JP4145095B2

JP4145095B2 - Coordinate input device

Info

Publication number: JP4145095B2
Application number: JP2002233290A
Authority: JP
Inventors: 英紀関口; 壮一浜; 彰藤井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2022-08-09
Also published as: JP2004070887A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、筆記具を用いて用紙上に文字や図形を手書きした場合の軌跡をコンピュータに文字データ、あるいは図形データとして入力するための座標入力装置に関し、特に、筆記具の傾きを簡易な構成で検出し、筆記具のペン先の座標を正確に入力可能な座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のコンピュータの普及に伴い、鉛筆などの筆記具を使用して用紙に文字を手書きするよりもキーボードを使用して電子文書を作成することが多くなってきている。しかし、簡単なメモ書きをおこなう場合には、キーボード入力するよりも実際に文字などを用紙に手書きする方が簡便である。
【０００３】
このため、会議などをおこなう場合には各自メモ帳などを持参し、鉛筆などを使ってメモ帳などに手書き入力するのが依然として一般的であるが、作成したメモの配布や管理を考えると、かかるメモは電子化されていることが望ましい。特に、手書き文字をイメージスキャナなどで読み取ることとすると電子化に要する処理が煩雑であり、タッチパネルやタブレットなどを利用すると持ち運びに不便であるので、簡易に手書き文字を電子データとして入力することが望まれている。
【０００４】
これらのことから、従来、一対の超音波受信器を用紙上に配設し、筆記具から発信する超音波をこれらの超音波受信器によって受信して、その超音波の伝播時間から三角測量を用いて筆記具の位置を算出し、座標の入力をおこなう座標入力装置が知られている。この座標入力装置では、筆記具のペン先の動きを正確に入力するため、筆記具に設ける超音波素子をなるべくペン先の近傍に近づけることが望ましい。これは、筆記具に設けた超音波素子の距離が同一であっても、筆記具の傾きによって、ペン先の位置が変化するためである。
【０００５】
たとえば図１４に示すように、ペン先位置Pが同一の場所であっても、筆記具を垂直に支持する場合（１０１）と傾けて支持した場合（１０１ａ）とで筆記具に設けた超音波素子１０２の位置が変化し、超音波素子１０２と超音波受信器１０３との距離が変化する。この距離の変化がペン先の位置の誤差となるため、正確な座標入力が困難となる。
【０００６】
この誤差の発生を防止するため、座標入力装置では、筆記具に複数の超音波素子を設けてそれぞれの超音波素子の位置を測定し、複数の超音波素子の位置から筆記具の傾きを算出してペン先の位置を正確に入力する技術が考案されている。たとえば特開昭５４−４２１２５号公報や特表２００２−５０９３１７号公報には、ペン先に２個の超音波素子を付け、それぞれの超音波素子が発信する超音波の伝播時間を測定してそれぞれの超音波素子の位置を求め、超音波素子の位置関係からペン先の位置を補正する技術が開示されている。なお、筆記具に複数の超音波素子を設ける場合、超音波素子ごとにタイミングや周波数を変更することで、それぞれの超音波素子が発信する超音波を識別する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の座標入力装置では、筆記具に複数の超音波素子を形成するため、必要な部品点数および組立コストが超音波素子の数に従って増大するという問題点があった。さらに、指で持つ位置には超音波素子を配置することができないため、超音波素子の実装が困難になり、かつ筆記具の持ち方に制限が生じるという問題点があった。
【０００８】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、部品点数を減少させ、製造コストを低減し、実装が容易で、かつ筆記具の持ち方に制限をつけることなくペン先の座標を正確に入力可能な座標入力装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る座標入力装置は、第１電極と第２電極とが圧電膜を介して対向する超音波素子を筆記具に配設し、該超音波素子と所定の座標面上に固定された固定超音波素子との間で超音波の送受信に要する伝播時間を測定して前記筆記具の座標面上の位置を算出する座標入力装置であって、前記第１電極は、前記筆記具のペン先近傍に位置する下側第１電極と、前記下側第１電極に比して前記ペン先から遠い上側第１電極とを有し、前記下側第１電極および前記上側第１電極は、圧電膜の同一面上に形成され、前記下側第１電極と前記上側第１電極とを切り替えて前記超音波の送信位置を切替制御する送信制御部と、前記下側第１電極を用いた場合の前記超音波の伝播時間と、前記上側第１電極を用いた場合の前記超音波の伝播時間とをもとに前記筆記具の前記座標面に対する傾きを算出する傾斜算出部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、座標入力装置は、圧電膜の一方の面に形成する電極を上側第１電極と下側第１電極とに分割し、上側第１電極と下側第１電極とを切り替えて超音波を発生させることで超音波の発生位置を制御し、超音波の発生位置の違いから生じる伝播時間の差をもとに筆記具の傾きを算出し、ペン先の正確な位置を座標入力している。
【００１１】
また、本発明に係る座標入力装置は、上記の発明において、前記下側第１電極および前記上側第１電極は、前記圧電膜の同一面上に導電体を印刷して形成することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、圧電膜の表面に導電体を印刷することで電極を形成し、この印刷時のパターンによって上側第１電極と下側第１電極とを形成している。
【００１３】
また、本発明に係る座標入力装置は、上記の発明において、前記下側第１電極、前記上側第１電極、前記圧電膜および前記第２電極は、前記筆記具の長手方向に平行な円筒形状であることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、上側第１電極および下側第１電極は筆記具の長手方向に平行な円筒形状であり、円筒形状の径を伸縮させることで超音波を発生する。
【００１５】
また、本発明に係る座標入力装置は、上記の発明において、前記上側第１電極は、前記ペン先に対して反対側に引き出された端子部を備え、前記上側第１電極が形成する円筒形状は、当該円筒形状の軸方向に平行な開口部を有し、前記下側第１電極は、前記上側第１電極の開口部に印刷した配線を介して前記ペン先に対して反対側に引き出された端子部を備えることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、上側第１電極の円筒形状は円筒形状の軸方向に平行な開口部を有し、この開口部に配線をおこなうことで、下側第１電極に接続する端子と、上側第１電極に接続する端子とを同一方向に引き出している。
【００１７】
また、本発明に係る座標入力装置は、上記の発明において、前記下側第１電極は、前記ペン先側に引き出された端子部を備え、前記下側第１電極が形成する円筒形状は、当該円筒形状の軸方向に平行な開口部を有し、前記上側第１電極は、前記下側第１電極の開口部に印刷した配線を介して前記ペン先側に引き出された端子部を備えることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、下側第１電極の円筒形状は円筒形状の軸方向に平行な開口部を有し、この開口部に配線をおこなうことで、上側第１電極に接続する端子と、下側第１電極に接続する端子とを同一方向に引き出している。
【００１９】
また、本発明に係る座標入力装置は、上記の発明において、前記上側第１電極および前記下側第１電極は、前記圧電膜の外側に形成されることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、上側第１電極および下側第１電極を圧電膜の外側に形成し、第２電極を圧電膜の内側に形成して、上側第１電極と下側第１電極とを切り替えて超音波の発信位置を制御するようにしている。
【００２１】
また、本発明に係る座標入力装置は、上記の発明において、前記上側第１電極および前記下側第１電極は、前記圧電膜の内側に形成されることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、上側第１電極および下側第１電極を圧電膜の内側に形成し、第２電極を圧電膜の外側に形成して、上側第１電極と下側第１電極とを切り替えて超音波の発信位置を制御するようにしている。
【００２３】
また、本発明に係る座標入力装置は、上記の発明において、前記第２電極は、前記筆記具のペン先近傍に位置する下側第２電極と、前記下側第２電極に比して前記ペン先から遠い上側第２電極とを有し、前記送信制御部は、前記下側第１電極と前記下側第２電極とを用いる場合と、前記上側第１電極と前記下側第２電極とを用いる場合とを切り替えることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、第１電極を上側第１電極と下側第１電極とに分割し、さらに第２電極を上側第２電極と下側第２電極とに分割することで、圧電膜の両側の電極をそれぞれ切り替えて超音波の発信位置を制御するようにしている。
【００２５】
また、本発明に係る座標入力装置は、上記の発明において、前記上側第１電極と前記下側第１電極との間に、前記圧電膜の振動を押止する押止部材を備えたことを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、上側第１電極と下側第１電極との間に押止部材を設け、上側第１電極を用いた場合の圧電膜の振動と、下側第１電極を用いた場合の圧電膜の振動とを峻別可能としている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る座標入力装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２８】
まず、本実施の形態に係る座標入力装置の概要構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る座標入力装置の概要構成を説明する説明図である。図１において、座標入力装置は、筆記具１、超音波受信器３，４、座標算出器２を備えている。また、筆記具１は、ケース１１に電極１３，１５，１６および圧電膜１４によって形成される超音波素子を備えている。
