JPH02128214A - coordinate input device - Google Patents

coordinate input device

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JPH02128214A
JPH02128214A JP63281256A JP28125688A JPH02128214A JP H02128214 A JPH02128214 A JP H02128214A JP 63281256 A JP63281256 A JP 63281256A JP 28125688 A JP28125688 A JP 28125688A JP H02128214 A JPH02128214 A JP H02128214A
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JP
Japan
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vibration
input
transmission plate
vibration transmission
pen
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Pending
Application number
JP63281256A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuichiro Yoshimura
雄一郎 吉村
Katsuyuki Kobayashi
克行 小林
Takeshi Kamono
武志 鴨野
Shinnosuke Taniishi
谷石 信之介
Kiyoshi Kaneko
潔 兼子
Ryozo Yanagisawa
柳沢 亮三
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Publication of JPH02128214A publication Critical patent/JPH02128214A/en
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

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
動を振動伝達板上の所定位置に設けられた振動センサに
より検出して振動伝達板上での振動伝達時間から前記振
動ペンによる振動伝達板への振動入力位置を検出する座
標人力装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention detects vibration input from a coordinate input device, particularly a vibrating pen, using a vibration sensor provided at a predetermined position on the vibration transmission plate. The present invention relates to a coordinate human power device that detects the position of vibration input to the vibration transmission plate by the vibration pen from the vibration transmission time.

[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
の種の方式では入力された文字、図形などからなる画像
情報はCRTデイスプレィなどの表示装置やプリンタな
どの記録装置に出力される。
[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 this type of system, input image information consisting of characters, graphics, etc. is output to a display device such as a CRT display or a recording device such as a printer.

この種の装置では、振動入力ペンからタブレットに伝達
される超音波振動を振動伝達板に入力し、入力点から振
動伝達板の所定部位に設けられた振動センサにより検出
し、各センサへの振動伝達時間により入力点の座標を同
定する構成が知られている。超音波方式では、入力タブ
レットの構造が比較的簡単であり、装置の構成が簡単安
価であるとともに、タブレットを透明材料から構成し、
表示器、原稿に重ねて使用できるという利点がある。
In this type of device, ultrasonic vibrations transmitted from a vibration input pen to a tablet are input to a vibration transmission plate, detected from the input point by a vibration sensor installed at a predetermined part of the vibration transmission plate, and transmitted to each sensor. A configuration is known in which the coordinates of an input point are identified by transmission time. In the ultrasonic method, the structure of the input tablet is relatively simple, the device configuration is simple and inexpensive, and the tablet is made of a transparent material.
It has the advantage of being able to be used over the display and original.

[発明が解決しようとする課題] 従来では、振動伝達板に振動人力を行なうための振動ベ
ンは第7図に示すように構成されている。第7図におい
て符号4′は円柱型の圧電素子で、振動伝達板に効率よ
く振動伝達を行なうためのホーン5に接着、圧接などの
方法で固着される。
[Problems to be Solved by the Invention] Conventionally, a vibration vent for applying vibration force to a vibration transmission plate has been constructed as shown in FIG. In FIG. 7, reference numeral 4' denotes a cylindrical piezoelectric element, which is fixed to the horn 5 by bonding, pressure welding, etc. in order to efficiently transmit vibration to the vibration transmission plate.

振動伝達板に伝達される波は板波のaモードが座標検出
のための波形処理に都合がよいことが知られており、圧
電素子4′は、不図示の振動伝達板にこの板波を発生で
きるように図の垂直方向のドのものを用いている。
It is known that the a mode of the plate wave is convenient for waveform processing for coordinate detection as the wave transmitted to the vibration transmission plate, and the piezoelectric element 4' transmits this plate wave to the vibration transmission plate (not shown). The vertical C in the figure is used so that it can be generated.

板波aモードを発生させるには、振動伝達板の厚みの実
用域である0、5〜1.On+m程度では、振動周波数
は300 kHz〜500 K)1zに選択される。こ
の範囲の周波数を効率よく発生させるには、圧電素子4
′の共振周波数もこの周波数帯域に合わせるのが普通で
ある。第7図のように、円柱型のに33モードの素子で
は、この共振帯域を実現するためにその長さlと直径r
が制限される。
In order to generate the plate wave a-mode, the thickness of the vibration transmission plate should be within the practical range of 0.5-1. On the order of On+m, the vibration frequency is selected to be 300 kHz to 500 K)1z. In order to efficiently generate frequencies in this range, the piezoelectric element 4
The resonant frequency of ' is also usually matched to this frequency band. As shown in Figure 7, in a cylindrical 33-mode element, in order to achieve this resonance band, its length l and diameter r
is limited.

