TWI469020B - Position detection device - Google Patents

Description

位置檢測裝置

本發明，係有關於合適於適用在位置檢測裝置中之技術。

更詳細而言，係有關於使在靜電電容方式之位置檢測裝置中的掃描速度提升之技術。

在將位置資訊賦予至電腦處的輸入裝置中，係存在有各種型態者。其中，係存在有被稱為觸控面板之2維位置資訊輸入裝置。

觸控面板，係為藉由以手指或是專用之筆等的輸入體來接觸檢測平面，而進行電腦等之操作的輸入裝置。對手指或是筆所接觸之位置作檢測，並指定畫面上之位置，而將指示賦予至電腦處。

此觸控面板，係在PDA(Personal Digital Assistant)或是銀行之ATM(Automated Teller Machine)、車站之售票機等處而被廣泛使用。

在被採用於觸控面板處之位置資訊檢測技術中，係存在有各種型態者。例如，係存在有藉由壓力之變化來進行位置檢測的電阻膜方式、或是藉由位置檢測平面之表面的膜之靜電電容的變化來進行位置檢測之靜電電容方式等。

根據圖6，對於靜電電容方式所致之位置檢測裝置作說明。

驅動部602，例如，係產生身為最容易被人體所吸收之頻率的200kHz之交流電壓。經由此驅動部602所產生之200kHz的交流電壓，係透過送訊選擇開關603，而選擇性地被施加在矩陣電極103之X軸方向的電極(以下，稱為「X軸電極群」)107處。

此矩陣電極103，係將細長導體之電極作縱橫並排，而在縱方向並排之電極與橫方向並排之電極間，係介於存在有為圖示之略板狀的絕緣薄片，而形成電容器。200kHz之交流電壓，係被施加在此些之電容器處。

受訊選擇開關104，係為用以對於形成電容器之交點作決定開關。此受訊選擇開關104之輸出，係被供給至前置放大器109處，並在藉由A/D變換器105而被變換為數位資料後，被輸入至位置算出部605處。

由微電腦所成之位置算出部605，係接收從同步時脈產生部606所得到之位址資訊、和從A/D變換器105所得到之些微的訊號變化之資料，而將矩陣電極103上之手指的存在之有無、以及該位置之資訊作輸出。具體而言，係在對於從A/D變換器105所得到之資料進行了積算處理後，將峰值檢測出來。而後，根據峰值與其前後之值，而進行重心演算，並根據所得到之重心的時間軸上之位置，來演算出手指之位置。

另外，為了說明上之方便，係將矩陣電極103之被與送訊選擇開關603相連接之側的電極群，稱作X軸電極群107，並將被與受訊選擇開關104相連接之側的電極群 ，稱作Y軸電極群108。

接著，對驅動部605之內部作說明。

時脈產生器607，係為產生時脈之震盪器。此時脈產生器607所產生之時脈，係被供給至讀出部608處。

正弦波ROM609，係為被記憶有6位元×256樣本之擬似正弦波的ROM。讀出部608，係根據從時脈產生器607所供給而來之時脈，而指定此正弦波ROM609之位址，並將資料讀出。

從此正弦波609而經由讀出部608所讀出之資料，係經由D/A變換器610而被作D/A變換，之後，在LPF611處而被平滑化，藉由此，而被變換為類比之正弦波訊號。而後，此正弦波訊號，係在驅動器612處被作電壓放大，並成為被施加至X軸電極群107處之交流電壓。

另外，於專利文獻1中，係揭示有本申請人之發明的先前技術。

[專利文獻1]日本特開平10-20992號公報

先前技術所致之靜電電容方式的位置檢測裝置，係對於X軸電極群與Y軸電極群之各交點的每一者，而進行積算處理。此積算處理，係在每一交點處而需要約30μsec的時間。

在此積分處理中所需要的時間，若是小規模之位置檢 測裝置，則並不會成為太大的問題，但是，若是欲將位置檢測裝置之位置檢測平面增大，則問題係會顯著化。亦即是，若是將位置檢測平面增大，則由於交點之數量係增加，因此，若是交點之數量越多，則對位置檢測平面全體作掃描(scan)所需的時間亦會變長。

一般而言，位置檢測裝置或是滑鼠等之游標裝置的解析度，係以10msec左右為理想。故而，若是在位置檢測裝置中，仍維持在一交點30μsec的限制下，則能夠在檢測面中所設置之交點的數量，係成為約333個左右。

另一方面，申請人係希望能夠實現一種具備有廣大之面積的位置檢測平面之靜電電容方式的位置檢測裝置。所希望之位置檢測裝置的位置檢測平面內之交點數，係以約15000個左右作為目標。故而，藉由先前技術所致之位置檢測裝置，係根本無法實現。

於此，若是電磁感應方式之位置檢測裝置，則係可考慮有藉由將施加在位置檢測平面處之交流電壓的頻率提升而使掃描速度提升的方法。但是，靜電電容之位置檢測裝置，由於係存在有必須使用人體最容易吸收的頻率之固有的限制，因此，係無法將所施加之交流電壓的頻率提高。

又，係存在有將交點分割為數個群，並設置與各別之交點群相對應的複數之位置檢測電路的方法。然而，若是設置複數之與各別之交點群相對應的檢測電路，則位置檢測裝置係成為大規模，而在使成本提升的同時，亦使設計變得更困難，而存在有大的缺點。

本發明，係為有鑑於此點所進行者，其目的，係在於提供一種：能夠藉由較為簡單之電路構成而實行高速之掃描的靜電電容方式之位置檢測裝置。

為了解決上述課題，本發明所致之由靜電電容方式所致之位置檢測裝置，係具備有：被配置在第1方向上之複數的電極、和被配置在相對於第1方向而相正交的方向上之複數的電極、和對於被配置在第1方向上之複數的電極供給訊號之訊號供給部、和從被配置在相對於第1方向而相正交的方向上之複數的電極而檢測出與由指示體所進行之位置指示相對應了的訊號變化之位置算出部。

