JP2595403B2 - タッチパネルおよびタッチパネル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータシステム
等における入力装置として用いられ、指やペン状の部材
が接触した位置を検出するためのタッチパネルおよびタ
ッチパネル装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、面状の抵抗部材に所定の電位
勾配を持たせ、スタイラスペン等が接触した位置の電位
によって、その接触位置を検出するタッチパネル装置が
知られている。この種のタッチパネル装置は、より具体
的には、例えば図６に示すように、四角形状の面状抵抗
部材１における対辺にそれぞれ電極２・３を設け、この
電極２・３に所定の電圧を印加した状態でスタイラスペ
ン４により面状抵抗部材１を押圧すると、電極２とスタ
イラスペン４との間に押圧位置に応じた電位差が生じる
という原理を用いている。

【０００３】この種のタッチパネル装置では、電極２・
３に電圧を印加する電源や、スタイラスペン４の電位を
検出する電位検出回路の精度、また、面状抵抗部材１の
面抵抗のばらつき等に起因して、押圧位置を正確に検出
できないことがある。そこで、従来のタッチパネル装置
では、電極２・３に電圧を印加する電源や、電位検出回
路のＡ／Ｄ変換器に基準電圧を与える電源に安定化電源
を用い、かつ、これらの電源の出力電圧を精密にキャリ
ブレーションすることにより、押圧位置の検出精度を高
くするようになっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のタッチパネル装置では、製造時に各装置ごとに精密
なキャリブレーションを行う必要があるうえ、経時変化
が生じた場合などにはその都度キャリブレーションを行
う必要があり、手間がかかるという問題点を有してい
た。

【０００５】なお、電気回路等を直接調整するのに代え
て、ソフトウェアによって制御されるＤ／Ａ変換器を用
い、面状抵抗部材１における所定の領域を押圧すること
により、対話的にキャリブレーションを行い得るように
したタッチパネル装置も知られているが、この場合でも
キャリブレーションに要する手間を解消できるものでは
ない。

【０００６】本発明は上記の点に鑑み、キャリブレーシ
ョンの手間を要することなく、常に正確な押圧位置の検
出を行うことができるタッチパネル装置の提供を目的と
している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１のタッチパネル装置は、電圧が印加され、
所定の方向に電位勾配が形成される面状抵抗部材と、押
圧操作により、前記面状抵抗部材の押圧相当位置に電気
的に接触する接触電極と、前記面状抵抗部材の縁部より
も内側に位置する領域である押圧位置検出領域におい
て、電位勾配方向の両端部に電気的に接続された少なく
とも２つの固定電極と、前記固定電極の間の電位差と、
何れか一方の固定電極及び接触電極の間の電位差との比
に基づいて、押圧位置を検出する押圧位置検出手段とを
備えたことを特徴とする。

【０００８】請求項２のタッチパネル装置は、さらに、
前記固定電極の間の電位差に基づいて、前記面状抵抗部
材に印加する電圧を制御する電圧制御手段とを備えたこ
とを特徴とする。

【０００９】

【作用】請求項１のタッチパネル装置においては、固定
電極の電位と接触電極の電位との相対関係は、抵抗部材
に印加される電圧の変動等に係らず、押圧位置のみに応
じたものになる。また、固定電極の電位によって、抵抗
部材の印加される電圧の変動等を常にモニタすることも
できる。押圧位置検出手段は、２つの固定電極の間の電
位と、何れか一方の固定電極および接触電極の間の電圧
との比に基づいて、押圧位置を算出する。

【００１０】請求項２のタッチパネル装置においては、
電圧制御手段は、２つの固定電極の間の電圧に基づい
て、前記抵抗部材の印加す１電圧を制御する。

【００１１】

【実施例】

（第１実施例）以下、本発明の第１実施例を図１に基づ
いて説明する。図１はタッチパネル１１、および制御回
路３１から成るタッチパネル装置の構成を示す構成図で
ある。

【００１２】同図に示すように、タッチパネル１１は、
面状抵抗部材１２と、面状抵抗部材１２の４辺に設けら
れた電圧印加電極１３〜１６と、面状抵抗部材１２にお
ける押圧位置検出領域１２ａ（同図に２点鎖線で示す領
域）の対角部に設けられた参照電位検出電極１７・１８
とから構成されている。ここで、上記押圧位置検出領域
１２ａはタッチパネル１１の図示しないケーシングによ
って規定される領域でもよいし、また、仮想的な領域で
もよい。

