JPH04137026A - 接触式位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上皇■回分！ 本発明は、ＣＧ　（Ｃｏｍｐｕｔａ　Ｇｒａｐｈｉｃｓ
）システムやＣＡ　Ｄ　（Ｃｏｍｐｕｔａ　Ａｉｄｅｄ
　Ｄｅｓｉｇｎ）システム等における入力装置として用
いられ、指やペン状の部材が接触した位置を検出してそ
の接触位置に応じた信号を出力する接触式位置検出装置
に関する。

征」びｌえ街 従来より、面状の抵抗部材に所定の電圧傾度を持たせ、
スタイラスペン等が接触した位置の電位によって、その
接触位置を検出する接触式位置検出装置が知られている
。

この種の接触式位置検出装置は、より具体的には、例え
ば第４図に示すように、四角形状の面状抵抗部材１にお
ける対辺にそれぞれ電極２・３を設け、この電極２・３
に所定の電圧を印加した状態で面状抵抗部材１にスタイ
ラスペン１１を接触させると、電極２とスタイラスペン
１１との間に、その距離に比例した電位差が生じるとい
う原理を用いている。

また、スタイラスペン１１の縦横方向の接触位置は、第
５図に示すように、さらに電極４・５を設け、電極２・
３間と電極４・５間とに交互に電圧を印加することによ
り検出することができる。

ところで、上記のように面状抵抗部材１の４辺に電極２
〜５を設ける場合、例えば電極２・３間に電圧を印加す
ると、電極４・５を介してリークする電流が生しるため
、消費電力が大幅に増大することになる。そこで、電極
２〜５にある程度の抵抗を持たせ、第６図に示すように
結線することにより、消費電力を低減することができる
。なお、同図においては、Ｘ方向の接触位置を検出する
ための結線は、省略して示している。

ところが、電極２〜５に抵抗を持たせると、例えば位置
Ａ−Ｂから位置Ｃにかけて電位差が生じ、等電位線が同
図に破線で示すように直線にならない。そこで、検出さ
れる電位差は電極２から接触位置までの距離に比例した
ものとならず、位置の検出精度が低下する。それゆえ、
検出された電圧に基づいて接触位置を求めるための演算
や補正等が必要となり、装置の構成が複雑化することに
なる。

このような問題点の解決を図った接触式位置検出装置と
しては、例えばＵＳＰ４１９８５３９号にて開示され、
第７図にも示すように、抵抗性の電極２〜５を湾曲させ
るとともに、隣合う電極の端部どうしを抵抗１２〜１５
を介して接続したものが知られている。

すなわち、電極２〜５および抵抗１２〜１５の抵抗値を
適当に設定し、例えば電ｌｌ１６がＯＮ状態のときに位
置Ｄ−Ｅ間、Ｄ−Ｆ間、および抵抗１２の両端子間で生
しる電圧降下が互いに等しく、また、電源１７がＯＮ状
態のときに位置Ｇ−Ｈ間、Ｇ−Ｆ間、および抵抗１２の
両端子間で生しる電圧降下が互いに等しくなるようにす
れば、等電位線は同図に破線、または２点鎖線で示すよ
うに直線になる。

しよ゛と　る しかしながら、上記従来の接触式位置検出装置では、面
状抵抗部材１各部の寸法が以下のように制約される。

すなわち、電源１６がＯＮ状態のときに位置Ｄ・Ｆ間、
および抵抗１２の両端子間で生じる電圧降下が等しく、
また電源１７がＯＮ状態のときに位置Ｇ−Ｆ間、および
抵抗１２０両端子間で生じる電圧降下が等しくなるよう
にするためには、面状抵抗部材１の形状をほぼ正方形に
設定し、かつ、位置Ｄ・Ｆ間の距離と位置Ｇ−Ｆ間の距
離とを互いに等しく設定する必要がある。

それゆえ、寸法や形状の設計上の自由度が小さく、装置
が大型化しがちであるという問題点を有している。特に
、通常横長の形状を成すデイスプレィの前面に装着して
用いることなどが困難である。

