JPH0934627A - タブレット装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ペンからの信号を精度良く検出し、見栄えの
よい、１層の検出電極からなる入力面を有するタブレッ
ト装置を提供する。 【解決手段】 発振回路１８Ａ、１８Ｂにおいて周波数
ｆ１および周波数ｆ２の信号を生成し、その重畳された
信号をペン１９より発生する。一方、多数の平行な検出
電極１１によりペン１９からの信号を容量結合的に受
け、フィルタ回路１４Ａおよびフィルタ回路１４Ｂに入
力する。フィルタ回路１４Ａでは、主に発振回路１８Ａ
で発生した信号周波数ｆ１を選択的に通過させ、一方、
フィルタ回路１４Ｂでは発振回路１８Ｂで発生した信号
周波数ｆ２を通過させる。それぞれの周波数において信
号強度を測定し、位置計算手段１７において演算を行っ
て、ペン１９の指示した２次元位置を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、情報処理機器等の
入力装置であるタブレット装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】操作者が、入力面上の位置を指示具によ
り指定して、その指定位置を検出するタブレットについ
ては、様々な位置検出方法が存在している。その一つと
して、指示具とタブレット入力面の電極との間の容量結
合を用いる方法がある。この容量結合を用いる方式とし
ては、例えば特開昭６０−１７１５２１や特公平３−６
８４１１などにより示されるものがある。容量結合方式
タブレットの一つの例の概要を以下に示す（図８参
照）。

【０００３】入力面９１にはＸ軸方向の位置を検出する
ための検出電極９２Ｘと、Ｙ軸方向の位置を検出するた
めの検出電極９２Ｙが、それぞれ多数本、平行に配置さ
れている。通常、これらの電極は１枚の絶縁基板の両面
もしくは２枚の絶縁基板上に付設され、検出電極９２Ｘ
と検出電極９２Ｙとは、同一平面上にはなく上下（図８
では紙面に垂直方向）にずれた位置関係にある。

【０００４】図９は入力面９１の断面の例を示したもの
である。Ｘ軸検出用電極９２Ｘは絶縁基板９４Ｘに、Ｙ
軸検出用電極９２Ｙは絶縁基板９４Ｙにそれぞれ付設さ
れ、絶縁基板９４Ｘと９４Ｙは電極９２Ｘ、９２Ｙの付
設面を互いに向き合うように、絶縁層９５を介して重ね
合わされている。またこれとは別に、絶縁基板９４Ｘ、
９４Ｙを、電極９２Ｘ、９２Ｙの付設面がそれぞれ下向
きになるようにして重ね合わせた構成もある。

【０００５】図８において、検出電極９２Ｘ、９２Ｙに
はそれぞれスイッチ９３Ｘ、９３Ｙが接続され、電極９
２Ｘおよび９２Ｙの各々を後段の増幅回路８０に選択接
続できるようになっている。位置指示のための指示具で
あるペン９６は発振回路９７を接続しており、ペン９６
と検出電極９２Ｘ、９２Ｙが容量的に結合することによ
って、発振回路９７で発生した信号を検出電極９２Ｘ、
９２Ｙを経由して後段の増幅回路８０以降で測定する。
フィルタ回路８１ではノイズの影響を抑えるために発振
回路９７で発生した信号周波数以外は透過しないように
する。検波回路８２において信号強度を直流に変換し、
ＡＤ変換回路８３において信号強度をデジタル値に変換
する。そして位置計算手段８４においてペン９６の指示
した位置を算出する。ペン９６と選択した電極との距離
のよって受ける信号の強度は変化し、距離が近いほど信
号は強くなる。スイッチ９３Ｘ、９３Ｙは電極９２Ｘ、
９２Ｙのうちの１本を順次選択し、該当する電極で受け
た信号の強度を後段の増幅回路８０以降で順次測定す
る。

