TWI447624B - 座標輸入裝置 - Google Patents

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TWI447624B
TWI447624B TW097141394A TW97141394A TWI447624B TW I447624 B TWI447624 B TW I447624B TW 097141394 A TW097141394 A TW 097141394A TW 97141394 A TW97141394 A TW 97141394A TW I447624 B TWI447624 B TW I447624B
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Osamu Yoshikawa
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Smk Kk
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
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    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
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Description

座標輸入裝置
本發明係關於一種靜電電容方式之座標輸入裝置，從沿著輸入操作面形成之電極漂浮電容變化檢測手指等待檢測體在輸入操作面之操作位置，更詳言之，關於以少數電極檢測大面積之輸入操作面上之操作位置的座標輸入裝置。
近年來，可不使用可動零件，而由透明薄型材料構成之靜電電容方式座標輸入裝置，由於適於配置在液晶顯示面板等之顯示裝置上，作為檢測對於顯示位置之輸入操作的輸入裝置，因此被廣為使用。
習知的座標輸入裝置，係將多數X側電極及Y側電極形成矩陣狀，使得在絕緣基板之表背交叉，並利用在手指等待檢測體接近的附近，交叉之各X側電極與Y側電極間之靜電電容會變化，而檢測待檢測體在絕緣基板之操作位置(專利文獻1)。
該座標輸入裝置，例如對於多數Y側電極依序施加既定脈衝電壓並掃描，並在對於各Y側電極施加脈衝電壓之期間，檢測交叉在經施加脈衝電壓之Y側電極處的各X側電極之電壓。當手指等待檢測體接近絕緣基板時，在待檢測體接近之位置交叉的X側電極與Y側電極之間的靜電電容會變化，因此，可因從靜電電容變化而電壓變化之X側電極，以及此時施加有脈衝電壓之Y側電極之配置，檢測待檢測體在絕緣基板之操作位置。
然而，為了從靜電電容之變化檢測手指等待檢測體，至少必需在XY方向以3mm以下之間距配置X側電極及Y側電極，若輸入操作面成為大面積，則隨著輸入面積之增加，檢測靜電電容變化之X側電極及Y側電極數目增大，對於各電極之交叉位置進行掃描的掃描周期增長，無法在短時間檢測操作位置，對於A4版以上尺寸之輸入操作面不實用。
而，就A4版以上尺寸之輸入操作面，已知有圖8所示構造之座標輸入裝置100作為檢測待檢測體之操作位置的座標輸入裝置(專利文獻2)。
該座標輸入裝置100，係在表面形成有均勻電阻膜之絕緣基板101之四角落，配置施加固定交流電壓之操作位置檢測用電極E1、E2、E3、E4。當手指接觸絕緣基板101之任意位置，會有電流從各電極E通過絕緣基板101表面之電阻流到手指。此時，由於從各電極E1、E2、E3、E4流到手指的電流值i1、i2、i3、i4，隨著四隅之電極至手指接觸位置間的距離而變化，因此，令連接相對之電極對E1、E3的直線為X軸、連接電極對E2、E4之直線為Y軸，可從X=i1/(i1+i3)、Y=i1/(i2+i4)求出手指接觸位置即操作位置之座標(X,Y)。
[專利文獻1]日本特開2005-337773號公報(說明書[0017]至項目[0031]、圖1)
[專利文獻2]日本特開平8-137607號公報(說明書[0003]、圖10)
如此，將多數X側電極與Y側電極配線成矩陣狀之前者之習知座標輸入裝置，若輸入操作面擴大，則不僅需要操作位置之檢測時間，尚為了掃描增加的X側電極與Y側電極，而必需使用相當條數所對應之多工器，會有電路構成複雜、大型化的問題。
又，關於解決此問題之後者之習知座標輸入裝置100，雖能僅以4種電極檢測操作位置，但是需要對於各電極施加固定交流電壓，並將單位長度電阻值均勻之電阻被覆膜貼在絕緣基板上，因此電路構成複雜、大型化。
又，由於僅以配置在絕緣基板101四角落之4種電極E檢測的檢測值，來檢測大型輸入操作面所有的操作位置，因此，操作位置之檢測誤差增大。尤其，由於使電流流到手指而檢測操作位置，因此，不能對於各電極施加會流過大電流值的交流電壓，僅以微弱電流值流到各電極來求出操作位置之上述座標輸入裝置100，對於擴大的輸入操作面沒有辦法以良好精度檢測操作位置。
本發明係考量如此習知問題而生，目的在於提供一種座標輸入裝置，能僅使用4種電極，在即使擴大輸入操作面時仍能以良好精度檢測輸入操作之操作位置。
為了達成上述目的，申請專利範圍第1項之座標輸入裝置，特徵在於：
包含：
X+電極，係在絕緣基板一面側之X方向之一側分岔之多數X+分岔圖案朝X方向之另一側形成；
