位置檢測裝置的製作方法

2023-08-13 15:30:21 4

專利名稱：位置檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種位置檢測裝置，使電容方式的檢測部和電磁感應 方式的檢測部重疊，檢測由位置指示器或人體(手指)指示的坐標位 置。
背景技術：
以往，作為個人計算機裝置等信息處理裝置中用於進行位置輸入 的裝置，使用位置檢測裝置。該位置檢測裝置例如利用由形成為筆形 的位置指示器、或人體(手指)構成的輸入單元進行指示操作，或輸 入文字及圖等輸入信息。
將位置指示器用作輸入單元的輸入方式例如有電磁感應方式。該 電磁感應方式在位置指示器上設有共振電路，該共振電路與從位置檢 測裝置發送的特定頻率的電磁波共振。並且，通過將在該共振電路中 產生的共振信號發送到位置檢測裝置，在位置檢測裝置上指示位置(例 如參照專利文獻1)。
並且，將人體用作輸入單元的輸入方式有如圖12所示的電容方 式。圖12是示意性地表示電容方式的檢測部的說明圖。該檢測部200 具有平板狀的檢測電極201和電容測量電路202。在人體(手指)靠近 或接觸該檢測電極201時，在人體(手指)和該檢測電極201之間產 生電容。並且，利用電容測量電路202測量該人體和檢測電極201之 間產生的電容的增減，從而檢測出人體(手指)靠近或接觸的坐標。 在檢測電極201和人體(手指)之間產生的電容儘可能大時容易進行 檢測，因而檢測電極201使用具有一定程度面積的平面電極。一般來講，由於電磁感應方式的檢測部與電容方式相比指示位置 的檢測精度準確，因而例如在利用計算機輸入細的文字、圖等時使用。 相對於此，電容方式的檢測部與電磁感應方式相比位置檢測精度差， 但由於可將人體(手指)用作輸入單元，因而例如用於銀行自動櫃員
機(ATM)等、便攜電話等直接接觸畫面而輸入的設備。因此，考慮
並提出了利用電磁感應方式的檢測部和電容方式的檢測部雙方的優點 的新型位置檢測裝置。
專利文獻1:日本專利特開平7-302153號公報
正在研究一種可在共同的輸入區域利用電磁感應方式及電容方式 兩種檢測方法的檢測裝置。這種可利用兩種檢測方法的位置檢測裝置 使電磁感應方式的檢測部和電容方式的檢測部重疊，從而使輸入區域 共用化，不使坐標輸入裝置大型化就能夠利用兩種輸入方法。
如圖13所示，構成電容方式檢測部的檢測電極201配置在構成電 磁感應方式檢測部的環形線圈304的上方。
在具有這種結構的位置檢測裝置中，從位置指示器2的線圈27產 生的磁通量G和電容方式檢測部中的檢測電極201正交。由此，該磁 通量G在檢測電極201上產生渦電流I。在檢測電極201上產生的該渦 電流I，向使來自位置指示器2的磁通量G衰減的方向(與磁通量G 相反的方向)產生新的磁通量。由於新產生的該磁通量使來自位置指 示器2的磁通量G衰減，因而可由電磁感應方式的檢測部檢測到的磁 通量G減少。其結果，發生檢測精度降低的問題。
在從環形線圈304產生磁通量的情況下，也同樣在檢測電極201 上產生渦電流。其結果，到達位置指示器2的磁通量減少。其結果， 發生位置指示器2在其共振電路上不能得到足夠的感應電動勢的問題。因此，為了減少在檢測電極中產生的渦電流，考慮減小檢測電極 的面積。但是，當檢測電極的面積減小時，由於在人體(手指)和檢 測電極之間產生的電容也變小，因而存在電容方式檢測部的檢測精度 降低的不良情況。

發明內容
