JP2006058931A - 入力装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】音波や光を利用して離間した指示器の位置情報を検出する検出機構を有する入力装置は、指示器に電池などの電源が必要であり小型化できないという課題があった。
【解決手段】検出機構14は、第1の超音波6を発して指示器1に電力を供給する電力供給手段2と、第2の超音波8を受けて指示器1の位置情報を検出する位置検出手段5と、を有し、指示器1は、第1の超音波6を電力に変換する電力受取手段3と、第2の超音波8を発して検出機構14に位置情報を有する信号を放出する信号放出手段4と、を有する。これにより、指示器1は電力を受けながら動作することができるため、電池が不要となり小型化できる。
【選択図】図1
【解決手段】検出機構14は、第1の超音波6を発して指示器1に電力を供給する電力供給手段2と、第2の超音波8を受けて指示器1の位置情報を検出する位置検出手段5と、を有し、指示器1は、第1の超音波6を電力に変換する電力受取手段3と、第2の超音波8を発して検出機構14に位置情報を有する信号を放出する信号放出手段4と、を有する。これにより、指示器1は電力を受けながら動作することができるため、電池が不要となり小型化できる。
【選択図】図1
Description
本発明は、入力装置に関するものであり、特に、音波や光を利用して離間した指示器の位置情報を検出する検出機構を有する入力装置に関するものである。
従来よりコンピュータや情報端末など、表示画面に対し指示器を用いて入力を行う装置は広く知られている。この中でも、抵抗膜方式の入力装置が広く使われている。
抵抗膜方式の入力装置は、2枚の透明抵抗膜からなるタッチパネルを表示装置上に配置するという構造上、光の透過率が減少してしまうことから、表示品質を低下させてしまうという問題があった。
この問題を解決するため、指示器から放出される超音波を用いて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。)。
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6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6において、100は入力ペン、101は発光素子、102は電池、103は振動子駆動回路、104は振動子、105は超音波センサ、106はセンサ信号処理回路である。入力ペン100は、指示器の役割を果たすものである。
図6において、100は入力ペン、101は発光素子、102は電池、103は振動子駆動回路、104は振動子、105は超音波センサ、106はセンサ信号処理回路である。入力ペン100は、指示器の役割を果たすものである。
特許文献1に示した従来技術の入力装置は、入力ペン100から放出された超音波の伝搬時間により指示器の位置を特定するものである。
以下に検出の手順を説明する。まず、入力ペン100は、振動子駆動回路103により振動子104を駆動し超音波を放出する。また、同時に発光素子101から赤外線を放出する。この赤外線は光速、すなわち、実質的には伝搬時間0で図示しない赤外線受信素子に受信される。一方、超音波は音速、すなわち常温で340m/sで伝搬し、超音波センサ105に受信される。つまり、赤外線を受信した時間と超音波を受信した時間との差が超音波の伝搬時間である。この超音波の伝搬時間に音速を掛ければ入力ペン100と超音センサ105との間の距離が算出できるので、超音波センサ105を2つ設けることで入力ペン100のニ次元的な位置を特定することができる。
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、入力ペン100の電源として電池102を使用しているため、小型化できないという欠点があった。
また、電池102の交換あるいは充電という煩わしい作業が必要であり操作性が悪いという欠点があった。
本発明の目的は、上記課題を解決しようとするもので、小型化が可能で操作性の優れた入力装置を提供することにある。
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。
音波や光を利用して離間した指示器の位置情報を検出する検出機構を有する入力装置において、
