JPH06175771A - 位置検出装置及び位置検出・表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 タブレットの容量結合することにより、導電
膜の電位を検出するスタイラスペンを利用して、このス
タイラスペンからの信号を処理するだけで位置の検出が
行える簡便な構成の位置検出装置を得ることである。 【構成】 基板上に導電膜２０２と、そこに電流を供給
するトランジスタ２２０を制御し、前記導電膜２０２上
に電位分布を形成する。導電膜２０２上には絶縁膜が設
けられておりスタイラスペン２０５の先端の導電部材
は、前記絶縁膜を介して導電膜２０２と容量結合し、そ
の結果導電膜２０２上の電位を検出する。導電膜２０２
は、面方向に一様な抵抗値を有しているので、導電膜上
の電位分布は線形名分布となる。そのため、スタイラス
ペン２０５の出力信号のみを処理すれば、スタイラスペ
ン２０５の指示する位置が求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位置検出に関する。特
に静電結合容量を利用したタブレット等の座標検出装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】携帯性の端末装置、及びコンピュータ等
の入力装置において、操作者が平面上の位置を指定する
ことにより端末等に入力を行う装置が知られている。こ
の種の装置は、一般にタブレットと呼ばれている。

【０００３】コンピュータ等の表示画面に透明なタブレ
ットを重ね、操作者が表示画面に従ってその特定の場所
を指定したりできるように構成した装置が一般に使用さ
れている。この種の装置はキーボードとマウスの機能を
代替えできるうえ、キーボードに不慣れな人でも容易に
入力できるので広く用いられている。

【０００４】図１６は、特公平１−１９１７６号広報に
示された従来のタブレットの構成図である。図１７に示
されたように、タブレットは１００、はガラス基板１０
２を含んでいる。このガラス基板１０２には、線形な抵
抗性の表面を形成するべく均一な透明導電膜が設けられ
ている。この導電膜はＩＴＯ膜等が用いられている。こ
こに示されているタブレット１００は、電極１０１が設
けられている。この電極１０１は、図１７に示されてい
るように、画面を取り巻くように形成されている。更に
矩形形状の各辺は複数の電極列から構成されている。

【０００５】この電極１０１は、信号入力端子Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄを備えている。そして、この４個の電極端子を通
じて外部の測定回路と接続されている。端子Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄはそこから信号を供給する端子であり、同時に信
号を取り出す端子でもある。以下に動作の例を説明す
る。

【０００６】タブレット１００の端子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを
同時に同電位に保持した状態で、アースに接続された導
電性のスタイラスペンをタブレット１００の表面に接触
させると、端子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにはそれぞれ電流が流れ
る。これらの電流をそれぞれｉ_A ，ｉ_B ，ｉ_C ，ｉ_D と
するとスタイラスペンが接触した位置（以下選択した点
という）の座標（Ｘ，Ｙ）は以下のように表される。た
だし、座標の原点はタブレット１００の中心であるとす
る。

【０００７】 ｘ＝ｋ₁ ＋ｋ₂ （ｉ_B ＋ｉ_C ） ／（ｉ_A ＋ｉ_B ＋ｉ_C ＋ｉ_D ）……（１） ｙ＝ｋ₁ ＋ｋ₂ （ｉ_A ＋ｉ_B ） ／（ｉ_A ＋ｉ_B ＋ｉ_C ＋ｉ_D ）……（２） ここで、ｋ₁ はオフセット値、ｋ₂ は倍率を表す係数で
ある。タブレット１００の導電膜は、周辺境界の特殊な
電極構造により線形な電位勾配を形成できる。すなわ
ち、抵抗面すべての点において電流密度の大きさと方向
が同じで、それに付随して発生する電界強度も線形であ
り、それらは互いに直交している。

【０００８】上記のように各端子に流れる電流に基づ
き、（１）、（２）式の計算を行う回路が図８に示され
ている。１１６〜１１９の増幅器は、１１１〜１１４の
フィードバック抵抗を通じて電流を供給することによ
り、端子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを発振器１２０からの出力信号
と同一の電位に維持する。

【０００９】操作者が接地されているスタイラスペンを
タブレット１００の導電膜に接触させ、上記電流ｉ_A ，
ｉ_B ，ｉ_C ，ｉ_D が流れると、１１６〜１１８の増幅器
はフィードバック抵抗１１１〜１１４を介して、これら
の電流に比例した電圧を出力する。これらの増幅器の出
力信号は１２１〜１２４のバンドパスフィルタへ入力さ
れ、検出周波数のみを出力する。発振器１２０の信号の
位相は移相器１２６において１８０度移相され、１２７
〜１３０の加算器で前記フィルタの出力から発振器１２
０の信号成分が減算される。減算された出力信号、１３
１〜１３４の整流器で整流され、交流信号の振幅に比例
した直流レベルの電圧を有する信号となる。

【００１０】次に、タブレット１００の上部の２つの端
子Ａ，Ｂに相当するレベルの電圧はＹ軸加算器１３６で
加算され、右側の２つの端子Ｂ，Ｃに相当する電圧はＸ
軸加算器１３７で加算され、除算器１３９，１４０の分
子入力となる。４つのすべての端子に相当するレベルの
電圧は、全チャンネル加算器１３８で加算され、その出
力信号は除算器１３９，１４０の分母入力となり、除算
器１３９，１４０は上記式（１）、（２）の除算を行
う。オフセットボリューム１４３，１４４と出力増幅器
１４１，１４２とは、上記式（１）、（２）の計算を行
い、Ｘ座標とＹ座標とを出力する。レベル検出器１４５
は全チャンネル加算器１３８の出力信号を監視してお
り、使用者がスタイラスペンをタブレットに接触させた
時を検出し、座標検出のタイミングを表す信号を出力す
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のタブ
レットでは、上述したように、図１６のように極めて複
雑な回路を用いなければならず、装置のコストが上昇し
てしまった。

