JP2000347807A

JP2000347807A - 指やペンなどにより入力可能な座標入力装置

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Publication number: JP2000347807A
Application number: JP16057399A
Authority: JP
Inventors: Azuma Murakami; 東村上; Yasuji Ogawa; 保二小川; Yasuhiro Fukuzaki; 康弘福崎
Original assignee: NEWCOM KK
Current assignee: NEWCOM KK
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 2000-12-15
Also published as: EP1059604A2; EP1059604A3

Abstract

(57)【要約】【課題】指でもペンでも使える座標入力装置を実現す
る。更には表示装置と一体化させて、入力面と表示面を
同一面とした入出力一体型装置を提供する。【解決手段】指やペン状物を位置指示具として使用可
能な、入力検出面から情報処理装置への入力指示操作を
行うための座標入力装置であって、該座標入力装置は、
前記入力検出面での位置指示具の指示位置の座標を検出
する位置座標検出装置と、前記入力検出面側に設けら
れ、前記入力検出面への位置指示具の押圧力を少なくと
も３段階以上の分解能で検出する押圧力検出装置と、前
記位置座標検出装置からの位置座標の情報と前記押圧力
検出装置からの押圧力の情報とをそれぞれ個別に受け、
適切な形式に統合して前記情報処理装置に伝達するイン
ターフェース装置とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は情報処理装置の入力
指示に用いられる座標入力装置に関するものである。特
に、ペンなどにより筆跡の入力が可能であり、かつ指で
も入力指示のできる座標入力装置に関するものである。
更には、表示装置と一体化した座標入力装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】人間によって操作される操作器具の位置
をパーソナルコンピュータなどの情報処理装置へ入力す
る装置は、一般的にデジタイザやタブレットなどと呼ば
れている。中でもペン型の操作器具を電子ペンと呼び、
これによりサインなどの筆跡の入力が可能となる。その
ような場合には、単に指示位置の座標だけではなく、ペ
ン先端が筆記面に接触したかどうか、あるいはペン先端
の圧力のかかり具合などの情報が必ず必要となる。その
情報がなければ文字の１画１画を判別することができな
い。ここでは、「ペンが使える」という意味は、少なく
とも文字の１画１画をきちんと区別して認識できるとい
う意味である。

【０００３】そのような位置検出装置としては、現在は
電磁誘導方式のものが主流である。この電磁誘導方式
は、位置指示器自体から放射される電磁波の放射強度の
平面分布から２次元座標を求めるものである。また、ペ
ンの筆圧を検出する装置は通常はペンの内部に組み込ま
れている。このようなペンの内部に組み込まれている筆
圧検出部の例としては、圧力によって変化する静電容量
を検出するように構成した特開平３−６７３１８などが
あり、既に実用化されている。

【０００４】また、一般的な静電容量可変型の荷重セン
サとしては、特開平７−５５６１５などがある。これ
は、圧力によって電極間距離が縮まることにより電極間
の静電容量が変化することを利用して荷重を計測するも
のである。しかしながら、このような荷重センサのみで
は、位置指示具の位置座標を計測することはできない。

【０００５】ペンの筆圧を検出する回路がペン自身の内
部に組み込まれていない例として、特開昭６１−３６８
２３がある。この例では、ペンの座標検出にはペン内部
の永久磁石の位置を検出する磁気検出方式を用い、ペン
の盤面への接触を検出するために感圧ゴムシートを入力
面に搭載している。ただし、この例は実用化されていな
い。

【０００６】一方、指による操作位置を検出して、情報
処理装置の入力指示を行う装置も多数あり、それらは総
称してタッチパネル入力装置と呼ばれている。タッチパ
ネル入力装置は、本来比較的簡単な選択操作を行うため
の入力装置であり、業務用として広く普及している。動
作原理としてはスイッチを多数マトリクス状に配置した
簡単なものが多い。もちろん、このようなタッチパネル
はサイン照合などのペンによる筆跡入力には使えない。

【０００７】また、最近では、液晶表示装置などの表示
面と、座標入力装置の入力面を一致させた、いわゆる入
出力一体型の座標入力装置も実現されている。入出力一
体型の座標入力装置は従来のタッチパネルの流れを汲む
ものと、いわゆるデジタイザの流れを汲むものとがあ
る。

【０００８】タッチパネル式入出力一体型の座標入力装
置は、画面に表示されたメニューを指で直接選択する事
で情報処理装置に指示を与えるものである。これは、ど
のメニューが選択されたかを単に識別するだけでよいた
め、比較的荒い座標分解能しか必要とされない。このよ
うなタッチパネルは通常は専用のハード、もしくはパー
ソナルコンピュータで用いられる場合でも専用のソフト
を使用して用いられるのが普通である。具体的には駅の
券売機や銀行のＡＴＭ端末などの入力部がこれに該当す
る。原理としては、透明導電シートによるマトリクス電
極方式や、縦横に並べた光ビームの遮断を検出する方式
などがある。いずれも、文字を書くだけの細かい位置座
標検出の分解能は有していない場合が多く、また、入力
面に指が接触したか否かの２段階の押圧検出の分解能し
か有していない場合が多い。

