JP5831101B2 - 座標入力システム - Google Patents
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Description
本発明は、指によりタッチされた位置を検出する座標入力システム、いわゆるタッチパネルに関する。
図１０は従来の長方形の座標入力領域８を有する座標入力パネル１であり、均一な面抵抗体２に、面抵抗体２と電気的に接続するように、面抵抗体２を取り囲む抵抗性周囲電極３を配設しており、４個の頂点に検出電極４、５、６、及び７を備えている。検出電極４、５、６、及び７は、抵抗性周囲電極３と電気的に接続されている。座標入力領域８は、面抵抗体２上にあり、抵抗性周囲電極３の内側である。
上記座標入力パネル１を用いた座標入力システムの座標検出方法として、面抵抗体２全体を電圧振動させて、静電容量結合もしくは直接の接触を介し、指で指示した点の位置を入力パネル側で検出する方法がある。例えば、面抵抗体２の一点に出入りする電流の、４個の頂点（４、５、６、及び７）へ配分される電流値を計測し、それらの電流値を元に座標を計算するものが知られている（特許３２３７６２９号（特許文献１）参照）。このような方式を用いた座標入力システムは、表面型のタッチパネルと呼ばれる。
なお、指で「点」を「指示する」とは、指で、座標入力領域８内部の、ある位置座標に対応する点にタッチすることを意味する。
前記のような表面型のタッチパネルでは、同一の座標入力領域内を、複数の指で同時に指示した場合、４個の頂点に流れる電流値を基に、それぞれの指が指示した位置の座標を計算することは、不可能であるとされている。そのような機能が必要とされる用途には、座標入力領域内に縦横に電極を配設した投影型の静電容量結合方式タッチパネルや、カメラを用いた工学的なタッチパネル等が使用される。
ただし、本願出願人による特開２０１０−１５７０２９号（特許文献２）において、長方形の座標入力領域を有し、長方形の４個の頂点に検出電極を備える表面型の座標入力システムであっても、座標入力領域内を１本の指で１点を指示しているか、２本の指でそれぞれ異なる２点を指示しているかを識別できる、ということが開示されている。
一方、タッチパネルの用途の一つとして、ジェスチャ入力が挙げられる。これは、座標入力領域内を指示する指の動きによって、座標入力システムが接続される後段の装置に対して特定の命令を伝達するものである。ジェスチャは、１本の指によって実現されるものもあるが、近年の、マルチタッチ可能なタッチパネルの普及に伴い、複数の指を用いたジェスチャが使用されるようになっている。
上記座標入力パネル１を用いた座標入力システムの座標検出方法として、面抵抗体２全体を電圧振動させて、静電容量結合もしくは直接の接触を介し、指で指示した点の位置を入力パネル側で検出する方法がある。例えば、面抵抗体２の一点に出入りする電流の、４個の頂点（４、５、６、及び７）へ配分される電流値を計測し、それらの電流値を元に座標を計算するものが知られている（特許３２３７６２９号（特許文献１）参照）。このような方式を用いた座標入力システムは、表面型のタッチパネルと呼ばれる。
なお、指で「点」を「指示する」とは、指で、座標入力領域８内部の、ある位置座標に対応する点にタッチすることを意味する。
前記のような表面型のタッチパネルでは、同一の座標入力領域内を、複数の指で同時に指示した場合、４個の頂点に流れる電流値を基に、それぞれの指が指示した位置の座標を計算することは、不可能であるとされている。そのような機能が必要とされる用途には、座標入力領域内に縦横に電極を配設した投影型の静電容量結合方式タッチパネルや、カメラを用いた工学的なタッチパネル等が使用される。
ただし、本願出願人による特開２０１０−１５７０２９号（特許文献２）において、長方形の座標入力領域を有し、長方形の４個の頂点に検出電極を備える表面型の座標入力システムであっても、座標入力領域内を１本の指で１点を指示しているか、２本の指でそれぞれ異なる２点を指示しているかを識別できる、ということが開示されている。
一方、タッチパネルの用途の一つとして、ジェスチャ入力が挙げられる。これは、座標入力領域内を指示する指の動きによって、座標入力システムが接続される後段の装置に対して特定の命令を伝達するものである。ジェスチャは、１本の指によって実現されるものもあるが、近年の、マルチタッチ可能なタッチパネルの普及に伴い、複数の指を用いたジェスチャが使用されるようになっている。
特許３２３７６２９号
特開２０１０−１５７０２９号
特開２０１０−１５７０２９号
表面型のタッチパネルは、例えば投影型と比較すると、複数の指の指示位置を計算できない一方で、パネルの構造が単純であり、配線の数も非常に少なくて済む、という利点がある。また、前述したように、表面型のタッチパネルでは、複数の指で同時に指示した場合、それぞれの指が指示した全ての位置の座標を個別に計算することは不可能である。しかし、ジェスチャの認識であれば、それぞれの指が指示した位置の相対関係及び相対関係の変化を認識できればよく、それぞれの指が指示した全ての位置の座標を個別に求めることは必須ではない場合が存在する。
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、表面型の座標入力システムでありながら、２本の指で同時に指示した際のジェスチャに関する情報を検出できるような座標入力システムを提供することを目的とする。
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、表面型の座標入力システムでありながら、２本の指で同時に指示した際のジェスチャに関する情報を検出できるような座標入力システムを提供することを目的とする。
本発明は、少なくとも面抵抗体が形成された単連結である長方形の座標入力領域と、該長方形の座標入力領域の外縁を構成する４辺上に前記面抵抗体と電気的に接触するように設けられた、単位長さ当たりの抵抗値が一定であり、少なくとも対向辺同士の単位長さ当たりの抵抗値が等しいような直線の抵抗性周囲電極と、前記長方形の座標入力領域の４個の頂点に前記抵抗性周囲電極と電気的に接触するように設けられた検出電極と、該４個の検出電極に流れる電流を計測する電流計測手段と、前記座標入力領域内の位置を指で指示したときに、前記４個の検出電極に流れる電流値から、前記指で指示した前記座標入力領域内の位置を計算する座標計算手段と、前記４個の検出電極に流れる電流値から、前記座標入力領域内を１本の指で１点を指示しているか、２本の指でそれぞれ異なる２点を指示しているかを識別し、更に、２本の指で２点を指示していると識別した場合、前記２本の指が行っている相対運動を認識する識別認識手段を有し、前記識別認識手段は、前記４個の頂点にある前記検出電極に対応する前記電流値をそれぞれを左上から時計回りにＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤとしたときに、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄが非０である場合に、２本の指で２点を指示していると識別し、前記座標計算手段によって計算した座標の時間的な変化と、前記Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄの時間的な変化とから、前記２本の指が行っている相対運動を認識することを特徴とする座標入力システムを要旨とする。
本発明による座標入力システムによれば、投影型と比較してパネルの構造が単純である表面型のタッチパネルにおいて、複数の指を用いたジェスチャの一部を認識することができる。
また、投影型が苦手とするような比較的大きなタッチパネルについて、例えばカメラ方式に見られるような、パネルの表面側の枠の厚みを増すことなく、複数の指を用いたジェスチャの一部を認識することができる。
