专利名称：坐标输入装置及其信号传输系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及输入坐标的装置。更具体地，本发明涉及将字符、图形等输入个人计算机、字处理器等时使用的图形输入板的坐标输入装置。
本发明还涉及将手写字符与图形输入到作为个人计算机、字处理器等的输入装置配置在显示单元的显示屏上的图形输入板的笔输入装置。
本发明还涉及在个人计算机、字处理器等中使用的图形输入板输入装置的改进。更具体地，本发明涉及根据书写压力来精确地表达所输入的字符的线宽、浓度等的装置。
本发明进一步涉及坐标输入装置的信号传输系统，其中坐标检测笔所检测到的坐标信息以及坐标信息以外的坐标检测笔的附加信息是在同一信号线或同一信道的无线电等上时分传输的。例如，这一信号传输系统通常应用在坐标检测器及应用这种坐标检测器的信息处理器上。
众所周知，字符、图形等是用图形输入板等的坐标输入装置输入到个人计算机、字处理器等中的，如
图1中所示，这种坐标输入装置具有一块液晶板42。该液晶板42是配置成使多个段电极X1至Xm与多个公共电极Y1至Yn互相垂直。液晶板42具有充满段电极X1至Xm与公共电极Y1至Yn之间的液晶层。显示器中的各象素是由段电极分别在其中与公共电极相交的一部分液晶构成的。一个用于操作段电极X1至Xm的段驱动电路23连接在段电极X1至Xm上。一个用于操作公共电极Y1至Ym的公共驱动电路22连接在公共电极Y1至Ym上。一个显示控制电路25及一个位置检测控制电路26通过一个用于切换信号的传输方向的开关电路24连接在公共驱动电路22及段驱动电路23上。通过开关电路24控制公共驱动电路22及段驱动电路23的操作，显示控制电路25在显示周期中在液晶板42上显示一个图象。通过开关电路24控制公共驱动电路22及段驱动电路23的操作，位置检测控制电路26在一个坐标检测周期中顺序地将一个扫描电压作用在各公共与段电极上。开关电路24的切换操作是由控制电路27控制的。开关电路24构成为使该开关电路24将显示控制电路25的输出在显示周期中输出到各驱动电路22与23上。开关电路24还构成为使该开关电路24将位置检测控制电路26的输出在位置检测周期中输出到各驱动电路22与23上。控制电路27连接在用于检测装置指示笔6所指示的坐标的X坐标检测电路30及Y坐标检测电路31上。X坐标检测电路30及Y坐标检测电路31通过一条电缆33连接在指示X与Y坐标的位置指示笔6上。直流电源电路32将电力供应给各公共驱动电路22与段驱动电路23。
如图2中所示，上述位置指示笔6是由一个开关57、一个笔尖电极58与一个放大器29构成的。通过使位置指示笔与液晶板42接触而接通与断开开关57。放大器29放大笔尖电极58中感应的电压。上述电缆33是由一条电源线VCC、一条位置信息信号线POUT、一条开关信号线SW及一条地线GND构成的。
下面说明上述通用坐标输入装置的操作。
液晶板42具有用于显示图象的显示周期及用于检测位置指示笔6所指示的坐标位置的坐标检测周期。在显示周期中，显示控制电路25输出各个起动信号S、反相信号M、时钟信号CP1、CP2及显示数据D0至D3。时钟信号CP1为一个具有以扫描一行中的象素的扫描周期作为一个周期的时钟信号。该时钟信号CP1通过开关电路24输入到各公共驱动电路22与段驱动电路23中。起动信号S为表示公共电极的显示扫描周期开始的信号。这一起动信号S通过开关电路24与时钟信号CP1同步地输入到公共驱动电路22上。根据时钟信号CP1的移位，公共驱动电路22的输出端输出一个对应于这一移位的位置的驱动信号到各公共电极Y1至Yn上。这一驱动信号是在电源电路32所供给的偏压V0至V5的基础上产生的。时钟信号CP2构成为将扫描一列中的象素的扫描周期分成多个分周期并将各该分周期设定为一个周期。通过开关电路24将这一时钟信号CP2输入到段驱动电路23中。
显示数据D0至D3是通过开关电路24输入到段驱动电路23的，并顺序地输入到配置在段驱动电路23内的一个寄存器。当将对应于一行中的象素的显示数据输入寄存器时，这些数据是在时钟信号CP1及对应于从段驱动电路23的一个输出端输出到各段电极X1至Xm的各显示数据的一个驱动信号的时序下锁存的。这一驱动信号也是在电源电路32供给的偏压V0至V5的基础上产生的。反相信号M是一个用于周期性地反相作用在液晶上的电压的极性以免液晶受到电解损坏的信号。液晶板42的象素是由公共驱动电路22及段驱动电路23按照行次序操作的，从而在液晶板42上显示一个对应于显示数据的图象。
在坐标检测周期中，位置检测控制电路28输出各个起动信号Sd、反相信号Md、时钟信号CP1d、CP2d以及驱动数据D0d、至D3d。时钟信号CP1d为具有扫描一行中的公共电极的扫描周期作为一个周期的一个时钟信号。这一时钟信号CP1d是通过开关电路24输入到各公共驱动电路22及段驱动电路23的。起动信号Sd为用于指示公共电极的扫描的开始的一个信号。这一起动信号Sd是与时钟信号CP1d同步地通过开关电路24输入公共驱动电路22的。根据时钟信号CP1d中的移位，从公共驱动电路22的一个输出端输出一个对应于这一移位的扫描信号到各公共电极。这一扫描信号是在电源电路32供给的偏压V0至V5的基础上产生的。
时钟信号CP2d是按将扫描一列中的段电极的扫描周期设定为一个周期而构成的。这一时钟信号CP2d通过开关电路24输入到段驱动电路23。当驱动数据D0d至D3d顺序地输入配置在段驱动电路23内的一个寄存器时，这些驱动数据是在时钟信号CP1d与相对于从段驱动电路23的一个输出端将各驱动数据输入到各段电极的一个驱动信号的时序下锁存的。这一驱动信号是在电源电路32供给的偏压V0至V5的基础上产生的。在这一坐标检测周期中，供给各公共电极与各段电极的电压是如图3中所示那样改变的。反相信号Md是用于周期性地反转作用在液晶上的电压的极性以免液晶受到电解损坏的一个信号。
当位置指示笔6接近液晶板42的表面时，指示笔6的电路58与作用有电压的各段与公共电极之间的浮动电容便在配置在指示笔6的末端部分中的电极58中感生一个电压。指示笔6中感生的电压受到指示笔6内的放大器29的放大，并通过电缆33提供给X坐标检测电路30与Y坐标检测电路31。X坐标检测电路30与Y坐标检测电路31在指示笔6的感生电压的生成时序及来自控制电路27的一个时序信号的基础上，分别计算X与Y坐标。
如图4中所示，输入电压受到X坐标检测电路30中的一个放大电路51的放大。在X坐标检测电路30中，比较器53从用于提供等于或高于一个参照电压Vsx的电压的电压时序中计算X坐标。在Y坐标检测电路31中，输入电压受到放大电路52的放大，而比较器54则从用于提供等于或高于参照电压Vsy的电压的电压时序中计算Y坐标。
下面参照图5a至5c说明采用位置指示笔6的坐标输入装置的坐标检测操作。
在位置指示笔6的末端部分中配置一个具有高阻抗的检测电极58。当位置指示笔6接近作为检测板表面的液晶板42的一个显示面时，便如图5a中所示在液晶板42与指示笔6之间形成一个小的电容。当在液晶板42的各段电极X1至Xm及公共电极Y1至Yn上作用一个脉冲电压时，便如图5b中所示由静电感应在指示笔6的电极58中感生一个小的电压。当一个扫描电压作用在指示笔6的正下方的一个电极上时，该静电压具有峰值。相应地，如图5c中所示，通过从指示笔6的端部顺序地将扫描电压作用在一组显示电极上并计算从这一电压作用到静电压的峰值的时序，便知道了指示笔6的位置。
在通用坐标输入装置中，必须在连接位置指示笔6与坐标检测电路30与31的电缆33中配置由电源线VCC、位置信息信号线POUT、开关信号线SW及地线GND组成的四条信号线。因此，当将这四条信号线捆在一起时，便使电缆33的直径变大。相应地，当该电缆形成为一条卷曲绳时，难于使该电缆软化。此外，从可操作性观点上考虑，不可能用一个自动卷盘机构来解决。
例如，实际上通常将一个图形输入板装置用作将手写字符与图形输入个人计算机、字处理器等的一种装置。在这种图形输入板装置中，将一个液晶显示器及一块静电感应型图形输入板叠合在显示单元的显示屏上。这种图形输入板装置的用户以用笔在一张纸上书写的观念输入字符与图形。
然而，在这种图形输入板装置中，在存在与不存在电极的部位中的反射率与透射率是互相不同的。因此，显示屏上所见的电极是网格形的，从而降低了液晶显示器的等级或质量。
例如，在日本专利申请公开(KOKAI)第05-265650号中提出了解决上述问题的一种显示器整体型图形输入板。这种显示器整体型图形输入板既具有液晶板的显示电极又具有静电感应型图形输入板的位置检测电极。
图6为展示通用笔输入装置的电路构成的一个实例的方框图。图6示出用于检测日本专利申请公开(KOKAI)第05-265650中所描述的显示器整体型图形输入板中的检测模式信号的电路构成。
液晶板121由液晶及起着操作该液晶的显示电极与静电感应型图形输入板的位置检测电极作用的一个电极构成。
检测笔122具有静电耦合到液晶板的电极上的一个末端电极。当检测笔122接近液晶板121时，检测笔122检测到在用于操作液晶的反相信号的上升与下降时感生的感应电压。
前置放大器123在电压与/或电流上放大在检测笔122的末端电极中感生的感应电压。
反相信号生成电路124生成用于操作液晶板121的液晶的反相信号，并设定作用在液晶上的电压的作用方向的反相时间点。
控制信号生成电路125生成与反相信号的上升与/或下降同步的第一选通信号以及在该第一选通信号的传输时间以外提供的第二选通信号。
第一模拟门电路126采样由第一选通信号在电压与/或电流上放大的感应电压。第二模拟门电路127采样由第二选通信号在电压与/或电流上放大的感应电压。
第一处理电路128由用于相对于第一选通信号采样的感应电压进行全波整流的一个全波整流电路128a构成。第一处理电路128还由用于将整流的感应电压转换成一个直接电压的积分电路128b构成。
第二处理电路129由用于相对于第二选通信号所采样的感应电压进行全波整流的一个全波整流电路129a构成。第二处理电路129还由用于将整流的感应电压转换成一个直流电压的一个积分电路129b构成。
比较电路130将第一处理电路128所转换的直流电压的电平与第二处理电路129所转换的直流电压的电平进行比较。比较电路130通过这一比较来判定检测笔的末端是否接近液晶板121的显示屏。比较电路130通过这一比较输出一个在高或低电压电平上的检测模式/非检测模式信号。
图7为展示笔输入装置的总体电路构成的一个实例的电路图。如图7中所示，笔输入装置具有各由一个模拟开关(例如一个FET)构成的第一模拟门电路128与第二模拟门电路127；各由一个二极管电桥等构成的全波整流电路128a与129a；各由一个运算放大器等构成的积分电路128b与129b；以及比较电路130。
图8为展示图6中所示的电路构成中的各信号的波形及这些信号的时序的时序图。下面说明图8中所示的信号。(A)处的反相信号“as”是从反相信号生成电路124生成的。这一反相信号“as”用于周期性地反转作用在液晶上的电压的作用方向以免液晶板的液晶受到电解损坏。此时，同时改变作用在液晶板的电极上的驱动信号的电压。
(B)处的第一选通信号g1及(C)处的第二选通信号g2从选通信号生成电路128生成并分别传输给第一模拟门电路128与第二模拟门电路127。事先在笔输入装置的设计时设定第一与第二选通信号的占空比(tg1∶tg2)。
