CN101470562B - 位置检测装置 - Google Patents

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Abstract

一种位置检测装置，不降低采用电容方式的第一检测部的检测精度，能防止或抑制采用电磁感应方式的第二检测部的检测精度下降。包括位置指示器(2)、大致平板状的第一检测部(13)、和设在与该第一检测部的另一面相对的位置上的第二检测部(14)。位置指示器(2)包括线圈(27)。第一检测部(13)在其一个面上具有检测与人体之间的电容的检测电极(5)。第二检测部(14)具有检测磁通量G的环形线圈(24)。检测电极(15)形成为大致平板状，且具有至少一个以上的从外边缘向内侧延伸的狭缝。由此，能防止或抑制采用电容方式的第一检测部的检测精度下降，并且能防止或抑制采用电磁感应方式的第二检测部的检测精度下降。

Description

位置检测装置
技术领域
本发明涉及一种位置检测装置，使电容方式的检测部和电磁感应方式的检测部重叠，检测由位置指示器或人体(手指)指示的坐标位置。
背景技术
以往，作为个人计算机装置等信息处理装置中用于进行位置输入的装置，使用位置检测装置。该位置检测装置例如利用由形成为笔形的位置指示器、或人体(手指)构成的输入单元进行指示操作，或输入文字及图等输入信息。
将位置指示器用作输入单元的输入方式例如有电磁感应方式。该电磁感应方式在位置指示器上设有共振电路，该共振电路与从位置检测装置发送的特定频率的电磁波共振。并且，通过将在该共振电路中产生的共振信号发送到位置检测装置，在位置检测装置上指示位置(例如参照专利文献1)。
并且，将人体用作输入单元的输入方式有如图12所示的电容方式。图12是示意性地表示电容方式的检测部的说明图。该检测部200具有平板状的检测电极201和电容测量电路202。在人体(手指)靠近或接触该检测电极201时，在人体(手指)和该检测电极201之间产生电容。并且，利用电容测量电路202测量该人体和检测电极201之间产生的电容的增减，从而检测出人体(手指)靠近或接触的坐标。在检测电极201和人体(手指)之间产生的电容尽可能大时容易进行检测，因而检测电极201使用具有一定程度面积的平面电极。
一般来讲，由于电磁感应方式的检测部与电容方式相比指示位置的检测精度准确，因而例如在利用计算机输入细的文字、图等时使用。相对于此，电容方式的检测部与电磁感应方式相比位置检测精度差，但由于可将人体(手指)用作输入单元，因而例如用于银行自动柜员机(ATM)等、便携电话等直接接触画面而输入的设备。因此，考虑并提出了利用电磁感应方式的检测部和电容方式的检测部双方的优点的新型位置检测装置。
专利文献1：日本专利特开平7-302153号公报
正在研究一种可在共同的输入区域利用电磁感应方式及电容方式两种检测方法的检测装置。这种可利用两种检测方法的位置检测装置使电磁感应方式的检测部和电容方式的检测部重叠，从而使输入区域共用化，不使坐标输入装置大型化就能够利用两种输入方法。
如图13所示，构成电容方式检测部的检测电极201配置在构成电磁感应方式检测部的环形线圈304的上方。
在具有这种结构的位置检测装置中，从位置指示器2的线圈27产生的磁通量G和电容方式检测部中的检测电极201正交。由此，该磁通量G在检测电极201上产生涡电流I。在检测电极201上产生的该涡电流I，向使来自位置指示器2的磁通量G衰减的方向(与磁通量G相反的方向)产生新的磁通量。由于新产生的该磁通量使来自位置指示器2的磁通量G衰减，因而可由电磁感应方式的检测部检测到的磁通量G减少。其结果，发生检测精度降低的问题。
在从环形线圈304产生磁通量的情况下，也同样在检测电极201上产生涡电流。其结果，到达位置指示器2的磁通量减少。其结果，发生位置指示器2在其共振电路上不能得到足够的感应电动势的问题。
因此，为了减少在检测电极中产生的涡电流，考虑减小检测电极的面积。但是，当检测电极的面积减小时，由于在人体(手指)和检测电极之间产生的电容也变小，因而存在电容方式检测部的检测精度降低的不良情况。
发明内容
