JP5035205B2 - Touch panel device - Google Patents

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Description

本発明は、指または座標指示器によりセンサーパネルへのタッチ位置を検出する静電容量型のタッチパネル装置におけるタッチ位置の検出信号の位相を測定し、位置座標のズレを補正する装置及び方法に関するものである。   The present invention relates to an apparatus and method for measuring a phase of a detection signal of a touch position in a capacitive touch panel device that detects a touch position on a sensor panel with a finger or a coordinate indicator, and correcting a positional coordinate shift. It is.

タッチパネル装置は、コンピュータまたはその他のデータ処理装置用に、簡単かつ直観的なインターフェースを提供するものである。特に透明なタッチパネル装置では、ユーザーはデータの入力にキーボードを用いるのではなく、画面上でアイコンに触れたり、文字や絵を描くことによりタッチパネル装置を介して情報を送ることができる。本技術分野の代表的な例として静電容量結合型があり、人体が接地効果を持っていることによりAC電流経路を形成可能であることに由来している。
図4は従来技術である。静電容量結合方式のタッチパネル装置の例であり、センサーパネル41のガラス基材の表面は、均一な面抵抗体42を取り囲む抵抗性周囲電極43が配置されており、各4頂点の接続電極4A、4B、4C、4Dに引き出し線44が設けられ、信号処理部45に接続されている。
従来のセンサーパネル41は、ガラス基材の表面に面抵抗体42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700Ω/□で形成されている。ガラス基材は例えばソーダーガラスが使用される。面抵抗体42の上には、抵抗性周囲電極43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43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の接続電極には、引き出し線44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。
The touch panel device provides a simple and intuitive interface for a computer or other data processing device. In particular, in a transparent touch panel device, the user can send information via the touch panel device by touching an icon on the screen or drawing a character or a picture instead of using a keyboard for data input. A typical example of this technical field is a capacitive coupling type, which is derived from the fact that an AC current path can be formed by the human body having a grounding effect.
FIG. 4 shows the prior art. This is an example of a capacitive coupling type touch panel device, and a resistive surrounding electrode 43 surrounding a uniform surface resistor 42 is arranged on the surface of the glass substrate of the sensor panel 41, and connection electrodes 4A at the four vertices. 4B, 4C, and 4D are provided with lead wires 44 and connected to the signal processing unit 45.
In the conventional sensor panel 41, an ITO (indium oxide) film formed by sputtering or a tin oxide film formed by CVD is formed on the surface of a glass substrate as a surface resistor 42 at about 700Ω / □. As the glass substrate, for example, soda glass is used. On the surface resistor 42, a resistive surrounding electrode 43 is formed so that the resistance value between the apexes is about 70Ω. The resistive surrounding electrode 43 is formed by, for example, using conductive ink, printing and baking in a desired pattern. If necessary, the connecting electrode at each apex portion may be printed and baked with a solderable conductive ink for connecting the lead wire 44, or may be protected with insulating ink except for each apex portion. .

上記センサーパネル41の座標検出手段として、面抵抗体42の各部を信号駆動させ、面抵抗体42全体をAC電圧振動させて、指46と面抵抗体42の間に形成される静電容量結合を介して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45には、指46からのAC振動電圧を計測するための計測回路、計測された信号をDC化して数値化するためのAD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、計測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。
As the coordinate detection means of the sensor panel 41, each part of the surface resistor 42 is signal-driven, and the entire surface resistor 42 is vibrated by an AC voltage, thereby forming a capacitive coupling formed between the finger 46 and the surface resistor 42. There is a method of detecting the position of a point touched via the touch panel.
The signal processing unit 45 includes a measurement circuit for measuring the AC vibration voltage from the finger 46, an AD conversion circuit for converting the measured signal into a DC value, and a driver for causing the surface resistor 2 to vibrate. A circuit, a CPU for converting measured signals into coordinate data, and arithmetic software / storage devices thereof are included.

特開2000−132319号(直接触式タッチパネル装置)JP 2000-132319 (direct contact type touch panel device) 特願平11−278734(寄生信号除去式タッチパネル装置)Japanese Patent Application No. 11-278734 (parasitic signal elimination touch panel device)

静電容量型のタッチパネル装置において、センサーパネルの設置環境による寄生信号や、人体の接地効果の程度、つまり接地インピーダンスの変化によって実際に指が面抵抗体をタッチした座標位置と、信号処理部で算出された座標位置の間で座標の検出位置がずれる現象があった。
人体の居る周囲条件または人体とシステム筐体とその接地台等への接触状態、更には履物の材質により、人体の接地インピーダンスの内抵抗成分が無視できなくなり、その結果寄生信号(寄生信号の発生の詳細説明は後述する。)と指による本来の信号(操作者が面抵抗体に指を当接し、発生した静電容量結合量)との間に位相差が生じ、スカラー量の合成(混合)ではなく、ベクトル合成信号となる。 前記ベクトル合成信号をスカラー量としてそのまま座標演算すると、本来のAC信号成分と異なるために座標ずれが発生する要因になる。
In a capacitive touch panel device, the signal processing unit uses the coordinate position where the finger actually touched the surface resistor due to the parasitic signal due to the installation environment of the sensor panel and the degree of grounding effect of the human body, that is, the change in grounding impedance. There was a phenomenon in which the coordinate detection position was shifted between the calculated coordinate positions.
The internal resistance component of the ground impedance of the human body cannot be ignored due to the surrounding conditions of the human body or the contact state between the human body and the system housing and its grounding platform, and the footwear material. As a result, parasitic signals (occurrence of parasitic signals) Will be described later.) And the original signal from the finger (capacitance coupling amount generated when the operator touches the finger with the surface resistor), a phase difference occurs, and the scalar amount is combined (mixed). ), But a vector composite signal. If the vector composite signal is used as a scalar quantity to perform coordinate calculation as it is, it is different from the original AC signal component, which causes a coordinate shift.

