JP2011210081A - Position detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、位置検出装置に関するものである。 The present invention relates to a position detection device.
近年、電子黒板、携帯電話、タブレットPC、デジタルサイネージ、その他の位置検出装置として、タッチパネルの利用が急増している。タッチパネルの方式として、抵抗膜方式、静電容量方式、赤外線方式、その他、さまざまな方式提案されている。その中の1つとして、圧電体を使用した位置検出装置がある(例えば、特許文献1参照)。これは、多数の圧電体が配列された感圧基板からなる。圧電体は機械的圧力に応じて電圧を出力する特性があり、圧電体1つに対して1つの金属配線が接続されている。 In recent years, the use of touch panels as electronic blackboards, mobile phones, tablet PCs, digital signage, and other position detection devices has increased rapidly. Various methods such as a resistive film method, a capacitance method, an infrared method, and the like have been proposed as a touch panel method. One of them is a position detection device using a piezoelectric body (see, for example, Patent Document 1). This consists of a pressure-sensitive substrate on which a large number of piezoelectric bodies are arranged. The piezoelectric body has a characteristic of outputting a voltage according to mechanical pressure, and one metal wiring is connected to one piezoelectric body.
各圧電体に接続される金属配線上を伝達する信号は演算増幅回路などに入力され、出力電圧が数値化される。この出力電圧を解析することにより、タッチされた位置と機械的圧力を知ることができる。検出精度を向上させるには、圧電体が高密度に配置されなければならない。しかしながら単層での配線の引き回しには限界があるので、特許文献1においては配線を引き回すための層を多層化することにより、圧電体の高密度な配置を実現している。
A signal transmitted on the metal wiring connected to each piezoelectric body is input to an operational amplifier circuit and the like, and the output voltage is digitized. By analyzing the output voltage, the touched position and the mechanical pressure can be known. In order to improve the detection accuracy, the piezoelectric bodies must be arranged at a high density. However, since there is a limit to the routing of wiring in a single layer, in
通常、各圧電体に接続される金属配線上を伝達する信号は、マルチプレクサ(スイッチ)などにより順次切替えられ、演算増幅回路などに入力され、出力電圧が数値化される。すなわち、複数の圧電体で1つの演算増幅回路をタイムシェアリングすることにより回路数を抑えている。 Normally, signals transmitted on the metal wiring connected to each piezoelectric body are sequentially switched by a multiplexer (switch) or the like and input to an operational amplifier circuit or the like, and the output voltage is digitized. That is, the number of circuits is suppressed by time sharing one operational amplifier circuit with a plurality of piezoelectric bodies.
しかしながら、演算増幅回路が1つの圧電体に要する処理時間は、その回路で用いられる動作クロック周波数や各素子の遅延速度により決まる。1つの演算増幅回路を共用する圧電体の数が増えると、1つの圧電体からの信号を処理する時間の間隔が長くなってしまう。これではせっかく圧電体を高密度化しても、検出精度が逆に落ちてしまうことになる。したがって、1つの演算増幅回路を共用できる圧電体の数には限りがある。その結果、上記の従来構成では、圧電体の配置が高密度になるほど、それらの信号を処理するための演算増幅回路は増加してしまう、という課題があった。 However, the processing time required for one operational amplifier circuit is determined by the operation clock frequency used in the circuit and the delay speed of each element. When the number of piezoelectric bodies that share one operational amplifier circuit increases, the time interval for processing signals from one piezoelectric body becomes longer. In this case, even if the density of the piezoelectric body is increased, the detection accuracy is reduced. Therefore, the number of piezoelectric bodies that can share one operational amplifier circuit is limited. As a result, in the above-described conventional configuration, there is a problem that the operational amplifier circuits for processing these signals increase as the density of the piezoelectric bodies becomes higher.
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、圧電体からの信号を処理する回路数の増加を抑える位置検出装置を提供することを目的とする。 The present invention solves such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a position detection device that suppresses an increase in the number of circuits that process signals from a piezoelectric body.
