JPH02109116A - Coordinate input device - Google Patents

Coordinate input device

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JPH02109116A
JPH02109116A JP63261369A JP26136988A JPH02109116A JP H02109116 A JPH02109116 A JP H02109116A JP 63261369 A JP63261369 A JP 63261369A JP 26136988 A JP26136988 A JP 26136988A JP H02109116 A JPH02109116 A JP H02109116A
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Japan
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vibration
input
circuit
coordinates
pen
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JP63261369A
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Atsushi Date
厚 伊達
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Abstract

PURPOSE:To always perform the accurate detection of coordinates regardless of an input level by controlling the gain of an amplifying means in response to the output level of the amplifying means and at the same time invalidating the input coordinates in a gain control period. CONSTITUTION:When a vibration pen 3 touches a vibration transmitting plate 8, the ultrasonic vibrations are transmitted to the plate 8 and detected by three vibration sensors 6. Each output signal of the sensors 6 is inputted to a waveform detecting circuit 9 via a voltage control amplifier 112 and a level detecting circuit 113. Then the arriving timing of vibrations to each sensor 6 is detected through a waveform detecting process. This detecting signal is inputted to an arithmetic control circuit 1. The circuit 112 receives the gain control by the circuit 113. The prescribed AGC control is given to the waveform process and the coordinate arithmetic process which are carried out by the circuits 9 and 1. In the AGC control, the pen 3 touches the plate 8 for input of the coordinates and the coordinate value obtained by the first one of the vibration detecting signals which are intermittently inputted via the pen 3 is neglected.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は座標入力装置、特に振動ペンから入力された振
動を振動伝達板に複数設けられた振動センサにより検出
して前記振動ペンの振動伝達板上での座標を検出する座
標入力装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention detects vibrations input from a coordinate input device, particularly a vibrating pen, using a plurality of vibration sensors provided on a vibration transmitting plate, and transmits the vibrations of the vibrating pen. This invention relates to a coordinate input device that detects coordinates on a board.

[従来の技術] 従来より手書きの文字、図形などをコンピュータなどの
処理装置に入力する装置として各種の入力ペンおよびタ
ブレットなどを用いた座標入力装置が知られている。こ
の種の方式では入力された文字、図形などからなる画像
情報はCRTデイスプレィなどの表示装置やプリンタな
どの記録装置に出力される。
[Prior Art] Coordinate input devices using various input pens, tablets, etc. have been known as devices for inputting handwritten characters, figures, etc. to a processing device such as a computer. In this type of system, input image information consisting of characters, graphics, etc. is output to a display device such as a CRT display or a recording device such as a printer.

特に、入力タブレットを表示器や原稿上に配置し、座標
入力を行なう方式では、タブレットをガラス、プラスチ
ックなどの透明材料から構成できる超音波振動を用いた
方式が知られている。
In particular, as a method for inputting coordinates by placing an input tablet on a display or a document, a method using ultrasonic vibration in which the tablet is made of a transparent material such as glass or plastic is known.

この種の装置では、振動伝達板を伝わってくる弾性波振
動を圧電素子などを用いた機2! / M気変換素子に
よって検出し、この変換素子の出力を所定のゲインで増
幅した後所定の波形検出を行なって振動伝達タイミング
を決定し、振動伝達時間から座標値を算出している。
This type of device uses a device such as a piezoelectric element to convert elastic wave vibrations transmitted through a vibration transmission plate. /M is detected by a conversion element, and after amplifying the output of this conversion element with a predetermined gain, a predetermined waveform is detected to determine the vibration transmission timing, and coordinate values are calculated from the vibration transmission time.

[発明が解決しようとする課題] 従来では振動センサの出力信号が一定のゲインで増幅さ
れているので、検出信号のダイナミックレンジが広い場
合には増幅回路のダイナミックレンジが足りなくなって
しまい、微弱な入力信号を充分なゲインで増幅すること
ができなくなることがある。例えば座標入力点が振動セ
ンサから遠い場合などにおいて、座標検出が不安定にな
ったり、精度が低下するという問題があった。
[Problem to be solved by the invention] Conventionally, the output signal of a vibration sensor is amplified with a constant gain, so if the dynamic range of the detection signal is wide, the dynamic range of the amplification circuit is insufficient, and weak It may become impossible to amplify the input signal with sufficient gain. For example, when the coordinate input point is far from the vibration sensor, there is a problem that coordinate detection becomes unstable and accuracy decreases.

従来では振動センサの検出信号レベルに応して増幅回路
のゲインを自動的に調節するAGC制御が考えられては
いるが、従来のこの種の装置におけるAGC制御はセン
サに振動が入力されてから座標算出のための遅延時間を
測定するまでの間に必要なゲインを決定しなければなら
ない。そのため、従来装置では充分なAGC制御のレス
ポンスを得ることができず、上記の問題を解決すること
ができなかった。
Conventionally, AGC control has been considered in which the gain of the amplifier circuit is automatically adjusted according to the detection signal level of the vibration sensor. It is necessary to determine the gain required until the delay time for coordinate calculation is measured. Therefore, with the conventional device, it was not possible to obtain a sufficient AGC control response, and the above problem could not be solved.

本発明のvJ!題は、以上の問題を解決し、限定された
増幅系のダイナミックレンジにおいても、座標入力点の
遠近に起因する信号レベルにかかわらず正確な座標入力
を行なえる座標入力装置を提供することである。
vJ of the present invention! The object of the present invention is to provide a coordinate input device that solves the above problems and allows accurate coordinate input even in the limited dynamic range of an amplification system, regardless of the signal level caused by the distance of the coordinate input point. .

