JP2557081B2 - Coordinate input device - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は座標入力装置、特に振動伝達板上での振動伝
達時間に基づき振動伝達板上での指示点座標を検出する
座標入力装置に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a coordinate input device, and more particularly to a coordinate input device that detects coordinates of a designated point on a vibration transmission plate based on a vibration transmission time on the vibration transmission plate. Is.

［従来の技術］ 従来より、種々の入力方式の座標入力装置が知られて
いる。特に、抵抗膜、電極膜などを用いた入力タブレッ
トを使用する方式の他、振動伝達板上での振動伝達時間
に基づき振動伝達板上での指示点座標を検出する検出方
式が考えられている。この方式は機械的構造が比較的簡
略であり、入力タブレットにガラスなどの透明材料を使
用でき、表示器などと重ねて使用できるなどの利点を有
する。[Prior Art] Conventionally, coordinate input devices of various input methods have been known. In particular, besides the method of using an input tablet using a resistance film, an electrode film, etc., a detection method of detecting the pointing point coordinates on the vibration transmission plate based on the vibration transmission time on the vibration transmission plate is considered. . This method has an advantage that the mechanical structure is relatively simple, a transparent material such as glass can be used for the input tablet, and the input tablet can be used by being overlapped with it.

従来、弾性波を用いた指示点座標を検出する座標入力
装置として、第９図に示すような構成のものが考えられ
ている。第９図の座標入力装置は振動伝達板78から成る
入力タブレットに振動ペン73によって座標入力を行な
い、入力された座標情報をこの座標入力装置が接続され
ている情報処理装置（例えばパーソナルコンピュータな
ど）に出力するものである。Conventionally, as a coordinate input device for detecting designated point coordinates using elastic waves, a configuration as shown in FIG. 9 has been considered. The coordinate input device shown in FIG. 9 inputs coordinates to the input tablet composed of the vibration transmitting plate 78 by the vibrating pen 73, and the input coordinate information is connected to the information processing device (for example, a personal computer). Is output to.

振動ペン73は振動伝達板78に弾性波を入力するための
もので、圧電素子などからなる振動子74、振動伝達板78
に対する入力振動を増幅するホーン75、およびその支持
体から構成される。また、符号72はこのペンの振動子74
の駆動回路である。符号76は振動伝達板78中を伝わって
くる弾性波を検出するための圧電素子（センサ）であ
る。符号77は振動伝達波78の端面での反射を防止する防
振材である。The vibration pen 73 is for inputting an elastic wave to the vibration transmission plate 78, and includes a vibrator 74 including a piezoelectric element and the vibration transmission plate 78.
It is composed of a horn 75 for amplifying the input vibration with respect to and its support. Also, reference numeral 72 is a transducer 74 of this pen.
Drive circuit. Reference numeral 76 is a piezoelectric element (sensor) for detecting an elastic wave transmitted through the vibration transmission plate 78. Reference numeral 77 is a vibration isolator that prevents the vibration transmission wave 78 from being reflected at the end surface.

振動センサ76は振動伝達板78の角部などの所定位置に
３つ配置されており、それぞれの出力は前置増幅回路80
〜82を介して振動検出回路83〜85に入力される。振動検
出回路83〜85は、波形処理などにより、各センサ位置で
の振動検出タイミングを決定する。The three vibration sensors 76 are arranged at predetermined positions such as the corners of the vibration transmission plate 78, and the outputs of the vibration sensors 76 are output from the preamplifier circuit 80.
Is input to the vibration detection circuits 83 to 85 via. The vibration detection circuits 83 to 85 determine the vibration detection timing at each sensor position by waveform processing or the like.

振動検出回路83〜85が振動を検出すると、そのタイミ
ングで計時カウンタ79の計時情報がラッチ回路86〜88に
ラッチされる。When the vibration detection circuits 83 to 85 detect vibration, the timing information of the timing counter 79 is latched in the latch circuits 86 to 88 at that timing.

ラッチ回路86〜88の計時情報はマイクロプロセッサな
どからなる制御装置71に入力され、これらの時間情報に
基づき振動ペン73の入力座標が決定される。座標演算の
概要を以下に示す。The time information of the latch circuits 86 to 88 is input to the control device 71 including a microprocessor and the input coordinates of the vibrating pen 73 are determined based on the time information. The outline of coordinate calculation is shown below.

振動ペン73から入力された弾性波は振動伝達板78中を
ある伝達速度ｖで伝わってくるから、ペンの指示点とセ
ンサ間の距離１は １＝ｖ・ｔ …（１） （ｔは振動伝達時間） となる。ｖは伝達板に用いる材料および振動の周波数な
どで決定される定数であるから、１を知るためにはｔを
計測すればよい。振動検出回路83〜85、ラッチ回路86〜
88、および計時カウンタ79はこの伝達時間ｔを計測する
ための回路である。伝達時間は振動センサ76の検出信号
のピークタイミングを振動検出回路83〜85によって取り
出し、このタイミングで計時カウンタ79の計時情報をラ
ッチ回路86〜88にラッチすることで得られる。Since the elastic wave input from the vibrating pen 73 propagates through the vibration transmitting plate 78 at a certain transmission speed v, the distance 1 between the pointing point of the pen and the sensor is 1 = v · t (1) (t is the vibration Transmission time). Since v is a constant determined by the material used for the transmission plate, the frequency of vibration, and the like, t can be measured in order to know 1. Vibration detection circuit 83-85, latch circuit 86-
88 and a clock counter 79 are circuits for measuring this transmission time t. The transmission time is obtained by extracting the peak timing of the detection signal of the vibration sensor 76 by the vibration detection circuits 83 to 85, and latching the time measurement information of the time measurement counter 79 in the latch circuits 86 to 88 at this timing.