(D)处的感应电压SK是通过当检测笔122接近液晶板121的显示屏时每一次反相信号“as”反相作用在液晶上的电压的作用方向时感生一个具有尖峰形状的静电感应电压而得到的并取决于检测笔122的末端电极与液晶板121的电极之间的距离。
(E)处的采样信号sp1的波形是通过以采用第一模拟门电路126以第一选通信号g1采样感应电压sk并以全波整流电路128a全波整流这一感应电压sk而得到的。
(F)处的采样信号sp2的波形是通过以采用第二模拟门电路127以第二选通信号g2采样感应电压sk并以全波整流电路129a全波整流这一感应电压sk而得到。
(G)处的信号dv1的波形是通过以积分电路128b将全波整流的采样信号sp1转移成直流电压而得到的。
(H)处的信号dv2的波形是通过以积分电路129b将全波整流的采样信号sp2转移成直流电压而得到的。
(I)处的输出信号pm1是通过以比较电路130将直流电压dv1与dv2的电平互相比较而得到的。直流电压dv1的电平高于直流电压dv2的电平，因此输出一个高(“H”)电压信号作为一个检测模式信号。此时，便能判定检测笔122接近了液晶板121。
例如，(J)处的一个噪声信号ns呈现为高频感应电压。这一噪声信号ns示出当检测笔122从液晶板121的显示屏上分离时所感生的信号波形的一个实例。
(K)处的采样信号sp3的波形是通过以采用第一模拟门电路126以第一选通信号g1采样噪声信号ns并以全波整流电路128a相对于这一噪声信号进行全波整流所得到的。
(L)处的采样信号sp4的波形是通过以采用第二模拟门电路127的第二选通信号g2采样噪声信号ns并以全波整流电路129a相对于这一噪声信号进行全波整流所得到的。
(M)处的直流电压信号dv3的波形是通过以积分电路128b将全波整流的采样信号sp3转移成直流电压所得到的。
(N)处的直流电压信号dv4的波形是通过以积分电路129b将全波整流的采样信号sp4转换成直流电压所得到的。
(O)处的检测模式信号pm2是通过以比较电路130将直流电压dv1与dv2的电平互相比较所得到的一个输出信号。直流电压dv1的电平低于直流电压dv2的电平，因此输出一个低(“L”)电压信号作为一个非检测模式信号。此时便能判定检测笔122是与液晶板121分离的。
从而，即使在检测笔122从液晶板121分离而感生噪声信号ns时，检测笔122也能通过从其中消除噪声信号ns而正确地抽取检测模式信号pm。
当检测笔122在检测模式信号pm的检测中接近液晶板121时，便从具有尖峰形状的感应电压sk中输出一个高(“H”)电压信号作为一个检测模式信号ns。反之，当检测笔122从液晶板121分离时，即使感生了噪声信号ns，也不会输出高(“H”)电压信号。事先将从选通信号生成电路125输出的第一选通信号g1与第二选通信号g2的占空比(表示采样时间的分布)设定为使得如上所述当检测笔122接近液晶板121时输出高电压信号而当检测笔122从液晶板121分离时不输出高电压信号。
这便是，将第一选通信号g1的时间间隔(tg1)设定为等于或大于尖峰形感应电压sk的放电时间常数的三倍，以便可靠地检测出检测笔122接近液晶板121而改进了S/N(信噪)比。
通过与第一选通信号g1的时间间隔(tg1)相比极大地设定第二选通信号g2的时间间隔(tg2)，以便可靠地检测出检测笔122从液晶板121上分离，而进一步改进了S/N比。
从而，在笔输入装置的电路的设计时将选通信号的占空比设定为使得该占空比成为由各种条件与上述S/N比的关系决定一个适当的数值。这些条件中包括液晶板的电极与检测笔的末端电极之间的静电容(由尖峰形感应电压的检测到的波形示出)、前置放大器123的放大比例、图7中所示的积分电路128b、129b的电容器C1与C2及电阻器R1与R2的时间常数等。
选通信号的占空比是在设计这些电路时考虑了部件精度的偏移而设定的。然而，当生产的笔输入装置的数量增加时，在(每)一批中会导致部件精度的不可预测的偏移。因此，存在着由于降低了上述检测模式/非检测模式信号的S/N比而笔输入装置不能正常工作的可能性。
再者。当采用高精度部件来降低部件精度的偏移时，便提高了笔输入装置的成本，并增加了补偿部件的数目。
例如，日本专利申请公开(KOKAI)第2-211514号示出了一种根据图形输入板输入装置中的书写压力来转换线宽度与字符浓度的设备。这一日本公开的专利说明了一种电磁图形输入板。书写压力是用配置在一支输入笔内的一块移动磁铁与一个线圈检测的。
在这一日本专利申请公开(KOKAI)第2-211514号中，检测书写压力的装置是由移动磁铁与线圈构成的，使输出的数据由一种数据组成。从而，与一定的书写压力对应的线宽度与字符浓度是恒定的。因此，不可能在这些字符互相区别的状态中显示具有宽线与低浓度的字符以及具有窄线与高浓度的字符。因此，不能用在一张纸上的书写感觉来输入字符。
例如，日本专利申请公开(KOKAI)第5-80921号示出了描述通用坐标输入装置的一篇著名文献。在这一日本公开的专利中，为了防止检测笔上的噪声导致的坐标输入装置的操作中的错误而通过在显示周期中反相用于显示图象的电压的极性，将检测笔感生的静电感应电压作用在一个模式检测电路上。模式检测电路将这一静电感应电压与一个预置的参照电压进行比较。当静电感应电压高于参照电压时，模式检测电路便判定这是一种用于检测坐标的检测模式。反之，当静电感应电压低于参照电压时，模式检测电路便判定这是一种不检测坐标的非检测模式。在这一非检测模式中，模式检测电路输出一个表示判定结果的模式信号。当这一模式信号表示检测模式时，坐标输出识别电路便原封不动地输出各坐标。反之，当上述模式信号表示非检测模式时，坐标输出识别电路便停止输出坐标。这便是，这一日本公开的专利展示在独立的信号线上传输坐标信号与开关接通/断开信号的一种系统。
日本专利申请公开(KOKAI)第1-254795号展示了输出坐标信号的另一种系统，在该系统中，一个原始布置底座的原始布置面上具有一个坐标信号生成装置。用一支坐标指定笔在一个任意指定点上与原始布置面相接触。当坐标指定笔与原始布置面接触时，坐标指定笔便生成一个用于确定一个坐标信号的时序信号。在坐标指定笔的本体上布置有多个彩色指定开关。各彩色指定开关生成一个用于指定一种印刷彩色的彩色指定信号。在该系统中，只在接通一个笔向下开关时，即只当笔尖压在图形输入板上时，才输出坐标信号。
图9为展示一个通用坐标输入装置的整体构造的视图。在这一坐标输入装置中，以类似于本发明的各实施例的方式修正了上述公开的专利中所描述的各系统。在图9中，参照数字431、432与433分别指示一个控制电路、一个公共驱动电路及一个段驱动电路。参照数字434435与436分别指示公共电极Y1至Ym、段电极X1至Xn及一支有线笔。参照数字437、438与439分别指示一支无绳笔、一个信号接收单元及一个坐标检测电路。
一块图形输入板具有以布置在Y方向上的公共电极434及布置在X方向上的段电极435构成的n×m个单元的网格。这些公共与段电极分别由公共驱动电路432及段驱动电路433接通或断开。控制电路431进行对各公共与段驱动电路的时序控制。检测笔分成通过一条电缆连接在装置本体上的有线系统的笔436及用无线电、红外线等传输与接收数据的无绳系统的笔437。使用笔437的无绳系统的本体具有用于接收来自笔437的信号的信号接收单元438。坐标检测电路439将笔437直接发送的或通过信号接收单元438传输的信号转换成坐标数据。
图10为展示图9中所示的坐标输入装置的操作时序的视图。
图10中将坐标输入装置的一次系统性操作的一个周期示出为一帧，并由一个Y坐标检测周期与一个X坐标检测周期组成。控制电路431输出一个如图10(a)中所示的用于规定Y坐标检测周期的的信号YDET，及如图10(b)中所示的一个用于规定X坐标检测周期的信号XDET，并控制坐标输入装置的系统性操作。如图10(c)中所示，在Y坐标检测周期中顺序地接通Y坐标上的电极Y1至Ym，而在X坐标检测周期中则顺序地接通X坐标上的电极X1至Xn。如图10(d)中所示，在接通最接近笔尖的一个电极时，检测笔的检测部分便输出一个信号。从而，便有可能通过来自检测笔的信号的时序而识别笔尖在图形输入板上的位置。具体地说，从信号YDET的上升到笔信号的上升的时间表示Y坐标，而从信号XDET的上升到笔信号的上升的时间则表示X坐标。
当在信号YDET的高电压电平期间笔信号从末具有高电压时，便能判定笔尖是与图形输入板分离的。对于信号XDET，相同的论点也成立。坐标检测电路439将检测笔的输出信号转换成坐标信息。坐标检测电路439从信号YDET的上升到笔信号的上升的时间中得出Y坐标，并从信号XDET的上升到笔信号的上升的时间中得出X坐标。
图11为展示检测笔的一个实例的视图。在图11中，参照数字441、442与443分别指示作为检测部分的笔尖、一个比较器及作为笔向下开关的一个第一开关。参照数字444与445分别指示作为按压开关的一个第二开关与一条笔连接电缆。
检测笔的末端部分441是电容耦合到图形输入板的各电极434与435上的。比较器442检测由一个图形输入板电极的一个扫描信号在检测笔的末端部分中引起的一个感应电压的峰值。然后比较器442输出具有高与低电压电平中之一的一个逻辑信号。比较器442在峰值检测时间上输出一个高电压信号。检测笔在其端部带有用于检测压力的笔向下开关443。检测笔还具有一个根据应用由用户操作及用于执行设定操作等的按压开关444。这些笔开关443与444是连接到独立信号线上的。从而，笔连接电缆445具有由一条坐标输出信号线、一条笔向下开关的信号线、一条按动开关的信号线及两条电源条组成的总数为五条的线。如果增加按压开关等的数目，便必须进一步增加信号线的数目。
图12为展示通用无绳系统的检测笔的一个实例的视图。在图12中，参照数字446、447与448分别指示一个蓄电池、一个电源电路及一个信号发送单元。参照数字449与450分别指示一个电源开关及一个蓄电池低电压指示灯。其它结构性部分各执行图11中用相同的参照数字所指示的相同的操作。
检测笔与装置本体并不通过电缆互相连接。信号是从内装在检测笔中的信号发送单元448以无线电、红外线等发送到图形输入板本体的一个信号接收单元438的。只有在接通笔向下开关443时，这一信号以送单元448才输出一个坐标信号。如果在第一帧中笔向下开关443是断开的而在第二帧中接通，如图10(e)中所示，则如图10(f)中所示，在第一帧中不发送检测笔的输出信号，而在第二帧中则输出坐标信号。在这一例中，不设置按动开关，从而信号发送信道只由一种坐标信息构成。在无绳系统中没有从装置本体供给的电路电源。因此，蓄电池446、电源电路447与电源开关449是内装在检测笔自身中的。电源电路447将一个经过稳压的电源电压供给检测笔的电路。再者，电源电路447检测蓄电池446的电压降低并接通低蓄电池电压指示灯450 。
如上所述，在通用的第一系统中，有必要在坐标输入系统中加上专用的信号线，以便传输坐标数据以外的信息。因此，在一个用于许多附加信息的系统中，设置了许多笔开关并且增加了检测笔的连接绳的芯的数目，从而提高了坐标输入装置的成本。再者，加粗了各连接绳而不能容易地操作检测笔。
如在通用的第二系统中所示，存在着一种方法当断开笔开关时便不输出坐标检测信号。然而，在这一方法中最多只能减少一条开关信号线。
如图13中所示，不使用任何笔开关的用于指点显示屏上的一个图符的系统称作功能选择装置。然而在这一系统中图符显示占用了一部分显示屏，因而显示屏上的有效工作区变窄了。再者，在功能选择中必须执行将检测笔离开工作区并与图符接触，然后再度返回到工作区这样的复杂操作。
