JPS636619A - Coordinate input device - Google Patents

Coordinate input device

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JPS636619A
JPS636619A JP61149742A JP14974286A JPS636619A JP S636619 A JPS636619 A JP S636619A JP 61149742 A JP61149742 A JP 61149742A JP 14974286 A JP14974286 A JP 14974286A JP S636619 A JPS636619 A JP S636619A
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input device
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潔 兼子
Atsushi Tanaka
淳 田中
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Abstract

PURPOSE:To improve the resolution of a coordinate input device by measuring both the group velocity due to dispersion and the phase velocity and calculating a coordinate position. CONSTITUTION:This coordinate input device consists of an arithmetic control part 1 which performs the overall control and calculates a coordinate position, a coordinate input pen 3, a vibrator driving circuit 2 which transmits the pulse signal to a piezoelectric element 4, a transmission medium of glass, etc., a received waveform detecting part 9, a display drive part 10, etc. The relevant coordinates are indicated on the medium 8 by the pen 3 and the elastic waves are received by piezoelectric elements 6a-6c as detecting signals. Based on these detecting signals, the part 1 calculates the position coordinates of the pen 3 and displayed on a display 11. In this detection mode a delay time of transmission is detected based on the group velocity of detected waves and the velocity (phase velocity) of the detected wave for calculation of the coordinate position. Thus the error is reduced to the detected delay time and the detecting accuracy is improved.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、弾性波を用いた座標検出装置で、特に弾性波
中の板波を用いて座標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 relates to a coordinate detection device using elastic waves, and particularly relates to a coordinate input device that detects coordinate positions using plate waves in elastic waves. .

[従来の技術] 従来、弾性波を利用したこの種の装置では、増幅演算回
路等からスタート信号がパルス発生器に出力され、これ
に応じてパルス発生器はパルス電気信号を発生し、これ
により駆動された圧電素子により発生した振動を座標人
力用の、例えば振動ペンのペン先(ホーン)を通して振
動伝播体に弾性波として伝播させていた。これをセンサ
用の圧電素子により圧電電圧として検出し、スタート信
号と同期させて、それぞれのセンサ用圧電素子により検
出されるまでの遅延時間を繰り返し測定し、振動発振源
(ペン先)の位置座標を検出していた。
[Prior Art] Conventionally, in this type of device that uses elastic waves, a start signal is output from an amplification calculation circuit or the like to a pulse generator, and the pulse generator generates a pulse electric signal in response to the start signal. Vibration generated by a driven piezoelectric element is propagated as an elastic wave to a vibration propagation body through the tip (horn) of a vibrating pen for coordinate manual use, for example. This is detected as a piezoelectric voltage by a sensor piezoelectric element, synchronized with a start signal, and the delay time until it is detected by each sensor piezoelectric element is repeatedly measured, and the position coordinates of the vibration oscillation source (pen tip) are determined. was detected.

[発明が解決しようとする問題点コ しかし、その振動ペンと弾性波を受信する圧電素子との
間に物、傷或いは手等が存在すると、その障害物により
弾性波が減衰してしまい、算出した座標位置が違ってし
まうことがあり、更に又測定不能等の障害が起きるとい
う問題があった。
[Problems to be solved by the invention] However, if there is an object, scratch, hand, etc. between the vibrating pen and the piezoelectric element that receives the elastic waves, the elastic waves will be attenuated by the obstruction, and the calculation will be difficult. There is a problem in that the coordinate positions determined may be different, and further problems such as inability to measure occur.

そこで、障害物による減衰がすくない板波を使用するこ
とが考えられる。しかし、その弾性波が伝播していく際
に分散が起きてしまい、且つ群速度と位相速度が違うた
め、受信したパルス群中の所定パルスをスレッシュホー
ルドレベルを設けて検出した場合、位相速度に対して±
1/2波長分(1波長分)の誤差が出てしまうという欠
点があった。
Therefore, it is possible to use plate waves that are less attenuated by obstacles. However, as the elastic wave propagates, dispersion occurs, and the group velocity and phase velocity are different. Therefore, when a threshold level is set and a predetermined pulse in the received pulse group is detected, the phase velocity Against ±
There is a drawback that an error of 1/2 wavelength (1 wavelength) occurs.

本発明は上記従来技術に鑑みなされたものであり、精度
が高く、且つ使い勝手の良い座標入力装置を提供するこ
とにある。
The present invention has been made in view of the above-mentioned prior art, and it is an object of the present invention to provide a coordinate input device that is highly accurate and easy to use.

[問題点を解決するための手段] この問題を解決するために本発明は以下の様な構成から
なる。
[Means for solving the problem] In order to solve this problem, the present invention has the following configuration.

すなわち、座標入力盤上の所望の位置を指定し、前記座
標入力盤を付勢して弾性波を発生する位置指定手段と、
前記座標入力盤の所定位置に固定され前記弾性波を受信
し、その強度に対応した電気信号を発生する複数の受信
手段と、前記電気信号から前記弾性波の群速度の伝播時
間を検出する第1の検出手段と、前記電気信号から前記
弾性波の位相速度の伝播時間を検出する第2の検出手段
と、該第1、第2の検出手段により検出した伝播時間値
から前記位置指定手段により指定された座標位置を算出
する算出手段とを備える。
That is, a position specifying means for specifying a desired position on a coordinate input board and energizing the coordinate input board to generate an elastic wave;
a plurality of receiving means fixed at predetermined positions on the coordinate input board for receiving the elastic waves and generating electrical signals corresponding to the intensity thereof; and a plurality of receiving means for detecting the propagation time of the group velocity of the elastic waves from the electrical signals. a first detection means, a second detection means for detecting the propagation time of the phase velocity of the elastic wave from the electric signal, and a position specifying means based on the propagation time value detected by the first and second detection means. and calculation means for calculating the specified coordinate position.

