JP5151808B2

JP5151808B2 - 情報入力装置

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Publication number: JP5151808B2
Application number: JP2008217964A
Authority: JP
Inventors: 基浩中西; 敬行浜口; 卓也岸本
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2028-08-27
Also published as: JP2010055260A

Description

本発明は、静電容量を利用した情報入力装置に関する。

静電容量方式を用いたタッチパネルでは、画面上に手またはペンを接触させることで、静電容量（コンデンサ）を形成し、そのコンデンサを介して流れる微弱電流の変化分を検出することで接触位置を検出する。そして、この静電容量方式を用いたタッチパネルでは、指先による手入力またはペンを用いた手書き入力（ペン入力）を基本的に採用しているが、ペンを用いて文字等を手書き入力する場合には、手がタッチパネルに接触し易い。このため、ペンによる接触と手による接触とが判別できなければ、ペンで文字等を正確に入力することができない。したがって、ペンによる接触と手による接触とを判別するためには、手入力およびペン入力の入力時に、どちらの入力を用いるのかを判別するための信号を、外部から入力する必要がある。このような、ペン入力と手入力とを区別するための技術としては、例えば、以下の第１および第２の従来技術などが挙げられる。

第１の従来技術では、ペン内部に設けられた発振器から特定の電気信号を発生させ、その電気信号の検知の有無によって、ペン入力と手入力とが区別される（例えば、特許文献１など）。また、第２の従来技術では、ペンに内蔵された信号発生器が、操作者によって信号の周波数の切り替えが可能なものとなっており、この周波数の切り替えによって、ペン入力か否かが判別される（例えば、特許文献２など）。つまり、第１および第２の従来技術においては、ともに信号の周波数を変更することによって、ペン入力か否かが判別される。

特開平７−１２９３２１号公報特開平７−１０４９０８号公報

しかしながら、これらの技術においては、発振器や信号発生器、およびそれらを駆動するための電源をペンの内部に備える必要がある。このため、ペンの構成が複雑になるとともに、ペンの重量増加による負荷によってペンの操作性が妨げられる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、快適な操作性を確保しつつ、ペンの接触位置を適切に検出することによって、ペンを用いた正確な入力が可能な静電容量を利用した情報入力装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、文字または線図を入力するスタイラスペンと、絶縁膜と導電膜とを有するパネル部と、前記導電膜の複数の基準位置に対して、所定周波数よりも周波数が低い第１および第２周波数信号と、前記所定周波数よりも周波数が高い第３周波数信号とを時間順次に付与する信号付与部と、前記絶縁膜への前記スタイラスペンおよび操作者の手の接触に応じて発生する静電容量結合に起因して各前記基準位置に流れる電流を検出する電流検出部と、前記複数の基準位置に対して前記第１および第２周波数信号がそれぞれ付与されている際に前記電流検出部によってそれぞれ検出される第１および第２電流から、前記複数の基準位置に対して前記第３周波数信号が付与されている際に前記電流検出部によって検出される操作者の手の接触に応じて発生する第３電流を仮想的に算出し、前記複数の基準位置に対して前記第３周波数信号が付与されている際に前記電流検出部によって検出される前記スタイラスペンおよび操作者の手の同時接触に応じて発生する第４電流と前記第３電流との差分に基づいて、前記パネル部に対する前記スタイラスペンの接触位置を検出する位置検出部と、を備え、前記導電膜が、前記パネル部の全画素の全面を覆うように一枚の電極として配置されていることを特徴とする情報入力装置である。

また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の情報入力装置であって、前記スタイラスペンが、前記絶縁膜に対して接触させるための先端部分と、接地させるための接地用端子と、前記先端部分と前記接地用端子との間に、抵抗値の異なる第１および第２抵抗と、前記先端部分と前記第１抵抗と前記接地用端子とが電気的に直列に接続される第１接続状態と、前記先端部分と前記第２抵抗と前記接地用端子とが電気的に直列に接続される第２接続状態とに選択的に設定する状態設定部と、を有し、前記状態設定部による状態の設定に応じて切り替わる前記差分に基づいて、前記スタイラスペンによって入力される文字および／または線図の色を変更する色変更部、を更に備えることを特徴とする。

また請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の情報入力装置であって、前記スタイラスペンが、前記絶縁膜に対して接触させるための先端部分と、接地させるための接地用端子と、前記先端部分と前記接地用端子との間に、抵抗値の異なる第１および第２抵抗と、前記先端部分と前記第１抵抗と前記接地用端子とが電気的に直列に接続される第１接続状態と、前記先端部分と前記第２抵抗と前記接地用端子とが電気的に直列に接続される第２接続状態とに選択的に設定する状態設定部と、を有し、前記状態設定部による状態の設定に応じて切り替わる前記差分に基づいて、前記スタイラスペンによって文字および／または線図を入力する状態と、前記スタイラスペンによって文字および／または線図を消去する状態とに切り替える状態切替部、を更に備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、手とスタイラスペンとが同時にパネルに接触してしまうペン入力において、高低２種類の周波数の信号をパネル部の導電膜に順次に与えることにより、検出される電流の相違に基づき、スタイラスペンの接触位置が適切に検出される。このため、スタイラスペンを用いた正確な入力が可能となる。また、このような構成では、スタイラスペンの構成の複雑化、およびスタイラスペンの重量増加による負荷の増大も招かず、操作性が妨げられない快適な文字入力が可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、一本のスタイラスペンで複数の色の文字または線図を入力することができる。

請求項３に記載の発明によれば、一本のスタイラスペンで文字や線図の入力および消去を行うことができる。

以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。

[第１実施の形態]
＜情報入力装置＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る情報入力装置５０の機能構成を例示するブロック図である。

