WO2015137053A1 - 位置検出装置 - Google Patents

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WO2015137053A1
WO2015137053A1 PCT/JP2015/054208 JP2015054208W WO2015137053A1 WO 2015137053 A1 WO2015137053 A1 WO 2015137053A1 JP 2015054208 W JP2015054208 W JP 2015054208W WO 2015137053 A1 WO2015137053 A1 WO 2015137053A1
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WO
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circuit
signal
stylus
electrodes
selection circuit
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PCT/JP2015/054208
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勇次 桂平
Original Assignee
株式会社ワコム
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    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
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    • G06F3/041Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/046Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by electromagnetic means

Definitions

  • the present invention relates to a transparent position detection device that can be placed on the front surface of a display device and can be input with a stylus.
  • a resonance circuit is provided in a position indicator, which is a stylus, and an indication position is detected by electromagnetic induction with the tablet.
  • a sensor plate constituting the tablet it is necessary to provide a sensor plate constituting the tablet on the back surface of the display device. there were. This is because the sensor cannot be made transparent because a certain amount of current needs to flow through the loop coil constituting the sensor plate. For this reason, the sensors constituting the tablet cannot be used in common with the sensors for touch detection with a finger, and there are problems such as an increase in cost and a complicated structure of the device. Also, the electrostatic touch detection and the electromagnetic induction stylus detection require separate processing circuits, resulting in a complicated circuit configuration.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2007-164356 by the same applicant as Patent Document 1
  • an electric double layer capacitor is mounted on the stylus.
  • the tablet sensor can be made transparent and arranged on the entire surface of the display device.
  • the invention disclosed in Patent Document 2 has a problem that the coordinate position cannot be obtained stably due to noise generated by the display device.
  • Patent Document 3 Japanese Patent Publication No. 2005-537570 discloses a “transparent digitizer that obtains the indicated position of a stylus based on a signal from a differential amplifier arranged in association with each electrode of a transparent sensor disposed on a display device. Is disclosed. According to the transparent digitizer of Patent Document 3, two electrodes are simultaneously selected from the transparent sensor to detect a signal difference, and thus are not easily affected by external noise.
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 6-337752 is provided with an analog multiplexer that selects two from the electrode lines of the tablet, and the signals from the two selected thereby are differentially amplified.
  • an analog multiplexer that selects two from the electrode lines of the tablet, and the signals from the two selected thereby are differentially amplified.
  • Patent Document 5 Japanese Patent Laid-Open No. 2013-97469
  • a touch panel that is not affected by noise by alternately performing a period for driving the touch panel and a period for driving the display device. Is disclosed.
  • the resistance value of the conductive material constituting the electrode is high, and the display device itself generates strong noise, so that it is difficult to stably determine the coordinate position of the stylus.
  • noise generated by a display device such as a liquid crystal panel is extremely strong compared to a signal transmitted from a stylus, it is difficult to sufficiently eliminate the influence of noise only by using a differential amplifier.
  • touch detection is performed during a period in which driving of the display device is stopped, but this is limited to a passive conductor such as a finger, The position of the active stylus that emits the signal cannot be determined.
  • An object of the present invention is to provide a position detection device capable of accurately detecting and inputting the coordinate position of a stylus using a transparent sensor arranged integrally with the display device without being affected by noise generated by the display device. It is to provide.
  • the first electrode and the second electrode are arranged on the display device.
  • a substantially transparent sensor composed of a plurality of electrodes, a first selection circuit for selecting two sets of electrodes as a positive end and a negative end from among the first electrodes, and from among the second electrodes
  • a second selection circuit that selects two sets of electrodes as a positive end and a negative end, and a signal generated at the positive end and the negative end selected by one or each of the first selection circuit and the second Y selection circuit
  • a differential amplifier for amplifying the difference between them and an analog-digital conversion circuit for detecting the level of a signal output from the differential amplifier in the same cycle as a horizontal synchronizing pulse of a display device and converting it into a digital signal
  • a transparent position detecting apparatus comprising a.
  • the analog-to-digital conversion circuit alternately provides a reception period in which a signal is sampled and a reception stop period in which the signal is not sampled, and a horizontal synchronization pulse of the display device is in the reception stop period. It is characterized by.
  • the stylus includes a writing pressure detection circuit that detects and digitizes writing pressure, and an ASK that changes an AC signal applied to the electrode in time series based on digital information output from the writing pressure detection circuit.
  • a transparent position detector with (Amplitude Shift ⁇ ⁇ Keying) modulation circuit We propose a transparent position detector with (Amplitude Shift ⁇ ⁇ Keying) modulation circuit.
  • two sets of receiving electrodes are simultaneously selected and a differential amplifier circuit is used to detect a difference between signals induced to these electrodes, and at the same cycle as the horizontal synchronizing pulse of the display device.
  • the noise of the display device is not mixed at the timing when the signal is detected and converted from analog to digital, and the coordinate position of the stylus can be accurately detected without being affected by the noise generated by the display device. it can.
  • the reception signal is not supplied to the band-pass filter circuit during the period in which the display device generates noise due to the horizontal synchronization pulse.
  • the coordinate position of the stylus can be accurately detected without being affected by noise.
  • the writing pressure information of the stylus is transmitted by ASK modulation, it becomes possible to use a band-pass filter circuit having a narrow bandwidth on the position detecting device side, and is affected by noise from the display device.
  • the coordinate position can be detected stably without any problem.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating received signal waveforms and analog-to-digital conversion operation timings in each unit of FIG. 3. It is the figure which showed the example of the internal structure of the stylus used with embodiment of the position detection apparatus by this invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a circuit example of a stylus in the example of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a signal waveform diagram in the circuit example of the stylus in FIG. 6.
  • FIG. 7 is a signal waveform diagram in the circuit example of the stylus in FIG. 6 and the position detection device in FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a transparent sensor combined with a display unit in an embodiment of a position detection device according to the present invention.
  • 11 is an LCD (Liquid Crystal Display) panel
  • 12 is a transparent sensor having electrodes formed of ITO (Indium Tin Oxide).
  • 12a is ITO glass in which a plurality of X electrodes 12d made of ITO electrode lines are arranged in the X direction out of the X and Y directions perpendicular to each other.
  • 12b is ITO glass in which a plurality of Y electrodes 12e made of ITO electrode lines are arranged in the Y direction.
  • 12c is a transparent insulating sheet having a uniform thickness, and is made of, for example, a PET (Polyethylene terephthalate) film.
  • the transparent sensor 12 is made by adhering the ITO glass 12a and the ITO glass 12b with the ITO surfaces facing each other and with a transparent insulating sheet 12c interposed therebetween.
  • the transparent sensor 12 is disposed so as to overlap the LCD panel 11 so that the position detection area just overlaps the display area of the LCD panel 11.
  • the X electrode 12d on the ITO glass 12a and the Y electrode 12e on the ITO glass 12b are connected to a printed circuit board (not shown) via a flexible board (not shown) by ACF (Anisotropic conductive film) connection.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the transparent sensor 12 cut on the Y electrode 12e.
  • the ITO glass 12a side is the operation surface side, and the surface exposed to the outside of the ITO glass 12a is the touch surface 12f.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of an embodiment of a position detection device according to the present invention.
  • 12 is a transparent sensor
  • 13 is an X selection circuit which is connected to the X electrode 12d of the transparent sensor 12 and selects two sets of electrodes from the X electrode 12d as a + end and a ⁇ end
  • 14 is a transparent sensor 12
  • This is a Y selection circuit that is connected to the Y electrode 12e and selects two sets of electrodes from the Y electrode 12e as a + end and a ⁇ end.
  • 40 X electrodes 12d (X1 to X40)
  • 30 Y electrodes 12e Y1 to Y30) are used.