また、投影型が苦手とするような比較的大きなタッチパネルについて、例えばカメラ方式に見られるような、パネルの表面側の枠の厚みを増すことなく、複数の指を用いたジェスチャの一部を認識することができる。
以下、添付図面に従って、本発明に係る座標補正方法の好ましい実施の形態について詳説する。
〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態になる座標入力システムの一例を示す模式図である。指２１が座標入力パネル１１の座標入力領域１８内で指示した位置（（Ｘ，Ｙ）座標）を検出する座標入力システムの構成図である。面抵抗体１２は、透明なガラス、樹脂、または不透明な絶縁基材の片面に塗布、蒸着等により均一に形成したものである。面抵抗体１２の表面は、指２１が面抵抗体１２に直接触れない様に絶縁処理することによって、指２１と面抵抗体１２との静電容量結合による信号伝達をさせるようにしてもよいし、絶縁処理せず、指２１と面抵抗体１２の直接的な電気的接触による信号伝達をさせるようにしてもよい。ここでは、面抵抗体１２の表面に絶縁処理をした場合を説明する。
均一な面抵抗体１２の周囲又は内部に、各辺が直線である長方形の抵抗性周囲電極１３を密着配設し、抵抗性周囲電極１３が囲む領域の内部を長方形の座標入力領域１８とする。抵抗性周囲電極１３上において、長方形の座標入力領域１８の４頂点に当たる位置を検出電極１４〜１７とし、そこにそれぞれ１本ずつ引き出し線２２〜２５を接続する。引き出し線２２〜２５は、一般的に、それぞれ外部抵抗成分２６〜２９を含む。引き出し線２２〜２５を、アナログ信号処理部３０内の振動電圧印加回路３１に接続する。
座標を検出する際、ＡＣ信号源としての振動電圧発生器３２は、振動電圧印加回路３１に振動電圧を与え、振動電圧印加回路３１は、検出電極１４〜１７を低インピーダンスで電圧振動させ、且つ、アナログマルチプレクサ３３に検出電極１４〜１７から流入した電流を出力する。簡単な例としては、トランジスタのベースをＡＣ信号で振動させ、エミッタを検出電極と接続して、コレクタから電流出力するものがある。
ＡＣ信号源としての振動電圧発生器３２によって、面抵抗体１２は、全面が電圧振動する。人体は、従来から知られているように、ＡＣ信号に対して接地効果を持っており、人体の指２１が面抵抗体１２に接触または近接すると、静電容量結合により、指先を通して面抵抗体１２との間にＡＣ信号電流が流れる。検出電極１４〜１７は、アナログマルチプレクサ３３を通してＡ／Ｄコンバータ（アナログ／デジタル変換器）３４に接続しており、各検出電極に流れる電流に比例した電圧がＡ／Ｄコンバータ３４に印加される。このため、指先から面抵抗体１２を通して流れ、検出電極１４〜１７へ配分される電流の値を、電圧値としてデジタル値で得ることができる。
ＣＰＵ３５は、アナログマルチプレクサ３３を順番に切り替え（図示せず）、Ａ／Ｄコンバータ３４が出力するデジタル値を入力し、後述するような方法で、指２１の指示位置の座標を計算する。また、ＣＰＵ３５は、Ａ／Ｄコンバータ３４が出力するデジタル値、及びそれらの時間的な変化を基に、面抵抗体１２に接触または近接している指が１本なのか２本なのかを識別し、２本であると識別した場合、２本の指が行っている相対運動をジェスチャとして認識することを試みる。ＣＰＵ３５は計算した座標及び／もしくは認識したジェスチャをデータとして出力し、座標及びジェスチャは後段の装置によって利用される。
面抵抗体１２は、不透明なカーボン膜、または、スパッタ法によって形成した透明なＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜、ＣＶＤ法によって形成したＮＥＳＡ（酸化錫）膜、等を、基材上に均一に成膜したものであり、面抵抗値は約１ＫΩ／□程度が好ましい。基材は、例えば、ソーダガラスを使用することができるが、特に材質が限定されるものではなく、任意のガラス素材あるいはアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂などの透明な樹脂素材を使用できる。用途によっては不透明な絶縁性の基材を用いてもよい。
単連結である面抵抗体１２の周囲又は内部に、各辺が直線である長方形の抵抗性周囲電極１３を、全ての辺が面抵抗体１２と電気的に接触する様に設ける。ここで単連結とは、面抵抗体１２は内部に孤立した穴が存在しないような形状であり、ひとつながりになっていることを意味するものである。ただし、成膜方法に応じて面抵抗体１２上に生じるピンホール程度の大きさの穴のような、面抵抗体１２内部の電流の巨視的な流れを阻害しないものであれば、あっても何ら問題にならない。また、受傷などによってより大きな穴が生じた場合は、少なくともその穴の周りで、穴の大きさに応じて座標が歪むものの、穴から離れるほど指２１の指示位置の座標計算に及ぼす影響は小さくなるため、穴が小さければ、実用上の問題は生じない。
面抵抗体１２を取り囲む抵抗性周囲電極１３は、カーボン、銀カーボン、又は銀等を密着配設したものであり、例えば、銀インクのような導電性インクをスクリーン印刷し、焼成する等の手法で作成する。抵抗性周囲電極１３の各辺は、幅を持った直線形状でもよいし、低抵抗の導電性エレメントを互いに分離させて配列し、面抵抗体１２の抵抗を活用して形成するようにしたものでもよい。抵抗性周囲電極１３は、各辺毎に長さ当たりの抵抗値を一定にし、少なくとも、長方形の上下辺の長さ当たりの抵抗値、及び左右辺の長さ当たりの抵抗値を等しくする。
また、抵抗性周囲電極１３の抵抗値は面抵抗体１２の抵抗値に比べて低い方がよく、面抵抗体１２の面抵抗値を１ＫΩ／□程度とした場合は、抵抗性周囲電極１３の隣り合う頂点間の抵抗値を、２０〜２００Ω程度にするのが好ましい。
各頂点の検出電極１４〜１７は、引き出し線を接続するためのものであり、ハンダ付け可能な導電性インクを印刷・焼成して形成する。検出電極１４〜１７を形成するための導電性インクとして、抵抗性周囲電極１３と同じものを使用することができる場合には、検出電極１４〜１７と、抵抗性周囲電極１３は、一回の処理で印刷・焼成して形成することが可能である。
外部抵抗成分２６〜２９は、引き出し線２２〜２５の抵抗、及び振動電圧印加回路３１等の要素に含まれる抵抗成分の、検出電極１４〜１７の各々から発する経路ごとの合計である。一般的には、引き出し線２２〜２５に内在する抵抗がそのうちの大きな部分を占める。
引き出し線２２〜２５として、充分に低抵抗のリード線等を使用する場合は、外部抵抗成分２６〜２９は、抵抗性周囲電極１３の抵抗値よりも極めて小さくなり、座標を計算する上で、独立して考慮しなくても済む程度になる。一方で、例えば、引き出し線２２〜２５の延長が長かったり、引き出し線２２〜２５の材質や形状によって抵抗が比較的高い場合などには、外部抵抗成分２６〜２９が大きくなる。また、座標入力パネル１１とアナログ信号処理部３０を接続するケーブルをまとめるために、座標入力パネル１１上の、抵抗性周囲電極１３の外側に、検出電極１４〜１７のそれぞれから座標入力パネル１１の外周の任意の位置まで、導電性のパターンを形成するような場合にも、使用する導電性インク、パターンの太さなどに応じて、外部抵抗成分２６〜２９が大きくなる（このとき、導電性のパターンは、引き出し線２２〜２５の一部とみなす）。特に、印刷の回数を増やさないように、導電性パターンを抵抗性周囲電極１３と同じ導電性インクで印刷する場合は、外部抵抗成分２６〜２９の抵抗値と抵抗性周囲電極１３の抵抗値の比率は、パターンの太さに応じて、ほぼ数倍以内という低い比率になる。
抵抗性周囲電極１３もしくは外部抵抗成分２６〜２９の抵抗値が、面抵抗体１２の抵抗値に比べて十分に低くない場合には、後述の方法で計算する指２１の指示位置の座標が、実際の指示位置に比べて、パネルの内側に向けてずれる傾向がある。そのような場合は、抵抗値の大きさに応じて、座標を補正する必要がある。
