位置検出装置及び位置検出方法
【課題】比較的簡素な回路構成で、高速な走査を実行できる、静電式の位置検出装置及び位置検出方法を提供する。
【解決手段】２００ｋＨｚのワンショットパルスを、２００ｋＨｚの整数倍の周波数の周期で、複数の電極子に順番に与える。このワンショットパルスの立ち上がりと立ち下がりによって生じる電流変化を、直交する電極子で捉える。
【解決手段】２００ｋＨｚのワンショットパルスを、２００ｋＨｚの整数倍の周波数の周期で、複数の電極子に順番に与える。このワンショットパルスの立ち上がりと立ち下がりによって生じる電流変化を、直交する電極子で捉える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置に適用して好適な技術に関する。
より詳細には、静電式の位置検出装置の、位置検出平面における走査速度を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータに位置情報を与える入力装置には、様々なものがある。その中で、タッチパネルと呼ばれる、二次元位置情報入力装置がある。
タッチパネルは、指や専用のペン等の入力体で検出平面に触れることで、コンピュータ等の操作を行なう入力装置である。指やペンが触れた位置を検知して画面上の位置を指定し、コンピュータに指示を与える。
タッチパネルは、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）や銀行のＡＴＭ（Automated Teller Machine）、駅の券売機等で広く利用されている。
【０００３】
タッチパネルに採用される位置情報検出技術には、様々なものがある。例えば、圧力の変化で位置検出を行う抵抗膜方式や位置検出平面の表面の膜の静電容量の変化で位置検出を行う静電容量方式等がある。
【０００４】
本発明の従来技術として、静電容量方式による位置検出装置を説明する。
図６は、従来の静電容量方式の位置検出装置を示すブロック図である。
駆動部６０２は、人体に最も吸収され易いとされる周波数である、２００ｋＨｚの交流電圧を生成する。
駆動部６０２によって生成された２００ｋＨｚの交流電圧は、送信選択スイッチ６０３を通じて、マトリクス電極１０３のＸ軸方向の電極（以下、「Ｘ軸電極群」という）１０７に、選択的に印加される。
マトリクス電極１０３は、細長い導体の電極を縦横に並べ、縦に並べた電極と、横に並べた電極との間には、図示しない略板状の絶縁シートが介在してコンデンサを形成する。２００ｋＨｚの交流電圧はこれらコンデンサに印加される。
受信選択スイッチ１０４は、コンデンサを形成する交点を定めるためのスイッチである。
受信選択スイッチ１０４の出力はプリアンプ１０９に供給され、Ａ／Ｄ変換器１０５でデジタルデータに変換された後、位置算出部６０５に入力される。
【０００５】
マイコンよりなる位置算出部６０５は、同期クロック生成部６０６から得られるアドレス情報と、Ａ／Ｄ変換器１０５から得られる僅かな信号変化のデータを受けて、マトリクス電極１０３上の指の存在の有無と、その位置の情報を出力する。具体的には、Ａ／Ｄ変換器１０５から得られるデータを積算処理した後、ピーク値を検出する。そして、ピーク値とその前後の値を基に重心演算を行い、得られた重心の、時間軸上の位置を基に指の位置を演算する。
なお、説明の便宜のため、マトリクス電極１０３の、送信選択スイッチ６０３に接続されている側の電極群をＸ軸電極群１０７と呼び、受信選択スイッチ１０４に接続されている側の電極群をＹ軸電極群１０８と呼ぶ。
【０００６】
これより駆動部６０２の内部を説明する。
クロック生成器６０７はクロックを生成する発振器である。クロック生成器６０７が生成したクロックは読み出し部６０８に供給される。
サイン波ＲＯＭ６０９は、８ビット×２５６サンプルの疑似サイン波が記憶されているＲＯＭである。読み出し部６０８は、クロック生成器６０７から供給されるクロックに基づいて、サイン波ＲＯＭ６０９のアドレスを指定して、データを読み出す。
サイン波ＲＯＭ６０９から読み出し部６０８によって読み出されたデータは、Ｄ／Ａ変換器６１０によってＤ／Ａ変換された後、ＬＰＦ６１１にて平滑化されることにより、アナログのサイン波信号に変換される。その後、ドライバ６１２にて電圧増幅され、Ｘ軸電極群１０７に印加される交流電圧となる。
【０００７】
なお、本出願人の発明に係る従来技術を、特許文献１に示す。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２０９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述の従来技術による静電方式の位置検出装置は、Ｘ軸電極群とＹ軸電極群の各交点毎に積算処理を行っていた。この積算処理は、一交点毎におよそ３０μｓｅｃを要した。
この積分処理に要する時間では、小規模の位置検出装置ではあまり問題にはならないが、位置検出装置の位置検出平面を大きくしようとすると、問題が顕在化する。つまり、位置検出平面を大きくすると、交点の数が増える。交点の数が増えれば増えるほど、位置検出平面全体を走査（スキャン）するのに要する時間が長くなってしまう。
【００１０】
一般に、位置検出装置やマウス等のポインティングデバイスの分解能は、１０ｍｓｅｃ程度が好ましいとされる。したがって、位置検出装置において一交点辺り３０μｓｅｃという制約のままでは、検出面中に設けることのできる交点の数は、およそ３３３個程度となる。
一方、出願人は広大な面積の位置検出平面を備える、静電式の位置検出装置を実現したいと考えている。目指す位置検出装置の位置検出平面内の交点数は、およそ１５０００個程度を目標にしている。したがって、前述の従来技術による位置検出装置では、到底実現することはできない。
【００１１】
ここで、電磁誘導方式の位置検出装置であれば、位置検出平面に印加する交流電圧の周波数を上げて、速度を稼ぐ、という方策が考えられる。しかし、静電方式の位置検出装置は、人体が最も吸収し易い周波数２００ｋＨｚの周波数を用いなければならない、という固有の制約があるため、印加する交流電圧の周波数を上げることができない。
【００１２】
また、交点を幾つかの群に分割して、夫々の交点群に対応する位置検出回路を複数設ける方法もあるが、この場合は装置が大掛かりになり、コストが嵩むと共に、設計がより難しくなる、という大きな欠点がある。
【００１３】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、比較的簡素な回路構成で、高速な走査を実行できる、静電式の位置検出装置及び位置検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明による位置検出装置は、相互に平行に配置される複数の導体よりなる信号供給電極と、信号供給電極と絶縁状態で且つ直交に配置される複数の導体よりなる受信電極と、所定の低電位から所定の高電位に至るまでの立ち上がり期間の積分値と、所定の高電位から所定の低電位に至るまでの立ち下がり期間の積分値とが同一となる入力信号を生成し、入力信号を、信号供給電極の各々に一定の遅延時間をおいて順次供給する信号供給部と、受信電極の一を選択する受信選択スイッチと、信号供給部及び受信選択スイッチから得られる情報と、信号供給電極と受信電極との交点の電気的変化とから位置データを算出する位置算出部とを具備するものである。
【００１５】
一本の電極に与える信号は、２００ｋＨｚから大きくはずすことはできない。
そこで、２００ｋＨｚのワンショットパルスを、２００ｋＨｚより早い周期で、複数の電極に順番に与える。このワンショットパルスの立ち上がりと立ち下がりによって生じる電流変化を、直交する電極で捉える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、比較的簡素な回路構成で、高速な走査を実行できる、静電式の位置検出装置及び位置検出方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図５を参照して説明する。
【００１８】
［全体構成］
図１は、本発明の実施形態の例である、位置検出装置の全体ブロック図である。
位置検出装置１０１は、
・矩形波生成部１０２と、
・矩形波生成部１０２に接続されるマトリクス電極１０３と、
・マトリクス電極１０３に接続される受信選択スイッチ１０４と、
・受信選択スイッチ１０４に接続されるプリアンプ１０９と、
・プリアンプ１０９に接続されるＡ／Ｄ変換器１０５と、
・Ａ／Ｄ変換器１０５に接続される位置算出部１０６と
から構成される。
【００１９】
矩形波生成部１０２は、後述するマトリクス電極１０３に矩形波形状のワンショットパルスの電圧を供給する信号供給部である。この矩形波生成部１０２は、矩形波形状のワンショットパルスの電圧の他、クロックパルスと、リセットパルスとを生成する。
矩形波生成部１０２によって生成されるクロックパルスは、後述する位置算出部１０６に供給される。
矩形波生成部１０２によって生成されるリセットパルスは、後述するＡ／Ｄ変換器１０５及び位置算出部１０６に供給される。
なお、この矩形波生成部１０２が生成するワンショットパルスのパルス幅は、例えば、人体に最も吸収され易いとされる２００ｋＨｚの矩形波から半周期分の信号を取り出したものに等しい、２．５μｓｅｃに設定されている。
【００２０】
マトリクス電極１０３は、人体の指が位置検出装置１０１の図示しない位置検出平面上のどの位置に近接したかを検出するための電極の群である。このマトリクス電極１０３は、ｍ本の細長い電極を平行に並べて構成したＸ軸電極群１０７と、ｎ本の細長い電極を平行に並べて構成したＹ軸電極群１０８とを有する。
【００２１】
マトリクス電極１０３を構成するＸ軸電極群１０７とＹ軸電極群１０８は、図示しない絶縁シートを介して互いに絶縁状態を維持しつつ縦横に並べて構成されている。このため、Ｘ軸電極群１０７とＹ軸電極群１０８との各交点はコンデンサを形成する。
そして、Ｘ軸電極群１０７は矩形波生成部１０２に接続されており、この矩形波生成部１０２からワンショットパルスが印加される。すなわち、Ｘ軸電極群１０７とＹ軸電極群１０８との各交点に形成されるコンデンサには、このＸ軸電極群１０７を介して、ワンショットパルスが供給されるから、このＸ軸電極群１０７は信号供給電極として機能する。
【００２２】
受信選択スイッチ１０４は、Ｙ軸電極群１０８を構成する複数の電極のうちの一つを周期的に選択するスイッチである。この受信選択スイッチ１０４は、矩形波生成部１０２と、プリアンプ１０９と、位置算出部１０６とに接続されている。そして、この受信選択スイッチ１０４には、矩形波生成部１０２から出力されたリセットパルスが入力される。
そして、受信選択スイッチ１０４は、マトリクス電極１０３から出力された電流をプリアンプ１０９に出力する。すなわち、Ｙ軸電極群１０８は、受信電極として用いられている。
また、受信選択スイッチ１０４は、後述する位置算出部１０６に、Ｙ軸電極群１０８のいずれの電極を選択したかを示すアドレス情報を出力する。
【００２３】
プリアンプ１０９は、受信選択スイッチ１０４を介してマトリクス電極１０３から出力される微弱な電流を電圧に変換し、これを増幅してＡ／Ｄ変換器１０５に出力する。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換器１０５は、プリアンプ１０９から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して位置算出部１０６に出力する。
【００２５】
位置算出部１０６は、アドレス情報とデジタルデータに所定の演算処理を行い、マトリクス電極１０３上の指の存在の有無と、その位置の情報とを出力するマイコンである。
この位置算出部１０６には、Ａ／Ｄ変換器１０５から出力されるデジタルデータと、矩形波生成部１０２から出力されるクロックパルスと、受信選択スイッチ１０４から出力されるアドレス情報とが入力される。
【００２６】
［矩形波生成部］
次に、矩形波生成部１０２の構成及び動作について、図２に従って詳述する。
図２は、矩形波生成部１０２の内部ブロック図である。
矩形波生成部１０２は、
・クロック生成部２０２と、
・分周器２０３と、
・ＡＮＤゲート２０４と、
・カウンタ２０６と、
・デジタルコンパレータ２０５と、
・定数ｎ２０７と、
・シフトレジスタ２０８と、
・モノステーブルマルチバイブレータ２１１と
