JP2018028790A

JP2018028790A - 静電容量式入力装置

Info

Publication number: JP2018028790A
Application number: JP2016160267A
Authority: JP
Inventors: 弘志小林; Hiroshi Kobayashi
Original assignee: Pentel Co Ltd
Current assignee: Pentel Co Ltd
Priority date: 2016-08-18
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2018-02-22
Anticipated expiration: 2036-08-18
Also published as: JP6772658B2

Abstract

【課題】指によるタッチスイッチ機能と入力ペンによる座標検出機能を備え、操作性が向上した静電容量結合方式の入力装置を提供する。【解決手段】絶縁体を挟んで、ｘ、ｙの格子状に配置した電極１，２に、接続された送信受信切り替え回路８，１０と、入力ペンとｘ電極を選択する選択回路６があり、送信に接続された電極へは同期発信回路１８からｓｉｎ信号が印可され、受信に接続された電極には計測された電流を電流・電圧変換回路７により電圧信号に変換されて、前記ｓｉｎ信号と同期した掛け算回路とローパスフィルター１２によりＤＣ信号に変換され、選択回路で指入力と入力ペン３を選択し、指タッチ位置と入力ペン位置を検出する。【選択図】図２

Description

本発明は静電容量式入力装置に関し、詳しくは、指によるタッチスイッチ機能と入力ペンによる座標検出機能を備えた入力装置に関する。

静電容量結合方式を利用した入力装置として、従来から、タッチスイッチが知られている。静電容量結合方式タッチスイッチは、パネルスイッチと制御基板から構成される。パネルスイッチは、通常フィルム（一般としてはポリエチレンステレフタートフィルム：ＰＥＴフィルムが使用されている。）の表面にスイッチ電極として銀ペースト、またはＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等を印刷した電極フィルムを、アクリルやガラス及び樹脂等の絶縁基材に接着剤（両面テープ等）で貼り合わせたもので構成される。スイッチ電極に指または手が近づくと、スイッチ電極と指または手との間に平行板コンデンサが形成され静電容量が発生する。この静電容量の変化をコンデンサＣと抵抗Ｒとで形成するＣ／Ｆ変換回路（静電容量Ｃを周波数Ｆに変換する回路）で周波数に変換し、その周波数をインプットキャプチャ機能（周波数の数を数える機能）でデジタルデータに置き換え、演算処理によりタッチスイッチのオン／オフ状態を判断する。スイッチ電極が複数個の場合、スイッチ電極の選択は、個々のスイッチ電極分設けた切換回路により行う（特開２００５−０８４９８２号公報参照）。

しかし、前記静電容量の変化をＣ／Ｆ変換回路で周波数に変換する方式は、周波数を用いて動作させていることで、生活環境下で発生するノイズである周波数の混入による影響は、避けられないのが現状である。

また、前述した静電容量の変化をＣ／Ｆ変換回路を用いて周波数に変換する方式で、複数個のスイッチ、たとえばｙ（横）Ｍ行、ｘ（縦）Ｎ列からなる個数（Ｍ×Ｎ）個のスイッチ電極を配置する場合には各スイッチ電極から制御基板に接続するための配線パターンの数は、前記した個数分（Ｍ×Ｎ）となり、前記パネルスイッチのスイッチ電極以外の配線スペースが必要となり、小型化が困難であった。

前述した静電容量の変化をＣ／Ｆ変換回路を用いて周波数に変換する方式での課題を解決するために、絶縁体の裏面に導電材料からなる互いに平行で等間隔に配置した複数のスイッチ電極と、前記絶縁体の表面に、前記裏面に設けた複数のスイッチ電極と直角に交わる様に互いに平行で等間隔に複数のスイッチ電極を設け、前記絶縁体の裏面に設けた複数のスイッチ電極と前記絶縁体の表面に設けた複数のスイッチ電極との静電容量変化を計測するために、前記絶縁体の裏面に設けた複数のスイッチ電極にｓｉｎ信号を印加し、前記絶縁体の表面に設けた複数のスイッチ電極に接続された電流・電圧変換回路により、前記電流・電圧変換された電圧と、前記ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号を掛け算する掛け算回路を設け、該掛け算回路とローパスフィルターにより、前記ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号をＤＣ信号に変換し、電圧を計測することでスイッチのオン／オフ状態を判断する静電容量結合方式の入力方式も提案されている。（特開２０１４−１６４５３５号公報参照）。

パネルに、ｙ（横）Ｍ行、ｘ（縦）Ｎ列からなる個数（Ｍ×Ｎ）個のスイッチ電極を配置する場合に、制御基板に接続する配線パターンの数は、横Ｍ行本と縦Ｎ列本を加算した数（Ｍ＋Ｎ）のみで済むため、横Ｍ行個、縦Ｎ列個のスイッチ電極数を持つタッチスイッチでは、小型化が要求される機器にもノイズに強い静電容量結合方式の入力装置として対応できる。

特開２００５−０８４９８２号公報特開２０１４−１６４５３５号公報

静電容量結合方式の入力装置において指で入力することが前提となっている、指による入力では、指の大きさよりも小さなスイッチを選択する場合に選択項目が指に隠れて選択しずらく、目視できずに違った項目のスイッチを誤って押す場合も考えられる。そのため快適に操作するためにスイッチの大きさは指の大きさ程度までに制限される、また入力ペンとして先端のタッチ部がシリコンゴムにカーボンを含ませた柔軟性のある導体で入力する導電ペンを使用する方法もあるが、指と同じ原理の静電容量結合方式であり、やはりスイッチは小さくできない、さらには導電ペンと指の判別ができないため、導電ペンを使用時に手がパネルスイッチに接触すると誤動作をする。

