JP5697227B1 - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

複数の指による複数のポイントの入力が可能であり、かつノイズの影響を受け難く安定した入力が可能なマルチタッチパネル（位置検出装置）を提供する。位置検出センサーの第一の方向に配列された複数の電極のうち所定の電極に、送信信号生成回路から出力される送信信号を供給する。位置検出センサーの第一の方向に直交する第二の方向に配列された複数の電極のうちから互いに隣接する少なくとも４本以上で偶数の電極を選択し、該選択した偶数本の電極のうち両端を除き互いに隣接する半数を差動増幅回路の第一の入力端子に供給し、残り半数を差動増幅回路の第二の入力端子に供給する。位置検出センサー上に置かれた指示体が差動増幅回路の第一および第二のどちらの入力端子に接続される電極上に有るのかを、差動増幅回路の出力を同期検波する同期検波回路の出力に現れる信号の極性により判定する。

Description

本発明は、静電方式によって指などの導電体による複数の指示位置を検出する位置検出装置に関するもので、詳しくは位置検出センサー上での複数本の指示体の指示位置を検出するとともに、位置検出センサーに混入するノイズを低減して検出精度を向上させる技術に関する。

近年、タッチパネルを搭載したタブレット型情報端末が多く用いられるようになってきた。特に複数の指位置を同時に入力するマルチタッチの技術改革が進んでいる。

この種の技術としては、たとえば特許文献１（特開平０８−１７９８７１号公報）に開示されているように、パネル面の縦横に電極を複数配置してそれらの電極が形成する交点を順次選択して信号強度を求めて、その信号分布により指位置を求める静電誘導方式が広く用いられている。特許文献１の装置によれば、選択した縦ラインおよび横ラインによる交点付近に置かれた指に対応した信号が検出されるので、パネル上に複数の指が同時に置かれていても互いに干渉することなく各指の位置を正確に求めることができる。

前述した装置はＬＣＤ（Liquid Crystal Display；液晶ディスプレイ）などの表示装置と組み合わせて使用することが多い。その場合、表示装置が発生するノイズが混入するため、指位置を正しく求めることができなかったり、誤った位置を検出したりして、誤動作の原因となることが多かった。このため、静電誘導方式のタッチパネルではノイズの除去ということが重要な課題であった。

ノイズを除去するための最も効果的な方法として用いられたのが差動増幅器である。即ち、２つの電極ラインを同時に選択して一方をプラス側入力、他方をマイナス側入力に接続することにより、ノイズ成分をキャンセルして指の接近による信号差のみを検出するようにしていた。たとえば特許文献２（特開平５−６１５３号公報）や特許文献３（特開平１０−２０９９２号公報）に記載された技術などがその具体例である。

しかしながら、複数の指を同時に検出するマルチタッチパネルにおいては前述した差動入力による検出は実用化されていない。その理由は、差動入力では必ず複数のポイントで指の接近が検出可能となるため、仮に信号が検出されたとしてもどのポイントに指が置かれたかを判定することが難しいためである。このような問題を解決する技術として特許文献４（特開２０１１−８７２３号公報）の発明が提案されている。

この特許文献４に記載の位置検出装置においては、各々の受信電極を三分割して、中央の電極を差動増幅器のプラス側入力端子に、両脇の電極を差動増幅器のマイナス側入力端子に接続することで、ノイズを相殺するとともに指でタッチした際の変化を検出できるような構成となっている。

特開平０８−１７９８７１号公報 特開平５−６１５３号公報 特開平１０−２０９９２号公報 特開２０１１−８７２３号公報

ところで、この種の位置検出装置では、多くの場合、複数の電極を配置したセンサーを透明なガラスやＰＥＴフィルム等で形成しており、電極を切り替えるアナログスイッチや差動増幅器等が実装された回路基板とはＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）接続やコネクタ等によって接続されている。このとき、センサーと回路基板との接続本数が多いほど装置がコスト高となり、故障発生率も高くなるが、前記の特許文献４の例では、従来の１本の電極を三分割したことにより、センサーと回路基板との接続本数が多くなるという問題がある。

特許文献４に記載の他の実施例（図１１）では、受信電極として均等な太さのものを配列して、複数本の電極をプラス側に選択し、その両脇の電極をマイナス側に選択するようにして前述したのと同様な効果を実現しようとしているのであるが、そのためには受信電極を配列するピッチを指による接触面の幅に比べて十分に細かくしなければならず、センサーと回路基板との接続本数が多くなることに変わりはない。

また、特許文献４の位置検出装置では、サイズが大きくなると電極の本数が増えることによりサンプリング速度が低下するという問題もある。

本発明は前述したような問題点に対して、複数の指による複数のポイントの入力が可能であり、かつノイズの影響を受け難く安定した入力が可能なマルチタッチパネル（位置検出装置）を提供することを目的とする。

本発明は、前述した目的に加えて、位置検出センサーと回路基板との接続本数を少なくすることにより、低コストで、かつ、信頼性の高いマルチタッチパネル（位置検出装置）を提供することを目的とする。

本発明はさらに、サイズが大きくなっても速いサンプリング速度で、複数の指による入力を、ノイズの影響を受けることなく安定に行うことができるマルチタッチパネル（位置検出装置）を提供することを目的とする。

