JP2009110457A - 座標入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用時の環境温度変化や、長期間の使用でも、タッチ位置と、ＣＲＴ表示装置や液晶表示装置の表示の違いを少なくするタッチパネルの提供。
【解決手段】面抵抗体の面抵抗値と、抵抗性周囲電極の抵抗値の相対比を測定するための、測定用パターンもしくは測定用端子が、前記抵抗性周囲電極の外側の前記面抵抗体上に形成されて、前記測定用電極パターンもしくは測定用端子からの引き出し線により、信号処理部と接続されており、信号処理部に設けられた測定回路と演算手段により前記抵抗値の比を測定。前記抵抗値の比の初期値を信号処理部に記憶させておき、座標入力装置使用中に随時に前記抵抗値の相対比を測定し、初期値と比較することにより、検出された座標を補正し、座標データを出力する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ＣＲＴ表示装置や液晶表示装置に搭載され、指または座標指示器により表示装置上のタッチ位置を検出する座標入力装置に関する。

図１は静電容量結合方式の座標入力装置の例であり、座標入力パネル１のガラス基材４の表面は均一な面抵抗体２を取り囲む抵抗性周囲電極３が配置されており、４頂点に引き出し線５が、信号処理部６に設置されている。
従来の座標入力パネルは、ガラス基材４の表面に面抵抗体２として、スパッタ法によるＩＴＯ（インジウム酸化物）膜あるいは、ＣＶＤ法による酸化スズ膜などが形成されている。ガラス基材４は例えばソーダーガラスが使用される。面抵抗体２の上には、抵抗性周囲電極３が、形成されている。抵抗性周囲電極３は、例えば導電性インキを使用し、所望のパターンに印刷・焼成し、形成する。必要に応じて各頂点部分には、引き出し線５を接続するための、ハンダ付け可能な導電性インキを印刷・焼成したり、各頂点部分を除き絶縁性インキで保護する場合もある。

上記座標入力パネルの座標検出手段として、指または入力ペンなどの座標指示器８から信号を発信し、静電容量結合を介して面抵抗体２が、座標指示器８から発信された信号を受信する方法、及び信号伝達の方法が逆となって面抵抗体２の各部を信号駆動させ、座標指示器８で受信する方法、あるいは面抵抗体２全体をＡＣ電圧振動させて、指または入力ペンなどの座標指示器８がタッチした点の位置を検出する方法、などがある。
信号処理部６には、座標指示器８からの信号を受信するための受信回路、受信された信号をデジタル化するための変換回路、面抵抗体２を電圧振動させるためのドライバー回路、受信された信号を座標データに変換するためのＣＰＵ、及びその演算ソフト・記憶装置が含まれる。
特願平１１−２１６６７２号

上記座標入力装置は、座標入力装置を製造している時、指または入力ペンなどの座標指示器８でタッチした点の位置を正確に検出するために、ＣＲＴ表示装置や液晶表示装置の表示面に上記座標入力パネルを搭載した後、少なくとも４点以上の予め定められている座標点を座標指示器８で指示した時に、前記座標点と信号処理部６で検出された座標データと一致するように演算式を信号処理部の記憶装置に記憶させておく。

しかしながら上記座標入力パネルで使用されている面抵抗体２や、抵抗性周囲電極３で用いられる材料は、使用される環境の温度変化や、長年使用したときの経時変化でその
抵抗値が変化する性質を持っている。そのため、例えば製造時の環境と大きく違う環境で使用された場合には、座標指示器８で指示した位置にずれが発生することが起きる。

従来の座標入力装置では、位置ずれが許容できる環境でしか使用することができず、この問題に対する対策としては、予め使用される環境がわかっている場合には、その環境で製造時の演算式の記憶作業を行うことをしていた。
また、経時変化により面抵抗体や抵抗性周囲電極の抵抗値が変化して、大小位置ずれが発生した場合には、製造時の演算式の記憶作業を再度実施する必要があった。
さらに座標入力装置が搭載されたＣＲＴ表示装置や液晶表示装置が、遊戯台や自動販売機などの装置に取り付けられている場合は、前記遊戯台や自動販売機などの装置から座標入力パネルと表示装置を外さなければならないという別な作業も必要となる不便さがあった。

