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JP5295090B2 - 指示体検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、指示体検出装置に関し、より詳細には、複数の指示体を高速に検出可能な指示体検出装置に関する。
従来、タッチパネル等に用いられる指や専用のペン等の指示体の位置検出の方式として、例えば、抵抗膜方式、静電結合方式(静電容量方式)等の種々のセンサー方式が提案されている。そのなかで、近年、静電結合方式の指示体検出装置の開発が盛んに行われている。
静電結合方式には、表面型(Surface Capacitive Type)と投影型(Projected Capacitive Type)の2種類の方式がある。表面型は、例えばATM(Automated Teller Machine:現金自動預入支払機)等に適用されており、投影型は、例えば携帯電話機等に適用されている。なお、両方式ともセンサー電極と指示体(例えば、指、静電ペン等)との間の静電結合状態の変化を検出して、指示体の位置を検出する。
投影型静電結合方式の指示体検出装置は、例えばガラスなどの透明基板や透明フィルム上に電極を所定パターンで形成して構成し、指示体が接近した際の指示体と電極との静電結合状態の変化を検出する。従来、このような方式の指示体検出装置に関しては、その構成を最適化するための様々な技術が提案されている(例えば、特許文献1−3を参照のこと)。なお、特許文献1には、直交拡散符号を用いた符号分割多重化方式を、マルチユーザタッチシステムに適用する技術が記載されている。特許文献2には、疑似ランダム信号を使用した座標入力装置が記載されている。また、特許文献3には、静電容量型座標装置で使用されるペンが記載されている。
さらに、従来、投影型静電結合方式を発展させたクロスポイント静電結合方式と呼ばれる方式の指示体検出装置が提案されている。ここで、クロスポイント静電結合方式の指示体検出装置の動作を、図面を参照しながら簡単に説明する。図75(a)及び(b)に、クロスポイント静電結合方式の指示体検出装置におけるセンサ部近傍の概略構成及び出力信号波形をそれぞれ示す。
一般に、センサ部900は、複数の送信導体902からなる送信導体群901と、複数の受信導体904からなる受信導体群903とを備える。なお、送信導体群901と、受信導体群903との間には絶縁層が形成される。送信導体902は、所定方向(図75(a)中のX方向)に延伸した所定の形状を有する導体であり、複数の送信導体902は、互いに所定間隔離して並列配置される。また、受信導体904は、送信導体902の延伸方向に交差する方向(図75(a)中のY方向)に延伸した所定の形状を有する導体であり、複数の受信導体904は、互いに所定間隔離して並列配置される。
このような構成のセンサ部900を用いた指示体検出装置においては、例えば、所定の送信導体902に所定の信号を供給し、その所定の信号が供給された送信導体902と、受信導体904との交差点(以下、クロスポイントという)に流れる電流の変化を、全てのクロスポイント毎に検出する。ここで、このセンサ部900上に指等の指示体910が置かれている位置では、送信導体902を流れる電流の一部が指示体910を介して分流されることで、受信導体904に流入する電流が変化する。それゆえ、信号を供給した送信導体902と、電流が変化する受信導体904とのクロスポイントを検出することにより、指示体910の位置を検出することができる。また、クロスポイント静電結合方式の指示体検出装置では、センサ部900上に形成された複数のクロスポイント毎に電流変化を検出するので、同時に複数の指示体の検出が可能である。
ここで、より具体的に、クロスポイント静電結合方式の位置検出の原理を説明する。例えば、図75(a)に示すように、送信導体Yに所定の信号を供給し、送信導体Y上での指示体910(例えば指)の指示位置を検出する場合を考える。まず、送信導体Yに信号を供給した状態で、受信導体X及びXのそれぞれに流れる電流の差を差動増幅器905により検出する。次いで、所定時間経過後、差動増幅器905に接続される受信導体を受信導体X及びXに切り替えて、両受信導体X及びXのそれぞれに流れる電流の差を検出する。この動作を受信導体Xまで繰り返す。
そして、送信導体Yと受信導体との各クロスポイントにおける差動増幅器905の出力信号のレベル変化を求める。その特性を示したのが図75(b)である。ここで、この図75(b)の特性の横軸は、受信導体X〜Xが時間的に順次選択されて差動増幅器905に接続されて出力された検出信号を示す。なお、図75(b)中の破線で示す特性は、実際に差動増幅器905から出力される信号のレベル変化を示しており、実線の特性は差動増幅器905の出力信号の積分値の変化を示している。
図75(a)に示すように、指示体910(指)は、送信導体Yは受信導体X及びXM−5とのクロスポイント付近に置かれているので、このクロスポイント付近に流れる電流が変化する。それゆえ、図75(b)に示すように、送信導体Y上の受信導体X及びXM−5のクロスポイント付近に対応する位置で、差動増幅器905の出力信号が変化し、その積分値が変化する。この積分値の変化に基づいて、指示体910の位置を検出することができる。従来の指示体検出装置は、上述のような検出を送信導体902を1本毎に切り替えながら行う。
特開2003−22158号公報 特開平9−222947号公報 特開平10−161795号公報
ところで、上述のような従来のクロスポイント静電結合方式の指示体検出装置は、各クロスポイントを構成する送信導体及び受信導体毎に信号の供給と受信処理とを行って、指示体の位置検出処理を行う。このため、全てのクロスポイントに対して位置検出処理を行うと、その処理に長時間を要する、という問題がある。例えば、64本の送信導体及び128本の受信導体を備えるセンサ部において、各クロスポイントでの検出処理時間を256μsecとすると、全クロスポイント(8192個)で約2secの検出時間がかかることとなり実用的ではない。
上記問題に鑑み、本発明は、指示体をより高速に検出することができる指示体検出装置を提供することを目的とする。
本発明の指示体検出装置は、第1の方向に配置された複数の導体と、第1の方向に対して交差する第2の方向に配置された複数の導体とからなる導体パターン上に位置する指示体を検出するための指示体検出装置であって、互いに符号が異なる複数の符号列を有し、導体パターンを構成する第1の方向に配置された複数の導体のそれぞれに所定の符号列を供給するための符号供給回路と、符号供給回路から供給される複数の符号列を第1の方向に配置された複数の導体に選択的に供給する第1の導体選択回路と、第1の導体選択回路を介して第1の方向に配置された複数の導体に選択的に供給される複数の符号列のそれぞれに対応した相関値演算用符号を供給する相関値演算用符号供給回路と、第2の方向に配置されたそれぞれの導体に生じる信号と相関値演算用符号とを相関演算する相関演算回路とを備えるとともに、第1の導体選択回路は、第1の方向に配置された複数の導体を各グループが所定数Mの導体(M≧2の整数)からなる複数のグループに区分し、各グループを構成する導体を順次選択して符号供給回路からの符号列を供給するように成しており、相関演算回路によって求められた相関演算結果に基づいて導体パターン上に位置する指示体を検出するようにした。あるいは、複数のグループの中の1のグループを構成する複数の導体に符号供給回路からの符号列を供給するとともに各グループを所定の手順で切り換えるように成して、相関演算回路によって求められた相関演算結果に基づいて導体パターン上に位置する指示体を検出するようにした。
本発明では、互いに符号が異なる複数の符号列を有し、導体パターンを構成する第1の方向に配置された複数の導体のそれぞれに所定の符号列を供給するための符号供給回路と、複数の符号列のそれぞれに対応した相関演算用符号を供給するための相関演算用符号供給回路と、第2の方向に配置されたそれぞれの導体に生じる信号と相関演算用符号とを相関演算するための相関演算回路とを備え、相関演算回路によって求められた相関演算結果に基づいて導体パターン上に位置する指示体を検出するようにした。それゆえ、本発明によれば、クロスポイント静電結合方式の指示体検出装置において、より高速に複数の指示体の存在およびその指示位置を同時に検出することが可能となる。
本発明の第1の実施の形態に係る指示体検出装置の概略ブロック構成図である。 第1の実施の形態に係る指示体検出装置のセンサ部の概略断面図である。 第1の実施の形態に係る指示体検出装置の拡散符号供給回路の概略構成図である。 第1の実施の形態に係る指示体検出装置の送信導体選択回路の概略構成図である。 第1の実施の形態に係る指示体検出装置の送信部での拡散符号切替動作の説明図である。 第1の実施の形態に係る指示体検出装置の受信導体選択回路の概略構成図である。 第1の実施の形態に係る指示体検出装置における受信導体選択回路の受信導体の切替動作を説明するための説明図である。 第1の実施の形態に係る指示体検出装置の相関値算出回路のブロック構成図である。 第1の実施の形態に係る指示体検出装置の時分割で相関演算を行う相関値算出回路のブロック構成図である。 第1の実施の形態に係る指示体検出装置の相関器の内部構成例を示すブロック構成図である。 図11(a)〜(g)は、第1の実施の形態に係る指示体検出装置の各部の動作を説明するためのタイムチャートである。 第1の実施の形態に係る指示体検出装置における位置検出の原理を説明するための説明図である。 第1の実施の形態に係る指示体検出装置における位置検出の原理(指示体がない状態)を説明するための説明図である。 第1の実施の形態に係る指示体検出装置における位置検出の原理(指示体がある状態)を説明するための説明図である。 第1の実施の形態に係る指示体検出装置における位置検出の原理(複数のクロスポイントに指示体がある状態)を説明するための説明図である。 図15に示す状態で検出される出力信号の例を示した説明図であり、図16(a)は送信電極Y〜Yから出力される出力信号とコード番号との関係を示す図であり、図16(b)は送信電極Y〜Y64から出力される出力信号とコード番号との関係を示す図である。 図17(a)は16チップ長のアダマール符号の例を示す図、図17(b)は15チップ長のアダマール符号の例を示す図、図17(c)は図17(a)に示す16チップ長のアダマール符号を供給した場合に得られる出力信号とコード番号との関係を示す図、図17(d)は15チップ長のアダマール符号を供給した場合に得られる出力信号とコード番号との関係を示す図である。 第1の実施の形態に係る指示体検出装置における位置検出の処理手順を示すフローチャートである。 図19(a)は、本発明の第2の実施の形態におけるPSK変調前の拡散符号の波形図であり、図19(b)は、PSK変調後の拡散符号の波形図である。 第2の実施の形態に係る指示体検出装置の概略ブロック構成図である。 第2の実施の形態に係る指示体検出装置の拡散符号供給回路の概略構成図である。 第2の実施の形態に係る指示体検出装置の相関値算出回路のブロック構成図である。 図23(a)は、本発明の第3の実施の形態におけるFSK変調前の拡散符号の波形図であり、図23(b)は、FSK変調後の拡散符号の波形図である。 第3の実施の形態に係る指示体検出装置の拡散符号供給回路の概略構成図である。 第3の実施の形態に係る指示体検出装置の相関値算出回路のブロック構成図である。 変形例1における拡散符号の供給方法を説明するための説明図である。 変形例2における送信導体選択回路の概略構成図である。 変形例2における拡散符号の供給方法を説明するための説明図である。 変形例3における拡散符号の供給方法を説明するための説明図である。 変形例4における受信導体選択回路のブロック構成図である。 変形例4における受信導体選択回路の切り替え動作を説明するための説明図である。 変形例5に係るセンサ部の概略断面図である。 図33(a)は変形例6に係るセンサ部の概略断面図であり、図33(b)は変形例6に係るセンサ部の配置例を示す斜視図である。 図34(a)は変形例7に係る送信導体及び受信導体の概略構成を示した平面図であり、図34(b)は変形例7に係る送信導体のランド導体部を拡大した平面図である。 変形例8に係るセンサ部の概略平面図である。 変形例9に係るセンサ部の概略平面図である。 図37(a)は、変形例9に係るセンサ部における送信導体の透明電極膜の配置を示す概略構成図であり、図37(b)は、受信導体の透明電極膜の配置を示す概略構成図である。 変形例10のセンサ部の概略構成図である。 変形例11の受信部のブロック構成図である。 変形例12の差動増幅器の概略構成図である。 変形例13に係る拡散符号の供給方法を説明するための概略構成図である。 変形例14のセンサ部の概略構成図である。 変形例14と比較するためのセンサ部の概略構成図である。 変形例14の送信導体の切り替え状態の例を示す説明図である。 変形例14の送信導体の切り替え状態の別の例を示す説明図である。 変形例15における送信部の拡散符号の送信形態と受信部の信号の受信形態との関係を示す模式図である。 変形例16における送信部の拡散符号の送信形態と受信部の信号の受信形態との関係を示す構成図である。 変形例16における送信導体選択回路の内部構成の例を示す構成図である。 変形例16における受信導体選択回路の例を示す構成図である。 図50(a)は変形例17における送信部の拡散符号の送信形態と受信部の信号の受信形態との関係を示す構成図であり、図50(b)は差動増幅器から出力される出力信号の波形図である。 変形例18における送信部の拡散符号の送信形態と受信部の信号の受信形態との関係を示す構成図である。 変形例19における送信部の拡散符号の送信形態と受信部の信号の受信形態との関係を示す構成図である。 変形例19の送信導体選択回路の例のブロック構成図である。 変形例19の受信部の例のブロック構成図である。 変形例20における送信部の拡散符号の送信形態と受信部の信号の受信形態との関係を示す構成図である。 図56(a)及び(b)は、変形例21におけるホバーリング状態の識別原理を説明するための説明図である。 図57(a)及び(b)は、変形例21におけるホバーリング状態の識別原理を説明するための説明図である。 変形例21におけるホバーリング状態の識別原理を説明するための分布図である。 変形例22における送信部の拡散符号の送信形態と受信部の信号の受信形態との関係(検出エリアが狭い状態)を示す構成図である。 変形例22における送信部の拡散符号の送信形態と受信部の信号の受信形態との関係(検出エリアが広い状態)を示す構成図である。 変形例24における送信部の拡散符号の送信形態と受信部の信号の受信形態との関係を示す構成図である。 変形例25における送信部の拡散符号の送信形態と受信部の信号の受信形態との関係を示す構成図である。 変形例26における受信部の例のブロック構成図である。 変形例26における絶対値検波回路の例のブロック構成図である。 図65(a)は、拡散符号を送信導体の片側から供給した場合の様子を示す説明図であり、図65(b)は、その場合における受信導体の位置と、検出信号のレベル及び位相遅れの比(レベル/位相遅れ)との関係を示す説明図である。 図66(a)は、変形例27において、拡散符号を送信導体の両側から供給した場合の様子を示す説明図であり、図66(b)は、その場合における受信導体の位置と、検出信号のレベル及び位相遅れの比(レベル/位相遅れ)との関係を示す説明図である。 変形例28において、指示体の指示圧を求める原理を説明するための特性図である。 変形例28において、指示体の指示圧を求める原理を説明するための特性図である。 変形例28において、指示体の指示圧を求める原理を説明するための特性図である。 変形例29として、拡散符号を送信電極の数だけ用意した例を示した説明図である。 変形例29の相関値算出回路の例のブロック構成図である。 変形例30における指示体検出装置の構成図である。 変形例30における受信部の概略構成図である。 変形例31における受信部の概略構成図である。 図75(a)は、従来のクロスポイント静電結合方式の指示体検出装置の概略構成図であり、図75(b)は、出力信号波形図である。
以下、本発明の指示体検出装置の実施の形態を、図面を参照しながら、以下の順で説明する。なお、以下の実施の形態では、指示体検出装置を例に挙げて説明するが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、近接又は接触した指示体を検出して何らかの処理を行う装置であれば、他のものにも適用可能である。
1.第1の実施の形態:基本構成例
2.第2の実施の形態:PSK変調された拡散符号を用いる構成例
3.第3の実施の形態:FSK変調された拡散符号を用いる構成例
4.第4の実施の形態:拡散符号の他の供給方法
5.第5の実施の形態:受信導体の選択方法
6.第6の実施の形態:センサ部の他の構成例
7.第7の実施の形態:増幅回路の他の構成例
8.第8の実施の形態:ホバーリング検出
<1.第1の実施の形態:基本構成例>
本発明の指示体検出装置の基本構成例を図1乃至図18を参照して説明する。なお、本発明の位置検出方式は、センサ部の送信導体及び受信導体間の静電結合状態の変化に基づいて指示体の位置を検出する静電結合方式を採用する。また、本実施の形態では、全ての送信導体に拡散符号(符号列)を同時に供給し、それぞれの受信導体で同時に信号検出を行う構成例について説明する。
[指示体検出装置の構成]
図1に、第1の実施の形態における指示体検出装置の概略構成図を示す。
指示体検出装置1は、主に、センサ部100と、送信部200と、受信部300と、送信部200及び受信部300の動作を制御する制御回路40とから構成される。以下、各部の構成について説明する。
まず、センサ部100の構成を図1及び図2を参照して説明する。
センサ部100は、図2に示すような略平板状の第1の基板15と、複数の送信導体12からなる送信導体群11と、複数の受信導体14からなる受信導体群13と、スペーサ16と、平板状の第2の基板17とを備える。そして、このセンサ部100は、第1の基板15上に順に、送信導体12とスペーサ16と受信導体14と第2の基板17とを配置して形成される。従って、送信導体12と受信導体14とは、スペーサ16を介して対向するように配置される。
指や静電ペン等の指示体は、第2の基板17側(第2の基板17が第1の基板15と対向する面と反対の側)で使用される。したがって、受信導体14は、送信導体12よりも検出面に近接して配置される。なお、第1の基板15及び第2の基板17は、例えば透過性を有する周知のガラス基板が用いられるが、ガラス基板の代わりに合成樹脂等からなるシート状(フィルム状)基材を用いてもよい。
送信導体12及び受信導体14は、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)膜からなる透明電極膜、あるいは銅箔等で形成される。この送信導体12の電極パターンは、例えば、次のように形成することができる。まず、上述した材料等で形成された電極膜を、例えば、スパッタ法、蒸着法、塗布法等により第1の基板15上に形成する。次いで、形成した電極膜をエッチングして、所定の電極パターンを形成する。受信導体14の電極パターンも同様にして第2の基板17上に形成することができる。なお、送信導体12及び受信導体14を銅箔で形成する場合には、インクジェットプリンタを用いて、銅粒子を含むインクをガラス板等上に吹き付けて所定の電極パターンを形成することもできる。なお、送信導体12及び受信導体14の形状は、例えば直線状(ライン形状)導体で形成することができる。また、送信導体12の形状はダイヤモンド形状、直線パターンなどの形状にしても良い。
スペーサ16は、例えば、PVB(ポリビニルブチラール)、EVA(エチレン酢酸ビニルコポリマー)、アクリル系樹脂等の合成樹脂で形成することができる。また、スペーサ16は、高屈折率(高誘電率)のシリコン樹脂等で構成することもできる。さらに、スペーサ16は、高屈折率(高誘電体)のオイル等の液体で構成することもできる。このように、スペーサ16に高屈折率の素材を採用することで、スペーサ16での視差を抑制することができ、光学特性が改善される。
スペーサ16を合成樹脂で形成する場合には、例えば、プラスチックシートを送信導体12と受信導体14との間に挟み込み、導体間を真空引きしながら加圧及び加熱してスペーサ16を形成してもよい。また、例えば、液体状の合成樹脂を送信導体12及び受信導体14間に流し込み、その後、合成樹脂を固化することでスペーサ16を形成してもよい。
そして、図1に示すように、送信導体群11は、例えば、所定方向(図1中のX方向)に延伸して形成した64本の送信導体12から構成される。この送信導体12は、それぞれが互いに所定間隔離して並列配置される。受信導体群13は、例えば、送信導体12の延伸方向に直交する方向(図1中のY方向)に延伸して形成された128本の受信導体14から構成される。この受信導体14は、それぞれが互いに所定間隔離して並列配置される。なお、送信導体12及び受信導体14は、ともに直線状(板状)の導体で形成される。
このように、送信導体群11と受信導体群13とをスペーサ16を介して対向して配置することで、送信導体群11と受信導体群13とのクロスポイントには、およそ0.5pFのコンデンサが形成される。
また、以下の説明においては、直線状に形成された送信導体12と受信導体14を直交するように配置した場合を例示して説明しているが、送信導体12及び受信導体14の形状は、実施の態様に応じて適宜設定される。また、送信導体群11と受信導体群13とは直交以外の角度、例えば、送信導体12と受信導体14とが斜めに交差する構成としても良い。他の実施の態様については、後述する。また電気特性上、受信導体14の幅は送信導体12の幅より細く形成すると良い。浮遊容量が減ることにより、受信導体14に混入するノイズを低減できるからである。
送信導体12及び受信導体14の配置間隔(ピッチ)は、例えば、ともに3.2mmとなるように形成される。なお、送信導体12及び受信導体14の本数及びピッチはこれに限定されず、センサ部100のサイズや必要とする検出精度等に応じて適宜設定される。
以下、説明の便宜のために、送信導体群11を構成する各送信導体12は、受信部300に近い側の送信導体12からそのインデックスnを「1」〜「64」とし、適宜、各インデックスnに対応する送信導体12を送信導体Yとも記す。また、受信導体群13についても同様に、送信部200に遠い側の受信導体14からそのインデックスmを「1」〜「128」とし、適宜、各インデックスmに対応する受信導体14を受信導体Xとも記す。
また、この第1の実施の形態では、送信導体群11及び受信導体群13をそれぞれ16個のグループ(ブロック)に分割する。なお、以下の説明においては、送信導体群11のグループを送信ブロック、受信導体群13のグループを検出ブロックとそれぞれ記す。
この送信ブロックは、4本の送信導体12で構成される。そして、各送信ブロックは、隣り合う(インデックスnが連続する)4本の送信導体12で構成される。より具体的には、本実施の形態では、送信導体群11を、送信ブロック{Y〜Y}、{Y〜Y}、…、{Y57〜Y60}及び{Y61〜Y64}に分割する。
同様に、検出ブロックは、8本の受信導体14で構成される。そして、各検出ブロックは隣り合う(インデックスmが連続する)8本の受信導体14で構成される。より具体的には、本実施の形態では、受信導体群13を、検出ブロック{X〜X}、{X〜X16}、…、{X113〜X120}及び{X121〜X128}に分割する。ただし、本発明はこれに限定されず、一つのグループ内の導体の本数やグループ数、グループの形態(同一グループに属する導体の位置関係など)は、センサ部100のサイズや必要とする検出速度等に応じて適宜設定される。詳細は後述する。
次に、送信部200について説明する。送信部200は、図1に示すように、拡散符号供給回路21と、送信導体選択回路22と、クロック発生回路23とを備える。送信導体選択回路22、拡散符号供給回路21及びクロック発生回路23は、この順で、センサ部100側から配置される。拡散符号供給回路21は、後述する制御回路40とクロック発生回路23とに接続されており、クロック発生回路23から出力されるクロック信号が入力される。なお、このクロック発生回路23から出力されるクロックは、後述する制御回路40にも入力される。
次に、拡散符号供給回路21について、図3を参照して説明する。この図3に、拡散符号供給回路21の概略構成の一例を示す。
この第1の実施の形態における拡散符号供給回路21は、後述する受信部300の相関値算出回路34において、指示体の有無に応じて得られる値が所定の値になるように、送信導体12のそれぞれに所定ビット数を有する符号、例えば、拡散符号を供給するための回路である。この拡散符号供給回路21は、例えば、送信導体群11の送信ブロックの数と同数(16個)の拡散符号生成回路24で構成される。この複数の拡散符号生成回路24は、後述する制御回路40の制御に基づき、それぞれが2nビットの符号長(n:整数)を有する拡散符号C(k:1〜16の整数)を生成する。それぞれの拡散符号生成回路24で生成される拡散符号Cは、例えばクロック発生回路23から出力されるクロック信号に同期して生成されるとともに、このクロック信号の立ち上がりタイミングで、生成した拡散符号のn番目の符号を出力する。なお、この拡散符号供給回路21は、ROMなどに拡散符号に基づいて生成したデータを予め保持しておき、ROMの読み出しアドレスを制御することで各送信導体に供給するための信号を出力する構成にしてもよい。以下、16個の拡散符号生成回路24で生成される16個の拡散符号を、それぞれ拡散符号C,C,C,・・・,C16と称する。この16個の拡散符号C〜C16には、例えばそれぞれが同期したアダマール符号(Hadamard code)を適用可能である。このアダマール符号については後述する。
なお、後述するように、本発明はPSK変調やFSK変調などで変調された拡散符号を用いてもよい。また、CDMAを採用した無線通信技術においては、チップという表現が一般的に使用されるので、以下の説明では通信速度をチップレートと称する。
次に、送信導体選択回路22について、図4を参照して説明する。この図4に、送信導体選択回路22の内部構成を示す。
送信導体選択回路22は、拡散符号供給回路21から供給された拡散符号C〜C16を選択的に送信導体12に供給するための回路である。送信導体群11を構成する各送信導体12は、4本の送信導体12を1つのグループとする16の送信ブロック25に分割されており、送信導体選択回路22は、各送信ブロック25と同数(16個)のスイッチ22aから構成される。各スイッチ22aの4つの出力端子22bは、それぞれ対応する送信導体12に接続され、1つの入力端子22cは対応する拡散符号生成回路24(図3参照)の出力端子に接続される。そして、各スイッチ22aは、所定時間間隔、具体的にはクロック発生回路23から出力されたクロックの16周期分の時間間隔で、選択された送信導体12と、対応する所定の拡散符号Cを出力する拡散符号生成回路24の出力端子とを接続する構造になっている。なお、各スイッチ22aの切替動作は制御回路40により制御される。
次に、送信導体選択回路22の切替動作の一例を図5を参照して説明する。ここで、各送信ブロック25は、最大インデックスの送信導体12、すなわち、送信導体Y、Y、…、Y60及びY64がスイッチ22aを介してそれぞれ対応する拡散符号生成回路24の出力端子に接続されているものとする(図4に示した状態)。
まず、拡散符号供給回路21を構成する各拡散符号生成回路24から出力された拡散符号C〜C16は、それぞれがスイッチ22aにより選択された16本の送信導体12に同時に供給される。この状態で、所定時間(クロックの16周期分)の間、指示体の位置検出を行う。次いで、所定時間の経過後、すなわち、スイッチ22aに選択された各送信導体12に拡散符号C〜C16の供給が完了したら、スイッチ22aは拡散符号生成回路24に接続される送信導体12をインデックスnが減少する方向に位置する隣の送信導体12、すなわち、送信導体Y、Y、…、Y58及びY62に切り替える。そして、この切り替え後、選択された16本の送信導体12に同時に各拡散符号生成回路24から出力された拡散符号C〜C16を供給して位置検出を行う。このような動作を繰り返しながら、全ての送信導体12に対して拡散符号の供給を行う。
そして、各送信ブロック25内の最小インデックスの送信導体12、すなわち、送信導体Y、Y、…、Y57及びY61がスイッチ22aにより選択され、拡散符号C〜C16の供給を行った後は、再度、各送信ブロック25内の最大インデックスの送信導体12がスイッチ22aにより選択され、上記動作が各ブロック内で繰り返される。なお、送信導体12の切替動作の手順は図5に示した例に限定されない。例えば、図5においては、送信導体12の切替動作は、それぞれの送信導体12に供給される拡散符号Cが供給された後に切り替える場合を例示したが、送信導体12の切り替えは、1チップを供給する度に切り替えるようにしても良い。その他の変形例については後で詳述する。