前記、寄生信号と操作者の指が面抵抗体に当接したときに発生する静電容量からなる本来の信号との間の位相差をベクトル合成として捕らえ、操作者の指が面抵抗体に当接したときのタッチ位置座標のずれを解消する方法として、センサーパネルからの電磁放射による寄生信号及び寄生容量による寄生信号に対しAC信号状態で、逆位相同振幅の除去信号を強制印加する方法が開示されている。   The phase difference between the parasitic signal and the original signal consisting of the capacitance generated when the operator's finger contacts the surface resistor is captured as a vector composition, and the operator's finger becomes the surface resistor. A method of forcibly applying a removal signal having an opposite phase and the same amplitude in an AC signal state to a parasitic signal due to electromagnetic radiation from a sensor panel and a parasitic signal due to parasitic capacitance, as a method of eliminating a shift in touch position coordinates when abutting. Is disclosed.

前記手段は、センサーパネルとシステム筐体間の浮遊容量やセンサーパネルからの電磁放射による寄生信号を想定して、ベクトル的に、逆位相でかつ同振幅の信号を強制印加し、寄生信号成分を除去するもので、タッチ位置ずれの解消方法として有効である。しかしながら前記方法での条件としてセンサーパネルがシステム筐体に取り付けられた環境において発生する寄生信号成分に対して逆位相でかつ同振幅の除去信号を強制印加しなければならない。
つまりセンサーパネルがシステム筐体に取り付けられる前にはセンサーパネルとシステム筐体間の浮遊容量分である寄生信号の振幅や位相がわからない。
またある程度寄生信号成分を想定して逆位相でかつ同振幅の除去信号を印加することはできるが、この方法では完全に寄生信号を除去することができなかった。
前記センサーパネルとシステム筐体間の浮遊容量分を減らすためにパネル部裏面や表面のセンサーパネル取り付け部に面抵抗体のシールド(電気的な回路グランドの意味ではなく寄生信号が進入しないための手段、以下本文では前記意味で使用する)を施し、裏面やセンサーパネル表面取り付け部からの電磁放射による電流を信号処理部に流入させないことで、軽減することができるが寄生信号を完全に除去できない。(実際はパネル部裏面に透明な面抵抗体を施し、前記面抵抗体をシールドする方法があるが、前記、透明面抵抗体の面抵抗をゼロにすることができる材料がなく、完全にシールドすることができない、また表面のセンサーパネル取り付け部もタッチ面はシールドすることができないため、寄生信号を完全に除去できない。)
Assuming the stray capacitance between the sensor panel and the system casing and the parasitic signal due to electromagnetic radiation from the sensor panel, the means forcibly applies a signal with the same phase and amplitude as the vector, This is an effective removal method for touch position deviation. However, as a condition in the above method, a removal signal having an opposite phase and the same amplitude as that of a parasitic signal component generated in an environment where the sensor panel is attached to the system casing must be forcibly applied.
That is, before the sensor panel is attached to the system casing, the amplitude and phase of the parasitic signal, which is the stray capacitance between the sensor panel and the system casing, is not known.
Further, it is possible to apply a removal signal having the opposite phase and the same amplitude assuming a parasitic signal component to some extent, but this method cannot completely remove the parasitic signal.
In order to reduce the stray capacitance between the sensor panel and the system casing, shield the surface resistor on the sensor panel mounting part on the back or front of the panel (means for preventing parasitic signals from entering the sensor circuit mounting part) In the following text, it is used in the above-mentioned meaning), and the current due to electromagnetic radiation from the back surface or the sensor panel front surface mounting portion does not flow into the signal processing portion, but it can be reduced, but the parasitic signal cannot be completely removed. (In actuality, there is a method of shielding the surface resistor by applying a transparent surface resistor to the back of the panel part, but there is no material that can make the surface resistance of the transparent surface resistor zero, and the shield is completely shielded. (Since the touch panel cannot shield the sensor panel mounting part on the surface, the parasitic signal cannot be completely removed.)

本発明の目的は、操作者の指が実際に面抵抗体に触れた時に発生する信号と寄生信号の間に位相差が生じ、スカラー量の合成(混合)ではなく、ベクトル合成となる信号を補正し本来のAC信号成分(スカラー量へ変換)にして座標ずれをなくすことを目的とする。   An object of the present invention is to generate a phase difference between a signal generated when an operator's finger actually touches a surface resistor and a parasitic signal, and to generate a signal that is not vector synthesis (mixing) but vector synthesis. The object is to correct the original AC signal component (converted to a scalar amount) and eliminate the coordinate shift.

