專利名稱：坐標(biāo)輸入裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種坐標(biāo)輸入裝置—該裝置利用在一個振動傳播板上傳播的振動的傳播周期來檢測指定點的坐標(biāo)，并涉及其控制方法。
用于獲得輸入點的坐標(biāo)的一種已知的傳統(tǒng)坐標(biāo)輸入裝置，采用了利用包含壓電器件的振動筆所產(chǎn)生的振動，而這種振動在一個振動傳播板上進(jìn)行傳播并由裝在振動傳播板上的多個振動傳感器進(jìn)行檢測。
一般地，該坐標(biāo)輸入裝置預(yù)先獲得在振動傳播板上傳播的振動波的傳播速度，并將所獲得的傳播速度作為一個速度常數(shù)而保持起來。然后，該坐標(biāo)輸入裝置采用該速度常數(shù)乘以振動從振動筆至各個傳感器的振動傳播時間。這樣就獲得了振動筆與各個振動傳感器之間的距離，且該距離被用來計算輸入的坐標(biāo)。
當(dāng)采用平板波作為在振動傳播板上傳播的振動波時，這一事實得到了特別的注意，即平板波的傳播速度取決于板的厚度和頻率，且采用了一種方法，用于通過參照所檢測的振動的頻率和測量到的板的厚度，而不是通過借助直接的實際測量獲得傳播時間，來計算傳播速度。
特別地，根據(jù)相速度是作為頻率和板厚度的函數(shù)而獲得的，且群速度是作為只是板厚度的函數(shù)而獲得的，從而為平板波設(shè)定了一個聲速(傳播速度)這一事實，而已經(jīng)提出了一種方法，從而首先借助振動檢測信號的相同步而測量到一個頻率，從該頻率和板厚度測量到相速度，并利用加在板上的壓強來獲得群速度。已經(jīng)提供了這種方法，以改善位置檢測的精度，和增強可靠性并使得能夠進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。
對于這種傳統(tǒng)的坐標(biāo)輸入裝置，在一種情況下，借助由各個振動傳感器獲得的讀數(shù)而計算出的傳播速度被用作坐標(biāo)計算的常數(shù)；在第二種情況下，傳播速度的平均值，或由具體振動傳感器獲得的讀數(shù)而計算出的傳播速度，被用作坐標(biāo)計算的常數(shù)。然而產(chǎn)生了以下問題。
在第一種情況下，由各個振動傳感器的讀數(shù)計算出傳播速度并將其作為坐標(biāo)計算的常數(shù)，此時的一個問題是關(guān)于與工業(yè)化有關(guān)的大規(guī)模生產(chǎn)的。換言之，由于必須對于所有的振動傳感器測量或計算出傳播速度，工作程序的數(shù)目增大了，且計算電路進(jìn)行坐標(biāo)計算的負(fù)荷增大了。
在第二種情況下，對于所有的振動傳感器都使用一個常數(shù)，雖然只要采用均勻、一致的介質(zhì)來作為振動傳播板就不會出現(xiàn)問題，但當(dāng)在振動傳播板上振動的傳播速度隨著振動傳播的方向而變化時，即當(dāng)振動傳播板具有各向異性時，輸入坐標(biāo)的檢測精度降低了。
當(dāng)采用由諸如鋁的金屬制成的振動傳播板時，由于金屬的晶粒邊界在軋制處理期間沿著特定的方向排列，而產(chǎn)生了各向異性特性，且振動的傳播條件因而隨著振動傳播的方向而變化。當(dāng)用樹脂板作為振動傳播板時，沿著板在制造過程期間受拉的方向也發(fā)生各向異性。不僅當(dāng)用樹脂板作為振動傳播板時出現(xiàn)各向異性特性，而且當(dāng)振動傳播板是通過把樹脂板附在另一個板部件上而制成的情況下也發(fā)生各向異性特性。
下面將具體說明當(dāng)振動傳播板具有各向異性特性時所出現(xiàn)的問題。

圖16顯示了傳統(tǒng)的坐標(biāo)輸入裝置的振動傳播板，它具有振動傳感器A和A’和B和B’。該振動傳播板具有各向異性特性，且傳播速度隨著振動的傳播方向而改變。
借助傳統(tǒng)的坐標(biāo)輸入裝置，振動筆與各個振動傳感器之間的距離，是利用各個振動傳感器獲得的振動傳播時間的平均值，即對于所有的傳感器都采用相同的常數(shù)，而計算出來的，這產(chǎn)生了由ΔL表示的誤差。圖17顯示的是誤差ΔL與至各個振動傳感器之間的距離之間的關(guān)系。在圖17中，誤差ΔL是當(dāng)振動筆沿著對角線(即沿著圖16中的箭頭所示的方向)在振動傳播板上移動時對于各個振動傳感器獲得的，且水平軸表示了這些移動期間振動筆與各個振動傳感器之間的距離。
圖17的例子涉及一種坐標(biāo)輸入裝置，其中掃描距離的中心O被用作基準(zhǔn)點，且誤差ΔL的值受到調(diào)節(jié)并被減小至最小。因此，雖然誤差ΔL的值在中心O為最小，但它在最接近和最遠(yuǎn)離振動傳感器的點處為最大。誤差ΔL相對于振動傳感器A和A’以及B和B’的斜率方向被分成兩對傳感器A和A’，以及傳感器B和B’。這兩對之間誤差ΔL的斜率幾乎是彼此相反的。
這是由于采用了一個振動傳播速度(平均值)來計算至所有振動傳感器的距離—即使由于振動傳播板的上述各向異性特性而使振動傳播速度沿著圖16的箭頭所示的兩個方向有所不同，且距離與振動傳播時間之間的關(guān)系在這兩個方向上也是不同的。
圖18顯示了在采用沒有各向異性特性的振動傳播板的坐標(biāo)輸入裝置中在與圖17的例子相同的條件下獲得的誤差ΔL與至各個振動傳感器的距離之間的關(guān)系。如圖18所示，應(yīng)該理解的是，當(dāng)采用沒有各向異性特性的振動傳播板時，不發(fā)生上述的問題，即使是當(dāng)采用單個的振動傳播速度(平均值)來計算至所有振動傳感器的距離時。
當(dāng)對于具有各向異性特性且其中振動傳播速度隨著振動傳播方向而改變的振動傳播板的所有振動傳感器采用一個固定常數(shù)時，這樣的設(shè)置不能適應(yīng)這樣的情況—其中振動傳播速度對于一個振動傳感器來說隨著振動傳播角(入射角)而改變。因此，在至振動傳感器的距離的計算中就發(fā)生了誤差，且降低了精度。更具體地說，如圖26所示，當(dāng)借助振動筆而在有效區(qū)域中輸入的坐標(biāo)點不同時，從振動筆至振動傳感器的振動傳播路徑和振動傳播方向也相應(yīng)地改變了。由于對于具有各向異性特性的振動傳播板來說圖26中用α表示的振動傳播角是變化的，振動傳播速度也是變化的，且如圖27所示，當(dāng)測量振動傳感器與振動筆之間的距離時產(chǎn)生的誤差ΔL是由一個偏離造成的，而該偏離等價于同該固定常數(shù)之差。
因此，本發(fā)明的一個目的，是提供一種坐標(biāo)輸入裝置，它具有振動傳播板，而該振動傳播板簡化了振動傳播速度的測量—該振動傳播速度被用作一個已知的常數(shù)以計算振動輸入位置與各個振動傳感器之間的距離，且該振動傳播板保證了獲得輸入坐標(biāo)的計算的精度。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種坐標(biāo)輸入裝置—它根據(jù)振動在具有各向異性特性的振動傳播板上傳播所需的時間來獲得振動輸入位置—包括傳播時間測量裝置，包括在振動傳播板上彼此相對地設(shè)置的第一對振動傳感器和第二對振動傳感器，用于測量振動從振動輸入位置至各個振動傳感器進(jìn)行傳播所需的時間；傳播速度存儲裝置，用于存儲振動在振動傳播板上傳播的第一振動傳播速度和第二振動傳播速度；
距離計算裝置，用于利用由第一振動傳感器的各個傳感器獲得的振動傳播所需的時間以及第一振動傳播速度，來計算振動輸入位置與第一對振動傳感器的各個傳感器的位置之間的距離，并用于利用由第二振動傳感器中的各個傳感器獲得的振動傳播時間以及第二振動傳播速度來計算振動輸入位置與第二對振動傳感器的各個傳感器的位置之間的距離；以及坐標(biāo)計算裝置，用于從所獲得的距離來計算振動輸入位置。
圖1是示意圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的坐標(biāo)輸入裝置的設(shè)置；圖2顯示了振動筆與振動傳播板的設(shè)置的一個例子；圖3是方框圖，顯示了一個控制器的配置；圖4是圖表，顯示了輸入到一個波形檢測器的信號，并用于說明根據(jù)這些信號來測量振動傳播時間的原理；圖5是方框圖，顯示了信號波形檢測器的一個部分的配置；圖6是振動傳播板的平面圖；圖7是概念圖，顯示了根據(jù)第一實施例的振動傳播板的各向異性特性；圖8顯示了從振動筆至沿著由四個振動傳感器形成的矩形的對角線至這些振動傳感器的每一個的距離與一個距離誤差ΔL之間的關(guān)系，該距離是對于沿著對角線相對著的每一對振動傳感器采用一個振動傳播速度而計算出來的；圖9顯示了從振動筆至四個振動傳感器中的每一個的距離與一個距離誤差ΔL之間的關(guān)系，其中該距離是在與圖8相同的條件下利用四個振動傳感器的平均振動傳播時間而計算出來的；圖10顯示了一個例子，其中各向異性的方向與四個振動傳感器形成的矩形的邊相平行；圖11顯示了，在圖10中的設(shè)置下，從振動筆沿著由四個振動傳感器形成的矩形的對角線至這四個振動傳感器的每一個的距離—該距離是對于沿著對角線相對的每一對振動傳感器采用一個振動傳播速度而計算出來的—與一個距離誤差ΔL的關(guān)系；圖12顯示了從振動筆至四個振動傳感器的每一個的距離—該距離是在與圖11所示的條件相同的條件下利用四個振動傳感器的平均振動傳播時間而計算出來的—與一個距離誤差ΔL之間的傳統(tǒng)關(guān)系；圖13是方框圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的坐標(biāo)輸入裝置的配置；圖14是概念圖，顯示了存儲在根據(jù)第一實施例的微計算機的ROM中的程序碼和一個常數(shù)；圖15是概念圖，顯示了存儲在根據(jù)第一實施例的微計算機的ROM中的程序碼和一個常數(shù)；圖16具體顯示了在傳統(tǒng)的坐標(biāo)輸入裝置中振動傳播板與振動傳感器的典型設(shè)置；圖17顯示了在傳統(tǒng)的坐標(biāo)輸入裝置中振動筆與各個振動傳感器之間的距離—該距離是利用各個傳感器獲得的振動傳播時間的平均值而計算出來的—與一個距離誤差ΔL之間的關(guān)系；圖18顯示了，在具有無各向異性特性的振動傳播板的坐標(biāo)輸入裝置中，一個誤差ΔL—它是在圖17相同的條件下獲得的—與各個振動傳感器的距離之間的關(guān)系；圖19顯示了本發(fā)明的第三實施例的配置，該配置最好地代表了本實施例的特征；圖20說明了振動傳播板的各向異性、振動傳感器的位置以及根據(jù)第三實施例的常數(shù)確定方法；圖21用于說明振動傳播板的各向異性、振動傳感器的位置以及根據(jù)第三實施例的常數(shù)確定方法；圖22用于說明振動傳播板的各向異性、振動傳感器的位置以及根據(jù)第三實施例的常數(shù)確定方法；圖23用于說明振動傳播板的各向異性、振動傳感器的位置以及根據(jù)第三實施例的常數(shù)確定方法；圖24是概念圖，顯示了存儲在根據(jù)第三實施例的微計算機的ROM中的程序碼和常數(shù)；圖25用于說明本發(fā)明的第四實施例；圖26是現(xiàn)有技術(shù)的說明圖；圖27是現(xiàn)有技術(shù)的說明圖。