[課題を解決するための手段] 以上の課題を解決するために、本発明においては、振動
ベンから入力された振動を振動伝達板に複数設けられた
振動センサにより検出して前記振動ベンの振動伝達板」
二での座標を検出する座標入力装置において、前記振動
センサの出力を可変ゲインで増幅する手段と、この増幅
手段の出力レヘルに応じて増幅手段のゲインを所定の時
定数を介して制御するゲイン制御手段と、前記増幅手段
の出力を取り込み振動伝達板上での振動伝達時間を算出
しこれに基づいて入力点の座標を検出するとともに、前
記時定数を介したゲイン制御が安定するまでの期間前記
増幅手段の出力に基づいて検出された座標の初期値を無
効化する制御手段を設けた構成を採用した。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, vibrations input from a vibrating vent are detected by a plurality of vibration sensors provided on a vibration transmission plate, and vibrations of the vibrating vent are detected. "Transmission board"
2. A coordinate input device for detecting coordinates at 2, which includes means for amplifying the output of the vibration sensor with a variable gain, and a gain for controlling the gain of the amplification means via a predetermined time constant according to the output level of the amplification means. a control means, and a period of time until the output of the amplification means is taken in, the vibration transmission time on the vibration transmission plate is calculated, the coordinates of the input point are detected based on this, and the gain control via the time constant is stabilized; A configuration is adopted in which a control means is provided to invalidate the initial value of the coordinates detected based on the output of the amplification means.

[作 用] 以上の構成によれば、振動センサの出力を増幅する増幅
手段のゲインをその出力レベルに応じて制御できるため
、振動センサの入力レベルに応じて適切なゲイン制御が
可能となり、またゲイン制御期間では入力座標を無効に
することにより、正確な振動伝達時間のみに基づき座標
検出を行なうことができる。
[Function] According to the above configuration, the gain of the amplifying means for amplifying the output of the vibration sensor can be controlled according to the output level, so that appropriate gain control can be performed according to the input level of the vibration sensor, and By invalidating the input coordinates during the gain control period, coordinate detection can be performed based only on accurate vibration transmission time.

[実施例] 以下、図面に示す実施例に基づき、本発明を詳装置は振
動伝達板8から成る入力タブレットに振動ベン3によっ
て座標入力を行ない、入力された座標情報に従って入力
タブレットに重ねて配置されたCRTあるいはLCDな
どから成る表示器11′に入力画像を表示するものであ
る。振動伝達板8はアクリル、ガラス板などから成り、
振動ベン3から伝達される振動をその角部に3個設けら
れた振動センサ6に伝達する。振動ベン3から振動伝達
板8を介して振動センサ6に伝達される超音波振動の伝
達時間を計測することによって、振動ベン3の振動伝達
板8上での座標を検出することができる。
[Example] Hereinafter, based on the example shown in the drawings, the present invention will be described in detail.The apparatus inputs coordinates to an input tablet consisting of a vibration transmission plate 8 using a vibrating ben 3, and places the coordinates on the input tablet according to the input coordinate information. The input image is displayed on a display device 11' consisting of a CRT or LCD. The vibration transmission plate 8 is made of acrylic, glass plate, etc.
The vibrations transmitted from the vibrating ben 3 are transmitted to three vibration sensors 6 provided at the corners thereof. By measuring the transmission time of the ultrasonic vibration transmitted from the vibration ben 3 to the vibration sensor 6 via the vibration transmission plate 8, the coordinates of the vibration ben 3 on the vibration transmission plate 8 can be detected.

振動伝達板8は振動ベン3から伝達された振動が周辺部
で反射されて中央部の方向に戻るのを防止するためにそ
の周辺部分をシリコンゴムなどから構成された反射防止
材7によって支持されている。
The vibration transmitting plate 8 has its peripheral portion supported by an anti-reflection material 7 made of silicone rubber or the like in order to prevent the vibrations transmitted from the vibration vent 3 from being reflected at the peripheral portion and returning toward the central portion. ing.

振動伝達板8はCRT(あるいは液晶表示器など)など
、ドツト表示が可能な表示器11“上に配置され、振動
ベン3によりなぞられた位置にドツト表示を行なうよう
になっている。すなわち、検出された振動ベン3の座標
に対応した表示器11’ J二の位置にドツト表示が行
なわれ、振動ベン3により入力された点、線などの要素
により構成される画像はあたかも紙に書き込みを行なっ
たように振動ベンの軌跡の後に現れる。
The vibration transmission plate 8 is arranged on a display device 11'' capable of displaying dots, such as a CRT (or liquid crystal display), and displays dots at the position traced by the vibrating ben 3. That is, A dot is displayed at the position of the display 11'J2 corresponding to the detected coordinates of the vibrating ben 3, and the image composed of elements such as points and lines inputted by the vibrating ben 3 is as if written on paper. Appears after the trajectory of the vibrating ben as done.

また、このような構成によれば表示器11゛にはメニュ
ー表示を行ない、振動ベンによりそのメニュー項目を選
択させたり、プロンプトを表示させ°C所定の位置に振
動ベン3を接触させるなどの入力方式を用いることもで
きる。
In addition, according to such a configuration, a menu is displayed on the display 11', and a menu item is selected using the vibrating bezel, a prompt is displayed, and inputs such as touching the vibrating ben 3 at a predetermined position are performed. A method can also be used.

振動伝達板8に超音波振動を伝達させる振動ベン3は、
内部に圧電素子などから構成した振動子4を有しており
、振動子4の発生した超音波振動を先端が尖ったホーン
部5を介して振動伝達板8に伝達する。
The vibration ben 3 transmits ultrasonic vibration to the vibration transmission plate 8.
It has a vibrator 4 made of a piezoelectric element or the like inside, and transmits ultrasonic vibrations generated by the vibrator 4 to a vibration transmission plate 8 via a horn portion 5 having a sharp tip.

