JP2006106841A - タッチパネルの押下状態判定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【目的】 タッチパネルが安定した押下状態にあるか否かを判定する。
【構成】 第１の抵抗膜と第２の抵抗膜を備え、第１の抵抗膜を押下してこれを第２の抵抗膜に接触させたときに得られる信号に基づき、タッチパネルが押下されたか否かを判定するタッチパネルの押下状態判定方法であって、信号としてデジタル信号を用いて、第１の抵抗膜と前記第２の抵抗膜との接触／非接触を判定し、第１の抵抗膜と第２の抵抗膜とが接触していると判定されたとき、信号としてデジタル信号を用いて、第１の抵抗膜と第２の抵抗膜との接触時間が所定の規則に従っているか否かを判定し、第２の判定ステップで接触時間が所定の規則に従っていると判定されたとき、信号としてアナログ信号を用いて、第１の抵抗膜と第２の抵抗膜の接触／非接触を判定する。
【選択図】図８

Description

本発明はタッチパネルの押下状態判定方法及びその装置に関する。更に詳しくは抵抗膜方式を採用するタッチパネルにおいてその押下状態が安定しているか否かを判定する方法及びその装置に関する。

ＰＯＳシステムをはじめとするコンピュータシステムの対人インターフェースとしてタッチパネルが使用されている。このタッチパネルはＣＲＴ画面や液晶画面の上に配置され、画面の表示内容に案内された利用者がこのタッチパネルを押下することにより、当該表示内容に応じた入力がなされる。
ここに抵抗膜方式のタッチパネルは、二枚の抵抗膜がスペースをとって配置され、利用者が一方の抵抗膜を押下するとこれが他方の抵抗膜に接触する。これにより、二枚の抵抗膜の間が通電し、その電気信号を検出することにより当該２枚の抵抗膜が接触したか否か、即ちタッチパネルが押下状態にあるか否かを判定することができる。そして、押下状態が確認された後、押下位置の座標を特定するための処理がなされることとなる。
本件に関連する技術として特許文献１若しくは特許文献２を参照されたい。
特開平９−１５６９２１号公報 特開２０００−１１２５６７号公報

しかしながら、利用者によるタッチパネルの押下状態は種々多様であり、常に一定した力でタッチパネルが押下されるわけではない。例えば、人の指で押下した場合と、ペンのような細いもので押下した場合とでは抵抗膜の接触状態が異なるので、出力される信号も異なるものとなる。また、異なるタイプのタッチパネルに対して押下状態の判定を行う場合、抵抗膜の基材の材質が異なると、同じ押下条件に対しても抵抗膜の接触状態が異なり、その結果出力信号も異なるものとなる。
タッチパネルの押下状態に対する判定は、後につづく押下部分の座標特定に必須の要件である。不安定な押下状態で特定された座標にはノイズが含まれるからである。従ってこの発明は、タッチパネルが安定した押下状態にあるか否かを判定する方法を提供することを目的とする。

本発明者らは上記目的を達成するために鋭意検討を重ねてきた結果、下記の本発明に想到した。
即ち、 第１の抵抗膜と第２の抵抗膜を備え、前記第１の抵抗膜を押下してこれを前記第２の抵抗膜に接触させたときに得られる信号に基づき、タッチパネルが押下されたか否かを判定するタッチパネルの押下状態判定方法であって、
前記信号としてデジタル信号を用いて、前記第１の抵抗膜と前記第２の抵抗膜との接触／非接触を判定する第１の判定ステップと、
該第１の判定ステップにおいて前記第１の抵抗膜と前記第２の抵抗膜とが接触していると判定されたとき、前記信号としてデジタル信号を用いて、前記第１の抵抗膜と前記第２の抵抗膜との接触時間が所定の規則に従っているか否かを判定する第２の判定ステップと、
該第２の判定ステップで前記接触時間が所定の規則に従っていると判定されたとき、前記信号としてアナログ信号を用いて、前記第１の抵抗膜と前記第２の抵抗膜の接触／非接触を判定する第３の判定ステップと、を有し、
該第３のステップにおいて前記第１の抵抗膜と前記第２の抵抗膜とが接触していると判定されたとき、タッチパネルが押下安定状態にあると判定する、ことを特徴とするタッチパネルの押下状態判定方法。

