JPH0784712A

JPH0784712A - 座標入力装置

Info

Publication number: JPH0784712A
Application number: JP23007693A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kai; 勤甲斐; Masahito Matsunami; 将仁松浪; Shozo Fujiwara; 正三藤原; Takeshi Okuno; 武志奥野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-09-16
Filing date: 1993-09-16
Publication date: 1995-03-31

Abstract

(57)【要約】【目的】静電誘導型の座標入力装置において指入力を
実現する。【構成】行電極、列電極、行電極駆動回路、行電極駆
動回路、検出回路を設け、行座標を検出する時には、行
電極駆動回路によって駆動信号を行電極に順次印加し、
駆動信号を印加している行電極の周囲の行電極から指を
通して伝わる検出信号強度により行座標を検出し、列座
標を検出する時には、列電極駆動回路によって駆動信号
を列電極に順次印加し、駆動信号を印加している列電極
の周囲の列電極から指を通して伝わる検出信号強度によ
り列座標を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は座標入力装置に関するも
ので、特に指入力が求められる情報入力端末の入力装置
として利用される。

【０００２】

【従来の技術】近年、マンマシンインターフェースの向
上を図るために様々な情報機器の入力装置として、タッ
チパネルやタブレット等の座標入力装置が使用されてい
る。検出する方法は様々であるが、その中に指示器とパ
ネルとの間の静電誘導を利用した座標入力装置がある。

【０００３】以下図面を参照しながら、上記した従来の
座標入力装置の一例について説明する。

【０００４】図２６は従来の静電誘導型の座標入力装置
の構成を示すものである。図２６において、９は行電
極、１２は列電極、１５は行電極走査回路、１８は列電
極走査回路、１は指示器、４は検出回路である。

【０００５】以上のように構成された座標入力装置につ
いて、以下その動作について、駆動信号のタイミングの
一例を示す図２７を用いて説明する。

【０００６】まず行座標を検出する場合には、列電極１
２にはＤＣを印加しておき、行電極９に走査信号を加え
る。このとき、指示器１を通して検出回路４に現れる信
号は走査中の電極との結合容量に比例する。電極の幅は
同一であれば、指示器１に最も近接した行電極９が走査
された時に、検出された信号が最大になる。

【０００７】同様に、列座標を検出する場合には、行電
極９にＤＣを印加しておき、列電極１２に走査信号を加
え、列座標を検出する。

【０００８】しかし上記のような構成の場合、指示器１
の先端の電位を測定するために、検出回路が交流的に接
地される必要があり、指による入力を実現することは非
常に困難であった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】これを解決する手段と
して、指などの人体の一部で検出した信号を人体の他の
一部を通じて本体の一部に設けられた入力端子に伝達す
るという方法を特願Ｈ５−１６１１４で述べた。このよ
うな方法によって、手入力を実現することが可能になっ
たが、本体に用意された検出端子に人体の一部が触れて
いなければならないという問題があった。さらには、人
体に信号電流を流すために、手袋などを行って操作する
ことができないといった問題もあった。

【００１０】本発明は上記問題点に鑑み、指入力可能な
静電誘導型の座標入力装置を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明の座標入力装置は、複数の行電極、複数の列
電極を設け、これに駆動信号を加え、その近接した電極
で検出するという構成を備えたものである。

【００１２】

【作用】本発明は上記した構成によって、駆動電極と指
などの指示器、指などの指示器と検出電極間の結合容量
を通じて駆動信号を伝達する為に、人体を通して信号を
電送せずに静電誘導型の座標入力装置において指入力が
可能になる。

【００１３】

【実施例】

（実施例１）以下本発明の第１の実施例の座標入力装置
について説明する。

【００１４】図２は本発明の実施例における座標入力装
置の構成図を示すものである。図２において、１０は行
駆動電極、１１は行検出電極、１３は列駆動電極、１４
は列検出電極、１６は行駆動電極選択回路、１７は行検
出電極選択回路、１９は列駆動電極選択回路、２０は列
検出電極選択回路、１は指示器、２は制御回路、４は検
出回路である。

