JPWO2016111077A1 - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

スタイラスペンからの付帯情報を、ノイズの影響を除去しつつ、スタイラスペンが高速に移動しても、安定して正確に入手することができる位置検出装置を提供する。＋側端子と−側端子を有し、両端子に生じる信号の差分を増幅して出力する差動増幅回路と、センサーに設けた複数の電極の中から第１の電極又は、第１の電極を含めた複数の電極からなる第１の電極群を選択して、差動増幅回路の＋側端子に接続すると共に、第２の電極又は、第２の電極を含めた複数の電極からなる第２の電極群を選択して差動増幅回路の−側端子に接続する選択回路とを備える。選択回路は、スタイラスペンの指示位置を検出する期間においては、第１の電極と第２の電極として所定の間隔だけ隔てた電極を選択し、データ検出用信号を検出する期間においては、第１の電極と第２の電極として所定の間隔よりも狭い間隔だけ隔てた電極を選択する。

Description

この発明は、表示装置の前面に配置して、指とペン型の位置指示器（以下、ペン型の位置指示器をスタイラスペンという）の両方による操作を行うことができる透明なセンサーを備える位置検出装置に関するものである。

近年、コンピュータの入力に関して、手書き文字入力や絵やイラストなどの描画を容易に行うため、スタイラスペンによる入力ができるようにしたものがある。このためのペン入力技術としては、特許文献１（特開昭６３−７０３２６公報）に開示された方法が広く用いられている。

上記の特許文献１の方法によれば、スタイラスペンである位置指示器に共振回路を設けて、位置検出装置としてのタブレットのセンサーとの電磁誘導によって指示位置を検出する。この方式では、位置検出装置のセンサー側のコイル（センサーコイル＝ループコイル）と、スタイラスペンに組み込まれたコイルとコンデンサとからなる共振回路との間での共振動作によって、信号の送受信が行われている。

位置検出装置では、スタイラスペンの位置の近傍のセンサーコイルが選択されて、そのセンサーコイルから信号が発信され、スタイラスペンは、共振回路のコイルでそれを受信し、センサーコイルに向かって信号を返信していた。返信した信号には、複数の情報が含まれる場合がある。スタイラスペンからの情報としては、位置検出用信号や筆圧情報等がある。位置検出装置においては、スタイラスペンが移動している場合であっても、追従して、スタイラスペンの近傍のセンサーコイルから信号を送信し、位置指示器と情報の交換が行われていた。

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。上記特許文献１に開示されているタブレットでは、タブレットを構成するセンサーを表示装置の背面に設ける必要があった。これは、センサーコイルに設けられているループコイルに、ある程度の電流を流す必要があるため、センサーを透明化することができないことによる。

このため、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明電極を用いて、センサーを透明化した静電容量方式のセンサーが近年主流となってきている。しかし、この透明のセンサーには問題がある。１つは、表示装置の表示画面上にセンサーを重畳して配置するため、表示装置、例えば液晶などが発するノイズの影響を受けてしまい、座標位置を正確に求めることが難しくなるという問題である。また、従来の銅線による導体に対して、ＩＴＯからなる電極は、高抵抗値を有する。そのため、タブレットのセンサーから信号を送信し、その信号をスタイラスペンで受信をし、センサーに返信するような信号の送受信が困難である。

この問題を解決する静電容量方式のスタイラスペンと位置検出装置の一つとして、スタイラスペンが電源を持ち、スタイラスペン側から一方的に信号を位置検出装置のセンサー側に送り出す方式があり、この方式を持つ位置検出装置が増えてきた（特許文献２（特開２０１４‐６３２４９号公報）参照）。

特開昭６３‐７０３２６公報 特開２０１４‐６３２４９号公報

上記の特許文献２に記載の位置検出装置のセンサーは、互いに直交する方向のそれぞれに複数の透明電極を配設したものとされている。この特許文献２の位置検出装置で、指示体としての指の位置を検出する際には、直交する方向の内の一方の方向に配置されている複数の電極に順次信号を流し、他方の方向に配置されている複数の電極で信号の変化を検出する。また、特許文献２の位置検出装置は、スタイラスペンによる指示位置を検出する際には、一方及び他方の方向の複数の電極を順次切り替えて検出を行う。

この特許文献２で用いられるスタイラスペンは、電源を含み、センサー側に信号を一方的に送信することを特徴としている。また、位置検出装置では、センサーの透明電極で受信したスタイラスペンからの受信信号を差動増幅回路を用いて増幅することで、受信信号に含まれる外来ノイズを相殺している。この場合に、スタイラスペンから発信する信号には、スタイラスペンにより指示される位置を検出する為の位置検出用信号と、スタイラスペンにペン先に印加される筆圧値の情報等の情報とが含まれる。スタイラスペンは、筆圧値の情報等を、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）変調されたデータ（付帯情報）としてセンサーに送信している。

そして、位置検出装置におけるスタイラスペンによって指示された位置の検出は、スタイラスペンからの位置検出用信号についてセンサー上の電極すべてを走査し、その走査で取得される信号分布に基づき行う。この位置検出の際、センサー上の全電極を走査（全体スキャン）してある程度、スタイラスペンの指示位置を絞り込んだ後、更に詳細な位置を決定するような処理を行う（部分スキャン）。

そして、位置検出装置では、筆圧値の情報等の付帯情報については、位置検出用信号により特定したスタイラスペンの指示位置に最も近傍の電極で信号を受信することで、付帯情報を得ている。

特許文献２に記載の位置検出装置において、差動増幅回路を用いるのは、スタイラスペンから受信する信号に混入するノイズをキャンセルする為である。特許文献２に記載の位置検出装置では、位置検出用信号に基づいた位置検出処理時の部分スキャンおいて差動増幅回路の＋端に接続するセンサーの電極と−端に接続するセンサーの電極とは、所定距離だけ離したそれぞれ１本の電極としている。所定距離だけ離した電極を選択するようにする理由は、位置検出用信号を検出する場合は、信号の強度が重要になるが、差動増幅回路の＋端及び−端に接続する電極が隣接していると、その隣接する電極ではスタイラスペンからの位置検出用信号が同様に受信されてしまい、差動増幅により本来検出すべき位置検出用信号が打ち消されてしまい、その信号強度が小さくなってしまうからである。

