位置検出装置
【課題】表面に近い検出部の配線の手間を低減するとともに配線周りの構造を簡素化することができる位置検出装置を提供すること。
【解決手段】位置検出装置１００は、人体により指示された位置を検出するものであって、複数の検出用電極が形成された検出領域１１２と検出用電極から引き出された配線が形成された配線領域１１４とを有するセンサ基板１１０と、センサ基板１１０が収納される筐体１４０とを備える。センサ基板１１０は、配線領域１１４と対向する位置に、固定電位に接続された導体１１６を有する。
【解決手段】位置検出装置１００は、人体により指示された位置を検出するものであって、複数の検出用電極が形成された検出領域１１２と検出用電極から引き出された配線が形成された配線領域１１４とを有するセンサ基板１１０と、センサ基板１１０が収納される筐体１４０とを備える。センサ基板１１０は、配線領域１１４と対向する位置に、固定電位に接続された導体１１６を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量方式により位置検出を行うようにした位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、静電容量方式の第１の検出部と電磁誘導方式の第２の検出部を重ねて配置して構成された入力部を、ケースの開口部に嵌め込むことにより形成された位置検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この位置検出装置では、第１の検出部によって、人体（指）を用いて指し示した位置が検出される。また、第２の検出部によって、コイルとコンデンサからなる共振回路が内蔵されたペン型の位置指示器を用いて指し示した位置が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６２５３８号公報（第４−８頁、図１−１１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示された位置検出装置では、ケースの開口部に検出部を嵌め込む構造になっているため、表面に近い第１の検出部は開口部の全面に露出した状態になる。第１の検出部には、人体を用いて指し示した位置を検出するための検出領域が含まれるが、この検出領域から引き出す配線を検出領域に隣接する範囲に形成した場合には、この配線に人体が近づいた場合にも静電容量が変化するため、静電容量方式で位置検出を行う際の精度低下を招くという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、検出領域に隣接するように配線部を形成した場合の位置検出精度の低下を防止することができる位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明の位置検出装置は、人体により指示された位置を検出しており、複数の検出用電極が形成された検出領域と検出用電極から引き出された配線が形成された配線領域とを有するセンサ基板と、センサ基板が収納される筐体とを備えている。また、このセンサ基板は、配線領域と対向する位置に、固定電位に接続された導体を有している。検出用電極が形成された検出領域に隣接する配線領域に対向する位置に、固定電位に接続された導体が配置されているため、配線領域に含まれる配線部分に人体が接近した場合であっても配線部分の静電容量が変化することがなく、位置検出精度の低下を防止することができる。特に、上述した固定電位を接地電位とすることにより、人体が接近することによる静電容量の変化を確実に防止することができる。
【０００７】
また、上述したセンサ基板をフレキシブル基板により構成することにより、センサ基板を筐体の表面に配置して厚みの薄い位置検出装置を容易に実現することができるとともに、センサ基板を筐体の表面に配置したことによる上記弊害（配線部分による静電容量の変化）を防止することができる。
【０００８】
また、上述したセンサ基板と対向する位置であって人体が位置を指示する側と反対側に配置され、位置指示器に設けられたコイルにより発生した磁束を検出する１つ以上のループコイルが形成された磁束検出用基板をさらに備える場合には、筐体に収納されたセンサ基板の表面全体を位置指示器の使用領域として使用することができる。
【０００９】
また、上述した導体は、表面における渦電流の発生を低減する形状、好適には外縁から内側に向かって延在するスリットを有する形状であることが望ましい。これにより、磁束検出用基板や位置指示器によって発生した磁界によって導体の表面に渦電流が発生することを防止することができ、電磁誘導方式による位置検出の精度が低下することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態の位置検出装置の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線拡大断面図である。
【図３】位置検出装置の動作を説明するための図である。
【図４】センサ基板の全体を示す平面図である。
【図５】センサ基板の一部を拡大した部分的な平面図である。
【図６】隣接配線領域に対応する位置に設けられた導体を示す図である。
【図７】貫通孔の詳細を示す筐体の平面図である。