【００２９】
この超音波素子は、圧電膜１４の一方の面に電極１３を形成し、電極１３を形成した面の裏面に電極１５，１６を形成している。したがって、この超音波素子は、電極１５および電極１３を用いて圧電膜１４に電圧を印加する場合と、電極１６および電極１３を用いて圧電膜１４に電圧を印加する場合とで超音波の発信位置が異なることとなる。
【００３０】
電極１５を用いる場合の超音波の発信位置と電極１６を用いる場合の超音波の発信位置との差は、超音波が超音波受信器３，４にそれぞれ到達するまでに要する伝播時間の差となる。座標算出器２内部の伝播時間測定部２１は、電極１５を用いる場合の超音波の伝播時間と、電極１６を用いる場合の超音波の伝播時間とをそれぞれ算出する。さらに座標算出器２内部の傾斜算出部２２は、伝播時間の差から電極１５，１６の位置関係、すなわち筆記具１の座標面に対する傾斜を算出する。したがって、座標算出器２内部の座標算出部２３は、電極１５，１６までの距離、および筆記具１の傾きからペン先１７の先端部の座標を算出することができる。
【００３１】
なお、筆記具１には、超音波の発信時のタイミングを制御するため、赤外線放射部１２を設けている。この赤外線放射部１２は、赤外線発光ダイオード１２ａ，１２ｂを含む複数の赤外線発光ダイオードを有し、筆記具の回転に関わらず、全方位に赤外線を放射可能である。
【００３２】
つぎに、図２を参照し、筆記具１の内部構成について説明する。図２は、筆記具１の概要構成を示す概要構成図である。図２に示すように、筆記具１は、その内部に電池３１、駆動回路３２およびペンタッチスイッチ３３を有する。ペンタッチスイッチ３３は、ペン先１７に連動しており、ペン先１７が筆記面に接触した場合にオン状態となる。駆動回路３２は、ペンタッチスイッチ３３がオン状態となった場合に、電池３１を電源として用い、超音波素子から超音波を送信する。
【００３３】
つぎに、図３〜図５を参照し、筆記具１における超音波素子の構成について説明する。図３は、超音波素子の展開図であり、図４は、超音波素子の組立図であり、図５は、超音波素子の断面図である。図３に示すように、超音波素子は、圧電膜１４の一方の面に電極１５および電極１６を形成し、電極１５，１６を形成した面の裏面に電極１３を形成している。この電極１３，１５，１６の形成は、圧電膜１４のそれぞれの面に導電体をパターン印刷によって付着させることでおこなう。
【００３４】
ここで、電極１５は、開口部Ａを設けてパターン印刷される。電極１６に電源を供給する配線をこの開口部Ａに設けることで、電極１６の端子１６ａは、電極１５の端子１５ａと同一方向に引き出すことが可能となる。さらに、電極１３の端子１３ａを端子１５ａ，１６ａと同一方向に引き出すことで、超音波素子の端子を全て同一方向に引き出すことができる。
【００３５】
このように、圧電膜の同一面に形成する電極の一方に開口部を設け、この開口部に配線をおこなうことで、超音波素子の端子を全て同一方向に引き出すことができる。したがって、筆記具における配線を簡略化し、超音波素子に係る構成を小型化するとともに組立コストを低減することができる。この時、特に端子を引き出す方向は、駆動回路３２が実装されている側、すなわちペン先に対して反対側が望ましい。
【００３６】
電極を印刷した圧電膜は、図４に示すように円筒形状に組み立てる。この円筒形の径によって、送信に適する超音波の周波数が決定される。たとえば、超音波素子の直径が６ｍｍである場合、出力する超音波の周波数は８０ｋＨｚ程度が適切な周波数となる。この超音波素子の径は、必要な周波数および実装の簡便さによって任意に定めればよい。
【００３７】
さらに、円筒形に組み立てた超音波素子の断面図を図５に示す。図５において、圧電膜１４はその両端を固定軸３４，３５によって固定する。また、電極１３のさらに内側に間隙３７，３８を設けている。この構成で電極１５と電極１３との間に電圧を印加した場合、圧電膜１４は円周方向に収縮する。しかしながら、圧電膜１４を円筒形に固定し、かつ、電極１３の内側に間隙３７を設けているので、圧電膜１４の収縮は、円筒形状の径の縮小として実現され、圧電膜１４の表面から超音波が発生することとなる。
【００３８】
同様に、電極１６と電極１３との間に電圧を印加した場合、圧電膜１４は円周方向に収縮する。この圧電膜１４の収縮は、圧電膜１４を円筒形に固定し、かつ電極１３の内側に間隙３８を設けているので、円筒形状の径の縮小として実現され、圧電膜１４の表面から超音波が発生することとなる。
【００３９】
ここで、間隙３７と間隙３８との間は、押止部材３６によって仕切られている。押止部材３６は、圧電膜１４に接触してその振動を停止させる。したがって、電極１５によって発生した圧電膜１４の振動が電極１６側に波及することを防止し、電極１６によって発生した振動が電極１５側に波及することを防止することができる。
【００４０】
なお、この押止部材３６は、電極１５を用いる場合の超音波の発生位置と、電極１６を用いる場合の超音波の発生位置とを峻別するために設けている。したがって、圧電膜１４の材質や厚さの選択によって、超音波の発生位置の峻別が可能であれば、かならずしも押止部材３６の配設を必要とするものではない。押止部材３６を設けない場合、間隙３７および間隙３８が単一の間隙によって実現された簡易な構成とすることができ、筆記具１の製造コストの低減を図ることができる。
【００４１】
このように、電極１５と電極１３との間に電圧を印加した場合、および電極１５と電極１３との間に電圧を印加した場合に、圧電膜１４は超音波を発生する。しかしながら、電極１５と電極１６との位置の違いから、電極１５を用いて電圧を印加した場合と、電極１６を用いて電圧を印加した場合とでは超音波の発生位置が異なることとなる。すなわち、この超音波素子では、電極１５と電極１６とを切り替えることで、超音波の発生位置を２つの場所から任意に選択することができる。
【００４２】
つぎに、筆記具１における超音波の発生およびその制御について詳細に説明する。図６に示すように、駆動回路３２は、その内部にタイマ４１、赤外線駆動回路４２、および超音波駆動回路４３を備えている。この赤外線駆動回路４２は赤外線放射部１２に接続され、超音波駆動回路４３は、超音波発信器４４に接続される。
【００４３】
駆動回路３２は、ペンタッチスイッチ３３がオン状態となった場合に、タイマ４１が出力する周期信号をもとに、赤外線駆動回路４２および超音波駆動回路４３を一定周期で動作させる。したがって、赤外線放射部１２は一定の周期で赤外線を放出し、同様に、超音波発信器４４は、一定周期で超音波を送信することとなる。なお、タイマ４１が出力する周期信号の周期は、人間の手による筆記具１の動きを安定して検出可能な範囲で任意に設定し、たとえば１００Ｈｚ程度の値とすればよい。
【００４４】
図７に、超音波駆動回路４３の一例を示す。図７に示したコンデンサＣ１は、電極１５，１３および圧電膜１４によって形成され、コンデンサＣ２は、電極１６，１３および圧電膜１４によって形成される。また、電源４５は、電池３１をもちいて実現する。図７において、スイッチＳ１がオン状態となると、コイルＬ１に徐々に増加する電流が流れる。ここでスイッチＳ１をオフ状態とすると、逆起電力が発生し、コンデンサＣ１に高電圧が印加される。このコンデンサＣ１は、電極１５，１３および圧電膜１４によって形成されているので、高電圧の印加によって圧電膜１４が収縮して超音波が発生する。
【００４５】
同様に、スイッチＳ２がオン状態となると、コイルＬ２に徐々に増加する電流が流れる。ここで、スイッチＳ２をオフ状態とすると、逆起電力が発生し、コンデンサＣ２に高電圧が印加される。このコンデンサＣ２は、電極１６，１３および圧電膜１４によって形成されているので、高電圧の印加によって圧電膜１４が収縮して超音波が発生する。
【００４６】
超音波駆動回路４３は、このように、スイッチＳ１，Ｓ２を切り替えることで、電極１５と電極１６とを切り替えて超音波を出力することができる。具体的には、駆動回路３２は、赤外線放射部１２から赤外線を放射すると同時に電極１５をもちいて超音波を送信し、さらに所定時間Ｔ０経過後に電極１６を用いて超音波を送信する。
【００４７】
つぎに、図８〜１１を参照し、筆記具１が送信した超音波の受信側における処理について説明する。図８は、超音波を受信する受信装置の概要構成を示す概要構成図であり、図９は、超音波の伝播時間を測定する伝播時間測定部２１の回路構成を示す回路図であり、図１０は、筆記具１が送信する超音波の波形を説明する説明図であり、図１１は、超音波の伝播時間から筆記具１のペン先の座標を算出する算出方法を説明する説明図である。
【００４８】
筆記具１が送信した超音波は、超音波受信器３および超音波受信器４によって受信され、座標算出器２によって筆記具１の座標が算出される。なお、超音波受信器３，４および座標算出器２は、図８に示すように、受信装置５１の筐体内に配設する。また、受信装置５１は、赤外線放出部１２が放出した赤外線を受信する赤外線受信器５２を備えている。
【００４９】
赤外線受信器５２は、赤外線放射部１２によって放射された赤外線同期信号を受信した場合に、図９に示すように、タイマ７１，７２，７４をスタートさせる。一方で、超音波受信器３は、電極１５を用いて送信された超音波を受信し、受信波８１として入力アンプ６１に送出する。入力アンプ６１は、受信波８１を適度な大きさに増幅し、コンパレータ６３および零クロスコンパレータ６４に出力する。コンパレータ６３は、増幅された受信波８１と閾値ｒｔ１とを比較し、受信波８１が閾値ｒｔ１を超えた場合にフリップフロップ６７をオン状態とする。さらに、零クロスコンパレータ６４によって零クロス（Ｚ点）を検出し、フリップフロップ６７と零クロスコンパレータ６４との論理積（アンド）によってタイマ７２およびタイマ７３をストップさせる。したがって、タイマ７２は、電極１５が超音波を発信してから超音波受信器３に到達するまでの伝播時間Ｔ１を測定することとなる。タイマ７２は、この測定した伝播時間Ｔ１を傾斜算出部２２に送出する。
【００５０】
同様に、超音波受信器４は、電極１５を用いて送信された超音波を受信し、受信波８２として入力アンプ６２に送出する。入力アンプ６２は、受信波８２を適度な大きさに増幅し、コンパレータ６５および零クロスコンパレータ６６に出力する。コンパレータ６５は、増幅された受信波８２と閾値ｒｔ２とを比較し、受信波８２が閾値ｒｔ２を超えた場合にフリップフロップ６８をオン状態とする。さらに、零クロスコンパレータ６６によって零クロス（Ｚ点）を検出し、フリップフロップ６８と零クロスコンパレータ６６との論理積（アンド）によってタイマ７４およびタイマ７５をストップさせる。したがって、タイマ７４は、電極１５が超音波を発信してから超音波受信器４に到達するまでの伝播時間Ｔ２を測定することとなる。タイマ７４は、この伝播時間Ｔ２を傾斜算出部２２に送出する。