【００１３】上記面状抵抗部材１２は、全面にわたって
単位長さおよび単位幅あたりの抵抗値（以下面抵抗と称
する）が均一な材料から成り、例えばMichiganのDonnel
ly of Holland 社製のものなどが用いられる。より具体
的には、例えばプラスチックまたはガラス等から成る基
板に、インジウム−すず酸化物、すず酸化物、すず−ア
ンチモニー酸化物、インジウム酸化物等の半導体金属酸
化物から成る厚膜抵抗コーティングや、スパッタまたは
蒸着フィルム等の薄膜抵抗が形成されて成っている。

【００１４】これらの材料は、面抵抗が例えば２００〜
５００Ωになるように選択される。また、面状抵抗部材
１２をＣＲＴの前面に装着して用いる場合などには、透
明なものを選択する必要があるが、ディジタイザなどに
用いる場合には、不透明なものを選択してもよい。電圧
印加電極１３〜１６は、それぞれ端部に電圧印加用の配
線２１〜２４が接続され、長手方向に所定の抵抗値を有
することにより、例えば電圧印加電極１３・１４間に電
圧が印加された場合に電圧印加電極１５・１６を介して
リークする電流を小さく抑えるようになっている。

【００１５】制御回路３１は、電圧印加用電源３２と、
スイッチ３３ａ〜３３ｄと、Ａ／Ｄコンバータ３４とが
設けられて構成されている。上記スイッチ３３ａ〜３３
ｄは、同図に示すように結線されることにより、スイッ
チ３３ａ・３３ｂがＯＮになったときに、面状抵抗部材
１２にＸ軸方向の電位勾配が形成される一方、スイッチ
３３ｃ・３３ｄがＯＮになったときに、Ｙ軸方向の電位
勾配が形成されるようになっている。ここで、上記のよ
うに各電圧印加電極１３〜１６が直線状に形成されてい
る場合には、面状抵抗部材１２の周辺部で等電位線が厳
密には直線にならないが、これを防止するために、面状
抵抗部材１２の周辺部に緩衝領域を設けたり、各電圧印
加電極１３〜１６を放物線状に形成したりしてもよい。

【００１６】Ａ／Ｄコンバータ３４は、マイナス側参照
電位の入力端子３４ｂ（Ｖｒｅｆ−）、およびプラス側
参照電位の入力端子３４ａ（Ｖｒｅｆ＋）に、それぞれ
参照電位検出電極１７・１８が接続されるとともに、押
圧位置検出電位の入力端子３４ｃ（Ｖｉｎ）にスタイラ
スペン３５が接続されるようになっている。このＡ／Ｄ
コンバータ３４としては、最高電位と最低電位との２つ
の参照電位に基づいてＡ／Ｄ変換を行うものであれば、
逐次比較型や並列比較型など、種々のものが適用可能で
ある。

【００１７】なお、上記スタイラスペン３５に代えて、
可撓性を有し、面状抵抗部材１２と所定の間隔を空けて
設けられた面状電極や抵抗膜等を用いてもよい。また、
参照電位検出電極１７・１８およびスタイラスペン３５
とＡ／Ｄコンバータ３４とを接続する配線は、電流がほ
とんど流れないので、配線２１〜２４に比べて線径の小
さいものを用いることができる。

【００１８】上記の構成において、Ａ／Ｄコンバータ３
４は、参照電位検出電極１７・１８の電位を参照電位と
して、スタイラスペン３５の電位をＡ／Ｄ変換するの
で、押圧位置検出領域１２ａの外縁が押圧された場合に
は、正確に最小値または最大値のディジタル信号がＡ／
Ｄコンバータ３４から出力される。また、電圧印加用電
源３２の出力電圧が変化したとしても、スタイラスペン
３５からＡ／Ｄコンバータ３４の入力端子３４ｃに入力
される電位の変化とともに入力端子３４ａ・３４ｂに入
力される電位も変化し、両者の比例関係は常に一定にな
るので、正確な押圧位置が検出される。すなわち、電圧
印加用電源３２の出力電圧を精密に調整する必要はない
うえ、高度に平滑化する必要もない。さらに、入力端子
３４ａ〜３４ｃに同相ノイズが重畳する場合でも、同様
に、正確に押圧位置の検出が行われる。