本发明考虑到上述问题点，其目的在于提供一种位置检测装置，能够防止或抑制采用电容方式的第一检测部的检测精度下降，并且能够防止或抑制采用电磁感应方式的第二检测部的检测精度下降。
为了解决上述课题，并实现本发明的目的，本发明的一种位置检测装置包括：位置指示器，具有至少一个以上的线圈，利用该线圈产生磁通量；第一检测部，形成为大致平板状，在其一个面上设有用于检测与人体之间的电容的至少一个以上的检测电极；和第二检测部，设在与该第一检测部的一个面的相反侧的另一面相对的位置上，设有用于检测磁通量的至少一个以上的环形线圈。并且，检测电极形成为大致平板状，并具有至少一个以上的从外边缘向内侧延伸的狭缝。
根据本发明的位置检测装置，通过在采用电容方式的第一检测部的检测电极上设置狭缝，能防止或抑制在该检测电极上产生涡电流。由此，能防止或抑制采用电磁感应方式的第二检测部的检测精度下降。
附图说明
图1是表示本发明位置检测装置的实施方式的透视图。
图2是表示本发明位置检测装置的结构的框图。
图3是表示本发明位置检测装置的输入部的分解透视图。
图4是表示本发明位置检测装置的第一检测部的俯视图。
图5表示本发明坐标检测装置的检测电极组，图5A是表示第一检测电极组的俯视图，图5B是表示第二检测电极组的俯视图。
图6是表示本发明位置检测装置中第一检测部的另一面的俯视图。
图7是放大表示本发明位置检测装置中第一检测部的主要部分的俯视图。
图8是用于说明本发明位置检测装置中第二检测部的结构及其动作的框图。
图9是示意性地表示本发明第二检测部的环形线圈与检测电极重叠的状态的说明图。
图10是表示本发明位置检测装置的检测电极的其他实施方式的俯视图。
图11是表示本发明位置检测装置的检测电极的其他实施方式的俯视图。
图12是示意性地表示现有的电容方式检测部的说明图。
图13是示意性地表示电容方式的第一检测部和电磁感应方式的第二检测部重叠的现有位置检测装置的说明图。
具体实施方式
下面，参照图1至图11对本发明位置检测装置的实施方式进行说明。其中，对在各图中相同的部件标注相同标号。并且，本发明不限于以下方式。
首先，根据图1对适用本发明的位置检测装置的简要结构进行说明。如该图1所示，作为本发明实施方式(以下称作“本例”)的位置检测装置1经由电缆10连接到个人计算机、PDA(Personal DigitalAssistant，个人数字助理)等未图示的外部装置。如此，位置检测装置1用作所述外部装置的输入装置。另外，虽然没有特别进行图示来说明，但也可以将该位置检测装置1内置于个人计算机等中。
该位置检测装置1包括后述的电容方式的检测部即第一检测部13和电磁感应方式的检测部即第二检测部14。并且，该坐标检测装置1经由位置指示器2或人体(手指)进行指示操作，从而输入文字及图像等。
位置指示器2用于通过电磁感应方式在位置检测装置1上指示位置。该位置指示器2具有由线圈和电容器构成的共振电路，该共振电路与从位置检测装置1发送的特定频率的电磁波共振。通过将在该共振电路感应产生的共振信号发送到位置检测装置1，在位置检测装置1上指示位置。
位置检测装置1由用于输入输入信息的输入部4和中空且薄的呈大致长方体的框体5等构成，该输入部4在该框体5中。框体5包括具有用于使输入部4的输入面露出的开口部6的上壳体7和与该上壳体7重叠的未图示的下壳体。上壳体7具有使输入部4的输入面露出的四边形的开口部6。在该开口部6中嵌入输入部4。
接着，参照图2对适用本例的位置检测装置的电路结构概况进行说明。位置检测装置1包括输入部4、电容测量电路22、电磁感应检测电路23和处理电路25。输入部4由作为绝缘体的盖12、电容方式的第一检测部13和电磁感应方式的第二检测部14构成。第一检测部13用于检测人体(手指)等靠近或接触，检测出该靠近或接触的点的坐标。第二检测部14用于检测由位置指示器2指示的点的坐标。
