CN1160662C - 坐标输入装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

所公布的是一种坐标输入装置，它具有一个振动传播板，它简化了振动传播速度的测量，而该速度被用作一个已知常数来计算振动输入位置与各个振动传感器之间的距离，且它保证了获得输入坐标的计算的准确性。根据本发明，一个振动传播板具有与两个轴相关的各向异性特性。其结果，振动到达振动传感器的速度根据所涉及的是哪一对振动传感器6a和6d或6b和6c而不同。因此，对于各对振动传感器6a和6d以及6b和6c测量振动传播速度，且测量到的值作为已知值而得到存储。

Description

坐标输入装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种坐标输入装置—该装置利用在一个振动传播板上传播的振动的传播周期来检测指定点的坐标，并涉及其控制方法。

背景技术

用于获得输入点的坐标的一种已知的传统坐标输入装置，利用包含压电器件的振动笔所产生的振动，这种振动在一个振动传播板上进行传播，并由装在振动传播板上的多个振动传感器进行检测。

一般地，该坐标输入装置预先获得在振动传播板上传播的振动波的传播速度，并将所获得的传播速度作为一个速度常数而保持起来。然后，该坐标输入装置采用该速度常数乘以振动从振动笔至各个传感器的振动传播时间。这样就获得了振动笔与各个振动传感器之间的距离，且该距离被用来计算输入的坐标。

当采用平板波作为在振动传播板上传播的振动波时，这一事实得到了特别的注意，即平板波的传播速度取决于板的厚度和频率，且采用了一种方法，用于通过参照所检测的振动的频率和测量到的板的厚度，而不是通过借助直接的实际测量获得传播时间，来计算传播速度。

特别地，根据相速度是作为频率和板厚度的函数而获得的，且群速度是作为只是板厚度的函数而获得的，从而为平板波设定了一个声速(传播速度)这一事实，而已经提出了一种方法，首先借助振动检测信号的相同步而测量到一个频率，从该频率和板厚度测量到相速度，再利用加在板上的压强来获得群速度。这种方法经改善位置检测的精度增强可靠性已能够进行大规模生产。

对于这种传统的坐标输入装置，在一种情况下，借助由各个振动传感器获得的读数而计算出的传播速度被用作坐标计算的常数；在第二种情况下，传播速度的平均值，或由具体振动传感器获得的读数而计算出的传播速度，被用作坐标计算的常数。然而产生了以下问题。

在第一种情况下，由各个振动传感器的读数计算出传播速度并将其作为坐标计算的常数，此时的一个问题是关于与工业化有关的大规模生产的。换言之，由于必须对于所有的振动传感器测量或计算出传播速度，工作程序的数目增大了，且计算电路进行坐标计算的负荷增大了。

在第二种情况下，对于所有的振动传感器都使用一个常数，虽然只要采用均匀、一致的介质来作为振动传播板就不会出现问题，但当在振动传播板上振动的传播速度随着振动传播的方向而变化时，即当振动传播板具有各向异性时，输入坐标的检测精度降低了。

当采用由诸如铝的金属制成的振动传播板时，由于金属的晶粒边界在轧制处理期间沿着特定的方向排列，而产生了各向异性特性，且振动的传播条件因而随着振动传播的方向而变化。当用树脂板作为振动传播板时，沿着板在制造过程期间受拉的方向也发生各向异性。不仅当用树脂板作为振动传播板时出现各向异性特性，而且当振动传播板是通过把树脂板附在另一个板部件上而制成的情况下也发生各向异性特性。

下面将具体说明当振动传播板具有各向异性特性时所出现的问题。图16显示了传统的坐标输入装置的振动传播板，它具有振动传感器A和A’和B和B’。该振动传播板具有各向异性特性，且传播速度随着振动的传播方向而改变。

借助传统的坐标输入装置，振动笔与各个振动传感器之间的距离，是利用各个振动传感器获得的振动传播时间的平均值，即对于所有的传感器都采用相同的常数，而计算出来的，这产生了由ΔL表示的误差。图17显示的是误差ΔL与至各个振动传感器之间的距离之间的关系。在图17中，误差ΔL是当振动笔沿着对角线(即沿着图16中的箭头所示的方向)在振动传播板上移动时对于各个振动传感器获得的，且水平轴表示了这些移动期间振动笔与各个振动传感器之间的距离。

图17的例子涉及一种坐标输入装置，其中扫描距离的中心O被用作基准点，且误差ΔL的值受到调节并被减小至最小。因此，虽然误差ΔL的值在中心O为最小，但它在最接近和最远离振动传感器的点处为最大。误差ΔL相对于振动传感器A和A’以及B和B’的斜率方向被分成两对：传感器A和A’，以及传感器B和B’。这两对之间误差ΔL的斜率几乎是彼此相反的。

这是由于采用了一个振动传播速度(平均值)来计算至所有振动传感器的距离—即使由于振动传播板的上述各向异性特性而使振动传播速度沿着图16的箭头所示的两个方向有所不同，且距离与振动传播时间之间的关系在这两个方向上也是不同的。

图18显示了在采用没有各向异性特性的振动传播板的坐标输入装置中在与图17的例子相同的条件下获得的误差ΔL与至各个振动传感器的距离之间的关系。如图18所示，应该理解的是，当采用没有各向异性特性的振动传播板时，不发生上述的问题，即使是当采用单个的振动传播速度(平均值)来计算至所有振动传感器的距离时。

当对于具有各向异性特性且其中振动传播速度随着振动传播方向而改变的振动传播板的所有振动传感器采用一个固定常数时，这样的设置不能适应这样的情况—其中振动传播速度对于一个振动传感器来说随着振动传播角(入射角)而改变。因此，在至振动传感器的距离的计算中就发生了误差，且降低了精度。更具体地说，如图26所示，当借助振动笔而在有效区域中输入的坐标点不同时，从振动笔至振动传感器的振动传播路径和振动传播方向也相应地改变了。由于对于具有各向异性特性的振动传播板来说图26中用α表示的振动传播角是变化的，振动传播速度也是变化的，且如图27所示，当测量振动传感器与振动笔之间的距离时产生的误差ΔL是由一个偏离造成的，而该偏离等价于同该固定常数之差。

发明内容

因此，本发明的一个目的，是提供一种坐标输入装置，它具有振动传播板，而该振动传播板简化了振动传播速度的测量—该振动传播速度被用作一个已知的常数以计算振动输入位置与各个振动传感器之间的距离，且该振动传播板保证了获得输入坐标的计算的精度。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，一种坐标输入装置—它根据振动在具有各向异性特性的振动传播板上传播所需的时间来获得振动输入位置—包括：

传播时间测量装置，包括在振动传播板上彼此相对地设置的第一对振动传感器和第二对振动传感器，用于测量振动从振动输入位置至各个振动传感器进行传播所需的时间；

传播速度存储装置，用于存储振动在振动传播板上传播的第一振动传播速度和第二振动传播速度；

距离计算装置，用于利用由第一振动传感器的各个传感器获得的振动传播所需的时间以及第一振动传播速度，来计算振动输入位置与第一对振动传感器的各个传感器的位置之间的距离，并用于利用由第二振动传感器中的各个传感器获得的振动传播时间以及第二振动传播速度来计算振动输入位置与第二对振动传感器的各个传感器的位置之间的距离；以及

坐标计算装置，用于从所获得的距离来计算振动输入位置。

根据本发明的另一个方面，本发明的上述坐标输入装置进一步包括：驱动装置，用于驱动所述第一对振动传感器的一个第一振动传感器和所述第二对振动传感器的一个第一振动传感器以分别产生振动；传感器距离保持装置，用于保持所述第一对振动传感器的所述第一振动传感器与一个第二振动传感器之间的距离，以及所述第二对振动传感器的所述第一振动传感器与一个第二振动传感器之间的距离；传感器振动传播时间测量装置，用于测量所述第一对振动传感器的所述第一振动传感器所产生的所述振动到达所述第一对振动传感器的所述第二振动传感器所需的一个第一传感器振动传播时间，以及所述第二对振动传感器的所述第一振动传感器所产生的所述振动到达所述第二对振动传感器的所述第二振动传感器所需的一个第二传感器振动传播时间；以及振动传播速度计算装置，用于通过利用所述第一对振动传感器的所述第一与所述第二振动传感器之间的所述距离和所述第一传感器振动传播时间来计算所述第一振动传播速度，并用于通过利用所述第二对振动传感器的所述第一与第二振动传感器之间的所述距离以及所述第二传感器振动传播时间来计算所述第二振动传播速度。