上述のように、複数の送信導体12は各グループが所定数M(M≧2の整数;図5の例ではM=4)の導体から成る複数のグループに区分される。そして、拡散符号供給回路21によって生成された各々の拡散符号C〜C16は、各グループを構成する所定の送信導体12に供給されるとともに、各グループ内で当該拡散符号を供給する導体を順次切り替えるようにしている。このように構成することで、位置検出のための拡散符号を複数の送信導体12に同時に供給することができる。この例では、16種類の拡散符号を同時に供給しているので、位置検出のための信号の送信に掛かる時間を従来の1/16に短縮できる。
次に、受信部300について説明する。受信部300は、図1に示すように、受信導体選択回路31と、増幅回路32と、A/D(Analog to Digital)変換回路33と、相関値算出回路34と、位置検出回路35とを備える。受信部300の相関値算出回路34で得られた相関値が指示体の検出状態に相当し、その指示体の検出状態から、位置算出回路35で指示体の位置が算出される。
次に、受信導体選択回路31について、図6を参照して説明する。
受信導体群13を構成する各受信導体14は、8本の受信導体14を一つのグループとする16の検出ブロック36に区分されている。そして、受信導体選択回路31は、この検出ブロック36と同数(16個)のスイッチ31aからなる。そして、このスイッチ31aは、このスイッチ31aは、各検出ブロック36毎にそれぞれ一つずつ設けられており、後述する制御回路40の制御信号に基づいて、選択される受信導体14を切り替える。
各スイッチ31aの入力側の8つの端子31bは、それぞれ対応する受信導体14に接続されている。また、各スイッチ31aの出力側の1つの端子31cは、対応する1つのI/V変換回路32a(後述)の入力端子に接続される。さらに、各スイッチ31aは、所定時間間隔(送信導体選択回路22のスイッチ22aの切り替えタイミングの4倍の周期)で、I/V変換回路32aと接続する受信導体14を切り替える。そして、I/V変換回路32aからの出力信号は、図示しない増幅器において所定の信号レベルに増幅された後、切替スイッチ32dを介してA/D変換回路33へ出力される。
次に、この受信導体選択回路31の切り替え動作について、図7を参照して説明する。ここで、各検出ブロック36は、最小インデックスの受信導体14、すなわち、受信導体X、X、…、及びX121がスイッチ31aを介して増幅回路32に接続されているものとする(図6の状態)。
まず、この図6に示す状態で所定時間の間、受信導体選択回路31は複数の受信導体14で同時に選択し、電流信号である各検出ブロック36からの出力信号S、S、・・・、S16を得る。
次いで、所定時間が経過すると、受信導体選択回路31の各スイッチ31aは、受信導体14をインデックスmが増加する方向に位置する隣の受信導体14、すなわち、受信導体X、X10、…、及びX122に接続を切り替える。そして、その切り替え後、スイッチ31aに接続された受信導体X、X10、…、X114及びX122から出力された新たな出力信号S、S、・・・、S16を得る。以降、受信導体選択回路31のスイッチ31aは、このような切り替え動作を繰り返す。
そして、各検出ブロック36内の最大インデックスの受信導体14、すなわち、受信導体X、X16、…、X120及びX128にスイッチ31aが接続され、この選択された受信導体X、X16、…、X120及びX128から出力された新たな出力信号を得る。その後、スイッチ31aは再度、各検出ブロック36内の最小インデックスの受信導体14から出力された新たな出力信号を得る。この動作が各検出ブロック36内で繰り返される。なお、スイッチ31aに選択されない受信導体14は、任意の基準電位又はグラウンドに接続することが好ましい。このように、スイッチ31aにより選択されない受信導体14を任意の基準電位又はグラウンドに接続することで、選択されない受信導体14にノイズを退避させることができるので、ノイズ耐性を向上させることができる。また、送信信号の回り込みを低減することもできる。さらに、受信導体14の切り替え動作の手順は図7の例に限定されない。その変形例については後で詳述する。
上述のように受信導体選択回路は、複数の受信導体を、各グループが所定数の導体から成る複数のグループに区分し、各グループを構成する少なくとも1本の導体を各々選択するとともに、各グループを構成する各導体を順次切り替えるようにしている。このように構成することで、位置検出のための出力信号を受信導体群から同時に検出することができる。この第1の実施の形態においては、受信導体群を16グループに区分しているので、位置検出のための信号の受信にかかる時間を従来の1/16に短縮できる。
次に、増幅回路32について、図6を参照して説明する。増幅回路32は、受信導体14から出力される電流信号を電圧信号に変換するとともに増幅する回路である。この増幅回路32は、受信導体群13の検出グループ数(16個)と同数のI/V変換回路32aと、切替スイッチ32dとから構成され、1つの検出ブロック36に対して1つのI/V変換回路32aが接続される。
I/V変換回路32aは、1入力1出力の増幅器32b(オペアンプ:Operational Amplifier)と、この増幅器32bに並列接続されたキャパシタ32cとから構成される。そして、各I/V変換回路32aは、受信導体選択回路31を構成する各検出ブロック36の出力信号S、S、・・・、S16を電圧信号に変換して出力する。なお、実際には、直流バイアス調整用にキャパシタ32cと並列に抵抗素子やトランジスタなどを設けるが、ここでは記載を省略している。
切替スイッチ32dは、所定時間毎に後述するA/D変換回路33に接続されるI/V変換回路32aを順次切替えて、このI/V変換回路32aから出力された電圧信号をA/D変換回路33に時分割で出力する回路である。このような構成とした場合、受信部300には、A/D変換回路33及び相関値算出回路34を1系統だけ設ければよいので、受信部300の回路構成を簡略化することができる。なお、この図6には、切替スイッチ32dを増幅回路32内に設けた場合を例示したが、この切替スイッチ32dは、受信導体選択回路31と増幅回路32との間に設けても良い。このように、受信導体選択回路31と増幅回路32との間に切替スイッチ32dを設けた場合には、I/V変換回路32aを受信導体選択回路31を構成するスイッチ31aの個数分設ける必要がなくなるので、より受信部300の回路構成を簡略化することができる。なお、この第1の実施の形態では切替スイッチ32dを設けることで、後段のA/D変換回路33及び相関値算出回路34をそれぞれ1系統にする場合を例示したが、本発明はこれに限られず、A/D変換回路33及び相関値算出回路34をI/V変換回路32aの数(16個)だけ設けても良い。かかる構成にすると、切替スイッチ32dによる切り替え制御を行う必要がないので、より高速な信号処理が要求される指示体検出装置を構成する場合に好適である。
A/D変換回路33は、図1に示すように、増幅回路32の出力端子に接続され、増幅回路32から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する回路である。I/V変換回路32aにおいて電圧信号に変換された出力信号S、S、・・・、S16は、このA/D変換回路33においてデジタル信号に変換されて出力される。なお、このA/D変換回路33には、周知のA/D変換器を用いることができる。
次に、相関値算出回路34の構成を、図8を参照して詳述する。相関値算出回路34は、後述する制御回路40の制御に基づいて、A/D変換回路33から出力された出力信号S、S、・・・、S16から相関値を算出するための回路であり、図1に示すように、A/D変換回路33と制御回路40と、後述する位置検出回路35とに接続されている。
この相関値算出回路34は、信号遅延回路34aと、拡散符号Cの数と同数(16個)の相関器34b,34b,34b,・・・34b16と、この各相関器34b〜34b16のそれぞれに相関値演算用符号を供給する相関値演算用符号生成回路34c,34c,34c,・・・,34c15,34c16と、相関値記憶回路34dとを備える。
信号遅延回路34aは、A/D変換回路33から出力されたデジタル信号を一時的に保持し、この保持されたデータを各相関器34b〜34b16に同時に供給するための回路である。この信号遅延回路34aは、拡散符号Cの符号長と同数(16個)のD−フリップフロップ回路34a,34a,34a,・・・,34a15,34a16から構成される。このD−フリップフロップ回路34a16,34a15,34a14,・・・34a,34a,34aは、この順番でA/D変換回路33側から直列接続して構成される。そして、このD−フリップフロップ回路34a〜34a16のそれぞれの出力端子は、隣接する他のD−フリップフロップ回路(例えば、D−フリップフロップ回路34a16であれば、D−フリップフロップ回路34a15)と、各相関器34b〜34b16とに接続され、各D−フリップフロップ回路34a〜34a16からの出力信号はすべての相関器34b〜34b16に入力される。以下、この16個のD−フリップフロップ回路34a〜34a16からの16チップの出力信号を、それぞれPS,PS,PS,・・・,PS15,PS16と称する。
相関器34b〜34b16は、各D−フリップフロップ回路34a〜34a16から出力された各出力信号PS,PS,・・・,PS16と、後述する相関値演算用符号生成回路34c 〜34c 16 から入力された各相関値演算用符号C′〜C16′とを乗算して、各拡散符号Cの相関値を算出する回路である。相関器34b〜34b16は、それぞれが拡散符号C〜C16で相関演算を行うので、16個設けられている。すなわち、相関器34bは各D−フリップフロップ回路34a〜34a16からの出力信号PS,PS,・・・,PS16と相関値演算用符号C′とを乗算して相関値を演算し、相関器34bは各受信信号と相関値演算用符号C′とを相関演算して相関値を算出し、以下同様にして16個の全ての拡散符号C〜C16についての相関値を算出する。そして、各相関器34b〜34b16は、算出した相関値を相関値記憶回路34dに出力する。
相関値演算用符号生成回路34c,34c,34c,・・・,34c15,34c16は、各相関器34b〜34b16が相関演算を行うための相関値演算用符号C’を供給するための回路である。各相関値演算用符号生成回路34c〜34c16は、それぞれが対応する各相関器34b〜34b16に接続される。この相関値演算用符号生成回路34c〜34c16から対応する相関器34b〜34b16へ供給される相関値演算用符号C′〜C16′は、それぞれが2nの符号長を有しており、例えば、相関器34bは、拡散符号Cの相関演算を行うので、相関値演算用符号C′は16チップとなる。以下、各相関値演算用符号生成回路34c〜34c16から各相関器34b〜34b16に供給される相関値演算用符号をC′(PN′,PN′,PN′,・・・,PN15′,PN16′)と称す。
そして、各相関器34b〜34b16が出力信号PS,PS,・・・,PS16と相関値演算用符号C′〜C16′とを相関演算すると、センサ部100上に指示体19が存在しない場合には一定の値の相関値が得られ、センサ部100上に指示体が存在する場合には、この一定の値の相関値とは異なる値の相関値が得られることになる。
相関値記憶回路34dは、相関器34b〜34b16における相関演算で得られた相関値を一時的に記憶するための記憶部である。この相関値記憶回路34dは、相関器34b〜34b16と同数の複数のレジスタ(不図示)から構成される。図4及び図5で説明したように、送信導体選択回路22の各送信ブロック25が4本の送信導体12で構成され、これをスイッチ22aで切り替えるから、1つの受信導体14における指示体19の検出を行うと4つの相関値が得られる。このため、相関値記憶回路34dを構成する各レジスタは、4つの領域を備える。そして、この4つの領域には、それぞれ相関演算して得られた相関値が記憶される。従って、このレジスタを構成する各領域には、任意の一の送信導体12と受信導体群13を構成するすべての受信導体14とのクロスポイント分のデータ(128個分)が格納される。そして、相関値記憶回路34dでは、入力された各クロスポイントにおける相関値がセンサ部100全面に対応してマッピングされ、相関値の空間分布(マッピングデータ)が生成される。
次に、相関値算出回路34の動作について説明する。I/V変換回路32aの出力信号S、S、・・・、S16は、A/D変換回路33でデジタル信号に変換されて、相関値算出回路34に入力される。このA/D変換回路33から相関値算出回路34に入力されたデジタル信号は、まず信号遅延回路34aのD−フリップフロップ回路34a16に記憶される。そして、このD−フリップフロップ回路34a16は、この記憶されたデータを各相関器34b〜34b16に供給する。次いで、A/D変換回路33から出力された次のデジタル信号がD−フリップフロップ回路34a16に供給されると、D−フリップフロップ回路34a16は、それまで記憶していたデータを隣接するD−フリップフロップ回路34a15に出力し、新たに供給されたデジタル信号を記憶するとともに、この新たに記憶したデータを各相関器34b〜34b16に出力する。以降、新たなデータが入力される度に、各D−フリップフロップ回路34a〜34a16は、それまで記憶していたデータを隣接するD−フリップフロップ回路及び各相関器34b〜34b16に出力すると共に、新たに供給されたデジタル信号を記憶する処理を繰り返す。
各D−フリップフロップ回路34a〜34a16に記憶された16チップの出力信号PS〜PS16は、16個の相関器34b〜34b16に供給される。各相関器34b〜34b16は、それぞれ各D−フリップフロップ回路34a〜34a16から供給された出力信号PS〜PS16と、相関値演算用符号生成回路34c〜34c16から供給された相関値演算用符号C′〜C16′とを相関演算して、相関値を得る。
そして、各相関器34b〜34b16は、後述する制御回路40の制御に基づいて、16n回目の演算結果で得られた相関値のみを相関値記憶回路34dへ出力する。これを繰り返すことで、任意の一の受信導体14と交差する全ての送信導体12に拡散符号C〜C16を供給したときに得られる出力信号に対して相関演算した結果のみが相関値記憶回路34dに出力される。そして、この相関演算した結果である相関値は、相関値記憶回路34dの各レジスタの所定の領域に記憶される。
同様にして、受信導体選択回路31を構成するスイッチ31a及び増幅回路32の切替スイッチ32dを適宜切り替えて、センサ部100を構成する全ての受信導体14から得られる出力信号に対し、相関演算を行う。
ところで、図8においては、拡散符号Cと同数の相関器34b〜34b16を用い、それぞれの相関器34b〜34b16で個別に相関演算を行う相関値算出回路34を例示したが、1つの相関器に複数の相関値演算用符号C′〜C16′を順に供給して、時分割で相関演算を行う構成としてもよい。
以下、1つの相関器に複数の相関値演算用符号を順に供給して、時分割で相関演算を行う相関値算出回路の一例を、図9を参照して説明する。この図9は、時分割で各拡散符号の相関演算を行う相関値算出回路の一構成例を示したものである。
以下、図9に示す相関値算出回路134の構成及び各構成について説明する。この相関値算出回路134は、信号遅延回路34aと、相関器34bと、相関値演算用符号生成回路134cと、相関値記憶回路34dと、レジスタ134eとから構成される。レジスタ134eは、信号遅延回路34aを構成する各D−フリップフロップ回路34a〜34a16の出力端子と相関器34bとの間に設けられ、各D−フリップフロップ回路34a〜34a16から出力された16チップの出力信号PS′〜PS16′を一時的に記憶する。
相関器34bは、レジスタ134eに記憶されたデータと、相関値演算用符号生成回路134cから供給された相関値演算用符号C’とを相関演算して相関値を算出する回路である。この相関器34bの出力端子は、相関値記憶回路34dに接続されている。
相関値演算用符号生成回路134cは、相関器34bに相関値演算用符号C’(PN′,PN′,PN′,・・・,PN15′,PN16′)を供給する回路である。この相関値演算用符号生成回路134cは、相関器34bに供給する相関値演算用符号C’を経時的に切り替えて供給する。
相関値記憶回路34dは、相関器34bから出力された相関値を一時的に記憶するための記憶部であり、相関器34bと位置検出回路35(図1参照)とに接続されている。他の構成は図8に示す相関値算出回路34と同一の構成なので、同一の構成には図8と同一の番号を付して、詳細な説明は省略する。
以下、相関値算出回路134の動作について詳述する。図6に示すI/V変換回路32aの出力信号S〜S16は、A/D変換回路33においてデジタル信号に変換された後、信号遅延回路34aに入力される。この信号遅延回路34aに入力されたデジタル信号は、16段に直列接続されたD−フリップフロップ回路34a〜34a16に順次供給される。そして、各D−フリップフロップ回路34a〜34a16は、供給されたデータを一時的に記憶すると共に、この記憶されたデータをレジスタ134eに出力する。以降、各D−フリップフロップ回路34a〜34a16は、新たなデジタル信号が供給される毎に、保持しているデータを隣接するD−フリップフロップ回路34aに供給し、この新たに供給されたデータを記憶すると共に、この新たに供給されたデータを出力信号としてレジスタ134eに出力する。
一方、相関器34bは、レジスタ134eにデータが揃ったら、後述する制御回路40の制御に基づいて、レジスタ134eに記憶されたデータと、相関値演算用符号生成回路134cから供給された相関値演算用符号C′とを相関演算して相関値を算出する。そして、相関器34bは、この演算結果である相関値を相関値記憶回路34dに出力する。以降、相関器34bは、相関値演算用符号C′、C′・・・C16′についても同様の相関演算を行い、演算結果である相関値を随時、相関値記憶回路34dに出力する。以降、相関器34bは、すべての相関値演算用符号について相関演算を行ったら、レジスタ134eに記憶されているデータを破棄し、次のデータが記録されるまで待機する。以降、上記処理を繰り返すことで、センサ部100を構成する全ての受信導体14から得られる受信信号に対し、相関演算を行う。
以上のように、相関値算出回路をこの図9に示した構成としたことで、図8に示した相関値算出回路よりも少ない相関器及び相関値演算用符号生成回路で拡散符号の数だけ相関器を用意した場合と同様に、それぞれの拡散符号の相関値が得られる。
次に、相関器の構成について、図10を参照して詳述する。図10は、図8及び図9に示した各相関器34b〜34b16及び34bの構成例を示したものである。相関器34bは、16個の乗算器34f,34f,・・・,34f16と、加算器34gとで構成される。この第1の実施の形態において乗算器34f〜34f16を16個としたのは、16チップの拡散符号Cの相関を求めるためである。従って、乗算器の数は、拡散符号Cのチップ数に応じて、設けられる数が異なる。
それぞれの乗算器34f〜34f16には、出力信号の各チップPS〜PS16と、相関値演算用符号の各チップPN′〜PN16′とが供給され、同一のチップ位置同士の信号を乗算して、乗算信号を得る。各乗算器34f〜34f16において算出された乗算信号は、加算器34gに供給される。加算器34gは、各乗算器34f〜34f16から供給された全てのチップ位置の信号を加算して、相関値を得る。この相関値は、相関値記憶回路34dに記憶される。なお、使用する符号によっては、乗算器34f〜34f16は、加算器又は減算器を用いてもよい。
位置検出回路35は、相関値記憶回路34dに記憶されたマッピングデータから、所定の閾値を超える相関値の領域を求め、その領域を指示体の位置として算出する回路である。この位置検出回路35は、図1に示すように、相関値算出回路34と、制御回路40とに接続されている。なお、この位置検出回路35には、クロスポイント間に指示体が存在する場合に、その指示体が位置する座標を相関値記憶回路34dに記憶された相関値から算出する補間処理回路を設けて、より高解像度の補間値のマッピングデータを算出するようにしても良い。
制御回路40は、本発明の指示体検出装置1の各部を制御するための回路である。この制御回路40は、図1に示すように、クロック発生回路23と、拡散符号供給回路21と、送信導体選択回路22と、相関値算出回路34と、位置検出回路35とに接続されている。そして、制御回路40は、クロック発生回路23から出力されるクロック信号Sclkに基づき、送信ロード信号Stload及び受信ロード信号Srloadを適宜生成及び出力して、上記各部の動作タイミングを制御する。
以下、第1の実施の形態における制御回路40及び指示体検出装置1の動作を図1、図9及び図11を参照して説明する。なお、以下の説明においては、原理を容易に理解できるように、相関値算出回路は図9に示す相関値算出回路134で構成された場合を例示して説明する。
ここで、図11(a)は、クロック生成回路23から制御回路40及び拡散符号供給回路21に供給されるクロック信号Sclkの信号波形である。このクロック信号Sclkは、その周期が、例えば、拡散符号Cの1チップ長に設定される。図11(b)は、制御回路40から送信導体選択回路22及び受信導体選択回路31に供給される送信ロード信号Stloadの信号波形である。この送信ロード信号Stloadは、その周期が拡散符号Cの符号長(クロック信号の16周期分)に設定されたパルス信号である。図11(c)は、制御回路40から相関値算出回路34に供給される受信ロード信号Srloadの信号波形である。この受信ロード信号Srloadは、その周期が、例えば、拡散符号Cの符号長(クロック信号の16周期分)に設定されたパルス信号である。そして、この受信ロード信号Srloadは、送信ロード信号Stloadよりもクロック信号Sclkの1周期分だけ遅れて出力されるようになっている。図11(d)は、拡散符号供給回路21から送信導体群11(図1参照)に対しコードを送信する出力タイミングチャートである。図11(e)は、D−フリップフロップ回路34a〜34a16を介してレジスタ134eにセットされる16チップの出力信号のタイミングチャートであり、図11(f)は、そのセットされた受信信号に乗算する相関値演算用符号の生成コード(C′,C′,C′,・・・,C16′)である。
クロック発生回路23から出力されたクロック信号Sclk(図11(a))が制御回路40及び拡散符号供給回路21に入力されると、制御回路40はこのクロック信号Sclkに同期して送信導体選択回路22及び受信導体選択回路31に送信ロード信号Stload(図11(b))を入力する。そして、1クロック周期後、制御回路40は受信ロード信号Srloadを相関値算出回路34に入力する。
送信導体選択回路22は、送信ロード信号Stloadがハイレベルであって、かつクロック信号Sclkの立ち上がりタイミング(図11中のt)で、送信導体12に拡散符号Cの供給が開始される。以降、この送信導体選択回路22は、送信ロード信号Stloadがハイレベルであって、かつクロック信号Sclkの立ち上がりタイミング毎(例えば、図11中のt及びt)に、拡散符号Cを供給する送信導体12を切り替えていく。
同様に、受信導体選択回路31のスイッチ31aは、送信ロード信号Stloadがハイレベルであって、かつクロック信号Sclkの立ち上がりタイミングで、最初に受信を行う受信導体14が選択される(図6の状態)。以降、この受信導体選択回路31は、送信ロード信号Stloadのパルスが5回入力される毎にスイッチ31aを制御して、選択される受信導体14を切り替える。ここで、受信導体選択回路31が送信ロード信号Stloadのパルスが5回入力される毎に切り替えるように設定されているのは、送信ブロック25(図4参照)が4本の送信導体12から構成されているので、このタイミングで拡散符号Cを供給する送信導体12を切り替えると、各送信ブロック25を構成するすべての送信導体12に対して拡散符号Cが供給できるからである。その結果、センサ部100を構成するすべての送信導体12に対して拡散符号Cが供給されることになる。
上記のように、送信導体選択回路22により選択された各送信導体12には、クロック信号Sclkの立ち上がりタイミングで、各拡散符号Cのnチップ目の符号が供給される。すなわち、時点tにおいては各拡散符号C〜C16の1チップ目の符号が供給され、1クロック毎に、2チップ目、3チップ目・・・とクロックの立ち上がりタイミングに応じて、各送信導体12に供給される符号が切り替わる(図11(d))。そして、次の送信ロード信号Stloadの立ち上がりタイミング、すなわち、クロック信号Sclkの17回目の立ち上がりタイミングで、送信導体選択回路22に選択された各送信導体12に各拡散符号Cの供給が完了するので、送信導体選択回路22は、このタイミングで、選択する送信導体12を次の送信導体12に切り替える。以降、同様に、各送信ロード信号Stloadの立ち上がりタイミングで送信導体12を切り替えていくことになる。なお、この図11に示すように、次の拡散符号Cの供給開始タイミングが1クロック分だけ拡散符号Cを構成する各チップが供給されていない期間があるのは、受信導体選択回路22が切り替えを行うことによる過渡現象によるノイズ発生を防止するためである。
そして、送信導体選択回路22は、送信ロード信号St load 回目のパルスが入力されると、最初に戻り、上記切り替え動作を繰り返す。
ところで、受信導体選択回路31に選択された各受信導体12からは、上記クロック信号Sclkの立ち上がりタイミングで出力信号が出力される。受信導体選択回路31は、送信ロード信号Stload回目のパルスがハイレベルで、かつクロック信号Sclkの立ち上がりのタイミングで、選択する受信導体14を順次切り替えていく。そして、送信ロード信号Stloadの33回目のパルスがハイレベルで、かつクロック信号Sclkの立ち上がりのタイミングで、受信導体選択回路31は、最初に戻り、上記切り替え動作を繰り返す。
一方、クロック信号Sclkの立ち上がりタイミングで受信導体選択回路31を介して得られた出力信号は、増幅回路32において信号レベルが増幅され、A/D変換回路33においてデジタル変換されて相関値算出回路134(図9参照)に入力される。このデジタル信号は、上記したように、A/D変換回路33の出力端子に接続されている信号遅延回路34aのD−フリップフロップ回路34a16から順に入力される(図9参照)。このD−フリップフロップ回路34a16は、A/D変換回路33から入力されたデジタル信号を記憶するとともに、このD−フリップフロップ回路34a15の後段に設けられた各相関器34b〜34b16に供給する。
信号遅延回路34aから出力された各送信信号PS′〜PS16′は、送信ロード信号Stloadがハイレベルで、かつクロック信号Sclkの立ち上がりタイミングでレジスタ134eにセットされる。この動作が、送信ロード信号Stloadがハイレベルで、かつクロック信号Sclkの立ち上がりタイミングt,t,t・・・を基準にして、繰り返し行われる。
一方、相関値算出回路134は、受信ロード信号Srloadのパルスがハイレベルで、かつクロック信号Sclkの立ち上がりのタイミング(図11においては、時刻t)で、相関値演算用符号生成回路134cから16種類の相関値演算用符号C′〜C16′を順に生成させて相関器34bに供給させる。相関器34bは、この受信ロード信号Srloadがハイレベルで、かつクロック信号Sclkのパルスの立ち上がりタイミングで、この相関値演算用符号C′〜C16′と、レジスタ134eにセットされた信号との相関演算を開始する(図11(f))。そして、相関器34bは、この演算結果を相関値記憶回路34dに順次出力する(図11(g))。以降、図11(f)及び(g)に示すように、拡散符号C〜C16についても、同様に相関演算を行い、その演算結果を相関値記憶回路34dに出力する。以上のようにして、それぞれの相関値演算用符号C′〜C16′との相関値を得る。
[位置検出の原理]
次に、本発明の指示体検出装置1の位置検出原理を、図12〜16を参照して説明する。上述のように、本発明の指示体検出装置1はクロスポイント静電結合方式であり、センサ部の送信導体及び受信導体間の静電結合状態の変化に基づいて指示体を検出する。
まず、指示体の検出原理を図12を参照して説明する。ここで、図12(a)及び(b)は、センサ部100上に指等の指示体19が存在する場合及びしない場合における送信導体12と受信導体14との間の静電結合状態を示す断面図である。
センサ部100上に指示体19が存在しない場合は、図12(a)に示すように、第1の基板15に配置された送信導体12と第2の基板17に配置された受信導体14とはスペーサ16を介して静電結合しており、送信導体12から出た電界は受信導体14に収束する。その結果、送信導体12から受信導体14へすべての電流が流れる。一方、センサ部100上に指示体19が存在する場合には、図12(b)に示すように、受信導体14は、送信導体12だけでなく、指示体19を介してグラウンドと静電結合した状態となる。この状態では、送信導体12から出た電界の一部は指示体19に収束し、送信導体12から受信導体14へ流れる電流の一部が指示体19を介してグラウンドに分流する。その結果、受信導体14に流入する電流が減少する。この電流変化を検出することで、指示体19による指示位置を検出する。
