JP5510191B2 - 座標入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、指または座標指示器により座標入力パネルへのタッチ位置を検出する座標入力装置における入力パネルの面抵抗体や、抵抗性周囲電極の抵抗変化を測定し、タッチ位置の座標ズレを補正する装置及び方法に関するものである。

図１は従来技術である静電容量結合方式の座標入力装置の例であり、座標入力パネル１の構造はガラス基材４の表面に、均一な面抵抗体２に電気的に接続するように、面抵抗体２を取り囲む抵抗性周囲電極３が配置されており、４頂点の検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから引き出し線５が、アナログ処理部９に接続されている。
座標入力パネル１は、ガラス基材４の表面に均一な面抵抗体２として、スパッタ法によるＩＴＯ（インジウム酸化物）膜あるいは、ＣＶＤ法による酸化スズ膜などが形成されている。ガラス基材４は例えばソーダーガラスが使用される。面抵抗体２の上には、抵抗性周囲電極３が形成されている。
抵抗性周囲電極３は、例えば導電性インキを使用し、所望のパターンに印刷・焼成し、
形成する。必要に応じて各頂点部分には、引き出し線５を接続するための、ハンダ付け可
能な導電性インキを印刷・焼成したり、各頂点部分を除き絶縁性インキで保護する場合も
ある。
上記座標入力パネル１を用いた座標検出方法として、面抵抗体２全体を電圧振動させて、指６と面抵抗体２の間に形成される静電容量結合を介して、指示した点の位置を座標入力パネル側で検出する方法がある。指６は人体の等価抵抗７及び人体の接地インピーダンス８により、静電容量結合方式の座標入力装置とＡＣ電流経路を形成している。

アナログ処理部９には、指６からの信号を計測するための検出回路、計測された信号をデジタル化するための変換回路、面抵抗体２を電圧振動させるためのドライバー回路が含まれており、デジタル信号処理部３０は計測された信号を、座標データに変換するためのＣＰＵ、及びその演算ソフト・記憶装置が含まれる。
上記座標入力パネル１で使用されている面抵抗体２の抵抗値の変化率と抵抗性周囲電極３の抵抗値の変化率が同じであれば、タッチ位置の座標テータが変化しない。ここで前記面抵抗体２の抵抗値と抵抗性周囲電極３の抵抗値の比を抵抗倍率と定義する。

ちなみに後述する実施例で使用される面抵抗体２及び抵抗性周囲電極３の材料の抵抗温度係数を測定した結果−０．０９％／℃、０．２０％／℃であった。従って例えば使用環境の温度が２５℃から４０℃へ変化したとすると、面抵抗体２の抵抗値はほとんど変化せず、抵抗性周囲電極３の抵抗値が３％上昇することになる。そのため、面抵抗体２と抵抗性周囲電極３の抵抗値の抵抗倍率が変化して、座標データが座標入力パネル１の中心方向にずれることが実験によりわかっている。
すなわち環境の温度変化や経時変化によって、面抵抗体２あるいは抵抗性周囲電極３の抵抗値が変化して抵抗倍率が変化する為に座標ズレが発生することになる。
上記位置ずれを解消する方法として本出願人による面抵抗体２の抵抗値と、抵抗性周囲電極３の抵抗値の抵抗倍率を測定するための、測定用パターンもしくは測定用端子（図示せず）が、前記抵抗性周囲電極３の外側の前記面抵抗体２上に形成されて、アナログ信号処理部９及びデジタル信号処理部３０に設けられた測定回路と演算手段により前記抵抗倍率を測定し、前記抵抗倍率の初期値と座標入力装置使用中に随時に前記抵抗倍率を測定し、初期値と比較することにより、検出された座標を補正する方法がある。
特開２００９−１１０４５７
上記方法では座標入力パネル側にタッチ位置を検出する検出電極とは別に抵抗測定用のパターンもしくは測定用端子をもうける必要があり、座標入力パネルの構造が複雑になる。