この発明の押下状態判定方法によれば、タッチパネルが押下状態になり２つの抵抗膜が接触したときに出力される信号を三段階に渡って判定する。これにより、タッチパネルが安定した押下状態にあるか否かを確実に判定できることとなる。
特に、第３の判定ステップでは、アナログ信号を用いて判定を行うので、アナログ信号の判定基準となる閾値を任意に設定可能となる。当該閾値を調整することによりタッチパネルの使用環境、使用目的に応じてより適切な押下状態判定を行うことができる。また、異なるタイプのタッチパネルの押下状態判定を行う際にも、タッチパネルのタイプに合わせて当該閾値を調整可能となる。

本発明者らの検討により、人の指による押下とペンによる押下とでは、信号の波形が異なることがわかった。即ち、指による押下では第１の抵抗膜と第２の抵抗膜との接触状態に対応するデジタルオン信号が所定の時間（第１の時間）の間継続して出力される。他方、ペンによる押下では当該デジタルオン信号は所定の時間（第２の時間）の間に２回割り込まれる。従って、この発明の第２の局面では、第２の判定ステップでは上記の規則を用いて接触継続時間を判定する。

この発明の第３の局面では、第３のステップにおける判定対象となるアナログ信号に対する閾値を変更可能とした。これにより、タッチパネルのタイプ、使用条件及び使用目的等に応じて当該閾値を調整し、もってより適切な押下状態判定が可能となる。

以下、この発明の構成要素について説明する。
（タッチパネル）
本発明が対象とする抵抗膜駆動方式のタッチパネルには大きくわけて、４線式抵抗膜方式（以下、「４線式」と略することがある）と５線式抵抗膜方式（以下、「５線式」と略することがある）とが提案されている。４線式抵抗膜方式のものの特性は位置精度の正確さである。他方、５線式抵抗膜方式のものの特性は耐久性の高さである。従って、ユーザは当該特性を考慮して駆動方式のものを任意に選択することができる。４線式と同一動作原理を用いるものとして８線式抵抗膜方式のものも知られている。当該８線式抵抗膜方式のものも本明細書では４線式のものと同等に扱われる。

（４線式タッチパネル２４の動作原理）
はじめに、４線式のタッチパネル２４の動作原理を図１に基づき説明する。
図１において各端子とその機能は表１に示すとおりである。

タッチパネル２４では最初にパネルの押下検出が行われる。そのため、表２の「パネル押下取り込み」のように制御信号線の各端子ＳＷ１〜ＳＷ０に接続されるスイッチユニットを制御し、Int1#の出力がＬｏのときタッチパネルに対する押下があったものとして入力点（図中矢印で示す）の座標検出を行う。

入力点の座標検出は次のようにして行う。
入力点のＸ方向座標を検出するには、表２の「Ｘ方向データ取り込み」のように制御信号線の端子ＡＷ１〜ＳＷ０に接続されるスイッチユニットを制御し、検出用端子ＡＮ０又はＡＮ１の出力を解析する。

上側のタッチパネルは入力点において下側のタッチパネルに接触しているため、ＡＮ０（又はＡＮ１）へ距離Ｘ１に比例した電圧（Ｘ１／Ｘ）×Ｖｃｃが出力される。ここにおいて、Ｘは上側の抵抗膜におけるＸ方向両端に取り付けられた電極間距離である。
同様に入力点のＹ方向座標を検出するには、表２の「Ｙ方向データ取り込み」のように制御信号線の端子ＳＷ１〜ＳＷ０に接続されるスイッチを制御し、検出用端子ＡＮ２又はＡＮ３の出力を解析する。上側のタッチパネルは入力点において下側のタッチパネルに接触しているため、ＡＮ２（又はＡＮ３）へ距離Ｙ１に比例した電圧（Ｙ１／Ｙ）×Ｖｃｃが出力される。ここにおいて、Ｙは上側の抵抗膜におけるＹ方向両端に取り付けられた電極間距離である。

（５線式タッチパネルの動作原理）
次に、５線式抵抗膜方式のタッチパネル２５の動作原理を図２に基づき説明する。
図２において各端子とその機能は表３に示すとおりである。

