HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Koordinateneingabegerät und
insbesondere ein Koordinateneingabegerät, bei dem eine aus einem
Schwingungs-Eingabestift eingegebene Schwingung durch an
einer Schwingungs-Fortpflanzungsplatte angebrachte
Schwingungssensoren und die durch den Schwingungs-Eingabestift
markierten Koordinaten erfaßt werden.
Verwandter Stand der Technik
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Bisher ist als Koordinateneingabegerät mit einem Eingabestift
und einem Tablett eine Vorrichtung zum Eingeben
handgeschriebener Zeichen, Zeichnungen und dergleichen in eine
Verarbeitungseinheit eines Computers bekannt.
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Verschiedene Arten von
Koordinatenerfassungs-Ausführungsformen können erwähnt werden. Darunter ist eine Ausführungsform
bekannt, die von einer elastischen Welle Gebrauch macht.
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Gemäß einer derartigen Ausführungsform, die beispielsweise in
der EP-A-0 284 048 offenbart ist, kommt ein
Schwingungs-Eingabestift mit einer Schwingungs-Fortpflanzungsplatte (die als
Koordinaten-Eingabeoberfläche eines Tabletts dient) in
Berührung und die aus dem Schwingungs-Eingabestift erzeugte
Schwingung wird durch eine Vielzahl von Schwingungssensoren
erfaßt, die an vorbestimmten Stellen der
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte angebracht sind. Die durch den Schwingungs-
Eingabestift angegebene Koordinatenposition wird auf
Grundlage der Verzögerungszeiten berechnet, bis zu denen die
Schwingung durch die Schwingungssensoren erfaßt wird.
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Der größte Vorteil des Koordinateneingabegeräts einer
derartigen Ausführungsform besteht darin, daß der Aufbau des
Eingabetabletts sehr einfach ist und das Gerät mit geringen
Kosten hergestellt werden kann.
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Fig. 13 stellt ein Beispiel eines Aufbaus eines herkömmlichen
Koordinateneingabegeräts mit Schwingungserfassung dar.
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Gemäß der Abbildung ist bisher, damit Einflüsse durch
reflektierte Wellen B-1 und B-2 von dem Randabschnitt für eine
Größe der Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 131 eine
Nutzfläche C vorgesehen, in der Schwingungs-Eingabestifte 133-1 und
133-2 Koordinaten eingeben können, ohne durch die
reflektierten Wellen beeinflußt zu werden. Das bedeutet, daß die
tatsächliche Koordinaten-Eingabefläche auf die Nutzfläche C
beschränkt ist.
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Die Nutzfläche C ist deutlich kleiner als die Größe der
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 131. Gemäß Fig. 13 ist es
nämlich beispielsweise, wenn Koordinaten aus der Stelle des
Schwingungs-Eingabestiftes 133-1 eingegeben werden, bezüglich
eines Schwingungssensors 134-1 erforderlich, einen
Unterschied zwischen den Ausbreitungswegen einer direkten Welle A-
1 und der reflektierten Welle B-1 vorzusehen, damit er einen
vorbestimmten Wert oder mehr auf eine solche Weise aufweist,
daß ein Unterschied zwischen den Ausbreitungszeiten der
direkten Welle A-1 und der reflektierten Welle B-1 nicht die
Erfassung der Kurvenform beeinflußt. Daher müssen gemäß der
Abbildung Koordinaten unter Verwendung des
Schwingungs-Eingabestiftes 133-1 aus der Stelle eingegeben werden, die von
der Grenze der unteren Seite eines
Schwingungs-Verhinderungsmaterials um einen vorbestimmten Abstand a entfernt ist.
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Dementsprechend muß er an der Stelle des
Schwingungs-Eingabestiftes 133-2 von der Grenze der linken Seite des
Schwingungs-Verhinderungsmaterials nur um einen vorbestimmten
Abstand b entfernt sein. Die Werte a und b müssen nicht derart
eingestellt werden, daß bei den Schwingungssensoren die Werte
a und b maximal werden, wenn sich die
Schwingungs-Eingabestifte an den Eckstellen befinden und die Fläche, die
innerhalb der Grenzabschnitte des
Schwingungs-Verhinderungsmaterials nur um die Abstände liegt, die den Höchstwerten amax und
bmax entsprechen, auf die Nutzeingabefläche eingestellt wird.
