JP2000315139A - 低干渉式タッチパネル装置 - Google Patents
低干渉式タッチパネル装置Info
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Abstract
ネルを電気的に振動させて指に電流を流し、パネルの各
点の電流を時分割で計測するタッチパネル装置を、複数
台接近使用する時のタッチ位置検出のブレを減少させ
る。 【解決手段】 絶対値検出型のAC信号のレベル復調手
段とした。また、パネルの電圧振動の周波数誤差を1/
(50T)[Hz]以内とした。
Description
ッチ位置を検出するタッチパネル装置に関し、特にパネ
ルの有効エリアに面して均一な面抵抗体を配設してある
のもので、パネルを介して指にAC電流を流すことによ
り位置検出するタッチパネル装置に関するものである。
723号に示されたもの、または詳細は不明瞭であるが
特許第2603986号に示されたもの及び特許第18
81208号に示されたもの等がある。
内、構造上時分割の各信号計測動作となるもの、または
簡素化と小型化と低コスト化且つ各信号計測のパラメー
タの均一化のために、アナログ・マルチプレクサを使用
し時分割計測しているものは、同一機種を2台またはそ
れ以上の台数を互いに近くで同時使用した場合、互いの
干渉により検出位置ブレを起こしていた。
出型のAC信号のレベル復調手段とした。第2の手段
は、パネルの電圧振動の周波数誤差を1/(50T)
[Hz]以内とした。Tは1回の位置検出に要する計測
時間である。
レベル復調回路は、AC信号の位相変化に影響されな
い。第2の作用として、パネルに流れる総電流値が一定
と見なせる時間内に、1回分の位置検出のための、すべ
てのAC信号計測を終了させることにより、各信号レベ
ルの比がずれない様にすれば算出位置がずれない。つま
り、各パネルの振動周波数の誤差を少なくし、干渉によ
るビート周波数を低くすることで、同じ作用となる。
に面して均一な面抵抗体を配設したパネルを有し、面抵
抗体が電圧振動して指または指に相当する導電体にパネ
ルを介してAC電流を流し、時分割でタッチ位置判定用
の各AC信号を計測して、パネル上のタッチ位置を算出
するタッチパネル装置に限られるが、一次元の位置検出
装置または二次元の位置検出装置としたものである。
る。図1は、本発明の装置の一例を示す構成主部と2台
同時動作時の干渉について説明する図である。人2の指
がパネル部1(以後パネル1と記す)の面上にタッチし
た時、その位置(パネル1の面上に於けるX,Y座標)
を検出する。パネル1には、均一な抵抗値分布の面抵抗
体3が配設されて、その周囲に抵抗性電極4を付着して
ある。抵抗性電極4は低抵抗であり、各辺の両端間抵抗
値は30〜150Ω程度である。面抵抗体3の面抵抗値
は1kΩ/□程度である。面抵抗体3の指接触面は、絶
縁層がある場合と、指と面抵抗体3が直に接触する方式
とがあるが、本発明はその両方に適応する。
は各接続電線5,5,5,5により、信号処理部7の各
入力(振動電圧印加回路6,6,6,6)に電気的に接
続されている。振動電圧印加回路6,6,6,6は、パ
ネル1のA,B,C,D点に流れる電流をアナログ・マ
ルチプレクサ8(MUX)に伝えると共に、振動電圧発
生器9の振動電圧を接続電線5,5,5,5に印加す
る。従って面抵抗体3は常に電圧振動している。
に対して接地効果を持つが、完全接地状態にはならな
い。従って人体2の指が、パネル1の面上にタッチした
時、指と面抵抗体との間の静電容量により、または直接
触により人体2の指にAC電流が流れ、面抵抗体3に電
流分布が生じる。A,B,C,D点に流れる電流は、人
体2の指がタッチした点に近い所へより多く流れる。こ
のA,B,C,D点に流れる電流の比からタッチ位置を
算出する。この時人体2が、完全接地状態ではないこと
から、面抵抗体3の振動電圧の20〜70%程度の振動
電圧が人体2にも生じる。
ログ・マルチプレクサ8(MUX)でセレクトされてい
ない時でも通過電流をその回路グランドに流し、入力特
性をいつも一定条件に保持する。さもないと、面抵抗体
3の電流分布が変動して、高確度の位置の算出が大変困
難になる。アナログ・マルチプレクサ8(MUX)を通
ったAC信号電流は、電流/電圧変換、バンドパス・フ
ィルタリング、AC信号のレベル復調等の信号処理され
て、A/D変換器10(A/D)に印加される。そのデ
ジタル化された各データから、プロセッサ11(CP
U)が、人体2の指がタッチしたパネル1の面上の位置
を算出する。
因等については、特願平10−321508号その他を
参照されたい。図1に示すパネル1の構成とする場合
は、アナログ・マルチプレクサ8(MUX)による時分
割計測でない、同時計測とすることも出来るが、その場
合は、電流/電圧変換回路、バンドパス・フィルター回
路、増幅回路、AC信号のレベル復調回路、レベルシフ
ト回路、A/D変換器等がすべて4セット必要であり、
