CN101329607B - 位置检测装置及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种位置检测装置，具有同时实现作为静电屏蔽的性能和防止磁噪声的影响的性能的轻量的磁路板。将具有无定形层和非无定形金属层的磁路板配置在从位置指示器观察传感器基板的相反侧。由此，能够构成使磁路板轻量化、并且即使在传感器基板的背景配置有电子电路等，也可以输入坐标的位置检测装置。进而通过将这种结构的位置检测装置用于计算机等，从而可以使具有位置检测装置的设备轻量化。

Description

位置检测装置及显示装置
技术领域
本发明涉及一种利用例如笔型的位置指示器，进行输入操作的位置检测装置以及使用其的显示装置，尤其涉及通过电磁作用进行位置检测的装置。
背景技术
现在，作为个人电脑(PC)、PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)等电子设备的输入装置，存在键盘、鼠标、操纵杆等各种类型。这种输入装置中，存在利用笔型形状的装置，通过在专用的板状装置上描画来输入坐标的所谓手写板(pen-tablet)。
图9是表示手写板的结构例的透视图。图9所示的手写板由具有铅笔型形状的位置指示器(笔)10和传感器(书写板)20构成，在传感器20上配置有传感器基板27。详细内容在下文中叙述，在传感器基板27上配置有位置检测用的线圈，通过该线圈中产生的感应电动势，检测出传感器20的描画区域26-a上的位置指示器10的坐标。
在这种手写板中，也有将传感器20组装到计算机(特别是笔记本型个人计算机)的显示器中，直接描画显示器地输入坐标的书写板PC。
首先，说明这种手写板的原理。另外，下文中将手写板称为位置检测装置，但为了方便说明，使用手写板这一词也与位置检测装置意思相同。
在图9的位置指示器10和传感器20中分别搭载有线圈。工作的详细内容在下文叙述，大概来说如下所述。首先，从传感器20侧的线圈在短时间内发送电磁波。位置指示器10侧的线圈接收到该电磁波，以大致(实质上)相同的频率共振。即，位置指示器10侧的共振电路中存储有能量。接着停止来自传感器20侧的线圈的电磁波发送，从位置指示器10侧的线圈将存储在共振电路中的能量作为电磁波发送。
并且，通过传感器20侧的线圈接收从该位置指示器10侧的线圈发送的电磁波，从而能够得知位置指示器10当前的坐标。
接着，详细说明位置指示器10的坐标的检测。图10是表示传感器线圈21为1个的情况下的位置检测装置的概念性的图。具有线圈11及电容器12的共振电路13搭载在位置指示器10上。在下文中，将该“线圈”称为“笔线圈”。
并且，在传感器20侧有传感器线圈21，传感器线圈21与收发切换开关24连接。该切换开关24与电流驱动器23及放大器25连接，将传感器线圈21在电流驱动器23、放大器25之间切换。在下文中，将传感器20侧的线圈称为“传感器线圈”。
接着，利用图10，说明这样构成的位置检测装置的工作。
(1)首先，收发切换开关24在一定时间(T1)与电流驱动器23连接，向传感器线圈21提供交流信号，使电磁波产生。
(2)从传感器线圈21输出的电磁波通过笔线圈11被接收，在位置指示器的共振电路13内共振。
(3)经过一定期间(T1)后，收发切换开关24在一定期间(T2)期间切换到放大器25侧。
(4)此时，电磁波不被提供到位置指示器10，通过存储在共振电路13中的能量，从笔线圈11发送电磁波。该电磁波的发送在一定期间(T2)期间进行，但由于不从外部向共振电路13提供能量，因此如图10的接收电压波形所示，被发送的电磁波的振幅逐渐衰减。
(5)再次到一定期间(T1)，收发切换开关24切换到电流驱动器23侧，进行与上述(1)同样的动作。
这样一来，在传感器20侧和位置指示器10侧进行电磁波的收发。如果配置有多个该传感器线圈21，通过检测与哪一个传感器线圈21通信，能够决定位置指示器10所指示的坐标。
图11是示意性地表示位置指示器10、传感器20及传感器20上的感应电动势的分布的图。具有线圈11及电容器12的共振电路13搭载在位置指示器10上。并且，传感器20具有多个传感器线圈21，在图11中示意性地表示了211～214这4个。