【００１９】したがって、高精度で高価な部品を使用し
たりキャリブレーションの手間を要したりすることな
く、電圧印加用電源３２の出力電圧の精度やノイズ等に
起因する誤差が自動的に補償され、正確な検出結果を得
ることができる。なお、上記の例では、押圧位置の検出
だけを行うように構成した例を示したが、押圧操作の有
無も検出するようにしてもよい。これは、例えば、定期
的に参照電位検出電極１８よりも充分に高い電圧をＡ／
Ｄコンバータ３４の入力端子３４ａに与えるとともに、
上記電圧を所定の抵抗を介して入力端子３４ｃに与える
ことにより実現できる。これにより、押圧の有無の検出
時には、スタイラスペン３５が面状抵抗部材１２に接触
していなければ上記高電圧が検出される一方、接触して
いれば高くとも参照電位検出電極１８以下の電位が検出
されるので、押圧の有無を検出することができる。押圧
状態であることが検出された際には、上記電圧を切り離
して、押圧位置の検出を行えばよい。 （実施例２）以下、本発明の第２実施例を図２に基づい
て説明する。

【００２０】本第２実施例のタッチパネル装置は、上記
第１実施例と同一のタッチパネル１１に制御回路４１が
接続されて構成されている。なお、本第２実施例におい
て、前記第１実施例と同様の機能を有する構成部分につ
いては同一の番号を付して説明を省略する。制御回路４
１には、プラス側参照電位の入力端子４２ａ〜４４ａ
（Ｖｒｅｆ＋）に例えば電圧印加用電源３２の電位より
も高い同一の参照電位が与えられる３つのＡ／Ｄコンバ
ータ４２〜４４が設けられている。各Ａ／Ｄコンバータ
４２〜４４の検出電位の入力端子４２ｂ〜４４ｂ（Ｖｉ
ｎ）には、それぞれ参照電位検出電極１８、スタイラス
ペン３５、または参照電位検出電極１７が接続されてい
る。上記Ａ／Ｄコンバータ４２〜４４としては、積分型
Ａ／Ｄコンバータなど、絶対電位を検出するものを用い
てもよいし、相対的な電位を検出するものを用いてもよ
い。また、平衡入力のＡ／Ｄコンバータを用いる場合に
は、２つのＡ／Ｄコンバータで、直接、参照電位検出電
極１７・１８間の電位差、および参照電位検出電極１
７、スタイラスペン３５間の電位差を検出するようにし
てもよい。

【００２１】上記Ａ／Ｄコンバータ４２〜４４から出力
されるディジタル値は、それぞれ、演算装置４５に入力
されるようになっている。上記の構成において、Ａ／Ｄ
コンバータ４２〜４４は、それぞれ、同一の参照電位に
基づいて参照電位検出電極１８、スタイラスペン３５、
または参照電位検出電極１７の電位をＡ／Ｄ変換する。
それゆえ、Ａ／Ｄコンバータ４２・４４から出力される
ディジタル値の差と、Ａ／Ｄコンバータ４３・４４から
出力されるディジタル値の差との比を演算装置４５によ
って求めることにより、第１実施例と同様の原理で、正
確な押圧位置が検出される。

【００２２】なお、上記のように３つのＡ／Ｄコンバー
タ４２〜４４を設けずに、１つのＡ／Ｄコンバータを切
り換えて用いるようにしてもよい。この場合、周期の短
い同相ノイズの除去には有効ではないが、温度や湿度な
どの環境変化等に起因する電源電圧の変動や面状抵抗部
材１２の抵抗特性の変化など、比較的長周期の要因に対
しては充分補償することが可能である。

【００２３】また、参照電位検出電極１７・１８の電位
の検出は、常時行うものに限らず、例えば起動時など定
期的に行うようにしてもよい。さらに、上記Ａ／Ｄコン
バータ４２・４４から出力されるディジタル値を演算装
置４５に入力し、これに応じて出力される値をＤ／Ａコ
ンバータで電圧に変換して、第１実施例のＡ／Ｄコンバ
ータ３４における参照電圧として与えるようにしてもよ
い。この場合には、演算装置４５によって上記ディジタ
ル値に所定の変換を施すことにより、例えばＡ／Ｄコン
バータ３４の参照電圧を所定倍したり所定のオフセット
を持たせたりすることも容易にできる。 （実施例３）以下、本発明の第３実施例を図３に基づい
て説明する。

