JPH08272533A - 高分解能透明容量性表面を備えた触覚指定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度で感度の高いコンピュータ入力のため
の触覚指定装置を提供する。 【解決手段】 触覚指定装置は、柔軟なストリップによ
り４隅を支持した、透明な連続容量性表面を備え、この
ストリップには、歪み計、高周波供給源、直列コンデン
サ、マルチプレクサ、検出回路、およびコンピュータが
接続されている。容量性表面の隅は高周波電圧に交互に
接続され、測定した電圧を電圧表と比較して接触点を決
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高分解能透明容量
性表面を備えた触覚指定装置に関するものである。

【０００２】透明タッチ・スクリーンすなわち触覚画面
は、多様な画像の表示装置に触覚指定機能を持たせる目
的で、これら装置の前面に使用されている。画像の視認
性を低下させることなく、電気的、機械的に単純な方法
により低コストで触覚指定機能を持たせることができ
る。小型表示装置（表示面積が１００ｍｍ×１００ｍｍ
未満）に応用する場合、スペースの要件やコストを抑制
することが極めて重要である。

【０００３】この触覚面が連続している場合、すなわち
触覚面が、導体のマトリクス網で物理的に表示される指
定領域を備えるのではなく、容量性検出と関連がある連
続導電面を備える場合、触覚面の選択解像度は非常に高
くなることもある。

【０００４】

【従来の技術】既知の透明触覚面は、一般に以下の要素
を備えている。 − 非常に薄く透明な金属付着層で部分的に覆ったガラ
ス製プレート。分離容量性モードではエッチングを施
し、連続容量性モードではエッチングを行わない。 − ガラス製プレートを取り付ける歪み検出装置。この
装置はセンサで構成され、前記センサに金属板を取り付
けてあり、ガラス製プレートの四隅に配置した抵抗線歪
み計で金属板の歪みを測定する。 − ガラス製プレートの検出領域を提供する接続回路。 − 歪み検出装置の接続回路。 − 所定位置にある要素をすべて保持し、場合により必
要となる機械調整を可能にする機械式支持装置。 − 電力を供給し、検出領域から送信されてくる信号を
処理する電子回路。 − 歪みセンサから送信されてくる信号を処理する電子
回路。

【０００５】上に述べた要素を備える既知の触覚面に
は、多数の問題点がある。先ず問題となるのは、分離キ
ーがガラス製プレートにエッチングされている点であ
る。各キーには、導電性給電トラックがある。高感度を
実現するには、キー接続の抵抗値を低くする必要がある
ため、ガラス製プレート上に効率的な反射防止被覆を施
すことが非常に難しいことがわかる。効率的な反射防止
被覆を行うには、非常に厚い金属層が必要になる。加え
て、多数の接続箇所（キー当たり１つ）が必要であり、
それに応じて多数の電子回路をキーに接続する必要があ
る。この方法は高い感度が得られ、技術的には可能であ
るが、ガラス製プレートのエッチング方法に問題がある
ためと、多数の接続箇所が必要になることからコストが
高くつく。

【０００６】その他の問題点は、ガラス製プレートを機
械的構造によるものである。ガラス製プレートは歪みセ
ンサ上で浮動するように取り付けられるため、ガラス製
プレートを機械的にガイドしたり、ガラス製プレートの
動きを捕捉することが可能な複数の接続を行ったりする
ことが困難になるとともに、位置決めの許容値を補償で
きるように、各歪みセンサの高さを調整する装置を製作
する必要があるなどの問題が生じる。

【０００７】また、ガラス製プレートには、柔軟な接続
回路が（キーとキーに接続しなければならない電子回路
の間に）取り付けてあるため、ガラス製プレートの位置
決めおよび取り外しが困難である。

