JPH07175586A

JPH07175586A - ポインティング・デバイス

Info

Publication number: JPH07175586A
Application number: JP32058393A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Amano; 和彦天野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-12-20
Filing date: 1993-12-20
Publication date: 1995-07-14

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】小型化が容易に可能であって、信頼性の高い
ポインティング・デバイスを提供する。【構成】ポインティング・デバイスの位置センサ１０
は、平面上の３個以上の感圧素子Ｓ１〜Ｓ４と凸状半球
面形状の弾性ゴム１とから構成される。感圧素子は、検
出圧力に比例した電圧をそれぞれ出力し、弾性ゴム１に
おける底面のｘ，ｙ軸上にあって、原点から互いに等距
離となるように設置される。弾性ゴム１を圧迫すると指
尖脈波により振動が発生し、この振動は、弾性波として
弾性ゴム１内を伝播し、伝播距離の２乗に比例して減衰
して、感圧素子の各々によって検出電圧Ｖ₁〜Ｖ₄として
検出される。圧迫地点を感圧素子の設置平面Ｌに投影し
た座標が、感圧素子による各検出電圧の比から算出さ
れ、この座標に基づいて座標の指定が行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、腕時計の機
能選択に用いて好適なポインティング・デバイスに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、時刻表示だけでなく、各種計算
や、各種データの入力・記憶・表示等の可能な腕時計が
開発されている。このような腕時計には、機能選択のた
めのボタンスイッチや、文字入力するためのキーが複数
備えられ、これらは多機能・高機能になるにつれて、数
多く備えられる傾向にある。

【０００３】ところが、これらボタンスイッチを腕時計
という限られたスペースに複数設置するのは困難である
だけでなく、これらボタンスイッチ操作が複雑となる結
果、所望の機能を選択するのでさえ困難である、という
問題があった。そこで、ポインティング・デバイスとし
てトラックボールを用い、パソコン等で行なわれている
いわゆるメニュー画面から所望の機能をカーソルで選択
させることが考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、トラッ
クボールは、ボールの回転機構とともに、回転方向の
ｘ，ｙ軸の各成分を検出する２つのエンコーダを必要と
し、このため、腕時計のように非常に小型化が要求され
る分野には適用できない。また、ｘ，ｙ軸の各正負方向
の移動を示すスイッチを設け、これらスイッチへの操作
に対応して、カーソルを移動させることも考えられる。
しかしながら、これらスイッチは、スプリングや接点等
を有する可動構造であるがために、小型化したり、数を
増やすと信頼性低下という問題がある。

【０００５】この発明は、上述した問題に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、小型化が容易に可
能であって、信頼性の高い新規なポインティング・デバ
イスを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述した問題を解決する
ために、請求項１に記載の発明あっては、操作者に携帯
装着され、複数の異なる機能を有し、各種の表示を行な
う電子機器のポインティング・デバイスにおいて、平面
上の異なる位置での圧力を互いに検出し、該位置での圧
力に応じた信号をそれぞれ出力する少なくとも３つ以上
の圧力検出手段と、凸形状であって、その底面が前記少
なくとも３つ以上の圧力検出手段の検出位置を覆うよう
に、前記平面に係着する弾性部材と、操作者による前記
弾性部材の露出面への圧迫により発生した振動地点を前
記平面上に投影した座標を、前記少なくとも３つ以上の
圧力検出手段による各検出信号の比から算出する第１の
演算手段とを具備し、前記弾性部材の露出面を、前記電
子機器の表面に露出させて設置し、第１の演算手段によ
り算出された座標値に基づいて座標指定を行なうことを
特徴としている。

【０００７】請求項２に記載の発明にあっては、請求項
１に記載の発明において、前記第１の演算手段による座
標算出を所定時間ごとに行なうことを特徴としている。

【０００８】請求項３に記載の発明にあっては、前述し
た課題を解決するために、操作者に携帯装着され、複数
の異なる機能を有し、各種の表示を行なう電子機器のポ
インティング・デバイスにおいて、平面上の異なる位置
での圧力を互いに検出し、該位置での圧力に応じた信号
をそれぞれ出力する少なくとも３つ以上の圧力検出手段
と、凸形状であって、その底面が前記少なくとも３つ以
上の圧力検出手段の検出位置を覆うように、前記平面に
係着する弾性部材と、操作者による前記弾性部材の露出
面への圧迫により発生した振動地点を前記平面上に投影
した座標を、前記少なくとも３つ以上の圧力検出手段に
よる各検出信号の比から、所定時間毎に求めるととも
に、所定時間における該座標値の移動成分を算出する第
２の演算手段とを具備し、前記弾性部材の露出面を、前
記電子機器の表面に露出させて設置し、第２の演算手段
により算出された移動成分に基づいて座標指定を行なう
ことを特徴としている。

【０００９】請求項４に記載の発明にあっては、請求項
２または３に記載の発明において、前記座標値の移動速
度を算出し、この移動速度に対応して前記所定時間を制
御する時間間隔制御手段を備えることを特徴としてい
る。請求項５に記載の発明にあっては、請求項１，２ま
たは３に記載の発明において、前記弾性部材と前記少な
くとも３つ以上の圧力検出手段とが、弾性を有する接着
層によって接合されることを特徴としている。請求項６
に記載の発明にあっては、請求項１，２，３または５に
記載の発明において、前記少なくとも３つ以上の圧力検
出手段は４つであり、これらの検出位置が、それぞれ前
記弾性部材の底面中心にて互いに直交する軸上にあっ
て、前記底面中心から互いに等距離に位置することを特
徴としている。請求項７に記載の発明にあっては、請求
項１，２，３，５または６に記載の発明において、前記
少なくとも３つ以上の圧力検出手段は、互いに同一半導
体基板に形成されることを特徴としている。請求項８に
記載の発明にあっては、請求項７に記載の発明におい
て、前記弾性部材の底面下であって、前記平面上の異な
る位置に対してそれぞれ開口する中空室を備え、前記少
なくとも３つ以上の圧力検出手段の各々は、当該中空室
内にそれぞれ収納されて、当該中空室の内圧をそれぞれ
検出することを特徴としている。請求項９に記載の発明
にあっては、請求項８に記載の発明において、前記中空
室の各々に、液状物質を充填したことを特徴としてい
る。請求項１０に記載の発明にあっては、請求項７に記
載の発明において、前記弾性部材の底面下であって、前
記平面上の異なる位置に対してそれぞれ開口する中空室
と、前記中空室での各内圧を、前記少なくとも３つ以上
の圧力検出手段の各々に導く圧力伝達路とを備え、前記
少なくとも３つ以上の圧力検出手段の各々が、当該圧力
伝達路の内圧をそれぞれ検出することを特徴としてい
る。請求項１１に記載の発明にあっては、請求項１０に
記載の発明において、前記中空室および前記圧力伝達路
の各々に、液状物質を充填したことを特徴としている。
請求項１２に記載の発明にあっては、請求項１０または
１１に記載の発明において、前記圧力伝達路は、剛体か
らなることを特徴としている。請求項１３に記載の発明
にあっては、請求項１，２または３に記載の発明におい
て、前記弾性部材よりも高い弾性率を有する高弾性部材
を、前記弾性部材の露出面に被覆したことを特徴として
いる。請求項１４に記載の発明にあっては、請求項１，
２または３に記載の発明において、前記被覆部材よりも
高い弾性率を有する高弾性部材の小片を、前記弾性部材
の露出面に離散的に配置したことを特徴としている。

