JP2010061351A - 情報入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 快適な操作性を確保しつつ、消費電力の上昇を抑えて、指による入力のみならずスタイラスペンによる入力が可能である静電容量を利用した情報入力装置を提供する。
【解決手段】 スタイラスペンまたは操作者の指の接触によって発生する静電容量結合に応じて発生する静電容量結合に起因して、パネル部の導電膜に流れる電流を検出する電流検出部と、導電膜に対して第１周波数信号を付与する信号付与部と、電流検出部が検出した電流を積算する積算部とを備え、信号付与部によって信号が導電膜に付与されている際に、判別部が積算部によって積算される電流の積算量が所定値に達するタイミングに基づいて、指の接触またはスタイラスペンの接触を判別する。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量を利用した情報入力装置に関する。

タッチパネルの方式には、抵抗膜方式、電磁誘導方式、静電容量方式、赤外線方式、超音波方式など多数の方式がある。静電容量方式を用いたタッチパネルでは、画面上に指またはスタイラスペンを接触させることで、静電容量（コンデンサ）を形成し、そのコンデンサを介して流れる微弱電流の変化分を検出することで接触位置を検出するものである。より詳細には、パネルの表面全体に均一な電界を付与し、例えば指を接触させることによって流れる非常に微弱な電流（１０〜２０μＡ程度）に基づいて接触位置の検出を行っている。

静電容量方式のタッチパネルの長所は、表示デバイスの上面に導電性を有する薄膜（導電性薄膜）を１枚実装すればよく、抵抗膜方式に比べて構成が簡単であるうえに、特に表示パネルが反射型の場合は、透過率が高く表示品質が高度に保たれることである。但し、表示パネルに接触する際は、指先またはスタイラスペンなどで触れる必要があるが、従来の指で接触する静電容量方式のタッチパネルでは、スタイラスペンによる入力操作を行おうとしても、スタイラスペンのペン先が細いために表示パネルとの接触面積が小さくなる。このため、ペン先と導電性薄膜である透明電極との間の容量が小さく、接触位置を検知するために十分な検出電流を充電することができなかった。

ここで、表示パネルとの接触面積が小さなスタイラスペンを用いて接触位置を検知可能とするための技術が提案されている（たとえば、特許文献１など）。具体的には、静電容量方式のタッチパネルの導電層へ供給している交流信号に対し、同期した逆位相の信号をスタイラス入力装置の先端部へ供給してコンデンサへ印加し、コンデンサに印加される交流信号の振幅を最大にすることによって、スタイラス入力装置の先端部をタッチパネル上へ接触させたときの、コンデンサを介して流れる接触位置検出電流を大きくするスタイラス入力装置が提案されている。

特開２００７−１８３８０９号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術においては、スタイラスペンの接触は検出できるものの、指の接触は検出できない構成になっている。更に、発振器または信号発生器を駆動するための電源をスタイラスペンの内部に備える必要があるため、スタイラスペンの構成が複雑になるとともに、スタイラスペンの重量増加による負荷によってスタイラスペンの操作性が妨げられる。また、周波数が高い状態で電流源を駆動させると、タッチパネルの駆動源の電力消費および検出部のリーク電流が大きくなり、電池で駆動するモバイルタイプの機器においては長時間の使用ができない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、快適な操作性を確保しつつ、指による入力のみならず、スタイラスペンによる入力が可能な静電容量を利用した情報入力装置を提供することを第１の目的とする。また、消費電力の上昇を抑えることを第２の目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、文字または線図を入力するスタイラスペンと、絶縁膜と導電膜とを有するパネル部と、前記導電膜に対して、第１周波数信号を付与する信号付与部と、前記絶縁膜への前記スタイラスペンまたは操作者の指の接触によって発生する静電容量結合に応じて発生する静電容量結合に起因して前記導電膜に流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部によって検出された電流を積算する積算部と、前記信号付与部によって前記信号が前記導電膜に付与されている際に、前記積算部によって積算される電流の積算量が所定値に達するタイミングに基づいて、前記パネル部に対して前記スタイラスペンおよび指のいずれが接触しているのかを判別する判別部と、を備えることを特徴とする情報入力装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の情報入力装置であって、前記判別部が、前記信号付与部によって第１周波数信号が前記導電膜に付与されている際に前記積算部によって積算される電流の積算量が前記所定値に達するまでの時間に基づいて、前記パネル部に対して前記スタイラスペンおよび指のいずれが接触しているのかを判別することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の情報入力装置であって、前記判別部が、前記第１所定時間における前記電流積算量が前記所定値以上であることに応じて、前記パネル部に対して、指が接触している指接触状態であると判別し、前記指接触状態である場合に、前記信号付与部によって前記第１周波数信号を前記導電膜に付与させつつ、前記電流検出部によって検出される電流に基づいて、前記パネル部に対する指の接触位置を検出する位置検出部、を更に備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の情報入力装置であって、前記判別部が、前記第１所定時間における前記電流積算量が前記所定値未満であり、かつ、前記第１所定時間よりも長い第２所定時間における前記電流積算量が、前記所定値以上であることに応じて、前記パネル部に対して前記スタイラスペンが接触しているスタイラスペン接触状態であると判別し、前記位置検出部が、前記スタイラスペン接触状態である場合に、前記信号付与部によって、前記第１周波数信号よりも周波数が高い第２周波数信号を前記導電膜に付与させつつ、前記電流検出部によって検出される電流に基づいて、前記パネル部に対する前記スタイラスペンの接触位置を検出することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の情報入力装置であって、前記判別部が、前記信号付与部によって第１周波数信号が前記導電膜に付与されている際に前記積算部によって積算される電流の第１電流積算量が前記所定値に到達すれば、前記パネル部に対して指が接触している指接触状態であると判別し、前記信号付与部によって第１周波数信号が前記導電膜に付与されている際に前記積算部によって積算される電流の第１電流積算量が前記所定値に到達しなければ、前記信号付与部によって前記第１周波数信号よりも高い周波数の第２周波数信号が前記導電膜に付与されつつ、前記積算部によって積算される電流の第２電流積算量が前記所定値に到達すれば、前記パネル部に対して前記スタイラスペンが接触しているペン接触状態であると判別することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の情報入力装置であって、前記指接触である場合に、前記第１電流積算量に基づいて、前記パネル部に対する指の接触位置を検出する位置検出部、を更に備えることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の情報入力装置であって、前記ペン接触である場合に、前記第２電流積算量に基づいて、前記パネル部に対する前記スタイラスペンの接触位置を検出する。