【０００８】英国特許明細書第２２０５１６４号では、
四隅に形成された第１の電極グループと側辺部の中央に
形成された第２の電極グループとを備えた、正方形の透
明容量性表面付触覚指定装置、すなわちタッチ・スクリ
ーン指定装置について述べている。容量性表面の接触点
の画定では、一方の電極グループのすべての電極に電力
を供給して電極を流れる様々な電流を測定し、次に、も
う一方の電極グループのすべての電極に電力を供給して
同様の測定を行い、判定の精度を向上させる。さらに、
前記明細書では、容量性表面の抵抗が一定している必要
があることを明らかにしている。これは金属化層の厚さ
が相対的に厚いこと、したがって光学的質が低いことを
意味する。透明面上の整った電界を過度に乱さないため
に、測定の原理そのものからして、ピンポイント面に近
い接触面が必要となる。さらに、容量性表面に接続した
測定回路には、「ドライバ」または適切なインピーダン
スを備えたインタフェース回路が必要であり、また、こ
の回路の特性のドリフトにより、測定に乱れを生じる場
合もある。このドリフトの補償を行うのは困難であり、
複雑である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、精度
が接触の実行方法（指先、指の腹、または手袋をはめた
指で）にほとんど左右されず、また構成要素の特性のド
リフトおよび容量性表面の均一性にはまったく左右され
ない高分解能透明触覚面付触覚指定装置であって、ほと
んど接続部を必要とせず、コストが低く、機械式付属品
の製作および配設が簡単で、感度が高い触覚指定装置を
提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による触覚指定装
置は、透明な金属付着層を連続的に付着させたほぼ長方
形のガラス製プレートを有し、歪み計を固定した柔軟な
ストリップにより前記プレートの四隅を支持し、前記ス
トリップはガラス製プレートの金属付着層と、その次に
ある電子回路とを電気的に接続することができ、前記接
続には直列コンデンサを備え、電子回路は高周波供給回
路およびコンピュータを備える触覚指定装置であって、
検出回路を備え、検出回路の一方の極は金属付着層の各
隅に順次接続され、対向する隅は検出回路のもう一方の
極、すなわち大地に接続され、残りの２つの隅は非接続
状態にあることを特徴とする。

【００１１】本発明は、非限定的な例としてあげた実施
例に関する以下の詳細な説明および添付の図面からさら
に明らかになろう。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１からわかるように、本発明の
装置は、インジェクション・コンデンサ３と、シーケン
サ５が制御する増幅器４とを介してジェネレータ２から
高周波電圧の供給を受ける容量性触覚面１を備えてい
る。コンデンサ３とマルチプレクサ４との共通点は、イ
ンピーダンスの整合および（ユーザが点指定を行う間に
面１のインピーダンスの局所的変動により変調を受け
た）高周波信号の復調を行う検出回路６に接続されてい
る。

【００１３】容量性表面１は、本発明の出願人の出願に
よるフランス特許明細書第２６８８９５７号に記述され
ているような構成になっていると有利である。前記容量
性表面の構成要素を、図２〜５を参照して以下に再度説
明する。面１の柔軟な締結具１Ａ〜１Ｄは、それぞれ歪
み計７Ａ〜７Ｄと組み合わせてある。歪み計７Ａ〜７Ｄ
は、インタフェース回路８に接続されている。要素５、
６、および８はコンピュータ９に接続されている。

【００１４】ジェネレータ２の周波数は、約２ＭＨｚで
あるが、約５００ｋＨｚ〜５０ＭＨｚの範囲になる場合
もある。コンデンサ３の容量は、約１００〜７００ｐＦ
である。面１の容量性層のインピーダンスは、高周波信
号のインジェクション回路（すなわち要素２〜４）と整
合する効率的なインピーダンスが得られるように選択さ
れている。プレート１の容量性層の抵抗の範囲は、前記
の層の対角線のいずれかに沿って５００〜２００００Ω
であると都合がよい。どの実施例においても、触覚面の
感度を最適化して、コンデンサ３のキャパシタンス、プ
レート１の容量性層の抵抗、および周波数の関数とし
て、前記のインピーダンス整合を行うようになってい
る。すなわち、前記プレートの最高感度が得られるよう
になっている。本明細書では、触覚圧力を面に加えない
状態で導電層の端子において検出した電圧（対向する２
つの隅部間の電圧）と、触覚圧力を面に加えた状態の電
圧との差を感度と定義する。

【００１５】プレート１は、ガラス製基板１０（図２お
よび図３）を備え、例えば、長方形になっている。前記
プレートの上側表面（ユーザに向かい合った面）全体
は、例えば、可視光線に当たると透明になるＩＴＯ（イ
ンジウム−スズ酸化物）など、導電性材料からなる覆膜
１１で覆われている。ガラス製基板１０の４隅には、穴
１２Ａおよび１２Ｄが開けられている。層１１は、４
隅、すなわち穴１２Ａ〜１２Ｄの周囲を除き、表面全体
を反射防止層１３で被覆してあり、支持ストリップ1 Ａ
〜１Ｄと導電層１１とが電気的に接続できるようになっ
ている。また、基板１０の下側表面は反射防止層１３で
被覆してある。

【００１６】支持ストリップ１Ａ〜１Ｄは、柔軟な導電
性材料製で、表示装置１６を固定する支持部１５にプレ
ート１を取り付けるようになっており、プレート１はこ
の装置１６の上部に固定され、プレート１を介して前記
装置の像が見える。支持部１５は、コンデンサ３を介し
て導電層１１に接続した電子回路を備えたプリント基板
とすると好都合である。本実施例において、支持部１５
は、表示装置１６の上部が貫通する開口部１７を具備し
ているが、表示装置１６が薄い場合、開口部１７を設け
て表示装置１６を支持部１５の上面に固定することがで
きないことは明らかであり、プレート１の締結具をそれ
に合わせて改造し、プレート１を表示ユニット１６の十
分上まであげる。