【００１０】請求項１５に記載の発明にあっては、請求
項１〜１４のいずれかに記載の発明において、前記少な
くとも３つの圧力検出手段の各々は、所定のバイアス印
加によって、圧力に応じた信号をそれぞれ出力するもの
であり、前記少なくとも３つ以上の圧力検出手段の各々
に、所定のバイアスをそれぞれ均等に印加するバイアス
印加手段を備えることを特徴としている。請求項１６に
記載の発明にあっては、請求項１５に記載の発明におい
て、前記バイアス印加手段は、前記少なくとも３つ以上
の圧力検出手段の各々に、圧力を測定すべき期間のみ前
記バイアスをそれぞれ印加することを特徴としている。
請求項１７に記載の発明にあっては、請求項１５または
１６に記載の発明において、前記バイアス印加手段は、
前記少なくとも３つ以上の圧力検出手段の各々に、前記
バイアスをそれぞれ断続的に印加することを特徴として
いる。請求項１８に記載の発明にあっては、請求項１
５，１６または１７に記載の発明において、前記バイア
スは、定電流パルスであることを特徴としている。

【００１１】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、操作者が、自
身に装着された電子機器に設けられた弾性部材の露出面
を圧迫すると、該圧迫地点を中心とする振動が生じる。
この振動は、弾性部材を弾性波として伝播し、その大き
さが伝播距離の２乗に比例して減衰して、各圧力検出手
段によって検出される。そして、圧迫地点を、弾性部材
の底面に投影した座標値が、圧力検出手段の各検出信号
の比により算出され、この座標値に基づいて座標指定が
行なわれる。

【００１２】請求項２に記載の発明によれば、所定時間
毎に行なわれるので、座標指定を連続的に行なうことが
できる。

【００１３】請求項３に記載の発明によれば、操作者
が、自身に装着された電子機器に設けられた弾性部材の
露出面を圧迫して、該圧迫地点を移動すべき方向・量に
対応して移動させる。これにより、該圧迫地点を中心と
する振動が生じ、この振動地点も移動する。この振動
は、弾性部材を弾性波として伝播し、その大きさが伝播
距離の２乗に比例して減衰して、各圧力検出手段によっ
て検出される。圧迫地点を、弾性部材の底面に投影した
座標値が、圧力検出手段の各検出信号の比により所定時
間毎に算出されて、この所定時間における移動成分が求
められる。座標指定は、この移動成分に基づいて行なわ
れる。

【００１４】請求項４に記載の発明によれば、所定時間
が、座標値の移動速度に対応して変化するので、移動速
度が大きい場合においては、より細密に移動ベクトルを
算出することができる一方、移動速度が小さい場合にお
いては、座標値の算出回数を減らすことができる。請求
項５に記載の発明によれば、弾性部材の微小変位が、圧
力検出手段に直接加わるのを防止することができ、検出
精度をより高めることができる。請求項６に記載の発明
によれば、圧力の検出位置が露出面の底面中心に対して
互いに対称的に配置される。このため、露出面上の圧力
振動発生地点が移動する際においても、弾性部材の減衰
性を各圧力検出手段に対して等価とすることができる。
また、圧力振動地点の移動方向が弾性部材の頂点を通
り、検出位置の設置軸のどちらか一方に一致させれば、
弾性波の伝播距離を最小とすることができる。請求項７
に記載の発明によれば、半導体の製造技術を用いること
が可能となるので、非常に小型・高精度で製造すること
が可能となる。請求項８に記載の発明によれば、請求項
２記載の発明と同様に、弾性部材の微小変位が、圧力検
出手段に直接加わるのを防止することができ、検出精度
をより高めることができる。請求項９に記載の発明によ
れば、中空室の各々における圧力変化を低い損失率で各
圧力検出手段で検出することができる。請求項１０〜１
２に記載の発明によれば、圧力を検出すべき位置にかか
わらず圧力検出手段を配置することができる。とくに、
中空室および圧力伝達路の各々に液状物質を充填すれ
ば、それら内部での圧力変化を低い損失率で各圧力検出
手段で検出することができる。また、圧力伝達路を平面
中心に向けるように設ければ、圧力検出手段を集約する
ことができる。請求項１３に記載の発明によれば、高弾
性部材の被覆によって、露出表面に沿って伝搬する表面
弾性波が小さくなり、その分検出方向に向かう弾性波が
大きくなるので、各圧力検出手段から出力される信号の
レベルを大きくすることができる。請求項１４に記載の
発明によれば、弾性部材の露出面での振動発生が離散的
となるが、高弾性部材の配置によって露出表面に沿って
伝搬する表面弾性波を小さくすることができるので、そ
の分検出方向に向かう弾性波を大きくすることができる
ので、各圧力検出手段から出力される信号のレベルを大
きくすることができる。

【００１５】請求項１５に記載の発明によれば、均等な
バイアス印加によって、前記少なくとも３つ以上の圧力
検出手段からそれぞれ出力される信号同士を同一条件下
で比較することができる。請求項１６〜１８に記載の発
明によれば、各圧力検出手段の駆動が間欠的となり、各
圧力検出手段にバイアスを常時印加するときと比較し
て、圧力測定時の消費電力を小さくすることができる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例に
ついて説明する。

【００１７】Ａ−１：腕時計の構成図１は、この実施例によるポインティング・デバイスを
備えた腕時計２０の外観構成を示す斜視図である。この
図において、２１は、その視野方向がＡである液晶表示
パネルであり、腕時計２０の匡体Ｍの表面中央に備えら
れ、各種表示を行なう。例えば、この液晶表示パネル２
１には、通常使用時に現在時刻が表示される一方、機能
選択時にいわゆるメニュー画面が表示される（図２参
照）。このメニュー画面に表示される項目（機能）は、
階層的体系となっており、選択された項目に対し下層の
項目が順次、表示されるようになっている。このメニュ
ー画面では、図２に示されるように、カーソル３０で各
項目を選択すると、当該項目は反転表示されるようにな
っており、機能の選択操作は、所望の項目をカーソル３
０で指定し、クリック操作することによって行なわれ
る。一方、図１において、１は、略半球形状の弾性ゴム
であり、位置センサ１０の一部をなし、液晶表示パネル
２１の下方に設けられている。カーソル３０の座標指定
およびクリック操作は、この弾性ゴム１に対する所定の
圧迫操作によってを行なわれ、詳細については後述す
る。

【００１８】Ａ−１−１：位置センサこの位置センサ１０は、操作者による弾性ゴム１への圧
迫により生じた圧力振動の発生座標を算出するものであ
る。

【００１９】図３（ａ）および（ｂ）は、それぞれこの
位置センサの構成を示す斜視図および斜視透視図であ
り、同図（ａ）は説明のため部分断面している。これら
の図に示すように、位置センサ１０は、感圧素子Ｓ₁〜
Ｓ₄と略半球形状の弾性ゴム１とから構成される。な
お、ここでは、弾性ゴム１の形状を理想的な半球面とし
て説明する。感圧素子Ｓ₁〜Ｓ₄の各々は、弾性ゴム１の
底面（平面）Ｌに設置され、検出圧力に比例した電圧Ｖ
₁〜Ｖ₄を検出信号としてそれぞれ出力するものであり、
その構成の一例については後述する。これら感圧素子Ｓ
₁〜Ｓ₄による検出位置Ｑ₁〜Ｑ₄の座標（ｘ，ｙ）は、弾
性ゴム１の半径をｒ、底面Ｌの中心を原点（０，０）と
すると、それぞれ（ａ，０）、（０，ａ）、（−ａ，０）、（０，−ａ） ……（ｐ）である（ただし、ｒ＞ａ＞０）。すなわち、感圧素子Ｓ
₁〜Ｓ₄によって圧力を検出すべき座標は、底面Ｌのｘ，
ｙ軸上であって、原点から互いに等距離ａだけ離れてい
る。