【図８】磁束検出用基板を用いた位置検出動作を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した一実施形態の位置検出装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、一実施形態の位置検出装置の平面図である。また、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線拡大断面図である。これらの図に示す本実施形態の位置検出装置１００は、人体の一部（例えば指先）あるいは位置指示器（図３）により指示された位置を検出するためのものであり、静電容量方式を用いて位置検出を行うための第１の検出部としてのセンサ基板１１０と、電磁誘導方式を用いて位置検出を行う第２の検出部としての磁束検出用基板１２０と、センサ基板１１０の表面を覆うシート部材１３０と、センサ基板１１０、磁束検出用基板１２０、シート部材１３０を収納する収納部１４４を有する筐体１４０と、位置検出に必要な各種回路（図３）とを備えている。この位置検出装置１００は、パーソナルコンピュータやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの外部装置（図示せず）に接続されて、外部装置の入力装置として用いられるものである。シート部材１３０の表面を指先あるいは位置指示器で指し示すことにより、この指し示された位置の座標データが位置検出装置１００から外部装置に向けて出力される。なお、図２に示した例では、わかりやすくするために、シート部材１３０、センサ基板１１０、収納部１４４の間に隙間を設けたが、実際にはこれらの間は接着材によって相互に接着されており、均一に密着した状態が確保されている。
【００１３】
図３は、位置検出装置１００の動作を説明するための図である。図３に示すように、位置検出装置１００は、位置検出を行う各種回路として、静電容量測定部１５０、電磁誘導検出部１５２、処理回路１５４を備えている。
【００１４】
静電容量測定部１５０は、センサ基板１１０に設けられた検出電極における静電容量の変化を測定するための回路であり、センサ基板１１０と処理回路１５４に接続されている。電磁誘導検出部１５２は、電磁誘導方式により位置指示器２００が指示した点の位置を検出するための回路であり、磁束検出用基板１２０と処理回路１５４に接続されている。処理回路１５４は、センサ基板１１０または磁束検出用基板１２０を用いて検出した指先あるいは位置指示器２００により指示された点の座標データを算出する回路である。処理回路１５４によって算出された座標データが外部装置に送られる。
【００１５】
次に、センサ基板１１０の詳細について説明する。図４は、センサ基板１１０の全体を示す平面図である。また、図５はセンサ基板１１０の一部を拡大した部分的な平面図である。
【００１６】
センサ基板１１０は、柔軟性のあるフィルム基板であるフレキシブル基板であって、本実施形態ではＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）基板が用いられている。なお、ＰＥＴ基板以外のフィルム基板、例えばポリイミド基板等を用いるようにしてもよい。このセンサ基板１１０は、複数の検出用電極１１２Ａ、１１２Ｂが形成された検出領域１１２と、検出用電極１１２Ａ、１１２Ｂから引き出された配線が配設された配線領域１１４と、配線領域１１４と対向する位置に配置された導体１１６（後述する）とが含まれている。
【００１７】
それぞれの検出用電極１１２Ａは、ほぼ正方形形状を有しており、一方の対角線がＸ方向（長方形形状を有する検出領域１１２の長辺に沿った方向をＸ方向、短辺に沿った方向をＹ方向とする）に沿うように、検出領域１１２の全面に規則正しく配置されている。また、それぞれの検出用電極１１２ＡはＸ方向に沿って隣接するもの同士が互いに補助線１１２Ｃを介して電気的に接続されており、このようなＸ方向に沿って一列に接続された複数の検出用電極１１２Ａからなる検出電極群が、Ｙ方向に沿って複数組配置されている。
【００１８】
同様に、それぞれの検出用電極１１２Ｂは、検出用電極１１２Ａと同じようにほぼ正方形形状を有しており、一方の対角線がＹ方向に沿うように、検出領域１１２の全面に規則正しく配置されている。また、それぞれの検出用電極１１２ＢはＹ方向に沿って隣接するもの同士が互いに補助線１１２Ｄを介して電気的に接続されており、このようなＹ方向に沿って一列に接続された複数の検出用電極１１２Ｂからなる検出電極群が、Ｘ方向に沿って複数組配置されている。
【００１９】
また、上記の検出用電極１１２Ａと検出用電極１１２Ｂは、互いの隙間を埋めるように検出領域１１２内で規則正しく配置されている。利用者の指先がシート部材１３０の表面に触れたときに、指先の接触面が検出用電極１１２Ａと検出用電極１１２Ｂの両方に同時に対向するようになっている。なお、補助線１１２Ｃ、１１２Ｄは交差しているが、これらの間は電気的に絶縁されている。例えば、２層あるいは３層以上のメタル層を有するセンサ基板１１０を用いることにより、補助線１１２Ｃ、１１２Ｄ間の電気的な絶縁が行われる。また、検出用電極１１２Ａ、１１２Ｂには、他方の対角線に沿った位置に、磁束検出用基板１２０あるいは位置指示器２００によって発生した磁束により生じる渦電流を低減するためにスリット１１２Ｅが形成されている。図５に示すスリット１１２Ｅの形状は一例であって、形状や本数を適宜変更することができる。
【００２０】
静電容量測定部１５０は、複数の検出用電極１１２Ａから構成されるＸ方向の検出電極群の静電容量の変化を群単位で検出するとともに、複数の検出用電極１１２Ｂから構成されるＹ方向の検出電極群の静電容量の変化を群単位で検出する。処理回路１５４は、指先が近づいたことにより静電容量が大きくなったＸ方向およびＹ方向の検出電極群を特定して、指先で指示された位置を算出する。
【００２１】
また、上述した配線領域１１４には、検出領域１１２の周囲に隣接して検出用電極１１２Ａ、１１２Ｂに接続された配線が含まれる隣接配線領域１１４Ａと、この隣接配線領域に含まれる配線と処理回路１５４側（静電容量測定部１５０）との接続に用いられる引出配線領域１１４Ｂとが含まれる。図４では、配線領域１１４にハッチングが付されており、隣接配線領域１１４Ａと引出配線領域１１４Ｂではハッチングの向きが異なっている。
