CN1157434A - 坐标输入设备及其方法 - Google Patents

Abstract

提供能用两个振动传感器精确计算坐标位置的坐标输入设备和方法。用至少两种形式控制输入笔的振动情况。提供至少两个振动传感器。每个都用于检测来自输入笔的振动。根据直到每种形式的振动到达每个振动传感器为止的时间，对每种形式的每个振动计算离开输入笔输入位置的距离。为每个振动传感器对一个在所计算的每种形式每次振动的计算距离之间的差值，进行计算。

Description

坐标输入设备及其方法

本发明涉及坐标输入设备及其方法，用于通过把一种振动从一支输入笔传给一块振动传播板而输入坐标。

根据一种用于对一种由振动输入笔生成的超声波振动或类似振动进行检测的，和用于对由该振动输入笔指令的坐标位置进行计算的坐标输入设备，就可按照在一块用作输入表面的图形输入板上传播的振动波的延迟时间，计算坐标的位置。在这种坐标输入设备的情况下，因为在图形输入板上不安装象矩阵状布线之类的设备或类似设备，故能提供一种便宜的设备。此外，如果用透明玻璃板作图形输入板，就能构成一种其透明度高于其他系统的坐标输入设备。

在日本专利发布号5-62771中透露一种设备，它可用作如上所述的坐标输入设备的一个实例。根据这种坐标输入设备，对振动传播板上传播的板波(plate wave)的群延迟时间和相位延迟时间进行测量，并对一个在产生振动的位置与检测振动的各传感器之间的距离进行计算，从而获得产生振动的位置(坐标)。当计算距离时，虽然通过根据相位延迟时间计算距离可获得高精确度，但考虑到相位延迟时间具有不连续性这一事实，就要首先由群延迟时间算出一个近似的距离，然后用该距离计算的结果指定一上相位延迟时间具有连续性的区域，借此算出上述的距离。

现在参照图1描述检测坐标的过程概况。

图1是一个常规的坐标输入设备的结构说明图。

参考号1表示一个控制器，它包括：一个微计算机，用于控制整个坐标输入设备；一个内部计数器(未示出)；一个ROM(未示出)，其中已存储象操作过程等之类的程序；一个RAM，它用作数据的临时分路区(shunt area)、工作区、或类似区；一个非易失性存储器，用于存储常数或类似数；和类似单元。

控制器1根据由一个振动输入笔3指令的坐标(位置信息)，驱动一个显示驱动器10，从而控制由一个显示器11进行的坐标显示；它或者通过一个线路(未示出)把坐标输出到一个连接于该线路上的外部设备。此外，当输入一个启动信号时，就由一个计数器启动一种时间计数操作，使由振动传感器6a至6d进行的振动检测计时器同步，和对直到振动传感器6a至6d检测振动时为止的延迟时间进行测量。

参考号2表示一个振动驱动器，用于振动一个振动输入笔3中的笔尖。参考号8表示一块振动传播板，用一块聚丙烯板、一块玻璃板或一块类似板制成。通过接触振动传播板8，进行振动输入笔3的坐标输入操作。此外，实际上，进行坐标输入操作的方法是：在图中实线所示的一个区域A(此后把这样一个区域114作有效区域)中，用振动输入笔3指定其中的一个点。在振动传播板8的外缘周围装有一种减振材料7，用于防止(减小)所反射的振动返回中心部位。在其间的拐角边界位置，分别安置象压电元件或类似元件之类的振动传感器6a至6d，都用于把机械振动转换成电信号。

参考号9表示一个信号波形检测器，用于把通过由各振动传感器6a至6d检测振动，并转换成电信号而得到的信号，输出到控制器1。信号波形检测器9的构成单元有一个带通滤波器(未示出)，一个包络检波器(未示出)，一个双重微分器(未示出)，和一个前置放大器(未示出)。参考号11表示一个显示器，它包含一个液晶显示器或能够用点单元显示的类似显示器。显示器11装在振动传播板8的后面。参考号10表示一个显示驱动器，用于把一个点位置作为振动输入笔3输入的位置而显示在显示器11上。在显示器上显示的诸点，能通过观察振动传播板8而看出。

由振动驱动器2驱动一个装入振动输入笔3中的振动器4。一个振动器4的驱动信号是从控制器1作为低电平脉冲信号供应的，并以预定的增益由振动驱动器2放大。此后，把该信号供给振动器4 。

电驱动信号由振动器4转换成机械超声波振动，并由笔尖5传播到振动传播板8。

把振动器4的振动频率选成某一值，能以此值为玻璃或类似物质之类的振动传播板8生成一个板波。当驱动振动器4时，就选择一种方式，借此把一种垂直振动供给振动传播板8。通过把包括笔尖5的振动器4的振动频率设置成共振频率，就能进行有效的振动变换。此外，传播到振动传播板8的弹性波是一种板波，它具有下述优点：同表面声波或类似波相比，振动传播板表面的划痕、障碍物或类似异物都难以影响它。

现在描述一个原理，借此对来自振动输入笔3的振动途径振动传播板8到达振动传感器6a至6d所需的振动到达时间，用上述结构的坐标输入设备进行计算。

关于从振动输入笔3传播到各振动传感器6a至6d的振动的速度，按Lamb波传播的振动群前进的速度(这一速度称为Vg)是不同于相位前进速度(此后这一速度称为Vp)的。例如当振动以速度(Vg，Vp)从振动输入笔3到达振动传感器6a时所需的时间，被分别设置成tg和tp时，就按下或给出到振动传感器6a的距离d：

d＝Vg·tg    …(1)

虽然上述方程只涉及振动传感器6a至6d中的一个(振动传感器6a)，但也能用同样的方程类似地表达其他三个振动传感器6b至6d与振动输入笔3之间的距离。

此外，当为了以较高的精确度确定坐标而执行以相速检测为基础的过程时，可按下式得出振动传感器6a与振动输入笔3之间的距离d：

d＝n·λp＋Vp·tp    …(2)