Mit anderen Worten besteht, wenn eine gewünschte
Eingabefläche besteht, ein Nachteil dergestalt, daß es erforderlich
ist, das Schwingungs-Fortpflanzungsmaterial der Größe zu
verwenden, die nur um die Abstände amax und bmax größer als
die gewünschte Eingabefläche ist, und die Gesamtgröße des
Geräts zunimmt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Koordinateneingabegerät zu schaffen, bei dem das Verhältnis der Nutzfläche
bezüglich der Koordinateneingabe zur Größe des Gerätegehäuses
vergrößert ist, wodurch verhindert werden kann, daß die Größe
des gesamten Gerätes zunimmt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel des Koordinateneingabegeräts
mit Ultraschall wird eine Schwingungs-Fortpflanzungsplatte
verwendet, bei der ein Teil der Nutzfläche bezüglich der
Koordinateneingabe zu der rückseitigen Oberfläche hin gekrümmt
ist.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des
Koordinateneingabegeräts mit Ultraschall ist eine
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte mit einer Dreifachschicht versehen, bei der eine
Schwingungs-Isolationsschicht schichtweise angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß wird ein Koordinateneingabegerät geschaffen
mit einer Schwingungs-Fortpflanzungsplatte, einer Vielzahl
von Schwingungssensoren, die an vorbestimmten Stellen der
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte angebracht sind, einem
Schwingungs-Eingabestift zum Eingeben einer Schwingung in
einer vorbestimmten Koordinaten-Eingabefläche der Schwingungs-
Fortpflanzungsplatte und einer Vorrichtung zum Erfassen einer
Koordinatenposition des Schwingungs-Eingabestiftes auf
Grundlage von Zeiten, die erforderlich sind, bis die durch den
Schwingungs-Eingabestift eingegebene Schwingung durch die
Schwingungssensoren erfaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß
Abschnitte der Schwingungs-Fortpflanzungsplatte in der Nähe
von Randseiten eine gekrümmte Form aufweisen, wobei die
Abschnitte außerhalb der Koordinaten-Eingabefläche der
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte liegen, so daß das Verhältnis der
vordefinierten Koordinaten-Eingabefläche zu den äußeren
Abmessungen des Geräts vergrößert ist, wodurch verhindert
werden kann, daß die Größe des gesamten Geräts zunimmt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von
Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Fig. 1A ist ein Blockschaltbild eines
Koordinateneingabegeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Fig. 1B ist eine Schnittansicht eines Randabschnitts einer
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte gemäß dem
Ausführungsbeispiel.
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Fig. 2 ist eine Abbildung, die einen Aufbau eines
Schwingungs-Eingabestiftes darstellt.
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Fig. 3 ist ein Schaltbild, das einen inneren Aufbau einer
Operations-Steuereinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt.
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Fig. 4 ist eine Abbildung zum Erläutern der Messung von
Abständen zwischen einem Schwingungs-Eingabestift und
Schwingungssensoren.
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Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das einen teilweisen Aufbau
einer Signalkurvenform-Erfassungseinrichtung gemäß dem
Ausführungsbeispiel darstellt.
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Fig. 6 ist eine Abbildung zum Erläutern des Rechenprinzips
der Koordinatenposition.
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Fig. 7A bis 7C sind Abbildungen zum Erläutern von Anordnungen
einer Schwingungs-Fortpflanzungsplatte gemäß dem
Ausführungsbeispiel.
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Fig. 8A und 8B sind Schnittansichten zum Erläutern der
Vor- und Nachteile der Randabschnitte der
Schwingungs-Fortpflanzungsplatten.
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Fig. 9 ist eine Schnittansicht, die einen Aufbau des
Randabschnittes einer Schwingungs-Fortpflanzungsplatte gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel zeigt.
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Fig. 10 ist eine perspektivische Außenansicht der
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte gemäß einem anderen
Ausführungsbeispiel.
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Fig. 11A bis 11C und 12 sind Abbildungen, die Schwingungs-
Fortpflanzungsplatten gemäß anderen Ausführungsbeispielen
zeigen.
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Fig. 13 ist eine Abbildung zum Erläutern einer herkömmlichen
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte und ihrer Nutzfläche.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf
die Zeichnung ausführlich beschrieben.
< Beschreibung des Aufbaus des Geräts (Fig. 1 und 2) >
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Fig. 1A zeigt einen Aufbau eines Koordinateneingabegeräts
gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der Abbildung bezeichnet Bezugszeichen 1 eine Operations-
Steuereinrichtung zum Steuern des gesamten
Koordinateneingabegeräts und zum Berechnen der Koordinatenposition.
Bezugszeichen 2 bezeichnet eine
Schwingungserzeuger-Steuereinrichtung zum Versetzen der Stiftspitze eines
Schwingungs-Eingabestiftes 3 in eine Schwingung. Bezugszeichen 8 bezeichnet eine
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte mit einem durchsichtigen
Material wie einer Akrylplatte, Glasplatte oder dergleichen.
