｘ、ｙ）座標値である。

いま、ｎ点で支持したパネル板２０面の一点（とその座
標（：ｔ（ｓｙｔ）Ｋついて、次式が成り立つ。

この式より、力Ｆ、を加えたパネル板２０の面の一点の
座標値（ｘｐ＋７−をｎ個の支持点の座標値（”ｌ＝　
＃　Ｙｌ　）および支持点に加えられた反力ｆ。

Ｋより次のように求めることができる。

ここで、支持点の数ｎＫついては次のような考察ができ
る。パネル面を平面として確定するＫは幾何学上３点以
上が必要である。ところで、支持点数が３点よりも多（
なると検出面を一平面にするため支持点の高さ調整が必
ＩＫなる他、−支持点あたりの反力が少な（なるため歪
ゲージなどによる反力検出出力レベルが低下して雑音レ
ベルに近付き、出方の信頼性が低下するなどの不利な点
が生ずる。しかしながら、３点によってパネル板２０を
支持する場合には、３点に、より工作られる３角形の内
部に力が加えられれば各支持点での分力は圧縮力となる
が、３角形の外部に力が加えられると力の印加点に近い
２支持点の作る直線に対して力の印加点と反対側圧ある
ｌ支持点の分力が引っ張り側になるため、支持点の分力
検出部は圧縮、引つ張りの両応力を検出するように構成
しなければならない６３点で支持する場合に、支持点で
の分力検出を圧縮側のみとするＫは、力の印加範囲を３
支持点の作る３角形内に限らなければならなくなり、通
常使用されるパネル板２０の形状である長方形に対し又
は装置を大型化することＫなる欠点がある。これに対し
て、各支持点での圧縮分力を対象とするこの発明は一般
的な長方形パネルを対象とすることが容易であり、以下
の説明では支持点数を４点とし工説明することとする。

第８図（ａ）は支持点ａ、ｂ、ｅ、ｄを結ぶ対角縁を座
標軸とし、その交点を座標原点０（０，０）とした長男
形パネルにおける座標検出の説明のための図で、支持点
によって作られる長方形の長辺が加えられたパネル板２
０の面の一点の座標（Ｘｐ　＊ｙ、）はつぎのように求
められる。

いま、座標系をパネルの左上部を原点とする座標系（ｘ
、　ｙ）　ＶＣ変換すると、第（５）式は次式のようＫ
なる。（第８図（ｂ）ン第１図はこの発明の一実施例を示すための斜視図であり
、１０は基板、２Ｇはパネル板、３０は分力検出部で、
基板１０の四隅に設けられ工いる。

操作者がパネル板２Ｇより下方に設備された図示しない
ディスプレイによる操作指示に基づいて。

ディスプレイ上方のパネル板２０の面の一点を指等で押
して入力し、この入力位置を４つの支持点ＶＣ置いた分
力検出部３０の歪ゲージ出力から求めるものである。

分力検出部３ａの構成の詳細を第４図に示す。

第４図で、３１は保護部材で円筒状をなし、外周と内周
にねじ３２，３３が形成されるｃ　３４は固定ナツトで
ある。保Ｍｉ１）（Ｓ材３１は、その外周のねじ３２を
基板１０のねじ孔１）に螺合し、ねじ３２に５５４合さ
せた固定ナツト３４を締めることｋより基板１０に固定
される。３５は受は部材で、外周はねじ３６を有し、保
護部材３１のねじ３３に螺合する。３７．３８．３９は
スペーサで、いずれもほぼ同じ外径を存し、スペーサ３
９は内径を他のスペーサ３７．．３１）より大きく形成
しである。

４０は分力歪変換部材であり、各スペーサ３７〜３９を
貫通し、その底面が受は部材３５で支承される。分力歪
変換部材４０の頂部には金属部材４１が取り付けられ、
また分力歪変換部材４０のスペーサ３９内に位置する部
位に、分力歪変換部材４０が力Ｆ、の分力ｆ、　　から
変換した歪を電気抵抗変化に変換する歪ゲージ４２．４
３が取り付けられ、それぞれのリード＠４４．４５はス
ペーサ３８にモールドされ、端部が外部に導出される。