また指の大きさよりも小さなスイッチを選択する場合には専用の入力ペンで操作するペンタブレットがあり、ペンタッチ位置をより細かく操作できるため描画入力できる座標検出機能があるが、入力ペンを一旦もって操作する動作が指で直接入力するより操作が面倒である。

本発明は、絶縁体を挟んで、ｘ、ｙの格子状に配置した電極に、接続された送信、受信切り替え回路と、入力ペンとｘ電極を選択する選択回路を有し、指入力では、前記ｘとｙの電極間の静電容量変化に連動した電流を計測し、また、入力ペンではｘ及びｙ電極とペン先導体部の静電容量結合された電流を計測するために、送信に接続された電極へは同期発信回路からｓｉｎ信号が印可され、一方、指入力のときに受信に接続された電極または入力ペンによって計測された電流を電流−電圧変換回路により電圧信号に変換されて、前記ｓｉｎ信号と同期した掛け算回路とローパスフィルターによりＤＣ信号に変換され、前記ＤＣ信号をＡＤ変換回路により数値化して、演算処理部により、指または入力ペンのタッチ位置を特定する静電容量式入力装置において、前記指入力の場合は、前記選択回路で指入力を選択し、前記送信、受信切り替え回路にてｘ側の電極を受信に接続し、ｙ側の電極を送信に接続して指タッチ位置を検出し、また、入力ペンの場合は前記選択回路で入力ペンを選択し、前記送信、受信切り替え回路にてｘ、ｙ電極ともに送信に接続して入力ペンに接続された受信回路で指示位置を検出することを第１の要旨とし、絶縁体を挟んで、ｘ、ｙの格子状に配置した電極に、接続された送信、受信切り替え回路と、入力ペンとｘ電極を選択する選択回路を有し、指入力では、前記ｘとｙの電極間の静電容量変化に連動した電流を計測し、また、入力ペンではｘ及びｙ電極とペン先導体部の静電容量結合された電流を計測するために、送信に接続された電極へは同期発信回路からｓｉｎ信号が印可され、一方、指入力のときに受信に接続された電極または入力ペンによって計測された電流を電流−電圧変換回路により電圧信号に変換されて、前記ｓｉｎ信号と同期した掛け算回路とローパスフィルターによりＤＣ信号に変換され、前記ＤＣ信号をＡＤ変換回路により数値化して、演算処理部により、指または入力ペンのタッチ位置を特定する静電容量式入力装置において、前記指入力の場合は前記選択回路で指入力を選択し、前記送信、受信切り替え回路にてｘ側の電極を送信に接続し、ｙ側の電極を受信に接続して指タッチ位置を検出し、また、入力ペンの場合は前記、選択回路で入力ペンを選択し、前記、送信、受信切り替え回路にてｘ、ｙ電極ともに受信に接続して入力ペンに接続された送信回路からの信号をｘ、ｙ電極ともに接続された受信回路で指示位置を検出することを第２の要旨とする。

本発明は、絶縁体を挟んで、ｘ、ｙの格子状に配置した電極に、接続された送信、受信切り替え回路と、入力ペンとｘ電極を選択する選択回路を有し、指入力では、前記ｘとｙの電極間の静電容量変化に連動した電流を計測し、また、入力ペンではｘ及びｙ電極とペン先導体部の静電容量結合された電流を計測するために、送信に接続された電極へは同期発信回路からｓｉｎ信号が印可され、一方、指入力のときに受信に接続された電極または入力ペンによって計測された電流を電流−電圧変換回路により電圧信号に変換されて、前記ｓｉｎ信号と同期した掛け算回路とローパスフィルターによりＤＣ信号に変換され、前記ＤＣ信号をＡＤ変換回路により数値化して、演算処理部により、指または入力ペンのタッチ位置を特定する静電容量式入力装置において、前記指入力の場合は、前記選択回路で指入力を選択し、前記送信、受信切り替え回路にてｘ側の電極を受信に接続し、ｙ側の電極を送信に接続して指タッチ位置を検出し、また、入力ペンの場合は前記選択回路で入力ペンを選択し、前記送信、受信切り替え回路にてｘ、ｙ電極ともに送信に接続して入力ペンに接続された受信回路で指示位置を検出することを第１の要旨とし、絶縁体を挟んで、ｘ、ｙの格子状に配置した電極に、接続された送信、受信切り替え回路と、入力ペンとｘ電極を選択する選択回路を有し、指入力では、前記ｘとｙの電極間の静電容量変化に連動した電流を計測し、また、入力ペンではｘ及びｙ電極とペン先導体部の静電容量結合された電流を計測するために、送信に接続された電極へは同期発信回路からｓｉｎ信号が印可され、一方、指入力のときに受信に接続された電極または入力ペンによって計測された電流を電流−電圧変換回路により電圧信号に変換されて、前記ｓｉｎ信号と同期した掛け算回路とローパスフィルターによりＤＣ信号に変換され、前記ＤＣ信号をＡＤ変換回路により数値化して、演算処理部により、指または入力ペンのタッチ位置を特定する静電容量式入力装置において、前記指入力の場合は前記選択回路で指入力を選択し、前記送信、受信切り替え回路にてｘ側の電極を送信に接続し、ｙ側の電極を受信に接続して指タッチ位置を検出し、また、入力ペンの場合は前記、選択回路で入力ペンを選択し、前記、送信、受信切り替え回路にてｘ、ｙ電極ともに受信に接続して入力ペンに接続された送信回路からの信号をｘ、ｙ電極ともに接続された受信回路で指示位置を検出することを第２の要旨としているので、指によるタッチスイッチ機能を使用する場合は、ｘ電極を受信側に切り替えてｘとｙの電極間の静電容量変化に連動した電流を計測して、入力ペンによる座標検出機能ではｘ及びｙ電極を送信側に切り替えて、ペン先導体部の静電容量結合された電流を計測することができるので、ｘｙ電極を共有して利用でき簡単な構造のスイッチパネルが実現できる。また指によるタッチスイッチ機能と入力ペンによる座標検出機能を備えることで、操作性が向上する。

