特許 5984259 位置検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5984259

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年9月6日

(54)【発明の名称】位置検出装置

(51)【国際特許分類】

   G06F 3/041 20060101AFI20160823BHJP

   G06F 3/046 20060101ALI20160823BHJP

   G06F 3/044 20060101ALI20160823BHJP

   G06F 3/03 20060101ALI20160823BHJP

【ＦＩ】

   G06F3/041 560

   G06F3/041 520

   G06F3/046 Q

   G06F3/044 B

   G06F3/044 128

   G06F3/03 400A

【請求項の数】5

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2012-206556(P2012-206556)

(22)【出願日】2012年9月20日

(65)【公開番号】特開2014-63249(P2014-63249A)

(43)【公開日】2014年4月10日

【審査請求日】2015年9月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000139403

【氏名又は名称】株式会社ワコム

(74)【代理人】

【識別番号】100091546

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 正美

(72)【発明者】

【氏名】桂平 勇次

【審査官】 山崎 慎一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−０９５７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０２９９５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−０２０５５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０９２４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３１０５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２２５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０５５３８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０６Ｆ ３／０４１

Ｇ０６Ｆ ３／０４６

Ｇ０６Ｆ ３／０４４

Ｇ０６Ｆ ３／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一定周期毎に表示をリフレッシュ可能な表示装置上での指またはスタイラスによる指示位置を検出して入力する位置検出装置において、
前記表示装置上に配置したセンサーであって、直交するＸ方向とＹ方向とにそれぞれ複数のＸ電極及び複数のＹ電極を配列した実質的に透明なセンサーと、
先端部の電極より交流電界を放射するスタイラスであって、電源と、交流信号を発生する交流信号生成部と、前記先端部に加えられる圧力を検出する筆圧検出部と、前記筆圧検出部によって検出した前記圧力に基づき前記交流信号生成部からの出力信号の周波数または振幅を変化させる変調部とを設けたスタイラスと、
前記複数のＸ電極の中から２組の電極を＋端および−端として選択するＸ選択部と、
前記複数のＹ電極の中から２組の電極を＋端および−端として選択するＹ選択部と、
前記透明なセンサーから送出する互いに位相が１８０°ずれた信号を＋信号および−信号の駆動信号として生成する駆動信号生成部と、
前記Ｘ選択部および前記Ｙ選択部の一方もしくはそれぞれによって選択される前記＋端および前記−端に生じる信号の差分を増幅する差動増幅器と、
前記Ｙ選択部または前記Ｘ選択部によって選択された前記＋端および前記−端を、前記指によるタッチ検出時には前記駆動信号生成部に接続し、前記スタイラスの検出時には前記差動増幅器に接続するように切り替える切替部と、
前記Ｘ選択部によって選択する前記Ｘ電極および前記Ｙ選択部によって選択する前記Ｙ電極を順次切替えた際に前記差動増幅器に出力される信号強度の分布より、前記指または前記スタイラスによる指示位置を求める処理部と、
を設けて、
前記指によるタッチ検出時には、前記Ｙ選択部または前記Ｘ選択部の一方の選択部の前記＋端および前記−端には、前記駆動信号生成部からの前記＋信号および前記−信号をそれぞれ供給するとともに、他方の選択部の前記＋端および前記−端には前記差動増幅器を接続するように構成し、
前記スタイラスの検出時には、前記Ｘ選択部および前記Ｙ選択部の一方もしくはそれぞれの前記＋端および前記−端を前記差動増幅器に接続して、前記スタイラスからの信号を検出するようにすると共に、
前記差動増幅器の出力はバンドパスフィルター部に接続されるとともに、前記バンドパスフィルター部の中心周波数を、タッチ検出時には前記駆動信号生成部からの信号周波数と一致させ、スタイラス検出時にはスタイラスから放射される電界の周波数に一致させるように制御する
ことを特徴とする位置検出装置。

【請求項2】

タッチ検出時の前記駆動信号生成部からの信号周波数よりも、スタイラスから放射される電界の周波数を高くしたことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。

【請求項3】

前記バンドパスフィルター部には、コイルとコンデンサからなる並列共振回路と、前記並列共振回路に並列に接続してオンまたはオフに制御するスイッチとを設けて、前記Ｘ選択部または前記Ｙ選択部による選択電極の切替毎に前記スイッチを一定期間だけオンするように制御したことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。

【請求項4】

前記スタイラスには、筆圧を検出してデジタル化する筆圧検出部と、前記電極に加える交流信号を前記筆圧検出部が出力するデジタル情報に基づきオンまたはオフとして時系列に変化させるＡＳＫ変調部とを設けたことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。

【請求項5】

一定周期毎に表示をリフレッシュ可能な表示装置上での指またはスタイラスによる指示位置を検出して入力する位置検出装置において、
前記表示装置上に配置したセンサーであって、直交するＸ方向とＹ方向とにそれぞれ複数のＸ電極及び複数のＹ電極を配列した実質的に透明なセンサーと、
先端部の電極より交流電界を放射するスタイラスであって、電源と、交流信号を発生する交流信号生成部と、前記先端部に加えられる圧力を検出する筆圧検出部と、前記筆圧検出部によって検出した前記圧力に基づき前記交流信号生成部からの出力信号の周波数または振幅を変化させる変調部とを設けたスタイラスと、
前記複数のＸ電極の中から２組の電極を＋端および−端として選択するＸ選択部と、
前記複数のＹ電極の中から２組の電極を＋端および−端として選択するＹ選択部と、
前記透明なセンサーから送出する互いに位相が１８０°ずれた信号を＋信号および−信号の駆動信号として生成する駆動信号生成部と、
前記Ｘ選択部および前記Ｙ選択部の一方もしくはそれぞれによって選択される前記＋端および前記−端に生じる信号の差分を増幅する差動増幅器と、
前記Ｙ選択部または前記Ｘ選択部によって選択された前記＋端および前記−端を、前記指によるタッチ検出時には前記駆動信号生成部に接続し、前記スタイラスの検出時には前記差動増幅器に接続するように切り替える切替部と、
前記Ｘ選択部によって選択する前記Ｘ電極および前記Ｙ選択部によって選択する前記Ｙ電極を順次切替えた際に前記差動増幅器に出力される信号強度の分布より、前記指または前記スタイラスによる指示位置を求める処理部と、
を設けて、
前記指によるタッチ検出時には、前記Ｙ選択部または前記Ｘ選択部の一方の選択部の前記＋端および前記−端には、前記駆動信号生成部からの前記＋信号および前記−信号をそれぞれ供給するとともに、他方の選択部の前記＋端および前記−端には前記差動増幅器を接続するように構成し、
前記スタイラスの検出時には、前記Ｘ選択部および前記Ｙ選択部の一方もしくはそれぞれの前記＋端および前記−端を前記差動増幅器に接続して、前記スタイラスからの信号を検出するようにすると共に、
前記Ｘ選択部または前記Ｙ選択部による前記電極の選択を、前記表示装置のリフレッシュ周期に同期したタイミングで切替えるようにした
ことを特徴とする位置検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、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という）の両方による操作を行うことができる透明な位置検出装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

