JP3750212B2 - Coordinate position input device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報機器の画面カーソル座標位置を入力するために用いられる座標位置入力装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図3を使用し、従来の技術について説明する。
【0003】
図3は従来の座標位置入力装置の構成を示す概念図であり、同図において、400は複数の帯状抵抗体、401は操作者の指、402は回路グラウンド、403は操作者の指401によって抵抗体400と回路グラウンド402との間に見掛け上形成される静電容量、404,405は抵抗体400の選択部、406,407は抵抗体400の駆動部、408,409は駆動部406,407の基準電圧、410,411は電流を電圧に変換するI/V変換部、412,413は電圧をデジタル値に変換するA/D変換部、414は制御部、415は選択部404,405の制御信号、416は駆動部406,407の制御信号である。
【0004】
また、X,Yは直交座標平面の軸であり、説明がしやすいように抵抗体400の単体をSn(n=1,2,……n)とし、分割した抵抗体Snは同図に示すようにY軸と平行でX軸に沿って配置されているものとする。また、静電容量403の大きさをC、基準電圧408の大きさをE1、基準電圧409の大きさをE2とする。
【0005】
このように構成された従来の座標位置入力装置において、操作者の指401が同図に示すように抵抗体S1のY軸方向のy1:y2となる位置にある場合のY軸方向の位置検出原理を以下に説明する。
【0006】
まず、抵抗体S1のy1側の抵抗値をR1,y2側の抵抗値をR2とすると次の(数1)に示す関係が成り立つ。
【0007】
【数1】
【0008】
そして制御部414は、制御信号415で選択部404,405の選択を抵抗体S1にさせ、制御信号416で駆動部406,407の設定を基準電圧E1側とさせると、容量Cに印加される電圧はE1となり電荷が充電される。この状態で駆動部406,407の設定を基準電圧E2側に切替えると、E1>E2の時は容量Cの電荷が電圧E2になるまでR1,R2を通して放電される。この時R1を流れる電流をI1,R2を流れる電流をI2とすると、I1×R1=I2×R2なので、次の(数2)に示す関係が成り立つ。
【0009】
【数2】
【0010】
ここで(数1)、(数2)より次の(数3)に示す関係が成り立つ。
【0011】
【数3】
【0012】
よって電流I1とI2の比によってY軸方向の操作者の指の座標位置がわかる。
【0013】
また、E1<E2の時は容量Cの電荷が電圧E2になるまでR1,R2を通して充電されるので、I1,I2は方向が逆になり−I1,−I2となるが(数2)は成り立つので、E1<E2としてもよい。
【0014】
そして、I1,I2はI/V変換部410,411でそれぞれ電圧値に変換され、A/D変換部412,413でそれぞれデジタル値に変換され、制御部414へ入力され、この制御部414でY軸方向の操作者の指401の座標位置を計算する。
【0015】
続いて制御部414は、制御信号415で選択部404,405の選択を抵抗体S2,S3……Snと順次切替えを行いながら、上記と同じように制御信号416で駆動部406,407を制御し、抵抗体S2,S3……Snそれぞれにおける電流I1,I2を検出することができるので、操作者の指401が抵抗体S1以外の抵抗体の位置にあってもY軸方向の操作者の指401の座標位置を計算することができる。
【0016】
次に、X軸方向の位置検出原理を以下に説明する。
まず、時間をt、容量Cに発生する電圧をV、容量Cを流れる電流をIとすると次の(数4)に示す微分方程式が成り立つ。
【0017】
【数4】
【0018】
ここでI=I1+I2なので、I1+I2=C×(dV/dt)となり、これによって電流I1とI2の和で容量Cの大きさがわかる。
【0019】
そして、制御部414は制御信号415で選択部404,405の選択を抵抗体S2,S3……Snと順次行って各々の電流I1とI2を検出し、その和の大きさを比較計算または補間計算して容量Cの分布状態を算出する。通常容量Cの分布状態は、操作者の指401による影響が無い位置では容量C=0、操作者の指401による影響が最も大きい位置の容量Cは最大の分布となるので制御部414は、算出した容量Cが最大となった位置を指401での操作位置と判定する。
【0020】
このようにして抵抗体S1からSnまで検出したそれぞれの抵抗体での電流I1とI2の和の大きさを比較計算または補間計算することによって、X軸方向の操作者の指401の座標位置を求めることができる。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、X軸方向の操作者の指401の座標位置の検出精度は分割した抵抗体Snの本数に依存し、検出精度をあげるためには操作者の指401の大きさに対して十分細かい間隔で抵抗体400を配置する必要があるが、抵抗体400の分割本数を多くすると検出に時間がかかるという課題を有していた。
