DE69327224T2

DE69327224T2 - Koordinateneingabegerät

Info

Publication number: DE69327224T2
Application number: DE69327224T
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Kaneko; Katsuyuki Kobayashi; Atsushi Tanaka; Masaki Tokioka; Ryozo Yanagisawa; Yuichiro Yoshimura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-10-01
Filing date: 1993-09-28
Publication date: 2000-06-21
Anticipated expiration: 2013-09-29
Also published as: JP3230539B2; EP0597228B1; EP0597228A2; EP0597228A3; JPH06119102A; US5484967A; DE69327224D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Koordinateneingabevorrichtung zum Erfassen von Eingangspositionskoordinaten durch Einsatz von beispielsweise der Übertragung einer Schwingung, die von einer Einrichtung zum Eingeben einer Schwingung erzeugt wird.

Beschreibung des Standes der Technik

Bekannt ist eine Koordinateneingabevorrichtung, bei der eine Schwingung von einem Schwingungs-Eingabestift, in den ein piezoelektrisches Element eingebaut ist, in eine Schwingungsübertragungsplatte eingegeben wird und die Positionskoordinaten des Eingabestifts durch mehrere Sensoren erfaßt werden, die an der Übertragungsplatte angebracht sind. Fig. 9-12 zeigen die typische Anordnung der Koordinateneingabevorrichtung.
Fig. 9 zeigt die schematische Anordnung der gesamten Koordinateneingabevorrichtung. Gemäß Fig. 9 enthält die Koordinateneingabevorrichtung einen Schwingungs- Eingabestift 3, eine Schwingungsübertragungsplatte 8, Schwingungssensoren 6a bis 6d, Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d, eine arithmetische Steuerschaltung 1 eine Schwingertreiberschaltung 2 und eine Signaldetektorschaltung 9. Insbesondere die arithmetische Steuereinheit zum Steuern der gesamten Vorrichtung sowie zum Berechnen einer Koordinatenstelle und sie liefert ein Impulssignal zum Treiben eines Schwingers 4 in dem Eingabestift 3 an die Treiberschaltung 2. Die Treiberschaltung 2 verstärkt das Impulssignal mit einer vorbestimmten Verstärkung und liefert das verstärkte Impulssignal an den Schwinger 4. Das elektrische Treibersignal wird von dem Schwinger 4 in eine mechanische Schwingung umgesetzt und wird über die Stiftspitze des Eingabestifts 3 in die Schwingungsübertragungsplatte 8 eingegeben. Die eingegebene Schwingung pflanzt sich durch die Schwingungsübertragungsplatte 8 fort und erreicht die Sensoren 6a bis 6d. Die Sensoren des 6a bis 6d sind Sensoren, die z. B. piezoelektrische Elemente, wie eine mechanische Schwingung in eine elektrische Schwingung umsetzen. Die Sensoren 6a bis 6d erfassen die ankommende Schwingung und geben elektrische Signale aus. Die ausgegebenen elektrischen Signale werden in Signale umgewandelt, welche die Ankunftszeiten der Schwingung an ihren Sensoren 6a bis 6d kennzeichnen, aufgrund einer vorbestimmten Wellenform-Nachweisverarbeitung in der Detektorschaltung 9, und diese umgewandelten Signale werden an die arithmetische Steuerschaltung 1 ausgegeben. Die arithmetische Steuerschaltung 1 veranlaßt einen internen Zeitsteuergeber zum Zählen der Meßzeitintervalle, beginnend mit der Zufuhr des Impulssignals bis hin zum Empfang der Schwingungsankunftszeitsignale. Außerdem berechnet die arithmetische Steuerschaltung 1 die Entfernungen zwischen dem Eingabestift 3 und den Sensoren 6a bis 6d auf der Grundlage der Produkte der Meßzeitintervalle und der Schwingungs-Ausbreitungsgeschwindigkeit und sie berechnet die Positionskoordinaten des Eingangsstifts 3 anhand der berechneten Entfernungen mit Hilfe des Pythagoreischen Lehrsatzes.
Fig. 10 ist ein Grundriß zum Erläutern der Anordnung der Schwingungsübertragungsplatte 8, der Sensoren 6a bis 6d, der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d und dergleichen. Gemäß Fig. 10 sind die vier streifenförmigen Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d, die sich parallel zu den vier Seiten der Schwingungsübertragungsplatte 8 erstrecken und von den vier Seiten in einer vorbestimmten Entfernung z beabstandet sind, an der Rückseite der Eingabefläche der Schwingungsübertragungsplatte 8 angeklebt, die einer Schwingungseingabe seitens des Schwingungs-Eingabestiftes 3 unterzogen wird und aus einer im wesentlichen rechteckigen Glasplatte oder dergleichen besteht. Die Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d dienen zum Unterdrücken der Reflexion einer Schwingung durch die Stirnflächen der Schwingungsübertra gungsplatte und zum Verhindern einer Rückschwingung. Eine im wesentlichen rechteckige Eingabegarantiezone A, in der eine bestimmte Genauigkeit oder Auflösung bei der Berechnung einer Koordinatenstelle garantiert wird (dies wird später beschrieben), ist in einer Zone eingestellt, die von den Schwingungsunterdrückern 7a bis 7d an der Schwingungsübertragungsplatte 8 umgeben ist. Die vier Schwingungssensoren 6a bis 6d sind auf den Mittelsenkrechten der vier Seiten der Eingabegarantiezone A und in der Nähe der Seite der Eingabegarantiezone A der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d und auf der Seite der Klebefläche der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d an der Schwingungsübertragungsplatte 8 angeordnet. Auf der Oberfläche der Schwingungsübertragungsplatte 8 sind beispielsweise durch Drucken leitende Abschnitte 83a bis 83d für elektrische Verbindungen angeordnet, und die Sensoren 6a bis 6d sind mit Hilfe eines leitenden Klebstoffs an die leitenden Abschnitte 83a bis 83d angeklebt. Jeder der Sensoren 6a bis 6d besitzt eine wellenförmige Form, wobei zwei Stirnflächen jedes Sensors Elektrodenflächen bilden. Die Abstände von den jeweiligen Seiten der Eingabegarantiezone A zu den Sensoren 6a bis 6d, die Abstände von den jeweiligen Seiten der Zone A zu den Schwingungsunterdrückern 7a bis 7d und die Größe der Schwingungsübertragungsplatte 8 bestimmen sich auf der Grundlage der Abstandsdifferenzen zwischen Wegen direkter Wellen, die von dem Eingabestift 3 eingegeben werden, zu den Sensoren entlang den kürzesten Wegstrecken und den Wegen von reflektierten Wellen, die von der Stirnfläche der Schwingungsübertragungsplatte 8 oder den Stirnflächen der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d reflektiert werden und dann die Sensoren erreichen, durch die Größe der Eingabegarantiezone A, die Frequenz einer Eingabeschwingung, die Reflexions- und Dämpfungskonstanten der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d, die Breiten der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d, die Dicke der Schwingungsübertragungsplatte, die Treiberbedingung für den Schwinger 4 und Leistungskennwerte wie z. B. die Genauigkeit oder die Auflösung bei der Berechnung der Positionskoordinaten.
Fig. 11A und 11B zeigen die Einzelheiten des Sensors 6a. Die Sensoren 6b bis 6d haben den gleichen Aufbau wie der Sensor 6a. Gemäß Fig. 11A und 11B ermöglicht ein Metallverbindungsglied 106a das Andrücken einer elektrischen Verbindung aufgrund ihrer eigenen Elastizität gegen die Stirnfläche des Sensors 6a, die der Stirnfläche abgewandt ist, mit der er angeklebt ist. Das Verbindungsglied 106a ist so angeordnet, daß es sich über den Schwingungsunterdrücker 7a erstreckt, und es wird aufgrund seiner eigenen Elastizität gegen einen Abschnitt (Vorverstärkerschaltung, die weiter unten noch beschrieben wird) 82a der Signaldetektorschaltung gedrückt, die sich an dem Schwingungsunterdrücker 7a befindet. Außerdem ist ein Verbindungsglied 107a vorhanden, welches aus einem Metallplättchen besteht und elektrische Verbindungen zu dem leitenden Abschnitt 83a und dem Abschnitt 82a der Detektorschaltung ermöglicht. Das Verbindungsglied 107a wird durch seine Eigenelastizität gegen den leitenden Abschnitt 83a und den Abschnitt 82a der Detektorschaltung 82a gedrückt. Der Sensor 6a und der Detektorschaltungsteil 82a sind elektrisch miteinander über den leitenden Abschnitt 83a, das erste Verbindungsglied 106a und das zweite Verbindungsglied 107a verbunden.