【００１５】まず行座標を検出する時には、制御回路２
により制御される行駆動電極選択回路１６によって行駆
動電極１０を順次選択し、行検出電極選択回路１７によ
って行駆動電極１０と対応する行検出電極１１を選択す
る。選択された行駆動電極１０に対しては駆動信号が印
加され、行駆動電極１０−指示器１間の結合容量、指示
器１−行検出電極１１間の結合容量を通じて、行検出電
極１１に伝えられた駆動信号を検出回路４にて座標値に
変換する。このとき、全ての列駆動電極１３、並びに残
りの行駆動電極に対してはＤＣを印加する。

【００１６】次に列座標を検出する時には、制御回路２
により制御される列駆動電極選択回路１９によって列駆
動電極１３を順次選択し、列検出電極選択回路２０によ
って列駆動電極１３と対応する列検出電極１４を選択す
る。選択された列駆動電極１３に対しては駆動信号が印
加され、列駆動電極１３−指示器１間の結合容量、指示
器１−列検出電極１４間の結合容量を通じて、列検出電
極１４に伝えられた駆動信号を検出回路４にて座標値に
変換する。このとき、全ての行駆動電極１０、並びに残
りの列駆動電極に対してはＤＣを印加する。

【００１７】このときの動作タイミングの一例を図３に
示す。以下、このようにして得られる検出信号につい
て、検出部の構成を示した図４を用いて説明する。

【００１８】図中、１は指示器、１０は駆動電極、１１
は検出電極であり、駆動電極１０−検出電極１１間の結
合容量をＣ1、駆動電極１０−指示器１間の結合容量を
Ｃ2、指示器１−検出電極１１間の結合容量をＣ3、指示
器１−ＧＮＤ間の結合容量をＣ4、検出電極１１−ＧＮ
Ｄ間の結合容量をＣ5にて示した。その等価回路図を図
５に示す。

【００１９】駆動電極に対してＶiなる信号を加えた場
合に生じる検出電極の電位をＶoとすると、出力Ｖoは、

【００２０】

【数１】

【００２１】となる。このときの検出電極に現れる信号
強度を、パネル平面上の選択された電極と指示器１との
距離に対して示すと図６のようになる。即ち、選択され
た電極と指示器１との距離が短くなった点で、検出され
る信号は極値をとる。後段の検出回路でこの極値を検出
することにより、指示器１の位置を知ることができる。

【００２２】この為、駆動電極を駆動信号源に順に接続
し、そのときに生じる対応する検出電極に現れる信号の
強度を調べ、その極値を探すことによって、極値を得た
電極の位置により指示器１の位置を知ることができる。

【００２３】なお、この例では駆動信号をパルス信号と
したが、振幅が一定の正弦波でも構わない。

【００２４】（実施例２）次に、本発明の第２の実施例
における座標入力装置について説明する。

【００２５】ところで、第１の実施例の座標入力装置で
は、駆動電極−検出電極間の距離が短く、駆動電極−検
出電極間の結合容量が大きい場合、図６のオフセット分
に相当する駆動電極−検出電極間の結合容量Ｃ1を通し
て伝わる信号の強度が、指示器を通して伝わる信号の強
度に比べて格段に高くなる。この為、後段の回路では、
広い電圧範囲の中で微小な信号を検出することになり、
精度良く検出すべき信号を検出するのは非常に困難とな
る。この為、Ｃ1を通して伝わる信号を低減することが
必要になる。

【００２６】この為、Ｃ1を見かけ上小さくするため
に、駆動電極と検出電極間に更にもう一本電極を用意
し、これをＤＣに接続することによって、オフセット電
圧の低減を図る。

【００２７】上記のようにして構成された本発明の第２
の実施例の座標入力装置の構成図を図７に示す。同図に
おいて、１０は行駆動電極、１１は行検出電極、１３は
列駆動電極、１４は列検出電極、１６は行駆動電極選択
回路、１７は行検出電極選択回路、１９は列駆動電極選
択回路、２０は列検出電極選択回路、１は指示器、２は
制御回路、４は検出回路であり、第１の実施例の座標入
力装置と同様である。異なるのは、駆動電極、検出電極
間に補助電極２１が用意されている点である。

