JPH10177448A - Inputting device and data processing system - Google Patents

Inputting device and data processing system

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JPH10177448A
JPH10177448A JP33664896A JP33664896A JPH10177448A JP H10177448 A JPH10177448 A JP H10177448A JP 33664896 A JP33664896 A JP 33664896A JP 33664896 A JP33664896 A JP 33664896A JP H10177448 A JPH10177448 A JP H10177448A
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JP
Japan
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piezoelectric elements
impact
strength
information
input
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP33664896A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshijirou Watanabe
嘉二郎 渡辺
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PURIMO KK
Original Assignee
PURIMO KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inputting device in which information indicating an operational position and the strength of the operation can be obtained. SOLUTION: When a substrate 10 equipped with piezoelectric elements 1-4 is beaten, the beat impulse is propagated through the substrate, and the propagated impulse is converted into a voltage by the piezoelectric elements. The applied impulse is detected by an analog/digital converter 15 by using the four piezoelectric elements attached to previously decided coordinates as one unit, and each output voltage is compared by an arithmetic circuit 19A so that the beaten position is relatively obtained. Moreover, the attenuation of the impulse is estimated by the arithmetic circuit 19A so that beat strength is obtained. The position information and the strength information are encoded by encoders 21 and 22, and outputted to the outside.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、複数個の圧電素子
を用いた入力装置に係り、入力位置と共に入力の強さを
検出可能な入力装置に関し、例えば、コンピュータやゲ
ーム機の入力装置に適用して有効な技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an input device using a plurality of piezoelectric elements, and more particularly to an input device capable of detecting an input position and an input strength, for example, applied to an input device of a computer or a game machine. And effective technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】コンピュータなどに適用される代表的な
入力装置としてマウスなどのポインティングデバイスや
キーボード等が広く利用されている。それらについては
周知であり、例えばキーボードは、各キー毎にスイッチ
が割り当てられ、操作されたキーの位置をスイッチのオ
ン動作によって検出する。また、マウスは、マウスの移
動量を2次元的に検出する機械系を有し、それによって
得られた位置情報を出力する。グラフィックユーザイン
タフェースではマウスからの位置情報を利用してマウス
カーソルを移動させ、マウスボタンによるクリック動作
によって当該マウスカーソルが指している場所に埋め込
まれているスクリプトが選択される。
2. Description of the Related Art A pointing device such as a mouse, a keyboard, and the like are widely used as typical input devices applied to computers and the like. For example, a keyboard is provided with a switch for each key, and detects the position of the operated key by turning on the switch. Further, the mouse has a mechanical system for detecting the amount of movement of the mouse two-dimensionally, and outputs position information obtained thereby. In the graphic user interface, the mouse cursor is moved using the position information from the mouse, and the script embedded in the location pointed to by the mouse cursor is selected by a click operation with the mouse button.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
キーボードやポインティングデバイスなどの入力装置に
よって得られ情報はスイッチのオン・オフによる位置情
報だけである。本発明者の検討によれば、操作の強弱に
はオペレータの感情や意志が反映されると考えられるか
ら、操作の強弱の情報も併せて検出できる様にすれば、
人間の感情をデータ処理の要素に加えることが可能にな
り、マン・マシンインタフェースの性能を向上させるこ
とができる、ということが見出された。
However, the information obtained by a conventional input device such as a keyboard or a pointing device is only the position information by turning on / off a switch. According to the study of the present inventor, it is considered that the strength of the operation reflects the emotions and intentions of the operator, so if information on the strength of the operation can be detected together,
It has been found that human emotions can be added to the elements of data processing and that the performance of man-machine interfaces can be improved.

【0004】本発明の目的は、操作した位置の情報と共
に操作の強さを示す情報を取得できる入力装置を提供す
ることにある。
[0004] It is an object of the present invention to provide an input device capable of acquiring information indicating the strength of an operation together with information on an operated position.

【0005】本発明の別の目的は3次元空間で特定され
る情報を入力することができる入力装置を提供すること
にある。
Another object of the present invention is to provide an input device capable of inputting information specified in a three-dimensional space.

【0006】本発明の更に別の目的はそのような入力装
置を用いたデータ処理システムを提供することにある。
It is another object of the present invention to provide a data processing system using such an input device.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記
の通りである。
The following is a brief description of an outline of a typical invention among the inventions disclosed in the present application.

【0008】すなわち、圧電素子を設けた基板を叩く
と、叩いた衝撃波基板を伝播し、伝播される衝撃を圧電
素子が電圧に変換する。その加えられた衝撃を、予じめ
定められた座標に貼り付けた例えば4枚の圧電素子で並
列的に検出し、夫々の出力電圧を比較することにより、
叩かれた位置を相対的に得る。また、叩かれた位置がわ
かれば、衝撃の減衰を推定することにより、叩かれた強
さを得る。本発明は上記原理によるものであり、前記原
理を実現するために入力装置は、基板に設けられていて
該基板を叩いて衝撃が与えられたときそれが貼り付けら
れた位置に伝播される衝撃の強さに応じた電圧を発生さ
せる4個の圧電素子と、前記夫々の圧電素子から出力さ
れる電圧信号をサンプリングしてディジタルデータに変
換するアナログ・ディジタルコンバータと、前記アナロ
グ・ディジタルコンバータによって変換されたディジタ
ルデータを用いて前記4個の圧電素子を頂点とする多角
形若しくはその相似形の範囲内に与えられた衝撃の強さ
とその衝撃が与えられた位置とを演算する演算手段と、
前記演算手段で得られた位置情報と強さの情報とをコー
ド化して外部に出力する出力手段とを含み、前記基板に
設けられている圧電素子の数以上の情報を入力可能にさ
れて成るものである。前記入力装置は、4個の圧電素子
に着目した場合を想定するものであり、入力装置の最小
単位とされる。
That is, when the substrate provided with the piezoelectric element is hit, the shock wave propagates through the hit shock wave substrate, and the transmitted shock is converted into a voltage by the piezoelectric element. By detecting the applied shock in parallel with, for example, four piezoelectric elements attached to predetermined coordinates, and comparing the respective output voltages,
Get the hit position relatively. Further, if the hit position is known, the impact strength is obtained by estimating the attenuation of the impact. The present invention is based on the above-mentioned principle, and in order to realize the above-mentioned principle, an input device is provided on a substrate, and when an impact is given by hitting the substrate, the impact is transmitted to a position where the impact is applied. Four piezoelectric elements for generating a voltage corresponding to the strength of the analog signal, an analog-to-digital converter for sampling voltage signals output from the respective piezoelectric elements and converting them into digital data, Calculating means for calculating the strength of an impact given within the range of a polygon having the four piezoelectric elements as vertices or a similar shape using the obtained digital data and the position at which the impact was given;
Output means for encoding the position information and the strength information obtained by the arithmetic means and outputting the encoded information to the outside, wherein information equal to or more than the number of piezoelectric elements provided on the substrate can be input. Things. The input device is assumed to focus on four piezoelectric elements, and is the minimum unit of the input device.