制御回路71は振動ペン73を駆動するのと同時に計時カ
ウンタ79を０からスタートさせる。振動ペン73で発生し
た振動は、距離に応じた時間、すなわち伝達時間ｔを経
て振動センサ76に到達する。振動センサ76によって振動
は電気信号に変換され、前置増幅回路80〜83を経て振動
検出回路83〜85に至る。振動検出回路は振動の伝達を検
知すると、振動検出信号をラッチ回路86〜88へ出力す
る。ラッチ回路は、該振動検出信号をトリガとして計時
カウンタ79の出力を取り込む。振動の伝達を検出するに
は弾性波の縦波成分を先頭波として検出する方法、横波
成分のエンベロープ（包絡線）をとってそのピーク点を
検出する方法などが知られている。The control circuit 71 drives the vibrating pen 73 and, at the same time, starts the clock counter 79 from zero. The vibration generated by the vibration pen 73 reaches the vibration sensor 76 after a time corresponding to the distance, that is, a transmission time t. The vibration is converted into an electric signal by the vibration sensor 76, and reaches the vibration detection circuits 83 to 85 via the preamplifier circuits 80 to 83. When the vibration detection circuit detects the transmission of vibration, it outputs a vibration detection signal to the latch circuits 86 to 88. The latch circuit captures the output of the clock counter 79 using the vibration detection signal as a trigger. In order to detect the transmission of vibration, a method of detecting the longitudinal wave component of the elastic wave as the leading wave, a method of detecting the peak point by taking the envelope (envelope) of the transverse wave component, and the like are known.

制御回路71はこのように計測した伝達時間から（１）
式に基づいてそれぞれのセンサとペンの距離を算出し、
後は幾何学的計算を行なって座標値を得るものである。The control circuit 71 determines (1) from the transmission time measured in this way.
Calculate the distance between each sensor and pen based on the formula,
After that, geometric calculation is performed to obtain coordinate values.

また、ペンの駆動を行なってから最大伝達時間（すな
わち、座標入力の有効エリア内においてセンサ・入力点
間の距離が最大である時の伝達時間）、回路遅延時間な
どより決定される時間を過ぎても振動が検出されない場
合にはペンアップの時であるから、伝達時間の計測を打
ち切り、前記振動ペン73の駆動からの制御を繰り返す。Also, after the pen is driven, the maximum transmission time (that is, the transmission time when the distance between the sensor and the input point is the maximum in the effective area for coordinate input) and the circuit delay time are exceeded. However, if no vibration is detected, it is the time for pen-up, so the measurement of the transmission time is terminated and the control from the drive of the vibration pen 73 is repeated.

以上の動作を繰り返して指示点座標を検出する。 The above operation is repeated to detect the designated point coordinates.

センサの数は、２個以上あれば座標値を算出すること
が可能である。If the number of sensors is two or more, the coordinate value can be calculated.

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記従来例ではセンサを複数個備えな
ければならなかった。このことは、単にセンサの数が増
えるばかりでなく、後段に接続される振動伝達時間を計
測する回路もセンサの数だけ備える必要があることを意
味している。従って、センサの数が増えれば増えるほ
ど、構成が複雑になって低コスト化にも自ずから限界が
あった。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above-mentioned conventional example, a plurality of sensors had to be provided. This means that not only the number of sensors increases, but also the number of circuits connected to the subsequent stage for measuring the vibration transmission time must be provided. Therefore, as the number of sensors increases, the configuration becomes more complicated and cost reduction is naturally limited.

センサの数は前述のように２個以上であればよいが、
一般には演算精度の確保並びに座標演算の速度などの問
題から３〜４個以上備えるのが普通で、上記の点に鑑み
て従来より少ないセンサ数で同様の精度および速度で座
標検出を行なうことのできる座標入力装置の出現が望ま
れていた。The number of sensors may be two or more as described above,
Generally, in order to secure calculation accuracy and speed of coordinate calculation, it is usual to provide three to four or more. In view of the above point, it is possible to detect coordinates with the same accuracy and speed with a smaller number of sensors than the conventional one. The advent of a coordinate input device that can do this has been desired.

また、従来でも精度や速度があまり必要でない場合に
は２個のセンサを用いる方式が採用されているが、より
少ないセンサ、すなわちただ１個のセンサを用いるだけ
で座標検知が行なえれば非常にシンプルに座標入力装置
を構成することができ、このような装置の出現もまた強
く希望されていた。Further, even when the accuracy and speed are not required so far, the method of using two sensors has been adopted, but it is very useful if the coordinate detection can be performed by using a smaller number of sensors, that is, only one sensor. A coordinate input device could be simply constructed, and the advent of such a device was also strongly desired.

本発明の課題はより少ないセンサ数で座標入力を行な
えるようにすることである。An object of the present invention is to enable coordinate input with a smaller number of sensors.