【００２０】次に、感圧素子と弾性ゴム１との接合部に
ついて、感圧素子Ｓ₁ を例にとって説明する。図４は、
感圧素子Ｓ₁の構成を示す要部断面図である。弾性ゴム
１の底面Ｌには、半導体基板２が、弾性を有する接着層
３によって接着され、該半導体基板２には、検出位置Ｑ
₁での圧力を検出する感圧素子Ｓ₁が、検出位置において
開口する中空室４₁ とともに形成されている。この感圧
素子Ｓ₁は、ダイヤフラムとして用いる薄肉部（厚さ約
数十μｍ）５₁、およびこの薄肉部５₁の表面に形成され
たストレン・ゲージ６₁から構成される。感圧素子Ｓ₁
は、既知の半導体エッチング技術により形成され、特
に、ストレン・ゲージ６₁ は、不純物（例えばボロン）
の選択拡散技術を用いて形成されるピエゾ抵抗素子（ｐ
型抵抗層）から成る。このようなストレン・ゲージ６が
歪むと、該歪みに応じてその抵抗値が変化するようにな
っている。同様に、感圧素子Ｓ₂〜Ｓ₄が、半導体基板２
上に形成され、検出位置Ｑ₂〜Ｑ₄での圧力に比例してそ
の抵抗値がそれぞれ変化するようになっている。

【００２１】かかる構成による位置センサ１０では、弾
性ゴム１の半球面上にて圧力振動が生じると、該圧力振
動は弾性ゴム１内を弾性波として伝播し検出位置Ｑ₁〜
Ｑ₄にてそれぞれ微震動となり、中空室４₁〜４₄内の各
圧力を変動させる。この際、ストレン・ゲージ６₁〜６₄
の各々は、中空室４₁〜４₄の各内圧と大気圧解放口７を
介した外圧との圧力差によってそれぞれ歪むので、その
各抵抗値は該圧力振動に応じて変化することになる。ス
トレン・ゲージ６₁〜６₄の両端部には、外部回路に導く
ためのアルミ電極（図示せず）が蒸着されており、後述
する回路によってそれぞれ抵抗／電圧変換され、該電圧
が、検出位置Ｑ₁〜Ｑ₄での圧力に比例する検出電圧Ｖ₁
として出力されるようになっている。

【００２２】ここで、必要ならば、中空室４₁〜４₄の各
々を単に空乏とはせずに、熱膨張率の低い液体（例え
ば、水、アルコールなど）、あるいは液状物質（例え
ば、ゼラチンなど）を充填した構成としても良い。これ
により、検出位置Ｑ₁〜Ｑ₄にてそれぞれ生じた微震動
を、低い損失率で、より正確に、それぞれ検出信号へと
変換することができる。

【００２３】次に、位置センサ１０における感圧素子Ｓ
₁〜Ｓ₄の電気的接続とそのバイアス方法とについて、図
５および図６を参照して説明する。なお、図５におい
て、ストレン・ゲージ６₁〜６₄の各々は、等価的に可変
抵抗器として示されている。図５に示すように、感圧素
子Ｓ₁〜Ｓ₄に対応するストレン・ゲージ６₁〜６₄の各々
は、互いに直列接続され、これらの両端にはそれぞれ出
力端子６２，６２，……が設けられている。そして、ス
トレン・ゲージ６₁〜６₄の直列両端がバイアス回路６０
に接続される。このバイアス回路６０は、定電流回路６
４と、この定電流回路６４の出力信号をオン／オフする
スイッチ６６と、制御信号Ｔが”Ｈ”状態となったとき
にスイッチ６６をオンさせる切換回路６８とから構成さ
れる。すなわち、制御信号Ｔが”Ｈ”状態において、定
電流回路６４の出力信号がストレン・ゲージ６₁〜６₄に
印加されるようになっている。前述したように、ストレ
ン・ゲージの抵抗値は歪みに応じて変化するので、各ス
トレン・ゲージ６₁〜６₄に同一の定電流を流すと、各出
力端子６２，６２，……間の電圧Ｖ₁〜Ｖ₄は、それぞれ
検出位置Ｑ₁〜Ｑ₄での各圧力に比例し、かつ各圧力の大
きさを相対的に示したものとなる。

【００２４】さて、制御信号Ｔの波形パターンには、位
置センサ１０の検出信号を処理する装置の規模や仕様な
どによって種々のものが考えられる。例えば、制御信号
Ｔには、測定時、非測定時を問わず常に”Ｈ”状態とな
る信号７０（図６（ａ）参照）や、測定時、非測定時を
問わず断続的に”Ｈ”状態となる（所定のデューティ比
を有する）パルス信号７２（同図（ｂ）参照）、測定時
のみ”Ｈ”状態となる信号７４（同図（ｃ）参照）、測
定時のみ断続的に”Ｈ”状態となる（所定のデューティ
比を有する）パルス信号７６（同図（ｄ）参照）が選択
される。なお、ここでの測定時とは、圧力振動を検出す
べき期間を指す。

【００２５】位置センサ１０の検出信号を処理する装置
において、検出精度が要求されるならば、制御信号Ｔに
は信号７０が適当である。一方、消費電力を小さくする
ことが要求されるならば、制御信号Ｔにはパルス信号７
６が適当である。また、この処理装置において、検出精
度と低消費電力との中間的な性格の位置付けがなされる
ならば、パルス信号７２あるいは信号７４が適当であ
る。これは次の理由による。ストレン・ゲージ６₁〜６₄
には定電流が流れるために、若干の発熱が伴う。このた
め、バイアス印加時とそうでない時とで温度差が生じ、
該温度差によって抵抗値が微妙に相違するので、圧力検
出時に誤差の原因となる。制御信号Ｔとして信号７０を
用いると、非検出時にもストレン・ゲージ６₁〜６₄に定
電流が印加されることになり、一定時間経過して発熱が
飽和した時点で、圧力を検出するようにすれば、以降、
温度差による測定誤差を非常に少なくすることができる
からである。一方、制御信号Ｔとしてパルス信号７６を
用いると、検出時にのみ定電流が間欠的にストレン・ゲ
ージ６₁〜６₄に印加されるので、電流による発熱が抑え
られ、低消費電力に寄与することができるからである。
この際に、パルス信号７６に同期して、位置センサ１０
の検出信号処理装置の各部（Ａ／Ｄ変換、増幅器等）を
動作させれば、さらに消費電力を小さくすることが可能
となる。極端には、これら各部の通電を、パルス信号７
６の”Ｈ”状態のときのみ、行なえば良い。

【００２６】また、定電流バイアスとして、パルス信号
７２あるいは７６よりも充分に短い間隔を有する定電流
パルス（図６（ｅ）参照）を定電流回路６４が出力する
構成としても良い。この場合に、制御信号Ｔとして信号
７０，７２，７４，７６を組み合わせて良いのはもちろ
んである。特に、パルス信号７６を用いると、ストレン
・ゲージ６₁〜６₄にバイアスは、図６（ｆ）に示すよう
に、印加される期間が非常に短くなるので、極めて消費
電力を小さくすることができる。この際も同様に、定電
流パルスに同期して、位置センサ１０の検出信号処理装
置の各部を動作させれば、消費電力をより小さくするこ
とが可能となる。さらに、これら各部の通電を、バイア
ス印加時のみ行なうようにすれば、消費電力を極めて小
さくすることができる。

【００２７】なお、このバイアス印加の間隔は、圧力振
動の変化に充分対応するように短いこと（サンプリング
定理を満たすこと）が要求される一方、出力装置先が対
応できる範囲内でなければならない。