本発明では前記目的を達成するため、以下のような構成を備えた位置検出装置を提案する。

第一の方向及び該第一の方向に直交する第二の方向にそれぞれ複数の電極を配列した位置検出センサーと、前記第一の方向に配列された電極に送信信号を供給する送信信号生成回路と、該送信信号生成回路から出力される送信信号を前記第一の方向に配列された複数の電極のうち所定の電極に供給する第一の電極選択回路と、を設ける。

第一および第二の入力端子を有し該第一および第二の入力端子に入力される信号を差動増幅して出力する差動増幅回路と、前記第二の方向に配列された複数の電極のうちから互いに隣接する少なくとも４本以上で偶数本かつ所定本数の電極を選択し、該選択した偶数本の電極のうち両端を除き互いに隣接する半数を差動増幅回路の前記第一の入力端子に供給し、該選択した偶数本の電極のうち両端を含む残り半数を差動増幅回路の前記第二の入力端子に供給する第二の電極選択回路と、を設ける。

前記差動増幅回路が出力する受信信号の強度を検出する回路であって、該受信信号の位相が前記送信信号の位相を基準として正方向または負方向の値として出力する同期検波回路と、前記第一の電極選択回路および第二の電極選択回路によって選択される電極を順次切り替えた際に、前記同期検波回路が出力する信号の強度および正または負で表される極性の分布より、指などの指示導体による指示位置を求める処理回路と、を設ける。

このように構成した本発明による位置検出装置は、第一および第二の入力端子に接続される２組の受信電極と第一の電極選択回路によって選択される送信電極との各交点に指などの指示体が置かれると差動増幅回路の出力に信号が現れるが、置かれた指示体が差動増幅回路の第一および第二のどちらの入力端子に接続される電極上に有るのかを同期検波回路の出力に現れる信号の極性により判定することができる。

また、差動増幅回路の前記第一の入力端子側に接続される電極は第二の入力端子側に接続される電極よりも隣接している本数が多くなるように選択されているので、指示体付近の受信電極が前記第一の入力端子側として選択された際に強い信号を検出することができる。

また、差動増幅回路の前記第二の入力端子側に接続する電極を分散して配置するので、液晶などからの外来ノイズのキャンセル効果が高い。

本発明ではさらに、前記処理回路が、前記第二の電極選択回路によって前記差動増幅回路の第一の入力端子に接続される電極上に指示体が置かれた際の前記同期検波回路からの出力極性の方向を有効とし、前記第二の電極選択回路によって前記差動増幅回路の第二の入力端子に接続される電極上に指示体が置かれた際の前記同期検波回路からの出力極性の方向を無効とする、ように処理することを特徴とする位置検出装置を提案する。

本発明ではさらに、前記第二の電極選択回路によって前記差動増幅回路の第一の入力端子に接続される電極上に指示導体が置かれた際の前記同期検波回路からの出力極性の方向を正とし、前記第二の電極選択回路によって前記差動増幅回路の第二の入力端子に接続される電極上に指示導体が置かれた際の前記同期検波回路からの出力極性の方向を負とした場合に、前記第一の電極選択回路が特定の電極を選択している時の前記第二の電極選択回路による選択電極を順番に更新した際の前記同期検波回路からの出力電圧の分布が正方向に２つのピーク点を持ち、かつ２つのピーク点間に負方向で所定以上の大きさの電圧となる点が存在すれば前記２つのピーク点はそれぞれ独立の指示体によるものであると判断し、前記２つのピーク点間に所定以上の負方向電圧となる点が存在しなければ前記２つのピーク点は同一の指示体によるものであると判断するようにした位置検出装置を提案する。

このように処理することにより、２つの指示体が接近して置かれてもこれらの２点をはっきりと区別することができ、また、広い領域に跨った指示体についても正しく判断することが可能となる。

本発明ではさらに、前記位置検出装置を液晶などの表示装置と組み合わせるとともに、前記位置検出センサーの電極として透明導電材を用いたことを特徴とする位置検出装置を提案する。

本発明では、もう一つの目的として、サイズが大きくなっても速いサンプリング速度かつ耐ノイズ性の高い検出を行うため、位置検出面の第一の方向に配列した複数の送信電極と、該第一の方向に直交する第二の方向に配列した複数の受信電極とからなる位置検出センサーを備え、指などの導電体が前記位置検出面に接触した際の前記送信電極と前記受信電極間の容量変化に応じた信号を検出する位置検出装置において、以下のような構成を備えた位置検出装置を提案する。

前記複数の受信電極中の所定本数と接続する信号処理回路が複数設けられている。

前記複数の信号処理回路にはそれぞれ、前記接続される所定本数の受信電極の中から２組の電極を選択して＋端および−端として出力する電極選択回路と、前記＋端および−端と接続して信号の差を検出する差動増幅回路とが設けられている。

前記位置検出面を前記第二の方向に複数の領域に分割して、それぞれの領域毎に受信電極を前記複数の信号処理回路に接続するが、領域の境界付近に位置する特定本数の受信電極を２つの信号処理回路に共通に接続する。また、これらの信号処理回路は同時に動作させることが好ましい。

本発明による位置検出装置によれば、差動増幅回路により外来ノイズをキャンセルすることができるとともに、指示体が差動増幅回路の第一および第二のどちらの入力端子に接続される電極上に有るのかを同期検波回路の出力に現れる信号の極性により判定することができるので、一つの指示体が複数箇所として検出されてしまうという従来の問題点を解決することができ、複数個所に指示体が置かれた場合にはそれらの位置を正しく検出することができる。

