DE69417358T2

DE69417358T2 - Koordinateneingabegerät

Info

Publication number: DE69417358T2
Application number: DE69417358T
Authority: DE
Inventors: Katsuyuki Kobayashi; Hajime Sato; Atsushi Tanaka; Masaki Tokioka; Ryozo Yanagisawa; Yuichiro Yoshimura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-11-12
Filing date: 1994-11-03
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2014-11-04
Also published as: EP0655704A1; JPH07141089A; DE69417358D1; EP0655704B1; US5831603A

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Koordinateneingabevorrichtung zum Feststellen der Koordinaten eines Eingabepunkts anhand der Übertragungszeit einer Schwingung auf einer Schwingungsübertragungsplatte oder dergleichen.

Beschreibung des Standes der Technik

Es ist eine Koordinateneingabevorrichtung bekannt, bei der von einem ein piezoelektrisches Element aufweisenden Schwingungsgriffel eingegebenen Schwingungen in eine Schwingungsübertragungsplatte eingeleitet werden, wobei die Koordinaten der Eingabestelle von mehreren Sensoren nachgewiesen werden, die sich an der Schwingungsübertragungsplatte befinden.
Bei einer solchen Koordinateneingabevorrichtung ist, wie Fig. 7 zeigt, ein schwingungsfestes Material am Umfang einer Schwingungsübertragungsplatte 8 angeordnet, um zu verhindern, daß die Nachweisgenauigkeit aufgrund der Interferenz unerwünschter Schwingungen (reflektierter Wellen) von einer Stirnseite der Schwingungsübertragungsplatte 8 leidet.
Eine reflektierte Welle entsteht allerdings als Sekundärerscheinung auch in einer diskontinuierlichen Grenze der akustischen Impedanz, die in der Lagerungs- Grenzfläche des schwingungsfesten Materials selbst gebildet ist, das heißt dem schwingungsabsorbierenden Material, welches angebracht ist, um unerwünschte Schwingungen (reflektierte Wellen) von der Stirnfläche der Schwingungsüber tragungsplatte 8 zu vermeiden. Es wird angenommen, daß eine rechteckige Zone, in der Koordinaten wirksam in die Schwingungsübertragungsplatte eingegeben werden können, eine effektive Fläche darstellt. Wenn gemäß Fig. 8 ein Schwingungssensor mit einem festen Abstand gegenüber dem schwingungsfesten Material angeordnet ist, so ist der Effekt der reflektierten Welle der Schwingung, die von einem Schwingungsgriffel in einem Bereich R eingegeben wird, der sich von den vier Seiten der effektiven Fläche in der Nähe des Schwingungssensors, jedoch in der von dem Sensor am weitesten entfernten Ecke befindet, beträchtlich. Dieser ausgeprägte Effekt wird hervorgerufen durch die Grenze des schwingungsfesten Materials und tritt deshalb in Erscheinung, weil der Reflexionswinkel α, der in der Figur dargestellt ist, am größten ist. Wie bekannt, nimmt das Reflexionsvermögen zu, wenn der Reflexionswinkel größer wird.
Um den Reflexionswinkel α gleich oder kleiner einem vorbestimmten Winkel zu halten, ist es notwendig, den Abstand zwischen der effektiven Fläche und der Grenze des schwingungsfesten Materials zu vergrößern, wodurch die Schwingungsübertragungsplatte größer wird. Das heißt: Bei einem Aufbau, bei dem der konventionelle Schwingungssensor mit einem bestimmten Abstand gegenüber dem schwingungsfesten Material angeordnet ist, befinden sich die effektive Fläche, das schwingungsfeste Material, der Schwingungssensor und die Schwingungsübertragungsplatte an einer solchen Stelle, und ihre Abmessungen sind so gewählt, daß der Reflexionswinkel gleich oder kleiner ist einem vorbestimmten Winkel, wobei die Bestimmung auf der Grundlage der Stelle erfolgt, an der der Einfluß der reflektierten Welle aus der effektiven Fläche ein Maximum hat. Als Ergebnis gelangt man zu einer größeren Vorrichtung, was problematisch ist. Wenn hingegen bei dem zum Stand der Technik gehörenden Aufbau der Versuch unternommen wird, die Vorrichtung kompakt auszubilden, wird der Reflexionswinkel der akustischen Impedanzgrenze groß, und dementsprechend wird das Reflexionsvermögen groß, mit der Folge, daß die Genauigkeit der Koordinatenerfassung abnimmt aufgrund des Einflusses der reflektierenden Welle.
Die JP-A-05/189127 offenbart eine Koordinateneingabevorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, bei der das schwingungsfeste Material derart angeordnet ist, daß der Abstand zwischen einem Rand der effektiven Fläche und einem Rand des schwingungsfesten Materials kleiner wird, wenn der Abstand entlang dem Rand der effektiven Fläche von dem Sensor zunimmt.
Die JP-A-01 /013618 zeigt eine Koordinateneingabevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, bei dem die Grenze eine Änderung der akustischen Impedanz dadurch gebildet wird, daß das schwingungsfeste Material sägezahnförmig ausgebildet wird, so daß seine Scheitel und Täler kontinuierlich zusammenhängen.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung baut auf dem oben beschriebenen Stand der Technik auf. Es ist Ziel der Erfindung, eine Koordinateneingabevorrichtung anzugeben, die in der Lage ist, Koordinaten mit einem hohen Maß an Genauigkeit zu erfassen, und die eine geringe Baugröße aufweist.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Koordinateneingabevorrichtung zu schaffen, bei der der Reflexionswinkel der von der akustischen Impedanzgrenze reflektierten und den Schwingungssensor erreichenden Schwingung klein wird und die reflektierte Schwingung schwach wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Koordinateneingabevorrichtung anzugeben, die in der Lage ist, die reflektierte Welle dadurch zu verkleinern, daß die akustische Impedanz allmählich verringert wird.
Um das obige Ziel zu erreichen, ist erfindungsgemäß eine Koordinateneingabevorrichtung vorgesehen, welche aufweist: einen Schwingungserzeuger; ein Schwingungsübertragungselement zum Eingeben von durch den Schwingungserzeuger erzeugten Schwingungen und zum Übertragen der Schwingungen; mindestens ein Sensor zum Nachweisen von Schwingungen des Schwingungsübertragungselements; eine Berechnungseinheit zum Berechnen der Koordinaten der Eingabestelle auf dem Schwingungsübertragungselement anhand von Schwingungen, die von dem Nachweissensor erfaßt werden; und ein schwingungsfestes Material, angeordnet im Umfang des Schwingungsübertragungselements, um zu verhindern, daß die Schwingungen in der Grenze der akustischen Impedanz reflektiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß das schwingungsfeste Material derart angeordnet ist, daß der Abstand zwischen der effektiven Fläche und dem Rand des schwingungsfesten Materials, der der effektiven Fläche gegenübersteht, größer wird, wenn der Abstand entlang dem Rand der effektiven Fläche gegenüber dem Nachweissensor zunimmt.