請求項１に記載の発明によれば、指またはスタイラスペンがパネルに接触した際に発生する電流の積算量が所定値に達するタイミングに基づき、指の接触とスタイラスペンの接触が判別されるため、指先による接触操作のみならず、スタイラスペンによる記述での入力も可能となる。また、このような構成では、スタイラスペンの構成の複雑化、およびスタイラスペンの重量増加による負荷の増大も招かず、操作性が妨げられない快適な文字入力が可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、指またはスタイラスペンがパネルに接触した際に発生する電流の積算量が所定値に達するまでの時間に基づき、明確かつ容易に指の接触とスタイラスペンの接触を判別することが可能となり、指先による接触操作のみならず、スタイラスペンによる記述での入力も可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、第１所定時間における電流の積算量が所定値に達した場合に、パネル部に対する指の接触位置を検出するため、消費電力の上昇をおさえつつも指の接触位置を検出することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、第１所定時間における電流の積算量が所定値に達せず、かつ、第２所定時間における電流の積算量が所定値に達した場合に、第１周波数信号よりも周波数信号が高い第２周波数信号をパネル部に対して付与させてスタイラスペンの接触位置を検出するので、消費電力の上昇をおさえつつもスタイラスペンでの正確な入力が可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、第１周波数信号が前記導電膜に付与されている際に電流の積算量が所定値に達すれば、指の接触が判別され、第１周波数信号よりも高い周波数の第２周波数信号が導電膜に付与されている際に電流の積算量が所定値に達すれば、スタイラスペンの接触が判別されるため、消費電力の上昇をおさえつつも指先による接触操作のみならず、スタイラスペンによる記述での入力も可能となる。

請求項６に記載の発明によれば、第１電流積算量に基づいて、パネル部に対する指の接触位置を検出するため、消費電力の上昇をおさえつつも指の接触の判別および接触位置の検出を同時にすることが可能となる。

請求項７に記載の発明によれば、第２電流積算量に基づいて、パネル部に対するスタイラスペンの接触位置を検出するため、消費電力の上昇をおさえつつもスタイラスペンの接触の判別および接触位置の検出を同時にすることが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜情報入力装置＞
図１は、本発明の実施形態に係る情報入力装置５０の機能構成を例示するブロック図である。図１で示すように、情報入力装置５０は、本体部１とスタイラスペン２０とを備え、本体部１は、パネル部２、電流計３、発振器４、積分回路５、積算量判断部６、信号出力部７、制御部８、操作部９、および記憶部１０を備えている。

情報入力装置５０は、スタイラスペン２０をユーザが手に持つなどの形態により、静電容量方式を採用したパネル部２に対して、スタイラスペン２０の先端部を接触させることで、パネル部２の接触位置に文字や線図を入力させるものである。