【０００９】このように、タッチパネル式入力装置で
は、比較的荒い位置座標しか検出できないものが多い
が、光を用いて、かなり細かく指の位置を検出できる方
式として、特開昭６２−５４２８が提案されている。こ
の方式によれば、位置指示具の位置座標は正確に検出す
ることができるが、押圧力を検出する手段を有するもの
ではないため、サイン照合などの筆跡検出には用いるこ
とができない。

【００１０】一方、デジタイザ（あるいはタブレット）
式入出力一体型の座標入力装置は、現在のパーソナルコ
ンピュータで用いられるオペーレーティングシステムの
持つ、グラフィカルユーザーインターフェース（以下Ｇ
ＵＩ）の操作に耐えられるような、比較的細かい座標分
解能を有するものである。この方式での操作指示には、
位置指示具として専用の電子ペンを用いる。現在のＧＵ
Ｉで用いられている操作対象となるアイコンやメニュー
はマウス操作を前提とした非常に小さなものであり、こ
れを指で直接操作することは技術的には可能でも、たい
へん操作のしづらい実用性のないものである。このた
め、電子ペンはオペレーティングシステムの操作や汎用
のアプリケーションソフトの操作にも不可欠である。こ
の具体的な製品例として、いわゆるペン入力パソコンや
液晶一体型デジタイザなどがある。

【００１１】さて、例えば、銀行のＡＴＭ端末では、操
作者の確認（個人認証）のために暗証番号を用いている
のが現状である。しかし、暗証番号は覚えにくく、他人
に知られて悪用され易いという欠点があった。そこで、
昨今では、個人認証に、サイン照合を利用しようという
動きが欧米を始めとして高まってきている。サインであ
れば、一度覚えれば忘れにくく、他人が真似をするのは
難しいからである。このようなサイン照合でのサインの
入力には、電子ペンを用いたタブレットが用いられる。
そこで、具体的に、ＡＴＭ端末に電子ペンを搭載しよう
という動きも始まっている。

【００１２】このようなサイン照合に用いられるような
タブレットでは、ペン先の微妙なタッチが判定できなけ
ればならず、もちろん座標精度も高いことが要求され
る。また、ペン先の筆圧力の強弱が多段階で検出できれ
ば、筆圧の情報も判定に加味することで、更にセキュリ
ティの高いサイン照合を行うようにすることもできる。
従来、このような用途に適合できたるのは、唯一電磁誘
導方式タブレットだけであった。

【００１３】しかし、ＡＴＭではサイン照合が不要な処
理、例えば入金処理などもあるので、その場合は、単に
指で操作することもできれば更によい。この場合、従来
の電磁誘導方式タブレットは指では操作することができ
ないため、電磁誘導方式タブレットだけでは好ましい装
置を実現できなかった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】デジタイザやタブレッ
トの高精度のものの主流は電磁誘導方式である。しか
し、この方式では電子回路を有する位置指示器、すなわ
ち専用の電子ペンでなければ操作ができない。この位置
指示器には、座標を検出するための電子回路の他にペン
先にかかる筆圧を検出する回路が搭載されている。この
方式は、専用の電子ペンが必要であるため、指で操作す
るということができない。

【００１５】また、液晶表示装置と一体化した電磁誘導
方式の入出力一体型の座標入力装置も実現されている。
しかし、電磁波の検出アンテナが液晶表示装置の裏側に
設けられるため、液晶表示装置を電磁波が貫通する必要
があるので、液晶のベゼルなどの金属部材の処理や、バ
ックライトの処理、電磁ノイズの問題などで、コストが
嵩んでいた。ましてや、上述のように電磁誘導方式では
指での操作はできないため、実際の使用にあたっては使
い勝手が悪いものとなっていた。

【００１６】感圧抵抗膜方式など、圧力分布を検出して
座標をとる方式では、指でもペンでも操作できるものが
存在するが、この方式は耐久性に問題がある。特にペン
で操作させる場合には、強い圧力が集中するので、感圧
面が破壊されやすい。また、感圧抵抗膜として透明な導
電膜を用い、表示装置の前に重ねる構造の入出力一体型
の装置も存在するが、この場合は、導電膜の透明度を高
くすることが難しいため、表示装置の表示が見難くなる
という問題がある。

【００１７】特開昭６２−５４２８で提案されているよ
うな、光を用いて指の位置を特定する方式では、指の位
置は特定できるが、指の押圧力は検出できなかった。こ
の方式では、指ではなくペンのようなものでもその指示
位置は検出できるが、筆圧力が検出できないので、例え
ば、普通に文字を書くことができず、ましてやサインな
どの筆跡の入力などには使うことができなかった。