【００２２】
本実施形態では、センサ基板１１０には、隣接配線領域１１４Ａと対向する位置であって表面側（シート部材１３０側）に、固定電位に接続された導体１１６が設けられている。図６は、隣接配線領域１１４Ａに対応する位置に設けられた導体１１６を示す図である。図６に示すように、導体１１６は、隣接配線領域１１４Ａの全体を覆っている。
【００２３】
上述した静電容量測定部１５０による検出は検出領域１１２を対象に行われるが、利用者が隣接配線領域１１４Ａを指先で指し示した場合であっても隣接配線領域１１４Ａに含まれる配線部分の静電容量が変化するため、静電容量測定部１５０による誤検出が生じるおそれがある。導体１１６は、この誤検出を防止するために設けられたものであって、固定電位に接続された導体１１６で隣接配線領域１１４Ａ内の配線を覆うことにより、利用者の指先が隣接配線領域１１４Ａに接近しても配線部分の静電容量が変化しないようになっている。導体１１６が接続される固定電位は、最も望ましくは接地電位であるが、原理的にはそれ以外の電位であってもよい。固定電位への接続は、例えば引出配線領域１１４Ｂに含まれる配線を介して行われる。
【００２４】
また、上述した導体１１６は、表面（導体１１６自身の表面）における渦電流の発生を低減する形状を有している。具体的には、導体１１６には、磁束検出用基板１２０あるいは位置指示器２００によって発生した磁束により生じる渦電流を低減するために、外縁から内側に向かって延在する複数本のスリット１１６Ａが形成されている。なお、渦電流の発生を低減することができる形状であれば、図６に示したスリット１１６Ａ以外の形状であってもよい。例えば、多数の貫通孔を導体１１６に形成したり、多数の溝（凹凸）を導体１１６の表面に形成するようにしてもよい。
【００２５】
ところで、上述した検出領域１１２と隣接配線領域を合わせた領域は矩形形状を有しており、この矩形形状の周辺の一あるいは複数箇所（図４に示す例では３箇所）から外側に引出配線領域１１４Ｂが延出している。また、それぞれの隣接配線領域１１４Ａの外周であって引出配線領域１１４Ｂに隣接する２箇所に凹形状の切り欠き部１１４Ｃが設けられている。
【００２６】
センサ基板１１０と静電容量測定部１５０との間の接続は、引出配線領域１１４Ｂを用いて行われる。具体的には、配線領域１１４の一部（引出配線領域１１４Ｂの根元部分）を折り曲げて、引出配線領域１１４Ｂを変形して（折り曲げて）筐体１４０内を引き回すことにより、センサ基板１１０と静電容量測定部１５０との間の電気的な接続が行われる。
【００２７】
このために、筐体１４０には、引出配線領域１１４Ｂを引き回す位置に対応する３箇所に貫通孔１４２が形成されている。図７は、貫通孔の詳細を示す筐体１４０の平面図である。筐体１４０は、センサ基板１１０およびシート部材１３０に対応する位置に矩形形状の凹部からなる収納部１４４を有する。図２に示すように、収納部１４４内にセンサ基板１１０およびシート部材１３０が収納されたときに、シート部材１３０の表面位置が収納部１４４周辺の筐体１４０の表面とほぼ同一の高さとなるように、収納部１４４の深さが設定されている。収納部１４４の底面であって周辺近傍（側壁の近傍）に、３箇所の貫通孔１４２が形成されている。それぞれの貫通孔１４２は、収納部１４４の側壁よりも内側に形成されている。このような位置に貫通孔１４２を形成することにより、シート部材１３０によって貫通孔１４２全体を遮蔽することが可能となる。
【００２８】
引出配線領域１１４Ｂが根元部分から折り曲げられ、折り曲げられた部分が貫通孔１４２に通されて（図２参照）、引出配線領域１１４Ｂの端部が静電容量測定部１５０に接続されている。
【００２９】
次に、磁束検出用基板１２０を用いた位置検出について説明する。図８は、磁束検出用基板１２０を用いた位置検出動作を説明するブロック図である。磁束検出用基板１２０は、筐体１４０の表面あるいは裏面であってセンサ基板１１０と対向する位置に設けられている。図２に示す例では、磁束検出用基板１２０は、筐体１４０の裏面側に配置されているが、筐体１４０の表面側であって筐体１４０とセンサ基板１１０とで挟まれた領域に配置するようにしてもよい。
【００３０】
磁束検出用基板１２０は、Ｘ方向およびＹ方向（このＸ方向等は図４に示したセンサ基板１１０におけるＸ方向等と同じである）のそれぞれに複数本（例えばそれぞれ４０本）のループコイルを備えている。
【００３１】
また、電磁誘導検出部１５２は、選択回路３００、送受信切替回路３０２、アンプ３０４、検波回路３０６、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）３０８、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）３１０、アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）３１２、ＣＰＵ３１４、発振器３１６、ドライバ３１８を備えている。選択回路３００は、磁束検出用基板１２０に備わった複数のループコイルの中から一つを選択して送受信切替回路３０２に接続する。送受信切替回路３０２が送信側（Ｔ）に切り替えられた状態では、選択回路３００によって選択されたループコイルとドライバ３１８とが接続された状態にあり、発振器３１６から所定周波数の交流信号が出力されると、ドライバ３１８は接続されたループコイルに電流を流し、このループコイルによって磁界が発生する。
【００３２】