パネル部２は、２次元画像を表示する部分であり、輪郭が矩形状の画面を構成する。図２は、パネル部２とスタイラスペン２０の構造の断面を模式的に示す図である。図２に示すように、パネル部２は、図示しない液晶表示部の上に基材３３、透明導電膜３２、絶縁層３１が積層されて構成されている。具体的には、透明フィルム、ガラスなどによって構成された基材３３の上に導電性材料で構成される透明導電膜（電極）３２が、さらに透明導電膜３２の上に絶縁体材料で構成される絶縁層３１が積層されている。透明導電膜３２は、酸化インジウムスズ(ITO)などの導電性を有し、かつ透明である素材で構成され、パネル部２の全画素に対して全面を覆うように一枚の電極として配置されている。そして、この透明導電膜３２は、手やスタイラスペン２０の接触位置、すなわち情報の入力位置を検出するために用いられる。絶縁層３１は、例えば、反射防止機能を有するＡＲコート(Anti-Reflection Coat)によって構成される。

スタイラスペン２０は、図２に示すように、操作者の手によって保持された状態で、パネル部２に対して、その先端部を接触させることで、パネル部２に文字や線図を入力するものである。スタイラスペン２０は、ペン本体部２１、ペン先端部２２、および金属からなる導電部２３を備える。導電部２３は、操作者が握るグリップ部に備えられ、ペン先端部２２と導電部２３とは、所定の導電部材によって電気的に接続されている。ペン先端部２２は、文字や線図を入力する際に絶縁層３１に接触させるためのものであり、例えば、アルミなどの導電性物質から構成され、ペン先端部２２の径としては、例えば、直径３ｍｍ程度のものを使用する。

図１に戻って説明を続ける。電流計３は、絶縁層３１へのスタイラスペン２０および操作者の手の接触に応じて発生する静電容量結合に起因して、透明導電膜３２の各基準位置に流れる電流を検出する。

発振器４は、パネル部２の透明導電膜３２に対して、低周波の信号（低周波信号）または高周波の信号（高周波信号）を付与する。ここでは、低周波の範囲は、例えば５０〜１２０ＫＨｚ、高周波の範囲は、例えば１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚである。

積分回路５は、電流計３が検出した電流を積算する。

積算量判断部６は、積分回路５が積算した電流量（積算電流量）が所定値（閾値）に達したか否かを判断する。

信号出力部７は、指またはスタイラスペン２０のパネル部２に対する接触位置の座標を検出するための電流を制御部８へ出力する。

制御部８は、情報入力装置５０の動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵで構成され、後述する記憶部１０内に格納されたプログラムを実行することで、各種制御や機能を実現する。例えば、制御部８は判別部１２および位置検出部１３を有する。判別部１２は、発振器４が低周波信号を透明導電膜３２に付与した状態で、積分回路５によって求められる積算した電流積算量が所定値に達するまでの時間に基づいて、パネル部２に対してスタイラスペン２０および指のいずれが接触しているのかを判別する。位置検出部１３は、電流計３による検出結果に応じた信号に基づいて、パネル部２に対する指またはスタイラスペン２０の接触位置を検出する。

操作部９は、キーボードやマウス等を備えて構成され、ユーザが操作部９を適宜操作すると、その操作に応じた各種指令信号を制御部８に送信する。

記憶部１０は、例えば、半導体メモリやハードディスクなどの記憶装置によって構成され、制御部８で実行されるプログラム、およびそのプログラムを実行する際に必要な情報などを記憶する。

＜情報入力の原理＞
図３は、パネル部２における情報の入力態様を例示する図である。

図３で示すように、情報入力装置５０では、パネル部２に対して絶縁層３１側から指Ｆｒや専用のスタイラスペン２０などによって触れることで、表示画像に対して直接的に文字や図形などを書込むことができる。ここでは、指Ｆｒで書き込みを行う例について説明する。

図４および図５は、指Ｆｒで触れた位置、すなわち情報の入力座標の検出方法を説明するための図である。ここでは、いわゆる静電容量方式が採用されている。なお、図４では、情報の入力座標の１次元的な検出方法が示されている。

透明導電膜３２の一端には、所定の抵抗Ｒｒ１を介して交流電源Ｅ１が電気的に接続され、透明導電膜３２の他端には、所定の抵抗Ｒｒ２を介して交流電源Ｅ２が電気的に接続されている。そして、各交流電源Ｅ１，Ｅ２は、透明導電膜３２とは逆側が接地されている。