タッチパネル２５では最初にパネルの押下検出が行われる。そのため、表４の「パネル押下取り込み」のように制御信号線の各端子ＳＷ１〜ＳＷ０に接続されるスイッチユニットを制御し、ＡＮ１４及びＩＮＴ０＃の出力を解析してタッチパネルに対する押下判断を行う。押下があったとき、入力点（図中矢印で示す）の座標検出を行う。

入力点の座標検出は次のようにして行う。
入力点のＸ方向座標を検出するには、表４の「Ｘ方向データ取り込み」のように制御信号線の各端子ＳＷ１〜ＳＷに接続されるスイッチユニットを制御し、端子ＡＮ１４の出力を解析する。

上側抵抗膜は入力点において下側抵抗膜に接触しているため、ＡＮ１４へ距離Ｘ１に比例した電圧（Ｘ１／Ｘ）×Ｖｃｃが出力される。ここにおいて、Ｘはフィルム側抵抗膜におけるＸ方向両端に取り付けられた電極間距離である。
同様に入力点のＹ方向座標を検出するには、表４の「Ｙ方向データ取り込み」のようにスイッチを制御し、検出用端子ＡＮ１４へ距離Ｙ１に比例した電圧（Ｙ１／Ｙ）×Ｖｃｃが出力される。ここにおいて、Ｙはフィルム側抵抗膜におけるＹ方向両端に取り付けられた電極間距離である。

５線式のタッチパネル２５の動作原理については図３〜図６を用いて更に詳細に説明する。
図３のように、５線式のタッチパネルは２枚の抵抗膜とガラス・スクリーン、フィルムから構成され、抵抗膜はガラス・スクリーンとフィルムのそれぞれの内側に貼り付けられている。抵抗膜付きガラス・スクリーンと抵抗膜フィルム間には高さが均一なスペーサーが一定間隔毎に配置され、通常は２枚の抵抗膜同士が接触しないように配置される。また、５線式のタッチパネルでは、上部抵抗膜は電圧検出用のプローブとして利用され、下部抵抗膜は押下ポイントによって分圧を発生するために使われる。ここで、タッチパネルのフィルム側を押すと２つの抵抗膜は互いに接触する。

図４はX方向の位置電圧検出方法を示す。抵抗膜フィルムは距離に比例した均一な抵抗値を持っている。従って、図４のようにP1, P2, P3, P4を接続すると、電流はP1-P4側からP2-P3側へ流れる。この状態においては下部抵抗膜に電圧勾配が発生しているため、タッチパネル上にある任意の点のX方向位置電圧は、電圧計もしくは電圧値を計測できる機器によって測定することが出来る。

図５はY方向の位置電圧測定方法を示す。図５のようにP1, P2, P3, P4を接続すると、電流はP３-P4側からP1-P２側へ流れる。この状態において、タッチパネル上にある任意の点のY方向位置電圧はX方向位置電圧と同様に電圧計もしくは電圧値を計測できる機器で測定することが出来る。

図６は押下検出方法を示す。図６のようにP1, P2, P3, P4を接続すると、下部抵抗膜はLoレベルになる。さらに、上部抵抗膜はプルアップ抵抗によって電源に接続されているため、Hiレベルになる。この状態において、上部抵抗膜が押下されると、上部抵抗膜はHiレベルからLoレベルに変化するため、電圧計もしくは電圧値を計測できる機器でその電圧値を測定することで押下を検出することが出来る。
以上説明したように、5線式タッチパネルでは電極Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、Ｐ４へ印加する電圧を調整することにより、4線式タッチパネルにおける相対向するＸ電極、Ｙ電極と同等の機能を実現している。