検出機構は、第1の超音波を発して指示器に電力を供給する電力供給手段と、第2の超音波を受けて指示器の位置情報を検出する位置検出手段と、を有し、
指示器は、第1の超音波を電力に変換する電力受取手段と、第2の超音波を発して検出機構に位置情報を有する信号を放出する信号放出手段と、を有することを特徴とする。
検出機構は、第1の超音波を発して指示器に電力を供給する電力供給手段と、第2の超音波を受けて指示器の位置情報を検出する位置検出手段と、を有し、
指示器は、第1の超音波を電力に変換する電力受取手段と、第2の超音波を発して検出機構に位置情報を有する信号を放出する信号放出手段と、を有することを特徴とする。
電力供給手段は、特定の周波数を発生する第1の発振回路と、第1の発振回路により第1の超音波を発生する電力供給用圧電素子と、を有することを特徴とする。
電力受取手段は、第1の超音波を受信するための電力受取用圧電素子と、電力受取用圧電素子から出力される信号を整流する整流回路と、整流回路により整流された信号を蓄電する容量素子と、を有することを特徴とする。
信号放出手段は、特定の周波数を発生する第2の発振回路と、第2の発振回路により第2の超音波を発生する信号放出用圧電素子と、赤外線を放出するための赤外線送信素子と、第2の超音波と赤外線の放出のタイミングを制御する制御回路と、を有することを特徴とする。
位置検出手段は、赤外線送信素子から放出された赤外線を受信する赤外線受信素子と、第2の超音波を受信するための複数設けられた信号受取用圧電素子と、赤外線受信素子で受信した信号と信号受取用圧電素子で受信した信号との時間差から指示器の入力位置を算出する位置算出手段と、を有することを特徴とする。
第1の超音波と第2の超音波とは、周波数が異なることを特徴とする。
本発明の入力装置によれば、指示器に電力受取手段を設けることによって、指示器に電池などの電源が不要となり、格段に小型化することができる。
また、電池の交換あるいは充電という煩わしい作業が必要なくなり、操作性を向上させることができる。
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構成図である。図2は、本発明の入力装置の使用形態の一例を示す模式図である。図3は、本発明の入力装置の検出機構の構成図である。図4は、本発明の入力装置の指示器の構成図である。図5は、本発明の入力装置の受信信号の波形を模式的に示した波形図である。
[構造説明:図1〜図5]
まず、本発明の入力装置の構成を図1から図5を用いて説明する。
図1において、1は指示器、2は電力供給手段、3は電力受取手段、4は信号放出手段、5は位置検出手段、6は第1の超音波、7は赤外線、8は第2の超音波、14は検出機構である。
まず、本発明の入力装置の構成を図1から図5を用いて説明する。
図1において、1は指示器、2は電力供給手段、3は電力受取手段、4は信号放出手段、5は位置検出手段、6は第1の超音波、7は赤外線、8は第2の超音波、14は検出機構である。
図2において、40は本発明の入力装置を搭載した電子機器である。電子機器40は、PDA(Personal Digital Assistance)などの情報端末を想定している。50は左手、60は右手である。
図3は、検出機構の構成図であり、9は第1の発振回路、10は電力供給用圧電素子、11は赤外線受信素子、12は信号受取用圧電素子、13は位置算出手段、24は赤外線受信信号、25と26とは超音波受信信号、27は第1の特定周波数の電気信号である。
第1の発振回路9は、第1の特定周波数の電気信号27を生成するもので、水晶発振器や、水晶振動子を利用した一般的な発振回路を利用することができる。
電力供給用圧電素子10は、電気信号を機械的振動に変換することによって空中に超音波を放出するのもで、ピエゾ素子などの圧電素子を利用することができる。
赤外線受信素子11は、受信した赤外線を電気信号に変換するもので、フォトトランジスタやフォトダイオードなどの光電素子を利用することができる。
信号受取用圧電素子12は、受信した超音波による機械的振動を電気信号に変換するもので、ピエゾ素子などの圧電素子を利用することができる。図3では、信号受取用圧電素子12を2つ設ける例を示している。これは、二次元的な指示器1の位置を特定するために必要である。