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。この種の装置の中には、指では難しい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。

【0003】

上記の特許文献１の方法によれば、スタイラスである位置指示器に共振回路を設けて、タブレットとの電磁誘導によって指示位置を検出するが、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、センサーを構成するループコイルに、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ためである。そのため、指によりタッチされた位置の検出（以下、指によりタッチされた位置の検出をタッチ検出という）のためのセンサーと共通化することができず、コストが高くなる、位置検出装置の構造が複雑になる、などの問題がある。また、静電方式のタッチ検出と電磁誘導方式のスタイラス検出（この明細書では、スタイラスにより指示された位置の検出をスタイラス検出という）とでは処理回路も分けなければならず、回路構成が複雑となる。

【0004】

このため、透明センサーを用いたスタイラス検出や、同一のセンサーを用いて指とスタイラスの両方による入力を行えるようにしたりする試みが多くなされている。

【0005】

特許文献１と同一出願人による特許文献２（特開2007-164356号公報）によれば、スタイラスに電気二重層キャパシタを搭載することにより、タブレットを構成するセンサーの透明化を可能としている。しかし、これはタッチ検出を行うものではない。

【0006】

また、特許文献３（特開2005-537570号公報）によれば、表示装置上に配置した透明センサーの各電極に関連付けして配列される差動増幅器からの信号により、スタイラスの指示位置を求めるデジタイザが示されている。しかし、これはタッチ検出を行うものではない。

【0007】

また、特許文献３と同一出願人による特許文献４（特公表2006-517319号公報）には、２種類の異なる相互作用の位置検出として、電磁界を生成する対象物の位置検出と静電容量に基づくタッチ検出とを同一センサーで検出するための理論が実施形態として説明されている。しかし、ここで述べられている理論は、特定の使用環境を想定したものであり、さまざまなノイズ環境で汎用的に実用できる装置を提供できるようなものではない。

【0008】

また、特許文献５（特開平6-250772号公報）には、タブレットとの静電容量結合によりペンの指示位置を求めるとともに、ペンの操作状態に応じて信号の周波数を変えるようにしたものが開示されている。これによればタブレットのセンサーを透明化することも可能であるが、表示装置と組み合わせた際に表示装置が発するノイズの影響により座標位置を正確に求めることは難しい。

【0009】

特許文献５と同一出願人による特許文献６（特開平6-337752号公報）には、タブレットの電極線から２本を選択するアナログマルチプレクサを設けて、これにより選択された２本の電極線からの信号を差動増幅するようにして、外来ノイズの影響を排除するようにしたものが開示されている。しかし、これはタッチ検出を行うものではない。

【0010】

また、特許文献５および６と同一出願人による、特許文献７（特開平8-179871号公報）には、指とスタイラスの両方による入力ができる「タッチパネル兼用透明デジタイザ」が開示されている。この特許文献７では、Ｙ側電極は、スタイラス検出時には信号検出用として動作させ、タッチ検出時には発振信号を供給するように動作させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開昭63-70326公報

【特許文献2】特開2007-164356号公報

【特許文献3】特開2005-537570号公報

【特許文献4】特公表2006-517319号公報

【特許文献5】特開平6-250772号公報

【特許文献6】特開平6-337752号公報

【特許文献7】特開平8-179871号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

表示装置と一体かつ透明な位置検出装置を備える入力装置であって、位置検出装置で指とスタイラスの両方による入力を行うためには多くの課題があった。

【0013】

第１の課題は、電磁誘導方式のスタイラスを用いることによる弊害である。特許文献１のような電源レスのスタイラスでは、タブレットから強い電磁気信号を送信するために透明のセンサーとは別に励磁コイルを設けなければならないが、このような励磁コイルは透明化することが困難である。

【0014】

特許文献３ではこの問題を解決するために表示装置の外周に励磁コイルを設けている。しかし、スタイラスが表示装置の中央部に位置するときと周辺部に位置するときとでスタイラスの共振回路に誘導する電圧に大きな違いが発生するため、受信信号処理回路のダイナミックレンジを極めて大きくしなければならないばかりか、最も受信信号の弱い中央部では座標検出を正確に行えないなどの問題がある。また、サイズの大きな表示装置では励磁コイルの面積も大きくなるため、励磁コイルに流す励磁電流を大きくしなければならないので、位置検出装置での消費電流が増えるという問題もある。

【0015】

特許文献２では第１の課題に対して、スタイラス内に電気二重層キャパシタを設けて、これを電源として発振を行うことでタブレットからの送信を不要として、タブレットのセンサーを透明化している。しかし、この方法は、後述する第２の課題を解決するものではない。

【0016】

特許文献４および特許文献５では第１の課題に対して、スタイラスに設けた共振回路の一端を、スタイラスの先端部に設けた電極へ電気的に接続した構成とし、スタイラスにタブレットの電極から信号を供給した際にタブレットとスタイラス間の容量結合を通して共振回路に電圧が誘導され、この誘導電圧に基づく信号を容量結合によりタブレットの電極で検出するようにしている。これによれば、理論的にはタブレットのセンサーを透明化することができるのであるが、容量結合を通して共振回路に誘導される電圧は極めて低いため座標位置を安定に求めることはできない。

【0017】

第２の課題は、電磁誘導方式のスタイラスを用いることによるもう一つの弊害である。電磁誘導方式のスタイラスの位置検出を行うためには、タブレットのセンサーの電極をループ形状とする必要がある。一方、指によるタッチを静電方式で行う場合はライン状の電極でなければならず、指とスタイラスの位置検出とで電極を共通に用いることができない。特許文献４および特許文献５では、前述した通り、共振回路に発生した信号をタブレットとの容量結合により伝達するためタブレットの電極はループ形状とする必要がない。しかし、これらの方法では検出される信号が極めて弱いため、座標を安定に求めることはできない。

【0018】

第３の課題は、表示装置が発するノイズにより座標位置を安定に検出できないという問題である。特許文献３、特許文献４、特許文献６および特許文献７は、いずれも２本の電極を選択して差動増幅器に接続することにより外来ノイズの影響を少なくしているが、後述する第４および第５の課題を解決するものではない。

【0019】

第４の課題は、タブレットを構成するセンサーの透明電極が高抵抗であるため、指またはスタイラスの位置によって検出される信号レベルが極端に違ってくるという問題である。特に指位置の検出においては駆動端に近いほど強く、また受信端に近いほど強く信号が検出される。このため増幅器のゲインを場所に応じて変えるなどの処理をしなければならない。特許文献３、特許文献４、特許文献６および特許文献７は、差動増幅器を用いているので受信電極の配列方向のレベル変動を少なくすることはできるが、駆動電極の配列方向に対するレベル変動は改善されない。

【0020】

第５の課題は、タブレットを構成するセンサーの電極が透明であることによるもう一つの問題である。透明電極は高抵抗であるだけでなく、Ｘ軸方向のライン状の電極とＹ軸方向のライン状電極とが形成する複数の交点の静電容量を均一にすることが難しい。これは、透明センサーの製造上の問題でもあるが、各電極の幅やＸ、Ｙ間のギャップなどを均一にできないためである。これらは、検出される信号レベルに直接影響を与える。特許文献３、特許文献４において、個々のセンサーやその場所による補正データを設けて検出レベルを補正することを推奨しているのは、この理由によるものである。