位置指示器２００にはコイルとコンデンサを並列接続した共振回路が内蔵されており、ループコイルによって磁束が発生した状態で位置指示器２００が位置検出装置１００の表面に接近すると、位置指示器２００内のコイルに誘起した電圧がコンデンサに印加されて電荷が蓄えられる。その後、送受信切替回路３０２が受信側（Ｒ）に切り替えられるとループコイルによる磁界の発生が停止するとともに、位置指示器２００からはそれまでコンデンサに蓄えられた電荷が放電されてコイルに電流が流れ、このコイルによって磁界が発生する。この状態で選択回路３００によって、選択されるループコイルを切り替えることにより、各ループコイルから出力される信号の強度を検出することにより、位置指示器２００の位置が特定される。具体的には、この信号強度の検出は、アンプ３０４によって増幅された信号に対して検波回路３０６で検波処理（例えばＡＭ検波処理）を行い、さらにＬＰＦ３０８を通した後の信号をサンプルホールド回路３１０、アナログ−デジタル変換器３１２を用いてデジタルデータに変換してＣＰＵ３１４で処理することにより行われる。
【００３３】
このように、本実施形態の位置検出装置１００では、センサ基板１１０の配線領域１１４と対向する位置に、固定電位に接続された導体１１６を有しているため、配線領域１１４に含まれる配線部分に人体が接近した場合であっても配線部分の静電容量が変化することがなく、位置検出精度の低下を防止することができる。特に、上述した固定電位を接地電位とすることにより、人体が接近することによる静電容量の変化を確実に防止することができる。
【００３４】
また、センサ基板１１０をフレキシブル基板により構成することにより、センサ基板１１０を筐体の表面に配置して厚みの薄い位置検出装置１００を容易に実現することができるとともに、センサ基板１１０を筐体の表面に配置したことによる上記弊害（配線部分による静電容量の変化）を防止することができる。また、センサ基板１１０と磁束検出用基板１２０を組み合わせて用いる場合には、筐体１４０に収納されたセンサ基板１１０の表面全体を位置指示器２００の使用領域として使用することができる。
【００３５】
また、導体１１６を、表面における渦電流の発生を低減する形状、好適には外縁から内側に向かって延在するスリット１１６Ａを有する形状とすることにより、磁束検出用基板１２０や位置指示器２００によって発生した磁界によって導体１１６の表面に渦電流が発生することを防止することができ、電磁誘導方式による位置検出の精度が低下することを防止することができる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、センサ基板１１０と磁束検出用基板１２０を組み合わせて用いたが、静電容量方式のセンサ基板１１０のみを備える位置検出装置に本発明を適用することもできる。
【００３７】
また、上述した実施形態では、センサ基板１１０全体を柔軟性のあるフィルム基板（フレキシブル基板）で構成したが、センサ基板１１０の中の検出領域１１２および隣接配線領域１１４Ａからなる本体部分と引出配線領域１１４Ｂの素材を変えて、引出配線領域１１４Ｂのみを柔軟性を有する素材で形成するようにしてもよい。また、センサ基板１１０全体を柔軟性のない素材で形成した場合にも本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、検出用電極１１２Ａ、１１２Ｂが形成された検出領域１１２に隣接する配線領域１１４に対向する位置に、固定電位に接続された導体１１６が配置されているため、配線領域１１４に含まれる配線部分に人体が接近した場合であっても配線部分の静電容量が変化することがなく、位置検出精度の低下を防止することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１００ 位置検出装置
１１０ センサ基板
１１２ 検出領域
１１２Ａ、１１２Ｂ 検出用電極
１１４ 配線領域
１１２Ｃ、１１２Ｄ 補助線
１１２Ｅ、１１６Ａ スリット
１１４Ａ 隣接配線領域
１１４Ｂ 引出配線領域
１１４Ｃ 切り欠き部
１１６ 導体
１２０ 磁束検出用基板
１３０ シート部材
１４０ 筐体
１４２ 貫通孔
１４４ 収納部
１５０ 静電容量測定部
１５２ 電磁誘導検出部
１５４ 処理回路
２００ 位置指示器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量方式により位置検出を行うようにした位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、静電容量方式の第１の検出部と電磁誘導方式の第２の検出部を重ねて配置して構成された入力部を、ケースの開口部に嵌め込むことにより形成された位置検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この位置検出装置では、第１の検出部によって、人体（指）を用いて指し示した位置が検出される。また、第２の検出部によって、コイルとコンデンサからなる共振回路が内蔵されたペン型の位置指示器を用いて指し示した位置が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６２５３８号公報（第４−８頁、図１−１１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示された位置検出装置では、ケースの開口部に検出部を嵌め込む構造になっているため、表面に近い第１の検出部は開口部の全面に露出した状態になる。