DE68926692T2

DE68926692T2 - Koordinateneingabegerät

Info

Publication number: DE68926692T2
Application number: DE68926692T
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Kaneko; Katsuyuki Kobayashi; Shigeki Mori; Noriyuki Suzuki; Atsushi Tanaka; Shinnosuke Taniishi; Yuichiro Yoshimura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1989-03-17
Publication date: 1996-11-28
Anticipated expiration: 2009-03-18
Also published as: EP0333219A3; EP0333219B1; US5070325A; DE68926692D1; EP0333219A2

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Koordinateneingabegerät und insbesondere ein Koordinateneingabegerät, bei dem eine von einem Schwingungsstift zugeführte Schwingung durch eine Vielzahl von auf einer Schwingungs-Übertragungsplatte angeordneten Schwingungssensoren erfaßt wird, wodurch Koordinaten des Schwingungsstifts auf der Schwingungs-Übertragungsplatte erfaßt werden.

Verwandter Stand der Technik

Vorteile des vorstehend angeführten Koordinaten-Erfassungssystems bestehen darin, daß die ein Eingabetableau bildende Anordnung der Schwingungs-Übertragungsplatte einfach ist und auf einer Anzeigeeinheit oder einem Original angeordnet werden kann, da ein lichtdurchlässiges Element als die Schwingungs-Übertragungsplatte verwendbar ist.
Bei einem Koordinateneingabegerät dieser Bauart wird eine von dem Schwingungsstift zugeführte Schwingung mittels einer Vielzahl von auf der Schwingungs-Übertragungsplatte angeordneten Schwingungssensoren erfaßt. Korrekte Koordinaten können allerdings nicht erfaßt werden, solange Einflüsse einer Phasenverzögerungszeit und einer Schaltungsverzögerungszeit einer Erfassungseinrichtung bei der Schwingungsübertragung auf der Schwingungs-Übertragungsplatte nicht korrigiert sind. Die Schaltungsverzögerungszeit beinhaltet nicht nur eine Verzögerungszeit aufgrund einer elektrischen Schaltungsanordnung, sondern auch eine Verzögerung aufgrund einer Schaltung zwischen dem Schwingungsstift und der Schwingungs-Übertragungsplatte, durch die eine Schwingung mechanisch übertragen wird.
Fig. 8 zeigt eine graphische Darstellung, bei der die Abszisse die Zeit t und die Ordinate die Schwißngungs-Übertragungsweglänge von einem Eingabepunkt zu einem Schwingungssensor darstellt. Fig. 8 zeigt Veränderungen einer für die Ausbreitung der Hüllkurve eines Schwingungssignalverlaufs um eine bestimmte Weglänge erforderlichen Gruppenverzögerungszeit tg und einer für die Ausbreitung der Phase des Signalverlaufs um die Weglänge erforderlichen Phasenverzögerungszeit tp.
Wie in Fig. 8 gezeigt, ist eine Schaltungsverzögerungszeit et auch dann vorhanden, wenn die Weglänge 0 ist, wodurch eine einzelne Verzögerungszeiten darstellende Kurve (Gerade) in der graphischen Darstellung nach Rechts verschoben wird. Ein Phasenverlauf erzeugt entsprechend einer Wellenlänge regelmäßige Phasenverzögerungszeiten, wie in Fig. 8 gezeigt. Eine zwischen der Gruppenverzägerungszeit tg und der Phasenverzögerungszeit tp bei der Weglänge 0 vorhandene Differenz tof, d.h. eine Phasenverschiebung, verändert sich entsprechend der Schaltungsverzögerungszeit.
Bei einem System, bei dem eine Transversalkomponente auf einer Schwingungs-Übertragungsplatte zur Messung einer Schwingungs-Übertragungszeit erfaßt wird, ist ein Verfahren zur Bestimmung der Schwingungs-Übertragungszeit durch Verwendung sowohl der Gruppen- als auch der Phasenverzögerungszeiten tg und tp aus der EP-A-0 258 972 bekannt. Bei diesem Verfahren kann allerdings keine korrekte Schwingungs-Übertragungszeit erhalten werden, solange keine Korrektur der Schaltungsverzögerungszeit et und der Phasenverschiebung tof durchgeführt wird.
Deshalb wird bei dem bekannten herkömmlichen Verfahren ein der vorab gemessenen mittleren Schaltungsverzögerungszeit et und der mittleren Phasenverschiebung tof entsprechender Korrekturwert gespeichert und zur Korrektur der Schwingungs- Übertragungszeit von einem Meßwert subtrahiert.
Nach der Bestimmung der Schaltungsverzögerungszeit et und der Phasenverschiebung tof muß jedoch eine Berechnung für an einem gewissen Punkt abgetastete Daten unter Verwendung von Konstanten wie einer Gruppengeschwindigkeit, einer Phasengeschwindigkeit und einer Frequenz durchgeführt werden. Daher ist die Koordinatenbestimmungsgenauigkeit manchmal aufgrund eines Geschwindigkeitsfehlers oder Berechnungsfehlers verschlechtert.