【００２８】また、感圧素子Ｓ₁〜Ｓ₄は、互いに同一の
半導体基板２に形成されるのが望ましい。半導体の製造
技術をもってすれば、一体形成・配置するのは容易であ
り、個々に感圧素子を形成・配置するよりも、精度的・
工程的に有利であるからである。

【００２９】Ａ−１−２：位置センサによる座標算出の
原理次に、かかる構成による位置センサ１０の座標検出の原
理について説明する。図１１は、座標検出の原理を説明
するための斜視図であり、この図では図３（ａ），
（ｂ）に示した位置センサ１０を説明のため簡略化して
ある。操作者が、図１２（ｂ）に示すように、指４０に
より弾性ゴム１の半球面上を圧迫したとする。この場
合、弾性ゴム１の半球面上の点Ｐ_n には、指４０に指尖
動脈から発生する圧力振動波、すなわち指尖脈波によっ
て圧力振動が発生する。ここで、点Ｐ_nは振動の重心
（中心）とする。すなわち、点Ｐ_n は、弾性ゴム１の半
球面上であって、指４０による圧迫作用の中心とする。

【００３０】次に、この点Ｐ_n での振動が、時刻ｔ＝ｎ
において発生したとする。この振動は、弾性ゴム１を伝
播し、伝播距離の２乗に比例して減衰し、感圧素子Ｓ₁
〜Ｓ₄により電圧Ｖ₁〜Ｖ₄を有する検出信号としてそれ
ぞれ検出される。

【００３１】ところで、弾性ゴム１の球面を表す式は、
次のようになる。

【数１】（ただし、ｚ＞０）したがって、弾性ゴム１の球面上に
おける任意の点Ｐ_n の座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、そのｘ，
ｙ座標の値をそれぞれｘ_n，ｙ_nとすると、式（１）から
次のようになる。

【数２】

【００３２】そして、点Ｐ_n と感圧素子Ｓ₁〜Ｓ₄の検出
位置Ｑ₁〜Ｑ₄との各距離は、式（２）および前述した各
検出位置の座標を示す（ｐ）からそれぞれ次式のように
なる。

【数３】

【００３３】次に、点Ｐ_nにて発生した振動は、弾性ゴ
ム１の伝播距離の２乗に比例して減衰するので、各セン
サによって検出される電圧Ｖ₁〜Ｖ₄の値は、互いに、点
Ｐ_nと対応するセンサの検出位置との距離の２乗に反比
例することになる。したがって、次の等式が成立する。

【数４】そして、式（４）から、点Ｐ_n のｘ、ｙ座標の値ｘ_n，
ｙ_nは、次のようになる。

【数５】このように、弾性ゴム１の半球面上の点Ｐ_nにて、圧迫
による圧力振動が発生すると、感圧素子Ｓ₁〜Ｓ₄の検出
電圧Ｖ₁〜Ｖ₄から、点Ｐ_nの座標値ｘ_n，ｙ_nを求めるこ
とができる。これは、点Ｐ_nを、感圧素子Ｓ₁〜Ｓ₄の検
出位置の平面（ｘ−ｙ平面）、すなわち、弾性ゴム１の
底面Ｌに垂直投影した点Ｐ’_nの座標（図１１参照）を
求めていることにほかならない。式（５）では、座標値
ｘ_nを、ｘ軸上に設置される感圧素子Ｓ₁，Ｓ₃の電圧
Ｖ₁，Ｖ₃ から、また、座標値ｙ_nを、ｙ軸上に設置され
る感圧素子Ｓ₂，Ｓ₄の電圧Ｖ₂，Ｖ₄ から、それぞれ独
立して求めることができるので、座標算出にあたって相
互の影響を排除することができる。

【００３４】これは、式（４）を詳細に検討すれば判る
ように、座標値ｘ_n，ｙ_nを求めるのに必要な電圧は、感
圧素子Ｓ₁〜Ｓ₄のうちの３つで済むのであるが、この場
合、一方の座標値の算出には、他方の座標値が影響を与
えてしまう。例えば、感圧素子Ｓ₁〜Ｓ₃のみによって座
標値ｘ_n，ｙ_nを算出するには、まず、座標値ｘ_nを電圧
Ｖ₁，Ｖ₃から算出し、次に、この座標値ｘ_nを式（４）
に代入すれば、座標値ｙ_nを、電圧Ｖ₂ から算出するこ
とができるが、該座標値ｙ_nは、電圧Ｖ₁〜Ｖ₃に依存し
てしまうことになるので、感圧素子に出力特性に差があ
る場合に、正確な座標算出ができなくなるからである。

【００３５】なお、この説明では、地点Ｐ’_n の座標値
ｘ_n，ｙ_nを求めるのに用いている式（１）〜（５）は、
弾性ゴム１が理想的な反球形状、すなわち、球体をその
中心を含む面によって切断したときに得られる形状を前
提としている。しかしながら、操作者の使用感などの触
感を考慮した場合、弾性ゴム１の形状は、かかる半球形
状よりも、図１３（ａ）に示すように、略凸形状である
ことが望ましい。また、工業的に考えてみても、位置セ
ンサ１０が、理想的な半球形状を満足して製造すること
は困難であり、むしろ、図１３（ａ）あるいは（ｂ）に
示すように、（これらの図においては極端な例を示す
が）、球体の中心からズレをもって製造されてしまうこ
とが多い。このような場合であっても、該ズレ量が測定
精度において許容範囲内であれば、式（５）を近似式と
して用いて、座標値ｘ_n，ｙ_nを求めることができる。

【００３６】そこで、この近似について説明する。い
ま、弾性ゴム１の形状が、理想的な球体の中心からΔｚ
だけズレて切断された疑似半球体とした場合について考
える。この場合、感圧素子Ｓ₁〜Ｓ₄による検出位置Ｑ₁
〜Ｑ₄の座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、弾性ゴム１の半径を
ｒ、中心を原点（０，０，０）とすると、それぞれＱ₁（ａ，０，Δｚ）Ｑ₂（０，ａ，Δｚ）Ｑ₃（−ａ，０，Δｚ）Ｑ₄（０，−ａ，Δｚ）である。したがって、点Ｐ_n と検出位置Ｑ₁〜Ｑ₄との各
距離の２乗は、それぞれ式（３）と同様にして求めるこ
とができ、それぞれ次式のようになる。

【数６】ただし、これらの式において、

【数７】とおいている。この場合でも点Ｐ_n にて発生した振動
は、弾性ゴム１の伝播距離の２乗に比例して減衰するの
で、各センサによって検出される電圧Ｖ₁〜Ｖ₄の値は、
互いに点Ｐ_n と対応するセンサの検出位置との距離の２
乗に反比例することになる。すなわち、式（６）におけ
る各距離の２乗と、当該検出電圧Ｖ₁〜Ｖ₄との積におい
ては互いに等しいので、点Ｐ_n のｘ、ｙ座標の値ｘ_n，
ｙ_nは、次のようになる。

【数８】式（８）において、（Δｚ）² は、（Δｚ）をｚ軸方向
に対して充分に小さければ、無視することができる。ま
た、式（８）をみてもわかるように、（ｚ_n・Δｚ）に
ついては、原点からのセンサの距離ａを、半径ｒの範囲
内においてできるだけ大きくすることにより、無視する
ことができる。これにより式（８）は、実質的に式
（５）と等しくなる。