式中λp表示弹性波的波长，n表示某一整数。

根据方程(1)和(2)，把整数n表达如下：

n＝INT[(Vg·tg-Vp·tp/λp＋1/N]    …(3)式中，N是一个不为“0”的实数，且采用某一特征值。例如，现在假设N＝2，则只要tg或类似参数在±1/2波长范围内波动，就能确定n。

通过把按上述方法得出的“n”代入方程(2)能够对振动输入笔3与振动传感器6a之间的距离，用一个虽然不连续但有高精度的相位延迟时间tp，准确地进行测量。

然而在用上述方程(3)计算“n”中，当发生误差(此后称为“n”误差)，且“n”有错误值时，就在距离计算中发生一种为波长整数倍的误差。

在日本专利申请拟公开号63-015989中，根据振动传感器的布置用图10所示的几何计算法来检测上述误差的具体值。

图10是日本专利申请拟公开号63-015989中透露的误差检测方法的说明图。

如该图所示，令坐标原点为0，令振动传感器6a与6b之间的距离为X，振动传感器6a与6c之间的距离为Y。

现在假设令目标坐标为P(x，y)，则根据分别由振动传感器6a与6b检测的tp与tg，当使用方程(1)与(2)，且令坐标P与振动传感器6a和6b之间的距离为da与db时，X坐标可用三角原理得出如下：

X＝(da²-db²)/2X    …(4)

另一方面，根据分别由振动传感器6a与6c检测的tp与tg，通过使用方程(1)与(2)，假设令坐标P与振动传感器6a和6c之间的距离为da和dc，则Y坐标可用三角原理得出如下：

Y＝(da²-dc²)/2Y    …(5)

到各振动传感器6a至6d的距离是由算出的坐标计算的，并同方程(2)得出的各振动传感器6a至6d的距离进行比较。当其间的差值不超过某一预定值时，就输出所计算的坐标。当其间的差值超过该预定值时，例如在图10中，当一个由振动传感器6a和6c算出的图10中Y坐标误差Y’被引入，且由振动传感器6a和6b算出的X坐标仍等于X时，如该图所示，按坐标位置计算坐标P’(x，y’)，就在此时停止坐标输出。

然而，例如，当用两个振动传感器计算坐标时，就不能进行误差判断。这就有一个问题：随环境而输出有误差的坐标。

考虑上述问题而作出本发明，本发明的一个目的在于提供能够用两个振动传感器准确地计算坐标位置的坐标输入设备与方法。

当按如上所述提供三个或三个以上振动传感器时，因为冗余(并非总是必要的)振动传感器的存在，就能按如上所述判断误差事件。然而，当只提供两个振动传感器时(例如，如果只用振动传感器6a和6b)，因为不能进行如上所述的关于误差事件的判断，就有一个这样的问题：含有误差的坐标值按照其原样输出。

考虑上述问题而作出本发明，本发明的一个目的在于提供能够抑制误差读取的坐标输入设备与方法。

与上述目的有关，本发明的一个目的在于提供能够甚至在不用冗余振动传感器的情况下，也能检测误差事件的坐标输入设备与方法。

与上述目的有关，本发明的一个目的在于提供能够在检测到误差事件时校正误差的坐标输入设备与方法。

根据本发明的一个实施例，提供一种坐标输入设备，用于通过把一种振动从输入笔传给振动传播板而输入坐标，该设备包括：驱动控制装置，用于以至少两种形式控制输入笔振动的产生；至少两个检测装置，用于检测来自输入笔的振动；第一计算装置，用于根据每种形式的振动到达各检测装置所经历的时间，计算离开每种形式的输入笔各种振动的输入位置的距离；和第二计算装置，用于对第一计算装置计算的由每种形式的各振动算出的诸距离之间的差值，按照各检测装置进行计算。

图1是一个根据先有技术的方块图，说明坐标输入设备的结构实例；

图2是一个板波的f·d曲线的说明图；

图3是一个根据本发明的方块图，说明信号波形检测器的结构实例；

图4是一个波形说明图，说明信号波形检测器的操作；

图5是一个方块图，说明控制器的结构实例；

图6是一个流程图，说明传播时间测量程序的流程；

图7是一个流程图，说明坐标值计算程序的流程；

图8是一个差分表的概念结构说明图；

图9是一个流程图，说明通过校正峰值误差计算坐标值的程序的过程流；

图10是一个判断误差事件的常规方法的说明图；

图11A是一个说明图，说明由一个双脉冲驱动的驱动波形，和当各振动传感器6a至6d在双脉冲驱动中检测时的检测波形；

图11B是一个说明图，说明由一个三脉冲驱动的驱动波形，和当各振动传感器6a至6d在三脉冲驱动中检测时的检测波形；

图12A是一个当把由单脉冲驱动的驱动波形输入到振动波形检测器9时的计时图；

图12B是一个当把由双脉冲驱动的驱动波形输入到振动波形检测器9时的计时图；

图13是一个本实施例的说明图，说明驱动波形生成时间量与距离误差之间的关系；

图14是一个根据本实施例说明处理流的流程图。

[本发明的第一实施例]

下面参照诸图描述本发明的第一个最佳实施例。用于本实施例的坐标输入设备的结构类似于图1的结构。在图1中，控制器1在每个预定的时期向振动驱动器2供应一个脉冲信号。振动驱动器2以预定的放大系数放大脉冲信号，并向振动输入笔3的振动器4供应驱动信号。振动器4把驱动信号转换成机械超声波振动。在这种情况下，控制驱动信号，使振动器4生成一种超声波振动，该振动包含两种能够分别检测的频率分量。

振动传播板8是一块把输入的超声波振动传播到振动传感器6a至6d的振动传播板，它由象聚丙烯板、玻璃板或类似板之类的透明材料制作。在振动传播板8上的输入区A中，通过使由振动器4振动的笔尖5与一预定的位置接触，进行振动输入笔3的超声振动输入。