Zusätzlich verändert sich die tatsächliche Schaltungsverzögerungszeit entsprechend einer Umgebungsveränderung wie beispielsweise einer Temperaturveränderung. Deshalb kann bei dem herkömmlichen System keine korrekte Schwingungs-Übertragungszeit gemessen werden, wenn sich die Umgebungsbedingungen verändern.
Die GB-A-2 042 726 offenbart ein Eingabetableau, bei dem eine Kalibrierung unter Verwendung eines auf die Oberfläche des Tableaus projizierten Gitters gewünschter Genauigkeit vorgenommen werden kann. Eine ausreichende Anzahl von (auf bekannten Koordinaten liegenden) Gitterpunkten wird sodann mit der Stiftspitze abgetastet. Diese Koordinaten werden daraufhin in einem Feld im Speicher der Verarbeitungseinrichtung gespeichert und dienen als Nachschlagetabelle für Korrekturen bezüglich jeder nachfolgend angenommenen Eingabeposition.
Die EP-A-0 087 943 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung des Koordinatensystemursprungs eines Eingabetableaus. Zur Einstellung des Koordinatensystemursprungs wird ein erster Punkt Pt auf dem Eingabetableau durch die Koordinatenbestimmungseinrichtung bestimmt, um erste Koordinaten des ersten Punkts Pt in das Tableau-Koordinatensystem einzugeben. Zweite Koordinaten des ersten Punkts Pt werden zur Einstellung des Ursprungs des numerischen Steuerdaten-Koordinatensystems auch durch eine Tastatur eingegeben. Die Differenz zwischen den ersten und zweiten Koordinaten bestimmt den Betrag, um den die Koordinaten der weiteren eingegebenen Punkte zu verschieben sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Koordinateneingabegerät anzugeben, das einen Schwingungs-Übertragungszeit- Meßfehler oder Berechnungsfehler korrigieren kann, wodurch eine korrekte Koordinateneingabe durchgeführt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Koordinateneingabegerät anzugeben, das eine durch eine Umgebungsveränderung bedingte Abweichung des eingegebenen Koordinatenwertes korrigieren kann, wodurch eine korrekte Koordinateneingabe durchgeführt wird.
Die Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung eines die Erfindung umsetzenden Informations-Eingabe-/Ausgabegeräts.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht des Aufbaus eines Schwingungsstifts.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild des Aufbaus einer in Fig. 1 dargestellten Steuereinrichtung.
Fig. 4 zeigt ein Zeitablaufdiagramm von Erfassungs-Signalverläufen zur Beschreibung einer Weglängenmessung zwischen dem Schwingungsstift und einem Schwingungssensor.
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung einer in Fig. 1 dargestellten Signalverlaufs-Erfassungseinrichtung.
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf eine Anordnung von Schwingungssensoren.
Fig. 7 zeigt eine Darstellung einer Sensoranordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Fig. 8 zeigt eine graphische Darstellung zur Beschreibung von Problemen bei einem herkömmlichen Koordinateneingabegerät.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung eines die Erfindung umsetzenden Informations-Eingabe-/Ausgabegeräts. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Informations-Eingabe-/Ausgabegerät werden Koordinaten durch einen Schwingungsstift 3 in ein durch eine Schwingungs- Übertragungsplatte 8 gebildetes Eingabetableau eingegeben, und ein den eingegebenen Koordinaten-Informationen entsprechendes eingegebenes Bild mittels einer Anzeigeeinrichtung 11' mit einer unter dem Eingabetableau angeordneten Kathodenstrahlröhre (CRT) angezeigt.
Bezugnehmend auf Fig. 1 überträgt die aus einer Acryl- oder Glasplatte bestehende Schwingungs-Übertragungsplatte 8 eine durch den Schwingungsstift 3 eingegebene Schwingung zu drei an ihren Ecken angeordneten Schwingungssensoren 6. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden Koordinaten des Schwingungsstifts 3 auf der Schwingungs-Übertragungsplatte 8 durch Messung einer Übertragungszeit einer von dem Schwingungsstift 3 durch die Schwingungs-Übertragungsplatte 8 zu den Schwingungssensoren 6 übertragenen Ultraschallschwingung erfaßt.
