DE69524157T2

DE69524157T2 - Koordinateneingabevorrichtung

Info

Publication number: DE69524157T2
Application number: DE69524157T
Authority: DE
Inventors: Katsuyuki Kobayashi; Hajime Sato; Atsushi Tanaka; Masaki Tokioka; Ryozo Yanagisawa; Yuichiro Yoshimura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2015-07-29
Also published as: EP0694864B1; EP0694864A1; US5684277A; JPH0844485A; DE69524157D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Koordinateneingabevorrichtung, insbesondere eine Vorrichtung, die eine mittels eines Schwingungsgriffels eingegebene elastische Wellenschwingung durch mehrere Sensoren erfaßt, die an einer Schwingungsübertragungsplatte angeordnet sind, und die die Koordinatenstelle des Schwingungseingabepunkts mittels des Schwingungsgriffels anhand der Übertragungszeit der von dem Schwingungsgriffel in die Schwingungsübertragungsplatte eingegebenen elastischen Wellenschwingung ermittelt.

Einschlägiger Stand der Technik

Eine Koordinateneingabevorrichtung mittels Ultraschallwellen macht Gebrauch von einem System zum Berechnen der Koordinatenstelle eines Eingabepunkts, indem die Laufzeit von Wellen erfaßt wird, welche entlang einem als Eingabefläche fungierenden Tablett übertragen werden. Da auf dem Tablett keinerlei matrixförmiges elektrisches Leitungsmuster oder dergleichen gebildet ist, kann eine billige Vorrichtung geschaffen werden. Wenn das Tablett eine transparente Glasplatte enthält, läßt sich eine Koordinateneingabevorrichtung realisieren, die eine höhere Transparenz als andere Vorrichtungen besitzt.
Eine solche Koordinateneingabevorrichtung hat normalerweise folgende Ausgestaltung:
Die Griffelspitze eines Schwingungsgriffels wird in Schwingung versetzt, und durch Berühren der Oberfläche einer Schwingungsübertragungsplatte aus Acryl oder Glas mit dem Schwingungsgriffel wird eine Stelle auf der Schwingungsübertragungsplatte festgelegt.
Der Schwingungsgriffel wird in vorbestimmten Perioden angesteuert (zum Beispiel alle 5 ms), und gleichzeitig mit dem Erzeugen der Schwingung wird eine Zeitmessung mit Hilfe eines (einen Zähler aufweisenden) Zeitsteuerelements gestartet. Eine von dem Schwingungsgriffel erzeugte Schwingung wird in der Schwingungsübertragungsplatte übertragen und erreicht mehrere Schwingungssensoren, zum Beispiel piezoelektrische Elemente, die nahe den Stellen im Umfang der Schwingungsübertragungsplatte angeordnet sind, und die jeweils eine mechanische Schwingung in ein elektrisches Signal umwandeln, wobei die Laufzeiten den Abständen von dem Schwingungsgriffel entsprechen.
Die Schwingungen, die von den jeweiligen Schwingungssensoren erfaßt und in elektrische Signale umgewandelt werden, werden dann von einer Signalwellenform-Detektorschaltung einer Wellenform-Detektorverarbeitung unterzogen, um Signale zu erzeugen, welche die Schwingungs-Ankunftszeiten an den jeweiligen Schwingungsfühlern kennzeichnen. Basierend auf diesen Signalen werden die Meßwerte des Zeitsteuerelements, welches gleichzeitig mit dem Ansteuern des Schwingungsgriffels zu zählen begonnen hatte, das heißt die Laufzeiten der Schwingungsübertragung, gelesen, und es erfolgt eine vorbestimmte Berechnung unter Verwendung dieser Zeiten, um dadurch die Koordinatenstelle des Schwingungsgriffels auf der Schwingungsübertragungsplatte zu berechnen. Die berechnete Koordinatenstelleninformation wird an eine externe Vorrichtung ausgegeben.
Das Prinzip der Messung der Schwingungsübertragungszeit von dem Schwingungsgriffel zu jedem Schwingungssensor wird im folgenden beschrieben.
Fig. 15 ist ein Wellenformdiagramm zum Erläutern der erfaßten Wellenform, die in die Signalwellenform-Detektorschaltung eingegeben wird, und zum Erläutern der Zeitmeßverarbeitung der Schwingungsübertragungszeit anhand der Wellenform. Im folgenden wird lediglich die Verarbeitung für einen Schwingungssensor erläutert, gleiches gilt für die übrigen Schwingungssensoren.
Die Messung der Schwingungsübertragungszeit zu dem Schwingungssensor wird gleichzeitig mit dem Ansteuern des Schwingungsgriffels gestartet, wie oben erläutert wurde. Zu dieser Zeit wird ein Treibersignal 41 an den Schwingungsgriffel gelegt. Eine Ultraschallschwingung, die von dem Schwingungsgriffel ansprechend auf das Signal 41 in die Schwingungsübertragungsplatte gesendet wird, breitet sich in einer Zeit tg entsprechend dem Abstand zu dem Schwingungssensor aus und wird dann von dem Schwingungssensor erfaßt. In Fig. 15 bedeutet ein Signal 42 eine von dem Schwingungssensor erfaßte Signalwellenform. Da die in diesem Fall verwendete Schwingung eine Lamb-Welle ist, ändert sich die Beziehung zwischen der Hüllkurve 43 und der Phase 42 der erfaßten Wellenform entsprechend der Übertragungsentfernung innerhalb der Schwingungsübertragungsplatte während der Schwingungsübertragung. Vg sei die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Hüllkurve 43, das heißt die Gruppengeschwindigkeit, und Vp sei die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Phase 42, das heißt die Phasengeschwindigkeit. Wenn die Gruppengeschwindigkeit Vg und die Phasengeschwindigkeit Vp bekannt sind, läßt sich der Abstand zwischen dem Schwingungsgriffel und dem Schwingungssensor anhand der Schwingungsübertragungszeit berechnen.
Zunächst soll die Aufmerksamkeit nur der Hüllkurve 43, ihrer Geschwindigkeit Vg und dem Zeitpunkt gelten, zu dem ein spezifischer Punkt der Wellenform, beispielsweise der erste Nulldurchgangspunkt eines Signals 44, das die Differential- Wellenform zweiter Ordnung der Hüllkurve 43 ist, nachgewiesen wird als ein Wendepunkt der Hüllkurve 43. Dann ist der Abstand d zwischen dem Schwingungsgriffel und dem Schwingungssensor gegeben durch:
d = Vg·tg ... (P1)
wobei tg die Schwingungsübertragungszeit ist.
Um außerdem die Koordinatenstelle eines Eingabepunkts mit höherer Genauigkeit festzustellen, erfolgt eine Verarbeitung basierend auf dem Erfassen eines Phasensignals. Wenn die Zeitspanne nach einem spezifischen Nachweispunkt des Phasen- Wellenformsignals 42, das heißt dem Schwingungs-Anlegepunkt, bis hin zu dem Nulldurchgangspunkt nach Überschreiten eines vorbestimmten Signalpegels 431 mit tp 47 bezeichnet wird (in der Weise gewonnen, daß ein Fenster-(Gatter-)Signal 460 vorbestimmter Breite basierend auf der Zeit erzeugt wird, in der der Pegel 431 überschritten ist und mit dem Phasensignal 42 verglichen wird), so ist der Abstand zwischen dem Schwingungssensor und dem Schwingungsgriffel gegeben durch:
d = n·λp + Vg·tp ... (P2)
wobei λp die Wellenlänge der elastischen Welle und n eine natürliche Zahl ist.
Aus den obigen Gleichungen ergibt sich die natürliche Zahl n in der Form:
n = int[(Vg·tg - Vp·tp)/λp + 1/N] ... (P3)
Man beachte, daß N eine von "0" verschiedene geeignete reale Zahl ist. Für N = 2,0 beispielsweise läßt sich der Wert n exakt auch dann bestimmen, wenn die ermittelten Werte tg und tp einen Fehler im Bereich von ±1/2 Wellenlänge besitzen. Wenn der auf diese Weise berechnete Wert n in der obigen Gleichung verwendet wird, läßt sich der Abstand zwischen dem Schwingungsgriffel und dem Schwingungssensor mit hoher Genauigkeit messen.
Um die obigen beiden Schwingungsübertragungszeiten tg und tp zu messen, werden Signale 45 und 47 erzeugt, welche die Schwingungsankunftszeiten angeben.
Eine Signalwellenform-Detektorschaltung, die diesen Zweck erfüllt, ist in Fig. 16 dargestellt.
Bezugnehmend auf Fig. 16 werden nicht benötigte Frequenzkomponenten aus dem Ausgangssignal (Detektorsignal) eines Schwingungssensors 6 mit Hilfe eines Bandpaßfilters 511 entfernt. Anschließend wird das Detektorsignal in eine Hüllkurven-Detektorschaltung 52 eingegeben, die zum Beispiel aus einer Absolutwertschaltung, einem Tiefpaßfilter und dergleichen besteht, und aus dem Detektorsignal wird ausschließlich die Hüllkurve entnommen. Der Zeitpunkt eines Hüllkurven- Wendepunkts wird von einer Hüllkurven-Wendepunkt-Detektorschaltung 53 ermittelt. Eine tg-Signal-Detektorschaltung 54, gebildet durch eine Spitzendetektorschaltung, ein Monoflop und dergleichen, formt als Hüllkurvenlaufzeit-Detektorsignal vorbestimmter Wellenform ein Signal tg (vergleiche das Signal 45 in Fig. 15).
Andererseits formt eine Signal-Detektorschaltung 55 ein Impulssignal aus einem Abschnitt, der den Schwellenwert 431 eines vorbestimmten Pegels in dem von der Hüllkurven-Detektorschaltung 52 nachgewiesenen Hüllkurvensignal 43 übersteigt. Ein Monoflop 56 gibt das Gattersignal mit einer vorbestimmten zeitlichen Breite frei, getriggert von der ersten vorderen Flanke des Impulssignals. Ein tp- Komparator 57 erfaßt den Nulldurchgangspunkt der ersten vorderen Flanke des Phasensignals 42, während das Gattersignal 460 aktiv ist, um dadurch das Phasenlaufzeitsignal tp 47 zu erzeugen.