且つこれらすべてのゲイン、位相回転量、セットリング
タイム等のすべての回路パラメータを同一にする(バラ
ツキを1/500以下にそろえる)必要がある。上記の
理由で、図1に示す装置に限らず当技術分野の現在の略
すべての装置は、時分割による計測を行っている。
は次の3点である。第1の要点は、パネルの電気的構成
要素を、電圧振動させる。第2の要点は、指または指と
等価と見なせる導電体がパネル面にタッチした時に、そ
のタッチ点を通してパネル外へ(指等へ)AC電流を流
す。第3の要点は、タッチ検出する有効エリアに面して
均一な面抵抗体を配設してあり、そこに流れる電流を各
点で計測し、その電流比(または電流に比例した電圧
比)からタッチ位置を算出する。従って、指等に流れる
電流の大きさには依存しない。
数を互いに近くで同時使用する場合について、図1を参
照して述べる。今まで説明してきたものを第1のタッチ
パネル装置とする。第2のタッチパネル装置14が近く
にあり、第1の人体2のすぐ近くに居る第2の人体13
により操作されている。第2のタッチパネル装置14内
にも、振動電圧発生器9と同様の独立した振動電圧発生
器があり、互いの周波数間には少しのバラツキが存在す
る。従って、両者のパネルの電気振動の周波数は少し差
を持つ。
最後の所で説明)の理由で、第2のタッチパネル装置1
4の振動周波数成分を持つ。これが、必然的に生じる人
体間容量12を介して、人体2にも伝わり、結局、面抵
抗体3にも伝わる。第1の人体2及び第2の人体13
が、互いに空いている手を結んで、それぞれのタッチパ
ネル装置を操作している時は、上記の現象が特に著し
い。
AC信号電流は、自己装置による本来のAC信号電流
に、他の装置から伝わり入力するAC信号電流が重畳し
たものになる。この様子を分かり易くベクトル表示した
ものが図4である。参照符号41は自己装置のパネル1
の電気振動位相(基準位相)である。参照符号43は自
己装置による本来のAC信号のベクトル表示であり、参
照符号42は他の装置から伝わり入力するAC信号のベ
クトル表示である。両信号は周波数差があるためにベク
トル42は回転し、その合成ベクトルの先端の軌跡を参
照符号44(円状)で示す。この合成ベクトルで表され
る合成AC信号が、面抵抗体3のタッチ点に流れる。そ
の位相角は図示する様にΦ1(45)からΦ2(46)
まで変化する。図4は、パネル1の振動電圧位相より
も、普通、ベクトル43(自己装置による本来のAC信
号電流)の位相が70〜80度程度進んでいることをも
示している。
14へも干渉があり、互いに干渉し合う。従来の装置に
於けるこれら干渉の、各AC信号計測への影響について
述べる。面抵抗体3のタッチ点に流れる合成電流(パネ
ル全電流)を時間領域で示したものが図5である。横軸
は時間(t)であり、縦軸は合成電流(パネル全電流)
の正側包絡線(エンベロープ)である。この合成電流の
大きさは他機からの干渉がある場合、参照符号50に示
すように正弦波状に変化し、その変化の周波数(ビート
周波数)は、2台の装置の振動電圧発生器のそれぞれの
周波数の差の絶対値に等しい。
C,D点)に流れる電流値を時分割で計測して、タッチ
位置(面抵抗体3から外部へ流出及び流入する一点の座
標)を算出する。A,B,C,D点に対し全計測する所
要時間がTである。A点について電流値を計測している
時の、タッチ点電流の大きさ(パネル全電流)が参照符
号51で示す長さであり、B,C,D点についても、そ
れぞれ参照符号52,53,54で示す。このように、
1回の位置検出するための計測中(Tの間)にパネル1
に流入及び流出するAC電流の大きさが変動してしま
う。時分割計測の大原則は、Tの間はパネル全電流の大
きさが一定という条件である。図5に示すように基準と
なるべき全電流の大きさが変動すると、時分割計測した
A,B,C,D点のAC電流の比も変動してしまい、算
出する結果が変動してしまう。更に、AC信号の大きさ
のみならず、位相までも大きく変動する。
該装置にクロックとして使用される、セラミックレゾネ
ータによる振動電圧発生器を備えた、パネル1として示
した構成のタッチパネルを使用した実際の2台の装置
の、動作記録を清書したものである。当該装置のパネル
の電気振動周波数は20kHz以上であり、図1に示す
実施例では460kHzであって、AC信号のレベルを
計測するに当たり、復調して(DC化して)A/D変換
器に印加している。その理由は、AC信号のままでは
0.1%程度の高精度のレベル計測が大変難しいからで
ある。
信号の復調回路を図6に示す。主要パーツはアナログ・
スイッチ(アナログ・ゲート)60である。ゲートON
/OFF信号は入力AC信号に同期させた、固定位相の
コントロール信号である。平均化抵抗61及び平均化コ
ンデンサ62により、ゲートON時間内の入力AC信号
電圧の平均値を出力する。乗算器を使用しても同等の機
能を得る。このような簡単な復調回路でも、リニアリテ
ィは非常に優れており、各AC信号レベルの比を高精度