本実施例１の入力装置構成図本実施例２の入力装置構成図本実施例３の入力装置構成図本実施例４の入力装置構成図本実施例の指入力の信号説明図本実施例の入力ペンの信号説明図本実施例の指タッチ信号の位相差と実効値の説明図

本発明の実施の第1の形態を図１で説明する。絶縁体を挟んで（図示せす）、ｘ電極１とｙ電極２が格子状に配置されており、この構成をスイッチパネル５０とする。前記ｙ電極２に接続された送信切り替え回路８と、前記ｘ電極１に接続されたｘ受信切り替え回路９およびｘ送信切り替え回路１０があり、入力ペン３とｘ受信切り替え回路９を選択する選択回路６がある。Ｘ電極１または入力ペン３から計測される信号電流は該選択回路６で選択され、電流−電圧電圧変換回路７で信号電圧に変換される。尚この信号電圧をAｓｉｎ（ωｔ＋α）とし、ωは角周波数、ｔは時間、αは位相差、Ａは計測される振幅（＝実効値）とする。

信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）は掛け算回路１１及び掛け算回路１４に接続される。掛け算回路１１では信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）と同期発信回路１６から出力されるｓｉｎ（ωｔ）信号で掛け算される。掛け算回路１４では信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）と同期発信回路１６から出力されるｃｏｓ（ωｔ）信号で掛け算される。前記ｓｉｎ（ωｔ）信号は前記掛け算回路１１の他にｙ送信切り替え回路８およびｘ送信切り替え回路１０にも接続されている。また該同期発信回路１６から出力される前記ｃｏｓ（ωｔ）信号は前記ｓｉｎ（ωｔ）信号の９０度の位相差で出力される。

掛け算回路１１からの信号電圧はローパスフィルタ１２によりＤＣ信号化され、ノイズに埋もれた信号の中から特定の周波数の信号Ａ／２ｃｏｓ（α）の信号が検出される。

同様に掛け算回路１４からの信号電圧はローパスフィルタ１５によりＤＣ信号化され、ノイズに埋もれた信号の中から特定の周波数の信号Ａ／２ｓｉｎ（α）の信号が検出される。このＤＣ信号化されたＡ／２ｃｏｓ（α）とＡ／２ｓｉｎ（α）を制御部１３に内蔵されたＡＤ変換器により数値化して実効値ベクトルの長さＡ／２を求めることができ、計測された信号の大きさとなる。

尚制御部１３には前述したＤＣ信号を数値化するＡＤ変換器が含まれており、他にｙ送信切り替え回路８、ｘ受信切り替え回路９、ｘ送信切り替え回路１０、選択回路７の各切り替え選択する切り替え制御部、計測された信号で計算処理して、指タッチのオン／オフや入力ペンの位置を特定する演算処理部および記憶部、結果を外部へ通知するインタフェース部などが含まれる。また他の実施の形態においても、ＡＤ変換器、切り替えおよび選択制御、演算処理、記憶、外部出力などが同様に含まれる。

指入力の場合の動作を図１および図５で説明する。同期発信回路１６から出力されるｓｉｎ（ωｔ）信号をｙ送信切り替え回路８によりｙ電極２に順次接続して印可する。ｘ送信切り替え回路１０はｘ電極１に接続せず、ｘ受信切り替え回路９はｘ電極１に順次接続する。このとき選択回路６はｘ電極１側を選択する。

図５は指入力の信号説明図である。送信信号４５が送信切り替え回路４１を介してｙ電極２に印可され、指４がスイッチパネル５０にタッチするとｘ電極１とｙ電極２間の静電容量結合による電流の一部が人体インピーダンス５を介してグランドへ流れる、つまりｘ電極１からｘ受信電極切り替え回路４０を介して流れる電流（＝信号電流）が受信信号４６の実線部のように指がタッチする前の受信信号４６の点線部よりも小さくなる。

制御部１３では指タッチ前のｘ電極１とｙ電極２間の静電容量結合された信号電流と指４がタッチした信号電流の差が最大となる場所がｘ電極１とｙ電極が交差した位置をタッチ位置として特定する。