Zur Verhinderung einer Reflexion einer von dem Schwingungsstift 3 übertragenen Schwingung an einem Randabschnitt der Schwingungs-Übertragungsplatte 8 zurück zu deren mittleren Abschnitt wird der Randabschnitt von einem Reflexionen verhindernden Element 7 aus Silikongummi oder dergleichen gestützt.
Die Schwingungs-Übertragungsplatte 8 ist auf der Anzeigeeinrichtung 11', beispielsweise einer Kathodenstrahlröhre (oder einer Flüssigkristallanzeige) angeordnet mit der eine punktweise Anzeige möglich ist, so daß ein Punkt an einer mit dem Schwingungsstift 3 berührten Position angezeigt wird. Das heißt, ein Punkt wird an einer den erfaßten Koordinaten des Schwingungsstifts 3 entsprechenden Position der Anzeigeeinrichtung 11' angezeigt. Infolgedessen erscheint ein aus durch den Schwingungsstift 3 eingegebenen Punkten, Linien und dergleichen bestehendes Bild, nachdem der Schwingungsstift eine Ortskurve beschrieben hat, als ob das Bild auf Papier gezeichnet wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung kann zudem ein Menü auf der Anzeigeeinrichtung 11' angezeigt werden, so daß ein Menüelement unter Verwendung des Schwingungsstifts ausgewählt werden kann, oder es kann ein Bedienerführungstext darauf angezeigt werden, so daß der Schwingungsstift 3 mit einer vorbestimmten Position in Berührung gebracht werden kann.
Auf einer Eingabeoberfläche der Schwingungs-Übertragungsplatte 8 ist an einer vorbestimmten (vollkommen willkürlichen) Position eine Markierung 8a vorgesehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden Koordinaten der Markierung 8a vorab in einem Nur-Lese-Speicher (ROM) oder dergleichen gespeichert, so daß eine Schwingungseingabe durch den Schwingungsstift 3 an diesem Punkt zur Messung einer Schwingungs-Übertragungszeit zu jedem Schwingungssensor 6 durchgeführt wird. Dieser Meßwert wird zur Korrektur der Schwingungs-Übertragungszeit verwendet. Ein Korrekturverfahren wird nachstehend beschrieben.
Der Schwingungsstift 3 zur Beaufschlagung der Schwingungs- Übertragungsplatte 8 mit einer Ultraschall-Schwingung weist einen durch ein darin enthaltenes piezoelektrisches Element gebildeten Schwingungserzeuger 4 auf. Eine durch den Schwingungserzeuger 4 erzeugte Ultraschall-Schwingung wird zu der Schwingungs-Übertragungsplatte 8 über einen Horn-Abschnitt 5 mit spitzem Ende übertragen.
Fig. 2 zeigt einen Aufbau des Schwingungsstifts 3. Der in dem Schwingungsstift 3 enthaltene Schwingungserzeuger 4 wird durch eine Schwingungserzeuger-Ansteuerschaltung 2 angesteuert. Ein Ansteuersignal für den Schwingungserzeuger 4 wird als Impuls-Signal mit niedrigem Pegel von einer in Fig. 1 gezeigten Steuereinrichtung 1 zugeführt, durch die Schwingungserzeuger-Ansteuerschaltung 2 mit der Fähigkeit zum niederohmigen Ansteuern mit einer vorbestimmten Verstärkung verstärkt und dann an den Schwingungserzeuger 4 angelegt.
Das elektrische Ansteuersignal wird durch den Schwingungserzeuger 4 in eine mechanische Ultraschall-Schwingung umgewandelt und über den Horn-Abschnitt 5 zu der Schwingungs- Übertragungsplatte 8 übertragen.
Eine Schwingungsfrequenz des Schwingungserzeugers 4 wird auf einen Wert eingestellt, bei dem eine Plattenwelle in der beispielsweise aus Acryl oder Glas bestehenden Schwingungs-Übertragungsplatte 8 erzeugt werden kann. Zusätzlich wird auf das Ansteueren des Schwingungserzeugers hin ein Schwingungsmodus derart ausgewählt, daß der Schwingungserzeuger 4 hauptsächlich in der, gemäß Fig. 2, vertikalen Richtung bezüglich der Schwingungs-Übertragungsplatte 8 schwingt. Ebenso kann die Schwingungsumwandlung durch Einstellung der Schwingungsfrequenz des Schwingungserzeugers 4 auf dessen Resonanzfrequenz effizient durchgeführt werden.
Eine zu der Schwingungs-Übertragungsplatte 8, wie vorstehend beschrieben, übertragene elastische Welle ist eine transversale Plattenwelle mit einem Vorteil, daß sie durch einen Kratzer oder ein Hindernis auf der Oberfläche der Schwingungs-Übertragungsplatte 8 im Vergleich zu einer Longitudinalwelle wie einer Oberfächenwelle kaum beeinträchtigt wird.