【０００６】例えばＸ軸の位置の検出の場合は、図８の
検出電極９２Ｘをスイッチ９３Ｘにより順次選択してい
く。図１０に信号強度の測定結果の例を示す。順次電極
を選択して測定した一連のデータ２０１〜２０４が得ら
れる。信号強度のピークを示すデータ２０２を与える電
極付近の位置にペンがあると判断できる。ペンの指示し
た詳細な位置２０５はピークの信号強度値を含む複数の
データ値から補間によって求められる。

【０００７】上記のようにして、１軸の位置が求められ
る。同様にしてもう１軸の位置の検出を行い、２次元位
置の検出を行うことができる。

【０００８】ここでは、電極を１本ずつ選択したときの
例で示したが、複数本を同時に選択した場合や、２本を
選択して差動増幅する場合などもあるが、基本的には上
記と同様の原理である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上で
説明した従来技術には以下のような課題を有していた。

【００１０】ペン９６の指示した２次元の位置を検出す
るために、上述のように電極９２Ｘと電極９２Ｙという
２層の構造を必要とする。ペン９６で位置を指示する際
には、ペン９６からの信号を、電極９２Ｘと９２Ｙで受
けるわけだが、図９においては電極９２Ｙが電極９２Ｘ
の上に位置するため、電極９２Ｘで信号を受けるＸ軸検
出の場合には、電極９２Ｙによってペン９６からの信号
が遮られることになり、信号強度が変化して正確な位置
を検出することができない。また、タブレット装置の入
力面は、液晶ディスプレイなどの表示装置の上に重ねて
用いることが多いが、電極の２層構造のため界面が多
く、光の反射等によって表示の見栄えが悪くなることが
あった。

【００１１】本発明は、このような課題を解決するもの
で、その目的とするところは、検出精度が高く、また表
示装置の上に重ねた際に見栄えが低下することを抑え
た、容量結合方式のタブレット装置を提供するところに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のタブレット装置
は、第１の周波数信号を発生する第１の信号発生手段
と、前記第１の周波数信号と異なる第２の周波数信号を
発生する第２の信号発生手段と、前記第１の信号発生手
段と前記第２の信号発生手段が接続された指示具と、同
一面内に平行に配設された多数の検出電極と、前記検出
電極を任意に選択接続する電極選択手段と、前記第１の
周波数信号を選択的に透過する第１の信号選択手段と、
前記第２の周波数信号を選択的に透過する第２の信号選
択手段と、前記第１の信号選択手段を透過した信号の強
度を検出する第１の信号強度検出手段と、前記第２の信
号選択手段を透過した信号の強度を検出する第２の信号
強度検出手段と、前記第１の信号強度検出手段および第
２の信号強度検出手段の出力結果より前記指示具の位置
を算出する位置計算手段と、を備えたことを特徴とす
る。

【００１３】また、本発明のタブレット装置は、第１の
周波数信号を発生する第１の信号発生手段と、前記第１
の周波数信号と異なる第２の周波数信号を発生する第２
の信号発生手段と、前記第１の信号発生手段と前記第２
の信号発生手段の出力を時分割で切り替える信号切替手
段と、前記信号切替手段が接続された指示具と、同一面
内に平行に配設された多数の検出電極と、前記検出電極
を任意に選択接続する電極選択手段と、前記第１の周波
数信号を選択的に透過する第１の信号選択手段と、前記
第２の周波数信号を選択的に透過する第２の信号選択手
段と、前記第１の信号選択手段を透過した信号の強度を
検出する第１の信号強度検出手段と、前記第２の信号選
択手段を透過した信号の強度を検出する第２の信号強度
検出手段と、前記信号切替手段の出力と同期をとる信号
同期手段と、前記第１の信号強度検出手段および第２の
信号強度検出手段の出力結果より前記指示具の位置を算
出する位置計算手段と、を備えたことを特徴とする。

【００１４】また、本発明のタブレット装置は、基板に
複数列の検出電極群を１層設け、信号発生手段で発生す
る互いに周波数の異なる２つの信号を該検出電極群で受
けることにより基板における信号発生手段の２次元的な
位置を検出することを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】

