JPH08179871A - タッチパネル兼用透明デジタイザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 操作者の指、或いはタブレットにタッチした
信号検出ペンの位置を検出し、その座標値を出力する座
標検出装置。 【構成】 静電容量結合によってＡＣ信号をタブレット
の各電極線が受信し、各隣接電極線毎の信号レベルを平
衡処理し、タブレット上のペンの位置を検出する座標入
力装置と、該電極線への信号を印加する発振回路と、該
発振回路からの信号をタブレットに指でタッチした電極
との静電容量の変化で位置検出を行うタッチパネル兼用
透明デジタイザ。 【効果】 デジタイザ用の透明タブレットに、操作者の
指による信号安定性の高いをタッチパネル動作を、高い
透過率で特に付加回路を必要とせずに安価に実現するこ
とができ、タッチパネル兼用透明デジタイザタブレット
を制作できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は操作者の指、或いはタブ
レットにタッチした信号検出ペンの位置を検出し、その
座標値を出力する座標検出装置のタブレットパターンに
関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータやワープロなどの入力操作
の際、例えば、メニューの選択、確認、文字の入力、位
置の指定、絵の描画などのように操作者に対して入力を
求める場面が非常に多い。従来これらの操作の選択とし
ては、キーボードのキーを操作することによって実現し
てきたが、現在ユーザインターフェースを考慮してポイ
ンティングデバイスを利用したソフトウエアが主流にな
りつつある。画面にポインティングデバイスによる相対
移動情報をアイコンで示すことによって操作者はこのア
イコンの動作をあたかも自分の手の如く移動させ、画面
を見て実施したい内容を確認の上実施するのである。現
在のポインティングデバイスの代表例としてマウスが考
えられる。このマウスは２次元の移動量及びマウスに付
属のキー情報を伝達する手段を持っており、このマウス
の移動方向とソフトウエアでのアイコンの移動方向を一
致させることによってアイコンの動作と操作者の動作を
重ね合わせ、あたかもアイコンを直接動作させている感
覚があるため初心者にも使いやすい。しかしこの”マウ
ス”も位置の指定には便利であるが、実際に画面に描画
をする場合はアイコンとマウスの動作間でのギャップが
あるため思うような描画はできず、描画には”マウス”
は適していなかった。

【０００３】そこで表示面に対し１対１に対応できるポ
インティングデバイスとして、内部の表示画面を可視で
きる透過性のデジタイザを表示面に配し、より直感的に
位置指定できるようにし、更に操作者の直感性を追求す
るために、描画以外の高分解能を必要としない場合には
デジタイザのスタイラスやペンを持たずに直接画面に指
で触れて入力できる、タッチパネル混合型ポインティン
グデバイスが最良な入力インターフェースと考えられ
る。例えばコンピュータやワープロ、電子黒板の画面に
このデジタイザとタッチパネル混合型デバイスを設置し
た場合を考えれば、動作の確認の方法として画面に表示
された確認ボタン画面を指で触れるといった方法や、ス
タイラスやペンを用いた操作者サインの記述ができるよ
うになる。コンピュータがよりユーザフレンドリにな
り、操作者がコンピュータをより意識せずに使えること
になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする問題点】このデジタイザとタ
ッチパネル混合型ポインティングデバイスの実現方法と
しての透明デジタイザは、位置検出信号を発振するスタ
イラス或いはペンと、透過性の電極線を配したタブレッ
トと制御回路から構成されている。スタイラス或いはペ
ンは、一定帯域のＡＣ信号を先端から発振することがで
きるだけでなく複数のスイッチが設置してあり、このス
イッチのＯＮ／ＯＦＦ状態信号が基板の制御回路に伝達
可能になっている。

【０００５】デジタイザの片側のタブレットは、基材と
なるガラスエポキシ基板やガラス或いはＰＥＴ上に導電
性の物質のパターンが信号検出レベルに最適な幅をもっ
て一定間隔で平行に配設されており、本発明のデジタイ
ザはこの片側づつのタブレット２枚のガラスを電極線が
直交するように絶縁材２５を挟んで接着されて出来てい
る。このガラスの基材２１、２２はペンやスタイラス及
び指等が接触することにより、電極線の錆や傷の保護と
して用いられる。光透過性のタブレットを構成する場合
の例としてガラス２１、２２上に８ｍｍ間隔に４ｍｍの
幅をもつＩＴＯ膜２３、２４がエッチングされている。
（図４参照）

