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JPS63104123A - Coordinate input device - Google Patents

Coordinate input device

Info

Publication number
JPS63104123A
JPS63104123A JP61249738A JP24973886A JPS63104123A JP S63104123 A JPS63104123 A JP S63104123A JP 61249738 A JP61249738 A JP 61249738A JP 24973886 A JP24973886 A JP 24973886A JP S63104123 A JPS63104123 A JP S63104123A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibration
plate
pen
vibrations
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP61249738A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuyuki Kobayashi
克行 小林
Shinnosuke Taniishi
谷石 信之介
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP61249738A priority Critical patent/JPS63104123A/en
Priority to DE8787305739T priority patent/DE3779019D1/en
Priority to DE3751763T priority patent/DE3751763T2/en
Priority to EP90123778A priority patent/EP0423843B1/en
Priority to EP87305739A priority patent/EP0258972B1/en
Priority to US07/067,546 priority patent/US4931965A/en
Publication of JPS63104123A publication Critical patent/JPS63104123A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To detect the coordinates with high accuracy based on detection of vibrations which is free from distortions, by setting the maximum width of an input plane for valid vibrations of a vibration pen at the value less than the coordinate detecting resolution. CONSTITUTION:A vibration pen 3 contains a vibrator 4 including a piezoelectric ele ment, etc., and transmits the ultrasonic vibrations produced by the vibrator 4 which is driven by a vibrator driving circuit 2 to a vibration transmitting plate 8 via a horn part 5 having a sharp tip. The vibrations of those waves transmitted into the plate 8 are detected by the vibration sensors 6 set at three corner parts of the plate 8 and the delay times of these vibrations are counted for detection of the position of the pen 3 on the plate 8. The vibration input plane of the tip part of the part 5 is formed with selection of a proper curvature so as to secure a contact with the plate at a single point at all times regardless of the contact angle of the pen 3 to the plate 8. When the area of a contact face between the part 5 and the plate 8 is set smaller than the coordinate detecting resolution, the vibrations of different phases are not supplied to the plate 8 and a vibration waveform approximate to a single wavelength free from distortions can be detected at a detecting point P. Thus, the vibration transmitting time can be accurately measured and therefore the coordinate detecting accuracy is improved.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は座標入力装置、特に振動ペンから入力された振
動を振動伝達板に複数設けられたセンサにより検出して
前記振動ペンの振動伝達板上での座標を検出する座標入
力装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention detects vibrations input from a coordinate input device, particularly a vibrating pen, using a plurality of sensors provided on a vibration transmitting plate. The present invention relates to a coordinate input device that detects coordinates on the top.

[従来の技術] 従来より手書きの文字、図形などをコンピュータなどの
処理装置に入力する装置として各種の入力ペンおよびタ
ブレットなどを用いた座標入力装置が知られている。こ
の種の装置のタブレットの座標検出においては、振動発
生素子を設けた振動ペンによって振動伝達板に発生され
る超音波振動をタブレットの振動伝達板の複数箇所に設
けられた振動センサにより検出し、振動の遅延時間に応
じて振動ペンによる入力座標を検出する方式が知られて
いる。
[Prior Art] Coordinate input devices using various input pens, tablets, etc. have been known as devices for inputting handwritten characters, figures, etc. to a processing device such as a computer. In detecting the coordinates of a tablet in this type of device, ultrasonic vibrations generated on a vibration transmission plate by a vibrating pen equipped with a vibration generating element are detected by vibration sensors installed at multiple locations on the vibration transmission plate of the tablet. A method is known in which coordinates input by a vibrating pen are detected according to a delay time of vibration.

この方式は、抵抗膜の抵抗値、導電膜の静電誘導などを
用いてタブレット上での入力ペンの位者を測定する方式
に比べ、振動伝達板を透明材料などから構成して表示器
などに重ねて用いることができるという利点がある。
Compared to methods that measure the position of an input pen on a tablet using the resistance value of a resistive film or the electrostatic induction of a conductive film, this method uses a vibration transmitting plate made of a transparent material, etc. It has the advantage of being able to be used over and over again.

[発明が解決しようとする問題点] 上記の超音波方式では、振動子とセンサを逆に取り付け
る、すなわちタブレット側に振動子を設け、振動ペン側
に振動センサを設ける構成も考えられているが、この構
成ではタブレットのX軸およびY軸からの距離を測定す
るためにX、Y軸位置に設けられた振動子を時分割駆動
しなければ成らないという問題がある。
[Problems to be Solved by the Invention] In the above-mentioned ultrasonic method, a configuration in which the vibrator and the sensor are installed in reverse, that is, the vibrator is provided on the tablet side and the vibration sensor is provided on the vibrating pen side, is also considered. This configuration has a problem in that in order to measure the distances of the tablet from the X and Y axes, the vibrators provided at the X and Y axis positions must be driven in a time-division manner.

したがって、振動子を振動ペン側に取り付ける構成が一
般的である。
Therefore, a configuration in which the vibrator is attached to the vibrating pen side is common.