【００１２】第１の発明は上記課題に鑑みなされたもの
で、その目的は新たにタブレットの導電膜と容量結合す
ることにより導電膜の電位を取り出すスタイラスペンを
利用し、このスタイラスペンからの信号のみを処理する
だけで位置の検出が行える簡易な構成の位置検出装置を
得ることである。

【００１３】この場合、透明導電膜上の電位が小さくな
る部分ではスタイラスペンの先端の導電部に誘導される
電位も比例して小さくなり、その結果Ｓ／Ｎ比も劣化し
て位置検出の誤差となり、文字入力の場合にはペンで指
示した位置と表示出力がずれる結果となる。

【００１４】第２の発明は上記課題に鑑みなされたもの
で、その目的はＳ／Ｎ比の劣化を少なくし、タブレット
の全面にわたって位置検出の誤差が均一になるような位
置検出装置を得ることである。

【００１５】また、第１の発明の位置検出装置は透明な
基板を用いることにより、上記の従来例と同様に、表示
装置の前面に取り付け、操作表示、データの選択指示等
を簡単に入力可能な位置検出・表示装置を構成すること
が可能である。特に近年においては表示装置に液晶素子
を使用することが多く、液晶表示装置の前面にこのタブ
レットを設けることにより極めて薄型の表示・入力装置
を得ることが可能である。この結果、キーボードを用い
ずにペン入力のみをサポートするいわゆる「ペンコンピ
ュータ」等が実現される。

【００１６】ところがこの場合、液晶表示装置の駆動回
避からの駆動信号がノイズとして位置検出装置のスタイ
ラスペンに入力してしまう。特に液晶表示装置と、その
上に重ねて使用される位置検出装置とはその面積が近
く、かつ、位置検出装置の導電膜と液晶表示装置の透明
電極は極めて近接している。このため、スタイラスペン
はその先端の電極部材と導電膜との静電結合によってそ
の導電膜の電位を検出するので、その検出の際に同時に
液晶表示装置の透明電極からの信号をも検出してしま
う。

【００１７】その結果、入力する座標位置がずれたり入
力する座標位置が変動してしまったりする現象が生じ、
正常な入力が保証できない可能性がある。

【００１８】第３の発明は上記課題に鑑みなされたもの
で、その目的は表示装置からのノイズを検出しにくいタ
ブレットを表示装置の全面に重ねて、正常な入力を保証
できる位置検出・表示装置を得ることである。

【００１９】また、スタイラスペンの先端の電極部材は
タブレットに対してなるべく密着するように、つまり電
極部材の面がタブレットの面と平行でなければならない
が、通常人間はペンを傾けて操作し、かつその傾きの両
は操作者によってばらつきがある。そのため、ペンの先
の電極部材とタブレットの導電膜との間の結合容量が変
化し、出力電位の変動が生じ、見掛け上ペンの先の位置
が実際の位置とずれてしまう。従って、操作者によって
入力する座標位置がずれてしまうという課題がある。

【００２０】第４の発明は上記課題に鑑みなされたもの
で、その目的はスタイラスペンが傾いてもその傾きを検
出することによって出力電位を校正でき、その結果正し
い座標値を算出することの可能な位置検出装置を得るこ
とである。

【００２１】また、スタイラスペンにより検出された電
圧レベルはサンプルホールドされ、ＡＤ変換器でディジ
タルデータに変換され、このまま座標データとして表示
するとその軌跡が滑らかにならないため、複数の座標デ
ータの平均値をソフトウエアにより算出する。これはソ
フトウエアによるフィルターといえるが、この平均化に
おける母数を増やせば平滑化が十分に行われるが、表示
との追従性が悪くなるという課題があった。

【００２２】第５の発明は上記課題について鑑みなされ
たもので、その目的は筆記速度の速い場合にも追従性が
良く、筆記速度の遅い時には十分平滑化される位置検出
装置を得ることである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】第１の発明は上記課題を
解決するために、スタイラスペンが指示する位置を検出
する位置検出装置において、基板と前記基板上に設けら
れ、面方向に一様な抵抗値を有する導電膜と、前記導電
膜上の所定の矩形領域を取り囲むように配置されている
電極群と、前記矩形領域の頂点に接続され、それぞれの
頂点を所定の電位に設定する電位設定手段と、前記電位
設定主段を制御し、前記導電膜上の所定の前記矩形領域
の中において、前記導電膜上で縦方向に電位分布を生じ
させる縦方向電位分布発生手段と、前記電位設定主段を
制御し、前記導電膜上の所定の前記矩形領域の中におい
て、前記導電膜上で横方向に電位分布を生じさせる横方
向電位分布発生手段と、前記導電膜上に設けられた絶縁
膜と、前記絶縁膜を介して、前記導電膜と静電結合する
電極部材を先端に有するスタイラスペンとを備え、前記
スタイラスペンの先端の電極部材に、前記導電膜上に分
布する電位が誘導されることにより、前記スタイラスペ
ンの先端の位置を検出することを特徴とする位置検出装
置である。

【００２４】第２の発明は上記課題を解決するために、
前記位置検出装置において、前記縦方向電位分布発生手
段として縦方向の両端にその発生手段を設け、前記横方
向電位分布発生手段として横方向の両端にその発生手段
を設け、導電膜上に縦方向に時分割に両端から電位勾配
を生じさせ、横方向に時分割に両端から電位勾配を生じ
させることを特徴とする位置検出装置である。