Koordinaten werden durch den Koordinaten-Eingabestift 3
dadurch eingegeben, daß mit diesem die
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8 berührt wird. Demgegenüber sind gemäß Fig. 1B
die Randabsthnitte der Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8 zur
Rückseite hin gekrümmt (nicht gebogen). Ein Reflexions-
Verhinderungsmaterial 7 zum Verhindern (Verringern), daß die
reflektierte Schwingung zum mittleren Abschnitt zurückkehrt,
ist an dem gekrümmten Randabschnitt vorgesehen.
Schwingungssensoren 6a bis 6c sind jeweils an den Grenzabschnitten der
Randabschnitte befestigt. Jeder Schwingungssensor 6a bis 6c
ist aus einem Bauteil wie einem piezoelektrischen Element
oder dergleichen zum Umwandeln einer mechanischen Schwingung
in ein elektrisches Signal aufgebaut. Die Arbeitsweise und
dergleichen der Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8 werden
nachstehend ausführlich beschrieben.
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Bezugszeichen 9 bezeichnet eine
Signalkurvenform-Erfassungseinrichtung zum Ausgeben von Signalen, die anzeigen, daß die
Schwingung durch die Schwingungsensoren 6a bis 6c und die
Operations-Steuereinrichtung 1 erfaßt worden ist. Die
Signalkurvenform-Erfassungseinrichtung 9 wird nachstehend auch
ausführlich beschrieben. Bezugszeichen 11 bezeichnet eine
Anzeigeeinrichtung bzw. eine Anzeige wie eine Kathodenstrahlröhre
(oder eine Flüssigkristallanzeige) zum Anzeigen auf Grundlage
von Punkteinheiten. Die Anzeige 11 ist auf der Rückseite der
Schwingungs-Erfassungsplatte 8 angeordnet. Die Anzeige 11
zeigt Punkte an der Stelle an, die durch den
Schwingungs-Eingabestift 3 infolge der Ansteuerung einer
Anzeige-Steuereinrichtung 10 aufgezeichnet worden ist. Die angezeigten Punkte
können durch die Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8 hindurch
beobachtet werden (weil sie aus dem durchsichtigen Material
hergestellt ist). Das bedeutet, daß die Punkte an der Stelle
auf der Anzeige 11 angezeigt werden, die den erfaßten
Koordinaten
des Schwingungs-Eingabestiftes 3 entspricht. Ein Bild,
das durch Elemente wie Punkte, Linien oder dergleichen
gebildet ist, die durch den Schwingungs-Eingabestift 3 eingegeben
worden sind, erscheint nach dem Ort des
Schwingungs-Eingabestiftes 3, als ob es auf einem Blatt geschrieben worden ist.
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Demgegenüber kann gemäß dem vorstehend beschriebenen Aufbau
auch ein Eingabesystem, bei dem ein Menü auf der Anzeige 11
angezeigt und ein gewünschter Punkt unter Verwendung des
Schwingungs-Eingabestiftes 3 ausgewählt wird, oder ein System
verwendet werden, bei dem eine Aufforderung angezeigt und mit
dem Schwingungs-Eingabestift 3 eine vorbestimmte Stelle oder
dergleichen berührt wird.
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Fig. 2 zeigt einen Aufbau (Schnittansicht) des Schwingungs-
Eingabestiftes 3 gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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Ein in dem Schwingungs-Eingabestift 3 vorgesehener
Schwingungserzeuger 4 wird durch die
Schwingungserzeuger-Steuereinrichtung 2 gesteuert. Ein Steuersignal des
Schwingungserzeugers 4 wird als ein Impulssignal mit niedrigem Pegel aus der
Operations-Steuereinrichtung 1 zugeführt und mit einer
vorbestimmten Verstärkung durch die
Schwingungserzeuger-Steuereinrichtung 2 verstärkt, die niederohmig angesteuert werden
kann. Danach wird das verstärkte Signal dem
Schwingungserzeuger 4 zugeführt.
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Das elektrische Steuersignal wird durch den
Schwingungserzeuger 4 in eine mechanische Ultraschallschwingung umgewandelt
und breitet sich über den Hornabschnitt (die Stiftspitze) 5
zur Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8 aus.
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Eine Schwingungsfrequenz des Schwingungserzeugers 4 wird auf
einen derartigen Wert eingestellt, daß eine Plattenwelle von
der Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8 mit einer Akrylplatte,
einer Glasplatte oder dergleichen erzeugt werden kann.
Demgegenüber wird, wenn der Schwingungserzeuger 4 angesteuert
wird, eine Schwingungsart derart ausgewählt, daß der
Schwingungserzeuger 4 hauptsächlich in der Richtung schwingt, die
senkrecht zu der Schwingungs-Fortpflanzüngsplatte 8 gemäß
Fig. 2 ist. Durch Einstellen der Schwingungsfrequenz des
Schwingungserzeugers 4 auf die Resonanzfrequenz des
Schwingungserzeugers 4 kann die Schwingungsumwandlung effektiv
durchgeführt werden.