在无绳系统的检测笔的蓄电池低电压警告系统中，在上述一般性实例中，在检测笔中设置了一个指示灯，以便不增加与发送坐标信号信道无关的信号发送信道。然而，坐标输入装置的用户在操作图形输入板期间，将注意力集中在显示屏与图形输入板上。因此，有可能没有看见检测笔的指示灯显示而错失掉。
因此，本发明的第一目的为提供一种以减少信号线的数目来减小电缆的直径的坐标输入装置，从而可以实现软的卷曲线并有可能使用自动卷盘机构。
本发明的第二目的是提供一种带有用于控制选通信号占空比的装置的笔输入装置，该选通信号用于确定作为探测检测模式信号的设置条件的两个取样时间从而吸收部件精度的偏移及相对于各种制造产品确定最佳占空比，并能检测出一个稳定的检测模式/非检测模式信号及提供自动设定占空比的功能。
本发明的第三目的为提供一种用于根据书写压力精确地表达输入字符与图形的线宽度、浓度等的图形输入板输入装置。
本发明的第四目的为提供坐标输入装置的信号传输系统，其中由坐标检测笔检测到的坐标信息及坐标信息以外的坐标检测笔的附加信息是在同一条信号线或同一信道的无线电等上以时分传输的。
按照本发明的第一种构造，上述第一目的可用包括下述装置的坐标输入装置达到液晶板装置，具有设置在互相垂直的多个段电极装置与多个公共电极装置之间的一个液晶层；位置指示装置，在一个指示的位置中静电耦合到段电极装置与公共电极装置上；坐标检测装置，用于根据位置指示装置中感生的感应电压及作用在段电极装置与公共电极装置的扫描电压的作用时序，检测指示位置中的坐标；以及电缆装置，具有将电源从坐标检测装置输送给位置指示装置及将检测信号从位置指示装置传输给坐标检测装置的一条信号线。
按照本发明的第二种构造，上述第一目的也能由包括下述装置的坐标输入装置达到
液晶板装置，具有设置在互相垂直的多个段电极装置与多个公共电极装置之间的液晶层；位置指示装置，在一个指示位置中，静电耦合到段电极装置与公共电极装置上；开关装置，配置在位置指示装置的末端附近，并通过将该开关装置接触液晶板装置及将该开关装置与液晶板装置分离而接通与断开；坐标检测装置，用于根据位置指示装置中感生的感应电压及作用在段电极装置与公共电极装置上的扫描电压的作用时序，检测指示位置中的坐标；以及电缆装置，具有将电源从坐标检测装置输送给位置指示装置并将表示开关装置的接通与断开状态的各信号从位置指示装置传输给坐标检测装置的一条信号线。
按照本发明的第三种构造，上述第一目的也可由包括下述装置的坐标输入装置达到液晶板装置，具有设置在互相垂直的多个段电极装置与多个公共电极装置之间的液晶层；位置指示装置，在一个指示位置中静电耦合于段电极装置及公共电极装置上；开关装置，设置在位置指示装置的末端附近，并通过使该开关装置接触液晶板装置及使该开关装置与液晶板装置分离而接通与断开；坐标检测装置，用于根据位置指示装置中感生的感应电压及作用在段电极装置与公共电极装置上的扫描电压的作用时序，检测指示位置中的坐标；电缆装置，具有用于将电源从坐标检测装置输送给位置指示装置、将各表示开关装置的接通与断开状态的信号从位置指示装置传输给坐标检测装置、以及将检测信号从位置指示装置传输给坐标检测装置的一条信号线。
在坐标输入装置的第一种构造中，当位置指示装置接近液晶板装置的一个表面时，便由位置指示装置的电极与作用有电压的各段电极装置及公共电极装置之间的浮动电容在设置在位置指示装置的末端部分中的一个电极中感生一个电压。位置指示装置中感生的电压受到设置在位置指示装置内的一个放大器的放大，并通过电缆装置提供给坐标检测装置。坐标检测装置根据位置指示装置生成的感应电压及一个扫描电压的作用时序检测出指示位置中的坐标。电缆装置具有用于将电源从坐标检测装置输送给位置指示装置及将检测信号从位置指示装置传输给坐标检测装置的一条信号线。从而减少了信号线的数目，而使电缆的直径得以减小。再者，通过减小电缆的直径而使电缆变软，从而有可能使用自动卷盘机构。
在坐标输入装置的第二种构造中，当位置指示装置与液晶板装置的一个表面相接触而接通开关装置时，便由位置指示装置的电极与作用有电压的各段电极装置及公共电极装置之间的浮动电容在设置在位置指示装置的末端部分中的一个电极中感生一个电压。位置指示装置中感生的电压受到设置在位置指示装置内的一个放大器的放大，并通过电缆装置提供给坐标检测装置。坐标检测装置根据位置指示装置生成的感应电压及一个扫描电压的作用时序，检测出指示位置中的坐标。电缆装置具有用于将电源从坐标检测装置输送给位置指示装置及将表示开关装置的接通与断开状态的各信号从位置指示装置传输给坐标检测装置的一条信号线。从而，减少了信号线的数目而使电缆的直径得以减小。再者，通过减小电缆的直径而使电缆变软，因而有可能用于自动卷盘机构。
在坐标输入装置的第三种构造中，当位置指示装置与液晶板装置的一个表面相接触而接通开关装置时，便由位置指示装置的电极与作用有电压的各段电极装置及公共电极装置之间的一个浮动电容在设置在位置指示装置的末端部分中的一个电极中感生了一个电压。位置指示装置中感生的电压受到设置在位置指示装置内的一个放大器的放大，并通过电缆装置提供给坐标检测装置。坐标检测装置根据位置指示装置生成的感应电压及一个扫描电压的作用时序，检测出指示位置中的坐标。电缆装置具有用于将电源从坐标检测装置输送给位置指示装置、将表示开关装置的接通与断开状态的各信号从位置指示装置传输给坐标检测装置、及将检测信号从位置指示装置传输给坐标检测装置的一条信号线。从而，减少了信号线的数目而使电缆的直径得以减小。再者，通过减小电缆的直径而使电缆变软，从而有可能使用自动卷盘机构。
上述第二目的可用包括下述装置的一种笔输入装置达到一块液晶板，由液晶与操作该液晶的一个电极构成；一支检测笔，具有静电耦合于液晶板的电极上，及检测在用于操作液晶的一个信号的各上升与下降时间上所感生的一个感应电压的末端电极；反相信号生成装置，用于操作液晶板的液晶及生成用于反相作用在液晶上的电压的作用方向的一个反相信号。
选通信号生成装置，用于生成一个与反相信号的各上升与下降同步的第一选通信号，及一个在该第一选通信号的传输时间以外提供的第二选通信号；第一采样处理装置，用于在反相信号的上升与下降改变时采样由第一选通信号在检测笔的末端电极中感生的感应电压，并将这一感应电压转换成一个直流电压；第二采样处理装置，用于采样第二选通信号在第一采样处理装置采样后感生的一个感应电压；第二采样处理装置将这一感应电压转换成一个直流电压；判定装置，用于根据对第一与第二采样处理装置所转换的直流电压的电平的比较结果，判定检测笔的末端是否接近液晶板的一个显示屏；判定装置将判定结果作为检测模式/非检测模式信号输出；以及占空比控制装置，用于控制选通信号生成装置所生成的第一与第二选通信号的占空比；笔输入装置是构成为使占空比控制装置通过控制第一与第二选通信号的占空比而控制输送给第一与第二采样处理装置的选通信号的采样时间，并调节由第一与第二采样处理装置转换的直流电压的电平而使判定装置能够稳定地判定检测模式/非检测模式信号。
在这一笔输入装置中，占空比控制装置最好具有用于以数值数据设定占空比的占空比设定装置。
笔输入装置最好还包括一个用于指示占空比的自动设定功能的自动设定功能键。占空比控制装置控制选通信号生成装置的操作，使得当用自动设定功能键指定了自动设定功能并且检测笔接近液晶板的显示屏上的一个预定区域时，选通信号的占空比便顺序地从预定的数值数据改变。占空比控制装置还在判定装置输出检测模式信号时检测选通信号的占空比。占空比控制装置还认为这一检测到的占空比的数值数据作为初始设定数据控制选通信号。
这一笔输入装置具有用于控制选通信号的占空比来确定作为检测检测模式信号的设定条件的两个采样时间的装置。从而，吸收了部件精度的偏移并相对于各制造产品确定了最佳占空比。再者，可以检测到稳定的检测模式/非检测模式信号，并且还提供了自动设定占空比的功能。
本发明的上述第三目的可用包括下述装置的图形输入板输入装置达到一支输入笔，具有一个笔身、连接在笔身上的一个主电极及位于离开主电极的位置上的一个辅助电极，使辅助电极相对于图形输入板的静电容是可以根据书写压力改变的；图形输入板使输入笔沿其一个表面滑动；用于检测由辅助电极提供的信号输出中由书写压力引起的改变的装置；以及用于检测主与辅助电极的输出信号的峰值之间由倾斜笔身引起的时间差的装置。
在这一图形输入板输入装置中，辅助电极是形成为具有一个空心部分的环形的，而主电极则通过绝缘体插入辅助电极的空心部分中。
在这一图形输入板输入装置中，字符的位置信息是由主电极输入的。辅助电极与图形输入板之间的静电容按照书写压力的强度而改变，从而可以调节线宽度或字符浓度。由于辅助电极是位于离开主电极的位置上的，当笔身倾斜时，主与辅助电极相对于图形输入板的坐标是分开检测的。可从这些坐标之间的差别所导致的时序信号之间的差中取得笔身的倾斜数据。可用这些数据来调节字符的浓度或线宽度。
按照本发明中的信号传输系统的第一种构造，上述第四目的可由用一支检测笔来检测扫描信号及检测该检测笔的位置的坐标输入装置的一个信号传输系统来达到该信号传输系统包括下述步骤在同一条信号线上(在无绳系统的笔的情况中，用一个信道的无线电、红外线等)将检测笔检测到的坐标信息以及表示内装在检测笔中的各种笔开关的操作状态的信息用时分方式传输到信号传输系统的本体中；以及以笔开关的操作状态将检测笔的操作状态及功能设定等通知信号传输系统。
按照本发明中的信号传输系统的第二种构造，上述第四目的也能用坐标输入装置的一个信号传输系统来达到，该坐标输入装置同时作为一个显示单元工作，并用一支检测笔来检测液晶显示单元的扫描信号及检测该检测笔的位置该信号传输系统包括下述步骤在同一条信号线上(在无绳系统的笔的情况中，用一条信道的无线电、红外线等)检测笔检测到的坐标信息以及表示笔开关的操作状态的信息用时分方式传输给信号传输系统的主体；在坐标检测时段内传输坐标信息；以及在显示时段内传输笔开关的状态信息。
按照本发明中的信号传输系统的第三种构造，设定一个该检测笔所特有的ID码，并用具有第一种或第二种构造的信号传输系统通过将坐标信息加到笔开关的操作状态中进行ID码的传输。从而，这一信号传输系统能从多支存在的检测笔中区别所使用的一支检测笔。
按照作为本发明的信号传输系统的第四种构造的第四种解决措施，用上述第一或第二种构造的信号传输系统将诸如电压、蓄电池低电压状态等相对于内装在一个无绳系统的笔中的蓄电池的容量的信息发送给采用具有内装的蓄电池的无绳系统的笔的一个坐标检测器系统。
在本发明中的坐标输入装置的信号传输系统中，可以得到下述效果(1)将图形输入板的一个操作周期分成一个坐标检测周期及一个附加信息传输周期。同一条输出信号线在坐标检测周期中用于坐标数据输出，而在附加信息传输周期中则用于输出诸如笔开关的操作状态等附加信息。从而，每一种附加信息不需要独立的信号线。
(2)将同时作为一个显示单元工作的坐标输入装置的一个操作周期的显示周期分配给附加信息传输周期，并且在该信号传输系统执行显示操作的周期中输出附加信息。有可能避免有关显示对比度降低及在将操作周期延长以加上附加信息传输周期时可能导致的坐标检测的随动性质等问题。
(3)该信号传输系统能通过除了传输作为附加信息的笔开关的操作状态还传输各检测笔特有的ID码，而从多支备用的检测笔中区分所使用的一支检测笔。
(4)将内装在检测笔中的蓄电池的电压作为附加信息传输给信号传输系统，因此信号传输系统能知道检测笔的蓄电池电压。从而，有可能提供用于在显示屏等上面显示蓄电池低电压警告的防范措施。