従来より考えられている振動ペンは、筆記具型のボディ
に圧電素子などの電気〜機械変換素子による振動子を取
り付け、この振動をペン先に設けられたホーン部を介し
て振動伝達板に伝える構造を有する。
The conventional vibrating pen has a structure in which a vibrator made of an electrical-to-mechanical transducer such as a piezoelectric element is attached to a writing instrument-shaped body, and the vibration is transmitted to a vibration transmission plate through a horn part provided at the pen tip. has.

ホーン部は振動子の振動を有効に振動伝達板に伝えるた
めに、先が尖った円錐状、あるいは指数関数カーブによ
る断面を有するエクスポネンシャル型のものが知られて
いる。ホーン部の材質としては金属、セラミックなどが
考えられる。
In order to effectively transmit the vibrations of the vibrator to the vibration transmission plate, the horn section is known to be of an exponential type having a conical shape with a pointed tip or a cross section shaped like an exponential curve. Possible materials for the horn portion include metal and ceramic.

振動ペンの振動子とホーン部が効率のよい振動伝達を行
なうためには、ホーン各部の寸法は次に示す共振条件式
を満足しなければならない。
In order for the vibrator of the vibrating pen and the horn to transmit vibrations efficiently, the dimensions of each part of the horn must satisfy the following resonance conditional expression.

α−a Dl:ホーン大端部直径 D2:ホーン小端部直径 、Il:半波長共振するホーンの長さ α :波長定数=ω/C C:ホーン材料中での音速度 f :ホーンの共振周波数 ω :ホーンの共振角周波数=2πf ホーン部の振幅拡大率はDI/D2により定まるが、筆
圧に対するペン先の強度を考えるとD2の値はそれほど
小さくできない、したがって、ホーン部先端の振動入力
面は円形の平面に形成されることが多い。
α-a Dl: Diameter of large end of horn D2: Diameter of small end of horn, Il: Length of horn that resonates at half wavelength α: Wavelength constant = ω/C C: Speed of sound in horn material f: Resonance of horn Frequency ω: Resonance angular frequency of the horn = 2πf The amplitude expansion rate of the horn section is determined by DI/D2, but considering the strength of the pen tip against writing pressure, the value of D2 cannot be made that small. Therefore, the vibration input at the tip of the horn section The surface is often formed into a circular plane.

このような振動入力面によれば、入力面が振動伝達板に
垂直に接触した場合に入力面の面積がそのまま有効振動
入力面積となる。
According to such a vibration input surface, when the input surface contacts the vibration transmission plate perpendicularly, the area of the input surface directly becomes the effective vibration input area.

一方、振動ペンから入力された振動は振動伝達板に取り
付けられた複数の振動センサに伝達され、振動の伝達時
間を測定することにより各センサまでの距離が測定され
、これに基づいて座標検出が行なわれる。
On the other hand, the vibration input from the vibration pen is transmitted to multiple vibration sensors attached to the vibration transmission plate, and the distance to each sensor is measured by measuring the vibration transmission time, and coordinate detection is performed based on this. It is done.

このような測定方式において、上記のように振動ペンか
ら、ある入力面積をもって振動が入力されると、微視的
にみれば入力振動は振動ペンの振動入力面内の複数の入
力点から入力された板波振動の合成波となる。
In such a measurement method, when vibration is input from the vibrating pen over a certain input area as described above, microscopically, the input vibration is input from multiple input points on the vibration input surface of the vibrating pen. It becomes a composite wave of plate wave vibrations.

したがって、振動伝達板のセンサに到達する板波の遅延
時間は振動ペンの先端の直径の長さだけばらつくことに
なり、検出精度をペン先のホーンの直径以下にすること
ができない。
Therefore, the delay time of the plate wave reaching the sensor of the vibration transmission plate varies by the length of the diameter of the tip of the vibrating pen, and the detection accuracy cannot be lower than the diameter of the horn of the pen tip.

上記ではペン先が垂直に振動伝達板に接触される場合を
考えたが、実際には振動ペンは普通の筆記具と同じよう
にさまざまな角度で用いられる。
In the above, we have considered the case where the pen tip contacts the vibration transmission plate vertically, but in reality, vibrating pens are used at various angles just like ordinary writing instruments.

したがって、振動ペンがどのような角度で用いられても
均一な座標検出特性を得られなければならないが、上記
のようなホーン部の入力面の構造では振動ペンが垂直位
置から少しでもずれるとホーン先端面の縁部の一点から
振動入力が行なわれることになる。
Therefore, it is necessary to obtain uniform coordinate detection characteristics no matter what angle the vibrating pen is used, but with the structure of the input surface of the horn part as described above, if the vibrating pen deviates even slightly from the vertical position, the horn Vibration input will be performed from one point on the edge of the tip surface.

