JPH036609A - Acoustic coordinate input device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は音波を利用した面入力タイプの音響式座標入力
装置(以後、デジタイザーと呼ぶ)に関するもので、特
に音波を出力し座標の位置を指定する入力ペンがデジタ
イザー面上どこでも安定して入力できるための回路シス
テムに関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a surface input type acoustic coordinate input device (hereinafter referred to as a digitizer) that uses sound waves, and in particular, a device that outputs sound waves to determine coordinate positions. This invention relates to a circuit system that allows a specified input pen to stably input data anywhere on the digitizer surface.
コンピュータが普及するにつれ、その入力装置としてキ
ーボードと共にデジタイザーは重要な役割を果たしてき
た。最近は携帯用コンピュータやノートブックサイズの
ワープロなども製品化され、小型のデジタイザーが入力
装置として組込まれるようになってきた。音波式デジタ
イザーは回路はともかく構造が簡単であり、かつ入力面
もガラス、プラスティック等でよいなどの理由から表示
パネル上に形成するのに向いている。As computers have become more widespread, digitizers have played an important role along with keyboards as input devices. Recently, portable computers and notebook-sized word processors have been commercialized, and small digitizers have been incorporated as input devices. The sonic digitizer is suitable for being formed on a display panel because it has a simple structure and the input surface can be made of glass, plastic, etc.
音響式デジタイザーは、間欠的に発せられる音波を出力
するベンタイプの入力ベンと、その音波がデジタイザー
本体の受信マイクに到達するまでの空間伝搬時間を測定
し座標を読み取る本体とから構成される。この−組の本
体と入力ペンとは時間測定回路に同期がとられている。An acoustic digitizer consists of a ben-type input ben that outputs intermittently emitted sound waves, and a main body that measures the spatial propagation time of the sound waves until they reach the receiving microphone of the digitizer body and reads the coordinates. This set of main bodies and input pens are synchronized with a time measurement circuit.
つまり、入力ペンから音波が出力されるのと同期してデ
ジタイザー本体側の時間計測がスタートし、その音波が
デジタイザー本体の複数の受信マイクに遅れて到達する
までの時間をそれぞれ測定し、入力ペンの座標位置を検
出する。この時のスタートをかげる同期信号は、入力ペ
ンとデジタイザー本体とが有線で接続されている場合は
どちらが発しても同じことであるが、入力ペンとデジタ
イザーとが物理的に分離されている場合には、どちらか
が同期信号を発することになる。その場合その伝達手段
としてはいろいろあるが、電波、磁気が通常よく使用さ
れる。また音波も可聴帯から超音波など数百KH2にま
でKのぼり各々のシステムに適した周波数で使われる。In other words, time measurement on the digitizer body side starts in synchronization with the output of sound waves from the input pen, and the time taken for the sound waves to reach the multiple receiving microphones on the digitizer body after a delay is measured, and the input pen Detect the coordinate position of. The synchronization signal that causes the start at this time is the same regardless of whether the input pen and digitizer are connected by wire, but if the input pen and digitizer are physically separated, Either one will issue a synchronization signal. In that case, there are various means of transmission, but radio waves and magnetism are usually used. Also, sound waves range from the audible band to several hundred KH2, such as ultrasonic waves, and are used at frequencies suitable for each system.
欠に図面を用いて従来の音響式デジタイザーの動作を説
明する。第6図囚は従来の音響式デジタイザーのブロッ
ク図である。601は音波を間欠的に発生させるための
タイミング回路であり、同時に時間測定の基準となるス
タート信号の作成回路でもある同期信号発生回路である
。602は入力座標を指示する入力ペンであり、同期信
号に対し音波を発する手段、例えば圧電スピーカを含ん
でいる。603はデジタイザーの入力面を示している。The operation of a conventional acoustic digitizer will be explained with reference to the drawings. FIG. 6 is a block diagram of a conventional acoustic digitizer. Reference numeral 601 is a timing circuit for intermittently generating sound waves, and at the same time is a synchronization signal generation circuit that is also a circuit for generating a start signal that serves as a reference for time measurement. An input pen 602 indicates input coordinates, and includes means for emitting sound waves in response to a synchronization signal, such as a piezoelectric speaker. 603 indicates the input surface of the digitizer.
604.605は入力ペン602からの音波を受信する
ための音響用のマイクである。604 and 605 are acoustic microphones for receiving sound waves from the input pen 602.
606.607はマイクからの微小信号を増幅する増幅
回路、608,609はバンドパスフィルタ等を含む波
形成形回路である。611,612は受信信号を基準電
圧VRと比較するコンパレータである。610は直流基
準電圧VRを出力するスライスレベル発生回路である。Reference numerals 606 and 607 are amplifier circuits that amplify minute signals from the microphone, and 608 and 609 are waveform shaping circuits that include bandpass filters and the like. Comparators 611 and 612 compare the received signal with a reference voltage VR. 610 is a slice level generation circuit that outputs a DC reference voltage VR.
616は時間測定回路でカウンタとそのカウンタ値を記
憶してお(レジスタ及びコンピュータシステムとデータ
のやり取りを行うためのインターフェース回路等で構成
されている。つまり2つのマイクよりえられる信号の到
達時間をそれぞれ測定し、そのカウンタ値をコンピュー
タで読み取ることができる。616 is a time measurement circuit that stores a counter and its counter value (consists of a register, an interface circuit for exchanging data with the computer system, etc.), and measures the arrival time of the signals received from the two microphones. Each can be measured and the counter value can be read by a computer.