から構成される。
【００２７】
クロック生成器２０２は、一定の周波数の矩形波のクロックを生成する発振器である。本実施形態では、クロック生成器２０２は、例えば１２ＭＨｚ（一周期８．３３ｎｓ）の矩形波を生成する。クロック生成器２０２が生成した１２ＭＨｚのクロックは分周器２０３に供給される。
分周器２０３は周知のプログラマブル・カウンタである。そして、この分周器２０３は、クロック生成器２０２から入力されるクロックを一定の数だけ計数することで、クロックの周波数を１／Ｎに変換する。本実施形態では、分周器２０３の分周比は１／１０に設定されており、このクロックは１２００ｋＨｚ（一周期０．８３３μｓ）に分周される。
【００２８】
分周器２０３から出力された１２００ｋＨｚの矩形波信号（以下、単に矩形波と略す）は、クロックパルスとして、ＡＮＤゲート２０４に供給されると共に、シフトレジスタ２０８と、後述する位置算出部１０６とにも供給される。
【００２９】
ＡＮＤゲート２０４は入力デジタル値の論理積を出力する、周知のゲートである。そして、このＡＮＤゲート２０４は、デジタルコンパレータ２０５から供給される信号が論理値の「真」を示す高電位、すなわち「１」の値が入力されたときにのみ、分周器２０３から入力されるクロックパルスをカウンタ２０６に供給する。
【００３０】
カウンタ２０６は、入力信号のアップエッジで出力数値をインクリメントさせる周知のカウンタである。カウンタ２０６の出力数値は、リセット端子に論理値の「真」を示す高電位を与えるとリセットされる。なお、このカウンタ２０６は、初期値が「０」に設定されている。
このカウンタ２０６の入力端子はＡＮＤゲート２０４の出力端子に、リセット端子は後述するモノステーブルマルチバイブレータ２１１にそれぞれ接続されている。
【００３１】
そしてカウンタ２０６は、ＡＮＤゲート２０４からクロックパルスが入力されると、クロックパルスのアップエッジが入力される度に１を加算した計数値（０，１，２，・・・）を出力する。また、カウンタ２０６は、後述するモノステーブルマルチバイブレータ２１１から出力されたパルス信号がリセット端子に入力されると、計数値がリセットされ、「０」を出力する。
【００３２】
このデジタルコンパレータ２０５は、二つの入力数値の大小を比較する比較器である。
デジタルコンパレータ２０５は、正入力から入力される数値と負入力から入力される数値とを比較し、正入力から入力された数値の方が大きいときに論理の「真」（＝１）を示す高電位を出力する。
【００３３】
そして、デジタルコンパレータ２０５の正入力には定数ｎ２０７が、負入力にはカウンタ２０６がそれぞれ接続されている。したがって、デジタルコンパレータ２０５は、負入力から入力されるカウンタ２０６の計数値と、正入力から入力される定数ｎ２０７の数値とを比較して、定数ｎ２０７の数値がカウンタ２０６の出力値より大きいときには、値「１」を出力し、計数値が定数ｎ２０７の数値と同一又は小さいときには、「０」を出力する。デジタルコンパレータ２０５による比較結果を示す論理値出力は、ＡＮＤゲート２０４及びシフトレジスタ２０８に入力される。
【００３４】
定数ｎ２０７は、レジスタ等で設けられる。この定数ｎ２０７は、２００ｋＨｚの自然数倍が与えられる。本実施形態の場合、ｎは「３」である。この定数ｎ２０７はデジタルコンパレータ２０５の正入力へ入力される。
【００３５】
シフトレジスタ２０８は、周知の直列入力・並列出力型のシフトレジスタであり、例えば周知のＤフリップフロップをカスケード接続したものである。このシフトレジスタ２０８は、複数個（ｍ個）の有効ビットセル２０９ａ〜２０９ｍと、その終端に３個の無効ビットセル２１０ａ、２１０ｂ及び２１０ｃとを有する。有効ビットセル２０９ａ〜２０９ｍは、それぞれがＸ軸電極群１０７を構成する各電極に接続されている。無効ビットセル２１０ａ、２１０ｂ及び２１０ｃにはＸ軸電極群１０７は接続されない。
無効ビットセル２１０ａ、２１０ｂ及び２１０ｃのうちの最後の無効ビットセル２１０ｃは、モノステーブルマルチバイブレータ２１１に接続される。
モノステーブルマルチバイブレータ２１１の論理値出力は、カウンタ２０６のリセット端子と、受信選択スイッチ１０４と位置算出部１０６とに供給される。
【００３６】
シフトレジスタ２０８は、分周器２０３から出力されるクロックパルスのアップエッジに従い、デジタルコンパレータ２０５の出力値を記憶すると共に、各セルの記憶値を隣接する隣のセル（例えば、有効ビットセル２０９ａであれば、有効ビットセル２０９ｂ）へずらす。
【００３７】
シフトレジスタ２０８の有効ビットセル２０９ａ〜２０９ｍは、デジタルコンパレータ２０５あるいは直前の隣接するセルから論理値「１」が入力され、クロックパルスのアップエッジが入力されると、その論理値「１」が入力された有効ビットセルに接続されているＸ軸電極群１０７の電極に高電位を出力する。
同様に、シフトレジスタ２０８の有効ビットセル２０９ａ〜２０９ｍは、デジタルコンパレータ２０５あるいは直前の隣接するセルから論理値「０」が入力され、クロックパルスのアップエッジが入力されると、接続されているＸ軸電極群１０７の電極に低電位を出力する。
【００３８】
各有効ビットセル２０９ａ〜２０９ｍに論理値「０」が入っているところへ論理値「１」が入力されると、Ｘ軸電極群１０７の電位は低電位から高電位に遷移する。
逆に、各有効ビットセル２０９ａ〜２０９ｍに論理値「１」が入っているところへ論理値「０」が入力されると、Ｘ軸電極群１０７の電位は高電位から低電位に遷移する。
つまり、各有効ビットセル２０９ａ〜２０９ｍに入力される論理値を「０」→「１」→「０」と経時的に変化させることにより、シフトレジスタ２０８はＸ軸電極群１０７の各電極にワンショットパルスを供給する。
【００３９】
モノステーブルマルチバイブレータ２１１は、入力信号（無効ビットセル２１０ｃからの信号）の立ち上がりエッジをトリガとして一定幅のパルス信号を出力する。本実施形態では、この一定幅のパルス信号の幅は、上述した矩形波信号のクロックの１クロック以内に設定されている。つまり、モノステーブルマルチバイブレータ２１１は、無効ビットセル２１０ｃが出力する信号の立ち上がりからカウンタ２０６のリセットパルスを生成するために設けられている。
【００４０】
以下、矩形波生成部１０２の動作を詳述する。
カウンタ２０６の初期値は０であるので、その出力端子から数値「０」を出力する。デジタルコンパレータ２０５は、定数ｎ２０７から与えられる数値（ｎ＝３）と、カウンタ２０６から入力される数値「０」とを比較する。この時点では、定数ｎ２０７の数値の方がカウンタ２０６から入力される値よりも大きいので、デジタルコンパレータ２０５は論理値「１」を出力する。ＡＮＤゲート２０４には、上述のデジタルコンパレータ２０５からの論理値「１」が入力されるので、このＡＮＤゲート２０４は、分周器２０３から出力されるクロックパルスをカウンタ２０６に供給する。カウンタ２０６は、ＡＮＤゲート２０４からクロックパルスが入力されるので、値「１」を出力する。
以降、この値「１」がデジタルコンパレータ２０５へ入力され、ＡＮＤゲート２０４、カウンタ２０６及びデジタルコンパレータ２０５は、カウンタ２０６からデジタルコンパレータ２０５へ入力された値が「３」になるまで上記の動作を繰り返す。
【００４１】
カウンタ２０６からデジタルコンパレータ２０５へ入力される値が３に達すると、負入力から入力される値（「３」）と、正入力から入力される定数ｎ２０７の数値「３」とが同じになる。したがって、デジタルコンパレータ２０５は「偽」、すなわち値「０」を出力する。その結果、ＡＮＤゲート２０６はカウンタ２０６にクロックパルスを供給しなくなる。したがって、カウンタ２０６における計数はＡＮＤゲート２０４によって阻止される。これ以降、カウンタ２０６はＡＮＤゲート２０４によってクロックの供給が止められ、その結果として計数が止まる。すなわち、上記動作を行うと、デジタルコンパレータ２０５からは、クロックパルスのタイミング毎に「１１１０００・・・」の順で論理値が出力される。
【００４２】
次に、シフトレジスタ２０８の動作について説明する。
デジタルコンパレータ２０５から出力される論理値は、シフトレジスタ２０８の有効ビットセル２０９ａに供給される。シフトレジスタ２０８は、分周器２０３から供給されるクロックパルスのアップエッジに応じて、有効ビットセル２０９ａに保持されている値「１」を隣の有効ビットセル２０９ｂへシフトさせると共に、新たにデジタルコンパレータ２０５から出力された値「１」を有効ビットセル２０９ａに保存する。以降、クロックパルスが入力される毎に、シフトレジスタ２０８は、特定の有効ビットセル２０９ｘの値を隣接する隣の有効ビットセル２０９（ｘ＋１）へ順にシフトさせる。そして、最後の有効ビットセル２０９ｍに保持されている値は、最初の無効ビットセル２１０ａに供給される。同様に、最初の無効ビットセル２１０ａに保持されている値は隣接する隣の無効ビットセル２１０ｂに、無効ビットセル２１０ｂに保持されている値は最後の無効ビットセル２１０ｃにそれぞれ供給される。
そして、最後の無効ビットセル２１０ｃに保持された値は、シフトレジスタ２０８にクロックパルスが入力されると、モノステーブルマルチバイブレータ２１１に供給される。
このように、シフトレジスタ２０８がデータを移動させ続けると、最初の段階で入力された「１１１」という値は、無効ビットセル２１０ａ〜２１０ｃへ到達する。
【００４３】
無効ビットセルの最後のセル２１０ｃに論理値「１」が渡ると、セル２１０ｃの出力端子は低電位から高電位に推移する。モノステーブルマルチバイブレータ２１１はこの電圧の推移、つまりアップエッジを受けて、リセットパルスを生成する。リセットパルスはカウンタ２０６のリセット端子に入力されるので、カウンタ２０６がリセットされる。
その後、モノステーブルマルチバイブレータ２１１に次の値「１」が入力されると、このモノステーブルマルチバイブレータ２１１はカウンタ２０６のリセット入力へのパルス信号の供給をしなくなるので、この時点からカウンタ２０６は計数が再開する。
このようにして、矩形波生成部１０２は、Ｘ軸電極群１０７にワンショットパルスを供給する。
【００４４】
［受信選択スイッチ］
次に、本実施の形態例における位置算出部１０６、受信選択スイッチ１０４の構成及びこれらの位置検出動作について詳述する。
図３は、受信選択スイッチ１０４及び位置算出部１０６の内部ブロック図である。
【００４５】
受信選択スイッチ１０４は、ループカウンタ１０４ａと、切替スイッチ１０４ｂとから構成される。
ループカウンタ１０４ａは、受信電極であるＹ軸電極群１０８の電極の数が最大値（本実施例ではｎ）として設定されている、周知のプログラマブルＮ進カウンタである。ループカウンタ１０４ａは、矩形波生成部１０２のモノステーブルマルチバイブレータ２１１から出力されるリセットパルスを計数する。
【００４６】
切替スイッチ１０４ｂは、受信電極であるＹ軸電極群１０８の電極の数と等しい切替端子を有する切替スイッチであり、例えばアナログマルチプレクサが用いられる。そして、切替スイッチ１０４ｂは、Ｙ軸電極群１０８を構成するｎ本の電極から、ループカウンタ１０４ａから入力された計数に該当する一の電極を選択する。
【００４７】
切替スイッチ１０４ｂに接続されているＹ軸電極群１０８を構成する各電極には、それぞれ１〜ｎ番までの番号が割り当てられている。そして、この切替スイッチ１０４ｂは、カウンタ１０４ａから入力された計数値と同じ番号が割り当てられている電極を選択する。そして、この切替スイッチ１０４ｂにより選択されたＹ軸電極群１０８の電極から出力された微弱な電流は、後段のプリアンプ１０９に入力される。
【００４８】
ループカウンタ１０４ａの計数値は切替スイッチ１０４ｂのアドレスとして入力される。したがって、ループカウンタ１０４ａの計数値は、切替スイッチ１０４ｂが選択するＹ軸電極群１０８を構成するｍ本の電極のうちの一を順番に選択する。例えば、ループカウンタ１０４ａの出力値が「１」であれば、切替スイッチ１０４ｂはＹ軸電極群１０８の１番目の電極を選択する。ループカウンタ１０４ａの出力値が「２」であれば、切替スイッチ１０４ｂはＹ軸電極群１０８の２番目の電極を選択する。
以下同様に、Ｙ軸電極群１０８の最後の電極である、ｍ番目の電極を選択した後、ループカウンタ１０４ａは次のリセットパルスを受けると最初の数値（＝１）に戻る。
【００４９】
［位置算出部］
以下、図３を参照して、位置算出部１０６の説明をする。