第2図は振動ベン3の構造を示している。振動ベン3に
内蔵された振動子4は、振動子駆動回路2により駆動さ
れる。振動子4の駆動信号は第1図の演算および制御回
路1から低レベルのパルス信号として供給され、低イン
ピーダンス駆動が可能な振動子駆動回路2によって所定
のゲインで増幅された後、振動子4に印加される。
FIG. 2 shows the structure of the vibrating vent 3. A vibrator 4 built into the vibrator 3 is driven by a vibrator drive circuit 2. The drive signal for the vibrator 4 is supplied as a low-level pulse signal from the arithmetic and control circuit 1 shown in FIG. is applied to

電気的な駆動信号は振動子4によって機械的な超音波振
動に変換され、ホーン部5を介して振動板8に伝達され
る。
The electrical drive signal is converted into mechanical ultrasonic vibration by the vibrator 4 and transmitted to the diaphragm 8 via the horn section 5.

振動子4の振動周波数はアクリル、ガラスなどの振動伝
達板8に板波を発生させることかでざる値に選択される
。また、振動子駆動の際、振動伝達板8に対して第2図
の垂直方向に振動子4が主に振動するような振動モード
が選択される。また、振動子4の振動周波数を振動子4
の共振周波数とすることで効率のよい振動変換が可能で
ある。
The vibration frequency of the vibrator 4 is selected to a value that does not cause plate waves to be generated in the vibration transmission plate 8 made of acrylic, glass, or the like. Further, when driving the vibrator, a vibration mode is selected in which the vibrator 4 mainly vibrates in the vertical direction in FIG. 2 with respect to the vibration transmission plate 8. Also, the vibration frequency of the vibrator 4 is set to
Efficient vibration conversion is possible by setting the resonance frequency to .

上記のようにして振動伝達板8に伝えられる弾性波は板
波であり、表面波などに比して振動伝達板8の表面の傷
、障害物などの影響を受けにくいという利点を有する。
The elastic waves transmitted to the vibration transmission plate 8 as described above are plate waves, which have the advantage that they are less susceptible to the effects of scratches, obstacles, etc. on the surface of the vibration transmission plate 8 compared to surface waves.

再び、第1図(A)において、振動伝達板8の角部に設
けられた振動センサ6も圧電素子などの機械〜電気変換
素子により構成される。3つの振動センサ6の各々の出
力信号はVCA回路112、レベル検出回路113を介
して波形検出回路9に入力され、後述の波形検出処理に
より、各センサへの振動到着タイミングを検出する。
Again, in FIG. 1(A), the vibration sensor 6 provided at the corner of the vibration transmission plate 8 is also constituted by a mechanical to electrical conversion element such as a piezoelectric element. The output signals of each of the three vibration sensors 6 are input to the waveform detection circuit 9 via the VCA circuit 112 and the level detection circuit 113, and the timing of vibration arrival at each sensor is detected by waveform detection processing to be described later.

この検出タイミング信号は演算制御回路1に入力される
。VCA回路112は、レベル検出回路+13によりゲ
イン制御を受ける。
This detection timing signal is input to the arithmetic control circuit 1. The VCA circuit 112 receives gain control by the level detection circuit +13.

第1図(B)、(C)に第1図(A)(7)VCA回路
(電圧制御増幅器)112およびレベル検出回路113
の構成を示す。第1図(B)に示すものは第1図(A)
のセンサ1つ分の回路で、振動センサ6の入力信号は抵
抗201 (抵抗値R1)を介してオペアンプ202の
十入力端子に入力される。オペアンプ202の一出力端
子にフィードバックされる電圧は抵抗203(抵抗値R
2)およびFET204によって決定される。FET2
04は端子205に第1図(C)のレベル検出回路11
3から入力される電圧信号に応じて導通比を変化させ、
これによってオペアンプ202の増幅率が決定される。
1(B) and 1(C), FIG. 1(A)(7) VCA circuit (voltage control amplifier) 112 and level detection circuit 113.
The configuration is shown below. What is shown in Figure 1 (B) is Figure 1 (A)
In the circuit for one sensor, the input signal of the vibration sensor 6 is input to the input terminal of the operational amplifier 202 via the resistor 201 (resistance value R1). The voltage fed back to one output terminal of the operational amplifier 202 is fed back to the resistor 203 (resistance value R
2) and FET 204. FET2
04 connects the level detection circuit 11 of FIG. 1(C) to the terminal 205.
The conduction ratio is changed according to the voltage signal input from 3,
This determines the amplification factor of the operational amplifier 202.

増幅率aはa=(++R/Rv)と示される。ここでR
は第1図(B)においてR1=R2=Rとした場合の抵
抗値R,Rvは後述のレベル検出回路113において決
定される電圧Vcにより変化するFET204のソース
ルドレイン抵抗である。
The amplification factor a is expressed as a=(++R/Rv). Here R
In FIG. 1(B), resistance values R and Rv when R1=R2=R are source-drain resistances of the FET 204 that vary depending on a voltage Vc determined by a level detection circuit 113, which will be described later.

レベル検出回路113は、第1図(C)に示すように抵
抗、コンデンサ、ダイオードから成る充放電回路から構
成されている。すなわち、VCA回路112から信号波
形検出回路9に向かう信号線は抵抗301 (抵抗値R
3)、ダイオード302のアノ−ドルカソードを介して
一端を接地されたコンデンサ304に接続されている。
The level detection circuit 113 is composed of a charging/discharging circuit including a resistor, a capacitor, and a diode, as shown in FIG. 1(C). That is, the signal line from the VCA circuit 112 to the signal waveform detection circuit 9 has a resistance 301 (resistance value R
3) It is connected via the anode cathode of the diode 302 to a capacitor 304 whose one end is grounded.

一方、ダイオード302とコンデンサ304の接続点は
ダイオード303のアノ−ドルカソードおよび抵抗30
5(抵抗値R4)を介して第1図(B)(7)VCA回
路112の端子205に接続されている。つまり、コン
デンサ304は抵抗R3、ダイオードD1を介して抵抗
301とコンデンサ304の容量Cによって定められる
時定数によって充電される。
On the other hand, the connection point between the diode 302 and the capacitor 304 is the anode cathode of the diode 303 and the resistor 30.
5 (resistance value R4) to the terminal 205 of the VCA circuit 112 (7) in FIG. 1(B). That is, the capacitor 304 is charged via the resistor R3 and the diode D1 with a time constant determined by the resistor 301 and the capacitance C of the capacitor 304.