抵抗性周囲電極１３は、印刷等の手法で形成するうえ、検出電極１４〜１７に引き出し線２２〜２５を接続する必要があるため、有限の幅を持つ。このとき、少なくとも抵抗性周囲電極１３と面抵抗体１２の境界線においては、抵抗性周囲電極１３と面抵抗体１２が電気的に接触している必要がある。通常、面抵抗体１２を成膜した上から抵抗性周囲電極１３を形成するが、面抵抗体１２が抵抗性周囲電極１３の外側にはみ出ていても構わない。その際も、座標入力領域１８は、抵抗性周囲電極１３が囲む領域の内部である。
抵抗性周囲電極１３及び面抵抗体１２の形状は、基材に収まるものであればよく、必ずしも抵抗性周囲電極１３及び面抵抗体１２と基材の形状を略一致させる必要はないが、抵抗性周囲電極１３及び面抵抗体１２と基材の形状を同じようにした方が、座標入力システムを何らかの製品に組み込む際に、組み込む製品のデザイン上の自由度が大きくなるため好ましい。抵抗性周囲電極１３の外側に、引き出し線２２〜２５の一部として導電性パターンを形成する場合は、面抵抗体１２が導電性パターンと重ならないようにする必要がある。
次に、指２１の指示位置の座標を計算する方法について説明する。指２１で「点」を「指示する」とは、指で、座標入力領域１８内部の、ある位置座標に対応する点にタッチすることを意味する。
また、「タッチする」とは、指２１が、面抵抗体１２上の絶縁処理部に接触または近接することを意味する。指２１と面抵抗体１２との静電容量結合の強さは、両者の対向する面積及び距離によって変化する。このため、検出電極１４〜１７に流れる電流の合計値を監視し、合計値が予め定めた閾値を超えた場合に、タッチした、と判断する。
図２に、長方形の座標入力領域１８と、座標を計算する直交座標系ＸＹを示す。長方形の４頂点に便宜的に名前をつけ、検出電極１４〜１７に当たるそれぞれの頂点を、頂点Ａ〜Ｄと呼ぶことにする。また、直交座標系ＸＹは、利用者の都合に応じ、長方形の座標入力領域１８に対して任意の位置関係で設定された直交座標系であり、長方形の座標入力領域１８に対して、原点を任意の位置とし、Ｘ軸を任意の方向にとることができる。長方形の座標入力領域１８の中心に対する座標系のオフセットが既知であり、また長方形の座標入力領域１８のいずれかの辺に対するＸ軸の傾きが既知であれば、よく知られたアフィン変換によって、最終的に任意の直交座標系ＸＹの座標を求めることができる。本実施の形態では、説明のため、図２で示したように、直交座標系ＸＹの原点を長方形の座標入力領域１８の中心と同一とし、Ｘ軸を長方形の座標入力領域１８の辺ＡＢと平行とした場合を例とすることにするが、構成をこの関係に限定するものではない。
今、指２１が座標入力パネル１１の座標入力領域１８内にタッチしているとき、指先から面抵抗体１２を通して座標入力パネル１１に流れた電流のうち、検出電極１４（頂点Ａ）に流れる電流をＡ／Ｄコンバータ３５によって測定した値を測定値Ａ、検出電極１５（頂点Ｂ）に流れる電流を測定した値を測定値Ｂ、検出電極１６（頂点Ｃ）に流れる電流を測定した値を測定値Ｃ、及び、検出電極１７（頂点Ｄ）に流れる電流を測定した値を測定値Ｄとする。
このとき、指２１が指示する位置の座標（Ｘ，Ｙ）は、もし外部抵抗成分２６〜２９の抵抗値を０とするなら、直交座標系ＸＹにおいて、次の数式１によって求めることができることが知られている。ａ及びｂは、座標入力領域１８の中心を原点とした場合の、原点から、それぞれＸ方向及びＹ方向の座標入力領域１８の境界までの距離を示す。ただし、後述するように、ａとｂの関係は、上下辺の長さ当たりの抵抗値と左右辺の長さ当たりの抵抗値の関係を調整することにより、適宜変更することが可能である。
〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態になる座標入力システムの一例を示す模式図である。指２１が座標入力パネル１１の座標入力領域１８内で指示した位置（（Ｘ，Ｙ）座標）を検出する座標入力システムの構成図である。面抵抗体１２は、透明なガラス、樹脂、または不透明な絶縁基材の片面に塗布、蒸着等により均一に形成したものである。面抵抗体１２の表面は、指２１が面抵抗体１２に直接触れない様に絶縁処理することによって、指２１と面抵抗体１２との静電容量結合による信号伝達をさせるようにしてもよいし、絶縁処理せず、指２１と面抵抗体１２の直接的な電気的接触による信号伝達をさせるようにしてもよい。ここでは、面抵抗体１２の表面に絶縁処理をした場合を説明する。
均一な面抵抗体１２の周囲又は内部に、各辺が直線である長方形の抵抗性周囲電極１３を密着配設し、抵抗性周囲電極１３が囲む領域の内部を長方形の座標入力領域１８とする。抵抗性周囲電極１３上において、長方形の座標入力領域１８の４頂点に当たる位置を検出電極１４〜１７とし、そこにそれぞれ１本ずつ引き出し線２２〜２５を接続する。引き出し線２２〜２５は、一般的に、それぞれ外部抵抗成分２６〜２９を含む。引き出し線２２〜２５を、アナログ信号処理部３０内の振動電圧印加回路３１に接続する。
座標を検出する際、ＡＣ信号源としての振動電圧発生器３２は、振動電圧印加回路３１に振動電圧を与え、振動電圧印加回路３１は、検出電極１４〜１７を低インピーダンスで電圧振動させ、且つ、アナログマルチプレクサ３３に検出電極１４〜１７から流入した電流を出力する。簡単な例としては、トランジスタのベースをＡＣ信号で振動させ、エミッタを検出電極と接続して、コレクタから電流出力するものがある。
ＡＣ信号源としての振動電圧発生器３２によって、面抵抗体１２は、全面が電圧振動する。人体は、従来から知られているように、ＡＣ信号に対して接地効果を持っており、人体の指２１が面抵抗体１２に接触または近接すると、静電容量結合により、指先を通して面抵抗体１２との間にＡＣ信号電流が流れる。検出電極１４〜１７は、アナログマルチプレクサ３３を通してＡ／Ｄコンバータ（アナログ／デジタル変換器）３４に接続しており、各検出電極に流れる電流に比例した電圧がＡ／Ｄコンバータ３４に印加される。このため、指先から面抵抗体１２を通して流れ、検出電極１４〜１７へ配分される電流の値を、電圧値としてデジタル値で得ることができる。
ＣＰＵ３５は、アナログマルチプレクサ３３を順番に切り替え（図示せず）、Ａ／Ｄコンバータ３４が出力するデジタル値を入力し、後述するような方法で、指２１の指示位置の座標を計算する。また、ＣＰＵ３５は、Ａ／Ｄコンバータ３４が出力するデジタル値、及びそれらの時間的な変化を基に、面抵抗体１２に接触または近接している指が１本なのか２本なのかを識別し、２本であると識別した場合、２本の指が行っている相対運動をジェスチャとして認識することを試みる。ＣＰＵ３５は計算した座標及び／もしくは認識したジェスチャをデータとして出力し、座標及びジェスチャは後段の装置によって利用される。
面抵抗体１２は、不透明なカーボン膜、または、スパッタ法によって形成した透明なＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜、ＣＶＤ法によって形成したＮＥＳＡ（酸化錫）膜、等を、基材上に均一に成膜したものであり、面抵抗値は約１ＫΩ／□程度が好ましい。基材は、例えば、ソーダガラスを使用することができるが、特に材質が限定されるものではなく、任意のガラス素材あるいはアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂などの透明な樹脂素材を使用できる。用途によっては不透明な絶縁性の基材を用いてもよい。
単連結である面抵抗体１２の周囲又は内部に、各辺が直線である長方形の抵抗性周囲電極１３を、全ての辺が面抵抗体１２と電気的に接触する様に設ける。ここで単連結とは、面抵抗体１２は内部に孤立した穴が存在しないような形状であり、ひとつながりになっていることを意味するものである。ただし、成膜方法に応じて面抵抗体１２上に生じるピンホール程度の大きさの穴のような、面抵抗体１２内部の電流の巨視的な流れを阻害しないものであれば、あっても何ら問題にならない。また、受傷などによってより大きな穴が生じた場合は、少なくともその穴の周りで、穴の大きさに応じて座標が歪むものの、穴から離れるほど指２１の指示位置の座標計算に及ぼす影響は小さくなるため、穴が小さければ、実用上の問題は生じない。