位置算出部１０６は、
・積算部３０２と、
・バッファメモリ３０３と、
・ピーク算出部３０４と、
・重心演算部３０５と、
・カウンタ３０６と
から構成される。
【００５０】
積算部３０２は、Ａ／Ｄ変換器１０５から得られるデジタル値を積算する、積分器である。この積算部３０２は、例えば図示しないメモリと加算器で構成されている。積算部３０２はＡ／Ｄ変換部１０５とバッファメモリ３０３とに接続されている。そして、この積算部３０２は、入力される値とメモリに記憶されている値とを加算して記憶する。
さらに、積算部３０２には、矩形波生成部１０２から出力されるクロックパルスが入力される。積算部３０２は、このクロックパルスが入力される毎に演算値を記憶する。
【００５１】
バッファメモリ３０３は、積算部３０２の出力値を一時的に記憶するＲＡＭである。このバッファメモリ３０３は、Ｙ軸電極群１０８のうち、三本分の電極のデータを記憶する記憶容量を備える。後述する重心演算部３０５における重心の演算は、マトリクス電極１０３のＸ軸方向のみならず、Ｙ軸方向においても演算する必要があるからである。そして、このバッファメモリ３０３は、積算部３０２とピーク検出部３０４と、重心演算部３０５とに接続されている。
このバッファメモリ３０３には、矩形波生成部１０２から出力されるクロックパルスと、後述するカウンタ３０６から出力されるＸ軸方向アドレス情報とが入力される。ここで、クロックパルスは、バッファメモリ３０３が積算部３０２の出力値を記憶するタイミングパルスとして用いられる。Ｘ軸方向アドレス情報は、バッファメモリ３０３が積算部３０２の出力値を記憶する領域のアドレスとして用いられる。
バッファメモリ３０３が積算部３０２の演算出力値を記憶するデータの個数は、Ｘ軸電極１０７の個数の三倍である。後段の重心演算部３０５が重心を演算する際に、Ｙ軸方向の重心も演算する必要があるからである。
【００５２】
ピーク検出部３０４は、バッファメモリ３０３に記憶されているデータのピーク値を検出し、そのピーク値を示すバッファメモリ３０３上のアドレスを、後段の重心演算部３０５に出力する。そして、このピーク検出部３０４は、バッファメモリ３０３と重心演算部３０５とに接続されている。
【００５３】
重心演算部３０５は、取得したデータから重心、すなわち、人体の指が位置検出装置１０１を指示した位置の座標を演算する。この重心演算部３０５は、バッファメモリ３０３とピーク演算部３０４とに接続されている。
そして、この重心演算部３０５には、受信選択スイッチ１０４から出力されるＹ軸方向アドレスと、矩形波生成部１０２から出力されるクロックパルスと、カウンタ３０６から出力されるＸ軸方向アドレスとが入力される。
【００５４】
また、重心演算部３０５は、ピーク検出部３０４から入力されたピーク値を示すバッファメモリ３０３上のアドレスを基に、その前後のアドレスのデータを含む三つのデータをバッファメモリ３０３から取得する。そして、重心演算部３０５は、これら三つのデータから重心を算出する。この重心の演算は補完演算を伴うので、マトリクス電極１０３を構成する電極同士の間隔より細かい、位置検出の分解能を実現できる。
【００５５】
重心演算部３０５の演算結果である重心の位置は、マトリクス電極１０３上の指の位置、すなわち位置データとなる。
【００５６】
さらに重心演算部３０５は、重心演算の際にマトリクス電極１０３のＸ軸方向とＹ軸方向のピークを示す位置を特定するために、それぞれＸ軸方向のアドレスデータをカウンタ３０６から、Ｙ軸方向のアドレスデータを受信選択スイッチ１０４から受け取る。
【００５７】
カウンタ３０６は、矩形波生成部１０２から出力されるクロックパルスを計数し、矩形波生成部１０２から出力されるリセットパルスでリセットされる。このカウンタ３０６の出力値（計数結果）は、Ｘ軸電極群１０７を構成する電極のうちの一を選択した値となる。
そして、このカウンタ３０６の出力値は、Ｘ軸方向アドレスとして、バッファメモリ３０３及び重心演算部３０５に供給される。
【００５８】
［動作原理］
これより本実施形態に係る位置検出装置の動作原理を説明する。なお、説明を簡単にするために、Ｘ軸電極群１０７を構成する任意の電極である第１のＸ軸電極４０２及び第２のＸ軸電極４０３に矩形波を供給した時に、Ｙ軸電極群１０８の任意の一の電極であるＹ軸電極４０６から出力される信号を例示する。
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）及び（ｈ）は、本実施形態に係る位置検出装置１０１の、等価回路及び波形図である。
この第１のＸ軸電極４０２及び第２のＸ軸電極４０３とＹ軸電極４０６とに着目すると、図３に示す矩形波生成部１０２、Ｘ軸電極群１０７、Ｙ軸電極群１０８及びプリアンプ１０９は、図４（ａ）に示す等価回路で表すことができる。第１のＸ軸電極４０２と第２のＸ軸電極４０３に矩形波を供給する矩形波生成部１０２は、第１のＸ軸電極４０２と第２のＸ軸電極４０３のそれぞれに矩形波を供給するのだから、それぞれの電極に第１の矩形波電圧源４０４及び第２の矩形波電圧源４０５を接続したとみなすことができる。
なお、この図４（ａ）中では、指４０７の存在を点線で示している。
【００５９】
Ｙ軸電極４０６は、プリアンプ１０９に接続されている。このプリアンプ１０９は、オペアンプ４１２と抵抗Ｒ４１３とからなる電流電圧変換回路４１４と、ドライバ４１８とから構成される。電流電圧変換回路４１４を構成するオペアンプ４１２の入力端子は、周知のイマジナルショート現象によって、仮想的にショートした状態が維持される。したがって、Ｙ軸電極４０６から見ると、接地されたのと等しい状態になる。
【００６０】
電流電圧変換回路４１４は、微弱な電流を電圧に変換すると共に、増幅もする。更に、増幅された電圧信号は、抵抗Ｒ４１５とＲ４１６とオペアンプ４１７とからなる反転増幅器（ドライバ）４１８に入力され、後続の回路にとってより扱い易い信号レベルまで増幅される。なお、電流電圧変換回路４１４も反転増幅器の一種であるから、入力される信号は「反転の反転」が行われ、結果として位相が元に戻る。
【００６１】
次に、指４０７が電極の交点に近接した場合と近接していない場合とにおける、Ｙ軸電極４０６に現れる電流波形の違いについて説明する。
図４（ｂ）は、時点ｔ０において、第1矩形波電圧源４０４から第１のＸ軸電極４０２に立ち上がりの電圧を印加した時の、Ｘ軸電極４０２の電圧波形図である。なお、この波形は、第２矩形波電圧源４０５から第２のＸ軸電極４０３へ立上がり電圧を印加した時の波形と同一である。
図４（ｃ）は、時点ｔ０において、第1矩形波電圧源４０４から第１のＸ軸電極４０２に立ち上がりの電圧を印加した時の、Ｙ軸電極４０６の電流波形図である。
【００６２】
図４（ｄ）は、時点ｔ０において、第1矩形波電圧源４０４から第１のＸ軸電極４０２に立ち上がりの電圧を印加した時の、Ｙ軸電極４０６の電流波形図である。
ところで、コンデンサに矩形波の電圧を印加すると、その立ち上がりと立ち下がりの時にのみ、コンデンサに電流が流れる。したがって、第１のＸ軸電極４０２とＹ軸電極４０６の交点にはコンデンサが形成されているので、このコンデンサにも同様の現象が生じる。
次に、時点ｔ０に立ち上がる矩形波信号をＸ軸電極に印加した場合について説明する。
指４０７が電極の交点に近接していない場合、すなわち、第２のＸ軸電極４０３に第２矩形波電圧源４０５から図４（ｂ）に示す矩形波を印加した場合は、第２のＸ軸電極４０３とＹ軸電極４０６との間に構成されるコンデンサには、その印加した矩形波信号の立ち上がり時にのみ電流が流れる。したがって、このコンデンサに流れる電流は図４（ｃ）に示す波形となる。
【００６３】
これに対し、指４０７が電極の交点に近接している場合、すなわち、第１の矩形波電圧源４０４が図４（ｂ）に示す矩形波信号を第１のＸ軸電極４０２に印加した場合は、第１のＸ軸電極４０２から発される電気力線の一部が指４０７に吸収される。その結果、電極の交点に指４０７が近接していない場合（図４（ｃ））に比べて、その交点に指４０７が近接する場合（図４（ｄ））の電極の交点に形成されるコンデンサの静電容量は減少するので、図４（ｄ）は図４（ｃ）と比べて電流波形の総面積が小さくなっている。周知の通り、電流波形の総面積は、コンデンサに蓄電された電荷に相当する。
【００６４】
次に、時点ｔ０に立ち下がる矩形波信号をＸ軸電極に印加した場合について説明する。
ここで、図４（ｅ）は、時点ｔ０において、第２矩形波電圧源４０５から第２のＸ軸電極４０３に立ち下がりの電圧を印加した時の、第２のＸ軸電極４０３の電圧波形図である。なお、この波形は、第１矩形波電圧源４０４から第１のＸ軸電極４０３へ立ち下がり電圧を印加した時の波形と同一である。
図４（ｆ）は、時点ｔ０において、第２矩形波電圧源４０５から第２のＸ軸電極４０３に立ち下がりの電圧を印加した時の、Ｙ軸電極４０６の電流波形図である。図４（ｆ）の電流波形は、図４（ｃ）の波形とは位相が１８０°反転した波形となっている。
【００６５】
次に、第１のＸ軸電極４０２と第２のＸ軸電極４０３の双方に、時刻ｔ０の時点で同時に矩形波信号を印加した場合について説明する。ここで、図４（ｇ）は、時点ｔ０において、第１のＸ軸電極４０２とＹ軸電極４０６との交点に指４０７が近接していない状態で、第1矩形波電圧源４０４から第１のＸ軸電極４０２に立ち上がりの電圧を印加すると同時に、第２矩形波電圧源４０５から第２のＸ軸電極４０３に立ち下がりの電圧を印加した時の、Ｙ軸電極４０６の電流波形図である。すなわち、この図４（ｇ）に示す電流波形は、図４（ｃ）と図４（ｆ）との合成波形である。
図４（ｈ）は、第１のＸ軸電極４０２とＹ軸電極４０６の交点に指４０７が近接している状態で、時点ｔ０において、第1矩形波電圧源４０４から第１のＸ軸電極４０２に立ち上がりの電圧を印加すると同時に、第２矩形波電圧源４０５から第２のＸ軸電極４０３に立ち下がりの電圧を印加した時の、Ｙ軸電極４０６の電流波形図である。すなわち、この図４（ｈ）に示す電流波形は、図４（ｄ）と図４（ｆ）の合成波形である。
【００６６】
図４（ａ）に示す指４０７が第１のＸ軸電極４０３とＹ軸電極４０６との交点に近接していない場合について説明する。
時点ｔ０において、第１矩形波電圧源４０４が第１のＸ軸電極４０２に立ち上がり電圧（図４（ｂ））を印加し、第２矩形波電圧源４０５が第２のＸ軸電極４０３に立ち下がり電圧（図４（ｅ））を印加したとすると、第１のＸ軸電極４０２とＹ軸電極４０６の交点によって形成されるコンデンサの静電容量と、第２のＸ軸電極４０３とＹ軸電極４０６の交点によって形成されるコンデンサの静電容量が等しくなるので、それぞれの交点に発生する電流が打ち消し合う。その結果、Ｙ軸電極４０６には、電流波形は発生しない。
【００６７】
これに対し、図４（ａ）に示すように、時点ｔ０において、指４０７が第１のＸ軸電極４０３とＹ軸電極４０６との交点に近接している場合に、第１矩形波電圧源４０４が第１のＸ軸電極４０２に立ち上がり電圧（図４（ｂ））を印加し、第２矩形波電圧源４０５が第２のＸ軸電極４０３に立ち下がり電圧（図４（ｅ））を印加したとすると、第１のＸ軸電極４０２とＹ軸電極４０６の交点によって形成されるコンデンサの静電容量は、第２のＸ軸電極４０３とＹ軸電極４０６の交点によって形成されるコンデンサよりも静電容量が減少している。その結果、Ｙ軸電極４０６には負方向に電流波形が発生する。
【００６８】
以上に説明したように、Ｘ軸電極とＹ軸電極との交点に指４０７が近接すると、その交点によって形成されるコンデンサの静電容量が減少する。静電容量が減少した交点に立ち上がりあるいは立ち下がりの電圧変化を加え、他の交点に現れる電圧変化によって生じる電流との合成電流波形が、Ｙ軸電極に現れる。
【００６９】
次に、先に図４で説明した指の存在を検出する仕組みを踏まえて、本実施形態で高速に指の存在を検出する動作原理を説明する。
図５は、マトリクス電極１０３の一部断面図と、Ｘ軸電極に電圧を印加する状態と、発生する電流波形及び電流積分波形とを示す図である。
【００７０】
図５（ａ）は、マトリクス電極１０３の、図１のＡ−Ａ‘における一部断面図である。
前述したように、マトリクス電極１０３は、Ｘ軸電極群１０７と、Ｙ軸電極群１０８とを有しており、このＸ軸電極群１０７とＹ軸電極群１０８との間に介在して設けられた第一の絶縁シート５０６とを備える。さらに、マトリクス電極１０３は、Ｘ軸電極群１０８が第一の絶縁シート５０５と対向する面と反対の面側に第二の絶縁シート５０６を備える。