Wenn das Laufzeitsignal auf diese Weise erzeugt ist, wird die Schwingungsübertragungszeit mit Hilfe des Laufzeitsignals als Signal bezüglich der Schwingungsankunftszeit gemessen, und die Abstände zwischen dem Schwingungsgriffel und den mehreren Sensoren werden anhand der obigen Gleichungen berechnet. Anschließend wird die Koordinatenstelle geometrisch aus den errechneten Abständen berechnet.
Allerdings hat die Ausgestaltung der herkömmlichen Signaldetektorschaltung folgende Probleme:
In der in Fig. 16 gezeigten Signalwellenform-Detektorschaltung wird das Gattersignal 460 zu einem Zeitpunkt aktiviert, zu dem das Detektorsignal von dem Schwingungssensor oder ein Signal, welches nach der Wellenformverarbeitung des Detektorsignals gewonnen wird, den Schwellenwert 431 eines vorbestimmten Pegels gemäß Fig. 15 übersteigt. Wenn daher der Pegel des Detektorsignals von dem Schwingungsfühler absinkt, lassen sich häufig keine Schwingungen erfassen. Dieses Problem tritt unvermeidlich dann in Erscheinung, wenn die Anordnung von dem erfaßten Pegel der Schwingung nach Schwingungserfassung abhängt (Ermitteln der Ankunft der Schwingung).
Zahlreiche Faktoren senken den Nachweispegel bei der Punktangabe auf der Schwingungsübertragungsplatte durch den Schwingungsgriffel. Erstens: der erfaßte Pegel sinkt, wenn die Druckkraft (allgemein ausgedrückt als Griffeldruck), mit der der Schwingungsgriffel gegen die Schwingungsübertragungsplatte gepreßt wird, gering ist. Wenn die Koordinateneingabevorrichtung als Punktzeiger verwendet wird, so ist ein Griffeldruck von 100 g oder mehr vorhanden, auch wenn es Unterschiede von Person zu Person gibt. Beträgt der Griffeldruck 100 g oder mehr, so hat der Nachweispegel eine Schwankung, die grob in den doppelten Bereich fällt. Im Fall einer Stricheingabe zum Eingeben eines Zeichens oder einer Figur als Menge kontinuierlicher Koordinatenwerte, so, wie es in jüngerer Zeit dem Trend entspricht, ergibt aber nur einen Griffeldruck von einigen bis einigen zehn g. Bei einem derartig geringen Griffeldruck erhöht sich die Schwingung des nachgewiesenen Pegels durch den Griffeldruck auf etwa den zehnfachen Bereich, da die von dem Schwingungsgriffel in die Schwingungsübertragungsplatte eingegebene Schwingungsenergie sich stark ändert. Deshalb muß der Schwellenwert 431 auf einen kleinen Wert eingestellt werden, der nachweisbare dynamische Bereich des Signals muß verbreitert werden. Zu diesem Zweck ist eine teure Schaltung zum Unterdrücken von Rauschen, beispielsweise äußerem EMI-Rauschen oder dergleichen erforderlich, da dieses Rauschen dem Nachweissignal an jeder Schaltungsblock-Ausgangsstufe der Signalwellenform-Detektorschaltung überlagert ist. Wird außerdem der Schwingungsgriffel gekippt, das heißt wenn ein Bediener der Koordinateneingabevorrichtung den Schwingungsgriffel für einen Eingabevorgang schräg hält, so nimmt der nachgewiesene Pegel extrem stark ab. Wenn außerdem die Schwingungsübertragungsplatte aus einem Material wie zum Beispiel Acryl besteht, das einen hohen Schwingungsdämpfungsfaktor aufweist, oder wenn die Schwingungsübertragungsplatte selbst große Abmessungen besitzt, so läßt sich eine Änderung des erfaßten Pegels aufgrund des Werts der Schwingungsübertragungsentfernung nicht ignorieren. Aus diesem Grund muß, um einen vorbestimmten Spezifikationsbereich zu garantieren, ein hoher Nachweispegel eingestellt werden, der eine wirksame Eingabeoperation garantiert.
Wenngleich die Ausgestaltung der herkömmlichen Signaldetektorschaltung das Vorhandensein/Fehlen einer Schwingung unterscheiden kann, so kann sie dennoch nicht genaue Koordinatenberechnungen garantieren. Die Gleichungen (P1) bis (P3) oben gelten, wenn vorbestimmte Schallgeschwindigkeiten Vg und Vp konstant sind. Wenn in der Praxis eine Lamb-Welle als Ultraschallwelle verwendet wird, so kann die Lamb-Welle nicht immer entlang der Schwingungsübertragungsplatte mit konstanter Schallgeschwindigkeit übertragen werden, dies deshalb nicht, weil die Schallgeschwindigkeit der Lamb-Welle sich abhängig von der Wellenfrequenz und der Dicke der Schwingungsübertragungsplatte ändert. Es ist nicht schwierig, eine Schwingungsübertragungsplatte gleichförmiger Dicke zu verwenden, allerdings ist es schwierig, eine Schwingung vorbestimmter Frequenz zu verwenden. Um auf elektrischem Weg eine Schwingung vorbestimmter Frequenz zu erzeugen, muß als Treibersignal eine kontinuierliche Welle (cw) verwendet werden, deren Frequenz elektrisch konstant ist. Da allerdings die Übertragungszeit der Schwingung erfaßt werden muß, muß ein kurzes Impulssignal 41 als Treibersignal verwendet werden, um die zeitliche Auflösung zu steigern. Da dieses Signal ein breites Frequenzband hat, läßt sich lediglich eine Schwingung im breiten Frequenzband erhalten (als Kombination mehrerer Frequenzkomponenten).
In ähnlicher Weise führt die Kennlinie des als elektroakustische Wandlereinrichtung fungierenden Schwingungsgriffels selbst zu einem Problem. Der Schwingungsgriffel wird dadurch hergestellt, daß man ein als Griffelspitze fungierendes Medium in Berührung mit einem internen Schwinger bringt. Wenn eine Einrichtung so ausgebildet ist, daß sie eine Resonanzstruktur besitzt, geht die elektroakustische Wandlerkennlinie mit schmalem Frequenzband des Schwingers selbst verloren, und man erhält eine Kennlinie mit breitem Frequenzband. Unter dem Einfluß der Oberwellen einer mechanischen Resonanz verkompliziert sich außerdem die Wandlerkennlinie des Schwingungsgriffels in erheblichem Maß und besitzt zahlreiche Frequenz- Spitzen. Aus diesem Grund ist es unmöglich, eine Schwingung mit nur einer einzigen Frequenz zu erzeugen.
Fig. 17A zeigt den Frequenzverlauf eines Signals, welches man erhält, wenn von einem typischen Schwingungsgriffel erzeugte Schwingungen von dem Schwingungssensor detektiert werden. Die Impulswiederholungsfrequenz des Treibersignals 41 beträgt 500 kHz. Wie man aus Fig. 17A ersehen kann, erhält man die erfaßte Schwingung durch Kombinieren einer Mehrzahl von Frequenzen, was die vorerwähnten beiden Ursachen hat.
Fig. 17B zeigt den Frequenzgang der Gruppengeschwindigkeit Vg einer Lamb- Welle, die sich entlang einer Schwingungsübertragungsplatte ausbreitet, die eine Dicke d = 1,20 bis 1,50 mm hat. In ähnlicher Weise zeigt Fig. 17C den Frequenzgang der Phasengeschwindigkeit Vp. Wie man am besten aus den Fig. 17B und 17C ersehen kann, breiten sich die Schwingungen entlang der Schwingungsübertragungsplatte tatsächlich mit verschiedenen Schallgeschwindigkeiten aus.
Die herkömmliche Koordinateneingabevorrichtung verwendet das Bandpaßfilter 511, um ein Signal mit einer einzelnen Frequenzkomponente mit möglichst geringem Gemisch anderer Frequenzkomponenten zu erhalten, und um eine exakte arithmetische Koordinatenverarbeitung basierend auf einem konstanten Schallgeschwindigkeitssignal durchzuführen. In diesem Fall bleibt allerdings folgendes Problem bei der Erreichung der oben erwähnten exakten Koordinatenposition ungelöst. Genauer gesagt: wenn der Pegel des von dem Schwingungssensor erfaßten Signals sich ändert, nimmt der Fehler der Abstandsinformation aus der Gleichung (P3) in Abhängigkeit von dem Zeitpunkt der Aktivierung des Gattersignals 460 zu.
Dieses Problem ist einem System eigen, welches eine eingegebene Koordinatenstelle unter gleichzeitiger Verwendung von tg und tp berechnet, das heißt der Gruppenlaufzeit und der Phasenlaufzeit. Es ist ersichtlich, daß die Stelle von tp in Fig. 15 in Einheiten von Wellenlängen abhängig von der Aktivierungszeit des Gattersignals 460 schwankt. Genauer gesagt: sinkt der erfaßte Pegel, so verzögert sich die Aktivierungszeit des Gattersignals 460, und erst der nächstfolgende Nulldurchgang des Phasensignals 42 wird als tp erfaßt. Wenn der ermittelte Pegel ansteigt, wird der vorhergehende Nulldurchgangspunkt erfaßt. Wie man aus Gleichung (P3) ersehen kann, läßt sich der Abstand auch bei Variieren von tp exakt berechnen, wenn Vg und Vp konstant sind. Wie allerdings oben beschrieben wurde, entsteht ein Fehler, wenn eine Schwingung definiert ist durch eine Kombination mehrerer Frequenzen (mehrerer Schallgeschwindigkeiten).
Fig. 18 zeigt eine graphische Darstellung der Abstandsfehler, die man erhält, wenn Abstände unter Verwendung der Phasenlaufzeit tp gemessen werden, welche an einer vorbestimmten Relativposition bezüglich des Phasensignals 42 gemessen wird, und unter Verwendung der Phasenlaufzeiten tp ± λ berechnet werden, die unter Verwendung von Nulldurchgangspunkten vor und nach tp gemessen werden. Wie aus Fig. 18 entnehmbar ist, ist es zur Verringerung des Abstandsfehlers und zum Verringern des Fehlers der erhaltenen Koordinatenstelle zu bevorzugen, wenn die Position von tp unbeweglich ist. In der Praxis ist es bekannt, daß die stabilste Erfassung (mit weniger Abstandsfehlern) dann möglich wird, wenn ein Nulldurchgangspunkt, der stets eine vorbestimmte Lagebeziehung zu einer Spitze des Phasensignals 42 hat, als tp verwendet wird (ein Maximum einer der in dem Phasensignal enthaltenen Spitze wird im folgenden einfach als Spitze bezeichnet). Selbst mehrere Frequenzkomponenten besitzen eine gewisse zentrale Komponente (500 kHz), und das Verhalten (die Beziehung zwischen der Übertragungsstrecke und der Laufzeit) in der Nähe der Spitze des Phasensignals 42 ist äquivalent zu demjenigen einer Schwingung von 500 kHz. Wenn die Phasenposition gegenüber der Spitze des Phasensignals 42 festliegt, so läßt sich folglich das Verhalten in der Nähe der Spitze des Phasensignals 42 als eine Übertragung einer Schwingung gleichförmiger Frequenz betrachten.
