JP2000039965A - 抵抗フレ―ミング設計を備えたトポロジカル写像に基づくタッチスクリ―ン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】設計上の制限をなくし形を自由に選べるタッチ
スクリーンを提供することである。 【解決手段】新しいタッチスクリーンが簡単なスクリー
ン電極組によって定められた等電位空間からの座標を直
角座標などの何か別のもっと有用な座標に写像すること
に基づいている。基本的な考えは、一意的写像を電子的
読取り値の各検知対で達成できることである。新しいセ
ンサがセンサ領域をフレーミングする中間導電率のバン
ドで記載さる。このセンサは一様な等電位分布を持った
独立型周辺装置として又は非均一分布を備えた写像概念
と関連してのいずれかで都合よく使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、タッチスクリーン
に関する。 【０００２】 【従来の技術】１９７０年代初期に導入されて以来、タ
ッチスクリーンがある種のコンピュータ用途に対するキ
ーボードに魅力ある代替品となってきた。多くの場合
に、タッチスクリーンが使用者にコンピュータにアクセ
スし易くするので、キーボード及びマウスは、除かれ
る。結果として、市場は、可成りの大きさに成長して、
続いて、急速な成長が見込まれている。 【０００３】この開示において、事実上設計上の制限を
なくし、タッチスクリーンの構成をさらに自由にする新
しい考え方を論じている。設計パラメータにおけるこの
新しい自由さを例示する例をいくつか与えている。これ
らの設計概念は、質を落さずにタッチスクリーンをずっ
と低価格で作る基礎を与える。さらに、特殊なセンサの
寸法、形又は電気的特性に対する新しい設計の創作が本
明細書に記載された概念で大いに簡単にされ、研究と開
発の費用を削減する。 【０００４】今日作られたタッチスクリーンの可成りの
部分が、導電性材料でコートされたガラスなどの透明な
媒体で作られた基板上の電位の測定に基いている。均一
な電界が基板上で保たれねばならず、これらはｘ及びｙ
方向に逐次に加えられる。 【０００５】すなわち、等間隔に離れた等電位線が時限
順序で直交的に発生される。電界がｘ方向にあるとき測
定される電圧（又は、等価的に、タッチ点の局部電位に
関係する電流）がｘ座標に沿う距離に正比例し、ｙ座標
に関係しない。逆に、電界がｙ方向にあると測定される
電圧がｙ座標に沿った距離に正比例し、ｘ座標の値に関
係しない。 【０００６】現在の設計によれば、抵抗性タッチスクリ
ーンがＬＣＤ又はＣＲＴ表示装置に取付けられることが
多いが、多分、最も普通には、データ入力装置として用
いるためのコンピュータモニタとして用いられるＣＲＴ
に取付けられる。図８に示されるように、普通のモニタ
１０がＣＲＴの組込まれているバックケース１１を備え
ている。ＩＴＯ（酸化インジューム錫）のような均一な
抵抗性被膜を付けたガラスパネル１２がＣＲＴ１３の面
１４の上に置かれている。ポリエステルカバーシート１
７がガラスパネルの上にしっかりと掛けられ、それは本
明細書に参照して組入れられているハースト（Ｈｕｒｓ
ｔ）の米国特許第３，９１１，２１５号に記載されてい
るような小さな透明な絶縁小粒１６によってガラスパネ
ルから離されるのが好ましい。カバーシート１７は、内
側に付けた導電性コーティングと外側に付けた硬い耐久
性コーティング１８を備えている。タッチスクリーンの
各層のさらに詳細な図が図９に示されている。 【０００７】簡単なコンピュータ又は制御装置２０（図
１０、１１に示されている）がガラスの抵抗性表面を横
切る電圧をＸ方向とＹ方向に交互に変えるのに用いられ
ている。カバーシートに接触すると内側導電性コーティ
ングにガラス状の抵抗性コーティングと電気的接触を生
じさせるとき制御装置に接続された電気回路がこれらの
電圧値又は等電位値をデイジタル化してそれらを処理用
の関連の主コンピュータ２１に処理のために送る。図１
０及び１１に示されているように、制御装置２０は、モ
ニタ１０に対して内部又は関連の主コンピュータ２１の
内部にあるスロット内に取付けられてもよい。 【０００８】実際には、ハーストの特許（米国特許第
３，７９８，３７０号、１９７４年３月）に開示されて
いるようなこれらの着想を実現することは、優れた品質
のタッチスクリーンを生産できるようにする。なお生産
コストは、以下の三つの要因があるので高い、 【０００９】１）基板は非常に均一な導電性を持ってい
なければならない。導電性材料が基板（普通ガラス）に
精巧なコーティングチャンバ内で付けられる。大きな基
板を用意しようとするとき、チャンバは、一層大きくな
ければならず、そのときでさえ、基板を均一にカバーす
るために幾つかの源を用いねばならない。これらのコー
トされた基板の中には、仕様に合わないではねられなけ
ればならないものがある。 【００１０】２）電界切替マトリックスに関連したエッ
ジ効果をなくすことによって、真直ぐな等電位線を保つ
ために抵抗分割回路網を追加しなければならない。これ
には生産コストをさらに大きくして不良品率を大きくす
るという品質とは関係のない問題がある。 【００１１】３）最後に、基板それ自体について及び各
完成したスクリーンについて厳しい試験を行わなければ
ならない。これらの統計的品質管理試験は、費用がかか
り、正確な等電位線を保つという問題と直接に関連す
る。 【００１２】現在、設計変更にはかなりの機械設備の改
善を必要とする。しかし、機械設備改善コスト及び遅延
は、本発明における新しい着想を用いることによってか
なり低減される。これから説明するこれらの着想は、す
べてのコスト要因を小さくすると同時に、必要な形、寸
法及び電気的仕様のセンサの設計においてずっと多くの
融通性を与えるであろう。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】従って、スクリーン歩
留まりを個々のむら及びロットのむらに対する固有の公
差によって高めることでタッチスクリーンの生産を改良
できるようにすることが本発明の一つの目的である。要
求の比較的ゆるやかな導電コーティング塗布、数か少な
くずっと簡単な電極（例えばほんの４個）又はずっと簡
単な抵抗構成設計、分割抵抗器を不要にすることを含む
タッチスクリーンに対する製造上の要求事項を簡単にで
きるようにすることが本発明のもう一つの目的である。
アナログ・ディジタル電子装置の現在の製作及び校正／
試験手順との両立性を与えることが本発明のなおもう一
つの目的である。低い追加コストで、スクリーン製作に
おける節約によるより多い埋め合わせ額で製作できるよ
うにすることが本発明のもう一つの目的である。新しい
スクリーン形態に適応するために容易に実現される変更
でタッチスクリーンの自由な設計を可能にすることが本
発明のもう一つの目的である。 【００１４】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、導電性
領域と電源を導電性領域に電位分布を設定するために加
えることのてきる関連の一組の電極、それに接触させら
れるとき導電性領域上の点の電位を測定する電気回路及
び制御装置を備えるセンサ装置の上の選択点の場所を定
める方法で、前記導電性領域上に第１のほぼ非均一な電
位分布を少なくとも二つの電極の第１のサブセットに限
定された第１の電位を加えることによって設定する段階
と、前記電気回路を前記導電性領域にある選択点に接触
させて前記点の第１の読取り値を測定する段階と、前記
導電性領域上に前記第１の電位分布と異なる第２電位分
布を少なくとも二つの電極の第２のサブセットに限定さ
れた第２の電位を加えることによって設定する段階と、
選択点の第２の電位の読取り値を前記電気回路で測定す
る段階と、前記第１及び第２の電位読取り値を選択点の
場所を決めるために処理する段階とを備える方法が提供
される。 【００１５】なお、本発明によれば、導電性領域と、前
記導電性領域に取付けられ、電源に接続された一組の電
極と、接触させられると導電性領域上の選択点の電位を
測定する電気回路と、電位を電源から前記電極の第１の
サブセットヘ電位を逐次に切替え、前記導電性領域に第
１の非均一な電位分布を設定して次に前記電極の第２の
サブセットに切替えて前記導電性領域に第２の電位分布
を設定する制御装置と、前記選択点の場所を定めるため
に前記電気回路からの前記第１及び第２の電位分布の各
組の電位測定を処理する処理装置とを備える位置センサ
が提供される。 【００１６】 【発明の実施の形態】本発明を説明するためには、電気
的等電位線に関して空間を定義することが最も良い。原
理的には、座標写像は単調な等電位線を発生するどんな
組の電極を用いても得ることができる。トポロジの点か
らは、これは空間を写像されるべき直角座標空間に位相
同形である等電位線で定めなければならないことを意味