[作用] かかる本発明の構成において、第1、第2の検出手段に
より検出された伝播時間を基に、位置指定手段の座標位
置を算出手段により算出する。
[Operation] In the configuration of the present invention, the coordinate position of the position specifying means is calculated by the calculating means based on the propagation times detected by the first and second detecting means.

以下、余白 [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。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [Embodiments] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

[全体構成図の説明] 第1図は本実施例に係る座標入力装置の全体構成図であ
る。
[Description of overall configuration diagram] FIG. 1 is an overall configuration diagram of the coordinate input device according to the present embodiment.

図中、1は本装置全体を制御し、座標位置を算出する演
算制御部であり、必要に応じて外部のホストコンピュー
タ等へ検出した座標位置を送信する。2は後述する圧電
素子4にパルス信号を送信する振動子駆動回路である。
In the figure, reference numeral 1 denotes an arithmetic control unit that controls the entire apparatus and calculates the coordinate position, and transmits the detected coordinate position to an external host computer or the like as necessary. 2 is a vibrator drive circuit that transmits a pulse signal to a piezoelectric element 4, which will be described later.

3は座標を入力する人力ペンであり、内部に振動子駆動
回路2から送られてくるパルス信号により振動する圧電
素子4と、この圧電素子4からの振動を拡張するペン先
(以下、ホーンという)5を備えている。6a〜6cは
人力ペン3で伝播媒体8(例えばガラス)上を位置指定
した際に伝播する弾性波を受信して電気信号に変換する
圧電素子である。7は弾性波の伝播媒体8端部での反射
を無くするための反射防止材であり、例えばシリコンゴ
ムなどからなる。9は圧電素子6a〜6cで弾性波を受
信して発生した電気信号を基に、遅延時間を検出する信
号を発生する受信波形検出部である。尚、この受信波形
検出部9の詳細については後述する。1゜は演算制御部
1でもって入力ペン3のホーン5の接触点の座標位置を
算出し、その情報を受けて後述するデイスプレィ11上
の位置に例えば点を表示させるためのデイスプレィ駆動
部である。11はデイスプレィであり、伝播媒体8と重
ねることにより、人力ペン3で人力した情報をリアルタ
イムで表示(あたかも、筆記具で紙に記入しているのと
同じ様に)する。
Reference numeral 3 denotes a human-powered pen for inputting coordinates, which includes a piezoelectric element 4 that vibrates in response to a pulse signal sent from the vibrator drive circuit 2, and a pen tip (hereinafter referred to as a horn) that expands the vibration from the piezoelectric element 4. ) 5. 6a to 6c are piezoelectric elements that receive elastic waves that propagate when a position on the propagation medium 8 (for example, glass) is specified with the manual pen 3 and convert it into an electric signal. Reference numeral 7 denotes an antireflection material for eliminating reflection of elastic waves at the ends of the propagation medium 8, and is made of, for example, silicone rubber. Reference numeral 9 denotes a reception waveform detection section that generates a signal for detecting delay time based on the electric signal generated by receiving elastic waves with the piezoelectric elements 6a to 6c. Note that details of this received waveform detection section 9 will be described later. 1° is a display drive unit that calculates the coordinate position of the contact point of the horn 5 of the input pen 3 using the arithmetic control unit 1, and receives the information to display, for example, a point at a position on the display 11, which will be described later. . Reference numeral 11 denotes a display, and by overlapping it with the propagation medium 8, it displays information manually input with the human pen 3 in real time (just like writing on paper with a writing instrument).

以上の説明した構成における本実施例の処理動作の概要
を以下に説明する。
An outline of the processing operation of this embodiment in the configuration described above will be explained below.

先ず、人力ペン3を伝播媒体8上を指示したときに発生
する弾性波を圧電素子6a〜6cでそれぞれ受信し、そ
の強度に対応した電気信号(以下、検出信号という)に
変換する。この検出信号を受けて受信波形検出回路9で
受信信号を発生し、この信号を基に演算制御部1で、人
力ペン3と伝播媒体8との接触点の位置座標を演算し、
その位置座標データをデイスプレィ駆動回路10に出力
し、デイスプレィ11に表示するものである。
First, the piezoelectric elements 6a to 6c receive elastic waves generated when the human pen 3 is pointed on the propagation medium 8, and convert them into electric signals (hereinafter referred to as detection signals) corresponding to the intensity of the elastic waves. Upon receiving this detection signal, the reception waveform detection circuit 9 generates a reception signal, and based on this signal, the calculation control unit 1 calculates the position coordinates of the contact point between the human pen 3 and the propagation medium 8,
The position coordinate data is output to the display drive circuit 10 and displayed on the display 11.

