專利名稱：位置檢測裝置及位置檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種適用于位置檢測裝置的技術。具體而言，涉及到提高電容方式的位置檢測裝置的掃描速度的技術。
背景技術：
向計算機提供位置信息的輸入裝置有多種。其中包括稱為接觸面板的二維位置信息輸入裝置。
接觸面板是用手指及專用筆等輸入體接觸檢測平面而進行計算機等的操作的輸入裝置。檢測出手指、筆接觸到的位置而指定畫面上的位置，向計算機發(fā)出指示。
該接觸面板廣泛應用于PDA (Personal Digital Assistang:個人數字助理)、銀行的ATM (Automated Teller Machine:自動柜員機)、車站的售票機等中。
接觸面板所采用的位置信息檢測技術包括多種。例如包括通過壓力的變化進行位置檢測的電阻膜方式；通過位置檢測平面表面的膜的電容的變化進行位置檢測的電容方式等。
根據圖6說明電容方式的位置檢測裝置。
驅動部602例如生成最易被人體吸收的頻率即200kHz的交流電壓。由該驅動部602生成的200kHz的交流電壓經過發(fā)送選擇開關603而選擇性地施加到矩陣電極103的X軸方向的電極(以下稱為"X軸電極組")107。該矩陣電極103縱橫排列細長導體的電極，在縱向排列的電極和橫向排列的電極之間加入了未圖示的大致板狀的絕緣片而形成電容
器。200kHz的交流電壓施加到該電容器。
接收選擇開關104是用于確定形成電容器的交點的開關。該接收選擇開關104的輸出提供到前置放大器109，通過A/D轉換器105轉換為數字數據后，輸入到位置計算部106。
由微型計算機構成的位置計算部106接收從同步時鐘生成部606獲得的地址信息、及從A/D轉換器105獲得的微量的信號變化的數據，輸出矩陣電極103上是否存在手指及其位置的信息。具體而言，在累計處理從A/D轉換器105獲得的數據后，檢測出峰值。并且，根據峰值和其前后的值進行重心運算，根據獲得的重心在時間軸上的位置，運算出手指的位置。
此外，為了便于說明，將矩陣電極103的與發(fā)送選擇開關603連接的一側的電極組稱為X軸電極組107，將與接收選擇開關104連接的一側的電極組稱為Y軸電極組108。
接著說明驅動部602的內部。
時鐘生成器607是生成時鐘的振蕩器。該時鐘生成器607生成的時鐘提供到讀出部608。
正弦波ROM 609是存儲了 8位X256采樣的近似正弦波的ROM。讀出部608根據由時鐘生成器607提供的時鐘，指定該正弦波ROM 609的地址，讀出數據。
由讀出部608從該正弦波ROM 609讀出的數據被D/A轉換器610D/A轉換后，通過LPF611進行平滑，從而轉換為模擬的正弦波信 號。之后，該正弦波信號在驅動器612中進行電壓放大，成為施加到X 軸電極組107的交流電壓。
此外，專利文獻l表示本申請人的發(fā)明相關的現有技術。
專利文獻1:日本特開平10-020992號公報
現有技術的電容方式的位置檢測裝置按照X軸電極組和Y軸電極 組的各交點分別進行累計處理。該累計處理對各交點大約需要30/zsec。
該積分處理所需的時間在小規(guī)模的位置檢測裝置中不會成問題， 但要增大位置檢測裝置的位置檢測平面時，問題變得明顯。即，增大 位置檢測平面時，交點的個數增加，所以交點個數越增加，掃描位置 檢測平面整體所需時間越長。
一般情況下，位置檢測裝置、鼠標等指示設備的分解能力優(yōu)選為 10msec。因此在位置檢測裝置中，在每個交點30//sec這一制約下，檢 測面中可設置的交點個數約為333個左右。
另一方面，申請人想要實現具有較大面積的位置檢測平面的電容 方式的位置檢測裝置。位置檢測裝置的位置檢測平面內的交點個數的 目標為約15000個左右。因此，在現有技術下的位置檢測裝置中最終 無法實現。
在此，如果是電磁感應方式的位置檢測裝置，則考慮通過提高施 加到位置檢測平面上的交流電壓的頻率而提高掃描速度的方法。但是， 電容方式的位置檢測裝置存在必須使用人體最易吸收的頻率這一固有 的制約，因此無法提高施加的交流電壓的頻率。并且，還有將交點分割為幾個組而設置多個和各交點組對應的位 置檢測電路的方法。但與各交點組對應地設置多個檢測電路時，位置 檢測裝置變得較大，成本上升，并且存在難以設計的缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于以上問題而作出，其目的在于提供一種能夠以較簡 單的電路結構進行高速掃描的電容方式的位置檢測裝置及位置檢測方 法。
為了解決上述課題，本發(fā)明的一種位置檢測裝置，包括信號供 給電極，平行排列配置多個電極；接收電極，與信號供給電極正交地 配置多個電極；信號供給電路，向信號供給電極中的第一電極及第二 電極分別供給具有預定的時間寬度的信號，在供給到第一電極的信號 和供給到第二電極的信號之間設置有預定的時間差，并且該預定的時 間差設定為比時間寬度短；以及位置計算部，根據檢測出從接收電極 輸出的信號的變化，計算出指示體的指示位置。
