JP5035566B2

JP5035566B2 - 位置入力装置

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Publication number: JP5035566B2
Application number: JP2008275459A
Authority: JP
Inventors: 崇之小西
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2008-10-27
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2028-10-27
Also published as: JP2010102627A

Description

本発明は、タッチパネルやタブレット等として用いられる位置入力装置に係り、特に、押圧操作面の裏面側導体を介して得られる操作信号に基づいて押圧点位置を特定するようにした位置入力装置に関する。

タッチパネルやタブレット等として用いられる位置入力装置は、従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。

この位置入力装置は、指先やペン先等による押圧操作で所望の位置を指定可能な押圧操作面を有する操作部と、操作部に通電して駆動するための駆動部と、駆動部により操作部を駆動した状態において、当該操作部における押圧操作に応じた操作信号を検出する操作信号検出部と、操作信号検出部で検出された操作信号を処理して、押圧操作により指定された位置に対応する位置データを生成するための信号処理部とを包含している。

操作部は、フィルム状、シート状、又は薄板状であって、所定の電気抵抗値が一様に分布され、かつ位置の基準となる所定変位方向の一端部には第１の電極がまた他端部には第２の電極が配置された第１の導体と、第１の導体の裏面側に僅かの隙間を介して対向配置された第２の導体とを包含し、第１の導体に対してその表面側から局部的に加圧された際、その加圧部において第１の導体と第２の導体とが導通するように構成されている。
特開平８−１９０４５３号公報

上述の位置検出装置にあっては、駆動部は、電源から生成される所定電圧を、第１の導体の第１の電極と第２の電極との間に印加し、第１の導体上のいずれかの点が押圧されて、第１の導体と第２の導体とが導通すると、その導通点の抵抗分割電圧が、第２の導体側へと現れるようになっている。また、操作信号検出部は、操作信号を、第２の導体に現れる電圧値として検出する電圧検出手段を包含している。

第１の導体上の２つの点が同時に押圧されて、それらの２点が同時に第２の導体と導通すると、２つの導通点間の電位差により、それら２つの導通点相互間には、第２の導体を介して電流が流れる。すると、それら２点の電圧は中和乃至平均化されてしまい、第２の導体に現れる電圧は、それら２点間の中点位置に対応する値となるから、電圧検出手段を介して検出される電圧から該当する２つの押圧点の位置データを直接的に生成することはできない。

そのため、２点押し入力を可能とするためには、信号処理部に複雑な２点押し対応処理を組み込まねばならない。従来装置における２点押し対応処理の説明図が図６に示されている。

同図に示されるように、この２点押し対応処理は、相前後して検出される操作信号の時間差に着目し、それらの時間差が同時押し相当の微かな時間差以内であるときには、先の操作信号から求められた座標を１点目の座標（Ｐ０１）、後の操作信号から求められた座標を中点の座標（Ｐ００）と認定し、それらの座標（Ｐ０１、Ｐ００）から２点目の座標（Ｐ０２）を推定により求めるものである。なお、図において、１ａは操作部の押圧操作面である。

しかしながら、このような２点押し対応処理にあっては、（１）いずれかの操作信号が先でなければならないから、完全な同時２点押しには対応できないこと、（２）１点目の座標と中点の座標とから２点目の座標を求めるものであるから、２点目座標の誤差が比較的に大きいこと、（３）僅かな時間差で得られた２つの操作信号が、２点押しを意図したものなのか、１点押しののち、素早く中点位置を押し直したものなのかの判別が困難であること、（４）２点同時押しのままで、押圧点と押圧点との間隔を拡げたり狭めたりと言った押圧点スライド操作にも対応できないこと、（５）押圧点の位置を特定するための演算が複雑で、信号処理部におけるソフトウェア的な負担が大きいこと、等々の問題点があった。

本発明は、上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、（１）１点押しの場合は勿論のこと、完全同時２点押しの場合であっても、各押圧点の位置乃至座標を正確に入力でき、（２）２点同時押しのままで、押圧点と押圧点との間隔を拡げたり狭めたりと言った押圧点スライド操作をしても、それら２つの押圧点の位置乃至座標を逐次連続的に入力することができ、（３）僅かな時間差で得られた２つの操作信号が、２点押しを意図したものなのか、１点押しののち、素早く中点位置を押し直したものなのかを判別して確実に入力することができ、（４）押圧点の位置を特定するための演算が簡単で、信号処理部のソフトウェア的な負担が軽い、位置入力装置を提供することにある。

この発明の他の目的並びに作用効果については、以下の明細書の内容を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるはずである。

上述の［発明が解決しようとする課題］は、以下の構成を有する位置入力装置により解決することができるものと考えられる。

すなわち、この位置入力装置は、操作部と、駆動部と、操作信号検出部と、信号処理部とを包含する。

操作部は、指先やペン先等による押圧操作で所望の位置を指定可能な押圧操作面を有する。駆動部は、操作部に通電して駆動するためのものである。操作信号検出部は、駆動部により操作部を駆動した状態において、当該操作部における押圧操作に応じた操作信号を検出する。信号処理部は、操作信号検出部で検出された操作信号を処理して、押圧操作により指定された位置に対応する位置データを生成する。