Die obigen sowie weitere Ziele, Aspekte und Merkmale der Erfindung ergeben sich deutlicher anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung mit den begleitenden Zeichnungen. Es versteht sich jedoch ausdrücklich, daß die Zeichnungen nur zu Anschauungszwecken dienen und nicht den Schutzumfang der Erfindung schmälern sollen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Koordinateneingabevorrichtung;
Fig. 2 ist eine Ansicht, die den Aufbau eines Schwingungsgriffels veranschaulicht;
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer Berechnungssteuerschaltung bei einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 ist ein Impulsdiagramm für die Signalverarbeitung;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm einer Richtungsnachweisschaltung;
Fig. 6 ist eine Ansicht, die das Koordinatensystem der Koordinateneingabevorrichtung veranschaulicht;
Fig. 7 ist eine Ansicht, die den Aufbau eines konventionellen schwingungsfesten Materials darstellt;
Fig. 8 ist eine Ansicht des Aufbaus des konventionellen schwingungsfesten Materials;
Fig. 9 ist eine Ansicht des Aufbaus eines schwingungsfesten Materials einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 10 ist eine Ansicht eines weiteren Aufbaus des schwingungsfesten Materials gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 11 ist eine Ansicht, die den Aufbau eines schwingungsfesten Materials gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 12 ist eine Ansicht, die den Aufbau eines weiteren schwingungsfesten Materials gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 13 ist eine Ansicht, die das schwingungsfeste Material und eine Schwingungsübertragungsplatte gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
Fig. 14 ist eine Ansicht eines weiteren schwingungsfesten Materials und einer Schwingungsübertragungsplatte gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Erfindung wird im folgenden anhand der begleitenden Zeichnungen näher erläutert.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Berechnungssteuerschaltung zum zentralen Steuern der Vorrichtung zum Berechnen einer Koordinatenstelle; Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Oszillatortreiberschaltung, die die Griffelspitze 5 eines Schwingungsgriffels 3 zum Schwingen bringt; und Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Schwingungsübertragungsplatte 8 aus transparentem Material, beispielsweise eine Acryl- oder Glasplatte. Die Eingabe von Koordinaten mit dem Schwingungsgriffel 3 erfolgt durch Berühren der Schwingungsübertragungsplatte 8. In der Praxis wird mit dem Schwingungsgriffel 3 auf die mit dem Bezugszeichen A bezeichnete Fläche (im folgenden als effektive Fläche bezeichnet) gezeigt, die in der Figur durch die durchgezogene Linie dargestellt ist. Ein schwingungsfestes Material 7 befindet sich am Außenumfang der Schwingungsübertragungsplatte 8, um reflektierte Schwingungen an einer Rückkehr zu dem Mittelbereich zu hindern (die reflektierten Schwingungen zu dämpfen). Das schwingungsfeste Material 7 ist gemäß der Figur derart schräg angeordnet, daß es mit dem Abstand zwischen der Grenze des schwingungsfesten Materials und der Grenze der effektiven Fläche, wo die oben erläuterte Koordinateneingabe erfolgt, größer wird. Weiter unten werden im einzelnen mehrere Merkmale bezüglich der Form des schwingungsfesten Materials beschrieben. Schwingungssensoren 6a bis 6d, beispielsweise in Form von piezoelektrischen Elementen, die mechanische Schwingungen in elektrische Signale umsetzen, sind im Umfangsbereich des schwingungsfesten Materials oder der Schwingungsübertragungsplatte 8 angeordnet. Außerdem werden in die Berechnungssteuerschaltung 1 Signale einer Signalwellenform-Nachweisschaltung 9 eingegeben, entsprechend jedem der Schwingungssensoren 6a bis 6d. Bezugszeichen 11 bezeichnet eine Anzeigevorrichtung, beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige, die in der Lage ist, eine punktweise Anzeige vorzunehmen, und die sich auf der Rückseite der Schwingungsübertragungsplatte befindet. Die Anzeigevorrichtung ermöglicht die Darstellung von Punkten an den Stellen, die der Schwingungsgriffel 3 kennzeichnet, als Ergebnis der Ansteuerung durch eine Anzeigetreiberschaltung 10, so daß durch die Schwingungsübertragungsplatte 8 (die aus transparentem Material besteht) die Punkte gesehen werden können.
Der in dem Schwingungsgriffel 3 aufgenommene Oszillator 4 wird von der Oszillator-Treiberschaltung 2 angesteuert, das Treibersignal des Oszillators 4 wird als Niedrigpegel-Impulssignal von der Berechnungssteuerschaltung 1 geliefert, von der Oszillator-Treiberschaltung 2 mit einer vorbestimmten Verstärkung verstärkt, anschließend wird das Signal auf den Oszillator 4 gegeben.
Das elektrische Treibersignal wird von dem Oszillator 4 in mechanische Ultraschallschwingungen umgesetzt und über die Griffelspitze 5 auf die Schwingungsübertragungsplatte 8 übertragen.
Die Treiberfrequenz des Oszillators 4 ist so gewählt, daß auf der aus Glas oder dergleichen bestehenden Schwingungsübertragungsplatte 8 eine Lamb-Welle gebildet werden kann. Beim Ansteuern des Oszillators wird eine Schwingungsart ausgewählt, die die Schwingungsübertragungsplatte 8 senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 2 zum Schwingen bringt. Wenn die Schwingungsfrequenz des Oszillators 4 auf die Resonanzfrequenz eingestellt ist, die die Griffelspitze 5 einbezieht, ist eine hocheffiziente Schwingungsumwandlung möglich.
Die auf die Schwingungsübertragungsplatte 8 in der oben beschriebenen Weise übertragene elastische Welle ist eine Lamb-Welle, und sie hat den Vorteil, daß die Oberfläche der Schwingungsübertragungsplatte nicht so leicht beschädigt wird oder empfindlich bei Hindernissen oder dergleichen ist, verglichen mit der Oberflächenwelle oder dergleichen.