本発明によれば、位置検出面を複数の領域に分割して、複数の信号処理回路により処理するので、広い位置検出面であっても受信電極の信号を複数の差動増幅器によって並列処理することができ、サンプリング速度の速い検出を行うことができる。

また、領域の境界付近に位置する特定本数の受信電極を２つの信号処理回路に共通に接続するようにしたので、全体として連続した検出面と同じように信号が検出されるし、個々の信号処理回路が集積回路（ＩＣ）として構成されていても不感領域が存在したりすることなく連続した検出面として処理することができる。

また、選択する受信電極の範囲を１本ずつ変える動作が可能であるため、電極の配列ピッチを広くしても指示位置を詳細に求めることが可能となり、位置検出センサーと回路基板との接続本数を少なくすることができ、低コストで、かつ信頼性の高いタッチパネルが実現できる。

本発明による位置検出装置の第一実施例の位置検出部の構成を示した図である。 本発明による位置検出装置の第一実施例に用いる透明センサー一例の断面図である。 本発明による位置検出装置の第一実施例の構成図である。 本発明による位置検出装置の第一実施例の基本的な動作形態を示した図である。 本発明による位置検出装置の第一実施例において、導電体の指示位置による受信信号の違いを示した図である。 本発明による位置検出装置の第一実施例において、電極Ｘ４と電極Ｘ５に跨る位置に指示導電体がある場合の図である。 本発明による位置検出装置の第一実施例において、電極Ｘ４〜電極Ｘ８上に跨る大きな指示導電体がある場合の図である。 本発明による位置検出装置の第一実施例において、電極Ｘ４〜電極５および電極Ｘ７〜電極Ｘ８上に指示導体がある場合の図である。 本発明による位置検出装置の第一実施例において、複数のＸ電極およびＹ電極に跨る指示導体がある場合の図である。 図９における信号極性の分布を示す図である。 本発明による位置検出装置の第一実施例において、複数のＹ電極に跨る指示導体がある他の例を示す図である。 図１１における信号極性の分布を示す図である。 本発明による位置検出装置の第二実施例の構成図である。

［第一実施例（第１の実施形態）］
図１は本発明による位置検出装置の第一実施例の位置検出部の構成を示した図である。図において、１１はＬＣＤパネル、１２はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）により形成した電極を有する透明センサーである。１２ａはＩＴＯ電極のラインがＸ方向に複数配列してなるＩＴＯガラスである。１２ｂはＩＴＯ電極のラインがＹ方向に複数配列してなるＩＴＯガラスである。１２ｃは厚みが均一なＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）フィルムである。透明センサー１２は、ＩＴＯガラス１２ａとＩＴＯガラス１２ｂとを各ＩＴＯ面を向かい合わせるとともに間にＰＥＴフィルム１２ｃを挟んで接着することにより作られている。透明センサー１２は、検出領域がＬＣＤパネル１１の表示領域とちょうど重なるように、ＬＣＤパネル１１と重ねて配置されている。なお、ＩＴＯガラス１２ａ上のＸ電極およびＩＴＯガラス１２ｂ上のＹ電極はＡＣＦ接続により図示しないフレキシブル基板を経由して図示しないプリント基板に接続されている。図２は透明センサー１２をＹ電極上で切断した断面図である。

図３は本発明による位置検出装置の第一実施例の構成図である。図３において、１２は透明センサー、１３は透明センサー１２のＸ電極に接続されてＸ電極の中から２組の電極を＋端および−端として選択するＸ選択回路、１４は透明センサー１２のＹ電極に接続されてＹ電極の中から一つ（または隣接する複数本）の電極を選択するＹ選択回路である。本実施例ではＸ電極が４０本（Ｘ０〜Ｘ３９）、Ｙ電極が３０本（Ｙ０〜Ｙ２９）として説明する。

１５は所定の周波数で発振する発振器で、その出力信号は送信回路１６に供給されている。送信回路１６は、発振器１５からの信号を所定の電圧に変換して出力する回路で、その出力信号はＹ選択回路１４によって選択されるＹ電極に加えられる。

１７は差動増幅器で、その第一の入力端子及び第二の入力端子（非反転入力端子（＋）及び反転入力端子（−））は、Ｘ選択回路１３によって選択された＋端および−端に接続されている。１８は同期検波回路で、差動増幅器１７と発振器１５の各出力端に接続され、差動増幅器１７からの出力信号を発振器１５からの信号に基づき同期検波した信号を出力する。同期検波回路１８は、発振器１５からの信号（送信信号）により差動増幅器１７の出力信号を同期検波して、差動増幅器１７の出力信号の強度を検出するものであり、その検出結果を、発振器１５からの信号（送信信号）の位相を基準とした当該差動増幅器１７の出力信号の位相に応じた正方向または負方向の値として出力する。同期検波回路１８の出力信号は、ローパスフィルター１９によって信号が滑らかにされた後、サンプルホールド回路２０によってサンプル＆ホールドされ、さらにＡＤ（Analog to Digital）変換回路２１によって信号強度がデジタル化される。

ＡＤ変換回路２１によって変換されたデジタルデータはマイクロプロセッサ２２によって読み取られ処理される。マイクロプロセッサ２２からは、Ｘ選択回路１３、Ｙ選択回路１４、サンプルホールド回路２０、ＡＤ変換回路２１にそれぞれ制御信号が供給されている。

