(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電基板、第１、第２、第３および第４の超音波送受波手段、基板押圧体、カーソル移動方向設定手段およびカーソル移動距離算出手段から成る超音波ポインティングデバイスであって、
前記圧電基板は、その厚さ方向と分極軸の方向とが平行であって、
前記各超音波送受波手段は、入力用および出力用すだれ状電極から成り、前記圧電基板の前記厚さ方向と垂直な上方の板面に設けられており、
前記入力用すだれ状電極は、電気信号を受信することにより前記圧電基板の前記上方の板面に弾性表面波を励振し、
前記出力用すだれ状電極は、前記弾性表面波を電気信号に変換して出力し、
前記第１、第２、第３および第４の超音波送受波手段は、前記圧電基板の前記上方の板面にそれぞれ第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路を形成し、
前記基板押圧体は、弾性体で成り、前記各超音波伝搬路に接触することにより前記弾性表面波を減衰させ、前記出力用すだれ状電極で検出される出力電気信号を、前記基板押圧体の前記各超音波伝搬路への接触圧に応じて減衰させ、
前記カーソル移動方向設定手段は、前記出力用すだれ状電極の出力端に接続され、前記第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路のうちの１つに前記基板押圧体が接触したときにその接触した超音波伝搬路に応じてディスプレイの画面上のカーソルの移動方向を設定するか、または前記第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路のうちの少なくとも２つに前記基板押圧体が接触したときにその接触した超音波伝搬路に対応する出力用すだれ状電極で検出されるそれぞれの出力電気信号の減衰量の比に応じて前記カーソルの移動方向を設定し、
前記カーソル移動距離算出手段は、前記出力用すだれ状電極の出力端に接続され、前記第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路のうちの１つに前記基板押圧体が接触したときにその接触した超音波伝搬路に対応する出力用すだれ状電極で検出される出力電気信号の減衰量に応じて前記カーソルの移動距離を算出するか、または前記第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路のうちの少なくとも２つに前記基板押圧体が接触したときにその接触した超音波伝搬路に対応する出力用すだれ状電極で検出されるそれぞれの出力電気信号の減衰量に応じて前記カーソルの移動距離を算出する超音波ポインティングデバイス。
【請求項２】
圧電基板、第１、第２、第３および第４の超音波送受波手段、基板押圧体、カーソル移動方向設定手段およびカーソル移動距離算出手段から成る超音波ポインティングデバイスであって、
前記圧電基板は、その厚さ方向と分極軸の方向とが平行であって、
前記各超音波送受波手段は、入力用および出力用すだれ状電極から成り、前記圧電基板の前記厚さ方向と垂直な上方の板面に設けられており、
前記入力用すだれ状電極は、電気信号を受信することにより前記圧電基板の前記上方の板面に弾性表面波を励振し、
前記出力用すだれ状電極は、前記弾性表面波を電気信号に変換して出力し、
前記第１、第２、第３および第４の超音波送受波手段は、前記圧電基板の前記上方の板面にそれぞれ第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路を形成し、
前記第１および第２の超音波伝搬路は互いに平行で、前記第３および第４の超音波伝搬路は互いに平行であり、
前記第１および第２の超音波伝搬路と、前記第３および第４の超音波伝搬路とは、互いに直交することにより４つの伝搬交叉領域を形成し、
前記基板押圧体は、弾性体で成り、前記各伝搬交叉領域に接触することにより前記弾性表面波を減衰させ、前記出力用すだれ状電極で検出される出力電気信号を、前記基板押圧体の前記各伝搬交叉領域への接触圧に応じて減衰させ、
前記カーソル移動方向設定手段は、前記出力用すだれ状電極の出力端に接続され、４つの前記伝搬交叉領域のうちの１つに前記基板押圧体が接触したときにその接触した伝搬交叉領域に応じてディスプレイの画面上のカーソルの移動方向を設定するか、または４つの前記伝搬交叉領域のうちの少なくとも２つに前記基板押圧体が接触したときにその接触した伝搬交叉領域に対応する出力用すだれ状電極で検出されるそれぞれの出力電気信号の減衰量の比に応じて前記カーソルの移動方向を設定し、
前記カーソル移動距離算出手段は、前記出力用すだれ状電極の出力端に接続され、４つの前記伝搬交叉領域のうちの１つに前記基板押圧体が接触したときにその接触した伝搬交叉領域に対応する２つの出力用すだれ状電極で検出されるそれぞれの出力電気信号の減衰量に応じて前記カーソルの移動距離を算出するか、または４つの前記伝搬交叉領域のうちの少なくとも２つに前記基板押圧体が接触したときにその接触した伝搬交叉領域に対応する出力用すだれ状電極で検出されるそれぞれの出力電気信号の減衰量に応じて前記カーソルの移動距離を算出する超音波ポインティングデバイス。
【請求項３】
前記第１および第２の超音波送受波手段の２つの前記入力用すだれ状電極の代わりに１つの入力用すだれ状電極が設けられ、その１つの入力用すだれ状電極とそれに対向する２つの前記出力用すだれ状電極との間に第１および第２の超音波伝搬路が形成され、
前記第３および第４の超音波送受波手段の２つの前記入力用すだれ状電極の代わりに１つの入力用すだれ状電極が設けられ、その１つの入力用すだれ状電極とそれに対向する２つの前記出力用すだれ状電極との間に第３および第４の超音波伝搬路が形成される請求項２に記載の超音波ポインティングデバイス。
【請求項４】
前記基板押圧体がシート状の形状を有する天然ゴム、合成ゴムまたは熱可塑性エラストマーで成る請求項１，２または３に記載の超音波ポインティングデバイス。
