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発明の名称 座標入力装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−84712
公開日 平成7年(1995)3月31日
出願番号 特願平5−230076
出願日 平成5年(1993)9月16日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小鍜治 明 (外2名)
発明者 甲斐 勤 / 松浪 将仁 / 藤原 正三 / 奥野 武志
要約 目的
静電誘導型の座標入力装置において指入力を実現する。

構成
行電極、列電極、行電極駆動回路、行電極駆動回路、検出回路を設け、行座標を検出する時には、行電極駆動回路によって駆動信号を行電極に順次印加し、駆動信号を印加している行電極の周囲の行電極から指を通して伝わる検出信号強度により行座標を検出し、列座標を検出する時には、列電極駆動回路によって駆動信号を列電極に順次印加し、駆動信号を印加している列電極の周囲の列電極から指を通して伝わる検出信号強度により列座標を検出する。
特許請求の範囲
【請求項1】複数の行電極と複数の列電極がマトリックス状に構成されるパネルと、駆動信号源と、直流信号源と、指示された位置を検出する座標検出回路と、前記行電極のそれぞれを前記駆動信号源、前記座標検出回路、直流信号源の何れかに接続する行電極選択手段と前記列電極のそれぞれを前記駆動信号源、前記座標検出回路、直流信号源の何れかに接続する列電極選択手段とによって構成されることを特徴とする座標入力装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は座標入力装置に関するもので、特に指入力が求められる情報入力端末の入力装置として利用される。
【0002】
【従来の技術】近年、マンマシンインターフェースの向上を図るために様々な情報機器の入力装置として、タッチパネルやタブレット等の座標入力装置が使用されている。検出する方法は様々であるが、その中に指示器とパネルとの間の静電誘導を利用した座標入力装置がある。
【0003】以下図面を参照しながら、上記した従来の座標入力装置の一例について説明する。
【0004】図26は従来の静電誘導型の座標入力装置の構成を示すものである。図26において、9は行電極、12は列電極、15は行電極走査回路、18は列電極走査回路、1は指示器、4は検出回路である。
【0005】以上のように構成された座標入力装置について、以下その動作について、駆動信号のタイミングの一例を示す図27を用いて説明する。
【0006】まず行座標を検出する場合には、列電極12にはDCを印加しておき、行電極9に走査信号を加える。このとき、指示器1を通して検出回路4に現れる信号は走査中の電極との結合容量に比例する。電極の幅は同一であれば、指示器1に最も近接した行電極9が走査された時に、検出された信号が最大になる。
【0007】同様に、列座標を検出する場合には、行電極9にDCを印加しておき、列電極12に走査信号を加え、列座標を検出する。
【0008】しかし上記のような構成の場合、指示器1の先端の電位を測定するために、検出回路が交流的に接地される必要があり、指による入力を実現することは非常に困難であった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】これを解決する手段として、指などの人体の一部で検出した信号を人体の他の一部を通じて本体の一部に設けられた入力端子に伝達するという方法を特願H5−16114で述べた。このような方法によって、手入力を実現することが可能になったが、本体に用意された検出端子に人体の一部が触れていなければならないという問題があった。さらには、人体に信号電流を流すために、手袋などを行って操作することができないといった問題もあった。
【0010】本発明は上記問題点に鑑み、指入力可能な静電誘導型の座標入力装置を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するために本発明の座標入力装置は、複数の行電極、複数の列電極を設け、これに駆動信号を加え、その近接した電極で検出するという構成を備えたものである。
【0012】
【作用】本発明は上記した構成によって、駆動電極と指などの指示器、指などの指示器と検出電極間の結合容量を通じて駆動信号を伝達する為に、人体を通して信号を電送せずに静電誘導型の座標入力装置において指入力が可能になる。
【0013】
【実施例】
(実施例1)以下本発明の第1の実施例の座標入力装置について説明する。
【0014】図2は本発明の実施例における座標入力装置の構成図を示すものである。図2において、10は行駆動電極、11は行検出電極、13は列駆動電極、14は列検出電極、16は行駆動電極選択回路、17は行検出電極選択回路、19は列駆動電極選択回路、20は列検出電極選択回路、1は指示器、2は制御回路、4は検出回路である。
【0015】まず行座標を検出する時には、制御回路2により制御される行駆動電極選択回路16によって行駆動電極10を順次選択し、行検出電極選択回路17によって行駆動電極10と対応する行検出電極11を選択する。選択された行駆動電極10に対しては駆動信号が印加され、行駆動電極10−指示器1間の結合容量、指示器1−行検出電極11間の結合容量を通じて、行検出電極11に伝えられた駆動信号を検出回路4にて座標値に変換する。このとき、全ての列駆動電極13、並びに残りの行駆動電極に対してはDCを印加する。
【0016】次に列座標を検出する時には、制御回路2により制御される列駆動電極選択回路19によって列駆動電極13を順次選択し、列検出電極選択回路20によって列駆動電極13と対応する列検出電極14を選択する。選択された列駆動電極13に対しては駆動信号が印加され、列駆動電極13−指示器1間の結合容量、指示器1−列検出電極14間の結合容量を通じて、列検出電極14に伝えられた駆動信号を検出回路4にて座標値に変換する。このとき、全ての行駆動電極10、並びに残りの列駆動電極に対してはDCを印加する。
【0017】このときの動作タイミングの一例を図3に示す。以下、このようにして得られる検出信号について、検出部の構成を示した図4を用いて説明する。
【0018】図中、1は指示器、10は駆動電極、11は検出電極であり、駆動電極10−検出電極11間の結合容量をC1、駆動電極10−指示器1間の結合容量をC2、指示器1−検出電極11間の結合容量をC3、指示器1−GND間の結合容量をC4、検出電極11−GND間の結合容量をC5にて示した。その等価回路図を図5に示す。
【0019】駆動電極に対してViなる信号を加えた場合に生じる検出電極の電位をVoとすると、出力Voは、【0020】
【数1】