【0021】

また、特許文献７では、指がセンサー上に無いときの各交点による信号レベルを基準として、指による僅かな信号レベル低下を検出するようにしているが、この基準レベルは装置毎にも異なるし、同一装置であっても場所によって異なることは明らかであり、同様な補正手段が必要となる。しかし、特許文献３、特許文献４、特許文献７のような方法では個々の装置の特性データを抽出して補正データを組み込まなければならず、装置を大量かつ安価に提供することは困難である。

【0022】

本発明は前述した全ての課題を解決することを目的とする。

【0023】

本発明の第１の目的は、表示装置と一体であって同一の透明センサーにより指とスタイラスのどちらでも操作が可能な位置検出装置を提供することにある。

【0024】

本発明の第２の目的は、表示装置と一体に配置した透明なセンサーを用いて、表示装置が発するノイズに影響されることなく指およびスタイラスの座標位置を正確に検出して入力することができる位置検出装置を提供することにある。

【0025】

本発明の第３の目的は、透明な電極によるセンサーを用い、かつ、装置毎に補正データを測定して組み込んだりする必要が無く、透明な位置検出装置を大量かつ安価に提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0026】

本発明では前記目的を達成するため、一定周期毎に表示をリフレッシュ可能な表示装置上での指またはスタイラスによる指示位置を検出して入力する位置検出装置において、前記表示装置上に配置してＸ電極およびＹ電極より構成される実質的に透明なセンサーと、前記Ｘ電極の中から２組の電極を＋端および−端として選択するＸ選択回路と、前記Ｙ電極の中から２組の電極を＋端および−端として選択するＹ選択回路と、互いに位相が１８０°ずれた信号を＋信号および−信号として生成する駆動信号生成回路と、前記Ｘ選択回路および前記Ｙ選択回路の一方もしくはそれぞれによって選択される＋端および−端に生じる信号の差分を増幅する差動増幅器と、前記Ｙ選択回路または前記Ｘ選択回路によって選択される＋端および−端の接続先をタッチ検出時とスタイラス検出時とで前記駆動信号生成回路もしくは前記差動増幅器に切り替える切替回路と、先端部の電極から交流電界を放射するスタイラスと、からなる透明な位置検出装置を提案する。

【0027】

前記位置検出装置がタッチ検出として動作する際には、前記Ｙ選択回路または前記Ｘ選択回路の＋端および−端には前記駆動信号生成回路からの＋信号および−信号をそれぞれ供給するとともに、前記Ｘ選択回路または前記Ｙ選択回路の＋端および−端には前記差動増幅器を接続するように構成し、前記Ｘ選択回路により選択した２組のＸ電極と前記Ｙ選択回路により選択した２組のＹ電極とが形成する４つの交点における静電結合によって誘導される信号の合成が前記差動増幅器によって増幅される。このとき、前記４つの交点のいずれの近傍にも指がタッチしていない場合は信号が相殺されて差動増幅器からはほとんど信号が発生しない。また、表示装置等による外来ノイズがあっても相殺される。このとき、４つの交点のいずれかの近傍に指がタッチすると、その交点付近の駆動電極からの電界が指によって吸収されるため、これと交差する受信電極に誘導する信号レベルが低下する。その結果、差動増幅器に入力される信号が不均衡となるため差動増幅器から信号が発生する。

【0028】

前記位置検出装置がスタイラス検出として動作する際には、Ｘ選択回路およびＹ選択回路の一方もしくはそれぞれの＋端および−端を前記差動増幅器に接続してスタイラスからの信号を検出するように構成し、＋端および−端として選択された２組の電極に誘導される信号の差分が差動増幅器によって増幅される。このとき、スタイラスが、選択された２組の電極近傍に無い場合には、表示装置もしくはその他の外来ノイズが相殺されて差動増幅器からは信号が発生しない。スタイラスが、選択された２組の電極のいずれか近傍に接近すると、接近した方の電極にはスタイラスからの信号が誘導するため差動増幅器から信号が出力される。

【0029】

本発明では、別の形態として、前記差動増幅器の出力をバンドパスフィルター回路に接続して、該バンドパスフィルター回路の中心周波数を、タッチ検出時には前記駆動信号生成回路からの信号周波数と一致させ、スタイラス検出時にはスタイラスから放射する電界の周波数に一致させるようにした透明な位置検出装置を提案する。

【0030】

本発明では、更に別の形態として、前記スタイラスには、筆圧を検出してデジタル化する筆圧検出回路と、電極に加える交流信号を前記筆圧検出回路が出力するデジタル情報に基づきオンまたはオフとして時系列に変化させるASK変調回路とを設けた透明な位置検出装置を提案する。

【0031】

本発明では、更にまた、別の形態として、前記Ｘ選択回路またはＹ選択回路による電極の選択を、表示装置のリフレッシュ周期に同期したタイミングで切替えるようにした透明な位置検出装置を提案する。

【発明の効果】

【0032】

本発明によれば、スタイラスから信号を送信するとともに静電結合により座標位置を検出するようにしたので、表示装置上に配置した透明センサーにより指とスタイラスのどちらでも位置検出が可能となる。

【0033】

本発明によれば、２組の受信電極を同時に選択するとともに、差動増幅器を用いてこれらの電極に誘導する信号の差分を検出するようにしたため、表示装置が発するノイズに影響されることなく、指およびスタイラスの座標位置を正確に検出して入力することができる。

【0034】

本発明によれば、タッチ検出において、受信側電極だけでなく駆動側電極も２組の電極を選択して、互いに位相が１８０°ずれた２つの駆動信号を供給するようにしたため、位置検出領域の全面において、透明センサーの特性のばらつきに影響されることがなく安定にタッチ位置を検出できる。さらに、装置毎に補正データを測定して組み込んだりする必要が無く、透明な位置検出装置を大量かつ安価に提供することができる。

【0035】

本発明の別の形態によれば、スタイラスの筆圧情報をＡＳＫ変調により送信するようにしたため、帯域幅の狭いフィルター回路を用いることが可能となり、表示装置からのノイズの影響を受けることなく座標位置を安定に検出することができる。

【0036】

本発明の、更に別の形態によれば、透明センサーの電極選択を表示装置のリフレッシュ信号SYNCに同期して行うようにしたため、表示装置からのノイズの影響を受けることなく、座標位置を安定に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0037】

