JP4125862B2

JP4125862B2 - タッチパネル装置

Info

Publication number: JP4125862B2
Application number: JP2000291874A
Authority: JP
Inventors: 山田　　勉; 敏幸小林
Original assignee: Gunze Ltd
Current assignee: Gunze Ltd
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2020-09-26
Also published as: JP2002099389A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、使用者が指や導電性のペン等で、基板の表面に導電膜を設けたタッチパネル表面にタッチした位置を検出するタッチパネル装置に関し、特に使用者が質問に応答するために選択し、タッチするタブレット、あるいはコンピュータ情報処理システムに接続したディスプレイ（ＣＲＴ、液晶パネル等）表面上の情報項目（メニュー）を使用者が選択するために用いられるタッチパネル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
導電膜を用いたタッチパネル装置としては、（イ）特許出願公表昭５６−５００２３０号公報「タッチパネルシステム及び方法」、（ロ）特許出願公開昭６３−１０８４２３号公報「指タッチ式座標出力装置」、（ハ）特許出願公平６−１２５０８号公報「接触式位置検出装置」等がある。
【０００３】
これら導電膜を用いたタッチパネル装置のタッチ位置検出原理を説明するための概略図を図６に示す。タッチパネル上の導電膜１の両端には、それぞれ電流計測用抵抗器２、３の一端が接続され、電流計測用抵抗器２、３の他端は共通接続点を有し、一端が接地された交流電源４に接続されている。そして、導電膜１上の任意の位置に片側が接地された指や導電性のペン等のインピーダンスＺによってタッチされる。
【０００４】
この状態で、導電膜１の一端と指との間の抵抗値をＲ_L、導電膜の他端と指との抵抗値をＲ_H、導電膜の全抵抗をＲ₀とする。また、電流計測用抵抗器２、３の抵抗を、それぞれ同じ抵抗値Ｒ_Kとし、両端の電圧をそれぞれＶ₁、Ｖ₂とする。
【０００５】
この時、以下の式が成り立つ。
【０００６】
【数１】

【０００７】
この式より、電圧Ｖ₁及びＶ₂の測定値だけからＲ_L／Ｒ₀が得られ、これにより指でタッチした位置を検出することができる。
【０００８】
これら装置のタッチパネルの概略図を図７に示す。基板１１上に導電膜１２が形成され、導電膜１２の４角に配線取り出し用端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを設け、これらからフレキ（フレキシブル）コネクタ１４までパターン１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄで配線する。
【０００９】
フレキコネクタ１４とコントローラ基板（図示しない）を接続することにより、タッチパネルに交流電流を供給でき、またタッチパネルに供給された電流を計測することが可能となる。
【００１０】
また、特公平６−１２５０８号公報「接地式位置検出装置」には、位置検出領域の導電膜の外周に、この導電膜よりも小さい抵抗値の電極を設けたものが示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記した（イ）の公報の「タッチパネルシステム及び方法」及び（ロ）の公報の「指タッチ式座標出力装置」では、次のような問題点がある。ａ．上記の（１）式では、導電膜の抵抗Ｒ₀の値を式に代入する必要があるが、導電膜は経年変化や設置環境により、一定値を入力すると検出精度が低下する。