本発明の目的は、座標入力パネルが、使用される温度変化や経時変化によって面抵抗体２の面抵抗値と抵抗性周囲電極３の抵抗値の比率が変化することが原因で発生するずれ、すなわち、図７に示されているように、座標指示器８で面抵抗体２をタッチして作画した作画線１３と、ＣＲＴ表示装置や液晶表示装置に表示している表示線１６のずれを自動で補正することを目的とする。

ガラス基材上に面抵抗体が設けられ、該面抵抗体を取り囲む様に四角形の抵抗性周囲電極が形成され、前記四角形の抵抗性周囲電極の４頂点に電気的接続手段が接続されている座標入力パネルを備え、該座標入力パネルは、座標を指示する座標指示器が前記座標入力パネルに触れた時に、その位置を座標として検出する演算ソフトを格納した信号処理部に、前記電気的接続手段が接続された座標入力装置であって、前記面抵抗体の面抵抗値と、前記周囲電極の抵抗値の比を測定するための、測定用電極パターンもしくは測定用端子が、前記抵抗性周囲電極の外側の前記面抵抗体上に形成されており、前記測定用電極パターンもしくは測定用端子から前記した電気的接続手段とは別の電気的接続手段により、信号処理部と接続されており、信号処理部に設けられた測定回路と演算手段により前記抵抗値の比を測定することにより、前記抵抗値の比の初期値を信号処理部に記憶させておき、座標入力装置使用中に随時に前記抵抗値の比を測定し、この測定した比と前記比の初期値とを比較することにより、検出された座標のズレを補正する座標入力装置を提案するものである。

作用

温度変化や経時変化によって抵抗値が変化するが、面抵抗体の抵抗値の変化率と抵抗性周囲電極の抵抗値の変化率が同じであれば、座標入力パネルに座標指示器が触れたときに検出された座標データが変化しないために座標入力パネルの座標と表示装置の表示に、ずれは発生しない。ここで前記した面抵抗体の抵抗値と抵抗性周囲電極の抵抗値の比を抵抗倍率と定義する。
ちなみに後述する実施例で使用される面抵抗体及び抵抗性周囲電極の材料の抵抗温度係数を測定した結果−０．０９％／℃、０．２０％／℃であった。従って例えば使用環境の温度が２５℃から４０℃へ変化したとすると、面抵抗体の抵抗値はほとんど変化せず、抵抗性周囲電極の抵抗値が３％上昇することになる。そのため、面抵抗体と抵抗性周囲電極の抵抗値の抵抗倍率が変化する。
環境の温度変化や経時変化によって、座標ズレが発生する原因は、面抵抗体あるいは抵抗性周囲電極の抵抗値が変化して抵抗倍率が変化する為である。

本発明で用いられる信号検出部の座標演算手段では、例えば面抵抗体の抵抗値が一定であり、抵抗性周囲電極の抵抗値が上昇した場合には、大小比のずれが小さくなる方向にずれることが実験によりわかっている。

座標計算式は以下のように求められる。
Ｘ＝２（ｉ_Ｂ＋ｉ_Ｃ−ｉ_Ａ−ｉ_Ｄ）／（ｉ_Ａ＋ｉ_Ｂ＋ｉ_Ｃ＋ｉ_Ｄ）×α
Ｙ＝２（ｉ_Ｃ＋ｉ_Ｄ−ｉ_Ａ−ｉ_Ｂ）／（ｉ_Ａ＋ｉ_Ｂ＋ｉ_Ｃ＋ｉ_Ｄ）×α
ｉ_ＡはＡ点に配分される電流、ｉ_ＢはＢ点に配分される電流、ｉ_ＣはＣ点に配分される電流、ｉ_ＤはＤ点に配分される電流であり、αは、本発明に相当するＸ、Ｙの倍率補正係数である。
面抵抗体１３０Ω／□で抵抗性周囲電極７０Ω、面抵抗体１３０Ω／□で抵抗性周囲電極６５Ω、面抵抗体２００Ω／□で抵抗性周囲電極７０Ω、面抵抗体１３０Ω／□で抵抗性周囲電極３１Ω、面抵抗体２８０Ω／□で抵抗性周囲電極７０Ωの座標入力パネルを作成した。面抵抗膜体の抵抗値と抵抗性周囲電極の抵抗値の比の初期値に対する測定値の比（抵抗値の変化比）、初期の座標からのズレ率を実測した結果が、図９のようになった。これからわかるように抵抗倍率の変化比とずれの比率は近似直線とみなされその式はＹ＝０．２３３×変化比＋０．７６７となった。
したがって倍率補正係数α＝１／（１−０．２３３×変化比）となる。
前記、倍率補正係数α＝１／（１−０．２３３×変化比）を、信号処理部の記憶装置に記憶しておく。
本発明の座標入力装置使用時には、電源起動時及び、または、一定時間ごとに前記抵抗倍率を測定し、記憶されていた初期の抵抗倍率との比（抵抗倍率の変化比）を求め、この値を用いて、信号処理部に記憶されている前記式により座標を補正する作業を信号処理部の演算ソフトで自動に行うことにより、使用環境や経時の影響によって面抵抗体や抵抗性周囲電極の抵抗値が変化しても、座標指示器でタッチした位置の座標のズレを少なくすことが出来る。