直径rは必要な出力振幅により決定され、約φ4〜61
1Inが好ましいが、長さ1はその材質の周波数定数に
より決まり、−数的なセラミックなどの材料では上記周
波数帯域では直径rとほぼ同じになってしまうことが多
い。
The diameter r is determined by the required output amplitude and is approximately φ4~61
Although 1In is preferable, the length 1 is determined by the frequency constant of the material, and in the case of materials such as negative ceramics, it is often almost the same as the diameter r in the above frequency band.

ここで問題なのは、円柱型の圧電素子で直径rと長さL
がほぼ等しい素子では、必要な振動方向であるペン軸方
向(第7図上下方向)以外に素子の径方向(両方向とも
矢印により図示)の振動もカップリングされ、純粋な縦
方向の振動がペン先から得られなくなることである。こ
れにより、振動伝達板に入力される振動に他のモードが
混在し、検出波形が歪み、振動検出タイミングが影響さ
れて高精度な座標検出が不可能になる。
The problem here is that the cylindrical piezoelectric element has a diameter r and a length L.
In an element where the values are approximately equal, vibrations in the radial direction of the element (both directions are shown by arrows) are coupled in addition to the necessary vibration direction in the pen axis direction (vertical direction in Figure 7), and pure longitudinal vibration is This means that you will not be able to obtain it from the beginning. As a result, other modes are mixed in the vibration input to the vibration transmission plate, the detected waveform is distorted, and the vibration detection timing is affected, making highly accurate coordinate detection impossible.

さらに、第7図の構造では、信号人力のための電極は圧
電素子4′の上下面に設けられ、その−方はホーン5と
接触しているので、電気的な電極の取り出しが非常に困
難であるという問題があった。
Furthermore, in the structure shown in FIG. 7, the electrodes for signal power are provided on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element 4', and the lower side is in contact with the horn 5, so it is very difficult to take out the electrical electrodes. There was a problem that.

本発明の課題は、以上の問題を解決し、所望の単一の振
動モードによる機械振動を振動伝達板に入力でき、しか
も振動ペンの構造を容易にできる座標入力装置を提供す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems and provide a coordinate input device that can input mechanical vibration in a desired single vibration mode to a vibration transmission plate and that can simplify the structure of a vibrating pen.

[課題を解決するための手段] 以上の課題を解決するために、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上の所定位置に設
けられた振動センナにより検出して振動伝達板上での振
動伝達時間から前記振動ペンによる振動伝達板への振動
入力位置を検出する座標入力装置において、前記振動ペ
ンに設けられる振動発生用の振動子を分極方向に対して
振動方向が直角な長さ方向の振動を発生する中空な筒型
の圧電素子から構成し、この圧電素子の分極が素子の筒
形状の外面および内面の間で形成されている構成を採用
した。
[Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, in the present invention, vibrations input from a vibrating pen are detected by a vibration sensor provided at a predetermined position on a vibration transmission plate, and the vibrations are transmitted. In a coordinate input device that detects a position of vibration input to a vibration transmission plate by the vibration pen from a vibration transmission time on the plate, a vibration direction of a vibration generation vibrator provided in the vibration pen is perpendicular to a polarization direction. The piezoelectric element is composed of a hollow cylindrical piezoelectric element that generates longitudinal vibrations, and the polarization of the piezoelectric element is formed between the outer and inner surfaces of the cylindrical element.

[作用] 以上の構成によれば、素子の厚み方向の振動成分を極め
て小さくでき、単一の振動モードで振動子を振動させる
ことができるから、不要な振動成分のカップリングによ
って振動伝達板に入力される振動波形が歪むのを防止で
きる。
[Function] According to the above configuration, the vibration component in the thickness direction of the element can be extremely reduced, and the vibrator can be vibrated in a single vibration mode, so that the coupling of unnecessary vibration components causes the vibration transmission plate to It is possible to prevent the input vibration waveform from being distorted.

[実施例] 以下、図面に示す実施例に基づき、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情報入出力装置の構造を示し
ている。第1図の情報入出力装置は振動伝達板8からな
る入力タブレットに振動ペン3によって座標入力を行な
わせ、入力された座標情報にしたがって入力タブレット
に重ねて配置されたCRTからなる表示器11°に入力
画像を表示するものである。
FIG. 1 shows the structure of an information input/output device employing the present invention. The information input/output device shown in FIG. 1 inputs coordinates to an input tablet consisting of a vibration transmitting plate 8 using a vibrating pen 3, and a display 11° consisting of a CRT placed over the input tablet according to the input coordinate information. The input image is displayed on the screen.