図１で示すように、情報入力装置５０は、本体部１とスタイラスペン２０とを備え、本体部１は、パネル部２、発振器３、検出回路４、制御部５、操作部６、および記憶部７を備えている。

情報入力装置５０は、スタイラスペン２０をユーザが手に持つなどの形態により、静電容量方式を採用したパネル部２に対して、スタイラスペン２０の先端部を接触させることで、パネル部２の接触位置に文字や線図を入力させるものである。

パネル部２は、２次元画像を表示する部分であり、輪郭が矩形状の画面を構成する。図２は、パネル部２とスタイラスペン２０の構造の断面を模式的に示す図である。図２に示すように、パネル部２は、図示しない液晶表示部の上に基材３３、透明導電膜３２、絶縁層３１が積層されて構成されている。具体的には、透明フィルム、ガラスなどによって構成された基材３３の上に導電性材料で構成される透明導電膜（電極）３２が、さらに透明導電膜３２の上に絶縁体材料で構成される絶縁層３１が積層されている。

透明導電膜３２は、酸化インジウムスズ(ITO)などの導電性を有し、かつ透明である素材で構成され、パネル部２の全画素に対して全面を覆うように一枚の電極として配置されている。そして、この透明導電膜３２は、手やスタイラスペン２０の接触位置、すなわち情報の入力位置を検出するために用いられる。

図３は、透明導電膜３２を上部から見た平面図である。図３に示すように、透明導電膜３２は、矩形状の外延を形成する各端部（＋ｘ，−ｘ，＋ｙ，−ｙ）の４方向から電位が付加される。具体的には、４つの端部は、隣合う端部と略直交し、スタイラスペン２０および手の接触する位置を検出するための２次元（ＸＹ方向）の基準位置となる。また、絶縁層３１は、例えば、反射防止機能を有するＡＲコート(Anti-Reflection Coat)によって構成される。

スタイラスペン２０は、図２に示すように、操作者の手によって保持された状態で、パネル部２に対して、その先端部を接触させることで、パネル部２に文字や線図を入力するものである。スタイラスペン２０は、ペン本体部２１、ペン先端部２２、金属からなる導電部２３、接地用端子である接続端子２４、および接続ケーブル２５を備える。ペン先端部２２と導電部２３とは、所定の導電部材によって電気的に接続されている。ペン先端部２２は、文字や線図を入力する際に絶縁層３１に接触させるためのものであり、例えば、アルミなどの導電性物質から構成され、ペン先端部２２の径としては、例えば、直径３ｍｍ程度のものを使用する。また、導電部２３には接続端子２４が設けられ、さらに接続端子２４には接続ケーブル２５が設けられ、スタイラスペン２０は、接地を目的としてパネル部２の本体に接続ケーブル２５によって接続される。

図１に戻って、説明を続ける。発振器３は、パネル部２の透明導電膜３２に対して、低周波の信号と、高周波の信号とを時間順次に付与する。ここでは、低周波の範囲は、例えば５０〜１２０ＫＨｚ、高周波の範囲は、例えば１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚである。

検出回路４は、絶縁層３１へのスタイラスペン２０および操作者の手の接触に応じて発生する静電容量結合に起因して、透明導電膜３２の各基準位置に流れる電流を検出する。

制御部５は、情報入力装置５０の動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵで構成され、後述する記憶部７内に格納されたプログラムを実行することで、各種制御や機能を実現する。例えば、制御部５は位置検出部１１を有し、この位置検出部１１は、検出回路４による検出結果に応じた信号に基づいて、パネル部２に対するスタイラスペン２０の接触位置を検出する。

操作部６は、キーボードやマウス等を備えて構成され、ユーザが操作部６を適宜操作すると、その操作に応じた各種指令信号を制御部５に送信する。

記憶部７は、例えば、半導体メモリやハードディスクなどの記憶装置によって構成され、制御部５で実行されるプログラム、およびそのプログラムを実行する際に必要な情報などを記憶する。

＜情報入力の原理＞
図４は、パネル部２における情報の入力態様を例示する図である。

図４で示すように、情報入力装置５０では、パネル部２に対して絶縁層３１側から指Ｆｒや専用のスタイラスペン２０などによって触れることで、表示画像に対して直接的に文字や図形などを書込むことができる。ここでは、指Ｆｒで書き込みを行う例について説明する。

図５および図６は、指Ｆｒで触れた位置、すなわち情報の入力座標の検出方法を説明するための図である。ここでは、いわゆる静電容量方式が採用されている。

図５では、情報の入力座標の１次元的な検出方法が示されている。

透明導電膜３２の一端には、所定の抵抗Ｒｒ１を介して交流電源Ｅ１が電気的に接続され、透明導電膜３２の他端には、所定の抵抗Ｒｒ２を介して交流電源Ｅ２が電気的に接続されている。そして、各交流電源Ｅ１，Ｅ２は、透明導電膜３２とは逆側が接地されている。

そして、透明導電膜３２は、両端から同位相で且つ同一の周波数の交流電圧（電位ｅ）が入力される。このとき、指Ｆｒなどの触れるものが無ければ、両端から印加される電位が常に同一となるため、透明導電膜３２には電流が発生しない。しかし、画面の表面の両端を点Ａ，Ｂとした場合、指Ｆｒがある位置（点Ｃ）に触れた場合、点Ｃにおいていわゆる容量結合が生じる。

ここで、透明導電膜３２の両端間の電気抵抗をＲ、透明導電膜３２における点Ａ側の端部から点Ｃの直下までの抵抗をＲ１、透明導電膜３２における点Ｂ側の端部から点Ｃの直下までの抵抗をＲ２とすると、下式(１)が成立する。