【００５１】
さらに、タイマ７１は、赤外線受信器５２によってスタートした後、所定時間Ｔ０経過後にフリップフロップ６７およびフリップフロップ６８を初期化し、さらにタイマ７３およびタイマ７５をスタートさせる。この所定時間Ｔ０は、電極１５を用いて超音波を送信した後、電極１６を用いて超音波を送信するまでの間隔であるので、フリップフロップ６７，６８の初期化およびタイマ７２およびタイマ７５のスタートは、電極１６を用いた超音波が発生すると同時におこなわれることとなる。
【００５２】
超音波受信器３は、電極１６を用いて送信された超音波を受信し、受信波８１として入力アンプ６１に送出する。入力アンプ６１は、受信波８１を適度な大きさに増幅し、コンパレータ６３および零クロスコンパレータ６４に出力する。コンパレータ６３は、増幅された受信波８１と閾値ｒｔ１とを比較し、受信波８１が閾値ｒｔ１を超えた場合にフリップフロップ６７をオン状態とする。さらに、零クロスコンパレータ６４によって零クロス（Ｚ点）を検出し、フリップフロップ６７と零クロスコンパレータ６４との論理積（アンド）によってタイマ７２およびタイマ７３をストップさせる。したがって、タイマ７３は、電極１６が超音波を発信してから超音波受信器３に到達するまでの伝播時間Ｔ３を測定することとなる。タイマ７３は、この測定した伝播時間Ｔ３を傾斜算出部２２に送出する。
【００５３】
同様に、超音波受信器４は、電極１６を用いて送信された超音波を受信し、受信波８２として入力アンプ６２に送出する。入力アンプ６２は、受信波８２を適度な大きさに増幅し、コンパレータ６５および零クロスコンパレータ６６に出力する。コンパレータ６５は、増幅された受信波８２と閾値ｒｔ２とを比較し、受信波８２が閾値ｒｔ２を超えた場合にフリップフロップ６８をオン状態とする。さらに、零クロスコンパレータ６６によって零クロス（Ｚ点）を検出し、フリップフロップ６８と零クロスコンパレータ６６との論理積（アンド）によってタイマ７４およびタイマ７５をストップさせる。したがって、タイマ７５は、電極１６が超音波を発信してから超音波受信器４に到達するまでの伝播時間Ｔ４を測定することとなる。タイマ７５は、この伝播時間Ｔ４を傾斜算出部２２に送出する。
【００５４】
傾斜算出部２２は、伝播時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４および筆記具１における電極１５，１６の位置関係から、筆記具１の座標面に対する傾斜を算出し、ペン先１７の先端部の正確な位置を得ることができる。この実施例においては、傾斜算出部２２によってペン先１７の先端部から超音波受信器３，４までの距離をそれぞれ算出し、座標算出部２３によってペン先１７の座標を算出する。
【００５５】
図１１は、ペン先１７の先端部から超音波受信器３，４までの距離の算出を説明する説明図である。図１１において、「Ｒ１」は超音波受信器３の位置を示し、「Ｐ」はペン先１７の先端部の位置を示す。また、「Ｐ１」は筆記具１の中心軸上に存在する電極１６の中心であり、「Ｐ２」は筆記具１の中心軸上に存在する電極１５の中心である。さらに、「Ｐ」から「Ｐ１」までの距離は「ａ」、「Ｐ１」から「Ｐ２」までの距離は「ｂ」である。また、電極１６，１５の半径を「ｒ」とし、超音波が発生する電極上の位置をそれぞれ「Ｓ１」、「Ｓ２」とする。
【００５６】
ここで、「Ｒ１」から「Ｓ１」、「Ｓ２」までの距離「ｄ１」、「ｄ３」は、音速Ｖ、伝播時間Ｔ１，Ｔ３をもちいて
ｄ１＝Ｖ×Ｔ１、ｄ３＝Ｖ×Ｔ３
とあらわせる。
【００５７】
一方、∠Ｒ１Ｓ２Ｓ１を「α２」とすると、
ΔＲ１Ｓ２Ｓ１から、（ｄ１）²＝ｂ²＋（ｄ３）²−２×ｂ×（ｄ３）×cosα２であり、
ΔＲ１Ｓ２Ｐ１から、（ｅ３）²＝ｒ²＋（ｄ３）²−２×ｒ×（ｄ３）×cos（α２＋９０）、これを変形し、（ｅ３）²＝ｒ²＋（ｄ３）²±ｒ×（ｄ３）×（１−cos²α２）^1/2である。
したがって、（ｅ３）²＝ｒ²＋（ｄ３）²±ｒ×（ｄ３）×｛１−（ｂ²＋（ｄ３）²−（ｄ１）²）²／（２ｂ（ｄ３））²｝^1/2となる。
【００５８】
さらに、ΔＲ１Ｓ２Ｓ０から、（ｅ５）²＝（ａ＋ｂ）²＋（ｄ３）²−２（ａ＋ｂ）×（ｄ３）×cosα２、これを変形し、（ｅ５）²＝（ａ＋ｂ）²＋（ｄ３）²−（ａ＋ｂ）×｛ｂ²＋（ｄ３）²−（ｄ１）²｝／ｂとなる。
【００５９】
また、∠Ｒ１Ｓ１Ｓ０を「α１」とすると、
ΔＲ１Ｓ１Ｓ０から、（ｅ５）²＝ａ²＋（ｄ１）²−２ａ×（ｄ１）×cosα１であり、
ΔＲ１Ｐ２Ｐ１から、（ｅ１）²＝ｒ²＋（ｄ１）²−２×ｒ×（ｄ１）×cos（α１＋９０）、これを変形し、（ｅ１）²＝ｒ²＋（ｄ１）²±ｒ×（ｄ１）×（１−cos²α１）^1/2である。
したがって、（ｅ１）²＝ｒ²＋（ｄ１）²±ｒ×（ｄ１）×｛１−（ａ²＋（ｄ１）²−（ｅ５）²）²／（２ａ（ｄ１））²｝^1/2となる。
【００６０】
以上により、「Ｐ１」から「Ｒ１」までの距離「ｅ１」、および「Ｐ２」から「Ｒ１」までの距離「ｅ２」が算出できる。ここで、∠Ｒ１Ｐ２Ｐを「β」とすると、
ΔＲ１Ｐ２Ｐ１から、（ｅ１）²＝ｂ²＋（ｅ３）²−２×ｂ×（ｅ３）cosβであり、
ΔＲ１Ｐ２Ｐから、（ｆ１）²＝（ａ＋ｂ）²＋（ｅ３）²―２（ａ＋ｂ）×（
ｅ３）×cosβ、これを変形し、（ｆ１）²＝（ａ＋ｂ）²＋（ｅ３）²―（ａ＋ｂ）×（ｂ²＋（ｅ３）²−（ｅ１）²）／ｂとして、「Ｒ１」から「Ｐ」までの距離「ｆ１」、すなわち、ペン先１７の先端から超音波受信器３までの距離を求めることができる。
【００６１】
同様に、筆記具１の中心軸と超音波受信器４とを含む平面上で、ペン先１７の先端部「Ｐ」から超音波受信器の位置「Ｒ２」までの距離「ｆ２」を算出する。傾斜算出部２２は、算出した「ｆ１」および「ｆ２」の値を座標算出部２３に出力し、座標算出部２３によってペン先１７の先端部「Ｐ」の座標を算出する。
【００６２】
座標算出部２３は、まず、「Ｒ１」、「Ｒ２」および「Ｐ」を含む平面に、「Ｒ１」を原点とし、「Ｒ２」の座標を（Ｗ，０）とする座標系をとる。この座標系において、ペン先１７の先端部「Ｐ」の座標を（ｘ，ｙ）とすると、ｘ，ｙには、
ｘ²＋ｙ²＝ｆ１²
（ｘ−Ｗ）²＋ｙ²＝ｆ２²
の関係が成立する。
【００６３】
したがって、ｘ，ｙの値は、
ｘ＝（ｆ１²−ｆ２²＋Ｗ²）／２Ｗ
ｙ＝−（ｆ１²−ｘ²）^1/2
として求めることができる。
【００６４】
このように、位置の異なる２つの電極１５，１６を切り替えて超音波を発信し、伝播時間の差を用いることで座標面に対する筆記具１の傾きを補正し、ペン先１７の先端部と超音波受信器との距離を算出することができるので、ペン先１７の先端部の座標を正確に入力することができる。
【００６５】
上述してきたように、本実施の形態では、圧電膜１４の一方の面に形成する電極を２つに分割し、電極の切替によって超音波の発信位置を切り替え、超音波の伝播時間の差からペン先１７の先端部の位置を算出するようにしているので、超音波素子の部品点数を減少させ、製造コストを低減し、実装を簡易にすることができる。また、超音波素子の構造を簡易かつ小型にすることで、筆記具の持ち方に対する制限をなくし、筆記具の使用感を向上することができる。
【００６６】
さらに、分割した電極の一方に開口部Ａを設けてパターン印刷し、この開口部に配線を設けることで分割した電極の端子を同一方向に引き出すようにしているので、筆記具の構成をさらに簡易かつ小型化している。
【００６７】
なお、本実施の形態においては、電極の端子を全てペン先から遠い側に引き出していたが、この発明の実施はこれに限定されるものではなく、電極の端子を全てペン先から近い側に引き出すようにしてもよい。この端子の引き出し方向は、筆記具の設計に合わせて任意に選択することができる。
【００６８】
また、本実施の形態においては、圧電膜１４の外側の電極を２つに分割し、内側の電極を共有化していたが、本発明の実施はこれに限定されるものではなく、圧電膜の両面の電極をそれぞれ分割してもよいし、また、圧電膜の内側の電極を分割し、外側の電極を共有化するようにしてもよい。
【００６９】
図１２は、圧電膜の両側の電極をそれぞれ分割した場合の超音波素子を示す図である。図１２において、圧電膜１４は、外側の面に電極１５および電極１６を形成し、内側の面に電極９１および電極９２を形成している。したがって、この超音波素子では、電極１５および電極９１を用いて圧電膜１４に電圧を印加する場合と、電極１６および電極９２を用いて圧電膜１４に電圧を印加する場合とを切り替えることで超音波の発生位置を切り替えることとなる。
【００７０】
また、図１３は、圧電膜の内側の電極を分割した場合の超音波素子を示す図である。図１３において、圧電膜１４は、外側の面に電極９３を形成し、内側の面に電極９１および電極９２を形成している。したがって、この超音波素子では、電極９１および電極９３を用いて圧電膜１４に電圧を印加する場合と、電極９２および電極９３を用いて圧電膜１４に電極を印加する場合とを切り替えることで超音波の発生位置を切り替えることとなる。
【００７１】
さらに、本実施の形態では、筆記具１に設けた超音波素子から超音波を発信し、固定した受信装置５１で受信するように構成しているが、超音波素子は同一の構成で超音波の送信と受信とを行うことができるので、固定した装置から超音波を発信し、筆記具１に設けた超音波素子で受信するように構成してもよい。
【００７２】
また、本実施の形態では、筆記具１に設けた赤外線放射部１２から放射した赤外線を受信装置５１に設けた赤外線受信器５２によって受信することで、超音波送受信の同期を取っていたが、この発明の実施はこれに限定されるものではなく、受信装置５１に赤外線放射部を設け、筆記具１に赤外線受信部を設けて、受信装置５１が放射した赤外線を筆記具１によって受信して超音波送受信の同期を取るようにしてもよい。また、受信装置５１と筆記具１とをケーブルによって物理的に接続して超音波送受信の同期を取るようにしてもよい。
【００７３】
（付記１）第１電極と第２電極とが圧電膜を介して対向する超音波素子を筆記具に配設し、該超音波素子と所定の座標面上に固定された固定超音波素子との間で超音波の送受信に要する伝播時間を測定して前記筆記具の座標面上の位置を算出する座標入力装置であって、
前記第１電極は、前記筆記具のペン先近傍に位置する下側第１電極と、前記下側第１電極に比して前記ペン先から遠い上側第１電極とを有し、
前記下側第１電極と前記上側第１電極とを切り替えて前記超音波の送信位置を切替制御する送信制御部と、
