JPH02130617A - Coordinate input device - Google Patents

Coordinate input device

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JPH02130617A
JPH02130617A JP63283866A JP28386688A JPH02130617A JP H02130617 A JPH02130617 A JP H02130617A JP 63283866 A JP63283866 A JP 63283866A JP 28386688 A JP28386688 A JP 28386688A JP H02130617 A JPH02130617 A JP H02130617A
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JP
Japan
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vibration
signal
sensors
circuit
oscillation
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Application number
JP63283866A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Kaneko
潔 兼子
Yuichiro Yoshimura
雄一郎 吉村
Takeshi Kamono
武志 鴨野
Katsuyuki Kobayashi
克行 小林
Shinnosuke Taniishi
谷石 信之介
Ryozo Yanagisawa
柳沢 亮三
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To stable detect the position of coordinates with high accuracy by setting the amplification factor of an electric signal, which is outputted from an oscillation sensor, and the voltage level of a driving signal, which is impressed to the oscillation sensor, to a specified minimum detecting signal level. CONSTITUTION:A user has an oscillating pen 3 in a hand and inputs the coordinates in the position on an oscillation transmitting board 8. The oscillation transmitting board 8 transmits the ultrasonic oscillation, which is received from the oscillating pen 3, to oscillation sensors 6a-6c. Signals to be detected by the sensors 6a-6c are respectively given to a signal waveform detecting circuit 9 and an oscillation transmitting time to the sensors 6a-6c is obtained. An arithmetic and control circuit 1 detects the position of the oscillating pen 3 from the oscillation transmitting time to the sensors 6a-6c. At such a time, the amplification factor of the electric signal, which is outputted from the sensors 6a-6c, and the voltage level of the driving signal to be impressed to the sensors 6a-6c are set according to the minimum detecting signal level based on the resolution of a device and the frequency of the detecting signal. Then, the position of the coordinates can be stably detected with the high accuracy.

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、特に振動ペン内の振動子から発
生した振動を振動伝達板に設けられた複数の振動センサ
により検出し、各振動センサまでの振動伝達時間から前
記振動ペン位置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 generated from a vibrator in a coordinate input device, particularly a vibrating pen, using a plurality of vibration sensors provided on a vibration transmission plate. The present invention relates to a coordinate input device that detects the position of the vibrating pen from the vibration transmission time to the sensor.

[従来の技術] この方式を簡単に説明すると以下の如くである。[Conventional technology] A brief explanation of this method is as follows.

振動伝達板(タブレットの座標入力面をなしている)上
に入力ペンを接触させ、その入力ペンから発生する振動
を振動伝達板の所定位置に設けられた複数の振動センサ
で検出する。そして、各振動センサへの振動遅延時間を
計測することで、指示座標位置を算出する。
An input pen is brought into contact with a vibration transmission plate (forming the coordinate input surface of the tablet), and vibrations generated from the input pen are detected by a plurality of vibration sensors provided at predetermined positions on the vibration transmission plate. Then, the designated coordinate position is calculated by measuring the vibration delay time for each vibration sensor.

[発明が解決しようとする課題] ところで、振動センサで検出し、その後処理に用いられ
る検出信号の最小振幅であるが、通常は、実験によって
その振幅値を決定していた。
[Problems to be Solved by the Invention] By the way, the minimum amplitude of a detection signal detected by a vibration sensor and used for subsequent processing has usually been determined through experiments.

具体的には、筆圧検出装置等を用いて、良好な書き味を
得るようにし、その環境化で、実際にペンを振動伝達板
に接触させ、定常状態になったときの振動値を基準に最
小振幅値を決定していることが多い。
Specifically, we use a pen pressure detection device, etc. to obtain a good writing feeling, and in that environment, we actually put the pen in contact with the vibration transmission plate and use the vibration value when it reaches a steady state as the standard. The minimum amplitude value is often determined based on the

しかしながら、振動伝達板の厚みや材質等を変更したり
、或いは振動伝達板そのものの大きさを換えたりする時
には、その都度、上述した実験を行い、検出信号の最低
振幅を決定しなければならず、製造過程における作業の
効率的観点から見て問題があると言わねばらならい。
However, when changing the thickness, material, etc. of the vibration transmission plate, or changing the size of the vibration transmission plate itself, it is necessary to conduct the above-mentioned experiment each time to determine the minimum amplitude of the detection signal. It must be said that there is a problem from the viewpoint of work efficiency in the manufacturing process.

本発明はかかる課題に鑑みなされたものであり、振動ペ
ン内の振動子や振動センサで検出された電気信号の増幅
率を定量的に決定し、以て、安定して、且つ高精度に座
標位置を検出することを可能ならしめた座標入力装置を
提供しようとするものである。
The present invention was made in view of this problem, and it quantitatively determines the amplification factor of the electrical signal detected by the vibrator or vibration sensor in the vibrating pen, thereby stably and highly accurately determining the coordinates. It is an object of the present invention to provide a coordinate input device that makes it possible to detect a position.

[課題を解決するための手段]及び[作用]この課題を
解決するために本発明は以下に示す構成を備える。
[Means for Solving the Problem] and [Operation] In order to solve this problem, the present invention has the configuration shown below.