【０００６】制御回路はタブレットの各電極線に接続さ
れており、ペン或いはスタイラスがタブレットの電極線
に印加した信号を入力し、信号の強弱を数値計算するこ
とによってその位置を決定している。またタッチパネル
の動作では上下どちらかの電極線にペン或いはスタイラ
スの発振する周波数と同様の信号を印加し、他方の電極
にて信号をスキャンしてゆく。片側電極線に信号を発振
した場合この電極線に電界が発生し、容量結合により周
辺の電極線に信号が誘起される。電極線の交差する位置
に指等が触れた場合指等がこの電界に発生する信号を遮
断し信号が小さくなる。この性質を利用して信号を発振
する電極線と、入力する電極線の交点を順次移動するこ
とによって指等が触れた位置を検出することができる。
然しながら電極線に発生する信号と指等により信号遮断
による信号変化はとても小さく耐ノイズ性にも不安定な
ものであった。（図６参照）

【０００７】

【問題を解決するための手段】本発明は従来の問題に鑑
みなされたもので、Ｘ及びＹ座標軸に沿って配設された
複数電極線を有するタッチパネル兼用デジタイザを実現
するタブレットと、該タブレットの電極線と静電容量結
合するペンのペン先端部の２つの導体から平衡ＡＣ信号
を発振するペンを有する座標検出装置であって、静電容
量結合によってＡＣ信号をタブレットの各電極線が受信
し、各隣接電極線毎の信号レベルを平衡処理し、タブレ
ット上のペンの位置を検出する座標入力装置と、該電極
線への信号を印加する発振回路と、該発振回路からの信
号をタブレットに指でタッチした電極との静電容量の変
化で位置検出を行うタッチパネル兼用透明デジタイザを
提案するものである。

【０００８】

【作用】デジタイザとしての動作時には各電極線を利用
し電極線の長さと電極線の長手方向と垂直の方向で信号
を検出する。上側電極によって信号を検出する場合は問
題ないが下側電極によって信号を検出する場合、上側電
極と交差している部分に関してはペン或いはスタイラス
から発振される信号が上側電極に遮蔽され、信号は下側
電極へ到達できない。このため下側電極を利用して信号
検出する時は電極交差点を除いた部分の電極線で信号を
入力していた。よって電極線交差部分はデジタイザ動作
時には影響を与えない為、下側電極を一定に細くするこ
とは可能である。

【０００９】タッチパネル動作時に下側電極線に信号を
印加した場合、この電極線と向かい合う上側の電極線に
は信号が誘起される。下側の電極線は信号を印加した電
極線の表面だけでなく電極線の縁からも回り込んで、こ
の信号を他の電極線に影響を与える。指等の信号遮断物
が交差する電極線上に存在する場合、電極線の縁から回
り込む信号を指等が遮断して上下電極線が対向した部分
の信号だけが他方の上側電極線に誘起される。操作者の
指が電極線交差上に無い場合を信号損失のない場合とす
れば、信号損失がある位置が指の接触した位置であると
考えられる。

【００１０】一般に誘起される信号は電極線間の容量、
即ち、対向する電極の面積に比例する。また信号の遮断
によって損失する信号は回り込む信号部分であるから、
対向する電極によって作られる辺の総和と関係してい
る。ところが信号の損失率を次のように考えれば、上側
電極線は平行であることから電極線の縁から回り込む信
号、つまり上下電極線によって囲まれる縁の総和はおよ
そ一定である。 電極線で囲まれる縁の総和は一定であることから信号損
失率を大きくする為には、電極線によって囲まれる面積
を小さくすれば良いことがわかる。 そこでデジタイザ
動作時の電極線の条件で上下側電極線を作成し、上側電
極線と交差する部分の下側電極線を細くすることによっ
て簡単にデジタイザ動作に安定したタッチパネル動作を
付加することができる。（図３参照）