前記下側第１電極を用いた場合の前記超音波の伝播時間と、前記上側第１電極を用いた場合の前記超音波の伝播時間とをもとに前記筆記具の前記座標面に対する傾きを算出する傾斜算出部と、
を備えたことを特徴とする座標入力装置。
【００７４】
（付記２）前記下側第１電極および前記上側第１電極は、前記圧電膜の同一面上に導電体を印刷して形成することを特徴とする付記１に記載の座標入力装置。
【００７５】
（付記３）前記下側第１電極、前記上側第１電極、前記圧電膜および前記第２電極は、前記筆記具の長手方向に平行な円筒形状であることを特徴とする付記１または２に記載の座標入力装置。
【００７６】
（付記４）前記上側第１電極は、前記ペン先に対して反対側に引き出された端子部を備え、前記上側第１電極が形成する円筒形状は、当該円筒形状の軸方向に平行な開口部を有し、前記下側第１電極は、前記上側第１電極の開口部に印刷した配線を介して前記ペン先に対して反対側に引き出された端子部を備えることを特徴とする付記３に記載の座標入力装置。
【００７７】
（付記５）前記下側第１電極は、前記ペン先側に引き出された端子部を備え、前記下側第１電極が形成する円筒形状は、当該円筒形状の軸方向に平行な開口部を有し、前記上側第１電極は、前記下側第１電極の開口部に印刷した配線を介して前記ペン先側に引き出された端子部を備えることを特徴とする付記３に記載の座標入力装置。
【００７８】
（付記６）前記上側第１電極および前記下側第１電極は、前記圧電膜の外側に形成されることを特徴とする付記３〜５のいずれか一つに記載の座標入力装置。
【００７９】
（付記７）前記上側第１電極および前記下側第１電極は、前記圧電膜の内側に形成されることを特徴とする付記３〜５のいずれか一つに記載の座標入力装置。
【００８０】
（付記８）前記第２電極は、前記筆記具のペン先近傍に位置する下側第２電極と、前記下側第２電極に比して前記ペン先から遠い上側第２電極とを有し、前記送信制御部は、前記下側第１電極と前記下側第２電極とを用いる場合と、前記上側第１電極と前記下側第２電極とを用いる場合とを切り替えることを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載の座標入力装置。
【００８１】
（付記９）前記上側第１電極と前記下側第１電極との間に、前記圧電膜の振動を押止する押止部材を備えたことを特徴とする付記１〜８のいずれか一つに記載の座標入力装置。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、座標入力装置は、圧電膜の一方の面に形成する電極を上側第１電極と下側第１電極とに分割し、上側第１電極と下側第１電極とを切り替えて超音波を発生させることで超音波の発生位置を制御し、超音波の発生位置の違いから生じる伝播時間の差をもとに筆記具の傾きを算出し、ペン先の正確な位置を座標入力しているので、部品点数を減少させ、製造コストを低減し、実装が容易で、かつ筆記具の持ち方に制限をつけることなくペン先の座標を正確に入力可能な座標入力装置を提供することができるという効果を奏する。
【００８３】
また、本発明によれば、圧電膜の表面に導電体を印刷することで電極を形成し、この印刷時のパターンによって上側第１電極と下側第１電極とを形成しているので、ペン先の座標を正確に入力可能な座標入力装置をさらに簡易に製造可能とし、製造コストを低減することができるという効果を奏する。
【００８４】
また、本発明によれば、上側第１電極および下側第１電極は筆記具の長手方向に平行な円筒形状であり、円筒形状の径を伸縮させることで超音波を発生するので、簡易な構成でペン先の座標を正確に入力可能な座標入力装置を提供することができるという効果を奏する。
【００８５】
また、本発明によれば、上側第１電極の円筒形状は円筒形状の軸方向に平行な開口部を有し、この開口部に配線をおこなうことで、下側第１電極に接続する端子と、上側第１電極に接続する端子とを同一方向に引き出しているので、ペン先の座標を正確に入力可能な座標入力装置をさらに簡易な構成として実装を容易にすることができるという効果を奏する。
【００８６】
また、本発明によれば、下側第１電極の円筒形状は円筒形状の軸方向に平行な開口部を有し、この開口部に配線をおこなうことで、上側第１電極に接続する端子と、下側第１電極に接続する端子とを同一方向に引き出しているので、ペン先の座標を正確に入力可能な座標入力装置をさらに簡易な構成として実装を容易にすることができるという効果を奏する。
【００８７】
また、本発明によれば、上側第１電極および下側第１電極を圧電膜の外側に形成し、第２電極を圧電膜の内側に形成して、上側第１電極と下側第１電極とを切り替えて超音波の発信位置を制御するように構成しているので、簡易な構成でペン先の座標を正確に入力可能な座標入力装置を提供することができるという効果を奏する。
【００８８】
また、本発明によれば、上側第１電極および下側第１電極を圧電膜の内側に形成し、第２電極を圧電膜の外側に形成して、上側第１電極と下側第１電極とを切り替えて超音波の発信位置を制御するように構成しているので、簡易な構成でペン先の座標を正確に入力可能な座標入力装置を提供することができるという効果を奏する。
【００８９】
また、本発明によれば、第１電極を上側第１電極と下側第１電極とに分割し、さらに第２電極を上側第２電極と下側第２電極とに分割することで、圧電膜の両側の電極をそれぞれ切り替えて超音波の発信位置を制御するように構成しているので、簡易な構成でペン先の座標を正確に入力可能な座標入力装置を提供し、かつ超音波の発信位置の識別をさらに容易にすることができるという効果を奏する。
【００９０】
また、本発明によれば、上側第１電極と下側第１電極との間に押止部材を設け、上側第１電極を用いた場合の圧電膜の振動と、下側第１電極を用いた場合の圧電膜の振動とを峻別可能としているので、簡易な構成でペン先の座標を正確に入力可能な座標入力装置を提供し、かつ超音波の発信位置の識別をさらに容易にすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る座標入力装置の概要構成を説明する説明図である。
【図２】図１に示した筆記具の概要構成を示す概要構成図である。
【図３】図１に示した超音波素子の展開図である。
【図４】図１に示した超音波素子の組立図である。
【図５】図１に示した超音波素子の断面図である。
【図６】駆動回路の概要構成を説明する説明図である。
【図７】超音波駆動回路４３の一例を示す回路図である。
【図８】超音波を受信する受信装置の概要構成を示す概要構成図である。
【図９】超音波の伝播時間を測定する伝播時間測定部の回路構成を示す回路図である。
【図１０】筆記具が送信する超音波の波形を説明する説明図である。
【図１１】超音波の伝播時間から筆記具のペン先の座標を算出する算出方法を説明する説明図である。
【図１２】圧電膜の両側の電極をそれぞれ分割した場合の超音波素子を示す図である。
【図１３】圧電膜の内側の電極を分割した場合の超音波素子を示す図である。
【図１４】筆記具の傾きによって生じる誤差を説明する説明図である。
【符号の説明】
１筆記具
２座標算出器
３，４超音波受信器
１１ケース
１２赤外線放射部
１２ａ，１２ｂ赤外線発光ダイオード
１３，１５，１６，９１，９２，９３電極
１４圧電膜
１７ペン先
２１伝播時間測定部
２２傾斜算出部
２３座標算出部
３１電池
３２駆動回路
３３ペンタッチスイッチ
３４，３５固定軸
３６押止部材
３７，３８間隙
４１，７２，７３，７４，７５タイマ
４２赤外線駆動回路
４３超音波駆動回路
４４超音波発信器
４５電源
５１受信装置
５２赤外線受信器
６１，６２入力アンプ
６３，６５コンパレータ
６４，６６零クロスコンパレータ
６７フリップフロップ
８１，８２受信波[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a coordinate input device for inputting a trajectory when a character or a figure is handwritten on paper using a writing instrument to the computer as character data or figure data, and in particular, detects the inclination of the writing instrument with a simple configuration. The present invention also relates to a coordinate input device capable of accurately inputting the coordinates of the pen tip of the writing instrument.
[0002]
[Prior art]
With the spread of computers in recent years, electronic documents are often created using a keyboard rather than handwriting characters on paper using a writing instrument such as a pencil. However, when writing simple memos, it is easier to actually write characters on a sheet of paper than to enter with a keyboard.
[0003]
For this reason, when holding a meeting, it is still common to bring your own notepad, etc., and use a pencil etc. to write in handwriting on the notepad. Such memos are preferably digitized. In particular, if handwritten characters are read by an image scanner or the like, the processing required for digitization is complicated, and using a touch panel or tablet is inconvenient to carry. Therefore, it is desirable to easily input handwritten characters as electronic data. It is rare.