図７は本実施例の指タッチ信号の位相差と実効値の説明図である。信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）は掛け算回路１１と同期発信回路１６から出力されるｓｉｎ（ωｔ）信号で掛け算され、ローパスフィルタ１２によりＤＣ信号化された特定の周波数の信号Ａ／２ｃｏｓ（α）の信号と、掛け算回路１４と同期発信回路１６から出力されるｃｏｓ（ωｔ）信号で掛け算され、ローパスフィルタ１５によりＤＣ信号化された特定の周波数の信号Ａ／２ｓｉｎ（α）の信号をグラフ化したものが図７である。
前記２つの信号ベクトルより信号の実効値を計算する。指がスイッチパに当接ずる前の実効値は点線であり、指がタッチすると、各信号電圧Ａ／２ｃｏｓ（α）、Ａ／２ｓｉｎ（α）が小さくなり実効値が実線のように小さくなる
次にペン入力の場合の動作を図１および図６で説明する。同期発信回路１６から出力されるｓｉｎ（ωｔ）信号をｙ送信切り替え回路８によりｙ電極に順次接続して印可する。ｘ受信切り替え回路９はｘ電極１に接続せず、ｘ送信切り替え回路１０はｘ電極１に順次接続して印可する。選択回路６は入力ペン３側を選択する。
図６は入力ペンの信号説明図である。送信信号４５がｘ電極１に印可され、入力ペン３がスイッチパネル５０に当接するとｘ電極１と入力ペン３にある検出電極４４間で静電容量結合による電流（＝信号電流）が受信信号４７の実線部のように入力ペン３が当接する前の受信信号４７の点線部よりも大きく入力ペン３を介して検出される。制御部１３では信号電流が最大になるｘ電極１を特定する。

同様に送信信号４５がｙ電極２に印可され、入力ペン３がスイッチパネル５０に当接するとｙ電極２と入力ペン３にある検出電極４４間で静電容量結合による電流（＝信号電流）が受信信号４７の実線部のように入力ペン３が当接する前の受信信号４７の点線部よりも大きく入力ペン３を介して検出される。制御部１３では信号電流が最大になるｙ電極１を特定する。

前記特定されたｘ電極１とｙ電極２により入力ペンが当接した位置とする。さらに細かく位置を特定する方法としてｘ電極１とｙ電極３の各電極ラインの最大電極Ｓ２とその隣同士の信号電流Ｓ１、Ｓ３を計測して（Ｓ２−Ｓ１）／（Ｓ２−Ｓ３）を計算した比率より電極間の位置を割り出す事も出来る。但しＳ２＞Ｓ１＞Ｓ３とする。

本発明の実施の第２の形態を図２で説明する。絶縁体を挟んで（図示せす）、ｘ電極１とｙ電極２が格子状に配置されており、この構成をスイッチパネル５０とする。前記ｙ電極２に接続された送信切り替え回路８と、前記ｘ電極１に接続されたｘ受信切り替え回路９及びｘ送信切り替え回路１０があり、入力ペン３とｘ受信切り替え回路９を選択する選択回路６がある。Ｘ電極１または入力ペン３から計測される信号電流は該選択回路６で選択され、電流−電圧電圧変換回路７で信号電圧に変換される。尚この信号電圧をAｓｉｎ（ωｔ＋α）とし、ωは角周波数、ｔは時間、αは位相差、Ａは計測される振幅とする。

位相調整回路１７では同期発信回路１８から出力されるｓｉｎ（ωｔ）信号を信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）と同位相（位相差ゼロ）に調整したｓｉｎ（ωｔ＋α）に変換する。前記位相調整回路１７では指入力とペン入力時の各位相差の調整値をあらかじめを設定・記憶しておき、指／ペン切り替え時に反映させる。

掛け算回路１１は信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）と同位相に調整したｓｉｎ（ωｔ＋α）を掛け合わせる。前記同期発信回路１８はさらにｙ送信切り替え回路８及びｘ送信切り替え回路１０に接続されている。

掛け算回路１１からの信号電圧はローパスフィルタ１２によりＤＣ信号化されノイズに埋もれた信号の中から特定の周波数の信号Ａ／２のＤＣ信号が検出される。前記Ａ／２のＤＣ信号は制御部１３に内蔵されたＡＤ変換器により数値化して計測された信号の大きさとなる。尚、前記掛け算器の計算式は下記のように表せる。

Ａｓｉｎ（βｔ）×ｓｉｎ（βｔ）＝（Ａ／２）（ｃｏｓ（２βｔ＋ｃｏｓ（０））
但しβは同期発信回路１７により信号電圧との位相差をゼロにした角周波数とする。
上記２次の高調波であるｃｏｓ（２βｔ）と直流信号（Ａ／２）ｃｏｓ（０）の合成された信号をローパスフィルター１２により、２次の高調波を除去することで直流信号（Ａ／２）ｃｏｓ（０）＝Ａ／２の信号が測定される。

本発明の実施の第２の形態では掛け算回路１１に信号電圧と同位相の信号で掛け算するために検出信号を直接計測することができ、前記第１の形態のような実効値を求める演算処理が不要となる。

指入力の場合の動作および入力ペンの動作は本発明の実施の第1の形態と同様である。

本発明の実施の第３の形態を図３で説明する。絶縁体を挟んで（図示せす）、ｘ電極１とｙ電極２が格子状に配置されており、この構成をスイッチパネル５０とする。前記ｙ電極２に接続された受信切り替え回路２２と、前記ｘ電極１に接続されたｘ受信切り替え回路２４及びｘ送信切り替え回路２３があり、入力ペン３とｘ送信切り替え回路２３を選択する選択回路２０がある。ｘ電極１およびｙ電極２から計測される信号電流は、電流−電圧電圧変換回路２１で信号電圧に変換される。尚この信号電圧をAｓｉｎ（ωｔ＋α）とし、ωは角周波数、ｔは時間、αは位相差、Ａは計測される振幅とする。