【００２８】動作も補助電極２１をＤＣに接続する点以
外は、特に第１の実施例と同様であるので割愛する。

【００２９】このように構成される座標入力装置の検出
部の構成を図９に示した。同図中、１は指示器、１０は
駆動電極、１１は検出電極、２１は補助電極であり、駆
動電極１０−検出電極１１間の結合容量をＣ1、駆動電
極１０−指示器１間の結合容量をＣ2、指示器１−検出
電極１１間の結合容量をＣ3、指示器１−ＧＮＤ間の結
合容量をＣ4、検出電極１１−ＧＮＤ間の結合容量をＣ
5、駆動電極１０−補助電極２１間の結合容量をＣ6、検
出電極１１−補助電極２１間の結合容量をＣ7にて表し
た。

【００３０】この場合の出力信号は

【００３１】

【数２】

【００３２】となる。このように構成される座標入力装
置の効果を図８のコンデンサーの例を用いて考える。例
えば、Ａが第１の実施例の座標入力装置の電極構成を模
式的に示したものである。このとき、電極ａｂ間の容量
をＣabとし、電極ａに電位Ｖを与えたとき、電極ｂに現
れる電位Ｖ_bは、

【００３３】

【数３】

【００３４】となる。一方、Ｂが本実施例の座標入力装
置の電極構成を模式的に示したものであるが、このとき
の電極ｂの電位Ｖ_bは０である。

【００３５】即ち、電極ａｂ間の結合容量が見かけ上、
見えなくなる。実際には、電極ｃを介さずに結合してい
る容量分があるため、Ｃabを０とする事はできないが、
Ｃabを小さくすることは可能である。この為、オフセッ
ト分を低減することが可能になる。

【００３６】（実施例３）次に本発明の第３の実施例の
座標入力装置について説明する。

【００３７】しかしながら、上述のような回路構成で
は、駆動電極−検出電極間の結合容量を通して伝達する
信号成分は依然として大きい。

【００３８】このような課題を解決するために、駆動電
極を挟んで２本の検出電極を設け、これら２本の検出電
極から得られる信号の差分をとることによって、駆動電
極−検出電極間の結合容量を通じて直接伝わる信号を除
去する。

【００３９】このような目的で構成される座標検出装置
の構成図を図１０に示す。同図において、１０は行駆動
電極、１１Ａは行検出電極Ａ、１１Ｂは行電出電極Ｂ、
１３は列駆動電極、１４Ａは列検出電極Ａ、１４Ｂは列
検出電極Ｂ、１６は行駆動電極選択回路、１７Ａは行検
出電極Ａ選択回路、１７Ｂは行検出電極Ｂ選択回路、１
９は列駆動電極選択回路、２０Ａは列検出電極Ａ選択回
路、２０Ｂは列検出電極Ｂ選択回路、１は指示器、４は
検出回路である。基本的な構成は第１の実施例の座標入
力装置と同様であるが、駆動電極から等距離の位置に２
本の検出電極が設けられている点が第１の実施例の座標
入力装置と異なる。

【００４０】このように構成された座標入力装置は、第
１の実施例の座標入力装置と同様に駆動電極に投入され
た駆動信号をその付近におかれた検出電極にて検出す
る。第１の実施例の座標入力装置と異なるのは、駆動電
極から等距離の位置に設けられた２本の検出電極からの
出力信号を利用して位置の検出を行う点である。

【００４１】以下、第１の実施例の座標入力装置との相
違を、同実施例の座標入力装置の検出回路の構成を示し
た図１１を用いて説明する。図中、３は前置増幅器、５
は差動増幅器、６は包絡線生成回路、７は０点検出回路
である。

【００４２】まず、駆動電極に加えられた駆動信号は、
駆動電極−指示器１９間、指示器１９−検出電極間の結
合容量を通して前置増幅器３に伝えられる。このように
して得られた検出信号の一方を次段の差動増幅器５の反
転入力に、残るもう一方の検出信号を次段の差動増幅器
５の非反転入力に対して入力する。差動増幅器５から出
力された信号は、検出された信号の振幅を得るために包
絡線生成回路６を経て、振幅が０となる位置を０点検出
回路７にて取り出す。

