DE3852062T2

DE3852062T2 - Koordinateneingabegerät.

Info

Publication number: DE3852062T2
Application number: DE3852062T
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Kaneko; Katsuyuki Kobayashi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-06-25
Filing date: 1988-06-22
Publication date: 1995-03-30
Anticipated expiration: 2008-06-23
Also published as: EP0296569A2; DE3852062D1; US4910363A; EP0296569B1; JPH0614310B2; JPS642124A; EP0296569A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koordinationseingabegerät, und genauer gesagt, ein Koordinationseingabegerät, bei dem die Schwingung durch einen Schwingungsstift eingebracht und von einer Vielzahl von Sensoren festgestellt wird, die auf einer Schwingungsausbreitungsplatte angebracht sind, wobei die Koordinaten des Schwingungsstiftes auf der Schwingungsausbreitungsplatte festgestellt werden.

Zum Stand der Technik

Es sind verschiedene Arten von herkömmlichen Eingabegeräten als Koordinateneingabegeräte bekannt geworden. Bei dieser Art von Geräten wird ein Koordinatensystem auf einer vorbestimmten Eingabeoberfläche eingestellt, Koordinaten werden auf die Eingabeoberfläche von einer Eingabevorrichtung eines vorbestimmten Systems eingegeben, und die Koordinateninformation des Koordinatensystems wird auf der Eingabeoberfläche festgestellt.
Als Feststellsystem ist ein System bekannt, bei dem eine Eingabetafel durch Anordnung eines Widerstandsfilms und eines Leitfilms gebildet wird, die sich einander gegenüberstehen, und diese Filme werden von einem Schreibzeug wie einem Stift, einem Finger oder dgl. berührt, oder ein System, bei dem ein aus einem Ultraschallstift oder dgl. gebildetes Eingabeglied verwendet wird, wobei eine Ultraschallschwingung auf eine Eingabetafel aufgebracht wird, die aus einer Schwingungsausbreitungsplatte oder dgl. besteht, und die Koordinatenwerte werden von der Schwingungslaufzeit der elastischen Welle festgestellt, die auf dieser Tafel oder dgl. erzeugt wird.
In dem letzteren System mit Schwingungsausbreitung sind eine Vielzahl von Schwingungssensoren, die aus einer Vielzahl piezoelektrischen Elemente oder dgl. bestehen, jeweils zur Umsetzung der mechanischen Schwingung in ein elektrisches Signal an die Glasplatte angebracht, die die Tafel bildet, und die andere Schwingungsausbreitungsplatte zur Errechnung der Laufzeit der Schwingung, die zur Ausbreitung gebracht wurde.
Wenn die zeitliche Abstimmung der Schwingungseingabe schon durch Feststellung der Ankunftszeiten der Schwingung am Schwingungssensor bekannt ist, dann ist auch die Schwingungslaufzeit zum Sensor bekannt. Da die Schwingungsausbreitungsgeschwindigkeit auf der Schwingungsausbreitungsplatte als konstant angesehen wird, kann man die Entfernung der geraden Linie zwischen dem Schwingungssensor und dem Eingabepunkt aus der Schwingungslaufzeit erhalten. Wenn die Entfernung der geraden Linie zwischen einem jeden Sensor und der Eingabestelle bekannt ist, können die Koordinatenwerte der Eingabestelle durch das Theorem der drei Quadrate oder dgl. bestimmt werden.
Zur Entscheidung der zeitlichen Abstimmung der Schwingung wird bei einem Verfahren derartiger herkömmlicher Systeme, durch das der Spitzenwert der Kurvenform des Feststellsignals festgestellt wird, das von dem Schwingungssensor abgegebene verwendet.
Die Schwingungsausbreitungsplatte hat jedoch einen eingeschränkten Bereich, und es wird mit Sicherheit eine reflektierte Welle an den Eckabschnittsbereichen erzeugt. Die Schwingungskurvenform, die dem Schwingungssensor eingegeben wird, ist folglich die zusammengesetzte Welle aus der direkten Welle und der reflektierten Welle.
Die Differenz zwischen den Wegen der direkten Welle und der reflektierten Welle ist insbesondere in Abhängigkeit von den Lagebeziehungen und unter dem Koordinateneingangspunkt, dem Sensor und den Eckabschnitten der Schwingungsausbreitungsplatte sehr klein. Die Kurvenform des Feststellsignals ist aufgrund der Interferenz zwischen diesen stark verzerrt. Es gibt ein solches Problem, daß eine Abweichung in der zeitlichen Abstimmung bei der Feststellung aufgrund dieses Einflusses auftritt, und die Genauigkeit der Feststellung verschlechtert sich entsprechend.
Es ist auch eine Technik bekannt, die Eckabschnitte der Schwingungsausbreitungsplatte durch ein schwingungsdichtes Material oder dgl. in Hinsicht auf den vorstehenden Punkt zu halten. Die GB-A-2179152 offenbart ein Koordinatenlesegerät mit Merkmalen des Oberanspruchs von Patentanspruch 1. Dieses Gerät ist des weiteren mit einem Reflexionsverhinderungsglied ausgestattet, das die Peripherie der Eingabetafel umgibt. Jedoch ist es schwierig, die reflektierten Wellen vollständig zu beseitigen. Der Bereich der nutzbaren Eingabeoberfläche fällt kleiner aus als die Größe der Schwingungsausbreitungsplatte, wodurch es der direkten Welle und den reflektierten Wellen möglich ist, den Sensor mit Zeitverzögerung zu erreichen, und das Auftreten der Abweichung der zeitlichen Abstimmung bei der Feststellung aufgrund der Interferenz muß verhindert werden.