所输入的超声波振动作为一种板波而传播，按照传播距离而延迟，并到达各个振动传感器6a至6d。如图2所示，超声波振动的传播速度取决于振动频率f与振动传播板8板厚度d的乘积。因此，当板厚d恒定时，传播速度(群速度Vg，相位速度Vp)取决于频率f。在本实施例中，由于注意到上述性质，就检测两个频率(它们称为f0和f1)的超声波振动，并测量每个振动的群延迟时间和相位延迟时间，借此判断误差事件。

信号波形检测器9检测两种频率的超声波振动的到达，执行一些将在下面说明的过程，并且把一些指示超声波振动到达计时的计时信号(Tg，Tp)输出到控制器1。根据4个振动传感6a至6d中的每个传感器生成计时信号(Tg，Tp)。

控制器1在其中有一个计时电路，并以某一时限激发该计时电路，以便把上述的脉冲信号(它是以每个预定时期生成的)输出到振动驱动器2。控制器1检测各个计时信号[根据Tg和Tp，多达(4个传感器× 2个频率)]，它们指示超声波振动到达振动传感器6a至6d，借此从计数值得出相对于4个振动传感器6a至6d的两种频率的群延迟时间tg和相位延迟时间tp。控制器1对以各种频率测量和计算的从振动输入坐标到振动传感器6a至6d的诸距离(此后，也把这些距离称为特征传播距离)进行比较，借此判断有或没有误差。作为判断的结果，如果误差处于允许范围之内，就计算和输出振动的输入坐标。按照本实施例确定坐标的输出形式。例如，坐标既能输出到显示驱动器10，又能输出到外部设备或存储设备(未示出)，并且坐标数据也能输入其中。

显示驱动器10根据所输入的坐标数据驱动和控制显示器11，以便例如以相应的位置或类似位置显示诸点或类似点。

为振动传播板8的外周边装有减振材料7，以抑制所反射的超声波振动返回中心部位。在振动传播板8与减振材料7之间的边界处，装有象压电元件或类似元件之类的振动传感器6a至6d，每个传感器都用于把机械振动转换成电信号。

(信号波形检测器的结构实例)

图3是一个方块图，根据本发明说明信号波形检测器的结构实例。在该图中，参考号9’表示一个电路，用于检测每个振动传感器6(6a-6d)相应提供的一个信号。信号波形检测器9包括和振动传感器数量一样多的电路9’。例如在本实施例中，因为有4个振动传感器6a至6d，故信号波形检测器9具有4个相当于振动传感器6a至6d的电路9’。

现在参照图4中所示的信号波形，描述信号波形检测器9的操作。振动输入笔3能通过一个由振动驱动器2给出的驱动信号510(能够输入频率f0和f1的振动的信号)，在振动传播板8上的任意位置来输入一个振动。振动传感器6把在振动传播板8上传播的振动转换成电信号，并把它供给一个前置放大器301。前置放大器301以预定的放大系数放大振动传感器6的输出信号，并把它供给一个f0(信号)检测器310和一个f1(信号)检测器320。

f0检测器310是一个用于生成计时信号(Tg0，Tp0)的电路，这些信号指示关于频率f0的输入振动的振动到达。另一方面，f1检测器320是一个用于生成计时信号(Tg1，Tp1)的电路，这些信号指示关于频率f1的输入振动的振动到达。检测器310和320除了处理频率不同之外，具有相同的功能。

一个带通滤波器311把一个作为关于频率f0的输入振动的分量的信号511加以分离，并把它供给一个包络检波器312。带通滤波器311把一个其中已从信号511消除别的剩余频率分量的信号514，供给一个触发脉冲发生器315。

包络检波器312由一个绝对值电路、一个低通滤波器等构成，从信号511抽取一个包络信号512，并把它供给一个双重微分313。双重微分器313例如由一些两级微分器构成，把一个通过微分包络信号512两次而得到的信号513输出到一个Tg(信号)检测器314。

Tg检测器314由一个单稳态的多重振动器或类似振动器构成，以预定的时间宽度形成一个门信号519，在一段门信号519处于低(L)电平的时期对来自信号513的零交叉点的包络峰值进行检测，并生成一个作为检测信号的信号Tg0(信号520)。如上所述，控制器1以某一时限(驱动信号510的时限)激励内装的计时器，以便把一个脉冲信号供给振动驱动器2；并且能够以信号Tg0被检测的时限，从这个内部计时器的计数值得到一个群延迟时间tg0(关于频率分量f0的群延迟时间tg)。

触发脉冲发生器315以预定的电平生成一个其中信号514超过阈值信号515的区段的脉冲信号516，并把它供给一个单稳态的多重振动器316。单稳态多重振动器316以预定的时间宽度生成一个门信号517，它是根据脉冲信号516的第一前沿来触发的，并把它供给一个Tp(信号)发生器317。Tp发生器317的脉冲在一段门信号517处于L电平的时间转换信号514，并生成一个作为相位信号的检测信号的信号Tp0(信号518)。如上所述，控制器1以时限(驱动信号510的时限)激励内装的计时器，以便把脉冲信号供给振动驱动器2；并且能以信号Tp0被检测的时限，从这样一个内部计时器的计数值得到一个相位延迟时间tp0(关于频率分量f0的相位延迟时间tp)。

省略f1检测器320的说明，因为如上所述，除了处理频率不同之外，它具有与f0检测310相同的功能。信号521、522、523、524、525、527和528分别相当于信号514、515、516、517、518、513和520(未示出相当于信号511和512的信号)。

(控制器的结构实例)

图5是一个说明控制器1的结构实例的方块图。在该图中，RAM 501是一个起CPU 505工作存储器作用的随机存取存储器。ROM 502是一个其中已存有要供给CPU505的一个激发程序和一些控制程序(将于下面说明)的存储器。I/O端口503是一个控制振动驱动器2的输入/输出端口。I/O端口504是一个控制显示驱动器10和外部设备(例如计算机)(未示出)的输入/输出端口。

CPU 505是一个微计算机，用于读出各种存于ROM 502中的程序，和用于控制整个坐标输入设备。计数器506以某一时限被激发(例如被激发命令激发)，以便通过振动驱动器2驱动振动输入笔3；并以某一预定的时限被重置。计数值被输出到一个计数读出器507中。