すなわち、 振動ペン内の振動子から発生した振動を振動伝達板に設
けられた複数の振動センサにより検出し、各振動センサ
までの振動伝達時間から前記振動ペン位置を検出する座
標入力装置において、前記振動センサから出力される電
気信号の増幅率及び前記振動センサに印加する駆動信号
の電圧レベルを、本装置の分解能及び前記振動センサか
ら検出される検出信号の周波数に基づく最小検出信号レ
ベルにより設定した。
That is, in the coordinate input device that detects vibrations generated from a vibrator in a vibrating pen using a plurality of vibration sensors provided on a vibration transmission plate, and detects the position of the vibrating pen from the vibration transmission time to each vibration sensor, The amplification factor of the electric signal output from the vibration sensor and the voltage level of the drive signal applied to the vibration sensor were set by the minimum detection signal level based on the resolution of the device and the frequency of the detection signal detected from the vibration sensor. .

[実施例] 以下、添付図面に従って本発明に係る実施例を詳細に説
明する。
[Embodiments] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

く装置構成の説明(第1図)〉 第1図は本実施例における座標入力装置の構造を示して
いる。
Description of Device Configuration (Fig. 1)> Fig. 1 shows the structure of the coordinate input device in this embodiment.

図中、lは装置全体を制御すると共に、座標位置を算出
する演算制御回路である。2は振動子駆動回路であって
、振動ペン3のペン先を振動させるための駆動信号を発
生する。8はアクリルやガラス板等、透明部材からなる
振動伝達板であり、振動ペン3による座標入力はこの振
動伝達板8上をタッチさせることで行う。そして、この
振動伝達板8の外周には、反射した振動が中央部に戻る
のを防止(減少)させるための反射防止材7が設けられ
、その境界に圧電素子等、機械的振動を電気信号に変換
する振動センサ6a〜6Cが図示の位置に固定されてい
る。
In the figure, l is an arithmetic control circuit that controls the entire device and calculates the coordinate position. Reference numeral 2 denotes a vibrator drive circuit, which generates a drive signal for vibrating the pen tip of the vibrating pen 3. Reference numeral 8 denotes a vibration transmission plate made of a transparent member such as an acrylic or glass plate, and coordinate input using the vibrating pen 3 is performed by touching the top of the vibration transmission plate 8. An anti-reflection material 7 is provided on the outer periphery of the vibration transmission plate 8 to prevent (reduce) the reflected vibration from returning to the center, and a piezoelectric element or the like is placed at the boundary of the anti-reflection material 7 to convert the mechanical vibration into an electrical signal. Vibration sensors 6a to 6C are fixed at the positions shown in the figure.

9は各振動センサ6a〜6cで振動を検出した旨の信号
を演算制御回路1に出力する信号波形検出回路である。
Reference numeral 9 denotes a signal waveform detection circuit that outputs a signal indicating that vibration has been detected by each of the vibration sensors 6a to 6c to the arithmetic control circuit 1.

11はCRT (或いは液晶表示器)等のドツト単位の
表示が可能なデイスプレィであり、振動伝達板8の背後
に配置している。そして、デイスプレィ駆動回路10の
駆動により振動べ・ン3によりなぞられた位置にドツト
を表示し、それを振動伝達板8(透明部材よりなるので
)を透して見ることが可能になっている。すなわち、検
出された振動ペン3の座標に対応したデイスプレィ11
上の位置にドツト表示が行われ、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ったように振動ベンの軌跡の後に現
れる。
Reference numeral 11 denotes a display capable of displaying dots, such as a CRT (or liquid crystal display), and is arranged behind the vibration transmission plate 8. Then, by driving the display drive circuit 10, a dot is displayed at the position traced by the vibrating vane 3, and it is possible to see it through the vibration transmitting plate 8 (as it is made of a transparent member). . That is, the display 11 corresponding to the detected coordinates of the vibrating pen 3
A dot is displayed at the upper position, and an image composed of elements such as points and lines inputted by the vibrating ben 3 appears after the trajectory of the vibrating ben as if written on paper.

また、このような構成によればデイスプレィ11にはそ
のメニュー表示を行ない、振動ベン3によりその項目を
選択させたり、プロンプトを表示させて所定の位置に振
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。
Further, according to such a configuration, the menu is displayed on the display 11, and input methods such as having the vibrating ben 3 select the item or displaying a prompt and touching the vibrating ben 3 at a predetermined position can be performed. It can also be used.

第2図に実施例の振動ベン3の構造(断面図)を示す。FIG. 2 shows the structure (cross-sectional view) of the vibrating vent 3 according to the embodiment.

振動ペン3は振動子駆動回路2により供給された信号に
基づいて振動する振動子(圧電素子よりなる)4と、そ
の振動子4から発生した超音波振動を振動伝達板8に伝
えるためのホーン部(ペン先)5が設けられている。
The vibrating pen 3 includes a vibrator (made of a piezoelectric element) 4 that vibrates based on a signal supplied by a vibrator drive circuit 2, and a horn for transmitting ultrasonic vibrations generated from the vibrator 4 to a vibration transmission plate 8. A portion (pen nib) 5 is provided.