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Die elastische Welle, die sich wie vorstehend beschrieben zu
der Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8 ausbreitet, ist eine
Plattenwelle und weist einen Vorteil dergestalt auf, daß sie
durch Kratzer, Hindernisse oder dergleichen auf der
Oberfläche der Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8 verglichen mit der
Oberflächenwelle oder dergleichen schwer zu beeinflussen ist.
< Beschreibung der Operations-Steuereinrichtung (Fig. 3) >
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Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau gibt die Operations-
Steuereinrichtung 1 ein Signal zum Ansteuern des
Schwingungserzeugers 4 in dem Schwingungs-Eingabestift 3 zu der
Schwingungserzeuger-Steuereinrichtung 2 in einer vorbestimmten
Periode (beispielsweise alle 5 ms) aus und setzt den
Taktgebervorgang durch eine Taktgebereinrichtung (mit einem Zähler) in
der Operations-Steuereinrichtung 1 in Gang. Die durch den
Schwingungs-Eingabestift 3 erzeugte Schwingung wird
entsprechend den Abständen von den Schwingungssensoren 6a bis 6c
verzögert und erreicht die Schwingungssensoren. Die
Signalkurvenform-Erfassungseinrichtung 9 erfaßt die Signale aus den
Schwingungssensoren 6a bis 6c und erzeugt Signale, die durch
ein nachstehend beschriebenes Kurvenform-Erfassungsverfahren
Schwingungs-Ankunftzeitpunkte an den Schwingungssensoren
anzeigen. Die Operations-Steuereinrichtung 1 empfängt das
Signal aus jedem Schwingungssensor und erfaßt die Schwingungs-
Ankunftzeitpunkte an den Schwingungssensoren 6a bis 6c,
wodurch die Koordinatenposition des Schwingungs-Eingabestifts 3
berechnet wird.
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Auf Grundlage der berechneten
Koordinatenpositions-Informationen des Schwingungs-Eingabestiftes 3 steuert die
Operations-Steuereinrichtung 1 die Anzeige-Steuereinrichtung 10 und
die Anzeige-Arbeitsweise der Anzeige 11.
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Fig. 3 zeigt einen inneren Aufbau der
Operations-Steuereinrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel. Die Bestandteile
der Operations-Steuereinrichtung 1 und die ungefähre
Arbeitsweise werden nachstehend beschrieben.
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In der Abbildung bezeichnet Bezugszeichen 31 einen
Mikrocomputer zum Steuern der Operations-Steuereinrichtung 1 und des
gesamten Koördinateneingabegeräts. Der Mikrocomputer 31 weist
darin einen internen Zähler, ein Festspeicher bzw. ROM, in
dem ein Arbeitsablauf gespeichert ist, einen Schreib-Lese-
Speicher bzw. RAM, der als Arbeitsbereich verwendet wird, und
dergleichen auf. Bezugszeichen 33 bezeichnet einen Taktgeber
(mit einem Zähler) zum Zählen des (nicht dargestellten)
Bezugstaktes. Der Zählvorgang wird durch Ausgeben eines
Startsignals zu der Schwingungserzeuger-Steuereinrichtung 2
gestartet, damit die Steuerung des Schwingungserzeugers 4 in
dem Schwingungs-Eingabestift 3 gestartet wird. Das bedeutet,
daß der Zeitpunkt zum Starten des Zählvorgangs und des
Zeitpunktes zum Erzeugen der Schwingung synchronisiert sind.
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Nachstehend werden die Schaltungen als andere Bestandteile
nacheinander beschrieben.
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Die durch die Signalkurvenform-Erfassungseinrichtung 9
erhaltenen Schwingungsankunft-Zeitsignale aus den
Schwingungsensoren 6a bis 6c werden über einen Erfassungssignaleingang 35 in
Zwischenspeicherschaltungen 34a bis 34c eingegeben. Die
Zwischenspeicherschaltungen 34a bis 34c entsprechen den
Schwingungssensoren 6a bis 6c. Wenn die Zwischenspeicherschaltungen
34a bis 34c die Zeitsignale als Erfassungssignale aus den
entsprechenden Schwingungssensoren 6a bis 6c empfangen,
speichern sie Zählwerte des Taktgebers 33 zu diesen Zeitpunkten
zwischen. Wenn eine Unterscheidungseinrichtung 36 bestimmt,
daß sämtliche Erfassungssignale empfangen worden sind, gibt
sie ein Signal aus, das dem Mikrocomputer 31 den Abschluß des
Empfangs sämtlicher Erfassungssignale anzeigt. Wenn der
Mikrocomputer 31 ein derartiges Signal aus der
Unterscheidungseinrichtung
36 empfängt, liest der Mikrocomputer 31 die
Schwingungs-Ankunftzeitpunkte an den Schwingungssensoren 6a
bis 6c aus den Zwischenspeicherschaltungen 34a bis 34c aus
und berechnet die Koordinatenposition des
Schwingungs-Eingabestiftes 3 auf der Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8 durch
vorbestimmte Berechnungen. Die berechneten
Koordinatenpositions-Informationen werden über einen Ein- und Ausgang 37 an
die Anzeige-Steuereinrichtung 10 ausgegeben, wodurch
ermöglicht wird, beispielsweise Punkte oder dergleichen an der
entsprechenden Stelle der Anzeige 11 anzuzeigen.