さらに前記抵抗測定部に破損や材質異常などの不具合が発生し、誤った抵抗測定をすると、間違った座標補正をする可能性がある。
別の方法として、抵抗性周囲電極３の４頂点の縦横のパターンの角部を複数箇所を切り離し、前記縦横のパターンの切り離し部分の端部と、切り離されていない抵抗性周囲電極の角部にそれぞれ電気的接続手段が接続されており（図示せず）、縦横パターン間の近傍に片側端子間の抵抗値を測定する方法もある。
特開２００９−２０５５６２
上記方法では、抵抗性周囲電極３から直接抵抗測定しているので間違った座標補正をすることはないが、測定用端子が検出電極とは別に必要になり、やはり座標入力パネルの構造が複雑になる。
亜

特開２００９−１１０４５７ 特開２００９−２０５５６２ 特開２００１−４３００２

しかし、上記従来の技術では、座標入力パネル１上に抵抗測定用の測定端子やパターンが必要であるため座標入力パネルの構造が複雑なものになり、組み立てに時間とコストがかかっていた。

また、座標入力パネル１に配置された面抵抗体２の面抵抗値と抵抗性周囲電極３の抵抗値の比である抵抗倍率を算出し、前記抵抗倍率を元にした座標のズレ補正を行っていたので、抵抗倍率を算出する工程において、抵抗倍率を求めるたの計算が複雑になり非常に手間取っていた。

本発明は、座標入力パネル面上に於けるタッチ位置を検出する装置であって、前記座標入力パネル上には面抵抗体が設けられ、該面抵抗体を取り囲む様に多角形の抵抗性周囲電極が形成され、前記多角形の抵抗性周囲電極の頂点の角部にある検出電極にそれぞれ電気的接続手段が接続されており、複数個の検出電極に流れる電流を計測する信号検出手段と、前記検出電極に接続された信号処理部には、タッチ位置の座標を算出し、初期値として記録する手段とCPUが設けられており、複数個設けられた検出電極の1カ所以上に擬似的な人体等価回路に接続する／非接続可能なスイッチ手段を設けた座標入力装置であって、使用者の指が、前記座標入力パネルに触れていない時を前記CPUが判断して、予め決められた期間に前記人体等価回路を接続し、得られた信号からの座標と前記初期値の座標を比較し、前記面抵抗体の抵抗値と、前記抵抗性周囲電極の抵抗値の変化により発生する座標のズレを補正する座標入力装置を提案するものである。

本発明で得られた座標入力パネルを用いた結果、使用時の環境温度により面抵抗体や抵抗性周囲電極の抵抗値が変化する場合でも、あるいは長期間使用して、面抵抗体や抵抗性周囲電極を構成する材料が劣化し、抵抗値が変化してしまった場合でも、操作者が座標入力パネルを実際にタッチした位置と、検出され算出した座標データとのずれを自動で補正することができる。
さらに人体等価回路（疑似指）を抵抗性周囲電極の頂点に印加して面抵抗体と抵抗性周囲電極の抵抗値を測定するために、別に座標入力パネル上にある抵抗性周囲電極の外側に測定パターンを設置することなく、また測定用の検出電極および抵抗測定回路も必要がなく実現できる。つまり座標入力パネル側には抵抗測定のための加工が一切ない座標入力パネルと同じ構造で実現できる。このため測定のためのパターンの破損や材質異常などの不具合による間違った抵抗測定を避けることができ信頼性を確保することができる。