[受信波形の説明(第2図、第3図)コこのときの、振
動子駆動回路2から発生した電気パルス信号と、センサ
用の圧電素子6a(他の圧電素子6a、6bについても
全く同じであるので、以後圧電素子6aについてのみ説
明する)で変換された検出波形を第2図に示す。
[Explanation of received waveforms (Figures 2 and 3)] At this time, the electric pulse signal generated from the vibrator drive circuit 2 and the piezoelectric element 6a for the sensor (the same is true for the other piezoelectric elements 6a and 6b) Therefore, the detected waveform converted by the piezoelectric element 6a (hereinafter, only the piezoelectric element 6a will be explained) is shown in FIG.

図中、12は振動子駆動回路2から入力ペン3内の圧電
素子4に出力される信号であり、数個のパルスでもって
駆動する。尚、パルス幅は、振動子の共振周波数に合せ
て設定する。これを受けて圧電素子4は振動し、その振
動がホーン5を介して増幅されて弾性波として伝播媒体
8を付勢して伝播させる。このときの伝播遅延時間を検
出するわけである。尚、このときの弾性波として本実施
例では板波を使用するものとする。板波を利用するのは
、伝播媒体8上に傷があったり、物(例えば手など)が
置いてあったりした場合にも、はとんど影響がなく、セ
ンサ用の圧電素子6aで板波を検出できるからである。
In the figure, 12 is a signal output from the vibrator drive circuit 2 to the piezoelectric element 4 in the input pen 3, and is driven by several pulses. Note that the pulse width is set in accordance with the resonant frequency of the vibrator. In response to this, the piezoelectric element 4 vibrates, and the vibration is amplified via the horn 5, and urges the propagation medium 8 to propagate as an elastic wave. The propagation delay time at this time is detected. Incidentally, in this embodiment, a plate wave is used as the elastic wave at this time. The use of plate waves is such that even if there is a scratch on the propagation medium 8 or an object (such as a hand) is placed on it, there is almost no effect, and the piezoelectric element 6a for the sensor This is because waves can be detected.

また、第2図で14はセンサ用の圧電素子6aで検出し
た検出信号であり、13の破線部は検出信号14の包絡
線である。この板波による検出信号14の波形は分散に
より群速度と位相速度が違うので、常に一定の形になら
ない。この原因としては、検出信号14の包絡線13の
全体の形が、伝播する速度(群速度)と圧電素子4を駆
動する信号12に対応した周波数に対する伝播速度(位
相速度)とが異なるため、人力ペン3とセンサ用の圧電
素子6aの距離によって、検出信号14の位相が包絡線
13の全体の形に対して、それぞれ違った位相が出てき
てしまうからである。従って、遅延時間を検出する時に
は、この群速度、位相速度の違いによって生ずる誤差を
小さくする方法で検出しなければならないわけである。
Further, in FIG. 2, 14 is a detection signal detected by the sensor piezoelectric element 6a, and the broken line portion 13 is an envelope of the detection signal 14. The waveform of the detection signal 14 based on this plate wave does not always have a constant shape because the group velocity and phase velocity are different due to dispersion. This is because the overall shape of the envelope 13 of the detection signal 14 differs in propagation velocity (group velocity) and propagation velocity (phase velocity) for the frequency corresponding to the signal 12 that drives the piezoelectric element 4. This is because the phase of the detection signal 14 differs from the overall shape of the envelope 13 depending on the distance between the human pen 3 and the sensor piezoelectric element 6a. Therefore, when detecting the delay time, it is necessary to use a method that reduces errors caused by the difference in group velocity and phase velocity.

ここで、伝播遅延時間を検出する方法について詳述する
Here, the method for detecting the propagation delay time will be described in detail.

前述した様に、検出信号14の検出波(パルス)の群れ
のどの部分を検出して、入力ペン3の位置からセンサ用
の圧電素子6a〜6Cへの伝播遅延時間とするかで、検
出した遅延時間に対する誤差が±1/2波長分となって
しまう。
As mentioned above, detection is performed by determining which part of the group of detection waves (pulses) of the detection signal 14 is detected to determine the propagation delay time from the position of the input pen 3 to the sensor piezoelectric elements 6a to 6C. The error with respect to the delay time is ±1/2 wavelength.

この例として、検出信号14に対して、あるスレッシュ
ホールドレベルを設けて受信信号を発生させた場合を第
3図に示す。図中、15.17は検出信号であり、この
間に入力ベン3は微小な距離を動いたものである。また
16.18はそれぞれ検出信号15.17をスレッシュ
ホールドレベルでもって比較されて発生した所定長の受
信信号である。前述した様に分散の影響で小さい波の位
置(位相)が入力ベン3と圧電素子6aとの距離で変化
するため、同じレベルの閾値(スレッシュホールドレベ
ル)でもって受信信号16.18を発生した場合、たと
えその間の8動距離が微小であっても、検出遅延時間は
約1波長分動いてしまうことがある。第3図では“X”
が結局誤差(実際は“X”から微小移動距離を引いた値
が誤差)となってしまうことになる。
As an example of this, FIG. 3 shows a case where a certain threshold level is set for the detection signal 14 and a received signal is generated. In the figure, 15.17 is a detection signal, during which the input ben 3 has moved a small distance. Further, 16 and 18 are received signals of a predetermined length generated by comparing the detection signals 15 and 17 at a threshold level, respectively. As mentioned above, the position (phase) of the small wave changes depending on the distance between the input vent 3 and the piezoelectric element 6a due to the influence of dispersion, so the received signal 16.18 was generated with the same threshold level. In this case, even if the moving distance between them is minute, the detection delay time may shift by about one wavelength. “X” in Figure 3
This ends up being an error (actually, the error is the value obtained by subtracting the minute movement distance from "X").