次に、指示体による指示位置の座標の算出原理について、図13及び図14に従って説明する。なお、以下の説明においては、その原理を容易に理解できるように、拡散符号Cが供給されている送信導体Yと受信導体X124とのクロスポイント(図13(a)中、白丸で示す位置。以下、単にクロスポイントという)に着目し、このクロスポイントにおける指示体19が存在の有無に応じて得られる相関値を対比して説明する。また、着目する受信導体X124と交差する他の送信導体12からは他の拡散符号(C及びC〜C16)が供給されており、着目するクロスポイント以外のクロスポイントには指示体19が存在しないものとする。
まず、図13を参照して、指示体19がセンサ部100上に存在しない場合に受信導体14で得られる相関値について説明する。指示体19がこのクロスポイント上に存在しないときは、受信導体14は送信導体12とのみ静電結合する(図12(a)参照)。その結果、受信導体14に流れるべき電流は全て受信導体14に流れるから、受信導体X124からの出力信号を相関演算して得られる相関値は、相関器の出力信号と拡散符号のコード番号との相関特性は一定の値になる(図13(b)参照)。
これに対し、クロスポイント上に指示体19が存在する場合には、受信導体Xは指示体19を介してグラウンドと静電結合された状態になる(図12(b)参照)。すると、図14(a)に示すように、本来受信導体 124 に流れるべき電流の一部が指示体19を介してグラウンドに分流する。その結果、受信導体X124からの出力信号を相関演算すると、相関器の出力信号と拡散符号のコード番号との相関特性は、この拡散符号Cにおいて得られる相関値が他の拡散符号における相関演算により得られる相関値よりも小さくなる(図14(b)参照)。
したがって、図14(b)に示す相関特性がどの拡散符号の相関値で凹みを得られたかにより、指示体19が置かれているクロスポイントを構成する送信導体を特定することができる。図14に示す例では、拡散符号Cにおいて相関値が低下する大きな凹み領域が生成されるので、この拡散符号Cが供給された送信導体Yが、指示体19が置かれている送信導体であると特定される。そして、相関値記憶回路34dに記憶された相関値の空間分布において、所定の閾値より相関値が小さい領域を特定することにより、センサ部100上の指示体19の位置(座標)を検出することができる。
次に、指示体である1本の指19がセンサ部100の複数のクロスポイント上に置かれている場合の位置検出の原理を図15及び16を参照して説明する。以下の説明では、この位置検出の原理を容易に理解できるように、各送信導体Y〜Y64には各拡散符号C〜C16が供給されているものとし(図4参照)、図15に示すように、受信導体X124と送信導体Y〜Yとの間の複数のクロスポイントに渡って1本の指19が置かれている場合を考える。なお、指示体19が置かれている送信導体Y〜Yには、拡散符号Cが供給される。
この図15に示す状態では、受信導体X124と、送信導体Y〜Yのそれぞれとの間に形成される複数のクロスポイントにおいて、受信導体X124に流入する電流が減少する。したがって、図16(a)に示すように、受信導体X124における相関器の出力信号と拡散符号のコード番号との相関特性64は、拡散符号Cにおける相関演算により得られる相関値が他の拡散符号における相関演算により得られる相関値よりも小さくなる。送信導体Y〜Yに拡散符号Cを供給したときも、この図16(a)と同じ特性になる。
一方、受信導体X124と送信導体Y〜Y64とのそれぞれとの間に形成される複数のクロスポイントには指示体19が存在しないので、図16(b)に示すように、相関特性65は、一定の値になる。
このように、本発明は複数のクロスポイントに渡って指示体が置かれた場合においても、指示体の有無を検出することができる。なお、上述した位置検出回路35に補間処理回路を設ければ、クロスポイント間における指示体19の存否も検出可能なので、センサ部100上の置かれている指示体19の形状を推定することも可能になる。
[アダマール符号の例]
上記第1の実施の形態の例においては、センサ部100に供給する信号に2nチップの符号長を有する拡散符号Cを供給する例を示した。この拡散符号Cには、アダマール符号を用いても良い。このアダマール符号を用いた場合の例を、図17を参照して説明する。
図17(a)は、16チップの符号列C〜C16からなるアダマール行列である。各符号列C〜C16を構成する各チップの値は−1又は+1である。以下、この符号列C〜C16をアダマール符号と称す。
このアダマール行列は、16種類のアダマール符号C〜C16が互いに完全な直交関係を有しているので、各アダマール符号C〜C16と相関値演算用符号C′〜C16′とを同じコードとすることができる。また、相関演算を行う相関器は、図10に示した乗算器34f〜34f16の代わりに加算器を用いることができる。また、このアダマール行列を用いた場合において、相関器で相関ありが検出された場合には、図17(c)に示すように、相関があるアダマール符号Cの相関演算時に相関値が低下して、該当する符号での相関ありが検出される。但し、相関ありの場合でも、相関値のレベルは0レベルよりも高いレベルである。
ところで、この図17(a)のアダマール行列を本発明の指示体検出装置に用いる場合、アダマール行列を構成する各アダマール符号C〜C16は全て1チップ目のビットが1となっているから、相関器でこのチップ位置の相関演算を行うと、相関値が著しく高くなってしまう。そこで、この図17(b)の例では、アダマール符号を15チップで構成している。この15チップの符号で形成された16種類のアダマール符号C〜C16は、図17(a)と比較すると判るように、16チップのアダマール符号の先頭の1チップ目を除いた構成となる。
この図17(b)に示した15チップの符号で形成された16種類のアダマール符号C〜C16を用いることで、図17(d)に示したように、相関器の出力信号として、相関有りのときには0レベル以下の信号となり、相関なしの場合には0レベル以上の所定レベルとなる
[位置検出の処理手順]
次に、この第1の実施の形態における指示体検出装置1の動作を、図1、図6及び図18のフローチャートを参照して説明する。
まず、拡散符号供給回路21の各拡散符号生成回路24は、それぞれ拡散符号C〜C16を生成する(ステップS1)。そして、受信部300の受信導体選択回路31は、スイッチ31aにより、各検出ブロック36内で所定の受信導体14と、I/V変換回路32aとを接続する(ステップS2)。
次いで、送信導体選択回路22が各送信ブロック25内で拡散符号C〜C16を供給する所定の送信導体12を選択すると(ステップS3)、各送信ブロック25で選択された所定の送信導体12にそれぞれ対応する拡散符号C〜C16が同時に供給される(ステップS4)。
次いで、受信部300は、ステップS2で選択された各検出ブロック36の所定の受信導体14からの出力信号Sを同時に検出する(ステップS5)。具体的には、まず、増幅回路32は、選択された所定の受信導体14(合計16本の受信導体14)からの出力信号である電流信号をI/V変換回路32aにて電圧信号に変換すると共に増幅し、その増幅信号をA/D変換回路33に出力する。次いで、A/D変換回路33は、入力された電圧信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号を相関値算出回路34に出力する。
次いで、相関値算出回路34は、入力されたデジタル信号を、相関値演算用符号C’〜C16’についてそれぞれ相関演算を行い、その値を相関値記憶回路34dに記憶する(ステップS6)。
次いで、制御回路40は、ステップS4で選択された受信導体14において、全送信導体12について相関演算が終了したか否かを判定する(ステップS7)。選択された受信導体14について全送信導体12での位置検出が終了していない場合、すなわち、ステップS7の判定結果がNOである場合には、ステップS3に戻り、送信導体選択回路22内の各送信ブロック25のスイッチ22aを切り替えて、前回とは異なる送信導体12を選択し、ステップS3〜S6を繰り返す。その後は、選択された受信導体14について全送信導体12での位置検出が終了するまで、ステップS3〜S6を繰り返す。
つまり、図6に示すように、受信導体X1、、・・・X121が最初に選択されているとすると、拡散符号C〜C16は、まず送信導体Y、Y、・・・、Y64に供給される。次に、選択された受信導体はそのままに、拡散符号C〜C16を供給する送信導体を送信導体Y、Y、・・・、Y63に切り替えて供給し、同様に、相関演算を行う。この処理を繰り返し、送信導体Y、Y、・・・、Y61にそれぞれ拡散符号C〜C16を供給し、相関演算を行うと、各送信ブロック25内の送信導体12の切り替えが一巡し、受信導体X1、、・・・X121について全送信導体12の位置検出が終了する(ステップS7のYESの状態)。このように選択した受信導体14において全送信導体12の検出が終了したら、ステップS8に移行する。
ステップS2で選択された受信導体14について、全送信導体12での相関演算が終了している場合、すなわち、ステップS7の判定結果がYESである場合には、制御回路40は、全受信導体14での位置検出が終了したか否かを判定する(ステップS8)。全受信導体14での相関演算が終了していない場合、すなわち、ステップS8の判定結果がNOである場合には、ステップS2に戻り、送信導体選択回路22内の各スイッチ22aを切り替えて、送信導体12を選択する。そして、選択された複数の送信導体12に対し拡散符号供給回路21より拡散符号C〜C16を同時に供給する。このようにして、送信導体12及び受信導体14を切り替えて相関演算を継続する。その後は、全受信導体14について全送信導体12での相関演算が終了するまで、ステップS2〜S7を繰り返す。
つまり、図6に示すように、例えば受信導体X1、、・・・X121が選択されている状態で、各送信ブロック25内の送信導体12をローテーションさせて、受信導体X1、、・・・X121について、全送信導体12での相関演算を行う。次に、受信導体X2、10、・・・X122に切り替えて、各送信ブロック25内の送信導体12をローテーションさせる。この処理を繰り返し、受信導体14を順次切り替えていく。そして、ローテーションの最後に受信導体X8、16、・・・X128について、相関演算が終了したら、ステップS9へ移行し、または最初のステップS2へ戻る。
位置検出回路35は、相関値算出回路34の相関値記憶回路34dに記憶された受信導体14のクロスポイントでの信号から、信号レベルが減少している信号を出力した受信導体14とその拡散符号を検出する。そして、信号レベルから特定した受信導体14のインデックスm(1〜128)と、該当する拡散符号を供給した送信導体12のインデックスn(1〜64)に基づいて、指示体の位置を算出する(ステップS9)。このようにしてセンサ部100上に配置された指示体の位置検出を行う。
上述のように、この第1の実施の形態においては、各グループの所定の送信導体12に互いにコードの異なる拡散符号を同時供給(多重送信)し、所定の複数の受信導体14で指示体の位置を同時検出する。すなわち、送信導体12と受信導体14との間の複数のクロスポイントに対して同時に位置検出処理を行う。その結果、複数のクロスポイントに対する位置検出にかかる時間を短縮でき、より高速に指示体の位置検出が可能となる。
すなわち、第1の実施の形態では、送信導体群11及び受信導体群13をそれぞれ16個のグループに区分し、各グループを並列処理するので、例えば、従来のように全クロスポイントを順次検出処理を行う場合の検出時間に比べて、その検出時間は、1/(16×16)に短縮することができる。なお、グループ数はこの例に限定されるものではなく、また、送信導体群11又は受信導体群13のいずれかのみをグループ化しても検出時間短縮の効果が得られることは勿論である。
以上のように、本発明の指示体検出装置は、複数のクロスポイントにおける指示体の同時かつ高速な検出を可能にしているので、1人の使用者の複数の指示体による指示位置の検出を高速に検出可能であることはもちろん、複数人による複数の指等の指示体による指示位置の同時検出も可能である。使用者の多寡を問わず、複数の指示体の同時検出が可能なので、様々なアプリケーションの発展に寄与することができる。なお、複数の指示体の同時検出が可能なのであるから、一の指示体による位置指示の検出が可能であるのは言うまでもない。
また、この第1の実施の形態では、一の受信導体について全送信導体での検出が終了したら他の一の受信導体に切り替えて位置検出を継続するように説明したが、本発明はこの例に限られない。一の受信導体について全送信導体での検出が終了する前に、他の一の受信導体に切り替えて位置検出を継続してもよく、最終的にセンサ部100の全クロスポイントでの位置検出が行われればよい。
また、上記第1の実施の形態では、指示体の位置を検出する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第1の実施の形態にかかる指示体検出装置を、得られた相関値から指示体の存否だけを検出する装置として用いることもできる。なお、この場合には、位置検出回路35を設けなくてよい。
<2.第2の実施の形態:PSK変調された拡散符号を用いる構成例>
上記第1の実施の形態では、拡散符号Cを直接、送信導体群11に供給する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、拡散符号Cに対して所定の変調を施し、その変調した信号を送信導体群11に供給してもよい。第2の実施の形態では、送信導体群11に供給する拡散符号CをPSK(Phase Shift Keying)変調する構成例を説明する。
[PSK変調]
図19(a)及び(b)に、拡散符号のPSK変調前後の波形を示す。図19(a)はPSK変調前の拡散符号の波形であり、図19(b)はPSK変調後の拡散符号の波形である。
この第2の実施の形態では、例えば、変調前の拡散符号Cのクロック周期(チップ周期)の2倍のクロック周期の信号で拡散符号CをPSK変調する例を説明する。なお、本発明はこれに限定されず、変調時のクロック周期とチップ周期との比は用途等に応じて適宜変更可能である。このPSK変調は、例えば、変調前の拡散符号(図19(a))において、信号レベルがHighのときはLowから始まるタイミングで信号を反転し、信号レベルがLowのときは、Highから始まるタイミングで信号を反転させて変調信号(図19(b))を得る。
[指示体検出装置の構成]
第2の実施の形態における指示体検出装置2の構成を図20に従って説明する。この第2の実施の形態の指示体検出装置2は、センサ部100と、送信部201と、受信部301と、制御回路40とから構成される。この第2の実施の形態における指示体検出装置2と第1の実施の形態における指示体検出装置1(図1参照)との相違点は、送信部201が拡散符号Cに対してPSK変調を施すPSK変調回路を設けた拡散符号供給回路221と、クロック発生回路23とから構成されている点、受信部301がPSK変調された拡散符号Cを復調するPSK復調回路が設けられた相関値算出回路304を備えて構成されている点である。これら以外の構成は、第1の実施の形態(図1)と同様であるので、同一の構成には図1と同一の番号を付して詳細な説明は省略する。なお、この第2の実施の形態では、例えば63チップ長の拡散符号Cを用い、この拡散符号Cの2倍のクロック信号を用いてPSK変調を施して、126クロック長の変調信号を生成する場合を例示して説明する。
次に、第2の実施の形態における拡散符号供給回路221の構成を図21を参照して説明する。拡散符号供給回路221は、複数の拡散符号生成回路24及びPSK変調回路26から構成される。PSK変調回路26は、クロック発生回路23から供給された同一クロックに基づいて、互いが同期して生成された16種類の拡散符号C,C,・・・,C16をそれぞれPSK変調するので、各拡散符号生成回路24の出力端子に設けられている。すなわち、このPSK変調回路26は、拡散符号生成回路24と同数(16個)設けられる。そして、各PSK変調回路26は、それぞれ各拡散符号C〜C16をPSK変調して、16種類のPSK変調信号C1P,C2P,・・・,C16Pを生成する。そして、このPSK変調信号C1P〜C16Pが送信導体12に供給される。
次に、この第2の実施の形態における相関値算出回路304の構成について、図22を参照して説明する。この図22は、第2の実施の形態における相関値算出回路304の回路構成、並びにこの相関値算出回路304、I/V変換回路32a、及びA/D変換回路33の接続関係を示す図である。
相関値算出回路304は、PSK復調回路126と、信号遅延回路304aと、16個の相関器304b,304b,304b,・・・304b16と、相関値演算用符号生成回路304c〜304c16と、相関値記憶回路304dとから構成される。
信号遅延回路304aは、上述した第1の実施の形態における信号遅延回路34aと同様に、A/D変換回路33から入力されたデジタル信号を一時的に保持し、この保持されたデータを各相関器304b〜304b16に同時に供給するための回路である。この信号遅延回路304aは、拡散符号の符号長と同じ数(63個)のD−フリップフロップ回路304a,304a,304a,・・・,304a62,304a63から構成される。そして、D−フリップフロップ回路304a63,304a62,304a61,・・・304a,304a,304aは、この順番でA/D変換回路33側から直列接続して構成される。そして、これらのD−フリップフロップ回路304a〜304a63のそれぞれの出力端子は、隣接する他のD−フリップフロップ回路(例えば、D−フリップフロップ回路304a63であれば、D−フリップフロップ回路304a62)と、各相関器34b〜34b16とに接続され、各D−フリップフロップ回路304a〜304a63からの出力信号はすべての相関器304b〜304b16に入力される。
PSK復調回路126は、送信部201のPSK変調回路26(図21参照)でPSK変調された拡散符号Cを元の拡散符号Cに復調するための回路である。図22に示すように、このPSK復調回路126は、A/D変換回路33と信号遅延回路304aとの間に設けられ、A/D変換回路33でデジタル変換された出力信号をPSK復調して後段の信号遅延回路304aに出力する。具体的には、PSK変調信号を、図19(a)に示す変調前の信号(拡散符号C)に復調するものである。なお、この第2の実施の形態においては、PSK復調回路126を相関値算出回路304に設けた場合、すなわち、デジタル信号に変換された出力信号を復調する場合を例示して説明するが、本発明はこの構成に限られない。出力信号である電流信号を電圧信号に変換した後の信号であればPSK復調は可能であるから、このPSK復調回路126は、増幅回路32(I/V変換回路32a)とA/D変換回路33との間に設けても良い。
そして、このPSK復調回路126で復調された出力信号は、複数段直列接続されたD−フリップフロップ回路304a〜304a63に供給される。以下、この63個のD−フリップフロップ回路304a〜304a63から出力された63チップの出力信号を、それぞれPS,PS,PS,・・・,PS62,PS63と称する。
この63チップの出力信号PS〜PS63は、16個の相関器304b〜304b16に同時に供給される。各相関器304b〜304b16は、この63チップの出力信号PS〜PS63と、相関値演算用符号生成回路304c〜304c16から供給された相関値演算用符号C1P’〜C16P’とを相関演算して相関値を算出する。すなわち、例えば、相関器34bは、拡散符号Cの相関演算を行うために、相関値演算用符号生成回路34cから63チップの相関値演算用符号C1P′(PN′〜PN63′)の供給を受けて、各チップ毎に出力信号と相関値演算用符号との相関演算を行い、その相関値を相関値記憶回路304dに供給して記憶させる。
同様にして、相関器304b〜304b16は、出力信号PS〜PS63と、相関値演算用符号C2P′〜C16P′との相関演算を行い、その演算結果である相関値を相関値記憶回路304dに供給して記憶させる。このようにして、16個の拡散符号のすべてについて個別に相関演算を行い、相関値を相関値記憶回路304dに記憶する。なお、図22の構成では、拡散符号の種類に対応した数の相関器を用いる場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、相関値算出回路304に図9に示した構成を適用して、相関値算出回路を1つの相関器と、複数の相関値演算用符号を供給可能な相関値演算用符号生成回路とで構成し、時分割で複数種類の相関値を演算する構成としてもよい。
上述のように、この第2の実施の形態では、互いに異なる拡散符号をPSK変調し、このPSK変調された拡散符号を送信導体群を構成する送信導体に同時供給(多重送信)し、選択された複数の受信導体で指示体の位置を同時検出する。その結果、この第2の実施の形態では、第1の実施の形態と同様の効果が得られる。
さらに、この第2の実施の形態では、送信導体に供給する拡散符号をPSK変調する際、拡散符号のチップ周期より短い周期のクロック信号を用いる。この場合、受信部で拡散符号を復調した際、復調した拡散符号の立ち上がり及び立ち下がり時の信号遷移の頻度をより多くすることができる。それゆえ、この第2の実施の形態では、指示体の位置検出の誤差をより小さくすることができる。また、拡散符号をPSK変調することにより、ノイズ耐性を向上させることができる。
ところで、この第2の実施の形態では、送信導体にPSK変調された拡散符号を供給する場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されない。第3の実施の形態では、拡散符号を他の態様で変調して供給する場合を例示して説明する。
<3.第3の実施の形態:FSK変調された拡散符号を用いる構成例>
第3の実施の形態では、送信導体群11に供給する拡散符号CをFSK(Frequency Shift Keying)変調する構成例を説明する。
[FSK変調]
図23に、拡散符号のFSK変調前後の波形を示す。図23(a)はFSK変調前の拡散符号の波形であり、図23(b)はFSK変調後の信号波形である。
この第3の実施の形態では、例えば、変調前の拡散符号Cのクロック周期(チップ周期)の2倍及び4倍のクロック周期の信号を用いてFSK変調する場合を例示して説明する。なお、本発明はこれに限定されず、変調時のクロック周期とチップ周期との比は用途等に応じて適宜変更可能である。そして、この第3の実施の形態におけるFSK変調では、変調前の拡散符号(図23(a))中のHighレベル状態の信号を、変調前の拡散符号の4倍の周期信号に対応させ、Lowレベル状態の信号を変調前の拡散符号の2倍の周期信号に対応させて変調信号(図23(b))を得ている。以下、この第3の実施の形態も、上述した第2の実施の形態と同様に63チップ長の拡散符号を用い、2倍及び4倍のクロック周期の信号を切り替えて、この拡散符号にFSK変調を施してFSK変調信号を生成する場合を例示して説明する。なお、この第3の実施の形態における指示体検出装置の構成は、上記第2の実施の形態における指示体検出装置2と比較すると、拡散符号供給回路221及び相関値算出回路304がそれぞれ拡散符号供給回路222及び相関値算出回路314である点以外は同一となるので、同一の構成については同一の符号を用い、その詳細な説明は省略する。
まず、この第3の実施の形態における拡散符号供給回路222の構成を、図24を参照して説明する。この図24に示すように、拡散符号供給回路222は、複数の拡散符号生成回路24及びFSK変調回路27から構成される。この拡散符号生成回路24及びFSK変調回路27は、同一クロックに基づいて、互いが同期して生成された16種類の拡散符号C,C,・・・,C16を、それぞれFSK変調するために、それぞれが16個ずつ設けられている。そして、各FSK変調回路27は、ぞれぞれが各拡散符号C〜C16をFSK変調してFSK変調信号C1F,C2F,・・・,C16Fを送信導体12に供給する。
次に、この第3の実施の形態における相関値算出回路314の構成について、図25を参照して説明する。この図25は、第3の実施の形態における相関値算出回路の回路構成、並びに、この相関値算出回路、I/V変換回路及びA/D変換回路の接続関係を示す。
相関値算出回路314は、FSK復調回路127と、信号遅延回路304aと、16個の相関器304b,304b,・・・,304b16と、この相関器304b〜304b16と同数の相関値演算用符号生成回路304c,304c,・・・304c16と、相関値記憶回路304dとから構成される。
FSK復調回路127は、FSK変調回路27(図24参照)でFSK変調された拡散符号を元の拡散符号に復調する回路である。このFSK復調回路127は、A/D変換回路33と信号遅延回路304aとの間に設けられ、A/D変換回路33でデジタル変換された出力信号をFSK復調する。具体的には、例えば図23(b)に示す状態に変調された信号を、図23(a)に示す変調前の信号と同じ状態に復調するものである。なお、この第3の実施の形態においては、FSK復調回路127を相関値算出回路314に設けた場合、すなわち、デジタル信号に変換された出力信号を復調する場合を例示して説明したが、本発明はこの構成に限られない。出力信号である電流信号を電圧信号に変換した後の信号であればFSK復調は可能であるから、このFSK復調回路127は、増幅回路32とA/D変換回路33との間に設けても良い。
FSK復調回路127で復調された出力信号は、複数段直列接続されたD−フリップフロップ回路304a〜304a63に供給され、各D−フリップフロップ回路304a〜304a63からの出力信号は、すべての相関器304b〜304b16に入力される。なお、他の構成及び処理は上述した第2の実施の形態の図22と同じであるので、図22と同一の番号を付して、その説明は省略する。
この第3の実施の形態では、複数の拡散符号をFSK変調し、このFSK変調された拡散符号を、送信導体群11を構成する複数の送信導体12に同時供給(多重送信)し、選択された複数の受信導体14で指示体の位置を同時検出している。その結果、この第3の実施の形態においても、第2の実施の形態と同様の効果が得られる。
また、拡散符号をFSK変調することにより、送信導体群11に供給する信号の帯域幅を広くすることができ、ノイズ耐性を向上させることができる。
<4.第4の実施の形態:拡散符号の他の供給方法>
ところで、第1の実施の形態(図4参照)においては、送信導体群11を構成する各送信導体12を隣り合う4本の送信導体Y〜Yn+3からなる複数の送信ブロック25に区分し、この複数の送信ブロック25にそれぞれ各拡散符号C〜C16を供給し、そして、各拡散符号C〜C16がこの送信ブロック25を構成する4本の送信導体Y〜Yn+3のうちのいずれか1本に供給されるように構成した場合を例示した。しかしながら、本発明は各拡散符号C〜C16を予め定めた送信導体12に供給しなくても良く、適宜、任意の送信導体12に供給するようにしても良い。
以下、拡散符号の供給方法の変形例1〜3を、図26〜図29を参照して説明する。
[変形例1]
まず、変形例1における拡散符号の供給方法を図26に従って説明する。この変形例1においては、特に図示はしないが、例えば、図4に示す送信導体選択回路22と拡散符号供給回路21との間にスイッチを設ける。そして、このスイッチにより、拡散符号供給回路21から供給された各拡散符号C〜C16が、この図示しないスイッチを介して送信導体選択回路24に選択的に供給される構成にする。なお、他の構成は、図1に示す第1の実施の形態と同一の構成となるので、適宜図1を参照するとともに、同一の構成についてはその説明を省略する。
そして、送信導体選択回路22は、送信導体Y〜Y64のうちから5本間隔で16本の送信導体12を選択する。具体的には、送信導体選択回路22は、最初に送信導体Y、Y、…、Y57、Y61を選択して、各拡散符号C〜C16を供給する。そして、この状態で、所定時間の間、拡散符号の供給を行う。
その後、送信導体選択回路22は、送信導体12のインデックスnが増加する方向に1本だけずらして送信導体12を選択する。すなわち、前回選択した16本の送信導体Y、Y、…、Y57、Y61を、それぞれ送信導体Y、Y、…、Y58、Y62に切り替える。そして、拡散符号供給回路21から供給された各拡散符号C〜C16は、この新たに選択された送信導体Y、Y、…、Y58、Y62にそれぞれ同時に供給される。その後は、上述した送信導体12の切り替え動作を順次繰り返し、拡散符号の供給を行う。
そして、送信導体選択回路22により送信導体Y、Y、…、Y60及びY64にそれぞれ各拡散符号C〜C16を同時に供給したら、図示しないスイッチにより各拡散符号が供給される送信ブロック25(図4参照)を切り替えて、上記動作を繰り返す。例えば、送信導体Y〜Yからなる送信ブロック25に着目して説明すると、まずこの送信ブロック25には拡散符号Cが供給され、送信導体Yから順に拡散符号Cの供給が行われる。そして、上述のように送信導体選択回路22は、拡散符号Cが供給される送信導体を経時的に切り替えていく。そして、拡散符号Cが送信導体Yに供給された後は、送信導体選択回路22は拡散符号を供給する送信導体をYに切り替えると共に、図示しないスイッチは送信ブロック25に供給する拡散符号Cを拡散符号Cに切り替えて、上記切り替え動作を繰り返す。再度、この拡散符号を送信導体Yに供給した後は、送信導体選択回路22は再び拡散符号を供給する送信導体をYに切り替えると共に、図示しないスイッチは拡散符号Cを拡散符号Cに切り替え、以降、上記動作を繰り返す。
