JPH07501638A - 感圧入力面を有するデータ入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 感圧入力面を有するデータ入力装置 本発明は、感圧入力表面を有するデータ入力装置に関するものである。

かかるデータ入力装置を用いることによって、手書きの記録、例えば、署名を、 コンピュータ読取り可能なデータに変換することができる。その後、かかるデー タをコンピュータ処理して、位置信号に基づく署名痕跡を再構成しかつ、平滑化 して、コンピュータ内に既に記憶された署名と正確に比較しうるまでにすること ができる。

感圧入力面を介するデータ入力装置は、欧州特許００３２０１３Ａ３ならびに米 国特許４．６３６．５８２から公知である。これらの装置は、いわゆる「感圧方 法」を採用しており、この場合、署名の評価のために、その記録はセンサーとし て設けられた入力面に及ぼす記入器具の圧力の影響のみにより実施される。この 場合使用されるべきペンは、センサーの人力面に圧力を加えて、手書きの記録ま たは署名が夫々、センサーによって圧力信号として認知されかつ、評価回路へ移 行されるようになると考えられる。このセンサーを特徴づけるデータ入力装置の 内部構造は、これが、そのチップが人力面またはセンサー面の面に押圧される記 入器具の位置を測定可能な電気的大きさに変換して、署名が出来る時、ペンの個 々の圧力点ならびに接触点のＸ位置ならびにＸ位置に対する寸法を示すように配 置されている。

欧州特許００３２０１３Ａ３ならびに米国特許４．６３６．５８２によれば、電 気的大きさの形成は柔軟な導電性の層が、抵抗性の層上のある距離に配置されて いるデータ入力装置を利用することによって達成される。

もし全く圧力を加えない場合は、これらの２層は、ある電気的な絶縁層によって 相互に隔離されている。該絶縁層は柔軟でありかっ、スクリーン印刷によって作 られた絶縁層が、記入器具の圧力点において変形して、格子状または点状網の口 開孔部によって、上部導電性の層と下部抵抗性の層の間の電気接触が行われるよ うになるような形態をなしている。このことによって、抵抗性の層を横切って電 圧の分割が形成されることになり、この場合、部分抵抗は、ペンの圧力の位置の 関数として示される。

欧州特許００３２０１３Ａ３によれば、長方形の抵抗性層の４外角において、電 圧が互換的に印加されかつ、結果として抵抗性の層における電圧分割は、抵抗性 の層の縦方向と横方向においてのみ評価され、この際、圧力点の夫々Ｘ位置なら びにｙ位置信号が得られることは公知である。

電圧分割の部分抵抗の測定は、抵抗性の層に印加される直流電圧によって行われ るが、この場合、圧力点ならびに、導電性の層と、抵抗性の層の接触によって生 じるトラフ状の沈下によって電圧分割器の電圧が感知される。

このように、これらの公知のデータ入力装置の長期の使用の後では（パッドとも いわれる）上部の導電性の層と、抵抗性の層の間の直接接触によって、特に、こ れらの層間に配置された柔軟性の絶縁性の層、ならびに抵抗性の層の発熱と機械 応力が観察される。この結果、データ入力装置の寿命の短縮と、信頼性の低下が 起こるだろう。これが起こるのは、特に、絶縁層がスクリーン印刷法で製作され 、この場合、スクリーン印刷パターンに分布していて、かつ、絶縁性の材料でで きている短栗毛状の突出部分が、本出願の要求を満足させるようには導電性の層 に固定することができないからである。

公知のデータ入力装置のさらなる欠点は、記入器具を人力面に押しつける圧力の 測定が不可能なことである。

欧州特許０１９４８６１Ａ２から、感圧入力面を具備していて、この場合、圧力 点のＸ及びｙ座標の検知の他に、圧力点において、感圧入力面に、働（圧力の力 も検知されるデータ入力装置が公知である。このように、本装置においては、感 圧入力面内の圧力点ならびに押圧力も表示する電気信号が生じる。こうすること により、Ｘならびにｙ座標の検知が、該圧力点と、抵抗性の層の該配置の、向合 わせて配列した２電極との間で得られる抵抗性の層の配置の部分抵抗に基づいて 実施される。押圧力は、抵抗性の層の配置と、抵抗性の層の配置の上に配置され ており、かつその上で圧力点の、抵抗性の層の配置との接触が多少強くなる導電 性の接触層との間の（接触）抵抗から生じる。

欧州特許０２８８６９２は記入器具等によって、入力面に発生する線に対する別 の感圧データ入力装置を教示している。該装置においては、相互に突合わせ接触 している個々の導電性の繊維を具備する圧縮性抵抗性の層が使用されている。該 抵抗性の層は、その４つの縁に、電極を具備しており、これは導電性の繊維の端 末に接続されている。

抵抗性の層の上下に堅い導電性の層が配置されている。記入器具の使用により、 抵抗性の層と導電性の層の組合わせの１側に配置されている入力面上に圧力が行 使される。導電性の繊維の突合わせ接触の強さが増大するにつれて、発生する抵 抗は、これに応じて低下するだろう。人力面内の圧力点のＸとｙの位置は、電流 が導電性の層に供給される時、個々の電極を通る電流に基づいて検知される。電 流の全体の大きさは、圧力点において入力面に作用する記入器具の圧力の一つの 尺度である。