【請求項５】
前記基板押圧体の上部に突起が設けられ、前記突起が押されることにより前記基板押圧体が変形して前記基板押圧体の下面の一部と、前記第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路のうちの少なくとも１つとが接触する請求項１または４に記載の超音波ポインティングデバイス。
【請求項６】
前記基板押圧体の上部に突起が設けられ、前記突起が押されることにより前記基板押圧体が変形して前記基板押圧体の下面の一部と、４つの前記伝搬交叉領域のうちの少なくとも１つとが接触する請求項２，３または４に記載の超音波ポインティングデバイス。
【請求項７】
前記圧電基板の前記上方の板面のうち前記各超音波伝搬路の少なくとも一部を除く部分と、前記基板押圧体との間にスペーサが設けられ、
前記スペーサは弾性表面波を吸収しにくい材質で成る請求項４，５または６に記載の超音波ポインティングデバイス。
【請求項８】
前記圧電基板が圧電セラミックで成る請求項１，２，３，４，５，６または７に記載の超音波ポインティングデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にノート型パソコンのような携帯型パソコン等の補助入力装置として有用な超音波ポインティングデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パソコン等の主入力装置としてはキーボードが、補助入力装置としてはポインティングデバイスが用いられている。従来のポインティングデバイスは、主にディスプレイの画面上に表示されるカーソルの座標を指定するために用いられており、次の２種類に大別される。
【０００３】
第１は、絶対座標型ポインティングデバイスである。これは、ディスプレイの画面上に重なるように設けられた層を直接接触することによりディスプレイ上の座標を入力するタイプのものであり、タッチパネル等が挙げられる。タッチパネルでは、ディスプレイの画面上に設けられた透明電極に指やペンで触れることによりディスプレイの画面上に表示されているカーソルを移動させることができる。
【０００４】
第２は、相対座標型ポインティングデバイスである。これは、ディスプレイの外部から、ディスプレイの画面上に表示されているカーソルの移動方向と移動距離をパルス情報として供給することによりカーソルを移動させるタイプのものであり、マウスの他、静電容量方式、歪みセンサ方式、感圧ゴム方式によるデバイス等が挙げられる。マウスはマウス自体を平面移動させてその移動方向と移動距離を指示するもので、静電容量方式によるデバイスはパッドの上で指を平面移動させてその移動方向と移動距離を指示するもので、歪みセンサ方式および感圧ゴム方式によるデバイスは、操作部に加えられた力により電気抵抗が変化する素子を用いて操作部に加えられた力の大きさとその方向から移動方向と移動距離を指示するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、圧電基板上に励振された弾性表面波の伝搬路に接触することにより、ディスプレイの画面上のカーソルの移動方向と移動距離を算出する超音波ポインティングデバイスを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の超音波ポインティングデバイスは、圧電基板、第１、第２、第３および第４の超音波送受波手段、基板押圧体、カーソル移動方向設定手段およびカーソル移動距離算出手段から成る超音波ポインティングデバイスであって、
前記圧電基板は、その厚さ方向と分極軸の方向とが平行であって、
前記各超音波送受波手段は、入力用および出力用すだれ状電極から成り、前記圧電基板の前記厚さ方向と垂直な上方の板面に設けられており、
前記入力用すだれ状電極は、電気信号を受信することにより前記圧電基板の前記上方の板面に弾性表面波を励振し、
前記出力用すだれ状電極は、前記弾性表面波を電気信号に変換して出力し、
前記第１、第２、第３および第４の超音波送受波手段は、前記圧電基板の前記上方の板面にそれぞれ第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路を形成し、
前記基板押圧体は、弾性体で成り、前記各超音波伝搬路に接触することにより前記弾性表面波を減衰させ、前記出力用すだれ状電極で検出される出力電気信号を、前記基板押圧体の前記各超音波伝搬路への接触圧に応じて減衰させ、
前記カーソル移動方向設定手段は、前記出力用すだれ状電極の出力端に接続され、前記第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路のうちの１つに前記基板押圧体が接触したときにその接触した超音波伝搬路に応じてディスプレイの画面上のカーソルの移動方向を設定するか、または前記第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路のうちの少なくとも２つに前記基板押圧体が接触したときにその接触した超音波伝搬路に対応する出力用すだれ状電極で検出されるそれぞれの出力電気信号の減衰量の比に応じて前記カーソルの移動方向を設定し、
前記カーソル移動距離算出手段は、前記出力用すだれ状電極の出力端に接続され、前記第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路のうちの１つに前記基板押圧体が接触したときにその接触した超音波伝搬路に対応する出力用すだれ状電極で検出される出力電気信号の減衰量に応じて前記カーソルの移動距離を算出するか、または前記第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路のうちの少なくとも２つに前記基板押圧体が接触したときにその接触した超音波伝搬路に対応する出力用すだれ状電極で検出されるそれぞれの出力電気信号の減衰量に応じて前記カーソルの移動距離を算出する。
【０００７】
