(57)【要約】【課題】ケーシングの薄型化によって、抵抗体が固定電極に近接配置された構造であっても、入力操作の有無を判定して待機モードと座標検出モードの切り換えができるポインティングデバイス及び座標入力システムを提供する。【解決手段】操作部１の基端に球面状の転動部２を形成し、該転動部２から可撓性を有する取付フランジ３を延出し、該取付フランジ３は給電電極１２〜１５に接続されると共にケーシング４に固定して操作部１をケーシング４内に保持し、転動部２及び取付フランジ３の表面には連続する抵抗体１１を有し、ケーシング４の底部には、抵抗体１１との接触点を形成する固定電極１０を設置し、操作開始前の中立位置にあっては抵抗体１１と固定電極１０とは絶縁状態で接触しており、操作部１を傾斜させることで抵抗体１１と固定電極１０との絶縁状態が解除され導通状態となるようにした。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
操作部の基端に球面状の転動部を形成し、該転動部から可撓性を有する取付フランジを延出し、該取付フランジは給電電極に接続されると共にケーシングに固定して前記操作部をケーシング内に保持し、前記転動部及び前記取付フランジの表面には連続する抵抗体を有し、前記ケーシングの底部には、前記抵抗体との接触点を形成する固定電極を設置してなるポインティングデバイスであって、
操作開始前の中立位置にあっては前記抵抗体と固定電極とは絶縁状態で接触しており、前記操作部を傾斜させることで前記抵抗体と固定電極との絶縁状態が解除され導通状態となることを特徴とするポインティングデバイス。
【請求項２】
前記絶縁部が要求される分解能を損なわない大きさに形成されていることを特徴とする請求項１に記載のポインティングデバイス。
【請求項３】
前記絶縁部が絶縁基板上に固設された前記固定電極の貫通孔であることを特徴とする請求項１又は２に記載のポインティングデバイス。
【請求項４】
前記絶縁部が固定電極上の絶縁被膜であることを特徴とする請求項１乃至３に記載のポインティングデバイス。
【請求項５】
前記絶縁部が抵抗体に設けた絶縁性の突起であることを特徴とする請求項１乃至４に記載のポインティングデバイス。
【請求項６】
請求項１に記載のポインティングデバイスを用いた座標入力システムであって、
前記絶縁部が固定電極と抵抗体を絶縁している間はシステムを待機モードにし、両者の絶縁が解消されると、システムを座標検出モードに移行させる制御手段を備えたことを特徴とする座標入力システム。
【請求項７】
前記固定電極に抵抗を介して所定電圧を印加しておき、前記固定電極の電位を検出して前記抵抗体と固定電極の絶縁状態を判定する絶縁判定回路を設け、該絶縁判定回路からの信号に基づいて、前記制御手段が待機モードと座標検出モードの切り換えを行なうことを特徴とする請求項６に記載の座標入力システム。
【請求項８】
前記制御手段は、座標検出モードに入った直後の座標データ値を記憶し、それ以降、固定電極で検出される座標データから前記座標データ値を減算して画面上の表示点を決定することを特徴とする請求項７に記載の座標入力システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種電子機器において２次元の座標入力手段として使用されるポインティングデバイス及び、同デバイスを用いた座標入力システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のポインティングデバイスとしては、操作部の先端に球面状の転動部を形成し、この転動部から可撓性を有する取付フランジを延出し、この取付フランジをケーシングに固定して操作部をケーシング内に直立保持し、さらに、複数対の電極を備えた抵抗体を転動部の表面に設ける一方、ケーシングの底部には、抵抗体との接触点の電位を検出する固定電極を設置したものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
これは、出願人が既に出願したものであって、操作部を操作すると、転動部が固定電極上を転動し、その接触点の電位が入力座標値として固定電極から出力されることになる。
【０００４】