今、スピーカを超音波振動子(例えば40 KHz)と
すると、同期信号発生回路601より同期パルスが入力
ベン602のスピーカを電気的にただ(。Now, if the speaker is an ultrasonic vibrator (for example, 40 KHz), a synchronization pulse is input from the synchronization signal generation circuit 601 to the speaker of Ben 602 electrically.
すると入力ペン602より40KHzの音波が出力する
。同時に時間測定回路616の測定の開始を指示する。Then, the input pen 602 outputs a 40 KHz sound wave. At the same time, it instructs the time measurement circuit 616 to start measurement.
音波は入力面606上の空間を伝わり、マイクロ04と
マイクロ05にそれぞれ入力ペン602の位置に比例し
た伝搬時間で到達する。その到達した音波はマイクロ0
4,605により電気信号に変換され波形成形された後
、コンパレータ611,612で基準電圧VRをスライ
スレベルとして検出され、時間測定回路613のカウン
トをストップするための信号SL、SRに変換される。The sound wave propagates through the space above the input surface 606 and reaches the micro 04 and the micro 05 with a propagation time proportional to the position of the input pen 602, respectively. The sound wave that arrived is micro 0
After being converted into an electrical signal and shaped into a waveform by comparators 611 and 612, the reference voltage VR is detected as a slice level by comparators 611 and 612, and is converted into signals SL and SR for stopping the count of time measuring circuit 613.
マイクロ04.605に到達する時間をそれぞれTL、
TRとすると、それに応じたカウンタ値が時間測定回路
616内でセットされる。このカウンタ値をコンピュー
タが読み出すことより二次元的位置を知ることができ、
もし必要なら直交するX−Y座標に変換することも簡単
である。The time to reach micro 04.605 is TL, respectively.
If TR, a corresponding counter value is set in the time measurement circuit 616. By reading this counter value, the computer can determine the two-dimensional position.
If necessary, it is easy to convert to orthogonal X-Y coordinates.
あとは一般的なマウス処理と同様に扱えばよい。The rest can be handled in the same way as general mouse processing.
第6図(13)と第6図(Qに時間測定回路616の具
体的回路及びそのタイミングチャートを示す。A specific circuit of the time measurement circuit 616 and its timing chart are shown in FIG. 6 (13) and FIG. 6 (Q).
620はカウンタであり同期信号と関係するリセット信
号によりカウントを開始する。621.622はカウン
タ620の値を一時的に記憶するI10レジスタで、マ
イクに到達したタイミングでカウンタ620よりラッチ
される。またCPUシステムより読み取り可能なL10
ポートも兼ねている。626はコンパレータ611.6
12の出力信号SL、SR及び同期信号を成形する成形
回路で、同時にCPUシステム6140制御信号とも関
連動作する。例えば、デジタイザーがデータを得ると割
り込み信号をCPUに出力したり、CPUからのステー
タスを読み取ったりする。620 is a counter that starts counting in response to a reset signal related to the synchronization signal. 621 and 622 are I10 registers that temporarily store the value of the counter 620, and are latched by the counter 620 at the timing when the value reaches the microphone. Also, L10 that can be read by the CPU system
It also serves as a port. 626 is comparator 611.6
12 output signals SL, SR and a synchronization signal, and also operates in conjunction with the CPU system 6140 control signal. For example, when the digitizer obtains data, it outputs an interrupt signal to the CPU or reads the status from the CPU.
624は成形回路623とCPUシステム614とのイ
ンターフェース用I10ポートでここではコントロール
レジスタと呼んでおく。第6図(日にコンパレータの入
力と出力の波形図を示しておく。Reference numeral 624 is an I10 port for interfacing the molding circuit 623 and the CPU system 614, and is herein referred to as a control register. Figure 6 shows a waveform diagram of the input and output of the comparator.
しかしながら従来のシステムでは入力ペンの出力用スピ
ーカに効率の良さから超音波スピーカのごとくQの高い
特性のものを用いると、共振しながら出力されるため、
最初の数発のパルスは振幅が小さく、従って第6図(D
の実線波形640のごとく、例えば2発目のパルスが基
準電圧VRでスライス(A点)されるため、入力ペンと
マイクとの距離の違いからくる振幅の大小によりスライ
スされるパルスの位相の位置のずれ(A点→B点)及び
1パルス分のずれ(A点→C点)等がおぎ、本来のマイ
クと入力ペンとの距離を正確に読み取るには誤差となり
非常に精度の悪いものとなってしまう。However, in conventional systems, if a high-Q characteristic such as an ultrasonic speaker is used for the output speaker of the input pen due to its efficiency, the output will resonate while it is being output.
The first few pulses have a small amplitude and therefore are shown in Figure 6 (D
As shown in the solid line waveform 640, for example, since the second pulse is sliced at the reference voltage VR (point A), the phase position of the sliced pulse is determined by the magnitude of the amplitude caused by the difference in the distance between the input pen and the microphone. This causes errors such as a deviation (point A → point B) and a deviation of one pulse (point A → point C), making it difficult to accurately read the distance between the microphone and the input pen, resulting in extremely poor accuracy. turn into.