尚、振動子4の駆動信号は演算制御回路1から供給され
た低レベルのパルス信号を、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。
Note that the drive signal for the vibrator 4 is a low-level pulse signal supplied from the arithmetic control circuit 1, which is amplified by a predetermined gain by a vibrator drive circuit 2 capable of low impedance driving, and then applied to the vibrator 4. be done.

ここで、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ができる値に選
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、この振動子駆動回路2よ
り印加される駆動信号の周波数は振動子4の共振周波数
とし、効率の良い振動を得ている。
Here, the vibration frequency of the vibrator 4 is selected to a value that can generate plate waves on 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. Furthermore, the frequency of the drive signal applied from the vibrator drive circuit 2 is set to the resonance frequency of the vibrator 4 to obtain efficient vibration.

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, and compared to surface waves, scratches on the surface of the vibration transmission plate, etc.
It has the advantage of being less affected by obstacles.

く演算制御回路の説明(第3図)〉 上述した構成において、演算制御回路1は所定周期毎(
例えばSms毎)に振動子駆動回路2に振動ベン3内の
振動子4を駆動させる信号(振動子4の共振周波数の繰
り返し周期を持つパルス信号)を出力すると共に、その
内部のタイマ(カウンタで構成されている)による計時
を開始させる。そして、振動ベン3より発生した振動は
振動センサ6a〜6cまでの距離に応じて遅延して、到
達する。振動波形検出回路9は各振動センサ6a〜6c
からの信号を検出して、後述する波形検出処理により各
振動センサへの振動到達タイミングを示す信号を生成す
るが、演算制御回路1は各センサ毎のこの信号を入力し
、各々の振動センサ6a〜6cまでの振動到達時間の検
出、そして振動ペンの座標位置を算出する。
Explanation of the arithmetic control circuit (Fig. 3)> In the above-described configuration, the arithmetic control circuit 1 operates at a predetermined period (Figure 3).
For example, every SMS), the transducer drive circuit 2 outputs a signal (a pulse signal having a repetition period of the resonant frequency of the transducer 4) to drive the transducer 4 in the vibrator 3, and also outputs a signal (a pulse signal having a repetition period of the resonant frequency of the transducer 4) to the transducer drive circuit 2, and also outputs a signal (a pulse signal having a repetition period of the resonant frequency of the transducer 4) to the transducer drive circuit 2. (configured) starts timing. The vibrations generated by the vibration vent 3 arrive with a delay depending on the distance to the vibration sensors 6a to 6c. The vibration waveform detection circuit 9 includes each vibration sensor 6a to 6c.
The arithmetic control circuit 1 inputs this signal for each sensor and generates a signal indicating the timing of vibration arrival at each vibration sensor through waveform detection processing described later. Detection of the vibration arrival time up to 6c and calculate the coordinate position of the vibrating pen.

そして、演算制御回路1はこの算出された振動ペン3の
座標位置情報を基に、デイスプレィ駆動回路10を駆動
して、デイスプレィ11による表示動作を制御する。
Then, the arithmetic control circuit 1 drives the display drive circuit 10 based on the calculated coordinate position information of the vibrating pen 3 to control the display operation of the display 11.

第3図に実施例における演算制御回路lの内部構成を示
し、各構成要素及びその動作概要を以下に説明する。
FIG. 3 shows the internal configuration of the arithmetic control circuit 1 in this embodiment, and each component and its operation outline will be explained below.

図中、31は演算制御回路1及び本座標入力装置全体を
制御するマイクロコンピュータであり、内部カウンタ、
動作手順や後述する補正テーブルを記憶したROM31
 a、そしてワークエリアとして使用するRAM3 l
 bを内蔵している。33は必要とされる分解能から選
択された基準クロックを計時するタイマ(カウンタより
構成されている)であって、振動子駆動回路2に振動ベ
ン3内の振動子4を駆動を開始させるためのスタート信
号を出力することで、その計時を開始する。すなわち、
これによって、計時開始と振動発生の時期の同期が取ら
れることになる。
In the figure, 31 is a microcomputer that controls the arithmetic control circuit 1 and the entire coordinate input device, and includes internal counters,
ROM31 that stores operating procedures and correction tables to be described later
a, and RAM3 l used as a work area
It has a built-in b. 33 is a timer (consisting of a counter) that measures a reference clock selected from the required resolution, and is used to cause the vibrator drive circuit 2 to start driving the vibrator 4 in the vibrating vent 3. The time measurement is started by outputting a start signal. That is,
This synchronizes the start of time measurement and the timing of vibration generation.

その地番構成要素となる回路は順を追って説明する。The circuits that constitute the lot number components will be explained in order.

先ず、マイクロコンピュータ31は、タイマ33等にリ
セット信号を出力し、それらを−旦クリアする。この後
、振動子駆動回路2に振動ベン3内の振動子4を駆動さ
せる旨の信号を出力する。
First, the microcomputer 31 outputs a reset signal to the timer 33, etc., and clears them once. Thereafter, a signal is output to the vibrator drive circuit 2 to drive the vibrator 4 in the vibrating vent 3.

尚、この結果、タイマ33はその計時を開始することに
なる。
Note that as a result of this, the timer 33 starts counting time.