Um den Bereich der erforderlichen nutzbaren Eingabeoberfläche sicherzustellen, muß folglich die Fläche der Schwingungsausbreitungsplatte groß gewählt werden. Dadurch kommt es dann zu dem Problem, daß die Größe des Gerätes anwächst oder die Fläche für die nutzbare Eingabe begrenzt ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Koordinationseingabegerät zu schaffen, bei dem die Schwingung, die mit einem Schwingungsstift eingegeben wird, von einer Vielzahl von Sensoren festgestellt wird, die an einer Schwingungsausbreitungsplatte angebracht sind, und bei der die Koordinaten des Schwingungsstifts auf der Schwingungsausbreitungsplatte festgestellt werden, wobei durch Anwendung von Treibersteuermitteln zum Ansteuern eines Schwingungsgebers des Schwingungsstiftes durch ein zusammengesetztes Signal einer Vielzahl von Impulszügen, deren Phasen sich unterscheiden, deren Ansteuerimpulszüge unterschiedliche Phasenfunktionen aufweisen, um so die abklingende Schwingung des Schwingers abzuschwächen, so daß selbst bei Überlagerung der direkten Welle mit der reflektierten Welle im Schwingungssensor eine dadurch bedingte Verschiebung des Spitzenwertes der Kurvenform des Feststellsignals vermieden wird und die Abweichung bei der Koordinatenfeststellung aufgrund der unterschiedlichen Schwingungslaufzeiten reduziert werden kann.
Die zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Koordinationseingabegerät zu schaffen, bei dem die Feststellkurve in einem Schwingungssensor in eine gewünschte Form gebracht werden kann, indem eine Vielzahl von Impulsen verschiedener Phasenlage zusammengesetzt wird und die zeitliche Abstimmung der Feststellung oder eines speziellen Punktes auf der Kurvenform erfolgt, der geeignet ist, den Einfluß durch Störungen, wie reflektierte Wellen auf der Schwingungsausbreitungsplatte und dgl., zu beseitigen. Der Patentanspruch 1 gibt die Erfindung an.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Anordnung eines Informationseingabe/Ausgabe - Gerätes darstellt, auf das die vorliegende Erfindung angewandt wird;
Fig. 2A ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Aufbau eines Schwingungsstiftes gemäß Fig. 1 zeigt;
Fig. 2B und 2C sind Kurvenformdiagramme, die eine Kurvenform eines Schwingungstreibers bzw. eine Feststell- Kurvenform gemäß der Erfindung zeigen;
Fig. 2D und 2E sind Kurvenformdiagramme, die herkömmliche Kurvenformen des Schwingungstreibers bzw. der Feststell- Kurvenformen zeigen;
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das eine Anordnung einer Rechen/Steuerschaltung gemäß Fig. 1 zeigt;
Fig. 4 ist ein Kurvenformdiagramm, das Feststell- Kurvenformen zur Erläuterung der Messung der Entfernung zwischen einem Schwingungsstift und einem Schwingungssensor zeigt;
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das eine Anordnung eines Kurvenformdetektors gemäß Fig. 1 zeigt;
Fig. 6 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Anordnung des Schwingungssensors zeigt; und
Fig. 7A und 7B sind Kurvenformdiagramme, die Ansteuerkurvenformen der Schwinger in verschiedenen Ausführungsbeispielen zeigen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend auf der Grundlage eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung eines Informations-Eingabe/Ausgabegerätes, auf das die Erfindung angewandt ist. In das Informations-Eingabe/Ausgabe-Gerät von Fig. 1 werden Koordinaten durch einen Schwingungsstift 3 auf eine Eingabetafel eingegeben, die auf einer Schwingungsausbreitungsplatte 8 gebildet ist, damit ein eingegebenes Bild auf einer Anzeige 11 angezeigt werden kann, die aus einer Bildröhre besteht, die in sich überlappender Weise auf der Eingabetafel mit der eingegebenen Koordinateninformation angeordnet ist.
Die Schwingungsausbreitungsplatte 8 in Fig. 1 ist aus einer Acrylplatte, Glasplatte oder dgl. hergestellt und leitet die Schwingung, die vom Schwingungsstift 3 angeregt wird, zu drei Schwingungssensoren 6, die auf den Eckabschnitten der Platte 8 angebracht sind. Die Koordinaten des Schwingungsstifts 3 auf der Platte 8 werden in diesem Ausführungsbeispiel durch Messung der Laufzeiten der Ultraschallschwingungen gemessen, die sich aus dem Schwingungsstift 3 durch die Platte 8 zu den Sensoren 6 ausbreiten.
Der periphere Abschnitt der Schwingungsausbreitungsplatte 8 ist von einem reflexionsverhindernden Material 7, wie einem Silikongummi oder dgl. gehalten, um zu verhindern, daß die vom Schwingungsstift 3 ausgehende Schwingung von dem peripheren Abschnitt reflektiert wird, und zu dem mittleren Abschnitt zurückkehrt.