第１の検出部には、人体を用いて指し示した位置を検出するための検出領域が含まれるが、この検出領域から引き出す配線を検出領域に隣接する範囲に形成した場合には、この配線に人体が近づいた場合にも静電容量が変化するため、静電容量方式で位置検出を行う際の精度低下を招くという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、検出領域に隣接するように配線部を形成した場合の位置検出精度の低下を防止することができる位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明の位置検出装置は、人体により指示された位置を検出しており、複数の検出用電極が形成された検出領域と検出用電極から引き出された配線が形成された配線領域とを有するセンサ基板と、センサ基板が収納される筐体とを備えている。また、このセンサ基板は、配線領域と対向する位置に、固定電位に接続された導体を有している。検出用電極が形成された検出領域に隣接する配線領域に対向する位置に、固定電位に接続された導体が配置されているため、配線領域に含まれる配線部分に人体が接近した場合であっても配線部分の静電容量が変化することがなく、位置検出精度の低下を防止することができる。特に、上述した固定電位を接地電位とすることにより、人体が接近することによる静電容量の変化を確実に防止することができる。
【０００７】
また、上述したセンサ基板をフレキシブル基板により構成することにより、センサ基板を筐体の表面に配置して厚みの薄い位置検出装置を容易に実現することができるとともに、センサ基板を筐体の表面に配置したことによる上記弊害（配線部分による静電容量の変化）を防止することができる。
【０００８】
また、上述したセンサ基板と対向する位置であって人体が位置を指示する側と反対側に配置され、位置指示器に設けられたコイルにより発生した磁束を検出する１つ以上のループコイルが形成された磁束検出用基板をさらに備える場合には、筐体に収納されたセンサ基板の表面全体を位置指示器の使用領域として使用することができる。
【０００９】
また、上述した導体は、表面における渦電流の発生を低減する形状、好適には外縁から内側に向かって延在するスリットを有する形状であることが望ましい。これにより、磁束検出用基板や位置指示器によって発生した磁界によって導体の表面に渦電流が発生することを防止することができ、電磁誘導方式による位置検出の精度が低下することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態の位置検出装置の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線拡大断面図である。
【図３】位置検出装置の動作を説明するための図である。
【図４】センサ基板の全体を示す平面図である。
【図５】センサ基板の一部を拡大した部分的な平面図である。
【図６】隣接配線領域に対応する位置に設けられた導体を示す図である。
【図７】貫通孔の詳細を示す筐体の平面図である。
【図８】磁束検出用基板を用いた位置検出動作を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した一実施形態の位置検出装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、一実施形態の位置検出装置の平面図である。また、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線拡大断面図である。これらの図に示す本実施形態の位置検出装置１００は、人体の一部（例えば指先）あるいは位置指示器（図３）により指示された位置を検出するためのものであり、静電容量方式を用いて位置検出を行うための第１の検出部としてのセンサ基板１１０と、電磁誘導方式を用いて位置検出を行う第２の検出部としての磁束検出用基板１２０と、センサ基板１１０の表面を覆うシート部材１３０と、センサ基板１１０、磁束検出用基板１２０、シート部材１３０を収納する収納部１４４を有する筐体１４０と、位置検出に必要な各種回路（図３）とを備えている。この位置検出装置１００は、パーソナルコンピュータやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの外部装置（図示せず）に接続されて、外部装置の入力装置として用いられるものである。シート部材１３０の表面を指先あるいは位置指示器で指し示すことにより、この指し示された位置の座標データが位置検出装置１００から外部装置に向けて出力される。なお、図２に示した例では、わかりやすくするために、シート部材１３０、センサ基板１１０、収納部１４４の間に隙間を設けたが、実際にはこれらの間は接着材によって相互に接着されており、均一に密着した状態が確保されている。
【００１３】
図３は、位置検出装置１００の動作を説明するための図である。図３に示すように、位置検出装置１００は、位置検出を行う各種回路として、静電容量測定部１５０、電磁誘導検出部１５２、処理回路１５４を備えている。
【００１４】
静電容量測定部１５０は、センサ基板１１０に設けられた検出電極における静電容量の変化を測定するための回路であり、センサ基板１１０と処理回路１５４に接続されている。電磁誘導検出部１５２は、電磁誘導方式により位置指示器２００が指示した点の位置を検出するための回路であり、磁束検出用基板１２０と処理回路１５４に接続されている。処理回路１５４は、センサ基板１１０または磁束検出用基板１２０を用いて検出した指先あるいは位置指示器２００により指示された点の座標データを算出する回路である。処理回路１５４によって算出された座標データが外部装置に送られる。
【００１５】
次に、センサ基板１１０の詳細について説明する。図４は、センサ基板１１０の全体を示す平面図である。また、図５はセンサ基板１１０の一部を拡大した部分的な平面図である。