【００１８】また、指の押圧力や、ペンによる筆圧を検
出する場合に、人間の感覚に近づけるには、圧力センサ
の最終出力は、わずかな圧力に敏感に反応し、大きな圧
力ではあまり反応しなくなるような、対数特性を有する
ことが好ましい。その場合、特開平７−５５６１５など
に示される構成では、圧力によって電極間距離が縮まる
ので、どちらかというと逆の特性を示すようになる。こ
れは静電容量Ｃは一般的に以下の式（１）で表されるか
らである。

【００１９】Ｃ＝ε×Ｓ／Ｌ・・・（１）但し、εは誘電率、Ｓは電極の有効面積、Ｌは電極間距
離を表す。

【００２０】上記式（１）から分かるように、圧力によ
って電極間が広がる構成であることが望ましい。

【００２１】本発明は、斯かる実情に鑑み、専用の電子
ペン等を用いることなく、通常のペンでも、さらには指
でも使用可能な座標入力装置を提供しようとするもので
ある。更にはこの座標入力装置と表示装置とを一体化し
た座標入出力装置に関するものである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る座標入力装
置は、指やペン状物を位置指示具として使用可能な、入
力検出面から情報処理装置の入力指示操作を行うため
に、入力検出面での位置指示具の指示位置の座標を検出
する位置座標検出装置と、入力検出面側に設けられ、入
力検出面への位置指示具の押圧力を少なくとも３段階以
上の分解能で検出する押圧力検出装置と、位置座標検出
装置からの位置座標信号と押圧力検出装置からの押圧力
信号とをそれぞれ個別に受け、適切な形式に統合してか
ら後段に設けられる情報処理装置に伝達するインターフ
ェース装置とを備える座標入力装置とした。

【００２３】更に位置座標検出装置は、入力検出面に対
し平行に通過する光の遮断位置を検出する方式、具体的
には入力検出面に対し平行に通過する光を照射する光学
系と、該光学系から照射された光を入射した方向へまっ
すぐに戻す方向に反射させる再帰反射部材と、該再帰反
射部材により反射された光を受光する１次元受光素子と
を有し、該１次元受光素子が、入力検出面に対し平行に
通過する光の遮断位置を少なくとも２方向から検出する
ことで前記位置指示具の位置座標を検出する方式により
構成した。これにより位置指示具は光を遮る不透明な物
体であれば何でも検出可能となり、通常のペンでも、さ
らには指だけでもその指示位置の座標が検出できるよう
になった。

【００２４】また、押圧力検出装置は、適度な剛性を有
し前記入力検出面を形成する入力平面板と、適度な弾性
を有し前記入力検出面への押圧力により入力検出面全体
がわずかに沈むように前記入力平面板を保持する弾性保
持部材と、前記入力平面板の動きに連動して移動する移
動電極と、該移動電極に平行かつ近接して設けられた固
定電極と、前記移動電極と固定電極の間の静電容量を検
出する静電容量検出回路とにより構成した。押圧力によ
り電極間の距離が変化し、これにより変化する静電容量
を検出することで、より感度の良い押圧力検出センサが
構成できた。

【００２５】また、入力平面板と移動電極は、押圧力が
ゼロの付近でも押圧力の検出が可能なように、予め入力
検出面に押圧をかけておくようなことはせず自由な動き
を制限しないように前記固定電極に対して移動自在に構
成した。これにより押圧力ゼロ付近でも、微妙な押圧力
の検出が可能になった。

【００２６】また、移動電極は、入力検出面への押圧力
によって、前記固定電極との距離が遠くなる方向へ移動
するように構成した。これにより押圧力がゼロ付近での
検出感度が上昇するとともに、人間の感覚に近い対数カ
ーブの特性を示すようになった。

【００２７】また、前記移動電極と前記固定電極との間
に誘電体フィルムを更に有する構成とした。これにより
電極間の微細な間隔を正確に保てるようになり、実際の
組立作業が簡略化できた。更に、誘電体フィルムにより
静電容量が増えるため、より安定した測定が可能となっ
た。

【００２８】また、情報処理装置の出力表示を行うため
の表示装置を更に有し、前記入力平面板は透明な部材か
らなり、前記表示装置は入力平面板にオーバーラップし
て設けられる構成とした。これにより液晶表示装置など
と組み合わせることで、いわゆる入出力一体型として使
用できるようになった。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面に基づいて詳述する。

【００３０】図１は本発明の座標入力装置の一実施例の
構成を示すブロック図である。座標入力装置は、ペンや
指などの位置指示具による入力の位置座標を検出するた
めの位置座標検出装置１と、位置指示具による入力の押
圧力を検出するための押圧力検出装置２と、これら検出
装置からの検出信号をそれぞれ受け、上位装置での信号
処理に適した信号に変換処理して送り出すインターフェ
ース装置３とから構成される。ここで、上位装置とはパ
ーソナルコンピュータや専用の情報処理装置などであ
る。本発明の装置と上位装置との間の電気的接続は、Ｒ
Ｓ−２３２ＣやＵＳＢなどのＩ／Ｏインターフェースを
介して実現される。