Wiederum bezugnehmend auf Fig. 1 ist jeder an den Eckabschnitten der Schwingungs-Übertragungsplatte 8 angeordnete Schwingungssensor 6 ebenfalls durch ein mechanisch-elektrisches Wandlerelement wie ein piezoelektrisches Element gebildet. Ausgangssignale der drei Schwingungssensoren 6 werden einer Signalverlaufs-Erfassungseinrichtung 9 zugeführt, und Schwingungs-Ankunftszeitpunkte an den Sensoren werden durch eine nachstehend zu beschreibende Signalverlaufs-Erfassungsverarbeitung erfaßt. Erfaßte Zeitverlaufssignale werden der Steuereinrichtung 1 zugeführt.
Die Steuereinrichtung 1 erfaßt entsprechend den von der Signalverlaufs-Erfassungseinrichtung zugeführten erfaßten Zeitverläufen Schwingungs-Übertragungszeiten zu den Sensoren und erfaßt beruhend auf den Schwingungs-Übertragungszeiten eine Koordinateneingabeposition des Schwingungsstifts 3 auf der Schwingungs-Übertragungsplatte 8.
Die erfaßten Koordinateninformationen bezüglich des Schwingungsstifts 3 werden durch die Steuereinrichtung 1 entsprechend einem Ausgabesystem der Anzeigeeinrichtung 11' verarbeitet. Das heißt, beruhend auf den eingegebenen Koordinateninformationen steuert die Steuereinrichtung einen Ausgabevorgang der Anzeigeeinrichtung 11' mittels einer Anzeigeansteuerschaltung 10.
Fig. 3 zeigt einen Aufbau der in Fig. 1 gezeigten Steuereinrichtung 1. Bezugnehmend auf Fig. 3 sind hauptsächlich der Aufbau eines Ansteuersystems des Schwingungsstifts 3 und ein Schwingungserfassungssystem des Schwingungssensors 6 gezeigt.
Ein Microcomputer 11 enthält einen internen Zähler, einen Nur-Lese-Speicher (ROM) ha und einen Schreib-Lese-Speicher (RAM) 11b. Der Nur-Lese-Speicher 11a speichert Koordinaten der Markierung 8a. Der Schreib-Lese-Speicher 11b speichert einen Korrekturwert für eine nachstehend beschriebene Schwingungs-Übertragungszeit-Korrektur, d.h. eine Übertragungszeit einer eingegebenen Schwingung von der Markierung 8a der Schwingungs-Übertragungsplatte 8 zu jedem Schwingungssensor
Eine Ansteuersignal-Erzeugungseinrichtung 12 gibt einen Ansteuerimpuls mit einer vorbestimmten Frequenz an die in Fig. 1 gezeigte Schwingungsansteuerschaltung 2 ab und wird von dem Microcomputer 11 synchron zu einer Koordinatenberechnungsschaltung aktiviert.
Der Zählwert eines Zählers 13 wird, durch den Microcomputer 11 gesteuert, von einer Zwischenspeicher-Schaltung gespeichert.
Die Signalverlaufs-Erfassungseinrichtung 9 gibt Zeitverlaufsinformationen bezüglich eines Erfassungssignals zur Messung einer auf dem Ausgangssignal des Schwingungssensors 6 beruhenden Schwingungs-Übertragungszeit aus, wie nachstehend beschrieben wird. Jede Zeitverlaufsinformation wird einem Eingangsanschluß 15 zugeführt.
Jedes von der Signalverlaufs-Erfassungseinrichtung 9 zugeführte Zeitverlaufssignal wird dem Eingangsanschluß 15 zugeführt und in einem Speicherbereich in der Zwischenspeicher- Schaltung 14 entsprechend jedem Schwingungssensor 6 gespeichert, und das Ergebnis wird zu dem Microcomputer 11 übertragen.
Das heißt, die Schwingungs-Übertragungszeit wird durch einen zwischengespeicherten Wert der Ausgangsdaten des Zählers 13 wiedergegeben und es wird eine Koordinatenberechnung unter Verwendung dieses Schwingungsübertragungs-Zeitwertes durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt prüft eine Entscheidungsschaltung 16, ob die Signalverlaufs-Erfassungszeit-Informationen von allen Schwingungssensoren 6 zugeführt werden und führt dem Microcomputer 11 ein Entscheidungsergebnis zu.
Eine Ausgabesteuerverarbeitung für die Anzeigeeinrichtung 11' wird über einen Eingangs-/Ausgangsanschluß 17 durchgeführt.
Fig. 4 zeigt ein Zeitablaufdiagramm, das der in Fig. 1 dargestellten Signalverlaufs-Erfassungseinrichtung 9 zugeführte Erfassungs-Signalverläufe darstellt und zur Beschreibung der auf den Signalverläufen beruhenden Schwingungs-Übertragungszeitmessungs-Verarbeitung dient. Bezugnehmend auf Fig. 4 wird ein Ansteuersignal-Impuls 41 an den Schwingungsstift 3 angelegt. Eine von dem durch einen derartigen Signalverlauf angesteuerten Schwingungsstift 3 zu der Schwingungs-Übertragungsplatte 8 übertragene Ultraschall-Schwingung wird über die Schwingungs-Übertragungsplatte 8 von jedem Schwingungssensor 6 erfaßt.
Die Schwingung breitet sich in der Schwingungs-Übertragungsplatte 8 für die der Weglänge zu dem Schwingungssensor 6 entsprechende Zeit tg aus und erreicht den Schwingungssensor 6. Der Schwingungssensor 6 erfaßt einen in Fig. 4 gezeigten Signalverlauf 42. Da die bei diesem Ausführungsbeispiel verwendete Plattenwelle eine streuende Welle ist, verändert sich die Beziehung zwischen einer Hüllkurve 421 und einer Phase 422 des Erfassungs-Signalverlaufs entsprechend der Schwingungsübertragungs-Weglänge.
