JP2009205562A - 座標入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】座標入力パネルが使用される環境や時間によって変化する温度変化や経時変化によって、面抵抗体の面抵抗値と抵抗性周囲電極の抵抗値の比率が変化することが原因で発生するずれを自動で補正する。
【解決手段】座標入力パネル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頂点の縦横のパターンの少なくとも２箇所が切り離された状態になっており、座標を指示する座標指示器の位置を検出するときは前記抵抗性周囲電極の４頂点をそれぞれ電気的に導通させる手段を備え、座標を算出する座標入力装置であって、前記面抵抗体の面抵抗値を測定するときは縦横パターン間の近くにある片側端子間の抵抗値を測定し、前記周囲電極の抵抗値を測定するときは縦パターンまたは横パターンの両端間の抵抗を測定し、検出された座標データのズレを補正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、指または座標指示器により座標入力パネルへのタッチ位置を検出する座標入力装置における入力パネルの面抵抗体や、抵抗性周囲電極の抵抗変化を測定し、タッチ位置の座標ズレを補正する装置及び方法に関するものである。

図１は従来技術である。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１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約１ｋΩ／□で形成されている。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、各頂点間の抵抗値が約７０Ωになるように形成されている。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１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。
上記座標入力装置は、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、座標入力装置を製造時に、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が、一致するように演算式を信号処理部６内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。
特開２００１−０４３００２号

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２や、抵抗性周囲電極３の抵抗が変化して位置ずれが発生した場合には、製造時に行う演算式の補正作業を再度実施する必要があった。
さらに座標入力パネルが搭載された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から座標入力パネルとＣＲＴ表示装置や液晶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という不便さがあった。

本発明の目的は、座標入力パネルが使用される環境や時間によって変化す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、座標指示器８で面抵抗体２を指示した座標位置と信号処理部６により算出された座標データとのずれを一致するよう自動で補正することを目的とする。

座標入力パネル面上に於けるタッチ位置を検出する装置であって、座標入力パネル面上に於けるタッチ位置を検出する装置であって、前記座標入力パネル上には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頂点の縦横のパターンの角部を複数箇所を切り離し、前記縦横のパターンの切り離し部分の端部と、切り離されていない抵抗性周囲電極の角部にそれぞれ電気的接続手段が接続されており、前記座標入力パネルは、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ときは前記抵抗性周囲電極の４頂点をそれぞれ電気的に導通させる手段を備え、前記検出された信号を、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により接続され座標を算出する座標入力装置であって、縦横パターン間の近傍に片側端子間の抵抗値を電気的接続手段により接続されている抵抗測定回路部で測定し、縦パターンまたは横パターンの両端間の抵抗を電気的接続手段により接続されている抵抗測定回路部で測定し、前記面抵抗体の面抵抗値と、前記抵抗性周囲電極の抵抗値を計測する抵抗測定回路部と演算手段により前記抵抗値の比を測定し、数値化することにより、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、座標データ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。
すなわち環境の温度変化や経時変化によって、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に座標ズレが発生する。

面抵抗体の抵抗値を測定するときは縦横パターン間の近くにある片側端子間の抵抗値を電気的接続手段で接続されている抵抗測定回路部で測定し、前記抵抗性周囲電極の抵抗値を測定するときは縦パターンまたは横パターンの両端間の抵抗を電気的接続手段で接続されている抵抗測定回路部で測定する。
座標として検出するときは、前記抵抗性周囲電極の４頂点をそれぞれ電気的に導通させることができるスイッチ手段を備え、前記検出された信号を、演算ソフトが格納されている信号処理部に前記電気的接続手段が接続され座標を算出する。

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。

座標入力パネルに座標指示器がタッチしたときに検出された座標データを求める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５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ズレ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、電源投入時及び、または一定時間ごとに前記抵抗倍率を測定し、記憶させ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ズレを少なくすることができる。

座標入力パネルのガラス基材上にある面抵抗体の抵抗値と、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比である抵抗倍率のみを算出すればよく、必ずしも抵抗値の絶対値を測定する必要はない。

また、面抵抗体と抵抗性周囲電極の抵抗値の比である抵抗倍率で補正できるので、パネルサイズが違っても、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し、面抵抗体と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、面抵抗体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、面抵抗体と抵抗性周囲電極の抵抗値の比である抵抗倍率の変化比により、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、検出された座標データとのずれを少なくすることができた。