并且， 一種位置檢測方法，包括信號供給電極，平行排列配置 多個電極；和接收電極，與信號供給電極正交地配置多個電極，在位 置檢測方法中，向信號供給電極供給具有預定的時間寬度的信號，根 據從接收電極輸出的信號的變化，檢測出指示體的指示位置，上述位 置檢測方法包括以下步驟向信號供給電極中的第一電極供給上述信 號；和對于信號供給電極中的第二電極，以比時間寬度短的預定的時 間差向第二電極供給信號。
根據本發(fā)明，能夠提供一種能夠以較簡單的電路結構進行高速掃 描的電容方式的位置檢測裝置及位置檢測方法。


圖1是本發(fā)明的實施方式的示例即位置檢測裝置的整體框圖。圖2是矩形波生成部的內部框圖。 圖3是位置計算部的內部框圖。
圖4是本實施方式涉及的位置檢測裝置的等效電路和波形圖。 圖5是表示矩陣電極的局部剖視圖、向X軸電極施加電壓的狀態(tài)、 產生的電流波形及電流積分波形的圖。
圖6是表示現有技術的電容方式的位置檢測裝置的框圖。
具體實施例方式
以下參照圖1 圖5說明本發(fā)明的實施方式。
圖1是本發(fā)明的實施方式的示例即位置檢測裝置的整體框圖。該
位置檢測裝置101包括矩形波生成部102、與矩形波生成部102連接 的矩陣電極103、與矩陣電極103連接的接收選擇開關104、與接收選 擇開關104連接的前置放大器109、與前置放大器109連接的A/D轉 換器105、與A/D轉換器105連接的位置計算部106。
矩形波生成部102是向下述矩陣電極103提供矩形波形狀的單觸 發(fā)脈沖的電壓的信號供給部。該矩形波生成部102除了生成矩形波形 狀的單觸發(fā)脈沖的電壓外，還生成時鐘脈沖、復位脈沖。由該矩形波 生成部102生成的時鐘脈沖提供到下述位置計算部106。
由該矩形波生成部102生成的復位脈沖提供到下述A/D轉換器 105及位置計算部106。
此外，該矩形波生成部102生成的單觸發(fā)脈沖的脈寬例如設定為， 與從人體最易吸收的200kHz的矩形波中取出半周期的信號而得到的寬 度相等的2.5/zsec。
矩陣電極103是用于檢測人體的手指接近位置檢測裝置101的未 圖示的位置檢測平面上的什么位置的電極組。該矩陣電極103具有X軸電極組107，平行排列m根細長電極而構成；和Y軸電極組108， 平行排列n根細長電極而構成。
構成該矩陣電極103的X軸電極組107和Y軸電極組108通過未 圖示的絕緣片彼此保存絕緣狀態(tài)并縱橫排列而形成。因此，X軸電極 組107和Y軸電極組108的各交點形成電容。
并且，X軸電極組107與矩形波生成部102連接，從該矩形波生 成部102向該X軸電極組107施加單觸發(fā)脈沖。即，經由該X軸電極 組107向在X軸電極組107和Y軸電極組108的各交點上形成的電容 提供單觸發(fā)脈沖，因此該X軸電極組107作為信號供給電極而發(fā)揮作 用。
接收選擇開關104是周期性地選擇構成Y軸電極組108的多個電 極中的一個的開關。該接收選擇開關104連接到矩形波生成部102、前 置放大器109、位置計算部106。并且，從矩形波生成部102輸出的復 位脈沖輸入到該接收選擇開關104。
并且，該接收選擇開關104將從矩陣電極103輸出的電流輸出到 前置放大器109。目卩，Y軸電極組108用作接收電極。
并且，該接收選擇開關104向下述位置計算部106輸出表示選擇 了 Y軸電極組108中的哪一個電極的地址信息。
前置放大器109將通過接收選擇開關104從矩陣電極103輸出的 微弱的電流轉換為電壓，將其放大并輸出到A/D轉換器105。
A/D轉換器105將從前置放大器109輸入的模擬信號轉換為數字 信號并輸出到位置計算部106。位置計算部106對地址信息及數字數據進行預定的運算處理，是 輸出矩陣電極103上是否存在手指、其位置信息的微型計算機。
向該位置計算部106中輸入從A/D轉換器105輸出的數字數據；
從矩形波生成部102輸出的時鐘脈沖；從接收選擇開關104輸出的地
址信息。
接著根據圖2詳細說明矩形波生成部102的構成及動作。 圖2是矩形波生成部102的內部框圖。
該矩形波生成部102包括時鐘生成部202、分頻器203、與門(AND 門)204、計數器106、數字比較器205、常數n207、移位寄存器208、 單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器211。
時鐘生成器202是生成恒定頻率的矩形波的時鐘的振蕩器。在本 實施方式中，該時鐘生成器202例如生成12MHz (—周期8.33ns)的 矩形波。時鐘生成器202生成的12MHz的時鐘提供到分頻器203。