面抵抗体１２を取り囲む抵抗性周囲電極１３は、カーボン、銀カーボン、又は銀等を密着配設したものであり、例えば、銀インクのような導電性インクをスクリーン印刷し、焼成する等の手法で作成する。抵抗性周囲電極１３の各辺は、幅を持った直線形状でもよいし、低抵抗の導電性エレメントを互いに分離させて配列し、面抵抗体１２の抵抗を活用して形成するようにしたものでもよい。抵抗性周囲電極１３は、各辺毎に長さ当たりの抵抗値を一定にし、少なくとも、長方形の上下辺の長さ当たりの抵抗値、及び左右辺の長さ当たりの抵抗値を等しくする。
また、抵抗性周囲電極１３の抵抗値は面抵抗体１２の抵抗値に比べて低い方がよく、面抵抗体１２の面抵抗値を１ＫΩ／□程度とした場合は、抵抗性周囲電極１３の隣り合う頂点間の抵抗値を、２０〜２００Ω程度にするのが好ましい。
各頂点の検出電極１４〜１７は、引き出し線を接続するためのものであり、ハンダ付け可能な導電性インクを印刷・焼成して形成する。検出電極１４〜１７を形成するための導電性インクとして、抵抗性周囲電極１３と同じものを使用することができる場合には、検出電極１４〜１７と、抵抗性周囲電極１３は、一回の処理で印刷・焼成して形成することが可能である。
外部抵抗成分２６〜２９は、引き出し線２２〜２５の抵抗、及び振動電圧印加回路３１等の要素に含まれる抵抗成分の、検出電極１４〜１７の各々から発する経路ごとの合計である。一般的には、引き出し線２２〜２５に内在する抵抗がそのうちの大きな部分を占める。
引き出し線２２〜２５として、充分に低抵抗のリード線等を使用する場合は、外部抵抗成分２６〜２９は、抵抗性周囲電極１３の抵抗値よりも極めて小さくなり、座標を計算する上で、独立して考慮しなくても済む程度になる。一方で、例えば、引き出し線２２〜２５の延長が長かったり、引き出し線２２〜２５の材質や形状によって抵抗が比較的高い場合などには、外部抵抗成分２６〜２９が大きくなる。また、座標入力パネル１１とアナログ信号処理部３０を接続するケーブルをまとめるために、座標入力パネル１１上の、抵抗性周囲電極１３の外側に、検出電極１４〜１７のそれぞれから座標入力パネル１１の外周の任意の位置まで、導電性のパターンを形成するような場合にも、使用する導電性インク、パターンの太さなどに応じて、外部抵抗成分２６〜２９が大きくなる（このとき、導電性のパターンは、引き出し線２２〜２５の一部とみなす）。特に、印刷の回数を増やさないように、導電性パターンを抵抗性周囲電極１３と同じ導電性インクで印刷する場合は、外部抵抗成分２６〜２９の抵抗値と抵抗性周囲電極１３の抵抗値の比率は、パターンの太さに応じて、ほぼ数倍以内という低い比率になる。
抵抗性周囲電極１３もしくは外部抵抗成分２６〜２９の抵抗値が、面抵抗体１２の抵抗値に比べて十分に低くない場合には、後述の方法で計算する指２１の指示位置の座標が、実際の指示位置に比べて、パネルの内側に向けてずれる傾向がある。そのような場合は、抵抗値の大きさに応じて、座標を補正する必要がある。
抵抗性周囲電極１３は、印刷等の手法で形成するうえ、検出電極１４〜１７に引き出し線２２〜２５を接続する必要があるため、有限の幅を持つ。このとき、少なくとも抵抗性周囲電極１３と面抵抗体１２の境界線においては、抵抗性周囲電極１３と面抵抗体１２が電気的に接触している必要がある。通常、面抵抗体１２を成膜した上から抵抗性周囲電極１３を形成するが、面抵抗体１２が抵抗性周囲電極１３の外側にはみ出ていても構わない。その際も、座標入力領域１８は、抵抗性周囲電極１３が囲む領域の内部である。
抵抗性周囲電極１３及び面抵抗体１２の形状は、基材に収まるものであればよく、必ずしも抵抗性周囲電極１３及び面抵抗体１２と基材の形状を略一致させる必要はないが、抵抗性周囲電極１３及び面抵抗体１２と基材の形状を同じようにした方が、座標入力システムを何らかの製品に組み込む際に、組み込む製品のデザイン上の自由度が大きくなるため好ましい。抵抗性周囲電極１３の外側に、引き出し線２２〜２５の一部として導電性パターンを形成する場合は、面抵抗体１２が導電性パターンと重ならないようにする必要がある。
次に、指２１の指示位置の座標を計算する方法について説明する。指２１で「点」を「指示する」とは、指で、座標入力領域１８内部の、ある位置座標に対応する点にタッチすることを意味する。
また、「タッチする」とは、指２１が、面抵抗体１２上の絶縁処理部に接触または近接することを意味する。指２１と面抵抗体１２との静電容量結合の強さは、両者の対向する面積及び距離によって変化する。このため、検出電極１４〜１７に流れる電流の合計値を監視し、合計値が予め定めた閾値を超えた場合に、タッチした、と判断する。
図２に、長方形の座標入力領域１８と、座標を計算する直交座標系ＸＹを示す。長方形の４頂点に便宜的に名前をつけ、検出電極１４〜１７に当たるそれぞれの頂点を、頂点Ａ〜Ｄと呼ぶことにする。また、直交座標系ＸＹは、利用者の都合に応じ、長方形の座標入力領域１８に対して任意の位置関係で設定された直交座標系であり、長方形の座標入力領域１８に対して、原点を任意の位置とし、Ｘ軸を任意の方向にとることができる。長方形の座標入力領域１８の中心に対する座標系のオフセットが既知であり、また長方形の座標入力領域１８のいずれかの辺に対するＸ軸の傾きが既知であれば、よく知られたアフィン変換によって、最終的に任意の直交座標系ＸＹの座標を求めることができる。本実施の形態では、説明のため、図２で示したように、直交座標系ＸＹの原点を長方形の座標入力領域１８の中心と同一とし、Ｘ軸を長方形の座標入力領域１８の辺ＡＢと平行とした場合を例とすることにするが、構成をこの関係に限定するものではない。
今、指２１が座標入力パネル１１の座標入力領域１８内にタッチしているとき、指先から面抵抗体１２を通して座標入力パネル１１に流れた電流のうち、検出電極１４（頂点Ａ）に流れる電流をＡ／Ｄコンバータ３５によって測定した値を測定値Ａ、検出電極１５（頂点Ｂ）に流れる電流を測定した値を測定値Ｂ、検出電極１６（頂点Ｃ）に流れる電流を測定した値を測定値Ｃ、及び、検出電極１７（頂点Ｄ）に流れる電流を測定した値を測定値Ｄとする。
このとき、指２１が指示する位置の座標（Ｘ，Ｙ）は、もし外部抵抗成分２６〜２９の抵抗値を０とするなら、直交座標系ＸＹにおいて、次の数式１によって求めることができることが知られている。ａ及びｂは、座標入力領域１８の中心を原点とした場合の、原点から、それぞれＸ方向及びＹ方向の座標入力領域１８の境界までの距離を示す。ただし、後述するように、ａとｂの関係は、上下辺の長さ当たりの抵抗値と左右辺の長さ当たりの抵抗値の関係を調整することにより、適宜変更することが可能である。
本願出願人による特開２０１０−１５７０２９号（特許文献２）には、１本の指で１点を指示している場合、Ａ×Ｃ＝Ｂ×Ｄ（つまりＡ×Ｃ−Ｂ×Ｄ＝０）が成立するが、２本の指でそれぞれ異なる２点を指示している場合には成立しない、ということが開示されている。更に詳細に調べた結果、２本の指でそれぞれ異なる２点を指示している場合には、次に示す数式２が成立することが分かった。ただし、第１の指が指示している位置の座標を（Ｘ１，Ｙ１）、測定値Ａのうち、第１の指による分の数値をＡ１（以下Ｂ、Ｃ、Ｄについても同様）、また、第２の指が指示している位置の座標を（Ｘ２，Ｙ２）、測定値Ａのうち、第２の指による分の数値をＡ２（以下Ｂ、Ｃ、Ｄについても同様）とする。
また、タッチしている指が３本以上の場合には、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄが０になる条件が増加する上、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄの数値から複数の指の位置関係を読み取るのが困難になるため、本出願では、タッチする指は１本もしくは２本に限定する。