【００１１】

【実施例】本発明の一実施例を添付図面を参照して説明
する。基材のガラス１に平行なＩＴＯ膜をエッチングし
た複数の電極線２、２、・・・の群７を有する第１の方
向検出片側タブレット３と、この第１の方向検出片側タ
ブレット３の電極線２と直交する電極線５、５、・・・
の群８を有する第２の方向の検出片側タブレット４の各
電極線５、５、・・・が透明な電気的に絶縁できる０．
２５ｍｍ程度の厚さを持つ接着剤によって貼り合わされ
ている。両電極線群７、８は基材であるガラス１、６の
外側に向かい合わせた状態で、上下電極線として直交配
置されている。この電極線群の電極線幅や間隔はデジタ
イザの動作時に決定される分解能或いは精度の条件並び
にタッチパネル動作時に指が電極線を覆う面積に関係す
るが、およそ４ｍｍ間隔で一定の長さと２ｍｍ幅のＩＴ
Ｏ膜が平行に配設してある。下側電極線群には同様に２
つの状態の条件により決定されるがおよそ６ｍｍ間隔で
一定の長さと４ｍｍの幅を持っている電極線が配設して
いる。但し上側電極との交点部分はおよそ２ｍｍ幅にな
っており上側電極との交点部分が細くなっている。

【００１２】ここで、上側電極線の番号をＸ１、Ｘ２、
Ｘ３、Ｘ４、・・・、下側電極線の番号をＹ１、Ｙ２、
Ｙ３、Ｙ４、・・・とする。タブレット１、４の各電極
線２、２、・・・、５、５、・・・はＣＭＯＳのアナロ
グスイッチ９、１０に接続されており、制御回路１３に
よってどの電極線を選択するかを制御される。アナログ
スイッチ９、１０の接続方法としてどの隣り合う２本の
電極線も同時に制御回路によって選択できるようになっ
ており、この２本の電極線から入力される信号は平衡入
力回路１１によって差分増幅され、バンドパスフィルタ
１２によって発振されたキャリア信号のみを取り出すよ
うになっている。（図２参照）必要な周波数だけを取り
出された信号はＡＭ検波され、Ａ／Ｄ変換後制御回路に
よってそのデジタル値を読みとられる。一定のキャリア
信号の利用と差動入力することによってノイズに対する
耐性が向上している。

【００１３】デジタイザとしての動作時には、発振ペン
１４或いはスタイラスから一定のキャリア信号を発振し
タブレットの各電極線からこのキャリアを検出する。タ
ブレットに配設されている上下の各電極線２、２、・・
・、５、５、・・・から電極線に直交した位置検出を行
い、２次元の位置を座標を生成する。具体的には選択さ
れている隣り合った２本の電極線２、２、・・・、５、
５、・・と発振ペン１４との距離によってペンからの信
号が誘起されるレベルが異なることと、電極線２本をＸ
１とＸ２、Ｘ２とＸ３、のように順次スキャンすること
によって制御回路１３が発振ペン１４の位置を検出す
る。この動作をＸ／Ｙ方向について切り換えることによ
ってＸ、Ｙ各々の座標が生成できる。

【００１４】タッチパナルとしての検出方法として、発
振ペン１４と同様のキャリア信号発振器１５をタブレッ
ト３、４の基板に設け、制御回路１３によってアナログ
スイッチ９、１０を利用して任意の電極線に信号を与え
るように設定されている。又他方の電極線群の電極線に
信号を発振させ、対向する電極線に結合された信号を入
力できるようになっている。発振信号を与える電極線を
Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、・・・と、この電極線と対向し信号
が誘起され入力する電極線をＸ１、Ｘ２、Ｘ３、・・・
をマトリックス状に順次移動させることによって各電極
線の交点上での信号の変化位置を検出することができ
る。

【００１５】上側電極線（Ｘ電極）及び下側電極線（Ｙ
電極線）で選択されなかった電極線は、約１ＫΩの抵抗
を介してグランドに接地される。これは目的とした電極
線交点での容量を計測するために２次的な信号発振源と
なり得る他の電極線をグランドに接地して信号を抑える
目的である。入力された信号はデジタイザ動作時の増幅
回路１１並びにフィルタ回路１２等を用い、検出された
電圧を最終的にはデジタル値として入力して数値計算
後、指等のタッチ位置が検出される。

【００１６】信号を発振した電極線Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、
・・・と、その発振号を受信する入力電極Ｘ１、Ｘ２、
Ｘ３、・・・には、容量結合によってその電極線周辺に
電界が生じる。既に容量式スイッチで実施されているよ
うに人体等の疑似接地されたものがその電極付近に近づ
いた場合、その人体側に信号が吸収され容量が変化する
ことを利用して、交差する電極線上での容量変化を本発
明の信号検出の基にしている。これは人体が仮想的にグ
ランドと容量をもって接地され、同時に指と電極との間
にも容量をもって結合される為に、電極線に発振された
信号及びこれに影響を受ける電極が人体、つまりグラン
ドと結合され信号は吸収されてしまうからである。