【0021】となる。このときの検出電極に現れる信号強度を、パネル平面上の選択された電極と指示器1との距離に対して示すと図6のようになる。即ち、選択された電極と指示器1との距離が短くなった点で、検出される信号は極値をとる。後段の検出回路でこの極値を検出することにより、指示器1の位置を知ることができる。
【0022】この為、駆動電極を駆動信号源に順に接続し、そのときに生じる対応する検出電極に現れる信号の強度を調べ、その極値を探すことによって、極値を得た電極の位置により指示器1の位置を知ることができる。
【0023】なお、この例では駆動信号をパルス信号としたが、振幅が一定の正弦波でも構わない。
【0024】(実施例2)次に、本発明の第2の実施例における座標入力装置について説明する。
【0025】ところで、第1の実施例の座標入力装置では、駆動電極−検出電極間の距離が短く、駆動電極−検出電極間の結合容量が大きい場合、図6のオフセット分に相当する駆動電極−検出電極間の結合容量C1を通して伝わる信号の強度が、指示器を通して伝わる信号の強度に比べて格段に高くなる。この為、後段の回路では、広い電圧範囲の中で微小な信号を検出することになり、精度良く検出すべき信号を検出するのは非常に困難となる。この為、C1を通して伝わる信号を低減することが必要になる。
【0026】この為、C1を見かけ上小さくするために、駆動電極と検出電極間に更にもう一本電極を用意し、これをDCに接続することによって、オフセット電圧の低減を図る。
【0027】上記のようにして構成された本発明の第2の実施例の座標入力装置の構成図を図7に示す。同図において、10は行駆動電極、11は行検出電極、13は列駆動電極、14は列検出電極、16は行駆動電極選択回路、17は行検出電極選択回路、19は列駆動電極選択回路、20は列検出電極選択回路、1は指示器、2は制御回路、4は検出回路であり、第1の実施例の座標入力装置と同様である。異なるのは、駆動電極、検出電極間に補助電極21が用意されている点である。
【0028】動作も補助電極21をDCに接続する点以外は、特に第1の実施例と同様であるので割愛する。
【0029】このように構成される座標入力装置の検出部の構成を図9に示した。同図中、1は指示器、10は駆動電極、11は検出電極、21は補助電極であり、駆動電極10−検出電極11間の結合容量をC1、駆動電極10−指示器1間の結合容量をC2、指示器1−検出電極11間の結合容量をC3、指示器1−GND間の結合容量をC4、検出電極11−GND間の結合容量をC5、駆動電極10−補助電極21間の結合容量をC6、検出電極11−補助電極21間の結合容量をC7にて表した。
【0030】この場合の出力信号は【0031】
【数2】