【００３１】位置座標検出装置１は、後に詳しく説明す
るように、入力平面での指示位置の座標を検出できるも
のであり、好ましくは光を用いた位置座標検出装置であ
る。また、押圧力検出装置２は、後に詳しく説明するよ
うに、入力平面への押圧力を少なくとも３段階以上の分
解能で検出することができるものであり、好ましくは静
電容量圧力センサを有する静電容量検出型押圧力検出装
置である。

【００３２】図２は、図１の座標入力装置に更に表示装
置４を付加することで、いわゆる入出力一体型の座標入
力装置とした場合の構成を示すブロック図である。この
表示装置４は、上位装置により表示制御が行われる。こ
の表示装置４には、液晶表示装置やプラズマ表示装置、
更には表面のフラットなＣＲＴなども用いることができ
る。

【００３３】

【実施例】次に本発明の座標入力装置の具体的実施例に
ついて説明する。図３は、本発明の座標入力装置に用い
る押圧力検出装置である静電容量圧力センサの第１の実
施例の構成を示す概略断面図である。図３（ａ）は入力
検出面５ａに押圧力のかかっていない状態を示してい
る。入力検出面５ａを構成する入力平面板５は適度な剛
性をもつ材料で構成され、その下面に移動電極６が固定
されている。その下に適度な弾性を有する弾性保持部材
７を部分的に挟んで固定電極８が配置されている。な
お、固定電極８は、押圧力によって移動しないように、
固定構造材９に対して固定されている。具体的な素材と
しては、入力平面板５はガラスエポキシ、移動電極６及
び固定電極８は銅板、弾性保持部材７はゴムなどで構成
することができる。図３（ｂ）は、入力検出面５ａに押
圧力Ｆのかかった状態、すなわちペン、指などの位置指
示具を用いて入力検出面に入力している状態を示してい
る。図示のように、弾性保持部材７が押圧力Ｆによって
縮み、移動電極６が固定電極８に近づく方向に移動す
る。これにより、両電極間の静電容量が増加する。この
静電容量を測定することによって、押圧力を逆算するこ
とができ、少なくとも３段階以上の分解能で検出させる
ことで、単に入力・非入力の二値検知だけでなく、入力
の強弱をも検出することができる。

【００３４】ここで、入力検出面５ａを構成する入力平
面板５及び移動電極６は、押圧力がゼロの付近でも押圧
力の検出が可能なように、予め入力検出面に押圧をかけ
ておくようなことはせず、自由な動きが制限されないよ
うに構成した。また、入力検出面上に紙などを敷き、鉛
筆やボールペンなどの実際に文字が書けるペンにより入
力する場合には、押圧力がゼロの状態となるように予め
紙の重さ分をオフセットすることも可能である。また、
移動電極６が固定電極８に均等に近づくように、移動電
極６が斜めに下がるようなことがないように構成するこ
とが好ましい。

【００３５】図４は、本発明の座標入力装置に用いる押
圧力検出装置の第２の実施例の構成を示す図である。図
４（ａ）が押圧力のかかっていない状態であり、図４
（ｂ）が押圧力Ｆのかかっている状態である。図３のも
のと同一の参照符号は同一の構成要素を示しているた
め、重複説明は省略する。ここでは移動電極が、適度な
弾性を有する移動電極１０からなっており、図３の弾性
保持部材７の機能を兼ねている。弾性を有する移動電極
１０の具体的な素材としては、弾性のあるリン青銅など
である。図４（ｂ）のように、弾性を有する移動電極１
０が、固定電極８に近づくように変形する。これによ
り、図３の押圧力検出装置と同様に、電極間の静電容量
が増加し、この静電容量を測定することによって押圧力
を逆算することができる。

【００３６】図５は、本発明の座標入力装置に用いる押
圧力検出装置の第３の実施例の構成を示す図である。固
定構造材９の上に弾性保持部材７を挟んで入力平面板５
が載置されており、固定構造材９に設けた孔１１を通じ
て、その下の可動構造材１２と連結されている。該固定
構造材９の下面に固定電極８が固定されており、可動構
造材１２の上に固定されている移動電極６は、固定電極
８と対置されている。図５（ａ）は、押圧力のない状態
を示す。押圧力のない状態では、移動電極６と固定電極
８の間は、ごくわずかな空隙を保つように配置されてい
る。図５（ｂ）に、押圧力Ｆのある状態を示す。入力平
面板５が下方に押されると、移動電極６が固定電極８か
ら離れる方向、すなわち電極間の距離が広がる方向に移
動する。これにより、電極間の静電容量が減少する。こ
の静電容量を測定することによって、押圧力を逆算する
ことができる。このような構成にすることで、わずかな
圧力に敏感に反応し、大きな圧力ではあまり反応しなく
なるような、人間の感覚に近い特性を有するようにな
る。

