FR2574947A1

FR2574947A1 - Method and device for determining the coordinates of a point

Info

Publication number: FR2574947A1
Application number: FR8419155A
Authority: FR
Inventors: Michel Schmit
Original assignee: Jeumont Schneider SA
Current assignee: Jeumont Schneider SA
Priority date: 1984-12-14
Filing date: 1984-12-14
Publication date: 1986-06-20

Abstract

Fixed-frequency ultrasonic receivers R1, R2, R3 are placed at three points at a distance from each other so as to form a reference system. An ultrasonic transmitter E with the same frequency is placed at the point in the plane whose coordinates are required. The propagation time for the ultrasound between the transmitter E and each of the receivers R1, R2, R3 is determined so that the distance between the transmitter and each receiver can be calculated. The length of each of the projections from the point whose coordinates are required to the opposite side of two triangles formed by two of the receivers and the transmitter is then calculated. The length of the two projections thus calculated are the required coordinates in the reference system whose origin is at the receiver common to the two triangles and whose axes pass respectively through the other receiver. Application to microcomputing.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DETERMINATION
DES COORDONNEES D'UN POINT
L'invention concerne la détermination des coordonnées, dans un repère donné, d'un point dans un plan dans lequel trois autres points distants les uns des autres permettent de définir le repère.DETERMINATION METHOD AND DEVICE
COORDINATES OF A POINT
The invention relates to the determination of the coordinates, in a given coordinate system, of a point in a plane in which three other points distant from each other make it possible to define the coordinate system.

L'invention trouve son application notamment pour la détermination de la position exacte d'un point sur un écran de visualisation, ce qui permet, par exemple, à un utilisateur d'un micro-ordinateur de repondre à une question apparaissant sur l'écran en touchant du doigt ou au moyen d'un "crayon électronique" une des réponses proposées, ou de modifier de la même manière un tracé apparaissant sur écran. The invention finds its application in particular for determining the exact position of a point on a display screen, which allows, for example, a user of a microcomputer to answer a question appearing on the screen by touching with your finger or using an "electronic pencil" one of the answers provided, or in the same way modifying a path appearing on the screen.

Dans ce but, on utilise généralement une pluralité de lampes directives par exemple à infra-rouge, disposées sur deux côtés adjacents de l'écran en regard de cellules photo-réceptrices disposées sur les deux autres côtés, le tout formant une grille de faisceaux parallèle à et au voisinnage immédiat de l'écran, de telle manière que l'intersection d'un faisceau horizontal, par exemple avec un doigt, desactive la cellule photo-électrique correspondante et par suite détermine l'abscisse du point tandis que l'intersection d'un faisceau vertical permet de déterminer l'ordonnée du même point.For this purpose, a plurality of directional lamps, for example infrared lamps, are generally used, arranged on two adjacent sides of the screen opposite photoreceptor cells arranged on the other two sides, the whole forming a grid of parallel beams. to and in the immediate vicinity of the screen, so that the intersection of a horizontal beam, for example with a finger, deactivates the corresponding photocell and therefore determines the abscissa of the point while the intersection of a vertical beam makes it possible to determine the ordinate of the same point.

Un tel système présente l'inconvénient d'être relativement coûteux car il nécessite, pour être précis, un très grand nombre de lampes et de cellules photo-réceptrices, et, en plus il requiert une zone importante, tout au tour de l'écran pour disposer les lampes et les cellules et, par suite, ne peut pas être mis en oeuvre lorsque les dimensions accordées a' à l'écran et au système sont relativement faibles.Such a system has the disadvantage of being relatively expensive because it requires, to be precise, a very large number of lamps and photoreceptor cells, and, in addition it requires a large area, all around the screen. to arrange the lamps and the cells and, consequently, cannot be used when the dimensions given to the screen and to the system are relatively small.

Un autre système consiste à disposer sur l'écran lui-même des bandes émettrices conductrices résistantes imbriquées dans des bandes réceptrices reliées à un voltmètre par l'intermédiaire d'un étage d'exploration (voir FR 2 520 498). Another system consists in placing on the screen itself resistant conductive transmitting bands nested in receiving bands connected to a voltmeter via an exploration stage (see FR 2 520 498).

Au contact d'un crayon métallique, le numéro d'ordre de la bande réceptrice qui voit apparaitre un potentiel non nul donne l'ordonnée du point touché par le crayon tandis que l'abscisse résulte de la valeur de ce potentiel.In contact with a metallic pencil, the serial number of the receiving strip which sees a non-zero potential appear gives the ordinate of the point touched by the pencil while the abscissa results from the value of this potential.

Un tel système présente l'inconvénient de requérir la pose de bandes conductrices sur l'écran. Such a system has the disadvantage of requiring the installation of conductive strips on the screen.