【図1】本発明による位置検出装置の実施形態に用いる透明センサーの構成例を示す図である。

【図2】図１の例の透明センサーの断面図を示す図である。

【図3】本発明による位置検出装置の実施形態の構成例を示す図である。

【図4】駆動信号が１つしかない従来例における信号伝達経路の例を示す図である。

【図5】図４の信号伝達経路の等価回路を示す図である。

【図6】本発明による位置検出装置の実施形態における信号伝達経路の例を示す図である。

【図7】図６の信号伝達経路の等価回路を示す図である。

【図8】本発明による位置検出装置の実施形態におけるタッチ位置判定方法を説明するための図である。

【図9】本発明による位置検出装置の実施形態における選択回路の内部構成を示す図である。

【図10】本発明による位置検出装置の実施形態において、タッチ検出におけるＸ部分スキャン動作を説明するための図である。

【図11】図１０の例のタッチ検出の際の、Ｘ部分スキャン動作における信号レベル分布を示す図である。

【図12】本発明による位置検出装置の実施形態において、タッチ検出におけるＹ部分スキャン動作を説明するための図である。

【図13】図１２の例のタッチ検出の際の、Ｙ部分スキャン動作における信号レベル分布を示す図である。

【図14】本発明による位置検出装置の実施形態におけるスタイラスの内部構造例を示す図である。

【図15】本発明による位置検出装置の実施形態において、スタイラス検出におけるＸ部分スキャン動作を説明するための図である。

【図16】本発明による位置検出装置の実施形態において、スタイラス検出におけるＹ部分スキャン動作を説明するための図である。

【図17】本発明による位置検出装置の実施形態におけるスタイラスの回路例を示す図である。

【図18】図１７の例の回路例における信号波形図である。

【図19】本発明による位置検出装置の実施形態で用いるバンドパスフィルター回路の構成例を示す図である。

【図20】図１９の例の回路例における信号波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0038】

図１は、本発明による位置検出装置の実施形態における、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。

【0039】

図１において、１１はＬＣＤ（Liquid Crystal Display）パネル、１２はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）により形成した電極（以下、ＩＴＯ電極という）を有する透明センサーである。１２ａはＩＴＯ電極のラインがＸ方向に複数配列してなる透明のガラス（以下、ＩＴＯガラスという）である。１２ｂはＩＴＯ電極のラインが、Ｘ方向と直交する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ＰＥＴフィルムである。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ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）フィルム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方向に配列された電極（以下、Ｘ電極という）Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・およびＩＴＯガラス１２ｂ上のＹ方向に配列された電極（以下、Ｙ電極という）Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３、・・・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Ｙｉ上で切断した断面図である。

【0040】

図３は本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電極に接続されて、Ｘ電極Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，・・・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電極に接続されて、Ｙ電極Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３、・・・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電極が４０本（Ｘ１〜Ｘ４０）、Ｙ電極が３０本（Ｙ１〜Ｙ３０）として説明する。

【0041】

１５はタッチ検出の際にＹ電極に駆動信号を供給する駆動信号生成回路で、周波数がｆ１で発振する発振器１６からの信号を反転アンプおよび非反転アンプを経由して、互いに位相が１８０°ずれた２つの駆動信号を出力する。１７は切替回路で、Ｙ選択回路１４により選択された＋端および−端を、駆動信号生成回路１５の出力または後述する差動増幅回路２１側のどちらに接続するかを切替える。即ち、本装置をタッチ検出として動作させるときは、コントロール回路１８は切替回路１７に供給する制御信号ａをハイレベル「１」として、切替回路１７は駆動信号生成回路１５の出力側を選択する。また、本装置をスタイラス検出として動作させるときは、コントロール回路１８は制御信号ａをロウレベル「０」として、切替回路１７は差動増幅回路２１側を選択する。

【0042】

１９はスタイラスで、周波数がｆ2の発振器からの出力電圧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。

【0043】

２０は切替回路で、Ｘ選択回路１３により選択された＋端および−端または切替回路１７を経由して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２１に接続する。即ち、本装置をタッチ検出として動作させるときは、コントロール回路１８は切替回路２０に供給する制御信号ｂをロウレベル「０」として、切替回路２０はＸ選択回路１３側を選択する。また、本装置をスタイラス検出として動作させ、かつ、スタイラスのＸ軸座標を求めるときは、コントロール回路１８は制御信号ｂをロウレベル「０」として、切替回路２０はＸ選択回路１３側を選択する。また、本装置をスタイラス検出として動作させ、かつ、スタイラスのＹ軸座標を求めるときは、コントロール回路１８は制御信号ｂをハイレベル「１」として、切替回路２０はＹ選択回路１４側を選択する。

【0044】

差動増幅回路２１の出力は、ゲインコントロール回路２２に接続され、このゲインコントロール回路２２において、コントロール回路１８からの制御信号ｃによって適切なレベルの出力信号となるように設定される。

【0045】

２３は周波数ｆ1または周波数ｆ2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ある。このバンドパスフィルター回路２３の帯域幅の中心周波数はコントロール回路１８からの制御信号ｄによって切替えられ、本装置をタッチ検出として動作させるときには中心周波数をｆ1とし、スタイラス検出として動作させるときは中心周波数がｆ2となるように切替えられる。

【0046】

バンドパスフィルター回路２３の出力信号は検波回路２４によって検波された後、ＡＤ変換回路２５に供給され、コントロール回路１８からの制御信号ｅに基づきＡＤ変換回路２５によってデジタル値に変換される。ＡＤ変換回路２５からのデジタルデータｆはマイクロプロセッサ２６によって読み取られ処理される。

【0047】

コントロール回路１８は制御信号ｈ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ｊ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。

【0048】

２６はマイクロプロセッサ（ＭＣＵ）で、内部にＲＯＭおよびＲＡＭ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。

【0049】

マイクロプロセッサ２６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およびｈ、ｊを出力するように、前記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。

【0050】

このように構成した本実施形態の位置検出装置がタッチ検出を行うときの動作について説明する。前述したように、タッチ検出の際には、切替回路１７を駆動信号生成回路１５側に接続して、Ｙ選択回路１４により選択された２つのＹ電極にそれぞれ位相が互いに１８０°ずれた２つの駆動信号を供給する。このときＹ選択回路１４が選択する２つのＹ電極は、一定の本数を隔てて選択するものとし、この間隔は指による接触面の最大径よりもやや長い距離とすることが好ましい。このように、一定の距離を隔てた２つの透明電極に互いに位相が１８０°ずれた２つの駆動信号を供給することは本発明の特徴の一つである。

【0051】

また、Ｘ選択回路１３により選択された２つのＸ電極は、切替回路２０を経由して差動増幅回路２１に供給される。差動増幅回路２１は選択された２つのＸ電極に誘導する電圧の差分を増幅して出力する。ＬＣＤパネル１１が発生するノイズは通常は２つのＸ電極に均等に誘導されるので、このノイズ成分はキャンセルされて差動増幅回路２１の出力にはほとんど現れない。このときＸ選択回路１３が選択する２つのＸ電極は、一定の本数を隔てて選択するものとし、この間隔は指による接触面の最大径よりもやや長い距離とすることが好ましい。

【0052】

このようにタッチ検出動作において、受信側であるＸ電極を差動動作とするだけでなく、駆動側であるＹ電極も位相が反転した２つの信号により駆動することは、装置を安定かつ安価に製造することに大きく貢献する。その理由を説明するにあたり、駆動信号が１つであるときの問題についてまず説明する。