そして、透明導電膜３２には、両端から同位相で且つ同一の周波数の交流電圧（電位ｅ）が入力される。このとき、指Ｆｒなどの触れるものが無ければ、両端から印加される電位が常に同一となるため、透明導電膜３２には電流が発生しない。しかし、画面の表面の両端を点Ａ，Ｂとした場合、指Ｆｒがある位置（点Ｃ）に触れた場合、点Ｃにおいていわゆる容量結合が生じる。

ここで、透明導電膜３２の両端間の電気抵抗をＲ、透明導電膜３２における点Ａ側の端部から点Ｃの直下までの抵抗をＲ１、透明導電膜３２における点Ｂ側の端部から点Ｃの直下までの抵抗をＲ２とすると、下式(１)が成立する。

Ｒ＝Ｒ１＋Ｒ２・・・(１)

そして、点Ｃにおける容量結合により、指Ｆｒには透明導電膜３２に印加される交流電圧（電位ｅ）に応じた電流が発生する。そして、この電流と同じ電流が、透明導電膜３２側でも発生する。ここでは、両端の電位がｅで同じであるため、透明導電膜３２の両端から点Ｃの直下までの電圧の変化量が同じ値になる。このとき、指Ｆｒに係る容量結合によって生じる電圧変化をｅ１、抵抗Ｒｒ１で流れる電流をｉ１、抵抗Ｒｒ２で流れる電流をｉ２とすると、下式(２)，(３)が成立する。

ｅ１＝ｉ１×Ｒ１＝ｉ２×Ｒ２・・・(２)

Ｒ１／Ｒ２＝ｉ２／ｉ１・・・(３)

したがって、透明導電膜３２の単位長さ当たりの抵抗が一定であるとすると、抵抗Ｒｒ１，Ｒｒ２を流れる電流ｉ１，ｉ２を測定することで、指Ｆｒで触れた位置の座標を検出することができる。

図５では、パネル部２の画面に対する情報の入力座標の検出方法が示されている。図５で示すように、透明導電膜３２の４隅にそれぞれ、所定の抵抗を介して交流電源Ｅ１〜Ｅ４がそれぞれ電気的に接続され、交流電源Ｅ１〜Ｅ４は、それぞれ透明導電膜３２とは逆側が接地されている。このとき、パネル部２の表面を指Ｆｒで触れた際に、透明導電膜３２の４隅にそれぞれ接続された抵抗を流れる電流を測定することで、パネル部２の表面のうち、指Ｆｒで触れられた位置の座標が検出される。よって、発振器４および電流計３により、上述した透明導電膜３２に対する交流電圧の印加および電流の測定が行われ、情報の入力位置が検出される。

＜指またはスタイラスペンの接触位置の検出処理＞
本実施形態では、パネル部２に対して接触面積が小さいスタイラスペン２０による入力において、高周波信号をパネル部２の透明導電膜３２に与えると、スタイラスペン２０のペン先端部２２のインピーダンスが小さくなり、スタイラスペン２０の検知に必要な電流を得ることができるため、スタイラスペン２０の接触位置が検出可能となる。しかし、周波数が高い状態で発振器４を駆動させると、パネル部２の駆動源となる発振器４の消費電力および電流計３のリーク電流が大きくなり、電池で駆動するモパイルタイプの機器であれば長時間の使用ができない。一方、スタイラスペン２０の接触の有無のみを判別するのであれば、低周波信号を透明導電膜３２に付与したままでも可能である。したがって、発振器４が低周波信号および高周波信号の２種類の周波数信号を発振可能に構成され、スタイラスペン２０の接触位置を検出するために必要な高周波信号を透明導電膜３２に付与する前に、低周波信号を透明導電膜３２に付与する。そして、発振器４から低周波信号を付与させて、パネル部２に対するスタイラスペン２０の接触が検出された場合に、発振器４から出される信号を低周波信号から高周波信号に切り替えてスタイラスペン２０の接触位置の座標検出を行う。

図６は、情報入力装置５０に係る電気的構成を示す図である。図６に示すように、情報入力装置５０については、パネル部２に接触する媒体４２（指またはスタイラスペン２０）、電流計３、発振器４、積分回路５、積算量判断部６、信号出力部７、制御部８によって電気的に構成されている。

発振器４は、制御部８の制御下で、パネル部２の透明導電膜３２に対して、低周波信号または高周波信号を付与する。図７および図８は、発振器４から出力される信号の波形を示す図である。図７は低周波信号ａの波形を示し、図８は、高周波信号ｂの波形を示す。また、図７および図８において、横軸は信号の出力開始時間からの経過時間を表す。