また、コンデンサ304はその充電電圧をダイオード3
02、抵抗305(抵抗値R4)を介してVCA回路1
12に出力する。この時の時定数は抵抗305の抵抗値
R4、コンデンサ304の容量Cによって定められる。
In addition, the capacitor 304 transfers its charging voltage to the diode 3.
02, VCA circuit 1 via resistor 305 (resistance value R4)
Output to 12. The time constant at this time is determined by the resistance value R4 of the resistor 305 and the capacitance C of the capacitor 304.

ここでは抵抗R3、Cによる時定数よりもR4、Cによ
る時定数の方が大きく設定されており、従って第1図(
D)のような入力波形がオペアンプ202に入力される
とコンデンサおよびダイオードの接続点306の電圧v
Bは第1図(E)のように変化し、一方、端子205の
電圧VCはR4、Cの大きな時定数によって第1図(F
)のような変化を示す。
Here, the time constant due to resistors R4 and C is set larger than the time constant due to resistors R3 and C, and therefore, as shown in FIG.
When an input waveform like D) is input to the operational amplifier 202, the voltage v at the connection point 306 of the capacitor and diode
B changes as shown in Fig. 1 (E), while the voltage VC at the terminal 205 changes as shown in Fig. 1 (F
).

従って、振動センサ6から振動波形が入力されるごとに
コンデンサ304に入力波形の振幅に応じた電圧が発生
ずるが、この電圧は大きな時定数をもってVCA回路1
12にフィードバックされ、変化率のゆっくりとした自
動ゲイン制御が行なわれる。以上のようにして信号波形
検出回路9に入力される信号は、入力波形の振幅が変化
してもほぼ一定の振幅になるように制御される。
Therefore, each time a vibration waveform is input from the vibration sensor 6, a voltage corresponding to the amplitude of the input waveform is generated in the capacitor 304, but this voltage is applied to the VCA circuit 1 with a large time constant.
12, and automatic gain control with a slow rate of change is performed. As described above, the signal input to the signal waveform detection circuit 9 is controlled to have a substantially constant amplitude even if the amplitude of the input waveform changes.

信号波形検出回路9以降の波形処理、および座標演算処
理に関しては後に詳述するが、ここで上記のような48
号処理系による作用効果につき説明する。上記の信号処
理系において従来技術と最も異なっていることは、従来
ではACGのレスポンスをできる限り早くすることに主
眼がおかれていたが、上記実施例では所定の時定数をも
ってAGC制御を働かせる点である。このようなAGC
制御を行なうのは、後述の制御において振動ペン3が振
動伝達板8に接触していない状態から初めて入力された
振動検出波形を無視するためである6本実施例において
は、振動ベン3が振動伝達板8に接触していない状態、
すなわちペンアップ状態から振動ベン3が振動伝達板8
に接触し、座標入力が行なわれるペンダウン状態に移行
した後振動ペン3から間欠的に入力される最初の振動の
検出信号によって得られる座標値を無視する。それは、
この点の座標はVCA回路112の決定する増幅率が安
定していないため、充分な精度での座標検出が行なえな
いためである。
The waveform processing after the signal waveform detection circuit 9 and the coordinate calculation processing will be described in detail later, but here we will explain the above-mentioned 48
The effects of the code processing system will be explained. The biggest difference between the above signal processing system and the conventional technology is that in the past, the main focus was on making the ACG response as quick as possible, but in the above embodiment, the AGC control is activated with a predetermined time constant. It is. This kind of AGC
The purpose of this control is to ignore the vibration detection waveform input for the first time when the vibration pen 3 is not in contact with the vibration transmission plate 8 in the control described later.6 In this embodiment, the vibration pen 3 A state in which it is not in contact with the transmission plate 8,
In other words, from the pen-up state, the vibration ben 3 moves to the vibration transmission plate 8.
The coordinate values obtained by the first vibration detection signal that is intermittently inputted from the vibrating pen 3 after the vibrating pen 3 enters the pen-down state in which coordinates are input are ignored. it is,
This is because the coordinates of this point cannot be detected with sufficient accuracy because the amplification factor determined by the VCA circuit 112 is not stable.

逆に言えば、VCA回路112のフィードバック制御に
前述のようにある程度の大きな時定数を設定し、VCA
回路112が安定した増幅率制御を行なえるまでの期間
を振動ベン3の振動入力間隔に対応させておけば、ペン
アップ状態からペンダウン状態に移行した最初の1回な
いし数回の振動入力に基づく座標値を無視することによ
って、振動センサからの入力信号が小さい、例えば振動
センサから遠い地点で座標入力が行なわれている場合で
も確実に正確な座標値を検出することかできる。
Conversely, if a relatively large time constant is set for the feedback control of the VCA circuit 112 as described above, the VCA circuit 112
If the period until the circuit 112 is able to perform stable amplification factor control is made to correspond to the vibration input interval of the vibrator 3, it will be possible to control the amplification factor based on the first or several vibration inputs when the pen-up state shifts to the pen-down state. By ignoring the coordinate values, accurate coordinate values can be reliably detected even when the input signal from the vibration sensor is small, for example, when the coordinate input is performed at a point far from the vibration sensor.

振動ベン3からは間欠的に振動入力が行なわれ、振動入
力ごとに座標演算が行なわれるが、この検出サイクルを
振動ベン3の操作速度に比して充分速く設定しておくこ
とにより、上記のようにペンダウン直後に入力座標を無
視するようにしても正確な画像、図形などの入力が可能
になる。なお、ペンダウン直後の座標値の無視期間ある
いは回数は、VCA回路112のフィードバック時定数
に応じて決定すればよい。
Vibration input is performed intermittently from the vibration vent 3, and coordinate calculation is performed for each vibration input, but by setting this detection cycle sufficiently fast compared to the operating speed of the vibration vent 3, the above-mentioned result can be achieved. Even if the input coordinates are ignored immediately after pen-down, accurate images, figures, etc. can be input. Note that the period or number of times the coordinate values are ignored immediately after pen-down may be determined according to the feedback time constant of the VCA circuit 112.