また前者を解決すべく第6図(DのA点、D点のごとく
基準電圧VRを横切るときの立ち上がりの遅延時間TI
と立ち下がりの遅延時間T2を測定しその平均をとるこ
とより多少の振幅の変動を吸収できるが、これだと各マ
イクに対し二つのレジスタが必要となり、例えば16ビ
ツトのカウンタがシステムの精度上必要なら64ビツト
ものI10レジスタが必要となりシステムの簡略化に反
する。In addition, in order to solve the former problem, the delay time TI of the rise when crossing the reference voltage VR as shown in Figure 6 (points A and D in D)
By measuring the fall delay time T2 and taking the average, it is possible to absorb some fluctuations in amplitude, but this requires two registers for each microphone, and a 16-bit counter, for example, is difficult to use due to system accuracy. If necessary, a 64-bit I10 register would be required, which is contrary to system simplification.
本発明の目的は、上述の部幅の影響を取り去り、かつ多
少の振幅の影響があったにせよ振幅の影響ノナイレベル
でコンパレートすること6により、高精度のデジタイザ
ーシステムを提供するものである。An object of the present invention is to provide a highly accurate digitizer system by eliminating the above-mentioned influence of part width and performing comparisons at a level that does not affect the influence of amplitude, even if there is some influence of amplitude.
上記目的を達成するために、本発明はマイクと入力ペン
との距離の関数に応じた補正回路を追加し、かつ従来の
第1のコンパレータに更に第2のコンパレータを設け、
第1のコンパレータ出力は時間測定回路のストップ信号
としてでな(第2のコンパレータの動作をスタートさせ
、第2のコンパレータは零クロスコンパレータとする構
成トシた。上述の補正回路とは、実際のデジタイザー本
体の各マイクと入力ペン先との距離に従って第1のコン
パレータの基準電圧VRを時間軸上で補正するかマイク
の入力増幅のゲインをコントロールする。その補正情報
は、デジタイザーシステムに合わせて固定的に設定する
場合と、実際のマイクと入力ペンとの距離を読み取った
入力振幅からコントロールする場合、そしてほとんどの
デジタイザーがCPUシステムと併合して使用されるこ
とから、前回に読み取った入力ペンの囮標からソフト的
にマイクと入力ペンとの距離に応じた補正を計算し、補
正回路にフィードバックする構成である。In order to achieve the above object, the present invention adds a correction circuit according to a function of the distance between the microphone and the input pen, and further provides a second comparator in addition to the conventional first comparator,
The output of the first comparator is not used as a stop signal for the time measurement circuit (it starts the operation of the second comparator, and the second comparator is configured as a zero-cross comparator. The reference voltage VR of the first comparator is corrected on the time axis according to the distance between each microphone on the main body and the input pen tip, or the gain of the input amplification of the microphone is controlled.The correction information is fixed according to the digitizer system. In some cases, the distance between the actual microphone and input pen can be controlled from the input amplitude read, and since most digitizers are used in combination with a CPU system, the input pen decoy read last time can be This configuration uses software to calculate corrections based on the distance between the microphone and the input pen, and feeds them back to the correction circuit.
〔実施例1〕 本発明による実施例を図面をもとに説明する。[Example 1] Embodiments according to the present invention will be described based on the drawings.
第1図囚はマイクと入力ペン先との距離とマイク出力の
振幅との関係を考慮し、固定的な基準電圧補正回路を導
入した場合の実施例である。101は同期信号発生回路
、102は入力ペン、103.104はマイク、105
.106は増1@回路、107.108は波形成形回路
、109は時間測定回路であり従来の技術で説明した如
くである。FIG. 1 shows an embodiment in which a fixed reference voltage correction circuit is introduced in consideration of the relationship between the distance between the microphone and the input pen tip and the amplitude of the microphone output. 101 is a synchronization signal generation circuit, 102 is an input pen, 103.104 is a microphone, 105
.. Reference numeral 106 is an increaser circuit, 107 and 108 are waveform shaping circuits, and 109 is a time measurement circuit, as described in the prior art section.
110は波形成形回路107.108の出力信号波形と
、マイクと入力ペンとの距離の補正も考慮された基準電
圧補正回路である。第1図(Bは代表的信号の波形図で
あるが、波形123が基準電圧補正回路110の出力信
号を示し、単なる直流でなく人力する音波の大きさによ
り、例えば人力ペンがマイクに近いときはスライスレベ
ルを高く遠い時は低くなるようになっている。111.
112は波形成形された入力音及信号と基準電圧補正回
路出力VREFとを入力とするコンノくレータである。Reference numeral 110 denotes a reference voltage correction circuit that also takes into consideration the correction of the output signal waveform of the waveform shaping circuits 107 and 108 and the distance between the microphone and the input pen. FIG. 1 (B is a waveform diagram of a typical signal, where waveform 123 shows the output signal of the reference voltage correction circuit 110, and due to the magnitude of the human-powered sound wave rather than a simple direct current, for example, when a human-powered pen is close to the microphone) The slice level is set high and becomes low when it is far away.111.