操作部は、第１の導体と第２の導体とを包含する。第１の導体は、フィルム状、シート状、又は薄板状であって、所定の電気抵抗値が一様に分布され、かつ位置の基準となる所定変位方向の一端部には第１の電極がまた他端部には第２の電極が配置されている。

第２の導体は、第１の導体の裏面側に僅かの隙間を介して対向配置され、かつその分布された電気抵抗値が、前記第１の導体に分布された電気抵抗値に比べて無視し得る程度に十分に小さく設定されている。

そして、第１の導体に対してその表面側から局部的な加圧が行われると、その加圧部において第１の導体と第２の導体とが導通するように構成されている。

駆動部は、電源から生成される所定電圧を、第１の導体の第１の電極と前記第２の導体との間に印加する第１の通電態様と、第１の導体の第２の電極と第２の導体との間に印加する第２の通電態様とを切り替えるためのスイッチ手段を包含する。

操作信号検出部は、操作信号を、第２の導体を介して流れる電流値として検出する電流検出手段を包含する。

信号処理部は、電流／位置・変換手段と、一致／不一致・判定手段と、入力位置出力手段とを包含する。

電流／位置・変換手段は、電流検出手段から出力される電流値のうちで、第１の通電状態のときに検出された電流値については、第１の電極側端部を基準として求められた電流値と位置との既知相関に基づいて、その電流値を第１の位置に変換し、第２の通電状態のときに出力された電流値については、第２の電極側端部を基準とする電流値と位置との既知相関に基づいて、その電流値を第２の位置に変換する。

一致／不一致・判定手段は、電流／位置・変換手段にて変換された第１の位置と第２の位置とを照合することにより、両者が一致するか一致しないかを判定する。

入力位置出力手段は、一致／不一致・判定手段にて両者が一致すると判定されるときには、第１の位置データ又は前記第２の位置を単一の入力位置として出力し、一致／不一致・判定手段にて両者が一致しないと判定されるときには、第１の位置と前記第２の位置とを２つの入力位置のそれぞれとして出力する。

このような構成よりなる位置入力装置は、つぎのような作用を有する。

第１の導体上における対をなす２つの電極（第１電極、第２電極）のいずれか一方（例えば、第１電極）と、第２の導体の裏面側に配置された第２の導体との間に電源電圧が印加された状態（第１の通電態様）において、２点押しが行われると、第２の導体の分布抵抗値は殆ど無視しうる程に小さい値であることから、それら２つの導通点同士は第２の導体を介して実質的に短絡されてしまう。

すると、電源を経由する閉回路を流れる電流は、電源印加側の電極（第１電極）とその第１電極に最も近い導通点（第１電極隣接導通点）との間の抵抗値のみに依存した値となる。この抵抗値は、換言すれば、第１電極から第１電極隣接押圧点までの距離（第１電極隣接押圧点の位置）に対応する。

同様にして、第１の導体上における第２電極と第２の導体との間に電源電圧が印加された状態（第２通電態様）において、２点押しが行われると、電源を経由する閉回路を流れる電流は、第２電極から第２電極隣接押圧点までの距離（第２電極隣接押圧点の位置）に対応する。

したがって、電流／位置・変換手段によって、第１電極隣接押圧点の位置と第２の電極隣接押圧点の位置とを求めることができる。

ここで、当然のことであるが、第１の通電態様の下に求められた第１電極隣接押圧点の位置と第２の通電態様の下に求められた第２電極隣接押圧点の位置とは、１点押しの場合にはほぼ一致し、２点押しの場合には異なる。

したがって、一致／不一致・判定手段により、第１電極隣接押圧点の位置と第２電極隣接押圧点の位置とを照合し、それらが一致するか一致しないかを確認すれば、１点押し状態か２点押し状態かを容易に判別することができる。

そして、１点押し状態のときには、第１電極隣接押圧点の位置及び第２電極隣接押圧点の位置は、いずれも単一押圧点の位置とみなすことができ、２点押し状態のときには、第１電極隣接押圧点の位置及び第２電極隣接押圧点の位置は、２個の押圧点を構成する第１電極側の押圧点の位置、第２の電極側押圧点の位置とみなすことができる。

したがって、入力位置出力手段によって、１点押し状態のときには、単一押圧点の位置を出力し、２点押し状態のときには、２個の押圧点を構成する２つの位置を正確に出力することができる。

第１の位置入力装置は、上述の作用を有することから、次のような効果を有する。

すなわち、第１の位置入力装置によれば、（１）１点押しの場合は勿論のこと、完全同時２点押しの場合であっても、各押圧点の位置乃至座標を正確に入力でき、（２）２点同時押しのままで、押圧点と押圧点との間隔を拡げたり狭めたりと言った押圧点スライド操作をしても、それら２つの押圧点の位置乃至座標を逐次連続的に入力することができ、（３）僅かな時間差で得られた２つの操作信号が、２点押しを意図したものなのか、１点押しののち、素早く中点位置を押し直したものなのかを判別して確実に入力することができ、（４）押圧点の位置を特定するための演算が簡単で、信号処理部のソフトウェア的な負担が軽い、と言った技術的効果を有する。

上述の位置入力装置において、一致／不一致・判定手段が、前記第１の位置と前記第２の位置との偏差が所定の基準偏差以内のときには両者が一致すると判定し、前記第１の位置と前記第２の位置との偏差が所定の基準偏差を外れるときには両者が一致しないと判定するものであれば、基準偏差の値を調整することで、要求される位置検出分解能に応じて最適な判定処理を実現することができる。

