JP2012238304A

JP2012238304A - 入力装置および位置決定方法

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Publication number: JP2012238304A
Application number: JP2012094638A
Authority: JP
Inventors: Ulrich Backes; ウルリッヒ・バッケス
Original assignee: BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Current assignee: BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2032-04-18
Also published as: EP2515213B1; EP2515213A2; CN102880335A; US9513738B2; CN102880335B; US20120265485A1; BR102012009288A2; JP5616923B2; EP2515213A3; DE102011018463A1

Abstract

【課題】必要なセンサシステムを簡単に構成することを助ける接触板を備える入力装置の提供。
【解決手段】接触面１４を含むと共に、接触面１４の反対側の表面上で、電気抵抗層１６で少なくとも一部被覆される接触板１２を備え、電気抵抗層１６が、少なくとも２つの導電性接点１８を含む、入力装置１０に関する。電気抵抗層１６、および接触面１４上の接触位置に配置された静電気的に帯電可能な物体２２によって形成される検出コンデンサを測定するための測定回路が与えられる。さらに、静電気的に帯電可能な物体２２の接触位置と導電性接点の間のオーム抵抗を決定することによって接触面１４上の静電気的に帯電可能な物体２２の接触位置の座標（Ｘ，Ｙ）を決定するための処理装置が与えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、接触板を備える入力装置、ならびに入力装置の接触板上の物体の位置を決定する方法に関する。

従来技術より、接触板を備える入力装置が、例えばタッチパッドまたはタッチスクリーンの形態で知られている。例えば指などの接触板上の物体の位置を決定するのに使用される抵抗デバイス、容量性デバイス、および誘導性デバイスが知られている。このタイプのデバイスは、複雑な構成のセンサシステムを必要とする。

本発明の目的は、入力装置および必要なセンサシステムを簡単に構成することを助ける接触板を備える入力装置、ならびに位置決定方法を提供することである。

この目的は、接触面を含むと共に、接触面の反対側の表面上で、電気抵抗層で少なくとも一部被覆される接触板を含み、この電気抵抗層が、少なくとも２つの導電性接点を含む、本発明による入力装置によって実現される。入力装置は、電気抵抗層、および接触面上の接触位置に配置された静電気的に帯電可能な物体によって形成される検出コンデンサを測定するための測定回路をさらに備える。また、静電気的に帯電可能な物体の接触位置と導電性接点の間のオーム抵抗を決定することによって接触面上の静電気的に帯電可能な物体の接触位置の座標を決定するための処理装置が与えられる。これにより、接触板上の１つの単一電気抵抗層が与えられさえすればよいので、入力装置を簡単に構成することを可能である。抵抗層は、接触面から離れるように向いている表面に配置されるので、抵抗層は、接触板自体による損傷から保護される。

座標の決定におけるより良い正確さは、少なくとも３つの導電性接点を電気抵抗層上に設けることによって実現することができる。
好ましくは、測定回路は、基準コンデンサを含む。この測定技法は、知られた静電容量を有する基準コンデンサを与えることによって簡素化することができる。

測定回路は、電気抵抗層および静電気的に帯電可能な物体によって形成される検出コンデンサを充電するように、検出コンデンサと基準コンデンサの間の充電を均等化するように、ならびに検出コンデンサおよび基準コンデンサを放電するように設計されたいくつかのスイッチを含んでもよい。

電気抵抗層は、表面領域を完全に覆うように、または環状であるように形成されてもよい。これにより、入力装置の変更された設計および柔軟な設計を可能にする。
上記のような入力装置の接触板上の静電気的に帯電可能な物体の位置を決定する本発明による方法は、検出コンデンサがフル充電されるときに、検出コンデンサ、および静電気的に帯電可能な物体の接触位置と導電性接点のそれぞれ１つとの間のオーム抵抗を有するＲＣ要素を測定する処理ステップと、検出コンデンサが一部充電されるときに、検出コンデンサ、および静電気的に帯電可能な物体の接触位置と導電性接点のそれぞれ１つとの間のオーム抵抗を有するＲＣ要素を測定する処理ステップと、対応するＲＣ要素を測定することによって静電気的に帯電可能な物体の接触位置と導電性接点のそれぞれ１つとの間のオーム抵抗を決定する処理ステップと、静電気的に帯電可能な物体の接触位置と導電性接点との間のオーム抵抗によって静電気的に帯電可能な物体の接触位置を決定する処理ステップとを含む。

検出コンデンサの静電容量が決定される処理ステップが与えられてもよい。
好ましくは、基準コンデンサの両端間の電圧が、ＲＣ要素の測定中に測定される。このように、ＲＣ要素を測定するプロセスは、単純な電圧計測によって可能にされる。