【0009】そのような最小単位の構成を更に規模の大
きな構成に拡張した入力装置は、基板にマトリクス配置
されていて該基板を叩いて衝撃が与えられたときそれが
貼り付けられた位置に伝播される衝撃の強さに応じた電
圧を発生させる4個以上で偶数個の圧電素子と、前記夫
々の圧電素子から出力される電圧信号をサンプリングし
てディジタルデータに変換するアナログ・ディジタルコ
ンバータと、相互に隣接する4個の圧電素子を一単位と
して前記アナログ・ディジタルコンバータによって変換
された各ディジタルデータを前記一単位毎に用いて前記
衝撃が与えられた位置に最も近い一単位の圧電素子を特
定し、特定された一単位の圧電素子に応ずる前記ディジ
タルデータを用いて当該4個の圧電素子を頂点とする四
角形の範囲内に与えられた衝撃の強さとその衝撃が与え
られた位置とを演算する演算手段と、前記演算手段で得
られた位置情報と強さの情報とをコード化して外部に出
力する出力手段とを含み、前記基板に設けられている圧
電素子の数以上の情報を入力可能にされて成るものであ
る。
An input device in which the configuration of such a minimum unit is expanded to a configuration of a larger scale is arranged in a matrix on a substrate, and when an impact is given by hitting the substrate, the input device propagates to a position where it is attached. An even number of four or more piezoelectric elements that generate a voltage corresponding to the strength of the shock to be applied, an analog-to-digital converter that samples voltage signals output from the respective piezoelectric elements and converts them into digital data, The four adjacent piezoelectric elements are defined as one unit, and each digital data converted by the analog-to-digital converter is used for each of the units to specify one unit of the piezoelectric element closest to the position where the impact is applied. Then, using the digital data corresponding to the specified one unit of the piezoelectric element, the digital data is applied to a range of a rectangle having the four piezoelectric elements as vertices. Calculating means for calculating the strength of the given impact and the position to which the shock was applied, and output means for encoding the position information and the strength information obtained by the calculating means and outputting the encoded information to the outside; It is configured such that information more than the number of piezoelectric elements provided on the substrate can be input.

【0010】例えば図1に示されるように、基板(B
P)に多数の圧電素子(PED)をマトリクス配置した
構成を考える。このとき、全ての圧電素子からの出力電
圧に対して次の処理を行う。第1には、叩かれた大まか
な位置を決定する処理であり、全ての圧電素子の出力電
圧の中から叩かれた位置に一番近い4個の圧電素子を選
ぶ。例えば図1において斜線の領域を囲む4個の圧電素
子を特定する。第2に、叩かれた精密な位置と強さを推
定する処理であり、前記特定された4個の圧電素子の出
力電圧を用いて当該4個の圧電素子で囲まれる正方形領
域の中で叩かれた位置と強さを推定する。
For example, as shown in FIG.
Consider a configuration in which a number of piezoelectric elements (PED) are arranged in a matrix on P). At this time, the following processing is performed on the output voltages from all the piezoelectric elements. The first is a process of determining the approximate position of the hit, and selects the four piezoelectric elements closest to the hit position from the output voltages of all the piezoelectric elements. For example, in FIG. 1, four piezoelectric elements surrounding a hatched area are specified. The second is a process of estimating the precise position and strength of the hit, and using the output voltages of the specified four piezoelectric elements, the tapping is performed in a square area surrounded by the four piezoelectric elements. Estimate the position and strength of the movement.

【0011】圧電素子から出力電圧を得るとき、基板を
叩く衝撃は静的荷重に近い衝撃を想定し、振動的な衝撃
を無視する。
When obtaining an output voltage from the piezoelectric element, the impact of striking the substrate is assumed to be an impact close to a static load, and an oscillating impact is ignored.

【0012】実験によれば、圧電素子を裏面に貼ったア
ルミニウム板の表面を手で叩いたとき、パチンコ玉を自
由落下させたとき、先端にゴムを取り付けた棒の先端で
叩いたときの出力波形をオシロスコープで観測すると、
図2、図3、図4の結果を得られた。各図において横軸
の一目盛りは10[ms]である。各図から明らかなよ
うに、衝撃を与えてから大凡5[ms]の間に一つのピ
ークが現れている。基板が叩かれた時の位置と強さの推
定にはそのピーク値を用いる。以下単に圧電素子の出力
電圧というときは、前記ピーク値としての出力電圧を意
味する。
According to the experiment, the output when hitting the surface of the aluminum plate with the piezoelectric element attached to the back surface by hand, when the pachinko ball is dropped freely, and when hitting with the tip of a stick having rubber attached to the tip. Observing the waveform with an oscilloscope,
The results of FIGS. 2, 3 and 4 were obtained. In each figure, one scale on the horizontal axis is 10 [ms]. As is clear from each figure, one peak appears approximately 5 [ms] after the impact. The peak value is used to estimate the position and strength when the substrate is hit. Hereinafter, the output voltage of the piezoelectric element is simply the output voltage as the peak value.

【0013】圧電素子の出力電圧から叩かれた位置と強
さを求める場合、叩く強さ及び場所と前記出力電圧との
関係として以下の点に着目している。例えば、先端にゴ
ムを取り付けた質量34.6[g]の棒を高さ2.5
[cm]、5[cm],7.5[cm]として前記アル
ミニウム板の表面の数点に前記棒を先端から自然落下さ
れたときに圧電素子から得られる出力電圧を調べたとこ
ろ、図5の結果を得られた。図5において横軸は落下点
の圧電素子からの変位量[mm]である。図5で得られ
た結果をその最大値(x=0の時の出力電圧)で除算
し、それをプロットすると図6に示される特性波形を得
ることができる。図6より、落下させる高さが違っても
夫々の最大電圧で割れば実質的に同じ波形を得ることが
できるとうことが理解されるであろう。
When the position and strength of the hit are determined from the output voltage of the piezoelectric element, the following points are focused on the relationship between the hitting strength and location and the output voltage. For example, a rod having a mass of 34.6 [g] with rubber attached at the tip is attached at a height of 2.5
The output voltage obtained from the piezoelectric element when the rod was naturally dropped from the tip to several points on the surface of the aluminum plate as [cm], 5 [cm], and 7.5 [cm] was examined. The result was obtained. In FIG. 5, the horizontal axis represents the displacement [mm] of the falling point from the piezoelectric element. Dividing the result obtained in FIG. 5 by the maximum value (output voltage when x = 0) and plotting it result in the characteristic waveform shown in FIG. It will be understood from FIG. 6 that the same waveform can be obtained by dividing by the maximum voltage even when the drop height is different.

【0014】図6の結果より、圧電素子に対する叩いた
位置と圧電素子の出力電圧との関係は、出力電圧をその
最大値(x=0の時の出力電圧)で割れば叩いた強さに
よらず同一波形になる。また、図5より、叩いた場所と
圧電素子の距離が大きくなるに従って出力電圧は指数関
数的に減衰することが解る。
From the results shown in FIG. 6, the relationship between the hit position with respect to the piezoelectric element and the output voltage of the piezoelectric element is obtained by dividing the output voltage by its maximum value (output voltage when x = 0). Regardless, the waveform is the same. Further, FIG. 5 shows that the output voltage attenuates exponentially as the distance between the hit location and the piezoelectric element increases.