以下、図１に示した４線式タッチパネルの実施例に即してこの発明を更に詳細に説明する。
４線式タッチパネルでは信号線ＳＷ０＃と信号線ＳＷ４をアサートした状態（信号を有効にした状態、以下「アサート」と呼ぶ）で押下状態の判定を行う。即ち、タッチパネルが押下されるとX座標抵抗膜とY座標抵抗膜とが接触するので、抵抗Ｒによりプルアップされているデジタル信号用の出力端子INT０＃とアナログ信号用の入力端子AN0はともにグランドにつながりロウ信号となる。他方、タッチパネルが非押下状態では、X座標抵抗膜とY座標抵抗膜とが離隔されているのでハイ信号となる。
デジタル信号用の入力端子INT0#に出力される信号はゲート素子により、ある一定の閾値より低い電圧が入力された場合にロウレベルのデジタル信号が出力され、ある一定の閾値より高い電圧が入力された場合にはハイレベルのデジタル信号が出力される。但し、当該ゲート素子がマイクロコントローラ内部にある場合にはアナログ信号をそのまま入力し、当該マイクロコントローラ内でデジタル信号化してもよい。
アナログ信号用の入力端子AN０に出力されるアナログ信号は、押下力に対応してX座標抵抗膜とY座標抵抗膜との間の接触抵抗が異なるので、当該押下力に応じた出力となる。

なお、図２に示した５線式タッチパネルにおいても、信号線ＳＷ0#及び信号線ＳＷ2をオンにした状態で押下状態の判定を行う。アナログ信号が端子AN１４へ出力される他は、４線式タッチパネルと同様であるので、その説明を省略する。

次に、デジタル信号端子INT0#とアナログ信号端子AN0の各出力を用いた押下状態判定方法について説明する。
図７は押下状態判定装置１を示す。この押下状態判定装置１は判定部２とA／Dコンバータ９を備えている。判定部２は第１の押下状態判定部３、第２の押下状態判定部４及び第３の押下状態判定部５からなる。A／Dコンバータ９はアナログ信号端子AN０からのアナログ信号SAをＡ／Ｄコンバータ固有のビット数で示される2進数に変換し、第３の押下状態判定部５で処理可能とする。
判定装置１はマイクロコントローラが所定の制御プログラムを読み込むことにより実現される。

かかる押下状態判定装置１を用いて、図８のフローチャートに示す手順により押下状態を判定する。
ステップ１ではデジタル信号端子INT0#へ入力されるデジタル信号SDがロウであるか否かを判定する。第１の押下状態判定部３に入力されるデジタル信号SDがロウのとき、第１の押下状態判定部３はX座標抵抗膜とY座標抵抗膜とが接触状態、即ちタッチパネルは押下状態にある。
デジタル信号SDがハイのとき、タッチパネルは非押下状態と判断され、押下待ち状態に戻る。
このステップ１の判定はデジタル信号による押下状態判定割り込み処理となる。

ステップ１において押下状態が確認されると、デジタル信号SDは第２の押下状態判定部４へ入力されてステップ２が実行される。ステップ２においてデジタル信号SD（ロウ）の継続時間が計測され、その継続時間が次のパターン（規則）に該当するか否かが判定される。
（１） デジタル信号SD（ロウ）が第１の時間の間継続していること。この実施例では第１の時間として２ｍｓ以上とした。
（２） デジタル信号SD（ロウ）が第２の時間の間に２回割り込まれること。この実施例では第２の時間として１００ｍｓを採用し、割り込み時間は２ｍｓ未満とした。
上記のパターン（１）（２）はこの順に判定される。即ち、パターン（１）では押下継続時間が第１の時間（２ｍｓ）以上であることが要件であるため、押下継続時間が第１の時間（２ｍｓ）未満の場合は、パターン（１）の要件は満足しないものとしてパターン（２）の判定に移行する。パターン（２）では少なくとも第２の時間（１００ｍｓ）以上の判定時間が必要となる。また、パターン（２）におけるデジタル信号SDの割り込み時間は第１の時間（２ｍｓ）との混同を避けるため、第１の時間（２ｍｓ）未満とする。
このステップ２により、タッチパネルが押下されたか否かの判定が行われる。このステップ２の判定如何によりタッチパネルが押下されたか否かの最終判定をすることも可能であるが、この実施例では、安定した押下状態であること確認するため、アナログ信号を用いて以下に説明する押下状態判定を行うこととしている。