する。表面の場合に、向かい合った組の電極の間の空間
内に同じ電位で引かれた線が等電位線と呼ばれる。その
表面上の完全２次元写像は、二つの異なる方向の二組の
単調な等電位線を用いて達成することができる。電位線
は真直ぐ又は一様である必要はなく、重要な考え方は、
その表面上のどの点もその点に対の電位に対する唯一の
値を持たねばならないということである。トポロジにお
いて、この唯一性は「位相同形」に関して表わされてお
り、二つの面が一つの表面上のすべての点を他の表面上
の唯一の点に写像できるとき位相同形である。 【００１７】図１及び２において図で示されているよう
に、わずかに導電性（又は望むならば抵抗性）である２
次元表面３０を考える。四隅の各々に電極３１を取付け
た非常に簡単な幾何学形状を用いて、基本的考えを示す
ことができる。電位分布に対する正確な解もまた以下に
説明するようなラプラスの式によって与えらる。ｘ−ｙ
座標を持った普通の直角座標空間を二組の等電位線によ
って写像できる。これらの組の一つを電池などの電圧源
を電界を大体ｙ方向に発生するように加え、等電位線３
２が大体ｘ方向（図１）に走るとき得られる。電気が大
体ｘ方向に電界を発生するように切替えられると、等電
位線は大体ｙ方向（図２）に走る。「大体に」という言
葉は、ｘ軸又はｙ軸に平行に走る一様な電界又は等電位
線を我々がどこにも仮定していないといういうことを強
調するために用いられる。電極が均一な電界を作るよう
に少しも設計されていないし、電気電導度が均一である
必要がないのでゆがみが存在する（すなわち等電位線が
均等に間隔をあけて配置されないし、それらがｘ軸及び
ｙ軸に平行でもない）。明らかに一方の組の等電位線が
電圧源が一つの方向からもう一つの方向に切替えられる
とき、第２の組に直交する必要はない。 【００１８】記号Ｖ（Ｘ，ｙ）は、電源がｘ方向（図
２）に接続されているときの等電位線を意味するために
用いられ、小文字のｙは、等電位線もまたゆがみのため
にｙに依存することを指摘するために示されている。同
様に、Ｖ（Ｙ，ｘ）は電源がｙ方向（図１）に接続され
ているときの等電位線に対して用いられている。スクリ
ーンの中央近くでは、ゆがみは殆ど又は全くなく、Ｖ
（Ｘ，ｙ）をＶ（Ｘ）で近似することが可能であり、す
なわちｘ方向の等電位線は、ｙと本質的に無関係であ
る。もちろん、同様のことを相補的な場合、Ｖ（Ｙ，
ｘ）についていえるであろう。センサのへりの近くで
は、かなりのゆがみがあり、それはここでは許される
が、均一な電位分布を必要とする普通のタッチスクリー
ンの性能には致命的であろう。 【００１９】電位がｘ及びｙの両方にこのように相互依
存するので、単一の電位測定がｘ又はｙのいずれかを一
意的に指定できない。従って、ｙと独立にｘをそしてｘ
と独立にｙを測定することはもはや不可能である。これ
は現在の考察において放棄されなければならないが、１
対の電位〔Ｖ（Ｘ，ｙ），Ｖ（Ｙ，ｘ）〕は直角座標空
間における点Ｐ（ｘ，ｙ）にある条件のもとで一意的に
変る。本発明に重要であるのはこの一意性である。この
一意性で、〔Ｖ（Ｘ，ｙ），Ｖ（Ｙ，ｘ）〕を直角座標
空間内の単一点Ｐ（ｘ，ｙ）に写像するという操作を見
出すことができる。 【００２０】ある条件がこの一意性のために必要であ
る。一つの条件は、電界（すなわち電位の勾配又は電位
における変化）は電圧印加の両方向の各々において全領
域にわたって連続であるということである。関係ある条
件が電界には基板のかなりの領域にわたって特異点のな
いことである。これらの電界条件は、等電位線が加えら
れた電位の方向に連続的に増加しなければならないこと
を意味する。次にこれらの条件は、蒸着によって調整さ
れることが多い基板に幾つかの実際的な条件を課してい
る。 【００２１】コーティングは均一である必要はないが、
それは非導電性の絶縁された領域なしに連続でなければ
ならない。さらにコーティングはそれらを実質上「短
絡」するように他の領域においてあまり厚くてはならな
い。これらの条件の両方は、現在のタッチスクリーンに
要求されるよりずっと容易に満たされる。我々が実際に
許すことのできる電界における変動がどれ程かというこ
とに関するもう一つの条件がある。弱い電界領域が検出
された点を正確に決めるための問題を与える。最後に、
直角座標の正確な決定を行うためには、等電位線はスク
リーンの作動領域の全体にわたって殆ど交さしなればな
らない。 【００２２】代りの電極配置を持った多くの設計を考案
できる。しかし、最も簡単な設計のうちの一つは、図１
及び２に示されたものである。この構成は、矩形で一様
に導電性のセンサの各隅に置かれた四分の一円の形にな
っている四つの電極から成っている。図１は、単位電位
差を上電極対と下電極対の間にｙ方向に加えるときの矩
形センサ内の等電位線を表わしている。図２は、電位差
が辺の対の電極の間でｘ方向に保たれるときの対応する
データを示している。 【００２３】各電極の近くの電位は、両方の図において
一様性からはずれているが、センサ上の任意の点におけ
る１対の電位の読み（加えられた電位の二つの異なる方
向に対応する）がセンサ領域の殆どにわたって一意的な
答を明瞭に与えるであろうことに注意すべきである。こ
こで視覚化された電子的解釈のシステムは測定が行われ
た点の座標に対するこれらの二つの電位の読みの写像を
可能にする。電源が一つの方向からもう一つの方向へ切
替えられるとき、一方の組の等電位線が第２の組の等電
位線に直交する必要がないということを付け加えてお
く。 【００２４】上述のように、ある条件が対〔Ｖ（Ｘ，
ｙ），Ｖ（Ｙ，ｘ）〕の直角座標空間における１点に一
意的写像をするのに必要である。最も重要な条件は、従
来の技術において検討したように、補助的等電位線のあ
る交さ点がなければならないことである。 【００２５】実際には、電子的アナログ及びデジタル雑
音によって与えられる有限精度がある。従って、等電位
の線は測定された電位における変化を見分けることので
きないバンドになる。両方向における分極については、
バンドの重なり領域が座標写像における不確定性を与え
る。 【００２６】写像オプション電位対に基づいたタッチス
クリーンのすべてはないが幾つかの用途は直角座標系に
対してマッピングすることを必要としている。任意の数
の用途に合う幾つかの可能性がある。 【００２７】直接アドレス 原則として、電位対空間を
常に離れることなく取付けられたコンピュータ又は現金
レジスタと連絡することが可能である。しかし、これは
直角座標の世界で育てられてきたユーザに受けないてあ
ろうし、「直角座標信奉者」は、例えば曲がったメニュ
ー箱で操作するのを不快に感じるであろう。これは実現
するのに殆ど技術を必要としないので最小の要求であろ
う。この可能性はもっと厳しい写像オプションに対する
段階を設定するのに主に与えられる。 【００２８】完全な写像 この用語は、各点を内蔵テー
ブルに記憶することを選ぶ場合（すなわち必要な各画素
に対する記憶）に適用する。このオプションはｘ−ｙ平
面内の必要な数の画素を定めるに十分なメモリを持った
補助写像装置を用いるであろう。この装置は〔Ｖ（Ｘ，
ｙ），Ｖ（Ｙ，ｘ）〕空間内の点からなるフィールドに
対応する予め定めたｘ，ｙ点の大きなアレイを記憶する
ので、「参照」テーブル（ＬＵＫ）を写像のときに用い
ることができる。この場合に、参照テーブルは適当なデ
ジタル形式の電位対、〔Ｖ（Ｘ，ｙ）、Ｖ（Ｙ，
ｘ）〕、を用いてやはりデジタル形式の対応する実空間
座標対、（ｘ，ｙ）、を２次元テーブル内に配置する装
置又はプロセスであろう。１２８×１２８乃至１０２４
×１０２４の分解能がそれぞれ３２Ｋバイト乃至４Ｍバ
イトのＬＵＴメモリを必要とするであろう。このオプシ
ョンはコンピュータチップの価格を下げるものとしてま
すます魅力的になっている。 【００２９】内挿的写像 実際には、表にされた２に点
の間の中間点を内挿法によって決めることができる。こ
のオプションは、校正点を記憶し、内挿法によるすべて
の中間点の中に入れることになるであろう。ある意味で
は、内挿写像が完全なＬＵＴより少ないメモリを用いる
完全写像を達成する処理装置ベースの方法とみなされる
ことができる。これに関して、境界値問題の数学的解が
特にその解が基板の凹凸に適用できる場合、非常に有力
であろう。例えば、数学チップ又はプログラム化処理装
置がラプラス方程式として知られている偏微分方程式を
解くのに用いられることができ、そして点と点の間の内
挿をこの解に基づいて行うことができるであろう。この
偏微分方程式に対する解が基板内の非均一性を自動的に
考慮に入れて、従って基板の特性と独立な正確な内挿と
して役立つであろうことが予期される。 【００３０】ずっと簡単なのは、適度な分解能ＬＵＴ
（すなわち２５６×２５６点）及び線形内挿アルゴリズ
ムであろう。例えば、１対の１２ビット（４０９６）電
位読み値をＬＵＴによる内挿の前に８ビット（２５６）