Ｒ＝Ｒ１＋Ｒ２・・・(１)

そして、点Ｃにおける容量結合により、指Ｆｒには透明導電膜３２に印加される交流電圧（電位ｅ）に応じた電流が発生する。そして、この電流と同じ電流が、透明導電膜３２側でも発生する。ここでは、両端の電位がｅで同じであるため、透明導電膜３２の両端から点Ｃの直下までの電圧の変化量が同じ値になる。このとき、指Ｆｒに係る容量結合によって生じる電圧変化をｅ１、抵抗Ｒｒ１で流れる電流をｉ１、抵抗Ｒｒ２で流れる電流をｉ２とすると、下式(２)，(３)が成立する。

ｅ１＝ｉ１×Ｒ１＝ｉ２×Ｒ２・・・(２)

Ｒ１／Ｒ２＝ｉ２／ｉ１・・・(３)

したがって、透明導電膜３２の単位長さ当たりの抵抗が一定であるとすると、抵抗Ｒｒ１，Ｒｒ２を流れる電流ｉ１，ｉ２を測定することで、指Ｆｒで触れた位置の座標を検出することができる。

図６では、パネル部２の画面に対する情報の入力座標の検出方法が示されている。図６で示すように、透明導電膜３２の４つの端部にそれぞれ、所定の抵抗を介して交流電源Ｅ１〜Ｅ４がそれぞれ電気的に接続され、交流電源Ｅ１〜Ｅ４は、それぞれ透明導電膜３２とは逆側が接地されている。このとき、パネル部２の表面を指Ｆｒで触れた際に、透明導電膜３２の４辺にそれぞれ接続された抵抗を流れる電流を測定することで、パネル部２の表面のうち、指Ｆｒで触れられた位置の座標が検出される。よって、発振器３および検出回路４により、上述した透明導電膜３２に対する交流電圧の印加および電流の測定が行われ、情報の入力位置が検出される。

＜スタイラスペンの接触位置の検出＞
（１）スタイラスペンの接触と手の接触とを区別する原理
スタイラスペン２０を用いて文字等を手書き入力する場合において、スタイラスペン２０による接触と手による接触とが判別できない場合は、スタイラスペン２０で文字等を正確に入力することができない。最初に、手による接触とスタイラスペン２０による接触とを判別するための原理を説明する。

図７は、手による接触とスタイラスペン２０による接触とを判別する原理を説明するためのパネル部および人体の等価回路の一例を示す図である。図７のパネル部２の等価回路では、電圧は一定とし、発振器３から、パネル部２の透明導電膜３２に対して、１００ＫＨｚの低周波の信号と、２ＭＨｚの高周波の信号とが順次に付与されるものとして説明する。

パネル部２の等価回路は、例えば２つの２００Ωの抵抗Ｒ３が並列に構成される。また、人体の等価回路は、１０００００Ωの抵抗Ｒ４および１００ｐＦのコンデンサによって構成され、手がパネル部２に接触したときのコンデンサの容量と抵抗を含めたインピーダンスをＺとする。人体がパネル部接触する際の静電容量結合における容量Ｃｔは、絶縁層３１に対する接触面積に依存し、例えば、手の一部がパネル部２に接触したときには４００ｐＦの静電容量結合が生じ、スタイラスペン２０がパネル部２に接触したときには２ｐＦの静電容量結合が生じる。

（ａ）透明導電膜３２に付与される信号の周波数が１００ＫＨｚ、電圧が１Ｖのとき：
スタイラスペン２０がパネル部２に接触したときに流れる電流ｉ５は、下式（４）のようになる。ここで、Ｖは発振器３から付与される信号の電圧値、Ｒは回路の抵抗値、ｆは付与される信号の周波数、Ｃは、回路のコンデンサの容量である。

ｉ５＝Ｖ×１／√｛（Ｒ＋Ｚ）²＋１／（２π・ｆ・Ｃ）²｝＝１／√｛１００２０３²＋１／（２×３．１４×１０００００×２×１０-¹²）²｝＝１．３μＡ・・・（４）

また、スタイラスペン２０およびスタイラスペン２０を持つ手がパネル部２に接触したときに流れる電流ｉ６は、下式（５）のようになる。

ｉ６＝Ｖ×１／√｛（Ｒ＋Ｚ）²＋１／（２π・ｆ・Ｃ）²｝＝１／√｛１００２０３²＋１／（２×３．１４×１０００００×４００×１０-¹²）2｝＝９．８μＡ・・・（５）

（ｂ）透明導電膜３２に付与される信号の周波数が２ＭＨｚ、電圧が１Ｖのとき：
スタイラスペン２０が接触したときに流れる電流ｉ７は、下式（６）のようになる。

ｉ７＝Ｖ×１／√｛（Ｒ＋Ｚ）²＋１／（２π・ｆ・Ｃ）²｝＝１／√｛１００２０３²＋１／（２×３．１４×１０００００×２×１０^-12）²｝＝９．３μＡ・・・（６）

また、スタイラスペン２０およびスタイラスペン２０を持つ手がパネル部２に接触したときに流れる電流ｉ８は、下式（７）のようになる。

ｉ８＝Ｖ×１／√｛（Ｒ＋Ｚ）²＋１／（２π・ｆ・Ｃ）²｝＝１／√｛１００２０３²＋１／（２×３．１４×１０００００×４００×１０^-12）²｝＝１０．０μＡ・・・（７）

そして、図７で示す等価回路はＣＲのハイパスフィルタを形成しており、スタイラスペン２０がパネル部２に接触した場合は、低周波領域の電流がカットされる。この低周波領域の電流がカットされる閾値を示す信号の周波数（低域カットオフ周波数）ｆ１は、下式（８）で示される。