从下面对示出在附图中的本发明的较佳实施例的描述中，本发明的其它目的与优点将是明显的。
图1为展示一个通用坐标输入装置的方框图；图2为展示该通用坐标输入装置的主要部分的方框图；图3为用于说明该通用坐标输入装置的坐标检测操作的视图；图4为用于说明该通用坐标输入装置的坐标检测电路的视图；图5a至5c为用于说明该通用坐标输入装置的操作的视图；图6为展示一个通用笔输入装置的电路构造的一个实例的方框图；图7为展示该通用笔输入装置的电路构造的一个实例的电路图；图8为展示图6中所示的电路构造的各信号的波形及这些信号的时序的时序图；图9为展示一个通用坐标输入装置的构造的视图；图10为展示图9中所示的坐标输入装置中的信号的操作时序的视图；图11为展示一支通用有线系统检测笔的视图；图12为展示一支通用无绳系统检测笔的视图；图13为展示一个通用图符选择系统中的一个屏幕显示的实例的视图；图14为展示按照本发明的第一实施例的坐标输入装置的主要部分的方框图；图15a至15c为展示本发明的第一实施例中的坐标输入装置的信号的说明图；图16为展示按照本发明的第二实施例的坐标输入装置的主要部分的方框图；图17a至17c为展示本发明的第二实施例中的坐标输入装置的信号的说明图18为展示按照本发明的第三实施例的坐标输入装置的主要部分的方框图；图19a至19c为展示本发明的第三实施例中的坐标输入装置的信号的说明图；图20为展示本发明中的笔输入装置的基本构造的方框图；图21为展示按照本发明的一个实施例的笔输入装置的电路构造的方框图；图22为展示图21中所示的笔输入装置的电路构造中的各信号的波形及这些信号的时序的时序图；图23为展示手动设定占空比的处理的流程图；图24为展示自动设定占空比的处理的流程图；图25为按照本发明的一个实施例的图形输入板输入装置的方框图；图26a为在使用状态中的图形输入板输入装置的透视图；图26b为图形输入板输入装置中的输入笔的末端的放大透视图；图27a为当书写压力弱小时图形输入板输入装置的说明图；图27b为当书写压力强大时图形输入板输入装置的说明图；图27c为在笔身倾斜时图形输入板输入装置的说明图；图28a为展示当书写压力弱小时图形输入板输入装置的各电极的输出波形的曲线图；图28b为展示当书写压力强大时图形输入板输入装置的各电极的输出波形的曲线图；图29a为展示当笔身垂直放置时图形输入板输入装置的各电极的输出波形的曲线图29b为展示当笔身相对于图形输入板倾斜45°时图形输入板输入装置的各电极的输出波形的曲线图；图30为用于说明按照本发明的一个实施例的坐标输入装置的构造的视图；图31为展示图30中所示的坐标输入装置中的信号的操作时序的视图；图32为图31中所示的部分A的放大图；图33为展示按照本发明的一个实施例的有线系统检测笔的视34为图33中所示的检测笔的输出选择电路的详细图；图35为展示按照本发明的另一个实施例的无绳系统检测笔的视图；图36为图35中所示的检测笔的ID码生成电路的详细图；图37为用于说明按照本发明的另一个实施例的坐标输入装置的构造的视图；图38为展示图37中所示的坐标输入装置中的信号的操作时序的第一视图；以及图39为展示图37中所示的坐标输入装置中的信号的操作时序的第二视图。
下面将参照附图详细描述本发明中的一种坐标输入装置及其信号传输系统的较佳实施例。
首先参照图14描述按照本发明的第一实施例的坐标输入装置，这一坐标输入装置大体上具有与图1中所示的通用坐标输入装置相同的总体原理构造。因此，下面只对与通用坐标输入装置不同的结构部分加以说明。与图1中相同的结构部分用相同的参照数字指定，并在以下的描述中省略其说明。
本实施例中的坐标输入装置具有用于相互分离信号的一个分离电路1、作为电缆装置的一条电缆2及作为位置指示装置的一支位置指示笔3。电缆2互相连接分离电路1与位置指示笔3。分离电路1具有一个低通滤波器4、一个带通滤波器5及一个电阻器R4。低通滤波器4从传输给信号线2a的信号中消除交流成分。带通滤波器5对于传输给信号线2a的信号只通过10KHz至100KHz频带中的位置信息信号。电阻器R4连接在开关信号线SW与地线GND上。电源线VCC连接在低通滤波器4上，而位置信息信号线POUT则连接在带通滤波器5上。电缆2是由信号线2a、开关信号线SW与地线GND构成的。信号线2a用于将电源从作为坐标检测装置的X坐标检测电路30与Y坐标检测电路31输送给位置指示笔3。信号线2a还用于将检测信号从位置指示笔3传输给各X坐标检测电路30与Y坐标检测电路31。位置指示笔3具有一个低通滤波器7用于消除通过信号线2a传输的信号中的交流成分，并且还具有一个带通滤波器8用于只使10KHz至100KHz频带中的位置信息信号通过。
下面说明这一第一实施例中的坐标输入装置的操作。
只有来自电源线VCC的电源电压的低频带成分通过低通滤波器4，从而得到图15a中所示的一种信号波形。当位置指示笔3接触液晶板42的表面而接通开关87时，便由指示笔6的电极58与各施加有电压的段电极X1至Xm及公共电极Y1至Yn之间的浮动电容在设置在指示笔6的末端部分中的电极58中感生一个具有图15a中所示的信号波形的电压，它用来充当一个位置信息信号。在指示笔6中感生的电压受到设置在指示笔6内的一个放大器29的放大。只有相对于这一放大的电压信号的10KHz至100KHz频带中的位置信息信号通过带通滤波器8。这一位置信息信号被传输到电源线VCC上并叠加在电源电压信号上。传输到信号线2a上的信号具有图15b中所示的信号电压波形。在分离电路1中，带通滤波器5从信号线2a上的信号中分离出位置信息信号，如图15c中所示。然后，将这一位置信息信号提供给各X坐标检测电路30与Y坐标检测电路31。X坐标检测电路30与Y坐标检测电路31根据指示笔6生成的感应电压及来自控制电路27的时序信号分别计算X与Y坐标。
下面参照图16说明按照本发明的第二实施例的坐标输入装置。
这一第二实施例中的坐标输入装置具有用于相互分离信号的一个分离电路9、作为电缆装置的一条电缆11及作为位置指示装置的一支位置指示笔10。电缆11互相连接分离电路9与位置指示笔10。电缆11是由一条既用作电源线VCC又用作开关信号线SW的信号线11a、一条位置信息信号线POUT及一条地线GND构成的。分离电路9具有一个晶体管12。这一晶体管12的发射极与基极是连接在电源线VCC上的。这一晶体管12的集电极连接在开关信号线SW上。电阻器R3连接在晶体管12的发射极与基极之间。电阻器R4连接在开关信号线SW与地线GND之间。晶体管13设置在位置指示笔10中。这一晶体管13的发射极连接在地线GND上。晶体管13的集电极通过一个电阻器R2连接在信号线11a上。晶体管13的基极连接在开关57的一端上。电阻器R1连接在晶体管13的基极与电阻器R2之间。
下面说明第二实施例中的坐标输入装置的操作。
断开开关57时，晶体管13的电压电平为高电平。此时，晶体管13的操作状态为开路状态。当位置指示笔6接触液晶板42的表面时，便接通开关57，如图17a中所示。从而晶体管13进入接通状态而使电流流经电阻器R2。当将这一电流的增量设定为Δi时，在对应于电源电压的电流I上加上这一增量Δi所得到的一个电流便流经信号线11a，如图17b中所示。当位置指示笔6从液晶板42上分离时，晶体管13的电压电平便回复到高电压电平。此时，便由指示笔6的电极58与施加有电压的各段电极X1至Xm及公共电极Y1至Yn之间的浮动电容在设置在指示笔6的末端部分中的电极58中感生一个电压。指示笔6中感生的电压受到设置在指示笔6内的一个放大器29的放大，并通过电缆11的位置信息信号线POUT提供给各X坐标检测电路30及Y坐标检测电路31。X坐标检测电路30与Y坐标检测电路31根据指示笔6生成的感应电压及来自控制电路27的时序信号分别计算X与Y坐标。当在分离电路9中断开开关57时，便在晶体管12的基极与发射极之间施加了下述电压Vbe。
Vbe＝I×R3。然而电阻R3是确定为不接通晶体管12的。在接通开关57时，便在晶体管12的基极与发射极之间作用了下述电压VbeVbe＝(I＋Δi)×R3。从而，与开关57的断开情况相比，晶体管12的基极与发射极之间的电压增加了下述增量ΔVΔV＝Δi×R3。此时，将电阻R3设定为使晶体管12接通。当将电阻R3确定为使晶体管12接通时，则在开关57的断开状态中得到的开关信号SW是低电压电平的，而在开关57的接通状态中则是高电压电平的，如图17c中所示。
下面参照图18说明本发明的第三实施例中的坐标输入装置。
在这一第三实施例中的坐标输入装置具有用于相互分离信号的一个分离电路14、作为电缆装置的一条电缆16及作为位置指示装置的一支位置指示笔15。电缆16互相连接分离电路14与位置指示笔15。电缆16是由用作电源线VCC的一条信号线16a、开关信号线SW及位置信息信号线POUT构成的，并且还由一条地线GND构成。分离电路14具有一个晶体管17。这一晶体管17的发射极及基极连接在电源VCC上。这一晶体管17的集电极连接在开关信号线SW上。电阻器R3连接在晶体管17的发射极与基极之间。电阻器R4连接在开关信号线SW与地线GND之间。分离电路14具有一个低通滤波器18用于从传输到信号线16a上的信号中消除交流成分。分离电路14还有一个带通滤波器19用于相对于传输到信号线16a上的信号，只使在10KHz至100KHz频带中的位置信息信号通过。在位置指示笔15中设置一个晶体管20。这一晶体管20的发射极连接在地线GND上。晶体管20的集电极通过电阻器R2连接在信号线16a上。晶体管20的基极连接在开关57的一端上。电阻器R1连接在晶体管20的基极与电阻器R2之间。位置指示笔15具有一个低通滤波器21用于从通过信号线16a传输的信号中消除交流成分。位置指示笔15还有一个带通滤波器28用于只使用10KHz至100KHz频带中的位置信息信号通过。
下面说明第三实施例中的坐标输入装置的操作。
当断开开关57时，晶体管20的电压电平为高电平。此时，晶体管20的操作状态为开路状态。当位置指示笔15接触液晶板42的表面时，便接通了开关57，如图19a中所示。从而，晶体管20进入接通状态而使电流流经电阻器R2。当将这一电流的增量设定为Δi时，在对应于电源电压的电流I上加上这一增量Δi得到的一个电流便流经信号线16a。当在这一情况中将位置指示笔15从液晶板42上分离时，晶体管20的电压电平便回复到高电平。此时，便由指示笔15的电极58与各施加有电压的段电极X1至Xm及公共电极Y1至Yn之间的浮动电容在设置在指示笔15的末端部分中的电极58中感生一个电压。指示笔15中感生的电压受到设置在指示笔15内的一个放大器29的放大。只有相对于这一放大的电压信号的10KHz至100KHz频带内的位置信息信号通过带通滤波器28。如图19b中所示，位置信息信号与一个开关信号叠加在电源电压信号上并通过电缆16传输到分离电路14。在分离电路14中，带通滤波器19从图19b中所示的信号中分离出图19c中所示的位置信息信号。将这一位置信息信号提供给各X坐标检测电路30与Y坐标检测电路31。当在分离电路14中断开开关57时，便在晶体管17中的基极与发射极之间作用下述电压VbeVbe＝I×R3然而，电阻R3是确定为不接通晶体管17的。在接通开关57时，便在晶体管17的基极与发射极之间作用了下述电压VbeVbe＝(I＋Δi)×R3从而，晶体管17的基极与发射极之间的电压与开关57的断开情况相比增加了下述增量ΔVΔV＝Δi×R3。此时，将电阻R3设定为使晶体管17接通。当将电阻R3确定为使晶体管17接通时，便在开关57的断开状态中得到低电压电平的开关信号SW而在开关57的接通状态中得到高电压电平的开关信号SW，如图19C中所示。X坐标检测电路30与Y坐标检测电路31根据指示笔15的感应电压的生成时序及来自控制电路27的时序信号分别计算X与Y坐标。