したがって、振動伝達板上で振動ペンにより曲線を描き
、連続的に座標入力を行なう場合には検出座標の誤差が
ばらついてしまい、連続的な座標の検出が行なえないと
いう問題があった。
Therefore, when a curve is drawn with a vibrating pen on the vibration transmitting plate and coordinates are input continuously, errors in detected coordinates vary and there is a problem that continuous coordinate detection cannot be performed.

[問題点を解決するための手段] 以上の問題点を解決するために、本発明においては、振
動発生素子を設けた振動ペンから入力された振動を振動
伝達板に複数設けられたセンサにより検出して前記振動
ペンの振動伝達板上での座標を検出する座標入力装置に
おいて、前記振動ペンの振動伝達板に対する有効振動入
力面の最大幅を座標検出分解能よりも小さく設定した構
成を採用した。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, in the present invention, vibrations input from a vibrating pen provided with a vibration generating element are detected by a plurality of sensors provided on a vibration transmission plate. In the coordinate input device for detecting the coordinates of the vibrating pen on the vibration transmission plate, the maximum width of the effective vibration input surface for the vibration transmission plate of the vibrating pen is set to be smaller than the coordinate detection resolution.

[作 用〕 以上の構成によれば、振動ペンの角度が一定でなくても
振動ペンから振動伝達板に常に座標検出分解能以下の一
点を介して振動が伝達される。したがって、振動ペンが
どのような角度で振動伝達板に接触しても検出分解能以
下の検出誤差は生じない。
[Operation] According to the above configuration, even if the angle of the vibrating pen is not constant, vibration is always transmitted from the vibrating pen to the vibration transmission plate via one point that is less than the coordinate detection resolution. Therefore, no matter what angle the vibrating pen contacts the vibration transmission plate, a detection error smaller than the detection resolution will not occur.

[実施例] 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。
[Example] Hereinafter, the present invention will be described in detail based on the example shown in the drawings.

第1図は本発明を採用した座標入力装置の構造を示して
いる。tiIJll14の座標入力装置は、ドツトマト
リクス方式などの液晶表示器によるディスプレイ11′
とともに文字、図形、画像などの入出力装置を構成する
FIG. 1 shows the structure of a coordinate input device employing the present invention. The coordinate input device of tiIJll14 is a display 11' using a liquid crystal display such as a dot matrix type.
Together with this, it constitutes an input/output device for characters, figures, images, etc.

図において符号8で示されるものはアクリル、ガラス板
などから成る振動伝達板で、振動ペン3から伝達される
振動が周辺部で反射されるのを防止するため、シリコン
ゴムなどから構成された反射防止材7に支持されている
。振動伝達板8の角部には3個の振動センサ6が取り付
けられており、振動ペン3から伝達される弾性波を検出
する。
In the figure, the reference numeral 8 is a vibration transmission plate made of acrylic, glass, etc., and a reflection plate made of silicone rubber etc. is used to prevent the vibration transmitted from the vibrating pen 3 from being reflected at the surrounding area. It is supported by the prevention material 7. Three vibration sensors 6 are attached to the corners of the vibration transmission plate 8 and detect elastic waves transmitted from the vibration pen 3.

振動伝達板8が液晶ディスプレイなどから構成されたデ
ィスプレイ11′上に配訝され、情報入出力装置を構成
する。ディスプレイ11′には振動伝達板8を介して入
力された文字、図形をフィードバックさせたり、あるい
は振動伝達板に対する入力操作のプロンプトを表示させ
たりする。
A vibration transmission plate 8 is disposed on a display 11' composed of a liquid crystal display or the like, and constitutes an information input/output device. The display 11' feeds back characters and figures input via the vibration transmission plate 8, or displays prompts for input operations on the vibration transmission plate.

振動伝達板8に超音波振動を伝達させる振動ペン3は、
内部に圧電素子などから構成した振動子4を有しており
、振動子4の発生した超音波振動を先端が尖ったホーン
部5を介して振動伝達板8に伝達する。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図の演算および制御回路l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
動の可能な振動子駆動回路2によって所定の利得で増幅
され、振動子4に印加される。電気的な駆動信号は、振
動子4によって機械的な振動に変換され、ホーン部5を
介して振動伝達板8に伝達される。
The vibrating pen 3 transmits ultrasonic vibration to the vibration transmitting plate 8,
It has a vibrator 4 made of a piezoelectric element or the like inside, and transmits ultrasonic vibrations generated by the vibrator 4 to a vibration transmission plate 8 via a horn portion 5 having a sharp tip. FIG. 2 shows the structure of the vibrating pen 3. A vibrator 4 built into the vibrating pen 3 is driven by a vibrator drive circuit 2. Vibrator 4
The drive signal is supplied as a low-level pulse signal from the arithmetic and control circuit l shown in FIG. . The electrical drive signal is converted into mechanical vibration by the vibrator 4 and transmitted to the vibration transmission plate 8 via the horn section 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周波数が選択される。また
、振動子4は、振動伝達板8に対して、第2図の垂直方
向に主に振動するような動作モードが選択される。振動
子の振動周波数は、振動子4の共振周波数に選択するこ
とで効率の良い振動発生を行うことができる。
The vibration frequency of the vibrator 4 is selected to be a frequency that generates plate waves in the vibration transmission plate 8 made of acrylic, glass, or the like. Further, an operation mode is selected in which the vibrator 4 mainly vibrates in the vertical direction in FIG. 2 with respect to the vibration transmission plate 8. By selecting the vibration frequency of the vibrator to be the resonance frequency of the vibrator 4, efficient vibration generation can be achieved.