Die Schwingungsausbreitungsplatte 8 ist auf der Anzeige 11 angeordnet, die eine Bildröhre (oder Flüssigkristallanzeige oder dgl.) ist, die ein Bild durch Punkte anzeigen kann. Die Platte 8 zeigt ein Bild durch Punkte zu von dem Schwingungsstift 3 vorgegebenen Positionen an. Das heißt, die Punkte werden zu der Position auf der Anzeige 11 angezeigt, die den Koordinaten der von dem Schwingungsstift 3 festgestellten entsprechen. Das aus Elementen wie Punkten, Linie oder dgl. zusammengesetzte Bild, das über den Schwingungsstift 3 eingegeben wird, erscheint nach der Spur des Schwingungsstifts, als wäre es auf Papier geschrieben.
Gemäß einem solchen Aufbau ist es andererseits auch möglich, ein Eingabesystem zu verwenden, bei dem ein Menü auf der Anzeige 11 angezeigt wird und ein gewünschter Punkt in diesem Menü dann unter Verwendung des Schwingungsstifts ausgewählt wird, oder ein Eingabesystem, das eine Anfrage an den Benutzer anzeigt, der den Schwingungsstift 3 auf einer vorgegebenen Position oder dgl. berührt.
Der Schwingungsstift 3 zur Ausbreitung der Ultraschallschwingung auf der Schwingungsausbreitungsplatte 8 hat in sich einen Schwinger 4, der aus einem piezoelektrischen Element oder dgl. besteht. Die von dem Schwinger 4 erzeugte Ultraschallschwingung wird über ein Hornteil 5 mit einem angespitzten Ende auf die Platte 8 übertragen.
Fig. 2A zeigt einen Aufbau des Schwingungsstifts 3. Der in dem Stift 3 angebrachte Schwinger 4 wird von einem Schwingungstreiber 3 angesteuert. Ein Ansteuersignal des Schwingers 4 wird als ein niederpegeliges Impulssignal von einer Rechen/Steuer - Schaltung 1 in Fig. 1 geliefert und mit einem vorbestimmten Verstärkungsfaktor von dem Schwingungstreiber 2 verstärkt, der eine niedrige Impedanz ansteuern kann. Danach wird das verstärkte Ansteuersignal auf den Schwinger 4 gegeben.
Das elektrische Ansteuersignal wird von dem Schwinger 4 in die mechanische Ultraschallschwingung umgesetzt und über das Hornteil 5 auf die Schwingungsausbreitungsplatte 8 übertragen.
Die Schwingungsfrequenz des Schwingers 4 ist auf einen solchen Wert gesetzt, daß in der Schwingungsausbreitungsplatte eine Plattenwelle erzeugt werden kann, die aus Acryl, Glas oder dgl. besteht. Wenn andererseits der Schwinger 4 angesteuert wird, erfolgt eine Schwingungsmode derart, daß der Schwinger 4 hauptsächlich in vertikaler Richtung des Diagramms für die Platte 8 ausgewählt wird. Durch Einstellen der Schwingungsfrequenz des Schwingers 4 auf dessen Resonanzfrequenz kann die Schwingung des weiteren wirkungsvoll umgesetzt werden.
Die elastische Welle, die sich auf der Platte 8 ausbreitet, ist, wie zuvor erwähnt, die Plattenwelle und hat Vorteile in der Art, daß sie kaum durch Kratzen auf der Oberfläche der Platte 8 beeinflußt werden kann, ein Hindernis oder dgl., im Gegensatz zu einer Oberflächenwelle oder dgl . .
Fig. 2B zeigt eine Kurvenform eines Ansteuersignals des Schwingers 4. Der Schwinger 4 wird von einer Impuls - Kurvenform angesteuert, wie im Diagramm dargestellt. Bis hierher wurde der Schwinger 4 von einem Impulszug (1, 0, 1, . . . ) angesteuert, bei dem Impulse zu regelmäßigen Intervallen erzeugt werden, wie in Fig. 2D dargestellt. In dem Ausführungsbeispiel jedoch wird das Ansteuersignal (1010100101000010) durch einen Impulszug mit wenigstens einer ersten Gruppe gebildet, deren Impulse zu regelmäßigen Intervallen geordnet sind, und einem nachfolgenden Impulszug einer zweiten Gruppe, deren Phase um 180º verschoben ist. Die im Diagramm dargestellten Impulse werden dem Schwinger 4 zu jeder vorbestimmten Zeitperiode zugeführt.
Die Vorteile, die sich durch die Verwendung eines derartigen Ansteuersignals ergeben, werden nachstehend detailliert beschrieben.
Zurück zu Fig. 1, dort enthalten die Schwingungssensoren 6, die an den Eckabschnitten der Schwingungsausbreitungsplatte 8 angebracht sind, auch mechanisch/elektrische Umsetzelemente, wie ein piezoelektrisches Element oder dgl . . Jedes einzelne abgegebene Signal der drei Schwingungssensoren 6 wird einem Signalkurvenformerkenner 9 zugeführt und in ein Feststellsignal umgesetzt, das von der Rechen/Steuerschaltung 1 verarbeitet werden kann, die auf der Folgestufe vorgesehen sind. Die Rechen/Steuerschaltung 1 mißt die Schwingungslaufzeiten und stellt die Koordinatenposition des Schwingungsstifts 3 auf der Schwingungsausbreitungsplatte 8 fest.
Die festgestellte Koordinateninformation des Schwingungsstifts 3 wird von der Rechen/Steuerschaltung 1 gemäß dem Ausgabeverfahren der Anzeige 11 verarbeitet. Das heißt, die Rechen/Steuerschaltung steuert die Ausgabeoperation der Anzeige 11 durch einen Anzeigetreiber 10 auf der Basis der eingegebenen Koordinateninformation.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung der Rechen/Steuerschaltung 1 in Fig. 1. In diesem Falle zeigt dieses Diagramm den Aufbau eines Treibersystems des Schwingungsstifts 3 und ein Schwingungsfeststellsystem durch die Schwingungssensoren 6.
