JP2006127074A

JP2006127074A - 抵抗膜式座標入力装置

Info

Publication number: JP2006127074A
Application number: JP2004313287A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kashiwakawa; 貴弘柏川; Fumio Takei; 文雄武井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】抵抗膜式座標入力装置に関し、押圧加重が低い場合、或いは、抵抗膜の電気抵抗が高く接触抵抗が大きい場合であっても、入力位置を高精度で測定することができるようにする。
【解決手段】抵抗膜シート１及び２をもつ感圧タブレットであるタッチパネルと、前記タッチパネルに対して周期的に電圧を印加する任意波形駆動電圧発生回路５と、入力があった座標位置を電圧として読み取る電圧検出部６と、電圧検出部６が読み取った電圧を座標情報に変換するＡ／Ｄ変換器６とを備えて成り、任意波形駆動電圧発生回路５は通常の読み取り電圧に比較して高いオーバーシュート電圧を一時的に発生した後に通常の読み取り電圧を発生するものであることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、携帯情報端末機器などに用いられている感圧タブレットと呼ばれるタッチパネルを用いた抵抗膜式座標入力装置の改良に関する。

近年、急速に普及且つ発展しつつある情報端末機器、例えば、電子手帳、ＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、携帯電話、ＰＨＳ、電卓、時計、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ：全地球位置情報システム）、銀行ＡＴＭシステム、自動販売機、ＰＯＳ（ＰｏｉｎｔＯｆＳａｌｅｓ）システムなどに於いては、データ入力する際、画面上をペン或いは指で触れることで情報を入力することができるマン・マシンインターフェイスが実用化されている。

前記情報端末機器は、半導体装置の進歩に依って、小型化、或いは、多機能化の面で大きく進歩し、特に、携帯電話、ＰＤＡ、ノート型ＰＣ（ｐｅｒｓｏｎａｌｃｏｍｐｕｔｅｒ）などの携帯情報端末機器に於ける小型化は著しいので、それ等の機器に於ける動作命令信号などの入力装置や表示装置が本体中に占める体積的割合は大きくなっている。

従来、例えば、ペンなどを用いる座標入力装置、即ち、感圧タブレットと呼ばれるタッチパネルを用いた座標入力装置が知られ、その座標位置を高精度に検出する為、タッチパネルの入力位置が所定内の値であるか否かを判断し、それが所定内の値である旨判断された場合には、入力座標として取り込むようにしている（例えば、特許文献１を参照。）。

然しながら、前記座標入力装置に於いて、抵抗膜の抵抗値が上昇した場合、高抵抗の抵抗膜を用いた場合、タッチパネルに充分な圧力が与えられない場合などでは、入力位置の変化量を規定値内に安定して測定することは困難である。

また、座標入力装置に用いるタッチパネルには、その構造上、コンデンサとしての特性をもつので、電位が安定するまでには、接触抵抗を介して電荷を充放電させる為の電圧及び時間が必要である。

更にまた、抵抗膜として有機系の導電材料や高抵抗のＩＴＯを用いた場合には、静電容量が一段と大きくなるので、タッチパネルが保持する電荷の充電または放電が充分に行われず、入力位置の測定結果は不正確となる。

図５は従来の抵抗膜式座標入力装置に於ける駆動電圧波形を表す線図であり、（Ａ）は駆動電圧発生回路で発生させた駆動電圧（読み取り電圧）の波形、（Ｂ）は（Ａ）に見られる駆動電圧をタッチパネルに印加した場合の波形をそれぞれ表し、その駆動電圧はタッチパネルが容量をもつことから、（Ｂ）に見られるように、次第に変化する鈍った波形になってしまう。従って、座標読み取り時点に於ける電圧は変化しつつある不安定な状態にあり、その読み取り精度は低いものとなる。
特開２０００−２４２４０４号公報

本発明に於いては、押圧加重が低い場合、或いは、抵抗膜の電気抵抗が高く接触抵抗が大きい場合であっても、入力位置を高精度で測定することができる抵抗膜式座標入力装置を実現しようとする。

本発明に依る抵抗膜式座標入力装置に於いては、タッチパネルを構成する抵抗膜に印加する駆動電圧として、読み取り電圧に比較して高い電圧（オフセット電圧又はオーバーシュート電圧）を一時的に印加してから読み取り電圧を印加することが基本になっている。