Wie oben ausgeführt wurde, wird in der Koordinateneingabevorrichtung des Ultraschallwellensystems, welches eine Schwingung mittels eines Verfahrens erfaßt, welches von dem erfaßten Pegel einer Schwingung abhängt, eine Signalwellenform-Detektorschaltung mit einem breiten dynamischen Bereich benötigt, demzufolge die Vorrichtung teuer wird. Außerdem wird in dem System zum exakten Berechnen der eingegebenen Koordinatenstelle mit Hilfe der Gruppenlaufzeit und der Phasenlaufzeit wegen des schmaler gewordenen Bereichs des erfaßten Pegels der nutzbare Bereich (die Größe der effektiven Fläche der Schwingungsübertragungsplatte, der Griffeldruck, der Griffelwinkel und dergleichen) schmaler.
Fig. 19 und 20 zeigen die Einflüsse der Übertragungsstrecke und des Griffeldrucks als typische Faktoren, die eine Änderung in dem erfaßten Pegel des Schwingungssensors hervorrufen. Fig. 19 zeigt die Beziehung zwischen dem erfaßten Pegel und dem Abstand zwischen dem Schwingungsgriffel und dem Schwingungssensor, und Fig. 20 zeigt die Beziehung zwischen dem erfaßten Pegel und dem Griffeldruck. In jüngerer Zeit werden Größenreduzierungen von elektronischen Geräten gefordert, und dementsprechend muß die Koordinateneingabevorrichtung kompakt gestaltet werden. Aus diesem Grund muß die Abmessung der Schwingungsübertragungsplatte eine Größenordnung in der Nähe des effektiven Flächenbereichs haben, der für die Koordinateneingabe in der Praxis zur Verfügung steht. In Fig. 19 steigt der erfaßte Pegel abrupt in einer Zone an, in der der Abstand zwischen dem Griffel und dem Sensor kurz ist. Wenn der Abstand für die Koordinateneingabe abnimmt, das heißt, wenn sich die Größe der Koordinateneingabevorrichtung verringert, so muß der dynamische Bereich verbreitert werden, der von einer Signafwellenform-Detektorschaltung abgedeckt wird.
Wie in Fig. 20 gezeigt ist, ändert sich der erfaßte Pegel abrupt, wenn der Griffeldruck gleich oder kleiner als 100 g ist, und dies erfordert ebenfalls eine Verbreiterung des dynamischen Bereichs der Schaltung. Wenngleich nicht dargestellt, wurden bezüglich des Einflusses des Griffelwinkels der 90º-Eingabezustand (das heißt bei senkrechtem Halten des Griffels) und der 60º-Eingabezustand ermittelt; sie besitzen eine Differenz des erfaßten Pegels, der einen doppelten Bereich definiert. Genauer gesagt: damit Koordinateneingaben in natürlichen Intervallen möglich sind, ist eine Nachweispegelgrenze von dem Doppelten oder mehr erforderlich, da einige Menschen den Griffel unter einem Winkel von 60º oder darunter halten.
Fig. 21 zeigt den zum Stand der Technik (japanische Patentveröffentlichung 58- 16509) gehörigen Signalwellenform-Erkennungsschaltkreis, der den zur Koordinateneingabe verfügbaren Erfassungspegelbereich verbreitern kann, ohne den dynamischen Bereich der Schaltung der herkömmlichen Koordinateneingabevorrichtung des Ultraschallwellensystems zu verbreitern. Das Ausgangssignal einer Lade/Entlade-Schaltung nach Fig. 21 dient als Grundpegel = Schwellenwertsignal eines Komparators zum Auslösen eines Detektorsignals. Ein Signal Vci wird synchron mit der Ansteuerungszeit des Schwingungsgriffels in die Lade/Entlade- Schaltung eingegeben, und die Schaltung wird aufgeladen in einer Zeit, die definiert wird durch eine Impulsbreite T, bis das Start-Ende einer Koordinateneingabefläche erreicht ist. Nach dem Entladen wird eine geeignete CR-Zeitkonstante ausgewählt, mit der das Ausgangssignal exponentiell im Verhältnis zu der Amplitude einer Lamb-Welle abklingt.
Da bei dieser Anordnung allerdings das Ausgangssignal erst im Unendlichen an Null gelangt, nachdem der Entladevorgang zu Erde ist, muß der Rauschpegel der Schaltung in ähnlicher Weise minimiert werden, und dementsprechend muß der dynamische Bereich der Schaltung verbreitert werden. Als weiteres Problem kommt hinzu, daß die obige Schaltung eine Dämpfung des Erfassungspegels entsprechend der Übertragungsstrecke abdecken kann, allerdings nicht weitere Schwankungsfaktoren für den Erfassungspegel abdecken kann. Da der Griffeldruck und der Griffelwinkel sich sogar bei ein und derselben Person bei der Eingabe ändern, reicht es nicht aus, den Schwellenwert entsprechend der Übertragungsstrecke zu ändern. Da außerdem der Griffeldruck und der Griffelwinkel von Person zu Person variieren, läßt sich auch ein konstanter Pegel (identische Strecke) nicht immer erreichen. Aus diesem Grund ist es schwierig, ein genaues Gattersignal zu bilden.
Der einschlägige, oben beschriebene Stand der Technik wird zum Beispiel repräsentiert durch die EP-A-0 585 842, die sich auf eine Koordinateneingabevorrichtung, eine Schwingungsfühleinrichtung und ein Verfahren zum Auswerten dieser bezieht. Sie zeigt eine Koordinateneingabevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf den oben erläuterten Stand der Technik gemacht, und es ist Ziel der Erfindung, eine einfache Koordinateneingabevorrichtung zu schaffen, die stets stabil ist und auch dann hohe Genauigkeit gewährleistet, wenn eine Änderung des nachgewiesenen Pegels bei einer Änderung der Schwingungsübertragungsstrecke zunimmt aufgrund einer Zunahme der effektiven Eingabefläche, selbst wenn das störende Rauschen abhängig von der Einsatzumgebung der Koordinateneingabevorrichtung zunimmt, und selbst dann, wenn der nachgewiesene Pegel sich ändert aufgrund einer Änderung des Griffeldrucks oder aufgrund der Art und Weise, in der ein Griffel gehalten wird (Griffelwinkel), abhängig von dem jeweiligen Benutzer.
Um das obige Ziel gemäß der Erfindung zu erreichen, wird eine Eingabevorrichtung nach dem Anspruch 1 geschaffen. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Signalwellenform-Detektorschaltung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Koordinateneingabevorrichtung;
Fig. 3 ist ein Diagramm, welches die Ausgestaltung eines Schwingungsgriffels zeigt;
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm der internen Anordnung einer arithmetischen Steuerschaltung;
Fig. 5 ist eine Ansicht, die das Koordinatensystem einer Koordinatensystemeingabevorrichtung zeigt;
Fig. 6 ist ein Impulsdiagramm der Signalverarbeitung gemäß der Erfindung;
Fig. 7 ist eine Schaltungsskizze, die die Ausgestaltung einer Gattersignal- Erzeugungsschaltung zeigt;
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm einer Signalwellenform-Detektorschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 ist ein Impulsdiagramm der Signalverarbeitung gemäß der weiteren Ausführungsform;
Fig. 10 ist eine graphische Darstellung zum Erläutern des Effekts der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 ist ein Schaltungsdiagramm der Anordnung einer variablen Vergleichspegel-Erzeugungsschaltung gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 12 ist eine anschauliche Darstellung einer Wellenformverarbeitung basierend auf einem variablen Vergleichspegel;
Fig. 13 ist eine Schaltungsskizze, welche die Ausgestaltung einer variablen Vergleichspegel-Erzeugungsschaltung gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 14 ist ein Blockdiagramm einer Signalwellenform-Detektorschaltung mit der variablen Vergleichspegel-Erzeugungsschaltung;
Fig. 15 ist ein Impulsdiagramm einer herkömmlichen Signalverarbeitung;
Fig. 16 ist ein Blockdiagramm einer herkömmlichen Signalwellenform- Detektorschaltung;
Fig. 17A, 17B und 17C sind graphische Darstellungen, die den Frequenzgang des Detektorsignals und der Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Lamb-Welle veranschaulichen;
Fig. 18 ist eine graphische Darstellung zum Erläutern der Abstandsfehler aufgrund von Abweichungen des tp-Erfassungspunkts;
Fig. 19 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Schwingungsausbreitungsstrecke und dem Erfassungspegel;
Fig. 20 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Schwingungsgriffel-Eingabegriffeldruck und dem erfaßten Pegel; und
Fig. 21 ist ein Schaltungsdiagramm der Ausgestaltung einer konventionellen Schwellenwertschaltung mit zeitlicher Dämpfung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine Koordinateneingabevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung soll im folgenden anhand der begleitenden Zeichnungen erläutert werden, wobei Fig. 2 bis 5 den Stand der Technik darstellen, wie er bereits in der EP-A-0 585 842 dargestellt ist, welche in der Einleitung erwähnt wurde.