各传感器线圈211～214与传感器线圈切换开关22连接，通过该开关能够分别使各个传感器线圈211～214工作。传感器线圈切换开关22与收发切换开关24连接，由此可以将传感器线圈21切换到发送、接收。并且，收发切换开关24与电流驱动器23、放大器25连接。电流驱动器23驱动交流信号。
接着，对这样配置多个传感器线圈21，检测指示器的坐标的方法进行说明。
(a)首先，传感器线圈切换开关22与传感器线圈211连接，收发切换开关24与电流驱动器侧连接。由此，从传感器线圈211发送电磁波。
(b)接着，如上述(1)～(5)所示，通过收发切换开关24在笔10和传感器20之间进行电磁波的收发，检测传感器线圈211的感应电动势的值。
(c)传感器线圈切换开关22依次切换到传感器线圈212、213、214，进行上述(1)～(5)的工作。
这样，传感器线圈切换开关22依次向传感器线圈211～214切换，检测各个传感器线圈211～214中的感应电动势的大小。由此，如图11的图表所示，能够得到各传感器线圈211～214中的从位置指示器10输出的电磁波的强度分布。图表的x轴对应于各传感器线圈211～214的位置(x1～x4)。
传感器线圈21为细长形状，具有长轴及短轴。并且，如图11所示，在短轴方向即x轴方向上并列配置。传感器线圈21的x坐标对应于该短轴的中心点。在决定传感器线圈21的x坐标方面，使其与短轴的中心点对应、或与短轴方向的其他位置对应都是任意的。
与各传感器线圈211～214的x坐标对应，描绘在各传感器线圈211～214检测出的感应电动势V，用曲线近似各点时，变成图11所示的图表。各图表的顶点位置对应于笔线圈11的中心轴的坐标Xc。因此，能够通过计算位置指示器的x坐标求出。同样地，通过与传感器线圈21正交地配置其他传感器线圈，能够计算出指示器10的y坐标。
因此，即使例如位置指示器10以小于传感器线圈排列的间隔的间隔移动，由于笔线圈11与临近的传感器线圈21的距离发生变化，因此各传感器线圈21中产生的感应电动势微微变化。由该变化计算位置指示器10指示的坐标，从而可以求出。
因此，与传感器线圈21的配置相比，能够检测的坐标的分辨率变高。即，优选传感器线圈21尽可能高精度地检测出感应电动势。通过这样，能够更准确地检测位置指示器10的坐标，能够实现分辨率高的位置检测装置。
图12是示意性地表示一般的位置检测装置的结构的图。位置检测装置必须分别检测x坐标、y坐标，因此作为传感器线圈：x(21x)、传感器线圈：y(21y)分别与x轴、y轴对应地配置。其中，图11所示的收发切换开关24、电流驱动器23、放大器25配置在坐标计算电路内。
在这种位置检测装置中，使传感器线圈：x、传感器线圈：y分别进行上述(a)～(c)的工作，从而能够求出位置指示器10的x坐标、y坐标。
位置检测装置的信息的输入可以像用笔在纸上写字或画图一样地进行。此时，优选通过笔压使描绘的线的粗细变化，或倾斜着笔描绘时使线的粗细变化。为了这一点，也需要检测施加到笔上的笔压或检测笔的倾斜度。
图13是进行这种工作的位置指示器10的一例。如图所示，在线圈11的中心部中，从笔尖14延长的轴贯穿，进而在轴的端部与电容器12扣合。其结构为压力施加到笔尖14上时，轴移动，电容器被推压的构造。电容器12通常具有两个电极相对的结构，电介体位于电极间。
作为该电介体的材料，使用通过压力改变介电常数变化的材料，从而可以在力施加到笔尖14时使电容器12的容量变化。由此，可以通过笔压使共振电路13的共振频率变化。
这种电磁感应型的位置检测装置利用电磁感应在位置指示器10和传感器20之间进行信号的收发。即，进行位置指示器10和传感器20之间的电波的收发。由于该电磁波强度微弱，因此容易由于外部噪声受到坏影响。并且，要制造上述分辨率高的位置检测装置，必须高精度地检测来自笔线圈11的感应电动势，因此必须尽量减少到达传感器线圈21的噪声。
在专利文献1中记载了将带状的无定形金属平行排列，构成为板状，进而将铝板重叠而构成的屏蔽板。
日本专利文献1特开平7-115291号公报