欧州特許０１８９５９０から、記入器具による情報の入力ならびにこれと同時の 該情報の表示のための装置は公知である。この装置は、相互にある距離をおいて 配置されている、帯状電極、すなわち相互に平衡な横電極と、これに対して直交 して延びているこれも平行な縦電極の２群を具備している。両電極群間の空間は 液晶で満たされている。横電極及び縦電極の夫々は駆動装置を具備している。縦 電極は、更に、駆動装置に並列に接続された入力センサーを具備している。これ らの電極はすべて、時分割多重法に従って駆動される。更に、入力センサーは連 続的に走査される。これらのプロセスに必要な駆動制御エレクトロニクスは比較 的複雑である。記入器具によって、縦電極の横電極に対する距離は局部的に短縮 され、この場合、記入圧力にさらされる縦電極が横電極と交差する区域における 抵抗及び／又は容量は変わる。これは入力センサーが検知する。連結された駆動 装置を介しての、このように局在した電極の対応する制御によって、液晶層は、 記入器具が記入した情報を表示することになる。

抵抗性の紙シートとして設けられた堅い抵抗性の層を具備するデータ入力装置は 、ドイツ公開公報２３１９４６０から公知である。該装置は抵抗性の紙シートの 縁に沿って等距離に配置されている複数の接点電極を具備している。４縁部分の 各々の電極は夫々、抵抗体によって相互に接続されている。

記入ペンの位置検知が、導電性の層と抵抗性の層の間の、直接的な電気的接触な しに、電気信号によって行われることを特徴とする感圧入力面を有するデータ入 力装置を提供することが本発明の一つの目的である。

上記の目的を果たすために、本発明によれば、感圧入力面を有するデータ入力装 置が提案されているが、該データ入力装置が具備しているものは、 −特に、ペン、記入器具等による圧力すなわち押圧力または指圧に、局部的に曝 されるに適する入力面と、 −少なくとも、相互に間隔をおいた４本の電極を具備し、２本の電極は夫々、相 互にある距離をおいて、相互をこ向き合った対の状態に配置されている抵抗性の 層の配置と、−人力面と抵抗性の層の配置の間に配置された変形可能な層の、電 気的に絶縁性で、少なくとも部分的に誘電性の配置冬こおし１て、これが入力面 の圧力点に力を加える際、局部的番二変形して、変形可能な層の配置の厚さが圧 力点において縮小し、変形可能な層の配置は、最大許容圧力または最大許容力を 圧力六に加える際でも、依然として厚さがゼロにはならないような配置と、−低 抗性の層の配置から、少なくとも変形可能な層の配置だｌす離れているもう一つ の電極において、当該もう一つの電極の、圧力点における抵抗性の層の配置から の距離が、圧力すなわち押圧力をこ応じて低減する電極。及び 一抵抗性の層の配置の電極ならびに、前記もう一つの電極に電気的に接続されて いて、かつ、これらの電極から電気信号を受信する評価手段において、当該電気 信号が、一方では、当該もう一つの電極と、抵抗性の層の配置の間の、圧力点に おける変形可能な層の配置の局部的静電容量を、また他方では、圧力点と、抵抗 性の層配置の電極との間の抵抗性の層の配置の、結果として生じる電気的部分抵 抗も表わしており、かつ該評価手段が静電容量と、結果として生じる電気的部分 抵抗とに基づいて、入力面内の圧力点の位置と、圧力及び／又は押圧力を示すデ ータを検知力Ａつ出力する評価手段である。

本発明のデータ入力装置は、少なくとも４個の相互番二間隔をお０た電極を具備 し、２本の電極は各々、ある間隔で向き合った対になった形態で配置されている 、好ましくは堅い抵抗性の層の配置を具備している。該抵抗性の層の配置は、そ の４地縁に電極が配置された単−抵抗性層を具備していてもよい。しかし、中間 ζ；絶縁層を有する抵抗性の２層を提供し、各抵抗性の層が２本の対面する電極 を具備し、２枚の抵抗性の層の２電極対の方向が、相互に９０ｃ′をなすように 向いているようにすることも可能である。入力面と、抵抗性の層の配置の間には 、電気的に絶縁性であり、かつ少なくとも部分的に誘電性の、好ましくは弾性的 に変形可能な材料からなる変形可能な層の配置が配置されている。該抵抗性の層 の配置から離れて面している変形可能な層の配置の側に、もう一つの電極が配置 されている。該もう一つの電極は少なくとも、変形可能な層配置だけ、抵抗性の 層配置から離れている。該もう一つの電極は、例えば変形可能な層配置に近接配 置された導電性の層または、文書または図を人力面に付与するかまたは何らかの 他の方法で入力面に圧力を加えるペンまたは記入器具であってもよい。このよう に、当該もう一つの電極と抵抗性の層配置との間に容量結合が存在する。入力面 を押圧する場合、もう一つの電極と抵抗性の層配置の間の距離が、特に、入力面 の圧力点において、変わるが、これは変形可能な層配置の変形可能性のために起 こるのである。同等な回路線図において、該もう一つの電極と抵抗性層配置の間 の容量結合は、１端子が、圧力点において該もう一つの電極に接続されており、 かつ、他の端子が、投影図において圧力点の下に配置されている位置において、 抵抗性の層配置に接続されている蓄電器と称することができる。