請求項２に記載の超音波ポインティングデバイスは、圧電基板、第１、第２、第３および第４の超音波送受波手段、基板押圧体、カーソル移動方向設定手段およびカーソル移動距離算出手段から成る超音波ポインティングデバイスであって、
前記圧電基板は、その厚さ方向と分極軸の方向とが平行であって、
前記各超音波送受波手段は、入力用および出力用すだれ状電極から成り、前記圧電基板の前記厚さ方向と垂直な上方の板面に設けられており、
前記入力用すだれ状電極は、電気信号を受信することにより前記圧電基板の前記上方の板面に弾性表面波を励振し、
前記出力用すだれ状電極は、前記弾性表面波を電気信号に変換して出力し、
前記第１、第２、第３および第４の超音波送受波手段は、前記圧電基板の前記上方の板面にそれぞれ第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路を形成し、
前記第１および第２の超音波伝搬路は互いに平行で、前記第３および第４の超音波伝搬路は互いに平行であり、
前記第１および第２の超音波伝搬路と、前記第３および第４の超音波伝搬路とは、互いに直交することにより４つの伝搬交叉領域を形成し、
前記基板押圧体は、弾性体で成り、前記各伝搬交叉領域に接触することにより前記弾性表面波を減衰させ、前記出力用すだれ状電極で検出される出力電気信号を、前記基板押圧体の前記各伝搬交叉領域への接触圧に応じて減衰させ、
前記カーソル移動方向設定手段は、前記出力用すだれ状電極の出力端に接続され、４つの前記伝搬交叉領域のうちの１つに前記基板押圧体が接触したときにその接触した伝搬交叉領域に応じてディスプレイの画面上のカーソルの移動方向を設定するか、または４つの前記伝搬交叉領域のうちの少なくとも２つに前記基板押圧体が接触したときにその接触した伝搬交叉領域に対応する出力用すだれ状電極で検出されるそれぞれの出力電気信号の減衰量の比に応じて前記カーソルの移動方向を設定し、
前記カーソル移動距離算出手段は、前記出力用すだれ状電極の出力端に接続され、４つの前記伝搬交叉領域のうちの１つに前記基板押圧体が接触したときにその接触した伝搬交叉領域に対応する２つの出力用すだれ状電極で検出されるそれぞれの出力電気信号の減衰量に応じて前記カーソルの移動距離を算出するか、または４つの前記伝搬交叉領域のうちの少なくとも２つに前記基板押圧体が接触したときにその接触した伝搬交叉領域に対応する出力用すだれ状電極で検出されるそれぞれの出力電気信号の減衰量に応じて前記カーソルの移動距離を算出する。
【０００８】
請求項３に記載の超音波ポインティングデバイスは、請求項２に記載の前記第１および第２の超音波送受波手段の２つの前記入力用すだれ状電極の代わりに１つの入力用すだれ状電極が設けられ、その１つの入力用すだれ状電極とそれに対向する２つの前記出力用すだれ状電極との間に第１および第２の超音波伝搬路が形成されるとともに、
前記第３および第４の超音波送受波手段の２つの前記入力用すだれ状電極の代わりに１つの入力用すだれ状電極が設けられ、その１つの入力用すだれ状電極とそれに対向する２つの前記出力用すだれ状電極との間に第３および第４の超音波伝搬路が形成される。
【０００９】
請求項４に記載の超音波ポインティングデバイスは、前記基板押圧体がシート状の形状を有する天然ゴム、合成ゴムまたは熱可塑性エラストマーで成る。
【００１０】
請求項５に記載の超音波ポインティングデバイスは、請求項１または４に記載の前記基板押圧体の上部に突起が設けられ、前記突起が押されることにより前記基板押圧体が変形して前記基板押圧体の下面の一部と、前記第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路のうちの少なくとも１つとが接触する。
【００１１】
請求項６に記載の超音波ポインティングデバイスは、請求項２，３または４に記載の前記基板押圧体の上部に突起が設けられ、前記突起が押されることにより前記基板押圧体が変形して前記基板押圧体の下面の一部と、４つの前記伝搬交叉領域のうちの少なくとも１つとが接触する。
【００１２】
請求項７に記載の超音波ポインティングデバイスは、請求項４，５または６に記載の前記圧電基板の前記上方の板面のうち前記各超音波伝搬路の少なくとも一部を除く部分と、前記基板押圧体との間にスペーサが設けられ、
前記スペーサは弾性表面波を吸収しにくい材質で成る。
【００１３】
請求項８に記載の超音波ポインティングデバイスは、前記圧電基板が圧電セラミックで成る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の超音波ポインティングデバイスの第１の構造は、圧電基板、第１、第２、第３および第４の超音波送受波手段、基板押圧体、カーソル移動方向設定手段およびカーソル移動距離算出手段から成る。圧電基板は、その厚さ方向と分極軸の方向とが平行である。各超音波送受波手段は、入力用および出力用すだれ状電極から成り、圧電基板の厚さ方向と垂直な上方の板面に設けられている。カーソル移動方向設定手段およびカーソル移動距離算出手段はともに出力用すだれ状電極の出力端に接続されている。各入力用すだれ状電極は、その電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を受信することにより圧電基板の上方の板面に弾性表面波を励振する。この弾性表面波は各出力用すだれ状電極によって電気信号に変換されて出力される。このようにして、圧電基板の上方の板面において、入力用すだれ状電極とそれに対応する出力用すだれ状電極との間にそれぞれ第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路が形成される。もしも、弾性体で成る基板押圧体が各超音波伝搬路に接触すると弾性表面波が減衰し、出力用すだれ状電極で検出される出力電気信号が、基板押圧体の各超音波伝搬路への接触圧に応じて減衰する。カーソル移動方向設定手段は、第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路のうちの１つに基板押圧体が接触した場合、その接触した超音波伝搬路に応じてディスプレイの画面上のカーソルの移動方向を設定する。