しかしながら、その一方で、差動増幅回路の＋端及び−端に接続する電極の距離を離せば離すほど差動増幅によるノイズ低減の効果が下がり、ノイズの影響を受けてしまうこととなる。

この位置検出装置におけるデータ検出用信号の受信時においては、差動増幅回路の＋端及び−端に接続する電極は、位置検出用信号に基づいた位置検出処理の部分スキャンで検出された、スタイラスペンによる指示位置に最も近いセンサーの１本ずつの電極に固定している。

位置検出時の部分スキャンにおいては、前述した所定距離だけ離した電極を差動増幅回路の＋端及び−端に接続して、スタイラスペンによる指示位置を検出するよういするため、スタイラスペンによる指示位置に最も近いセンサーの電極として検出されるのは、それら所定距離だけ離した１本ずつの電極である。そのため、位置検出装置におけるデータ検出用信号の受信時においては、差動増幅回路の＋端及び−端に接続する電極は、位置検出時と同様に所定距離だけ離れた電極となる。そのため、特許文献２の場合、位置検出装置では、検出される付帯情報を含む信号は、ノイズの影響を大きく受けるものとなっていた。

更に、近年、筆圧値の情報の他に、スタイラスペンの識別情報（ＩＤ（Identification））等の付帯情報もセンサー側に送信する場合が増えてきた。そして、識別情報も徐々にデータ量が大きくなり、位置検出用信号の送信後の長時間に亘って、付帯情報を送る場合が増えてきている。具体的には、従来、筆圧値のデータは８ビット程度であったが、筆圧データの詳細化により例えば１２ビットとしたり、スタイラスペン固有の３０ビット程度の識別情報を送信したりする必要が出てきた。

スタイラスペンから、付帯情報送信期間にデータ検出用信号として送信されてくる付帯情報は、差動増幅回路の＋端及び−端の一方に接続された１本の電極から受信する。しかし、スライラスペンが使用者によりセンサー上を高速で移動させられる場合など、スタイラスペンから送信された付帯情報を完全に受信できる前に、スライラスペンが、前記１本の受信電極から離れてしまう場合もある。このように場合、位置検出装置では、スタイラスペンからの付帯情報を正確に受信できなくなり、筆圧データの正確性が失われたり、識別情報が間違って検出されてしまったりする恐れがあった。

この発明は、以上の問題点に鑑み、スタイラスペンからの付帯情報を、ノイズの影響を除去しつつ、スタイラスペンが高速に移動したとしても、安定して正確に入手することができるようにした位置検出装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、
透明の導電材より構成される電極を互いに交差する第１の方向と第２の方向とにそれぞれ複数配列し、表示装置上に配置される透明なセンサーを備え、スタイラスペンからの、前記センサー上の位置を検出させるための位置検出用信号と所定のデジタルデータに応じて生成したデータ検出用信号とを受信する位置検出装置であって、
＋側端子と−側端子を有し、前記＋側端子と前記−側端子に生じる信号の差分を増幅して出力する差動増幅回路と、
前記センサーに設けた複数の前記電極の中から第１の電極又は、前記第１の電極を含めた複数の電極からなる第１の電極群を選択して前記＋側端子に接続すると共に、第２の電極又は、前記第２の電極を含めた複数の電極からなる第２の電極群を選択して前記−側端子に接続する選択回路と、
を備え、
前記選択回路は、前記位置検出用信号に基づいて前記スタイラスペンによる指示位置を検出する期間においては、前記第１の電極と前記第２の電極として所定の間隔だけ隔てた電極を選択し、前記データ検出用信号を検出する期間においては、前記第１の電極と前記第２の電極として前記所定の間隔よりも狭い間隔だけ隔てた電極を選択する
ことを特徴とする位置検出装置を提供する。

上述の構成のこの発明による位置検出装置によれば、差動増幅回路は、データ検出用信号を検出する期間においては、＋端に接続される電極と、−端に接続される電極との間隔は、スタイラスペンによる指示位置を検出する期間における電極の間隔よりも狭い間隔とされる。したがって、差動増幅によるノイズ低減効果が大きくなり、データ検出用信号から、より正確な付帯情報を検出することができるようになる。

また、この発明による位置検出装置によれば、差動増幅回路の＋端と−端とには、第１の電極を含めた複数の電極からなる第１の電極群と、第２の電極を含めた複数の電極からなる第２の電極群とが接続されるので、スタイラスペンが高速に移動したとしても、それら複数の電極からデータ検出用信号を取得することが可能であるので、付帯情報を完全に取得することが可能になる。したがって、スタイラスペンが高速に移動したとしても、安定して正確に入手することができる。

また、この発明は、前記データ検出用信号を検出する期間において、前記選択回路は、前記第１の電極群と前記第２の電極群として、互いに隣接する電極又は電極群を選択するようにし、さらに、前記第１の電極群と前記第２の電極群の一方は、互いに隣接する複数の電極からなり、前記第１の電極群と前記第２の電極群の他方の複数の電極は、前記互いに隣接する複数の電極からなる電極群の両脇に分散されている電極からなるようにすると、更によい。

この場合には、スタイラスペンからの筆圧等のデータを受信する際に、スタイラスペンの指示位置を中心とする連続した所定本数の電極が、差動増幅回路の＋端（または−端）として選択され、その選択された電極の両脇に分散するように同一本数の電極が−端（または＋端）として選択される。このため、スタイラスペンが高速に移動しても前記＋端（または−端）として選択した領域からペンの指示位置が外れることがなく、筆圧等のデータを確実に受信することができる。よって、素早い筆記や描画を行なっても線が途切れることなく、操作性の良い入力を行なうことができる。

また、＋端（または−端）として選択された電極群の領域の両脇に分散するように同一本数の電極を−端（または＋端）として選択するようにしたため、差動増幅回路の＋端と−側とで、それぞれ複数本の電極を選択したとしてもノイズを確実にキャンセルすることができ、安定に動作する。