本發明考慮到上述問題點，其目的在於提供一種位置檢測裝置， 能夠防止或抑制採用電容方式的第一檢測部的檢測精度下降，並且能 夠防止或抑制採用電磁感應方式的第二檢測部的檢測精度下降。
為了解決上述課題，並實現本發明的目的，本發明的一種位置檢 測裝置包括位置指示器，具有至少一個以上的線圈，利用該線圈產 生磁通量；第一檢測部，形成為大致平板狀，在其一個面上設有用於 檢測與人體之間的電容的至少一個以上的檢測電極；和第二檢測部， 設在與該第一檢測部的一個面的相反側的另一面相對的位置上，設有 用於檢測磁通量的至少一個以上的環形線圈。並且，檢測電極形成為 大致平板狀，並具有至少一個以上的從外邊緣向內側延伸的狹縫。
根據本發明的位置檢測裝置，通過在採用電容方式的第一檢測部 的檢測電極上設置狹縫，能防止或抑制在該檢測電極上產生渦電流。 由此，能防止或抑制採用電磁感應方式的第二檢測部的檢測精度下降。


圖1是表示本發明位置檢測裝置的實施方式的透視圖。 圖2是表示本發明位置檢測裝置的結構的框圖。 圖3是表示本發明位置檢測裝置的輸入部的分解透視圖。 圖4是表示本發明位置檢測裝置的第一檢測部的俯視圖。 圖5表示本發明坐標檢測裝置的檢測電極組，圖5A是表示第一檢 測電極組的俯視圖，圖5B是表示第二檢測電極組的俯視圖。
圖6是表示本發明位置檢測裝置中第一檢測部的另一面的俯視圖。
圖7是放大表示本發明位置檢測裝置中第一檢測部的主要部分的 俯視圖。
圖8是用於說明本發明位置檢測裝置中第二檢測部的結構及其動 作的框圖。
圖9是示意性地表示本發明第二檢測部的環形線圈與檢測電極重 疊的狀態的說明圖。
圖10是表示本發明位置檢測裝置的檢測電極的其他實施方式的 俯視圖。
圖11是表示本發明位置檢測裝置的檢測電極的其他實施方式的 俯視圖。
圖12是示意性地表示現有的電容方式檢測部的說明圖。 圖13是示意性地表示電容方式的第一檢測部和電磁感應方式的 第二檢測部重疊的現有位置檢測裝置的說明圖。
具體實施例方式
下面，參照圖1至圖11對本發明位置檢測裝置的實施方式進行說 明。其中，對在各圖中相同的部件標註相同標號。並且，本發明不限
於以下方式。
首先，根據圖1對適用本發明的位置檢測裝置的簡要結構進行說 明。如該圖1所示，作為本發明實施方式(以下稱作"本例")的位 置檢測裝置1經由電纜IO連接到個人計算機、PDA (Personal Digital Assistant,個人數字助理)等未圖示的外部裝置。如此，位置檢測裝置 l用作所述外部裝置的輸入裝置。另外，雖然沒有特別進行圖示來說明， 但也可以將該位置檢測裝置1內置於個人計算機等中。
該位置檢測裝置1包括後述的電容方式的檢測部即第一檢測部13 和電磁感應方式的檢測部即第二檢測部14。並且，該坐標檢測裝置1 經由位置指示器2或人體(手指)進行指示操作，從而輸入文字及圖
6像等。
位置指示器2用於通過電磁感應方式在位置檢測裝置1上指示位
置。該位置指示器2具有由線圈和電容器構成的共振電路，該共振電
路與從位置檢測裝置1發送的特定頻率的電磁波共振。通過將在該共 振電路感應產生的共振信號發送到位置檢測裝置1，在位置檢測裝置1 上指示位置。
位置檢測裝置1由用於輸入輸入信息的輸入部4和中空且薄的呈 大致長方體的框體5等構成，該輸入部4在該框體5中。框體5包括 具有用於使輸入部4的輸入面露出的開口部6的上殼體7和與該上殼 體7重疊的未圖示的下殼體。上殼體7具有使輸入部4的輸入面露出 的四邊形的開口部6。在該開口部6中嵌入輸入部4。
