JPS63136127A - Coordinate input device - Google Patents

Coordinate input device

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JPS63136127A
JPS63136127A JP61281681A JP28168186A JPS63136127A JP S63136127 A JPS63136127 A JP S63136127A JP 61281681 A JP61281681 A JP 61281681A JP 28168186 A JP28168186 A JP 28168186A JP S63136127 A JPS63136127 A JP S63136127A
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JP
Japan
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vibration
input
pen
vibrating pen
constants
Prior art date
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Pending
Application number
JP61281681A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Kaneko
潔 兼子
Yuichiro Yoshimura
雄一郎 吉村
Atsushi Tanaka
淳 田中
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Priority to JP61281681A priority Critical patent/JPS63136127A/en
Publication of JPS63136127A publication Critical patent/JPS63136127A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To always detect coordinates with high accuracy by setting a vibration pen at the position of a holding means and setting a constant needed for the detection of coordinates based on the actually measured value of the vibration transmitting time to ensure the proper setting jobs for constants in response to the environmental conditions. CONSTITUTION:When a vibration pen 3 is attached to a holding part 20, a vibration pen detecting signal is produced by an electrode 23 and supplied to an arithmetic control circuit 1. The circuit 1 performs following arithmetic processes to set constants. That is, the known distance (d) between the vibration input position of the part 20 and a detecting sensor 6 is divided by the detected vibration transmitting time. Thus a constant Vg is obtained. While constants Vp and lambdap are obtained from the leading and trailing zero crosses of a detected waveform and the distance (d). Such obtained constants are used for coordinate arithmetic to correct a detection error caused by the change of vibration transmitting characteristics dependent mainly on the temperature change.

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センサにより検出して
振動伝達板における振動遅延時間から前記振動ペンの振
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 sensors provided on a vibration transmission plate, and determines the vibration delay time on the vibration transmission plate. The present invention relates to a coordinate input device for detecting the coordinates of the vibrating pen on the vibration transmission plate.

[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ディスプレイ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 processing devices such as computers. In this type of system, input image information consisting of characters, figures, etc. is output to a display device such as a CRT display or a recording device such as a printer.

この種の装置のタブレットの座標検出においては次にあ
げる各種の方式が知られている。
The following various methods are known for detecting the coordinates of a tablet in this type of device.

1)抵抗膜と対向配置されたシート材の抵抗値変化を検
出する方式。
1) A method that detects changes in the resistance value of a sheet material placed opposite the resistive film.

2)対向配置された導電シートなどの電磁ないし静電誘
導を検出する方式。
2) A method that detects electromagnetic or electrostatic induction from conductive sheets placed opposite each other.

3)入力ペンからタブレットに伝達される超音波振動を
検出する方式。
3) A method that detects ultrasonic vibrations transmitted from the input pen to the tablet.

上記の1)、2)の方式では、抵抗膜や導体膜を用いる
ので透明なタブレットを形成するのが困難である。一方
、3)の方式ではタブレットをアクリル板やガラス板な
どの透明材料から構成できるのでしたがって、液晶表示
器などに入力タブレットをな 重ねて配置し、あたかも紙に画像を書き込むよ夕2感覚
で使用できる操作感覚のよい情報入出力装置を構成でき
る。
In the above methods 1) and 2), it is difficult to form a transparent tablet because a resistive film or a conductive film is used. On the other hand, in method 3), the tablet can be constructed from a transparent material such as an acrylic plate or a glass plate, so the input tablet can be placed on top of a liquid crystal display, etc., and used as if it were writing an image on paper. It is possible to configure an information input/output device that is easy to operate.

[発明が解決しようとする問題点] ところが、上記の超音波振動方式では、環境条件、特に
温度による振動伝達特性の変化により振動検出精度およ
びこれに基づく座標検出精度が低下したりばらついたり
する問題があった。たとえば、振動伝達板として用いら
れるガラスなどの振動伝達速度はそれほど大きく変動し
ないが、振動ペン、振動センサに用いられる圧電素子の
共振周波数の変動は伝達される振動の群速度、位相速度
に大きく影響されるので、位相検出、エンベロープ検出
に基づく振動伝達時間の測定精度もこれに影響される。
[Problems to be Solved by the Invention] However, the above-mentioned ultrasonic vibration method has a problem in that vibration detection accuracy and coordinate detection accuracy based thereon decrease or vary due to changes in vibration transmission characteristics due to environmental conditions, especially temperature. was there. For example, the vibration transmission speed of glass used as a vibration transmission plate does not vary greatly, but fluctuations in the resonant frequency of piezoelectric elements used in vibrating pens and vibration sensors have a large effect on the group velocity and phase velocity of the transmitted vibration. Therefore, the measurement accuracy of vibration propagation time based on phase detection and envelope detection is also affected by this.