座標入力パネルのガラス基材上にある面抵抗体の面抵抗値と、面抵抗体の周囲に配置している抵抗性周囲電極の抵抗値及びその変化の傾向は、使用される材料によっても違い、また座標入力パネル製造時のばらつきによって、前記座標入力パネルの個体毎に違うが、本発明では、面抵抗体と抵抗性周囲電極の抵抗値の抵抗倍率で補正できるので、面抵抗体と抵抗性周囲電極の抵抗値の絶対値を測定してもよいが、抵抗倍率のみを測定すればよい。

また、面抵抗体と抵抗性周囲電極の抵抗値の抵抗倍率で補正できるので、パネルサイズが違っても、補正を同じように行うことができる。
更に、経時変化で面抵抗体や抵抗性周囲電極の抵抗値が、変化してしまった場合にも補正を同じように行うことができる。

効果

本発明で得られた座標入力パネルを用いた結果、使用時の環境の温度が変化による、
面抵抗体膜や抵抗性周囲電極の抵抗値が変化する場合でも、あるいは、長期間使用して、面抵抗膜体の面抵抗値と、抵抗性周囲電極の抵抗値が変化してしまった場合でも、面抵抗膜体の面抵抗値と、抵抗性周囲電極の抵抗値との抵抗培率の変化比により、倍率補正係数
が自動で補正されるため、座標指示器でタッチした位置と、ＣＲＴ表示装置や液晶表示装置の表示の違いを少なくすることが実現できた。

面抵抗体２の面抵抗値と抵抗性周囲電極３の抵抗値を測定する場所は、面抵抗体上でありながらＣＲＴ表示装置や液晶表示装置に乗せたとき表示部に表れない位置であることが最適であり、図２〜６に示されるように、抵抗性周囲電極３の外側の面抵抗体２上に面抵抗体と、抵抗性周囲電極３の抵抗値の比が求められるように、測定用電極７もしくは測定用端子９が設けられる。
四角形の抵抗性周囲電極３の外側に面抵抗体２の面抵抗値測定用の測定用端子９や抵抗性周囲電極３の抵抗値測定用電極７を配置することで、抵抗値測定用電極７からの引き出し線１０を隠すことが出来る。抵抗値測定用電極７を設ける場合には、前記抵抗性周囲電極３と同じ材料を用い、前記抵抗性周囲電極３を形成するときに同時に形成すればよい、また測定用端子９のみを設ける場合には、例えばハンダ付け可能な銅ペースト（(株)アサヒ化学研究所製銅ペーストＡＣＰ−０５１）を用い形成すればよい。

抵抗値測定用電極７を形成する場合は、面抵抗体２の抵抗値と、抵抗性周囲電極３の抵抗値を別々に測定するためのパターンを形成しても良い。（図２）
図２の場合には、６カ所から引き出し線１０が接続され、面抵抗体２の抵抗値は、４探針方と呼ばれる抵抗測定回路により、測定され、抵抗性周囲電極３の抵抗値はテスター等に使用されている抵抗測定回路が測定される。
本発明の目的は、前記各抵抗値の抵抗倍率を求めることであるから、図３のように一つのパターンで面抵抗体の抵抗値と抵抗性周囲電極の抵抗値を同時に測定できるパターンを形成しても良い。