該分頻器203是公知的可編程計數器。并且，該分頻器203將從 時鐘生成器202輸入的時鐘僅計數到固定的數，從而將時鐘的頻率變 換為1/N。在本實施方式中，該分頻器203的分頻比設定為1/10，該時 鐘分頻為1200kHz (—周期0.833 " s)。
從該分頻器203輸出的1200kHz的矩形波信號(以下簡稱矩形波) 作為時鐘脈沖提供到與門204，并且也提供到移位寄存器208及下述位 置計算部106。
與門204是輸出輸入數字值的邏輯積的公知的門(Gate)。該與 門204僅在由數字比較器205提供的信號是表示邏輯值"真"的高電位時，即輸入"l"的值時，將從分頻器203輸入的時鐘脈沖提供到計
數器206。
計數器206是在輸入信號的上升沿增加輸出數值的公知的計數 器。在向復位端子提供表示邏輯值"真"的高電位時，該計數器206 的輸出數值復位。此外，該計數器206初始值設定為"0"。
并且，該計數器206的輸入端子連接到與門204的輸出端子，復 位端子連接到下述單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器211。
并且，該計數器206從與門204輸入有時鐘脈沖時，每當輸入時 鐘脈沖的上升沿時，輸出增加l的計數值(0、 1、 2、...)。并且，該 計數器206在從下述單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器211輸出的脈沖信號輸入到復 位端子時，復位計數值，輸出"0"。
數字比較器205是比較兩個輸入數值的大小的比較器。該數字比 較器205比較從正輸入輸入的數值和從負輸入輸入的數值，當從正輸 入輸入的數值較大時，輸出表示邏輯"真"(=1)的高電位。
并且，該數字比較器205的正輸入連接到常數n 207，負輸入連接 到計數器206。因此數字比較器205比較從負輸入輸入的計數器206的 計數值與從正輸入輸入的常數n 207的數值，當常數n 207的數值大于 計數器206的輸出值時，輸出值"1"，當常數n 207的數值和計數值 相同或較小時，輸出"0"。表示數字比較器205的比較結果的邏輯值 輸出輸入到與門204及移位寄存器208。
常數n 207通過寄存器等設置。該常數n 207提供200kHz的自然 數倍。本實施方式中，n設定為"3"。該常數n 207輸入到數字比較 器205的正輸入。移位寄存器208是公知的串聯輸入/并聯輸出型的移位寄存器，例
如是級聯了公知的D觸發(fā)器的裝置。該移位寄存器208具有多個(m 個)有效位單元209a 209m;其終端的三個無效位單元210a、 210b、 210c。有效位單元209a 209m分別連接到構成X軸電極組107的各電 極。無效位單元210a、 210b、 210c不連接X軸電極組107。
該無效位單元210a、 210b、 210c中的最后的無效位單元210c連 接到單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器211。
該單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器211將其邏輯值輸出提供到計數器206的復 位端子、接收選擇開關104及位置計算部106。
移位寄存器208根據從分頻器203輸出的時鐘脈沖的上升沿，存 儲數字比較器205的輸出值，并且使各單元的存儲值錯位到相鄰的單 元(例如如果是有效位單元209a，則錯位到有效位單元209b)。
在從數字比較器205或之前相鄰的單元輸入邏輯值"1"、并輸入 了時鐘脈沖的上升沿時，該移位寄存器208的有效位單元209a 209m 向與輸入了其邏輯值"1"的有效位單元連接的X軸電極組107的電極 輸出高電位。
同樣，在從數字比較器205或之前相鄰的單元輸入邏輯值"0"、 并輸入了時鐘脈沖的上升沿時，該移位寄存器208的有效位單元 209a 209m向連接的X軸電極組107的電極輸出低電位。
另一方面，向各有效位單元209a 209m輸入了邏輯值"0"的地 方輸入邏輯值"1"時，X軸電極組107的電位從低電平向高電位轉換。 另一方面，向各有效位單元209a 209m輸入了邏輯值"1"的地方輸入 邏輯值"0"時，X軸電極組107的電位從高電平向低電位轉換。艮P，使輸入到各有效位單元209a 209m的邏輯值從"0" — "1" —"0"經時間變化，從而移位寄存器208將單觸發(fā)脈沖提供到X軸電 極組107的各電極。