に整えることができるであろう。残りの４ビットを次に
ＬＵＴ内の隣接点間の線形内挿のために用いるであろ
う。結果として得られる答は、１２ビット（４０９６）
の分解能における完全な写像を与える。これに必要な符
号は非常に小さいので、簡単なプログラムされた処理装
置を備えた適当な大きさのＬＵＴでさえ用いられるであ
ろう。 【００３１】境界写像 この場合には、メニュー囲みの
ような作用領域を完全な１対１写像なしに定めることが
できる。例えば、真直ぐな辺の囲み（又はその他の形）
を電位対として記憶されたそれらの境界によって定める
ことかできるであろう。簡単な論理を用いて箱の内外の
電位対、〔Ｖ（Ｘ，ｙ），Ｖ（Ｙ，ｘ）〕，の位置を探
すことができるであろう。普通は限られた数の囲みをメ
ニューの選択に用いるので、必要なメモリが完全な写像
から非常に減らされることになる。多分この境界解析が
行われるべきである領域を定める小さなＬＵＴを用いる
ことができるであろう。 【００３２】メニュ−囲みの境界写像 タッチスクリーンの共通な最終用途がいわゆるメニュー
アプリケーションである。選択は、矩形の境界によって
普通使用者が囲まれたメニュー項目に触れることによっ
て簡単に行われる。この場合に囲みの周辺（境界）の周
りだけを写像することが可能である。矩形の囲みの周辺
の周りの点を対〔Ｖ（Ｘ，ｙ），Ｖ（Ｙ，ｘ）〕によっ
て定めて、測定空間内の点が矩形の囲みの内部にあるか
どうかを決めるために電子的試験を用いる。 【００３３】このオプションの理論を詳しくいえば、図
６及び７は、等電位対に基づいて測定された座標によっ
て矩形囲み４０の定義を例示している。この説明図は、
そのように定められた囲みの内部で測定されたどの対の
電位も直角座標によって定められた囲みに一意的に割当
てできることを明らかにしている。 【００３４】測定空間か選択領域内にあるかどうかを電
子的試験が決める。図６の囲みの図解においては、その
周辺全体を指示された直角座標の点における電位対の８
という少い数の測定値で決めることができることに注意
されたい。各へりにある三つの測定値から、例えば３項
の多項式（例えばａ＋ｂｚ＋Ｃｚ２）を電位対の各々に
対して測定された項の両方に当てはめられて多項式内の
二組の係数を求めることができるであろう。従って、４
辺に対して、これらの係数のたった８組（合計２４係
数）だけを囲みの周辺を完全に指定する（良好な精度
で）ために必要とするだけである。各係数が８ビットバ
イトであると仮定すると、記憶スペースのうちの１９２
ビット又は２４バイトだけしか必要でない。 【００３５】測定空間が矩形の直交座標空間に一致する
ように作られている囲いを定めたので、測定された点が
直交座標空間内にあるかどうかを見るための試験を説明
できる。図６にあるように、特定の点Ｐにおいて測定さ
れた二つの電位のどちらかが二つの場所で囲いを横切る
等電位線３２の上にあると想像する。二つの等電位線３
２のどちらも図に示されたように特定の直角座標の囲い
を単独に選択していない。しかし、等電位線３２の対は
１点においてのみ、従って特定の囲いの中でのみ交さす
る。従って、すべての囲いを検索して一つの囲いの周り
にある４点を見出すという手順により、境界解析がその
特定の囲いを選択することになる。二つの等電位線が相
補的なものである。すなわち、一つの値がＶ（Ｘ，ｙ）
に属し、一つがＶ（Ｙ，ｘ）に属するとすれば、一つの
囲いがその周辺にある丁度二つの電位を見出すことによ
って選択される。最近のデータ処理については、この検
索手順はルーチンである。例えば、測定された二つの電
位を最初に上述の境界解析を完了するまてレジスタに記
憶できる。 【００３６】図７に示された等電位線３２がひどくふく
らんでいる場合には、与えられた等電位線が２個所では
なく４個所で囲いと交さすることが可能である。これは
一つの囲いに１対の電位を割当てるときにいくつかのあ
いまいさを生ずる可能性がある。しかし、これを特殊な
試験を適用することによって避けることができる。上の
節において、特殊テストより遥かにずっと普通である正
規試験を説明している。特殊試験において、相補的電位
の概念を採用している。作業領域におけるすべての点に
おいて、二つの等電位線の交さがある。検討はこれらの
うちのまさに一方に集中し、他方はそれのその補完物と
みなされる。一方の等電位線３２が囲い４０の境界を横
切る場所の各々において、対応する相補等電位線に対す
る値が存在するであろう。特殊試験は、実際に測定され
た電位における相補的なものを調べて、それの大きさが
境界交さ点に作られた二つの相補等電位線に対して中間
にあることを知るために試験する。４交さ点がある場合
に、この試験を図７に示されているようにセンサの三つ
の領域において適用できるであろう。 【００３７】説明したばかりの特殊試験は、囲いの境界
において、一つの導電位線の四つの交さ点によるどんな
可能なあいまいさをも取除く。しかし、魅力的な代替の
ものが四つの交さ点をもたらすどんな接触をも簡単に電
子的に中止させることである。これは殆どの用途におい
て気付かれないままであろう、非常に小さな非活動領域
を作るであろう。この試験手順は、矩形に限られない。
例えば、制御（囲み）は円形又は任意の囲いであっても
よい。しかし、複雑な形状、境界又は周辺については、
定義が相応してもっと複雑になる。 【００３８】そして、もちろん、多重交さ点を除くに十
分に小さい「セル」の考えを用いることによって、特殊
試験を完全に避けることができる。対称の原理によって
導かれた多重境界交さ点があるときは、常に、一つの余
分のセルを加えることができる。例えば図７において、
領域２を含む囲いは水平境界線を追加することによって
二つのセルに分割されることができるできるであろう。
次にメニュー囲いを任意の数のセルで構成するであろ
う。等電位線の過剰な曲がりを避けるための妥当なセン
サ設計が必要なセルの数を多分１メニュー囲い当たり１
セルに大いに減らすであろう。 【００３９】数学的解法 導電シートの電位分布を電極の形状、それらに加えられ
た電位及びシートの導電率、δ、一般にδ＝δ（ｘ，
ｙ）位置の関数である。我々はさらに導電率が等方性
（しかし必ずしも均一でない）であると仮定する。Ｖ
（Ｘ，ｙ）が（ｘ，ｙ）における電位であれば、結果と
して生ずる電流ｊ（ｘ，ｙ）は、 ｊ（ｘ，ｙ）＝−δ（ｘ，ｙ）ΔＶ（ｘ，ｙ） （Ａ１） で与えられる。我々は、電荷がどの点にも蓄積できない
と仮定するので、 Δ，ｊ（ｘ，ｙ）＝０ （Ａ２） であり、式（Ａ１）を式（Ａ２）に代入するとして、 Δ．〔δ（ｘ，ｙ）ΔＶ（ｘ，ｙ）〕＝０ （Ａ３） となる。 【００４０】これは、電極に加えられた電位の与えられ
た分布に対する境界条件に従うＶ（ｘ，ｙ）を解くのに
用いられる式である。電極は図１及び図２の図解に示さ
れている円形スポット３１を含む任意の形のものてあっ
てもよい。その場合に、シートは一様な導電率を持った
シートの四隅に中心を置いた１ｃｍ半径の円形電極の付
いた２０×２８ｃｍである。 【００４１】写像の方法は、与えられた組の電極と境界
に対する式Ａ３を満足させるのに用いられることが多
い。実際の源とは離れて、そして無限の媒体における定
数（ｋ）に等しいδに対して、式Ａ３は、ラプラスの式
になり、正確に満たされ、従って、人が物理的領域の外
側に源を、境界条件が満たされ、必要な実電流がよく表
わされるようにして分布させ得る可能性かある。多くの
そのような解を静電学の数学的理論において発見され
た。予備的試験において、無限に長い電流源とシンクの
無限矩形グリットが円形電極をもった矩形センサの中に
おける電位を近似するように構成された。センサのエッ
ジにおける境界条件すなわち電気力線が境界と平行であ
ること、はこのモデルにおいてよく満足される。 【００４２】代りに、式Ａ３は、複雑な境界と電極を持
った真のセンサを表すために数値的手段によって直接に
解かれる式Ａ３を解く種々の技術が多年にわたって広く
開発されてきた。例えば、等角写像法は、かなり簡単で
ある境界を持った２次元における問題に有用である。簡
単な見当がジェイ・マシューズ（Ｊ．Ｍａｔｈｅｗｓ）
及びアール・エル・ウォーカ（Ｒ．Ｌ．Ｗａｌｋｅｒ）
著「物理学の数学的方法」、ベンジャミン（Ｂｅｎｊａ
ｍｉｎ）社、ニューヨーク．１９６４年刊行に与えられ
ている。緩和法が複雑な幾何学図形に対してさらに一般
的に有用であり、物理学及び工学における多くの異なる
問題の数値解に適用されてきた。標準の参考文献がアー
ルヴィサウスウエル（Ｒ．Ｖ．Ｓｏｕｔｈｗｅｌｌ）著
「理論物理における緩和法」、１９４６年刊行であり、
一方最近のコンピュータの能力を利用して設計されてい
るもっと最近の著作が例えば、オー・シー・ジーンキー
ウィッツ（０．Ｃ．Ｚｉｅｎｋｉｅｗｉｃｚ）及びアー
ル・エル・テーラー（Ｒ．Ｌ．Ｔａｙｉｏｒ）著「有限
要素法」、マグローヒル（ＭｃＧｒａｗ ＨｉＬＬ）