按照本发明的第一种构造，坐标输入装置具有用于将电源从坐标检测装置输送给位置指示装置并将检测信号从位置指示装置传输给坐标检测装置的一条信号线。从而减少了信号线的数目而减小了电缆的直径。再者，通过减小电缆的直径可使电缆变软，因此便有可能应付自动卷盘机构。
按照本发明的第二种构造，坐标输入装置具有用于将电源从坐标检测装置输送给位置指示装置并将表示开关装置的接通与断开状态的各个信号从位置指示装置传输给坐标检测装置的一条信号线。从而，减少了信号线的数目而减小了电缆的直径。再者，通过减小电缆的直径可使电缆变软，因此有可能应付自动卷盘机构。
按照本发明的第三种构造，坐标输入装置具有用于将电源从坐标检测装置输送给位置指示装置并将表示开关装置的接通与断开状态的各个信号从位置指示装置传输给坐标检测装置的一条信号线。这一信号线还用于将检测信号从位置指示装置传输给坐标检测装置。从而，减少了信号线的数目而减小了电缆的直径。再者，通过减小电缆的直径可使电缆变软，因此有可能使用自动卷盘机构。
用于达到第二目的的本发明的技术措施提出如下。图20为展示本发明中的笔输入装置的基本构造的方框图。在图20中，本发明的笔输入装置包括
由液晶及用于操作该液晶的一个电极构成的一块液晶板201；一支检测笔202，具有静电耦合在液晶板201的电极上的一个末端电极，并检测在操作液晶的一个信号的各上升与下降时间上感生的一个感应电压；反相信号生成装置203，用于操作液晶板201的液晶，并生成一个用于反相作用在液晶上的电压的作用方向的反相信号；选通信号生成装置204，用于生成一个与反相信号的各上升与下降同步的第一选通信号及在该第一选通信号的传输时间以外提供的一个第二选通信号；第一采样处理装置205，用于在反相信号的上升与下降改变时以第一选通信号采样在检测笔202的末端电极中感生的感应电压并将这一感应电压转换成一个直流电压；第二采样处理装置206，用于以第二选通信号采样第一采样处理装置205采样以后感生的感应电压；第二采样处理装置206将这一感应电压转换成一个直流电压；判定装置207，用于根据对第一与第二采样处理装置205与206所转换的直流电压的电平的比较结果，判定检测笔202的末端是否接近液晶板201的显示屏；判定装置207输出这一判定的结果作为检测模式/非检测模式信号；以及占空比控制装置208，用于控制选通信号生成装置204所生成的第一与第二选通信号的占空比。
在这一笔输入装置中，占空比控制装置208根据一个设定的占空比控制输送给第一与第二采样处理装置205与206的选通信号的采样时间，及调节由第一与第二采样处理装置205与206所转移的直流电压的电平，使判定装置207稳定地判定检测模式/非检测模式信号。
按照上述构造，操作液晶的电压是通过提供一个周期性地反相作用在液晶上的电压的方向的反相信号而同时改变的。当检测笔接近液晶板201的表面时，便感生一个尖峰形感应电压，并且这一电压取决于检测笔202的末端电极与液晶板201的电极之间的距离。
有可能设定并改变用第一选通信号采样检测笔202的末端电极中感生的感应电压的采样时间与用第二选通信号采样该感应电压的采样时间的占空比。因此，有可能对具有部分精度偏移的各种制造产品精确地判定检测笔202的末端接近液晶板201与不接近该液晶板201的时间。因此，能够检测到一个稳定的检测模式/非检测模式信号。
占空比控制装置208最好具有用于以数值数据设定占空比的占空比设定装置209。占空比设定装置209是由设定键209a等构成的。
从而，能以来自外部设置的设定键209a的数值数据设定与改变第一与第二选通信号的占空比，以便能够稳定地检测到适用于各种制造产品的检测模式/非检测模式信号。
占空比设定装置209最好还包括一个用于指定占空比的自动设定功能的自动设定功能键209b。占空比控制装置208最好这样来控制选通信号生成装置204的操作，使得在自动设定功能键209b指定自动设定功能并且检测笔202接近液晶板201的显示屏上的一个预定的区域时，选通信号的占空比是从预定的数值数据顺序地改变的。占空比控制装置208最好也在判定装置207输出检测模式信号时检测选通信号的占空比。占空比控制装置208最好还通过初始化这一检测到的占空比的数值数据来控制选通信号。
从而，只要用自动设定功能键209b指定自动设定功能并使检测笔202接近液晶板201的显示屏上的一个预定的区域，便可自动地检测检测模式信号及设定具有高精确度的一个占空比。
再者，笔输入装置最好具有以数值数据存储占空比的存储装置210。
从而，占空比设定装置209能够通过存储从外部设置的设定键209a设定的占空比容易地设定与改变占空比。
上述选通信号生成装置204所生成的第一选通信号的时间间隔中包括上述反相信号的上升与下降的改变时间点，并短于反相信号的半周期。选通信号生成装置204所生成的第二选通信号的时间间隔可设定为在第一选通信号的生成结束后开始并直到反相信号改变时结束的一个时间间隔。
从而，由反相作用在液晶上的电压的作用方向导致的感应电压可用第一选通信号采样。再者，由噪声引起的感应电压可用第二选通信号采样。因此，便能准确地判定检测笔的末端是否接近了液晶板的显示屏。
各反相信号与选通信号最好由形成操作液晶的信号的时钟信号构成，并且还最好作为这一时钟信号的一个整数倍的信号而形成。
从而，能够将占空比数值数据及时钟信号的数目控制在该数值数据与时钟信号的数目相对应的状态中。
最好还设置一个用于在电压与/或电流上放大检测笔202的末端电极中所感生的感应电压的前置放大器211。
从而，由于前置放大器211在电压与/或电流上放大了检测笔202的末端电极中所感生的感应电压，各第一与第二采样处理装置205与206便能稳定地采样该感应电压。
第一采样处理装置205可由用于以第一选通信号采样上述感应电压的一个模拟门电路205a、用于对该采样的感应电压进行全波整流的一个全波整流电路205b及用于将全波整流后的感应电压转换成直流电压的一个积分电路205c构成。第二采样处理装置206可由用于以第二选通信号采样上述感应电压的一个模拟门电路206a、用于对该采样的感应电压进行全波整流的一个全波整流电路206b及用于将全波整流后的感应电压转换成直流电压的一个积分电路206c构成。
从而，在各模拟门电路205a与206a以各第一与第二选通信号采样感应电压时，各全波整流电路205b与206b便对采样的感应电压进行全波整流。然后，各积分电路205c与206c便将整流后的感应电压转换成直流电压。
在本发明中，液晶板201既具有液晶板的显示电极还具有一块静电感应型图形输入板的位置检测电极。检测笔202具有静电耦合于液晶板的电极并检测在操作液晶的信号的各上升与下降时间上所感生的感应电压的一个末端电极。
各该反相信号生成装置203、选通信号生成装置204、占空比控制装置208及存储装置210使用一台由一个CPU、一个ROM、一个RAM及一个I/O端口构成的微计算机。特别是，存储装置210在这些元件中采用一个ROM(E2PROM)。
第一采样处理装置205由模拟门电路205a、全波整流电路205b及积分电路205c构成。第二采样处理装置206由模拟门电路206a、全波整流电路206b及积分电路206c构成。
判定装置207采用由一个运算放大器构成的一个比较电路。
设定装置209的设定键209a与自动设定功能键209b采用一个键盘。前置放大器211采用一个运算放大器。
下面参照图21至23详细描述本发明中的笔输入装置的较佳实施例。本发明中的笔输入装置不限于这些实施例。本发明中的笔输入装置适合于用作主要将手写的字符与图形输入到布置在个人计算机、字处理器等的显示单元的显示屏上的一块图形输入板中的装置。笔输入装置的各构成元件构成一个能够改变为检测本发明中的检测模式信号设定的条件的笔输入装置。再者，各该构成元件构成一个用于获得不受外界噪声影响的检测模式信号(一个笔输入信号)的笔输入装置。
图21为展示按照本发明的一个实施例的笔输入装置的方框图。
在图21中，液晶板101是由液晶、作为用于操作该液晶的显示电极工作的一个电极及一个静电感应型图形输入板的位置检测电极构成的。
检测笔102具有静电耦合于液晶板的电极的一个末端电极。当检测笔102接近液晶板101时，检测笔102检测在操作液晶的信号的上升与下降时间上感生的感应电压。
前置放大器103在电压与/或电流上放大检测笔102的末端电极中感生的感应电压。
反相信号生成电路104生成一个用于操作液晶板101的液晶并设定作用在液晶上的电压的作用方向的反相时间点的反相信号。
选通信号生成电路105生成一个与反相信号的各上升与下降同步的第一选通信号，及一个在该第一选通信号的传输时间以外提供的第二选通信号。
第一模拟门电路106以第一选通信号采样在电压与/或电流上经过放大的感应电压。第二模拟门电路107以第二选通信号采样在电压与/或电流上经过放大的感应电压。例如，各第一模拟门电路106与第二模拟门电路107是由一个模拟开关(FET)构成的。
第一处理电路108由用于对以第一选通信号采样的感应电压进行全波整流的一个全波整流电路108a构成。第一处理电路108还由用于将经过整流的感应电压转换成直流电压的一个积分电路108b构成。
第二处理电路109由用于对以第二选通信号采样的感应电压进行全波整流的一个全波整流电路109a构成。第二处理电路109还由将经过整流的感应电压转换成直流电压的一个积分电路109b构成。
各全波整流电路108a和109a是由二极管电桥等构成的。例如，各积分电路108b与109b是由运算放大器构成的。
比较电路110将第一处理电路108转换的直流电压的电平与第二处理电路109转换的直流电压的电平进行比较。比较电路110还判定检测笔102的末端是否接近液晶板101的显示屏。比较电路110通过这一比较输出一个在高或低电压电平上的检测模式/非检测模式信号pm。
比较电路110由运算放大器构成，但也可由一个A/D转换电路与一台微计算机构成。
设定电路111设定占空比。占空比控制电路112控制占空比。存储电路113存储设定的占空比。
各反相信号生成电路104、选通信号生成电路105、设定电路111、占空比控制电路112及存储电路113可由以一个CPU、一个ROM、一个RAM、一个I/O端口等构成的一台微计算机构成。
存储电路113的占空比可通过在存储电路113中设置一个诸如可重写与非易失性E2PROM等ROM从而从其外部重写与初始化。
键盘114包括设定键114a与自动设定功能键114b。
图22为展示图21中所示的笔输入装置的电路构造中的各信号的波形及这些信号的时序的时序图。下面说明示出在图22中的这些信号。
(1)处的反相信号“as”是从反相信号生成电路104生成的。这一反相信号“as”用于周期性地反相作用在液晶上的电压的作用方向，以免液晶板的液晶受电解损坏。此时，作用在液晶板的电极上的驱动信号的电压是同时改变的。
(2)处的第一选通信号g1及(3)处的第二选通信号g2是从选通信号生成电路105生成的并分别传输给第一模拟门电路106与第二模拟门电路107。第一与第二选通信号的占空比(tg1∶tg2)可用感应电压的一个时间常量重新调整。
