JP2006106853A

JP2006106853A - タッチパネル装置

Info

Publication number: JP2006106853A
Application number: JP2004288834A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kobayashi; 小林弘志
Original assignee: Pentel Co Ltd
Current assignee: Pentel Co Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【目的】
ノイズが大きいときはＡＣ電圧振動レベルを大きくし、ノイズが少ないときにはＡＣ電圧振動レベルを小さくし、特定周波数ノイズの場合は別の電圧振動周波数に切り替えることにより安全性を確保し、Ｓ／Ｎ比が良くなり耐ノイズ性に優れ、且つ電気的に安全なタッチパネル装置を目的とする。
【構成】
センサーパネルに均一な面抵抗体を配設し、前記面抵抗体の各点または前記面抵抗に接続された媒体の各点を特定周波数で電圧振動するＡＣ電圧駆動部と、前記ＡＣ電圧駆動部と同じ周波数を通過させるバンドパスフィルターと、ＡＣ電流からＡＣ電圧に変換する電流−電圧変換部からなり、前記比例したＡＣ電圧の振幅より指または導体物が前記面抵抗体にタッチした位置を検出する装置であって、前記ＡＣ電圧振動する電圧のレベルを少なくとも２段階以上切り替え制御できる手段と前記ＡＣ電圧振動する周波数を少なくとも２段階以上切り替え制御できる手段を備えたことを特徴とするタッチパネル装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、指のパネルへのタッチ状態を検出するタッチパネル装置に関し、特に指または導体物が、直接、電気的にパネルのタッチ有効エリアにあるセンサーパネルの導電面に接触する直接触式及び指または導体物とセンサーパネルの間に微少電流を流して位置検出をするタッチパネル装置に関する。

指とセンサーパネルの抵抗膜との間が表面絶縁層になっている静電容量結合方式、及び直接触方式のタッチパネルでは、面抵抗体全体をＡＣ電圧振動させて、指または導体物が近接または接触した点が人体の接地効果によりＡＣ電流経路を形成し位置を検出するものがある。
特開２０００−１３２３１９号公報。

上述した従来の技術は、例えばＣＲＴ表示装置や、パーソナルコンピュータの直前にいる操作者の人体に受ける電圧ノイズが誘起される。特に商用電源からの５０ＫＨｚ〜６０Ｈｚの成分は大きく、指とセンサーパネルの間に微少電流を流して位置検出信号のＳ／Ｎ比が悪化して操作者が指示したタッチ位置が検出されないという不具合が発生していた。Ｓ／Ｎ比改善のためにはＡＣ電圧振動レベルを大きくすれば良いが、人体に流れる電流も同時に大きくなり操作者に対する安全性で問題になる。

センサーパネルに均一な面抵抗体を配設し、前記面抵抗体の各点または前記面抵抗に接続された媒体の各点を特定周波数で電圧振動するＡＣ電圧駆動部と、前記ＡＣ電圧駆動部と同じ周波数を通過させるバンドパスフィルターと、ＡＣ電流からＡＣ電圧に変換する電流−電圧変換部からなり、前記比例したＡＣ電圧の振幅より指または導体物が前記面抵抗体にタッチした位置を検出する装置であって、前記ＡＣ電圧振動する電圧のレベルを少なくとも２段階以上切り替え制御できる手段と前記ＡＣ電圧振動する周波数を少なくとも２段階以上切り替え制御できる手段を備えたことを特徴とするタッチパネル装置を提案するものである。

ノイズが大きいときはＡＣ電圧振動レベルを大きくし、ノイズが少ないときにはＡＣ電圧振動レベルを小さくし、特定周波数ノイズの場合は別の電圧振動周波数に切り替えることにより安全性を確保し、Ｓ／Ｎ比が良くなる。

以下本発明の詳細は添付図を参照して説明する。図１は、指１がセンサーパネル２の面上における接触位置（Ｘ，Ｙ座標）を検出する直接触式タッチパネル装置の説明図である。センサーパネル２は、均一な面抵抗体４（指１が直接接触する表面）の周辺に低抵抗の周囲電極（図示せず）を密着配設してある。その４隅（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ点）に各１本の引き出し線（シールド電線）１０が接続されている。

ＡＣ信号源として振動電圧発生部５内のＡＣ振動レベル切り替え器及びＡＣ振動周波数切り替え器よりＡＣ振動駆動部６内の各振動電圧印可回路に、特定された電圧レベル及び周波数で振動電圧を与える。振動電圧印可回路はタッチパネル入力部である面抵抗体４を低インピーダンスで振動させ、且つアナログマルチプレクサ（図示せず）に面抵抗体４からの電流を出力する。その簡単な例は、トランジスタのベースをＡＣ信号で振動させ、エミッタをセンサーパネルと接続し、コレクタから電流出力するものがある。
尚、センサーパネルとは面抵抗体４を含むタッチ入力部全体を指す。