【００３７】図６は、図２に対応する本発明の入出力一
体型の座標入力装置に用いる押圧力検出装置の第４の実
施例の構成を示す図である。透明な入力平面板１３が端
で可動構造材１２の上に固定されている。入力平面板１
３の下には液晶表示装置１４がオーバーラップして配置
されている。図６（ａ）は、押圧力のない状態を示して
いる。押圧力のない状態では、可動構造材１２の上に固
定された移動電極６と固定構造材９の下面に固定された
固定電極８の間は、ごくわずかな空隙を保つように配置
されている。図６（ｂ）に、押圧力Ｆのある状態を示
す。入力平面板１３が下方に押されると、移動電極６が
固定電極８から離れる方向に移動する。これにより、電
極間の静電容量が減少する。したがって、図５の押圧力
検出装置と同様に、この静電容量を測定することによっ
て、押圧力を逆算することができる。また、入力平面板
は完全に透明な部材により構成することが可能なので、
表示画面の表示はクリアなものとなる。

【００３８】図７は、図２に対応する本発明の入出力一
体型の座標入力装置に用いる押圧力検出装置の第５の実
施例の構成を示す図である。その全体略図を図７（ａ）
に、その細部の詳細を図７（ｂ），図７（ｃ）に示す。
図７（ｂ）は押圧力のない時の図である。固定電極８と
その固定構造材９は具体的にはプリント基板で構成され
ている。つまり、固定電極８はプリント配線板の銅箔パ
ターンの一部で形成されている。また、弾性を有する移
動電極１５は、弾性保持部材の機能を兼ねており、具体
的には弾性のあるリン青銅板で構成されている。そし
て、両電極の間に微細な距離を正確に保つために誘電体
フィルム１６を挟む形で、弾性を有する移動電極１５が
プリント基板に固定されている。ここでは、これら固定
電極８を有するプリント基板、誘電体フィルム１６及び
移動電極１５を構成するリン青銅板をネジ１７で固定す
るものとした。図７（ｃ）に押圧力Ｆのある状態を示
す。入力平面板１３に押圧力Ｆが作用すると、弾性を有
する移動電極１５が下方に歪み、固定電極８から離れる
方向に移動するため、電極間の静電容量が減少すること
になる。この静電容量の変化量を測定することによっ
て、押圧力Ｆを逆算することができる。このような構成
にすることで、わずかな圧力に敏感に反応し、大きな圧
力ではあまり反応しなくなるような、人間の感覚に近い
特性を有するようになる。

【００３９】なお、この実施例においては、図７（ｂ）
及び図７（ｃ）に特に明確なように、プリント配線板の
銅箔パターンを参照符号８，１８で示すように適当に分
割し、入力平面板１３に押圧力Ｆが作用したときに、移
動電極１５との間の距離が大きくなる箇所の銅箔パター
ンを移動電極として用いることが好ましい。こうするこ
とにより、押圧力Ｆが入力平面板１３に作用することに
基づく静電容量の変化率を大きくすることができる。図
示実施例の場合、銅箔パターン８，１８のうち、入力平
面板１３に近い銅箔パターン８が固定電極として用いら
れる。

【００４０】図８（ａ）に押圧力検出装置の回路例を示
し、図８（ｂ）に各信号のタイミングチャートを示す。
可変容量コンデンサ２２が、入力検出面への押圧力によ
って容量が変化する移動電極と固定電極とからなるコン
デンサである。また、コンデンサ２３は、基準の容量と
なる参照容量である。信号ΦＳはクロックジェネレータ
２０から供給されるクロック信号を、信号ΦＲはクロッ
ク信号ΦＳをインバータ２１により反転させた反転信号
を、信号ΦＤはオペアンプ２６の積分用の帰還容量２５
の放電を行うためのアナログスイッチ２４を制御するた
めの制御信号を、信号ＯＵＴは押圧力検出装置の出力信
号をそれぞれ表す。まず制御信号ΦＤがＨｉの時点では
アナログスイッチ２４がＯＮとなり、帰還容量２５は短
絡されており、出力信号ＯＵＴはゼロである。次にｔ１
のタイミングで、制御信号ΦＤがＬｏｗになり、アナロ
グスイッチ２４が開放になり、続いてｔ２のタイミング
でクロック信号ΦＳがＬｏｗ、反転信号ΦＲがＨｉにな
ると、二つの容量２２，２３にかかる電圧が反転して、
帰還容量２５に電流が流れ始め、時定数に基づく時間が
経過して電位が安定する。この時の出力電圧がＶｏｕｔ
である。次にｔ３のタイミングで制御信号ΦＤがＨｉに
なり、帰還容量２５が再び短絡され、ｔ４で、クロック
信号ΦＳがＨｉ、反転信号ΦＲがＬｏｗに戻り、ふたつ
の容量２２，２３にかかる電圧が正転して、初期状態に
戻る。これ以降は同じシーケンスを繰り返す。この出力
Ｖｏｕｔを後段のＡ／Ｄコンバータでデジタル値に変換
してＣＰＵに取り込む。