根据本发明的另一个方面，本发明的上述坐标输入装置进一步包括：驱动装置，用于驱动所述第一对振动传感器的一个第一振动传感器和所述第二对振动传感器的一个第一振动传感器以分别产生振动；传感器距离保持装置，用于保持所述第一对振动传感器的所述第一振动传感器与一个第二振动传感器之间的距离，以及所述第二对振动传感器的所述第一振动传感器与一个第二振动传感器之间的距离；传感器振动传播时间测量装置，用于测量所述第一对振动传感器的所述第一振动传感器所产生的所述振动到达所述第一对振动传感器的所述第二振动传感器所需的一个第一传感器振动传播时间，以及所述第二对振动传感器的所述第一振动传感器所产生的所述振动到达所述第二对振动传感器的所述第二振动传感器所需的一个第二传感器振动传播时间；以及振动传播速度计算装置，用于通过利用所述第一对振动传感器的所述第一和第二振动传感器之间的所述距离以及所述第一传感器振动传播时间来计算所述第一振动传播速度，并用于通过利用所述第二对振动传感器的所述第一和第二振动传感器之间的所述距离以及所述第二传感器振动传播时间来计算所述第二振动传播速度。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种坐标输入装置，其中在具有各向异性特性因而振动传播速度随着传播方向而改变的振动传播板上借助一个振动发生源来输入振动，且其中对所述振动在所述振动传播板上从所述振动发生源传播至振动检测装置所需的时间进行测量以获得所述振动发生源的坐标，包括：第一计算装置，用于根据作为固定值而存储的一个振动传播速度来计算包括一个误差的、从一个振动笔到一个振动传感器的一个暂行距离并从而计算暂行坐标；导出装置，用于从由所述第一计算装置获得的所述暂行坐标导出至所述振动检测装置的振动传播角；以及第二计算装置，用于通过利用由所述导出装置导出的所述振动传播角进行计算而获得振动传播距离，并用于通过利用所述振动传播距离进行计算而获得所述振动发生源的所述坐标。

附图说明

图1是示意图，显示了根据本发明的第一实施例的坐标输入装置的设置；

图2显示了振动笔与振动传播板的设置的一个例子；

图3是方框图，显示了一个控制器的配置；

图4是图表，显示了输入到一个波形检测器的信号，并用于说明根据这些信号来测量振动传播时间的原理；

图5是方框图，显示了信号波形检测器的一个部分的配置；

图6是振动传播板的平面图；

图7是概念图，显示了根据第一实施例的振动传播板的各向异性特性；

图8显示了从振动笔至沿着由四个振动传感器形成的矩形的对角线至这些振动传感器的每一个的距离与一个距离误差ΔL之间的关系，该距离是对于沿着对角线相对着的每一对振动传感器采用一个振动传播速度而计算出来的；

图9显示了从振动笔至四个振动传感器中的每一个的距离与一个距离误差ΔL之间的关系，其中该距离是在与图8相同的条件下利用四个振动传感器的平均振动传播时间而计算出来的；

图10显示了一个例子，其中各向异性的方向与四个振动传感器形成的矩形的边相平行；

图11显示了，在图10中的设置下，从振动笔沿着由四个振动传感器形成的矩形的对角线至这四个振动传感器的每一个的距离—该距离是对于沿着对角线相对的每一对振动传感器采用一个振动传播速度而计算出来的—与一个距离误差ΔL的关系；

图12显示了从振动笔至四个振动传感器的每一个的距离—该距离是在与图11所示的条件相同的条件下利用四个振动传感器的平均振动传播时间而计算出来的—与一个距离误差ΔL之间的传统关系；

图13是方框图，显示了根据本发明的第二实施例的坐标输入装置的配置；

图14是概念图，显示了存储在根据第一实施例的微计算机的ROM中的程序码和一个常数；

图15是概念图，显示了存储在根据第一实施例的微计算机的ROM中的程序码和一个常数；

图16具体显示了在传统的坐标输入装置中振动传播板与振动传感器的典型设置；

图17显示了在传统的坐标输入装置中振动笔与各个振动传感器之间的距离—该距离是利用各个传感器获得的振动传播时间的平均值而计算出来的—与一个距离误差ΔL之间的关系；

图18显示了，在具有无各向异性特性的振动传播板的坐标输入装置中，一个误差ΔL-它是在图17相同的条件下获得的—与各个振动传感器的距离之间的关系；

图19显示了本发明的第三实施例的配置，该配置最好地代表了本实施例的特征；

图20说明了振动传播板的各向异性、振动传感器的位置以及根据第三实施例的常数确定方法；

图21用于说明振动传播板的各向异性、振动传感器的位置以及根据第三实施例的常数确定方法；

图22用于说明振动传播板的各向异性、振动传感器的位置以及根据第三实施例的常数确定方法；

图23用于说明振动传播板的各向异性、振动传感器的位置以及根据第三实施例的常数确定方法；

图24是概念图，显示了存储在根据第三实施例的微计算机的ROM中的程序码和常数；

图25用于说明本发明的第四实施例；

图26是现有技术的说明图；

图27是现有技术的说明图。

具体实施方式

以下结合附图描述本发明的最佳实施例。

(第一实施例)

图1是示意图，显示了根据本发明的第一实施例的坐标输入装置的设置。一个控制器1控制着整个装置并计算输入坐标。一个振动驱动器2向振动笔3的振动器4提供驱动信号以使一个笔尖5发生振动。一个振动传播板8由透明部件—诸如聚丙烯或玻璃板—构成，而振动笔3当输入坐标时与该部件相接触。实际上，当输入振动时振动笔3与振动传播板8的一个有效区域A的所希望的位置相接触。

一个振动保护部件7包围着振动传播板8的外部，以抑制反射的振动并防止它们返回到中心部分。在振动传播板8的周边上，在角上牢固地定位有诸如压电器件的四个振动传感器6a至6d，用于将机械振动转换成电信号。以下，当提到振动传感器6a至6d时，将它们一起称为振动传感器6。

各个振动传感器6输出的信号被传送到位于振动传感器6附近的前置放大器(未显示)，且通过预定增益的放大而获得的信号被送到一个波形检测器9。波形检测器9为振动传感器6产生的振动检测信号被发送到控制器1。控制器1经过振动驱动器2而以预定的周期驱动振动器4，并测量驱动振动器4和接收到来自波形检测器9的检测信号之间所经过的时间，即振动传播时间。控制器1随后获得从振动笔3与振动传播板8相接触的位置至各个振动传感器6的距离，并采用这些距离来计算输入坐标。

一个显示器11-它可以是液晶显示器、CRT或投影显示器—位于振动传播板8之后，从而能够以点为单元来进行显示。显示器11由显示驱动器10进行驱动，并显示了振动笔3所描绘的位置。用户能够通过由透明材料制成的振动传播板8看见这种显示。

被包含在振动笔3中的振动器4由振动驱动器2驱动。振动器4的驱动信号由振动驱动器2通过以预定的增益放大从控制器1接收到的一个低电平脉冲信号而产生。该电驱动信号由振动器4转换成一个超声机械振动，且该机械振动经过笔尖5而被传播到振动传播板8。

作为振动器4的振动频率，选择一个值，它使得能够在由玻璃等等制成的振动传播板8上产生平板波。进一步地，选择使振动器4垂直于振动传播板8而振动的模式。当采用包括笔尖5的振动传播部件的谐振频率作为振动器4的振动频率时，可以实现有效的振动转换。

如上所述，在振动传播板8上传播的弹性波是平板波，且与表面波不同，平板波几乎不受振动传播板8表面上的刮痕或障碍物的影响。

(控制器的设置的例子)

控制器1以预定的间隔(例如5毫秒)，经过振动驱动器2而输出一个驱动信号，以驱动振动笔3的振动器4，并还在发送驱动信号时激活一个计数器33，且该计数器开始测量时间。振动笔3产生的振动，在与所行进的距离相一致的延迟之后，被振动传感器6所接收。

波形检测器9检测来自振动传感器6的信号、产生表示振动已经到达振动传感器6的检测信号、并将该信号发送给控制器1。控制器1提取相应的振动传感器6所发射的检测信号，并利用计数器33保持的与振动接收时间相对应的值(它们由检测信号表示)，来获得各个振动传感器6的振动传播时间。根据该振动传播时间，控制器1计算出至各个振动传感器6的振动传播距离，并计算出振动笔3输入振动的点的坐标。

另外，控制器1驱动显示驱动器10，例如用于显示所获得的输入坐标，或经过一个串行或并行通信端口(未显示)将这些坐标输出到一个外部设备。

图3是方框图，显示了控制器1的设置。一个微计算机31为控制器1(整个坐标输入装置)提供了操作控制。微计算机31包括：ROM 31b，其中存储有操作程序和各种常数(包括振动传播速度)；一个工作存储器RAM31c，它被用于进行计算；以及一个CPU 31a，用于进行计算和为这些部件的使用提供控制。

计数器33与基准时钟信号(未显示)相一致地测量时间。在接收到经过振动驱动器2而发送的、用于驱动振动器4的驱动信号(启动信号)时，计数器33得到激活并开始测量时间。在计数器33已经测量了各个振动传感器6的振动传播时间之后，它由一个复位信号重新初始化。因此，时间测量的开始与振动传感器6(波形检测器9)所进行的振动检测相同步，且振动的产生与振动传感器6的振动检测之间的时间延迟，即振动传播时间，能够得到测量。

由波形检测器9提供的、用于振动传感器6的检测信号(时序信号)，经过一个信号输入电路35而被发送到锁存电路34a至34d。有两种检测信号，tp信号和tg信号，它们都将在下面得到描述。这些信号与一个选择信号一致地得到切换，且为每一个信号测量相延迟时间和群延迟时间。