單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器211以輸入信號(來自無效位單元210c的信號) 的上升沿為觸發(fā)，輸出恒定寬度的脈沖信號。在本實施方式中，該恒 定寬度的脈沖信號的寬度設定在上述矩形波信號的時鐘的1個時鐘以 內。g卩，單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器211用于根據無效位單元210c輸出的信號 的上升沿生成計數器206的復位脈沖。
以下詳細說明矩形波生成部102的動作。
由于計數器206的初始值是0，因此從該輸出端子輸出數值"0"。 數字比較器205比較常數n 207提供的數值(n=3)與從計數器206輸 入的數值"0"。在該時刻下，常數n 207的數值大于從計數器206輸 入的值，因此從數字比較器205輸出邏輯值"1"。其結果是，來自數 字比較器205的邏輯值"1"輸入到與門204，因此該與門204將從分 頻器203輸出的時鐘脈沖提供到計數器206。該計數器206從與門204 輸入時鐘脈沖，因此輸出值"1"。
之后，從該計數器206輸出的值"1"輸入到數字比較器205，與 門204、計數器206及數字比較器205重復上述動作，直到從計數器 206輸入到數字比較器205的值達到"3"為止。
當從計數器206輸入到數字比較器205的值達到3時，從負輸入 輸入的值("3")和從正輸入輸入的常數n 207的數值"3"相同。因 此，數字比較器205輸出"假"、即值"0"。其結果是，與門204不 向計數器206提供時鐘脈沖。因此，計數器206中的計數被與門204 阻止。之后，計數器206因與門204而停止時鐘的供給，其結果停止 計數。即，當進行上述動作時，從數字比較器205按照時鐘脈沖的各時序以"1 1 1 0 0 0 ..."的順序輸出邏輯值。
接著說明移位寄存器208的動作。
從數字比較器205輸出的邏輯值提供到移位寄存器208的有效位 單元209a。該移位寄存器208與從分頻器203提供的時鐘脈沖的上升 沿對應地，將有效位單元209a中保存的值"1"移位到相鄰的有效位 單元209b，并且將從數字比較器205新輸出的值"1"保存到有效位單 元209a。之后，每當時鐘脈沖輸入時，移位寄存器208將特定的有效 位單元209x的值依次移位到相鄰的有效位單元209 (x+l)。
并且，最后的有效位單元209m中保存的值提供到最初的無效位 單元210a。同樣，最初的無效位單元210a中保存的值提供到相鄰的無 效位單元210b，無效位單元210b中保存的值提供到最后的無效位單元 210c。
并且，最后的無效位單元210c中保存的值在時鐘脈沖輸入到移位 寄存器208時，提供到單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器211。
因此，當移位寄存器208持續(xù)移動數據時，在最初的階段輸入的 值"1 1 1"到達無效位單元210a 210c。
邏輯值"1"傳送到無效位單元的最后的單元210c時，無效位單 元210c的輸出端子從低電位轉換到高電位。單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器211接 收該電壓的轉換、即上升沿，生成復位脈沖。復位脈沖輸入到計數器 206的復位端子，因此計數器206被復位。
之后，向單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器211輸入下一個值"1"后，該單穩(wěn)態(tài) 多諧振蕩器211不向計數器206的復位輸入提供脈沖信號，因此從該 時刻開始，計數器206重新開始計數。這樣，矩形波生成部102向X軸電極組107提供單觸發(fā)脈沖。
接著，參照圖3詳細說明本實施方式示例中的位置計算部106、 接收選擇開關104的構成及它們的位置檢測動作。
首先說明接收選擇開關104的構成。該接收選擇開關104由循環(huán) 計數器104a、切換開關104b構成。
循環(huán)計數器104a是接收電極即Y軸電極組108的電極個數設定為 最大值(本實施例中為n)的公知的可編程N進計數器。該循環(huán)計數 器104a對從矩形波生成部102的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器211輸出的復位脈 沖進行計數。
切換開關104b是具有和接收電極即Y軸電極組108的電極個數相 等的切換端子的切換開關，例如使用模擬多路轉換器。并且，切換開 關104b從構成Y軸電極組108的n個電極中選擇與從循環(huán)計數器104a 輸入的計數相應的一個電極。
向構成和該切換開關104b連接的Y軸電極組108的各電極分別分 配1 n號的號碼。并且，該切換開關104b選擇分配了與從計數器104a 輸入的計數值相同號碼的電極。并且，通過該切換開關104b選擇的Y 軸電極組108的電極所輸出的微弱的電流輸入到后級的前置放大器 109。