好ましくは、ＲＣ要素を測定するプロセスが、検出コンデンサおよび基準コンデンサを十分に放電する処理ステップと、検出コンデンサをフル充電する処理ステップと、検出コンデンサと基準コンデンサの間の電荷を均等化する処理ステップと、基準コンデンサの両端間の電圧を測定するステップと、充電継続期間の間に検出コンデンサを一部充電することを伴う処理ステップを繰り返す処理ステップとを含む。

好ましくは、静電気的に帯電可能な物体の接触位置と導電性接点のそれぞれ１つとの間のオーム抵抗が、式

に従って計算され、
ただし、Ｖ_ｒｅｆが、検出コンデンサの充電電圧であり、ｔが、検出コンデンサを一部充電するための充電継続期間であり、Ｕ_Ｓ１が、検出コンデンサのフル充電のための基準コンデンサの両端間の電圧であり、Ｕ_Ｓ２が、検出コンデンサを一部充電するための基準コンデンサの両端間の電圧であり、Ｃ_Ｓが、検出コンデンサの容量である。

好ましくは、静電気的に帯電可能な物体の接触位置の座標は、式

に従って計算され、ただし、Ｘｋｏｎｔａｋｔ_ｎおよびＹｋｏｎｔａｋｔ_ｎは、ｎ番目の導電性接点の座標であり、Ｒ_ｎは、静電気的に帯電可能な物体の接触位置とｎ番目の導電性接点との間のオーム抵抗である。

本発明のさらなる特徴および利点は、以下の説明および参照がなされる図面から明らかになろう。

本発明の第１の実施形態による入力装置の斜視図である。図１による入力装置を等価回路図の形態で示す図である。本発明による入力装置の測定回路図である。本発明の第２の実施形態による入力装置の斜視図である。接触板が透過的である図４に従った入力装置を示す。

図１は、透過的に示された接触板１２を含む入力装置１０を示す。接触板１２は、接触面１４を有する。電気抵抗層１６が、接触面１４から離れるように向いている接触板１２の表面、すなわち「裏側」に設けられる。抵抗層１６は、３つの導電性接点１８を介して測定回路２０に接続される。

電気抵抗層１６は、長方形形状で、表面領域を完全に覆うように形成される。
例示の実施形態における静電気的に帯電可能な物体、指２２は、接触位置において接触板１２の接触面１４上にある。

図２は、図１による入力装置１０を等価回路図の形態で示す。検出コンデンサ２４は、接触面１４の接触位置に配置された静電気的に帯電可能な物体２２によって形成される。電気抵抗層１６は、静電気的に帯電可能な物体２２の接触位置と導電性接点１８のそれぞれ１つとの間にオーム抵抗Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３形成する。

図３は、オーム抵抗Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３の単一抵抗器についての測定回路２０を示す。対応する単一抵抗器は、以下においてＲ_ｎと呼ばれる。オーム抵抗Ｒ_ｎは、検出コンデンサ２４に直列に接続され、ＲＣ要素を形成する。検出コンデンサ２４は、静電気的に帯電可能な物体２２を介してグランドに接続される。

電源２６は、第１のスイッチ２８を介してＲＣ要素に接続され、電圧Ｖ_ｒｅｆを提供する。ＲＣ要素は、第２のスイッチ３０を介して基準コンデンサ３２にさらに接続される。基準コンデンサ３２は、グランドに接続されるその第２の端子を有する。

第３のスイッチ３４は、基準コンデンサ３２に接続され、基準コンデンサの放電を可能にする。
入力装置１０の接触板１２上の静電気的に帯電可能な物体２２の位置を決定する方法が、以下に記載される。

第１のステップでは、検出コンデンサ２４、および静電気的に帯電可能な物体２２の接触位置と導電性接点１８のそれぞれ１つとの間のオーム抵抗Ｒ_ｎを含むＲＣ要素が、検出コンデンサのフル充電を用いて測定される。

このために、まず検出コンデンサ２４および基準コンデンサ３２が、第１のスイッチ２８が開かれ、第２のスイッチ３０および第３のスイッチ３４が閉じられることによって十分に放電される。

続いて、検出コンデンサ２４が、第１のスイッチ２８が閉じられ、第２のスイッチ３０が開かれた状態でフル充電される。検出コンデンサ２４のフル充電を可能にするために、十分に長い充電期間が選択される。

次のステップでは、検出コンデンサ２４と基準コンデンサ３２の間の均等化充電が、第１のスイッチ２８および第３のスイッチ３４が開かれ、第２のスイッチ３０が閉じられた状態で行われる。均等化充電後に、基準コンデンサ３２の両端間の電圧が測定される。