本発明のデータ入力装置の評価手段は、抵抗性の層配置の電極と、該もう一つの 電極に電気的に接続されている。全電極に電圧印加する場合、評価手段はこれか ら電気信号を受信する。これらの電気信号は一方では、もう一つの電極と、抵抗 性の層配置の間の、圧力点における、変形可能な層配置の静電容量（局部的）の 大きさを、また他方では、圧力点の抵抗性の層配置上への投影と、１電極対の２ 電極との間の各々の距離から起こる、抵抗性の層配置の結果として生じる電気的 部分抵抗を表す。これらの部分抵抗（二基づ（１て、抵抗性の層配置の電極対の ２電極間の圧力点の位置を検知することができる。このようにして、入力面内の 、圧力点の１座標がめられる。

他の座標、すなわち、他の電極対の電極（二対する圧力点の位置４ｉ、かかる電 極によって与えられる電気信号書二基づし）て検知される。最後に、（局部的な ）静電容量に基づ１）て、圧力及び／又（よ押圧力（圧力点の表面の寸法が既知 ないし検知される場合）（マ検知することができる。

本発明のデータ人力装置の変形可能な層配置（よ、入力面１に最大許容値の圧力 または力を付加する場合、圧力、αと抵抗性の層配置との間に配置された、変形 可能な層配置の材料力（、まだ十分ζこある、すなわち、該もう一つの電極と、 抵抗性の層配置の間蚤こ（ｉ電気的接触は決して起こらないだろう。このように 、圧力また（ま押圧力の検知は常に容量的方法で実施される。従って、もう一つ 電極の、抵抗性の層配置からの電気的分離は、変形可能な層配置の厚さ及びその 変形強度の適切な選択によって実現される。

好ましくは、変形可能な層配置は、変形可能な層配置が高容量を有するように、 比較的誘電定数が大きし）誘電材料からなってν）る。

極めて好ましいことだが、変形可能な層配置（よその厚さのＣマんの一部しかカ バーしない誘電材料からなるか、さもなくＧｆ、電気絶縁性の材料からなってい る。更には、この点をこつし）て（よ、抵抗性の層配置を避けた変形可能な層配 置の側に配置されて０る導電性の層として、該もう一つの電極が設計されていれ ば有利である。この群において、変形可能な層配置の誘電層（よ抵抗性の層配置 の方に面しかつ、変形可能な層配置の絶縁性の層は導電性の層の方（二面してし ）る。該もう一つの電極が導電性の層として形成されてしすると０う事実＜よ記 入器具が評価手段に接続されなり）と（Ａう長所を有しており、これには記入器 具自体が、もう一つの電極として使用された場合が該当する。

実際が示している通り、データ入力装置の層配置全体が、６００ないし１０００ ｇ／ｍｍ”といった記入圧力で入力面１に記入するのをこ適していれば有利であ る。好ましくは、変形可能な層配置（よ、多孔性のまたは多孔にした弾性的に変 形可能なプラスチックからなって０る。

もしこのプラスチック材自体が、誘電性を有するなら番よ、かかる誘電性はプラ スチック層の空洞に、誘電性の液体材料を付与することによって増強させること ができる。もしそうでな（１場合（±、プラスチック層の誘電性は、空洞を満た すこの誘電性の材料ζこよってのみ決定される。

可能な擾乱要因、例えば、ノイズまたは外部の電場の除去、または少なくともか なりの低減のためには、その別の人力をもう一つの電極に接続させた示差増幅器 の入力に接続される（もう一つの）導電層を設けるのが有利である。この様にし て、各電極の電気信号の示差測定が行われ、測定結果の品質が改善される。

電気的干渉の場の影響の除去又は、少なくとも低減させるため唇；、もう一つの 電極として用いられる導電層及び／又は、抵抗性の層配置をある接地層によって 保護するのは有利である。導電性のこのもう一つの接地層は、保護すべき電極（ 導電層）又は抵抗性の層をこ対して電気的に絶縁される。

本発明のもう一つの実施態様においては、評価手段（よ、該もう一つの電極に接 続されている少な（とも一つのフイルター回路からなっている。このフィルター 回路も、抵抗性の層配置の１電極対の対面する各電極の一つに接続されているか 、接続可能である。もし１個のフィルター回路しか設けられていないならＧｆ、 フイルター回路を一制御可能なスイッチを介して一該抵抗性の層配置の何れか一 つの電極対の２個の電極の一つに選択的に接続するのが適切である。

好ましくは、２フイルタ一回路が設けられるが、これらのフィルター回路の一つ は１を極対の２個の電極の一つに接続され、かつこれらのフィルター回路の他の 一つは、別の電極対の２個の電極の一つに接続される。２つのフィルター回路は 、これらの電極対に、交互に接続して、常に、一つのフィルター回路だけが、関 連電極対と接続され、一方、他のフィルター回路は、その夫々の電極対には接続 されないようにするのが好ましい。フィルター回路の入力に、入力電圧を印加す る場合のフィルター回路の出力信号は圧力点において作用する圧力または押圧力 の検知、ならびに、フィルター回路に１電極を接続されている電極対の２本の電 極間の圧力点の位置の検知に役立つ。

好ましくは、フィルター回路は、その反転入力が、該もう一つの電極に接続され ており、かつ、その出力が、抵抗性の層配置の電極対の２個の対面する電極の一 つに接続されているか接続可能である演算増幅器を具備している。この回路形態 の場合、演算増幅器は、入力面に圧力点が生じる場合、抵抗性の層配置の２部分 抵抗の一つと、圧力点における抵抗性層と、該もう一つの電極の間の静電容量を 介して、フィードバックにより、反転入力に接続される。好ましくは、演算増幅 器の非反転入力上の電位は、該電極対の他の電極の電位に等しい。この電位は質 量電位であることが好ましい。入力電圧として、好ましくは一定の直流電圧を、 演算増幅器の反転入力に印加する場合、これは電気抵抗を介して行われるのだが 、出力電圧が、入力電圧に対する（ジャンプ）応答として、演算増幅器の出力に 発生する。出力電圧の波形の特徴は、入力電圧のターンオン時間における電圧ジ ャンプと、その時点から直線的に増大し続ける電圧である。この直線的立上り部 分の上昇は静電容量の一尺度であり、これに逆比例する。記入圧力自体は、静電 容量に逆比例し、従って、結局は上昇は記入圧力に比例することになる。