Um allerdings bei dem oben erläuterten Stand der Technik die leitenden Abschnitte 83a bis 83d, die an der Schwingungsübertragungsplatte 8 angeordnet sind, elektrisch mit der Detektorschaltung 82a zu verbinden, müssen die zweiten Verbindungsglieder 107a bis 107d in der Nähe der Stirnflächen der Schwingungsübertragungsplatte 8 angeordnet sein. Aus diesem Grund muß die Baugröße der Schwingungsübertragungsplatte 8 größer sein als die erforderliche Minimum-Baugröße, die sich ihrerseits durch die oben angegebenen verschiedenen Bedingungen bestimmt, so daß die Stirnflächen der Schwingungsübertragungsplatte 8 übereinstimmen mit den äußeren Stirnflächen der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d, weil das Übermaß der Distanz z für die Anordnung der Verbindungsglieder 107a bis 107d entspricht.
Um die obigen Probleme zu lösen, kann die Schwingungsübertragungsplatte vorstehende Abschnitte an lediglich den Stellen der Verbindungsglieder 107a bis 107d besitzen. Wenn allerdings die Schwingungsübertragungsplatte 8 eine im wesentlichen rechteckige Außenform besitzt, so wird ihre Baugröße größer als die erforderliche Minimumgröße, oder die Schwingungsübertragungsplatte 8 muß eine Spezialform erhalten, was die Kosten steigern läßt.
Um das oben beschriebene Problem zu lösen, können gemäß Fig. 12 die Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d Ausnehmungen von solchen Stellen haben, wo sich die Verbindungsglieder 107a bis 107d befinden, und die Verbindungsglieder 107a bis 107d können in diesen Ausnehmungen untergebracht werden. Diese Ausgestaltung erzeugt jedoch wiederum neue Probleme. Beispielsweise verschlechtert sich das Leistungsvermögen, beispielsweise die Genauigkeit oder die Auflösung, aufgrund von Schwingungsreflexionen an diesen Ausnehmungen. Darüber hinaus besitzen die Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d komplizierte Form, was hohe Kosten bedeutet.
Um die oben erläuterten Probleme zu lösen, können die Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d auch an der Seite der Eingangsfläche der Schwingungsübertragungsplatte abgewandt von der Fläche angeordnet werden, wo die Sensoren 6a bis 6d angeordnet sind. Allerdings sind vorstehende Teile entsprechend der Dicke der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d auf der Eingabenflächenseite unerwünscht, sie stören den Eingabevorgang mit Hilfe eines Eingabestifts, wenn eine Bedienungsperson ihre Hand auf die Schwingungsübertragungsplatte 8 legt.
In der JP-A-01214921 ist eine Koordinateneingabevorrichtung mit einer Schwingungsübertragungsplatte und einem Schwingungssensor beschrieben. Um die Koordinaten-Nachweisgenauigkeit zu verbessern, ist auf der Oberfläche oder der Rückseite eines äußeren Randabschnitts der Schwingungsübertragungsplatte eine schwingungsabsorbierendes Material angeordnet. Der Schwingungssensor befindet sich zwischen den seitlichen Rändern der Platte, die von dem schwingungsabsorbie renden Material umgeben sind. Die Querwellenkomponente der von einem Schwingungsgriffel eingegebenen Schwingung wird von dem schwingungsabsorbierendem Material gedämpft, elastische Längswellen werden von dem Sensor erfaßt. Hierdurch läßt sich der Einfluß der Querwellen reduzieren.
Aus der EP 258972 A2 ist eine Koordinateneingabevorrichtung bekannt, die eine Glasplatte und Sensoren aufweist, welche in den Ecken der Glasplatte angeordnet sind und den Nachweis von durch einen Eingabestift angeregten Schwingungen dient. Ein Antireflexionselement aus einem geeigneten Material wie Silikonkautschuk befindet sich am Randbereich der Glasplatte. Der Sensor kann in dem Bereich innerhalb des Randes der Glasplatte oder kann in das Antireflexionselement eingebettet sein.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung berücksichtigt diesen Stand der Technik und es ist ihr Ziel, eine kompakte, billige Koordinateneingabevorrichtung mit guter Bedienbarkeit zu schaffen.
Erreicht wird das Ziel durch eine Koordinateneingabevorrichtung gemäß Anspruch 1. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Vorzugsweise besitzt die Schwingungsübertragungsplatte eine im wesentlichen rechteckige Form, und die Detektiereinrichtung ist am Eckenbereich der Schwingungsübertragungsplatte angeordnet, wo der Schwingungsunterdrücker eine Lücke besitzt.
Vorzugsweise ist die Detektiereinrichtung an mindestens drei Eckbereichen der Schwingungsübertragungsplatte angeordnet.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Koordinateneingabevorrichtung anzugeben, welche aufweist:
Eine im wesentlichen rechteckige Schwingungsübertragungsplatte, ausgestattet mit einer Eingabegarantiezone, wo eine Schwingung von einer Schwingungsquelle eingegeben wird;
eine Schwingungsdetektiereinrichtung, die an mindestens drei Eckbereichen der Schwingungsübertragungsplatte angeordnet ist;
Schwingungsunterdrücker, die an einem Umfangsbereich der Schwingungsübertragungsplatte und entlang einem Weg einer reflektierten Welle der in der Eingabegarantiezone angegebenen Schwingung in Richtung der Detektiereinrichtung angeordnet ist, und die Lücken aufweisen zum Anordnen der Schwingungsdetektiereinrichtung; und
eine Einrichtung zum Berechnen von Koordinaten einer Stelle, wo die Schwingung durch die Schwingungsquelle angegeben wird, und zwar auf der Grundlage der von der Schwingungsdetektiereinrichtung erfaßten Schwingung.
Mit der oben erläuterten Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Koordinateneingabevorrichtung den Raum für die Unterbringung der Detektiereinrichtung verringern, die gesamte Vorrichtung läßt sich kompakter gestalten. Da der Schwingungsunterdrücker sich auf einem Weg einer reflektierten Schwingung befindet, die die Detektiereinrichtung erreicht, beeinträchtigt er nicht die Koordinatengenauigkeit. Da die Lücke zur Unterbringung der Detektiereinrichtung sich in einem Eckbereich befindet, ist kein spezieller Arbeitsvorgang erforderlich.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Teile in sämtlichen Figuren verwendet sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die begleitenden Zeichnungen, die in die Spezifikation eingearbeitet sind und einen Teil von ihr bilden, zeigen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern der Prinzipien der Erfindung.
Fig. 1 ist eine Draufsicht zum Erläutern der Anordnung einer Schwingungsübertragungsplatte und dergleichen einer Koordinateneingabevorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2A und 2B sind Detailansichten der Anordnung der Schwingungsübertragungsplatte und dergleichen der Koordinateneingabevorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm zum Erläutern der Koordinateneingabevorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 ist ein Diagramm, welches einen Schwingungseingabestift gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm der Anordnung einer arithmetischen Steuerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 ist ein Zeitablaufdiagramm für die Signalverarbeitung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm einer Anordnung einer Signaldetektierschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8 ist eine anschauliche Darstellung für eine Koordinatenstellen-Berechnung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 ist ein schematisches Diagramm zum Erläutern der Anordnung einer Schwingungsübertragungsplatte und dergleichen einer herkömmlichen Koordinateneingabevorrichtung;
Fig. 10 ist eine Draufsicht zum Erläutern der Ausgestaltung der Schwingungsübertragungsplatte und dergleichen der herkömmlichen Koordinateneingabevorrichtung;
Fig. 11A und 11B sind Detailansichten der Ausgestaltung der Schwingungsübertragungsplatte und dergleichen der herkömmlichen Koordinateneingabevorrichtung;
Fig. 12 ist eine Draufsicht zum Erläutern einer weiteren Ausgestaltung der Schwingungsübertragungsplatte und dergleichen bei der herkömmlichen Koordinateneingabevorrichtung;
Fig. 13 ist eine Schnittansicht, die den Aufbau eines Schwingungseingabestifts einer Koordinateneingabevorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt;
Fig. 14 ist eine Schnittansicht des Aufbaus eines Schwingungseingabestifts einer Koordinateneingabevorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

[Erste Ausführungsform]