本発明は、上記の点に鑑み、位置の検出精度が高く、し
かも各部の寸法や形状の設計上の自由度が高い接触式位
置検出装置の提供を目的としている。

ｉ　　　′　るための 上記目的を達成するため、本発明は、第１の主軸に平行
な２辺と第２の主軸に平行な２辺とで囲まれる四角形状
の検出領域を中心部付近に有するとともに、前記検出領
域における各辺の外側に直線性付与領域を有する面状の
抵抗部材を備えた接触式位置検出装置において、 前記直線性付与領域に先端部を検出領域に向けて配置さ
れた複数の電極と、前記各電極間の距離に比例した抵抗
値を有し、各電極間に接続される複数の電極間抵抗と、
第１の主軸に平行な直線性付与領域における各端部の電
極と、第２の主軸に平行な直線性付与領域における各端
部の電極との間に直列接続された第１の給電抵抗、およ
び第２の給電抵抗とを備え、 前記各直線性付与領域における各電極先端部の包絡線は
放物線を描くように設定され、第１の主軸、および第２
の主軸に平行なそれぞれの直線性付与領域における各電
極間抵抗の抵抗値の総和ＲａおよびＲｂは、それぞれＲ
ａ＝４１Ｄａ・ρ、およびＲｂ　＝４（１／Ａ）Ｄｂ・
ρで与えられる抵抗値に設定され、第１の給電抵抗、お
よび第２の給電抵抗の抵抗値ＲａｃおよびＲｂｃは、そ
れぞれＲａｃ＝　（２Ａ−Ｄａ−Ｄｂ（２Ｄａ＋１）ρ
）　／　（１−４Ｄａ−Ｄｂ）　、およびＲｂ　ｃ　−
（２・Ｄａ−Ｄｂ（２Ｄｂ＋１）　ρ）　／　（Ａ（１
−４０ａ−Ｄｂ）　）で与えられる抵抗値に設定されて
いることを特徴としている。

但し、ρは面状の抵抗部材における単位長さおよび単位
幅あたりの抵抗値、Ａ　、Ｄａ、およびＤｂは、それぞ
れＡ　＝Ｙ／Ｘ、Ｄａ＝２Ｃａ／Ｙ、およびＤｂ＝２Ｃ
ｂ／Ｘて与えられる値である。

また、Ｘは検出領域における第１の主軸に平行な辺の長
さ、Ｙは検出領域における第２の主軸に平行な辺の長さ
、Ｃａは第１の主軸に平行な直線性付与領域の幅、ｃｂ
は第２の主軸に平行な直線性付与領域の幅である。

作−一一旦 上記の構成によれば、各電極間抵抗、面状抵抗部材、お
よび給電抵抗を流れる電流によって所定の電圧降下が生
じ、等電位線は、検出領域の各辺に沿った直線になる。

実−施一班 第１図は本発明の一実施例に係る接触式位置検出装置の
構成を示す平面図である。

同図において、２１は面状抵抗部材、２１ａは検出領域
、２１ｂ〜２１ｅは直線性付与領域、２２はスタイラス
ペン、３１〜３４は給電端子、４１〜４４は電極、５１
〜５４は電極間抵抗、６１〜６４は給電抵抗、７１〜７
４はスイッチ、９１は電源、９３・９４は出力端子、９
５はＡ／Ｄコンバータである。

面状抵抗部材２１は、図中に示すｙ軸またはｙ軸に平行
で、長さがＸ゛またはＹ゛の辺で囲まれた矩形状を成し
ている。この面状抵抗部材２１は、全面にわたって単位
長さおよび単位幅あたりの抵抗値（以下面抵抗と称する
）ρが均一な材料から成り、例えばＭｉｃｈｉｇａｎの
Ｄｏｎｎｅｌｌｙ　ｏｆ　Ｈｏｌｌａｎｄ社製のものな
どが用いられる。より具体的には、例えばプラスチック
またはガラス等から成る基板に、インジウム−すず酸化
物、すず酸化物、すず−アンチモニー酸化物、インジウ
ム酸化物等の半導体金属酸化物から成る薄膜抵抗コーテ
ィングや、スパッタまたは蒸着フィルム等の厚膜抵抗が
形成されて成っている。

これらの材料は、面抵抗ρが例えば２００〜５００Ωに
なるように選択される。また、面状抵抗部材２１をＣＲ
Ｔの前面に装着して用いる場合などには、透明なものを
選択する必要があるが、ディジタイザなどに用いる場合
には、不透明なものを選択してもよい。

面状抵抗部材２１の検出領域２１ａは、長さがＸまたは
Ｙの辺で囲まれた矩形状を成している。

直線性付与領域２１ｂ〜２１ｅは、それぞれ上記各辺の
外側に設けられ、幅Ｃａまたはｃｂに設定されている。

電極４１〜４４は、それぞれ、導体または少なくとも面
状抵抗部材２１よりも導電性の高い材料から成り、丁字
形状を成している。この電極４１〜４４は、直線性付与
領域２１ｂ〜２１ｃに、先端部を検出領域に向けて、か
つ少なくとも先端部が面状抵抗部材２１の表面に導電状
態になるように設けられている。