なお、この変形例1に示す例では、送信導体選択回路22は、所定時間毎に接続する送信導体12を、そのインデックスnが増加する方向に切り替える例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、拡散符号供給回路21に接続される送信導体12を、そのインデックスnが減少する方向に切り替えてもよい。更には、送信導体12を所定のシーケンスに従いランダムに切り替えてもよい。また、ここまでの説明では送信導体12の切り替えについて説明したが、受信導体14についても、所定のシーケンスに従いランダムに切り替えるようにしてもよい。
[変形例2]
上記変形例1においては、送信導体選択回路22は、所定時間毎に送信導体Y〜Y64のうちから、5本間隔で16本の送信導体12を選択し、この選択された送信導体12を、そのインデックスnが増加する方向に切り替えて拡散符号Cを供給する例を示した。しかしながら、拡散符号Cを供給する送信導体12の選択は、所定の本数間隔をおいて選択しなくても良い。
変形例2について、図27及び図28を参照して説明する。まず、変形例2における送信導体選択回路202の構成を図27に従って説明する。この変形例2においては、送信導体群11は、隣り合う16本の送信導体Y〜Yn+15からなる複数の送信ブロック125に区分される。具体的には、64本の送信導体Y〜Y64からなる送信導体群11は、送信導体Y〜Y16,Y1732,Y33〜Y48,Y49〜Y64の4つの送信ブロックに区分される
送信導体選択回路202は、拡散符号供給回路21から出力された拡散符号C〜C16を各送信ブロック125に供給するためのスイッチ202aから構成される。
このスイッチ202aは、16本のスイッチからなるスイッチ群であり、この16本のスイッチのそれぞれの出力端子202bは、対応する各送信導体Y〜Yn+15に接続され、それぞれの入力端子202cは、対応する拡散符号供給回路21の各拡散符号生成回路24(図1及び図3参照)に接続される。そして、このスイッチ202aが拡散符号生成回路24に接続される送信ブロック125を経時的に切り替えることで、各拡散符号C〜C16がすべての送信導体12に供給可能になっている。なお、この図27においては、スイッチ202aは煩雑さを避けるために省略して記載している。また、上記以外の他の構成は第1の実施の形態(図1等参照)と同一の構成となるので、同一の構成には同一の番号を付してその説明は省略している。
次に、変形例2における拡散符号の供給方法について、図28に従って説明する。まず送信導体選択回路202は、送信導体Y〜Y16からなる送信ブロック125を選択する(図28の状態)。次いで、拡散符号供給回路21は、送信ブロック125を構成する各送信導体Y〜Y16にそれぞれ拡散符号C〜C16を同時に供給する。この状態で所定時間の間、拡散符号C〜C16の供給を行った後、送信導体選択回路202は、拡散符号供給回路21に接続される送信ブロック125を送信導体Y17〜Y32からなる送信ブロック125に切り替え、この送信ブロック125を構成する各送信導体Y17〜Y32に拡散符号C〜C16を同時に供給する。以降、送信導体選択回路202は、送信ブロック125を切り替える動作と、各拡散符号C〜C16を同時供給する動作とを繰り返す。そして、送信導体選択回路202が送信導体Y49〜Y64からなる送信ブロック125を選択し、拡散符号供給回路21からこれらの送信導体Y49〜Y64へ拡散符号C〜C16の供給が完了したら、送信導体選択回路202は、選択される送信ブロックを送信導体Y〜Y16からなる送信ブロック125に戻して、上記切り替え動作と拡散符号の供給動作とを繰り返す。
[変形例3]
上記変形例2においては、隣り合う16本の送信導体Y〜Yn+15からなる送信ブロック125を構成し、この送信ブロック125に拡散符号C〜C16を供給し、この送信ブロック125を切り替えて送信導体群11を構成するすべての送信導体12に拡散符号C〜C16を供給する場合を例示して説明したが(図27及び図28参照)、送信導体12の切り替えは、送信ブロック毎に行う場合に限られない。
変形例3について、図29を参照して説明する。この変形例3においては、送信導体選択回路は、送信導体群11を構成する送信導体12のうち、隣り合う16本の送信導体Y〜Yn+15に拡散符号C〜C16を供給し、経時的にこの送信導体選択回路202に選択される送信導体Y〜Yn+15をインデックスnが増加する方向へ1本ずつ切り替える。具体的には、まず、送信導体選択回路202は、例えば送信導体Y〜Y16を選択する(図29の状態)。次いで、拡散符号供給回路21はこの送信導体Y〜Y16にそれぞれ拡散符号C〜C16を同時に供給する。
この状態で所定時間の間、拡散符号C〜C16の供給を行った後、送信導体選択回路202は、選択する送信導体12をそのインデックスnが増加する方向に1本だけ切り替える。すなわち、送信導体選択回路202は、前回選択した16本の送信導体Y〜Y16を送信導体Y〜Y17に切り替える。そして、拡散符号供給回路21は、この新たに選択された送信導体Y〜Y17にそれぞれ拡散符号C〜C16を同時に供給する。その後は、送信導体選択回路202は、上述した切り替え動作を順次繰り返し、拡散符号C〜C16の供給が行われる。
なお、変形例2及び3は、送信導体選択回路202が所定時間毎に、拡散符号供給回路21に接続される送信導体12を、そのインデックスnが増加する方向に切り替える例を説明したが、本発明はこれに限定されない。所定時間毎に、拡散符号供給回路21に接続される送信導体12を、そのインデックスnが減少する方向に切り替えてもよい。更には、送信導体12を所定のシーケンスに従いランダムに選択してもよい。
<5.第5の実施の形態:受信導体の選択方法>
上記第1の実施の形態においては、受信導体群13を検出ブロック36に区分し、受信導体選択回路22は、所定時間毎に検出ブロック36のうちの1本の受信導体14を選択する場合を例示して説明したが(図6参照)、本発明はこれに限定されない。例えば、検出ブロック36毎にまとめて相関演算を行い、所定時間後は、検出ブロックを別の検出ブロックに切り替えて相関演算を行うようにしてもよい。
[変形例4]
変形例4の詳細を図30及び図31を参照して説明する。ここで、図30は、この変形例4における受信導体選択回路及び増幅回路の回路構成図である。この変形例4においては、受信導体群13は、隣り合う16本の受信導体X〜Xm+15からなる複数の検出ブロック136に区分される。具体的には、受信導体群13は、受信導体X〜X16,X1732,X33〜X48,・・・X113〜X128の8つの検出ブロック136に区分される。
受信導体選択回路131は、図30に示すように、16本の論理スイッチからなるスイッチ131aから構成される。この16本のスイッチのそれぞれの出力端子131cは増幅回路32を構成する各I/V変換回路32aに接続される。そして、スイッチ131aのそれぞれの入力端子131bは、対応する受信導体14に接続される。なお、その他の構成は、図1に示す第1の実施の形態(図1及び図6参照)と同一の構成となるので、同一の構成については同一の番号を付して、その詳細な説明は省略する。
次に、受信導体選択回路131の動作について、図31を参照して詳述する。受信導体選択回路131は、所定の検出ブロック136、例えば、最初に受信導体X〜X16からなる検出ブロック136を選択する(図31の状態)。そして、相関値算出回路34は、この選択された検出ブロック136を構成する全ての受信導体X〜X16から出力される出力信号について相関演算をおこなうとともに、この相関演算の結果である相関値を相関値記憶回路34d(図8参照)に記憶する。
次いで、所定時間後、受信導体選択回路131は、選択されている検出ブロック136を受信導体X17〜X32からなる検出ブロック136に切り替える。そして、相関値算出回路34は、新たに選択された検出ブロック136を構成する全ての受信導体X17〜X32から出力される出力信号について相関演算を行い、相関値を相関値記憶回路34dに記憶する。その後は、上述した切り替え動作を所定時間毎に繰り返して行い、受信導体X113〜X128からなる検出ブロック136からの出力信号について相関演算と相関値の記憶とが終了したら、当初の受信導体X〜X16からなる検出ブロック136に戻り、以降、同様の切り替え及び相関演算を行う。
<6.第6の実施の形態:センサ部の他の構成例>
ところで、上記第1の実施の形態では、図2に示すように、第1の基板15の一方の表面上に、受信導体14と送信導体12とがスペーサ16を介して対向して設けられたセンサ部100を例示して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、受信導体14及び送信導体12を1枚のガラス基板の両面にそれぞれ形成しても良い。以下、センサ部の他の構成例を図32に従って説明する。
[変形例5]
図32は、この変形例5のセンサ部500の概略断面図である。このセンサ部500は、例えば略平板状に形成された、例えばガラスからなる基板501と、この基板501の一方の表面(指等の指示体19によって指示される側の面)上に形成された複数の受信導体514と、基板501の他方の表面(図32における下側の面)上に形成された複数の送信導体512とを備える。
送信導体512は、基板501の一方の表面全体を覆うように形成された第1保護層513によってその表面が覆われている。同様に、受信導体514は、基板501の他方の面全体を覆うように形成された第2保護層515に覆われており、この第2保護層515はさらに略平板状の保護シート516によって覆われている。この保護シート516は、受信導体514に直接、指示体19が接触することにより損傷等を受けないように保護するためのものである。
なお、この変形例5では、基板501、送信導体512及び受信導体514は、上記第1の実施の形態と同様の形成材料で形成することができる。すなわち、この変形例5では、第1の実施の形態と同様に、基板501には透過性を有する周知のガラス基板の他、合成樹脂で形成されたシート状(フィルム状)基材を用いてもよい。さらに、第1保護層513及び第2保護層515は、例えば、SiO膜や合成樹脂膜等で形成することができ、保護シート516には、例えば、合成樹脂等からなるシート部材を用いることができる。また、この変形例5においては、第1保護層513、第2保護層515及び保護シート516は基板501の両面にそれぞれの全面を覆うように形成した場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、保護シート516は、指示体19が受信導体514に直接触れないように形成されればその目的は達せられるので、その形状を受信導体514の形状と略同一の形状に形成しても良い。
この変形例5に示すセンサ部500は、上記第1の実施の形態(図2参照)のセンサ部100に比べて基板の枚数を減らすことができるので、センサ部の厚さをより薄くすることができる。また、この変形例5のセンサ部500では、基板の枚数を減らすことができるので、より安価なセンサ部を提供することできる。
[変形例6]
次に、センサ部の他の変形例を図33に従って説明する。この変形例6では、例えば、基板の一方の面上に送信導体及び受信導体を形成するセンサ部の構成例を説明する。ここで、図33(a)は、この変形例6のセンサ部の概略断面図、図33(b)はこの変形例6のセンサ部の斜視図をそれぞれ示す。なお、この図33においては、保護層及び保護シートの記載は省略している。
この変形例6のセンサ部600は、図33(a)に示すように、基板601と、この基板601の一方の面上に所定パターンで形成され、導電性を有する金属層602と、この金属層602上に形成される絶縁層603と、複数の送信導体612及び複数の受信導体614とを備える。そして、この変形例6においては、基板601の一方の面に送信導体612と受信導体614が交差する構造を備え、この送信導体612と受信導体614とが互いに交差する箇所に、互いを電気的に絶縁するための絶縁層603が介在されている。
金属層602は、図33(b)に示すように、例えば、受信導体614が延伸される方向と交差する方向(送信導体612が延伸される方向)に延伸して形成された略線状の金属である。絶縁層603は、この金属層602の一部を覆うように形成されている。この金属層602の延伸方向の両端に送信導体612が設けられ、この金属層602の延伸方向の両端に設けられた送信導体612同士が、この金属層602により電気的に接続される。そして、受信導体614は、絶縁層603上に形成され、金属層602及び送信導体614と電気的に絶縁されている。なお、送信導体612及び受信導体614の配置は逆にしても良い。また、この変形例6では、指示体19が位置指示のために基板601に接近する一方の面に送信導体612と受信導体614等が配置されているが、この基板601の一方の面に対向する他方の面に、送信導体612と受信導体614等を配置しても良い。
さらに、この変形例6では、基板601、送信導体612及び受信導体614は、上記第1の実施の形態と同様の材料で形成することができる。すなわち、第1の実施の形態と同様に、基板601は透過性を有する周知のガラス基板の他、合成樹脂で形成されたシート状(フィルム状)基材を用いてもよい。
また、金属層602は、高導電率を有する金属材料、例えば、Mo(モリブデン)等で形成することができる。金属層602と送信導体612との接触面積は微小であるので、これらの電気抵抗を小さくするため、金属層602には高導電率を有する金属材料を用いることが好ましい。また、絶縁層603は、例えば、レジスト等で形成することができる。
この変形例6のセンサ部600では、上記第1の実施の形態(図2)のセンサ部100に比べて、ガラス基板の枚数を減らすことができるので、センサ部600の厚さをより薄くすることができる。また、この変形例6のセンサ部600では、基板の枚数を減らすことができ、送信導体612及び受信導体614を実質的に一層で構成することができるので、より安価なセンサ部を提供することできる。
さらに、この変形例6のセンサ部600は、指示体19が位置指示のために、基板601に接近する一方の面に対向する他方の面に、送信導体612と受信導体614等が配置されている場合には、指示体とこれらの導体との間に基板601が介在することになるので、変形例5のセンサ部500の場合に比べて、指示体と各導体との間の距離が広がり、指示体からのノイズの影響が低減される。
[変形例7]
上記第1〜3の実施の形態及び変形例1〜6においては、送信導体を所定方向に延伸した直線状の導体で形成した場合を例示して説明したが、この変形例7では、送信導体の形状についての他の構成例を説明する。
この変形例7を図34に従って説明する。ここで、図34(a)は、この変形例7のセンサ部における送信導体及び受信導体の概略構成を示し、図34(b)は、送信導体のランド導体部の拡大図である。
この変形例7においては、図34(a)に示すように、受信導体714は一定幅の直線形状の導体で形成されている。送信導体712は、受信導体714が延伸された方向に直交する方向に延伸して形成された線形状の導体部722と、この導体部722よりも幅広のランド導体部723とが電気的に接続された構成を有している。そして、少なくとも受信導体714と導体部722とのクロスポイントは絶縁層(図示せず)が介在することで互いに電気的に絶縁されている。
図34(b)に示すように、ランド導体部723は、略同一形状に形成された第1及び第2のランド部723b,723cと、この第1及び第2のランド部723b,723c同士を電気的に接続する略直線状の接続部723dとから構成される。第1及び第2のランド部723b,723cは頂部723aを有する略三角形状に形成されており、その頂部723aにおいて導体部722と電気的に接続される。そして、第1のランド部723bと第2のランド部723cとは、頂部723aと対向する底部723eにおいて接続部723dにより電気的に接続される。
なお、この図34には、受信導体714の延伸方向と、送信導体712の延伸方向とが直交する例を示すが、本発明はこれに限定されない。両導体の延伸方向が必ずしも直交する必要はなく、位置検出のためのクロスポイントが生成されるように、送信導体712の延伸方向と受信導体714の延伸方向とが交差していればよい。
上記のようにランド導体部723を形成すると、図34(b)に示すように、ランド導体部723には、受信導体714の延在方向に沿って凹部723fが形成される。
送信導体712の形状を上述のような形状にすることにより、クロスポイント近傍の送信導体の面積を大きくすることができる。その結果、センサ部700に指示体が近接したときに、送信導体712から出た電界がより多く指示体に収束するので、検出感度が向上させることができる。
また、本発明が適用された指示体検出装置と電磁誘導方式(EMR:Electro Magnetic Resonance)を採用する指示体検出装置とを重ねて設けることで、指示体を検出する領域が共通化された入力装置を構成する場合に、電磁誘導方式の位置検出装置から発せられた電界によりランド導体部723に渦電流が発生し、この渦電流が電磁誘導方式での位置検出に悪影響(渦電流損)を与えてしまう。これに対して、この変形例7のようにクロスポイント近傍に位置するランド導体部723に凹部723fを形成することにより、本発明が適用された指示体検出装置と電磁誘導方式を採用する指示体検出装置と重ねて設けた場合でも、ランド導体部723で渦電流の発生を抑制することができ、上述のような問題を解消することができる。
なお、この変形例7の構成は、クロスポイント静電結合方式の指示体検出装置のセンサ部に限られるものではなく、クロスポイント静電結合方式と同様の導電パターンを備える投影型静電結合方式の指示体検出装置に適用しても良い。すなわち、第1の方向に配置された複数の第1導体と、第1の方向に対して交差する方向に配置された複数の第2導体とからなる導体パターンを備え、各方向に配設されたそれぞれの導体から得られた検出信号に基づいて各方向に配設された導体における指示位置に対応したそれぞれの導体を特定し、配設された位置が特定されたこれらの導体のそれぞれが交差する位置から指示体の指示する位置を求める投影型静電結合方式の指示体検出装置のセンサ部などにも適用できる。
また、この変形例7の送信導体712及び受信導体714の構成は、第1の実施の形態(図2)、変形例5(図32)及び変形例6(図33)で説明したセンサ部にも適用することができる。さらに、指示体検出装置と液晶パネル等の表示装置とを一体構成する場合は、液晶パネルの画素走査に起因する信号から受ける影響を抑制するため、受信導体714は、延伸する方向が液晶パネルの画素走査方向と交差する方向に配置することが好ましい。
[変形例8]
送信導体のランド導体部の形状は、図34に示す例に限定されない。図35に、ランド導体部の形状の他の構成例(変形例8)を示す。この変形例8のセンサ部800における送信導体812は、変形例7と同様に、導体部822とランド導体部823とから構成される。変形例7との相違点は、変形例7に示すランド導体部723の第1及び第2のランド部723b,723cを略三角形状に形成されているのに対し、この変形例8に示すランド導体部823の第1及び第2のランド部823b,823cが略台形状に形成されている点である。そして、変形例8においては、変形例7の第1及び第2のランド部723b,723cの頂部723aに相当する部分である上底部823aにおいて導体部822と電気的に接続される。他の部分については、図34に示した変形例7と共通なので、図34と同じ符号を付して詳細な説明は省略する。ただし、図34と図35とでは、符号の先頭1桁目は同一部分でも異なる符号としてあり、図34の変形例7では7としてあり、図35の変形例8では8としてある。
この変形例8と変形例7とを比較すると、この変形例8の送信導体812のランド導体部823にはランド導体部823に頂部823aがない(鋭角部分がない)形状なので、導体部822と比して電流の流路が広くなる。
その結果、ランド導体部823と線形状の導体部822との接続部分に電流の集中が生じにくく、電流が拡散する。すなわち、ランド導体部823の両端となる上底部823a−823a間を電流が広がって流れるので、この上底部823a−823a間の抵抗値が上がらない。このような構造を備えることで、変形例7に比べて、ランド導体部823と導体部822との間の電流の流路を広く確保することができる。その結果、変形例7に比べて、さらに電気伝導特性を向上させることができる。なお、この上底部823aの形状は、鋭角な部分が存在しないことが好ましく、上記の形状の他、例えば曲面状に形成してもよい。また、この変形例8のセンサ部800の送信導体812は、図35に示すように、ランド導体部823に2つの凹部823fが形成された場合を図示しているが、この凹部823fは2つ形成することに限定されず、例えば、1つだけ形成しても3つ以上形成してもよい。
なお、この変形例8の構成は、クロスポイント静電結合方式の指示体検出装置のセンサ部に限られるものではなく、投影型静電結合方式の指示体検出装置のセンサ部などにも適用できる。また、この変形例8では、送信導体のみを線形状の導体部と、その中央部に凹部を備えたランド導体部とで構成する例を説明したが、受信導体も送信導体と同様の構成にしてもよい。
また、この変形例8の送信導体812及び受信導体814の構成は、第1の実施の形態(図2)、変形例5(図32)及び変形例6(図33)で説明したセンサ部にも適用することができる。さらに、指示体検出装置が液晶パネル等の表示装置と一体構成する場合は、液晶パネルの画素走査に起因する信号から受ける影響を抑制するため、既述したように、受信導体714を液晶パネルの走査方向と交差する方向に配置することが好ましい。
[変形例9]
ところで、クロスポイント静電結合方式を採用した指示体検出装置では、通常、指示体を操作する面側、すなわちセンサ部を上方から見た場合、複数の受信導体及び送信導体が交差し、導体パターンが存在する領域と存在しない領域がある。各導体はITO膜等の透明電極膜で形成されるが、導体パターンが存在する領域の透過率は、導体パターンが存在しない領域のそれに比べて低下する。その結果、センサ部上では透過率のむらが生じる。利用者によってはこの透過率のむらが気になることがある。そこで、変形例9では、このようなセンサ部上での透過率のむらを解消する構成を説明する。
図36に、この変形例9のセンサ部の概略構成を示す。なお、ここでは、変形例5(図32)のセンサ部500に適用した例を説明する。この変形例9のセンサ部510では、送信導体512及び受信導体514が存在しない領域に、例えば導体と同じ材料からなる第1透明電極膜517及び第2透明電極膜518を設ける。それ以外の構成は、変形例5(図32)のセンサ部500と同様の構成となるので、同一の構成には同一の番号を付してその説明は省略する。
図37(a)に、センサ部510の基板の一方の面(下面)に形成される送信導体512及び第1透明電極膜517の構成を示す。この変形例9では、送信導体512と同じ面であって、互いが近傍に配置された2つの送信導体512の間に矩形状の第1透明電極膜517を配置する。この第1透明電極膜517は、送信導体512と接触しないように、送信導体512間の寸法よりも多少小さな寸法を有しており、送信導体512とは多少の空隙を介して離間されている。一方、第1透明電極膜517の送信導体512の延伸方向の寸法は、互いが近傍に配置された受信導体514間の寸法に1本の受信導体514の導体幅を加算した寸法よりも多少小さく設定され、互いが近傍に位置する2本の受信導体514の間に、それぞれの受信導体514の導体幅の略1/2の位置まで延伸された位置関係をもって配置される。
また、図37(b)に、センサ部510の基板の他方の面(上面)に形成される受信導体514及び第2透明電極膜518の構成を示す。この変形例9では、第2透明電極膜518は、受信導体514が配置される同一の面に配置され、その寸法は第1透明電極膜517の寸法を規定する場合と同様のアプローチが適用できる。すなわち、第2透明電極膜518は受信導体514と接触しないように、受信導体514間の寸法よりも多少小さな寸法を有しており、受信導体514とは多少の空隙を介して離間されている。一方、第2透明電極膜518の受信導体514の長さ方向の寸法は、互いが近傍に配置された送信導体512を部分的に覆うように設定される。第1透明電極膜517および第2透明電極膜518の寸法および配置は、例えば指示体を操作する面側(上方側)からセンサ部510を見た際に、送信導体512、受信導体514、第1透明電極膜517、及び第2透明電極膜518の重畳関係が、電気的絶縁を維持しつつ均質となるような構成とすることで、センサ部510全体に対し、透過率のむらが抑制された、均質な光学特性を保持できるようにしている。
センサ部510の基板の各面に形成する導体及び透明電極膜をそれぞれ図37(a)及び(b)のように配置すると、センサ部510を上方から見たとき、図36に示すように、導体パターンが存在しない領域にも、導体と同じ材料からなる第1透明電極膜517及び第2透明電極膜518が形成される。その結果、センサ部510上における透過率のむらが抑制される。
なお、透過率のむらを抑制するための第1透明電極膜517及び第2透明電極膜518の形状は矩形に限定されない。センサ部510を上方から見たときに、送信導体512及び受信導体514から成る導体パターンと、第1透明電極膜517及び第2透明電極膜518との重畳関係が光学的に均質であればよく、第1透明電極膜517及び第2透明電極膜518の形状は送信導体512及び受信導体514から成る導体パターンの形状に関連して適宜決定される。例えば、この変形例9では、矩形状の複数の透明電極膜を送信導体512あるいは受信導体514が延伸される方向に沿って所定間隔で配置した場合を例示して説明したが、その複数の透明電極膜を1枚の電極膜として形成してもよい。
また、この変形例9の構成は、第1の実施の形態(図2)及び変形例6〜8(図33〜35)で説明したセンサ部にも適用することができる。さらに、例えば、透過率むら防止用の透明電極膜が所定領域に形成された基板を別途用意し、その基板をセンサ部に追設するようにしてもよい。また、上述したように、フィルム状の基材を採用しても良い。
[変形例10]
上記第1〜3の実施の形態では、送信導体及び受信導体をともに線形状に形成した場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、送信導体及び受信導体の少なくとも一方を曲線状あるいは同心円状に形成した導体で構成してもよい。
以下、複数の送信導体をそれぞれ径の異なる円形状に形成し、これを同心円状に配置した場合を、図38を参照して説明する。この図38は、変形例10におけるセンサ部400の送信導体群411と受信導体群413の配置パターンを示す図である。この変形例10では、送信導体群411は、径の異なる複数の送信導体412を同心円状に配置して構成される。そして、同心円状に配置された各送信導体412は、例えば、半径方向に隣り合う送信導体412は、その間隔が等間隔となるように配置される。
一方、受信導体群413は、例えば、送信導体群411の中心から放射状に延伸した直線形状の複数の受信導体414で構成される。そして、複数の受信導体414は、周方向に等間隔で配置される。このように構成することにより、送信導体412の周方向と受信導体414との延伸方向とを交差させて、クロスポイントを形成する。
図38に示すセンサ部400は、例えば、センサ部400の位置検出領域が円形状である場合に好適である。なお、この変形例10では、送信導体群411を構成する複数の送信導体412が半径方向に等間隔となるように配置した場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、送信導体412間の間隔は適宜所望の間隔に設定しても良い。同様に、この変形例10では、受信導体群413を構成する複数の受信導体414を送信導体412の周方向に等間隔で配置した場合を例示したが、受信導体414間の間隔も適宜所望の間隔に設定しても良い。
また、上記変形例10では、送信導体412は略円形に、受信導体414は略直線状にそれぞれ形成した場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、送信導体412及び受信導体414の少なくとも一方をその延伸方向に対して蛇行する形状に形成してもよい。
<7.第7の実施の形態:増幅回路の他の構成例>