同期発信回路２９はｓｉｎ（ωｔ）信号およびｃｏｓ（ωｔ）信号が出力される。前記ｓｉｎ（ωｔ）信号は選択回路２０と掛け算回路２５に接続されており、前記ｃｏｓ（ωｔ）信号は掛け算回路２７に接続されている。

信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）は掛け算回路２５及び掛け算回路２７に接続される。掛け算回路２５では信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）と同期発信回路２９から出力されるｓｉｎ（ωｔ）信号で掛け算される。掛け算回路２７では信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）と同期発信回路１６から出力されるｃｏｓ（ωｔ）信号で掛け算される。前記ｓｉｎ（ωｔ）信号は前記掛け算回路２５の他に選択回路２０にも接続されている。また該同期発信回路２９から出力される前記ｃｏｓ（ωｔ）信号は前記ｓｉｎ（ωｔ）信号の９０度の位相差で出力される。

掛け算回路２５からの信号電圧はローパスフィルタ２６によりＤＣ信号化され、ノイズに埋もれた信号の中から特定の周波数の信号Ａ／２ｃｏｓ（α）の信号が検出される。
同様に掛け算回路２７からの信号電圧はローパスフィルタ２８によりＤＣ信号化され、ノイズに埋もれた信号の中から特定の周波数の信号Ａ／２ｓｉｎ（α）の信号が検出される。このＤＣ信号化されたＡ／２ｃｏｓ（α）とＡ／２ｓｉｎ（α）を制御部１３に内蔵されたＡＤ変換器により数値化して実効値ベクトルの長さＡ／２を求めることができ、計測された信号の大きさとなる。

指入力の場合の動作を説明する。選択回路２０によりｘ送信切り替え回路２３を選択し、同期発信回路２９から出力されるｓｉｎ（ωｔ）信号をｘ送信切り替え回路２３によりｘ電極１に順次接続して印可する。このときｘ受信切り替え回路２４はｘ電極１に接続しない。ｙ受信切り替え回路２２はｙ電極２に順次接続する。

送信信号ｓｉｎ（ｗｔ）がｘ電極１に印可され、指４がスイッチパネル５０にタッチするとｘ電極１とｙ電極２間の静電容量結合による電流の一部が人体インピーダンス５を介してグランドへ流れる、つまりｙ電極２からｙ受信電極切り替え回路２２を介して流れる電流（＝信号電流）が指がタッチする前の受信信号よりも小さくなる。

次にペン入力の場合の動作を説明する。選択回路２０により入力ペン３を選択し、同期発信回路２９から出力されるｓｉｎ（ωｔ）信号を入力ペン３に印可する。ｙ受信切り替え回路２２によりｙ電極に順次接続する。ｘ送信切り替え回路２３はｘ電極１に接続せず、ｘ受信切り替え回路２４はｘ電極１に順次接続しする。入力ペン３がスイッチパネル５０に当接するとｘ電極１と入力ペン３間で静電容量結合による電流（＝信号電流）が入力ペン３が当接する前の受信信号よりも大きくｘ電極１を介して検出される。制御部１３では信号電流が最大になるｘ電極１を特定する。

同様にｙ受信切り替え回路２２によりｙ電極２に順次接続され、入力ペン３がスイッチパネル５０に当接するとｙ電極２と入力ペン３間で静電容量結合による電流（＝信号電流）が入力ペン３が当接する前の受信信号よりも大きくｙ電極２を介して検出される。制御部１３では信号電流が最大になるｙ電極２を特定する。前記、特定されたｘ電極１とｙ電極２により入力ペンが当接した位置とする。

本発明の実施の第４の形態を図４で説明する。絶縁体を挟んで（図示せす）、ｘ電極１とｙ電極２が格子状に配置されており、この構成をスイッチパネル５０とする、前記ｙ電極２に接続された受信切り替え回路２２と、前記ｘ電極１に接続されたｘ受信切り替え回路２４及びｘ送信切り替え回路２３があり、入力ペン３とｘ送信切り替え回路２３を選択する選択回路２０がある。ｘ電極１およびｙ電極２から計測される信号電流は、電流−電圧電圧変換回路２１で信号電圧に変換される。尚この信号電圧をAｓｉｎ（ωｔ＋α）とし、ωは角周波数、ｔは時間、αは位相差、Ａは計測される振幅とする。

同期発信回路３０はｓｉｎ（ωｔ）が出力され、選択回路２０と位相調整回路３１に接続されている。位相調整回路３１では同期発信回路３０から出力されるｓｉｎ（ωｔ）信号を信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）と同位相（位相差ゼロ）に調整したｓｉｎ（ωｔ＋α）に変換する。前記位相調整回路３１では指入力とペン入力時の各位相差の調整値をあらかじめを設定・記憶しておき、指／ペン切り替え時に反映させる。

掛け算回路２５は信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）と同位相に調整したｓｉｎ（ωｔ＋α）を掛け合わせる。前記同期発信回路３０はさらに選択回路２０を介して入力ペン３とｘ送信切り替え回路２３に接続されている。

