JP2000020231A - 位置情報を得るための装置 - Google Patents

位置情報を得るための装置

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JP2000020231A JP17584798A JP17584798A JP2000020231A JP 2000020231 A JP2000020231 A JP 2000020231A JP 17584798 A JP17584798 A JP 17584798A JP 17584798 A JP17584798 A JP 17584798A JP 2000020231 A JP2000020231 A JP 2000020231A
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
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    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G—PHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ２個の部材の２方向における相対位置情報を
検知する。 【解決手段】 第１、第２部材１１，１２の相対位置情
報を得るため、第１部材が３個の隔離された電気伝導部
分１３〜１６を有し、第２部材が電気伝導性で第１部材
に隣接して容量結合され、両部材の重複が変化するよう
に相対運動可能で、電気伝導部分の二つに第１、第２波
状信号２６，２７を加える発振手段と、第２部材中に生
じる信号を解析する手段と、を有し、スイッチ手段３１
が第１状態にあるとき、第１、第２波状信号が第１部材
の第１、第２部分１６，１５に選択的に加えられ、装置
出力信号５０が、第１、第２部材の第１方向３３に沿っ
た相対位置に関する情報を含み、スイッチ手段が第２状
態にあるとき、第１、第２波状信号が第１部材の他の部
分１４，１５に加えられ、装置出力信号が第１、第２部
材の第２方向３４に沿った相対位置に関する情報を含
む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、第１部材と第２部
材の間の相対位置情報を得るための装置に関し、例え
ば、計算機、制御器、ゲーム遊戯コンソール等に位置情
報を入力する装置として使用されよう。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の入力装置は、磨耗を起こ
し勝ちなワイピング接点、ころがり接点、および／また
は抵抗膜に頼る傾向がある。例えばＧＢ−Ａ−８７２１
５２には、単一軸に沿う位置情報を、第１部材に加えら
れた信号と、第１部材に容量結合された第２部材内に生
じる信号との間の位相差を検知することにより決めるこ
とが提案されている。ＧＢ−Ａ−１０８３２２２におい
ては、類似の原理が、回転軸回りの相対角運動を決める
のに使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題、および、解決するため
の手段】計算機、制御器、ゲーム遊戯コンソール等の入
力装置においては、２方向、排他的ではないが特にＸ−
Ｙ方向に沿った相対運動に関する位置情報を提供するこ
とが要求される。本発明の一面に従えば、第１部材と第
２部材の相対位置情報を得るための装置にして、第１部
材が少なくとも３個の隔離された電気伝導部分を有し、
第２部材が電気伝導性であり、第１部材に対し隣接し容
量的に結合されており、第１、第２部材が、第１部材の
各電気伝導部分が第２部材と重複する割合が変化するよ
うに相対運動可能であり、第１部材の電気伝導部分の一
つに第１波状信号を加え、第１部材の電気伝導部分の他
の一つに第２波状信号を加える発振手段と、位置情報を
含む装置出力信号を提供するため、容量結合された第２
部材中に生じた信号を解析する手段とを有する装置にお
いて、スイッチ手段が設けられており、スイッチ手段が
第１状態にあるとき、第１波状信号が第１部材の第１部
分に選択的に加えられ、第２波状信号が第１部材の第２
部分に加えられ、かくて、装置出力信号が、第１、第２
部材の第１方向に沿った相対位置情報を含むようになっ
ており、スイッチ手段が第２状態にあるとき、第１波状
信号が第１部材の他の部分に選択的に加えられ、第２波
状信号が第１部材の違った部分に加えられ、かくて、装
置出力信号が、第１、第２部材の第２方向に沿った相対