而，訊號供給部，係將在上揚與下挫之間而具備有特定之時間寬幅的波形之訊號，以較特定之時間寬幅更短之時間差來供給至被配置在第1方向上之複數的電極之各個處，並且，以在被供給至構成配置在第1方向上之複數的電極之第1電極處的訊號之上揚的時間點處，而使被供給至構成配置在第1方向上之複數的電極之與前述第1電極相異之第2電極處的訊號成為下挫之時間點的方式，來供給訊號。

又，位置算出部，係與被配置在相對於第1方向而相正交的方向上之複數的電極選擇性地作耦合，並且藉由因應於時間差而檢測出與由指示體所進行之位置指示相對應了的訊號變化，來檢測出指示體所指示之位置。

藉由本發明，則能夠提供一種：能夠藉由較為簡單之電路構成而實行高速之掃描的靜電電容方式之位置檢測裝置。

以下，參考圖1~圖5，對本發明之實施形態作說明。

圖1，係為展示本發明之實施型態之例，而為位置檢測裝置的全體區塊圖。此位置檢測裝置101，係由以下所構成：矩形波產生部102、和被連接於矩形波產生部105之矩陣電極103、和被連接於矩陣電極103之受訊選擇開關104、和被連接於受訊選擇開關104之前置放大器109、和被連接於前置放大器109之A/D變換器105、和被連接於A/D變換器105之位置算出部106。

矩形波產生部102，係為將矩形波形狀之單擊脈衝的電壓供給至後述之矩陣電極103處的訊號供給部。此矩形波產生部102，係除了矩形波形狀之單擊脈衝的電壓以外，亦產生時脈脈衝和重置脈衝。經由此矩形波產生部102所產生之時脈脈衝，係被供給至後述之位置算出部106處。

經由此矩形波產生部102所產生之重置脈衝，係被供給至後述之A/D變換器105以及位置算出部106處。

另外，此矩形波產生部102所產生之單擊脈衝的脈衝寬幅，例如，係相等於從人體所最易於吸收之200kHz的 矩形波而取出了半個週期份之訊號者，而被設定為2.5μsec。

矩陣電極103，係為用以將人體之手指係近接於位置檢測裝置101之未圖示的位置檢測平面上之何一位置處一事檢測出來的電極之群。此矩陣電極103，係具備有：將m根之細長電極作平行並排所構成了的X軸電極群107、和將n根之細長電極作平行並排所構成了的Y軸電極群108。

構成此矩陣電極103之X軸電極群107與Y軸電極群108，係隔著未圖示之絕緣薄片而相互維持在絕緣狀態下，並在縱橫方向上並排而構成。因此，X軸電極群107與Y軸電極群108間之各交點，係形成電容器。

而後，X軸電極群107係被連接於矩形波產生部102處，從此矩形波產生部102，係對於此X軸電極群107而施加有單擊脈衝。亦即是，在被形成於X軸電極群107與Y軸電極群108間之各交點處的電容器中，由於係經由此X軸電極群107而被供給有單擊脈衝，因此，此X軸電極群107，係作為訊號供給電極而起作用。

受訊選擇開關104，係為對構成Y軸電極群108之複數的電極中之一個作週期性的選擇之開關。此受訊選擇開關104M，係被與矩形波產生部102和前置放大器109以及位置算出部106相連接。而，在此受訊選擇開關104處，係被輸入有從矩形波產生部102所輸出之重置脈衝。

而後，此受訊選擇開關104，係將從矩陣電極103所 輸出之電流，輸出至前置放大器109處。亦即是，Y軸電極群108，係被作為受訊電極而使用。

又，此受訊選擇開關104，係將代表對於軸電極群108之何者的電極作了選擇一事之位址資訊，輸出至後述之位置算出部106處。

前置放大器109，係將從矩陣電極103而經由受訊選擇開關104所輸出之微弱的電流變換為電壓，並將此作放大，而輸出至A/D變換器105處。

A/D變換器105，係將從前置放大器109所輸入之類比訊號變換為數位訊號，並輸出至位置算出部106處。

位置算出部106，係為對位址資訊以及數位資料進行特定之演算處理，並將矩陣電極103上之手指的存在之有無以及該位置之資訊作輸出的微電腦。

在此位置算出部106處，係被輸入有：從A/D變換器105所輸出之數位資料、和從矩形波產生部102所輸出之時脈脈衝、和從受訊選擇開關104所輸出之位址資訊。

接著，根據圖2，對矩形波產生部102之構成以及動作作詳細說明。

圖2，係為矩形波產生部102之內部區塊圖。

此矩形波產生部102，係由時脈產生部202、和分頻器203、和AND閘204、和計數器206、和數位比較器205、和常數n207、和橫移暫存器208、以及單穩多諧振盪器211所構成。

時脈產生器202，係為產生一定之頻率的矩形波之時 脈的震盪器。在本實施型態中，此時脈產生器202，例如係產生12MHz(一週期8.33ns)的矩形波。時脈產生器202所產生之12MHz時脈，係被供給至分頻器203處。

此分頻器203，係為週知之可程式化計數器。而，此分頻器203，係藉由對於從時脈產生器202所輸入而來之時脈而僅計數一定之數，來將時脈之頻率變換為1/N。在本實施型態中，此分頻器203之分頻比，係被設定為1/10，此時脈，係被分頻為1200kHz(一週期0.833μs)。

從此分頻器203所輸出之1200kHz的矩形波訊號(以下，單純略稱為矩形波)，係作為時脈脈衝，而被供給至AND閘204處，同時，亦被供給至橫移暫存器208和後述之位置算出部106處。

AND閘204，係為將輸入數位值之邏輯積作輸出的週知之閘極。此AND閘204，係僅在從數位比較器205所供給而來之訊號係為代表邏輯值之「真」的高電位，亦即是在被輸入有「1」之值時，而將從分頻器203所輸入而來之時脈脈衝供給至計數器206處。