即ち、本発明の抵抗膜式座標入力装置では、タッチパネルに於ける抵抗膜の静電容量、及び、電気抵抗に対応し、駆動電圧を一時的に上昇して印加し、その後、駆動電圧を通常の読み取り電圧に低下して印加することで、タッチパネルの抵抗膜に於ける静電容量に対する充電時間を短縮し、また、読み取り電圧を安定化している。

前記駆動電圧に於ける一時的な上昇の割合は、抵抗膜の電気抵抗及び静電容量に依って異なるのであるが、読み取り電圧に比較して５％以上高くすることが望ましく、その印加時間は１０ｍｓ〜１００ｍｓ、望ましくは、２０ｍｓ〜５０ｍｓであり、そして、読み取り電圧の測定開始時間はオーバーシュート電圧印加終了直後から２ｍｓ〜１０ｍｓ経過後であることが望ましい。

また、オーバーシュート電圧印加と読み取り電圧印加とが連続している必要はなく、若干の時間をおいて分離されていても問題はなく、その分離して電圧を印加する場合の周期差は１ｍｓ〜２０ｍｓであることが望ましい。

タッチパネルを構成する抵抗膜として用いる透明電極は、ＩＴＯに代表される無機系透明電極やポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレンなどに代表される有機導電性ポリマーを用いることができるのであるが、可視光を透過し、且つ、電気抵抗が所要値以下である抵抗膜であれば、前記以外のものであって良いが、抵抗値は５０Ω〜２０ｋΩの範囲であることが望ましい。

前記手段を採ることに依り、押圧加重が低い場合、或いは、抵抗膜の電気抵抗が高く接触抵抗が大きい場合であっても、入力位置を高精度で測定することができる抵抗膜式座標入力装置が実現される。

図１は抵抗膜を用いたタッチパネルを表す要部斜面図であり、１はＸ座標読み取り抵抗膜シート、２はＹ座標読み取り抵抗膜シート、３は入力用ペンをそれぞれ示し、抵抗膜式タッチパネルへの入力は、入力用ペン３に依って抵抗膜シート１及び２を押圧することに依って行われる。

図２は図１に示した抵抗膜を用いたタッチパネルの端子を表す要部斜面図であり、図１に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。

図に於いて、Ｘ_H及びＸ_Lは抵抗膜シート１の相対向する両端辺に形成した端子、Ｙ_H及びＹ_Lは抵抗膜シート１について説明した前記相対向する両端辺に直交する方向に於いて抵抗膜シート２の相対向する両端辺に形成した端子をそれぞれ示し、端子Ｘ_H及びＸ_Lは抵抗膜シート１に電圧の入出力を行い、そして、端子Ｙ_H及びＹ_Lは抵抗膜シート２に電圧の入出力を行う。

図３は本発明に於ける抵抗膜式座標入力装置の構成を表す要部ブロック図であって、図１及び図２に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。

図に於いて、４は中央処理装置（ＣＰＵ）、５は任意波形駆動電圧発生回路（ＤＳＰ：ｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、６は電圧検出部及びＡ／Ｄ変換器をそれぞれ示している。

図４は本発明に依る抵抗膜式座標入力装置に於ける電圧波形を表す線図であり、（Ａ）は駆動電圧発生回路５で発生させた駆動電圧の波形、（Ｂ）は（Ａ）に見られる駆動電圧をタッチパネルに印加した場合の波形をそれぞれ表していて、Ｖ_oはオーバーシュート電圧（オフセット電圧）、Ｖ_Rは読み取り電圧、Ｔ_oはオーバーシュート時間、Ｔ_Rはオーバーシュート電圧印加終了後から読み取り開始までの時間をそれぞれ示している。

図４から判るように、本発明の抵抗膜式座標入力装置に於ける座標読み取りは、読み取り電圧Ｖ_Rが安定した状態で行われるので、その読み取り精度は充分に高い。

図３に見られる抵抗膜式座標入力装置に於いて、駆動電圧発生回路５で図４の（Ａ）に見られる波形の駆動電圧を発生させ、抵抗膜シート１並びに２からなるタッチパネルに印加した。

ここで、抵抗膜シート１はガラス板上にＩＴＯを蒸着して形成したもの、抵抗膜シート２はＩＴＯ蒸着ＰＥＴフィルムを用いた。尚、抵抗膜シート１及び２の電気抵抗は５００Ωｃｍ²であった。