［課題を解決するための手段］ 以上の課題を解決するめに、本発明においては、 振動ペンから入力された振動を振動伝達板の所定位置
に設けられたセンサにより検出し、振動伝達板上での振
動時間から前記振動ペンの振動入力点の座標を検出する
座標入力装置において、 前記振動伝達板上の前記振動ペンの入力点から前記セ
ンサに到達した直接波を検出する第１の振動検出手段
と、 前記振動伝達板の特定の端面で反射し前記センサに到
達した反射波を検出する第２の振動検出手段と、 前記第１の検出手段により検出された直接波の伝達時
間を計測する第１の計測手段と、 前記第２の検出手段により検出された反射波の伝達時
間を計測する第２の計測手段と、 前記センサの位置と振動伝達板の前記特定の端面とが
形成する幾何学的条件と前記第１及び第２の計測手段に
より計測された直接波及び反射波の伝達時間に基づき入
力点の座標を算出する算出手段と、を有する構成を採用
した。[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, in the present invention, the vibration input from the vibrating pen is detected by a sensor provided at a predetermined position of the vibration transmitting plate, and the vibration is transmitted on the vibration transmitting plate. In a coordinate input device for detecting the coordinates of a vibration input point of the vibrating pen from the vibration time of the first vibration detecting means for detecting a direct wave reaching the sensor from the input point of the vibrating pen on the vibration transmission plate. A second vibration detecting means for detecting a reflected wave reflected by a specific end surface of the vibration transmitting plate and reaching the sensor; and a second vibration detecting means for measuring a transmission time of the direct wave detected by the first detecting means. Geometry formed by the first measuring means, the second measuring means for measuring the propagation time of the reflected wave detected by the second detecting means, the position of the sensor and the specific end surface of the vibration transmitting plate. Conditions and before The calculation means for calculating the coordinates of the input point based on the transmission times of the direct wave and the reflected wave measured by the first and second measuring means is adopted.

［作 用］ 以上の構成によれば、直接波および振動伝達板の特定
の端面で反射された反射波、すなわち異なる伝達経路を
通る振動の伝達時間と、伝達経路が形成する幾何学的条
件から入力座標を検出する。座標値を数学的に算定する
には、特定の３角形が振動伝達板上の所定位置に形成さ
れる必要がある。従来では、少なくとも現実の２個のセ
ンサと入力点によりこの３角形が形成されていたが、本
発明においては直接波により３角形の１辺が、また反射
点で折れ曲がる反射波により仮想的なもう１つのセンサ
位置が形成されることにより他の２辺が少なくとも形成
され、座標演算に必要な３角形を形成できる。このため
センサは原理的には１個であっても座標演算が可能とな
る。[Operation] According to the above configuration, from the direct wave and the reflected wave reflected by the specific end surface of the vibration transmission plate, that is, the transmission time of vibration through different transmission paths and the geometric conditions formed by the transmission paths. Detect the input coordinates. In order to calculate the coordinate value mathematically, a specific triangle needs to be formed at a predetermined position on the vibration transmitting plate. Conventionally, this triangle is formed by at least two actual sensors and input points, but in the present invention, one side of the triangle is formed by a direct wave, and a virtual wave is formed by a reflected wave bent at a reflection point. By forming one sensor position, at least the other two sides are formed, and the triangle required for coordinate calculation can be formed. Therefore, in principle, even if there is only one sensor, coordinate calculation is possible.

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づき、本発明を詳細に説
明する。[Examples] Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples shown in the drawings.

第１図は本発明を実施した座標入力装置の構成図であ
る。図中符号８は振動を弾性波として伝える振動伝達
板、符号６は弾性波を検出する圧電素子からなる振動セ
ンサ６である。振動センサ６は振動伝達板８端部の１点
に１つのみ設けられる。FIG. 1 is a block diagram of a coordinate input device embodying the present invention. In the figure, reference numeral 8 is a vibration transmission plate that transmits vibration as an elastic wave, and reference numeral 6 is a vibration sensor 6 including a piezoelectric element that detects the elastic wave. Only one vibration sensor 6 is provided at one end of the vibration transmission plate 8.

符号７は振動伝達板８の端面での反射を防止する防振
材であり、第１図に示すように振動伝達板８の４つの辺
のうち３辺での反射を防止するように取り付けられてい
る。従来装置と異なり、このような構造により防振材７
が設けられていない振動伝達板８の１辺において振動ペ
ン３から入力された弾性波の反射を許す。Reference numeral 7 is an anti-vibration material that prevents reflection on the end surface of the vibration transmission plate 8, and is attached so as to prevent reflection on three of the four sides of the vibration transmission plate 8 as shown in FIG. ing. Unlike the conventional device, the structure as described above provides the vibration damping material 7
The elastic wave input from the vibrating pen 3 is allowed to be reflected on one side of the vibration transmitting plate 8 not provided with.

第２図は振動ペン３の構造を示している。振動ペン３
に内蔵された振動子４は、振動子駆動回路２により駆動
される。振動子４の駆動信号は第１図の制御装置１から
低レベルのパルス信号として供給され、低インピーダン
ス駆動が可能な振動子駆動回路２によって所定のゲイン
で増幅された後、振動子４に印加される。FIG. 2 shows the structure of the vibrating pen 3. Vibrating pen 3
The vibrator 4 built in is driven by the vibrator drive circuit 2. The drive signal for the oscillator 4 is supplied as a low-level pulse signal from the control device 1 in FIG. 1, amplified by the oscillator drive circuit 2 capable of low impedance drive with a predetermined gain, and then applied to the oscillator 4. To be done.

電気的な駆動信号は振動子４によって機械的な超音波
振動に変換され、ホーン部５を介して振動板８に伝達さ
れる。The electric drive signal is converted into mechanical ultrasonic vibration by the vibrator 4 and transmitted to the diaphragm 8 via the horn unit 5.

振動子４の振動周波数はアクリル、ガラスなどの振動
伝達板８に板波を発生させることができる値に選択され
る。また、振動子駆動の際、振動伝達板８に対して第２
図の垂直方向に振動子４が主に振動するような振動モー
ドが選択される。また、振動子４の振動周波数を振動子
４の共振周波数とすることで効率のよい振動変換が可能
である。The vibration frequency of the vibrator 4 is selected to a value capable of generating a plate wave on the vibration transmission plate 8 such as acrylic or glass. Further, when driving the vibrator, the second
A vibration mode in which the vibrator 4 mainly vibrates in the vertical direction in the figure is selected. Further, by setting the vibration frequency of the vibrator 4 as the resonance frequency of the vibrator 4, it is possible to perform efficient vibration conversion.