锁存电路34a至34d对应于振动传感器6a至6d。在接收到来自相应振动传感器6的检测信号时，该锁存电路锁存此时计数器33所保持的时间值。当一个鉴别器36判定已经接收到所有振动传感器6的检测信号时，它向微计算机31输出一个接收完成信号。在接收到来自鉴别器36的该接收完成信号时，微计算机31从锁存电路34a至34d读取振动到达各个振动传感器6所需的时间，并进行预定的计算以获得振动笔3在振动传播板8上的位置的坐标。

所获得的坐标经过一个I/O端口37而被输出到显示驱动器10，且例如一个点可以被显示在显示器11上的对应位置处(在该坐标处)。所获得的坐标能够经过该I/O端口37和一个接口电路(未显示)而被发送到一个外部装置。

图14是概念图，显示了存储在微计算机31的ROM 31b中的程序码和常数。一个程序模块1401被用于测量如上所述地经过振动驱动器2驱动振动笔3与由振动传感器6检测到振动之间的时间，即振动传播时间。程序模块1402被用于利用所获得的振动传播时间和作为一个常数而存储在程序模块1405中的振动传播速度来计算从振动笔3至各个振动传感器6的距离。一个程序模块1403被用于校正所获得的距离。一个程序模块1404利用所获得或校正的距离来计算振动输入坐标。

(振动传播距离的计算的例子)

首先，将说明获得从振动笔3至各个振动传感器6的振动传播距离的原理。振动传播时间是根据程序模块1401的功能而测量的，且振动传播距离是根据程序模块1402的功能而计算的。图4是一个图表，用于说明至波形检测器9的信号输入和用于与这些信号相一致地测量振动传播时间的处理的原理。

如上所述，对从振动笔3至振动传感器6的振动传播时间的测量，是与驱动信号(启动信号)41被输出至振动驱动器2同时开始的。振动驱动器2随后将驱动信号41发送至振动器4，且响应于该驱动信号41，超声振动由振动笔3产生并被传播至振动传播板8。振动行进与至振动传感器6的距离相对应的一段时间tg，而振动传感器6随后检测这些振动。图4中的信号42描述了振动传感器6所检测的波形的例子。

由于在此实施例中采用了平板波，检测的波形的包络421与其相位422之间的关系随着通过振动传播板8的振动传播距离而改变。假设包络421行进的速度即群速度由Vg表示，且相位行进的速度即相速度由Vp表示，下面将解释利用群速度Vg和相速度Vp来确定振动笔3与振动传感器6的距离的原理。

首先，对于包络421，当在波形上的具体的一个点—例如弯曲点或顶点(见信号42或43)—得到检测时，振动笔3与振动传感器6之间的距离d由表达式(1)获得：

d＝Vg·tg    (1)

其中Vg表示包络421的速度且tg表示振动传播时间(群延迟时间)。

进一步地，进行根据该相位信号的检测的处理，以更为准确地确定坐标。假定达到相位信号422上的一个具体检测点(例如一个零交叉点—在此处预定的信号电平46已经被超过))的时间(相延迟时间)为tp(通过将相位信号422与具有相对于信号47而产生的预定宽度的一个窗口信号44进行比较，而产生了一个信号45，且从该信号45获得tp)。振动笔3与振动传感器6之间的距离d由表达式(2)获得：

d＝n·λp+Vp·tp    (2)

其中λp表示弹性波的波长，且n是一个整数。

从表达式(1)和(2)，整数n由以下表达式(3)表示：

n＝((Vg·tg-Vp·tp)/λp+1/N)    (3)

其中N是0之外并具有适当的值的任何实数。例如，对于N＝2且振动传播时间tg具有±1/2的波长，n能够得到确定。通过将n代入表达式(2)，能够准确地测量到振动笔3与振动传感器6之间的距离。

表示群延迟时间tg的一个检测信号Tg和表示相延迟时间tp的检测信号Tp，由波形检测器9产生并被发送到控制器1。

图5是方框图，显示了波形检测器9的一部分的结构。图5的配置对应于振动传感器6之一，且实际上与振动传感器6相对应地包括有四个这样的结构。

在图5中，振动传感器6输出的一个信号由设置在振动传感器6附近的一个前置放大器51以预定的增益进行放大。通过放大而获得的额外的频率分量，由带通滤波器511除去。所产生的信号(图4中的信号42)随后被发送到由例如一个绝对值电路和一个低通滤波器组成的包络检测器52，且只提取一个包络(信号421)。该包络的峰的时序由一个包络峰检测器53检测，且检测到的包络峰的时序被发送到由单稳态多谐振荡器等等构成的Tg信号检测器54。表示已经检测到包络延迟时间的一个检测信号Tg由该Tg信号检测器54产生并被发送到控制器1。

对于图4中在由包络检测器52检测出的包络(图4中的信号421)中超过了一个预定电平的阈值信号45的部分，信号检测器55形成一个脉冲信号47。一个单稳态多谐振荡器56打开一个选通信号(信号44)一它具有指定的宽度并已经受到该脉冲信号的第一前缘的触发。在选通信号被打开期间，一个Tp比较器57向控制器1提供作为检测信号Tp的相位信号(信号422)的零交叉点。在此例中，在相位信号的第一前缘达到该零交叉点之间所经过的时间，被定义为相延迟时间tp。

控制器1从振动传感器6的检测信号Tg和Tp获得各个振动传感器6的振动传播时间，并计算至振动传感器6的距离。

(校正电路延迟时间的例子)

由控制器1中的各个锁存电路34a至34d锁存的一个锁存计数(振动传播时间)，包括电路延迟时间et和相位偏移时间toff。由这些时间造成的一个误差，当振动从振动笔3经过振动传播板8传播时被包括在这些振动中，并由振动传感器6所接收。

图6是振动传播板8的平面图。在图6中，振动由振动笔3在原点O输入。实际测量到的振动从原点O至振动传感器6的传播时间(群延迟时间和相延迟时间)，被定义为tgz’和tpz’，且从原点O至振动传感器6a的真正振动传播时间被定义为tgz和tpz。表达式(4)和(5)是为电路延迟时间et和相位偏移时间toff而建立的：

tgz’＝tgz+et                (4)

tpz’＝tpz+et+toff                        (5)

另一方面，表达式(6)和(7)是在任意的输入点P为实际测量值tg’和tp’而建立的

tg’＝tg+et                               (6)

tp’＝tp+et+toff                          (7)

当计算表达式(4)与(6)和表达式(5)与(7)之间的差时，建立起了由表达式(8)和(9)表示的关系：

tg’-tgz’＝(tg+et)-(tgz+et)＝tg-tgz      (8)

tp’-tpz’＝(tp+et+toff)-(tpz+et+toff)

          ＝tp-tpz                        (9)

换言之，包括在各个振动传播时间中的电路延迟时间et和相位偏移时间toff都被消去了，因而能够与在振动传感器6a的位置处开始的距离相一致地获得从原点O位置至输入点P的传播延迟时间之差。其结果，能够从表达式(2)和(3)计算出距离之差。

由于从振动传感器6a至原点O的距离被预先存储在非易失存储器等等中，因而是已知的，因而能够确定振动笔3与振动传感器6a之间的距离。至其他振动传感器6b至6d的距离能够以相同的方式获得。

相对于原点O的实际测量值tgz’和tpz’在装运时被存储在非易失存储器中。根据程序模块1403，对表达式(8)和(9)的计算是在对表达式(2)和(3)的计算之前进行的，从而提供了准确的测量。

(确定有关振动传播速度的常数的例子)

当采用由铝或其他金属制成的振动传播板时，由于金属的晶粒边界是沿着与金属被轧制的方向相一致的特定方向排列的，振动传播条件根据振动传播方向而变化，因而发生了各向异性特性，这使得振动传播板上的振动传播速度根据振动的传播方向而改变。各向异性特性不仅发生在金属板上，而且还与树脂板在制造过程中被拉伸的方向相一致地发生在树脂板上。且不仅当树脂板被用作振动传播板时发生各向异性特性，而且当通过把树脂板附在另一个板部件上而制造振动传播板时也发生各向异性。

该实施例适合于这样的坐标输入装置，即其中采用了具有各向异性特性—即振动传播速度随着振动传播方向而改变—的振动传播板8。由于在制造过程中遇到上述的条件，目前所能够获得的板部件或多或少都具有各向异性特性。特别地，在一般的生产中所采用的是一种低各向异性玻璃板，在其上叠置高度各向异性的树脂板，以防止色散。这样的理由之一，是如果采用低各向异性的板部件作为振动传播板，将需要特殊的工业材料，因而制造费用将增大。

图7是概念图，描述了该实施例中的振动传播板8的各向异性特性。如图7所示，振动传感器6a至6d位于矩形各向异性振动传播板8的各个角上。一个矩形有效区A几乎位于由位于角上的振动传感器6a至6d所形成的一个矩形的中心上。有效区A的角处于这样的位置，即使得它们几乎处于由振动传感器6a至6d所形成的矩形的对角线上。振动传感器6与有效区A之间的这种位置关系，对于这种坐标输入装置来说是共同的。