本発明は、センサーパネル面上の指または導電性のスタイラスの当接位置を検出するために使用する装置であり、前記センサーパネル面上には、抵抗膜材料を均一に形成された面抵抗体を配設すると共に、前記面抵抗体をAC電圧駆動するために、接続電極点を配設した抵抗性周囲電極を前記センサーパネル面上の周辺に設け、前記接続電極に流れるAC電流に比例したAC電圧の振幅を計測する回路と、前記AC電圧の位相を計測する回路を有するタッチパネル装置であって、前記指または導電性のスタイラスが前記面抵抗体に当接していないときのAC電圧位相と振幅を無接触ベクトル信号とし、指または導電性スタイラスが前記面抵抗体に当接したときのAC電圧振幅と位相を接触ベクトル信号とし、指または導電性スタイラスが前記面抵抗体に当接したときのしたときのAC電圧振幅と位相を接触ベクトル信号とし、前記無接触ベクトル信号と、接触ベクトル信号を演算することにより得られた結果を、指または導電性のスタイラスが前記面抵抗体上をタッチした本来のAC電流のスカラー量とし、前記スカラー量を前記接続電極に流れる前記当接した位置に比例した本来のAC電流として座標を算出する演算処理部を有するタッチパネル装置を提案するものである。   The present invention is an apparatus used for detecting a contact position of a finger or a conductive stylus on a sensor panel surface, and a surface resistor in which a resistive film material is uniformly formed on the sensor panel surface In addition, in order to drive the surface resistor with an AC voltage, a resistive peripheral electrode provided with connection electrode points is provided on the periphery of the sensor panel surface, and is proportional to the AC current flowing through the connection electrode. A touch panel device having a circuit for measuring the amplitude of an AC voltage and a circuit for measuring the phase of the AC voltage, and the AC voltage phase when the finger or the conductive stylus is not in contact with the surface resistor The amplitude is a contactless vector signal, the AC voltage amplitude and phase when the finger or conductive stylus contacts the surface resistor is the contact vector signal, and the finger or conductive stylus is The AC voltage amplitude and phase when abutting against the resistor is used as a contact vector signal, and the result obtained by calculating the contactless vector signal and the contact vector signal is obtained by a finger or a conductive stylus. A touch panel device having an arithmetic processing unit for calculating a coordinate as a scalar amount of an original AC current touched on the surface resistor, and using the scalar amount as an original AC current proportional to the contacted position flowing through the connection electrode This is a proposal.

指が前記面抵抗体の近くに無い時の寄生信号による前記AC電圧や、容量性接地人体や抵抗性接地人体の指による前記振幅の位相差を合成ベクトルとしてとらえ寄生信号を排除することで、タッチパネル装置の設置環境や接地人体のインピーダンスが常時変化しても本来の検出信号を計測することができる。   By treating the AC voltage due to the parasitic signal when the finger is not near the surface resistor, the phase difference of the amplitude due to the finger of the capacitive ground human body or the resistive ground human body as a combined vector, and eliminating the parasitic signal, The original detection signal can be measured even when the installation environment of the touch panel device or the impedance of the grounded human body changes constantly.

本発明で得られた手段の結果、操作者がセンサーパネルへタッチしたときに面抵抗体に流れるAC信号電流からタッチ位置を検出する。静電容量型タッチパネル装置の、操作者の接地状況に係わらず、またセンサーパネルの装置への設置環境にかかわらず、さらにはセンサーパネルがシステム筐体へ組み込む前でも、組み込まれた後でも、さらには組み込まれた寄生信号の信号処理部への流入量が変化してもタッチ検出位置ずれをなくすことができた。   As a result of the means obtained in the present invention, the touch position is detected from the AC signal current flowing in the surface resistor when the operator touches the sensor panel. Regardless of the operator's grounding status of the capacitive touch panel device, and regardless of the installation environment of the sensor panel in the device, the sensor panel may be installed before or after being installed in the system chassis. Even if the inflow amount of the incorporated parasitic signal into the signal processing unit changes, the touch detection position shift can be eliminated.

センサーパネルはベースとなる樹脂やガラス等の表面に、抵抗膜材料を均一に形成され、この抵抗膜の周辺を取り囲む抵抗性周囲電極が配設されて、この抵抗性周囲電極の4頂点と電気的に導体ケーブルが接続され、周囲電極の4頂点から導体ケーブルを介してタッチ位置に比例したAC電圧の振幅を計測する回路と位相を計測する回路を備え、4頂点に流れるAC電圧及び位相から余弦定理を用いて算出する演算処理部があり、算出したスカラー量を本来のタッチ位置検出信号として、前記センサーパネル面上の指の接触位置を座標計算する手段を備えたタッチパネル装置としたものである。   In the sensor panel, a resistive film material is uniformly formed on the surface of a resin or glass as a base, and a resistive peripheral electrode surrounding the periphery of the resistive film is disposed. A conductor cable is connected, and includes a circuit for measuring the amplitude of the AC voltage proportional to the touch position from the four vertices of the surrounding electrodes and a circuit for measuring the phase from the four vertices of the surrounding electrodes. There is an arithmetic processing unit that calculates using the cosine theorem, and uses the calculated scalar amount as an original touch position detection signal as a touch panel device having means for calculating the coordinates of the finger contact position on the sensor panel surface. is there.