図６に戻って説明を続ける。発振器４は、低周波信号ａと高周波信号ｂとの切替えを行う切替部６０を備え、切替部６０は、接点６１，６２，６３を有する。切替部６０は、制御部８の制御の下、接点６１と接点６３とが接続状態のときに低周波信号ａを出力し、接点６２と接点６３とが接続状態のときに高周波信号ｂを出力する。

電流計３は、パネル部２に対して指またはスタイラスペン２０が接触することによって生じた電流の値の検出を行う。

積分回路５は、電流計３から出力された電流値を積算する。

積算量判断部６は、積分回路５が積算した電流量を電圧に換算した値が閾値を超えているかどうかを判断して、閾値を超えていれば、制御部８に閾値を超えている旨の信号を出力する。

信号出力部７は、指またはスタイラスペン２０のパネル部２に対する接触位置の座標を検出するための電流を制御部８へ出力する。これに基づいて制御部８は、指またはスタイラスペン２０の接触位置の座標を検出する。

制御部８は、発振器４から出力される信号の周波数の制御を行う。制御部８は、まず、発振器４から出力される信号を低周波数信号に設定する。

制御部８の判別部１２は、パネル部２に対する何らかの接触を検知するために所定のサイクル（例えば、１０μ秒）で繰り返して電流計３で検出される電流量の変化を監視する。ここでは、電流量が所定の電流量に達していれば、何らかの接触があるものと判別される。

また、制御部８の判別部１２は、何らかの接触があるものと判別した後に、電流積算量が閾値に達する時間を監視する。ここでは、積算量判断部６から積分回路５で積算された電流量（電流積算量）が所定値（閾値）に達した旨の信号が入力されると、電流積算量が閾値に到達するまでの時間を検知して、パネル部２に対して指およびスタイラスペン２０のいずれが接触しているのかを判別する。具体的には、第１所定時間（例えば、１００μ秒）における電流積算量が閾値以上であれば、パネル部２に対して、指が接触している状態（指接触状態）であると判別する。一方、第１所定時間における電流積算量が閾値未満であり、かつ第１所定時間よりも長い第２所定時間（例えば１ｍ秒）における電流積算量が閾値以上であれば、パネル部２に対してスタイラスペン２０が接触している状態（ペン接触状態）であると判別する。このように、指またはスタイラスペン２０がパネルに接触した際に発生する電流の積算量が所定値に達するまでの時間に基づき、明確かつ容易に指の接触とスタイラスペンの接触を判別することが可能となる。なお、第２所定時間における電流積算量が閾値未満であれば、パネル部２に対して指およびスタイラスペン２０のいずれも接触していないものと判別する。

次に、制御部８は、判別部１２による判別結果に応じて、発振器４から出力される信号の周波数を変更する。具体的には、判別部１２によって指接触状態であると判別されると、発振器４から透明導電膜３２に対して低周波信号が付与される状態（低周波信号付与状態）が維持される。一方、判別部１２によってペン接触状態であると判別されると、低周波信号付与状態から、発振器４から透明導電膜３２に対して高周波信号が付与される状態（高周波信号付与状態）に変更される。

そして、制御部８の位置検出部１３は、判別部１２によって指接触状態であると判別された場合には、低周波信号付与状態において座標信号出力部７から入力される電流に基づいて、指の接触位置の座標を検出する。また、位置検出部１３は、判別部１２によってペン接触状態であると判別された場合には、高周波信号付与状態において座標信号出力部７から入力される電流に基づいて、パネル部２に対するスタイラスペン２０の接触位置の座標を検出する。

このように、制御部８では、指によってパネル部２が接触されている場合は、発振器４から出力される信号の周波数を低いままとする一方で、スタイラスペン２０によってパネル部２が接触されている場合は、発振器４から出力される信号の周波数を高くするように制御する。このようなパネル部２に接触する媒体に応じた制御を行うことで、省電力化を実現しながら指およびスタイラスペン２０の接触位置の座標の検出を行うことができる。

図９は、発振器４から出力される信号と、パネル部２に指またはスタイラスペン２０が接触した場合に電流計３で検出される電流との関係を示す図である。図９の横軸は信号の出力開始時からの経過時間を表す。そして、図９（１）は、発振器４から透明導電膜３２に出力される低周波信号の波形を示す。図９（２）は、指がパネル部２に接触した場合に電流計３で検出される電流の波形を示す。図９（３）は、指がパネル部２に接触した場合に積分回路５で積算される電流量（電流積算量）の変化の様子を示す。図９（４）は、スタイラスペン２０がパネル部２に接触した場合に電流計３で検出される電流の波形を示す。図９（５）は、スタイラスペン２０がパネル部２に接触した場合に積分回路５で積算される電流量（電流積算量）の変化の様子を示す図である。