Fig. 1 bis 8 zeigen die erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Koordinateneingabevorrichtung.
Fig. 3 zeigt eine schematische Anordnung der gesamten erfindungsgemäßen Koordinateneingabevorrichtung.
Gemäß Fig. 3 enthält die Koordinateneingabevorrichtung einen Schwingungseingabestift 3, eine Schwingungsübertragungsplatte 8, Schwingungssensoren 6a bis 6d, Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d, eine arithmetische Steuerschaltung 1, eine Schwingertreiberschaltung 2 und eine Signaldetektorschaltung 9. Insbesondere liefert die zum Steuern der gesamten Vorrichtung und zum Berechnen einer Koordinatenstelle dienende arithmetische Steuerschaltung 1 ein Impulssignal zum Treiben eines in den Eingabestift 3 eingebauten Schwingers 4 an die Treiberschaltung 2. Die Treiberschaltung 2 verstärkt das Impulssignal mit einer vorbestimmten Verstärkung und liefert das verstärkte Impulssignal an den Schwinger 4. Das elektrische Treibersignal wird von dem Schwinger 4 in ein mechanisches Schwingungssignal umgewandelt und über die Stiftspitze des Eingabestifts 3 in die Schwingungsübertragungsplatte 8 eingegeben. Die angegebene Schwingung breitet sich durch die Schwingungsübertragungsplatte 8 aus und erreicht die Sensoren 6a bis 6c. Die Sensoren 6a bis 6c sind in den Rohren, wie z. B. piezoelektrische Elemente, die eine mechanische Schwingung in eine elektrische Schwingung umwandeln. Die Sensoren 6a bis 6c erfassen die ankommende Schwingung und geben elektrische Signale aus. Die ausgegebenen elektrischen Signale werden durch eine vorbestimmte Wellenform-Nachweisverarbeitung in der Detektorschaltung 9 umgewandelt in Signale, die die Ankunftszeiten der Schwingung an den Sensoren 6a bis 6c angeben, und die umgewandelten Signale werden an die arithmetische Steuerschaltung 1 ausgegeben. Die arithmetische Steuerschaltung 1 veranlaßt einen internen Timer, der einen Zähler beinhaltet, die Zeitintervalle von der Zufuhr des Impulssignals bis hin zum Empfang der Schwingungsankunftszeitsignale zu messen und verwendet die Meßzeitintervalle als Schwingungsausbreitungszeiten. Die Entfernung zwischen dem Eingabestift 3 und den Sensoren 6a bis 6c werden berechnet aus den Produkten der Schwingungsausbreitungszeiten und der Schwingungsausbreitungsgeschwindigkeit, und die Positionskoordinaten des Eingabestifts 3 werden auf der Grundlage der berechneten Entfernungen unter Verwendung des Lehrsatzes von Pythagoras berechnet.
Die Schwingungsfrequenz des Schwingers 4 wird so gewählt, daß der Wert in der Lage ist, eine Lamb-Welle in der Schwingungsübertragungsplatte 8 zu erzeugen, die z. B. aus Glas besteht. Auf das Treiben des Schwingers hin wird eine Schwingungsart zum Erzeugen einer Schwingung in einer Richtung senkrecht zu der Schwingungsübertragungsplatte 8 gemäß Fig. 8 ausgewählt. Wenn außerdem die Schwingungsfrequenz des Schwingers 4 so gewählt wird, daß sie der Resonanzfrequenz einer in der Stiftspitze 5 des Eingabestifts 3 enthaltenen Masse entspricht, wird eine effiziente Schwingungsumwandlung garantiert. Eine auf die Schwingungsübertragungsplatte 8 übertragene elastische Welle ist - wie oben beschrieben - eine Lamb-Welle und wird nicht so leicht durch Kraftzug, Hindernis und dergleichen auf der Oberfläche der Schwingungsübertragungsplatte beeinflußt, verglichen mit einer Oberflächenwelle.
Fig. 1 ist eine Draufsicht zum Erläutern der Ausgestaltung der Schwingungsübertragungsplatte 8, der Sensoren 6a bis 6c, der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d und dergleichen. Gemäß Fig. 1 befinden sich die vier streifenförmigen Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d, die sich parallel zu den vier Seiten der Schwingungsübertragungsplatte 8 erstrecken, in der Nähe der Stirnflächen der vier Seiten und sind auf die Rückseite der Eingabefläche der Schwingungsübertragungsplatte 8 aufgeklebt, die den Schwingungs-Eingabevorgang über den Schwingungs-Eingabestift 3 ausgesetzt wird, und die aus einer im wesentlichen rechteckigen Glasplatte oder dergleichen besteht. Die Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d dienen als Schwingungsunterdrückungseinrichtung zum Unterdrücken einer Reflexion von den Stirnflächen der Schwingungsübertragungsplatte 8 und zum Unterbinden einer Rückschwingung. In einer auf der Schwingungsübertragungsplatte 8 von den Schwingungsunterdrückern 7a bis 7d umgebenen Zone ist eine im wesentlichen rechteckige Eingabegarantiezone A zum Garantieren einer gewünschten Genauigkeit oder Auflösung bei der Berechnung der Positionskoordinaten (die weiter unter beschrieben sind) eingerichtet. Die Länge jedes der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d - in Längsrichtung gemessen - ist kleiner als die Länge der entsprechenden Seite der Schwingungsübertragungsplatte 8 und ist größer als die Länge der entsprechenden Seite der Eingabegarantiezone A. Die drei Schwingungssensoren 6a bis 6c sind außerhalb einer Zone angeordnet, wie von zwei Paaren im wesentlichen paralleler Linien von sich ins Unendliche erstreckenden Linien der vier Seiten der Eingabegarantiezone A und in der Nähe liegender Kreuzungspunkte der Verlängerungslinien der Stirnflächen auf der Seite der Eingabegarantiezone A der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d eingefaßt ist, und auf der Seite der Klebefläche für die Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d der Schwingungsübertragungsplatte 8 eingefaßt ist. Leitende Abschnitte 83a bis 83c ermöglichen elektrische Verbindungen und sind auf der Oberfläche der Schwingungsübertragungsplatte 8 ausgezeichnet durch Drucken gebildet, und die Sensoren 6a bis 6c sind mit einem leitenden Klebstoff auf die leitenden Abschnitte 83a bis 83c aufgeklebt. Jeder der Sensoren 6a bis 6c besitzt Säulenumfang, wobei die beiden Stirnflächen jedes Sensors Elektrodenflächen bilden.
Fig. 2A und 2B zeigen die Einzelheiten des Sensors 6a. Die Sensoren 6b und 6c haben die gleiche Ausgestaltung wie der Sensor 6a. Bezugnehmend auf die Fig. 2A und 2B wird ein metallisches Verbindungselement 109a, welches eine elektrische Verbindung ermöglicht, durch seine eigene Elastizität gegen die Stirnfläche des Sensors 6a gedrückt, die der Stirnfläche abgewandt ist, mit der er angeklebt ist. Das Verbindungselement 109a befindet sich auf einem Abschnitt der Schwingungsübertragungsplatte 8, wo die Schwingungsunterdrücker 7a und 7b nicht angeklebt sind, und es wird durch seine eigene Elastizität gegen eine (unten zu be schreibende) Vorverstärkerschaltung 51 gedrückt, die sich auch auf einem Abschnitt der Schwingungsübertragungsplatte 8 befindet, wo die Schwingungsunterdrücker 7a und 7b nicht angeklebt sind, und wo sich ein Teil der Signaldetektorschaltung 9 befindet. Außerdem ist ein leitendes Element 108a, welches aus einem Metallplättchen besteht und elektrische Verbindungen mit dem leitenden Abschnitt 83a und der Vorverstärkerschaltung 51 ermöglicht, in einem Abschnitt der Schwingungsübertragungsplatte 8 angeordnet, wo keine Schwingungsunterdrücker 7a und 7b angeklebt sind. Das Verbindungselement 108a wird durch seine eigene Elastizität gegen den leitenden Abschnitt 83a und die Vorverstärkerschaltung 51 gedrückt. Der Sensor 6a und die Vorverstärkerschaltung 51 sind elektrisch miteinander über den leitenden Abschnitt 83a und die Verbindungselemente 109a und 108a verbunden. Die Sensoren 6b und 6c haben die gleiche Ausgestaltung wie oben für den Sensor 6a beschrieben.
Bei der oben beschriebenen Anordnung erfolgt eine Festlegung der Größe der Schwingungsübertragungsplatte 8 in der unten zu beschreibenden Weise.
Die arithmetische Steuerschaltung, der Nachweis und die Korrektur der Schwingungsausbreitungszeit und die Berechnung der Positionskoordinaten werden weiter unten im einzelnen beschrieben.