【００２４】本第３実施例のタッチパネル装置は、第１
実施例と同一のタッチパネル１１に制御回路５１が接続
されて構成されている。なお、本第３実施例において
も、前記第１実施例と同様の機能を有する構成部分につ
いては同一の番号を付して説明を省略する。制御回路５
１には、第２実施例の制御回路４１における電圧印加用
電源３２に代えて、演算装置４５から出力されるディジ
タル値に応じた電圧を発生するＤ／Ａコンバータ５２が
設けられている。

【００２５】また、演算装置４５は、Ａ／Ｄコンバータ
４２・４４から出力されるディジタル値の差が一定にな
るように、Ｄ／Ａコンバータ５２に出力するディジタル
値を増減させるようになっている。このように構成され
ていることにより、Ａ／Ｄコンバータ４２・４４、演算
装置４５、およびＤ／Ａコンバータ５２によってフィー
ドバックループが形成され、参照電位検出電極１７・１
８間の電圧は常に一定に保たれるので、Ａ／Ｄコンバー
タ４３からは、正確な押圧位置に応じた値が出力され
る。

【００２６】なお、さらに別のＤ／Ａコンバータを設
け、Ａ／Ｄコンバータ４４から出力される値に応じて、
参照電位検出電極１７の電位のオフセット（接地電位に
対する電位差）をも制御するようにしてもよい。 （実施例４）以下、本発明の第４実施例を図４に基づい
て説明する。

【００２７】本第４実施例のタッチパネル装置は、第１
実施例と同一のタッチパネル１１に制御回路６１が接続
されて構成されている。なお、本第４実施例において
も、前記第１実施例と同様の機能を有する構成部分につ
いては同一の番号を付して説明を省略する。制御回路６
１には、第２実施例の制御回路４１に加え、演算装置４
５から出力される値に応じてゲインおよびオフセットが
可変な増幅器６２が設けられている。

【００２８】また演算装置４５は、上記増幅器６２が、
Ａ／Ｄコンバータ４４から出力される値に応じたオフセ
ット、およびＡ／Ｄコンバータ４２・４４から出力され
る値の差に反比例する値に応じたゲインになるように制
御するようになっている。上記の構成により、参照電位
検出電極１７の電位、および参照電位検出電極１７・１
８間の電位差における変動の影響が増幅器６２によって
打ち消されるので、Ａ／Ｄコンバータ４３には常に押圧
位置に応じた電位が入力され、正確な押圧位置の検出が
行われる。 （実施例５）以下、本発明の第５実施例を図５に基づい
て説明する。なお、本第５実施例においても、前記第１
実施例と同様の機能を有する構成部分については同一の
番号を付して説明を省略する。

【００２９】本第５実施例のタッチパネル装置における
タッチパネル７０は、可撓性あるいは弾力性を有する２
枚の面状の抵抗膜７１・８１が所定の間隔を空けるよう
に設けられ、押圧されたときにその押圧位置で互いに接
触するように構成されている。抵抗膜７１・８１には、
それぞれ両縁に電極７２・７３・８２・８３が設けられ
ている。また、抵抗膜７１・８１における押圧位置検出
領域７１ａ・８１ａの対角部には、それぞれ参照電位検
出電極７４・７５・８４・８５が設けられている。

【００３０】制御回路９１は、電圧印加用電源３２と、
Ａ／Ｄコンバータ３４と、スイッチ９２〜９６とが設け
られて構成されている。電圧印加用電源３２は、スイッ
チ９２・９３を介して、抵抗膜７１・８１の電極７２・
７３または電極８２・８３に選択的に接続され、抵抗膜
７１・８１にＸ軸方向およびＹ軸方向の電位勾配が交互
に形成されるようになっている。

【００３１】Ａ／Ｄコンバータ３４の入力端子３４ａ・
３４ｂは、それぞれ、スイッチ９４・９５を介して、参
照電位検出電極７５・７４または参照電位検出電極８５
・８４に選択的に接続されるようになっている。また、
入力端子３４ｃは、スイッチ９６を介して、選択的に電
極８２または電極７２に接続されるようになっている。

【００３２】上記の構成において、スイッチ９２〜９６
が図示のように切り換わっている場合には、抵抗膜７１
にＸ軸方向の電位勾配が形成されるとともに、抵抗膜８
１は押圧位置検出電極として作用し、押圧操作によって
抵抗膜７１に接触すると、その位置の抵抗膜７１の電位
がスイッチ９６を介してＡ／Ｄコンバータ３４の入力端
子３４ｃに入力される。