【００２５】第３の発明は上記課題を解決するために、
表示装置とスタイラスペンが指示する位置を検出する透
明なタブレットとを重畳させることにより構成される位
置検出・表示装置において、前記タブレットは、透明基
板と前記透明基板上に設けられ、面方向に一様な抵抗値
を有する透明な導電膜と前記導電膜に接続され、前記導
電膜に電流を流すことによって前記導電膜に線形な電位
勾配を生じさせる電位勾配発生手段と、前記導電膜上に
設けられた透明な絶縁膜と、前記絶縁膜を介して前記導
電膜と静電結合する電極部材を先端に有する前記スタイ
ラスペンと、前記スタイラスペンの電極部材に生じる電
位をサンプル・ホールドし、座標信号として出力する出
力回路とを備え、前記電位勾配発生手段は、前記表示装
置の駆動回路が発生する交流化信号もしくはラインクロ
ックを入力し、前記交流化信号もしくはラインクロック
信号のパルス信号に同期して、かつ前記交流化信号もし
くはラインクロック信号のパルス信号と所定の位相差を
有するタイミングで、電位勾配を前記導電膜に生じさせ
ることを特徴とする位置検出・表示装置である。

【００２６】第４の発明は上記課題を解決するために、
表示装置とスタイラスペンが指示する位置を検出する透
明なタブレットとを重ねて構成される位置検出・表示装
置において、前記タブレットは、透明基板と前記透明基
板上に設けられ、面方向に一様な抵抗値を有する透明な
導電膜と前記導電膜に接続され、前記導電膜に電流を流
すことによって前記導電膜に線形な電位勾配を生じさせ
る電位勾配発生手段と、前記導電膜上に設けられた透明
な絶縁膜と、前記絶縁膜を介して前記導電膜と静電結合
する電極部材を先端に有する前記スタイラスペンと、前
記スタイラスペンの電極部材に生じる電位をサンプル・
ホールドし、座標信号として出力する出力回路とを備
え、前記電位勾配発生手段は、前記導電膜に線形な電位
勾配を生じさせる手段と、所定の時間間隔で前記導電膜
の全面を一様に所定の一定の電位に保持する一様電位発
生手段とを含むことを特徴とする位置検出装置である。

【００２７】第５の発明は上記課題を解決するために、
位置検出装置において、位置データの平均化処理におい
て、過去のデータとの差を見て、ある値を基準に、母数
を変えて平均化の処理を行うことを特徴とする位置検出
装置である。

【００２８】

【作用】第１の発明において、スタイラスペンからの信
号の大きさは、Ｘ座標とＹ座標に比例するので座標計算
が極めて簡単な回路で実現できる。また、タブレットの
透明動電膜上の電極も単純な形状で、製造が極めて簡単
になる。

【００２９】第２の発明において、電位勾配発生手段
は、電位勾配を両端から発生させ、スタイラスペンで検
出する電圧値で高いレベルを用いて座標データを算出す
るため、Ｓ／Ｎ比が改善され、タブレット全面で精度の
高い検出が行える。

【００３０】第３の発明において、電位勾配発生手段
は、表示装置の交流化信号とずれたタイミングで電位勾
配を発生させ、スタイラスペンでその電位を検出する。
そのため、位置の検出にあたって、表示装置の交流化信
号によるノイズの影響を受けない。

【００３１】第４の発明において、電位勾配発生手段
は、所定のタイミングで導電膜全面を所定の一定電位に
設定する。そのため、スタイラスペンにはその位置に依
存せず、スタイラスペンの傾きにのみ依存した信号が得
られる。

【００３２】第５の発明において、平滑化手段は、スタ
イラスペンの座標入力速度と表示速度の追従性を良く
し、座標データの平滑化も十分行う。

【００３３】

【実施例】

実施例１．図１は、本発明の一実施例である位置検出・
表示装置の機能ブロック図である。本実施例の位置検出
表示装置は、位置検出を行うタブレット部と、情報の表
示を行うＬＣＤ部とから構成されている。

【００３４】タブレット部は、図２に示すようなタブレ
ットと、アナログスイッチとしてトランジスタ２２０を
含んでいる。トランジスタ２２０は、タブレットの４隅
にそれぞれ対応して４個備えられている。タブレット駆
動回路２２２は、前記４個のトランジスタ２２０を制御
し、タブレットの縦、横方向の線形な電位分布を生じさ
せる。

【００３５】本実施例において特徴的なことは、このよ
うに、タブレットの４隅から導電膜２０２に電流を供給
することにより、導電膜２０２上に線形に減衰する電位
分布を形成したことである。そして、スタイラスペン２
０５は、この電位分布が形成された導電膜２０２上の所
定の位置を絶縁膜を介して容量結合により検出する。こ
の電位はスタイラスペンの先端の電極部材に誘導される
ものである。

【００３６】このように、本実施例においては、導電膜
２０２の４隅の端子は一定の電圧に保持され、ある期間
トランジスタスイッチにより接地される。ペンが指定す
る位置を表す信号はスタイラスペンからのパルス電圧レ
ベルだけである。更に、導電膜上２０２上には線形な電
位分布が形成されているため、スタイラスペン２０５が
検出する電位と指定する位置との間には単純な線形の関
係しかない。従って、簡単な線形演算をスタイラスペン
２０６の検出電圧出力に施すことにより、極めて容易に
指示位置の検出が行える。

【００３７】スタイラスペン２０５が検出した信号は、
アンプ２０６により増幅され、サンプルホールド回路２
０７に供給される。サンプルホールド回路２０７は、増
幅された信号を後続するＡＤコンバータのために保持す
る。この保持された信号は、ＡＤコンバータ２０８にお
いてディジタル信号に変換され、最後にＣＰＵに供給さ
れる。このようにして、スタイラスペン２０５がタブレ
ット上で指示した位置として最終的にＣＰＵ２１０で電
圧データから座標位置が算出され、ＬＣＤに表示データ
が送られる。

