CN1934527A - 信号处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明能够使用具有X轴应变传感器与Y轴应变传感器的一般的压敏式指示器,进行指针的移动操作输入以及点击操作输入。压敏式指示器(11)具有应变传感器(11a、11b、11c、以及11d)。X轴方向的应变电压、Y轴方向的应变电压、以及Z轴方向的应变电压,分别从点(11e、11f、以及11g)输出。X轴方向的应变电压与Y轴方向的应变电压,在开关(SW3)导通时通过开关(SW1与SW2)交替输入给运算放大电路(4)。Z轴方向的应变电压在开关(SW3)断开时输入给运算放大电路(3)。运算放大电路(3与4)的输出,由开关(SW4与SW5)交替输入给ADC(5),由数字处理电路进行处理。

Description

信号处理装置
技术领域
本发明涉及一种对指示器(pointing device)所输出的信号进行处理的信号处理装置,特别是一种能够使用具有X、Y两轴的载荷传感器(loadsensor)的压敏式指示器,进行指针(pointer)的移动操作输入以及点击操作输入的信号处理装置。
背景技术
笔记本式计算机的键盘等中所设置的压敏式指示器,一旦用户用指尖向期望的方向按压设备的操作部时,内置于设备中的应变传感器(strainsensor)通过检测该方向的载荷,并对该检测信号进行处理,通过这样,显示在笔记本式计算机的显示装置中的光标等指针进行移动。此时,指针的移动方向根据加载给设备的前端的载荷的方向决定,移动速度根据载荷的大小决定。
以前,作为对压敏式指示器(以下有时也称作指示器)的输出信号进行处理的装置,有专利文献1中所记载的操作输入装置。图9为表示该装置的结构的图。
该信号处理装置121中,被输入压敏式指示器131的输出信号。压敏式指示器131具有检测出根据未图示的操作部的操作所产生的X轴的正方向(以下称作+X方向)载荷的应变传感器131a、检测出X轴的负方向(以下称作-X方向)载荷的应变传感器131b、检测出Y轴的正方向(以下称作+Y方向)载荷的应变传感器131c、以及检测出Y轴的负向(以下称作-Y方向)载荷的应变传感器131d。这里,X轴是指从用户看相对指示器131的操作部的左右或横向的轴,Y轴是指前后或纵向的轴。另外,该X轴对应设有指示器131的笔记本式计算机等的显示设备上的左右或横向,Y轴对应前后或纵向。
应变传感器131a、b、c、d通过压电电阻元件之类的应变测量仪表(gauge)构成,如果将未图示的操作部分别向+X方向、-X方向、+Y方向、-Y方向操作,便对应于该操作方向,向下方按压各个应变传感器131a、b、c、d,其载荷导致电阻值发生变化。另外,应变传感器131a与131b串联连接,应变传感器131c与131d串联连接。进而,串联电路之间并联起来,给该并联电路供给电源电位Vdd。在没有载荷的状态下,4个应变传感器的电阻值相等,但一旦将指示器的操作部向+X方向、-X方向、+Y方向、-Y方向按压,被按压方向的应变传感器131a、b、c、d的电阻值就发生变化,从应变传感器131a与131b之间的接点131e检测出电压变化作为X轴方向的应变(strain),从应变传感器131c与131d之间的接点131f检测出电压变化作为Y轴方向的应变。此时,如果向倾斜方向按压操作部(在包括X轴以及Y轴的平面内不平行于X轴以及Y轴的方向),便检测出对按压方向的矢量的X轴方向成分的应变与Y轴方向成分的应变。一旦解除载荷,各个应变传感器的电阻值便回到没有载荷时的状态,接点131e、131f的电位也恢复变化前的值。上述接点131e、131f分别与信号处理装置121的端子121a、121b相连接。
低通滤波器132、133,分别由电容器132a、133a以及电阻132b、133b构成,为了从后述的运算放大电路123以及124的输出信号中去除低频噪声成分,而将高域截止频率设为150Hz程度。另外,低通滤波器132的输出侧与信号处理装置121的端子121a以及121b相连接,低通滤波器133的输出侧与信号处理装置121的端子121c以及121d相连接。
信号处理装置121具有CPU122a、ROM122b以及RAM122c,具备:进行该信号处理装置121全体的控制等的数字处理电路122;反相输入侧与端子121a相连接,非反相输入侧与后述的数字—模拟变换电路(以下称作DAC)126的输出侧相连接,输出侧与端子121b相连接的运算放大电路123;反相输入侧与端子121c相连接,非反相输入侧与后述的DAC127的输出侧相连接,输出侧与端子121d相连接的运算放大电路124;连接在运算放大电路123的输出侧的模拟开关SW19;连接在运算放大电路124的输出侧的模拟开关SW20;输入侧与模拟开关SW19以及SW20的共通输出侧相连接,输出侧与数字处理电路122的输入侧相连接的模拟—数字变换电路(以下称作ADC)125;输入侧与数字处理电路122的输出侧相连接,输出侧与运算放大电路123的非反相输入侧相连接的DAC126;以及输入侧与数字处理电路122的输出侧相连接,输出侧与运算放大电路124的非反相输入侧相连接的DAC127。低通滤波器122、123,分别为运算放大电路123、124的反馈电路。
对具有以上结构的信号处理装置121的动作进行说明。
从指示器131的点131e所输出的X轴方向的应变电压,从端子121a供给到运算放大电路123的反相输入侧。同样,从指示器131的点131f所输出的Y轴方向的应变电压,从端子121c供给到运算放大电路124的反相输入侧。通过DAC126将数字处理电路122所输出的基准数据变换成模拟基准电压,输入给运算放大电路123的非反相输入侧。通过DAC127将数字处理电路122所输出的基准数据变换成模拟基准电压,输入给运算放大电路124的非反相输入侧。这里,如果将应变传感器131a、131b、131c、131d各自的无载荷时的电阻值设为Rs,将低通滤波器132以及133中的电阻132b、133b各自的电阻值设为Rf,运算放大电路133以及134的增益就变为-{Rf/(Rs/2)},因此能够将所输入的X轴方向以及Y轴方向的应变电压的变化(±10mV程度),放大到以模拟基准电压为中心的电压变化(±1V程度)。