上記のようにして振動伝達板８に伝えられる弾性波は
板波であり、表面波などに比して振動伝達板８の表面の
傷、障害物などの影響を受けにくいという利点を有す
る。The elastic wave transmitted to the vibration transmitting plate 8 as described above is a plate wave, and has an advantage that it is less susceptible to scratches and obstacles on the surface of the vibration transmitting plate 8 as compared to surface waves.

一方、振動センサ６からの検出信号は前置増幅回路９
により増幅され、直接波検出回路10および反射波検出回
路11に入力される。直接波検出回路10および反射波検出
回路11はそれぞれの波形成分の到達タイミングを検出
し、この検出出力によりラッチ回路12、ラッチ回路13に
計時カウンタ14の計時情報をラッチさせる。直接波、反
射波の伝達経路に関しては後に詳述する。On the other hand, the detection signal from the vibration sensor 6 is the preamplifier circuit 9
Is amplified by and input to the direct wave detection circuit 10 and the reflected wave detection circuit 11. The direct wave detection circuit 10 and the reflected wave detection circuit 11 detect the arrival timings of the respective waveform components, and cause the latch circuits 12 and 13 to latch the clock information of the clock counter 14 by the detection output. The transmission paths of the direct wave and the reflected wave will be described in detail later.

計時カウンタ14にラッチされた計時情報、すなわち、
直接波、反射波の到達時間情報はマイクロコンピュータ
その他からなる制御装置１に入力される。制御装置１は
ラッチされた上記時間情報から後述のようにして入力点
の座標を算定し、他の情報処理装置、たとえばパーソナ
ルコンピュータなどに入力する。The clock information latched in the clock counter 14, that is,
The arrival time information of the direct wave and the reflected wave is input to the control device 1 including a microcomputer and the like. The control device 1 calculates the coordinates of the input point from the latched time information as described later, and inputs it to another information processing device such as a personal computer.

第３図は振動ペン３の入力点Ｐから直接振動センサ６
に到達する直接波ａと振動伝達板８の左端面での反射を
経て到達する反射波ｂの経路を示している。FIG. 3 shows the vibration sensor 6 directly from the input point P of the vibration pen 3.
The path of the direct wave a that reaches the point and the reflected wave b that reaches after reaching the left end surface of the vibration transmission plate 8 are shown.

次に、第４図を用いて制御装置１が各回路に対して行
なう制御の詳細を述べる。図中符号31はマイクロコンピ
ュータであり、ROM、RAMおよび内部カウンタを内蔵して
いる。Next, the details of the control performed by the control device 1 for each circuit will be described with reference to FIG. Reference numeral 31 in the drawing is a microcomputer, which has a ROM, a RAM and an internal counter built therein.

マイクロコンピュータ31はまずクリア信号をラッチ回
路12、13および計時カウンタ14に対して送り、このクリ
ア信号によってラッチ回路12、13はラッチ内容をクリア
する。また、計時カウンタ14はカウント値をクリアした
後、スタート信号入力待ちの状態となる。The microcomputer 31 first sends a clear signal to the latch circuits 12 and 13 and the clock counter 14, and the clear signals cause the latch circuits 12 and 13 to clear the latch contents. Further, the clock counter 14 is in a state of waiting for a start signal input after clearing the count value.

次にマイクロコンピュータ31より駆動信号発生回路32
および計時カウンタ14にスタート信号が送られる。この
スタート信号によって、駆動信号発生回路32では振動子
４の共振周波数の繰り返し周期を持つパルス列を発生し
て振動子駆動回路２に出力する。Next, from the microcomputer 31, the drive signal generation circuit 32
And a start signal is sent to the time counter 14. In response to this start signal, the drive signal generation circuit 32 generates a pulse train having a repeating cycle of the resonance frequency of the vibrator 4 and outputs it to the vibrator drive circuit 2.

また、計時カウンタ14は必要とされる分解能に対応し
た周期のクロックに対してカウントを開始する。駆動信
号発生回路32から出力された信号は振動子駆動回路２で
増幅され、ペンの振動子４を駆動する。Further, the clock counter 14 starts counting with respect to a clock having a cycle corresponding to the required resolution. The signal output from the drive signal generation circuit 32 is amplified by the vibrator drive circuit 2 and drives the vibrator 4 of the pen.

さて、ペンの振動によって発生した弾性波は、振動伝
達板８中を第２図で示したようなａ、b2つの経路を伝達
して振動センサ６に至る。振動はここで電気信号に変換
され、前置増幅回路９を経て直接波検出回路10、反射波
検出回路11へ至る。The elastic wave generated by the vibration of the pen travels through the vibration transmission plate 8 through the two routes a and b as shown in FIG. 2 and reaches the vibration sensor 6. The vibration is converted into an electric signal here, and reaches the direct wave detection circuit 10 and the reflected wave detection circuit 11 via the preamplification circuit 9.

直接波検出回路10ではａの経路で伝達した振動、すな
わち直接波を検出し、この検出信号はラッチ回路A12に
出力される。また、反射波検出回路11ではｂの経路で伝
達した振動、すなわち反射波を検出し、この検出信号を
ラッチ回路B13に出力する。The direct wave detection circuit 10 detects the vibration transmitted through the path a, that is, the direct wave, and this detection signal is output to the latch circuit A12. The reflected wave detection circuit 11 detects the vibration transmitted through the path b, that is, the reflected wave, and outputs this detection signal to the latch circuit B13.

ラッチ回路12、13はそれぞれの検出信号をトリガとし
て計時カウンタ14の出力を取り込む。２つの検出信号は
マイクロコンピュータ31に対しても出力される。マイク
ロコンピュータ31はこの検出信号に基づいてそれぞれの
ラッチ回路に保持されたデータを取り込む。The latch circuits 12 and 13 take in the output of the clock counter 14 using the respective detection signals as a trigger. The two detection signals are also output to the microcomputer 31. The microcomputer 31 takes in the data held in each latch circuit based on this detection signal.