で求めることが容易である。
化の影響を説明する。自己装置による本来のAC信号7
0の正側区間に合わせて、ゲートON時間74が固定さ
れている。波形70に対しては理想的に、t1からt2
までを平均化し本来の信号による復調(検出平均)レベ
ル72を出力する。しかし図4に示す合成ベクトルの位
相角が最小(Φ1)45の時は、図7に示すAC信号波
形71となり、ゲートON時間74内のt3からt4ま
でを平均化し復調(検出平均)レベル73の出力とな
る。AC信号70と71は、振幅は略同じであるにも係
わらず、出力レベルが大きく変わっている。これが他装
置からの干渉入力信号がある場合の、図6の回路の、位
相変化による影響であることが分かった。
号の位相変化に無関係な絶対値検出型のAC信号レベル
復調回路とした。その一例を図2に示す。ダイオードの
リニアリティの悪さを演算増幅器で補うものである。入
力AC信号の負側ピーク時のみダイオード21が導通
し、絶対値保持コンデンサ29を、電圧源27に関して
対称な電圧に充電する。その他の時間はダイオード22
が導通し、ダイオード21は逆バイアスとなり、絶対値
保持コンデンサ29をそれ以上充電しない。抵抗28は
瞬時電流を制限し、演算増幅器20を安定動作させるた
めと、ノイズを少し抑制する効果がある。その他の素子
の役目と定数は、参考例として符号の説明の欄を参照さ
れたい。
20は、入力波形の負側ピークの一瞬だけダイオード2
1を導通させるスイッチングのコントロール役をするた
め、高速且つ高確度の動作が必要である。図1に示す装
置の460kHzのAC信号周波数の場合、fT が50
MHz以上で、SRが50V/μs以上の演算増幅器が
必要であった。それ以下のものでは0.2%以下の精度
でパネルへのタッチ位置算出は無理であった。
く、増幅度(Kの値)が約30のインバータ・リニアア
ンプ31を使用している。入力AC信号の負側ピーク時
に、インバータ・リニアアンプ31のダイナミックレン
ジの中心電圧に関して対称な電圧に、絶対値保持コンデ
ンサ39を充電する。入出力間の電圧確度はさほどでも
ないが、リニアリティは必要な範囲に入っているので、
各AC電圧レベルの比は高確度で算出できた。
調回路としたことにより、他装置からの干渉によるタッ
チ位置の算出のブレ量は、約1/2に減少した。更に干
渉によるブレ量を少なくする第2の手段を説明する。図
5に於いて、1回の位置検出に要する計測時間Tの間に
包絡線50の変化がないと見なせる程にビート周波数が
低ければ良いことになる。各AC信号レベルの比から、
タッチ位置を算出するのでパネル1に流れる全電流の大
きさは無関係である。信号のS/N比が十分であればよ
い。
25倍以上であれば、指タッチの位置検出として許容出
来るブレ範囲であることが分かった。すなわち、 25T≦1/|f1−f2| ・・・・・・・・・・・・・・・・・[式1 ] ここでf1は自己装置のパネルの電気振動周波数であ
り、f2は他の装置のパネルの電気振動周波数である。
一番確実なのは、マスター周波数を作り電線で近くの全
装置に供給することである。しかしその場合、装置を移
動する時に不便である。
も)の電気振動の周波数誤差を、 |f1−fr|≦1/(50T) ・・・・・・・・・・・・・・・[式2 ] とすればよいことが分かる。ここでfrは設計基準周波
数であり、式2の単位は[Hz]である。因みに図1に
示す装置の場合、Tは0.01秒であり、frは460
kHzであり、4ppm以下の周波数確度を必要とする
ので、温度補償した水晶発振回路に安定化した電源を供
給して達成した。
の表面に絶縁層がある場合は、2人の操作者2及び13
が手を結んでも実用上支障無いタッチ位置の算出ブレ範
囲である。第1と第2の手段を併用すると、パネル1の
表面に絶縁層の無い直接触式タッチパネル装置でも、同
上の条件で支障無い算出位置ブレ範囲である。
れる時は、図4に示すベクトル表示が3信号またはそれ
以上の信号の合成となるが、第1の手段及び第2の手段
共に、2台の時と同様の効果があった。タッチパネルの
面抵抗体と信号処理部との電気的接続方法は各種提案さ
れているが、段落12に記した立地条件を備えるものは
すべて同様の現象となる。以上の説明は、二次元パネル
のみならず一次元パネルでも同様である。
使用してもタッチ位置の検出ブレが支障無い範囲とな
り、装置の信頼性/確実性が向上した。
動作時の干渉説明図。
号レベル復調回路の一例。
使用した絶対値検出型のAC信号レベル復調回路の一
例。
AC信号とのベクトル表示図。
ッチ点の電流の包絡線波形図(ビート波形図)。
号の復調(レベル検出用AC/DC変換)回路例。
化の影響を示す図。
F) 27 DCバイアス電圧源(例えば1.2V) 28 瞬時電流制限抵抗(例えば220Ω) 29 絶対値保持コンデンサ(例えば1000pF) 30 放電抵抗(例えば150kΩ) 31 インバータ・リニアアンプ 32 ダイオード(例えばHSM88) 33 ダイオード(例えばHSM88) 34 フィードバック抵抗(例えば22kΩ) 35 安定化コンデンサ(例えば2pF) 36 入力抵抗(例えば22kΩ) 37 カップリング・コンデンサ(例えば1000p