X-電極，係在前述絕緣基板之一面側之X方向之另一側分岔之多數X-分岔圖案，各沿著自成對之前述各X+分岔圖案而朝X方向之前述一側形成；
Y+電極，係在與前述絕緣基板之另一面側之X方向垂直的Y方向之一側分岔的多數Y+分岔圖案朝Y方向之另一側形成；
Y-電極，係在前述絕緣基板之另一面側之Y方向之另一側分岔之多數Y-分岔圖案，各沿著自成對之前述各Y+分岔圖案而朝Y方向之前述一側形成；
X方向差分檢測機構，檢測X+電極與X-電極之漂浮電容差分；
Y方向差分檢測機構，檢測Y+電極與Y-電極之漂浮電容差分；
於絕緣基板之一面側形成之X+分岔圖案及X-分岔圖案，與於另一面側形成之Y+分岔圖案及Y-分岔圖案，在經由前述絕緣基板而交叉之彼此交叉區域以細寬度形成；
成對的X+分岔圖案與X-分岔圖案，其中之一形成為以前述交叉區域所區隔之圖案在前述絕緣基板之投影面積朝向X方向之一側逐漸增加之形狀，而其中另一形成逐漸減少之形狀，同時
成對之Y+分岔圖案與Y-分岔圖案，其中之一形成為以前述交叉區域所區隔之圖案在前述絕緣基板之投影面積朝向Y方向之一側而逐漸增加之形狀，其中之另一形成逐漸減少之形狀；
當待檢測體接近前述絕緣基板並進行輸入操作時，從隨著待檢測體在X方向之操作位置而變化之X+電極與X-電極之漂浮電容差分，檢測待被檢測體在X方向之操作位置，並從隨著待檢測體在Y方向之操作位置而變化之Y+電極與Y-電極之漂浮電容差分，檢測待檢測體在Y方向之操作位置。
分岔為梳狀之X+電極之多數X+分岔圖案，與分岔為梳形之X-電極之多數X-分岔圖案，由於成對的X+分岔圖案與X-分岔圖案互相面對使得彼此的梳形在X方向咬合，因此，能在絕緣基板之一面側之全體均勻地形成多數成對之X+分岔圖案及X-分岔圖案。
當待檢測體接近絕緣基板時，於待檢測體附近之成對X+分岔圖案與X-分岔圖案的漂浮電容增加。漂浮電容之增加量，和與待檢測體之相向面積成比例，又，沿著X方向，X+分岔圖案與X-分岔圖案之投影面積有其中之一逐漸增加、其中之另一逐漸減少的關係，因此，待檢測體附近之X+分岔圖案與X-分岔圖案之漂浮電容差分，代表待檢測體接近X方向之位置，亦即X方向之操作位置。待檢測體附近之X+分岔圖案與X-分岔圖案之各漂浮電容增加，分別代表X+電極與X-電極之漂浮電容增加，因此，藉由以X方向差分檢測機構檢測X+電極與X-電極之漂浮電容差分，可檢測X方向之操作位置。
分岔成梳形之Y+電極之多數Y+分岔圖案，與分岔成梳形之Y-電極之多數Y-分岔圖案，由於成對的Y+分岔圖案及Y-分岔圖案，互相面對使得彼此的梳形在Y方向咬合，因此，能在絕緣基板之另一面側之全體均勻地形成多數成對之Y+分岔圖案及Y-分岔圖案。
當待檢測體接近絕緣基板，於待檢測體附近成對之Y+分岔圖案及Y-分岔圖案之漂浮電容增加。漂浮電容之增加量，和與待檢測體之相向面積成比例，又，沿著Y方向，Y+分岔圖案與Y-分岔圖案之投影面積有其中之一逐漸增加、其中之另一逐漸減少的關係，因此，待檢測體附近之Y+分岔圖案與Y-分岔圖案之漂浮電容差分，代表待檢測體接近Y方向之位置，亦即Y方向之操作位置。待檢測體附近之Y+分岔圖案與Y-分岔圖案之各漂浮電容增加，分別代表Y+電極與Y-電極之漂浮電容增加，因此，藉由以Y方向差分檢測機構檢測Y+電極與Y-電極之漂浮電容差分，可檢測Y方向之操作位置。
形成於絕緣基板一面側之X+分岔圖案及X-分岔圖案，與形成於另一面側之Y+分岔圖案及Y-分岔圖案，在經由絕緣基板而交叉之彼此的交叉區域以細寬度形成，因此形成於絕緣基板背面側之分岔圖案，僅在交叉區域，被以細寬度形成之表面側所形成之分岔圖案覆蓋。因此，即便兩者在絕緣基板表面側及背面側形成矩陣狀，形成於背面側之分岔圖案受到形成於表面側之分岔圖案所致影響小，由於待檢測體接近，背面側之分岔圖案之漂浮電容，會和與待檢測體之相對面積成比例增加。
申請專利範圍第2項之座標輸入裝置，特徵在於，以交叉區域區隔之X+分岔圖案或X-分岔圖案其中之一，與Y+分岔圖案或Y-分岔圖案其中之一，各自形成為：與以相同交叉區域區隔之成對的分岔圖案將大致正方形互補之形狀。
以交叉區域區隔之成對X+分岔圖案與X-分岔圖案而形成之大致正方形，及以交叉區域區隔之成對Y+分岔圖案與Y-分岔圖案而形成之大致正方形，在絕緣基板之投影方向顯示如棋盤花紋，相對於接近絕緣基板之待檢測體，使形成於表面側之其中任一成對圖案，及形成於背面側之另一成對圖案於投影方向不重疊。
申請專利範圍第3項之座標輸入裝置，其中，
以交叉區域區隔之成對的X+分岔圖案與X-分岔圖案，係以由連接前述交叉區域之X方向之對角線作為其底邊之X側假想三角形的其餘2邊作為彼此的邊界，且交叉區域間之各X側假想三角形，係為沿著X方向，其頂點之位置對稱於前述X方向之對角線從Y方向之一側朝向另一側逐漸變化之三角形。而交叉區域區隔之成對的Y+分岔圖案或Y-分岔圖案，係以由連接前述交叉區域之Y方向之對角線作為底邊的Y側假想三角形的其餘2邊作為邊界，且交叉區域間之各Y側假想三角形，係為沿著Y方向，其頂點之位置對稱於前述Y方向之對角線從X方向之一側朝向另一側逐漸變化之三角形。
交叉區域間之X側假想三角形在絕緣基板之投影面積，與從X方向之對角線至頂點之高度成比例。因此，藉由使沿著X方向之各X側假想三角形之頂點，於X方向之對角線對稱地從Y方向之一側朝另一側逐漸變化，則與變化之長度成比例，Y方向之一側之X+分岔圖案或X-分岔圖案之投影面積增加，且隨著增加之量，另一側之分岔圖案之投影面積減少。