[0004]
Therefore, conventionally, a pair of ultrasonic receivers are arranged on a sheet, ultrasonic waves transmitted from the writing instrument are received by these ultrasonic receivers, and triangulation is used from the propagation time of the ultrasonic waves. A coordinate input device that calculates the position of a writing instrument and inputs coordinates is known. In this coordinate input device, in order to accurately input the movement of the pen tip of the writing instrument, it is desirable that the ultrasonic element provided in the writing instrument is as close as possible to the vicinity of the pen tip. This is because even if the distance between the ultrasonic elements provided in the writing instrument is the same, the position of the pen tip changes depending on the inclination of the writing instrument.
[0005]
For example, as shown in FIG. 14, even when the pen tip position P is the same, the ultrasonic element 102 provided on the writing instrument when the writing instrument is supported vertically (101) and when it is supported tilted (101a). Changes, and the distance between the ultrasonic element 102 and the ultrasonic receiver 103 changes. Since this change in distance becomes an error in the position of the pen tip, it is difficult to input accurate coordinates.
[0006]
In order to prevent the occurrence of this error, the coordinate input device provides a plurality of ultrasonic elements in the writing instrument, measures the position of each ultrasonic element, and calculates the inclination of the writing instrument from the position of the plurality of ultrasonic elements. Techniques have been devised for accurately inputting the position of the pen tip. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-42125 and Japanese Translation of PCT International Publication No. 2002-509317, two ultrasonic elements are attached to the pen tip, and the propagation time of the ultrasonic wave transmitted from each ultrasonic element is measured. A technique for obtaining the position of the ultrasonic element and correcting the position of the pen tip from the positional relationship of the ultrasonic element is disclosed. In addition, when providing a some ultrasonic element in a writing instrument, the ultrasonic wave which each ultrasonic element transmits is identified by changing a timing and a frequency for every ultrasonic element.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional coordinate input device, since a plurality of ultrasonic elements are formed on the writing instrument, there is a problem that the number of necessary parts and assembly cost increase according to the number of ultrasonic elements. Furthermore, since the ultrasonic element cannot be arranged at the position held by the finger, it is difficult to mount the ultrasonic element, and there is a problem that the method of holding the writing instrument is limited.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, reduces the number of parts, reduces the manufacturing cost, is easy to mount, and does not limit how to hold the writing instrument. An object of the present invention is to provide a coordinate input device capable of accurately inputting the coordinates of the pen tip.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a coordinate input device according to the present invention includes an ultrasonic element in which a first electrode and a second electrode are opposed to each other with a piezoelectric film disposed on a writing instrument. A coordinate input device that calculates a position on the coordinate plane of the writing instrument by measuring a propagation time required for transmission / reception of ultrasonic waves between the acoustic wave element and a fixed ultrasonic element fixed on a predetermined coordinate plane, The first electrode has a lower first electrode located in the vicinity of the pen tip of the writing instrument, and an upper first electrode farther from the pen tip than the lower first electrode,The lower first electrode and the upper first electrode are formed on the same surface of the piezoelectric film,A transmission control unit that switches between the lower first electrode and the upper first electrode to control the transmission position of the ultrasonic wave, and the ultrasonic wave propagation time when the lower first electrode is used, An inclination calculating unit that calculates an inclination of the writing instrument with respect to the coordinate plane based on the propagation time of the ultrasonic wave when the upper first electrode is used.
[0010]
According to this invention, the coordinate input device divides the electrode formed on one surface of the piezoelectric film into the upper first electrode and the lower first electrode, and switches between the upper first electrode and the lower first electrode. The position of the ultrasonic wave is controlled by generating an ultrasonic wave, and the inclination of the writing instrument is calculated based on the difference in propagation time resulting from the difference in the ultrasonic wave generation position, and the exact position of the pen tip is input as coordinates. is doing.
[0011]
The coordinate input apparatus according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the lower first electrode and the upper first electrode are formed by printing a conductor on the same surface of the piezoelectric film. To do.
[0012]
According to this invention, the electrode is formed by printing a conductor on the surface of the piezoelectric film, and the upper first electrode and the lower first electrode are formed by the pattern at the time of printing.
[0013]
In the coordinate input device according to the present invention, in the above invention, the lower first electrode, the upper first electrode, the piezoelectric film, and the second electrode have a cylindrical shape parallel to a longitudinal direction of the writing instrument. It is characterized by being.
[0014]
According to this invention, the upper first electrode and the lower first electrode have a cylindrical shape parallel to the longitudinal direction of the writing instrument, and generate ultrasonic waves by expanding and contracting the diameter of the cylindrical shape.
[0015]
In the coordinate input device according to the present invention, in the above invention, the upper first electrode includes a terminal portion that is drawn out to the opposite side with respect to the pen tip, and the cylindrical shape formed by the upper first electrode Has an opening parallel to the axial direction of the cylindrical shape, and the lower first electrode is pulled out to the opposite side with respect to the pen tip via a wiring printed in the opening of the upper first electrode. It is characterized by comprising a terminal portion.
[0016]
According to the present invention, the cylindrical shape of the upper first electrode has an opening parallel to the axial direction of the cylindrical shape, and by wiring to this opening, the terminal connected to the lower first electrode and the upper A terminal connected to the first electrode is drawn out in the same direction.
[0017]
Further, in the coordinate input device according to the present invention, in the above invention, the lower first electrode includes a terminal portion drawn to the pen tip side, and the cylindrical shape formed by the lower first electrode is: The cylindrical first electrode has an opening parallel to the axial direction, and the upper first electrode includes a terminal portion that is led out to the pen tip side via a wiring printed on the opening of the lower first electrode. It is characterized by that.
[0018]
According to the present invention, the cylindrical shape of the lower first electrode has an opening parallel to the axial direction of the cylindrical shape, and wiring is provided to the opening, whereby the terminal connected to the upper first electrode, A terminal connected to the first side electrode is drawn out in the same direction.
[0019]
In the coordinate input device according to the present invention as set forth in the invention described above, the upper first electrode and the lower first electrode are formed outside the piezoelectric film.
[0020]
According to the present invention, the upper first electrode and the lower first electrode are formed outside the piezoelectric film, the second electrode is formed inside the piezoelectric film, and the upper first electrode and the lower first electrode are formed. By switching, the transmission position of the ultrasonic wave is controlled.
[0021]
In the coordinate input device according to the present invention as set forth in the invention described above, the upper first electrode and the lower first electrode are formed inside the piezoelectric film.
[0022]
According to the present invention, the upper first electrode and the lower first electrode are formed inside the piezoelectric film, the second electrode is formed outside the piezoelectric film, and the upper first electrode and the lower first electrode are formed. By switching, the transmission position of the ultrasonic wave is controlled.
[0023]
In the coordinate input device according to the present invention, in the above invention, the second electrode includes a lower second electrode located near a pen tip of the writing instrument, and the pen as compared with the lower second electrode. An upper second electrode far from the tip, and the transmission control unit uses the lower first electrode and the lower second electrode, and the upper first electrode and the lower second electrode. It is characterized in that the case of using is switched.
[0024]
According to this invention, the first electrode is divided into the upper first electrode and the lower first electrode, and the second electrode is further divided into the upper second electrode and the lower second electrode. The ultrasonic wave transmission position is controlled by switching the electrodes on both sides.
[0025]
Moreover, the coordinate input device according to the present invention is the above invention, further comprising a pressing member that holds the vibration of the piezoelectric film between the upper first electrode and the lower first electrode. Features.
[0026]
According to this invention, when a pressing member is provided between the upper first electrode and the lower first electrode, the vibration of the piezoelectric film when the upper first electrode is used, and the case where the lower first electrode is used It is possible to distinguish the vibration of the piezoelectric film.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of a coordinate input device according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.
[0028]
First, a schematic configuration of the coordinate input device according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a schematic configuration of a coordinate input device according to the present embodiment. In FIG. 1, the coordinate input device includes a writing instrument 1, ultrasonic receivers 3 and 4, and a coordinate calculator 2. The writing instrument 1 includes an ultrasonic element formed on the case 11 by the electrodes 13, 15, 16 and the piezoelectric film 14.
[0029]
In this ultrasonic element, an electrode 13 is formed on one surface of the piezoelectric film 14, and electrodes 15 and 16 are formed on the back surface of the surface on which the electrode 13 is formed. Therefore, this ultrasonic element transmits ultrasonic waves when the voltage is applied to the piezoelectric film 14 using the electrodes 15 and 13 and when the voltage is applied to the piezoelectric film 14 using the electrodes 16 and 13. The position will be different.
[0030]
The difference between the ultrasonic wave transmission position when using the electrode 15 and the ultrasonic wave transmission position when using the electrode 16 is the difference in propagation time required for the ultrasonic waves to reach the ultrasonic receivers 3 and 4, respectively. Become. The propagation time measurement unit 21 inside the coordinate calculator 2 calculates an ultrasonic propagation time when the electrode 15 is used and an ultrasonic propagation time when the electrode 16 is used. Further, the inclination calculator 22 inside the coordinate calculator 2 calculates the positional relationship between the electrodes 15 and 16, that is, the inclination with respect to the coordinate plane of the writing instrument 1 from the difference in propagation time. Therefore, the coordinate calculation unit 23 in the coordinate calculator 2 can calculate the coordinates of the tip of the pen tip 17 from the distance to the electrodes 15 and 16 and the inclination of the writing instrument 1.
[0031]
Note that the writing instrument 1 is provided with an infrared radiation unit 12 in order to control the timing of transmission of ultrasonic waves. The infrared radiation unit 12 includes a plurality of infrared light emitting diodes including infrared light emitting diodes 12a and 12b, and can emit infrared light in all directions regardless of the rotation of the writing instrument.
[0032]
Next, the internal configuration of the writing instrument 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a schematic configuration of the writing instrument 1. As shown in FIG. 2, the writing instrument 1 includes a battery 31, a drive circuit 32, and a pen touch switch 33 therein. The pen touch switch 33 is linked to the pen tip 17 and is turned on when the pen tip 17 contacts the writing surface. When the pen touch switch 33 is turned on, the drive circuit 32 uses the battery 31 as a power source and transmits ultrasonic waves from the ultrasonic element.