循環(huán)計數器104a的計數值作為切換開關104b的地址而輸入。因 此，切換開關140b根據循環(huán)計數器104a的計數值，依次選擇構成所 選擇的Y軸電極組108的n個電極中的一個電極。例如，循環(huán)計數器 104a的輸出值如果是"1"，則切換開關104b選擇Y軸電極組108的 第一個電極。循環(huán)計數器104a的輸出值如果是"2"，則切換開關104b 選擇Y軸電極組108的第二個電極。以下同樣，選擇了 Y軸電極組108的最后的電極即第n個電極后， 循環(huán)計數器104a接收下一個復位脈沖時，返回到最初的數值(=1)。
接著參照圖3說明位置計算部106。
該位置計算部106包括累計部302、緩沖存儲器303、峰值計算部 304、重心運算部305、計數器306。
并且，該緩沖存儲器303存儲累計部302的運算輸出值的數據的 個數是X軸電極組107的電極的個數的三倍。這是因為，后級的重心 運算部305運算重心時，也需要運算Y軸方向的重心。
累計部302是累計由A/D轉換器105獲得的數字值的積分器。該 累計部302例如由未圖示的存儲器和加法器構成。并且，該累計部302 連接到A/D轉換部105、緩沖存儲器303。并且，該累計部302增加輸 入的值和存儲器中存儲的值并存儲。
進一步，該累計部302中輸入由矩形波生成部102輸出的時鐘脈 沖。并且，該累計部302在每次輸入該時鐘脈沖時，存儲運算值。
緩沖存儲器303是暫時存儲累計部302的輸出值的RAM。該緩沖 存儲器303具有存儲Y軸電極組108中至少三個電極的數據的存儲容 量。這是因為，下述重心運算部305的重心運算不僅在矩陣電極103 的X軸方向上運算，而且需要在Y軸方向上運算。并且，該緩沖存儲 器303連接到累計部302和峰值檢測部304及重心運算部305。
并且，向該緩沖存儲器303輸入從矩形波生成部102輸出的時 鐘脈沖、從下述計數器306輸出的X軸方向地址信息。其中，時鐘脈 沖用作緩沖存儲器303存儲累計部302的輸出值的時序脈沖。此外，該X軸方向地址信息用作緩沖存儲器303存儲累計部302的輸出值的
區(qū)域的地址。
并且，該緩沖存儲器303存儲累計部302的運算輸出值的數據的 個數是X軸電極107的個數的三倍。這是因為，后級的重心運算部305 運算重心時，也需要運算Y軸方向的重心。
峰值檢測部304用于檢測出緩沖存儲器303中存儲的數據的峰值。 該峰值檢測部304連接到緩沖存儲器303和重心運算部305。并且，該 峰值檢測部304將檢測出的峰值所表示的緩沖存儲器303上的地址輸 出到后級的重心運算部305。
重心運算部305用于根據取得的數據運算重心，即運算人體的手 指在位置檢測裝置101上指示的位置的坐標。該重心運算部305連接 到緩沖存儲器303和峰值計算部304。并且，向該重心運算部305輸入 從接收選擇開關104輸出的Y軸方向地址、從矩形波生成部102輸出 的時鐘脈沖、從計數器306輸出的X軸方向地址。
并且，重心運算部305根據從峰值檢測部304輸入的峰值所示的 緩沖存儲器303上的地址，從緩沖存儲器303取得包括其前后地址的 數據在內的三個數據。并且，該重心運算部305根據這三個數據運算 出重心。
作為該重心運算部305的運算結果的重心的位置為矩陣電極103 上的手指位置、即位置數據。
進一步，重心運算部305在運算重心時為了確定表示矩陣電極103 的X軸方向和Y軸方向的峰值的位置，分別從計數器306接收X軸方 向的地址數據，從接收選擇開關104接收Y軸方向的地址數據。計數器306對從矩形波生成部102輸出的時鐘脈沖進行計數，通 過從矩形波生成部102輸出的復位脈沖復位。該計數器306的輸出值 (計數結果)為選擇了構成X軸電極組107的電極中的一個的值。
并且，該計數器306的輸出值作為X軸方向地址而提供到緩沖存 儲器303及重心運算部305。
接著根據圖4說明本實施方式涉及的位置檢測裝置的動作原理。 此外，為了簡化說明，示例向作為構成X軸電極組107的任意電極的 第一 X軸電極402及第二 X軸電極403提供矩形波時、從作為Y軸電 極組10 8的任意 一 個電極的Y軸電極406輸出的信號。
如果著眼于這些第一X軸電極402及第二X軸電極403與Y軸電 極406，則圖3所示的矩形波生成部102、 X軸電極組107、 Y軸電極 組108及前置放大器109可由圖4 (a)所示的等效電路表示。向上述 第一X軸電極402和第二X軸電極403提供矩形波的矩形波生成部102 向第一 X軸電極402和第二 X軸電極403分別提供矩形波，因此可看 作各電極上連接了第一矩形波電壓源404及第二矩形波電壓源405。此 外，在圖4 (a)中虛線表示手指407。