数式２を用いて認識できるジェスチャとしては、次のようなものがある。例えば、まず、２本の指で、座標入力パネル１１の座標入力領域１８内の略同じ点を指示する（図３（ａ）、座標入力パネル１１にタッチしているのは指先である）。その後、２本の指を、タッチしたまま、座標入力領域１８内の対角方向に向けて、互いに離していく（図３（ｂ））。このような相対運動は、一般的に、拡大を意味するジェスチャとして知られている。
このとき、数式１によって計算される座標は、２本の指で指示している２点を結ぶ直線上になる。ある使用者が、例えば、両手の人差し指を用い、同じ程度の強さで２点にタッチしていて、同じような速度で指を離していっていれば、２本の指がタッチしたまま離れていく間も、数式１によって計算される座標は、２本の指で指示している２点を結ぶ直線を略２分する中間点を示し続ける。一方、２本の指が指示している点同士の間隔が広がっていくに従って、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄは、その絶対値が、０から次第に大きくなっていく。
これらのことから、数式１によって計算された座標が時間的にそれほど変化せず、一方でＡ×Ｃ−Ｂ×Ｄが時間の経過とともに大きくなっていく場合には、一般的に拡大を意味するジェスチャがなされたと認識することができる。また、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄは、図２のＸＹ座標系において、２本の指が指示している２点の位置関係が右下がりであれば正に、右上がりであれば負になるため、２種類の拡大ジェスチャを識別することができる。
ただし、２本の指を互いに離す方向を、水平方向もしくは垂直方向とすると、前記したように、２本の指でそれぞれ異なる点を指示しているときでも、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄが０となってしまうため、２本の指でタッチしているということを識別できない。このため、２本の指を互いに離す方向は、斜めにする必要があり、（Ｘ１−Ｘ２）×（Ｙ１−Ｙ２）の形であることから、ＸＹ座標系において＋４５度もしくは−４５度方向が最も好ましい。
また、１本の指で１点を指示している場合、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄは、理論的には常に０であるはずであった。しかし、測定値を用いて、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄを実際に計算してみると、特に、長方形の座標入力領域１８の４頂点に近づくほど、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄが０から離れる傾向があることが分かった。従って、前記のジェスチャについて、数式１によって計算される座標が、座標入力領域１８の４頂点の近傍になるような位置における操作は、タッチしている指が１本であるか２本であるかを識別しにくくなるため、好ましくない。
このことから、拡大のジェスチャについて、数式１によって計算される座標が座標入力領域１８の中央付近になるようにするのが特に好ましい。つまり、検出可能な拡大のジェスチャとしては、２本の指で、座標入力領域１８内部のうち、少なくとも抵抗性周囲電極１３の近傍を除外した略同じ点をまず指示し、その後、２本の指を、それぞれが指示する点を結ぶ直線の傾きが、少なくとも水平及び垂直でないように、最も好ましくは＋４５度もしくは−４５度方向に近い傾きであるよう、広げていく、というものに限定される。
このジェスチャについては、ジェスチャの開始時には、２本の指が略同じ点を指示しているため、１本ではなく２本の指がタッチしている、ということを識別できない。２本の指が指示する点がある程度離れて初めて、２本の指がそれぞれ異なる点を指示している、ということを認識できる。また、それ以降は、２本の指が指示する点の間の距離が大きいほど、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄの絶対値が大きくなるため、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄを連続的に評価することによって、２本の指が指示する点間の距離が広がっていっているのか、とどまっているのか、広がっていっているとすればどのような速度で広がっているか、を判断することができる。
従って、ＣＰＵ３５が、後段の装置に情報を出力する際には、数式１によって計算された座標を出力し続けるとともに、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄもしくはそれを適当に整形した数値を、２本の指が指示する点間の距離の代替値として出力するのが好ましい。
同様に、まず、２本の指で、座標入力領域１８内の、互いに対角方向に離れた２点を指示し（図３（ｃ））、その後、２本の指を、タッチしたまま、互いに近づけていく（図３（ｄ））ような相対運動は、一般的に、縮小を意味するジェスチャとして知られている。
これに対しては、数式１によって計算された座標が時間的にそれほど変化せず、一方で、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄが、タッチ当初に絶対値が大きく、その後時間の経過とともに小さくなっていくような場合は、この、縮小を意味するジェスチャがなされたと認識することができる。
ただし、縮小を意味するジェスチャについても、２本の指を互いに離す方向を、水平方向もしくは垂直方向とすると、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄが０となってしまうため、２本の指を互いに離す方向は、斜めにする必要があり、＋４５度もしくは−４５度方向が最も好ましい。
また、数式２を用いて認識できる別のジェスチャとしては、次のようなものがある。例えば、まず、２本の指で、座標入力パネル１１の座標入力領域１８内の、互いに対角方向に離れた２点を指示する（図４（ａ））。その後、タッチしたまま、２本の指が指示する点の相互関係を維持しつつ、２本の指を同じ方向に移動させる（図４（ｂ））。このような相対運動は、例えば、（２本指）スクロール（もしくは（２本指）フリック）を意味するジェスチャとして知られている。
このジェスチャについても、２本の指を互いに離す方向を、水平方向もしくは垂直方向とすると、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄが０となってしまうため、２本の指を互いに離す方向は、斜めにする必要がある。また、２本の指が指示する点間の距離が小さいと、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄが０に近く、２本であることを識別できないため、２本の指が指示する点間の距離は大きいほど好ましい。更に、前記したように、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄは、１本の指で１点を指示している場合でも、長方形の座標入力領域１８の４頂点に近づくほど、０から離れる傾向があるため、数式１によって計算される座標が、座標入力領域１８の４頂点の近傍になるような位置における操作は、タッチしている指が１本であるか２本であるかを識別しにくくなるため、好ましくない。
次に、別の関係式を用いたジェスチャの認識について説明する。２本の指でそれぞれ異なる２点を指示している場合には、限定的な条件下で、次に示す数式３が成立することが分かった。ただし、θは、２本の指で指示している２点を結ぶ直線の、Ｘ軸に対する、Ｘ軸の正方向からＹ軸の正方向に向かう角度（図２では時計回り）である。