Ein Mikrocomputer 31 beinhaltet einen internen Zähler, einen ROM und einen RAM. Ein Treibersignalerzeuger 32 gibt Ansteuerimpulse einer vorbestimmten Frequenz an den Schwingungstreiber 2 in Fig. 1 und wird von dem Mikrocomputer 3l synchron mit der Schaltung zur Errechnung der Koordinaten desaktiviert.
Ein Zählwert eines Zählers 33 wird in einer Zwischenspeicherschaltung 34 von dem Mikrocomputer 31 zwischengespeichert.
Andererseits gibt der Signalkurvenformdetektor 9 Zeitinformationen des Feststellsignals aus, um die Schwingungslaufzeit zur Feststellung der Koordinaten zu messen und eine Signalpegelinformation zur Feststellung des Schreibdruckes von den Ausgangssignalen der Schwingungssensoren 6. Diese Zeit - und Pegelinformationen werden einem Feststell- Signaleingabe-Baustein 35 bzw. einem Ein/Ausgabe-Baustein 37 zugeführt.
Das Zeitsignal, das von dem Kurvenformdetektor 9 eingegeben wird, wird in den Eingabebaustein 35 geleitet und mit dem Zählwert in der Zwischenspeicherschaltung 34 durch eine Entscheidungsschaltung 36 verglichen. Das Ergebnis des Vergleichs wird in den Mikrocomputer 31 eingegeben. Das heißt, die Schwingungslaufzeit repräsentiert sich als ein Zwischenspeicherwert der Ausgangsdaten des Zählers 33. Die Koordinaten werden durch den Wert der Schwingungslaufzeit errechnet.
Der Ausgabe - Steuervorgang der Anzeige 11 wird durch den I/O - Baustein 37 ausgeführt.
Fig. 4 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Feststellkurvenform, die dem Kurvenformdetektor 9 in Fig. 1 eingegeben wird, und zur Erläuterung des Vorgangs zur Messung der Schwingungslaufzeit auf der Grundlage der eingegebenen Feststellkurvenform. In Fig. 4 wird ein Ansteuer - Signalimpuls 41 dem Schwingstift 3 zugeführt. Die vom Stift 3 auf die Schwingungsausbreitungsplatte 8 übertragene Ultraschallschwingung mit einer solchen Kurvenform wird von der Platte 8 weitergeleitet und von den Schwingungssensoren 6 festgestellt.
Nachdem die Schwingung sich in der Platte 8 während einer Zeit tg ausgebreitet hat, entsprechend der Entfernung zwischen der Stelle der Schwingungseingabe bis zu einem jeden Schwingungssensor 6, erreicht die Schwingung den Vibrationssensor 6. In Fig. 4 bedeutet das Bezugszeichen 42 eine Signalkurvenform, die von dem Schwingungssensor 6 festgestellt wird. Da in diesem Ausführungsbeispiel die Dispersionsplattenwelle verwendet wird, ändert sich die Beziehung zwischen einer Hüllkurve 421 und einer Phase 422 der Feststellkurvenform gemäß der Wellenausbreitungsentfernung.
Es wird nun angenommen, daß eine Gruppengeschwindigkeit der Hüllkurve Vg ist und eine Phasengeschwindigkeit Vp. Die Entfernung zwischen dem Schwingungsstift 3 und dem Schwingungssensor 6 kann aus der Differenz zwischen der Gruppengeschwindigkeit und der Phasengeschwindigkeit ermittelt werden.
Betrachtet man zunächst die Hüllkurve 421, dann ist deren Geschwindigkeit Vg. Stellt man einen Punkt auf einer gewissen speziellen Kurvenform fest, beispielsweise die Spitze, wie sie mit 43 in Fig. 4 angedeutet ist, dann erhält man die Entfernung d zwischen dem Stift 3 und dem Sensor 6 auf folgende Weise, indem angenommen wird, daß eine Wellenlaufzeit von tg vorliegt.
d = Vg·tg . . . (1)
Diese Gleichung bezieht sich auf einen der Schwingungssensoren 6. Die Entfernung zwischen jedem der anderen beiden Schwingungssensoren 6 und dem Schwingungsstift 3 kann auch durch die gleiche Gleichung gewonnen werden.
Zur Bestimmung des Koordinatenwertes mit höherer Genauigkeit wird des weiteren der Vorgang auf der Grundlage der Feststellung des Phasensignals ausgeführt. Wenn angenommen wird, daß das Zeitintervall bis zu einem besonderen Feststellpunkt auf der Phasenkurvenform 422 in Fig. 4 reicht, zum Beispiel der Nulldurchgangspunkt des Spitzenpunktes der zeitlichen Abstimmung der Schwingung tp, dann kann die Entfernung zwischen dem Schwingungssensor und dem Schwingungsstift gewonnen werden durch
d = n·λp+Vp·tp . . . (2)
wobei λp eine Wellenlänge der elastische Welle und n eine ganze Zahl bedeuten.
Die ganze Zahl n wird dargestellt wie folgt aus den obigen Gleichungen (1) und (2).
n[(Vg·tg-Vp·tp)/λp+1/n] . . . (3)
wobei n eine reelle Zahl außer Null ist und ein numerischer Eigenwert verwendet wird. Wenn zum Beispiel n = 2 und die Wellenlänge innerhalb ± 1/2 liegt, ergibt sich n.
Durch Ersetzen des Wertes von n, der in der zuvor genannten Weise aus Gleichung (2) gewonnen wurde, kann die Entfernung zwischen dem Stift 3 und dem Sensor 6 genau gemessen werden.
Um die beiden Schwingungslaufzeiten tg und tp, dargestellt in Fig. 4, zu messen, kann der Signalkurvenformdetektor 9 aufgebaut sein, wie er beispielsweise in Fig. 5 dargestellt ist.