位置情報を含むようになっていることを特徴とする装置
が提供される。
【０００４】本発明により、相対位置情報を得るために
２個の部材の間の容量結合を使用するという原理が、２
方向、排他的ではないが特にＸ−Ｙ方向に沿った相対運
動に関する位置情報を、第１部材と第２部材との間にワ
イピング接点、または、ころがり接点を必要とすること
なく得るために、都合よく利用される。通常、スイッチ
手段が第２状態にあるとき、第２波状信号が第１部材の
第２部分に加えられ、第１、第２方向における第１、第
２部材の相対位置情報が共通参照位置に関連され得るよ
うになっている。
【０００５】第２部材内に生じた信号は、第１、第２波
状信号の性質に応じて種々の方法により解析される。１
構造においては、第１波状信号は第２波状信号と位相を
異にしており、第１または第２波状信号の位相を、容量
結合された第２部材内に生じる信号の位相と比較するこ
とにより第２部材内に生じる信号を解析している。第
１、第２波状信号は位相が互いに９０°違っていること
が最も好適である。
【０００６】１実施例においては、第１、第２部材が両
者の間に空気空間または絶縁部を置いて相対的に平坦で
平行になっており、第１部材は一般に四角形の配列に配
置された、一般に十字形の絶縁手段により互いに隔離さ
れた４個の電気伝導部分を有している。スイッチ手段
は、第１波状信号が第１部分と、第２部分または第４部
分とに選択的に加えられ、第２波状信号が第３部分と、
第４部分または第２部分とに選択的に加えられ、かく
て、Ｘ−Ｙ位置情報が得られるように構成されている。
【０００７】スイッチ手段は、手動操作スイッチでもよ
いが、第１波状信号または第１、第２波状信号を第１部
材の選択された部分に自動的に順次加える電気スイッチ
を備えることが好ましい。例えば、かかるスイッチとし
て、例えば装置出力信号がＸまたはＹ位置情報を含むか
どうかを決める装置と同期して計算機により制御される
マルチプレクサーが使用される。
【０００８】本発明の第２面に従えば、少なくとも３個
の隔離された電気伝導部分を有する第１部材と、電気伝
導性であり、第１部材に対し隣接し容量的に結合されて
いる第２部材と、第１部材の部分の一つに第１波状信号
を提供し、第１部材の部分の他の一つに第２波状信号を
提供する発振手段と、装置出力信号を提供するため容量
結合された第２部材中に生じる信号を解析する手段とを
有する装置を利用した、第１部材と第２部材の相対位置
情報を得るための方法にして、第１、第２部材を、第１
部材の各部分が第２部材と重複する割合が変化するよう
に相対的に動かす段階と、第１状態において、第１波状
信号が第１部材の第１部分に選択的に加えられ、第２波
状信号が第１部材の第２部分に加えられるようにスイッ
チ手段を操作する段階と、第１、第２部材の第１方向に
沿った相対位置情報を含む装置出力信号を提供するた
め、容量結合された第２部材内に生じた信号を解析する
段階と、第２状態において、第１波状信号が第１部材の
他の部分に選択的に加えられ、第２波状信号が第１部材
の違った部分に加えられるようにスイッチ手段を操作す
る段階と、第１、第２部材の第２方向に沿った相対位置
情報を含む装置出力信号を提供するため、容量結合され
た第２部材内に生じた信号を解析する段階と、を有する
ことを特徴とする方法が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下付図を参照して本発明を説明
する。図において、計算機、制御器、ゲーム遊戯コンソ
ール等に位置情報を入力する入力装置１０は、第１部材
１１と、第１部材に対し相対運動可能な第２部材１２と
を有する。本例において第１部材１１は、一般に四角形
の配列を有して、１７で示された一般に十字形の絶縁要
素により互いに隔離されて配置された一般に平坦な４個
の隔離された電気伝導部分１３、１４、１５、１６を有
する。本例において第２部材１２は、後述する装置を用
いて第１部材１１に対して動かされる。本例において第
１部材１１の全面積は少なくとも第２部材の面積の４倍
である。
【００１０】好適には、第１部材１１は片面プリント回
路板から作られているか、または、電気伝導部分と絶縁
部分との混合構造である。第１部材１１は独立の部材で
もよく、既存のプリント回路板の延長であってもよい。
第１部材の部分１３〜１６はそれぞれ接続端子２０〜２
３を備えている。
【００１１】装置１０はさらに、互いに正弦波９０°だ
け位相を異にする２個の本質的に同じ出力信号２６、２
７を作成する直角位相発振信号源２５を有する。信号の
一つ、すなわち、２６で示す信号が伝導体３０を介して