ところで、上記第1〜3の実施の形態においては、増幅回路32(図1参照)に用いる増幅器に1入力1出力の増幅器を用いた場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、増幅器の代わりに差動増幅器を用いてもよい。以下、増幅回路に2入力1出力または4入力1出力の差動増幅器を用いる場合(変形例11〜18)を図39〜図55を参照して説明する。なお、この増幅回路に差動増幅回路を用いる場合の受信導体群13は129本の受信導体14から構成される。これら以外の構成は、第1の実施の形態(図1)と同一の構成となるので、同一の構成には図1と同一の番号を用い、その詳細な説明は省略する。
[変形例11]
変形例11の構成を、図39を参照して説明する。この図39は、増幅回路に2入力1出力の差動増幅器を用いる場合の受信部の概略構成図である。
まず、受信導体群13は16個の検出ブロック236に区分される。この検出ブロック236は隣り合う(インデックスmが連続する)9本の受信導体X〜Xm+8から構成される。そして、各検出ブロック236を構成する受信導体〜Xm+8のうちインデックスmが最も大きい受信導体Xm+8は、隣り合う他の検出ブロック236と共用される。具体的には、この変形例11においては、受信導体群13は、検出ブロック{X〜X}、{X〜X17}、…、{X113〜X121}及び{X121〜X129}に分割される。
受信導体選択回路231は、検出ブロック236と同数の一対のスイッチ231a,231bから構成される。そして、この一対のスイッチ231a,231bは、この両スイッチ231a,231bに共通の9つの入力端子231cを備える。この入力端子231cは、それぞれ対応する受信導体Xに接続される。一対のスイッチ231a,231bのそれぞれの出力端子231d,231eは、それぞれ後述するI/V変換回路232aの入力端子に接続される。そして、この一対のスイッチ231a,231bは、所定時間間隔で、I/V変換回路232aに接続される受信導体14を順次切り替える。具体的には、最初にスイッチ231aは受信導体Xに、スイッチ231bは受信導体Xにそれぞれ接続されているとすると(図39に示す状態)、次の所定時間間隔でスイッチ231aは受信導体Xに、スイッチ231bは受信導体Xにそれぞれ切り替え接続される。以降、所定時間間隔で順次、I/V変換回路232aに接続される受信導体Xを切り替え、スイッチ231aが受信導体Xに、スイッチ231bが受信導体Xに接続された後は、再度、スイッチ231aは受信導体Xに、スイッチ231bは受信導体Xにそれぞれ切り替え接続される。
受信部310は、図39に示すように、受信導体選択回路231と、増幅回路232と、A/D変換回路33と、相関値算出回路34と、位置算出回路35とから構成される。
増幅回路232は、I/V変換回路232aと、差動増幅器250と、切替スイッチ232dとから構成される。I/V変換回路232aは、スイッチ231a,231bの総数と同数、すなわち32個設けられ、その入力端子231cはそれぞれ対応する各受信導体14に接続され、一対のスイッチ231a,231bのそれぞれの出力端子231d,231eは、それぞれ対応するI/V変換回路232aに接続される。そして、一対のスイッチ231a,231bのうち、スイッチ231aに接続されたI/V変換回路232aの出力端子は、差動増幅器250の極性が「−」の入力端子に接続され、スイッチ231bに接続されたI/V変換回路232aの出力端子は、差動増幅器250の極性が「+」の入力端子にそれぞれ接続される。
差動増幅器250は、2入力1出力の差動増幅器である。この差動増幅器250は、両入力端子に接続されたI/V変換回路232aからの出力信号を差動増幅して出力する。この差動増幅器250から出力された出力信号は、図示しない増幅器において所定の信号レベルに増幅された後、切替スイッチ232dを介してA/D変換回路33へ出力される。
以上のように構成することで、各受信導体14からの出力信号に重畳したノイズは、増幅回路232の差動増幅器250において差動増幅により除去されるので、指示体検出装置のノイズ耐性を向上させることができる。
[変形例12]
上記変形例11では、差動増幅器250のそれぞれの入力端子にI/V変換回路232aを介して接続される受信導体14の本数が1本である場合を例示して説明したが、差動増幅器の各入力端子に接続される受信導体14の本数は複数本にしてもよい。図40に、その一例を示す。
図40は、この変形例12の増幅回路の概略構成である。この図40中には特に図示はしないが、変形例11における受信導体選択回路231は2本の受信導体14を選択する1対のスイッチ231a,231bを複数設けることにより構成されているが(図39参照)、この変形例12においては、この1対のスイッチ231a,231bの代わりに5つのスイッチを設け、この5つのスイッチにより適宜、隣り合う5本の受信導体Xm−2〜Xm+2をそれぞれ差動増幅器350の入力端子に接続するように構成される。
受信導体選択回路231(図39参照)は、例えば、隣り合う任意の5本の受信導体Xm−2〜Xm+2のうち、両側に位置する4本の受信導体Xm−2,Xm−1及びXm+1,Xm+2を差動増幅器350のいずれかの入力端子に接続する。なお、この変形例12においても、受信導体選択回路231により選択された受信導体Xm−2〜Xm+2からの出力信号は、I/V変換回路232aにおいて電圧信号に変換されて差動増幅器350の各入力端子に供給されるが、図39に示した変形例11と同一の構成となるので、図面の煩雑さを回避するために、図40においては受信導体選択回路231及びI/V変換回路232aの記載は省略する。
具体的には、この受信導体選択回路231に選択された5本の受信導体Xm−2〜Xm+2のうち、受信導体Xm−2及びXm−1は差動増幅器350の極性が「−」の入力端子に接続され、受信導体Xm+2及びXm+1は差動増幅器350の極性が「+」の入力端子に接続される。そして、中央に位置する受信導体Xはグラウンドに接続される。なお、この中央に位置する受信導体Xは差動増幅器350の内部において所定の参照電圧レベル(例えばリファレンスレベルあるいは供給電圧レベル:Vcc)に設定された入力端子に接続してもよい。
このように構成すると、複数の受信導体Xm−2〜Xm+2からの出力信号は、差動増幅器350に同時に入力される。その結果、差動増幅器350から出力される差動信号が増加するため検出感度を向上させることができる。また、同時に差動増幅器350に接続される受信導体14の本数が増えるので、指示体の検出領域を広げることもできる。さらに、この変形例12では、増幅回路232(図39参照)に差動増幅器350を用いるので、変形例11と同様に、ノイズ耐性を向上させることもできる。
なお、この変形例12において、中央に位置する受信導体Xをグラウンド又は所定の参照電圧レベルに設定する理由は、次の通りである。上記第1の実施形態で説明したように、クロスポイント静電結合方式の指示体検出装置においては、指示体19を介してグラウンドに電流が分流することにより生じるクロスポイントでの電流の変化を検出する(図13参照)。しかしながら、指示体19が十分に接地されていないと、クロスポイントでの電流の分流が不十分になる。この場合、クロスポイントでの電流変化が小さくなり、検出感度が低下してしまう。
これに対して、この変形例12のように、差動増幅器350に接続される複数の受信導体Xm−2〜Xm+2のうち、中央に位置する受信導体Xの電圧レベルをグラウンド又は参照電圧レベル(例えば、電源電圧レベルまたはグラウンド接地電圧レベル)になるように構成すると、指示体19が十分に接地されていない場合であっても、指示体19が受信導体Xに触れることで電流の一部を指示体及び受信導体Xを介して分流させることができる。その結果、上述した感度の低下を抑制することができる。
変形例11及び12においては、増幅回路に差動増幅器を用いることで検出感度を向上させる場合を例示して説明したが、拡散符号を複数の送信導体に供給することでさらに検出感度を向上させるようにしても良い。
[変形例13]
変形例13を、図41を参照して説明する。この変形例13では、図41(a)に示すように、隣り合う2本の送信導体に同一の拡散符号を供給する例を示す。なお、図41に示した以外の構成は、変形例11(図1,図39等参照)と同一の構成となるので、同一の構成についてはその説明及び図示は省略する。
図41に示すように、拡散符号供給回路21を構成する複数の拡散符号生成回路24で生成された16種類の拡散符号C〜C16は、それぞれ隣接した2本の送信導体12に供給される。具体的には、拡散符号Cは送信導体Y及びYに、拡散符号Cは送信導体Y及びYに・・・拡散符号C15は送信導体Y57及びY58、拡散符号C16は送信導体Y61及びY62にそれぞれ供給される。そして、特に図示はしないが、送信導体選択回路22が拡散符号生成回路24に接続される送信導体12を経時的に切り替えることで、拡散符号C〜C16は、送信導体群11を構成する全ての送信導体12に供給される。
ここで、例えば、図示しない任意の一の受信導体14に着目すると、同一の拡散符号が複数の送信導体に供給されると、当該受信導体14には、第1の実施の形態における受信導体14に比べて2倍の拡散符号が供給されるから、この任意の一の受信導体14からの出力信号も2倍となる。従って、検出感度を向上させることができる。さらに、同一の拡散符号を3本以上の送信導体12に同時に供給すれば、同一の拡散符号を同時に供給した分だけ任意の一の受信導体14における検出感度を向上させることもできる。
[変形例14]
ところで、上記変形例13のように(図41参照)、隣り合う複数の送信導体12に同一の拡散符号を供給する場合には、同一の拡散符号が供給される送信導体12の本数と同数の受信導体14からの出力信号を増幅する構成にすることが好ましい。
変形例14の概略構成を、図42を参照して説明する。この図42は、同一の拡散符号を隣り合う2本の送信導体Y,Yn+1に供給する場合の増幅回路の概略構成図である。なお、図42に示した以外の構成は、上記変形例11と同一の構成となるので、図面の煩雑さを回避するためにその記載及びこれらの構成についての説明は省略する。
上記変形例13のように、隣り合う2本の送信導体Y及びYn+1に同一の拡散符号Cを供給する場合には、受信部310の増幅回路232には、同一の拡散符号Cが供給された送信導体12の本数と同数で、かつ同一極性の入力端子を有する増幅器、例えば、2つの「+」端子を備える2入力1出力の増幅器360を用いる。そして、受信部310の増幅器360の2つの入力端子には、隣り合う2つの受信導体X,Xm+1を接続する。
以上のように隣り合う2本の送信導体Y,Yn+1に同一の拡散符号Cを供給するとともに、隣り合う2本の受信導体X,Xm+1からの出力信号を増幅する場合には、増幅回路360から出力される出力信号の信号レベルを増加させることができるだけでなく、指示体の検出範囲を拡げることができる。その結果、センサ部100(図1参照)全体の検出に要する時間を短縮することができるので、かかる実施態様は位置検出領域が大きいセンサ部に用いる場合に好適である。なお、この変形例14においては、増幅器360に同時に接続される受信導体14の本数を2本とした場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、3本以上の受信導体14を接続するようにしても良い。かかる場合にはよりセンサ部100全体の検出に要する時間を短縮することができるとともに増幅回路から出力される出力信号の信号レベルを増加させることができる。
ところで、上述のように同一の拡散符号Cが供給される送信導体12の本数と、同時に選択される受信導体14の本数とを同数にすると、次のような利点が得られる。以下、図42及び図43を比較参照して説明する。ここで、図43は、同一の拡散符号Cを2本の送信導体Y及びYn+1に供給し、任意の一の受信導体Xからの出力信号を増幅する場合の最小検出エリアSminを示す概念図である。
同一の拡散符号Cが供給される送信導体12の本数と、受信導体選択回路で同時に選択される受信導体14の本数、すなわち、増幅器361に接続される受信導体14の本数とが異なる場合、図43に示すように、センサ部上における最小の検出エリアSmin’は長方形状となり、感度分布に異方性が生じる。この場合、例えば、センサ部と対向する面(以下、単に、対向面という)が円形状の指示体を検出すると、その指示体の対向面が円形状でなく楕円形状等に歪んで検出されることがある。これに対して、この変形例14のように、同一の拡散符号Cが供給される送信導体12の本数と、増幅器361に接続される受信導体14の本数とが同一の場合、図42に示すように、センサ部上における最小の検出エリアSminは正方形状となり、等方的な感度分布が得られる。この場合、対向面が円形状の指示体がセンサ部上に配置されても、その指示体の対向面を円形状で検出することができる。
なお、この変形例14では、同一の拡散符号Cが供給される送信導体12の本数及び増幅器360に接続される受信導体14の本数を2本ずつにした場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されない。同一の拡散符号Cが供給される送信導体12の本数及び増幅器360に接続される受信導体14の本数は3本以上としてもよい。
次に、上記変形例14における同一の拡散符号が供給される2本の送信導体の切り替えを図44及び図45を参照して説明する。なお、以下の説明においては、適宜図1を参照して説明する。
図44は、拡散符号Cが同時に供給される2本の送信導体の切り替えの一例を示す。この図44(a)及び(b)に示す切り替え例は、まず、或る時刻に拡散符号Cは、送信導体Y及びYn+1に供給されているものとする(図44(a)の状態)。そして、所定時間経過後、拡散符号CはYn+2及びYn+3に供給される(図44(b)の状態)。以降、特に図示はしないが、順次、拡散符号Cが供給される送信導体12を送信導体Yn+4及びYn+5、送信導体Yn+6及びYn+7、・・・と切り替え、所定の導体まで供給されると、最初の送信導体Y及びYn+1に戻って、以降、上記切り替えを繰り返す。
次に、送信導体12を1本ずつ切り替える一例を、図45を参照して説明する。具体的には、図45(a)〜(c)に示すように、まず、或る時刻に拡散符号Cは送信導体Y及びYn+1に供給されているものとする(図45(a)の状態)。そして、所定時間経過後、拡散符号CはYn+1及びYn+2に供給される(図45(b)の状態)。さらに所定時間経過後、拡散符号CはYn+2及びYn+3に供給される(図45(c)の状態)。以降、特に図示はしないが、順次、拡散符号Cが供給される送信導体12を送信導体Yn+3及びYn+4、送信導体Yn+4及びYn+5、・・・と切り替え、所定の導体まで拡散符号Cが供給されると、最初の送信導体Y及びYn+1に戻って、以降、上記切り替えを繰り返す。すなわち、図45(a)〜(c)に示した切り替え例では、所定時間毎に、同一の拡散符号Cが供給される送信導体12は、所定の本数(この例では2本)単位で選択される。そして、先の選択動作で選択された複数の送信導体12のうち、その一部(図45に示した例においては1本)の送信導体12が、次の選択動作においても複数の送信導体12として選択されるように制御される。
[変形例15]
上記変形例13及び14では、隣り合う2本の送信導体に同一の拡散符号を供給し、隣り合う2本の受信導体の出力信号を1つの増幅器で増幅する場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、送信部は、所定本数間隔で配置された複数本の送信導体に同一の拡散符号を供給し、受信部も同様に、所定本数間隔で配置された複数本の受信導体から出力された出力信号を増幅器で増幅する構成にしてもよい。図46にその一例(変形例15)を示す。
この変形例15においては、図39に示す増幅回路232に設けられた差動増幅器250の代わりに、受信部310の増幅回路232には、同一の拡散符号Cが供給された送信導体12の本数と同数で、かつ同一極性の入力端子を有する増幅器、例えば、2つの「+」端子を備える2入力1出力の増幅器361を用いる。なお、他の構成は上記変形例14と同一の構成となるので、適宜図1及び図39を参照して説明すると共に、共通の構成についてはその説明を省略する。
図46は、同一の拡散符号Cが供給される2本の送信導体の間にグラウンドに接続された送信導体が位置し、受信部は1つの増幅器で2本の受信導体からの出力信号を増幅し、この2本の受信導体の間に、グラウンドに接続された受信導体が位置する場合の構成を模式的に示す。具体的には、図46に示すように、送信導体選択回路22(図1参照)は、任意の2本の送信導体Yn+1及びYn+3を選択する。そして、送信部200の拡散符号生成回路21は、この選択された2本の送信導体Yn+1,Yn+3に同一の拡散符号Cを供給する。同時に、送信導体選択回路22は、この拡散符号Cが供給される2本の送信導体Yn+1及びYn+3以外の送信導体12、すなわち送信導体Y,Yn+2及びその残余の送信導体12をグラウンドに接続する。
同様に、受信部310の受信導体選択回路231(図39参照)は、2本の受信導体X,Xm+2を1つの増幅器361の入力端子に接続し、増幅器361は、この接続された2本の受信導体X,Xm+2からの出力信号を増幅する。同時に、この増幅器361に接続された受信導体X,Xm+2以外の受信導体、具体的には受信導体Xm+1,Xm+3及び残余の受信導体14をグラウンドに接続する。なお、上記送信導体選択回路22及び受信導体選択回路231のそれぞれによる送信導体12及び受信導体14の切り替えは、例えば、上記変形例14(図44及び図45)に示す切り替えと同様に行われる。
このように変形例15では、変形例13と同様に、複数本の送信導体12に同一の拡散符号を供給し、複数本の受信導体14からの出力信号を増幅器361で加算するので、検出範囲を拡げることができ且つ検出される信号レベルを増加させるとともに、検出感度を向上させることができる。また、この変形例15では、最小の検出範囲Sminを拡げることができるので、センサ部上の位置検出領域が大きい場合に特に好適である。
さらに、この変形例15では、上述の変形例13と同様に、同一の拡散符号が供給される送信導体の本数と、同時に選択される受信導体の本数とを同数にすることで、センサ部上における最小の検出エリアSminを正方形状とすることができる。その結果、変形例13と同様に、センサ部上における最小の検出エリアでは等方的な感度分布を得ることができる。この場合、例えば対向面が円形状の指示体がセンサ部上に配置されても、その指示体の対向面を円形状で検出することができる。
[変形例16]
ところで、送信導体群11に供給される拡散符号Cによる電流は、指示体19がクロスポイントに置かれたときにこの指示体19を介してグラウンドに流れる電流により生じる出力信号の変化量に比べて極めて大きい。上記変形例11〜15に示すように、出力信号の信号レベルを増加させると検出感度は向上するが、出力信号の変化量を検出する精度が低下してしまう。この検出精度を維持するためには、受信部300のA/D変換回路33の分解能を向上させる必要がある(図1参照)。
ところが、このA/D変換回路33の分解能を向上させるとA/D変換回路33の規模が大きくなり、設計が困難になる、という問題を新たに生じてしまう。特に、同一の拡散符号を複数の送信導体12に供給する場合にこの問題が顕著に現れる。
そこで、上記課題を解決するための実施態様である変形例16を図47〜図49を参照して説明する。ここで、図47はこの変形例16の概略構成図及び差動増幅器から出力される出力信号の波形図、図48はこの変形例16における送信導体選択回路の内部構成の一例を示す図、図49はこの変形例16における受信導体選択回路の構成図をそれぞれ示している。なお、この変形例16の説明においては、指示体19は、送信導体Yn+2と受信導体Xm+1とのクロスポイント上(同図の実線で示す指示体19)に置かれた場合における出力信号の変化を例示して説明する。
まず、この変形例16における概略構成を図47(a)を参照して説明する。ここで、変形例11とこの変形例16との相違点は、拡散符号Cを供給する拡散符号供給回路21と拡散符号Cを選択的に送信導体群11に供給する送信導体選択回路382との間に2つの符号反転器381が設けられている点、及び増幅回路に4入力1出力の差動増幅器386が用いられ、4本の受信導体14からの出力信号を差動増幅している点である。他の構成は変形例11(図1及び図39参照)と同一の構成となるので、同一の構成には同一の番号を付してその説明は省略する。なお、以下の説明において、拡散符号Cを反転した符号を反転符号[C(反転)]と記載する。
2つの符号反転器381は、拡散符号供給回路21から供給された拡散符号Cを符号反転して出力するものである。拡散符号供給回路21から供給された拡散符号Cと、符号反転器381から出力された反転符号[C(反転)]とは、送信導体選択回路382によって隣り合う4本の送信導体Y〜Yn+4に供給される。具体的には、拡散符号生成回路21から供給された拡散符号Cは、送信導体選択回路382を介して2本の送信導体Yn+2及びYn+3に供給されると共に、符号反転器381において反転符号[C(反転)]に符号反転された後、送信導体選択回路382を介して送信導体Y及びYn+1に供給される。なお、以下の説明においては、この図47に示す拡散符号の供給形態(以下、供給パターンと称す)は、拡散符号Cが供給される送信導体を「+」記し、反転符号[C(反転)]が供給される送信導体を「−」と記す。すなわち、この図47に示すような信号の供給パターンは「−−++」と表記する。
次に、送信導体選択回路382の詳細について、図48を参照して説明する。
送信導体群11は、隣り合う7本の送信導体Y〜Yn+6を1つのグループとする16個の送信ブロック383に区分される。送信導体選択回路382は、例えば、周知のロジック回路であり、各送信ブロック383と同数(16個)のスイッチ群382aから構成される。各送信ブロック383は、その送信ブロック383を構成する7本の送信導体Y〜Yn+6のうち、インデックスnの最も大きい3本の送信導体12を隣り合う他の送信ブロックと共有する構成となっている。具体的には、この図48に示すように、各送信ブロック383を構成する送信導体Y〜Yn+6のうち、インデックスnが最も大きい3本の送信導体Yn+4〜Yn+6を隣り合う送信ブロックと共有する構成となっている。
各スイッチ群382aは、4つのスイッチ382a,382a,382a及び382aから構成される。各スイッチ群382aの出力側の7つの端子382bは、それぞれ対応する送信導体Y〜Yn+6に接続される。そして、4つのスイッチ382a,382a,382a及び382aのうち、スイッチ382a及び382aの入力端子382cは符号反転器381を介して、拡散符号供給回路21の各拡散符号生成回路24(図1及び図4参照)に接続され、スイッチ382a及び382aの入力端子382cは、拡散符号供給回路21の各拡散符号生成回路24に接続される。
そして、この図48に示すように、例えば、拡散符号C及びこの拡散符号Cの反転符号[C(反転)]が供給されるスイッチ群382aは、拡散符号Cを送信導体Yn+2及びYn+3に供給すると共に、反転符号[C(反転)]を送信導体Y及びYn+1に供給する。そして、この拡散符号C及び反転符号[C(反転)]を所定時間だけ供給した後、拡散符号供給回路21に接続される送信導体12を切り替えて、拡散符号Cを送信導体Yn+3及びYn+4に供給すると共に、反転符号[C(反転)]を送信導体Yn+1及びYn+2に供給する。以降、経時的に拡散符号供給回路21に接続される送信導体を切り替えていき、拡散符号Cを送信導体Yn+5及びYn+6に供給し、反転符号[C(反転)]をYn+3及びYn+4に供給した後は、再び拡散符号Cを送信導体Yn+2及びYn+3に供給すると共に、反転符号[C(反転)]を送信導体Y及びYn+1に供給し、以降、上記動作を繰り返す。以上のようにして、拡散符号供給回路21から供給された拡散符号C及びその反転符号[C(反転)]を、送信導体群11を構成する全ての送信導体12に供給する。
次に、変形例16における受信導体選択回路384の詳細について、図47(a)及び図49を参照して説明する。
図49に示すように、受信導体選択回路384は、例えば、4つのスイッチからなるスイッチ群384aを備える。このスイッチ群384aの入力端子384bは、それぞれ対応する受信導体14に接続される。また、スイッチ群384aの各スイッチの出力端子384cは、増幅回路385の対応する一のI/V変換回路385aの入力端子に接続される。さらに、スイッチ群384aは、所定時間間隔でI/V変換回路385aと接続する受信導体14を切り替える。そして、各受信導体14からの出力信号は、I/V変換回路385aにおいて電圧信号に変換されて、後述する差動増幅器386に入力される。なお、図49においては、図面の煩雑さを避けるために、複数のI/V変換回路385a及びスイッチ群384aを省略して記載している。
増幅回路385は、4つのI/V変換回路385aと、差動増幅器386とから構成される。図49に示すように、I/V変換回路385aは、その入力端子がスイッチ群384aを構成する各スイッチの出力端子384cに接続され、その出力端子は後述の差動増幅器386の各入力端子に接続される。
差動増幅器386は、4入力1出力の差動増幅器である。この差動増幅器386は、I/V変換回路385aとA/D変換回路33(図1参照)との間に設けられ、その4つの入力端子のうち、左側2つの入力端子の極性が「+」になっており、右側2つの入力端子の極性が「−」となっている。すなわち、受信導体選択回路384により選択される4本の受信導体X〜Xm+3のうち、インデックスmが小さい2本の受信導体X及びXm+1が接続される入力端子の極性が「+」に、インデックスmが大きい2本の受信導体Xm+2及びXm+3が接続される入力端子の極性が「−」にそれぞれ設定されている。そして、差動増幅器386は、I/V変換回路385aにおいて電圧信号に変換された出力信号を差動増幅して出力する。
そして、受信導体選択回路384は、変形例4(図31参照)と同様の選択切替えを行う。具体的には、まず、この受信導体選択回路384のスイッチ群384aは、最小インデックスの受信導体X〜Xから順に、受信導体X〜Xm+3と差動増幅器386の「+」端子及び「−」端子とを接続する(図49の状態)。すなわち、差動増幅器386の2つの「+」端子のそれぞれと受信導体X及びXを、2つの「−」端子のそれぞれと受信導体X及びXとを接続する。次いで、所定時間が経過すると、受信導体選択回路384のスイッチ群384aは、増幅回路386に接続される受信導体14をインデックスmが増加する方向に位置する受信導体、すなわち、受信導体X及びXと差動増幅器386の「+」端子とを接続すると共に、受信導体X及びXと差動増幅器386の「−」端子とを接続する。そして、この切り替え後、スイッチ群382aに接続された受信導体X〜Xから新たな出力信号を得る。以降、受信導体選択回路384のスイッチ群384aは、所定時間間隔で順次、差動増幅器386に接続される受信導体14を切り替え、最後に接続される4本の受信導体である受信導体X128〜X131を差動増幅器386に接続した後は、再度、最初の状態、すなわち、この図49に示す状態に戻り、以降、上記動作を繰り返す。
そして、差動増幅器386は、上記切り替え毎に、入力された受信導体14からの出力信号を差動増幅して、後段のA/D変換回路33に出力する(図1参照)。その後、A/D変換回路33においてデジタル変換された出力信号は、相関値算出回路34において相関演算され、この相関演算の結果である相関値を相関値記憶回路34dに記憶する(図8参照)。なお、以下の説明においては、この図49に示す差動増幅回路386の受信形態(以下、受信パターンと称す)を、差動増幅回路の「+」端子に接続されている受信導体を「+」記し、「−」端子に接続されている受信導体を「+」と記す。すなわち、この図49に示すような信号の受信パターンは、「++−−」と記す。
次に、上記のように差動増幅器386の4つの入力端子に接続される受信導体を切り替えた場合の出力信号の変位について、図47(b)を参照して説明する。ここで、この図47(b)中の点線で示す曲線380は、差動増幅器386の4つの入力端子に接続される受信導体をインデックスmが最も小さい受信導体から順番に切り替えたときに差動増幅器386から出力される出力信号の波形である曲線380Xは差動増幅器386からの出力信号を積分した後の波形である。なお、以下、説明の便宜のため、差動増幅器386の4つの入力端子を、受信導体のインデックスmが大きい側に接続される入力端子から順に入力端子386a〜386dと称す。
上記のように、受信導体選択回路384が差動増幅器386の入力端子386a〜386dに接続される受信導体14を切り替えていくと、まず、差動増幅器386の入力端子386a〜386dに接続される受信導体14が指示体19の影響を全く受けない位置に存するときには、差動増幅器386からの出力信号は0となる(図47(b)の380a)。
