JPH10171582A - 位置指示装置 - Google Patents

位置指示装置

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JPH10171582A
JPH10171582A JP35188096A JP35188096A JPH10171582A JP H10171582 A JPH10171582 A JP H10171582A JP 35188096 A JP35188096 A JP 35188096A JP 35188096 A JP35188096 A JP 35188096A JP H10171582 A JPH10171582 A JP H10171582A
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JP
Japan
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conductive
pointing device
operation knob
electrode
magnet
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JP35188096A
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English (en)
Inventor
Yasuji Ogawa
保二 小川
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Wacom Co Ltd
Original Assignee
Wacom Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 位置指示器にケーブルの不要なタブレットを
実現し操作性を向上させる。また、ノート型パソコンに
組込むのにも最適なタブレットを提供する。 【解決手段】 コンピュータに接続して指定した位置を
入力するのに使用する位置指示装置であって、所定の間
隙を隔てて平行に位置する二つの導電パターン面と、該
二つの導電パターン面の間に位置して自由に移動できそ
の位置により該二つの導電パターン面間の静電結合状態
を変化させる導電移動物体と、前記二つの導電パターン
面の間の静電結合状態を検出することにより前記導電移
動物体の位置を検出してその位置データを該コンピュー
タに入力する制御部と、前記導電移動物体を磁気吸引力
により前記導電パターン面の外側から動かす手段を備え
た操作つまみとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】コンピュータに指定した位置
を入力するためのいわゆるデータタブレットとかデジタ
イザと呼ばれる装置に関し、コンピュータやゲーム機、
テレビ等の電子機器一般の操作器としても使用される位
置指示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、このような位置指示装置として、
静電結合方式のタブレットが知られている。例えば、昭
和50年特許出願公開第88940号、昭和50年特許
出願公開第104837号に開示されるものがある。
【0003】その従来技術について簡単に説明すると、
図6に示すように、2つの電極線群、すなわち、X電極
線群910、Y電極線群920を直交させたパターン面
の各電極に制御部970から所定のタイミングで順次走
査電位を与え、位置指示器960に設けられた電極に誘
導される電位の変化を検出電極線980を介して走査電
位のタイミングとともに制御部970内の記憶手段に順
次取り込む。X電極線群910またはY電極線群920
のうちの走査電位の与えられた電極線と位置指示器96
0に設けられた電極との間の距離が近いほど静電結合が
強く大きな誘起電圧が発生するのでX電極線群910を
構成する複数の電極線のうちのいずれに走査電位を与え
たときにピークが得られたか、Y電極線群920を構成
する複数の電極線のうちのいずれに走査電位を与えたと
きにピークが得られたかにより、座標読取面(X電極線
群910とY電極線群920とがなす平面)上のどの位
置を位置指示器960が指示しているかを2次元直交座
標(X,Y)の組として得ることができる。位置指示装
置はこのようにして位置指示器の指示位置を検出して外
部機器(多くの場合、パソコン等のコンピュータ機器)