Reference numeral 112 denotes a converter which receives as input the waveform-shaped input sound signal and the reference voltage correction circuit output VREF.
116.114は波形成形された入力音波信号の零クロ
ス点を検出する零りロスコンノ(レータであり、コンパ
レータ111,112の出力信号によりイネーブルとな
り動作開始する構成となっている。Reference numerals 116 and 114 are zero loss converters for detecting zero crossing points of the waveform-shaped input sound wave signal, and are configured to be enabled and started to operate by the output signals of the comparators 111 and 112.
第1図(C)は第1図(B)の波形126を得るための
基準電圧補正回路110の実施例である。Ql、Q2は
PNPタイプのトランジスタを示し、130はコンパレ
ータである。第1図(旬の波形122のパルス幅TDは
容量C1抵抗R1の時定数τ1より得られろ、1
今、同期信号がQlに加わるとその出力信号121は第
1図(B)のごとく+側に引っ張られると同時に時定数
τ1に従って放電開始する。この信号と可変抵抗VRよ
り得られる電圧■1を入力するコンパレータ160によ
り出力信号122が得られる。この遅延時間TDはデジ
タイザーシステムにおける回路の遅延等の補正に用いら
れ、時定数τ1可変抵抗VRどちらを調整してもかまわ
ない。コンパレータ160の出力信号122はトランジ
スタQ2を動作させろことより全段同守に容量C2と抵
抗R2より定まる時定数τをもつ信号波形を作り出す。FIG. 1(C) is an embodiment of the reference voltage correction circuit 110 for obtaining the waveform 126 shown in FIG. 1(B). Ql and Q2 indicate PNP type transistors, and 130 is a comparator. Figure 1 (The pulse width TD of the current waveform 122 can be obtained from the time constant τ1 of the capacitor C1 and the resistor R1.1 Now, when the synchronization signal is applied to Ql, the output signal 121 will be ++ as shown in Figure 1 (B). At the same time as it is pulled to the side, discharge starts according to the time constant τ1.The output signal 122 is obtained by the comparator 160 which inputs this signal and the voltage ■1 obtained from the variable resistor VR.This delay time TD is the delay of the circuit in the digitizer system. The output signal 122 of the comparator 160 has a time constant determined by the capacitance C2 and the resistor R2 so that all stages operate at the same time. Create a signal waveform with τ.
この時定数τがまさにマイクと入力ペンとの距離の補正
に寄与する。この実際の値はシステムの構成により最適
化されろ。抵抗R3はVREFの波形126の時定数τ
による指数関数的放電時の到達電圧を設定するもので、
抵抗R2と抵抗R3の分割壁により決まる電圧■0とな
る。この電圧■0の値はシステムの雑音とマイクと入力
ペンとの距離の最大値との関係で最適化される。以上の
第1図(C)の回路より構成される基準電圧補正回路1
10の出力VREFは、第1図(B)の波形126のご
とくシステムと及びマイクと入力ペンとの距離による影
響を考慮したコンパレータの基準電圧源となる。This time constant τ exactly contributes to correcting the distance between the microphone and the input pen. This actual value should be optimized depending on your system configuration. Resistor R3 is the time constant τ of the VREF waveform 126.
This sets the voltage reached during exponential discharge due to
The voltage determined by the dividing wall of the resistor R2 and the resistor R3 becomes 0. The value of this voltage 0 is optimized in relation to system noise and the maximum distance between the microphone and the input pen. Reference voltage correction circuit 1 composed of the circuit shown in FIG. 1(C) above.
The output VREF of 10 serves as a reference voltage source for a comparator that takes into account the effects of the distance between the system, the microphone, and the input pen, as shown by waveform 126 in FIG. 1(B).
次にコンパレータの動作を第1図(Bを用いて説明する
。第1図囚のコンパレータ111.112は、前述の基
準電圧補正回路110の出力VREF (波形126)
と波形成形された音波信号(i形124)とを比較する
。従来ならこのコンパレータ出力(波形125)が時間
測定回路1090カウント動作のストップ信号となるが
、本発明では第二の零クロスコンパレータ116.11
4のイネーブル信号として用いる。基準電圧補正回路1
10により振幅の大小の影響をかなり取り除くことはで
きるが、位相の誤差をも完べきに取り除くには限界があ
る。本発明は高精度のデジタイザーを実現するため振幅
の大小による位相の誤差を持たない零クロス点に注目し
、この零クロス点への到達時間を測定するシステムとし
ている。つまり時間測定回路へのカウントストップ信号
は、音波信号が前段コンパレータ111.112により
検出されたパルスの電圧O■を横切る最初の立ち下がり
零クロス点0で発生する。これにより振幅の変動が生じ
ても前段コンパレータにより吸収され、零りウスコンパ
レータは精度の良い情報を出力する。第1図([3)の
波形125は前段コンパレータの出力で、これケ第1図
(C)の類似回路で信号126に変換する。この信号は
零クロスコンパレータの動作をオンする信号となり、ソ
ノ零クロスコンパレータの出力は’8号127のごとく
なる。入力ペンがマイクから遠ざかったときは第1図(
Bのごとく波形は小さくなるが、本システムでは入力波
形に合うスライスレベルを基準電圧補正回路110が出
力することより、振幅が大きいとぎと同様の動作により
精度良く零クロスコンパレータ113,114はストッ
プ信号(波形127)を出力し、結局は精度の良い安定
したデジタイザー動作を成し遂げる。Next, the operation of the comparator will be explained using FIG. 1 (B). The comparators 111 and 112 in FIG.
and the waveform-shaped sound wave signal (i-shape 124). Conventionally, this comparator output (waveform 125) would be the stop signal for the time measurement circuit 1090 counting operation, but in the present invention, the second zero cross comparator 116.
