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JPH06242875A - 容量性位置センサ - Google Patents

容量性位置センサ

Info

Publication number
JPH06242875A
JPH06242875A JP2498694A JP2498694A JPH06242875A JP H06242875 A JPH06242875 A JP H06242875A JP 2498694 A JP2498694 A JP 2498694A JP 2498694 A JP2498694 A JP 2498694A JP H06242875 A JPH06242875 A JP H06242875A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrodes
electrode
array
capacitance
sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP2498694A
Other languages
English (en)
Inventor
Robert A Boie
アルバート ボイエ ロバート
Laurence W Ruedisueli
ダブリュ．ルエディズエリ ローレンス
Eric R Wagner
リチャード ワグナー エリック
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AT&T Corp
Original Assignee
American Telephone and Telegraph Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by American Telephone and Telegraph Co Inc filed Critical American Telephone and Telegraph Co Inc
Publication of JPH06242875A publication Critical patent/JPH06242875A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G—PHYSICS
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マウスとしてもキーボードとしても使用可能
な入力デバイスとしての容量性位置センサを実現する。 【構成】 容量性センサは、複数の電極を被覆する薄い
絶縁性の面からなる。電極に対する指などの物体の位置
は、電極で測定されるキャパシタンス値の重心から決定
される。電極は、１次元または２次元に配列可能であ
る。２次元アレイでは、各電極のキャパシタンスは別々
に測定するか、または、電極を列および行に接続された
別々の要素に分割し各列および行のキャパシタンスを測
定する。マイクロコントローラは、測定したキャパシタ
ンスから重心のｘ座標およびｙ座標を計算し、センサを
マウスとして使用する場合には位置変化情報を利用手段
へ転送し、センサをキーボードとして使用する場合には
接触している物体の位置からキーを識別し、このキー識
別情報を利用手段へ転送する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、面上の物体（例えば
指）の位置または運動を容量的に検知するセンサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】面上の物体の位置を検知するいくつもの
デバイスが既知であるが、その多くはコンピュータ入力
タブレットに関するものである。例えば、米国特許第
５，１１３，０４１号（発明者：グレッグ・イー．ブロ
ンダ(Greg E. Blonder)他）には、スタイラスとともに
使用するコンピュータ入力タブレットが開示されてい
る。この特許では、スタイラスの位置は、タブレットに
埋め込まれた信号線のグリッドからスタイラスへ伝達さ
れる信号から決定することができる。また、米国特許第