近年来实现了内置有手写板的便携型电子设备。便携型电子设备为了提高其便携型，要求将装置整体制造得更小型、轻量。为了实现满足这种要求的内置有手写板的便携型电子设备，大多将配置有传感器线圈21的传感器基板和电子电路重叠地配置。
但是，将传感器基板与电子电路重叠地配置时，会产生从设在传感器基板上的传感器线圈21对位置指示器10输出的磁场由于电子电路的金属部分的影响而衰减，位置指示器10接收到的磁场变弱的问题。并且，将传感器基板和电子电路重叠配置时，还会产生电子电路产生的噪声对传感器线圈21产生影响，无法准确地检测位置指示器10的坐标的问题。
这样，为了在便携型电子设备上搭载手写板的功能，不使从传感器线圈21输出的磁场等衰减、降低噪声(例如所谓EMI(ElectromagneticInterference)等)的影响成为重要的课题。
作为为了解决传感器线圈21受到从电子电路产生的噪声的影响的问题的一个方法，存在如下方法：在传感器线圈21和电子电路之间设置铝箔或铜箔等作为电磁屏蔽，通过该电磁屏蔽阻隔电磁波等噪声，使对传感器线圈21的影响降低。但是，在利用上述电磁屏蔽时，虽然可以降低电子电路产生的噪声，但由于传感器线圈21产生的磁场等，在电磁屏蔽中产生涡电流，其结果是，会新产生由于该涡电流，传感器线圈21中产生的磁场等被衰减的问题。
为了防止该涡电流造成的磁场的衰减，想到了例如利用硅钢板来替代铝箔等电磁屏蔽的方法。已知硅钢板具有在其内部通过磁通量的性质，如果厚度为0.5mm左右，也能得到电磁屏蔽的效果。但是，硅钢板比铝箔等重，因此如果使用硅钢板，便携型电子设备变重，因此不适于搭载到便携型电子设备上。并且，硅钢板一般比铝箔等贵，与放置不动型的电子设备相比，不适于搭载到价格较高的便携型电子设备上。
并且作为不衰减磁场地使磁通量通过的材料，公知的有无定形体。因此，也可以考虑到代替硅钢板而使用无定形带。但是，无定形带的厚度只能制造到50μm左右，因此存在不能起到电磁屏蔽的作用的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种构成具有作为电磁屏蔽的性能，不会使位置指示器10或传感器线圈20产生的磁场衰减的、且很难受到来自外部的磁噪声的影响的磁路板，具有该磁路板的位置检测装置、以及具有该位置检测装置的显示装置。
因此，本发明的目的在于提供一种不损害便携型电子设备的便携型、不会衰减位置指示器10或传感器线圈21产生的磁场地使磁通量通过、并具有电磁屏蔽的功能的廉价的磁路板，进而提供一种具有该磁路板的位置检测装置以及具有该位置检测装置的显示装置。
并且，本发明的显示装置的特征在于，具有：传感器基板，配置有接收从位置指示器输出的电磁波的传感器线圈；磁路板，具有该传感器基板上配置有传感器线圈的区域以上的面积；以及显示部，设在传感器基板的任一个面侧，磁路板由无定形层和相对磁导率比该无定形层低的金属层积而形成，配置在传感器基板的与位置指示器相对的面的相反一侧的面上。另外，作为本发明的显示装置的一个方式，上述传感器基板由透明的材料形成，该传感器基板和磁路板之间配置有显示部。
根据本发明，能够实现不受电子电路产生的噪声影响的位置检测装置及利用该位置检测装置的显示装置。并且，作为磁路板使用无定形金属以及相对磁导率比无定形金属低的金属例如铝，因此，由于铝比无定形金属轻，所以能够实现位置检测装置或显示装置的轻量化。
附图说明
图1是本发明的位置检测装置的分解透视图。
图2(a)是本发明的一个实施方式的例子中的磁路板的透视图，(b)是其剖视图。
图3(a)是表示传感器线圈的磁力线通过磁路板内的状态的剖视图，(b)是作为噪声的磁力线通过磁路板内的状态的剖视图。
图4是表示传感器线圈的接收信号电平的特性图。
图5是表示应用了本发明的实施方式的位置检测装置的个人计算机的例子的透视图。
图6是显示器的主要部分的分解透视图。
图7(a)是应用了本发明的实施方式的位置检测装置的PDA的整体的透视图，(b)是其主要部分的分解透视图。
图8是本发明的实施方式的其他例。
图9是表示现有的位置检测装置的整体结构例的透视图。
图10是传感器线圈为一个时位置检测装置的检测原理的示意图。
图11是传感器线圈为多个时位置检测装置的检测原理的示意图。
图12是实际的位置检测装置的检测原理的示意图。
图13是表示位置指示器的内部例的部分剖开透视图。