从数字处理电路122,将如图10所示的每检测周期T1(例如10msec)电平交替变化的方波(square wave)Asw19以及Asw20,作为切换控制信号输入给模拟开关SW19以及SW20。模拟开关SW19以及SW20,分别在方波Asw19以及Asw20为高电平的期间导通(ON),在低电平的期间断开(OFF),因此模拟开关SW19与SW20以检测周期T1交替导通。因此,模拟开关SW19与SW20的共通输出侧,也即ADC125的输入侧中,如图10所示交替出现X轴方向的应变电压以及Y轴方向的应变电压。通过ADC125对该应变电压进行数字化,输入给数字处理电路122。
但是以前的具有压敏式指示器的计算机中,为了在指针的位置给计算机输入指示,需要按下另设的按键,因此与鼠标之类的能够进行指针的移动操作输入(坐标输入)以及点击操作输入的指示器相比,具有操作性较低这一问题。
因此,为了解决该问题,提出了除了+X方向、-X方向、+Y方向、-Y方向的应变传感器之外,还具有检测出由操作部引起的在垂直于X轴以及Y轴的方向上的载荷的应变传感器,能够进行指针的移动操作输入以及点击操作输入的压敏式指示器(专利文献2)。
专利文献1:特开平7-319617号公报;
专利文献2:特开2001-311671号公报。
发明内容
但是,上述专利文献2中所述的压敏式指示器由于具有设置了5个应变传感器的特别的结构,因此因部件数目的增加,导致成本提高。因此,本发明的目的在于,能够使用具有X轴应变传感器与Y轴应变传感器的一般的压敏式指示器,进行指针的移动操作输入以及点击操作输入。
发明1的相关发明,是一种对指示器所输出的信号进行处理的信号处理装置,其特征在于,上述指示器具备:检测机构,其输出其操作部对X轴及/或Y轴的正方向与负方向的操作所产生的检测信号,以使能够识别对上述X轴及/或Y轴的正方向或负方向一方的操作和对正方向以及负方向双方的操作;第1输出机构,其从上述检测机构取出对上述X轴及/或Y轴的正方向或负方向一方的操作所产生的检测信号;以及第2输出机构,其从上述检测机构取出对上述X轴及/或Y轴的正方向和负方向双方的操作的检测信号,上述信号处理装置,将上述第1输出机构的输出信号作为指针的移动操作信号进行处理,将上述第2输出机构的输出信号作为点击操作信号进行处理。
发明2的相关发明,是一种根据发明1的信号处理装置,其特征在于,上述检测机构,具备电阻值根据X轴及/或Y轴的正方向的操作所产生的载荷进行变化的第1电阻元件,以及与该第1电阻元件串联连接、电阻值根据X轴及/或Y轴的负方向的操作所产生的载荷进行变化的第2电阻元件,给该串联连接电路的一端供给电源,将与上述电阻元件之间的接点相连接的端子作为上述第1输出机构,将与上述串联连接电路的电源侧端相连接的端子作为第2输出机构。
发明3的相关发明,是一种根据发明1的信号处理装置,其特征在于,具备:切换并输出上述X轴方向的移动操作信号及Y轴方向的移动操作信号的第1开关电路;对从上述第1开关电路输出的上述X轴方向的移动操作信号及Y轴方向的移动操作信号进行放大的第1放大电路;对上述点击操作信号进行放大的第2放大电路;切换并输出上述第1及第2放大电路的输出信号的第2开关电路;以及控制上述第1及第2开关电路的控制电路,上述控制电路,进行切换并控制以使上述第1开关电路在每个给定周期交替地输出上述X轴方向的移动操作信号及Y轴方向的移动操作信号,并且进行切换并控制以使上述第2开关电路在上述每个给定周期交替地输出上述第1及第2放大电路的输出信号。
发明4的相关发明,是一种根据发明1的信号处理装置,其特征在于,具备:切换并输出上述X轴方向的移动操作信号、Y轴方向的移动操作信号以及点击操作信号的开关电路;对从上述开关电路输出的上述X轴方向的移动操作信号、Y轴方向的移动操作信号以及点击操作信号进行放大的放大电路;以及控制上述开关电路的控制电路,上述控制电路,进行切换并控制以使上述开关电路在每个给定周期循环地输出上述X轴方向的移动操作信号、Y轴方向的移动操作信号以及点击操作信号。
发明5的相关发明,是一种根据发明1的信号处理装置,其特征在于,具备:放大上述X轴方向的移动操作信号的第1放大电路;放大上述Y轴方向的移动操作信号的第2放大电路;放大上述点击操作信号的第3放大电路;切换并输出上述第1至第3放大电路的输出信号的开关电路;以及控制上述开关电路的控制电路,上述控制电路,进行切换并控制以使上述开关电路在每个给定周期循环地输出上述X轴方向的移动操作信号、Y轴方向的移动操作信号以及点击操作信号。
发明6的相关发明,是一种根据发明1的信号处理装置,其特征在于,具有复制(copy)上述点击操作信号的电流反射镜电路。。
发明7的相关发明,是一种根据发明6的信号处理装置,其特征在于,具备:放大上述X轴方向的移动操作信号的第1放大电路;放大上述Y轴方向的移动操作信号的第2放大电路;将上述电流反射镜电路的输出电流变换成电压的电流—电压变换电路;放大上述电流—电压变换电路的输出信号的第3放大电路;切换并输出上述第1至第3放大电路的输出信号的开关电路;以及控制上述开关电路的控制电路,上述控制电路,进行切换并控制以使上述开关电路在每个给定周期循环地输出上述X轴方向的移动操作信号、Y轴方向的移动操作信号以及点击操作信号。