４，８０６，７０９号（発明者：ブレア・エヴァンズ(B
lair Evans)）には、離間したいくつかの点電極ととも
に抵抗性層を有するタッチスクリーンが開示されてい
る。この特許では、スクリーンに触れている指の位置
は、点電極からとられる電流の相対値から決定すること
ができる。最初のデバイスは、スタイラス自体が、直接
電気接続のような情報を伝達する手段であることを必要
とする。第２のデバイスや、指またはスタイラスの圧力
を検知するその他の種類のタブレットは、このような情
報伝達手段を必要としない。
【０００３】コンピュータ入力タブレットは、文書情報
または図形情報の入力に使用することができる。手書き
文書をあたかもキーボードから入力したように処理する
さまざまなシステムが従来知られている。図形情報もま
たこのようなタブレットによって捕捉することができ
る。
【０００４】コンピュータでは、コンピュータ「マウ
ス」、ジョイスティックおよびトラックボールのような
その他の入力デバイスが、図形情報の入力のために、な
らびに、コンピュータゲームや、情報の表示に「ウィン
ドウ」を使用するプログラムのような対話的プログラム
のために、ビデオ端末のようなディスプレイスクリーン
上のカーソルの位置を制御するために使用することがで
きる。面上の特定方向へのマウスの移動によって、スク
リーン上のカーソルなどのオブジェクトの対応する移動
が引き起こされる。同様に、ジョイスティックやトラッ
クボールの特定方向への移動によってこのような移動が
引き起こされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】マウス、ジョイスティ
ックおよびトラックボールのような入力デバイスは、そ
の大きさおよび形状のために、ならびに、特にマウスで
は使用に場所をとるために、煩わしくなることがある。
こうした短所は、いわゆる「ノート型」コンピュータの
ような携帯型コンピュータについてはさらに明らかであ
る。従って、小さい空間に組み込むことができてしかも
使用の容易さを犠牲にしないような入力デバイスにこの
ような制御機能を備え付けることが所望される。また、
このようなデバイスは複数の機能に使用可能であること
が所望される。例えば、コンピュータキーボードの特定
部分が、キーボードの機能を失わずに、マウスとしても
使用可能であることが期待される。さらに、このような
入力デバイスは、指または情報を伝達するために電気的
接続などの手段を必要としない手持ちスタイラスによっ
て操作可能であることが所望される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の容量性センサ
は、複数の電極を被覆する薄い絶縁性の面からなる。電
極に対する指または手持ちスタイラスのような物体の位
置は、電極で測定されるキャパシタンス値の重心から決
定される。電極は、１次元または２次元に配列可能であ
る。２次元アレイでは、各電極のキャパシタンスは別々
に測定することも可能であり、また、電極を列および行
に接続された別々の要素に分割し各列および行に対して
キャパシタンスを測定することも可能である。重心のｘ
座標およびｙ座標は、マイクロコントローラで測定した
キャパシタンスから計算される。センサがマウスまたは
トラックボールをエミュレートするために使用されるよ
うなアプリケーションでは、マイクロコントローラは位
置変化情報を利用手段へ転送する。センサがキーボード
をエミュレートするために使用されるようなアプリケー
ションでは、マイクロコントローラは接触している物体
の位置からキーを識別し、このキー識別情報を利用手段
へ転送する。
【０００７】
【実施例】本発明は、例として、パーソナルコンピュー
タで使用するコンピュータマウスまたはキーボードをエ
ミュレートするのに適した２次元実施例について説明す
るが、当業者であれば、１次元以上で容量的に物体の位
置を検知するのが便利であるような他のアプリケーショ
ンに利用可能であることは明らかである。
【０００８】本発明の容量性位置センサの動作原理を図
１に示す。電極アレイ１００は、タイルのアレイのよう