まず、このように構成した本実施例の基本的な動作原理について説明する。図４は、本実施例の基本的な動作形態を示した図である。マイクロプロセッサ２２はＹ選択回路１４に対して制御信号を送出して、Ｙ電極の中の１本を選択して送信回路１６に接続する。また、マイクロプロセッサ２２はＸ選択回路１３に対して制御信号を送出して、Ｘ電極の中から隣り合う４本を選択するとともに、該４本のうち中央の２本はＸ選択回路１３の＋端に接続し、該４本のうち両端の２本をＸ選択回路１３の−端に接続する。すなわち、マイクロプロセッサ２２は、Ｘ選択回路１３に対して、番号が連続する４本のＸ電極を選択すると共に、それらの４本の電極を、”−＋＋−”順で選択する。ここで、”−＋＋−”における「−」はＸ選択回路１３の−端に接続することを意味し、「＋」はＸ選択回路１３の＋端に接続することを意味する。

このとき、選択したＹ電極と該４本のＸ電極とのいずれの交点付近にも指などの導電体が無い場合には、これらの４つの交点による誘導電圧は差動増幅器１７においてキャンセルされ、差動増幅器１７には出力として現れないが、いずれかの交点に指などの導電体が置かれるとその位置に応じて差動増幅器１７からは信号が現れる。

図５は、導電体の指示位置による受信信号の違いを示した図である。（Ａ）は、＋端として選択したＸ電極とＹ電極との交点上に導電体が置かれた場合の差動増幅器１７の出力信号を示したもので、（Ｂ）は、−端として選択したＸ電極とＹ電極との交点上に導電体が置かれた場合の差動増幅器１７の出力信号を示したものである。このように、差動増幅器１７の出力信号は、導電体がＸ電極の＋端側に置かれるか−端側に置かれるか（すなわち、導電体がＸ選択回路１３の＋端として選択されたＸ電極側に置かれるか、−端として選択されたＸ電極側に置かれるか）によって位相が１８０°反転する。このような信号を同期検波回路１８およびローパスフィルター１９を通すことにより、ローパスフィルター１９からは指示体の位置によって正または負の電圧が現れる。

マイクロプロセッサ２２は、この電圧をＡＤ変換回路２１からのデジタルデータとして読み取ることにより、指示体がＸ電極の＋端側に置かれたのか−端側に置かれたのかを判定することができる。

図６は、一つの指示導電体が電極Ｘ４と電極Ｘ５とに跨る位置に置かれた場合について、信号がどのように検出されるかを示した図である。図６では、マイクロプロセッサ２２は、Ｙ電極としてちょうど指示導電体が置かれたラインを選択しているものとし、Ｘ電極は番号が連続する４本の電極を、”−＋＋−”順で選択する。そして、マイクロプロセッサ２２は、ステップ０では電極Ｘ０〜Ｘ３を選択し、ステップ１では電極Ｘ１〜Ｘ４を選択し、ステップ２では電極Ｘ２〜Ｘ５を選択し、というように、ステップを繰り上げる毎にＸ電極の選択番号を１ずつ増やしてゆく。

この場合、ステップ１とステップ５ではＸ選択回路１３の−端側として選択したＸ電極上に指示導電体が来るので、差動増幅器１７の出力に基づきマイクロプロセッサ２２ではマイナス方向の信号が検出される。また、ステップ３ではＸ選択回路１３の＋端側として選択した２本のＸ電極に跨る位置に指示導電体が来るので、差動増幅器１７の出力に基づきマイクロプロセッサ２２ではプラス方向の信号が検出される。また、ステップ２とステップ４では指示導電体が＋側電極と−側電極とに跨る位置に来るため、差動増幅器１７では導電体の影響がちょうど打ち消し合い、マイクロプロセッサ２２では信号が検出されなくなる。図６の例では、マイクロプロセッサ２２ではステップ３の時にプラス方向の信号が検出されるので、指示導電体が電極Ｘ４と電極Ｘ５との中間位置に存在することがわかる。

図７は、電極Ｘ４から電極Ｘ８にかけて跨るような大きい指示導電体が置かれた場合について、信号がどのように検出されるかを示した図である。図７でも、マイクロプロセッサ２２は、Ｙ電極としてちょうど指示導電体が置かれたラインを選択し、Ｘ電極は番号が連続する４本の電極を、”−＋＋−”順で選択を行い、図６と同様に各ステップ毎にＸ電極の選択番号を１ずつ増やしてゆくものとする。このとき、ステップ１とステップ８ではＸ選択回路１３の−端側として選択した１本のＸ電極上のみに指示導電体が来るので、マイナス方向の信号が検出される。また、ステップ２、ステップ４、ステップ５、ステップ７では、Ｘ選択回路１３の＋端側として選択したＸ電極と、Ｘ選択回路１３の−端側として選択したＸ電極とがちょうど同数だけ指示導電体の領域に含まれるため、導電体の影響がちょうど打ち消し合い、マイクロプロセッサ２２では信号が検出されなくなる。また、ステップ３とステップ６では指示導電体の領域に含まれるＸ電極は、Ｘ選択回路１３の−端側が１本で＋端側が２本となるため、マイクロプロセッサ２２ではプラス方向の信号が検出される。図７の例では、図６と比較して見ると、２つの位置に指示導電体が存在するかのような信号が検出される。