接著，參照圖2對適用本例的位置檢測裝置的電路結構概況進行 說明。位置檢測裝置1包括輸入部4、電容測量電路22、電磁感應檢 測電路23和處理電路25。輸入部4由作為絕緣體的蓋12、電容方式 的第一檢測部13和電磁感應方式的第二檢測部14構成。第一檢測部 13用於檢測人體(手指)等靠近或接觸，檢測出該靠近或接觸的點的 坐標。第二檢測部14用於檢測由位置指示器2指示的點的坐標。
電容測量電路22是用於測量在第一檢測部13上設置的檢測電極 的電容變化的電路，與第一檢測部13和處理電路25相連接。電磁感 應檢測電路23是用於檢測位置指示器2通過電磁感應方式所指示的點 的位置的電路，與第二檢測部14和處理電路25相連接。處理電路25 是用於將利用電容測量電路22或電磁感應檢測電路23檢測出的、由 人體或位置指示器2指示的點作為坐標數據計算出來的電路。該處理 電路25將該計算出的坐標數據輸出到未圖示的外部裝置(例如個人計 算機或PDA)、內置該位置檢測裝置1的個人計算機的中央處理器 (CPU)等中。接著，參照圖3對本例的位置檢測裝置1中輸入部4的結構進行
說明。輸入部4呈薄的平板狀。該輸入部4由作為絕緣體的蓋12、在 一個面具有檢測區域16的第一檢測部13和具有多個環形線圈24的第 二檢測部14構成。並且，該輸入部4配置成蓋12的一個面和第一檢 測部13的一個面相對。以與該第一檢測部13的另一面相對的方式配 置第二檢測部14。由此，在輸入部4中，蓋12、第一檢測部13及第 二檢測部14重疊。
接著，參照圖4至圖7對本例的位置檢測裝置1中第一檢測部13 的結構進行說明。第一檢測部13由大致長方形的基板13a和在該基板 13a的一個面(以下稱作表面)的大致中央部上設置的大致長方形的檢 測區域16構成。檢測區域16用於檢測人體(手指)等靠近或接觸， 從而檢測出該靠近或接觸的點的坐標。該檢測區域16由多個檢測電極 15構成。構成該檢測區域16的多個檢測電極15中配置在外圍的檢測 電極15為大致三角形，配置在內側的檢測電極15為大致四邊形。
接著，參照圖5及圖6對檢測區域16的詳情進行說明。檢測區域 16由第一檢測電極組16A和第二檢測電極組16B構成。
該第一檢測電極組16A由與基板13a的寬度方向(以下稱作Y軸 方向)平行地隔開預定間隔而連接多個的檢測電極15的列即多個第一 檢測電極列15a構成。在基板13a的與Y軸方向正交的長度方向(以 下稱作X軸方向)上隔開預定間隔排列多個第一檢測電極列15a，從而 形成該第一檢測電極組16A。在該第一檢測電極列15a中，在Y軸方 向上相鄰的檢測電極15利用連接部18a連接各相對的彼此的頂點，從 而該第一檢測電極列15a電連接。
同樣，第二檢測電極組16B由與基板13a的X軸方向平行地隔開 預定間隔而連接多個的檢測電極15的列即多個第二檢測電極列15b構
8成。在基板13a的Y軸方向上隔開預定間隔排列多個第二檢測電極列 15b，從而形成該第二檢測電極組16B。在該第二檢測電極列15b中， 在X軸方向上相鄰的檢測電極15利用連接部18b連接各相對的彼此的 頂點，從而該第二檢測電極列15b電連接。
使該第一及第二檢測電極組16A、 16B彼此填充第一及第二檢測 電極組16A、 16B中各檢測電極15之間的間隙，以構成如圖4所示的 檢測區域16。由此，將檢測區域16配置成彼此填充第一及第二檢測電 極組16A、 16B中各檢測電極15之間的間隙，從而在人體(手指)靠 近或接觸到第一檢測部13時，人體(手指)與第一及第二檢測電極組 16A、 16B雙方的檢測電極15相對。