以下結(jié)合附圖描述本發(fā)明的最佳實施例。
(第一實施例)圖1是示意圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的坐標(biāo)輸入裝置的設(shè)置。一個控制器1控制著整個裝置并計算輸入坐標(biāo)。一個振動驅(qū)動器2向振動筆3的振動器4提供驅(qū)動信號以使一個筆尖5發(fā)生振動。一個振動傳播板8由透明部件—諸如聚丙烯或玻璃板—構(gòu)成，而振動筆3當(dāng)輸入坐標(biāo)時與該部件相接觸。實際上，當(dāng)輸入振動時振動筆3與振動傳播板8的一個有效區(qū)域A的所希望的位置相接觸。
一個振動保護(hù)部件7包圍著振動傳播板8的外部，以抑制反射的振動并防止它們返回到中心部分。在振動傳播板8的周邊上，在角上牢固地定位有諸如壓電器件的四個振動傳感器6a至6d，用于將機械振動轉(zhuǎn)換成電信號。以下，當(dāng)提到振動傳感器6a至6d時，將它們一起稱為振動傳感器6。
各個振動傳感器6輸出的信號被傳送到位于振動傳感器6附近的前置放大器(未顯示)，且通過預(yù)定增益的放大而獲得的信號被送到一個波形檢測器9。波形檢測器9為振動傳感器6產(chǎn)生的振動檢測信號被發(fā)送到控制器1。控制器1經(jīng)過振動驅(qū)動器2而以預(yù)定的周期驅(qū)動振動器4，并測量驅(qū)動振動器4和接收到來自波形檢測器9的檢測信號之間所經(jīng)過的時間，即振動傳播時間?？刂破?隨后獲得從振動筆3與振動傳播板8相接觸的位置至各個振動傳感器6的距離，并采用這些距離來計算輸入坐標(biāo)。
一個顯示器11-它可以是液晶顯示器、CRT或投影顯示器—位于振動傳播板8之后，從而能夠以點為單元來進(jìn)行顯示。顯示器11由顯示驅(qū)動器10進(jìn)行驅(qū)動，并顯示了振動筆3所描繪的位置。用戶能夠通過由透明材料制成的振動傳播板8看見這種顯示。
被包含在振動筆3中的振動器4由振動驅(qū)動器2驅(qū)動。振動器4的驅(qū)動信號由振動驅(qū)動器2通過以預(yù)定的增益放大從控制器1接收到的一個低電平脈沖信號而產(chǎn)生。該電驅(qū)動信號由振動器4轉(zhuǎn)換成一個超聲機械振動，且該機械振動經(jīng)過筆尖5而被傳播到振動傳播板8。
作為振動器4的振動頻率，選擇一個值，它使得能夠在由玻璃等等制成的振動傳播板8上產(chǎn)生平板波。進(jìn)一步地，選擇使振動器4垂直于振動傳播板8而振動的模式。當(dāng)采用包括筆尖5的振動傳播部件的諧振頻率作為振動器4的振動頻率時，可以實現(xiàn)有效的振動轉(zhuǎn)換。
如上所述，在振動傳播板8上傳播的彈性波是平板波，且與表面波不同，平板波幾乎不受振動傳播板8表面上的刮痕或障礙物的影響。
(控制器的設(shè)置的例子)控制器1以預(yù)定的間隔(例如5毫秒)，經(jīng)過振動驅(qū)動器2而輸出一個驅(qū)動信號，以驅(qū)動振動筆3的振動器4，并還在發(fā)送驅(qū)動信號時激活一個計數(shù)器33，且該計數(shù)器開始測量時間。振動筆3產(chǎn)生的振動，在與所行進(jìn)的距離相一致的延遲之后，被振動傳感器6所接收。
波形檢測器9檢測來自振動傳感器6的信號、產(chǎn)生表示振動已經(jīng)到達(dá)振動傳感器6的檢測信號、并將該信號發(fā)送給控制器1?？刂破?提取相應(yīng)的振動傳感器6所發(fā)射的檢測信號，并利用計數(shù)器33保持的與振動接收時間相對應(yīng)的值(它們由檢測信號表示)，來獲得各個振動傳感器6的振動傳播時間。根據(jù)該振動傳播時間，控制器1計算出至各個振動傳感器6的振動傳播距離，并計算出振動筆3輸入振動的點的坐標(biāo)。
另外，控制器1驅(qū)動顯示驅(qū)動器10，例如用于顯示所獲得的輸入坐標(biāo)，或經(jīng)過一個串行或并行通信端口(未顯示)將這些坐標(biāo)輸出到一個外部設(shè)備。
圖3是方框圖，顯示了控制器1的設(shè)置。一個微計算機31為控制器1(整個坐標(biāo)輸入裝置)提供了操作控制。微計算機31包括ROM 31b，其中存儲有操作程序和各種常數(shù)(包括振動傳播速度)；一個工作存儲器RAM31c，它被用于進(jìn)行計算；以及一個CPU 31a，用于進(jìn)行計算和為這些部件的使用提供控制。
計數(shù)器33與基準(zhǔn)時鐘信號(未顯示)相一致地測量時間。在接收到經(jīng)過振動驅(qū)動器2而發(fā)送的、用于驅(qū)動振動器4的驅(qū)動信號(啟動信號)時，計數(shù)器33得到激活并開始測量時間。在計數(shù)器33已經(jīng)測量了各個振動傳感器6的振動傳播時間之后，它由一個復(fù)位信號重新初始化。因此，時間測量的開始與振動傳感器6(波形檢測器9)所進(jìn)行的振動檢測相同步，且振動的產(chǎn)生與振動傳感器6的振動檢測之間的時間延遲，即振動傳播時間，能夠得到測量。
由波形檢測器9提供的、用于振動傳感器6的檢測信號(時序信號)，經(jīng)過一個信號輸入電路35而被發(fā)送到鎖存電路34a至34d。有兩種檢測信號，tp信號和tg信號，它們都將在下面得到描述。這些信號與一個選擇信號一致地得到切換，且為每一個信號測量相延遲時間和群延遲時間。
鎖存電路34a至34d對應(yīng)于振動傳感器6a至6d。在接收到來自相應(yīng)振動傳感器6的檢測信號時，該鎖存電路鎖存此時計數(shù)器33所保持的時間值。當(dāng)一個鑒別器36判定已經(jīng)接收到所有振動傳感器6的檢測信號時，它向微計算機31輸出一個接收完成信號。在接收到來自鑒別器36的該接收完成信號時，微計算機31從鎖存電路34a至34d讀取振動到達(dá)各個振動傳感器6所需的時間，并進(jìn)行預(yù)定的計算以獲得振動筆3在振動傳播板8上的位置的坐標(biāo)。
所獲得的坐標(biāo)經(jīng)過一個I/O端口37而被輸出到顯示驅(qū)動器10，且例如一個點可以被顯示在顯示器11上的對應(yīng)位置處(在該坐標(biāo)處)。所獲得的坐標(biāo)能夠經(jīng)過該I/O端口37和一個接口電路(未顯示)而被發(fā)送到一個外部裝置。
圖14是概念圖，顯示了存儲在微計算機31的ROM 31b中的程序碼和常數(shù)。一個程序模塊1401被用于測量如上所述地經(jīng)過振動驅(qū)動器2驅(qū)動振動筆3與由振動傳感器6檢測到振動之間的時間，即振動傳播時間。程序模塊1402被用于利用所獲得的振動傳播時間和作為一個常數(shù)而存儲在程序模塊1405中的振動傳播速度來計算從振動筆3至各個振動傳感器6的距離。一個程序模塊1403被用于校正所獲得的距離。一個程序模塊1404利用所獲得或校正的距離來計算振動輸入坐標(biāo)。
(振動傳播距離的計算的例子)首先，將說明獲得從振動筆3至各個振動傳感器6的振動傳播距離的原理。振動傳播時間是根據(jù)程序模塊1401的功能而測量的，且振動傳播距離是根據(jù)程序模塊1402的功能而計算的。圖4是一個圖表，用于說明至波形檢測器9的信號輸入和用于與這些信號相一致地測量振動傳播時間的處理的原理。
如上所述，對從振動筆3至振動傳感器6的振動傳播時間的測量，是與驅(qū)動信號(啟動信號)41被輸出至振動驅(qū)動器2同時開始的。振動驅(qū)動器2隨后將驅(qū)動信號41發(fā)送至振動器4，且響應(yīng)于該驅(qū)動信號41，超聲振動由振動筆3產(chǎn)生并被傳播至振動傳播板8。振動行進(jìn)與至振動傳感器6的距離相對應(yīng)的一段時間tg，而振動傳感器6隨后檢測這些振動。圖4中的信號42描述了振動傳感器6所檢測的波形的例子。
由于在此實施例中采用了平板波，檢測的波形的包絡(luò)421與其相位422之間的關(guān)系隨著通過振動傳播板8的振動傳播距離而改變。假設(shè)包絡(luò)421行進(jìn)的速度即群速度由Vg表示，且相位行進(jìn)的速度即相速度由Vp表示，下面將解釋利用群速度Vg和相速度Vp來確定振動筆3與振動傳感器6的距離的原理。
首先，對于包絡(luò)421，當(dāng)在波形上的具體的一個點—例如彎曲點或頂點(見信號42或43)—得到檢測時，振動筆3與振動傳感器6之間的距離d由表達(dá)式(1)獲得d＝Vg·tg(1)其中Vg表示包絡(luò)421的速度且tg表示振動傳播時間(群延遲時間)。
進(jìn)一步地，進(jìn)行根據(jù)該相位信號的檢測的處理，以更為準(zhǔn)確地確定坐標(biāo)。假定達(dá)到相位信號422上的一個具體檢測點(例如一個零交叉點—在此處預(yù)定的信號電平46已經(jīng)被超過))的時間(相延遲時間)為tp(通過將相位信號422與具有相對于信號47而產(chǎn)生的預(yù)定寬度的一個窗口信號44進(jìn)行比較，而產(chǎn)生了一個信號45，且從該信號45獲得tp)。振動筆3與振動傳感器6之間的距離d由表達(dá)式(2)獲得d＝n·λp+Vp·tp(2)其中λp表示彈性波的波長，且n是一個整數(shù)。