に、行および列のグリッドパターンに配列された電極１
０１の正方形または長方形のアレイである。４×４アレ
イが示されているが、これは、アレイ上で指のストロー
クによってコンピュータマウスをエミュレートするのに
適当であると判断したものである。しかし、本発明は、
必要に応じて他のサイズのアレイでも使用可能である。
電極は絶縁性材料の薄層（図示せず）で被覆されてい
る。指１０２は、アレイ１００上に置かれているように
示されている。電極アレイ１００は、１次元のみの位置
を検知すべきアプリケーションでは１次元でも可能であ
る。
【０００９】ヒストグラム１１０は、指１０２に対する
アレイ１００内の電極１０１のキャパシタンスを示して
いる。このキャパシタンスは、アレイ１００と指１０２
の間のキャパシタンスの分布の２次元サンプリングであ
る。この分布の重心（質量中心すなわち１次モーメン
ト）１１１は、適当なサンプリング基準が満たされてい
れば、アレイ１００に触れている指１０２またはその他
の物体の位置に対応する。このサンプリング基準は、分
布の広がりに比べて十分小さいサイズの電極を選択する
ことによって達成される。この基準は、上掲のブロンダ
他の特許に記載されている。
【００１０】重心のｘ座標およびｙ座標は、各電極１０
１におけるキャパシタンスを直接測定し、その測定した
キャパシタンスからｘ座標およびｙ座標を計算すること
によって決定することができる。従って、４×４アレイ
１００では、１６個のキャパシタンス測定値が必要であ
る。しかし、ｘ軸およびｙ軸上への分布の射影の１次元
重心もまた指の位置に対応するということを利用するこ
とによって、測定値の数を減らすことができる。このよ
うな射影は、図２に示すように、各電極１０１を２つの
要素に分割することによって形成することができる。
【００１１】図２は、アレイ１００内の２個の行と２個
の列の交点においてこのように分割された４個の電極を
詳細に示す図である。図２から分かるように、水平要素
２０１および垂直要素２０２が行と列の各交点に位置す
る。水平要素２０１はリード２０３によって相互接続さ
れ、垂直要素２０２はリード２０４によって相互接続さ
れている。要素２０１および２０２は図示のように交互
嵌合可能である。要素２０１および２０２の導電性領域
ができるだけ完全にアレイ１００の面を被覆することが
好ましい。指のストロークに対して、交互嵌合要素２０
１および２０２には我々は約０．３７平方インチ（約
２．４平方センチメートル）を使用している。指よりも
小さい断面積を有する手持ちスタイラスとともに使用す
るには、より小さい電極１０１または要素２０１および
２０２が好ましい。
【００１２】当業者には明らかなように、要素２０１お
よび２０２は、１組の相互接続（例えば、水平行接続２
０３）とともに、多層プリント回路板の１つの面に製造
することができる。その場合、垂直行接続２０４は、回
路板のもう１つの面に製造し、面間に適当な接続を形成
することができる。
【００１３】必要であれば、他の電極アレイ配置も使用
可能である。例えば、図３は、垂直ストリップ電極２０
４’に重畳する水平ストリップ電極２０３’を示してい
る。電極２０３’および２０４’は、薄い絶縁層（図示
せず）によって分離され、他の薄い絶縁層（図示せず）
によって被覆されている。このような配置では、これら
の電極が埋め込まれた面に触れている物体のキャパシタ
ンスを依然として「見る」ことができるように、電極２
０４’の領域は電極２０３’によってマスクされずに残
されなければならない。電極の同様の配置がブロンダ他
の特許に示されている。しかし、図２の構成が好まし
い。その理由は、交互嵌合要素２０１および２０２は重
畳しておらず、アレイ１００の与えられた面積に対して
測定されるキャパシタンス値が高くなってノイズ耐性が
増大するためである。
【００１４】図４は、本発明による容量性センサ４００
の全体ブロック図である。電極アレイ１００は、電極の
行および列からなる。これは、例えば図２に示したよう
に、接続された水平要素および垂直要素の行および列で
ある。図４に戻ると、アレイ１００からの電極の各行お