【００３８】ＬＣＤ部は、従来の構成と同様に、ＬＣＤ
２３６と、それを駆動する駆動回路２３０，２３４とを
含んでいる。更に、駆動回路２３０には、走査回路２２
８が走査信号を与え、駆動回路２３４には、直並列変換
回路２３２が駆動信号を与える。また、走査回路２２８
と駆動回路２３４は駆動制御回路２２６によって制御さ
れ、直並列変換回路２３２には、ＣＰＵ２１０から画像
信号が供給される。

【００３９】本実施例において特徴的なことは、駆動制
御回路２２６の出力信号がタブレットのＰＬＬ回路に供
給されることである。ＰＬＬ回路２２４はタブレット駆
動回路２２２の基本クロックを発生し、タブレットにＸ
方向（水平方向）、Ｙ方向（垂直方向）の電位分布とを
交互に与えるタイミングを決定する。このように、本実
施例においては、タブレットの導電膜２０２上にＸ方
向、Ｙ方向の電位分布を交互に正負両方向から駆動しＸ
方向、Ｙ方向それぞれにおいて、スタイラスペン２０５
の検出レベルの高い方の電圧値からスタイラスペンの指
示する座標位置を算出する。

【００４０】図３にタブレットの導電膜２０２と、スタ
イラスペン２０５とが容量結合する様子を表す１次元モ
デルが示されている。図２に示されているように、導電
膜２０２は、ガラスやフィルム等の絶縁体２０１を挟ん
でスタイラスペン２０５と容量結合している。更に、導
電膜２０２上には、電極２０３によって電位分布が形成
される。例えば、図において、右側の電極２０３を接地
して左側の電極２０３から信号を印加すると、スタイラ
スペンに発生する電位は、例えば図４に示すようにな
る。図４にはスタイラスペン２０５の位置と、その時に
発生する電位の関係を示すグラフが示さている。図４の
グラフの横軸は、図３における横方向の位置をＸを、縦
軸は、その位置におけるスタイラスペンの検出電圧Ｖ
_DET を示している。ここで注目すべきことは、導電膜２
０２が均一な抵抗値を有しているため、図４に示したよ
うに、導電膜２０２上には線形な電位分布が形成されて
いることである。これによって、スタイラスペンが検出
した電位がＶ₂ であった場合、図４に示したように、ス
タイラスペン２０５の位置は、Ｘ₂ であることが容易に
検出できる。

【００４１】図５には、スタイラスペンの内部回路図が
示されている。本実施例においては、容量結合によって
スタイラスペン先導体２１２に電荷が誘導され、誘導さ
れた電荷は、ＦＥＴ２１３で電圧増幅され検出電圧Ｖ
_DET がケーブル等を通じて本体のアンプ２０６に供給さ
れる。

【００４２】図６は、本実施例におけるタブレットとそ
の導電膜２０２を駆動するトランジスタ２２０とが接続
されてる様子を示す図である。図６に示されているよう
に、Ｘ方向の駆動についてトランジスタ２２０のうち、
Ｑ３，Ｑ４に「Ｈ」レベル信号が、Ｑ１，Ｑ２に「Ｌ」
レベル信号が、それぞれ印加された場合、タブレットの
透明導電膜（ＩＴＯ膜）上のパルスレベルは図に示すよ
うになる。また、トランジスタ２２０のうち、Ｑ３，Ｑ
４に「Ｌ」レベル信号がＱ１，Ｑ２に「Ｈ」レベル信号
として駆動した場合を図７に示した。この２回の駆動で
Ｘ座標を決定する。すなわち、２回の検出電圧Ｖ_DET の
うち、高い方を座標データとして採用し、Ｓ／Ｎ比の高
いレベルで、座標値を算出する。以上のことは、Ｙ方向
についても同様に行われ、透明導電膜上のどの部分でも
精度の高い検出が可能となる。

【００４３】このように、本実施例においては、タブレ
ット駆動回路２２２が、トランジスタ２２０の導通状態
を制御して、縦方向（Ｘ方向）及び横方向（Ｙ方向）の
電位分布を任意に形成させることができる。この形成の
タイミングは上述したサンプル・ホールド回路２０７に
も供給され、サンプル・ホールドのタイミングを決定す
るのに用いられている。すなわち、縦方向もしくは横方
向の電位分布が形成されたときのスタイラスペン２０５
からの出力信号をサンプル・ホールドするのである。こ
れによって、スタイラスペンの出力信号が縦方向の位置
を表す信号であるので、横方向の位置を表す信号である
のかが決定される。

【００４４】そして、このタブレット駆動回路２２２の
基本クロックは、上述したように、ＰＬＬ回路２２４に
よって生成されている。更に、このＰＬＬ回路２２４は
ＬＣＤ部の駆動制御回路２２６からのクロック信号に同
期して、その基本クロックを発生する。

【００４５】本実施例において特徴的なことはこの点で
ある。すなわち、タブレットの導電膜２０２上に電位分
布を形成し、そこからスタイラスペン２０５が容量結合
を利用して電位を検出するタイミングと、ＬＣＤ２３６
とが駆動されるタイミングとの周期を一致させたことで
ある。