続いて、差動増幅器386の入力端子386aに接続された受信導体14から指示体19に近接するので、差動増幅器386の「−」端子に入力される信号が徐々に減少していく。その結果、差動増幅器386からの出力信号はプラス側へ振れる(図47(b)の380b)。その後、受信導体選択回路384が差動増幅器386に接続される受信導体14を切り替えていくと、差動増幅器386の入力端子386a及び386bの接続された受信導体が指示体19へ近接していくので、差動増幅器386からの出力信号はさらにプラス側へ振れる。そして、この差動増幅器386からの出力信号の信号レベルは、指示体19が置かれている位置が差動増幅器386の入力端子386c及び386dに接続された受信導体間に位置するときに最も大きくなる(図47(b)の380c)。
続けて、受信導体選択回路384が差動増幅器386の入力端子386a〜386dに接続される受信導体14を切り替えていくと、差動増幅器386の入力端子386a及び386bに接続されている受信導体14は指示体19から徐々に遠ざかり、代わって差動増幅器386の入力端子386cに接続された受信導体が指示体19に近づいていくから、差動増幅器386の「+」端子に入力される信号は徐々に減少するとともに、「−」端子に入力される信号は徐々に増加していく。その結果、差動増幅器386からの出力信号はマイナス側へ振れる(図47(b)の380d)。
そして、差動増幅器386の出力信号は、入力端子386cに接続された受信導体と入力端子386dに接続された受信導体との間に指示体19が位置したときに差動増幅器386の「+」端子に入力される信号が最も減少する。その結果、差動増幅器386からの出力信号は最も減少する(図47(b)の380e)。
そして、さらに受信導体選択回路384が差動増幅器386の入力端子386a〜386dに接続される受信導体14の切り替えを行うと、差動増幅器386の入力端子386a〜386dに接続された受信導体14は、いずれも指示体19から遠ざかっていくので、差動増幅器386の「+」端子に入力される信号が徐々に増加していくので、差動増幅器386からの出力信号も徐々に増加していき(図47(b)の380f)、差動増幅器386の入力端子386a〜386dに接続された受信導体14が指示体19の影響を受けない位置にある受信導体まで切り替わると、差動増幅器386からの出力信号は0になる(図47(b)の380g)。
以上の差動増幅器386からの出力信号のレベル変位を図示すると、図47(b)中の点線で示す曲線380のようになる。そして、この差動増幅器386からの出力信号を積分すると、この図47(b)の実線で示す曲線380Xを得る。そして、この曲線380Xの部分の重心を演算することにより、指示体19の位置が検出される。
なお、この図47(b)に示す差動増幅器386からの出力信号及びこの出力信号を積分した値は、指示体19が拡散符号Cが供給されている送信導体12と受信導体14とのクロスポイントに置かれている場合の出力特性であり、この指示体19が反転符号[C(反転)]が供給されている送信導体12と受信導体14とのクロスポイント上に置かれている場合(例えば、図47(a)における点線で示す指示体19の置かれている、送信導体Yと受信導体Xm+1とのクロスポイント)には、差動増幅器386からの出力信号は、上記した出力特性と反対の特性となる。
この変形例16に示す構成例を用いた場合には、回路規模を大きくすることなく検出精度を維持すると共に、差動増幅器386から出力される差動信号が増加させることができ、且つ、同時に検出する範囲も広げることができるので、検出感度も向上させることができる。また、この変形例16では、拡散符号Cとその反転符号[C(反転)]とを送信導体12に供給する構成としたので、指示体19が存在しない状況においては、この拡散符号Cと反転符号[C(反転)]とが相殺されるので、差動増幅器386の出力信号及びA/D変換回路の入力信号のダイナミックレンジを抑制することができ、更には、ノイズもキャンセルされるので、ノイズ耐性を向上させることができる。
また、この変形例16は、変形例14と同様に、同一の拡散符号Cが供給される送信導体12及びこの拡散符号Cを符号反転させた反転符号[C(反転)]が供給される送信導体12の総数と、差動増幅器386に接続される受信導体14の本数とを同一にしている。その結果、この変形例16の構成においても、センサ部上における最小の検出エリアSminが正方形状となる。その結果、変形例14と同様に、センサ部上における最小の検出エリアでは等方的な感度分布を得ることができる。この場合、例えば、対向面が円形状の指示体がセンサ部上に配置されても、その指示体の対向面を円形状で検出することができる。
なお、上記変形例16では、差動増幅器386に接続される受信導体を4本(偶数)にした場合を例示して説明したが、この接続される受信導体の本数は4本に限られない。例えば、この接続される受信導体の本数は、3本や5本(奇数)を単位としてもよい。この場合、上記変形例12に示すように、選択された奇数本の受信導体のうち、中央に配置された受信導体をグラウンドまたは参照電圧に接続することが好ましい。指示体が十分グラウンドに接地されていない場合であっても、この中央に配置された受信導体を介して電流の一部を分流させることができ、感度の低下を抑制することができるからである。
さらに、この変形例16では、インデックスnの小さい送信導体12には反転符号[C(反転)]を供給し、インデックスnの大きい送信導体には拡散符号を供給した場合を例示して説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、インデックスnの小さい送信導体12には拡散符号Cを供給し、インデックスnの大きい送信導体に反転符号[C(反転)]を供給するようにしても良い。同様に、インデックスの小さい受信導体14を差動増幅器386の「+」端子に接続し、インデックスmの大きい受信導体14を差動増幅器386の「−」端子に接続して差動増幅する場合を例示して説明したが、インデックスmが小さい受信導体を「−」端子に接続し、インデックスmの大きい受信導体を「+」端子に接続するようにしても良い。
[変形例17]
ところで、上記変形例16においては、拡散符号生成回路21から供給された拡散符号Cと、この拡散符号Cの反転符号である反転符号[C(反転)]とを隣り合う4本の送信導体に同一の符号が隣り合うように供給する場合を例示して説明したが、本発明はこの場合に限られない。例えば、隣り合う4本の送信導体Y〜Yn+3のうち、両端に位置する送信導体Y及びYn+3に拡散符号C又は反転符号[C(反転)]を供給し、中央に位置する送信導体 n+1 及び n+2 に反転符号[C(反転)]又は拡散符号Cを供給するようにしても良い。
変形例17の構成及び動作を図50に従って説明する。図50(a)はこの変形例17の概略構成図、図50(b)はこの変形例17における差動増幅器から出力される出力信号の波形図である。
この変形例17と上記した変形例16との相違点は、拡散符号C及び反転符号[C(反転)]の供給パターンが「−++−」である点、及び4入力1出力の差動増幅器396の受信信号14の検出パターンが受信導体14のインデックスmの小さい方から「−++−」の順で配置されている点である。そして、隣り合う4本の受信導体X〜Xm+3のうち、受信導体Xm+1及びXm+2は差動増幅器396の「+」端子に接続され、受信導体X及びXm+3は差動増幅器396の「−」端子に接続される。他の構成及び動作は、変形例16(図1及び図47〜図49参照)と同一の構成となるので、同一の構成には同一の番号を付してその説明を省略する。
そして、この変形例17においては、拡散符号供給回路21(図1参照)から供給された拡散符号Cが送信導体選択回路382に選択された4本の導体Y〜Yn+3のうちの両端に位置する送信導体Y及びYn+3に供給され、中央に位置する送信導体Yn+1及びYn+2に、拡散符号Cを符号反転した反転符号[C(反転)]が供給される。
次に、上記のように差動増幅器396の4つの入力端子に接続される受信導体を切り替えた場合の出力信号の変位について、図50(b)を参照して説明する。なお、以下、説明の便宜のため、差動増幅器396の4つの入力端子をそれぞれ受信導体のインデックスmが大きい側に接続される入力端子から順に、入力端子396a〜396dと称す。
上記のように受信導体選択回路384が差動増幅器396の入力端子396a〜396dに接続される受信導体14を切り替えていくと、まず、差動増幅器396の入力端子396a〜396dに接続される受信導体が指示体の影響を全く受けない位置に存するときには、差動増幅器396からの出力信号は0となる(図50(b)の390a)。
続いて、差動増幅器396の入力端子396aに接続された受信導体14から指示体19に近接するので、差動増幅器396の「−」端子に入力される信号が徐々に減少していく。その結果、差動増幅器396からの出力信号はプラス側へ振れる(図47(b)の390b)。その後、受信導体選択回路384が差動増幅器396に接続される受信導体14を切り替えていくと、差動増幅器396の入力端子396aに接続された受信導体が指示体19へ近接するとともに、入力端子396bに接続された受信導体は指示体19に近づいていくので、「−」端子に入力される信号は徐々に増加すると共に、「+」端子に入力される信号が徐々に減少するから、差動増幅器396からの出力信号はマイナス側へ振れる(図50(b)の390c)。
そして、受信導体選択回路384が差動増幅器396の入力端子396a〜396dに接続される受信導体の切り替えていくと、差動増幅器396の入力端子396a及び396bに接続される受信導体は指示体19から徐々に遠ざかる代わりに、差動増幅器396の入力端子396cが徐々に近づいてく。その結果、差動増幅器396の「+」端子に入力される信号はさらに減少すると共に、「−」端子に入力される信号は増加するから、差動増幅器396からの出力信号は更に減少する。そして、この差動増幅器396からの出力信号の信号レベルは、指示体19が置かれている位置が差動増幅器396の入力端子396c及び396dに接続された受信導体間に位置するときに最も減少する(図50(b)の390d)。
続けて受信導体選択回路384が差動増幅器396の入力端子396a〜396dに接続される受信導体の切り替えていくと、差動増幅器386の入力端子396a,396b及び396cに接続されている受信導体は指示体19から徐々に遠ざかり、代わって差動増幅器396の入力端子396dに接続された受信導体が指示体19に近づいていくから、差動増幅器396の「+」端子に入力される信号は徐々に増加していく。その結果、差動増幅器396からの出力信号はプラス側へ振れる(図50(b)の390e)、そして、差動増幅器396の入力端子396dに接続された受信導体が指示体19に最も近接したときに、差動増幅器396からの出力信号のレベルが最も増加する(図50(b)の390f)。
そして、さらに受信導体選択回路384が差動増幅器396の入力端子396a〜396dに接続される受信導体の切り替えを行うと、差動増幅器396の入力端子396a〜396dに接続された受信導体は、いずれも指示体19から遠ざかっていくので、差動増幅器396の入力端子に入力される信号は徐々に増加し、差動増幅器396の入力端子396a〜396dに接続された受信導体が指示体19の影響を受けない位置にある受信導体まで切り替わると、差動増幅器396からの出力信号は0になる(図50(b)の390g)。
以上の差動増幅器386からの出力信号のレベル変位を図示すると、図50(b)に示す曲線390のようになる。なお、この図50(b)に示す差動増幅器396からの出力信号及びこの出力信号を積分した値は、指示体19が拡散符号Cが供給されている送信導体12と受信導体14とのクロスポイントに置かれている場合の出力特性であり、この指示体19が反転符号[C(反転)]が供給されている送信導体12と受信導体14とのクロスポイント上に置かれている場合(例えば、図50(a)における点線で示す指示体19の置かれている、送信導体Yと受信導体Xm+1とのクロスポイント)には、差動増幅器396からの出力信号は、上記した出力特性と反対の特性となる。
以上のように、拡散符号供給回路から供給された拡散符号Cが送信導体選択回路382に選択された4本の導体Y〜Yn+3のうちの両端に位置する送信導体Y及びYn+3に供給され、中央に位置する送信導体Yn+1及びYn+2に、拡散符号Cを符号反転した反転符号[C(反転)]が供給され、4入力1出力の差動増幅器396の入力端子に隣り合う4本の受信導体のうち、受信導体Xm+1及びXm+2は差動増幅器396の「+」端子に接続され、受信導体X及びXm+3は差動増幅器396の「−」端子に接続した場合に差動増幅器396から得られる出力信号は、積分処理を行ったと同様の出力信号となる。それゆえ、この変形例17の検出形態を採用した場合には、積分処理を行う必要がないので、積分処理を行った場合に起こり得るノイズの蓄積が無くなる。また、差動増幅処理を行っているために、ノイズ耐性をより向上させることができる。
また、この変形例17では、変形例14と同様に、同一の拡散符号が供給される送信導体12の本数と同数の受信導体14からの出力信号を増幅する構成にしたので、センサ部上における最小の検出エリアSminが正方形状となる。その結果、センサ部上における最小の検出エリアでは等方的な感度分布を得ることができる。この場合、例えば対向面が円形状の指示体がセンサ部上に配置されても、その指示体の対向面を円形状で検出することができる。
なお、上記の説明では、差動増幅器に接続される受信導体の本数を4本(偶数)にした場合を例示して説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、差動増幅器に接続される受信導体14の本数を3本や5本(奇数)としてもよい。この場合、上記変形例12に示すように、選択された奇数本の受信導体のうち、中央に配置された送信導体をグラウンドまたは参照電圧に接続することが好ましい。
[変形例18]
上記変形例17では、拡散符号及びこの拡散符号の反転符号の供給パターン及び受信導体からの信号の検出パターンを「−++−」に設定した場合を例示して説明したが、この拡散符号及びこの拡散符号の反転符号の供給パターン及び受信導体からの信号の検出パターンは「+−−+」と設定してもよい。以下、この供給パターン及び検出パターンに設定して拡散符号及びこの拡散符号の反転符号を供給し、差動増幅器により受信信号を差動増幅する場合を図51に例示する。
この変形例18と変形例17とを比較すると、拡散符号生成回路21から送信導体に供給される拡散符号Cを符号反転する符号反転器381が、送信導体選択回路382により選択される4本の送信導体Y〜Yn+3のうち、中央に位置する2本の送信導体Yn+1及びYn+2に反転符号が供給されるように配置されている点、及び差動増幅器397の4つの入力端子の極性が、受信導体14のインデックスmの大きい方から「+−−+」の順で設定されている点である。他の構成は変形例17(図50参照)と同一の構成となる。
この変形例18に示す構成でも、変形例17と同様の効果が得られる。すなわち、積分処理を行う必要がないので、積分処理を行った場合に起こり得るノイズの蓄積が無くなる。また、差動増幅処理を行っているために、ノイズ耐性をより向上させることができる。さらに、複数の送信導体に同一の拡散符号及びこの拡散符号を符号反転させた反転符号を供給するとともに、この同一の拡散符号が供給される送信導体の本数と同数の受信導体からの出力信号を増幅するようにしたので、センサ部上における最小の検出エリアSminが正方形状となる。その結果、センサ部上における最小の検出エリアでは等方的な感度分布を得ることができる。この場合、例えば対向面が円形状の指示体がセンサ部上に配置されても、その指示体の対向面を円形状で検出することができる。
上記変形例16〜18(図47〜51参照)においては、送信導体選択回路及び受信導体選択回路により選択される送信導体及び受信導体の本数を偶数に設定した場合を例示して説明した。以下の変形例19においては、この選択される送信導体及び受信導体の本数を奇数に設定した場合を図52〜図54に従って説明する。なお、以下に説明する変形例19及び20においては、受信導体群13は130本の受信導体14から構成される。
[変形例19]
まず、変形例19の構成を図52に従って説明する。この図52は、増幅回路32(図1参照)に3入力1出力の差動増幅器を用いる場合の指示体検出装置の概略構成図である。
まず、この変形例19における概略構成を図1及び図52に従って説明する。送信部200(図1参照)には、拡散符号Cを供給する拡散符号供給回路21と、この拡散符号供給回路21から供給された拡散符Cを選択的に送信導体14に供給する送信導体選択回路402と、拡散符号供給回路21と送信導体選択回路402との間に設けられ、拡散符号供給回路21から供給された拡散符号Cを符号反転して反転符号[C(反転)]を生成して出力する符号反転器401とを備える。この拡散符号C及び反転符号[C(反転)]は、送信導体選択回路402によって隣り合う3本の送信導体Y〜Yn+2に供給される。具体的には、拡散符号生成回路21から供給された拡散符号Cは、送信導体選択回路402を介して2本の送信導体Y及びYn+2に供給されると共に、符号反転器401において反転符号[C(反転)]に符号反転された後、送信導体選択回路402を介して送信導体Yn+1に供給される。すなわち、この図52においては、拡散符号の供給パターンは「+−+」となる。なお、この変形例19においては、送信部200の他の構成は図1に示す第1の実施の形態と同一の構成となるので、その説明を省略する。
次に、送信導体選択回路402の詳細について、図53を参照して説明する。
送信導体群11は、隣り合う6本の送信導体を1つのグループとする15個の送信ブロック403に分割される。この送信導体選択回路402は、例えば、周知のロジック回路であり、各送信ブロック403と同数(16個)のスイッチ群402aから構成される。各送信ブロック403は、その送信ブロック403を構成する6本の送信導体12のうち、インデックスnの最も大きい2本の送信導体12を隣り合う他の送信ブロック403と共有する構成となっている。具体的には、この図53に示すように、各送信ブロック403を構成する送信導体Y〜Yn+5のうち、インデックスが最も大きい2本の送信導体Yn+4及びYn+5を隣り合う送信ブロックと共有する。
各スイッチ群402aは、3つのスイッチ402a,402a及び402aから構成される。各スイッチ群402aの出力側の6つの端子402bは、それぞれ対応する送信導体Y〜Yn+5に接続される。また、この3つのスイッチ402a,402a及び402aのうち、スイッチ402a及び402aの入力端子402cは各拡散符号C〜C16を供給する拡散符号生成回路24(図1及び図4参照)に接続され、スイッチ402aの入力端子402cは、符号反転器401を介して各拡散符号C〜C16を供給する拡散符号生成回路24に接続される。
そして、この図53に示すように、例えば、拡散符号C及びこの拡散符号Cの反転符号[C(反転)]が供給されるスイッチ群402aは、拡散符号Cを送信導体Y及びYn+2に供給すると共に、反転符号[C(反転)]を送信導体Yn+1に供給する。そして、この拡散符号C及び反転符号[C(反転)]を所定時間だけ供給した後、拡散符号生成回路24に接続される送信導体12を切り替えて、拡散符号Cを送信導体Yn+1及びYn+3に供給すると共に、反転符号[C(反転)]を送信導体Yn+2に供給する。以降、経時的に各拡散符号生成回路24に接続される送信導体を切り替えていき、拡散符号Cを送信導体Yn+5及びYn+3に供給し、反転符号[C(反転)]をYn+4に供給した後は、再び拡散符号Cを送信導体Y及びYn+2に供給すると共に、反転符号[C(反転)]を送信導体Yn+1に供給し、以降、上記動作を繰り返す。以上のようにして、拡散符号供給回路21から供給された拡散符号C及びその反転符号[C(反転)]を送信導体群11を構成する全ての送信導体12に供給する。
次に、変形例19における受信導体選択回路813の詳細について、図1、図52及び図54を参照して説明する。この図54に示すように、この変形例19における受信部320は、受信導体選択回路813と、増幅回路32と、A/D変換回路33と、相関値算出回路34と、位置算出回路35とから構成される。
受信導体群13は43個の検出ブロック336に区分される。この検出ブロック336は隣り合う(インデックスmが連続する)3本の受信導体X〜Xm+2から構成される。この各検出ブロック336を構成する受信導体X〜Xm+2は、隣り合う他の検出ブロック336と共用される。具体的には、この変形例19においては、受信導体群13は、検出ブロック{X〜X}、{X〜X}、…、{X127〜X129}及び{X128〜X130}に分割される。
受信導体選択回路813は、3つのスイッチからなるスイッチ群815を備える。このスイッチ群815の入力端子815aは、それぞれ対応する受信導体14に接続される。また、スイッチ群815のそれぞれの出力端子815bは、I/V変換回路32aの入力端子に接続される。そして、このスイッチ群815は、所定時間間隔で、I/V変換回路32aに接続される検出ブロック336を順次切り替える。具体的には、最初に検出ブロック{X〜X}と後段のI/V変換回路32aとが接続されていたとすると、次の所定時間間隔で検出ブロック{X〜X}とI/V変換回路32aとを切り替え接続する。以降、受信導体選択回路813は、所定時間間隔で検出ブロック336を切り替えていき、最後に、検出ブロック{X128〜X130}とI/V変換回路32aとを接続した後は、再度、最初の検出ブロック{X〜X}とI/V変換回路32aとを接続し、以降、上記動作を繰り返す。そして、各受信導体14からの出力信号は、I/V変換回路32aにおいて電圧信号に変換されて差動増幅器405に入力される。
増幅回路32は、3つのI/V変換回路32aと、差動増幅器405とから構成される。各I/V変換回路32aの出力端子は、それぞれ差動増幅器405の各入力端子に接続される。ここで、各I/V変換回路32aは、インデックスmが最も小さい受信導体Xに接続されるI/V変換回路32aと、インデックスmが最も大きい受信導体Xm+2に接続されるI/V変換回路32aとが、差動増幅器405の極性が「+」の入力端子に、残余のI/V変換回路32aが差動増幅器405の極性が「−」の入力端子にそれぞれ接続される。
差動増幅器405は、3入力1出力の差動増幅器である。この差動増幅器405の3つの入力端子は、受信導体選択回路813により選択される3本の受信導体X〜Xm+2のうち、インデックスmが最も小さい受信導体X及びインデックスmが最も大きい受信導体Xm+1が接続される入力端子の極性が「+」に、残余の1本の受信導体Xm+1が接続される入力端子の極性が「−」にそれぞれ設定されている。そして、この差動増幅器405には、その「−」端子から入力される信号を「+」端子から入力される信号よりも2倍の増幅を行う差動増幅器が用いられる。この変形例19の差動増幅器405には、「−」端子に接続される受信導体14の本数が1本であるのに対して、「+」端子に接続される受信導体14の本数が2本なので、差動増幅する信号のレベルが同一になる(差動増幅後の出力信号のレベルが0になる)ようにするためである。そして、差動増幅器405は、受信導体14からの出力信号を差動増幅して後段のA/D変換回路33に出力する。なお、図54においては、図面の煩雑さを避けるために、複数のI/V変換回路32a及びスイッチ群815を省略して記載している。また、受信部320の他の構成は、第2の実施の形態(図20参照)と同一の構成となるので、同一の構成についてはその説明を省略する。
受信導体選択回路813は、変形例4(図31参照)及び変形例16(図49参照)と同様の選択切替を行う。具体的には、まず、この受信導体選択回路813のスイッチ群815は、最小インデックスの受信導体X〜Xから順に、受信導体X及びXm+2と差動増幅器405の「+」端子とを接続すると共に、受信導体Xm+1と「−」端子とを接続する(図54の状態)。すなわち、差動増幅器405の2つの「+」端子のそれぞれと受信導体X及びXとを、「−」端子と受信導体Xとを接続する。次いで、所定時間が経過すると、受信導体選択回路813のスイッチ群815は、増幅回路405に接続される受信導体14をインデックスmが増加する方向に位置する受信導体、すなわち、受信導体X及びXと差動増幅器405の「+」端子とを接続すると共に、受信導体Xと差動増幅器405の「−」端子とを接続する。そして、この切り替え後、スイッチ群815に接続された受信導体X〜Xから新たな出力信号を得る。以降、受信導体選択回路813のスイッチ群815は、所定時間間隔で順次、差動増幅器405に接続される受信導体14を切り替え、最後に接続される3本の受信導体である受信導体X128〜X130を差動増幅器405に接続した後は、再度、最初の状態、すなわち、この図54に示す状態に戻り、以降、上記動作を繰り返す。
そして、差動増幅器405は、上記切り替え毎に、入力された受信導体Xからの出力信号を差動増幅して、後段のA/D変換回路33に出力する(図1参照)。その後、A/D変換回路33においてデジタル変換された出力信号は、相関値算出回路34において相関演算され、この相関演算の結果である相関値を相関値記憶回路34dに記憶する(図8参照)。
この変形例19のように出力信号の検出形態を「+−+」とすると、差動増幅器405の3つの入力端子の極性の配置は、中央の入力端子の極性に対して左右対称となっているので、変形例17と同様に、図50(b)に示すような位置検出の際の積分処理を行ったと同様の結果を得ることができる。従って、この変形例19においても、変形例17と同様な効果を得ることができる。すなわち、積分回路を設ける必要がないので、積分処理を行った場合に起こり得るノイズの蓄積が無くなる。また、差動信号処理を行っているためにノイズ耐性をより向上させることができる。
また、この変形例19では、変形例14及び17と同様に、同一の拡散符号Cが供給される送信導体12の本数と同数の受信導体14からの出力信号を増幅する構成にしたので、センサ部100上における最小の検出エリアでは等方的な感度分布を得ることができる。この場合、例えば対向面が円形状の指示体がセンサ部上に配置されても、その指示体の対向面を円形状で検出することができる。
[変形例20]
上記変形例19では、拡散符号の供給パターン及び受信パターンを「+−+」としたが、「−+−」としてもよい。以下、この受信パターンを「−+−」に設定した場合について説明する。
この変形例20の概略構成を図55に従って説明する。この変形例20と上述の変形例19(図52参照)とを比較すると、拡散符号供給回路21と送信導体選択回路402との間に拡散符号供給回路21から供給された拡散符号Cを符号反転して反転符号[C(反転)]を出力する符号反転器406が2つ設けられている点、送信導体選択回路402により選択される3本の送信導体Y〜Yn+2のうち、両端に位置する送信導体Y及びYn+2に反転符号[C(反転)]が供給されるように構成されている点、及び3入力1出力の差動増幅器407の3つの入力端子が受信導体選択回路813により選択される3本の受信導体X〜Xm+2のうち、インデックスmが小さい受信導体X及びインデックスmが最も大きい受信導体 m+2 が接続される入力端子の極性が「−」に、残余の1本の受信導体Xm+1が接続される入力端子の極性が「+」にそれぞれ設定されている点である。これら以外の構成は上記変形例19と同一の構成となるので、同一の構成についてはその説明を省略する。
この変形例20も、変形例19と同様に、差動増幅器407の3つの入力端子の極性の配置は、中央の入力端子の極性に対して左右対称となるので、図50(b)に示すような位置検出の際の積分処理を行ったと同様の結果を得ることができる。従って、この変形例20においても、変形例17及び19と同様な効果を得ることができる。すなわち、積分処理を行う必要がないので、積分処理を行った場合に起こり得るノイズの蓄積が無くなる。また、差動信号処理を行っているためにノイズ耐性をより向上させることができる。
<8.第8の実施の形態:ホバーリング検出>
ところで、本発明が適用される指示体検出装置は、液晶表示装置に搭載する場合の他、例えば、既存の電磁誘導方式を採用した位置検出装置のように、液晶表示装置とは別体に指示体検出装置単独で構成される場合が考えられる。既存の指示体検出装置を搭載した液晶表示装置は、指示体検出装置の検出エリアと液晶表示装置の表示エリアとを重ねて形成するのが一般的なので、使用者が指示や選択をしようとしている対象(例えば、アイコンやツールバー等)が表示されている位置を指などの指示体で指示すれば所望の位置を指示することができる。
指示体検出装置と液晶表示装置とを別体で形成した場合、例えば、既存のパーソナルコンピュータの入力デバイスであるタッチパッドや電磁誘導方式のデジタイザの場合、これらの入力デバイス上で指示した位置と液晶表示装置上の位置との関連性が直感的に掴みづらい。そこで、これらの既存の入力デバイスにおいては、指示体が近接している状態(指示体と入力デバイスの検出部とが直接、接触していない状態。以下、ホバーリング状態と称す)も検出することで、使用者が指示しようとしている入力デバイス上の位置が液晶表示装置上のどの位置に対応しているかを視認できるようにして、使用者の利便に供している。
ところが、指示体がホバーリング状態にある場合、すなわち、指示体がセンサ部100の表面(図13における第2の基板)から少し浮いている状態においては、検出感度が低いので、ノイズの影響も大きく受けるので、ホバーリング状態時の位置検出を確実に行うことが困難になる。