入力電圧のターンオン時間における電圧のジャンプは１電極対の２電極間にある 圧力点の位置を示す。

好ましくは、出力電圧の変化、すなわち、電圧ジャンプ後の出方電圧の上昇は、 入力電圧印加後の指定した２時点における演算増幅器の出力信号をサンプリング することにより検知され、かつ、出方電圧の上昇は、当該２時点における出力電 圧の差と、２時点間の時間差から検知される。これの実施は、演算増幅器の出方 端子側に接続された１つ或いは複数のサンプル及びボールド回路の適切な制御に よるのが好ましい。

上記から明白なように、本発明は、データ入力装置における唯一の容量測定法を 使用して、導電層として形成されることが好ましい、該もう一つの電極ならびに 抵抗性の層が隔離されて、これらの間の直接の電気接触が回避されるという構想 に基づいている。従って、データ入力装置の使用寿命が延びることになり、かつ 、信頼性が向上することになる。更に本発明のデータ入力装置は、圧力点の位置 すなわち記入器具の位置の測定と同時に、圧力または押圧力の測定も実施される といった具合に案配されている。データ入力装置の電気信号は記録可能でかっ、 変換して表にすることができ、かくて、圧力点の、座標ならびに離散時間におけ る圧力の大きさがめられる。

本発明のデータ入力装置においては、抵抗が無視可能な該もう一つの電極（導電 性の層）と、抵抗が比較的に高い抵抗性の層配置の間の連続的な変形可能な層配 置が、誘電性を有している。該もう一つの電極（導電層）と、変形可能な絶縁性 層配置と抵抗性の層配置とからなる蓄電器の静電容量は、接触点下で形成される 圧縮の位置においては局部的に増大し、この場合、同時に、このように発生した 静電容量の大部分が、圧力部位の下の抵抗性の層配置点に位置している。このよ うにして、記入器具のチップまたは単にペンまたは指の入力面上の位置の寸法を 示すデータ入力手段のこのように変化する容量特性による電気特性の記録は様々 な方法で実施可能である。

これらの電気的測定特性をコンピュータ読取可能な表の形に変換することができ 、該層は、従来のやり方で評価エレクトロニクスによって位置の座標を表示する 。様々な電気特性が同時に、圧力点において入力面に作用する圧力の大きさを測 定させることになることが判明した。離散時間における位置の座標と、圧力とを 同時記録することがこのようにして可能となる。

電気特性は、特に、インピーダンス測定によって測定され、この際、電圧分割器 の２部分抵抗間の関係が測定されるが、この電圧分割器は夫々トラフ状沈下（圧 力部位）の下の点において１電極対の両肘面電極へ向けて形成されている。抵抗 性の層配置のこの点に同時に、この除虫じる静電容量の大部分が位置している。

電圧分割器の２部分抵抗割合は２電極間の位置（すなわち、Ｘ方向か、Ｘ方向） 記入器具の位置に関係がある。

お互いに重なっている各層の間には、入力面に働（圧力によって、連続的な電気 接触は全（形成されず、かつ、各層によって、それらの厚さの方向には電流は全 く伝達されないので、データ入力装置の動力の消失は著しく低減され、この際、 加うるに、熱応力も全（加わらない。該もう一つの電極（導電層）と抵抗性の層 配置の間の、絶縁性の、変形可能な誘電性の層配置は、極めて簡単に形成され得 るし、この際、その材料の中実の柔軟な構造に構成されている連続構造を全層厚 に亘って形成できるので、材料の摩耗または損失は、長期使用の後でも全（観察 することはできない。

誘電性の変形可能な層の形成は、様々な方法で実施可能である。

好ましくは、これは２層として形成され、この際、絶縁性の材料で作られた薄い 、柔軟な層状の第二の層が、導電性の層と、本来誘電性の層の間に配置されてい る。この絶縁性の層は、導電性の層に対して、抵抗性の層配置を電気的に減結合 する役目をする。従って、本来誘電性の変形可能層の厚さと、該層を構成する材 料の堅さは、導電性層と抵抗性層配置の電気的分離が、大きな記入圧が加わる時 でさえも維持されるような規模のものである必要はない。

この点における記入器具の圧力による抵抗性の層の電圧分割点における静電容量 の増大の評価は、本発明によれば、データ入力装置の評価手段中に含まれている フィルター回路の周波数ならびに相応答からの、圧力と位置の計算に必要な各大 きさの検知によって、都合よ〈実施される。好ましくは、本評価法を適用するた めに、次の措置が採られる。すなわち、入力及び出力信号のデータ記録のため本 データ入力装置は制御手段によって駆動可能な基準電圧源、ならびに、このよう に発生した電圧を供給されかつ、抵抗“Ｒ″、演算増幅器、抵抗性層配置の４電 極及びもう一つの電極を具備する全層装置、ならびに、抵抗性の層配置の縦、横 倒において、−電圧分割器の夫々の電圧サンプリングに応じて−Ｘ方向とＸ方向 の部分抵抗値によってＸ位置、ｙ位置付号の分離測定の実施を可能ならしめる２ 個のアナログスイッチとからなるフィルター回路を具備している。