つまり、操作部が操作されてない状態では、抵抗体が固定電極から離間しているが、操作がされると、固定電極と接触することになる。そこで、固定電極に高抵抗体を介して所定電圧を印加しておくことで、固定電極の電位変化によって、抵抗体の固定電極に対する接触と離間が分かるようにしている。つまり、固定電極の電位が所定値に保持されている場合には、操作部への入力操作がないと判断してよいので、システムを待機モードにし、座標検出プログラム等の実行を停止させておくことで、システムの省電力化を図っている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３４４０６６号公報（第３頁、第１〜２図）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ポインティングデバイスは携帯情報端末に使用される傾向があり、薄型化の要請が強くなっている。しかし、薄型化すると、入力操作のない状態でも、抵抗体が固定電極に接触してしまうため、固定電極の電位監視による入力操作の有無の判定ができなくなる。つまり、座標検出モードによって抵抗体の接触点の常時監視をしなければならず、消費電力の増加が避けられなくなる。
【０００７】
なお、入力操作がない場合の、抵抗体と固定電極の接触点の電位を想定し、この想定電位から一定範囲内に接触点電位がある時には、入力操作がないものとみなし、待機モードに移行させてもよい。しかし、その場合、抵抗体の抵抗値分布を高精度で均一なものにしなければならず、製造コストの大幅なアップを招き実用的でない。
【０００８】
この発明は、このような事情に鑑み、ケーシングの薄型化によって、抵抗体が固定電極に近接配置された構造であっても、入力操作の有無を判定して待機モードと座標検出モードの切り換えができるポインティングデバイス及び座標入力システムを提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、操作部の基端に球面状の転動部を形成し、該転動部から可撓性を有する取付フランジを延出し、該取付フランジは給電電極に接続されると共にケーシングに固定して前記操作部をケーシング内に保持し、前記転動部及び前記取付フランジの表面には連続する抵抗体を有し、前記ケーシングの底部には、前記抵抗体との接触点を形成する固定電極を設置してなるポインティングデバイスであって、操作開始前の中立位置にあっては前記抵抗体と固定電極とは絶縁状態で接触しており、前記操作部を傾斜させることで前記抵抗体と固定電極との絶縁状態が解除され導通状態となることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、前記絶縁部が要求される分解能を損なわない大きさに形成されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の構成に加えて、前記絶縁部が絶縁基板上に固設された前記固定電極の貫通孔であることを特徴としている。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３に記載の構成に加えて、前記絶縁部が固定電極上の絶縁被膜であることを特徴としている。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４に記載の構成に加えて、前記絶縁部が抵抗体に設けた絶縁性の突起であることを特徴としている。
【００１４】
請求項６に係る発明は、請求項１に記載のポインティングデバイスを用いた座標入力システムであって、前記絶縁部が固定電極と抵抗体を絶縁している間はシステムを待機モードにし、両者の絶縁が解消されると、システムを座標検出モードに移行させる制御手段を備えたことを特徴としている。
【００１５】
請求項７に係る発明は、請求項６に記載の構成に加えて、前記固定電極に抵抗を介して所定電圧を印加しておき、前記固定電極の電位を検出して前記抵抗体と固定電極の絶縁状態を判定する絶縁判定回路を設け、該絶縁判定回路からの信号に基づいて、前記制御手段が待機モードと座標検出モードの切り換えを行なうことを特徴としている。
【００１６】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の構成に加えて、前記制御手段は、座標検出モードに入った直後の座標データ値を記憶し、それ以降、固定電極で検出される座標データから前記座標データ値を減算して画面上の表示点を決定することを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、この発明の実施の形態に係るポインティングデバイスを示している。
【００１９】