すなわち、位置検出分解能で定まる単位領域を想定した場合、上述の第１の位置と第２の位置とが一致するか一致しないかは、つまるところ、それら２つの位置が同一の単位領域内に収まっているか否かの問題に帰結する。したがって、上記の基準偏差の値を位置検出分解能で定まる単位領域のサイズに対応させることにより、最適な一致／不一致の判定が可能となるのである。

上述の位置入力装置において、第１の導体上の分布抵抗値を、第１の導体上の前記導通点が所定変位方向に沿って移動したときに、所定の第１の電極又は第２の電極と導通点との間の抵抗値が直線的に変化するように分布されていれば、電流／位置・変換のためのプログラムが簡単で済む。

上述の位置入力装置において、所定変位方向が、直線状の直交２方向とされ、かつ少なくともスイッチ手段が、２つの変位方向のそれぞれについて設けられていれば、ＸＹ座標値の入力ができる。

上述の位置入力装置において、第１の導体及び第２の導体がいずれも透明であれば、画像表示器の画面前面に配置してタッチパネルとなる。

本発明の位置入力装置によれば、（１）１点押しの場合は勿論のこと、完全同時２点押しの場合であっても、各押圧点の位置乃至座標を正確に入力でき、（２）２点同時押しのままで、押圧点と押圧点との間隔を拡げたり狭めたりと言った押圧点スライド操作をしても、それら２つの押圧点の位置乃至座標を逐次連続的に入力することができ、（３）僅かな時間差で得られた２つの操作信号が、２点押しを意図したものなのか、１点押しののち、素早く中点位置を押し直したものなのかを判別して確実に入力することができ、（４）押圧点の位置を特定するための演算が簡単で、信号処理部のソフトウェア的な負担が軽い、と言った技術的効果を有する、と言った効果がある。

以下に、本発明に係る位置入力装置の好適な実施の一形態を添付図面にしたがって詳細に説明する。

本発明装置の全体を操作部の構造を中心として模式的に示す構成図が図１に示されている。

位置入力装置は、指先やペン先等による押圧操作で所望の位置を指定可能な押圧操作面を有する操作部１と、操作部１に通電して駆動するための駆動部（詳細は後述）と、駆動部により操作部を駆動した状態において、当該操作部における押圧操作に応じた操作信号を検出する操作信号検出部（詳細は後述）と、操作信号検出部で検出された操作信号を処理して、押圧操作により指定された位置に対応する位置データを生成するための信号処理部（詳細は後述）とを包含する。

操作部１は、フィルム状、シート状、又は薄板状であって、所定の電気抵抗値が一様に分布され、かつ位置の基準となる所定変位方向の一端部には第１の電極がまた他端部には第２の電極が配置された第１の導体１１と、第１の導体の裏面側に僅かの隙間を介して対向配置され、かつその分布された電気抵抗値が、第１の導体１１に分布された電気抵抗値に比べて無視し得る程度に十分に小さく設定された第２の導体１２とを包含し、第１の導体１１に対してその表面側から局部的に加圧された際、その加圧部において第１の導体１１と第２の導体１２とが導通するように構成されている。

図示の実施形態は、本発明に係る位置入力装置を画像表示装置（図示せず）の表示画面の前面側に配置される透明なタッチパネルとして具現化したものである。

そのため、第１の導体１１としては、所定の電気抵抗値が一様に分布された透明なフィルム状導電性素材（例えば、ＰＥＴ樹脂等）からなる長方形状を有する膜体（以下、「高抵抗導体膜」と言う）１１ａが採用されている。

高抵抗導体膜１１ａの長辺に沿うＸ方向の一端部にはＸ方向の第１電極１１１が、他端部にはＸ方向の第２電極１１２が配置されている。それらの電極１１１、１１２は、それぞれ対応する短辺に沿って直線状に延設されている。

高抵抗導体膜１１ａの短辺に沿うＹ方向の一端部にはＹ方向の第１電極１１３が、他端部にはＹ方向の第２電極１１４が配置されている。それらの電極１１３、１１４は、それぞれ対応する長辺に沿って直線状に延設されている。

第２の導体１２としては、電気抵抗値が殆ど０とされた透明なフィルム状導電性素材（例えば、酸化インジウム等）からなる同様な長方形状を有する膜体（以下、「０抵抗導体膜」と言う）１２ａが採用されている。

０抵抗導体膜１２ａの長辺に沿うＸ方向の一端部にはＸ方向の第１電極１２１が、他端部にはＸ方向の第２電極１２２が配置されている。それらの電極１２１、１２２は、それぞれ対応する短辺に沿って直線状に延設されている。

高抵抗導体膜１２ａの短辺に沿うＹ方向の一端部にはＹ方向の第１電極１２３が、他端部にはＹ方向の第２電極１２４が配置されている。それらの電極１２３、１２４は、それぞれ対応する長辺に沿って直線状に延設されている。

高抵抗導体膜１１ａと０抵抗導体膜１２ａとは、両者間に一様に分散配置されたスペーサ突部（図示せず）を介して上下に重ね合わされ、それにより、両者間には上下の膜体の導通を阻止する僅かな隙間が形成される。そして、高抵抗導体膜１１ａに対してその表面側から局部的に加圧が行われると、その加圧部において高抵抗導体膜１１ａと０抵抗導体膜１２ａとが導通する。