次に、信号波形検出回路9以降の座標検出処理につき説
明する。
Next, the coordinate detection processing after the signal waveform detection circuit 9 will be explained.

演算制御回路1は波形検出回路から入力された検出タイ
ミングにより各センサへの振動伝達時間を検出し、さら
にこの振動伝達時間から振動ベン3の振動伝達板8上で
の座標入力位置を検出する。
The arithmetic control circuit 1 detects the vibration transmission time to each sensor based on the detection timing input from the waveform detection circuit, and further detects the coordinate input position of the vibration ben 3 on the vibration transmission plate 8 from this vibration transmission time.

検出された振動ベン3の座標情報は演算制御回路1にお
いて表示器11°による出力方式に応じて処理される。
The detected coordinate information of the vibrating ben 3 is processed in the arithmetic control circuit 1 according to the output method by the display 11°.

すなわち、演算制御回路は入力座標情報に基づいてビデ
オ信号処理装置10を介して表示器11°の出力動作を
制御する。
That is, the arithmetic control circuit controls the output operation of the display 11° via the video signal processing device 10 based on the input coordinate information.

第3図は第1図の演算制御回路】の構造を示している。FIG. 3 shows the structure of the arithmetic control circuit shown in FIG. 1.

ここでは主に振動ベン3の駆動系および振動センサ6に
よる振動検出系の構造を示している。
Here, the structure of the drive system of the vibrating ben 3 and the vibration detection system using the vibration sensor 6 are mainly shown.

マイクロコンピュータ11は内部カウンタ、ROMおよ
びRAMを内蔵している。駆動信号発生回路12は第1
図の振動子駆動回路2に対して所定周波数の駆動パルス
を出力するもので、マイクロコンピュータ11により座
標演算用の回路と同期して起動される。
The microcomputer 11 includes an internal counter, ROM, and RAM. The drive signal generation circuit 12
It outputs a drive pulse of a predetermined frequency to the vibrator drive circuit 2 shown in the figure, and is activated by the microcomputer 11 in synchronization with the coordinate calculation circuit.

カウンタ13の計数値はマイクロコンピュータ11によ
りラッチ回路14にラッチされる。
The count value of the counter 13 is latched into the latch circuit 14 by the microcomputer 11.

方、波形検出回路9は、振動センサ6の出力から後述の
ようにして振動伝達時間を計測するための検出43号の
タイミング情報を出力する。これらのタイミング情報は
入力ボート15にそれぞれ入力される。
On the other hand, the waveform detection circuit 9 outputs timing information of a detection number 43 for measuring vibration transmission time from the output of the vibration sensor 6 as described later. These timing information are input to the input ports 15, respectively.

波形検出回路9から入力されるタイミング信号は入力ボ
ート15に入力され、ラッチ回路14内の各振動センサ
6に対応する記憶領域に記憶され、その結果がマイクロ
コンピュータ11に伝えられる。
The timing signal input from the waveform detection circuit 9 is input to the input port 15 and stored in the storage area corresponding to each vibration sensor 6 in the latch circuit 14, and the result is transmitted to the microcomputer 11.

ずなわち、カウンタ13の出力データのラッチ値として
振動伝達時間が表現され、この振動伝達時間値により座
標演算が行なわれる。このとき、判定回路16は複数の
振動センサ6からの波形検出のタイミング情報がすべて
入力されたかどうか全判定し、マイクロコンピュータ1
1に報知する。
That is, the vibration transmission time is expressed as the latch value of the output data of the counter 13, and the coordinate calculation is performed using this vibration transmission time value. At this time, the determination circuit 16 makes a complete determination as to whether or not all waveform detection timing information from the plurality of vibration sensors 6 has been input, and the microcomputer 1
Notify 1.

表示器11′の出力制御処理は入出力ボート17を介し
て行なわれる。
Output control processing for the display device 11' is performed via the input/output port 17.

第4図は第1図の波形検出回路9に入力される検出波形
と、それに基づく振動伝達時間の計測処理を説明するも
のである。第4図において符号41て示されるものは振
動ベン3に対して印加される駆動信号パルスである。こ
のような波形により駆動された振動ベン3から振動伝達
板8に伝達された超音波振動は振動伝達板8内を通って
振動センサ6に検出される。
FIG. 4 explains the detected waveform input to the waveform detection circuit 9 of FIG. 1 and the vibration transmission time measurement process based on the detected waveform. What is indicated by reference numeral 41 in FIG. 4 is a drive signal pulse applied to the vibrating vent 3. Ultrasonic vibrations transmitted from the vibration ben 3 driven by such a waveform to the vibration transmission plate 8 pass through the vibration transmission plate 8 and are detected by the vibration sensor 6.

振動伝達板8内を振動センサ6までの距離に応じた時間
tgをかけて進行した後、振動は振動センサ6に到達す
る。第4図の符号42は振動センサ6が検出した信号波
形を示している。本実施例において用いられる板波は分
散性の波であり、そのため検出波形のエンベロープ42
1と位相422の関係は振動伝達距離に応じて変化する
After traveling within the vibration transmission plate 8 for a time tg corresponding to the distance to the vibration sensor 6, the vibration reaches the vibration sensor 6. Reference numeral 42 in FIG. 4 indicates a signal waveform detected by the vibration sensor 6. The plate wave used in this embodiment is a dispersive wave, so the envelope 42 of the detected waveform
The relationship between 1 and phase 422 changes depending on the vibration transmission distance.