この発明によれば、スタイラスペンからの付帯情報を、ノイズの影響を除去しつつ、スタイラスペンが高速に移動したとしても、安定して正確に入手することができるようにした位置検出装置を提供することができる。

この発明による位置検出装置の実施形態における透明センサーの構成を示す図である。 図１の例の透明センサーの断面図である。 この発明による位置検出装置の実施形態の構成図である。 この発明による位置検出装置の実施形態で用いるスタイラスペンの内部構造例を示した図である。 図４の例のスタイラスペンの回路例を示した図である。 図５のスタイラスペンの回路例における信号波形図である。 この発明による位置検出装置の実施形態におけるＸ軸全面スキャン動作を示した図である。 この発明による位置検出装置の実施形態における部分スキャンへの移行動作を示した図である。 この発明による位置検出装置の実施形態における部分スキャン動作について示した図である。 位置検出装置における付帯情報の検出処理の際の電極の選択方法の従来の例を説明するための図である。 この発明による位置検出装置の実施形態における付帯情報の検出処理の際の電極の選択方法の例を説明するための図である。 この発明による位置検出装置の実施形態における付帯情報の検出処理の際の電極の選択方法の例を説明するための図である。 この発明による位置検出装置の実施形態における付帯情報の検出処理の際の電極の選択方法の例を説明するための図である。 この発明による位置検出装置の実施形態における部分スキャン動作について示した図である。 この発明による位置検出装置の実施形態における付帯情報の検出処理の際の電極の選択方法の例を説明するための図である。 この発明による位置検出装置の実施形態における部分スキャン動作について示した図である。

図１は、この発明による位置検出装置の実施形態において、表示部と一体に組み合わせる透明センサーの構成を示した図である。図１において、１１はＬＣＤ（Liquid Crystal Display；液晶ディスプレイ）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電極のラインからなるＸ電極１２ｄが、互いに直交するＸ方向及びＹ方向のうちの、Ｘ方向に複数配列してなるＩＴＯガラスである。１２ｂはＩＴＯ電極のラインからなるＹ電極１２ｅがＹ方向に複数配列してなるＩＴＯガラスである。１２ｃは厚みが均一な透明絶縁シートであり、例えばＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）フィルムからなる。

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、間に透明絶縁シート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、位置検出領域が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１２ｄおよびＩＴＯガラス１２ｂ上のＹ電極１２ｅはＡＣＦ（Anisotropic conductive film）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１２ｅ上で切断した断面図である。この実施形態では、ＩＴＯガラス１２ａ側が操作面側となり、このＩＴＯガラス１２ａの外部への露呈面が、タッチ面１２ｆとなる。

図３はこの発明による位置検出装置の実施形態の構成図である。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１２ｄに接続されてＸ電極１２ｄ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１２ｅに接続されてＹ電極１２ｅの中から２組の電極を＋端および−端として選択するＹ選択回路である。本実施例ではＸ電極１２ｄが４０本（Ｘ１〜Ｘ４０）、Ｙ電極１２ｅが３０本（Ｙ１〜Ｙ３０）として説明する。

なお、図３では、Ｘ選択回路１３及びＹ選択回路１４は、透明センサー１２の複数のＸ電極１２ｄ及び複数のＹ電極１２ｅの内の１本ずつの電極を＋端および−端として選択するように示したが、これらＸ選択回路１３及びＹ選択回路１４は、透明センサー１２の複数のＸ電極１２ｄ及び複数のＹ電極１２ｅの内の複数本ずつの電極を同時に＋端および−端として選択することが可能に構成されている。

１５はスタイラスで、一定周波数の信号が先端部の電極およびそれを取り囲む外周電極との間に供給されている。

１６は切替回路で、Ｘ選択回路１３により選択された＋端および−端またはＹ選択回路１４により選択された＋端および−端、のどちらかを選択して差動増幅回路１７に接続する。即ち、スタイラスペン１５による指示位置のＸ軸座標を求めるときは、コントロール回路１８からの制御信号ａをロウレベル「０」として、Ｘ選択回路１３側を選択する。また、スタイラスペン１５による指示位置のＹ軸座標を求めるときは、制御信号ａをハイレベル「１」として、Ｙ選択回路１４側を選択する。この場合に、Ｘ選択回路１３またはＹ選択回路１４の＋端側は、差動増幅回路１７の非反転入力端子（＋側端子）に接続され、Ｘ選択回路１３またはＹ選択回路１４の−端側は、差動増幅回路１７の反転入力端子（−側端子）に接続される。

１９はスタイラスペン１５が出力する信号周波数を中心とした所定の帯域幅を有するバンドパスフィルター回路で、スイッチ２０を介して差動増幅回路１７からの出力信号が供給される。スイッチ２０はコントロール回路１８からの制御信号ｂによってオン状態またはオフ状態に制御される。即ち、制御信号ｂがハイレベル「１」のときにはスイッチ２０はオン状態とされ、差動増幅回路１７からの出力信号はバンドパスフィルター回路１９に供給され、制御信号ｂがロウレベル「０」のときには、スイッチ２０はオフ状態とされ、差動増幅回路１７からの出力信号はバンドパスフィルター回路１９に供給されない。

バンドパスフィルター回路１９の出力信号は検波回路２１によって検波され、コントロール回路１８からの制御信号ｃに基づきアナログ−デジタル変換回路（以下、ＡＤ変換回路と略称する）２２によってデジタル値に変換される。このＡＤ変換回路２２からのデジタルデータｄはマイクロプロセッサ（ＭＣＵ）２３によって読み取られ処理される。ここで、スイッチ２０がオン状態である期間は、ＡＤ変換回路２２でサンプリングを行ってデジタル信号に変換する受信期間であり、スイッチ２０がオフ状態である期間は、ＡＤ変換回路２２でサンプリングをしない受信停止期間となり、スイッチ２０のオン状態とオフ状態とで、受信期間と受信停止期間とが交互になる。

コントロール回路１８は制御信号ｅをＸ選択回路１３に供給することにより、Ｘ選択回路１３は２組のＸ電極を＋端および−端として選択する。また、コントロール回路１８は制御信号ｆをＹ選択回路１４に供給することにより、Ｙ選択回路１４は２組のＹ電極を＋端および−端として選択する。