第２の押下状態判定部４においてデジタル信号SDの継続時間が上記の所定パターンに該当していると判定されると、第２の押下状態判定部５より第３の押下状態判定部５へ信号が入力され、この第３の押下状態判定部５が作動し、アナログ信号SAの処理を行う。
端子AN0のアナログ信号ASはA／Dコンバータ９によってAD変換されて第３の押下状態判定部５へ入力される。第３の押下状態判定部５においては当該アナログ信号SAの値が事前に設定した閾値以下であるか否かを判定する（ステップ３）。ステップ３の判定でアナログ信号SAの値が当該閾値以下であることが連続してｍ回確認できたとき（ステップ５、６、８）、押下状態が安定であるとしてデータ取り込みを可能とする（ステップ１１）。この実施例では連続回数ｍ＝６を採用している。連続回数ｍは任意に設定できる。尚、この実施例ではＳ／Ｗコントローラの制御により、所定のタイミングで信号線ＳＷ０＃と信号線ＳＷ４をアサートし、押下判定状態とする。言い換えれば、アナログ信号ＳＡが諸所定のタイミングで入力されていることになる。この実施例においては、所定のタイミングにより６回のアナログ信号SAが生成される時間は約１０ｍｓである。つまり、その間タッチパネルの押下状態が継続しているか否かを判定していることとなる。なお、アナログ信号SAが事前に設定した閾値以上（即ち、非押下状態）の場合は２４回までリトライ（ｎ＝２４）を実行する（ステップ７、９）。

ここで、最終判定としてアナログ信号SAを対象としたのは、デジタル信号SDによる判定とは異なる基準でタッチパネルの押下／非押下を判定するためである。この実施例では、デジタル信号SDのハイ／ロウを判定する閾値よりも高い電圧値を閾値としてアナログ信号SAの押下判定をする。ステップ２まででおおよその押下判定は出来ているので、これより緩い閾値でかつ所定時間押下状態の判定を行えば、押下による接触状態が不安定であっても押下／非押下を的確に確認できるからである。他方、デジタル信号SDの場合と同等若しくはそれ以上の厳しさで押下状態を判定すると、小さなノイズ若しくは極めて短時間の半接触状態でも非押下状態と判定され、データ取り込み処理への移行がスムーズに行われないおそれがある。
アナログ信号SAにより非押下状態が検出されたとき直ちに押下状態検出待ちとせずに、ステップ３へ戻すことにより、データ取込み処理へのスムーズな移行が達成される。
タッチパネルのタイプが異なるとアナログ信号SAの押下／非押下を仕分ける基準（閾値）を変更することが好ましい。例えば４線式タッチパネルと５線式タッチパネルを１つの制御ユニットで制御する場合、接続されたタッチパネルのタイプに応じて当該基準（閾値）を変更できるようにする。この基準（閾値）の変更は、接続されたタッチパネルのタイプを特定したときに自動的に変更されることが好ましい。

図９に、タッチパネルの押下が指により行われたときのデジタル信号SDとアナログ信号SAの波形を示す。図９のチャートにおいてデジタル信号SDは最下段の波形で表される。そして、デジタル信号SDが立ち下がった時点で割り込み信号があったと判断され（ステップ１）、ステップ２の押下判定がなされる。指による押下では、押下時間が一定時間継続するので、パターン（１）の条件を満足する。その結果、押下確認のためアナログ信号SAが取り込まれて判定される（ステップ３）。図９の例では、アナログ信号SAの事前に設定した閾値以下が６回連続して取り込まれたので（ステップ６）、データ取り込みが実行される（ステップ１１）。

図１０にはペンによりタッチパネルが押下されたときのデジタル信号SDとアナログ信号SA波形チャートを示す。デジタル信号SDが立ち下がった時点で割り込み信号があったと判断され（ステップ１）、ステップ２の押下判定がなされる。ペンによる押下では、押下時間の継続が短いので、２ｍｓ以上の継続時間という条件は満足しない。そのため、パターン（１）の判定がキャンセルされ、パターン（２）の判定が実行される。図１１の例では２回の割り込み信号が検出されているので、パターン（２）の要件を満足するものと判定される（ステップ２）。なお、パターン（２）の押下判定では約１００ｍｓの時間が予め設定されているので、その間はパターン（１）の条件を満たさなくても非押下とは扱わない。その後、押下確認のためアナログ信号SAが取り込まれて判定される（ステップ３）。図１１の例では、アナログ信号SAの事前に設定した閾値以下が６回連続して取り込まれたので（ステップ６）、データ取り込みが実行される（ステップ１１）。

