(57)【要約】【課題】  タッチパッドと位置検出回路およびその方法を提供する。【解決手段】  タッチパッド３００は波形発生器３３０を用いて入力信号を発生し、入力信号は感知パッド３１０上のゼロ電圧の位置を所定の方向に徐々に移動させることが可能である。タッチパッド３１０はゼロ電圧検出器３７０を用いて感知ペン３２０のセンシング信号のゼロ電圧が発生する時を検出し、感知パッド３１０上の感知ペン３２０の位置を特定する。したがって、アナログ・デジタル変換器が不要となり、解像度を容易に向上させることができ、コスト、正確性および仕様を容易に制御することができる。【選択図】  図３
2005235162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感知パッドと感知ペンとを有するタッチパッド用の位置検出回路であって、
前記感知パッド上のゼロ電圧の位置を徐々に所定の方向に移動させる入力信号を発生する波形発生器と、
前記感知ペンによって検出されたセンシング信号を受信し、前記センシング信号をフィルタリングし、出力するフィルタと、
前記フィルタに接続され、前記フィルタリングされたセンシング信号を受信し、増幅する増幅器と、
前記増幅器と接続され、フィルタリングされ増幅された前記センシング信号を検出し、エンベロープ信号を発生するエンベロープ検出器と、
前記エンベロープ検出器に接続され、前記エンベロープ信号を受信し、いつゼロ電圧が発生するかを特定することができる出力信号を発生するゼロ電圧検出器と、
前記波形発生器および前記ゼロ電圧検出器に接続され、前記波形発生器を制御して前記入力信号を発生し、前記ゼロ電圧検出器からの出力信号に応じて前記感知パッド上の前記感知ペンの位置を特定するコントローラとを備えることを特徴とする位置検出回路。
【請求項２】
請求項１に記載の回路において、前記回路は前記感知パッドの横方向と縦方向との間で前記入力信号をスイッチ入力するためのマルチプレクサをさらに備えることを特徴とする回路。
【請求項３】
請求項１に記載の回路において、前記波形発生器は２つのデジタル・アナログ変換器を有することを特徴とする回路。
【請求項４】
請求項１に記載の回路において、前記ゼロ電圧の位置は前記所定の方向に前後移動することを特徴とする回路。
【請求項５】
請求項１に記載の回路において、前記ゼロ電圧検出器は比較器であることを特徴とする回路。
【請求項６】
感知パッドと感知ペンとを有するタッチパッド用の位置検出方法であって、
前記感知パッド上のゼロ電圧の位置を徐々に所定の方向に移動させる入力信号を入力し、
前記感知ペンのセンシング信号のゼロ電圧が発生するタイミングに基づいて前記感知ペンの前記感知パッド上の位置を特定することを特徴とする位置検出方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、前記感知パッドの横方向と縦方向との間で前記入力信号をスイッチ入力することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法において、前記ゼロ電圧の位置は前記所定の方向に前後移動することを特徴とする方法。
【請求項９】
感知パッドと、
感知ペンと、
前記感知パッド上のゼロ電圧の位置を徐々に所定の方向に移動させる入力信号を発生する波形発生器と、
前記感知ペンによって感知されたセンシング信号を受信し、前記センシング信号をフィルタリングし、出力するフィルタと、
前記フィルタに接続され、前記フィルタリングされたセンシング信号を受信し、増幅する増幅器と、
前記増幅器に接続され、前記フィルタリングされ増幅されたセンシング信号を検出し、エンベロープ信号を発生するエンベロープ検出器と、
前記エンベロープ検出器に接続され、前記エンベロープ信号を受信し、いつゼロ電圧が発生するかを特定することができる出力信号を発生するゼロ電圧検出器と、
前記波形発生器および前記ゼロ電圧検出器に接続され、前記波形発生器を制御して前記入力信号を発生し、前記ゼロ電圧検出器からの出力信号に応じて前記感知パッド上の前記感知ペンの位置を特定するコントローラとを備えたタッチパッド。
【請求項１０】