  • Numeral 15 is a stylus, and a signal of a constant frequency is supplied between the tip electrode and the outer peripheral electrode surrounding it.
  • the 16 is a switching circuit which selects either the + end and ⁇ end selected by the X selection circuit 13 or the + end and ⁇ end selected by the Y selection circuit 14 and connects to the differential amplifier circuit 17. That is, when the X-axis coordinate of the position indicated by the stylus 15 is obtained, the control signal a from the control circuit 18 is set to the low level “0” and the X selection circuit 13 side is selected. When obtaining the Y-axis coordinate of the position indicated by the stylus 15, the control signal a is set to the high level “1” and the Y selection circuit 14 side is selected.
  • the + end side of the X selection circuit 13 or the Y selection circuit 14 is connected to the non-inverting input terminal (+ side) of the differential amplifier circuit 17, and the ⁇ end side of the X selection circuit 13 or the Y selection circuit 14. Is connected to the inverting input terminal ( ⁇ side) of the differential amplifier circuit 17.
  • the switch 19 is a band-pass filter circuit having a predetermined bandwidth centered on the signal frequency output from the stylus 15, and an output signal from the differential amplifier circuit 17 is supplied through the switch 20.
  • the switch 20 is controlled to be on or off by a control signal b from the control circuit 18. That is, when the control signal b is at the high level “1”, the switch 20 is turned on, the output signal from the differential amplifier circuit 17 is supplied to the band pass filter circuit 19, and when the control signal b is at the low level “0”. The switch 20 is turned off, and the output signal from the differential amplifier circuit 17 is not supplied to the band-pass filter circuit 19.
  • the output signal of the bandpass filter circuit 19 is detected by a detection circuit 21 and converted into a digital value by an analog-digital conversion circuit (hereinafter abbreviated as an AD conversion circuit) 22 based on a control signal c from the control circuit 18.
  • the digital data d from the AD conversion circuit 22 is read and processed by a microprocessor (MCU) 23.
  • MCU microprocessor
  • the period in which the switch 20 is on is a reception period in which sampling is performed by the AD conversion circuit 22 and converted into a digital signal, and the period in which the switch 20 is off is not sampled by the AD conversion circuit 22.
  • the reception stop period is entered, and the reception period and the reception stop period alternate between the ON state and the OFF state of the switch 20.
  • the control circuit 18 supplies the control signal e to the X selection circuit 13, so that the X selection circuit 13 selects two sets of X electrodes as + end and -end. Further, the control circuit 18 supplies the control signal f to the Y selection circuit 14, so that the Y selection circuit 14 selects two sets of Y electrodes as + end and -end.
  • the microprocessor 23 includes a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory), and operates according to a program stored in the ROM.
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the microprocessor 23 controls the control circuit 18 by outputting a control signal g based on a program stored in the ROM so that the control circuit 18 outputs the control signals a to f at a predetermined timing.
  • a horizontal synchronization pulse h synchronized with the display refresh timing is supplied from the LCD panel 11 to the control circuit 18 and the microprocessor 23, and the overall operation of the position detection device is the period of the horizontal synchronization pulse h. This is performed at Ph (see FIG. 4).
  • FIG. 4 is a diagram showing the received signal waveform and AD conversion operation timing of the position detection device when the X selection circuit 13 or the Y selection circuit 14 selects an electrode close to the stylus 15.
  • h, b, j, k, c, and d are signal waveforms at locations indicated by the same reference numerals in FIG. Note that j is an output signal waveform of the differential amplifier circuit 17, and k is an output signal waveform of the detector circuit 21.
  • a feature of this embodiment is that signal detection (AD conversion) is performed while avoiding noise from the LCD panel 11.
  • the control circuit 18 synchronizes with the horizontal synchronizing pulse h based on the horizontal synchronizing pulse h from the LCD panel 11 and becomes a low level in a period including the pulse width period of the horizontal synchronizing pulse h. Is generated. Then, the control circuit 18 turns off the switch 20 in a period including the pulse width period of the horizontal synchronization pulse h at the timing synchronized with the horizontal synchronization pulse h by the control signal b. As a result, noise appearing at the output of the differential amplifier circuit 17 is not input to the bandpass filter circuit 19, so that the conversion result d by the AD conversion circuit 22 is not affected by noise.
  • Noise generated from a display device such as the LCD panel 11 is generally pulsed. However, when such pulsed noise is input to the band-pass filter circuit 19, the effect remains for a long time after the pulse ends. Therefore, in this embodiment, when noise appears, the signal is prevented from entering the band pass filter circuit 19.
  • FIG. 5 shows an example of the internal structure of the stylus 15 used in this embodiment.
  • a lead 30 is provided at the tip, and an electrode 31 is embedded in the lead 30.
  • a shield electrode 32 is provided on the outer periphery excluding the tip of the lead 30 so as to surround the lead 30.
  • the shield electrode 32 is connected to a portion (GND; ground electrode) where the potential is most stable in the circuit.
  • the shield electrode 32 has an effect of preventing the detected coordinate value from being shifted even when the stylus is inclined on the transparent sensor 12.
  • 34 is a variable capacitance capacitor that is physically coupled to the lead 30 and whose capacitance is changed by the pen pressure applied through the lead 30.
  • 34 is a printed circuit board, and 35 is a battery.
  • the printed circuit board 34 is provided with an oscillation circuit that oscillates at a constant frequency, and the oscillation output is supplied to the electrode 31.
  • the writing pressure applied to the variable capacitor 33 is binary-coded by an operation described later, and outputs an ASK modulated signal by controlling the oscillation circuit.
  • the printed circuit board 34 is also provided with an ASK modulation circuit for this purpose.
  • FIG. 6 shows an example of the circuit of the stylus 15. 6 that are the same as those in FIG. 5 are denoted by the same symbols.
  • 31 is an electrode provided at the tip of the stylus 15, 35 is a battery, and 33 is a variable capacitor whose capacity changes with writing pressure.
  • the carp L1, the capacitor C1, and the capacitor C2 constitute a part of the oscillation circuit, and this oscillation output is induced to the coil L2 coupled to the coil L1 and supplied to the electrode 31.
  • reference numeral 36 denotes a CPU which operates according to a predetermined program.
  • the control signal p from the output terminal P1 of the CPU 36 is connected to the above-described oscillation circuit, and controls the oscillation to be started or stopped.
  • the oscillation circuit stops oscillation when the control signal p is at the low level “0”, and oscillates when the control signal p is at the high level “1”.
  • the variable capacitor 33 is connected in parallel with the resistor and is connected to the terminal P2 of the CPU. The operation of the stylus will be described with the signal at the P2 terminal as q and the signal supplied to the electrode 31 as r.
  • FIG. 7 shows the waveforms of the signals p, q, and r in FIG.
  • the CPU 36 maintains the output of the signal p at the high level “1” for a certain period and continues the operation of the oscillation circuit. During this period, the position detection apparatus performs a coordinate detection operation described later. Further, the CPU 36 detects the writing pressure applied to the variable capacitor 33 during the continuous transmission period in which the signal p is at the high level “1”. In order to detect the writing pressure, the CPU 36 sets the terminal P2 to the high level “1” output after starting the above-described continuous transmission. As a result, the signal q becomes high level “1”, and the variable capacitor 33 is charged to the voltage of the battery 35.
  • the CPU 36 sets the terminal P2 to the input setting, that is, the high impedance setting.
  • the charge charged in the variable capacitor 33 is discharged by a resistor connected in parallel with the variable capacitor 33, so that the signal q, that is, the voltage at the terminal P2 gradually decreases.
  • the internal logic becomes low level.