Es sei angenommen, daß die Geschwindigkeit der Hüllkurve eine Gruppengeschwindigkeit Vg ist und Vp eine Phasen-Geschwindigkeit darstellt. Die Weglänge zwischen dem Schwingungsstift 3 und dem Schwingungssensor 6 kann aufgrund der Differenz zwischen der Gruppengeschwindigkeit und der Phasengeschwindigkeit erfaßt werden.
Falls ein gewisser spezifischer Punkt in dem Signalverlauf, beispielsweise ein wie durch das Bezugszeichen 43 in Fig. 4 dargestelltes Signalmaximum erfaßt wird, ist, da die Geschwindigkeit der Hüllkurve 421 Vg ist, eine Weglänge d zwischen dem Schwingungsstift 3 und dem Schwingungssensor 6 beispielsweise durch die folgende Gleichung gegeben, wobei angenommen ist, daß die Schwingungs-Übertragungszeit tg ist.
d = Vg.tg (1)
Obwohl diese Gleichung für einen der Schwingungssensoren 6 gilt, können die Weglängen zwischen den anderen beiden Schwingungssensoren 6 und dem Schwingungsstift 3 durch dieselbe Gleichung dargestellt werden.
Um eine Koordinate mit höherer Präzision zu bestimmen, wird eine auf der Erfassung des Phasensignals beruhende Verarbeitung durchgeführt. Unter der Annahme, daß ein Zeitintervall von der Schwingungseinprägung bis zu einem bestimmten Erfassungspunkt eines in Fig. 4 gezeigten Phasenverlaufs 422, beispielsweise einem Nulldurchgangs-Punkt nach dem Signalmaximum, tp beträgt, ist eine Weglänge zwischen dem Schwingungssensor und dem Schwingungsstift durch die folgende Gleichung gegeben.
d = n λp + Vp tp (2)
wobei λP die Wellenlänge der elastischen Welle, und n eine ganze Zahl ist.
Aus den Gleichungen (1) und (2) ist die vorstehend genannte ganze Zahl durch
n = [(Vg tg - Vp tp)/λp + 1/N] (3)
gegeben, wobei N eine willkürliche reelle Zahl außer 0 ist. Beispielsweise kann für N = 2 innerhalb des Bereichs von ± einer halben Wellenlänge bestimmt werden.
Durch Einsetzen des wie vorstehend berechneten in Gleichung (2) kann die Weglänge zwischen dem Schwingungsstift 3 und dem Schwingungssensor 6 korrekt gemessen werden.
Zur Messung der zwei in Fig. 4 gezeigten Schwingungs-Übertragungszeiten tg und tp kann die Signalverlaufs-Erfassungseinrichtung 9 wie in Fig. 5 gezeigt aufgebaut sein.
Bezugnehmend auf Fig. 5 wird wie vorstehend beschrieben ein Ausgangssignal des Schwingungssensors 6 durch einen Verstärker 51 auf einen vorbestimmten Pegel verstärkt.
Das verstärkte Signal wird einer Hüllkurven-Erfassungseinrichtung 52 zugeführt, wobei lediglich die Hüllkurve des Erfassungs-Signals gewonnen wird. Der Zeitpunkt des Maximums der gewonnenen Hüllkurve wird durch eine Hüllkurven-Maximum Erfassungseinrichtung 53 erfaßt. Aus dem Maximum-Erfassungssignal wird durch eine aus einem monostabilen Multivibrator gebildete Signalerfassungseinrichtung 54 ein Hüllkurvenverzögerungszeit-Erfassungssignal Tg mit einem vorbestimmten Signalverlauf gebildet und der Steuereinrichtung 1 zugeführt.
Eine Tp-Erzeugungseinrichtung 58 erzeugt ein Phasenverzögerungszeit-Erfassungssignal Tp aus dem Zeitverlauf des Signals Tg und dem ursprünglichen Signal, das durch eine Verzögerungszeit-Einstellungseinrichtung 57 verzögert wird, und führt das Signal Tp der Steuereinrichtung 1 zu.
Das heißt, das Signal Tg wird von einem monostabilen Multivibrator 55 in einen Impuls mit vorbestimmter Dauer umgewandelt. Eine Vergleichspegel-Erzeugungseinrichtung 56 erzeugt einen Schwellwert zur Erfassung des Signals tp entsprechend des zeitlichen Impulsverlaufs. Infolgedessen erzeugt die Vergleichspegel-Erzeugungseinrichtung 56 ein Signal 44 mit einem Pegel und einem Zeitverlauf wie in Fig. 4 dargestellt und führt es der Tp-Erzeugungseinrichtung 58 zu.
Das heißt, der monostabile Multivibrator 55 und die Vergleichspegel-Erzeugungseinrichtung 56 arbeiten derart, daß eine Messung der Phasenverzögerungszeit lediglich für ein vorbestimmtes Zeitintervall nach der Hüllkurven-Maximum-Erfassung durchgeführt wird.
Dieses Signal wird der aus einem Vergleicher gebildeten Tp- Erzeugungseinrichtung 58 zugeführt und mit dem gemäß Fig. 4 verzögerten Erfassungssignalverlauf verglichen. Als Folge davon wird ein tp-Erfassungsimpuls 45 erzeugt.