掛け算回路２５からの信号電圧はローパスフィルタ２６によりＤＣ信号化されノイズに埋もれた信号の中から特定の周波数の信号Ａ／２のＤＣ信号が検出される。前記Ａ／２のＤＣ信号は制御部１３に内蔵されたＡＤ変換器により数値化して計測された信号の大きさとなる。尚、前記掛け算器の計算式は下記のように表せる。

Ａｓｉｎ（βｔ）×ｓｉｎ（βｔ）＝（Ａ／２）（ｃｏｓ（２βｔ＋ｃｏｓ（０））
但しβは同期発信回路１７により信号電圧との位相差をゼロにした角周波数とする。
上記２次の高調波であるｃｏｓ（２βｔ）と直流信号（Ａ／２）ｃｏｓ（０）の合成された信号をローパスフィルター２６により、２次の高調波を除去することで直流信号（Ａ／２）ｃｏｓ（０）＝Ａ／２の信号が測定される。

本発明の実施の第４の形態では掛け算回路２５に信号電圧と同位相の信号で掛け算するために検出信号を直接計測することができ、前記第３の形態のような実効値を求める演算処理が不要となる。

指入力の場合の動作および入力ペンの動作は本発明の実施の第３の形態と同様である。

以下、実施例により、本発明を説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものでなく、本発明の技術範囲において、種々の変形例を含むものである。
（実施例１）
図１を用いてスイッチパネル５０の構成を説明する。ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムの表面にｙ電極２および、外部回路に接続するための配線パターンを銀ペーストやＩＴＯ（酸化インジウムスズ）で印刷する。ｙ電極２の幅は３ｍｍとし、互いに等間隔で平行になる様に９ｍｍピッチで配置した。次に前記ＰＥＴフィルムの裏面に、ｘ電極１および、外部回路に接続するための配線パターンを銀ペーストで印刷する。ｘ電極の幅は３ｍｍとし、互いに等間隔で平行になる様に９ｍｍピッチで前記ｙ電極２と直角になるように格子状に配置した。

ｘ、ｙ電極の幅を３mm、電極ピッチを９ｍｍとしたが、静電容量が得られることができる寸法幅であれば３mm以下、または３mm以上でも可能であるが指入力時に信号変化を大きくするためにｘ、ｙ電極の交点の各電極幅を小さくして、入力ペン使用時に裏面であるｘ電極１からの信号を大きく検出するために表面に配置したｙ電極２よりも全体の電極幅を大きくする方が望ましい。また基材をＰＥＴフィルムとしたが、他にガラス基材やガラスエポキシ基材など使用しても良く、絶縁体に導電性材料を構成できるものであれば対応可能である。

同期発信回路１６はｓｉｎ（ωｔ）信号およびｃｏｓ（ωｔ）信号の周波数は４００ｋＨｚで出力される。前記ｓｉｎ（ωｔ）信号はｙ送信切り替え回路８及びｘ送信切り替え回路１０にも接続されており、入力ペン３使用時には選択回路６で入力ペン３を選択してｘ電極１、ｙ電極２へ順次印可する。指入力の場合は選択回路６でｘ受信切り替え回路９を選択してｙ電極２に順次印可し、ｘ送信切り替え回路１０は接続せず、ｘ受信切り替え回路９に順次接続する。
計測する信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）は掛け算回路１１及び掛け算回路１４に接続される。掛け算回路１１では信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）と同期発信回路１６から出力されるｓｉｎ（ωｔ）信号で掛け算される。掛け算回路１４では信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）と同期発信回路１６から出力されるｃｏｓ（ωｔ）信号で掛け算される。掛け算回路１１からの信号電圧はローパスフィルタ１２によりＤＣ信号化され、ノイズに埋もれた信号の中から特定の周波数の信号Ａ／２ｃｏｓ（α）の信号が検出される。

本実施例１の構成では入力ペン３内部に信号増幅回路を配置することで、計測された信号を増幅して電流−電圧変換回路７に出力できるためノイズと信号の比が向上し正確な位置検出ができる。また計測する信号に位相差（α）があっても実効値Ａ演算処理で求めることができるため、指入力と入力ペンで計測される信号の位相差（α）が異なっても、また環境温度の変化により位相差（α）が変化しても、指入力あるいは入力ペンの位置を正確に検出することができる。
（実施例２）
図２を用いて説明する。スイッチパネル５０の構成は（実施例１）と同様である。
同期発信回路１８は周波数４００ｋＨｚのｓｉｎ（ωｔ）が出力され、ｙ送信切り替え回路８及びｘ送信切り替え回路１０および位相調整回路１７に接続されており、入力ペン３使用時には選択回路６で入力ペン３を選択してｘ電極１、ｙ電極２へ順次印可する。指入力の場合は選択回路６でｘ受信切り替え回路９を選択してｙ電極２に順次印可し、ｘ送信切り替え回路１０は接続せず、ｘ受信切り替え回路９に順次接続する。

計測する信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）は掛け算回路１１に接続される。位相調整回路１７では同期発信回路１８から出力されるｓｉｎ（ωｔ）信号を信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）と同位相（位相差ゼロ）に調整したｓｉｎ（ωｔ＋α）に変換する。掛け算回路１１は信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）と同位相に調整したｓｉｎ（ωｔ＋α）を掛け合わせる。
掛け算回路１１からの信号電圧はローパスフィルタ１２によりＤＣ信号かされノイズに埋もれた信号の中から特定の周波数の信号Ａ／２のＤＣ信号が検出される。前記Ａ／２のＤＣ信号は制御部１３に内蔵されたＡＤ変換器により数値化して計測された信号の大きさとなる。