請求項９に記載のタッチパッドにおいて、前記タッチパッドは前記感知パッドの横方向と縦方向との間で前記入力信号をスイッチ入力するためのマルチプレクサをさらに備えることを特徴とするタッチパッド。
【請求項１１】
請求項９に記載のタッチパッドにおいて、前記波形発生器は２つのデジタル・アナログ変換器を有することを特徴とするタッチパッド。
【請求項１２】
請求項９に記載のタッチパッドにおいて、前記ゼロ電圧の位置は前記所定の方向に前後移動することを特徴とするタッチパッド。
【請求項１３】
請求項９に記載のタッチパッドにおいて、前記ゼロ電圧検出器は比較器であることを特徴とするタッチパッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は入力周辺装置に関し、特に、タッチパッドおよび位置検出装置、並びに位置検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
科学技術の発展に伴い、コンピュータハードウェアおよびソフトウェアが著しく進歩してきている。これらハードウェアおよびソフトウェアにおける進歩の中でも子供の教育に関するハードウェアおよびソフトウェアの進歩は最も重要な分野の１つである。そういったハードウェアおよびソフトウェアを子供が容易に操作できるようにするために、一般的に入力周辺装置としてタッチパッドが用いられている。
【０００３】
図１はタッチパッドの簡略図である。図１を参照すると、タッチパッドは感知パッド１１０と、感知ペン１２０と、位置検出回路(図示せず)とを有している。入力信号を受信するために、感知パッド１１０には、縦方向にポイントＡおよびＢと横方向にポイントＣおよびＤとが設けられている。感知パッド１１０は抵抗が均等に分配されるよう構成されているため、入力信号により発生した電界が均等に分散される。したがって、感知ペン１２０により検出されたセンシング信号に基づいて感知ペン１２０の位置を位置検出回路が検出することが可能となる。
【０００４】
図２は入力操作時における図１に示したタッチパッドの波形を表している。図２を参照すると、ステージＳ１では、ポイントＡ、Ｂ、ＣおよびＤに同一の電圧が印加されている。したがって、ステージＳ１においては、感知ペン１２０によって検出されるセンシング信号は波形Ｅに示すような形状となる。波形Ｅの大きさを用いて、ステージＳ２およびＳ３の感知ペン１２０の位置を特定する。図２に示すように、ステージＳ２においては、ステージＳ１の電圧と同一の電圧がポイントＡだけに印加され、ステージＳ３においては、ステージＳ１の電圧と同一の電圧がポイントＣだけに印加される。感知パッド１１０は抵抗が均等に分配されるよう構成されているため、ステージＳ２およびＳ３に感知ペン１２０によって検出される波形Ｅは図２に示すような形状となる。位置検出回路は、ステージＳ２およびＳ３における波形Ｅの大きさとステージＳ１における波形Ｅの大きさとの比率に基づいて、感知ペン１２０の位置を特定する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の従来技術には以下のような欠点があった。
【０００６】
１．感知ペンによって検出されるセンシング信号の大きさを用いて感知ペンの位置を特定するため、より高い解像度が必要となる。そのため、より高精度のアナログ・デジタル変換器が必要となり、コスト削減が困難となる。
【０００７】
２．誘導電圧の大きさもしくはエネルギーを検出することにより正確性を制御したり大量生産のために仕様を制御することは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、本発明は、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）を用いないタッチパッドと位置検出回路およびその方法を得ることを目的としたものである。したがって、解像度の向上やコスト、正確性および仕様の制御を容易に行うことが可能となる。
【０００９】
本発明の実施形態によれば、タッチパッドおよびその位置検出回路が提供される。タッチパッドは、感知パッドと、感知ペンと、位置検出回路とを有している。位置検出回路は、波形発生器と、フィルタと、増幅器と、エンベロープ検出器と、ゼロ電圧検出器と、コントローラとを有している。