Die vorstehend für einen der Schwingungssensoren 6 beschriebene Schaltungsanordnung ist für die anderen beiden Sensoren ebenso vorhanden. Unter der Annahme daß h Sensoren vorhanden sind, werden der Steuereinrichtung 1 h Hüllkurven-Verzögerungszeiten Tg1 bis Tgh darstellende Erfassungssignale und h Phasenverzögerungszeiten Tp1 bis Tph darstellende Erfassungssignale zugeführt.
Die in Fig. 1 gezeigte Steuereinrichtung erhält die Signale Tg1 bis Tgh und Tp1 bis Tph von dem Eingangsanschluß 15 und übergibt der Zwischenspeicher-Schaltung 14 den Zählwert des Zählers 13 unter Verwendung der jeweiligen Zeitverläufe als Steuerimpulse. Da der Zähler 13 synchron zu der Ansteuerung des Schwingungsstifts 3 ausgelöst wird, werden der Zwischenspeicher-Schaltung 14 sowohl Hüllkurvenverzögerungszeiten als auch Phasenverzögerungszeiten darstellende Daten übergeben.
Wenn die drei Schwingungssensoren 6 wie in Fig. 6 gezeigt an den drei Positionen S1 bis S3 an den Eckbereichen der Schwingungs-Übertragungsplatte 8 angeordnet sind, können gerade Weglängen d1 bis d3 von einer Position P des Schwingungsstifts 3 zu den jeweiligen Sensoren 6 durch die vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschriebene Verarbeitung erhalten werden. Auf der Grundlage der geraden Weglängen d1 bis d3 berechnet die Steuereinrichtung 1 wie folgt Koordinaten (x,y) der Position P des Schwingungsstifts 3 gemäß dem Satz von Pythagoras:
x = X/2 + (d1 + d2)(d1 - d2)/2X (4)
y = Y/2 + (d1 + d3)(d1 - d3)/2Y , (5)
wobei X und Y jeweils die Weglängen von dem Schwingungssensor 6 im Ursprung (Position S1) zu den Schwingungssensoren 6 an den Positionen S2 und S3 entlang der X- und Y-Achse darstellen.
Auf diese Weise können die Koordinaten des Schwingungsstifts 3 in Echtzeit erfaßt werden.
Eine Korrekturverarbeitung zur Beseitigung eines Einflusses der Schaltungsverzögerungszeit et und der Phasenverschiebungszeit tof bei den von der vorstehend beschriebenen Anordnung durchgeführten Berechnungen zur Bestimmung der Stift- Sensor-Weglänge und der Koordinaten ist nachstehend beschrieben.
Die von der Zwischenspeicher-Schaltung 14 zwischengespeicherte Schwingungs-Übertragungszeit enthält die Schaltungsverzögerungszeit et und die Phasenverschiebungszeit tof. Aufgrund dieser Zeiten ist die Schwingungsübertragung von dem Schwingungsstift 3 zu der Schwingungs-Übertragungsplatte 8 und den Schwingungssensoren 6 mit einem konstanten Fehlerbetrag behaftet.
Unter der Annahme, daß die Weglänge von der in Fig. 1 gezeigten Markierung 8a zu einem der Schwingungssensoren 6 R ist, betragen gemessene Schwingungs-Übertragungszeiten von der Markierung 8a zu dem Sensor tg'r und tp'r und tatsächliche Übertragungszeiten von der Markierung 8a zu dem Sensor betragen tgr und tpr, und deshalb sind die folgenden Beziehungen für die Schaltungsverzögerungszeit et und die Phasenverschiebung tof erfüllt.
tg'r = tgr + et (6)
tp'r = tpr + et + tof (7)
Gleichermaßen sind Meßwerte tg'p und tp'p an einem willkürlichen Eingabepunkt P wie folgt gegeben:
tg'p = tgp + et (8)
tp'p = tpp + et + tof (9)
Differenzen der vorstehenden Gleichungen ergeben sich zu:
tg'p - tg'r = (tgp + et) - (tgr + et) = tgp - tgr (10)
tp'p - tp'r = (tpp + et + tof) - (tpr + et + tof) = tpp - tpr (11)
Da die in jeder Übertragungszeit enthaltene Schaltungsverzögerungszeit et und die Phasenverschiebung tof beseitigt sind, kann infolgedessen die tatsächliche Differenz zwischen den einer Weglänge zwischen der Markierung 8a und dem Eingabepunkt P entsprechenden Schwingungs-Übertragungszeiten hinsichtlich der Sensorposition als Startpunkt erhalten werden.
Eine Weglängendifferenz zwischen den zwei Punkten kann aus dem Zeitdifferenz-Wert anhand der Gleichungen (2) und (3) berechnet werden. Die Weglänge R von der Markierung 8a zu jedem Sensor wird zuvor in dem Nur-Lese-Speicher 11a gespeichert. Dadurch kann eine Weglänge zwischen dem Eingabepunkt und dem Sensor durch Addition dieser Werte bestimmt werden. Ein Koordinatenpunkt kann anhand der Gleichungen (4) und (5) berechnet werden.
