JP3869099B2 - タッチパネルの座標測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディジタイザに係り、特に、アナログ式タッチパネルの座標測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、タッチパネルは、小型入力装置として、各種の情報処理装置で広く使用されている。
まず、従来のアナログ式タッチパネルについて、構成と動作を図によって説明する。
【０００３】
図２は、従来のアナログ式タッチパネルについて、その概略構造の一例を示す斜視図である。図において、１はフィルム基材、２はＹ透明導電膜、３はガラス基材、４はＸ透明導電膜、５はスペーサ、ｘＬはｘＬ電極、ｘＲはｘＲ電極、ｙＵはｙＵ電極、ｙＬはｙＬ電極を示す。
【０００４】
この図２に示すように、タッチパネルは、ある有限な抵抗値を有する２枚の透明導電膜２，４を備えている。
この透明導電膜２，４は、少なくとも一方は可撓性基材上に形成されており、例えばフィルム基材１の内側にＹ透明導電膜２が設けられる。
そして、このＹ透明導電膜２の端部には、検出用の電極として、ｙＵ電極とｙＬ電極とが取り付けられている（Ｕは上側、Ｌは下側）。
図２の場合には、他方の透明導電膜（ＩＴＯ）、すなわち、Ｘ透明導電膜４はガラス基材３の上面（Ｙ透明導電膜２と対向する側）に形成されている。
【０００５】
このＸ透明導電膜４の端部には、検出用の電極として、ｘＬ電極とｘＲ電極とが取り付けられている（Ｌは左側、Ｒは右側）。
また、これらの透明導電膜２，４が対向する膜間に微小な空間を保持するために、例えば高さが３〜１０μｍ程度のスペーサ５が設けられている。
このタッチパネルは、通常何らかの表示装置、例えば液晶表示装置ＬＣＤ等と組み合わせて使用され、その表示に従って打鍵面を押下することによって、その座標位置が入力され、所定の動作が実行される。
【０００６】
図３は、図２に示したタッチパネルについて、動作時の変形状態を説明する略側面図で、(1) は打鍵待ちの状態、(2) は打鍵面が押下された状態を示す。図の符号は図２と同様であり、矢印Ａは押下方向を示す。
【０００７】
打鍵面が人の指先やペン等によって矢印Ａの方向に押下されると、図３(2)に示すように、可撓性基材であるフィルム基材１が変形し、透明導電膜２，４同志が接触する。これが、後述する打鍵であり、上述のように打鍵面の押下でその座標位置が入力される。逆に、この押下力を取り去る（指先やペン等を離す）と、可撓性基材であるフィルム基材１の形状が復帰し、図３(1) に示したように、透明導電膜２，４は非接触の状態に戻る。
【０００８】
図４は、図２に示したタッチパネルの打鍵位置を検出する打鍵位置検出回路の一例を示す機能ブロック図である。図の符号は図２と同様であり、６はタッチパネル、ＩＣ１とＩＣ３はボルテージフォロワ、ＩＣ２はコンパレータ、ＩＣ４はＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）、ＬＰＦ１とＬＰＦ２はローパスフィルタ、ＡＳＷ１〜ＡＳＷ４はアナログスイッチ、Ｓ０とＳ１とＳ２はアナログスイッチＡＳＷ２の各端子、Ｄ１とＤ２はダイオード、Ｒ１〜Ｒ７は抵抗器、Ｃ１とＣ２はコンデンサを示し、ＶthはコンパレータＩＣ２のしきい値電圧を示す。
【０００９】
この図４に示す打鍵位置検出回路は、先の図２に示したタッチパネルの打鍵位置を電気信号として検出する機能を有している。
タッチパネル６は、その等価回路で、互いに直交するタッチパネルの２組の電極ｘＬ，ｘＲ（以下適宜、ｘＬ電極，ｘＲ電極という）と、電極ｙＵ，ｙＬ（以下適宜、ｙＵ電極，ｙＬ電極という）とが設けられている。
そして、一方の１組のｘＬ，ｘＲ電極には、それぞれアナログスイッチＡＳＷ２，ＡＳＷ４が接続されている。
同様に、他方の１組のｙＵ，ｙＬ電極には、それぞれアナログスイッチＡＳＷ１，ＡＳＷ３が接続されている。
【００１０】