ｆ１＝１／（２π・ｆ・Ｃ×（Ｒ＋Ｚ））＝１／（２×３．１４×２×１０^-12×１００２０３）＝７９５ＫＨｚ・・・（８）

また、手がパネル部２に接触する場合は、低域カットオフ周波数ｆ２は、下式（９）で示される。

ｆ２＝１／（２π・ｆ・Ｃ×（Ｒ＋Ｚ））＝１／（２×３．１４×４００×１０^-12×１００２０３）＝４ＫＨｚ・・・（９）

この低域カットオフ周波数ｆ１，ｆ２の存在により、１００ＫＨｚの低周波数信号を透明導電膜３２に付与した場合には、スタイラスペン２０の接触が検知されず、２ＭＨｚの高周波数信号を透明導電膜３２に付与した場合には、スタイラスペン２０およびスタイラスペン２０を持つ手の双方の接触が検知される。そこで、パネル部２の透明導電膜３２の複数の基準位置に対して低周波数信号が付与されている際に検出回路４によって検出される電流から、複数の基準位置に対して発振器３から高周波数信号が付与されている際に検出回路４によって検出される操作者の手の接触に応じて発生される電流を仮想的に算出し、複数の基準位置に対して発振器３から高周波数信号が付与されている際に検出回路４によって検出されるスタイラスペン２０および操作者の手の同時接触に応じて発生する電流と、仮想的に算出した高周波数信号が付与されている際に操作者の手の接触に応じて発生される電流との差分に基づいて、パネル部２に対するスタイラスペン２０の接触位置を検出する。

（２）スタイラスペンの接触位置の具体的な検出処理
次に、制御部５の位置検出部１１が、パネル部２に対するスタイラスペン２０の接触位置を検出する具体的処理について説明する。

図８は、本実施形態のパネル部２および人体の等価回路を示す図である。ここでは、電圧は一定とし、発振器３から、パネル部２の透明導電膜３２に対して、１００ＫＨｚ，１２０ＫＨｚの低周波の信号と、２ＭＨｚの高周波の信号とが付与されるものとする。パネル部２の等価回路では、２つのＲΩの抵抗Ｒ５が並列に構成され、手がパネル部２に接触したときにはＣｔｅ[ｐＦ]の静電容量結合が生じ、スタイラスペン２０がパネル部２に接触したときにはＣｐｅｎ[ｐＦ]の静電容量結合が生じる。人体の等価回路は、抵抗およびコンデンサによって構成されており、図７と同様、手がパネル部２に接触したときのコンデンサの容量と抵抗を含めたインピーダンスをＺとする。例えば、スタイラスペン２０の接触に対しては、Ｃｐｅｎ＝２[ｐＦ]となり、スタイラスペン２０を用いた入力時の手の接触に対しては、Ｃｔｅ＝４００[ｐＦ]となる。

図８の等価回路においては、スタイラスペン２０を持つ手が接触したときに流れる検知電流ｉｔｅは、下式（１０）で示される。

ｉｔｅ＝Ｖ×１／√｛（Ｒ＋Ｚ）²＋１／（２π・ｆ・Ｃｔｅ）²｝・・・（１０）

また、スタイラスペン２０が接触したときに流れる検知電流ｉｐｅｎは、下式（１１）で示される。

ｉｐｅｎ＝Ｖ×１／√｛Ｒ²＋１／（２π・ｆ・Ｃｐｅｎ）²｝・・・（１１）
で表される。

最初に発振器３により透明導電膜３２に１００ＫＨｚの低周波信号を付与し、検出回路４により、スタイラスペン２０を持つ手がパネル部２に接触した場合に透明導電膜３２に流れる電流を検出回路４に検出させる。ここで、電位が付加される透明導電膜３２の矩形状の外延を形成する向かい合う２辺、すなわち２組の端部の間の抵抗について、ｘ方向の抵抗をＲｘとし、ｙ方向の抵抗をＲｙとする。１００ＫＨｚの低周波信号を与えた時に手の接触に対する検出電流は、下式（１２），（１３）で与えられる。ここで、ｉｘｌ００ｔｅは、１００ＫＨｚの低周波信号を与えた時の手の接触に対するｘ軸方向の電流値、すなわち−ｘ側端部の電流計で検出される電流（手に係る−ｘ側電流値）と＋ｘ側端部の電流計で検出される電流（手に係る＋ｘ側電流値）との和を示す。ｉｙｌ００ｔｅは、１００ＫＨｚの低周波信号を与えた時の手の接触に対するｙ軸方向の電流値、すなわち＋ｙ側端部の電流値および−ｙ側端部の電流値との和を示す。

ｉｘｌ００ｔｅ＝Ｖ×１／√｛（Ｒｘ＋Ｚ）²＋１／（２π×１０００００×Ｃｔｅ）²｝・・・（１２）

ｉｙｌ００ｔｅ＝Ｖ×１／√｛｛（Ｒｙ＋Ｚ）²＋１／（２π×１０００００×Ｃｔｅ）²｝・・・（１３）

次に、発振器３により透明導電膜３２に１２０ＫＨｚの低周波信号を付与し、検出回路４により、スタイラスペン２０を持つ手がパネル部２に接触した場合に透明導電膜３２に流れる電流を検出回路４に検出させる。１２０ＫＨｚの低周波信号を与えた時に手の接触に対する検出電流は、下式（１４），（１５）式で与えられる。ここで、ｉｘｌ２０ｔｅは、１２０ＫＨｚの低周波信号を与えた時の手に係る−ｘ側電流と手に係る＋ｘ側電流値との和を示す。ｉｙｌ２０ｔｅは、１２０ＫＨｚの低周波信号を与えた時の手に係る＋ｙ側電流値と手に係る−ｙ側電流値との和を示す。