【0015】本発明においては、圧電素子の出力電圧か
ら叩かれた位置と強さを推定するものであるから、逆関
数を求め易い近似式を考える。例えば、以上の結果か
ら、出力電圧Z[V]を Z=e-C・X=exp〔−c・x〕 と仮定する。上記式においてeは自然対数の底、xは叩
いた場所と圧電素子との距離、cは図6に例示されるよ
うな特性波形の傾き(圧電素子からの距離が相違される
多数の地点を叩いて当該圧電素子から得られる出力電圧
をその出力電圧の最大値で除した値と、それに対応され
る前記xとから得られる波形の傾き)である。上記近似
式を図6に適用すると、c=0.04によって、その波
形を精度よく近似出来る。
In the present invention, since the position and the strength of the hit are estimated from the output voltage of the piezoelectric element, an approximate expression for easily obtaining an inverse function is considered. For example, the above results, it is assumed that the output voltage Z [V] and Z = e -C · X = exp [-c · x]. In the above equation, e is the base of the natural logarithm, x is the distance between the hit location and the piezoelectric element, c is the slope of the characteristic waveform as illustrated in FIG. The slope of the waveform obtained from the value obtained by dividing the output voltage obtained from the piezoelectric element by tapping by the maximum value of the output voltage, and the value x corresponding thereto. When the above approximate expression is applied to FIG. 6, the waveform can be accurately approximated by c = 0.04.

【0016】上記近似式を用いて4個の圧電素子の出力
電圧から叩かれた位置と強さを推定するための演算手法
の一例を説明する。図7に例示されるようにアルミニウ
ム板上の座標P(x,y)を叩いたとき、圧電素子1〜
4の出力電圧をZ1〜Z4、叩いた強さを表す変数を
A、圧電素子からの位置とその位置で衝撃を加えた時に
圧電素子が出力する出力電圧との関係から得られる前記
特性波形の傾きをc、隣接する圧電素子の距離の半分の
値をa、自然対数の底をeとすると、 Z1=A・exp〔c・√{(x+a)2+(y+a)2}〕…(1)、 Z2=A・exp〔c・√{(x−a)2+(y+a)2}〕…(2)、 Z3=A・exp〔c・√{(x+a)2+(y−a)2}〕…(3)、 Z4=A・exp〔c・√{(x−a)2+(y−a)2}〕…(4)、 を考える。
An example of a calculation method for estimating the struck position and the strength from the output voltages of the four piezoelectric elements using the above approximation formula will be described. When the coordinates P (x, y) on the aluminum plate are hit as illustrated in FIG.
4, the output voltage of Z1 to Z4, the variable representing the striking strength is A, and the characteristic waveform obtained from the relationship between the position from the piezoelectric element and the output voltage output by the piezoelectric element when an impact is applied at the position. Assuming that the inclination is c, the value of half the distance between adjacent piezoelectric elements is a, and the base of the natural logarithm is e, Z 1 = A · exp [c · {(x + a) 2 + (y + a) 2 }]. 1), Z 2 = A · exp [c · {(x−a) 2 + (y + a) 2 }] (2), Z 3 = A · exp [c · √ {(x + a) 2 + (y) −a) 2 }] (3), and Z 4 = A · exp [c · {(x−a) 2 + (ya) 2 }] (4).

【0017】上記式(1)〜(4)にlnを採り、2乗
し、ln=w、lnA=vとおき、v2を消去して整理
すると、 w1 2−w2 2=4・a・c2・x+2・v(w1−w2)…(5)、 w1 2−w3 2=4・a・c2・y+2・v(w1−w3)…(6)、 w1 2−w4 2=4・a・c2・x+4・a・c2・y+2・v(w1−w4)…(7) 、 となる。
[0017] it takes a ln the above equation (1) to (4), and the square, ln = w, lnA = v Distant, and to organize to erase the v 2, w 1 2 -w 2 2 = 4 · a · c 2 · x + 2 · v (w 1 -w 2) ... (5), w 1 2 -w 3 2 = 4 · a · c 2 · y + 2 · v (w 1 -w 3) ... (6), w 1 2 −w 4 2 = 4 · a · c 2 · x + 4 · a · c 2 · y + 2 · v (w 1 −w 4 ) (7)

【0018】上記式(5)〜(7)を解くと、数1に示
される式(8)を得る。
By solving the above equations (5) to (7), the following equation (8) is obtained.

【0019】[0019]

【数1】 (Equation 1)

【0020】ここで、前記−k=w1−w2−w3+w4
解が0になる場合を考えてみる。図7の対称性より、
x,yが0以上の場合を代表的に考えれば充分である。
また、仮に、a=2(x,yは0と2の間の任意に数)
というようにaの値を固定しても一般性は失われない。
Here, consider a case where the solution of -k = w 1 -w 2 -w 3 + w 4 becomes 0. From the symmetry of FIG.
It is sufficient to consider the case where x and y are 0 or more as a representative.
Also, temporarily, a = 2 (x and y are arbitrary numbers between 0 and 2)
Even if the value of a is fixed, generality is not lost.

【0021】図8には前記−k=w1−w2−w3+w4
解を示す(x,yが0以上、a=2とした)。
FIG. 8 shows the solution of -k = w 1 -w 2 -w 3 + w 4 (where x and y are 0 or more and a = 2).

【0022】図8より明らかなように、x=0又はy=
0の場所のみ上記行列は解を持たない。これは、幾何学
的にも納得出来る結果である。即ち、x=0の直線上に
(x,y)があるときは、Z1とZ2、Z3とZ4が全く同
じ値になるから、k=0となるのである。また、x=0
やy=0に極めて近い場所では式(8)の分母のkが0
に近いため、Z1、Z2、Z3、Z4の僅かな誤差でx,
y,vの値が大きく変化される。すなわち、x=y=0
の付近では誤差が大きくなる。
As is clear from FIG. 8, x = 0 or y =
Only at locations of 0 the above matrix has no solution. This is a geometrically acceptable result. That is, when on the straight line of x = 0 is (x, y), since Z 1 and Z 2, Z 3 and Z 4 is exactly the same value, it become a k = 0. Also, x = 0
And where k is very close to y = 0, the denominator k in equation (8) is 0
, X, with a small error in Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4
The values of y and v are greatly changed. That is, x = y = 0
The error increases near.