又，同樣地，交叉區域間之Y側假想三角形在絕緣基板之投影面積，與從Y方向之對角線至頂點之高度成比例。因此，藉由使沿著Y方向之各Y側假想三角形頂點，於Y方向之對角線對稱地，從X方向之一側往另一側逐漸變化，則與變化之長度成比例，X方向之一側之Y+分岔圖案或Y-分岔圖案之投影面積增加，且隨增加量，另一側之分岔圖案之投影面積減少。
依照申請專利範圍第1項之發明，由於X+電極、X-電極、Y+電極及Y-電極各電極各自具有分岔之多數分岔圖案，因此，可在作為輸入操作面之絕緣基板全體平均地將分岔圖案配線，即使待檢測體接近輸入操作面任一位置，均能從相對於待檢測體之分岔圖案之靜電電容增加，以良好精度檢測操作位置。
又，即使輸入操作面成為大面積，由於僅比較4種電極之靜電電容增加量便能檢測XY方向之操作位置，因此能在短時間檢測操作位置。
又，由於僅比較4種電極之靜電電容增加，便能檢測XY方向之操作位置，因此能不掃描多數電極或不對於電極施加交流電壓，以簡單構成檢測操作位置。
即使為了在絕緣基板之輸入操作面全體檢測XY方向之操作位置，而在絕緣基板之表面側與背面側以矩陣狀形成分岔圖案，仍能在絕緣基板背面側形成之分岔圖案中將待檢測體接近所致漂浮電容增加大致正確檢測，能利用背面側所形成之X+電極與X-電極或Y+電極與Y-電極之漂浮電容差分，檢測操作位置。
依照申請專利範圍第2項之發明，在絕緣基板之一面側所形成之成對X+分岔圖案與X-分岔圖案，及形成在另一面側之成對Y+分岔圖案與Y-分岔圖案，彼此於垂直於絕緣基板之鉛直方向的重疊部分小，可各自不浪費地成為廣大的投影面積，能以更良好精度檢測待檢測體接近所致漂浮電容增加。
依照申請專利範圍第3項之發明，藉由使沿著X方向之各X側假想三角形之頂點位置，於Y方向為不同，能輕易地使沿著X方向在絕緣基板之投影面積增減量成為設定如所望之X+分岔圖案與X-分岔圖案。尤其，若各X側假想三角形之頂點於Y方向之位置(高度)對稱於底邊從Y方向之一側朝另一側以等間隔變化，則以交叉區域區隔之X+分岔圖案及X-分岔圖案之各投影面積，能輕易地形成沿著X方向以等增加量或減少量增減之X+分岔圖案與X-分岔圖案。依照以此方式形成之X+分岔圖案及X-分岔圖案，與投影面積成比例變化之漂浮電容，會隨著X方向之操作位置成線性變化，能正確地檢測X方向之操作位置。
又，Y方向亦同樣地，藉由使沿著Y方向之各Y側假想三角形之頂點位置於X方向為不同，能輕易地形成沿著Y方向在絕緣基板之投影面積增減量設定成所望之Y+分岔圖案與Y-分岔圖案。尤其，若使各Y側假想三角形之頂點於X方向之位置(高度)，對稱於底邊從X方向之一側朝另一側以等間隔變化，則以交叉區域區隔之Y+分岔圖案及Y-分岔圖案之各投影面積，能輕易地形成沿著Y方向以等增加量或減少量增減之Y+分岔圖案與Y-分岔圖案。依照以此方式形成之Y+分岔圖案及Y-分岔圖案，與投影面積成比例變化之漂浮電容，會隨著Y方向之操作位置成線性變化，也能正確地檢測Y方向之操作位置。
 (實施發明之最佳形態)
以下，使用圖1至圖5説明本發明第1實施形態之座標輸入裝置1。圖1顯示座標輸入裝置1之輸入操作面14a的俯視圖，圖2顯示圖1之要部擴大俯視圖，圖3顯示圖2之A-A線剖面圖，圖4顯示座標輸入裝置1之電路構成圖，圖5顯示圖4各部波形之波形圖。
座標輸入裝置1，由使手指接近並進行輸入操作之操作面板10，及檢測對操作面板10之輸入操作位置的輸入位置檢測電路部20所構成。操作面板10，如圖3所示，在透明玻璃基板11上，依序疊層下部絕緣片12、上部絕緣片13及覆蓋片14而構成。
下部絕緣片12，以聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或聚醯亞胺等透明絕緣材料製作成薄型可撓片，如圖4所示，在其平面上以印刷形成彼此絕緣之由銀等材料所構成之EY +電極與EY -電極2種電極。
EY +電極，於圖中，由在下部絕緣片12之Y1 側沿與Y方向垂直之X方向而印刷的Y+引出圖案2a以及以既定間距從Y+引出圖案2a朝Y0 側而沿著Y方向印刷成之多數Y+分岔圖案2b、2b...，所構成，在下部絕緣片12之平面上之大致全體顯示成梳形形狀。Y+分岔圖案2b、2b...於X方向之間距，在此成為2mm之間距，使得不論手指接近操作面板10任一位置，均有2至3條的Y+分岔圖案2b對向。
又，EY -電極，由在下部絕緣片12之Y0 側沿著X方向印刷成之Y-引出圖案3a以及於X方向以既定間距從Y-引出圖案3a朝Y1 側沿Y方向印刷之多數Y-分岔圖案3b、3b...所構成，同樣地，在下部絕緣片12之平面上大致全體，顯示與梳形EY +電極咬合之梳形形狀。Y-分岔圖案3b，沿著與其分別成對之Y+分岔圖案2b隔著些微的絕緣間隙形成，因此，X方向之間距與Y+分岔圖案2b相同為2mm。
如圖1、圖2所示，Y+分岔圖案2b與Y-分岔圖案3b，在鉛直方向(與XY平面垂直之Z方向)，經由上部絕緣片13，使與後述X+分岔圖案4b及X-分岔圖案5b交叉之交叉區域(以下稱為交叉部)形成為細寬度圖案，交叉部與交叉部間的各形狀，為：Y+分岔圖案2b從Y1 側朝Y0 側於Z方向之投影面積逐漸減小，Y-分岔圖案3b從Y0 側朝向Y1 側於Z方向之投影面積逐漸減小。又，由於相鄰而成對的Y+分岔圖案2b與Y-分岔圖案3b之交叉部間的形狀，彼此成為互補形狀，使得兩者組合成大致相同正方形輪廓，因此，因應其中之一沿著Y方向在Z方向之投影面積減少量，其中另一之投影面積增加。