以下、本発明の詳細を添付した図1を参照して詳細に説明する。
センサーパネル部1は長方形のガラス基材に約700Ω/□となるようITO(インジウム錫酸化物)やNESA(錫酸化物)のような透明面抵抗体膜2を形成した。
次に面抵抗体膜2の上を取り囲む抵抗性周囲電極3(以下周囲電極とする)をカーボンや銀カーボンなどの導電性インキで接触配設した。前記周囲電極の4頂点間の抵抗値を約70Ωとし、接続電極である4頂点A,B,C,D点のにはそれぞれ導体ケーブルである引き出し線4が接続されている。
各引き出し線4は、電流−電圧変換回路9のそれぞれの入力に接続される。AC信号源としての振動電圧発生器8が、電流−電圧変換回路9の各入力に低インピーダンスで振動電圧を与える。従って透明面抵抗体2はAC電圧駆動される。
Hereinafter, the details of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
In the sensor panel unit 1, a transparent surface resistor film 2 such as ITO (indium tin oxide) or NESA (tin oxide) was formed on a rectangular glass substrate so as to have a resistance of about 700Ω / □.
Next, a resistive surrounding electrode 3 (hereinafter referred to as a surrounding electrode) surrounding the surface resistor film 2 was placed in contact with a conductive ink such as carbon or silver carbon. The resistance value between the four vertices of the peripheral electrode is set to about 70Ω, and lead wires 4 that are conductor cables are connected to the four vertices A, B, C, and D that are connection electrodes.
Each lead line 4 is connected to a respective input of the current-voltage conversion circuit 9. An oscillating voltage generator 8 serving as an AC signal source applies an oscillating voltage to each input of the current-voltage conversion circuit 9 with a low impedance. Therefore, the transparent surface resistor 2 is driven by an AC voltage.

電流−電圧変換回路9の簡単な実際例は、トランジスタのベースをAC電圧で振動させ、エミッタをセンサーパネル部1と接続し、コレクタからシングルエンド化した(AC電圧振動系からアイソレートされた)出力信号電圧をアナログマルチプレクサ10に印加する。この出力信号電圧は引き出し線4に流れる信号電流に比例する。さらに前記出力電圧を計測するために信号処理部12内にあるAM検波部でDC化する。   A simple practical example of the current-voltage conversion circuit 9 is that the base of the transistor is vibrated with an AC voltage, the emitter is connected to the sensor panel unit 1, and the collector is single-ended (isolated from the AC voltage oscillation system). An output signal voltage is applied to the analog multiplexer 10. This output signal voltage is proportional to the signal current flowing through the lead wire 4. Further, in order to measure the output voltage, it is converted to DC by an AM detection unit in the signal processing unit 12.

電圧駆動される透明面抵抗体2に、指5がタッチまたは近接する。導電性スタイラス(図示せず)が指5の代わりにタッチまたは近接しても同様である。人体は導電性があり、等価抵抗6で図示する。また従来から知られているように、人体は接地効果を持っており、接地インピーダンス7(Z)で図示する。   The finger 5 touches or approaches the transparent surface resistor 2 that is voltage-driven. The same applies when a conductive stylus (not shown) touches or approaches instead of the finger 5. The human body is conductive and is illustrated with an equivalent resistance 6. As is known in the art, the human body has a grounding effect and is represented by a grounding impedance 7 (Z).

11は位相計測部であり簡単な実施例としてはAC信号電流に比例した出力電圧を増幅して矩形波に波形成型する。振動電圧発生器8の出力部からの波形を正弦波ならば矩形波に成型する。前記両矩形波をAND回路により位相に比例したデューティ比の矩形波が得られる。前記矩形波を信号処理部12内でDC化することで位相に比例対応したDC信号を計測できる。
以上のように人体の指5が透明面抵抗体2にタッチまたは近接した時(近接した時は静電容量結合を介して)透明面抵抗体2と指5を介したAC信号電流の経路ができ、検出信号の振幅電圧を計測すると同時に位相も計測することができた。
Reference numeral 11 denotes a phase measuring unit which, as a simple embodiment, amplifies an output voltage proportional to an AC signal current and forms a waveform into a rectangular wave. If the waveform from the output part of the oscillating voltage generator 8 is a sine wave, it is shaped into a rectangular wave. A rectangular wave having a duty ratio proportional to the phase is obtained from the both rectangular waves by an AND circuit. A DC signal proportional to the phase can be measured by converting the rectangular wave into DC in the signal processing unit 12.
As described above, when the human finger 5 touches or approaches the transparent surface resistor 2 (through capacitive coupling when close), the AC signal current path through the transparent surface resistor 2 and the finger 5 is It was possible to measure the amplitude voltage of the detection signal and the phase at the same time.

図1に示す例では、透明面抵抗体2に流れるAC電流は結局、接続電極A,B,C,D点に配分され、図示する指5のタッチ位置の場合、接続電極A点には多く流れ、接続電極C点には少なく流れる。これら接続電極A,B,C,D点に流れるAC信号電流値、すなわちそれらに比例したアナログマルチプレクサ10の各入力AC信号電圧値から、透明面抵抗体2上の指5のタッチまたは近接した位置を検出する。   In the example shown in FIG. 1, the AC current flowing through the transparent surface resistor 2 is eventually distributed to the connection electrodes A, B, C, and D, and in the case of the touch position of the finger 5 shown in FIG. Current flows little at the connection electrode C point. From the AC signal current values flowing through these connection electrodes A, B, C, and D, that is, the input AC signal voltage values of the analog multiplexer 10 proportional to them, the finger 5 is touched or located close to the transparent surface resistor 2. Is detected.