[変形例21]
変形例21では、指示体がホバーリング状態にあるか否かをより精度良くすることのできる識別手法について、図56〜58を参照して説明する。ここで、図56は、指(指示体)19がセンサ部100上にタッチされている状態、及びこの状態において得られる検出信号(相関値)のレベル曲線を示す図、図57は、指19がセンサ部100上に浮いている状態(ホバーリング状態)、及びこの状態において得られる検出信号のレベル曲線を示す図、図58は、図57に示す状態におけるクロスポイント付近の領域で、ある時刻に得られた検出信号(相関値)のレベル値の分布をマッピングした図である。以下、この指19のタッチしている状態とタッチしていない状態(ホバーリング状態)とを対比して説明する。
まず、指19がセンサ部100の表面にタッチしている状態(図56(a)参照)においては、第1の実施の形態(図13参照)で説明したように、送信導体12から出た電界の一部が指19に収束し、送信導体12から受信導体14へ流れる電流の一部が指19を介してグラウンドに分流する。その結果、受信導体14に流入する電流が減少するので、レベル曲線420は指19がタッチしていない領域と比べて、タッチしている領域420aで急峻に信号レベルが高くなり、この領域において信号レベルのピーク420aを得る(図56(b)参照)。
これに対し、指19がセンサ部100の表面にタッチしていない状態(ホバーリング状態。図57(a)参照)においても、送信導体12から出た電界のごく一部が指19に収束するので、送信導体12から受信導体14へ流れる電流のごく一部が指19を介してグラウンドに分流する。その結果、受信導体14に流入する電流も若干減少するので、レベル曲線421は指19がもっともセンサ部10の表面に近接している領域で信号レベルが高くなると共にそのピーク421aが得られる。しかしながら、そのピーク421aは、指19がセンサ部100上にタッチしているときのピーク420aに比べてその値は小さくなり、レベル曲線421はブロード化する(図57(b))。
この変形例21におけるホバーリング状態の識別手法では、レベル曲線のエッジの傾きとピーク値とから両者の比を求め、この比と所定の閾値とを比較することで、指示体19がホバーリング状態であるか否かを識別する。
指19が近接するクロスポイント付近の領域で、ある時刻に得られた検出信号(相関値)のレベル値の分布をマッピングすると、例えば、図58に示すような分布となる。なお、この図58には、3×3のクロスポイントで得られたレベル値を示しており、そのレベル値は正規化されている。そして、このピーク値とエッジの傾きの比を算出し、この算出された比と所定の閾値(例えば、0.7)とを比較する。
この図58に示す例においては、中央のクロスポイントでレベルの最大値「100」が得られ、その左右上下に位置するクロスポイントでレベル値「50」が得られている。検出信号(相関値)のレベル曲線421におけるエッジの傾きは、ピーク値(図57(b)中の黒矢印の長さ。図58の中央グリッド)と、そのピーク値が得られたクロスポイントに隣接する他のクロスポイントにおけるレベル値との差を求めることで得ることができる。例えば、この図57の場合には、レベル曲線のピーク値は図58の中央グリッドの「100」なので、エッジの傾きは100−50=50となる。従って、レベル曲線のエッジの傾きとピーク値との比は、(エッジの傾き/ピーク値)=(50/100)=0.5となる。従って、この図58に示す例においては、指示体19はホバーリング状態にある、と判別される。また、このレベル曲線421のエッジの傾きとピーク値との比が所定の閾値よりも大きい場合(例えば、この値が0.9の場合)には、指示体19はセンサ部100の表面に接触状態である、と識別される。
ここで、上記図58に示す例においては、ホバーリング状態の有無の識別に用いる所定の閾値を1つ設けた場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、この所定の閾値よりも値の小さい第2の閾値を設け、レベル曲線のエッジの傾きとピーク値との比をこの第2の閾値とも比較することにより、ホバーリング状態の程度(センサ部と指示体との距離等)をより詳細に識別することも可能である。
なお、上記識別手法は、特に図示をして説明はしないが、例えば、受信部300(図1参照)に設けられた位置検出回路35において上記演算を行っても良いし、外部のコンピュータにおいて演算するようにしても良い。
ところで、上記変形例21では、検出信号のレベル曲線(レベル値のマッピングデータ)に基づいて直接ホバーリング状態の識別を行う場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されない。検出信号のレベル曲線を非線形処理し、非線形処理後の特性に基づいてホバーリング状態を識別してもよい。
ここで、検出信号(相関値)のレベル曲線に対して、非線形処理として対数変換を行う場合を例示して説明する。非線形処理を行わない場合、指示体19がセンサ部100の表面にタッチすることにより得られた検出信号のレベルは、指示体19とセンサ部100とが接触する部分では極端に大きく、指示体19がセンサ部100の表面から浮いているところでは極端に小さくなる。それゆえ、指示体19がセンサ部100から僅かに浮いている状態を含めた認識処理を行おうとする場合、検出信号のレベルが上記2つの場合で極端に違うので正確な認識が困難である。
そこで、検出信号(相関値)のレベル曲線に対して、所定の信号変換処理、例えば対数変換を行うと、検出信号中の小さいレベルの信号部分を浮き立たせ、レベルの大きい信号部分を抑えることができる。すなわち、対数変換後のレベル曲線においては、ピーク部の形状がブロード化し、その最大値が抑制される。この場合、指示体19の接触状態と非接触状態との境界付近のレベル値の変化が連続的となり、指示体19がセンサ部100から僅かに浮いている状態であっても容易にホバーリング状態を認識することができ、認識特性を向上させることができる。
[変形例22]
次に、指示体がホバーリング状態にある場合においても、指示体の位置検出を確実に行うことのできる構成例について、図59及び図60を参照して説明する。
ここで、図59は、指示体19がセンサ部100(図1参照)の近くにある場合における最小検出エリアSの拡散符号Cの供給形態及び出力信号の検出形態の関係を示す概念図、図60は、指示体19がセンサ部100から比較的遠くに位置する場合における最小検出エリアSの拡散符号Cの供給形態及び出力信号の検出形態の関係を示す概念図である。
まず、送信導体12及び受信導体14の選択本数の切り替え動作について概略を説明する。この選択本数の切り替えは、例えば、上記変形例21において説明した、指示体19がホバーリング状態にあるか否かの判定に基づいて行う。すなわち、ある時刻に得られた検出信号(相関値)のレベル値に基づくレベル曲線のエッジの傾きとピーク値との比を求め、この比と所定の閾値とを比較して、ホバーリング状態にあるか否かを判定する。そして、ホバーリング状態にある、と判定されたときには、送信導体選択回路及び受信導体選択回路(図1等参照)により複数の送信導体12及び受信導体14が選択されるように制御する。上述したように、ホバーリング状態の判定は、例えば、位置検出回路35(図1,図39参照)にて行い、ホバーリング状態であると判定されたときには、位置検出回路35から制御回路40(図1参照)に対し、所定の信号を出力するようにする。そして、制御回路40は、この位置検出回路35から所定の信号が入力されたときに送信導体選択回路22及び受信導体選択回路231を制御して、複数の送信導体12に所定の拡散符号Cが供給されるようにすると共に、複数の受信導体14からの出力信号に基づいて相関値を求めるようにする。
次に、上記切り替え動作の詳細について説明する。以下の説明においては、その原理を容易に理解できるように、拡散符号Cが任意の複数の送信導体Yに供給可能とし、受信部300の増幅回路32には、極性が「+」の複数の入力端子を有する増幅器432が用いられ、この増幅器432により任意の受信導体Xの出力信号を検出する場合を例示して説明する。
まず、指示体19がセンサ部100の表面にタッチしているときは、拡散符号Cは、2本の送信導体Yn+1及びYn+2に供給され、受信部300の増幅回路32に設けられた増幅器410は、2本の受信導体Xm+1及びXm+2からの出力信号を増幅して出力する(図59の状態)。
次いで、指等の指示体19がセンサ部100の表面から離れると、検出信号(相関値)のレベル値に基づくレベル曲線のエッジの傾きとピーク値との比は、所定の閾値よりも小さくなるので、ホバーリング状態と判定される。すると、制御回路40は、位置検出回路35からの所定の信号に基づいて送信導体選択回路22及び受信導体選択回路231(図39参照)を制御して、拡散符号Cが4本の送信導体Y〜Yn+3に供給されるように拡散符号供給回路21と送信導体群11とを接続する。同様に、制御回路40は、受信導体選択回路231を制御して、増幅回路32に設けられた増幅器532の各入力端子には4本の受信導体X〜Xm+3が接続される。すると、検出エリアは、指示体19がセンサ部100の表面にタッチしている状態における検出エリアS1(図59参照)から、より検出可能な範囲の広い検出エリアS2(図60参照)に切り替わる。
なお、この際、送信部200における拡散符号Cの供給形態及び受信部310における信号の検出形態は、例えば「++」または「+−」とすることもできる。
上述のように、この変形例22では、指示体19がホバーリング状態にあると判断された場合には、送信導体12及び受信導体14の本数を増やすように制御して、同一の拡散符号Cが供給される送信導体12及び増幅器に同時に接続される受信導体の本数を増やすことで検出感度を上げることで、ホバーリング状態の指示体19の位置検出をより確実に行うことができる。
なお、この変形例22においては、選択される送信導体及び受信導体の本数を指示体の検出状況に応じて2本又は4本に増減する場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、選択される送信導体12及び受信導体14の本数は任意に設定することができる。例えば、検出信号のピーク値に対する複数の閾値を予め設定しておき、ピーク値とこの閾値とを比較して、ピーク値が閾値よりも小さくなるに伴って、選択される本数を徐々に増やすように設定してもよい。また、選択される送信導体12及び受信導体14の本数は同数でなくても良い。さらに、選択される送信導体及び受信導体の本数の増減は、送信導体12及び受信導体14のいずれも行う必要はなく、いずれか一方のみを増減するようにしても良い。
ところで、指示体検出装置は、例えば、指等の指示体を即座に検出可能にするために、指示体が接触していない状態においても、指示体を検出すべく、センサ部上の全クロスポイントに渡って随時、電流変化の検出処理(スキャン)を行っている(図18参照。以下、このすべての送信導体及び受信導体を用いて検出動作を行うことをオールスキャンという)。このオールスキャンは、指示体を即座に且つ確実に検出できるように、高い検出感度と高速化とが望まれる。
しかしながら、1本毎もしくは少数本毎の送信導体及び受信導体に対して、オールスキャンを行ったのではスキャンすべきポイントが多くなりオールスキャンが完了するまでの時間が長くなる。
[変形例23]
以下、このオールスキャンをより高感度且つ高速に行うための方法について説明する。まず、センサ部から出力信号が検出されないときは、一度の検出処理(最小検出エリア)に使用する送信導体及び受信導体の本数を増やすことで、検出エリアを大きくする。
なお、選択する導体の本数は、センサ部のサイズや必要とする感度、所望の検出速度等に応じて任意に設定することができる。
なお、本数を増減する導体は、送信導体及び受信導体の両方であってもよいし、いずれか一方であってもよい。なお、送信導体及び受信導体の両方の本数を増減する場合、両者の本数が異なっていてもよい。また、本発明では、実際に信号検出する有効面積(検出エリア)が増減する方法であれば種々の方法が適用可能である。
なお、検出信号の有無のみならず、当該検出信号のレベルに基づいて、使用する送信導体及び受信導体の本数を変更してもよい。例えば、検出信号のレベルが予め設定した所定の閾値より大きいときは本数を減少させ、当該検出信号のレベルが所定の閾値より小さいときは本数を増大させる。閾値は1つだけでなく、2つ以上設定してもよい。検出信号のレベルを検出する方法としては、変形例21(図56〜図58)で説明した手法を用いることができる。
この変形例23では、センサ部から検出信号が得られないときは、指示体の検出に用いる送信導体及び受信導体の本数を増やすことで検出エリアを広げることで、高感度で且つ高速にオールスキャンを実現することができる。
[変形例24]
ところで、第1の実施の形態においては、受信導体14を検出面(第2の基板17側)に近接して設けたセンサ部100を例示した(図2参照)。この第1の実施の形態に示したセンサ部100は、送信導体12が受信導体14よりも指示体19から遠い位置に配置されるので、送信導体12から出た電界は、受信導体14へ収束する電界よりも広がって指示体19に収束する(図12(b)参照)。このため、指示体19には、実際に指示体19が置かれた位置よりも受信導体14の延伸方向の外側に位置する送信導体12からの電界も収束してしまう。
以下、この現象について、図61を参照して説明する。なお、以下の説明においては、この現象を容易に理解できるように、送信導体選択回路及び受信導体選択回路がそれぞれ5本の送信導体Y〜Yn+4及び受信導体X〜Xm+4を同時に選択して指示体19を検出している場合を例示して説明する。
この図61に示すように、送信導体選択回路は、選択された5本の送信導体Y〜Yn+4のうち、インデックスnが小さい送信導体Y及びYn+1には拡散符号供給回路21から供給された拡散符号Cが供給される。また、インデックスnが大きい送信導体Yn+3及びYn+4には、反転符号器431を介して拡散符号Cを符号反転した反転符号[C(反転)]が供給され、中央に位置する送信導体Yn+2はグラウンドに接続される。
同様に、受信導体選択回路は、選択された受信導体X〜Xm+4のうち、インデックスmが大きい2本の受信導体Xm+3及びXm+4は、差動増幅器430の極性が「+」の入力端子に、インデックスmが小さい2本の受信導体X及びXm+1は差動増幅器430の極性が「−」の端子にそれぞれ接続され、中央に位置する受信導体Xm+2をグラウンドに接続する。なお、他の構成は変形例12(図40)と同一であり、同一の構成については図示及び説明を省略する。
そして、例えば、略円形状(図61中の実線)の指示体19が置かれているとすると、指示体19が置かれている送信導体Y〜Yn+4に隣接する(受信導体14が延伸する方向の外側に位置する)送信導体Yn−1及びYn+5から出た電界が指示体19に吸収されて、同図中の点線で示すように検出されてしまう。特に、送信導体12と指示体19との間の距離がより離れている場合、例えば、送信導体12と受信導体14との間に介在されたスペーサ16が厚い場合や、ホバーリング状態の指示体19を検出する場合に顕著となる。
そこで、この変形例24では、上記問題を解消するために、センサ部100の検出面からより遠い位置に配置された送信導体群11側の検出幅を狭くし、検出面に近い受信導体群13側の検出幅は広くする構成にして、検出面において、送信部により供給される送信信号のレベル曲線の広がり(検出幅)と、受信部に入力される受信信号のレベル曲線の広がりとの間に差が生じないようにする。
[変形例25]
図62は、この変形例25における送信部の拡散符号の供給形態と、受信部の信号の検出形態との関係を示す図である。以下、この変形例25について、図39及び図62を参照して説明する。ここで、図62は、送信導体選択回路により選択される送信導体12を5本から3本に減らした場合を示しており、他の構成は図61と同一となる。
この変形例25は、例えば、変形例12(図40参照)に示すように、受信導体選択回路231は、例えば、隣り合う任意の5本の受信導体X〜Xm+4のうち、両端に位置する受信導体X,Xm+1及びXm+3,Xm+4を差動増幅器のいずれかの入力端子に接続する。なお、この変形例25においても、受信導体選択回路231により選択された受信導体X,Xm+1からの出力信号は、I/V変換回路31aにおいて電圧信号に変換されて差動増幅器430の各入力端子に供給されるが、図39に示した変形例10と同一の構成となるので、図面の煩雑さを回避するために受信導体選択回路231及びI/V変換回路231aの記載を省略する。
一方、送信導体選択回路22は、隣り合う任意の3本の送信導体Yn+1〜Yn+3を選択し、この3本の送信導体のうち、インデックスmが最も小さい送信導体Yに拡散符号を、インデックスmが最も大きい送信導体Yn+3に反転符号を供給すると共に、中央に位置する送信導体Yn+2をグラウンドに接続する。
このように、送信導体選択回路22により選択される送信導体Yの数を受信導体選択回路231により選択される受信導体Xの本数よりも少なくすることで、検出面における送信部200により供給される送信信号のレベル曲線の広がりと、受信部310に入力される受信信号のレベル曲線の広がりとをほぼ同じにすることができる。すなわち、送信部200及び受信部310によるレベル曲線の広がりのアパーチャ比(縦横比)を1に近づけることができる。その結果、センサ部100上に対向面が円形状の指示体が配置された場合にも、図61中の破線で示すように、指示体を楕円状でなく円形状に検出することができる。
なお、この変形例25では、選択される送信導体及び受信導体の本数を変えて、アパーチャ比を1にする場合を例示して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、送信導体及び受信導体の形状(幅など)、その配置パターン(円形状や亀の子状など)、各導体間のピッチを変更することでアパーチャ比(縦横比)を調整してもよい。また、図61では、受信部の増幅回路に差動増幅器を用いた場合を例示したが、シングル入力の増幅器を用いてもよい。
[変形例26]
ところで、第1の実施の形態の指示体検出装置1は、安定して相関演算を行えるように、I/V変換回路32aから出力された受信信号は、その信号レベルを図示しない増幅器において所定の信号レベルに増幅された後、A/D変換回路33においてデジタル信号に変換されて相関値算出回路34に入力される(図1他参照)。ノイズが受信信号よりも大きい場合、ノイズが混在した受信信号の信号レベルを一義的に増幅してしまうと、ノイズも増幅されてしまい、A/Dコンバータがクリップしてしまい、受信信号を適切に検出することができなくなってしまう、という問題がある。
しかしながら、受信信号の信号レベルを増幅しないと、例えば、上記変形例23のように、ホバーリング状態にある指示体を検出するときには受信信号の変化レベルがごく小さくなり、指示体を検出できない、という問題が発生する。
以下、変形例26について、図63及び図64を参照して説明する。この図63は、この変形例26における受信部330の概略ブロック構成図、図64は後述する利得値設定回路を構成する絶対値検波回路の回路構成図である。ここで、この変形例26に示す受信部330と、第1の実施の形態(図1、図6及び図8等を参照)における受信部300とを比較すると、その相違点は、増幅回路32のI/V変換回路32aとA/D変換回路33との間に設けられた図示しない増幅器の代わりに利得調整回路481が設けられている点、及び利得値設定回路482が設けられている点である。他の構成については図1に示す第1の実施の形態における受信部300と同一の構成となるので、同一の構成については同一の番号を付してその説明は省略する。
利得調整回路481は、入力された信号の信号レベルを適宜所定の信号レベルに増幅又は減少させるための回路である。この利得調整回路481は、増幅回路32のI/V変換回路32aとA/D変換回路33との間に設けられ、後述する利得値設定回路482からの制御信号に基づいて所定の信号レベルの変更をおこなう。この際、利得調整回路481のエネルギー成分の信号強度には、検出すべき信号(拡散符号)成分だけでなくノイズ等も含まれるので、利得制御回路482は、信号検出回路31で検出する信号全体のエネルギー成分の信号強度に基づいて受信利得値を設定する。
利得値設定回路482は、A/D変換回路33においてデジタル信号に変換された出力信号に基づいて利得調整回路481を制御するための回路である。この利得値設定回路482は、絶対値検波回路483と、自動利得設定回路484とを備える。
絶対値検波回路483は、A/D変換回路33から出力される出力信号のエネルギー成分の信号強度を検出する。なお、A/D変換回路33から出力される信号には、検出すべき信号(拡散符号)成分だけでなくノイズ等の不要な信号成分も含まれるので、絶対値検波回路483では、ノイズ等の不要な信号成分を含む検出信号全体のエネルギー成分の信号強度が検出される。
自動利得制御回路484は、絶対値検波回路483において検出された信号強度に基づいて、利得調整回路481の利得を制御する回路である。この自動利得制御回路484は、絶対値検波回路483と利得調整回路481とに接続され、利得調整回路481に対して制御信号を出力する。
次に、絶対値検波回路483の構成について図64を参照して説明する。この絶対値検波回路483は、積算器483aと、この積算器483aの出力端子に接続された積分器483bとを備える。
積算器483aは、A/D変換回路33の出力信号を2乗演算し、演算後の出力信号を積分器483bに出力する。なお、積算器483aの2つの入力端子には、A/D変換回路33(図63参照)の出力信号が分岐して入力され、互いの信号を乗算する。また、積分器483bは、積算器483aの出力信号を時間的に積分し、その積分信号を自動利得制御回路481(図63参照)に制御信号として出力する。
上述のように、この変形例26の受信利得値の設定においては、検出すべき信号(拡散符号)成分だけでなくノイズ等も含まれる信号のエネルギー成分の信号強度を検出し、その信号強度に基づいて受信利得値を設定する。この場合、利得調整回路481に入力される出力信号にノイズ等が重畳されていても、適切に受信利得値を設定することができる。
なお、絶対値検波は、検出すべき信号成分及びノイズを含む信号のレベルを検出できれば任意の方法を用いることができる。例えば、上述した手法以外では、出力信号のレベルの絶対値を積分する手法等を用いることができる。また、絶対値検波処理には、A/D変換後のデジタル信号処理及びA/D変換前のアナログ信号処理のいずれを用いてもよい。
[変形例27]
ところで、上述したように、本発明の指示体検出装置は、検出対象である指等の指示体を複数同時に検出可能にしている。そのため、本発明の指示体検出装置は、例えば、複数の使用者が同時に使用したり、一人の使用者が両手で操作したりする場合が想定される。その結果、センサ部は、複数の指示体で使用可能にするため、大型化されることが想定される。
上記実施の形態及び各種変形例においては、拡散符号Cが送信導体12の一方の端部から供給される構成例を説明した。しかしながら、センサ部を大型化すると、拡散符号Cの伝送路である送信導体12及び出力信号の伝送路である受信導体14は、センサ部の大型化に伴って長くなるから、拡散符号Cの伝送路の浮遊容量による出力信号のレベル低下や検出信号の位相遅れ等の問題が生じる。この問題を、図65(a)及び(b)を参照しながらより具体的に説明する。
ここで、図65(a)は、任意の送信導体Yに拡散符号Cを供給する際の様子を示す図であり、図65(b)は、送信導体Yに拡散符号Cを供給した際に、各受信導体14で得られる検出信号の信号レベルとの比の変化を示す図である。なお、図65(b)では、横軸に受信導体14の位置をとり、縦軸には検出信号のレベルと位相をとる。また、図65(b)では、説明を簡略化するため、受信導体X、Xm+2、Xm+4、Xm+6及びXm+8の5本の受信導体14からの検出信号における変化を示す。
図65(a)に示すように、送信導体Yの一方の端部(図65(a)の例では送信導体12の右端)から供給信号である拡散符号Cを供給すると、伝送路である送信導体Yの浮遊容量の影響により、拡散符号Cの供給側から離れるほど、すなわち、供給側に近い受信導体Xm+8から遠い受信導体Xに向かうほど、受信導体14からの出力信号の信号レベルは低下する。同様に、出力信号の位相遅れも、拡散符号Cの供給側から離れるほど大きくなる。
その結果、図65(b)に示すように、受信導体Xm+8から受信導体Xに向かって出力信号の信号レベルと位相はいずれも低下する。このように、拡散符号Cの供給側に近い受信導体Xm+8と遠い受信導体Xとの間で発生する出力信号の信号レベル差や位相差は、位置検出時の相関値が適切に取れなくなり、検出感度の低下に繋がる。特に、送信導体12及び受信導体14にITO膜を用いたセンサ部は、それらの導体の抵抗値が高く、出力信号の信号レベルの低下や位相遅れが顕著に表れる。
そこで、この変形例27では、上述した問題を解消することのできる拡散符号の供給方法について、図66を参照して説明する。ここで、図66(a)及び(b)は、この変形例26における拡散符号Cの供給形態及び出力信号のレベルと位相の変化特性をそれぞれ示す図である。
この変形例27と上記した実施例及び変形例との相違点は、図66(a)に示すように、一の送信導体Yの両端から同時に同一の拡散符号Cを供給する点である。この供給形態を実現するためには、例えば第1の実施の形態の構成では、拡散符号供給回路21(図1参照)の各出力端子を送信導体Yの両端に接続する。
このように、送信導体Yの両端から同一の拡散符号Cを同時に供給すると、送信導体Yの一方の端部からのみ拡散符号Cを供給した場合と比べて、拡散符号Cの供給側(送信導体12の両端)から最も遠い位置に存する受信導体14(この図66(a)においては、受信導体Xm+4)までの距離が半分になる。その結果、図66(b)に示すように、出力信号のレベルは、拡散符号Cの供給側(送信導体12の両端)から最も遠い受信導体Xm+4において最も小さくなるが、一方の端部からのみ拡散符号Cを供給した場合に比べて、出力信号の信号レベルを改善することができ、受信導体14間のレベル差や位相差が大幅に減少するとともに、検出感度の低下を抑制することができる。
[変形例28]
変形例28では、本発明の指示体検出装置において、指等の指示体がセンサ部の検出面にタッチした際の押圧力(以下、指示圧という)を検出する好適な手法について説明する。
従来の手法では、指示圧は、センサ部の検出面における指示体との接触面積に基づいて計算される。しかしながら、この手法では、例えば指の細いユーザがセンサ部の検出面を強くタッチしても、その際の接触面積は小さいので、軽いタッチと識別されてしまうという問題が生じる。
そこで、この変形例28では、上述のような問題を解消するために、指示体の位置検出の際に得られる各クロスポイントでの検出信号(相関値)のレベルの空間分布(マッピングデータ)を用いて指示圧を検出する。以下、その手法を、図1、図67及び68を参照しながら具体的に説明する。なお、この指示圧の検出は、受信部300の位置検出回路35(図1参照)で行う。
図67に、指示体がセンサ部の検出面(図2等参照)をタッチした際に相関値記憶回路34d(図8参照)に記憶される信号(相関値)のレベルの空間分布の模式図を示す。図67中の横軸は受信導体14の位置を表し、図面上で手前から奥に向かう方向の軸は送信導体12の位置を表し、そして、図67中の縦軸は検出信号(相関値)のレベルを表す。なお、縦軸のレベルは正規化した値である。また、図67に示す例では、送信導体Yと受信導体Xのクロスポイント上に指示体がタッチしている場合の検出信号のレベルの空間分布を示すとともに、説明を簡略化するために、送信導体Yn−4〜Yn+4と、受信導体Xm−4〜Xm+4とで囲まれるエリアのみのレベルの空間分布を示す。
まず、位置検出回路35は、相関値記憶回路34dに記憶された信号のマッピングデータを読み出し、各クロスポイントにおける出力信号の信号レベルに補間処理などを施すことで各クロスポイント間の信号レベルを補間し、指示体がタッチしたクロスポイント[X,Y]上で頂点(もしくは頂上)となる山形状のレベル曲面490を算出する。なお、図67に示す例では、各クロスポイントにおける出力信号の信号レベルに補間処理等を施してレベル曲面490を生成しているが、クロスポイント毎に求めた相関値に補間処理を施したデータをマッピングデータとして相関値記憶回路34dに保持するとともに、この補間処理されたマッピングデータからレベル曲面490を生成しても良い。
次いで、レベル曲面490を所定のレベル面490a(図67中の斜線領域)で切り取る信号処理を行う。更には、レベル曲面490で囲まれた領域の体積を求める信号処理を行う。なお、ここでは、所定のレベル面490aの面積を指示体の接触面積とする。
ここで、図68を参照しながら、レベル曲面490で囲まれた領域の体積を簡易に求める手法を説明する。まず、レベル曲面490を、送信導体12の延伸方向に沿う方向の平面に分割する(図67の状態)。これにより、図68に示すように、例えば、送信導体Yn−4〜Yn+4の延伸方向に沿って、それぞれ分割平面491〜499が生成される。