【００１６】
センサ基板１１０は、柔軟性のあるフィルム基板であるフレキシブル基板であって、本実施形態ではＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）基板が用いられている。なお、ＰＥＴ基板以外のフィルム基板、例えばポリイミド基板等を用いるようにしてもよい。このセンサ基板１１０は、複数の検出用電極１１２Ａ、１１２Ｂが形成された検出領域１１２と、検出用電極１１２Ａ、１１２Ｂから引き出された配線が配設された配線領域１１４と、配線領域１１４と対向する位置に配置された導体１１６（後述する）とが含まれている。
【００１７】
それぞれの検出用電極１１２Ａは、ほぼ正方形形状を有しており、一方の対角線がＸ方向（長方形形状を有する検出領域１１２の長辺に沿った方向をＸ方向、短辺に沿った方向をＹ方向とする）に沿うように、検出領域１１２の全面に規則正しく配置されている。また、それぞれの検出用電極１１２ＡはＸ方向に沿って隣接するもの同士が互いに補助線１１２Ｃを介して電気的に接続されており、このようなＸ方向に沿って一列に接続された複数の検出用電極１１２Ａからなる検出電極群が、Ｙ方向に沿って複数組配置されている。
【００１８】
同様に、それぞれの検出用電極１１２Ｂは、検出用電極１１２Ａと同じようにほぼ正方形形状を有しており、一方の対角線がＹ方向に沿うように、検出領域１１２の全面に規則正しく配置されている。また、それぞれの検出用電極１１２ＢはＹ方向に沿って隣接するもの同士が互いに補助線１１２Ｄを介して電気的に接続されており、このようなＹ方向に沿って一列に接続された複数の検出用電極１１２Ｂからなる検出電極群が、Ｘ方向に沿って複数組配置されている。
【００１９】
また、上記の検出用電極１１２Ａと検出用電極１１２Ｂは、互いの隙間を埋めるように検出領域１１２内で規則正しく配置されている。利用者の指先がシート部材１３０の表面に触れたときに、指先の接触面が検出用電極１１２Ａと検出用電極１１２Ｂの両方に同時に対向するようになっている。なお、補助線１１２Ｃ、１１２Ｄは交差しているが、これらの間は電気的に絶縁されている。例えば、２層あるいは３層以上のメタル層を有するセンサ基板１１０を用いることにより、補助線１１２Ｃ、１１２Ｄ間の電気的な絶縁が行われる。また、検出用電極１１２Ａ、１１２Ｂには、他方の対角線に沿った位置に、磁束検出用基板１２０あるいは位置指示器２００によって発生した磁束により生じる渦電流を低減するためにスリット１１２Ｅが形成されている。図５に示すスリット１１２Ｅの形状は一例であって、形状や本数を適宜変更することができる。
【００２０】
静電容量測定部１５０は、複数の検出用電極１１２Ａから構成されるＸ方向の検出電極群の静電容量の変化を群単位で検出するとともに、複数の検出用電極１１２Ｂから構成されるＹ方向の検出電極群の静電容量の変化を群単位で検出する。処理回路１５４は、指先が近づいたことにより静電容量が大きくなったＸ方向およびＹ方向の検出電極群を特定して、指先で指示された位置を算出する。
【００２１】
また、上述した配線領域１１４には、検出領域１１２の周囲に隣接して検出用電極１１２Ａ、１１２Ｂに接続された配線が含まれる隣接配線領域１１４Ａと、この隣接配線領域に含まれる配線と処理回路１５４側（静電容量測定部１５０）との接続に用いられる引出配線領域１１４Ｂとが含まれる。図４では、配線領域１１４にハッチングが付されており、隣接配線領域１１４Ａと引出配線領域１１４Ｂではハッチングの向きが異なっている。
【００２２】
本実施形態では、センサ基板１１０には、隣接配線領域１１４Ａと対向する位置であって表面側（シート部材１３０側）に、固定電位に接続された導体１１６が設けられている。図６は、隣接配線領域１１４Ａに対応する位置に設けられた導体１１６を示す図である。図６に示すように、導体１１６は、隣接配線領域１１４Ａの全体を覆っている。
【００２３】
上述した静電容量測定部１５０による検出は検出領域１１２を対象に行われるが、利用者が隣接配線領域１１４Ａを指先で指し示した場合であっても隣接配線領域１１４Ａに含まれる配線部分の静電容量が変化するため、静電容量測定部１５０による誤検出が生じるおそれがある。導体１１６は、この誤検出を防止するために設けられたものであって、固定電位に接続された導体１１６で隣接配線領域１１４Ａ内の配線を覆うことにより、利用者の指先が隣接配線領域１１４Ａに接近しても配線部分の静電容量が変化しないようになっている。導体１１６が接続される固定電位は、最も望ましくは接地電位であるが、原理的にはそれ以外の電位であってもよい。固定電位への接続は、例えば引出配線領域１１４Ｂに含まれる配線を介して行われる。
【００２４】
また、上述した導体１１６は、表面（導体１１６自身の表面）における渦電流の発生を低減する形状を有している。具体的には、導体１１６には、磁束検出用基板１２０あるいは位置指示器２００によって発生した磁束により生じる渦電流を低減するために、外縁から内側に向かって延在する複数本のスリット１１６Ａが形成されている。なお、渦電流の発生を低減することができる形状であれば、図６に示したスリット１１６Ａ以外の形状であってもよい。例えば、多数の貫通孔を導体１１６に形成したり、多数の溝（凹凸）を導体１１６の表面に形成するようにしてもよい。
【００２５】
ところで、上述した検出領域１１２と隣接配線領域を合わせた領域は矩形形状を有しており、この矩形形状の周辺の一あるいは複数箇所（図４に示す例では３箇所）から外側に引出配線領域１１４Ｂが延出している。また、それぞれの隣接配線領域１１４Ａの外周であって引出配線領域１１４Ｂに隣接する２箇所に凹形状の切り欠き部１１４Ｃが設けられている。
【００２６】