本発明は上記目的を達成するために、圧電体から成る感圧層と、連結部を有した複数のストライプ電極から成る前記感圧層の一方の面に形成される第1の電極層と、単一電極から成る前記感圧層の他方の面に形成された第2の電極層と、を有するものである。この構成によれば、いずれか1つのストライプ電極にタッチされたとしても、そのストライプ電極間においてタイムシェアリングを行うことなくタッチ検出される。 In order to achieve the above object, the present invention provides a pressure-sensitive layer made of a piezoelectric body, a first electrode layer formed on one surface of the pressure-sensitive layer made of a plurality of stripe electrodes having a connecting portion, And a second electrode layer formed on the other surface of the pressure-sensitive layer made of a single electrode. According to this configuration, even if any one of the stripe electrodes is touched, touch detection is performed without performing time sharing between the stripe electrodes.
上記構成を有する本発明の位置検出装置によれば、いずれか1つのストライプ電極にタッチされたとしても、そのストライプ電極間においてタイムシェアリングを行うことなくタッチ検出されるので、圧電体からの信号を処理する回路数の増加を抑えることができる。 According to the position detection device of the present invention having the above configuration, even if any one of the stripe electrodes is touched, the touch detection is performed without performing time sharing between the stripe electrodes. The increase in the number of circuits for processing can be suppressed.
以下、本発明の具体的な内容について実施例を用いて説明する。 Hereinafter, specific contents of the present invention will be described with reference to examples.
図1〜図5は、位置検出装置を利用状況の一例と構造を示した図である。 FIG. 1 to FIG. 5 are diagrams showing an example of the usage situation and structure of the position detection device.
図1は、1は電子黒板、2は位置検出装置であり、電子黒板1の前面が位置検出装置2となっている。3はプロジェクタ、4はノートパソコンである。ノートパソコン4の画面情報は、プロジェクタ3により、位置検出装置2に投影される。投影された情報を見て、位置検出装置2を指または専用ペンで押すことにより、投影された情報に文字や図形情報の追加、削除、アイコン操作を行う。電子黒板1は、一例であり、デジタルサイネージ機器、携帯端末、ノートパソコンなど、位置検出装置を組み込み可能な製品を含む。
In FIG. 1, 1 is an electronic blackboard, 2 is a position detection device, and the front surface of the
図2は、位置検出装置2の基本構造と基本回路を示した図である。5は保護層、6は複数のパッドが連結されたストライプ電極、7は圧電体、8は単一電極、9はクッション、10は基材、11はスイッチ切替えのためのマルチプレクサ、12は入力座標と押圧力を取得するための演算増幅回路である。指で保護層5表面を押圧すると、圧電体7で電圧が発生し、その電圧はストライプ電極6を通り、マルチプレクサ11を経て、演算増幅回路12により数値化される。ストライプ電極6と単一電極8の材質は、金属や透明なITO、有機導電膜が適している。
FIG. 2 is a diagram illustrating a basic structure and a basic circuit of the
図3は、ストライプ電極6の一部拡大図である。13はパッド、14は連結部であり、導体で形成されている。連結部14の線幅は、0.1mm〜0.5mmが望ましい。パッド13は連結部14によって連結されている。パッド13の形状は一例であり、例えば、円、三角形、多角形といった形状でもよい。パッド13の面積が小さく、パターンを集積させるほど、位置検出装置2の位置検出解像度が高くなる。
FIG. 3 is a partially enlarged view of the stripe electrode 6. Reference numeral 13 denotes a pad, and
図4は、位置検出装置2の断面図である。5は保護層、6はストライプ電極、7は圧電体、8は単一電極、9はクッション、10は基材である。各層は、全層接着あるいは一部の層のみ接着でもよい。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
図5は、位置検出装置2の断面図である。位置検出装置2を指で押すと、保護層5、ストライプ電極6、圧電体7、単一電極8、クッション9が変形する。このとき、圧電体7が変形し、ストライプ電極6と単一電極8間で電圧が発生する。クッション9は、硬度が小さく、反発力が大きい素材、例えばシリコン、ウレタンを使用することで高い電圧が発生することを確認している。クッション9の厚みは、0.5mm〜2mmが望ましい。クッション9はシリコンやウレタンの単一素材に限らず、2種類以上のクッション素材を張り合わせたものでもよい。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the
図6は、位置検出装置2の基本回路図である。記号P点の左右の抵抗R1と抵抗R2はストライプ電極6の抵抗、そして記号P点は、指や専用ペンによる押圧点を示している。抵抗R1と抵抗R2は高速スイッチング切替えを行うための、マルチプレクサ11にそれぞれ接続されている。マルチプレクサ11は、演算増幅回路12に接続され、入力座標(X,Y)と押圧力データを取得する。押したときに出力される出力電圧波形15を説明すると、図3のストライプ電極6を、X方向の中央から左側を指で押した場合、R1<R2となる。このとき、位置検出装置2から出力される電圧ピーク値は、V1>V2となり、この電圧比によりX座標を知ることができる。