< Arithmetische Steuerschaltung >

In der oben beschriebenen Anordnung gibt die arithmetische Steuerschaltung 1 ein Signal zum Treiben der Schwingertreiberschaltung 2 und des Schwingers 4 in dem Schwingungs-Eingabestift 3 in jeweils einer vorbestimmten Zeitspanne aus (z. B. alle 5 ms) und veranlaßt ihren internen Timer (der einen Zähler enthält), eine Zeitmessung zu beginnen. Eine in dem Schwingungs-Eingabestift 3 erzeugte Schwingung breitet sich durch die Schwingungsübertragungsplatte 8 aus, erreicht die Sensoren 6a bis 6c, wobei sie entsprechend den Abständen zu diesen verzögert wird.
Die Signaldetektorschaltung 9 erfaßt Signale von den Schwingungssensoren 6a bis 6c und erzeugt aus einer Wellenform-Erfassungsverarbeitung (die weiter unten beschrieben wird) Signale, die die Schwingungsankunftszeiten an den Schwingungssensoren angibt. Die arithmetische Steuerschaltung 1 empfängt die Signale entsprechend den Sensoren, erfaßt die Schwingungsankunftszeiten an den Sensoren 6a bis 6c und berechnet die Koordinatenstelle des Schwingungs-Eingabestifts 3. Die arithmetische Steuerschaltung 1 treibt die (nicht dargestellte) Antriebstreiberschaltung auf der Grundlage der berechneten Positionsinformation des Schwingungs-Eingabestifts 3, um einen Anzeigevorgang auf einer (nicht gezeigten) Anzeige zu steuern, und sie gibt die berechnete Koordinatenposition über eine serielle oder parallele Schnittstelle an ein externes Gerät.
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm einer schematischen Anordnung der arithmetischen Steuerschaltung 1 dieser Ausführungsform. Die Bestandteile und die Betriebsweise der arithmetischen Steuerschaltung 1 werden im folgenden beschrieben.
Gemäß Fig. 5 steuert ein Mikrocomputer 31 die arithmetische Steuerschaltung 1 und die gesamte Koordinateneingabevorrichtung dieser Ausführungsform. Der Mikrocomputer 31 enthält einen internen Zähler, ein ROM, welches eine Betriebsprozedur speichert, einen RAM, der z. B. bei der Berechnung verwendet wird, einen nicht-flüchtigen Speicher zum Speichern von beispielsweise Konstanten und dergleichen. Ein Timer 33 enthält z. B. einen Zähler und zählt Referenztakte (nicht dargestellt). Wenn ein Startsignal zum Starten des Treibervorgangs für den Schwinger 4 in den Schwingungs-Eingabestift 3 in die Schwingertreiberschaltung 2 eingegeben wird, beginnt der Timer 33 mit einer Zeitmessung. Hierdurch läßt sich der Start der Zeitsteuerung für die Zeitmessung synchronisieren mit einer Schwingungserfassung durch die Sensoren, und man kann die Verzögerungszeiten messen, mit denen die Sensoren 6a bis 6c eine Schwingung erfassen.
Weitere Schaltungen der Bestandteile der arithmetischen Steuerschaltung 1 werden im folgenden erläutert.
Die Schwingungsankunftszeitsignale der Sensoren 6a bis 6c, die von der Signaldetektorschaltung 9 ausgegeben werden, werden in Zwischenspeicherschaltungen 34a bis 34c über ein Detektiersignal-Eingangsport 35 angegeben. Die Zwischenspeicherschaltungen 34a bis 34c entsprechen den Schwingungssensoren 6a bis 6c. Bei Erhalt des Portsteuersignals von den entsprechenden Sensoren speichert jede Zwischenspeicherschaltung den Zeitmeßwert von dem Timer 33 zu jener Zeit. Auf diese Weise gibt eine Diskriminatorschaltung 36, die sämtliche empfangenen Detektiersignale voneinander unterscheidet, ein Signal an den Mikrocomputer 31, der dies angibt. Bei Erhalt des Signals von der Diskriminatorschaltung 36 setzt der Mikrocomputer 31 die Schwingungsankunftszeiten für die Schwingungssensoren aus den Zwischenspeicherschaltungen 34a bis 34c zurück (Reset) und berechnet die Koordinatenposition des Schwingungs-Eingabestifts 3 auf der Schwingungsübertragungsplatte 8 durch Ausführung einer vorbestimmten Berechnung. Wenn der Mikrocomputer 31 die Information über die berechnete Koordinatenstelle über ein I/O- Port an eine (nicht gezeigte) Treiberschaltung gibt, so kann beispielsweise ein Punkt an der entsprechenden Position auf einer (nicht gezeigten) Anzeige dargestellt werden. Alternativ kann, wenn der Mikrocomputer 31 die Information über die Koordinatenstelle über das I/O-Port an eine Schnittstellenschaltung ausgibt, der Koordinatenwert an ein externes Gerät ausgegeben werden.

< Erfassung der Schwingungsausbreitungszeit (Fig. 6 und 7) >

Im folgenden wird das Prinzip der Messung der Schwingungsankunftszeiten an den Schwingungssensoren 6a bis 6c beschrieben.
Fig. 6 ist ein Zeitablaufdiagramm zum Erläutern einer in die Signaldetektorschaltung eingegebenen Nachweiswellenform, sowie auch zum Erläutern der Meßverarbeitung der Schwingungsübertragungszeit anhand der Eingangswellenform. Man beachte, daß die nachfolgende Beschreibung sich auf den Schwingungssensor 6a bezieht, Entsprechendes aber auch für die übrigen Schwingungssensoren 6b und 6c gilt. Die Messung der Schwingungsübertragungszeit zu dem Schwingungssensor 6a beginnt gleichzeitig mit dem Ausgabezeitpunkt des Startsignals an die Schwingertreiberschaltung 2, wie oben erläutert wurde. Zu diesem Zeitpunkt liefert die Schwingertreiberschaltung 2 ein Treibersignal 41 an den Schwinger 4. Eine von dem Schwingungs-Eingabestift 3 auf die Schwingungsübertragungsplatte 8 ansprechend auf dieses Signal 41 übertragene Schwingung breitet sich in einer Zeit tg entsprechend der Entfernung zu dem Schwingungssensor 6a aus, und wird anschließend von diesem Schwingungssensor 6a erfaßt.
Eine in Fig. 6 gezeigte Wellenform 42 entspricht einer von dem Schwingungssensor 6a erfaßten Signalwellenform. Da die bei dieser Ausführungsform verwendete Schwingung eine Lamb-Welle ist, ändert sich die Beziehung zwischen einer Hüllkurve 421 und einer Phase 422 der Nachweiswellenform entsprechend der Ausbreitungsentfernung innerhalb der Schwingungsübertragungsplatte 8. Angenommen, die Ausbreitungsgeschwindigkeit, d. h., die Gruppengeschwindigkeit der Hüllkurve 421 betrage Vg und die Phasengeschwindigkeit der Phase 422 sei mit Vp bezeichnet. Der Abstand zwischen dem Schwingungs-Eingabestift 3 und dem Schwingungssensor 6a läßt sich anhand der Gruppengeschwindigkeit Vg und der Phasengeschwindigkeit Vp erfassen.
Betrachtet man nur die Hüllkurve 421 für sich, so ist deren Geschwindigkeit Vg, und wenn an einem gewissen Punkt (z. B. einem Wendepunkt) einer spezifischen Wellenform oder in dem durch eine Wellenform 43 dargestellten Signal ein Spitzenwert erfaßt wird, ist der Abstand zwischen dem Schwingungs-Eingabestift 3 und dem Schwingungssensor 6a wie folgt gegeben:
d = Vg·tg (1)
wobei tg die Schwingungsübertragungszeit ist. Obschon diese Gleichung nur zu dem Schwingungssensor 6a gehört, läßt sich der Abstand zwischen jedem der übrigen beiden Schwingungssensoren 6b und 6c einerseits und dem Schwingungs- Eingabestift 3 andererseits durch die gleiche Gleichung ausdrücken.
Um Koordinaten mit höherer Genauigkeit zu bestimmen, wird eine Verarbeitung basierend auf dem Nachweis eines Phasensignals durchgeführt. Wenn ein Zeitintervall zwischen einem speziellen Erfassungspunkt (z. B. einem Schwingungs-Anlegepunkt) des Phasen-Wellenformsignals 422 und einem Nulldurchgangspunkt nach einem vorbestimmten Signalpegel 46 mit tp 45 bezeichnet wird (erhalten durch Erzeugen eines Fenstersignals 44 mit einer vorbestimmten Breite innerhalb des Signals 47 und Vergleichen dieses Signals mit dem Phasensignal 422), so ist der Abstand zwischen dem Schwingungssensor 6a und dem Schwingungs-Eingabestift 3 gegeben, durch:
d = n · λp + Vp · tp (2)
wobei λp die Wellenlänge zwischen Welle und n eine natürliche Zahl ist.
Aus den obigen Gleichungen (1) und (2) ergibt sich die ganze Zahl n wie folgt:
n = int [(Vg · tg - Vp · tp) / λp + 1/N] (3)
wobei N eine von 0 verschiedene reale Zahl ist und einen geeigneten Wert annimmt. Wenn beispielsweise N = 2, so kann n auch dann bestimmt werden, wenn tg oder dergleichen in einem Bereich von ±1/2 Wellenlänge schwankt. Wenn n in der oben beschriebenen Weise bestimmt wird und wenn die Gleichung (2) eingesetzt wird, läßt sich der Abstand zwischen dem Schwingungs-Eingabestift 3 und dem Schwingungssensor 6a mit hoher Genauigkeit messen. Die Signale 43 und 46, die bei der Messung der oben angegebenen beiden Schwingungsübertragungszeiten tg und tp verwendet werden, werden von der Signaldetektorschaltung 9 erfaßt. Die Signaldetektorschaltung 9 besitzt die in Fig. 7 dargestellte Ausgestaltung.
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm einer Anordnung der Signaldetektorschaltung 9 dieser Ausführungsform. Gemäß Fig. 7 wird das Ausgangssignal von dem Schwingungssensor 6a durch die Vorverstärkerschaltung 51 auf einen vorbestimmten Pegel verstärkt. Bereits verstärktes Signal wird auf ein Bandpaßfilter 511 gegeben, um nicht benötigte Frequenzanteile des Nachweissignals zu beseitigen. Das Signal wird dann auf eine Hüllkurvendetektorschaltung 52 gegeben, wie z. B. in einer Absolutwertschaltung, ein Tiefpaßfilter oder dergleichen enthält, und lediglich die Hüllkurve des Nachweissignals wird aus dem Eingangssignal herausgezogen. Der Zeitpunkt eines Hüllkurven-Peaks wird von einer Hüllkurvenspitzendetektorschaltung 53 ermittelt. Das Ausgangssignal der Spitzendetektorschaltung wird in eine tg-Signaldetektorschaltung 54 eingegeben, die z. B. einen monostabilen Multivibrator enthält, und von der Schaltung 54 wird ein Signal tg (ein Signal 43 in Fig. 5) als Hüllkurvenverzögerungszeit-Detektorsignal mit einer vorbestimmten Wellenform gebildet. Das Signal tg wird dann in die arithmetische Steuerschaltung 1 eingegeben.
Andererseits bildet eine Signaldetektorschaltung 55 ein Impulssignal 47, welches einem Abschnitt entspricht, der ein Schwellenwertsignal 46 vorbestimmten Pegels und den von der Hüllkurvendetektorschaltung 52 nachgewiesenen Hüllkurvensignal 421 überschreitet. Ein monostabiler Multivibrator 56 gibt das Gattersignal 44 mit einer vorbestimmten zeitlichen Breite frei, welches Signal von der ersten Vorderflanke des Impulssignals 47 getriggert wird. Ein tp-Komparator 57 erfaßt den Nulldurchgangspunkt der ersten Vorderflanke des Phasensignals 422, während das Gattersignal 44 freigegeben ist, und liefert das Phasenverzögerungszeitsignal tp 45 an die arithmetische Steuerschaltung 1. Die oben erläuterten Schaltungen gehören zu dem Schwingungssensor 6a, die gleichen Schaltungen sind auch für die anderen Schwingungssensoren vorhanden. <