[Erste Ausführungsform]

Fig. 2 und 3 sind schematische Blockdiagramme, die die Ausgestaltung einer Koordinateneingabevorrichtung eines Ultraschalleingabesystems gemäß dieser Ausführungsform darstellen. In den Fig. 2 und 3 steuert eine arithmetische Steuerschaltung 1 die gesamte Vorrichtung und berechnet Koordinatenstellen. Eine Schwinger-Treiberschaltung 2 bringt die Griffelspitze in einem Schwingungsgriffel 3 zum Vibrieren. Eine Schwingungsübertragungsplatte 8 besteht aus einem transparenten Element, beispielsweise einer Acryl- oder Glasplatte. Eine Koordinateneingabe mit Hilfe des Schwingungsgriffels 3 geschieht dadurch, daß die Oberfläche der Schwingungsübertragungsplatte 8 mit dem Griffel 3 berührt wird. Genauer: eine Stelle in einem Flächenbereich A (im folgenden als effektive Fläche bezeichnet), in Fig. 2 durch eine ausgezogene Linie angedeutet, wird mit dem Schwingungsgriffel 3 angezeigt, so daß die Koordinaten stelle des Schwingungsgriffels 3 berechnet werden kann.
Um zu verhindern (oder teilweise zu verhindern), daß eine sich ausbreitende Welle an der Stirnfläche der Schwingungsübertragungsplatte 8 reflektiert wird und zum mittleren Bereich zurückkehrt, ist am äußeren Umfangsbereich der Schwingungsübertragungsplatte 8 ein Antivibrationselement 7 vorgesehen. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind in der Nähe der Innenseite des Antivibrationselements Schwingungssensoren 6a bis 6d, beispielsweise in Form piezoelektrischer Elemente, vorgesehen, um eine mechanische Schwingung in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Eine Signalwellenform-Detektorschaltung 9 gibt Schwingungsdetektorsignale von den Schwingungssensoren 6a bis 6d an die arithmetische Steuerschaltung 1. Eine Anzeige 11, beispielsweise in Form einer Flüssigkristallanzeige, ermöglicht eine Anzeige in Einheiten von Punkten, die Anzeige befindet sich hinter der Schwingungsübertragungsplatte. Beim Ansteuern einer Anzeigetreiberschaltung 10 bringt die Anzeige 11 einen Punkt an einer von dem Schwingungsgriffel 3 bezeichneten Stelle zur Anzeige, und ein Benutzer kann diesen Punkt durch die Schwingungsübertragungsplatte 8 hindurch betrachten (da diese aus einem transparenten Element besteht).
Ein in den Schwingungsgriffel 3 eingebauter Schwinger 4 wird von der Schwinger- Treiberschaltung 2 getrieben oder angesteuert. Ein Treibersignal für den Schwinger 4 kommt von der arithmetischen Steuerschaltung 1 als Niedrigpegel-Impulssignal, das von der Schwinger-Treiberschaltung 2 mit einer vorbestimmten Verstärkung verstärkt wird. Anschließend wird das Signal an den Schwinger 4 gelegt. Das elektrische Treibersignal wird von dem Schwinger 4 in eine mechanische Schwingung umgewandelt, und diese wird über die Griffelspitze 5 auf die Schwingungsübertragungsplatte 8 übertragen.
Die Schwingungsfrequenz des Schwingers 4 ist ausgewählt als ein Wert, der eine Lamb-Welle in der zum Beispiel aus Glas bestehenden Schwingungsübertragungsplatte 8 erzeugen kann. Wird der Schwinger angetrieben, so wird ein Schwingungstyp in der vertikalen Richtung in Fig. 3 bezüglich der Schwingungsübertragungsplatte 8 ausgewählt. Wenn die Schwingungsfrequenz des Schwingers 4 so eingestellt ist, daß sie der Resonanzfrequenz einer Struktur in der Griffelspitze 5 entspricht, läßt sich eine effiziente Schwingungsumwandlung erreichen. Eine in die Schwingungsübertragung platte 8 übertragene elastische Welle ist eine Lamb- Welle, und diese wird nicht so leicht durch Kratzer, Hindernisse und dergleichen auf der Oberfläche der Schwingungsübertragungsplatte beeinflußt, verglichen mit einer Oberflächenwelle.

< Beschreibung der arithmetischen Steuerschaltung>

Bei der oben beschriebenen Anordnung gibt die arithmetische Steuerschaltung 1 ein Signal zum Treiben der Schwinger-Treiberschaltung 2 und des Schwingers 4 innerhalb des Schwingungsgriffels 3 in jeder vorbestimmten Periode aus (zum Beispiel alle 5 ms), und sie beginnt mit einem Zeitmeßvorgang unter Verwendung ihres internen (einen Zähler enthaltenden) Timers. Eine von dem Schwingungsgriffel 3 erzeugte Schwingung breitet sich entlang der Schwingungsübertragungsplatte 8 aus und erreicht die Schwingungssensoren 6a bis 6d, wobei sie entsprechend den Abständen zu den Sensoren verzögert wird.
Die Signalwellenform-Detektorschaltung 9 erfaßt Signale von den Schwingungssensoren 6a bis 6d und erzeugt Signale, welche kennzeichnend sind für die Schwingungs-Ankunftszeiten an den Schwingungssensoren, was mit Hilfe der Wellenformverarbeitung geschieht (die weiter unten noch beschrieben wird). Außerdem gibt die Signalwellenform-Detektorschaltung 9 diese Signale sensorweise in die arithmetische Steuerschaltung 1 ein, um die Schwingungs-Übertragungszeiten zu den einzelnen Schwingungssensoren 6a bis 6d zu erfassen, sie treibt die Anzeigetreiberschaltung 10 basierend auf der Stellungsinformation des Schwingungsgriffels 3, um den Anzeigebetrieb der Anzeige 11 zu steuern, und sie gibt Koordinateninformation an eine (nicht gezeigte) externe Vorrichtung über serielle oder parallele Verbindungsstellen, aus.
Fig. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm, welches die Ausgestaltung der arithmetischen Steuerschaltung 1 zeigt. Die einzelnen Komponenten und ihre Betriebsweisen werden im folgenden erläutert.
Nach Fig. 4 steuert ein Mikrocomputer 31 die arithmetische Steuerschaltung 1 und die gesamte Koordinateneingabevorrichtung. Er enthält einen internen Zähler, ein ROM, das die Verarbeitungsfolge speichert, ein RAM, das zum Beispiel für Berechnungen verwendet wird, einen nicht-flüchtigen Speicher zum Abspeichern von beispielsweise Konstanten und dergleichen. Ein Timer 33 (der zum Beispiel einen Zähler enthält) mißt (nicht gezeigte) Referenztakte. Wenn ein Startsignal zum Starten des Treibens des Schwingers 4 innerhalb des Schwingungsgriffels 3 in die Schwinger-Treiberschaltung 2 eingegeben wird, beginnt der Timer 33 mit einer Zeitmessung. Auf diese Weise wird die Zeitmessung synchron mit der Schwingungserfassung durch die Sensoren gestartet, und die Laufzeiten oder Verzögerungszeiten, bis die Sensoren 6a bis 6d eine Schwingung erfassen, können gemessen werden.
Im folgenden werden Schaltungen erläutert, welche weitere Komponenten darstellen.
Die Ankunftszeitsignale für die Schwingungen, die von den Schwingungssensoren 6a bis 6d kommen, und die von der Signalwellenform-Detektorschaltung 9 ausgegeben werden, werden in Zwischenspeicherschaltungen 34a bis 34d über ein Detektorsignal-Eingangsport 35 eingegeben. Die Zwischenspeicher 34a bis 34d gehören zu den Schwingungssensoren 6a bis 6d. Bei Erhalt des Zeitsignals von dem entsprechenden Sensor speichert jeder Zwischenspeicher den Zeitmeßwert des Timers 33 zu genau dieser Zeit. Wenn eine Beurteilungsschaltung 36 den Empfang sämtlicher Detektorsignale feststellt, gibt die Schaltung 36 ein diesen Umstand kennzeichnendes Signal an den Mikrocomputer 31. Bei Erhalt des Signals von der Beurteilungsschaltung 36 liest der Mikrocomputer 31 die Schwingungsübertragungszeiten zu den jeweiligen Schwingungssensoren aus den entsprechenden Zwischenspeichern 34a bis 34d und berechnet die Koordinatenstelle des Schwingungsgriffels 3 auf der Schwingungsübertragungsplatte 8, indem er eine vorbestimmte Berechnung durchführt. Dann gibt der Mikrocomputer 31 die berechnete Koordinatenstelleninformation über ein E/A-Port 37 an die Anzeige-Treiberschaltung 10, um hierdurch zum Beispiel einen Punkt an der entsprechenden Stelle auf der Anzeige 11 darzustellen. Alternativ kann der Mikrocomputer 31 die Koordinatenstelleninformation über das E/A-Port 37 an eine Schnittstellenschaltung geben, um dadurch den Koordinatenwert an eine externe Vorrichtung auszugeben.
Das Prinzip der Messung der Schwingungsübertragungszeiten von dem Schwingungsgriffel 3 zu den Schwingungssensoren 6a bis 6d wird im folgenden beschrieben. Vor dieser Beschreibung jedoch soll das Verfahren zum Berechnen des Abstands zwischen einem gegebenen Schwingungssensor und dem Schwingungsgriffel aus der Schwingungsübertragungszeit erläutert werden.
Da die in der Vorrichtung nach dieser Ausführungsform verwendete Schwingung eine Lamb-Welle ist, ändert sich die Beziehung zwischen der Hüllkurve 43 und der Phase 42 der erfaßten Wellenform entsprechend der Übertragungsentfernung innerhalb der Schwingungsübertragungsplatte 8 während der Übertragung der Schwingung. Wenn Vg die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Hüllkurve 43, das heißt die Gruppengeschwindigkeit, und Vp die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Phase 42, das heißt die Phasengeschwindigkeit, ist, so kann man, wenn die Gruppengeschwindigkeit Vg und die Phasengeschwindigkeit Vp bekannt sind, die Entfernung zwischen dem Schwingungsgriffel und dem Schwingungssensor auf der Grundlage der Schwingungsübertragungszeit berechnen.
Zunächst soll lediglich die Hüllkurve 43 und deren Geschwindigkeit Vg betrachtet werden; die Entfernung d zwischen dem Schwingungsgriffel 3 und dem Schwingungssensor 6 drückt sich mit Hilfe der Schwingungsübertragungszeit tg' folgendermaßen aus:
d = Vg·tg ... (1)
Diese Gleichung kann den Abstand zwischen jedem von sämtlichen Schwingungssensoren 6a bis 6d und dem Schwingungsgriffel 3 ausdrücken.
Um weiterhin die Koordinatenstellen mit höherer Genauigkeit zu bestimmen, wird eine Verarbeitung ausgeführt, die auf dem Erfassen eines Phasensignals beruht. Basierend auf der Phasenlaufzeit tp', die nach dem oben erläuterten Verfahren berechnet wird, drückt sich die Entfernung d zwischen dem Schwingungssensor und dem Schwingungsgriffel folgendermaßen aus:
d = n·λp + Vg·tp ... (2)
(tg und tp in den Gleichungen sind Werte, die durch Subtrahieren der Laufzeit der Schaltungen und dergleichen von tg' und tp' erhalten werden, wie dies im folgenden näher erläutert wird); λp ist die Wellenlänge der elastischen Welle, n ist eine natürliche Zahl.
Aus den obigen Gleichungen (1) und (2) drückt sich die natürliche Zahl n folgendermaßen aus:
n = int[(Vg·tg - Vp·tp)/λp + 1/N]... (3)
Man beachte, daß N eine passende reale Zahl ungleich "0" ist. Wenn beispielsweise N = 2,0, läßt sich der Wert n in der Gleichung (2) auch dann exakt bestimmen, wenn die erfaßten Werte tg und tp einen Fehler im Bereich von ±1/2 Wellenlängen haben. Wenn der so berechnete Wert n in die Gleichung (2) eingesetzt wird, läßt sich der Abstand zwischen dem Schwingungsgriffel 3 und dem Schwingungssensor 6a mit hoher Genauigkeit messen.
Die tatsächlich von der Signalwellenform-Detektorschaltung 9 gemessenen Zeiten sind tg' und tp' einschließlich eines Offsets entsprechend der Laufzeit in dem Schwingungsgriffel 3 und in den jeweiligen Schaltungen. Vor Einsetzen dieser Zeiten in die Gleichungen (2) und (3) muß der Offset von tg' und tp' subtrahiert werden, um tg bzw. tp zu erhalten. Um die obigen Messungen vornehmen zu können, das heißt die beiden Schwingungsübertragungszeiten tg' und tp' messen zu können, besitzt die Signalwellenform-Detektorschaltung zum Erzeugen der Signale 45 und 47 die in Fig. 1 gezeigte Ausgestaltung.