従来の静電容量結合方式の座標入力装置の説明図 本発明の第１の実施の形態を示す説明図 本発明の第２の実施の形態を示す説明図

以下、添付図面に従って、本発明に係る座標補正方法の好ましい実施の形態について詳説する。
図２は、第１の実施の形態になる座標入力装置の一例を示す説明図である。指６が座標入力パネル１に指示した位置（Ｘ，Ｙ座標）を検出する座標入力装置の構成図である。面抵抗体２は、透明なガラス、樹脂、または不透明な絶縁基材の片面に不透明なカーボン膜、または、スパッタ法によって形成した透明なＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜、ＣＶＤ法によって形成したＮＥＳＡ（酸化錫）膜、等を、基材上に均一に成膜したものである。
面抵抗体２の表面は、指６が面抵抗体２に直接触れない様に絶縁処理することによって、指６と面抵抗体２との静電容量結合による信号伝達をさせるようにしてもよいし、絶縁処理せず、指６と面抵抗体２の直接的な電気的接触による信号伝達をさせるようにしてもよい。均一な面抵抗体２の周囲又は内部に、各辺が直線である抵抗性周囲電極３を密着配設し、抵抗性周囲電極３上の４頂点に当たる位置を検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとし、そこにそれぞれ１本ずつ引き出し線５を接続する。引き出し線５を、アナログ信号処理部９内の検出電極切り替えスイッチ２０に接続する。

座標を検出する際、ＡＣ信号源としての振動電圧発生器３１は、振動電圧印加回路２１に振動電圧を与え、振動電圧印加回路２１は、検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのうち、検出電極切り替えスイッチ２０によって接続されている検出電極を、低インピーダンスで電圧振動させ、且つ、アナログマルチプレクサ２２に検出電極から流入した電流を出力する。簡単な例としては、トランジスタのベースをＡＣ信号で振動させ、エミッタを検出電極と接続して、コレクタから電流出力するものがある。
検出電極切り替えスイッチ２０は、検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの２組の対角を同時に接続する組み合わせで動作させる。つまり、検出電極ＡとＣを同時に接続し、検出電極ＢとＤを非接続にする組み合わせと、検出電極ＢとＤを同時に接続し、検出電極ＡとＣを非接続にする組み合わせの２つを交互に実施する。
ＡＣ信号源としての振動電圧発生器３１によって、面抵抗体２は、全面が電圧振動する。人体は、従来から知られているように、指６から人体等価抵抗７及び人体接地インピーダンス８を介してＡＣ信号に対して接地効果を持っている
人体の指６が面抵抗体２に接触または近接すると、静電容量結合により、指先を通して面抵抗体２との間にＡＣ信号電流が流れる。検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、アナログマルチプレクサ２２を通してデジタル信号処理部３０に接続しており、デジタル信号処理部３０では各検出電極に流れる電流に比例した電圧をデジタル値に変換される。このため、指先から面抵抗体２を通して流れ、検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのうち、検出電極切り替えスイッチ２０によって接続されている検出電極へ配分される電流の値を電圧値としてデジタル値で得ることができる。またデジタル信号処理部３０内にあるＣＰＵは、アナログマルチプレクサ２２を順番に切り替え（図示せず）、後述するような方法で、指６の指示位置の座標を計算し、前記座標データは後段の装置によって利用される。
ガラス基材４は、例えば、ソーダガラスを使用することができるが、特に材質が限定されるものではなく、任意のガラス素材あるいはアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂などの透明な樹脂素材を使用できる。用途によっては不透明な絶縁性の基材を用いてもよい。

面抵抗体２を取り囲む抵抗性周囲電極３は、カーボン、銀カーボン、又は銀等を密着配設したものであり、例えば、銀インクのような導電性インクをスクリーン印刷し、焼成する等の手法で作成する。また、抵抗性周囲電極３の抵抗値は面抵抗体２の抵抗値に比べて低い方がよく、面抵抗体２の面抵抗値を１５０〜１ＫΩ／□程度とした場合は、抵抗性周囲電極３の隣り合う頂点間の抵抗値を面抵抗値より１／５以上小さく、３０〜２００Ω程度にするのが好ましい。
各頂点の検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、引き出し線を接続するためのものであり、ハンダ付け可能な導電性インクを印刷・焼成して形成する。検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを形成するための導電性インクとして、抵抗性周囲電極３と同じものを使用することができる場合には、検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄと、抵抗性周囲電極３は、一回の処理で印刷・焼成して形成することが可能である。