図８は、２つの指示導電体が電極Ｘ４と電極Ｘ５とに跨る位置、および電極Ｘ７と電極Ｘ８とに跨る位置に置かれた場合について、信号がどのように検出されるかを示した図である。図８でもマイクロプロセッサ２２は、Ｙ電極としてちょうど指示導電体が置かれたラインを選択し、Ｘ電極は番号が連続する４本の電極を”−＋＋−”順で選択を行い、図６と同様に各ステップ毎にＸ電極の選択番号を１ずつ増やしてゆくものとする。このとき、ステップ１とステップ８ではＸ選択回路１３の−端側として選択した１本のＸ電極上のみに指示導電体が来るので、マイクロプロセッサ２２ではマイナス方向の信号が検出される。また、ステップ２とステップ７ではＸ選択回路１３の＋端側と−端側のＸ電極が各１本ずつ指示導電体の領域に来るため信号が現れない。ステップ３とステップ６ではＸ選択回路１３の＋端側として選択した２本のＸ電極に跨るように指示導電体が来て、−端側電極上には指示導電体が無いのでプラス方向の信号が現れる。ステップ４とステップ５では指示導電体の領域に含まれるＸ電極は、−端側が２本で、＋端側が１本となるためマイナス方向の信号が検出される。

図７と図８とを比較して見ると、ステップ３とステップ６においてマイクロプロセッサ２２ではプラス方向の信号が検出されるので、どちらも２つの指示導電体が存在するかのように見える。しかし、図８では、Ｘ電極選択のステップを更新した際に正方向に現れる２つのピーク間に負方向の信号が現れるステップが存在しているのに対して、図７では正方向に現れる２つのピーク間に負方向の信号が現れることが無い。このように、同一の送信電極を選択した状態で受信側電極選択のステップを更新したときに複数の正方向のピークが現れた場合に、各ピーク間に負方向の信号が現れるステップが存在すればその両側の正方向ピークは独立した指示体によるものであり、負方向の信号が現れるステップが存在しなければ２つの正方向ピークは連続した指示体によるものであると判断することができる。

次に、複数のＹ電極に跨る比較的大きな接触面を持つ指示導体が置かれた場合について、信号がどのように検出されるかについて説明する。図９は、複数のＸ電極およびＹ電極に跨る指示導体が置かれた場合の接触領域と、電極Ｘおよび電極Ｙの各電極との位置関係を示した一例である。図１０は、図９において電極Ｘおよび電極Ｙの各電極に対する選択を更新した際にローパスフィルター１９から出力される電圧の極性の分布を示したもので、縦方向は送信側であるＹ電極の選択番号を表し、横方向は図６と同様に連続する４本のＸ電極を”−＋＋−”と選択したときのステップ番号を表している。即ち、マイクロプロセッサ２２は、ステップ０では電極Ｘ０〜Ｘ３を選択し、ステップ１では電極Ｘ１〜Ｘ４を選択し、ステップ２では電極Ｘ２〜Ｘ５を選択し、というように、ステップを繰り上げる毎にＸ電極の選択番号が１ずつ増やすようにする。図１０では、ローパスフィルター１９から出力される電圧がほぼゼロであった場合を”０”とし、正電圧であった場合を”＋”とし、負電圧であった場合を”−”として表している。

図１０において、Ｙ電極として電極Ｙ４、電極Ｙ５、電極Ｙ６を選択した際のＸ選択ステップがステップ４およびステップ５の場合の６点の値が”０”となっているが、これらの両脇に表示される値、即ちステップ３およびステップ６における値が”＋”となっているため、本実施例では前記６点の値（ステップ４およびステップ５の場合の６点の値）が”＋”であったものと見なして処理を行う。具体的には、ステップ３およびステップ６で得られた電圧の平均値を、これらの値に置き換えても良いし、ステップ３およびステップ６の高い方の値を置き換えても良い。このように処理を行うのは、図７に関して説明したのと同様で、Ｘ電極選択のステップを更新した際に、正方向に現れる２つのピーク間に負方向の信号が現れていないことから、２つのピーク間には連続した指示体が置かれていることがわかるためである。

図１１は、複数のＹ電極に跨る指示導体が置かれた他の例について示したものである。図１２は、図１１において電極Ｘおよび電極Ｙの各電極に対する選択を更新した際にローパスフィルター１９から出力される電圧の極性の分布を図１０と同様に示したものである。

図１２においてＹ電極として電極Ｙ４、電極Ｙ５、電極Ｙ６を選択した際に、Ｘ選択ステップがステップ３およびステップ６で正方向の信号が出ているが、これらの間のステップ４およびステップ５において負方向の信号が現れているため、ステップ３において＋端側に選択された電極Ｘ４〜Ｘ５の位置とステップ６において＋端側に選択された電極Ｘ７〜Ｘ８の位置にはそれぞれ独立した指示体が置かれていることが判るのである。

本実施例では、Ｘ電極の選択数を４本として”−＋＋−”の順で選択するようにしているが、これはＸ電極の配列ピッチが広くても互いに接近した指をきちんと分離して認識するための最適な選択方法である。また、Ｘ電極の選択数を４本よりも多い偶数本、たとえば６本として”−＋＋＋−−”または”−−＋＋＋−”のように選択しても良い。

本実施例では、Ｙ電極の選択数を１本としているが、これはＹ電極の配列ピッチが広くても互いに接近した指をきちんと分離して認識するための最適な選択方法である。しかし、Ｙ電極の選択本数を連続する２本以上としても良い。