发明8的相关发明,是一种根据发明6的信号处理装置,其特征在于,具备:放大上述X轴方向的移动操作信号的第1放大电路;放大上述Y轴方向的移动操作信号的第2放大电路;切换并输出上述第1及第2放大电路的输出信号的开关电路;振荡频率根据上述电流反射镜电路的输出电流进行变化的振荡电路;测定上述振荡电路的振荡频率的频率测定电路;以及控制上述开关电路的控制电路,上述控制电路,进行切换并控制以使上述开关电路在每个给定周期交替地输出上述X轴方向的移动操作信号及Y轴方向的移动操作信号。
发明效果
本发明的相关信号处理装置,能够使用具有X轴应变传感器与Y轴应变传感器的一般的压敏式指示器,进行指针的移动操作输入以及点击操作输入,因此能够实现一般的指示器的操作性的提高以及功能的扩展。
附图说明
图1为表示本发明的第1实施方式的相关信号处理装置的结构的图。
图2为本发明的第1实施方式的相关信号处理装置的动作时序图。
图3为表示本发明的第2实施方式的相关信号处理装置的结构的图。
图4为本发明的第2实施方式的相关信号处理装置的动作时序图。
图5为表示本发明的第3实施方式的相关信号处理装置的结构的图。
图6为本发明的第3实施方式的相关信号处理装置的动作时序图。
图7为表示本发明的第4实施方式的相关信号处理装置的结构的图。
图8为表示本发明的第5实施方式的相关信号处理装置的结构的图。
图9为表示以前的信号处理装置的结构的图。
图10为以前的信号处理装置的动作时序图。
图中:1、21、41、61、91-信号处理装置;3、4、23、43、44、45、63、64、65-运算放大电路;11、31、51、81、111-压敏式指示器;71-调节器兼电流检测电路;100-电流反射镜电路;101-CR振荡电路;SW1~SW18-开关。
具体实施方式
下面对照附图,对本发明的实施方式进行说明。
[第1实施方式]
图1为表示本发明的第1实施方式的相关信号处理装置之结构的图,图2为其动作时序图。
本实施方式的信号处理装置1由IC构成,如图1所示,被输入压敏式指示器11的输出信号。压敏式指示器11,具有检测出根据未图示的操作部的+X方向的载荷的应变传感器11a、检测出-X方向载荷的应变传感器11b、检测出+Y方向载荷的应变传感器11c、以及检测出-Y方向载荷的应变传感器11d。应变传感器11a、b、c、d通过压电电阻元件之类的应变测量仪表构成,如果将未图示的操作部分别向+X方向、-X方向、+Y方向、-Y方向操作,便对应于该操作方向向下方按压各个应变传感器11a、b、c、d,其载荷导致电阻值发生变化。进而,如果向垂直于X轴以及Y轴的方向操作操作部,应变传感器11a、b、c、d都被向下方按压,其载荷导致所有的应变传感器11a、b、c、d的电阻值发生变化。另外,应变传感器11a与11b串联连接,应变传感器11c与11d串联连接。进而,串联电路之间并联起来,从后述的调节器(regulator)8经电阻14给该并联电路供给恒定电位Vreg。电容器15用于去耦合(decoupling)。这里,电阻14的电阻值,被设为与4个应变传感器11a~11d的无载荷时的电阻值相同的值。
在没有载荷的状态下,4个应变传感器的电阻值相等,但一旦将指示器的操作部压向某个方向,被压方向的应变传感器的电阻值就发生变化,从应变传感器11a与11b的接点11e检测出电压变化作为X轴方向的应变,从应变传感器11c与11d的接点11f检测出电压变化作为Y轴方向的应变。进而,从电阻14与应变传感器11a以及11c的接点11g,检测出电压变化作为Z轴方向的应变。这里,Z轴方向是指垂直于X轴与Y轴的方向,将压敏式指示器11的操作部全体被压下(相当于鼠标的点击)的载荷所引起的接点11g的电压变化,作为Z轴方向的应变检测出来。一旦解除载荷,各个应变传感器的电阻值便回到没有载荷时的状态,接点11e、11f、11g的电位也恢复到变化前的值。从上述接点11e检测出X轴方向的应变作为电位变化,从上述接点11f检测出Y轴方向的应变作为电压变化,从上述接点11g检测出Z轴方向的应变作为电压变化。接点11e、11f、11g分别与信号处理装置1的端子1d、1e、1b相连接。
低通滤波器12、13,分别由电容器12a、13a以及电阻12b、13b构成,为了从后述的运算放大电路3以及4的输出信号中去除低频噪声成分,而将高域截止频率设为150Hz程度。另外,低通滤波器12的输出侧与信号处理装置1的端子1b以及1c相连接,低通滤波器13的输出侧与信号处理装置1的端子1e以及1f相连接。该低通滤波器12、13的基本功能与以前的低通滤波器132、133相同。
信号处理装置1具有CPU2a、ROM2b以及RAM2c,具备:进行该信号处理装置1全体的控制等的数字处理电路2;输入侧与端子1d相连接,输出侧与后述的运算放大电路4的反相输入侧相连接的开关SW1;输入侧与端子1e相连接,输出侧与后述的运算放大电路4的反相输入侧相连接的开关SW2;反相输入侧与端子1b相连接,非反相输入侧与后述的DAC6的输出侧相连接,输出侧与端子1c相连接的运算放大电路3;反相输入侧与开关SW1以及SW2的共同输出侧相连接,非反相输入侧与后述的DAC7的输出侧相连接,输出侧与端子fc相连接的运算放大电路4;连接在运算放大电路3的输出侧的模拟开关SW4;连接在运算放大电路4的输出侧的模拟开关SW5;与模拟开关SW4以及SW5的共通输出侧相连接的ADC5;输入侧与数字处理电路2的输出侧相连接,输出侧与运算放大电路3的非反相输入侧相连接的DAC8;输入侧与数字处理电路2的输出侧相连接,输出侧与运算放大电路4的非反相输入侧相连接的DAC7;从电源电压Vdd生成恒定电位Vreg的调节器8;连接在调节器8的输出侧与运算放大电路3的反相输入侧之间的开关SW3。这里,压敏式指示器11的构造上,从接点11g所输出的Z轴方向的应变电压的振幅,比X轴方向的应变电压以及Y轴方向的应变电压的振幅小,因此运算放大电路3的增益最好比运算放大电路4的大。