如前所述，为了计算振动笔3与各个振动传感器6之间的距离，必须预先获得作为常数值的振动传播时间，即群延迟时间Vg和相延迟时间Vp(例如存储在非易失存储器中)。传统上，如上所述地，获得并存储了由振动传感器6测量到的振动传播时间的平均值，以减小制造费用。但在此实施例中，振动传播速度是为对角设置的两对振动传感器6-即检测器对6a和6d和检测器对6b和6c-而计算出来的，并被存储在ROM 31b的区1405中。

对于将要作为常数值而得到保持的振动传播速度的测量，例如，振动从振动笔3传播至各个振动传感器6的距离和时间，可以通过用振动笔3进行扫描，或者通过沿着X-Y轴台在振动传播板8上进行扫描，而测量到，且可以采用距离和时间的实际测量值。也可以采用另一种方法来测量振动传播速度。

作为一个例子，考虑这样一种情况，即其中振动笔3的各向异性的轴向方向(以下简单地称为各向异性方向)由图7中的粗箭头表示。容易理解的是，根据有关振动传播速度的各向异性方向，振动传播速度之差沿着两个相交的轴是最大的。因而在图7的例子中，表示各向异性方向的箭头彼此相交。对于具有这种各向异性特性的振动传播板8，对角设置的振动传感器6a和6d，或6b和6c，相对于各向异性的方向是对称的。因此，同一振动传播速度能够令人满意地用于位于对角线上的振动传感器6。其结果，对于位于对角线上的各对振动传感器6只需要采用一个振动传播速度，因而在ROM 31中只需要存储两个振动传播速度作为常数。

图8显示了从振动笔3沿着由四个振动传感器6形成的一个矩形的对角线至振动传感器6的距离与误差ΔL之间的关系，其中该距离是通过为对角设置的两对振动传感器中的每一对使用一个振动传播速度而获得的，而误差ΔL是当测量至振动传感器6的距离时发生的。

图9显示了从振动笔至各个振动传感器的距离与误差ΔL之间的传统关系，其中该距离是通过在与图8的例子中相同的条件下利用四个振动传感器的平均振动传播时间而获得的，且误差ΔL是当测量至振动传感器的距离时发生的。

显然，在图8的本实施例的误差ΔL小于图9中的现有技术的误差ΔL。即使把振动传播速度作为各个振动传感器6的常数而存储起来时，也获得了与图8所示的相同的结果。然而，由于在本实施例中只需要对对角设置的一对振动传感器6进行振动传播速度测量，因而在工业上它比必须为每一个振动传感器进行振动传播速度测量的现有技术优越得多。

另外，根据观测，在相同产品的制造过程中，振动传播板的很多各向异性特性是一致的，且平板波的传播速度取决于板的厚度和频率，对于对角设置的每一对振动传感器6都获得了板的检测频率与测量到的厚度和振动传播速度之间的关系。对于单个的振动传播板，只需要测量板的厚度，以获得两种振动传播速度。

振动传播速度的测量是沿着跨过由四个振动传感器6形成的矩形的对角线而进行的。该对角线包括有效区A的顶点，即离振动传感器6最远的点。更具体地说，由于振动传播速度是根据在其中能够发生最大误差的区域中对振动传感器6与振动笔3之间的距离的测量所提供的结果而计算出来的，所以相对于获得的坐标的误差是小的。

虽然图8和9中所示的例子是通过沿着由四个振动传感器6形成的矩形的对角线进行测量而获得的，该实施例中所用的方法对于在对角线区域以外的区域中进行的测量，也远比采用一个常数的传统方法要好。应该注意的是，不论采用四还是两个常数(象在本实施例中那样)，只要振动传播板具有各向异性特性，在对角线区域以外的区域中都将发生误差。

现在描述不依赖于振动传播板的各向异性的方向的振动传播距离的确定。图10显示了一个例子，其中各向异性的方向与四个振动传感器6形成的矩形的边相平行。该例子具有与图7所示的例子相同的结构，只是振动传播板8的各向异性的方向不同。

图11显示了从振动笔3至沿着四个振动传感器6形成的矩形的对角线的振动传感器6的距离—该距离是对于对角设置的各对振动传感器6采用一个振动传播速度而计算出来的—与至各个振动传感器6的距离的误差ΔL之间的关系。

图12显示了从振动笔3至振动传感器6的距离—该距离是在与图11的例子相同的条件下利用所有四个振动传感器6的一个平均振动传播时间而计算出来的—与至振动传感器6的距离的误差ΔL之间的关系。

在现有技术中，以及在上述例子中，振动传播板8的各向异性的方向对于所有的振动传感器6都构成了相同的条件。因此，在利用两个振动传播速度而获得的距离中误差ΔL(见图11)较小，象在其中采用了振动传感器6的各个振动传播速度(常数)的情况下那样。

各向异性的方向不仅限于图7或10所示的情况。更具体地说，不论各向异性的方向如何，只要构成振动传播速度之差的各向异性沿着相交的方向为最大，则一个振动传播速度就可被用于各对振动传感器6。这是由于，当振动传播速度之差沿着相交方向为最大时，各向异性均匀地作用在对角设置的振动传感器对6上。

(计算坐标的例子)

现在结合图6说明计算振动笔3在振动传播板8上输入振动之处的坐标的原理。计算坐标的表达式是利用勾股定理获得的。

在图6所示的设置中，从振动笔3的位置P(x，y)至振动传感器6a至6c的距离da、db和dc，可以通过如前所述地把振动传播时间乘以预先存储在ROM 31中的振动传播速度并通过校正结果而获得。

在控制器1已经获得了距离da、db和dc之后，根据这些距离，控制器1利用表达式(10)和(11)计算振动笔3所接触的位置的坐标P(x，y)：

x＝X/2+(da+db)·(da-db)/2X                  (10)

y＝Y/2+(da+dc)·(da-dc)/2Y                 (11)

其中X和Y分别表示振动传感器6a和6b之间和振动传感器6a和6c之间的距离。以此方式，振动笔3的位置坐标能够得到实时检测。虽然在此例中振动传感器6a至6c之间的距离被用来获得坐标，至振动传感器6d的距离能够被用来估算所获得的坐标的合适程度或改进获得坐标的计算的精度。

在此实施例中，振动传感器6位于振动传播板8的各个角上。然而，振动传感器6可以以例如交叉的形状设置，其每一个位于有效区A的一条边的中点上，或者它们可以以其他的方式得到设置，只要对于对角设置的振动传感器6能够把单个的振动传播时间用作一个常数。

(第二实施例)

在第一实施例中，为了对于对角设置的每一对振动传感器6使单个的振动传播时间保持为常数，对于振动笔3或振动传播板8进行了扫描，且测量了从振动笔3至振动传感器6的振动传播距离和时间。在第二实施例中，对角设置的振动传感器6之一受到驱动并产生振动，以测量振动传播时间，且根据测量到的时间确定振动传播速度(1405)。

图13是框图，显示了根据第二实施例的坐标输入装置的配置的一个例子。在此实施例中，为第一实施例中采用的坐标输入装置附加设置了两个振动传感器驱动器12和驱动控制器13；其他的部分与在第一实施例中的相同。

两个振动传感器驱动器12a和12c分别驱动振动传感器6a和6c，其驱动方式与第一实施例中的振动驱动器2驱动振动器4的方式相同。振动传感器6a和6c，以及振动器4，当接收到来自相应的振动传感器驱动器12a和12b的驱动信号时，被用作振动器。而在输入坐标的计算中，振动传感器6a和6c被用作振动传感器。

驱动控制器13分别驱动振动传感器6a和6c，并有选择地把从控制器1接收的一个驱动信号(启动信号)发送给振动传感器6a或6c。

在此实施例中，为了测量振动从振动传感器6a传播到振动传感器6b所需的时间，控制器1利用振动传感器驱动器12a驱动振动传感器6a-其驱动方式与振动器4受到驱动的方式相同，从而使振动传感器6a产生振动且振动传感器6d检测该振动。为了测量从振动传感器6c至振动传感器6b的振动传播时间，控制器1利用振动传感器驱动器12c来驱动振动传感器6c-其方式与振动器4受到驱动的方式相同，从而使振动传感器6c产生振动且振动传感器6b检测该振动。

图14是概念图，显示了本实施例的微计算机31中的ROM 31b中存储的程序码和常数。与在第一实施例中所用的标号相同的标号，被用来表示对应或相同的部分，且对这些部分不再进行描述。ROM 31b中的一个区1405-其中至少存储有振动传播速度，是一个电可擦存储器，诸如EEPROM。

在图15中，采用了一个程序模块1406来测量在驱动控制器13和振动传感器驱动器12a或12c中的一个驱动了振动传感器6a和6c之一之后直到另一个振动传感器6-它与被驱动的振动传感器6沿着对角线相对地设置—检测到该振动时所经过的时间。一个程序模块1407被用来利用为传感器测量到的振动传播时间和存储在程序模块1408中的传感器距离，来计算振动传感器6a和6d之间和振动传感器6c和6b之间的振动传播速度。