ｉｘｌ２０ｔｅ＝Ｖ×１／√｛（Ｒｘ＋Ｚ）²＋１／（２π×１２００００×Ｃｔｅ）²｝・・・（１４）

ｉｙｌ２０ｔｅ＝Ｖ×１／√｛（Ｒｙ＋Ｚ）²＋１／（２π×１２００００×Ｃｔｅ）²｝・・・（１５）

次に、制御部５の位置検出部１１は、１００ＫＨｚおよび１２０ＫＨｚの低周波信号を与えた時に検出された電流値より、２ＭＨｚの高周波信号を与えた時の手に係る検出電流を仮想的に算出して推定する。本発明における低周波信号の範囲は、上述したように、スタイラスペン２０による電流成分がハイパスフィルタによってカットオフされる範囲である。低周波信号を付与した時はスタイラスペン２０による電流成分がカットオフされるため、この場合の検出電流は手の接触のみに起因すると考えられる。そこで、１００ＫＨｚ，１２０ＫＨｚの低周波信号における検出電流を測定することで、（１２），（１４）式よりＲｘ＋Ｚ，Ｃｔｅが求まり、（１３），（１５）式よりＲｙ＋Ｚ，Ｃｔｅが求まる。

さらに、２ＭＨｚの高周波信号を与えた時の手に係る検出電流の電流は、下式（１６），（１７）で与えられる。ここで、ｉｘ２Ｍｔｅは、２ＭＨｚの高周波信号を与えた時の手に係る−ｘ側電流と手に係る＋ｘ側電流値との和を示す。ｉｙ２Ｍｔｅは、２ＭＨｚの高周波信号を与えた時の手に係る＋ｙ側電流値と手に係る−ｙ側電流値との和を示す。

ｉｘ２Ｍｔｅ＝Ｖ×１／√｛（Ｒｘ＋Ｚ）²＋１／（２π×２００００００×Ｃｔｅ）²｝・・・（１６）

ｉｙ２Ｍｔｅ＝Ｖ×１／√｛（Ｒｙ＋Ｚ）²＋１／（２π×２００００００×Ｃｔｅ）²｝・・・（１７）
で表され、上述したように、Ｒｘ＋Ｚ、Ｒｙ＋Ｚ、Ｃｔｅが求まれば（１６），（１７）式よりｉｘ２Ｍｔｅ，ｉｙ２Ｍｔｅが求まる。すなわち、ｉｘ２Ｍｔｅ，ｉｙ２Ｍｔｅは、それぞれｉｘｌ００ｔｅ，ｉｙｌ００ｔｅ，ｉｘｌ２０ｔｅ，ｉｙｌ２０ｔｅの関数である。

次に、検出回路４により、実際に透明導電膜３２に２ＭＨｚの高周波信号を付与した時のスタイラスペン２０およびスタイラスペン２０を持つ手に係る電流が検出される。そして、２ＭＨｚの高周波信号を付与したときに検出された実際の電流から、仮想的に求めた２ＭＨｚの高周波信号を与えた時の手に係る検出電流を差し引き、２ＭＨｚの高周波信号を与えた時のスタイラスペン２０に係る検出電流（スタイラスペン検出電流）を算出する。具体的には、実際に透明導電膜３２に２ＭＨｚを与えた時のスタイラスペン２０およびスタイラスペン２０を持つ手に係る検出電流は、下式（１８），（１９）で与えられる。ここで、ｉｘ２Ｍは、２ＭＨｚの高周波信号を与えた時のスタイラスペン２０および手に係る−ｘ側電流と＋ｘ側電流値との和を示す。ｉｙ２Ｍは、２ＭＨｚの低周波信号を与えた時のスタイラスペン２０および手に係る＋ｙ側電流値と−ｙ側電流値との和を示す。

ｉｘ２Ｍ＝ｉｘ２Ｍｔｅ＋ｉｘ２Ｍｐｅｎ・・・（１８）

ｉｙ２Ｍ＝ｉｙ２Ｍｔｅ＋ｉｙ２Ｍｐｅｎ・・・（１９）

したがって、電流の測定値から手に係る電流成分を引いたものがスタイラスペン２０に係る電流成分として求められ、手に係る検出電流とスタイラスペン２０に係る検出電流とが分離される。そして、算出された２ＭＨｚの高周波信号を与えた時のスタイラスペン２０に係る検出電流から、スタイラスペン２０の接触位置の座標が検出される。

図９は、情報入力装置５０の動作処理フローを示すフローチャートである。本動作処理は、制御部５によって制御され、制御部５が操作部６から入力指示をうけたとき、ステップＡ１に移る。

ステップＡ１では、発振器３により透明導電膜３２に１００ＫＨｚの低周波信号が付与される。

ステップＡ２では、検出回路４によりスタイラスペン２０を持つ手が接触した場合に透明導電膜３２に流れる電流を検出させる。

ステップＡ３では、発振器３により透明導電膜３２に１２０ＫＨｚの低周波信号が付与される。

ステップＡ４では、検出回路４により、スタイラスペン２０を持つ手が接触した場合に透明導電膜３２に流れる電流を検出させる。

ステップＡ５では、位置検出部１１により、１００ＫＨｚおよび１２０ＫＨｚの低周波信号を与えた時に検出された電流値より、２ＭＨｚの高周波信号を与えた時の手に係る検出電流を仮想的に算出して推定する。

ステップＡ６では、検出回路４により、実際に発振器３から透明導電膜３２に２ＭＨｚの高周波信号が付与されつつ、スタイラスペン２０とスタイラスペン２０を持つ手がパネル部２に接触した場合の電流が検出される。