< Erläuterung der Berechnungsschaltung>

Bei dem oben beschriebenen Aufbau veranlaßt die Berechnungssteuerschaltung 1 die Oszillator-Treiberschaltung 2 zur Ausgabe eines Signals zum Treiben des Oszillators 4 in dem Schwingungsgriffel 3 mit vorbestimmten Periodendauern (zum Beispiel 5 ms), und sie veranlaßt dessen internen Timer (der als Zähler ausgebildet ist), mit einer Zeitzählung zu beginnen. Die von dem Schwingungsgriffel 3 erzeugte Schwingung, die die Schwingungsfühler 6a bis 6d erreicht, wird um eine Zeitspanne verzögert, die dem Abstand zu den jeweiligen Schwingungsfühlern 6a bis 6d entspricht.
Die Signalwellenform-Nachweisschaltung 9 erfaßt Signale von jedem der Schwingungssensoren 6a bis 6d und erzeugt ein Signal, welches eine Zeit kennzeichnet, zu der die Schwingung den jeweiligen Schwingungssensor erreicht. Dies geschieht durch Verarbeitung der Wellenform-Erfassung, die weiter unten näher erläutert wird. Die Berechnungssteuerschaltung 1 empfängt das Signal von jedem Sensor, um die Zeit festzustellen, zu der die Schwingung den jeweiligen Schwingungssensor 6a bis 6d erreicht, und sie berechnet die Koordinatenstelle der Eingabe durch den Schwingungsgriffel 3.
Die Berechnungssteuerschaltung 1 treibt die Anzeigetreiberschaltung 10 auf der Grundlage der berechneten Stellungsinformation des Schwingungsgriffels 3, um die Anzeige durch die Anzeigevorrichtung 11 zu steuern, oder um die Koordinaten über eine (nicht gezeigte) serielle oder parallele Schnittstelle zu einer externen Vorrichtung auszugeben.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch den Aufbau der Berechnungssteuerschaltung 1 gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform veranschaulicht. Jede Komponente und deren Arbeitsweise werden im folgenden näher erläutert. In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 31 einen Mikrocomputer zum Steuern der Berechnungssteuerschaltung 1 und der gesamten Koordinateneingabevorrichtung, wobei der Mikrocomputer einen internen Zähler, ein ROM, in dem Betriebsprozeduren gespeichert sind, einen RAM zur Berechnung und dergleichen, und einen nicht-flüchtigen Speicher zum Speichern von Konstanten aufweist.
Bezugszeichen 33 bezeichnet einen Zeitgeber zum Zählen eines (nicht gezeigten) Referenztakts, wobei der Zeitgeber durch einen Zähler oder dergleichen gebildet wird. Wenn ein Startsignal zum Starten des Oszillators 4 in dem Schwingungsgriffel 3 in die Oszillator-Treiberschaltung 2 eingegeben wird, beginnt der Zeitgeber mit der Zeitzählung. Als Ergebnis wird der Start der Zeitzählung synchronisiert mit der von dem betreffenden Sensor erfaßten Schwingung, und damit wird es möglich, die Verzögerungszeit oder Laufzeit zu messen, bis die Schwingung von den Sensoren 6a bis 6d nachgewiesen wird.
Die übrigen Komponenten der Schaltungen werden schrittweise erläutert:
Die Zeitsteuersignale von jedem der Schwingungssensoren 6a bis 6d, die von der Signalwellenform-Nachweisschaltung 9 ausgegeben werden, werden in Zwischenspeicher 34a bis 34d über einen Nachweissignal-Eingangsport 35 eingegeben.
Die Zwischenspeicher 34a bis 34d sind den Schwingungssensoren 6a bis 6d zugeordnet. Wenn die Zwischenspeicher 34a bis 34d von ihren entsprechenden Sensoren Zeitsteuersignale empfangen, speichern sie den Zeitzählwert des Zeitgebers 33 zu diesem Zeitpunkt. Wenn von einer Bestimmungsschaltung 36 festgestellt wird, daß sämtliche Nachweissignale empfangen sind, wird an den Mikrocomputer 31 ein diesen Umstand kennzeichnendes Signal gegeben.
Wenn der Mikrocomputer 31 das Signal von der Bestimmungsschaltung 36 empfängt, liest der Mikrocomputer 31 die Zeit, zu der die Schwingung den jeweiligen Schwingungssensor erreicht hat, aus den Zwischenspeichern 34a bis 34d, um vorbestimmte Berechnungen auszuführen, welche die Koordinatenstelle des Schwingungsgriffels 3 auf der Schwingungsübertragungsplatte 8 wiederspiegeln.
Durch Ausgabe der berechneten Koordinaten-Stellungsinformation über ein E/A- Port 37 an die Anzeigetreiberschaltung 10 ist es möglich, an einer entsprechenden Stelle der Anzeigevorrichtung 11 Punkte anzuzeigen. Durch Ausgabe der Koordinaten-Stellungsinformation über das E/A-Port 37 an eine Schnittstellenschaltung ist es möglich, die Koordinatenwerte an eine externe Vorrichtung auszugeben.