ここで、エンベロープの進む速度を群速度Vg、位相速
度なVpとする。この群速度および位相速度の違いから
振動ベン3と振動センサ6間の距離を検出することがで
きる。
Here, the speed at which the envelope advances is defined as group velocity Vg and phase velocity Vp. The distance between the vibration sensor 3 and the vibration sensor 6 can be detected from the difference in group velocity and phase velocity.

まず、エンベロープ421のみに着目すると、その速度
はVgであり、ある特定の波形上の点、たとえばピーク
を第4図の符号43のように検出すると、振動ベン3お
よび振動センサ6の間の距@Jldはその振動伝達時間
をtgとしてd=Vg −tg           
・・・(1)この式は振動センサ6の1つに関するもの
であるが、同じ式により他の2つの振動センサ6と振動
ベン3の距離を示すことができる。
First, if we focus only on the envelope 421, its velocity is Vg, and when a point on a certain waveform, for example a peak, is detected as indicated by reference numeral 43 in FIG. @Jld is d=Vg -tg where the vibration transmission time is tg
(1) Although this equation relates to one of the vibration sensors 6, the distances between the other two vibration sensors 6 and the vibration ben 3 can be expressed using the same equation.

さらに、より高精度な座標値を決定するためには、位相
信号の検出に基づく処理を行なう。第4図の位相波形4
22の特定の検出点、たとえば振動印加から、ピーク通
過後のゼロクロス点までの時間をtpとすれば振動セン
サと振動ベンの距離は d=n  ・ λp+Vp  −tp        
・・・ (2)となる。ここでλpは弾性波の波長、n
は整数である。
Furthermore, in order to determine coordinate values with higher precision, processing based on phase signal detection is performed. Phase waveform 4 in Figure 4
22 specific detection points, for example, if the time from vibration application to the zero cross point after passing the peak is tp, then the distance between the vibration sensor and the vibration vent is d=n ・λp+Vp −tp
... (2) becomes. Here, λp is the wavelength of the elastic wave, n
is an integer.

前記の(1)式と(2)式から上記の整数nは n−[(Vg−tg −Vp  Hjp)  /λp、
l/Nl  ・(3)と示される。ここでNは0以外の
実数であり、適当な数値を用いる。たとえばN=2とし
、群遅延時間tgのゆらぎが±1/2波長以内であれば
、nを決定することができる。
From the above equations (1) and (2), the above integer n is n-[(Vg-tg -Vp Hjp)/λp,
It is expressed as l/Nl (3). Here, N is a real number other than 0, and an appropriate value is used. For example, if N=2 and the fluctuation of the group delay time tg is within ±1/2 wavelength, n can be determined.

上記のようにして求めたnを(2)式に代入することで
、振動ベン3および振動センサ6間の距離を正確に測定
することができる。
By substituting n obtained as described above into equation (2), the distance between the vibration vent 3 and the vibration sensor 6 can be accurately measured.

第3図に示した2つの振動伝達時間tgおよびtpの測
定のため、波形検出回路9はたとえば第5図に示すよう
に構成することができる。
In order to measure the two vibration transmission times tg and tp shown in FIG. 3, the waveform detection circuit 9 can be configured as shown in FIG. 5, for example.

増幅された信号はエンベロープ検出回路52に入力され
、検出信号のエンベロープのみが取り出される。抽出さ
れたエンベロープのピークのタイミングはエンベロープ
ピーク検出回路53によって検出される。ピーク検出信
号はモノマルチバイブレータなどから構成された信号検
出回路54によって所定波形のエンベロープ遅延時間検
出信号Tgが形成され、演算制御回路1に入力される。
The amplified signal is input to the envelope detection circuit 52, and only the envelope of the detection signal is extracted. The timing of the peak of the extracted envelope is detected by the envelope peak detection circuit 53. From the peak detection signal, an envelope delay time detection signal Tg having a predetermined waveform is formed by a signal detection circuit 54 composed of a mono-multivibrator or the like, and is input to the arithmetic control circuit 1.

また、このTg倍信号タイミングと、遅延時間調整回路
57によって遅延された元信号から検出回路58により
位相遅延時間検出信号Tpが形成され、演算制御回路1
に入力される。
Further, a phase delay time detection signal Tp is formed by the detection circuit 58 from this Tg times signal timing and the original signal delayed by the delay time adjustment circuit 57, and the arithmetic control circuit 1
is input.

すなわち、Tg倍信号単安定マルヂバイブレタ55によ
り所定幅のパルスに変換される。また、コンパレートレ
ベル供給回路56はこのパルスタイミングに応じてtp
傷信号検出するためのしきい値を形成する。この結果、
コンパレートレベル供給回路56は第3図の符号44の
ようなレベルとタイミングを有する信号44を形成し、
検出回路58に入力する。
That is, the Tg multiplied signal is converted into a pulse of a predetermined width by the monostable multivibrator 55. Further, the comparator level supply circuit 56 outputs tp according to this pulse timing.
Form a threshold for detecting flaw signals. As a result,
A comparator level supply circuit 56 forms a signal 44 having a level and timing as indicated by reference numeral 44 in FIG.
The signal is input to the detection circuit 58.

すなわち、単安定マルチバイブレータ55およびコンパ
レートレベル供給回路56は位相遅延時間の測定がエン
ベロープビーク検出後の一定時間のみしか作動しないよ
うにするためのものである。
That is, the monostable multivibrator 55 and the comparator level supply circuit 56 are used to ensure that the phase delay time measurement is activated only for a certain period of time after the envelope peak is detected.

この信号はコンパレータなどから構成された検出回路5
8に入力され、第4図のように遅延さ、1また検出波形
と比較され、この結果符号45のようなtp検出パルス
が形成される。
This signal is sent to a detection circuit 5 consisting of a comparator etc.
8 and is delayed and compared with the detected waveform as shown in FIG. 4, and as a result, a tp detection pulse 45 is formed.