【００３７】またこの実施例では、地点Ｐ’_n の座標値
ｘ_n，ｙ_nを求めるのに、各検出信号の電圧Ｖ₁〜Ｖ₄を式
（５）に代入することにより求めたが、次の方法によっ
て求めても良い。すなわち、弾性ゴム１の露出面上で一
定の振動を実験的に発生させ、振動を加えた座標と電圧
Ｖ₁〜Ｖ₄の比との関係を予め測定し、この関係を示すテ
ーブルを作成しておく。実際に、地点Ｐ’_n の座標値ｘ
_n，ｙ_nを求めるには、電圧Ｖ₁〜Ｖ₄の比に対応する座標
をこのテーブルから読み出すことで可能である。このよ
うに、弾性ゴム１は、半球面形状にする必要性はなく、
操作者が操作しやすいような凸形状であれば良い。

【００３８】Ａ−１−３：位置センサによる移動ベクト
ル成分算出の原理次に、時刻ｔ＝ｎ＋１（すなわち、サンプリングクロッ
クの１周期経過後）において、操作者が、図１２（ｂ）
の波線に示されるように、指４０による弾性ゴム１の半
球面を圧迫地点を移動させて、圧力振動の発生源が点Ｐ
_n+1 に移動したとする。この場合も同様に、該点Ｐ_n+1
を、面Ｌに投影した点Ｐ’_n+1の座標値ｘ_n+1，ｙ_n+1を
求める。以下、同様に、時刻ｔ＝ｎ＋２，ｎ＋３，……
における点Ｐ’_n+2，Ｐ’_n+3，……の座標値を求める。

【００３９】次に、求めた座標値から、サンプリングク
ロック１周期前に求めた座標値を減算することよって、
すなわち、ｘ_n+1−ｘ_n ｙ_n+1−ｙ_n をそれぞれ求めると、サンプリング１周期での、弾性ゴ
ム１の半球面への圧迫地点の移動ベクトルのうちの、
ｘ，ｙ軸方向の成分を求めることができる。さらに、こ
の成分の大きさ、すなわち移動距離を求めて、サンプリ
ングクロックの１周期で除算することによって、当該サ
ンプル時における移動ベクトルの速度を算出することが
できる。この速度Ｖを求める式は、サンプリングクロッ
クの周波数をＦｓとすると、次式のようになる。

【数９】

【００４０】Ａ−１−４：クリック操作また、この実施例では、検出電圧Ｖ₁〜Ｖ₄の相加平均が
所定のしきい値以上となった場合に、いわゆるクリック
操作が行なわれたと判断される。これは、弾性ゴム１の
半球面上を指で圧迫している状態で、さらに強く圧迫す
ることによって行なわれる。この際、式（５）を見ても
わかるように、座標の算出は電圧Ｖ₁〜Ｖ₄の絶対値では
なく、比によって行なわれるので、圧迫地点を変えない
限り、座標指定には影響がない。

【００４１】Ａ−２−１：位置センサの他の例次に、位置センサの他の例について説明する。図８
（ａ）は、この例の構成を説明するための略平面図であ
り、図８（ｂ）は、同図（ａ）におけるｘ軸の方向の要
部断面図である。これらの図において、図３あるいは図
４と同じ部位には、同一符号を付与してあり、その説明
を省略する。これらの図に示すように位置センサ１０に
は、検出位置Ｑ₁ において開口する中空室４₁が設けら
れ、さらにこの中空室４₁の側壁に開口する中空管８₁
が平面Ｌの中心方向に延びて、半導体基板２に接続され
ている。同様に、検出位置Ｑ₂〜Ｑ₄において中空室４₂
〜４₄がそれぞれ設けられ、さらに中空管８₂〜８₄が、
平面Ｌの中心方向にそれぞれ延びている。半導体基板２
には、感圧素子Ｓ₁〜Ｓ₄が、各々設けられ、四方向から
それぞれ延びている中空管８₁〜８₄に開端接続される。

【００４２】この場合好ましくは、中空室４₁〜４₄およ
び中空管８₁〜８₄は、半導体基板２とは別構成とし、例
えば硬質プラスチックや金属等の剛体９から形成した方
が良い。この方が、検出位置Ｑ₁〜Ｑ₄を考慮せずに、感
圧素子Ｓ₁〜Ｓ₄を半導体基板２に集約的に形成すること
ができるので、同一面積中での感圧素子の取り数を増加
させて、その分コストを低下させることができる、とい
う利点がある。また、この構成においても、中空室４₁
〜４₄および中空管８₁〜８₄に、熱膨張率の低い液体あ
るいは液状物質を充填した構成としても良い。

【００４３】なお、位置センサ１０としては、底面Ｌの
検出位置Ｑ₁〜Ｑ₄に既知の歪みゲージを直接張り付け、
該位置での振動を歪みとして検出する構成も可能ではあ
るが、この構成では弾性ゴム１を押圧した際の微小変形
による歪みが直接出力に現われるので、望ましくは、図
４に示したように接着層３および中空室４を介して弾性
波として検出する構成の方が良い。また、感圧素子の個
数は、上述した実施例では「４」であったが、前述した
ように「３」であっても良い。要は、感圧素子の各検出
位置と弾性ゴム１の半球面上の点との各距離が特定でき
るように、感圧素子の各検出位置が、半球面の底面であ
れば良い。

【００４４】上述した２つの例による位置センサ１０で
は、点Ｐ_n での振動による弾性波が、検出位置Ｑ₁〜Ｑ₄
方向のみならず、弾性ゴム１のあらゆる方向に向かって
ほぼ均等に伝搬する。このため、点Ｐ_n にて発生する振
動の大きさに対して検出位置Ｑ₁〜Ｑ₄で生じる圧力が小
さくなり、電圧Ｖ₁〜Ｖ₄の各値もこれに応じて小さくな
る傾向がある。したがって、これら実施例では、Ｓ／Ｎ
比が劣化しやすいという欠点を抱えている。そこで次
に、Ｓ／Ｎ比の改善を図った二例についてそれぞれ説明
する。

【００４５】Ａ−２−２：位置センサの他の例本願発明者は、弾性ゴム１よりも高い弾性率を有する部
材８１（例えば、硬質プラスチックや金属等）を、図９
に示すように、弾性ゴム１の半球面に被覆すると、感圧
素子Ｓ₁〜Ｓ₄による出力電圧Ｖ₁〜Ｖ₄が、部材８１の被
覆なしのときと比較して大となることを実験的に確認し
ている。これは、半球面の表面に沿って伝搬する表面弾
性波が、部材８１の存在によって伝搬しにくくなって、
弾性ゴム１の中心方向に向かうことになるので、その
分、各検出位置Ｑ₁〜Ｑ₄での圧力増加に寄与して、感圧
素子の出力電圧をより大きくしていると思われる。言い
換えれば、半球面から検出位置への弾性波の伝搬を示す
伝達関数が改善されるためと思われる。また、この実施
例においては、部材８１の被覆によって、弾性ゴム１が
操作者に直接接触することがなくなるので、皮脂による
弾性ゴム１の劣化が防止される、という利点もある。

【００４６】また、図１０に示すように、部材８１の小
片８２を弾性ゴム１の半球面上に離散的に多数設ける構
成としても良い。小片８２が、半球面に対して埋め込ま
れるか、貼付されるかは、問わない（同図は、貼付した
例を示す）。このとき、前述した弾性波の伝達関数にお
いては、小片８２から検出位置へ向かうものの方が、弾
性ゴム１の露出表面から検出位置へ向かうものよりも改
善されるので、半球面上の振動点Ｐ_n が小片８２の設置
場所にと選択的に限定される（傾向がある）。このため
点Ｐ_n の座標値は、小片８２の設置場所を底面Ｌに投影
した離散値になるという問題があるが、感圧素子Ｓ₁〜
Ｓ₄の出力電圧Ｖ₁〜Ｖ₄を大きくすることができるの
で、分解能が比較的荒い時には有効である。また、この
問題は、小片８２を多数かつ効率良く設置することによ
り、解決することができる。