数式３を用いて角度を計算する際、逆正接関数の引数の分母と分子を独立して評価することにより、逆正接関数の出力を、［−１８０，＋１８０］度の間で求めることができる。数式３には、逆正接関数に１／２がついているので、結果として、求められる角度θは、［−９０、＋９０］度の範囲になる。２本の指で指示している２点を結ぶ直線に、どちらが始点でどちらが終点か、という区別がないため、２点を結ぶ直線の角度は、常に［−９０、＋９０］度の範囲になる。
数式３によって求められる情報を用いて、一般的に回転を意味するジェスチャを認識することができる。例えば、まず、２本の指で、座標入力パネル１１の座標入力領域１８内の、第１象限の右上部と、第２象限の左下部とを指示する（図５（ａ））。その後、２本の指を、タッチしたまま、第１象限内を指示した指は下方向へ、第２象限内を指示した指は上方向へ、それぞれ動かしていく（図５（ｂ））。このとき、数式１を用いて、２本の指で指示した点の略中間点を求めることができ、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄを用いて、開始時に、２本の指でタッチしていることを識別することができ、数式３を用いて、２本の指で指示している点を結ぶ直線の傾きを求めることができる。
ただし、数式３を用いて角度を計算するにあたって、ジェスチャの開始時に、２本の指で最初に指示する２点の位置関係は、それぞれが第１象限と第３象限、もしくは第２象限と第４象限にあるような位置関係であってはならない。２点は、同じ象限内にあるか、互いに隣り合った象限内にある必要がある。また、開始時の２点の位置関係が水平もしくは垂直であると、２本の指でタッチしていることを識別できないので、斜めである必要がある。加えて、ジェスチャの終了時、それぞれの指は、最初に指示した象限から別の象限に移動させてはならない。
ＣＰＵ３５は、後段の装置に情報を出力する際には、数式１によって計算された座標を出力し続けるとともに、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄもしくはそれを適当に整形した数値を、２本の指が指示する点間の距離の代替値として出力し、更に、数式３によって計算した数値をも出力するのが好ましい。もしくは、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄといった測定値を後段の装置に出力し、数式３を用いた計算などを、後段の装置において実行しても構わない。
以下、実施例により、本発明を説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものでなく、本発明の技術範囲において、種々の変形例を含むものである。
（実施例１）
座標入力パネル１１は、次のようにして作成した。ガラス基材として、ソーダガラス（厚さ３ミリ）を略４６９×３７５ｍｍの大きさに切断したものを用い、ガラス基材の表面に、スパッタ法によってＩＴＯ（インジウム酸化物）膜を形成して面抵抗体１２とした。次に、抵抗性周囲電極１３、及び引き出し線２２〜２５の一部を、（株）アサヒ化学研究所製銀ペーストＬＳ−５０４（樹脂バインダー）にカーボンを混合したペーストをスクリーン印刷し、加熱硬化させることで形成した。このとき、座標入力領域１８の形状として、２ａ＝３７８ｍｍ、２ｂ＝３０３ｍｍの長方形とした。抵抗性周囲電極１３の幅は、抵抗性周囲電極１３の頂点ＡＢ間の抵抗値が約６８Ω、頂点ＢＣ間の抵抗値が約５２Ωになるよう調整し、３７８／３０３＝１．２５≒６８／５２＝１．３１とすることによって、抵抗性周囲電極１３の全ての辺の長さ当たりの抵抗値をほぼ等しくした。また、引き出し線２２〜２５は、それぞれをガラス上に印刷した部分と低抵抗のリード線部分とに分割し、印刷した部分は、抵抗性周囲電極１３の外側に、座標入力パネルの左辺中央部で引き出し線２２〜２５の低抵抗のリード線と接続するように、全てがそれぞれ最短距離となるようなパターンで構成し、印刷した部分の幅は、一辺当たりの抵抗値が抵抗性周囲電極の一辺の抵抗値の１／２〜１／４程度になるよう、調整した。図６に、引き出し線２２〜２５の印刷した部分を含めた座標入力パネル１１の模式図を示す。次に、座標入力パネルの左辺中央部にある引き出し線２２〜２５のリード線との接合部に、銀ペーストを用いて、接合部３６〜３９を形成した。
更に、面抵抗体１２上に、透明絶縁性基材を形成した。透明絶縁性基材を形成するには、面抵抗体１２と抵抗性周囲電極１３上にガラスペーストを印刷し、熱処理して粉末ガラスを溶融させ、焼結させた。最後に、接合部３６〜３９上に、引き出し線２２〜２５を、ハンダ付けにより接続した。この際、面抵抗体１２のシート抵抗は５００Ω／□となるようにした。
このように作成した座標入力パネル１１を、図１に示した構成図のように作成したハードウエアに接続した。また、ＣＰＵ３５からは、座標データ、及びＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄといった測定値を出力するようにし、それらをシリアル通信によってパソコンに取り込むようにして、座標以外の計算をパソコンで行うようにした。直交座標系ＸＹは、図２のように設定した。また、２本の指で指示しているかどうかを評価する数値として、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄの代わりに、それを正規化した（Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））を用いた。
この座標入力システムを用い、図３（ａ）〜（ｄ）に示したような拡大及び縮小のジェスチャに対して、前記の数値を評価したところ、図７のグラフに示すような結果を得た。横軸は時刻を示し、左側の縦軸は、数式１によって計算した座標（Ｘ，Ｙ）を、また右側の縦軸は、（Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））を示す。グラフ下部に４つ並べた模式図は、それぞれの模式図を配置した横軸上の位置に対応して、まず、２本の指で、座標入力パネル１１の座標入力領域１８のほぼ中央部を指示し、その後、２本の指を、タッチしたまま、座標入力領域１８内の対角方向（左上と右下）に向けて、互いに離していき、２本の指で座標入力領域１８の対角部をしばらく指示してから、最後に、タッチしたまま、座標入力領域１８のほぼ中央部に向けて、互いに近づけていったことを示す。
このとき、座標（Ｘ，Ｙ）は、２本の指で指示したそれぞれ異なる点の略中間点（（０，０）近傍）を示し続ける一方、（Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））は、２本の指が指示する点が互いに離れるにつれて大きくなっていき、その後、近づくにつれて次第に小さくなっている。
従って、本座標入力システムが、２本の指でそれぞれ異なる２点を指示していること、及びその２本の指の、パネル対角方向への相対運動を検出できることが確認された。
（実施例２）
実施例１において製作した座標入力システムを用い、図４（ａ）及び（ｂ）に示したような２本指スクロールのジェスチャに対して、数式１によって計算される座標（Ｘ，Ｙ）、及び（Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））を評価したところ、図８に示すような結果を得た。
図８（ａ）は、数式１によって計算された座標を、ＸＹ平面内でプロットしたものである。２本の指を左から右に動かしていったとき、Ｙ座標は、上下方向に関してパネルの略中央を維持している。これは、数式１によって計算された座標が、２本の指でそれぞれ指示した２点の略中間点になっていることを示している。一方、図８（ｂ）は、そのときの（Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））をプロットしたものであり、横軸は時刻を示す。２本の指を左から右に動かしていったとき、数値は、ほぼ−０．１前後を維持している。数値が負であることは、２本の指でそれぞれ指示した２点の位置関係が、右上がりであることを示している。