< Erläuterung des Nachweises der Schwingungs-Ausbreitungszeit (Fig. 4 und 5)>

Im folgenden wird das Prinzip erläutert, nach dem die Zeit gemessen wird, zu der eine Schwingung den Schwingungssensor 6 erreicht.
Fig. 4 ist ein Impulsdiagramm, welches die nachgewiesene Wellenform veranschaulicht, die in die Signalwellenform-Nachweisschaltung 9 eingegeben wird, wobei auch die Arbeitsweise zum Messen der Zeit der Schwingungsübertragung auf der Grundlage der Wellenform dargestellt ist. Obschon der Schwingungssensor 6a im folgenden erläutert wird, gilt diese Erläuterung auch für die übrigen Schwingungssensoren 6b bis 6d.
Es wurde bereits erläutert, daß das Messen der Zeit, die die Schwingung benötigt, um den Schwingungssensor 6 zu erläutern, zur gleichen Zeit beginnt, zu der ein Startsignal an die Oszillator-Treiberschaltung 2 gegeben wird. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein Treibersignal 41 von der Oszillator-Treiberschaltung 2 an den Oszillator 4 gegeben. Dieses Treibersignal 41 bedeutet, daß die von dem Schwingungsgriffel 3 auf die Schwingungsübertragungsplatte 8 übertragene Ultraschallschwingung eine Signalwellenform ist, die während einer Zeit tg wandert, welche ihrerseits der Entfernung zu dem Schwingungssensor 6a entspricht.
Da die bei dieser Ausführungsform verwendete Schwingung eine Lamb-Welle ist, ändert sich die Beziehung zwischen einer Hüllkurve 421 der nachgewiesenen Wellenform in Bezug auf die Ausbreitungsstrecke innerhalb der Schwingungsübertragungsplatte 8 und einer Phase 422 im Verhältnis zu der Übertragungsstrecke. Die Geschwindigkeit, mit der die Hüllkurve 621 wandert, das heißt eine Gruppengeschwindigkeit, wird mit Vg bezeichnet, die Phasengeschwindigkeit der Phase 422 ist Vp. Auf der Grundlage der Gruppengeschwindigkeit Vg und der Phasengeschwindigkeit Vp ist es möglich, den Abstand zwischen dem Schwingungsgriffel 3 und dem Schwingungssensor 6a festzustellen.
Zuerst soll nur die Hüllkurve 421 betrachtet werden. Ihre Geschwindigkeit ist Vg, und wenn ein Punkt einer speziellen Wellenform, beispielsweise ein Wendepunkt oder eine Spitze als ein durch ein Bezugszeichen 43 gekennzeichnetes Signal erfaßt wird, ist die Entfernung zwischen dem Schwingungsgriffel 3 und dem Schwingungssensor 6a durch folgende Beziehung gegeben, wenn die Laufzeit dg beträgt:
d = Vg · tg (1)
Diese Gleichung bezieht sich auf einen Schwingungssensor 6a, und der Abstand zwischen den drei anderen Schwingungssensoren 6b bis 6d und dem Schwingungsgriffel 3 läßt sich durch die gleiche Gleichung ausdrücken.
Um Koordinaten genauer zu bestimmen, erfolgt eine Verarbeitung mit Hilfe der Phasensignal-Erfassung.
Die Zeit zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Phase 422 nachgewiesen wird, beispielsweise der Zeitpunkt der Schwingungsaufbringung, bis zum Erreichen des Nulldurchgangspunkts nach einem bestimmten Signalpegel 46, wird mit tp bezeichnet (gewonnen wird der Wert durch Erzeugen eines Fenstersignals 44 bezüglich eines Signals 47 und durch Abziehen dieses Signals von dem Phasensignal 422), und der Abstand zwischen dem Schwingungssensor und dem Schwingungsgriffel wird zu:
d = n · λp + Vp · tp (2)
worin λp die Wellenlänge der elastischen Welle und n eine ganze Zahl ist. Anhand der obigen Gleichungen (1) und (2) wird die ganze Zahl n folgendermaßen ausgedrückt:
n = [(Vg · tg - Vp · tp)/λp + 1/N] (3)
worin N eine von "0" verschiedene reelle Zahl mit einem geeigneten Wert ist. Wenn zum Beispiel N auf 2 gesetzt wird und N eine Abwandlung von tg oder dergleichen innerhalb von ±1/2 ist, so läßt sich n bestimmen. Das Einsetzen von n, das in der beschriebenen Weise ermittelt wurde, in die Gleichung (2) ermöglicht das Messen der Entfernung zwischen dem Schwingungsgriffel 3 und dem Schwingungssensor 6a mit einem hohen Maß an Genauigkeit. Die Signale 43 und 45 zum Messen der oben angegebenen zwei Schwingungsübertragungszeiten tg und tp werden von der Signalwellenform-Nachweisschaltung 9 erzeugt, die den in Fig. 5 gezeigten Aufbau hat.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau der Signalwellenform- Nachweisschaltung 9 gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
In Fig. 5 wird das von dem Schwingungssensor 6a ausgegebene Signal von einem Vorverstärker 51 auf einen vorbestimmten Pegel verstärkt, die Sonderfrequenzkomponenten des verstärkten, nachgewiesenen Signals werden von einem Bandpaßfilter 511 beseitigt und in eine Hüllkurvendetektorschaltung 52 eingegeben, die durch eine Absolutwertschaltung, ein Tiefpaßfilter oder dergleichen gebildet wird, in der nur die Hüllkurve des nachgewiesenen Signals herausgegriffen wird. Die tatsächliche Lage des Hüllkurven-Scheitels wird von einer Hüllkurvenspitzenwert-Detektorschaltung 51 nachgewiesen. In der Spitzenwert-Detektorschaltung wird das Signal 43 (siehe Fig. 4), welches ein um eine vorbestimmte Verzögerungszeit verzögertes Hüllkurvensignal ist, von einer tg-Signal-Detektorschaltung 54 erzeugt, die durch ein Monoflop oder dergleichen gebildet wird, und dieses Signal wird in die Berechnungssteuerschaltung 1 eingegeben.
Bezugszeichen 55 bezeichnet eine Signaldetektorschaltung, die ein Impulssignal 47 für den Teil des Hüllkurvensignals 421 erzeugt, der von der Hüllkurvendetektorschaltung 52 nachgewiesen wird, in der ein Schwellenwertsignal 46 mit vorbestimmtem Pegel überschritten wird. Bezugszeichen 56 bezeichnet ein Monoflop, welches ein Gattersignal 44 vorbestimmter Länge liefert und von der Vorderflanke des Signals 47 getriggert wird. Bezugszeichen 57 bezeichnet einen tp-Vergleich, der den Nulldurchgangspunkt der ersten Vorderflanke des Phasensignals 422 während der Zeitspanne erfaßt, in der das Gattersignal 44 vorhanden ist, und der Vergleicher liefert das Phasenverzögerungszeitsignal 45 an die Berechnungssteuerschaltung 1. Die oben beschriebenen Schaltungen sind für den Schwingungssensor 6a vorgesehen, die gleichen Schaltungen gibt es auch für die übrigen Schwingungssensoren. <