また人体は、ＡＣ信号に対して接地効果８，９を持っており、指１が面抵抗体４に接触または近接したときに、その接触点により近い接続点（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ点）に指先１を通して面抵抗体４にＡＣ信号が、より多く流れる。従って、４つの各端子に流れるＡＣ信号電流値の比率から、センサーパネル２の面抵抗体４上の指１の接触点（Ｘ，Ｙ座標）を算出する。

４つの各端子に流れるＡＣ信号電流値の比率から、センサーパネル２上の指１の接触点（Ｘ，Ｙ座標）を算出する計算式は
Ｘ＝（ｉＢ＋ｉＣ−ｉＡ−ｉＤ）／（ｉＡ＋ｉＢ＋ｉＣ＋ｉＤ）
Ｙ＝（ｉＣ＋ｉＤ−ｉＡ−ｉＢ）／（ｉＡ＋ｉＢ＋ｉＣ＋ｉＤ）
で正規化される。ここでｉＡ、ｉＢ、ｉＣ、ｉＤは、前記４頂点すなわち前記センサーパネルの左上から時計廻り方向の各頂点に流れる電流値である。

実際には、指１とセンサーパネル２間には接触抵抗が存在し、上記接触抵抗は指１の場合、その接触面積に略比例し４端子に流れるＡＣ信号電流は上記接触面積に略比例することになるが上記座標計算式では、センサーパネル２に流れるＡＣ信号電流の大きさに影響されずに接触点を算出できる。

本装置のセンサーパネル部が本装置を使用するシステムの金属筐体（図示せず）に取り付けられる場合、人体が右手でセンサーパネル部にタッチ操作をし、左手で金属筐体に接触しているとき、人体と金属筐体は抵抗性のインピーダンス関係にあり、その抵抗値は１ＫΩ程度で小さな値となる。
また人体が金属筐体から離れている場合は他の接地効果要因が主役となり、人体と金属筐体間は容量性のインピーダンス関係になり、その抵抗値は１ＫΩ〜十数ＫΩと条件により大きくかわる。
座標検出用のＡＣ信号の電流ループは次の通りである。ＡＣ振動発生部５，ＡＣ信号駆動部６，引き出し線１０，均一な面抵抗体４，指１，人体の等価抵抗８，人体の接地効果インピーダンス９，接地３である。

ここで、上述したように操作者が金属筐体に接触した状態でタッチ操作をした場合、人体と金属筐体間のインピーダンスは１ＫΩ程度となり、センサーパネル２より検出されるＡＣ信号電流は金属筐体に接触しない場合と比較して、同じＡＣ振動電圧レベルでは大きく流れる。このとき人体に誘起されるノイズ電流はインピーダンスが低くなるために逆に小さくなる。このことよりＡＣ振動電圧レベルを小さくしても、座標検出に十分な信号が得られることになる。

また、操作者が金属筐体から離れた状態でタッチ操作をした場合、人体と金属筐体間のインピーダンスは１ＫΩ〜十数ＫΩとなり、センサーパネルより検出されるＡＣ信号電流は金属筐体に接触する場合と比較して小さい。この時はＡＣ振動電圧レベルを大きくし、座標検出に十分な信号が得られるようにする。

人体には広い周波数帯域のノイズが誘起している。このようなノイズの混入に対してはＡＣ振動電圧レベルを段階毎に大きくしてＳ／Ｎ比を良くすることができる。
従って、操作者が金属筐体に接触する、しないに関わらず、また他の条件で接地インピーダンスが変化した場合でも、ＡＣ振動電圧レベルを切り替えることで、必要十分な検出電流が得られ、人体に流れるＡＣ電流を最小限に抑えることができる。
さらに本装置ではＡＣ振動周波数のみを通すバンドパスフィルター７を備えておりＡＣ振動周波数のみ検出することができ、Ｓ／Ｎ比向上に効果がある。

しかしながらＣＲＴ表示装置やパーソナルコンピュータの前に操作者がいる場合や、他の装置から人体に誘起するノイズにはＡＣ振動周波数と同じ周波数が、とくに大きいノイズであるという場合も少なくない。この場合、前述したＡＣ振動周波数のみを通すバンドパスフィルター７ではノイズを取り除くことはできない。またＡＣ振動電圧レベルを大きくしても、ある程度の効果はあるが完全ではない。

ＡＣ振動周波数と同じ周波数がとくに大きいノイズである場合には、ＡＣ振動発生部５内にあるＡＣ電圧振動周波数切り替え器により周波数を変えることで、大きな効果を得ることができる。バンドパスフィルター７は切り替え周波数毎に用意するか、あるいは１つのバンドパスフィルターで通過する周波数内で切り替えるようにすれば良い。

