JP2606068Y2 - タッチパネル装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、ＣＧ（computer graph
ics）システムやＣＡＤ（computer aided design）シス
テム等における入力装置としてまたＦＡ機器のコントロ
ーラとして用いられ、指やペン状の部材によって押圧さ
れた位置を検出する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、指やペン状の部材によって押
圧された位置を検出し、アナログインタフェイスを介し
て、コンピュータ等に２次元の座標信号として入力する
タッチパネル装置が用いられている。特に、透明な板状
の検出部材を用いたタッチパネル装置は、上記検出部を
ディスプレイの表示面上に設けることにより、表示画像
と対応させた入力等が容易に行えるようになるので、イ
ンタラクティブな情報処理システム等に多く用いられつ
つある。

【０００３】この種のタッチパネル装置としては、大別
して定電流方式と定電圧方式とがある。定電流方式は、
タッチパネル装置を構成する面状の抵抗体に一定の電流
を流し、抵抗体の端と押圧位置との電位差により押圧位
置を検出するようになっている。それゆえ、抵抗体の抵
抗値が温度変化や経時変化などに伴って変化すると、押
圧位置が同じであっても検出される電位差が変化し、押
圧位置の検出精度が低くなりがちである。また、このよ
うな検出精度の低下を防止するためには、定期的に抵抗
体の抵抗値を検出し、これに応じて電流量または電位差
検出回路の増幅率を制御するフィードバック機構などが
必要になり、装置の複雑化や製造コストの増大を招く。

【０００４】一方、定電圧方式は、抵抗体の両端に一定
の電圧を印加して一定の電位傾度を持たせ、抵抗体の端
と押圧位置との電位差により押圧位置を検出するように
なっている。この場合には、検出される電位差は、抵抗
体両端間の抵抗値と一端から押圧位置までの抵抗値の比
によって定まり、抵抗値が均一でさえあれば抵抗値自体
は変化してもその影響を受けないので検出精度を高める
ことが容易であるという利点を有している。

【０００５】上記定電圧方式のタッチパネル装置の具体
的な例としては、例えば特開昭６４−４６１２３、およ
び特開昭６４−４６１２４号公報に開示され、第７図に
も示すようなものが知られている。このタッチパネル装
置は、それぞれ対向する縁部に導電部材１ａ・１ｂまた
は導電部材２ａ・２ｂを備えた面状抵抗部材１・２が図
８（ａ）に示すように離間させて設けられ、押圧された
ときに、同図（ｂ）に示すように、その押圧部で面状抵
抗部材１・２が接触して導通状態になるようになってい
る。

【０００６】そこで、例えば電源端子１３・１４に＋５
Ｖの電圧を印加した状態で、制御端子１５・１６にハイ
レベルの電圧を印加してトランジスタ３・４・５をオン
にする一方、制御端子１７・１８にローレベルの電圧を
印加してトランジスタ６・７・８をオフにすることによ
り、検出端子２０は０〜５Ｖの間の押圧位置に応じた電
位になるので、Ｘ軸方向の押圧位置を検出することがで
きる。また、Ｙ軸方向の押圧位置の検出は、同様に、制
御端子１７・１８にハイレベル、制御端子１５・１６に
ローレベルの電圧を印加して検出端子１９の電位を検出
することにより行われる。すなわち、各トランジスタ３
…のオン・オフ状態を切り換えることにより、押圧位置
の２次元の座標が得られるようになっている。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
なタッチパネル装置では、例えば導電部材１ａ・１ｂ間
に電圧を印加した状態で面状抵抗部材１が押圧されて面
状抵抗部材１・２が接触したときに、面状抵抗部材に形
成されている電位傾度を乱さないようにするため、面状
抵抗部材２から検出端子２０を経て接続される電圧検出
回路の入力インピーダンスが高く設定されている。ま
た、面状抵抗部材１についても同様である。

【０００８】したがって、上記のように面状抵抗部材１
が押圧されていないときには検出端子１９・２０がハイ
インピーダンス状態となっているためノイズの影響を受
けやすく、不定な電圧が検出されて押圧位置の誤検出が
生じがちであるという問題点を有していた。なお、検出
端子１９・２０を所定の抵抗を介してプルアップ、また
はプルダウンすれば、ある程度、上記のようなノイズの
影響を低減することもできるが、電位傾度の乱れによる
検出精度の低下を小さく抑えつつ、ノイズの影響を確実
に防止することは困難である。