具体实施方式
以下利用图1～图8说明本发明的实施方式的例子。
图1是本实施方式的位置检测装置20的分解透视图。如图所示，上侧壳26和下侧壳28之间配置有传感器基板27和磁路板30。上侧壳26具有位置指示器10(未在图1中示出)的描绘画面26a。磁路板30配置在传感器基板27与位置指示器10相对的面(上侧壳26侧)的相反一侧的面(下侧壳28侧)上。该传感器基板27上配置有检测位置指示器10的坐标的传感器线圈21。
传感器线圈21在传感器基板27的一面上形成有检测x坐标的传感器线圈21x、在另一个面上形成有检测y坐标的传感器线圈21y(图1中未示出)。但是，传感器线圈21的配置并不限于此，例如也可以是在传感器基板27的单面上隔着绝缘层配置检测x坐标的传感器线圈21x和检测y坐标的传感器线圈21y的方式。在传感器基板27中，传感器线圈21所占的区域是与描绘画面26a相同的面积即可。
磁路板30用于在通过传感器线圈21接收从位置指示器10输出的电磁波时，使传感器线圈21不受到来自与位置指示器10相反一侧的电磁噪声的影响。并且，传感器线圈21在与位置指示器10相对的面一侧的相反面一侧有金属板等的情况下(即在金属板上使用位置检测装置的情况下)，可以通过该磁路板30防止传感器线圈21的磁场被金属板衰减。因此，磁路板30具有配置有传感器线圈21的区域以上的面积即可有效起作用。另外，在电磁噪声相对于配置有传感器线圈21的基板倾斜进入的情况下，优选磁路板30的面积形成得更大。
接着，对本实施方式使用的磁路板30进行更详细的说明。图2(a)是表示本实施方式中的磁路板30的构造例的部分透视图，图2(b)是其剖视图。磁路板30由无定形层31和相对磁导率比无定形层31低的金属构成的非无定形层32构成。作为构成该非无定形层32的金属，例如可以使用铝。无定形层31由多个带状的无定形金属31a在长边轴上平行排列，形成为面状。
由于无定形金属31a非常薄(大约20μm)，因此无法期待电屏蔽效果。因此，利用具有电屏蔽效果、相对磁导率比无定形层31低的金属即铝构成磁路板30。并且，由于铝为轻量的金属，因此与现有的硅钢板相比，有助于位置检测装置的轻量化。进而，通过使用铝也可以实现成本的降低。另外，非无定形层32使用的材料不限于铝，只要是可以进行电屏蔽、相对磁导率比无定形金属31a低的金属即可。
图3(a)、(b)是表示上述磁路板30形成磁通量的通过路径的状态的剖视图。图3(a)表示由传感器线圈21的电流产生的磁通量33通过磁路板30的无定形层31内的状态。如图所示，磁通量33进入磁路板的无定形金属31a内时，沿着磁路板31a前进，从表面穿出。即，无定形层31形成作为磁通量的通过路径的磁路。图中虚线表示无磁路板31a时的磁力线33b。如果将有无定形层31的情况(实线)和没有的情况(虚线)进行比较，可以发现，有无定形层31的情况下，磁力线33通过无定形层31内，从表面穿出，无定形层31形成磁路。
同样地，在图3(b)中表示了从磁路板30观察，从与传感器线圈21相反侧进入的磁通量34的情况。这就是所谓的磁噪声。如图所示，作为噪声的磁通量34从非无定形层32侧进入无定形层34内，再次从非无定形层32侧穿出。因此，作为噪声的磁通量34由于无定形层31形成的磁路而不会到达传感器线圈21。
这样一来，无定形层31形成磁通量33、34的通过路径，因此磁通量不会贯穿无定形层31，外部的磁噪声不会影响到传感器线圈21的磁场。
在此，基于图4的图表说明对使用磁路板30的本实施方式的装置和现有的屏蔽板进行比较的例子。
图4是在笔尖14附近的区域测量位置指示器10产生的感应电动势的图表。笔尖14的坐标对应于图表的峰值部分。测量分别对于具有现有的静电用屏蔽板、无屏蔽板、以及本实施方式的结构来进行。图表的横轴标示了坐标，但其可以是任意刻度。
图表的标记“◆”是未使用磁路板、无噪声等的状态。标记“×”是使用本发明的磁路板的状态。标记“*”是使用了现有的硅钢板的状态，实线的图表是通常使用的金属板进行的屏蔽。未使用磁路板的状态下，传感器线圈接收的信号水平最大。并且，通常的金属板进行屏蔽的状态下，信号水平几乎为零。