本実施例では、Ｘ電極の選択においてＸ選択回路１３の＋端側として選択した電極の両脇を−端側として選択するようにしたが、この逆であっても良い。

本実施例では、差動増幅器１７の非反転入力端子（＋）に接続される電極上に指示導体が置かれた際の同期検波回路１８およびローパスフィルター１９の出力電圧が正方向の場合を有効とし、差動増幅器１７の反転入力端子（−）に接続される電極上に指示導体が置かれた際の同期検波回路１８およびローパスフィルター１９の出力電圧が負方向の場合を無効とするような構成となっているが、この逆になるような回路構成としても良い。

［第二実施例］
図１３は、本発明による位置検出装置の第二実施例の構成を示したものである。本実施例では受信電極からの受信信号を処理する回路を複数設けて、これらを同時に動作させることにより全体としてサンプリング速度を向上させるような構成について示す。

本実施例においても位置検出部は図１および図２と同様な構造となっている。図１３において、２３は透明センサーで、Ｘ方向に６７本（Ｘ１〜Ｘ６７）、Ｙ方向に３０本（Ｙ１〜Ｙ３０）の電極がそれぞれ配列されている。２４は、透明センサー２３のＹ電極に接続されてＹ電極の中から一つの電極を選択するアナログマルチプレクサである。

２５は所定の周波数の信号を生成する送信信号発生回路で、その出力信号は送信回路２６に供給されている。送信回路２６は、送信信号発生回路２５からの信号を所定の電圧に変換して出力する回路で、その出力信号はアナログマルチプレクサ２４によって選択されるＹ電極に加えられる。

２７ａ〜２７ｄはそれぞれ同一構成を有する信号処理回路で、図３におけるＸ選択回路、差動増幅器、同期検波回路、ローパスフィルター、サンプルホールド回路、ＡＤ変換回路と同じ回路を備えている。

信号処理回路２７ａ〜２７ｄのＸ選択回路は、それぞれ１９個の入力端子（Ａ０〜Ａ１８）を備え、これらの入力端子の中から番号が連続する４つの端子を選択して、そのうち両端の２つを−側として、中央の２つを＋側として選択する。

この信号処理回路２７ａ〜２７ｄのそれぞれの選択回路が選択した＋側の端子および−側の端子は差動増幅器の入力に接続され、差動増幅器からの出力信号は同期検波回路およびローパスフィルター、サンプルホールド回路を経由してＡＤ変換回路によりデジタル変換される。これらの動作は前述した第一実施例の動作と同じである。

２９は、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）を備え、所定のプログラムによって動作するマイクロプロセッサで、コントロール回路２８を介して各信号処理回路２７ａ〜２７ｄを制御するとともに、各信号処理回路２７ａ〜２７ｄが出力するＡＤ変換出力をコントロール回路２８を経由して読み取る。

送信信号発生回路２５の出力信号は、コントロール回路２８を介して信号処理回路２７ａ〜２７ｄの各同期検波回路に供給されている。

本実施例では、６７本のＸ電極が４つの信号処理回路２７ａ〜２７ｄの各１９個の入力端子（Ａ０〜Ａ１８）に分割して接続されている。信号処理回路２７ａの入力端子Ａ０〜Ａ１８はそれぞれ、電極Ｘ１〜Ｘ１９に接続されている。また、信号処理回路２７ｂの入力端子Ａ０〜Ａ１８はそれぞれ、電極Ｘ１７〜Ｘ３５に接続されている。信号処理回路２７ｃの入力端子Ａ０〜Ａ１８はそれぞれ電極Ｘ３３〜Ｘ５１に接続され、信号処理回路２７ｄの入力端子Ａ０〜Ａ１８はそれぞれ電極Ｘ４９〜Ｘ６７に接続されている。

ここで、信号処理回路２７ａおよび２７ｂ、また、信号処理回路２７ｂおよび２７ｃ、更に、信号処理回路２７ｃおよび２７ｄのそれぞれに共通に接続されているＸ電極の本数は、Ｘ選択回路が＋端および−端として選択するＸ電極の本数の合計数から１を減じた本数であり、この例では、４−１＝３本とされるものである。即ち、Ｘ１７〜Ｘ１９の３本の電極は２つの信号処理回路２７ａおよび２７ｂに共通に接続されており、Ｘ３３〜Ｘ３５の３本の電極は２つの信号処理回路２７ｂおよび２７ｃに共通に接続されており、Ｘ４９〜Ｘ５１の３本の電極は２つの信号処理回路２７ｃおよび２７ｄに共通に接続されている。

マイクロプロセッサ２９には信号処理回路２７ａ〜２７ｄから出力される信号レベル値を保存するメモリー Ｖ（ｘ、ｙ）が備えられている。このメモリーのアドレスとして、ｘは６４個（１〜６４）、ｙは３０個（１〜３０）となっている。

マイクロプロセッサ２９は、以下に説明するステップ１〜ステップ１６の動作を繰り返し行う。

ステップ１を開始するに当たり、マイクロプロセッサ２９は、信号処理回路２７ａ〜２７ｄにそれぞれ接続されているＸ電極のうち番号の少ない方から４本を”−＋＋−”の順に選択するようにコントロール回路２８を制御する。即ち、信号処理回路２７ａは電極Ｘ１〜Ｘ４を、信号処理回路２７ｂは電極Ｘ１７〜Ｘ２０を、信号処理回路２７ｃは電極Ｘ３３〜Ｘ３６を、信号処理回路２７ｄは電極Ｘ４９〜Ｘ５２を、それぞれ選択する。