センサ基板１１０と静電容量測定部１５０との間の接続は、引出配線領域１１４Ｂを用いて行われる。具体的には、配線領域１１４の一部（引出配線領域１１４Ｂの根元部分）を折り曲げて、引出配線領域１１４Ｂを変形して（折り曲げて）筐体１４０内を引き回すことにより、センサ基板１１０と静電容量測定部１５０との間の電気的な接続が行われる。
【００２７】
このために、筐体１４０には、引出配線領域１１４Ｂを引き回す位置に対応する３箇所に貫通孔１４２が形成されている。図７は、貫通孔の詳細を示す筐体１４０の平面図である。筐体１４０は、センサ基板１１０およびシート部材１３０に対応する位置に矩形形状の凹部からなる収納部１４４を有する。図２に示すように、収納部１４４内にセンサ基板１１０およびシート部材１３０が収納されたときに、シート部材１３０の表面位置が収納部１４４周辺の筐体１４０の表面とほぼ同一の高さとなるように、収納部１４４の深さが設定されている。収納部１４４の底面であって周辺近傍（側壁の近傍）に、３箇所の貫通孔１４２が形成されている。それぞれの貫通孔１４２は、収納部１４４の側壁よりも内側に形成されている。このような位置に貫通孔１４２を形成することにより、シート部材１３０によって貫通孔１４２全体を遮蔽することが可能となる。
【００２８】
引出配線領域１１４Ｂが根元部分から折り曲げられ、折り曲げられた部分が貫通孔１４２に通されて（図２参照）、引出配線領域１１４Ｂの端部が静電容量測定部１５０に接続されている。
【００２９】
次に、磁束検出用基板１２０を用いた位置検出について説明する。図８は、磁束検出用基板１２０を用いた位置検出動作を説明するブロック図である。磁束検出用基板１２０は、筐体１４０の表面あるいは裏面であってセンサ基板１１０と対向する位置に設けられている。図２に示す例では、磁束検出用基板１２０は、筐体１４０の裏面側に配置されているが、筐体１４０の表面側であって筐体１４０とセンサ基板１１０とで挟まれた領域に配置するようにしてもよい。
【００３０】
磁束検出用基板１２０は、Ｘ方向およびＹ方向（このＸ方向等は図４に示したセンサ基板１１０におけるＸ方向等と同じである）のそれぞれに複数本（例えばそれぞれ４０本）のループコイルを備えている。
【００３１】
また、電磁誘導検出部１５２は、選択回路３００、送受信切替回路３０２、アンプ３０４、検波回路３０６、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）３０８、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）３１０、アナログ−デジタル変換器（Ａ／Ｄ）３１２、ＣＰＵ３１４、発振器３１６、ドライバ３１８を備えている。選択回路３００は、磁束検出用基板１２０に備わった複数のループコイルの中から一つを選択して送受信切替回路３０２に接続する。送受信切替回路３０２が送信側（Ｔ）に切り替えられた状態では、選択回路３００によって選択されたループコイルとドライバ３１８とが接続された状態にあり、発振器３１６から所定周波数の交流信号が出力されると、ドライバ３１８は接続されたループコイルに電流を流し、このループコイルによって磁界が発生する。
【００３２】
位置指示器２００にはコイルとコンデンサを並列接続した共振回路が内蔵されており、ループコイルによって磁束が発生した状態で位置指示器２００が位置検出装置１００の表面に接近すると、位置指示器２００内のコイルに誘起した電圧がコンデンサに印加されて電荷が蓄えられる。その後、送受信切替回路３０２が受信側（Ｒ）に切り替えられるとループコイルによる磁界の発生が停止するとともに、位置指示器２００からはそれまでコンデンサに蓄えられた電荷が放電されてコイルに電流が流れ、このコイルによって磁界が発生する。この状態で選択回路３００によって、選択されるループコイルを切り替えることにより、各ループコイルから出力される信号の強度を検出することにより、位置指示器２００の位置が特定される。具体的には、この信号強度の検出は、アンプ３０４によって増幅された信号に対して検波回路３０６で検波処理（例えばＡＭ検波処理）を行い、さらにＬＰＦ３０８を通した後の信号をサンプルホールド回路３１０、アナログ−デジタル変換器３１２を用いてデジタルデータに変換してＣＰＵ３１４で処理することにより行われる。
【００３３】
このように、本実施形態の位置検出装置１００では、センサ基板１１０の配線領域１１４と対向する位置に、固定電位に接続された導体１１６を有しているため、配線領域１１４に含まれる配線部分に人体が接近した場合であっても配線部分の静電容量が変化することがなく、位置検出精度の低下を防止することができる。特に、上述した固定電位を接地電位とすることにより、人体が接近することによる静電容量の変化を確実に防止することができる。
【００３４】
また、センサ基板１１０をフレキシブル基板により構成することにより、センサ基板１１０を筐体の表面に配置して厚みの薄い位置検出装置１００を容易に実現することができるとともに、センサ基板１１０を筐体の表面に配置したことによる上記弊害（配線部分による静電容量の変化）を防止することができる。また、センサ基板１１０と磁束検出用基板１２０を組み合わせて用いる場合には、筐体１４０に収納されたセンサ基板１１０の表面全体を位置指示器２００の使用領域として使用することができる。
【００３５】
また、導体１１６を、表面における渦電流の発生を低減する形状、好適には外縁から内側に向かって延在するスリット１１６Ａを有する形状とすることにより、磁束検出用基板１２０や位置指示器２００によって発生した磁界によって導体１１６の表面に渦電流が発生することを防止することができ、電磁誘導方式による位置検出の精度が低下することを防止することができる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、センサ基板１１０と磁束検出用基板１２０を組み合わせて用いたが、静電容量方式のセンサ基板１１０のみを備える位置検出装置に本発明を適用することもできる。