如上所述，根据本实施例，该坐标输入装置不要求专用的测量装置来测量预先设定的振动传播速度，因为不需要常数，因而在工业上是非常优越的。由于即使在产品已经装运之后也能够复位振动传播速度，振动传播速度能够根据环境改变或在部件被更换时得到调节(重写)。因此，能够提供连续的高度准确的坐标检测。

本发明能够被应用到由多个装置组成的系统，或者被应用到包括单个装置的设备。显然，本发明的目的能够通过为一种系统或设备提供一种存储介质而实现，其中在该介质中存储有软件程序码，而这些程序码能够由该系统或设备的计算机(CPU或MPU)读取和执行，以实现上述实施例的功能。

在此情况下，由于已经从存储介质中读出的程序码实现了本发明所提供的新颖的功能，因而其中存储有该程序码的存储介质构成了本发明。

用于发送程序码的这种存储介质可以是例如软盘、硬盘、、光盘、磁—光盘、CD-ROM、CD-R、磁带、非易失存储卡或ROM。

另外，上述实施例的功能不仅能够通过执行已经由计算机读取的程序码来实现，而且还能够根据包含在该程序码中的指令而借助计算机执行实际处理的一部分或全部的操作系统运行而实现。

另外，从存储介质读取的程序码能够被写入插入计算机中的一个扩展板中，或与计算机相连的一个扩展单元的存储器中，且根据包含在该程序码中的指令，装在该扩展板上或扩展单元中的一个CPU能够执行实际处理的一部分或全部。以此方式，也能够实现上述实施例的功能。

如上所述，根据本发明，对于具有振动传播板的坐标输入装置，容易测量振动传播速度—该振动传播速度在计算从振动输入位置至各个振动传感器6的距离时被用作一个已知常数，且可以持续地提供准确的计算以获得输入坐标。

(第三实施例)

由于根据第三实施例的坐标输入装置的设置几乎与第一和第二实施例中的相同，因而将只给出对其的简要描述。

图19最佳地表示了根据第三实施例的坐标输入装置的设置的特征。

在图19中，一个控制器19控制着整个装置并计算坐标位置。一个振动驱动器2使振动笔3的笔尖5发生振动。一个振动传播板8由透明部件(诸如聚丙烯或玻璃板)制成，且振动笔3与振动传播板8的表面相接触以输入坐标。

为振动传播板8设置了由实线标明的一个区A(以下称为有效区A)。只有振动笔3在有效区A中指定的那些坐标被认为是有效的输入坐标。该区A是矩形的，并由坐标输入装置的条件—诸如所需的坐标输入精度或坐标输入设置—来确定。

一个振动保护部件7包围着振动传播板8的外部，以抑制(减小)反射的振动并防止它们返回到中心部分。在振动传播板8的周边上，在有效区之外的角上，牢固地设置有诸如压电器件的四个振动传感器6a至6d，用于将机械振动转换成电信号。

在此实施例中，振动传播板8是各向异性的，且振动传播速度根据振动传播的方向而不同。这种各向异性特性在利用金属轧制处理制造的金属板中存在，或通过将一个各向异性树脂板附在振动传播板8上而提供的。各向异性的方向彼此相交。振动传播板8的各向异性的方向得到这样的调节，即使得各向异性的两个相交的轴沿着由连接相应的沿着对角线相对的振动传感器6a和6d以及振动传感器6b和6c的两条线段所形成的角的平分线。换言之，例如一个金属板被切割并处理，从而使各向异性的方向与该平分线的方向相一致。或者，一个树脂板被附在一个玻璃板上，从而使平分线的方向与各向异性的方向相对准。

由各个振动传感器6输出的信号被发送到前置放大器(未显示)—该前置放大器位于振动传感器6的附近，且通过以预定的增益进行放大而获得的信号被送到一个波形检测器9。由相对于振动传感器6的波形检测器9所产生的振动检测信号被发送到用于计算坐标的控制器1。在计算输入坐标期间，首先，相对于已经得到测量的振动传播时间，利用一个固定常数计算从振动笔3至振动传感器6的一个暂行距离。从所获得的暂行输入坐标，计算从振动笔3延伸至振动传感器6的一个振动传播角。从所获得的振动传播角度引入振动传播速度。通过利用该振动传播速度再次计算从振动笔3至振动传感器6的、相对于测量到的振动传播时间的准确距离。以此方式，进行了准确的输入坐标计算。以下对振动传播板8的各向异性和振动传感器6的位置、用于振动传播速度的常数的确定、以及坐标的计算进行详细描述。

显示器11是液晶显示器、CRT、或投影显示器—在其上能够提供由点单元组成的显示，并位于透明的振动传播板8之后。显示器11由一个显示驱动器10进行驱动，以显示用振动笔3进行扫描的位置。用户能够通过由透明材料制成的振动传播板8来规测这种显示。

如图2所示，包括在振动笔3中的振动器4受到振动驱动器2的驱动，而振动驱动器2也被包括在振动笔3中。用于振动器4的驱动信号由控制器1以低电平脉冲信号的形式进行发送，并由振动驱动器2以预定的增益进行放大。所产生的信号随后被发送到振动器4。

该电驱动信号被振动器4转换成机械超声振动，且该机械振动经过笔尖5而被传播到振动传播板8。

振动器4的振动频率被设定在一个值—该值将使得能够在由玻璃等构成的振动传播板8上产生平板波。进一步地，振动器4的与图2中的振动传播板8相垂直的振动模式得到了选择。由于包括笔尖5的振动传播部件的共振频率被用作振动器4的振动频率，可以产生有效的振动转换。

如上所述，将要在振动传播板8上传播的弹性波是平板波，且与表面波不同地，平板波几乎不受振动传播板表面上的刮痕或障碍的影响。

(控制器的设置的例子)

控制器1以预定的间隔(例如5毫秒)经过振动驱动器2而输出一个驱动信号，以驱动振动笔3的振动器4，并还利用一个内部定时器开始测量时间—该定时器由一个计数器构成。振动笔3产生的振动，经过与它们距振动笔3的距离相一致的延迟，被传播到振动传感器6a至6d。

波形检测器9检测来自振动传感器6a至6d的信号。然后，在将在下面描述的一个波形检测处理中，波形检测器9产生表示振动到达振动传感器6的时间的信号。控制器1接收与振动传感器6a至6d相对应的信号，并获得各个振动传感器6的振动传播时间，以计算振动笔3的振动输入坐标。

另外，控制器1根据所获得的振动笔3的位置信息，来驱动显示驱动器10，以控制显示器11，或者经过一个串行或并行通信端口(未显示)而将坐标输出到一个外部装置。

图3是方框图，显示了控制器1的设置。现在描述各个部件和它们的运行。

一个微计算机31控制着控制器1和整个坐标输入装置。微计算机31包括：一个ROM 31b，其中存储有操作程序和各种常数(包括振动传播速度)；将要被用于进行计算的工作存储器RAM 31c；以及，一个CPU 31a，用于进行计算并利用这些部件来执行控制。

一个定时器33由例如一个计数器构成，并测量一个基准时钟(未显示)。该定时器33当用于驱动振动器4的启动信号被输入给振动驱动器2时开始测量时间。其结果，使得时间测量的开始与振动传感器6进行的振动检测相同步，且能够测量振动传感器6检测振动之前经过的时间。

下面依次描述其他部件的电路。

由波形检测器9提供的、用于振动传感器6的振动到达时序信号经过一个信号输入电路35而被发送到锁存电路34a至34d。该锁存电路34a至34d对应于振动传感器6a至6d。在接收到来自相应的振动传感器6的时序信号时，锁存电路34将定时器33目前所保持的时间值锁存起来。当鉴别器36判定已经接收到所有振动传感器6的检测信号时，它输出一个信号—该信号作用在微计算机31上。

此时，输出了一个选择信号，作为鉴别器36的判定切换信号。

在接收到来自鉴别器36的信号时，微计算机31从锁存电路34a至34d读取振动到达各个振动传感器6所需的时间。微计算机31进行预定的计算，以获得振动笔3在振动传播板8上的位置的坐标。

所获得的坐标信息经过一个I/O端口37而被输出到显示驱动器10，且例如一个点可以被显示在显示器11的对应位置上。所获得的坐标也可以经过该I/O端口37而被发送到一个接口电路(未显示)，该接口电路将该坐标值输出到一个外部装置。

图24是概念图，显示了存储在微计算机31中的ROM 31b中的程序码和常数。一个程序模块1401被用来测量从振动笔3如上所述地经过振动驱动器2而受到驱动的时刻至振动传感器6检测到振动的时间，即振动传播时间。程序模块1402利用所获得的振动传播时间和作为常数存储在程序模块1405中的一个振动传播速度，来计算从振动笔3至各个振动传感器6的距离。根据本发明，为了获得暂行输入坐标，相对于已经测量到的振动传播时间，通过利用存储在程序模块1406中的一个固定常数，计算出从振动笔3至振动传感器6的暂行距离。进一步地，借助程序模块1407从振动传播角度获得振动传播速度，并将其用于相对于测量到的振动传播时间来计算从振动笔3至各个振动传感器6的准确距离。一个程序模块1403被用来校正所获得的距离。一个程序模块1404被用来利用获得或校正的距离来计算振动输入坐标。程序模块1403和1404进行计算，以确定由程序模块1402获得的暂行距离和准确距离。程序模块1405利用由程序模块1404获得的暂行输入坐标来计算从振动笔3至振动传感器6的振动传播角度。程序模块1407采用程序模块1404获得的振动传播角度来导出与振动传播角相对应的振动传播速度。