図９（２），（３）に示すように、指がパネル部２に接触した場合には、第１所定時間において積算された電流積算量を電圧に換算した値が閾値（例えば、０．６Ｖ）を超えるため、判別部１２によって指がパネル部２に接触している指接触状態であると判別される。一方、図９（４），（５）に示すように、スタイラスペン２０がパネル部２に接触した場合には、第１所定時間経過後、第２所定時間が経過するまでの間において積算された電流積算量を電圧に換算した値が閾値を超えるため、判別部１２によってスタイラスペン２０がパネル部２に接触しているペン接触状態であると判別される。

このように、指のようにパネル部２に対して接触する面積（接触面積）が大きく、指のパネル部２に対する接触によって発生する静電容量が十分大きな電流を流すことができる場合には、例えば、発振器４から出力される低周波信号の４周期のうち、最初の１周期で電流積算量が閾値を超えてしまうので、パネル部２への指の接触が検知される。一方、スタイラスペン２０のペン先端部２２のようにパネル部２に対して接触する接触面積が小さく、スタイラスペン２０のパネル部２に対する接触によって発生する静電容量が十分大きな電流を流すことができない場合には、例えば、発振器４から出力される低周波信号の３周期目に電流積算量が閾値を超えて、スタイラスペン２０の接触が検知される。このようにして、本実施形態では、指およびスタイラスペン２０のいずれが接触しているのかが検知される。なお、本実施形態においては、スタイラスペン２０によるパネル部２の接触が検知されるまでの期間が、低周波信号の３周期目であったが、これは、あくまでも一例であり、この限りではない。

図１０は、指によるパネル部２に対する接触位置の座標検出を行う際に電流計３で検出される電流の状態を示す図である。また、図１１は、スタイラスペン２０によるパネル部２に対する接触位置の座標検出を行う際に電流計３で検出される電流の状態を示す図である。図１０，１１において、横軸は発振器４による信号の出力開始時点からの経過時間を表し、指またはスタイラスペン２０によるパネル部２の接触開始時点から第２所定時間が経過するまでの期間が、指およびスタイラスペン２０のいずれかが接触しているのかを検知する期間（接触検知期間）であり、第２所定時間が経過した以後が指またはスタイラスペン２０がパネル部２に接触している座標を検出する期間（座標検出期間）である。

図１０（１）は、発振器４から透明導電膜３２に出力される低周波信号の波形を示す。図１０（２）は、指がパネル部２に接触した場合に電流計３で検出される電流の波形を示す。図１０（３）は、指がパネル部２に接触した場合に積分回路５で積算される電流量（電流積算量）の変化の様子を示す図である。なお、図１０（１）〜（３）の第２所定時間までの波形は、図９（１）〜（３）の波形と同様である。図１０に示すように、接触検知期間において指がパネル部２に接触したと判別された場合は、発振器４から透明導電膜３２に低周波信号が出力され、その際に電流計３によって検出される電流値に基づいて、指による接触位置の座標が検出される。

図１１（１）は、発振器４から透明導電膜３２に出力される低周波信号および高周波信号の波形を示す。図１１（２）は、スタイラスペン２０がパネル部２に接触した場合に電流計３で検出される電流の波形を示す。図１１（３）は、スタイラスペン２０がパネル部２に接触した場合に積分回路５で積算される電流量（電流積算量）の変化の様子を示す図である。なお、図１１（１）〜（３）の第２所定期間までの波形は、図９（１），（４），（５）の波形と同様である。図１１に示すように、接触検知期間においてスタイラスペン２０がパネル部２に接触したと判別された場合は、発振器４から透明導電膜３２に出力される信号が低周波信号から高周波信号に切替えられ、発振器４から透明導電膜３２に高周波信号が出力されている際に電流計３によって検出される電流値に基づいて、スタイラスペン２０による接触位置の座標が検出される。このように、スタイラスペン２０による接触であると判別された場合は、座標検知のための信号の周波数を低周波から高周波に切替えることで、静電容量結合に係るインピーダンスを低下させて電流が流れ易い状態とし、スタイラスペン２０による接触位置が高速で検出されるようにしている。

＜情報入力装置の動作＞
図１２は、情報入力装置５０の動作処理フローを示すフローチャートである。本動作処理は、制御部５によって制御され、制御部５が操作部６から入力指示をうけたとき、ステップＡ１に移る。

ステップＡ１では、発振器４により、透明導電膜３２に対する低周波信号の出力が開始される。このとき、パネル部２上に均一な電界が生成され、パネル部２に対する何らかの接触を検知するために所定のサイクル（例えば、１０μ秒）で繰り返して電流量の変化が監視される。