F) 38 瞬時電流制限抵抗(例えば220Ω) 39 絶対値保持コンデンサ(例えば1000pF) 40 放電抵抗(例えば150kΩ) 41 自己装置のパネルの電気振動位相(基準位相) 42 他の装置から伝わり入力するAC信号のベクトル
表示 43 自己装置による本来のAC信号のベクトル表示 44 合成ベクトルの先端の軌跡 45 合成ベクトルの最小(進み)位相角 46 合成ベクトルの最大(進み)位相角 50 タッチ点電流の正側包絡線 51 A点電流を計測している時のタッチ点電流の大き
さ 52 B点電流を計測している時のタッチ点電流の大き
さ 53 C点電流を計測している時のタッチ点電流の大き
さ 54 D点電流を計測している時のタッチ点電流の大き
さ 60 アナログ・スイッチ(アナログ・ゲート) 61 平均化抵抗 62 平均化コンデンサ 70 自己装置による本来のAC信号 71 他の装置から伝わるAC信号と自己装置のAC信
号との合成AC信号のφ1の位相角の時の信号 72 本来の信号による復調(検出平均)レベル 73 φ1の時の復調(検出平均)レベル 74 ゲートON時間T1回の位置検出に要する計測時
間
Claims (2)
- 【請求項1】 指タッチ位置検出する有効エリアに面し
て均一な面抵抗体を配設したパネルを有し、前記面抵抗
体が電圧振動して前記指にAC電流を流し、時分割でタ
ッチ位置判定用の各AC信号を計測して、前記パネル上
の前記指タッチ位置を算出するタッチパネル装置であっ
て、前記計測する回路が、絶対値検出型のレベル計測回
路であることを特徴とする低干渉式タッチパネル装置。 - 【請求項2】 指タッチ位置検出する有効エリアに面し
て均一な面抵抗体を配設したパネルを有し、前記面抵抗
体が電圧振動して前記指にAC電流を流し、時分割でタ
ッチ位置判定用の各AC信号を計測して、前記パネル上
の前記指タッチ位置を算出するタッチパネル装置であっ
て、前記電圧振動の周波数誤差が1/(50T)[H
z](Tは1回の位置検出に要する上記計測の時間であ
る。)以内であることを特徴とする低干渉式タッチパネ
ル装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12433899A JP4010076B2 (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | 低干渉式タッチパネル装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12433899A JP4010076B2 (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | 低干渉式タッチパネル装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000315139A true JP2000315139A (ja) | 2000-11-14 |
JP4010076B2 JP4010076B2 (ja) | 2007-11-21 |
Family
ID=14882888
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12433899A Expired - Fee Related JP4010076B2 (ja) | 1999-04-30 | 1999-04-30 | 低干渉式タッチパネル装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4010076B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010086285A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Pentel Corp | タッチパネル装置 |
JP2017016510A (ja) * | 2015-07-03 | 2017-01-19 | 富士通株式会社 | 電子機器、及び、押圧検出プログラム |
-
1999
- 1999-04-30 JP JP12433899A patent/JP4010076B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010086285A (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Pentel Corp | タッチパネル装置 |
JP2017016510A (ja) * | 2015-07-03 | 2017-01-19 | 富士通株式会社 | 電子機器、及び、押圧検出プログラム |
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