【００３７】
また、上述した実施形態では、センサ基板１１０全体を柔軟性のあるフィルム基板（フレキシブル基板）で構成したが、センサ基板１１０の中の検出領域１１２および隣接配線領域１１４Ａからなる本体部分と引出配線領域１１４Ｂの素材を変えて、引出配線領域１１４Ｂのみを柔軟性を有する素材で形成するようにしてもよい。また、センサ基板１１０全体を柔軟性のない素材で形成した場合にも本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、検出用電極１１２Ａ、１１２Ｂが形成された検出領域１１２に隣接する配線領域１１４に対向する位置に、固定電位に接続された導体１１６が配置されているため、配線領域１１４に含まれる配線部分に人体が接近した場合であっても配線部分の静電容量が変化することがなく、位置検出精度の低下を防止することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１００ 位置検出装置
１１０ センサ基板
１１２ 検出領域
１１２Ａ、１１２Ｂ 検出用電極
１１４ 配線領域
１１２Ｃ、１１２Ｄ 補助線
１１２Ｅ、１１６Ａ スリット
１１４Ａ 隣接配線領域
１１４Ｂ 引出配線領域
１１４Ｃ 切り欠き部
１１６ 導体
１２０ 磁束検出用基板
１３０ シート部材
１４０ 筐体
１４２ 貫通孔
１４４ 収納部
１５０ 静電容量測定部
１５２ 電磁誘導検出部
１５４ 処理回路
２００ 位置指示器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体により指示された位置を検出する位置検出装置であって、
複数の検出用電極が形成された検出領域と前記検出用電極から引き出された配線が形成された配線領域とを有するセンサ基板と、前記センサ基板が収納される筐体と、を備え、
前記センサ基板は、前記配線領域と対向する位置に、固定電位に接続された導体を有することを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記固定電位は接地電位であることを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記センサ基板は、フレキシブル基板であることを特徴とする位置検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記センサ基板と対向する位置であって人体が位置を指示する側と反対側に配置され、位置指示器に設けられたコイルにより発生した磁束を検出する１つ以上のループコイルが形成された磁束検出用基板をさらに備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記導体は、表面における渦電流の発生を低減する形状を有することを特徴とする位置検出装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記渦電流の発生を低減する形状は、外縁から内側に向かって延在するスリットを有する形状であることを特徴とする位置検出装置。
【請求項１】
人体により指示された位置を検出する位置検出装置であって、
複数の検出用電極が形成された検出領域と前記検出用電極から引き出された配線が形成された配線領域とを有するセンサ基板と、前記センサ基板が収納される筐体と、を備え、
前記センサ基板は、前記配線領域と対向する位置に、固定電位に接続された導体を有することを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記固定電位は接地電位であることを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記センサ基板は、フレキシブル基板であることを特徴とする位置検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記センサ基板と対向する位置であって人体が位置を指示する側と反対側に配置され、位置指示器に設けられたコイルにより発生した磁束を検出する１つ以上のループコイルが形成された磁束検出用基板をさらに備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記導体は、表面における渦電流の発生を低減する形状を有することを特徴とする位置検出装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記渦電流の発生を低減する形状は、外縁から内側に向かって延在するスリットを有する形状であることを特徴とする位置検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−６５６１４（Ｐ２０１１−６５６１４Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１８２２９（Ｐ２００９−２１８２２９）
【出願日】平成２１年９月２１日（２００９．９．２１）
【出願人】（０００１３９４０３）株式会社ワコム (118)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２１日（２００９．９．２１）
【出願人】（０００１３９４０３）株式会社ワコム (118)
【Ｆターム（参考）】
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