其中，Y軸電極406連接到前置放大器109。該前置放大器109 包括由運算放大器412和電阻R413構成的電流電壓轉換電路414、 驅動器418。構成該電流電壓轉換電路414的運算放大器412的輸入端 子通過公知的虛短路現象保存虛擬的短路狀態(tài)。因此，從Y軸電極406 來看，變?yōu)榕c接地相等的狀態(tài)。
電流電壓轉換電路414將微弱的電流轉換為電壓，并且放大該轉 換的電壓。進一步，該放大的電壓信號輸入到由電阻R415和R416及 運算放大器417構成的反轉放大器(驅動器)418，放大到后級電路易 處理的信號電平為止。此外，電流電壓轉換電路414也是一種反轉放大器，因此輸入的信號進行"反轉的反轉"，結果相位復原。
接著參照圖4 (b) ~ (f)說明手指接近電極交點時和沒有接近時
的、Y軸電極406中出現的電流波形的不同。
向電容器施加矩形波的電壓時，僅在該矩形波的電壓上升時及下
降時，電流在該電容器中流動。從而，在第一X軸電極402和Y軸電 極406的交點形成電容器，所以該電容器中也產生同樣的現象。
因此，當手指407沒有接近電極交點時，即從第二矩形波電壓源 405向第二X軸電極403施加圖4 (b)所示的、時刻tO下上升的矩形 波信號時，在第二 X軸電極403和Y軸電極406之間構成的電容器中， 僅在該施加的矩形波信號上升時有電流流動。其結果是，在該電容器 上流動的電流變?yōu)閳D4 (c)所示的波形。
與之相對，手指407接近電極交點時，即從第一矩形波電壓源404 向第一X軸電極402施加圖4 (b)所示的矩形波信號時，從第一X軸 電極402發(fā)出的電力線的一部分被手指407吸收。其結果是，和手指 407沒有接近電極交點時(圖4 (c))相比，手指407接近該交點時 (圖4 (d))的電極交點上形成的電容器的電容減少，因此圖4 (d) 和圖4 (c)相比，電流波形的總面積變小。此外，公知電流波形的總 面積相當于電容器中存儲的電荷。
并且，當圖4 (e)所示的、時刻tO下下降的矩形波信號施加到X 軸電極時，出現和施加時刻t0下上升的矩形波信號時的電流波形相位 反轉180度的波形。即，當手指407沒有接近電極交點時，從第二矩 形波電壓源405向第二X軸電極403施加圖4 (e)所示的矩形波信號 時，出現圖4 (f)所示的電流波形。
同樣，雖未圖示，當手指407接近電極交點時，從第一矩形波電壓源404向第一X軸電極402施加圖4 (e)所示的矩形波信號時，從 第一 X軸電極402發(fā)出的電力線的一部分被手指407吸收，出現使圖 4 (d)所示的電流波形的相位180反轉的波形。接著，說明向第一 X軸電極402和第二 X軸電極403雙方在時刻 t0的時刻同時施加矩形波信號的情況。首先，說明圖4 (a)所示的手指407沒有接近第一X軸電極403 和Y軸電極406的交點的情況。在時刻tO下，當從第一矩形波電壓源404向第一X軸電極402施 加上升電壓(圖4 (b))、從第二矩形波電壓源405向第二X軸電極 403施加下降電壓(圖4 (e))時，由第一X軸電極402和Y軸電極 406的交點形成的電容器的電容、和由第二X軸電極403和Y軸電極 406的交點形成的電容器的電容變得相等，因此在各交點產生的電流彼 此抵消。其結果是，Y軸電極406中不產生電流波形。與之相對，如圖4(a)所示，在時刻tO下，當手指407接近第一 X軸電極403和Y軸電極406的交點時，當從第一矩形波電壓源404 向第一X軸電極402施加上升電壓(圖4 (b))、從第二矩形波電壓 源405向第二X軸電極403施加下降電壓(圖4 (e))時，由第一 X 軸電極402和Y軸電極406的交點形成的電容器的電容和由第二 X軸 電極403和Y軸電極406的交點形成的電容器的電容相比，電容減少。 其結果是，Y軸電極406中產生負方向的電流波形。如上所述，當手指407接近X軸電極和Y軸電極的交點時，由該 交點形成的電容器的電容減少。向電容減少的交點加上上升或下降的 電壓變化，因其他交點上出現的電壓變化而產生的電流的合成電流波 形出現在Y軸電極上。接著根據圖4中說明的檢測手指是否存在的構成，說明本實施方 式的動作原理。矩陣電極103具有X軸電極組107、 Y軸電極組108，具有在該X 軸電極組107和Y軸電極組108之間設置的第一絕緣片505。進一步， 矩陣電極103在X軸電極組107和第一絕緣片505相對的面的反面一 側具有第二絕緣片506。此外，在圖5中，圖示了作為Y軸電極組108 中的一個的Y軸電極503。第一絕緣片505例如是大致板狀的絕緣材料，用于使X軸電極組 107和Y軸電極組108的各交點絕緣。第二絕緣片506是大致板狀的絕緣材料，為了在指示位置時使手 指407不直接接觸X軸電極107a 107g，通過該第二絕緣片506覆蓋。 