実験では、オーバーシュート電圧Ｖ_oは７Ｖ、オーバーシュート時間Ｔ_oは５０ｍｓ、読み取り電圧Ｖ_Rは５Ｖ、オーバーシュート電圧Ｖ_o印加終了後から読み取り開始までの時間Ｔ_Rは１５ｍｓ、駆動周波数は１２０Ｈｚの各条件を設定した。

タッチパネルを直径０．８Ｒのスタイラスをもつ入力用ペン３で押圧し、入力加重変化に依る座標読み取り精度を測定したところ、Ｘ座標及びＹ座標とも、読み取り可能範囲内に於いて、入力加重０．１Ｎ〜１０Ｎまで安定した座標読み取り性能を示すことが確認された。

実施例１に於いて、オーバーシュート電圧Ｖ_oを１０Ｖ、オーバーシュート時間Ｔ_oを２０ｍｓ、読み取り電圧Ｖ_Rを７Ｖとし、入力用ペン３を用いて入力加重変化に依る座標読み取り精度を測定したところ、Ｘ座標及びＹ座標とも、読み取り可能範囲内に於いて、入力加重０．１Ｎ〜１０Ｎまで安定した座標読み取り性能を示すことが確認された。

実施例１に於いて、抵抗膜シート１及び２に於ける透明導電材料として用いたＩＴＯを膜抵抗が２０〔ｋΩ〕のポリチオフェンに代替し、入力用ペン３を用いて入力加重変化に依る座標読み取り精度を測定したところ、Ｘ座標及びＹ座標とも、読み取り可能範囲内に於いて、入力加重０．１Ｎ〜１０Ｎまで安定した座標読み取り性能を示すことが確認された。

実施例１に於いて、オーバーシュート電圧Ｖ_oを７Ｖ、オーバーシュート時間Ｔ_oを１００ｍｓとし、入力用ペン３を用いて入力加重変化に依る座標読み取り精度を測定したところ、Ｘ座標及びＹ座標とも、読み取り可能範囲内に於いて、入力加重０．１Ｎ〜１０Ｎまで安定した座標読み取り性能を示すことが確認された。

実施例１に於いて、オーバーシュート電圧Ｖ_oを７Ｖ、オーバーシュート時間Ｔ_oを１０ｍｓとし、入力用ペン３を用いて入力加重変化に依る座標読み取り精度を測定したところ、Ｘ座標及びＹ座標とも、読み取り可能範囲内に於いて、入力加重０．１Ｎ〜１０Ｎまで安定した座標読み取り性能を示すことが確認された。

実施例１に於いて、オーバーシュート電圧Ｖ_oを７Ｖ、オーバーシュート時間Ｔ_oを５０ｍｓ、オーバーシュート電圧Ｖ_o印加終了後から読み取り開始までの時間Ｔ_Rを１０ｍｓとし、入力用ペン３を用いて入力加重変化に依る座標読み取り精度を測定したところ、Ｘ座標及びＹ座標とも、読み取り可能範囲内に於いて、入力加重０．１Ｎ〜１０Ｎまで安定した座標読み取り性能を示すことが確認された。

実施例１に於いて、オーバーシュート電圧Ｖ_oを５．２５Ｖ、オーバーシュート時間Ｔ_oを５０ｍｓ、オーバーシュート電圧Ｖ_o印加終了後から２０ｍｓを経て印加する読み取り電圧Ｖ_Rを５Ｖとし、入力用ペン３を用いて入力加重変化に依る座標読み取り精度を測定したところ、Ｘ座標及びＹ座標とも、読み取り可能範囲内に於いて、入力加重０．１Ｎ〜１０Ｎまで安定した座標読み取り性能を示すことが確認された。

実施例１乃至実施例７及びその他の実験を行うことで得られた数値的限界について説明すると以下の通りである。
（１）
タッチパネルに用いる抵抗膜の電気抵抗は５０Ω・ｃｍ²〜２０ｋΩ・ｃｍ²の範囲に在ることが好ましく、５０Ω・ｃｍ²未満である場合、駆動電圧に対する電位勾配が小さくなり過ぎて正確な座標検知を行うことができず、そして、２０ｋΩ・ｃｍ²を越えた場合、駆動電圧を高くすれば動作可能であるものの、駆動電圧の上昇に伴ってパネル消費電力が大きくなり、通電接点間に発熱や放電を生ずる場合が有る。