(振动传播距离的计算(图4和5))

首先，说明获得至各个振动传感器6的振动传播时间和距离的原理。

振动传播时间是根据程序模块1401来测量的，且振动传播距离是根据程序模块1402计算出的。图4是图表，用于说明将要输入到波形检测器9的波形和用于根据该波形测量振动传播时间的处理。虽然将只说明振动传感器6a的处理，但对于振动传感器6b至6d也能够进行相同的处理。

至振动传感器6a的振动传播时间的测量，是在启动信号被输出到振动驱动器2的同时开始的，如上所述。此时，一个驱动信号41由振动驱动器2发送至振动器4。响应于驱动信号41，超声振动从振动笔3被传播到振动传播板8。该振动行进的时间tg对应于至振动传感器6a的距离，而振动传感器6a随后检测该振动。图4中的信号42描述了振动传感器6a所检测的波形的一个例子。

由于本实施例中的振动采用了平板波，在振动传播期间里，检测波形的包络421及其相位422之间的关系根据在振动传播板8上行进的振动传播距离而变化。假设包络421行进的速度即群速度被定义为Vg，且相位行进的速度即相速度被定义为Vp，则可以利用群速度Vg和相速度Vp来确定振动笔3与振动传感器6a之间的距离。

首先，对于包络421，当诸如信号43等的波形上的一个具体的点，例如一个弯曲点或一个峰值点，得到检测时，振动笔3与振动传感器6之间的距离d可以由表达式(1)得到：

d＝Vg·tg                                 (1)

其中Vg表示包络421的速度且tg表示振动传播时间。虽然该表达式代表了至振动传感器6a的距离，至振动传感器6b至6d的距离也能够用相同的表达式了表示。进一步地，进行用于检测相位信号的处理，以更为准确地确定坐标。假定从相位波形信号422的具体的检测点—例如振动输入点—至预定的信号电平46已经被超过的一个零交叉点的时间，被定义为信号tp 45(通过将相位信号422与具有指定宽度的、已经相对于信号47而产生的窗口信号44相比较而获得的信号)。振动笔3与振动传感器6之间的距离d由表达式(2)获得：

d＝n·λp+Vp·tp                             (2)

其中λp表示弹性波的波长，且n是一个整数。

从表达式(1)和(2)，整数n由以下表达式(3)表示：

n＝((Vg·tg-Vp·tp)/λp+1/N)                 (3)

其中N是0之外并具有适当的值的任何实数。例如，对于N＝2且振动传播时间tg具有±1/2的波长，n能够得到确定。通过将n代入表达式(2)，能够准确地测量到振动笔3与振动传感器6之间的距离。信号43和45是由波形检测器9产生的，以测量振动传播时间tg和tp。波形检测器9如图5所示地设置。

图5是方框图，显示了波形检测器9的结构。

在图5中，振动传感器6a输出的一个信号，一个前置放大器51以预定的增益进行放大。通过放大而获得的额外的频率分量，由带通滤波器511除去。所产生的信号被发送到由例如一个绝对值电路和一个低通滤波器组成的包络检测器52，且只提取一个包络。该包络的峰的时序由一个包络峰检测器53检测，且检测到的包络峰的时序被发送到由单稳态多谐振荡器等等构成的Tg信号检测器54。表示已经检测到包络延迟时间的一个检测信号Tg(图4中的信号43)由该Tg信号检测器54产生并被发送到控制器1。

对于在由包络检测器52检测出的包络信号421中超过了一个预定电平的阈值信号46的部分，信号检测器55形成一个脉冲信号47。一个单稳态多谐振荡器56打开一个选通信号44-它具有指定的宽度并已经受到该脉冲信号的第一上升沿的触发。在选通信号被打开时，一个Tp比较器57检测在相位信号422的第一上升沿处的一个零交叉点，并将相延迟时间信号tp 45提供给控制器1。上述的电路是为振动传感器6a提供的，但为其他的振动传感器也提供了相同的电路。

(电路延迟时间的校正的例子)

由锁存电路锁存的振动传播时间包括电路延迟时间et和相位偏移时间toff。当振动从振动笔3通过振动传播板8而被传播到振动传感器6a至6d时，由这些时间产生的一个误差被包括在相同量的振动中。图6中从原点O至振动传感器6a的距离被定义为R1(＝X/2)。当振动笔3在原点O输入振动时，实际测量到的振动从原点O至振动传感器6a的传播时间(群延迟时间和相延迟时间)，被定义为tgz’和tpz’，且从原点O至振动传感器6a的真正振动传播时间被定义为tgz和tpz。表达式(4)和(5)是为电路延迟时间et和相位偏移时间toff而建立的：

tgz’＝tgz+et                                (4)

tpz’＝tpz+et+ toff                       (5)

另一方面，表达式(6)和(7)是在任意的输入点P为实际测量值tg’和tp’而建立的

tg’＝tg+et                               (6)

tp’＝tp+et+toff                          (7)

当计算表达式(4)与(6)和表达式(5)与(7)之间的差时，建立起了由表达式(8)和(9)表示的关系：

tg’-tgz’＝(tg+et)-(tgz+et)＝tg-tgz      (8)

tp’-tpz’＝(tp+et+toff)-(tpz+et+toff)    (9)

包括在各个振动传播时间中的电路延迟时间et和相位偏移时间toff都被消去了，因而能够与在振动传感器6a的位置处开始的距离相一致地获得从原点O位置至输入点P的传播延迟时间之间真正的差。其结果，能够从表达式(2)和(3)计算出距离之差。

由于从振动传感器6a至原点O的距离被预先存储在非易失存储器等等中，因而是已知的，因而能够确定振动笔3与振动传感器6a之间的距离。至其他振动传感器6b至6d的距离能够以相同的方式获得。

相对于原点O的实际测量值tgz’和tpz’在装运时被存储在非易失存储器中。根据程序模块1403，对表达式(8)和(9)的计算是在对表达式(2)和(3)的计算之前进行的，从而提供了准确的测量。

(有关确定关于振动传播速度并用于计算坐标的常数的确定的说明)

现在将解释振动传播板的各向异性和振动传感器的位置、用于振动传播速度的常数的确定以及坐标的计算。

如上所述，当采用由铝或其他金属制成的振动传播板时，由于金属的晶粒边界在轧制处理期间沿着特定的方向对准，振动的传播条件随着振动传播的方向而变化，因而产生了各向异性，这使得在振动传播板上的振动传播速度随着振动传播的方向而变化。各向异性不仅出现在金属板中，而且还出现在树脂板中，即与板在制造过程期间受拉的方向相一致地发生各向异性。当振动传播板是通过把树脂板附在另一个板部件上而制成的情况下，也发生各向异性特性。树脂板振动传播板也是各向异性的。

在此实施例中，坐标输入装置采用了振动传播板8-其中振动传播速度随着振动传播方向而改变。由于在制造过程中遇到上述的条件，目前所能够获得的板部件或多或少都具有各向异性特性。特别地，在一般的生产中所采用的是一种低各向异性玻璃板，在其上叠置高度各向异性的树脂板，以防止色散。不采用低各向异性板部件单独作为振动传播板的理由，是由于那样将需要采用专用材料—例如用来增强不受轧制的材料的强度的材料，因而制造费用将增大。

如将结合图19所简要描述的，该实施例涉及当采用具有各向异性特性的振动传播板8(如图20所示)时，常数的确定和坐标的计算。

如前面在(振动传播距离的计算)中所述的，为了计算振动笔3与振动传感器6a至6d的距离，必须预先获得群速度Vg和相速度Vp以将其作为常数值。根据本发明，当采用具有各向异性特性的振动传播板8时，振动传播速度根据振动传播角而改变，且振动笔3与振动传感器6之间的距离能够利用与振动传播角相对应的振动传播速度而准确地计算出来，从而能够获得振动输入坐标。

如结合图26所描述的，对于具有各向异性特性的振动传播板8，振动传播速度根据从振动笔3至振动传感器6的振动传播路径而不同。振动传播速度是通过从振动笔3向振动传感器6延伸的一个入射振动传播角而确定。在图20中，显示了一个振动传播板8，其各向异性轴沿着X和Y方向延伸。沿着方向X的振动传播速度被定义为x，且沿着方向Y的振动传播速度被定义为y。在这种振动传播板中，x或y是振动传播速度的最大值或最小值。如果x是振动传播速度的最大值而y是最小值，则振动沿着传播路径从振动笔3向振动传感器6传播的振动传播速度V满足x≥V≥y，并由与方向X(或Y)对应的直线所形成的角(振动传播角)确定。显然，振动传播角度β和γ(β＜γ)的振动传播速度Vβ和Vγ满足Vβ＞Vγ。更具体地说，假定振动传播角为α，则与其振动传播路径相对应的振动传播速度V能够利用导出函数G而以V＝G(α)的形式获得。有关具有各向异性特性的振动传播板8的振动传播角度变化的振动传播速度数据得到准备，且导出函数G能够利用该数据得到。振动传播速度是通过用振动笔在一个台上进行扫描而测量到的，但也可以采用另一种方法来进行该测量。为了提供振动传播角度与振动传播速度之间的相关性，除了采用导出函数G之外，还可以采用一个表—其中预先输入有对应于各个振动传播角度的振动传播速度。