よび列は、積分増幅器およびブートストラップ回路４０
１に接続される。積分増幅器およびブートストラップ回
路４０１は、図５に詳細に示してあり、後述する。回路
４０１の各出力はマイクロコントローラ４０６の制御下
でマルチプレクサ４０２によって選択することができ
る。続いて、選択された出力は、加算回路４０３へ転送
される。ここで、この出力はトリマ抵抗４０９からの信
号と結合される。同期検出器およびフィルタ４０４は、
加算回路４０３からの出力を、マルチプレクサ４０２に
よって選択された行または列のキャパシタンスに関係す
る信号に変換する。ＲＦ発振器４０８は、例えば１００
キロヘルツのＲＦ信号を、回路４０１に、インバータ４
１０を介して同期検出器およびフィルタ４０４に、なら
びに保護面４１１に供給する。保護面４１１は、アレイ
１００および付随する接続に平行な、ほぼ連続な面であ
り、外部信号からアレイ１００を絶縁するために使用さ
れている。同期検出器およびフィルタ４０４の動作は周
知である（例えば、"The Art of Electronics"、第２
版、ホロウィッツ(Horowitz)とヒル(Hill)共著、ケンブ
リッジ大学出版局（１９８９年）の第８８９ページ参
照）。
【００１５】図４に示したのと同様のデバイスが、行お
よび列に接続されている分割された電極要素の集合的キ
ャパシタンスではなくアレイ１００内の各電極の個々の
キャパシタンス値を測定することが所望されるようなア
プリケーションにも使用可能である。このようにキャパ
シタンスを別々に測定するためには、アレイ１００内の
各電極に対して回路４０１を設け、すべての回路４０１
からの出力を収容するようにマルチプレクサ４０２を拡
張する。
【００１６】同期検出器およびフィルタ４０４の出力
は、アナログ−ディジタル変換器４０５によってディジ
タル形式に変換され、マイクロコントローラ４０６へ転
送される。すなわち、マイクロコントローラ４０６は、
電極要素（または、別々に測定する場合は電極）の行ま
たは列によって見られ、マルチプレクサ４０２によって
選択されたキャパシタンスを表すディジタル値を取得す
ることができる。ボタン４０７もまたマイクロコントロ
ーラ４０６に接続される。このボタン４０７は、アレイ
４００の付近に位置する補助プッシュボタンまたはスイ
ッチトすることが可能である。ボタン４０７は、例え
ば、コンピュータマウス上のボタンと同じ目的で使用す
ることができる。マイクロコントローラ４０６は、リー
ド４２０によって、利用手段（例えばパーソナルコンピ
ュータ、図示せず）にデータを送る。Ａ／Ｄ変換器４０
５およびマイクロコントローラ４０６に使用可能なデバ
イスの例としては、インテル社製の８７Ｃ５５２があ
る。これには、Ａ／Ｄ変換器およびマイクロプロセッサ
が両方とも含まれている。
【００１７】図５は、各積分増幅器およびブートストラ
ップ回路４０１の回路図である。ＲＦ発振器４０８から
のＲＦ信号が、トランジスタＱ１のベースと、抵抗５０
１およびキャパシタ５０２からなるブートストラップ回
路とを駆動する。電流源５０３は、トランジスタＱ１を
通じて一定のＤＣバイアス電流を供給する。アレイ１０
０内の電極はトランジスタＱ１のエミッタに接続され
る。電極へのＲＦ電流は、電極によって見られるキャパ
シタンスによって決定される。すなわち、物体（例えば
指）の接近によって引き起こされるキャパシタンスの増
大が、この電流の増大を引き起こす。この増大は、トラ
ンジスタＱ１のコレクタから流れるＲＦ電流の変化に反
映される。トランジスタＱ１のコレクタは、結合キャパ
シタ５０６を介して積分増幅器５０５の入力ノードに接
続される。電極におけるキャパシタンスの変化ΔＣに対
し、増幅器５０５からの出力信号の振幅の変化はおよそ
Ａ（ΔＣ／Ｃf）である。ただし、Ａは発振器４０８か
らのＲＦ信号の振幅であり、Ｃｆは積分キャパシタ５０
７の値である。抵抗５０８は増幅器５０５のバイアス電
流を提供し、抵抗５０４はトランジスタＱ１のバイアス
電流を提供する。
【００１８】電極間キャパシタンス、配線キャパシタン
スおよびその他の外部キャパシタンスの効果は、全電極
および保護面４１１をＲＦ発振器４０８から同時に駆動