计数读出器507是一个电路，用于根据从信号波形检测器9供应的计时信号锁定计数值。因为关于4个振动传感器6a至6d的信号Tg0、Tp0、Tg1和Tp1(总计16个信号)是作为计时信号输入到计数读出器507的，故计数读出器507具有16个锁存器507A，以便锁定相应于这些信号的计数值。当计数读出器507检测全部的计时信号并锁定其计数值时，计数读出器就对CPU 505产生一个例如中断请求，借此通知这一事实。

CPU 505根据中断请求，读出由16个锁存器507A锁定的计数值，以便它能够测量那些分别以两个频率f0和f1到达诸振动传感器的振动传播时间。

(振动传播时间的测量实例)

图6是一个流程图，说明传播时间的测量程序的过程流。如上所述，在ROM 502中已存有用于这一测量程序的控制程序。首先，在步骤S601，重置计数器506。在步骤S602，用振动驱动器2驱动振动输入笔3，还触发计数器506。并非总是需要同时进行这种驱动和触发。如果在驱动与触发之间有大的时间差，就足以在从计数值计算振动传播时间时校正这种差。在步骤S603，对由锁存电路507A进行的计数值的锁存操作，由中断请求或类似请求来确认，如上所述。在步骤S604，从计数读出器507读出计数值，并把它存入RAM 501中。

因为还考虑到一种全部计时信号由于噪声影响或类似原因而未能适当生成的情况，故提供一种监视计时器或类似计时器。如果甚至在经历一段预定时间以后还未生成中断请求或类似请求，就希望进行一种合适误差过程。

(波长误差的检测实例)

先描述波长误差的检测原理。现在假设：令两个频率下的相位延迟时间为tp0和tp1，令波长为入0和λ1，令相位速度为Vp0和Vp1就用下述方程(6)和(7)得出用这些频率测量的距离L0和L1。

L0＝n0·λ0＋Vp0·tp0    …(6)

L1＝n1·λ1＋Vp1·tp1    …(7)

当n0和n1恰当时，L0和L1相等。然而，当至少一个n0和n1包含误差时，则L0≠L1，且包含误差的距离具有某一只由波长引起的不同的值。例如，当n1包含误差+1时，就假设令包含误差的L1为L1’，则

L1’-L0＝λ1    …(8)L1具有只由λ1值引起的较大的值。

当n0和n1均包含误差时，就假设令n0的误差为Δn0，令n1的误差为Δn1，且令包含误差的L0为L0’，

L0’＝(n0＋Δn0)·λ0＋Vp0·tp0    (9)

L1’＝(n1＋Δn1)·λ1＋Vp1·tp1    (10)

L0’-L1’＝Δn0·λ0－Δn1·λ1    (11)

例如，当n0和n1包含误差+1时，因为其波长不同，故L0’≠L1’。因此，当所得距离由于频率f0和f1而不同时，就能检测波长误差事件。其中使二者相等的条件是由下式给出的。

Δn0·λ0＝Δn1·λ1    …(12)

现在假设频率f0和f1的波长比值等于1.5倍，则当Δn0/Δn1＝1.5时，不能判断误差事件。然而因为Δn由整数给出，故令该比值等于1.5倍的最小组合为3∶2，即，当它们包含三个波长的误差和两个波长的误差时，就不能判断误差事件。

在一般使用环境中，因为有约±1个波长的波长误差，故通过设置多个频率，使波长比值不为整数值，就能判断L0和L1的误差(波长误差)。

现在描述，根据上述原理，在对振动输入位置与传感器6a至6d之间的距离，判断它们存在或不存在测量误差的同时进行的计算振动输入坐标的过程。图7是一个说明坐标值计算程序过程流的流程图。如上所述，在ROM 502中已存有这一计算程序的控制程序。

首先，根据4个振动传感器6a至6d之一的数据(Tg0，Tp0，Tg1，Tp1)，用方程(3)相对于频率(f0，f1)计算n(n0，n1)。在步骤S702，用方程(2)计算距离(L0，L1)。在步骤S703，计算距离L0与L1之间的差值ΔL。

在步骤S704，作一种检查，看是否ΔL的绝对值小于某一预定的阈值Lth。实际上，因为很少有距离误差等于0的情况，故足以根据系统中误差的含量或类似量来适当地决定Lth。例如，通过把Lth设置成一个等于或小于两种频率的波长之间的差值，就能进行这种判断。作为判断的结果，当两个这类值几乎相等(只有阈值Lth的差值或小于此差值)时，处理程序就推进到步骤S705。当发生ΔL的绝对值大于阈值的误差时，就完成处理程序，且又测量振动传播时间。

在步骤S705，根据全部的数据(关于传感器6a至6d的数据)，作一次检查，看是否已完成距离的计算。当有尚未计算的数据时，处理程序就返回S701，重复上述过程。在完成对全部数据的计算以后，就转到步骤S706 。

当判定已完成关于全部数据的距离计算以后，按步骤S706计算振动的输入坐标。在步骤S707，通过I/O端口504把诸坐标值供给显示驱动器10或外部设备(例如计算机)(未示出)。

如上所述，当给出两个或多个频率的振动，且通过测量延迟时间分别计算距离和这些距离几乎相等时，就判定没有波长误差，因此执行坐标计算。当每个距离都有等于或大于预定阈值的差值时，就判定有波长误差卷入，因此不进行坐标计算。用这种方法，在输入坐标时，不会带来象波长误差一样的大误差。

装有冗余的振动传感器，把用传感器测量的距离相组合，和判断是否在距离中包含误差，与这种情况不同，根据本实施例，能对每个传感器判断误差事件，能减少关于振动传感器配置的限制，还能提高设计上的自由度。例如，根据本实施例，甚至在两个传感器的系统中，也能检测波长误差。

虽然上面的实施例已根据一个实例作了说明和描述，其中按照信号Tg和Tp进行不同频率的信号检测；然而，还有可能，例如只根据Tp检测不同频率的信号，和根据Tg使用相同的频率。在这种情况下，能够简化信号波形检测器和控制器。