次いで、分割平面491〜499の面積Sa〜Saをそれぞれ求める。そして、算出した面積Sa〜Saを加算し、その加算値をレベル曲面490で囲まれた領域の体積の近似値とする。このレベル曲面490で囲まれた領域の体積は、指示圧に対応する値であり、指示圧が大きくなればその体積も増加する。それゆえ、このレベル曲面490で囲まれた領域の体積に基づいて指示圧を求めることができる。この変形例28では、このような信号処理を行うことで指示体の指示圧を求める。
なお、上述のようにして求めたレベル曲面490で囲まれた領域の体積をさらに、接触面積で除算してもよい。この場合、接触領域の単位面積当たりの指示圧に対応する値が求まる。
上述のように、この変形例28では、指示体がセンサ部100の検出面をタッチした際に、位置検出回路において検出信号(相関値)の3次元のレベル曲面を算出し、そのレベル曲面で囲まれる領域の体積を算出して指示圧を特定する。それゆえ、上述した従来の指示圧の検出方法で生じる問題を解消することができ、ユーザのタッチ感にあった指示圧の検出が可能になる。
上述した指示圧の検出方法では、レベル曲面490を複数の平面に分割し、その複数の分割平面の面積の合計値、すなわち積分値をそのレベル曲面490の体積としたが、本発明はこれに限定されない。レベル曲面490の体積をより精度良く算出するために、数値解析的にレベル値を重み加算してもよい。さらに、体積の計算方法は分割した平面の合計値に限られるものではなく、多次元曲面近似(例えば、台形近似や2乗近似等)を適用して体積を計算するようにしてもよい。
ここで、分割平面の面積を重み付け加算する方法において、台形近似を用いてレベル曲面490で囲まれた領域の体積を求める手順を、図69を参照しながら説明する。
図69は、送信導体12の位置と、図68で説明した手法により求めたレベル曲面490の分割平面491〜499の面積Sa〜Saとの関係を示すグラフである。なお、この図69では、横軸に送信導体12の位置をとり、縦軸に分割平面の面積をとる。図69中の曲線495は、面積Sa〜Saのデータ点間をつなぎ合わせたものである。
レベル曲面495で囲まれた領域の体積は、図69中の横軸と、曲線495とにより囲まれる部分の面積に相当する。また、図69の特性において、面積Sa〜Saのデータ点間を直線で繋ぐと、送信導体Yn−2〜Yn+2の間のエリアに4つの台形領域が形成される。台形近似では、図69中の横軸と曲線495とにより囲まれる部分の面積を、図69中の送信導体Yn−2〜Yn+2の間に生成される4つの台形領域の面積の合計値(図68中の斜線部の面積)として近似する。より具体的には、次のようにして体積を求める。
まず、図69中の斜線部の領域を構成するデータ点Sa〜Saに対して台形近似に従い重み値を付与する。例えばデータ点Sa3に重み1、同様にデータ点Sa4に重み2、データ点Sa5に重み2、データ点Sa6に重み2、データ点Sa7に重み1を与える。そして、レベル曲面490の体積Vは、「重み付けした分割平面の面積の合計値」を、「各台形に含まれる重み値の平均値」で割って求められる。すなわち、レベル曲面490の体積Vは、
体積V=(1×Sa3+2×Sa4+2×Sa5+2×Sa6+1×Sa7)/2で与えられる。ここで、「重み値の平均値」(上記式の分母の値)は、「各データ点の重み値の合計」を「台形の数」で除算することにより求められ、この例では(1+2+2+2+1)/4=2となる。
上述した台形近似の方法を用いると、図69中の4つの台形を構成する斜辺と曲線495との誤差は小さいので、台形近似を用いて得られる計算結果(斜線部の面積)と実際のレベル曲面490の体積との誤差が小さくなる。それゆえ、この手法を用いることにより、比較的正確にレベル曲面490の体積を求めることができる。また、このような近似計算を用いてレベル曲面490の体積を求めることにより、位置検出回路35にかかる負荷を軽減することができる。
また、上述した分割平面を重み付け加算する方法において、台形近似の代わりに2乗近似を用いてもよい。この場合、図69中の斜線部領域を構成するデータ点Sa〜Saに対して2乗近似に従い重み値を付与する。例えばデータ点Sa3に重み1、同様にデータ点Sa4に重み4、データ点Sa5に重み2、データ点Sa6に重み4、データ点Sa7に重み1を与える。この場合、レベル曲面490の体積Vは、
体積V=(1×Sa3+4×Sa4+2×Sa5+4×Sa6+1×Sa7)/3で与えられる。ここで、「重み値の平均値」(上記式の分母の値)は、「各データ点の重み値の合計」を「台形の数」で除算することにより求められ、(1+4+2+4+1)/4=3となる。
[変形例29]
ここまで説明した各実施の形態及び変形例では、送信導体12の本数よりも少ない数の拡散符号Cを用い、この複数の拡散符号Cを切り替えて送信導体12に供給する構成としたが、例えば送信導体12の本数と等しい種類の複数の拡散符号Cを用い、それぞれの拡散符号Cと送信導体12とを一対一で対応させることで、拡散符号Cを供給する送信導体12を切り替えない構成としてもよい。
図70は、送信導体の数と同数の拡散符号を用い、それぞれの拡散符号をそれぞれ別の送信導体に供給する場合を例示した図である。従って、この変形例29においては、図20に示す第2の実施の形態と同様に、図1に示した送信導体選択回路22は不要となる。
ここで、この変形例29においては、送信導体12に送信導体12と同数、すなわち64種類の異なる拡散符号Cを供給するため、拡散信号Cのチップ数は第1の実施の形態などで説明した16チップよりも長いチップ数、例えば64チップ以上のチップ数が必要になる。
図71は、この変形例29における相関値算出回路334の構成を示した図である。この変形例29における相関値算出回路334と、第1の実施の形態における相関値算出回路34との相違点は、相関値算出回路334に設けられた信号遅延回路334aを構成するD−フリップフロップ回路の数が64個のD−フリップフロップ回路334a〜334a64から構成されている点、及び相関値を算出するための相関器334b及びこの相関器334bに相関値演算用符号を供給する相関値演算用符号生成回路334cが拡散符号Cと同数、すなわち、64個ずつ設けられている点である。
相関値算出回路334は、その64個の相関器334b,334b,334b,・・・334b64のそれぞれで、図71に示した64個の拡散符号C〜C64と、各拡散符号に対応した相関値演算用符号C1A′〜C64A′とを乗算して、各拡散符号の相関値が個別に算出される。即ち、相関器334bで拡散符号Cと相関演算符号C1A′との乗算により相関値が検出され、相関器334bで拡散符号Cと相関値演算用符号C2A′との乗算により相関値が検出され、以下同様にして、64個の全ての拡散符号C〜C64についての相関値が算出される。算出されたそれぞれの相関値は、相関値記憶回路334dに記憶される。
この図71に示す相関値算出回路334により相関値を算出する場合には、拡散符号Cを供給する送信導体12を切り替える必要ないので、送信部200の構成をより簡素化することができる。
なお、この変形例29においては、送信導体12の本数と同数の拡散符号Cを用いた場合を例示して説明したが、本発明はこの場合に限られない。例えば、変形例13(図41参照)などのように、例えば、隣接した2本の送信導体12に同一の拡散符号Cを供給しても良い。この場合には、送信導体12と同数の拡散符号Cを用いる必要がなく、この場合には、半数(32個)の拡散符号Cを用いることで同様の効果を得ることができる。
[変形例30]
ところで、送信導体と受信導体とのクロスポイントに指示体がタッチしたときの当該クロスポイントに生じる容量値の変化は極めて微小となる。例えば、指示体19がセンサ部100上をタッチしていないときの当該クロスポイントの容量は0.5pFであるのに対し、指示体19がタッチしたときの当該クロスポイントにおける容量値の変化は0.05pF程度となる。
例えば、2nチップ長の符号列が送信導体12に供給された場合における任意の一の受信導体14から得られる出力信号の信号レベルは、各送信導体12に供給された符号列の第mチップ目(m:1以上n以下の自然数)がすべて“1”で供給された場合に最大となる。出力信号の信号レベルは、各クロスポイントの容量値と、当該各クロスポイントに供給されたチップとを乗算して得た値の合算値に比例するからである。したがって、例えば、図17(a)に示す16チップ長のアダマール符号が供給された場合には、受信導体14から得られる出力信号の信号レベルは、当該16チップ長のアダマール符号の先頭チップが受信導体14に供給されたときに最大となる。
一方、指示体19がクロスポイントにタッチしているときに得られる出力信号の信号レベルは、指示体19がクロスポイントにタッチしていないときに得られる出力信号(電流信号)から当該クロスポイントにおいて指示体19を介して分流する電流信号を減じた値となる。上述したように、指示体19がクロスポイントにタッチしたときの当該クロスポイントにおける容量値の変化量は微小なので、電流信号の変化量は微小になる。この微小な電流信号の変化を検出するためには、増幅回路には増幅率の高い増幅器を用いることが必須になる。
ところが、指示体19がタッチしているときに得られる出力信号に適した増幅率を有する増幅器を用いると、当該16チップ長のアダマール符号の先頭チップが受信導体14に供給されたときに得られる出力信号がクリップしてしまう、という新たな問題が発生してしまう。逆に当該16チップ長のアダマール符号の先頭チップが受信導体14に供給されたときに得られる出力信号に適した増幅率を有する増幅器を用いてしまうと、微小な出力信号の変化を検出できない、という問題が発生してしまう。
互いに異なる2nチップ長の符号列をそれぞれ送信導体12に供給する場合、各符号列の第mチップ目がすべて“1”となるときに上記問題が発生するので、この第mチップ目の符号が送信導体12に供給されないようにすれば、出力信号の信号レベルの最大値を低く抑えることができる。具体的には、図17(b)に示す15チップ長のアダマール符号を供給すれば、出力信号の最大値は各送信導体12に供給されたアダマール符号の数(この図17(b)に示すアダマール符号の場合は、「16」)だけ低く抑えることができる。すると、この15チップ長のアダマール符号が送信導体12に供給される場合であって当該受信導体14のいずれのクロスポイント上にも指示体19が置かれていないときに得られる相関値のレベル(以下、この一定の値の出力信号を「基準レベル」と称す)も低く抑えることができる。
しかしながら、この15チップ長のアダマール符号を送信導体12に供給した場合において、指示体19がいずれかのクロスポイント上をタッチすると基準レベルが変動してしまう、という新たな問題が発生する。16チップ長のアダマール符号に比べて1チップ分だけ符号長が短いので、15チップ長のアダマール符号をクロスポイント上に指示体19がタッチすると、このクロスポイントにおいてグラウンドに分流する電流分だけ基準レベルが上昇してしまうからである。したがって、複数のクロスポイントに同時に指示体19がタッチした場合には、基準レベルは、指示体19にタッチされているクロスポイントの数分だけ変動してしまう。
ところで、指示体19がクロスポイントにタッチしているか否かの判定は、例えば、出力信号の信号レベルと所定の閾値とを比較することにより行う(図16参照)。本発明の指示体検出装置は、複数の指示体を同時に検出することが可能であるから、例えば、手のひらをセンサ部100上に載せたり、複数の指示体(例えば、複数の指)が同一の受信導体14上の複数のクロスポイントに同時にタッチしたりすることが想定される。このような場合、受信導体14からの出力信号の基準レベルは大きく変動してしまう。その結果、指示体19がタッチしているクロスポイントにおける相関値のレベルも大きく変動して閾値を超えなくなり、誤判定してしまう場合がある。
以下、上記問題を解決するための変形例30を図72及び図73にしたがって説明する。この変形例30における指示体検出装置3と第1の実施の形態における指示体検出装置(図1参照)とは、拡散符号供給回路21からセンサ部100に供給される拡散符号Cのうち、一の拡散符号を増幅回路332に直接的に供給するために、拡散符号供給回路21と増幅回路332とが接続されている点で相違する。なお、図の煩雑さを避けるために、図73においては、受信導体選択回路31の図示を省略している。また、理解を容易にするために、センサ部100上の送信導体Y〜Yと受信導体X123〜X128とが交差する領域のみを示し、送信導体Y〜Yのそれぞれに拡散符号Cが供給され、受信導体X123〜X128からの出力信号を検出する場合を例示して説明する。さらに、第1の実施形態における指示体検出装置1と同一の構成については同一の番号を付してその説明を省略する。
まず、図72に示すように、拡散符号供給回路21は、送信導体選択回路22、クロック発生回路23、相関値算出回路、制御回路40の他、増幅回路332に接続される。そして、拡散符号供給回路21を構成する複数の拡散符号生成回路24のうち、例えば、任意の一の拡散符号生成回路24が増幅回路332に接続される。この増幅回路332に直接接続された拡散符号生成回路24から出力された拡散符号、例えば拡散符号Cを送信導体12を介さず、直接的に受信部340の増幅回路332に供給することで、この拡散符号Cを相関特性の基準レベルのキャリブレーション信号(参照信号)として用いる。
この変形例30における受信部340について図73にしたがって説明する。増幅回路332は、受信導体14と同数のI/V変換回路332aと、このI/V変換回路332aと同数のコンデンサ332bとから構成される。コンデンサ332bは、拡散符号Cを生成する拡散符号生成回路24(不図示)とI/V変換回路332aとの間に設けられる。したがって、拡散符号Cは、このコンデンサ332bを介して各I/V変換回路332aに供給される。なお、他の拡散符号C〜Cを生成する拡散符号生成回路24は、それぞれ送信導体Y〜Yに接続される。その結果、拡散符号Cは、コンデンサを介して直接的に増幅回路332を構成する各I/V変換回路332aに供給されるようになっている。
拡散符号Cがコンデンサ332bに供給されることで、各I/V変換回路332aには、受信導体14を介して出力された出力信号と、拡散符号Cをコンデンサ332bに供給することで生じる電流信号(キャリブレーション信号)とが合成されて入力される。このキャリブレーション信号と合成された出力信号は、各I/V変換回路332aにおいて電圧信号に変換されるとともに増幅されて出力される。
A/D変換回路333は、増幅回路332を構成するI/V変換回路332aと同数のA/D変換器333aから構成されている。この各A/D変換器333aはそれぞれ対応する各I/V変換回路332aに接続されている。そして、各I/V変換回路332aから出力された電圧信号は、各A/D変換回路333に入力されデジタル信号に変換されて、相関値算出回路35(図72参照)に出力される。
相関値算出回路34は、各拡散符号に対応する相関値演算用符号により相関演算を行う。ここで、拡散符号Cは、送信導体12及び受信導体14を介さずに直接的に受信部340を構成する増幅回路332に入力されているから、拡散符号Cの信号成分には、送信導体12及び受信導体14を介した変動要因がない。その結果、拡散符号Cに対応する相関値演算用符号C′による相関演算の結果、すなわち相関値は、常に安定した一定の値となる。
そして、この変形例30においては、この一定の相関値を基準レベルとして用いる。すなわち、相関値算出回路34は、A/D変換回路332から入力された各デジタル信号に対し、拡散符号Cの相関値演算用符号C′による相関演算を行う。そして、この相関演算により得られた相関値を相関特性の基準レベルとして、例えば、相関値記憶回路34d(図8参照)に記憶する。以降、相関値算出回路34は、上記第1の実施形態と同様に、各拡散符号C〜Cにそれぞれ対応する相関値演算用符号C′〜C′について相関演算を行い、その演算結果である相関値を相関値記憶回路34dに記憶する。
そして、位置算出回路35(図1参照)は、相関値記憶回路34dに記憶された各拡散符号C〜Cについて算出された相関値と、相関特性の基準レベルである相関値と、所定の閾値とに基づいて、センサ部100上を指示体19がタッチしているか否かを判定する。具体的には、位置算出回路35は、各拡散符号C〜Cについて算出された相関値から相関特性の基準レベルの値を減算した値を算出する。そして、位置算出回路35は、この減算した値と所定の閾値とを比較することでセンサ部100上に指示体19が存在するか否かを判定する。
このように、複数の拡散符号のうち、所定の拡散符号を送信導体12及び受信導体14を介さず、直接的に受信部に供給し、その拡散符号を相関特性の基準レベルのキャリブレーション信号(参照信号)に用いることで、基準レベルに変動が生じても、指示体19によるタッチ位置を正確に検出することができる。
[変形例31]
ところで、上記変形例30においては、受信導体からの出力信号とキャリブレーション信号とをA/D変換回路に入力される前、すなわちアナログ信号の段階で合成する場合を例示して説明した。このように、キャリブレーション信号と出力信号とをアナログ信号の段階で合成する場合、コンデンサ332bを設けるのみで実現できるので、回路構成を簡素化できる点で優れる。
しかしながら、このコンデンサ332bは、送信導体12と受信導体14との間に形成されるコンデンサと同程度の容量値に設定する必要がある。上述したように、送信導体12と受信導体14とのクロスポイントに形成されるコンデンサの容量は、約0.5pF程度の非常に小さい容量となるから、実際の回路基板に実装するのが非常に困難である。また、変形例30においては、キャリブレーション信号と受信信号とをアナログ信号の段階で合成するので、誤差が生じやすい、という問題もある。
そこで、この変形例31においては、キャリブレーション信号をA/D変換回路の出力信号、すなわち、デジタル信号に変換された受信信号と合成する場合を説明する。
デジタル信号に変換された受信信号及びキャリブレーション信号を合成する構成例を、図74を参照して説明する。本変形例31においては、A/D変換回路433と相関値算出回路34(図72参照)との間に、A/D変換回路433から出力された各デジタル信号とデジタル信号に変換されたキャリブレーション信号とを合成するための加算器群434と、キャリブレーション信号に用いる拡散符号を直接的に受信部へ供給するためのコンデンサ435と、電流信号を電圧信号へ変換するためのI/V変換回路436と、キャリブレーション信号をデジタル信号に変換するためのA/D変換器437とを備える。他の構成は、上記変形例30(図72参照)と同一の構成となるので、同一の構成には同一の番号を付してその説明は省略する。
拡散符号Cがコンデンサ435に供給されることで、I/V変換回路436には電流信号が入力される。このI/V変換回路436は、入力された電流信号を電圧信号に変換すると共に増幅して出力する。このI/V変換回路436から出力された電圧信号は、A/D変換器437においてデジタル信号に変換されて加算器群434に入力される。
加算器群434は、A/D変換回路433を構成するA/D変換器433aと同数の加算器434aから構成される。各加算器434aは、それぞれ各受信導体14に接続されたA/D変換器433aと相関値算出回路34の入力端子との間に設けられており、各A/D変換器433aから出力された、デジタル信号に変換された出力信号と、A/D変換器436においてデジタル信号に変換されたキャリブレーション信号とが入力されるようになっている。そして、各加算器434aは、デジタル信号に変換された出力信号及びキャリブレーション信号を合成(加算)して出力するようになっている。
そして、各加算器434aによりキャリブレーション信号と合成されたデジタル信号は、相関値算出回路34に入力される。そして、この相関値算出回路34において相関演算が行われる。
この図74に示す構成例においても、図73に示す例と同様にして、基準レベルの調整を行うことができる。この変形例31においては、キャリブレーション信号と受信信号とをデジタル信号で合成することができるので、キャリブレーション信号を供給するために設けられたコンデンサ435に、例えば、8pFのコンデンサを用い、A/D変換器437において、4ビット分のデータを桁落としすることで、アナログ信号で合成する場合よりも高い精度で信号合成を可能にすることができる。
なお、この変形例31においては、基準レベルを調整するためのキャリブレーション信号として、1つの拡散符号を用いる例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、2つ以上の拡散符号をキャリブレーション信号として供給するようにしても良い。
1,2,3…指示体検出装置、11,411…送信導体群、12,412,512,612,712,812…送信導体、13,413…受信導体群、14,414,514,614,714…受信導体、15…第1の基板、16…スペーサ、17…第2の基板、19…指(指示体)、21,221,222…拡散符号供給回路、22,202,382,402…送信導体選択回路、22a,202a,231a,231b…スイッチ、23…クロック発生回路、24…拡散符号生成回路、25,125,383,403…送信ブロック、26…PSK変調回路、27…FSK変調回路、31,131、231,384,404,415,813…受信導体選択回路、31a,131a…スイッチ、32,232,332,333,432…増幅回路、32a,232a,332a,333a…I/V変換回路、32b,232b,532…増幅器、32c,232c…コンデンサ、32d,232d…切替スイッチ、33,433…A/D変換回路、34,134,304,314…相関値算出回路、34a,304a,334a…信号遅延回路、34a〜34a64,304a〜304a63…D−フリップフロップ回路、34b,34b〜34b64,34b,304b〜304b63,334b〜334b64…相関器、34c,34c〜34c64,134c,304c〜304c64,334c〜334c64…相関値演算用符号生成回路、34d,304d,334d…相関値記憶回路、34f〜34f16…乗算器、34g…加算器、35…位置検出回路、36,136,236,336…検出ブロック、40…制御回路、100,400,500,600,700,800…センサ部、126…PSK復調回路、127…FSK復調回路、134e…レジスタ、200,201…送信部、250,350,360,361,386,396,397,405,407,420,430…差動増幅器、300,301,310,320,330,340…受信部、332b…コンデンサ、381,406,431…符号反転器、382a,384a,402a,815…スイッチ群、382a〜382a,402a〜402a…スイッチ、401…符号反転器、433a,437…A/D変換器、434…加算器群、434a…加算器、435…コンデンサ、436…I/V変換回路、481…利得調整回路、482…利得値設定回路、483…絶対値検波回路、483a…積算器、483b…積分器、484…自動利得制御回路、501,601…基板、513…第1保護層、515…第2保護層、516…保護シート、517…第1透明電極膜、518…第2透明電極膜、602…金属層、603…絶縁層、722,822…導体部、723,823…ランド導体部

Claims (11)

  1. 第1の方向に配置された複数の導体と、前記第1の方向に対して交差する第2の方向に配置された複数の導体とからなる導体パターン上に位置する指示体を検出するための指示体検出装置であって、
    互いに符号が異なる複数の符号列を有し、前記導体パターンを構成する前記第1の方向に配置された複数の導体のそれぞれに所定の符号列を供給する符号供給回路と、
    前記符号供給回路から供給される複数の符号列を前記第1の方向に配置された前記複数の導体に選択的に供給する第1の導体選択回路と、
    前記第1の導体選択回路を介して前記第1の方向に配置された前記複数の導体に選択的に供給される複数の符号列のそれぞれに対応した相関値演算用符号を供給する相関値演算用符号供給回路と、
    前記第2の方向に配置されたそれぞれの導体に生じる信号と前記相関値演算用符号とを相関演算する相関演算回路とを備えるとともに、
    前記第1の導体選択回路は、前記第1の方向に配置された複数の導体を各グループが所定数Mの導体(M≧2の整数)からなる複数のグループに区分し、各グループを構成する導体を順次選択して前記符号供給回路からの符号列を供給するように成しており、
    前記相関演算回路によって求められた相関演算結果に基づいて前記導体パターン上に位置する指示体を検出するようにした、
    ことを特徴とする指示体検出装置。
  2. 第1の方向に配置された複数の導体と、前記第1の方向に対して交差する第2の方向に配置された複数の導体とからなる導体パターン上に位置する指示体を検出するための指示体検出装置であって、
    互いに符号が異なる複数の符号列を有し、前記導体パターンを構成する前記第1の方向に配置された複数の導体のそれぞれに所定の符号列を供給する符号供給回路と、
    前記符号供給回路から供給される複数の符号列を前記第1の方向に配置された前記複数の導体に選択的に供給する第1の導体選択回路と、
    前記第1の導体選択回路を介して前記第1の方向に配置された前記複数の導体に選択的に供給される複数の符号列のそれぞれに対応した相関値演算用符号を供給する相関値演算用符号供給回路と、
    前記第2の方向に配置されたそれぞれの導体に生じる信号と前記相関値演算用符号とを相関演算する相関演算回路とを備えるとともに、
    前記第1の導体選択回路は、前記第1の方向に配置された複数の導体を各グループが所定数Mの導体(M≧2の整数)からなる複数のグループに区分し、前記複数のグループの中の1のグループを構成する複数の導体に前記符号供給回路からの符号列を供給するとともに各グループを所定の手順で切り換えるように成しており、
    前記相関演算回路によって求められた相関演算結果に基づいて前記導体パターン上に位置する指示体を検出するようにした、
    ことを特徴とする指示体検出装置。
  3. 前記第1の導体選択回路は、前記第1の方向に配置された複数の導体のうち、互いの間に所定数P(P≧の整数)の導体が介在して配置された複数の導体を順次選択して前記符号供給回路からの符号列を供給するようにした、
    ことを特徴とする請求項に記載の指示体検出装置。
  4. 前記符号供給回路は、符号列の反転符号列を供給可能とされており、前記第1の導体選択回路は、少なくとも3本からなる複数の導体を選択して前記符号供給回路からの符号列を供給するとともに、前記複数の導体のうちの少なくとも1本には前記反転符号列を供給するようにした、
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の指示体検出装置。
  5. 前記符号供給回路は、符号列の反転符号列を供給可能とされており、前記第1の導体選択回路は、互いが近傍に配置された少なくとも4本以上であって偶数本からなる複数の導体を選択して前記符号供給回路からの符号列を供給するとともに、前記複数の導体のうち半分の導体には前記反転符号列を供給するようにした、
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の指示体検出装置。
  6. 前記第2の方向に配置された複数の導体を選択的に前記相関演算回路に接続するための第2の導体選択回路を更に設けた、
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の指示体検出装置。
  7. 前記第2の導体選択回路は、前記第2の方向に配置された複数の導体を各グループが所定数N(N≧2の整数)の導体からなる複数のグループに区分し、各グループを構成する少なくとも1本の導体を順次選択するようにした、
    ことを特徴とする請求項に記載の指示体検出装置。
  8. 前記第2の導体選択回路は、前記第2の方向に配置された複数の導体のうち、互いの間に所定数Q(Q≧1の整数)の導体が介在して配置された所定の導体を順次選択するようにした、
    ことを特徴とする請求項に記載の指示体検出装置。
  9. 前記第2の導体選択回路は、第2の方向に配置された複数の導体を、各グループが所定数S(S≧2の整数)の導体からなる複数のグループに区分し、前記複数のグループの中の1のグループを構成する複数の導体を選択するとともに、前記グループを所定の手順で切り換えるようにした、
    ことを特徴とする請求項に記載の指示体検出装置。
  10. 前記第2の導体選択回路は、互いの間に所定数の導体が介在して配置された所定の導体を選択するようにした、
    ことを特徴とする請求項に記載の指示体検出装置。
  11. 前記第2の導体選択回路は、前記第2の方向に配置された複数の導体から少なくとも3本からなる複数の導体を選択するとともに、前記選択された複数の導体のうち、その端部に位置する導体間に介在して配置された導体を所定の電位に設定するようにした、
    ことを特徴とする請求項に記載の指示体検出装置。
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