座標入力パネルの検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから検出された信号より座標データを求める計算式は以下のように求められる。

Ｘ＝２（ｉＢ＋ｉＣ−ｉＡ−ｉＤ）／（ｉＡ＋ｉＢ＋ｉＣ＋ｉＤ）
Ｙ＝２（ｉＣ＋ｉＤ−ｉＡ−ｉＢ）／（ｉＡ＋ｉＢ＋ｉＣ＋ｉＤ）
ｉＡはＡ点に配分される電流、ｉＢはＢ点に配分される電流、ｉＣはＣ点に配分され
る電流、ｉＤはＤ点に配分される電流であり、これを、基準の座標計算式とする。
本発明の座標入力装置の生産時または調整時に座標入力パネル１に指６が触れないでアナログスイッチ１０をＯＮして人体等価回路３２（疑似指）である人体等価抵抗１１及び人体接地インピーダンス１２に電気的に接続した状態で上記計算式によりＸとＹの座標位置を算出し、デジタル信号処理部３０内の記憶装置に初期値として記憶する。

次に本発明の座標入力装置を使用する時の動作を説明する。電源投入時、または一定時間ごとに、アナログスイッチ１０をＯＦＦにした状態で座標入力パネル１からの信号を検出し、該検出信号が小さいときを指６が座標入力パネル１に接触あるいは近接していない状態として判断する。次にアナログスイッチ１０をＯＮして疑似指が座標入力パネル１に電気的に接続した状態で、ＸとＹの座標位置を上記した式で算出し、前記記憶裝置３０に記憶させていた初期値の座標位置と一致するようにするような積を、補正係数としてデジタル信号処理部３０内の記憶装置に記憶する。

前記計測時の注意点として指６が面抵抗体２に接触または近接しているとあたかも２本の指が面抵抗体２に接触しているような座標位置（２点間の電気的中間値）として計算され、正しく座標データ補正できなくなるので、指６が接触あるいは近接していない時、すなわち検出信号が小さい時に計測する必要がある。
指６が座標入力パネル１にタッチしたときは、アナログスイッチ１０をＯＦＦにした状態で検出された信号を上記した式で座標値を算出し、さらに座標補正のために算出された前記補正係数を使って正しい座標値を求める作業をデジタル信号処理部３０内にあるＣＰＵの演算ソフトで自動に行う。
上記動作により使用環境や経時の影響によって面抵抗体や抵抗性周囲電極の抵抗値が変化しても、指でタッチした位置の座標ズレを無くすことができる。

座標入力パネルのガラス基材上にある面抵抗体の抵抗値と、面抵抗体の周囲に配置して
いる抵抗性周囲電極の抵抗値及びその変化の傾向は、使用される材料によっても違い、ま
た座標入力パネル製造時のばらつきによって前記座標入力パネルの個体毎に違っている場合でも、さらに座標入力パネルのサイズが違っても、本発明では座標補正を同じように行うことができる。

図２は検出電極Ｃに疑似指とした人体等価回路が、接続されている実施例である。
ソーダガラス（厚さ３ｍｍ）を略４３０×３３０ｍｍに切断したガラス基材４を用意し
た。表面を洗浄後、ＣＶＤ法により酸化スズ膜により、面抵抗体値を約５００Ω／□となるよう透明面抵抗体膜２を形成した。

次に面抵抗体膜２の上に（株）アサヒ化学研究所製銀ペーストＬＳ−５０４（樹脂バインダー）にカーボンを混合したペーストを用いて、スクリーン印刷により抵抗性周囲電極３を印刷し加熱硬化した。
その際、抵抗性周囲電極３の頂点にある検出電極ＡＢ間、ＢＣ間、ＣＤ間、ＤＡ間の抵抗値をそれぞれ約５０Ωとなるように調整した。
更に、面抵抗体２上に、透明絶縁性基材を形成した。透明絶縁性基材を形成するには、面抵抗体２と抵抗性周囲電極３上にガラスペーストを印刷し、熱処理して粉末ガラスを溶融させ、焼結させた。最後に、検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ上に、引き出し線５を、ハンダ付けにより接続した。
完成した座標入力パネル１は、図２に示した構成図のように作成したハードウエアに接続する。