第1の発振回路9は、第1の特定周波数の電気信号27を生成するもので、水晶発振器や、水晶振動子を利用した一般的な発振回路を利用することができる。
電力供給用圧電素子10は、電気信号を機械的振動に変換することによって空中に超音波を放出するのもで、ピエゾ素子などの圧電素子を利用することができる。
赤外線受信素子11は、受信した赤外線を電気信号に変換するもので、フォトトランジスタやフォトダイオードなどの光電素子を利用することができる。
信号受取用圧電素子12は、受信した超音波による機械的振動を電気信号に変換するもので、ピエゾ素子などの圧電素子を利用することができる。図3では、信号受取用圧電素子12を2つ設ける例を示している。これは、二次元的な指示器1の位置を特定するために必要である。
図4は指示器の構成図であり、16は電力受取用圧電素子、17は整流回路、18は容量素子、19は第2の発振回路、20は赤外線送信素子、21は信号放出用圧電素子、22は制御回路、23は指示器電源ライン、28は圧電素子出力信号、29は第2の特定周波数の電気信号、30はパルス信号である。
電力受取用圧電素子16は、受信した第1の超音波6による機械的振動を圧電素子出力信号28に変換するもので、ピエゾ素子などの圧電素子を利用することができる。
整流回路17は、交流信号を整流するのもので、ダイオードを利用することができる。
第2の発振回路19は、第2の特定周波数の電気信号29を生成するもので、水晶発振器や、水晶振動子を利用した一般的な発振回路を利用することができる。
信号放出用圧電素子21は、入力する電気信号を機械的振動に変換することによって空中に第2の超音波8を放出するのもで、ピエゾ素子などの圧電素子を利用することができる。
赤外線送信素子20は、電流を流すことにより赤外線7を発光するもので、赤外線発光LED(Light Emitting Diode)である。
制御回路22は、タイミングを制御するためのカウンタであり、パルス信号30を出力する。
電力受取用圧電素子16は、受信した第1の超音波6による機械的振動を圧電素子出力信号28に変換するもので、ピエゾ素子などの圧電素子を利用することができる。
整流回路17は、交流信号を整流するのもので、ダイオードを利用することができる。
第2の発振回路19は、第2の特定周波数の電気信号29を生成するもので、水晶発振器や、水晶振動子を利用した一般的な発振回路を利用することができる。
信号放出用圧電素子21は、入力する電気信号を機械的振動に変換することによって空中に第2の超音波8を放出するのもで、ピエゾ素子などの圧電素子を利用することができる。
赤外線送信素子20は、電流を流すことにより赤外線7を発光するもので、赤外線発光LED(Light Emitting Diode)である。
制御回路22は、タイミングを制御するためのカウンタであり、パルス信号30を出力する。
図5において、t1とt2とは伝搬遅延である。
なお、図1から図5において同一の構成には同一の番号を付与している。
なお、図1から図5において同一の構成には同一の番号を付与している。
[原理説明:図1]
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を用いて説明する。
図1に示すように、検出機構14の電力供給手段2は、第1の超音波6を空中へ放出する。指示器1に設ける電力受取手段3は、第1の超音波6を受け電力に変換する。この電力は電源として信号放出手段4に供給される。信号放出手段4は、赤外線7と第2の超音波8とを同時に空中に放出する。検出機構14の位置検出手段5は、受信した赤外線7と第2の超音波8とから指示器1の位置を検出する。
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を用いて説明する。
図1に示すように、検出機構14の電力供給手段2は、第1の超音波6を空中へ放出する。指示器1に設ける電力受取手段3は、第1の超音波6を受け電力に変換する。この電力は電源として信号放出手段4に供給される。信号放出手段4は、赤外線7と第2の超音波8とを同時に空中に放出する。検出機構14の位置検出手段5は、受信した赤外線7と第2の超音波8とから指示器1の位置を検出する。
第1の超音波6と第2の超音波8とは、異なる周波数を使用する。これは指示器1が電力を受け続けながら動作するためである。