< Beschreibung der Erfassung der
Schwingungs-Ausbreitungszeiten (Fig. 4 und 5) >
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Das Meßprinzip der Schwingungs-Ankunftzeiten an den
Schwingungssensoren 6a bis 6c wird nachstehend beschrieben.
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Fig. 4 ist eine Abbildung zum Erläutern der Erfassung von
Kurvenformen, die in die
Signalkurvenform-Erfassungseinrichtung 9 eingegeben werden, und der Verfahren zum Messen der
Schwingungs-Ausbreitungszeiten auf deren Grundlage. Die
nachstehende Beschreibung bezieht sich auf den Schwingungssensor
6a. Dasselbe trifft aber auch auf die anderen
Schwingungssensoren 6b und 6c zu.
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Wie bereits vorstehend beschrieben wird die Messung der
Schwingungs-Ausbreitungszeiten bis zu dem Schwingungssensor
6a durch Ausgeben des Startsignals an die
Schwingungserzeuger-Steuereinrichtung 2 gestartet.
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Zu diesem Zeitpunkt wird ein Signal 41 aus der
Schwingungserzeuger-Steuereinrichtung 2 dem Schwingungserzeuger 4
zugeführt.
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Die Ultraschallschwingung, die sich durch das Signal 41 von
dem Schwingungs-Eingabestift 3 zu der
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8 ausbreitet, hält für eine Zeit tg an, die dem
Abstand von dem Schwingungssensor 6a entspricht, und wird
danach durch den Schwingungssensor 6a erfaßt. Ein in der
Abbildung dargestelltes Signal 42 bezeichnet eine
Signalkurvenform, die durch den Schwingungssensor 6a erfaßt wird.
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Die bei diesem Ausführungsbeispiel verwendete Schwingung ist
eine Plattenwelle. Daher verändert sich die Beziehung
zwischen einer Hüllkurve 421 und einer Phase 422 der erfaßten
Kurvenform-Veränderungen entsprechend des
Ausbreitungsabstandes bei der Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8 während der
Ausbreitung der Schwingung.
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Nachstehend wird angenommen, daß eine
Ausbreitungsgeschwindigkeit, d.h. eine Gruppengeschwindigkeit der Hüllkurve 421
auf vg und eine Phasengeschwindigkeit der Phase 422 auf vp
eingestellt werden. Der Abstand zwischen dem
Schwingungs-Eingabestift 3 und dem Schwingungssensor 6a kann durch den
Unterschied zwischen der Gruppengeschwindigkeit vg und der
Phasengeschwindigkeit Vp erfaßt werden.
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Bei alleiniger Betrachtung der Hüllkurve 421 wird deren
Geschwindigkeit auf Vg eingestellt. Wird ein Punkt auf einer
gewissen bestimmten Kurvenform, beispielsweise der Berg, wie
bei einem in der Abbildung mit 43 bezeichneten Signal erfaßt,
kann ein Abstand zwischen dem Schwingungs-Eingabestift 3 und
dem Schwingungssensor 6a durch die Beziehung
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d = Vg tg (1),
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erhalten werden, wobei tg die Ausbreitungszeit der Schwingung
bezeichnet.
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Obwohl sich die Gleichung (1) auf einen Schwingungssensor 6a
bezieht, kann der Abstand zwischen jedem der anderen beiden
Schwingungssensoren 6b sowie 6c und dem
Schwingungs-Eingabestift 3 auch durch dieselbe Gleichung auf Grundlage eines
ähnlichen Prinzips ausgedrückt werden.
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Außerdem wird das Verfahren auf Grundlage der Erfassung des
Phasensignals zum Bestimmen des Koordinatenwertes mit einer
höheren Genauigkeit durchgeführt.
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Angenommen, daß die Zeit von einem bestimmten Erfassungspunkt
auf dem Phasen-Kurvenformsignal 422 beispielsweise von dem
Zeitpunkt, bei dem die Schwingung bei dem Nulldurchgang nach
Erreichen des Maximums erzeugt wird, auf tp eingestellt wird,
wird der Abstand zwischen dem Schwingungssensor und dem
Schwingungs-Eingabestift 3 berechnet durch
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d = n p + vp tp (2),
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wobei p eine Wellenlänge einer elastischen Welle bezeichnet
und n eine Ganzzahl ist.