（実施例１）本発明の一実施例を以下に示す。

【００１６】図１は本実施例のタブレット装置の概略図
である。第１の信号発生手段である発振回路１８Ａと、
第２の信号発生手段である発振回路１８Ｂからの信号
が、指示具であるペン１９から出力されるように接続さ
れている。発振回路１８Ａでは、主に第１の周波数ｆ１
からなる信号、発振回路１８Ｂでは、主に第２の周波数
ｆ２からなる信号を発生する。発振回路１８Ａ、１８Ｂ
を、ペン１９と同一のケース内に電源と共に設けるコー
ドレスタイプのペンでも良いし、電源あるいは信号をペ
ン１９の外部から供給するタイプでもよい。ペン１９か
らの出力信号は第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２が
重畳された信号になる。発振回路１８Ａ、１８Ｂの発振
信号の波形は正弦波でもよいし、矩形波でもよい。

【００１７】一方、多数の平行な検出電極１１によりペ
ン１９からの信号を容量結合的に受けるようにする。図
２は入力部の断面を示したものであるが、絶縁基板３０
に検出電極１１を片面に付設しただけの簡単な構造であ
る。検出電極１１の各々は電極選択手段１２に接続さ
れ、検出電極１１のうち１本を選択し、後段の増幅回路
１３に接続するようになっている。本実施例では、電極
を１本ずつ選択したときの例で示しているが、電極選択
手段１２で複数本を同時に選択し、選択した電極を１つ
に接続して増幅回路１３で増幅する場合や、増幅回路１
３を差動増幅器で構成し、電極選択手段１２で２本を選
択して差動増幅する場合などの構成にしてもよい。

【００１８】増幅回路１３の出力信号は第１の信号選択
手段であるフィルタ回路１４Ａおよび第２の信号選択手
段であるフィルタ回路１４Ｂに入力される。フィルタ回
路１４Ａでは、主に発振回路１８Ａで発生した信号周波
数ｆ１を選択的に通過させ、一方、フィルタ回路１４Ｂ
では主に発振回路１８Ｂで発生した信号周波数ｆ２を通
過させる。フィルタ回路１４Ａ、１４Ｂの出力は、それ
ぞれ第１の信号強度検出手段である検波回路１５Ａ、第
２の信号強度検出手段である検波回路１５Ｂにそれぞれ
入力され、それぞれの信号周波数ｆ１、ｆ２における信
号強度を直流に変換し、アナログデジタル変換回路（以
下ＡＤ変換回路と略す）１６で、それぞれデジタル量に
変換する。位置計算手段１７において演算を行って、ペ
ン１９の指示した位置を算出する。この位置の算出の方
法については後で説明する。

【００１９】発振回路１８Ａ、１８Ｂで発生する信号周
波数は以下のように設定する。

【００２０】図３はペン１９からの信号周波数を変化さ
せたとき、ペン１９からの信号を容量結合で検出電極１
１で受けて増幅回路１３に入力する点において、周波数
による相対的な信号強度を示したものである。ここで曲
線１２１はペン１９が電極１１の端子側（電極選択手段
１２に接続されている端）に位置するときの信号強度の
周波数依存性、曲線１２２はペン１９が電極１１の端子
の反対側の端（電極選択手段１２に接続されていない
端）に位置するときの信号強度の周波数依存性、をそれ
ぞれ示したものである。曲線１２１と曲線１２２がほぼ
一致している部分と、全くレベルが異なっている部分が
生じている。これは電極１１の抵抗や周囲電極との容量
結合などによって生ずるものである。第１の周波数ｆ１
は、曲線１２１と１２２がほぼ一致している部分の周波
数、第２の周波数ｆ２は曲線１２１と１２２のレベルが
異なっている部分の周波数を用いる。すなわち、第１の
周波数ｆ１ではペン１９が電極１１に沿った方向に移動
しても信号選択手段１２の出力端で観測される出力信号
強度が変化せず、第２の周波数ｆ２ではペン１９が電極
１１に沿った方向に移動すると、それに応じて信号選択
手段１２の出力位置で観測される信号強度が変化し、出
力端子に近い方では強く、遠くなるほど信号強度が弱く
なる。