[問題点を解決するための手段] 以上の問題点を解決するために、本発明においては振動
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
センサにより検出して振動伝達板における振動遅延時間
から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、前記振動ペンを前記振動伝達板上
の所定位置に振動入力可能に保持する手段と、前記保持
手段に保持された振動ペンの振動を前記振動センサによ
り検出して所定条件による振動伝達時間の測定を行ない
これに基づいて前記座標検出に必要な定数を決定する手
段を設けた構成を採用した。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, in the present invention, vibrations input from a vibrating pen are detected by a plurality of sensors provided on the vibration transmission plate, and vibrations on the vibration transmission plate are detected. A coordinate input device for detecting coordinates of the vibrating pen on a vibration transmission plate from a delay time, comprising: means for holding the vibrating pen at a predetermined position on the vibration transmission plate so as to be able to input vibration; The vibration sensor detects the vibration of the vibrating pen, measures the vibration transmission time under predetermined conditions, and determines the constant necessary for the coordinate detection based on the detected vibration.

[作 用] 以上の構成によれば、振動ペンを前記保持手段の位置に
置くことにより、座標検出に必要な定数を振動伝達時間
の実測に基づいて設定するので、環境条件に応じて適切
な定数設定を行ない、常時正確な座標検出を行なうこと
ができる。
[Function] According to the above configuration, by placing the vibrating pen at the position of the holding means, the constant necessary for coordinate detection is set based on the actual measurement of the vibration transmission time. By setting constants, accurate coordinate detection can be performed at all times.

[実施例] 以下、図面に示す実施例に基づき、本発明の詳細な説明
する。
[Example] Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the example shown in the drawings.

第1図は本発明を採用した情報入出力装置の構造を示し
ている。第1図の装置は座標検出のみならず、入力情報
の表示も行なう、すなわち、図示した情報入力装置は振
動伝達板8からなる入力タブレットに振動ペン3によっ
て座標入力を行なわせ、人力された座標情報にしたがっ
て入力タブレットに重ねて配置されたCRTからなる表
示器11′に入力画像を表示するものである。
FIG. 1 shows the structure of an information input/output device employing the present invention. The device shown in FIG. 1 not only detects coordinates but also displays input information. That is, the illustrated information input device inputs coordinates using a vibrating pen 3 to an input tablet consisting of a vibration transmitting plate 8, and inputs coordinates manually. In accordance with the information, the input image is displayed on a display 11' consisting of a CRT placed over the input tablet.

図において符号8で示されたもの忙Φはアクリル、ガラ
ス板などからなる振動伝達板で振動ペン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0本実施例では振動ペン3から振動伝達板8を介し
て振動センサ6に伝達された超音波振動の伝達時間を計
測することにより振動ペン3の振動伝達板8上での座標
を検出する。
In the figure, the number 8 indicates a vibration transmitting plate made of acrylic, glass, etc., which transmits the vibrations transmitted from the vibrating pen 3 to three vibration sensors 6 installed at its corners. In the example, the coordinates of the vibrating pen 3 on the vibration transmitting plate 8 are detected by measuring the transmission time of ultrasonic vibrations transmitted from the vibrating pen 3 to the vibration sensor 6 via the vibration transmitting plate 8.

振動伝達板8は振動ペン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I
F材7によって支持されている。
The vibration transmitting plate 8 has a reflective anti-reflection material made of silicone rubber or the like on its peripheral portion in order to prevent the vibrations transmitted from the vibrating pen 3 from being reflected at the peripheral portion and returning toward the central portion.
It is supported by F material 7.