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
波と呼ばれる波であり、表面波などに比べて表面の傷、
障害物などの影響を受けにくいという利点を持つ、振動
伝達板8内を伝播する波は、その距離に応じた時間遅れ
て振動伝達板8の3つの角部に設けられた振動センサ6
に到達する。従って、振動センサ6により振動を検出し
、その遅延時間を測定することによって、振動伝達板8
.上での振動ペン3の位置を検出することができる。
The elastic waves transmitted to the vibration transmission plate 8 as described above are waves called plate waves, and compared to surface waves, there are no scratches on the surface.
Waves propagating within the vibration transmission plate 8, which has the advantage of being less affected by obstacles, are detected by vibration sensors 6 provided at three corners of the vibration transmission plate 8 with a time delay corresponding to the distance.
reach. Therefore, by detecting vibration with the vibration sensor 6 and measuring its delay time, the vibration transmission plate 8
.. The position of the vibrating pen 3 above can be detected.

再び第1図において、圧電素子などから構成された振動
センサ6の出力信号は、波形検出回路9に入力され、マ
イクロコンピュータおよびメモリなどから構成された演
算制御回路1により処理可能な検出信号に変換される。
Referring again to FIG. 1, the output signal of the vibration sensor 6 composed of a piezoelectric element, etc. is input to the waveform detection circuit 9, and is converted into a detection signal that can be processed by the arithmetic control circuit 1 composed of a microcomputer, memory, etc. be done.

演算制御回路1は、上記の遅延時間の演算処理に基づい
て、振動伝達板8上での振動ペン3の位置を検出する。
The arithmetic control circuit 1 detects the position of the vibrating pen 3 on the vibration transmission plate 8 based on the above-mentioned delay time arithmetic processing.

第1図のディスプレイ11”は、演算制御回路lにより
ディスプレイ駆動回路lOを介して駆動される。
The display 11'' in FIG. 1 is driven by the arithmetic control circuit 1 via the display drive circuit 1O.

第3図は第1図の演算制御回路の構造を示している。こ
こでは、第1図のディスプレイ11′の駆動回路の制御
系を除き、振動ペンの振動発生および振動伝達板からの
振動検出を処理する回路のみが示されている。
FIG. 3 shows the structure of the arithmetic control circuit of FIG. Here, except for the control system of the drive circuit for the display 11' shown in FIG. 1, only the circuit that processes vibration generation from the vibrating pen and vibration detection from the vibration transmission plate is shown.

マイクロコンピュータ11は内部カウンタ、ROMおよ
びRAMを内蔵している。駆動信号発生回路12は、第
1図の振動子駆動回路2に対して駆動パルスを発生する
もので、マイクロコンピュータ11により演算用の回路
と同期してスタートされる。カウンタ13の計数値は、
マイクロコンピュータ1.1によりラッチ回路14にラ
ッチされる。
The microcomputer 11 includes an internal counter, ROM, and RAM. The drive signal generation circuit 12 generates drive pulses for the vibrator drive circuit 2 shown in FIG. 1, and is started by the microcomputer 11 in synchronization with the calculation circuit. The count value of the counter 13 is
It is latched by the latch circuit 14 by the microcomputer 1.1.

波形検出回路9から入力される検出信号は、入カポ−)
15に入力され、ラッチ回路14内の計数値と判定回路
16により比較され、その結果がマイクロコンピュータ
11に伝えられる。ディスプレイ11’の駆動、あるい
はコンピュータシステムなど他の処理装置との入出力は
、入出力ボート17を介して行われる。
The detection signal input from the waveform detection circuit 9 is the input capo)
15 and is compared with the count value in the latch circuit 14 by the determination circuit 16, and the result is transmitted to the microcomputer 11. Driving of the display 11' and input/output with other processing devices such as a computer system are performed via the input/output port 17.

第4図は第1図の波形検出回路9に入力される検出波形
と、それに基づく遅延時間の計測処理を説明するもので
ある。第4図において符号41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。このような波形により
、駆動された振動ペン3によって発生される超音波信号
は振動伝達板8内を弾性波として伝達され、振動センサ
6により検出されて、第4図の符号42のような検出波
形を形成する。検出波形は、振動ペンから振動伝達板8
を介して振動センサに伝えられるまでに時間tgだけ遅
延している0本実施例において用いられる板波は1分散
性の波であり、そのため振動伝達板内での伝播距離に対
して検出波形のエンベロープ421と位相422の関係
が変化する。
FIG. 4 explains the detected waveform input to the waveform detection circuit 9 of FIG. 1 and the delay time measurement process based on the detected waveform. In FIG. 4, reference numeral 41 is a drive signal pulse applied to the vibrating pen 3. Due to such a waveform, the ultrasonic signal generated by the driven vibrating pen 3 is transmitted as an elastic wave within the vibration transmission plate 8, and is detected by the vibration sensor 6, and is detected by the symbol 42 in FIG. Form a waveform. The detected waveform is transmitted from the vibration pen to the vibration transmission plate 8.
The plate wave used in this embodiment is a unidispersive wave, which is delayed by a time tg before being transmitted to the vibration sensor via the vibration transmission plate, and therefore the detected waveform is The relationship between envelope 421 and phase 422 changes.