【００４３】以下、上述のように動作する本実施例の座
標入力装置の効果について、検出部の構成を示した図１
３を用いて説明する。

【００４４】本実施例における座標入力装置によって得
られる検出信号Ｖoは、駆動信号をＶi、駆動電極−検出
電極Ａ間の結合容量をＣ1A、駆動電極−検出電極Ｂ間の
結合容量をＣ1B、駆動電極−指示器１間の結合容量をＣ
2、指示器１−検出電極Ａ間の結合容量をＣ3A、指示器
１−検出電極Ｂ間の結合容量をＣ3B、指示器１−ＧＮＤ
間の結合容量をＣ4、検出電極Ａ−ＧＮＤ間の結合容量
をＣ5A、検出電極Ｂ−ＧＮＤ間の結合容量をＣ5Bにて表
すと、

【００４５】

【数４】

【００４６】のように表すことができる。駆動電極と２
つの検出電極間の距離がほぼ等しいので、駆動電極−検
出電極間の結合容量Ｃ1A、Ｃ1Bはほぼ等しいと考えられ
るので、検出信号Ｖoは、

【００４７】

【数５】

【００４８】となる。このようにして、駆動電極−検出
電極間の結合容量を通じて直接伝わる駆動信号は、駆動
電極の両側に等距離におかれた２本の検出電極から得ら
れる検出信号を差動増幅する事により相殺する事ができ
る。

【００４９】図１４に（Ｃ3A、Ｃ3B）と指示器１と駆動
電極との距離の関係を示したが、この図から明かなよう
に駆動電極の直上に指示器１があるとき、Ｃ3A、Ｃ3Bが
相等しくなり、検出される信号は０になる。

【００５０】更に、後段の回路によって、検出される信
号強度が０になる点を検出することによって指示器の位
置を知ることができる。

【００５１】（実施例４）次に本発明の第４の実施例の
座標入力装置について説明する。

【００５２】実施例１では駆動用、検出用として２種類
の電極が必要であり、同一の解像度を得ようとすると配
線の数が増え、逆に同一の電極数にすると解像度が半分
になるという欠点を有していた。

【００５３】この欠点を補うために、本実施例の座標入
力装置は電極を駆動にも検出にも利用する。

【００５４】本実施例の座標入力装置の構成図を図１５
に示す。図１５中、９は行電極、１２は列電極、１５は
行電極駆動回路、１８は列電極駆動回路、１は指示器、
２は制御回路、４は検出回路である。

【００５５】まず行座標を検出する時には、制御回路２
により制御される行電極駆動回路１５によって行電極９
を順次選択して駆動信号源に接続し、その隣の行電極
（どちらか一方）を検出回路４の入力端に接続する。駆
動信号源の接続された行電極から発した駆動信号は、駆
動信号源が接続されている行電極−指示器１間の結合容
量、指示器１−検出回路４の入力端が接続されている行
電極間の結合容量を通じて、伝えられる駆動信号を検出
回路４にて座標値に変換する。このとき、全ての列電極
１２、及び残りの行電極に対してはＤＣを印加する。

【００５６】次に列座標を検出する時には、制御回路２
により制御される列電極駆動回路１８によって列電極１
２を順次選択して駆動信号源に接続し、その隣の列電極
（どちらか一方）を検出回路４の入力端に接続する。駆
動信号源の接続された列電極から発した駆動信号は、駆
動信号源が接続されている列電極−指示器１間の結合容
量、指示器１−検出回路４の入力端が接続されている列
電極間の結合容量を通じて、伝えられる駆動信号を検出
回路４にて座標値に変換する。このとき、全ての行電極
９、及び残りの列電極に対してはＤＣを印加する。

【００５７】このときの動作タイミングの一例を図１６
に示す。図中、太い実線部の期間はＤＣ、細い実線部の
期間は駆動信号源、点線部の期間は検出回路４の入力に
それぞれ接続されている。

【００５８】第１の実施例と同様に検出された信号の振
幅が最大となる点にて座標の検出を行う。

【００５９】（実施例５）第４の実施例の座標入力装置
において、第２の実施例の座標入力装置と同様に駆動信
号源８に接続された電極と前置増幅器３の入力端に接続
された電極間の結合容量を見かけ上低減させることが、
駆動タイミングを変更することにより可能になる。