(4)处的感应电压sk通过感生一个具有尖峰形状的感应电压(一个静电感应电压)得到，并取决于当检测笔102接近液晶板101的显示屏时每一次作用在液晶上的电压的作用方向被反相信号“as”反相时检测笔102的末端电极与液晶板101的电极之间的距离。
(5)处的采样信号sp1的波形是通过以采用第一模拟门电路106的第一选通信号g1采样感应电压sk并用全波整流电路108a对这一感应电压sk进行全波整流而得到的。
(6)处的采样信号sp2的波形是通过以采用第二模拟门电路107的第二选通信号g2采样感应电压sk并用全波整流电路109a对这一感应电压进行全波整流而得到的。
(7)处的信号dv1的波形是通过用积分电路108b将全波整流后的采样信号sp1转换成一个直流电压而得到的。
(8)处的信号dv2的波形是通过用积分电路109b将全波整流后的采样信号sp2转换成一个直流电压而得到的。
(9)处的输出信号pm1为通过用比较电路110对直流电压dv1与dv2的电平进行比较而得到的一个信号。直流电压dv1的电平高于直流电压dv2的电平。因此输出一个高(“H”)电压电平作为检测模式信号。此时，便能判定检测笔102接近了液晶板101。
例如，(10)处的噪声信号ns显示高频感应电压。这一噪声信号ns展示当检测笔102离开液晶板101的显示屏时所感生的一个信号波形的实例。
(11)处的采样信号sp3的波形是通过以采用第一模拟门电路106的第一选通信号g1采样噪声信号ns并用全波整流电路108a对这一噪声信号进行全波整流而得到的。
(12)处的采样信号sp4的波形是通过以采用第二模拟门电路107的第二选通信号g2采样噪声信号ns并用全波整流电路109a对这一噪声信号进行全波整流而得到的。
(13)处的直流电压信号dv3的波形是通过用积分电路108b将全波整流后的采样信号sp3转换成一个直流电压而得到的。
(14)处的直流电压信号dv4的波形是通过用积分电路109b将全波整流后的采样信号sp4转换成一个直流电压而得到的。
(15)处的检测模式信号pm2是通过用比较电路110将直流电压dv1与dv2的电平进行比较而得出的一个输出信号。直流电压dv1的电平低于直流电压dv2的电平，因此输出一个低(“L”)电压信号作为非检测模式信号。此时，可判定检测笔102是与液晶板101分开的。
从而，即使在检测笔102从液晶板101离开并感生噪声信号ns时，检测笔102也能通过消除噪声信号ns而正确地抽取检测模式/非检测模式信号。
当检测笔102如上所述在作用在液晶上的电压的作用方向的反相中接近液晶板101的表面时，便感生一个具有尖峰形状的电压sk，这一电压sk取决于检测笔102的末端电极与液晶板的电极之间的距离。用这一尖峰形状的感应电压sk判定检测笔102是否接近液晶板101。
首先，用选通信号生成电路105生成的各第一与第二选通信号g1与g2及各第一与第二模拟门电路106与107采样检测笔102的末端电极中所感生的尖峰形感应电压sk。
接着，分别用第一处理电路108与第二处理电路109中的全波整流电路108a与109a对作为采样信号的尖峰形感应电压sk进行全波整流。用各积分电路108b与109b将经过整流的电压转换成各直流电压dv1与dv2。用比较器110互相比较这些直流电压。当选通信号g1采样的采样信号的电压dv1高于电压dv2(时)，检测模式信号pm成为高(“H”)电压信号。从而，可以判定检测笔102充分地接近液晶板101。
反之，当检测笔102的末端电极从液晶板101离开而感生一个噪声信号ns(作为高频感应电压的噪声)时，第二选通信号g2采样的采样信号的电压dv2高于电压dv1，因此检测模式信号pm并不变成高(“H”)电压信号，而是变成低(“L”)电压信号。
从而，当检测模式信号pm为一个高电压信号时，从检测笔102检测一个坐标信号可以认为继续有效。反之，当非检测模式信号为一个低电压信号时，便停止检测坐标信号，因此只能检测到正确的坐标。
图23为展示手动设定占空比的处理的流程图。图23示出直接输入第一与第二选通信号的占空比的设定值的一种方法，该方法在这样一种状态下将检测模式信号pm设定为一个高电压信号即从键盘114等将检测笔102在显示屏上(诸如显示屏的中心点等)指定的点上执行输入操作。
在步骤S401中，检测笔102在显示屏上诸如显示屏的中心点等指定的点上执行输入操作。
在步骤S402中，从设定键114a以数值数据将第一与第二选通信号的占空比输入到笔输入装置。
在步骤S403中，检测该检测模式信号pm是否成为高电压信号。改变设定的占空比直到笔输入信号成为高电压信号这止。
在步骤S404中，如果检测模式信号pm成为高电压信号，则占空比的设定操作便告完成，从而将这一占空比的数值数据自动存储在存储电路113中。
图24为展示自动设定占空比的处理的流程图。图24示出自动检索与存储第一与第二选通信号的占空比的设定值的一种方法，该方法在这样一种状态下将检测模式信号pm设定为高电压信号即检测笔102在显示屏上(诸如显示屏的中心点等)指定的点上执行输入操作。
在步骤S501中，检测笔102在液晶板的显示屏上的指定点上执行输入操作，然后执行自动设定功能键114b的输入操作。
在步骤S502中，将第一选通信号g1的采样时间(tg1)设定为最小值。
在步骤S503中，检验该检测模式信号pm是否成为高电压信号。
在步骤S504中，逐渐增加第一选通信号g1的采样时间并改变占空比直到检测模式信号pm成为高电压信号这止。
在步骤S505中，如果检测模式信号变成了高电压信号，则固定第一选通信号g1的采样时间并确定占空比(tg1∶tg2)。将这一占空比的数值数据存储在存储电路113中，从而占空比的自动设定操作便告完成。
从而，占空比控制电路112通过根据设定的占空比控制选通信号生成电路105的操作而调节输送给第一与第二模拟门电路106与107的选通信号g1与g2的采样时间，使第一与第二处理电路108与109输出的直流电压dv1与dv2的电平能加以控制。
再者，相对于各种具有部件精度偏移的产品，对检测笔102的末端接近液晶板101与不接近该液晶板101的时间进行精确判定。从而，能够得到一个稳定的检测模式信号。
从本发明中的笔输入装置的上述构造中可得到下述效果。
(1)通过供给一个用于周期性地反相作用在液晶上的电压的作用方向的反相信号而同时改变操作液晶的电压。当检测笔接近液晶板的表面时，便感生一个尖峰形感应电压，这一电压取决于检测笔的末端电极与液晶板的电极之间的距离。
有可能改变与控制以一个第一选通信号采样在检测笔的末端电极中感生的感应电压的采样时间与以一个第二选通信号采样该感应电压的采样时间的占空比。从而，相对于具有部件精度偏移的各种产品，有可能对检测笔的末端接近液晶板与不接近该液晶板的时间进行精确地判定。因此，能够检测到一个稳定的检测模式/非检测模式信号。
(2)如果从外部设置的设定键以数值数据设定与改变第一与第二选通信号的占空比，则能够稳定地检测到适用于各种制造产品的检测模式/非检测模式信号。
(3)当设置了一个自动设定功能键时，则只须指定一个自动设定功能并使检测笔接近液晶板的显示屏上的一个预定的区域，便能设定具有高精度的一个占空比。
(4)如果存储了从外部设置的设定键设定的占空比，便能更容易地设定与改变占空比。
(5)以第一选通信号采样通过反相作用在液晶上的电压的作用方向而导致的感应电压。由噪声导致的感应电压是由第二选通信号采样的。从而，便能正确地判定检测笔的末端是否接近液晶板的显示屏。
(6)通过将占空比的数值数据与时钟信号的数目控制在该数值数据与时钟信号的数目相对应的状态中，便能设定具有高精度的占空比。
图25为按照本发明的一个实施例的图形输入板输入装置的方框图。
图形输入板302连接在中央处理部分303上，如下面所述，输入笔301是由从笔身301的末端伸出的一个主电极304及设置在该主电极周围的一个辅助电极305构成的。辅助电极305是可以相对于笔身滑动的。
例如，在主电极304的表面上复盖由下面所述的树脂制成的一种绝缘材料。
中央处理部分303由一个控制部分306、一个时序生成电路307、一个坐标检测电路308等构成。通过中央处理部分303的时序控制将X与Y坐标传输给图形输入板302。
例如，图形输入板302由日本专利申请公开(KOKAI)第5-53726号中所示的静电系统的图形输入板构成。
图26a为使用状态中的图形输入板输入装置的透视图。图26b为图形输入板输入装置中的输入笔301的末端的放大透视图。用树脂复盖的主电极304设置在笔身310的末端上。辅助电极305设置在这一主电极304周围。辅助电极305相对于笔身310滑动。在笔身310内设置了一个弹簧，因此笔身310是由增加与减小书写压力而向下与向上移动的。如图26a中所示，输入笔301通常在相对于图形输入板302倾斜的状态中使用。当用力书写字符时，笔身310便压在图形输入板302上。例如，在图形输入板302的表面上设置一块液晶板，从而使采用输入笔输入的字符、图形等可以直接看见。
辅助电极305实际上是以园柱形配置在主电极304的外测周围的，但不限于这种形状。
图27a至27c中每一幅为用于说明当用输入笔输入字符时图形输入板输入装置的主要部分的视图。例如，主电极304与图形输入板302的表面上的液晶显示部分的玻璃板321相接触的部分是用树脂304-2制成的。一根金属条304-1配置在主电极304内。主电极304的输出通过一个运算放大器311传输给中央处理部分303。辅助电极305由金属制成并附着在主电极304的树脂部分304—2的周边部分上。例如，由绝缘物质构成的笔身310沿辅助电极305滑动。辅助电极305的输出通过一个运算放大器312传输给中央处理部分303。
图27a示出书写压力较弱并且输入笔垂直接触图形输入板302的一种状态。图27b示出书写压力较强并且输入笔垂直接触图形输入板302的一种状态。比较图27a与27b，在图27b中，辅助电极305的一部分隐藏在笔身310中，从而减小了辅助电极305与图形输入板表面上的液晶显示部分内的一个金属电极322之间的静电容。
图27c示出书写压力较强并且输入笔相对于图形输入板倾斜45。的一种情况。在图27a与27b中，静电容的形状是相对于主电极左右对称地形成的。然而在图27c中，静电容的形状则不是相对于主电极左右对称地形成的。这是由于笔身倾斜而主电极304所提供的静电容的峰值不与辅助电极305所提供的静电容的峰值相一致。
图28a示出书写压力较弱时主与辅助电极所提供的输出信号的波形。图28b示出书写压力较强时主与辅助电极所提供的输出信号的波形。书写压力较弱时，图28a中的主电极所提供的输出信号S1的电压V1与图28b中书写压力较强时主电极所提供的输出信号S1′的电压V1′相仿。与此相反，书写压力较弱时，图28a中的辅助电极所提供的输出信号S2的电压V2便升高到比图28b中书写压力较强时辅助电极所提供的输出信号S2′的电压V2′高。
图29a示出当输入笔相对于图形输入板302垂直放置时主与辅助电极所提供的输出信号的波型。图29b示出输入笔相对于图形输入板302倾斜45°时主与辅助电极所提供的输出信号的波型。在图29a中，主电极所提供的输出信号S3的峰值的时序t1与辅助电极所提供的输出信号S4的峰值的时序t1相一致。
在图29b中，笔身是倾斜的而辅助电极的右端接近图形输入板，从而移动了输出信号的峰值，因此，在主电极所提供的输出信号S3′的峰值的时序t2与辅助电极所提供的输出信号S4′的峰值的时序t3之间便出现了时间差。这是由于如上所述X与Y坐标信号是以时分图形输入板的每一行传输的而使得主与辅助电极所提供的检测坐标互相不同。