また、抵抗値を位置検出の度に測定し、その値を代入するのは、測定回路が複雑で高価になる。また、導電膜の抵抗値のバラツキが大きく、量産の場合の歩留まりが悪いため、タッチパネルのコストアップ原因になる。ｂ．導電膜の外周に設けられた低抵抗の導電物からなる電極も抵抗を有しているため、図７に示すように、Ｘ軸またはＹ軸の両端では、Ｒ_L／Ｒ₀の値はコーナー部では０または１となり、コーナー部から離れた部分では０または１から離れた値となる。そのため、上記（１）式では検出精度が著しく低下する。そして、それぞれ長辺と短辺の四角より離れた中央の端辺の検出位置は、実際のタッチ位置よりも、それぞれ最大Ｃ_A、Ｃ_Bだけ内側となる。
【００１２】
そこで本願の発明者等は、上記した従来の問題点を解消するために、ａ．少なくとも導電膜の外周の第１点と電流計測手段の一端との接続点と交流発生手段の一端間に、スイッチを介してインピーダンスを接続し、前記スイッチをＯＮしたときの電流計測手段の電流計測値と、前記スイッチをＯＦＦしたときの電流計測手段の電流計測値とから、タッチパネル上のタッチ位置を算出するようにしたタッチパネル装置。ｂ．前記タッチ位置の算出値に対応する補正されたタッチ位置情報からなる表を設け、前記表からタッチ位置の算出値に対応する補正されたタッチ位置を求めるようにしたタッチパネル装置。ｃ．算出したタッチ位置を補正するための補正演算式を記憶しておき、算出したタッチ位置を補正演算式に適用し、タッチパネル上のタッチ位置を補正演算するようにしたタッチパネル装置。ｄ．導電膜の外周に低抵抗の導電物からなる電極を設けたタッチパネル装置を創出し、既に出願している（特願２０００−２３６４１３号タッチパネル装置）。
【００１３】
これらのタッチパネル装置では、ａ．スイッチをＯＮしたときの電流計測手段の電流計測値と、スイッチをＯＦＦしたときの電流計測手段の電流計測値とから、タッチパネル上のタッチ位置を、自己補正を含めて算出することにより、タッチパネル上の導電膜の抵抗値がばらついても、また経年変化や設置環境により抵抗値が変化しても、タッチ位置が精度良く計算され、精度の良い検出が行われる。また、タッチパネルを安価なものとすることができる。ｂ．待機状態の時、ある一定の時間をカウントし、一定時間毎にＸ軸側自己補正及びＹ軸側自己補正の計算が行われ、Ｒ_K／Ｒ_0X、Ｒ_K／Ｒ_0Yの値が更新される。従って、タッチパネル上の導電膜が経年変化や設置環境により変化しても、更新されたＲ_K／Ｒ_0X、Ｒ_K／Ｒ_0Yの値によって、タッチ位置が精度良く計算され、精度の良い検出が行われる。ｃ．少なくとも１方向におけるタッチ位置の算出値に対応する補正されたタッチ位置情報からなる表を設けたり、算出したタッチ位置を補正するための補正演算式を適用して、タッチ位置を補正演算したりすることで、導電膜の抵抗によるタッチ位置のずれを補正するため、パネル電極は抵抗を有していても、精度の良いタッチ位置検出ができる。また、あらゆるタッチパネルの形状や導電膜の特性にも対応できるタッチパネル装置を提供できる。ｄ．タッチパネルの導電膜の外周に低抵抗の導電物からなる電極を設けたので、電極の方が導電膜より抵抗が小さく、導電膜の抵抗による位置ずれを軽減できる。等の効果を得た。
【００１４】
しかしながら、その後の検討で、ａ．算出されたタッチ位置データに対応する補正されたタッチ位置情報からなる表を設けたり、算出したタッチ位置を補正するための補正演算式を適用して、タッチ位置を補正演算したりする方法では、補正のための処理時間がかかる。
【００１５】
また、補正によってタッチ精度が低下する。ｂ．タッチパネルの導電膜の外周に低抵抗の導電物からなる電極を設けても、Ｘ軸またはＹ軸の両端から離れた部分では、図８に示すように、０または１から離れた値となることの改善が不十分である。等の問題点が残されていることがわかった。
【００１６】