また、パネル板２０の下面には保護部材２１が接着剤等
により取り付けられ、分力歪変換部材４０の当接による
パネル板２０の保護をはかつＣ〜・る。

なお、歪ゲージ４２．４３は分力歪変換部材４１にモー
ルドしてもよい。

第２図は第１図の側面図、第３図は第１図の上面図でパ
ネル板２０を゛取り去つ１示した図である。

基板１０に４個の円筒状の分力検出部３０が取り付けら
れていて、この分力検出部３０がパネル板２０の板面に
ほぼ等しい圧縮応力（パネル自重などＫよる）で接する
ようＫされている。

第５図は分力検出部３０の歪ゲージ４２．４３の出力の
処理回路の例を示したものである。歪ゲージ４２と４３
は一組となっている歪ゲージ（これをＲ１〜Ｒｄ　とす
るン各分力検出部３０に設けられ１いる。、１）゜は定
電流源の′ＩＩＬ流、５１〜５３は演算増幅器、５４は
マルチプレクサ、５５はＡ／Ｄフンバータ、６０は制御
部で、Ｉ１０ハンファ６１，６２．　メモリ６３．ＣＰ
Ｕ６ｉ　バス６５で構成されるｃＲｏは抵抗器である。

またｖＩ　　は入力電圧、ｖｏは前記抵抗器Ｒ６の両端
の電圧、ＦＰｆｆｉｌｍは入力圧力の最小値、マ１〜Ｖ
４　は各歪ゲージの組Ｒ１〜Ｒ，の出力を表わち次に動
作について説明する。パネル板２００対角にある支持点
の歪ゲージＲ，とＲ４ｅ　Ｒ１，とＲｏの出力の差が演
算増幅器５１．５２によって増幅され工、マルチプレク
サ５４に入力される。また丁ぺての歪ゲージＲ１〜Ｒ４
の出力の初期値からの変化分が演算増幅器５３ＶＣよっ
て加算されて、マルチプレクサ５４に入力される。マル
チプレクサ５４は制御部６０からの指示にしたがって、
入力のいずれかをＡ／Ｄ　コンバータ５５に接続する。

Ａ／Ｄ　　コンバータ５５は制御部６０の指示によって
、入力された計測データをディジタル値に変換して出力
する。制＃ｓ６０はこのディジクル出力から以下に説明
する第（６）式を変換した第００）式を用いて、入力点
の座＊Ｃｘ、、ｙｐ）を計算する。制御部６０のデータ
処理手順の例を第６図に示す。

この回路について、処理内容を以下に説明する。

いま、各分力検出部３０の歪ゲージ４２，４３、分力歪
変換部材４０を等しいものとし、また歪ゲージ４２．４
３の変換式である第（７）式を使って、第（６）式を変
換すると、ここで、Ｒ１は各支持点の歪ゲージ４２と４３を合わせ
た電気抵抗値、Ｒｏ　はＲ，の基準値、Ｓは分力歪変換
部材４０の断面積、Ｅは分力歪変換部材４０の縦弾性係
数、には歪ゲージ４２．４３のゲージ率を求める座標（
ｘｐ　ｒ　Ｙｐ　）は次式のよ５になる。

これを！１＠して、いま、第５図の回路で演算増幅器５１．５２への歪ゲー
ジ８１〜Ｒ−からの入力電圧は、看　＝Ｒ，−Ｉ、　　
　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・（切であるから、Ｖｏ　”　Ｒ６・■。として、
第（１０）式は次式のようになる。

以上のようＫして、第５図の回路によって入力指示点の
座ＩＩ　（Ｘ、　＃　ｙ、）が求められることが判る。

ところで、ここでは説明の便宜のため定電流電源を使用
したが、定電圧電源を使用しても、若干の近似を行うこ
とＫなるものの同様の結果が得られる。

また第（１０式を見れば判るように、Ｘｐ　ｅ　　Ｙｐ
゛を求める式は歪ゲージ４２，４３の出力電圧の一次式
と５しの割算となっている。したがって、歪ゲー９４２
．４３の温度特性による検出座標値への影響は分子分母
で相殺され、精度の高い結果が得られる。