演算増幅器の反転入力は一方では、抵抗Ｒを介して、切替可能な基準電圧源と接 続され、また他方では、導電性の層と接続されている。

抵抗性層配置の二つの縦側の１側及び抵抗性層配置の横倒に連結された２電極の 一つは、アナログスイッチの一つの２個の体止極に接続されている。該切替手段 の切替可能な極は、スイッチの位置次第で、何れかの体止極に接続されているの だが、丁度、演算増幅器の非反転入力のように接地接続されている。演算増幅器 の出力は、他のアナログスイッチの切替可能な極に接続されていて、このスイッ チの体止極は、２対の電極の、なお残存している２電極に接続されている。２個 のアナログスイッチの切替の実施に当たっては、縦及び横方向の測定を相互に独 立して実施できるようにする。フィルター回路の出力は、アナログ／デジタル変 換器が付属している少なくとも一個のサンプル及びホールド増幅器に接続されて おり、サンプル及びホールド増幅器はある制御装置に接続されていて、したがっ て、制御装置が決定した各時点における測定点のサンプリングのため制御される ようになっている。該制御装置は更に、Ｘ方向とＸ方向の位置信号の個別測定の ため、かつ、基準電圧の切替のためアナログスイッチを駆動するのにも使用され る。基準電圧の駆動の後（電圧ジャンプ）、少なくとも、２測定値が、フィルタ ー回路のジャンプ応答関数から採取される。これらの測定値から（電圧水準）ジ ャンプ応答関数の開始時における上昇や電圧ジャンプすなわちストロークを計算 することができる。圧力点のＸ座標またはＸ座標の位置は次式からめられる。

かつ、圧力Ｐは次式からめられる。

ここに、Ｒ８とＲ７は圧力点と、電極対の２電極の間の電圧分割器の２部分抵抗 であり、Ｕ８゜は入力電圧である。別の電極対の２電極間の電圧分割器の、部分 抵抗から、次に第二の座標を上記の最初の関係式に基づいて検知することができ る。

Ｘ方向及びＸ方向における電圧分割器の部分抵抗の、このように明白な関係から 、Ｘ座標及びＸ座標が与えられる。更に、記入器具の記入圧力の大きさは、上記 第二式に従ってこの圧力が、静電容量“Ｃ″に逆比例することからめられる。

記入圧力は、この場合、約６００−１０００ｇ／ｍｍ”すなわち、約１５０ない し３００ｇに達する筈である。１．０ｋｇ／ｃが以上の入力面の圧力強度では、 ２００．０θ０以上の署名を一基のデータ入力装置によって記録することができ るということが判明した。

変形可能な層配置の材料は、この場合、好ましくは、層自体が高静電容量を示す ように高誘電定数を持つべきである。その限りにおいて、必要ならば、導電性の 層または薄い絶縁層と、抵抗性の層配置の間の空間から押し出すことのできるよ うな柔軟な、弾性的または圧縮性の材料となるようにディンプルを形成すること によって、静電容量“Ｃ″を有する層状構造で構成された蓄電器によってこの場 所に生じた容量の変化を更に容易に測定できるようにすることができる。

好ましくは、フィルター回路の周波数及び相応答の評価は、まず、切替可能な基 準電圧を入力し、この際、好ましくはゼーナダイオードまたは基準ダイオードを 並列に有するアナログスイッチからなる切替可能な基準電圧源を使用することに よって、極めて簡単に実施することができる。ゼーナダイオード又は基準ダイオ ードはアナログスイッチにより短縮接地することができ、かつ、ある抵抗を介し て、評価回路の電源電圧に接続される。フィルター回路の出力信号の測定は、離 散時間で実施される。

抵抗性の層配置の電極は、抵抗性の層または抵抗性の複数層に導電的に接続され る。これに関してもし各電極が各層に堅く接続されるならば、すなわち、もし、 言わば、各電極をこれらに“溶接”するならは、有利である。この目的のため、 その４縁に配置され、プリント導体の役目をする４電極を存する例えば回路板の ような基層が用いられる。データ入力装置の製作の際、抵抗性の層を、該回路板 上に敷設する。次に、抵抗性の層の、電極に隣接している各面が、加熱され、そ して、ペースト状になりかつ、冷却に際して、回路板の電極と接続するような高 電流が電極を通して流される。

該データ入力手段の操作についての上記の説明から明白な評価方法も、該方法は 、各電極によって採取されるべき連続各層の信号から、各座標ならびに圧力また は押圧力の検知のため提供されるのだが、本発明の一部をなすものである。

本発明の一実施態様を、以下に、図面を参考に更に詳しく説明の予定である。

図１はデータ入力装置各種層を切る縦断面を示しており、この場合、記入器具の 接触点におけるトラフ状沈下の下の変形可能な誘電層の中間配置において、該誘 電性の層の狭窄と、これによって誘電性層に生じた静電容量の主要部分が略図的 に描いた蓄電器によって表示されており、この蓄電器は下部抵抗性層に配置され た部分抵抗Ｒ１とＲ２を有する電圧分割器に接続されている。

図２は抵抗性層の内部の沈下部の下に夫々設けられている電圧分割器の部分抵抗 に接続するためのデータ入力装置の評価手段と、その上に生ずる、誘電性の層の 容量Ｃとを示しており、層配置の全体は分解状態で部分的に示しである。