（２）
オーバーシュート時間が１０ｍｓ以下である場合、静電容量への電圧印加時間が短過ぎて十分な充電を行うことができず、また、オーバーシュート時間が１００ｍｓ以上である場合、静電容量を充電するのに十分過ぎることになって無意味であり、しかも、座標読み取り周期は長くなるので、タッチパネルの動作速度に悪影響、即ち、座標読み取り動作が遅くなるなどの問題が起こる。

（３）
オーバーシュート電圧を読み取り電圧の５％未満にした場合、抵抗膜間の静電容量を完全に充電することは困難である。

（４）
読み取り電圧を１．５Ｖ未満にした場合、抵抗膜で得られる電圧勾配が低くなって座標読み取り精度が悪化する。

（５）
駆動電圧とオーバーシュート電圧の印加周期が５０Ｈｚ未満であると座標読み取りに於ける動作が遅くなり過ぎ、そして、２５０ＭＨｚを越えると抵抗膜に高速で電圧をオンオフすることになり、それに依る発熱で抵抗値が変動する場合が有る。

（６）
オーバーシュート電圧と読み取り電圧との間に１ｍｓ〜２０ｍｓの周期差をもたせる場合、１ｍｓ未満であれば連続して印加する場合と効果が同等になってしまい、２０ｍｓを越える場合にはオーバーシュート電圧と読み取り電圧との周期が開き過ぎ、抵抗膜間の静電容量から充電電荷が抜けてしまい、静電容量を充電する効果が小さくなってしまう。

（７）
座標読み取り開始時間がオーバーシュート電圧印加終了後の２ｍｓ〜１０ｍｓ後に設定された場合、読み取り開始時間が２ｍｓ未満であると、オーバーシュート電圧の影響に依って読み取り精度が低下し、そして、１０ｍｓを越えて設定した場合、読み取り周期が長くなって、パネルの座標読み取り動作が遅くなる。

（比較例１）
実施例１に於いて、オーバーシュート電圧Ｖ_oを５．１Ｖ、オーバーシュート時間Ｔ_oを５０ｍｓ、読み取り電圧Ｖ_Rを５Ｖとして、入力用ペン３を用いて入力加重変化に依る座標読み取り精度を測定したところ、Ｘ座標及びＹ座標とも、読み取り可能範囲内に於いて、入力加重０．１Ｎ〜２Ｎ未満では安定した座標読み取り性能を示すが、入力加重が２Ｎ以上になると読み取り精度は低下することが確認された。

（比較例２）
実施例１に於いて、オーバーシュート電圧Ｖ_oを７Ｖ、オーバーシュート時間Ｔ_oを１２０ｍｓ、読み取り電圧Ｖ_Rを５Ｖとし、入力用ペン３を用いて入力加重変化に依る座標読み取り精度を測定したところ、Ｘ座標及びＹ座標とも、読み取り可能範囲内に於いて、読み取り精度は低下することが確認された。

（比較例３）
実施例１に於いて、オーバーシュート電圧Ｖ_oを７Ｖ、オーバーシュート時間Ｔ_oを５ｍｓ、読み取り電圧Ｖ_Rを５Ｖとし、入力用ペン３を用いて入力加重変化に依る座標読み取り精度を測定したところ、Ｘ座標及びＹ座標とも、読み取り可能範囲内に於いて、読み取り精度は低下することが確認された。

（比較例４）
実施例７に於いて、オーバーシュート電圧Ｖ_o印加終了後から読み取り電圧Ｖ_Rの印加開始までの時間を２５ｍｓとし、入力用ペン３を用いて入力加重変化に依る座標読み取り精度を測定したところ、Ｘ座標及びＹ座標とも、読み取り可能範囲内に於いて、読み取り精度は低下することが確認された。

本発明に於いては、前記説明した実施例を含め、多くの形態で実施することができ、以下、それを付記として例示する。

（付記１）
抵抗膜シートをもつ感圧タブレットであるタッチパネルと、前記タッチパネルに対して周期的に電圧を印加する任意波形駆動電圧発生回路と、入力があった座標位置を電圧として読み取る電圧検出部と、前記電圧検出部が読み取った電圧を座標情報に変換する変換部とを備えて成り、
前記任意波形駆動電圧発生回路は通常の読み取り電圧に比較して高いオーバーシュート電圧を一時的に発生した後に通常の読み取り電圧を発生するものであること
を特徴とする抵抗膜式座標入力装置。