ここで指5以外にも、流れる寄生信号について説明する。図3は寄生信号発生要因の説明図である。一般的に、導電体が電圧振動すると、多かれ少なかれ電磁放射を伴い、駆動点に放射電流が流れる。本実施例ではセンサーパネル部1を460kHz、0.5Vrmsの正弦波で駆動しており、その放射電磁波35(図3参照)の波長は650mである。センサーパネル部1のサイズはA5〜A3程度であり、波長に比し極めて小さい。故にその放射インピーダンスはほぼ容量性のみであり、抵抗成分は無視してよい。   Here, a parasitic signal that flows in addition to the finger 5 will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram of the cause of parasitic signal generation. Generally, when a conductor vibrates with voltage, electromagnetic radiation is more or less accompanied by a radiated current flowing through a driving point. In this embodiment, the sensor panel unit 1 is driven by a sine wave of 460 kHz and 0.5 Vrms, and the wavelength of the radiated electromagnetic wave 35 (see FIG. 3) is 650 m. The size of the sensor panel unit 1 is about A5 to A3, and is extremely small compared to the wavelength. Therefore, the radiation impedance is almost capacitive only, and the resistance component can be ignored.

更に別の寄生信号の発生要因があり、本装置のセンサーパネル1が、本装置を使用するシステムの筐体31に取り付けられている。通常、システムの筐体31は金属製であり、導電体である。またシステムの筐体31は、本装置の信号周波数において、回路グランドと、電源部のノイズフィルタ、浮遊容量、その他を介して低インピーダンスの関係にある。図示するように、透明なタッチパネル装置は特に、センサーパネル部1がシステムの筐体31のすぐ近くに取り付けられるため、寄生容量34が実際には生じる。またセンサーパネル部1は液晶ディスプレイと重ねて使用されることが多く、背面にも大きな寄生容量が生じる。   There is another cause of parasitic signal generation, and the sensor panel 1 of this apparatus is attached to a casing 31 of a system that uses this apparatus. Usually, the system casing 31 is made of metal and is a conductor. The system casing 31 is in a low impedance relationship with the circuit ground and the noise filter, stray capacitance, etc. of the power supply unit at the signal frequency of the apparatus. As shown in the figure, the transparent touch panel device particularly has a parasitic capacitance 34 because the sensor panel unit 1 is mounted in the immediate vicinity of the casing 31 of the system. Further, the sensor panel unit 1 is often used by being overlapped with a liquid crystal display, and a large parasitic capacitance is generated on the back surface.

この寄生信号電流は容量性であり、その位相の進みは、駆動電圧よりも90度進んでいる。前記寄生信号電流はセンサーパネル1のシステムの筐体31への取り付け状態により大きく変わり、5μA〜300μA程度となる。また前記位相も同様にセンサーパネル1がシステム筐体31へ近づいたり、対向面積が大きくなるほど寄生信号が多くなる。   This parasitic signal current is capacitive and its phase advance is 90 degrees ahead of the drive voltage. The parasitic signal current varies greatly depending on the attachment state of the sensor panel 1 to the housing 31 of the system, and is about 5 μA to 300 μA. Similarly, in the phase, the parasitic signal increases as the sensor panel 1 approaches the system casing 31 or the facing area increases.

上述した、センサーパネル1からの電磁放射インピーダンスやシステムの筐体31からの寄生容量34による寄生信号電流は、センサーパネル1の背面にシールドを置き、振動電圧発生器8に接続して、裏面からの電磁放射による電流を信号処理部12に流入させないことで、減少されるがゼロにはならない。またセンサーパネル1表面に関してはタッチ入力面があるため電磁放射を止めることはできない。   The electromagnetic radiation impedance from the sensor panel 1 and the parasitic signal current due to the parasitic capacitance 34 from the system casing 31 are placed on the back of the sensor panel 1 and connected to the vibration voltage generator 8 from the back. The current is reduced by not flowing into the signal processing unit 12 but does not become zero. Further, since there is a touch input surface on the surface of the sensor panel 1, electromagnetic radiation cannot be stopped.

上述のように、センサーパネル1面上からのほぼ容量性の放射電流とセンサーパネル1とシステム筐体31間の容量性34の寄生信号電流が合成されて、図1の各引き出し線4にはその駆動電圧位相より進んだ位相の寄生電流iA ,iB ,iC ,iD が図示するように電流/電圧変換回路9、アナログマルチプレクサ10を介して信号処理部12の入力回路に常時流れる。   As described above, the almost capacitive radiation current from the surface of the sensor panel 1 and the parasitic signal current of the capacitive 34 between the sensor panel 1 and the system housing 31 are combined, and each lead line 4 in FIG. Parasitic currents iA, iB, iC, iD having phases advanced from the drive voltage phase always flow to the input circuit of the signal processing unit 12 via the current / voltage conversion circuit 9 and the analog multiplexer 10 as shown in the figure.

本発明は寄生信号電流の電流値と位相を計測する手段と寄生信号とタッチ検出信号の合成された電流値と位相を計測する手段とその演算処理で本来のタッチ検出信号を得られることができ、指のタッチ位置ずれをなくすことができた、その詳細は後述する。   According to the present invention, the original touch detection signal can be obtained by the means for measuring the current value and phase of the parasitic signal current, the means for measuring the combined current value and phase of the parasitic signal and the touch detection signal, and the arithmetic processing thereof. The finger touch position shift can be eliminated, details of which will be described later.