先ず、打鍵待ちの状態では、アナログスイッチＡＳＷ１およびＡＳＷ３は開放状態である。アナログスイッチＡＳＷ２は、端子Ｓ０側が閉じた状態、アナログスイッチＡＳＷ４は閉じた状態である。すなわち、ｘＬ電極，ｘＲ電極は一定電位に保持され、ｙＵ電極，ｙＬ電極はアナログスイッチＡＳＷ１，ＡＳＷ３が開放状態であるから、その電位は負荷抵抗Ｒ３、ローパスフィルタＬＰＦ１を介してコンパレータＩＣ２およびボルテージフォロワＩＣ２へ導かれる。この状態で打鍵されると、Ｘ透明導電膜（図２の４）の電位は接触部分を通してＹ透明導電膜（図２の２）に伝わり、コンパレータＩＣ２の入力へ伝わる。コンパレータＩＣ２のしきい値電圧Ｖth（ほぼ３Ｖ）は、タッチパネル６のバイアス電圧の約半分程度に設定されているので、コンパレータＩＣ２は反転し、打鍵信号を発生する。ここで、ダイオードＤ１，Ｄ２は、リミッタとして作用する。この打鍵信号の発生後、アナログスイッチＡＳＷ２が端子Ｓ１側に切り換えられると、ボルテージフォロワＩＣ３から出力されるｘ信号は、抵抗器Ｒ２の分割比であるｎに比例した電位となる。このｘ信号を、Ａ／Ｄ変換器ＩＣ４によってＡ／Ｄ変換（アナログ／デジタル変換）すると、ｘ座標が求められる。
【００１１】
次に、アナログスイッチＡＳＷ１とＡＳＷ３を閉じ、アナログスイッチＡＳＷ２とＡＳＷ４を開放すると、ボルテージフォロワＩＣ１から出力されるｙ信号はｍに比例した電位となる。
すなわち、ｙ座標に比例した電位となり、このｙ信号をＡ／Ｄ変換すると、ｙ座標が求められる。
以上のように、従来のアナログタッチパネルは、▲１▼打鍵検出→▲２▼ｘ座標測定→▲３▼ｙ座標測定の３段階の動作を行うことにより、ｘ，ｙ座標の測定を行う。
また、座標を連続して読む場合には、上記▲１▼→▲２▼→▲３▼の動作を繰り返すことによって、連続的に測定を行うことができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術で述べたように、ｘ，ｙ座標を測定するためには、▲１▼打鍵検出→▲２▼ｘ座標測定→▲３▼ｙ座標測定の３つの状態を経由する必要がある。
一方、測定に必要な時間は、抵抗器Ｒ４とコンデンサＣ１で形成されたローパスフィルタＬＰＦ１の応答時間で制限される。
このローパスフィルタＬＰＦ１は、アナログタッチパネルと組み合わせて使用される表示装置（例えば、液晶表示装置ＬＣＤ）から誘導されるノイズを軽減するために付加されている。
このローパスフィルタＬＰＦ１の応答時間は、時定数で表わされるが、通常信号が安定するのには時定数の３倍以上を必要とするので、高速動作の妨げになっている。
【００１３】
通常この時間には、例えば５ｍｓｅｃ程度必要であるから、ｘ，ｙ座標を測定するのに必要な時間は、打鍵検出を含めて１５ｍｓｅｃ程度となり、約６７サンプル／秒のサンプリング速度となる。
この速度は、実用上は充分な高速とは言えず、高速にサンプリングする方式が望まれている。
この発明では、簡単な構成によって、測定速度の向上を可能にしたタッチパネルの座標測定装置を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、一対のｘ座標検出電極が設けられた第１の導電膜と、一対のｙ座標検出電極が設けられた第２の導電膜と、前記第１の導電膜及び前記第２の導電膜が絶縁性のスペ−サを介して、前記ｘ座標検出電極と前記ｙ座標検出電極とが直交するように対向配置されたタッチパネル入力部とを有する座標測定装置において、前記ｘ座標検出電極及び前記ｙ座標検出電極の各々に対応して設けられ、該対応する電極を電圧が印加されない状態と所定の電圧が印加される状態とに選択的に設定するスイッチ部と、前記ｘ座標検出電極及び前記ｙ座標検出電極の一対の片方の電極から前記タッチパネル入力部の入力座標位置に応じて出力される信号が入力されるように設けられたローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力信号を所定の検出電圧と比較して前記タッチパネル入力部への入力操作の検出信号を発生するコンパレータと入