計數器206，係為在輸入訊號之上升邊緣處而將輸出數值作增量(Increment)之週知的計數器。此計數器206之輸出數值，若是在重置端子處被賦予有代表邏輯值之「真」的高電位，則係被重置。另外，此計數器206，其初期值係被設定為「0」。

而，此計數器206之輸入端子係被連接於AND閘204之輸出端子處，而重置端子係被連接於後述之單穩多 諧震盪器211處。

而後，此計數器206，若是從AND閘204而被輸入有時脈脈衝，則將在每次之時脈脈衝的上升邊緣被輸入時而被加算上了1的計數值(0，1，2，…)作輸出。又，此計數器206，若是從後述之單穩多諧震盪器211所輸出之脈衝訊號被輸入至重置端子處，則計數值係被重置，並輸出「0」。

數位比較器205，係為對2個的輸入數值之大小作比較的比較器。此數位比較器205，係將從正輸入所輸入而來之數值與從負輸入所輸入而來之數值作比較，當從正輸入所輸入而來之數值為較大時，則輸出代表邏輯之「真」(=1)的高電位。

而，在此數位比較器205之正輸入處，係被連接有常數n207，在負輸入處，係被連接有計數器206。故而，數位比較器205，係對於從負輸入所輸入而來之計數器206的計數值和從正輸入所輸入而來之常數n207的數值作比較，當常數n207之數值為較計數器206之輸出值更大時，係輸出值「1」，而當常數n207之數值為與計數值相同或是為較小時，則輸出「0」。代表數位比較器205所致之比較結果的邏輯值輸出，係被輸入至AND閘204以及橫移暫存器208處。

常數n207，係藉由暫存器等而被設置。此常數n207，係被賦予有200kHz之自然數倍。於本實施型態之情況中，n係被設定為「3」。此常數n207，係被輸入至數位 比較器205之正輸入處。

橫移暫存器208，係為週知之串聯輸入並聯輸出型的橫移暫存器，例如，係為將週知之D正反器作了級聯連接者。此橫移暫存器208，係具備有複數個(m個)的有效位元胞209a~209m，和其終端處之3個的無效位元胞210a、210b以及210c。有效位元胞209a~209m，係分別被連接於構成X軸電極群107之各電極處。在無效位元胞210a、210b以及210c處，係並未與X軸電極群107相連接。

此無效位元胞210a、210b以及210c中的最後之無效位元胞210c，係被連接於單穩多諧震盪器211。

此單穩多諧震盪器211，係將其之邏輯值輸出，供給至計數器206之重置端子和受訊選擇開關104以及位置算出部106處。

橫移暫存器208，係依據從分頻器203所輸出之時脈脈衝的上升邊緣，而將數位比較器205之輸出值作記憶，同時，將各胞之記憶值移至相鄰接之旁鄰的胞(例如，若是有效位元胞209a，則係移動至有效位元胞209b)處。

此橫移暫存器208之有效位元胞209a~209m，若是從數位比較器205或是前方之相鄰接的胞而被輸入有邏輯值「1」，且時脈脈衝之上升邊緣被輸入，則將高電位輸出至被與輸入有該邏輯值「1」之有效位元胞相連接的X軸電極群107之電極處。

同樣的，此橫移暫存器208之有效位元胞209a~209m ，若是從數位比較器205或是前方之相鄰接的胞而被輸入有邏輯值「0」，且時脈脈衝之上升邊緣被輸入，則將低電位輸出至相連接的X軸電極群107之電極處。

另一方面，若是在邏輯值「0」被輸入至各有效位元胞209a~209m中之際而被輸入有邏輯值「1」，則X軸電極群107之電位係從低電位而遷移至高電位。另一方面，若是在邏輯值「1」被輸入至各有效位元胞209a~209m中之際而被輸入有邏輯值「0」，則X軸電極群107之電位係從高電位而遷移至低電位。

亦即是，藉由使輸入至各有效位元胞209a~209m中之邏輯值作「0」→「1」→「0」之歷時性的變化，橫移暫存器208係對於X軸電極群107之各電極而供給單擊脈衝。

單穩多諧震盪器211，係以輸入訊號(從無效位元胞210c而來之訊號)的上揚邊緣作為觸發，而輸出一定寬幅之脈衝訊號。在本實施型態中，此一定寬幅之脈衝訊號的寬幅，係被設定為上述之矩形波訊號的時脈之1時脈以內。亦即是，單穩多諧震盪器211，係為了由從無效位元胞210c所輸出之訊號的上揚來產生計數器206之重置脈衝，而被設置。

以下，對矩形波產生部102之動作作詳述。

由於計數器206之初期值係為0，因此，從該輸出端子，係輸出有數值「0」。數位比較器205，係對於從常數n207所賦予而來之數值(n=3)和從計數器206所輸入 而來之數值「0」作比較。於此時間點，由於常數n207之數值，係較從計數器206所輸入而來之值更大，因此，從數位比較器205，係輸出有邏輯值「1」。其結果，在AND閘204處，由於係被輸入有從數位比較器205而來之邏輯值「1」，因此，此AND閘204，係將從分頻器203所輸出之時脈脈衝供給至計數器206處。此計數器206，由於係從AND閘204而被輸入有時脈脈衝，因此，係輸出值「1」。

之後，從此計數器206所輸出之值「1」，係被輸入至數位比較器205處，AND閘204、計數器206以及數位比較器205，係反覆進行上述之動作，直到從計數器206而輸入至數位比較器205處之值成為「3」為止。

若是從計數器206而輸入至數位比較器205處的值到達了3，則從負輸入所輸入而來之值(「3」)，係成為與從正輸入所輸入而來之常數n207的數值「3」相同。故而，數位比較器205係輸出「偽」，亦即是輸出值「0」。其結果，AND閘204係成為不將時脈脈衝供給至計數器206處。故而，在計數器206處之計數，係經由AND閘204而被阻止。之後，計數器206係經由AND閘204而使時脈之供給被阻止，其結果，計數係停止。亦即是，若是進行上述動作，則從數位比較器205，係在時脈脈衝之每一時序中，以「111000…」之順序而輸出邏輯值。