この誤差分を無くすために、検出波の群れの速度(群速
度)と、検出波の速度(位相速度)の2つを基に遅延時
間を検出して、座標位置を出すわけである。この検出方
法として本実施例では、検出信号14から包絡線13を
求め、この包絡線13のピークを検出し、この検出にか
かるまでの群速度に基づいた遅延時間をTgとする。ま
た、この検出した群速度に対応する遅延時間Tgは、検
出波の波の集まりをひとつの波としているため、分解能
(精度)としては、検出波よりも落ちる。
In order to eliminate this error, the delay time is detected based on the velocity of the group of detected waves (group velocity) and the velocity of the detected waves (phase velocity), and the coordinate position is determined. In this embodiment, the detection method is to obtain the envelope 13 from the detection signal 14, detect the peak of the envelope 13, and set the delay time based on the group velocity until this detection as Tg. Furthermore, since the delay time Tg corresponding to the detected group velocity is made up of a collection of waves of the detection waves, the resolution (accuracy) is lower than that of the detection waves.

しかし、大まかな距離の検出はできる。従って、このT
gを検出した後の最初に来る検出波のひとつのゼロクロ
スした点を検出するものであり、この検出にかかるまで
にかかる伝播遅延時間をTPとする。この群速度、位相
速度を利用して得た伝播遅延時間Tg、”rpから座標
位置を演算することで誤差の少ない分解能(精度)の高
い検出ができることになる。
However, it is possible to roughly detect distances. Therefore, this T
The purpose is to detect one zero-crossing point of the first detected wave after g is detected, and the propagation delay time required for this detection is defined as TP. By calculating the coordinate position from the propagation delay time Tg and "rp obtained using the group velocity and phase velocity, detection with high resolution (accuracy) with few errors can be performed.

[受信波形検出回路と、 その動作説明(第4図、第5図)] 第4図は受信波形検出回路9の内部構成を示した図であ
る。尚、ここで示すのはセンサ用の圧電素子6aに対す
るものであり、他の圧電素子6b、  6cに対しても
全く同じものである。
[Description of the received waveform detection circuit and its operation (FIGS. 4 and 5)] FIG. 4 is a diagram showing the internal configuration of the received waveform detection circuit 9. As shown in FIG. It should be noted that what is shown here is for the sensor piezoelectric element 6a, and is exactly the same for the other piezoelectric elements 6b and 6c.

図中、19は圧電素子6aで検出した検出信号を増幅す
る前置増幅回路、20は前置増幅回路19で増幅された
信号から包絡線を検出する包絡線検出回路(例えばロー
パスフィルター)、21は包絡線検出回路20で検出さ
れた包絡線のピークを検出する包絡線ビーク検出回路(
例えば微分回路)、22は群速度を利用して包絡線ピー
ク検出回路21より検出した群速度の伝播遅延時間Tg
を表わす信号を出力するTg信号検出回路(例えば、ゼ
ロクロスコンパレータ)、23は群速度遅延時間Tgの
信号からある時間ゲートを開く(窓を開<)j11安定
マルチバイブレータ、24はマルチバイブレータ23で
つくられた時間にコンパレータ26へのコンパレートレ
ベルを与えるコンパレートレベル供給回路、25は上述
した各回路(20〜24)内で処理するときにロスした
時間を調整する遅延時間調整回路であり、ここを通った
信号とコンパレートレベル供給回路24で発生したコン
パレートレベルとを比較することにより発生した位相速
度に対する信号が検出されるまでの遅延時間Tpを検出
する。
In the figure, 19 is a preamplifier circuit that amplifies the detection signal detected by the piezoelectric element 6a, 20 is an envelope detection circuit (for example, a low-pass filter) that detects an envelope from the signal amplified by the preamplifier circuit 19, and 21 is an envelope peak detection circuit (
22 is the propagation delay time Tg of the group velocity detected by the envelope peak detection circuit 21 using the group velocity.
23 is a Tg signal detection circuit (for example, a zero cross comparator) that outputs a signal representing the group velocity delay time Tg, and 23 is a gate that opens a gate for a certain time (open window <). 25 is a delay time adjustment circuit that adjusts the time lost during processing in each of the circuits (20 to 24) described above. The delay time Tp until the signal corresponding to the generated phase velocity is detected is detected by comparing the signal passed through the comparator level with the comparator level generated by the comparator level supply circuit 24.

以上の処理動作を第5図のタイミングチャートで説明す
る。
The above processing operation will be explained using the timing chart of FIG.