図において符号8で示されたものはアクリル、ガラス板
などからなる振動伝達板で撮動ベン3から伝達される振
動を3個の振動センサ6に伝達する。振動伝達板8は振
動ペン3から伝達された振動が周辺部で反射されて中央
部の方向に戻るのを防止するためにその周辺部分をシリ
コンゴムなどから構成された防振材7によフて支持され
ている。防振材7の境界面からの反射波の影響を軽減す
るため、振動センサ6は装着された防振材7の境界面上
あるいはごく近傍に装着する。装着方法は接着、圧接な
といずれの方法でもよい。
In the figure, a vibration transmission plate designated by reference numeral 8 is a vibration transmission plate made of acrylic, glass, or the like, and transmits vibrations transmitted from the photographing ben 3 to the three vibration sensors 6. The vibration transmitting plate 8 has its peripheral portion covered with a vibration isolating material 7 made of silicone rubber or the like in order to prevent the vibration transmitted from the vibrating pen 3 from being reflected at the peripheral portion and returning toward the center. It is supported by In order to reduce the influence of reflected waves from the boundary surface of the vibration isolator 7, the vibration sensor 6 is mounted on or very close to the boundary surface of the vibration isolator 7. The mounting method may be adhesive or pressure welding.

振動伝達板8はCRT(あるいは液晶表示器など)など
、ドツト表示が可能な表示器11゛上に配置され、振動
ベン3によりなぞられた位置にドツト表示を行なうよう
になっている。すなわち、検出された振動ベン3の座標
に対応した表示器11゛上の位置にドツト表示が行なわ
れ、振動ベン3により入力された点、線などの要素によ
り構成される画像はあたかも紙に書き込みを行なったよ
うに振動ベンの軌跡の後に現れる。
The vibration transmission plate 8 is arranged on a display device 11, such as a CRT (or liquid crystal display, etc.) capable of displaying dots, and displays dots at the position traced by the vibrating ben 3. That is, a dot is displayed at a position on the display 11 that corresponds to the detected coordinates of the vibrating ben 3, and an image composed of elements such as points and lines input by the vibrating ben 3 is displayed as if it were written on paper. Appears after the trajectory of the vibrating ben as if it were done.

また、このような構成によれば表示器11°にはメニュ
ー表示を行ない、振動ベンによりそのメニュー項目を選
択させたり、プロンプトを表示させて所定の位置に振動
ベン3を接触させるなどの人力方式を用いることもでき
る。
In addition, according to such a configuration, a menu is displayed on the display 11°, and the menu item is selected by the vibrating bezel, or a prompt is displayed and the vibrating ben 3 is brought into contact with a predetermined position. You can also use

振動伝達板8に超音波振動を伝達させる振動ベン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。
The vibration ben 3 transmits ultrasonic vibration to the vibration transmission 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.

第2図(A)は振動ベン3の構造を示している。振動ベ
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(A) shows the structure of the vibrating vent 3. A vibrator 4 built into the vibrator 3 is driven by a vibrator drive circuit 2. The drive signal for the vibrator 4 is supplied as a low-level pulse signal from the arithmetic and control circuit 1 shown in FIG.
After being amplified by a predetermined gain by a vibrator drive circuit 2 capable of low impedance driving, the signal is applied to the vibrator 4 .

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 electrical drive signal is converted into mechanical ultrasonic vibration by the vibrator 4 and transmitted to the diaphragm 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 that can generate plate waves on the vibration transmission plate 8 made of acrylic, glass, or the like. Further, when driving the vibrator, a vibration 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. Also, the vibration frequency of the vibrator 4 is set to
Efficient vibration conversion is possible by setting the resonance frequency to .

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 waves transmitted to the vibration transmission plate 8 as described above are plate waves, which have the advantage that they are less susceptible to the effects of scratches, obstacles, etc. on the surface of the vibration transmission plate 8 compared to surface waves.

第2図(B)に本実施例における振動子4の構造を示す
FIG. 2(B) shows the structure of the vibrator 4 in this example.

本実施例では、振動子4を分極方向に対して振動方向が
直角な長さ方向の振動(K31モード)を発生する中空
の円筒型の圧電素子から構成する。その長さは℃、外径
はrl、内径はr2.厚み(rl −r2 )はtとな
っている。発生される振動の方向は矢印viの方向であ
る。
In this embodiment, the vibrator 4 is constituted by a hollow cylindrical piezoelectric element that generates longitudinal vibration (K31 mode) whose vibration direction is perpendicular to the polarization direction. Its length is °C, its outer diameter is rl, and its inner diameter is r2. The thickness (rl-r2) is t. The direction of the generated vibration is the direction of arrow vi.