【００１０】
波形発生器は入力信号を発生し、入力信号により感知パッド上のゼロ電圧の位置が徐々に所定の方向に向けて動かされる。感知ペンにより感知されたセンシング信号をフィルタが受信し、そのセンシング信号をフィルタリングして出力する。フィルタと接続された増幅器は、フィルタリングされたセンシング信号を受信し増幅する。増幅器と接続されたエンベロープ検出器は、フィルタリングおよび増幅されたセンシング信号を検出しエンベロープ信号を発生する。エンベロープ検出器と接続されたゼロ電圧検出器は、エンベロープ信号を受信して出力信号を発生する。この出力信号によってゼロ電圧がいつ発生するのか特定することが可能となる。波形発生器およびゼロ電圧検出器に接続されたコントローラは波形発生器を制御して入力信号を発生し、ゼロ電圧検出器からの出力信号に応じて感知パッド上の感知ペンの位置を特定する。
【００１１】
本発明の実施形態において、位置検出回路は、感知パッドの横方向と縦方向との間で入力信号をスイッチ入力するためのマルチプレクサをさらに備えている。
【００１２】
本発明の実施形態において、波形発生器は、感知パッド上のゼロ電圧の位置を徐々に所定の方向に移動させる入力信号を発生する２つのデジタル・アナログ変換器を有している。
【００１３】
本発明の実施形態において、感知ペンの位置を特定する際にゼロ電圧検出器によって発生するエラーを補正するために、ゼロ電圧の位置は所定の方向に前後移動する。
【００１４】
本発明の実施形態において、ゼロ電圧検出器は比較器である。
【００１５】
また、本発明は感知パッドおよび感知ペンを有するタッチパッドにおける位置検出方法に関するものである。本発明の実施形態において、感知パッド上のゼロ電圧の位置を徐々に所定の方向に移動させることが可能な入力信号が入力され、感知ペンのセンシング信号のゼロ電圧が発生した際のタイミングに基づいて、感知パッド上の感知ペンの位置が特定される。
【００１６】
本発明の実施形態において、感知パッドの横方向と縦方向との間のスイッチを通じて入力信号が入力される。
【００１７】
本発明の実施形態において、ゼロ電圧の位置は所定の方向に前後移動する。
【００１８】
以上から、本発明の実施形態におけるタッチパッドと位置検出回路およびその方法では、アナログ・デジタル変換器は不要である。また、波形発生器により発生する入力信号によって感知パッド上のゼロ電圧の位置の変化量を変更することによって、解像度を向上させることが可能となる。したがって、コスト、正確性および仕様を容易に制御することが可能となる。
【００１９】
以上、従来の技術における課題と本発明における優位性とを簡単に説明した。その他の特徴、効果および本発明の実施形態は以下の説明、添付の図面および特許請求の範囲により、当該技術の当業者には明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図３は本発明の一実施形態におけるタッチパッドと位置検出回路とを示すブロック図である。図３を参照すると、タッチパッド３００は感知パッド３１０と、感知ペン３２０と、位置検出回路とからなる。位置検出回路は２つのデジタル・アナログ変換器３３１と３３２を含む波形発生器３３０と、フィルタ３４０と、増幅器３５０と、エンベロープ検出器３６０と、ゼロ電圧検出器３７０(例えば、比較器３７１)と、コントローラ３８０とからなる。
【００２１】
また、タッチパッド３００は二次元タッチパッドであるので、感知ペン３２０は感知パッド３１０の縦方向および横方向に移動することが可能である。そのため、感知パッド３１０の縦方向および横方向における感知ペン３２０の位置を交互に検出するために、位置検出回路には、感知パッド３１０の横方向と縦方向との間で波形発生器３３０により発生される入力信号をスイッチ入力するためのマルチプレクサ３９０をさらに設けてもよい。感知パッド３１０上の感知ペン３２０の位置の検出は縦方向における場合も横方向における場合も同様であるため、以下、マルチプレクサ３９０が感知パッド３１０の横方向にスイッチされた場合の操作例のみを説明する。すなわち、入力信号が感知パッド３１０のポイントＸ＋とＸ−とに送られた場合の操作を説明する。