図中、50は振動子駆動回路2より出力された信号であ
り、51はセンサ用の圧電素子6aにより検出され、前
置増幅回路19でもって増幅された信号を示す。この信
号51の包絡線52を発生するために包絡線検出回路2
0を介する。次に包絡線52の一次微分を包絡線ビーク
検出回路21を経て信号53を得、ゼロクロス点を検出
した信号54を発生する。この信号54の立ち上りまで
の時間値をTg信号検出回路22で検出して演算制御部
1に出力すると共に、単安定マルチバイブレータ23に
出力し、所定長(例えば位相速度波長の1.5倍)のハ
イレベルのパルス信号55を発生させる。次にこのパル
ス信号55の反転したパルス信号56をコンパレ−トレ
ベル供給回路24で作り、コンパレータであるTp検出
回路26の入力端の一端に出力する。また、遅延時間調
整回路25では上述した各回路内で遅れた時間分(予め
設定されている)だけ遅れて、前置増幅回路19よりの
信号51をコンパレータであるTp検出回路26の入力
側のもう一端に出力する。Tp検出回路26では信号5
6と信号51とを比較することにより信号57を発生さ
せる。この信号57が検出されるまでの時間を位相速度
に基づいた伝播遅延時間Tpとするのである。これらの
、Tg、 Tp両方を利用して、演算して座標位置を検
出するのであるが、この座標位置の検出方法の一例を一
次元的に見た場合で詳述する。
In the figure, 50 is a signal output from the vibrator drive circuit 2, and 51 is a signal detected by the sensor piezoelectric element 6a and amplified by the preamplifier circuit 19. An envelope detection circuit 2 is used to generate an envelope 52 of this signal 51.
via 0. Next, the first-order differential of the envelope 52 is passed through the envelope peak detection circuit 21 to obtain a signal 53, which generates a signal 54 in which a zero-crossing point is detected. The time value until the rise of this signal 54 is detected by the Tg signal detection circuit 22 and outputted to the arithmetic control unit 1, and also outputted to the monostable multivibrator 23 for a predetermined length (for example, 1.5 times the phase velocity wavelength). A high level pulse signal 55 is generated. Next, a pulse signal 56, which is an inversion of this pulse signal 55, is generated by a comparator level supply circuit 24 and outputted to one input terminal of a Tp detection circuit 26, which is a comparator. In addition, the delay time adjustment circuit 25 outputs the signal 51 from the preamplifier circuit 19 to the input side of the Tp detection circuit 26, which is a comparator, after being delayed by the time delay (preset) in each of the circuits described above. Output on the other end. In the Tp detection circuit 26, the signal 5
6 and signal 51, signal 57 is generated. The time until this signal 57 is detected is defined as the propagation delay time Tp based on the phase velocity. Both Tg and Tp are used to perform calculations to detect the coordinate position, and an example of this method for detecting the coordinate position will be described in detail from a one-dimensional perspective.

[距離計算の説明(第6図、第7図)]前述したように
、群速度に基づいた伝播遅延時間Tgは、検出波の包絡
線からの検出であるため、検出波のひとつの波から検出
した伝播遅延時間と比較すると、精度は落ちてしまう。
[Explanation of distance calculation (Figures 6 and 7)] As mentioned above, the propagation delay time Tg based on the group velocity is detected from the envelope of the detected wave, so it is calculated from one of the detected waves. The accuracy is lower when compared to the detected propagation delay time.

従って、検出波の中のひとつから検出した位相速度に基
づく伝播遅延時間”rpから、入力ペン3と伝播媒体8
との接触点からセンサ用の圧電素子6aまでの距離を算
出した方がTgから算出するよりも精度は上がることに
なる。しかし、検出波の一つ一つの波は、前述したよう
に分散の影響で位相が励いてしまう。従って、第2図の
検出信号14中でレベルの一番高いピークのパルスを検
出していった場合の伝播距離と伝播時間の関係は第6図
の’rpの様になる。即ち、入力ベン3がセンサ用圧電
素子6aから連続的に離れていくと第7図(a)の信号
−第7図(b)の信号−第7図(C)の信号とそのピー
クの位置は変化する。つまり、ある距蔑ではパルスaの
波がピークであったが、しだいにbがピークになってし
まい、更にはCがピークになるといった動きになる。ま
た、入力ベン3を逆の動きにすれば、ピークの動きも逆
になる。このピークの動ぎが第6図のTpの様な階段上
の動きになるわけである。又、a、b、c各パルスの波
のゼロクロス点についても同じ動きとなる。
Therefore, from the propagation delay time "rp" based on the phase velocity detected from one of the detected waves, the input pen 3 and the propagation medium 8
Calculating the distance from the point of contact with the piezoelectric element 6a for the sensor is more accurate than calculating from Tg. However, the phase of each detected wave is excited due to the influence of dispersion as described above. Therefore, the relationship between the propagation distance and the propagation time when the highest level peak pulse is detected in the detection signal 14 in FIG. 2 is as shown by 'rp in FIG. 6. That is, as the input ben 3 continuously moves away from the sensor piezoelectric element 6a, the signal in FIG. 7(a) - the signal in FIG. 7(b) - the signal in FIG. 7(C) and their peak positions change. changes. In other words, at a certain distance, the wave of pulse a was at its peak, but gradually the wave of pulse b became the peak, and furthermore, the wave of pulse C became the peak. Furthermore, if the input ben 3 is moved in the opposite direction, the movement of the peak will also be reversed. This peak movement results in a stepwise movement like Tp in FIG. Further, the zero-crossing points of the waves of the a, b, and c pulses also exhibit the same movement.

伝播距離を算出するとき、遅延時間を係数して算出する
。このため、第6図を見るとわかる様にTplつの伝播
遅延時間に対して距離の値が2つ出てしまうが、Tgを
基準にしたTpの値を読み取れば、1つの伝播距離がで
ることになる。このTpを基にした精度の高い値で算出
できる具体例を示すと次の様になる。
When calculating the propagation distance, the delay time is used as a factor. Therefore, as you can see from Figure 6, two distance values are obtained for Tpl propagation delay times, but if you read the value of Tp based on Tg, one propagation distance will be obtained. become. A specific example that can be calculated with a highly accurate value based on this Tp is as follows.