【０００９】特に、近年ではタッチパネル装置をＥＬ
（electro luminescence）ディスプレイパネルやプラズ
マディスプレイパネルなどに重ね合わせて用いる需要も
多いが、この種のディスプレイはノイズの発生源となり
やすいため、上記問題点は一層顕著なものとなる。本考
案は上記の点に鑑み、ノイズの影響によって誤動作する
ことなく、正確に押圧位置を検出することができるタッ
チパネル装置の提供を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本考案は、互いに平行な第１および第２の電極を有
する面状の第１の抵抗部材と、前記第１および第２の電
極と異なる方向で互いに平行な第３および第４の電極を
有し、押圧されたときに押圧部で前記第１の抵抗部材と
導通状態になるように前記第１の抵抗部材に積層された
面状の第２の抵抗部材と、第１の期間において前記第１
の電極と第２の電極との間、第１の期間と重ならない第
２の期間において第３の電極と第４の電極との間に所定
の電圧を印加する電圧印加手段と、第１の期間において
第４の電極の電位を、第２の期間において第２の電極の
電位を、第１信号ラインと第１の抵抗と第２信号ライン
とを順に介して検出する検出手段と、抵抗部材が押圧さ
れていない場合には、前記第２信号ラインの電位を、所
定の第２の電位に固定し、抵抗部材が押圧されている場
合には当該電位の固定を解除する電位固定手段とが設け
られていることを特徴とする。

【００１１】

【作用】上記の構成により、電位設定手段は、第３また
は第４の電極、および第１または第２の電極を、所定の
抵抗を介して所定の第１の電位の電源に接続し、電位固
定手段は、第３または第４の電極、および第１または第
２の電極の電位を、所定の第２の電位に固定する。

【００１２】

【実施例】以下、本考案の一実施例を図１ないし図６に
基づいて説明する。図１はタッチパネル装置の構成を示
すブロック図である。同図に示すように、面状抵抗部材
３１・３２には、それぞれ、対向する縁部に導電部材３
１ａ・３１ｂまたは導電部材３２ａ・３２ｂが設けられ
ている。この面状抵抗部材３１・３２は、所定の距離だ
け離間させて積層され、押圧されたときに、その押圧部
付近で面状抵抗部材３１・３２が接触して導通状態にな
るようになっている。

【００１３】電圧切り換え回路３３は、＋５Ｖの電圧を
上記導電部材３１ａ・３１ｂ間、または導電部材３２ａ
・３２ｂ間に印加するように切り換えるものである。上
記電圧切り換え回路３３は、より詳しくは、例えば図２
に示すようにトランジスタ３３ａ〜３３ｆが設けられて
構成され、後述する制御信号出力回路４０からの制御信
号に応じて、トランジスタ３３ａ〜３３ｃがオン、トラ
ンジスタ３３ｄ〜３３ｆがオフになる状態、またはその
逆の状態に切り換わるようになっている。

【００１４】スイッチ３４・３５は、それぞれ導電部材
３２ｂまたは導電部材３１ｂを抵抗３６または抵抗３７
を介して接地するようになっている。なお、このスイッ
チ３４・３５としては、前記電圧切り換え回路３３と同
様にトランジスタを用いたものなどでもよい。Ｘサンプ
ル・ホールド回路３８、およびＹサンプル・ホールド回
路３９は、それぞれ抵抗Ｒ５を介して導電部材３２ｂ・
３１ｂに接続され、導電部材３２ｂ・３１ｂの電位をサ
ンプリングしてホールドし、Ｘ軸方向またはＹ軸方向の
押圧位置信号を出力するようになっている。なお、上記
Ｘサンプル・ホールド回路３８、およびＹサンプル・ホ
ールド回路３９としては、高入力インピーダンスのもの
が用いられる。

【００１５】制御信号出力回路４０は、発振回路４１か
らのクロック信号に基づいて、上記各回路等の動作タイ
ミングを制御するようになっている。また、導電部材３
２ｂおよび導電部材３１ｂとＸサンプルホールド回路３
８およびＹサンプルホールド回路３９との間の信号ライ
ンに接続されている上記抵抗Ｒ５の両端には、それぞれ
Ｘ軸方向電位安定回路５１、またはＹ軸方向電位安定回
路５２が接続されている。このＸ軸方向電位安定回路５
１は、詳しくは、図３に示すように構成されている。