接著，對橫移暫存器208之動作作說明。

從數位比較器205所輸出之邏輯值，係被供給至橫移 暫存器208之有效位元胞209a中。此橫移暫存器208，係因應於從分頻器203所供給而來之時脈脈衝的上揚邊緣，而將被保持在有效位元胞209a中之值「1」橫移至旁鄰之有效位元胞209bn處，同時，將從數位比較器205所新輸出之值「1」保存在有效位元胞209a中。之後，在每一次之時脈脈衝被輸入時，橫移暫存器208，係將特定之有效位元胞209x的值依序橫移至相鄰接之旁鄰的有效位元胞209(x+1)處。

而後，在最後之有效位元胞209m中所保持之值，係被供給至最初之無效位元胞210a處。同樣的，最初之無效位元胞210a中所保持之值，係被供給至相鄰接之旁鄰的無效位元胞210b處，在無效位元胞210b中所保持之值，係被供給至最後之無效位元胞210c處。

而後，在最後之無效位元胞210c中所保持之值，若是時脈脈衝被輸入至橫移暫存器208中，則係被供給至單穩多諧震盪器211處。

如此這般，若是橫移暫存器208持續使資料移動，則在最初之階段所輸入的「111」之值，係到達無效位元胞210a~210c處。

若是在無效位元胞之最後的胞210c處被交付有邏輯值「1」，則無效位元胞210c之輸出端子，係從低電位而遷移至高電位。單穩多諧震盪器211，係接收到此電壓之遷移，亦即是接收到上揚邊緣，並產生重置脈衝。重置脈衝，由於係被輸入至計數器206之重置端子處，因此，計 數器206係被重置。

而後，若是在單穩多諧震盪器211處被輸入有下一個的值「1」，則此單穩多諧震盪器211由於係成為並不進行對於計數器206之重置輸入的脈衝訊號之供給，因此，在此時間點，計數器206係再度開始計數。

如此這般，矩形波產生部102，係對於X軸電極群107而供給單擊脈衝。

接下來，參考圖3，針對本實施型態例中之位置算出部106、受訊選擇開關104之構成以及此些之位置檢測動作作詳細說明。

首先，針對受訊選擇開關104之構成作說明。此受訊選擇開關104，係由迴圈計數器104a和切換開關104b所構成。

迴圈計數器104a，係為被設定為身為受訊電極之Y軸電極群108的電極之數量的最大值(在本實施例中，係為n)之週知的可程式化N進計數器。此迴圈開關104a，係對於從矩形波產生部102之單穩多諧震盪器211所輸出而來之重置脈衝作計數。

切換開關104b，係為具備有與身為受訊電極之Y軸電極群的電極之數為相等數量的切換端子之切換開關，例如，係使用有類比多工器。而，切換開關104b，係從構成Y軸電極群108之n根的電極，而對於該當於從迴圈計數器104a所輸入而來之計數的一個的電極作選擇。

在與此切換開關104b相連接之構成Y軸電極群108 的各電極處，係分別被分配有1~n號之號碼。而，此切換開關104b，係選擇被分配有與從計數器104a所輸入而來之計數值相同之號碼的電極。而後，從藉由此切換開關104b而被選擇之Y軸電極群108的電極所輸出之微弱的電流，係被輸入至後段之前置放大器109處。

迴圈計數器104a之計數值，係作為切換開關104b之位址而被輸入。故而，切換開關104b，係根據迴圈計數器104a之計數值，而對於所選擇之構成Y軸電極群108之n根的電極中的1個的電極依序作選擇。例如，若是迴圈計數器104a之輸出值係為「1」，則切換開關104b係選擇Y軸電極群108之第1個的電極。若是迴圈計數器104a之輸出值係為「2」，則切換開關104b係選擇Y軸電極群108之第2個的電極。

以下，同樣的，在選擇了身為Y軸電極群108之最後的電極之第n個的電極後，迴圈計數器104a，若是接受到下一個的重置脈衝，則係回到最初的數值(=1)。

接下來，參考圖3，對位置算出部106作說明。

此位置算出部106，係由積算部302、和緩衝記憶體303、和峰值算出部304、和重心演算部305、以及計數器306所構成。

又，此緩衝記憶體303之將積算部302的演算輸出值作記憶的資料之個數，係為X軸電極群107之電極的根數之3倍。此係因為，當後段之重心演算部305對重心作演算時，係亦有必要對Y軸方向之重心作演算之故。

積算部302，係為對於從A/D變換器105所得到之數位值作積算的積分器。此積算部302，例如，係藉由未圖示之記憶體與加算器所構成。而，此積算部302，係被與A/D變換部105和緩衝記憶體303相連接。而後，此積算部302，係將所輸入而來之值與被記憶在記憶體中之值作加算，並作記憶。

進而，在此積算部302處，係被輸入有從矩形波產生部102所輸出之時脈脈衝。而，此積算部302，係在此時脈脈衝之每一次的被輸入時，將演算值作記憶。

緩衝記憶體303，係為將積算部302之輸出值暫時性地作記憶的RAM。此緩衝記憶體303，係具備有將Y軸電極群108中之至少3根份的電極之資料作記憶的記憶容量。此係因為，後述之重心演算部305處的重心之演算，係不僅是對於矩陣電極103之X軸方向，而亦有必要在Y軸方向上作演算之故。而，此緩衝記憶體303，係被與積算部302和峰值檢測部304以及重心演算部305相連接。

又，在此緩衝記憶體303處，係被輸入有從矩形波產生部102所輸出之時脈脈衝、和從後述之計數器306所輸出之X軸方向位址資訊。於此，此時脈脈衝，係作為緩衝記憶體303將積算部302之輸出值作記憶的時序脈衝而被使用。另外，此X軸方向位址資訊，係作為緩衝記憶體303將積算部302之輸出值作記憶的區域之位址而被使用。