【００４１】次に、図９及び図１０を用いて、本発明の
座標入力装置に用いる光を用いた位置座標検出装置の一
実施例の構成を説明する。入力平面に対し平行に通過す
る光の遮断位置を検出する方式であれば、図示の位置座
標検出装置には限定されず、他の構成の装置を使用でき
ることは勿論である。光を投射すると共に反射光を検出
するように構成された光学ユニット３０が、入力検出面
３１の上部の左右に二つ設けられている。また、入力検
出面３１の左右と下の三方には再帰反射特性を有する再
帰反射部材３２が設けてある。ここで、再帰反射特性と
は、そこに入射した光が入射した方向へまっすぐに戻っ
てくるような反射の特性をいう。典型的な再帰反射部材
は、小さな透明ビーズを多数埋め込んだ再帰反射シート
として入手可能である。特に最近は、かなり浅い角度で
進入した光をも忠実にもと来た方向に返す再帰反射特性
の優れたものが存在する。入力検出面３１に光を遮るも
のが何も置かれていない時には、光学ユニット３０か
ら、入力検出面３１上を通過して再帰反射部材３２に入
射した光は、逆の光路を通って光学ユニット３０に戻っ
てくる。入力検出面に指やペンなどの位置指示具３３な
どが置かれた時には、光の光路の一部が遮られて、光学
ユニット３０に帰らなくなる。この影の方角を光学ユニ
ット３０で検出することで、光を遮ったもののある方向
を検出することができる。すなわち位置指示具３３が存
在する方向が、二つの異なる光学ユニット３０，３０に
よって検出できれば、三角測量の原理により位置指示具
３３の正確な指示位置を算出できる。

【００４２】図１０は、光を用いた座標検出装置の光学
ユニット３０の一般的な構成例を示す図である。点光源
３４から出た光は、シリンドリカルレンズ３５により扇
形に広がる平面上の光束に変換され、ハーフミラー３６
により９０°の角度で反射され、入力検出面３１上を横
断して再帰反射部材３２へ投光される。再帰反射部材３
２へ入射された光は、入射した方向へまっすぐに戻る方
向に反射し、入力検出面３１上を再び横断してハーフミ
ラー３６を透過してレンズ３７により集光されて１次元
受光素子（１次元ＣＣＤ）３８へ入射される。この１次
元受光素子３８により位置指示具の影の方角を検出す
る。なお、座標検出装置は図示の装置に限定されず、他
の装置、例えばハーフミラーの代わりにスリット付の反
射鏡を用いたものなどでも構わず、位置指示具の位置が
分かるものであれば如何なる装置でも用いることができ
る。

【００４３】図１１に、三角測量の原理により位置指示
具の位置座標を計算する方法を示す。光学ユニット３０
により位置指示具３３を検出したときの角度α及びβを
計測する。光学ユニット３０，３０の間の距離をＬとす
ると、以下の式（２），式（３）の関係が成り立つ。

【００４４】Ｙ＝Ｘ・ｔａｎα ・・・（２）Ｙ＝（Ｌ−Ｘ）・ｔａｎβ ・・・（３）但し、Ｘ，Ｙは位置指示具の位置座標を表す。

【００４５】この式（２），式（３）を用いて、Ｘを求
めると、以下の式（４）の関係が成り立つ。

【００４６】Ｘ＝（Ｌ・ｔａｎβ）／（ｔａｎα＋ｔａｎβ）・・・（４）

【００４７】これら式（２）及び式（４）を用いること
で、角度α及びβが検出できれば入力検出面における指
やペンなどの位置指示具３３の位置座標（Ｘ，Ｙ）を算
出することができる。

【００４８】図１２は、本発明の実施例の詳細ブロック
図である。光学ユニット３０の１次元ＣＣＤ３８からの
信号は増幅器（アンプ）４０により、適当に増幅された
後、Ａ／Ｄコンバータ４１によって、デジタル量に変換
されてＣＰＵ４２に入力される。また、ＣＣＤ駆動回路
４３はＣＣＤの駆動に必要なクロック信号などのタイミ
ング信号をＣＣＤ３８に供給する。光学ユニット３０の
点光源３４はＣＰＵ４２から、トランジスタなどで構成
される駆動回路（ドライバー）４４を通じて制御され
る。また、押圧力検出装置を構成する静電容量圧力セン
サ４５の信号は変換回路（トランスデューサ）４６で電
気信号に変換され、更にＡ／Ｄコンバータ４７によりデ
ジタル化されて、ＣＰＵ４２に入力される。ＣＰＵ４２
はインターフェース装置３、例えばＲＳ−２３２Ｃなど
で、上位装置、例えばパーソナルコンピュータに接続さ
れる。これらの構成によって、位置座標検出装置のＣＣ
Ｄ３８によりペンや指などの位置指示具の位置を検出す
ると同時に、押圧力検出装置の静電容量圧力センサ４５
により位置指示具の押圧力を少なくとも３段階以上の分
解能で検出することが可能となるため、指での画面操作
だけでなくサインの筆圧など、ペン先の微妙なタッチが
判定できるようになる。