[0033]
Next, the configuration of the ultrasonic element in the writing instrument 1 will be described with reference to FIGS. 3 is a development view of the ultrasonic element, FIG. 4 is an assembly view of the ultrasonic element, and FIG. 5 is a cross-sectional view of the ultrasonic element. As shown in FIG. 3, in the ultrasonic element, the electrode 15 and the electrode 16 are formed on one surface of the piezoelectric film 14, and the electrode 13 is formed on the back surface of the surface on which the electrodes 15 and 16 are formed. The electrodes 13, 15, and 16 are formed by attaching a conductor to each surface of the piezoelectric film 14 by pattern printing.
[0034]
Here, the electrode 15 is provided with an opening A and printed with a pattern. By providing a wiring for supplying power to the electrode 16 in the opening A, the terminal 16 a of the electrode 16 can be drawn out in the same direction as the terminal 15 a of the electrode 15. Furthermore, by pulling out the terminal 13a of the electrode 13 in the same direction as the terminals 15a and 16a, all the terminals of the ultrasonic element can be drawn out in the same direction.
[0035]
In this way, by providing an opening in one of the electrodes formed on the same surface of the piezoelectric film and wiring the opening, all terminals of the ultrasonic element can be drawn out in the same direction. Therefore, the wiring in the writing instrument can be simplified, the configuration relating to the ultrasonic element can be reduced in size, and the assembly cost can be reduced. At this time, in particular, the direction in which the terminal is pulled out is desirably the side where the drive circuit 32 is mounted, that is, the side opposite to the pen tip.
[0036]
The piezoelectric film on which the electrodes are printed is assembled into a cylindrical shape as shown in FIG. The cylindrical diameter determines the ultrasonic frequency suitable for transmission. For example, when the diameter of the ultrasonic element is 6 mm, the output frequency of the ultrasonic wave is about 80 kHz. The diameter of the ultrasonic element may be arbitrarily determined depending on the required frequency and ease of mounting.
[0037]
Furthermore, FIG. 5 shows a cross-sectional view of the ultrasonic element assembled in a cylindrical shape. In FIG. 5, both ends of the piezoelectric film 14 are fixed by fixed shafts 34 and 35. Further, gaps 37 and 38 are provided further inside the electrode 13. When a voltage is applied between the electrode 15 and the electrode 13 with this configuration, the piezoelectric film 14 contracts in the circumferential direction. However, since the piezoelectric film 14 is fixed in a cylindrical shape and the gap 37 is provided inside the electrode 13, the contraction of the piezoelectric film 14 is realized as a reduction in the diameter of the cylindrical shape, and from the surface of the piezoelectric film 14. Ultrasonic waves will be generated.
[0038]
Similarly, when a voltage is applied between the electrode 16 and the electrode 13, the piezoelectric film 14 contracts in the circumferential direction. The contraction of the piezoelectric film 14 is realized as a reduction in the diameter of the cylindrical shape because the piezoelectric film 14 is fixed in a cylindrical shape and the gap 38 is provided inside the electrode 13. Will occur.
[0039]
Here, the gap 37 and the gap 38 are partitioned by a pressing member 36. The pressing member 36 comes into contact with the piezoelectric film 14 and stops its vibration. Therefore, the vibration of the piezoelectric film 14 generated by the electrode 15 can be prevented from spreading to the electrode 16 side, and the vibration generated by the electrode 16 can be prevented from spreading to the electrode 15 side.
[0040]
The holding member 36 is provided to distinguish the ultrasonic wave generation position when the electrode 15 is used from the ultrasonic wave generation position when the electrode 16 is used. Accordingly, if the ultrasonic wave generation position can be distinguished by selecting the material and thickness of the piezoelectric film 14, it is not always necessary to dispose the pressing member 36. When the pressing member 36 is not provided, a simple configuration in which the gap 37 and the gap 38 are realized by a single gap can be achieved, and the manufacturing cost of the writing instrument 1 can be reduced.
[0041]
As described above, when a voltage is applied between the electrode 15 and the electrode 13 and when a voltage is applied between the electrode 15 and the electrode 13, the piezoelectric film 14 generates ultrasonic waves. However, due to the difference in position between the electrode 15 and the electrode 16, the ultrasonic wave generation position differs between when the voltage is applied using the electrode 15 and when the voltage is applied using the electrode 16. That is, in this ultrasonic element, by switching between the electrode 15 and the electrode 16, the ultrasonic wave generation position can be arbitrarily selected from two places.
[0042]
Next, generation and control of ultrasonic waves in the writing instrument 1 will be described in detail. As shown in FIG. 6, the drive circuit 32 includes a timer 41, an infrared drive circuit 42, and an ultrasonic drive circuit 43 therein. The infrared drive circuit 42 is connected to the infrared radiation unit 12, and the ultrasonic drive circuit 43 is connected to the ultrasonic transmitter 44.
[0043]
When the pen touch switch 33 is turned on, the drive circuit 32 operates the infrared drive circuit 42 and the ultrasonic drive circuit 43 at a constant cycle based on the periodic signal output from the timer 41. Therefore, the infrared radiation unit 12 emits infrared rays at a constant cycle, and similarly, the ultrasonic transmitter 44 transmits ultrasonic waves at a constant cycle. Note that the period of the periodic signal output from the timer 41 is arbitrarily set within a range in which the movement of the writing instrument 1 by a human hand can be stably detected, and may be a value of about 100 Hz, for example.
[0044]
FIG. 7 shows an example of the ultrasonic drive circuit 43. The capacitor C1 shown in FIG. 7 is formed by the electrodes 15 and 13 and the piezoelectric film 14, and the capacitor C2 is formed by the electrodes 16 and 13 and the piezoelectric film 14. The power source 45 is realized using the battery 31. In FIG. 7, when the switch S1 is turned on, a gradually increasing current flows through the coil L1. Here, when the switch S1 is turned off, a back electromotive force is generated, and a high voltage is applied to the capacitor C1. Since the capacitor C1 is formed by the electrodes 15 and 13 and the piezoelectric film 14, the piezoelectric film 14 contracts due to application of a high voltage to generate ultrasonic waves.
[0045]
Similarly, when the switch S2 is turned on, a gradually increasing current flows through the coil L2. Here, when the switch S2 is turned off, a back electromotive force is generated, and a high voltage is applied to the capacitor C2. Since the capacitor C2 is formed by the electrodes 16 and 13 and the piezoelectric film 14, the piezoelectric film 14 contracts by the application of a high voltage to generate ultrasonic waves.
[0046]
Thus, the ultrasonic drive circuit 43 can output the ultrasonic wave by switching the electrode 15 and the electrode 16 by switching the switches S1 and S2. Specifically, the drive circuit 32 radiates infrared rays from the infrared radiation unit 12 and simultaneously transmits ultrasonic waves using the electrode 15 and transmits ultrasonic waves using the electrode 16 after a predetermined time T0 has elapsed.
[0047]
Next, processing on the reception side of the ultrasonic wave transmitted by the writing instrument 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating a schematic configuration of a receiving device that receives ultrasonic waves, and FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a circuit configuration of a propagation time measuring unit 21 that measures the propagation time of ultrasonic waves. 10 is an explanatory diagram for explaining the waveform of the ultrasonic wave transmitted by the writing instrument 1, and FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a calculation method for calculating the coordinates of the pen tip of the writing instrument 1 from the propagation time of the ultrasonic wave.
[0048]
The ultrasonic wave transmitted by the writing instrument 1 is received by the ultrasonic receiver 3 and the ultrasonic receiver 4, and the coordinates of the writing instrument 1 are calculated by the coordinate calculator 2. Note that the ultrasonic receivers 3 and 4 and the coordinate calculator 2 are arranged in the housing of the receiving device 51 as shown in FIG. The receiving device 51 includes an infrared receiver 52 that receives the infrared rays emitted by the infrared emitting unit 12.
[0049]
The infrared receiver 52 starts timers 71, 72, and 74 as shown in FIG. On the other hand, the ultrasonic receiver 3 receives the ultrasonic wave transmitted using the electrode 15 and sends it as a received wave 81 to the input amplifier 61. The input amplifier 61 amplifies the received wave 81 to an appropriate magnitude and outputs it to the comparator 63 and the zero cross comparator 64. The comparator 63 compares the amplified received wave 81 with the threshold value rt1, and turns on the flip-flop 67 when the received wave 81 exceeds the threshold value rt1. Further, the zero cross (64 point) is detected by the zero cross comparator 64, and the timer 72 and the timer 73 are stopped by the logical product (AND) of the flip-flop 67 and the zero cross comparator 64. Therefore, the timer 72 measures the propagation time T1 from when the electrode 15 transmits an ultrasonic wave until it reaches the ultrasonic receiver 3. The timer 72 sends the measured propagation time T1 to the inclination calculation unit 22.
[0050]
Similarly, the ultrasonic receiver 4 receives the ultrasonic wave transmitted using the electrode 15 and sends it as a received wave 82 to the input amplifier 62. The input amplifier 62 amplifies the received wave 82 to an appropriate magnitude and outputs it to the comparator 65 and the zero cross comparator 66. The comparator 65 compares the amplified received wave 82 with the threshold value rt2, and turns on the flip-flop 68 when the received wave 82 exceeds the threshold value rt2. Further, the zero cross (point Z) is detected by the zero cross comparator 66, and the timer 74 and the timer 75 are stopped by the logical product (AND) of the flip-flop 68 and the zero cross comparator 66. Therefore, the timer 74 measures the propagation time T2 from when the electrode 15 transmits an ultrasonic wave until it reaches the ultrasonic receiver 4. The timer 74 sends this propagation time T2 to the inclination calculating unit 22.
[0051]
Furthermore, after the timer 71 is started by the infrared receiver 52, the flip-flop 67 and the flip-flop 68 are initialized after a predetermined time T0 has elapsed, and the timer 73 and the timer 75 are further started. Since the predetermined time T0 is an interval from when the ultrasonic wave is transmitted using the electrode 15 until the ultrasonic wave is transmitted using the electrode 16, initialization of the flip-flops 67 and 68 and the timer 72 and the timer 75 are performed. The start is performed simultaneously with the generation of ultrasonic waves using the electrode 16.