Used as an enable signal for 4. Reference voltage correction circuit 1
10 can considerably remove the influence of amplitude, but there is a limit to completely removing phase errors. In order to realize a highly accurate digitizer, the present invention focuses on a zero-crossing point that does not have a phase error due to the magnitude of the amplitude, and uses a system that measures the time taken to reach this zero-crossing point. That is, the count stop signal to the time measuring circuit is generated at the first falling zero crossing point 0 at which the sound wave signal crosses the voltage O of the pulse detected by the pre-stage comparators 111 and 112. As a result, even if amplitude fluctuation occurs, it is absorbed by the pre-stage comparator, and the zero-weather comparator outputs highly accurate information. The waveform 125 in FIG. 1([3)] is the output of the pre-stage comparator, and is converted into a signal 126 by a similar circuit in FIG. 1(C). This signal turns on the operation of the zero cross comparator, and the output of the sono zero cross comparator becomes as shown in No. 127 of '8. When the input pen moves away from the microphone, Figure 1 (
Although the waveform becomes smaller as shown in B, in this system, since the reference voltage correction circuit 110 outputs a slice level that matches the input waveform, the zero cross comparators 113 and 114 can accurately generate the stop signal by the same operation as when the amplitude is large. (waveform 127), and eventually achieves accurate and stable digitizer operation.
〔実施例2〕
実施例1では基準電圧補正回路にシステムに合う固定的
な補正を施したのに対し、実施例2では1サンプリング
時の入力振幅を直後のサンプリング時の基準電圧にフィ
ードバックする方式である。[Example 2] In Example 1, a fixed correction was applied to the reference voltage correction circuit to suit the system, whereas in Example 2, the input amplitude at one sampling time is fed back to the reference voltage at the immediately following sampling time. It is.
デジタイザーのサンプリング周波数は通常入力ペンの動
きに対し十分高いため前後の入力ペンの位置は大きくは
変化せず、従って常に前回のサンプリングの振幅情報を
基に基準電圧を作成することより、マイクと入力ペンと
の距離を常に最適に補正することができる。第2図(/
’、)はそのブロック図を示す。主な回路ブロックは実
施例1と同じ動作なするので説明を省く。但し基準電圧
補正回路201.202は各々のマイクに対し存在し、
それらの入力信号は同期信号のみならず各波形成形回路
107,108の出力信号を入力とし、そのピーク電圧
を基に次の測定の基準電圧V RE Fを作成する。従
って2つの電圧VREFは入力ペンの位置により異なり
、各々のマイクと入力ペンとの距離に関係する電圧とな
る。第2図(B)に基準電圧補正回路201.202の
1実施例を、その動作波形を第2図(C)に示す。22
0はピークホールド回路で、本システムでは波形成形さ
れた音波入力のピーク電圧■Pを出力する。毎回のクリ
ア信号には同期信号を用いている。221は経験的にゲ
インがC1,7程度の増幅回路で、ピークホールド回路
出力VPを増幅回路出力VREFOに変換する。222
は同期信号を1/2に分周する分周器で、その出力はス
イッチ226.224.225.226より構成される
切り換え回路を制御する。このスイッチ動作により基準
電圧VREFは測定したい音波信号の前回の音波振幅に
より予測される電圧を出力し、コンパレータ111.1
12の基準電圧として入力される。この時の主な波形を
第2図(C)に示す。全体のデジタイザーシステムの動
作は実施例1と同様である。Since the sampling frequency of the digitizer is usually high enough relative to the movement of the input pen, the positions of the front and rear input pens do not change significantly. Therefore, by always creating a reference voltage based on the amplitude information of the previous sampling, the microphone and input The distance to the pen can always be adjusted optimally. Figure 2 (/
', ) shows the block diagram. The main circuit blocks operate in the same manner as in the first embodiment, so their explanation will be omitted. However, reference voltage correction circuits 201 and 202 exist for each microphone,
These input signals include not only the synchronization signal but also the output signals of the waveform shaping circuits 107 and 108, and the reference voltage V RE F for the next measurement is created based on the peak voltage. Therefore, the two voltages VREF differ depending on the position of the input pen, and are voltages related to the distance between each microphone and the input pen. FIG. 2(B) shows one embodiment of the reference voltage correction circuits 201 and 202, and FIG. 2(C) shows its operating waveforms. 22
0 is a peak hold circuit, which in this system outputs the peak voltage ■P of the waveform-shaped sound wave input. A synchronous signal is used for each clear signal. 221 is an amplifier circuit whose gain is approximately C1.7 based on experience, and converts the peak hold circuit output VP into the amplifier circuit output VREFO. 222
is a frequency divider that divides the frequency of the synchronizing signal into 1/2, and its output controls a switching circuit composed of switches 226, 224, 225, and 226. By this switch operation, the reference voltage VREF outputs a voltage predicted by the previous sound wave amplitude of the sound wave signal to be measured, and the comparator 111.1
It is input as 12 reference voltages. The main waveforms at this time are shown in FIG. 2(C). The operation of the entire digitizer system is similar to that of the first embodiment.