已根据用多个带通滤波器(311，321)分离频率分量的实例，对上述实施例作了说明和描述，然而，也有可能用下述方式构成本实施例：把多种(频率)信号用作振动输入笔3的驱动信号，在各预定期间转换驱动信号频率的同时驱动振动输入笔3，并在多个时期测量距离。在这种情况下，因为无需在同一时期根据多个频率分量测量距离，故能简化信号波形探测器9的结构。例如，由于省去f1检测器320，和加宽f0检测器310的带通滤波器的带通宽度，故能把信号波形检测器9的元器件数减少到约1/2。

[本发明的第二实施例]

虽然已就一个实例对上述第一实施例作了说明和描述，在实例中根据波长误差的判断结果决定是否计算坐标值；然而根据第二实施例，以两个频率测量的诸距离之间的差值为基础，校正所测的距离，借此算出正确的坐标值。

(波长误差的校正原理)

一般说来，因为波长误差出现在±1个波长范围之内，故通过把波长误差事件限制在±1个波长范围和考虑到上述情况，就可用λ0和λ1在图8所示的差分表800中，表示用f0和f1的频率分量测得的诸距离之间的差值。因为λ0值与λ1值不同，故距离差值(例如，λ0-λ1，-λ1，等)具有不同的值。因此，当用频率f0和f1测得的诸距离之间的差值符合于差分表800中示出的任一差值时，就根据差分表800校正误差，且能够计算正确的输入坐标。

(波长误差的校正实例)

现在描述根据上述原理校正波长误差的过程实例。图9是一个流程图，说明一个用于校正波长误差和计算坐标值的程序的过程流。在ROM 502中已存储用于这一计算程序的控制程序和差分表800。

首先，在步骤S901，根据4个振动传感器6a至6d之一的数据(Tg0，Tp0，Tg1，Tp1)，利用方程(3)相对于频率(f0，f1)计算n(n0，n1)。在步骤S902，用方程(2)计算距离(L0，L1)。在步骤S903，计算距离L0与L1之间的差ΔL。

在步骤S904，作一检查，看是否ΔL的绝对值小于预定的阈值Lth。因为实际上很少有距离误差等于0的情况，故足以根据系统中误差的含量或类似量适当地决定Lth。例如，通过把Lth设置成一个等于或小于两个频率的波长差值的值，就能够进行这种判定。作为判定的结果，当它们几乎相等(只有阈值Lth的差值或小于此差值)时，处理程序就推进到步骤S909。当误差大于阈值Lth时，就判定包含波长误差，要转到步骤S905。

在步骤S905，把所计算的距离之间的差ΔL与差分表800中内容相比较，借此抽取一种一致的组合(例如，λ0-λ1)。在此所用的“一致”并非表示严格意义上的一致，而且表示在允许的预定误差范围内所作的一种判断。在步骤S906，作一检查，看是否在差分表800中存在与ΔL一致的任何组合。如果是，就转到步骤S907。如果否，就完成处理程序，且又测量振动传播时间。

在步骤S907，根据上述一致的组合，决定校正量。例如，当这种组合是(λ0-λ1)时，则用频率f0测量的距离具有+入0的误差，且用频率f1测量的距离具有+λ1的误差。根据它们能够确定要校正的校正量。在步骤S908，按照所决定的校正量进行校正。能够只由在计算中使用的距离(例如L0)来校正波长误差，或者还能够既用距离(L0，L1)又用其平均值来校正波长误差。在本实施例中，因为有一种这样的倾向，以致于较高频率下的值较难受到反射或类似因素的影响；故通过使用较高频率下的距离计算结果，可改善坐标的计算精度。当距离之一不包含波长误差时，也能够按照原样使用这一距离。

在步骤S909，根据全部数据(关于传感器6a至6d的数据)，作一检查，看是否已完成距离的计算。当有任一数据尚未完成时，处理程序就返回步骤S901，并重复上述过程。在完成关于全部数据的计算以后，就继续步骤S910 。

在步骤S910，用计算的距离从方程(4)和(5)计算借以输入振动的坐标值。在步骤S911，通过I/O端口504把计算的坐标值供给显示驱动器10或外部设备(例如计算机)(未示出)。

根据如上所述的实施例，对用不同频率的超声波振动计算的距离进行比较，根据该比较的结果能校正误差，对误差事件引起的坐标抽样效率的恶化进行抑制，和能以高速输入坐标。

在上面的实施例中，在计算距离之后，对波长误差进行检测和校正。然而，只要在计算坐标之后，有剩余的计算速度或类似能力，就还能判断是否存在波长误差。例如，用在诸频率下测得的距离计算坐标，并对它们进行比较。当它们有相同的坐标值时，就判定不包含误差。当它们不同时，就判定包含误差，从而执行上述的过程。

虽然已根据包含±1个波长的波长误差的假设，作出上述实施例，但通过适当改变差分表、校正量决定过程(步骤S907)等，还能把本发明用于一种包含大于±1个波长的波长误差的情况。

本发明能够用于一种由多个设备构成的系统，或者还能够用于一个单独的设备。显然可知，本发明还能用于一种通过向一个系统或一个设备提供一个程序而实施本发明的情况。在这种情况下，一种其中已存储关于本发明的程序的存储媒体可构成本发明。通过从存储媒体读出这些程序，并把它们供给该系统或设备，该系统或设备就可按照预定的方法进行操作。

根据如上所述的本发明，有这样一些效果，以致于可用多个不同频率的超声波振动计算距离，能根据距离计算的结果检测误差事件，且能减少误差的引入。

有这样一种效果：甚至在未提供冗余的振动传感器的情况下，也能检测误差事件。

还有这样一种效果：对用多个不同频率的超声波振动计算的距离进行比较，根据比较结果能校正误差，且能以高速度输入坐标。

[本发明的第三实施例]

虽然在第三实施例中采用在第一实施例中描述的电路结构，但再次简述其功能。

(控制器的说明)