【0032】となる。このように構成される座標入力装置の効果を図8のコンデンサーの例を用いて考える。例えば、Aが第1の実施例の座標入力装置の電極構成を模式的に示したものである。このとき、電極ab間の容量をCabとし、電極aに電位Vを与えたとき、電極bに現れる電位Vbは、【0033】
【数3】

【0034】となる。一方、Bが本実施例の座標入力装置の電極構成を模式的に示したものであるが、このときの電極bの電位Vbは0である。
【0035】即ち、電極ab間の結合容量が見かけ上、見えなくなる。実際には、電極cを介さずに結合している容量分があるため、Cabを0とする事はできないが、Cabを小さくすることは可能である。この為、オフセット分を低減することが可能になる。
【0036】(実施例3)次に本発明の第3の実施例の座標入力装置について説明する。
【0037】しかしながら、上述のような回路構成では、駆動電極−検出電極間の結合容量を通して伝達する信号成分は依然として大きい。
【0038】このような課題を解決するために、駆動電極を挟んで2本の検出電極を設け、これら2本の検出電極から得られる信号の差分をとることによって、駆動電極−検出電極間の結合容量を通じて直接伝わる信号を除去する。
【0039】このような目的で構成される座標検出装置の構成図を図10に示す。同図において、10は行駆動電極、11Aは行検出電極A、11Bは行電出電極B、13は列駆動電極、14Aは列検出電極A、14Bは列検出電極B、16は行駆動電極選択回路、17Aは行検出電極A選択回路、17Bは行検出電極B選択回路、19は列駆動電極選択回路、20Aは列検出電極A選択回路、20Bは列検出電極B選択回路、1は指示器、4は検出回路である。基本的な構成は第1の実施例の座標入力装置と同様であるが、駆動電極から等距離の位置に2本の検出電極が設けられている点が第1の実施例の座標入力装置と異なる。
【0040】このように構成された座標入力装置は、第1の実施例の座標入力装置と同様に駆動電極に投入された駆動信号をその付近におかれた検出電極にて検出する。第1の実施例の座標入力装置と異なるのは、駆動電極から等距離の位置に設けられた2本の検出電極からの出力信号を利用して位置の検出を行う点である。
【0041】以下、第1の実施例の座標入力装置との相違を、同実施例の座標入力装置の検出回路の構成を示した図11を用いて説明する。図中、3は前置増幅器、5は差動増幅器、6は包絡線生成回路、7は0点検出回路である。
【0042】まず、駆動電極に加えられた駆動信号は、駆動電極−指示器19間、指示器19−検出電極間の結合容量を通して前置増幅器3に伝えられる。このようにして得られた検出信号の一方を次段の差動増幅器5の反転入力に、残るもう一方の検出信号を次段の差動増幅器5の非反転入力に対して入力する。差動増幅器5から出力された信号は、検出された信号の振幅を得るために包絡線生成回路6を経て、振幅が0となる位置を0点検出回路7にて取り出す。
【0043】以下、上述のように動作する本実施例の座標入力装置の効果について、検出部の構成を示した図13を用いて説明する。
【0044】本実施例における座標入力装置によって得られる検出信号Voは、駆動信号をVi、駆動電極−検出電極A間の結合容量をC1A、駆動電極−検出電極B間の結合容量をC1B、駆動電極−指示器1間の結合容量をC2、指示器1−検出電極A間の結合容量をC3A、指示器1−検出電極B間の結合容量をC3B、指示器1−GND間の結合容量をC4、検出電極A−GND間の結合容量をC5A、検出電極B−GND間の結合容量をC5Bにて表すと、【0045】
【数4】