  • the CPU 36 measures the time from when the terminal P2 is switched to the input setting until the voltage at the terminal P2 reaches the threshold value or less as Tp (see FIG. 7). Since the time Tp varies depending on the capacitance of the variable capacitor 33, that is, the magnitude of the writing pressure, the CPU 36 obtains the time Tp measured in the range from zero to the maximum writing pressure as a 10-bit digital value.
  • the CPU 36 performs ASK modulation by controlling the terminal P1 according to the 10-bit writing pressure data. That is, the terminal P1 is set to the low level when the data is “0”, and is set to the high level when the data is “1”.
  • the start data (Start signal) which is the first data is always transmitted as “1”. This is because the microprocessor 23 can accurately predict the timing of subsequent data.
  • time Td is a cycle for transmitting 1-bit data. As illustrated in FIG. 8, the period Td is preferably sufficiently longer than the period Ph of the horizontal synchronization pulse h of the LCD panel 11.
  • FIG. 8 shows a signal p and a signal r on the stylus 15 side, an output signal of the transparent sensor 12 on the position detection device side, a horizontal synchronization pulse h, and a control signal c (AD conversion timing signal) supplied to the AD conversion circuit 22. It is an enlarged view which shows the relationship in the period of 1 period Td about.
  • the output signal from the sensor 12 is converted into a digital signal by the AD conversion circuit 22 based on a control signal c synchronized with a horizontal synchronization pulse h having a period sufficiently shorter than the period Td. .
  • the switch 20 is turned off as a reception stop period in a period in which noise generated in synchronization with the horizontal synchronization pulse h is included by the control signal b generated based on the horizontal synchronization pulse h.
  • the AD conversion circuit 22 converts the signal into a digital signal based on the control signal c. Therefore, as described above, the noise generated in synchronization with the horizontal synchronization pulse h is not supplied to the AD conversion circuit 22, and the influence is removed.
  • FIG. 9 shows the X-axis full scan operation. Specifically, the X-axis full scan operation for obtaining the approximate position where the stylus 15 is placed is shown by the X selection circuit 13 sequentially selecting all the X electrodes and receiving signals.
  • the microprocessor 23 outputs a control signal g to the control circuit 18, the switching circuit 16 selects the X side, the X electrode X1 as the + end side of the X selection circuit 13, and the X electrode X6 as the-end side. Are controlled to be selected respectively.
  • the level of the signal received from the selected X electrodes X1 and X6 is obtained by performing reception and AD conversion operations at the timing shown in FIG.
  • the microprocessor 23 performs control so that the number of the electrode selected by the X selection circuit 13 is incremented by 1 and the X electrode X2 is selected as the + end side and the X electrode X7 is selected as the ⁇ end side. In this state, the signal level is obtained in the same manner as described above.
  • the microprocessor 23 obtains the signal level while sequentially incrementing the number of the X electrode selected by the X selection circuit 13 until the selection at the + end side becomes the X electrode X35 and the selection at the ⁇ end side becomes the X electrode X40. Do. At this time, the selection of the X electrode in the X selection circuit 13 is switched in synchronization with the horizontal synchronization pulse h by the control signal e from the control circuit 18.
  • FIG. 9 shows a case where the stylus 15 is placed in the vicinity of the X electrode X11 of the transparent sensor 12.
  • the signal level peaks.
  • the approximate position of the stylus 15 can be obtained from the distribution of the signal level when the selection of the X electrode is updated. If it is found from the signal level distribution of FIG. 9 that the stylus 15 is placed in the vicinity of the X electrode X11, a transition operation to the partial scan is performed next.
  • FIG. 10 shows an operation for shifting to partial scanning.
  • the timing when the stylus 15 becomes the continuous transmission period in FIG. 7 is detected, and the approximate position of the stylus 15 in the transparent sensor 12 in the Y direction is obtained.
  • the microprocessor 23 outputs a control signal g to the control circuit 18, the switching circuit 16 selects the X side, the X electrode X11 is used as the + end side of the X selection circuit 13, and the X electrode X16 is used as the-end side. Are controlled to be selected respectively.
  • the signal level is repeatedly obtained at the same timing as in FIG.
  • the stylus 15 enters the continuous transmission period shown in FIG. 7
  • the signal level output from the AD conversion circuit 22 repeatedly becomes a predetermined value or more.
  • Ts see FIG.
  • the microprocessor 23 determines that the stylus 15 has entered the continuous transmission period, and shifts to the Y-axis full scan operation.
  • the predetermined time Ts is a time sufficiently longer than the period Td in which the stylus 15 transmits in the data transmission period.
  • the microprocessor 23 outputs a control signal g to the control circuit 18 in order to perform the Y-axis full scan operation, so that the switching circuit 16 selects the Y side and sets the Y electrode Y1 as the + end side of the Y selection circuit 14. , ⁇ Control is performed so that the Y electrode Y6 is selected as the end side. In this state, reception and AD conversion are performed at the same timing as shown in FIG.
  • the microprocessor 23 obtains the signal level while incrementing the number of the electrode selected by the Y selection circuit 14 one by one as in the case of the entire X-axis scan, and the selection at the + end side is the Y electrode Y25, the selection at the ⁇ end side The selection is performed until the Y electrode Y30 is reached. At this time as well, selection switching in the Y selection circuit 14 is performed in synchronization with the horizontal synchronization pulse h by the control signal f from the control circuit 18. At this time, as in the case of the entire X-axis scan, a signal distribution is obtained such that either the + end side or the ⁇ end side of the Y selection circuit 14 peaks when an electrode close to the stylus 15 is selected. In the present embodiment, the following description will be made assuming that the stylus 15 is placed near the Y electrode Y20.
  • the stylus 15 is placed near the intersection of the X electrode X11 and the Y electrode Y20. Subsequently, the microprocessor 23 sequentially selects the five X electrodes centered on the X electrode X11 and the five Y electrodes centered on the Y electrode Y20, and proceeds to a partial scan operation for obtaining a signal level.
  • FIG. 11 is a diagram showing a partial scan operation.
  • the signal level output from the AD conversion circuit 22 continues for a predetermined time Ts and exceeds a predetermined value. If it is, it is determined that the continuous transmission period from the stylus 15 has started, and the process proceeds to the coordinate detection operation (step 1 in FIG. 11).
  • This time Ts is the same as that described with reference to FIG. 10 and is sufficiently longer than the period Td of the digital signal transmitted by the stylus 15 during the data transmission period.
  • the microprocessor 23 has five X electrodes (X 9 to X 9) centered on the X electrode X 11 as the + end side of the X selection circuit 13 with the switching circuit 16 selecting the X side.
  • X13) is sequentially selected to read the signal level (step 1).
  • the-end side of the X selection circuit 13 selects the X electrodes X14 to X18 as X electrodes sufficiently separated from the X electrode selected on the + end side.
  • the signal reception and AD conversion are performed in synchronization with the horizontal synchronization pulse h.
  • the same electrode is detected four times and the average is obtained. Save the level as the received signal level.
  • the number of the X electrode selected as the + end side here, X11
  • the signal level VPX when the highest signal level is detected, the number of the X electrode selected as the + end side (here, X11), the signal level VPX, and the levels detected by the adjacent X electrodes are VAX, Save as VBX (step 1).
  • the microprocessor 23 selects the Y side so that the switching circuit 16 selects the Y side, and the five Y electrodes centered on the Y electrode Y 20 as the + end side of the Y selection circuit 14. (Y18 to Y22) are sequentially selected to read the signal level (step 1).
  • the negative end of the Y selection circuit 14 selects the Y electrodes Y23 to Y27 as Y electrodes sufficiently separated from the Y electrode selected on the positive end side.
  • signal reception and AD conversion are performed in synchronization with the horizontal synchronization pulse h, and detection is performed four times for the same electrode, and the average level is stored as the received signal level.
  • Step 1 when the highest signal level is detected, the number of the Y electrode selected as the + end side (here, Y20), the signal level VPY, and the levels detected by the adjacent electrodes are stored as VAY and VBY. (Step 1).