第三实施例中的控制器1生成一种信号，以便以每个预定的周期通过振动驱动器2驱动振动输入笔3中的振动器4；并用内部计时器(由一计数器构成)起动时间计数操作。由振动输入笔3生成的振动是按照到达振动传感器6a至6d的距离而延迟的，并分别到达振动传感器6a至6d。振动按照一种板波传播，且存在两种速度：一种是一群振动借以前进的速度(此后，这一速度叫作群速度)，另一种是振动的相位借以前进的速度(此后，这一速度叫作相位速度)。

波形检测器9检测来自振动传感器6a至6d的信号，通过一个将于此后说明的波形检测过程而形成一个表示振动到达各个振动传感器的计时的信号，并把该信号供给控制器1。控制器1根据所输入的信号，对振动从振动输入笔3所指定的位置到达振动传感器6a至6d的时间进行检测，借此计算振动输入笔的坐标位置。

例如，图11A与11B显示一种输入到振动器4上的驱动波形，和一些所检测的波形；这些波形是当由振动器4生成的振动在振动传播板8上传播，并用振动传感器6a至6d检测时得出的。

从振动驱动器2输入到振动器4的驱动波形的频率被设置成，一种借以从振动输入笔3高效地生成振动的频率。通过输入包含多个脉冲的驱动波形，作为振动器4生成的振动，生成一个几乎成一个窄带的振动，即几乎成一单频分量的振动。尤其是，在其传播速度随驱动波形频率而变的传播板中，希望形成一些包含多个脉冲的驱动波形，以便驱动。

图11A示出一个由双脉冲驱动引起的驱动波形，和一个当按照双脉冲驱动由各振动传感器6a至6d检测时的检测波形。图11B示出一个由三脉冲驱动引起的驱动波形，和一个当按照三脉冲驱动由各振动传感器6a至6d检测时的检测波形。

此后，在生成乘以X的驱动波形时(x是大于0的整数)，把这种驱动波形叫作n脉冲驱动的驱动波形。

如图所示，当驱动波形数增加时，将看出，在图中相当于图11A所示峰值点与拐点间的图11B的三脉冲驱动的时间Δt2长于，在图中图11A的双脉冲驱动的检测波形的一个确定拐点和一个确定峰值点之间的时间Δt1。也就是说，因为有一种使检测波形的时基宽度增加的倾向，故在从波形包络中检测到象拐点、峰点或类似点之类的异常点时，时间分辨率就下降。因为来自振动传播板8的边缘表面的不需要的反射波由于轻微的时间延迟而重迭，故如果所检测波形的时间宽度增加，则反射波影响到检测点。

因此，希望形成约高达三倍的驱动波形，并且如此设计设备：用一带通滤波器过滤所检测的波形，并只抽取单频分量，以减少时间宽度。然而，当一旦形成驱动波形时，就即使使用高Q(品质因数)的带通滤波器，也不能从所检测波形只抽取单频分量。这是因为在不可靠地抽取单频分量以后，尤其当用单脉冲驱动形成驱动波形时，滤波前的检测波形的频率分布，容易影响象带通滤波器之类的电滤波器的输入响应特性。

因此，本实施例的控制器1检测驱动波形引起的每个振动，该波形包含多个由振动驱动器2形成的不同倍数的脉冲；并用分别检测的检测波形，计算每个检测波形的坐标。

(振动传播时间的检测说明)

下面描述用于测量振动到达振动传感器的时间的原理。

图12A示出一个计时图，这时由单脉冲中驱动引起的驱动波形被输入到波形检测器9。图12B示出一个计时图，这时由双脉冲驱动引起的波形被输入到波形检测器9。

虽然下面只描述振动传感器6a的情况，但同样的描述适用于其他振动传感器6b，6c和6d的情况。

把振动传播到振动传感器6a的时间的测量是，和把起动信号输出到振动驱动器2同时开始的。首先，在单脉冲驱动的情况下，把驱动信号510从振动驱动器2加到振动器4上。在双脉冲驱动的情况下，施加驱动信号521。由驱动信号510和521引起的从振动输入笔3传播到振动传播板8的超声波振动，是用相当于到振动传感器6a的距离的时间，按频率以传播速度前进的。此后，用振动传感器6a检测。

根据驱动信号510的前沿，开始测量到达振动传感器6a的振动的振动传播时间。控制器1生成一个从振动输入笔3的振动驱动器2到振动器4的驱动信号。用此驱动信号去振动该振动输入笔3。来自振动输入笔3的振动，被一段相当于通过振动传播板8到振动传感器6a的距离的时间所延迟，并被振动传感器6a所检测。

在图12A中，以511显示的信号(相位波形信号)表示由振动传感器6a检测的信号波形。因为这种情况下的振动是一板波，故在相位波形信号511与在振动传播期间使由包络检测器检测的波形在振动传播板8上走过一段传播距离而得出的包迹512之间的关系，随传播距离而变。双重微分波形513是用双重微分器对包迹微分两次而得出的。生成一个在包迹512超过某一预定电平以后给出一个预定周期的窗口信号519，并且掩蔽双重微分波形513。在包迹512超过预定值以后的双重微分波形512的一个零交叉点被检测，借此形成一个作为延迟时间检测信号的信号520。现在假设：令从信号510的前沿到信号520的前沿的时间为tg0。

为了以更高的精确度决定坐标，就进行一种以检测相位波形信号511为基础的过程。通过用带通滤波器消除相位波形信号511中的冗余频率分量，可得出信号514。一个其中信号514超过预定电平阈值515的区段的脉冲信号516被形成，借此形成具有预定宽度的窗口信号517，在该宽度上脉冲信号516的第一脉冲被设置成起始点。信号514被窗口信号517掩蔽，并被脉冲转换，借此形成信号518。令从信号510的前沿到信号518的前沿的时间为tp0。

类似地，在图12B中，可得出从驱动信号521的前沿到信号528的前沿的时间tg1，和从驱动信号521的前沿到信号525的前沿的时间tp1。

控制器1计算距离，这些距离是用相应于所得驱动波形510和521的时间tg0、tp0、tg1和tp1，通过上述计算方程(1)和(2)从驱动波形510和521得到的。根据计算结果，分别比较由两种驱动信号得出的距离值，借此判定由上述方程(3)引起的“n”的距离计算误差是大还是不大。