次に人体の接地効果について説明する。本装置のセンサーパネル1が、本装置を使用するシステムの筐体31に取り付けられている。人体30がその右手でセンサーパネル1にタッチし、操作している。人体30の左手を図示するように金属性のシステムの筐体31に接触している時は人体30とシステムの筐体31間は抵抗性のインピーダンスの関係にある。その抵抗値は1kΩ程度である。また人体30の左手をシステムの筐体31から離している場合は、他の接地効果要因が主役となり、システムの筐体31と人体30間の容量33、人体30の接地容量32、更に指がセンサーパネル1にタッチした時人体30も少し電圧振動するが、その電磁放射インピーダンスによる接地効果との合成したものとなる。   Next, the grounding effect of the human body will be described. A sensor panel 1 of the present apparatus is attached to a casing 31 of a system that uses the present apparatus. The human body 30 touches and operates the sensor panel 1 with its right hand. When the left hand of the human body 30 is in contact with the metallic system casing 31 as shown in the figure, the human body 30 and the system casing 31 are in a resistive impedance relationship. Its resistance value is about 1 kΩ. Further, when the left hand of the human body 30 is separated from the system casing 31, other ground effect factors play a leading role, the capacity 33 between the system casing 31 and the human body 30, the ground capacity 32 of the human body 30, and the finger When the sensor panel 1 is touched, the human body 30 also vibrates a little, but it is a combination of the ground effect due to the electromagnetic radiation impedance.

この人体30からの電磁放射による接地効果(人体の電圧振動抑制効果)については前述の特許出願番号[特願平10−321508号]に詳述されている。
従って、人体30の履物が絶縁性とすれば、システムの筐体31に触れない時は、図1に示す人体の接地インピーダンス7は容量性であり、システムの筐体31に触れている時は、接地インピーダンス7は抵抗性であり、そのインピーダンスは容量性と比べて小さな値となる。
The grounding effect (the effect of suppressing voltage vibration of the human body) due to electromagnetic radiation from the human body 30 is described in detail in the aforementioned patent application number [Japanese Patent Application No. 10-321508].
Therefore, if the footwear of the human body 30 is insulative, the ground impedance 7 of the human body shown in FIG. 1 is capacitive when the system housing 31 is not touched, and when the footwear is touching the system housing 31. The ground impedance 7 is resistive, and the impedance is a small value compared to the capacitive.

図2は寄生信号とタッチ信号をベクトル表示した説明図である。
この図2では説明をわかりやすくするために、振動電圧発生器8の電圧位相を基準位相軸20とし、垂直方向は位相が進んだ方向とする。ベクトル22が実際の寄生信号と容量性接地人体の合成された信号成分である。ベクトル21は寄生信号成分である。ベクトル22とベクトル21の差分が接地人体の指5による本来のAC信号成分である。寄生信号21と同じ位相をもつ容量性接地人体の場合、ベクトル22は同じ方向なので、スカラー量としてDC化(AM検波)後に、ベクトル22の振幅からベクトル21の振幅を引き算して本来の指によるAC信号成分の振幅(大きさ)を検出してもタッチ位置がずれることはない。
FIG. 2 is an explanatory diagram in which parasitic signals and touch signals are displayed as vectors.
In FIG. 2, for easy understanding, the voltage phase of the oscillating voltage generator 8 is the reference phase axis 20, and the vertical direction is the direction in which the phase has advanced. Vector 22 is the combined signal component of the actual parasitic signal and the capacitive ground human body. Vector 21 is a parasitic signal component. A difference between the vector 22 and the vector 21 is an original AC signal component by the finger 5 of the ground human body. In the case of a capacitive ground human body having the same phase as the parasitic signal 21, the vector 22 is in the same direction. Therefore, after DC conversion (AM detection) as a scalar quantity, the amplitude of the vector 21 is subtracted from the amplitude of the vector 22 by the original finger. Even if the amplitude (magnitude) of the AC signal component is detected, the touch position does not shift.

しかしながら抵抗性分が寄生信号より多くなった接地人体の指5による信号の場合、寄生信号成分21に本来のAC信号成分24が合成されたベクトル23になる。図からもわかるように前述した方法でベクトル23の振幅からベクトル21の振幅を引き算すると本来のAC信号24より小さくなり、正確な座標を求めることができない。
この現象の対策は、従来も行われていたスカラー量のみでは不可能である。原因は寄生信号成分21の位相と人体接地の抵抗・容量性の変化による位相のずれにある。従来の対策である完全なシールドを施すことは前述したように無理であり、またセンサーパネル1の構造も複雑になり、高コストとなる。
However, in the case of a signal from the finger 5 of the grounded human body whose resistance component is greater than that of the parasitic signal, the vector 23 is obtained by combining the parasitic signal component 21 with the original AC signal component 24. As can be seen from the figure, when the amplitude of the vector 21 is subtracted from the amplitude of the vector 23 by the above-described method, it becomes smaller than the original AC signal 24 and an accurate coordinate cannot be obtained.
Countermeasures against this phenomenon are impossible with only the scalar amount that has been conventionally used. The cause is the phase shift due to the change in the phase of the parasitic signal component 21 and the resistance / capacitance of the human ground. As described above, it is impossible to provide a complete shield, which is a conventional measure, and the structure of the sensor panel 1 is complicated and the cost is increased.