【００４９】図１３は、本発明による座標入力装置を指
で使用する場合のイメージを示す図である。押圧力検出
装置２上の入力検出面３１において、指５０により比較
的簡単な選択入力操作などを行うことができる。そのと
き、位置座標検出装置１により光学的に指５０の位置座
標を検出すると共に、押圧力検出装置２により指５０の
押圧力を検知して、それらの情報をインターフェース装
置３を介して上位装置であるパーソナルコンピュータな
どに伝える。

【００５０】図１４は、本発明による座標入力装置をペ
ンで使用する場合のイメージを示す図である。押圧力検
出装置２上の入力検出面３１において、ペン５１により
サインなどのような筆跡を入力することができる。その
とき、位置座標検出装置１によって光学的にペン５１の
位置座標を検出すると共に、押圧力検出装置２によりペ
ン５１の押圧力を検知して、それらの情報をインターフ
ェース装置３を介して上位装置であるパーソナルコンピ
ュータなどに伝える。押圧力検出装置２は、少なくとも
３段階以上の分解能で押圧力を検出することができるた
め、筆圧などのサインの照合に重要なペン先の微妙なタ
ッチが判定できる。

【００５１】図１５は、本発明による座標入力装置に、
表示装置４を組み合わせた入出力一体型の座標入力装置
を、指やペンで使用する場合のイメージを示す図であ
る。表示装置４には、液晶表示装置やプラズマ表示装
置、更には表面のフラットなＣＲＴなども用いることが
できる。ここで、入力検出面３１は、透明なガラスなど
で構成できるため、先端が鋭利なペンなどで入力しても
入力検出面が破壊されるようなことはない。

【００５２】なお、上述した各実施例において、位置座
標検出装置は光を用いた方式について説明したが、本発
明はこれに限定されず、例えば分解能が比較的粗くても
構わない用途の場合には感圧抵抗膜を利用した方式でも
よい。また、押圧力検出装置は、静電容量を用いた方式
について説明したが、本発明はこれに限定されず、３段
階以上の分解能で検出できるものであれば、例えば歪ゲ
ージを用いて押圧力を計測するものであってもよい。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、専用の電子ペン等
の特殊な入力指示具を用いることなく、ペンでも又は指
でも使用可能な座標入力装置を実現した。また、入力平
面板を透明にすることが可能なので、その下に液晶など
の表示装置を設けて、入出力一体型の座標入力装置を構
成することもできた。

【００５４】押圧力検出装置を静電容量圧力センサで構
成し、位置座標検出装置を光を用いた位置座標検出装置
で構成したため、その下に液晶などの表示装置を設けて
も電磁ノイズなどの問題やコスト的な問題も解消するこ
とができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の座標入力装置の一実施例の構成を示す
ブロック図である。

【図２】本発明の入出力一体型の座標入力装置の一実施
例の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の座標入力装置に用いる押圧力検出装置
の第１の実施例の構成を示す略断面図であり、（ａ）が
押圧力のない状態、（ｂ）が押圧力のある状態を示す。

【図４】本発明の座標入力装置に用いる押圧力検出装置
の第２の実施例の構成を示す略断面図であり、（ａ）が
押圧力のない状態、（ｂ）が押圧力のある状態を示す。

【図５】本発明の座標入力装置に用いる押圧力検出装置
の第３の実施例の構成を示す略断面図であり、（ａ）が
押圧力のない状態、（ｂ）が押圧力のある状態を示す。

【図６】本発明の入出力一体型の座標入力装置に用いる
押圧力検出装置の第４の実施例の構成を示す図であり、
（ａ）が押圧力のない状態、（ｂ）が押圧力のある状態
を示す。

【図７】本発明の入出力一体型の座標入力装置に用いる
押圧力検出装置の第５の実施例の構成を示す図であり、
（ａ）がその全体像、（ｂ）が押圧力のない状態、
（ｃ）が押圧力のある状態を示す。