エンベロープの進む速度を群速度Vg、位相の速度を位
相速度マpとする。
Let the advancing speed of the envelope be a group velocity Vg, and the velocity of the phase be a phase velocity map p.

この群速度および位相速度の中から振動ペン3とセンサ
間の距離を検出することができる。まず、エンベロープ
421のみに着目すると、その速度はマgであり、ある
特定の点、例えばエンベロープのピークを第4図の符号
43のように検出すると、振動ペンおよび振動センサ6
の間の距離dは、その遅延時間をtgとして、 837g”tg            ・・・(1)
で与えられる。上記の式は振動センサ6の1つに関する
ものであるが、同じ式により他の2つの振動センサおよ
び振動ペンの間の距離を測定することができる。
The distance between the vibrating pen 3 and the sensor can be detected from the group velocity and phase velocity. First, if we focus only on the envelope 421, its speed is mag, and when a certain point, for example the peak of the envelope, is detected as indicated by reference numeral 43 in FIG. 4, the vibration pen and vibration sensor 6
The distance d between them is 837g"tg...(1)
is given by Although the above equation relates to one of the vibration sensors 6, the same equation can measure the distance between the other two vibration sensors and the vibration pen.

さらに、より高精度な座標値を決定するためには、位相
信号の検出に基づく処理を行う、第4図の位相波形42
2の特定の検出点1例えばピーク通過後のゼロ争クロス
点の遅延時間を第4図のようにtpとすれば、振動セン
サと振動ペンとの距離dは、 d=neλp +vpIItp       −(2)
となる、ここでλpは弾性波の波長、nは整数である。
Furthermore, in order to determine more accurate coordinate values, the phase waveform 42 shown in FIG.
2 specific detection point 1 For example, if the delay time of the zero contention cross point after passing the peak is tp as shown in Figure 4, then the distance d between the vibration sensor and the vibration pen is d = neλp + vpIItp - (2)
where λp is the wavelength of the elastic wave and n is an integer.

前記の(1)式と(2)式より、上記の整finは、 n=[(マg”tg−マp−tp)/λp+−]   
  ・・・(3)と示される。ここでNは0以外の実数
であり、退出な数値を用いる0例えばN==2とすれば
、エンベロープの検出精度が土掻波長以内であれば、n
を決定することができる。上記のようにして求めたnを
(2)式に代入することで、振動ペンおよびセンサ間の
距離を正確に測定することができる。
From equations (1) and (2) above, the above integral fin is: n=[(mag"tg-mapp-tp)/λp+-]
...(3) is shown. Here, N is a real number other than 0, and 0 is used as a negative value. For example, if N = = 2, if the envelope detection accuracy is within the scratching wavelength, n
can be determined. By substituting n determined as above into equation (2), the distance between the vibrating pen and the sensor can be accurately measured.

第4図に示した2つの遅延時間tgおよびtpに基づく
距離測定は、第1図の波形検出回路9により行われる。
Distance measurement based on the two delay times tg and tp shown in FIG. 4 is performed by the waveform detection circuit 9 shown in FIG.

波形検出回路は第5図に示すように構成される。第5図
において、振動センサ6の出力信号は前置増幅回路51
により増幅され、低レベルまで増幅される。増幅された
信号はエンベロープ検出回路52に入力され、エンベロ
ープのみが取り出されて、さらにエンベロープピーク検
出回路53によって検出信号のエンベロープのピークの
タイミングが検出される。ピーク信号検出はモノマルチ
バイブレータなどから構成された信号検出回路54によ
って所定波形のtg倍信号形成され、演算制御回路1に
入力される。また、このTg信号と遅延時間調整回路5
7により遅延された元信号から、コンパレータ検出回路
58により位相遅延時間T、検出信号が形成され、演算
制御回路1に入力される0以上に示した回路は振動セン
サ6の1個分に対するものであり、他のそれぞれの振動
センサについても同様の回路が設けられる。センサの数
は一般化してh個とすると、演算制御部1に対してはエ
ンベロープ遅延時間tgt〜h。
The waveform detection circuit is constructed as shown in FIG. In FIG. 5, the output signal of the vibration sensor 6 is transmitted to a preamplifier circuit 51.
is amplified to a low level. The amplified signal is input to the envelope detection circuit 52, only the envelope is taken out, and the envelope peak detection circuit 53 detects the timing of the peak of the envelope of the detection signal. For peak signal detection, a signal of a predetermined waveform multiplied by tg is formed by a signal detection circuit 54 composed of a mono-multivibrator, etc., and is input to the arithmetic control circuit 1. Moreover, this Tg signal and the delay time adjustment circuit 5
From the original signal delayed by 7, a detection signal with a phase delay time T is formed by a comparator detection circuit 58 and inputted to the arithmetic control circuit 1. The circuits shown above 0 are for one vibration sensor 6. Similar circuits are provided for each of the other vibration sensors. Assuming that the number of sensors is generally h, the envelope delay time tgt~h for the arithmetic and control unit 1.