図３はフィルター回路を示し、これがＸ座標と、Ｘ座標用のアナログスイッチを 省いた場合の姿であり、かつ、図４は図３によるフィルター回路のジャンプ応答 関数を例示している。

図１のデータ入力装置１１の断面から分かるように、本装置は薄（て絶縁性で、 その中に記入パッドが設けられている上部被覆層４０から成っている。この被覆 層４０の下に導電性の層１　（ハツチラインで示す）及びその下に、別の抵抗性 の層２が配置されている。

入力面上の、３０で略図的に示す記入器具上に圧力があり、かつ、この除土じる 沈下（図１参照）がある場合の導電性の層１と、抵抗性の層２の同の直接の電気 的接触を避けるために、薄い柔軟性のある絶縁材料（例えばＰＶＣ）でできた薄 い絶縁材料３と、抵抗性の層２に触れる誘電性の層４が、これらの層の間にある 。誘電性の材料は柔軟性であるか、あるいは弾性の堅い材料または移動可能な液 体材料でできていて、ために、記入器具３０のチップの圧力が加わる場合に、圧 力点の下に沈下が形成され、従って、ここでは層厚の減少が起こる。大きな誘電 定数を有する弾性ゴムも、誘電性材料として使用することができる。

図１の略図から分かるように、弾性的誘電性材料に食い込んで、これを絶縁層３ と抵抗性の層２の間の空間から逸脱させている多少顕著な沈下の形成（弾性的か つ柔軟性のある層の系統上の記入器具の圧力次第で）が観察される。誘電性材料 ４の圧縮において象徴的に示しである蓄電器１０の静電容量“Ｃ″は、従って変 化し、この場合、同時に、このようにして起きた静電容量の変化の大部分が、沈 下の底部と抵抗性の層の間に所在する。このような静電容量の変化は、静電容量 の絶対値が高いほど、それだけよく測定することができる。この理由のために、 可能最大の誘電定数の材料を層４に使用する。上部導電性の層１が、電圧分割器 Ｒ，，Ｒ，の中点に直接接続されている米国特許４．６３６．５８２におけるデ ータ入力装置の回路と異なり、蓄電器“Ｃ”の１極のみが、図１において２０で 、電圧分割器に接続されている。

上部導電性の層１と、抵抗性の層２の間の直接的電気接触がないために、結果的 にデータ入力装置の寿命は長くなり、かつ、信頼性は高くなる。

図２のデータ収集用回路から分かるように、評価回路は、データ入力装置１１の 抵抗性層３の端子１２．１３．１４．１５の４本のリード線ならびに、導電性の 層ｌの端子１６へのもう一本のリード線を有する評価回路からなり、この際、演 算増幅器１８との接続は、図２に示すような方法で実施される。この場合、長方 形状の抵抗性の層２の２本の座標軸ｘ、７間の切替は、３接点を有する２個の交 番スイッチで実施され（例えば、半導体ベースのアナログスイッチ）この際、こ れらのスイッチも評価を制御する制御装置２１で始動される。これらの接続によ って、フィルター回路１７が作られ、切替可能な基準電圧源７．８に基づ（周波 数スペクトルならびに相スペクトルの形成では、出力においてサンプル採取する ことにより興味ある電気特性が（これらは記入器具のチップの位置３０と記入圧 力の関数である）明白になるようにする。

切替可能な基準電圧源７，８はアナログスイッチＳ１ならびにゼーナダイオード ７からなるが、これは、演算増幅器１８の反転入力に導（抵抗Ｒ１当該演算増幅 器及び、５本のリード線（抵抗性の層２上の端子１２．１３．１４．１５への４ 本のリード線と導電性の層への１本のリード線１６）を有する実際のデータ入力 装置１１を、Ｘ方向とＸ方向の個別測定を可能ならしめるため２個のアナログス イッチと組合わせて具備しているフィルター回路１７用に入力電圧を供給する。

演算増幅器１８の反転入力は、一方では、抵抗Ｒを介して、切替可能な基準電圧 源に、また他方では、データ入力装置またはその入力１６の導電性層１に、夫々 接続されている。演算増幅器１８の出力は、アナログスイッチＳ２を介して、抵 抗性の層２の端子１２．１３に接続されており、かつその端子１４．１５は別の アナログスイッチＳ、によって、抵抗性の層３の横倒または縦側への接続のため 、接地または基準電位へ接続されている。この場合、アナログスイッチＳ、、ｓ 。

の体止極へ接続されるリード線は倍となる。すなわち、横方向に接続される１本 のリード線と縦方向に接続される１本のリード線である。演算増幅器の出力は、 アナログスイッチの一つの可動極ならびに別のアナログスイッチの可動極に対す る接地へ接続される。２個のアナログスイッチの切替の実施においては、横方向 と縦方向の測定が個別に行えるようにする。

データ入力装置が設けられているフィルター回路１７の使用により、結果的に得 られるジャンプ応答関数はフィルター回路の出力におけるサンプル採取によって 、少なくとも２離散時間ｔｌとｔ、において分析される請求めたジャンプ応答関 数の形状から、位置と圧力に対する興味ある量が明瞭に得られる。

フィルター回路１７の出力は、従って、アナログからデジタルへの変換器を付属 している２個のサンプル及びホールド増幅器５．６に接続されている。サンプル 及びホールド増幅器は制御装置２１が決定する任意の時間における測定点を採取 し、記憶することを可能ならしめる。スイッチＳ１．Ｓ２及びＳ、もこの制御装 置２１によって起動される。

