JP2007149028A - ２次元座標検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、アンテナを用いて操作手の２次元位置を検出することができ、折り畳むことができ携帯性が向上する２次元座標検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】操作手とアンテナ間の浮遊容量による発振周波数の変化を検出する周波数変化検出部１０〜１８と、周波数変化検出部で検出した周波数変化を操作手の位置する座標に変換する座標変換部２２，２４，２８を有する２次元座標検出装置であって、周波数変化検出部は、Ｘ座標検出用とＹ座標検出用のアンテナ１１，１５を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、２次元座標検出装置に関し、特に、操作手とアンテナ間の浮遊容量による発振周波数の変化を操作手の位置する座標に変換する２次元座標検出装置に関する。

赤外線ビーム、メンブレムスイッチ、液晶誘電体等を位置検出センサとして用いたタッチスイッチ装置が、従来の２次元座標検出装置として知られている。

なお、特許文献１には、スイッチ電極が形成された複数の透明シート電極が、ガラスまたはアクリル板からなる誘電体に接着されたタッチパネル部と、操作者が触れたときの静電容量の変化に応じた周波数の変化から、どのスイッチ電極が押圧されたか判断する制御部からなる静電容量型タッチパネルが記載されている。
特開２００４−２１３１１４

従来の赤外線ビーム、メンブレムスイッチ、液晶誘電体等を用いたタッチスイッチ装置は、折り畳むことができず、携帯性が低いという問題があった。

また、特許文献１に記載の技術では、タッチパネル部にガラスまたはアクリル板を使用しているため、折り畳むことができず、携帯性が低いという問題があった。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、アンテナを用いて操作手の２次元位置を検出することができ、折り畳むことができ携帯性が向上する２次元座標検出装置を提供することを目的とする。

本発明の２次元座標検出装置は、操作手とアンテナ間の浮遊容量による発振周波数の変化を検出する周波数変化検出部と、
前記周波数変化検出部で検出した周波数変化を操作手の位置する座標に変換する座標変換部を有する２次元座標検出装置であって、
前記周波数変化検出部は、Ｘ座標検出用とＹ座標検出用のアンテナを
有することにより、アンテナを用いて操作手の２次元位置を検出することができる。

前記２次元座標検出装置において、
前記周波数変化検出部は、前記Ｘ座標検出用とＹ座標検出用のアンテナそれぞれに接続されＸ座標検出用周波数とＹ座標検出用周波数それぞれで発振するＸ座標検出用とＹ座標検出用発振手段と、
基準周波数で発振する基準周波数発振手段と、
前記基準周波数に対するＸ座標検出用周波数の変化分と前記基準周波数に対するＹ座標検出用周波数の変化分を演算する演算手段を有する。

前記２次元座標検出装置において、
前記座標変換部は、前記基準周波数に対するＸ座標検出用周波数の変化分と前記基準周波数に対するＹ座標検出用周波数の変化分それぞれをＸ座標検出用電圧値とＹ座標検出用電圧値に変換する周波数電圧変換手段と、
前記Ｘ座標検出用電圧値とＹ座標検出用電圧値をＸ座標とＹ座標それぞれに変換する電圧座標変換手段を有する。

前記２次元座標検出装置において、
前記Ｘ座標検出用のアンテナとＹ座標検出用のアンテナを所定の角度で連結する連結部を有する。

前記２次元座標検出装置において、
前記Ｘ座標検出用のアンテナとＹ座標検出用のアンテナのアンテナは前記連結部に軸支されて他方のアンテナに対し回動し、両アンテナが平行となるまで折り畳まれる。