In Fig. 5 wird das Ausgangssignal des Sensors 6 auf einen vorbestimmten Pegel von einem Vorverstärker 51 verstärkt.
Das verstärkte Signal wird an einen Hüllkurvenerkenner 52 gegeben, und nur die Hüllkurve des Feststellsignals wird herausgesiebt. Die zeitliche Abstimmung der Spitze der herausgesiebten Hüllkurve wird von einem Hüllkurven - Spitzenerkenner 53 festgestellt. Ein Hüllkurven - Verzögerungszeit - Feststellsignal tg einer vorbestimmten Kurvenform wird aus dem Spitzenfeststellsignal von einem Signaldetektor 54 gebildet, der aus einem monostabilen Multivibrator oder dgl. aufgebaut ist. Das Signal tg wird an die Rechen/Steuerschaltung 1 geliefert.
Ein Phasenverzögerungszeit - Feststellsignal tp wird von einem Signaldetektor 58 aus der zeitlichen Abstimmung des tg - Signals gebildet, und das Originalsignal wird von einem Verzögerungszeitangleicher 57 verzögert. Das Signal tp wird in die Rechen/Steuer - Schaltung 1 eingegeben.
Das heißt, das tg - Signal wird in einen Impuls einer vorbestimmten Breite von einem monostabilen Multivibrator 55 umgesetzt. Andererseits bildet ein Vergleichspegelerzeuger 56 einen Schwellwert, um das tp - Signal gemäß dieser zeitlichen Impulsabgleichung festzustellen. Auf diese Weise formt der Erzeuger 56 ein Signal 44 mit einem Pegel und einer zeitlichen Abstimmung, wie in Fig. 4 dargestellt, und liefert dieses dem Detektor 58.
Der monostabile Multivibrator 55 und der Vergleichspegelerzeuger 56 sind nämlich vorgesehen, um die zu messende Phasenverzögerungszeit nur für eine konstante Zeitperiode nach der Feststellung des Spitzenwertes zu erlauben.
Ein Ausgangssignal des Generators 56 wird dem Detektor 58 eingegeben, der aus einem Vergleicher oder dgl. aufgebaut ist, und mit der in Fig. 4 dargestellten verzögerten Feststellkurvenform verglichen. Auf diese Weise wird ein tp - Feststellimpuls 45 gebildet.
Die obige Schaltung betrifft einen der Sensoren 6. Die gleiche Schaltung ist auch für jeden anderen Sensor 6 vorgesehen. Es wird angenommen, daß die Anzahl der Sensoren auf einen allgemeinen Wert h festgelegt ist, wobei die h Feststellsignale mit den Hüllkurven - Verzögerungszeiten tg1 bis tgh bzw. die h - Feststellsignale der Phasenverzögerungszeiten tp1 bis tph an die Rechen/Steuer - Schaltung ausgegeben werden.
Die erste Hälfte ist zu der zweiten Hälfte der in Fig. 4 dargestellten Hüllkurven - Wellenform 421 unsymmetrisch. Insbesondere ist der abklingende Bereich der Hüllenkurve 42l steil. Eine derartige Hüllkurve wird aufgrund der Zusammensetzung des Treibersignalimpulses 41 in den Fig. 2A und 4 erzeugt. Die Beziehung zwischen der Zusammensetzung der Ansteuerimpulse und der Feststell-Kurvenform wird nachstehend detailliert beschrieben.
In der Rechen/Steuer-Schaltung in Fig. 3 werden die Signale tg1 bis tgh und tp1 bis tph aus dem Eingabebaustein 35 eingegeben. Der Zählwert des Zählers 33 wird in die Zwischenspeicherschaltung 34 unter Verwendung der zeitlichen Abstimmung eines jeden Signals als ein Triggersignal zwischengespeichert. Da der Zähler 33 synchron mit der Ansteuerung des Schwingungsstiftes startet, werden die Daten, die die Verzögerungszeiten der Hüllkurve bzw. die Phase repräsentieren, in der Zwischenspeicherschaltung 34 zwischengespeichert.
Wenn drei Schwingungssensoren 6 an den Eckpositionen S&sub1; bis S&sub3; auf der Schwingungsausbreitungsplatte 8 angeordnet sind, wie in Fig. 6 dargestellt, können die Abstände d&sub1; bis d&sub3; der geraden Linien von der Position P des Schwingungsstiftes 3 zu den Positionen der Sensoren 6 durch die in Verbindung mit Fig. 4 beschriebenen Prozesse gewonnen werden. Des weiteren können die Koordinaten (x, y) der Position P des Stiftes 3 von der Rechen / Steuer - Schaltung 1 auf der Grundlage der Abstände d&sub1; bis d&sub3; aus dem Theorem der drei Quadrate folgendermaßen errechnet werden.
x = X/2 + (d&sub1; + d&sub2;) (d&sub1;-d&sub2;)/2X . . . (4)
y = Y/2 + (d&sub1; + d&sub3;) (d&sub1;-d&sub3;)/2Y . . . (5)
wobei X und Y Entfernungen entlang der X - und der Y - Achse zwischen den Sensoren 6 zu den Positionen S&sub2; und S&sub3; und dem Ursprung (Position S&sub1;) bedeuten.
Die Positionskoordinaten des Stiftes 3 können in einem Realzeitbetrieb festgestellt werden, wie oben beschrieben.
In diesem Ausführungsbeispiel wird, wie oben beschrieben, der Schwinger 4 des Schwingungsstiftes 3 von dem Treibersignal angesteuert, das aus wenigstens 2 aufeinanderfolgenden Gruppen kontinuierlicher Impulszüge besteht, deren Phasen um 180º gegeneinander verschoben sind, wie in Fig. 2B dargestellt.
Die Fig. 2C und 2E zeigen
Feststellsignal - Kurvenformen, die von einem der Schwingungssensoren 6 in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2B erzeugt werden bzw. in dem herkömmlichen Beispiel von Fig. 2D. Durch Vergleich dieser beiden erkennt man, daß der Ansteuerimpulszug in dem Ausführungsbeispiel von 2B in der Zeitperiode D der Feststell-Schwingungskurvenform steiler abfällt.