Die Korrekturwerte tg'r und tp'r können durch Einprägung einer Schwingung an der Markierung 8a zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, beispielsweise durch Anzeigen von Informationen für einen Bediener auf der Anzeigeeinrichtung 11' unmittelbar nach dem Einschalten einer Spannungsversorgung erhalten werden. Alternativ können die Korrekturwerte auf jedes vorbestimmte Zeitintervall hin während des Betriebs erhalten werden. Die erhaltenen Korrekturwerte können in dem Schreib- Lese-Speicher 11b gespeichert werden.
Indem die vorstehend beschriebene Korrektur bei jeder Betätigung durchgeführt wird, kann eine durch den Einfluß einer Umgebungsveränderung bedingte Veränderung der Schaltungsverzögerungszeit oder dergleichen geeignet korrigiert werden.
Zusätzlich können die Korrekturwerte zuvor abgerufen und Korrekturwert-Daten beispielsweise in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden. In diesem Fall können auf verschiedenen einzelnen Geräten beruhende Schaltungsverzögerungszeiten und Phasenverschiebungen richtig korrigiert werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel muß die Verzögerungszeit bezüglich der bekannten Markierung 8a gemessen werden, und ein Bediener muß eine Koordinateneingabe an der Markierung 8a korrekt durchführen. Mittels des folgenden Verfahrens kann jedoch eine Koordinateneingabe zur Korrekturwerteingabe an einer willkürlichen Position durchgeführt werden.
Das bedeutet, daß Koordinaten durch hyperbolische Funktionen unter Verwendung einer Verzögerungszeitdifferenz zwischen Sensoren bestimmt werden, und eine Verzögerungszeitkorrektur auf der Grundlage der Koordinatenwerte durchgeführt wird.
Koordinaten werden folgendermaßen durch die Verzögerungszeitdifferenz bestimmt. Dabei sind Sensoren wie in Fig. 7 gezeigt angeordnet, und ein Schnittpunkt von gegenüberliegende Sensoren verbindenden Geraden wird als Ursprung 0 betrachtet. In diesem Fall kann unter der Annahme, daß eine Differenz zwischen Weglängen von dem Ursprung 0 zu Sensoren S0 und S1 beträgt, und daß eine Differenz zwischen Weglängen von dem Ursprung 0 zu Sensoren S2 und S3 beträgt, eine bestimmte Position P(x,y) wie folgt als Schnittpunkt hyperbolischer Funktionen berechnet werden.
wobei c² = 4X² - a², d² = 4y² - b², und c²d² - a²b² > 0 ist.
Durch diese Gleichungen können Koordinaten eines willkürlichen Eingabepunkts bestimmt werden. Falls die Schwingungs- Übertragungszeiten zu den jeweiligen Sensoren als Korrekturwerte in dem Schreib-Lese-Speicher 11b gespeichert sind, kann zu diesem Zeitpunkt die vorstehend angeführte Korrekturverarbeitung durchgeführt werden.
Da gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren Korrekturwerte an einem willkürlichen Punkt erhalten werden können, kann selbst ein Benutzer die Korrektur leicht durchführen. Zusätzlich können die Korrekturwerte automatisch ohne Mitwirkung des Benutzers erhalten werden, indem dieser Vorgang periodisch oder unregelmäßig (beispielsweise, wenn ein bestimmter willkürlicher Bereich während der Koordinateneingabe bestimmt wird) durchgeführt wird. Ebenfalls kann eine durch eine Temperaturveränderung oder dergleichen bedingte Veränderung der Schaltungsverzögerungszeit vollständig korrigiert werden.
Wie aus den Gleichungen (12) und (13) ersichtlich, werden die Berechnungen unter Verwendung des Microprozessors allerdings sehr komplex. Daher ist das erstgenannte Verfahren bezüglich Präzision und Rechengeschwindigkeit zur Echtzeit-Koordinatenbestimmung vorteilhafter.
Wenn die Korrekturwerte wie bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel abgerufen werden, ist die Zeit nicht stark begrenzt und somit kann die Ziffernzahl bei Berechnungen erhöht werden. Daher kann die Erfindung bei der Koordinatenbestimmung angewendet werden.
Selbst wenn die Sensoren wie in Fig. 7 gezeigt angeordnet sind, können die Koordinaten, wie vorstehend beschrieben, gleichermaßen anhand des Satzes von Pythagoras bestimmt werden.
Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel ist ein Koordinateneingabegerät beschrieben, bei dem im wesentlichen eine Plattenwelle verwendet wird. Eine Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch nicht auf das vorstehende Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann bei verschiedenen auf Schwingungsübertragung basierenden Koordinateneingabegeräten angewendet werden.