又，此緩衝記憶體303之將積算部302的演算輸出值 作記憶的資料之個數，係為X軸電極群107之個數的3倍。此係因為，當後段之重心演算部305對重心作演算時，係亦有必要對Y軸方向之重心作演算之故。

峰值檢測部304，係為用以將被記憶在緩衝記憶體303中之資料的峰值檢測出來者。此峰值檢測部304，係被與緩衝記憶體303和重心演算部305相連接。而，此峰值檢測部304，係將所檢測出之峰值所顯示的緩衝記憶體303上之位址，輸出至後段之重心演算部305處。

重心演算部305，係為用以從所取得了的資料來演算出重心、亦即是演算出人體之手指對位置檢測裝置101所指示了的位置之座標者。此重心演算部305，係被與緩衝記憶體303和峰值演算部304相連接。而，在此重心算出部305處，係被輸入有：從受訊選擇開關104所輸出之Y軸方向位址、和從矩形波產生部102所輸出之時脈脈衝、和從計數器306所輸出之X軸方向位址。

又，重心演算部305，係根據從峰值檢測部304所輸入而來之峰值所顯示的緩衝記憶體303上之位址，來從緩衝記憶體303而取得包含有該位址之前後的位址之資料的3個的資料。而後，此重心演算部305，係從此些之3個的資料而算出重心。

身為此重心演算部305之演算結果的重心之位置，係成為矩陣電極103上之手指的位置，亦即是位置資料。

進而，重心演算部305，在重心演算時，為了對於矩陣電極103之顯示X軸方向與Y軸方向之峰值的位置作 特定，係從計數器306而接收X軸方向之位址資料，並從受訊選擇開關104而接收Y軸方向之位址資料。

計數器306，係對從矩形波產生部102所輸出之時脈脈衝作計數，並藉由從矩形波產生部102所輸出之重置脈衝而被作重置。此計數器306之輸出值(計數結果)，係成為對於構成軸電極群107之電極中之一作了選擇的值。

而，此計數器306之輸出值，係作為X軸方向位址，而被供給至緩衝記憶體303以及重心演算部305處。

接著，根據圖4，對於本實施型態之位置檢測裝置的動作原理作說明。另外，為了使說明更簡單，對於在將矩形波供給至身為構成X軸電極群107之任意的電極之第1之X軸電極402以及第2之X軸電極403時，從身為Y軸電極群108之任意之一個的電極之Y軸電極406所輸出之訊號作例示。

若是對於此些之第1之X軸電極402以及第2之X軸電極403還有Y軸電極406作注目，則圖3中所示之矩形波產生部102、X軸電極群107、Y軸電極群108以及前置放大器109，係可藉由圖4(a)中所示之等價電路來作表示。將矩形波供給至此些之第1之X軸電極402與第2之X軸電極403處之矩形波產生部102，由於係對於第1之X軸電極402與第2之X軸電極403之各個而供給矩形波，因此，係可視為在各個的電極處而被連接有第1矩形波電壓源404以及第2矩形波電壓源405。另外，在此圖4(a)中，係以虛線來表示手指407。

於此，Y軸電極406，係被連接於前置放大器109處。此前置放大器109，係由以動作放大器412和電阻413所成之電流電壓變換電路414、以及驅動器418所構成。構成此電流電壓變換電路414之動作放大器412的輸入端子，係經由週知之假想短路現象，而被維持在假想性地短路之狀態下。故而，從Y軸電極406來看，係成為與被作接地同等的狀態。

電流電壓變換電路414，係將微弱之電流變換為電壓，同時，將此被作了變換的電壓作放大。進而，此被作了放大之電壓訊號，係被輸入至由電阻R415與R416以及動作放大器417所成之反轉放大器(驅動器)418處，並被放大至對後段之電路而言為易於處理之訊號準位。另外，由於電流電壓變換電路414亦為反轉放大器之其中一種，因此，被輸入之訊號，係被進行有「反轉之反轉」，其結果，相位係恢復至原本的狀態。

接著，根據圖4(b)~(f)，對於當手指407接近於電極之交點的情況與並未接近的情況時之在Y軸電極406處所出現的電流波形之差異作說明。

不過，若是在電容器處被施加有矩形波之電壓，則僅在該矩形波之電壓的上揚時與下挫時，在該電容器中會流動電流。故而，在第1之X軸電極402與Y軸電極406之交點處，由於係被形成有電容器，因此，在此電容器處，係亦產生有同樣的現象。

故而，當手指407並未接近電極之交點的情況時，亦 即是，當從第2矩形波電壓源405而對於第2之X軸電極403施加如同圖4(b)所示一般之在時間點t0處而上揚之矩形波訊號的情況時，在第2之X軸電極403與Y軸電極406之間所構成之電容器中，係僅在該被施加之矩形波訊號的上揚時而流動電流。其結果，在此電容器中所流動之電流，係成為圖4(c)中所示之波形。

相對於此，當手指407接近於電極之交點的情況時，亦即是，當從第1矩形波電壓源404而對於第1之X軸電極402施加如同圖4(b)中所示一般之矩形波訊號的情況時，從第1之X軸電極402所發出之電力線的一部分，係被手指407所吸收。其結果，相較於手指407並未接近於電極之交點的情況(圖4(c))，由於手指407接近該交點處之情況(圖4(d))時的被形成於電極之交點處的電容器之靜電電容係減少，因此相較於圖4(c)，圖4(d)之電流波形的總面積係變小。另外，如同眾所周知一般，電流波形之總面積，係相當於在電容器中所蓄電之電荷。