社、１９８７年刊行、及びジェイ・エム・ジン（Ｊ．
Ｍ．Ｊｉｎ）著「電磁気学における有限要素法」、ウィ
リ−（Ｗｉｌｅｙ）社、１９９３年刊行に記載されてい
る。 【００４３】図３及び４は、図１の構成を表示する代り
の方法、すなわちそれぞれ３次元電位及び電流分布を示
している。これらは、簡易化電極構成で起る非均一電位
のゆかんだ空間をさらに理解するのに役に立つ。 【００４４】このモデルを近似する実験が導電紙７ｍｍ
直径の円板の形の電極（非常に導電性のニッケルペイン
トを用いる）作ることによってなされた。これらの直感
的に設計された実験は、優れた結果を与えた。図の左に
ある二つの電極（約２０ｃｍ間隔をあけた）から１ｃｍ
未満引かれた線の場合でさえ、高い入力インピーダンス
のデジタル電圧計で読まれる電位において２倍未満の変
動があった、電極から２ｃｍのところにおいて、この倍
率を１．５に減らして、４ｃｍの距離のところでは、こ
の倍率が約１．２５であった。２８ｃｍの導電紙の中央
において、この倍率は約１．０であった。従って等電位
線が垂直から遠い（ｙ軸に沿って）けれども、２倍を超
えるだけ基準から外れているセンサの領域はない。位置
が変化が変化しても実質的に同じ電位を与える「不感」
領域がなかった。 【００４５】もう一つの簡単な設計が矩形の四隅の中央
に単一の電極を用いて試験された。しかし、図１２に示
されているように、この設計についての実際の電位の測
定値が「不感」である各隅の近くの領域を明らかにした
ので、良いタッチスクリーンの設計ではなかったであろ
う。この効果を各隅の近くで等電位線を単に調べること
によって予測できた。これらの領域において等電位線は
広がって、電界か中央の領域に比べてこれらの領域にお
いて弱いことを指摘している。 【００４６】幾つかの設計においては、等電位線対Ｖ
（Ｘ，ｙ）及びＶ（Ｙ，ｘ）は、点Ｐ（ｘ，ｙ）の決定
するのに十分に交さしないことがある。これは図１及び
２が示すように電極の近くで問題になる傾向がある。電
極設計の変型をこの問題を解くために用いることができ
る。 【００４７】幾つかの例が一つの重要な点を例示してい
る、すなわち平らな表面上の殆どすべての点を唯一の対
の電位〔Ｖ（Ｘ，ｙ），Ｖ（Ｙ，ｘ）〕によって特徴づ
けることができ、また電界が２倍未満だけ変り、従って
センサのすべての領域を応答性があるとみなすことがで
きる。センサ設計に到達することか極めて容易であるこ
とである。もちろんこれらの例は、網羅的には程遠い、
それらの設計を８電極を備えるように結合できる。電極
は、円形などの代りに四角であってもよい。我々は、我
々の設計を均一な電界という要求に縛られないようにし
たもので、大きい融通性がある。電界の非均一性は、電
極の設計とスクリーンの非均一コーティングの両方に起
因することがある。 【００４８】導電材料が非均一な厚さを備えていれば、
電位は式Ａ３にある非定数δ（ｘ，ｙ）によって影響さ
れるであろう。例えば、 δ（ｘ，ｙ）＝｛１＋０．０１〔（ｘ−１０）２＋（ｙ
−１４）２〕｝−１ であればシートの中央における導電率は、半径１０ｃｍ
でシートの中心に中心のある点の上のものの２倍であ
る。このような導電率関数は、基板の中央を覆って置か
れた単一源からの導電材料の真空蒸着において発生され
たものを表す可能性がある。図５は、図１にあるものと
同じであるが上述の空間的に変る導電率を備える構成に
対する等電位の輪郭プロットを示している。 【００４９】抵抗枠組設計 図１〜１２に開示された電極構成は、非常に簡単（例え
ば抵抗性シートの四隅にある小さな円の一部分）であ
る。これらは、トポロジ写像概念という部類に入って用
いられるとき、一般に満足なセンサ設計である。抵抗性
表面の殆ど全面積にわたって、制御装置の切替操作によ
って発生される等電位線の対を適当な精度で一意的直角
座標に変換することができる。しかし、これらの電極の
近くでは、一意性の問題が残っている、すなわち等電位
線対を一意的直角座標に変換することができない。これ
は電極の周りの作業領域として適当でない領域をもたら
して、今日の非常に競合的なタッチスクリーン市場にお
いて望ましくない効果を与える。 【００５０】以下の検討のために一意性の問題について
詳しく述べることが役に立つ。円形電極がｘ方向に分極
されれば、円の近くの等電位線は円く、ｙ方向に分極さ
れれば、これらの等電位線もまた円い。電極の近くのこ
の小さな領域において特定の点において作られた各対の
等電位線は直角座標に一意的に変換しないことを意味す
る。すなわち、相補的等電位線は実際に一意的変換を許
すに十分に大きい角度で交さできない。これは「無交さ
点」問題といわれ、これが起こる領域を「無交さ点」領
域という。Ｌ字形状のような円形でない種々の電極形状
をこれらの「無交さ点」領域の大きさを小さくするよう
に視覚化てきるが、なお問題はいつまでも残っている。
全体として、そしてセンサの幾何学形状と関係なく、非
常に一般的方法でこの問題を克服するために、本発明は
電極自体の低い固有抵抗と作業領域の高い固有抵抗との
間にある中間固有抵抗のバンドを用いる新規な方法を提
供する。 【００５１】等電位線の交さ組をセンサがそのセンサに
固有の電極と電気的に接触している非常に導電性の材料
のこのフレームによって囲まれていると仮定することに
よって得られる。この設計の第１の例は、１単位の巾と
センサの残りの１０００倍の導電率を持った画像フレー
ムへりを用い、そしてこの場合に組立体全体の全寸法は
２０×２８単位になるようにとられた。導電電極は、平
らなＬ字形になるようにとられ、組立体の四隅の各々に
置かれた。図１３及び１４は、等電位線が組立体の巾全
体にわたり、フレーム自体の中でさえ、この計算の精度
の範囲内で著しく平行であることを示している。 【００５２】導電画像フレームふちの巾ｗを小さくする
ことの効果を調べるために巾が１０倍だけ減らされ、ふ
ちの導電率を、導電率とフレーム巾の積が一定になる
（作業領域の残りの周りに低い抵抗の電位差計を張り付
けることを模擬するために）ように、大きくした。これ
らの結果は図１５及び１６に示され、再び著しく平行な
等電位線を示している。しかし、ある程度のへりゆがみ
を避けるために、Ｌ字形隅電極を短くして、それらのセ
グメント長さがｗに等しくなるようにするのが望まし
い。幾つかの例において、画像フレームふちの実際の巾
は、臨界的でないことに注意されたい。例えば、薄くて
非常に導電性のふち材料が透明であれば、組立体の面積
全体をセンサとして用いることができる。 【００５３】センサ本体の中の非均一導電率の効果を知
るために、等電位分布を図１３及び１４に示された結果
を得るために用いたが、中央センサ領域のもののほんの
半分の導電率を持つ半径５単位の円形領域を備えた同じ
画像フレーム組立体においてプロットされた。これらの
結果は、かなりのゆがみがある図１７に描かれている。
図１８は電界がｘ軸に沿っていることを除いて同じ形態
を示している。 【００５４】図１９及び２０は、中央センサ領域内の円
形領域が中央センサ領域の残りの部分のものの２倍の導
電率を備えている図１７及び１８に類似のゆがみを示し
ている。図１７及び１８に示されたものに逆向きに類似
のゆがみが生じている。 【００５５】図２１及び２２は、フレーム部分導電率か
中央センサ領域の導電率のほんの１０倍になるようにと
られているときの画像フレーム設計の結果を示してい
る。導電率がより低い場合、幾つかの非均一性が明らか
である。特に、図２１及び２２は、電極をＬ字形から円
形に変えるときの等電位線のプロットを対比している。
フレーム設計と導電率のこの組合せの場合、隅電極の設
計は、等電位プロットにおける差を非常にわずかにして
いるように見える。図２３及び２４は、センサの９６単
位周辺の周りに分布した平らな１２単位長さに電極を備
えた均一な導電率センサにおける等電位線を示してい
る。この電極設計は図１及び２の隅電極構成に勝る非常
に大きな改良であるが、電極近くにかなりの非均一性が
残っている。図２５はフレームふちの導電率が図１３の
１０００導電率比及び図２１の１０倍導電率比に対比さ
れるこの中央センサ領域のものの１００倍であるように
選ばれていることを除いて、図１３及び１４と同じ構成
に対する等電位線を示している。予想されるように、等
電位線は、図２３のものよりさらに殆ど平行であるが、
なお図１３の等電位線に比較して大きくなった非均一性
を示している。 【００５６】これらの種々のセンサ構成の設計を通じ
て、画像フレームふちの巾とそのふちの追加の導電率の
積が一定にとどまる必要があると思われた。従って、図
２６は、図１３のフレームの２倍のフレーム巾の周辺フ
レーム領域を持っているが、ほんの半分の導電率である
画像フレームセンサを示している。これは非常に均一に
近い等電位線を作るが、フレーム面積自体は、センサ領
域ほど有用ではない。画像フレームふちの巾と寸法で比
例しているＬの各脚を持ったＬ字形隅電極を用いること