マイクロプロセッサ２３は、内部にＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）を備えるとともにＲＯＭに格納されたプログラムによって動作する。

マイクロプロセッサ２３は、コントロール回路１８が所定のタイミングに制御信号ａ〜ｆを出力するように、ＲＯＭに格納されたプログラムに基づき制御信号ｇを出力してコントロール回路１８を制御する。コントロール回路１８は、水平同期パルスｈに同期して信号受信とＡＤ変換を行なうように、制御信号ａ〜fを生成する。

［スタイラスペン１５の構成例］
図４は、本実施形態で用いるスタイラスペン１５の内部構造例を示したものである。図４において、先端部には芯３０が設けられ、芯３０の内部には電極３１が埋め込まれている。芯３０の先端部を除いた外周にはシールド電極３２が芯３０を取り囲むように設けられている。シールド電極３２は、回路において最も電位が安定した部分（ＧＮＤ；接地電極）に接続する。このシールド電極３２は、スタイラスが透明センサー１２上に傾けて置かれても検出座標値がずれないようにする効果がある。

３３は芯３０と物理的に結合されて芯３０を介して加えられる筆圧によって容量が変化する可変容量コンデンサである。３４はプリント基板、３５は電池である。プリント基板３４には一定の周波数で発振する発振回路が設けられており、その発振出力が電極３１に供給される。可変容量コンデンサ３３に加えられた筆圧は後述する動作により２進コード化されて前記発振回路を制御することによりＡＳＫ変調された信号を出力する。プリント基板３４には、そのためのＡＳＫ変調回路も設けられている。

図５は、スタイラスペン１５の回路の一例を示したものである。図５において図４と同じものは同一記号で表している。３１はスタイラスペン１５の先端部に設けた電極、３５は電池、３３は筆圧によって容量が変化する可変容量コンデンサである。図５においてコイＬ１とコンデンサＣ１およびコンデンサＣ２は発振回路の一部を構成しており、この発振出力はコイルＬ１と結合するコイルＬ２に誘導して、電極３１に供給されている。

図５において３６はＣＰＵで、所定のプログラムに従って動作する。ＣＰＵ３６の出力端子Ｐ１からの制御信号ｐは前述した発振回路に接続され、発振を起動または停止状態に制御する。発振回路は、制御信号ｐがロウレベル「０」のときは発振を停止し、制御信号ｐがハイレベル「１」のときは発振を行う。可変容量コンデンサ３３は抵抗と並列に接続されて、ＣＰＵ３６の端子Ｐ２に接続されている。このＰ２端子の信号をｑ、電極３１に供給される信号をｒ、としてスタイラスペンの動作を説明する。

図６は、図５における信号ｐ、ｑ、ｒの各波形を示したものである。ＣＰＵ３６は信号ｐを一定期間ハイレベル「１」の出力を維持して発振回路の動作を継続する。この期間に位置検出装置側では後述する座標検出動作を行う。また、ＣＰＵ３６は、この信号ｐがハイレベル「１」である連続送信期間中に、可変容量コンデンサ３３に加えられる筆圧を検出する。この筆圧検出を行うため、ＣＰＵ３６は前述した連続送信を開始した後、端子Ｐ２をハイレベル「１」出力に設定する。これによって信号ｑはハイレベル「１」となり、可変容量コンデンサ３３は電池３５の電圧に充電される。

この充電が完了すると、ＣＰＵ３６は端子Ｐ２を入力設定、即ちハイインピーダンス設定とする。これにより、可変容量コンデンサ３３に充電された電荷は、これと並列に接続した抵抗によって放電されるため、信号ｑすなわち端子Ｐ２の電圧は徐々に低下する。ＣＰＵ３６において、端子Ｐ２の電圧が所定のしきい値電圧以下になると、内部ロジックがロウレベルとなる。ＣＰＵ３６は、端子Ｐ２を入力設定に切替えてから端子Ｐ２の電圧が前記しきい値以下に達するまでの時間をＴｐ（図６参照）として計測する。この時間Ｔｐは可変容量コンデンサ３３の容量、即ち筆圧の大きさによって変化するので、ＣＰＵ３６は筆圧がゼロから最大までの範囲で計測した時間Ｔｐを１０ビットのデジタル値として求める。

前述した連続送信期間が終了すると。しばらくしてＣＰＵ３６は、この１０ビットの筆圧データに応じて端子Ｐ１を制御することによりＡＳＫ変調を行う。即ち、データが“０”のときは端子Ｐ１をロウレベルとし、データが“１”のときはハイレベルとする。図６において、最初のデータであるスタート信号（Start signal）は、必ず“１”として送出する。これは後続データのタイミングをマイクロプロセッサ２３が正確に予測できるようにするためである。なお、図６において、時間Ｔｄは１ビットのデータを送出する周期である。

このように構成した本実施形態の位置検出装置が、スタイラスペン１５の座標位置および筆圧データをどのようにして検出するのか、について次に説明する。

［スタイラスペン１５による指示位置の検出処理例］
図７は、Ｘ軸全面スキャン動作を示す。具体的には、Ｘ選択回路１３が全てのＸ電極について順次選択して信号を受信することにより、スタイラスペン１５が置かれているおよその位置を求めるＸ軸全面スキャン動作について示したものである。まずマイクロプロセッサ２３はコントロール回路１８に対して制御信号ｇを出力して、切替回路１６がＸ側を選択し、Ｘ選択回路１３の＋端側としてＸ電極Ｘ１を、−端側として、この例では、＋端側のＸ電極との間に４本の電極を隔てたＸ電極Ｘ６をそれぞれ選択するように制御する。

次にマイクロプロセッサ２３は、Ｘ選択回路１３が選択する電極の番号を１ずつ繰り上げ、＋端側としてＸ電極Ｘ２を、−端側としてＸ電極Ｘ７をそれぞれ選択するように制御する。この状態で前述したのと同様に信号レベルを求める。このとき水平同期パルスｈに同期して信号受信とＡＤ変換を行なう。

同様にしてマイクロプロセッサ２３は、Ｘ選択回路１３が選択するＸ電極の番号を順次繰り上げながら信号レベルを求め、＋端側の選択がＸ電極Ｘ３５、−端側の選択がＸ電極Ｘ４０になるまで行なう。