また、第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路のうちの少なくとも２つに接触した場合には、その接触した超音波伝搬路に対応する出力用すだれ状電極で検出されるそれぞれの出力電気信号の減衰量の比に応じてカーソルの移動方向を設定する。カーソル移動距離算出手段は、第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路のうちの１つに基板押圧体が接触した場合、その接触した超音波伝搬路に対応する出力用すだれ状電極で検出される出力電気信号の減衰量に応じてカーソルの移動距離を算出する。第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路のうちの少なくとも２つに接触した場合には、その接触した超音波伝搬路に対応する出力用すだれ状電極で検出されるそれぞれの出力電気信号の減衰量に応じてカーソルの移動距離を算出する。
【００１５】
本発明の超音波ポインティングデバイスの第１の構造では、基板押圧体がシート状の形状で成り、その上部に突起が設けられた構造が可能である。この場合、突起を押すと基板押圧体が変形して基板押圧体の下面の一部と、第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路のうちの少なくとも１つとが接触する。
【００１６】
本発明の超音波ポインティングデバイスの第２の構造は、超音波ポインティングデバイスの第１の構造と同様にして、圧電基板、第１、第２、第３および第４の超音波送受波手段、基板押圧体、カーソル移動方向設定手段およびカーソル移動距離算出手段から成る。但し、第１、第２、第３および第４の超音波送受波手段がそれぞれ形成する第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路は、超音波ポインティングデバイスの第１の構造とは異なり、互いに独立した形態をとっているわけではない。超音波ポインティングデバイスの第２の構造では、第１および第２の超音波伝搬路が互いに平行であるとともに、第３および第４の超音波伝搬路が互いに平行で、しかも、第１および第２の超音波伝搬路と、第３および第４の超音波伝搬路とが互いに直交した構造を有する。２つの超音波伝搬路からは１つの伝搬交叉領域が形成されることから、超音波ポインティングデバイスの第２の構造では、全部で４つの伝搬交叉領域が形成される。もしも、基板押圧体が各伝搬交叉領域に接触すると弾性表面波が減衰し、出力用すだれ状電極で検出される出力電気信号が、基板押圧体の各伝搬交叉領域への接触圧に応じて減衰する。カーソル移動方向設定手段は、４つの伝搬交叉領域のうちの１つに基板押圧体が接触した場合、その接触した伝搬交叉領域に応じてディスプレイの画面上のカーソルの移動方向を設定する。また、４つの伝搬交叉領域のうちの少なくとも２つに接触した場合には、その接触した伝搬交叉領域に対応する出力用すだれ状電極で検出されるそれぞれの出力電気信号の減衰量の比に応じてカーソルの移動方向を設定する。カーソル移動距離算出手段は、４つの伝搬交叉領域のうちの１つに基板押圧体が接触した場合、その接触した伝搬交叉領域に対応する２つの出力用すだれ状電極で検出されるそれぞれの出力電気信号の減衰量に応じてカーソルの移動距離を算出する。４つの伝搬交叉領域のうちの少なくとも２つに接触した場合には、その接触した伝搬交叉領域に対応する出力用すだれ状電極で検出されるそれぞれの出力電気信号の減衰量に応じてカーソルの移動距離を算出する。
【００１７】
本発明の超音波ポインティングデバイスの第３の構造は、超音波ポインティングデバイスの第２の構造における第１および第２の超音波送受波手段の２つの入力用すだれ状電極の代わりに１つの入力用すだれ状電極が設けられ、第３および第４の超音波送受波手段の２つの入力用すだれ状電極の代わりに１つの入力用すだれ状電極が設けられたものである。超音波ポインティングデバイスの第３の構造では入力用すだれ状電極とそれに対向する２つの出力用すだれ状電極との間に２つの超音波伝搬路が形成される。このようにして、第１，第２，第３および第４の超音波伝搬路が形成される。２つの超音波伝搬路からは１つの伝搬交叉領域が形成されることから、超音波ポインティングデバイスの第３の構造においても、超音波ポインティングデバイスの第２の構造と同様に、全部で４つの伝搬交叉領域が形成される。もしも、基板押圧体が各伝搬交叉領域に接触すると弾性表面波が減衰し、出力用すだれ状電極で検出される出力電気信号が、基板押圧体の各伝搬交叉領域への接触圧に応じて減衰する。カーソル移動方向設定手段は、４つの伝搬交叉領域のうちの１つに基板押圧体が接触した場合、その接触した伝搬交叉領域に応じてディスプレイの画面上のカーソルの移動方向を設定する。また、４つの伝搬交叉領域のうちの少なくとも２つに接触した場合には、その接触した伝搬交叉領域に対応する出力用すだれ状電極で検出されるそれぞれの出力電気信号の減衰量の比に応じてカーソルの移動方向を設定する。カーソル移動距離算出手段は、４つの伝搬交叉領域のうちの１つに基板押圧体が接触した場合、その接触した伝搬交叉領域に対応する２つの出力用すだれ状電極で検出されるそれぞれの出力電気信号の減衰量に応じてカーソルの移動距離を算出する。４つの伝搬交叉領域のうちの少なくとも２つに接触した場合には、その接触した伝搬交叉領域に対応する出力用すだれ状電極で検出されるそれぞれの出力電気信号の減衰量に応じてカーソルの移動距離を算出する。
【００１８】
本発明の超音波ポインティングデバイスの第２および第３の構造では、基板押圧体がシート状の形状で成り、その上部に突起が設けられた構造が可能である。この場合、突起を押すと基板押圧体が変形して基板押圧体の下面の一部と、４つの伝搬交叉領域のうちの少なくとも１つとが接触する。
【００１９】