Das ist so, weil nach dem ersten Impulszug in Fig. 2B der Feststellpunkt erreicht wurde, der nachfolgende Impulszug, dessen Phase um 180º verschoben ist, und der später eintrifft, funktioniert so, daß die Schwingung nahe an den Feststellpunkt abgesetzt wird.
In der herkömmlichen Feststell-Kurvenform, wie sie in Fig. 2E dargestellt ist, gibt es einen sanften Abfall in der Zeitperiode D, und der Pegel liegt auch hoch. Wenn folglich der abklingende Abschnitt von der reflektierten Welle aus dem Grunde überlagert wird, weil die Differenz zwischen der Länge des direkten Wellenweges und des reflektierten Wellenweges gering ist, dann ist auch zu berücksichtigen, daß ein größerer Spitzenwert verursacht wird als der Spitzenwert von der direkten Welle.
Entsprechend der Feststell-Signalkurvenform, wie sie in Fig. 2C dargestellt ist, ist jedoch der Pegel des abklingenden Abschnittes gering und der Abfall erfolgt prompt. Selbst wenn die reflektierten Wellen synthetisiert werden, wird folglich ein Spitzenwert, der größer ist als der der direkten Welle, nicht verursacht, so daß keine Abweichung zwischen den Schwingungs- Feststellzeiten auftritt.
Auf diese Weise kann die genaue Schwingungslaufzeit gewonnen werden, und die hohe Genauigkeit bei der Koordinatenfeststellung kann aufrecht erhalten werden.
Eine derartige Möglichkeit, daß die Feststell-Kurvenformen der reflektierten Wellen zusammengesetzt werden in dem Abschnitt hohen Signalpegels der Feststellkurvenform der direkten Welle höher als die der nutzbaren Eingabefläche der Wellenausbreitungsplatte 8 werden, und der Abschnitt, wo die reflektierte Welle auftritt, beispielsweise im Grenzabschnitt zwischen dem reflexionsverhindernden Material 7 und der Wellenausbreitungsplatte 8 oder der Ecke der Platte 8, ist gering. Dies liegt daran, weil die Ausbreitungsweglängen der reflektierten Welle und der direkten Welle klein sind.
Um bis hier die Zusammensetzung der direkten Welle und der reflektierten Welle durch Anwachsen der Differenz zwischen den Ausbreitungsweglängen der reflektierten Welle und der direkten Welle durch einen soweit wie möglichen Anstieg, wie oben erwähnt, zu vermeiden, wurde die nutzbare Eingabefläche begrenzt, indem dieser Bereich von der Tafelabdeckung oder dgl. umrahmt wird. Nach dem Ausführungsbeispiel kann jedoch der Zeitbereich, bei dem kein Problem auftritt, selbst wenn die direkte Welle und die reflektierte Welle, die später als die direkte Welle eintritt, sich überlappen, vergrößert werden, so daß es der nutzbaren Eingabefläche möglich ist, sich dem Eckbereich der Tafel zu nähern, d. h., er kann vergrößert werden. Andererseits kann das gesamte Gerät bei der gleichen nutzbaren Eingabefläche miniaturisiert werden, oder dies bedeutet, daß die große nutzbare Eingabefläche bei gleicher Größe des Gerätes erzielt wird.
Wie in Fig. 2B gezeigt, werden in diesem Ausführungsbeispiel der Impulszug der ersten Gruppe (3 Impulse sind in dem Falle von Fig. 2B gezeigt) und der nachfolgende Impulszug der zweiten Gruppe (2 Impulse sind im Falle von Fig. 2B gezeigt), deren Phasen um 180º verschoben sind, an den Schwinger 4 des Stifts 3 gegeben. Jedoch im Falle, daß die Impulse der Vielzahl von Gruppen mit unterschiedlichen Phasen dem Schwinger zugeführt werden, ist der Aufbau nicht auf den obigen begrenzt, sondern kann willkürlich gewählt werden.
Wie beispielsweise in Fig. 7A gezeigt, können die Impulszüge der drei Gruppen, deren Phasen jeweils um 1800 gegeneinander verschoben sind, ebenfalls verwendet werden.
Im Falle der Fig. 7A wird das Steuersignal des Schwingers 4 des Schwingungsstifts 3 aus kontinuierlichen Impulsgruppen zusammengesetzt, deren Phasen jeweils um 180º in solcher Weise verschoben sind, daß die erste Gruppe zwei Impulse enthält, die zweite Gruppe einen Impuls und die dritte Gruppe zwei Impulse enthält.
Im Falle der Verwendung solch eines Treibersignals ergibt sich die Feststellkurvenform einer der Schwingungssensoren 6 in der in Fig. 7B dargestellten Form. Die Hüllkurve steigt nämlich während der Zeitperiode A&sub1; von den Impulsen der ersten Gruppe an, und die Hüllkurve fällt durch einen Impuls der zweiten Gruppe während der Zeitperiode D&sub1; ab. Da die Impulse der dritten Gruppe, deren Phase mit der ersten Gruppe gleich ist, vor dem vollständigen Abfall eintreffen, tritt nachfolgend die Hüllkurvenspitze Pk auf. Danach fällt die Kurvenform für die Zeitdauer D&sub2; mit fast der gleichen Geschwindigkeit ab, wie in dem herkömmlichen Beispiel gemäß Fig. 2E.