[0052]
The ultrasonic receiver 3 receives the ultrasonic wave transmitted using the electrode 16 and sends it to the input amplifier 61 as a received wave 81. The input amplifier 61 amplifies the received wave 81 to an appropriate magnitude and outputs it to the comparator 63 and the zero cross comparator 64. The comparator 63 compares the amplified received wave 81 with the threshold value rt1, and turns on the flip-flop 67 when the received wave 81 exceeds the threshold value rt1. Further, the zero cross (64 point) is detected by the zero cross comparator 64, and the timer 72 and the timer 73 are stopped by the logical product (AND) of the flip-flop 67 and the zero cross comparator 64. Therefore, the timer 73 measures the propagation time T3 from when the electrode 16 transmits an ultrasonic wave until it reaches the ultrasonic receiver 3. The timer 73 sends the measured propagation time T3 to the inclination calculation unit 22.
[0053]
Similarly, the ultrasonic receiver 4 receives the ultrasonic wave transmitted using the electrode 16 and sends it as a received wave 82 to the input amplifier 62. The input amplifier 62 amplifies the received wave 82 to an appropriate magnitude and outputs it to the comparator 65 and the zero cross comparator 66. The comparator 65 compares the amplified received wave 82 with the threshold value rt2, and turns on the flip-flop 68 when the received wave 82 exceeds the threshold value rt2. Further, the zero cross (point Z) is detected by the zero cross comparator 66, and the timer 74 and the timer 75 are stopped by the logical product (AND) of the flip-flop 68 and the zero cross comparator 66. Therefore, the timer 75 measures the propagation time T4 from when the electrode 16 transmits an ultrasonic wave until it reaches the ultrasonic receiver 4. The timer 75 sends this propagation time T4 to the inclination calculation unit 22.
[0054]
The inclination calculation unit 22 calculates the inclination with respect to the coordinate plane of the writing instrument 1 from the propagation times T1, T2, T3, T4 and the positional relationship of the electrodes 15 and 16 in the writing instrument 1, and determines the exact position of the tip of the pen tip 17. Obtainable. In this embodiment, the distance from the tip of the pen tip 17 to the ultrasonic receivers 3 and 4 is calculated by the inclination calculator 22, and the coordinates of the pen tip 17 are calculated by the coordinate calculator 23.
[0055]
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining the calculation of the distance from the tip of the pen tip 17 to the ultrasonic receivers 3 and 4. In FIG. 11, “R1” indicates the position of the ultrasonic receiver 3, and “P” indicates the position of the tip of the pen tip 17. “P1” is the center of the electrode 16 existing on the central axis of the writing instrument 1, and “P2” is the center of the electrode 15 existing on the central axis of the writing instrument 1. Furthermore, the distance from “P” to “P1” is “a”, and the distance from “P1” to “P2” is “b”. Further, the radius of the electrodes 16 and 15 is “r”, and the positions on the electrodes where the ultrasonic waves are generated are “S1” and “S2”, respectively.
[0056]
Here, the distances “d1” and “d3” from “R1” to “S1” and “S2” are calculated using the sound velocity V and the propagation times T1 and T3.
d1 = V × T1, d3 = V × T3
It shows.
[0057]
On the other hand, if ∠R1S2S1 is “α2”,
From ΔR1S2S1, (d1)²= B²+ (D3)²−2 × b × (d3) × cos α2,
From ΔR1S2P1, (e3)²= R²+ (D3)²−2 × r × (d3) × cos (α2 + 90), which is transformed, (e3)²= R²+ (D3)²± r × (d3) × (1-cos²α2)^1/2It is.
Therefore, (e3)²= R²+ (D3)²± r × (d3) × {1- (b²+ (D3)²-(D1)²)²/ (2b (d3))²}^1/2It becomes.
[0058]
Further, from ΔR1S2S0, (e5)²= (A + b)²+ (D3)²-2 (a + b) × (d3) × cosα2, which is transformed (e5)²= (A + b)²+ (D3)²− (A + b) × {b²+ (D3)²-(D1)²} / B.
[0059]
If ∠R1S1S0 is “α1”,
From ΔR1S1S0, (e5)²= A²+ (D1)²−2a × (d1) × cosα1,
From ΔR1P2P1, (e1)²= R²+ (D1)²−2 × r × (d1) × cos (α1 + 90), which is transformed, (e1)²= R²+ (D1)²± r × (d1) × (1-cos²α1)^1/2It is.
Therefore, (e1)²= R²+ (D1)²± r × (d1) × {1- (a²+ (D1)²-(E5)²)²/ (2a (d1))²}^1/2It becomes.
[0060]
As described above, the distance “e1” from “P1” to “R1” and the distance “e2” from “P2” to “R1” can be calculated. Here, when ∠R1P2P is “β”,
From ΔR1P2P1, (e1)²= B²+ (E3)²−2 × b × (e3) cosβ,
From ΔR1P2P, (f1)²= (A + b)²+ (E3)²-2 (a + b) x (
e3) × cosβ, which is transformed, (f1)²= (A + b)²+ (E3)²-(A + b) x (b²+ (E3)²-(E1)²) / B, the distance “f1” from “R1” to “P”, that is, the distance from the tip of the pen tip 17 to the ultrasonic receiver 3 can be obtained.
[0061]
Similarly, a distance “f2” from the tip “P” of the pen tip 17 to the position “R2” of the ultrasonic receiver is calculated on a plane including the central axis of the writing instrument 1 and the ultrasonic receiver 4. The inclination calculating unit 22 outputs the calculated values of “f1” and “f2” to the coordinate calculating unit 23, and the coordinate calculating unit 23 calculates the coordinates of the tip “P” of the pen tip 17.
[0062]
First, the coordinate calculation unit 23 takes a coordinate system in which “R1” is an origin and “R2” is (W, 0) on a plane including “R1”, “R2”, and “P”. In this coordinate system, if the coordinates of the tip portion “P” of the nib 17 are (x, y),
x²+ Y²= F1²
(X-W)²+ Y²= F2²
The relationship is established.
[0063]
Therefore, the values of x and y are
x = (f1²-F2²+ W²) / 2W
y =-(f1²-X²)^1/2
Can be obtained as
[0064]
As described above, the ultrasonic waves are transmitted by switching the two electrodes 15 and 16 at different positions, the inclination of the writing instrument 1 with respect to the coordinate plane is corrected by using the difference in propagation time, and the tip of the pen tip 17 and the ultrasonic waves are corrected. Since the distance to the receiver can be calculated, the coordinates of the tip of the pen tip 17 can be accurately input.
[0065]
As described above, in the present embodiment, the electrode formed on one surface of the piezoelectric film 14 is divided into two, the ultrasonic wave transmission position is switched by switching the electrode, and the difference in ultrasonic propagation time is determined. Since the position of the tip of the pen tip 17 is calculated, the number of components of the ultrasonic element can be reduced, the manufacturing cost can be reduced, and the mounting can be simplified. Further, by making the structure of the ultrasonic element simple and small, there is no restriction on how to hold the writing instrument, and the usability of the writing instrument can be improved.
[0066]
Furthermore, the opening A is provided on one of the divided electrodes, the pattern printing is performed, and the terminals of the divided electrodes are drawn out in the same direction by providing the wiring in the opening. It is downsized.
[0067]
In the present embodiment, all the electrode terminals are drawn to the side far from the pen tip, but the embodiment of the present invention is not limited to this, and all the electrode terminals are closer to the pen tip. You may make it pull out. The drawing direction of this terminal can be arbitrarily selected according to the design of the writing instrument.
[0068]
In the present embodiment, the outer electrode of the piezoelectric film 14 is divided into two and the inner electrode is shared. However, the embodiment of the present invention is not limited to this, and the piezoelectric film 14 The electrodes on both sides may be divided, respectively, or the inner electrode of the piezoelectric film may be divided to share the outer electrode.
[0069]
FIG. 12 is a diagram showing an ultrasonic element when the electrodes on both sides of the piezoelectric film are divided. In FIG. 12, the piezoelectric film 14 has an electrode 15 and an electrode 16 formed on the outer surface, and an electrode 91 and an electrode 92 formed on the inner surface. Therefore, in this ultrasonic element, switching between a case where a voltage is applied to the piezoelectric film 14 using the electrode 15 and the electrode 91 and a case where a voltage is applied to the piezoelectric film 14 using the electrode 16 and the electrode 92 is performed. The generation position of the sound wave is switched.
[0070]
FIG. 13 is a diagram showing an ultrasonic element when the inner electrode of the piezoelectric film is divided. In FIG. 13, the piezoelectric film 14 has an electrode 93 formed on the outer surface and an electrode 91 and an electrode 92 formed on the inner surface. Therefore, in this ultrasonic element, switching between a case where a voltage is applied to the piezoelectric film 14 using the electrode 91 and the electrode 93 and a case where an electrode is applied to the piezoelectric film 14 using the electrode 92 and the electrode 93 is performed. The generation position of the sound wave is switched.
[0071]
Furthermore, in this embodiment, the ultrasonic element is configured to transmit the ultrasonic wave from the ultrasonic element provided in the writing instrument 1 and receive it by the fixed receiving device 51. Since transmission and reception can be performed, an ultrasonic wave may be transmitted from a fixed device and received by an ultrasonic element provided in the writing instrument 1.
[0072]
Moreover, in this Embodiment, the infrared rays received from the infrared radiation | emission part 12 provided in the writing instrument 1 by the infrared receiver 52 provided in the receiver 51, but the ultrasonic transmission / reception was synchronized, The embodiment of the invention is not limited to this, the receiving device 51 is provided with an infrared radiation unit, the writing instrument 1 is provided with an infrared receiving unit, and the infrared radiation emitted by the receiving device 51 is received by the writing instrument 1 to transmit and receive ultrasonic waves. You may make it synchronize. Alternatively, the receiving device 51 and the writing instrument 1 may be physically connected by a cable to synchronize ultrasonic transmission / reception.