によって最も均一な電界を達成する。 【００５７】総合的に、センサに対する抵抗フレーム設
計は、上述のトポロジによる写像概念と共に用いられる
とき、特に幾つかの著しい利点を備えている。電極に非
常に密接していてさえ、基板面積のほぼすべてが有用な
作業面積である。すなわちトポロジによる写像概念にお
いて必要な一意性は、全スクリーン面積に対して与えら
れる。画像フレーム設計は、非常に一般的な方法て一意
性の問題を解く。 【００５８】成 造コーティング ここで大きな面積にわたって均一な電気
的コーティングを達成するという問題に戻ると、本発明
は幾つかの興味ある設計考慮事項を与える。コーティン
グチャンバが基板そのものよりあまり大きくない内部寸
法を持った限られた大きさのものである代表的場合を取
上げる。この場合において、基板の隅領域は、中央部分
より薄いコーティングを受ける傾向がある。これは、た
しかに、基板の中心から離れたある距離のところにある
コーティング材料の単一源だけが存在する場合であろ
う。 【００５９】図１及び図２の設計は、不規則な導電率の
この問題の部分を与えるであろう。すなわち、等電位線
は、これらの領域におけるより高い抵抗性のために隅に
おいてより真直ぐになる可能性がある。（反対に、各辺
の中間において電極のある設計が問題を悪化させるだけ
であろう。）本発明のトポロジによる写像概念に関して
は、小さな蒸発器（現在は使用できない）からのコーテ
ィングがさらに均一性の多いものより好ましくさえある
であろう。なお、コーティングの均一性についての要求
条件を緩めれば、専問化した外注でなく、より簡単な企
業内の設備で経済的な製作をできるようにする可能性が
ある。 【００６０】抵抗フレーミング設計を用いる場合、導電
率における非均一性を修正するために一意的写像を達成
することが比較的簡単である。従って、抵抗フレーミン
グ設計を組入れているトポロジによる写像技術を使用す
ることが、特に導電性コーティングの調製において、セ
ンサに対する製作要求条件を簡単にし、緩めるための有
力な道具を与える。 【００６１】完全な画像のためのハードウェア 完全な
写像のための便利な計画は、等電位の読取り値を変換す
るための解読用集積回路を用いることである。２５６×
２５６以上のスクリーン分解能を与えるチップが既に非
常に経済的に製作されている。このようなチップを既存
の電子検知回路と組合せて、一方がＶ（Ｘ，ｙ）に対応
し、他方がＶ（Ｙ，ｘ）に対応する１対の読取り値をそ
れらの対応する直角座標に変換することができる。種々
のスクリーンの分解能に対する特定の例えば、以下の通
りである。 【００６２】２５６×２５６の分解能を持ったスクリー
ンの場合、電位空間内の生のデータは、二つの８ビット
測定値から成っているであろう。これらを変換するため
には、校正の間に前もって装荷されていた二つの８ビッ
ト値を示す二つの８ビットアドレスを受けるＬＵＴメモ
リ構成要素を必要とする。チップは、プログラマブル読
取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）又は消去ＰＲＯＭ（ＥＰＲ
ＯＭ）として入手できる。 【００６３】Ａｍ２７Ｃ１０２４は、２５６×２５６分
解能に対する要求条件に合う１メガビット（６５，５３
６×１６ビット）ＣＭＯＳ ＥＰＲＯＭである。この構
成要素は、それのメーカ、ＡＭＤ、から又はハミルトン
・ホールマーク（Ｈａｍｉｌｔｏｎ Ｈａｌｌｍａｒ
ｋ）などの卸売業者から容易に入手できる。代表的電力
消費量は、動作モードにおいてほんの１２５ミリワット
で、待機モードにおいてほんの１００マイクロワットで
ある。構成要素をプログラムするには、たった８秒必要
なだけで、一方、参照は、５５ナノ秒で行うことができ
る。 【００６４】５１２×５１２の分解能を備えたスクリー
ンの場合、電位空間における生のデータは、一方がＶ
（Ｘ，ｙ）に対応し、他方がＶ（Ｙ，ｘ）に対応する二
つの９ビット測定値から成るであろう。これらを匹敵す
る直角座標空間に変換するためには、校正の間に実験的
に定められた二つの９ビット値を指す二つの９ビットア
ドレスを受けるＬＵＴ構成要素を必要とする。Ａｍ２７
Ｃ４０９６は、５１２×５１２分解能に対する要求条件
に合う４メガビット（２６２，１４４×１６ビット）Ｃ
ＭＯＳ ＥＰＲＯＭである。これらの構成要素は、それ
のメーカ、ＡＭＤ、又はハミルトン・ホールマークなど
の卸売業者から容易に入手できる。代表的電力消費量
は、作動モードにおいてほんの１２５ミリワットに過ぎ
ず、待機モードにおいてほんの１２５マイクロワットに
過ぎない。その構成要素をプログラムするには、ほんの
３２秒を必要とするだけであり、一方、参照を９７秒で
行うことができる。 【００６５】上に挙げた構成要素の両方を紫外線を介し
て消去（従って再プログラム）できるセラミック窓を備
えたパッケージの形又は１回限りプログラミング用の密
封パッケージの形のいずれかで購入できる。１回限りプ
ログラマブルパーツは、わずかに安いという利点を持っ
ているが、再プログラマブルパーツは、顧客が使用した
ある期間ののち再校正できるという利点を備えている。 【００６６】１０２４×１０２４又はそれより高い分解
能を備えたスクリーンの場合、多重ＬＵＴメモリ構成要
素を用いることができるか又は単一パッケージ構成要素
をこの目的のために特に誂え設計できる。注文構成要素
に含まれる初期非循環技術支出があるが、それの１個の
価格は、二つのＥＰＲＯＭよりおそらく安いであろう。
従って、１００，０００以上のパーツを必要とする場
合、この方法はさらに費用効果的であることがわかるだ
ろう。注文ＶＬＳＴチップの開発を必要とされる部品の
量が１回限り技術努力を償却するに十分であるときは、
常に、容認されるかもしれない。 【００６７】注文コンポーネントの内容は、ＥＰＲＯＭ
と丁度同じような完全ＬＵＴメモリ又は数を減らしたメ
モリ場所と幾つかの関連の計算論理回路のいずれかから
成っていてもよい。これらの資源の正確な釣合いは、望
まれる分解能及び論理回路に必要な面積対メモリに必要
な面積によって決定される。 【００６８】校正 スクリーン応答の校正を経験的又は
理論的又は両方の組合せによるいずれかで決めることが
できる。純粋に理論的方法は、モデル幾何学的図形及び
ラプラスの式を説明するのに用いた特定の例において詳
述したような特定のスクリーン導電率分布を前提として
製作中に起こる変動を無視するであろう。純粋に経験的
方法は電位を有用な座標に変換するすべての値を発生す
るスクリーンを点でできた模様に加工することを含むで
あろう。この後者の方法は自動的に変動を考慮に入れる
が、費用効果的にするにはあまりにも遅いか又は労働集
約的であり過ぎることがある。二つの組合せの方法は、
多数の点に対する変換データを決めて、理論に基づいて
残りを内挿するであろう。校正値が各スクリーン又は製
作された各スクリーンロッドごとに、個々の基準に基づ
いて決められるであろう。従って、構成要素を特定のス
クリーンのコーティングに対応するように個人化され、
多くの非均一性、ゆがみ及び製作欠陥を補償して、かな
り安くしたコストでずっと高いスクリーン生産高を上げ
るであろう。経済的生産と共存できるスクリーン校正の
例が各スクリーン上の格子状の点に手で又はロボット的
に接触すること及びコンピュータを用いて内挿すること
を含んでいる。コンピュータは、理論的解析における格
子点に接触することによって作られるデータを用いる。
変換値の直角座標組は、コンピュータによって発生され
て、ＰＲＯＭ又はＥＰＲＯＭに記憶されたＬＵＴに「焼
付け」られるであろう。点の数は、所望の分解能及び製
作欠陥の量と種類によって決められる。プログラムは、
またスクリーンにある欠陥を指摘し、多分、直ちに接触
される可能性のある幾つかの追加の点の位置を強調する
ことができる。洗練された校正組が、次に作製される。
結果として品質管理が拒絶を少なくしながら自動的であ
る。 【００６９】タッチダウン検出 多くのタッチスクリー
ンの用途が電池操作装置の例におけるように電力に敏感
なことがあるので、スクリーンが用いられていないと
き、電力を使わないようにすることが役に立つ。簡単な
検出回路が図２７に示されている。この回路をスクリー
ンに触れることによって閉じると、検出回路がセンサの
電位切替と測定機能を働かせる。事実上簡単な測定間隔
の間を除いて電力は消費されないであろう。電力保存技
術がなければ、抵抗フレーム設計は高い抵抗率のスクリ
ーンに限られるであろう。例えば、２０００オーム／ス
クエアの抵抗を持ったタッチスクリーンと２オーム／ス
クエアの抵抗フレームを考えてみる。２５ｃｍ長さで
０．２５ｃｍ巾のフレームの一部分の抵抗は、２００オ
ームとなりセンサ全体では約１００オームの抵抗を持
ち、従って５ボルトの電源の場合、流れる電流は、５０
ミリアンペアであろう。５０ミリアンペア−時間だけし