Un autre système équivalent consiste à disposer de part et d'autre d'un substrat isolant pourvu d'évidements, deux membranes transparentes élastiques dont les faces en regard ont été préalablement métallisées pour constituer un réseau, de telle façon que lorsque l'on appuie sur une membrane avec un doigt au niveau d'un évidemment, les bandes conductrices des deux membranes entrent en contact localement, - les coordonnées du point touché étant alors calculées par exemple de la façon précité. Un tel système reste relativement coûteux.Another equivalent system consists in having on both sides of an insulating substrate provided with recesses, two elastic transparent membranes whose facing faces have been previously metallized to form a network, so that when one presses on a membrane with a finger at an obviously, the conductive strips of the two membranes come into contact locally, - the coordinates of the point touched being then calculated for example in the aforementioned manner. Such a system remains relatively expensive.

La présente invention a pour but d'obvier à ces inconvénients. Selon l'invention, on détermine les coordonnées d'un point dans un plan en disposant un récepteur d'ultra-sons à fréquence déterminée en trois points du plan séparés les uns des autres et en plaçant un émetteur à ultra-sons à la même fréquence sur le point du plan dont on cherche les coordonnées, on calcule le temps de propagation des ultra-sons entre -l'émetteur et chacun des récepteurs de manière à déterminer la distance entre l'émetteur et chacun des récepteurs en connaissant la vitesse de propagation des ultra-sons sur l'écran, puis la longueur de chacune des projections issues du point dont on cherche les coordonnées sur le côté opposé de deux triangles constitués par deux des trois récepteurs et l'émetteur, les longueurs des deux projections ainsi calculées, constituant les coordonnées recherchées dans le repère défini par les axes ayant pour origine le récepteur commun aux deux triangles et passant respectivement par l'autre récepteur.The object of the present invention is to overcome these drawbacks. According to the invention, the coordinates of a point in a plane are determined by placing an ultrasonic receiver at a determined frequency at three points on the plane separated from each other and by placing an ultrasonic transmitter at the same frequency on the point of the plane whose coordinates are sought, the propagation time of the ultrasounds is calculated between the transmitter and each of the receivers so as to determine the distance between the transmitter and each of the receivers by knowing the speed of propagation of the ultrasound on the screen, then the length of each of the projections from the point whose coordinates are sought on the opposite side of two triangles constituted by two of the three receivers and the transmitter, the lengths of the two projections thus calculated , constituting the coordinates sought in the coordinate system defined by the axes originating from the receiver common to the two triangles and passing respectively through the other receiver.

De préférence, le système conforme à l'invention met en oeuvre un système de référence orthogonal, les récepteurs étant disposés à trois des angles de l'écran, et les projections étant des hauteurs. Preferably, the system according to the invention implements an orthogonal reference system, the receivers being arranged at three of the angles of the screen, and the projections being heights.

Le dispositif selon l'invention comprend donc trois récepteursà ultra-sons à fréquence déterminée disposés à trois des quatre angles de l'écran, un émetteur mobile à ultra-sons de même fréquence et destiné à être disposé en regard du point dont on cherche les coordonnées, un dispositif de synchronisation activant ~ les trois récepteurs et l'émetteur au même instant, un dispositif de calcul du temps de propagation des ultra-sons ainsi que de la longueur des hauteurs précitées.The device according to the invention therefore comprises three ultrasonic receivers at a fixed frequency arranged at three of the four corners of the screen, a mobile ultrasonic transmitter of the same frequency and intended to be placed opposite the point for which the coordinates, a synchronization device activating ~ the three receivers and the transmitter at the same time, a device for calculating the propagation time of the ultrasounds as well as the length of the above heights.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation donné à titre non limitatif et du dessin annexé.The invention will be better understood and other objects, advantages and characteristics thereof will appear more clearly on reading the following description of an embodiment given without limitation and the attached drawing.

La figure unique illustre schématiquement la détermination des coordonnées x, y d'un point E dans un repère de coordonnées constitué par les trois récepteurs à ultra-sons conformément à l'invention.The single figure schematically illustrates the determination of the x, y coordinates of a point E in a coordinate reference system constituted by the three ultrasonic receivers in accordance with the invention.

En référence maintenant à cette figure unique, on comprendra aisément que lorsque l'on connait les distances dl, d2 et d3 respectivement entre l'émetteur E et chacun des récepteurs à ultra-sons R1, R2 et
R3 le calcul des coordonnées x et y du point E par rapport au repère défini par les trois récepteurs R1, R2, et R3 est très aisé et il est inutile ici d'en rappeler une méthode.Referring now to this single figure, it will be readily understood that when we know the distances dl, d2 and d3 respectively between the transmitter E and each of the ultrasonic receivers R1, R2 and
R3 the calculation of the x and y coordinates of the point E with respect to the reference defined by the three receivers R1, R2, and R3 is very easy and it is useless here to recall a method.

De ce fait, lorsque l'émetteur émet une impulsion dans le matériau constituant l'écran, et dès lors que l'on connait la vitesse de propagation des ultra-sons dans ce matériau et que les recepteurs R1, R2 et R3 sont activés en synchronisme avec l'émetteur, on peut déterminer le temps de propagation des ultra-sons entre l'émetteur E et chacun des récepteurs et, par suite, les distances d1, d2 et d3. A titre d'exemple, la vitesse de propagation des ultra-sons dans un matériau dur comme du verre est de l'ordre de 5000 m/s. Therefore, when the transmitter emits a pulse in the material constituting the screen, and as soon as we know the speed of propagation of ultrasound in this material and that the receivers R1, R2 and R3 are activated in synchronism with the transmitter, one can determine the propagation time of the ultrasounds between the transmitter E and each of the receivers and, consequently, the distances d1, d2 and d3. For example, the speed of propagation of ultrasound in a hard material such as glass is of the order of 5000 m / s.