同図において、１は操作部で、その基端には球面状の転動部２を形成している。操作部１は、本体部１ａと転動部２の境界から可撓性を有する取付フランジ３を延出している。この取付フランジ３をケーシング４に固定することで、操作部１をケーシング４内で中立位置に保持している。
【００２０】
取付フランジ３の周縁には保持部５が一体成形してあり、この保持部５をアッパープレート６とロアプレート７で挟着することで、操作部１をケーシング４に組み付けている。操作部１の先端は、アッパープレート６の孔８に挿通して把手９を取り付けている。また、ロアプレート７の上面には固定電極１０を設置している。
【００２１】
転動部２、取付フランジ部３及び保持部５の下面には抵抗体１１が一体成形されている。この抵抗体１１の周縁部には、４つの給電電極１２〜１５が周方向の等分箇所にそれぞれ配置されている（図３参照）。これら給電電極１２〜１５は細長いプレートで構成されていて、その長辺が互いに対向するように配置されている。
【００２２】
給電電極１２〜１５は、対向するもの同士が対になって直流電源１６，１７とアースに接続される。つまり、給電電極１２，１３は、それぞれスイッチ１８，１９を介して直流電源１６，１７に接続される一方、給電電極１４，１５は、それぞれスイッチ２０，２１を介して接地され、これらスイッチ１８〜２１は、後述の制御手段によって、相対向する電極間に電圧Ｅ１が交互に印加されるように開閉制御される。
【００２３】
図３（ｂ）は給電電極１２，１４間に電圧Ｅ１を印加した場合の、抵抗体１１の等電位線の分布を示している。一方、給電電極１３，１５間に電圧Ｅ１を印加した場合には、これと直交する等電位線が形成されることになる。
【００２４】
つまり、抵抗体１１の座標（ｉ，ｊ）は、各電極対により生じる電位（Ｖｉ，Ｖｊ）と対応している。よって、転動部２が固定電極１０上を転動する際に、固定電極１０で検出される電位（Ｖｉ，Ｖｊ）から転動部２の接触点の座標（ｉ，ｊ）を知ることができるのである。
【００２５】
このポインティングデバイスは、操作開始前の操作部１の中立位置において抵抗体１１と固定電極１０の間は絶縁状態で接触できるように絶縁部を設けている。これにより、ケーシング４を薄型にできる効果が生まれる。
【００２６】
絶縁部は、図２に示すように、固定電極１０に設けた貫通孔２２である。つまり、入力操作がなくて、操作部１が中立位置になっている場合、抵抗体１１が貫通孔２２に嵌って固定電極１０とは接触しないが、操作部１を傾斜させると、抵抗体１１が固定電極１０に乗り上げて接触することになる。このような絶縁部を設けると、座標の原点近傍に不感帯が生じることになるので、絶縁部は、要求される分解能を損なわない大きさにしなければならない。
【００２７】
このポインティングデバイスには、固定電極１０の電位を検出して絶縁部の状態を判定する絶縁判定回路２３が設けている。この絶縁判定回路２３は、固定電極１０に抵抗２４を介して電圧Ｅ２を印加するとともに、ＯＰアンプ２５の反転入力端子に固定電極１０の電位を入力し、ＯＰアンプ２５の非反転入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆを印可している。ＯＰアンプ２５の出力はＩＮＴ（割り込み要求）信号として制御手段（図示せず）に送られる。一方、固定電極１０の電位はアンプ２６で増幅され、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）を介して制御手段に送られる。
【００２８】
操作部１が中立位置にある場合、固定電極１０は抵抗体１１と絶縁されているため、その電位はＥ２に保たれる。基準電圧Ｖｒｅｆはこれよりも低く設定されているため、ＯＰアンプ２４は負のＩＮＴ信号を発生する。このＩＮＴ信号が負の場合、制御手段はシステムを待機モードにし、スイッチ１８，１９をＯＦＦにして抵抗体１１を直流電源１６，１７から切り離す一方、スイッチ２０，２１はＯＮにして抵抗体１１を接地している。また、座標検出プログラムの実行を停止して省電力化を図る。
【００２９】
この状態で操作部１を傾斜させると、固定電極１０が抵抗体１１と接触し、その電位は０Ｖ付近まで降下する。これは、抵抗２４の抵抗値Ｒ２が抵抗体１１の電極間の抵抗値Ｒ１に較べて十分に大きいからである。すると、ＯＰアンプ２５の出力であるＩＮＴ信号が負から正に反転する。つまり、固定電極１０が抵抗体１１と接離するのにともなって、ＯＰアンプ２５の出力が反転を繰り返すことになる。
【００３０】