【0023】前記式(8)の行列は3次元の列ベクトル
として把握することができる。前記入力装置の前記演算
手段は、基板が叩かれたときに、例えば、圧電素子の出
力電圧が最も大きなものを含む四角形の頂点を成す4個
の圧電素子を特定する。このようにして、叩かれた大ま
かな位置を決定する。そして、前記演算手段は、式
(8)に基づいて、上記特定された4個の圧電素子を一
単位として前記アナログ・ディジタルコンバータによっ
て変換された各ディジタルデータ(圧電素子の出力電圧
のディジタル値Z1、Z2、Z3、Z4)からvを演算す
る。また、上記特定された4個の圧電素子に応ずる前記
ディジタルデータZ1、Z2、Z3、Z4を用いて当該4個
の圧電素子を頂点とする四角形の範囲内で衝撃が与えら
れた位置x,yを演算する。基板に配置された4個の圧
電素子の多数のグループの原点(図7の原点0)には夫
々絶対的な座標(Xi,Yi)が与えられている。演算
手段は、前記x,y(4個の圧電素子のグループの原点
に対する相対的な座標)を取得すると、衝撃が加えられ
た位置情報を、(Xi+x,Yi+y)として取得す
る。この位置情報は叩かれた精密な位置情報であり、こ
の位置情報とそれに係る衝撃の強さ情報とはエンコード
され、外部に出力される。エンコードされた情報は、例
えば、文字コードと操作の強さコードとして定義され、
或いは別の意味を持つものとして定義されることにな
る。また、前記位置情報は2次元平面上の情報であり、
これに強さの情報を合わせれば、入力装置は、3次元空
間で特定される情報の入力が可能になる。
The matrix of equation (8) can be understood as a three-dimensional column vector. When the substrate is hit, the calculation means of the input device specifies, for example, four piezoelectric elements forming the vertices of a square including the one having the largest output voltage of the piezoelectric element. In this way, the approximate position of the hit is determined. Then, the arithmetic means calculates each digital data (digital value Z of the output voltage of the piezoelectric element) converted by the analog-to-digital converter using the specified four piezoelectric elements as one unit based on equation (8). 1 , v 2 is calculated from Z 2 , Z 3 , and Z 4 ). In addition, an impact was given within a quadrangular area having the four piezoelectric elements as vertices using the digital data Z 1 , Z 2 , Z 3 , and Z 4 corresponding to the four piezoelectric elements specified above. The position x, y is calculated. Absolute coordinates (Xi, Yi) are given to the origin (origin 0 in FIG. 7) of many groups of four piezoelectric elements arranged on the substrate. When acquiring the x and y (coordinates relative to the origin of the group of four piezoelectric elements), the computing means acquires the position information where the impact was applied as (Xi + x, Yi + y). This position information is precise position information that has been hit, and the position information and the impact strength information relating to the position information are encoded and output to the outside. The encoded information is defined as, for example, a character code and an operation strength code,
Or it will be defined as having another meaning. Further, the position information is information on a two-dimensional plane,
By combining the strength information with the information, the input device can input information specified in the three-dimensional space.

【0024】前記入力装置を用いるデータ処理システム
は、前記入力装置に結合され該入力装置から供給される
入力位置コードとその入力の強さコードのような、3次
元空間で情報を特定できるコード情報をデコードして処
理するデータ処理手段を備える。データ処理手段は、入
力位置コードのデコードによって入力された情報の種別
を認識し、強さコードによって入力操作を行ったオペレ
ータの感情などを認識する。操作の強弱にはオペレータ
の感情や意志が反映され、その操作の強弱の情報も併せ
て検出できることから、人間の感情をデータ処理の要素
に加えることが可能になり、データ処理システムにおい
て、マン・マシンインタフェースの性能を向上させるこ
とができる。
[0024] The data processing system using the input device includes code information capable of specifying information in a three-dimensional space, such as an input position code and an input strength code which are coupled to the input device and supplied from the input device. Data processing means for decoding and processing the data. The data processing unit recognizes the type of the input information by decoding the input position code, and recognizes the emotion of the operator who performed the input operation based on the strength code. The strength and strength of the operation reflects the emotion and will of the operator, and information on the strength of the operation can also be detected. This makes it possible to add human emotions to data processing elements. The performance of the machine interface can be improved.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】図9には本発明に係る入力装置の
一例ブロック図が示される。図9に示される入力装置
は、特に制限されないが、9個の圧電素子1〜9を有す
る。9個の圧電素子1〜9は例えば、厚さ1[mm]程
度のアルミニウム板(基板)に、D[mm]程度の一定
等間隔でマトリクス状に貼り付け固定されている。例え
ば、D/5[mm]間隔で入力を検出しようとする場合
には、前記合アルミニウム板10の表面には、圧電素子
1〜9の貼り付け位置に対応してD/5[mm]ピッチ
で、キーボードのキー等を想定した輪郭と文字とを対応
させた多数の図示しないイラストが描かれている。
FIG. 9 is a block diagram showing an example of an input device according to the present invention. Although not particularly limited, the input device shown in FIG. 9 has nine piezoelectric elements 1 to 9. The nine piezoelectric elements 1 to 9 are fixed to an aluminum plate (substrate) having a thickness of about 1 [mm], for example, in a matrix at a regular interval of about D [mm]. For example, when an input is to be detected at intervals of D / 5 [mm], a pitch of D / 5 [mm] is provided on the surface of the aluminum alloy plate 10 in accordance with the positions where the piezoelectric elements 1 to 9 are attached. Thus, a large number of illustrations (not shown) are drawn in which outlines corresponding to keys and the like of a keyboard are associated with characters.

【0026】圧電素子それ自体は公知であるので、特に
その詳細は図示を省略するが、応力歪み状態に応じて起
電力を発生する圧電セラミックの表裏に金属電極を蒸着
し、一方に接地電位を与え、他方を信号電極として用い
るようにされる。9個の圧電素子1〜9は、それが貼り
付けられたアルミニウム板10の反対面に衝撃が作用さ
れたとき、それが貼り付けられた位置に伝播される衝撃
の強さに応じた電圧を発生させる。
Since the piezoelectric element itself is publicly known, its details are not shown in the drawings, but metal electrodes are vapor-deposited on the front and back of a piezoelectric ceramic which generates an electromotive force in accordance with a stress-strain state, and one of them is grounded. And the other is used as a signal electrode. The nine piezoelectric elements 1 to 9 generate a voltage corresponding to the strength of the shock transmitted to the position where the shock is applied to the opposite surface of the aluminum plate 10 to which the nine piezoelectric elements 1 to 9 are stuck. generate.