効果を確かめるため、２５℃一定の恒温室中で、図２の座標入力装置の座標の初期値をデジタル信号処理部３０内の記憶装置（図示せず）に記憶した。
次に室温を４０℃にさせて、指６で面抵抗体２をタッチして座標位置と、検出さた座標データとのずれを確認した結果、初期の座標からのずれ率１±０．０２に収まった。

図３は検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに疑似指とした人体等価回路３２を任意に接続制御する実施例である。
検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにはそれぞれアナログスイッチ１３が接続され、任意の検出電極に電気的接続制御できる。信号処理部４０は前記アナログ処理部９、デジタル処理部３０及び振動電圧発生器３１が含まれている。検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄをそれぞれアナログスイッチ１３で疑似指３２に接続して、検出された座標の初期値を信号処理部４０内の記憶装置に記憶しておく。
電源投入時、または一定時間ごとに、アナログスイッチ１３をＯＦＦにした状態で座標入力パネル１からの信号を検出し、該検出信号が小さいときを指６が座標入力パネル１に接触あるいは近接していない状態として判断する。次にアナログスイッチ１３で検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを順次ＯＮして疑似指３２が座標入力パネル１に電気的に接続した状態で、ＸとＹの座標位置を上記した式でそれぞれ算出し、記憶させていた検出電極Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄをそれぞれアナログスイッチ１３で、疑似指３２に接続して検出された座標の初期値と一致するようにするための補正係数をデジタル信号処理部４０内の記憶装置に記憶する。
指６が、座標入力パネル１にタッチしたときはアナログスイッチ１３をＯＦＦにした状態で検出された信号を上記した式で座標値を算出し、さらに座標補正のために算出された前記補正係数を使って正しい座標値を求める作業をデジタル信号処理部４０内にあるＣＰＵの演算ソフトで自動に行う。
制御回路構成及び補正演算処理が複雑になるが、さらに高精度の高精度な座標データの補正が実現できる。

１ 座標入力パネル
２ 面抵抗体
３ 抵抗性周囲電極
検出電極Ａ
検出電極Ｂ
検出電極Ｃ
検出電極Ｄ
４ ガラス基材
５ 引き出し線
６ 指
７ 人体等価抵抗
８ 人体接地インピーダンス
９ アナログ処理部
１０ アナログスイッチ
１１ 人体等価抵抗
１２ 人体接地インピーダンス
１３ アナログスイッチ
２０ 電極信号切り替えスイッチ
２１ 振動電圧印加回路
２２ アナログマルチプレクサ
３０ デジタル処理部
３１ 振動電圧発生器
３２ 人体等価回路
４０ 信号処理部

Claims (1)

1. 座標入力パネル面上に於けるタッチ位置を検出する装置であって、前記座標入力パネル上には面抵抗体が設けられ、該面抵抗体を取り囲む様に多角形の抵抗性周囲電極が形成され、前記多角形の抵抗性周囲電極の頂点の角部にある検出電極にそれぞれ電気的接続手段が接続されており、複数個の検出電極に流れる電流を計測する信号検出手段と、前記検出電極に接続された信号処理部には、タッチ位置の座標を算出し、初期値として記録する手段とCPUが設けられており、複数個設けられた検出電極の1カ所以上に擬似的な人体等価回路に接続する／非接続可能なスイッチ手段を設けた座標入力装置であって、使用者の指が、前記座標入力パネルに触れていない時を前記CPUが判断して、予め決められた期間に前記人体等価回路を接続し、得られた信号からの座標と前記初期値の座標を比較し、前記面抵抗体の抵抗値と、前記抵抗性周囲電極の抵抗値の変化により発生する座標のズレを補正することを特徴とする座標入力装置。

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