FIG. 6 is a basic circuit diagram of the
図7は、横方向のジェスチャー入力を行った場合の、出力電圧波形15を説明した図である。図7の左の出力波形15はストライプ電極6のCH2Lからの出力電圧V1、図7右の出力波形15はストライプ電極6のCH2Rからの出力電圧V2を示している。ストライブ電極6のCH2LとCH2Rとの間において、指をCH2L側から右方向へ移動させた場合、出力電圧波形15は、図7のV1とV2のように出力される。この時間変化対応したV1とV2の出力電圧を比較することによりX座標、マルチプレクサCH位置によりY座標、電圧の大きさにより押圧力を知ることができる。 FIG. 7 is a diagram illustrating the output voltage waveform 15 when a gesture input in the horizontal direction is performed. 7 shows the output voltage V1 from the CH2L of the stripe electrode 6 and the output waveform 15 on the right of FIG. 7 shows the output voltage V2 from the CH2R of the stripe electrode 6. When the finger is moved in the right direction from the CH2L side between the CH2L and CH2R of the stripe electrode 6, the output voltage waveform 15 is output as V1 and V2 in FIG. By comparing the output voltages of V1 and V2 corresponding to this time change, it is possible to know the X coordinate, the Y coordinate based on the multiplexer CH position, and the pressing force based on the voltage level.
図8は、縦方向のジェスチャー入力を行った場合の、出力電圧波形15を説明した図である。この場合、V1に示すようにストライプ電極6のCH1LからCH5Lの電圧が出力され、また、V2に示すようにストライプ電極6のCH1RからCH5Rの電圧が出力される。したがって、ストライブ電極6のCH1とCH5の間において、指をCH1からCH5へ縦方向に移動させた場合、出力電圧波形15は、V1とV2のように出力されるので、この時間変化対応したV1とV2の出力電圧を比較することによりX座標、マルチプレクサCH位置によりY座標、電圧の大きさにより押圧力を知ることができる。 FIG. 8 is a diagram illustrating the output voltage waveform 15 when a gesture input in the vertical direction is performed. In this case, the voltage from CH1L to CH5L of the stripe electrode 6 is output as indicated by V1, and the voltage from CH1R to CH5R of the stripe electrode 6 is output as indicated by V2. Therefore, when the finger is moved in the vertical direction from CH1 to CH5 between CH1 and CH5 of the stripe electrode 6, the output voltage waveform 15 is output as V1 and V2, and therefore this time change is supported. By comparing the output voltages of V1 and V2, the pressing force can be known from the X coordinate, the Y coordinate from the multiplexer CH position, and the magnitude of the voltage.
図9は、斜方向のジェスチャー入力を行った場合の、出力電圧波形15を説明した図である。この場合、V1グラフに示すようにストライプ電極6のCH1LからCH5Lの電圧が出力され、また、V2に示すようにストライプ電極6のグラフCH1RからCH5Rの電圧が出力される。したがって、ストライブ電極6のCH1とCH5間において、指をCH1からCH5間で斜方向に移動させた場合、出力電圧波形15は、V1とV2のように出力されるので、この時間変化対応したV1とV2の出力電圧を比較することによりX座標、マルチプレクサCH位置によりY座標、電圧の大きさにより押圧力を知ることができる。 FIG. 9 is a diagram illustrating the output voltage waveform 15 when a diagonal gesture input is performed. In this case, the voltage of CH1L to CH5L of the stripe electrode 6 is output as shown in the V1 graph, and the voltage of CH5R to CH5R of the stripe electrode 6 is output as shown in V2. Therefore, when the finger is moved in the oblique direction between CH1 and CH5 between the CH1 and CH5 of the stripe electrode 6, the output voltage waveform 15 is output as V1 and V2, and therefore this time change is supported. By comparing the output voltages of V1 and V2, the pressing force can be known from the X coordinate, the Y coordinate from the multiplexer CH position, and the magnitude of the voltage.