上部絕緣片13亦以與下部絕緣片12同材質之聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或聚醯亞胺等透明絕緣材料製成薄的可撓片，在其平面上將由銀等材料所構成之EX +電極與EX -電極之2種電極彼此以絕緣印刷形成。
EX +電極，在圖4中，由在上部絕緣片13之X1 側沿著Y方向印刷成的X+引出圖案4a與以既定間距從X+引出圖案4a朝X0 側沿著X方向印刷之多數X+分岔圖案4b、4b...所構成，在上部絕緣片13平面上大致全體形成梳形形狀。
又，EX -電極，由在上部絕緣片13之X0 側沿X方向印刷成之X-引出圖案5a及以既定間距從X-引出圖案5a朝X1 側沿X方向，沿著各成對之X+分岔圖案4b、4b...隔著些微絕緣間隙印刷之多數X-分岔圖案5b、5b...所構成。EX -電極也同樣地，在上部絕緣片13平面上之大致全體，顯示為與梳形EX +電極咬合之梳形形狀。
本實施形態中，X+分岔圖案4b或X-分岔圖案5b於X方向之間距，亦與Y+分岔圖案2b或Y+分岔圖案2b為等間距的2mm，如圖1、圖2所示，經由上部絕緣片13，於Z方向，Y+分岔圖案2b及Y-分岔圖案3b在鉛直方向交叉之交叉區域(以下稱為交叉部)成為細寬度圖案。又，交叉部與交叉部間之各形狀，形成為：X+分岔圖案4b自X1 側往X0 側於Z方向之投影面積逐漸減小，X-分岔圖案5b從X0 側朝X1 側，Z方向之投影面積逐漸減小，由於相鄰而成對之X+分岔圖案4b與X-分岔圖案5b之交叉部間之形狀，與上述Y+分岔圖案2b及Y-分岔圖案3b同樣地，兩者組合成為大致相同正方形狀之輪廓之方式，彼此成互補形狀，相應於其中之一沿著X方向在Z方向之投影面積減少量，其中另一之投影面積增加。
如上所述，形成在上部絕緣片13之表面側的EX +電極與EX -電極，與形成在背面側之EY +電極與EY -電極，於垂直方向成相同形狀。因此，製造印刷形成有EX +電極及EX -電極的上部絕緣片13，或印刷形成有EY +電極與EY -電極之下部絕緣片12其中之一，並使旋轉到垂直方向並疊層，則能代用成另一者。
覆蓋片14，係覆蓋在上部絕緣片13所印刷之EX +電極及EX -電極並保護之，由透明聚酯樹脂等形成薄板狀。覆蓋片14的表面，成為手指接近或接觸描繪的輸入操作面14a。
如此方式構成之操作面板10，成對之X+分岔圖案4b與X-分岔圖案5b之交叉部間的形狀，與成對之Y+分岔圖案2b與Y-分岔圖案3b之交叉部間形狀，各為正方形狀，且如圖1、圖2所示，從操作面板10上方(Z方向)觀察，成棋盤花紋。
如圖4所示，檢測在操作面板10之輸入操作位置的輸入位置檢測電路部20，具有：X側C/V變換電路21，將EX +電極與EX -電極之靜電電容差分變換為電壓VX ；及Y側C/V變換電路22，將EY +電極與EY -電極之靜電電容差分變換為電壓VY 。
X側C/V變換電路21，將電阻R1與電阻R2之輸入側連接到共通的振盪器30，並且將從振盪器30輸出之時脈訊號同步輸入到電阻R1及電阻R2。電阻R1之輸出側，藉由連接到EX -電極，形成以EX -電極之漂浮電容CX -與電阻R1串聯連接的RC時間常數電路，並進一步將EX -電極連接於XOR電路(IC1 )其中之一之輸入端子，將EX 一電極之電位VeX -作為XOR電路(IC1 )其中之一的輸入。又，同樣地，電阻R2之輸出側，經由EX +電極與可變電容電容器VC1 之非接地側電極，而與XOR電路(IC1 )另一之輸入端子連接，且對於在電阻R2串聯連接EX +電極之漂浮電容Cx +與可變電容電容器VC1 而成之RC時間常數電路之EX +電極之電位VeX +，輸入到XOR電路(IC1 )另一側。
在此，輸入到XOR電路(IC1 )其中一側的EX -電極之電位VeX -之波形，成為將時脈訊號以將電阻R1之電阻值與漂浮電容CX -相乘後之時間常數延遲的波形，輸入到另一側EX +電極之電位VeX +，若忽視圖中可變電容電容器VC1 之電容，則成為將時脈訊號以電阻R2之電阻值與漂浮電容CX +相乘後之時間常數延遲的波形。在此，電阻R1與電阻R2使用相同電阻值之電阻，並且在XOR電路(IC1 )之一側與另一側之輸入，因應EX -電極之漂浮電容CX -與EX +電極之漂浮電容CX +，各輸入延遲時間相異的2種電壓波形。其結果，XOR電路(IC1 )之輸出，係顯示為隨著漂浮電容CX -與漂浮電容CX +差分的脈衝寬的脈衝波形。藉由將XOR電路(IC1 )之輸出連接到成為隨著脈衝寬之電壓VX 的X側平滑化電路23，而從X側平滑化電路23輸出依存於漂浮電容CX -與漂浮電容CX +的差分之輸出VX 。
EX -電極之漂浮電容CX -或EX +電極之漂浮電容CX +，與手指接近EX -電極與EX +電極時，X+分岔圖案4b或X-分岔圖案5b與手指之相對面積成比例變化，但如上述所述，由於EX -電極與EX +電極在X0 與X1 中間關於X方向成對稱形狀，因此，當手指接近X0 與X1 中間時，漂浮電容CX -與漂浮電容CX +之差分成為0，輸出VX 成為0。所以，當手指將X0 之位置進行輸入操作時，以輸出VX 成為0之方式，調整在EX +電極與接地間，與EX +電極之漂浮電容CX +並聯連接之可變電容電容器VC1 之電容值，其調整方法如後所述。