【0022】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、従来に比べて座標位置検出時間を大幅に短縮することができる優れた座標位置入力装置を提供することを目的とするものである。
【0023】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の座標位置入力装置は、XY直交座標平面のX軸方向検出用として、複数の帯状の第一の抵抗体を配するとともに、Y軸方向検出用として、前記複数の帯状の第一の抵抗体間各々に配置した複数の帯状部の両端を連結部で結んだはしご状の第二の抵抗体を配置した検出部を有する構成としたものである。
【0024】
この本発明によれば、座標位置検出時間を大幅に短縮することができる優れた座標位置入力装置を得ることができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、複数本が所定の間隔で配置されて各両端が対向して配置された一対の帯状の第1電極にそれぞれ接続された帯状の第1の抵抗体、ならびにこの複数の帯状の第1の抵抗体の外方にそれぞれ第1の抵抗体と平行に配置された一対の帯状の第2電極の各両端どうしを上記第1電極の外方で接続する抵抗体からなる一対の帯状の連結部にそれぞれの両端が接続されて上記第1の抵抗体間に各々絶縁状態で配置された帯状の第2の抵抗体により構成されて座標位置を入力操作する検出部と、この検出部の選択を行う選択部と、上記検出部を駆動する駆動部と、上記検出部からの電流信号を電圧信号に変換するI/V変換部と、上記電圧信号をデジタル信号に変換するA/D変換部と、上記デジタル信号から座標位置を求める制御部からなる構成としたものであり、座標位置検出のための切替え回数は最低2回で済むため、検出時間を大幅に短くできるという作用を有する。
【0026】
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の発明において、帯状の第二の抵抗体を導体により形成したものであり、座標位置検出のための切替え回数は最低2回で済み、さらに第二の抵抗体の複数の帯状部を導体にて形成したため信号の遅れが無く、検出時間をより短くできるという作用を有する。
【0027】
以下、本発明の実施の形態について図1、図2を用いて説明する。
(実施の形態1)
図1は本発明の第1の実施の形態による座標位置入力装置の構成を示す概念図、図2は同検出部の構成を示す平面図であり、同図において、1は複数の帯状の第一の抵抗体であり、この複数の第一の抵抗体1は対向する一対の対辺に設けた第一電極2,3で互いに接続されている。そして、4ははしご状の第二の抵抗体であり、その形状は、上記第一の抵抗体1間に配され、上記第一電極2,3の外方まで伸び、第一電極2,3と絶縁された複数の帯状部4Aと、この帯状部4Aの両端を各々結ぶ連結部4Bからなっている。そして、6,7は第二の抵抗体4の連結部4Bと直交する対向した外周の一対の対辺に設けた第二電極であり、上記の構成によって座標位置を入力操作する検出部を構成している。
【0028】
8は操作者の指、9は回路グラウンド、10は操作者の指8によって第一の抵抗体1と回路グラウンド9との間に見掛け上形成される静電容量、11は操作者の指8によって第二の抵抗体4の帯状部4Aと回路グラウンド9との間に見掛け上形成される静電容量、12,13は第一、第二の抵抗体1,4の選択部、14,15は第一、第二の抵抗体1,4の駆動部、16,17は基準電圧、18,19は電流を電圧に変換するI/V変換部、20,21は電圧をデジタル値に変換するA/D変換部、22は制御部、23は選択部12,13の制御信号、24は駆動部14,15の制御信号である。
【0029】
また、X,Yは直交座標平面の軸であり、説明がしやすいように第一の抵抗体1はX軸と平行に、第二の抵抗体4の連結部4BはY軸と平行に配置したものとする。
【0030】
以下に、このように構成した座標位置入力装置の動作について説明するが、図1に示すように、操作者の指8によって抵抗体1と回路グラウンド9との間及び、第二の抵抗体4の帯状部4Aと回路グラウンド9との間に、見掛け上静電容量10,11が形成され、ここで、この静電容量10の大きさをCx、静電容量11の大きさをCyとする。
【0031】
また、基準電圧16の大きさをE1、基準電圧17の大きさをE2とする。
最初に操作者の指8が、図1に示すように、第一の抵抗体1のX軸方向のx1:x2となる位置にある場合のX軸方向の位置検出原理を以下に説明する。
【0032】
まず、複数の第一の抵抗体1は第一電極2,3によって互いに接続されているので第一電極2,3からみると1本の抵抗とみなすことができ、このときの第一の抵抗体1のx1側の抵抗体部分を25とし、その抵抗値をRx1、x2側の抵抗体部分を26とし、その抵抗値をRx2とすると次の(数5)に示す関係が成り立つ。
