(57)【要約】【課題】指示器が入力表面を摩擦したときに生ずる振動により入力を行う入力装置は、指示位置を特定することしかできないという課題があった。【解決手段】入力表面に設けられ振動を発生させるための凹凸パターン２と、凹凸パターン２により発生した振動を電気信号に変換するための変換手段３と、電気信号から包絡線を取り出すための包絡線検波回路４と、包絡線検波回路４からの信号を識別するための認識手段５と、を有し、特有振動を有する振動パターンを検出する。発生する振動のパターンそのものに意味をもたせることができるため、凹凸パターン２の突起部と平坦部との配列を工夫することで所望の情報データを入力することができる。【選択図】図１
2006011763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指示器が入力表面を摩擦したときに生ずる振動により入力を行う入力装置であって、
前記入力表面に設けられ前記振動を発生させるための突起部と平坦部とを有する凹凸パターンと、
該凹凸パターンにより発生した振動を電気信号に変換するための変換手段と、
該電気信号から包絡線を取り出すための包絡線検波回路と、
該包絡線検波回路からの信号を識別するための認識手段と、
を有することを特徴とする入力装置。
【請求項２】
前記凹凸パターンを複数設け、複数の前記凹凸パターンに対応した振動から前記電気信号を得ることを特徴とする請求項１に記載の入力装置。
【請求項３】
前記突起部と前記平坦部との配列によって、前記変換手段に特有振動が入力し、該特有振動は、入力したい所望の情報データ用の振動を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の入力装置。
【請求項４】
前記特有振動は、同期信号を生成するための同期データ用の振動と、前記特有振動が正確かどうかを判断するためのチェックデータ用の振動と、を有することを特徴とする請求項３に記載の入力装置。
【請求項５】
前記認識手段は、前記同期信号を生成するための位相同期回路と、前記同期信号に基いて信号をサンプリングするサンプリング回路と、サンプリングしたデータを一時保存するデータバッファと、該データバッファ内のデータが正確かどうか判断する判断手段と、前記同期信号に基づき入力の速度を算出する入力速度算出手段と、
を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力装置に関するものであり、特に指示器が入力表面を摩擦したときに生ずる振動により入力を行う入力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりコンピュータや携帯端末等に対して入力を行う装置として、キーボードやマウスやタッチパネル等が広く知られている。
【０００３】
キーボードは、指で押すキーの下にスイッチとばね部材とを設け、ばね部材の弾性を利用してスイッチを開閉し入力を行っている。
【０００４】
マウスは、例えば、筐体内に球体と、球体の回転を検出する手段とを設け、球体を転がすことより位置情報の入力を行っている。
【０００５】
タッチパネルは、２枚の透明抵抗膜を隙間を設けて重ねて配置し、タッチしたときに隙間がつぶれ２枚の透明抵抗膜が接触し抵抗値が変化することを利用して入力を行っている。
【０００６】
このように、入力装置は機械的な可動部を持ち、複数の機械部品が必要であり、コストが高くなり、また壊れやすいという問題があった。
【０００７】
この問題を解決するため、指示器が入力表面を摩擦したときに生ずる振動を用い、入力を行う入力装置が知られており、多くの提案をみるところである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
特許文献１に示した従来技術の入力装置を図面を用いて説明する。図９は、特許文献１に示した従来技術の入力装置を示す構成図である。
図９において、１０１はペン、１０２はボス、１０３は伝搬板、１０４、１０５は検出素子ある。ペン１０１は、指示器の役割を果たすものである。
【０００９】
特許文献１に示した従来技術の入力装置は、ペン１０１が入力表面の突起物であるボス１０２を摩擦することにより生ずる振動を検出素子１０４、１０５で検出することにより指示位置を特定するものである。
【００１０】
以下に検出の手順を説明する。まず、ペン１０１が入力表面のボス１０２を摩擦することにより振動が生ずる。この振動は、伝搬板１０３を経由し、裏側に配置された検出素子１０４に到達する。また、縁に設けられた検出素子１０５にも到達する。振動の発生地点に近い検出素子１０４と遠い検出素子１０５とでは振動の伝搬速度に基づいた到達時間の差が現れる。この到達時間の差を利用して演算により指示位置を特定できる。