以上説明したように、この実施例の押下状態判定方法によれば、デジタル信号を用いて押下状態の判定を行い、更にアナログ信号を用いて押下状態の安定性を確認している。従って、押下状態判定の信頼性が向上する。よって、押下状態と判定された後に取り込まれるデータの信頼性が向上する。

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

図１は４線式タッチパネルの駆動原理を示す。 図２は５線式タッチパネルの駆動原理を示す。 図３は同じく５線式タッチパネルの基本構成を説明する。 図４は同じく５線式タッチパネルのＸ方向駆動を説明する。 図５は同じく５線式タッチパネルのＹ方向駆動を説明する。 図６は同じく５線式タッチパネルの押下検出原理を説明する。 図７は実施例の押下状態判定装置の構成を示すブロック図である。 図８は実施例の押下状態判定装置の動作を説明するフローチャートである。 図９はタッチパネルからの出力信号を示すチャートである（指による押下時）。 図１０はタッチパネルからの出力信号を示すチャートである（ペンによる押下時）。

符号の説明

１ 押下状態判定装置
２ 判定部
３ 第１の押下状態判定部
４ 第２の押下状態判定部
５ 第３の押下状態判定部

Claims (4)

1. 第１の抵抗膜と第２の抵抗膜を備え、前記第１の抵抗膜を押下してこれを前記第２の抵抗膜に接触させたときに得られる信号に基づき、タッチパネルが押下されたか否かを判定するタッチパネルの押下状態判定方法であって、
   前記信号としてデジタル信号を用いて、前記第１の抵抗膜と前記第２の抵抗膜との接触／非接触を判定する第１の判定ステップと、
   該第１の判定ステップにおいて前記第１の抵抗膜と前記第２の抵抗膜とが接触していると判定されたとき、前記信号としてデジタル信号を用いて、前記第１の抵抗膜と前記第２の抵抗膜との接触時間が所定の規則に従っているか否かを判定する第２の判定ステップと、
   該第２の判定ステップで前記接触時間が所定の規則に従っていると判定されたとき、前記信号としてアナログ信号を用いて、前記第１の抵抗膜と前記第２の抵抗膜の接触／非接触を判定する第３の判定ステップと、を有し、
   該第３のステップにおいて前記第１の抵抗膜と前記第２の抵抗膜とが接触していると判定されたとき、タッチパネルが押下安定状態にあると判定する、ことを特徴とするタッチパネルの押下状態判定方法。
2. 前記第２の判定ステップの前記所定の規則は、前記第１の抵抗膜と前記第２の抵抗膜とが接触状態のときに出力されるデジタルオン信号が第１の時間の間継続していること、又は該デジタルオン信号が第２の時間の間に２回割り込まれていること、である請求項１に記載のタッチパネルの押下状態判定方法。
3. 前記第３の判定ステップにおいて判定対象となるアナログ信号に対する閾値を変更するステップが更に含まれる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のタッチパネルの押下状態判定方法。
4. 第１の抵抗膜と第２の抵抗膜を備え、前記第１の抵抗膜を押下してこれを前記第２の抵抗膜に接触させたときに得られる信号に基づき、タッチパネルが押下されたか否かを判定するタッチパネルの押下状態判定装置であって、
   前記信号としてデジタル信号を用いて、前記第１の抵抗膜と前記第２の抵抗膜との接触／非接触を判定する第１の判定手段と、
   該第１の判定手段において前記第１の抵抗膜と前記第２の抵抗膜とが接触していると判定されたとき、前記信号としてデジタル信号を用いて、前記第１の抵抗膜と前記第２の抵抗膜との接触時間が所定の規則に従っているか否かを判定する第２の判定手段と、
   該第２の判定手段で前記接触時間が所定の規則に従っていると判定されたとき、前記信号としてアナログ信号を用いて、前記第１の抵抗膜と前記第２の抵抗膜の接触／非接触を判定する第３の判定手段と、を有し、
   該第３の手段において前記第１の抵抗膜と前記第２の抵抗膜とが接触していると判定されたとき、タッチパネルが押下安定状態にあると判定する、ことを特徴とするタッチパネルの押下状態判定装置。

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