本実施例２の構成では入力ペン３内部に信号増幅回路を配置することで、計測された信号を増幅して電流−電圧変換回路７に出力できるためノイズと信号の比が向上し正確な位置検出ができる。また位相調整回路１７にて、計測する信号に位相差（α）と同じ位相に調整されたｓｉｎ（ωｔ＋α）を、掛け算回路１１にて掛け合わすので、掛け算回路１７の出力結果は計測する信号電圧の実効値Ａとなり、実効値ベクトル長さを演算する必要がなく、指入力あるいは入力ペンの位置を高速に検出する事ができる。
（実施例３）
図３を用いて説明する。スイッチパネル５０の構成は（実施例１）と同様である。
同期発信回路２９は周波数は４００ｋＨｚのｓｉｎ（ωｔ）信号およびｃｏｓ（ωｔ）信号が出力される。前記ｓｉｎ（ωｔ）信号は選択回路２０と掛け算回路２５に接続されており、前記ｃｏｓ（ωｔ）信号は掛け算回路２７に接続されている。

ｙ受信切り替え回路２２はｙ電極２に接続され、ｘ送信切り替え回路２３とｘ受信切り替え回路２４はｘ電極１に接続されており、入力ペン３使用時には選択回路２０で入力ペン３を選択してｙ受信切り替え回路２２を順次ｙ電極２に接続し、ｘ送信切り替え回路２３を接続せず、ｘ受信切り替え回路２４を順次ｘ電極１に接続する。指入力の場合は選択回路２０でｘ送信切り替え回路２３を選択してｙ受信切り替え回路２２を順次ｙ電極２に接続し、ｘ受信切り替え回路２４を接続せず、ｘ送信切り替え回路２３を順次ｘ電極１に接続する。

計測する信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）は掛け算回路２５及び掛け算回路２７に接続される。掛け算回路２５では信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）と同期発信回路２９から出力されるｓｉｎ（ωｔ）信号で掛け算される。掛け算回路２７では信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）と同期発信回路２９から出力されるｃｏｓ（ωｔ）信号で掛け算される。掛け算回路２５からの信号電圧はローパスフィルタ２６によりＤＣ信号化され、ノイズに埋もれた信号の中から特定の周波数の信号Ａ／２ｃｏｓ（α）の信号が検出される。
同様に掛け算回路２７からの信号電圧はローパスフィルタ２８によりＤＣ信号化され、ノイズに埋もれた信号の中から特定の周波数の信号Ａ／２ｓｉｎ（α）の信号が検出される。このＤＣ信号化されたＡ／２ｃｏｓ（α）とＡ／２ｓｉｎ（α）を制御部１３に内蔵されたＡＤ変換器により数値化して実効値ベクトルの長さＡ／２を求めることができ、計測された信号の大きさとなる。

本実施例３の構成では同期発信回路２９からのｓｉｎ（ωｔ）信号が入力ペン３に接続されて出力するので入力ペン３からのノイズ侵入が実施例１より少なくなり、ノイズ耐性が向上する。また計測する信号に位相差（α）があっても実効値Ａ演算処理で求めることができるため、指入力と入力ペンで計測される信号の位相差（α）が異なっても、また環境温度の変化により位相差（α）が変化しても、指入力あるいは入力ペンの位置を正確に検出することができる。
（実施例４）
図４を用いて説明する。スイッチパネル５０の構成は（実施例１）と同様である。
同期発信回路３０は周波数４００ｋＨｚのｓｉｎ（ωｔ）が出力され、選択回路２０と位相調整回路３１に接続されている。ｙ受信切り替え回路２２はｙ電極２に接続され、ｘ送信切り替え回路２３とｘ受信切り替え回路２４はｘ電極１に接続されており、入力ペン３使用時には選択回路２０で入力ペン３を選択してｙ受信切り替え回路２２を順次ｙ電極２に接続し、ｘ送信切り替え回路２３を接続せず、ｘ受信切り替え回路２４を順次ｘ電極１に接続する。計測する信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）は掛け算回路２５に接続される。

位相調整回路３１では同期発信回路３０から出力されるｓｉｎ（ωｔ）信号を信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）と同位相（位相差ゼロ）に調整したｓｉｎ（ωｔ＋α）に変換する。掛け算回路２５は信号電圧Ａsin（ωｔ＋α）と同位相に調整したｓｉｎ（ωｔ＋α）を掛け合わせる。掛け算回路２５からの信号電圧はローパスフィルタ２６によりＤＣ信号かされノイズに埋もれた信号の中から特定の周波数の信号Ａ／２のＤＣ信号が検出される。前記Ａ／２のＤＣ信号は制御部１３に内蔵されたＡＤ変換器により数値化して計測された信号の大きさとなる。

本実施例４の構成では同期発信回路３０からのｓｉｎ（ωｔ）信号が入力ペン３に接続されて出力するので入力ペン３からのノイズ侵入が実施例２より少なくなり、ノイズ耐性が向上する。また位相調整回路３１にて、計測する信号に位相差（α）と同じ位相に調整されたｓｉｎ（ωｔ＋α）を、掛け算回路１１にて掛け合わすので、掛け算回路２５の出力結果は計測する信号電圧の実効値Ａとなり、実効値ベクトル長さを演算する必要がなく、指入力あるいは入力ペンの位置を高速に検出する事ができる。