前述した様に、Tg、”rpを検出した場合、第6図に
於る、tglの範囲にあるTgに対するtplの範囲に
あるTpのとき、tg2の範囲にあるTgに対するtP
2の範囲にあるTpのとき・・・という様に順次、1つ
のTpを検出することができ、これから距離を算出して
いけばよい。
As mentioned above, when Tg and "rp are detected, when Tp is in the range of tpl for Tg in the range of tgl in FIG. 6, tP for Tg in the range of tg2.
When Tp is within the range of 2, one Tp can be sequentially detected, and the distance can be calculated from this.

即ち、第6図に於て伝播距離旦、検出波(位相速度)の
1波長をλ、位相速度をvpとすると旦=vp嘩Tp+
n・λ となり、この式に基づいた距離文が検出できることにな
る。
That is, in Fig. 6, if the propagation distance is λ, one wavelength of the detected wave (phase velocity) is λ, and the phase velocity is vp, then T=vpTp+
n·λ, and a distance sentence based on this formula can be detected.

但し、ここでいう“n”は、 Tgがtgxの範囲の時     n=0tg2、tg
3の範囲の時 n=1 tg3、tg4の範囲の時 n=2 従って、前述の様にTg、”rpを検出したら、この様
な変換を、例えば演算制御部1内のテーブルに持たせ、
これを利用することにより、演算制御部1に於てTgを
nに変換して、vp、Tp。
However, "n" here is when Tg is in the range of tgx, n=0tg2, tg
3 range, n=1; tg3, tg4 range, n=2. Therefore, when Tg and "rp are detected as described above, such a conversion is stored in the table in the arithmetic control unit 1, for example,
By utilizing this, Tg is converted to n in the arithmetic control unit 1, and vp, Tp are obtained.

n、λの各々のパラメータの値を代入して文を演算すれ
ばよい。上記例の様な方法でそれぞれのセンサ用の圧電
素子6a〜6Cを使って検出し、x、y座標位置を演算
するのである。
The sentence can be calculated by substituting the values of the parameters n and λ. Detection is performed using the piezoelectric elements 6a to 6C for each sensor in a manner similar to the above example, and the x and y coordinate positions are calculated.

[他の受信波形検出回路と その動作説明(第8図、第9図)コ また、本実施例では群速度検出に於て、検出波の包絡線
の1回微分し、ゼロクロス点を検出することで位相速度
に基づく遅延時間Tpを検出したが、例えば検出波形に
対して2回微分をした波形のゼロクロス点を検出するこ
とも可能である。これは、1回微分でのゼロクロス点の
検出、つまり包絡線のピーク点の検出時よりも、急峻な
検出点が得られ、包絡線のピーク検出よりも精度の上が
った検出ができる。
[Explanation of other received waveform detection circuits and their operations (Figures 8 and 9) In addition, in this embodiment, in group velocity detection, the envelope of the detected wave is differentiated once to detect the zero-crossing point. Although the delay time Tp based on the phase velocity is detected by this method, it is also possible to detect the zero-crossing point of a waveform obtained by differentiating the detected waveform twice, for example. This allows a steeper detection point to be obtained than when detecting a zero-crossing point using one-time differentiation, that is, when detecting the peak point of an envelope, and enables detection with higher accuracy than when detecting the peak of an envelope.

この具体例として第8図及び第9図に従って説明する。A specific example of this will be explained with reference to FIGS. 8 and 9.

第8図は受信波形検出回路9の内部構成を示す他の実施
例であり、第9図はそのときのタイミングチャートであ
る。
FIG. 8 shows another embodiment showing the internal configuration of the received waveform detection circuit 9, and FIG. 9 is a timing chart at that time.

図中、80は包絡線検出回路20で検出された包絡線の
2回数分処理を行なう2回数分回路であり、その他第4
図と同じ番号が付いた回路の説明は省略する。
In the figure, 80 is a two-times circuit that processes the envelope detected by the envelope detection circuit 20 twice, and a fourth
Descriptions of circuits labeled with the same numbers as in the figures will be omitted.

さて、包絡線検出回路20で包絡線52を発生させた後
、2回数分回路80で先ず第1回の微分波形90を発生
させ、更に2回目の微分波形91を発生させる。この2
回数分波形のゼロクロス点を検出するためにTg信号検
出回路22でもって信号92を発生させる。この信号を
演算制御部1に送信すると共に、単安定マルチバイブレ
ータ23に出力して所定長のハイレベルのパルス信号9
3を発生させる。次にこのパルス信号93の反転したパ
ルス信号94をコンパレートレベル供給回路24で作り
、コンパレータであるTp検出回路26の入力側の一端
に出力する。また、遅延時間調整回路25では各回路内
で遅くれた時間分(予め設定されている)だけ遅れて、
前置増幅回路19よりの信号51をコンパレータである
Tp検出回路26の入力端のもう一端に出力する。Tp
検出回路26では信号94と信号51とを比較すること
により信号95を発生させる。この信号95が検出され
るまでの時間を位相速度に基づいた伝播遅延時間Tpと
するのである。これら、Tg。
Now, after the envelope detection circuit 20 generates the envelope 52, the circuit 80 generates the first differential waveform 90 first, and then generates the second differential waveform 91. This 2
A signal 92 is generated by the Tg signal detection circuit 22 in order to detect zero-crossing points of the waveform for the number of times. This signal is sent to the arithmetic control unit 1 and outputted to the monostable multivibrator 23 to generate a high-level pulse signal 9 of a predetermined length.
Generate 3. Next, a pulse signal 94, which is an inversion of this pulse signal 93, is generated by a comparator level supply circuit 24 and outputted to one end of the input side of a Tp detection circuit 26, which is a comparator. In addition, the delay time adjustment circuit 25 delays by the amount of time delayed in each circuit (preset).
The signal 51 from the preamplifier circuit 19 is output to the other input end of the Tp detection circuit 26, which is a comparator. Tp
The detection circuit 26 generates a signal 95 by comparing the signal 94 and the signal 51. The time until this signal 95 is detected is defined as the propagation delay time Tp based on the phase velocity. These, Tg.