【００２２】
図４は本発明の一実施形態による波形発生器によって発生する入力信号の波形を示す図である。図４において、全検出工程は９つのタイムスロットに分けられている。各タイムスロットにおいて、ポイントＸ＋とＸ−とは２つの方形波を発信する。方形波は、Ｖ、３Ｖ／４、２Ｖ／４、Ｖ／４、０、−Ｖ／４、−２Ｖ／４、−３Ｖ／４および−Ｖの異なった大きさを有している。タイムスロット１におけるプラス側の波形では、ポイントＸ＋の電圧の大きさはＶであり、ポイントＸ−の電圧の大きさは０である。したがって、感知パッド３１０の電界分布は図５（ａ）に示すようになり、ゼロ電圧の位置は図６の軸Ａ上となる。タイムスロット１におけるマイナス側の波形では、ポイントＸ＋の電圧の大きさは−Ｖであり、ポイントＸ−の電圧の大きさは０である。このため、感知パッド３１０の電界分布は図５（ｂ）に示すようになり、ゼロ電圧の位置は図６の軸Ａ上となる。したがって、タイムスロット１においては、ゼロ電圧の位置は図６の軸Ａ上である。
【００２３】
タイムスロット２におけるプラス側の波形では、ポイントＸ＋の電圧の大きさは３Ｖ／４であり、ポイントＸ−の電圧の大きさは−Ｖ／４である。このため、感知パッド３１０の電界分布は図５（ｃ）に示すようになり、ゼロ電圧の位置は図６の軸Ｂ上となる。タイムスロット２におけるマイナス側の波形では、ポイントＸ＋の電圧の大きさは−３Ｖ／４であり、ポイントＸ−の電圧の大きさはＶ／４である。このため、感知パッド３１０の電界分布は図５（ｄ）に示すようになり、ゼロ電圧の位置は図６の軸Ｂ上となる。したがって、タイムスロット２においては、ゼロ電圧の位置は図６の軸Ｂ上である。
【００２４】
同様に、タイムスロット３においては、感知パッド３１０の電界分布は図５（ｅ）および（ｆ）に示すようになり、ゼロ電圧の位置は図６の軸Ｃ上となる。タイムスロット４においては、感知パッド３１０の電界分布は図５（ｇ）および（ｈ）に示すようになり、ゼロ電圧の位置は図６の軸Ｄ上となる。タイムスロット５においては、感知パッド３１０の電界分布は図５（ｉ）および（ｊ）に示すようになり、ゼロ電圧の位置は図６の軸Ｅ上となる。タイムスロット６においては、感知パッド３１０の電界分布は図５（ｇ）および（ｈ）に示すようになり、ゼロ電圧の位置は図６の軸Ｄ上となる。タイムスロット７においては、感知パッド３１０の電界分布は図５（ｅ）および（ｆ）に示すようになり、ゼロ電圧の位置は図６の軸Ｃ上となる。タイムスロット８においては、感知パッド３１０の電界分布は図５（ｃ）および（ｄ）に示すようになり、ゼロ電圧の位置は図６の軸Ｂ上となる。タイムスロット９においては、感知パッド３１０の電界分布は図５（ａ）および（ｂ）に示すようになり、ゼロ電圧の位置は図６の軸Ａ上となる。
【００２５】
したがって、ゼロ電圧発生のタイミングを検出する時に、感知ペンの位置が軸Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥのいずれかにあるということを特定できる。本実施形態においては、全スキャニング期間中に感知ペン３２０の位置が軸Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥのいずれかにおいて２度検出される。そうする理由は、ゼロ電圧検出器３７０によって発生するエラーを補正するために、その結果を均分するためである。もちろん、数回スキャニングをし統計をとることで正確性を高めることも可能である。
【００２６】
図３を参照すると、フィルタ３４０は、感知ペン３２０によって感知されたセンシング信号を受信し、フィルタリングを行い、センシング信号を出力する。増幅器３５０は、フィルタリングされたセンシング信号を受信し増幅する。エンベロープ検出器３６０はフィルタリングおよび増幅されたセンシング信号を検出し図７に示すようなエンベロープ信号Ｖinを発生する。図７に示すようなエンベロープ信号Ｖinは、感知ペン３２０の位置が図６の軸Ｄにある時に発生するようになっている。この時、ゼロ電圧の位置はタイムスロット４および６において発生する。
【００２７】