本発明の超音波ポインティングデバイスでは、基板押圧体が超音波伝搬路以外の部分に接触することを避けるために、または超音波伝搬路の限られた部分のみに接触することを目的として、圧電基板の上方の板面のうち各超音波伝搬路の少なくとも一部を除く部分と、基板押圧体との間にスペーサを設けた構造が採用される。スペーサはフィルムまたはシートとして予め形成されているものを圧電基板上に乗せるか、または樹脂等を圧電基板上に塗布する方法が用いられるが、いずれにしろスペーサは弾性表面波を吸収しにくい材質で成る必要がある。スペーサの厚さは基板押圧体の厚さ、形または硬さ等によって変える必要があるが、厚さが厚すぎると基板押圧体を湾曲させるのに大きな力を要し、薄すぎるとスペーサとしての効果が減少する。従って、スペーサの厚さは１０μｍから１ｍｍが適当である。
【００２０】
本発明の超音波ポインティングデバイスでは、各すだれ状電極の電極周期長Ｐを小さくした場合、入力電気信号の周波数を高くしなければならず、出力電気信号の増幅が困難になる。電極周期長Ｐを大きくした場合には、デバイス自体の大きさが大きくなってしまう。従って、電極周期長Ｐは０．１ｍｍから２ｍｍが適当である。圧電基板の材質としては、ＰＺＴ、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、水晶またはＰＶＤＦ等の高分子フィルムが挙げられる。各すだれ状電極の材質としては、アルミニウム、金、クロム、銅等が挙げられ、スパッタリング、蒸着またはメッキ等の方法を用いて圧電基板上に形成され、フォトリソグラフィーまたは形成時にマスクすることにより加工される。基板押圧体の材質としては、天然ゴムの他、シリコンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ニトリルゴムまたはブチルゴム等の合成ゴム、また、スチレンブタジエン系、オレフィン系、ポリエステル系、ポリウレタン系、ＰＶＣ系、ポリアミド系またはフッソゴム系等の熱可塑性エラストマーが挙げられる。
【００２１】
非圧電板に弾性表面波を励振する方法としては、バルク波振動子を用いたくさび形トランスデューサにより間接的に励振する方法、圧電薄膜トランスデューサにより直接的に励振する方法等が挙げられる。くさび形トランスデューサはくさび角の工作精度の問題等を有し、圧電薄膜トランスデューサは加工性や量産性に問題がある。このような、非圧電板に弾性表面波を励振する方法に対し、圧電基板自体に弾性表面波を励振する方法では、入力用すだれ状電極で入力された入力電気信号が弾性表面波に変換される度合が大きく、結果として、デバイスの大きさを小型軽量化できる。このようにして、本発明の超音波ポインティングデバイスでは、圧電基板に直接弾性表面波を励振する方法が採用されている。
【００２２】
【実施例】
図１は本発明の超音波ポインティングデバイスの第１の実施例を示す平面図である。本実施例は圧電基板１、第１、第２、第３および第４の超音波送受波手段、スペーサ２、基板押圧体３、突起４、カーソル移動方向設定手段５およびカーソル移動距離算出手段６から成る。但し、図１では圧電基板１と、第１、第２、第３および第４の超音波送受波手段のみが描かれている。第１の超音波送受波手段は入力用すだれ状電極Ｔ１および出力用すだれ状電極Ｒ１から成り、第２の超音波送受波手段は入力用すだれ状電極Ｔ２および出力用すだれ状電極Ｒ２から成り、第３の超音波送受波手段は入力用すだれ状電極Ｔ３および出力用すだれ状電極Ｒ３から成り、第４の超音波送受波手段は入力用すだれ状電極Ｔ４および出力用すだれ状電極Ｒ４から成る。圧電基板１は厚さ１ｍｍの圧電セラミックで成る。各すだれ状電極は圧電基板１の厚さ方向と垂直な上方の板面に設けられている。
【００２３】
図２はすだれ状電極Ｔ１を示す平面図である。各すだれ状電極はアルミニウム薄膜で成り、その電極交叉幅Ｗは５ｍｍで電極周期長Ｐは２００μｍであり、互いに同様な構造を有する。
【００２４】
図３はスペーサ２を示す平面図である。スペーサ２は厚さ２５μｍのポリイミドフィルムで成り、すだれ状電極Ｔ１とＲ１との間の領域に対応する貫通穴２１、すだれ状電極Ｔ２とＲ２との間の領域に対応する貫通穴２２、すだれ状電極Ｔ３とＲ３との間の領域に対応する貫通穴２３、すだれ状電極Ｔ４とＲ４との間の領域に対応する貫通穴２４が設けられている。スペーサ２は圧電基板１の上板面に各すだれ状電極を介して装着されている。スペーサ２の上には、クロロプレンゴムシートで成る基板押圧体３が重ねられ固定されている。
【００２５】
図４は突起４を示す平面図である。突起４の下面にはスペーサ２における貫通穴２１，２２，２３および２４それぞれに対応する４つの円柱状の突出部４１，４２，４３および４４が設けられている。各突出部の直径は各貫通穴の直径よりもわずかに小さい。突起４は基板押圧体３の上に備えられる。
【００２６】
図５は図１の超音波ポインティングデバイスの断面図である。但し、図５では圧電基板１、スペーサ２、基板押圧体３および突起４のみが示されている。
【００２７】
図６は図１の超音波ポインティングデバイスの使用形態を示す断面図である。但し、図６では圧電基板１、スペーサ２、基板押圧体３および突起４のみが示されており、突起４の突出部４１が基板押圧体３を押圧した場合の断面図が描かれている。基板押圧体３は変形して圧電基板１のすだれ状電極Ｔ１とＲ１との間の領域に接触する。
【００２８】
図７は図１の超音波ポインティングデバイスを駆動するときの回路の構成図である。すだれ状電極Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３およびＴ４の入力端には周波数１０ＭＨｚの発振回路７が接続され、すだれ状電極Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４の出力端には増幅器８１，８２，８３および８４が接続され、さらに整流回路９１，９２，９３および９４を介してＡ／Ｄコンバータ１０の入力端に接続される。Ａ／Ｄコンバータ１０はカーソル移動方向設定手段５およびカーソル移動距離算出手段６を含むマイコン１１に接続される。マイコン１１の出力端はディスプレイを有するコンピュータに接続される。