ステップ１は、さらに３０回の処理期間に分割されており、その第１の処理期間ではアナログマルチプレクサ２４が電極Ｙ１を選択して、送信回路２６からの送信信号が電極Ｙ１に供給される。そのときマイクロプロセッサ２９は、各信号処理回路２７ａ〜２７ｄから、前記選択したＸ電極からの信号を差動増幅して、同期検波回路およびローパスフィルター、サンプルホールド回路、ＡＤ変換回路を経由して出力される信号レベル値を、コントロール回路２８を経由して読み取る。

次に、ステップ１の第２の処理期間では、アナログマルチプレクサ２４が電極Ｙ２を選択して、各信号処理回路２７ａ〜２７ｄから出力される信号レベルが、マイクロプロセッサ２９で読み取られる。同様に、第３の処理期間では、アナログマルチプレクサが２４電極Ｙ３を選択して、各信号処理回路２７ａ〜２７ｄから出力される信号レベルが、マイクロプロセッサ２９で読み取られる。このようにマイクロプロセッサ２９はＹ電極の選択番号を順次更新しながら信号レベルを読み取り、第３０の処理期間では電極Ｙ３０を選択して信号レベルが読み取られる。

このときマイクロプロセッサ２９は、信号処理回路２７ａから読み取られた３０個の信号レベルをマイクロプロセッサ２９内のメモリーＶ（１、１）〜Ｖ（１、３０）に順番に保存する。また、信号処理回路２７ｂから読み取られた３０個の信号レベルをメモリーＶ（１７、１）〜Ｖ（１７、３０）に順番に保存する。また、信号処理回路２７ｃから読み取られた３０個の信号レベルをメモリーＶ（３３、１）〜Ｖ（３３、３０）に順番に保存する。また、また、信号処理回路２７ｄから読み取られた３０個の信号レベルをメモリーＶ（４９、１）〜Ｖ（４９、３０）に順番に保存する。

続いてステップ２を開始するに当たり、マイクロプロセッサ２９は、各信号処理回路２７ａ〜２７ｄが選択しているＸ電極の番号を前記ステップ１の時よりも１本ずつ繰り上げるようにコントロール回路２８を制御する。即ち、信号処理回路２７ａは電極Ｘ２〜Ｘ５を、信号処理回路２７ｂは電極Ｘ１８〜Ｘ２１を、信号処理回路２７ｃは電極Ｘ３４〜Ｘ３７を、信号処理回路２７ｄは電極Ｘ５０〜Ｘ５３を、それぞれ選択する。

ステップ２においてもステップ１の時と同様にして、アナログマルチプレクサ２４が電極Ｙ１〜Ｙ３０を順次選択したときの各信号処理回路２７ａ〜２７ｄから信号レベルがマイクロプロセッサ２９で読み取られる。このとき、マイクロプロセッサ２９は、信号処理回路２７ａから読み取られた３０個の信号レベルをメモリーＶ（２、１）〜Ｖ（２、３０）に順番に保存する。また、信号処理回路２７ｂから読み取られた３０個の信号レベルをメモリーＶ（１８、１）〜Ｖ（１８、３０）に順番に保存する。また、信号処理回路２７ｃから読み取られた３０個の信号レベルをメモリーＶ（３４、１）〜Ｖ（３４、３０）に順番に保存する。また、また、信号処理回路２７ｄから読み取られた３０個の信号レベルをメモリーＶ（５０、１）〜Ｖ（５０、３０）に順番に保存する。

続いてステップ３では、信号処理回路２７ａ〜２７ｄが選択するＸ電極の番号をステップ２の時よりも１本ずつ繰り上げ、信号処理回路２７ａは電極Ｘ３〜Ｘ６を、信号処理回路２７ｂは電極Ｘ１９〜Ｘ２２を、信号処理回路２７ｃは電極Ｘ３５〜Ｘ３８を、信号処理回路２７ｄは電極Ｘ５１〜Ｘ５４を、それぞれ選択して同様に信号レベルが読み取られる。各信号処理回路２７ａ〜２７ｄから読み取られた信号レベルはそれぞれ、メモリーＶ（３、１）〜Ｖ（３、３０）、メモリーＶ（１９、１）〜Ｖ（１９、３０）、メモリーＶ（３５、１）〜Ｖ（３５、３０）、メモリーＶ（５１、１）〜Ｖ（５１、３０）に保存される。

同様にして、ステップ番号を更新する毎にＸ電極の選択番号を１本ずつ繰り上げて各信号処理回路２７ａ〜２７ｄからの信号レベルが読み取られ、最後のステップ１６では各信号処理回路２７ａ〜２７ｄから読み取られた信号レベルはそれぞれ、メモリーＶ（１６、１）〜Ｖ（１６、３０）、メモリーＶ（３２、１）〜Ｖ（３２、３０）、メモリーＶ（４８、１）〜Ｖ（４８、３０）、メモリーＶ（６４、１）〜Ｖ（６４、３０）に保存される。

このようにして本実施例ではステップ１〜１６により、Ｙ側選択電極の番号を”ｙ”とし、Ｘ側選択電極の番号を”ｘ〜ｘ＋３”としたときの信号レベルをＶ（ｘ、ｙ）として求めることができる。このようにして得られた信号レベルは第一実施例と同じように正または負の値を取るため、図６〜図１２において説明したのと同様な方法で指示体の位置や個数を求めることができる。