こうして、振動オーブン3より発生した振動は各振動セ
ンサ6a〜6cに各々の距離に応じた遅延時間を経過後
到達する。そして、詳細は後述するが、信号波形検出回
路9を介して得られた各振動センサ6a〜6cの振動到
達のタイミング信号は、検出信号入力ボート35を介し
て、ラッチ回路34a〜34cに入力される。ラッチ回
路348〜34cは振動センサ6a〜6cに対応してお
り、各々は対応する振動センサの信号であるタイミング
信号を受信すると、その時点でのタイマ33の計時値を
ラッチする。そして、全ての検出信号の受信がなされた
ことを判定回路36が判定すると、マイクロコンピュー
タ31にその旨の信号を出力する。マイクロコンピュー
タ31が判定回路36からこの信号を受信したときには
、ラッチ回路34a〜34cから各々の振動センサまで
の振動到達時間を読み取り、所定の計算を経て、振動ベ
ン3による振動伝達板8上の座標位置を算出する。そし
て、I10ボート37を介してデイスプレィ駆動回路1
0に算出した座標位置情報を出力することにより、例え
ばデイスプレィの対応する位置にドツト等を表示する。
In this way, the vibrations generated by the vibration oven 3 reach each of the vibration sensors 6a to 6c after a delay time corresponding to each distance has elapsed. Although the details will be described later, the timing signals of the vibration arrival of each vibration sensor 6a to 6c obtained via the signal waveform detection circuit 9 are inputted to the latch circuits 34a to 34c via the detection signal input port 35. Ru. The latch circuits 348 to 34c correspond to the vibration sensors 6a to 6c, and when each receives a timing signal that is a signal from the corresponding vibration sensor, it latches the time value of the timer 33 at that time. When the determination circuit 36 determines that all detection signals have been received, it outputs a signal to that effect to the microcomputer 31. When the microcomputer 31 receives this signal from the determination circuit 36, it reads the vibration arrival time from the latch circuits 34a to 34c to each vibration sensor, performs a predetermined calculation, and calculates the coordinates of the vibration ben 3 on the vibration transmission plate 8. Calculate the position. Then, the display drive circuit 1 is connected via the I10 boat 37.
By outputting the coordinate position information calculated as 0, for example, a dot or the like is displayed at the corresponding position on the display.

尚、最大遅延時間を過ぎても、判定回路36より信号到
達を示す信号が入力されないときには、振動ベン3によ
る座標入力がなかったものとして、座標位置の演算を行
わず、先のリセット処理以降の処理を実行する。
If the signal indicating the arrival of the signal is not inputted from the determination circuit 36 even after the maximum delay time has passed, it is assumed that the coordinates have not been inputted by the vibrating vent 3, and the coordinate position is not calculated, and the calculation after the previous reset process is performed. Execute processing.

く振動伝播時間検出の説明(第4図、第5図)〉以下、
振動センサまでの振動到達時間の計測の原理を説明する
Explanation of vibration propagation time detection (Figures 4 and 5)> Below,
The principle of measuring the vibration arrival time to the vibration sensor will be explained.

第4図は信号波形検出回路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ための
図である。尚、以下では、振動センサ6aを用いて説明
するが、その他の振動センサ6b、6cについても全く
同じである。
FIG. 4 shows the detected waveform input to the signal waveform detection circuit 9,
FIG. 3 is a diagram for explaining a vibration transmission time measurement process based on this. Note that although the vibration sensor 6a will be explained below, the same applies to the other vibration sensors 6b and 6c.

振動センサ6aへの振動伝達時間の計測は、振動子駆動
回路2へのスタート信号の出力でもって開始することは
既に説明した。
It has already been explained that the measurement of the vibration transmission time to the vibration sensor 6a starts with the output of the start signal to the vibrator drive circuit 2.

このとき、振動子駆動回路2から振動子4へは駆動信号
41が印加されている。
At this time, a drive signal 41 is applied from the vibrator drive circuit 2 to the vibrator 4.

この信号に同期して振動ベン3から振動伝達板8に伝達
された超音波振動は、振動センサ6aまでの距離に応じ
た時間tgをかけて進行した後、振動センサ6aで検出
される。図示の42で示す信号は振動センサ6aが検出
した信号波形を示している。
The ultrasonic vibrations transmitted from the vibration vent 3 to the vibration transmission plate 8 in synchronization with this signal are detected by the vibration sensor 6a after traveling for a time tg corresponding to the distance to the vibration sensor 6a. A signal indicated by 42 in the figure indicates a signal waveform detected by the vibration sensor 6a.

、ところで、実施例で用いられている振動は板波であり
、そのため振動伝達板8内での伝播距離に対して検出波
形のエンベロープ421と位相422の関係は振動伝達
中に、その伝達距離に応じて変化する。
By the way, the vibration used in the embodiment is a plate wave, and therefore, the relationship between the envelope 421 and the phase 422 of the detected waveform with respect to the propagation distance within the vibration transmission plate 8 is that the relationship between the envelope 421 and the phase 422 of the detected waveform is It changes accordingly.