【0027】この例では、4個の圧電素子を一単位とし
て入力検出処理を行う。即ち、圧電素子1,2,4,
5、圧電素子4,5,7,8、圧電素子2,3,5,6
及び圧電素子5,6,8,9の4個のグループに分けて
入力検出処理を行う。11〜14は圧電素子の4個のグ
ループに夫々対応されたマルチプレクサ(MPX)であ
る。MPX11は圧電素子1,2,4,5の出力を順次
1個づつ選択する。MPX12は圧電素子4,5,7,
8の出力を順次1個づつ選択する。MPX13は圧電素
子5,6,8,9の出力を順次1個づつ選択する。MP
X14は圧電素子2,3,5,6の出力を順次1個づつ
選択する。マルチプレクサ11〜14の選択動作はクロ
ック信号CLK1によって順次行われる。
In this example, input detection processing is performed using four piezoelectric elements as one unit. That is, the piezoelectric elements 1, 2, 4,
5, piezoelectric elements 4, 5, 7, 8 and piezoelectric elements 2, 3, 5, 6
Then, the input detection process is performed in four groups of the piezoelectric elements 5, 6, 8, and 9. Reference numerals 11 to 14 denote multiplexers (MPX) respectively corresponding to four groups of piezoelectric elements. The MPX 11 sequentially selects the outputs of the piezoelectric elements 1, 2, 4, and 5 one by one. MPX12 has piezoelectric elements 4, 5, 7,
8 are sequentially selected one by one. The MPX 13 sequentially selects the outputs of the piezoelectric elements 5, 6, 8, and 9 one by one. MP
X14 selects the outputs of the piezoelectric elements 2, 3, 5, and 6 one by one. The selection operations of the multiplexers 11 to 14 are sequentially performed by the clock signal CLK1.

【0028】15〜18で示されるものはMPX11〜
14で選択されたアナログ出力電圧をディジタル信号に
変換するアナログ・ディジタルコンバータ(ADC)で
ある。ADC15〜18は夫々クロック信号CLK2に
同期して並列的に変換動作を行う。前記クロック信号C
LK1とCLK2は例えば20KHzのような周波数を
持ちタイミングジェネレータ20から出力され、前記マ
ルチプレクサ11〜14による選択動作が確定した後に
入力をサンプリングするよう、クロック信号CLK2の
位相はCLK1に比べて僅かに遅延されている。タイミ
ングジェネレータ20の原発振は、特に制限されない
が、外部から供給されるシステムクロック信号CKとさ
れる。
Reference numerals 15 to 18 denote MPX11 to MPX11.
An analog-to-digital converter (ADC) for converting the analog output voltage selected at 14 into a digital signal. Each of the ADCs 15 to 18 performs a conversion operation in parallel in synchronization with the clock signal CLK2. The clock signal C
LK1 and CLK2 have a frequency of, for example, 20 KHz and are output from the timing generator 20. The phase of the clock signal CLK2 is slightly delayed as compared with CLK1 so that the input is sampled after the selection operation by the multiplexers 11 to 14 is determined. Have been. Although the original oscillation of the timing generator 20 is not particularly limited, it is a system clock signal CK supplied from the outside.

【0029】図9において19で示されるもには、前記
ADC15〜18から出力されるディジタルデータを入
力し、相互に隣接する4個の圧電素子を一単位として前
記ADCによって変換された各ディジタルデータを用い
て前記衝撃が与えられた位置に最も近い一単位の圧電素
子を特定し、特定された一単位の圧電素子に応ずる前記
ディジタルデータを用いて当該4個の圧電素子を頂点と
する四角形の範囲内に与えられた衝撃の強さとその衝撃
が与えられた位置とを演算する演算回路である。この演
算回路19は、ハードワイヤードロジックによって構成
したり、或いはCPU(Central Processing Unit)を
用いたマイクロプログラム制御等によって実現すること
もできる。
In FIG. 9, the digital data output from the ADCs 15 to 18 is input, and each digital data converted by the ADC is set using four adjacent piezoelectric elements as one unit. Is used to identify the unit of piezoelectric element closest to the position where the impact was applied, and using the digital data corresponding to the identified unit of piezoelectric element, a square having the four piezoelectric elements as vertices This is an arithmetic circuit that calculates the strength of the impact given within the range and the position where the impact was given. The arithmetic circuit 19 can be configured by hard-wired logic, or can be realized by microprogram control using a CPU (Central Processing Unit).

【0030】演算回路19による演算手法は、前記式
(8)に基づいて、相互に隣接する4個の圧電素子を一
単位として前記アナログ・ディジタルコンバータ15〜
18によって変換された各ディジタルデータ(圧電素子
の出力電圧のディジタル値)から、最大電圧を含む4個
の圧電素子のグループを特定する。そして、特定された
4個の圧電素子に応ずる前記ディジタルデータを用いて
当該4個の圧電素子を頂点とする四角形の範囲内で衝撃
が与えられた位置x,yと叩いた衝撃の強さの変数vと
を演算する。アルミニウム板10に配置された4個の圧
電素子の多数のグループの原点(図7の原点0)には夫
々絶対的な座標(Xi,Yi)が与えられている。演算
回路19は、前記x,y(4個の圧電素子のグループの
原点に対する相対的な座標)を取得すると、衝撃が加え
られた位置情報を、(Xi+x,Yi+y)として取得
する。この位置情報はエンコーダ21でエンコードさ
れ、例えば文字コード若しくはファンクションコードの
ような入力位置コードSGaとして出力される。衝撃の
強さ情報はエンコーダ22でエンコードされ、強さコー
ドSGbとして出力される。
The calculation method by the calculation circuit 19 is based on the above equation (8), and the four analog elements adjacent to each other are used as one unit.
From each digital data (digital value of the output voltage of the piezoelectric element) converted by 18, a group of four piezoelectric elements including the maximum voltage is specified. Then, using the digital data corresponding to the specified four piezoelectric elements, the position x, y where the impact is applied and the strength of the impact that has been hit within the range of the quadrangle having the four piezoelectric elements as vertices. The variable v is calculated. Absolute coordinates (Xi, Yi) are given to the origin (origin 0 in FIG. 7) of many groups of the four piezoelectric elements arranged on the aluminum plate 10 respectively. When the arithmetic circuit 19 obtains the x and y (coordinates relative to the origin of the group of four piezoelectric elements), the arithmetic circuit 19 obtains the position information where the impact was applied as (Xi + x, Yi + y). This position information is encoded by the encoder 21 and output as an input position code SGa such as a character code or a function code. The impact strength information is encoded by the encoder 22 and output as a strength code SGb.

【0031】上記入力装置によれば、入力位置と共に入
力の強さを検出することができる。また、見方を変え
て、前記入力位置の情報を2次元平面上の位置情報、そ
して、強さの情報を当該2次元平面に対する深さ方向の
情報として把握すれば、前記入力装置は3次元の入力装
置として位置付けることができる。更に、入力スイッチ
のような入力検出素子若しくはデバイスの数を格段に減
らすことができる。また、圧電素子に対して動作電源が
不要である。圧電素子に駆動電圧を印加すれば、上記入
力装置はスピーカとして機能させることもできる。
According to the input device, the input position and the input strength can be detected. From another point of view, if the information on the input position is grasped as position information on a two-dimensional plane, and the strength information is grasped as information in a depth direction with respect to the two-dimensional plane, the input device can perform three-dimensional information. It can be positioned as an input device. Further, the number of input detection elements or devices such as input switches can be significantly reduced. Further, an operating power supply is not required for the piezoelectric element. If a drive voltage is applied to the piezoelectric element, the input device can function as a speaker.