【００４６】この様子が図８に示されている。図８は、
ＬＣＤ２３６の操作タイミングを表すＬＣＤラインクロ
ック信号（もしくは交流化信号）と、スタイラスペンの
出力がサンプル・ホールドされる、すなわち正規の値と
してＣＰＵ２１０に取り込まれるタイミングを表す検出
信号とを、それぞれ表したタイムチャートである。図８
においては、横軸は時間を表し、縦方向に各信号が並べ
られている。まず、図８に向かって上段にはＬＣＤライ
ンクロックが示されている。ここに示されているよう
に、ＬＣＤラインクロックは一定周期ごとにパルスが発
生する信号である。次に、中段に示されているのは、ス
タイラスペン２０５からの信号をサンプル・ホールドす
る検出信号パルスＡである。そして、Ｐｐはスタイラス
ペン２０５の出力信号の校正を行うタイミングを表すパ
ルスであり、ＰｘはＸ方向の位置を検出するタイミング
を表すパルスであり、ＰｙはＹ方向の位置を検出するタ
イミングを表す信号である。ここで、例えば、Ｘ方向の
位置を検出するタイミングにおいては、Ｘ方向に変化す
る電位分布が導電膜２０２上に形成されており、Ｙ方向
の位置を検出する際には、Ｙ方向に変化する電位分布が
導電膜２０２上に形成されている。スタイラスペン２０
５の出力信号の校正については後述する。

【００４７】本実施例において特徴的なことは、上記各
パルスＰｐ，Ｐｘ，ＰｙがＬＣＤラインクロック信号と
同一の周期で出力され、かつ位相がずれていることであ
る。すなわち、ＬＣＤ２３６が操作されるタイミング
と、スタイラスペン２０５からの信号がサンプル・ホー
ルドされるタイミングとは常にずれているわけである。
このように構成することによって、ＬＣＤ２３６の駆動
によるノイズをサンプルホールドしてしまうことがな
い。その結果、本実施例によれば、ＣＰＵ２１０が取り
込むスタイラスペンの位置情報には、ＬＣＤの駆動によ
るノイズが入り込まない。これは本実施例に特有の効果
である。

【００４８】一般に、ある信号をサンプルする際には、
複数個サンプルし、それらの平均を取ることによって誤
差を少なくすることが行われている。位置検出装置にお
いても同様であり、例えば、図８の下段に示されている
検出信号パルスＢは、Ｘ方向とＹ方向との位置信号をそ
れぞれ２回ずつサンプルし、ＣＰＵ２１０に供給してい
る。ＣＰＵ２１０は２つの信号を平均することにより、
誤差の少ない値を得ることができる。

【００４９】次に、上述したスタイラスペン２０５の出
力信号の校正について説明する。この構成は、スタイラ
スペン２０５の傾きに対する校正である。操作者はスタ
イラスペン２０５を通常傾けて使用する。この様子を図
９に示す。図９に示されているように、スタイラスペン
２０５はタブレットに対して傾いて接触するため、その
傾きθによって、同じ接触点でも出力信号が変化してし
まうという現象が生じる。このことは、操作者によって
検出位置が変化してしまうことを意味し、良好な操作が
維持できない恐れがある。そこで、本実施例において
は、スタイラスペン２０５の位置を検出する前に、この
傾きを検出し、校正を行った。これによって操作者によ
る検出誤差を小さくすることができ、良好な操作環境を
維持することができる。

【００５０】スタイラスペン２０５の傾きを検出する原
理図が図１０に示されている。図１０に示されているよ
うに、スタイラスペン２０５の傾きを検出する時には、
全ての電源電極に同一電圧を供給する。このようにする
ことによって、タブレット上の導電膜２０２に生じる電
位を全面に対し全て同一とすることができる。このよう
に、導電膜２０２上を全面積同一の電位にすることによ
って、スタイラスペン２０５に誘起される電位はそのタ
ブレット上の位置に依存しなくなる。その結果、スタイ
ラスペン２０５に誘起される電位は、そのスタイラスペ
ン２０５がタブレット上でどれくらい傾いているかによ
って定められる。すなわち、この状態でのスタイラスペ
ンの出力信号の大きさを見れば、スタイラスペン２０５
がどのくらい傾いているのかを容易に知ることができ
る。なお、このように、導電膜２０２上を全て同電位に
設定するには、上述したトランジスタを全て導通状態に
すれば良い。すなわちＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４に対し、
タブレット駆動回路２２２は、全て「Ｈ」レベル信号を
供給するのである。

【００５１】このように、導電膜２０２を全て同一の電
位に固定した場合のスタイラスペン２０５の出力電位の
様子が図１１に示されている。このように、出力電位は
スタイラスペン２０５の位置に依存せず、タブレットに
対する傾きにのみ依存することになる。例えば、図中
（ａ）で示されているのは、スタイラスペン２０５がタ
ブレット上に垂直に接触している場合の出力電位の様子
である。このときの出力電位をＶｐ０と呼ぶ。一方、図
中（ｂ）で示されているのはスタイラスペン２０５が角
度θで傾いている場合の出力電位の様子である。このと
きの出力電位をＶｐθと呼ぶ。このようにして、測定し
た出力電位Ｖｐθの値を用いて各位置信号の校正を行う
ことができる。

【００５２】このＶｐθを用いてＸ方向の位置が計算さ
れることを説明する説明図が図１２に示されている。ス
タイラスペン２０５が傾いている場合、図１２に示され
ているように、導電膜２０２上の電位分布は（ｂ）で表
される。すなわち、タブレット上の一方端においてはＶ
ｐθの電位であり、他方端では接地電位（０ボルト）と
なるような電位分布が生じているということが分かる。
従って、スタイラスペン２０５で測定された電位がこの
電位分布中の何処に位置するかを計算すれば、位置の情
報が算出される。なお、スタイラスペン２０５がタブレ
ット上に垂直に接触している場合の電位分布が図１２中
に（ａ）として示されている。