[動作説明:図3、図4、図5]
次に、本発明の入力装置の検出の詳細な動作を図3、図4、図5を用いて説明する。
次に、本発明の入力装置の検出の詳細な動作を図3、図4、図5を用いて説明する。
図3に示すように、第1の発振回路9が生成した第1の特定周波数の電気信号27は、
電力供給用圧電素子10に入力され、電力供給用圧電素子10は、その電気信号27に基づいた第1の超音波6を空中に放出する。
電力供給用圧電素子10に入力され、電力供給用圧電素子10は、その電気信号27に基づいた第1の超音波6を空中に放出する。
図4に示すように、電力受取用圧電素子16は、第1の超音波6を受け圧電素子出力信号28を生成する。圧電素子出力信号28は、整流回路17で整流された後、容量素子18で平滑化され電荷として蓄積される。このようにして容量素子18に蓄積された電荷は指示器1の電力として用い、指示器電源ライン23を利用して指示器1内の各要素に供給する。
図4に示すように、信号放出手段4は、指示器電源ライン23より電力が供給されると動作を開始する。まず、第2の発振回路19が第2の特定周波数の電気信号29を生成する。制御回路22は、一定間隔のパルス信号30を信号放出用圧電素子21と赤外線送信素子20とに送る。パルス信号30のタイミングに基づき、信号放出用圧電素子21は第2の超音波8を放出し、赤外線送信素子20は赤外線7を放出する。
図3に示すように、赤外線7は、位置検出手段5に到達し、赤外線受信素子11により、赤外線受信信号24が生成される。
一方、位置検出手段5に到達した第2の超音波8は、2つの信号受取用圧電素子12により、超音波受信信号25と超音波受信信号26とが生成される。
一方、位置検出手段5に到達した第2の超音波8は、2つの信号受取用圧電素子12により、超音波受信信号25と超音波受信信号26とが生成される。
図5に示すように、赤外線7は光速、すなわち実質的には伝搬時間0で到達するが、第2の超音波8は音速、すなわち常温で340m/sで伝搬するため、超音波受信信号25と超音波受信信号26とはそれぞれの信号受取用圧電素子12と指示器1との間の距離に依存した伝搬遅延t1、t2を含んだ信号となる。
図3に示す位置算出手段13は、伝搬遅延t1、t2に音速を掛けることにより指示器1と信号受取用圧電素子12との間のそれぞれの距離を算出する。これにより、二次元的な指示器1の位置を特定することができる。
もし、三次元的な指示器1の位置を特定したければ、信号受取用圧電素子12を
3つに増やすことで容易に拡張できる。
もし、三次元的な指示器1の位置を特定したければ、信号受取用圧電素子12を
3つに増やすことで容易に拡張できる。
本発明の入力装置は、指示器1に電力受取手段3を設けることによって、指示器1に電池などの電源が不要となり、格段に小型化することができる。
また、電池の交換あるいは充電という煩わしい作業が必要なくなり、操作性を向上させることができる。
また、電池の交換あるいは充電という煩わしい作業が必要なくなり、操作性を向上させることができる。
特に、近年実用化されてきたMEMS(Micro Electro Mechanical System)技術、すなわち、機構部品を半導体製造技術を利用して小型化するという技術を用いることにより、圧電素子を含む指示器1の全体を5mm角以下に小型化することができる。
例えば、図2に示すように、左手50で電子機器40を持ち、右手60の指先に指示器1を貼りつけて入力を行う使用形態も可能となる。このような使用形態は、使用者に指示器1の装着感を与えることがほとんどなく、入力そのものに疲労を伴うが無い。したがって、長時間におよぶ入力作業を必要とする入力装置に好適である。
例えば、図2に示すように、左手50で電子機器40を持ち、右手60の指先に指示器1を貼りつけて入力を行う使用形態も可能となる。このような使用形態は、使用者に指示器1の装着感を与えることがほとんどなく、入力そのものに疲労を伴うが無い。したがって、長時間におよぶ入力作業を必要とする入力装置に好適である。
本発明の入力装置は、表示品質や操作性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。特に持ち運び等の理由から小型化が求められる携帯情報端末に好適である。