素子の分極は、この振動方向と直角、すなわち、外周面
Aと内周面Bの間で行なわれている。
Polarization of the element occurs at right angles to this vibration direction, that is, between the outer circumferential surface A and the inner circumferential surface B.

つまり、このような中空円筒状の素子は第2図(C)に
示すように厚みtの平板状の圧電素子を丸め、端面C%
Dを結合したものと等価であると考えることができ、長
さλと厚みtがt(iであれば単一長さ方向viの振動
を得ることができる。
In other words, such a hollow cylindrical element is produced by rolling a flat piezoelectric element with a thickness t as shown in FIG.
If the length λ and the thickness t are t(i), vibration in a single longitudinal direction vi can be obtained.

すなわち、第7図に示したような中空ではない円柱型の
素子ではφ=4の底面をもつ形状となり、これでは直径
rと1がほぼ等しくなり、径方向の振動の結合による不
要な振動成分が振動伝達板に入力されてしまうのに対し
、例えば、rl=5、r2=31、u=5 (例えばm
m)とすると、t=1であり、t<Xを実現でき、充分
な振幅を有するペン軸方向の振動成分のみを振動伝達板
に入力することができる。
In other words, the non-hollow cylindrical element shown in Figure 7 has a shape with a bottom surface of φ = 4, in which the diameter r and 1 are almost equal, and unnecessary vibration components due to the coupling of radial vibrations are generated. is input to the vibration transmission plate, whereas, for example, rl=5, r2=31, u=5 (for example, m
m), t=1, t<X can be realized, and only the vibration component in the pen axis direction having sufficient amplitude can be input to the vibration transmission plate.

従フて、後述の波形検出および座標演算において、正確
に波形検出タイミングを決定でき高精度な座標入力を行
なうことができるようになる。
Therefore, in the waveform detection and coordinate calculation described later, it is possible to accurately determine the waveform detection timing and perform highly accurate coordinate input.

また、電極は上記分極方向から明らかなように、素子の
外周面Aおよび内周面Bに設ければよく、素子の上面な
いし底面がホーンと固定されていても容易に電極の取り
出しを行なうことができる。
Furthermore, as is clear from the above polarization direction, the electrodes may be provided on the outer circumferential surface A and the inner circumferential surface B of the element, and the electrodes can be easily taken out even if the top or bottom surface of the element is fixed to the horn. Can be done.

また、第2図(D)に符号E%Fで示す位置に、素子の
端面に外周面A、内周面Bの電極を引き出しておけば、
より容易にリード線や接触電極を用いて素子との電気的
結合をとることができる。
In addition, if the electrodes on the outer circumferential surface A and the inner circumferential surface B are drawn out from the end face of the element at the positions indicated by the symbol E%F in FIG. 2(D),
Electrical coupling with the element can be more easily achieved using lead wires or contact electrodes.

なお、以上では中空円部型の圧電素子を例示したが、第
2図(E)に示すように中空の角筒形状の圧電素子を振
動子4として用いても上記同様の効果があることはいう
までもない。角筒の角の数は図示の4つに限定されない
ことももちろんである。
Note that although a hollow circular piezoelectric element has been exemplified above, the same effect as described above can be obtained even if a hollow rectangular cylinder-shaped piezoelectric element is used as the vibrator 4, as shown in FIG. 2(E). Needless to say. Of course, the number of corners of the rectangular tube is not limited to the four illustrated.

次に、振動波形の検出系、および座標検出系の構成、動
作につき説明する。
Next, the configuration and operation of the vibration waveform detection system and the coordinate detection system will be explained.

再び、第1図において、振動伝達板8の角部に設けられ
た振動センサ6も圧電素子などの機械〜電気変換素子に
より構成される。3つの振動センサ6の各々の出力信号
は波形検出回路9に人力され、後述の波形検出処理によ
り演算制御回路1により処理可能な検出タイミング信号
に変換される。この検出タイミング信号は演算制御回路
1に入力される。
Again, in FIG. 1, the vibration sensor 6 provided at the corner of the vibration transmission plate 8 is also constituted by a mechanical to electrical conversion element such as a piezoelectric element. The output signals of each of the three vibration sensors 6 are input to the waveform detection circuit 9, and are converted into detection timing signals that can be processed by the arithmetic control circuit 1 through waveform detection processing, which will be described later. This detection timing signal is input to the arithmetic control circuit 1.

演算制御回路1は波形検出回路から入力された検出タイ
ミングにより各センサへの振動伝達時間を検出し、さら
にこの振動伝達時間から振動ペン3の振動伝達板8上で
の座標入力位置を検出する。
The arithmetic control circuit 1 detects the vibration transmission time to each sensor based on the detection timing input from the waveform detection circuit, and further detects the coordinate input position of the vibrating pen 3 on the vibration transmission plate 8 from this vibration transmission time.