Y側C/V變換電路22，亦與X側C/V變換電路21為相同構成。亦即，將相同電阻值之電阻R3與電阻R4之輸入側連接到共通的振盪器30，將從振盪器30輸出之時脈訊號同步輸入到電阻R3與電阻R4。電阻R3之輸出側，與EY -電極連接，藉此將EY -電極之漂浮電容CY- 與電阻R3串聯連接形成RC時間常數電路，並將EY -電極連接到XOR電路(IC2 )其中之一輸入端子，並將EY-電極之電位VeY -作為XOR電路(IC2 )其中之一之輸入。又，電阻R4之輸出側，經由EY +電極與可變電容電阻器VC2 之非接地側電極而連接到XOR電路(IC2 )之另一輸入端子，且將在電阻R4串聯連接EY +電極之漂浮電容CY+ 與可變電容電容器VC2 成的RC時間常數電路之EY +電極之電位VeY +，輸入到XOR電路(IC2 )之另一側。
藉此構成，若與X側C/V變換電路21同樣地，忽視圖中可變電容電容器VC2 之電容，則XOR電路(IC2 )之輸出，顯示對應於漂浮電容CY- 與漂浮電容CY+ 差分之脈衝寬之脈衝波形，藉由將XOR電路(IC2 )之輸出連接到定為對應於脈衝寬之電壓VY 的Y側平滑化電路24，則從Y側平滑化電路24輸出對應於漂浮電容CY -與漂浮電容CY+ 差分之輸出VY 。又，EY +電極與接地間，以使與EY +電極之漂浮電容CY+ 並聯之方式連接的可變電容電容器VC2 ，與可變電容電容器VC1 同樣地，將電容調整為使手指進行Y0 位置之輸入操作時，輸出VY 為0。
X側C/V變換電路21之輸出(X側平滑化電路23之輸出)與Y側C/V變換電路22之輸出(Y側平滑化電路24之輸出)，分別連接到切換開關25之一對選擇端子，經由切換開關25而連接到A/D變換器26之輸入。A/D變換器26。將切換開關25切換，並使各輸入之輸出VX 與輸出VY 成為連接在輸出側之控制部27能進行運算處理的2值資料，控制部27從二值化的輸出VX 及輸出VY ，得到代表手指操作位置之XY座標。
以下，說明如此構成之座標輸入裝置1之動作。首先，說明當手指輸入操作X0 之位置時，調整可變電容電容器VC1 之容量CvX 使輸出VX 為0之調整方法。
如圖4所示，若以印刷在上部絕緣片13之X+分岔圖案4b與X-分岔圖案5b一側之位置為X0 ，另一側之位置為X1 ，當手指接近操作面板10中成為X0 之位置任一者，則與手指相對之多數對X+分岔圖案4b與X-分岔圖案5b之漂浮電容增加。漂浮電容之增加，與手指所相對之分岔圖案面積大致成比例，所有X+分岔圖案4b於Z方向之投影面積，於X0 最小，X1 最大，因此，當手指接近位置X0 時，EX +電極之漂浮電容Cx +成為最小CX +min，且接近位置X1 時，成為最大CX +max。另一方面，所有X-分岔圖案5b於Z方向之投影面積，在X0 最大、X1 最小，因此，當手指接近位置X0 時，EX -電極漂浮電容CX -成為最大CX -max，接近位置X1 時，成為最小CX -min。
如上所述，可變電容電容器VC1 ，設定容量CvX ，使得當手指輸入操作X0 之位置時，輸出VX 為0，亦即對於CX +min加上可變電容電容器VC1 之電量CvX 後之值，成為與CX -max相等。
又，同樣地，所有的Y+分岔圖案2b於Z方向之投影面積形成為在Y0 最小，在Y1 最大，因此，當手指接近位置Y0 時，EY +電極之漂浮電容CY+ 成為最小CY+ min，接近位置Y1 時，成為最大CY+ max，另一方面，所有的Y-分岔圖案3b於Z方向之投影面積，形成於Y0 最大、Y1 最小，因此，當手指接近位置Y0 時，EY -電極之漂浮電容CY- 成為最大CY- max，當接近位置Y1 時，成為最小CY-min。
所以，可變電容電容器VC2 之電容CvY 之調整，與可變電容電容器VC1 同様地，設定電容CvY ，使得當手指輸入操作Y0 之位置時，輸出VY 成為0，亦即，對於CY+ min加上可變電容電容器VC2 電容CvY 後之值，成為相等於CY- max。
其次，說明以如上經調整可變電容電容器VC1 與可變電容電容器VC2 電容之座標輸入裝置1，檢測輸入操作面14a上之X方向之操作位置的方法。首先，說明上，若設定手指接近X0 之位置，則輸入到XOR電路(IC1 )一側之EX -電極之電位Vex-(X0 )，如圖5所示，在時脈訊號之脈衝輸入與脈衝休止期間中，以與漂浮電容CX -max成比例之時間常數上升並下降。又，輸入到XOR電路(IC1 )另一側之EX +電極之電位VeX +(X0 )，亦為，EX +電極之漂浮電容CX +為CX +min，但是加上可變電容電容器VC1 之容量CvX 成為與CX -max相等的電容，因此，與電位Vex-(X0 )以相同波形上升並下降。
XOR電路(IC1 )，將輸入一側之電位Vex-(X0 )與輸入到另一側之電位VeX +(X0 )，分別與設定成飽和電壓以下之既定電位的閾值VsL 比較，二值化為「H」、「L」，並將經二值化之2輸入的互斥邏輯和輸出為IC1 out。電位Vex-(X0 )與VeX +(X0 )，延遲時間相同，為相同電壓波形，因此，IC1 Out(X0 )之輸出如圖所示，成為僅「L」之輸出。