电容测量电路22是用于测量在第一检测部13上设置的检测电极的电容变化的电路，与第一检测部13和处理电路25相连接。电磁感应检测电路23是用于检测位置指示器2通过电磁感应方式所指示的点的位置的电路，与第二检测部14和处理电路25相连接。处理电路25是用于将利用电容测量电路22或电磁感应检测电路23检测出的、由人体或位置指示器2指示的点作为坐标数据计算出来的电路。该处理电路25将该计算出的坐标数据输出到未图示的外部装置(例如个人计算机或PDA)、内置该位置检测装置1的个人计算机的中央处理器(CPU)等中。
接着，参照图3对本例的位置检测装置1中输入部4的结构进行说明。输入部4呈薄的平板状。该输入部4由作为绝缘体的盖12、在一个面具有检测区域16的第一检测部13和具有多个环形线圈24的第二检测部14构成。并且，该输入部4配置成盖12的一个面和第一检测部13的一个面相对。以与该第一检测部13的另一面相对的方式配置第二检测部14。由此，在输入部4中，盖12、第一检测部13及第二检测部14重叠。
接着，参照图4至图7对本例的位置检测装置1中第一检测部13的结构进行说明。第一检测部13由大致长方形的基板13a和在该基板13a的一个面(以下称作表面)的大致中央部上设置的大致长方形的检测区域16构成。检测区域16用于检测人体(手指)等靠近或接触，从而检测出该靠近或接触的点的坐标。该检测区域16由多个检测电极15构成。构成该检测区域16的多个检测电极15中配置在外围的检测电极15为大致三角形，配置在内侧的检测电极15为大致四边形。
接着，参照图5及图6对检测区域16的详情进行说明。检测区域16由第一检测电极组16A和第二检测电极组16B构成。
该第一检测电极组16A由与基板13a的宽度方向(以下称作Y轴方向)平行地隔开预定间隔而连接多个的检测电极15的列即多个第一检测电极列15a构成。在基板13a的与Y轴方向正交的长度方向(以下称作X轴方向)上隔开预定间隔排列多个第一检测电极列15a，从而形成该第一检测电极组16A。在该第一检测电极列15a中，在Y轴方向上相邻的检测电极15利用连接部18a连接各相对的彼此的顶点，从而该第一检测电极列15a电连接。
同样，第二检测电极组16B由与基板13a的X轴方向平行地隔开预定间隔而连接多个的检测电极1 5的列即多个第二检测电极列15b构成。在基板13a的Y轴方向上隔开预定间隔排列多个第二检测电极列15b，从而形成该第二检测电极组16B。在该第二检测电极列15b中，在X轴方向上相邻的检测电极15利用连接部18b连接各相对的彼此的顶点，从而该第二检测电极列15b电连接。
使该第一及第二检测电极组16A、16B彼此填充第一及第二检测电极组16A、16B中各检测电极15之间的间隙，以构成如图4所示的检测区域16。由此，将检测区域16配置成彼此填充第一及第二检测电极组16A、16B中各检测电极15之间的间隙，从而在人体(手指)靠近或接触到第一检测部13时，人体(手指)与第一及第二检测电极组16A、16B双方的检测电极15相对。
并且，如图6所示，第一检测电极列15a中的连接部18a在第一检测部13的另一面(以下称作背面)一侧连接相邻的检测电极15。相对于此，第二检测电极列15b中的连接部18b在第一检测部13的表面一侧连接相邻的检测电极15。其结果，如图4所示，在配置第一及第二检测电极组16A、16B时，防止第一检测电极组16A的连接部18a与第二检测电极组16B的连接部18b接触。
另外，如图6所示，在第一检测部13的背面设有多个引线17。并且，第一及第二检测电极组16A、16B经由该引线17与电容测量电路22相连接。
并且，优选构成检测区域16的各检测电极15的大小例如在人体(手指)靠近或接触到输入部4时，在各第一及第二检测电极组16A、16B中至少2个检测电极15与人体(手指)相对。由此，由于在X轴方向和Y轴方向上至少2个检测电极15与人体(手指)相对，因而根据该2个检测电极15中的电容的不同，能够准确地检测出靠近或接触到输入部4的人体(手指)的位置。
接着，参照图7对检测电极15的形状进行说明。检测电极15形成为大致四边形(位于外围的检测电极15为大致三角形)，并且形成有多个狭缝19。该多个狭缝19彼此平行且大致等间隔。并且，该多个狭缝19例如以连接有连接部18a、18b的顶点的连接线作为对称轴，线对称地在两侧分别形成6个狭缝19。进而，该狭缝19从检测电极15的外边缘向内侧延伸，并在检测电极15的外边缘开放，在检测电极15的内侧封闭。其结果，检测电极15整体上呈梳子形状。另外，该狭缝19通过对检测电极15进行蚀刻而形成。