実施例1に対し回路ブロックは増えるが定数の設定が少
ないので有効である。Although the number of circuit blocks is increased compared to the first embodiment, it is effective because there are fewer constant settings.
〔実施例3〕
実施例1.2では、基準電圧補正回路がCPUシステム
とは無関係に構成されていたのに対し、実施例3は通常
デジタイザーはCPUシステムと併用されろことが多い
ことから、そのCPUシステムを有効利用する場合の実
施例である。この場合CP Uシステムとはコンピュー
タのメインCPUである場合とコンピュータとは別にデ
ジタイザーシステム内に存在するCPUシステムの場合
と2通り考えられる。[Embodiment 3] In Embodiment 1.2, the reference voltage correction circuit was configured independently of the CPU system, whereas in Embodiment 3, the digitizer is usually used in conjunction with the CPU system, so This is an example in which the CPU system is effectively utilized. In this case, the CPU system can be considered in two ways: one is the main CPU of the computer, and the other is a CPU system that exists in a digitizer system separate from the computer.
第3図囚は実施例3のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of the third embodiment.
301.302は基準電圧VREFを作成する基準電圧
補正回路である。この基準電圧補正回路601.602
は入力信号がビット入力であるアナログデジタルコン・
バータを備えており、CPUシステムによって基準電圧
V RE 、Fを制御可能である。303,304はC
P Uシステムと基準電圧補正回路とを接続する入出力
インターフェース回路で、レジスタ等で構成され一般に
呼ばれるI/Oポートである。実施例2に於いて、基準
電圧作成のための清報を音波信号の振幅より得たのに対
し、本実施例では入力ペンの位置はCPUシステムによ
って計算されることから逆にその結果を利用し、マイク
と入力ペンとの距離に応じた基準電圧をデジタル的に毎
回補正する方式である。301 and 302 are reference voltage correction circuits that create a reference voltage VREF. This reference voltage correction circuit 601.602
is an analog/digital converter whose input signal is a bit input.
The reference voltage V RE and F can be controlled by the CPU system. 303 and 304 are C
This is an input/output interface circuit that connects the PU system and the reference voltage correction circuit, and is generally called an I/O port that is made up of registers and the like. In the second embodiment, the information for creating the reference voltage was obtained from the amplitude of the sound wave signal, whereas in this embodiment, the position of the input pen is calculated by the CPU system, so the result is used instead. However, this method digitally corrects the reference voltage according to the distance between the microphone and the input pen each time.
CPUのデジタイザーの演算にかかる時間が増えるもの
の回路が少なくて済むことが特徴である。Although it takes more time to calculate the digitizer of the CPU, it is characterized by requiring less circuitry.
またソフトによる補正を避けるのであれば、基準電圧補
正回路601.602のデジタルビット情報は時間測定
回路109のカウンタ出力が与えても良い。第3図(口
に実施例3の主な波形を示しておく。基準電圧補正回路
以外の全体のデジタイザーシステムの動作は実施例1と
同様である。Further, if software correction is to be avoided, the digital bit information of the reference voltage correction circuits 601 and 602 may be provided by the counter output of the time measurement circuit 109. FIG. 3 shows the main waveforms of the third embodiment.The operation of the entire digitizer system other than the reference voltage correction circuit is the same as that of the first embodiment.
〔実施例4〕
マイクと入力ペンとの距離による振幅の補正をCPUシ
ステムを利用して補正する別の方法として、単なる増幅
回路105.106に換えてプログラマブル増幅回路を
設けた場合の実施例を第4図囚に示す。610は従来の
単なる直流レベルの基準電圧VRを作成するスライスレ
ベル発生回路で、303,304は実施例3で説明した
入出力インターフェース回路である。401,402は
増幅回路のゲインをデジタル的に制御可能なプログラマ
ブル増幅回路である。動作は実施例3と同様であり、C
PUシステムより演算された補正情報を基準電圧補正回
路でなく、プログラマブル増幅機401.402にフィ
ードバックする方式である。第4図(Bにその簡単な波
形図を示しておく。[Example 4] As another method of correcting the amplitude due to the distance between the microphone and the input pen using the CPU system, an example is shown in which a programmable amplifier circuit is provided in place of the simple amplifier circuits 105 and 106. It is shown in Figure 4. Reference numeral 610 is a slice level generation circuit that generates a conventional simple DC level reference voltage VR, and 303 and 304 are input/output interface circuits described in the third embodiment. 401 and 402 are programmable amplifier circuits whose gains can be digitally controlled. The operation is the same as in Example 3, and C
This is a method in which correction information calculated by the PU system is fed back to the programmable amplifiers 401 and 402 instead of to the reference voltage correction circuit. A simple waveform diagram is shown in FIG. 4 (B).