（付記２）
抵抗膜シートが有機導電材料からなること
を特徴とする（付記１）記載の抵抗膜式座標入力装置。

（付記３）
抵抗膜シートに於ける表面抵抗が５０Ωから２０ｋΩの範囲にあること
を特徴とする（付記１）記載の抵抗膜式座標入力装置。

（付記４）
任意波形駆動電圧発生回路で発生するオーバーシュート電圧の発生時間が１０ｍｓから１００ｍｓの範囲にあること
を特徴とする（付記１）記載の抵抗膜式座標入力装置。

（付記５）
任意波形駆動電圧発生回路で発生する駆動電圧に於けるオーバーシュート電圧は読み取り電圧に比較して５％以上高くしてあること
を特徴とする（付記１）記載の抵抗膜式座標入力装置。

（付記６）
任意波形駆動電圧発生回路で発生する駆動電圧に於ける読み取り電圧が１．５Ｖ以上であること
を特徴とする（付記１）記載の抵抗膜式座標入力装置。

（付記７）
任意波形駆動電圧発生回路で発生する駆動電圧とオーバーシュート電圧との印加周期が５０Ｈｚ〜２５０Ｈｚの範囲にあること
を特徴とする（付記１）記載の抵抗膜式座標入力装置。

（付記８）
任意波形駆動電圧発生回路で発生するオーバーシュート電圧と読み取り電圧との間に１ｍｓ〜２０ｍｓの周期差があること
を特徴とする（付記１）記載の抵抗膜座標入力装置。

（付記９）
入力があった座標位置を電圧として読み取る電圧検出部に於ける座標読み取り開始時間がオーバーシュート電圧印加時間終了後の２ｍｓ〜１０ｍｓ後に設定されてなること
を特徴とする（付記１）記載の抵抗膜座標入力装置。

抵抗膜を用いたタッチパネルを表す要部斜面図である。図１に示した抵抗膜を用いたタッチパネルの端子を表す要部斜面図である。本発明に於ける抵抗膜式座標入力装置の構成を表す要部ブロック図である。駆動電圧の波形を表す線図である。駆動電圧の波形を表す線図である。

符号の説明

１抵抗膜シート
２抵抗膜シート
３入力用ペン
４中央処理装置
５任意波形駆動電圧発生回路
６電圧検出部及びＡ／Ｄ変換器
Ｘ_H及びＸ_L 抵抗膜シート１の端子
Ｙ_H及びＹ_L 抵抗膜シート２の端子
Ｖ_o オーバーシュート電圧
Ｔ_o オーバーシュート時間
Ｖ_R 読み取り電圧
Ｔ_R オーバーシュート電圧Ｖ_o印加終了後から読み取り開始までの時間

Claims

抵抗膜シートをもつ感圧タブレットであるタッチパネルと、前記タッチパネルに対して周期的に電圧を印加する任意波形駆動電圧発生回路と、入力があった座標位置を電圧として読み取る電圧検出部と、前記電圧検出部が読み取った電圧を座標情報に変換する変換部とを備えて成り、
前記任意波形駆動電圧発生回路は通常の読み取り電圧に比較して高いオーバーシュート電圧を一時的に発生した後に通常の読み取り電圧を発生するものであること
を特徴とする抵抗膜式座標入力装置。
抵抗膜シートが有機導電材料からなること
を特徴とする請求項１記載の抵抗膜式座標入力装置。
抵抗膜シートに於ける表面抵抗が５０Ωから２０ｋΩの範囲にあること
を特徴とする請求項１記載の抵抗膜式座標入力装置。
任意波形駆動電圧発生回路で発生するオーバーシュート電圧の発生時間が１０ｍｓから１００ｍｓの範囲にあること
を特徴とする請求項１記載の抵抗膜式座標入力装置。
任意波形駆動電圧発生回路で発生する駆動電圧に於けるオーバーシュート電圧は読み取り電圧に比較して５％以上高くしてあること
を特徴とする請求項１記載の抵抗膜式座標入力装置。