【００６０】上記した効果を得るために、本実施例の座
標入力装置では、駆動信号源８に接続した電極のすぐ隣
の電極を前置増幅器３の入力端に接続せずに、少なくと
も１電極以上離れた電極を前置増幅器３の入力端に接続
し、駆動信号源８に接続された電極と前置増幅器３の入
力端に接続された電極の間に挟まれる電極をＤＣに接続
する。

【００６１】駆動タイミング図を図１７に示す。上記の
ように駆動することによって、第２の実施例の座標入力
装置と同様に駆動信号源８に接続された電極と前置増幅
器３の入力端に接続された電極間の結合容量を通じて発
生する信号を低減することが可能になる。

【００６２】（実施例６）第４の実施例の座標入力装置
において、第３の実施例の座標入力装置と同様に駆動信
号源８に接続された電極と前置増幅器３の入力端に接続
された電極間の結合容量により伝達する信号を相殺する
ことが、駆動タイミングを変更することにより可能にな
る。

【００６３】上記した効果を得るために、本実施例の座
標入力装置では、駆動信号源８に接続した電極の隣の一
方の電極を前置増幅器３Ａの入力端に接続し、残る一方
の電極を前置増幅器３Ｂの入力端に接続し、残った電極
の全てをＤＣに接続する。

【００６４】駆動タイミング図を図１８に示す。上記の
ように、前置増幅器３Ａ、３Ｂの入力端に接続された２
本の電極から得られる信号の差分をとることによって、
第３の実施例の座標入力装置と同様に、駆動信号源８に
接続された電極と前置増幅器３の入力端に接続された電
極間の結合容量を通じて発生する信号を相殺することが
可能になる。

【００６５】（実施例７）第６の実施例の座標入力装置
においては、解像度を高めるには、電極のピッチを狭く
し、単位長さ当たりの電極数を少なくするしかなかった
が、このようにすると信号強度は逆に減ってしまうとい
う問題があった。

【００６６】上記の問題を解決するために本実施例の座
標検出回路は、複数本の電極を駆動信号源に接続し、若
しくは複数本の電極を前置増幅器の入力端に接続するこ
とによって、高解像度と高い信号強度の実現を図る。

【００６７】この時の駆動タイミングの一例を図１９、
図２０、図２１に示す。このようにして、高い解像度と
高い信号強度を得ることが可能になる。

【００６８】また、第４の実施例の座標入力装置、第５
の実施例の座標入力装置においても同様の方法を採るこ
とが可能である。

【００６９】（実施例８）次に、ペン入力と指入力を実
現する方法について、本発明の第８の実施例の座標入力
装置として、この座標入力装置の構成図を示した図２２
を用いて説明する。

【００７０】同図中、９は行電極、１２は列電極、１５
は行電極駆動回路、１８は列電極駆動回路、１は指、２
は制御回路、４は検出回路、１'はペンである。

【００７１】このときの動作タイミング図を図２３に示
す。上記のように構成された座標入力装置は、ペン座標
の検出時には、電極に駆動信号を印加し、これをペン
１'内の検出回路によって取得する。

【００７２】細かな動作タイミングは従来例の座標入力
装置と同様であるので、説明を割愛する。

【００７３】また、指座標の検出時には、第６の実施例
の座標入力装置と同様に、順に電極に駆動信号を印加
し、その周囲の電極から検出信号を取り出すことによっ
て、指の座標を獲得する。

【００７４】細かな動作タイミングは、第６の実施例の
座標入力装置と同様であるので、説明を割愛する。

【００７５】（実施例９）次に、第９の実施例の座標入
力装置について、その構成を示した図２４を用いて説明
する。

【００７６】同図中、２２は液晶パネル、９は行電極、
１２は列電極、１５は行電極ドライバ、１８は列電極ド
ライバ、１は指示器、２は制御回路である。

【００７７】このように構成された座標入力装置の動作
について、動作タイミングを示した図２５を用いて説明
する。

【００７８】まず、表示の際には通常の表示動作と同様
の信号を駆動電極に入れる。図中Ａの期間がこれに相当
する。更に、行座標の検出時には、上述したような座標
検出動作を行う。図中Ｂの期間がこれに相当する。更
に、列座標の検出時には、上述したような座標検出動作
を行う。図中Ｃの期間がこれに相当する。これらＡＢＣ
の動作を周期的に繰り返して表示、座標検出を表示パネ
ルを使用して行う。