このようにして、直接波および反射波の伝達時間を計
測することができる。マイクロコンピュータ31は直接波
伝達時間、反射波伝達時間のデータから座標値を検出
し、入出力ポート33（例えばRS−232Cポートなどからな
る）を介してホストの情報処理装置に転送する。In this way, the transmission time of the direct wave and the reflected wave can be measured. The microcomputer 31 detects the coordinate value from the data of the direct wave transmission time and the reflected wave transmission time, and transfers the coordinate value to the information processing device of the host through the input / output port 33 (for example, an RS-232C port or the like).

続いて、連続して入力される次の入力点の座標値を求
めるべく、前述したラッチ回路12、13および計時カウン
タ14のクリア動作からの制御を繰り返す。Then, in order to obtain the coordinate value of the next input point that is continuously input, the control from the clear operation of the latch circuits 12 and 13 and the time counter 14 is repeated.

さて、ペンの駆動を行なってから（すなわちスタート
信号を出力してから）最大伝達時間、回路遅延時間など
より決定される時間を過ぎても直接波および反射波が検
出されない場合には振動ペン３が振動伝達板８から離れ
ている状態、すなわちペンアップの時であるから、伝達
時間の計測を打ち切って前述クリア動作からの制御を繰
り返す。Now, if the direct wave and the reflected wave are not detected even after the time determined by the maximum transmission time, the circuit delay time, etc., after the pen is driven (that is, after the start signal is output), the vibration pen 3 Is away from the vibration transmission plate 8, that is, when the pen is up, the measurement of the transmission time is stopped and the control from the clear operation is repeated.

以上説明してきた制御および処理を行なうことによっ
て、指示点座標をリアルタイムに検出することができ
る。By performing the control and processing described above, the designated point coordinates can be detected in real time.

第５図は振動波形とそれに基づく伝達時間の計測処理
を説明する波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram for explaining a vibration waveform and a transmission time measurement process based on the vibration waveform.

第５図中、符号41で示されるものは振動ペン３に対し
て印加される駆動信号パルスである。In FIG. 5, reference numeral 41 indicates a drive signal pulse applied to the vibrating pen 3.

このような波形によって駆動された振動ペン３から振
動伝達板８に伝達された超音波振動（弾性波振動）は、
振動伝達板８内を第３図のａ、ｂの２つの経路をそれぞ
れの距離に応じた時間だけかけて進行し、振動センサ６
に到達する。第５図の符号42は振動センサ６が検出した
信号波形を示している。直接波の経路の長さをal、反射
波の経路の長さをblとすると bl≧al …（２） であるから、符号42に示すとおり直接波が先に到達し、
次に反射波が到達する。The ultrasonic vibration (elastic wave vibration) transmitted to the vibration transmission plate 8 from the vibration pen 3 driven by such a waveform is
The vibration sensor 6 travels in the vibration transmission plate 8 along the two routes a and b of FIG. 3 for a time corresponding to each distance.
To reach. Reference numeral 42 in FIG. 5 indicates a signal waveform detected by the vibration sensor 6. If the length of the path of the direct wave is al and the length of the path of the reflected wave is bl, then bl ≧ al… (2), so the direct wave arrives first as indicated by reference numeral 42.
Next, the reflected wave arrives.

ここで符号43に示すように、振動波形の包絡線（以下
エンベロープと呼ぶ）に着目し、エンベロープ波形上の
ある特定点、例えばピークを符号44および45のように検
出し、それぞれの伝達時間をta、tbとする。さらに、エ
ンベロープ波形の振動伝達板８中を進む速度をvgとする
と、直接波、反射波の経路の長さal、blはそれぞれ以下
の式で求めることができる。Here, as indicated by reference numeral 43, focusing on the envelope of the vibration waveform (hereinafter referred to as the envelope), a specific point on the envelope waveform, for example, a peak is detected as indicated by reference numerals 44 and 45, and the transmission time of each is determined. ta and tb. Further, if the velocity of the envelope waveform traveling in the vibration transmitting plate 8 is vg, the path lengths al and bl of the direct wave and the reflected wave can be respectively calculated by the following equations.

al＝vg・ta …（３） bl＝vg・tb …（４） 上記直接波の伝達経路alと反射波の伝達経路blとから入
力点座標を計算することができる。座標算出のための幾
何学的演算については後述する。al = vg · ta (3) bl = vg · tb (4) The input point coordinates can be calculated from the direct wave transmission path al and the reflected wave transmission path bl. The geometric calculation for calculating the coordinates will be described later.

ところで、直接波、反射波の経路長alとblの差が小さ
くなってくると直接波と反射波が干渉し合い、振動セン
サ６では例えば符号46に示すような波形が検出される。
このような場合には、直接波と反射波のエンベロープピ
ークを正しく検出することができなくなる。By the way, when the difference between the path lengths al and bl of the direct wave and the reflected wave becomes small, the direct wave and the reflected wave interfere with each other, and the vibration sensor 6 detects a waveform as indicated by reference numeral 46, for example.
In such a case, the envelope peaks of the direct wave and the reflected wave cannot be correctly detected.

従って、振動伝達板８中でalとblの差が小さくなる領
域、すなわち反射が成される端面の近傍、ほぼエンベロ
ープの立ち上がりからピークまでの時間の３部程度の時
間に対応する距離の部分（本実施例の場合、第２図の左
端の部分）は座標入力のタブレット面として使用しない
ようにする。たとえば、装置外装などによりこの部分を
覆ってしまうことにより入力を禁止することができる。Therefore, in the vibration transmitting plate 8, a region where the difference between al and bl is small, that is, near the end face where reflection is made, a portion of the distance (corresponding to about 3 parts of the time from the rise of the envelope to the peak) ( In the case of this embodiment, the leftmost portion in FIG. 2) is not used as a tablet surface for coordinate input. For example, the input can be prohibited by covering this portion with the exterior of the device or the like.