  • the signal levels VPX, VAX, VBX, VPY, VAY, VBY obtained here are used for calculation of coordinate values by a calculation formula described later.
  • the microprocessor 23 performs an operation for waiting for the end of the continuous transmission period from the stylus 15.
  • the microprocessor 23 controls the switching circuit 16 to select the X side, and uses the X electrode X11 from which the peak has been detected in the above-described coordinate detection operation as the + end side of the X selection circuit 13 as the ⁇ end side. Control is performed to select each of the electrodes X16.
  • the time when the signal level received in this state does not reach the predetermined value is the end time of the continuous transmission period from the stylus 15 (step 1).
  • the microprocessor 23 When the microprocessor 23 detects the end of the continuous transmission period from the stylus 15, the microprocessor 23 enters an operation of detecting the timing of the start signal (Start signal) transmitted prior to the pen pressure data (step 2).
  • the microprocessor 23 receives the signal in synchronization with the horizontal synchronization pulse h as shown in FIG. 4 in a state where the X selection circuit 13 selects the X electrode X11 as the + end side and the X electrode X16 as the ⁇ end side.
  • the AD conversion operation is repeated.
  • the time when the signal level is equal to or higher than the predetermined value is stored as t1.
  • the microprocessor 23 starts the data reception operation from the stylus 15 from the time waiting for a certain time Tw from the time t1 (step 2).
  • This time Tw is a time obtained after the transmission of the start signal from the stylus 15 is completed until almost no signal level is received.
  • the microprocessor 23 starts a timer (not shown) as soon as the above-described waiting time reaches the time Tw. This timer repeatedly counts from zero to a value that coincides with the above-described time Td (data transmission cycle from the stylus 15) (step 2). During the operation period of one cycle of the timer, the microprocessor 23 repeatedly performs signal reception and AD conversion to read the signal level. If the signal level during this period never reaches the above-mentioned predetermined value, it is determined that there was no transmission from the stylus 15 and the data at that time is stored as “0”, and the signal level equal to or higher than the predetermined value is stored during that time. If it is detected, it is determined that there is a transmission from the stylus 15, and the data at that time is stored as "1" (step 2).
  • the timer is counted 10 times and 10-bit data is saved.
  • the 10-bit data corresponds to the 10-bit writing pressure data shown in FIG. FIG. 11 shows the case where the writing pressure data is “01011010101”.
  • step 2 the X electrode X11 with the maximum level detected is selected from the X electrodes and data is received.
  • the Y electrode Y20 with the maximum level detected is selected from among the Y electrodes. You may go.
  • step 2 When the reception of 10-bit writing pressure data is completed in step 2, the operation proceeds to an operation (step 1) for detecting the start of the continuous transmission period from the stylus 15, and the microprocessor 23 repeats the operation of FIG.
  • the coordinate values (X, Y) of the stylus 15 are calculated from the reception levels VPX, VAX, VBX, VPY, VAY, VBY obtained in step 1 by the following equations.
  • X Px + (Dx / 2) ⁇ ((VBX ⁇ VAX) / (2 ⁇ VPX-VAX-VBX)) (Equation 1)
  • Px is the coordinate position of the X electrode (here, X11) where the maximum level is detected on the X axis
  • Dx is the arrangement pitch between the X electrodes.
  • Y Py + (Dy / 2) ⁇ ((VBY ⁇ VAY) / (2 ⁇ VPY ⁇ VAY ⁇ VBY)) (Equation 2)
  • Py is the coordinate position of the Y electrode (Y20 here) where the maximum level is detected on the Y axis
  • Dy is the arrangement pitch between the Y electrodes.
  • Equation 1 and (Equation 2) are merely examples, and are not necessarily optimal methods.
  • the optimum calculation method varies depending on the width and pitch of the X electrode and the Y electrode, and the stylus electrode shape.
  • the + end side is in the vicinity of the stylus as the electrode selected by the X selection circuit 13 and the Y selection circuit 14, but the ⁇ end side may be selected in the vicinity of the stylus.
  • the electrodes to be selected as the + end and the ⁇ end are selected with four electrodes interposed therebetween, other numbers may be separated.
  • the two electrodes selected as the + end and the ⁇ end of the X selection circuit 13 and the Y selection circuit 14 may be separated by a number that is slightly wider than the emission region of the electric field emitted from the electrode 31 of the stylus 15. preferable.
  • control circuit 18 is for avoiding the concentration of the processing of the microprocessor 23, and the control circuit 18 may be omitted.
  • coordinate detection on the X-axis side and coordinate detection on the Y-axis side at the position designated by the stylus 15 is switched by the switching circuit 16, but the differential between the X-axis side and the Y-axis side is performed.
  • An amplification circuit, an AD conversion circuit, and the like may be provided separately to perform reception processing at the same time.
  • the electrode of the transparent sensor 12 is constituted by an ITO pattern, but it may be formed as a substantially planar pattern by connecting very thin conductive materials having a width of 30 ⁇ m or less.
  • one electrode is selected for each of the + end side and the ⁇ end side of the X selection circuit 13 and the Y selection circuit 14, but the same number of plural electrodes may be selected simultaneously.
  • the signal level in the partial scan for obtaining the X coordinate and the Y coordinate of the position designated by the stylus 15, the signal level is obtained four times for the same electrode.
  • the signal level may be once for the same electrode or other times. It is also good.
  • the first electrode is an X electrode
  • the second electrode is a Y electrode
  • the first direction (X direction) and the second direction (Y direction) are arranged directions.
  • the directions are orthogonal to each other, but the first direction and the second direction do not have to be orthogonal, and the present invention can be applied as long as the directions intersect each other.
  • the differential amplifier circuit 17 is used to detect a difference between signals induced to these electrodes, and the same as the horizontal synchronizing pulse h of the display device. Since the detection is performed at a period, the noise of the display device is not mixed at the timing of detecting the signal and AD conversion, and the coordinate position of the stylus 15 is accurately detected without being affected by the noise generated by the display device. can do.
  • the coordinate position of the stylus 15 can be accurately detected without being affected by noise.
  • the writing pressure information of the stylus 15 is transmitted by ASK modulation, it becomes possible to use the band-pass filter circuit 19 having a narrow bandwidth on the position detection device side, and from the display device.
  • the coordinate position can be detected stably without being affected by noise.
  • the noise superimposed on the two receiving electrodes is canceled by using the differential amplifier circuit 17.
  • the switch 20 is turned off during the period in which the display device generates noise. Therefore, the amplifier circuit 27 may be used instead of the differential amplifier circuit 17 as shown in FIG.
  • the X selection circuit 13 'and the Y selection circuit 14' are each configured to select one X electrode and one Y electrode, and the switching circuit 16 ' , One X electrode selected by the X selection circuit 13 ′ and one Y electrode selected by the Y selection circuit 14 ′ are selected.
  • the X selection circuit 13 'and the Y selection circuit 14' may be configured to select a plurality of X electrodes and Y electrodes, as in the above-described embodiment.