并且，该检测电极15例如被设定为：从顶点至相对的顶点为止的对角线的长度为5mm，狭缝19的宽度为0.1mm左右。因此，狭缝19的开口面积相对于检测电极15的面积非常小。所以具有狭缝19的本例检测电极15的面积与没有狭缝19的现有检测电极的面积几乎没有变化。因此，本例中电容方式的第一检测部13的检测精度与现有的没有狭缝的结构相比，能维持几乎相同的精度。
另外，在本例中，以检测电极15的形状为大致四边形为例进行了说明，但不限于此。例如也可以将检测电极的形状形成为六边形或圆形。在这里，优选在检测电极的形状为六边形时将多个检测电极配置成蜂窝状。并且，狭缝19的数量为在两侧各有6个，但不限于此，狭缝19的数量在两侧可以为7个以上或5个以下。并且，在上述例中，说明了通过蚀刻形成狭缝19的情况，但狭缝19的形成方法不限于此。当然也可以采用蚀刻以外的方法形成狭缝19，例如可以在利用喷墨印刷方法在基板13a上印刷银浆(Silver paste)而构成检测电极15时形成狭缝19。
接着，参照图2对第一检测部13的动作进行说明。从电容测量电路22向构成该第一检测部13的多个检测电极15施加预定的电压。并且，当人体(手指)靠近或接触到构成该第一检测部13的检测电极15时，由于人体(手指)接地，因而人体(手指)和该人体(手指)所靠近或接触的检测电极15之间的电容发生变化。电容测量电路22特别指定该产生电容变化的检测电极15，根据其位置及电容的变化程度等执行运算处理，从而检测出人体(手指)所接触的位置。
接着，参照图8对第二检测部14及电磁感应检测电路23的结构及其动作进行说明。第二检测部14在与第一检测部13的背面相对一侧的面上配置有多个环形线圈24，该多个环形线圈24与电磁感应检测电路23相连接。
该第二检测部14例如包括在X轴方向上并列配置的40根环形线圈24X1～24X40和在Y轴方向上并列配置的40根环形线圈24Y1～24Y40。所述环形线圈24X1～24X40以及环形线圈24Y1～24Y40与用于选择各环形线圈24的电磁感应检测电路23的选择电路106相连接。另外，在本实施方式中环形线圈24的数量为40根，但不限于此。
电磁感应检测电路23包括选择电路106、收发切换电路107、放大器108、检波电路109、低通滤波器(LPF)110、及采样保持电路112。选择电路106与收发切换电路107相连接，在该收发切换电路107的接收侧连接有放大器108。放大器108与检波电路109相连接，检波电路109经由低通滤波器(LPF)110与采样保持电路112相连接。并且，采样保持电路112与模拟/数字转换电路(AD转换电路)113相连接，该模拟/数字转换电路113与CPU(中央处理器)114相连接。该CPU 114分别向上述的选择电路106、采样保持电路112、模拟/数字转换电路113及收发切换电路107供给控制信号。
并且，在电磁感应检测电路23中设有产生频率为f0的交流信号的振荡器116和将交流信号转换成电流的电流驱动器117，该电流驱动器117连接在收发切换电路107的发送侧上。即，根据从CPU 114供给的控制信号，收发切换电路107的接点切换到发送侧时，从第二检测部14的环形线圈24X1～24X40及环形线圈24Y1～24Y40产生磁场。
并且，在位置指示器2靠近输入部4时，内置于位置指示器2内的共振电路共振，产生感应电压。之后，在收发切换电路107的接点根据从CPU 114供给的控制信号切换到接收侧时，输入部4的第二检测部14不向位置指示器2供给磁场。这样一来，因接收时产生的感应电压而从内置于位置指示器2内的线圈产生磁场。并且，第二检测部14检测内置于位置指示器2内的线圈所产生的该磁场，从而检测出位置指示器2的位置。
能够利用上述结构的位置检测装置1以电容方式和电磁感应方式进行输入操作，能够提高操作性。另外，在利用位置指示器2进行输入操作的情况下，把持位置指示器2的手有可能接触到输入部4。因此也可以设置成，在位置指示器2和人体(手指)同时靠近或接触到输入部4的情况下，例如优先检测位置指示器2的位置。