當手指對於輸入操作面14a之操作位置從X0 移到X方向之X1 ，則相對於手指之X-分岔圖案5b之相對面積，逐漸減少，反之，X+分岔圖案4b之相對面積以相同比例逐漸增加。當手指接近X1 之位置，輸入到XOR電路(IC1 )之一側的EX -電極之漂浮電容成為最小的CX -min，時間常數成為最小，因此，電位Vex-(X1 )隨著時脈訊號之輸入，而劇烈上升、下降。因此，如圖5所示，當與操作位置為X0 之Vex-(X0 )比較，時脈訊號之脈衝輸入期間中，更快從「L」移動成「H」，且當脈衝輸入休止，更快從「H」移動成「L」。另一方面，輸入到XOR電路(IC1 )另一側之EX +電極之電位VeX +(X1 )，成為在EX +電極之漂浮電容為最大之CX +max進一步加上可變電容電容器VC1 之電容Cvx者，因此時間常數增加，且與VeX +(X0 )比較，時脈訊號之脈衝輸入期間中，從「L」往「H」之移動延遲，當脈衝輸入休止，則從「H」往「L」之移動延遲。
其結果，Vex-(X1 )與VeX +(X1 )，從「L」往「H」移動及從「H」往「L」移動之時序不同，如同圖所示，IC1 out(X1 )之輸出，在其時序不同的期間，輸出「H」。亦即，XOR電路(IC1 )之輸出IC1 out，當操作位置於X方向從X0 愈往X方向之X1 移動，則「H」之脈衝寬變的愈長，在X1 輸出成為最長之脈衝訊號。
將XOR電路(IC1 )之輸出IC1 out予以平滑化之X側平滑化電路23，由於輸出與IC1 out之負載(duty)比成比例的輸出VX ，因此，輸出Vx在操作位置成為X0 為0，在X1 成為最大之電壓值，手指之操作位置之X座標以電壓值代表。切換開關25切換到X側平滑化電路23之輸出側，利用A/D變換器26，將其輸出Vx二值化，控制部27從輸出VX 得到代表手指於X方向之操作位置的X座標。
輸入操作面14a上於Y方向之操作位置檢測，與X方向之檢測同樣，Y側C/V變換電路22，與X側C/V變換電路21為相同構成，因此，省略各部的詳細說明。當手指之操作位置為Y0 時，EY +電極之漂浮電容CY+ 為最小的CY+ min，但是加上可變電容電容器VC2 之容量CvY ，相等於EY -電極之最大漂浮電容CY -max，因此，輸入到XOR電路(IC2 )一側之EY -電極之電位VeY -(Y0 )與輸入到另一側之EY +電極之電位VeY +(Y0 )，成為相同電壓波形，IC1 out(Y0 )之輸出如圖所示，成為僅「L」之輸出。
當手指在輸入操作面14a之操作位置從Y0 往Y方向之Y1 移動，手指相對之Y-分岔圖案3b之相對面積逐漸減少，反之，Y+分岔圖案2b之相對面積以同比例逐漸增加。當手指接近Y1 之位置，輸入到XOR電路(IC2 )一側之EY -電極之漂浮電容成為最小的CY- min，時間常數成為最小，因此，電位VeY -(Y1 )相較於VeY -(Y0 )，在時脈訊號之脈衝輸入期間中，更快從「L」往「H」移動，且當脈衝輸入休止，更快從「H」往「L」移動。另一方面，輸入到XOR電路(IC2 )另一側之EY +電極之電位VeY +(Y1 )，由於係在EY +電極之漂浮電容成為最大之CY+ max加上可變電容電容器VC2 之電容CvY 者，因此時間常數增加，相較於VeY +(Y0 )，於時脈訊號之脈衝輸入期間中，從「L」往「H」之移動延遲，當脈衝輸入休止，從「H」往「L」之移動延遲。
其結果，VeY -(Y1 )與VeY +(Y1 )，從「L」往「H」移動及從「H」往「L」移動之時序相異，如同圖所示，IC2 out(Y1 )之輸出，當操作位置於Y方向從Y0 愈往Y方向之Y1 移動，「H」之脈衝寬愈長，在Y1 輸出成為最長之脈衝訊號。
將XOR電路(IC2 )之輸出IC2 out予以平滑化之Y側平滑化電路24。輸出與IC2 out之負載(duty)比成比例之輸出VY ，因此，輸出VY 於操作位置在Y0 時為0，在Y1 時成為最大之電壓值，手指之操作位置之Y座標以電壓值表示。將切換開關25切換到Y側平滑化電路24之輸出側，藉由A/D變換器26，將其輸出VY 予以二值化，控制部27從輸出VY 得到代表手指於Y方向之操作位置的Y座標。
依照本實施形態，於Y方向與手指之相對面積不同之多數Y+分岔圖案2b及Y-分岔圖案3b，及於X方向與手指之相對面積不同之多數X+分岔圖案4b及X-分岔圖案5b，分別互相絕緣，在操作面板10之輸入操作面14a之全體配置成矩陣狀，因此不論手指接近任一位置，均能正確地檢測接近的操作位置。
再者，將多數Y+分岔圖案2b及Y-分岔圖案3b以及多數X+分岔圖案4b及X-分岔圖案5b配置成矩陣狀，亦能以使用於檢測操作位置之XY座標之電極僅為Y方向之EY +電極及EY -電極及X方向之EX +電極及EX -電極4種，能使操作位置之檢測電路及檢測方法簡單，不必掃描全部的分岔圖案，能以短時間檢測操作位置。
又，配置為矩陣狀之多數Y+分岔圖案2b及Y-分岔圖案3b以及多數X+分岔圖案4b及X-分岔圖案5b，彼此在手指接近之Z方向有一部分交叉，但是，由於使交叉部為寬度細且其他區域在Z方向不重疊之方式，配置成棋盤花紋，因此，即使是配置於上部絕緣片13背面側之Y+分岔圖案2b及Y-分岔圖案3b，亦能不被表面側之X+分岔圖案4b及X-分岔圖案5b所覆蓋，能有效率地確保對於接近之手指的相對面積，能使漂浮電容更大幅變化，確實地檢測操作位置。
上述第1實施形態中，以交叉部區隔之彼此成對的分岔圖案2b、3b、4b、5b之輪廓形狀，若為在絕緣基板之表背不重疊的形狀，則可為任意形狀，例可為正六角形等正多角形。