【0046】のように表すことができる。駆動電極と2つの検出電極間の距離がほぼ等しいので、駆動電極−検出電極間の結合容量C1A、C1Bはほぼ等しいと考えられるので、検出信号Voは、【0047】
【数5】

【0048】となる。このようにして、駆動電極−検出電極間の結合容量を通じて直接伝わる駆動信号は、駆動電極の両側に等距離におかれた2本の検出電極から得られる検出信号を差動増幅する事により相殺する事ができる。
【0049】図14に(C3A、C3B)と指示器1と駆動電極との距離の関係を示したが、この図から明かなように駆動電極の直上に指示器1があるとき、C3A、C3Bが相等しくなり、検出される信号は0になる。
【0050】更に、後段の回路によって、検出される信号強度が0になる点を検出することによって指示器の位置を知ることができる。
【0051】(実施例4)次に本発明の第4の実施例の座標入力装置について説明する。
【0052】実施例1では駆動用、検出用として2種類の電極が必要であり、同一の解像度を得ようとすると配線の数が増え、逆に同一の電極数にすると解像度が半分になるという欠点を有していた。
【0053】この欠点を補うために、本実施例の座標入力装置は電極を駆動にも検出にも利用する。
【0054】本実施例の座標入力装置の構成図を図15に示す。図15中、9は行電極、12は列電極、15は行電極駆動回路、18は列電極駆動回路、1は指示器、2は制御回路、4は検出回路である。
【0055】まず行座標を検出する時には、制御回路2により制御される行電極駆動回路15によって行電極9を順次選択して駆動信号源に接続し、その隣の行電極(どちらか一方)を検出回路4の入力端に接続する。駆動信号源の接続された行電極から発した駆動信号は、駆動信号源が接続されている行電極−指示器1間の結合容量、指示器1−検出回路4の入力端が接続されている行電極間の結合容量を通じて、伝えられる駆動信号を検出回路4にて座標値に変換する。このとき、全ての列電極12、及び残りの行電極に対してはDCを印加する。
【0056】次に列座標を検出する時には、制御回路2により制御される列電極駆動回路18によって列電極12を順次選択して駆動信号源に接続し、その隣の列電極(どちらか一方)を検出回路4の入力端に接続する。駆動信号源の接続された列電極から発した駆動信号は、駆動信号源が接続されている列電極−指示器1間の結合容量、指示器1−検出回路4の入力端が接続されている列電極間の結合容量を通じて、伝えられる駆動信号を検出回路4にて座標値に変換する。このとき、全ての行電極9、及び残りの列電極に対してはDCを印加する。
【0057】このときの動作タイミングの一例を図16に示す。図中、太い実線部の期間はDC、細い実線部の期間は駆動信号源、点線部の期間は検出回路4の入力にそれぞれ接続されている。
【0058】第1の実施例と同様に検出された信号の振幅が最大となる点にて座標の検出を行う。
【0059】(実施例5)第4の実施例の座標入力装置において、第2の実施例の座標入力装置と同様に駆動信号源8に接続された電極と前置増幅器3の入力端に接続された電極間の結合容量を見かけ上低減させることが、駆動タイミングを変更することにより可能になる。
【0060】上記した効果を得るために、本実施例の座標入力装置では、駆動信号源8に接続した電極のすぐ隣の電極を前置増幅器3の入力端に接続せずに、少なくとも1電極以上離れた電極を前置増幅器3の入力端に接続し、駆動信号源8に接続された電極と前置増幅器3の入力端に接続された電極の間に挟まれる電極をDCに接続する。
【0061】駆動タイミング図を図17に示す。上記のように駆動することによって、第2の実施例の座標入力装置と同様に駆動信号源8に接続された電極と前置増幅器3の入力端に接続された電極間の結合容量を通じて発生する信号を低減することが可能になる。
【0062】(実施例6)第4の実施例の座標入力装置において、第3の実施例の座標入力装置と同様に駆動信号源8に接続された電極と前置増幅器3の入力端に接続された電極間の結合容量により伝達する信号を相殺することが、駆動タイミングを変更することにより可能になる。