根据距离的计算，在某一预定距离(例如，当振动输入笔3处于输入表面的中心时)的tg值和tp值被设置成tg起始值(tginit)和tp起始值(tpinit)，并预先保持于控制器1中。从在tp起始值和tg起始值与当振动输入笔3输入时的tg值和tp值之间的差值，得出差分距离，借此计算坐标(详情见日本专利申请号5-62771)。

当要生成的驱动脉冲数不同时，即使在相同的距离(在振动输入笔3与振动传感器6之间的距离)下，被检测的tg和tp值也是变化的。因此，必须对要生成的每个驱动脉冲数，分别保持其tg起始值和tp起始值。

为了计算一个距离，就必须相继地进行按照两种驱动信号的驱动操作。然而，在高速控制器1情况下，坐标输入设备的抽样率是不会出现问题的。

(在要生成的驱动脉冲数的诸性能之间差异的说明)

现在描述驱动波形的生成次数和驱动波形的特征。在此特别描述单脉冲驱动和双脉冲驱动的情形。

图13是一个说明图，说明驱动波形生成次数与距离误差之间的关系。

由于驱动波形的生成次数少，故要生成的振动是一宽带振动。因此，当在tp检测点的离开整个波形的相对位置，随测量距离而移动时，靠近检测点的频率变量就加大。即，在一个靠近的距离，检测低频振动的行为(相位延迟时间)。而在一个远的距离，检测高频振动的行为。因此，当用一个预定的声速值计算时，就包含一种如图所示的误差。因为单脉冲驱动中的带宽于双脉冲驱动中的带，故测量距离误差大。

然而，如上所述，在驱动波形的生成次数较小的情况下，振动传感器的检测波形的时间宽度较短，且时间分辨率较高。因此，tg波动(误差波动)的绝对值是小的。另一方面，因为它更难以受到反射波重迭的影响，故使“n”被错误地计算的几率是小的。也就是说，如图1 3所示，虽然当“n”被正确计算时，计算距离误差是大的，但由于计算了“n”的误差，使它具有难以生成大的“n”误差的优点。

另一方面，在双脉冲驱动中，要生成的振动带是窄的，且测量距离误差增加。然而，振动传感器的检测波形的时间宽度是长的。因为它与单脉冲驱动情况不同，受反射波重迭的影响更大，故使“n”被错误地计算的几率增加。

因此在本实施例中，当判断“n”误差时，用单脉冲驱动的数据计算“n”，而把双脉冲驱动的数据用于要实际计算的距离值。假设这样进行控制，以致于当振动输入笔3接触振动传播板8时，振动驱动器2产生由单脉冲驱动引起的驱动波形，且此后，产生由双脉冲驱动引起的驱动波形。

现在参照图14的流程图，描述本实施例中的过程流。

省去计算坐标位置时的时间检测过程的细节，因为它们类似于上述过程的细节。

在步骤S11，直到按单脉冲驱动形式的驱动波形由振动输入笔3引起的振动被振动传感器6a至6d检测为止的每个时间数据被得到，借此计算各个振动传感器6a至6d与振动输入笔之间的距离01。在步骤S12，直到按双脉冲形式的驱动波形由振动输入笔3引起的振动被各个振动传感器6a至6d检测为止的每个时间数据被得到，借此计算各个振动传感器6a至6d与振动输入笔之间的距离D2。

在步骤S13，对每个振动传感器6a至6d得出以单脉冲驱动和双脉冲形式得到的诸计算距离之间的差值。判断计算距离D1与D2之间的差值是否大于某一预定阈值Th。预定阈值Th被设置成一足够大的值(约几个毫米)，使得只要不错误地计算“n”，就不呈现该差值。

当振动传感器6a至6d中任何一个有一“n”误差时，即，当诸计算距离之间的差值大于预定的阈值(步骤S13中是)时，就继续步骤S16。当相应于各个振动传感器6a至6d的诸计算距离之间的差值等于或小于预定的阈值(步骤S13中否)时，就继续步骤S14。

在步骤S14，执行判断振动输入笔3近似位置的过程。在近似位置的判断中，对主要由划分振动传播板8得出的区域，判断诸坐标是否位于划分区域中的任何一个区域上。当识别出坐标所在区域时，就继续步骤S15。在步骤S15，选择振动传感器6a至6d中相邻传感器的组合，使相对于这一识别区的坐标计算误差最小。例如，作为一种选择方法，可选择振动传感器6a至6d的这样一种组合，使其中来自振动传播板8的边缘表面的反射波的影响是小的，如日本专利申请号4-233298(日本专利申请拟公开号6-83520)中所透露。

在步骤S16，选择没有“n”误差的振动传感器6a至6d的相邻传感器的组合。在步骤S17，作一检查，看是否能够选择这一组合。当选择没有“n”误差的相邻振动传感器的组合(步骤S18中是)时，就继续步骤S17。当不选择没有“n”误差的相邻振动传感器的组合(步骤S18中否)时，就继续步骤S19。在步骤S19，停止由振动输入笔3指令的坐标输出。由经验知道，一个或至多两个振动传感器是有“n”误差的；而下述情况是罕见的：不能得出坐标计算所需的传感器数目，并且由于具有“n”误差的振动传感器数目大而停止坐标的输出。

在步骤S17，根据由所选相邻振动传感器的双脉冲驱动得到的距离信息，计算由振动输入笔3指定的坐标位置，并且输出该坐标。

要选择的相邻振动传感器的组合数不限于1。只要存在至少一组相邻的两个振动传感器(例如图1中振动传感器6a和6b)，就能计算由振动输入笔3指令的坐标。然而，当存在两组或两组以上的相邻振动传感器时，在每组坐标计算中的精确度会更好。因此，在这种情况下，能够用每组计算的坐标以更高的精确度计算坐标。