Tpl#hの検出信号が入力される。A detection signal of Tpl#h is input.

第3図の演算制御回路では、上記のTgl −h 。In the arithmetic control circuit of FIG. 3, the above Tgl-h.

↑p1〜h信号を入力ボート15から入力し、各々のタ
イミングをトリガとしてカウンタ13のカウント値をラ
ッチ回路14に取り込む、上記のようにカウンタ13は
振動子の駆動と同期してスタートされているので、ラッ
チ回路14にはエンベローブおよび位相のそれぞれの遅
延時間のデータが取り込まれる。
↑The p1 to h signals are input from the input port 15, and the count value of the counter 13 is taken into the latch circuit 14 using each timing as a trigger.As mentioned above, the counter 13 is started in synchronization with the drive of the vibrator. Therefore, the latch circuit 14 receives data on the envelope and phase delay times.

第6図のように振動伝達板8の角部に3つの振動センサ
を符号S、−s3のように配置すると、第4図に関連し
て説明した処理によって、振動ペンの位置Pから各々の
振動センサまでの直線距離dl#d3を求めることがで
きる。振動ペン3の位置Pの座標(x、y)は3平方の
定理から、となる。ここでX、YはS2.S3の位置の
振動センサの原点のセンサからの距離である。
When three vibration sensors are arranged at the corners of the vibration transmission plate 8 with symbols S and -s3 as shown in FIG. The straight line distance dl#d3 to the vibration sensor can be determined. The coordinates (x, y) of the position P of the vibrating pen 3 are obtained from the 3-square theorem. Here, X and Y are S2. This is the distance from the origin of the vibration sensor at the position S3.

以上のようにして、演算制御回路lにより演算を行うこ
とにより振動ペンの位置座標をリアルタイムで検出する
ことができる。
As described above, the position coordinates of the vibrating pen can be detected in real time by performing calculations using the calculation control circuit 1.

以上の構成によれば、振動伝達板8に弾性波の板波とし
て超音波振動を伝達するので、振動伝達板8の傷や障害
物による妨害を低減し、高精度な座標検出を行なうこと
ができる。
According to the above configuration, since ultrasonic vibration is transmitted to the vibration transmission plate 8 as an elastic plate wave, interference caused by scratches or obstacles on the vibration transmission plate 8 is reduced, and highly accurate coordinate detection can be performed. can.

本実施例ではさらに第7図に示すように振動ペン3の先
端部を構成することにより、ペン先の角度に依存した座
標検出誤差のばらつきが生じるのを防止する。
In this embodiment, the tip of the vibrating pen 3 is configured as shown in FIG. 7 to prevent variations in coordinate detection errors depending on the angle of the pen tip.

第7図において符号71は振動ペン3のボディで、その
先端部にはホーン部5がねじ止めなどの方法により固定
されている。
In FIG. 7, reference numeral 71 indicates the body of the vibrating pen 3, and the horn portion 5 is fixed to the tip thereof by a method such as screwing.

ホーン部5の基材73はアルミニウムなどの金属で、ホ
ーン部5の後端部にはボディ71内において圧電素子な
どから構成された振動子4が固定されている。ホーン部
5の全体の形状は、従来と同じく円錐ないしエクスポネ
ンシャル型など有効な振動伝達を行なえる形状とする。
A base material 73 of the horn section 5 is made of metal such as aluminum, and a vibrator 4 made of a piezoelectric element or the like is fixed within the body 71 at the rear end of the horn section 5. The overall shape of the horn portion 5 is a conical shape or an exponential shape, as in the prior art, which allows effective vibration transmission.

ホーン部5の材質および形状は振動子4の振動周波数に
共振するように決定される。
The material and shape of the horn portion 5 are determined so as to resonate with the vibration frequency of the vibrator 4.

ホーン部5の先端部の振動入力面は、図示のように曲面
により構成される。
The vibration input surface at the tip of the horn portion 5 is formed of a curved surface as shown in the figure.