ステップＡ７では、２ＭＨｚの高周波信号を透明導電膜３２に付与したときの実際の検出電流から、ステップＡ５で算出された２ＭＨｚの高周波信号を与えた時の手に係る検出電流を差し引き、２ＭＨｚの高周波信号を与えた時のスタイラスペン２０に係る検出電流を算出する。

ステップＡ８では、ステップＡ７で検出された検出電流から、スタイラスペン２０の接触位置の座標を検出して終了する。

＜具体例＞
以下、具体例を示す。図１０は、スタイラスペン２０および手が接触した状態のパネル部２を概略的に示した平面図である。また、図１０では、透明導電膜３２の矩形状の外延を形成するとともに直交する各端部（＋ｘ，−ｘ，＋ｙ，−ｙ）の位置を示している。図１０においては、パネル部２の中央部にスタイラスペン２０を置き、スタイラスペン２０を基準として＋ｘ方向かつ−ｙ方向に、手が接触した状態が示されている。−ｘ側端部と＋ｘ側端部との距離をａ、＋ｙ側端部と−ｙ側端部との距離をｂとすると、−ｘ側端部から手の接触位置までの距離と、手の接触位置から＋ｘ側端部までの距離との比が、（３ａ／４）：（ａ／４）となる位置に手が接触している。また、＋ｙ側端部から手の接触位置までの距離と手の接触位置から−ｙ側端部までの距離との比が（３ｂ／４）：（ｂ／４）となる位置に手が接触している。

ここでは、距離ａ，ｂ，１００ＫＨｚの低周波信号を透明導電膜３２に与えた時の−ｘ側端部の電流計で検出される電流（−ｘ側電流値）と＋ｘ側端部の電流計で検出される電流（＋ｘ側電流値）との比、および＋ｙ側端部の電流計で検出される電流（＋ｙ側電流値）と−ｙ側端部の電流計で検出される電流（−ｙ側電流値）との比を求めることによって、手の座標を検出することができる。図１０の場合、−ｘ側電流値および＋ｘ側電流値との比、および＋ｙ側電流値と−ｙ側電流値との比は、それぞれ１：３となる。また、−ｘ側電流値と＋ｘ側電流値との和がｉｘｌ００ｔｅ、＋ｙ側電流値と−ｙ側電流値との和がｉｙｌ００ｔｅとなる。

次に、１２０ＫＨｚの低周波信号を透明導電膜３２に与え、同様にｉｘｌ２０ｔｅ，ｉｙｌ２０ｔｅを算出する。ここで、ｉｘｌ００ｔｅ＝２９．４μＡ，ｉｙｌ００ｔｅ＝２８．７μＡ，ｉｘｌ００ｔｅ＝３０．５μＡ，ｉｙｌ２０ｔｅ＝２９．７μＡとすると、上式（１２），（１３），（１４），（１５）より、Ｒｘ十Ｚ＝３０ＫΩ、Ｒｙ＋Ｚ＝３１ＫΩ、Ｃｔｅ＝１００ｐＦとなる。これらの値を上式（１６），（１７）に代入するとｉｘ２Ｍｔｅ＝３３．３μＡ，ｉｙ２Ｍｔｅ＝３２．２μＡとなる。

ここで、２ＭＨｚの高周波数信号を透明導電膜３２に付与した場合の手に係る−ｘ側電流値をｉｘ２Ｍｔｅ左、手に係る＋ｘ側電流値をｉｘ２Ｍｔｅ右、手に係る＋ｙ側電流値をｉｙ２Ｍｔｅ上、手に係る−ｙ側電流値をｉｙ２Ｍｔｅ下とすると、−ｘ側電流値および＋ｘ側電流値との比、および＋ｙ側電流値と−ｙ側電流値との比は、それぞれ１：３となることから、ｉｘ２Ｍｔｅ左＝８．３μＡ，ｉｘ２Ｍｔｅ右＝２５．０μＡ，ｉｙ２Ｍｔｅ上＝８．０μＡ，ｉｙ２Ｍｔｅ下＝２４．０μＡとなる。

次に、これらの値を実際に２ＭＨｚの高周波信号を透明導電膜３２に付与したときに検出されるスタイラスペン２０および手に係る電流から引くことによって、２ＭＨｚの高周波信号を与えた時のスタイラスペン２０に係る検出電流が以下のように求められる。ここで、２ＭＨｚの高周波数信号を透明導電膜３２に付与した場合のスタイラスペン２０および手に係る−ｘ側電流値をｉｘ２Ｍ左、スタイラスペン２０および手に係る＋ｘ側電流値をｉｘ２Ｍ右、スタイラスペン２０および手に係る＋ｙ側電流値をｉｙ２Ｍ上、スタイラスペン２０および手に係る−ｙ側電流値をｉｙ２Ｍ下とする。そして、ここでは、ｉｘ２Ｍ左＝１８．３μＡ，ｉｘ２Ｍ右＝３５．０μＡ，ｉｙ２Ｍ上＝１７．９μＡ，ｉｙ２Ｍ下＝３３．９μＡが検出される。

さらに、２ＭＨｚの高周波数信号を透明導電膜３２に付与した場合のスタイラスペン２０に係る−ｘ側電流値をｉｘ２Ｍｐｅｎ左、スタイラスペン２０に係る＋ｘ側電流値をｉｘ２Ｍｐｅｎ右、スタイラスペン２０に係る＋ｙ側電流値をｉｙ２Ｍｐｅｎ上、スタイラスペン２０に係る−ｙ側電流値をｉｙ２Ｍｐｅｎ下とすると、ｉｘ２Ｍｐｅｎ左、ｉｘ２Ｍｐｅｎ右、ｉｙ２Ｍｐｅｎ上、ｉｙ２Ｍｐｅｎ下は、下式の様に求められる。