ここで、エンベロープ421の進む速度、すなわち、群
速度なVg、そして位相422の位相速度をVpとする
。この群速度Vgおよび位相速度Vpの違いから振動ベ
ン3と振動センサ6a間の距離を検出することができる
Here, the advancing speed of the envelope 421, that is, the group velocity Vg, and the phase velocity of the phase 422 are Vp. The distance between the vibration sensor 6a and the vibration sensor 3 can be detected from the difference between the group velocity Vg and the phase velocity Vp.

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
を図示の43で示す信号のように検出すると、振動ペン
3および振動センサ6aの間の距離dはその振動伝達時
間をtgとしてd=Vg−tg       ・・・■
この式は振動センサ6a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6b、6cと振動ペ
ン3の距離も同様の原理で表わされる。
First, focusing only on the envelope 421, its speed is Vg, and when a point on a certain waveform, for example a peak, is detected as in the signal 43 shown in the figure, the distance between the vibrating pen 3 and the vibration sensor 6a is d is the vibration transmission time tg, and d=Vg-tg...■
Although this formula relates to one of the vibration sensors 6a,
The distances between the other two vibration sensors 6b and 6c and the vibration pen 3 are also expressed by the same principle using the same formula.

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う。
Furthermore, in order to determine coordinate values with higher precision, processing based on phase signal detection is performed.

位相波形信号422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(
信号43で所定幅の窓信号44を生成し、位相信号42
2と比較することで得る)とれば振動センサと振動ペン
の距離dはd=n・λp+VpIItl)  ””■と
なる。ここでλpは弾性波の波長、nは整数である。前
記、■式と0式から上記の整数nはn= [(Vg−t
g−Vp−tp)/λp+1/N]      ・・・
■ と表される。
The time from a specific detection point of the phase waveform signal 422, for example, vibration application to a zero crossing point after passing the peak, is tp(
A window signal 44 of a predetermined width is generated using the signal 43, and a phase signal 42 is generated.
2), the distance d between the vibration sensor and the vibration pen is d=n·λp+VpIItl) ””■. Here, λp is the wavelength of the elastic wave, and n is an integer. From the above equations ■ and 0, the above integer n is n= [(Vg-t
g-Vp-tp)/λp+1/N]...
■ It is expressed as.

ここでNはO以外の実数であり、適当な数値を用いる。Here, N is a real number other than O, and an appropriate value is used.

たとえばN=2とし、±1/2波長以内であれば、nを
決定することができる。上記のようにして求めたnを0
式に代入することで、振動ベン3および振動センサ6a
間の距離、ひいては振動ベン3と振動センサ6b、6c
間の距離を正確に測定することができる。
For example, if N=2, n can be determined if it is within ±1/2 wavelength. Set n calculated as above to 0
By substituting into the formula, the vibration vent 3 and the vibration sensor 6a
The distance between the vibration ben 3 and the vibration sensors 6b, 6c
The distance between can be measured accurately.

上述した2つの振動伝達時間tgおよびtpの測定のた
めの信号43及び45は信号波形検出回路9により行わ
れるが、この信号波形検出回路9は第5図に示すように
構成される。
The signals 43 and 45 for measuring the two vibration propagation times tg and tp mentioned above are generated by the signal waveform detection circuit 9, and this signal waveform detection circuit 9 is configured as shown in FIG.

第5図において、振動センサ6aの出力信号は前置増幅
回路51により所定のレベルまで増幅される。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Tg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
号である信号Tg(信号53)が形成され、演算制御回
路1に入力される。
In FIG. 5, the output signal of the vibration sensor 6a is amplified to a predetermined level by a preamplifier circuit 51. In FIG. 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. The peak detection signal is formed into a signal Tg (signal 53), which is an envelope delay time detection signal of a predetermined waveform, by a Tg signal detection circuit 54 composed of a mono multivibrator or the like, and is input to the arithmetic control circuit 1.

また、この信号Tgは単安定マルチバイブレータ55(
所定パルス幅の信号44を発生)、コンパレートレベル
供給回路56(所定閾値を発生)を経て、遅延時間調整
回路57によって遅延された元信号と比較するため、コ
ンパレータTp検出回路58に供給される。そして、こ
のコンパレータTp検出回路58は位相遅延時間信号T
pを演算制御回路lに供給することになる。
Moreover, this signal Tg is applied to the monostable multivibrator 55 (
After passing through a comparator level supply circuit 56 (generating a signal 44 with a predetermined pulse width) and a comparator level supply circuit 56 (generating a predetermined threshold value), it is supplied to a comparator Tp detection circuit 58 for comparison with the original signal delayed by a delay time adjustment circuit 57. . This comparator Tp detection circuit 58 detects the phase delay time signal T.
p is supplied to the arithmetic control circuit l.

以上説明した回路は振動センサ6aに対するものであり
、他の振動センサ6b、6cにも同じ回路が設けられる
The circuit explained above is for the vibration sensor 6a, and the same circuit is provided for the other vibration sensors 6b and 6c.

そこで、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
それぞれh個の検出信号が演算制御回路1に入力される
Therefore, if the number of sensors is generalized to h, then h detection signals of each of the envelope delay times Tgl to h and the phase delay time Tpl-h are input to the arithmetic control circuit 1.