【0032】図10には図9の基本型とされる入力装置
の一例ブロック図が示される。図10に示される入力装
置は、特に制限されないが、4個の圧電素子1〜4を有
する。4個の圧電素子1〜4は例えば、厚さ1〔mm〕
程度のアルミニウム板(基板)に、縦横がD[mm]程
度の一定等間隔で貼り付け固定されている。この例は、
D/7[mm]間隔で入力を検出しようとするものであ
るから、前記合アルミニウム板10の表面には、圧電素
子1〜4の貼り付け位置に対応してD/7[mm]ピッ
チで、キーボードのキー等を想定した輪郭と文字とを対
応させた多数の図示しないイラストが描かれている。
FIG. 10 is a block diagram showing an example of the basic input device of FIG. Although not particularly limited, the input device shown in FIG. 10 has four piezoelectric elements 1 to 4. The four piezoelectric elements 1 to 4 have a thickness of 1 mm, for example.
Attached and fixed to an aluminum plate (substrate) of the same order at regular and equal intervals of about D [mm] in length and width. This example
Since the input is to be detected at intervals of D / 7 [mm], the surface of the composite aluminum plate 10 is arranged at a pitch of D / 7 [mm] corresponding to the position where the piezoelectric elements 1 to 4 are attached. In addition, a large number of illustrations (not shown) are provided in which outlines corresponding to keys and the like of a keyboard are associated with characters.

【0033】図10のの場合には、4個の圧電素子1〜
4で囲まれた内部に与えられる衝撃の強さとその位置を
検出するから、演算回路19Aは、図9の例のように全
ての圧電素子の出力電圧の中から叩かれた位置に一番近
い4個の圧電素子を選ぶというような、叩かれた大まか
な位置を決定する処理は不要とされる。即ち、演算回路
19Aは、圧電素子1〜4からMPX11及びADC1
5を介して入力されたディジタルデータを用いて当該4
個の圧電素子1〜4を頂点とする四角形の範囲内に与え
られた衝撃の強さとその衝撃が与えられた位置とを演算
する。演算回路19Aは、前述の通り式(8)に基づい
て前記アナログ・ディジタルコンバータ15によって変
換された各ディジタルデータ(圧電素子の出力電圧のデ
ィジタル値)からvを演算し、また、4個の圧電素子1
〜4を頂点とする四角形の範囲内で衝撃が与えられた位
置x,yを演算する。この位置情報(x,y)はエンコ
ーダ21でエンコードされ、例えば文字コード若しくは
ファンクションコードのような入力位置コードSGaと
して出力される。衝撃の強さ情報vはエンコーダ22で
エンコードされ、強さコードSGbとして出力される。
In the case of FIG. 10, four piezoelectric elements 1 to
The arithmetic circuit 19A detects the strength of the impact given to the inside surrounded by 4 and its position, so that the arithmetic circuit 19A is closest to the struck position among the output voltages of all the piezoelectric elements as in the example of FIG. It is not necessary to perform a process of determining the approximate position of the hit, such as selecting four piezoelectric elements. That is, the arithmetic circuit 19A sends the MPX11 and the ADC1 from the piezoelectric elements 1-4.
4 using the digital data input through
The strength of the impact given within a rectangular range having the piezo elements 1 to 4 as vertices and the position where the impact is given are calculated. The arithmetic circuit 19A calculates v from each digital data (digital value of the output voltage of the piezoelectric element) converted by the analog / digital converter 15 based on the equation (8) as described above, and calculates four piezoelectric elements. Element 1
The position x, y at which the impact is applied is calculated within the range of the quadrangle having 頂点 as a vertex. The position information (x, y) is encoded by the encoder 21 and output as an input position code SGa such as a character code or a function code. The impact strength information v is encoded by the encoder 22 and output as a strength code SGb.

【0034】図11には図9又は図10で説明した入力
装置を用いたデータ処理システムの一例ブロック図が示
される。図12にはそのデータ処理システムの外観が示
される。図11において30で示されるものはマイクロ
プロセッサである。このマイクロプロセッサは、夫々図
示を省略するCPU、FPF(Floating Point Uni
t)、キャッシュメモリ、バスコントローラ等の機能モ
ジュールを内蔵して1個の半導体基板に形成されてい
る。このマイクロプロセッサ30は2次キャッシュメモ
リ31を介してシステムバス32に接続される。システ
ムバス32は、特に制限されないが、マイクロプロセッ
サ30のワーク領域若しくはデータ一時記憶領域とされ
るRAM(Random Access Memory)33、マイクロプロ
セッサ30のOS(Operating System)若しくはBIOS
(Basic Input Output System)が格納されたROM(R
ead Only Memory)34、及び周辺インタフェースコン
トローラ35が結合されている。周辺インタフェースコ
ントローラ35にはディスプレイ装置36、ディスク装
置37及び前記図9又は図10で説明した入力装置38
が接続されている。図9及び図10に示されるクロック
信号CKは、データ処理システムのシステムクロック信
号であり、例えばマイクロプロセッサ30が出力する外
部クロック信号とされる。
FIG. 11 is a block diagram showing an example of a data processing system using the input device described with reference to FIG. 9 or FIG. FIG. 12 shows the appearance of the data processing system. In FIG. 11, what is indicated by 30 is a microprocessor. The microprocessor includes a CPU (not shown) and an FPF (Floating Point Uniform).
t), a functional module such as a cache memory or a bus controller is built in and formed on one semiconductor substrate. The microprocessor 30 is connected to a system bus 32 via a secondary cache memory 31. The system bus 32 includes, but is not limited to, a RAM (Random Access Memory) 33 serving as a work area or a data temporary storage area of the microprocessor 30, an OS (Operating System) of the microprocessor 30, or a BIOS.
(R) that stores (Basic Input Output System)
ead Only Memory) 34 and a peripheral interface controller 35 are connected. The peripheral interface controller 35 includes a display device 36, a disk device 37, and the input device 38 described with reference to FIG. 9 or FIG.
Is connected. The clock signal CK shown in FIGS. 9 and 10 is a system clock signal of the data processing system, and is, for example, an external clock signal output from the microprocessor 30.

【0035】前記周辺インタフェースコントローラ35
は入力装置38から前記入力位置コードSGaとその入
力の強さコードSGbとを入力すると、これをデコード
して入力情報を取得する。入力情報を取得すると、周辺
インタフェースコントローラ35は所定の割り込みをマ
イクロプロセッサ30に要求する。この割り込みが受け
付けられることによってマイクロプロセッサ30は入力
装置38から入力された文字情報若しくはファンクショ
ン情報を取得してデータ処理に反映する。このとき、マ
イクロプロセッサ30は、前記強さコードに基づいて入
力操作を行ったオペレータの感情などを認識することが
できる。操作の強弱にはオペレータの感情や意志が反映
され、その操作の強弱の情報も併せて検出できることか
ら、人間の感情をデータ処理の要素に加えることが可能
になり、データ処理システムにおいて、マン・マシンイ
ンタフェースの性能を向上させることができる。
The peripheral interface controller 35
Receives the input position code SGa and the input strength code SGb from the input device 38, and decodes them to obtain input information. Upon acquiring the input information, the peripheral interface controller 35 requests a predetermined interrupt from the microprocessor 30. When the interrupt is accepted, the microprocessor 30 acquires the character information or the function information input from the input device 38 and reflects the information on the data processing. At this time, the microprocessor 30 can recognize the emotion of the operator who performed the input operation based on the strength code. The strength and strength of the operation reflects the emotion and will of the operator, and information on the strength of the operation can also be detected. This makes it possible to add human emotions to data processing elements. The performance of the machine interface can be improved.