Korrektur der Verzögerungszeit >

Streng genommen, enthält die von jeder Zwischenspeicherschaltung zwischengespeicherte Schwingungsübertragungszeit eine Ausbreitungszeit einer Schallwelle in der Stiftspitze des Eingabestifts 3, und außerdem die Zeit, die die Verarbeitung der von den Sensoren 6a bis 6c ausgegebenen Signale durch die oben erläuterte Schaltung benötigt. Folglich werden diese Verzögerungszeiten außer der Verzögerungszeit der Welle in der Schwingungsübertragungsplatte 8 als Eigenverzögerungszeit et definiert. Darüber hinaus wird eine Differenz zwischen einer Gruppenverzögerungszeit und einer Phasenverzögerungszeit an einem Referenzpunkt als eine Phasenversetzzeit toff definiert. Das gleiche Fehlermaß, welches durch diese Verzögerungszeiten verursacht wird, ist stets in der Schwingungsübertragung von dem Schwingungs-Eingabestift 3 zu den Schwingungssensoren 6a bis 6c über die Schwingungsübertragungsplatte 8 enthalten. Wenn folglich die Lage des Ursprungs O in Fig. 8 als der oben erwähnte Referenzpunkt definiert wird, wird der Abstand zu dem Schwingungssensor 6a dargestellt durch R1 ( = X/2), wenn der Eingabevorgang mit Hilfe des Schwingungs-Eingabestifts 3 am Ursprung O erfolgt, die tatsächlich gemessenen Schwingungsübertragungszeiten von dem Ursprung O zu dem Sensor 6a werden durch tgz' und tpz' dargestellt, und die wahre Übertragungszeit vom Ursprung O zu dem Sensor wird mit tgz und tpz bezeichnet, wobei diese Zeiten die folgenden Beziehungen in Verbindung mit der eigentlichen Verzögerungszeit et und dem Phasenversatz toff erfüllen:
tgz' = tpz + et (4)
tpz' = tpz + et + toff (5)
Andererseits sind in ähnlicher Weise die tatsächlich gemessenen Werte tg' und tp' an einem beliebigen Eingabepunkt P gegeben durch:
tg' = tg + et (6)
tp' = tp + et + toff (7)
Wenn die Differenzen zwischen den Gleichungen (4) und (6) sowie zwischen den Gleichungen (5) und (6) errechnet werden, erhalten wir:
tg'-tgz' = (tg + et) - (tgz + et) tg-tgz (8)
tp'-tpz' = (tp + et + toff) - (tpz + et + toff) = tp-tpz (9)
Die Eigenverzögerungszeit et und der Phasenversatz toff, die in diesen Übertragungszeiten enthalten sind, werden beseitigt, und die Differenz zwischen den wahren Übertragungsverzögerungszeiten entsprechend dem Abstand von der Stelle des Sensors 6a als Startpunkt zwischen der Stelle des Ursprungs O und dem Eingangpunkt P läßt sich ermitteln. Werden die Gleichungen (2) und (3) verwendet, so läßt sich der Abstandsunterschied berechnen. Da der Abstand von dem Sensor 6a zu dem Ursprung O vorab z. B. in den nicht-flüchtigen Speicher abgespeichert wird und bereits bekannt ist, läßt sich der Abstand zwischen dem Schwingungs-Eingabestift 3 und dem Schwingungssensor 6a bestimmen. Das gleiche gilt für die übrigen Sensoren 6b und 6c. Die tatsächlich gemessenen Werte tgz' und tpz' am Ursprung O werden vorab in den nicht-flüchtigen Speicher gespeichert und die Gleichungen (8) und (9) werden ausgeführt vor den Berechnungen gemäß den Gleichungen (2) und (3), um auf diese Weise eine Messung mit hoher Genauigkeit zu erhalten.