この発明は上記問題点に着目してなされたものであって、位置検出精度が良く、演算処理時間も短く、安価に生産し得るタッチパネル装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記問題点を解決するために、本発明の請求項１記載のタッチパネル装置は、基板の表面に導電膜を設け、前記導電膜の外周に導電膜より低抵抗の導電物からなる電極を設けたタッチパネルと、前記導電膜の外周の第１の点と第２の点を通して導電膜に交流電流を供給する交流電流発生手段と、前記第１の点と第２の点から供給された第１の電流と第２の電流を計測する電流計測手段とを備え、計測された第１と第２の電流からタッチ位置を算出するタッチパネル装置において、前記導電膜の外周の低抵抗の導電物からなる電極は、導電膜のＸ軸方向及びＹ軸方向の全周にわたって矩形状に連続して設けられ、この電極のＸ軸方向及びＹ軸方向の各１辺の抵抗値Ｒ_Ａ、Ｒ_Ｂは、後述の関係式２−１、２−２（特許出願公平６−１２５０８接触位置検出装置の計算式）を用いて、Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂの値を計算し、このＣ_Ａ、Ｃ_Ｂが最小になるような最適値を求めることにより得ることを特徴とする。
【００１８】
このタッチパネル装置では、電極パターンの抵抗値Ｒ_A、Ｒ_Bを関係式（２−１、２−２）より求め、Ｃ_A、Ｃ_Bの値を計算して、このＣ_A、Ｃ_Bが最も小さくなるものを試行錯誤により求め、そのときのパネル電極を抵抗値の最適値とする。これにより、導電膜の抵抗によるタッチ位置のずれを軽減できる。
【００１９】
請求項２記載のタッチパネル装置は、基板の表面に導電膜を設け、前記導電膜の外周に導電膜より低抵抗の導電物からなる電極を設けたタッチパネルと、前記導電膜の外周の第１の点と第２の点を通して導電膜に交流電流を供給する交流電流発生手段と、前記第１の点と第２の点から供給された第１の電流と第２の電流を計測する電流計測手段とを備え、計測された第１と第２の電流からタッチ位置を算出するタッチパネル装置において、前記導電膜の外周の低抵抗の導電物からなる電極は、導電膜の全周にわたって連続して設けられ、この電極の第１の点あるいは第２の地点から中央部にかけて、電極の抵抗値を順次変化させたことを特徴とする。
【００２０】
このタッチパネル装置では、例えば電極の厚みまたは幅を変化させ、端部から中央部にかけて電極の抵抗値を順次変化させたので、導電膜の抵抗によるタッチ位置のずれを軽減できる。
【００２１】
請求項３記載のタッチパネル装置は、電極の端部から中央部にかけて厚みを２次曲線状に変化させることで、端部から中央部にかけて電極の抵抗値を順次変化させたことを特徴とする。
【００２２】
このタッチパネル装置では、前記電極の厚みを２次曲線状に変化させ、端部から中央部にかけて電極の抵抗値を順次変化させたので、導電膜の抵抗によるタッチ位置のずれを軽減できる。
【００２３】
請求項４記載のタッチパネル装置は、電極の端部から中央部にかけて幅を２次曲線状に変化させることで、端部から中央部にかけて電極の抵抗値を順次変化させたことを特徴とする。
【００２４】
このタッチパネル装置では、前記電極の幅を２次曲線状に変化させ、端部から中央部にかけて電極の抵抗値を順次変化させたので、導電膜の抵抗によるタッチ位置のずれを軽減できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。図１は、この発明の一実施形態に係るタッチパネル装置の電極構成を示す図である。
【００２６】
図１に示すタッチパネルは、基板１１上に導電膜１２が形成され、導電膜１２の４角に配線取り出し用端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを設け、これらからフレキ（フレキシブル）コネクタ１４までパターン１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄで配線する。また、配線取り出し用端子１３ａと１３ｂ、１３ｂと１３ｃ、１３ｃと１３ｄ、１３ｄと１３ａ間の導電膜１２の外周線に、導電膜１２より低抵抗の導電物１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄが設けられている。