することによって最小化される。ブートストラップ回路
は、トランジスタＱ１のバイアス電流の有限インピーダ
ンスによる信号を最小化するために使用されている。ト
ランジスタＱ１のベース・コレクタ間キャパシタンスお
よびその他の回路内の浮遊容量は、図４のトリマ抵抗４
０９を調節することによって補償可能である。
【００１９】本発明の位置センサを、カーソルを制御す
るコンピュータマウスまたはトラックボールとして使用
する場合、マウスまたはトラックボールの移動は、アレ
イ１００を指１０２またはその他の物体で触り、カーソ
ルを移動させるようにアレイ１００上で、指１０２を動
かすことによってエミュレートされる。アレイ１００に
対する指の位置の変化が、カーソルの位置の対応する変
化に反映される。このように、あるアプリケーションで
は、マイクロコントローラ４０６は位置の変化に関する
データをリード４２０に送る。図６は、このようなアプ
リケーションにおけるマイクロコントローラ４０６の動
作の流れ図である。
【００２０】図６を参照すると、マイクロコントローラ
４０６はアレイ１００内の全要素の初期キャパシタンス
値を読み取り、その値を記憶する（ステップ６０１）。
この初期値は、付近に指などの物体のない場合のアレイ
１００の状態を反映するはずであり、従って、ステップ
６０１を何回か反復し、読み取った最小のキャパシタン
ス値を初期値として選択することにより、この初期化ス
テップ中にアレイ１００の付近で動いた物体の影響を補
償することが好ましい。初期化後、すべてのキャパシタ
ンス値を周期的に読み取り、初期値を減算して、各要素
に対する差の値を得る（ステップ６０２）。これらの差
分値のうち、事前に設定したしきい値（プリセットしき
い値）を超過するものがある場合（ステップ６０３）、
物体がアレイ１００の付近にあるかまたは接触している
ことを示しており、この物体に対するキャパシタンスの
重心のｘ座標およびｙ座標をこれらの差分値から計算す
ることができる（ステップ６０４）。アレイ１００の電
極が図２および図３のように行および列に接続されてい
るようなアプリケーションでは、この計算は以下のよう
に実行することができる。
【数１】
【数２】 ただし、ｕxは列の数、Ｖ（ｎx）は列ｎxの測定値、ｕy
は行の数、Ｖ（ｎy）は行ｎyの測定値である。余分な動
作を避けるため、複数の測定値がプリセットしきい値を
超過することを要求するのが好ましいことがある。この
しきい値は、Ａ／Ｄ変換器４０５のレンジの何パーセン
トか（例えばそのレンジの１０〜１５％）に設定するこ
とができる。
【００２１】アレイ１００内の電極１０１のキャパシタ
ンス値を別々に測定するようなアプリケーションでは、
重心のｘおよびｙの値は、行または列に対するＶの値を
得るために行または列に対して測定したすべてのキャパ
シタンスを加算することによって、式（１）および
（２）を使用して計算することも可能である。このよう
な加算は、電極が行または列で接続されているのと同じ
効果を有する。
【００２２】Ｔフラグは、セットされている場合、ステ
ップ６０３を通る前の反復中に差分値がしきい値を超え
ていたことを示す。このフラグはステップ６０６でセッ
トされ、ステップ６０７でクリアされる。すなわち、ス
テップ６０３を通る最初の反復の後、アレイ１００上の
指１０２の新たなストロークを示している場合、Ｔフラ
グはセットされ、計算されたばかりのｘおよびｙの値が
記憶される。このようなストローク中の後続の各反復
で、ｘおよびｙ（ｄｘおよびｄｙ）の変化は以下のよう
に計算される（ステップ６０８）。
【数３】
【数４】 ただし、ｘcおよびｙcはステップ６０５で計算されたば
かりの値であり、ｘpおよびｙpは前の反復中に計算され
記憶された（ステップ６１０）値である。
【００２３】計算したｄｘおよびｄｙの値の再会ビット
からジッタを除去することが好ましいことがある（ステ
ップ６０９）。これは、負の値を１だけインクリメント
し、正の値を１だけデクリメントし、０の値を変化させ
ないままにすることによって実現することができる。
【００２４】ｘおよびｙに対して計算された値は、次の