検出された振動ペン3の座標情報は演算制御回路1にお
いて表示器11°による出力方式に応じて処理される。
The detected coordinate information of the vibrating pen 3 is processed in the arithmetic control circuit 1 according to the output method by the display 11°.

すなわち、演算制御回路は入力座標情報に基づいてビデ
オ信号処理装置10を介して表示器11°の出力動作を
制御する。
That is, the arithmetic control circuit controls the output operation of the display 11° via the video signal processing device 10 based on the input coordinate information.

第3図は第1図の演算制御回路1の構造を示している。FIG. 3 shows the structure of the arithmetic control circuit 1 shown in FIG.

ここでは主に振動ペン3の駆動系および振動センサ6に
よる振動検出系の構造を示している。
Here, the structure of the drive system of the vibrating pen 3 and the vibration detection system using the vibration sensor 6 are mainly 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に対して所定周波数の駆動パルス
を出力するもので、マイクロコンピュータ11により座
標演算用の回路と同期して起動される。
The microcomputer 11 includes an internal counter, ROM, and RAM. The drive signal generation circuit 12
It outputs a drive pulse of a predetermined frequency to the vibrator drive circuit 2 shown in the figure, and is activated by the microcomputer 11 in synchronization with the coordinate calculation circuit.

カウンタ13の計数値はマイクロコンピュータ11によ
りラッチ回路14にラッチされる。
The count value of the counter 13 is latched into the latch circuit 14 by the microcomputer 11.

一方、波形検出回路9は、振動センサ6の出力から後述
のようにして振動伝達時間を計測するための検出信号の
タイミング情報を出力する。これらのタイミング情報は
入力ポート15にそれぞれ人力される。
On the other hand, the waveform detection circuit 9 outputs timing information of a detection signal for measuring vibration transmission time from the output of the vibration sensor 6 as described later. These timing information are input manually to the input ports 15, respectively.

波形検出回路9から人力されるタイミング信号は入力ポ
ート15に入力され、ラッチ回路14内の各振動センサ
6に対応する記憶領域に記憶され、その結果がマイクロ
コンピュータ11に伝えられる。
A timing signal manually input from the waveform detection circuit 9 is input to the input port 15 and stored in a storage area corresponding to each vibration sensor 6 in the latch circuit 14, and the result is transmitted to the microcomputer 11.

すなわち、カウンタ13の出力データのラッチ値として
振動伝達時間が表現され、この振動伝達時間値により座
標演算が行なわれる。このとき、判定回路16は複数の
振動センサ6からの波形検出のタイミング情報がすべて
人力されたかどうかを判定し、マイクロコンピュータ1
1に報知する。
That is, the vibration transmission time is expressed as a latch value of the output data of the counter 13, and coordinate calculation is performed using this vibration transmission time value. At this time, the determination circuit 16 determines whether all of the waveform detection timing information from the plurality of vibration sensors 6 has been manually input, and the microcomputer 1
Notify 1.

表示器11°の出力制御処理は入出力ボート17を介し
て行なわれる。
Output control processing for the display 11° is 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、それに基づく振動伝達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。こ
のような波形により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は振動伝達板8内を通って
振動センサ6に検出される。
FIG. 4 explains the detected waveform input to the waveform detection circuit 9 of FIG. 1 and the vibration transmission time measurement process based on the detected waveform. In FIG. 4, reference numeral 41 indicates a drive signal pulse applied to the vibrating pen 3. Ultrasonic vibrations transmitted from the vibrating pen 3 driven by such a waveform to the vibration transmission plate 8 pass through the vibration transmission plate 8 and are detected by the vibration sensor 6.

振動伝達板8内を振動センサ6までの距離に応じた時間
tgをかけて進行した後、振動は振動センサ6に到達す
る。第4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。本実施例において用いられる板波は分
散性の波であり、そのため検出波形のエンベロープ42
1と位相422の関係は振動伝達距離に応じて変化する
After traveling within the vibration transmission plate 8 for a time tg corresponding to the distance to the vibration sensor 6, the vibration reaches the vibration sensor 6. Reference numeral 42 in FIG. 4 indicates a signal waveform detected by the vibration sensor 6. The plate wave used in this embodiment is a dispersive wave, so the envelope 42 of the detected waveform
The relationship between 1 and phase 422 changes depending on the vibration transmission distance.