■　いま、パネル板２０に力Ｆ、が加えられると圧縮分
力ｆ、　　Ｋよって分力検出部３０は圧縮される。分力
歪変換部、材４０がプラスチックで製造しであるとする
と分力検出部３０の圧縮歪量はほぼ分力歪変換部材４０
の歪量となる。分力歪変換部材４０に取り付けた歪ゲー
ジ４２，４３の有効計測長さをｌ、分力歪変換部材４０
の断面積なＳ、縦弾性係数なＥとすると、分力検出部３
０の圧縮歪量Δｌは次式であたえられる。

−ｔ Δｌ＝−一」−・・・・旧・・・・ｎ１・・・・（１２
）−Ｅいま、ｆ、／Ｓは分力歪変換部材４０に加えられた圧縮
応力σ１　であることを考えると、Δｉｇ・−一　　・
・・・・・・・・川・・・・・曲（１３７変換出力を太
き（するｋはｌか（σ、／Ｅ）の値を大きく丁ればよい
ことＫなる。

したがって、同一の歪ゲージに対しては（σ、／Ｅ）の
値を大きくする必要がある。ところで。

σ１　は入力である圧縮分力ｆ、を大きくすれば太き（
なるが、圧縮降伏応力σア　より大きくすることはでき
ない。したがって、（σ、　／Ｅ　）の大きなものを用
いることｋより、変換出力を太き（することができるこ
とＫなる。

従来、応力歪変換によく用いられる金属ではこの（σア
／Ｅ　）の値は第１表に例を示すように比較的小であり
、金属を使用する場合には、板ばね等により歪量を大伊
くする必要があった。これに対し、プラスチックでは第
２表に例を示すようＫ（σ、　／Ｅ　）　　の値は比較
的大きいため、直接圧縮分力を検出でき、板ばね等の誤
差を生ずる変換手段を使用しな（てもすむものである。

第１表第２表 ■　つぎＫ、パネル板２ＧＶＣ加えられる力の分力の最
大値を’ｌ（ｗａｘ）とし１分力歪変換部材４Ｇの長さ
をＬとすると、分力歪変換部材４０が分力により圧縮さ
れる歪量ΔＬは次式によって求められる。

ここで、ｆＢ□８〆Ｓが分力歪変換部材４０の圧縮降伏
応力σア　よりも大きい場合には分力歪変換部材４０は
降伏してしまい分力検出は困難となる。

いま、分力検出部３００近くに保護部材ｊをおいて１分
力検出部３０が保護部材３１のパネル側面よりパネル側
へ出ている量をΔＤであるようにすると、ΔＬ〉ΔＤの
時は保護部材３１によって、パネル板２０を支持するこ
とになり１分力検出部３０を破壊からまもることができ
る。ところで、この場合、ΔＤの値は第６４ン式より、であればよい。

■　つぎに、パネル板２０と分力検出部３０の接点はで
きるだけ接触面積が小さいものであるほうが１分力検出
部３０の座標を高精度にすると、降伏応力が小さいため
、この条件に逆行することとなる。この場合には分力歪
変換部材４０のパネル板２０側に降伏応力の大きな金属
部材を接着することにより、これを避けることができ、
精度の向上を図ることができる。

■　一方、パネル板２０と分力検出部３０との接触部は
力Ｆ、の印加のため、パネル板２０がご（わずかにたわ
むことにより、所期の接触条件から変化するため、パネ
ル板２０も降伏応力以上の応力を受け、変形することに
なりやすい。したがって、分力検出部３０と接触するパ
ネル板２０側にも、金属からなる保護部材３１なつける
ことＫよって、パネル板２０の変形を防止し、寿命を向
上させることができる。ここで、保護部材３１の面積を
Ｓ９、パネル板２０に加えられる力の分力の最大値をｆ
ｌ（＋ｍａｘ）’パネル板２０の降伏応力をσア　とす
ると、とする必要がある。