從而，X軸電極107a 107g位于該第二絕緣片506的正下方，所以由X 軸電極組107發(fā)出的電力線有效地被手指407吸收。圖5 (b) 、 (c) 、 (d) 、 (e) 、 (f) 、 (g)及(h)是表示 施加到X軸電極組107中的任意X軸電極107a 107g上的電壓的時序 的波形圖。其中，圖5 (b) ~ (h)中的時刻tl t7表示向各X軸電極 107a 107g施加單觸發(fā)脈沖的時刻，時刻t2表示從時刻tl經過一個時 鐘后的時刻，同樣各時刻tn表示從時刻t (n-l)經過一個時鐘后的時 刻。在矩形波生成部102的有效位單元209a上輸入有值"1"，且從 分頻器203輸出的時鐘的上升沿到達時，向連接的X軸電極107a施加 電壓。并且，有效位單元209a持續(xù)向X軸電極107a施加電壓，直到 下一個時鐘的上升沿到達。之后，在有效位單元209a上輸入有值"0"， 且時鐘的上升沿到達時，結束對X軸電極107a的電壓施加。以上動作 在有效位單元20%至209m中也相同。其中，有效位單元209a施加到X軸電極107a上的電壓的位寬由 與門204、計數器206、常數n 207及數字比較器205形成，由從數字 比較器205輸出的邏輯信號確定。該邏輯信號根據常數n 207中存儲的 數值"3"，形成從分頻器203輸出的時鐘的三倍的周期。因此，值"l" 連續(xù)三次輸入到移位寄存器208，成為與輸入到移位寄存器208的三個 時鐘相當的單觸發(fā)脈沖。其結果是，例如以單觸發(fā)脈沖施加到X軸電 極107a的時刻tl為基準時，施加到X軸電極107a的單觸發(fā)脈沖的下 降到達時刻t4。如上所述，矩形波生成部102將單觸發(fā)脈沖依次施加到與移位寄 存器208連接的X軸電極107a 107g。因此，依次施加到各X軸電極 107a 107g的單觸發(fā)脈沖的上升和下降同時發(fā)生的時刻中，在手指407 沒有接近的X軸電極組的時刻下，因圖4中說明的原理而抵消，所以 從對應的X軸電極的組和Y軸電極503中不產生電流波形。例如，在圖5 (c)所示的X軸電極107b的波形中，在t5的時刻 下產生單觸發(fā)脈沖的下降。同樣，在圖5 (f)所示的X軸電極107e的 波形中，在t5的時刻下產生單觸發(fā)脈沖的上升。并且，手指407不接 近X軸電極107b及X軸電極107e的任意一個。因此，在t5的時刻下， 通過X軸電極107b中出現的單觸發(fā)脈沖的下降而在Y軸電極503中產 生的電流、與通過X軸電極107e中出現的單觸發(fā)脈沖的上升而在Y軸 電極503中產生的電流合成，因此從Y軸電極503不產生電流波形。同樣，時刻t5以外的、手指407沒有接近的X軸電極的組的時刻、 例如時刻t6下，在圖5 (d)所示的X軸電極107c中產生單觸發(fā)脈沖 的下降，同樣在圖5 (g)所示的X軸電極107e中產生單觸發(fā)脈沖的上 升。并且，手指407不接近X軸電極107c及X軸電極107f的任意一 個。因此，在t6的時刻下，通過X軸電極107c中出現的單觸發(fā)脈沖 的下降而在Y軸電極503中產生的電流、與通過X軸電極107f中出現的單觸發(fā)脈沖的上升而在Y軸電極503中產生的電流合成，因此從Y 軸電極503不產生電流波形。但是，如圖5 (a)及圖5 (e)所示，手指407接近X軸電極107e 和Y軸電極108的交點，因此在t4的時刻下，即使合成通過向X軸電 極107a和107d分別施加的單觸發(fā)脈沖而在Y軸電極503中產生的各 電流，也不會變?yōu)镺。同樣，在t7的時刻下，即使合成通過向X軸電 極107d和107g分別施加的單觸發(fā)脈沖而在Y軸電極503中產生的各 電流，也不會變?yōu)?。其結果是，如圖5(0所示，出現施加到手指407接近的X軸電 極107d的單觸發(fā)脈沖上升的t4時刻、及出現單觸發(fā)脈沖下降的t7時 刻下，在Y軸電極503中出現電流波形。如圖5 (i)所示，Y軸電極108e中出現的電流波形變?yōu)橐粤汶娢?為中心大致對稱的正弦波交流波形。因此，直接積分該電流波形時， 如圖5 (j)所示，獲得負方向具有峰值的波形。峰值檢測部304捕捉 最接近該波形峰值的正弦時鐘的值。并且，重心運算部305根據峰值 檢測部304獲得的值、其前后的值這三個值，進行重心運算。重心運算部305為了確定表示矩陣電極103的X軸方向和Y軸方 向的峰值的位置，從計數器306接收X軸方向的地址數據，從接收選 擇開關104接收Y軸方向的地址數據。并且，根據這些地址數據和重 心運算的結果，運算出真的峰值和其在時間軸上的位置。重心運算部 305輸出計算出的表示接近矩陣電極103的手指位置的位置數據。施加到X軸電極107a 107g的每一個上的單觸發(fā)脈沖是200kHz 的半周期。