に出力するものである。
【0004】
【解決しようとする課題】しかしながら、このような静
電結合方式のタブレットは位置指示器から制御部に検出
された電位を伝達するためのケーブルが必要となり、操
作するときにこのケーブルが手にからんだりして、操作
性が悪いという問題がある。また、最近ウィンドウズ9
5(ウィンドウズ95は米国マイクロソフト社の商標)
に代表されるユーザインタフェースを備えたノート型パ
ソコンでは、なんらかの位置指示装置を内蔵する必要が
生じるが、このような静電結合方式のタブレットはこの
ケーブルの問題により組込む事が難しい。
【0005】本発明の目的は、位置指示器にケーブルの
不要なタブレットを実現し操作性を向上させることにあ
り、また、ノート型パソコンに組込むのにも最適なタブ
レットを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
本発明に係る位置指示装置は、コンピュータに接続して
指定した位置を入力するのに使用する位置指示装置であ
って、所定の間隙を隔てて平行に位置する二つの導電パ
ターン面と、該二つの導電パターン面の間に位置して自
由に移動でき、その位置により該二つの導電パターン面
間の静電結合状態を変化させる、導電移動物体と、前記
二つの導電パターン面の間の静電結合状態を検出するこ
とにより、前記導電移動物体の位置を検出して、その位
置データを該コンピュータに入力する制御部と、前記導
電移動物体を磁気吸引力により前記導電パターン面の外
側から動かす手段を備えた操作つまみとを備える。
【0007】また、前記二つの導電パターン面を構成す
る導電パターンはそれぞれが互いに平行に張られた導電
ライン群から構成され、前記二つの導電パターン面は、
該導電ライン群が前記二つの導電パターン面の相互の間
で直交するように配置されるのが望ましい。
【0008】さらに、前記導電移動物体は永久磁石に導
電メッキを施したものであるのが好ましい。
【0009】また、前記操作つまみに永久磁石を備える
のがよい。
【0010】さらにまた、前記二つの導電パターンの外
側にシールド導電層を備えることが望ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、発明者
が最良と思う本発明の実施の形態について説明する。
【0012】図1は、本発明に係る位置指示装置のセン
サ部の構造と回路部とを示す図である。
【0013】本発明に係る位置指示装置のセンサ部は、
主にプリント基板A、プリント基板B、スペーサ13
0、導電メッキしたマグネット150、操作つまみ16
0からなる部分である。
【0014】回路部は、主に発振器220、X電極選択
マルチプレクサ231、Y電極選択マルチプレクサ23
2、アンプ240、レベル検出回路250、マイクロコ
ントローラ210からなる部分である。
【0015】プリント基板Aは、基板111上の片側に
(図2に示すような、等間隔ピッチの互いに平行な導線
群からなる)X電極群パターン110がプリントされた
ものである。X電極群パターン110のプリントが施さ
れるのとは反対の側にはシールドパターン112が施さ
れる。シールドパターン112としては、いわゆるベタ
アース(座標読取面全体をカバーするように一様にハン
ダを載せたもの)または、メッシュアース(網の目状の
もの)が用いられる。メッシュアースの具体的な形状と
しては、縦横の編み目からなり、そのピッチがX電極群
パターン110及びY電極群パターン120と同一であ
り、前記X電極群パターン110及び後述するY電極群
パターン120とちょうど重なり合うごとくに(または
ちょうど2分の一ピッチずつずらして位置するように)
プリントされる。
【0016】メッシュアースの他の形状としては、X電
極群パターン110、Y電極群パターン120のピッチ
のちょうど半分のピッチの網の目形状として、2本に1
本がちょうどX電極群パターン110またはY電極群パ
ターン120と重なり合うごとくにプリントすることも
できる。
【0017】プリント基板Aは両面基板として構成する
ことができる。また、片面基板を2枚重ねることも可能
である。シールドパターンをメッシュアースではなく、
ベタアースにて構成する場合には、両面基板(銅箔にエ
ッチングを施してパターンを構成するタイプのもの)の
裏面にプリントせずに銅箔を全面に残してベタアースを
構成することができる。また、片面基板を用いてその裏
側に金属板を張り合わせることも可能である。