そして、演算制御回路1では上記のTgl〜h、Tpl
−h信号を入力ボート35から入力し、各々のタイミン
グなトリガとしてタイマ33の計時値(カウント値)を
ラッチ回路34a〜34cに取り込む、タイマ33は振
動ベンの駆動に同期してスタートされているので、ラッ
チ回路34〜34cには、各振動センサ6a〜6Cのエ
ンベロープおよび位相のそれぞれの遅延時間を示すデー
タがラッチされることになる。
Then, in the arithmetic control circuit 1, the above Tgl~h, Tpl
-h signal is input from the input port 35, and the time value (count value) of the timer 33 is taken into the latch circuits 34a to 34c as each timing trigger.The timer 33 is started in synchronization with the driving of the vibration ben. Therefore, the latch circuits 34 to 34c latch data indicating the respective delay times of the envelope and phase of each of the vibration sensors 6a to 6C.

く座標位置算出の説明(第6図)〉 次に実際に振動ベン3による振動伝達板8上の座標位置
検出の原理を説明する。
Explanation of Coordinate Position Calculation (FIG. 6)> Next, the principle of actually detecting the coordinate position on the vibration transmission plate 8 by the vibrator 3 will be explained.

今、振動伝達板8上の振動センサ6aの座標をS 、 
(O,O)、すなわち、原点とし、振動センサ6b、6
cの座標位置をS b(X、O)、 5−(0,Y)と
する、そして、振動ベンの座標P(x、y)とする。
Now, the coordinates of the vibration sensor 6a on the vibration transmission plate 8 are S,
(O, O), that is, the origin, and the vibration sensors 6b, 6
Let the coordinate position of c be S b (X, O), 5-(0, Y), and let the coordinate position of the vibrating ben be P (x, y).

そして、先に説明した原理に基づいて、振動ベン3と各
振動センサ6a〜6Cまでの距離を夫々d、〜deとす
ると、求めるP(x、y)は三平方の定理より、次式の
如くなる。
Based on the principle explained earlier, if the distances between the vibration vent 3 and each of the vibration sensors 6a to 6C are d and ~de, respectively, then the P(x, y) to be obtained is calculated from the following formula using the Pythagorean theorem. It becomes like this.

ここで、“X“及び“Y”は振動センサ6aからの振動
センサ6b、6cの横及び縦方向の距離である。
Here, "X" and "Y" are the horizontal and vertical distances of the vibration sensors 6b and 6c from the vibration sensor 6a.

以上のようにして振動ベン3の位置座標をリアルタイム
で検出することができることになる。
In the manner described above, the position coordinates of the vibrating ben 3 can be detected in real time.

く検出信号のレベル決定の説明(第7図)〉次に、実施
例における検出信号(第4図の信号42に対応する)の
レベル決定法を第7図を参照して説明する。
Description of Level Determination of Detection Signal (FIG. 7) Next, a method of determining the level of the detection signal (corresponding to signal 42 in FIG. 4) in the embodiment will be described with reference to FIG.

以下に示す様な各条件を持つ座標入力装置を想定してみ
る。
Let's assume a coordinate input device that has the following conditions.

・検出信号の周波数=400KHz ・分解能=0.1mm ・位相速度V、=2000m/s すると、演算制御回路l内のタイマ33が計数する基準
クロックの1波長の最小時間は、v=f・λの関係から
、 1/f=λ/ v = 0.1 (mm) /2000
 (m/s)= 0. IX 10−’/2000=5
0nsecとなる。
・Frequency of detection signal = 400 KHz ・Resolution = 0.1 mm ・Phase velocity V, = 2000 m/s Then, the minimum time of one wavelength of the reference clock counted by the timer 33 in the arithmetic control circuit 1 is v=f・λ From the relationship, 1/f=λ/v=0.1 (mm)/2000
(m/s)=0. IX 10-'/2000=5
It becomes 0nsec.

また、検出信号の1波長分の時間も同様に、1/ (4
00X 10”) = 25u secとなる。
Similarly, the time for one wavelength of the detection signal is 1/(4
00X 10”) = 25u sec.

ここで、検出信号が仮に単一周波数の正弦波で、その振
幅が“1”としたとき、そのゼロクロス近傍のタイマ3
3の1カウントにおける最大振幅は、第7図に示す状態
のときである。
Here, if the detection signal is a sine wave with a single frequency and its amplitude is "1", the timer 3 near the zero cross
The maximum amplitude in one count of 3 is in the state shown in FIG.

従って、1力ウント幅内の最大レベルLはL = 5i
n(180−(25x 10−’/ 25x 10−’
))崎0.03 となる。換言すれば、第5図におけるコンパレータTp
検出回路58は、このレベルまでにゼロクロスを判定し
なければならない。
Therefore, the maximum level L within one force count width is L = 5i
n(180-(25x 10-'/25x 10-'
)) 0.03. In other words, the comparator Tp in FIG.
The detection circuit 58 must determine zero crossing by this level.

例えば、検出信号のノイズレベルが10mVp−p[ピ
ークtoピーク]とし、ゼロクロスの1カウントのレベ
ルから2倍のマージンを取ったとする。
For example, assume that the noise level of the detection signal is 10 mVp-p [peak-to-peak], and a margin of twice is taken from the level of one count of zero crossing.