上記電極４１〜４４の形状は、より詳しくは、例えば第
２図に示すように、電極４１〜４４のピンチｐを２０ｍ
ｍとすると、先端部の幅がｐ／２＝１０ｍｍ、基部の幅
が１）　／　４　＝　５　ｍ　ｍになるように設定され
ている。また、電極４１・・・および電極４２・・・の
先端部の包絡、１ｙ−Ｃ；（ｘ）、ならびに電極４３・
・・および電極４４・・・の包絡線ｘ＝Ｈ（ｙ）は、そ
れぞれ、 または で表わされる放物線を描くように設定されている。

このような電極４１〜４４、および給電端子３１へ３４
は、例えば公知のシルバーインクをシルクスクリーン印
刷することによって、所望のパターンで、かつ形状の誤
差が小さく、また、少ない製造工数で形成することがで
きるが、これに限るものではない。

各直線性付与領域２１ｂ〜２１ｅにおけるそれぞれの電
極４１〜４４の間には、チップ抵抗から成る電極間抵抗
５１〜５４が接続されている。

上記電極間抵抗５１・・・の総和、および電極間抵抗５
２・・・の総和Ｒａは、 Ｒａ＝４１Ｄａ・Ｐ　　　　　　　・”　（１３）とな
るように設定されている。ここで、Ａ＝Ｙ／×（検出領
域２１ａのアスペクト比）、Ｄａ＝２Ｃａ　／　Ｙであ
る。

また、電極間抵抗５３・・・の総和、および電極間抵抗
５４・・・の総和Ｒｂは、 Ｒｂ　＝４（１／Ａ）Ｄｂ・ρ　　　　　・・・（１４
）となるように設定されている。ここで、Ｄｂ＝２Ｃｂ
／Ｘである。

電極４１〜４４における最も端に位置する電極と、給電
端子３１〜３４との間には、それぞれ、給電抵抗６１〜
６４が接続されている。

上記給電抵抗６１・６２の抵抗値Ｒａｃ、および給電抵
抗６３・６４の抵抗値Ｒｂｃは、となるように設定され
ている。

スインチア１〜７４は、それぞれ図示しない制御装置の
制御により、交互にＯＮ状態になり、給電端子３１・３
２と給電端子３３・３４間、または給電端子３１・３３
と給電端子３２・３４間に、それぞれ、電ａｉＦ［９１
の電圧を印可するようになっている。

出力端子９３・９４は、Ａ／Ｄコンバータ９５に接続さ
れている。このＡ／Ｄコンバータ９５は、制御装置の制
御により、スイッチ７１〜７４のＯＮ、ＯＦＦタイミン
グに同期して、スタイラスペン２２のＸ方向およびｙ方
向の接触位置に応したディジタル信号を出力するように
なっている。

上記のように、電極４１〜４４の先端部の包絡線の形状
や、電極間抵抗５１〜５４、および給電抵抗６１〜６４
の抵抗値等が設定されていることにより、スイッチ７１
・７３がＯＮ状態になると、面状抵抗部材２１には、電
極４１・・・から電極４２・・・に向けて電流が流れ、
検出領域２１ａ内では全域にわたって、等電位線がＸ軸
と平行−でがっ等間隔になる。また、スイッチ７２・７
４がＯＮ状態になると、等電位線はｙ軸と平行で、かつ
等間隔になる。

そこで、スタイラスペン２２で面状抵抗部材２１の検出
領域２　］、　ａに接触すると、スタイラスペンの電位
は、接触点のＸ方向位置またはＸ方向位置と線形関係を
有する電位になる。

次に、上記のように等電位線がｙ軸またはｙ軸と平行で
かつ等間隔になる理由を、前記式（１１）〜（１６）の
導出過程を示して説明する。なお、ここで簡単のために
、スイッチ７１・７３がＯＮ状態になっているときの第
１象限の部分を代表して考え、また電極４１・・・およ
び電極間抵抗５１・・・は、Ｘ軸方向に微小に分割され
た電極および抵抗の集まりで構成されているとする。

まず、ｙ＝Ｙ／２の位置における電位がＸ軸方向の位置
に関わらすＶａになるようにするための、直線ｙ＝ｏか
ら電極４１・・・の先端部までの距離Ｇ（ｘ）は、次の
ようにして求められる。