【００２１】図４は、ペン１９の指示したＸ軸の位置に
対する２つの周波数信号の相対的な信号強度を示したグ
ラフであり、曲線１３１は第１の周波数ｆ１の、曲線１
３２は第２の周波数ｆ２の、ＡＤ変換回路１６に入力さ
れるポイントにおける信号強度を示している。ペン１９
のＸ軸位置が変化しても第１の周波数ｆ１の曲線１３１
は、信号強度はほとんど変わらずほぼ一定、第２の周波
数ｆ２の曲線１３２はペン１９のＸ軸位置に応じて信号
強度が滑らかに変化しているのがわかる。

【００２２】これら第１、第２の周波数は電極１１の抵
抗値や電極幅、電極配列のピッチなどによって設定を変
える。

【００２３】位置の算出について以下に説明する。第１
の周波数ｆ１および第２の周波数ｆ２という２つの周波
数で、それぞれ信号の強度の測定を行い、２次元の位置
の算出を行う。図５は順次電極を選択して得られた信号
強度の一連のデータの例である。第１の周波数ｆ１の信
号強度データ１０１〜１０４より、従来例と同様の方法
で１軸（図１ではＹ軸）の位置が求まる。すなわち、一
連の信号強度データ１０１〜１０４のうちのピークを示
すデータ１０２を与える電極付近の位置にペン１９があ
ると判断できる。ペン１９の指示した詳細な位置１０５
はピークの信号強度値を含む複数のデータ値から補間に
よって求められる。また、第１の周波数ｆ１の信号強度
データ１０１〜１０４と第２の周波数ｆ２の信号強度デ
ータ１１１〜１１４より、もう１軸の位置は以下のよう
にして求める。２つの周波数信号のデータのピークは、
通常同一電極を選択したときに得られ、図５ではその２
つの信号強度データ１０２、１１２を用いる。データ１
１２の値をデータ１０２の値で基準化する（データ１１
２の値をデータ１０２の値で割る）、あるいはその逆を
行った結果が、Ｘ軸のペン位置を示すことになる。

【００２４】信号強度はペン１９のＹ軸位置や高さ方向
位置によっても大きく変化するが、第１の周波数ｆ１の
信号強度と第２の周波数ｆ２の信号強度の比はペン１９
のＸ軸位置にのみ依存する。

【００２５】上述の２つの周波数ｆ１、ｆ２の信号強度
の比は、ペンのＸ軸位置に対して完全な比例関係ではな
いので、必要に応じて位置の補正演算を行う。

【００２６】なお、本実施例では、信号強度をＡＤ変換
回路１６でデジタル量に変換した後に位置計算手段１７
でデジタル演算を行う構成で示したが、信号強度をアナ
ログ量のまま、アナログ演算処理で行ってもよい。

【００２７】以上に述べてきたように、２つの周波数信
号を用いて位置検出を行うようにしたために、２次元位
置を検出するための検出電極が１層で行えるようになっ
た。したがって、従来の容量結合方式でみられた２層電
極構造により信号強度が変化して正確な位置を検出する
ことができないといったこともなく、また、表示装置等
に重ねた場合に光の反射等によって表示の見栄えが極端
に悪くなることも抑えられる。さらには構成部材も少な
くできるなどの効果もある。

【００２８】（実施例２）図６は本実施例の構成を示し
た図である。第１の信号発生手段である発振回路１８Ａ
と、第２の信号発生手段である発振回路１８Ｂからの信
号が、切替回路２１を経由して指示具であるペン１９か
ら出力されるように接続されている。発振回路１８Ａで
は、主に第１の周波数ｆ１からなる信号、発振回路１８
Ｂでは、主に第２の周波数ｆ２からなる信号を発生す
る。信号切替手段である切替回路２１は、一定間隔で発
振回路１８Ａと発振回路１８Ｂの出力を交互に切り換え
る。