以上に示した回路は振動センサ6の1つ分のもので、他
のそれぞれのセンサに対しても同じ回路が設りられる。
The circuit shown above is for one vibration sensor 6, and the same circuit is provided for each of the other sensors.

センサの数を一般化してh個とすると、エンベロープ遅
延時間Tgl〜h、位相遅延時間Tpl〜hのそわぞれ
h個の検出信号が演算制御回路1に入力される。
If the number of sensors is generalized to h, then h detection signals each having envelope delay times Tgl to h and phase delay times Tpl to h are input to the arithmetic control circuit 1.

第3図の演算制御回路では上記の丁g1〜h、Tpl〜
h信号を入力ボート15から入力し、各々のタイミング
をトリカとしてカウンタI3のカウント値をラッチ回路
14に取り込む。前記のようにカウンタ13は振動ペン
の駆動と同期してスタートされているので、ラッチ回路
14にはエンベロープおJ:び侍相のそれぞれの遅延時
間を示すデータが取り込まれる。
In the arithmetic control circuit shown in FIG.
The h signal is input from the input port 15, and the count value of the counter I3 is taken into the latch circuit 14 using each timing as a trigger. Since the counter 13 is started in synchronization with the driving of the vibrating pen as described above, the latch circuit 14 receives data indicating the respective delay times of the envelope and the samurai phase.

第6図のように振動伝達板8の角部に3つの振動センサ
6を符号S】からS3の位置に配置すると、第4図に関
連して説明した処理によって振動ペン3の位置Pから各
々の振動センサ6の位jηまでの直線距11dl〜d3
を求めることができる。
When three vibration sensors 6 are arranged at the corners of the vibration transmission plate 8 at positions S to S3 as shown in FIG. Straight line distance 11dl to d3 of vibration sensor 6 to position jη
can be found.

さらに演算制御回路1でこの直線距l1llld1〜d
3に基づぎ振動ペン3の位置Pの座標(x、y)を3平
方の定理から次式のようにして求めることができる。
Furthermore, the arithmetic control circuit 1 calculates the straight line distance l1lllld1~d.
3, the coordinates (x, y) of the position P of the vibrating pen 3 can be determined from the 3-square theorem as shown in the following equation.

x−X/2 + (dl + d2)  (di −d
2)/2X   −(4)y−y/2+  (di  
+  d3)  (di  −d3)/2Y    ・
・・ (5)ここでX、YはS2、S3の位置の振動セ
ンサ6と原点(位置Sl)のセンサのX、Y軸に沿った
距離である。
x-X/2 + (dl + d2) (di-d
2)/2X −(4)y−y/2+ (di
+ d3) (di - d3)/2Y ・
(5) Here, X and Y are the distances along the X and Y axes between the vibration sensor 6 at the positions S2 and S3 and the sensor at the origin (position Sl).

以上のようにして振動ペン3の位置座標をリアルタイム
で検出することができる。なお、上記演算による検出座
標は、前記のようにペンダウン直後では無視される。
As described above, the position coordinates of the vibrating pen 3 can be detected in real time. Note that the detected coordinates obtained by the above calculation are ignored immediately after the pen is down, as described above.

以上ではアナログ回路によってゲイン制御を行なう例を
示したが、第7図に示すような構成によってデジタル的
なゲイン制御を行なってもよい。
Although the example in which gain control is performed using an analog circuit has been described above, digital gain control may be performed using a configuration as shown in FIG.

第7図では、振動センサ6の出力が入力されるオペアン
プ202のフィードバック回路は抵抗203、抵抗10
04、スイッチ1005から構成される。抵抗1004
はそれぞれ一端が並列に接続された抵抗値R3、R4・
・・の抵抗で、これらの抵抗の他端はスイッチ1005
の独立して制御される接点の一端に接続されている。ス
イッチ1005の各素子の他端は接地される。従って、
抵抗1004の各抵抗値に重みづけを行ない、スイッチ
1005を介して適当な抵抗値を選択することによって
、オペアンプ202の増幅率を所望に制御できる。
In FIG. 7, the feedback circuit of the operational amplifier 202 to which the output of the vibration sensor 6 is input includes a resistor 203 and a resistor 10.
04 and a switch 1005. resistance 1004
are the resistance values R3 and R4, each with one end connected in parallel.
..., and the other end of these resistors is the switch 1005
connected to one end of independently controlled contacts. The other end of each element of switch 1005 is grounded. Therefore,
By weighting each resistance value of the resistor 1004 and selecting an appropriate resistance value via the switch 1005, the amplification factor of the operational amplifier 202 can be controlled as desired.

この場合、レベル検出回路113は図示のようにA/D
コンバータ1006およびマイクロコンピュータ100
7から構成できる。つまり、A/Dコンバータ1006
でオペアンプ202の出力をデジタル値に変換し、マイ
クロコンピュータ1007に入力する。マイクロコンピ
ュータ1007は入力されたデジタル信号の中で最も大
きな値を有するデータを所定のメモリに記憶し、新たに
入力された値がこの最大値よりも小さければオペアンプ
202のゲインを」二げるようにスイッチ1005を制
御する。このようなデジタル回路によっても前述と同様
のゲイン制御が可能である。
In this case, the level detection circuit 113 is an A/D converter as shown in the figure.
converter 1006 and microcomputer 100
It can be configured from 7. In other words, A/D converter 1006
The output of the operational amplifier 202 is converted into a digital value and input to the microcomputer 1007. The microcomputer 1007 stores data having the largest value among the input digital signals in a predetermined memory, and increases the gain of the operational amplifier 202 if the newly input value is smaller than this maximum value. The switch 1005 is controlled to. Gain control similar to that described above is also possible with such a digital circuit.

第7図の構成によれば、アナログ回路の特性に左右され
ることなく抵抗1004の各抵抗値の選択によって制御
範囲の自由度が高くなるという利7−kを有する。
The configuration shown in FIG. 7 has the advantage 7-k that the degree of freedom in the control range is increased by selecting each resistance value of the resistor 1004 without being influenced by the characteristics of the analog circuit.