〔実施例5〕
本発明に於いては、マイフケ含むデジタイザー本体と入
力ペンとは有線で接続されている場合もワイヤレスの場
合も両方を含んで説明したが、実際は使いがってからワ
イヤレスであることが望ましい。その場合、同期信号の
伝達手段が課題となるが、最後にワイヤレス方式の場合
で同期信号の伝達手段として磁気を利用した場合の入力
ベンのシステムを1実施例として第5図に示す。[Embodiment 5] In the present invention, the digitizer body including the MyFake and the input pen are both wired and wirelessly connected, but in reality, they are connected wirelessly after use. This is desirable. In that case, the problem is the means for transmitting the synchronization signal.Finally, in the case of a wireless system, an input Ben system using magnetism as the means for transmitting the synchronization signal is shown as an example in FIG.
501は基準発振器を含む入力ペン内のタイミング発生
回路で、同期信号、音波信号を出力するパルス等を作成
する。音波の空間中の伝搬速度、座標の演算時間及び入
力ベンの最大移動速度から、音波及び同期信号の間欠的
周波数は100 [(z〜数百Hzとなる。502は入
力ベンのペン状態検出回路で、マウスで例えるならクリ
ック状態か否かを検出し同期信号に変調する。例えば通
常は同期信号が200 Hzならクリック時は400
Hzとする。Reference numeral 501 denotes a timing generation circuit within the input pen that includes a reference oscillator, and generates pulses for outputting synchronization signals and sound wave signals. From the propagation speed of the sound wave in space, the coordinate calculation time, and the maximum movement speed of the input pen, the intermittent frequency of the sound wave and the synchronization signal is 100 [z ~ several hundred Hz. 502 is the input pen state detection circuit Using a mouse as an analogy, it detects whether or not it is clicked and modulates it into a synchronization signal.For example, if the synchronization signal is normally 200 Hz, the frequency of the click is 400 Hz.
Let it be Hz.
506は入力ベンの先端に設置したコイル504を駆動
するコイル用増幅回路である。505は音波を出力する
スピーカ506のスピーカ駆動回路で、例えばスピーカ
に超音波振動子を用いた場合には、数十ボルトの細いパ
ルスを発生させ超Weスピーカをたた(。当然、基本的
には同期信号と音波はデジタイザー本体の磁気検出回路
及び音波検出回路へ導かれ、測定が開始する。磁気の検
出には、例えば本体表面に平坦なコイル510を設け、
磁気の変化による電流を検出することより同期信号が得
られる。511は磁気検出用の増幅回路、512は雑音
除去用フィルタ等を含む波形成形回路で、実施例1〜4
で説明した同期信号と同等の信号を出力する。尚、本発
明のすべ、ての実施例に於いては2つの受信部を持つ構
成で説明したがそれに限るものでない。506 is a coil amplifier circuit that drives the coil 504 installed at the tip of the input vent. Reference numeral 505 is a speaker drive circuit for a speaker 506 that outputs sound waves. For example, when an ultrasonic vibrator is used in the speaker, a thin pulse of several tens of volts is generated to drive the ultra-We speaker (of course, basically The synchronization signal and the sound wave are guided to the magnetic detection circuit and the sound wave detection circuit of the digitizer body, and measurement starts.For magnetic detection, for example, a flat coil 510 is provided on the surface of the digitizer body.
A synchronization signal can be obtained by detecting the current caused by magnetic changes. 511 is an amplifier circuit for magnetic detection, 512 is a waveform shaping circuit including a noise removal filter, etc.
Outputs a signal equivalent to the synchronization signal explained in . Although all embodiments of the present invention have been described with a configuration having two receiving sections, the present invention is not limited thereto.
以上、本発明の詳細な説明してきたが、本発明の基本構
成は、入力振幅の影響を最小限に減らすための補正回路
と、第1のコンパレータ及び第1のコンパレータによっ
て制御される第2の零りロスコンパンータとを組み合わ
せることより、マイクに到達する音波の大小に影響を受
けないため測定誤差を非常に小さくでき、安定した高解
像度のデジタイザーを達成できる。The present invention has been described in detail above, but the basic configuration of the present invention is a correction circuit for minimizing the influence of input amplitude, a first comparator, and a second comparator controlled by the first comparator. By combining it with a zero-loss comparator, measurement errors can be minimized because it is not affected by the size of the sound waves that reach the microphone, making it possible to achieve a stable high-resolution digitizer.