駆動部は、電源Ｅから生成される所定電圧を、高抵抗導体膜１１ａのＸ方向の第１電極１１１と０抵抗導体膜１２ａとの間に印加するＸ方向の第１通電態様と、高抵抗導体膜１１ａの第２のＸ方向電極１１２と０抵抗導体膜１２ａとの間に印加するＸ方向の第２通電態様と、高抵抗導体膜１１ａの第１のＹ方向電極１１３と０抵抗導体膜１２ａとの間に印加するＹ方向の第１通電態様と、高抵抗導体膜１１ａの第２のＹ方向電極１１４と０抵抗導体膜１２ａとの間に印加するＹ方向の第２通電態様とに切り替えるためのスイッチ手段を包含する。

スイッチ手段は、図示の例にあっては、Ｘ方向の第１スイッチＳ１１と、Ｘ方向の第２スイッチＳ１２と、Ｙ方向の第１スイッチＳ２１と、Ｙ方向の第２スイッチＳ２２と、第１のＸＹ切替スイッチＳ３１と、第２のＸＹ切替スイッチＸ３２とを包含する。

Ｘ方向、Ｙ方向の第１、第２通電態様と、スイッチ手段を構成する各スイッチの状態との関係は、次の通りである。なお、電源Ｅのプラス側の電位を＋Ｅ（Ｖ）、マイナス側の電位を０（Ｖ）と仮定する。
［Ｘ方向の第１通電態様］
第１のＸＹ切替スイッチＳ３１はａ側、第２のＸＹ切替スイッチＳ３２はａ側、Ｘ方向の第１スイッチＳ１１はＯＦＦ、Ｘ方向の第２スイッチＳ１２はＯＮとされる。

すると、高抵抗導体膜１１ａのＸ方向の第１電極１１１の電位は＋Ｅ（Ｖ）、同第２電極１１２の電位は０（Ｖ）、０抵抗導体膜１２ａのＸ方向の第２電極１２２の電位は０（Ｖ）となる。

その結果、高抵抗導体膜１１ａのＸ方向の第１電極１１１と０抵抗導体膜１２ａのＸ方向の第２電極１２２との間に電源電圧Ｅ（Ｖ）が印加される。
［Ｘ方向の第２通電態様］
第１のＸＹ切替スイッチＳ３１はａ側、第２のＸＹ切替スイッチＳ３２はａ側、Ｘ方向の第１スイッチＳ１１はＯＮ、Ｘ方向の第２スイッチＳ１２はＯＦＦとされる。

すると、高抵抗導体膜１１ａのＸ方向の第１電極１１１の電位は＋Ｅ（Ｖ）、同第２電極１１２の電位は０（Ｖ）、０抵抗導体膜１２ａのＸ方向の第１電極１２１の電位はＥ（Ｖ）となる。

その結果、高抵抗導体膜１１ａのＸ方向の第２電極１１２と０抵抗導体膜１２ａのＸ方向の第１電極１２１との間に電源電圧Ｅ（Ｖ）が印加される。
［Ｙ方向の第１通電態様］
第１のＸＹ切替スイッチＳ３１はｂ側、第２のＸＹ切替スイッチＳ３２はｂ側、Ｙ方向の第１スイッチＳ２１はＯＦＦ、Ｙ方向の第２スイッチＳ２２はＯＮとされる。

すると、高抵抗導体膜１１ａのＹ方向の第１電極１１３の電位は＋Ｅ（Ｖ）、同第２電極１１４の電位は０（Ｖ）、０抵抗導体膜１２ａのＹ方向の第２電極１２４の電位は０（Ｖ）となる。

その結果、高抵抗導体膜１１ａのＹ方向の第１電極１１３と０抵抗導体膜１２ａのＹ方向の第２電極１２４との間に電源電圧Ｅ（Ｖ）が印加される。
［Ｙ方向の第２通電態様］
第１のＸＹ切替スイッチＳ３１はｂ側、第２のＸＹ切替スイッチＳ３２はｂ側、Ｙ方向の第１スイッチＳ２１はＯＮ、Ｙ方向の第２スイッチＳ２２はＯＦＦとされる。

その結果、高抵抗導体膜１１ａのＹ方向の第２電極１１４と０抵抗導体膜１２ａのＹ方向の第１電極１２３との間に電源電圧Ｅ（Ｖ）が印加される。

操作信号検出部は、操作信号を、０抵抗導体膜１２を経由する閉回路を流れる電流値として検出する電流検出手段２を包含する。後述するように、この電流検出手段２は、上述の４つの通電態様のそれぞれにおいて、押圧導通点を通って、高抵抗導体膜１１ａと０抵抗導体膜１２ａとの間を流れる電流値を検出するように接続されている。

電流検出手段２により検出された電流値は、Ａ／Ｄ変換器３を介して、ＣＰＵ４から読取可能とされている。

ＣＰＵ４は、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等々を主体として構成されており、図４及び図５のフローチャートにしたがって動作することにより、上述の４つの通電態様の切替処理、及び電流検出手段２で検出される電流値から押圧点の座標データＤ（Ｘ，Ｙ）を生成出力するための信号処理を実行するように構成されている。