调节器8的输出侧与端子1a相连接,端子1a中连接有前述的电阻14以及电容器15。另外,端子1a与1b间连接有开关SW3。低通滤波器12、13,分别为运算放大电路3、4的反馈电路。进而,单点划线所包围的区域1A内的电路被调节器8供给恒定电位Vreg。通过像这样供给稳定的电压Vreg,减小了运算放大电路3与4的偏置电压,因此运算放大电路3以及4的面积可以比以前的运算放大电路123、124的小。
对具有以上结构的信号处理装置1的动作进行说明。
从指示器11的点11e所输出的X轴方向的应变电压,从端子1d发送到模拟开关SW1的输入侧。另外,从指示器11的点11f所输出的Y轴方向的应变电压,从端子1e发送到模拟开关SW2的输入侧。进而,从指示器11的点11g所输出的Z轴方向的应变电压,从端子1b输入给运算放大电路3的反相输入侧。
从数字处理电路2,将如图2所示的每检测周期T2电平周期地变化的方波Asw1、Asw2、以及Asw3,作为切换控制信号输入给模拟开关SW1与SW2以及开关SW3。方波Asw1与Asw2,在方波Asw3为高电平的期间,交替变为高电平。模拟开关SW1、SW2以及SW3,分别在方波Asw1、Asw2以及Asw3为高电平的期间导通,在低电平的期间断开,因此开关SW3每检测周期T2交替导通,模拟开关SW1与SW2在开关SW3导通的期间交替导通。
这里,开关SW3导通的期间中,电阻14的两端被短路,因此指示器11的点11g的电位以及运算放大电路3的反相输入侧的电位被固定为调节器8的输出电位。因此,Z轴方向的应变电压不会输入到运算放大电路3的反相输入侧。在开关SW3导通,且模拟开关SW1导通的期间,从指示器11的点11e所输出的X轴方向的应变电压,输入给运算放大电路4的反相输入侧,在开关SW3导通且模拟开关SW2导通的期间,从指示器11的点11f所输出的Y轴方向的应变电压被输入给运算放大电路4的反相输入侧。也即,运算放大电路4的反相输入侧,被交替输入X轴方向的应变电压与Y轴方向的应变电压。另外,在开关SW3断开的期间,从指示器11的点11g所输出的Z轴方向的应变电压,被输入给运算放大电路13的反相输入侧。
对设置电阻14的理由进行说明。如前所述,电阻14的电阻值被设为与4个应变传感器11a~11d的无载荷时的电阻值相同的值。因此,如果设调节器8的输出电位为Vreg,则在开关SW3导通的期间的无载荷时,点11e以及11f的电位变为Vreg/2,因此X轴方向的应变电压以及Y轴方向的应变电压以Vreg/2为中心进行变化。另外,在开关SW3断开的期间的无载荷时,点11g的电位也是Vreg/2,因此Z轴方向的应变电压从Vreg/2开始变化。也即,电阻14用来统一无载荷时的X轴、Y轴以及Z轴的应变电压的中心值而设置。
通过DAC6将数字处理电路2所输出的基准数据变换成模拟基准电压,输入给运算放大电路3的非反相输入侧。通过DAC7将数字处理电路2所输出的基准数据变换成模拟基准电压,输入给运算放大电路4的非反相输入侧。X轴方向的应变电压以及Y轴方向的应变电压,分别在图2的方波Asw1、Asw2为高电平的期间被运算放大电路4交替放大,Z轴方向的应变电压在图2的方波Asw3为低电平的期间被运算放大电路3放大。
从数字处理电路2,将如图2所示的每检测周期T2电平交替变化的方波Asw4、Asw5,作为切换控制信号输入给设置在运算放大电路3以及4的输出侧的模拟开关SW4与SW5。模拟开关SW4以及SW5,分别在方波Asw4以及Asw5为高电平的期间导通,在低电平的期间断开,因此模拟开关SW4与SW5以检测周期T2交替导通。因此,模拟开关SW4与SW5的共通输出侧,也即ADC5的输入侧中,如图2所示循环出现X轴方向的应变电压、Y轴方向的应变电压、以及Z轴方向的应变电压。通过ADC5对该应变电压进行数字化,输入给数字处理电路2。
这样,采用本实施方式,使用具有X轴应变传感器与Y轴应变传感器的现有的压敏式指示器,增加将对传感器全体的载荷判断为轻击(点击)的功能,通过这样,能够实现指示器的操作性的提高以及功能的扩展。
[第2实施方式]
图3为表示本发明的第2实施方式的相关信号处理装置的图,图4为其动作时序图。
如图3所示,本实施方式的信号处理装置21,被输入压敏式指示器31的输出信号。压敏式指示器31,具有检测出未图示的操作部的+X方向载荷的应变传感器31a、检测出-X方向载荷的应变传感器31b、检测出+Y方向载荷的应变传感器31c、以及检测出-Y方向载荷的应变传感器31d。应变传感器31a与31b串联连接,应变传感器31c与31d串联连接。进而,串联连接电路之间并联起来,从后述的调节器26经电阻34给该并联电路供给恒定电位Vreg。电容器35用于去耦合(decoupling)。这里,电阻34的电阻值被设为与4个应变传感器31a~31d的无载荷时的电阻值相同的值。压敏式指示器31的应变检测时的动作,与第1实施方式中的压敏式指示器11相同,因此省略说明。
低通滤波器32,由电容器32a与电阻32b构成,为了从后述的运算放大电路23的输出信号中去除低频噪声成分,而将高域截止频率设为150Hz程度。另外,低通滤波器32的输出侧与信号处理装置21的端子21e以及21f相连接。该低通滤波器32的基本功能与第1实施方式的低通滤波器12相同。
信号处理装置21具有CPU22a、ROM22b以及RAM22c,具备:进行该信号处理装置21全体的控制等的数字处理电路22;输入侧分别与端子21c、21d以及21b相连接,输出侧与后述的运算放大电路23的反相输入侧共通连接的模拟开关SW6、SW7以及SW8;反相输入侧与模拟开关SW6、SW7以及SW8的输出侧相连接,非反相输入侧与后述的DAC25的输出侧相连接,输出侧与端子21f相连接的运算放大电路23;连接在运算放大电路23的输出侧的ADC24;输入侧与数字处理电路22的输出侧相连接,输出侧与运算放大电路23的非反相输入侧相连接的DAC25;从电源电压Vdd生成恒定电位Vreg的调节器26;以及连接在调节器26的输出侧与运算放大电路23的反相输入侧之间的开关SW9。