ここで、エンベロープの進む速度を群速度vg1位相速
度をVpとする。この群速度および位相速度の違いから
振動ペン3と振動センサ6問の距離を検出することがで
きる。
Here, the advancing speed of the envelope is group velocity vg1 and the phase velocity is Vp. The distance between the vibrating pen 3 and the vibration sensor 6 can be detected from the difference in group velocity and phase velocity.

まず、エンベロープ421のみに着目すると、その速度
はVgであり、ある特定の波形上の点、たとえばピーク
を第4図の符号43のように検出すると、振動ベン3お
よび振動センサ6の間の距ladはその振動伝達時間を
tgとしてdミV g−t g           
−(1)この式は振動センサ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6と振動ベン
3の距離を示すことができる。
First, if we focus only on the envelope 421, its velocity is Vg, and when a point on a certain waveform, for example a peak, is detected as indicated by reference numeral 43 in FIG. lad is dmiV g-t g with the vibration transmission time as tg
-(1) Although this formula relates to one of the vibration sensors 6, the distances between the other two vibration sensors 6 and the vibration ben 3 can be expressed using the same formula.

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なう、第4図の位相波形4
22の特定の検出点、たとえば振動印加から、ピーク通
過後のゼロクロス点までの時間をtpとすれば振動セン
サと振動ベンの距離は den ・λp+Vp T tP      ++* 
(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 coordinate values with higher precision, the phase waveform 4 shown in FIG.
If the time from 22 specific detection points, for example, vibration application to the zero cross point after passing the peak, is tp, then the distance between the vibration sensor and the vibration vent is den ・λp+Vp T tP ++*
(2), where λp is the wavelength of the elastic wave and n is an integer.

前記の(1)式と(2)式から上記の整数nはn −[
(Vg−tg −Vp−tp)  /  λp+t/N
l・・・ (3) と示される。ここでNはO以外の実数であり、適当な数
値を用いる。たとえばN−2とし、群遅延時間tgのゆ
らぎが±1/2波長以内であれば、nを決定することが
できる。
From the above equations (1) and (2), the above integer n is n − [
(Vg-tg-Vp-tp) / λp+t/N
l... (3) It is shown as. Here, N is a real number other than O, and an appropriate value is used. For example, if it is N-2 and the fluctuation of the group delay time tg is within ±1/2 wavelength, n can be determined.

上記のようにして求めたnを(2)式に代入することで
、振動ベン3および振動センサ6間の距離を正確に測定
することができる。
By substituting n obtained as described above into equation (2), the distance between the vibration vent 3 and the vibration sensor 6 can be accurately measured.

第3図に示した2つの振動伝達時間tgおよびtpの測
定のため、波形検出回路9はたとえば第5図に示すよう
に構成することができる。
In order to measure the two vibration transmission times tg and tp shown in FIG. 3, the waveform detection circuit 9 can be configured as shown in FIG. 5, for example.

第5図において、振動センサ6の出力信号は前述の増幅
回路51により所定のレベルまで増幅される。
In FIG. 5, the output signal of the vibration sensor 6 is amplified to a predetermined level by the amplification circuit 51 described above.

増幅された信号はエンベロープ検出回路52に入力され
、検出信号のエンベロープのみが取り出される。抽出さ
れたエンベロープのピークのタイミングはエンベロープ
ピーク検出回路53によって検出される。ピーク検出信
号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エンベロープ遅延時間検
出信号Tgが形成され、演算制御回路1に入力される。
The amplified signal is input to the envelope detection circuit 52, and only the envelope of the detection signal is extracted. The timing of the peak of the extracted envelope is detected by the envelope peak detection circuit 53. From the peak detection signal, an envelope delay time detection signal Tg having a predetermined waveform is formed by a signal detection circuit 54 composed of a mono-multivibrator or the like, and is input to the arithmetic control circuit 1.

また、このTg傷信号タイミングと、遅延時間調整回路
57によって遅延された元信号から検出回路58により
位相遅延時間検出信号”rpが形成され、演算制御回路
1に人力される。
Further, a phase delay time detection signal "rp" is formed by the detection circuit 58 from this Tg flaw signal timing and the original signal delayed by the delay time adjustment circuit 57, and is manually input to the arithmetic control circuit 1.

すなわち、Tg傷信号単安定マルチバイブレータ55に
より所定幅のパルスに変換される。また、コンパレート
レベル供給回路56はこのパルスタイミングに応じてt
p傷信号検出するためのしきい値を形成する。この結果
、コンパレートレベル供給回路56は第3図の符号44
のようなレベルとタイミングを有する信号44を形成し
、検出回路58に入力する。
That is, the Tg flaw signal is converted into a pulse of a predetermined width by the monostable multivibrator 55. Further, the comparator level supply circuit 56 outputs t according to this pulse timing.
A threshold value for detecting p-flaw signals is formed. As a result, the comparator level supply circuit 56 is connected to the reference numeral 44 in FIG.
A signal 44 having a level and timing as follows is generated and input to the detection circuit 58.