Tp両方を利用して、演算して座標位置を検出すること
になるが、その演算方法は先に説明したものと重複する
ものであるから説明は省略する。
The coordinate position will be detected by calculation using both Tp, but since the calculation method is the same as that described above, the explanation will be omitted.

以上説明したように本実施例によれば、弾性波の板波を
利用して、その特性である分散による群速度と位相速度
を合わせて測定して座標位置を演算することでディジタ
イザとしての分解能(精度)を上げることができる。ま
た、透明な伝播媒体(ガラス)を使用することが可能と
なり、入出カー体型ディジタイザを構成することも可能
となる。
As explained above, according to this embodiment, the resolution as a digitizer is improved by using the plate wave of the elastic wave, and calculating the coordinate position by measuring the group velocity and phase velocity due to dispersion, which are characteristics of the plate wave. (Accuracy) can be improved. Furthermore, it becomes possible to use a transparent propagation medium (glass), and it becomes possible to construct an input/output car type digitizer.

また、Tg、Tp、lの関係をテーブル(第1図の演算
制御部1内に示すテーブルエリア)として持つことで信
号処理時間は短縮でき、かつ精度の高い検出ができる効
果がある。
Further, by having the relationship between Tg, Tp, and l as a table (table area shown in the arithmetic control unit 1 in FIG. 1), signal processing time can be shortened and detection with high accuracy can be achieved.

更に受信波形9内の単安定マルチバイブレータ23及び
コンパレートレベル供給回路24で検出窓をつけること
で誤検出等の影響を受けず、精度の高い位置座標の検出
をすることができる効果がある。更にまた遅延時間調整
回路25を持つことで包絡線と検出波からの正確なTg
とTpが検出でき、精度の高い位置座標の検出をするこ
とができる効果がある。
Furthermore, by providing a detection window with the monostable multivibrator 23 and the comparator level supply circuit 24 in the received waveform 9, there is an effect that position coordinates can be detected with high accuracy without being affected by false detections. Furthermore, by having the delay time adjustment circuit 25, accurate Tg can be obtained from the envelope and the detected wave.
and Tp can be detected, and the position coordinates can be detected with high precision.

また、本実施例では位相速度に基づく遅延時間Tpを検
出する時にゼロクロス点を検出していたが、ピークを検
出する様にすると人力ペンの筆圧及び検出波のS/Nな
どから影響を受けてしまうのに対し、それらの影響を受
けずに正確なTpが検出でき、精度の高い位置座標を検
出することが可能だからである。
In addition, in this embodiment, the zero crossing point is detected when detecting the delay time Tp based on the phase velocity, but if the peak is detected, it will be affected by the pen pressure of the manual pen and the S/N of the detected wave. This is because it is possible to detect accurate Tp without being influenced by these factors, and to detect highly accurate position coordinates.

尚、遅延時間調整回路25は演算制御部1で始めから遅
延時間分を係数しておけばよく、必ずしも必要である回
路ではない。
Incidentally, the delay time adjustment circuit 25 is not necessarily a necessary circuit, as it is sufficient if the calculation control unit 1 calculates a coefficient for the delay time from the beginning.

また、Tg、Tpの関係の数値をテーブルに持って、精
度の高いTpの値から再度テーブルから精度の高いT′
gを取り直し、Tg、T”gは連続的な直線であるから
、T′gの値を用いて直接、x、y座標位置を演算する
こともできる。
Also, have the numerical values of the relationship between Tg and Tp in a table, and use the highly accurate value of Tp again from the table to obtain the highly accurate value of T'.
Since Tg and T''g are continuous straight lines, it is also possible to directly calculate the x and y coordinate position using the value of T'g.

以下、余白 [発明の効果] 以上説明したように未発明によれば、分散による群速度
と位相速度を合わせて測定して座標位置を演算すること
でディジタイザとしての分解能を上げることができる様
になる。
Hereinafter, the margins [Effects of the invention] As explained above, according to the invention, the resolution as a digitizer can be increased by measuring the group velocity and phase velocity together due to dispersion and calculating the coordinate position. Become.