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
ペン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、検出された振動ペン3の座標
に対応した表示器11’上の位置にドツト表示が行なわ
れ、振動ペン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
うに振動ペンの軌跡の後に現れる。
The vibration transmission plate 8 is disposed 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 pen 3. That is, a dot is displayed at a position on the display 11' corresponding to the detected coordinates of the vibrating pen 3, and an image composed of elements such as points and lines inputted by the vibrating pen 3 is displayed as if it were written on paper. Appears after the trajectory of the vibrating pen as if it were 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、振動ペ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て所定の位置に振動
ペン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, a menu is displayed on the display 11', and an input method such as having the vibrating pen select the menu item or displaying a prompt and touching the vibrating pen 3 at a predetermined position is possible. You can also use

振動伝達板8に超音波振動を伝達させる振動ペン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ホーン部5を介して
振動伝達板8に伝達する。
The vibrating pen 3 transmits ultrasonic vibration to the vibration transmitting 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.

第2図(’A)は振動ペン3の構造を示してし、る。FIG. 2('A) shows the structure of the vibrating pen 3.

図示のように、振動ペン3はペン軸状のケースを有し、
その先端部にはホーン部5が固定される。ホーン部5は
振動子4の振動を効率よく振動伝達板8に伝達させるた
め、エクスポネンシャル形状となっている。すなわち、
ホーン部5の断面積は根本から先端に向かって指数関数
的に変化するように構成されている。また、ホーン部5
の音響インピーダンスは振動子4と共振系を構成するよ
うに設定されている。
As shown in the figure, the vibrating pen 3 has a case shaped like a pen shaft,
A horn portion 5 is fixed to its tip. The horn section 5 has an exponential shape in order to efficiently transmit the vibration of the vibrator 4 to the vibration transmission plate 8. That is,
The cross-sectional area of the horn portion 5 is configured to change exponentially from the root toward the tip. In addition, the horn part 5
The acoustic impedance of is set so as to form a resonant system with the vibrator 4.

振動ペン3の振動子4は、振動子駆動回路2により所定
の周波数で駆動される。
The vibrator 4 of the vibrating pen 3 is driven by a vibrator drive circuit 2 at a predetermined frequency.

駆動回路2が発生する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。
An electrical drive signal generated by the drive circuit 2 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
(A)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 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 a direction perpendicular to the vibration transmission plate 8 as shown in FIG. 2(A). Further, by setting the vibration frequency of the vibrator 4 to the resonance frequency of the vibrator 4, efficient vibration conversion is possible.

上記のように構成された振動ペン3から振動伝達板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 from the vibrating pen 3 configured as described above to the vibration transmission plate 8 are plate waves, and are less susceptible to scratches on the surface of the vibration transmission plate 8, obstacles, etc. than surface waves. It has the advantage of

再び、第1図において、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
は波形検出回路6に入力され、後段の演算制御回路lに
より処理可能な検出信号に変換される。演算制御回路l
は振動伝達時間の測定処理を行ない、振動ペン3の振動
伝達板8上での座標位置を検出する。
Again, in FIG. 1, 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 6, and are converted into detection signals that can be processed by the subsequent arithmetic control circuit 1. Arithmetic control circuit
performs vibration transmission time measurement processing and detects the coordinate position of the vibrating pen 3 on the vibration transmission plate 8.

検出された振動ペン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 pen 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ディ
スプレイ駆動回路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 display drive circuit 10 based on the input coordinate information.

また、振動センサ6を設けていない振動伝達板8の角部
には振動ペン保持部20が設けられている。この保持部
20は振動ペン3を振動伝達板8角部の所定位置に先端
のホーン部5を振動伝達板8表面に接触させて保持し振
動入力を行なわせ。
Furthermore, a vibrating pen holder 20 is provided at a corner of the vibration transmitting plate 8 where the vibration sensor 6 is not provided. This holding section 20 holds the vibrating pen 3 at a predetermined position on the corner of the vibration transmitting plate 8 with the horn portion 5 at the tip in contact with the surface of the vibration transmitting plate 8, and inputs vibration.

後述の座標検出のための定数設定処理を行なうためのも
ので、第2図(B)、(C)のような構造を有する。
It is used to perform constant setting processing for coordinate detection, which will be described later, and has a structure as shown in FIGS. 2(B) and 2(C).