< Beschreibung der Schwingungsübertragungs-Zeiterfassung (Fig. 1, 6 und 7)>

Fig. 1 zeigt die Ausgestaltung der Signalwellenform-Detektorschaltung 9 der Koordinateneingabevorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung. Das Meßprinzip für die Schwingungsübertragungszeit dieser Ausführungsform (Fig. 1) wird anhand der beispielhaften Ansicht der Verarbeitungssequenz nach Fig. 6 erläutert. Man beachte, daß ein Schwingungssensor 6, der im folgenden beschrieben wird, repräsentativ ist für jeden der Sensoren 6a bis 6d, wobei in den einzelnen Sensoren jeweils die gleiche Verarbeitung stattfindet. Die Koordinatenstelle eines Eingabepunkts wird basierend auf den berechneten Abständen zwischen den einzelnen Schwingungssensoren und dem Schwingungsgriffel berechnet.
Eine ansprechend auf ein Treibersignal 41 erzeugte Schwingung wird von dem Schwingungssensor 6 erfaßt. Ein in Fig. 6 gezeigtes Signal 40 entspricht einer Signalwellenform, die von dem Schwingungssensor erfaßt und dann von einer Vorverstärkerschaltung 51 verstärkt wird. Durch kurze (zwei Impulse von) Treibersignale 41 wird die erfaßte Wellenform innerhalb kurzer Zeit erhalten. Dies dient zum Verhindern eines Detektierfehlers, der durch Interferenz (Überlagerung) zwischen nicht benötigten reflektierten Wellenkomponenten und einer zu erfassenden Schwingung in der Schwingungsübertragungsplatte 8 verursacht wird (hauptsächlich an der Stirnfläche der Schwingungsübertragungsplatte 8), so daß eine Größenreduzierung der gesamten Vorrichtung möglich ist. Da die Berechnungsverarbeitung der Gruppenlaufzeit (tg) leicht von einer reflektierten Welle beeinflußt wird, wird das kurze Detektorsignal 40 direkt in der Hüllkurvendemodulation verwendet. Genauer gesagt, eine Hüllkurvendetektorschaltung 52 empfängt die Signalwellenform 40 und gibt die Hüllkurve 43 aus. Um allerdings die oben angesprochene hochgenaue arithmetische Koordinatenverarbeitung zu ermöglichen, wird bei der Berechnung der Phasenlaufzeit (tp) ein Signal von einem Bandpaßfilter 511 gefiltert.
Als Schwingungsübertragungszeiten werden eine Zeit von dem Treiberzeitpunkt bis zu einem spezifischen Detektorpunkt, das ist ein gewisser Nulldurchgangspunkt in dem Phasenwellenformsignal 42, als tp', weiterhin eine Zeit von dem Treiberzeitpunkt bis hin zu einem spezifischen Punkt des Hüllkurvensignals 43 als tg' erfaßt (in dieser Ausführungsform wird der erste Nulldurchgangspunkt der Differential-Wellenform zweiter Ordnung gewonnen als Wendepunkt einer Hüllkurve). Um den Wendepunkt der Hüllkurve zu ermitteln, wird die Hüllkurve 43 in eine Hüllkurven-Wendepunkt-Detektorschaltung 53 eingegeben, und es wird eine Differential- Wellenform 44 zweiter Ordnung erzeugt.
Das Signal 44 (welches auch als Ausgangsgröße der Wendepunkt-Detektorschaltung 53 angesprochen wird), erhalten als Ergebnis der Differenzierung zweiter Ordnung des Hüllkurvensignals, dient als Eingangssignal eines tg-Komparators 54 zum Erzeugen eines tg'-Signals 45. Allerdings ist bereits störendes Rauschen in diesem Signal 44 eingemischt, bevor die Schwingung den Schwingungssensor 6 erreicht, und das Signal 44 ist beim Nullpegel kein konstantes Signal. Aus diesem Grund wird möglicherweise aufgrund des Rauschens ein tg'-Signal irrtümlich erzeugt. Um dies zu vermeiden, wird der tg-Komparator 54 vorzugsweise im Standby-Zustand gehalten, bis die Schwingung den Schwingungsfühler erreicht. Somit wird ähnlich wie im Stand der Technik, der ein Gattersignal beim Nachweis von tp' verwendet, von einem Monoflop 56 ein Gattersignal 46 ausgegeben, das beim Erfassen von tg' verwendet wird. Das heißt: das Gattersignal wird bei den Berechnungen der zwei Schwingungsübertragungszeiten (tg' und tp') verwendet.
Das charakteristische Merkmal dieser Ausführungsform ist die Art und Weise, wie das Gattersignal bereitgestellt wird, das für ein stabiles Erfassen der beiden spezifischen Punkte herangezogen wird. Der Betrieb einer Gattersignal-Erzeugungsschaltung 58 zum Erzeugen des Aktivierungszeitpunkts des Gattersignals in Fig. 1 soll anhand der Fig. 6 erläutert werden.
Das Hüllkurvensignal 43 wird so, wie es von der Hüllkurvendetektorschaltung 52 ausgegeben wird, in die Gattersignal-Erzeugerschaltung 58 eingegeben. Die Gattersignal-Erzeugerschaltung 58 erzeugt ein Referenzpegelsignal 441 durch Dämpfen des eingegebenen Hüllkurvensignals 43 auf eine passende Amplitude und durch anschließendes Addieren eines vorbestimmten Offset-Werts auf das Signal. Die Gattersignal-Erzeugerschaltung 58 empfängt außerdem die Differential- Ausgangswellenform 44 zweiter Ordnung von der Hüllkurven-Wendepunkt- Detektorschaltung 53 und gibt ein Gattererzeugungssignal 442 aus durch Vergleichen der Wellenform 44 mit dem Referenzpegelsignal 441. Das Monoflop 56 gibt ein Gattersignal 46 mit einer vorbestimmten Impulsbreite im Anschluß an den Zeitpunkt der Vorderflanke des eingegebenen Gattererzeugungssignals 442 an den pg- Komparator 54 und einen tp-Komparator 57.
Die Signale tg' und tp' werden unter Verwendung des in der oben beschriebenen Weise erzeugten Gattersignals 46 folgendermaßen erzeugt:
Was das Signal tp' angeht, so wird die Wellenform 40 umgewandelt in ein Frequenzkomponentensignal vorbestimmter Breite, was in dem Bandpaßfilter 511 geschieht, anschließend wird das Signal von einer Klipp-Schaltung 59 (sie bewirkt eine Pegelkompression der Wellenform) auf einen vorbestimmten Amplitudenwert abgeschnitten. Wenn das Phasensignal 42 als Ausgangsgröße der Klipp-Schaltung 59 und das Gattersignal 46 in den tp-Komparator 57 eingegeben werden, detektiert der tp-Komparator 57 einen Nulldurchgangspunkt der Vorderflanke entsprechend einer vorbestimmten Reihenfolge des Phasensignals 42 (des Ausgangssignals von der Klipp-Schaltung 59), während das Gattersignal 46 aktiviert wird, und liefert ein Phasenlaufzeitsignal tp' 47 an die arithmetische Steuerschaltung 1. In Fig. 6 verwendet tp' den Nulldurchgangspunkt der zweiten Vorderflanke.
Andererseits empfängt der tg-Komparator 54 das Gattersignal 46 und die Differentialwellenform 44 zweiter Ordnung, und er erzeugt ein tg'-Signal unter Verwendung des Nulldurchgangspunkts während der aktiven Phase des Gattersignals 46 als einen Wendepunkt der Hüllkurve 43.
Wie aus der obigen Beschreibung entnehmbar ist, kann die oben beschriebene Anordnung den Aktivierungszeitpunkt für das Gattersignal 46 unabhängig vom erfaßten Schwingungspegel konstant machen. Genauer gesagt: wenn der erfaßte Pegel einer Schwingung schwankt, schwanken die Amplituden der Hüllkurve und der Differentialwellenform zweiter Ordnung entsprechend der Schwankung des erfaßten Pegels. Aus diesem Grund ist die relative Beziehung zwischen den beiden Signalen so, daß die Signale voneinander in Amplitudenrichtung abweichen können, allerdings in Richtung der Zeitbasis die gleiche Beziehung beibehalten. Der konstante zeitliche Verlauf bedeutet, daß das Gattersignal im wesentlichen immer im gleichen Zeitintervall vor der Spitzen-Lage des Phasenwellenformsignals 42 aktiviert wird. Wenn das Gattersignal unter Verwendung eines festen Schwellenwerts entsprechend dem Stand der Technik aktiviert wird und der Pegel des erfaßten Signals 40 aus dem Schwingungssensor 60 abnimmt, so wird das Gattersignal verzögert, und es erfolgt eine Berechnung unter Zugrundelegung eines Nulldurchgangspunkts des Phasenwellenformsignals 42 nach der Spitze als tp'. In diesem Fall wird selbst bei Eingabe identischer Koordinatenpositionen der Abstands-Berechnungsfehler größer, wenn der Griffeldruck gering ist oder der Griffel extrem geneigt ist. Der berechnete Abstandsfehlerwert am Erfassungspunkt (+λ) unmittelbar nach dem vorbestimmten Punkt in Fig. 18 beträgt etwa 0,3 mm für eine längere Strecke. Wenn der Abstand geringer wird und der Griffeldruck ansteigt, so wird in ähnlicher Weise der Punkt vor dem vorbestimmten Punkt als tp'-Erfassungspunkt verwendet, und es wird der berechnete Abstandsfehlerwert (-λ) unmittelbar vor dem vorbestimmten Punkt in Fig. 18 erhalten. Der Effekt dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Fehler des berechneten Abstands Null wird.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel für die Ausgestaltung der Gattersignal-Erzeugungsschaltung 58. Die Referenz-Eingangsgröße von der Hüllkurvendetektorschaltung 52 wird von einer Widerstandsbrücke eines Dämpfungsteils 581 mit einer vorbestimmten Rate gedämpft, und auf das gedämpfte Signal wird von einer Vorspannungsschaltung eines Offset-Addierteils 582 eine vorbestimmte Offset-Spannung addiert. Anschließend wird das Signal an einem Gattererzeugungs-Komparator 583 als Referenzpegelsignal 441 eingegeben. Der Gattererzeugungs-Komparator 583 berechnet die Differenz zwischen der Differential-Ausgangswellenform 44 zweiter Ordnung von der Wendepunkt-Detektorschaltung 53 und dem Referenzpegelsignal 441 und gibt die Differenz als Impulssignal aus.
Ein weiterer Effekt dieser Ausführungsform soll in Verbindung mit Fig. 10 erläutert werden. In Fig. 10 ist der Fehler der berechneten Entfernung gemäß dem herkömmlichen Verfahren durch eine dünne Linie angegeben, der Fehler der berechneten Entfernung dieser Ausführungsform ist durch eine dicke Linie angegeben. Die Skala der Ordinate in Fig. 10 ist etwas kleiner als die in Fig. 18. Wenn bei dem herkömmlichen Detektorverfahren eine Schwingung von einer Stelle in kurzer Entfernung eingegeben wird (der Entfernung zwischen Griffel und Sensor), wird das Gattersignal zu früh aktiviert, da der erfaßte Pegel abrupt ansteigt, wie dies in Fig. 19 gezeigt ist. Ein vorderer Punkt, ein Punkt in der Nähe der Spitze und ein hinterer Punkt der Lamb-Welle des Phasenwellenformsignals 42 haben unterschiedliche zeitliche Bewegungen, abhängig von der Entfernung des wellenformspezifischen Punkts (des Nulldurchgangspunkts). In anderen Worten: diese Punkte verhalten sich so, als hätten sie unterschiedliche Phasengeschwindigkeiten Vp. Verursacht wird dieses Phänomen durch verschiedene Frequenzkomponenten des Phasenwellenformsignals 42, die entlang der Zeitbasis gestreut sind. Wenn daher der Abstand zwischen dem Griffel und dem Sensor klein ist und tp' sich vor der Stelle der Spitze befindet, so wird ein in Fig. 10 gezeigter Abstandfehler erzeugt. Ist die Entfernung groß, so wird ein Fehler mit umgekehrtem Vorzeichen erzeugt, wie ebenfalls in Fig. 10 gezeigt ist.
Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, wird nahezu kein Fehler der berechneten Entfernung bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt. Der Effekt dieser Ausführungsform, welche den Schwellenwert für den Aktivierungszeitpunkt des Gattersignals entsprechend dem detektierten Pegel angibt, ist offensichtlich.
Bei der Ausgestaltung dieser Ausführungsform sind die Umwandlungsverarbeitung des Referenzpegelsignals, die von der Gattersignal-Erzeugerschaltung 58 ausgeführt wird, das heißt die Beträge der Dämpfung und des Offsets, der von dem Offset-Addierteil 582 in Fig. 7 addiert wird, von Bedeutung. Der aufzuaddierende Offset-Betrag muß lediglich größer sein als die maximale Rauschamplitude der Differential-Ausgangswellenform 44 zweiter Ordnung. Andererseits braucht die Dämpfung, mit der ein passendes Gattersignal erhalten wird, lediglich einmal entsprechend der Verstärkung der Wendepunkt-Detektorschaltung 53 berechnet zu werden. Wenn zum Beispiel die Verstärkung der Hüllkurve 1 ist (0 dB) und die detektierte Wellenform etwa fünf Wellen ähnlich der Wellenform 40 hat, so beträgt die passende Dämpfungsrate 1/3 bis 1/2.