【００１６】信号ラインは、１００ｋΩの抵抗Ｒ１を介
して−１２Ｖにプルダウンされるとともに、±１２Ｖの
電源によって動作するオペレーションアンプＩＣ１のマ
イナス側入力端子に接続されている。このオペレーショ
ンアンプＩＣ１のプラス側入力端子は接地されている。
オペレーションアンプＩＣ１から出力される信号は、ダ
イオードＤ１によってマイナス電位の出力が遮断され、
さらに０．０００１μＦのコンデンサＣ１によってイン
パルス状の信号が遮断された後、抵抗Ｒ２・Ｒ３によっ
て分圧された後、２つのシュミットトリガＩＣ２・ＩＣ
２、ダイオードＤ２、および抵抗Ｒ４を介して、トラン
ジスタＴＲ１のベースに入力されるようになっている。
このトランジスタＴＲ１のエミッタは接地される一方、
コレクタは上記信号ラインに接続されている。

【００１７】なお、Ｙ軸方向電位安定回路５２も上記Ｘ
軸方向電位安定回路５１と同じ構成を成している。上記
の構成において、まず、押圧位置の検出原理をＸ軸方向
の押圧位置を検出する場合の例をあげて説明する。導電
部材３１ａ・３１ｂ間に＋５Ｖの電圧が印加されると、
図４に示すように、面状抵抗部材３１の任意の位置Ｑの
電位はＹ軸方向の位置に関わらずＸ軸方向の位置に応じ
た電位Ｖｐｘになる。

【００１８】そこで、面状抵抗部材３１を押圧して位置
Ｑで面状抵抗部材３１・３２が接触すると、面状抵抗部
材３２の導電部材３２ｂにＸサンプル・ホールド回路３
８だけが接続されている場合には、面状抵抗部材３２の
すべての領域が一様に電位Ｖｐｘになり、この電位は導
電部材３２ｂを介してＸサンプル・ホールド回路３８で
検出することができる。すなわち、押圧位置におけるＸ
軸方向の位置に応じた電位が検出できる。なお、Ｘ軸方
向電位安定回路５１の影響については後述する。

【００１９】また、面状抵抗部材３１が押圧されていな
い場合には、Ｘサンプル・ホールド回路３８に入力され
る電圧は、Ｘ軸方向電位安定回路５１によって以下のよ
うにノイズの影響が除去され、ほぼ接地電位に保たれ
る。なお、このＸ軸方向電位安定回路５１は実際にはフ
ィードバックループが形成されているので、実質的に安
定した電位に保たれるが、以下の説明では便宜上、各構
成要素の動作を順に追って説明する。

【００２０】まず、面状抵抗部材３２および導電部材３
２ｂからＸサンプル・ホールド回路３８までの信号ライ
ンは、抵抗Ｒ１によってマイナス電位にプルダウンされ
る。そこで、面状抵抗部材３２や信号ライン（したがっ
て図３のＡ点）に、図５（ａ）に示すようにノイズが生
じたとすると、オペレーションアンプＩＣ１の出力信号
は、インパルス状のノイズによって信号ラインが０Ｖ以
上になったときにだけ−１２Ｖ、その他のときには＋１
２Ｖになる。

【００２１】この信号は−１２Ｖのときにはダイオード
Ｄ１によって遮断されるとともにコンデンサＣ１によっ
て高周波成分が除去されるため、図３のＢ点では、図５
（ｂ）に示すように略＋１２Ｖに保たれた信号になる。
ここで、コンデンサＣ１が設けられていなければ、イン
パルス状のノイズが生じた場合に、図５（ｃ）に示すよ
うに一瞬０Ｖになることがあり得るが、このように構成
することにより、コンデンサＣ１の充放電作用によって
ほぼ＋１２Ｖに保たれる。

【００２２】この電圧は抵抗Ｒ２・Ｒ３によって略５Ｖ
に分圧されて前段側のシュミットトリガＩＣ２に入力さ
れ、後段側のシュミットトリガＩＣ２からは定常的に５
Ｖの電圧が出力される。その結果、トランジスタＴＲ１
はＯＮになって信号ラインは接地電位にクランプされ
る。実際には、上記動作によって前述のようにフィード
バックループが形成され、信号ラインは、ほぼ接地電位
に保たれる。なお、この電圧をＸサンプル・ホールド回
路３８によって検出することにより、押圧の有無の検出
をすることも可能である。