（ｉｘ２Ｍｐｅｎ左）＝（ｉｘ２Ｍ右）−（ｉｘ２Ｍｔｅ左）＝１０．０μＡ
（ｉｘ２Ｍｐｅｎ右）＝（ｉｘ２Ｍ左）−（ｉｘ２Ｍｔｅ右）＝１０．０μＡ
（ｉｙ２Ｍｐｅｎ上）＝（ｉｙ２Ｍ上）−（ｉｙ２Ｍｔｅ上）＝９．９μＡ
（ｉｙ２Ｍｐｅｎ下）＝（ｉｙ２Ｍ下）−（ｉｙ２Ｍｔｅ下）＝９．９μＡとなる。

したがって、（ｉｘ２Ｍｐｅｎ左）：（ｉｘ２Ｍｐｅｎ右）＝１：１，（ｉｙ２Ｍｐｅｎ上）：（ｉｙ２Ｍｐｅｎ下）＝１：１より、スタイラスペン２０の接触位置の座標は、パネル部２の中央であると検知される。

以上のように、第１実施形態に係る情報入力装置５０では、手とスタイラスペンとが同時にパネルに接触してしまうペン入力において、高低２種類の周波数の信号をパネル部２の透明導電膜３２に順次に与えることにより、検出される電流の相違に基づき、スタイラスペン２０の接触位置が適切に検出される。このため、スタイラスペン２０を用いた正確な入力が可能となる。また、このような構成では、スタイラスペン２０の構成が複雑化、およびスタイラスペン２０の重量増加による負荷の増大も招かず、操作性が妨げられない快適な文字入力が可能となる。

[第２実施形態]
第２実施形態では、スタイラスペンに抵抗値が異なる複数の抵抗を挿入し、スタイラスペンに流れる電流を切替えるボタンを備えることによって、２色のカラーペンを実現する。

図１１は、第２実施形態に係る情報入力装置５０Ａの機能構成を例示するブロック図である。また、図１２は、第２実施形態に係るスタイラスペン２０Ａの構造の断面を模式的に示す図である。第２実施形態の機能構成は、前述の第１実施形態と類似しているため、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。

図１１に示すように、スタイラスペン２０が構成の異なるスタイラスペン２０Ａに、制御部５が機能的な構成として色変更部１２が加えられた制御部５Ａに、パネル本体部１が制御部５Ａを備えたパネル本体部１Ａにそれぞれ変更されている。スタイラスペン２０Ａは、ペン本体部２１、ペン先端部２２、金属からなる導電部２３、接続端子２４、接続ケーブル２５、第１抵抗４６、第２抵抗４７、色切替ボタン４８により概略構成される。

第１抵抗４６および第２抵抗４７は、ペン先端部２２と接続端子２４との間に備えられ、それぞれ抵抗値が異なる。例えば、第１抵抗４６の抵抗値を２５ｋΩ〜３５ｋΩの範囲で設定した場合、第１抵抗４６を流れる電流値の範囲が２１．２μＡ〜１８．７μＡとなり、第２抵抗４７の抵抗値を５０ｋΩ〜６０ｋΩの範囲で設定した場合、第２抵抗４７を流れる電流値の範囲が１５．６μＡ〜１３．８μＡとなる。

色切替ボタン４８の表面には色の表示がなされ、選択されたボタンが押されることによって、第１および第２抵抗４６，４７とそれぞれ電気的に接続されるバネ状の部材が適宜変形して、第１および第２抵抗４６，４７の接続状態が変更されて文字や線図の色の変更が可能となる。具体的には、色切替ボタン４８によりペン先端部２２と第１抵抗４６と接続端子２４とが電気的に直列に接続される第１接続状態と、ペン先端部２２と第２抵抗４７と接続端子２４とが電気的に直列に接続される第２接続状態とに選択的に設定される。

色変更部１２は、色切替ボタン４８による状態の設定に応じて切り替わるスタイラスペン検出電流の大きさに基づいて、スタイラスペン２０Ａによって入力される文字や線図の色を変更する。

本実施形態によれば、一本のスタイラスペンで複数の色の文字や線図を入力することができる。

[第３実施形態]
第３実施の形態では、スタイラスペンに抵抗値が異なる複数の抵抗を挿入し、スタイラスペンに流れる電流を切替えるボタンを備えることによって、文字や線図の消去を行う。

図１３は、第３実施形態に係る情報入力装置５０Ｂの機能構成を例示するブロック図である。また、図１４は、第３実施形態に係るスタイラスペン２０Ｂの構造の断面を模式的に示す図である。第３実施形態の機能構成は、前述の第１実施形態と類似しているため、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。

図１３に示すように、スタイラスペン２０が構成の異なるスタイラスペン２０Ｂに、制御部５が機能的な構成として状態切替部１３が加えられた制御部５Ｂに、パネル本体部１が制御部５Ｂを備えたパネル本体部１Ｂにそれぞれ変更されている。スタイラスペン２０Ｂは、ペン本体部２１、ペン先端部２２、金属からなる導電部２３、接続端子２４、接続ケーブル２５、第１抵抗８６、第２抵抗８７、切替ボタン８８、消しゴムボタン８９により概略構成される。

第１抵抗８６および第２抵抗８７は、ペン先端部２２と接続端子２４の間に備えられ、それぞれ抵抗値が異なる。例えば、第１抵抗８６の抵抗値を２５ｋΩ〜３５ｋΩの範囲で設定した場合、第１抵抗８６を流れる電流値の範囲が２１．２μＡ〜１８．７μＡとなり、第２抵抗８７の抵抗値を５０ｋΩ〜６０ｋΩの範囲で設定した場合、第２抵抗８７を流れる電流値の範囲が１５．６μＡ〜１３．８μＡとなる。