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Aus den Gleichungen (1) und (2) läßt sich die Ganzzahl n
ausdrücken durch
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n = [(Vg tg - vp tp)/ p + 1/N] (3),
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wobei N eine von 0 verschiedene, reelle Zahl bezeichnet und
auf einen geeigneten numerischen Wert eingestellt wird. Falls
beispielsweise N = 2 gilt und eine Schwankung der
Gruppenverzögerungszeit tg innerhalb eines Bereichs von ± 1/2
Wellenlänge liegt, kann n bestimmt werden. Durch Einsetzen des wie
vorstehend beschrieben erhaltenen Wertes von n in die
Gleichung (2) kann der Abstand zwischen dem
Schwingungs-Eingabestift 3 und dem Schwingungssensor 6a und weiterhin die
Abstände zwischen dem Schwingungs-Eingabestift 3 und den
Schwingungssensoren 6b sowie 6c genau gemessen werden.
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Signale 43 und 45 zum Messen der beiden vorstehend erwähnten
Schwingungs-Ausbreitungszeiten tg und tp werden durch die
Signalkurvenform-Erfassungseinrichtung 9 erhalten. Die
Signalkurvenform-Erfassungseinrichtung 9 ist gemäß Fig. 5
aufgebaut.
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Das Ausgangssignal des Schwingungssensors 6a wird gemäß Fig.
5 durch einen Vorverstärker 51 auf einen vorbestimmten Pegel
verstärkt. Das verstärkte Signal wird in einen
Hüllkurvendetektor 52 eingegeben und nur die Hüllkurve des
Erfassungssignals entnommen. Der Zeitpunkt der Spitze der entnommenen
Hüllkurve wird durch einen Hüllkurvenspitzendetektor 53
erfaßt. Ab dem Spitzenerfassungssignal wird ein Signal Tg
(Signal 53) als Hüllkurvenverzögerungszeit-Erfassungssignal
mit einer vorbestimmten Kurvenform durch eine
Tg-Signal-Erfassungseinrichtung 54 mit einer monostabilen Kippstufe oder
dergleichen erzeugt. Das Tg-Signal wird in die Operations-
Steuereinrichtung 1 eingegeben.
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Das Tg-Signal wird über eine monostabile Kippstufe 55 und
eine Vergleichspegel-Speiseeinrichtung 56 einer
Tp-Erfassungseinrichtung 58 zugeführt, durch die das Tg-Signal mit
dem ursprünglichen Signal verglichen wird, das durch eine
Verzögerungszeit-Abgleicheinrichtung 57 verzögert worden ist.
Das Phasenverzögerungs-Zeitsignal Tp wird aus der
Tp-Erfassungseinrichtung 58 der Operations-Steuereinrichtung 1
zugeführt.
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Die vorstehend beschriebene Schaltung bezieht sich auf den
Schwingungssensor 6a und dieselben Schaltungen sind auch für
die anderen Schwingungssensoren 6b und 6c vorgesehen.
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Angenommen, daß die Anzahl der Schwingungssensoren allgemein
auf h eingestellt wird, werden h Erfassungssignale der
Hüllkurven-Verzögerungszeiten Tg1 bis Tgh und h Erfassungssignale
der Phasen-Verzögerungszeiten Tp1 bis Tph in die Operations-
Steuereinrichtung 1 eingegeben.
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Die Operations-Steuereinrichtung 1 empfängt die Signale Tg1
bis Tgh und Tp1 bis Tph aus dem Eingang 35 und speichert den
Zählwert des Taktgebers 33 in den Zwischenspeicherschaltungen
34a bis 34c unter Verwendung der entsprechenden Zeitpunkte
als Triggersignale zwischen. Da die Arbeitsweise des
Taktgebers 33 synchron mit der Steuerung des
Schwingungs-Eingabestiftes 3 gestartet wird, werden die Daten, die die
Verzögerungszeiten der Hüllkurven und Phasen der Schwingungssensoren
6a bis 6c anzeigen, in den Zwischenspeicherschaltungen 34a
bis 34c zwischengespeichert.
< Beschreibung der Berechnung der Koordinatenposition (Fig.
6) >
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Nachstehend wird das Prinzip der Erfassung der
Koordinatenposition des Schwingungs-Eingabestiftes 3 auf der Schwingungs-
Fortpflanzungsplatte 8 beschrieben.
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Nachstehend wird angenommen, daß die Koordinaten des
Schwingungssensors 6a auf der Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8
auf Sa(0, 0), d.h. auf einen Ursprung, und die
Koordinatenpositionen der Schwingungssensoren 6b und 6c auf Sb(x, 0) und
Sc(0, y) eingestellt werden. Die Koordinaten des Schwingungs-
Eingabestiftes 3 nehmen P(x, y) an.