【００２３】一方、面状抵抗部材３１が押圧された場合
には、抵抗Ｒ１の抵抗値が十分大きく設定されているた
め、この抵抗Ｒ１によっては電位Ｖｐｘはプルダウンさ
れない。そこで、上記と逆の動作によってトランジスタ
ＴＲ１はＯＦＦになり、したがって、このＸ軸方向電位
安定回路５１はＸサンプル・ホールド回路３８による検
出電位に影響を与えず、正確に押圧位置が検出される。

【００２４】次に、図６に示すタイミングチャートに基
づいて、具体的な検出動作を説明する。まず、Ｙ軸方向
の押圧位置の検出が行われる場合には、制御信号出力回
路４０は、電圧切り換え回路３３を切り換え制御して、
面状抵抗部材３２の導電部材３２ａ・３２ｂ間に＋５Ｖ
の電圧を印加するとともに、スイッチ３５をオンにし、
面状抵抗部材３１の導電部材３１ｂを抵抗３７を介して
接地する。

【００２５】そこで、面状抵抗部材３１が押圧されてい
ない場合には、抵抗３７を介した電荷の移動により、面
状抵抗部材３１の全領域の電位は確実にグラウンドレベ
ルになる。一方、面状抵抗部材３１が押圧されている場
合には、その押圧位置が記号Ｒで示す位置である場合で
も、導電部材３１ｂとグラウンドとの間に抵抗３７が設
けられているので、面状抵抗部材３１・３２等を介して
過大な電流が流れることはない。

【００２６】ここで、上記抵抗３７の抵抗値は、位置Ｒ
が押圧されているときに流れる電流（最大電流）が許容
電流量以下で、かつ、押圧されていないときに前記電荷
の移動が確実に行われるように設定すればよい。なお、
上記電荷の移動はごくわずかなので、通常、前者の条件
を満足する値に設定すれば充分である。より具体的に
は、例えば面状抵抗部材３１・３２における単位長さお
よび単位幅あたりの抵抗値が３００Ω、面状抵抗部材３
１・３２の縦横寸法が１４０ｍｍ×２００ｍｍ、電源電
圧が５Ｖの場合には、抵抗３６・３７の抵抗値は１ｋΩ
程度に設定すればよい。

【００２７】次に、制御信号出力回路４０は、スイッチ
３５をオフにするとともにＹサンプル・ホールド回路３
９にサンプリング指示信号Ｙｓａｍｐを出力し、Ｙサン
プル・ホールド回路３９は導電部材３１ｂの電位をサン
プリングする。上記サンプリングが確実に行われる所定
の時間が経過すると、制御信号出力回路４０は、サンプ
リング指示信号Ｙｓａｍｐの出力を停止し、Ｙサンプル
・ホールド回路３９はサンプリングした電位を次にサン
プリング指示信号Ｙｓａｍｐが出力されるまでの間ホー
ルドし、Ｙ軸方向押圧位置信号として出力する。なお、
このＹ軸方向押圧位置信号は、例えば図示しないＡ／Ｄ
コンバータによってディジタル信号に変換された後マイ
クロコンピュータ等に入力される。

【００２８】制御信号出力回路４０は、また、Ｘ軸方向
の押圧位置の検出を行うために、前記Ｙ軸方向の押圧位
置の検出と同様に、電圧切り換え回路３３を切り換え制
御して、面状抵抗部材３１の導電部材３１ａ・３１ｂ間
に＋５Ｖの電圧を印加するとともに、スイッチ３４をオ
ンにし、面状抵抗部材３２の導電部材３２ｂを抵抗３６
を介して接地した後、スイッチ３４をオフにするととも
にＸサンプル・ホールド回路３８にサンプリング指示信
号Ｘｓａｍｐを出力し、Ｘサンプル・ホールド回路３８
は導電部材３２ｂの電位をサンプリングする。

【００２９】なお、上記の例では、信号ラインのプルダ
ウン電位をマイナス電位に設定するとともに、クランプ
電位を接地電位に設定するように構成したが、これに限
らず、何れも押圧時の検出電位の範囲外で、かつクラン
プ電位の方が押圧時の検出電位に近い電位に設定されて
いれば、同様の効果が得られる。また、トランジスタＴ
Ｒ１を強制的にＯＮ状態にし得るようにして、面状抵抗
部材３１・３２に蓄積している電荷を除去するスイッチ
３４・３５を兼用するようにしてもよい。