Entsprechend einer derartigen Feststellkurvenform kann die Schwingungsfeststellzeit durch Feststellung des Wendepunktes der Hüllkurve bestimmt werden, der während der Zeitperiode D&sub1; auftritt. Durch die in Fig. 7A gezeigten Ansteuerimpulse wird der Wendepunkt im Vorderabschnitt der Feststellkurvenform vorgesehen, wie in Fig. 7B dargestellt, und die Zeit für den Wendepunkt ist auf den Feststellpunkt gesetzt, wodurch die zeitliche Abstimmung der Schwingungsfeststellung auf die Position vor die Feststellkurvenform versetzt wird. Diesetwegen übt die reflektierte Welle, die an dem Feststellpunkt später als die direkte Welle eintrifft, einen Einfluß auf die Hüllkurvenform aus. Auf diese Weise ist es möglich, die Gefahr weiter zu vermindern, daß eine Differenz in der zeitlichen Abstimmung der Schwingungsfeststellung auftritt.
Die Geschwindigkeit oder die Tiefe des Abfalls der Kurvenform während der Abfall - Zeitperiode D&sub1; in Fig. 7B kann auf verschiedene Weise verändert werden, um so leicht in Übereinstimmung mit der Anzahl der Impulse festgestellt werden zu können, die das Treibersignal bilden und deren Phasen sich unterscheiden oder dgl . .
Aus der obigen Beschreibung geht klar hervor, daß in einem Koordinationseingabegerät nach der Erfindung, bei dem die Schwingung, die aus dem Schwingungsstift eingegeben wird, von einer Vielzahl von Sensoren festgestellt wird, die an einer Schwingungsausbreitungsplatte angebracht sind, und daß zur Feststellung der Koordinaten des Schwingungsstifts auf der Schwingungsausbreitungsplatte Ansteuermittel vorgesehen sind zur Ansteuerung eines Schwingers in dem Schwingungsstift mit einem aus einer Vielzahl von Impulszügen zusammengesetzten Signal, deren Phasen sich unterscheiden. Da die Ansteuerimpulszüge verschiedenen Phasenfunktionen zur Abschwächung der abklingenden Schwingung des Schwingers aufweisen, kann folglich die Abweichung des Spitzenwertes der Feststell-Signalkurvenform verhindert werden, selbst wenn sich die direkte Welle und die reflektierte Welle in dem Schwingungssensor überlagern, und der Koordinatenfeststellfehler kann aufgrund der unterschiedlichen Schwingungslaufzeiten verkleinert werden. Da die Treiberimpulszüge verschiedene Phasenfunktionen zur Abschwächung der abklingenden Schwingung des Schwingers haben, kann folglich die Abweichung des Spitzenwertes der Feststell-Signalkurvenform verhindert werden, selbst wenn die direkte Welle und die reflektierte Welle sich in dem Vibratorsensor überlagern, und der Koordinatenfeststellfehler kann aufgrund des Unterschiedes der Schwingungslaufzeiten verringert werden. Folglich besteht keine Notwendigkeit, die zur Eingabe nutzbare Oberfläche der Schwingungsausbreitungsplatte zu begrenzen oder das ganze Gerät zu vergrößern, um die erforderliche nutzbaren Eingabefläche zu schaffen, die herkömmliche Geräte verwenden, um den Einfluß aus reflektierten Wellen auf die Wellenausbreitungsplatte zu beseitigen.
Durch Zusammenfassen der Impulse mit verschiedenen Phasen kann andererseits die Feststellkurve in dem Schwingungssensor in eine gewünschte Form gebracht werden, und die zur Beseitigung des Einflusses durch Störungen von reflektierten Wellen und dgl. auf die Schwingungsausbreitungsplatte geeignete zeitliche Abstimmung der Feststellung kann unterbleiben. Folglich ist es möglich, ein hervorragendes Koordinationseingabegerät zu schaffen, das die Koordinaten mit hoher Genauigkeit feststellt, und dessen Zuverlässigkeit hoch, dessen Abmessungen klein und dessen Gewicht gering ist.
Vorgesehen ist ein Koordinationseingabegerät, mit: einer Schwingungstreibersteuerung zur Ausgabe eines Schwingungstreibersignals, das durch Zusammensetzung einer Vielzahl aufeinanderfolgender Gruppen von Impulszügen dargestellt wird, deren Phasen sich unterscheiden; einem Schwingungsstift, der eine Schwingung als Reaktion auf das Schwingungstreibersignal aus der Schwingungstreibersteuerung mit einem Schwinger erzeugt; einer aus einer transparenten Acryl- oder Glasplatte hergestellten Schwingungsausbreitungsplatte zur Weiterleitung der von dem Schwingungsstift erzeugten Schwingung; einer Vielzahl von an einer Vielzahl von Positionen an der Schwingungsausbreitungsplatte angebrachten Schwingungssensoren zur Feststellung der von dem Schwingungsstift an der Vielzahl von Positionen erzeugten Schwingungen; und mit einer Koordinatenwert
- Rechen/Steuer- Schaltung zum Errechnen der Laufzeiten aus den von einer Vielzahl von Positionen an der Schwingungsausbreitungsplatte angebrachten Schwingungssensoren festgestellten Schwingungen, wodurch die Koordinatenwerte auf der Schwingungsausbreitungsplatte, auf der sich der Schwingungsstift befindet, aus den Laufzeiten errechnet werden. Mit diesem Gerät können die Einflüsse aus Störungen, wie reflektierte Wellen auf der Schwingungsausbreitungsplatte, beseitigt werden, so daß der Schwingungsfeststellpunkt oder ein spezieller Punkt der Kurvenform genau eingestellt werden kann.