ＩＮＴ信号が正に反転すると、制御手段はシステムを座標検出モードに移行させる。つまり、スイッチ１８〜２１は、相対向する電極間に電圧Ｅ１が交互に印加されるように開閉制御される。同時に、停止していた座標検出プログラムの実行を開始する。
【００３１】
ところで、座標検出モードへの移行に際し、固定電極１０を電圧源Ｅ２から切り離すことによって、固定電極１０で検出される電位（Ｖｉ，Ｖｊ）の誤差をなくし、抵抗体１１の接触点座標（ｉ，ｊ）と完全に一致させるのが好ましい。ただし、抵抗２４の抵抗値Ｒ２を抵抗体１１の抵抗値Ｒ１に較べて十分に大きくしてあるので、固定電極１０での検出電位の誤差は実用上無視できる程度に小さくなる。よって、要求される分解能がさほど高くない場合、固定電極１０に電圧Ｅ２を常時印加したままでも差し支えない。
【００３２】
なお、抵抗値Ｒ１，Ｒ２、電源電圧Ｅ１，Ｅ２及び基準電圧Ｖｒｅｆの一例を以下に示す。
【００３３】
抵抗値Ｒ１は１００〜３０ＫΩ、好ましくは８００〜１５ＫΩ。
【００３４】
抵抗値Ｒ２は１０Ｋ〜１０ＭΩ、好ましくは３０Ｋ〜１ＭΩ。
【００３５】
電源電圧Ｅ１＝Ｅ２＝５Ｖ、基準電圧Ｖｒｅｆ＝４．５Ｖ。
【００３６】
次に、この座標入力システムの動作について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
【００３７】
図４のフローチャートは、制御手段が実行する処理プログラムを示している。このプログラムは、タイマー割り込みによって所定時間（例えば、２０ｍｓｅｃ）毎に実行される。
【００３８】
まず、ステップ１でＩＮＴ信号が正であるか否かを判断する。操作部１の未操作時には、上述の如く、ＩＮＴ信号が負であるので、ステップ２ヘ進み、システムを待機モードにし、ステップ３でフラグをゼロにしてメインルーチンへ戻る。操作部１が操作されない限り、このような処理が行なわれる。
【００３９】
操作部１が操作されると、上述の如く、ＩＮＴ信号が正に反転するので、ステップ３からステップ４ヘ進み、システムを座標検出モードにする。ここで、抵抗体１１の相対向する電極間に電圧Ｅ１が交互に印加されるので、ステップ５では、ポインティングデバイスから出力される、抵抗体１１の固定電極１０に対する接触点の電位Ｖを読み込む。
【００４０】
ステップ６では、フラグがゼロであるか否かを判断するが、ここではフラグはゼロであるので、ステップ７へ進み、ステップ５で読み込んだ出力電位Ｖを初期値Ｖ０として記憶する。次いで、ステップ８に進んでフラグを１にセットし、メインルーチンへ戻る。
【００４１】
つまり、座標検出モードへの移行にともなって、フラグが１にセットされるので、次回の処理からはステップ６からステップ９へジャンプし、ステップ５で読み込んだ出力電位から初期値Ｖ０を減算して新たな出力電位Ｖとする。次いで、ステップ１０に進み、ステップ９で算出した出力電位Ｖを表示装置等に座標データとして出力し、メインルーチンへ戻る。操作部１の操作が行なわれなくなると、ステップ１からステップ２へ進み、待機モードに復帰する。
【００４２】
つまり、操作部１が操作されて、抵抗体１１が固定電極１０に接触した際、最初に出力される座標データを座標原点として記憶し、それ以降、出力される座標データを、この記憶した座標原点からの変移として補正している。
【００４３】
このような補正を行なうのは、次のような理由による。
【００４４】
抵抗体１１の抵抗値分布を完全に均一なものにするには、現在の技術では無理がある。このため、図５に示すような電位のばらつきが生じてしまう。
【００４５】
同図は、抵抗体１１の直径方向に対する電位の変化を示すもので、抵抗値の分布が不均一である結果、２つの曲線ａ，ｂで囲まれる範囲に電位が分散することになる。つまり、座標原点の位置ｌ０では電位のばらつきがΔＶになる。
【００４６】
このため、操作部１の操作を開始した際、カーソールが原点から離れた位置に飛んでしまい、つまり、カーソールの移動が入力操作に対応したものでなくなり、操作者に違和感を与えてしまう。そこで、入力操作後の最初の座標データに基づいて、座標原点の補正を行なうことで、カーソールの飛びを防止し、入力操作に対応してカーソールを円滑に移動させることを可能にしている。
【００４７】
このポインティングデバイスでは、固定電極１０の電位を検出して抵抗体１１と固定電極１０の絶縁状態を判定する絶縁判定回路２３が設けて、操作部１への入力操作の有無を判定しているので、この判定が正確かつ迅速に行なえる。
【００４８】