【００５３】このように、本実施例においては具体的な
傾きの量は計算されない。必要な量はタブレット上の一
方の端と他方の端とにどの様な電位が設定されているか
らである。従って、図１２の（ｂ）の場合においても具
体的なθの値は算出されず、単にＶｐθの値と実際の測
定値との比が検査されるだけである。

【００５４】このような原理によって、スタイラスペン
の傾きに依存せずに縦方向（Ｘ方向）と横方向（Ｙ方
向）のそれぞれの位置（座標）が算出される。

【００５５】次に、図１３に上記校正が行われるタイミ
ングを説明するタイムチャートが示されている。スタイ
ラスペン２０５の傾きは操作者によって異なり、また、
同じ操作者でも、常に一定であるとは限らない。従っ
て、本実施例においては、Ｘ座標とＹ座標とを検知する
度にスタイラスペン２０５の傾きによる校正を行ってい
る。図１３に示されているタイムチャートは、横軸が時
間で、縦軸が各種信号を表している。図１３中、最上段
に示されている信号はＬＣＤ部の表示系の動作クロック
であり、その下段に示されている信号は表示系から検出
されるノイズである。上述したように、本実施例におい
ては、ＬＣＤ部からのノイズの影響を除去するためにＬ
ＣＤ部の動作クロックの周期と同一の周期でＸ座標及び
Ｙ座標の検出を行っている。そして、本実施例において
は、スタイラスペン２０５の傾きの校正がＸ座標及びＹ
座標の検出の度に行われるので、校正もＬＣＤ部の動作
クロックと同じ周期で行われる。

【００５６】図１３の下の４個の信号は座標検出タイミ
ングを表す信号であり、タブレット駆動回路２２２から
出力される。ここにおいて、ＸはＸ座標を検出するタイ
ミングを表し、ＹはＹ座標を検出するタイミングを表
す。そして、Ｐはスタイラスペン２０５の傾きを校正す
るタイミングを表し、同じく、タブレット駆動回路２２
２から出力される。このＰで表されるタイミングで、上
述したようにＶｐθが求められ、このＶｐθによってス
タイラスペン２０５の傾きを校正し、正しいＸ座標及び
Ｙ座標が得られるのである。なお、Ｘ´は電位分布をＸ
の場合と逆方向にしてＸ座標を検出するタイミングであ
り、Ｙ´は電位分布をＹの場合と逆方向にしてＹ座標を
検出するタイミングである。前述したように、１個の座
標値を求めるのに測定を複数回行い、それらの値の平均
を取ることは誤差の低減に役立つことが従来からよく知
られている。

【００５７】まず、図１３の駆動例（１）は、表示系の
動作クロックの半周期ごとにスタイラスペン２０５の傾
きの検出かＸ座標の検出、もしくはＹ座標の検出のいず
れか一つの測定を行った駆動例である。すなわち、図に
示されているように、この例ではＰとＸとＹとが半周期
ごとに１個ずつ順に出力されている。

【００５８】駆動例（２）は、表示系の動作クロックの
半周期ごとにスタイラスペン２０５の傾きの検出、Ｘ座
標の検出、及びＹ座標の検出の全ての測定を行った駆動
例である。すなわち、図に示されているように、この例
ではＰとＸとＹとが半周期ごとに全て出力されている。

【００５９】駆動例（３）は、表示系の動作クロックの
半周期ごとにスタイラスペン２０５の傾きの検出、Ｘ座
標の検出、及びＹ座標の検出と、更に電位分布が逆の場
合のＸ座標の検出、及びＹ座標の検出（すなわちＸ´と
Ｙ´で示されている）を行った駆動例である。つまり、
図に示されているように、この例ではＰとＸとＹと、そ
れにＸ´とＹ´とが半周期ごとに全て出力されている。

【００６０】駆動例（４）は、上記駆動例（１）にＸ´
とＹ´とを付加したものである。すなわち、表示系の動
作クロックの半周期ごとにスタイラスペン２０５の傾き
の検出、Ｘ座標の検出、もしくはＹ座標の検出のいずれ
か一つを行うのである。そして、Ｘ座標の検出の際には
Ｘ´のタイミングで電位分布を逆にした場合のＸ座標の
検出を行い、Ｙ座標の検出の際には、Ｙ´のタイミング
で電位分布を逆にした場合のＹ座標の検出を行うのであ
る。

【００６１】以上述べたように、本実施例によれば、タ
ブレットの導電膜２０２を面方向に一定の抵抗値を有す
る透明な導電膜とし、線形の電位分布を生じさせた。従
って、スタイラスペン２０５が検出した電位を調べれば
スタイラスペン２０５がタブレット上にて示す位置を検
出することが可能である。

【００６２】更に、表示装置に重畳させて用いることに
より、位置検出・表示装置を構成するために用いられる
タブレットにおいて位置検出のタイミングを表示装置の
走査信号と一定のずれ量が生じるように設定したので、
表示装置からのノイズの影響を受けにくい位置検出・表
示装置を得ることが可能である。

【００６３】実施例２．次に、ペンの筆記速度に適応さ
せてＬＣＤ表示の追従性を向上させる場合について説明
する。前述した実施例で採用された座標値をそのままＬ
ＣＤに表示させると、ＡＤ変換器の精度やノイズの影響
によりスタイラスペンの指示する位置から大きくずれる
ため、いくつかのデータを平均化する必要がある。本実
施例では、この平均化はＣＰＵ２１０でソフトウエア処
理される。このソフトウエアのアルゴリズムは、座標デ
ータ間の変化の大きいところでは平均化の母数を少な
く、逆に変化の小さいところでは平均化の母数を大きく
取ることにより、筆記速度の速いところでは表示の追従
性が良く、筆記速度の遅いところでは表示出力の平滑化
が十分できるようにする。