并且，输入部4中检测方法的切换不限于上述方式。例如也可以设置检测切换开关，用于用户将输入部4的检测方法任意切换为第一检测部13和第二检测部14。或者，也可以按照位置指示器2及人体(手指)靠近或接触到输入部4的每个区域，分别将检测方法切换为第一检测部13或第二检测部14。
接着，参照图9对利用第二检测部14检测位置指示器2的位置时的状态进行说明。
如上所述，当位置指示器2靠近构成第二检测部14的环形线圈24时，内置于位置指示器2内的共振电路共振，产生感应电压。之后，在图8所示的收发切换电路107的接点切换到接收侧时，不向位置指示器2供给磁场。其结果，因接收时产生的感应电压而从内置于位置指示器2内的线圈27产生磁场。
在环形线圈24和位置指示器2之间配置有作为第一检测部13的检测电极15。因此，在从内置于位置指示器2内的线圈27产生磁通量G时，向检测电极15施加来自位置指示器2的磁通量G，在检测电极15的表面上向减少该磁通量G的方向产生涡电流。
但是，如上所述，在检测电极15上大致等间隔地设有多个狭缝19。该多个狭缝19使检测电极15从外边缘向内侧形成凹口。因此，检测电极15在局部被该多个狭缝19分割，因而不会产生大的涡电流。由此，通过使在检测电极15上产生的涡电流最小化，能防止产生与磁通量G相反方向的因涡电流而产生的磁通量。其结果，能防止或抑制来自位置指示器2的磁通量G衰减。
另外，虽然对从构成位置指示器2的共振电路的线圈27产生的磁通量进行了说明，但对从设在第二检测部14上的环形线圈24向位置指示器2的线圈27输出的磁通量，也同样能防止或抑制其衰减。由此，能防止或抑制来自位置指示器2及环形线圈24的磁通量在检测电极15衰减，从而能防止或抑制位置指示器2中的感应电动势下降。
接着，参照图10及图11对检测电极的其他实施方式进行说明。
在图10所示的检测电极35中，狭缝39的开放端的方向从连接有连接部18的顶点起彼此不同。并且，图11所示检测电极45中的狭缝49从连接有连接部18的顶点的连接线一侧的外边缘到达另一侧，该狭缝49的一侧开放，另一侧封闭。利用这种检测电极35、45也能得到与上述检测电极15相同的效果。
另外，本发明不限于上述说明及图示的实施方式，在不脱离权利要求书中记载的发明要旨的范围内可以实施各种变形。并且，虽然说明了框体及输入部的形状为四边形，但框体及输入部的形状还可以是圆形、三角形、六边形、八边形等。并且，虽然说明了狭缝在检测电极上形成为直线状的例子，但不限于此，也可以将狭缝形成为曲线形波浪状。

Claims (4)

1.一种位置检测装置，其特征在于，
包括：第一检测部，具有根据电容的变化检测指示位置的检测电极；和
第二检测部，与所述第一检测部相对配置，检测来自具有产生磁通量的线圈的位置指示器的所述磁通量，从而检测所述位置指示器的指示位置，
所述检测电极中设置有一个以上的狭缝，所述狭缝从所述检测电极的外边缘向内侧延伸，并在所述检测电极的外边缘开放，形成开放端，在所述检测电极的内侧封闭，形成封闭端，该狭缝用于减小由于来自所述位置指示器的所述磁通量而在该检测电极上生成的涡电流。
2.如权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，
所述检测电极的形状为四边形，所述狭缝以所述封闭端位于所述四边形的内侧的对角线一侧、所述开放端位于所述检测电极的外边缘一侧的方式延伸。
3.如权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，
所述检测电极中设置有两个以上的狭缝，所述狭缝的开放端的方向交替相反。
4.如权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，
所述检测电极中设置有两个以上的狭缝，所述狭缝的开放端的方向一致。
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