ここでは、切替ボタン８８が押下され、消しゴムボタン８９が押下されていなければ、ペン先端部２２と第１抵抗８６と接続端子２４とが電気的に直列に接続される第１接続状態に設定され、切替ボタン８８が押下されず、消しゴムボタン８９が押下されれば、ペン先端部２２と第２抵抗８７と接続端子２４とが電気的に直列に接続される第２接続状態に設定される。つまり、切替ボタン８８および消しゴムボタン８９により、第１および第２接続状態に選択的に設定される。

状態切替部１３は、切替ボタン８８および消しゴムボタン８９による状態の設定に応じて切り替わるスタイラスペン検出電流の大きさに基づいて、文字や線図の入力もしくは消去を行う。

本実施形態によれば、一本のスタイラスペンで文字や線図の入力および消去を行うことができる。

＜変形例＞
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。

◎例えば、上記実施形態では、透明導電膜３２は、電位が付加される基準位置は、直交する２方向の両端部、すなわち、４つの端部であったが、該基準位置を一軸方向にそった両端部の２つとし、スタイラスペンおよび手の接触する位置を一次元方向で検出しても良い。また、該基準位置を透明導電膜３２の端部に設定せずに、透明導電膜３２の端部から内部に入った部分に設定してもよい。

◎また、第２実施形態では、２色の入力を可能とするスタイラスペンであったが、抵抗を３つ以上備える３色以上の文字や線図の入力が可能なスタイラスペンとしてもよい。

本発明の第１実施形態に係る情報入力装置５０の機能構成を例示するブロック図である。パネル部２とスタイラスペン２０の構造の断面を模式的に示す図である。透明導電膜３２を上部から見た平面図である。パネル部２における情報の入力態様を例示する図である。情報の入力座標の検出方法を説明するための図である。情報の入力座標の検出方法を説明するための図である。パネル部２および人体の等価回路の一例を示す図である。本実施形態のパネル部２および人体の等価回路を示す図である。情報入力装置５０の動作処理フローを示すフローチャートである。スタイラスペン２０および手が接触した状態のパネル部２を概略的に示した平面図である。第２実施形態に係る情報入力装置５０Ａの機能構成を例示するブロック図である。第２実施形態に係るスタイラスペン２０Ａの構造の断面を模式的に示す図である。第３実施形態に係る情報入力装置５０Ｂの機能構成を例示するブロック図である。第３実施形態に係るスタイラスペン２０Ｂの構造の断面を模式的に示す図である。

符号の説明

１本体部
２パネル部
３発振器
４検出回路
５，５Ａ，５Ｂ制御部
１１位置検出部
１２色変更部
１３状態切替部
２０，２０Ａ，２０Ｂスタイラスペン
３２透明導電膜
５０，５０Ａ，５０Ｂ情報入力装置

Claims

文字または線図を入力するスタイラスペンと、
絶縁膜と導電膜とを有するパネル部と、
前記導電膜の複数の基準位置に対して、所定周波数よりも周波数が低い第１および第２周波数信号と、前記所定周波数よりも周波数が高い第３周波数信号とを時間順次に付与する信号付与部と、
前記絶縁膜への前記スタイラスペンおよび操作者の手の接触に応じて発生する静電容量結合に起因して各前記基準位置に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記複数の基準位置に対して前記第１および第２周波数信号がそれぞれ付与されている際に前記電流検出部によってそれぞれ検出される第１および第２電流から、前記複数の基準位置に対して前記第３周波数信号が付与されている際に前記電流検出部によって検出される操作者の手の接触に応じて発生する第３電流を仮想的に算出し、前記複数の基準位置に対して前記第３周波数信号が付与されている際に前記電流検出部によって検出される前記スタイラスペンおよび操作者の手の同時接触に応じて発生する第４電流と前記第３電流との差分に基づいて、前記パネル部に対する前記スタイラスペンの接触位置を検出する位置検出部と、
を備え、
前記導電膜が、前記パネル部の全画素の全面を覆うように一枚の電極として配置されていることを特徴とする情報入力装置。
請求項１に記載の情報入力装置であって、
前記スタイラスペンが、
前記絶縁膜に対して接触させるための先端部分と、
接地させるための接地用端子と、
前記先端部分と前記接地用端子との間に、抵抗値の異なる第１および第２抵抗と、
前記先端部分と前記第１抵抗と前記接地用端子とが電気的に直列に接続される第１接続状態と、前記先端部分と前記第２抵抗と前記接地用端子とが電気的に直列に接続される第２接続状態とに選択的に設定する状態設定部と、
を有し、
前記状態設定部による状態の設定に応じて切り替わる前記差分に基づいて、前記スタイラスペンによって入力される文字および／または線図の色を変更する色変更部、
を更に備えることを特徴とする情報入力装置。
請求項１に記載の情報入力装置であって、
前記スタイラスペンが、
前記絶縁膜に対して接触させるための先端部分と、
接地させるための接地用端子と、
前記先端部分と前記接地用端子との間に、抵抗値の異なる第１および第２抵抗と、
前記先端部分と前記第１抵抗と前記接地用端子とが電気的に直列に接続される第１接続状態と、前記先端部分と前記第２抵抗と前記接地用端子とが電気的に直列に接続される第２接続状態とに選択的に設定する状態設定部と、
を有し、
前記状態設定部による状態の設定に応じて切り替わる前記差分に基づいて、前記スタイラスペンによって文字および／または線図を入力する状態と、前記スタイラスペンによって文字および／または線図を消去する状態とに切り替える状態切替部、
を更に備えることを特徴とする情報入力装置。