第１部材１１の第１部分１３の端子２０に接続されてい
る。信号２６は同時に、電気スイッチ３１の状態に応じ
て、装置１０が、３３で示すＸ軸に沿った位置情報を与
えるように作動するか、または、３４で示すＹ軸に沿っ
た位置情報を与えるように作動するかに依存して、伝導
体３２を介して、第１部材１１の第２部分１４か、また
は、第１部材１１の第４部分１６かへ接続される。第２
信号２７は伝導体３６を介して、第１部材１１の第３部
分１５の端子２２に接続され、同時に、電気スイッチ３
１の状態に依存して、第１部材１１の第２部分１４の端
子２１、または、第１部材１１の第４部分１６の端子２
３のいずれかに接続される。
【００１２】装置１０はさらに４０で示す比較測定器
（ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ）を有し、該比較測定器は、第
１信号２６を直角位相発振手段２５から第１部材１１へ
と搬送する伝導体３０へ連結された第１入力４１と、本
例では可撓ワイヤー４３を介して第２部材１２に連結さ
れた第２入力４２とを有する。勿論、第２部材１２は、
１個または１個以上のワイピング（ｗｉｐｉｎｇ）接点
等をもつ伝導体のような他の所望のタイプの電気伝導体
により入力４２に接続されてもよい。第２部材１２はプ
リント回路板であってもよく、第１部材１１との間に空
気隙間４６を置いて第１部材１１に隣接して位置され
る。第２部材１２は、所望の既知の手段を用いて、第１
部材１１と第２部材１２の間の距離ｄがほぼ一定に保持
され、第１部材１１と第２部材１２とがほぼ平行に維持
されるように、第１部材１１に相対的に動くように拘束
されている。
【００１３】従って、第２部材１２が第１部材１１に対
して動くに従い、第１部材１１の部分１３〜１６のそれ
ぞれが第２部材１２と重複する割合が変化することが分
かろう。第１部材１１と第２部材１２との間の空気隙間
４６内の空気は誘電体であり、従って、第１部材と第２
部材とは容量的に結合されている。
【００１４】勿論もし望めば、第１、第２部材の間に空
気隙間を設ける代わりに、絶縁材料を設けてもよい。１
例では、ポリエチレン等の薄膜が第１部材１１の上に置
かれ、第２部材が、第２部材１２が動くに従って第１部
材１１上を動く電気伝導気泡ゴムを備えている。この方
法により第１、第２部材１１、１２の間の空間は、第２
部材の運動中一定に維持される。他の方法も勿論可能で
ある。
【００１５】電気スイッチ３１が、第１信号２６が２個
の部分１３、１６に接続され、第２信号２７が第２、第
３部分１４、１５に接続される状態にあるとき、第２部
材１２のＸ軸３３に対する（すなわち、Ｙ軸３４に沿っ
た）動きが、第１部材１１との容量的結合のお蔭によ
り、第２部材１２内に誘起される信号の位相を変化させ
る。かくて、比較測定手段４０が第１信号２６と第２部
材１２からの信号との相対位相を比較することにより、
第２部材１２の第１部材１１に対するＸ軸３３に対する
相対位置を示す出力信号５０を提供する。このことは、
第１、第２信号２６、２７が互いに逆位相ではないこと
を想定している。
【００１６】電気スイッチ３１が、直角位相発振手段３
５からの第１信号２６が第１部材１１の部分１３、１４
に接続され、第２信号が第１部材の第３、第４部分１
５、１６に接続された状態にあるときは、位相比較測定
器４０からの出力信号５０が、第２部材１２のＹ軸３４
に対する（すなわち、Ｘ軸３３に沿った）相対位置を示
すであろう。
【００１７】装置１０が、出力信号５０が、第２部材１
２のＸ軸３３に対する位置を示すように作動していると
きは、第２部材１２のＹ軸３３に対する、すなわち、Ｘ
軸３３に沿った動きが、第１部材１１への容量結合のお
蔭で、第２部材内に生じる信号の位相に影響を与えるこ
とはなく、また逆に、出力信号５０が、第２部材１２の
Ｙ軸３４に対する位置を示すように作動しているとき
は、第２部材１２のＸ軸３３に対する、すなわち、Ｙ軸
３４に沿った動きが、第２部材内に生じる信号の位相に
影響を与えることはない。かくて、位相比較測定器４０
からの出力信号５０は、電気スイッチ３１の状態に依存
して、Ｘ軸３３またはＹ軸３４に沿った第２部材１２の
位置を示す。
【００１８】電気スイッチ３１は手動制御でもよいが、
最も好適には、第１、第２信号２６、２７を第１部材１
１の各部分１３〜１６に自動的に順次加えるように構成
するのがよい。従って、マルチプレクサー等の機器が電
気スイッチとして使用され、出力信号５０が、Ｘ−Ｙ軸
位置情報が適切に利用されるように、計算機制御部、ゲ