【0036】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々変更可能であることは言うまでもない。
Although the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment, it is needless to say that the present invention is not limited to the embodiment and can be variously modified without departing from the gist of the invention. No.

【0037】例えば、圧電素子の素子数は上記の例に限
定されず適宜変更可能である。また、位置情報を求める
範囲は4個の圧電素子の頂点とする四角形の範囲に限ら
ず、それと相似形をなす範囲で行うようにすることも可
能である。また、ポインティングデバイスにも応用でき
る。更に、多数の圧電素子の特性が揃っていない場合に
は、式(8)に補正のための重み付けを行ってもよい。
また、本発明の入力装置は、パーソナルコンピュータの
ようなコンピュータにおける日本語又は英語などの文字
入力用キーボードに代えて利用される装置に限定され
ず、ゲーム機の新たな入力機器として応用することも可
能である。
For example, the number of piezoelectric elements is not limited to the above example and can be changed as appropriate. Further, the range in which the position information is obtained is not limited to the rectangular range having the vertices of the four piezoelectric elements, but may be obtained in a range similar to that. Further, it can be applied to a pointing device. Further, when the characteristics of a large number of piezoelectric elements are not uniform, weighting for correction may be performed on equation (8).
Further, the input device of the present invention is not limited to a device used in place of a keyboard for inputting characters such as Japanese or English in a computer such as a personal computer, and may be applied as a new input device of a game machine. It is possible.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明に係る上記入力装置によれば、入
力位置と共に入力の強さを検出することができる。ま
た、前記入力位置の情報を2次元平面上の位置情報、そ
して、強さの情報を当該2次元平面に対する深さ方向の
情報として把握すれば、前記入力装置は3次元の入力装
置として位置付けることができる。更に、入力スイッチ
のような入力検出素子若しくはデバイスの数を格段に減
らすことができる。
According to the input device of the present invention, the input position and the input intensity can be detected. If the input position information is grasped as position information on a two-dimensional plane and the strength information is grasped as information in a depth direction with respect to the two-dimensional plane, the input device can be positioned as a three-dimensional input device. Can be. Further, the number of input detection elements or devices such as input switches can be significantly reduced.

【0039】そして、上記入力装置を用いたデータ処理
システムは、入力操作を行ったオペレータの感情などを
強さの情報から認識することができる。操作の強弱には
オペレータの感情や意志が反映され、その操作の強弱の
情報も併せて検出できることから、人間の感情をデータ
処理の要素に加えることが可能になり、データ処理シス
テムにおいて、マン・マシンインタフェースの性能を向
上させることができる。
The data processing system using the input device can recognize the emotion of the operator who has performed the input operation from the strength information. The strength and strength of the operation reflects the emotion and will of the operator, and information on the strength of the operation can also be detected. This makes it possible to add human emotions to data processing elements. The performance of the machine interface can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】基板に多数の圧電素子をマトリクス配置し状態
を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a state in which a large number of piezoelectric elements are arranged in a matrix on a substrate.

【図2】圧電素子を裏面に貼ったアルミニウム板の表面
を手で叩いたときの衝撃波形をオシロスコープで観測し
て得られた波形図である。
FIG. 2 is a waveform diagram obtained by observing, with an oscilloscope, an impact waveform obtained when the surface of an aluminum plate having a piezoelectric element attached to its back surface is hit with a hand.

【図3】圧電素子を裏面に貼ったアルミニウム板の表面
にパチンコ玉を自由落下させたときの衝撃波形をオシロ
スコープで観測して得られた波形図である。
FIG. 3 is a waveform diagram obtained by observing, with an oscilloscope, an impact waveform when a pachinko ball is freely dropped on the surface of an aluminum plate having a piezoelectric element attached to the back surface.

【図4】圧電素子を裏面に貼ったアルミニウム板の表面
を先端にゴムを取り付けた棒の先端で叩いたときの衝撃
波形をオシロスコープで観測して得られた波形図であ
る。
FIG. 4 is a waveform diagram obtained by observing, with an oscilloscope, an impact waveform when the front surface of an aluminum plate having a piezoelectric element adhered to its back surface is hit with the tip of a rod having rubber attached to the tip.

【図5】先端にゴムを取り付けた質量34.6[g]の
棒を高さ2.5[cm]、5[cm],7.5[cm]
として前記アルミニウム板の表面の数点に前記棒を先端
から自然落下されたときに圧電素子から得られる出力電
圧を調べたて得られた特性図である。
FIG. 5 shows a rod having a mass of 34.6 [g] having a rubber attached to a tip thereof having a height of 2.5 [cm], 5 [cm], and 7.5 [cm].
FIG. 4 is a characteristic diagram obtained by examining output voltages obtained from piezoelectric elements when the rod is naturally dropped from the tip to several points on the surface of the aluminum plate.

【図6】図5で得られた結果をその最大値(x=0の時
の出力電圧)で除算し、それをプロットして得られた特
性波形図である。
FIG. 6 is a characteristic waveform diagram obtained by dividing the result obtained in FIG. 5 by its maximum value (output voltage when x = 0) and plotting the result.

【図7】近似式Z=exp〔−c・x〕を用いて4個の
圧電素子の出力電圧から叩かれた位置と強さを推定する
ための演算手法の一例を説明するための説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram for describing an example of a calculation method for estimating a hit position and strength from output voltages of four piezoelectric elements using an approximate expression Z = exp [−c × x]. It is.

【図8】−k=w1−w2−w3+w4の解を示す説明図で
ある。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a solution of −k = w 1 −w 2 −w 3 + w 4 .

【図9】本発明に係る入力装置の一例ブロック図であ
る。
FIG. 9 is a block diagram illustrating an example of an input device according to the present invention.

【図10】図9の基本型とされる入力装置の一例ブロッ
ク図である。
FIG. 10 is a block diagram showing an example of the basic input device of FIG. 9;

【図11】図9又は図10で説明した入力装置を用いた
データ処理システムの一例ブロック図である。
11 is an example block diagram of a data processing system using the input device described in FIG. 9 or FIG.