【0018】シールドパターン112の作用は、外部の
静電気をX電極群パターン110及びY電極群パターン
120に拾わせないように静電界を遮断することにあ
る。この作用においては、シールドパターン112と、
シールドパターン122とは共通であるが、シールドパ
ターン112の場合は、特に操作つまみ160を表面シ
ート113の上で移動(摺動)させた場合に生じ得る静
電気を遮断することの意味がある。シールドパターン1
12とシールドパターン122とは共にアース(接地)
される。
【0019】表面シート113は、この位置指示装置の
外観を構成する部分であり、操作者のよく目にする部分
であるから美観を整えるべく、プラスティックシート、
ビニールシート等が用いられ得るが、表面シート113
の上で操作つまみ160を操作者が動かした際にそれら
の間で余分な静電気のノイズを発生しないような材料が
選ばれるのが好ましい。
【0020】プリント基板Bは、基板121の表側にY
電極群パターン120(図2に示すように、等間隔ピッ
チの平行な導線群からなり、X電極群パターン110と
は、互いに直交する方向に配置される)をプリントし、
裏側にシールドパターン122をプリントしたものとし
て構成される。プリント基板Bが両面基板または片面2
層基板として構成され得ること、シールドパターン12
2がいわゆるベタアースまたはメッシュアースとして構
成可能なこと、ベタアースの場合はプリントではなく1
枚の導電板でもよいこと、等はプリント基板Aと同様で
ある。
【0021】プリント基板Bがプリント基板Aと異なる
のは、表面シートがないことである。本発明に係る位置
指示装置は多くの場合、ノート型パソコン等の入力装置
として組み込まれて用いられるため、プリント基板Bの
裏側には特に美観を保つ部材を要しないからである。な
お、ノート型パソコン等の機器に組み込まれずに、独立
の装置として構成される場合には、プリント基板Bの裏
側には筐体が配置されることになる。
【0022】プリント基板Aとプリント基板BとをX電
極群パターン110とY電極群パターン120とが互い
に向き合うようにスペーサ130を介して近接させる。
スペーサ130は所定間隔の間隙140を設けるための
ものであり、剛性の部材をもって構成される。その間隙
140には導電メッキを施したマグネット(導電移動物
体)150を置く。
【0023】導電メッキを施したマグネット150は、
外部から(プリント基板Aの上からプリント基板Aを隔
てて働く力をもって)移動させることが可能な導電移動
物体であれば足りる。例えば、操作つまみ160にマグ
ネット(永久磁石)161を設けて、操作つまみ160
を表面シート113上で動かせば永久磁石同士の引力に
より導電メッキを施したマグネット150が間隙140
の中で座標読取面に沿って動かすことができる。
【0024】永久磁石による引力を用いるには、双方と
も永久磁石の場合だけでなく、片方が永久磁石であり、
他方を強磁性金属により構成することも可能である。双
方とも永久磁石にする場合は、磁石の極性(N極か、S
極か)に留意して組立する必要があるが、一方を強磁性
金属にする場合は、その必要がなくなる。
【0025】操作つまみ160の側に組み込む金属を永
久磁石にした場合には、操作者が誤って操作つまみ16
0をフロッピーディスク等に近接させることによりフロ
ッピーディスクに磁気的に記録された電子データを破壊
させてしまうリスクがある。したがって、プリント基板
Aとプリント基板Bとの間隙にはさむ導電移動物体15
0を導電メッキしたマグネットとし、操作つまみ160
に組み込むマグネット161を永久磁石ではなく、強磁
性金属により構成するのが、携帯型パソコンに組み込む
位置指示装置を構成するのには適当であると考えられ
る。
【0026】導電メッキしたマグネット150は、円盤
状(直径よりも厚くない厚さのドラヤキ形状または直径
よりも高くない高さの円筒形状)の永久磁石の表面に例
えば銅をメッキしたものであり、現在のメッキ技術で容
易に作製することができる。尤も、メッキせずに円筒形
状のケースの中に永久磁石をはめ込むことによっても同
様のものをつくることができる。
【0027】スペーサ130が所定の間隙140を設け
るとは、導電メッキしたマグネットを操作つまみ160
により動かしたときスムーズに動かせるだけの間隙であ
り、しかも、導電メッキしたマグネット150の厚さ
(または高さ)よりも大きすぎない間隙であることを意