< Beschreibung der Schaltungsverzögerungszeitkorrektur>

Im folgenden wird ein Verfahren zum Korrigieren der erfaßten Verzögerungszeiten tg' und tp' auf die echten Verzögerungszeiten tg bzw. tp erläutert.
Die Schwingungsübertragungszeit, die von jedem Zwischenspeicher 34 ansprechend auf die Signale tg' und tp' gespeichert werden, welche in die arithmetische Steuerschaltung 1 als Triggersignale eingegeben werden, beinhaltet eine schaltungsbedingte Laufzeit et und eine Phasen-Offsetzeit toff. Der Betrag eines durch diese Laufzeiten bedingten Fehlers ist bei der Übertragung einer Schwingung von dem Schwingungsgriffel 3 zu den Schwingungssensoren 6a bis 6d durch die Schwingungsübertragungsplatte 8 hindurch stets gleich.
Es sei R1 (= X/2) der Abstand von der Stelle des Ursprungs O in Fig. 5 zu beispielsweise dem Schwingungssensor 6a, tgz' und tpz' die tatsächlich gemessenen Schwingungsübertragungszeiten von dem Ursprung O zu dem Sensor 6a einer Schwingung, die am Ursprung O vom Schwingungsgriffel eingegeben wird, und es seien tgz und tpz die wahren Übertragungszeiten von dem Ursprung O zu dem Sensor. Dann erfüllen dieser Abstand und diese Übertragungszeiten die folgenden Relationen in Verbindung mit der schaltungsbedingten Laufzeit et und dem Phasenversatz (Offset) toff:
tgz' tgz + et ... (4)
tpz' = tpz + et + toff ... (5)
Andererseits erfüllen die tatsächlich gemessenen Werte tg' und tp' an einem beliebigen Eingabepunkt P in ähnlicher Weise die Beziehungen:
tg' = tg + et ... (6)
tp' = tp + et + toff ... (7)
Die Differenzen zwischen den Gleichungen (4) und (6) und den Gleichungen (5) und (7) lauten:
tg' - tgz' = (tg + et) - (tgz + et) = tg - tgz ... (8)
tp' - tpz' = (tp' + et + toff) - (tpz + et + toff) = tp - tpz ... (9)
Auf diese Weise werden die schaltungsbedingte Laufzeit et und der Phasenoffset toff, die in jeder Übertragungszeit enthalten sind, beseitigt, und es läßt sich die Differenz von der wahren Übertragungslaufzeit entsprechend der Entfernung zwischen dem Ursprung O und einem Eingabepunkt P, der an der Stelle des Sensors 6a als Startpunkt liegt, berechnen. Mit Hilfe der obigen Gleichungen (2) und (3) läßt sich die Abstandsdifferenz errechnen.
Da der Abstand von dem Schwingungssensor 6a zu dem Ursprung O vorab beispielsweise in einem nicht-flüchtigen Speicher abgespeichert und bekannt ist, läßt sich der Abstand zwischen dem Schwingungsgriffel 3 und dem Schwingungssensor 6a ermitteln. Das Gleiche gilt für die anderen Sensoren 6b bis 6d.
Die aktuell gemessenen Werte tgz' und tpz' am Ursprung O werden bei Lieferung in dem nicht-flüchtigen Sepicher abgespeichert, und die Gleichungen (8) und (9) werden ausgeführt vor den Berechnungen der Gleichungen (2) und (3), so daß Messungen mit hoher Genauigkeit möglich sind.