すなわち、単安定マルチバイブレータ55およびコンパ
レートレベル供給回路56は位相遅延時間の測定がエン
ベロープピーク検出後の一定時間のみしか作動しないよ
うにするためのものである。
That is, the monostable multivibrator 55 and the comparator level supply circuit 56 are used to ensure that the phase delay time measurement is activated only for a certain period of time after the envelope peak is detected.

この信号はコンパレータなどから構成された検出回路5
8に入力され、第4図のように遅延された検出波形と比
較され、この結果符号45のようなtp検出パルスが形
成される。
This signal is sent to a detection circuit 5 consisting of a comparator etc.
8 and is compared with the delayed detection waveform as shown in FIG.

以上に示した回路は振動センサ6の1つ分のもので、他
のそれぞれのセンサに対しても同じ回路が設けられる。
The circuit shown above is for one vibration sensor 6, and the same circuit is provided for each of the other sensors.

センサの数を一般化してh個とすると、エンベロープ遅
延時間Tgl〜h1位相遅延時間Tpt〜hのそれぞれ
h個の検出信号が演算制御回路1に入力される。
If the number of sensors is generalized to h, then h detection signals of envelope delay times Tgl to h1 and phase delay times Tpt to h are input to the arithmetic control circuit 1, respectively.

第3図の演算制御回路では上記のT g’l〜h、Tp
l〜h信号を入力ポート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。前記のようにカウンタ13は振動
ベン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にはエンベロープおよび位相のそれぞれの遅延
時間を示すデータが取り込まれる。
In the arithmetic control circuit of FIG. 3, the above T g'l~h, Tp
The l to h signals are inputted 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 described above, since the counter 13 is started in synchronization with the driving of the vibration ben, the latch circuit 14 receives data indicating the respective delay times of the envelope and the phase.

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
6を符号S1からS3の位置に配置すると、第4図に関
連して説明した処理によりて振動ペン3の位置Pから各
々の振動センサ6の位置までの直線距!1d1〜d3を
求めることができる。
When three vibration sensors 6 are arranged at the positions S1 to S3 at the corners of the vibration transmission plate 8 as shown in FIG. Straight line distance to the position of vibration sensor 6! 1d1 to d3 can be obtained.

さらに演算制御回路1でこの直線距11dl〜d3に基
づき振動ペン3の位置Pの座標(X Sy)を3平方の
定理から次式のようにして求めることができる。
Further, the arithmetic and control circuit 1 can determine the coordinates (X Sy) of the position P of the vibrating pen 3 based on the straight line distances 11dl to d3 using the following formula from the 3-square theorem.

x=X/2+ (d 1 +d 2)(d 1−d 2
) /2X・・・(4) y=y/2+ (a 1−+−d3)(a t−d3)
/2y・・・(5) ここでX、YはS2、S3の位置の振動センサ6と原点
(位置S1)のセンサのX、Y軸に沿った距離である。
x=X/2+ (d1+d2)(d1-d2
) /2X...(4) y=y/2+ (a 1-+-d3) (a t-d3)
/2y...(5) Here, X and Y are the distances along the X and Y axes between the vibration sensor 6 at the positions S2 and S3 and the sensor at the origin (position S1).

以上のようにして振動ペン3の位置座標をリアルタイム
で検出することがで診る。
As described above, the position coordinates of the vibrating pen 3 can be detected in real time.