Claims

1. Koordinateneingabegerät mit

einem Schwingungsstift (3) mit einer Schwingungserzeugungseinrichtung (4) zur Erzeugung einer Plattenwellen schwingung,

einer Schwingungs-Übertragungsplatte (8) zur Übertragung der durch den Schwingungsstift (3) erzeugten Plattenwellenschwingung,

einer Vielzahl von Schwingungs-Erfassungseinrichtungen (6) zur Erfassung der durch die Schwingungs-Übertragungsplatte (8) übertragenen Plattenwellenschwingung und

einer Berechnungseinrichtung (11) zur Berechnung von auf einer Gruppengeschwindigkeit und einer Phasengeschwindigkeit der durch die Schwingungs-Übertragungsplatte (8) übertragenen Plattenwelle beruhenden Schwingungs-Übertragungszeiten von einem durch den Schwingungsstift (3) bestimmten willkürlichen Eingabepunkt zu der Vielzahl von Schwingungs-Erfassungseinrichtungen (6) und zur Berechnung von Koordinatenwerten des durch den Schwingungsstift (3) bestimmten willkürlichen Eingabepunkts,

gekennzeichnet durch

Speichereinrichtungen (14, 11a, 11b) zur Speicherung der Schwingungs-Übertragungszeiten von dem an einem Bezugspunkt (8a) auf der Schwingungs-Übertragungsplatte (8) positionier ten Schwingungsstift (3) zu der Vielzahl von Schwingungs- Erfassungseinrichtungen (6) und zur Speicherung von Koordinatenwerten des Bezugspunkts, und

eine Steuereinrichtung (1, 11) zur Durchführung von Berechnungen auf der Grundlage von Schwingungs-Übertragungszeiten von dem durch den Schwingungsstift (3) auf der Schwingungs-Übertragungsplatte (8) bestimmten willkürlichen Eingabepunkt zu der Vielzahl von Schwingungs-Erfassungseinrichtungen (6), wobei die Schwingungs-Übertragungszeiten von dem Bezugspunkt zu der Vielzahl von Schwingungs-Erfassungseinrichtungen (6) und die Koordinatenwerte des Bezugspunkts in der Speichereinrichtung (11a) gespeichert werden, und die Steuereinrichtung (1, 11) die in der Speichereinrichtung (14) gespeicherten Schwingungs-Übertragungszeiten von den Schwingungs-Übertragungszeiten von dem willkürlichen Eingabepunkt zu der Vielzahl von Schwingungs-Erfassungseinrichtungen (6) subtrahiert, um eine Schwingungs-Übertragungszeit-Differenz zwischen dem Bezugspunkt und willkürlichen Eingabepunkten und die Koordinatenwerte des willkürlichen Eingabepunkts auf der Grundlage der Schwingungs-Übertragungszeit-Differenz und der Koordinatenwerte des Bezugspunkts zu berechnen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungs-Übertragungsplatte ein lichtdurchlässiges Element aufweist und das Gerät desweiteren unter der Schwingungs-Übertragungsplatte eine Anzeigeeinrichtung (11') zur Informationsanzeige aufweist.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Schwingungs-Übertragungsplatte (8) um eine Acryl-Platte handelt.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Schwingungs-Übertragungsplatte (8) um eine Glas-Platte handelt.

5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtung (11) Schwingungs-Übertragungszeiten und Koordinatenwerte des Bezugspunkts nach Ablauf vorbestimmter Zeitabschnitte erneut berechnet und speichert.