【００１７】しかし、人体容量によって減少する信号は
僅か５％程度で、外部の影響に敏感であり不安定であっ
た。このため複数の電極線を利用して電気的バランス変
化を利用していたが少なくとも２本の電極線に対して１
箇所の位置検出が出来るため入力範囲が狭くなる問題が
あった。そこでこれらも問題を解決する為に各電極線格
子上の信号変化率を大きくする為に指による信号の遮蔽
量は一定であることと、上側電極線と交差する下側電極
線幅を細くすることによって通常の指が無い場合の誘起
信号量を減少させることを利用して、指が存在する場合
の比を大きくしている。

【００１８】先の例でＩＴＯ膜の抵抗は１００Ω／スク
エアであった時、指タッチにより信号が１５％減衰する
のが確認されている。電極線の交差点上での下側電極線
の細さ加減は蒸着されたＩＴＯ膜の抵抗と関係してお
り、デジタイザ動作時の分解能や精度に影響するため両
者での動作に満足の得られる電極線幅を決定する必要が
ある。指タッチの検出方法として電極線の交点に対応し
た一定のスレッシュレベルＶ０を設け、先に述べたスキ
ャンを実行し、そのレベル以下の信号が入力された時そ
の付近の電極線の入力レベルからタッチ位置の中心を検
出する。この入力レベルの減少率と信号変化位置を用い
微妙な指の動きを検知する。

【００１９】電極線のパタ−ンの実施例で、特に内部に
孔を有する櫛歯状としたものを図５に示す。この櫛歯状
電極は、特に上側電極と下側電極の両方に施した方が一
番効果が現れる。尚、上側電極と下側電極のどちらかが
櫛歯状になっていれば一応の効果は得られるものであ
る。

【００２０】

【発明の効果】本発明は如上のような構成となしたの
で、デジタイザ用の透明タブレットに、操作者の指によ
る信号安定性の高いをタッチパネル動作を、高い透過率
で特に付加回路を必要とせずに安価に実現することがで
き、タッチパネル兼用透明デジタイザタブレットを制作
できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 タブレット構成図

【図２】 電気的ブロック図

【図３】 本発明のタブレット電極線構成図

【図４】 デジタイザ縦断面図

【図５】 櫛歯状電極の説明図

【図６】 指タッチの信号説明図

【符号の説明】

１ ガラス ２ 電極線 ３ 第１の方向検出片側タブレット ４ 第２の方向検出片側タブレット ５ 電極線 ６ ガラス ７ 電極線群 ８ 電極線群 ９ アナログスイッチ １０ アナログスイッチ １１ 平衡入力回路 １２ バンドパスフィルタ １３ 制御回路 １４ 発振ペン １５ 信号発振器 ２１ ガラス ２２ ガラス ２３ ＩＴＯ膜 ２４ ＩＴＯ膜 ２５ 絶縁材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ及びＹ座標軸に沿って配設された複数
   電極線を有するタッチパネル兼用デジタイザを実現する
   タブレットと、該タブレットの電極線と静電容量結合す
   るペンのペン先端部の２つの導体から平衡ＡＣ信号を発
   振するペンを有する座標検出装置であって、静電容量結
   合によってＡＣ信号をタブレットの各電極線が受信し、
   各隣接電極線毎の信号レベルを平衡処理し、タブレット
   上のペンの位置を検出する座標入力装置と、該電極線へ
   の信号を印加する発振回路と、該発振回路からの信号を
   タブレットに指でタッチした電極との静電容量の変化で
   位置検出を行うことを特徴としたタッチパネル兼用透明
   デジタイザ。
2. 【請求項２】 Ｘ及びＹ座標軸に沿って配置された複数
   電極線のうち、交差する上下電極線の交差部分の下側電
   極線が周縁部分長さが同一で細径とされたことを特徴と
   する請求項１記載のタッチパネル兼用透明デジタイザ。
3. 【請求項３】 上側及び又は下側電極線の形状を櫛歯状
   としたことを特徴とする請求項１記載のタッチパネル兼
   用透明デジタイザ。