第５図に示した２つの伝達時間taおよびtbの測定は、
第１図の直接波検出回路10、反射波検出回路11およびラ
ッチ回路12、13によって行なわれる。The measurements of the two transit times ta and tb shown in FIG.
This is performed by the direct wave detection circuit 10, the reflected wave detection circuit 11 and the latch circuits 12 and 13 of FIG.

第６図に直接波検出回路10、反射波検出回路11の構造
を詳細に示す。FIG. 6 shows the structures of the direct wave detection circuit 10 and the reflected wave detection circuit 11 in detail.

第６図において振動センサ６の出力信号は前置増幅回
路９を経て絶対値回路およびローパスフィルタから構成
されるエンベロープ検出回路51に入力され、振動波形の
エンベロープのみが取り出される。In FIG. 6, the output signal of the vibration sensor 6 is input to the envelope detection circuit 51 including the absolute value circuit and the low-pass filter via the preamplifier circuit 9, and only the envelope of the vibration waveform is extracted.

抽出されたエンベロープは次段の微分回路52に入力さ
れる。エンベロープのピークのタイミングを知るには、
この微分信号の立ち上がりゼロクロスを検出すればよ
い。The extracted envelope is input to the next stage differentiating circuit 52. To know the timing of the envelope peak,
The rising zero cross of this differential signal may be detected.

符号53はこのゼロクロスを検出するためのコンパレー
タである。コンパレータ53によって出力されたピーク検
出信号はフリップフロップ54に保持され、制御装置１、
ラッチ回路A12に出力される。Reference numeral 53 is a comparator for detecting this zero cross. The peak detection signal output by the comparator 53 is held in the flip-flop 54, and the controller 1,
It is output to the latch circuit A12.

コンパレータ53は直接波のピークだけでなく反射波の
ピークも検出するが、フリップフロップ54によって、反
射波のピーク検出出力は制御装置１、ラッチ回路A12に
出力されない。従って、ラッチ回路A12には伝達時間ta
の情報が保持される。Although the comparator 53 detects not only the peak of the direct wave but also the peak of the reflected wave, the flip-flop 54 does not output the peak detection output of the reflected wave to the control device 1 and the latch circuit A12. Therefore, the transmission time ta
Information is retained.

微分回路52による微分信号は、コンパレータ56にも出
力される。コンパレータ56もコンパレータ53と同様、微
分信号の立ち上がりゼロクロスを検出するのであるが、
コンパレートレベル供給回路55からコンパレートレベル
信号が出力されないと動作しない。The differential signal from the differentiating circuit 52 is also output to the comparator 56. Like the comparator 53, the comparator 56 also detects the rising zero cross of the differential signal.
It does not operate unless the comparator level signal is output from the comparator level supply circuit 55.

コンパレートレベル供給回路55は前述フリップフロッ
プ57の出力に基づいてコンパレートレベル信号を出力す
る。すなわち、コンパレータ56では、反射波のピークの
みが検出される。このピーク検出信号はフリップフロッ
プ57に保持され、制御装置１、ラッチ回路B13に出力さ
れる。従って、ラッチ回路13には伝達時間tbの情報が保
持される。The comparator level supply circuit 55 outputs a comparator level signal based on the output of the flip-flop 57. That is, the comparator 56 detects only the peak of the reflected wave. This peak detection signal is held in the flip-flop 57 and output to the control device 1 and the latch circuit B13. Therefore, the latch circuit 13 holds the information of the transmission time tb.

なお、エンベロープ検出回路51および微分回路52は直
接波検出回路10、反射波検出回路11に独立して備えても
よい。The envelope detecting circuit 51 and the differentiating circuit 52 may be separately provided in the direct wave detecting circuit 10 and the reflected wave detecting circuit 11.

次に、上記伝達時間ta、tbより座標値を幾何学的な手
法により計算する方法について述べる。この座標演算は
制御装置１により行なわれる。Next, a method of calculating coordinate values from the above-mentioned transmission times ta and tb by a geometrical method will be described. This coordinate calculation is performed by the controller 1.

第７図に示すとおり、反射波の経路blの長さは反射が
成される端面を対称軸として、振動センサ６と線対称の
位置Ｑと指示点Ｐとを結ぶ線分▲▼の長さに等し
い。よって、反射波の伝達時間tbは、Ｑの位置においた
架空のセンサへの振動伝達時間と見なすことができる。
つまり、反射波を用いることで架空のセンサをもう１つ
設けたと同じ効果を得ることができ、座標演算に必要な
３角形を形成することができる。As shown in FIG. 7, the length of the path bl of the reflected wave is the length of the line segment ▲ ▼ that connects the vibration sensor 6 and the position Q which is line-symmetrical to the vibration sensor 6 and the designated point P with the end face on which reflection is performed as the axis of symmetry. be equivalent to. Therefore, the transmission time tb of the reflected wave can be regarded as the vibration transmission time to the imaginary sensor at the position of Q.
In other words, by using the reflected wave, it is possible to obtain the same effect as that when another fictitious sensor is provided, and it is possible to form a triangle required for coordinate calculation.

従って、振動伝達板８の左上角を原点、また振動セン
サ６の位置を（0,0）とすると、指示点Ｐ（x,y）の座標
値は （ただし（３）、（４）式よりal＝vg・ta、bl＝vg・t
b） と求めることができる。Therefore, assuming that the upper left corner of the vibration transmission plate 8 is the origin and the position of the vibration sensor 6 is (0,0), the coordinate value of the designated point P (x, y) is (However, from equations (3) and (4), al = vg · ta, bl = vg · t
b) can be obtained.