ＲＣ要素を測定する次のプロセスでは、検出コンデンサ２４は、一部充電で測定される。この測定プロセスは、フル充電での検出コンデンサ２４の測定に類似して行われる一方、充電期間ｔは、検出コンデンサ２４が一部だけ充電されるように選択される。

静電気的に帯電可能な物体２２の接触位置と導電性接点１８のそれぞれ１つとの間のオーム抵抗Ｒ_ｎは、検出コンデンサのフルおよび一部充電でのＲＣ要素の測定値から決定することができる。これは、式

に従って行われる。

ここで、ｔは、検出コンデンサを一部充電するための充電継続期間に対応し、Ｕ_Ｓ１は、検出コンデンサ２４のフル充電のための基準コンデンサ３２の両端間の電圧に対応し、Ｕ_Ｓ２は、検出コンデンサ２４を一部充電するための基準コンデンサ３２の両端間の電圧に対応する。Ｃ_Ｓは、基準コンデンサ３２の容量であり、Ｖ_ｒｅｆは、検出コンデンサが充電される電源の電圧である。

静電気的に帯電可能な物体２２の接触位置と導電性接点１８との間のオーム抵抗Ｒ_ｎによって、接触板１２上の静電気的に帯電可能な物体の接触位置は、式

に従って計算することができ、
ただし、Ｘｋｏｎｔａｋｔ_ｎおよびＹｋｏｎｔａｋｔ_ｎは、ｎ番目の導電性接点１８の座標である。

静電気的に帯電可能な物体２２の接触位置の座標（Ｘ，Ｙ）のための式では、（比例定数である）基準コンデンサ３２の静電容量Ｃ_Ｓは、規格化により除かれ、したがって座標（Ｘ，Ｙ）の決定に明示的に必要とされない。

この方法の変形形態では、ＲＣ要素のさらなる測定が、異なる充電継続期間が与えられて一部充電で実行されてもよい。このように、オーム抵抗Ｒ_ｎの決定時に小さい測定の不正確さを可能にする充電継続期間ｔが選択されてもよい。最適な充電継続期間は、検出コンデンサ２４の様々な静電容量Ｃ_ｆに伴って変化し、これは接触面１４が物体２２、特に指による触れられ方による。

図示の実施形態では、電気抵抗層１６を備える接触板１２が、実質的に正方形である。しかし、長方形または円形などの他の幾何形状を与えることも可能である。接点１８の配置は、少なくとも２つの導電性接点がいずれの場合にも設けられる対応する幾何学的な形状に適合されてもよい。

図５および図６は、本発明の第２の実施形態を示す。図４は、環状凹部を備える接触板１２を含む入力装置１０を示す。環状凹部の領域では、接触板１２の底側は、３つの導電性接点１８を備える導電性抵抗層１６を備える。接触板１２は、図５において透過的であるように示される。

円形ではなく多角形のような形状をした環状の幾何形状を与えることも可能である。
それに応じて、座標の計算は、電気抵抗層１６の幾何形状に適合される。
好ましくは、検出コンデンサ２４のより良い測定結果を得るために、接触板１２は、電気抵抗層１６の領域内でより小さい厚さを有するように形成される。

１０入力装置
１２接触板
１４接触面
１６抵抗層、電気抵抗層、導電性抵抗層
１８導電性接点、接点
２０測定回路
２２指、静電気的に帯電可能な物体
２４検出コンデンサ
２６電源
２８第１のスイッチ
３０第２のスイッチ
３２基準コンデンサ
３４第３のスイッチ