【００１１】
【特許文献１】特開平８−２９７５３４号公報（第２−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に示した従来技術の入力装置は、振動の到達時間を利用しているものであるから、指示位置を特定することしかできないという欠点があった。
【００１３】
本発明の目的は、上記課題を解決しようとするもので、コストが安く、壊れにくく、さまざまな情報を入力することが可能な入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明の入力装置は下記に示す構造を採用する。
【００１５】
指示器が入力表面を摩擦したときに生ずる振動により入力を行う入力装置であって、入力表面に設けられ振動を発生させるための突起部と平坦部とを有する凹凸パターンと、凹凸パターンにより発生した振動を電気信号に変換するための変換手段と、電気信号から包絡線を取り出すための包絡線検波回路と、包絡線検波回路からの信号を識別するための認識手段と、を有することを特徴とする。
【００１６】
凹凸パターンを複数設け、複数の凹凸パターンに対応した振動から電気信号を得ることを特徴とする。
【００１７】
突起部と平坦部との配列によって、変換手段に特有振動が入力し、特有振動は、入力したい所望の情報データ用の振動を含むことを特徴とする。
【００１８】
特有振動は、同期信号を生成するための同期データ用の振動と、特有振動が正確かどうかを判断するためのチェックデータ用の振動と、を有することを特徴とする。
【００１９】
認識手段は、同期信号を生成するための位相同期回路と、同期信号に基いて信号をサンプリングするサンプリング回路と、サンプリングしたデータを一時保存するデータバッファと、データバッファ内のデータが正確かどうか判断する判断手段と、同期信号に基づき入力の速度を算出する入力速度算出手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の入力装置によれば、入力表面の振動を利用したことによって、機械的な構造を簡単にでき、コストを安く、かつ壊れ難くすることができる。
【００２１】
また、特有振動が入力するように凹凸パターンを配列したことによって、所望の情報を入力することができる。凹凸パターンは複数設けることもできるために、さまざまな情報を入力することができる。
【００２２】
さらに、凹凸パターンは、同期データとチェックデータとを設けることによって、正確に情報を入力できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下図面により本発明の実施の形態を詳述する。図１は、本発明の入力装置を示すものであって、図１（ａ）は構成図であり、図１（ｂ）は本発明の入力装置から出力される波形を模式的に示した波形図である。図２と図３とは、本発明の入力装置の凹凸パターンの一例を模式的に示す外観図である。図４は、本発明の入力装置の凹凸パターンから得られる情報を説明するための図である。図５は、本発明の入力装置の包絡線検波回路の回路図である。図６は、本発明の入力装置の包絡線検波回路の波形を模式的に示した波形図である。図７は、本発明の入力装置の認識手段の構成図であり、図８は、本発明の入力装置の位相同期回路の構成図である。
【００２４】
[構造説明：図１〜図５、図７、図８]
まず、本発明の入力装置の構成を図１から図５と図７と図８とを用いて説明する。
図１において、１は指示器である。図１においては指示器１を指として記載しているが
、指示器とは指に限定されるものではなく、スタイラスや指示棒などを含む包括的な概念である。２は凹凸パターン、３は変換手段である。４は包絡線検波回路、５は認識手段、１６は検波後ディジタル信号、２０は振動パターン、３１は突起部、３２は平坦部、４０は変換手段出力信号、４２は入力情報信号である。
本発明の実施の形態では、変換手段３としては圧電素子を利用するものとして説明する。圧電素子とは、機械的な力を電気信号に変換する素子であって、凹凸パターン２からの振動を電気信号に変換するものである。もちろん、本発明の変換手段３は圧電素子に限定されるものではない。例えば、スピーカのように、振動により発生する音を利用して電気信号を作り出すこともできる。
【００２５】