第2図(B)は振動伝達板8を水平方向から示したもの
、また第2図(C)は保持部20を拡大して示したもの
である0両図に示すように、保持部20はプラスチック
などの材質から一体形成され、振動ペン3の先端部とほ
ぼ同様の形状の凹部を有し、振動ペン3を立てた状態で
保持し、その先端のホーン部を振動伝達板8に接触させ
る。振動ペン3を保持部20に第2図(B)のようにセ
ットした状態で駆動すると、振動ペン3から振動伝達板
8に振動入力を行なうことができ、その振動を振動セン
サ6の1つにより検出して振動伝達時間を測定すること
により後述の定数設定処理を行なうことができる。第2
図(B)に示すように、保持部による振動ペン3と振動
伝達板8の接触点と検出に用いる振動センサ6の距la
dは検出に用いる振動波長入の1/2波長内の誤差で設
定される。
2(B) shows the vibration transmission plate 8 from the horizontal direction, and FIG. 2(C) shows the holding part 20 in an enlarged manner.As shown in both figures, the holding part 20 is integrally formed from a material such as plastic, and has a concave portion with a shape almost similar to the tip of the vibrating pen 3. The vibrating pen 3 is held in an upright position, and the horn portion of the tip is brought into contact with the vibration transmission plate 8. let When the vibrating pen 3 is driven while set in the holding part 20 as shown in FIG. By detecting this and measuring the vibration transmission time, constant setting processing, which will be described later, can be performed. Second
As shown in FIG.
d is set as an error within 1/2 wavelength of the vibration wavelength used for detection.

また、振動ペン3の保持部20への装着に応じて後述の
定数設定処理を行なうために、第2図(C)に示すよう
に振動ペン3の保持部20への装着を検出する電極23
が設けられている。この電極23は振動ペン3のセンサ
として機能するもので、電極23による振動ペン検出信
号は演算制御回路1に入力される。
In addition, in order to perform a constant setting process to be described later in response to the attachment of the vibrating pen 3 to the holding part 20, an electrode 23 is installed to detect the attachment of the vibrating pen 3 to the holding part 20, as shown in FIG. 2(C).
is provided. This electrode 23 functions as a sensor for the vibrating pen 3, and a vibrating pen detection signal from the electrode 23 is input to the arithmetic control circuit 1.

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

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。マイクロコンピュータ11は
駆動信号発生回路12に前記の振動子駆動回路2の駆動
を開始させるスタート信号を与えるとともに、振動開始
に同期して振動伝達時間を計測するためのカウンタ13
をスタートさせる。
The microcomputer 11 includes an internal counter, ROM, and RAM. The microcomputer 11 provides a start signal to the drive signal generation circuit 12 to start driving the vibrator drive circuit 2, and also provides a counter 13 for measuring vibration transmission time in synchronization with the start of vibration.
Start.

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.

一方、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、座標検出のための振動伝達時間を計測す
るための検出信号のタイミング情報を出力する。
On the other hand, the waveform detection circuit 9 outputs timing information of a detection signal for measuring vibration transmission time for coordinate detection from the output of the vibration sensor 6 as described later.

波形検出回路9から入力されるタイミング信号は入カポ
−)15に入力され、判定回路16によりラッチ回路1
4内の計数値と比較され、その結果がマイクロコンピュ
ータllに伝えられる。すなわち、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。
The timing signal input from the waveform detection circuit 9 is input to the input capacitor 15, and the latch circuit 1 is determined by the determination circuit 16.
It is compared with the count value in 4 and the result is transmitted to microcomputer 11. That is, the vibration transmission time is expressed as a latch value of the output data of the counter 13, and coordinate calculation is performed using this vibration transmission time value.

表示器11’の出方制御処理は人出カボート17を介し
て行なわれる。
Control processing for the appearance of the display device 11' is performed via the turnout board 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。
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.

第4図において符号41で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。
In FIG. 4, the reference numeral 41 indicates a drive signal pulse applied to the vibrating ben 3. As shown in FIG. 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0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. The reference numeral 42 in FIG. 4 indicates the signal waveform detected by the vibration sensor 6. The plate wave used in this embodiment is a dispersive wave, so it is detected with respect to the propagation distance within the vibration transmission plate 8. The relationship between the waveform envelope 421 and the phase 422 changes during vibration transmission depending on the 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
を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, let the speed at which the envelope advances be group velocity Vg and the 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の間の距離dはその振動伝達時間をt
gとして d=Vg0t g         m−II(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, focusing 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 the reference numeral 43 in FIG. d is the vibration transmission time t
As g, d=Vg0t g m-II (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 indicated by 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〈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*入p+vP@tP    ・・・(2)となる
、ここで入Pは弾性波の波長、nは整数である。
Furthermore, in order to determine coordinate values with higher precision, it is necessary to process the phase waveform 4 in Fig. 4 based on the detection of the phase signal.
22 specific detection points, for example, if the time from vibration application to the zero cross point after passing the peak is tp, the distance between the vibration sensor and the vibration vent is d = n * input p + vP @ tP (2) , where input P is the wavelength of the elastic wave and n is an integer.