ステップＡ２では、電流計３によって検出される電流量が所定量以上か否か判定される。ここでは、電流量が所定量未満であれば、ステップＡ２の判定が繰り返され、電流量が所定値以上の場合には、何かがパネル部２に接触しているものと判別されて、ステップＡ３に移る。

ステップＡ３では、積分回路５により、電流計３で検出される電流量の積算が開始される。

ステップＡ４では、判別部１２により、ステップＡ３における電流量の積算が開始されてから第１所定時間において、ステップＡ３で積算が開始された電流の積算量（電流積算量）が閾値に到達しているか否かが判別される。ここで、電流積算量が閾値に到達していれば、指による接触があるものと判別されて、ステップＡ７に移り、電流積算量が閾値に到達していなければ、ステップＡ５に移る。

ステップＡ５では、判別部１２により、ステップＡ３における電流量の積算が開始されてから第１所定時間経過後であって第２所定時間経過までに、ステップＡ３で積算が開始された電流の積算量（電流積算量）が閾値に到達しているか否かが判別される。ここで、電流積算量が閾値に到達していれば、スタイラスペン２０による接触があるものと判別されて、ステップＡ６に移り、電流積算量が閾値に到達していなければ、ステップＡ２に戻る。

ステップＡ６では、位置検出部１３によって、発振器４から透明導電膜３２に出力される信号が低周波信号から高周波信号に切替えられる。

ステップＡ７では、電流計３により、それぞれの周波数信号に応じて発生する電流を検出する。すなわち、指による接触があるものと判別された場合は、低周波信号に応じて発生する電流が検出され、スタイラスペン２０による接触があるものと判別された場合は、高周波信号に応じて発生する電流が検出される。

ステップＡ８では、位置検出部１３によって、ステップＡ７において検出された電流値から指またはスタイラスペン２０の接触位置の座標が検出されて、本動作フローが終了する。

本発明によれば、指またはスタイラスペン２０がパネル部２に接触した際に発生する電流の積算量が所定値に達するまでの時間に基づき、指の接触とスタイラスペン２０の接触とが判別される。このため、指先による接触操作のみならず、指に保持したスタイラスペン２０による記述での入力も可能となる。また、このような構成では、スタイラスペン２０の構成の複雑化、およびスタイラスペン２０の重量増加による負荷の増大も招かず、操作性が妨げられない快適な文字入力が可能となる。また、第１所定時間における電流の積算量が閾値に達した場合に、パネル部２に対する指の接触位置が検出され、第１所定時間経過後、第２所定時間までの間に電流の積算量が所定値に達した場合には、第１周波数信号よりも周波数が高い第２周波数信号がパネル部２に対して付与されて、スタイラスペン２０の接触位置が検出される。このため、消費電力の上昇を抑えつつ、指またはスタイラスペン２０での正確な入力が可能となる。

すなわち、本実施形態では、指による接触の場合は信号の周波数を低い状態に維持し、スタイラスペン２０による接触の場合は信号の周波数を高めることで、省電力化を実現しながら、スタイラスペン２０および指先による両方の入力に対応して接触位置の検出を可能としている。

＜変形例＞
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。

◎例えば、上記実施形態では、低周波数信号が透明導電膜３２に付与されている際の電流の積算量が、閾値に達するまでの時間に基づいて、パネル部２に対してスタイラスペン２０および指のいずれが接触しているのかを判別したが、低周波数信号が透明導電膜３２に付与されている際の電流の積算量が、閾値に到達すれば、指接触状態であると判別し、電流の積算量が閾値に到達しなければ、高周波数信号を透明導電膜３２に付与し、電流の積算量が閾値に到達すれば、パネル部２に対してスタイラスペン２０が接触しているペン接触状態であると判別してもよい。すなわち、電流の積算量が閾値に到達するまでの低周波数信号または高周波数信号を付与するタイミングに基づいて、パネル部２に対してスタイラスペン２０および指のいずれが接触しているのかを判別してもよい。また、パネル部２に対する接触媒体の検知と接触位置の座標検知が同時にできるように、閾値に到達したときの電流の積算量に基づいて、指またはスタイラスペン２０の接触位置の座標を検出してもよい。ここで、スタイラスペン２０の接触位置の座標を検出するために用いる電流の積算量は、高周波数信号のみに基づく電流の積算量、あるいは低周波数信号および高周波数信号に基づく電流の積算量のいずれでもよい。

◎また、上記実施形態では、スタイラスペン２０による接触位置の検出を行うために、発振器４から透明導電膜３２に付与される信号の周波数を高めたが、該信号の振幅を増大させて、スタイラスペン２０による接触位置の検出を行ってもよい。