【００２７】
フレキコネクタ１４とコントローラ基板（図示しない）を接続することにより、タッチパネルに交流電流を供給でき、またタッチパネルに供給された電流を計測することが可能となる。
【００２８】
電極のパターン抵抗値は、導電膜の抵抗値との関係式２−１、２−２より求めることができる。
【００２９】
Ｃ_A＝（Ｘ＊Ｒ_A）／（８＊ρ） ……（２−１）
Ｃ_B＝（Ｙ＊Ｒ_B）／（８＊ρ） ……（２−２）
Ｃ_A〔ｍｍ〕：Ｘ軸の電極部周辺の直線性の最大湾曲（図１に明記）
Ｃ_B〔ｍｍ〕：Ｙ軸の電極部周辺の直線性の最大湾曲（図１に明記）
Ｒ_A〔Ω〕：Ｘ軸の１電極の電極間抵抗の総和
Ｒ_B〔Ω〕：Ｙ軸の１電極の電極間抵抗の総和
Ｘ〔ｍｍ〕：Ｘ軸の辺の長さ
Ｙ〔ｍｍ〕：Ｙ軸の辺の長さ
ρ〔Ω／□〕：基板の表面の導電膜の抵抗値
（２−１）式より求めた一実施形態を図２に示す。
【００３０】
タッチパネル設計時、（２−１、２−２）式よりＣ_A、Ｃ_Bの値を計算して、パネル電極の抵抗値を求めることができる。パネル電極の抵抗値は出来るだけ低い方が望ましいが、例えば０Ωとすると、タッチパネルに供給する交流電流が電極のみに流れ、タッチパネルの導電膜には流れず、また計測する電流値の精度が悪くなるので、正確な位置検出が出来ない。一般的にはＲ_A、Ｒ_Bの値は、数百Ω以上が望ましい。これにより、導電膜周囲の直線性の位置ずれを軽減できる。導電膜１２の固有抵抗ρと電極１６ａの抵抗総和Ｒ_Aを変えて、湾曲最上値Ｃ_Aを算出すると、図２に示す結果が得られた。ここでは、Ｃ_A＝８．５が最も小さい。この時のρ及びＲ_Aを使用すれば、Ｃ_Aが最も小さいタッチパネルとなる。
【００３１】
しかしながら、Ｒ_A、Ｒ_Bの値が数百Ωであっても、Ｃ_A、Ｃ_Bの値は０ｍｍとはならず、電極周辺の直線性は若干の湾曲となる。この問題を解決するために、更にこの発明の他の実施の形態を説明する。
【００３２】
その一実施形態に係るタッチパネル装置の電極構成図を図３に示す。
【００３３】
ここに示すタッチパネルは、平面視は図１に示すと同様に、長方形のガラスあるいはフィルム等の基板１１上の導電膜１２の外周に、導電物１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの肉厚が中央部にかけて２次曲線状に厚くなるように形成され、導電膜の外周、つまり４端辺には銀やカーボン等、低抵抗の導電物からなる電極が２次曲線状に形成されている。導電膜の抵抗値は、使用者がタッチした時のタッチパネルと大地間の抵抗が大きい場合、図６で示すＶ₁とＶ₂の変化量が小さくなり、タッチ位置が不安定になるので、Ｖ₁、Ｖ₂の変化量を大きくとれる程度の抵抗値が必要である。なお、ここでは指で導電膜にタッチする場合を想定しているが、これに代えて導電膜リード線付きのタッチペンを用いてもよい。リード線はＧＮＤに接続する。このＧＮＤは大地への接続の代わりに、回路上のＧＮＤへの接続でよい。
【００３４】
更に、この電極の４角からら４つの引き回し配線１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが形成されている。４つの引き回し配線の組み合わせにより、Ｘ軸とＹ軸とを切り替えることができる。またタッチパネルに形成された導電膜上に、保護用のフィルムを設けてもよい。
【００３５】
タッチパネルに使用する基板は、特に透明でなくてもよく、応用する装置により、使い分ければよい。
【００３６】
電極の厚みの計算は（３−１、３−２）式より計算できる。
【００３７】