反復中にｄｘおよびｄｙを計算する際に使用するために
記憶される（ステップ６１０）。次に、ボタン４０７の
ような他の入力がマイクロコントローラ４０６に接続さ
れた場合、この入力の状態が読み込まれる（ステップ６
１１）。最後に、ｘまたはｙが変化した場合（ｄｘ≠０
またはｄｙ≠０）またはボタン４０７の状態が変化した
場合（ステップ６１２）、これらの変化に関係するデー
タが、ライン４２０を通じて、センサ４００が接続され
ているコンピュータなどの利用手段に送られる（ステッ
プ６１３）。このデータは一般的にｄｘ、ｄｙおよびボ
タンの現在の状態を含み、これは、従来のコンピュータ
マウスまたはトラックボールによってコンピュータに送
られるものに対応する。最後に、このような他の入力の
状態が、次の反復中に使用するために記憶される（ステ
ップ６１４）。
【００２５】一般的に、上記のステップを通じてのサイ
クル時間は回路４０４内のフィルタの時定数に対応し
て、約２０ミリ秒である。マルチプレクサ４０２の各変
化の後に、マイクロコントローラ４０６は回路４０４の
出力が安定化するために約２ミリ秒ウェイトするように
プログラムされている。
【００２６】明らかなように、必要であれば、ライン４
２０を通じて利用手段に送られるデータにｘおよびｙの
絶対値を含めることも可能である。例えば、容量性入力
センサ４００は、手書き情報を入力するための汎用入力
パッドとしての使用に適合させることができる。このよ
うなアプリケーションでは、解像度を改善するために電
極の数を増やすことが好ましいが、ステップ６０４で実
行される重心決定計算の補間効果のため、指入力ととも
に使用する４×４マトリクスであっても有用な入力デー
タを生成することができる。
【００２７】アレイセンサ１００をコンピュータマウス
として使用する際に追加的入力にボタン４０７を使用す
る代わりに、異なる指圧力を検知することが好ましいこ
ともある。例えば、「クリック・アンド・ドラッグ」操
作はコンピュータマウスの典型的使用法であるが、これ
を実行するためには、普通のカーソル移動をしたい場合
よりも高い指圧力をアレイ１００上で使用することがで
きる。明らかに、指圧力は、電気機械的手段などの手段
によって検知可能であるが、センサ４００によって検知
されるキャパシタンスの違いもこの目的に使用可能であ
る。
【００２８】アレイ１００によって検知されるキャパタ
ンス値の大きさは、アレイ１００に接触する際の指先の
圧縮性のために、指圧力にやや関係している。高い指圧
力によって、高いキャパシタンス値が検出される。この
効果は、アレイ１００上の絶縁層（図示せず）を圧縮性
絶縁層で置き換えることによって高めることができる。
ステップ６０３で使用するしきい値を追加定義すること
によって異なる指圧力を設定することができる。普通の
接触によって差分値は第１のしきい値のみを超える。強
く押すことにより、少なくとも１つの差分値は高いほう
のしきい値を超過し、これは異なるボタン状態を示すた
めに使用することができる。
【００２９】図７は、本発明によってアレイ１００をい
かにしてキーボードとして使用することができることか
を示す図である。今度も、アレイ１００は電極の４×４
マトリクスとして示されているが、マトリクス上にキー
ボードパターンオーバーレイが重畳されている。このよ
うなキーボードパターンは、電極を被覆する絶縁層上に
印刷することができる。キーボード上の各「キー」は下
の電極に必ずしも対応する必要はないことに注意すべき
である。ｘ座標およびｙ座標を参照のために示す。式
（１）および（２）を使用して４×４マトリクス内のｘ
およびｙに対して得られる値は１から４間での範囲にあ
るため、この範囲が座標上に示してある。
【００３０】押されたキーの識別情報は、推された結果
のキャパシタンスの重心に対して計算されるｘおよびｙ
の値から決定される。例えば、図７に示したｘ座標およ
びｙ座標を使用すると、「５」は［１．７≦ｘ≦２．
３，２．３≦ｙ≦２．７］の接触として定義することが
でき、「０」は［１≦ｘ≦２．３，１≦ｙ≦１．３］の
接触として定義することができ、「＋」は［３．７≦ｘ
≦４，２．４≦ｙ≦３．５］の接触として定義すること