從表達(dá)式(1)和(2)，整數(shù)n由以下表達(dá)式(3)表示n＝((Vg·tg-Vp·tp)/λp+1/N)(3)其中N是0之外并具有適當(dāng)?shù)闹档娜魏螌崝?shù)。例如，對于N＝2且振動傳播時間tg具有±1/2的波長，n能夠得到確定。通過將n代入表達(dá)式(2)，能夠準(zhǔn)確地測量到振動筆3與振動傳感器6之間的距離。
表示群延遲時間tg的一個檢測信號Tg和表示相延遲時間tp的檢測信號Tp，由波形檢測器9產(chǎn)生并被發(fā)送到控制器1。
圖5是方框圖，顯示了波形檢測器9的一部分的結(jié)構(gòu)。圖5的配置對應(yīng)于振動傳感器6之一，且實際上與振動傳感器6相對應(yīng)地包括有四個這樣的結(jié)構(gòu)。
在圖5中，振動傳感器6輸出的一個信號由設(shè)置在振動傳感器6附近的一個前置放大器51以預(yù)定的增益進(jìn)行放大。通過放大而獲得的額外的頻率分量，由帶通濾波器511除去。所產(chǎn)生的信號(圖4中的信號42)隨后被發(fā)送到由例如一個絕對值電路和一個低通濾波器組成的包絡(luò)檢測器52，且只提取一個包絡(luò)(信號421)。該包絡(luò)的峰的時序由一個包絡(luò)峰檢測器53檢測，且檢測到的包絡(luò)峰的時序被發(fā)送到由單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器等等構(gòu)成的Tg信號檢測器54。表示已經(jīng)檢測到包絡(luò)延遲時間的一個檢測信號Tg由該Tg信號檢測器54產(chǎn)生并被發(fā)送到控制器1。
對于圖4中在由包絡(luò)檢測器52檢測出的包絡(luò)(圖4中的信號421)中超過了一個預(yù)定電平的閾值信號45的部分，信號檢測器55形成一個脈沖信號47。一個單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器56打開一個選通信號(信號44)-它具有指定的寬度并已經(jīng)受到該脈沖信號的第一前緣的觸發(fā)。在選通信號被打開期間，一個Tp比較器57向控制器1提供作為檢測信號Tp的相位信號(信號422)的零交叉點。在此例中，在相位信號的第一前緣達(dá)到該零交叉點之間所經(jīng)過的時間，被定義為相延遲時間tp。
控制器1從振動傳感器6的檢測信號Tg和Tp獲得各個振動傳感器6的振動傳播時間，并計算至振動傳感器6的距離。
(校正電路延遲時間的例子)由控制器1中的各個鎖存電路34a至34d鎖存的一個鎖存計數(shù)(振動傳播時間)，包括電路延遲時間et和相位偏移時間toff。由這些時間造成的一個誤差，當(dāng)振動從振動筆3經(jīng)過振動傳播板8傳播時被包括在這些振動中，并由振動傳感器6所接收。
圖6是振動傳播板8的平面圖。在圖6中，振動由振動筆3在原點O輸入。實際測量到的振動從原點O至振動傳感器6的傳播時間(群延遲時間和相延遲時間)，被定義為tgz’和tpz’，且從原點O至振動傳感器6a的真正振動傳播時間被定義為tgz和tpz。表達(dá)式(4)和(5)是為電路延遲時間et和相位偏移時間toff而建立的tgz’＝tgz+et (4)
tpz’＝tpz+et+toff (5)另一方面，表達(dá)式(6)和(7)是在任意的輸入點P為實際測量值tg’和tp’而建立的tg’＝tg+et(6)tp’＝tp+et+toff (7)當(dāng)計算表達(dá)式(4)與(6)和表達(dá)式(5)與(7)之間的差時，建立起了由表達(dá)式(8)和(9)表示的關(guān)系tg’-tgz’＝(tg+et)-(tgz+et)＝tg-tgz (8)tp’-tpz’＝(tp+et+toff)-(tpz+et+toff)＝tp-tpz (9)換言之，包括在各個振動傳播時間中的電路延遲時間et和相位偏移時間toff都被消去了，因而能夠與在振動傳感器6a的位置處開始的距離相一致地獲得從原點O位置至輸入點P的傳播延遲時間之差。其結(jié)果，能夠從表達(dá)式(2)和(3)計算出距離之差。
由于從振動傳感器6a至原點O的距離被預(yù)先存儲在非易失存儲器等等中，因而是已知的，因而能夠確定振動筆3與振動傳感器6a之間的距離。至其他振動傳感器6b至6d的距離能夠以相同的方式獲得。
相對于原點O的實際測量值tgz’和tpz’在裝運時被存儲在非易失存儲器中。根據(jù)程序模塊1403，對表述式(8)和(9)的計算是在對表達(dá)式(2)和(3)的計算之前進(jìn)行的，從而提供了準(zhǔn)確的測量。
(確定有關(guān)振動傳播速度的常數(shù)的例子)當(dāng)采用由鋁或其他金屬制成的振動傳播板時，由于金屬的晶粒邊界是沿著與金屬被軋制的方向相一致的特定方向排列的，振動傳播條件根據(jù)振動傳播方向而變化，因而發(fā)生了各向異性特性，這使得振動傳播板上的振動傳播速度根據(jù)振動的傳播方向而改變。各向異性特性不僅發(fā)生在金屬板上，而且還與樹脂板在制造過程中被拉伸的方向相一致地發(fā)生在樹脂板上。且不僅當(dāng)樹脂板被用作振動傳播板時發(fā)生各向異性特性，而且當(dāng)通過把樹脂板附在另一個板部件上而制造振動傳播板時也發(fā)生各向異性。
該實施例適合于這樣的坐標(biāo)輸入裝置，即其中采用了具有各向異性特性—即振動傳播速度隨著振動傳播方向而改變—的振動傳播板8。由于在制造過程中遇到上述的條件，目前所能夠獲得的板部件或多或少都具有各向異性特性。特別地，在一般的生產(chǎn)中所采用的是一種低各向異性玻璃板，在其上疊置高度各向異性的樹脂板，以防止色散。這樣的理由之一，是如果采用低各向異性的板部件作為振動傳播板，將需要特殊的工業(yè)材料，因而制造費用將增大。
圖7是概念圖，描述了該實施例中的振動傳播板8的各向異性特性。如圖7所示，振動傳感器6a至6d位于矩形各向異性振動傳播板8的各個角上。一個矩形有效區(qū)A幾乎位于由位于角上的振動傳感器6a至6d所形成的一個矩形的中心上。有效區(qū)A的角處于這樣的位置，即使得它們幾乎處于由振動傳感器6a至6d所形成的矩形的對角線上。振動傳感器6與有效區(qū)A之間的這種位置關(guān)系，對于這種坐標(biāo)輸入裝置來說是共同的。
如前所述，為了計算振動筆3與各個振動傳感器6之間的距離，必須預(yù)先獲得作為常數(shù)值的振動傳播時間，即群延遲時間Vg和相延遲時間Vp(例如存儲在非易失存儲器中)。傳統(tǒng)上，如上所述地，獲得并存儲了由振動傳感器6測量到的振動傳播時間的平均值，以減小制造費用。但在此實施例中，振動傳播速度是為對角設(shè)置的兩對振動傳感器6-即檢測器對6a和6d和檢測器對6b和6c-而計算出來的，并被存儲在ROM 31b的區(qū)1405中。
對于將要作為常數(shù)值而得到保持的振動傳播速度的測量，例如，振動從振動筆3傳播至各個振動傳感器6的距離和時間，可以通過用振動筆3進(jìn)行掃描，或者通過沿著X-Y軸臺在振動傳播板8上進(jìn)行掃描，而測量到，且可以采用距離和時間的實際測量值。也可以采用另一種方法來測量振動傳播速度。
作為一個例子，考慮這樣一種情況，即其中振動筆3的各向異性的軸向方向(以下簡單地稱為各向異性方向)由圖7中的粗箭頭表示。容易理解的是，根據(jù)有關(guān)振動傳播速度的各向異性方向，振動傳播速度之差沿著兩個相交的軸是最大的。因而在圖7的例子中，表示各向異性方向的箭頭彼此相交。對于具有這種各向異性特性的振動傳播板8，對角設(shè)置的振動傳感器6a和6d，或6b和6c，相對于各向異性的方向是對稱的。因此，同一振動傳播速度能夠令人滿意地用于位于對角線上的振動傳感器6。其結(jié)果，對于位于對角線上的各對振動傳感器6只需要采用一個振動傳播速度，因而在ROM 31中只需要存儲兩個振動傳播速度作為常數(shù)。
圖8顯示了從振動筆3沿著由四個振動傳感器6形成的一個矩形的對角線至振動傳感器6的距離與誤差ΔL之間的關(guān)系，其中該距離是通過為對角設(shè)置的兩對振動傳感器中的每一對使用一個振動傳播速度而獲得的，而誤差ΔL是當(dāng)測量至振動傳感器6的距離時發(fā)生的。
圖9顯示了從振動筆至各個振動傳感器的距離與誤差ΔL之間的傳統(tǒng)關(guān)系，其中該距離是通過在與圖8的例子中相同的條件下利用四個振動傳感器的平均振動傳播時間而獲得的，且誤差ΔL是當(dāng)測量至振動傳感器的距離時發(fā)生的。
顯然，在圖8的本實施例的誤差ΔL小于圖9中的現(xiàn)有技術(shù)的誤差ΔL。即使把振動傳播速度作為各個振動傳感器6的常數(shù)而存儲起來時，也獲得了與圖8所示的相同的結(jié)果。然而，由于在本實施例中只需要對對角設(shè)置的一對振動傳感器6進(jìn)行振動傳播速度測量，因而在工業(yè)上它比必須為每一個振動傳感器進(jìn)行振動傳播速度測量的現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)越得多。
另外，根據(jù)觀測，在相同產(chǎn)品的制造過程中，振動傳播板的很多各向異性特性是一致的，且平板波的傳播速度取決于板的厚度和頻率，對于對角設(shè)置的每一對振動傳感器6都獲得了板的檢測頻率與測量到的厚度和振動傳播速度之間的關(guān)系。對于單個的振動傳播板，只需要測量板的厚度，以獲得兩種振動傳播速度。
振動傳播速度的測量是沿著跨過由四個振動傳感器6形成的矩形的對角線而進(jìn)行的。該對角線包括有效區(qū)A的頂點，即離振動傳感器6最遠(yuǎn)的點。更具體地說，由于振動傳播速度是根據(jù)在其中能夠發(fā)生最大誤差的區(qū)域中對振動傳感器6與振動筆3之間的距離的測量所提供的結(jié)果而計算出來的，所以相對于獲得的坐標(biāo)的誤差是小的。