かタッチスクリーンに割当てられないと仮定すると、連
続動作のときの電池の有効寿命はほんの１時間である。
しかし、タッチダウン検出器を用いれば、平均電流ドレ
ンは非常に低くて著しい電池の限界は全くない。例え
ば、タッチスクリーンを１０マイクロ秒サイクルで１秒
間に１回の割合で使えば、タッチスクリーンに割当てら
れた５０ミリアンペア時間は、理論的には１０万時間使
うのに十分であろう。 【００７０】総 括 本発明は、タッチスクリーンに適用するためのセンサの
設計を自由にし、かなりの簡単化を与え、高い品質を保
持している。空間が二つの一般的方向に逐次に加えられ
る電界で表面にある電位対の測定をすることによって定
められる本概念の幾つかの変形が調査された。この空間
の完全な直角座標空間に対するある程度のゆがみを受入
れたことがセンサ設計を簡単にし、自由度を増すことに
ついて重要である。電位対空間を直角座標空間にトポロ
ジの原理を用いて一意的に写像できるので、このゆがみ
は全く基本的な制限を与えない。完全写像が所望の画素
の数に対する適当な記憶装置のある補助コンピュータを
用いるであろう。 【００７１】しくつかの「メニュー」適用面において
は、補助コンピュータを備えた完全写像が必要でない。
ゆがんだ等電位空間の矩形囲みへの写像を境界解析を含
む技術の中で行うことができる。境界写像を機能囲みの
周辺に沿って行うとき、境界を定めるための記憶空間を
ほとんど必要としないので、補助コンピュータが必要で
ない。 【００７２】等電位空間と直角座標空間の間のトポロジ
的等価性を保証するセンサ設計が非常に高い導電性電極
とタッチスクリーンの低導電率表面の間に置かれた中間
導電率の簡単なフレーム（画像フレームにおけるよう
に）を利用する。センサ生産コストがトポロジによる写
像発明と共に用いられる抵抗フレーミング設計によって
大いに下げられ、これらのセンサはこの設計を用いるこ
とによって悪い影響を受けない。 【００７３】細いフレームセンサのへりの近くの小さな
ゆがみ及びセンサの表面の非均一性に基づくすべての追
加のゆがみはトポロジ的写像発明で容易に扱われる。実
際に、修正の量は、フレームなしで作られたセンサに比
べて非常に小さい。これは非線形修正をコンピュータメ
モリの量を小さくして行うことができることを意味す
る。 【００７４】巾広フレーム境界をほんのわずかなへりゆ
がみしかないセンサにおいて用いることができる。フレ
ームが透明な場合、フレームそのものをセンサの作用部
分として用いることができる。場合によっては、電子的
データ修正のない満足なセンサを作ることも可能であ
る。この場合には、画像フレームの境界を単にユニバー
サルフリットとして見ることができ、現在のセンサ製作
における多くの過程を除くが、なお一様な蒸着を必要と
する。 【００７５】電極−センサ構成の研究が殆ど一様な等電
位分布に導く特徴を示した。追加の図面とそれらの説明
書きがこれらの研究の幾つかを裏付けている。一般に、
隅に細いＬ字形電極を付けた細い高導電率フレームがこ
の研究に極めて有用と思われる。抵抗フレームセンサに
よって与えられ結果はこの設計を追加の抵抗性絶縁要素
なしに用いることができるほど非常に好都合である。 【００７６】従って、電位対の実空間に対するトポロジ
的写像である広い原理に対する多くのオプションがあ
る。用いられるオプションに関係なく、タッチスクリー
ンの生産の総合コストが既存の技術に比べて何の品質の
損失もなくかなり低減されると思われる。同時に新しい
設計を過剰な技術努力なしに実現できる。設計自由度と
非常に低減された生産コストとの組合せは、業界に影響
を与えるはずであり、特に教育や家庭娯楽のような市場
があるので、それは既存の技術の価格構造に食い込むこ
とができない。 【００７７】本願に記載された構造の数多くの変化形が
当業者に思い付くであろう。本発明の性質を説明するた
めに記載され図示された部品の詳細と配置は本発明のど
んな制限としても解釈されるへきではないと理解される
であろう。本発明の精神から離れないこのようなすべて
の変化形は特許請求の範囲に含まれると考えられる。

【図面の簡単な説明】 【図１】は本発明に従い四つの電極と非直線等電位線を
持つタッチスクリーンセンサにおけるｙ方向の理論的等
電位の等高プロットを示している。 【図２】は本発明に従って四つの電極と非直線等電位線
を持つタッチスクリーンセンサにおけるｘ方向の理論的
等電位の等高プロットを示している。 【図３】は図１及び２に示された構成を持ったセンサに
おける電位分布の３次元プロットを示している。 【図４】は中央に４電極を有するセンサにおける電流線
のプロットを示している。 【図５】は導電物質の真空蒸着から生ずることのできる
条件を模擬するために非均一導電性を持ったセンサにお
ける理論的等電位の等高プロットを例示している。 【図６】は普通の場合における境界マッピングの処理に
よるセルの位置を示している。 【図７】は等電位線の厳しいふくらみが与えられた等電
位線に矩形の機能囲いを４点において公させるときの特
殊な条件を例示している。 【図８】はタッチスクリーン入力装置を備えた代表的な
モニタを例示している。 【図９】は抵抗タッチスクリーンの各層の詳細図を示し
ている。 【図１０】は内部制御装置を備えた代表的タッチスクリ
ーンモニタを示している。 【図１１】は外部制御装置を備えた代表的タッチスクリ
ーンモニタを示している。 【図１２】は電極を各辺の中心に置いた矩形センサにお
ける理論的等電位線の等高プロットを示している。 【図１３】は本発明による画像フレームセンサにおける
一組の等電位線の図である。フレームの巾は２０×２８
のセンサ内の１単位であるようにとられ、その導電性は
中央センサ領域のものの１０００倍である。四隅の電極
はＬ字形で、Ｌの各セグメントは単位長さを持つように
とられている。１単位の加えられた電位は、上の対の電
極と下の対の電極の間にとられている。 【図１４】は、図１３のセンサの片われの図であるが、
左対の電極と右対の電極の間に加えられた単位電位に対
する等電位線である。 【図１５】はフレームがほんの０．１単位の厚さを持つ
ようにとられ、その導電率が中央領域のものの１０，０
００倍としてとられ、Ｌ字形電極がフレームの巾のもの
と等しい長さを持つように選ばれていることを除けば図
１３の同じセンサ構成における等電位線を示している。 【図１６】は図１５からのセンサ構成の図であるが、加
えられた電位は左対の電極と右対の電極の間にｘ方向に
とられている。 【図１７】はセンサの中央に置かれた５単位の半径の円
形領域がセンサのものの半分の導電率を持つようにとら
れているのを除けば、図１３におけるのと同じセンサ構
成における等電位線を示している。電位は、上電極対と
下電極対の間にｙ方向に加えられている。 【図１８】は電位差が左電力対と右電極対の間にｘ方向
に加えられていることを除いて図１７におけるのと同じ
センサを示している。 【図１９】はセンサの中央にある５単位の半径の円形領
域がセンサのものの２倍の導電率を持つようにとられて
いることを除けば図１４におけるのと同じセンサ構成に
おける等電位線を示している。電位は左電極対と右電極
対の間にｘ方向に加えられいている。 【図２０】は電位差が上電極対と下電極対の間でｙ方向
に加えられていることを除いて図１９におけるのと同じ
センサを示している。 【図２１】はフレームの導電率が標準２０×２８形状の
１単位巾フレームのセンサ中央のもののほんの１０倍で
あるようにとられていることを除いて、図１３のものと
同じセンサ構成である。電極は単位長さセグメントを持
ったＬ字形である。この低い導電率の場合非一様性がい
くらかある。 【図２２】は図２１と同じ構成に対する等電位線である
が円形電極を持った場合を示している。このクレーム厚
さと導電率の組合せの場合隅電極が円形か又はＬ字形か
どうかには関係なく導電位線における差は殆どない。 【図２３】は周辺の周りに均一に分布した１２の平らな
単位長さの電極を持った図１の最初の均一導電率センサ
における等電位線を示している。Ｌ字形の電極が隅にあ
るが辺にある電極は電位差を作る。隅の対からの距離に
直線的に関係する電位に保持されるようにとられてい
る。 【図２４】は左電極の組と右電極の組との間にｘ方向に
電位が加えられているのを除けば図２３におけるのと同
じセンサにおける等電位線を示している。この場合に等
電位線は電極に非常に近いのを除けば殆ど平行であり、
図１及び２の等電位線に勝る明らかな改良である。 【図２５】はフレームの導電率がセンサ中央のものの１
００倍であることを除いて図２１に示されたのと同じ構
成に対する等電位線である。この等電位線はもっと殆ど
平行であり、明細書に記載されているように電子制御装
置とデータ処理を用いて容易に取り扱われるが、図１３
にあるように導電率を１０倍だけさらに大きくすること
によって優れた平行性が達成される。 【図２６】は２単位巾の周辺フレーム領域を持ち、２単