ここで、ＡＣ振動電圧レベル切り替え手段とＡＣ電圧振動周波数切り替え手段の代表例を図３に示す。１１はＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、Ａ／Ｄ変換器、タイマ出力等の周辺機能を集積したシングルチップマイクロコンピュータ（マイコン）である。タイマ出力機能には所望の方形波出力ができる。１３ａ，ｂはＯＮ／ＯＦＦ制御ができるアナログスイッチである、１４ａ，ｂは値が異なる抵抗である。１５、１６、１８はコンデンサ、１７はインダクタンスで１５，１６のコンデンサと１７のインダクタンスで並列共振回路になっている。１９は後段へ接続される、ＡＣ振動駆動部やセンサーパネル等の一定した負荷抵抗（回路負荷）である。

シングルチップマイクロコンピュータ１１から出力された所望の方形波は、アナログスイッチ１３ａ，ｂと抵抗１３ａ，ｂを介して並列共振回路において共振周波数である正弦波に変換されコンデンサ１８を介して１９の回路負荷につながる。
ＡＣ振動電圧レベル切り替える場合はアナログスイッチ１３ａ，ｂのいずれかをマイコン１１に接続されている制御線１２ａ，ｂで制御して、抵抗１４ａ，ｂにおいて電圧レベルを切り替えることができる。

ＡＣ電圧振動周波数切り替える場合は、マイコン１１の拡張機能であるタイマ出力機能で方形波の周波数を切り替えることができる。共振回路は共振周波数の正弦波に変換するが、例えばＡＣ電圧振動周波数が４６０ＫＨｚ±１５ＫＨｚ程度の方形波周波数は問題なく正弦に変換できる。尚、図３では共振回路を１としたが周波数を大きく切り替える（例えば４６０ＫＨｚ±１００ＫＨｚ）場合は共振回路を２つ用意してもかまわない。

次に時系列的な処理手順を図２のフローチャートに従い説明する。Ｓ１においてタッチ操作前の無検出状態での信号でノイズのチェックを行う。この時ノイズの混入を判定し易くするためにＡＣ振動電圧レベルは大きくしておく。Ｓ２は無検出状態でのノイズ判定でノイズが大きい場合にＳ３のようにＡＣ振動電圧周波数を切り替えてＳ１に戻る。Ｓ４ではタッチ信号検出前に指１を介して人体に流れるセンサーパネルからの電流を少なくするため、ＡＣ振動電圧を最小にする。Ｓ５ではタッチ時の信号検出を行い、Ｓ６ではＳ５で得られた検出信号と設定値との比較を行い、設定値より大きい場合はＡＣ振動電圧レベルを１段階小さくする（Ｓ７）、検出信号が設定値より小さい場合はＡＣ振動電圧レベルを１段階大きくする（Ｓ８）。次にＳ１０ではＳ５で得られた検出信号に含まれているノイズの判定を行い、ノイズが大きいと周波数を切り替えてＳ３に戻る（Ｓ１０）。Ｓ１１では検出された信号より座標算出を行い外部装置に出力してＳ５に戻る。
ノイズの判定方法としては、センサーパネルからの信号を複数回検出し、信号のばらつき幅が設定値より大きいとノイズが大きいと判定できる。

以上の説明通り、ノイズが大きいときはＡＣ電圧振動レベルを大きくし、ノイズが少ないときにはＡＣ電圧振動レベルを小さくし、特定周波数ノイズの場合は別の電圧振動周波数に切り替えることにより安全性を確保し、Ｓ／Ｎ比が良くなり耐ノイズ性に優れ、且つ電気的に安全なタッチパネル装置を実現できた。

タッチパネル装置のブロック図処理過程を示したフローチャート共振回路の回路図

符号の説明

１指
２センサーパネル
３接地
４センサーパネル内の均一な面抵抗体
５ＡＣ電圧振動発生部
６ＡＣ電圧駆動部
７バンドパスフィルター
８人体の等価抵抗
９人体の接地効果インピーダンス
１０引き出し線
１１シングルチップマイクロコンピュータ
１２ａ，ｂ制御線
１３ａ，ｂアナログスイッチ
１４ａ，ｂ抵抗
１５コンデンサ
１６コンデンサ
１７インダクタンス
１８コンデンサ
１９負荷抵抗

Claims

センサーパネルに均一な面抵抗体を配設し、前記面抵抗体の各点または前記面抵抗に接続された媒体の各点を特定周波数で電圧振動するＡＣ電圧駆動部と、前記ＡＣ電圧駆動部と同じ周波数を通過させるバンドパスフィルターと、ＡＣ電流からＡＣ電圧に変換する電流−電圧変換部からなり、前記比例したＡＣ電圧の振幅より指または導体物が前記面抵抗体にタッチした位置を検出する装置であって、前記ＡＣ電圧振動する電圧のレベルを切り替え制御可能な手段と、前記ＡＣ電圧振動する周波数を切り替え制御可能な手段を備えたことを特徴とするタッチパネル装置。
前記、ＡＣ電圧振動する電圧のレベルと、前記ＡＣ電圧振動する周波数は少なくとも２段階以上の切り替え制御する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のタッチパネル装置。