雖然圖8和9中所示的例子是通過沿著由四個振動傳感器6形成的矩形的對角線進(jìn)行測量而獲得的，該實施例中所用的方法對于在對角線區(qū)域以外的區(qū)域中進(jìn)行的測量，也遠(yuǎn)比采用一個常數(shù)的傳統(tǒng)方法要好。應(yīng)該注意的是，不論采用四還是兩個常數(shù)(象在本實施例中那樣)，只要振動傳播板具有各向異性特性，在對角線區(qū)域以外的區(qū)域中都將發(fā)生誤差。
現(xiàn)在描述不依賴于振動傳播板的各向異性的方向的振動傳播距離的確定。圖10顯示了一個例子，其中各向異性的方向與四個振動傳感器6形成的矩形的邊相平行。該例子具有與圖7所示的例子相同的結(jié)構(gòu)，只是振動傳播板8的各向異性的方向不同。
圖11顯示了從振動筆3至沿著四個振動傳感器6形成的矩形的對角線的振動傳感器6的距離—該距離是對于對角設(shè)置的各對振動傳感器6采用一個振動傳播速度而計算出來的—與至各個振動傳感器6的距離的誤差ΔL之間的關(guān)系。
圖12顯示了從振動筆3至振動傳感器6的距離—該距離是在與圖11的例子相同的條件下利用所有四個振動傳感器6的一個平均振動傳播時間而計算出來的—與至振動傳感器6的距離的誤差ΔL之間的關(guān)系。
在現(xiàn)有技術(shù)中，以及在上述例子中，振動傳播板8的各向異性的方向?qū)τ谒械恼駝觽鞲衅?都構(gòu)成了相同的條件。因此，在利用兩個振動傳播速度而獲得的距離中誤差ΔL(見圖11)較小，象在其中采用了振動傳感器6的各個振動傳播速度(常數(shù))的情況下那樣。
各向異性的方向不僅限于圖7或10所示的情況。更具體地說，不論各向異性的方向如何，只要構(gòu)成振動傳播速度之差的各向異性沿著相交的方向為最大，則一個振動傳播速度就可被用于各對振動傳感器6。這是由于，當(dāng)振動傳播速度之差沿著相交方向為最大時，各向異性均勻地作用在對角設(shè)置的振動傳感器對6上。
(計算坐標(biāo)的例子)現(xiàn)在結(jié)合圖6說明計算振動筆3在振動傳播板8上輸入振動之處的坐標(biāo)的原理。計算坐標(biāo)的表達(dá)式是利用勾股定理獲得的。
在圖6所示的設(shè)置中，從振動筆3的位置P(x，y)至振動傳感器6a至6c的距離da、db和dc，可以通過如前所述地把振動傳播時間乘以預(yù)先存儲在ROM 31中的振動傳播速度并通過校正結(jié)果而獲得。
在控制器1已經(jīng)獲得了距離da、db和dc之后，根據(jù)這些距離，控制器1利用表達(dá)式(10)和(11)計算振動筆3所接觸的位置的坐標(biāo)P(x，y)x＝X/2+(da+db)·(da-db)/2X(10)
y＝Y(jié)/2+(da+dc)·(da-dc)/2Y (11)其中X和Y分別表示振動傳感器6a和6b之間和振動傳感器6a和6c之間的距離。以此方式，振動筆3的位置坐標(biāo)能夠得到實時檢測。雖然在此例中振動傳感器6a至6c之間的距離被用來獲得坐標(biāo)，至振動傳感器6d的距離能夠被用來估算所獲得的坐標(biāo)的合適程度或改進(jìn)獲得坐標(biāo)的計算的精度。
在此實施例中，振動傳感器6位于振動傳播板8的各個角上。然而，振動傳感器6可以以例如交叉的形狀設(shè)置，其每一個位于有效區(qū)A的一條邊的中點上，或者它們可以以其他的方式得到設(shè)置，只要對于對角設(shè)置的振動傳感器6能夠把單個的振動傳播時間用作一個常數(shù)。
(第二實施例)在第一實施例中，為了對于對角設(shè)置的每一對振動傳感器6使單個的振動傳播時間保持為常數(shù)，對于振動筆3或振動傳播板8進(jìn)行了掃描，且測量了從振動筆3至振動傳感器6的振動傳播距離和時間。在第二實施例中，對角設(shè)置的振動傳感器6之一受到驅(qū)動并產(chǎn)生振動，以測量振動傳播時間，且根據(jù)測量到的時間確定振動傳播速度(1405)。
圖13是框圖，顯示了根據(jù)第二實施例的坐標(biāo)輸入裝置的配置的一個例子。在此實施例中，為第一實施例中采用的坐標(biāo)輸入裝置附加設(shè)置了兩個振動傳感器驅(qū)動器12和驅(qū)動控制器13；其他的部分與在第一實施例中的相同。
兩個振動傳感器驅(qū)動器12a和12c分別驅(qū)動振動傳感器6a和6c，其驅(qū)動方式與第一實施例中的振動驅(qū)動器2驅(qū)動振動器4的方式相同。振動傳感器6a和6c，以及振動器4，當(dāng)接收到來自相應(yīng)的振動傳感器驅(qū)動器12a和12b的驅(qū)動信號時，被用作振動器。而在輸入坐標(biāo)的計算中，振動傳感器6a和6c被用作振動傳感器。
驅(qū)動控制器13分別驅(qū)動振動傳感器6a和6c，并有選擇地把從控制器1接收的一個驅(qū)動信號(啟動信號)發(fā)送給振動傳感器6a或6c。
在此實施例中，為了測量振動從振動傳感器6a傳播到振動傳感器6b所需的時間，控制器1利用振動傳感器驅(qū)動器12a驅(qū)動振動傳感器6a-其驅(qū)動方式與振動器4受到驅(qū)動的方式相同，從而使振動傳感器6a產(chǎn)生振動且振動傳感器6d檢測該振動。為了測量從振動傳感器6c至振動傳感器6b的振動傳播時間，控制器1利用振動傳感器驅(qū)動器12c來驅(qū)動振動傳感器6c-其方式與振動器4受到驅(qū)動的方式相同，從而使振動傳感器6c產(chǎn)生振動且振動傳感器6b檢測該振動。
圖14是概念圖，顯示了本實施例的微計算機31中的ROM 31b中存儲的程序碼和常數(shù)。與在第一實施例中所用的標(biāo)號相同的標(biāo)號，被用來表示對應(yīng)或相同的部分，且對這些部分不再進(jìn)行描述。ROM 31b中的一個區(qū)1405-其中至少存儲有振動傳播速度，是一個電可擦存儲器，諸如EEPROM。
在圖15中，采用了一個程序模塊1406來測量在驅(qū)動控制器13和振動傳感器驅(qū)動器12a或12c中的一個驅(qū)動了振動傳感器6a和6c之一之后直到另一個振動傳感器6-它與被驅(qū)動的振動傳感器6沿著對角線相對地設(shè)置—檢測到該振動時所經(jīng)過的時間。一個程序模塊1407被用來利用為傳感器測量到的振動傳播時間和存儲在程序模塊1408中的傳感器距離，來計算振動傳感器6a和6d之間和振動傳感器6c和6b之間的振動傳播速度。
如上所述，根據(jù)本實施例，該坐標(biāo)輸入裝置不要求專用的測量裝置來測量預(yù)先設(shè)定的振動傳播速度，因為不需要常數(shù)，因而在工業(yè)上是非常優(yōu)越的。由于即使在產(chǎn)品已經(jīng)裝運之后也能夠復(fù)位振動傳播速度，振動傳播速度能夠根據(jù)環(huán)境改變或在部件被更換時得到調(diào)節(jié)(重寫)。因此，能夠提供連續(xù)的高度準(zhǔn)確的坐標(biāo)檢測。
本發(fā)明能夠被應(yīng)用到由多個裝置組成的系統(tǒng)，或者被應(yīng)用到包括單個裝置的設(shè)備。顯然，本發(fā)明的目的能夠通過為一種系統(tǒng)或設(shè)備提供一種存儲介質(zhì)而實現(xiàn)，其中在該介質(zhì)中存儲有軟件程序碼，而這些程序碼能夠由該系統(tǒng)或設(shè)備的計算機(CPU或MPU)讀取和執(zhí)行，以實現(xiàn)上述實施例的功能。
在此情況下，由于已經(jīng)從存儲介質(zhì)中讀出的程序碼實現(xiàn)了本發(fā)明所提供的新穎的功能，因而其中存儲有該程序碼的存儲介質(zhì)構(gòu)成了本發(fā)明。
用于發(fā)送程序碼的這種存儲介質(zhì)可以是例如軟盤、硬盤、、光盤、磁—光盤、CD-ROM、CD-R、磁帶、非易失存儲卡或ROM。
另外，上述實施例的功能不僅能夠通過執(zhí)行已經(jīng)由計算機讀取的程序碼來實現(xiàn)，而且還能夠根據(jù)包含在該程序碼中的指令而借助計算機執(zhí)行實際處理的一部分或全部的操作系統(tǒng)運行而實現(xiàn)。
另外，從存儲介質(zhì)讀取的程序碼能夠被寫入插入計算機中的一個擴展板中，或與計算機相連的一個擴展單元的存儲器中，且根據(jù)包含在該程序碼中的指令，裝在該擴展板上或擴展單元中的一個CPU能夠執(zhí)行實際處理的一部分或全部。以此方式，也能夠?qū)崿F(xiàn)上述實施例的功能。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，對于具有振動傳播板的坐標(biāo)輸入裝置，容易測量振動傳播速度—該振動傳播速度在計算從振動輸入位置至各個振動傳感器6的距離時被用作一個已知常數(shù)，且可以持續(xù)地提供準(zhǔn)確的計算以獲得輸入坐標(biāo)。
(第三實施例)由于根據(jù)第三實施例的坐標(biāo)輸入裝置的設(shè)置幾乎與第一和第二實施例中的相同，因而將只給出對其的簡要描述。
圖19最佳地表示了根據(jù)第三實施例的坐標(biāo)輸入裝置的設(shè)置的特征。
在圖19中，一個控制器19控制著整個裝置并計算坐標(biāo)位置。一個振動驅(qū)動器2使振動筆3的筆尖5發(fā)生振動。一個振動傳播板8由透明部件(諸如聚丙烯或玻璃板)制成，且振動筆3與振動傳播板8的表面相接觸以輸入坐標(biāo)。
為振動傳播板8設(shè)置了由實線標(biāo)明的一個區(qū)A(以下稱為有效區(qū)A)。只有振動筆3在有效區(qū)A中指定的那些坐標(biāo)被認(rèn)為是有效的輸入坐標(biāo)。該區(qū)A是矩形的，并由坐標(biāo)輸入裝置的條件—諸如所需的坐標(biāo)輸入精度或坐標(biāo)輸入設(shè)置—來確定。
一個振動保護(hù)部件7包圍著振動傳播板8的外部，以抑制(減小)反射的振動并防止它們返回到中心部分。在振動傳播板8的周邊上，在有效區(qū)之外的角上，牢固地設(shè)置有諸如壓電器件的四個振動傳感器6a至6d，用于將機械振動轉(zhuǎn)換成電信號。