そして、絶縁判定回路２３の出力信号に基づいて、待機モードと座標検出モードの切り換えを行なっているので、ケーシング４の薄型化によって、抵抗体１１が固定電極１０に近接配置された構造であっても、入力操作の有無が正確に判断できる。よって、座標検出モードから待機モードへの移行による省電力化が可能になる。
【００４９】
また、固定電極１０に貫通孔２２を設けているので、座標の原点近傍に不感帯が生じているが、例えば、貫通孔２２の径を座標入力装置の要求分解能より小さく設定することで、スペックダウンを実用上支障のないものにしている。
【００５０】
さらに、操作部１の未操作時には、抵抗体１１が固定電極１０の貫通孔２２に嵌って両者を絶縁しているが、固定電極１０のロアプレート７への固着に先立って、エッチング等によって貫通孔２２を形成しておけばよいので、加工が容易であって、生産コストの上昇を抑制することができ、耐久性にも優れたものとなる。
【００５１】
さらにまた、操作部１の操作開始に際し、最初に出力される座標データを座標原点として補正しているので、カーソールの飛びを防止することができ、入力操作に対応してカーソールを円滑に移動させることが可能になる。
【００５２】
以上の実施の形態では、固定電極１０に貫通孔２２を設けて絶縁部としているが、絶縁部の構成はこれに限定されるものではない。例えば、図６に示すように固定電極１０上に絶縁被膜２７を設けてもよいし、図７に示すように抵抗体１１に絶縁性の突起２８設けてもよい。前者の構造にすると、生産コストの上昇がさらに抑制される一方、後者の構造にすると、操作部１の操作開始に際し、抵抗体１１が固定電極８と接触する感触が手に伝わり、操作部の操作に節度感が生じる。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１又は請求項６に係る発明によれば、絶縁部が固定電極と抵抗体を絶縁している間は、操作部が未操作であるとみなしてシステムを待機モードにし、両者の絶縁が解消されると、システムを座標検出モードに移行させているので、システムの省電力化に役立たせることができる。
【００５４】
請求項２に係る発明によれば、要求される分解能を損なわないように絶縁部の大きさが設定されているので、スペックダウンは実用上支障のないものとなる。
【００５５】
請求項３に係る発明によれば、貫通孔の固定電極への加工が容易であるので、生産コストの上昇を抑制することができ、耐久性にも優れたものとなる。
【００５６】
請求項４に係る発明によれば、固定電極への絶縁被膜の形成が１つの工程で行なえるので、生産コストの更なる抑制が可能になる。
【００５７】
請求項５に係る発明によれば、絶縁部が抵抗体に設けた絶縁性の突起であるので、操作部の操作開始に際し、抵抗体が固定電極と接触する感触が手に伝わり、操作部の操作に節度感が生じる。
【００５８】
請求項７に係る発明によれば、固定電極の電位を検出して抵抗体と固定電極の絶縁状態を絶縁判定回路で判定しているので、入力操作の有無の判定が正確かつ迅速に行なえる。
【００５９】
請求項８に係る発明によれば、操作部の操作開始に際し、最初に出力される座標データを座標原点として補正しているので、カーソールの飛びを防止することができ、入力操作に対応してカーソールを円滑に移動させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係るポインティングデバイスの断面図である。
【図２】図１の点線枠Ａ内を拡大して示した要部断面図である。
【図３】この発明の実施の形態に係るポインティングデバイスの抵抗体に対する電極の配置を示す模式図である。
【図４】同実施の形態に係るポインティングデバイスの出力データの処理方法を示すフローチャートである。
【図５】同実施の形態に係るポインティングデバイスの抵抗体の電位分布を説明するグラフである。
【図６】図２の変形例を示した要部断面図である。
【図７】図２の変形例を示した要部断面図である。
【符号の説明】
１　操作部
２　転動部
３　取付フランジ
４　ケーシング
５　保持部
６　アッパープレート
７　ロアプレート
１０　固定電極
１１　抵抗体
１２　給電電極
１３　給電電極
１４　給電電極
１５　給電電極
１６　直流電源
１７　直流電源
１８　スイッチ
１９　スイッチ
２０　スイッチ
２１　スイッチ
２２　貫通孔
２３　絶縁判定回路
２４　抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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