１本の指で、座標入力領域１８の左端からパネルの幅の約１／４、上下方向に関してパネルの略中央部を指示し、そのまま左から右に動かしていったときは、座標は図８（ａ）と似た動きをするものの、（Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））は、プラスマイナス０．０１程度にしかならない。
従って、本座標入力システムが、２本の指で互いに対角方向に離れた異なる２点を指示しているときに、２本の指の相対関係を維持したまま行われる運動を検出できることが確認された。
（実施例３）
実施例１において製作した座標入力システムを用い、図５（ａ）及び（ｂ）に示したような回転のジェスチャに対して、数式１によって計算される座標（Ｘ，Ｙ）、（Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））、及び数式３によって計算される角度を評価したところ、図９に示すような結果を得た。
図９（ａ）の横軸は時刻を示し、左側の縦軸は、数式１によって計算した座標（Ｘ，Ｙ）を、また右側の縦軸は、（Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））を示す。グラフ下部に２つ並べた模式図は、それぞれの模式図を配置した横軸上の位置に対応して、まず、２本の指で、座標入力領域１８内の、第１象限の右上部と、第２象限の左下部とを指示し、その後、２本の指を、タッチしたまま、第１象限内を指示した指は下方向へ、第２象限内を指示した指は上方向へ、それぞれ動かしていったことを示す。
また、図９（ｂ）は、図９（ａ）と同じ横軸で、数式３によって計算した角度を示す。
このとき、座標（Ｘ，Ｙ）は、２本の指で指示したそれぞれ異なる点の略中間点、つまり、Ｘ座標はほぼ０、Ｙ座標は０から離れた値をそれほど変動せずに示し続ける一方、（Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））は、２本の指が指示するそれぞれ異なる２点の位置関係が右上がりだった開始時は負の値を、右下がりになる終了時には正の値を示した。途中、２本の指が指示する２点の位置関係が水平になったときには、０になる。しかし、開始時に、数式１によって計算される座標が、座標入力領域１８の４頂点の近傍ではない状態で、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））の絶対値が０．２程度であるので、開始の時点で、タッチしている指が２本であることを識別することができる。
更に、図９（ｂ）に示すように、数式３によって計算した、２本の指がそれぞれ指示する異なる２点を結ぶ直線の角度は、開始時には約−３０度、終了時には約＋４０度を示し、その間、滑らかな変化を示している。
従って、本座標入力システムが、２本の指で互いに対角方向に離れた異なる２点を指示しているときに、２本の指によって行われる回転様の相対運動を検出できることが確認された。
（実施例１）
座標入力パネル１１は、次のようにして作成した。ガラス基材として、ソーダガラス（厚さ３ミリ）を略４６９×３７５ｍｍの大きさに切断したものを用い、ガラス基材の表面に、スパッタ法によってＩＴＯ（インジウム酸化物）膜を形成して面抵抗体１２とした。次に、抵抗性周囲電極１３、及び引き出し線２２〜２５の一部を、（株）アサヒ化学研究所製銀ペーストＬＳ−５０４（樹脂バインダー）にカーボンを混合したペーストをスクリーン印刷し、加熱硬化させることで形成した。このとき、座標入力領域１８の形状として、２ａ＝３７８ｍｍ、２ｂ＝３０３ｍｍの長方形とした。抵抗性周囲電極１３の幅は、抵抗性周囲電極１３の頂点ＡＢ間の抵抗値が約６８Ω、頂点ＢＣ間の抵抗値が約５２Ωになるよう調整し、３７８／３０３＝１．２５≒６８／５２＝１．３１とすることによって、抵抗性周囲電極１３の全ての辺の長さ当たりの抵抗値をほぼ等しくした。また、引き出し線２２〜２５は、それぞれをガラス上に印刷した部分と低抵抗のリード線部分とに分割し、印刷した部分は、抵抗性周囲電極１３の外側に、座標入力パネルの左辺中央部で引き出し線２２〜２５の低抵抗のリード線と接続するように、全てがそれぞれ最短距離となるようなパターンで構成し、印刷した部分の幅は、一辺当たりの抵抗値が抵抗性周囲電極の一辺の抵抗値の１／２〜１／４程度になるよう、調整した。図６に、引き出し線２２〜２５の印刷した部分を含めた座標入力パネル１１の模式図を示す。次に、座標入力パネルの左辺中央部にある引き出し線２２〜２５のリード線との接合部に、銀ペーストを用いて、接合部３６〜３９を形成した。
更に、面抵抗体１２上に、透明絶縁性基材を形成した。透明絶縁性基材を形成するには、面抵抗体１２と抵抗性周囲電極１３上にガラスペーストを印刷し、熱処理して粉末ガラスを溶融させ、焼結させた。最後に、接合部３６〜３９上に、引き出し線２２〜２５を、ハンダ付けにより接続した。この際、面抵抗体１２のシート抵抗は５００Ω／□となるようにした。
このように作成した座標入力パネル１１を、図１に示した構成図のように作成したハードウエアに接続した。また、ＣＰＵ３５からは、座標データ、及びＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄといった測定値を出力するようにし、それらをシリアル通信によってパソコンに取り込むようにして、座標以外の計算をパソコンで行うようにした。直交座標系ＸＹは、図２のように設定した。また、２本の指で指示しているかどうかを評価する数値として、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄの代わりに、それを正規化した（Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））を用いた。
この座標入力システムを用い、図３（ａ）〜（ｄ）に示したような拡大及び縮小のジェスチャに対して、前記の数値を評価したところ、図７のグラフに示すような結果を得た。横軸は時刻を示し、左側の縦軸は、数式１によって計算した座標（Ｘ，Ｙ）を、また右側の縦軸は、（Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））を示す。グラフ下部に４つ並べた模式図は、それぞれの模式図を配置した横軸上の位置に対応して、まず、２本の指で、座標入力パネル１１の座標入力領域１８のほぼ中央部を指示し、その後、２本の指を、タッチしたまま、座標入力領域１８内の対角方向（左上と右下）に向けて、互いに離していき、２本の指で座標入力領域１８の対角部をしばらく指示してから、最後に、タッチしたまま、座標入力領域１８のほぼ中央部に向けて、互いに近づけていったことを示す。
このとき、座標（Ｘ，Ｙ）は、２本の指で指示したそれぞれ異なる点の略中間点（（０，０）近傍）を示し続ける一方、（Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））は、２本の指が指示する点が互いに離れるにつれて大きくなっていき、その後、近づくにつれて次第に小さくなっている。
従って、本座標入力システムが、２本の指でそれぞれ異なる２点を指示していること、及びその２本の指の、パネル対角方向への相対運動を検出できることが確認された。
（実施例２）
実施例１において製作した座標入力システムを用い、図４（ａ）及び（ｂ）に示したような２本指スクロールのジェスチャに対して、数式１によって計算される座標（Ｘ，Ｙ）、及び（Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））を評価したところ、図８に示すような結果を得た。