ームコンソール等の種々の入力に向って適切にスイッチ
されることが必要なことが分かろう。位相比較測定器４
０が２個の入力４１、４２における各信号の位相を、
（ソフトウェア）タイミングループまたは（ハードウェ
ア）ＡＳＩＣ計数器等のような手段を用いて比較する。
【００１９】電子制御手段を含む電子機材や他の装置の
多くの要素には、既存のマイクロ制御器またはＡＳＩＣ
が存在し、既存のマイクロ制御器またはＡＳＩＣはま
た、装置１０に使用されている信号２６、２７のような
１個または１個以上の波状信号を得るために利用される
であろうし、また、マイクロ制御器またはＡＳＩＣは、
第１部材１１に加えられる波状信号と、容量結合された
第２部材１２からの信号との間の位相差を決めるに必要
な手段をも有していることが分かろう。
【００２０】発振信号源２５が複数個の位置検知装置に
適切な波状信号を提供することが分かろう。本発明の権
利範囲から外れることなく種々の変形が可能であろう。
【００２１】特に、上記実施例においては、本発明を、
直角座標軸Ｘ３３、Ｙ３４に沿った位置情報を得る装置
について説明した。本発明はまた他の２方向情報を得る
ために利用出来るものであり、該方向は線型であって
も、なくてもよい。例えば、第１部材が適当に配列され
た３個の隔離された電気伝導部分を備え、装置が互いに
１２０°をなす３軸に関する位置情報を提供してもよ
い。
【００２２】上記各場合において、好適には、比較測定
手段４０が入力４１、４２における２個の信号の間の位
相差を計測する、その際、２個の信号２６、２７は、波
長と振幅が同じの正弦波であり、両波は位相を異にして
いるが逆位相ではないことが要求される。２個の信号２
６、２７は位相を９０°異にすることが好適である。
【００２３】図１〜３に示す装置は、第１部材１１が約
２５×２０ｍｍの面積を有している。直角位相発振手段
２５は、周波数約１０ｋＨｚの正弦波または他の適当な
波形を作成している。周波数の安定はクリティカルなも
のではないが、第２部材１２が第１部材に対して動いて
いる間は安定しているべきである。直角位相または他の
方式の発振手段２５は波状信号をディジタル態様で作成
し、信号は、ついで、所望の正弦波または他の波形を得
るためフィルターされる。代わりに、発振信号２６／２
７が調和振動子（ｌｉｎｅａｒ ｏｓｃｉｌｌａｔｏ
ｒ）により作成されてもよい。
【００２４】移動部材１２と固定部材１１との間の距離
はほぼ一定に維持されるのが好ましいが、空気隙間４６
が十分大きければ、第２部材運動中の距離ｄの僅かな変
動は、位置運動の決定に厳しい影響を与えることはな
い。上記の説明または下記の特許請求の範囲、付図に開
示された特徴、また、特定な態様で、または、開示され
た作用を遂行するための手段、または、開示された結果
を得るための方法、手順という用語を用いて表現された
特徴は、それぞれ別個に、またはかかる特徴を組み合わ
せて、本発明を多様な形態で実現するために利用されよ
う。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の部分の例示平面図。
【図２】図１の装置の部分の例示端面図。
【図３】図１、２の装置の電気回路を示すダイアグラ
ム。
【符号の説明】
１０ 入力装置 １１ 第１部材 １２ 第２部材 １３、１４、１５、１６ 電気伝導部分 １７ 絶縁要素 ２０、２１、２２、２３ 接続端子 ２５ 直角位相発振源 ２６、２７ 出力信号 ３０、３２ 伝導体 ３１ 電気スイッチ ４０ 比較測定手段 ４１、４２ 入力 ５０ 出力信号

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１部材と第２部材の相対位置情報を得
    るための装置にして、第１部材が少なくとも３個の隔離
    された電気伝導部分を有し、第２部材が電気伝導性であ
    り、第１部材に対し隣接し容量的に結合されており、第
    １、第２部材が、第１部材の各電気伝導部分が第２部材
    と重複する割合が変化するように相対運動可能であり、
    第１部材の電気伝導部分の一つに第１波状信号を加え、
    第１部材の電気伝導部分の他の一つに第２波状信号を加
    える発振手段と、位置情報を含む装置出力信号を提供す
    るため、容量結合された第２部材中に生じた信号を解析
    する手段とを有する装置において、スイッチ手段が設け
    られており、スイッチ手段が第１状態にあるとき、第１
    波状信号が第１部材の第１部分に選択的に加えられ、第