力操作の検出信号が未検出の状態で前記コンパレータの出力側から前記ローパスフィルタの入力部が導通するように接続されたダイオードスイッチおよびダンピング抵抗を有し、前記検出電圧を、前記所定の電極と該電極と一対となる電極との間に印加される電圧の半分よりも小さい検出電圧に設定し、前記スイッチ部の設定により前記一対のｘ座標検出電極及び前記一対のｙ座標検出電極のいずれか一方の一対の座標検出電極の間に所定の電圧を印加して、他方の一対の座標検出電極の間を開放状態とする座標検出モードに設定し、前記座標検出モードにおいて前記コンパレータから入力操作の検出信号を取得して座標検出を開始するものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
この発明の座標測定装置では、状態数を従来の３状態から２状態に減らすことによって、座標測定速度を向上させた点に特徴を有している（請求項１の発明）。また、コンパレータ出力をダイオードスイッチおよびダンピング抵抗を介して電極ｘＬまたは電極ｘＲに接続し、打鍵検出特性を安定化させる（請求項１の発明）。さらに、コンパレータ出力をダイオードスイッチおよびダンピング抵抗を介して電極ｘＬまたは電極ｘＲに接続し、電極ｘＬまたは電極ｘＲの電位を引き下げることによって、しきい値電位から離すことができるようにしている。
【００２１】
図１は、この発明の座標測定装置において、タッチパネルの打鍵位置を検出する打鍵位置検出回路の実施の形態の一例を示す機能ブロック図である。図の符号は図４と同様であり、Ｄ３はダイオード、Ｒ８はダンピング抵抗を示す。
【００２２】
この図１に示したこの発明の座標測定装置は、図４を用いて説明した従来の座標測定装置と、次の３点で異なっている。第１に、打鍵検出だけを行うスイッチの設定を廃止し、打鍵検出はｘ座標測定動作またはｙ座標測定動作で兼用する。第２に、コンパレータＩＣ２のしきい値電圧Ｖthを、座標（０，０）打鍵時の信号電圧と０Ｖの間に設定する。第３に、ダイオードリミッタＤ１，Ｄ２の出力を、ダイオードＤ３とダンピング抵抗Ｒ８を通してｙＵ電極の信号へ接続する。
【００２３】
次に、図１に示した座標測定装置の動作について説明する。打鍵待ちの状態は、ｘ座標測定の状態と同じになる。すなわち、アナログスイッチＡＳＷ２は、端子Ｓ１側に接続され、アナログスイッチＡＳＷ４は閉じている。また、他方のアナログスイッチＡＳＷ１，ＡＳＷ３は開放状態である。この状態では、ｙＵ電極は接地電位になり、コンパレータＩＣ２の出力は負になっている。そのため、リミッタ用のダイオードＤ２は導通状態であり、−０．６Ｖ程度の電位となる。この電位では、ダイオードＤ３も導通状態となり、ｙＵ電極の負荷抵抗は、抵抗器Ｒ３とＲ８の並列合成抵抗となる。
【００２４】
次に、打鍵状態となると、ｙＵ電極の電位は上昇するが、その上昇は抵抗器Ｒ８によってダンピングされる。しかし、ｙＵ電極の電位はさらに上昇を続け、コンパレータＩＣ２のしきい値Ｖth（≒０．５Ｖ）を越えるので、コンパレータＩＣ２が反転し、Ａ／Ｄ変換器ＩＣ４に割り込み信号を与えると共に、ダイオードスイッチＤ３を遮断状態として、ダンピング抵抗Ｒ８を切り離す。この状態は、ｘ座標測定状態となるので、バウンス・チャタリング時間待った後、Ａ／Ｄ変換を行ってｘ座標を測定する。
【００２５】
その後、一方のアナログスイッチＡＳＷ１，ＡＳＷ３を閉じ、他方のアナログスイッチＡＳＷ２，ＡＳＷ４を開放とする。この状態は、ｙ座標測定状態となるので、ローパスフィルタＬＰＦ２の応答時間だけ待った後に、Ａ／Ｄ変換を行ってｙ座標を測定する。その後は、再び、ｘ座標測定状態に戻る。もし、打鍵が持続していた場合には、コンパレータＩＣ２は、そのままの状態で打鍵検出信号を出力し続けるが、打鍵が終了すると、ｙＵ電極の電位は接地電位に戻り、コンパレータＩＣ２も反転するので打鍵信号の発生も停止する。
【００２６】