在此實施例中，振動傳播板8是各向異性的，且振動傳播速度根據(jù)振動傳播的方向而不同。這種各向異性特性在利用金屬軋制處理制造的金屬板中存在，或通過將一個各向異性樹脂板附在振動傳播板8上而提供的。各向異性的方向彼此相交。振動傳播板8的各向異性的方向得到這樣的調(diào)節(jié)，即使得各向異性的兩個相交的軸沿著由連接相應(yīng)的沿著對角線相對的振動傳感器6a和6d以及振動傳感器6b和6c的兩條線段所形成的角的平分線。換言之，例如一個金屬板被切割并處理，從而使各向異性的方向與該平分線的方向相一致。或者，一個樹脂板被附在一個玻璃板上，從而使平分線的方向與各向異性的方向相對準(zhǔn)。
由各個振動傳感器6輸出的信號被發(fā)送到前置放大器(未顯示)—該前置放大器位于振動傳感器6的附近，且通過以預(yù)定的增益進(jìn)行放大而獲得的信號被送到一個波形檢測器9。由相對于振動傳感器6的波形檢測器9所產(chǎn)生的振動檢測信號被發(fā)送到用于計算坐標(biāo)的控制器1。在計算輸入坐標(biāo)期間，首先，相對于已經(jīng)得到測量的振動傳播時間，利用一個固定常數(shù)計算從振動筆3至振動傳感器6的一個暫行距離。從所獲得的暫行輸入坐標(biāo)，計算從振動筆3延伸至振動傳感器6的一個振動傳播角。從所獲得的振動傳播角度引入振動傳播速度。通過利用該振動傳播速度再次計算從振動筆3至振動傳感器6的、相對于測量到的振動傳播時間的準(zhǔn)確距離。以此方式，進(jìn)行了準(zhǔn)確的輸入坐標(biāo)計算。以下對振動傳播板8的各向異性和振動傳感器6的位置、用于振動傳播速度的常數(shù)的確定、以及坐標(biāo)的計算進(jìn)行詳細(xì)描述。
顯示器11是液晶顯示器、CRT、或投影顯示器—在其上能夠提供由點單元組成的顯示，并位于透明的振動傳播板8之后。顯示器11由一個顯示驅(qū)動器10進(jìn)行驅(qū)動，以顯示用振動筆3進(jìn)行掃描的位置。用戶能夠通過由透明材料制成的振動傳播板8來觀測這種顯示。
如圖2所示，包括在振動筆3中的振動器4受到振動驅(qū)動器2的驅(qū)動，而振動驅(qū)動器2也被包括在振動筆3中。用于振動器4的驅(qū)動信號由控制器1以低電平脈沖信號的形式進(jìn)行發(fā)送，并由振動驅(qū)動器2以預(yù)定的增益進(jìn)行放大。所產(chǎn)生的信號隨后被發(fā)送到振動器4。
該電驅(qū)動信號被振動器4轉(zhuǎn)換成機械超聲振動，且該機械振動經(jīng)過筆尖5而被傳播到振動傳播板8。
振動器4的振動頻率被設(shè)定在一個值—該值將使得能夠在由玻璃等構(gòu)成的振動傳播板8上產(chǎn)生平板波。進(jìn)一步地，振動器4的與圖2中的振動傳播板8相垂直的振動模式得到了選擇。由于包括筆尖5的振動傳播部件的共振頻率被用作振動器4的振動頻率，可以產(chǎn)生有效的振動轉(zhuǎn)換。
如上所述，將要在振動傳播板8上傳播的彈性波是平板波，且與表面波不同地，平板波幾乎不受振動傳播板表面上的刮痕或障礙的影響。
(控制器的設(shè)置的例子)控制器1以預(yù)定的間隔(例如5毫秒)經(jīng)過振動驅(qū)動器2而輸出一個驅(qū)動信號，以驅(qū)動振動筆3的振動器4，并還利用一個內(nèi)部定時器開始測量時間—該定時器由一個計數(shù)器構(gòu)成。振動筆3產(chǎn)生的振動，經(jīng)過與它們距振動筆3的距離相一致的延遲，被傳播到振動傳感器6a至6d。
波形檢測器9檢測來自振動傳感器6a至6d的信號。然后，在將在下面描述的一個波形檢測處理中，波形檢測器9產(chǎn)生表示振動到達(dá)振動傳感器6的時間的信號?？刂破?接收與振動傳感器6a至6d相對應(yīng)的信號，并獲得各個振動傳感器6的振動傳播時間，以計算振動筆3的振動輸入坐標(biāo)。
另外，控制器1根據(jù)所獲得的振動筆3的位置信息，來驅(qū)動顯示驅(qū)動器10，以控制顯示器11，或者經(jīng)過一個串行或并行通信端口(未顯示)而將坐標(biāo)輸出到一個外部裝置。
圖3是方框圖，顯示了控制器1的設(shè)置?，F(xiàn)在描述各個部件和它們的運行。
一個微計算機31控制著控制器1和整個坐標(biāo)輸入裝置。微計算機31包括一個ROM 31b，其中存儲有操作程序和各種常數(shù)(包括振動傳播速度)；將要被用于進(jìn)行計算的工作存儲器RAM 31c；以及，一個CPU 31a，用于進(jìn)行計算并利用這些部件來執(zhí)行控制。
一個定時器33由例如一個計數(shù)器構(gòu)成，并測量一個基準(zhǔn)時鐘(未顯示)。該定時器33當(dāng)用于驅(qū)動振動器4的啟動信號被輸入給振動驅(qū)動器2時開始測量時間。其結(jié)果，使得時間測量的開始與振動傳感器6進(jìn)行的振動檢測相同步，且能夠測量振動傳感器6檢測振動之前經(jīng)過的時間。
下面依次描述其他部件的電路。
由波形檢測器9提供的、用于振動傳感器6的振動到達(dá)時序信號經(jīng)過一個信號輸入電路35而被發(fā)送到鎖存電路34a至34d。該鎖存電路34a至34d對應(yīng)于振動傳感器6a至6d。在接收到來自相應(yīng)的振動傳感器6的時序信號時，鎖存電路34將定時器33目前所保持的時間值鎖存起來。當(dāng)鑒別器36判定已經(jīng)接收到所有振動傳感器6的檢測信號時，它輸出一個信號一該信號作用在微計算機31上。
此時，輸出了一個選擇信號，作為鑒別器36的判定切換信號。
在接收到來自鑒別器36的信號時，微計算機31從鎖存電路34a至34d讀取振動到達(dá)各個振動傳感器6所需的時間。微計算機31進(jìn)行預(yù)定的計算，以獲得振動筆3在振動傳播板8上的位置的坐標(biāo)。
所獲得的坐標(biāo)信息經(jīng)過一個I/O端口37而被輸出到顯示驅(qū)動器10，且例如一個點可以被顯示在顯示器11的對應(yīng)位置上。所獲得的坐標(biāo)也可以經(jīng)過該I/O端口37而被發(fā)送到一個接口電路(未顯示)，該接口電路將該坐標(biāo)值輸出到一個外部裝置。
圖24是概念圖，顯示了存儲在微計算機31中的ROM 31b中的程序碼和常數(shù)。一個程序模塊1401被用來測量從振動筆3如上所述地經(jīng)過振動驅(qū)動器2而受到驅(qū)動的時刻至振動傳感器6檢測到振動的時間，即振動傳播時間。程序模塊1402利用所獲得的振動傳播時間和作為常數(shù)存儲在程序模塊1405中的一個振動傳播速度，來計算從振動筆3至各個振動傳感器6的距離。根據(jù)本發(fā)明，為了獲得暫行輸入坐標(biāo)，相對于已經(jīng)測量到的振動傳播時間，通過利用存儲在程序模塊1406中的一個固定常數(shù)，計算出從振動筆3至振動傳感器6的暫行距離。進(jìn)一步地，借助程序模塊1407從振動傳播角度獲得振動傳播速度，并將其用于相對于測量到的振動傳播時間來計算從振動筆3至各個振動傳感器6的準(zhǔn)確距離。一個程序模塊1403被用來校正所獲得的距離。一個程序模塊1404被用來利用獲得或校正的距離來計算振動輸入坐標(biāo)。程序模塊1403和1404進(jìn)行計算，以確定由程序模塊1402獲得的暫行距離和準(zhǔn)確距離。程序模塊1405利用由程序模塊1404獲得的暫行輸入坐標(biāo)來計算從振動筆3至振動傳感器6的振動傳播角度。程序模塊1407采用程序模塊1404獲得的振動傳播角度來導(dǎo)出與振動傳播角相對應(yīng)的振動傳播速度。
(振動傳播距離的計算(圖4和5))首先，說明獲得至各個振動傳感器6的振動傳播時間和距離的原理。
振動傳播時間是根據(jù)程序模塊1401來測量的，且振動傳播距離是根據(jù)程序模塊1402計算出的。圖4是圖表，用于說明將要輸入到波形檢測器9的波形和用于根據(jù)該波形測量振動傳播時間的處理。雖然將只說明振動傳感器6a的處理，但對于振動傳感器6b至6d也能夠進(jìn)行相同的處理。
至振動傳感器6a的振動傳播時間的測量，是在啟動信號被輸出到振動驅(qū)動器2的同時開始的，如上所述。此時，一個驅(qū)動信號41由振動驅(qū)動器2發(fā)送至振動器4。響應(yīng)于驅(qū)動信號41，超聲振動從振動筆3被傳播到振動傳播板8。該振動行進(jìn)的時間tg對應(yīng)于至振動傳感器6a的距離，而振動傳感器6a隨后檢測該振動。圖4中的信號42描述了振動傳感器6a所檢測的波形的一個例子。
由于本實施例中的振動采用了平板波，在振動傳播期間里，檢測波形的包絡(luò)421及其相位422之間的關(guān)系根據(jù)在振動傳播板8上行進(jìn)的振動傳播距離而變化。假設(shè)包絡(luò)421行進(jìn)的速度即群速度被定義為Vg，且相位行進(jìn)的速度即相速度被定義為Vp，則可以利用群速度Vg和相速度Vp來確定振動筆3與振動傳感器6a之間的距離。
首先，對于包絡(luò)421，當(dāng)諸如信號43等的波形上的一個具體的點，例如一個彎曲點或一個峰值點，得到檢測時，振動筆3與振動傳感器6之間的距離d可以由表達(dá)式(1)得到d＝Vg·tg (1)其中Vg表示包絡(luò)421的速度且tg表示振動傳播時間。雖然該表達(dá)式代表了至振動傳感器6a的距離，至振動傳感器6b至6d的距離也能夠用相同的表達(dá)式了表示。進(jìn)一步地，進(jìn)行用于檢測相位信號的處理，以更為準(zhǔn)確地確定坐標(biāo)。假定從相位波形信號422的具體的檢測點—例如振動輸入點—至預(yù)定的信號電平46已經(jīng)被超過的一個零交叉點的時間，被定義為信號tp 45(通過將相位信號422與具有指定寬度的、已經(jīng)相對于信號47而產(chǎn)生的窗口信號44相比較而獲得的信號)。振動筆3與振動傳感器6之間的距離d由表達(dá)式(2)獲得d＝n·λp+Vp·tp (2)其中λp表示彈性波的波長，且n是一個整數(shù)。