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Abstract

 表示装置が発するノイズに影響されることなく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。 一定周期毎に表示をリフレッシュ可能な表示装置上で先端部の電極から交流電界を放射するスタイラスによる指示位置を検出する位置検出装置である。表示装置上に配置して第1の電極および第2の電極より構成される実質的に透明なセンサーと、第1の電極の内の2組の電極を+端および-端として選択する第1の選択回路と、第2の電極の内の2組の電極を+端および-端として選択する第2の選択回路と、第1の選択回路および第2のY選択回路の少なくとも一方により選択される+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、差動増幅器から出力される信号のレベルを表示装置の水平同期パルスと同一の周期で検出してデジタル信号に変換するAD変換回路を備える。

Description

位置検出装置
 本発明は、表示装置の前面に配置してスタイラスによる入力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。
 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号公報)に開示された方法が広く用いられている。
 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板を表示装置の背面に設ける必要があった。これは、センサー板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、タブレットを構成するセンサーを、指によるタッチ検出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、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。
 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う試みが多くなされている。
 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)に開示されている「位置入力装置、及び、コンピュータシステム」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、タブレットセンサーを透明化して表示装置の全面に配置することを可能としている。しかし、この特許文献2に開示されている発明では、表示装置が発するノイズにより座標位置を安定に求めることができないという問題がある。
 特許文献3(特表2005-537570号公報)には、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「透明デジタイザ」が開示されている。この特許文献3の透明デジタイザによれば、透明センサーの中から2本の電極を同時に選択して信号の差分を検出するようにしているため外来ノイズの影響を受け難い。
 また、特許文献4(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「座標検出装置」が開示されている。
 また、特許文献5(特開2013-97469号公報)では、タッチパネルと一体の表示装置として、タッチパネルを駆動する期間と表示装置を駆動する期間とを交互に行うことによりノイズの影響を受けないタッチパネルが開示されている。
特開昭63-70326号公報 特開2007-164356号公報 特表2005-537570号公報 特開平6-337752号公報 特開2013-97469号公報
 表示装置と一体かつ透明な入力装置では、電極を構成する導電材の抵抗値が高いことや表示装置自体が強いノイズを発生するため、スタイラスの座標位置を安定に求めることが難しかった。
 特許文献3および特許文献4に開示されている発明では、この問題を解決するために2本の電極を同時に選択するとともに差動増幅器を用いて信号の差分を検出するようにして外来ノイズをキャンセルするようにしている。
 しかし、液晶パネルなどの表示装置が発生するノイズは、スタイラスから送信される信号に比べて極めて強いため、差動増幅器を用いるだけではノイズの影響を十分に排除することは難しい。
 特許文献5に開示されている発明では、表示装置の駆動を停止している期間にタッチ検出を行っているが、これは指示体が指などのパッシブな導電体に限定されるものであり、信号を発するアクティブなスタイラスの位置を求めることはできない。
 本発明の目的は、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。
 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スタイラスによる指示位置を検出する位置検出装置において、前記表示装置上に配置して第1の電極および第2の電極より構成される実質的に透明なセンサーと、前記第1の電極の中から2組の電極を+端および-端として選択する第1の選択回路と、前記第2の電極の中から2組の電極を+端および-端として選択する第2の選択回路と、前記第1の選択回路および前記第2の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、前記差動増幅器から出力される信号のレベルを表示装置の水平同期パルスと同一の周期で検出してデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換回路と、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。
 また、本発明では、前記アナログ-デジタル変換回路が信号をサンプリングする受信期間とサンプリングしない受信停止期間とを交互に設けるとともに、表示装置の水平同期パルスが前記受信停止期間中となるようにすることを特徴とする。
 また、本発明では、前記差動増幅器の出力をバンドパスフィルター回路を通すことにより前記スタイラスからの信号周波数成分のみを抽出するとともに、前記受信停止期間は前記差動増幅器の出力を前記バンドパスフィルター回路に供給しないようにした透明な位置検出装置を提案する。
 また、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(Amplitude Shift Keying)変調回路とを設けた透明な位置検出装置を提案する。
 本発明によれば、2組の受信電極を同時に選択して差動増幅回路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とともに、表示装置の水平同期パルスと同一の周期で検出するようにしたので、信号を検出してアナログ-デジタル変換するタイミングに表示装置のノイズが混入することがなく、表示装置が発するノイズに影響されることなくスタイラスの座標位置を正確に検出することができる。
 本発明によれば、バンドパスフィルター回路によりスタイラスからの信号周波数成分のみを抽出するとともに、表示装置が水平同期パルスによりノイズを発生する期間の受信信号をバンドパスフィルター回路に供給しないようにしたため、ノイズに影響されることなくスタイラスの座標位置を正確に検出することができる。
 本発明によれば、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、位置検出装置側で帯域幅の狭いバンドパス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。
本発明による位置検出装置の実施形態における透明センサーの構成を示した図である。 図1の例の透明センサーの断面図である。 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の各部における受信信号波形とアナログ-デジタル変換動作のタイミングを示した図である。 本発明による位置検出装置の実施形態で用いるスタイラスの内部構造例を示した図である。 図5の例のスタイラスの回路例を示した図である。 図6のスタイラスの回路例における信号波形図である。 図6のスタイラスの回路例および図3の位置検出装置における信号波形図である。 本発明による位置検出装置の実施形態におけるX軸全面スキャン動作を示した図である。 本発明による位置検出装置の実施形態における部分スキャンへの移行動作を示した図である。 本発明による位置検出装置の実施形態における部分スキャン動作について示した図である。 本発明による位置検出装置の他の実施形態の構成図である。
 図1は本発明による位置検出装置の実施形態において、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。図1において、11はLCD(Liquid Crystal Display;液晶ディスプレイ)パネル、12はITO(Indium Tin Oxide)により形成した電極を有する透明センサーである。12aはITO電極のラインからなるX電極12dが、互いに直交するX方向及びY方向のうちの、X方向に複数配列してなるITOガラスである。12bはITO電極のラインからなるY電極12eがY方向に複数配列してなるITOガラスである。12cは厚みが均一な透明絶縁シートであり、例えばPET(Polyethylene terephthalate)フィルムからなる。
 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、間に透明絶縁シート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電極12dおよびITOガラス12b上のY電極12e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12e上で切断した断面図である。この実施形態では、ITOガラス12a側が操作面側となり、このITOガラス12aの外部への露呈面が、タッチ面12fとなる。
 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12dに接続されてX電極12d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12eに接続されてY電極12e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12dが40本(X1~X40)、Y電極12eが30本(Y1~Y30)として説明する。