他に有効な対策として寄生信号成分と同じ大きさ(同振幅)の信号を180度位相を変えて(逆位相)強制印加することで寄生信号を相殺する方法がある。しかしながら前記方法ではセンサーパネル1がシステムの筐体31に取り付けられた環境での寄生信号成分と同じ大きさの逆位相信号を印加する必要があり、正確にはシステムの筐体31の1台ごとに印加する信号を調整しなければならない。またセンサーパネル1を取り付ける前のタッチパネル装置単体では上記同振幅の信号を印加するのは寄生信号の位相や振幅を予想しなければならないため完全な調整は困難である。
本発明では寄生信号とタッチ検出信号の電流量と位相を計測して、各ベクトル信号として扱うことで本来のタッチ信号を抽出(スカラー量へ変換)することにある。
As another effective measure, there is a method of canceling the parasitic signal by forcibly applying a signal having the same magnitude (same amplitude) as that of the parasitic signal component by changing the phase by 180 degrees (reverse phase). However, in the above method, it is necessary to apply an antiphase signal having the same magnitude as the parasitic signal component in the environment where the sensor panel 1 is attached to the system casing 31. The signal applied to must be adjusted. Further, in the touch panel device alone before the sensor panel 1 is attached, it is difficult to completely adjust the signal having the same amplitude because the phase and amplitude of the parasitic signal must be predicted.
In the present invention, the current amount and phase of the parasitic signal and the touch detection signal are measured and treated as each vector signal to extract the original touch signal (convert to a scalar amount).

次に寄生信号を排除する動作処理を説明する。センサーパネル面に指が近接あるいは接触していない状態での検出信号の振幅をDC化された値として計測し、図2での記号を(b)とする。前記位相を計測する。ここでの位相角は容量性信号のため駆動電圧信号より90度すすむことになるが、DC化するための回路処理などがあるために、正確な90度にならないので計測しておく。次にタッチ時の検出信号の振幅(c)と位相角のDC化された値を計測する。このタッチ時の検出信号は寄生信号を含んだ合成信号である。次に指がタッチしていない状態(無接触ベクトル)の位相角とタッチ時(接触ベクトル)の位相角の差分を(α)とすると、求める本来の検出信号の振幅(a)は余弦定理より

a = √(b2 + c2 - 2bc cos α)

で計算できる。
Next, operation processing for eliminating parasitic signals will be described. The amplitude of the detection signal in a state where the finger is not close to or in contact with the sensor panel surface is measured as a DC value, and the symbol in FIG. The phase is measured. The phase angle here is 90 degrees from the drive voltage signal because of the capacitive signal, but it is measured because it is not accurate 90 degrees due to circuit processing for DC conversion. Next, the DC value of the amplitude (c) and the phase angle of the detection signal at the time of touch is measured. The detection signal at the time of touch is a combined signal including a parasitic signal. Next, if the difference between the phase angle when the finger is not touching (contactless vector) and the phase angle when touching (contact vector) is (α), the amplitude (a) of the original detection signal to be obtained is obtained from the cosine theorem.

a = √ (b2 + c2-2bc cos α)

It can be calculated with

ちなみに位相計測回路は上述のように位相の差分を検出するために絶対値精度は必要ないため簡単な回路で構成できる。
上述したベクトル処理の結果、非接触ベクトル(寄生信号)と接触ベクトル(合成信号)より寄生信号が排除された求める本来のタッチ検出信号(スカラー量)が得られる。
次に上述のベクトル処理をセンサーパネルの各点(A、B、C、D点)毎に行い、本来の信号による座標演算処理を実施する。
非接触ベクトルの計測は、電源投入時または振幅が最小になったときを非接触ベクトルとし、この非接触ベクトルの値を更新すれば、より正確な演算処理が可能になる。
Incidentally, since the phase measurement circuit does not require absolute value accuracy in order to detect the phase difference as described above, it can be configured with a simple circuit.
As a result of the vector processing described above, an original touch detection signal (scalar amount) to be obtained in which the parasitic signal is excluded from the non-contact vector (parasitic signal) and the contact vector (synthetic signal) is obtained.
Next, the vector processing described above is performed for each point (point A, B, C, D) on the sensor panel, and coordinate calculation processing based on the original signal is performed.
For the measurement of the non-contact vector, when the power is turned on or when the amplitude becomes minimum, the non-contact vector is used, and if the value of the non-contact vector is updated, more accurate calculation processing can be performed.