根据该实施例，首先获得各个振动传感器6的振动传播角度。从该振动传播角度导出与至传感器的振动传播路径对应的振动传播速度。利用该振动传播速度计算出从振动笔3至各个振动传感器6的距离。因此，获得了只有略微误差ΔL的准确距离，如图21中所示的。

进一步地，振动传播板8的位置得到调节，从而使振动传播板8的两个相交的各向异性轴与由两条线段形成的角的平分线相对准—这两条线段分别连接着对角设置的振动传感器6a和6d和振动传感器6b和6c。作为一个例子，参见图22所示的控制，在其四个角上分别设置有振动传感器6a至6d。连接对角设置的振动传感器6a和6d以及振动传感器6b和6c的两条线段被定义为线ad和bc。表示振动传播板8的各向异性的方向的直线被定义为线ef和gh，且它们的相交点被定义为o。振动传播板8的方向得到调节，从而使各向异性轴的线ef和gh沿着由线ad和bc形成的∠aoc和∠aob的平分线对准。换言之，振动传播板8得到适当设置，从而使

∠aoe＝∠coe，且∠aog＝∠bog

借助振动传感器的这种设置以及上述的各向异性的方向，由于各向异性轴的线eg和gh对应于由线ad和bc形成的角的平分线，由线ad和bc与轴向线eg形成的角，或由线ad和bc与轴向线gh所形成的角，是相等的，且振动传播特性因而也是相等的。因此，如果有关振动传感器的振动传播角度被定义为由各向异性的轴向方向X所形成的角，如图23所示，当指令借助振动笔3的输入时振动传感器6a至6d的振动传播角分别为角a至d。根据这些振动传播角，能够利用导出函数G(它是与振动传感器6共同使用的)获得与振动传播路径一致的振动传播速度V。

现在描述用于计算各个振动传感器的振动传播角的方法。在此实施例中，首先，利用已经通过采用固定常数而测量到的振动传播时间，来计算从振动笔3至振动传感器6的暂行距离。随后根据该暂行距离获得暂行输入坐标，并用该暂行输入坐标计算从振动笔3至振动传感器6的振动传播角。该固定常数是例如至在有效区A中对角设置的振动传感器的振动传播的速度的平均值。显而易见，由于该常数被用来获得暂行坐标值，可以采用另一个常数—诸如具体振动传感器的振动传播速度。与实际振动传播速度相偏离的一个振动传播速度被用作计算距离的常数，而该实际振动传播速度对应于这样的方向—即沿着该方向振动笔3所指定的点和振动传感器6彼此相连。虽然所获得的坐标值包括了等价于该偏离的一个误差，该值作为计算振动传播角所需的暂行坐标值是令人满意的。借助以下表达，可以容易地从该暂行坐标值获得振动传播角：

振动传播角α＝tan-1((j-h)/(k-i))

其中振动传感器6a的坐标被定义为(h，i)且振动笔3指定的点被定义为(j，k)。也可以采用另一种方法来计算振动传播角。

下面结合图24来按照时间顺序描述上述的对振动传播速度的常数的确定和对坐标的计算。首先，程序模块1401开始测量从振动笔3至各个振动传感器6的振动传播时间。然后，对于测量到的振动传播时间，由程序模块1402，利用存储在程序模块1406中的固定常数，计算从振动笔至振动传感器6的暂行距离。对如此获得的距离的校正由程序模块1403进行。

在此之后，由程序模块1404，利用已经获得或校正的至振动传感器6的距离，计算暂行振动输入坐标。该暂行输入坐标被程序模块1405用来计算从振动笔3至各个振动传感器6的振动传播角。已经由程序模块1405获得的振动传播角被程序模块1407依次用来导出相应的振动传播速度。

随后，相对于该振动传播时间，对应于振动传感器6的振动传播角的振动传播速度再次被程序模块1402用来计算从振动笔3至振动传感器6的准确距离。对所获得的距离的校正，由程序模块1403进行。根据至振动传感器6的获得/校正的距离，程序模块1404计算出更为准确的振动输入坐标。上述的处理以预定的驱动周期得到重复。显然，程序模块1402、1403和1404-它们对于各个处理得到重复采用，通过设定一个标记而控制着循环。由于程序模块1401测量的振动传播时间被重复使用，这些结果可以被存储在例如一个程序模块1401’(未显示)中，并可以在需要时得到提取。

在上述实施例中，振动传播板8被如此地设置，即使得板8的两条相交的各向异性轴与一些角的平分线相对准—这些角是由连接对角设置的相应振动传感器6a和6d和振动传感器6b和6c的两条线段形成的。然而，振动传播板8的设置不仅限于此，因而可以实现本发明的目的—即利用与振动传播路径一致的振动传播速度计算准确的距离。不论振动传播板的各向异性的方向如何，都可以在程序模块1407中提供一个函数或表—它们被用于使各个振动传感器的振动传播角与振动传播速度发生关系，且它们与振动传播板8的各向异性的方向相一致。利用该表只能够使各个振动传感器6彼此相关。

由于相同的原因，振动传感器的定位不仅限于上述的设置—其中它们被设置在振动传播板的四个角上。例如，振动传感器可以以交叉的形状被设置在振动传播板上并处于有效区中，而不是在四个角上，且能够通过利用与振动传播路径相一致的振动传播速度来获得准确的距离。

(坐标位置(图6)的计算)

现在结合图6来描述振动笔3在振动传播板8上输入振动的坐标位置的检测所涉及的原理。

用于计算坐标的表达式是利用勾股定理获得的。

在其中振动传感器6a、6b和6c如图1所示地设置的情况下，从振动笔3的位置P至振动传感器6a至6c的直线距离da、db和dc可以通过应用前述的原理而获得。根据所获得的直线距离da、db和dc，控制器1利用表达式(10)和(11)计算振动笔3接触振动传播板8的位置的坐标P(x，y)：

x＝X/2+(da+db)·(da-db)/2X             (10)

y＝Y/2+(da+dc)·(da-dc)/2Y             (11)

其中X和Y分别表示振动传感器6a和6b之间和振动传感器6a和6c之间的距离。

以此方式，振动笔3的位置坐标能够得到实时检测。

(第四实施例)

在第三实施例中，已经利用暂行输入坐标获得了从振动笔3至振动传感器6的振动传播角，且该振动传播角被用来导出相应的振动传播速度。至各个振动传感器的振动传播速度可以从暂行输入坐标直接获得。图25是概念图，显示了存储在微计算机31中的ROM 31b中的程序码和常数。一个程序模块1401被用来测量从振动笔3如上所述地经过振动驱动器2而受到驱动的时刻直到振动传感器6检测到该振动的时间，即振动传播时间。一个程序模块1402被用来利用所获得的振动传播时间和存储在程序模块1405中的一个常数，来计算从振动笔3至各个振动传感器6的距离。根据该第四实施例，为了获得暂行输入坐标，相对于已经测量到的振动传播时间，通过利用存储在程序模块1406中的一个固定常数，计算出从振动笔3至振动传感器6的暂行距离。进一步地，相对于测量到的振动传播时间，从暂行输入坐标导出的振动传播速度被程序模块1408用来计算从振动笔3至各个振动传感器6的准确的距离。一个程序模块1403被用来校正所获得的距离。一个程序模块1404被用来从所获得或校正的距离计算振动输入坐标。程序模块1403和1404进行计算，以确定由程序模块1402获得的暂行距离和准确距离。程序模块1405利用程序模块1404获得的暂行输入坐标计算从振动笔3至振动传感器6的振动传播角。程序模块1408采用由程序模块1404获得的暂行输入坐标来获得从振动笔3至振动传感器的振动传播速度。用于输入的坐标值和从振动笔3至振动传感器6的振动传播速度的相关表，被存储在程序模块1408中，以在不检验振动传播角的情况下直接建立输入坐标值与振动传播速度的相关关系。可以采用一种相关表，其中对于有效区中的若干个区中的每一个区都分配了振动传播速度。

现在结合图25来按照时间顺序描述上述对用于振动传播速度的常数的确定和坐标计算。首先，由程序模块1401开始测量从振动笔3至各个振动传感器6的振动传播时间。然后，对于测量到的振动传播时间，由程序模块1402，利用存储在程序模块1406中的固定常数，计算从振动笔3至振动传感器6的暂行距离。对如此获得的距离的校正由程序模块1403进行。