< Berechnung der Koordinatenposition (Fig. 8) >

Im folgenden wird das Prinzip der eigentlichen Koordinatenpositionserfassung auf der Schwingungsübertragungsplatte 8 durch den Schwingungs-Eingabestift 3 beschrieben.
Wenn die drei Schwingungssensoren 6a bis 6c an den Stellen S1 bis S3 (Fig. 8) in der Nähe der vier Eckbereiche auf der Schwingungsübertragungsplatte 8 angeordnet sind, lassen sich die linearen Abstände da bis dc von einer Stelle P des Schwingungs-Eingabestifts 3 zu den Schwingungssensoren 6a bis 6c auf der Grundlage des oben erläuterten Grundprinzips berechnen. Außerdem berechnet die arithmetische Steuerschaltung 1 Koordinaten (x, y) der Position P des Schwingungs-Eingabestifts 3 auf der Grundlage dieser linearen Abstände da bis dc mit Hilfe des Lehrsatzes von Pythagoras folgendermaßen:
x = (da + db) · (da - db)/2X (10)
y = (dc + da) · (dc - da)/2Y (11)
wobei X und Y der Abstand zwischen den Schwingungssensoren 6a und 6b bzw. der Abstand zwischen den Schwingungssensoren 6c und 6a ist.
Wie oben ausgeführt lassen sich die Positionskoordinaten des Schwingungs-Eingabestifts 3 in Echtzeitbetrieb erfassen.
Im folgenden wird die Festlegung der Größe der Schwingungsübertragungsplatte 8 gemäß der Erfindung erläutert.
Bei dem Erfassen der Schwingungsausbreitungszeit ist die Nachweiswellenform vorzugsweise eine direkte Welle, die dann erhalten wird, wenn eine Schwingungseingabe über dem Eingabestift 3 die Sensoren 6a bis 6d auf dem kürzesten Weg erreicht. Dies deshalb, weil reflektierte Wellen, die durch die Stirnfläche der Schwingungsübertragungsplatte 8 oder durch die Stirnflächen der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d reflektiert werden und anschließend die Sensoren 6a bis 6c erreichen, mit den Nachweispunkten der Nachweiswellenform interferieren, wodurch die Wellenform verformt wird und die Schwingungsübertragungszeiten tg und tp in unerwünschter Weise fehlerbehaftet sind. Dieser Fehler bewirkt einen Fehler bei den Berechnungen der Abstände zwischen dem Eingabestift 3 und den Sensoren 6a bis 6c mittels der Gleichung (1) oder den Gleichungen (2) und (3), was wiederum zu einem Fehler bei den Berechnungen der Positionskoordinaten des Eingabestifts 3 mit den Gleichungen (10) und (11) führt. In anderen Worten: dieser Fehler beeinträchtigt das Leistungsvermögen hinsichtlich Präzision oder Auflösung. Aus diesem Grund sind die Sensoren 6a bis 6c und die Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d so angeordnet, daß sie von der Eingabegarantiezone A um ein vorbestimmtes Stück beabstandet sind, so daß die reflektierten Wellen die Sensoren 6a bis 6c erst erreichen, nachdem eine vorbestimmte Verzögerungszeit verstrichen ist, d. h.: die Wege der reflektierten Welle werden um ein vorbestimmtes Stück länger als der Weg der direkten Welle. Wenn allerdings eine Ausgestaltung vorgesehen wird, damit reflektierte Wellen die Sensoren 6a bis 6c mit ausreichender Verzögerung gegenüber der direkten Welle erreichen, so nehmen die Entfernungen zwischen der Eingabegarantiezone A und den Sensoren 6a bis 6c sowie den Schwingungsunterdrückern 7a bis 7d ebenso wie die Breiten der Schwingungsunterdrücker zu, und die Baugröße der Schwingungsübertragungsplatte 8 nimmt zu. Aus diesem Grund wird die Größe der Schwingungsübertragungsplatte 8 in der Weise bestimmt, daß die Sensoren 6a bis 6c und die Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d bezüglich der Eingabegarantiezone A so angeordnet sind, daß eine Interferenz reflektierter Wellen zugelassen wird, die einen Fehler in den Schwingungsankunftszeiten tg und tp innerhalb eines zulässigen Bereichs der geforderten Leistung liegt, beispielsweise in der geforderten Genauigkeits- oder Auflösungsgrenze der erfindungsgemäßen Koordinateneingabevorrichtung. Diese Festlegung erfolgt anhand von Experimenten oder Simulationen bezüglich des zulässigen Leistungswerts, beispielsweise Präzision oder Auflösung, der Größe der Eingabegarantiezone A, dem Wegunterschied zwischen direkten und reflektierten Wellen, der Dämpfungskonstanten einer Vibration bei Ausbreitung in der Schwingungsübertragungsplatte 8, der Dämpfungskonstanten einer Schwingung bei Ausbreitung in den angeklebten Abschnitten der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d, den Breiten dieser Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d, dem Reflexionsvermögen der Stirnflächen der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d, dem Reflexionsvermögen der Stirnflächen der Schwingungsübertragungsplatte 8, der Frequenz der Eingangsschwingung, der Dicke der Schwingungsübertragungsplatte 8, der Treiber bedingung für den Schwinger 4 und dergleichen. Die Versuche oder Simulationen erfolgen in der Nähe der vier Seiten der Eingabegarantiezone A und innerhalb der Eingabegarantiezone A, wo die Wegdifferenz zwischen direkten und reflektierten Wellen gering wird.
Die in Längsrichtung gemessenen Längen der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d werden bei der Festlegung folgendermaßen berücksichtigt: wie oben beschrieben, ist die in Längsrichtung gemessene Längsrichtung jedes der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d geringer als die Länge entsprechend der Seiten der Schwingungsübertragungsplatte 8 und ist größer als die Länge der entsprechenden Seite der Eingabegarantiezone A, die oben ausgeführt wurde. Die Sensoren 6a bis 6c sind außerhalb einer Zone angeordnet, die eingefaßt wird durch zwei Paare von im wesentlichen parallelen Linien der ins Unendliche verlängerten Linien der vier Seiten der Eingabegarantiezone A und in der Nähe befindlicher Kreuzungspunkte der verlängerten Linien der Stirnflächen auf der zu der Eingabegarantiezone A gewandten Seite der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d.
Bei der oben beschriebenen Anordnung wird eine von einer beliebigen Stelle in der Eingabegarantiezone A angegebene Schwingung von der Stirnfläche der Eingabegarantiezone A entsprechend dem Schwingungsunterdrücker 7a reflektiert. Die Stirnfläche des Schwingungsunterdrückers 7a in der Breitenrichtung auf der Seite des Sensors 6a ist derart gelegen, daß die Wege einer von der Stirnfläche der Schwingungsübertragungsplatte 8 zu den Sensoren 6a und 6c reflektierten Welle stets den Schwingungsunterdrücker 7a passiert. In anderen Worten: der Schwingungsunterdrücker 7a braucht nicht an der Seite in größerer Nähe zu dem Eckbereich der Schwingungsübertragungsplatte 8 vorhanden zu sein, als es der Lage der Stirnfläche des Schwingungsunterdrückers 7a in Fig. 1 entspricht. Außerdem wird die Lage der Stirnfläche des Schwingungsunterdrückers 7a durch eine einfache mathematische Rechnung auf der Grundlage der reflektierten Welle einer Schwingungseingabe an dem Eckbereich auf der Seite des Schwingungsunterdrückers 7b und entfernt von dem Sensor 6a der Eingabegarantiezone A berechnet. Diesmal läßt sich eine Welle, die zwei Mal oder häufiger reflektiert wird, ignorieren, weil die Phasendifferenz zwischen den direkten und den reflektierten Wellen ausreichend groß sein kann. Die obige Beschreibung bezieht sich auf die Stirnfläche an der Seite des Sensors 6a des Schwingungsunterdrückers 7a, das gleiche gilt aber für sämtliche Stirnflächen der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d. Insbesondere ist die in Längsrichtung gemessene Länge jedes der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d geringer als die Länge der entsprechenden Seite der Schwingungsübertragungsplatte 8 und ist größer als die Länge der entsprechenden Seite der Eingabegarantiezone A. Außerdem sind die Sensoren 6a bis 6c außerhalb einer Zone angeordnet, die eingefaßt ist von zwei Paaren im wesentlichen paralleler Linien von ins Unendliche verlängerten Linien der vier Seiten der Eingabegarantiezone und nahegelegener Kreuzungspunkte von Verlängerungslinien der Stirnflächen auf der Seite der Eingabegarantiezone A der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d. Auf diese Weise befindet sich stets einer der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d entlang dem Weg einer Welle, die von einer gewissen Stirnfläche der Schwingungsübertragungsplatte 8 reflektiert wird und einen der Sensoren 6a bis 6d erreicht. Mit der oben geschilderten Ausgestaltung wird daher, weil die Längen der Schwingungsunterdrücker in geeigneter Weise nach der Festlegung der Größe der Schwingungsübertragungsplatte 8 eingestellt sind, die minimal erforderliche Baugröße der Schwingungsübertragungsplatte 8 auffindbar.