Erläuterung der Schaltungs-Verzögerungszeit-Korrektur>

Die von dem oben beschriebenen Zwischenspeicher gespeicherte Schwingungs- Übertragungszeit beinhaltet eine Schaltungsverzögerungszeit et und eine Phasen- Offsetzeit toff. Die Abweichung, die durch diese Zeiten verursacht wird, hat immer den gleichen Wert, wenn von dem Schwingungsgriffel 3 eine Schwingung auf die Schwingungsübertragungsplatte 8 und an die Schwingungssensoren 6a bis 6d gegeben wird.
Die Entfernung von dem Ursprung 0 in Fig. 6 zu dem Schwingungssensor 6a ist mit R1 bezeichnet. Wenn im Ursprung 0 eine Eingabe durch den Schwingungsgriffel 3 erfolgt und die gemessenen Schwingungsübertragungszeiten von dem Ursprung 0 zu dem Schwingungssensor 6 mit tgz' und tpz' bezeichnet werden, und die wahren Übertragungszeiten vom Ursprung 0 zu den Sensoren mit tgz und tpz bezeichnet werden, gilt folgende Relation zwischen der Schaltungsverzögerungszeit et und der Phasen-Offsetzeit toff:
tgz' = tgz + et (4)
tpz' = tpz + et + toff (5)
Andererseits sind die Meßwerte tg' und tp' an einem beliebigen Eingabepunkt P ähnlich:
tg' = tg + et (6)
tp' = tp + et + toff (7)
Der Unterschied zwischen den Gleichungen (4) und (6) und der Unterschied zwischen den Gleichungen (5) und (7) läßt sich folgendermaßen ermitteln:
tg' - tgz' = (tg + et) - (tgz + et) = tg - tgz (8)
tp' - tpz' = tg' + et + toff - (tpz + et + toff) = tp - tpz (9)
Damit werden die Schaltungsverzögerungszeit et und die Phasen-Offsetzeit toff, die in jeder Übertragungszeit enthalten sind, beseitigt, und man kann die Differenz ermitteln zwischen den wahren Übertragungsverzögerungszeiten entsprechend der Entfernung, beginnend an der Stelle des Schwingungssensors 6a als Ursprung zwischen einem Ende des Ursprungs 0 und dem Eingabepunkt P. Man kann also mit Hilfe der obigen Gleichungen (2) und (3) den Entfernungsunterschied ermitteln.
Da die Entfernung von dem Schwingungssensor 6a zu dem Ursprung 0 vorab in einem nicht-flüchtigen Speicher oder dergleichen abgespeichert und bekannt ist, ist es möglich, die Entfernung zwischen dem Schwingungsgriffel 3 und dem Schwingungssensor 6a zu bestimmen. Die Entfernung zwischen dem Schwingungsgriffel 3 und den übrigen Schwingungssensoren 6b bis 6d läßt sich in gleicher Weise ermitteln.
Die Meßwerte tgz' und tpz' im Ursprung 0 werden vor der Auslieferung des Geräts in einem nicht-flüchtigen Speicher abgespeichert. Vor den Gleichungen (2) und (3) werden die Gleichungen (8) und (9) ausgeführt, und somit kann eine Messung mit einem hohen Grad an Genauigkeit vorgenommen werden.

< Erläuterung der Berechnung der Koordinatenstelle (Fig. 6)>

Als nächstes soll das Prinzip des Erfassens der Koordinatenstelle auf der Schwingungsübertragungsplatte 8 mit Hilfe des Schwingungsgriffels 3 erläutert werden.
Es sei angenommen, daß sich vier Schwingungssensoren 6a bis 6d an den mit den Bezugszeichen S1 bis S4 bezeichneten Stellen in der Nähe des Mittelpunkts der vier Seiten der Schwingungsübertragungsplatte 8 befinden. Basierend auf dem oben erläuterten Prinzip lassen sich die geradlinigen Abstände da bis dd von der Stelle P des Schwingungsgriffels 3 zu jedem der Schwingungssensoren 6a bis 6d bestimmen. Außerdem können auf der Grundlage der geradlinigen Abstände da bis dd die Koordinaten (x, y) der Stelle P des Schwingungsgriffels 3 durch die Berechnungssteuerschaltung 1 mit Hilfe des Lehrsatzes des Pythagoras folgendermaßen ermitteln:
x = (da + db) · (da - db) / 2X (10)
y = (dc + dc) · (dd - dd) / 2Y (11)
worin X und Y die jeweilige Entfernung zwischen den Schwingungssensoren 6a und 6b und die Entfernung zwischen den Schwingungssensoren 6c und 6d sind.
In der oben beschriebenen Weise können die Stellungskoordinaten des Schwingungsgriffels 3 im Echtzeitbetrieb ermittelt werden.