図３において、端子１３と１５が演算増幅器に電気的に接続されている場合のフ ィルター回路が示されている。この回路網においては、Ｘ座標は（及び、記入圧 力）は、端子１３と１５の間の電圧分割器Ｒ１１Ｒ７（及び静電容量Ｃ）に基づ いて決定することができる。下記の説明は、端子１２と１４の間の電圧分割器Ｒ ’　Ｉ　＋　Ｒ’　１に基づいて（かつ静電容量Ｃも）Ｘ座標を（ならびにもし 必要なら、記入圧力も）決定するために演算増幅器１８に電気的に、端子１２と １４が接続されている回路についてそれなりに正しい。

この回路の詳細な分析で伝達関数が式（１）によって与えられることが分かる。

更に簡単にするために、抵抗“Ｒ“を、一方向のデータ入力装置の全抵抗に等し くなるように選んだ（Ｒ＝　ＲＩ＋　Ｒｘ　）。（端子１２と１４の間に、部分 抵抗Ｒ’　Ｉ　ｒ　Ｒ’２に基づ（電圧分割器が形成されているＸ方向には、Ｒ ＝　Ｒ’　＋　＋　Ｒ’　２という条件は、Ｘ方向における比抵抗すなわち、抵 抗性の層の単位面積あたりの抵抗が、Ｘ方向のものと異なるので満たされる。Ｘ 方向とＸ方向における比抵抗すなわち単位面積あたりの抵抗が同じである場合、 スイッチＳ２又はＳ。

ならびに余り離れていない端子１２．１４から成る端子対はその間に余分の抵抗 Ｒ′を接続することができ、従って、Ｒ＝ＲＩ　＋Ｒｔ　＝Ｒ’＋＋Ｒ’２＋Ｒ ’という条件が得られる。明細書の序文の部で述べたように、もし、各種の端子 対に交番に接続されるに適し、かつ夫々、１個の演算増幅器と抵抗ＲまたはＲ′ を、夫々非反転入力と基準電圧源の間に具備している２個のフィルター回路が設 けられていれば、各抵抗は、条件Ｒ＝Ｒ＋　＋　ＲｘならびにＲ’　＝Ｒ’ｌ＋ Ｒ’２　を満足させるような寸法とすることができる。

式（１）が基本的には２項、すなわち記入器具のチップの位置を反映する一つの 定数項と、そして、静電容量“Ｃ″を含む一つの積分項とから構成されているこ とが分かる。時間領域内での該回路の挙動を明らかにするために、１ωをラプラ ス変数“Ｓ″で置換し、そして回路のジャンプ応答がラプラス変換によってめら れる。

（以下余白） 出力電圧Ｕ、・の絶対値を考慮して、式（２）を、回路１７のジャンプ応答関数 が関する限りにおいて、図３に示すように表わすことができる。

該曲線は高さａ　＝　Ｕ　ｍ。Ｘ　（Ｒ１／Ｒ）のジャンプと、これに追随する 勾配ｂ＝Ｕｔｏ／　（ＲｘＣ）ｘ　（１＋Ｒ１／Ｒ＊　）を有する傾斜を示して いる。従って、ａの評価によってペンの位置（座標で）がめられることは明白で ある。つまり、これはＲ１に比例し、かつ、電圧Ｅ８゜ならびに抵抗Ｒは既知だ からである。従って、抵抗Ｒ２も、計算は容易にでき、かつｂを用いて、容量性 “Ｃ”の計算も容易にできる。静電容量“Ｃ″用にプレート蓄電器のモデルを考 えれば、容量値はプレートの距離、本例では圧縮の底部を抵抗性層の距離に逆比 例することは静電気宇から公知である。今、ｂも容量に逆比例する事実を利用す る。従って、ｂは圧縮と抵抗性層の距離に完全に比例し、従って、表面に対する ペンの圧力の大きさに比例する。

横軸と線勾配に応じて、ａとｂを個別にめるためには、様々な時間における２点 が必要である。この理由のため、２個の別々のサンプル及びホールド増幅器を使 用した。これらの増幅器が与えるアナログ信号をデジタル化した形に変換するた め、前増幅器には、それらの出力側に、アナログからデジタルへの変換器１９が 接続されている。該アナログからデジタルへの変換器１９の出力は評価回路２２ に接続されていて、この場合−制御装置２１によって制御されて−与えられたデ ジタル信号は、Ｘ座標またはＸ座標ならびに記入圧力をめるため、上記の様にし て評価することができる。

フィルター回路１７のジャンプ応答関数から、離散時間ｊｌ＋ｉ！において、少 な（とも２サンプルを採取して、位置の座標（Ｘ方向とｙ方向の）ならびに圧力 の大きさを直ちに計算することができる。