【0053】

駆動信号が１つの場合の信号の伝達経路は図４のように示すことができる。図４に示すように、１本のＹ電極ＹＡと２本のＸ電極ＸＡ，ＸＢとは、交点Ａ、Ｂにおいてそれぞれ容量Ｃｓにより結合される。指が置かれていないときのこれらの交点Ａ，Ｂにおける容量Ｃｓは等しい。

【0054】

ＲｘはＸ電極ＸＡ，ＸＢの交点Ａ、Ｂから選択端までの抵抗値、ＲｙはＹ電極ＹＡの交点Ａから駆動端までの抵抗値、ＲｓはＹ電極ＹＡの交点Ａ、Ｂ間の抵抗値、Ｒｉは差動増幅回路の入力端の抵抗値である。図５はこれを等価回路で示した回路図である。図５において、指が交点Ａ、Ｂのどちらの近傍にも置かれていない場合について考えると、ＲｙがＲｓに比較して十分に大きいか、または、ＲｘがＲｓに比較して十分に大きければ、差動増幅回路には出力信号はあまり現れない。しかし、ＲｓがＲｘやＲｙの大きさに対して無視できないくらいになると、差動増幅回路では駆動信号の成分が増幅されてオフセット出力として現れる。このオフセット信号のレベルはＸ電極ＸＡ，ＸＢとＹ電極ＹＡとの交点Ａ，Ｂとして選択する場所によって大きく変わることが図５から理解できる。

【0055】

駆動端や受信端に近い領域を交点として選択する場合には、指による信号変化よりも大きなオフセット信号が発生するため、このオフセットレベルを検出領域の全面について予め求めておくというプロセスが不可欠となる。さらに厄介なことに、このオフセットレベルは透明センサーの工程におけるばらつきの影響が大きい。Ｘ電極及びＹ電極の抵抗分布が均一でなかったり、Ｘ電極とＹ電極とを張り合わせる際の間隔が均一でなかったりすると、検出領域内の場所によるオフセットレベルは個々の装置毎に異なる分布となる。このため、装置毎にオフセットレベルの分布を測定して補正データとして取り込むという工程上のプロセスが必要となるのである。

【0056】

本発明では前述したようなオフセット信号を少なくすることができる理由について以下に説明する。

【0057】

図３の信号の伝達経路は図６のように示すことができる。２本のＹ電極ＹＡ，ＹＢと２本のＸ電極ＸＡ，ＸＢとの交点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄでは、Ｘ電極ＸＡ，ＸＢとＹ電極ＹＡ，ＹＢとがそれぞれ容量Ｃｓにより結合される。指が置かれていないときのこれらの交点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄでの容量Ｃｓは等しい。

【0058】

ＲｘはＸ電極ＸＡ，ＸＢとＹ電極ＹＡとの交点Ａ、Ｂから選択端までの抵抗値、ＲｙはＹ電極ＹＡ，ＹＢとＸ電極ＸＡとの交点Ａ、Ｃから駆動端までの抵抗値、ＲxsはＸ電極ＸＡとＹ電極ＹＡ，ＹＢとの交点Ａ、Ｃ間およびＸ電極ＸＢとＹ電極ＹＡ，ＹＢとの交点Ｃ，Ｄ間の抵抗値、ＲysはＹ電極ＹＡとＸ電極ＸＡ，ＸＢとの交点Ａ，Ｂ間およびＹ電極ＹＢとＸ電極ＸＡ，ＸＢとの交点Ｃ，Ｄ間の抵抗値、Ｒｉは差動増幅回路２１の入力端の抵抗値である。

【0059】

図７は、図６の伝達経路を等価回路で示した回路図である。図７を式で示せば駆動電圧に対する出力オフセットレベルが図５の場合と比較して極めて少なくなることがわかるはずであるが、数式が煩雑となるため図６を用いて簡単に説明する。

【0060】

図６において、交点Ａは＋側駆動ラインと差動増幅回路２１の−側受信ラインとの交点であるから、交点Ａの容量は差動増幅回路２１の出力を−側に振らせるように作用する。交点Ｃは−側駆動ラインと差動増幅回路２１の−側受信ラインとの交点であるから、交点Ｃの容量は出力を＋側に振らせるように作用する。交点Ｂは＋側駆動ラインと差動増幅回路２１の＋側受信ラインとの交点であるから、交点Ｂの容量は出力を＋側に振らせるように作用する。交点Ｄは−側駆動ラインと差動増幅回路２１の＋側受信ラインとの交点であるから、交点Ｄの容量は出力を−側に振らせるように作用する。これらの各交点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの容量による作用の合成が作動増幅回路２１の出力に現れる。

【0061】

ここで、各交点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの容量によって差動増幅回路２１の入力端に誘起する起電力の大きさに注目すると、交点Ａの容量による起電力が最も大きく、交点Ｄの容量による起電力が最も小さく、交点Ｂと交点Ｃの容量による起電力はその中間である。前述したように交点Ａの容量と交点Ｄの容量はどちらも出力を−側に振らせるように作用するので、交点Ａによる起電力が、交点Ｂや交点Ｃによる起電力よりも大きいことと、交点Ｄによる起電力が交点Ｂや交点Ｃによる起電力よりも小さいこととがちょうど打ち消しあうことが理解できる。

【0062】

このように本発明の実施例では、ＬＣＤパネル１１からのノイズをキャンセルするとともに位置検出領域の全面においてオフセット信号が少ないタッチ検出をすることができる。このため透明センサーの工程における特性のばらつきに影響されることなく、安定にタッチ位置を検出できるし、個々の位置検出装置毎の補正データを組み込む必要がない。

【0063】

次に、本実施例で図６のような電極の選択を行った結果、差動増幅回路２１から一定以上のレベルの信号が検出された場合、図６の交点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのうち指が置かれた位置を特定する方法について説明する。

【0064】

図８はその最も確実な方法を示したものである。図６において信号が検出された際の交点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのうち１箇所だけを含む電極の選択は、図８で、四角の点線で示した４通りがある。これらの４通りの設定を行って信号が検出されたときに含まれる交点に指がタッチされたことがわかる。この方法は一つの例であって、他の方法によって交点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのどこに指がタッチされたかを判定しても良い。

【0065】

図６および図８で示した方法により図３の全ての電極について動作させれば、透明センサー１２上のどの電極交点付近に指がタッチされているかを求めることができる。指がタッチされたことを高速に検出するためには、前述した電極の選択方法をいくつかのステップに分けて行うことが好ましい。指がまだ検出されていない状態では、Ｘ選択回路１３およびＹ選択回路１４が各＋端および−端として選択する本数を１本ではなく、隣接する複数の電極を同時に選択して、広い領域を一括して検出することが望ましい。ここで信号が検出されれば、電極の選択本数をしだいに減らして行くことにより領域を絞り込んでゆくことができる。このような選択を行うための選択回路の構成として図９のような回路を用いることができる。