並且，如圖6所示，第一檢測電極列15a中的連接部18a在第一 檢測部13的另一面(以下稱作背面) 一側連接相鄰的檢測電極15。相 對於此，第二檢測電極列15b中的連接部18b在第一檢測部13的表面 一側連接相鄰的檢測電極15。其結果，如圖4所示，在配置第一及第 二檢測電極組16A、 16B時，防止第一檢測電極組16A的連接部18a 與第二檢測電極組16B的連接部18b接觸。
另外，如圖6所示，在第一檢測部13的背面設有多個引線17。 並且，第一及第二檢測電極組16A、 16B經由該引線17與電容測量電 路22相連接。
並且，優選構成檢測區域16的各檢測電極15的大小例如在人體 (手指)靠近或接觸到輸入部4時，在各第一及第二檢測電極組16A、 16B中至少2個檢測電極15與人體(手指)相對。由此，由於在X軸 方向和Y軸方向上至少2個檢測電極15與人體(手指)相對，因而根 據該2個檢測電極15中的電容的不同，能夠準確地檢測出靠近或接觸 到輸入部4的人體(手指)的位置。接著，參照圖7對檢測電極15的形狀進行說明。檢測電極15形 成為大致四邊形(位於外圍的檢測電極15為大致三角形)，並且形成 有多個狹縫19。該多個狹縫19彼此平行且大致等間隔。並且，該多個 狹縫19例如以連接有連接部18a、 18b的頂點的連接線作為對稱軸，線 對稱地在兩側分別形成6個狹縫19。進而，該狹縫19從檢測電極15 的外邊緣向內側延伸，並在檢測電極15的外邊緣開放，在檢測電極15 的內側封閉。其結果，檢測電極15整體上呈梳子形狀。另外，該狹縫 19通過對檢測電極15進行蝕刻而形成。
並且，該檢測電極15例如被設定為從頂點至相對的頂點為止的 對角線的長度為5mm，狹縫19的寬度為O.lmm左右。因此，狹縫19 的開口面積相對於檢測電極15的面積非常小。所以具有狹縫19的本 例檢測電極15的面積與沒有狹縫19的現有檢測電極的面積幾乎沒有 變化。因此，本例中電容方式的第一檢測部13的檢測精度與現有的沒 有狹縫的結構相比，能維持幾乎相同的精度。
另外，在本例中，以檢測電極15的形狀為大致四邊形為例進行了 說明，但不限於此。例如也可以將檢測電極的形狀形成為六邊形或圓 形。在這裡，優選在檢測電極的形狀為六邊形時將多個檢測電極配置 成蜂窩狀。並且，狹縫19的數量為在兩側各有6個，但不限於此，狹 縫19的數量在兩側可以為7個以上或5個以下。並且，在上述例中， 說明了通過蝕刻形成狹縫19的情況，但狹縫19的形成方法不限於此。 當然也可以採用蝕刻以外的方法形成狹縫19，例如可以在利用噴墨印 刷方法在基板13a上印刷銀漿(Silver paste)而構成檢測電極15時形 成狹縫19。
接著，參照圖2 對第一檢測部13的動作進行說明。從電容測量電 路22向構成該第一檢測部13的多個檢測電極15施加預定的電壓。並 且，當人體(手指)靠近或接觸到構成該第一檢測部13的檢測電極15 時，由於人體(手指)接地，因而人體(手指)和該人體(手指)所靠近或接觸的檢測電極15之間的電容發生變化。電容測量電路22特 別指定該產生電容變化的檢測電極15，根據其位置及電容的變化程度
等執行運算處理，從而檢測出人體(手指)所接觸的位置。
接著，參照圖8對第二檢測部14及電磁感應檢測電路23的結構 及其動作進行說明。第二檢測部14在與第一檢測部13的背面相對一 側的面上配置有多個環形線圈24，該多個環形線圈24與電磁感應檢測 電路23相連接。