< Aufbau des schwingungsfesten Materials und der Schwingungsübertragungsplatte>

Im folgenden werden der Aufbau des schwingungsfesten Materials und der Aufbau der Schwingungsübertragungsplatte der Vorrichtung gemäß dieser Ausführungsform erläutert. Der Aufbau des schwingungsfesten Materials gemäß Fig. 1 wird anhand eines Vergleichs mit dem Stand der Technik unter Heranziehung von Fig. 9 erläutert, welche den Bereich darstellt, in welchem die reflektierte Welle übertragen wird. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist das schwingungsfeste Material 7 schräg angeordnet, derart, daß der Abstand S zwischen der Seite der effektiven Fläche A und der Grenze des schwingungsfesten Materials ausgehend von der Seite des Schwingungssensors in der Nähe der Grenze des schwingungsfesten Materials größer wird. Ein in Fig. 9 dargestellter Schwingungssensor 6c dient als Beispiel. Die von der Grenze des schwingungsfesten Materials reflektierte Welle, die den größten Einfluß auf den Schwingungssensor 6c hat, ist eine reflektierte Welle, die ausgeht von einer Schwingung, die in einer Zone R auf der Seite in der Nähe des Schwingungssensors 6d eingegeben wird, der an den vier Seiten der effektiven Fläche A in der von dem Schwingungssensor 6c am weitesten entfernten Ecke liegt, wobei diese Schwingung an der Grenze des schwingungsfesten Materials reflektiert wird. Zurückzuführen ist dies auf den Umstand, daß der Reflexionswinkel zu dieser Zeit am größten ist und das Reflexionsvermögen zunimmt, wenn der Reflexionswinkel ansteigt, wie oben ausgeführt wurde. Der Reflexionswinkel ist bei dieser Anordnung mit β bezeichnet. Wenn der Reflexionswinkel β verglichen wird mit dem Reflexionswinkel α, der in Fig. 8 für den konventionellen Fall gezeigt ist, bei dem der Abstand zwischen der Grenze des schwingungsfesten Materials und der Seite der effektiven Fläche A konstant ist, so wird deutlich, daß α > β geometrisch erfüllt ist. Deshalb nimmt das Reflexionsvermögen im Vergleich zum Stand der Technik ab, und es ist möglich, den Einfluß der reflektierten Welle auf die direkte Welle zu verringern, die von dem Schwingungsgriffel kommt und nachgewiesen werden soll. Das heißt: Die Schwingung wird an der Grenze reflektiert, an der die akustische Impedanz schwankt. Bei dieser Ausführungsform allerdings ist ein schwingungsfestes Material an der Grenze vorgesehen, so daß der Reflexionswinkel abnimmt.
Da bei dieser Ausführungsform das schwingungsfeste Material mit der oben beschriebenen Formgebung auf der Schwingungsübertragungsplatte quadratischer Form (regelmäßiges Quadrat, rechteckig) angeordnet ist, nimmt die Seite des schwingungsfesten Material in der Nähe des Schwingungssensors zu. Deshalb nimmt gemäß Fig. 10 der Übertragungsweg innerhalb des schwingungsfesten Materials, in dem die reflektierte Welle von der Stirnfläche der Schwingungsübertragungsplatte ausgehend übertragen wird, zu, so daß es möglich wird, die von der Stirnfläche der Schwingungsübertragungsplatte reflektierte Welle wirksam zu dämpfen. Da das schwingungsfeste Material für jeden Schwingungssensor in der Nähe der Ecke der Schwingungsübertragungsplatte eingesetzt wird, ist das schwingungsfeste Material schräg bezüglich dem Umfang der Schwingungsübertragungsplatte angeordnet, um dem Sensor näher zu kommen mit dem Abstand S zwischen der Grenze des schwingungsfesten Materials und der Grenze der effektiven Fläche, wo die Koordinateneingabe von dem Schwingungssensor erfolgt. Die schräge Form des schwingungsfesten Materials ist eine begrenzte Fläche, bei der ein Bereich T des Schwingungssensors 6c einen Bereich U des Schwingungssensors 6d an einer Stelle V berührt, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Der problematische Bereich bei der Zunahme des Reflexionswinkels ist der Bereich von der Stelle R in der am weitesten entfernten Ecke zu dem Reflexionspunkt W der reflektierten Welle, die den Schwingungssensor 6c erreicht, wenn man zum Beispiel diesen Schwingungssensor 6c betrachtet. Da allerdings dieser Punkt in dem Bereich T liegt, ist es möglich, den Effekt der Abnahme des Reflexionswinkels ohne Problem zu realisieren.
Da außerdem der Abstand D von dem Schwingungssensor zu dem Reflexionspunkt W in Fig. 9 kürzer ist als die Entfernung C von dem Schwingungssensor zu dem Reflexionspunkt B bei dem konventionellen Aufbau gemäß Fig. 8, kann die Breite des Schwingungsmaterials im Mittelbereich der Seite vergrößert werden, wie in Fig. 10 gezeigt ist.
Mit dem oben beschriebenen Aufbau der Koordinateneingabevorrichtung nach dieser Ausführungsform läßt sich der Winkel der Schwingungsreflexion auch dann verkleinern, wenn sich der Schwingungssensor in beträchtlicher Nähe des schwingungsfesten Materials befindet. Daher ist es möglich, die reflektierte Schwingung zu unterdrücken und sie klein zu halten. Hierdurch wiederum ist es möglich, die Vorrichtung kompakt zu bauen, wobei ihre Genauigkeit nicht beeinträchtigt wird durch den Einfluß reflektierter Schwingungskomponenten.
Bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Koordinateneingabevorrichtung genauso aufgebaut wie bei der ersten Ausführungsform, abgesehen von dem schwingungsfesten Material. Die Erläuterung des Aufbaus und der Arbeitsweise entfallen hier, soweit sie der ersten Ausführungsform entsprechen.