從表達(dá)式(1)和(2)，整數(shù)n由以下表達(dá)式(3)表示n＝((Vg·tg-Vp·tp)/λp+1/N) (3)其中N是0之外并具有適當(dāng)?shù)闹档娜魏螌崝?shù)。例如，對于N＝2且振動傳播時間tg具有±1/2的波長，n能夠得到確定。通過將n代入表達(dá)式(2)，能夠準(zhǔn)確地測量到振動筆3與振動傳感器6之間的距離。信號43和45是由波形檢測器9產(chǎn)生的，以測量振動傳播時間tg和tp。波形檢測器9如圖5所示地設(shè)置。
圖5是方框圖，顯示了波形檢測器9的結(jié)構(gòu)。
在圖5中，振動傳感器6a輸出的一個信號，一個前置放大器51以預(yù)定的增益進(jìn)行放大。通過放大而獲得的額外的頻率分量，由帶通濾波器511除去。所產(chǎn)生的信號被發(fā)送到由例如一個絕對值電路和一個低通濾波器組成的包絡(luò)檢測器52，且只提取一個包絡(luò)。該包絡(luò)的峰的時序由一個包絡(luò)峰檢測器53檢測，且檢測到的包絡(luò)峰的時序被發(fā)送到由單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器等等構(gòu)成的Tg信號檢測器54。表示已經(jīng)檢測到包絡(luò)延遲時間的一個檢測信號Tg(圖4中的信號43)由該Tg信號檢測器54產(chǎn)生并被發(fā)送到控制器1。
對于在由包絡(luò)檢測器52檢測出的包絡(luò)信號421中超過了一個預(yù)定電平的閾值信號46的部分，信號檢測器55形成一個脈沖信號47。一個單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器56打開一個選通信號44-它具有指定的寬度并已經(jīng)受到該脈沖信號的第一上升沿的觸發(fā)。在選通信號被打開時，一個Tp比較器57檢測在相位信號422的第一上升沿處的一個零交叉點，并將相延遲時間信號tp 45提供給控制器1。上述的電路是為振動傳感器6a提供的，但為其他的振動傳感器也提供了相同的電路。
(電路延遲時間的校正的例子)由鎖存電路鎖存的振動傳播時間包括電路延遲時間et和相位偏移時間toff。當(dāng)振動從振動筆3通過振動傳播板8而被傳播到振動傳感器6a至6d時，由這些時間產(chǎn)生的一個誤差被包括在相同量的振動中。圖6中從原點O至振動傳感器6a的距離被定義為R1(＝X/2)。當(dāng)振動筆3在原點O輸入振動時，實際測量到的振動從原點O至振動傳感器6a的傳播時間(群延遲時間和相延遲時間)，被定義為tgz’和tpz’，且從原點O至振動傳感器6a的真正振動傳播時間被定義為tgz和tpz。表達(dá)式(4)和(5)是為電路延遲時間et和相位偏移時間toff而建立的tgz’＝tgz+et (4)
tpz’＝tpz+et+toff(5)另一方面，表達(dá)式(6)和(7)是在任意的輸入點P為實際測量值tg’和tp’而建立的tg’＝tg+et (6)tp’＝tp+et+toff (7)當(dāng)計算表達(dá)式(4)與(6)和表達(dá)式(5)與(7)之間的差時， 建立起了由表達(dá)式(8)和(9)表示的關(guān)系tg’-tgz’＝(tg+et)-(tgz+et)＝tg-tgz (8)tp’-tpz’＝(tp+et+toff)-(tpz+et+toff)(9)包括在各個振動傳播時間中的電路延遲時間et和相位偏移時間toff都被消去了，因而能夠與在振動傳感器6a的位置處開始的距離相一致地獲得從原點O位置至輸入點P的傳播延遲時間之間真正的差。其結(jié)果，能夠從表達(dá)式(2)和(3)計算出距離之差。
由于從振動傳感器6a至原點O的距離被預(yù)先存儲在非易失存儲器等等中，因而是已知的，因而能夠確定振動筆3與振動傳感器6a之間的距離。至其他振動傳感器6b至6d的距離能夠以相同的方式獲得。
相對于原點O的實際測量值tgz’和tpz’在裝運時被存儲在非易失存儲器中。根據(jù)程序模塊1403，對表達(dá)式(8)和(9)的計算是在對表達(dá)式(2)和(3)的計算之前進(jìn)行的，從而提供了準(zhǔn)確的測量。
(有關(guān)確定關(guān)于振動傳播速度并用于計算坐標(biāo)的常數(shù)的確定的說明)現(xiàn)在將解釋振動傳播板的各向異性和振動傳感器的位置、用于振動傳播速度的常數(shù)的確定以及坐標(biāo)的計算。
如上所述，當(dāng)采用由鋁或其他金屬制成的振動傳播板時，由于金屬的晶粒邊界在軋制處理期間沿著特定的方向?qū)?zhǔn)，振動的傳播條件隨著振動傳播的方向而變化，因而產(chǎn)生了各向異性，這使得在振動傳播板上的振動傳播速度隨著振動傳播的方向而變化。各向異性不僅出現(xiàn)在金屬板中，而且還出現(xiàn)在樹脂板中，即與板在制造過程期間受拉的方向相一致地發(fā)生各向異性。當(dāng)振動傳播板是通過把樹脂板附在另一個板部件上而制成的情況下，也發(fā)生各向異性特性。樹脂板振動傳播板也是各向異性的。
在此實施例中，坐標(biāo)輸入裝置采用了振動傳播板8-其中振動傳播速度隨著振動傳播方向而改變。由于在制造過程中遇到上述的條件，目前所能夠獲得的板部件或多或少都具有各向異性特性。特別地，在一般的生產(chǎn)中所采用的是一種低各向異性玻璃板，在其上疊置高度各向異性的樹脂板，以防止色散。不采用低各向異性板部件單獨作為振動傳播板的理由，是由于那樣將需要采用專用材料一例如用來增強不受軋制的材料的強度的材料，因而制造費用將增大。
如將結(jié)合圖19所簡要描述的，該實施例涉及當(dāng)采用具有各向異性特性的振動傳播板8(如圖20所示)時，常數(shù)的確定和坐標(biāo)的計算。
如前面在(振動傳播距離的計算)中所述的，為了計算振動筆3與振動傳感器6a至6d的距離，必須預(yù)先獲得群速度Vg和相速度Vp以將其作為常數(shù)值。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)采用具有各向異性特性的振動傳播板8時，振動傳播速度根據(jù)振動傳播角而改變，且振動筆3與振動傳感器6之間的距離能夠利用與振動傳播角相對應(yīng)的振動傳播速度而準(zhǔn)確地計算出來，從而能夠獲得振動輸入坐標(biāo)。
如結(jié)合圖26所描述的，對于具有各向異性特性的振動傳播板8，振動傳播速度根據(jù)從振動筆3至振動傳感器6的振動傳播路徑而不同。振動傳播速度是通過從振動筆3向振動傳感器6延伸的一個入射振動傳播角而確定。在圖20中，顯示了一個振動傳播板8，其各向異性軸沿著X和Y方向延伸。沿著方向X的振動傳播速度被定義為x，且沿著方向Y的振動傳播速度被定義為y。在這種振動傳播板中，x或y是振動傳播速度的最大值或最小值。如果x是振動傳播速度的最大值而y是最小值，則振動沿著傳播路徑從振動筆3向振動傳感器6傳播的振動傳播速度V滿足x≥V≥y，并由與方向X(或Y)對應(yīng)的直線所形成的角(振動傳播角)確定。顯然，振動傳播角度β和γ(β＜γ)的振動傳播速度Vβ和Vγ滿足Vβ＞Vγ。更具體地說，假定振動傳播角為α，則與其振動傳播路徑相對應(yīng)的振動傳播速度V能夠利用導(dǎo)出函數(shù)G而以V＝G(α)的形式獲得。有關(guān)具有各向異性特性的振動傳播板8的振動傳播角度變化的振動傳播速度數(shù)據(jù)得到準(zhǔn)備，且導(dǎo)出函數(shù)G能夠利用該數(shù)據(jù)得到。振動傳播速度是通過用振動筆在一個臺上進(jìn)行掃描而測量到的，但也可以采用另一種方法來進(jìn)行該測量。為了提供振動傳播角度與振動傳播速度之間的相關(guān)性，除了采用導(dǎo)出函數(shù)G之外，還可以采用一個表—其中預(yù)先輸入有對應(yīng)于各個振動傳播角度的振動傳播速度。
根據(jù)該實施例，首先獲得各個振動傳感器6的振動傳播角度。從該振動傳播角度導(dǎo)出與至傳感器的振動傳播路徑對應(yīng)的振動傳播速度。利用該振動傳播速度計算出從振動筆3至各個振動傳感器6的距離。因此，獲得了只有略微誤差ΔL的準(zhǔn)確距離，如圖21中所示的。
進(jìn)一步地，振動傳播板8的位置得到調(diào)節(jié)，從而使振動傳播板8的兩個相交的各向異性軸與由兩條線段形成的角的平分線相對準(zhǔn)—這兩條線段分別連接著對角設(shè)置的振動傳感器6a和6d和振動傳感器6b和6c。作為一個例子，參見圖22所示的控制，在其四個角上分別設(shè)置有振動傳感器6a至6d。連接對角設(shè)置的振動傳感器6a和6d以及振動傳感器6b和6c的兩條線段被定義為線ad和bc。表示振動傳播板8的各向異性的方向的直線被定義為線ef和gh，且它們的相交點被定義為o。振動傳播板8的方向得到調(diào)節(jié)，從而使各向異性軸的線ef和gh沿著由線ad和bc形成的∠aoc和∠aob的平分線對準(zhǔn)。換言之，振動傳播板8得到適當(dāng)設(shè)置，從而使∠aoe＝∠coe，且∠aog＝∠bog借助振動傳感器的這種設(shè)置以及上述的各向異性的方向，由于各向異性軸的線eg和gh對應(yīng)于由線ad和bc形成的角的平分線，由線ad和bc與軸向線eg形成的角，或由線ad和bc與軸向線gh所形成的角，是相等的，且振動傳播特性因而也是相等的。因此，如果有關(guān)振動傳感器的振動傳播角度被定義為由各向異性的軸向方向X所形成的角，如圖23所示，當(dāng)指令借助振動筆3的輸入時振動傳感器6a至6d的振動傳播角分別為角a至d。根據(jù)這些振動傳播角，能夠利用導(dǎo)出函數(shù)G(它是與振動傳感器6共同使用的)獲得與振動傳播路徑一致的振動傳播速度V。