又，當如圖4(e)中所示一般之在X軸電極處被施加有於時間點t0處而下挫的矩形波訊號的情況時，係出現有與當被施加有在時間點t0處而上揚的矩形波訊號的情況時之電流波形而相位作了180°反轉之波形。亦即是，當手指407係並未接近於電極之交點的情況時，若是從第2矩形波電壓源405而在第2之X軸電極403處施加有圖4(e)中所示之矩形波訊號，則係出現如同圖4(f)中所 示一般之電流波形。

同樣的，雖並未特別圖示，但是，當手指407接近於電極之交點的情況時，若是從第1矩形波電壓源404而對於第1之X軸電極402施加如同圖4(e)中所示一般之矩形波訊號，則從第1之X軸電極402所發出之電力線的一部分，係被手指407所吸收，並出現將圖4(d)中所示之電流波形的相位作了180°反轉之波形。

接著，針對對於第1之X軸電極402與第2之X軸電極403之雙方而在時刻t0之時間點下來同時施加了矩形波訊號的情況作說明。

首先，針對圖4(a)中所示之手指407並未接近於第1之X軸電極403與Y軸電極406間之交點的情況作說明。

在時間點t0處，若是從第1矩形波電壓源404而對於第1之X軸電極402來施加有上揚電壓(圖4(b))，並從第2矩形波電壓源405而對於第2之X軸電極403來施加有下挫電壓(圖4(e))，則經由第1之X軸電極402與Y軸電極406間之交點所形成的電容器之靜電電容，和經由第2之X軸電極403與Y軸電極406間之交點所形成的電容器之靜電電容，由於係成為相等，因此，在各別之交點處所產生的電流係相互抵消。其結果，在Y軸電極406處，係並不會產生電流波形。

相對於此，如圖4(a)中所示一般，在時間點t0處，當手指407係接近於第1之X軸電極403與Y軸電極 406間之交點的情況時，若是從第1矩形波電壓源404而對於第1之X軸電極402來施加有上揚電壓(圖4(b))，並從第2矩形波電壓源405而對於第2之X軸電極403來施加有下挫電壓(圖4(e))，則經由第1之X軸電極402與Y軸電極406間之交點所形成的電容器之靜電電容，相較於經由第2之X軸電極403與Y軸電極406間之交點所形成的電容器，其靜電電容係減少。其結果，在Y軸電極406處，係於負方向上而產生電流波形。

如同上述一般，若是手指407接近於X軸電極與Y軸電極間之交點，則經由該交點所形成之電容器的靜電電容係減少。在靜電電容減少了的交點處施加上揚或是下挫之電壓變化，而與經由在其他之交點處所出現之電壓變化所產生的電流間之合成電流波形，係出現在Y軸電極處。

接著，根據於先前而藉由圖4所說明了的檢測出手指之存在的原理，來對於本實施型態之動作原理作說明。

矩陣電極103，係具備有X軸電極群107、和Y軸電極群108，並具備有在此X軸電極群107與Y軸電極群108之間而介在設置的第1絕緣薄片506。進而，矩陣電極103，係在X軸電極群108之與第1絕緣薄片505相對向之面的相反面側處，具備有第2絕緣薄片506。另外，在圖5中，係被圖示有身為Y軸電極群108中之其中一根的Y軸電極503。

第1絕緣薄片505，例如，係為略板狀之絕緣材，並 為用以將X軸電極群107與Y軸電極群108間之各交點作絕緣者。

第2絕緣薄片506，係為略板狀之絕緣材，並以使手指407在對位置作指示時不會直接接觸到X軸電極107a~107g的方式，而以此第2絕緣薄片506來作覆蓋。故而，在此第2絕緣薄片506之正下方，由於係位置有X軸電極107a~107g，因此，從X軸電極群107所發出之電力線，係有效地被手指407所吸收。

圖5(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)以及(h)，係為對於被施加在X軸電極群107中之任意的X軸電極107a~107g處之電壓的時序作展示之波形圖。於此，圖5(b)~(h)中之時間點t1~t7，係代表在各X軸電極107a~107g處而被施加了單擊脈衝的時間點，時間點t2，係代表從時間點t1而經過了1個時脈後，同樣的，各時間點tn，係代表從t(n-1)而經過了1個時脈後之時間點。

另外，矩形波產生部102之有效位元胞209a，係被輸入有值「1」，並且，當從分頻器203所輸出之時脈的上揚邊緣到達時，係對於被作連接之X軸電極107a而施加電壓。而後，有效位元胞209a，係持續對於X軸電極107a施加電壓，直到下一個的時脈之上揚邊緣到達為止。而後，有效位元胞209a，係被輸入有值「0」，並且，當時脈的上揚邊緣到達時，對於X軸電極107a之電壓的施加係結束。以上之動作，在有效位元胞209b乃至209m 中，亦為相同。

於此，有效位元胞209a所施加在X軸電極107a上之電壓的位元寬幅，係經由AND閘204、計數器206、常數n207以及數位比較器205而被形成，並經由從數位比較器205所輸出之邏輯訊號而被決定。此邏輯訊號，係經由被儲存在常數n207中之數值「3」，而被形成為從分頻器203所輸出之時脈的3倍之週期。故而，由於值「1」係連續3次地被輸入至橫移暫存器208中，因此，係成為相當於被輸入至橫移暫存器208中之時脈的3次份量之單擊脈衝。其結果，例如，若是以在X軸電極107a處被施加了單擊時脈的時間點t1作為基準，則被施加在X軸電極107a處之單擊脈衝的下挫，係成為在時間點t4時而到達。

如以上所說明一般，矩形波產生部102，係在被連接於橫移暫存器208處之X軸電極107a~107g處，而依序施加單擊脈衝。藉由此，在被依序施加於各X軸電極107a~107g處之單擊脈衝的上揚與下挫同時發生的時間點中，於手指407並未接近之X軸電極的組之時間點處，由於係藉由在圖4中所說明之原理而被作抵消，因此，係不會從該當之X軸電極之組與Y軸電極503而產生電流波形。