２サンプルに基づくジャンプ応答関数の補性がこのようにして可能となり、ジャ ンプ応答関数の勾配すと横座標ａ（定時の切替において）が明らかになる。

交番スイッチＳ、とＳ、の適当に頻繁かつ迅速な切替によって、Ｘ座標ならびに Ｘ座標は、記入器具３０が走行する殆どあらゆる点で検知することができる。基 準電圧の適当に頻繁な切替によって（スイッチＳ１の切替）記入圧力、Ｘ座標な らびにＸ座標は、記入器具によって生じた（圧力）線の殆どあらゆる点において 検知することができる。評価された後、アナログからデジタルへの変換器１９で 与えられたデジタル信号は例えば、当署名な信頼性を立証するために署名に関し て記憶された値と、後で比較するため記入圧力やＸならびにＸ座標として記憶す ることができる。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．感圧入力面を有するデータ入力装置において、−特に、ペン、記入器具また は類似のものあるいは指圧による圧力または押圧力に局部的に曝されるに適した 入力面と、−少なくとも４個の互いに間隔をおいた電極であって、夫々２個の電 極が、ある間隔をおいて、相互に対向した対をなした形態で配置されている、抵 抗性の層配置と、−電気的に絶縁性であり、かつ、少なくとも部分的に誘電性の 、変形可能な層の配置において、入力面と抵抗性の層配置の間に配置され、入力 面の圧力点において力が加わる際、局部的に変形されて、変形可能な層配置の厚 さが圧力点において低減することになり、変形可能な層配置の厚さが、圧力点に おいて許容最大の圧力が加えられる際でもゼロとはならないような配置と、−少 なくとも変形可能な層配置だけ、抵抗性の層配置から離れているもう一つの電極 において、圧力点における抵抗性層配置からの前記もう一つの電極の距離が、圧 力または押圧力に応じて低減するようになした電極、ならびに −抵抗性の層配置の電極ならびに該もう一つの電極に電気的に接続され、かつ、 これらの電極から電気信号を受信する評価手段において、前記電気信号が、一方 では該もう一つの電極と圧力点における抵抗性の層配置との間の変形可能な層配 置の局部的静電容量を、また他方では、抵抗性層配置の圧力点と電極の間の、抵 抗性層配置の結果的な部分電気抵抗を表わしており、かっ、該評価手段が、容量 と結果的な部分電気抵抗に基づいて、入力面内の圧力点の位置及び、圧力及び／ 又は押圧力を示すチータを検知し出力するようになした評価手段、とを、具備す るデータ入力装置。
2. ２．変形可能な層配置が誘電性材料からなることを特徴とする請求項１記載のデ ータ入力装置。
3. ３．前記もう一つの電極が、変形可能な層配置上に配置されている導電性の層と して設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のデータ入力装置。
4. ４．変形可能な層配置が、誘電性の層と、電気的節煙性の層とからなり、抵抗性 の層配置の層と絶縁性の層が、導電性の層に面するように配置されていることを 特徴とする請求項３記載のデータ入力装置。
5. ５．入力面の無負荷状態において、変形可能な層配置のインピーダンスが入力面 に亘って一定の表面密度を有することを特徴とする請求項１乃至４の任意の１項 記載のデータ入力装置。
6. ６．変形有能な層配置と、誘電性の層が夫々、弾性的に変形可能な又は、移動可 能な材料からなることを特徴とする請求項１乃至５の任意の１項記載のデータ入 力装置。
7. ７．変形可能な層配置が、多孔質または多孔にした、弾性的に変形可能なプラス チック層として設けられていることを特徴とする請求項１乃至６の任意の１項記 載のデータ入力装置。
8. ８．プラスチック層の空洞が、液体の誘電性材料を具備していることを特徴とす る請求項７記載のデータ入力装置。
9. ９．もう一つの導電性の層が、示差増幅器を用いて、既存の干渉の大きさ（ノイ ズ、電場）を除去するため、電極の電気信号の示差測定を実施するため設けられ ていることを特徴とする請求項１乃至８の任意の１項記載のデータ入力装置。
10. １０．擾乱性の電場の影響を除去するか、少なくとも低減させるために、導電層 及び／又は抵抗層の配置が接地層によって、保護されていることを特徴とする請 求項１乃至９の任意の１項記載のデータ入力装置。
11. １１．評価回路が、前記もう一つの電極に接続され、かつ、抵抗性の層配置の電 極対の対面する２電極の一つに接続可能である少なくとも１個のフィルター回路 からなることと、前記電極対の２電極間の圧力点の圧力または押圧力と、位置を 、フィルター回路に入力電圧を印加する際、フィルター回路の出力信号から検知 することができることとを特徴とする請求項１乃至１０の任意の１項記載のデー タ入力装置。
12. １２．フィルター回路が、制御可能なスイッチ手段を用いて、抵抗性の層配置の 何れかの電極対の１電極に選択的に接続可能であることを特徴とする請求項１１ 記載のデータ入力装置。
13. １３．フィルター回路が、その反転入力によって前記もう一つの電極に接続され ており、かつ、その出力によって、抵抗性の層配置の電極対の対面する２電極の 一つに接続されているか、接続可能である演算増幅器からなることを特徴とする 請求項１１又は１２記載のデータ入力装置。
14. １４．演算増幅器の非反転入力における電位が電極対の他の電極の電位に等しい ことを特徴とする請求項１３記載のデータ入力装置。
15. １５．好ましくは一定の入力電圧を、演算増幅器の反転入力に印加しうることと 、抵抗性の層配置の電極対の２電極間の、入力面内の圧力点の位置が、入力電圧 の印加時の演算増幅器の出力電圧の大きさから検知でき、かつ、圧力または押圧 力が、出力電圧の変化の大きさから検知できることとを特徴とする請求項１３又 は１４記載のデータ入力装置。
16. １６．出力電圧の変化を、入力電圧印加後、２指定時点において、演算増幅器の 出力信号をサンプリングすることにより、且つ、前記２時点における出力電圧の 差と、前記２時点の間の時間差に基づく出力電圧の増大を検知することによって 、検知することができることを特徴とする請求項１５記載のデータ入力装置。