現(xiàn)在描述用于計算各個振動傳感器的振動傳播角的方法。在此實施例中，首先，利用已經(jīng)通過采用固定常數(shù)而測量到的振動傳播時間，來計算從振動筆3至振動傳感器6的暫行距離。隨后根據(jù)該暫行距離獲得暫行輸入坐標(biāo)，并用該暫行輸入坐標(biāo)計算從振動筆3至振動傳感器6的振動傳播角。該固定常數(shù)是例如至在有效區(qū)A中對角設(shè)置的振動傳感器的振動傳播的速度的平均值。顯而易見，由于該常數(shù)被用來獲得暫行坐標(biāo)值，可以采用另一個常數(shù)—諸如具體振動傳感器的振動傳播速度。與實際振動傳播速度相偏離的一個振動傳播速度被用作計算距離的常數(shù)，而該實際振動傳播速度對應(yīng)于這樣的方向—即沿著該方向振動筆3所指定的點和振動傳感器6彼此相連。雖然所獲得的坐標(biāo)值包括了等價于該偏離的一個誤差，該值作為計算振動傳播角所需的暫行坐標(biāo)值是令人滿意的。借助以下表達(dá)，可以容易地從該暫行坐標(biāo)值獲得振動傳播角振動傳播角α＝tan-1((j-h)/(k-i))其中振動傳感器6a的坐標(biāo)被定義為(h，i)且振動筆3指定的點被定義為(j，k)。也可以采用另一種方法來計算振動傳播角。
下面結(jié)合圖24來按照時間順序描述上述的對振動傳播速度的常數(shù)的確定和對坐標(biāo)的計算。首先，程序模塊1401開始測量從振動筆3至各個振動傳感器6的振動傳播時間。然后，對于測量到的振動傳播時間，由程序模塊1402，利用存儲在程序模塊1406中的固定常數(shù)，計算從振動筆至振動傳感器6的暫行距離。對如此獲得的距離的校正由程序模塊1403進(jìn)行。
在此之后，由程序模塊1404，利用已經(jīng)獲得或校正的至振動傳感器6的距離，計算暫行振動輸入坐標(biāo)。該暫行輸入坐標(biāo)被程序模塊1405用來計算從振動筆3至各個振動傳感器6的振動傳播角。已經(jīng)由程序模塊1405獲得的振動傳播角被程序模塊1407依次用來導(dǎo)出相應(yīng)的振動傳播速度。
隨后，相對于該振動傳播時間，對應(yīng)于振動傳感器6的振動傳播角的振動傳播速度再次被程序模塊1402用來計算從振動筆3至振動傳感器6的準(zhǔn)確距離。對所獲得的距離的校正，由程序模塊1403進(jìn)行。根據(jù)至振動傳感器6的獲得/校正的距離，程序模塊1404計算出更為準(zhǔn)確的振動輸入坐標(biāo)。上述的處理以預(yù)定的驅(qū)動周期得到重復(fù)。顯然，程序模塊1402、1403和1404—它們對于各個處理得到重復(fù)采用，通過設(shè)定一個標(biāo)記而控制著循環(huán)。由于程序模塊1401測量的振動傳播時間被重復(fù)使用，這些結(jié)果可以被存儲在例如一個程序模塊1401’(未顯示)中，并可以在需要時得到提取。
在上述實施例中，振動傳播板8被如此地設(shè)置，即使得板8的兩條相交的各向異性軸與一些角的平分線相對準(zhǔn)—這些角是由連接對角設(shè)置的相應(yīng)振動傳感器6a和6d和振動傳感器6b和6c的兩條線段形成的。然而，振動傳播板8的設(shè)置不僅限于此，因而可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的—即利用與振動傳播路徑一致的振動傳播速度計算準(zhǔn)確的距離。不論振動傳播板的各向異性的方向如何，都可以在程序模塊1407中提供一個函數(shù)或表—它們被用于使各個振動傳感器的振動傳播角與振動傳播速度發(fā)生關(guān)系，且它們與振動傳播板8的各向異性的方向相一致。利用該表只能夠使各個振動傳感器6彼此相關(guān)。
由于相同的原因，振動傳感器的定位不僅限于上述的設(shè)置—其中它們被設(shè)置在振動傳播板的四個角上。例如，振動傳感器可以以交叉的形狀被設(shè)置在振動傳播板上并處于有效區(qū)中，而不是在四個角上，且能夠通過利用與振動傳播路徑相一致的振動傳播速度來獲得準(zhǔn)確的距離。
(坐標(biāo)位置(圖6)的計算)現(xiàn)在結(jié)合圖6來描述振動筆3在振動傳播板8上輸入振動的坐標(biāo)位置的檢測所涉及的原理。
用于計算坐標(biāo)的表達(dá)式是利用勾股定理獲得的。
在其中振動傳感器6a、6b和6c如圖1所示地設(shè)置的情況下，從振動筆3的位置P至振動傳感器6a至6c的直線距離da、db和dc可以通過應(yīng)用前述的原理而獲得。根據(jù)所獲得的直線距離da、db和dc，控制器1利用表達(dá)式(10)和(11)計算振動筆3接觸振動傳播板8的位置的坐標(biāo)P(x，y)x＝X/2+(da+db)·(da-db)/2X(10)y＝Y(jié)/2+(da+dc)·(da-dc)/2Y(11)其中X和Y分別表示振動傳感器6a和6b之間和振動傳感器6a和6c之間的距離。
以此方式，振動筆3的位置坐標(biāo)能夠得到實時檢測。
(第四實施例)在第三實施例中，已經(jīng)利用暫行輸入坐標(biāo)獲得了從振動筆3至振動傳感器6的振動傳播角，且該振動傳播角被用來導(dǎo)出相應(yīng)的振動傳播速度。至各個振動傳感器的振動傳播速度可以從暫行輸入坐標(biāo)直接獲得。圖25是概念圖，顯示了存儲在微計算機31中的ROM 31b中的程序碼和常數(shù)。一個程序模塊1401被用來測量從振動筆3如上所述地經(jīng)過振動驅(qū)動器2而受到驅(qū)動的時刻直到振動傳感器6檢測到該振動的時間，即振動傳播時間。一個程序模塊1402被用來利用所獲得的振動傳播時間和存儲在程序模塊1405中的一個常數(shù)，來計算從振動筆3至各個振動傳感器6的距離。根據(jù)該第四實施例，為了獲得暫行輸入坐標(biāo)，相對于已經(jīng)測量到的振動傳播時間，通過利用存儲在程序模塊1406中的一個固定常數(shù)，計算出從振動筆3至振動傳感器6的暫行距離。進(jìn)一步地，相對于測量到的振動傳播時間，從暫行輸入坐標(biāo)導(dǎo)出的振動傳播速度被程序模塊1408用來計算從振動筆3至各個振動傳感器6的準(zhǔn)確的距離。一個程序模塊1403被用來校正所獲得的距離。一個程序模塊1404被用來從所獲得或校正的距離計算振動輸入坐標(biāo)。程序模塊1403和1404進(jìn)行計算，以確定由程序模塊1402獲得的暫行距離和準(zhǔn)確距離。程序模塊1405利用程序模塊1404獲得的暫行輸入坐標(biāo)計算從振動筆3至振動傳感器6的振動傳播角。程序模塊1408采用由程序模塊1404獲得的暫行輸入坐標(biāo)來獲得從振動筆3至振動傳感器的振動傳播速度。用于輸入的坐標(biāo)值和從振動筆3至振動傳感器6的振動傳播速度的相關(guān)表，被存儲在程序模塊1408中，以在不檢驗振動傳播角的情況下直接建立輸入坐標(biāo)值與振動傳播速度的相關(guān)關(guān)系?？梢圆捎靡环N相關(guān)表，其中對于有效區(qū)中的若干個區(qū)中的每一個區(qū)都分配了振動傳播速度。
現(xiàn)在結(jié)合圖25來按照時間順序描述上述對用于振動傳播速度的常數(shù)的確定和坐標(biāo)計算。首先，由程序模塊1401開始測量從振動筆3至各個振動傳感器6的振動傳播時間。然后，對于測量到的振動傳播時間，由程序模塊1402，利用存儲在程序模塊1406中的固定常數(shù)，計算從振動筆3至振動傳感器6的暫行距離。對如此獲得的距離的校正由程序模塊1403進(jìn)行。
在此之后，由程序模塊1404，利用已經(jīng)獲得或校正的至振動傳感器6的距離，計算暫行振動輸入坐標(biāo)。該暫行輸入坐標(biāo)被程序模塊1408用來計算與從振動筆3至各個振動傳感器6的振動傳播路徑相對應(yīng)的振動傳播速度。然后，對于振動傳播時間，對應(yīng)于該振動傳播路徑的振動傳播速度被程序模塊1402再次用來計算從振動筆3至振動傳感器6的準(zhǔn)確距離。對所獲得的距離的校正，由程序模塊1403進(jìn)行。根據(jù)所獲得/校正的至振動傳感器6的距離，由程序模塊1404計算出更為準(zhǔn)確的輸入坐標(biāo)。上述的處理以預(yù)定的驅(qū)動周期得到重復(fù)。顯然，程序模塊1402、1403和1404—它們對于各個處理得到重復(fù)采用，通過設(shè)定一個標(biāo)記而控制著循環(huán)。由于程序模塊1401測量的振動傳播時間被重復(fù)使用，這些結(jié)果可以被存儲在例如一個程序模塊1401’(未顯示)中，并可以在需要時得到提取。
由于至振動傳感器的振動傳播的速度是直接利用暫行輸入坐標(biāo)而獲得的，加在微計算機31中的ROM 31b上的負(fù)荷能夠得到減小，且處理速度能夠得到提高。
(第五實施例)在上述實施例中，利用固定常數(shù)計算出了暫行距離。振動傳播速度是利用相應(yīng)的振動傳播角或直接通過采用暫行輸入坐標(biāo)而計算出來的。且該坐標(biāo)通過利用所獲得的振動傳播速度而得到重新計算。然而，對于振動傳播速度的計算，利用相應(yīng)的振動傳播角或通過直接采用坐標(biāo)計算的結(jié)果，且對于利用所獲得的振動傳播速度而重新進(jìn)行的坐標(biāo)計算，該處理可以得到重復(fù)。通過這種重復(fù)處理，根據(jù)更為準(zhǔn)確的輸入坐標(biāo)，可以通過直接采用準(zhǔn)確的振動傳播角而獲得更為準(zhǔn)確的振動傳播速度。其結(jié)果，能夠獲得準(zhǔn)確的輸入坐標(biāo)。
本發(fā)明能夠被用于由多個裝置組成的系統(tǒng)或包括單個裝置的設(shè)備。顯然，本發(fā)明能夠通過與振動傳感器的位置相聯(lián)系地為一個系統(tǒng)或設(shè)備提供一個存儲介質(zhì)而實現(xiàn)—在該存儲介質(zhì)中存儲有用于實現(xiàn)上述實施例的功能的軟件程序碼，而系統(tǒng)或設(shè)備的一個計算機(或CPU或MPU)能夠讀取并執(zhí)行該程序碼。
在此情況下，由于，與振動傳感器的位置相關(guān)地，從存儲介質(zhì)讀取的程序碼實現(xiàn)了本發(fā)明提供的新穎功能，因而其中存儲有該程序碼的存儲介質(zhì)構(gòu)成了本發(fā)明。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，從利用一個固定常數(shù)測量到的暫行坐標(biāo)計算出了從振動筆至振動檢測裝置的振動傳播角。該坐標(biāo)位置是利用從所獲得的振動傳播角導(dǎo)出的振動傳播速度而計算出來的。因此，在考慮振動傳播板的各向異性特性的情況下，能夠獲得準(zhǔn)確的坐標(biāo)。