在此之后，由程序模块1404，利用已经获得或校正的至振动传感器6的距离，计算暂行振动输入坐标。该暂行输入坐标被程序模块1408用来计算与从振动笔3至各个振动传感器6的振动传播路径相对应的振动传播速度。然后，对于振动传播时间，对应于该振动传播路径的振动传播速度被程序模块1402再次用来计算从振动笔3至振动传感器6的准确距离。对所获得的距离的校正，由程序模块1403进行。根据所获得/校正的至振动传感器6的距离，由程序模块1404计算出更为准确的输入坐标。上述的处理以预定的驱动周期得到重复。显然，程序模块1402、1403和1404-它们对于各个处理得到重复采用，通过设定一个标记而控制着循环。由于程序模块1401测量的振动传播时间被重复使用，这些结果可以被存储在例如一个程序模块1401’(未显示)中，并可以在需要时得到提取。

由于至振动传感器的振动传播的速度是直接利用暂行输入坐标而获得的，加在微计算机31中的ROM 31b上的负荷能够得到减小，且处理速度能够得到提高。

(第五实施例)

在上述实施例中，利用固定常数计算出了暂行距离。振动传播速度是利用相应的振动传播角或直接通过采用暂行输入坐标而计算出来的。且该坐标通过利用所获得的振动传播速度而得到重新计算。然而，对于振动传播速度的计算，利用相应的振动传播角或通过直接采用坐标计算的结果，且对于利用所获得的振动传播速度而重新进行的坐标计算，该处理可以得到重复。通过这种重复处理，根据更为准确的输入坐标，可以通过直接采用准确的振动传播角而获得更为准确的振动传播速度。其结果，能够获得准确的输入坐标。

本发明能够被用于由多个装置组成的系统或包括单个装置的设备。显然，本发明能够通过与振动传感器的位置相联系地为一个系统或设备提供一个存储介质而实现—在该存储介质中存储有用于实现上述实施例的功能的软件程序码，而系统或设备的一个计算机(或CPU或MPU)能够读取并执行该程序码。

在此情况下，由于，与振动传感器的位置相关地，从存储介质读取的程序码实现了本发明提供的新颖功能，因而其中存储有该程序码的存储介质构成了本发明。

如上所述，根据本发明，从利用一个固定常数测量到的暂行坐标计算出了从振动笔至振动检测装置的振动传播角。该坐标位置是利用从所获得的振动传播角导出的振动传播速度而计算出来的。因此，在考虑振动传播板的各向异性特性的情况下，能够获得准确的坐标。

该坐标能够得到实时检测。

由于至各个振动检测装置的振动传播时间是从暂行输入坐标直接获得的，处理速度得到了提高。

通过重复该处理，能够获得更为准确的输入坐标。

Claims (14)

1.一种坐标输入装置，它根据振动在具有各向异性特性的振动传播板上传播所需的时间来获得振动输入位置，包括：

传播时间测量装置，包括在所述振动传播板上彼此相对的第一对振动传感器和第二对振动传感器，用于测量振动从所述振动输入位置至各个所述振动传感器的传播所需的时间；

传播速度存储装置，用于存储所述振动在所述振动传播板上传播的一个第一振动传播速度和一个第二振动传播速度；

距离计算装置，用于通过采用为各个所述第一振动传感器获得的振动传播所需的所述时间和所述第一振动传播速度，来计算所述振动输入位置与所述第一对振动传感器中的每一个传感器的所述位置之间的距离，并用于通过采用为所述第二振动传感器中的每一个传感器获得的所述振动传播时间和所述第二振动传播速度来计算所述振动输入位置与所述第二对振动传感器中的每一个传感器的所述位置之间的距离；以及

坐标计算装置，用手从获得的所述距离计算所述振动输入位置。

2.根据权利要求1的坐标输入装置，其中所述振动传播板是矩形的，且其中所述振动传感器分别位于所述振动传播板的四个角上。

3.根据权利要求2的坐标输入装置，其中所述振动传感器是压电器件。

4.根据权利要求3的坐标输入装置，进一步包括：

驱动装置，用于驱动所述第一对振动传感器的一个第一振动传感器和所述第二对振动传感器的一个第一振动传感器以分别产生振动；

传感器距离保持装置，用于保持所述第一对振动传感器的所述第一振动传感器与一个第二振动传感器之间的距离，以及所述第二对振动传感器的所述第一振动传感器与一个第二振动传感器之间的距离；

传感器振动传播时间测量装置，用于测量所述第一对振动传感器的所述第一振动传感器所产生的所述振动到达所述第一对振动传感器的所述第二振动传感器所需的一个第一传感器振动传播时间，以及所述第二对振动传感器的所述第一振动传感器所产生的所述振动到达所述第二对振动传感器的所述第二振动传感器所需的一个第二传感器振动传播时间；以及

振动传播速度计算装置，用于通过利用所述第一对振动传感器的所述第一与所述第二振动传感器之间的所述距离和所述第一传感器振动传播时间来计算所述第一振动传播速度，并用于通过利用所述第二对振动传感器的所述第一与第二振动传感器之间的所述距离以及所述第二传感器振动传播时间来计算所述第二振动传播速度。

5.根据权利要求1的坐标输入装置，其中所述振动传感器是压电器件。

6.根据权利要求5的坐标输入装置，进一步包括：

驱动装置，用于驱动所述第一对振动传感器的一个第一振动传感器和所述第二对振动传感器的一个第一振动传感器以分别产生振动；

传感器距离保持装置，用于保持所述第一对振动传感器的所述第一振动传感器与一个第二振动传感器之间的距离，以及所述第二对振动传感器的所述第一振动传感器与一个第二振动传感器之间的距离；

传感器振动传播时间测量装置，用于测量所述第一对振动传感器的所述第一振动传感器所产生的所述振动到达所述第一对振动传感器的所述第二振动传感器所需的一个第一传感器振动传播时间，以及所述第二对振动传感器的所述第一振动传感器所产生的所述振动到达所述第二对振动传感器的所述第二振动传感器所需的一个第二传感器振动传播时间；以及

振动传播速度计算装置，用于通过利用所述第一对振动传感器的所述第一和第二振动传感器之间的所述距离以及所述第一传感器振动传播时间来计算所述第一振动传播速度，并用于通过利用所述第二对振动传感器的所述第一和第二振动传感器之间的所述距离以及所述第二传感器振动传播时间来计算所述第二振动传播速度。

7.一种坐标输入装置，其中在具有各向异性特性因而振动传播速度随着传播方向而改变的振动传播板上借助一个振动发生源来输入振动，且其中对所述振动在所述振动传播板上从所述振动发生源传播至振动检测装置所需的时间进行测量以获得所述振动发生源的坐标，包括：

第一计算装置，用于根据作为固定值而存储的一个振动传播速度来计算包括一个误差的、从一个振动笔到一个振动传感器的一个暂行距离并从而计算暂行坐标。

导出装置，用于从由所述第一计算装置获得的所述暂行坐标导出至所述振动检测装置的振动传播角；以及

第二计算装置，用于通过利用由所述导出装置导出的所述振动传播角进行计算而获得振动传播距离，并用于通过利用所述振动传播距离进行计算而获得所述振动发生源的所述坐标。

8.根据权利要求7的坐标输入装置，其中所述振动是以平板波的形式在振动传播板上传播的。

9.根据权利要求7的坐标输入装置，其中所述振动传播角是由振动从所述振动发生源传播向所述振动检测装置所沿着的方向与同所述各向异性特性有关的方向所形成的。

10.根据权利要求7的坐标输入装置，其中所述振动传播板和所述振动检测装置被如此地设置，即使得所述振动传播板与所述各向异性特性有关的方向的轴沿着这样的角的平分线对准—即这些角是由分别连接彼此相对的两个所述振动检测装置的两条线段所形成的。

11.用于坐标输入装置的控制方法，在该坐标输入装置中借助一个振动发生源在具有各向异性特性从而使振动传播速度根据振动传播方向而改变的振动传播板上输入振动，且在该坐标输入装置中所述振动在所述振动传插板上从所述振动发生源传播至振动检测装置所需的时间得到了测量以获得所述振动发生源的坐标，包括：

传播速度存储步骤，用于存储在所述振动传播板上传播的振动的传播速度；

暂行距离计算步骤，用于根据在所述传播速度存储步骤中所存储的振动传播速度，来计算所述振动发生源在所述振动传播板上的输入位置与所述振动检测装置之间的距离；

暂行坐标计算步骤，用于根据所述暂行距离计算步骤计算出的所述距离，来计算暂行坐标；

一个导出步骤，用于从在所述暂行坐标计算步骤获得的所述暂行坐标导出至所述振动检测装置的振动传播角；以及

一个第二计算步骤，用于通过利用在所述导出步骤导出的所述振动传播角进行计算而获得振动传播距离，并用于通过利用所述振动传播距离进行计算而获得所述振动发生源的所述坐标。

12.根据权利要求11的坐标输入装置控制方法，其中所述振动是以平板波的形式在所述振动传播板上传播的。

13.根据权利要求11的坐标输入装置控制方法，其中所述振动传播角是由所述振动从所述振动发生源传播向所述振动检测装置所沿着的方向与同所述各向异性特性相联系的方向形成的。

14.根据权利要求11的坐标输入装置控制方法，其中所述振动传播板和所述振动检测装置被如此地设置，即使得与所述各向异性特性相联系的方向的轴与这样的角的平分线相对准—即这些角是由分别连接彼此相对的两个所述振动检测装置的两条线段而形成的。

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