前記２次元座標検出装置において、
前記Ｘ座標検出用のアンテナとＹ座標検出用のアンテナのいずれか一方は、前記連結部で分離される。

前記２次元座標検出装置において、
前記Ｘ座標検出用のアンテナとＹ座標検出用のアンテナが所定の角度で連結されたことを通知する連結通知手段を有する。

前記２次元座標検出装置において、
前記Ｘ座標検出用のアンテナとＹ座標検出用のアンテナは、表示装置の周縁部に設けられる。

本発明によれば、アンテナを用いて操作手の２次元位置を検出することができ、折り畳むことができ携帯性が向上する。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の２次元座標検出装置の第１実施形態のブロック図を示す。同図中、Ｘ軸用発振器１０はアンテナ１１を有し、Ｘ軸用発振器１０の出力する周波数ｆｐの信号はミキサ１２に供給される。また、Ｙ軸用発振器１４はアンテナ１５を有し、Ｙ軸用発振器１４の出力する周波数ｆｖの信号はミキサ１６に供給される。

また、基準用発振器１８は周波数ｆｒの基準信号を発生してミキサ１２，１６に供給される。ミキサ１２は周波数ｆｐの信号と周波数ｆｒの基準信号の差信号｜ｆｐ±ｆｒ｜を出力する。この差信号｜ｆｐ±ｆｒ｜はローパスフィルタ２０で低域成分｜ｆｐ−ｆｒ｜を取り出され、周波数・電圧変換器２２で電圧Ｖ１に変換されて電圧・位置変換器２４に供給される。

ミキサ１６は周波数ｆｖの信号と周波数ｆｒの基準信号の差信号｜ｆｖ±ｆｒ｜を出力する。この差信号｜ｆｖ±ｆｒ｜はローパスフィルタ２６で低域成分｜ｆｖ−ｆｒ｜を取り出され、周波数・電圧変換器２８で電圧Ｖ２に変換されて電圧・位置変換器２４に供給される。

電圧・位置変換器２４は、電圧Ｖ１をＸ座標に変換し、電圧Ｖ２をＹ座標に変換する。そして、Ｘ，Ｙ座標が例えば１秒等の所定時間変化しない場合に、上記Ｘ，Ｙ座標が確定されたものとして、確定したＸ，Ｙ座標を予め設定されている複数のスイッチ位置と照合して、どのスイッチが操作されたのかを判定し、判定結果のスイッチ情報を出力する。

ここで、アンテナ１１，１５としては例えばモノポールアンテナまたはダイポールアンテナのような長尺のものを使用し、図２に示すように、アンテナ１１とアンテナ１５の一端が近接して直交する構造である。なお、図２における回路部３０にＸ軸用発振器１０〜周波数・電圧変換器２８が設けられている。

次に、図３を用いて本発明の原理を説明する。

Ｘ軸用発振器１０はコンデンサＣとコイルＬとの直列共振回路であり、コンデンサＣとコイルＬの接続点にアンテナ１１が接続されている。Ｘ軸用発振器１０の発振周波数ｆｐは（１）式で表わされる。

ｆｐ＝１／［２π（ＬＣ）^１／２］ …（１）
ここで、ユーザがアンテナ１１に操作手を近づけると、コンデンサＣの静電容量にアンテナ１１で発生する静電容量ΔＣが付加され、直列共振回路の静電容量はＣからＣ＋ΔＣに変化する。空気の誘電率をε、アンテナ１１に対向する操作手の面積をＳ、アンテナ１１と操作手の離間距離をｄとすると、ΔＣは（２）式で表わされる。

ΔＣ＝ε・Ｓ／ｄ …（２）
（１），（２）式から明らかなように、発振周波数ｆｐはアンテナ１１と操作手の離間距離ｄの関数となる。また、基準信号の周波数ｆｒは固定であるから、アンテナ１１と操作手の離間距離ｄによって、差信号の低域成分｜ｆｖ−ｆｒ｜が変化し、周波数・電圧変換器２２の出力する電圧Ｖ１が変化する。アンテナ１１と操作手の離間距離ｄと周波数・電圧変換器２２の出力電圧Ｖ１の関係は図４に実線で示すようになる。同様にして、アンテナ１５と操作手の離間距離ｄと周波数・電圧変換器２８の出力電圧Ｖ２の関係も図４に実線で示すようになる。なお、図４において、破線で挟まれる線形部領域を計測範囲として用いる。