    ２波状信号が第１部材の第２部分に加えられ、かくて、
    装置出力信号が、第１、第２部材の第１方向に沿った相
    対位置情報を含むようになっており、スイッチ手段が第
    ２状態にあるとき、第１波状信号が第１部材の他の部分
    に選択的に加えられ、第２波状信号が第１部材の違った
    部分に加えられ、かくて、装置出力信号が、第１、第２
    部材の第２方向に沿った相対位置情報を含むようになっ
    ていることを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、スイッ
    チ手段が第２状態にあるとき、第２波状信号が第１部材
    の第２部分に加えられ、かくて、第１、第２部材の第
    １、第２方向に沿った相対位置情報が共通の参照位置に
    関連され得ることを特徴とする装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の装置におい
    て、第１波状信号が第２波状信号に対して位相を異にし
    ており、前記解析手段が、第１または第２波状信号の位
    相を、容量結合された第２部材内に生じる信号の位相と
    比較することにより、第２部材内に生じる信号を解析す
    ることを特徴とする装置。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の装置において、第１波
    状信号が第２波状信号に対し９０°位相を異にしている
    ことを特徴とする装置。
  5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の装
    置において、第１、第２部材が両者の間に空気空間また
    は絶縁部を置いて相対的に平坦で平行になっていること
    を特徴とする装置。
  6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の装
    置において、第１部材が、一般に四角形の配列に配置さ
    れ、一般に十字形の絶縁手段により互いに隔離された４
    個の電気伝導部分を有することを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の装置において、前記ス
    イッチ手段が、第１波状信号を、第１部分と、第２部分
    または第４部分とに選択的に加え、第２波状信号を、第
    ３部分と、第４部分または第２部分とにそれぞれ選択的
    に加えることを特徴とする装置。
  8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１項に記載の装
    置において、前記スイッチ手段が、第１部材の選択され
    た部分に、第１波状信号または第１、第２波状信号を自
    動的に順次加える電気スイッチを有することを特徴とす
    る装置。
  9. 【請求項９】 少なくとも３個の隔離された電気伝導部
    分を有する第１部材と、電気伝導性であり、第１部材に
    対し隣接し容量的に結合されている第２部材と、第１部
    材の部分の一つに第１波状信号を提供し、第１部材の部
    分の他の一つに第２波状信号を提供する発振手段と、装
    置出力信号を提供するため容量結合された第２部材中に
    生じる信号を解析する手段とを有する装置を利用した、
    第１部材と第２部材の相対位置情報を得るための方法に
    して、第１、第２部材を、第１部材の各部分が第２部材
    と重複する割合が変化するように相対的に動かす段階
    と、第１状態において、第１波状信号が第１部材の第１
    部分に選択的に加えられ、第２波状信号が第１部材の第
    ２部分に加えられるようにスイッチ手段を操作する段階
    と、第１、第２部材の第１方向に沿った相対位置報を含
    む装置出力信号を提供するため、容量結合された第２部
    材内に生じた信号を解析する段階と、第２状態におい
    て、第１波状信号が第１部材の他の部分に選択的に加え
    られ、第２波状信号が第１部材の違った部分に加えられ
    るようにスイッチ手段を操作する段階と、第１、第２部
    材の第２方向に沿った相対位置情報を含む装置出力信号
    を提供するため、容量結合された第２部材内に生じた信
    号を解析する段階と、を有することを特徴とする方法。
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