【００４７】Ａ−３：腕時計２０の電気的構成次に、腕時計の電気的構成について図７を参照して説明
する。この図において、１１はＡ／Ｄ変換器であり、感
圧素子Ｓ₁〜Ｓ₄による検出電圧Ｖ₁〜Ｖ₄の各々を、クロ
ックＣＬＫによるタイミングにて同時にサンプリングし
て、Ａ／Ｄ変換を行なう。変換された電圧は、インター
フェイス（図示せず）およびバスを介してＣＰＵ（Cent
ral Processing Unit ）１２に供給される。この場合、
バイアス回路６０（図５参照）への制御信号Ｔには、ク
ロックＣＬＫが用いられる。これによって、バイアス回
路６０では、クロックＣＬＫに同期したバイアスをスト
レン・ゲージ６₁〜６₄に印加する構成となっている。

【００４８】１３はＲＯＭ（ramdom access Read Only
Memory）であり、ＣＰＵ１２によって演算や各種機能等
を実行するためのプログラムが記憶されている。１４は
ＲＡＭ（Ramdom Access read/write Memory ）であり、
入力された各種データや、算出座標を記憶する。１５は
タイマであり、基本クロックφをＣＰＵ１２に供給する
とともに、ＣＰＵ１２からの制御信号Ｓの下に、基本ク
ロックφの分周周期を変更したをクロックＣＬＫを出力
する。

【００４９】１６はＬＣＤ制御回路であり、バスを介し
てＣＰＵ１２から供給されるデータに基づき、液晶表示
パネル２１に表示させるためのタイミング信号および表
示データ生成して、垂直制御回路１７および水平制御回
路１８にそれぞれ供給する。垂直制御回路１７および水
平制御回路１８は液晶表示パネル２１の各電極にそれぞ
れ接続され、垂直制御回路１７は垂直電極を、水平制御
回路１８は水平電極を、それぞれ駆動する。これら回路
によって、ＣＰＵ１２から供給されるデータが、液晶表
示パネル２１に表示されるようになっている。

【００５０】ＣＰＵ１２は、前述の式（５）にしたがっ
てサンプリングした検出電圧から座標値ｘ_n，ｙ_nを求め
るとともに、必要に応じて該座標値の各々から前の座標
値ｘ_n-1，ｙ_n-1をそれぞれ減算し、クロックＣＬＫ１周
期あたりにおけるｘ，ｙ軸方向の移動ベクトル成分を求
める。また、ＣＰＵ１２は、求めた移動ベクトル、すな
わち移動速度が、所定値よりも大きい場合においては、
タイマ１５にクロックＣＬＫの周期を制御信号Ｓによっ
て、例えば半分にするように命令する一方、移動速度
が、所定値よりも小さい場合においては、タイマ１５に
クロックＣＬＫの周期を制御信号Ｓによって、例えば倍
にするように命令する。なお、ＣＰＵ１２のその他動作
については後述する。

【００５１】Ｂ：腕時計の動作次に、上述した構成による腕時計２０の動作について説
明する。時計機能が選択されている場合には、ＣＰＵ１
２によって基本クロックφが計数され、この計数結果に
したがって、現在時刻が液晶表示パネル２１に表示され
る。この時計表示の方法は、従来から行われているもの
と何等変わらないものであるので、その説明は省略す
る。

【００５２】そこで、座標指定の動作について説明す
る。まず、現在時刻が表示されている場合に、操作者が
位置センサ１０に対しクリック操作をすると、液晶表示
パネル２１の中央にカーソル３０が表示されるととも
に、メニュー画面（図２参照）に切り替えられる。

【００５３】この実施例による位置センサ１０は、絶対座標検出型として用いられる場合と相対座標検出型として用いる場合との２通りの使用方法がある。そこで、各方法での座標指
定について説明する。なお、これら各方法は、前述のメ
ニュー画面によって選択可能となっている。

【００５４】絶対座標検出型として用いる場合この場合、底面Ｌの座標系と液晶表示パネル２１の表示
座標系とは写像関係に、すなわち１対１対応の関係に、
予め設定されているものとする。まず操作者は、図１２
（ｂ）に示されるように弾性ゴム１に指を当てて圧迫す
る。この際に、所望とする指定座標が、圧迫地点を底面
Ｌに投影した座標となるように、弾性ゴムを圧迫する。
これによって、弾性ゴム１は圧迫地点を中心として振動
し、該振動による弾性波が発生する。該弾性波は感圧素
子Ｓ₁〜Ｓ₄によって電圧Ｖ₁〜Ｖ₄として検出され、これ
ら電圧がディジタル値へと変換される。そして、座標値
ｘ_n，ｙ_nが、式（５）に基づき、変換された検出電圧か
らＣＰＵ１２によってそれぞれ算出され。以降この動作
がクロックＣＬＫの周期毎に行なわれ、座標指定が求め
た座標値にしたがって順次行なわれる。このように、絶
対座標検出型では、弾性ゴム１の球面上において圧迫
した地点を、検出位置Ｑ₁〜Ｑ₄の設置平面（すなわち底
面Ｌ）に垂直投影した座標値が、クロックＣＬＫのタイ
ミング毎に求められ、カーソル座標として指定される。
なお、この絶対座標検出型では、操作者が弾性ゴム１を
圧迫しない場合、弾性波は発生しないので、感圧素子の
検出電圧Ｖ₁〜Ｖ₄は互いに等しくなる。このとき、式
（５）を見ても判るように、座標値は（０，０）となっ
て、カーソルが原点に復帰するようになっている。

【００５５】相対座標検出型として用いる場合現在時刻表示の際のクリック操作直後（時刻ｔ＝ｎとす
る）でのカーソル３０の位置が、図１２（ａ）に示され
るように、液晶表示パネル２１の画面中央に設定されて
いるものとし、操作者が所望する座標３１が、例えば画
面右上端であるとする。ここで、ｕは、現時点における
カーソル３０の座標から操作者が所望するカーソル座標
へのベクトルを示す。この場合に操作者は、カーソル座
標を所望する位置へ移動させるため、図１２（ｂ）に示
すような操作を行なう。すなわち操作者は、弾性ゴム１
の半球面における任意の地点を指４０で圧迫し（−
１）、次に、ベクトルｕの方向に一致するように、圧迫
地点を移動させる（−２）。そして、操作者は、液晶
表示パネル２１の画面を見ながら、カーソル座標３０が
所望の座標となるように、上記−１、−２の操作を
繰り返し行なう。この操作は、弾性ゴム１をベクトルｕ
の方向に回転させるような動作となる。なお、弾性ゴム
１は、実際には回転しないのは、言うまでもない。

【００５６】次に、このような操作に対する実施例の動
作について説明する。 −１時刻ｔ＝ｎにおいて、操作者が弾性ゴム１を圧迫する
と、絶対座標検出型と同様に、圧迫地点を中心とする
振動が発生し、該振動による弾性波が感圧素子Ｓ₁〜Ｓ₄
によって検出されて、圧迫地点を底面Ｌに投影した座標
値ｘ_n，ｙ_nがＣＰＵ１２によって算出される。該座標値
はＲＡＭ１４に一旦、記憶される。 −２次に、クロックＣＬＫの１周期経過後、すなわち、時刻
ｔ＝ｎ＋１において、座標値ｘ_n+1，ｙ_n+1が、同様にそ
れぞれ算出されて両者がＲＡＭ１４に格納されるととも
に、クロックＣＬＫの１周期前に算出した座標値ｘ_n，
ｙ_nがＲＡＭ１４から読み出されて、次の差が求められ
る。すなわち、ＣＰＵ１２は、ｘ_n+1−ｘ_n ｙ_n+1−ｙ_n をそれぞれ算出し、クロックＣＬＫの１周期あたりにお
ける移動ベクトルのｘ，ｙ軸成分を求める。ＣＰＵ１２
は、時刻ｔ＝ｎにおけるカーソル３０の座標位置に対
し、求めたベクトル成分に対応する分だけ、カーソル３
０を移動させる。これにより、カーソル座標３０は、所
望の座標へと近づく。