Bei dieser Ausführungsform besteht die Schwingungsübertragungsplatte 8 aus Glas. Allerdings ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, es können auch andere Werkstoffe verwendet werden, so lange sie eine Schwingung übertragen können.
Die Schwingungsübertragungsplatte 8 hat im wesentlichen rechteckige Form. Allerdings können die Eckbereiche des Rechtecks abgefarct oder so bearbeitet werden, daß sie einen gewissen Radius in einem Bereich aufweisen, in welchem eine geforderte Wegdifferenz zwischen direkten und reflektierten Wellen garantiert ist.
Die Sensoren 6a bis 6c haben Säulenform. Allerdings ist die Erfindung auch nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise können die Sensoren jegliche Form aufweisen, beispielsweise prismatische Form, zylindrische Form oder dergleichen, so lange sie eine Schwingung nachweisen können.
Die Sensoren 6a bis 6c sind in der Nähe der Kreuzungspunkte der Stirnflächen der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d in Längsrichtung der Seite der Eingabegarantiezone A angeordnet. Allerdings ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Die Sensoren 6a bis 6c können irgendwo angeordnet werden, so lange sie sich außerhalb einer Zone befinden, die eingefaßt wird durch zwei Paare im wesentlichen paralleler Linien von ins Unendliche verlängerten Linien der vier Seiten der Eingabegarantiezone und nahegelegener verlängerter Linien der Stirnflächen der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d auf der Seite der Eingabegarantiezvne A.
Die Sensoren 6a bis 6c sind an die Schwingungsübertragungsplatte 8 angeklebt. Alternativ können die Sensoren gegen die Schwingungsübertragungsplatte 8 gepreßt werden.
Die Anzahl der Schwingungssensoren beträgt 3. Allerdings ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise können zwei Sensoren oder aber vier oder noch mehr Sensoren je nach Bedarf angeordnet werden.
Gemäß der obigen Beschreibung besitzt jeder der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d eine im wesentlichen rechteckige Form. Die Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann jeder Schwingungsunterdrücker beliebige Form haben, beispielsweise die Form eines dreidimensionalen Musters in seiner Längsrichtung, die Form eines Gradienten in Längsrichtung, die Form eines Gradienten in Breitenrichtung oder dergleichen, so lange er einen vorbestimmten Antivibrationseffekt hat.
Die Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d sind auf die Rückseite der Eingabefläche der Schwingungsübertragungsplatte 8 aufgeklebt, können aber auch auf die Eingabeflächeseite aufgeklebt werden, falls erforderlich. In diesem Fall wird der Antivibrationseffekt gesteigert.
Die Sensoren 6a bis 6c und die Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d sind auf der Rückseite der Eingabefläche der Schwingungsübertragungsplatte 8 angeordnet, können jedoch auch auf der Vorderseite angeordnet werden. Einige der Sensoren 6a bis 6c und der Schwingungsunterdrücker 7a bis 7d können auf der Eingabeflächenseite angeordnet werden, falls gewünscht. In diesem Fall wird, wenn z. B. unterhalb der Schwingungsübertragungsplatte 8 eine Anzeige angeordnet ist, der Freiheitsgrad erhöht.
Der leitende Abschnitt 83a (83b, 83c), der einer der elektrischen Verbindungsmittel zwischen einer Elektrode des Sensors 6a (6b, 6c) der Signaldetektorschaltung 9 ist und durch Drucken auf der Schwingungsübertragungsplatte 8 ausgebildet ist, ist nicht auf die oben beschriebene Ausgestaltung beschränkt. Beispielsweise können die leitenden Abschnitte 83a bis 83c flächige Elemente sein, die auf der Schwingungsübertragungsplatte 8 durch Kleben oder Pressen fixiert sind. Außerdem ist das metallische Verbindungselement 108a (108b, 108c) als weitere elektrische Verbindungseinrichtung zwischen der Elektrode des Sensors 6a (6b, 6c) und der Signaldetektorschaltung 9 nicht beschränkt auf die Ausgestaltung gemäß der ersten Ausführungsform, sondern jegliche andere elektrische Verbindungseinrichtung kann eingesetzt werden, beispielsweise ein Leitungsdraht, so lange diese Einrichtung in der Lage ist, eine elektrische Verbindung zwischen dem leitenden Abschnitt 83a (83b, 83c) und der Signaldetektorschaltung 9 zu schaffen.
Wie oben ausgeführt, bestimmt sich die Größe der Schwingungsübertragungsplatte auf der Grundlage der Differenzen zwischen denjenigen direkter Wellen, die von dem Eingabestift angegeben werden, zu den Sensoren entlang der kürzesten Wege einerseits und den Wegen reflektierter Wellen andererseits, die an der Stirnfläche der Schwingungsübertragungsplatte oder von den Stirnflächen der Schwingungsunterdrücker reflektiert werden und dann die Sensoren erreichen, weiterhin durch die Größe der Eingabegarantiezone A, die Frequenz einer Eingangsschwingung, das Reflexionsvermögen und die Dämpfungskonstanten der Schwingungsunterdrücker, die Breiten der Schwingungsunterdrücker, die Dicke der Übertragungsplatte, die Treiberbedingung für den Schwinger, die Leistungsspezifikation, wie z. B. Genauigkeit oder Auflösung, die für die Positionskoordinaten-Berechnungen gefordert wird und dergleichen. Die Koordinateneingabevorrichtung mit der Ausgestaltung gemäß dieser Ausführungsform enthält mehrere streifenförmige Schwingungsunterdrückungsmittel, die auf der Schwingungsübertragungsplatte in der Nähe der vier Stirnflächen der Schwingungsübertragungsplatte angeordnet sind, wobei die in Längsrichtung gemessene Länge jeder Schwingungsunterdrückungseinrichtung so eingestellt ist, daß sie kleiner ist als die Länge der entsprechenden Seite der Schwingungsübertragungsplatte, jedoch größer ist als die Länge der entsprechenden Seite der Eingabegarantiezone. Aus diesem Grund kann die Übertragungsplatte eine erforderliche Kleinst-Baugröße aufweisen, und man kann eine billige Koordinatenerfassungseinrichtung hoher Leistung realisieren.
Außerdem enthalten die Sensoren mechanisch-elektrische Wandlerelemente, die auf der Oberfläche der Schwingungsübertragungsplatte angeordnet sind, erste elektrische Verbindungsmittel sind auf der Oberfläche der Schwingungsübertragungsplatte auf einer der elektrischen Verbindungsmittel zwischen den Elektroden der Sensoren und der Arithmetikeinrichtung angeordnet, und zweite elektrische Verbindungsmittel sind in der Nähe der Stirnflächen der Schwingungsübertragungsplatte und auf Zonen anderer, wo die Schwingungsunterdrückungseinrichtung sich nicht befindet, so daß ein Teil der Arithmetikeinrichtung (die Körperstärkeschaltung als Teil der Signaldetektorschaltung) in der Nähe der Übertragungsplattenoberfläche angeordnet werden kann, ohne daß es zu einer Störung mit der Schwingungsunterdrückungseinrichtung gibt, so daß man eine Koordinatenerfassungsvorrichtung mit niedrigem Profil herstellen kann.