 15はスタイラスで、一定周波数の信号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。
 16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17に接続する。即ち、スタイラス15による指示位置のX軸座標を求めるときは、コントロール回路18からの制御信号aをロウレベル「0」として、X選択回路13側を選択する。また、スタイラス15による指示位置のY軸座標を求めるときは、制御信号aをハイレベル「1」として、Y選択回路14側を選択する。この場合に、X選択回路13またはY選択回路14の+端側は、差動増幅回路17の非反転入力端子(+側)に接続され、X選択回路13またはY選択回路14の-端側は、差動増幅回路17の反転入力端子(-側)に接続される。
 19はスタイラス15が出力する信号周波数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、スイッチ20を介して差動増幅回路17からの出力信号が供給される。スイッチ20はコントロール回路18からの制御信号bによってオン状態またはオフ状態に制御される。即ち、制御信号bがハイレベル「1」のときにはスイッチ20はオン状態とされ、差動増幅回路17からの出力信号はバンドパスフィルター回路19に供給され、制御信号bがロウレベル「0」のときには、スイッチ20はオフ状態とされ、差動増幅回路17からの出力信号はバンドパスフィルター回路19に供給されない。
 バンドパスフィルター回路19の出力信号は検波回路21によって検波され、コントロール回路18からの制御信号cに基づきアナログ-デジタル変換回路(以下、AD変換回路と略称する)22によってデジタル値に変換される。このAD変換回路22からのデジタルデータdはマイクロプロセッサ(MCU)23によって読み取られ処理される。ここで、スイッチ20がオン状態である期間は、AD変換回路22でサンプリングを行ってデジタル信号に変換する受信期間であり、スイッチ20がオフ状態である期間は、AD変換回路22でサンプリングをしない受信停止期間となり、スイッチ20のオン状態とオフ状態とで、受信期間と受信停止期間とが交互になる。
 コントロール回路18は制御信号e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f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。
 マイクロプロセッサ23は、内部にROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)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。
 マイクロプロセッサ23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を出力するように、ROMに格納された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。
 本実施形態では、LCDパネル11から、表示のリフレッシュのタイミングに同期する水平同期パルスhがコントロール回路18およびマイクロプロセッサ23に供給されており、位置検出装置の全体の動作が水平同期パルスhの周期Ph(図4参照)で行われる。
 図4はX選択回路13またはY選択回路14がスタイラス15に近い電極を選択した状態での位置検出装置の受信信号波形とAD変換動作のタイミングを示した図である。図4において、h、b、j、k、c、dは図3に同一符号で示した箇所の信号波形である。なお、jは差動増幅回路17の出力信号波形、kは検波回路21の出力信号波形である。
 差動増幅回路17の出力jにはスタイラス15から送信された信号が現れるが、水平同期パルスhのタイミングでLCDパネル11からの強いノイズが発生する。このLCDパネル11からのノイズを避けて信号検出(AD変換)を行うことが本実施形態の特徴である。
 即ち、コントロール回路18は、LCDパネル11からの水平同期パルスhに基づいて、当該水平同期パルスhに同期し、かつ、この水平同期パルスhのパルス幅期間を含む期間でロウレベルとなる制御信号bを生成する。そして、コントロール回路18は、この制御信号bにより、水平同期パルスhに同期したタイミングであって、水平同期パルスhのパルス幅期間を含む期間でスイッチ20をオフとする。これにより、差動増幅回路17の出力に現れるノイズはバンドパスフィルター回路19には入力されないため、AD変換回路22による変換結果dはノイズの影響を受けない。
 LCDパネル11などの表示装置から発生するノイズは一般にパルス性であるが、そのようなパルス性ノイズをバンドパスフィルター回路19に入力するとパルスが終了した後も長い時間に渡って影響が残る。そのため、本実施形態ではノイズが現れる際に信号がバンドパスフィルター回路19に入らないようにしている。
 図5は、本実施形態で用いるスタイラス15の内部構造例を示したものである。図5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(GND;接地電極)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。
 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には一定の周波数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変調された信号を出力する。プリント基板34には、そのためのASK変調回路も設けられている。
 図6は、スタイラス15の回路の一例を示したものである。図6において図5と同じものは同一記号で表している。31はスタイラス15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6においてコイL1とコンデンサC1およびコンデンサC2は発振回路の一部を構成しており、こ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。
 図6において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。発振回路は、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、としてスタイラスの動作を説明する。
 図7は、図6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」の出力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後述する座標検出動作を行う。また、CPU36は、この信号pがハイレベル「1」である連続送信期間中に、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「1」出力に設定する。これによって信号qはハイレベル「1」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すなわち端子P2の電圧は徐々に低下する。CPU36において、端子P2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、端子P2を入力設定に切替えてから端子P2の電圧が前記しきい値以下に達するまでの時間をTp(図7参照)として計測する。この時間Tp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した時間Tpを10ビットのデジタル値として求める。
 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、データが“0”のときは端子P1をロウレベルとし、データが“1”のときはハイレベルとする。図7において、最初のデータであるスタート信号(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マイクロプロセッサ23が正確に予測できるようにするためである。また、図7において、時間Tdは1ビットのデータを送出する周期である。この周期Tdは、図8に例示するように、LCDパネル11の水平同期パルスhの周期Phと比較して十分に長いことが好ましい。
 図8は、スタイラス15側の信号pおよび信号rと、位置検出装置側の透明センサー12の出力信号、水平同期パルスhおよびAD変換回路22に供給される制御信号c(AD変換タイミングの信号)とについて、1周期Tdの期間における関係を示す拡大図である。
 この図8に示すように、センサー12からの出力信号は、周期Tdよりも十分に短い周期の水平同期パルスhに同期した制御信号cに基づいて、AD変換回路22でデジタル信号に変換される。そして、図4に示したように、水平同期パルスhに基づいて生成される制御信号bにより、水平同期パルスhに同期して発生するノイズが含まれる期間は、受信停止期間としてスイッチ20はオフ状態とされ、スイッチ20がオン状態とされる受信期間で、制御信号cに基づいて、AD変換回路22でデジタル信号に変換される。したがって、前述もしたように、水平同期パルスhに同期して発生するノイズは、AD変換回路22には供給されず、影響が除去される。
 このように構成した本実施形態の位置検出装置が、スタイラス15の座標位置および筆圧データをどのようにして検出するのか、について次に説明する。
 図9は、X軸全面スキャン動作を示す。具体的には、X選択回路13が全てのX電極について順次選択して信号を受信することにより、スタイラス15が置かれているおよその位置を求めるX軸全面スキャン動作について示したものである。まずマイクロプロセッサ23はコントロール回路18に対して制御信号gを出力して、切替回路16がX側を選択し、X選択回路13の+端側としてX電極X1を、-端側としてX電極X6をそれぞれ選択するように制御する。この状態で図4に示したタイミングで受信およびAD変換動作を行なうことにより選択したX電極X1,X6から受信される信号のレベルが求められる。
 次にマイクロプロセッサ23は、X選択回路13が選択する電極の番号を1ずつ繰り上げ、+端側としてX電極X2を、-端側としてX電極X7をそれぞれ選択するように制御する。この状態で前述したのと同様に信号レベルを求める。