【００２９】多数の平行な検出電極１１、検出電極１１
の任意の１本を選択接続する電極選択手段１２、信号の
増幅を行う増幅回路１３、第１の周波数の信号を主に選
択透過させる第１の信号選択手段であるフィルタ回路１
４Ａ、第２の周波数の信号を主に選択透過させる第２の
信号選択手段であるフィルタ回路１４Ｂ、信号周波数ｆ
１における信号強度を直流的に変換する第１の信号強度
検出手段である検波回路１５Ａ、信号周波数ｆ２におけ
る信号強度を直流的に変換する第２の信号強度検出手段
である検波回路１５Ｂ、についての構成、動作は実施例
１と同様であり、詳しい説明は省略する。

【００３０】信号同期手段は、比較回路２２とタイマ回
路２３からなる。検波回路１５Ａ、１５Ｂの出力は、Ａ
Ｄ変換回路１６に入力されるとともに、比較回路２２に
入力される。比較回路２２では検波回路１５Ａと、検波
回路１５Ｂの出力信号の強度を比較し、比較結果をタイ
マ回路２３に出力する。タイマ回路２３は比較回路２２
の比較結果からＡＤ変換回路１６のＡＤ変換のタイミン
グを与える。ＡＤ変換回路１６の出力より、位置計算手
段１７において２次元の位置を算出する。

【００３１】図７は信号波形を基に動作を説明した図で
ある。信号４０１はペン１９から発せられる信号であ
り、切替回路２１によって一定間隔毎に２つの周波数信
号が切り替わっている。信号４０１を検出電極１１で受
けて電極選択手段１２を経て増幅回路１３から出力され
た信号４０２は、信号４０１と同様に２つの周波数信号
が切り替わっているが、それぞれの信号強度はペン１９
の位置に依存して変化している。信号４０３、４０４は
それぞれフィルタ回路１４Ａ、１４Ｂを通過した結果の
信号であり、２つの周波数信号が分離されている。信号
４０５、４０６はそれぞれ検波回路１５Ａ、１５Ｂの出
力結果の信号であり、信号４０３、４０４の信号強度を
直流に変換したものである。信号４０７は比較回路２２
における、信号４０５、４０６の比較結果であり、信号
４０５が強いときにはハイレベル、信号４０６が強いと
きにはローレベルとなる。信号４０７の切り替わりの瞬
間は、元のペン信号４０１の周波数切り替わりの瞬間と
は多少ずれるが、実用上問題はない。信号４０７のロー
レベルからハイレベルの切り替わり時点より、タイマ回
路２３で一定時間を空け、タイミング４０８において信
号４０５のＡＤ変換を行う。同様に、信号４０７のハイ
レベルからローレベルの切り替わり時点より、タイマ回
路２３で一定時間を空け、タイミング４０９の時点で信
号４０６のＡＤ変換を行う。以上のようにして、２つの
周波数のそれぞれの信号強度を測定でき、これを基に２
軸の位置を実施例１と同様にして求めることができる。

【００３２】発振回路１８Ａ、１８Ｂの発振信号の波形
は正弦波でもよいし、矩形波でもよいが、矩形波の場合
は高調波を含むので、発振回路１８Ａからの発振周波数
ｆ１と、発振回路１８Ｂの発振周波数ｆ２とは互いに整
数倍の関係にはならないようにすることが好ましい。

【００３３】以上に述べてきたように、２つの周波数信
号を用いて位置検出を行うようにしたために、２次元位
置を検出するための検出電極が１層で行えるようになっ
た。

【００３４】本実施例では、２つの周波数を時分割で用
いている。これは、実施例１で示した２つの周波数信号
を重畳して用いた場合では全体の信号振幅の半分しか１
つの周波数信号に割り当てられないのに比べ、ノイズの
影響を少なくする面から有利である。