第1回置は本発明による実施例1のプロ7り図で、第1
図(B)は実施例10波形図、第1図(C)は第1回置
の基準電圧補正回路の回路図、第2図(A)は本発明に
よる実施例2のブロック図、第2回出)は第2回収)の
基準電圧補正回路の回路図、第2図(C)は実施例2の
主な波形図、第3装置は本発明による実施例3のブロッ
ク図、第3図(B)はその主な波形図、第4装置は本発
明による実施例4のフロック図、第4図(B)はその主
な波形図、第5図は入力ペンシステムのブロック図、第
6回国は元来のシステムのブロック図、第6図CB)は
第6図(A)の時間測定回路の回路図、第6図(C)は
従来のシステムの波形図、第6図(D)はコンパレータ
の動作波形図である。
111.112・・・・・・コンパレータ、113.1
14・・・・・・零クロスコンパレータ、110.20
1.202.301.602・・・・・基準電圧補正回
路、
401.402・・・・・・プログラマブル増幅回路。
簿2昼
(C)
第4図
01
(A)
(B)
第5図
第6図
(C)
g液信号The first arrangement is a professional drawing of Example 1 according to the present invention, and the first
Figure (B) is a waveform diagram of Example 10, Figure 1 (C) is a circuit diagram of the reference voltage correction circuit of the first position, Figure 2 (A) is a block diagram of Example 2 according to the present invention, (output) is a circuit diagram of the reference voltage correction circuit of (second recovery), FIG. 2(C) is a main waveform diagram of the second embodiment, and third device is a block diagram of the third embodiment of the present invention. (B) is its main waveform diagram, the fourth device is a block diagram of the fourth embodiment of the present invention, FIG. 4(B) is its main waveform diagram, FIG. 5 is a block diagram of the input pen system, and FIG. Figure 6(CB) is a block diagram of the original system, Figure 6(CB) is a circuit diagram of the time measurement circuit of Figure 6(A), Figure 6(C) is a waveform diagram of the conventional system, Figure 6(D) is an operation waveform diagram of the comparator. 111.112...Comparator, 113.1
14...Zero cross comparator, 110.20
1.202.301.602...Reference voltage correction circuit, 401.402...Programmable amplifier circuit. Book 2 noon (C) Fig. 4 01 (A) (B) Fig. 5 Fig. 6 (C) G liquid signal
Claims (6)
受信する二つ以上のマイク及び受信回路と、該受信回路
の出力信号と基準電圧との比較を行うコンパレータと、
該コンパレータ出力と音波と同期した同期信号により音
波の伝搬時間を検出する時間測定回路とからなる音響式
座標入力装置に於いて、該コンパレータは第一のコンパ
レータと第二のコンパレータとに分かれ、第一のコンパ
レータは受信回路の出力信号と基準電圧との比較により
第二のコンパレータの動作を許可する信号を出力し、第
二のコンパレータは第一のコンパレータ出力信号によっ
て動作し受信回路出力信号の零クロスコンパレータであ
ることを特徴とする音響式座標入力装置。(1) At least an input pen that emits sound waves, two or more microphones and a receiving circuit that receive the sound waves, and a comparator that compares the output signal of the receiving circuit with a reference voltage;
In the acoustic coordinate input device comprising the comparator output and a time measurement circuit that detects the propagation time of the sound wave using a synchronization signal synchronized with the sound wave, the comparator is divided into a first comparator and a second comparator; The first comparator outputs a signal that allows the operation of the second comparator by comparing the output signal of the receiving circuit with the reference voltage, and the second comparator operates according to the first comparator output signal, and the output signal of the receiving circuit is zero An acoustic coordinate input device characterized by being a cross comparator.
と同期し時間軸上マイクと入力ペンとの距離に応じた電
圧を出力する基準電圧補正回路に接続されることを特徴
とする請求項1記載の音響式座標入力装置。(2) The reference voltage input of the first comparator is connected to a reference voltage correction circuit that synchronizes with the synchronization signal and outputs a voltage according to the distance between the microphone and the input pen on the time axis. 1. The acoustic coordinate input device according to 1.
に立ち下がり始めるまでの時間を、同期信号を基準に第
一の容量と抵抗より定まる時定数により決定し、第二の
容量と抵抗によりその出力信号の立ち下がり時定数を決
定し、かつ指数関数的に到達する電圧を第三の抵抗によ
り決定することを特徴とする請求項2記載の音響式座標
入力装置。(3) The reference voltage correction circuit determines the time until the output signal begins to fall exponentially using a time constant determined by the first capacitance and resistance with reference to the synchronization signal, and the time constant determined by the first capacitance and resistance. 3. The acoustic coordinate input device according to claim 2, wherein a falling time constant of the output signal is determined by a third resistor, and a voltage reaching an exponential value is determined by a third resistor.
るピークホールド回路と該ピークホールド回路の出力に
接続されるゲイン1以下の増幅器と該増幅器出力を同期
信号の周期毎に切り替えて出力するスイッチ回路とで構
成され、かつ各受信回路にそれぞれに対応して設けられ
たことを特徴とする請求項2記載の音響式座標入力装置
。(4) The reference voltage correction circuit consists of a peak hold circuit that receives the output of each receiving circuit as an input, an amplifier with a gain of 1 or less connected to the output of the peak hold circuit, and an output that switches between the amplifier outputs every cycle of the synchronization signal. 3. The acoustic coordinate input device according to claim 2, wherein the acoustic coordinate input device comprises a switch circuit that corresponds to each receiving circuit.
るI/Oポートの出力を入力とするデジタルコンバータ
から構成され、かつ各受信回路にそれぞれに対応して設
けられたことを特徴とする請求項2記載の音響式座標入
力装置。(5) A claim characterized in that the reference voltage correction circuit is composed of a digital converter whose input is the output of an I/O port connected to the CPU system, and is provided correspondingly to each receiving circuit. Item 2. The acoustic coordinate input device according to item 2.
Oポートの出力を入力とするプログラマブル増幅器を含
んでいることを特徴とする請求項1記載の音響式座標入
力装置。(6) Each receiving circuit is connected to the CPU system.
2. The acoustic coordinate input device according to claim 1, further comprising a programmable amplifier whose input is the output of the O port.
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| JPH036609A true JPH036609A (en) | 1991-01-14 |
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