図１（ａ）の凹凸パターン２は、図の左から、突起部３１が２つ並び平坦部３２が１つあり、突起部３１があり平坦部３２が２つ続き、突起部３１と平坦部３２とが並び、最後に突起部３１が２つある状態を一例として示しているが、もちろんこれに限定されるものではない。
本発明の入力装置は、指示器１により凹凸パターン２を摩擦し、振動を発生させる。凹凸パターン２の形状によって、凹凸パターン２に依存した特有振動が発生する。この特有振動は、図１（ｂ）に示すような、振動パターン２０として検出される。後述するようにこの振動パターン２０そのものにディジタルデータとしての意味をもたせることができるために、凹凸パターン２を所望の形状、すなわち、突起部３１と平坦部３２との配列を自由に設定することで自由に特有振動を作り出すことができる。
【００２６】
図２において、６はＸ方向凹凸パターン、７はＹ方向凹凸パターンである。
【００２７】
図３において、８は円周凹凸パターンである。
【００２８】
図４において、５０は同期データ、５１は境界データ、５２は情報データ、５３はチェックデータである。
【００２９】
図５は、包絡線検波回路４を示す回路図であり、９はダイオード、１０は抵抗、１１はコンデンサ、３０はローパスフィルタ、４１は整流後信号である。
【００３０】
図７は、認識手段５の構成図であり、１２は位相同期回路、１３はサンプリング回路、１４はデータバッファ、１５は判断手段、３５はカウンタ、１７は同期信号、１８はデータ信号、１９は成否信号、３６は入力スピード信号である。
【００３１】
図８は、位相同期回路１２の構成図であり、２１は位相比較回路、２２はループフィルタ、２３は電圧制御発振器、２４は分周器である。
なお、図２、図３、図４、図５、図７、図８において図１と同一の構成には同一の番号を付与している。
【００３２】
[原理説明：図１、図２、図３]
まずはじめに、本発明の入力装置の検出の基本原理を図１、図２、図３を用いて説明する。
図１（a）に示すように、指示器１により入力表面が摩擦されると、突起部３１では振動が発生し、平坦部３２では振動が発生しない。すなわち、図１（ｂ）に示す波形図のような凹凸パターン２に依存した特有振動である振動パターン２０が発生する。この振動パターン２０は変換手段３により電気信号に変換され、変換手段出力信号４０として包絡線検波回路４に入力される。
【００３３】
包絡線検波回路４は、細かく振動する電気信号である変換手段出力信号４０を、変換手
段出力信号４０の周囲を囲む包絡線の信号に変換しディジタル化し、検波後ディジタル信号１６として出力する。
【００３４】
次に、検波後ディジタル信号１６は、認識手段５に入力され、凹凸パターン２が識別され、入力情報信号４２となる。
【００３５】
以上の原理に基づけば、異なる凹凸パターンを複数設けることによって、所望の情報を入力することが可能である。例えば図２のように、Ｘ方向凹凸パターン６と、Ｙ方向凹凸パターン７とを別々に設けることにより、マウスのような入力装置を実現することができる。
【００３６】
また、図３のように、円周状に円周凹凸パターン８を設ければ、ジョグダイアルのような入力装置を実現できる。
【００３７】
[動作説明：図１、図５、図６、図７]
次に、本発明の入力装置の検出の詳細な動作を図１、図５、図６、図７を用いて説明する。
指示器１により発生した振動が変換手段３により変換された変換手段出力信号４０は、包絡線検波回路４に入力される。包絡線検波回路４は図５に示すとおり、ダイオード９からなる半端整流回路と、抵抗１０、コンデンサ１１からなるローパスフィルタ３０とで構成される。
信号波形について以下に説明する。図６に示す６１は、変換手段出力信号４０の波形であり、６２は整流後信号４１の波形であり、６３は検波後ディジタル信号１６の波形である。
波形６２は、波形６１を図５に示すダイオード９により半端整流したものである。整流後信号４１は、次に、ローパスフィルタ３０により高周波成分が除去され、整流後信号４１の信号の山部分を囲む包絡線の信号に変換されるので波形６３のような形状になる。
【００３８】
検波後ディジタル信号１６は認識手段５に入力される。認識手段５は図７に示すとおり、位相同期回路１２と、サンプリング回路１３と、データバッファ１４と、判断手段１５と、カウンタ３５で構成される。
位相同期回路１２は検波後ディジタル信号１６を基に同期信号１７を生成する。サンプリング回路１３は同期信号１７のタイミングに基づき、検波後ディジタル信号１６を読み取り、データバッファ１４にデータを順次格納する。判断手段１５はデータバッファ１４内のデータが正確かどうか判断し、成否信号１９を生成する。カウンタ３５は同期信号１７を一定時間カウントすることにより入力スピードを算出し、入力スピード信号３６を生成する。