面状抵抗部材２１における（０．Ｏ）、（ＯＸ）、（ｘ
、Ｙ／２）、および（０，Ｙ／２）で囲まれる領域でｙ
軸と平行な方向に流れる電流の大きさｉ　　（ｘ）は、
上記領域の抵抗値Ｒ−ρ（Ｙ／２）／ｘだから、 Ｖａ　　　２Ｖａ Ｒρ　・　Ｙ この電流ｉ　　（ｘ）は、電極間抵抗５１における位置
Ｘの部分を介して供給されるから、電極間抵抗５１の微
小距離Δχ間の電位差ΔＥ　（ｘ）は、この間の抵抗値
ΔＲ＝Ｒａ　　（Δｘ　／　Ｘ　）だから、ΔＥ　（ｘ
）　−ｉ　　（ｘ）　　・ΔＲρ　・　Ｘ−Ｙ それゆえ、電極間抵抗５工におけるｘ＝Ｑ、Ｘ間の部分
の電位差Ｅ　（ｘ）は、 ρ　・　Ｘ　−Ｙ そこで、Ｘ軸方向の位置に関わらすｙ＝Ｙ／２の位置に
おける電位がＶａになるようにするためには、面状抵抗
部材２１における距離Ｇ　（ｘ）Ｙ／２の部分の電位差
と、上記電位差Ｅ　（ｘ）とが等しくなるようにすれば
よい。ここで、面状抵抗部材２１における距ＭＹ／２あ
たりの電位差はＶａだから、 また、式（２２）より、［）　ａ　＝　２Ｃａ　／　Ｙ
を用いて、電極間抵抗５１・・・の総和Ｒａは、２　２
　ρ　・　Ｘ 一方、Ｇ　（Ｘ／２）＝Ｙ／２十Ｃａだ力）ら、Ｃａ　
＝Ｇ　　（Ｘ／　２）−Ｙ／　２ρ ρ 弐（２０） より、 ４ＹＤａ　　・　ρ ＝４Ａ−Ｄａ　−ｐ　　　　　　−（１３）が得られる
。

前記式（１２）　　（１４）も同様にして得られる。

また、給電抵抗６１〜６４の抵抗値は、以下のように設
定することにより、位置（Ｘ／２．Ｙ／２）および（Ｘ
／２＋Ｃｂ、Ｙ／２）　で等シ＜Ｖａなるようにするこ
とができる。

すなわち、給電端子３１の電位Ｖｓは、ρ が得られる。

ρ　・　Ｙ また、給電抵抗６４を流れる電流をｉｂとすると、式（
１４）より、 Ｖｓ＝Ｖａ＋１ｂ−Ｒｂｃ ｂ 上記式（２３）（２４）より１ 、°、　　２　ρＡＤａＤｂ＋２ＤｂＲａＡ２　Ｒ 一方、同様に、スイッチ７２・７ になった場合を考慮すると、上記式 ％式％ およびＲｂｃと置き換えて、 ｂｃ・・・　（２５） ４がＯＮ状態 （２４）のＡ、 Ｄｂ、Ｄａ、 弐（２５）（２６）を連立させて解けば、弐（１５）　
　（１６）が得られる。

すなわち、電極４１・・・の配置や電極間抵抗５１・・
・の抵抗値等を上記のように設定することにより、検出
領域２１ａの各辺の電位はいずれも等電位になるので、
検出領域内では等電位線が直線で、かつ等間隔になる。

なお、上記実施例においては、各直線性付与領域２１ｂ
〜２１ｅに奇数の電極４１〜４４を等間隔で設けた例を
説明したが、これに限らず、電極４１〜４４の数は偶数
でもよいし、配置も必ずしも等間隔でなくても、電極間
抵抗５１〜５４の抵抗値が間隔に比例していればよい。

また、電極４１〜４４の形状は、上記のように丁字形状
で、先端部の幅に対して基部の幅が４０〜６０％程度に
設定すれば良好な特性が得られたが、これに限るもので
はない。

また、各電極４１〜４４、および電極間抵抗５１〜５４
は面状抵抗部材２１上になくても、電極４１〜４４の先
端部が所定の位置で面状抵抗部材２１と導通するように
なっていればよい。

また、電極間抵抗５１〜５４は、それぞれ単一のチップ
抵抗から成るものに限らず、例えば複数のチップ抵抗を
並列や直列接続したものなどでもよいし、さらに、カー
ボンや有機物抵抗インクの印刷や塗布、乾燥などを行い
、必要に応してレーザトリミングにより抵抗値を調整し
たものなどでもよい。