また、別の実施形態として、直線状に配置された電極の幅を変化させ、端部から中央部にかけて抵抗値を順次変化させることにより、導電膜周囲の直線性が改善される。
【００３８】
この実施形態タッチパネルのパネル電極の構成図を図４に示す。ここでは、透明導電膜１２の外周の電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄのパターン形状を４隅から中央部に向かうにしたがい、２次曲線的に幅広くなるように構成している。
【００３９】
図４におけるＸ軸、Ｙ軸の各位置における電極１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの抵抗の計算式は（３−１、３−２）式の通りとなる。
【００４０】
Ｒ（ｘ）＝（Ｒ_A／２）（４＊ｘ²／Ｘ²） ……（３−１）
Ｒ（ｙ）＝（Ｒ_B／２）（４＊ｙ²／Ｙ²） ……（３−２）
Ｒ（Ｘ）〔Ω〕：Ｘ軸のある点における中心部からの電極の抵抗値
Ｒ（Ｙ）〔Ω〕：Ｙ軸のある点における中心部からの電極の抵抗値
Ｒ_A〔Ω〕：Ｘ軸の１電極の電極間抵抗の総和
Ｒ_B〔Ω〕：Ｙ軸の１電極の電極間抵抗の総和
Ｘ〔ｍｍ〕：Ｘ軸の辺の長さ
Ｙ〔ｍｍ〕：Ｙ軸の辺の長さ
ｘ〔ｍｍ〕：Ｘ軸上のある点における中心部からの距離
ｙ〔ｍｍ〕：Ｙ軸上のある点における中心部からの距離
ただし、上記（３−１）式は、以下の通りで導かれる。また、上記（３−２）式は、（３−１）式と同様に導かれる。
【００４１】
【数２】

【００４２】
また、別の実施形態として、図５に示したように、基板の表面の導電膜より低抵抗の導電物からなる電極を複数配置し、端部から中央部にかけて抵抗値を順次２次曲線状に変化させて配置することにより、導電膜周囲の直線性が直線状に改善される。図５において、端子１３ａと端子１３ｂの間に設けた低抵抗電極１７_-1、１７_-2、……、１７_-nがこれに相当する。
【００４３】
導電膜周囲に電極を構成させる導電物が接続できるようなランドを設けておき、そのランドにそれぞれの抵抗値に見合った導電物を取り付け、１辺において電極を構成するものである。各位置における電極の抵抗の計算式は、上記（３−１、３−２）式より求められる。
【００４４】
ここでは、Ｘ軸及びＹ軸の２方向について説明したが、タッチパネル形状が多角形や曲線で囲まれた形状における多軸方向を有するものについても同様に行うことができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明のタッチパネル装置は、以上説明したように構成されるので、次の効果を有する。請求項１に係る発明によれば、タッチパネルの導電膜の外周に低抵抗の導電物からなる電極を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の全周にわたって矩形状に連続して設け、電極の抵抗値を計算してＣA 、ＣB が最小となる電極の抵抗値を求めるので、導電膜の抵抗によるタッチパネル位置のずれを軽減できる。
【００４６】
請求項２に係る発明によれば、電極を導電膜の全周にわたって連続して設け、端部から中央部にかけての電極の抵抗値を順次変化させたので、導電膜の抵抗によるタッチ位置のずれを軽減できる。
【００４７】
請求項３、請求項４に係る発明によれば、端部から中央部にかけての電極の厚みまたは幅を２次曲線状に変化させ、端部から中央部にかけて電極の抵抗値を順次変化させたので、導電膜の抵抗によるタッチ位置のずれを軽減できる。また、電極の厚みを変化させた場合は、電極部の縁を狭めることができ、省スペースのタッチパネルを提供することができる。それに伴い、より安価なパネルを提供することができる。
【００４８】