【００３９】
図示しないホストコンピュータは、データ信号１８、成否信号１９、入力スピード信号３６からなる入力情報信号４２を参照することで、入力を検出できる。
【００４０】
次に、発生する振動パターン２０そのものにディジタルデータとしての意味をもたせることができる場合を説明する。入力したいディジタルデータとは、特有の意味を持つデータであり、例えば、位置情報データであったり、数値データであったり、それら組み合わせたものであったり、さまざまな情報データを含んでいる。
凹凸パターン２を構成する突起部３１と平坦部３２との数と並びとを所望の配列状態にすることで、任意の特有振動である振動パターン２０を作り出すことができる。
作られた振動パターン２０は、突起部３１に相当する部分を“１”、平坦部３２に相当する部分を“０”とすることで、特有の意味を持つ任意のディジタルデータとすることができる。
例えば、突起部３１を４つ並べれば“１１１１”、突起部３１と平坦部３２とを交互に４つずつ計８つ並べれば“１０１０１０１０”のディジタルデータを作ることができる。もちろん、突起部３１と平坦部３２とは、凹凸パターン２を設ける部分のサイズの制限があるまで設けることができるため、ディジタルデータの長さも自由に選ぶことができる。
このようにして、凹凸パターン２を構成する突起部と平坦部との配列を工夫することで、入力したい所望の情報データ用の振動を含む任意の振動パターン２０を発生させ、特有の意味を持つ任意のディジタルデータを入力することができる。
【００４１】
実際に特有の意味を持つ任意のディジタルデータを入力するには、入力したい所望の情報データのほかに、同期データや境界データ、チェックデータを有する。
図４に任意のディジタルデータの構成を示す。図４は、図１に示す突起部３１を“１”、平坦部３２を“０”で表した凹凸パターン２から得られるデータの構成を示している。５０は同期用の同期データ、５１はデータの境界用の境界データ、５２は所望のデータである情報データ、５３はチェックサム用のチェックデータである。
【００４２】
振動パターン２０を作る凹凸パターン２はパケット化されており、１つのパケットの構成は、同期データ５０と境界データ５１と情報データ５２とチェックデータ５３とからなる。したがって、予め用意する凹凸パターン２は、同期データ５０用の突起部３１や平坦部３２の配列と、境界データ５１用の突起部３１や平坦部３２の配列と、入力したい所望の情報データ５２用の突起部３１や平坦部３２の配列と、チェックデータ用の突起部３１や平坦部３２の配列とを有する。
【００４３】
[同期動作説明：図４、図７、図８]
次に、位相同期回路１２の同期信号１７を生成する動作を図４、図８を用いて説明する。
同期信号１７を生成する動作とは、入力したいディジタルデータ内の同期データ５０を利用し、読み出し時に、同期データ５０から発生する一定周期の信号に対し、位相の同期した同期信号１７を生成する動作のことである。
【００４４】
位相を同期させるには、一般に周波数シンセサイザやＦＭ復調器などで使われる位相同期回路１２を用いる。以下に具体的に説明する。
同期データ５０は連続した“１”で構成される。図４では、一例として“１１１１１１１１”である。この場合、図１に示す凹凸パターン２は、突起部３１が８つ並んでいる状態である。
【００４５】
図８に示すように、同期データ５０に基づく検波後ディジタル信号１６は位相比較回路２１で分周器２４の出力と比較され、その差がループフィルタ２２で積分された後、電圧制御発振器２３と、分周器２４とを経由し位相比較回路２１にフィードバックされる。このフィードバックの結果、位相比較回路２１は２つの入力が同期のとれた同一周波数信号となるよう制御される。すなわち、分周器２４の入力端子では、分周比倍の周波数となっているので、これを、図７に示すサンプリング回路１３のデータ取りこみのタイミングの基となる同期信号１７として使う。これにより、指示器１による摩擦のスピードに関わらず、正確にデータをサンプリングすることができる。
【００４６】
[判断動作説明：図４、図７] 
次に、判断手段１５の判断動作を図４、図７を用いて説明する。
判断動作とは、一連の情報データ５２（図４では情報データ５２は２つ）に加えて、この一連の情報データ５２に関係したチェックサム用のチェックデータ５３を付加し、読み出し時に、もしエラーが発生したなら一連の情報データ５２とチェックデータ５３との関係が崩れることで成否を判断するものである。
【００４７】