【0066】

図９は入力端子が４０本の例を示したもので、入力端子Ａ１〜Ａ４０のそれぞれを＋側選択端子ＳＡおよび−側選択端子ＳＢに接続するアナログスイッチＳ１Ａ〜Ｓ４０ＡおよびＳ１Ｂ〜Ｓ４０Ｂが設けられている。また、＋側データ端子ＤＡおよび−側データ端子ＤＢより設定された各値をクロックＣＫによってシフトする４０ビットのシフトレジスタＳＲ−ＡおよびＳＲ−Ｂが設けられている。２組のシフトレジスタＳＲ−ＡおよびＳＲ−Ｂの各出力は、アナログスイッチＳ１Ａ〜Ｓ４０ＡおよびＳ１Ｂ〜Ｓ４０Ｂの制御信号として接続されている。２つのデータ端子ＤＡおよびＤＢに値をセットして、クロックＣＫを供給する動作を繰り返すことによって４０個の各入力端子Ａ１〜Ａ４０は２つの選択端子ＳＡおよびＳＢへの接続あるいは非接続を任意に設定することができる。

【0067】

Ｘ電極Ｘ１〜Ｘ４０およびＹ電極Ｙ１〜Ｙ３０の配列ピッチは、指の接触面積やスタイラスから放射される電界の領域を考慮して決定すべきであるが、位置検出装置のコストや検出の処理時間を考慮するとあまり細かいピッチで配列することは必ずしも好ましくない。指とスタイラスの両方を検出するのに適した配列ピッチは３ｍｍ〜５ｍｍ程度の範囲とするのが良い。しかしながら、タッチ位置の検出分解能は、この配列ピッチよりも細かく求める必要があるため、後述する部分スキャン動作により２つの電極間での位置を補間計算する必要がある。

【0068】

図１０は指によるタッチ位置のＸ座標値を正確に求めるためのＸ部分スキャン動作における図３の電極選択について示した図である。ここでは、前述したステップにより指がＸ電極Ｘ１９およびＹ電極Ｙ２２の交点付近にタッチしていることが予めわかっているものとする。マイクロプロセッサ２６は、コントロール回路１８を経由して、Ｙ選択回路１４の＋端を３本のＹ電極Ｙ２１〜Ｙ２３に同時に接続し、−端をＹ電極Ｙ２２から一定本数ｎ隔てた３本のＹ電極Ｙ２１−ｎ〜Ｙ２３−ｎに同時に接続するように、制御信号を送出する。

【0069】

また、マイクロプロセッサ２６はコントロール回路１８を経由して、Ｘ選択回路１３の＋端をＸ電極Ｘ１７に接続し、−端をＸ電極Ｘ１７から一定本数ｍ隔てたＸ電極Ｘ１７＋ｍに接続するように、制御信号を送出する。この状態で差動増幅回路２１に出力される信号はＡＤ変換回路２５によってデジタル値に変換され、マイクロプロセッサ２６によって読み取られる。次いで、マイクロプロセッサ２６はコントロール回路１８を経由して、Ｘ選択回路１３の＋端をＸ電極Ｘ１８に接続し、−端をＸ電極Ｘ１８から一定本数ｍ隔てたＸ電極Ｘ１８＋ｍに接続するように、制御信号を送出する。この状態で差動増幅回路２１に出力されＡＤ変換されたデータがマイクロプロセッサ２６によって読み取られる。同様にして、マイクロプロセッサ２６は、Ｘ選択回路１３の＋端をＸ電極Ｘ１９、Ｘ２０、Ｘ２１と選択した際に差動増幅回路２１に出力される信号のレベルを順次求める。

【0070】

図１１は、Ｘ電極Ｘ１７〜Ｘ２１の電極を順次選択したときの信号レベル分布の一例を示したものである。このとき検出された最も高いレベルをVPとし、その両隣の電極を選択した際のレベルをVL，VRとすると、指のＸ座標は次式により計算することができる。

【0071】

Ｘ ＝ Px + (DX/2)*(VR-VL)/(2*VP-VR-VL) ・・・（式１）
（式１）において、Pxはピークレベルが検出された電極（ここではＸ電極Ｘ１９）の座標、DXはＸ電極の配列間隔を表している。

【0072】

前述したＸ部分スキャン動作では、指が置かれている電極をＸ側とＹ側とで共に＋側に選択したが、これに限定されるものではなく、Ｘ側とＹ側とで共に−側としても良いし、Ｘ側が＋でＹ側が−としても良く、その逆でも良い。

【0073】

また、Ｙ側駆動電極として隣接する３本を同時に選択しているのは、指が移動しても指の接触面を確実に駆動できるようにするためである。この本数は３本よりも多くしても良いが、＋側として選択する本数と−側として選択する本数を同数とすることが好ましい。

【0074】

前述したＸ部分スキャン動作によって指示位置のＸ座標が求まったら次はＹ座標を求めるためのＹ部分スキャン動作を行う。

【0075】

図１２は指によるタッチ位置のＹ座標値を正確に求めるためのＹ部分スキャン動作における図３の電極選択について示した図である。マイクロプロセッサ２６はコントロール回路１８を経由して、Ｘ選択回路１３の＋端を３本のＸ電極Ｘ１８〜Ｘ２０に同時に接続し、−端をＸ電極Ｘ１８から一定本数ｐ隔てた３本のＸ電極Ｘ１８＋ｐ〜Ｘ２０＋ｐに同時に接続するように、制御信号を送出する。

【0076】

また、マイクロプロセッサ２６はコントロール回路１８を経由して、Ｙ選択回路１４の＋端をＹ電極Ｙ２０に接続し、−端をＹ電極Ｙ２０から一定本数ｑ隔てたＹ電極Ｙ２０−ｑに接続するように、制御信号を送出する。この状態で差動増幅回路２１に出力される信号はＡＤ変換回路２５によってデジタル値に変換され、マイクロプロセッサ２６によって読み取られる。次いで、マイクロプロセッサ２６はコントロール回路１８を経由して、Ｙ選択回路１４の＋端をＹ２１に接続し、−端をＹ２１から一定本数ｑ隔てたＹ電極Ｙ２１−ｑに接続するように、制御信号を送出する。この状態で差動増幅回路２１に出力されＡＤ変換されたデータがマイクロプロセッサ２６によって読み取られる。同様にして、マイクロプロセッサ２６は、Ｙ選択回路１４の＋端をＹ電極Ｙ２２、Ｙ２３、Ｙ２４と選択した際に差動増幅回路２１に出力される信号のレベルを順次求める。

【0077】

図１３は、Ｙ電極Ｙ２０〜Ｙ２４の電極を順次選択したときの信号レベル分布の一例を示したものである。このとき検出された最も高いレベルをVPとし、その両隣の電極を選択した際のレベルをVL，VRとすると、指のＹ座標は次式により計算することができる。

【0078】

Ｙ ＝ Py + (DY/2)*(VR-VL)/(2*VP-VR-VL) ・・・（式２）
上式において、Pyはピークレベルが検出された電極（ここではＹ電極Ｙ２２）の座標、DYはＹ電極の配列間隔を表している。

【0079】

前述したＹ部分スキャン動作では、指が置かれている電極をＸ側とＹ側とで共に＋側に選択したが、Ｘ部分スキャン動作のときと同様で、これに限定されるものではない。

【0080】

また、Ｘ側受信電極として隣接する３本を同時に選択しているのは、指が移動しても指の接触面下にある電極を確実に選択できるようにするためである。この本数は３本よりも多くしても良いが、＋側として選択する本数と−側として選択する本数を同数とすることが好ましい。