在图4中，对由无定形层和铝层构成的磁路板与由硅钢板构成的磁路板的效果进行比较时，在利用由无定形层和铝层构成的磁路板的情况下，通过传感器线圈接收的信号的水平为硅钢板的大约2倍，可以发现接收信号水平明显上升。铝箔是将铝变薄的状态，形成铝层。由该图表可以发现，“无定形+铝箔”与硅钢板相比，能够取出较大的信号水平。
图5是将本实施方式的位置检测装置应用于计算机设备的结构例。在本结构例中，在与个人计算机100连接的显示器200中组装入传感器20(在图5中未示出)，在显示器200的画面上使用位置指示器10，指示坐标。
图6是图5所示的显示器200的主要部分的分解透视图。如图所示，显示面板201在与位置指示器10相对的面一侧的相反面一侧配置有传感器基板27，进而在其背后配置有磁路板30。磁路板30在与传感器基板27相对的面一侧的相反面一侧配置有驱动显示面板201的电路基板202。在此，作为显示面板201假定为液晶面板。液晶面板具有玻璃基板、背光灯、偏光板等，但在本例中将这些全部包括在内称为液晶面板。
通过这种构造，可以通过磁路板30阻隔显示面板201的驱动电路202产生的噪声。由此，为了在个人计算机100中输入坐标，可以在显示器200的画面上直接描绘地使用位置指示器10。另外，在图5及图6的例子中，将个人计算机100和显示器200表示为分体的结构，但也可以构成为笔记本型计算机这种显示器和主体被一体化了的计算机。
如以上说明所述，磁路板30构成为无定形层31和铝层32层积的结构，由此阻隔电路基板202产生的电磁噪声，并且能够防止涡电流的产生导致的磁场衰减，进而还能够实现轻量化。
图7(a)是以PDA(Personal Digital Assistant，个人数字助理)40为例作为便携型电子设备表示的整体图，图7(b)是主要部分的分解透视图。如图7(b)所示，在显示面板201下侧(图的下方)配置有传感器基板27、磁路板30以及显示面板驱动电路基板41。在此，显示面板201假定为液晶面板。
本例的结构中，传感器线圈21位于位置指示器10和磁路板30之间，因此能够阻隔来自显示面板驱动电路基板41的噪声。并且，能够降低涡电流导致的笔线圈11(在图8中未图示)的磁场衰减。
本例的情况下，作为磁路板30使用无定形层31和非无定形层32，非无定形层32使用铝，因此与现有的利用硅钢板的电磁屏蔽相比，有助于装置的轻量化。因此，利用本实施方式的位置指示器，不仅可以用于PDA，还可以用于电子记事本、便携型游戏机、便携电话等。
并且，在图5至图7的应用例中，显示面板201假定为液晶面板，但并不限于此，例如也可以是利用电场发光元件、发光二极管的显示面板。并且，也可以用于作为电子纸而公知的显示装置或等离子体显示器等。
在图8中，作为本实施方式的其他应用例，对在显示面板201的上侧(上方)配置传感器基板27的例子进行说明。作为该传感器基板27，使用玻璃等透明基板，传感器线圈21由ITO等透明导电材料或肉眼无法识别的程度的细的导体形成。因此，传感器基板27透过光，传感器线圈21用肉眼无法识别，因此可以将传感器基板27配置在显示面板201的上侧(即显示面侧)。
这种情况下，磁路板30配置在显示面板201的背后。即，显示面板201在与传感器基板27相对的面一侧的相反面一侧配置有磁路板30。并且，形成传感器线圈21的材料不仅可以是透明导电材料，也可以是细的金属导体。

Claims (1)

1.一种显示装置，其特征在于，包括：
传感器基板，配置有接收从位置指示器输出的电磁波的传感器线圈；
磁路板，由无定形层和非无定形层层积而形成，配置在上述传感器基板的与上述位置指示器相对的面的相反一侧的面上；以及
显示面板，配置在上述传感器基板和上述磁路板之间，
上述传感器基板具有透光性，
上述磁路板以上述无定形层位于上述显示面板和上述非无定形层之间的方式配置，
上述无定形层通过所具有的相对磁导率而形成上述传感器线圈所产生的磁通量的磁路，并且防止涡电流所引起的上述传感器线圈产生的磁场的衰减，上述传感器线圈配置在隔着上述显示面板的上述传感器基板中，
上述非无定形层由相对磁导率比上述无定形层的相对磁导率低并且作为金属材料的铝形成。
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