【図12】図11に示したデータ処理システムの外観図
である。
FIG. 12 is an external view of the data processing system shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

BP 基板 PED 圧電素子 1〜9 圧電素子 10 基板 11〜14 マルチプレクサ 15〜18 アナログ・ディジタルコンバータ 19,19A 演算回路 20 タイミングジェネレータ 21,22 エンコーダ 30 マイクロプロセッサ 35 周辺インタフェースコントローラ 38 入力装置 BP board PED Piezoelectric elements 1 to 9 Piezoelectric element 10 Substrate 11 to 14 Multiplexer 15 to 18 Analog / digital converter 19, 19A Operation circuit 20 Timing generator 21, 22 Encoder 30 Microprocessor 35 Peripheral interface controller 38 Input device

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板に設けられていて該基板を叩いて衝
撃が与えられたときそれが貼り付けられた位置に伝播さ
れる衝撃の強さに応じた電圧を発生させる4個の圧電素
子と、前記夫々の圧電素子から出力される電圧信号をサ
ンプリングしてディジタルデータに変換するアナログ・
ディジタルコンバータと、前記アナログ・ディジタルコ
ンバータによって変換されたディジタルデータを用いて
前記4個の圧電素子を頂点とする多角形若しくはその相
似形の範囲内に与えられた衝撃の強さとその衝撃が与え
られた位置とを演算する演算手段と、前記演算手段で得
られた位置情報と強さの情報とをコード化して外部に出
力する出力手段とを含み、前記基板に設けられている圧
電素子の数以上の情報を入力可能にされて成るものであ
ることを特徴とする入力装置。
1. Four piezoelectric elements provided on a substrate for generating a voltage in accordance with the strength of an impact transmitted to a position where the impact is applied when the substrate is hit by hitting the substrate. An analog converter that samples voltage signals output from the respective piezoelectric elements and converts the voltage signals into digital data.
Using a digital converter and the digital data converted by the analog / digital converter, the magnitude and impact of an impact given within a polygon or a similar shape having the four piezoelectric elements as vertices are given. Calculating means for calculating the position of the piezoelectric element, and output means for coding the position information and the strength information obtained by the calculating means and outputting the coded information to the outside, the number of piezoelectric elements provided on the substrate. An input device characterized in that the above information can be input.
【請求項2】 基板にマトリクス配置されていて該基板
を叩いて衝撃が与えられたときそれが貼り付けられた位
置に伝播される衝撃の強さに応じた電圧を発生させる4
個以上の圧電素子と、前記夫々の圧電素子から出力され
る電圧信号をサンプリングしてディジタルデータに変換
するアナログ・ディジタルコンバータと、相互に隣接す
る4個の圧電素子を一単位として前記アナログ・ディジ
タルコンバータによって変換された各ディジタルデータ
を前記一単位毎に用いて前記衝撃が与えられた位置に最
も近い一単位の圧電素子を特定し、特定された一単位の
圧電素子に応ずる前記ディジタルデータを用いて当該4
個の圧電素子を頂点とする四角形の範囲内に与えられた
衝撃の強さとその衝撃が与えられた位置とを演算する演
算手段と、前記演算手段で得られた位置情報と強さの情
報とをコード化して外部に出力する出力手段とを含み、
前記基板に設けられている圧電素子の数以上の情報を入
力可能にされて成るものであることを特徴とする入力装
置。
2. A matrix is arranged on a substrate, and when a shock is given by hitting the substrate, a voltage is generated according to the strength of the shock transmitted to the position where the shock is applied.
A plurality of piezoelectric elements, an analog-to-digital converter that samples voltage signals output from the respective piezoelectric elements and converts them into digital data, and the analog-to-digital converter including four adjacent piezoelectric elements as one unit. Each digital data converted by the converter is used for each unit to specify a unit of piezoelectric element closest to the position where the impact is given, and to use the digital data corresponding to the specified unit of piezoelectric element. 4
Calculating means for calculating the strength of the impact given within a quadrangular range having the piezo elements as vertices and the position at which the impact was given; and the position information and the information on the strength obtained by the calculating means. Output means for encoding and outputting to the outside,
An input device characterized in that it is possible to input information equal to or more than the number of piezoelectric elements provided on the substrate.
【請求項3】 前記演算手段はデータプロセッサとその
動作プログラムを有し、前記一単位を構成する4個の圧
電素子から得られる出力電圧をZ1,Z2,Z3,Z4、衝
撃の強さを表す変数をA、圧電素子からの距離が相違さ
れる多数の地点に衝撃を加えたとき当該圧電素子から得
られる出力電圧をその出力電圧の最大値で除した値とそ
れに対応される前記圧電素子からの距離との関係から得
られる特性波形の傾きをc、隣接する圧電素子の距離の
半分の値をa、4個の圧電素子の中央位置を原点とした
とき衝撃が与えられた位置の座標をx,y、eを自然対
数の底とすると、前記データプロセッサはその動作プロ
グラムに従い、 Z1=A・exp〔c・√{(x+a)2+(y+
a)2}〕、 Z2=A・exp〔c・√{(x−a)2+(y+
a)2}〕、 Z3=A・exp〔c・√{(x+a)2+(y−
a)2}〕、 Z4=A・exp〔c・√{(x−a)2+(y−
a)2}〕、 に基づいてAとx,yの解を演算して、前記衝撃の強さ
とその衝撃が与えられた位置とを取得するものであるこ
とを特徴とする請求項2記載の入力装置。
3. The arithmetic means has a data processor and an operation program thereof, and outputs output voltages obtained from four piezoelectric elements constituting one unit to Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , and an output of an impact. A variable representing the strength is represented by A, and a value obtained by dividing an output voltage obtained from the piezoelectric element by a maximum value of the output voltage when an impact is applied to a number of points having different distances from the piezoelectric element and corresponding thereto. The impact was given when the slope of the characteristic waveform obtained from the relationship with the distance from the piezoelectric element was c, the value of half of the distance between adjacent piezoelectric elements was a, and the center position of the four piezoelectric elements was the origin. Assuming that the coordinates of the position are x, y, and e as bases of natural logarithms, the data processor follows the operation program and Z 1 = A · exp [c · √ {(x + a) 2 + (y +
a) 2 }], Z 2 = A · exp [c · √ {(x−a) 2 + (y +
a) 2 }], Z 3 = A · exp [c · √ {(x + a) 2 + (y−
a) 2 }], Z 4 = A · exp [c · √ {(x−a) 2 + (y−
3. The method according to claim 2, wherein a solution of A and x, y is calculated based on a) 2 }] to obtain the strength of the impact and the position to which the impact was applied. Input device.
【請求項4】 請求項1乃至3の何れか1項記載の入力
装置と、前記入力装置に結合され該入力装置から供給さ
れる入力位置コードとその入力の強さコードとをデコー
ドして処理するデータ処理手段とを備えて成るものであ
ることを特徴とするデータ処理システム。
4. An input device according to claim 1, wherein the input position code is coupled to the input device, and an input position code supplied from the input device and an input strength code are decoded and processed. A data processing system comprising:
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7176883B2 (en) 2000-02-17 2007-02-13 Seiko Epson Corporation Input device using tapping sound detection
JP2009015854A (en) * 2007-07-02 2009-01-22 Tyco Electronics Corp Method and system for detecting touch events based on redundant validation
US8102273B2 (en) 2008-12-14 2012-01-24 International Business Machines Corporation Guidance system by detecting tapped location

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