また、これらの請求項３、請求項４に係る発明では、導電膜周囲の直線性が改善されるため、算出されたタッチ位置データを、補正されたタッチ位置情報からなる表を設けなくても良く、また補正式を設けて補正演算する必要もない。このため、補正のための処理時間が短縮され、処理速度の早いタッチパネル装置を提供することができる。また、補正によるタッチ位置検出精度の低下もなくなり、タッチ位置検出精度の高いタッチパネル装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係るタッチパネル装置のパネル電極構成図である。
【図２】同実施形態タッチパネル装置のパネル電極の抵抗値例を示す図である。
【図３】更に、この発明の他の実施形態に係るタッチパネル装置を示す断面図である。
【図４】更に、この発明の他の実施形態に係るタッチパネル装置のパネル電極構成を示す平面図である。
【図５】更に、この発明の他の実施形態に係るタッチパネル装置のパネル電極構成を示す平面図である。
【図６】従来のタッチパネル装置のタッチ位置検出原理を示す概略図である。
【図７】従来のタッチパネル装置の概略図である。
【図８】図７よりも改善されたタッチパネル装置の検出ずれを示す図である。
【符号の説明】
１１基板
１２導電膜
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ配線用取り出し端末
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ外部接続用パターン
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ電極パターン

Claims

基板の表面に導電膜を設け、前記導電膜の外周に導電膜より低抵抗の導電物からなる電極を設けたタッチパネルと、前記導電膜の外周の第１の点と第２の点を通して導電膜に交流電流を供給する交流電流発生手段と、前記第１の点と第２の点から供給された第１の電流と第２の電流を計測する電流計測手段とを備え、計測された第１と第２の電流からタッチ位置を算出するタッチパネル装置において、
前記導電膜の外周の低抵抗の導電物からなる電極は、導電膜のＸ軸方向及びＹ軸方向の全周にわたって矩形状に連続して設けられ、この電極のＸ軸方向及びＹ軸方向の各１辺の抵抗値Ｒ_Ａ、Ｒ_Ｂは、次の計算式を用い、Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂの値を計算し、このＣ_Ａ、Ｃ_Ｂが最小になるような最適値を求めることにより得ることを特徴とするタッチパネル装置。
Ｃ_Ａ＝（Ｘ＊Ｒ_Ａ）／（８＊ρ）
Ｃ_Ｂ＝（Ｙ＊Ｒ_Ｂ）／（８＊ρ）
ただし、
Ｃ_Ａ〔ｍｍ〕：Ｘ軸の電極部周辺の直線性の最大湾曲
Ｃ_Ｂ〔ｍｍ〕：Ｙ軸の電極部周辺の直線性の最大湾曲
Ｒ_Ａ〔Ω〕：Ｘ軸の１電極の電極間抵抗の総和
Ｒ_Ｂ〔Ω〕：Ｙ軸の１電極の電極間抵抗の総和
Ｘ〔ｍｍ〕：Ｘ軸の辺の長さ
Ｙ〔ｍｍ〕：Ｙ軸の辺の長さ
ρ〔Ω／□〕：基板の表面の導電膜の抵抗値
基板の表面に導電膜を設け、前記導電膜の外周に導電膜より低抵抗の導電物からなる電極を設けたタッチパネルと、前記導電膜の外周の第１の点と第２の点を通して導電膜に交流電流を供給する交流電流発生手段と、前記第１の点と第２の点から供給された第１の電流と第２の電流を計測する電流計測手段とを備え、計測された第１と第２の電流からタッチ位置を算出するタッチパネル装置において、
前記導電膜の外周の低抵抗の導電物からなる電極は、導電膜の全周にわたって連続して設けられ、この電極の第１の点あるいは第２の地点から中央部にかけて、電極の抵抗値を順次変化させたことを特徴とするタッチパネル装置。
前記電極は、その端部から中央部にかけて厚みを２次曲線状に変化させることで、端部から中央部にかけて電極の抵抗値を順次変化させたことを特徴とする請求項２記載のタッチパネル装置。
前記電極は、その端部から中央部にかけて幅を２次曲線状に変化させることで、端部から中央部にかけて電極の抵抗値を順次変化させたことを特徴とする請求項２記載のタッチパネル装置。