上述说明涉及输入笔相对于图形输入板垂直放置与倾斜45°的情况。然而，可根据个人使用检测笔的不同习惯，将输入笔相对于图形输入板的任意角度设定为标准状态中的倾角。
如上所述，本发明中的图形输入板输入装置能够确定主电极要输入的字符与图形的位置坐标。图形输入板输入装置能检测出两种数据，它包括由图形输入板与主及辅助电极之间的静电容差所提供的大与小输出信号的数据，以及主及辅助电极的输出信号的峰值之间的时间差的数据。从而，能够更精确地表达线宽度与字符密度。在上述说明中，书写压力与输入笔的斜度是在中央处理部分中检测的。然而，检测书写压力与输入笔的倾斜信息的装置也可设置在输入笔内。
在图形输入板输入装置的上述实施例中，说明了静电系统的图形输入板。然而，如果采用了主与辅助电极，并且有可能检测出使用笔身的书写压力所产生的大与小输出信号及由倾斜笔身所提供的主与辅助电极的输出信号的峰值之间的时间差时，上述实施例也能应用在另一系统的图形输入板上。
在上述实施例中，通过移动笔身及遮盖辅助电极而改变静电容。然而，辅助电极也可设置在相对于主电极滑动的笔身的末端上。在这一情况中，静电容的改变可通过改变辅助电极与图形输入板之间的距离而检测到。
按照本发明，可用主与辅助电极得到作用在笔身上的书写压力及笔身的倾斜度这两种数据。从而，能够更精确地显示线宽度与输入字符的密度。例如，线的宽窄度等可用密度来调节，而字符的倾斜度可用检测到的书写压力来调节。
图30为用于说明按照本发明的一个实施例的坐标输入装置的构造的视图。图30示出了静电感应型图形输入板的一个实例。在图30中，参照数字401、402与403分别指示一个控制电路、一个公共驱动电路与一个段驱动电路。参照数字404、405与406分别指示公共电极Y1至Ym、段电极X1至Xn与一支有线笔。参照数字407、408与409分别指示一支无绳检测笔、一个信号发送接收单元与一个检测电路。
图形输入板具有由布置在Y方向上的公共电极404与布置在X方向上的段电极405构成的n×m个单元的网格。在图30中，段电极405位于X边上而公共电极404则位于Y边上。这是因为为了方便使用了与图35中所示的本发明的一个实施例中的LCD图形输入板相同的参照数字。这些公共与段电极分别由公共驱动电路402与段驱动电路403接通与断开。
控制电路401执行操作各驱动电路402与403以及检测笔406与407的时序控制。检测笔由通过一条电缆连接在装置本体上的有线系统的一支检测笔406及通过无线电、红外线等发送与接收数据的无绳系统的一支检测笔407构成。通常使用有线系统与无绳系统中的一支。然而，有可能采用可使用多支检测笔的一个系统。使用检测笔407的无绳系统的本体具有用于与检测笔407进行通信的信号发送接收单元。检测电路409分离从检测笔407直接发送的或者通过信号发送接收单元408发送的信号，并将它们转换成坐标数据及各种附加信息。
图31为展示图30中所示的坐标输入装置中的信号的操作时序的视图。坐标输入装置的系统性操作的一个周期在图31中示出为一帧，并由包括Y坐标检测周期、X坐标检测周期及附加信息传输周期的三个周期构成。控制电路401通过输出一个指示Y坐标检测周期的信号YDET(示出在图31(b)中)、一个指示X坐标检测周期的信号XDET(示出在图31(c)中)及一个指示整个坐标检测周期的信号DET(示出在图31(a)中)来控制系统性操作。
如图31(d)中所示，Y坐标上的电极Y1至Ym是在Y坐标检测周期中顺序地接通的，而X坐标上的电极X1至Xn是在X坐标检测周期中顺序地接通的。如图31(e)中所示，在接通最接近笔尖的一个电极时，检测笔的检测部分便输出一个信号。从而，有可能通过来自检测笔的信号的时序而区分笔尖在图形输入板上的位置。具体地说，Y坐标是由信号YDET的上升到笔信号的上升的时间表示的，而X坐标则是由信号XDET的上升到笔信号的上升的时间表示的。
当在信号YDET的高电压电平期间中笔信号从未有过高电压时，则便能判定笔尖是离开图形输入板的。同样的结论也对信号XDET成立。附加信息传输周期为接收来自检测笔的附加信息的一个期间。如图31(f)与图32中所示，检测笔在这一附加信息传输周期中输出附加信息。图32为图31中所示的部分A的放大图。
检测电路409从检测笔的输出信号中抽取坐标信息与附加信息。检测电路409从信号YDET的上升到笔信号的上升的时间中得出Y坐标，并从信号XDET的上升到笔信号的上升的时间中得出X坐标。检测电路409具有一个用于测定各该时间的内部时钟。检测电路409将从信号XDET下降开始的笔信号解释为附加信息。检测电路409还具有一个与检测笔的附加信息传送时钟频率相同的第二内部时钟来分离至相串行传输的附加信息的位。
图33为展示一个有线系统的检测笔的第一实施例的视图。在图33中，参照数字411、412与413分别指示作为检测部分的一个笔尖、一个比较器与一个第一开关(一个笔向下开关开关①)参照数字414、415与416分别指示一个第二开关(开关②)一个第三开关(开关③)与一个第四开关(开关④)。参照数字417与418分别指示一个第五开关(开关⑤)与一个第六开关(一个转动开关开关⑥)。参照数字419与420分别指示一个输出选择电路与一个ID码生成电路。参照数字421指示一条笔连接电缆与一个连接器。414至417的各参照数字指示按压开关。
检测笔的末端部分411电容耦合于图形输入板的各电极404与405。比较器412检测由图形输入板电极的扫描信号在检测笔的末端部分中引起的感应电压的峰值。然后比较器412输出一个具有高与低电压电平之一的逻辑信号。比较器412在峰值检测时刻输出一个高电压信号。检测笔具有对检测笔的末端部分的按压进行检测的笔向下开关413。检测笔还具有供用户操作的按压开关414至417及转动开关418，并具有用于输出检测笔的ID码的ID码生成电路420。按压开关414至417与转动开关418的用途是在应用级上确定的而并不是在这一实施例中特别限定的。所画的线的彩色与厚度的选择、书写(标示)与擦涂模式的切换等是作为这些开关的用途考虑的。
由作为比较器的输出的坐标检测信号、各按压开关与转动开关的工作状态及ID码构成的这些信息是由输出选择电路419选择并顺序地输出的。连接电缆421由四条线构成，其中包括一条输出选择信号线、一条输出信号线与两条电源线。连接电缆421是通过一个连接器连接在检测笔上的，因此检测笔能够容易地接上、卸下及更换。
图34为图33中所示的输出选择电路的详细图。在图34中，参照数字422、423、424与425分别指示一个计数器、一个振荡器、一个多路复用器(A)与一个多路复用器(B)。
在笔向下开关413断开时，输出选择电路不输出信号。输出选择电路在接通笔向下开关413时执行下述操作。当输入选择信号SEL(作为来自控制电路的信号DET传输的)为低电压时，即在坐标检测周期中，多路复用器424从笔末端部分/比较器(坐标检测部分)选择一个信号。反之，当信号SEL(DET)为高电压时，即在附加信息传输周期中，多路复用器424选择多路复用器425的输出。多路复用器425的输入选择是由计数器422确定的。
当信号SEL为低电压时，计数器422在复位状态中。在信号SEL为高电压的周期中，计数器422由振荡器423向上计数。相对于多路复用器424的输入，将按压开关414至417的操作状态输入到接线端D1至D4，并将转动开关418(转动开关418有8个触点并且这一转动开关的输出被解码成三位)的操作状态输入到接线端D5至D7，而ID码生成电路420的输出则输入到接线端D8至D10。从而，在这一周期中，这些信息是以图32的序列输出的。在这一实施例中，不使用蓄电池电压信息。当信号SEL的电压电平成为高时，再一次将多路复用器424的输出信号切换到坐标检测部分的信号，从而复位用于选择多路复用器425的输出的计数器。
输出选择电路419用上述操作在坐标检测周期输出坐标检测信号而在附加信息检测周期输出各笔开关的操作状态，如图31(d)中所示。本实施例中的ID码生成电路420是由三个开关或具有8个触点的一个转动开关构成的。这一ID码生成电路420通过事先设定各该三个开关生成0至7中的任何一个。
图35为展示无绳系统的检测笔的第二实施例的视图。在图35中，参照数字426、427、428与429分别指示一个蓄电池、一个电源电路、一个信号发送接收单元及一个电源开关。其它构成部分各执行图33中用相同的参照数字指示的部分的相同操作。
检测笔与装置本体并不通过电缆互相连接。内装在检测笔中的信号发送接收单元428与图形输入板本体的信号发送接收单元408通过无线电、红外线等互相通信。没有从装置本体输送给检测笔的电路电源。因此，蓄电池426、电源电路427与电源开关429是内装在检测笔自身中的。电源电路427将经过稳压的电源电压输送给检测笔的电路。电源电路427还检测蓄电池426的电压并将这一检测到的电压以三位数据传输给输出选择电路419的接线端D11至D13。从而提供如图32中所示的附加信息格式。在本实施例中，没有像图33中所示的第一实施例中那样设置用于设定检测笔的ID码的开关，而ID码可通过另一个开关的一种指定操作来设定。
图36为图35中所示的ID码生成电路的详细图。图36示出由后备蓄电池支持的一个锁存电路。当在转动开关418中设定了要作为ID码登录的一个值并同时按下了所有按压开关415至417时，便锁存了转动开关418的设定值作为ID码。这一值是由检测笔的内装蓄电池在任何时间上支持的。
图37为用于说明按照本发明的另一个实施例的坐标输入装置的构造的视图。图37示出同时作为静电感应型图形输入板工作的一个液晶显示器(LCD)示例。在图37中，参照数字410指示一块液晶板。其它构成部分各执行图30中用相同的参照数字指示的部分的相同操作。
电极404与405用于检测坐标及操作液晶板410。控制电路401生成坐标检测与显示的时序，并在显示周期将一个未示出的视频RAM的数据传送给段驱动电路403。虽然这一构造并未示出在图37中，传输给电极404与405的信号的极性是周期性地反相以防止液晶受电解损坏的。在本实施例中，采用和图33中所示的第一实施例中相同的检测笔。
图38与39为展示图37中所示的坐标输入装置的操作时序的视图。
如图38中所示，坐标输入装置的系统性操作的一个周期示出为一帧并由一个显示周期与一个坐标检测周期构成。显示周期也是一个附加信息传输周期。坐标检测周期分成Y坐标检测周期与X坐标检测周期。控制电路401通过输出一个指示Y坐标检测周期的信号YDET(示出在图39(b)中)、一个指示X坐标检测周期的信号XDET(示出在图39(c)中)及一个指示整个坐标检测周期的信号DET(示出在图39(a)中)来控制系统性操作。
控制电路401在显示周期中顺序地扫描公共电极Y1至Ym，而在接通各公共电极的一个期间中顺序地扫描段电极X1至Xn。对于段电极，只有对应于根据视频RAM数据在液晶上接通的一个象素的段电极是接通的。坐标输入装置在坐标检测周期中的操作时序是与图33中所示的第一实施例中的时序相同的。
当图39(a)中所示的信号DET为高电压时，便将检测笔的输出信号切换到坐标信号。反之，当信号DET为低电压时，便将检测笔的这一输出信号切换到如图39(f)中所示的附加信息上。检测电路409从信号YDET的上升到笔信号的上升的时间中得到Y坐标，并从信号XDET的上升到笔信号的上升的时间中得到X坐标。检测电路409还将从信号DET的下降开始的笔信号解释为附加信息。在信号DET为低电压的显示周期中，重复地输出附加信息。然而，检测电路409只采用重复输出中的第一个附加信息。