例如，在圖5(c)中所示之X軸電極107b的波形中，於t5之時間點時，係產生單擊脈衝之下挫。同樣的，在圖5(f)中所示之X軸電極107e的波形中，於t5之時 間點時，係產生單擊脈衝之上揚。而，在X軸電極107b以及X軸電極107e之任一者處，係均並未接近有手指407。因此，在t5之時間點時，經由出現在X軸電極107b處之單擊脈衝的下挫而在Y軸電極503處所產生之電流、和經由出現在X軸電極107e處之單擊脈衝的上揚而在Y軸電極503處所產生之電流，由於係被作合成，因此，係不會從Y軸電極503而產生電流波形。

同樣的，在時間點t5以外的並未接近有手指407之X軸電極的組之時間點處，例如，在時間點t6的情況時，於圖5(d)中所示之X軸電極107c處，係產生有單擊脈衝之下挫，同樣的，於圖5(g)中所示之X軸電極107e處，係產生有單擊脈衝之上揚。而，在X軸電極107c以及X軸電極107f之任一者處，係均並未接近有手指407。因此，在t6之時間點時，經由出現在X軸電極107c處之單擊脈衝的下挫而在Y軸電極503處所產生之電流、和經由出現在X軸電極107f處之單擊脈衝的上揚而在Y軸電極503處所產生之電流，由於係被作合成，因此，係不會從Y軸電極503而產生電流波形。

但是，如圖5(a)以及圖5(e)所示一般，在X軸電極107e與Y軸電極108e間之交點處，由於手指407係接近，因此，在t4之時間點時，藉由被施加在X軸電極107a與107d之各個處的單擊脈衝而於Y軸電極503處所產生之各別的電流彼此，係就算是作合成，亦不會變成0。同樣的，在t7的時間點時，就算是將藉由被施加在X 軸電極107d與107g之各個處的單擊脈衝而在軸電極503處所產生的各別之電流彼此作合成，亦不會成為0。

其結果，在Y軸電極503處，係如圖5(i)中所示一般，當在手指407所接近之X軸電極107d所施加之單擊脈衝的上揚出現之t4時間點和單擊脈衝之下挫出現的t7時間點時，係產生有電流波形。

如圖5(i)中所示一般，在Y軸電極108e處所出現之電流波形，係成為以0電位為中心而略對稱之正弦波交流波形。於此，若是將此電流波形直接作積分，則係得到如圖5(j)中所示一般之在負方向上具備有峰值之波形。峰值檢測部304，係對於最接近於此波形之峰值的樣本時脈之值作掌握。而後，重心演算部305，係根據峰值檢測部304所得到之值和其前後之值之3個的值，來進行重心演算。

重心演算部305，係為了對於矩陣電極103之顯示X軸方向與Y軸方向之峰值的位置作特定，而從計數器306而接收X軸方向之位址資料，並從受訊選擇開關104而接收Y軸方向之位址資料。而後，根據該些之位址資料與重心演算之結果，而將真正的峰值與其之時間軸上的位置計算出來。重心演算部305，係將其作為代表接近了所計算出之矩陣電極103處的手指之位置的位置資料而輸出。

被施加在X軸電極107a~107g之各個處的單擊脈衝，係為200kHz之半個週期份。另一方面，被施加在X軸 電極107a~107g之各個處的單擊脈衝之施加時序，係為200kHz之整數倍。在本實施型態的情況中，係為3倍。

於此，若是對於軸電極群107全體而從縱方向視之，則係可將其視為與藉由3倍之速度而進行掃描一事同等者。

在先前技術中，係有必要對於200kHz之交流進行複數週期份同步檢波，並作積分。就算是假設將先前技術之同步檢波以及積分設為1週期份的來設計，亦由於係存在有200kHz之限制，因此，係無法期望有根本上之速度的改善。

本實施型態，係為能夠將在先前技術中所無法達成之「200kHz之障礙」作克服之技術的其中一種實際型態。

於此，當在X軸電極107處，而將使相位作了橫移之單擊脈衝依序作賦予時，在Y軸電極群108處，係有必要成為能夠對於單擊脈衝之上揚與下挫同時作掌握，並將其之差檢測出來。因此，相位橫移之頻率，係被設定為200kHz之整數倍。

另外，本實施型態，係可考慮有下述一般之應用例。

(1)被施加在軸電極群107的各電極處之訊號的波形，係並非一定需要為矩形波。

例如，在從0V起直到特定之電壓為止的期間中，亦即是在上揚期間中，和在從特定之電壓起直到0V為止的期間中、亦即是下挫期間中，其兩者間的電壓之積分值若是分別為相同，則係可得到於圖4(g)中所示之電流變 化之相互抵消的效果。

例如，在橫移暫存器208之各有效位元胞209a~209m與X軸電極群107的各電極之間，插入使200kHz通過之帶通濾波器。如此一來，在X軸電極群107之各電極處，係成為被施加有正弦波形之半波長。就算是此種波形，亦能夠與上述實施例同樣的而檢測出手指的存在。

(2)又，由於施加在X軸電極群107處之電壓，其高電位與低電位亦係為相對性之關係，因此，低電位之電壓，係並非一定需要為0V。

(3)進而，在X軸電極群107之各個處而附加有時間差地被施加之單擊脈衝，係並非一定需要為嚴密性的200kHz之整數倍的頻率。此係因為，就算在該種情況中，亦同樣的，若是手指接近於矩陣電極103，則係會產生存在於X軸電極與Y軸電極間之交點處的靜電電容之變化，因此，會成為較手指未接近的狀態時而更大之訊號變化而出現之故。

又，藉由在X軸電極之各個處，附加相當於200kHz之整數倍的頻率之時間差而賦予單擊脈衝，並從Y軸電極而將在單擊脈衝之上揚以及下挫之時間點處所產生的電流變化檢測出來，不需要採用將檢測面作分割等之複雜的電路構成，便能夠實現具備有廣大之檢測面積的靜電電容方式位置檢測裝置。