次に、以上の構成よりなる位置入力装置における押圧点の位置検出原理について説明する。

本発明装置の全体を操作部の等価回路を中心として模式的に示す構成図（１点押しの場合）が図２に示されている。なお、この図は、押圧点Ｐ１に関するＸ方向の位置検出原理を説明するものである。

Ｘ方向の第１スイッチＳ１１がＯＦＦ、第２スイッチＳ１２がＯＮとされて、第１の通電態様が選択されると、高抵抗導体膜１１ａの第１電極１１１と０抵抗導体膜１２ａの第２電極１２２との間に電源Ｅの電圧Ｅ（Ｖ）が印加される。

この状態において、高抵抗導体膜１１ａ上の点Ｐ１が押下されて、高抵抗導体膜１１ａと０抵抗導体膜１２ａとが導通すると、導通点Ｐ１と第２電極１１２との間の抵抗Ｒ２は、０抵抗導体膜１２ａにより短絡されるため、図中波線で示される電流検出手段２を流れる電流は、第１電極１１１と第１電極隣接導通点Ｐ１との間の抵抗Ｒ１の値のみを反映した電流（以下、「第１抵抗側電流」と言う）Ｉ１となる。

抵抗値Ｒ１の値は、第１電極１１１と導通点Ｐ１とのＸ方向距離Ｌ１にも対応する。そのため、電流検出手段２により検出される第１抵抗側電流Ｉ１を、電流Ｉ１と距離Ｌ１との関係（既知相関）に当て嵌めることにより、第１電極１１１を基準とするＸ方向距離Ｌ１として、押圧点Ｐ１の第１電極を基準とするＸ方向位置（以下、「第１位置」と言う）を求めることができる。

この例にあっては、第１抵抗側電流Ｉ１と距離Ｌ１との関係（既知相関）は、距離Ｌ１の算出が容易となるようにリニアな関係に設定されている。これは、高抵抗導体膜１１ａ上の分布抵抗と第１電極１１１の形状等を適切に選択することで容易に実現することができる。

Ｘ方向の第１スイッチＳ１１がＯＮ（図中仮想線で囲まれたＳ１１’）、第２スイッチＳ１２がＯＦＦ（図中仮想線で囲まれたＳ１２’）とされて、第２の通電態様が選択されると、高抵抗導体膜１１ａの第２電極１１２と０抵抗導体膜１２ａの第２電極１２２との間に電源Ｅの電圧Ｅ（Ｖ）が印加される。

この状態において、高抵抗導体膜１１ａ上の点Ｐ１が押下されて、高抵抗導体膜１１ａと０抵抗導体膜１２ａとが導通すると、導通点Ｐ１と第１電極１１１との間の抵抗Ｒ１は、０抵抗導体膜１２ａにより短絡されるため、図中実線で示される電流検出手段２を流れる電流は、第１電極１１２と導通点Ｐ１との間の抵抗Ｒ２の値のみを反映した電流（以下、「第２抵抗側電流」と言う）Ｉ２となる。

抵抗値Ｒ２の値は、第２電極１１２と導通点Ｐ１とのＸ方向距離Ｌ２にも対応する。そのため、電流検出手段２により検出される電流値Ｉ２を、電流値Ｉ２と距離Ｌ２との関係（既知相関）に当て嵌めることにより、第２電極１１２を基準とするＸ方向距離Ｌ２として、押圧点Ｐ１の第２電極を基準とするＸ方向位置（以下、「第２位置」と言う）を求めることができる。

この例にあっては、第２抵抗側電流Ｉ２と距離Ｌ２との関係（既知相関）は、距離Ｌ２の算出が容易となるようにリニアな関係に設定されている。これは、高抵抗導体膜１１ａ上の分布抵抗と第２電極１１２の形状等を適切に選択することで容易に実現することができる。

本発明装置の全体を操作部の等価回路を中心として模式的に示す構成図（２点同時押しの場合）が図３に示されている。なお、この図は、２つの同時押圧点Ｐ１１，Ｐ１２に関するＸ方向の位置検出原理を説明するものである。

この状態において、高抵抗導体膜１１ａ上の２つの点Ｐ１１，Ｐ１２が押下されて、高抵抗導体膜１１ａと０抵抗導体膜１２ａとが２点で導通すると、導通点Ｐ１１と第２電極１１２との間の抵抗は、０抵抗導体膜１２ａにより短絡されるため、図中波線で示される電流検出手段２を流れる電流は、第１電極１１１と導通点Ｐ１１との間の抵抗Ｒ１の値のみを反映した第１抵抗側電流Ｉ１となる。

抵抗値Ｒ１の値は、第１電極１１１と導通点Ｐ１１とのＸ方向距離Ｌ１にも対応する。そのため、電流検出手段２により検出される第１抵抗側電流Ｉ１を、電流Ｉ１と距離Ｌ１との関係（既知相関）に当て嵌めることにより、第１電極１１１を基準とするＸ方向距離Ｌ１として、押圧点Ｐ１１の第１位置を求めることができる。

この状態において、高抵抗導体膜１１ａ上の２つの点Ｐ１１、Ｐ１２が押下されて、高抵抗導体膜１１ａと０抵抗導体膜１２ａとが２点で導通すると、導通点Ｐ１２と第１電極１１１との間の抵抗は、０抵抗導体膜１２ａにより短絡されるため、図中実線で示される電流検出手段２を流れる電流は、第２電極１１２と導通点Ｐ１２との間の抵抗Ｒ２の値のみを反映した第２抵抗側電流Ｉ２となる。