これによって、電圧・位置変換器２４は、図２に示すように互いに直交するアンテナ１１，１５それぞれに対して離間して置かれた操作手のＸ，Ｙ座標（Ｘａ，Ｙｂ）を得ることができる。

図５は、電圧・位置変換器２４が実行する判定処理のフローチャートを示す。ステップＳ１で電圧Ｖ１，Ｖ２からＸ，Ｙ座標（Ｘａ，Ｙｂ）を算出する。次に、ステップＳ２でＸ座標（Ｘａ）が例えば１秒等の所定時間変化せず確定したか否かを判別し、確定した場合にはステップＳ３でＹ座標（Ｙｂ）が例えば１秒等の所定時間変化せず確定したか否かを判別する。

Ｙ座標確定した場合にはステップＳ４で予め設定されている複数のスイッチ位置とＸ，Ｙ座標（Ｘａ，Ｙｂ）を照合し、ステップＳ５でＸ，Ｙ座標（Ｘａ，Ｙｂ）がいずれかのスイッチ位置と一致してスイッチ確定か否かを判別する。スイッチ確定の場合にはステップＳ６で確定したスイッチ位置をスイッチ情報として出力しステップＳ１に進む。ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ５で確定していない場合にはステップＳ１に進む。

図６は、本発明の２次元座標検出装置の第２実施形態のブロック図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。図６において、Ｘ軸用発振器１０はアンテナ１１を有し、Ｘ軸用発振器１０の出力する周波数ｆｐの信号は周波数カウンタ３１に供給される。また、Ｙ軸用発振器１４はアンテナ１５を有し、Ｙ軸用発振器１４の出力する周波数ｆｖの信号は周波数カウンタ３２に供給される。

周波数カウンタ３１は単位時間における信号の波数をカウントすることでデジタル的に周波数ｆｐを計測して演算器３４に供給する。演算器３４にはＸ軸レジスタ３６から基準信号の周波数ｆｒに相当するデジタル基準値が供給されており、演算器３４は差信号の低域成分｜ｆｐ−ｆｒ｜に相当するデジタル値ＦＰを演算してデジタル座標化回路４２に供給する。

また、周波数カウンタ３２は単位時間における信号の波数をカウントすることでデジタル的に周波数ｆｖを計測して演算器３８に供給する。演算器３８にはＹ軸レジスタ４０から基準信号の周波数ｆｒに相当するデジタル基準値が供給されており、演算器３８は差信号の低域成分｜ｆｖ−ｆｒ｜に相当するデジタル値ＦＶを演算してデジタル座標化回路４２に供給する。

デジタル座標化回路４２は、デジタル値ＦＰ，ＦＶから、互いに直交するアンテナ１１，１５それぞれに対して離間して置かれた操作手のデジタルＸ，Ｙ座標を出力する。そして、デジタルＸ，Ｙ座標が例えば１秒等の所定時間変化しない場合に、上記Ｘ，Ｙ座標が確定されたものとして、確定したデジタルＸ，Ｙ座標を予め設定されている複数のデジタルスイッチ位置と照合して、どのスイッチが操作されたのかを判定し、判定結果のスイッチ情報を出力する。

図７（Ａ），（Ｂ）は、本発明の２次元座標検出装置のアンテナ部の側面図、平面図を示す。同図中、アンテナ１１は基部５０に固定され、アンテナ１５は連結部５２に固定されている。基部５０は回動軸５４によって連結部５２に回動可能に軸支されている。連結部５２にはロック爪５５が設けられ、連結部５２には上記ロック爪５５に対応して切欠が設けられている。アンテナ１１がアンテナ１５に対し例えば９０度等の所定の角度となる位置までアンテナ１１を回動したとき、ロック爪５５が連結部５２の切欠に嵌合してロックする。上記ロック時のクリック音でアンテナ１１，１５が直交状態となったことを操作者に通知することができ、アンテナ１１，１５が間違った角度で使用することを防止できる。