第一の絶縁シート５０５は、例えば、略板状の絶縁材で、Ｘ軸電極群１０７とＹ軸電極群１０８との各交点を絶縁させるためのものである。
第二の絶縁シート５０６は、略板状の絶縁材で、位置を指示する際に指４０７が、Ｘ軸電極１０７ａ〜１０７ｇに直接触れないように、この第二の絶縁シート５０６によって覆われている。したがって、この第二の絶縁シート５０６の直下に、Ｘ軸電極１０７ａ〜１０７ｇが位置するので、Ｘ軸電極群１０７から発される電気力線は、効果的に指４０７に吸収される。
【００７１】
図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）及び（ｈ）は、Ｘ軸電極群１０７のうちの任意のＸ軸電極１０７ａ〜１０７ｇに印加される電圧のタイミングを示す波形図である。ここで、図５（ｂ）〜（ｈ）中の時点ｔ１〜ｔ７は、各Ｘ軸電極１０７ａ〜１０７ｇにワンショットパルスが印加された時点を示しており、時点ｔ２は時点ｔ１から１クロック後を示し、同様に、各時点ｔｎはｔ（ｎ−１）から１クロック後の時点を示している。
【００７２】
ところで、前述したように、矩形波生成部１０２は、シフトレジスタ２０９の有効ビットセル２０９ａに値「１」が入力されたときに、この有効ビットセル２０９ａに接続されているＸ軸電極１０７ａに電圧を印加する。そして、矩形波生成部１０２は、この有効ビットセル２０９ａに値「１」が入力されている間、Ｘ軸電極１０７ａに電圧を印加し続ける。その後、矩形波生成部１０２は、有効ビットセル２０９ａに値「０」が入力されたときに、Ｘ軸電極１０７ａへの電圧の印加を終了する。ここで、シフトレジスタ２０９がＸ軸電極１０７ａに印加する電圧の幅は、分周器２０３において分周され出力されたクロックを使用しており、値「１」は連続して３回、シフトレジスタ２０９に入力されるから、シフトレジスタ２０９に入力されたクロックの３回分に相当するワンショットパルスとなる。その結果、例えば、Ｘ軸電極１０７ａにワンショットパルスが印加された時点ｔ１を基準とすると、Ｘ軸電極１０７ａに印加されたワンショットパルスの立ち下がりは、時点ｔ４に訪れることになる。
【００７３】
以上のように、矩形波生成部１０２は、この矩形波生成部１０２のシフトレジスタ２０９に接続されているＸ軸電極１０７ａ〜１０７ｇにワンショットパルスを印加するから、各Ｘ軸電極１０７ａ〜１０７ｇのうち、立ち上がり時点と立ち下がり時点とが同時となるワンショットパルスの組、例えば、Ｘ軸電極１０７ｃに印加されるワンショットパルスの立ち下がり時点でＹ軸電極１０８ｅに発生する電流と、Ｘ軸電極１０７ｆに印加されるワンショットパルスの立ち上がり時点でＹ軸電極１０８ｅに発生する電流とが合成されて、図４にて説明した原理で相殺されるから、Ｙ軸電極１０８ｅには電流波形が発生しない。同様に、同一の時点（例えば、時点ｔ６）に立ち上がるワンショットパルスと、立ち下がるワンショットパルスとが存在する場合には、Ｙ軸電極１０８ｅには電流が発生せず、Ｘ軸電極群１０７の各Ｘ軸電極の全てにワンショットパルスを印加した場合にも、同様に電流波形は発生しないことになる。
【００７４】
ところが、図５（ａ）に示すように、Ｘ軸電極１０７ｅとＹ軸電極１０８ｅとの交点には指４０７が近接しているので、Ｘ軸電極１０７ｅと１０７ｈとのそれぞれに印加したワンショットパルスによりＹ軸電極１０８ｅに発生するそれぞれの電流同士を合成しても０にならない。その結果、Ｙ軸電極１０８ｅには、図５（ｉ）に示すように、指４０７が近接しているＸ軸電極１０７ｅと１０７ｈとに印加されたワンショットパルスの立ち上がりが現れるｔ４時点と、矩形波電圧の立ち下がりが現れるｔ７時点とに電流波形が現れる。
【００７５】
図５（ｊ）は、Ｙ軸電極５０３に現れる電流波形を積分した波形である。位置算出部１０６内の積算部３０２の出力データを仮想的にアナログ表現にしたものである。
図５（ｉ）に示すように、Ｙ軸電極１０８ｅに現れる電流波形は、ゼロ電位を中心にほぼ対称な正弦波交流波形である。そこで、この電流波形をそのまま積分をすれば、図５（ｊ）に示されるように、負方向にピークを持つ波形が得られる。ピーク検出部３０４は、この波形のピークに最も近いサンプルクロックの値を捉える。そして、重心演算部３０５はピーク検出部３０４が得た値と、その前後の値の、三つの値を基に重心演算を行う。
【００７６】
重心演算部３０５は、マトリクス電極１０３のＸ軸方向とＹ軸方向のピークを示す位置を特定するために、カウンタ３０６からＸ軸方向のアドレスデータを、受信選択スイッチ１０４からＹ軸方向のアドレスデータを受け取る。そして、それらアドレスデータと重心演算の結果を基に、真のピーク値とその時間軸上の位置を算出する。算出した結果、重心演算部３０５は、マトリクス電極１０３に近接した指の位置を示す位置データを出力する。
【００７７】
Ｘ軸電極１０７ａ〜１０７ｇの各々に与えられるワンショットパルスは、２００ｋＨｚの半周期分である。一方で、Ｘ軸電極１０７ａ〜１０７ｇの各々に与えられるワンショットパルスの印加タイミングが、２００ｋＨｚの整数倍である。本実施形態の場合では、３倍である。
ここで、Ｘ軸電極群１０７全体を縦方向に見ると、３倍の速度で走査を行っていることと等しいものと見ることができる。
【００７８】
従来技術では、２００ｋＨｚの交流を複数周期分同期検波して、積分する必要があった。仮に、従来技術の同期検波及び積分を一周期分にして設計したとしても、２００ｋＨｚの制約があるため、根本的な速度の改善が見込めなかった。
本実施形態は、従来技術がなしえなかった「２００ｋＨｚの壁」を破る技術の一実装形態である。
【００７９】
ここで、Ｘ軸電極群１０７に、位相をシフトさせたワンショットパルスを順次与える際、Ｙ軸電極群１０８ではワンショットパルスの立ち上がりと立ち下がりを同時に捉えて、その差を検出できるようにする必要がある。位相シフトの周波数が２００ｋＨｚの整数倍であるのはこのためである。
【００８０】
本実施形態は、以下のような応用例が考えられる。
（１）Ｘ軸電極群１０７の各電極に印加される信号の波形は、必ずしも矩形波でなくてもよい。
例えば、０Ｖから所定の電圧に至るまでの期間、つまり立ち上がりの期間と、所定の電圧から０Ｖに至るまでの期間、つまり立ち下がりの期間との、電圧の積分値がそれぞれ同じであれば、図４（ｇ）に示した、電流変化の打ち消し合いの効果が得られる。
例えば、シフトレジスタ２０８の各有効ビットセル２０９ａ〜２０９ｍとＸ軸電極群１０７の各電極との間に、２００ｋＨｚを通過させるバンドパスフィルタを挿入する。すると、Ｘ軸電極群１０７の各電極には、サイン波形の半波長が印加されることとなる。このような波形でも、指の存在を検出する効果は変わらない。
【００８１】
（２）また、Ｘ軸電極群１０７に印加する電圧も高電位と低電位とは相対的な関係であることから、必ずしも低電位の電圧は０Ｖでなくてもよい。
【００８２】
（３）更に、Ｘ軸電極群１０７の各々に与える、周期をずらしたワンショットパルスの周期は、必ずしも厳密に２００ｋＨｚの整数倍の周波数でなくてもよい。周期のずれは波形となって現れるが、マトリクス電極１０３に指を近づけることによって生じる、Ｘ軸電極とＹ軸電極との交点に存在する静電容量の変化は、指を近づけていない状態よりも大きい信号の変化となって現れるからである。
【００８３】
本実施形態においては、静電式の位置検出装置を開示した。
Ｘ軸電極の各々に、２００ｋＨｚの整数倍の周波数に相当する周期をずらしてワンショットパルスを与え、ワンショットパルスの立ち上がり及び立ち下がりの時点に生じる電流変化をＹ軸電極から検出する。こうすることにより、従来技術がなしえなかった「２００ｋＨｚの壁」を破り、検出面を分割する等の複雑な回路構成を採用することなく、広大な検出面積を備える静電式位置検出装置を実現できる。
【００８４】
以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含むことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施形態の例である、位置検出装置の全体ブロック図である。
【図２】矩形波生成部の内部ブロック図である。
【図３】位置算出部の内部ブロック図である。
【図４】本実施形態に係る位置検出装置の、等価回路と、波形図である。
【図５】マトリクス電極の一部断面図と、Ｘ軸電極に電圧を印加する状態と、発生する電流波形及び電流積分波形を示す図である。
【図６】従来技術の静電容量方式の位置検出装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０１…位置検出装置、１０２…矩形波生成部、１０３…マトリクス電極、１０４…受信選択スイッチ、１０５…Ａ／Ｄ変換器、１０６…位置算出部、１０７…Ｘ軸電極群、１０８…Ｙ軸電極群、１０９…プリアンプ、２０２…クロック生成器、２０３…分周器、２０４…ＡＮＤゲート、２０５…デジタルコンパレータ、２０６…カウンタ、２０７…定数ｎ、２０８…シフトレジスタ、２０９ａ〜２０９ｍ…有効ビットセル、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ…無効ビットセル、２１１…モノステーブルマルチバイブレータ、３０２…積算部、３０３…バッファメモリ、３０４…ピーク検出部、３０５…重心演算部、３０６…カウンタ、４０２…第１のＸ軸電極、４０３…第２のＸ軸電極、４０４…第１矩形波電圧源、４０５…第２矩形波電圧源、４０６…Ｙ軸電極、４０７…指、４１２…オペアンプ、Ｒ４１３…抵抗、４１４…電流電圧変換回路、Ｒ４１５、Ｒ４１６…抵抗、４１７…オペアンプ、４１８…ドライバ、４１９…反転増幅器、１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆ、１０７ｇ…Ｘ軸電極、１０８ｅ…Ｙ軸電極、５０５…絶縁シート、５０６…誘電シート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出装置に適用して好適な技術に関する。
より詳細には、静電式の位置検出装置の、位置検出平面における走査速度を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータに位置情報を与える入力装置には、様々なものがある。その中で、タッチパネルと呼ばれる、二次元位置情報入力装置がある。
タッチパネルは、指や専用のペン等の入力体で検出平面に触れることで、コンピュータ等の操作を行なう入力装置である。指やペンが触れた位置を検知して画面上の位置を指定し、コンピュータに指示を与える。
タッチパネルは、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）や銀行のＡＴＭ（Automated Teller Machine）、駅の券売機等で広く利用されている。
【０００３】
タッチパネルに採用される位置情報検出技術には、様々なものがある。例えば、圧力の変化で位置検出を行う抵抗膜方式や位置検出平面の表面の膜の静電容量の変化で位置検出を行う静電容量方式等がある。
【０００４】
本発明の従来技術として、静電容量方式による位置検出装置を説明する。
図６は、従来の静電容量方式の位置検出装置を示すブロック図である。
駆動部６０２は、人体に最も吸収され易いとされる周波数である、２００ｋＨｚの交流電圧を生成する。
駆動部６０２によって生成された２００ｋＨｚの交流電圧は、送信選択スイッチ６０３を通じて、マトリクス電極１０３のＸ軸方向の電極（以下、「Ｘ軸電極群」という）１０７に、選択的に印加される。
マトリクス電極１０３は、細長い導体の電極を縦横に並べ、縦に並べた電極と、横に並べた電極との間には、図示しない略板状の絶縁シートが介在してコンデンサを形成する。２００ｋＨｚの交流電圧はこれらコンデンサに印加される。
受信選択スイッチ１０４は、コンデンサを形成する交点を定めるためのスイッチである。
受信選択スイッチ１０４の出力はプリアンプ１０９に供給され、Ａ／Ｄ変換器１０５でデジタルデータに変換された後、位置算出部６０５に入力される。
【０００５】
マイコンよりなる位置算出部６０５は、同期クロック生成部６０６から得られるアドレス情報と、Ａ／Ｄ変換器１０５から得られる僅かな信号変化のデータを受けて、マトリクス電極１０３上の指の存在の有無と、その位置の情報を出力する。具体的には、Ａ／Ｄ変換器１０５から得られるデータを積算処理した後、ピーク値を検出する。そして、ピーク値とその前後の値を基に重心演算を行い、得られた重心の、時間軸上の位置を基に指の位置を演算する。