位巾のＬ電極を持った２０×２８画像フレームスクリー
ンに対し及び導電率とフレーム巾の積が一定にとどまる
べき考え方に従ってセンサ中央のものの５００倍のフレ
ームの導電率に対して等電位線を示している。 【図２７】は電力消費を少なくするために用いて有利で
あるタッチダウン検出器の簡単な略図を示している。 【符号の説明】 １０ モニタ １１ バックケース １２ ガラスパネル １３ ＣＲＴ １６ 絶縁小粒 １７ カバーシート １８ コーティング ３１ 電極 ３２ 等電位線 ４０ 囲い

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 599034686 ドナルド ダブリュ ボールディン アメリカ合衆国テネシー州37996−2100 ノックスビル ミドル ドライブ 1508 (71)出願人 599034697 ロバート ワーマック アメリカ合衆国テネシー州37923−2343 ノックスビル オーマンド レイン 8915 (72)発明者 ジー サミュエル ハースト アメリカ合衆国テネシー州37932 ノック スビル ダブリュ ギラー フェリー ロ ード 2314 (72)発明者 ルフス リッチー アメリカ合衆国テネシー州37830 オーク リッジ ノルマンディ ロード 133 (72)発明者 ドナルド ダブリュ ボールディン アメリカ合衆国テネシー州37996−2100 ノックスビル ミドル ドライブ 1508 (72)発明者 ロバート ワーマック アメリカ合衆国テネシー州37923−2343 ノックスビル オーマンド レイン 8915

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】導電性領域と電源を導電性領域に電位分布
   を設定するために加えることのできる関連の一組の電
   極、それに接触させられるとき導電性領域上の点の電位
   を測定する電気回路及び制御装置を備えるセンサ装置の
   上の選択点の場所を定める方法で、 （ａ）前記導電性領域上の第１のほぼ非均一な電位分布
   を少なくとも二つの電極の第１のサブセットに限定され
   た第１の電位を加えることによって設定する段階と、 （ｂ）前記電気回路を前記導電性領域にある選択点に接
   触させて前記点の第１の読取り値を測定する段階と、 （ｃ）前記導電性領域上の第２電位分布、前記第１の電
   位分布と異なる、を少なくとも二つの電極の第２のサブ
   セットに限定された第２の電位を加えることによって設
   定する段階と、 （ｄ）選択点の第２の電位読取り値を電気回路で測定す
   る段階と、 （ｅ）前記第１及び第２の電位読取り値を選択点の場所
   を決めるために処理する段階とを備える方法。 【請求項２】前記第１及び第２の電位分布が単調である
   請求項１に記載の方法。 【請求項３】第１の電位分布が導電性領域にある第１の
   組の電位線を定め、第２の電位分布が導電性領域にある
   第２の組の電位線を定め、前記第１及び第２の組の電位
   線が事実上交さする請求項１に記載の方法。 【請求項４】前記第１及び第２の読取り値が選択点に対
   する空間座標に一意的に写像される請求項１に記載の方
   法。 【請求項５】前記第１及び第２の読取り値が参照テーブ
   ルを用いて空間座標に写像される請求項４に記載の方
   法。 【請求項６】前記第１及び第２の読取り値が選択点に対
   する直角座標に写像される請求項１に記載の方法。 【請求項７】前記第１及び第２の読取り値が等電位線の
   交さによって定められる請求項１に記載の方法。 【請求項８】第１第２の読取り値によって識別される等
   電位線の交さが導電領域にある限定された領域内にある
   かどうかを決める請求項７に記載の方法。 【請求項９】一つの領域が導電性領域に定められて等電
   位線が前記領域とわずか二つの境界交さ点しか持たない
   ようにする請求項７に記載の方法。 【請求項１０】補助参照テーブルが第１及び第２の読取
   り値の処理の間の内挿によってより高い分解能を達成す
   るための集積回路の形で実現される請求項１に記載の方
   法。 【請求項１１】アルゴリズムが第１及び第２の読取り値
   を内挿するための制御装置上のソフトウェアの形で実現
   される請求項１に記載の方法。 【請求項１２】前記アルゴリズムが導電性領域に適用で
   きる境界条件によって決められる請求項１１に記載の方
   法。 【請求項１３】前記参照テーブルが読取り値を一組の予
   じめ選択点に対して取っている校正段階によって決めら
   れる値を含む請求項１０に記載の方法。 【請求項１４】前記アルゴリズムが読取り値を一組のあ
   らかじめ選択点に対して取っている校正段階によって決
   められる請求項１１に記載の方法。 【請求項１５】前記参照テーブルが読取り値を一組のあ
   らかじめ選択点に対して取っている校正段階によって決
   められる値を含む請求項５に記載の方法。 【請求項１６】（ａ）導電性領域と、 （ｂ）前記導電性領域に取付けられ、電源に接続された
   一組の電極と、 （ｃ）接触させられると導電性領域上の選択点の電位を
   測定する電気回路と、 （ｄ）電位を電源から前記電極の第１のサブセットへ電
   位を逐次に切切替えて、前記導電性領域に第１の非均一
   な電位分布を設定して次に前記電極の第２のサブセット
   に切替えて前記導電性領域に第２の電位分布を設定する
   制御装置と、 （ｅ）前記選択点の場所を定めるために前記電気回路か
   らの前記第１及び第２の電位分布の電位測定の各組を処
   理する処理装置とを備える位置センサ。 【請求項１７】前記導電性領域の導電率が均一でない請
   求項１６に記載のセンサ。 【請求項１８】前記電極領域が大体矩形で電極が前記領
   域の各隅の近くにある請求項１６に記載のセンサ。 【請求項１９】少なくとも一つの電極の形が円形である
   請求項１６に記載のセンサ。 【請求項２０】少なくとも一つの電極がＬ字形である請
   求項１６に記載のセンサ。 【請求項２１】少なくとも一つの電極が二つ以上の線形
   セグメントを備え、電圧を各セグメントに加えることの
   できる請求項１６に記載のセンサ。 【請求項２２】少なくとも一つの電極が複数のドットを
   備え、電圧を各ドットに加えることのできる請求項１６
   に記載のセンサ。 【請求項２３】前記電極領域が大体円形で電極が前記領
   域の中心の近くにある請求項１６に記載のセンサ。 【請求項２４】前記電極領域が大体卵形で電極が前記領
   域の中心の近くにある請求項１６に記載のセンサ。 【請求項２５】電圧を逐次に切替える制御装置がタッチ
   ダウン検出器によってトリガされた活性状態と不活性の
   電力保存状態を有する請求項１６に記載のセンサ。 【請求項２６】（ａ）導電性領域と、 （ｂ）前記導電性領域に取付けられ、電源に接続された
   一組の電極と、 （ｃ）導電領域をフレーミングし電極の導電率と導電領
   域の導電率の中間の導電率を有する導電領域を有するバ
   ンドと、 （ｄ）接触させられると導電性領域上の選択点の電位を
   測定する電気回路と、 （ｅ）電位を電源から前記電極の第１のサブセットへ電
   位を逐次に切替えて、前記導電性領域に第１の非均一な
   電位分布を設定して次に前記電極の第２のサブセットに
   切替えて前記導電性領域に第２の電位分布を設定する制
   御装置と、 （ｆ）電気回路からの前記第１及び第２の電位分布の電
   位測定の各組を処理して選択点の場所を定める処理装置
   とを備える位置センサ。 【請求項２７】中間導電率のバンドが透明である請求項
   ２６に記載のセンサ。 【請求項２８】中間導電率の前記バンドが導電領域より
   約１０倍から約１０、０００倍多い範囲にある請求項２
   ６に記載のセンサ。 【請求項２９】電圧を逐次に切替える前記制御装置がタ
   ッチダウン検出器によってトリガされた活性状態と不活
   性の電力保存状態を有する請求項２６に記載のセンサ。 【請求項３０】前記電極領域が大体矩形で電極が前記領
   域の各隅の近くにある請求項２６に記載のセンサ。 【請求項３１】少なくとも一つの電極の形が円形である
   請求項２６に記載のセンサ。 【請求項３２】少なくとも一つの電極がＬ字形である請
   求項２６に記載のセンサ。 【請求項３３】少なくとも一つの電極が二つ以上の線形
   セグメントを備え、電圧を各セグメントに加えることの
   できる請求項２６に記載のセンサ。 【請求項３４】少なくとも一つの電極が複数のドットを
   備え、電圧を各ドットに加えることのできる請求項２６
   に記載のセンサ。 【請求項３５】前記電極領域が大体円形で電極が前記領
   域の中心の近くにある請求項２６に記載のセンサ。 【請求項３６】前記電極領域が大体卵形で電極が前記領