[発明の効果] 以上から明らかなように、本発明によれば、振動ペンか
ら入力された振動を振動伝達板上の所定位置に設けられ
た振動センサにより検出して振動伝達板上での撮動伝達
時間から前記振動ペンによる振動伝達板への振動入力位
置を検出する座標入力装置において、前記振動ペンに設
けられる振動発生用の振動子を分極方向に対して振動方
向が直角な長さ方向の振動を発生する中空な筒型の圧電
素子から構成し、この圧電素子の分極が素子の筒形状の
外面および内面の間で形成されている構成を採用してい
るので、素子の厚み方向の振動成分を極めて小さくでき
、単一の振動モードで振動子を振動させることができる
から、不要な振動成分のカップリングによって振動伝達
板に人力される振動波形が歪むのを防止できる。このた
め、振動伝達板に入力される振動が振動センサに到達す
るタイミングを振動センサの出力信号の波形処理により
正確に行なうことができ、高精度な座標検出を行なえる
という優れた利点がある。
[Effects of the Invention] As is clear from the above, according to the present invention, vibrations input from a vibrating pen are detected by a vibration sensor provided at a predetermined position on the vibration transmission plate, and an image is taken on the vibration transmission plate. In the coordinate input device for detecting the position of vibration input to the vibration transmission plate by the vibration pen from the dynamic transmission time, the vibration direction of the vibration generating vibrator provided in the vibration pen is perpendicular to the polarization direction. It is composed of a hollow cylindrical piezoelectric element that generates vibrations, and the polarization of this piezoelectric element is formed between the outer and inner surfaces of the cylindrical shape of the element. Since the vibration component can be made extremely small and the vibrator can be vibrated in a single vibration mode, it is possible to prevent the vibration waveform applied manually to the vibration transmission plate from being distorted due to coupling of unnecessary vibration components. Therefore, the timing at which the vibration input to the vibration transmission plate reaches the vibration sensor can be accurately determined by waveform processing of the output signal of the vibration sensor, and there is an excellent advantage that highly accurate coordinate detection can be performed.

【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情報入出力装置の構成を示し
た説明図、第2図(A)は第1図の振動ペンの構造を示
した説明図、第2図(B)は振動ペンに用いられる振動
子の構造を示した斜視図、第2図(C)は第2図(A)
の素子の構造を説明する斜視図、第2図(D)、(E)
は異なる振動子の構造を示した斜視図、第3図は第1図
の演算制御回路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離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図は従来の振動ペンの構造を示した斜視
図である。 1・・・演算制御回路 3・・・振動ペン4・・・振動
子    6・・・振動センサ8・・・振動伝達板  
51・・・前置増幅器15.16・・・入力ポート 揚動釦m話・I斜贋r 第2図 ビl瞳靜1度を示しとに座子翅a 第4図 シ皮手う本矢1じC〕番jのフ゛0−、71凸第5図 ii、fit;すJL(?It’;La のf、Fl、
ep、W第6図
Fig. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of an information input/output device adopting the present invention, Fig. 2 (A) is an explanatory diagram showing the structure of the vibrating pen of Fig. A perspective view showing the structure of a vibrator used in a pen, Figure 2 (C) is similar to Figure 2 (A)
Perspective views illustrating the structure of the device, Figures 2 (D) and (E)
is a perspective view showing the structure of a different vibrator, FIG. 3 is a block diagram showing the structure of the arithmetic control circuit in FIG. 1, and FIG. 4 is a detection waveform explaining distance measurement between the vibrating pen and the vibration sensor. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the waveform detection circuit in FIG. 1, FIG. 6 is an explanatory diagram showing the arrangement of the vibration sensor, and FIG. FIG. 1... Arithmetic control circuit 3... Vibration pen 4... Vibrator 6... Vibration sensor 8... Vibration transmission plate
51...Preamplifier 15.16...Input port lift button m story/I skew r Figure 2 Figure 1 Indicates 1 degree of pupil silence Figure 4 Figure 4 Handbook Arrow 1 C] No. j, 0-, 71 convex Figure 5 ii, fit; JL (? It'; La f, Fl,
ep, W Figure 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1)振動ペンから入力された振動を振動伝達板上の所定
位置に設けられた振動センサにより検出して振動伝達板
上での振動伝達時間から前記振動ペンによる振動伝達板
への振動入力位置を検出する座標入力装置において、前
記振動ペンに設けられる振動発生用の振動子を分極方向
に対して振動方向が直角な長さ方向の振動を発生する中
空な筒型の圧電素子から構成し、この圧電素子の分極が
素子の筒形状の外面および内面の間で形成されているこ
とを特徴とする座標入力装置。
1) Detect the vibration input from the vibration pen with a vibration sensor installed at a predetermined position on the vibration transmission plate, and determine the position of vibration input to the vibration transmission plate by the vibration pen from the vibration transmission time on the vibration transmission plate. In the coordinate input device for detection, the vibration generating vibrator provided in the vibrating pen is composed of a hollow cylindrical piezoelectric element that generates vibration in the longitudinal direction with the vibration direction perpendicular to the polarization direction. A coordinate input device characterized in that the polarization of the piezoelectric element is formed between a cylindrical outer surface and an inner surface of the element.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP5742718B2 (en) * 2009-10-07 2015-07-01 日本電気株式会社 Ultrasonic transmitter, ultrasonic propagation time measurement system, and ultrasonic propagation time measurement method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP5742718B2 (en) * 2009-10-07 2015-07-01 日本電気株式会社 Ultrasonic transmitter, ultrasonic propagation time measurement system, and ultrasonic propagation time measurement method
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