図10は、位置検出装置2へのジェスチャー入力の検出フローチャートの一例である。標準入力モードとは、電子黒板1の位置検出装置2に専用ペン入力を行った場合である。
FIG. 10 is an example of a flowchart for detecting a gesture input to the
タッチがされているか確認されると(S101)、マルチプレクサによる電圧が検出され(S102)、入力座標(X,Y)の取得、押圧力の取得が行われる(S103)。次にパターン判別が行われ、(S104)、最後に、パターンがプロジェクタ3により、位置検出装置2の画面に投影される(S105)。
When it is confirmed whether the touch is made (S101), the voltage by the multiplexer is detected (S102), the input coordinates (X, Y) are acquired, and the pressing force is acquired (S103). Next, pattern discrimination is performed (S104). Finally, the pattern is projected on the screen of the
図11は、図10のパターン判別(S104)の詳細を記載したフローチャートである。マルチプレクサからの出力電圧がCH(n)L>0,CH(n)R>0で(S201)、次の出力電圧がCH(n)L>0,CH(n)R>0の場合(S202)、入力パターンは横方向入力である(S206)。このときCH(n)L=0,CH(n)R=0かつCH(n+1)L>0,CH(n+1)R>0であれば、入力パターンは斜方向入力である(S207)。また、CH(n)L=0,CH(n)R=0かつCH(n+1)L=0,CH(n+1)R=0,CH(n+2)L>0,CH(n+2)R>0であれば、入力パターンは縦方向入力である(S208)。S202からS204まで分岐がすべて“NO”だった場合、入力パターンは、点入力(S205)となる。 FIG. 11 is a flowchart describing details of the pattern discrimination (S104) of FIG. When the output voltage from the multiplexer is CH (n) L> 0, CH (n) R> 0 (S201), and the next output voltage is CH (n) L> 0, CH (n) R> 0 (S202). ), The input pattern is horizontal input (S206). At this time, if CH (n) L = 0, CH (n) R = 0 and CH (n + 1) L> 0, CH (n + 1) R> 0, the input pattern is an oblique input (S207). Further, CH (n) L = 0, CH (n) R = 0, CH (n + 1) L = 0, CH (n + 1) R = 0, CH (n + 2) L> 0, and CH (n + 2) R> 0. If there is, the input pattern is a vertical direction input (S208). If all branches from S202 to S204 are “NO”, the input pattern is a point input (S205).
以上のように本実施例1によれば、上記の構成により1つのストライプ電極上にある複数のパッド13のいずれかにタッチされたとしても、その複数のパッド13間においてタイムシェアリングを行うことなくタッチ検出されるので、圧電体からの信号を処理する回路数の増加を抑えることができる。 As described above, according to the first embodiment, even if any of the plurality of pads 13 on one stripe electrode is touched by the above configuration, time sharing is performed between the plurality of pads 13. Since the touch is detected without increasing, the increase in the number of circuits for processing the signal from the piezoelectric body can be suppressed.
本発明にかかる位置検出装置は、複数のパッドからの信号をタイムシェアリングすることなく処理することができるので、圧電体からの信号を処理する回路数の増加を抑えることができることから、例えば、電子黒板、デジタルサイネージ機器、携帯端末、ノートパソコンなどへの利用が可能である。 Since the position detection device according to the present invention can process signals from a plurality of pads without time sharing, an increase in the number of circuits for processing signals from a piezoelectric body can be suppressed. It can be used for electronic blackboards, digital signage devices, mobile terminals, laptop computers, and so on.
1 電子黒板
2 位置検出装置
3 プロジェクタ
4 ノートパソコン
5 保護層
6 ストライプ電極
7 圧電体
8 単一電極
9 クッション
10 基材
11 マルチプレクサ
12 演算増幅回路
13 パッド
14 連結部
15 出力電圧波形
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---|---|---|---|---|
JP2013196603A (en) * | 2012-03-22 | 2013-09-30 | Dainippon Printing Co Ltd | Terminal device, content reproduction system and program |
JP2015111391A (en) * | 2013-11-11 | 2015-06-18 | Nltテクノロジー株式会社 | Piezoelectric sheet, touch panel using the same, and input/output device using these |
WO2019003304A1 (en) * | 2017-06-27 | 2019-01-03 | マクセル株式会社 | Projection image display system |
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