このときの検出信号レベルをaとすると、aXo、03
/2=5mVo−p 、’、a=0.33Vo−p となる。そして、この値を、Tp検出の波形の最小振幅
レベル(ピークtoピーク)とするわけである。
If the detection signal level at this time is a, then aXo, 03
/2=5mVo-p,', a=0.33Vo-p. This value is then set as the minimum amplitude level (peak-to-peak) of the waveform for Tp detection.

ところで、この値は検出波が単一周波数、且つ各回路の
素子なぢの持つ時間送れを考慮していない。実際の波形
には、単一成分の周波数だけでなく、高周波もかなり含
まれているばかりか、TTL等にも時間遅れがある。従
って、前述の2倍のマージンではなく、3倍或いはそれ
以上の5倍のマージンを取る様にする。
By the way, this value does not take into account the detection wave having a single frequency and the time delay of each circuit element. An actual waveform not only contains not only a single component frequency but also a considerable amount of high frequency, and also has a time delay in TTL and the like. Therefore, instead of the above-mentioned 2x margin, a 3x or more 5x margin should be taken.

因に、3倍のマージンを取ったときのaは“0.5Vo
−pとなり、5倍のそれのときには“0.83Vo−p
となる。
Incidentally, when taking a margin of 3 times, a is “0.5Vo
-p, and when it is 5 times that, “0.83Vo-p
becomes.

つまり、分解能の限度が検出信号のゼロクロス近辺でど
の程度のレベルかを算出し、そこからマージンを取った
検出信号最小レベルを決定する。尚、このレベルは注目
センサ(例えばセンサ6a)から最遠距離r @jlX
 sすなわち、振動が最も減衰する位置で起る。
In other words, the level of the resolution limit near the zero crossing of the detection signal is calculated, and the minimum level of the detection signal is determined by taking a margin from this. Note that this level is the farthest distance r @jlX from the sensor of interest (for example, sensor 6a)
s, that is, it occurs at the position where the vibration is most attenuated.

次に、この様にして求めたrl、、での振幅aを基準に
、各ブロックの電圧レベルを決定する。
Next, the voltage level of each block is determined based on the amplitude a at rl, , obtained in this way.

今、振動ペン3のPZTの電気機械結合係数なKP%ホ
ーン部5の増幅率をβH1振動伝達板8での距離rでの
減衰式を(1/r)・A−e′″2、振動センサ6aの
PZTの電気機械結合係数Kg%前置増幅回路51の増
幅率をβAで表わしたとする。但し、Aは初期振幅、a
は減衰定数である。
Now, KP%, which is the electromechanical coupling coefficient of PZT of the vibrating pen 3, the amplification factor of the horn section 5, βH1, the attenuation formula at the distance r on the vibration transmission plate 8, is (1/r)・A-e′″2, and the vibration It is assumed that the amplification factor of the preamplifier circuit 51 is expressed by βA. However, A is the initial amplitude, a
is the damping constant.

このとき、振動ペン3のPZT(振動子4)に印加する
駆動電圧Voは、 で決定される駆動電圧で駆動すれば良いのである。
At this time, the driving voltage Vo applied to the PZT (vibrator 4) of the vibrating pen 3 may be determined by the following.

勿論、実験的に振動ペン3を最遠距離に置いて、最小振
幅レベルをaになるように、ペン駆動電圧VD、そして
前置増幅回路51の増幅率βえを決定しても、前述式か
ら求めたものと同様であることは言うまでもない。
Of course, even if the pen drive voltage VD and the amplification factor β of the preamplifier circuit 51 are determined experimentally by placing the vibrating pen 3 at the farthest distance and setting the minimum amplitude level to a, the above equation Needless to say, this is the same as what was sought from .

以上説明した様に本実施例によれば、振動センサで検出
された電気信号の増幅率や振動ペン内の振動子に印加す
る駆動信号の電圧を分、解能や検出信号周波数等から算
出するので、設計変更によるこれら各位を定量的に算出
することが可能となる。従って、振動電圧板等の厚み、
大きさ、更には材質変化にかかわらず、常に安定し、高
精度に座標検出をすることが可能となる。
As explained above, according to this embodiment, the amplification factor of the electrical signal detected by the vibration sensor and the voltage of the drive signal applied to the vibrator in the vibrating pen are calculated from the resolution, detection signal frequency, etc. Therefore, it is possible to quantitatively calculate each of these factors due to design changes. Therefore, the thickness of the vibrating voltage plate, etc.
Regardless of the size or even changes in material, it is possible to always perform stable and highly accurate coordinate detection.

尚、実施例では、振動ペン3の駆動電圧、前置増幅回路
51の増幅率β、を検出信号の最小振幅レベルを基準と
して求めたが、筆圧検出レベルをこの最小振幅レベルを
基にして決定することも考えられる。
In the embodiment, the drive voltage of the vibrating pen 3 and the amplification factor β of the preamplifier circuit 51 were determined based on the minimum amplitude level of the detection signal, but the pen pressure detection level was determined based on this minimum amplitude level. It is also possible to decide.