なお、説明の便宜のため、マトリクス電極１０３の、送信選択スイッチ６０３に接続されている側の電極群をＸ軸電極群１０７と呼び、受信選択スイッチ１０４に接続されている側の電極群をＹ軸電極群１０８と呼ぶ。
【０００６】
これより駆動部６０２の内部を説明する。
クロック生成器６０７はクロックを生成する発振器である。クロック生成器６０７が生成したクロックは読み出し部６０８に供給される。
サイン波ＲＯＭ６０９は、８ビット×２５６サンプルの疑似サイン波が記憶されているＲＯＭである。読み出し部６０８は、クロック生成器６０７から供給されるクロックに基づいて、サイン波ＲＯＭ６０９のアドレスを指定して、データを読み出す。
サイン波ＲＯＭ６０９から読み出し部６０８によって読み出されたデータは、Ｄ／Ａ変換器６１０によってＤ／Ａ変換された後、ＬＰＦ６１１にて平滑化されることにより、アナログのサイン波信号に変換される。その後、ドライバ６１２にて電圧増幅され、Ｘ軸電極群１０７に印加される交流電圧となる。
【０００７】
なお、本出願人の発明に係る従来技術を、特許文献１に示す。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２０９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述の従来技術による静電方式の位置検出装置は、Ｘ軸電極群とＹ軸電極群の各交点毎に積算処理を行っていた。この積算処理は、一交点毎におよそ３０μｓｅｃを要した。
この積分処理に要する時間では、小規模の位置検出装置ではあまり問題にはならないが、位置検出装置の位置検出平面を大きくしようとすると、問題が顕在化する。つまり、位置検出平面を大きくすると、交点の数が増える。交点の数が増えれば増えるほど、位置検出平面全体を走査（スキャン）するのに要する時間が長くなってしまう。
【００１０】
一般に、位置検出装置やマウス等のポインティングデバイスの分解能は、１０ｍｓｅｃ程度が好ましいとされる。したがって、位置検出装置において一交点辺り３０μｓｅｃという制約のままでは、検出面中に設けることのできる交点の数は、およそ３３３個程度となる。
一方、出願人は広大な面積の位置検出平面を備える、静電式の位置検出装置を実現したいと考えている。目指す位置検出装置の位置検出平面内の交点数は、およそ１５０００個程度を目標にしている。したがって、前述の従来技術による位置検出装置では、到底実現することはできない。
【００１１】
ここで、電磁誘導方式の位置検出装置であれば、位置検出平面に印加する交流電圧の周波数を上げて、速度を稼ぐ、という方策が考えられる。しかし、静電方式の位置検出装置は、人体が最も吸収し易い周波数２００ｋＨｚの周波数を用いなければならない、という固有の制約があるため、印加する交流電圧の周波数を上げることができない。
【００１２】
また、交点を幾つかの群に分割して、夫々の交点群に対応する位置検出回路を複数設ける方法もあるが、この場合は装置が大掛かりになり、コストが嵩むと共に、設計がより難しくなる、という大きな欠点がある。
【００１３】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、比較的簡素な回路構成で、高速な走査を実行できる、静電式の位置検出装置及び位置検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明による位置検出装置は、相互に平行に配置される複数の導体よりなる信号供給電極と、信号供給電極と絶縁状態で且つ直交に配置される複数の導体よりなる受信電極と、所定の低電位から所定の高電位に至るまでの立ち上がり期間の積分値と、所定の高電位から所定の低電位に至るまでの立ち下がり期間の積分値とが同一となる入力信号を生成し、入力信号を、信号供給電極の各々に一定の遅延時間をおいて順次供給する信号供給部と、受信電極の一を選択する受信選択スイッチと、信号供給部及び受信選択スイッチから得られる情報と、信号供給電極と受信電極との交点の電気的変化とから位置データを算出する位置算出部とを具備するものである。
【００１５】
一本の電極に与える信号は、２００ｋＨｚから大きくはずすことはできない。
そこで、２００ｋＨｚのワンショットパルスを、２００ｋＨｚより早い周期で、複数の電極に順番に与える。このワンショットパルスの立ち上がりと立ち下がりによって生じる電流変化を、直交する電極で捉える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、比較的簡素な回路構成で、高速な走査を実行できる、静電式の位置検出装置及び位置検出方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図５を参照して説明する。
【００１８】
［全体構成］
図１は、本発明の実施形態の例である、位置検出装置の全体ブロック図である。
位置検出装置１０１は、
・矩形波生成部１０２と、
・矩形波生成部１０２に接続されるマトリクス電極１０３と、
・マトリクス電極１０３に接続される受信選択スイッチ１０４と、
・受信選択スイッチ１０４に接続されるプリアンプ１０９と、
・プリアンプ１０９に接続されるＡ／Ｄ変換器１０５と、
・Ａ／Ｄ変換器１０５に接続される位置算出部１０６と
から構成される。
【００１９】
矩形波生成部１０２は、後述するマトリクス電極１０３に矩形波形状のワンショットパルスの電圧を供給する信号供給部である。この矩形波生成部１０２は、矩形波形状のワンショットパルスの電圧の他、クロックパルスと、リセットパルスとを生成する。
矩形波生成部１０２によって生成されるクロックパルスは、後述する位置算出部１０６に供給される。
矩形波生成部１０２によって生成されるリセットパルスは、後述するＡ／Ｄ変換器１０５及び位置算出部１０６に供給される。
なお、この矩形波生成部１０２が生成するワンショットパルスのパルス幅は、例えば、人体に最も吸収され易いとされる２００ｋＨｚの矩形波から半周期分の信号を取り出したものに等しい、２．５μｓｅｃに設定されている。
【００２０】
マトリクス電極１０３は、人体の指が位置検出装置１０１の図示しない位置検出平面上のどの位置に近接したかを検出するための電極の群である。このマトリクス電極１０３は、ｍ本の細長い電極を平行に並べて構成したＸ軸電極群１０７と、ｎ本の細長い電極を平行に並べて構成したＹ軸電極群１０８とを有する。
【００２１】
マトリクス電極１０３を構成するＸ軸電極群１０７とＹ軸電極群１０８は、図示しない絶縁シートを介して互いに絶縁状態を維持しつつ縦横に並べて構成されている。このため、Ｘ軸電極群１０７とＹ軸電極群１０８との各交点はコンデンサを形成する。
そして、Ｘ軸電極群１０７は矩形波生成部１０２に接続されており、この矩形波生成部１０２からワンショットパルスが印加される。すなわち、Ｘ軸電極群１０７とＹ軸電極群１０８との各交点に形成されるコンデンサには、このＸ軸電極群１０７を介して、ワンショットパルスが供給されるから、このＸ軸電極群１０７は信号供給電極として機能する。
【００２２】
受信選択スイッチ１０４は、Ｙ軸電極群１０８を構成する複数の電極のうちの一つを周期的に選択するスイッチである。この受信選択スイッチ１０４は、矩形波生成部１０２と、プリアンプ１０９と、位置算出部１０６とに接続されている。そして、この受信選択スイッチ１０４には、矩形波生成部１０２から出力されたリセットパルスが入力される。
そして、受信選択スイッチ１０４は、マトリクス電極１０３から出力された電流をプリアンプ１０９に出力する。すなわち、Ｙ軸電極群１０８は、受信電極として用いられている。
また、受信選択スイッチ１０４は、後述する位置算出部１０６に、Ｙ軸電極群１０８のいずれの電極を選択したかを示すアドレス情報を出力する。
【００２３】
プリアンプ１０９は、受信選択スイッチ１０４を介してマトリクス電極１０３から出力される微弱な電流を電圧に変換し、これを増幅してＡ／Ｄ変換器１０５に出力する。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換器１０５は、プリアンプ１０９から入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して位置算出部１０６に出力する。
【００２５】
位置算出部１０６は、アドレス情報とデジタルデータに所定の演算処理を行い、マトリクス電極１０３上の指の存在の有無と、その位置の情報とを出力するマイコンである。
この位置算出部１０６には、Ａ／Ｄ変換器１０５から出力されるデジタルデータと、矩形波生成部１０２から出力されるクロックパルスと、受信選択スイッチ１０４から出力されるアドレス情報とが入力される。
【００２６】
［矩形波生成部］
次に、矩形波生成部１０２の構成及び動作について、図２に従って詳述する。
図２は、矩形波生成部１０２の内部ブロック図である。
矩形波生成部１０２は、
・クロック生成部２０２と、
・分周器２０３と、
・ＡＮＤゲート２０４と、
・カウンタ２０６と、
・デジタルコンパレータ２０５と、
・定数ｎ２０７と、
・シフトレジスタ２０８と、
・モノステーブルマルチバイブレータ２１１と
から構成される。
【００２７】
クロック生成器２０２は、一定の周波数の矩形波のクロックを生成する発振器である。本実施形態では、クロック生成器２０２は、例えば１２ＭＨｚ（一周期８．３３ｎｓ）の矩形波を生成する。クロック生成器２０２が生成した１２ＭＨｚのクロックは分周器２０３に供給される。
分周器２０３は周知のプログラマブル・カウンタである。そして、この分周器２０３は、クロック生成器２０２から入力されるクロックを一定の数だけ計数することで、クロックの周波数を１／Ｎに変換する。本実施形態では、分周器２０３の分周比は１／１０に設定されており、このクロックは１２００ｋＨｚ（一周期０．８３３μｓ）に分周される。
【００２８】
分周器２０３から出力された１２００ｋＨｚの矩形波信号（以下、単に矩形波と略す）は、クロックパルスとして、ＡＮＤゲート２０４に供給されると共に、シフトレジスタ２０８と、後述する位置算出部１０６とにも供給される。
【００２９】
ＡＮＤゲート２０４は入力デジタル値の論理積を出力する、周知のゲートである。そして、このＡＮＤゲート２０４は、デジタルコンパレータ２０５から供給される信号が論理値の「真」を示す高電位、すなわち「１」の値が入力されたときにのみ、分周器２０３から入力されるクロックパルスをカウンタ２０６に供給する。
【００３０】
カウンタ２０６は、入力信号のアップエッジで出力数値をインクリメントさせる周知のカウンタである。カウンタ２０６の出力数値は、リセット端子に論理値の「真」を示す高電位を与えるとリセットされる。なお、このカウンタ２０６は、初期値が「０」に設定されている。
このカウンタ２０６の入力端子はＡＮＤゲート２０４の出力端子に、リセット端子は後述するモノステーブルマルチバイブレータ２１１にそれぞれ接続されている。
【００３１】
そしてカウンタ２０６は、ＡＮＤゲート２０４からクロックパルスが入力されると、クロックパルスのアップエッジが入力される度に１を加算した計数値（０，１，２，・・・）を出力する。また、カウンタ２０６は、後述するモノステーブルマルチバイブレータ２１１から出力されたパルス信号がリセット端子に入力されると、計数値がリセットされ、「０」を出力する。
【００３２】
このデジタルコンパレータ２０５は、二つの入力数値の大小を比較する比較器である。
デジタルコンパレータ２０５は、正入力から入力される数値と負入力から入力される数値とを比較し、正入力から入力された数値の方が大きいときに論理の「真」（＝１）を示す高電位を出力する。
【００３３】
そして、デジタルコンパレータ２０５の正入力には定数ｎ２０７が、負入力にはカウンタ２０６がそれぞれ接続されている。したがって、デジタルコンパレータ２０５は、負入力から入力されるカウンタ２０６の計数値と、正入力から入力される定数ｎ２０７の数値とを比較して、定数ｎ２０７の数値がカウンタ２０６の出力値より大きいときには、値「１」を出力し、計数値が定数ｎ２０７の数値と同一又は小さいときには、「０」を出力する。デジタルコンパレータ２０５による比較結果を示す論理値出力は、ＡＮＤゲート２０４及びシフトレジスタ２０８に入力される。
【００３４】
定数ｎ２０７は、レジスタ等で設けられる。この定数ｎ２０７は、２００ｋＨｚの自然数倍が与えられる。本実施形態の場合、ｎは「３」である。この定数ｎ２０７はデジタルコンパレータ２０５の正入力へ入力される。