Claims

接触面（１４）を含むと共に、前記接触面（１４）から離れるように向いている表面上で、電気抵抗層（１６）で少なくとも一部被覆される接触板（１２）であって、前記電気抵抗層（１６）が、少なくとも２つの導電性接点（１８）を含む、接触板（１２）と、
前記電気抵抗層（１６）、および前記接触面（１４）上の接触位置に配置された静電気的に帯電可能な物体（２２）によって形成される検出コンデンサ（２４）を測定するための測定回路（２０）と
を備える入力装置（１０）であって、
処理装置が与えられ、前記処理装置を用いて、前記静電気的に帯電可能な物体（２２）の前記接触位置と前記導電性接点（１８）の間のオーム抵抗（Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、Ｒ_ｎ）を決定することによって前記接触面（１４）上の前記静電気的に帯電可能な物体（２２）の接触位置の座標（Ｘ，Ｙ）が決定できる、入力装置（１０）。
請求項１に記載の入力装置において、少なくとも３つの導電性接点（１８）が、前記電気抵抗層（１６）上に設けられることを特徴とする入力装置。
請求項１または２に記載の入力装置において、前記測定回路（２０）が、基準コンデンサ（３２）を含むことを特徴とする入力装置。
請求項３に記載の入力装置において、前記測定回路（２０）は、前記電気抵抗層（１６）および前記静電気的に帯電可能な物体（２２）によって形成される検出コンデンサ（２４）を充電するように、前記検出コンデンサ（２４）と前記基準コンデンサ（３２）の間の充電を均等化するように、ならびに前記検出コンデンサ（２４）および前記基準コンデンサ（３２）を放電するように設計された、いくつかのスイッチ（２８、３０、３４）を含むことを特徴とする入力装置。
請求項１から４のいずれかに記載の入力装置において、前記電気抵抗層（１６）が、表面領域を完全に覆うように、または環状であるように形成される、ことを特徴とする入力装置。
請求項１から５のいずれかに記載の入力装置（１０）の接触板（１２）上の静電気的に帯電可能な物体（２２）の位置を決定する方法であって、
− 前記検出コンデンサ（Ｃ_ｆ）がフル充電されるときに、前記検出コンデンサ（Ｃ_ｆ）、および前記静電気的に帯電可能な物体（２２）の前記接触位置と前記導電性接点（１８）のそれぞれ１つとの間の前記オーム抵抗（Ｒ_ｎ）を有するＲＣ要素を測定する処理ステップと、
− 前記検出コンデンサ（Ｃ_ｆ）が一部充電されるときに、前記検出コンデンサ（Ｃ_ｆ）、および前記静電気的に帯電可能な物体（２２）の前記接触位置と前記導電性接点（１８）のそれぞれ１つとの間の前記オーム抵抗（Ｒ_ｎ）を有する前記ＲＣ要素を測定する処理ステップと、
− 対応する前記ＲＣ要素を測定することによって前記静電気的に帯電可能な物体（２２）の前記接触位置と前記導電性接点（１８）のそれぞれ１つとの間の前記オーム抵抗（Ｒ_ｎ）を決定する処理ステップと、
− 前記静電気的に帯電可能な物体（２２）の前記接触位置と前記導電性接点（１８）との間の前記オーム抵抗（Ｒ_ｎ）によって前記静電気的に帯電可能な物体（２２）の前記接触位置を決定する処理ステップと
を含む方法。
請求項６に記載の方法において、検出コンデンサ（Ｃ_Ｓ）の静電容量が、処理ステップにおいて決定される方法。
請求項６または７に記載の方法において、前記ＲＣ要素の測定中に、基準コンデンサ（Ｃ_Ｓ）の両端間の電圧（Ｕ_ｓ）が測定される方法。
請求項８に記載の方法において、前記ＲＣ要素を測定する処理ステップが、
− 前記検出コンデンサ（Ｃ_ｆ）および前記基準コンデンサ（Ｃ_Ｓ）を十分に放電する処理ステップと、
− 前記検出コンデンサ（Ｃ_ｆ）をフル充電する処理ステップと、
− 前記検出コンデンサ（Ｃ_ｆ）と前記基準コンデンサ（Ｃ_Ｓ）の間の電荷を均等化する処理ステップと、
− 前記基準コンデンサ（Ｃ_Ｓ）の両端間の電圧（Ｕ_Ｓ）を測定するステップと、
− 充電継続期間（ｔ）の間に前記検出コンデンサ（Ｃ_ｆ）を一部充電することを伴う処理ステップを繰り返す処理ステップと
を含む方法。
請求項９に記載の方法において、前記静電気的に帯電可能な物体（２２）の前記接触位置と前記導電性接点（１８）のそれぞれ１つとの間の前記オーム抵抗（Ｒ_ｎ）が、式

に従って計算され、ただし、
Ｖ_ｒｅｆが、Ｃ_ｆが充電される電圧であり、
ｔが、前記検出コンデンサを一部充電するための前記充電継続期間であり、
Ｕ_Ｓ１が、前記検出コンデンサのフル充電のための前記基準コンデンサの両端間の電圧であり、
Ｕ_Ｓ２が、前記検出コンデンサを一部充電するための前記基準コンデンサの両端間の電圧であり、
Ｃ_Ｓが、前記検出コンデンサの容量である
ことを特徴とする方法。
請求項６から１０のいずれかに記載の方法において、前記静電気的に帯電可能な物体（２２）の前記接触位置の前記座標（Ｘ，Ｙ）が、式

に従って計算され、ただし、
Ｘｋｏｎｔａｋｔ_ｎおよびＹｋｏｎｔａｋｔ_ｎが、ｎ番目の導電性接点（１８）の座標であり、
Ｒ_ｎが、前記静電気的に帯電可能な物体（２２）の前記接触位置と前記ｎ番目の導電性接点（１８）との間のオーム抵抗である
ことを特徴とする方法。