味する。間隙140があまりに大きすぎると導電メッキ
したマグネットが向きを変えて転がることにより操作つ
まみによるコントロールが不能になるリスクや、座標検
出に影響を与えることが考えられるから好ましくない。
【0028】導電メッキを施したマグネット150と操
作つまみ160内のマグネット(または強磁性体金属)
161とがサンドイッチ状のプリント基板の外側から磁
気吸引力により引き合うことは、内部の移動電極150
を電極パターンの外側の操作つまみ160で移動させる
という機能をまず第一に有する。それのみならず、副次
的に他の二つの働きをも果たすものである。すなわち、
第二には、操作つまみ自身がタブレットの傾斜や揺れ、
振動により操作つまみ160を操作していない時に操作
つまみ160が動くのを防ぐこと、第三にいわゆるノー
ト型パソコンのようなポータブル機器に内蔵した場合の
操作つまみ160の紛失を防ぐことである。
【0029】本発明に係る位置指示装置の回路部につい
て説明する。
【0030】図1に描くマイクロコントローラ210
は、本発明に係る位置指示装置の制御・処理(マルチプ
レクサの切替、信号レベルの記憶、座標算出処理等)を
司る回路であり、マイクロプロセッサや最小限の記憶回
路を含む部分である。半導体メーカからマイクロコント
ローラとして供給される周知の既製品を使うことが可能
である。
【0031】発振器220は、X電極選択マルチプレク
サ231を介してX電極群パターン110(を構成する
複数の導線のうちのいずれか一つ)に走査電位を与え
る。X電極選択マルチプレクサ231は発振器220の
出力をX電極群パターン110を構成する複数の導線の
うちのいずれの導線に供給するかを切り替えるための切
替手段であって、マイクロコントローラ210の制御を
受けて機能する。
【0032】X電極群パターン110を構成する複数の
導線(X電極)のうちの一つに走査電位が供給される
と、走査電位が供給されたX電極と導電メッキしたマグ
ネット(導電移動物体)150との間で静電結合がなさ
れる。すると、導電移動物体150には誘起電圧が生じ
る。さらに、導電移動物体150とY電極群パターン1
20を構成する複数の導線(Y電極)のうちの一つ一つ
との間にも静電結合がなされる。その結果、Y電極にも
誘起電圧が生じる。これらの誘起電圧の大きさは導電移
動物体150が座標読取領域内のいずこにあるかに依存
する量である。すなわち、X電極と導電移動物体との間
の静電結合により導電移動物体に生ずる誘起電圧の大き
さは、そのX電極と導電移動物体との間の距離が近けれ
ば近いほど大きい。また、導電移動物体とY電極との間
の静電結合によりY電極に生ずる誘起電圧の大きさは、
その導電物体とY電極との間の距離が近ければ近いほど
大きい。
【0033】Y電極の一つ一つに誘起電圧が生じると書
いたが、厳密に言えばY電極に生ずるのは誘導起電力で
ある。Y電極の一方の端はY電極選択マルチプレクサ2
32に接続されている。Y電極選択マルチプレクサ23
2は、マイクロコントローラ210の制御を受けて順
次、Y電極の一つ一つと接続される。Y電極選択マルチ
プレクサ232の出力は、アンプ240に接続されてい
る。したがって、誘導起電力の生じたY電極のうちY電
極選択マルチプレクサ232を介してアンプ240に接
続されたものに関しては、その誘導起電力は誘導電圧と
してアンプ240により所定の増幅をされることにな
る。アンプ240により増幅された信号はレベル検出回
路250に供給される。レベル検出回路250により検
出されたレベルの大きさはマイクロコントローラ210
により取り込まれて一旦蓄えられた後処理される。後述
するプロセスにより二次元直交座標(X,Y)の組が算
出され、本発明に係る位置指示装置の外部機器(パソコ
ン等)に出力される。
【0034】従来の静電結合方式のタブレットではX電
極群パターンとY電極群パターンの距離が近いので各電
極群の干渉が問題となるが、本発明のものでは間隙14
0の分だけ各電極群間の距離が離せるので比較的干渉が
少なくて済む。
【0035】また、電極群の外側から磁気吸引力(交番
磁界ではなく静磁界)を使って移動電極を動かすので、
電極群全体をいわゆるベタアースによりシールドするこ
とができる(交番磁界では渦電流の発生のためベタアー
スの使用が難しい)。発明者が最もよいと思う実施形態
は両面プリント基板(全面に銅箔を設けて、エッチング
によりパターンを設けるタイプのもの)を使用して片方
の銅箔面全体をシールドとして使用するものである。こ