【００３５】
シフトレジスタ２０８は、周知の直列入力・並列出力型のシフトレジスタであり、例えば周知のＤフリップフロップをカスケード接続したものである。このシフトレジスタ２０８は、複数個（ｍ個）の有効ビットセル２０９ａ〜２０９ｍと、その終端に３個の無効ビットセル２１０ａ、２１０ｂ及び２１０ｃとを有する。有効ビットセル２０９ａ〜２０９ｍは、それぞれがＸ軸電極群１０７を構成する各電極に接続されている。無効ビットセル２１０ａ、２１０ｂ及び２１０ｃにはＸ軸電極群１０７は接続されない。
無効ビットセル２１０ａ、２１０ｂ及び２１０ｃのうちの最後の無効ビットセル２１０ｃは、モノステーブルマルチバイブレータ２１１に接続される。
モノステーブルマルチバイブレータ２１１の論理値出力は、カウンタ２０６のリセット端子と、受信選択スイッチ１０４と位置算出部１０６とに供給される。
【００３６】
シフトレジスタ２０８は、分周器２０３から出力されるクロックパルスのアップエッジに従い、デジタルコンパレータ２０５の出力値を記憶すると共に、各セルの記憶値を隣接する隣のセル（例えば、有効ビットセル２０９ａであれば、有効ビットセル２０９ｂ）へずらす。
【００３７】
シフトレジスタ２０８の有効ビットセル２０９ａ〜２０９ｍは、デジタルコンパレータ２０５あるいは直前の隣接するセルから論理値「１」が入力され、クロックパルスのアップエッジが入力されると、その論理値「１」が入力された有効ビットセルに接続されているＸ軸電極群１０７の電極に高電位を出力する。
同様に、シフトレジスタ２０８の有効ビットセル２０９ａ〜２０９ｍは、デジタルコンパレータ２０５あるいは直前の隣接するセルから論理値「０」が入力され、クロックパルスのアップエッジが入力されると、接続されているＸ軸電極群１０７の電極に低電位を出力する。
【００３８】
各有効ビットセル２０９ａ〜２０９ｍに論理値「０」が入っているところへ論理値「１」が入力されると、Ｘ軸電極群１０７の電位は低電位から高電位に遷移する。
逆に、各有効ビットセル２０９ａ〜２０９ｍに論理値「１」が入っているところへ論理値「０」が入力されると、Ｘ軸電極群１０７の電位は高電位から低電位に遷移する。
つまり、各有効ビットセル２０９ａ〜２０９ｍに入力される論理値を「０」→「１」→「０」と経時的に変化させることにより、シフトレジスタ２０８はＸ軸電極群１０７の各電極にワンショットパルスを供給する。
【００３９】
モノステーブルマルチバイブレータ２１１は、入力信号（無効ビットセル２１０ｃからの信号）の立ち上がりエッジをトリガとして一定幅のパルス信号を出力する。本実施形態では、この一定幅のパルス信号の幅は、上述した矩形波信号のクロックの１クロック以内に設定されている。つまり、モノステーブルマルチバイブレータ２１１は、無効ビットセル２１０ｃが出力する信号の立ち上がりからカウンタ２０６のリセットパルスを生成するために設けられている。
【００４０】
以下、矩形波生成部１０２の動作を詳述する。
カウンタ２０６の初期値は０であるので、その出力端子から数値「０」を出力する。デジタルコンパレータ２０５は、定数ｎ２０７から与えられる数値（ｎ＝３）と、カウンタ２０６から入力される数値「０」とを比較する。この時点では、定数ｎ２０７の数値の方がカウンタ２０６から入力される値よりも大きいので、デジタルコンパレータ２０５は論理値「１」を出力する。ＡＮＤゲート２０４には、上述のデジタルコンパレータ２０５からの論理値「１」が入力されるので、このＡＮＤゲート２０４は、分周器２０３から出力されるクロックパルスをカウンタ２０６に供給する。カウンタ２０６は、ＡＮＤゲート２０４からクロックパルスが入力されるので、値「１」を出力する。
以降、この値「１」がデジタルコンパレータ２０５へ入力され、ＡＮＤゲート２０４、カウンタ２０６及びデジタルコンパレータ２０５は、カウンタ２０６からデジタルコンパレータ２０５へ入力された値が「３」になるまで上記の動作を繰り返す。
【００４１】
カウンタ２０６からデジタルコンパレータ２０５へ入力される値が３に達すると、負入力から入力される値（「３」）と、正入力から入力される定数ｎ２０７の数値「３」とが同じになる。したがって、デジタルコンパレータ２０５は「偽」、すなわち値「０」を出力する。その結果、ＡＮＤゲート２０６はカウンタ２０６にクロックパルスを供給しなくなる。したがって、カウンタ２０６における計数はＡＮＤゲート２０４によって阻止される。これ以降、カウンタ２０６はＡＮＤゲート２０４によってクロックの供給が止められ、その結果として計数が止まる。すなわち、上記動作を行うと、デジタルコンパレータ２０５からは、クロックパルスのタイミング毎に「１１１０００・・・」の順で論理値が出力される。
【００４２】
次に、シフトレジスタ２０８の動作について説明する。
デジタルコンパレータ２０５から出力される論理値は、シフトレジスタ２０８の有効ビットセル２０９ａに供給される。シフトレジスタ２０８は、分周器２０３から供給されるクロックパルスのアップエッジに応じて、有効ビットセル２０９ａに保持されている値「１」を隣の有効ビットセル２０９ｂへシフトさせると共に、新たにデジタルコンパレータ２０５から出力された値「１」を有効ビットセル２０９ａに保存する。以降、クロックパルスが入力される毎に、シフトレジスタ２０８は、特定の有効ビットセル２０９ｘの値を隣接する隣の有効ビットセル２０９（ｘ＋１）へ順にシフトさせる。そして、最後の有効ビットセル２０９ｍに保持されている値は、最初の無効ビットセル２１０ａに供給される。同様に、最初の無効ビットセル２１０ａに保持されている値は隣接する隣の無効ビットセル２１０ｂに、無効ビットセル２１０ｂに保持されている値は最後の無効ビットセル２１０ｃにそれぞれ供給される。
そして、最後の無効ビットセル２１０ｃに保持された値は、シフトレジスタ２０８にクロックパルスが入力されると、モノステーブルマルチバイブレータ２１１に供給される。
このように、シフトレジスタ２０８がデータを移動させ続けると、最初の段階で入力された「１１１」という値は、無効ビットセル２１０ａ〜２１０ｃへ到達する。
【００４３】
無効ビットセルの最後のセル２１０ｃに論理値「１」が渡ると、セル２１０ｃの出力端子は低電位から高電位に推移する。モノステーブルマルチバイブレータ２１１はこの電圧の推移、つまりアップエッジを受けて、リセットパルスを生成する。リセットパルスはカウンタ２０６のリセット端子に入力されるので、カウンタ２０６がリセットされる。
その後、モノステーブルマルチバイブレータ２１１に次の値「１」が入力されると、このモノステーブルマルチバイブレータ２１１はカウンタ２０６のリセット入力へのパルス信号の供給をしなくなるので、この時点からカウンタ２０６は計数が再開する。
このようにして、矩形波生成部１０２は、Ｘ軸電極群１０７にワンショットパルスを供給する。
【００４４】
［受信選択スイッチ］
次に、本実施の形態例における位置算出部１０６、受信選択スイッチ１０４の構成及びこれらの位置検出動作について詳述する。
図３は、受信選択スイッチ１０４及び位置算出部１０６の内部ブロック図である。
【００４５】
受信選択スイッチ１０４は、ループカウンタ１０４ａと、切替スイッチ１０４ｂとから構成される。
ループカウンタ１０４ａは、受信電極であるＹ軸電極群１０８の電極の数が最大値（本実施例ではｎ）として設定されている、周知のプログラマブルＮ進カウンタである。ループカウンタ１０４ａは、矩形波生成部１０２のモノステーブルマルチバイブレータ２１１から出力されるリセットパルスを計数する。
【００４６】
切替スイッチ１０４ｂは、受信電極であるＹ軸電極群１０８の電極の数と等しい切替端子を有する切替スイッチであり、例えばアナログマルチプレクサが用いられる。そして、切替スイッチ１０４ｂは、Ｙ軸電極群１０８を構成するｎ本の電極から、ループカウンタ１０４ａから入力された計数に該当する一の電極を選択する。
【００４７】
切替スイッチ１０４ｂに接続されているＹ軸電極群１０８を構成する各電極には、それぞれ１〜ｎ番までの番号が割り当てられている。そして、この切替スイッチ１０４ｂは、カウンタ１０４ａから入力された計数値と同じ番号が割り当てられている電極を選択する。そして、この切替スイッチ１０４ｂにより選択されたＹ軸電極群１０８の電極から出力された微弱な電流は、後段のプリアンプ１０９に入力される。
【００４８】
ループカウンタ１０４ａの計数値は切替スイッチ１０４ｂのアドレスとして入力される。したがって、ループカウンタ１０４ａの計数値は、切替スイッチ１０４ｂが選択するＹ軸電極群１０８を構成するｍ本の電極のうちの一を順番に選択する。例えば、ループカウンタ１０４ａの出力値が「１」であれば、切替スイッチ１０４ｂはＹ軸電極群１０８の１番目の電極を選択する。ループカウンタ１０４ａの出力値が「２」であれば、切替スイッチ１０４ｂはＹ軸電極群１０８の２番目の電極を選択する。
以下同様に、Ｙ軸電極群１０８の最後の電極である、ｍ番目の電極を選択した後、ループカウンタ１０４ａは次のリセットパルスを受けると最初の数値（＝１）に戻る。
【００４９】
［位置算出部］
以下、図３を参照して、位置算出部１０６の説明をする。
位置算出部１０６は、
・積算部３０２と、
・バッファメモリ３０３と、
・ピーク算出部３０４と、
・重心演算部３０５と、
・カウンタ３０６と
から構成される。
【００５０】
積算部３０２は、Ａ／Ｄ変換器１０５から得られるデジタル値を積算する、積分器である。この積算部３０２は、例えば図示しないメモリと加算器で構成されている。積算部３０２はＡ／Ｄ変換部１０５とバッファメモリ３０３とに接続されている。そして、この積算部３０２は、入力される値とメモリに記憶されている値とを加算して記憶する。
さらに、積算部３０２には、矩形波生成部１０２から出力されるクロックパルスが入力される。積算部３０２は、このクロックパルスが入力される毎に演算値を記憶する。
【００５１】
バッファメモリ３０３は、積算部３０２の出力値を一時的に記憶するＲＡＭである。このバッファメモリ３０３は、Ｙ軸電極群１０８のうち、三本分の電極のデータを記憶する記憶容量を備える。後述する重心演算部３０５における重心の演算は、マトリクス電極１０３のＸ軸方向のみならず、Ｙ軸方向においても演算する必要があるからである。そして、このバッファメモリ３０３は、積算部３０２とピーク検出部３０４と、重心演算部３０５とに接続されている。
このバッファメモリ３０３には、矩形波生成部１０２から出力されるクロックパルスと、後述するカウンタ３０６から出力されるＸ軸方向アドレス情報とが入力される。ここで、クロックパルスは、バッファメモリ３０３が積算部３０２の出力値を記憶するタイミングパルスとして用いられる。Ｘ軸方向アドレス情報は、バッファメモリ３０３が積算部３０２の出力値を記憶する領域のアドレスとして用いられる。
バッファメモリ３０３が積算部３０２の演算出力値を記憶するデータの個数は、Ｘ軸電極１０７の個数の三倍である。後段の重心演算部３０５が重心を演算する際に、Ｙ軸方向の重心も演算する必要があるからである。
【００５２】
ピーク検出部３０４は、バッファメモリ３０３に記憶されているデータのピーク値を検出し、そのピーク値を示すバッファメモリ３０３上のアドレスを、後段の重心演算部３０５に出力する。そして、このピーク検出部３０４は、バッファメモリ３０３と重心演算部３０５とに接続されている。
【００５３】
重心演算部３０５は、取得したデータから重心、すなわち、人体の指が位置検出装置１０１を指示した位置の座標を演算する。この重心演算部３０５は、バッファメモリ３０３とピーク演算部３０４とに接続されている。
そして、この重心演算部３０５には、受信選択スイッチ１０４から出力されるＹ軸方向アドレスと、矩形波生成部１０２から出力されるクロックパルスと、カウンタ３０６から出力されるＸ軸方向アドレスとが入力される。
【００５４】
また、重心演算部３０５は、ピーク検出部３０４から入力されたピーク値を示すバッファメモリ３０３上のアドレスを基に、その前後のアドレスのデータを含む三つのデータをバッファメモリ３０３から取得する。そして、重心演算部３０５は、これら三つのデータから重心を算出する。この重心の演算は補完演算を伴うので、マトリクス電極１０３を構成する電極同士の間隔より細かい、位置検出の分解能を実現できる。
【００５５】
重心演算部３０５の演算結果である重心の位置は、マトリクス電極１０３上の指の位置、すなわち位置データとなる。
【００５６】