如上述一般，而針對本發明之實施型態作了說明，但是，本發明，係並不被上述之實施型態例所限定，在不脫 離申請專利範圍中所記載之本發明的要旨之範圍內，不用說，係可包含有其他之變形例、應用例。

101‧‧‧位置檢測裝置

102‧‧‧矩形波產生部

103‧‧‧矩陣電極

104‧‧‧受訊選擇開關

105‧‧‧A/D變換器

106‧‧‧位置算出部

107‧‧‧X軸電極群

108‧‧‧Y軸電極群

109‧‧‧前置放大器

202‧‧‧時脈產生器

203‧‧‧分頻器

204‧‧‧AND閘

205‧‧‧數位比較器

206‧‧‧計數器

207‧‧‧常數n

208‧‧‧橫移暫存器

209a~209m‧‧‧有效位元胞

210a、210b、210c‧‧‧無效位元胞

211‧‧‧單穩多諧震盪器

302‧‧‧積算部

303‧‧‧緩衝記憶體

304‧‧‧峰值檢測部

305‧‧‧重心演算部

306‧‧‧計數器

402‧‧‧第1X軸電極

403‧‧‧第2X軸電極

404‧‧‧第1矩形波電壓源

405‧‧‧第2矩形波電壓源

406‧‧‧Y軸電極

407‧‧‧手指

412‧‧‧動作放大器

R413‧‧‧電阻

414‧‧‧電流電壓變換電路

R415、R416‧‧‧電阻

417‧‧‧動作放大器

418‧‧‧驅動器

419‧‧‧反轉放大器

107a、107b、107c、107d、107e、107f、107g‧‧‧X軸電極

108e‧‧‧Y軸電極

505‧‧‧絕緣薄片

506‧‧‧介電薄片

[圖1]展示身為本發明之實施型態之例的位置檢測裝置之全體區塊圖。

[圖2]矩形波產生部之內部區塊圖。

[圖3]位置算出部之內部區塊圖。

[圖4]本實施型態之位置檢測裝置的等價電路與波形圖。

[圖5]對於矩陣電極之一部分剖面圖、和對X軸電極施加電壓之狀態、和所產生之電流波形以及電流積分波形作展示的圖。

[圖6]展示先前技術之靜電電容方式的位置檢測裝置之區塊圖。

101‧‧‧位置檢測裝置

102‧‧‧矩形波產生部

103‧‧‧矩陣電極

104‧‧‧受訊選擇開關

105‧‧‧A/D變換器

106‧‧‧位置算出部

107‧‧‧X軸電極群

108‧‧‧Y軸電極群

109‧‧‧前置放大器

Claims (6)

1. 一種位置檢測裝置，係為由靜電電容方式所致之位置檢測裝置，並具備有：被配置在第1方向上之複數的電極、和被配置在相對於前述第1方向而相正交的方向上之複數的電極、和對於被配置在前述第1方向上之複數的電極供給訊號之訊號供給部、和從被配置在相對於前述第1方向而相正交的方向上之複數的電極而檢測出與由指示體所進行之位置指示相對應了的訊號變化之位置算出部，該位置檢測裝置，其特徵為：前述訊號供給部，係將在上揚與下挫之間而具備有特定之時間寬幅的波形之訊號，以較前述特定之時間寬幅更短之時間差來供給至被配置在前述第1方向上之複數的電極之各個處，並且，以在被供給至構成配置在前述第1方向上之複數的電極之第1電極處的訊號之上揚的時間點處，而使被供給至構成配置在前述第1方向上之複數的電極之與前述第1電極相異之第2電極處的訊號成為下挫之時間點的方式，來供給前述訊號，前述位置算出部，係與被配置在相對於前述第1方向而相正交的方向上之複數的電極選擇性地作耦合，並且藉由因應於前述時間差而檢測出與由前述指示體所進行之位置指示相對應了的訊號變化，來檢測出前述指示體所指示之位置。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之位置檢測裝置，其中，前述訊號供給部所供給至被配置在前述第1方向上之 複數的電極處之前述在上揚和下挫之間具備有特定之時間寬幅的波形之訊號，係為矩形波訊號。
3. 如申請專利範圍第2項所記載之位置檢測裝置，其中，前述訊號供給部，係具備有橫移暫存器，該橫移暫存器，係具有與被配置在前述第1方向上之複數的電極之各個分別相對應之胞，藉由對於供給至前述橫宜暫存器處之訊號作控制，而在被配置於前述第1方向上之複數的電極處，產生前述在上揚和下挫之間具備有特定之時間寬幅的波形之訊號。
4. 如申請專利範圍第1項所記載之位置檢測裝置，其中，在前述位置算出部處，係成為被供給有代表是從前述訊號供給部而對於被配置在前述第1方向上之複數的電極之何者供給了前述在上揚和下挫之間具備有特定之時間寬幅的波形之訊號一事的訊號，前述位置算出部，係根據代表是對於被配置在前述第1方向上之複數的電極之何者供給了前述在上揚和下挫之間具備有特定之時間寬幅的波形之訊號一事的訊號、以及從前述所選擇了的電極所得到之訊號，來計算出指示位置。
5. 如申請專利範圍第4項所記載之位置檢測裝置，其中，係更進而具備有：用以對於被配置在相對於前述第1方向而相正交的方向上之複數的電極而依序作選擇之選擇電路， 前述選擇電路，係根據代表是從前述訊號供給部而對於被配置在前述第1方向上之複數的電極之何者供給了前述在上揚和下挫之間具備有特定之時間寬幅的波形之訊號一事的訊號，來依序從被配置在相對於前述第1方向而相正交的方向上之複數的電極來選擇特定之電極，並與前述位置算出部作連接。
6. 如申請專利範圍第5項所記載之位置檢測裝置，其中，前述位置算出部，係具備有用以對於從前述所選擇了的電極而得到之訊號進行積分處理之積分電路，並且，係根據藉由前述積分電路所作了積分處理之訊號的峰值，來計算出由前述指示體所進行之指示位置。