のことにより、外部の静電ノイズの影響を受けにくいタ
ブレットを実現できる。
【0036】図2は、X電極群パターン110とY電極
群パターン120との一例を示す図である。図2の例で
は、X電極群パターン110もY電極群パターン120
もそれぞれが複数の導線からなる。そして、それらの複
数の導線は等しいピッチで平行に設けられる。さらに、
X電極群パターン110を構成する導線とY電極群パタ
ーン120を構成する導線とは、互いに直交するように
設けられる。
【0037】図2の構成では、2次元直交座標の出力が
可能となる。極座標出力をする構成としては図5に示す
ように、上部電極群パターン710を放射状の導線群と
して設け、下部電極群パターン720を同心円弧状に設
けることができる。いずれの場合も、導線群はマルチプ
レクサに接続されるべく、集められる。
【0038】図3は、本発明に係る位置指示装置のマイ
クロコントローラの制御フローを示すフローチャートで
ある。
【0039】本発明に係る位置指示装置の電源が投入さ
れると、マイクロコントローラ210が起動する(ステ
ップ10)。このとき、発振器220も信号を出し始め
る。マイクロコントローラはX電極を一つ(例えば、X
1を)選択する(ステップ11)。そして、Y電極をも
一つ(例えば、Y1を)選択する(ステップ12)。こ
のとき、上述したようにY1に生じた誘導電圧がアンプ
240、レベル検出回路250を介して検出される。そ
の検出レベルをマイクロコントローラ210が取得し、
(X1,Y1)という組の情報とともに一時記憶する
(ステップ13)。次にX電極はX1に固定したまま
で、Y電極を(例えば、Y1からY2に)切り替える
(ステップ14)。その後、「すべてのY電極を走査し
たか」否かを判断する(ステップ15)。まだ、すべて
を走査していなければ、ステップ12に戻り、ステップ
13、ステップ14、ステップ15のプロセスを繰り返
す。Y電極がn本あるとすれば、(X1,Y1),(X
1,Y2),(X1,Y3),(X1,Y4),……
(X1,Yn)のn組に関する検出レベルを取得するま
でこのプロセスが繰り返される。
【0040】n組の検出レベルが取得され、ステップ1
5ですべてのY電極を走査したと判断されると、次には
X電極を(例えば、X1からX2に)切り替える(ステ
ップ16)。その後、「すべてのX電極を走査したか」
否かを判断する(ステップ17)。まだ、すべてを走査
していなければ、ステップ11からステップ17までを
繰り返す。X電極がm本あるとすれば、mのn倍の組に
関してすべての検出レベルを取得するまでこのプロセス
が繰り返される。
【0041】次に、得られたmn組の値の中で最も大き
いものを選び出し、そのときの(X,Y)の組を2次元
直交座標(X,Y)として出力する(ステップ18)。
図5に示すような極座標パターンを用いた場合には、極
座標出力が同様になされる。
【0042】図3に示した例では、mn組のレベルを取
得してすべてのスキャン(オールスキャン)をしないと
座標が算出できない。しかし、座標が分からない状態で
はこの処理を行うが、一旦座標が検出できた後はその近
傍だけを走査してより少ない組の検出レベルから座標を
割り出すようにすること、すなわち部分スキャンをする
こともできる。
【0043】また、オールスキャンの際には、すべての
mn組のスキャンをせずに、一つ飛びあるいは二つ飛び
に飛び越しスキャンをしておおよその位置を決めてか
ら、部分スキャンをするというやり方もできる。
【0044】図3のフローチャートでは明記していない
が、検出レベルの尤も強い組み合わせの近傍の組み合わ
せのレベルから補間法により電極間のピッチよりもさら
に細かな位置を求めることができる。この補間法に関し
ては、ピーク値の近傍の値を幾つ使うかによって2点
法、3点法、4点法等がよく知られており、当業者間で
は周知であるのでここでは言及を避ける。
【0045】図4にノート型パソコン400に本発明に
係る位置指示装置(タブレット)300を組込んだ例を
挙げる。ノート型パソコン400は、携帯に適したパソ
コンであり、コンピュータ本体と液晶ディスプレイ装置
(LCD)500、キーボード600が一体となったも
のである。この種のパソコンにマウスを接続するのは電
車の中などで用いるには適さないため、従来は指で操作
するタッチパネルやトラックボールが用いられていた。
しかし、本発明に係る位置指示装置は、タッチパネルほ