前記の(1)式と(2)式から上記の整数nはn = 
 [(v g 11  t  g −V p 11  
t  P )/入p+l/Nl ・・・(3) と示される。ここでNはO以外の実数であり、適当な数
値を用いる。たとえばN=2とすれば、±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を決定することができる。
From the above equations (1) and (2), the above integer n is n =
[(v g 11 t g −V p 11
t P )/input p+l/Nl (3). Here, N is a real number other than O, and an appropriate value is used. For example, if N=2, n can be determined within ±1/2 wavelength. n obtained as described above 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4図に示した2つの振動伝達時間tgおよびtpの測
定は第1図の波形検出回路9により行なわれる。波形検
出回路9は第5図に示すように構成される。
The two vibration transmission times tg and tp shown in FIG. 4 are measured by the waveform detection circuit 9 shown in FIG. The waveform detection circuit 9 is constructed as shown in FIG.

第5図において、振動センサ6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lに入力される。
In FIG. 5, the output signal of the vibration sensor 6 is amplified to a predetermined level by a preamplifier circuit 51. 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 detected by a signal detection circuit 54 composed of a mono multivibrator, etc.
The envelope delay time detection signal tg of a predetermined waveform is
is formed and input to the arithmetic control circuit l.

士 また、この−Fg倍信号、遅延時間調整回路57によっ
て遅延された元信号からコンパレータ検出+ 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lに入力される。
Furthermore, a phase delay time detection signal TP is formed by a comparator detection + circuit 58 from this −Fg multiplied signal and the original signal delayed by the delay time adjustment circuit 57.
It is input to the arithmetic control circuit l.

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けられる。
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のそれぞれ
h個の検出信号が演算制御回路lに入力される。
If the number of sensors is generalized to h, then h detection signals each having an envelope delay time tgl-h and a phase delay time tpl-h are input to the arithmetic control circuit l.

第3図の演算制御回路では上記のtgi−h、tpl−
h信号を入カポ−)15から入力し、各々のタイミング
をトリガとしてカウンター3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ー3は振動子ペ
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よび位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 of FIG. 3, the above tgi-h, tpl-
The h signal is input from the input capo) 15, and the count value of the counter 3 is taken into the latch circuit 14 using each timing as a trigger.As mentioned above, the counter 3 is started in synchronization with the driving of the vibrator pen. Therefore, the latch circuit 14 takes in data indicating the respective delay times of the envelope and the 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S1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IPから各
々の振動センサ6の位置までの直線距離di−d3を求
めることができる。さらに演算制御回路lでこの直線距
離di〜d3に基づき振動ペン3の位MP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。
When three vibration sensors 6 are arranged at the positions S1 to S3 at the corners of the vibration transmission plate 8 as shown in FIG. The straight-line distance di-d3 to the position of the vibration sensor 6 can be determined. Furthermore, the arithmetic control circuit 1 calculates the coordinates (X,
y) can be obtained from the 3-square theorem as shown in the following equation.

x=X/2+ (dl+d2)(di−ci2)/2X
    ・・・(4) y=Y/2+ (dl+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1i1s l)のセンサのX、Y軸に沿った距離で
ある。
x=X/2+ (dl+d2)(di-ci2)/2X
...(4) y=Y/2+ (dl+d3)(di-d3)/2Y
...(5) Here, X and Y are S2. This is the distance along the X and Y axes between the vibration sensor 6 at the position S3 and the sensor at the origin (position 1ilsl).

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。
As described above, the position coordinates of the vibrating pen 3 can be detected in real time.

以上の構成において、−゛ 一環境条件に依存した振動伝達特性を測定し、座標演算
に役立てる方式につき説明する。
In the above configuration, a method for measuring vibration transfer characteristics depending on environmental conditions and utilizing the measurement for coordinate calculation will be described.

ガラスにおける振動伝達速度の温度変化は、実験による
と1 mm厚のガラスで約o、ooe%/℃程度、また
圧電素子の共振周波数の変化は0.3%/℃であった。
According to experiments, the temperature change in the vibration transmission speed in glass is about 0.00%/°C for 1 mm thick glass, and the change in the resonant frequency of the piezoelectric element is 0.3%/°C.