本実施例では、位置検出面を４つの領域に分割して４つの信号処理回路により処理することにより、短時間で全面の信号レベルを求めることができる。

また、領域の境界付近に位置するＸ電極を２つの信号処理回路に共通に接続するようにしたので、全体として連続した検出面と同じように信号が検出されるし、個々の信号処理回路が集積回路（ＩＣ）として構成されていても不感領域が存在したりすることなく連続した検出面として処理することができる。

なお、本実施例では、位置検出面の分割数を４としたが、これに限定されるものではなく、４より多くしても良いし、少なくしても良い。

１１…ＬＣＤパネル
１２、２３…透明センサー
１３…Ｘ選択回路
１４…Ｙ選択回路
１５…発振器
１６、２６…送信回路
１７…差動増幅器
１８…同期検波回路
１９…ローパスフィルター
２０…サンプルホールド回路
２１…ＡＤ変換回路
２２、２９…マイクロプロセッサ
２４…アナログマルチプレクサ
２５…送信信号発生回路
２７…信号処理回路
２８…コントロール回路

Claims (9)

1. 第一の方向及び前記第一の方向に直交する第二の方向にそれぞれ複数の電極を配列した位置検出センサーと、
   前記第一の方向に配列された電極に送信信号を供給する送信信号生成回路と、
   前記送信信号生成回路から出力される前記送信信号を前記第一の方向に配列された複数の電極のうちの所定の電極に供給する第一の電極選択回路と、
   第一の入力端子および第二の入力端子を有し、前記第一の入力端子および第二の入力端子に入力される信号を差動増幅して出力する差動増幅回路と、
   前記第二の方向に配列された複数の電極のうちから互いに隣接する少なくとも４本以上で偶数本の電極を選択し、前記選択した偶数本の電極のうち両端を含まない互いに隣接する半数を差動増幅回路の前記第一の入力端子に供給し、前記選択した偶数本の電極のうち前記両端を含む残り半数を差動増幅回路の前記第二の入力端子に供給する第二の電極選択回路と、
   前記差動増幅回路が出力する受信信号の強度を検出する回路であって、前記送信信号の位相を基準とした前記受信信号の位相に応じた正方向または負方向の値として出力する同期検波回路と、
   前記第一の電極選択回路および前記第二の電極選択回路によって選択される電極を順次切り替えた際に、前記同期検波回路が出力する信号の強度および正または負で表される極性の分布より、指示導体による指示位置を求める処理回路と、
   を設けたことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記処理回路は、前記第二の電極選択回路によって前記差動増幅回路の第一の入力端子に接続される電極上に指示導体が置かれた際の前記同期検波回路からの出力極性の方向を有効とし、前記第二の電極選択回路によって前記差動増幅回路の第二の入力端子に接続される電極上に指示導体が置かれた際の前記同期検波回路からの出力極性の方向を無効とするように処理することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記第二の電極選択回路によって前記差動増幅回路の第一の入力端子に接続される電極上に指示導体が置かれた際の前記同期検波回路からの出力極性の方向を正（または負）とし、前記第二の電極選択回路によって前記差動増幅回路の第二の入力端子に接続される電極上に指示導体が置かれた際の前記同期検波回路からの出力極性の方向を負（または正）とした場合、前記第一の電極選択回路が特定の電極を選択している時の、前記第二の電極選択回路による選択電極を順番に更新した際の前記同期検波回路からの出力電圧の分布において、正方向（または負方向）に２つのピーク点を持ち、かつ２つのピーク点間に負方向（または正方向）で所定以上の大きさの電圧となる点が存在すれば、前記２つのピーク点はそれぞれ独立の指示導体によるものであると判断し、前記２つのピーク点間に所定以上の負方向電圧（または正方向電圧）となる点が存在しなければ、前記２つのピーク点は同一の指示導体によるものであると判断することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
4. 前記第二の電極選択回路が選択する電極数を４本としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の位置検出装置。
5. 位置検出面の第一の方向に配列した複数の送信電極と、前記第一の方向に直交する第二の方向に配列した複数の受信電極と、からなる位置検出センサーを備え、指示導体が前記位置検出面に接触した際の前記送信電極と前記受信電極間の容量変化に応じた信号を検出する位置検出装置において、
   前記複数の受信電極中の所定本数と接続する信号処理回路を複数設け、
   前記複数の信号処理回路には、それぞれ、前記接続される所定本数の受信電極の中から２組の電極を選択して＋端および−端として出力する電極選択回路と、前記＋端および−端と接続して信号の差を検出する差動増幅回路とを設けるとともに、
   前記位置検出面を、前記第二の方向に複数の領域に分割し、それぞれの前記領域毎に前記受信電極を前記複数の信号処理回路のそれぞれに接続すると共に、前記領域の境界付近に位置する特定本数の前記受信電極を２つの前記信号処理回路に共通に接続することを特徴とする位置検出装置。
6. 前記特定本数が、前記電極選択回路が＋端および−端として選択する電極の合計数から１を減じた数であることを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。
7. 前記電極選択回路は、＋端および−端として選択するそれぞれの電極が同数かつ２本以上で、＋端および−端の一方を互いに隣接して選択するとともに、＋端および−端の他方を前記一方として選択した電極の両脇に分散して選択するようにしたことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の位置検出装置。
8. 前記信号処理回路を一つの集積回路（ＩＣ）に納めたことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の位置検出装置。
9. 前記第一の方向および前記第二の方向に配列された電極が透明導電材を用いて構成され、前記位置検出センサーを表示装置と組み合わせたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の位置検出装置。
   

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