< Aufbau mit einem sägezahnförmigen schwingungsfesten Material>

Obschon die erste Ausführungsform den Fall beschreibt, daß die Grenze des schwingungsfesten Materials eine Gerade ist, kann gemäß Fig. 11 die Grenze des schwingungsfesten Materials so ausgebildet sein, daß das Material eine Sägezahnform aufweist, in der Spitzen und Täler kontinuierlich miteinander verbunden sind. Eine derartige Form des schwingungsfesten Materials, bei dem die Grenze eine Sägezahnform hat, bei der Scheitel und Böden zusammenhängend ausgebildet sind, wurde bereits in der Vergangenheit vorgeschlagen. Das schwingungsfeste Material hat hervorragende Eigenschaften insofern, als eine an der Grenze des schwingungsfesten Materials reflektierte Welle stärker gedämpft werden kann als dann, wenn das schwingungsfeste Material eine gerade Randlinie hat.
Diese Besonderheit wird nicht veranlaßt durch die Erzeugung einer reflektierten Welle in der Form sehr kleiner einzelner Spitzen und Täler, sondern wird veranlaßt durch eine milde Schwankung der Impedanz an der Grenze des schwingungsfesten Materials. Dies ist auf den Umstand zurückzuführen, daß das schwingungsfeste Material zwischen den Spitzen und den Tälern eine Tiefe hat, die größer ist als die Wellenlänge der Änderung des Wiederholzyklus von Spitzen und Tälern, welche Wellenlänge gleich oder größer ist als die Schwingungswellenlänge, die auf der Schwingungsübertragungsplatte übertragen wird. Damit gelangt gemäß Fig. 11 die Schwingung von dem Bereich R in der am weitesten von dem betrachteten Schwingungssensor entfernten Ecke an den vier Seiten der effektiven Fläche A nicht zur Reflexion an den individuell sehr kleinen Spitzen und Tälern, sondern als reflektierende Fläche gibt es die lineare Grenze, die in der Figur durch die gestrichelte Linie Z angedeutet ist. Die durch die gestrichelte Linie Z angedeutete reflektierende Fläche läßt sich denken als scheinbare reflektierende Fläche (Grenze) für die Welle, die von der nicht-kontinuierlichen Fläche der akustischen Impedanz reflektiert wird.
Da gemäß Fig. 11 das schwingungsfeste Material 7 derart angebracht ist, daß der Abstand zwischen der scheinbaren reflektierenden Fläche Z des sägezahnförmig ausgebildeten schwingungsfesten Materials und der Seite der effektiven Fläche A ausgehend von dem am Ende dieser Seite befindlichen Schwingungssensor größer wird, ist es möglich, den Einfluß der reflektierenden Welle zu mindern, die von dem Bereich kommt, der am weitesten von dem betrachteten Schwingungssensor der Schwingungssensoren an den vier Seiten der effektiven Fläche A entfernt ist, wobei diese Welle von der scheinbaren Grenze reflektiert wird und auf den betrachteten Schwingungssensor den größten Einfluß hat.

< Ausgestaltung der Grenze des schwingungsfesten Materials als Kurve>

Obschon bei der obigen Ausführungsform die Grenze des schwingungsfesten Materials geradlinig ist, eingeschlossen den Fall einer scheinbaren Form, so kann die Grenze auch die Form einer Kurve haben. Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Grenze des schwingungsfesten Materials eine konvexe Kurve ist, die gegenüber der effektiven Fläche in Richtung des Umfangs nach außen vorsteht, so daß das schwingungsfeste Material mit dem Abstand zwischen der Grenze des schwingungsfesten Materials und der Seite der effektiven Fläche A von dem Schwingungssensor größer wird. In diesem Fall ist es möglich, den Reflexionswinkel γ zu verkleinern, der geometrisch gebildet wird durch die Grenze des schwingungsfesten Materials, die den größten Einfluß auf den Schwingungsfühler 6 hat, wobei die Abnahme ausgeprägter ist als in dem Fall, in welchem die Grenze des schwingungsfesten Materials durch eine gerade Linie gebildet wird, was in der Figur durch eine gestrichelte Linie in Bezug auf den Reflexionswinkel γ der reflektierten Welle angedeutet ist. Im Ergebnis wird die reflektierte Welle, das heißt die Schwingung, die von dem Bereich R aus eingegeben wird, der sich in der von dem betrachteten Schwingungssensor am weitesten entfernten Ecke an der gleichen Seite der vier Seiten der effektiven Fläche A befindet, zu dem entsprechenden Schwingungssensor geleitet. Folglich ist es möglich, die Reflexion der reflektierten Welle zu verringern, die an der Grenze des schwingungsfesten Materials entsteht.