1 指示器
2 電力供給手段
3 電力受取手段
4 信号放出手段
5 位置検出手段
6 第1の超音波
7 赤外線
8 第2の超音波
9 第1の発振回路
10 電力供給用圧電素子
11 赤外線受信素子
12 信号受取用圧電素子
13 位置算出手段
14 検出機構
16 電力受取用圧電素子
17 整流回路
18 容量素子
19 第2の発振回路
20 赤外線送信素子
21 信号放出用圧電素子
22 制御回路
23 指示器電源
24 赤外線受信信号
25 超音波受信信号
26 超音波受信信号
27 第1の特定周波数の電気信号
28 圧電素子出力信号
29 第2の特定周波数の電気信号
30 パルス信号
40 電子機器
2 電力供給手段
3 電力受取手段
4 信号放出手段
5 位置検出手段
6 第1の超音波
7 赤外線
8 第2の超音波
9 第1の発振回路
10 電力供給用圧電素子
11 赤外線受信素子
12 信号受取用圧電素子
13 位置算出手段
14 検出機構
16 電力受取用圧電素子
17 整流回路
18 容量素子
19 第2の発振回路
20 赤外線送信素子
21 信号放出用圧電素子
22 制御回路
23 指示器電源
24 赤外線受信信号
25 超音波受信信号
26 超音波受信信号
27 第1の特定周波数の電気信号
28 圧電素子出力信号
29 第2の特定周波数の電気信号
30 パルス信号
40 電子機器
Claims (6)
- 音波や光を利用して離間した指示器の位置情報を検出する検出機構を有する入力装置において、
前記検出機構は、第1の超音波を発して前記指示器に電力を供給する電力供給手段と、第2の超音波を受けて前記指示器の位置情報を検出する位置検出手段と、を有し、
前記指示器は、前記第1の超音波を電力に変換する電力受取手段と、前記第2の超音波を発して前記検出機構に位置情報を有する信号を放出する信号放出手段と、を有することを特徴とする入力装置。 - 前記電力供給手段は、特定の周波数を発生する第1の発振回路と、前記第1の発振回路により前記第1の超音波を発生する電力供給用圧電素子と、を有することを特徴とする請求項1に記載の入力装置。
- 前記電力受取手段は、前記第1の超音波を受信するための電力受取用圧電素子と、前記電力受取用圧電素子から出力される信号を整流する整流回路と、前記整流回路により整流された信号を蓄電する容量素子と、を有することを特徴とする請求項1に記載の入力装置。
- 前記信号放出手段は、特定の周波数を発生する第2の発振回路と、前記第2の発振回路により前記第2の超音波を発生する信号放出用圧電素子と、赤外線を放出するための赤外線送信素子と、前記第2の超音波と前記赤外線の放出のタイミングを制御する制御回路と、を有することを特徴とする請求項1に記載の入力装置。
- 前記位置検出手段は、前記赤外線送信素子から放出された赤外線を受信する赤外線受信素子と、前記第2の超音波を受信するための複数設けられた信号受取用圧電素子と、前記赤外線受信素子で受信した信号と前記信号受取用圧電素子で受信した信号との時間差から前記指示器の入力位置を算出する位置算出手段と、を有することを特徴とする請求項1に記載の入力装置。
- 前記第1の超音波と前記第2の超音波とは、周波数が異なることを特徴とする請求項1に記載の入力装置。
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WO2011030984A1 (ko) * | 2009-09-10 | 2011-03-17 | (주)옴니오 | 정보 입력 시스템 및 방법 |
-
2004
- 2004-08-17 JP JP2004237055A patent/JP2006058931A/ja active Pending
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WO2011030984A1 (ko) * | 2009-09-10 | 2011-03-17 | (주)옴니오 | 정보 입력 시스템 및 방법 |
KR101146209B1 (ko) * | 2009-09-10 | 2012-05-25 | (주)옴니오 | 정보 입력 시스템 및 방법 |
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