【００３３】その際、Ａ／Ｄコンバータ３４の入力端子
３４ａ・３４ｂには、スイッチ９４・９５を介して参照
電位検出電極７５・７４の電位が与えられるので、第１
実施例と同様に、電圧印加用電源３２の出力電圧の変動
や同相ノイズの影響などを受けることなく、正確な押圧
位置の検出が行われる。一方、スイッチ９２〜９６が図
示と逆側に切り換わると、抵抗膜７１・８１が互いに逆
の作用をなし、同様にＹ軸方向の押圧位置が検出され
る。

【００３４】なお、上記各実施例においては２次元方向
の押圧位置を検出するタッチパネル装置の例を示した
が、これに限らず、１次元方向の押圧位置を検出するタ
ッチパネル装置に適用してもよい。また、参照電位検出
電極は上記のように２つ設けるものに限らず、例えばゲ
インだけを補正する場合などには１つでもよいし、第２
〜第４実施例のような構成においては、３つ以上設け、
多点サンプリングして加重平均などの処理を行って検出
精度の一層の向上を図ったり、押圧位置と検出電位との
直線性を補償し得るようにしたりしてもよい。

【００３５】以上説明したように、本発明によれば、面
状抵抗部材の縁部より内側に位置する領域である押圧位
置検出領域において、電位勾配方向の両端部に電圧印加
電極とは別に設けられているので、固定電極の電位と接
触電極の電位との相対関係が、面状抵抗部材に印加され
る電圧の変動等に係らず、押圧位置のみに応じたものに
なり、上記相対関係に基づいて押圧位置を検出すること
によって、キャリブレーションの手間を要することな
く、常に正確な押圧位置の検出を行なうことができると
いう効果を奏する。

【００３６】また、固定電極の電位によって、面状抵抗
部材に印加される電圧の変動等を常にモニタし、これに
基づいて上記面状抵抗部材に印加される電圧を制御する
ことができるので、やはり、キャリブレーションの手間
を要することなく、常に正確な押圧位置の検出を行なう
ことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例におけるタッチパネル装置の構成を
示す構成図である。

【図２】第２実施例におけるタッチパネル装置の要部の
構成を示す構成図である。

【図３】第３実施例におけるタッチパネル装置の要部の
構成を示す構成図である。

【図４】第４実施例におけるタッチパネル装置の要部の
構成を示す構成図である。

【図５】第５実施例におけるタッチパネル装置の構成を
示す構成図である。

【図６】従来のタッチパネル装置の構成を示す構成図で
ある。

【符号の説明】

１１ タッチパネル １２ 面状抵抗部材 １２ａ 押圧位置検出領域 １３〜１６ 電圧印加電極 １７・１８ 参照電位検出電極 ２１〜２４ 配線 ３１ 制御回路 ３２ 電圧印加用電源 33ａ〜33ｄ スイッチ ３４ Ａ／Ｄコンバータ 34ａ〜34ｃ 入力端子 ３５ スタイラスペン ４１ 制御回路 ４２〜４４ Ａ／Ｄコンバータ 42ａ〜44ａ 入力端子 42ｂ〜44ｂ 入力端子 ４５ 演算装置 ５１ 制御回路 ５２ Ｄ／Ａコンバータ ６１ 制御回路 ６２ 増幅器 ７０ タッチパネル ７１・８１ 抵抗膜 71ａ・81ａ 押圧位置検出領域 72・73・82・83 電極 74・75・84・85 参照電位検出電極 ９１ 制御回路 ９２〜９６ スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲーリー・バレット アメリカ合衆国、テキサス州、オーステ ィン、ビーケーブスロード 5524番地 ザ・グラフィックス・テクノロジー・カ ンパニー内 (56)参考文献 特開 平３−134724（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−189525（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−266519（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧が印加され、所定の方向に電位勾配
   が形成される面状抵抗部材と、 押圧操作により、前記面状抵抗部材の押圧相当位置に電
   気的に接触する接触電極と、前記面状抵抗部材の縁部よりも内側に位置する領域であ
   る押圧位置検出領域において、電位勾配方向の両端部に
   電気的に接続された少なくとも２つの固定電極と、 前記固定電極の間の電位差と、何れか一方の固定電極及
   び接触電極の間の電位差との比に基づいて、押圧位置を
   検出する押圧位置検出手段と を備えたことを特徴とする
   タッチパネル装置。
2. 【請求項２】 前記タッチパネル装置は、さらに、 前記固定電極の間の電位差に基づいて、前記面状抵抗部
   材に印加する電圧を制御する電圧制御手段と 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。