【００６４】タブレット面上でスタイラスペンにより検
出したパルス電圧は、ＡＤ変換器で周期的にディジタル
データにされ、ＣＰＵで座標値が平均化されて算出され
る。例えば３回の平均化は以下の計算式を用いて行われ
る。 今回の座標＝｜前前回データ＋前回データ＋今回データ
｜／３ この計算式は平均化の母数を３とした場合を示している
が、この平均化の母数を増やすとＣＰＵの処理時間が長
くなり、図１４に示したようにスタイラスペンの動きに
対してＬＣＤの座標の表示が追従しなくなる。そこで、
スタイラスペンの筆記速度が速いところでは平均化の母
数を減らし、反対に筆記速度の遅いところでは、平均化
の母数を増やすことにより、ＡＤ変換器の精度やノイズ
の影響を少なくする。

【００６５】図１５はこの一例を示す図である。図１５
において点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄ、点Ｅ、点Ｆ、点Ｇは
スタイラスペンの軌跡から検出された座標値である。ま
た点Ｌ、点Ｍ、点Ｎ、点Ｏ、点Ｐは平均化により算出さ
れ、ＬＣＤに表示された点である。点Ａから点Ｅまでは
スタイラスペンの筆記速度が遅いために単位時間当たり
に進む距離が小さな値を示しているが、点Ｅから点Ｇま
では筆記速度が速いために単位時間当りに進む距離が大
きくなっている。このように点Ｅを境にして筆記速度が
変化した場合、点Ｅを境にして平均化の母数を変えるこ
とにより追従性を向上させる。例えば点Ａから点Ｅまで
の平均化の母数を３とし、点Ｅから点Ｇまでの平均化の
母数を２とした場合の座標の算出は、以下のような計算
式によって行われる。 Ｘa ＝｜Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３｜／３ Ｙa ＝｜Ｙ１＋Ｙ２＋Ｙ３｜／３ Ｘb ＝｜Ｘ２＋Ｘ３＋Ｘ４｜／３ Ｙb ＝｜Ｙ２＋Ｙ３＋Ｙ４｜／３ Ｘc ＝｜Ｘ３＋Ｘ４＋Ｘ５｜／３ Ｙc ＝｜Ｙ３＋Ｙ４＋Ｙ５｜／３ Ｘd ＝｜Ｘ５＋Ｘ６｜／２ Ｙd ＝｜Ｙ５＋Ｙ６｜／２ Ｘe ＝｜Ｘ６＋Ｘ７｜／２ Ｙe ＝｜Ｙ６＋Ｙ７｜／２ このように点Ａから点Ｅまでは平均化の母数を多くする
ことにより、ＡＤ変換器の精度やノイズの影響を除去す
ることが可能である。この場合は、スタイラスペンの筆
記速度も遅いことから追従性が悪くなるという問題も生
じない。一方、点Ｅから点Ｇの場合のように筆記速度の
速いところでは、平均化の母数を小さくすることにより
追従性を向上させている。

【００６６】なお、前述した例は、２点間の距離がある
基準値以下である場合には平均化の母数を大きくし、２
点間の距離がある基準値以上の場合には平均化の母数を
小さくする場合について説明したが、基準値を複数設け
て所定の基準範囲に属する場合には、対応する母数によ
り平均化を行うようにしても構わない。このように基準
値を複数設けることにより、よりきめ細かな追従性の改
良と表示出力の平滑化を行うことが可能になる。

【００６７】

【発明の効果】以上述べたように、第１の発明の位置検
出装置によれば、導電膜上に生じた線形な電位分布を絶
縁膜を介してスタイラスペンが検出したので、従来の静
電型位置検出装置に比べて、高精度の位置検出が行える
位置検出装置が得られるという効果を有する。

【００６８】第２の発明の位置検出装置によれば、各方
向について正負の傾きを持つ電位勾配を生じさせ、検出
レベルの高いほうを用いて座標値を採用するためＳ／Ｎ
比の高いレベルで座標値を算出することができ、精度の
高い検出が可能となる。

【００６９】第３の発明の位置検出・表示装置によれ
ば、電位勾配を発生させ位置検出を行うタイミングを、
表示装置の駆動信号と同期、かつ、所定の位相差を有す
るように設定したので、位置検出信号は、表示装置から
のノイズの影響を受けない。従って、高精度の位置検出
・表示装置を得ることが可能である。

【００７０】第４の発明の位置検出・表示装置によれ
ば、導電膜の全面を一様な電位に設定することができる
ので、スタイラスペンのタブレットに対する傾きを検出
することができる。これによって、スタイラスペンの傾
きに基づき、位置の検出値を校正することができるの
で、操作者が変わっても誤差の少ない位置検出装置が得
られるという効果を有する。

【００７１】第５の発明の位置検出装置によれば、平均
化の母数を変化させることにより、座標の表示の追従性
が良い位置検出装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な一実施例である位置検出装置・
表示装置の構成ブロック図である。