Claims

1. Koordinationseingabegerät, mit:

Schwingungserzeugungsmitteln (3) zur Erzeugung einer Schwingung mit einem Schwinger (4);

einem Schwingungsausbreitungsteil (8) zur Weiterleitung der von den Schwingungserzeugungsmitteln (3) erzeugten Schwingung;

einer an einer Vielzahl von Positionen an dem Schwingungsausbreitungsteil (8) angebrachten Vielzahl von Schwingungsfeststellmitteln (6) zur Feststellung der von den Schwingungserzeugungsmitteln (3) an der Vielzahl von Positionen erzeugten Schwingungen;

Koordinatenwert - Errechnungsmitteln (1) zur Errechnung der Laufzeiten, damit Koordinatenwerte der Schwingungserzeugungsmittel (3) auf dem Schwingungsausbreitungsteil (8) gewonnen werden; und mit

Schwingungstreiber - Steuermitteln (2) zur Ausgabe eines Schwingertreibersignals an die Schwingungserzeugungsmittel (3), dadurch gekennzeichnet, daß

das Schwingungstreibersignal aus einer Vielzahl aufeinanderfolgender Gruppen von Impulszügen dargestellt wird, von denen jeder Impulszug aus einer Vielzahl von Impulsen besteht, wobei die Phasen der aufeinanderfolgenden Impulsgruppen sich untereinander um 180º unterscheiden.

2. Koordinationseingabegerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anzeigemittel (11) zur Anzeige der Lage auf dem Schwingungsausbreitungsteil (8) entsprechend den von den Koordinatenwert - Errechnungsmitteln (1) errechneten Koordinatenwerten.

3. Koordinationseingabegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vibrationsausbreitungsteil (8) aus einer durchsichtigen Acrylplatte hergestellt ist und auf den Anzeigemitteln (11) angeordnet ist.