实际上，至少在显示周期图形输入板电极的扫描信号的极性(示出在图39(d)中)是通过在液晶上作用一个直流电流而周期性地反相以防止液晶受到电解的损坏的。但是，在图39中省略了用于反相这些信号的极性的机构。
如上所述，在本发明中的坐标输入装置的信号传输系统中，设置在检测笔中的开关的操作状态的信息是在一条单一的信号线上以时分传输的，而不增加信号线的数目。信号传输系统具有一个用于检测由检测笔所指示的坐标及传输表示这一坐标的信息的周期，信号传输系统还具有一个用于传输笔开关的接通与断开状态的信息的周期。这些周期是重复地互相交替的。在同时作为一个显示单元工作的坐标输入装置的一个操作周期中设置了一个显示周期与一个坐标检测周期。从而，将显示周期分配给笔切换状态中的信号传输周期。
可在坐标输入装置中设置多个笔开关。笔开关的操作状态是顺序传输的，在切换状态中的信号传输周期中与检测笔的内部时钟同步。再者，检测笔除了笔开关的操作状态以外还能有各种附加信息，并且这些附加信息也能在这一传输周期中传输。在本发明的上述实施例中，多支检测笔中的各支具有一个ID码的信息，以便在多支检测笔中互相区别。
当采用无绳系统的检测笔时，在检测笔中需要一个独立的电源。当在显示屏上显示检测笔的内装蓄电池的低电压警告时，用户错过这一警告的可能性比将这一警告显示在检测笔自身上的情况为低。在本发明中，可传输除了笔开关的操作状态以外的其它各种附加信息。因此，可将关于蓄电池电压的信息传输给信息信号传输系统的本体，以便能够在显示屏上显示蓄电池低电压警告。
从上述说明中可以清楚地看出，在本发明的信号传输系统中可以得到下述效果。
(1)对应于信号传输系统的第一种构造的效果如下将除了坐标信息以外的许多附加信息从检测笔传输给坐标输入装置的本体，从而可以增加坐标输入装置的附加值，并可避免由信号数目的增加而引发的问题。
通过传输许多附加信息可带来这一优点，即能够设置在应用中具有各种用途的许多开关。例如，将所画的线的彩色与厚度的变化、书写(标示)与擦涂模式的切换等考虑为这些开关的用途。与图符选择系统相比，手动操作这些笔开关可以增加工作屏面的尺寸。再者，在功能选择中没有必要执行这样一个复杂操作，即将检测笔移动到一个图符区中并在选择了一个图符之后再将其返回到工作区。除了笔开关信息以外，检测笔还可有各种信息源，并且能将这些信息源传输给信号传输系统。这种构造实现在信号传输系统的第三与第三种构造中。
下述问题可通过避免增加信号的数目加以解决。这便是，在有线系统的情况中，减少了检测笔的连接电缆的芯的数目，从而降低了坐标输入装置的成本。再者，由于没有必要加粗连接电缆而检测笔的可操作性不会受到不利的坏影响。在无绳系统的情况中，信号传输信道的数目是小的，因而降低了坐标输入装置的成本。
(2)对应于信号传输系统的第二种构造的效果如下。
可以得到与第一种构造相同的效果。再者，由于传输附加信息并不延长扫描周期，便可能解决有关显示对比度降低及坐标检测的随动性质问题。
(3)对应于信号传输系统的第三种构造的效果如下。
能够提供用检测笔的一个ID码来区分该检测笔的所有人的一种装置。信号传输系统的各用户有其专用的检测笔，并通过将其检测笔连接在信号传输系统上而使用其检测笔。信号传输系统用所使用的检测笔的ID码来互相区分笔的所有人，并能根据各用户来提供服务。例如，可以调出登录在信号传输系统中的各用户的视差数据(parallaxdata)并自动纠正倾斜。从而，在每一次改变信号传输系统的用户时，便没有必要重新纠正倾斜。
再者，多支笔可具有互相不同的功能。这一情况特别适用于无绳系统的检测笔。信号传输系统用ID码来区分所使用的笔，并用所使用的笔来切换彩色、厚度、书写(标示)与擦涂。从而，各用户能获得好象各用户独立地使用具有不同笔尖粗细与彩色的多支笔的操作感受。从而，在一定的情况中，与采用笔开关的功能选择系统相比，能期望得到各检测笔的较佳可操作性。
(4)对应于第四种解决措施的效果如下。
可在显示屏上显示检测笔的蓄电池消耗的警告。当在显示屏上显示这一警告时，与将发出警告的指示灯设置在检测笔上系统相比，错过这一警告的可能性较低。
可以在不脱本发明的精神与范围的情况下构造本发明的许多颇为不同的实施例。应当理解，本发明除了在所附的权利要求书中所定义的以外，不受本说明书中所描述的特定实施例的限制。
权利要求
1.一种坐标输入装置，包括液晶板装置，具有设置在互相垂直的多个段电极装置与多个公共电极装置之间的一个液晶层；位置指示装置，在一个指示位置中静电耦合于所述段电极装置与所述公共电极装置；坐标检测装置，用于根据在所述位置指示装置中感生的一个感应电压及作用在所述段电极装置与所述公共电极装置上的一个扫描电压的作用时序，检测所述指示位置中的坐标；以及电缆位置，具有用于将电源从所述坐标检测装置输送给所述位置指示装置，及将一个检测信号从所述位置指示装置传输到所述坐标检测装置的一条信号线。
2.一种坐标输入装置，包括液晶板装置，具有设置在互相垂直的多个段电极装置与多个公共电极装置之间的一个液晶层；位置指示装置，在一个指示位置中静电耦合于所述段电极装置与所述公共电极装置；开关装置，设置在所述位置指示装置的一个末端附近，并通过使该开关装置接触所述液晶板装置及使该开关装置与所述液晶板装置分开而接通与断开；坐标检测装置，用于根据在所述位置指示装置中感生的一个感应电压及作用在所述段电极装置与所述公共电极装置上的一个扫描电压的作用时序，检测所述指示位置中的坐标；以及电缆装置，具有用于将电源从所述坐标检测装置输送给所述位置指示装置，及将表示所述开关装置的接通与断开状态的各信号从所述位置指示装置传输到所述坐标检测装置的一条信号线。
3.一种坐标输入装置，包括液晶板装置，具有设置在互相垂直的多个段电极装置与多个公共电极装置之间的一个液晶层；位置指示装置，在一个指示位置中静电耦合于所述段电极装置与所述公共电极装置；开关装置，设置在所述位置指示装置的一个末端附近，并通过使该开关装置接触所述液晶板装置，及使该开关装置与所述液晶板装置分开而接通与断开；坐标检测装置，用于根据在所述位置指示装置中感生的一个感应电压及作用在所述段电极装置与所述公共电极装置上的一个扫描电压的作用时序，检测所述指示位置中的坐标；以及电缆装置，具有用于将电源从所述坐标检测装置输送给所述位置指示装置、将表示所述开关装置的接通与断开状态的各信号从所述位置指示装置传输到所述坐标检测装置、及将一个检测信号从所述位置指示装置传输到所述坐标检测装置的一条信号线。
4.一种笔输入装置，包括一块液晶板，由一种液晶及用于操作该液晶的一个电极构成；一支检测笔，具有静电耦合于所述液晶板的电极，并检测在操作液晶的一个信号的各上升与下降时间上感生的一个感应电压的一个末端电极。反相信号生成装置，用于操作所述液晶板的液晶，并生成用于使作用在液晶上的一个电压的作用方向进行反相的一个反相信号；选通信号生成装置，用于生成与所述反相信号的各上升与下降同步的一个第一选通信号，及在该第一选通信号的传输时间以外提供的一个第二选通信号；第一采样处理装置，用于在所述反相信号的上升与下降改变时，采样由第一选通信号在所述检测笔的末端电极中感生的感应电压，并将该感应电压转换成一个直流电压；第二采样处理装置，用于在第一采样处理装置采样之后采样用第二选通信号感生的一个感应电压；该第二采样处理装置将该感应电压转换成一个直流电压；判定装置，用于根据对所述第一与第二采样处理装置所转换的直流电压的电平的比较结果，判定所述检测笔的一个末端是否接近所述液晶板的一个显示屏；该判定装置输出这一判定的结果作为一个检测模式/非检测模式信号；以及占空比控制装置，用于控制由所述选通信号生成装置所生成的第一与第二选通信号的一个占空比；该笔输入装置是构成为使所述占空比控制装置通过控制第一与第二选通信号的占空比而控制输送给第一与第二采样处理装置的选通信号的采样时间，并将第一与第二采样处理装置所转换的直流电压的电平调节成使判定装置稳定地判定检测模式/非检测模式信号。
5.权利要求4中提出的一种笔输入装置，其中该占空比控制装置具有用于以数值数据方式设定所述占空比的占空比设定装置。
6.权利要求4或5中提出的一种笔输入装置，其中该笔输入装置还包括用于指定所述占空比的一个自动设定功能的一个自动设定功能键；所述占空比控制装置控制所述选通信号生成装置的操作，使得当用所述自动设定功能键指定了自动设定功能并且所述检测笔接近所述液晶板的显示屏上的一个预定的区域时，所述选通信号的占空比是从预定的数值数据顺序地改变的；所述占空比控制装置还在判定装置输出检测模式信号时，检测选通信号的占空比；以及所述占空比控制装置还用作为初始设定数据的该检测到的占空比的数值数据控制所述选通信号。
7.一种图形输入板输入装置，包括一支输入笔，具有一个笔身、连接在笔身上的一个主电极及一个辅助电极，该辅助电极位于与主电极分离的位置上，使得辅助电极相对于图形输入板的静电容能随书写压力改变；图形输入板用于使输入笔沿其表面滑动；用于检测由辅助电极提供的并由书写压力导致的信号输出变化的装置；以及用于检测由倾斜笔身导致的主与辅助电极的输出信号的峰值之间的时间差的装置。
8.权利要求7中提出的一种图形输入板输入装置，其中该辅助电极形成为具有一个空心部分的环形，并且主电极通过一个绝缘体插入辅助电极的空心部分中。
9.用于以一支检测笔检测一块图形输入板的一个扫描信号及检测该检测笔的位置的一种坐标输入装置的一种信号传输系统，该信号传输系统包括下述步骤在同一条信号线上除了传输所述检测笔检测到的坐标信号以外，还以时分方式将表示内装在检测笔中的各种笔开关的操作状态的信息传输给信号传输系统的一个本体；以及通过所述笔开关的操作状态，将检测笔的操作状态及功能设定等通知信号传输系统。
10.权利要求9中提出的一种坐标输入装置的一种信号传输系统，其中设定了所述检测笔特有的一个ID码，并且信号传输系统通过在笔开关的操作状态上加上坐标信息面传输该ID码，并且信号传输系统区分在多支存在的检测笔中所使用的一支检测笔。
11.一种坐标输入装置中的一种信号传输系统，该坐标输入装置同时用作一个显示单元，并用一支检测笔检测一个液晶显示单元的一个扫描信号及检测该检测笔的位置，该信号传输系统包括下述步骤在同一条信号线上除了传输由所述检测笔检测到的坐标信息以外，还用时分方式将表示笔开关的操作状态的信息传输给信号传输系统的本体；在一个坐标检测周期传输坐标信息；以及在一个显示周期传输所述笔开关的状态信息。
12.权利要求11中提出的一种坐标输入装置中的一种信号传输系统，其中设定了所述检测笔特有的一个ID码，并由信号传输系统通过在笔开关的操作状态附加上坐标信息而传输，并且信号传输系统区分在多支存在的检测笔中使用的一支检测笔。
全文摘要
一种坐标输入装置，具有一个分离电路、一条电缆及一支位置指示笔。分离电路具有用于从传输给信号线的信号中消除交流成分的一个低通滤波器以及用于只使相对于传输给信号线的信号的一个预定的频带中的位置信息信号通过一个带通滤波器，电缆由一条信号线、一条开关信号线及一条地线构成。位置指示笔具有用于从通过信号线传输的信号中消除交流成分的一个低通滤波器及用于只使预定频带内的位置信息信号通过的一个带通滤波器。
文档编号G06F3/0354GK1127905SQ9510473
公开日1996年7月31日 申请日期1995年4月27日 优先权日1994年4月28日
发明者井口茂树, 平野胜己, 西村智彦, 广本邦雄, 野宫和美 申请人:夏普公司