[Zweite und dritte Ausführungsform]

Als zweite Ausführungsform wird im folgenden ein Schwingungs-Eingabestift verwendet, der in der oben beschriebenen Koordinateneingabevorrichtung verwendet wird.
Ein herkömmlicher Schwingungs-Eingabestift leidet an folgenden Nachteilen: Insbesondere dann, wenn eine Dateneingabeoperation erfolgt, verschleißt die Stiftspitze des Schwingungs-Eingabestifts durch die Reibung an der Schwingungsübertragungsplatte. Wenn die Stiftspitze verschleißt, wird die Stiftspitze dicker, was zu einer schlechteren Handhabbarkeit durch den Benutzer führt. Da außerdem die Kontaktfläche zwischen der Schwingungsübertragungsplatte und der Stiftspitze des Schwingungs-Eingabestifts zunimmt, nimmt die Auflösung bei der Koordinatenerfassung wesentlich ab (In anderen Worten: ein spezifischer Punkt für die Ausgabe in dem Kontaktbereich der Stiftspitze läßt sich nicht identifizieren).
Um diese Probleme zu beheben, muß die Stiftspitze ausgetauscht werden. Wenn üblicherweise die Stiftspitze gelöst wird, werden gleichzeitig auch andere Bestandteile gelöst, beispielsweise der Schwinger, so daß die Wartungsarbeit für den Benutzer nicht einfach ist. Der Stift muß dann insgesamt ausgetauscht werden. Allerdings nehmen die Austauschkosten damit ebenso wie die Betriebskosten zu. Als Verfahren zum Steigern der Verschleißfestigkeit kann die Stiftspitze aus einem Harz bestehen. Bei diesem Verfahren allerdings können die obigen Probleme nicht bestmöglich gelöst werden. Wenn die Stiftspitze aus einem Harz besteht, nimmt außerdem der Energieverlust an der Schwingung zu, und die Stiftspitze kann nicht als Elektrode des Schwingers verwendet werden. Aus diesem Grund muß die Elektrode als unabhängiges Teil besonders vorgesehen werden, was den Aufbau des Geräts verkompliziert.
Fig. 13 und 14 sind Schnittansichten zum Veranschaulichen des Aufbaus eines Hauptteils eines Schwingerstifts dieser Ausführungsform. Bezugnehmend auf die Fig. 13 und 14 wird ein in einem Schwingerstift 3 eingebauter Schwinger 4 von einer (unten noch zu beschreibenden) Schwingertreiberschaltung 2 betrieben. Ein elektrisches Treibersignal wird von dem Schwinger 4 in eine mechanische Ultraschallschwingung umgewandelt, und die Schwingung wird über ein Schwingungsübertragungsglied 5 auf eine Stiftspitze 12 übertragen. Wenn die Stiftspitze 12 eine (noch zu beschreibende) Schwingungsübertragungsplatte berührt, wird die Schwingung in die Schwingungsübertragungsplatte eingegeben. Der Schwinger 4 hat die Form einer Säule. Bei dieser Ausführungsform wird ein K33-Schwingungsmodus verwendet, bei dem die Polarisierungsrichtung des Schwingers 4 parallel ist zu der Schwingungsrichtung. Der Schwinger 4 ist an einem Schwingungsübertragungsglied 5 mit großer Stirnfläche angebracht. Eine Elektrode des Schwingers 4 ist mit der Schwingertreiberschaltung 2 über das Schwingungsübertragungsglied 5, einem leitenden Ring 138 und eine Elektrodenfeder 137 verbunden. Die andere Elektrode des Glieds 4 ist mit der Schwingertreiberschaltung 2 über einen Elektrodenstift 135 und einer Elektrodenfeder 136 verbunden. Ein Stiftgehäuse 131 und ein Stiftspitzen-Schutzelement 133 sind von dem leitenden Ring 138 über einem Gewindeabschnitt befestigt. Der Stift gemäß der zweiten Ausführungsform nach Fig. 3 hat eine andere Form der Stiftspitze 12 bei der dritten Ausführungsform des Stifts gemäß Fig. 14.
Das erste Erfordernis für den Schwingungsstift 3 der Koordinateneingabevorrichtung, die mit einer Schwingung arbeitet, ist die effiziente Eingabe einer von dem Schwinger 4 erzeugten Schwingung in die Schwingungsübertragungsplatte, und das zweite Erfordernis besteht darin, daß eine Beschädigung der Schwingungsübertragungsplatte bei Ausführung einer Eingabeoperation verhindert wird. Um dem ersten Erfordernis zu genügen, wird ein metallischer Werkstoff, beispielsweise Aluminium, rostfreier Stahl oder dergleichen als optimales Material für die Stiftspitze 1 2 verwendet, da das Material wenig Energieverluste bewirkt. Allerdings beschädigt dieses Material die Schwingungsübertragungsplatte bei einem Koordinateneingabe vorgang. Um andererseits dem zweiten Erfordernis Rechnung zu tragen, wird Harzmaterial einem Metall gegenüber bevorzugt.
Im Hinblick auf diese Anforderungen wird bei dieser Ausführungsform eine Schwingung des Schwingers 4 in die Schwingungsübertragungsplatte unter Verwendung von Aluminium als Material für das Schwingungsübertragungsglied 5 eingegeben. Da das Schwingungsübertragungsglied 5 aus einem Metall besteht, weist es weniger Energieverluste auf. Wenn außerdem die axiale Länge des Schwingungsübertragungsglieds 5 relativ groß wird, kann das Glied 5 ausreichend Schwingung übertragen. Da außerdem das Schwingungsübertragungsglied 5 Leitfähigkeit aufweist, dient es auch als Element für die elektrische Verbindung mit der Elektrode des Schwingers 4.
Das Schwingungsübertragungsglied 5 ist von dem Stiftspitzen-Schutzelement 133 und dem leitenden Ring 134 fixiert, wobei das Stiftspitzen-Schutzelement 133 mit einem Gewinde zur Fixierung der Stiftspitze ausgestattet ist. Wenn die Stiftspitze 12 unter Verwendung dieses Gewindes mit dem Stiftspitzen-Schutzelement 133 gekoppelt wird, gelangt eine kleine Stirnfläche des Schwingungsübertragungsglieds 5 zunächst mit der Stiftspitze 12 in Berührung, und in diesem Zustand wird ein Befestigungsdrehmoment des Gewindes erzeugt, um die Stiftspitze zu fixieren.
Bei dieser Ausführungsform besteht die Stiftspitze 12 aus einem Polyamidimid, welches einen relativ geringen Energieverlust einer Schwingung hervorruft, verglichen mit anderen Harzen (obschon der Verlust beträchtlich größer ist als bei Verwendung eines Metalls). Außerdem besitzt die Stiftspitze 12 eine hohe Verschleißbeständigkeit und beschädigt die Schwingungsübertragungsplatte 8 nicht. Natürlich kann man ein Material verwenden, welches diese zwei Erfordernisse erfüllt, beispielsweise Polyphenylensulfid (pps).
Da ein Element zum Übertragen einer Schwingung zwischen dem Schwinger 4 als Schwingungserzeugungsquelle und die Stiftspitze 12 geschaltet ist, läßt sich auf diese Weise die Stiftspitze in einfacher Weise austauschen. Außerdem läßt sich verhindern, daß sich im praktischen Betrieb Spannung an dem Schwingungsübertragungsglied 5 konzentriert und man kann eine stabile Schwingung in die Schwingungsübertragungsplatte eingeben.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, offenbar sind verschiedene Änderungen und Modifikationen im Rahmen des Schutzumfangs möglich.

Claims

1. Koordinateneingabevorrichtung, umfassend:

- eine Schwingungsübertragungsplatte (8), ausgestattet mit einer Eingabezone (A), wo im Betrieb eine Schwingung von einer Schwingungsquelle (4) aufgebracht werden kann;

- eine Detektiereinrichtung (6a bis 6c) zum Detektieren einer Schwingung der Schwingungsübertragungsplatte (8);

- eine Schwingungsunterdrückungseinrichtung (7a bis 7d), die im Umfangsbereich der Schwingungsübertragungsplatte (8) und entlang dem Weg einer reflektierten Welle der in die Eingabezone (A) eingegebenen Schwingung zu der Detektiereinrichtung (6a bis 6c) angeordnet ist, und die Lücken für die Anordnung der Detektiereinrichtung (6a bis 6c) enthält; und

- eine Einrichtung (1) zum Berechnen von Koordinaten einer Stelle, an der die Schwingung von der Schwingungsquelle (4) eingegeben wird, auf der Grundlage der von der Detektiereinrichtung (6a bis 6c) erfaßten Schwingung;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Detektiereinrichtung (6a bis 6c) und die entsprechenden Lücken in den Eckbereichen der Übertragungsplatte (8) gelegen sind, wobei die Detektiereinrichtung jeweils im Inneren von und in der Nähe zu Verlängerungslinien der Innenränder der Schwingungsunterdrückungseinrichtung (7a bis 7d) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der Detektiereinrichtungen an mindestens drei Eckbereichen der Schwingungsübertragungsplatte (8) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Eingabezone (A) Rechteckform besitzt und die Detektiereinrichtungen (6a bis 6c) außerhalb der unendlichen Verlängerungslinien der vier Seiten der Eingabezone (8) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, umfassend: eine Verbindungseinrichtung (109a) zum elektrischen Verbinden der Detektiereinrichtung (6a) mit einer Verstärkereinrichtung (51), wobei die Detektiereinrichtung (6a) von der Verbindungseinrichtung (109a) federelastisch gegen einen leitenden Abschnitt (83a) der Übertragungsplatte gedrückt wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend:

eine Generatoreinrichtung (4) zum Erzeugen einer Schwingung;

eine Zwischenübertragungseinrichtung (5), die zum Übertragen der Schwingung gegen die Generatoreinrichtung (4) gedrückt wird; und

eine distal-endseitige Übertragungseinrichtung (12), die in Gewindeeingriff mit der Zwischenübertragungseinrichtung (5) steht, um die Schwingung auf die Schwingungsübertragungsplatte (8) zu übertragen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die distal-endseitige Übertragungseinrichtung (12) aus einem Harz besteht und die Zwischenübertragungseinrichtung (5) aus Metall besteht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die Generatoreinrichtung (4) eine elektrische Eingangsleistung in eine mechanische Schwingung umwandelt, und die Zwischenübertragungseinrichtung (5) auch als leitender Teil zur Zufuhr elektrischer Speiseenergie zur Generatoreinrichtung (4) dient.