【００３５】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明では、容量
結合方式タブレット装置において、２つの周波数信号を
用いて位置検出を行うようにしたために、２次元位置を
検出するための検出電極が１層で行えるようになった。
したがって、従来の容量結合方式でみられた２層電極構
造で、上電極が下電極の受ける信号を遮り、信号強度が
変化して正確な位置を検出することができないといった
こともない。また、入力部の界面が少なくなり、表示装
置等に重ねた場合に光の反射等によって表示の見栄えが
極端に悪くなることも抑えられる。さらには構成部材も
少なくできるなどの効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のタブレット装置の構成を示
す図。

【図２】本発明のタブレット装置の入力部の断面図。

【図３】本発明のタブレット装置の原理の説明図。

【図４】本発明のタブレット装置の原理の説明図。

【図５】本発明のタブレット装置の位置検出の説明図。

【図６】本発明の実施例２のタブレット装置の構成を示
す図。

【図７】本発明の実施例２のタブレット装置の信号波形
を示した図。

【図８】従来例のタブレット装置の構成を示した図。

【図９】従来例のタブレット装置の入力部の断面図。

【図１０】従来例のタブレット装置の位置検出の説明
図。

【符号の説明】

１１…検出電極 １２…電極選択手段 １３…増幅回路 １４Ａ…フィルタ回路 １４Ｂ…フィルタ回路 １５Ａ…検波回路 １５Ｂ…検波回路 １６…ＡＤ変換回路 １７…位置計算手段 １８Ａ…発振回路 １８Ｂ…発振回路 １９…ペン ２１…切替回路 ２２…比較回路 ２３…タイマ回路 ３０…絶縁基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の周波数信号を発生する第１の信号
   発生手段と、 前記第１の周波数信号と異なる第２の周波数信号を発生
   する第２の信号発生手段と、 前記第１の信号発生手段と前記第２の信号発生手段が接
   続された指示具と、 同一面内に平行に配設された多数の検出電極と、 前記検出電極を任意に選択接続する電極選択手段と、 前記第１の周波数信号を選択的に透過する第１の信号選
   択手段と、 前記第２の周波数信号を選択的に透過する第２の信号選
   択手段と、 前記第１の信号選択手段を透過した信号の強度を検出す
   る第１の信号強度検出手段と、 前記第２の信号選択手段を透過した信号の強度を検出す
   る第２の信号強度検出手段と、 前記第１の信号強度検出手段および第２の信号強度検出
   手段の出力結果より前記指示具の位置を算出する位置計
   算手段と、 を備えたことを特徴とするタブレット装置。
2. 【請求項２】 第１の周波数信号を発生する第１の信号
   発生手段と、 前記第１の周波数信号と異なる第２の周波数信号を発生
   する第２の信号発生手段と、 前記第１の信号発生手段と前記第２の信号発生手段の出
   力を時分割で切り替える信号切替手段と、 前記信号切替手段が接続された指示具と、 同一面内に平行に配設された多数の検出電極と、 前記検出電極を任意に選択接続する電極選択手段と、 前記第１の周波数信号を選択的に透過する第１の信号選
   択手段と、 前記第２の周波数信号を選択的に透過する第２の信号選
   択手段と、 前記第１の信号選択手段を透過した信号の強度を検出す
   る第１の信号強度検出手段と、 前記第２の信号選択手段を透過した信号の強度を検出す
   る第２の信号強度検出手段と、 前記信号切替手段の出力と同期をとる信号同期手段と、 前記第１の信号強度検出手段および第２の信号強度検出
   手段の出力結果より前記指示具の位置を算出する位置計
   算手段と、 を備えたことを特徴とするタブレット装置。
3. 【請求項３】 基板に複数列の検出電極群を１層設け、
   信号発生手段で発生する互いに周波数の異なる２つの信
   号を該検出電極群で受けることにより基板における信号
   発生手段の２次元的な位置を検出することを特徴とする
   タブレット装置。