调节器26的输出侧与端子21a相连接,端子21a中连接有前述的电阻34以及电容器15。另外,端子21a与21b间连接有开关SW9。低通滤波器32为运算放大电路23的反馈电路。进而,单点划线所包围的区域21A内的电路被调节器28供给恒定电位Vreg。
对具有以上结构的信号处理装置21的动作进行说明。
从指示器31的点31e所输出的X轴方向的应变电压,从端子21c供给模拟开关SW6的输入侧。另外,从指示器31的点31f所输出的Y轴方向的应变电压,从端子21d供给到模拟开关SW7的输入侧。进而,从指示器31的点31g所输出的Z轴方向的应变电压,从端子21b供给到模拟开关SW8的输入侧。
从数字处理电路22,将如图4所示的每检测周期T2电平周期性变化的方波Asw6、Asw7、Asw8以及Asw9,作为切换控制信号输入给模拟开关SW6、SW7、SW8以及开关SW9。方波Asw6与Asw7,在方波Asw9为高电平的期间,交替变为高电平,方波Asw8在方波Asw9为低电平的期间变为高电平。模拟开关SW6、SW7、SW8以及SW9,分别在方波Asw6、Asw7、Asw8以及Asw9为高电平的期间导通,在低电平的期间断开,因此开关SW9以每检测周期T2交替导通,模拟开关SW6与SW7在开关SW9导通的期间交替导通,模拟开关SW8在开关SW9断开的期间导通。
这里,开关SW9导通的期间中,电阻34的两端被短路,因此指示器31的点31g的电位被固定为调节器26的输出电位。在开关SW9导通,且模拟开关SW6导通的期间,从指示器31的点31e所输出的X轴方向的应变电压,输入给运算放大电路23的反相输入侧,在开关SW9导通,且模拟开关SW7导通的期间,从指示器31的点31f所输出的Y轴方向的应变电压,输入给运算放大电路23的反相输入侧。另外,在开关SW9断开且模拟开关SW8导通的期间,从指示器31的点31g所输出的Z轴方向的应变电压,输入给运算放大电路23的反相输入侧。也即,运算放大电路23的反相输入侧,被循环输入X轴方向的应变电压与Y轴方向的应变电压以及Z轴方向的应变电压。
通过DAC25将数字处理电路22所输出的基准数据变换成模拟基准电压,输入给运算放大电路23的非反相输入侧。X轴方向的应变电压、Y轴方向的应变电压以及Z轴方向的应变电压,分别在图4的方波Asw6、Asw7、Asw8为高电平的期间被运算放大电路23循环放大,通过ADC24对该应变电压进行数字化,输入给数字处理电路22。
这样,根据本实施方式,通过1个运算放大电路23进行3轴的应变电压的放大,因此能够降低输入信息检测电路21的电路规模。
[第3实施方式]
图5为表示本发明的第3实施方式的相关信号处理装置的图,图6为其动作时序图。
如图5所示,本实施方式的信号处理装置41,被输入压敏式指示器51的输出信号。压敏式指示器51,具有检测出未图示的操作部的+X方向载荷的应变传感器51a、检测出-X方向载荷的应变传感器51b、检测出+Y方向载荷的应变传感器51c、以及检测出-Y方向载荷的应变传感器51d。应变传感器51a与51b串联连接,应变传感器51c与51d串联连接。进而,串联电路之间并联起来,从后述的调节器50经电阻55给该并联电路供给恒定电位Vreg。电容器56用于去耦合。这里,电阻55的电阻值,被设为与4个应变传感器51a~51d的无载荷时的电阻值相同的值。压敏式指示器51的变形检测时的动作,与第1实施方式中的压敏式指示器11相同,因此省略说明。
低通滤波器52、53、54,分别由电容器52a、53a、54a与电阻52b、53b、54b构成,为了从后述的运算放大电路43、44、45的输出信号中去除低频噪声成分,而将高域截止频率设为150Hz程度。另外,低通滤波器52的输出侧与信号处理装置41的端子41d以及41e相连接,低通滤波器53的输出侧与端子41f以及41g相连接,低通滤波器54的输出侧与端子41b以及41c相连接。该低通滤波器的基本功能与第1实施方式的低通滤波器12、13相同。
信号处理装置41具有CPU42a、ROM42b以及RAM42c,具备:进行该信号处理装置41全体的控制等的数字处理电路42;反相输入侧与端子41d相连接,非反相输入侧与后述的DAC47的输出侧相连接,输出侧与端子41e相连接的运算放大电路43;反相输入侧与端子41f相连接,非反相输入侧与后述的DAC48的输出侧相连接,输出侧与端子41g相连接的运算放大电路44;反相输入侧与端子41b相连接,非反相输入侧与后述的DAC49的输出侧相连接,输出侧与端子41c相连接的运算放大电路45;连接在运算放大电路43的输出侧的模拟开关SW10;连接在运算放大电路44的输出侧的模拟开关SW11;连接在运算放大电路45的输出侧的模拟开关SW12;连接在模拟开关SW10至12的共通输出侧的ADC46;输入侧与数字处理电路42的输出侧相连接,输出侧与运算放大电路43的非反相输入侧相连接的DAC47;输入侧与数字处理电路42的输出侧相连接,输出侧与运算放大电路44的非反相输入侧相连接的DAC48;输入侧与数字处理电路42的输出侧相连接,输出侧与运算放大电路45的非反相输入侧相连接的DAC49;从电源电压Vdd生成恒定电位Vreg的调节器50;以及连接在调节器50的输出侧与运算放大电路45的反相输入侧之间的开关SW13。
调节器50的输出侧与端子41a相连接,端子41a中连接有前述的电阻55以及电容器56。另外,端子41a与41b间连接有开关SW13。低通滤波器52、53、54分别为运算放大电路43、44、45的反馈电路。进而,单点划线所包围的区域41A内的电路被调节器50供给恒定电位Vreg。