なお、ロック爪５５または連結部５２の切欠に、上記ロック時にオンとなるマイクロスイッチを設け、このマイクロスイッチのオンを回路部３０に設けた発光ダイオード等を発光させ、操作者に通知する構成としても良い。また、本実施形態では、アンテナ１１，１５が直交状態であるときに使用可能としているが、角度は９０度に限らない。

また、ロック爪５５と連結部５２の切欠の嵌合を外してアンテナ１１を回動することにより、図８に示すように、アンテナ１１をアンテナ１５に平行となるまで折り畳まれる。アンテナ１１，１５を折り畳んだ状態では、持ち運びときの携帯性を向上することができる。さらに、アンテナ１１，１５のいずれか一方を連結部５２から引き抜いて分離できるようにしても、持ち運びときの携帯性を向上することができる。

図９は、本発明の２次元座標検出装置をディスプレイ装置と組み合わせた実施形態の平面図を示す。同図中、ディスプレイ装置６０の例えばハードスイッチが設けられるエスカッションスイッチ部等の周縁部にはアンテナ装着部６２，６３が設けられている。

アンテナ１１，１５は連結部５８より互いに直交するように連結されている。アンテナ１１，１５は、ディスプレイ装置６０のアンテナ装着部６２，６３に矢印に示す向きに挿入されて装着される。なお、アンテナ１１，１５のいずれか一方は連結部５８から引き抜いて分離できる。

この場合、ディスプレイ装置６０のディスプレイ画面６４が２次元座標検出装置のタッチ面となる。ディスプレイ画面６４に表示を行って、この表示を２次元座標検出装置で選択することが可能となる。従来のタッチパネル装置はディスプレイ画面上に透明シート電極や誘電体膜を設けるために表示画像が多少とも見にくくなるが、本実施形態では透明シート電極や誘電体膜がないために、ディスプレイ画面６４の表示画像は透明シート電極や誘電体膜で透過率が低下することがなくなり表示画像の視認性が向上する。

図１０は、本発明の２次元座標検出装置をコンソールボックスに組み合わせた実施形態の平面図を示す。同図中、コンソールボックス７０には、例えば３行３列のボタン型図形７１が記入されている。この３行３列のボタン型図形７１を囲む四角の２辺に、連結部５８で互いに直交するように連結されたアンテナ１１，１５が重なるように固定する。

この場合、コンソールボックス７０の表面が２次元座標検出装置のタッチ面となる。３行３列のボタン型図形７１を２次元座標検出装置で選択することで、例えばリモートコントローラ等のブラインドタッチスイッチとして使用することが可能となる。

なお、コンソールボックス７０の他にステアリングパッド等の車両内装部に２次元座標検出装置を組み合わせることもできる。

なお、図１、図６では、Ｘ軸用とＹ軸用の回路を別々に設けているが、１つの回路でＸ軸用とＹ軸用の動作を時分割で行っても良い。

なお、Ｘ軸用発振器１０，Ｙ軸用発振器１４，基準用発振器１８，ミキサ１２，１６，周波数カウンタ３１，３２，Ｘ軸レジスタ３６，Ｙ軸レジスタ４０，演算器３４，３８が請求項記載の周波数変化検出部に相当し、電圧・位置変換器２４，デジタル座標化回路４２が座標変換部に相当し、Ｘ軸用発振器１０，Ｙ軸用発振器１４がＸ座標検出用とＹ座標検出用発振手段に相当し、基準用発振器１８が基準周波数発振手段に相当し、ミキサ１２，１６が演算手段に相当し、周波数・電圧変換器２２，２８が周波数電圧変換手段に相当し、電圧・位置変換器２４が電圧座標変換手段に相当し、ロック爪５５が連結通知手段に相当し、ディスプレイ装置６０が表示装置に相当する。