< Beschreibung der Koordinatenstellenberechnung (Fig. 5)>

Im folgenden soll anhand der Fig. 5 das Prinzip der tatsächlichen Koordinatenstellenerfassung auf der Schwingungsübertragungsplatte 8 mit Hilfe des Schwingungsgriffels 3 erläutert werden.
Angenommen, die vier Schwingungssensoren 6a bis 6d befänden sich an den Stellen 51 bis 54 in der Nähe der Mittelpunkte der vier Seiten der Schwingungsübertragungsplatte 8. Basierend auf dem oben erläuterten Prinzip können geradlinige Abstände da bis dd von der Stelle P des Schwingungsgriffels 3 zu den einzelnen Schwingungssensoren 6a und 6d berechnet werden. Außerdem kann die arithmetische Steuerschaltung 1 die Koordinaten (x, y) der Stelle P des Schwingungsgriffels 3 anhand der geradlinigen Entfernungen da bis dd folgendermaßen berechnen:
x = (da + db)·(da - db)/2X ... (10)
y = (dc + dd)·(dc - dd)/2Y ... (11)
wobei X und Y die Entfernung zwischen den Schwingungssensoren 6a und 6b bzw. die Entfernung zwischen den Schwingungssensoren 6c und 6d sind.
Wie oben beschrieben, läßt sich die Koordinatenstelle des Schwingungsgriffels 3 dem Echtzeitbetrieb erfassen.
Die auf diese Weise erfolgende Koordinatenstelleneingabe besitzt einen exakt und stabilen Wert aufgrund folgender Effekte, die der Koordinateneingabevorrichtung dieser Ausführungsform eigen sind.
1. Die Aktivierungszeit für das Gattersignal 46 ist bezüglich der Lage der Spitze des Phasenwellenformsignals 42 unabhängig von dem erfaßten Pegel der Schwingung konstant. Aus diesem Grund wird die als tp' erfaßte Stelle eines Nulldurchgangspunkts bezüglich der Spitzenstelle des Phasenwellenformsignals 42 konstant, und ein Fehler von tp aufgrund einer Änderung des Griffeldrucks oder der Griffelneigung läßt sich unterdrücken, und damit läßt sich auch der Fehler der berechneten Entfernung unterdrücken.
2. Da die Gruppenlaufzeit tg im Aktivierungszeitpunkt des Gattersignals 46 erfaßt wird, läßt sich ein Erfassen eines falschen Werts tg aufgrund des Erfassens einer Rausch-Hüllkurve verhindern.
3. Wenn bei dem herkömmlichen Nachweisverfahren die Eingabeentfernung (die Strecke zwischen dem Griffel und dem Sensor) gering ist, steigt der erfaßte Pegel abrupt an, und das Gattersignal wird zu früh aktiviert. Ein vorderer Punkt, ein Punkt in der Nähe des Spitzenwerts und ein hinterer Punkt der Lamb-Welle des Phasenwellenformsignals 42 unterliegen unterschiedlichen zeitlichen Bewegungen abhängig von der Entfernung des wellenformspezifischen Punkts (des Nulldurchgangspunkts). In anderen Worten: diese Punkte verhalten sich, als hätten sie verschiedene Phasengeschwindigkeiten Vp. Dieses Phänomen wird verursacht durch unterschiedliche Frequenzkomponenten des Phasenwellenformsignals 42, die auf der Zeitbasis verstreut sind. Wenn daher der Abstand zwischen dem Griffel und dem Sensor klein ist und sich tp' vor der Stelle der Spitze befindet, wird ein Entfernungsfehler gemäß Fig. 10 erzeugt. Ist der Abstand zu groß, wird ein Fehler mit umgekehrtem Vorzeichen erzeugt, wie in Fig. 10 zu sehen ist. Wie man aus Fig. 10 ersehen kann, wird nahezu kein Fehler der berechneten Entfernung bei dem Nachweisverfahren dieser Ausführungsform erzeugt.

[Erste Modifizierung]

Fig. 8 zeigt die erste Modifizierung der Signalwellenform-Detektorschaltung 9 gemäß der Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Modifizierung dient das Ausgangssignal des Bandpaßfilters 511 als Basissignal bei der Erzeugung des Gattererzeugungssignals. Fig. 9 zeigt den Wellenform-Verarbeitungszustand. Bei der Ausgestaltung der obigen Ausführungsform trifft man häufig ein Problem an, welches im folgenden erläutert werden soll.
Wie ebenfalls in Fig. 6 gezeigt ist, erzeugt die Wellenformverarbeitung in der Signalwellenform-Detektorschaltung 9 eine Verzögerungszeit entsprechend der schaltungsbedingten Laufzeit vor und nach der Verarbeitung. In diesem Fall gibt es kein Problem, wenn die Laufzeit des Ausgangssignals (der Differential-Ausgangswellenform 44 zweiter Ordnung) der Hüllkurven-Wendepunkt-Detektorschaltung 53 als Basissignal in Fig. 6 gleich ist der Laufzeit, die definiert wird durch die Verarbeitungszeit, die in dem Referenzpegelsignal 44 enthalten ist. Wenn allerdings diese Verzögerungszeiten nicht gleich groß sind, kann das Gattersignal nicht zu einem konstanten Zeitpunkt unabhängig von dem erfaßten Pegel aktiviert werden. Somit wird die in Fig. 8 gezeigte Ausgestaltung geschaffen, und wenn die Verzögerungszeiten in dem Phasenwellenformsignal 42 und dem Referenzpegelsignal 441 im wesentlichen gleich groß sind, wird das Phasenwellenformsignal 42 als das Basissignal verwendet. Genauer gesagt: das Phasenwellenformsignal 42 wird mit dem Referenzeingangssignal 441 verglichen, um das Signal 442 zu bilden, und das Gattersignal 46 wird für eine vorbestimmte Zeitspanne nach der ersten Vorderflanke des Signals 442 aktiviert. Die Verarbeitungsvorgänge der tg- und tp-Wandler sind die gleichen wie bei der obigen Ausführungsform.
Bei dieser Ausgestaltung sollte beachtet werden, daß der aufzuaddierende Offset- Wert größer eingestellt ist als in Fig. 6, da die Anstiegszeit der Wellenform des Phasenwellenformsignals 42 länger ist als bei dem Hüllkurvensignal 43. Man kann eine der in den Fig. 1 und 8 dargestellten Ausgestaltungen auswählen in Abhängigkeit der Kennwerte der jeweiligen Schaltungsblöcke in der Signalwellenform- Detektorschaltung, wie oben erläutert wurde.
Bei dieser Ausführungsform läßt sich die zeitliche Differenz zwischen der Basiseingabe und der Referenzeingabe an der Gattersignal-Erzeugerschaltung 58, das heißt die zeitliche Differenz für die Verarbeitung innerhalb der Hüllkurven-Wendepunkt- Detektorschaltung 53, beseitigen, und das Gattersignal 46 läßt sich bezüglich des Referenzsignals 441 zu einem konstanten Zeitpunkt erzeugen.

[Zweite Ausführungsform]

Fig. 11 zeigt eine Vergleichspegel-Erzeugerschaltung, die in der zweiten Ausführungsform einer Koordinateneingabevorrichtung verwendet wird, die das dem Stand der Technik anhaftende Problem lösen kann. Die Ausgestaltung der Vorrichtung nach dieser Ausführungsform ist im wesentlichen die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform (dargestellt in den Fig. 2, 3 und 4), mit Ausnahme der Ausgestaltung der Signalwellenform-Detektorschaltung 9.
Fig. 11 zeigt eine variable Vergleichspegel-Erzeugerschaltung zum Erzeugen eines Basissignals für die Gattersignal-Erzeugerschaltung 58 in Fig. 8. Fig. 14 ist ein schematisches Blockdiagramm der Signalwellenform-Detektorschaltung 9 unter Verwendung der variablen Vergleichspegel-Erzeugerschaltung, und Fig. 12 ist ein Wellenformdiagramm für Eingangs-/Ausgangs-Wellenformen bei der variablen Vergleichspegel-Erzeugerschaltung 60.
Ein Startsignal 443 für einen variablen Vergleichspegel (im folgenden als CC- Startsignal 443 bezeichnet), welches synchron mit dem Treibersignal 41 ist, wird von der arithmetischen Steuerschaltung 1 in die variable Vergleichspegel- Erzeugerschaltung 60 eingegeben. Ein in Fig. 11 gezeigter Transistor wird eingeschaltet, wenn das CC-Startsignal 443 niedrigen Pegel hat, und eine elektrische Ladung wird von einem Kondensator C2 zu einem Kondensator C1 übertragen. Im Ergebnis wird der Kondensator C1 aufgeladen, und das Potential des Referenzpegels am Ausgangsanschluß steigt an, wie in Fig. 12 in einer Periode tc dargestellt ist. Nach dem Ladevorgang wechselt das CC-Startsignal 443 auf hohen Pegel, und der Transistor wird ausgeschaltet. Im Ergebnis wird die im Kondensator C1 aufgebaute Ladung über Widerstände R3, R1 und R2 entladen, und gleichzeitig wird der Kondensator C2 über eine Brücke aus Widerständen R4 und R5 aufgeladen. Der maximale Vergleichspegel in Fig. 12 nimmt dann einen Maximalwert an, wenn die CR-Zeitkonstante (R4 und C1) hinreichend kürzer ist als die Ladezeit tc (die Impulsbreite des CC-Startsignals 443), und entspricht einem Potential, welches durch die Widerstandsbrücke R4, R5 dividiert ist. Andererseits nimmt der kleinste Vergleichspegel einen Minimumwert an, wenn die CR-Zeitkonstante (C1 und R2 + R3) hinreichend kürzer ist als eine Zeitspanne bis hin zu dem Zeitpunkt des nächsten Ansteuervorgangs, und entspricht dem Brückenpotential der Widerstände R1 und R2. Letztere CR-Zeitkonstante wird auf einen kurzen Wert eingestellt, so daß der ausgegebene Referenzpegel innerhalb der maximalen Übertragungszeit minimiert ist. Der maximale Vergleichspegel läßt sich so einrichten, daß er einen Wert von etwa 60% des Maximalwerts annimmt.
Mit der oben geschilderten Ausgestaltung nach Fig. 12 wird ein variables CC- Erzeugerschaltungs-Ausgangssignal 444 als Referenz-Eingangsgröße mit verstreichender Zeit gedämpft in Entsprechung mit den erfaßten Pegeln von einer kurzen Entfernung hin zu einer langen Entfernung. Die folgende Verarbeitung ist dann die gleiche wie bei der obigen Ausführungsform, so daß auf eine detaillierte Erläuterung verzichtet wird.
Auf die oben beschriebene Weise wird nicht nur der Pegel des Referenz- Eingangssignals an der Gattersignal-Erzeugerschaltung 58 zum Erzeugen des Aktivierungszeitpunkts des Gattersignals entsprechend der Dämpfung des erfaßten Pegels abhängig von der Ausbreitungsentfernung einer Schwingung gedämpft, sondern außerdem wird der kleinste Vergleichspegel auf einen erforderlichen Pegel eingestellt. Im Ergebnis läßt sich der Rauschpegel der Schaltung minimieren, so daß der dynamische Bereich nicht verbreitert werden muß.
Wenn bei dieser Ausgestaltung der Griffeldruck und die Griffelneigung gleichbleiben, läßt sich eine Koordinateneingabevorrichtung mit einem kleinen Fehler der berechneten Entfernung erhalten, wie in Fig. 10 gezeigt ist.