对具有以上结构的信号处理装置41的动作进行说明。
从指示器51的点51e所输出的X轴方向的应变电压、从点51f所输出的Y轴方向的应变电压、从点51g所输出的Z轴方向的应变电压,分别从端子41d、41f以及41b输入到运算放大电路43、44、45的反相输入侧。
从数字处理电路42,将如图6所示的每检测周期T2电平周期性变化的方波Asw10、Asw11、Asw12以及Asw13,作为切换控制信号输入给模拟开关SW10至12以及开关SW13。方波Asw10与Asw11,在方波Asw13为高电平的期间交替变为高电平,方波Asw12在方波Asw13为低电平的期间变为高电平。模拟开关SW10至12以及开关SW13分别在方波Asw10、Asw11、Asw12以及Asw13为高电平的期间导通,在低电平的期间断开,因此开关SW13每检测周期T2交替导通,模拟开关SW10至12每检测周期T2循环导通。
这里,开关SW13导通的期间中,电阻55的两端被短路,因此指示器51的点51g的电位以及运算放大电路45的反相输入侧的电位被固定为调节器50的输出电位。因此,X轴方向的应变电压以及Y轴方向的应变电压,分别输入给运算放大电路43以及44的反相输入侧,但Z轴方向的应变电压不会输入到运算放大电路45的反相输入侧。另外,在开关SW13断开的期间,从指示器51的点51g所输出的Z轴方向的应变电压,输入给运算放大电路45的反相输入侧。通过DAC47、48、49将数字处理电路42所输出的基准数据变换成模拟基准电压,输入到运算放大电路43、44、45的非反相输入侧。
运算放大电路43、44、45放大后的X轴方向的应变电压、Y轴方向的应变电压、以及Z轴方向的应变电压,分别在图6的方波Asw10、Asw11、Asw12为高电平的期间从开关SW10至12循环输出。因此,模拟开关SW10至12的共通输出侧,也即ADC46的输入侧中,如图6所示循环出现X轴方向的应变电压、Y轴方向的应变电压、以及Z轴方向的应变电压。通过ADC46对该应变电压进行数字化,输入给数字处理电路42。
这样,采用本实施方式,3轴的应变电压的放大分别由专用的运算放大电路进行,因此不需要运算放大电路的输入侧的开关电路。
[第4实施方式]
图7为表示本发明的第4实施方式相关的信号处理装置的结构的图。
如图7所示,本实施方式的信号处理装置61,被输入压敏式指示器81的输出信号。压敏式指示器81,具有检测出未图示的操作部的+X方向载荷的应变传感器81a、检测出-X方向载荷的应变传感器81b、检测出+Y方向载荷的应变传感器81c、以及检测出-Y方向载荷的应变传感器81d。应变传感器81a与81b串联连接,应变传感器81c与81d串联连接。进而,串联连接电路之间并联起来,如后所述,从信号处理装置61的端子61a给该并联电路供给第2恒定电位Vreg2。压敏式指示器81的应变检测时的动作,与第1实施方式中的压敏式指示器11相同,因此省略说明。
低通滤波器82、83、84,分别由电容器82a、83a、84a与电阻82b、83b、84b构成,为了从后述的运算放大电路63、64、65的输出信号中去除低频噪声成分,而将高域截止频率设定为150Hz程度。另外,低通滤波器82的输出侧与信号处理装置41的端子61d以及61e相连接,低通滤波器83的输出侧与端子61f以及61g相连接,低通滤波器84的输出侧与端子61b以及61c相连接。该低通滤波器的基本功能与第3实施方式的低通滤波器52、53、54相同。但本实施方式中,低通滤波器84并联有电压检测用电阻85。
信号处理装置61具有CPU62a、ROM62b以及RAM62c,具备:进行该信号处理装置61全体的控制等的数字处理电路62;反相输入侧与端子61d相连接,非反相输入侧与后述的DAC67的输出侧相连接,输出侧与端子61e相连接的运算放大电路63;反相输入侧与端子61f相连接,非反相输入侧与后述的DAC68的输出侧相连接,输出侧与端子61g相连接的运算放大电路64;反相输入侧与端子61b相连接,非反相输入侧与后述的DAC49的输出侧相连接,输出侧与端子61c相连接的运算放大电路65;分别连接在运算放大电路63、64、65的输出侧的模拟开关SW14、SW15、SW16;连接在模拟开关SW14至16的共通输出侧的ADC66;输入侧与数字处理电路62的输出侧相连接,输出侧与运算放大电路63的非反相输入侧相连接的DAC67;输入侧与数字处理电路62的输出侧相连接,输出侧与运算放大电路64的非反相输入侧相连接的DAC68;输入侧与数字处理电路62的输出侧相连接,输出侧与运算放大电路65的非反相输入侧相连接的DAC69;从电源电压Vdd生成第1基准电位Vreg1的调节器70;以及从电源电压Vdd生成第2基准电位Vreg2,同时检测出压敏式指示器81中流通的电流的调节器兼电流检测电路71。
调节器70通过恒压电路(constant voltage circuit)70a对电源电压Vdd进行稳定化,供给到运算放大电路70b的反相输入侧,从连接在运算放大电路70b的输出侧的pMOS晶体管70c取得第1基准电位Vreg1,供给到单点划线所包围的区域61A内的电路。另外,调节器兼电流检测电路71,将恒压电路70a的输出电压供给到运算放大电路71a的反相输入侧,从连接在运算放大电路71a的输出侧的pMOS晶体管71c取得第2基准电位Vreg2,从端子61a供给到压敏式指示器81的点81g,同时,通过电流反射镜(current mirror)动作,将从pMOS晶体管71c通过压敏式指示器81的点81g流入到地的电流,复制(copy)到pMOS晶体管71b中。复制到pMOS晶体管71b中的电流,通过端子61b流入到电阻85中,因此电阻85的两端出现对应压敏式指示器81中流通的电流的电压。该电压对应点81g的电压,作为Z轴方向的应变电压输入到运算放大电路65的反相输入侧。另外,从pMOS晶体管71c向pMOS晶体管71b复制电流时的电流值不需要为1∶1,最好加大电阻85的电阻值,将电流值减小到例如1/100程度。