ができる。これらの範囲は、隣接するキー間の保護バン
ドを残すように選択されている。
【００３１】図８は、本発明の容量性位置センサをキー
ボードとして使用する場合のマイクロコントローラ４０
６の動作を示す流れ図である。ステップ８０１、８０
２、８０３および８０５はそれぞれ図６のステップ６０
１、６０２、６０３および６０４と同様である。ステッ
プ８０６で、押されたキーの識別情報がステップ８０５
で計算したｘおよびｙの値から決定される。ステップ８
０７で、押されたキーの識別情報が利用手段に送られ
る。Ｔフラグがステップ８０８でセットされ、ステップ
８０９でクリアされ、ステップ８０４でテストされる。
このフラグは、キー識別情報が利用手段に一度だけ送ら
れることを保証する。
【００３２】明らかなように、本発明の容量性位置セン
サを使用した上記のさまざまな方法を組み合わせること
が可能である。例えば、アレイ１００の第１の部分を指
ストロークに応答するマウスとして使用し、第２の部分
を指タッチに応答するキーボードとして使用するよう
な、マウスとキーボードの組合せを実現することができ
る。また、アレイ１００は、第１モードではマウスとし
て、第２モードではキーボードとして、というように相
異なるモードで動作するように適合させることができ
る。モード間の切換は、例えば、ボタン４０７のうちの
１つによって、または、アレイ１００の指定された領域
の追加圧力によって実現可能である。すなわち、携帯型
コンピュータの場合のように空間が貴重である場合、本
発明の容量性センサはキーボードの一部としてと同時に
マウスとしても使用することができる。
【００３３】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、小
さい空間に組み込むことができてしかも使用の容易さを
犠牲にしないような入力デバイスとしての容量性位置セ
ンサが実現される。このようなデバイスは複数の機能に
使用可能である。例えば、コンピュータキーボードの特
定部分が、キーボードの機能を失わずに、マウスとして
も使用可能である。さらに、このような入力デバイス
は、指または情報を伝達するために電気的接続などの手
段を必要としない手持ちスタイラスによって操作可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】ユーザの指の位置と、本発明によって構成され
る２次元センサ内の電極におけるキャパシタンスとの関
係を示す図である。
【図２】２次元センサの行と列の交点における交互嵌合
電極素子の詳細な図である。
【図３】アレイ内の電極のもう１つの配置の図である。
【図４】本発明による２次元容量性位置センサの全体ブ
ロック図である。
【図５】電極に付随する積分増幅器およびブートストラ
ップ回路の図である。
【図６】コンピュータマウスまたはトラックボールとし
ての本発明の容量性位置センサの動作を示す流れ図であ
る。
【図７】キーボード本発明の容量性位置センサの使用を
示す図である。
【図８】キーボード本発明の容量性位置センサの動作を
示す流れ図である。
【符号の説明】
１００ 電極アレイ １０１ 電極 １０２ 指 １１０ ヒストグラム １１１ 重心 ２０１ 水平要素 ２０２ 垂直要素 ２０３ リード ２０４ リード ２０３’ 水平ストリップ電極 ２０４’ 垂直ストリップ電極 ４００ 容量性センサ ４０１ 積分増幅器およびブートストラップ回路 ４０２ マルチプレクサ ４０３ 加算回路 ４０４ 同期検出器およびフィルタ ４０５ アナログ−ディジタル変換器 ４０６ マイクロコントローラ ４０７ ボタン ４０８ ＲＦ発振器 ４０９ トリマ回路 ４１０ インバータ ４１１ 保護面 ５０１ 抵抗 ５０２ キャパシタ ５０３ 電流源 ５０４ 抵抗 ５０５ 積分増幅器 ５０６ 結合キャパシタ ５０７ 積分キャパシタ ５０８ 抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート アルバート ボイエ アメリカ合衆国、07090 ニュージャージ ー、ウエストフィールド、リンデン アヴ ェニュー 200 (72)発明者 ローレンス ダブリュ．ルエディズエリ アメリカ合衆国、07922 ニュージャージ ー、バークレイ ハイツ、デル レイン 33 (72)発明者 エリック リチャード ワグナー アメリカ合衆国、07080 ニュージャージ ー、サウス プレインフィールド、ラーウ ェイ アヴェニュー 400