而提供到X軸電極107a 107g的每一個上的單觸發(fā)脈沖的 施加時序是200kHz的整數倍。在本實施方式中是3倍。其中，縱向觀察X軸電極組107整體時，可以看作與以3倍速度 進行掃描的情況相等。現有技術中，需要在多個周期同步檢波200kHz的交流并進行積分。即使將現有技術的同步檢波及積分設計為一個周期，由于存在200kHz的制約，因此也沒有根本性的速度改善。本實施方式是現有技術中未實現的突破"200kHz的障礙"的技術的一個實施方式。其中，向X軸電極組107依次提供使相位移位的單觸發(fā)脈沖時， 需要在Y軸電極組108中同時捕捉單觸發(fā)脈沖的上升和下降，以檢測 出其差。因此，相位移位的頻率設定為200kHz的整數倍。此外，本實施方式可以考慮以下應用示例。(1) 施加到X軸電極組107的各電極的信號的波形不必是矩形波。例如，在從OV到預定電壓的期間即上升期間和從預定電壓到OV 的期間即下降的期間的電壓的積分值分別相同時，可獲得圖4 (g)所 示的、電流變化抵消的效果。例如，移位寄存器208的各有效位單元209a 209m和X軸電極組 107的各電極之間，插入使200kHz通過的帶通濾波器。這樣一來，X 軸電極組107的各電極上施加正弦波形的半波長。這種波形下能夠和 上述實施例同樣檢測出手指的存在。(2) 并且，施加到X軸電極組107的電壓的高電位和低電位也是 相對的關系，所以低電位的電壓不必是OV。(3) 進一步，對X軸電極組107的每一個加上時間差而施加的單觸發(fā)脈沖也可不嚴格是200kHz的整數倍的頻率。這是因為，這種情況 下，如果將手指接近矩陣電極103，則也X軸電極和Y軸電極的交點 上存在的電容變化，因此和手指沒有接近的狀態(tài)相比，是較大的信號 變化。
并且，對X軸電極的每一個加上與200kHz的整數倍的頻率相當 的時間差而提供單觸發(fā)脈沖，從Y軸電極檢測出單觸發(fā)脈沖上升及下 降的時刻產生的電流變化，從而可不采用分割檢測面等復雜的電路構 造而實現具有較大檢測面積的電容方式的位置檢測裝置。
以上說明了本發(fā)明的實施方式的示例，本發(fā)明不限于上述實施方 式例，在不脫離權利要求范圍所述的發(fā)明主旨的前提下，當然也包括 其他變形例、應用例。
權利要求
1.一種位置檢測裝置，包括信號供給電極，平行排列配置多個電極；接收電極，與上述信號供給電極正交地配置多個電極；信號供給電路，向上述信號供給電極中的第一電極及第二電極分別供給具有預定的時間寬度的信號，在供給到上述第一電極的信號和供給到上述第二電極的信號之間設有預定的時間差，并且該預定的時間差設定為比上述時間寬度短；以及位置計算部，根據檢測出從上述接收電極輸出的信號的變化，計算出指示體的指示位置。
2. 根據權利要求1所述的位置檢測裝置，其中， 將上述時間差設定為上述信號的預定的時間寬度的整數分之一。
3. 根據權利要求2所述的位置檢測裝置，其中， 上述信號供給電路控制上述信號的相位并進行供給，以使上述時間差恒定。
4. 根據權利要求3所述的位置檢測裝置，其中， 對于上述信號供給電路向各上述信號供給電極供給的信號，該信號上升時及下降時的信號電平的變化量大致相同。
5. 根據權利要求4所述的位置檢測裝置，其中， 上述信號供給電路向構成上述信號供給電極的各電極供給的信號是通過相隔預定的時間間隔重復供給脈沖波形的信號而形成。
6. 根據權利要求5所述的位置檢測裝置，其中， 進一步包括選擇電路，該選擇電路向上述信號供給電極選擇性地供給信號，該選擇電路隨著時間的經過而切換與上述信號供給電路連接的電極。
7. 根據權利要求6所述的位置檢測裝置，其中，進一步設置有差動放大上述輸出信號的差動放大電路。
8. —種位置檢測方法，包括信號供給電極，平行排列配置多個電極；和接收電極，與上述信號供給電極正交地配置多個電極，向上述信號供給電極供給具有預定的時間寬度的信號，根據從上述接收電極輸出的信號的變化，檢測出指示體的指示位置，上述位置檢測方法包括以下步驟向上述信號供給電極中的第一電極供給上述信號；和對于上述信號供給電極中的第二電極，以比上述時間寬度短的預定的時間差向上述第二電極供給信號。
9. 根據權利要求8所述的位置檢測方法，進一步包括控制上述信號的相位以使上述時間差恒定的步驟。
全文摘要
提供一種靜電式的位置檢測裝置及位置檢測方法，能夠以較簡單的電路結構進行高速掃描。將200kHz的單觸發(fā)脈沖以200kHz的整數倍的頻率的周期依次提供到多個電極。通過正交的電極捕捉因該單觸發(fā)脈沖的上升和下降而產生的電流變化。
文檔編號G06F3/044GK101644980SQ20091016414
公開日2010年2月10日 申請日期2009年8月6日 優(yōu)先權日2008年8月6日
發(fā)明者松原正樹 申請人:株式會社和冠