【００７９】このように、本実施例の座標入力装置は、
液晶パネルなどの２次元マトリックス型の表示パネルを
座標検出用のパネルとして使用することによって、別途
座標検出用のパネルを必要としなくなる。

【００８０】

【発明の効果】以上のように本発明は、行電極、列電
極、行電極駆動回路、行電極駆動回路、検出回路を設
け、行座標を検出する時には、行電極駆動回路によって
駆動信号を行電極に順次印加し、駆動信号を印加してい
る行電極の周囲の行電極から指を通して伝わる検出信号
強度により行座標を検出し、列座標を検出する時には、
列電極駆動回路によって駆動信号を列電極に順次印加
し、駆動信号を印加している列電極の周囲の列電極から
指を通して伝わる検出信号強度により列座標を検出する
事によって、従来、静電誘導型の座標入力装置では実現
できなかった指での入力を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の座標入力装置の使用状態図

【図２】本発明の第１の実施例の座標入力装置の構成図

【図３】同実施例の座標入力装置の動作タイミングの一
例を示す図

【図４】同実施例の座標入力装置の検出部の構成図

【図５】同実施例の座標入力装置の検出部の等価回路図

【図６】同実施例の座標入力装置の検出信号波形図

【図７】本発明の第２の実施例の座標入力装置の構成図

【図８】本実施例の効果を説明するための図

【図９】同実施例の座標入力装置の検出部の構成図

【図１０】本発明の第３の実施例の座標入力装置の構成
図

【図１１】同実施例の座標入力装置の信号処理部の構成
図

【図１２】同実施例の座標入力装置の動作タイミングの
一例を示す図

【図１３】同実施例の座標入力装置の検出部の構成図

【図１４】同実施例の座標入力装置の検出信号を示す図

【図１５】本発明の第４の実施例の座標入力装置の構成
図

【図１６】同実施例の座標入力装置の動作タイミング図

【図１７】本発明の第５の実施例の座標入力装置の駆動
タイミング図

【図１８】本発明の第６の実施例の座標入力装置の駆動
タイミング図

【図１９】本発明の第７の実施例の座標入力装置の駆動
タイミング図

【図２０】本発明の第７の実施例の座標入力装置の駆動
タイミング図

【図２１】本発明の第７の実施例の座標入力装置の駆動
タイミング図

【図２２】本発明の第８の実施例の座標入力装置の構成
図

【図２３】本実施例の座標入力装置の駆動タイミング図

【図２４】本発明の第９の実施例の座標入力装置の構成
図

【図２５】同実施例の座標入力装置の動作タイミングの
一例を示す図

【図２６】従来の座標入力装置の構成図

【図２７】従来の座標入力装置の動作タイミング図

【符号の説明】

１指示器（ペン）２制御回路３前置増幅器４検出回路５差動増幅器６包絡線生成回路７０点検出回路８駆動信号源９行電極１０行駆動電極１１行検出電極１２列電極１３列駆動電極１４列検出電極１５行電極駆動回路１６行駆動電極選択回路１７行検出電極選択回路１８列電極駆動回路１９列駆動電極選択回路２０列検出電極選択回路２１シールド用電極２２液晶パネル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥野武志大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の行電極と複数の列電極がマトリック
ス状に構成されるパネルと、駆動信号源と、直流信号源と、指示された位置を検出す
る座標検出回路と、前記行電極のそれぞれを前記駆動信
号源、前記座標検出回路、直流信号源の何れかに接続す
る行電極選択手段と前記列電極のそれぞれを前記駆動信
号源、前記座標検出回路、直流信号源の何れかに接続す
る列電極選択手段とによって構成されることを特徴とす
る座標入力装置。