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

第1図は本実施例に係る座標入力装置の全体構成図、 第2図は人力ペンへの掘勤駆動波形と弾性波の検出波形
を示す図、 第3図は一定のスレッシホールドレベルでもって伝播遅
延時間を検出した時において、誤差が発生する原理を説
明する図、 第4図は本実施例における受信波形検出回路の内部構成
を示す図、 第5図は第4図の各ブロックでの波形の推穆を説明する
ための図、 第6図は、群速度に基づいた伝播遅延時間Tgと位相速
度に基づいた伝播遅延時間Tpとによる第8図は他の実
施例の受信波形検出回路の内部構成を示す図、 第9図は第8図の各ブロックでの波形の推穆を説明する
ための図である。 図中、1・・・演算制御部、2・・・振動子駆動回路、
3・・・入力ペン、4・・・圧電素子、5・・・ホーン
、6a〜6c・・・受信用の圧電素子、7・・・反射防
止部材、8・・・伝播媒体、9・・・受信波形検出回路
、10・・・デイスプレィ駆動回路、11・・・デイス
プレィ、19・・・前置増幅回路、20・・・包絡線検
出回路、21・・・包絡線ピーク検出回路、22・・・
Tg信号検出回路、23・・・単安定マルチバイブレー
タ、24・・・コンパレートレベル供給回路、25・・
・遅延時間調整回路、26・・・コンパレータTp検出
回路、80・・・2回数分回路である。 特許出願人   キャノン株式会社 ;ン、ツノtこ−1゛ 第4図 第5図 第6図 (a)            (b)(C) 第8図 第9図
Figure 1 is an overall configuration diagram of the coordinate input device according to this embodiment, Figure 2 is a diagram showing the digging drive waveform to the manual pen and the detection waveform of the elastic wave, and Figure 3 is a diagram showing the waveform of the digging drive to the manual pen and the detection waveform of the elastic wave. Fig. 4 is a diagram showing the internal configuration of the received waveform detection circuit in this embodiment, and Fig. 5 shows each block in Fig. 4. FIG. 6 shows propagation delay time Tg based on group velocity and propagation delay time Tp based on phase velocity. FIG. 8 shows received waveform detection in another embodiment. FIG. 9 is a diagram showing the internal configuration of the circuit. FIG. 9 is a diagram for explaining waveform estimation in each block of FIG. 8. In the figure, 1... Arithmetic control unit, 2... Vibrator drive circuit,
3... Input pen, 4... Piezoelectric element, 5... Horn, 6a-6c... Piezoelectric element for reception, 7... Anti-reflection member, 8... Propagation medium, 9... - Received waveform detection circuit, 10... Display drive circuit, 11... Display, 19... Preamplifier circuit, 20... Envelope detection circuit, 21... Envelope peak detection circuit, 22.・・・
Tg signal detection circuit, 23... monostable multivibrator, 24... comparator level supply circuit, 25...
- Delay time adjustment circuit, 26... Comparator Tp detection circuit, 80... Circuit for two times. Patent applicant: Canon Corporation; Figure 4 Figure 5 Figure 6 (a) (b) (C) Figure 8 Figure 9

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)座標入力盤上の所望の位置を指定し、前記座標入
力盤を付勢して弾性波を発生する位置指定手段と、前記
座標入力盤の所定位置に固定され前記弾性波を受信し、
その強度に対応した電気信号を発生する複数の受信手段
と、前記電気信号から前記弾性波の群速度の伝播時間を
検出する第1の検出手段と、前記電気信号から前記弾性
波の位相速度の伝播時間を検出する第2の検出手段と、
該第1、第2の検出手段により検出した伝播時間値から
前記位置指定手段により指定された座標位置を算出する
算出手段とを備えることを特徴とする座標入力装置。
(1) a position specifying means for specifying a desired position on the coordinate input board and energizing the coordinate input board to generate an elastic wave; and a position specifying means fixed at a predetermined position on the coordinate input board for receiving the elastic wave. ,
a plurality of receiving means for generating electrical signals corresponding to the intensity thereof; a first detecting means for detecting the propagation time of the group velocity of the elastic wave from the electrical signal; and a first detecting means for detecting the propagation time of the group velocity of the elastic wave from the electrical signal; a second detection means for detecting propagation time;
A coordinate input device comprising calculation means for calculating the coordinate position designated by the position designation means from the propagation time values detected by the first and second detection means.
(2)弾性波は板波であることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の座標入力装置。
(2) The coordinate input device according to claim 1, wherein the elastic wave is a plate wave.
(3)第1の検出手段は受信手段により受信した電気信
号の包絡線を微分したときのゼロクロス点を検出するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の座標入力装
置。
(3) The coordinate input device according to claim 1, wherein the first detecting means detects a zero-crossing point when the envelope of the electrical signal received by the receiving means is differentiated.
(4)微分の回数は1回或いは2回であることを特徴と
する特許請求の範囲第3項記載の座標入力装置。
(4) The coordinate input device according to claim 3, wherein the number of times of differentiation is one or two.
(5)第2の検出手段は第1の検出手段により検出され
た点から所定長の信号を発生させ、該所定長の信号と受
信手段により受信された電気信号との比較結果発生した
時点でもつて検出することを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の座標入力装置。
(5) The second detection means generates a signal of a predetermined length from the point detected by the first detection means, and even when a signal of a predetermined length is generated as a result of comparing the signal of the predetermined length with the electric signal received by the reception means. 2. The coordinate input device according to claim 1, wherein the coordinate input device detects the coordinates of the coordinate input device according to claim 1.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02130612A (en) * 1988-11-11 1990-05-18 Canon Inc Coordinate input device
JPH0342712A (en) * 1989-07-11 1991-02-22 Canon Inc Coordinate input device
US6278445B1 (en) 1995-08-31 2001-08-21 Canon Kabushiki Kaisha Coordinate input device and method having first and second sampling devices which sample input data at staggered intervals

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