 同様にしてマイクロプロセッサ23は、X選択回路13が選択するX電極の番号を順次繰り上げながら信号レベルを求め、+端側の選択がX電極X35、-端側の選択がX電極X40になるまで行なう。この時、X選択回路13におけるX電極の選択の切替は、コントロール回路18からの制御信号eにより水平同期パルスhに同期して行なわれる。
 このときAD変換出力dの値が前述した全ての場合で一定レベルに達していなければ、スタイラス15は透明センサー12上に無いものと判断して、上記のX軸全面スキャン動作を繰り返す。
 さらに、図9では、スタイラス15が透明センサー12のX電極X11付近に置かれている場合について示している。その場合、図9に示すように、X選択回路13においてX電極X11が+端側または-端側のいずれかとして選択された際に信号レベルがピークとなる。このようにX電極の選択を更新したときの信号レベルの分布よりスタイラス15のおよその位置を求めることができる。図9の信号レベル分布よりスタイラス15がX電極X11付近に置かれていることがわかると、次に部分スキャンへの移行動作を行なう。
 なお、図9で示したX軸全面スキャン動作では、X選択回路13において+端側として選択する電極と-端側として選択する電極との間を4本空けているが、4本以外の本数としても良い。
 図10は、部分スキャンへの移行動作について示したもので、スタイラス15が図7における連続送信期間となるタイミングを検出するとともに、スタイラス15の透明センサー12におけるY方向のおよその位置を求める。
 まずマイクロプロセッサ23はコントロール回路18に対して制御信号gを出力して、切替回路16がX側を選択し、X選択回路13の+端側としてX電極X11を、-端側としてX電極X16をそれぞれ選択するように制御する。この状態で図4と同じタイミングで信号レベルを繰り返し求める。このときスタイラス15が図7に示した連続送信期間に入るとAD変換回路22から出力される信号レベルが繰り返し所定値以上となる。信号レベルが所定時間Ts(図10参照)以上繰り返し所定値を超えて検出されると、マイクロプロセッサ23はスタイラス15が連続送信期間に入ったと判断してY軸全面スキャン動作へ移行する。この所定時間Tsは、スタイラス15がデータ送信期間に送信する周期Tdよりも十分に長い時間とする。
 マイクロプロセッサ23はY軸全面スキャン動作を行うため、コントロール回路18に対して制御信号gを出力して、切替回路16がY側を選択し、Y選択回路14の+端側としてY電極Y1を、-端側としてY電極Y6をそれぞれ選択するように制御する。この状態で図4に示したのと同じタイミングで受信およびAD変換動作を行なう。続いてマイクロプロセッサ23は、X軸全面スキャンの時と同様にY選択回路14が選択する電極の番号を1ずつ繰り上げながら信号レベルを求め、+端側の選択がY電極Y25、-端側の選択がY電極Y30になるまで行なう。この時もY選択回路14における選択の切替は、コントロール回路18からの制御信号fにより水平同期パルスhに同期して行なわれる。この時もX軸全面スキャンの時と同様に、Y選択回路14の+端側または-端側のいずれかがスタイラス15に近い電極を選択した際にピークとなるような信号分布が得られる。本実施形態ではスタイラス15がY電極Y20付近に置かれているものとして以下の説明を行う。
 なお、図10で示したY軸全面スキャン動作では、Y選択回路14において+端側として選択する電極と-端側として選択する電極との間を4本空けているが、4本以外の本数としても良い。
 以上説明した図9および図10の動作によってスタイラス15がX電極X11およびY電極Y20の交点付近に置かれていることがわかった。続いてマイクロプロセッサ23は、X電極X11を中心とする5本のX電極およびY電極Y20を中心とする5本のY電極について順次選択して信号レベルを求める部分スキャン動作へ移行する。
 図11は部分スキャン動作について示した図である。マイクロプロセッサ23はX選択回路13が+端側および-端側としてX電極X11およびX電極X16を選択した状態で、AD変換回路22から出力される信号レベルが所定時間Ts継続して所定値以上であったときに、スタイラス15からの連続送信期間が開始されたと判断して、座標検出動作へ移行する(図11のステップ1)。この時間Tsは図10で説明したのと同様で、スタイラス15がデータ送信期間に送信するデジタル信号の周期Tdよりも十分に長い時間とする。
 マイクロプロセッサ23は、スタイラス15のX座標を求めるため、切替回路16がX側を選択した状態で、X選択回路13の+端側としてX電極X11を中心とする5本のX電極(X9~X13)を順次選択して信号レベルを読み取る(ステップ1)。このときX選択回路13の-端側は、+端側で選択したX電極から十分離れたX電極としてX電極X14~X18を選択する。
 この時の動作も図9や図10で示したのと同様に水平同期パルスhに同期して信号受信とAD変換を行なうが、本実施形態では同一電極につき4回の検出を行ない、その平均レベルを受信信号レベルとして保存する。
 図11において、最も高い信号レベルが検出された際に+端側として選択したX電極の番号(ここではX11)、およびその信号レベルVPX、またその両隣のX電極により検出されたレベルをVAX、VBXとして保存する(ステップ1)。
 次にマイクロプロセッサ23は、スタイラス15のY座標を求めるため、切替回路16がY側を選択するようにして、Y選択回路14の+端側としてY電極Y20を中心とする5本のY電極(Y18~Y22)を順次選択して信号レベルを読み取る(ステップ1)。このときY選択回路14の-端側は、+端側で選択したY電極から十分離れたY電極としてY電極Y23~Y27を選択する。この時も水平同期パルスhに同期して信号受信とAD変換を行なうとともに、同一電極につき4回の検出を行ない、その平均レベルを受信信号レベルとして保存する。
 そして、最も高い信号レベルが検出された際に+端側として選択したY電極の番号(ここではY20)、およびその信号レベルVPY、またその両隣の電極により検出されたレベルをVAY、VBYとして保存する(ステップ1)。
 ここで求まった信号レベルVPX、VAX、VBX、VPY、VAY、VBYは、後述する計算式による座標値の計算に用いられる。
 次いで、マイクロプロセッサ23はスタイラス15からの連続送信期間の終了を待つための動作を行う。マイクロプロセッサ23は、切替回路16がX側を選択するように制御するとともに、X選択回路13の+端側として前述した座標検出動作においてピークが検出されたX電極X11を、-端側としてX電極X16をそれぞれ選択するように制御する。この状態で受信される信号レベルが所定値に達しなくなった時刻がスタイラス15からの連続送信期間の終了時刻となる(ステップ1)。
 マイクロプロセッサ23は、スタイラス15からの連続送信期間の終了を検出すると、筆圧データに先立って送信されるスタート信号(Start signal)のタイミングを検出する動作に入る(ステップ2)。マイクロプロセッサ23は、X選択回路13が+端側としてX電極X11を、-端側としてX電極X16を選択した状態で、図4に示したように水平同期パルスhに同期して信号受信とAD変換動作を繰り返し行なう。
 このとき、信号レベルが前述した所定値以上となった時刻をt1として記憶する。マイクロプロセッサ23は、時刻t1から一定時間Twだけ待った時刻よりスタイラス15からのデータ受信動作を開始する(ステップ2)。この時間Twは、スタイラス15からのスタート信号の送信を終了した後、受信される信号レベルがほぼ無くなるまでとし、予め求めておいた時間とする。
 マイクロプロセッサ23は、前述した待ち時間が、時間Twに達すると同時に、図示しないタイマーを起動する。このタイマーはゼロから前述した時間Td(スタイラス15からのデータ送信周期)に一致する値までを繰り返しカウントする(ステップ2)。タイマーの1周期の動作期間中、マイクロプロセッサ23は信号受信およびAD変換を繰り返し行い、信号レベルを読み取る。この間の信号レベルが一度も前述した所定値に達しなければスタイラス15からの送信が無かったものと判断して、その回のデータを“0”として保存し、その間に所定値以上の信号レベルが検出された場合にはスタイラス15からの送信が有ったものと判断して、その回のデータを“1”として保存する(ステップ2)。
 前述したタイマーのカウントを10回行い、10ビットのデータが保存される。この10ビットのデータは図7において示した10ビットの筆圧データに対応するものである。図11では、筆圧データが「0101110101」の場合について示している。
 なお、ステップ2ではX電極の中から最大レベルが検出されたX電極X11を選択してデータの受信を行ったが、これをY電極の中で最大レベルが検出されたY電極Y20を選択して行っても良い。
 ステップ2において10ビットの筆圧データの受信を終了すると、スタイラス15からの連続送信期間の開始を検出する動作(ステップ1)へ移行して、マイクロプロセッサ23は図11の動作を繰り返し行う。
 それでは、前述したステップ1において求められた受信レベルよりスタイラス15の座標位置を求める方法について説明する。
 ステップ1で求められた受信レベルVPX、VAX、VBX、VPY、VAY、VBYよりスタイラス15の座標値(X、Y)は次式によりそれぞれ計算される。
  X=Px+
(Dx/2)×((VBX-VAX)/(2×VPX-VAX-VBX))・・(式1)
 但し、PxはX軸で最大レベルが検出されたX電極(ここではX11)の座標位置とし、DxはX電極間の配列ピッチ、とする。
  Y=Py+
(Dy/2)×((VBY-VAY)/(2×VPY-VAY-VBY))・・(式2)
 但し、PyはY軸で最大レベルが検出されたY電極(ここではY20)の座標位置とし、DyはY電極間の配列ピッチ、とする。
 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、X電極、Y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。
 上述の実施形態ではX選択回路13およびY選択回路14が選択する電極として+端側がスタイラスの近傍となるようにしたが、-端側をスタイラスの近傍とするように選択しても良い。また、+端と-端として選択する電極を、間に4本の電極を隔てて選択したが、他の本数を隔てても良い。なお、X選択回路13およびY選択回路14の+端および-端として選択する2つの電極は、スタイラス15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。