[発明の効果] 以上から明らかなように、本発明によれは、振動ペンか
ら入力された振動を振動伝達板に複数段りられた振動セ
ンサにより検出し2て前記振動ペンの振動伝達板上での
座標を検出する座標入力装置において、前記振動センサ
・力出力を可変ゲーイーで増幅する手段と、この増幅1
段の出力レベルに応し・て増幅手段のゲインを所定の時
定数を介して$制御するゲイン制御手段と、前記増幅手
段の出力を取り込み振動伝達板」−での振動伝達時間を
算出しこれに基づいて入力点のII Jfiを検出する
とともに、前記時定数を介したゲ、1′ン制御が安定す
るまでの期間前記増幅手段の出力に基いて検出された座
標の初期値を無効化する制御手段を設けた構成を採用し
ているので、振動センサの出力を増幅する増幅手段のゲ
インをその出力レベルに応し゛C制御できるため、振動
センサの入力レベルに応して適切なゲイン制御が可能と
なり、またゲイン制御期間では入力座標を無効にするこ
とにより、正確な振動伝達時間のみか検出される。従っ
て、振動入力点の遠近などに起因する入力レベルの大小
にかかわらず、常時正確な座標検出を行なえるという優
れた利点かある。
[Effects of the Invention] As is clear from the above, according to the present invention, vibrations input from a vibrating pen are detected by a plurality of vibration sensors arranged on a vibration transmitting plate, and the vibrations inputted from a vibrating pen are detected by a plurality of vibration sensors arranged on a vibration transmitting plate of the vibrating pen. In the coordinate input device for detecting the coordinates at
gain control means for controlling the gain of the amplification means via a predetermined time constant in accordance with the output level of the stage; and a gain control means for taking the output of the amplification means and calculating the vibration transmission time at the vibration transmission plate Detects the input point IIJfi based on the input point, and invalidates the initial value of the coordinate detected based on the output of the amplification means for a period until the gain control via the time constant is stabilized. Since the configuration is equipped with a control means, the gain of the amplification means that amplifies the output of the vibration sensor can be controlled according to the output level, so appropriate gain control can be performed according to the input level of the vibration sensor. By invalidating the input coordinates during the gain control period, only the accurate vibration transmission time can be detected. Therefore, there is an excellent advantage that accurate coordinate detection can be performed at all times regardless of the magnitude of the input level due to the distance or proximity of the vibration input point.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(A)は本発明を採用した座標入力装置の構成を
示した説明図、第1図(B)は第1図(A)のVCA回
路の構成を示した回路図、第1図(C)は第1図(A)
のレベル検出回路の構成を示した回路図、第1図(D)
〜(F)は第1図(C)のレベル検出回路の制御特性を
示した線図、第2図は第1図の振動ペンの構造を示した
説明図、第3図は第1図の演算制御回路の構造を示した
ブロック図、第4図は振動ペンと振動センサの間の距離
測定を説明する検出波形を示した波形図、第5図は第1
図の波形検出回路の構成を示したブロック図、第6図は
振動センサの配置を示した説明図、第7図は第2図、第
3図のVCA回路、レベル検出回路の異なる構成を示し
たブロック図である。 1・・・演算制御回路 3・・・振動ペン4・・・振動
子    6・・・振動センサ8・・・振動伝達板 15.16・・・入力ボート 52・・・エンベロープ検出回路 54.58・・・信号検出回路 59・・・A/D変換回路 112−VCA回路 113・・・レベル検出回路
FIG. 1(A) is an explanatory diagram showing the configuration of a coordinate input device adopting the present invention, FIG. 1(B) is a circuit diagram showing the configuration of the VCA circuit of FIG. 1(A), FIG. (C) is Figure 1 (A)
Figure 1 (D) is a circuit diagram showing the configuration of the level detection circuit of
-(F) are diagrams showing the control characteristics of the level detection circuit in FIG. 1(C), FIG. 2 is an explanatory diagram showing the structure of the vibrating pen in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a block diagram showing the structure of the arithmetic control circuit, FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the arrangement of the vibration sensor, and FIG. 7 shows a different configuration of the VCA circuit and level detection circuit in FIGS. 2 and 3. FIG. 1... Arithmetic control circuit 3... Vibration pen 4... Vibrator 6... Vibration sensor 8... Vibration transmission plate 15.16... Input boat 52... Envelope detection circuit 54.58 ... Signal detection circuit 59 ... A/D conversion circuit 112 - VCA circuit 113 ... Level detection circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1)振動ペンから入力された振動を振動伝達板に複数設
けられた振動センサにより検出して前記振動ペンの振動
伝達板上での座標を検出する座標入力装置において、前
記振動センサの出力を可変ゲインで増幅する手段と、こ
の増幅手段の出力レベルに応じて増幅手段のゲインを所
定の時定数を介して制御するゲイン制御手段と、前記増
幅手段の出力を取り込み振動伝達板上での振動伝達時間
を算出しこれに基づいて入力点の座標を検出するととも
に、前記時定数を介したゲイン制御が安定するまでの期
間前記増幅手段の出力に基いて検出された座標の初期値
を無効化する制御手段を設けたことを特徴とする座標入
力装置。
1) In a coordinate input device that detects vibration input from a vibrating pen using a plurality of vibration sensors provided on a vibration transmission plate to detect the coordinates of the vibration pen on the vibration transmission plate, the output of the vibration sensor is variable. means for amplifying with a gain; gain control means for controlling the gain of the amplification means via a predetermined time constant according to the output level of the amplification means; and vibration transmission on a vibration transmission plate that takes in the output of the amplification means. Calculating the time, detecting the coordinates of the input point based on the time, and invalidating the initial value of the coordinates detected based on the output of the amplifying means for a period until the gain control via the time constant is stabilized. A coordinate input device characterized by comprising a control means.
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