以上のように、この発明のタッチパネルの座標測定装置では、タッチパネルの２組の電極ｘＬ，ｘＲおよび電極ｙＵ，ｙＬの回路切り換えを行う回路切り換え手段（アナログスイッチＡＳＷ１〜ＡＳＷ４）と、所定のしきい値によって出力が反転するコンパレータ（コンパレータＩＣ２）とを設け、打鍵待ち状態をｘ座標測定状態と兼用するようにしている。このように、状態数を従来の３状態から２状態に減らすことによって、座標測定速度を向上させることができる（請求項１の発明）。また、打鍵待ち状態をｙ座標測定状態と兼用することもできるので、同様に、座標測定速度を向上させることができる。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１のタッチパネルの座標測定装置では、従来行われていた▲１▼打鍵検出→▲２▼ｘ座標測定→▲３▼ｙ座標測定という３段階に代えて、▲１▼ｘ座標測定（打鍵検出）→▲２▼ｙ座標測定という２段階で、ｘ座標とｙ座標の測定を可能にしている。
したがって、測定速度が向上される。
【００２８】
請求項１のタッチパネルの座標測定装置では、さらに、コンパレータ出力をダイオードスイッチおよびダンピング抵抗を介してｘＬ電極またはｘＲ電極に接続し、打鍵開始直後に発生する接触不安定領域（ハイインピーダンス領域）においてダンピングを行っている。したがって、上記効果に加えて、打鍵検出時には安定領域となり、打鍵検出測定を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の座標測定装置において、タッチパネルの打鍵位置を検出する打鍵位置検出回路の実施の形態の一例を示す機能ブロック図である。
【図２】従来のアナログ式タッチパネルについて、その概略構造の一例を示す斜視図である。
【図３】図２に示したタッチパネルについて、動作時の変形状態を説明する略側面図である。
【図４】図２に示したタッチパネルの打鍵位置を検出する打鍵位置検出回路の一例を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
ＩＣ１とＩＣ３……ボルテージフォロワ、ＩＣ２……コンパレータ、ＩＣ４……Ａ／Ｄ変換器、ＬＰＦ１とＬＰＦ２……ローパスフィルタ、ＡＳＷ１〜ＡＳＷ４……アナログスイッチ、Ｄ１〜Ｄ３……ダイオード、Ｒ１〜Ｒ８……抵抗器、Ｃ１とＣ２……コンデンサ

Claims (1)

1. 一対のｘ座標検出電極が設けられた第１の導電膜と、
   一対のｙ座標検出電極が設けられた第２の導電膜と、
   前記第１の導電膜及び前記第２の導電膜が絶縁性のスペ−サを介して、前記ｘ座標検出電極と前記ｙ座標検出電極とが直交するように対向配置されたタッチパネル入力部と
   を有する座標測定装置において、
   前記ｘ座標検出電極及び前記ｙ座標検出電極の各々に対応して設けられ、該対応する電極を電圧が印加されない状態と所定の電圧が印加される状態とに選択的に設定するスイッチ部と、
   前記ｘ座標検出電極及び前記ｙ座標検出電極の一対の片方の電極から前記タッチパネル入力部の入力座標位置に応じて出力される信号が入力されるように設けられたローパスフィルタと、
   前記ローパスフィルタの出力信号を所定の検出電圧と比較して前記タッチパネル入力部への入力操作の検出信号を発生するコンパレータと
   入力操作の検出信号が未検出の状態で前記コンパレータの出力側から前記ローパスフィルタの入力部が導通するように接続されたダイオードスイッチおよびダンピング抵抗を有し、
   前記検出電圧を、前記所定の電極と該電極と一対となる電極との間に印加される電圧の半分よりも小さい検出電圧に設定し、
   前記スイッチ部の設定により前記一対のｘ座標検出電極及び前記一対のｙ座標検出電極のいずれか一方の一対の座標検出電極の間に所定の電圧を印加して、他方の一対の座標検出電極の間を開放状態とする座標検出モードに設定し、
   前記座標検出モードにおいて前記コンパレータから入力操作の検出信号を取得して座標検出を開始することを特徴とする座標測定装置。

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