【0033】
【数5】
【0034】
そして制御部22は、制御信号23によって選択部12,13の選択を第一の抵抗体1側に切替えるとともに、制御信号24によって駆動部14,15の設定を基準電圧E1側に切替えを行って、容量Cxに電圧E1を印加する。
【0035】
次に、同様にしてこの状態で駆動部14,15の設定を基準電圧E2側に切替えると、E1>E2の時は容量Cxの電荷が電圧E2になるまでx1,x2側抵抗体部分25,26を通して放電される。この時x1側抵抗体部分25を流れる電流をIx1、x2側抵抗体部分26を流れる電流をIx2とすると、Ix1×Rx1=Ix2×Rx2であるため、次の(数6)に示す関係が成り立つ。
【0036】
【数6】
【0037】
また、(数5)、(数6)より次の(数7)に示す関係が成り立つ。
【0038】
【数7】
【0039】
この(数7)によれば、電流Ix1とIx2の比によってX軸方向の操作者の指8の座標位置を検出できることがわかる。
【0040】
また、E1<E2の時は容量Cxの電荷が電圧E2になるまでx1,x2側抵抗体部分25,26を通して充電されるので、電流Ix1,Ix2は方向が逆になって−Ix1,−Ix2となるが、(数6)は同様に成り立つため、E1<E2としてもよい。
【0041】
そして、電流Ix1,Ix2をI/V変換部18,19でそれぞれ電圧値に変換し、更に、A/D変換部20,21でそれぞれデジタル値に変換して、制御部22に入力させて、制御部22で両者を比較演算することによって操作者の指8のX軸方向の座標位置を検出するようになっている。
【0042】
次に、操作者の指8が図1に示すように第二の抵抗体4の帯状部4AのY軸方向のy1:y2となる位置にある場合のY軸方向の位置検出原理を以下に説明する。
【0043】
このとき、容量Cyは操作者の指8の面積によって第二の抵抗体4の帯状部4Aの最低1本以上で分割して形成される形となるが、その複数本の帯状部4Aから連結部4B各々に加わる電荷量は分割形成された容量の大きさに比例するため、第二の抵抗体4の連結部4Bでの容量Cyの容量的中心位置はy1:y2の位置を操作したことと同様に考えることができる。
【0044】
また、第二の抵抗体4の連結部4Bは第二電極6,7からみると1本の抵抗とみなすことができ、そのy1側の抵抗体部分を27とし、その抵抗値をRy1、y2側の抵抗体部分を28とし、その抵抗値をRy2とすると次の(数8)に示す関係が成り立つ。
【0045】
【数8】
【0046】
そして制御部22は、制御信号23によって選択部12,13の選択を第二の抵抗体4側に切替えるとともに、制御信号24によって駆動部14,15の設定を基準電圧E1側に切替えを行って、容量Cyに電圧はE1を印加する。
【0047】
次に、同様にしてこの状態で駆動部14,15の設定を基準電圧E2側に切替えると、E1>E2の時は容量Cyの電荷が電圧E2になるまでy1,y2側抵抗体部分27,28を通して放電される。この時y1側抵抗体部分27を流れる電流をIy1、y2側抵抗体部分28を流れる電流をIy2とすると、Iy1×Ry1=Iy2×Ry2であるため、次の(数9)に示す関係が成り立つ。
【0048】
【数9】
【0049】
また、(数8)、(数9)より次の(数10)に示す関係が成り立つ。
【0050】
【数10】
【0051】
この(数10)によれば、電流Iy1とIy2の比によってY軸方向の操作者の指8の座標位置を検出できることがわかる。
【0052】
また、E1<E2の時は容量Cyの電荷が電圧E2になるまでy1,y2側抵抗体部分27,28を通して充電されるので、電流Iy1,Iy2は方向が逆になって−Iy1,−Iy2となるが、(数9)は同様に成り立つため、E1<E2としてもよい。
【0053】
そして、電流Iy1,Iy2をI/V変換部18,19でそれぞれ電圧値に変換し、更にA/D変換部20,21でそれぞれデジタル値に変換して、制御部22に入力させて、制御部22で両者を比較演算することによって操作者の指8のY軸方向の座標位置を検出するようになっている。
【0054】
以上のように本発明の座標位置入力装置は、切替え動作を最低2回行うだけで座標位置を検出できるようにしたため、検出時間は短くて済むとともに、選択部12,13も小さいものでよいものとなる。
【0055】
(実施の形態2)
本発明の第2の実施の形態は、前述の実施の形態1の座標位置入力装置の第二の抵抗体4の帯状部4Aを抵抗体にて形成する代わりに導体によって形成した構成となっているものである。
【0056】
このように第二の抵抗体4の複数の帯状部4Aを導体で形成すると、容量Cyの電荷の連結部4Bに移動する時の遅れを無くすことができるため、Y軸方向の検出時間を短縮する場合には特に有用である。