【００２９】
図７の駆動回路において、発振回路７からすだれ状電極Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３およびＴ４に電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力すると、圧電基板１の上板面に電極周期長Ｐとほぼ等しい波長を有する弾性表面波が励振される。この弾性表面波は、すだれ状電極Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４によってそれぞれ電気信号に変換され出力される。このようにして、すだれ状電極Ｔ１とＲ１との間、すだれ状電極Ｔ２とＲ２との間、すだれ状電極Ｔ３とＲ３との間、およびすだれ状電極Ｔ４とＲ４との間にそれぞれ第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路が形成される。もしも、突起４の突出部４１，４２，４３または４４が第１、第２、第３または第４の超音波伝搬路に基板押圧体３を介して接触すると、その接触した第１、第２、第３または第４の超音波伝搬路に対応するすだれ状電極Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３またはＲ４で検出される出力電気信号は接触圧に応じて減衰する。
【００３０】
図８は基板押圧体３が第１の超音波伝搬路を押圧した場合の接触圧と、すだれ状電極Ｒ１で検出される出力電圧の振幅との関係を示す特性図である。但し、すだれ状電極Ｔ１およびＲ１の電極交叉幅Ｗが４ｍｍ、電極周期長Ｐが２８０μｍ、すだれ状電極Ｔ１とＲ１との距離が１４ｍｍの場合の特性図で、接触圧および出力電圧の振幅はともに規格化された値で示されている。また、縦軸の１は超音波伝搬路に接触していない場合を示す。接触圧が増大するにつれて出力電圧の振幅がほぼ直線的に減少することが分かる。
【００３１】
図９は第１、第２、第３または第４の超音波伝搬路の原点からの方向をベクトルで示した図である。但し、図１における第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路それぞれの中心点から等距離にある点を原点とする。第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路の原点からの方向をそれぞれＸ，Ｙ，−Ｘおよび−Ｙで表わし、すだれ状電極Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４における接触による出力電気信号の減衰量をそれぞれΔVx，ΔVy，ΔV-xおよびΔV-yで表わすとき、もしも、第１の超音波伝搬路に接触すると、カーソル移動方向設定手段５はカーソル移動方向をＸ方向と感知する。また、カーソル移動距離算出手段６は、すだれ状電極Ｒ１における出力電気信号の減衰量ΔVxを感知する。もしも、４つの超音波伝搬路のうちの少なくとも２つに同時に接触すると、カーソル移動方向はＸ方向のベクトルとＹ方向のベクトルの和、つまり移動ベクトルＶで表わされる。図９では、Ｘ方向のベクトル成分（ΔVx−ΔV-x）、Ｙ方向のベクトル成分（ΔVy−ΔV-y）および移動ベクトルＶが示されている。移動ベクトルＶの方向は原点からの移動方向を示しており、この移動方向は移動ベクトルＶとＸ方向のベクトルとの間の角θで表わされる。また、移動ベクトルＶの大きさは原点からの移動距離を示している。この移動ベクトルＶの大きさに適当な係数を乗じてカーソルの移動距離とすることが可能であり、このとき係数をベクトルの大きさにかかわらず一定にする方法と、ベクトルの大きさが小さいときには小さい係数をベクトルの大きさが大きいときには大きい係数を採用する方法がある。このような、ベクトルの大きさに応じて変動する係数を採用するとき、第１、第２、第３または第４の超音波伝搬路に対する接触圧と移動距離との関係を非直線的にすることが可能となる。
【００３２】
図１０は本発明の超音波ポインティングデバイスの第２の実施例を示す平面図である。本実施例は圧電基板１、第１、第２、第３および第４の超音波送受波手段、プリント基板１２、ケース１３、ネジ１４、カーソル移動方向設定手段５およびカーソル移動距離算出手段６から成る。但し、図１０では圧電基板１と、第１、第２、第３および第４の超音波送受波手段のみが描かれている。第１の超音波送受波手段はすだれ状電極Ｔ１およびＲ１から成り、第２の超音波送受波手段はすだれ状電極Ｔ２およびＲ２から成り、第３の超音波送受波手段はすだれ状電極Ｔ３およびＲ３から成り、第４の超音波送受波手段はすだれ状電極Ｔ４およびＲ４から成る。各すだれ状電極の電極交叉幅Ｗは７ｍｍで電極周期長Ｐは６００μｍである。
【００３３】
図１１は図１０の超音波ポインティングデバイスの断面図である。但し、図１１では圧電基板１、プリント基板１２、ケース１３およびネジ１４のみが描かれている。圧電基板１はプリント基板１２上に固定され、各超音波送受波手段を保護するために上からケース１３がかぶせられ、ケース１３はプリント基板１２とネジ１４で固定されている。図１０の超音波ポインティングデバイスを駆動する場合、図７の駆動回路が用いられる。発振回路７からすだれ状電極Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３およびＴ４に電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力すると、圧電基板１の上板面に弾性表面波が励振される。この弾性表面波は、すだれ状電極Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４によってそれぞれ電気信号に変換され出力される。すだれ状電極Ｔ１とＲ１との間、すだれ状電極Ｔ２とＲ２との間、すだれ状電極Ｔ３とＲ３との間、およびすだれ状電極Ｔ４とＲ４との間にそれぞれ第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路が形成される。