Avec un écran de dimensions habituelles, le temps moyen de propagation de l'impulsion sera de l'ordre de 20 ps. En répétant la mesure toutes les 100 clos, on peut ainsi suivre de façon quasi-continue le déplacement de l'émetteur sur l'écran, puisque le calcul de la distance et des coordonnées précises du point E dans le système de référence déterminé ne prend que quelques microsecondes pour un calculateur moderne.With a screen of usual dimensions, the average time of propagation of the pulse will be of the order of 20 ps. By repeating the measurement every 100 closed, we can thus follow almost continuously the movement of the transmitter on the screen, since the calculation of the distance and precise coordinates of point E in the determined reference system does not take only a few microseconds for a modern computer.

De manière à éviter toute interférence, on préfère utiliser des récepteurs peu sensibles, à seuil de détection suffisamment élevé, par exemple du type piézo-électrique et un émetteur émettant une impulsion de grande amplitude.In order to avoid any interference, it is preferred to use insensitive receivers with a sufficiently high detection threshold, for example of the piezoelectric type and a transmitter emitting a pulse of large amplitude.

L'ensemble du système devant être synchronisé, il est préférable d'utiliser, comme émetteur, un "crayon électronique" dont la pointe est pourvue d'un micro-interrupteur permettant, lorsque cette pointe rentre en contact avec la surface de l'écran, d'activer simultanément l'émetteur et les trois récepteurs en les synchronisant.The whole system having to be synchronized, it is preferable to use, as transmitter, an "electronic pencil" whose tip is provided with a microswitch allowing, when this tip comes into contact with the surface of the screen , simultaneously activate the transmitter and the three receivers by synchronizing them.

On comprendra aisément qu'il est nécessaire d'utiliser trois récepteurs de manière à lever l'indétermination possible quant à la position précise de l'émetteur lorsque celui-ci est situé à égale distance de deux émetteurs (dans un système à deux émetteurs).It will easily be understood that it is necessary to use three receivers so as to remove the possible indeterminacy as to the precise position of the transmitter when the latter is located equidistant from two transmitters (in a system with two transmitters) .

L'invention présente un avantage particulier lorsque tout point de écran doit pouvoir être exploré en continu, c'est-à- dire lorsqu'il n'y a aucune limite au nombre possible de points à explorer. En effet, avec un système à infra-rouge ou un système à bandes résistantes tel que décrit précédemment, le nombre de points pouvant être explorés, est limité par le nombre de sources lumineuses (dans le premier cas) et de bandes (dans le deuxième cas).The invention has a particular advantage when any screen point must be able to be explored continuously, that is to say when there is no limit to the possible number of points to be explored. Indeed, with an infrared system or a system with resistant bands as described above, the number of points that can be explored is limited by the number of light sources (in the first case) and of bands (in the second case).

Bien que seul un mode de réalisation de l'invention ait été décrit, il est évident que toute modification apportée par l'Homme de l'Art dans le même esprit ne sortirait pas du cadre de la présente invention telle que définie par les revendications annexées. Although only one embodiment of the invention has been described, it is obvious that any modification made by a person skilled in the art in the same spirit would not depart from the scope of the present invention as defined by the appended claims .

Claims

1. Method for determining in a given coordinate system the coordinates

of a point in a plane characterized in that one has a re

three-frequency ultrasonic receiver (R1, R2, R3) in three

points distant from each other, from said plane and determining the

said benchmark, and an ultrasonic transmitter is placed at said frequency

(E) on the point of the plane whose coordinates are sought, we determine

mine the propagation time of ultrasound between said transmitter

(E) and each of said receivers (R1 R2 R3), so as to calculate

the distance between said transmitter and each of said receivers

then the length of each of the projections from the point whose

we are looking for the coordinates, on the opposite side of two triangles

consisting of two of the three receivers and the transmitter, the lengths

of said two projections thus calculated constitute the coordon

born sought in the reference defined by the axes having for origin

the receiver common to the two triangles and passing respectively

by the other receiver.

2. Method according to claim 1 characterized in that said plan

consists of the surface of a rectangular display screen,

the said receivers being arranged at three of the four angles of the said

screen, said projections then being heights.

3. Device for implementing the method according to claim

1 characterized in that it comprises, in combination

- three ultrasonic receivers with fixed frequency arranged

respectively at three of the four angles of a screen,

- a mobile transmitter with ultrasound of the same frequency and intended

to be placed opposite the point whose coordinates are sought,

- a synchronization device activating the three receivers and

said transmitter at the same time,

- a device for calculating the propagation times of ultrasound

between the transmitter and each of said receivers, as well as

length of said projections.

4. Device according to claim 3, characterized in that the said

transmitter emits a pulse of ultrasound at each measurement.