さらに面抵抗体と抵抗性周囲電極の抵抗値を測定するために、別にガラス基材上にある抵抗周囲電極の外側に測定パターンを設置することなく、座標入力のためのパターンのみで実現できる。これは測定のためのパターンの破損や材質異常などの不具合による間違った抵抗測定を避けることができ信頼性を確保することができる、また従来と同じ有効な入力エリアを確保することができる効果もある。

図２を基に、本発明である座標入力パネルの説明図をする。面抵抗体２の抵抗値を測定するときは、電気的導通手段であるスイッチ回路１０−１及び１０−２をオフにした状態で抵抗性周囲電極３−２の端点Ａ−１と抵抗性周囲電極３−１の端点Ａ−２間の抵抗を抵抗測定回路部１１−１で測定する。抵抗性周囲電極３−２の抵抗を測定するときは電気的導通手段であるスイッチ回路１０−１及び１０−２をオフにした状態で端点Ａ−１と端点Ｂ−１間の抵抗を抵抗測定回路部１１−２で測定し、前記面抵抗体２と抵抗性周囲電極３−２の抵抗値の比を信号処理部６に記憶する。

座標として検出するときは、前記抵抗性周囲電極３−１、３−２の４頂点をそれぞれ電気的に導通させることができるスイッチ回路１０−１及び１０−２をオンした状態で、座標指示器８が座標入力パネルに触れたときに検出された信号を、演算ソフトを格納した信号処理部６へ引き出し線５を介して送信され、座標を算出する。
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、受信された信号を座標データに変換するための演算ソフト、さらには抵抗測定をするためのスイッチ回路１０−１、１０−２をオン・オフするための制御回路、前記面抵抗体２と抵抗性周囲電極３−２の抵抗値の比を求める演算ソフト、Ｘ、Ｙの倍率補正係数を求めるための演算ソフト及び前述した演算ソフトの結果を記憶する記憶装置が含まれる。

抵抗性周囲電極３−２は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し、面抵抗体２の抵抗値測定は、抵抗性周囲電極３−１の端点Ａ−２、抵抗性周囲電極３−２の端点Ａ−１間、あるいは抵抗性周囲電極３−１の端点Ｂ−２、抵抗性周囲電極３−２の端点Ｂ−１間の面抵抗体の抵抗値を測定するため、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１１−１、１１−２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、本発明の詳細を添付した図２を参照して詳細に説明する。
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り面抵抗体値を約１５０Ω／□となるよう透明面抵抗体膜２を形成した。
次に面抵抗体膜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周囲電極３−１と３−２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３−１の両端のＡ−２、Ｂ−２間の抵抗値を約１５０Ω、抵抗性周囲電極３−２の両端のＡ−１、Ｂ−１間の抵抗値を約５０Ωになるように、パターン幅、長さが設計されたパターンを用いた。また抵抗性周囲電極３−１と抵抗性周囲電極３−２の切り離された部分の距離を約２ｍｍとした。

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３−１、３−２の４頂点Ａ−１、Ａ−２、Ｂ−１、Ｂ−２、Ｃ、Ｄには引出線５をハンダ付けするため、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、座標入力パネルとした。
前記ハンダ付け端子の形状を、抵抗性周囲電極３−１と抵抗性周囲電極３−２の切り離された部分に沿って形成することで、ハンダ付け部の抵抗が１Ω以下になり抵抗性周辺電極３−１、３−２の抵抗変化の影響をなくすことができ、面抵抗体２の抵抗値をより正確に測定することができる。

完成した座標入力パネルの抵抗性周囲電極３−１、３−２の４頂点の端子Ａ−１、Ａ−２、Ｂ−１、Ｂ−２、Ｃ、Ｄに形成したハンダ付け端子６カ所に引き出し線５をハンダ付けし、Ａ−１、Ａ−２間の面抵抗体２の抵抗値を測定するために抵抗測定回路１１−１に接続される。また抵抗測定時にＡ−１、Ａ−２間を切り離し、座標検出時にＡ−１、Ａ−２間を電気的に接続するためのスイッチ回路１０−１に接続されている。さらに抵抗測定時にＢ−１、Ｂ−２間を切り離し、座標検出時にＢ−１、Ｂ−２間を電気的に接続するためのスイッチ回路１０−２に接続されている。さらに引き出し線５は信号処理部６に接続される。