 上述の実施形態においてコントロール回路18は、マイクロプロセッサ23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。
 上述の実施形態ではスタイラス15によって指示された位置のX軸側の座標検出とY軸側の座標検出とを切替回路16により切替えて行っているが、X軸側とY軸側とで差動増幅回路やAD変換回路などを別々に設けて、同時に受信処理を行うようにしても良い。
 上述の実施形態では透明センサー12の電極をITOパターンにより構成したが、これを、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面状パターンとして形成しても良い。
 上述の実施形態では、X選択回路13およびY選択回路14の+端側と-端側として各1本ずつの電極を選択したが、同数の複数本を同時に選択するようにしても良い。
 本実施形態では、スタイラス15によって指示された位置のX座標とY座標を求める部分スキャンにおいて、同一電極につき4回の信号レベルを求めたが、同一電極につき1回としても良いし、他の回数としても良い。
 また、上述の実施形態では、第1の電極をX電極とし、第2の電極をY電極として、その配列方向である第1の方向(X方向)と、第2の方向(Y方向)とは、互いに直交する方向としたが、第1の方向と第2の方向とは直交している必要はなく、互いに交差する方向であれば、この発明は適用することができる。
 [実施形態の効果]
 本実施形態によれば、2組の受信電極を同時に選択して差動増幅回路17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とともに、表示装置の水平同期パルスhと同一の周期で検出するようにしたので、信号を検出してAD変換するタイミングに表示装置のノイズが混入することがなく、表示装置が発するノイズに影響されることなくスタイラス15の座標位置を正確に検出することができる。
 また、本実施形態によれば、バンドパスフィルター回路19によりスタイラス15からの信号周波数成分のみを抽出するとともに、表示装置が水平同期パルスhによりノイズを発生する期間の受信信号をバンドパスフィルター回路19に供給しないようにしたため、ノイズに影響されることなくスタイラス15の座標位置を正確に検出することができる。
 また、本実施形態によれば、スタイラス15の筆圧情報をASK変調により送信するようにしたため、位置検出装置側で帯域幅の狭いバンドパスフィルター回路19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。
 なお、上述した実施形態においては、差動増幅回路17を用いることで2本の受信電極に同様に重畳されるノイズをキャンセルするようにしたが、表示装置がノイズを発する期間はスイッチ20をオフにすることによりバンドバスフィルタ19に供給しないようになるので、図12に示すように、差動増幅回路17を用いずに、増幅回路27を用いるように構成してもよい。その場合には、図12に示すように、X選択回路13´、Y選択回路14´は、それぞれ1本のX電極、1本のY電極を選択する構成となり、また、切替回路16´は、X選択回路13´で選択された1本ずつのX電極と、Y選択回路14´で選択された1本ずつのY電極とのいずれかを選択する構成となる。なお、前述の実施形態と同様に、X選択回路13´、Y選択回路14´は、複数本のX電極、Y電極を選択するように構成してもよいことは言うまでもない。
 また、上述した実施形態は、静電方式のスタイラス(位置指示器)による指示位置の検出の場合について説明したが、電磁誘導方式のスタイラス(位置指示器)による指示位置を検出する位置検出装置においても、この発明は適用可能である。
 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  スタイラス
 16  切替回路
 17  差動増幅回路
 18  コントロール回路
 19  バンドパスフィルター回路
 20  スイッチ
 21  検波回路
 22  AD変換回路
 23  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
 

Claims (6)

  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スタイラスによる指示位置を検出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、透明の導電材または実質的に透明と見なされる幅の導電材より構成される電極を、互いに交差する第1の方向と第2の方向とにそれぞれ複数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、電池またはキャパシタによって保持される電源と、前記交流電界の基となる交流信号を発生する交流信号生成回路と、前記先端部に加えられる圧力をスイッチ情報または筆圧情報として検出する筆圧検出回路と、前記筆圧検出回路によって検出した情報に基づき前記交流信号生成回路からの出力信号の周波数または振幅を変化させる変調回路とを設けたスタイラスと、
     前記第1の方向に配列した複数の第1の電極の中から一又は複数の電極を選択する第1の選択回路と、
     前記第2の方向に配列した複数の第2の電極の中から一又は複数の電極を選択する第2の選択回路と、
     前記第1の選択回路および前記第2の選択回路の一方、もしくはそれぞれによって選択される前記一又は複数の電極に生じる信号を増幅する増幅器と、
     前記増幅器から出力される信号のレベルを前記表示装置の水平同期パルスと同一の周期で検出してデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換回路と、
     前記第1の選択回路および前記第2の選択回路によって選択する電極を順次切替えた際に前記アナログ-デジタル変換回路から出力される信号強度の分布より、前記スタイラスによる指示位置を求める処理回路と、
     を備え、
     前記表示装置の水平同期パルスに同期して、前記水平同期パルスのパルス幅期間を含めた所定の期間においては、前記増幅器の出力を前記アナログ-デジタル変換回路に供給しないようにしたことを特徴とする位置検出装置。
  2.  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スタイラスによる指示位置を検出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、透明の導電材または実質的に透明と見なされる幅の導電材より構成される電極を、互いに交差する第1の方向と第2の方向とにそれぞれ複数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、電池またはキャパシタによって保持される電源と、前記交流電界の基となる交流信号を発生する交流信号生成回路と、前記先端部に加えられる圧力をスイッチ情報または筆圧情報として検出する筆圧検出回路と、前記筆圧検出回路によって検出した情報に基づき前記交流信号生成回路からの出力信号の周波数または振幅を変化させる変調回路とを設けたスタイラスと、
     前記第1の方向に配列した複数の第1の電極の中から2組の電極を+端および-端として選択する第1の選択回路と、
     前記第2の方向に配列した複数の第2の電極の中から2組の電極を+端および-端として選択する第2の選択回路と、
     前記第1の選択回路および前記第2の選択回路の一方、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、
     前記差動増幅器から出力される信号のレベルを前記表示装置の水平同期パルスと同一の周期で検出してデジタル信号に変換するアナログ-デジタル変換回路と、
     前記第1の選択回路および前記第2の選択回路によって選択する電極を順次切替えた際に前記アナログ-デジタル変換回路から出力される信号強度の分布より、前記スタイラスによる指示位置を求める処理回路と、
     を備え、
     前記表示装置の水平同期パルスに同期して、前記水平同期パルスのパルス幅期間を含めた所定の期間においては、前記差動増幅器の出力を前記アナログ-デジタル変換回路に供給しないようにしたことを特徴とする位置検出装置。
  3.  前記アナログ-デジタル変換回路が、信号をサンプリングする受信期間とサンプリングしない受信停止期間とを交互に設けるとともに、前記表示装置の水平同期パルスのパルス幅期間が前記受信停止期間中となるようにした
     ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の位置検出装置。
  4.  前記アナログ-デジタル変換回路が、信号をサンプリングする受信期間とサンプリングしない受信停止期間とを交互に設けるとともに、前記表示装置の水平同期パルスのパルス幅期間が前記受信停止期間中となるようにし、
     前記増幅器の出力をバンドパスフィルター回路を通すことにより前記スタイラスからの信号周波数成分のみを抽出するとともに、前記受信停止期間は前記増幅器の出力を前記バンドパスフィルター回路に供給しないようにした
     ことを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。
  5.  前記アナログ-デジタル変換回路が、信号をサンプリングする受信期間とサンプリングしない受信停止期間とを交互に設けるとともに、前記表示装置の水平同期パルスのパルス幅期間が前記受信停止期間中となるようにし、
     前記差動増幅器の出力をバンドパスフィルター回路を通すことにより前記スタイラスからの信号周波数成分のみを抽出するとともに、前記受信停止期間は前記差動増幅器の出力を前記バンドパスフィルター回路に供給しないようにした
     ことを特徴とする請求項2に記載の位置検出装置。
  6.  前記スタイラスの前記筆圧検出回路は、筆圧を検出してデジタル化するものであり、前記変調回路は、前記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(Amplitude Shift Keying)変調回路である
     ことを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の位置検出装置。
     
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