さらに、例えば、第３図（ａ）〜（ｃ）に示すように、
面状抵抗部材２１上に所定のギャップ１０１〜１０３が
形成されるように導電膜等の導電部材１０４〜１０９を
設け、面状抵抗部材２１の面抵抗ρを利用して電極間抵
抗等を形成してもよい。すなわち、ギャップ１０１〜１
０３の形状および寸法を同図に示すように設定すれば、
抵抗値がρＸＬ／（ＷまたはＷｌ・・・の総和）の抵抗
を形成することができる。特に、同図（ｂ）　　（ｃ）
に示すようにギャップ１０２・１０３を非直線的に形成
することによって、寸法りをあまり小さくすることなく
、小さな抵抗値を得ることもてきる。

また、抵抗値は導電部材１０４・・・の厚さには影響さ
れないので、導電インクのスクリーン印刷などを容易に
適用できる。そのうえ、抵抗値は上記のように面状抵抗
部材２１の面抵抗ρに比例するので、面抵抗ρがばらつ
いた場合でも、そのばらつきに応じた適正な抵抗値が得
られるという利点をも有している。

また、検出領域２１ａの形状は、上記のように長方形に
限らず、平行四辺形などでもよい。

また、接触式位置検出装置は、スタイラスペン２２等の
接触圧力等を検出する装置と組み合わせて、３次元的な
パラメータの検出等をも行えるようにしてもよい。

主班■羞来 以上説明したように、本発明によれば、検出領域の縦横
寸法や直線性付与領域の幅方向の寸法等に応して、各電
極間抵抗、および給電抵抗の抵抗値を上記のように設定
することにより、等電位線４゜ が検出領域の各辺に沿った直線になるようにすることが
できる。

したがって、検出精度の低下を招くことなく、各部の寸
法や形状を任意に設定することができ、装置の小型化や
形状の最適化を容易に図ることができるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における接触式位置検出装置
の構成を示す平面図、第２図は電極の詳細な形状を示す
平面図、第３図は電極間抵抗の他の例を示す平面図、第
４図ないし第７図はそれぞれ従来の接触式位置検出装置
の構成を示す平面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の主軸に平行な２辺と第２の主軸に平行な２
   辺とで囲まれる四角形状の検出領域を中心部付近に有す
   るとともに、前記検出領域における各辺の外側に直線性
   付与領域を有する面状の抵抗部材を備えた接触式位置検
   出装置において、 前記直線性付与領域に先端部を検出領域に向けて配置さ
   れた複数の電極と、 前記各電極間の距離に比例した抵抗値を有し、各電極間
   に接続される複数の電極間抵抗と、第１の主軸に平行な
   直線性付与領域における各端部の電極と、第２の主軸に
   平行な直線性付与領域における各端部の電極との間に直
   列接続された第１の給電抵抗、および第２の給電抵抗と
   を備え、前記各直線性付与領域における各電極先端部の
   包絡線は放物線を描くように設定され、 第１の主軸、および第２の主軸に平行なそれぞれの直線
   性付与領域における各電極間抵抗の抵抗値の総和は、そ
   れぞれ第１式および第２式で与えられる抵抗値に設定さ
   れ、 第１の給電抵抗、および第２の給電抵抗の抵抗値は、そ
   れぞれ第３式、および第４式で与えられる抵抗値に設定
   されていることを特徴とする接触式位置検出装置。 第１式Ｒａ＝４Ａ・Ｄａ・ρ 第２式Ｒｂ＝４（１／Ａ）Ｄｂ・ρ 第３式Ｒａｃ＝２Ａ・Ｄａ・Ｄｂ（２Ｄａ＋１）ρ／１
   −４Ｄａ・Ｄｂ第４式　Ｒｂｃ＝２・Ｄａ・Ｄｂ（２Ｄ
   ｂ＋１）ρ／Ａ（１−４Ｄａ・Ｄｂ）但し、Ｒａは第１
   の主軸に平行なそれぞれの直線性付与領域における電極
   間抵抗の抵抗値の総和、Ｒｂは第２の主軸に平行なそれ
   ぞれの直線性付与領域における電極間抵抗の抵抗値の総
   和、Ｒａｃは第１の給電抵抗の抵抗値、 Ｒｂｃは第２の給電抵抗の抵抗値、 ρは面状の抵抗部材における単位長さおよび単位幅あた
   りの抵抗値、 Ａ、Ｄａ、およびＤｂは、それぞれ第５式ないし第７式
   で与えられる値である。 第５式Ａ＝Ｙ／Ｘ 第６式Ｄａ＝２Ｃａ／Ｙ 第７式Ｄｂ＝２Ｃｂ／Ｘ 但し、Ｘは検出領域における第１の主軸に平行な辺の長
   さ、 Ｙは検出領域における第２の主軸に平行な辺の長さ、 Ｃａは第１の主軸に平行な直線性付与領域の幅、Ｃｂは
   第２の主軸に平行な直線性付与領域の幅である。