さらに重心演算部３０５は、重心演算の際にマトリクス電極１０３のＸ軸方向とＹ軸方向のピークを示す位置を特定するために、それぞれＸ軸方向のアドレスデータをカウンタ３０６から、Ｙ軸方向のアドレスデータを受信選択スイッチ１０４から受け取る。
【００５７】
カウンタ３０６は、矩形波生成部１０２から出力されるクロックパルスを計数し、矩形波生成部１０２から出力されるリセットパルスでリセットされる。このカウンタ３０６の出力値（計数結果）は、Ｘ軸電極群１０７を構成する電極のうちの一を選択した値となる。
そして、このカウンタ３０６の出力値は、Ｘ軸方向アドレスとして、バッファメモリ３０３及び重心演算部３０５に供給される。
【００５８】
［動作原理］
これより本実施形態に係る位置検出装置の動作原理を説明する。なお、説明を簡単にするために、Ｘ軸電極群１０７を構成する任意の電極である第１のＸ軸電極４０２及び第２のＸ軸電極４０３に矩形波を供給した時に、Ｙ軸電極群１０８の任意の一の電極であるＹ軸電極４０６から出力される信号を例示する。
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）及び（ｈ）は、本実施形態に係る位置検出装置１０１の、等価回路及び波形図である。
この第１のＸ軸電極４０２及び第２のＸ軸電極４０３とＹ軸電極４０６とに着目すると、図３に示す矩形波生成部１０２、Ｘ軸電極群１０７、Ｙ軸電極群１０８及びプリアンプ１０９は、図４（ａ）に示す等価回路で表すことができる。第１のＸ軸電極４０２と第２のＸ軸電極４０３に矩形波を供給する矩形波生成部１０２は、第１のＸ軸電極４０２と第２のＸ軸電極４０３のそれぞれに矩形波を供給するのだから、それぞれの電極に第１の矩形波電圧源４０４及び第２の矩形波電圧源４０５を接続したとみなすことができる。
なお、この図４（ａ）中では、指４０７の存在を点線で示している。
【００５９】
Ｙ軸電極４０６は、プリアンプ１０９に接続されている。このプリアンプ１０９は、オペアンプ４１２と抵抗Ｒ４１３とからなる電流電圧変換回路４１４と、ドライバ４１８とから構成される。電流電圧変換回路４１４を構成するオペアンプ４１２の入力端子は、周知のイマジナルショート現象によって、仮想的にショートした状態が維持される。したがって、Ｙ軸電極４０６から見ると、接地されたのと等しい状態になる。
【００６０】
電流電圧変換回路４１４は、微弱な電流を電圧に変換すると共に、増幅もする。更に、増幅された電圧信号は、抵抗Ｒ４１５とＲ４１６とオペアンプ４１７とからなる反転増幅器（ドライバ）４１８に入力され、後続の回路にとってより扱い易い信号レベルまで増幅される。なお、電流電圧変換回路４１４も反転増幅器の一種であるから、入力される信号は「反転の反転」が行われ、結果として位相が元に戻る。
【００６１】
次に、指４０７が電極の交点に近接した場合と近接していない場合とにおける、Ｙ軸電極４０６に現れる電流波形の違いについて説明する。
図４（ｂ）は、時点ｔ０において、第1矩形波電圧源４０４から第１のＸ軸電極４０２に立ち上がりの電圧を印加した時の、Ｘ軸電極４０２の電圧波形図である。なお、この波形は、第２矩形波電圧源４０５から第２のＸ軸電極４０３へ立上がり電圧を印加した時の波形と同一である。
図４（ｃ）は、時点ｔ０において、第1矩形波電圧源４０４から第１のＸ軸電極４０２に立ち上がりの電圧を印加した時の、Ｙ軸電極４０６の電流波形図である。
【００６２】
図４（ｄ）は、時点ｔ０において、第1矩形波電圧源４０４から第１のＸ軸電極４０２に立ち上がりの電圧を印加した時の、Ｙ軸電極４０６の電流波形図である。
ところで、コンデンサに矩形波の電圧を印加すると、その立ち上がりと立ち下がりの時にのみ、コンデンサに電流が流れる。したがって、第１のＸ軸電極４０２とＹ軸電極４０６の交点にはコンデンサが形成されているので、このコンデンサにも同様の現象が生じる。
次に、時点ｔ０に立ち上がる矩形波信号をＸ軸電極に印加した場合について説明する。
指４０７が電極の交点に近接していない場合、すなわち、第２のＸ軸電極４０３に第２矩形波電圧源４０５から図４（ｂ）に示す矩形波を印加した場合は、第２のＸ軸電極４０３とＹ軸電極４０６との間に構成されるコンデンサには、その印加した矩形波信号の立ち上がり時にのみ電流が流れる。したがって、このコンデンサに流れる電流は図４（ｃ）に示す波形となる。
【００６３】
これに対し、指４０７が電極の交点に近接している場合、すなわち、第１の矩形波電圧源４０４が図４（ｂ）に示す矩形波信号を第１のＸ軸電極４０２に印加した場合は、第１のＸ軸電極４０２から発される電気力線の一部が指４０７に吸収される。その結果、電極の交点に指４０７が近接していない場合（図４（ｃ））に比べて、その交点に指４０７が近接する場合（図４（ｄ））の電極の交点に形成されるコンデンサの静電容量は減少するので、図４（ｄ）は図４（ｃ）と比べて電流波形の総面積が小さくなっている。周知の通り、電流波形の総面積は、コンデンサに蓄電された電荷に相当する。
【００６４】
次に、時点ｔ０に立ち下がる矩形波信号をＸ軸電極に印加した場合について説明する。
ここで、図４（ｅ）は、時点ｔ０において、第２矩形波電圧源４０５から第２のＸ軸電極４０３に立ち下がりの電圧を印加した時の、第２のＸ軸電極４０３の電圧波形図である。なお、この波形は、第１矩形波電圧源４０４から第１のＸ軸電極４０３へ立ち下がり電圧を印加した時の波形と同一である。
図４（ｆ）は、時点ｔ０において、第２矩形波電圧源４０５から第２のＸ軸電極４０３に立ち下がりの電圧を印加した時の、Ｙ軸電極４０６の電流波形図である。図４（ｆ）の電流波形は、図４（ｃ）の波形とは位相が１８０°反転した波形となっている。
【００６５】
次に、第１のＸ軸電極４０２と第２のＸ軸電極４０３の双方に、時刻ｔ０の時点で同時に矩形波信号を印加した場合について説明する。ここで、図４（ｇ）は、時点ｔ０において、第１のＸ軸電極４０２とＹ軸電極４０６との交点に指４０７が近接していない状態で、第1矩形波電圧源４０４から第１のＸ軸電極４０２に立ち上がりの電圧を印加すると同時に、第２矩形波電圧源４０５から第２のＸ軸電極４０３に立ち下がりの電圧を印加した時の、Ｙ軸電極４０６の電流波形図である。すなわち、この図４（ｇ）に示す電流波形は、図４（ｃ）と図４（ｆ）との合成波形である。
図４（ｈ）は、第１のＸ軸電極４０２とＹ軸電極４０６の交点に指４０７が近接している状態で、時点ｔ０において、第1矩形波電圧源４０４から第１のＸ軸電極４０２に立ち上がりの電圧を印加すると同時に、第２矩形波電圧源４０５から第２のＸ軸電極４０３に立ち下がりの電圧を印加した時の、Ｙ軸電極４０６の電流波形図である。すなわち、この図４（ｈ）に示す電流波形は、図４（ｄ）と図４（ｆ）の合成波形である。
【００６６】
図４（ａ）に示す指４０７が第１のＸ軸電極４０３とＹ軸電極４０６との交点に近接していない場合について説明する。
時点ｔ０において、第１矩形波電圧源４０４が第１のＸ軸電極４０２に立ち上がり電圧（図４（ｂ））を印加し、第２矩形波電圧源４０５が第２のＸ軸電極４０３に立ち下がり電圧（図４（ｅ））を印加したとすると、第１のＸ軸電極４０２とＹ軸電極４０６の交点によって形成されるコンデンサの静電容量と、第２のＸ軸電極４０３とＹ軸電極４０６の交点によって形成されるコンデンサの静電容量が等しくなるので、それぞれの交点に発生する電流が打ち消し合う。その結果、Ｙ軸電極４０６には、電流波形は発生しない。
【００６７】
これに対し、図４（ａ）に示すように、時点ｔ０において、指４０７が第１のＸ軸電極４０３とＹ軸電極４０６との交点に近接している場合に、第１矩形波電圧源４０４が第１のＸ軸電極４０２に立ち上がり電圧（図４（ｂ））を印加し、第２矩形波電圧源４０５が第２のＸ軸電極４０３に立ち下がり電圧（図４（ｅ））を印加したとすると、第１のＸ軸電極４０２とＹ軸電極４０６の交点によって形成されるコンデンサの静電容量は、第２のＸ軸電極４０３とＹ軸電極４０６の交点によって形成されるコンデンサよりも静電容量が減少している。その結果、Ｙ軸電極４０６には負方向に電流波形が発生する。
【００６８】
以上に説明したように、Ｘ軸電極とＹ軸電極との交点に指４０７が近接すると、その交点によって形成されるコンデンサの静電容量が減少する。静電容量が減少した交点に立ち上がりあるいは立ち下がりの電圧変化を加え、他の交点に現れる電圧変化によって生じる電流との合成電流波形が、Ｙ軸電極に現れる。
【００６９】
次に、先に図４で説明した指の存在を検出する仕組みを踏まえて、本実施形態で高速に指の存在を検出する動作原理を説明する。
図５は、マトリクス電極１０３の一部断面図と、Ｘ軸電極に電圧を印加する状態と、発生する電流波形及び電流積分波形とを示す図である。
【００７０】
図５（ａ）は、マトリクス電極１０３の、図１のＡ−Ａ‘における一部断面図である。
前述したように、マトリクス電極１０３は、Ｘ軸電極群１０７と、Ｙ軸電極群１０８とを有しており、このＸ軸電極群１０７とＹ軸電極群１０８との間に介在して設けられた第一の絶縁シート５０６とを備える。さらに、マトリクス電極１０３は、Ｘ軸電極群１０８が第一の絶縁シート５０５と対向する面と反対の面側に第二の絶縁シート５０６を備える。
第一の絶縁シート５０５は、例えば、略板状の絶縁材で、Ｘ軸電極群１０７とＹ軸電極群１０８との各交点を絶縁させるためのものである。
第二の絶縁シート５０６は、略板状の絶縁材で、位置を指示する際に指４０７が、Ｘ軸電極１０７ａ〜１０７ｇに直接触れないように、この第二の絶縁シート５０６によって覆われている。したがって、この第二の絶縁シート５０６の直下に、Ｘ軸電極１０７ａ〜１０７ｇが位置するので、Ｘ軸電極群１０７から発される電気力線は、効果的に指４０７に吸収される。
【００７１】
図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）及び（ｈ）は、Ｘ軸電極群１０７のうちの任意のＸ軸電極１０７ａ〜１０７ｇに印加される電圧のタイミングを示す波形図である。ここで、図５（ｂ）〜（ｈ）中の時点ｔ１〜ｔ７は、各Ｘ軸電極１０７ａ〜１０７ｇにワンショットパルスが印加された時点を示しており、時点ｔ２は時点ｔ１から１クロック後を示し、同様に、各時点ｔｎはｔ（ｎ−１）から１クロック後の時点を示している。
【００７２】
ところで、前述したように、矩形波生成部１０２は、シフトレジスタ２０９の有効ビットセル２０９ａに値「１」が入力されたときに、この有効ビットセル２０９ａに接続されているＸ軸電極１０７ａに電圧を印加する。そして、矩形波生成部１０２は、この有効ビットセル２０９ａに値「１」が入力されている間、Ｘ軸電極１０７ａに電圧を印加し続ける。その後、矩形波生成部１０２は、有効ビットセル２０９ａに値「０」が入力されたときに、Ｘ軸電極１０７ａへの電圧の印加を終了する。ここで、シフトレジスタ２０９がＸ軸電極１０７ａに印加する電圧の幅は、分周器２０３において分周され出力されたクロックを使用しており、値「１」は連続して３回、シフトレジスタ２０９に入力されるから、シフトレジスタ２０９に入力されたクロックの３回分に相当するワンショットパルスとなる。その結果、例えば、Ｘ軸電極１０７ａにワンショットパルスが印加された時点ｔ１を基準とすると、Ｘ軸電極１０７ａに印加されたワンショットパルスの立ち下がりは、時点ｔ４に訪れることになる。
【００７３】
以上のように、矩形波生成部１０２は、この矩形波生成部１０２のシフトレジスタ２０９に接続されているＸ軸電極１０７ａ〜１０７ｇにワンショットパルスを印加するから、各Ｘ軸電極１０７ａ〜１０７ｇのうち、立ち上がり時点と立ち下がり時点とが同時となるワンショットパルスの組、例えば、Ｘ軸電極１０７ｃに印加されるワンショットパルスの立ち下がり時点でＹ軸電極１０８ｅに発生する電流と、Ｘ軸電極１０７ｆに印加されるワンショットパルスの立ち上がり時点でＹ軸電極１０８ｅに発生する電流とが合成されて、図４にて説明した原理で相殺されるから、Ｙ軸電極１０８ｅには電流波形が発生しない。同様に、同一の時点（例えば、時点ｔ６）に立ち上がるワンショットパルスと、立ち下がるワンショットパルスとが存在する場合には、Ｙ軸電極１０８ｅには電流が発生せず、Ｘ軸電極群１０７の各Ｘ軸電極の全てにワンショットパルスを印加した場合にも、同様に電流波形は発生しないことになる。
【００７４】