本発明の実施形態に係る情報入力装置の機能構成を例示するブロック図である。 パネル部とスタイラスペンの構造の断面を模式的に示す図である。 パネル部における情報の入力態様を例示する図である。 指で触れた位置、すなわち情報の入力座標の検出方法を説明するための図である。 指で触れた位置、すなわち情報の入力座標の検出方法を説明するための図である。 情報入力装置の電気的構成を示す図である。 発振器から出力される信号の波形を示す図である。 発振器から出力される信号の波形を示す図である。 発振器からの出力信号と、指またはスタイラスペンのパネル部に対する接触時に電流計で検出される電流との関係を示す図である。 指の接触位置の座標検出を行う際に電流計で検出される電流の状態を示す図である。 スタイラスペンの接触位置の座標検出を行う際に電流計で検出される電流の状態を示す図である。 情報入力装置の動作処理フローを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 本体部
２ パネル部
３ 電流計
４ 発振器
５ 積分回路
１２ 判別部
１３ 位置検出部
２０ スタイラスペン
３２ 透明導電膜
５０ 情報入力装置

Claims (7)

1. 文字または線図を入力するスタイラスペンと、
   絶縁膜と導電膜とを有するパネル部と、
   前記導電膜に対して、第１周波数信号を付与する信号付与部と、
   前記絶縁膜への前記スタイラスペンまたは操作者の指の接触によって発生する静電容量結合に応じて発生する静電容量結合に起因して前記導電膜に流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部によって検出された電流を積算する積算部と、
   前記信号付与部によって前記信号が前記導電膜に付与されている際に、前記積算部によって積算される電流の積算量が所定値に達するタイミングに基づいて、前記パネル部に対して前記スタイラスペンおよび指のいずれが接触しているのかを判別する判別部と、
   を備えることを特徴とする情報入力装置。
2. 請求項１に記載の情報入力装置であって、
   前記判別部が、前記信号付与部によって第１周波数信号が前記導電膜に付与されている際に前記積算部によって積算される電流の積算量が前記所定値に達するまでの時間に基づいて、前記パネル部に対して前記スタイラスペンおよび指のいずれが接触しているのかを判別することを特徴とする情報入力装置。
3. 請求項２に記載の情報入力装置であって、
   前記判別部が、前記第１所定時間における前記積算量が前記所定値以上であることに応じて、前記パネル部に対して、指が接触している指接触状態であると判別し、
   前記指接触状態である場合に、前記信号付与部によって前記第１周波数信号を前記導電膜に付与させつつ、前記電流検出部によって検出される電流に基づいて、前記パネル部に対する指の接触位置を検出する位置検出部、
   を更に備えることを特徴とする情報入力装置。
4. 請求項３に記載の情報入力装置であって、
   前記判別部が、前記第１所定時間における前記積算量が前記所定値未満であり、かつ、前記第１所定時間よりも長い第２所定時間における前記積算量が、前記所定値以上であることに応じて、前記パネル部に対して前記スタイラスペンが接触しているスタイラスペン接触状態であると判別し、
   前記位置検出部が、前記スタイラスペン接触状態である場合に、前記信号付与部によって、前記第１周波数信号よりも周波数が高い第２周波数信号を前記導電膜に付与させつつ、前記電流検出部によって検出される電流に基づいて、前記パネル部に対する前記スタイラスペンの接触位置を検出することを特徴とする情報入力装置。
5. 請求項１に記載の情報入力装置であって、
   前記判別部が、前記信号付与部によって第１周波数信号が前記導電膜に付与されている際に前記積算部によって積算される電流の第１積算量が前記所定値に到達すれば、前記パネル部に対して指が接触している指接触状態であると判別し、前記信号付与部によって第１周波数信号が前記導電膜に付与されている際に前記積算部によって積算される電流の第１積算量が前記所定値に到達しなければ、前記信号付与部によって前記第１周波数信号よりも高い周波数の第２周波数信号が前記導電膜に付与されつつ、前記積算部によって積算される電流の第２積算量が前記所定値に到達すれば、前記パネル部に対して前記スタイラスペンが接触しているペン接触状態であると判別することを特徴とする情報入力装置。
6. 請求項５に記載の情報入力装置であって、
   前記指接触である場合に、前記第１積算量に基づいて、前記パネル部に対する指の接触位置を検出する位置検出部、
   を更に備えることを特徴とする情報入力装置。
7. 請求項５に記載の情報入力装置であって、
   前記ペン接触である場合に、前記第２積算量に基づいて、前記パネル部に対する前記スタイラスペンの接触位置を検出する位置検出部、
   を更に備えることを特徴とする情報入力装置。

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