上記データかられかるように、ガラスの温度に応じた振
動伝達速度変化はほとんど無視してよいが、圧電素子の
共振周波数の変化により、ガラスの振動伝達速度はガラ
スの厚みtと、周波数fの積について第7図のように変
化する。
As can be seen from the above data, the vibration transmission speed change depending on the glass temperature can be almost ignored, but the vibration transmission speed of the glass depends on the glass thickness t and the frequency f due to the change in the resonance frequency of the piezoelectric element. The product changes as shown in Figure 7.

f−tに関する装置の使用範囲W近傍で、たとえば20
℃の変化があったとすると、共振周波数fは6%変化す
る。第7図から明らかなように、厚みtと周波数fの積
f−tが6%変化すると、振動伝達速度は1%の変化を
生じる。すなわち、振動ペン3と振動センサ6の距離が
実質100■腸の場合にはl myaの誤差が現れる。
For example, 20
Assuming that there is a change in temperature, the resonant frequency f changes by 6%. As is clear from FIG. 7, when the product f-t of thickness t and frequency f changes by 6%, the vibration transmission speed changes by 1%. That is, when the distance between the vibrating pen 3 and the vibration sensor 6 is substantially 100 mm, an error of l mya appears.

前記の群速度Vg、位相速度Vp、波長λpをあらかじ
め測定により求めた固定値として設定した場合、ペンと
センサの距離が離れれば離れるほど誤差が大きくなる。
When the group velocity Vg, phase velocity Vp, and wavelength λp are set as fixed values obtained by measurement in advance, the error increases as the distance between the pen and the sensor increases.

したがって、本実施例では、上記の座標決定に必要な定
数Vg、Vp、λPの値を実測し、これを座標演算に用
いることにする。
Therefore, in this embodiment, the values of the constants Vg, Vp, and λP necessary for the above coordinate determination are actually measured and used for the coordinate calculation.

これらの定数Vg、Vp、入Pを測定するには、装置の
電源を投入し、通常の振動検出が可能な状態にし、操作
者に振動ペン3を保持部20に装着させる。振動ペン3
が保持部20に装着されると、第2図(C)の電極23
により振動ペン検出信号が形成され、演算制御回路lに
入力される。
To measure these constants Vg, Vp, and input P, the power of the device is turned on, normal vibration detection is enabled, and the operator attaches the vibrating pen 3 to the holder 20. vibrating pen 3
is attached to the holding part 20, the electrode 23 of FIG. 2(C)
A vibrating pen detection signal is formed and input to the arithmetic control circuit l.

演算制御回路lは以下に示すような演算処理を行なうこ
とにより上記の定数設定処理を行なう。
The arithmetic control circuit 1 performs the above-mentioned constant setting process by performing the following arithmetic processing.

保持部20の振動入力位置と検出用のセンサの距gid
はわかっているから、この距離dを検出した振動伝達時
間で除することによりVgを求めることができる。すな
わち、 Vg= d/l g    ・・・(6)である。
Vibration input position of the holding part 20 and distance gid of the detection sensor
Since this is known, Vg can be found by dividing this distance d by the detected vibration transmission time. That is, Vg=d/lg (6).

次に2)式におけるλpであるが、検出波形の立ち上り
ゼロクロスをtpr、立ち下りのゼロクロスをtpfと
すれば、 入p=Vp−21tpr−tpfl   ・・’(7)
d=neVp*Tp+Vp*、tp    …(8)と
なる、ここで、nは3)式に関して前述したように、測
定されているdの誤差が±172波長以内の精度で測定
に用いる振動センサ6の間の距離が保たれていれば、前
もって測定された振動センサ6間の距離に応じた既知の
nを用いることができる。したがって、vp、入pは Vp= d/ (n 11Tp+t p)     ”
(9)入p=d・Tp/ (n−Tp+tp)  ・・
(10)となり、6)、7)、8)式よりVg、Vp、
入Pを求めることができる。
Next, regarding λp in equation 2), if the rising zero cross of the detected waveform is tpr and the falling zero cross is tpf, then input p = Vp - 21 tpr - tpfl...' (7)
d=neVp*Tp+Vp*, tp...(8), where n is the vibration sensor 6 used for measurement with an accuracy of within ±172 wavelengths, as described above regarding equation 3). If the distance between the vibration sensors 6 is maintained, a known value n corresponding to the distance between the vibration sensors 6 measured in advance can be used. Therefore, vp, input p is Vp= d/ (n 11Tp+t p)”
(9) Input p=d・Tp/ (n−Tp+tp) ・・
(10), and from equations 6), 7), and 8), Vg, Vp,
You can find the input P.