このときＡＤ変換出力ｄの値が前述した全ての場合で一定レベルに達していなければ、スタイラスペン１５は透明センサー１２上に無いものと判断して、上記のＸ軸全面スキャン動作を繰り返す。

さらに、図７では、スタイラスペン１５が透明センサー１２のＸ電極Ｘ１１付近に置かれている場合について示している。その場合、図７に示すように、Ｘ選択回路１３においてＸ電極Ｘ１１が＋端側または−端側のいずれかとして選択された際に信号レベルがピークとなる。このようにＸ電極の選択を更新したときの信号レベルの分布よりスタイラスペン１５のおよその位置を求めることができる。図７の信号レベル分布よりスタイラスペン１５がＸ電極Ｘ１１付近に置かれていることがわかると、次に部分スキャンへの移行動作を行なう。

なお、図７で示したＸ軸全面スキャン動作では、Ｘ選択回路１３において＋端側として選択する電極と−端側として選択する電極との間を４本空けているが、４本以外の本数としても良い。

図８は、部分スキャンへの移行動作について示したもので、スタイラスペン１５が図７における連続送信期間となるタイミングを検出するとともに、スタイラスペン１５の透明センサー１２におけるＹ方向のおよその位置を求める。この時も水平同期パルスｈに同期して信号受信とＡＤ変換を行なうのは前述と同様である。

まずマイクロプロセッサ２３はコントロール回路１８に対して制御信号ｇを出力して、切替回路１６がＸ側を選択し、Ｘ選択回路１３の＋端側としてＸ電極Ｘ１１を、−端側としてＸ電極Ｘ１６をそれぞれ選択するように制御する。このときスタイラスペン１５が図６に示した連続送信期間に入るとＡＤ変換回路２２から出力される信号レベルが繰り返し所定値以上となる。信号レベルが所定時間Ｔｓ（図８参照）以上繰り返し所定値を超えて検出されると、マイクロプロセッサ２３はスタイラスペン１５が連続送信期間に入ったと判断してＹ軸全面スキャン動作へ移行する。この所定時間Ｔｓは、スタイラスペン１５がデータ送信期間に送信する周期Ｔｄよりも十分に長い時間とする。

マイクロプロセッサ２３はＹ軸全面スキャン動作を行うため、コントロール回路１８に対して制御信号ｇを出力して、切替回路１６がＹ側を選択し、Ｙ選択回路１４の＋端側としてＹ電極Ｙ１を、−端側としてＹ電極Ｙ６をそれぞれ選択するように制御する。続いてマイクロプロセッサ２３は、Ｘ軸全面スキャンの時と同様にＹ選択回路１４が選択する電極の番号を１ずつ繰り上げながら信号レベルを求め、＋端側の選択がＹ電極Ｙ２５、−端側の選択がＹ電極Ｙ３０になるまで行なう。この時もＸ軸全面スキャンの時と同様に、Ｙ選択回路１４の＋端側または−端側のいずれかがスタイラスペン１５に近い電極を選択した際にピークとなるような信号分布が得られる。本実施形態ではスタイラスペン１５がＹ電極Ｙ２０付近に置かれているものとして以下の説明を行う。

以上説明した図７および図８の動作によってスタイラスペン１５がＸ電極Ｘ１１およびＹ電極Ｙ２０の交点付近に置かれていることがわかった。続いてマイクロプロセッサ２３は、Ｘ電極Ｘ１１を中心とする５本のＸ電極およびＹ電極Ｙ２０を中心とする５本のＹ電極について順次選択して信号レベルを求める部分スキャン動作へ移行する。

図９は部分スキャン動作について示した図である。マイクロプロセッサ２３はＸ選択回路１３が＋端側および−端側としてＸ電極Ｘ１１およびＸ電極Ｘ１６を選択した状態で、ＡＤ変換回路２２から出力される信号レベルが所定時間Ｔｓ継続して所定値以上であったときに、スタイラスペン１５からの連続送信期間が開始されたと判断して、座標検出動作へ移行する（図９のステップ１）。この時間Ｔｓは図８で説明したのと同様で、スタイラスペン１５がデータ送信期間に送信するデジタル信号の周期Ｔｄよりも十分に長い時間とする。

マイクロプロセッサ２３は、スタイラスペン１５のＸ座標を求めるため、切替回路１６がＸ側を選択した状態で、Ｘ選択回路１３の＋端側としてＸ電極Ｘ１１を中心とする５本のＸ電極（Ｘ９〜Ｘ１３）を順次選択して信号レベルを読み取る（ステップ１）。このときＸ選択回路１３の−端側は、＋端側で選択したＸ電極から十分離れたＸ電極としてＸ電極Ｘ１４〜Ｘ１８を選択する。

本実施形態では同一電極につき４回の検出を行ない、その平均レベルを受信信号レベルとして保存する。

図９において、最も高い信号レベルが検出された際に＋端側として選択したＸ電極の番号（ここではＸ１１）、およびその信号レベルＶＰＸ、またその両隣のＸ電極により検出されたレベルをＶＡＸ、ＶＢＸとして保存する（ステップ１）。

次にマイクロプロセッサ２３は、スタイラスペン１５のＹ座標を求めるため、切替回路１６がＹ側を選択するようにして、Ｙ選択回路１４の＋端側としてＹ電極Ｙ２０を中心とする５本のＹ電極（Ｙ１８〜Ｙ２２）を順次選択して信号レベルを読み取る（ステップ１）。このときＹ選択回路１４の−端側は、＋端側で選択したＹ電極から十分離れたＹ電極としてＹ電極Ｙ２３〜Ｙ２７を選択する。この時も水平同期パルスｈに同期して信号受信とＡＤ変換を行なうとともに、同一電極につき４回の検出を行ない、その平均レベルを受信信号レベルとして保存する。

そして、最も高い信号レベルが検出された際に＋端側として選択したＹ電極の番号（ここではＹ２０）、およびその信号レベルＶＰＹ、またその両隣の電極により検出されたレベルをＶＡＹ、ＶＢＹとして保存する（ステップ１）。