【0057】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、座標位置の検出を短時間で行うことができ、その構成回路も小さくて済む優れた座標位置入力装置を実現できるという有用な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施の形態による座標位置入力装置の構成を示す概念図
【図2】同検出部の構成を示す平面図
【図3】従来の座標位置入力装置の構成を示す概念図
【符号の説明】
1 第一の抵抗体
2,3 第一電極
4 第二の抵抗体
4A 第二の抵抗体の帯状部
4B 第二の抵抗体の連結部
6,7 第二電極
8 操作者の指
9 回路グラウンド
10,11 見掛け上形成される静電容量
12,13 第一、第二の抵抗体の選択部
14,15 第一、第二の抵抗体の駆動部
16,17 基準電圧
18,19 I/V変換部
20,21 A/D変換部
22 制御部
23 選択部の制御信号
24 駆動部の制御信号
25 x1側抵抗体部分
26 x2側抵抗体部分
27 y1側抵抗体部分
28 y2側抵抗体部分[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a coordinate position input device used for inputting a screen cursor coordinate position of an information device.
[0002]
[Prior art]
The conventional technique will be described with reference to FIG.
[0003]
FIG. 3 is a conceptual diagram showing the configuration of a conventional coordinate position input device. In FIG. 3, 400 is a plurality of strip resistors, 401 is an operator's finger, 402 is a circuit ground, and 403 is an operator's
[0004]
In addition, X and Y are axes on an orthogonal coordinate plane. For ease of explanation, a
[0005]
In the conventional coordinate position input apparatus configured as described above, the position detection in the Y-axis direction when the operator's
[0006]
First, when the resistance value on the y1 side of the resistor S1 is R1, and the resistance value on the y2 side is R2, the relationship shown in the following (Equation 1) is established.
[0007]
[Expression 1]
[0008]
The
[0009]
[Expression 2]
[0010]
Here, the relationship shown in the following (Equation 3) holds from (Equation 1) and (Equation 2).
[0011]
[Equation 3]
[0012]
Therefore, the coordinate position of the operator's finger in the Y-axis direction can be determined by the ratio of the currents I1 and I2.
[0013]
When E1 <E2, the charge of the capacitor C is charged through R1 and R2 until the voltage E2 reaches the voltage E2. Therefore, the directions of I1 and I2 are reversed and become −I1 and −I2 (Equation 2) holds. Therefore, it is good also as E1 <E2.
[0014]
I1 and I2 are converted into voltage values by the I /
[0015]
Subsequently, the
[0016]
Next, the principle of position detection in the X-axis direction will be described below.