[Zweite Modifizierung]

Es ist schwierig, einen Eingabevorgang bei gleichem Griffeldruck und gleichem Griffelwinkel während eines Strich-Eingabevorgangs zu erreichen, so zum Beispiel bei der Eingabe eines Buchstabens. Der erfaßte Pegel hängt in starkem Maße von der jeweiligen Person ab. Man kann daran denken, daß die Art und Weise, wie ein Griffel gehalten wird, und welchen Griffeldruck die jeweilige benutzende Person ausübt, nahezu konstant sind. Demgemäß zeigt Fig. 13 eine Modifizierung, die erhalten wird durch Verbessern der in Fig. 11 dargestellten Anordnung.
In Fig. 13 werden veränderliche Widerstände R2', R3' und R4' verwendet. In dieser Ausgestaltung läßt sich der erfaßte Pegel der Vorrichtung an den jeweiligen individuellen Benutzer anpassen. Wie in Verbindung mit Fig. 11 erläutert wurde, wird, wenn der Griffeldruck größer als ein Standard-Druck ist, der Wert des Widerstands R4' erhöht, um den maximalen Vergleichspegel zu steigern, und gleichzeitig wird der Wert des Widerstands R2' erhöht, um ebenfalls den kleinsten Vergleichspegel zu erhöhen. Eine Änderung des erfaßten Pegels aufgrund von Unterschieden von Person zu Person läßt sich berücksichtigen durch lediglich diese Widerstände. Da außerdem der veränderliche Widerstand R3' verwendet wird, läßt sich, wenn der Dämpfungsfaktor einer Schwingung aufgrund Verschleiß in der Schwingungsübertragungsplatte 8 zunimmt, eine physikalische Abnahme des erfaßten Pegels berücksichtigen durch Erhöhen des Werts des Widerstands R3'. Die Änderung des erfaßten Pegels aufgrund persönlicher Unterschiede läßt sich in ausreichendem Maß berücksichtigen durch lediglich die Widerstände R2' und R4'. Diese Widerstände lassen sich manuell von einem Benutzer einstellen, während der Benutzer gleichzeitig einen vorbestimmten spezifischen Punkt (einen Punkt in der Nähe jedes Sensors und einen am weitesten entfernten Punkt oder dergleichen) auf der Schwingungsübertragungsplatte 8 andrückt und einen Entfernungsfehler überwacht. Alternativ können die Werte der Widerstände R2' und R4' automatisch durch Nachschlagen in einer Tabelle eingestellt werden, wobei die Tabelle vorab in der arithmetischen Steuerschaltung basierend auf den nachgewiesenen Pegeln und den Fehlern der berechneten Entfernung abgelegt sind.
Bei der oben erläuterten Ausgestaltung der variablen Pegelerzeugerschaltung können der maximale Vergleichspegel, der minimale Vergleichspegel und der Dämpfungsfaktor nach Wunsch geändert werden, und die Übertragungslaufzeiten tp und tg lassen sich exakt messen, unabhängig von den von Person zu Person vorhandenen Unterschieden der Benutzer oder von dem Alter der Vorrichtung, so daß ein exakter Koordinateneingabevorgang möglich ist.
Bei der in Fig. 13 gezeigten Ausgestaltung lassen sich zwei Schaltungskonstanten justieren. Alternativ kann ein veränderlicher Kondensator C1 verwendet werden (dann sind die Widerstände R2' und R4' fest), wobei die Anordnung zum Einstellen von C1 die Anzahl von Einstellpunkten reduzieren kann. Wenn daher einige teure und große Komponenten wie ein veränderlicher Widerstand verwendet werden können, kann der Wert des Kondensators C1 geändert werden.
Die in Fig. 11 gezeigte Ausgestaltung, bei der der Vergleichspegel im Lauf der Zeit abgeschwächt wird, ist widerstandsfähig gegen Rauschen, berücksichtigt allerdings nicht eine Pegelschwankung aufgrund einer Griffeldruck-Änderung, wie aus Fig. 20 ersichtlich ist. Aus diesem Grund läßt sich ein zufriedenstellender Gebrauchszustand nicht erreichen. Der Justiermechanismus ist also für jeden Benutzer unerläßlich.
Wie oben beschrieben, kann eine erfindungsgemäße Koordinateneingabevorrichtung eine stabile und in hohem Maße genaue Koordinateneingabe mit einer einfachen Anordnung auch dann ermöglichen, wenn eine Schwankung des erfaßten Schwingungspegels aufgrund der Schwingungsübertragungsentfernung zunimmt, und auch selbst dann, wenn störendes Rauschen aufgrund einer Benutzungsumgebung der Koordinateneingabevorrichtung zunimmt, oder auch dann, wenn sich der erfaßte Pegel aufgrund einer Änderung des Griffeldrucks oder der Griffelhaltung (Griffelwinkel) ändert.

Claims

1. Koordinateneingabevorrichtung, umfassend:

eine Schwingungsübertragungsplatte (8);

eine Eingabeeinrichtung (3) zum Eingeben einer Schwingung in die Schwingungsübertragungsplatte (8);

eine Schwingungsdetektoreinrichtung (6a-6d) zum Detektieren einer in die Schwingungsübertragungsplatte (8) eingegebenen elastischen Wellenschwingung an einer Mehrzahl von Nachweisstellen;

eine Hüllkurvenausgabeeinrichtung (52) zum Ausgeben eines Hüllkurvensignals eines Detektorsignals von der Schwingungsdetektoreinrichtung;

eine Grundsignal-Erzeugungseinrichtung (53, 511) zum Erzeugen eines Grundsignals mit einer vorbestimmten Wellenform auf der Grundlage des von der Schwingungsdetektoreinrichtung kommenden Detektorsignals;

eine Gruppenlaufzeit-Detektoreinrichtung (54) zum Nachweisen eines Wendepunkts des Hüllkurvensignals während der Dauer eines Gattersignals, sowie zum Nachweisen einer Gruppenlaufzeit der Schwingung bezüglich des Nachweispunkts;

eine Phasenlaufzeit-Detektoreinrichtung (57) zum Erfassen eines Nulldurchgangspunkts in einer vorbestimmten Reihenfolge des Hüllkurvensignals während der EIN-Dauer des Gattersignals, und zum Erfassen einer Phasenlaufzeit der Schwingung in Bezug auf den Nachweispunkt; und

eine Berechnungseinrichtung (1) zum Berechnen einer von der Eingabeeinrichtung eingegebenen Koordinatenstellle auf der Grundlage der Gruppen- und Phasenlaufzeiten;

dadurch gekennzeichnet, daß

die Grundsignal-Erzeugungseinrichtung (53) ein Differential-Signal zweiter Ordnung aus dem Detektorsignal als Basissignal erzeugt, und daß die Vorrichtung außerdem aufweist:

eine Referenzsignal-Erzeugungseinrichtung (52, 60) zum Erzeugen eines Referenzsignals durch Dämpfen des Hüllkurvensignals und Aufaddieren eines vorbestimmten Offset-Werts auf das gedämpfte Signal, und

eine Gattersignal-Erzeugungseinrichtung (58) zum Vergleichen des Referenzsignals und des Grundsignals und zum Erzeugen eines Gattersignals mit einer vorbestimmten zeitlichen Breite ausgehend von einem Punkt, an welchem das Basissignal das Referenzsignal übersteigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Referenzsignal-Erzeugungeinrichtung gebildet wird durch eine Pegelerzeugungseinrichtung (60) zum Erzeugen eines Pegelsignals als Referenzsignal, welches sich abschwächt, um im wesentlichen übereinzustimmen mit einer Dämpfungskennlinie der von der Schwingungserzeügungseinrichtung erzeugten Schwingung, so daß das Pegelsignal einen Maximumwert zu dem Erzeugungszeitpunkt der Schwingung durch die Schwingungserzeugungseinrichtung annimmt, und einen Minimumwert von nicht weniger als einem vorbestimmten Pegel nach Verstreichen einer längsten Schwingungsübertragungszeit in der Schwingungsübertragungsplatte annimmt.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Phasenlaufzeit-Detektoreinrichtung (57) ein Zeitintervall zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die Schwingung von der Eingabeeinrichtung eingegeben wird, bis zum Erfassen eines Nulldurchgangspunkts in einer vorbestimmten Reihenfolge des Detektorsignals innerhalb der Dauer des Gattersignals detektiert.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Gruppenlaufzeit-Detektoreinrichtung (54) ein Zeitintervall nachweist, welches beginnt, wenn die Schwingung von der Eingabeeinrichtung eingegeben wird, bis hin zum Erfassen eines Wendepunkts der Hüllkurve innerhalb der Dauer des Gattersignals.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Grundsignal- Erzeugungseinrichtung (511) als das Basissignal ein Signal einer vorbestimmten Frequenzbandkomponente erzeugt, die in dem Detektorsignal enthalten ist.