本発明の２次元座標検出装置の第１実施形態のブロック図である。 本発明の２つのアンテナの構造を示す図である。 本発明の原理を説明するための図である。通信量の予測値を表示したナビゲーション表示画面の一例を示す図である。 アンテナと操作手の離間距離と周波数・電圧変換器の出力電圧の関係を示す図である。 判定処理のフローチャートである。 本発明の２次元座標検出装置の第２実施形態のブロック図である。 本発明の２次元座標検出装置のアンテナ部の側面図、平面図である。 アンテナを折り畳んだ状態のアンテナ部の平面図である。 本発明の２次元座標検出装置をディスプレイ装置と組み合わせた実施形態の平面図である。 本発明の２次元座標検出装置をコンソールボックスに組み合わせた実施形態の平面図である。

符号の説明

１０ Ｘ軸用発振器
１１，１５ アンテナ
１２，１６ ミキサ
１４ Ｙ軸用発振器
１８ 基準用発振器
２０，２６ ローパスフィルタ
２２，２８ 周波数・電圧変換器
２４ 電圧・位置変換器
３０ 回路部
３１，３２ 周波数カウンタ
３４，３８ 演算器
３６ Ｘ軸レジスタ
４０ Ｙ軸レジスタ
４２ デジタル座標化回路
５０ 基部
５２，５８ 連結部
５４ 回動軸
５５ ロック爪
６０ ディスプレイ装置
６２，６３ アンテナ装着部
７０ コンソールボックス
７１ ボタン型図形

Claims (8)

1. 操作手とアンテナ間の浮遊容量による発振周波数の変化を検出する周波数変化検出部と、
   前記周波数変化検出部で検出した周波数変化を操作手の位置する座標に変換する座標変換部を有する２次元座標検出装置であって、
   前記周波数変化検出部は、Ｘ座標検出用とＹ座標検出用のアンテナを
   有することを特徴とする２次元座標検出装置。
2. 請求項１記載の２次元座標検出装置において、
   前記周波数変化検出部は、前記Ｘ座標検出用とＹ座標検出用のアンテナそれぞれに接続されＸ座標検出用周波数とＹ座標検出用周波数それぞれで発振するＸ座標検出用とＹ座標検出用発振手段と、
   基準周波数で発振する基準周波数発振手段と、
   前記基準周波数に対するＸ座標検出用周波数の変化分と前記基準周波数に対するＹ座標検出用周波数の変化分を演算する演算手段を
   有することを特徴とする２次元座標検出装置。
3. 請求項２記載の２次元座標検出装置において、
   前記座標変換部は、前記基準周波数に対するＸ座標検出用周波数の変化分と前記基準周波数に対するＹ座標検出用周波数の変化分それぞれをＸ座標検出用電圧値とＹ座標検出用電圧値に変換する周波数電圧変換手段と、
   前記Ｘ座標検出用電圧値とＹ座標検出用電圧値をＸ座標とＹ座標それぞれに変換する電圧座標変換手段を
   有することを特徴とする２次元座標検出装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載の２次元座標検出装置において、
   前記Ｘ座標検出用のアンテナとＹ座標検出用のアンテナを所定の角度で連結する連結部を
   有することを特徴とする２次元座標検出装置。
5. 請求項４記載の２次元座標検出装置において、
   前記Ｘ座標検出用のアンテナとＹ座標検出用のアンテナのアンテナは前記連結部に軸支されて他方のアンテナに対し回動し、両アンテナが平行となるまで折り畳まれることを特徴とする２次元座標検出装置。
6. 請求項４記載の２次元座標検出装置において、
   前記Ｘ座標検出用のアンテナとＹ座標検出用のアンテナのいずれか一方は、前記連結部で分離されることを特徴とする２次元座標検出装置。
7. 請求項４乃至６のいずれか１項記載の２次元座標検出装置において、
   前記Ｘ座標検出用のアンテナとＹ座標検出用のアンテナが所定の角度で連結されたことを通知する連結通知手段を
   有することを特徴とする２次元座標検出装置。
8. 請求項４記載の２次元座標検出装置において、
   前記Ｘ座標検出用のアンテナとＹ座標検出用のアンテナは、表示装置の周縁部に設けられることを特徴とする２次元座標検出装置。

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