【００５７】次に、時刻ｔ＝ｎ＋２において、ＣＰＵ１
２は、ｘ_n+2−ｘ_n+1 ｙ_n+2−ｙ_n+1 のベクトル成分をそれぞれ算出し、時刻ｔ＝ｎ＋１にお
けるカーソル３０の座標位置に対し、求めたベクトル成
分に対応する分だけ、カーソル３０を移動させる。同様
に、時刻ｔ＝ｎ＋ｉ（ｉ＝１，２，…）において、ＣＰ
Ｕ１２は、ｘ_n+i−ｘ_n+i-1 ｙ_n+i−ｙ_n+i-1 のベクトル成分をそれぞれ算出し、時刻ｔ＝ｎ＋ｉにお
けるカーソル３０の座標位置に対し、求めたベクトル成
分に対応する分だけ、カーソル３０を移動させる。以降
この動作が繰り返されることにより、カーソル３０は、
操作者による弾性ゴム１への圧迫操作に対応して、クロ
ックＣＬＫの周期毎に移動することになる。

【００５８】また、ＣＰＵ１２は、式（９）により求め
た移動ベクトルの速度Ｖにしたがって制御信号Ｓを出力
し、タイマ１５におけるクロックＣＬＫの分周周期を制
御する。すなわち、ＣＰＵ１２は、速度Ｖが、（０≦）Ｖ＜Ｖ_MIN ……（α）Ｖ_MIN≦Ｖ＜Ｖ_MAX ……（β）Ｖ_MAX≦Ｖ ……（γ）のうちのどの領域に属するかを判別する。ここで、Ｖ
_MIN，Ｖ_MAXは、予め設定される閾値である。そして、速
度Ｖが領域（α）に属するならば現在のクロックＣＬＫ
周期を例えば２倍にする旨の、また、速度Ｖが領域
（β）に属するならば現在のクロックＣＬＫ周期を維持
する旨の、速度Ｖが領域（γ）に属するならば現在のク
ロックＣＬＫ周期を例えば１／２倍にする旨の、制御信
号Ｓをタイマ１５にそれぞれの場合に応じて供給する。
これによって、この実施例では、圧迫地点の移動に対し
て適切なサンプリングが行なわれるようになっている。

【００５９】なお、この相対座標検出型では、操作者が
弾性ゴム１を圧迫しない場合、移動ベクトルは零となる
ので、カーソルは前の位置に保たれることになる。ま
た、この際に、その速度Ｖも零となるので、クロックＣ
ＬＫの周期は次第に長くなる。

【００６０】また、上述した実施例では、次のような方
法によって感圧素子Ｓ₁〜Ｓ₄の出力特性差をキャンセル
することができる。この方法では、前述した３つの感圧
素子によって点Ｐ’_n の座標値を求める技術を用いる。
まず、４つの中から３つの感圧素子を選択して、これら
感圧素子のみによって座標値ｘ_n，ｙ_nを算出する。次に
別の感圧素子の組み合わせを選択して、同様に、座標値
ｘ_n，ｙ_nを算出する。異なる４つの中から３つを選択す
る組み合わせは、４通り（＝₄Ｃ₃）存在するので、他の
２つの組み合わせによっても、同様に、座標値ｘ_n，ｙ_n
を算出する。これら４つの組み合わせによりそれぞれ独
立に算出した座標値ｘ_n，ｙ_nは、感圧素子Ｓ₁〜Ｓ₄の出
力特性がすべて同一であるならば、互いに一致するはず
である。仮に、一致しなければ、出力特性が相違してい
るとみなすことができ、個々に算出した座標から逆に検
出電圧を補正して、該算出座標が一致するようすれば、
感圧素子の個体差に伴う出力特性の相違を互いにキャン
セルことができ、より正確な座標値を得ることができ
る。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したこの発明によれば、次のよ
うな効果がある。圧迫地点を圧力検出手段の設置平面上
に投影した座標を、直接的に指定することができるとと
もに、可動機構を一切有しない構造となり、また、座標
指定おいては弾性部材の露出面を圧迫するだけである。
したがって、装置の信頼性を高くすることができ、かつ
座標指定において広い空間を必要としない、という効果
がある（請求項１）。座標指定を連続的に行なうことが
できる（請求項２）。

【００６２】圧迫地点の移動を圧力検出手段の設置平面
上に投影した移動に基づいて、座標を相対的に指定する
ことができるとともに、可動部分を一切有しない構造と
なり、また、座標指定おいては弾性部材の露出面を圧迫
するだけである。したがって、装置の信頼性を高くする
ことができ、かつ座標指定において広い空間を必要とし
ない、という効果がある（請求項３）。

【００６３】所定時間が、座標値の移動速度に変化する
ので、座標値の移動速度が大きい場合においては、より
細密に移動ベクトルを求めることができる一方、平面移
動距離が小さい場合においては、座標値の算出回数を減
らすことができる。したがって、該移動速度に対し、効
率よく座標指定を行なうことができる（請求項４）。

【００６４】弾性部材の微小変位が、圧力検出手段に直
接加わるのを防止することができ、検出精度をより高め
ることができる（請求項５）。圧力の検出位置が露出面
の底面中心に対して互いに対称的に配置される。このた
め、露出面上の圧力振動発生地点が移動する際において
も、弾性部材の減衰性を各圧力検出手段に対して等価と
することができる。また、圧力振動地点の移動方向が弾
性部材の頂点を通り、検出位置の設置軸のどちらか一方
に一致させれば、弾性波の伝播距離を最小とすることが
できるので、より精度良く圧力を検出することが可能と
なる（請求項６）。半導体の製造技術を用いることが可
能となるので、非常に小型・高精度で製造することが可
能となる（請求項７）。弾性部材の微小変位が、圧力検
出手段に直接加わるのを防止することができ、検出精度
をより高めることができる（請求項８〜９）。圧力を検
出すべき位置にかかわらず圧力検出手段を配置すること
ができる。とくに圧力伝達路を平面中心に向けるように
設ければ、圧力検出手段を集約することができるので、
半導体基板の単位面積当たりに、多数の圧力検出手段を
形成することができ、コスト低下に寄与することができ
る（請求項１０〜１２）。高弾性部材の被覆によって、
露出表面に沿って伝搬する表面弾性波が小さくなり、そ
の分検出方向に向かう弾性波が大きくなるので、各圧力
検出手段から出力される信号のレベルを大きくすること
ができる（請求項１３）。弾性部材の露出面での振動発
生が離散的となるが、高弾性部材の配置によって露出面
に沿って伝搬する表面弾性波を小さくすることができる
ので、その分検出方向に向かう弾性波を大きくすること
ができるので、各圧力検出手段から出力される信号のレ
ベルを大きくすることができる（請求項１４）。

【００６５】均等なバイアス印加によって、前記少なく
とも３つ以上の圧力検出手段からそれぞれ出力される信
号同士を同一条件下で比較することができる（請求項１
５）。各圧力検出手段の駆動が間欠的となり、各圧力検
出手段にバイアスを常時印加するときと比較して、圧力
測定時の消費電力を小さくすることができる（請求項１
６〜１８）。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるポインティング・デ
バイスを組み込んだ腕時計の外観構成を示す斜視図であ
る。