以上説明してきたように、本発明によれば、反射波を
用いることにより、センサがひとつでも振動伝達板８上
に座標演算に必要な３角形という幾何学的構造を形成す
ることができ、座標演算が可能となる。従って、従来で
は最低２つ必要であった振動センサおよびこの出力を処
理する回路を減少でき、従来に比べて座標入力装置の構
造を著しく簡略化することができる。As described above, according to the present invention, by using a reflected wave, even if there is only one sensor, it is possible to form a geometric structure of a triangle, which is necessary for coordinate calculation, on the vibration transmission plate 8. Calculation is possible. Therefore, it is possible to reduce the number of vibration sensors and the circuit for processing the output, which are required at least two in the related art, and it is possible to significantly simplify the structure of the coordinate input device as compared with the related art.

上記では弾性波の横波成分（板波）の検出方法を用い
て本発明を説明したが、縦波成分を先頭波として検出す
る方法を用いて直接波、反射波の検出を行なうこともで
きる。Although the present invention has been described above using the method of detecting the transverse wave component (plate wave) of the elastic wave, it is also possible to detect the direct wave and the reflected wave using the method of detecting the longitudinal wave component as the leading wave.

第８図に、本発明の第２の実施例を示す。前述の実施
例と異なる点は、センサが１個ではなく、２個備えられ
ている点である。２つのセンサのうち、上端に配置され
たものをS0、下端に配置されたもとをS1とする。各セン
サの反射が生じる振動伝達板８の辺からの距離rx/2は等
しく設定されている。センサが設けられる辺の距離はry
とする。FIG. 8 shows a second embodiment of the present invention. The difference from the above-mentioned embodiment is that two sensors are provided instead of one. Of the two sensors, the one arranged at the upper end is S0 and the one arranged at the lower end is S1. The distance rx / 2 from the side of the vibration transmission plate 8 where reflection of each sensor occurs is set to be equal. The distance of the side where the sensor is installed is ry
And

本実施例のようにセンサを２個備えた場合には、４つ
の伝達時間情報を計算することができる。When two sensors are provided as in this embodiment, four pieces of transmission time information can be calculated.

すなわち、指示点ＰからセンサS0への直接経路al0の
伝達時間ta0、反射経路bl0の伝達時間tb0、指示点Ｐか
らセンサS1への直接経路al1の伝達時間ta1、反射経路bl
1の伝達時間tb1である。tb0、tb1はそれぞれセンサS0、
S1への線対称な位置ＱおよびＲへの伝達時間と見なすこ
とができるから、（x,y）の座標値は または ただし、 al0＝vg・ta0 …（11） al1＝vg・ta1 …（12） bl0＝vg・tb0 …（13） bl1＝vg・tb1 …（14） また、センサS0、S1の位置はそれぞれ（rx/2,0）、（rx
/2,ry）とする。That is, the transmission time ta0 of the direct route al0 from the designated point P to the sensor S0, the transmission time tb0 of the reflection route bl0, the transmission time ta1 of the direct route al1 from the designated point P to the sensor S1, the reflection route bl.
The transmission time of 1 is tb1. tb0 and tb1 are sensors S0 and
Since it can be regarded as the transmission time to the line-symmetrical positions Q and R to S1, the coordinate value of (x, y) is Or However, al0 = vg / ta0 (11) al1 = vg / ta1 (12) bl0 = vg / tb0 (13) bl1 = vg / tb1 (14) The positions of the sensors S0 and S1 are (rx / 2,0), (rx
/ 2, ry).

前述の実施例においては、座標値を計算するのに
（６）式のような平方根の計算をしなければならないた
めに演算精度の確保が難しく、またマイクロコンピュー
タの演算時間も長くなりがちである。In the above-mentioned embodiment, since it is necessary to calculate the square root as in the formula (6) in order to calculate the coordinate value, it is difficult to secure the calculation accuracy, and the calculation time of the microcomputer tends to be long. .

しかしながら、本実施例においては四則演算を行なう
のみで座標値を計算することができるので、より高精度
・高速な座標検出を行なうことが可能である。However, in this embodiment, the coordinate value can be calculated only by performing the four arithmetic operations, so that it is possible to detect the coordinate with higher accuracy and speed.

また、従来では本実施例と同等の性能を実現するため
には、３〜４個のセンサが必要であったが、本実施例に
おいては２個のセンサを備えるだけでよい。従来方式
で、センサを２個のみ用いる場合には平方根計算が必要
であり、第８図の構成における程の演算精度、速度を得
るのは困難である。Further, conventionally, in order to achieve the same performance as that of the present embodiment, 3 to 4 sensors were required, but in the present embodiment, only two sensors need be provided. In the conventional method, when only two sensors are used, the square root calculation is required, and it is difficult to obtain the calculation accuracy and speed comparable to those in the configuration of FIG.

［発明の効果］ 以上から明らかなように、本発明では、振動ペン〜セ
ンサ間の直接波の伝達時間を計測するとともに、振動伝
達板の特定の端面で反射しセンサに到達した反射波の伝
達時間を計測して、センサの位置と振動伝達板の特定の
端面とが形成する幾何学的条件と直接波及び反射波の伝
達時間に基づき入力点の座標を算出する構成を採用して
いる。EFFECTS OF THE INVENTION As is clear from the above, in the present invention, the transmission time of the direct wave between the vibrating pen and the sensor is measured, and the transmission of the reflected wave reflected by the specific end face of the vibration transmission plate and reaching the sensor. A configuration is adopted in which the time is measured and the coordinates of the input point are calculated based on the geometric conditions formed by the position of the sensor and the specific end surface of the vibration transmission plate and the transmission time of the direct wave and the reflected wave.