このとき、第１および第２の超音波伝搬路は互いに平行であるとともに、第３および第４の超音波伝搬路は互いに平行である。また、第１および第２の超音波伝搬路と、第３および第４の超音波伝搬路とは、互いに直交することにより４つの伝搬交叉領域を形成する。もしも、４つの伝搬交叉領域のうちの１つに指で押圧すると、その接触した伝搬交叉領域に対応して、すだれ状電極Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４のうちの２つで検出される出力電気信号が接触圧に応じて減衰する。本実施例では、指が基板押圧体に相当する。図１０における４つの伝搬交叉領域それぞれの中心点から等距離にある点を原点とするとき、もしも、４つの伝搬交叉領域のうちの１つに接触すると、カーソル移動方向設定手段５は、接触した伝搬交叉領域の原点からの方向に対応してディスプレイの画面上のカーソルの移動方向を設定する。また、カーソル移動距離算出手段６は、すだれ状電極Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４のうちの２つにおける出力電気信号の減衰量に応じてカーソルの移動距離を算出する。もしも、４つの伝搬交叉領域のうちの少なくとも２つに接触した場合には、その接触した伝搬交叉領域に対応する３つまたは４つの出力用すだれ状電極で検出されるそれぞれの出力電気信号の減衰量に応じてカーソルの移動距離が算出され、また、それらの減衰量の比に応じてカーソルの移動方向が設定される。
【００３４】
図１２は本発明の超音波ポインティングデバイスの第３の実施例を示す平面図である。本実施例は圧電基板１、入力用すだれ状電極Ｔ１およびＴ２、出力用すだれ状電極Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４、スペーサ１５、基板押圧体１６、カーソル移動方向設定手段５およびカーソル移動距離算出手段６から成る。但し、図１では圧電基板１と各すだれ状電極のみが描かれている。各すだれ状電極は銅薄膜で成り、その電極周期長Ｐは４００μｍである。すだれ状電極Ｔ１およびＴ２の電極交叉幅Ｗは３ｍｍで、すだれ状電極Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４の電極交叉幅Ｗは１ｍｍである。
【００３５】
図１３は図１２の超音波ポインティングデバイスの断面図である。但し、図１３では圧電基板１、すだれ状電極Ｔ１およびＲ１、スペーサ１５および基板押圧体１６のみが描かれている。スペーサ１５は厚さ２５μｍのポリイミドフィルムで成り、圧電基板１上の各すだれ状電極に囲まれた部分に対応して中心部分がくり抜かれた枠型構造を有する。スペーサ１５は圧電基板１の上板面に各すだれ状電極を介して装着されている。スペーサ１５の上には、シリコンゴムで成る基板押圧体１６が重ねられ固定されている。基板押圧体１６の上部は圧電基板１の上面に接触しやすいような形に突出している。
【００３６】
図１４は図１２の超音波ポインティングデバイスの使用形態を示す断面図である。但し、図１４では圧電基板１、すだれ状電極Ｔ１およびＲ１、スペーサ１５および基板押圧体１６のみが示されており、基板押圧体１６が圧電基板１の上面を押圧した場合の断面図が描かれている。このとき、基板押圧体１６の下面は変形している。図１２の超音波ポインティングデバイスを駆動する場合、図７の駆動回路が用いられる。発振回路７からすだれ状電極Ｔ１およびＴ２に電極周期長Ｐにほぼ対応する周波数の電気信号を入力すると、圧電基板１の上板面に弾性表面波が励振される。この弾性表面波は、すだれ状電極Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４によってそれぞれ電気信号に変換され出力される。すだれ状電極Ｔ１とＲ１との間、すだれ状電極Ｔ１とＲ２との間、すだれ状電極Ｔ２とＲ３との間、およびすだれ状電極Ｔ２とＲ４との間にそれぞれ第１、第２、第３および第４の超音波伝搬路が形成される。第１および第２の超音波伝搬路は互いに平行であるとともに、第３および第４の超音波伝搬路は互いに平行であって、第１および第２の超音波伝搬路と、第３および第４の超音波伝搬路とは、互いに直交することにより４つの伝搬交叉領域を形成する。もしも、基板押圧体１６が４つの伝搬交叉領域のうちの１つを押圧すると、その接触した伝搬交叉領域に対応して、すだれ状電極Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４のうちの２つで検出される出力電気信号が接触圧に応じて減衰する。図１２の超音波ポインティングデバイスにおいても、図１０の超音波ポインティングデバイスと同様にしてカーソルの移動方向および移動距離が算出される。
【００３７】
図１５は図１３の基板押圧体１６の代わりに基板押圧体１７が用いられたときの断面図である。この場合には、基板押圧体１７の上面から直接指等で圧電基板１の上面を押圧する。
【００３８】
図１６は図１３の基板押圧体１７の上面の中心部に突起１８が設けられたときの断面図である。この場合には、突起１８から基板押圧体１７を介して圧電基板１の上面を押圧する。突起１８の基板押圧体１７との固着部分の面積は４つの伝搬交叉領域の面積よりもわずかに小さい。突起１８はスティック状で、操作しやすいようになっている。
【００３９】
図１７は図１３の基板押圧体１７の上面の中心部に突起１９が設けられたときの断面図である。この場合には、突起１９から基板押圧体１７を介して圧電基板１の上面を押圧する。突起１９の基板押圧体１７との固着部分の面積は４つの伝搬交叉領域の面積よりもわずかに小さい。また、突起１９の上部は半球状で、操作しやすいようになっている。
【００４０】
図１８は本発明の超音波ポインティングデバイスをコンピュータのキーボードの２つのキーの間に設けた例を示す斜視図である。
【００４１】