【図２】同腕時計における液晶表示パネル２１でのメニ
ュー画面の一例を示す平面図である。

【図３】（ａ）は、同実施例における位置センサの構成
を示す部分断面した斜視図であり、（ｂ）は、同位置セ
ンサの構成を示す透視斜視図である。

【図４】同位置センサ１０における弾性ゴム１と半導体
基板２との接合部を拡大した要部断面図である。

【図５】同位置センサ１０でのバイアス回路６０の構成
を示すブロック図である。

【図６】（ａ）〜（ｄ）の各々は、バイアス回路６０へ
の制御信号Ｔの一例を示すタイミング図であり、（ｅ）
〜（ｆ）の各々は、バイアス回路６０からの定電流パル
スの波形を示す図である。

【図７】同腕時計の電気的構成を示すブロック図であ
る。

【図８】（ａ）は、位置センサ１０の他の例を示す平面
図であり、（ｂ）はこの例における弾性ゴム１と半導体
基板２との接合部の構成を示す要部拡大断面図である。

【図９】位置センサ１０の他の例の構成を示す部分断面
した斜視図である。

【図１０】位置センサ１０の、さらに他の例の構成を示
す部分断面した斜視図である。

【図１１】同位置センサ１０による座標検出の原理を説
明するための簡略斜視図である。

【図１２】（ａ）は液晶表示パネル２１におけるカーソ
ル座標を示す平面図であり、（ｂ）は同実施例の操作を
説明するための側面図である。

【図１３】（ａ）、（ｂ）ともに、位置センサ１０の変
形構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

Ｓ₁〜Ｓ₄……感圧素子（圧力検出手段）１ ……弾性ゴム（弾性部材）２ ……半導体基板３ ……接着層４ ……中空室８ ……中空管（圧力伝達路）１０ ……位置センサ１２ ……ＣＰＵ（第１，第２の演算手段、時間間隔
制御手段）２０ ……腕時計（電子機器）６０ ……バイアス回路（バイアス印加手段）８１ ……部材（高弾性部材）８２ ……小片（高弾性部材の小片）Ｍ ……匡体（本体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操作者に携帯装着され、複数の異なる機
能を有し、各種の表示を行なう電子機器のポインティン
グ・デバイスにおいて、平面上の異なる位置での圧力を互いに検出し、該位置で
の圧力に応じた信号をそれぞれ出力する少なくとも３つ
以上の圧力検出手段と、凸形状であって、その底面が前記少なくとも３つ以上の
圧力検出手段の検出位置を覆うように、前記平面に係着
する弾性部材と、前記弾性部材の露出面への圧迫により発生した振動地点
を前記平面上に投影した座標を、前記少なくとも３つ以
上の圧力検出手段による各検出信号の比から算出する第
１の演算手段とを具備し、前記弾性部材の露出面を、前
記電子機器の表面に露出させて設置し、第１の演算手段
により算出された座標値に基づいて座標指定を行なうこ
とを特徴とするポインティング・デバイス。
【請求項２】前記第１の演算手段による座標算出を所
定時間ごとに行なうことを特徴とする請求項１記載のポ
インティング・デバイス。
【請求項３】操作者に携帯装着され、複数の異なる機
能を有し、各種の表示を行なう電子機器のポインティン
グ・デバイスにおいて、平面上の異なる位置での圧力を互いに検出し、該位置で
の圧力に応じた信号をそれぞれ出力する少なくとも３つ
以上の圧力検出手段と、凸形状であって、その底面が前記少なくとも３つ以上の
圧力検出手段の検出位置を覆うように、前記平面に係着
する弾性部材と、前記弾性部材の露出面への圧迫により発生した振動地点
を前記平面上に投影した座標を、前記少なくとも３つ以
上の圧力検出手段による各検出信号の比から、所定時間
毎に求めるとともに、所定時間における該座標値の移動
成分を算出する第２の演算手段とを具備し、前記弾性部
材の露出面を、前記電子機器の表面に露出させて設置
し、第２の演算手段により算出された移動成分に基づい
て座標指定を行なうことを特徴とするポインティング・
デバイス。
【請求項４】前記座標値の移動速度を算出し、この移
動速度に対応して前記所定時間を制御する時間間隔制御
手段を備えることを特徴とする請求項２または３記載の
ポインティング・デバイス。
【請求項５】前記弾性部材と前記少なくとも３つ以上
の圧力検出手段とが、弾性を有する接着層によって接合
されることを特徴とする請求項１，２または３記載のポ
インティング・デバイス。
【請求項６】前記少なくとも３つ以上の圧力検出手段
は４つであり、これらの検出位置が、それぞれ前記弾性
部材の底面中心にて互いに直交する軸上にあって、前記
底面中心から互いに等距離に位置することを特徴とする
請求項１，２，３または５記載のポインティング・デバ
イス。
【請求項７】前記少なくとも３つ以上の圧力検出手段
は、互いに同一半導体基板に形成されることを特徴とす
る請求項１，２，３，５または６記載のポインティング
・デバイス。
【請求項８】前記弾性部材の底面下であって、前記平
面上の異なる位置に対してそれぞれ開口する中空室を備
え、前記少なくとも３つ以上の圧力検出手段の各々は、
当該中空室内にそれぞれ収納されて、当該中空室の内圧
をそれぞれ検出することを特徴とする請求項７記載のポ
インティング・デバイス。
【請求項９】前記中空室の各々に、液状物質を充填し
たことを特徴とする請求項８記載のポインティング・デ
バイス。
【請求項１０】前記弾性部材の底面下であって、前記
平面上の異なる位置に対してそれぞれ開口する中空室
と、前記中空室での各内圧を、前記少なくとも３つ以上の圧
力検出手段の各々に導く圧力伝達路とを備え、前記少な
くとも３つ以上の圧力検出手段の各々が、当該圧力伝達
路の内圧をそれぞれ検出することを特徴とする請求項７
記載のポインティング・デバイス。
【請求項１１】前記中空室および前記圧力伝達路の各
々に、液状物質を充填したことを特徴とする請求項１０
記載のポインティング・デバイス。
【請求項１２】前記圧力伝達路は、剛体からなること
を特徴とする請求項１０または１１記載のポインティン
グ・デバイス。
【請求項１３】前記弾性部材よりも高い弾性率を有す
る高弾性部材を、前記弾性部材の露出面に被覆したこと
を特徴とする請求項１，２または３記載のポインティン
グ・デバイス。
【請求項１４】前記被覆部材よりも高い弾性率を有す
る高弾性部材の小片を、前記弾性部材の露出面に離散的
に配置したことを特徴とする請求項１，２または３記載
のポインティング・デバイス。
【請求項１５】請求項１〜１４のいずれかに記載のポ
インティング・デバイスにおいて、前記少なくとも３つの圧力検出手段の各々は、所定のバ
イアス印加によって、圧力に応じた信号をそれぞれ出力
するものであり、前記少なくとも３つ以上の圧力検出手段の各々に、所定
のバイアスをそれぞれ均等に印加するバイアス印加手段
を備えることを特徴とするポインティング・デバイス。
【請求項１６】前記バイアス印加手段は、前記少なく
とも３つ以上の圧力検出手段の各々に、圧力を測定すべ
き期間のみ前記バイアスをそれぞれ印加することを特徴
とする請求項１５記載のポインティング・デバイス。
【請求項１７】前記バイアス印加手段は、前記少なく
とも３つ以上の圧力検出手段の各々に、前記バイアスを
それぞれ断続的に印加することを特徴とする請求項１５
または１６記載のポインティング・デバイス。
【請求項１８】前記バイアスは、定電流パルスである
ことを特徴とする請求項１５，１６または１７記載のポ
インティング・デバイス。