ところが、図５（ａ）に示すように、Ｘ軸電極１０７ｅとＹ軸電極１０８ｅとの交点には指４０７が近接しているので、Ｘ軸電極１０７ｅと１０７ｈとのそれぞれに印加したワンショットパルスによりＹ軸電極１０８ｅに発生するそれぞれの電流同士を合成しても０にならない。その結果、Ｙ軸電極１０８ｅには、図５（ｉ）に示すように、指４０７が近接しているＸ軸電極１０７ｅと１０７ｈとに印加されたワンショットパルスの立ち上がりが現れるｔ４時点と、矩形波電圧の立ち下がりが現れるｔ７時点とに電流波形が現れる。
【００７５】
図５（ｊ）は、Ｙ軸電極５０３に現れる電流波形を積分した波形である。位置算出部１０６内の積算部３０２の出力データを仮想的にアナログ表現にしたものである。
図５（ｉ）に示すように、Ｙ軸電極１０８ｅに現れる電流波形は、ゼロ電位を中心にほぼ対称な正弦波交流波形である。そこで、この電流波形をそのまま積分をすれば、図５（ｊ）に示されるように、負方向にピークを持つ波形が得られる。ピーク検出部３０４は、この波形のピークに最も近いサンプルクロックの値を捉える。そして、重心演算部３０５はピーク検出部３０４が得た値と、その前後の値の、三つの値を基に重心演算を行う。
【００７６】
重心演算部３０５は、マトリクス電極１０３のＸ軸方向とＹ軸方向のピークを示す位置を特定するために、カウンタ３０６からＸ軸方向のアドレスデータを、受信選択スイッチ１０４からＹ軸方向のアドレスデータを受け取る。そして、それらアドレスデータと重心演算の結果を基に、真のピーク値とその時間軸上の位置を算出する。算出した結果、重心演算部３０５は、マトリクス電極１０３に近接した指の位置を示す位置データを出力する。
【００７７】
Ｘ軸電極１０７ａ〜１０７ｇの各々に与えられるワンショットパルスは、２００ｋＨｚの半周期分である。一方で、Ｘ軸電極１０７ａ〜１０７ｇの各々に与えられるワンショットパルスの印加タイミングが、２００ｋＨｚの整数倍である。本実施形態の場合では、３倍である。
ここで、Ｘ軸電極群１０７全体を縦方向に見ると、３倍の速度で走査を行っていることと等しいものと見ることができる。
【００７８】
従来技術では、２００ｋＨｚの交流を複数周期分同期検波して、積分する必要があった。仮に、従来技術の同期検波及び積分を一周期分にして設計したとしても、２００ｋＨｚの制約があるため、根本的な速度の改善が見込めなかった。
本実施形態は、従来技術がなしえなかった「２００ｋＨｚの壁」を破る技術の一実装形態である。
【００７９】
ここで、Ｘ軸電極群１０７に、位相をシフトさせたワンショットパルスを順次与える際、Ｙ軸電極群１０８ではワンショットパルスの立ち上がりと立ち下がりを同時に捉えて、その差を検出できるようにする必要がある。位相シフトの周波数が２００ｋＨｚの整数倍であるのはこのためである。
【００８０】
本実施形態は、以下のような応用例が考えられる。
（１）Ｘ軸電極群１０７の各電極に印加される信号の波形は、必ずしも矩形波でなくてもよい。
例えば、０Ｖから所定の電圧に至るまでの期間、つまり立ち上がりの期間と、所定の電圧から０Ｖに至るまでの期間、つまり立ち下がりの期間との、電圧の積分値がそれぞれ同じであれば、図４（ｇ）に示した、電流変化の打ち消し合いの効果が得られる。
例えば、シフトレジスタ２０８の各有効ビットセル２０９ａ〜２０９ｍとＸ軸電極群１０７の各電極との間に、２００ｋＨｚを通過させるバンドパスフィルタを挿入する。すると、Ｘ軸電極群１０７の各電極には、サイン波形の半波長が印加されることとなる。このような波形でも、指の存在を検出する効果は変わらない。
【００８１】
（２）また、Ｘ軸電極群１０７に印加する電圧も高電位と低電位とは相対的な関係であることから、必ずしも低電位の電圧は０Ｖでなくてもよい。
【００８２】
（３）更に、Ｘ軸電極群１０７の各々に与える、周期をずらしたワンショットパルスの周期は、必ずしも厳密に２００ｋＨｚの整数倍の周波数でなくてもよい。周期のずれは波形となって現れるが、マトリクス電極１０３に指を近づけることによって生じる、Ｘ軸電極とＹ軸電極との交点に存在する静電容量の変化は、指を近づけていない状態よりも大きい信号の変化となって現れるからである。
【００８３】
本実施形態においては、静電式の位置検出装置を開示した。
Ｘ軸電極の各々に、２００ｋＨｚの整数倍の周波数に相当する周期をずらしてワンショットパルスを与え、ワンショットパルスの立ち上がり及び立ち下がりの時点に生じる電流変化をＹ軸電極から検出する。こうすることにより、従来技術がなしえなかった「２００ｋＨｚの壁」を破り、検出面を分割する等の複雑な回路構成を採用することなく、広大な検出面積を備える静電式位置検出装置を実現できる。
【００８４】
以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含むことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施形態の例である、位置検出装置の全体ブロック図である。
【図２】矩形波生成部の内部ブロック図である。
【図３】位置算出部の内部ブロック図である。
【図４】本実施形態に係る位置検出装置の、等価回路と、波形図である。
【図５】マトリクス電極の一部断面図と、Ｘ軸電極に電圧を印加する状態と、発生する電流波形及び電流積分波形を示す図である。
【図６】従来技術の静電容量方式の位置検出装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０１…位置検出装置、１０２…矩形波生成部、１０３…マトリクス電極、１０４…受信選択スイッチ、１０５…Ａ／Ｄ変換器、１０６…位置算出部、１０７…Ｘ軸電極群、１０８…Ｙ軸電極群、１０９…プリアンプ、２０２…クロック生成器、２０３…分周器、２０４…ＡＮＤゲート、２０５…デジタルコンパレータ、２０６…カウンタ、２０７…定数ｎ、２０８…シフトレジスタ、２０９ａ〜２０９ｍ…有効ビットセル、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ…無効ビットセル、２１１…モノステーブルマルチバイブレータ、３０２…積算部、３０３…バッファメモリ、３０４…ピーク検出部、３０５…重心演算部、３０６…カウンタ、４０２…第１のＸ軸電極、４０３…第２のＸ軸電極、４０４…第１矩形波電圧源、４０５…第２矩形波電圧源、４０６…Ｙ軸電極、４０７…指、４１２…オペアンプ、Ｒ４１３…抵抗、４１４…電流電圧変換回路、Ｒ４１５、Ｒ４１６…抵抗、４１７…オペアンプ、４１８…ドライバ、４１９…反転増幅器、１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、１０７ｄ、１０７ｅ、１０７ｆ、１０７ｇ…Ｘ軸電極、１０８ｅ…Ｙ軸電極、５０５…絶縁シート、５０６…誘電シート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に平行に配置される複数の導体よりなる信号供給電極と、
前記信号供給電極と絶縁状態で且つ直交に配置される複数の導体よりなる受信電極と、
所定の低電位から所定の高電位に至るまでの立ち上がり期間の積分値と、前記所定の高電位から前記所定の低電位に至るまでの立ち下がり期間の積分値とが同一となる入力信号を生成し、前記入力信号を、前記信号供給電極の各々に一定の遅延時間をおいて順次供給する信号供給部と、
前記受信電極の一を選択する受信選択スイッチと、
前記信号供給部及び前記受信選択スイッチから得られる情報と、前記信号供給電極と前記受信電極との交点の電気的変化とから位置データを算出する位置算出部と
を具備する位置検出装置。
【請求項２】
前記入力信号はワンショットパルスである、
請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記遅延時間は、前記入力信号が前記信号送信電極に供給されている時間の整数分の一である、
請求項１又は２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
更に、
前記受信選択スイッチから得られる信号をデータに変換して前記位置算出部に出力するＡ／Ｄ変換器と
を備え、
前記位置算出部は、
前記Ａ／Ｄ変換器から得られる前記データを積算する積算部と、
前記積算部が出力する積算データを記憶するバッファメモリと、
前記バッファメモリに記憶されている前記積算データのピーク値を検出するピーク検出部と、
前記バッファメモリ及び前記ピーク検出部の出力データを基に、複数の前記積算データの重心を演算する重心演算部と
を有する、請求項１又は２又は３に記載の位置検出装置。
【請求項５】
所定の低電位から所定の高電位に至るまでの立ち上がり期間の積分値と、前記所定の高電位から前記所定の低電位に至るまでの立ち下がり期間の積分値とが同一となる入力信号を生成するステップと、
相互に平行に配置される複数の導体よりなる信号供給電極の各々に、前記入力信号を、一定の遅延時間をおいて順次供給するステップと、
前記信号供給電極と絶縁状態で且つ直交に配置される複数の導体よりなる受信電極の一を選択するステップと、
前記信号供給電極に前記入力信号が供給されている状態の情報と、前記受信電極の一を選択している状態の情報と、人体が近接することによって生じる前記信号供給電極と前記受信電極との交点の電気的変化とから位置データを算出するステップと
を含む、位置検出方法。
【請求項１】
相互に平行に配置される複数の導体よりなる信号供給電極と、
前記信号供給電極と絶縁状態で且つ直交に配置される複数の導体よりなる受信電極と、
所定の低電位から所定の高電位に至るまでの立ち上がり期間の積分値と、前記所定の高電位から前記所定の低電位に至るまでの立ち下がり期間の積分値とが同一となる入力信号を生成し、前記入力信号を、前記信号供給電極の各々に一定の遅延時間をおいて順次供給する信号供給部と、
前記受信電極の一を選択する受信選択スイッチと、
前記信号供給部及び前記受信選択スイッチから得られる情報と、前記信号供給電極と前記受信電極との交点の電気的変化とから位置データを算出する位置算出部と
を具備する位置検出装置。
【請求項２】
前記入力信号はワンショットパルスである、
請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記遅延時間は、前記入力信号が前記信号送信電極に供給されている時間の整数分の一である、
請求項１又は２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
更に、
前記受信選択スイッチから得られる信号をデータに変換して前記位置算出部に出力するＡ／Ｄ変換器と
を備え、
前記位置算出部は、
前記Ａ／Ｄ変換器から得られる前記データを積算する積算部と、
前記積算部が出力する積算データを記憶するバッファメモリと、
前記バッファメモリに記憶されている前記積算データのピーク値を検出するピーク検出部と、
前記バッファメモリ及び前記ピーク検出部の出力データを基に、複数の前記積算データの重心を演算する重心演算部と
を有する、請求項１又は２又は３に記載の位置検出装置。
【請求項５】
所定の低電位から所定の高電位に至るまでの立ち上がり期間の積分値と、前記所定の高電位から前記所定の低電位に至るまでの立ち下がり期間の積分値とが同一となる入力信号を生成するステップと、
相互に平行に配置される複数の導体よりなる信号供給電極の各々に、前記入力信号を、一定の遅延時間をおいて順次供給するステップと、
前記信号供給電極と絶縁状態で且つ直交に配置される複数の導体よりなる受信電極の一を選択するステップと、
前記信号供給電極に前記入力信号が供給されている状態の情報と、前記受信電極の一を選択している状態の情報と、人体が近接することによって生じる前記信号供給電極と前記受信電極との交点の電気的変化とから位置データを算出するステップと
を含む、位置検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−３９８５２（Ｐ２０１０−３９８５２Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０３３２５（Ｐ２００８−２０３３２５）
【出願日】平成２０年８月６日（２００８．８．６）
【出願人】（０００１３９４０３）株式会社ワコム (118)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月６日（２００８．８．６）
【出願人】（０００１３９４０３）株式会社ワコム (118)
【Ｆターム（参考）】
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