【図２】図１のタブレットの電極構造を示す図である。

【図３】図１の実施例において、スタイラスペンに電荷
が誘導される原理を説明する原理図である。

【図４】図３の原理図における電位分布のグラフが示さ
れている図である。

【図５】図１のスタイラスペンの内部回路図である。

【図６】図１の実施例のタブレットの導電膜と、それに
電流を流すトランジスタの接続図と導電膜上の電位分布
を示す図である。

【図７】図６と同じ導電膜とトランジスタの接続図と、
図６と逆方向に駆動した時の導電膜上の電位分布を示す
図である。

【図８】図１の実施例におけるＬＣＤ部の駆動ラインク
ロックと、タブレット部の座標検出タイミングとの位相
関係を表すタイムチャート図である。

【図９】図１の実施例において、スタイラスペンが傾け
て使用された場合の例を説明する説明図である。

【図１０】スタイラスペンの傾きを検出する原理を表す
原理図である。

【図１１】導電膜を一様な電位に固定したときの、スタ
イラスペンの出力信号のグラフを示す図である。

【図１２】Ｖｐθを用いて正確な位置が検出されること
を説明する図である。

【図１３】スタイラスペンの傾きを検出（校正）するタ
イミングを表すタイムチャート図である。

【図１４】ペンの軌跡とＬＣＤの表示の追従性を説明す
るための図である。

【図１５】この発明のデータの平均化の一例を示す図で
ある。

【図１６】従来のタブレットの構成図である。

【図１７】従来のタブレットの電極構造を示す図であ
る。

【符号の説明】

２０５ スタイラスペン ２０６ アンプ ２０７ サンプル・ホールド回路 ２０８ ＡＤコンバータ ２１０ ＣＰＵ ２２０ トランジスタ ２２２ タブレット駆動回路 ２２４ ＰＬＬ回路 ２２６ 駆動制御回路 ２２８ 走査回路 ２３０ 駆動回路 ２３２ 直並列変換回路 ２３４ 駆動回路 ２３６ ＬＣＤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安達 義徳 鎌倉市大船二丁目14番40号 三菱電機株式 会社生活システム研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スタイラスペンが指示する位置を検出す
   る位置検出装置において、 基板と、 前記基板上に設けられ、面方向に一様な抵抗値を有する
   導電膜と、 前記導電膜上の所定の矩形領域を取り囲むように配置さ
   れている電極群と、 前記矩形領域の頂点に接続され、それぞれの頂点を所定
   の電位に設定する電位設定手段と、 前記電位設定主段を制御し、前記導電膜上の所定の前記
   矩形領域の中において、前記導電膜上で縦方向に電位分
   布を生じさせる縦方向電位分布発生手段と、 前記電位設定主段を制御し、前記導電膜上の所定の前記
   矩形領域の中において、前記導電膜上で横方向に電位分
   布を生じさせる横方向電位分布発生手段と、 前記導電膜上に設けられた絶縁膜と、 前記絶縁膜を介して、前記導電膜と静電結合する電極部
   材を先端に有するスタイラスペンとを備え、前記スタイ
   ラスペンの先端の電極部材に、前記導電膜上に分布する
   電位が誘導されることにより、前記スタイラスペンの先
   端の位置を検出することを特徴とする位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記位置検出装置は、少なくとも、 前記縦方向電位分布発生手段として縦方向の両端にその
   発生手段を設けて導電膜上に縦方向に時分割に両端から
   電位勾配を生じさせる手段と、 前記横方向電位分布発生手段として横方向の両端にその
   発生手段を設けて横方向に時分割に両端から電位勾配を
   生じさせる手段とのいずれか一方を備えることを特徴と
   した請求項１記載の位置検出装置。
3. 【請求項３】 表示装置と、スタイラスペンが指示する
   位置を検出する透明なタブレットとを重畳させることに
   より構成される位置検出・表示装置において前記タブレ
   ットは、 透明基板と、 前記透明基板上に設けられ、面方向に一様な抵抗値を有
   する透明な導電膜と、 前記導電膜に接続され、前記導電膜に電流を流すことに
   よって前記導電膜に線形な電位勾配を生じさせる電位勾
   配発生手段と、 前記導電膜上に設けられた透明な絶縁膜と、 前記絶縁膜を介して、前記導電膜と静電結合する電極部
   材を先端に有する前記スタイラスペンと、 前記スタイラスペンの電極部材に生じる電位をサンプル
   ・ホールドし、座標信号として出力する出力回路とを備
   え、前記電位勾配発生手段は、 前記表示装置の駆動回路が発生する交流化信号もしくは
   ラインクロックを入力し、前記交流化信号もしくはライ
   ンクロック信号のパルス信号に同期して、かつ、前記交
   流化信号もしくはラインクロック信号のパルス信号と所
   定の位相差を有するタイミングで、電位勾配を前記導電
   膜に生じさせることを特徴とする位置検出・表示装置。
4. 【請求項４】 表示装置と、スタイラスペンが指示する
   位置を検出する透明なタブレットとを重ねて構成される
   位置検出・表示装置において、 前記タブレットは、 透明基板と、 前記透明基板上に設けられ、面方向に一様な抵抗値を有
   する透明な導電膜と、 前記導電膜に接続され、前記導電膜に電流を流すことに
   よって前記導電膜に線形な電位勾配を生じさせる電位勾
   配発生手段と、 前記導電膜上に設けられた透明な絶縁膜と、 前記絶縁膜を介して、前記導電膜と静電結合する電極部
   材を先端に有する前記スタイラスペンと、 前記スタイラスペンの電極部材に生じる電位をサンプル
   ・ホールドし、座標信号として出力する出力回路とを備
   え、前記電位勾配発生手段は、 前記導電膜に、線形な電位勾配を生じさせる手段と、 所定の時間間隔で、前記導電膜の全面を一様に所定の一
   定の電位に保持する一様電位発生手段とを含むことを特
   徴とする位置検出装置。
5. 【請求項５】 位置検出装置において、検出された位置
   の座標データを平均化する場合、スタイラスペンの筆記
   速度の速いときは平均化の母数を減らし、筆記速度の遅
   い時は平均化の母数を増加して平均化処理を行うことを
   特徴とした位置検出装置。