図３の場合には、３カ所から引き出し線１０が接続され、１０−Ａ：１０−Ｃ間で面抵抗体の抵抗値、１０−Ｂ：１０−Ｃ間で抵抗性周囲電極の抵抗値をテスター等に使用されている抵抗測定回路で測定される。
また抵抗性周囲電極３はもともと図１のごとく形成されている物であるから、この部分３−Ｅを利用しても良い（図４）。
図４の場合には３−Ｂ：１０−Ａ間で面抵抗体の抵抗値、１０−Ａ：１０−Ｂ間で抵抗性周囲電極の抵抗値をテスター等に使用されている測定回路で測定されるが、３−Ｂには座標検出用の引き出し線が接続されており、これを併用できるため、新規の引き出し線は２カ所でよい。

更に、図５、図６の様に測定用電極３−Ｅと面抵抗体２の測定部分１１が直列接続になるパターンを設ければ、図５の９、３−Ｃ間に電流を流し、９：３−Ｂ間，３−Ｂ：３−Ｃ間の電圧を測定することにより、直接抵抗値の比が求められることから、この方法であれば、測定用端子を一つだけパネル上に形成すればよい。更に図６のように面抵抗体を一部切断し、測定部分１１の形状が長方形のパターン１２にすればより精度良く測定することも可能である。

図５、図６の場合には９：３−Ｃ間に定電流を流し、９：３−Ｂ間、３−Ｂ：３−Ｃ間の電圧を測定することにより、抵抗測定を行わずに、電圧比で直接抵抗倍率を求めることができる。また引き出し線は１カ所でよいため、部品点数増加等による、コストアップ等のデメリットを小さく押さえることができる方法である。
信号処理部６においては、図示しない抵抗測定回路が従来の信号処理部に付加されればよい。
但し、図４、図５、図６の場合は抵抗性周囲電極３の３−Ｅを座標検出のための電極と、電極抵抗値の変化を求めるための電極として兼用するため、座標検出操作中（座標指示器８がタッチされているとき）には抵抗測定回路は動作しないように信号処理部６のソフトで制御される。

以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
ソーダガラス（厚さ３ｍｍ）を略４３０×３３０ｍｍに切断したガラス基材４を用意した。表面を洗浄後、ＣＶＤ法により酸化スズ膜による面抵抗体２を形成した。
面抵抗体２の面抵抗体値は約１５０Ω／□となるよう形成した。

次に面抵抗体２の上に（株）アサヒ化学研究所製銀ペーストＬＳ−５０４（樹脂バインダー）にカーボンを混合したペーストを用いて、スクリーン印刷により抵抗性周囲電極３を、抵抗性周囲電極３の外側に面抵抗体２の抵抗値を得るための面抵抗膜測定用電極７を、抵抗性周囲電極３の外側に、抵抗性周囲電極３の抵抗値を得るための抵抗性周囲電極測定用電極７を印刷し、１８０℃にて３０分加熱硬化した。その際、抵抗性周囲電極３の４頂点間抵抗値が約７０Ωになるように、抵抗性周囲電極測定用電極７の両端点間の抵抗値が約５０Ωとなるように、パターン幅・長さが設計されたパターンを用いた。
かかるタイプの銀導電性インクでは強度が弱く直接ハンダ付けが困難なので、抵抗性周囲電極３の４頂点３−Ａ、３−Ｂ、３−Ｃ、３−Ｄには引出線５をハンダ付けするため、面抵抗膜測定用電極端子９の４箇所には、引出線１０をハンダ付けするため、抵抗性周囲電極測定用電極７の両端点７−Ａ、７−Ｂに引出線１０をハンダ付け出来るようにするために、ハンダ付けが可能となる銅ペースト（（株）アサヒ化学研究所製ペーストＡＣＰ−０５１）を用いてハンダ付け端子を形成し、図２のような座標入力パネルとした。

完成した座標入力パネルの抵抗性周囲電極３の４頂点３−Ａ、３−Ｂ、３−Ｃ、３−Ｄに形成したハンダ付け端子４カ所に引き出し線５をハンダ付けし、信号処理部６と接続した。
４つの面抵抗膜測定用電極端子９に形成したハンダ付け端子に引き出し線１０を、抵抗性周囲電極測定用電極７の２つの端点７−Ａ、７−Ｂに形成したハンダ付け端子２ヵ所に引き出し線１０を、ハンダ付けし、信号処理部６に設けられた抵抗測定回路と接続して座標入力装置を得た。