図１９は本発明の超音波ポインティングデバイスをリモコンの操作部に設けた例を示す斜視図である。
【００４２】
図２０は本発明の超音波ポインティングデバイスを内蔵した入力機器の例を示す斜視図である。これは、従来のマウスのようにコンピュータのマウスコネクタに接続することにより使用するものである。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の超音波ポインティングデバイスによれば、基板押圧体が超音波伝搬路または伝搬交叉領域に接触した場合、圧電基板上の原点からの各超音波伝搬路または各伝搬交叉領域への接触方向に応じて、ディスプレイの画面上のカーソルの移動方向を設定することができる。また、基板押圧体の各超音波伝搬路または各伝搬交叉領域への接触圧に応じて、ディスプレイの画面上のカーソルの移動距離を算出することができる。このとき、出力電気信号は接触圧が微弱な範囲から高精度で検出されることから、カーソルを微少な距離だけ移動することが可能となり、快適な操作性が得られる。
【００４４】
さらに、基板押圧体がわずかに歪む程度の押圧で操作が可能なことから、強い力を必要とせず、長時間の使用による指の疲れが軽減される。
【００４５】
圧電基板として圧電セラミックを採用することにより、耐久性および耐薬品性に優れたデバイスを設計することが可能となり、また、すだれ状電極をフォトリソグラフィーによって形成することにより、加工性および量産性に優れたデバイスを設計することが可能となる。
【００４６】
基板押圧体はシート状の形状を有するとは限らず、基板押圧体が超音波伝搬路または伝搬交叉領域と接触する際に操作しやすい形状であればよく、様々な突出部を有する形状が可能である。この場合、突起を別に設ける必要はない。基板押圧体がシート状の形状を有する場合には、操作しやすいように突起を設けるとよい。
【００４７】
圧電基板の上方の板面のうち各超音波伝搬路の少なくとも一部を除く部分と、基板押圧体との間にスペーサを設けることにより、基板押圧体を超音波伝搬路の少なくとも一部と効率よく接触させることができる。このようにして、正確な出力電気信号を検出できる。
【００４８】
本発明の超音波ポインティングデバイスは、ノート型パソコンのような携帯型パソコン等の補助入力装置として特に有用であるが、用途は特に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波ポインティングデバイスの第１の実施例を示す平面図。
【図２】すだれ状電極Ｔ１を示す平面図。
【図３】スペーサ２を示す平面図。
【図４】突起４を示す平面図。
【図５】図１の超音波ポインティングデバイスの断面図。
【図６】図１の超音波ポインティングデバイスの使用形態を示す断面図。
【図７】図１の超音波ポインティングデバイスを駆動するときの回路の構成図。
【図８】基板押圧体３が第１の超音波伝搬路を押圧した場合の接触圧と、すだれ状電極Ｒ１で検出される出力電圧との関係を示す特性図。
【図９】第１、第２、第３または第４の超音波伝搬路の原点からの方向をベクトルで示した図。
【図１０】本発明の超音波ポインティングデバイスの第２の実施例を示す平面図。
【図１１】図１０の超音波ポインティングデバイスの断面図。
【図１２】本発明の超音波ポインティングデバイスの第３の実施例を示す平面図。
【図１３】図１２の超音波ポインティングデバイスの断面図。
【図１４】図１２の超音波ポインティングデバイスの使用形態を示す断面図。
【図１５】図１３の基板押圧体１６の代わりに基板押圧体１７が用いられたときの断面図。
【図１６】図１３の基板押圧体１７の上面の中心部に突起１８が設けられたときの断面図。
【図１７】図１３の基板押圧体１７の上面の中心部に突起１９が設けられたときの断面図。
【図１８】本発明の超音波ポインティングデバイスをコンピュータのキーボードの２つのキーの間に設けた例を示す斜視図。
【図１９】本発明の超音波ポインティングデバイスをリモコンの操作部に設けた例を示す斜視図。
【図２０】本発明の超音波ポインティングデバイスを内蔵した入力機器の例を示す斜視図。
【符号の説明】
１    圧電基板
２，１５    スペーサ
３，１６，１７    基板押圧体
４，１８，１９    突起
５    カーソル移動方向設定手段
６    カーソル移動距離算出手段
７    発振回路
１０    Ａ／Ｄコンバータ
１１    マイコン
１２    プリント基板
１３    ケース
１４    ネジ
２１，２２，２３，２４    貫通穴
４１，４２，４３，４４    突出部
８１，８２，８３，８４    増幅器
９１，９２，９３，９４    整流回路
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４    入力用すだれ状電極
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４    出力用すだれ状電極
【図１】
0003966964.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003966964.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003966964.tif 000007
【図７】
0003966964.tif 000008
【図８】
0003966964.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003966964.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003966964.tif 000017
【図１７】
0003966964.tif 000018
【図１８】
0003966964.tif 000019
【図１９】
0003966964.tif 000020
【図２０】
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