振動有効入力面の曲面は、要求される座標検出分解能、
あるいは振動伝達板の材質などに応じて第8図に示すよ
うに適切な曲率を選択して構成する。曲面の形成はホー
ン部5先端を研削する、あるいは曲面構造のチップをホ
ーン部本体に近い音響インピーダンスを有する材質から
形成し、これをホーン部5の先端部に接着などにより固
定することが考えられる。
The curved surface of the vibration effective input surface has the required coordinate detection resolution,
Alternatively, an appropriate curvature can be selected and constructed as shown in FIG. 8 depending on the material of the vibration transmission plate. The curved surface can be formed by grinding the tip of the horn section 5, or by forming a tip with a curved structure from a material having an acoustic impedance close to that of the main body of the horn section, and fixing this to the tip of the horn section 5 by gluing or the like. .

以上のような構成によれば、ホーン部5の振動入力面は
、振動ペン3がどのような角度で振動伝達板8に接触し
ても、常に一点で振動伝達板8と接触することになる。
According to the above configuration, the vibration input surface of the horn section 5 always contacts the vibration transmission plate 8 at one point, no matter what angle the vibration pen 3 contacts the vibration transmission plate 8. .

したがって、従来のようにホーン部5先端部が平面で構
成される場合のように振動ペン3の角度によって有効振
動入力面の面積が変化することがない。
Therefore, the area of the effective vibration input surface does not change depending on the angle of the vibrating pen 3, unlike in the conventional case where the tip of the horn portion 5 is formed of a flat surface.

第9図は、従来の平面型の振動入力面を有する振動ペン
3により振動伝達板8に発生される振動の伝達状態を示
している。
FIG. 9 shows the state of transmission of vibrations generated on the vibration transmission plate 8 by the conventional vibrating pen 3 having a flat vibration input surface.

第9図のように振動ペン3のホーン部5の先端の振動入
力面が振動伝達板8に垂直に接触している場合には、振
動子の振動はホーン部5の振動入力面上のさまざまな点
から振動伝達板8に入力される。ここで、ホーン部5の
2つの縁部31.32から入力される振動成分に着目す
ると、それぞれの縁部から振動伝達板8に入力される振
動波形は符号91.92のようになる。これらの振動が
図の右側の振動検出点Pに伝達されるとすると、振動波
形92の成分の方が91の成分よりも速く検出点に到達
する。このときの波形91の伝達時間はtgl、波形9
2の伝達時間はtg2で、tgl>tg2である。この
時間差(位相差)は検出点Pで検出される波形を歪ませ
、座標検出精度を悪化させる。
When the vibration input surface at the tip of the horn section 5 of the vibrating pen 3 is in perpendicular contact with the vibration transmission plate 8 as shown in FIG. The vibration is input to the vibration transmission plate 8 from this point. Here, when focusing on the vibration components input from the two edges 31 and 32 of the horn section 5, the vibration waveforms input from each edge to the vibration transmission plate 8 are as shown by symbols 91 and 92. Assuming that these vibrations are transmitted to the vibration detection point P on the right side of the figure, the component of the vibration waveform 92 reaches the detection point faster than the component 91. The transmission time of waveform 91 at this time is tgl, waveform 9
The transmission time of 2 is tg2, and tgl>tg2. This time difference (phase difference) distorts the waveform detected at the detection point P and deteriorates coordinate detection accuracy.

ところが、上記のようにホーン部5の振動入力面を曲面
とし、ホーン部5と振動伝達板8の接触面の面積が座標
検出分解能よりも小さく設定されていれば、第8図に示
すようにホーン部5と振動伝達板8が一点により接触す
るため、第9図のように振動伝達板8に異なる位相の振
動が入力されることがなく、検出点Pでは歪みのない単
一波長に近い振動波形を検出することができ、振動伝達
時間を正確に測定できるから座標検出精度を向上させる
ことができる。
However, if the vibration input surface of the horn section 5 is a curved surface as described above and the area of the contact surface between the horn section 5 and the vibration transmission plate 8 is set smaller than the coordinate detection resolution, as shown in FIG. Since the horn part 5 and the vibration transmission plate 8 are in contact with each other at one point, vibrations with different phases are not input to the vibration transmission plate 8 as shown in FIG. 9, and the detection point P has almost a single wavelength without distortion. Since vibration waveforms can be detected and vibration transmission time can be accurately measured, coordinate detection accuracy can be improved.

また、上記のような曲面構造によれば、振動ペン3を第
8図のように傾斜させてもホーン部5の有効振動入力面
の面積は変らないので、操作者のくせによって入力誤差
が生じることがなく、また曲線の座標を連続的に入力す
る場合などにおいても振動ペン3の傾斜が変化して、入
力中に誤差のばらつきを生じて連続座標の入力が不可能
となることもない。
Further, according to the curved surface structure as described above, even if the vibrating pen 3 is tilted as shown in FIG. 8, the area of the effective vibration input surface of the horn portion 5 does not change, so input errors may occur depending on the operator's habits. Furthermore, even when inputting the coordinates of a curve continuously, the inclination of the vibrating pen 3 does not change, causing error variations during inputting, and making it impossible to input continuous coordinates.