該第二檢測部14例如包括在X軸方向上並列配置的40根環形線 圈24X, 24X40和在Y軸方向上並列配置的40根環形線圈24Yi 24Y40。所述環形線圈24Xi 24X糾以及環形線圈24Y! 24Y40與用於 選擇各環形線圈24的電磁感應檢測電路23的選擇電路106相連接。 另外，在本實施方式中環形線圈24的數量為40根，但不限於此。
電磁感應檢測電路23包括選擇電路106、收發切換電路107、放 大器108、檢波電路109、低通濾波器(LPF) 110、及採樣保持電路 112。選擇電路106與收發切換電路107相連接，在該收發切換電路107 的接收側連接有放大器108。放大器108與檢波電路109相連接，檢波 電路109經由低通濾波器(LPF) IIO與採樣保持電路112相連接。並 且，採樣保持電路112與模擬/數字轉換電路(AD轉換電路)113相連 接，該模擬/數字轉換電路113與CPU (中央處理器)114相連接。該 CPU114分別向上述的選擇電路106、採樣保持電路112、模擬/數字轉 換電路113及收發切換電路107供給控制信號。
並且，在電磁感應檢測電路23中設有產生頻率為fQ的交流信號的 振蕩器116和將交流信號轉換成電流的電流驅動器117，該電流驅動器 117連接在收發切換電路107的發送側上。即，根據從CPU114供給的 控制信號，收發切換電路107的接點切換到發送側時，從第二檢測部 14的環形線圈24X, 24X4o及環形線圈24Y, 24Y4o產生磁場。
11並且，在位置指示器2靠近輸入部4時，內置於位置指示器2內 的共振電路共振，產生感應電壓。之後，在收發切換電路107的接點 根據從CPU 114供給的控制信號切換到接收側時，輸入部4的第二檢 測部14不向位置指示器2供給磁場。這樣一來，因接收時產生的感應 電壓而從內置於位置指示器2內的線圈產生磁場。並且，第二檢測部 14檢測內置於位置指示器2內的線圈所產生的該磁場，從而檢測出位 置指示器2的位置。
能夠利用上述結構的位置檢測裝置1以電容方式和電磁感應方式 進行輸入操作，能夠提高操作性。另外，在利用位置指示器2進行輸 入操作的情況下，把持位置指示器2的手有可能接觸到輸入部4。因此 也可以設置成，在位置指示器2和人體(手指)同時靠近或接觸到輸 入部4的情況下，例如優先檢測位置指示器2的位置。
並且，輸入部4中檢測方法的切換不限於上述方式。例如也可以 設置檢測切換開關，用於用戶將輸入部4的檢測方法任意切換為第一 檢測部13和第二檢測部14。或者，也可以按照位置指示器2及人體(手 指)靠近或接觸到輸入部4的每個區域，分別將檢測方法切換為第一 檢測部13或第二檢測部14。
接著，參照圖9對利用第二檢測部14檢測位置指示器2的位置時 的狀態進行說明。
如上所述，當位置指示器2靠近構成第二檢測部14的環形線圈 24時，內置於位置指示器2內的共振電路共振，產生感應電壓。之後， 在圖8所示的收發切換電路107的接點切換到接收側時，不向位置指 示器2供給磁場。其結果，因接收時產生的感應電壓而從內置於位置 指示器2內的線圈27產生磁場。在環形線圈24和位置指示器2之間配置有作為第一檢測部13的 檢測電極15。因此，在從內置於位置指示器2內的線圈27產生磁通量 G時，向檢測電極15施加來自位置指示器2的磁通量G，在檢測電極 15的表面上向減少該磁通量G的方向產生渦電流。