該坐標(biāo)能夠得到實時檢測。
由于至各個振動檢測裝置的振動傳播時間是從暫行輸入坐標(biāo)直接獲得的，處理速度得到了提高。
通過重復(fù)該處理，能夠獲得更為準(zhǔn)確的輸入坐標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種坐標(biāo)輸入裝置，它根據(jù)振動在具有各向異性特性的振動傳播板上傳播所需的時間來獲得振動輸入位置，包括傳播時間測量裝置，包括在所述振動傳播板上彼此相對的第一對振動傳感器和第二對振動傳感器，用于測量振動從所述振動輸入位置至各個所述振動傳感器的傳播所需的時間；傳播速度存儲裝置，用于存儲所述振動在所述振動傳播板上傳播的一個第一振動傳播速度和一個第二振動傳播速度；距離計算裝置，用于通過采用為各個所述第一振動傳感器獲得的振動傳播所需的所述時間和所述第一振動傳播速度，來計算所述振動輸入位置與各個所述第一對振動傳感器的所述位置之間的距離，并用于通過采用為各個所述第二振動傳感器獲得的所述振動傳播時間和所述第二振動傳播速度來計算所述振動輸入位置與各個所述第二對振動傳感器的所述位置之間的距離；以及坐標(biāo)計算裝置，用于從獲得的所述距離計算所述振動輸入位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的坐標(biāo)輸入裝置，其中所述振動傳播板是矩形的，且其中所述振動傳感器分別位于所述振動傳播板的四個角上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的坐標(biāo)輸入裝置，其中所述振動傳感器是壓電器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的坐標(biāo)輸入裝置，進(jìn)一步包括驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動所述第一對振動傳感器的一個第一振動傳感器和所述第二對振動傳感器的一個第一振動傳感器以分別產(chǎn)生振動；傳感器距離保持裝置，用于保持所述第一對振動傳感器的所述第一振動傳感器與一個第二振動傳感器之間的距離，以及所述第二對振動傳感器的所述第一振動傳感器與一個第二振動傳感器之間的距離；傳感器振動傳播時間測量裝置，用于測量所述第一對振動傳感器的所述第一振動傳感器所產(chǎn)生的所述振動到達(dá)所述第一對振動傳感器的所述第二振動傳感器所需的一個第一傳感器振動傳播時間，以及所述第二對振動傳感器的所述第一振動傳感器所產(chǎn)生的所述振動到達(dá)所述第二對振動傳感器的所述第二振動傳感器所需的一個第二傳感器振動傳播時間；以及振動傳播速度計算裝置，用于通過利用所述第一對振動傳感器的所述第一與所述第二振動傳感器之間的所述距離和所述第一傳感器振動傳播時間來計算所述第一振動傳播速度，并用于通過利用所述第二對振動傳感器的所述第一與第二振動傳感器之間的所述距離以及所述第二傳感器振動傳播時間來計算所述第二振動傳播速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的坐標(biāo)輸入裝置，其中所述振動傳感器是壓電器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的坐標(biāo)輸入裝置，進(jìn)一步包括驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動所述第一對振動傳感器的一個第一振動傳感器和所述第二對振動傳感器的一個第一振動傳感器以分別產(chǎn)生振動；傳感器距離保持裝置，用于保持所述第一對振動傳感器的所述第一振動傳感器與一個第二振動傳感器之間的距離，以及所述第二對振動傳感器的所述第一振動傳感器與一個第二振動傳感器之間的距離；傳感器振動傳播時間測量裝置，用于測量所述第一對振動傳感器的所述第一振動傳感器所產(chǎn)生的所述振動到達(dá)所述第一對振動傳感器的所述第二振動傳感器所需的一個第一傳感器振動傳播時間，以及所述第二對振動傳感器的所述第一振動傳感器所產(chǎn)生的所述振動到達(dá)所述第二對振動傳感器的所述第二振動傳感器所需的一個第二傳感器振動傳播時間；以及振動傳播速度計算裝置，用于通過利用所述第一對振動傳感器的所述第一和第二振動傳感器之間的所述距離以及所述第一傳感器振動傳播時間來計算所述第一振動傳播速度，并用于通過利用所述第二對振動傳感器的所述第一和第二振動傳感器之間的所述距離以及所述第二傳感器振動傳播時間來計算所述第二振動傳播速度。
7.一種坐標(biāo)輸入裝置，其中在具有各向異性特性因而振動傳播速度隨著傳播方向而改變的振動傳播板上借助一個振動發(fā)生源來輸入振動，且其中對所述振動在所述振動傳播板上從所述振動發(fā)生源傳播至振動檢測裝置所需的時間進(jìn)行測量以獲得所述振動發(fā)生源的坐標(biāo)，包括第一計算裝置，用于根據(jù)作為固定值而存儲的一個振動傳播速度來計算暫行坐標(biāo)；導(dǎo)出裝置，用于從由所述第一計算裝置獲得的所述暫行坐標(biāo)導(dǎo)出至所述振動檢測裝置的振動傳播角；以及第二計算裝置，用于通過利用由所述導(dǎo)出裝置導(dǎo)出的所述振動傳播角進(jìn)行計算而獲得振動傳播距離，并用于通過利用所述振動傳播距離進(jìn)行計算而獲得所述振動發(fā)生源的所述坐標(biāo)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的坐標(biāo)輸入裝置，其中所述振動是以平板波的形式在振動傳播板上傳播的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的坐標(biāo)輸入裝置，其中所述振動傳播角是由振動從所述振動發(fā)生源傳播向所述振動檢測裝置所沿著的方向與同所述各向異性特性有關(guān)的方向所形成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的坐標(biāo)輸入裝置，其中所述振動傳播板和所述振動檢測裝置被如此地設(shè)置，即使得所述振動傳播板與所述各向異性特性有關(guān)的方向的軸沿著這樣的角的平分線對準(zhǔn)—即這些角是由分別連接彼此相對的兩個所述振動檢測裝置的兩條線段所形成的。
11.用于坐標(biāo)輸入裝置的控制方法，在該坐標(biāo)輸入裝置中借助一個振動發(fā)生源在具有各向異性特性從而使振動傳播速度根據(jù)振動傳播方向而改變的振動傳播板上輸入振動，且在該坐標(biāo)輸入裝置中所述振動在所述振動傳插板上從所述振動發(fā)生源傳播至振動檢測裝置所需的時間得到了測量以獲得所述振動發(fā)生源的坐標(biāo)，包括一個第一計算步驟，用于根據(jù)作為固定值存儲的一個振動傳播速度來計算暫行坐標(biāo)；一個導(dǎo)出步驟，用于從在所述第一計算步驟獲得的所述暫行坐標(biāo)導(dǎo)出至所述振動檢測裝置的振動傳播角；以及一個第二計算步驟，用于通過利用在所述導(dǎo)出步驟導(dǎo)出的所述振動傳播角進(jìn)行計算而獲得振動傳播距離，并用于通過利用所述振動傳播距離進(jìn)行計算而獲得所述振動發(fā)生源的所述坐標(biāo)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的坐標(biāo)輸入裝置控制方法，其中所述振動是以平板波的形式在所述振動傳播板上傳播的。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的坐標(biāo)輸入裝置控制方法，其中所述振動傳播角是由所述振動從所述振動發(fā)生源傳播向所述振動檢測裝置所沿著的方向與同所述各向異性特性相聯(lián)系的方向形成的。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的坐標(biāo)輸入裝置控制方法，其中所述振動傳播板和所述振動檢測裝置被如此地設(shè)置，即使得與所述各向異性特性相聯(lián)系的方向的軸與這樣的角的平分線相對準(zhǔn)—即這些角是由分別連接彼此相對的兩個所述振動檢測裝置的兩條線段而形成的。
15.一種存儲介質(zhì)，其中存儲有一種可由計算機執(zhí)行的程序，所述程序包括一個第一計算步驟，用于根據(jù)作為固定值而存儲的一個振動傳播速度計算出暫行坐標(biāo)；一個導(dǎo)出步驟，用于從在所述第一計算步驟獲得的暫行坐標(biāo)導(dǎo)出至振動檢測裝置的振動傳播角；以及一個第二計算步驟，用于通過利用在所述導(dǎo)出步驟導(dǎo)出的所述振動傳播角進(jìn)行計算而獲得振動傳播距離，并用于通過利用振動傳播距離進(jìn)行計算而獲得一個振動發(fā)生源的所述坐標(biāo)。
全文摘要
所公布的是一種坐標(biāo)輸入裝置，它具有一個振動傳播板，它簡化了振動傳播速度的測量，而該速度被用作一個已知常數(shù)來計算振動輸入位置與各個振動傳感器之間的距離，且它保證了獲得輸入坐標(biāo)的計算的準(zhǔn)確性。根據(jù)本發(fā)明，一個振動傳播板具有與兩個軸相關(guān)的各向異性特性。其結(jié)果，振動到達(dá)振動傳感器的速度根據(jù)所涉及的是哪一對振動傳感器6a和6d或6b和6c而不同。因此，對于各對振動傳感器6a和6d以及6b和6c測量振動傳播速度，且測量到的值作為已知值而得到存儲。
文檔編號G06F3/033GK1168514SQ97102220
公開日1997年12月24日 申請日期1997年1月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月10日
發(fā)明者吉村雄一郎, 田中淳, 柳沢亮三, 小林克行, 時岡正樹, 佐藤肇 申請人:佳能株式會社