以下に具体的に説明する。図４に示すように、同期データ５０の後には、境界データ５１が配置される。境界データ５１は、同期データ５０とのデータの境界を識別するためのデータであるが、特に前後非対称なデータとすることにより、指示器１による摩擦の方向を判断することにも利用できる。図４では、一例として“０１０１１１１０”である。この場合、図１に示す凹凸パターン２は、平坦部３２があり突起部３１が１つあり、次に平坦部３２があり突起部３１が４つ並び平坦部３２がある状態である。
【００４８】
情報データ５２は同期データ５０、境界データ５１と異なるものであれば何種類使用して良いため、さまざまな情報を持たせることができる。チェックデータ５３は、全ての情報データ５２を加算した値であるチェックサムとする。これにより、図７に示すように、判断手段１５は、サンプリングされたチェックデータ５３の値と、データバッファ１４内の全ての情報データ５２を基に判断手段１５が自ら加算した値とが一致したかどうかにより、成否信号１９を生成する。
【００４９】
本発明の入力装置は、入力表面の振動を利用することによって、機械的な構造を簡単にでき、コストを安く、かつ壊れ難くすることができる。また、特有振動である振動パターンが入力できるように凹凸パターンの突起部と平坦部とを配列したことによって、所望の情報を入力することができる。凹凸パターンは、複数設けることができるために、さまざまな情報を入力することができる。凹凸パターンは、同期データとチェックデータとを設けたことによって、正確に情報を入力できる。もちろん、境界データの付加などはデータ構造の必要性に応じて任意に行うことができるので、さらに多くの情報を入力することができる。
もちろん、凹凸パターンは、入力したい情報が複数ある場合、情報ごとに独立して設けなくてもよい。突起部と平坦部とからなる配列を、異なる情報であっても連続して配列しても構わない。この場合は、境界データを用いて、入力したい情報の境界を規定すればよいのである。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の入力装置は、コストが安く、壊れにくく、さまざまな情報を入力することが求められるコンピュータや、情報端末等に適用することができる。特にスイッチ等の機械的な可動部を必要としないために、小型の携帯情報端末に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の入力装置を説明する図である。
【図２】本発明の入力装置の凹凸パターンを模式的に示す外観図である。
【図３】本発明の入力装置の凹凸パターンを模式的に示す外観図である。
【図４】本発明の入力装置の凹凸パターンから得られるデータの構成を説明する図である。
【図５】本発明の入力装置の包絡線検波回路の回路図である。
【図６】本発明の入力装置の包絡線検波回路の波形を模式的に示した波形図である。
【図７】本発明の入力装置の認識手段の構成図である。
【図８】本発明の入力装置の位相同期回路の構成図である。
【図９】従来技術を示す構成図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  指示器
２  凹凸パターン
３  変換手段
４  包絡線検波回路
５  認識手段
６  Ｘ方向凹凸パターン
７  Ｙ方向凹凸パターン
８  円周凹凸パターン
９  ダイオード
１０  抵抗
１１  コンデンサ
１２  位相同期回路
１３  サンプリング回路
１４  データバッファ
１５  判断手段
１６  検波後ディジタル信号
１７  同期信号
１８  データ信号
１９  成否信号
２０  振動パターン
２１  位相比較回路
２２  ループフィルタ
２３  電圧制御発振器
２４  分周器
３０  ローパスフィルタ
３１  突起部
３２  平坦部
３５  カウンタ
３６  入力スピード信号
４０  変換手段出力信号
４１  整流後信号
４２  入力情報信号
５０  同期データ
５１  境界データ
５２  情報データ
５３  チェックデータ
６１〜６３  波形
【図１】
2006011763.tif 000003
【図２】
2006011763.tif 000004
【図３】
2006011763.tif 000005
【図４】
2006011763.tif 000006
【図５】
2006011763.tif 000007
【図６】
2006011763.tif 000008
【図７】
2006011763.tif 000009
【図８】
2006011763.tif 000010
【図９】
2006011763.tif 000011