根据如上所述的实施例，用振动传感器检测那些采用单脉冲驱动和双脉冲驱动的驱动波形的振动，借此得出一种在用每个振动传感器的单脉冲驱动与双脉冲驱动计算的诸距离之间的差值。当用每个振动传感器计算的诸距离之间的差值等于或小于某一预定阈值时，就判断不存在“n”误差。至少选择一组有着最小距离差的相邻振动传感器，并输出其坐标。这样，能够用至少一组相邻的振动传感器以较高的精确度输出坐标位置。另一方面，当用振动传感器计算的任一距离差大于预定的阈值时，就从把其距离差大于预定阈值的振动传感器除外的诸振动传感器中，至少选择一组有着最小距离差的相邻振动传感器，并且输出其坐标，因此能够以较高的精确度输出坐标位置。

与用至少三个或三个以上的多个振动传感器的距离信息组合来计算坐标位置的常规方法不同，能够用至少一组相邻的振动传感器计算坐标位置。因此，可减少振动传感器装置的限制，能以高的自由度设计设备。

虽然本实施例设有4个振动传感器，但也能用两个振动传感器取而代之。当使用两个振动传感器时，如果发生“n”误差，也能停止输出坐标。

本发明能够用于一个由多个设备，例如“主机，界面，打印机等”构成的系统，或用于包含一个设备的装置。显然可见，本发明还能用于一种通过向一个系统或一个设备提供一个程序而实施本发明的情况。在这种情况下，一种已在其中按本发明存储一些程序的存储媒体，构成本发明。通过从存储媒体读出这些程序，并把它们供给一个系统或设备，就可用预定的方法操作该系统或设备。

从上面的描述还可明显地了解，根据本发明，可提供能用两个振动传感器精确地计算坐标位置的坐标输入设备与方法。

Claims (14)

1.一种坐标输入设备，用于通过把一个振动从一支输入笔传给一块振动传播板而输入坐标，该设备包括：

驱动控制装置，用于以至少两种形式控制所述输入笔的振动生成；

至少两个检测装置，用于检测来自所述输入笔的振动；

第一计算装置，用于根据直到每种形式的振动到达每个所述检测装置为止的时间，计算在每种所述形式下每次振动离开所述输入笔输入位置的距离；

第二计算装置，用于对一个在由所述第一计算装置按每种形式每次振动算出的诸距离之间的差值，为每个所述检测装置，进行计算。

2.根据权利要求1所述的设备，还包括：

选择装置，用于根据在由所述第二计算装置算出的各个所述检测装置的诸距离之间的差值，选择所述诸检测装置中的任何一个检测装置；和

获取装置，用于根据由所述选择装置所选检测装置算出的距离，获取所述输入位置的坐标。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，当各个所述检测装置中的所述差值等于或小于某一预定阈值时，所述选择装置就这样选择一组检测装置，使所述检测装置中诸坐标值之间的差值最小。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，当各个所述检测装置中任一装置的所述差值大于某一预定阈值时，所述选择装置就这样选择一组检测装置，使该组检测装置与那些其中所述差值等于或小于所述预定阈值的检测装置在坐标上的差值是最小的。

5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述选择装置还有停止装置，用于当各个所述检测装置中所述差值大于某一预定阈值时，停止输出所述输入位置的坐标。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述的形式是一种脉冲信号。

7.根据权利要求3所述的设备，其中，该组所述检测装置是一组在所述振动传播板的坐标输入区的边界上一侧安置的检测装置。

8.根据权利要求4所述的设备，其中，该组所述检测装置是一组在所述振动传播板的坐标输入区的边界上一侧安置的检测装置。

9.一种通过把振动从一支输入笔传给一块振动传播板而输入坐标的坐标输入方法，包括：

一个驱动控制步骤，它用至少两种形式控制所述输入笔的振动生成；

至少两个检测步骤，它们检测来自所述输入笔的振动；

一个第一计算步骤，它根据直到每种形式的振动到达每个所述检测装置为止的时间，计算在每种所述形式下每个振动离开所述输入笔输入位置的距离；

一个第二计算步骤，它在每个所述检测步骤中都对一个在由所述第一计算步骤按每种形式每种振动算出的诸距离之间的差值，进行计算。

10.一种坐标输入设备，用于通过把振动传给一块振动传播板而输入坐标，该设备包括：

振动输入装置，用于把一些包含至少两个能被分别检测的频率分量的振动，输入到所述振动传播板上；

振动检测装置，其中在预定的位置装有多个传感器，每个传感器都用于对在所述振动传播板上传播的每个频率振动，进行检测；

振动传播距离计算装置，用于根据从输入振动起到用所述多个传感器检测每个频率振动止的每个所述振动传播时间，分别计算振动传播距离；

距离判定装置，用于根据针对每个频率的振动算出的振动传播距离，分别判定从振动输入位置到所述多个传感器的距离；和

输入位置计算装置，用于根据所判定的每个所述距离，计算振动的所述输入位置。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，当相对于每个频率的振动算出的每个振动传播距离吻合时，所述距离判定装置就把所述振动传播距离设备成从所述输入位置到所述传感器的距离。

12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述距离判定装置还有振动传播距离校正装置，用于当相对于每个频率的振动算出的每个振动传播距离不吻合时，就根据比较的结果，校正所述振动传播距离；并用于把所校正的振动传播距离设置成从所述输入位置到所述传感器的距离。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述振动传播距离校正装置，根据相对于每个频率的振动算出的诸振动传播距离之间的差值，校正一种在所述振动传播距离中包含的关于波长的误差。

14.一种坐标输入方法，它通过把振动传给一块振动传播板而输入坐标，该方法包括下列步骤：

把一些包含至少两个能被分别地检测的频率分量的振动，输入到所述振动传播板上；

使用多个传感器，分别对在所述振动传播板上传播的每个频率振动，进行检测；

根据从输入振动起到用所述传感器检测每个频率振动止的振动传播时间，分别计算振动传播距离；

根据针对每个频率的振动算出的每个振动传播距离，对从振动输入位置到所述多个传感器的距离，分别进行判定；和

根据所判定的每个距离，计算振动的所述输入位置。

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