抵抗値Ｒ２の値は、第２電極１１２と導通点Ｐ１２とのＸ方向距離Ｌ２にも対応する。そのため、電流検出手段２により検出される第２抵抗側電流Ｉ２を、電流値Ｉ２と距離Ｌ２との関係（既知相関）に当て嵌めることにより、第２電極１１２を基準とするＸ方向距離Ｌ２として、押圧点Ｐ１２の第２位置を求めることができる。

ここで、図２と図３との比較から明らかなように、第１の通電態様の下に求められた第１位置と第２の通電態様の下に求められた第２位置とは、図２に示される１点押しの場合にはほぼ一致し、図３に示される２点押しの場合には明らかに異なる。

したがって、第１位置と第２位置とを照合し、それらが一致するか一致しないかを確認すれば、１点押し状態か２点押し状態かを容易に判別することができる。

そして、１点押し状態のときには、第１位置及び第２位置は、いずれも単一押圧点Ｐ１の位置とみなすことができ、２点押し状態のときには、第１位置及び第２位置は、２個の押圧点を構成する第１電極側押圧点Ｐ１１の位置、第２電極側押圧点の位置Ｐ１２とみなすことができる。

したがって、１点押し状態のときには、単一押圧点の位置を出力し、２点押し状態のときには、２個の押圧点を構成する２つの位置を正確に出力することができる。

次に、上述の位置測定原理を踏まえた上で、位置入力装置の動作を、図２〜図４を参照しながら詳細に説明する。

信号処理部を構成するＣＰＵで実行される制御プログラムの全体を概略的に示すフローチャートが図４に示されている。同図に示されるように、ＣＰＵ４においては、イニシャライズ処理（ステップ１０）にて各種のフラグやレジスタ類等を初期設定したのち、Ｘ軸側処理（ステップ２０）、Ｙ軸側処理（ステップ３０）、及び座標データ出力処理（ステップ４０）を順に繰り返す。

図４のフローチャートにおけるＸ軸側処理の詳細を示すフローチャートが図５に示されている。同図に示されるように、Ｘ軸側処理が開始されると、先ず、第１及び第２の切替スイッチＳ３１、Ｓ３２の双方をａ側に切替設定したのち、第１の通電態様に設定するために、Ｘ方向の第１スイッチＳ１１をＯＦＦ、Ｘ方向の第２スイッチＳ１２をＯＮにそれぞれ設定する（ステップ２００１）。

続いて、電流検出手段２の検出電流をＡ／Ｄ変換器３を介して読み込むことにより、第１抵抗側電流Ｉ１の読み込みを行う（ステップ２００２）。

続いて、上で読み込まれた第１抵抗側電流Ｉ１の値を、電流Ｉ１と第１位置との既知の関係に当て嵌めることにより、読み込まれた第１抵抗側電流Ｉ１に対応する第１位置を求める（ステップ２００３）。

この当て嵌めは、電流Ｉ１と第１位置との既知の関係を示す関数式に読み込まれた電流値Ｉ１を代入してもよいし、そのような関係を示す関数テーブルを読み込まれた電流値Ｉ１を引数として参照するようにしたテーブルルックアップ方式でもよい。いずれにしても、電流Ｉ１と第１位置との既知の関係はリニアであるから、目的とする第１位置は容易に求めることができる。

続いて、第１及び第２の切替スイッチＳ３１，Ｓ３２の双方をａ側に維持したまま、第２の通電態様に設定するために、Ｘ方向の第１スイッチＳ１１をＯＮ、Ｘ方向の第２スイッチＳ１２をＯＦＦにそれぞれ設定する（ステップ２００４）。

続いて、電流検出手段２の検出電流をＡ／Ｄ変換器３を介して読み込むことにより、第２抵抗側電流Ｉ２の読み込みを行う（ステップ２００５）。

続いて、上で読み込まれた第２抵抗側電流Ｉ２の値を、電流Ｉ２と第２位置との既知の関係に当て嵌めることにより、読み込まれた第２抵抗側電流Ｉ２に対応する第２位置を求める（ステップ２００６）。

この当て嵌めは、電流Ｉ１と第１位置との既知の関係を示す関数式に読み込まれた電流値Ｉ２を代入してもよいし、そのような関係を示す関数テーブルを読み込まれた電流値Ｉ２を引数として参照するようにしたテーブルルックアップ方式でもよい。いずれにしても、電流Ｉ２と第２位置との既知の関係はリニアであるから、目的とする第１位置は容易に求めることができる。

続いて、上で求められた第１位置と第２位置とが、一致するか一致しないかを判定する（ステップ２００７）。この一致／不一致・判定は、第１の位置と前記第２の位置との偏差（｜第１位置−第２位置｜）が所定の基準偏差ａ以内のときには両者が一致すると判定し、前記第１の位置と前記第２の位置との偏差が所定の基準偏差を外れるときには両者が一致しないと判定するものである。このとき、基準偏差の値を調整することで、要求される位置検出分解能に応じて最適な判定処理を実現することができる。