上記実施例では、ホーン部の振動入力面を曲面構造とし
たが、振動人力面の形状は曲面に限らず、有効振動入力
面の幅が検出分解能よりも小さくなればどのような形状
であってもかまわない。
In the above embodiment, the vibration input surface of the horn part has a curved structure, but the shape of the vibration input surface is not limited to a curved surface, and can be of any shape as long as the width of the effective vibration input surface is smaller than the detection resolution. I don't mind.

以上の実施例に加えて、振動センサを上記同様のホーン
部を介して振動伝達板8に取り付け、振動検出側でも振
動の伝達を一点で行なうようにすれば、検出波形の歪み
をより小さくすることができ、座標検出精度を大きく向
上させることができる。
In addition to the above embodiments, by attaching the vibration sensor to the vibration transmission plate 8 through the same horn section as described above, and transmitting the vibration at one point on the vibration detection side, the distortion of the detected waveform can be further reduced. This allows the coordinate detection accuracy to be greatly improved.

[効 果] 以上から明らかなように、本発明によれば、振動発生素
子を設けた振動ペンから入力された振動を振動伝達板に
複数設けられたセンサにより検出して前記振動ペンの振
動伝達板上での座標を検出する座標入力装置において、
前記振動ペンの振動伝達板に対する有効振動入力面の最
大幅を座標検出分解能よりも小さく設定した構成を採用
しているので、振動ペンから振動伝達板に対して常に座
標検出分解能よりも小さな一点を介して振動を伝達させ
ることができ、歪みのない振動検出に基づいて精度の高
い座標検出を行なうことができる優れた効果がある。
[Effects] As is clear from the above, according to the present invention, vibrations input from a vibrating pen provided with a vibration generating element are detected by a plurality of sensors provided on the vibration transmission plate, and the vibrations of the vibrating pen are transmitted. In a coordinate input device that detects coordinates on a board,
Since the configuration is such that the maximum width of the effective vibration input surface to the vibration transmission plate of the vibrating pen is set to be smaller than the coordinate detection resolution, the vibration pen always sends a single point smaller than the coordinate detection resolution to the vibration transmission plate. This has the excellent effect of allowing highly accurate coordinate detection to be performed based on distortion-free vibration detection.

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

第1図は本発明を採用した座標入力装置の構成を示した
説明図、第2図は第1図の振動ペンの構造を示した説明
図、第3図は第1図の演算制御S跡 置の構造を示したブロック図、第4図は振動ペンと振動
センサの間の距#測定を説明する検出波形を示した波形
図、第5図は第1図の波形検出回路の構成を示したブロ
ック図、第6図は振動センサの配置を示した説明図、第
7図は振動ペンの構造を示した断面図、第8図は振動ペ
ンのホーン部の作用を示した説明図、第9図は従来の振
動ペンからの振動伝達状態を示した波形図である。 1・・・演算制御回路  3・・・振動ペン4・・・振
動子     5・・・ホーン部6・・・振動センサ 
  8・・・振動伝達板9・・・波形検出回路  51
・・・前置増幅器52・・・エンベローフ検出回路 54.58・・・信号検出回路 91・・・ピークホールド回路 71・・・ボディ
Fig. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a coordinate input device adopting the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram showing the structure of the vibrating pen shown in Fig. 1, and Fig. 3 is an explanatory diagram showing the structure of the vibrating pen shown in Fig. 1. Figure 4 is a waveform diagram showing the detected waveform to explain distance # measurement between the vibrating pen and the vibration sensor, and Figure 5 shows the configuration of the waveform detection circuit in Figure 1. 6 is an explanatory diagram showing the arrangement of the vibration sensor, FIG. 7 is a sectional view showing the structure of the vibrating pen, FIG. 8 is an explanatory diagram showing the function of the horn part of the vibrating pen, and FIG. FIG. 9 is a waveform diagram showing the state of vibration transmission from a conventional vibrating pen. 1... Arithmetic control circuit 3... Vibrating pen 4... Vibrator 5... Horn section 6... Vibration sensor
8... Vibration transmission plate 9... Waveform detection circuit 51
...Preamplifier 52...Envelope detection circuit 54.58...Signal detection circuit 91...Peak hold circuit 71...Body

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)振動発生素子を設けた振動ペンから入力された振動
を振動伝達板に複数設けられたセンサにより検出して前
記振動ペンの振動伝達板上での座標を検出する座標入力
装置において、前記振動ペンの振動伝達板に対する有効
振動入力面の最大幅を座標検出分解能よりも小さく設定
したことを特徴とする座標入力装置。 2)前記有効振動入力面を含む振動ペンの振動入力面を
曲面としたことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
載の座標入力装置。
[Scope of Claims] 1) Coordinates for detecting the coordinates of the vibration pen on the vibration transmission plate by detecting vibrations input from a vibration pen provided with a vibration generating element using a plurality of sensors provided on the vibration transmission plate. A coordinate input device characterized in that the maximum width of an effective vibration input surface for the vibration transmission plate of the vibrating pen is set to be smaller than a coordinate detection resolution. 2) The coordinate input device according to claim 1, wherein the vibration input surface of the vibrating pen including the effective vibration input surface is a curved surface.
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