ここで求まった信号レベルＶＰＸ、ＶＡＸ、ＶＢＸ、ＶＰＹ、ＶＡＹ、ＶＢＹは、後述する計算式による座標値の計算に用いられる。

次いで、マイクロプロセッサ２３はスタイラスペン１５からの連続送信期間の終了を待つための動作を行う。マイクロプロセッサ２３は、切替回路１６がＸ側を選択するように制御するとともに、Ｘ選択回路１３の＋端側として前述した座標検出動作においてピークが検出されたＸ電極Ｘ１１を、−端側としてＸ電極Ｘ１６をそれぞれ選択するように制御する。この状態で受信される信号レベルが所定値に達しなくなった時刻がスタイラスペン１５からの連続送信期間の終了時刻となる（ステップ１）。

次に、上述したステップ１において求められた受信レベルよりスタイラスペン１５の座標位置を求める方法について説明する。

ステップ１で求められた受信レベルＶＰＸ、ＶＡＸ、ＶＢＸ、ＶＰＹ、ＶＡＹ、ＶＢＹよりスタイラスペン１５の座標値（Ｘ、Ｙ）は次式によりそれぞれ計算される。

Ｘ＝Ｐｘ＋
（Ｄｘ／２）×（（ＶＢＸ−ＶＡＸ）／（２×ＶＰＸ−ＶＡＸ−ＶＢＸ））・・（式１）
但し、ＰｘはＸ軸で最大レベルが検出されたＸ電極（ここではＸ１１）の座標位置とし、ＤｘはＸ電極間の配列ピッチ、とする。

Ｙ＝Ｐｙ＋
（Ｄｙ／２）×（（ＶＢＹ−ＶＡＹ）／（２×ＶＰＹ−ＶＡＹ−ＶＢＹ））・・（式２）
但し、ＰｙはＹ軸で最大レベルが検出されたＹ電極（ここではＹ２０）の座標位置とし、ＤｙはＹ電極間の配列ピッチ、とする。

前述した計算式の（式１）および（式２）は一例であって、必ずしも最適な方法とは限らない。最適な計算方法は、Ｘ電極、Ｙ電極の幅やピッチ、スタイラスペン１５の電極形状によっても変わるものである。

上述の実施形態では、ステップ１におけるスタイラスペン１５により指示された位置の検出処理においては、Ｘ選択回路１３およびＹ選択回路１４が選択する電極として＋端側がスタイラスペン１５の近傍となるようにしたが、−端側をスタイラスペン１５の近傍とするように選択しても良い。また、＋端と−端として選択する電極を、間に４本の電極を隔てて選択したが、他の本数を隔てても良い。なお、Ｘ選択回路１３およびＹ選択回路１４の＋端および−端として選択する２つの電極は、スタイラスペン１５の電極３１から放射される電界の放射領域よりもやや広い間隔となる本数を隔てることが好ましい。

上述の実施形態ではスタイラスペン１５によって指示された位置のＸ軸側の座標検出とＹ軸側の座標検出とを切替回路１６により切替えて行っているが、Ｘ軸側とＹ軸側とで差動増幅回路やＡＤ変換回路などを別々に設けて、同時に受信処理を行うようにしても良い。

上述の実施形態では、Ｘ選択回路１３およびＹ選択回路１４の＋端側と−端側として各１本ずつの電極を選択したが、同数の複数本を同時に選択するようにしても良い。

本実施形態では、スタイラスペン１５によって指示された位置のＸ座標とＹ座標を求める部分スキャンにおいて、同一電極につき４回の信号レベルを求めたが、同一電極につき１回としても良いし、他の回数としても良い。

［スタイラスペン１５からの付帯情報の検出処理例］
次に、スタイラスペン１５から送信される付帯情報の例としての筆圧データの検出処理例について説明する。なお、この実施形態の位置検出装置では、付帯情報の検出は、Ｘ選択回路１３またはＹ選択回路１４の一方で固定的に選択される電極又は電極群で受信されるスタイラスペン１５からの信号に基づいて行う。固定的に選択される電極又は電極群は、位置検出処理（Ｘ軸全面スキャン又はＹ軸全面スキャン）によりスタイラスペン１５の指示位置近傍として検出されたＸ電極又はＹ電極を、差動増幅回路１７の＋側端子又は−側端子の一方に含むように選択される。以下の説明においては、Ｘ選択回路１３で選択されたＸ電極又はＸ電極群からの信号により、付帯情報の検出を行う場合として説明する。

マイクロプロセッサ２３は、スタイラスペン１５からの連続送信期間の終了を検出すると、筆圧データに先立って送信される図６に示したスタート信号（Start signal）のタイミングを検出する動作に入る（ステップ２）。

このとき、図９に示すように、信号レベルが前述した所定値以上となった時刻をｔ１として記憶する。マイクロプロセッサ２３は、時刻ｔ１から一定時間Ｔｗだけ待った時刻よりスタイラスペン１５からのデータ受信動作を開始する（ステップ２）。この時間Ｔｗは、スタイラスペン１５からのスタート信号の送信を終了した後、受信される信号レベルがほぼ無くなるまでとし、予め求めておいた時間とする。

マイクロプロセッサ２３は、前述した待ち時間が、時間Ｔｗに達すると同時に、図示しないタイマーを起動する。このタイマーはゼロから前述した時間Ｔｄ（スタイラスペン１５からのデータ送信周期）に一致する値までを繰り返しカウントする（ステップ２）。タイマーの１周期の動作期間中、マイクロプロセッサ２３は信号受信およびＡＤ変換を繰り返し行い、信号レベルを読み取る。この間の信号レベルが一度も前述した所定値に達しなければスタイラスペン１５からの送信が無かったものと判断して、その回のデータを“０”として保存し、その間に所定値以上の信号レベルが検出された場合にはスタイラスペン１５からの送信が有ったものと判断して、その回のデータを“１”として保存する（ステップ２）。

前述したタイマーのカウントを１０回行い、１０ビットのデータが保存される。この１０ビットのデータは図７において示した１０ビットの筆圧データに対応するものである。図９では、筆圧データが「０１０１１１０１０１」の場合について示している。