図４は制御動作シーケンスである。Ｓ１は電源投入後、抵抗測定するための準備としてスイッチ回路１０−１、１０−２をオフする。Ｓ２は面抵抗体２の抵抗値を測定するために端点Ａ−１、Ａ−２間の抵抗を抵抗測定回路１１−１で測定する。Ｓ３は抵抗性周囲電極３−２の抵抗値を測定するため端点Ａ−１，Ｂ−１間の抵抗を抵抗測定回路１１−２で測定する。Ｓ４は前記Ｓ２、Ｓ３で測定された面抵抗体２の抵抗値と抵抗性周囲電極３−２の抵抗値で抵抗倍率の変化比を算出する。Ｓ５は前記Ｓ４で求めた変化比と予め記憶されている初期の変化比より倍率補正係数αを算出し信号処理部に記憶する。Ｓ６は座標算出するための準備としてスイッチ回路１０−１、１０−２をオンする。Ｓ７は座標指示器８で指示された位置の検出信号より座標データを算出する。Ｓ８は倍率補正係数αにより抵抗変化に対応した座標データを補正する。Ｓ９は補正された座標データを位置座標情報として外部装置へ出力する。Ｓ１０は必要に応じ面抵抗体と抵抗性周囲電極の抵抗値測定を実施する場合はＳ１の処理へもどり、抵抗測定を実施しない場合はＳ７の座標算出処理にもどる。

効果を求めるため、２５℃一定の恒温室中で、図２の座標入力装置を製造時の演算式の記憶作業行った。次に面抵抗体２と抵抗性周囲電極３の抵抗値の比である抵抗倍率を測定し、信号処理部６の記憶装置に記憶した。
次に室温を４０℃にさせて、座標指示器８で面抵抗体２をタッチして座標位置と検出された座標データとのずれを確認した結果、初期の座標からのずれ率１±０．０２に収まった。

図３は座標入力パネルの別の実施例である。抵抗性周囲電極３−１と抵抗性周囲電極３−２の切り離された部分の形状が実施例１と異なっている。抵抗性周囲電極３−１と抵抗性周囲電極３−２の切り離された部分の距離を約２ｍｍとした。面抵抗体２と抵抗性周囲電極３−２の抵抗値の比である抵抗倍率で補正できるので、必ずしも抵抗値の絶対値を測定する必要はない。

本実施例では抵抗性周囲電極３−１、３−２のように２箇所の切り離された部分を設定したが、４頂点すべて切り離してもよく、構成が複雑になるが、さらに高精度の抵抗値測定が可能になり、結果、さらに高精度な座標データの補正が実現できる。

比較例１

実施例の座標入力パネルを従来の信号処理部６を用い、座標指示器８で面抵抗体２をタッチして座標位置と検出された座標データの補正処理を行わなかった場合とのずれを測定した結果、初期の座標ズレ率は１．０９となり、座標補正処理による十分な効果が確認できた。

従来の静電容量結合方式の座標入力装置の説明図 本発明の座標入力装置の説明図 本発明の座標入力パネルの別の説明図 制御動作シーケンスのフローチャート 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
３−１ 抵抗性周囲電極
３−２ 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
８ 座標指示器
１０−１ スイッチ回路
１０−２ スイッチ回路
１１−１ 抵抗測定回路部
１１−２ 抵抗測定回路部

Claims (1)

1. 座標入力パネル面上に於けるタッチ位置を検出する装置であって、前記座標入力パネル上には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頂点の縦横のパターンの角部を複数箇所を切り離し、前記縦横のパターンの切り離し部分の端部と、切り離されていない抵抗性周囲電極の角部にそれぞれ電気的接続手段が接続されており、前記座標入力パネルは、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ときは前記抵抗性周囲電極の４頂点をそれぞれ電気的に導通させる手段を備え、前記検出された信号を、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により接続され座標を算出する座標入力装置であって、縦横パターン間の近傍に片側端子間の抵抗値を電気的接続手段により接続されている抵抗測定回路部で測定し、縦パターンまたは横パターンの両端間の抵抗を電気的接続手段により接続されている抵抗測定回路部で測定し、前記面抵抗体の面抵抗値と、前記抵抗性周囲電極の抵抗値を計測する抵抗測定回路部と演算手段により前記抵抗値の比を測定し、数値化することにより、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、座標データのズレを補正することを特徴とする座標入力装置。