例えば、aのレベルにスレッショルドを設けたコンパレ
ータを筆圧検出回路として新たに設ける。或いは、最小
振幅レベルaにマージンを持たせ、a〜3aとして、筆
圧の強い人には高いスレッショルドを、そして普通の人
には中、弱い人には低いスレッショルドを設けるように
することも考えられる。
For example, a comparator with a threshold set at level a is newly provided as a pen pressure detection circuit. Alternatively, consider setting a margin for the minimum amplitude level a, and setting a high threshold for people who use strong pen pressure, a medium threshold for people with normal pen pressure, and a low threshold for people who use weak pressure. It will be done.

[発明の効果] 以上説明した様に本発明によれば、振動ペン内の振動子
や振動センサで検出された電気信号の増幅率を定量的に
決定できるので、安定して、且つ高精度に座標位置を検
出することが可能となる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the amplification factor of the electrical signal detected by the vibrator or vibration sensor in the vibrating pen can be determined quantitatively, so it can be stably and accurately determined. It becomes possible to detect the coordinate position.

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

第1図は本実施例の座標入力装置のブロック構成図、 第2図は振動ペンの構造を示す図。 第3図は実施例における演算制御回路の内部構成を示す
図、 第4図は振動ペンと振動センサとの間の距離測定を説明
するための図、 第5図は実施例における信号波形検出回路の一部構成内
容を示す図、 第6図は座標位置算出の原理を説明するための図、 第7図は実施例における最小振幅の決定方法を説明する
ための図である。 図中、l・・・演算制御回路、2・・・振動子駆動回路
、3・・・振動ペン、4・・・振動子、6a〜6C・・
・振動センサ、7・・・防振材、8・・・振動伝達板、
9・・・信号波形検出回路、10・・・デイスプレィ駆
動回路、il・・・デイスプレィ、12.13−・・温
度センサ、13・・・ブザー 31・・・マイクロコン
ピュータ、33・・・タイマ、34a〜34c・・・ラ
ッチ回路、35・・・検出信号入力ボート、36・・・
判定回路、37・・・I10ボート、51・・・前置増
幅回路、52・・・エンベローフ検出回路、53・・・
エンベロープビーク検出回路、54・・・Tg検出回路
、55・・・単安定マルチバイブレータ、56・・・コ
ンパレートレベル供給回路、57・・・遅延時間調整回
路、58・・・コンパレータTp検出回路である。 −、、;へ2.ニ 一部′・2さよ−9 第4図 (抄田口路] 第5区 第6図
FIG. 1 is a block diagram of the coordinate input device of this embodiment, and FIG. 2 is a diagram showing the structure of a vibrating pen. Fig. 3 is a diagram showing the internal configuration of the arithmetic control circuit in the embodiment, Fig. 4 is a diagram for explaining distance measurement between the vibrating pen and the vibration sensor, and Fig. 5 is the signal waveform detection circuit in the embodiment. FIG. 6 is a diagram for explaining the principle of coordinate position calculation. FIG. 7 is a diagram for explaining the method for determining the minimum amplitude in the embodiment. In the figure, l: arithmetic control circuit, 2: vibrator drive circuit, 3: vibrating pen, 4: vibrator, 6a to 6C...
・Vibration sensor, 7... Vibration isolating material, 8... Vibration transmission plate,
9... Signal waveform detection circuit, 10... Display drive circuit, il... Display, 12.13-... Temperature sensor, 13... Buzzer 31... Microcomputer, 33... Timer, 34a to 34c...Latch circuit, 35...Detection signal input port, 36...
Judgment circuit, 37... I10 board, 51... Preamplifier circuit, 52... Envelope detection circuit, 53...
Envelope peak detection circuit, 54... Tg detection circuit, 55... Monostable multivibrator, 56... Comparator level supply circuit, 57... Delay time adjustment circuit, 58... Comparator Tp detection circuit. be. -,,; 2. 2 Part', 2 Sayo-9 Figure 4 (Shoutaguchi Road) 5th Ward Figure 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 振動ペン内の振動子から発生した振動を振動伝達板に設
けられた複数の振動センサにより検出し、各振動センサ
までの振動伝達時間から前記振動ペン位置を検出する座
標入力装置において、前記振動センサから出力される電
気信号の増幅率及び前記振動センサに印加する駆動信号
の電圧レベルを、本装置の分解能及び前記振動センサか
ら検出される検出信号の周波数に基づく最小検出信号レ
ベルにより設定したことを特徴とする座標入力装置。
In a coordinate input device that detects vibrations generated from a vibrator in a vibrating pen using a plurality of vibration sensors provided on a vibration transmission plate, and detects the position of the vibrating pen from the vibration transmission time to each vibration sensor, the vibration sensor The amplification factor of the electrical signal output from the vibration sensor and the voltage level of the drive signal applied to the vibration sensor are set by the minimum detection signal level based on the resolution of the device and the frequency of the detection signal detected from the vibration sensor. Characteristic coordinate input device.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0859334A2 (en) * 1997-01-06 1998-08-19 Canon Kabushiki Kaisha Coordinate input apparatus and its control method
CN100437630C (en) * 2003-06-12 2008-11-26 卢湘岳 Hand writing movement input pen

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