【００３０】

【考案の効果】以上説明したように、本考案によれば、
検出手段が、第１の期間において第４の電極の電位を、
第２の期間において第２の電極の電位を、第１信号ライ
ンと第１の抵抗と第２信号ラインとを順に介して検出す
るに際して、電位固定手段は、抵抗部材が押圧されてい
ない場合には、前記第２信号ラインの電位を、所定の第
２の電位に固定し、抵抗部材が押圧されている場合には
当該電位の固定を解除するので、面状の抵抗部材が押圧
されていないときのみ、検出手段の検出電位は、実質的
に上記第２の電位に保持される。

【００３１】したがって、ノイズの影響で不定な電圧が
検出されるのを防止し、正確に押圧位置を検出すること
ができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】タッチパネル装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】電圧切り換え回路の詳細な構成を示す回路図で
ある。

【図３】Ｘ軸方向電位安定回路の詳細な構成を示す回路
図である。

【図４】押圧位置の検出原理を示す説明図である。

【図５】Ｘ軸方向電位安定回路の各部の信号を示す説明
図である。

【図６】各部の動作タイミングを示すタイミングチャー
トである。

【図７】従来のタッチパネル装置の構成を示すブロック
図である。

【図８】タッチパネル装置の非押圧状態および押圧状態
を示す説明図である。

【符号の説明】

３１・３２ 面状抵抗部材 ３１ａ・３１ｂ・３２ａ・３２ｂ 導電部材 ３３ 電圧切り換え回路 ３３ａ〜３３ｆ トランジスタ ３４・３５ スイッチ ３６・３７ 抵抗 ３８ Ｘサンプル・ホールド回路 ３９ Ｙサンプル・ホールド回路 ４０ 制御信号出力回路 ４１ 発振回路 ５１ Ｘ軸方向電位安定回路 ５２ Ｙ軸方向電位安定回路 ＩＣ１ オペレーションアンプ ＩＣ２ シュミットトリガ Ｃ１ コンデンサ ＴＲ１ トランジスタ Ｄ１・Ｄ２ ダイオード Ｒ１〜Ｒ５ 抵抗

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 3/03 - 3/033

Claims (3)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに平行な第１および第２の電極を有
   する面状の第１の抵抗部材と、 前記第１および第２の電極と異なる方向で互いに平行な
   第３および第４の電極を有し、押圧されたときに押圧部
   で前記第１の抵抗部材と導通状態になるように前記第１
   の抵抗部材に積層された面状の第２の抵抗部材と、 第１の期間において前記第１の電極と第２の電極との
   間、第１の期間と重ならない第２の期間において第３の
   電極と第４の電極との間に所定の電圧を印加する電圧印
   加手段と、 第１の期間において第４の電極の電位を、第２の期間に
   おいて第２の電極の電位を、第１信号ラインと第１の抵
   抗と第２信号ラインとを順に介して検出する検出手段
   と、 抵抗部材が押圧されていない場合には 、前記第２信号ラ
   インの電位を、所定の第２の電位に固定し、抵抗部材が
   押圧されている場合には当該電位の固定を解除する電位
   固定手段とが設けられていることを特徴とするタッチパ
   ネル装置。
2. 【請求項２】 請求項１のタッチパネル装置であって、
   前記電位固定手段は、第１の期間において第４の電極
   を、第２の期間において第２の電極を、第１信号ライン
   に接続されたプルダウン抵抗を介して、所定の第１の電
   位の電源に接続する電位設定部と、 第４の電極または第２の電極の電位が前記電圧印加手段
   の印加電圧の範囲にあるか否かを判定し、その範囲外で
   あることを示す信号を出力する判定部と、判定部からの出力信号にしたがって 前記第２信号ライン
   の電位を第２の電位に固定するクランプ部とを有するこ
   とを特徴とするタッチパネル装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のタッチパネル装置であっ
   て、前記電位固定手段は、さらに判定手段の出力信号の
   ノイズ成分を除去するノイズ除去手段を備え 前記クラン
   プ部は、ノイズ成分が除去された出力信号にしたがって
   前記第２信 号ラインの電位を第２の電位に固定すること
   を特徴とするタッチパネル装置。