すなわち、位置検出分解能で定まる単位領域を想定した場合、第１の位置と第２の位置とが一致するか一致しないかは、つまるところ、それら２つの位置が同一の単位領域内に収まっているか否かの問題に帰結する。したがって、上記の基準偏差の値を位置検出分解能で定まる単位領域のサイズに対応させることにより、最適な一致／不一致の判定が可能となるのである。

先の原理説明から明らかなように、両者が一致すると言うことは１点押しであることを意味し、両者が一致しないと言うことは２点押しであることを意味する。ここで、基準偏差ａの値は、それが大きければ１点押しか２点押しかの判定精度が高まる反面、入力位置分解能は低下する。逆に、それが小さければ１点押しか２点押しかの判定精度は低下する反面、入力位置分解能は高まることとなる。したがって、基準偏差ａの値を調整することで、目的とする１点押し／２点押し・判定精度と入力位置分解能とを獲得することができる。

続いて、両者が一致すると判定されると（ステップ２００７ＹＥＳ）、第１位置又は第２位置を単一の入力位置Ｐ１として一時記憶し（ステップ２００８）、両者が一致しないと判定されるときには（ステップ２００７ＮＯ）、第１の位置と第２の位置とを２つの入力位置Ｐ１１、Ｐ１２のそれぞれとして記憶する（ステップ２０１０）。

続いて、それらの記憶値は、各前回の記憶値と照合され（ステップ２００９又はステップ２０１１）、１点押し又は２点押しのいずれかにおいて、ノイズ等によるエラー排除基準となる所定回数ｎの照合一致が確認されると（ステップ２０１２ＹＥＳ）、Ｘ軸側処理は終了して、Ｙ軸側処理（ステップ３０）へと移行する。なお、第１通電態様と第２通電態様との切替周期は、目的とする入力応答性を考慮して適宜に決定すればよい。この実施形態においては、切替周期は１５０回／秒とされた。

Ｙ軸側処理（ステップ３０）の詳細については図示しないが、Ｘ軸側からＹ軸側へ変わること以外は、図５に示されるＸ軸側処理の詳細と同様である。

そして、Ｙ軸側処理（ステップ３０）が終了すると、単一の入力位置Ｐ１又は同時押下された２つの入力位置が、入力された座標データＤ（Ｘ，Ｙ）として出力される。こうして出力される座標データＤ（Ｘ，Ｙ）は、入力対象となる装置（例えば、作業用機器の入力装置、パソコン、ゲーム機等々）へと取り込まれ、所定の演算処理に供される。

以上の実施形態によれば、つぎのような効果がある。

この位置入力装置によれば、（１）１点押しの場合は勿論のこと、完全同時２点押しの場合であっても、各押圧点の位置乃至座標を正確に入力でき、（２）２点同時押しのままで、押圧点と押圧点との間隔を拡げたり狭めたりと言った押圧点スライド操作をしても、それら２つの押圧点の位置乃至座標を逐次連続的に入力することができ、（３）僅かな時間差で得られた２つの操作信号が、２点押しを意図したものなのか、１点押しののち、素早く中点位置を押し直したものなのかを判別して確実に入力することができ、（４）押圧点の位置を特定するための演算が簡単で、信号処理部のソフトウェア的な負担を軽減されること、（５）ＸＹ座標入力が可能なタッチパネルを提供できること、（５）１点押しか２点押しかの判定精度、及び入力座標分解能を適切に設定できること、と言った技術的効果が得られる。

上述の実施形態において、位置入力装置の構成要素の一部は、次のように変形することもできる。

駆動部は、図示の回路構成に限定されるものではなく、要するに、電源から生成される所定電圧を、高抵抗導体膜１１ａの第１の電極１１１と０抵抗導体膜１２ａとの間に印加する第１の通電態様と、前記高抵抗導体膜１１ａの第２の電極１１２と０抵抗導体膜１２ａとの間に印加する第２の通電態様とを切り替えるためのスイッチ手段を包含するものであればよい。

したがって、例えば、電源Ｅの正側を、切替スイッチを介して高抵抗導体膜１１のＸ方向の第１点電極又は第２電極とに択一的に切替える一方、電源Ｅの負側については、０抵抗導体膜１２のいずれかの電極に固定的に接続すると言った構成でも同様な目的を達することができる。

また、直流電源Ｅに代えて、交流電源を採用することもできる。その場合には、電流検出手段２として、交流型のものを採用しなければならない。

本発明に係る位置入力装置のタッチパネル以外の他の実施形態としては、次のようなものが考えられる。

すなわち、本発明に係る位置入力装置は、パソコン等への手書き入力等に供されるタブレットとしても具現化することができる。

その場合には、第１及び第２の導体１１、１２は、透明である必要はない。また、第１の導体については、フィルム状、シート状、又は薄板状である必要があるが、第２導体１２については、抵抗値分布がほぼ０に近い素材であれば足り、必ずしも、フィルム状、シート状、又は薄板状である必要はない。

本発明は、画像表示器の画面前面に配置される透明なタッチパネル、或いはパソコンに対して手書き図形をペン入力するタブレット等において、同時２点押し入力ができることから、使い勝手が向上する。

本発明装置の全体を操作部の構造を中心として模式的に示す構成図である。本発明装置の全体を操作部の等価回路を中心として模式的に示す構成図（１点押しの場合）である。本発明装置の全体を操作部の等価回路を中心として模式的に示す構成図（２点同時押しの場合）である。信号処理部を構成するＣＰＵで実行される制御プログラムの全体を概略的に示すフローチャートである。図４のフローチャートにおけるＸ軸側処理の詳細を示すフローチャートである。従来装置における２点押し対応処理の一例を示す説明図である。