【図８】図８（ａ）は本発明の押圧力検出装置の回路構
成図であり、図８（ｂ）は各信号のタイミングチャート
である。

【図９】本発明の座標入力装置に用いる光を用いた位置
座標検出装置の一実施例の構成を示す図である。

【図１０】本発明の座標入力装置に用いる光を用いた位
置座標検出装置の光学ユニットの一般的な構成を示す図
である。

【図１１】光を用いた座標検出装置での座標の計算方法
を示す図である。

【図１２】本発明の座標入力装置の詳細ブロック図であ
る。

【図１３】本発明による座標入力装置を指で使用する場
合のイメージを示す図である。

【図１４】本発明による座標入力装置をペンで使用する
場合のイメージを示す図である。

【図１５】本発明による座標入力装置に、表示装置を組
み合わせた入出力一体型の座標入力装置を指やペンで使
用する場合のイメージを示す図である。

【符号の説明】

１位置座標検出装置２押圧力検出装置３インターフェース装置４表示装置５入力平面板６移動電極７弾性保持部材８固定電極９固定構造材１０弾性を有する移動電極１１孔１２可動構造材１３透明な入力平面板１４液晶表示装置１５弾性を有する移動電極１６誘電体フィルム１７ネジ２０クロックジェネレータ２１インバータ２２可変容量コンデンサ２３参照容量２４アナログスイッチ２５帰還容量３０光学ユニット３１入力検出面３２再帰反射部材３３位置指示具３４点光源３５シリンドリカルレンズ３６ハーフミラー３７レンズ３８１次元受光素子４０アンプ４１Ａ／Ｄコンバータ４２ＣＰＵ４３ＣＣＤ駆動回路４４駆動回路（ドライバー）４５静電容量圧力センサ４６変換回路４７Ａ／Ｄコンバータ５０指５１ペン

フロントページの続きＦターム(参考） 5B068 AA05 AA22 AA32 AA33 BB14 BB18 BC02 BC05 BC09 BC10 BC13 BD02 BD17 BE08 CC12 CC17 5B087 AA09 AC05 CC12 CC16 CC18 CC24 CC26 CC32 CC33 DD02 DD03 DD17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】指やペン状物を位置指示具として使用可
能な、入力検出面から情報処理装置への入力指示操作を
行うための座標入力装置であって、該装置は、前記入力検出面での位置指示具の指示位置の座標を検出
する位置座標検出装置と、前記入力検出面側に設けられ、前記入力検出面への位置
指示具の押圧力を少なくとも３段階以上の分解能で検出
する押圧力検出装置と、前記位置座標検出装置からの位置座標の情報と前記押圧
力検出装置からの押圧力の情報とをそれぞれ個別に受
け、適切な形式に統合して前記情報処理装置に伝達する
インターフェース装置と、からなることを特徴とする座標入力装置。
【請求項２】前記位置座標検出装置は、入力検出面に
対し平行に通過する光の遮断位置を少なくとも２方向か
ら検出する方式であることを特徴とする請求項１記載の
座標入力装置。
【請求項３】前記位置座標検出装置は、入力検出面に
対し平行に通過する光を照射する光学系と、該光学系か
ら照射された光を入射した方向へまっすぐに戻す方向に
反射させる再帰反射部材と、該再帰反射部材により反射
された光を受光する１次元受光素子とを有し、該１次元
受光素子が、入力検出面に対し平行に通過する光の遮断
位置を検出することで前記位置指示具の位置座標を検出
することを特徴とする請求項１または２記載の座標入力
装置。
【請求項４】前記押圧力検出装置は、適度な剛性を有し前記入力検出面を形成する入力平面板
と、適度な弾性を有し前記入力検出面への押圧力により入力
検出面全体がわずかに沈むように前記入力平面板を保持
する弾性保持部材と、前記入力平面板の動きに連動して移動する移動電極と、該移動電極に平行かつ近接して設けられた固定電極と、前記移動電極と固定電極の間の静電容量の変化を検出す
る静電容量検出回路と、からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記
載の座標入力装置。
【請求項５】前記入力平面板と移動電極は、押圧力が
極めて小さい状態でも押圧力の検出が可能なように、前
記固定電極に対して前記移動電極が移動自在に保持され
ていることを特徴とする請求項４記載の座標入力装置。
【請求項６】前記入力平面板が透明部材からなり、前
記移動電極、固定電極及び弾性保持部材からなる構造体
が前記入力平面板の少なくとも一部周囲に設けられてい
ることを特徴とする請求項４または５記載の座標入力装
置。
【請求項７】前記移動電極が適度な弾性を有し、前記
弾性保持部材の機能を兼ねていることを特徴とする請求
項４乃至６の何れかに記載の座標入力装置。
【請求項８】前記移動電極は、入力検出面への押圧力
によって、前記固定電極との距離が近づく方向へ移動す
ることを特徴とする請求項４乃至７の何れかに記載の座
標入力装置。
【請求項９】前記移動電極は、入力検出面への押圧力
によって、前記固定電極との距離が遠ざかる方向へ移動
することを特徴とする請求項４乃至７の何れかに記載の
座標入力装置。
【請求項１０】前記移動電極と前記固定電極との間
に、誘電体を更に有することを特徴とする請求項４乃至
９の何れかに記載の座標入力装置。
【請求項１１】前記情報処理装置の出力表示を行うた
めの表示装置を更に有し、前記入力平面板は透明部材か
らなり、該入力平面板が前記表示装置に対してオーバー
ラップするように設けられること特徴とする請求項１乃
至１０の何れかに記載の座標入力装置。