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 面上の物体の位置を容量的に検知するセ
    ンサ（１００）において、 前記面上の電極（１０１）のアレイと、 前記電極を被覆する絶縁層と、 前記各電極のキャパシタンス値を測定する測定手段（４
    ０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０８、４０
    ９、４１０）と、 前記キャパシタンス値のうちの少なくとも１つが事前に
    設定した第１のしきい値を超過する場合に、前記測定し
    たキャパシタンス値から前記アレイのキャパシタンスの
    重心を計算することによって前記物体の位置を決定する
    計算手段（４０６）と、 前記位置を利用手段に送る送信手段（４０６）とからな
    ることを特徴とする容量性位置センサ。
  2. 【請求項２】 前記アレイは２次元アレイであり、前記
    電極は行および列に配列されていることを特徴とする請
    求項１の容量性位置センサ。
  3. 【請求項３】 前記計算手段は、前記位置の変化を周期
    的に計算し、前記送信手段は、前記利用手段に前記変化
    を周期的に送信することを特徴とする請求項１の容量性
    位置センサ。
  4. 【請求項４】 前記センサはキーボードとしての使用に
    適合し、前記計算手段は、前記キーボードの各キーに対
    する座標の範囲を記憶し、前記決定された位置と前記記
    憶した範囲からキー識別情報を決定する手段をさらに有
    し、前記送信手段が前記キー識別情報を前記利用手段に
    送信することを特徴とする請求項２の容量性位置セン
    サ。
  5. 【請求項５】 前記キャパシタンス値のうちの少なくと
    も１つが事前に設定した少なくとも１つの第２のしきい
    値を超過する場合に、そのしきい値を超過したことを前
    記利用手段に通知する手段をさらに有することを特徴と
    する請求項１の容量性位置センサ。
  6. 【請求項６】 行と列の各交点において、第１の電極要
    素が前記行内の他の電極要素と接続されることにより前
    記行の電極を形成し、第２の電極要素が前記列内の他の
    電極要素と接続されることにより前記列の電極を形成す
    ることを特徴とする請求項２の容量性位置センサ。
  7. 【請求項７】 各交点における前記第１および第２の電
    極要素が交互嵌合していることを特徴とする請求項６の
    容量性位置センサ。
  8. 【請求項８】 前記測定手段が、 前記各電極に同時にＲＦ信号を供給する供給手段（４０
    ８）と、 前記各電極のＲＦ電流信号を検知する手段（４０１）
    と、 前記ＲＦ電流信号を前記各電極によって観測されるキャ
    パシタンスを表す信号に変換する手段（４０３、４０
    ４、４０９、４１０）とからなることを特徴とする請求
    項１の容量性位置センサ。
  9. 【請求項９】 前記電極にほぼ平行な保護面（４１１）
    をさらに有し、 前記供給手段が、前記電極に供給されるＲＦ信号と同時
    に前記保護面に前記ＲＦ信号を供給する手段をさらに有
    することを特徴とする請求項８の容量性位置センサ。
  10. 【請求項１０】 前記センサがコンピュータの指接触感
    受性入力デバイスとしての使用に適合していることを特
    徴とする請求項１ないし９のいずれかの容量性位置セン
    サ。
JP2498694A 1993-01-29 1994-01-28 容量性位置センサ Pending JPH06242875A (ja)

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