符号の説明

１操作部
１ａ押圧操作面
２電流検出手段
３Ａ／Ｄ変換器
４ＣＰＵ
１１第１の導体
１２第２の導体
１１ａ高抵抗導体膜
１２ａ０抵抗導体膜
１１１Ｘ方向の第１電極（高抵抗導体膜）
１１２Ｘ方向の第２電極（高抵抗導体膜）
１１３Ｙ方向の第１電極（高抵抗導体膜）
１１４Ｙ方向の第２電極（高抵抗導体膜）
１２１Ｘ方向の第１電極（０抵抗導体膜）
１２２Ｘ方向の第２電極（０抵抗導体膜）
１２３Ｙ方向の第１電極（０抵抗導体膜）
１２４Ｙ方向の第２電極（０抵抗導体膜）
Ｐ１１点押しのときの押圧点
Ｐ１１２点押しのときの第１の押圧点
Ｐ１２２点押しのときの第２の押圧点
Ｓ１１Ｘ方向の第１スイッチ（第１の切替状態）
Ｓ１１’ Ｘ方向の第１スイッチ（第２の切替状態）
Ｓ１２Ｘ方向の第２スイッチ（第１の切替状態）
Ｓ１２’ Ｘ方向の第２スイッチ（第２の切替状態）
Ｓ２１Ｙ方向の第１スイッチ
Ｓ２２Ｙ方向の第２スイッチ
Ｓ３１第１のＸＹ切替スイッチ
Ｓ３２第２のＸＹ切替スイッチ
Ｅ電源
Ｒ１第１電極隣接抵抗値
Ｒ２第２電極隣接抵抗値
Ｌ１第１電極から第１電極隣接押圧点までの距離
Ｌ２第２電極から第２電極隣接押圧点までの距離

Claims

指先やペン先等による押圧操作で所望の位置を指定可能な押圧操作面を有する操作部と、前記操作部に通電して駆動するための駆動部と、前記駆動部により操作部を駆動した状態において、当該操作部における押圧操作に応じた操作信号を検出する操作信号検出部と、前記操作信号検出部で検出された操作信号を処理して、押圧操作により指定された位置に対応する位置データを生成するための信号処理部とを有し、
前記操作部は、
フィルム状、シート状、又は薄板状であって、所定の電気抵抗値が一様に分布され、かつ位置の基準となる所定変位方向の一端部には第１の電極がまた他端部には第２の電極が配置された第１の導体と、
前記第１の導体の裏面側に僅かの隙間を介して対向配置され、かつその分布された電気抵抗値が、前記第１の導体に分布された電気抵抗値に比べて無視し得る程度に十分に小さく設定された第２の導体とを包含し、
前記第１の導体に対してその表面側から局部的に加圧された際、その加圧部において前記第１の導体と前記第２の導体とが導通するように構成されており、
前記駆動部は、
電源から生成される所定電圧を、前記第１の導体の第１の電極と前記第２の導体との間に印加する第１の通電態様と、前記第１の導体の第２の電極と前記第２の導体との間に印加する第２の通電態様とを切り替えるためのスイッチ手段を包含し、
前記操作信号検出部は、
前記操作信号を、前記第２の導体を介して流れる電流値として検出する電流検出手段を包含し、
前記信号処理部は、
前記電流検出手段から出力される電流値のうちで、第１の通電状態のときに検出された電流値については、第１の電極側端部を基準として求められた電流値と位置との既知相関に基づいて、その電流値を第１の位置に変換し、第２の通電状態のときに出力された電流値については、第２の電極側端部を基準とする電流値と位置との既知相関に基づいて、その電流値を第２の位置に変換する電流／位置・変換手段と、
前記電流／位置・変換手段にて変換された第１の位置と第２の位置とを照合することにより、両者が一致するか一致しないかを判定する一致／不一致・判定手段と、
前記一致／不一致・判定手段にて両者が一致すると判定されるときには、前記第１の位置又は前記第２の位置を単一の入力位置として出力し、前記一致／不一致・判定手段にて両者が一致しないと判定されるときには、前記第１の位置と前記第２の位置とを２つの入力位置のそれぞれとして出力する入力位置出力手段とを包含する、ことを特徴とする位置入力装置。
前記一致／不一致・判定手段は、前記第１の位置と前記第２の位置との偏差が所定の基準偏差以内のときには両者が一致すると判定し、前記第１の位置と前記第２の位置との偏差が所定の基準偏差を外れるときには両者が一致しないと判定するものである、ことを特徴とする請求項１に記載の位置入力装置。
前記第１の導体上の分布抵抗値は、第１の導体上の前記導通点が前記所定変位方向に沿って移動したときに、前記所定の第１の電極又は第２の電極と前記導通点との間の抵抗値が直線的に変化するように分布されている、ことを特徴とする請求項１に記載の位置入力装置。
前記所定変位方向は、直線状の直交２方向とされ、かつ少なくとも前記通電態様切替手段は、２つの変位方向のそれぞれについて設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の位置入力装置。
前記第１の導体及び前記第２の導体はいずれも透明である、ことを特徴とする請求項１に記載の位置入力装置。