本発明のように、入力ペンを使用時はｘ電極、ｙ電極にｓｉｎ（ωｔ）信号を順次印可して入力ペンとｘ、ｙ電極間の静電容量結合して位置信号を検出し、指入力の場合はｘ、ｙ電極間の静電容量結合した信号から指を介して信号を減少させることでタッチ位置を検出するので、入力ペンと指入力の位置特定方法が異なるため同時に使用することができる。また優先順位をつけることも可能であり、例えば入力ペン使用時は指入力は無効あるいはその逆といった事も可能であり、非常に使い勝手が向上した。

１ｘ電極
２ｙ電極
３入力ペン
４指（手）
５人体インピーダンス
６選択回路
７電流−電圧変換回路
８ｙ送信切り替え回路
９ｘ受信切り替え回路
１０ｘ送信切り替え回路
１１掛け算回路
１２ローパスフィルター
１３制御部
１４掛け算回路
１５ローパスフィルター
１６同期発信回路
１７位相調整回路
１８同期発信回路
２０選択回路
２１電流−電圧変換回路
２２ｙ受信切り替え回路
２３ｘ送信切り替え回路
２４ｘ受信切り替え回路
２５掛け算回路
２６ローパスフィルター
２７掛け算回路
２８ローパスフィルター
２９同期発信回路
３０同期発信回路
３１位相調整回路
４０受信切り替え回路
４１送信切り替え回路
４２送信切り替え回路
４３送信切り替え回路
４４検出電極
４５送信信号
４６受信信号
４７受信信号
５０スイッチパネル

Claims

絶縁体を挟んで、ｘ、ｙの格子状に配置した電極に、接続された送信、受信切り替え回路と、入力ペンとｘ電極を選択する選択回路を有し、指入力では、前記ｘとｙの電極間の静電容量変化に連動した電流を計測し、また、入力ペンではｘ及びｙ電極とペン先導体部の静電容量結合された電流を計測するために、送信に接続された電極へは同期発信回路からｓｉｎ信号が印可され、一方、指入力のときに受信に接続された電極または入力ペンによって計測された電流を電流−電圧変換回路により電圧信号に変換されて、前記ｓｉｎ信号と同期した掛け算回路とローパスフィルターによりＤＣ信号に変換され、前記ＤＣ信号をＡＤ変換回路により数値化して、演算処理部により、指または入力ペンのタッチ位置を特定する静電容量式入力装置において、前記指入力の場合は、前記選択回路で指入力を選択し、前記送信、受信切り替え回路にてｘ側の電極を受信に接続し、ｙ側の電極を送信に接続して指タッチ位置を検出し、また、入力ペンの場合は前記選択回路で入力ペンを選択し、前記送信、受信切り替え回路にてｘ、ｙ電極ともに送信に接続して入力ペンに接続された受信回路で指示位置を検出することを特徴とする静電容量式入力装置。
絶縁体を挟んで、ｘ、ｙの格子状に配置した電極に、接続された送信、受信切り替え回路と、入力ペンとｘ電極を選択する選択回路を有し、指入力では、前記ｘとｙの電極間の静電容量変化に連動した電流を計測し、また、入力ペンではｘ及びｙ電極とペン先導体部の静電容量結合された電流を計測するために、送信に接続された電極へは同期発信回路からｓｉｎ信号が印可され、一方、指入力のときに受信に接続された電極または入力ペンによって計測された電流を電流−電圧変換回路により電圧信号に変換されて、前記ｓｉｎ信号と同期した掛け算回路とローパスフィルターによりＤＣ信号に変換され、前記ＤＣ信号をＡＤ変換回路により数値化して、演算処理部により、指または入力ペンのタッチ位置を特定する静電容量式入力装置において、前記指入力の場合は前記選択回路で指入力を選択し、前記送信、受信切り替え回路にてｘ側の電極を送信に接続し、ｙ側の電極を受信に接続して指タッチ位置を検出し、また、入力ペンの場合は前記、選択回路で入力ペンを選択し、前記、送信、受信切り替え回路にてｘ、ｙ電極ともに受信に接続して入力ペンに接続された送信回路からの信号をｘ、ｙ電極ともに接続された受信回路で指示位置を検出することを特徴とする静電容量式入力装置。
同期発信回路により同期がとられたｓｉｎ信号とｃｏｓ信号が生成され、前記sin信号は送信側に接続され、受信側には電流−電圧変換回路が接続され、検出された信号と、前記ｓｉｎ信号及びｃｏｓ信号を掛け算する掛け算回路を設け、該掛け算回路の出力信号をローパスフィルタ回路によってＤＣ信号に変換した、指タッチ信号及び入力ペン検出信号を計測する請求項１、或いは、請求項２に記載の静電容量式入力装置。
同期発信回路により同期がとられたｓｉｎ信号が生成され、前記sin信号は送信側に接続され、受信側には電流−電圧変換回路が接続され、検出された信号と、前記ｓｉｎ信号を位相調整回路により特定の位相に調整された固定位相信号を掛け算する掛け算回路を設け、該掛け算回路の出力信号をローパスフィルタ回路によってＤＣ信号に変換した、指タッチ信号及び入力ペン検出信号を計測する請求項１、或いは、請求項２に記載の静電容量式入力装置。