First, when the time is t, the voltage generated in the capacitor C is V, and the current flowing through the capacitor C is I, the following differential equation is established.
[0017]
[Expression 4]
[0018]
Here, since I = I1 + I2, I1 + I2 = C × (dV / dt), and the magnitude of the capacitance C can be found by the sum of the currents I1 and I2.
[0019]
Then, the
[0020]
By comparing or interpolating the sum of the currents I1 and I2 in the respective resistors detected from the resistors S1 to Sn in this way, the coordinate position of the operator's
[0021]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional configuration described above, the detection accuracy of the coordinate position of the operator's
[0022]
The present invention solves the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide an excellent coordinate position input device capable of significantly shortening the coordinate position detection time as compared with the prior art.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, the coordinate position input device of the present invention includes a plurality of strip-shaped first resistors for detecting the X-axis direction of the XY orthogonal coordinate plane, and for detecting the Y-axis direction. It has a configuration having a detection unit in which a ladder-like second resistor is arranged in which both ends of a plurality of strips arranged between each of the plurality of belt-like first resistors are connected by a connecting part.
[0024]
According to the present invention, it is possible to obtain an excellent coordinate position input device capable of greatly shortening the coordinate position detection time.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention according to
[0026]
The invention according to
[0027]
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of the coordinate position input apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the detection unit. In FIG. The plurality of
[0028]
8 is an operator's finger, 9 is a circuit ground, 10 is an electrostatic capacitance apparently formed between the
[0029]
X and Y are axes on an orthogonal coordinate plane, and the
[0030]
Hereinafter, the operation of the coordinate position input apparatus configured as described above will be described. As shown in FIG. 1, the second resistor 4 between the
[0031]
Also, the magnitude of the
First, the principle of detecting the position in the X-axis direction when the operator's
[0032]
First, since the plurality of
[0033]
[Equation 5]
[0034]
The
[0035]
Next, when the setting of the driving
[0036]
[Formula 6]
[0037]
Further, the following relationship is established from (Equation 5) and (Equation 6).
[0038]
[Expression 7]
[0039]
According to this (Equation 7), it can be seen that the coordinate position of the operator's
[0040]
Further, when E1 <E2, since the charge of the capacitor Cx is charged through the x1 and x2 side resistor portions 25 and 26 until the voltage E2 is reached, the directions of the currents Ix1 and Ix2 are reversed and −Ix1 and −Ix2 However, since (Equation 6) holds similarly, E1 <E2 may be satisfied.
[0041]
The currents Ix1 and Ix2 are converted into voltage values by the I /
[0042]
Next, the principle of detecting the position in the Y-axis direction when the operator's
[0043]
At this time, the capacitor Cy is formed by dividing at least one of the
[0044]
Further, the connecting portion 4B of the second resistor 4 can be regarded as one resistor when viewed from the
[0045]
[Equation 8]
[0046]
The
[0047]
Next, when the setting of the
[0048]
[Equation 9]
[0049]
Further, the following relationship is established from (Equation 8) and (Equation 9).
[0050]
[Expression 10]
[0051]
According to this (Equation 10), it can be seen that the coordinate position of the
[0052]
Further, when E1 <E2, since the charge of the capacitor Cy is charged through the y1 and y2 side resistor portions 27 and 28 until the voltage E2 is reached, the directions of the currents Iy1 and Iy2 are reversed and −Iy1 and −Iy2 However, since (Equation 9) holds similarly, E1 <E2 may be satisfied.
[0053]
Then, the currents Iy1 and Iy2 are converted into voltage values by the I /
[0054]
As described above, the coordinate position input apparatus according to the present invention can detect the coordinate position by performing the switching operation at least twice. Therefore, the detection time can be shortened and the
[0055]
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present invention has a configuration in which the belt-
[0056]
When the plurality of
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a useful effect of realizing an excellent coordinate position input apparatus that can detect a coordinate position in a short time and that requires only a small configuration circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a coordinate position input device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing a configuration of the detection unit. FIG. 3 shows a configuration of a conventional coordinate position input device. Schematic diagram [Explanation of symbols]
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