以上のようにして求めた各定数Vg、Vp、入pを前述
の座標演算に用いることにより、主として温度変化に依
存する振動伝達特性変化による検出誤差を補正すること
ができる。
By using the constants Vg, Vp, and input p obtained in the above manner in the coordinate calculation described above, it is possible to correct detection errors due to vibration transfer characteristic changes that mainly depend on temperature changes.

以上の構成によれば、操作者が振動ペン3を保持部20
の位置にセットするだけで自動的に振動伝達時間の実測
に基づく定数設定を行なうことができ、環境条件にかか
わらず正確な座標検出を行なうことができる。
According to the above configuration, the operator holds the vibrating pen 3 on the holding part 20.
By simply setting it in the position, constants can be automatically set based on actual measurements of vibration transmission time, allowing accurate coordinate detection regardless of environmental conditions.

上記の定数設定処理を行なうタイミング、あるいは定数
設定モードに処理を移行させる方法に関しては種々の実
施例が考えられる。
Various embodiments can be considered regarding the timing of performing the constant setting process or the method of shifting the process to the constant setting mode.

たとえば、第2図(C)のように振動ペン3のセンサを
設けるのではなく、第8図、第9図に示すように、保持
部20を、センサとの距離dが振動伝達板8上でただ1
箇所しか現れないような位置に配置することにより、こ
の距gIdを前述の手順によりセンサと振動入力点の直
線距離として検出した際に、振動ペン3の保持部20へ
の装着を検出し、定数設定モードに移行させる方法が考
えられる。第8図は前述のように振動センサ6を振動伝
達板8の角部に設けた場合、第9図は振動伝達板8の辺
の中央部に振動センサ6を設けた場合を示している。第
8図、第9図に示すような方法では原点位置のセンサ6
dにより一定時間以上距離dを検出した場合に定数設定
モードに移行させる構成も考えられる。このような方法
によれば、ノイズなどによりむやみに定数設定モードに
移行してしまう問題がない。
For example, instead of providing the sensor of the vibrating pen 3 as shown in FIG. 2(C), as shown in FIGS. Only 1
By arranging the distance gId in a position where only the vibration input point appears, when this distance gId is detected as the linear distance between the sensor and the vibration input point using the above-mentioned procedure, it is possible to detect the attachment of the vibrating pen 3 to the holding part 20, and the constant One possible method is to shift to setting mode. 8 shows the case where the vibration sensor 6 is provided at the corner of the vibration transmission plate 8 as described above, and FIG. 9 shows the case where the vibration sensor 6 is provided at the center of the side of the vibration transmission plate 8. In the method shown in FIGS. 8 and 9, the sensor 6 at the origin position
It is also possible to consider a configuration in which the mode is shifted to the constant setting mode when the distance d is detected for a certain period of time or more. According to such a method, there is no problem that the mode is unnecessarily shifted to the constant setting mode due to noise or the like.

上記の測定、および定数設定を行なう場合には、振動ペ
ン3と振動センサの圧電素子の振動入力条件をなるべく
等しくするために、両者の圧電素子に同じものを用いる
のがよい。
When performing the above measurements and constant setting, it is preferable to use the same piezoelectric elements for both the vibrating pen 3 and the vibration sensor in order to make the vibration input conditions of the piezoelectric elements as equal as possible.

上記実施例では、振動伝達板8による入力タブレットを
CRTによる表示器11’に重ねて用いる構成を示した
が、入力タブレットと表示器はこのように重ねて配置さ
れる必要はなく、別体であってもかまわない、また、表
示器は液晶表示器など他の表示方式のものであってもよ
い。
In the above embodiment, the input tablet formed by the vibration transmission plate 8 is stacked on the CRT display 11', but the input tablet and the display do not need to be arranged in such a way, but can be separated. Alternatively, the display may be of another display type such as a liquid crystal display.