【0063】上記した効果を得るために、本実施例の座標入力装置では、駆動信号源8に接続した電極の隣の一方の電極を前置増幅器3Aの入力端に接続し、残る一方の電極を前置増幅器3Bの入力端に接続し、残った電極の全てをDCに接続する。
【0064】駆動タイミング図を図18に示す。上記のように、前置増幅器3A、3Bの入力端に接続された2本の電極から得られる信号の差分をとることによって、第3の実施例の座標入力装置と同様に、駆動信号源8に接続された電極と前置増幅器3の入力端に接続された電極間の結合容量を通じて発生する信号を相殺することが可能になる。
【0065】(実施例7)第6の実施例の座標入力装置においては、解像度を高めるには、電極のピッチを狭くし、単位長さ当たりの電極数を少なくするしかなかったが、このようにすると信号強度は逆に減ってしまうという問題があった。
【0066】上記の問題を解決するために本実施例の座標検出回路は、複数本の電極を駆動信号源に接続し、若しくは複数本の電極を前置増幅器の入力端に接続することによって、高解像度と高い信号強度の実現を図る。
【0067】この時の駆動タイミングの一例を図19、図20、図21に示す。このようにして、高い解像度と高い信号強度を得ることが可能になる。
【0068】また、第4の実施例の座標入力装置、第5の実施例の座標入力装置においても同様の方法を採ることが可能である。
【0069】(実施例8)次に、ペン入力と指入力を実現する方法について、本発明の第8の実施例の座標入力装置として、この座標入力装置の構成図を示した図22を用いて説明する。
【0070】同図中、9は行電極、12は列電極、15は行電極駆動回路、18は列電極駆動回路、1は指、2は制御回路、4は検出回路、1'はペンである。
【0071】このときの動作タイミング図を図23に示す。上記のように構成された座標入力装置は、ペン座標の検出時には、電極に駆動信号を印加し、これをペン1'内の検出回路によって取得する。
【0072】細かな動作タイミングは従来例の座標入力装置と同様であるので、説明を割愛する。
【0073】また、指座標の検出時には、第6の実施例の座標入力装置と同様に、順に電極に駆動信号を印加し、その周囲の電極から検出信号を取り出すことによって、指の座標を獲得する。
【0074】細かな動作タイミングは、第6の実施例の座標入力装置と同様であるので、説明を割愛する。
【0075】(実施例9)次に、第9の実施例の座標入力装置について、その構成を示した図24を用いて説明する。
【0076】同図中、22は液晶パネル、9は行電極、12は列電極、15は行電極ドライバ、18は列電極ドライバ、1は指示器、2は制御回路である。
【0077】このように構成された座標入力装置の動作について、動作タイミングを示した図25を用いて説明する。
【0078】まず、表示の際には通常の表示動作と同様の信号を駆動電極に入れる。図中Aの期間がこれに相当する。更に、行座標の検出時には、上述したような座標検出動作を行う。図中Bの期間がこれに相当する。更に、列座標の検出時には、上述したような座標検出動作を行う。図中Cの期間がこれに相当する。これらABCの動作を周期的に繰り返して表示、座標検出を表示パネルを使用して行う。
【0079】このように、本実施例の座標入力装置は、液晶パネルなどの2次元マトリックス型の表示パネルを座標検出用のパネルとして使用することによって、別途座標検出用のパネルを必要としなくなる。
【0080】
【発明の効果】以上のように本発明は、行電極、列電極、行電極駆動回路、行電極駆動回路、検出回路を設け、行座標を検出する時には、行電極駆動回路によって駆動信号を行電極に順次印加し、駆動信号を印加している行電極の周囲の行電極から指を通して伝わる検出信号強度により行座標を検出し、列座標を検出する時には、列電極駆動回路によって駆動信号を列電極に順次印加し、駆動信号を印加している列電極の周囲の列電極から指を通して伝わる検出信号強度により列座標を検出する事によって、従来、静電誘導型の座標入力装置では実現できなかった指での入力を実現することができる。




 

 


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