【0081】

前述した計算式（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、電極の幅やピッチ、指の接触面積などによっても変わるものである。

【0082】

図１４は、本実施例で用いるスタイラス１９の内部構造例を示したものである。図１４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、例えば電池３５のマイナス端（ＧＮＤ）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上に傾けられて置かれても、検出座標値がずれないようにする効果がある。

【0083】

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、周波数がｆ2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変調された信号として出力される。

【0084】

このように構成したスタイラス１９の座標位置検出方法について以下に説明する。スタイラス検出の際には、図３において、切替回路１７を差動増幅回路２１側（切替回路２０の入力端）に接続する。スタイラスのＸ方向の位置を求めるときは、コントロール回路１８から切替回路２０への制御信号ｂをロウレベル「０」として、Ｘ選択回路１３側を差動増幅回路２１に接続する。スタイラスのＹ方向の位置を求めるときは、コントロール回路１８から切替回路２０への制御信号ｂをハイレベル「１」として、Ｙ選択回路１４側を差動増幅回路２１に接続する。

【0085】

本実施形態の位置検出装置が、スタイラス１９のＸ座標を検出するときは、コントロール回路１８からの制御信号ｈによりＸ選択回路１３が＋端および−端として接続するＸ電極を一定の本数を隔てて選択するようにする。このとき選択する２つのＸ電極は、スタイラス１９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。選択した２つのＸ電極のどちらの近傍にもスタイラス１９が無ければ、差動増幅回路２１には信号が出力されない。また、選択した２つのＸ電極のどちらかの近傍にスタイラス１９が置かれていれば、差動増幅回路２１の出力には、Ｘ電極とスタイラス１９の先端部との距離に応じた信号が出力される。Ｘ選択回路１３によるＸ電極の選択を順次更新しながら、差動増幅回路２１の出力信号のレベルを検出すれば、スタイラス１９からの信号を検出することができる。

【0086】

Ｘ選択回路１３の選択が特定の状態で最も強い信号が検出されたとすると、次に＋端として選択したＸ電極上、もしくは−端として選択したＸ電極上のどちらにスタイラス１９が置かれているかを判断する必要がある。これは、前記特定状態での＋端によって選択されたＸ電極または−端によって選択されたＸ電極のいずれか一方のみを含む他の選択を行って信号を検出すれば容易に判定することができる。

【0087】

例えば、前記特定状態として電極Ｘ１９が＋端として、電極２６が一端として選択された際に最も強い信号が検出されたとすると、スタイラス１９は電極Ｘ１９又は電極Ｘ２６の近傍に置かれていることが判る。

【0088】

そこで、どちらの電極上に置かれているかを判断するために、Ｘ選択回路１３が、＋端として電極Ｘ２６を選択し、前記特定状態において選択した電極Ｘ１９とは反対方向に隔てた電極Ｘ３５を一端として選択するように制御する。この状態で差動増幅器２１において信号が検出されれば、共通に選択した電極Ｘ２６の近傍にスタイラス１９が存在し、信号が検出されなければ電極Ｘ１９の近傍にスタイラス１９が存在することが判る。

【0089】

スタイラス１９のＹ座標を検出するときは、コントロール回路１８からの制御信号ｊによりＹ選択回路１４が＋端および−端として接続するＹ電極を一定の本数を隔てて選択するようにする。このとき選択する２つのＹ電極は、スタイラス１９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。前述したのと全く同様な処理によって、スタイラス１９が置かれている最も近いＹ電極を求めることができる。

【0090】

本実施例によるスタイラス１９のＸ座標検出およびＹ座標検出でも、タッチ検出時と同様に、＋側および−側として選択した２つの電極に誘導する信号の差分を検出するので、表示装置等による外来ノイズがあっても相殺され、その影響を受けない。

【0091】

前述の動作により、スタイラス１９が、どのＸ電極およびＹ電極の近傍にあるかを求めることができた。次に、スタイラス１９による指示位置をさらに詳細に求めるためのＸ部分スキャン動作およびＹ部分スキャン動作を行う。

【0092】

図１５はスタイラス１９のＸ座標値を正確に求めるためのＸ部分スキャン動作における図３の電極選択について示した図である。ここでは、前述したステップによりスタイラス１９が、Ｘ電極Ｘ１９およびＹ電極Ｙ２２の交点付近に置かれていることが予めわかっているものとする。

【0093】

マイクロプロセッサ２６はコントロール回路１８を経由して、Ｘ選択回路１３の＋端をＸ電極Ｘ１７に接続し、−端をＸ電極Ｘ１７から一定本数ｎ´隔てたＸ電極Ｘ１７＋ｎ´に接続するように、制御信号を送出する。この状態で差動増幅回路２１に出力される信号は、ＡＤ変換回路２５によってデジタル値に変換され、マイクロプロセッサ２６によって読み取られる。次いで、マイクロプロセッサ２６はコントロール回路１８を経由して、Ｘ選択回路１３の＋端をＸ電極Ｘ１８に接続し、−端をＸ電極Ｘ１８から一定本数ｎ´隔てたＸ電極Ｘ１８＋ｎ´に接続するように、制御信号を送出する。この状態で差動増幅回路２１に出力されＡＤ変換されたデータがマイクロプロセッサ２６によって読み取られる。同様にして、マイクロプロセッサ２６は、Ｘ選択回路１３の＋端をＸ電極Ｘ１９、Ｘ２０、Ｘ２１と選択した際に差動増幅回路２１に出力される信号のレベルを順次求める。このときのＸ電極Ｘ１７〜Ｘ２１のそれぞれを順次選択したときの信号レベル分布はタッチ検出のときと同様で図１１のような分布となる。この最も高いレベルをVPとし、その両隣の電極を選択した際のレベルをVL，VRとすると、スタイラス１９のＸ座標は、前述した（式１）を用いて計算することができる。

【0094】

前述したＸ部分スキャン動作では、スタイラスが置かれているＸ電極を＋側に選択したが、これを−側に選択するようにしても良い。

【0095】

図１６は、スタイラス１９のＹ座標値を正確に求めるためのＹ部分スキャン動作における図３の電極選択について示した図である。マイクロプロセッサ２６はコントロール回路１８を経由して、Ｙ選択回路１４の＋端をＹ電極Ｙ２０に接続し、−端をＹ電極Ｙ２０から一定本数ｍ´隔てたＹ電極Ｙ２０−ｍ´に接続するように、制御信号を送出する。この状態で差動増幅回路２１に出力される信号はＡＤ変換回路２５によってデジタル値に変換され、マイクロプロセッサ２６によって読み取られる。次いで、マイクロプロセッサ２６は、コントロール回路１８を経由して、Ｙ選択回路１４の＋端をＹ電極Ｙ２１に接続し、−端をＹ電極Ｙ２１から一定本数ｍ´隔てたＹ電極Ｙ２１−ｍ´に接続するように、制御信号を送出する。この状態で差動増幅回路２１に出力され、ＡＤ変換されたデータがマイクロプロセッサ２６によって読み取られる。同様にして、マイクロプロセッサ２６は、Ｙ選択回路１４の＋端をＹ電極Ｙ２２、Ｙ２３、Ｙ２４と選択した際に、差動増幅回路２１に出力される信号のレベルを順次求める。このときのＹ電極Ｙ２０〜Ｙ２４のそれぞれを順次選択したときの信号レベル分布はタッチ検出のときと同様で図１３のような分布となる。この最も高いレベルをVPとし、その両隣の電極を選択した際のレベルをVL，VRとすると、スタイラス１９のＹ座標は、前述した（式２）を用いて計算することができる。