[0073]
(Appendix 1) An ultrasonic element in which a first electrode and a second electrode are opposed to each other through a piezoelectric film is disposed on a writing instrument, and the ultrasonic element and a fixed ultrasonic element fixed on a predetermined coordinate plane A coordinate input device for calculating a position on a coordinate plane of the writing instrument by measuring a propagation time required for transmission / reception of an ultrasonic wave between,
The first electrode has a lower first electrode located in the vicinity of the pen tip of the writing instrument, and an upper first electrode farther from the pen tip than the lower first electrode,
A transmission control unit that switches between the lower first electrode and the upper first electrode to switch the transmission position of the ultrasonic wave;
The inclination of the writing instrument with respect to the coordinate plane is calculated based on the propagation time of the ultrasonic wave when the lower first electrode is used and the propagation time of the ultrasonic wave when the upper first electrode is used. An inclination calculator to
A coordinate input device comprising:
[0074]
(Supplementary note 2) The coordinate input device according to supplementary note 1, wherein the lower first electrode and the upper first electrode are formed by printing a conductor on the same surface of the piezoelectric film.
[0075]
(Supplementary note 3) The supplementary note 1 or 2, wherein the lower first electrode, the upper first electrode, the piezoelectric film, and the second electrode have a cylindrical shape parallel to a longitudinal direction of the writing instrument. Coordinate input device.
[0076]
(Additional remark 4) The said 1st upper electrode is provided with the terminal part pulled out on the opposite side with respect to the said nib, The cylindrical shape which the said 1st upper electrode forms is an opening parallel to the axial direction of the said cylindrical shape The lower first electrode includes a terminal portion that is drawn to the opposite side with respect to the pen tip via a wiring printed in the opening of the upper first electrode. 3. The coordinate input device according to 3.
[0077]
(Supplementary Note 5) The lower first electrode includes a terminal portion drawn to the pen tip side, and the cylindrical shape formed by the lower first electrode has an opening parallel to the axial direction of the cylindrical shape. The coordinate input according to appendix 3, wherein the upper first electrode includes a terminal portion that is drawn out to the pen tip side via a wiring printed in an opening of the lower first electrode. apparatus.
[0078]
(Supplementary note 6) The coordinate input device according to any one of supplementary notes 3 to 5, wherein the upper first electrode and the lower first electrode are formed outside the piezoelectric film.
[0079]
(Supplementary note 7) The coordinate input device according to any one of Supplementary notes 3 to 5, wherein the upper first electrode and the lower first electrode are formed inside the piezoelectric film.
[0080]
(Supplementary Note 8) The second electrode includes a lower second electrode located in the vicinity of the pen tip of the writing instrument, and an upper second electrode far from the pen tip as compared to the lower second electrode. The transmission control unit switches between a case where the lower first electrode and the lower second electrode are used and a case where the upper first electrode and the lower second electrode are used. The coordinate input device according to any one of 1 to 7.
[0081]
(Supplementary note 9) Any one of Supplementary notes 1 to 8, further comprising a retaining member that restrains vibration of the piezoelectric film between the upper first electrode and the lower first electrode. The coordinate input device described in 1.
[0082]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the coordinate input device divides the electrode formed on one surface of the piezoelectric film into the upper first electrode and the lower first electrode, and the upper first electrode and the lower side. By switching between the first electrode and generating an ultrasonic wave, the ultrasonic wave generation position is controlled, and the inclination of the writing instrument is calculated based on the difference in propagation time resulting from the difference in the ultrasonic wave generation position. Coordinates are input accurately so that the number of parts is reduced, manufacturing costs are reduced, mounting is easy, and the coordinates of the pen tip can be input accurately without restricting how to hold the writing instrument. There exists an effect that an input device can be provided.
[0083]
According to the present invention, the electrode is formed by printing a conductor on the surface of the piezoelectric film, and the upper first electrode and the lower first electrode are formed by the pattern at the time of printing. The coordinate input device that can accurately input the previous coordinates can be manufactured more easily, and the manufacturing cost can be reduced.
[0084]
According to the present invention, the upper first electrode and the lower first electrode have a cylindrical shape parallel to the longitudinal direction of the writing instrument, and generate ultrasonic waves by expanding and contracting the diameter of the cylindrical shape. Thus, it is possible to provide a coordinate input device capable of accurately inputting the coordinates of the pen tip.
[0085]
Further, according to the present invention, the cylindrical shape of the upper first electrode has an opening parallel to the axial direction of the cylindrical shape, and wiring is provided to the opening to connect the terminal connected to the lower first electrode. Since the terminal connected to the upper first electrode is drawn out in the same direction, a coordinate input device capable of accurately inputting the coordinates of the pen tip can be implemented with a simpler structure and can be easily implemented. .
[0086]
Further, according to the present invention, the cylindrical shape of the lower first electrode has an opening parallel to the axial direction of the cylindrical shape, and wiring is provided in this opening to provide a terminal connected to the upper first electrode. Since the terminal connected to the lower first electrode is drawn out in the same direction, the coordinate input device capable of accurately inputting the coordinates of the pen tip can be implemented with a simpler structure and can be easily implemented. Play.
[0087]
According to the present invention, the upper first electrode and the lower first electrode are formed outside the piezoelectric film, the second electrode is formed inside the piezoelectric film, and the upper first electrode and the lower first electrode are formed. Is switched to control the transmission position of the ultrasonic wave, so that it is possible to provide a coordinate input device capable of accurately inputting the coordinates of the pen tip with a simple configuration.
[0088]
According to the present invention, the upper first electrode and the lower first electrode are formed inside the piezoelectric film, the second electrode is formed outside the piezoelectric film, and the upper first electrode and the lower first electrode are formed. Is switched to control the transmission position of the ultrasonic wave, so that it is possible to provide a coordinate input device capable of accurately inputting the coordinates of the pen tip with a simple configuration.
[0089]
According to the present invention, the first electrode is divided into an upper first electrode and a lower first electrode, and the second electrode is further divided into an upper second electrode and a lower second electrode, whereby piezoelectric Since the configuration is such that the ultrasonic wave transmission position is controlled by switching the electrodes on both sides of the membrane, a coordinate input device capable of accurately inputting the coordinates of the nib with a simple configuration is provided. There is an effect that it is possible to further easily identify the transmission position.
[0090]
Further, according to the present invention, a pressing member is provided between the upper first electrode and the lower first electrode, and the vibration of the piezoelectric film when the upper first electrode is used, and the lower first electrode is used. This makes it possible to distinguish the vibration of the piezoelectric film when there is a fault, providing a coordinate input device that can accurately input the coordinates of the pen tip with a simple configuration, and further facilitating the identification of the ultrasonic wave transmission position There is an effect that can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a coordinate input device according to an embodiment.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a schematic configuration of the writing instrument shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a development view of the ultrasonic element shown in FIG. 1;
4 is an assembly diagram of the ultrasonic element shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of the ultrasonic element shown in FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a drive circuit.
7 is a circuit diagram showing an example of an ultrasonic drive circuit 43. FIG.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a schematic configuration of a receiving apparatus that receives ultrasonic waves;
FIG. 9 is a circuit diagram showing a circuit configuration of a propagation time measuring unit that measures the propagation time of ultrasonic waves;
FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining a waveform of an ultrasonic wave transmitted by a writing instrument.
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining a calculation method for calculating the coordinates of the pen tip of the writing instrument from the propagation time of the ultrasonic wave.
FIG. 12 is a diagram showing an ultrasonic element when electrodes on both sides of a piezoelectric film are divided.
FIG. 13 is a diagram showing an ultrasonic element when an electrode inside a piezoelectric film is divided.
FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining an error caused by the inclination of the writing instrument.
[Explanation of symbols]
1 Writing instrument
2 Coordinate calculator
3,4 Ultrasonic receiver
11 cases
12 Infrared radiation part
12a, 12b Infrared light emitting diode
13, 15, 16, 91, 92, 93 electrodes
14 Piezoelectric film
17 nib
21 Propagation time measurement unit
22 Inclination calculator
23 Coordinate calculator
31 battery
32 Drive circuit
33 Pen touch switch
34, 35 Fixed shaft
36 Holding member
37,38 gap
41, 72, 73, 74, 75 Timer
42 Infrared drive circuit
43 Ultrasonic drive circuit
44 Ultrasonic transmitter
45 Power supply
51 Receiver
52 Infrared receiver
61, 62 Input amplifier
63, 65 comparator
64, 66 Zero cross comparator
67 flip-flops
81,82 Received wave

Claims

An ultrasonic element in which the first electrode and the second electrode are opposed to each other via a piezoelectric film is disposed on a writing instrument, and ultrasonic waves are generated between the ultrasonic element and a fixed ultrasonic element fixed on a predetermined coordinate plane. A coordinate input device that calculates the position on the coordinate plane of the writing instrument by measuring the propagation time required for transmission and reception,
The first electrode includes a lower first electrode positioned on the pen tip vicinity of the writing instrument, the relative to the lower first electrode and a distant upper first electrode from the pen tip, the said lower One electrode and the upper first electrode are formed on the same surface of the piezoelectric film,
A transmission control unit that switches between the lower first electrode and the upper first electrode to switch the transmission position of the ultrasonic wave;
The inclination of the writing instrument with respect to the coordinate plane is calculated based on the propagation time of the ultrasonic wave when the lower first electrode is used and the propagation time of the ultrasonic wave when the upper first electrode is used. An inclination calculator to
A coordinate input device comprising:

The lower first electrode and the upper first electrode are formed by printing a conductor on the same surface of the piezoelectric film, and the lower first electrode, the upper first electrode, the piezoelectric film, and the first The coordinate input device according to claim 1, wherein the two electrodes have a cylindrical shape parallel to a longitudinal direction of the writing instrument.

The upper first electrode includes a terminal portion that is drawn to the opposite side with respect to the pen tip, and the cylindrical shape formed by the upper first electrode has an opening parallel to the axial direction of the cylindrical shape. The said lower 1st electrode is provided with the terminal part withdraw | derived to the other side with respect to the said pen point through the wiring printed in the opening part of the said upper 1st electrode. Coordinate input device.