也即,本实施方式中,代替第3实施方式的开关SW13以及电阻55,设有电流反射镜电路71b、71c以及电阻85。另外,给单点划线所包围的区域61A内的电路供电的调节器70与给压敏式指示器81供电的调节器兼电流检测电路71之所以分别设置,是为了即使在通过压敏式指示器81的传感器电阻的变化导致调节器兼电流检测电路71的负荷变化,输出电压发生变动的情况下,供给区域61A内的电路的电压也不会变动。
对具有以上结构的信号处理装置61的动作进行说明。
从指示器81的点81e所输出的X轴方向的应变电压以及从点81f所输出的Y轴方向的应变电压,分别从端子61d以及61f供给到运算放大电路63与64的反相输入侧。另外,指示器81中流通的电流由pMOS晶体管71b与71c所构成的电流反射镜检测出来,由电阻85检测出与该电流成正比的电压,输入给运算放大电路65的反相输入侧。通过DAC67、68、69将数字处理电路62所输出的基准数据变换成模拟基准电压,输入给运算放大电路63、64、65的非反相输入侧。运算放大电路63至65所放大的X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向的应变电压,分别供给模拟开关SW14、SW15以及SW16的输入侧。
从数字处理电路62,将与如图6所示的方波Asw10、Asw11、Asw12相同波形的信号,作为切换控制信号输入给模拟开关SW14至16。模拟开关SW14至16,分别在与方波Asw10、Asw11、Asw12相同波形的信号为高电平的期间导通,在低电平的期间断开,因此模拟开关SW14至16每检测周期T2循环导通。因此,模拟开关SW14至16的共通输出侧,也即ADC66的输入侧中,与第3实施方式相同,循环出现X轴方向的应变电压、Y轴方向的应变电压、以及Z轴方向的应变电压。通过ADC66对该应变电压进行数字化,输入给数字处理电路62。通过本实施方式,不需要用于Z轴方向的应变电压检测的开关电路。
[第5实施方式]
图8为表示本发明的第5实施方式的相关信号处理装置的图。
如图8所示,本实施方式的信号处理装置91,被输入压敏式指示器111的输出信号。压敏式指示器111,具有检测出未图示的操作部的+X方向载荷的应变传感器111a、检测出-X方向载荷的应变传感器111b、检测出+Y方向载荷的应变传感器111c、以及检测出-Y方向载荷的应变传感器111d。应变传感器111a与111b串联连接,应变传感器111c与111d串联连接。另外,串联连接电路之间并联起来,如后所述,从信号处理装置91的端子91a给该并联电路供给恒定电位Vreg。压敏式指示器111的应变检测时的动作,与第1实施方式中的压敏式指示器11相同,因此省略说明。
低通滤波器112与113,分别由电容器112a、113a与电阻112b、113b构成,为了从后述的运算放大电路93、94的输出信号中去除低频噪声成分,而将高域截止频率设为150Hz程度。另外,低通滤波器112的输出侧与信号处理装置91的端子91c以及91d相连接,低通滤波器113的输出侧与端子91e以及91f相连接。该低通滤波器的基本功能与第4实施方式的低通滤波器82、83相同。与端子91b相连接的电容器114以及与供给电源电压Vdd的端子相连接的电容器115用于去耦合。
信号处理装置91具有CPU92a、ROM92b以及RAM92c,具备:进行该信号处理装置91全体的控制等的数字处理电路92;反相输入侧与端子91c相连接,非反相输入侧与后述的DAC96的输出侧相连接,输出侧与端子91d相连接的运算放大电路93;反相输入侧与端子91e相连接,非反相输入侧与后述的DAC97的输出侧相连接,输出侧与端子91f相连接的运算放大电路94;连接在运算放大电路93的输出侧的模拟开关SW17;连接在运算放大电路94的输出侧的模拟开关SW18、连接在模拟开关SW17与18的共通输出侧的ADC95;输入侧与数字处理电路92的输出侧相连接,输出侧与运算放大电路93的非反相输入侧相连接的DAC96;输入侧与数字处理电路92的输出侧相连接,输出侧与运算放大电路94的非反相输入侧相连接的DAC97;从电源电压Vdd生成基准电位Vreg的调节器98;反相输入侧与调节器98的输出侧相连接,非反相输入侧经端子91a与压敏式指示器111的点111g相连接,输出侧与后述的电流反射镜电路相连接的运算放大电路99;pMOS晶体管100a与100b所构成的电流反射镜电路100;被供给电流反射镜电路100的输出电流的CR振荡电路101;对CR振荡电路101的输出信号进行计数的计数器(counter)102;以及锁存计数器102的输出值,在给定的时刻转发给数字处理电路92的锁存电路103。这里,从调节器98给单点划线所包围的区域91A内的电路供给恒定电位Vreg。
电流反射镜电路100的pMOS晶体管100a的源极与供给电源电压Vdd的端子相连接,漏极与运算放大电路99的非反相输入侧相连接,栅极与运算放大电路99的输出侧相连接。另外,pMOS晶体管100b的源极与供给电源电压Vdd的端子相连接,漏极与CR振荡电路101的输入侧相连接,栅极与运算放大电路99的输出侧相连接。从数字处理电路92供给用来开始以及停止计数器102的计数动作的信号,以及决定将锁存电路中所锁存的数据转发给数字处理电路92的时刻的信号。
对具有以上结构的信号处理装置91的动作进行说明。