ステップ２において１０ビットの筆圧データの受信を終了すると、スタイラスペン１５からの連続送信期間の開始を検出する動作（ステップ１）へ移行して、マイクロプロセッサ２３は図９の動作を繰り返し行う。

＜付帯情報の検出処理時の電極の選択について＞
従来は、付帯情報を検出する際には、スライラスペン１５の位置を検出する期間において＋端及び−端に接続するものとして選択する電極と、同じ間隔だけ離れた２本の電極を選択するようにしている。ただし、その一方の電極は、位置検出処理により、スタイラスペン１５の指示位置の近傍であるとして検出された電極である。

図１０は、この従来の付帯情報の検出処理時におけるＸ選択回路１３での選択状態を説明するための図である。上述したように、この実施形態では、スタイラスペン１５により指示される位置の近傍の電極は、Ｘ電極Ｘ１１であるので、Ｘ選択回路１３の＋端がこのＸ電極Ｘ１１に接続され、−端には、間に４本の電極を隔てたＸ電極Ｘ１６が接続されることになる。

このため、＋端に接続される電極と−端に接続される電極との間隔が大きく、図１０の例の電極の選択方法では、ノイズの影響を受け易くなる。そこで、この実施形態は、付帯情報の検出処理時においては、Ｘ選択回路１３（Ｙ選択回路１４の場合も同様）における＋端及び−端に接続する電極の選択を、スタイラスペン１５の指示位置の検出時とは変更し、スタイラスペン１５の指示位置の検出時における＋端及び−端に接続する電極の間隔よりも、短い間隔とする。

例えば図１１に示すように、＋端に接続するＸ電極は、スタイラスペン１５の指示位置近傍のＸ電極Ｘ１１とするのは変わりないが、−端に接続する電極を、＋端に接続するＸ電極とは２本分だけ隔てたＸ電極Ｘ１４とするように、Ｘ選択回路１３を、マイクロプロセッサ２３が制御するようにする。

この図１１の例によれば、位置検出処理時よりも間隔が短い２本の電極が、差動増幅回路の＋側端子及び−側端子に接続されるように選択されるので、当該２本の電極のノイズが近似したものとなり、ノイズ低減の効果が大きくなり、付帯情報を、より正確に検出することが可能となる。

しかし、スタイラスペン１５から送出される付帯情報が、筆圧データの他に、識別情報等が追加されることによる付帯情報のビット数の増加に伴い、スタイラスペン１５からの付帯情報の送信時間が長くなることにより、スタイラスペンの高速移動時の付帯情報の取得が難しくなってくる。そこで、この実施形態では、以下に説明するように、差動増幅回路１７の＋側端子及び−側端子に接続する電極を、それぞれ１本とするのではなく、複数本の電極からなる電極群とすることで、上述したノイズの問題と、スタイラスペンの高速移動時の付帯情報の取得の困難さの問題との両方を解決することができるようにしている。なお、この場合に、第１の電極群を構成する電極数と、第２の電極群を構成する電極数とは同数とする。

＜電極選択の第１の例＞
図１２は、付帯情報の検出処理時の電極選択の第１の例を示すものである。この図１２の例では、Ｘ選択回路１３は、位置検出処理により検出されたスタイラスペン１５の指示位置近傍のＸ電極Ｘ１１と、その両隣のＸ電極Ｘ１０及びＸ電極Ｘ１２との３本の電極を第１の電極群として、差動増幅回路１７の＋側端子に接続し、また、Ｘ電極Ｘ１１とは２本分だけ隔てたＸ電極Ｘ１４と、その両隣のＸ電極Ｘ１３及びＸ電極Ｘ１５との３本の電極を第２の電極群として、差動増幅回路１７の−側端子に接続するように、マイクロプロセッサ２３により制御される。図９のステップ２においては、この例の場合の選択電極が示されている。

このように電極が選択された場合、Ｘ電極Ｘ１１は、検出されたスライラスペン１５の指示位置の近傍であって、スライラスペン１５が高速で移動することで、Ｘ電極Ｘ１１から移動しても、その両脇のＸ電極Ｘ１０または電極Ｘ１２で、スタイラスペン１５からの信号を受信することが可能である。したがって、スタイラスペン１５からの付帯情報の全てを位置検出装置が取得することができる。

そして、この図１２の例の場合には、差動増幅回路１７の＋側端子に接続されるＸ電極Ｘ１０、Ｘ１１，Ｘ１２からなる第１の電極群と、−側端子に接続されるＸ電極Ｘ１３，Ｘ１４，Ｘ１５からなる第２の電極群が隣接するので、両電極群に含まれるノイズが近似し、ノイズを有効にキャンセルすることが可能となる。

＜電極選択の第２の例＞
図１３は、付帯情報の検出処理時の電極選択の第２の例を示すものである。この図１３の例では、Ｘ選択回路１３は、スタイラスペン１５の指示位置近傍のＸ電極Ｘ１１と、その両隣のＸ電極Ｘ１０及びＸ電極Ｘ１２との３本の電極を第１の電極群として、差動増幅回路１７の＋側端子に接続するように、マイクロプロセッサ２３により制御されるのは、第１の例と同様である。

この第２の例では、差動増幅回路１７の−側端子に接続する第２の電極群を構成する複数の電極を、第１の電極群の両脇に設定するようにする。すなわち、図１３の例では、Ｘ選択回路１３は、第１の電極群の両脇に位置するＸ電極Ｘ８，Ｘ９、Ｘ１３を電気的に接続して第２の電極群とし、差動増幅回路１７の−側端子に接続するようにする。図１４に、この第２の例の場合の部分スキャン動作時のタイミングチャートを示す。

この第２の例においては、検出されたスタイラスペン１５の位置は、第１の電極群と第２の電極群とからなる複数の電極のほぼ中央になり、スタイラスペン１５が、より高速に移動した場合においても、付帯情報を、より確実に取得することができるようになる。また、この第２の例によれば、差動増幅回路１７の＋側端子に接続される電極と、−側端子に接続される電極とは、第１の例の場合よりも近接したものとなるので、差動増幅によるノイズ効果が、第１の例よりも大きくなり、よりノイズに対して強くなる。