   域の中心の近くにある請求項２６に記載のセンサ。 【請求項３７】前記処理装置が前記選択点の場所を定め
   るために写像手順を用いる請求項２６に記載のセンサ。 【請求項３８】前記写像手順がトポロジに基づいている
   請求項３７に記載のセンサ。 【請求項３９】（ａ）非一様導導電性領域と、 （ｂ）前記導電性領域に取付けられ、電源に接続された
   一組の電極と、 （ｃ）接触させられると導電性領域上の選択点の電位を
   測定する電気回路と、 （ｄ）電位を電源から前記電極の第１のサブセットへ電
   位を逐次に切替えて、前記導電性領域に第１の非均一な
   電位分布を設定して次に前記電極の第２のサブセットに
   切替えて前記導電性領域に第２の電位分布を設定する制
   御装置と、 （ｅ）電気回路からの前記第１及び第２の電位分布の電
   位測定の各組を処理して選択点の場所を定める処理装置
   とを備える位置センサ。 【請求項４０】前記選択点の場所を定めるために前記電
   気回路からの前記第１及び第２の電位分布の電位測定の
   各組を処理する処理装置をさらに備える請求項３９に記
   載のセンサ。 【請求項４１】前記処理装置が前記選択点の場所を定め
   るために写像手順を用いる請求項４０に記載のセンサ。 【請求項４２】前記電極領域が大体矩形で電極が前記領
   域の各隅の近くにある請求項３９に記載のセンサ。 【請求項４３】少なくとも一つの電極が二つ以上のセグ
   メントを備え、電圧を各セグメントに加えることのでき
   る請求項２６に記載のセンサ。 【請求項４４】電圧を逐次に切替える前記制御装置がタ
   ッチダウン検出器によってトリガされた活性状態と不活
   性の電力保存状態を有する請求項３９に記載のセンサ。 【請求項４５】（ａ）導電性領域と、 （ｂ）前記導電性領域に取付けられ、電源に接続された
   一組の電極と、 （ｃ）接触させられると導電性領域上の選択点の電位を
   測定する電気回路と、 （ｄ）電位を電源から前記電極の第１のサブセットへ電
   位を逐次に切替えて、前記導電性領域に第１の非均一な
   電位分布を設定して次に前記電極の第２のサブセットに
   切替えて前記導電性領域に第２の電位分布を設定する制
   御装置と、 （ｅ）前記選択点の場所を定めるために前記電気回路か
   らの前記第１及び第２の電位分布の電位測定の各組を処
   理する処理装置とを備え、 （ｆ）前記第１の電位分布が他の抵抗性又は絶縁要素を
   追加することなくほぼ均一である位置センサ。 【請求項４６】中間導電率のバンドが透明である請求項
   ４５に記載のセンサ。 【請求項４７】中間導電率の前記バンドが導電領域より
   約１０倍から約１０、０００倍多い範囲にある請求項４
   ５に記載のセンサ。 【請求項４８】電圧を逐次に切替える前記制御装置がタ
   ッチダウン検出器によってトリガされた活性状態と不活
   性の電力保存状態を有する請求項４５に記載のセンサ。 【請求項４９】前記電極領域が大体矩形で電極が前記領
   域の各隅の近くにある請求項４５に記載のセンサ。 【請求項５０】少なくとも一つの電極の形が円形である
   請求項４５に記載のセンサ。 【請求項５１】少なくとも一つの電極がＬ字形である請
   求項４５に記載のセンサ。 【請求項５２】前記Ｌ字形電極の各アームがフレーミン
   グバンドの幅にほぼ等しい長さを持っている請求項５１
   に記載のセンサ。 【請求項５３】少なくとも一つの電極が二つ以上の線形
   セグメントを備え、電位を各セグメントとして加えるこ
   とができるようにしている請求項４５に記載のセンサ。 【請求項５４】前記選択点の場所を定めるために前記電
   気回路からの前記第１及び第２の電位分布の電位測定の
   各組を処理する処理装置をさらに備える請求項４５に記
   載のセンサ。電圧を各セグメントに加えることのできる
   請求項４５に記載のセンサ。 【請求項５５】導電性領域と電源を導電性領域に電位分
   布を設定するために加えることのできる関連の一組の電
   極、それに接触させられるとき導電性領域上の点の電位
   を測定する電気回路及び制御装置を備えるセンサ装置の
   上の選択点の場所を定める方法で、 （ａ）前記導電性領域上の電位分布を少なくとも二つの
   電極の第１のサブセットに明確な第１の電位を加えるこ
   とによって設定する段階と、 （ｂ）前記電気回路を前記導電性領域にある選択点に接
   触させて前記点の第１の読取り値を測定する段階と、 （ｃ）前記導電性領域上の第２電位分布、前記第１の電
   位分布と異なる、を少なくとも二つの電極の第２のサブ
   セットにデファインド第２の電位を加えることによって
   設定する段階と、 （ｄ）選択点の第２の電位読取り値を電気回路で測定す
   る段階と、 （ｅ）前記第１及び第２の電位読取り値を選択点の場所
   を決めるために写像手順を用いて処理する段階とを備え
   る方法。 【請求項５７】前記第１及び第２の電位分布が単調であ
   る請求項５６に記載の方法。 【請求項５８】第１の電位分布が導電性領域にある第１
   の組の電位線を定め、第２の電位分布が導電性領域にあ
   る第２の組の電位線を定め、前記第１及び第２の組の電
   位線が事実上交さする請求項５６に記載の方法。 【請求項５９】前記第１及び第２の読取り値が選択点に
   対する空間座標に一意的に写像される請求項５６に記載
   の方法。 【請求項６０】前記第１及び第２の読取り値が参照テー
   ブルを用いて空間座標に写像される請求項５９に記載の
   方法。 【請求項６１】前記第１及び第２の読取り値が選択点に
   対する直角座標に写像される請求項５６に記載の方法。 【請求項６２】前記第１及び第２の読取り値が等電位線
   の交さによって定められる請求項５６に記載の方法。 【請求項６３】第１第２の読取り値によって識別される
   等電位線の交さが導電領域にある限定された領域内にあ
   るかどうかが決められる請求項６２に記載の方法。 【請求項６４】一つの領域が導電性領域に定められて等
   電位線が前記領域とわずか二つの境界交さ点しか持たな
   いようにする請求項６２に記載の方法。 【請求項６５】補助参照テーブルが第１及び第２の読取
   り値の処理の間の内挿によってより高い分解能を達成す
   るための集積回路の形で実現される請求項５６に記載の
   方法。 【請求項６６】アルゴリズムが第１及び第２の読取り値
   を内挿するための制御装置上のソフトウェアの形で実現
   される請求項５６に記載の方法。 【請求項６７】前記アルゴリズムが導電性領域に適用で
   きる境界条件によって決められる請求項６６に記載の方
   法。 【請求項６８】前記参照テーブルが読取り値が一組のあ
   らかじめ選択点に対して取られる校正段階によって決め
   られる値を含む請求項６５に記載の方法。 【請求項６９】前記アルゴリズムが読取り値が一組のあ
   らかじめ選択点に対して取られる校正段階によって決め
   られる請求項６６に記載の方法。 【請求項７０】前記参照テーブルが読取り値が一組のあ
   らかじめ選択点に対して取られる校正段階によって決め
   られる値を含む請求項５６に記載の方法。 【請求項７１】ｘ値が第１及び第２の読取り値の関数と
   して求められる請求項６１に記載の方法。 【請求項７２】ｙ値が第１及び第２の読取り値の関数と
   して求められる請求項６１に記載の方法。 【請求項７３】（ａ）導電性領域と、 （ｂ）前記導電性領域に取付けられ、電源に接続された
   一組の電極と、 （ｃ）接触させられると導電性領域上の選択点の電位を
   測定する電気回路と、 （ｄ）電位を電源から前記電極の第１のサブセットへ電
   位を逐次に切替えて、前記導電性領域に第１の電位分布
   を設定し、次に前記電極の第２のサブセットに切替えて
   前記導電性領域に第２の電位分布を設定する制御装置
   と、 （ｅ）前記選択点の場所を定めるために写像手順を用い
   て前記電気回路からの前記第１及び第２の電位分布の電
   位測定の各組を処理する処理装置とを備える位置セン
   サ。 【請求項７４】前記導電性領域の導電率が均一でない請
   求項７３に記載のセンサ。 【請求項７５】前記電極領域が大体矩形で電極が前記領
   域の各隅の近くにある請求項７３に記載のセンサ。 【請求項７６】前記写像手順が参照テーブルを用いてい
   る請求項７３に記載のセンサ。 【請求項７７】前記写像手順が内挿アルゴリズムを用い
   ている請求項７３に記載のセンサ。 【請求項７８】前記処理装置によって用いられる写像手
   順が前記電位測定値組を前記選択点のための空間座標に
   一意的に写像させる請求項７３に記載のセンサ。 【請求項７９】電圧を逐次に切替える前記制御装置がタ
   ッチダウン検出器によってトリガされた活性状態と不活
   性の電力保存状態を有する請求項７３に記載のセンサ。