从指示器111的点111e所输出的X轴方向的应变电压以及从点111f所输出的Y轴方向的应变电压,分别从端子91c以及91e输入给运算放大电路93与94的反相输入侧。之后,被运算放大电路93与94放大,分别输入给模拟开关SW17与18。从数字处理电路92,将与如图6所示的方波Asw10、Asw11相同波形的信号,作为切换控制信号输入给模拟开关SW17与18。模拟开关SW17与18,分别在与方波Asw10、Asw12相同波形的信号为高电平的期间导通,在低电平的期间断开,因此模拟开关SW17与18每检测周期T2交替导通。因此,模拟开关SW17与18的共通输出侧,也即ADC95的输入侧中,交替出现X轴方向的应变电压与Y轴方向的应变电压。通过ADC95对该应变电压进行数字化,输入给数字处理电路92。
接下来,对Z轴方向的应变电压进行说明。指示器111中流通的电流,等于构成电流反射镜电路100的pMOS晶体管100a的源极—漏极间流通的电流。因此,该电流复制到构成电流反射镜电路100的pMOS晶体管100b中。并且,对应于pMOS晶体管100b的电流控制CR振荡电路101的振荡频率,如果通过计数器102对该振荡频率进行计数,该计数值就变为与指示器111中流通的电流,从而指示器111的点111g的电压,也即Z轴方向的应变电压对应的值。因此,将计数器102的计数值存储到锁存电路102中,在任意的时刻,例如图6的方波Asw12为高电平的期间中,转发给数字处理电路92。通过这样,数字处理电路92能够循环取得X轴方向的应变电压、Y轴方向的应变电压以及Z轴方向的应变电压。
根据本实施方式,不需要用于Z轴检测的开关电路。另外,由于采用频率计数方式,因此具有根据其积分效果的噪声降低作用。所以不需要用来去除Z轴方向的应变电压的低频噪声成分的低通滤波器。

Claims (8)

1.一种信号处理装置,对指示器所输出的信号进行处理,其特征在于,
上述指示器具备:
检测机构,其输出其操作部对X轴及/或Y轴的正方向与负方向的操作所产生的检测信号,以使能够识别对上述X轴及/或Y轴的正方向或负方向一方的操作和对正方向以及负方向双方的操作;
第1输出机构,其从上述检测机构取出对上述X轴及/或Y轴的正方向或负方向一方的操作所产生的检测信号;以及
第2输出机构,其从上述检测机构取出对上述X轴及/或Y轴的正方向和负方向双方的操作的检测信号,
上述信号处理装置,将上述第1输出机构的输出信号作为指针的移动操作信号进行处理,将上述第2输出机构的输出信号作为点击操作信号进行处理。
2.如权利要求1所述的信号处理装置,其特征在于,
上述检测机构,具备电阻值根据X轴及/或Y轴的正方向的操作所产生的载荷进行变化的第1电阻元件,以及与该第1电阻元件串联连接、电阻值根据X轴及/或Y轴的负方向的操作所产生的载荷进行变化的第2电阻元件,
给该串联连接电路的一端供给电源,将与上述电阻元件之间的接点相连接的端子作为上述第1输出机构,将与上述串联连接电路的电源侧端相连接的端子作为第2输出机构。
3.如权利要求1所述的信号处理装置,其特征在于,
具备:切换并输出上述X轴方向的移动操作信号及Y轴方向的移动操作信号的第1开关电路;对从上述第1开关电路输出的上述X轴方向的移动操作信号及Y轴方向的移动操作信号进行放大的第1放大电路;对上述点击操作信号进行放大的第2放大电路;切换并输出上述第1及第2放大电路的输出信号的第2开关电路;以及控制上述第1及第2开关电路的控制电路,
上述控制电路,进行切换并控制以使上述第1开关电路在每个给定周期交替地输出上述X轴方向的移动操作信号及Y轴方向的移动操作信号,并且进行切换并控制以使上述第2开关电路在上述每个给定周期交替地输出上述第1及第2放大电路的输出信号。
4.如权利要求1所述的信号处理装置,其特征在于,
具备:切换并输出上述X轴方向的移动操作信号、Y轴方向的移动操作信号以及点击操作信号的开关电路;对从上述开关电路输出的上述X轴方向的移动操作信号、Y轴方向的移动操作信号以及点击操作信号进行放大的放大电路;以及控制上述开关电路的控制电路,
上述控制电路,进行切换并控制以使上述开关电路在每个给定周期循环地输出上述X轴方向的移动操作信号、Y轴方向的移动操作信号以及点击操作信号。
5.如权利要求1所述的信号处理装置,其特征在于,
具备:放大上述X轴方向的移动操作信号的第1放大电路;放大上述Y轴方向的移动操作信号的第2放大电路;放大上述点击操作信号的第3放大电路;切换并输出上述第1至第3放大电路的输出信号的开关电路;以及控制上述开关电路的控制电路,
上述控制电路,进行切换并控制以使上述开关电路在每个给定周期循环地输出上述X轴方向的移动操作信号、Y轴方向的移动操作信号以及点击操作信号。
6.如权利要求1所述的信号处理装置,其特征在于,
具有复制上述点击操作信号的电流反射镜电路。
7.如权利要求6所述的信号处理装置,其特征在于,
具备:放大上述X轴方向的移动操作信号的第1放大电路;放大上述Y轴方向的移动操作信号的第2放大电路;将上述电流反射镜电路的输出电流变换成电压的电流-电压变换电路;放大上述电流-电压变换电路的输出信号的第3放大电路;切换并输出上述第1至第3放大电路的输出信号的开关电路;以及控制上述开关电路的控制电路,
上述控制电路,进行切换并控制以使上述开关电路在每个给定周期循环地输出上述X轴方向的移动操作信号、Y轴方向的移动操作信号以及点击操作信号。
8.如权利要求6所述的信号处理装置,其特征在于,
具备:放大上述X轴方向的移动操作信号的第1放大电路;放大上述Y轴方向的移动操作信号的第2放大电路;切换并输出上述第1及第2放大电路的输出信号的开关电路;振荡频率根据上述电流反射镜电路的输出电流进行变化的振荡电路;测定上述振荡电路的振荡频率的频率测定电路;以及控制上述开关电路的控制电路,
上述控制电路,进行切换并控制以使上述开关电路在每个给定周期交替地输出上述X轴方向的移动操作信号及Y轴方向的移动操作信号。
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