ど強く押さなくてよい点で有利である。また、トラック
ボールに比べて絶対座標の入力が可能な点で有利であ
る。
【0046】
【効果】請求項1に記載した構成により、コードの付か
ない操作つまみが実現でき操作性を高める事が出来る。
そして、ノート型パソコンに組込むのに最適なタブレッ
トを提供できる。
【0047】また、操作つまみ自身も磁気吸引力により
操作面に張り付いているので、操作をしないときに操作
つまみが動くのを防止し、操作つまみの紛失防止にな
る。このことは携帯型コンピュータやリモコン機器に組
込むのに重要な利点となる。
【0048】請求項2に記載した構成により、直交座標
を出力するのに効率がよい。さらに、極座標を出力する
場合は放射状の電極群と同心円状の電極群パターンを使
用すればよい。
【0049】請求項3に記載した構成により、軽くて外
部操作が容易な導電移動物体を簡単に作る事が出来る。
【0050】請求項4に記載した構成により、導電移動
物体にマグネットや磁性物質を選択する事が出来る。
【0051】請求項5に記載した構成によれば、周辺の
ノイズの影響が排除できるので、ノイズ環境の悪い場所
での使用が可能となる。
【0052】また、このことにより、電位検出信号のフ
ィルタ処理等が簡略化できるので制御部が安価にできる
という二次的効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る位置指示装置のセンサ部の構造
と回路部とを示す図
【図2】 X電極群パターンとY電極群パターンの一例
を示す図
【図3】 本発明に係る位置指示装置のマイクロコント
ローラの制御フローを示すフローチャート
【図4】 本発明に係る位置指示装置をいわゆるノート
型パソコンに組み込んだ例を示す図
【図5】 電極パターンの他の例を示す図
【図6】 従来の静電結合方式のタブレットを示す図
【符号の説明】
110、910 X電極線群パターン 111、121 基板 112、121 シールドパターン 113 表面シート 120、920 Y電極線群パターン 130 スペーサ 140 間隙 150 導電メッキしたマグネット 160 操作つまみ 161 マグネット 210 マイクロコントローラ 220 発振器 231 X電極選択マルチプレクサ 232 Y電極選択マルチプレクサ 240 アンプ(増幅器) 250 レベル検出回路 300 本発明に係る位置指示装置(タブレット) 400 ノート型パソコン 500 LCD(液晶表示装置) 600 キーボード 710 上部電極群パターン 720 下部電極群パターン 960 位置指示器 970 制御部 980 検出電極線

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コンピュータに接続して指定した位置を
    入力するのに使用する位置指示装置であって、 所定の間隙を隔てて平行に位置する二つの導電パターン
    面と、 該二つの導電パターン面の間に位置して自由に移動で
    き、その位置により該二つの導電パターン面間の静電結
    合状態を変化させる、導電移動物体と、 前記二つの導電パターン面の間の静電結合状態を検出す
    ることにより、前記導電移動物体の位置を検出して、そ
    の位置データを該コンピュータに入力する制御部と、 前記導電移動物体を磁気吸引力により前記導電パターン
    面の外側から動かす手段を備えた操作つまみとを備える
    ことを特徴とする位置指示装置。
  2. 【請求項2】 前記二つの導電パターン面を構成する導
    電パターンはそれぞれが互いに平行に張られた導電ライ
    ン群から構成され、 前記二つの導電パターン面は、該導電ライン群が前記二
    つの導電パターン面の相互の間で直交するように配置さ
    れることを特徴とする請求項1記載の位置指示装置。
  3. 【請求項3】 前記導電移動物体は永久磁石に導電メッ
    キを施したものであることを特徴とする請求項1または
    2記載の位置指示装置。
  4. 【請求項4】 前記操作つまみに永久磁石を備えたこと
    を特徴とする請求項1、2または3記載の位置指示装
    置。
  5. 【請求項5】 前記二つの導電パターンの外側にシール
    ド導電層を備えたことを特徴とする請求項1、2、3ま
    たは4のいずれか記載の位置指示装置。
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