以下，使用圖6及圖7說明以交叉部區隔之X+分岔圖案及X-分岔圖案，以及Y+分岔圖案及Y-分岔圖案為不同形狀之其他實施形態之座標輸入裝置40。座標輸入裝置40，與上述座標輸入裝置1除了分岔圖案形狀不同以外為相同，相同構成使用相同編號，並省略其詳細說明。
座標輸入裝置40之EX +電極及EX -電極，以及EY +電極及EY -電極，亦如圖6所示，與第1實施形態同樣地，在成為絕緣基板之上部絕緣片13之表面側，形成梳形之EX +電極與EX -電極在X方向咬合，且於背面側形成梳形之EY +電極與EY -電極在Y方向咬合，兩者經由上部絕緣片13於投影方向形成矩陣狀。
亦即，EX +電極，係從X1 側之X+引出圖案41a朝X0 側而多數X+分岔圖案41b、41b...分岔並印刷在上部絕緣片13之平面，EX -電極，係從X0 側之X-引出圖案42a朝X1 側而多數X-分岔圖案42b、42b...分岔並印刷在該平面，各成對之X+分岔圖案41b及X-分岔圖案42b，隔著些微絕緣間隙，沿著X方向印刷。
又，EY +電極，係從Y1 側之Y+引出圖案43a朝Y0 側而多數Y+分岔圖案43b、43b...分岔並印刷在上部絕緣片13之背面側，EY -電極，係從Y0 側之Y-引出圖案44a朝Y1 側而多數Y-分岔圖案44b、44b...分岔並形成在同平面，各成為之Y+分岔圖案43b與Y-分岔圖案44b，隔著些微絕緣間隙，沿著Y方向形成。
上部絕緣片13表面側之X+分岔圖案41b及X-分岔圖案42b，及背面側之各Y+分岔圖案43b及Y-分岔圖案44b，係各經由上部絕緣片13而與另一側之分岔圖案交叉之交叉部以細寬度形成，以交叉部區隔之X+分岔圖案41b與X-分岔圖案42b之形狀，及以交叉部區隔之Y+分岔圖案43b與Y-分岔圖案44b之形狀，與第1實施形態同樣，以成為分岔圖案組合成為約相同之正方形狀輪廓之方式，為彼此互補的形狀。
成對的X+分岔圖案41b及X-分岔圖案42b，如圖7之(a)所示，沿著X方向於交叉部區隔之分岔圖案的每一個，假定為連接交叉部間之X方向之對角線為底邊的X側假想三角形45，以X側假想三角形45的其餘2邊為彼此的邊界，決定各自的輪廓。在各交叉部間的每一個假定的X側假想三角形45，如同圖虛線所示該區域，從X方向之X0 側朝X1 側，其頂點45a於Y方向之位置，成為對稱於X方向之對角線從Y0 側朝Y1 側逐漸變化之形狀。在此，由於相鄰X側假想三角形45之頂點45a於Y方向變化之距離為一定，因此，從X0 側朝向X1 側，以交叉部區隔之X+分岔圖案41b於Z方向之投影面積，以等面積增加，以交叉部區隔之X-分岔圖案42b之投影面積，以等面積減少。
同樣地，成對的Y+分岔圖案43b與Y-分岔圖案44b，如圖7(b)所示，在沿著Y方向以交叉部區隔之分岔圖案的每一個，假定連接交叉部間之Y方向之對角線作為底邊之Y側假想三角形46，以Y側假想三角形46之其餘2邊作為彼此的邊界，決定各自的輪廓。在每一交叉部間假定之Y側假想三角形46，如同圖虛線所示該區域，從Y方向之Y0 側朝Y1 側，其頂點46a於X方向之位置，成為對稱於Y方向之對角線，從X1 側朝X0 側逐漸變化之形狀。在此，由於相鄰之Y側假想三角形46之頂點46a於X方向變化之距離亦為一定，因此，從Y0 側朝Y1 側，以交叉部區隔之Y+分岔圖案43b於Z方向之投影面積，以等面積增加，且以交叉部區隔之Y-分岔圖案44b之投影面積，以等面積減少。
因此，依照該第2實施形態，X+分岔圖案41b與X-分岔圖案42b在輸入操作面14a之投影面積，其中之一沿著X方向以相等面積增加，其中之另一減少，因此與投影面積成比例變化之漂浮電容，對應於X方向之操作位置成線性變化。能正確地檢測X方向之操作位置。
又，同樣地，Y+分岔圖案43b與Y-分岔圖案44b在輸入操作面14a之投影面積，也是其中之一沿著Y方向以相等面積增加，其中之另一減少，因此，對應於Y方向之操作位置，EY +電極與EY -電極之漂浮電容以線性變化，且也能正確地檢測Y方向之操作位置。
上述各實施形態中，用於檢測Y方向之操作位置的EY +電極及EY -電極，形成在下部絕緣片12之平面上，但是亦可將EX +電極及EX -電極形成於在平面形成之上部絕緣片13之背面，並且分開在1片絕緣基板之表背形成，又，亦可將EX +電極及EX -電極形成在絕緣基板背面側，EY +電極及EY -電極形成在平面側。
又，上述實施形態中，係將多數Y+分岔圖案2b及Y-分岔圖案3b，以及多數X+分岔圖案4b及X-分岔圖案5b，各以等間距沿著成對的分岔圖案配置，但不一定以等間距配置，亦能實施本發明。
又，係使手指接近輸入操作面14a並進行輸入操作，但是，若手指以外之另一側經由操作者等接地，則亦可為手指以外之其他輸入操作工具。
 (產業上利用性)
本發明，適於作為以靜電電容方式檢測待檢測體所為於XY方向之操作位置之座標輸入裝置。
1．．．座標輸入裝置
2a．．．Y+引出圖案
2b．．．Y+分岔圖案
3a．．．Y-引出圖案
3b．．．Y-分岔圖案
4a．．．X+引出圖案
4b．．．X+分岔圖案
5a．．．X-引出圖案
5b．．．X-分岔圖案
10．．．操作面板
11．．．透明玻璃基板
12．．．下部絕緣片
13．．．上部絕緣片
14．．．覆蓋片
14a．．．輸入操作面