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Die Abstände zwischen dem Schwingungs-Eingabestift 3 und den
Schwingungssensoren 6a bis 6c nehmen jeweils da bis dc an.
Auf Grundlage des vorstehend beschriebenen Prinzips werden
die Koordinaten P(x, y) durch die folgenden Gleichungen durch
das Theorem der drei Quadrate erhalten.
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wobei X und Y Abstände in den seitlichen und vertikalen
Richtungen der Schwingungssensoren 6b und 6c von dem
Schwingungssensor 6a angeben.
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Wie vorstehend beschrieben können die Lagekoordinaten des
Schwingungs-Eingabestiftes 3 in Echtzeit erfaßt werden.
< Beschreibung der Schwingungs-Fortpflanzungsplatte (Fig. 7
und 8) >
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Nachstehend wird die Arbeitsweise der
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8 gemäß dem Ausführungsbeispiel verglichen mit
der gemäß dem herkömmlichen Gerät beschrieben.
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Fig. 7A zeigt eine Nutzfläche C infolge des Aufbaus der
herkömmlichen Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 70 und der
Schwingungssensoren 6-1 bis 6-3. Fig. 7B zeigt eine
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 71, bei dem die Eckabschnitte der
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 70 auf Grundlage der
Nutzfläche C beseitigt sind. Die Einflüsse der reflektierten
Wellen
der Schwingung von den Randoberflächen (oder Grenzen des
befestigten Schwingungs-Verhinderungsmaterials) der
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 71 sind ähnlich denen bei dem Fall
gemäß Fig. 7A. Daher kann eine Nutzfläche C ähnlich wie bei
dem Fall gemäß Fig. 7A sichergestellt werden. Dies ist auch
aus der Tatsache ersichtlich, daß beispielsweise an der
Position eines Schwingungs-Eingabestiftes 3-3 ein Ausbreitungsweg
E der reflektierten Welle länger als ein Ausbreitungsweg D
der reflektierten Welle ist.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind die von der Nutzfläche
gemäß Fig. 7B verschiedenen Abschnitte der
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 71 zur Rückseite hin gekrümmt, wodurch eine
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 72 gemäß Fig. 7C gebildet
wird. Auch in diesem Fall sind die Wege der reflektierten
Wellen ähnlich denen gemäß Fig. 7B und dieselbe Nutzfläche
wird erhalten, so daß die Projektionsfläche der Draufsicht im
wesentlichen mit der Nutzfläche gleich gemacht werden kann.
Mit anderen Worten kann das Verhältnis der Nutzfläche der
Koordinateneingabe erhöht werden, die die Gesamtfläche des
Gehäuses (Tabletts) des Koordinateneingabegeräts belegt. Daher
ist bei Verwendung eines Tabletts mit der Größe derselben
Nutzfläche dus Gerät der Ausführungsform gemäß dem
Ausführungsbeispiel verglichen mit dem herkömmlichen deutlich
verkleinert.
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Die gekrümmten Abschnitte der
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 72 sind gemäß Fig. 8A gekrümmt. Je größer R (der
Durchmesser der "Krümmung") ist, desto besser. Deshalb ist
beispielsweise ein jäh (steil) gekrümmter Abschnitt gemäß
Fig. 8B unerwünscht. Dies ist dadurch bedingt, daß die
Schwingung durch einen gekrümmmten Abschnitt reflektiert wird
und sich die Plattenwellenschwingungs-Grenzbedingungen
plötzlich verändern, so daß eine plötzliche Veränderung der
akustischen Impedanz auftritt. Deswegen ist es selbst bei dem
gekrümmten Abschnitt erwünscht, daß ein als reflektierender
Abschnitt wirkender eingeklappter Abschnitt nicht besteht.
< Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele (Fig. 9 bis
12) >
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Bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen sind gemäß Fig.
1B die Schwingungssensoren 6a bis 6c an den
Befestigungsgrenzen des Schwingungs-Verhinderungsmaterials oder an Stellen in
deren Nähe angebracht, die nicht durch die reflektierten
Wellen beeinflußt werden, und die Randabschnitte der
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8 sind bei einer derartigen
Anordnung gekrümmt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf einen
derartigen Aufbau beschränkt.
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Beispielsweise kann gemäß Fig. 9 durch Einstellen des
gekrümmten Abschnitts der Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8
auf einen noch größeren Abschnitt jeder Schwingungssensor
auch in der Nähe der Nutzfläche angebracht sein. Daher können
auch ähnliche Wirkungen wie diejenigen bei den vorangehenden
Ausführungsbeispielen erreicht werden. Die Größe des
gekrümmten Abschnitts sollte auf eine solche Weise eingestellt
sein, daß der Abstand von jedem Schwingungssensor 6a bis 6c
bis zum Randabschnitt der Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8
auf einen solchen Wert eingestellt ist, der nicht durch die
reflektierte Welle beeinflußt wird.