【0096】

前述したＹ部分スキャン動作では、スタイラスが置かれているＹ電極を＋側に選択したが、これを−側に選択するようにしても良い。

【0097】

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、電極の幅やピッチ、スタイラスの電極形状によっても変わるものである。

【0098】

図１７は、スタイラス１９の回路の一例を示したものである。図１７において図１４と同じものは同一記号で表している。３１はスタイラス１９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１７において、コイＬ１とコンデンサＣ１およびＣ２は、周波数がｆ2で発振する発振回路の一部を構成しており、そ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。

【0099】

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。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１９の動作を説明する。

【0100】

図１８は、図１７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」の状態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図１５および図１６で示した座標検出動作を行う。

【0101】

また、ＣＰＵ３６は、この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をハイレベル出力に設定する。これによって信号ｑはハイレベルとなり、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の電圧は徐々に低下する。ＣＰＵ３６において、Ｐ２端子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、Ｐ２端子を入力設定に切替えてからＰ２端子電圧が前記しきい値以下に達するまでの時間を"Ｔ"として計測する。この時間"Ｔ"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時間"Ｔ"を１０ビットのデジタル値として求める。

【0102】

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、筆圧のデジタル値のビットデータが「０」のときは端子Ｐ１をロウレベルとし、ビットデータが「１」のときはハイレベルとする。図１８において時間"t"は１ビットのデータを送出する周期である。この周期は、図１７のコイルＬ１による共振特性、図３のバンドパスフィルター回路２３の特性、図３のＡＤ変換回路２５のサンプリング周期、などを考慮して決定することが好ましい。図１８において最初のデータ（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、位置検出装置のマイクロプロセッサ２６が正確に予測できるようにするためである。

【0103】

図１７では、発振をコイルとコンデンサによる共振により行っているため、電源の利用効率が良く、電池３５の寿命を延ばす効果がある。この発振回路は、他の方法、例えばセラミック振動子や水晶発振子などを用いても良い。また、本実施形態ではスタイラス１９の先端部に加えられる筆圧を検出して送信するようにしたが、単にスイッチ情報のみとしても良いし、筆圧情報に加えて他のスイッチ情報などを併せて送信するようにしても良い。

【0104】

本実施形態では、スタイラス１９の信号としてＡＳＫ変調により筆圧データを送信しているので、用いる周波数の帯域は極めて狭く、バンドパスフィルター回路２３の帯域幅を狭くすることができる。これにより、本実施形態の位置検出装置は、表示装置等が出すノイズの影響を受け難いという効果がある。

【0105】

図１９は、バンドパスフィルター回路２３の具体例を示した図である。１８は図３で示したコントロール回路、信号ｄは図３で示したのと同じ周波数切替信号である。この図１９のバンドパスフィルター回路２３は、スイッチＳＷ１がオフのときは、コイルＬ３とコンデンサＣ３による共振周波数がスタイラスからの信号周波数ｆ２と等しくなるようにし、スイッチＳＷ１がオンのときは、コイルＬ３とコンデンサＣ３およびコンデンサＣ４による共振周波数が発振器１６の周波数ｆ１と等しくなるように、Ｌ３、Ｃ３、Ｃ４の各値が調整されている。即ち、スタイラス検出時には、信号ｄによりスイッチＳＷ１をオフ状態とし、タッチ検出時にはスイッチＳＷ１をオン状態として用いる。

【0106】

本実施形態で、タッチ検出時の周波数ｆ１よりもスタイラス検出時の周波数ｆ２を高くしているのは理由がある。指によるタッチは、透明センサー１２にある程度の面積で接触するが、スタイラス先端の電極３１はあまり太くすることができない。そのため、同一センサーで信号を受信するためには、スタイラス１９から放射する信号の周波数はタッチ検出の場合よりも高くすることが好ましい。

【0107】

図１９において、信号ｍはコントロール回路１８から出力する制御信号で、この制御信号ｍによってスイッチＳＷ２がオンし、バンドパスフィルター回路２３の出力がミューティングされる。本実施形態では、外来ノイズに対する周波数選択性を良くするため、ＬＣ共振回路により極めて帯域の狭いバンドパスフィルター回路２３を用いているので、Ｘ選択回路１３およびＹ選択回路１４により電極を切替えた後にも、切替える前の入力信号による電気的振動がコイルＬ３およびコンデンサＣ３に発生している。スイッチＳＷ２は、この残留振動の消滅を待つことなく、素早く次の信号検出ができるようにすることを目的としている。

【0108】

図２０は、図１９に示した構成のバンドパスフィルター回路２３の動作を示した図である。Ｘ選択回路１３およびＹ選択回路１４によるＸ電極及びＹ電極の切替は、この制御信号ｍの開始（ロウレベル「０」からハイレベル「１」に立ち上がる）時刻に行うことが好ましい。本発明では、この制御信号ｍの開始時刻を表示装置のリフレッシュ信号SYNCに同期させることを提案する。

【0109】

ＬＣＤなどの表示装置の多くは、リフレッシュ信号SYNCに同期したタイミングで強いノイズを放射する。リフレッシュ信号SYNCから制御信号ｍの開始時刻までの時間を調整して、表示装置が放射する主なノイズの期間がちょうど制御信号ｍがハイレベル「１」となって、スイッチＳＷ２がオンとなっている期間となるようにすれば、表示装置によるノイズの影響を受けることなく、極めて安定な座標検出を行うことができる。

【0110】

本実施例においてコントロール回路１８は、マイクロプロセッサ２６の処理が集中することを避けるためであり、コントロール回路１８は無くても良い。

【0111】

本実施例では透明センサー１２の電極を透明の導電材であるＩＴＯパターンにより構成したが、これを、実質的に透明と見なせるような導電材、例えば幅が３０μｍ以下で非常に細い導電材を繋ぎ合わせて実質的に透明の面状パターンとして形成しても良い。

【符号の説明】

【0112】

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…駆動信号生成回路、１６…発振器、１７、２０…切替回路、１８…コントロール回路、１９…スタイラス、２１…差動増幅回路、２２…ゲインコントロール回路、２３…バンドパスフィルター回路、２４…検波回路、２５…ＡＤ変換回路、２６…マイクロプロセッサ、３０…芯、３１…電極、３２…シールド電極、３３…可変容量コンデンサ、３４…プリント基板、３５…電池、３６…ＣＰＵ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】