２５℃一定の恒温室中で、図２の座標入力装置を液晶表示装置に乗せ、製造時の演算式の記憶作業を行った。
次に、面抵抗体２と抵抗性周囲電極３の抵抗倍率を測定し、信号処理部６の記憶装置に比の初期値として記憶した。

効果を求めるため、室温を４０℃にさせて、座標指示器８で面抵抗体２をタッチした作画線１３と、演算ソフトで処理して液晶表示装置に表示した表示線１４のずれを測定した。その結果、初期の座標からのずれ率は１±０．０２に収まった。（図８）。

図５のようにガラス基材１の角部近傍の面抵抗体２上に、面抵抗体測定用電極端子９を1ヵ所のみ設けた座標入力パネルを、実施例1と同様の製造方法にて作成した。
完成した座標入力パネルの抵抗性周囲電極３の４頂点３−Ａ、３−Ｂ、３−Ｃ、３−Ｄに形成したハンダ付け端子4ヶ所に引き出し線５をハンダ付けし、信号処理部６と接続した。
１つの面抵抗膜測定用電極端子９に形成したハンダ付け端子に引き出し線１０をハンダ付けし、信号処理部６に設けられた抵抗測定回路と接続して座標入力装置を得た。
本実施例では、９、３−Ｃ間に定電流を流し、９：３−Ｂ間、３−Ｂ：３−Ｃ間の電圧を測定することにより、抵抗測定を行わずに、９：３−Ｂ間、３−Ｂ：３−Ｃ間の電圧比で直接、抵抗倍率を求める測定回路および演算ソフトを信号処理部６を作成した。
実施例1と同様に、４０℃の恒温室での作画線１３と表示線１４のずれを測定した結果、初期の座標からのずれ率は１±０．０２に収まった。

比較例１

実施例1の座標入力パネルを従来の信号処理部６を用い、座標の補正処理を行わなかった結果、演算ソフトの追加補正処理をしないで液晶表示に出力した結果、作画線１３と表示線１６の初期の座標からのずれ率は１．０９であった。

従来の静電容量結合方式の座標入力装置模式図 実施例１の座標入力パネル模式図 実施例１の座標入力パネル模式図の別の例 実施例１の座標入力パネル模式図の別の例 実施例２の座標入力パネル模式図 実施例２の座標入力パネル模式図の別の例 座標入力パネル製造直後の補正前の作画と表示の模式図 座標入力パネルの補正後の作画線と表示線の模式図 抵抗値の変化比と初期の座標からのズレ率

符号の説明

１ 座標入力パネル
２ 面抵抗体
３ 抵抗性周囲電極
４ ガラス基材
５ 引き出し線
６ 信号処理部
７ 測定用電極
８ 座標指示器
９ 測定用端子
１０ 引き出し線
１１ 面抵抗測定部
１２ 面抵抗測定部
１３ 作画線
１４ 表示線
１５ 液晶表示領域
１６ 比較例１の表示線

Claims (1)

1. ガラス基材上に面抵抗体が設けられ、該面抵抗体を取り囲む様に四角形の抵抗性周囲電極が形成され、前記四角形の抵抗性周囲電極の４頂点に電気的接続手段が接続されている座標入力パネルを備え、該座標入力パネルは、座標を指示する座標指示器が前記座標入力パネルに触れた時に、その位置を座標として検出する演算ソフトを格納した信号処理部に、前記電気的接続手段が接続された座標入力装置であって、前記面抵抗体の面抵抗値と、前記周囲電極の抵抗値の比を測定するための、測定用電極パターンもしくは測定用端子が、前記抵抗性周囲電極の外側の前記面抵抗体上に形成されており、前記測定用電極パターンもしくは測定用端子から前記した電気的接続手段とは別の電気的接続手段により、信号処理部と接続されており、信号処理部に設けられた測定回路と演算手段により前記抵抗値の比を測定することにより、前記抵抗値の比の初期値を信号処理部に記憶させておき、座標入力装置使用中に随時に前記抵抗値の比を測定し、この測定した比と前記比の初期値とを比較することにより、検出された座標のズレを補正することを特徴とする座標入力装置。