図３に示すように、エンベロープ信号Ｖinは比較器３７１の正入力端子に入力する。比較器３７１の負入力端子はゼロ電圧基準信号Ｖrefを受信する。このため、比較器３７１の出力端子は、ゼロ電圧が発生するタイミングを特定する出力信号Ｖoutを出力する。コントローラ３８０は、比較器３７１の出力信号Ｖoutに基づいて、感知パッド上の感知ペン３２０の位置を特定することができる。この例においては、出力信号Ｖoutの立下りおよび立ちあがりがそれぞれタイムスロット４および６で発生したことをコントローラ３８０が確認した時に、感知ペン３２０が感知パッドの軸Ｄにあるということが特定できる。
【００２８】
なお、上述の実施形態においては全スキャニング工程を９つのタイムスロットに分割しており、各タイムスロットにおいてポイントＸ＋とＸ−とが２つの方形波を発信しているが、ポイントＸ＋とＸ−において発信される方形波の数は必要に応じて変更可能である。また、タイムスロットの数は要求される解像度によって決められる。例えば、必要とされる解像度が２５６である場合、上記の実施形態におけるタイムスロットの数は２５６×２−１＝５１１タイムスロットとなる。このため、８ビットのデジタル・アナログ変換器もしくは８つの抵抗器を持つ電圧分周回路があればよいことになる。したがって、本発明の実施形態によれば、解像度を容易に向上することができ、コスト、正確性および仕様を容易に制御することが可能となる。
【００２９】
上記の説明に基づいて、位置検出方法も提供される。この位置検出方法は、感知パッドと感知ペンとを有するタッチパッドに適している。該位置検出方法は、感知パッド上のゼロ電圧の位置を徐々に所定の方向に移動させる入力信号を入力するステップと、感知ペンのセンシング信号のゼロ電圧が発生するタイミングに基づいて感知ペンの位置を特定するステップとを備えている。
【００３０】
本発明の実施形態において、入力信号は感知パッドの縦方向および横方向の間のスイッチを通して入力される。
【００３１】
本発明の実施形態において、ゼロ電圧の位置は所定の方向に前後移動する。
【００３２】
上記の説明により、本発明の好適な実施形態を全て説明した。本発明の範囲もしくは意図を変更することなく、当該技術の当業者によって様々な変形や別の構造およびその均等物をなすことが可能である。したがって、上記の説明および例示は、本発明の範囲を限定するために用いられたのではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲により解釈されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】タッチパッドの簡略図である。
【図２】入力操作の際の図１に示したタッチパッドの波形を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態における、タッチパッドと位置検出回路とを示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態における波形発生器により発生する入力信号の波形を示す図である。
【図５】感知パッドの電界分布を示す図である。
【図６】感知パッドの軸を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態におけるゼロ電圧検出器の入出力波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
３００  タッチパッド
３１０  感知パッド
３２０  感知ペン
３３０  波形発生器
３３１  デジタル・アナログ変換器
３３２  デジタル・アナログ変換器
３４０  フィルタ
３５０  増幅器
３６０  エンベロープ検出器
３７０  ゼロ電圧検出器
３７１  比較器
３８０  コントローラ
【図１】
2005235162.tif 000003
【図２】
2005235162.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005235162.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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