＜電極選択の第３の例＞
図１５は、付帯情報の検出処理時の電極選択の第３の例を示すもので、第２の例の変形例である。この第３の例は、スタイラスペン１５の位置がＸ電極Ｘ１１と電極Ｘ１２との中間にある場合に、どちら側にスタイラスペン１５が高速に移動しても、付帯情報を受信することができるようにする場合の例である。

すなわち、この第３の例においては、位置検出処理により検出されたスライラスペン１５の位置を中心とし、その位置の両側の２本ずつのＸ電極Ｘ１０，Ｘ１１，Ｘ１２，Ｘ１３を第１の電極群として、差動増幅回路１７の＋側端子に接続すると共に、その第１の電極群の両脇の２本ずつのＸ電極Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１４，Ｘ１５を、差動増幅回路１７の−側端子に接続するように、Ｘ選択回路１３がマイクロプロセッサ２３により制御される。図１６に、この第３の例の場合の部分スキャン動作時のタイミングチャートを示す。

この実施形態では、図９、図１４及び図１６に示したように、付帯情報の検出処理時には、それぞれ複数本のＸ電極からなる第１の電極群と第２の電極群が差動増幅回路１７の＋側端子及び−側端子に接続されるので、所定時間Ｔｓにおいて、連続送信期間に入ったかどうかを検出する際にも、複数本のＸ電極からなる第１の電極群と第２の電極群の差分により検出するようになる。したがって、従来のような１本ずつの電極の差分を用いる場合よりも、連続送信期間に入ったかどうかを容易に検出することができるようになる。

また、上述の第１の例〜第３の例によれば、付帯情報の検出処理時においては、それぞれ複数本のＸ電極からなる第１の電極群と第２の電極群が差動増幅回路１７の＋側端子及び−側端子に接続されるので、従来のような１本ずつの電極の差分を用いる場合よりも、付帯情報の検出も容易になるという効果もある。

なお、上述した説明では、付帯情報の検出を行うステップ２ではＸ電極の中から最大レベルが検出されたＸ電極Ｘ１１を選択してデータの受信を行ったが、これをＹ電極の中で最大レベルが検出されたＹ電極Ｙ２０を選択して行っても良い。

また、上述の実施形態ではＸ選択回路１３およびＹ選択回路１４が選択する電極として、＋端側がスタイラスペン１５の近傍となる電極を含むようにしたが、−端側がスタイラスペン１５の近傍となる電極を含むように選択しても良い。

１１…ＬＣＤパネル、１２…透明センサー、１３…Ｘ選択回路、１４…Ｙ選択回路、１５…スタイラスペン、１６…切替回路、１７…差動増幅回路、２３…マイクロプロセッサ

Claims (11)

1. 透明の導電材より構成される電極を互いに交差する第１の方向と第２の方向とにそれぞれ複数配列し、表示装置上に配置される透明なセンサーを備え、スタイラスペンからの、前記センサー上の位置を検出させるための位置検出用信号と所定のデジタルデータに応じて生成したデータ検出用信号とを受信する位置検出装置であって、
   ＋側端子と−側端子を有し、前記＋側端子と前記−側端子に生じる信号の差分を増幅して出力する差動増幅回路と、
   前記センサーに設けた複数の前記電極の中から第１の電極又は、前記第１の電極を含めた複数の電極からなる第１の電極群を選択して前記＋側端子に接続すると共に、第２の電極又は、前記第２の電極を含めた複数の電極からなる第２の電極群を選択して前記−側端子に接続する選択回路と、
   を備え、
   前記選択回路は、前記位置検出用信号に基づいて前記スタイラスペンによる指示位置を検出する期間においては、前記第１の電極と前記第２の電極として所定の間隔だけ隔てた電極を選択し、前記データ検出用信号を検出する期間においては、前記第１の電極と前記第２の電極として前記所定の間隔よりも狭い間隔だけ隔てた電極を選択する
   ことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記データ検出用信号を検出する期間において前記選択回路により選択される前記第１の電極又は前記第２の電極の少なくとも一方は、前記指示位置を検出する期間において検出された、前記スタイラスペンにより指示された位置またはその近傍の電極である
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記データ検出用信号を検出する期間において、前記選択回路は、
   前記第１の電極又は前記第１の電極群と前記第２の電極又は前記第２の電極群として、互いに隣接する電極又は電極群を選択するようにした
   ことを特徴とする請求項１の位置検出装置。
4. 前記データ検出用信号を検出する期間において前記選択回路により選択される電極は、前記第１の電極群と前記第２の電極群であり、前記第１の電極群と前記第２の電極群の一方は、互いに隣接する複数の電極からなり、前記第１の電極群と前記第２の電極群の他方の複数の電極は、前記互いに隣接する複数の電極からなる電極群の両脇に分散されている電極からなる
   ことを特徴とする請求項１の位置検出装置。
5. 前記スタイラスペンには筆圧検出回路が設けられており、前記スタイラスペンから送信されてくる前記筆圧検出回路で検出された筆圧値を前記デジタルデータとして受信する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の位置検出装置。
6. 前記スタイラスペンにはスイッチが設けられており、前記スタイラスペンから送信されてくる、前記スイッチの状態を前記デジタルデータとして受信する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の位置検出装置。
7. 前記スタイラスペンから送信されてくる前記スタイラスペンの識別情報を前記デジタルデータとして受信する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の位置検出装置。
8. 前記スタイラスペンから前記デジタルデータとして送信されてくる信号は、交流信号を前記デジタルデータに応じてＡＳＫ変調したものである
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の位置検出装置。
9. 前記スタイラスペンからの前記位置検出用信号と前記デジタルデータを、前記センサーの電極と前記スタイラスペンとの電界結合により受信する
   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。
10. 前記データ検出用信号を検出する期間における前記第１の電極と前記第２の電極との間隔は、可変である
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の位置検出装置。
11. 前記データ検出用信号を検出する期間において前記選択回路により選択される電極は、前記第１の電極群と前記第２の電極群であり、前記第１の電極群及び前記第２の電極群を構成する複数の電極の数は可変である
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の位置検出装置。
    

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