つまり、直接波と、反射波は、それぞれ異なる伝達経
路を介してセンサに到達するが、センサの位置と振動伝
達板の特定の端面とが形成する幾何学的条件が一定であ
るために、直接波および反射波のそれぞれの伝達時間が
判明すれば直接波および反射波の経路は一意に同定でき
る、すなわち、振動入力点の座標を特定できる。すなわ
ち、本発明では振動伝達板の特定の端面で反射した反射
波を検出し、センサの位置と振動伝達板の特定の端面と
が形成する幾何学的条件を積極的に利用することによっ
てセンサの数は１個にまで減少することが可能となり、
処理系および振動伝達板の構造を簡略化することがで
き、装置の製造コストを低減することができる。In other words, the direct wave and the reflected wave reach the sensor via different transmission paths, but the geometrical conditions formed by the position of the sensor and the specific end surface of the vibration transmission plate are constant, so If the respective transmission times of the wave and the reflected wave are known, the paths of the direct wave and the reflected wave can be uniquely identified, that is, the coordinates of the vibration input point can be specified. That is, in the present invention, the reflected wave reflected by the specific end surface of the vibration transmitting plate is detected, and the geometrical conditions formed by the position of the sensor and the specific end surface of the vibration transmitting plate are positively utilized to detect the sensor. The number can be reduced to one,
The structures of the processing system and the vibration transmission plate can be simplified, and the manufacturing cost of the device can be reduced.

さらに、本発明は原理的に１個のセンサのみを使用し
て実施可能であるが、センサの数を増加させ、そのうち
の少なくとも１個を用いて本発明の座標入力方式を実施
することによって、高速かつ確実な座標入力を行なうこ
とができる。Furthermore, although the present invention can in principle be implemented using only one sensor, by increasing the number of sensors and implementing the coordinate input method of the present invention with at least one of them, High-speed and reliable coordinate input can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第１図は本発明による座標入力装置のブロック図、第２
図は振動ペンの構造を示した説明図、第３図は振動セン
サ配置の説明図、第４図は振動検出回路のブロック図、
第５図は座標演算を説明する波形図、第６図は波形検出
系のブロック図、第７図は振動センサ配置と座標演算を
示した説明図、第８図は異なる実施例におけるセンサ配
置を示す説明図、第９図は従来の座標入力装置のブロッ
ク図である。 １……制御装置、３……振動ペン ４……振動子、６……振動センサ ８……振動伝達板 10……直接波検出回路 11……反射波検出回路 12、13……ラッチ回路 14……計時カウンタ 53、56……コンパレータ 54……フリップフロップ 55……エンベロープ検出回路FIG. 1 is a block diagram of a coordinate input device according to the present invention, and FIG.
FIG. 3 is an explanatory view showing the structure of a vibrating pen, FIG. 3 is an explanatory view of a vibration sensor arrangement, FIG. 4 is a block diagram of a vibration detection circuit,
FIG. 5 is a waveform diagram for explaining coordinate calculation, FIG. 6 is a block diagram of a waveform detection system, FIG. 7 is an explanatory diagram showing vibration sensor arrangement and coordinate calculation, and FIG. 8 is a sensor arrangement in a different embodiment. 9 is a block diagram of a conventional coordinate input device. 1 ... Control device, 3 ... vibration pen 4 ... vibrator, 6 ... vibration sensor 8 ... vibration transmission plate 10 ... direct wave detection circuit 11 ... reflected wave detection circuit 12, 13 ... latch circuit 14 …… Time counter 53, 56 …… Comparator 54 …… Flip-flop 55 …… Envelope detection circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷石 信之介 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 兼子 潔 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 吉村 雄一郎 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 田中 淳 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−33525（ＪＰ，Ａ) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Shinnosuke Taniishi 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Kiyoshi Kaneko 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Ki (72) Inventor Yuichiro Yoshimura 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Atsushi Tanaka 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (56) References JP-A-61-33525 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】振動ペンから入力された振動を振動伝達板
の所定位置に設けられたセンサにより検出し、振動伝達
板上での振動時間から前記振動ペンの振動入力点の座標
を検出する座標入力装置において、 前記振動伝達板上の前記振動ペンの入力点から前記セン
サに到達した直接波を検出する第１の振動検出手段と、 前記振動伝達板の特定の端面で反射し前記センサに到達
した反射波を検出する第２の振動検出手段と、 前記第１の検出手段により検出された直接波の伝達時間
を計測する第１の計測手段と、 前記第２の検出手段により検出された反射波の伝達時間
を計測する第２の計測手段と、 前記センサの位置と振動伝達板の前記特定の端面とが形
成する幾何学的条件と前記第１及び第２の計測手段によ
り計測された直接波及び反射波の伝達時間に基づき入力
点の座標を算出する算出手段と、を有することを特徴と
する座標入力装置。1. Coordinates for detecting a vibration input from a vibrating pen by a sensor provided at a predetermined position of the vibration transmitting plate and detecting a coordinate of a vibration input point of the vibrating pen from a vibration time on the vibration transmitting plate. In the input device, first vibration detecting means for detecting a direct wave reaching the sensor from an input point of the vibrating pen on the vibration transmitting plate, and reflecting on a specific end face of the vibration transmitting plate to reach the sensor. Second vibration detecting means for detecting the reflected wave, first measuring means for measuring the propagation time of the direct wave detected by the first detecting means, and reflection detected by the second detecting means Second measuring means for measuring the propagation time of the wave, geometric conditions formed by the position of the sensor and the specific end face of the vibration transmitting plate, and the direct measurement made by the first and second measuring means. Transmission of waves and reflected waves Coordinate input apparatus characterized by having a calculating means for calculating the coordinates of the input point based on the time.