但是，如上所述，在檢測電極15上大致等間隔地設有多個狹縫 19。該多個狹縫19使檢測電極15從外邊緣向內側形成凹口。因此， 檢測電極15在局部被該多個狹縫19分割，因而不會產生大的渦電流。 由此，通過使在檢測電極15上產生的渦電流最小化，能防止產生與磁 通量G相反方向的因渦電流而產生的磁通量。其結果，能防止或抑制 來自位置指示器2的磁通量G衰減。
另外，雖然對從構成位置指示器2的共振電路的線圈27產生的磁 通量進行了說明，但對從設在第二檢測部14上的環形線圈24向位置 指示器2的線圈27輸出的磁通量，也同樣能防止或抑制其衰減。由此， 能防止或抑制來自位置指示器2及環形線圈24的磁通量在檢測電極15 衰減，從而能防止或抑制位置指示器2中的感應電動勢下降。
接著，參照圖IO及圖ll對檢測電極的其他實施方式進行說明。
在圖10所示的檢測電極35中，狹縫39的開放端的方向從連接有 連接部18的頂點起彼此不同。並且，圖11所示檢測電極45中的狹縫 49從連接有連接部18的頂點的連接線一側的外邊緣到達另一側，該狹 縫49的一側開放，另一側封閉。利用這種檢測電極35、 45也能得到 與上述檢測電極15相同的效果。
另外，本發明不限於上述說明及圖示的實施方式，在不脫離權利 要求書中記載的發明要旨的範圍內可以實施各種變形。並且，雖然說 明了框體及輸入部的形狀為四邊形，但框體及輸入部的形狀還可以是 圓形、三角形、六邊形、八邊形等。並且，雖然說明了狹縫在檢測電極上形成為直線狀的例子，但不限於此，也可以將狹縫形成為曲線形 波浪狀。
權利要求
1. 一種位置檢測裝置，其特徵在於，包括位置指示器，具有至少一個以上的線圈，利用該線圈產生磁通量；第一檢測部，形成為大致平板狀，在其一個面上設有用於檢測與人體之間的電容的至少一個以上的檢測電極；和第二檢測部，設在與所述第一檢測部的所述一個面相反一側的另一面一側上，設有用於檢測所述磁通量的至少一個以上的環形線圈，所述檢測電極形成為大致平板狀，並具有至少一個以上的從外邊緣向內側延伸的狹縫。
2. 如權利要求l所述的位置檢測裝置，其特徵在於， 所述第一檢測部包括測量所述檢測電極與人體之間的電容變化的電容測量電路，所述第二檢測部包括檢測利用所述位置指示器所指示的位置的電 磁感應檢測電路。
3. 如權利要求1或2所述的位置檢測裝置，其特徵在於， 所述檢測電極的形狀為四邊形。
4. 如權利要求1至3中任一項所述的位置檢測裝置，其特徵在於， 所述第一檢測部包括第一檢測電極組，在大致同一平面上以直線狀排列配置至少一個以上的檢測電極；和第二檢測電極組，在與該 第一檢測電極組相同的平面上，在與該第一檢測電極組正交的方向上 排列配置至少一個以上的檢測電極。
全文摘要
一種位置檢測裝置，不降低採用電容方式的第一檢測部的檢測精度，能防止或抑制採用電磁感應方式的第二檢測部的檢測精度下降。包括位置指示器(2)、大致平板狀的第一檢測部(13)、和設在與該第一檢測部的另一面相對的位置上的第二檢測部(14)。位置指示器(2)包括線圈(27)。第一檢測部(13)在其一個面上具有檢測與人體之間的電容的檢測電極(5)。第二檢測部(14)具有檢測磁通量G的環形線圈(24)。檢測電極(15)形成為大致平板狀，且具有至少一個以上的從外邊緣向內側延伸的狹縫。由此，能防止或抑制採用電容方式的第一檢測部的檢測精度下降，並且能防止或抑制採用電磁感應方式的第二檢測部的檢測精度下降。
文檔編號G06F3/044GK101470562SQ200810189518
公開日2009年7月1日 申請日期2008年12月29日 優先權日2007年12月28日
發明者松原正樹 申請人:株式會社和冠