[発明の効果] 以上から明らかなように、本発明によれば、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センサ
により検出して振動伝達板における振動遅延時間から前
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、前記振動ペンを前記振動伝達板上の所定
位置に振動入力可能に保持する手段と、前記保持手段に
保持された振動ペンの振動を前記振動センサにより検出
して所定条件による振動伝達時間の測定を行ないこれに
基づいて前記座標検出に必要な定数を決定する手段を設
けた構成を採用しているので、振動ペンを保持手段の位
置に置くだけで実測により座標検出に必要な定数設定を
行なうことができ、環境条件にかかわらず高精度の座標
検出を行なうことができる優れた座標入力装置を提供で
きる。
[Effects of the Invention] As is clear from the above, according to the present invention, the vibration input from the vibrating pen is detected by a plurality of sensors provided on the vibration transmission plate, and the vibration input from the vibration pen is detected based on the vibration delay time on the vibration transmission plate. A coordinate input device for detecting coordinates on a vibration transmission plate, comprising: means for holding the vibrating pen at a predetermined position on the vibration transmission plate so as to be able to input vibration; The structure includes a means for detecting the vibration with the vibration sensor, measuring the vibration transmission time under predetermined conditions, and determining constants necessary for the coordinate detection based on this, so that the vibrating pen can be moved to the position of the holding means. It is possible to set the constants necessary for coordinate detection by actual measurements simply by placing the device in the input device, and it is possible to provide an excellent coordinate input device that can perform highly accurate coordinate detection regardless of environmental conditions.

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

第1図は本発明を採用した情報入出力装置の構成を示し
た説明図、第2図(A)は本発明による振動ペンの構造
を示した説明図、第2図(B)、(C)は振動ペンの保
持部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図は振動伝達特性の変化を示した線図、第8図、第
9図はそれぞれ本発明の変形例を示した説明図である。 l・・・演算制御回路 3・・・振動ペン4・・・振動
子    5・・・ホーン部6・・・振動センサ  8
・・・振動伝達板22・・・保持部   23電極 15・・・入力ボート 51・・・前置増幅器52・・
・エンベロープ検出回路 54.58・・・信号検出回路
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of an information input/output device employing the present invention, FIG. 2 (A) is an explanatory diagram showing the structure of a vibrating pen according to the present invention, and FIGS. ) is an explanatory diagram showing the structure of the holding part of the vibrating pen, Fig. 3 is a block diagram showing the structure of the arithmetic control circuit in Fig. 1, and Fig. 4 explains distance measurement between the vibrating pen and the vibration sensor. 5 is a block diagram showing the configuration of the waveform detection circuit of FIG. 1, FIG. 6 is an explanatory diagram showing the arrangement of the vibration sensor,
FIG. 7 is a diagram showing changes in vibration transmission characteristics, and FIGS. 8 and 9 are explanatory diagrams showing modifications of the present invention, respectively. l... Arithmetic control circuit 3... Vibrating pen 4... Vibrator 5... Horn part 6... Vibration sensor 8
... Vibration transmission plate 22 ... Holding section 23 Electrode 15 ... Input boat 51 ... Preamplifier 52 ...
・Envelope detection circuit 54.58...Signal detection circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 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
れたセンサにより検出して振動伝達板における振動遅延
時間から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、前記振動ペンを前記振動伝達
板上の所定位置に振動入力可能に保持する手段と、前記
保持手段に保持された振動ペンの振動を前記振動センサ
により検出して所定条件による振動伝達時間の測定を行
ないこれに基づいて前記座標検出に必要な定数を決定す
る手段を設けたことを特徴とする座標入力装置。
A coordinate input device that detects vibrations input from a vibrating pen using a plurality of sensors provided on a vibration transmitting plate, and detects coordinates of the vibrating pen on the vibration transmitting plate from a vibration delay time on the vibration transmitting plate. means for holding a pen at a predetermined position on the vibration transmission plate so as to be able to input vibration; and a means for detecting vibration of the vibrating pen held by the holding means with the vibration sensor and measuring a vibration transmission time under predetermined conditions. A coordinate input device characterized by comprising means for determining a constant necessary for the coordinate detection based on the coordinates.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0483658A2 (en) * 1990-10-24 1992-05-06 Canon Kabushiki Kaisha Method and apparatus for inputting coordinates
CN1111781C (en) * 1995-09-06 2003-06-18 佳能株式会社 Coordinate input equipment and method thereof

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