■　■で述べたΔＤの調整量は微小であるので、保護部
材３１を円筒状として、その内面にねじ３３をつげ工、
受は部材３５を進退させることによって、ΔＤの調整を
高精度にすることができる。

■　また、パネル板２０の面は一般に完全な平面ではな
いので、保護部材３１を円筒状として、その外面にねじ
３２をつけ、このねじ３２によって保護部材３１を基板
１０に対して適切な位置に固定させることにより、各支
持点でのパネル板２０と分力検出部３０との接触を均等
な条件にして分力検出８３Ｇが正しい分力を受けるよう
にすることができる。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したように、パネル板を支持する３
点以上の支持点に設げられろ分力検出部の各分力歪変換
部材をプラスチックからなる柱体とし、これらの各分力
歪変換部材に歪ゲージを設けたので、剛体力学の原１！
ＩＣ比較的近い形で入力指示位置の座標を検出できるの
で、高精度の座標入力が可能となる。また保護部材を設
けたものは過大入力に対しても耐えることができ、比較
的乱暴な取扱いを受ける街頭等での使用かできるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す斜視図、第２図は第
１図に示した実施例の側面図、第３図は第１図に示した
実施例のパネルを取り去って示しユだ上面図、第４図はこの発明の主要部の構成をボ拡大図
、第５図は分力検出部の歪ゲージからの出力の処理回路
の例を示す図、第６図は第５図の制御部が行う座標を求
めるためのデータ処理手順を示すフローチャート、第７
図はｎ点で支持したパネル面の一点に力Ｆ、を加えて、
その一点の座標を求める原理を説明するための図、第８
図（＆ンは、４点で支持した長方形パネルで対角線を座
標軸とし、対角線の交点を座標原点とした場合の説明図
、第８図（ｂ）は第８図（ａ）の座標系を長方形パネル
の左上を原点とする座標系忙変換するための説明図であ
る。囚において、１０は基板、２０はパネル板、３０は分力
検出部、３１は保護部材、４０は分力歪変換部材、４１
は金属部材、４２．４３は歪ゲージである。第１図第２図Ｕ３１：保Ｎ−ｎ材第４図第６図第７図りＯ第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）パネル板の板面の一点に加えられた力の分力を前
記パネル板を基板上に支持する３点以上の支持点におい
て検出し、力の加えられた点の座標を求める分力検出部
を備えた座標入力装置において、前記各支持点において
分力を歪に変換する前記分力検出部の分力歪変換部材を
プラスチックからなる柱体とし、これらの分力歪変換部
材にかかる圧縮歪をそれぞれ検知する歪ゲージを前記各
分力歪変換部材に設けたことを特徴とする座標入力装置
。
（２）分力検出部は、分力による圧縮歪量を一定の値以
下に制限して分力検出部を保護するための金属からなる
保護部材を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第（
１）項記載の座標入力装置。
（３）分力歪変換部材は、そのパネル板の板面と接触す
る側の部分に金属部材を備えたことを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項記載の座標入力装置。
（４）パネル板は、分力検出部に当接する部分に金属か
らなる保護部材を備えたことを特徴とする特許請求の範
囲第（１）項記載の座標入力装置。
（５）分力検出部の保護部材は、分力歪変換部材と歪ゲ
ージを取り囲む円筒状とし、その内面にねじを切り、こ
のねじによつて前記分力歪変換部材と歪ゲージを保護部
材の内部を進退できるようにした分力検出部受け部材を
備えたことを特徴とする特許請求の範囲第（２）項記載
の座標入力装置。
（６）分力検出部の保護部材は、分力歪変換部材と歪ゲ
ージを取り囲む円筒状とし、その外面にねじを切り、こ
のねじによつて前記円筒状の保護部材が基板に対して進
退できるように構成したことを特徴とする特許請求の範
囲第（２）項記載の座標入力装置。