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Auf diese Weise sind verglichen mit dem Fall, bei dem das
schwingungs-Verhinderungsmaterial in der Nähe der
Schwingungssensoren 6a bis 6c angebracht ist, die direkten Wellen
infolge des Schwingungs-Verhinderungsmaterials gedämpft oder
die Interferenzen von den reflektierten Wellen durch die
Grenzen des Schwingungs-Verhinderungsmaterials beseitigt.
Außerdem ist ein nachteiliger Einfluß wie eine
Richtungsabhängigkeit oder dergleichen der Erfassungs-Kurvenform infolge
der einfallenden Richtung an dem Schwingungssensor
einschließlich der beiden vorstehend beschriebenen Einflüsse
beseitigt.
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Demgegenüber kann die Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8
durch irgendeines der einfachen Preß- oder Treibverfahren
oder dergleichen hergestellt sein.
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Außerdem kann beispielsweise gemäß Fig. 10 der Randabschnitt
nur in der Y-Richtung gekrümmt sein. In diesem Fall kann die
Größe in der Y-Richtung durch ein vergleichsweise leichtes
Verfahren oder dergleichen verringert sein. Weiterhin besteht
bei dem Fall einer Anordnung der Schwingungssensoren 6a bis
6c gemäß der Abbildung auch ein Vorteil darin, daß ein
nachteiliger Einfluß beseitigt wird, der dadurch verursacht wird,
daß das Schwingungs-Verhinderungsmaterial und die Stellen der
Schwingungssensoren 6a bis 6c nah beieinander liegen.
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Außerdem kann die Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8 auch wie
eine Form eines einteiligen Kastens mit der Voderseite gemäß
Fig. 11A und der Rückseite gemäß Fig. 11B gebildet sein.
Selbst bei einem derartigen Aufbau kann das Gerät verkleinert
werden, ohne durch die reflektierten Wellen beeinflußt zu
werden, da die Schwingung zu der
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8 auf der Rückseite übertragen wird. Zusätzlich kann
die Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8 einer derartigen Form
auch gewöhnlich als äußeres Gehäuse eines Produkts verwendet
werden. Wie durch 111 in Fig. 11B gekennzeichnet ist ein
Schwingungs-Verhinderungsmaterial zum Verhindern des
Zurückwerfens und des Übertragens der Schwingung zu der
Rückseite an dem mittleren Abschnitt der
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8 an der Rückseite angebracht. Fig. 11C ist eine
Schnittansicht eines Randabschnitts einer
Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8.
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Als ein weiteres Ausführungsbeispiel wird in Betracht
gezogen, daß die Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8 gemäß Fig.
12 einen Dreischichtenaufbau aufweist. Eine
Schwingungs-Isolationsschicht F wie ein Schwamm oder dergleichen ist in die
Zwischenschicht eingefügt und die obere und untere Schicht
sind an dem gekrümmten Randabschnitt verbunden. Ein
Schwingungs-Verhinderungsmaterial ist an dem mittleren Abschnitt
der rückseiten Oberfläche angebracht. Bei diesem Aufbau wird
eine Arbeitsweise ähnlich wie der bei dem vorangehenden
Ausführungsbeispiel erreicht und außerdem kann eine dünnere
kleine Schwingungs-Fortpflanzungsplatte 8 gebildet werden.
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Wie vorstehend beschrieben kann gemäß den
Ausführungsbeispielen das Verhältnis der Nutzfläche bezüglich der
Koordinateneingabe des Koordinateneingabegeräts erhöht werden, die die
gesamte Koordinaten-Eingabefläche belegt, so daß das
Koordinateneingabegerät verkleinert werden kann.
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Der gekrümmte Abschnitt, der bei den Ausfünrungsbeispielen
beschrieben worden ist, wird zumindest innerhalb der
Nutzfläche bezüglich der Koordinateneingabe eingestellt. Die Größe
der gekrümmten Abschnitte wird derart eingestellt, daß sie
keinen nachteiligen Einfluß auf die Nutzfläche durch die
reflektierten Wellen ausübt. Dies ist dadurch bedingt, daß,
obwohl dieser Zustand sehr nützlich ist, die Aufgabe, die mit
dem Stand der Technik verbundenen Probleme zu lösen, nur
durch Krümmen der Abschnitte in der Nähe der Randseiten
erreicht werden kann.
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Wie vorstehend beschrieben kann, da das Verhältnis der
Nutzfläche bezüglich der Koordinateneingabe zur Größe des
Gehäuses des Koordinateneingabegeräts auf einen großen Wert
eingestellt wird, die Erhöhung der Größe des
Koordinateneingabegeräts verhindert werden.