20．．．輸入位置檢測電路部
21．．．X側C/V變換電路
22．．．Y側C/V變換電路
23．．．X側平滑化電路
24．．．Y側平滑化電路
25．．．切換開關
26．．．A/D變換器
27．．．控制部
30．．．振盪器
40．．．座標輸入裝置
41b．．．X+分岔圖案
42a．．．X-引出圖案
42b．．．X-分岔圖案
43．．．上部絕緣片
43a．．．Y+引出圖案
43b．．．Y+分岔圖案
44a．．．Y-引出圖案
44b．．．Y-分岔圖案
45．．．X側假想三角形
46．．．Y側假想三角形
46a．．．頂點
100．．．座標輸入裝置
101．．．絕緣基板
CX- ．．．漂浮電容
CX+ ．．．漂浮電容
CY- ．．．漂浮電容
CY+ ．．．漂浮電容
E1、E2、E3、E4．．．電極
i1、i2、i3、i4．．．電流值
R1．．．電阻
R2．．．電阻
R3．．．電阻
R4．．．電阻
EX- ．．．電極
EY- ．．．電極
EX+ ．．．電極
EY+ ．．．電極
IC1 ．．．XOR電路
IC2 ．．．XOR電路
VeX+ ．．．電位
VeX- ．．．電位
VeY+ ．．．電位
VeY- ．．．電位
VX ．．．電壓
VY ．．．電壓
VC1 ．．．可變電容電容器
VC2 ．．．可變電容電容器
VsL ．．．電位的閾值
圖1顯示座標輸入裝置1之輸入操作面俯視圖。
圖2顯示圖1之要部擴大俯視圖。
圖3顯示圖2之A-A線剖面圖。
圖4顯示座標輸入裝置1之電路構成圖。
圖5顯示圖4各部波形之波形圖。
圖6顯示本發明其他實施形態之座標輸入裝置40之輸入操作面俯視圖。
圖7顯示座標輸入裝置40，(a)顯示將一對X+分岔圖案41b及X-分岔圖案42b之間隙擴大顯示之部分俯視圖，(b)顯示將一對Y+分岔圖案43b及Y-分岔圖案44b之間隙擴大顯示之部分俯視圖。
圖8顯示習知座標輸入裝置100之立體圖。
1．．．座標輸入裝置
2a．．．Y+引出圖案
2b．．．Y+分岔圖案
3a．．．Y-引引圖案
3b．．．Y-分岔圖案
4a．．．X+引出圖案
4b．．．X+分岔圖案
5a．．．X-引出圖案
5b．．．X-分岔圖案
10．．．操作面板
12．．．下部絕緣片
13．．．上部絕緣片
20．．．輸入位置檢測電路部
21．．．X側C/V變換電路
22．．．Y側C/V變換電路
23．．．X側平滑化電路
24．．．Y側平滑化電路
25．．．切換開關
26．．．A/D變換器
27．．．控制部
30．．．振盪器
CX- ．．．漂浮電容
CX+ ．．．漂浮電容
CY- ．．．漂浮電容
CY+ ．．．漂浮電容
IC1 ．．．XOR電路
IC2 ．．．XOR電路
R1．．．電阻
R2．．．電阻
R3．．．電阻
R4．．．電阻
EX- ．．．電極
EY- ．．．電極
EX+ ．．．電極
EY+ ．．．電極
VeX+ ．．．電位
VeX- ．．．電位
VeY+ ．．．電位
VeY- ．．．電位
VX ．．．電壓
VY ．．．電壓
VC1 ．．．可變電容電容器
VC2 ．．．可變電容電容器

Claims (1)

  1. 一種座標輸入裝置，包含：一X+電極，包括複數X+分岔圖案，該等X+分岔圖案從絕緣基板之第一表面側上的X方向之一側分岔至該X方向之另一側；一X-電極，包括複數X-分岔圖案，該等X-分岔圖案從該絕緣基板之該第一表面側的該X方向之該另一側分岔至該X方向之該一側；一Y+電極，具有複數Y+分岔圖案，該等Y+分岔圖案從該絕緣基板之第二表面側上的Y方向之一側分岔至該Y方向之另一側；一Y-電極，具有複數Y-分岔圖案，該等Y-分岔圖案從該絕緣基板之該第二表面側的該Y方向之該另一側分岔至該Y方向之該一側；X方向差分檢測機構，檢測該X+電極與該X-電極之間的漂浮電容差分；及Y方向差分檢測機構，檢測該Y+電極與該Y-電極之間的漂浮電容差分；其中，形成在該絕緣基板之該第一表面側上的該等X+分岔圖案及該等X-分岔圖案、和形成在該絕緣基板之該第二表面側上的該等Y+分岔圖案及該等Y-分岔圖案係在複數彼此交叉區域中以細寬度形成，其中該等X+分岔圖案及該等X-分岔圖案和該等Y+分岔圖案及該等Y-分岔圖案在該等彼此交叉區域中相交，而該絕緣基板介於其間；投影在該絕緣基板上之該X+電極之該等X+分岔圖案的表面積朝該X方向之一側逐漸増加，而投影在該絕緣基板上之該X-電極之該等X-分岔圖案的表面積朝此方向逐漸減少；投影在該絕緣基板上之該Y+電極之該等Y+分岔圖案的表面積朝該Y方向之一側逐漸増加，而投影在該絕緣基板上之該Y-電極之該等Y-分岔圖案的表面積朝此方向逐漸減少；且 當待檢測體接近該絕緣基板而進行輸入操作時，從該X+電極與該X-電極之間的漂浮電容差分來檢測該待檢測體在該X方向之操作位置，該X+電極與該X-電極之間的漂浮電容差分隨著該待檢測體在該X方向之該操作位置而變化；並從該Y+電極與該Y-電極之間的漂浮電容差分來檢測該待檢測體在該Y方向之操作位置，該Y+電極與該Y-電極之間的漂浮電容差分隨著該待檢測體在Y方向之操作位置而變化；其中，該等X+分岔圖案及該等X-分岔圖案之相鄰對、和該等Y+分岔圖案及該等Y-分岔圖案之相鄰對形成具有近似正方形的週邊並且在該等彼此交叉區域之其一者處具有轉角之複數外形，其中形成該週邊之各外形不重疊。
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