本実施例では、抵抗性周囲電極3の4頂点に接続電極A、B、C、D点を配設したが、前記各頂点間に接続電極を配設してもよい、また座標演算は複雑になるが抵抗性周囲電極3を無くし面抵抗体2の周囲に接続電極を直接配設してもよい。また、ここまでの説明では長方形のパネルで説明したが、任意の形状のパネルでよく、1次元(座標)でも本発明の有効性には変わりない。
本発明で得られた手段の結果、操作者がセンサーパネルへタッチしたときに面抵抗体に流れるAC信号電流からタッチ位置を検出する静電容量型タッチパネル装置で、非接触ベクトル(寄生信号)と接触ベクトル(合成信号)より余弦定理を使って本来の検出信号に補正することで、操作者の接地状況に係わらず、またセンサーパネルの装置への設置環境にかかわらず、さらにはセンサーパネルがシステム筐体へ組み込む前でも、組み込まれた後でも、さらには組み込まれた電気的環境が変化しても、調整の必要がなく、タッチ検出位置ずれをなくすことができた。
In this embodiment, the connection electrodes A, B, C, and D are arranged at the four vertices of the resistive surrounding electrode 3, but the connection electrodes may be arranged between the vertices, and the coordinate calculation is complicated. However, the resistive surrounding electrode 3 may be eliminated, and the connection electrode may be disposed directly around the surface resistor 2. In the above description, a rectangular panel has been described. However, a panel having an arbitrary shape may be used, and even one-dimensional (coordinates) does not change the effectiveness of the present invention.
As a result of the means obtained by the present invention, a capacitive touch panel device that detects a touch position from an AC signal current flowing in a surface resistor when an operator touches a sensor panel, and a non-contact vector (parasitic signal) and By correcting the original detection signal using the cosine theorem from the contact vector (synthetic signal), the sensor panel can be used regardless of the grounding condition of the operator and the sensor panel installation environment. There was no need for adjustment even before installation, after it was installed, or even when the built-in electrical environment changed, and the touch detection position shift could be eliminated.

本発明のタッチパネル装置の説明図Explanatory drawing of the touch panel device of the present invention 寄生AC信号と合成AC信号のベクトル説明図Vector explanatory diagram of parasitic AC signal and synthesized AC signal センサーパネルの寄生容量と人体接地の説明図Illustration of sensor panel parasitic capacitance and human body grounding 従来の静電容量結合方式の座標入力装置の説明図Explanatory drawing of a conventional capacitively coupled coordinate input device

符号の説明Explanation of symbols

A、B、C、D 接続電極点
4A、4B、4C、4D 接続電極点
1 センサーパネル
2 面抵抗体
3 抵抗性周囲電極
4 引き出し線
5 指
6 人体の等価抵抗
7 人体の接地インピーダンス
8 振動電圧発生器
9 電流/電圧変換回路
10 アナログマルチプレクサ
11 位相検出回路
12 信号処理部
20 基準位相軸
21 寄生信号成分
22 実際の寄生信号と容量性接地人体の合成された信号成分
23 寄生信号成分21に本来のAC信号成分24が合成された信号
24 本来のAC信号成分
30 人体
31 システムの筐体
32 人体の接地容量
33 筐体31と人体30間の容量33
34 寄生容量
35 放射電磁波
A, B, C, D Connection electrode point 4A, 4B, 4C, 4D Connection electrode point 1 Sensor panel 2 Surface resistor 3 Resistive surrounding electrode 4 Lead wire 5 Finger 6 Human body equivalent resistance 7 Human body ground impedance 8 Vibration voltage Generator 9 Current / Voltage Conversion Circuit 10 Analog Multiplexer 11 Phase Detection Circuit 12 Signal Processing Unit 20 Reference Phase Axis 21 Parasitic Signal Component 22 Synthesized Actual Parasitic Signal and Capacitive Ground Human Body 23 Parasitic Signal Component 21 24 AC signal component 30 Human body 31 System housing 32 Human body grounding capacity 33 Capacity 33 between housing 31 and human body 30
34 Parasitic capacitance 35 Radiated electromagnetic wave

Claims (1)

センサーパネル面上の指または導電性のスタイラスの当接位置を検出するために使用する装置であり、前記センサーパネル面上には、抵抗膜材料を均一に形成された面抵抗体を配設すると共に、前記面抵抗体をAC電圧駆動するために、接続電極点を配設した抵抗性周囲電極を前記センサーパネル面上の周辺に設け、前記接続電極に流れるAC電流に比例したAC電圧の振幅を計測する回路と、前記AC電圧の位相を計測する回路を有するタッチパネル装置であって、前記指または導電性のスタイラスが前記面抵抗体に当接していないときのAC電圧位相と振幅を無接触ベクトル信号とし、指または導電性のスタイラスが前記面抵抗体に当接したときのAC電圧振幅と位相を接触ベクトル信号とし、前記無接触ベクトル信号と、接触ベクトル信号を演算することにより得られた結果を、指または導電性のスタイラスが前記面抵抗体上をタッチした本来のAC電流のスカラー量とし、前記スカラー量を前記接続電極に流れる前記当接した位置に比例した本来のAC電流として座標を算出する演算処理部を有することを特徴とするタッチパネル装置。
A device used for detecting a contact position of a finger or a conductive stylus on a sensor panel surface, and a surface resistor in which a resistive film material is uniformly formed is disposed on the sensor panel surface. In addition, in order to drive the surface resistor with an AC voltage, a resistive surrounding electrode provided with connection electrode points is provided on the periphery of the sensor panel surface, and the amplitude of the AC voltage is proportional to the AC current flowing through the connection electrode. A touch panel device having a circuit for measuring the AC voltage and a circuit for measuring the phase of the AC voltage, wherein the AC voltage phase and amplitude when the finger or the conductive stylus is not in contact with the surface resistor are contactless A vector signal, the AC voltage amplitude and phase when a finger or a conductive stylus contacts the surface resistor as a contact vector signal, the contactless vector signal, and the contact vector The result obtained by calculating the signal is the scalar amount of the original AC current that the finger or conductive stylus touches on the surface resistor, and the abutted position where the scalar amount flows to the connection electrode A touch panel device comprising an arithmetic processing unit that calculates coordinates as an original AC current proportional to
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