< Formkombinationen der Schwingungsübertragungsplatte>

Oben wurde eine Ausführungsform bezüglich der Formgebung des schwingungsfesten Materials erläutert. Allerdings läßt sich die Form der Schwingungsübertragungsplatte abhängig von der Form des schwingungsfesten Materials verändern. In Fig. 13 ist das schwingungsfeste Material 7 derart schräg angeordnet, daß der Abstand zwischen der Grenze des schwingungsfesten Materials und der Grenze der effektiven Fläche A mit zunehmender Entfernung von dem Schwingungssensor größer wird, wobei die Schwingungsübertragungsplatte entsprechend der Form des Schwingungsübertragungsmaterials schräg geschnitten ist und die Breite des schwingungsfesten Materials konstant ist.
Fig. 14 zeigt die Form der Schwingungsübertragungsplatte für den Fall, daß die Grenze des schwingungsfesten Materials als Kurve ausgebildet ist. Im Ergebnis ist es möglich, die Schwingungsübertragungsplatte kompakt auszubilden, wobei der Freiheitsgrad beim Einbau in eine andere Vorrichtung größer ist, so daß die Möglichkeit besteht, die Vorrichtung insgesamt kompakt auszubilden.
Wie oben beschrieben, werden bei der Koordinateneingabevorrichtung gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform (1) Schwingungen von einer Schwingungsquelle in eine Schwingungsübertragungsplatte eingegeben, (2) ein Schwingungs sensor einer festen Entfernung gegenüber dem schwingungsfesten Material an jeweils einer von mehreren Stellen in der Nähe der Ecken der Schwingungsübertragungsplatte angeordnet, (3) die Lamb-Wellen-Schwingung erfaßt, die in der Schwingungsübertragungsplatte übertragen wird, die ein schwingungsfestes Material zum Absorbieren von Schwingungen am Umfang der Schwingungsübertragungsplatte aufweist, und (4) die Zeit ausgezählt, die die Schwingung benötigt, um ausgehend von der Schwingungsquelle die Schwingungsnachweiseinrichtung zu erreichen, um dadurch die Koordinaten der Schwingungsquelle zu erfassen. Bei einer solchen Koordinateneingabevorrichtung sind das schwingungsfeste Material und die Schwingungsübertragungsplatte derart geformt, daß der Abstand zwischen der Grenze der Änderung der akustischen Impedanz und der Grenze der effektiven Fläche, wo eine Koordinateneingabe wirksam ist, größer wird, wobei sich der Abstand auf die Wellenlänge der Schwingung bezieht, die in der Schwingungsübertragungsplatte übertragen wird, und wobei der Abstand ausgehend von dem Schwingungssensor größer wird. Folglich nimmt der Reflexionswinkel der reflektierten Welle ab. Im Ergebnis ist es möglich, den Reflexionswinkel für die reflektierte Welle der Schwingung an der Grenze des schwingungsfesten Materials zu verkleinern, wobei diese Welle von dem Bereich R an der Seite in der Nähe des Schwingungssensors der vier Seiten der effektiven Fläche A eingegeben wird, die von dem betrachteten Schwingungssensor am weitesten entfernt ist. Folglich besteht die Möglichkeit, das Reflexionsvermögen für die Schwingung zu verkleinern und damit den Einfluß der reflektierten Welle auf die Erfassung der Koordinaten zu verringern. Damit läßt sich auch die Genauigkeit der Koordinatenfeststellung steigern, und wenn die gleiche Genauigkeit wie im Stand der Technik beibehalten wird, kann man die Schwingungsübertragungsplatte kompakter und damit die gesamte Vorrichtung kompakter machen.
Es ist auch möglich, die Schwingungsübertragungsplatte derart auszuformen, daß die Ecke eingeschnitten wird, oder daß sie eine Kurvenform im Unterschied zu dem herkömmlichen Quadrat (regelmäßiges Quadrat, Rechteck) erhält, außerdem besteht die Möglichkeit, den Freiheitsgrad bezüglich des Raums zu steigern, wenn die Schwingungsübertragungsplatte mit einer anderen Anzeigeeinheit oder einer externen Vorrichtung zusammengebaut wird.
Oben wurden Ausführungsbeispiele der Erfindung bezüglich der Form des schwingungsfesten Materials und der Schwingungsübertragungsplatte erläutert. Allerdings kann zusätzlich zu dem oben erläuterten Aufbau und der angesprochenen Form der Aufbau so sein, daß das schwingungsfeste Material derart angebracht wird, daß es sich weiter in Richtung der wirksamen Fläche hin erstreckt, wenn der Abstand gegenüber dem Schwingungssensor verkleinert wird. Der Reflexionswinkel für die reflektierte Welle, die den Schwingungssensor erreicht, nimmt ab, und die Schwingungsübertragungsplatte ist entsprechend der Form des schwingungsfesten Materials ausgebildet. Außerdem kann der Aufbau auf der Lage des Schwingungssensors beruhen.
Die Erfindung läßt sich anwenden bei einem System aus mehreren Vorrichtungen oder bei einer Vorrichtung, die nur eine Einheit bildet. Überflüssig zu sagen, daß die vorliegende Erfindung in dem Fall verwendet werden kann, in dem Programme in ein System oder eine Vorrichtung eingegeben werden.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand der oben erläuterten konventionellen Beispiele ausgeführt. Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, daß sie die Möglichkeit bietet, Koordinaten mit einem hohen Maß an Genauigkeit zu erfassen und die Vorrichtung kompakt auszubilden.

Claims

1. Koordinateneingabevorrichtung, umfassend:

- eine Schwingungserzeugungseinrichtung (3);

- ein Schwingungsübertragungselement (8) mit einer effektiven Fläche (A) zur Eingabe von Schwingungen, die von der Schwingungserzeugungseinrichtung (3) erzeugt werden, und zum Übertragen der eingegebenen Schwingung;

- mindestens einen Sensor (6a-6d) zum Nachweisen der Schwingungen des Schwingungsübertragungselements (8);

- eine Berechnungseinrichtung (1) zum Berechnen von Koordinaten einer Eingabestelle auf dem Schwingungsübertragungselement (8) auf der Grundlage der von dem Sensor (6a-6d) nachgewiesenen Schwingungen; und

- ein schwingungsfestes Material (7), das in dem Umfangsbereich des Schwingungsübertragungselements (8) angeordnet ist, um zu verhindern, daß die Schwingungen des Schwingungsübertragungselements (8) an der Grenze der akustischen Impedanz des Schwingungsübertragungselements reflektiert werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

das schwingungsfeste Material (7) so angeordnet ist, daß ein Abstand zwischen dem Rand der effektiven Fläche (A) und dem Rand des schwingungsfesten Materials (7) gegenüber dem Rand der effektiven Fläche (A) größer wird, wenn der Abstand entlang dem Rand der effektiven Fläche (A) von dem Schwingungssensor (6a-6d) zunimmt.

2. Koordinateneingabevorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Grenze (Z) einer Schwingung in der akustischen Impedanz gebildet wird durch Ausbildung des schwingungsfesten Materials (7) in Sägezahnform, so daß deren Scheitel und Täler kontinuierlich verknüpft sind.

3. Koordinateneingabevorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Tiefe zwischen den Scheiteln und Tälern größer ist als die Wellenlänge der Schwingungen, die von der Schwingungserzeugungseinrichtung (3) erzeugt werden.

4. Koordinateneingabevorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Rand des schwingungsfesten Materials (7) gegenüber dem Rand der effektiven Fläche eine gerade Kante ist, die schräg zu dem Rand der effektiven Fläche verläuft.

5. Koordinateneingabevorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Rand des schwingungsfesten Materials (7) gegenüber dem Rand der effektiven Fläche ein ovaler Rand ist.