図８（ａ）は、数式１によって計算された座標を、ＸＹ平面内でプロットしたものである。２本の指を左から右に動かしていったとき、Ｙ座標は、上下方向に関してパネルの略中央を維持している。これは、数式１によって計算された座標が、２本の指でそれぞれ指示した２点の略中間点になっていることを示している。一方、図８（ｂ）は、そのときの（Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））をプロットしたものであり、横軸は時刻を示す。２本の指を左から右に動かしていったとき、数値は、ほぼ−０．１前後を維持している。数値が負であることは、２本の指でそれぞれ指示した２点の位置関係が、右上がりであることを示している。
１本の指で、座標入力領域１８の左端からパネルの幅の約１／４、上下方向に関してパネルの略中央部を指示し、そのまま左から右に動かしていったときは、座標は図８（ａ）と似た動きをするものの、（Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））は、プラスマイナス０．０１程度にしかならない。
従って、本座標入力システムが、２本の指で互いに対角方向に離れた異なる２点を指示しているときに、２本の指の相対関係を維持したまま行われる運動を検出できることが確認された。
（実施例３）
実施例１において製作した座標入力システムを用い、図５（ａ）及び（ｂ）に示したような回転のジェスチャに対して、数式１によって計算される座標（Ｘ，Ｙ）、（Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））、及び数式３によって計算される角度を評価したところ、図９に示すような結果を得た。
図９（ａ）の横軸は時刻を示し、左側の縦軸は、数式１によって計算した座標（Ｘ，Ｙ）を、また右側の縦軸は、（Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））を示す。グラフ下部に２つ並べた模式図は、それぞれの模式図を配置した横軸上の位置に対応して、まず、２本の指で、座標入力領域１８内の、第１象限の右上部と、第２象限の左下部とを指示し、その後、２本の指を、タッチしたまま、第１象限内を指示した指は下方向へ、第２象限内を指示した指は上方向へ、それぞれ動かしていったことを示す。
また、図９（ｂ）は、図９（ａ）と同じ横軸で、数式３によって計算した角度を示す。
このとき、座標（Ｘ，Ｙ）は、２本の指で指示したそれぞれ異なる点の略中間点、つまり、Ｘ座標はほぼ０、Ｙ座標は０から離れた値をそれほど変動せずに示し続ける一方、（Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））は、２本の指が指示するそれぞれ異なる２点の位置関係が右上がりだった開始時は負の値を、右下がりになる終了時には正の値を示した。途中、２本の指が指示する２点の位置関係が水平になったときには、０になる。しかし、開始時に、数式１によって計算される座標が、座標入力領域１８の４頂点の近傍ではない状態で、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄ）／（（Ａ＋Ｃ）×（Ｂ＋Ｄ））の絶対値が０．２程度であるので、開始の時点で、タッチしている指が２本であることを識別することができる。
更に、図９（ｂ）に示すように、数式３によって計算した、２本の指がそれぞれ指示する異なる２点を結ぶ直線の角度は、開始時には約−３０度、終了時には約＋４０度を示し、その間、滑らかな変化を示している。
従って、本座標入力システムが、２本の指で互いに対角方向に離れた異なる２点を指示しているときに、２本の指によって行われる回転様の相対運動を検出できることが確認された。
１ 座標入力パネル
２ 面抵抗体
３ 抵抗性周囲電極
４、５、６、７ 検出電極
８ 座標入力領域
１１ 座標入力パネル
１２ 面抵抗体
１３ 抵抗性周囲電極
１４、１５、１６、１７ 検出電極
１８ 座標入力領域
２１ 指
２２、２３、２４、２５ 引き出し線
２６、２７、２８、２９ 外部抵抗成分
３０ アナログ信号処理部
３１ 振動電圧印加回路
３２ 振動電圧発生器
３３ アナログマルチプレクサ
３４ Ａ／Ｄコンバータ
３５ ＣＰＵ
３６、３７、３８、３９ 接合部
２ 面抵抗体
３ 抵抗性周囲電極
４、５、６、７ 検出電極
８ 座標入力領域
１１ 座標入力パネル
１２ 面抵抗体
１３ 抵抗性周囲電極
１４、１５、１６、１７ 検出電極
１８ 座標入力領域
２１ 指
２２、２３、２４、２５ 引き出し線
２６、２７、２８、２９ 外部抵抗成分
３０ アナログ信号処理部
３１ 振動電圧印加回路
３２ 振動電圧発生器
３３ アナログマルチプレクサ
３４ Ａ／Ｄコンバータ
３５ ＣＰＵ
３６、３７、３８、３９ 接合部
Claims (4)
- 少なくとも面抵抗体が形成された単連結である長方形の座標入力領域と、該長方形の座標入力領域の外縁を構成する４辺上に前記面抵抗体と電気的に接触するように設けられた、単位長さ当たりの抵抗値が一定であり、少なくとも対向辺同士の単位長さ当たりの抵抗値が等しいような直線の抵抗性周囲電極と、前記長方形の座標入力領域の４個の頂点に前記抵抗性周囲電極と電気的に接触するように設けられた検出電極と、該４個の検出電極に流れる電流を計測する電流計測手段と、前記座標入力領域内の位置を指で指示したときに、前記４個の検出電極に流れる電流値から、前記指で指示した前記座標入力領域内の位置を計算する座標計算手段と、前記４個の検出電極に流れる電流値から、前記座標入力領域内を１本の指で１点を指示しているか、２本の指でそれぞれ異なる２点を指示しているかを識別し、更に、２本の指で２点を指示していると識別した場合、前記２本の指が行っている相対運動を認識する識別認識手段を有し、前記識別認識手段は、前記４個の頂点にある前記検出電極に対応する前記電流値をそれぞれを左上から時計回りにＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤとしたときに、Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄが非０である場合に、２本の指で２点を指示していると識別し、前記座標計算手段によって計算した座標の時間的な変化と、前記Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄの時間的な変化とから、前記２本の指が行っている相対運動を認識することを特徴とする座標入力システム。
- 前記識別認識手段は、前記座標計算手段によって計算した座標の時間的な変化が小さく、前記Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄが０と非０の数値との間で時間的に変化する場合に、２本の指で指示している２点が、互いに遠ざかったり近づいたりしていると認識することを特徴とする、請求項１に記載の座標入力システム。
- 前記識別認識手段は、前記座標計算手段によって計算した座標が時間的に変化し、前記Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄが非０の数値であって時間的な変化が小さい場合に、２本の指で指示している２点が、互いの位置関係を変えずに移動していると認識することを特徴とする、請求項１に記載の座標入力システム。
- 前記座標入力領域の外縁を構成する４辺の互いに隣り合う辺の長さをａ及びｂとしたとき、ａとｂが互いに等しくない値であって、前記識別認識手段は、前記座標計算手段によって計算した座標の時間的な変化が小さく、前記Ａ×Ｃ−Ｂ×Ｄが時間的に非０の数値から０を横切って逆の符号の非０の数値へと変化する場合に、２本の指で指示している２点が、該２点の中点を中心に回転していると認識し、前記２点を結ぶ直線の角度を数式１によって計算することを特徴とする、請求項１に記載の座標入力システム。
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