【００１７】図４は、プレート１を支持部１５に柔軟に
取り付けるための取り付け具を示す図である。この取り
付け具１Ａは、例えば、柔軟な金属製ストリップであっ
て、その一端に穴１８があり、この穴により１組のネジ
およびナット１９で支持部１５に固定できるようになっ
ている。ストリップ１Ａの別端は、Ｕ字形のフォーク２
０の形状をしており、この部分を、中央部に向かって細
くなった円筒状の導電性ナット２１の外周溝に噛み合わ
せる。このナット２１を、穴１２Ａを貫通するネジ２２
に取り付ける。柔軟な導電性ワッシャをネジ２２の頭部
と導電層１１の間に挟む。金属製ワッシャ２４を１つ以
上ナット２１と層１４の間に挟み、支持部１５に対する
プレート１の高さの調整を行う。歪み計７Ａを、例えば
接着により、ストリップ１Ａの表裏いずれかの長手方向
中央部あたりに取り付ける。この歪み計を組にする演算
および歪み計給電回路２６に柔軟な導線２５で接続す
る。この回路は、それ自体、周知の回路であるため、本
明細書では説明を省く。

【００１８】図６は、触覚面１から生じる信号の処理装
置を示すブロック線図である。シーケンサ回路、すなわ
ちマルチプレクサ回路４は、マルチプレクサ４の入力端
子４Ａを、面１の４隅に対応する支持および電気接触ス
トリップ１Ａ〜１Ｄのそれぞれに順次接続するように制
御装置２７によって制御され、残り３つの隅について
は、抵抗４Ｂを介して大地に接続する場合と接続しない
場合がある。

【００１９】さらに、端子４Ａは、通過帯域フィルタ２
８、振幅復調装置２９、レベル翻訳増幅器３０（直流成
分の復元を伴う）、および可変ゲイン増幅器３１（この
増幅器のゲイン制御端子３１Ａをプロセッサ９に接続す
る）を備える演算システムに接続されている。増幅器３
１の出力端子はプロセッサに接続されている。要素２８
〜３１は、まとまって前記の回路６を構成する。

【００２０】図７の表は、マルチプレクサ４の制御サイ
クル例を示す。このサイクルには、参照番号ｔ１からｔ
４の４つの位相がある。コマンドには、面１の４隅に対
応するストリップの参照番号（１Ａ〜１Ｄ）を付して区
別してある。実行可能な２つの動作には、符号ｍ（対象
とする隅を接地する動作）、ｅ（対象とする隅に高周波
電圧を印加する動作）、または∞（対象とする隅が非接
続の状態）を参照記号として付してある。上で明らかに
したように、各位相ｔ１〜ｔ４において、４隅のうち１
つだけが電圧ｅを受け、対向する隅は抵抗４Ｂを介して
接地し、残りの隅２つは非接続の状態となり、１サイク
ルの間に、４隅に順番に電圧ｅがかかる。

【００２１】点４Ａで集電される高周波電圧ｅは、給電
される面１の隅およびユーザが圧力を加える前記の面の
位置によって決まる。面１の４隅に順次給電すると、前
記の面の対称性による不確定性を排除できる（前記の面
は均質であると理解されたい）。

【００２２】図８は、正方形面への３つの異なる接触状
態、すなわち面に触れない場合、対角線Ａ−Ｃ上の隅１
Ａの近くで（圧力を加えて）面に触れる場合、および中
心近くで（やはり圧力を加えて）面に触れる場合の３つ
の状態を示す図である。面に触れることにより、（ユー
ザを介して）接触点と大地の間にキャパシタンスが生じ
る。接触点と、接地した隅の間に合成抵抗を置いて、前
記キャパシタンスは端子４Ａの電圧に対してドライバ・
ブリッジを形成する。マルチプレクサ４が少なくとも１
サイクルする間、ユーザの指は動かない、すなわち、ユ
ーザが面１に圧力を加えている時間に比較してマルチプ
レクサのサイクルは非常に短いものと仮定している。前
者の場合、集電する４つの電圧は、面の幾何的対称性、
したがって電気的対称性により同一となる。後者の場
合、ユーザが面に触れたことによって発生するキャパシ
タンスにより、接触点と大地との間にインピーダンスが
導入される。端子４Ａにて集電される電圧の値は、この
インピーダンスによって大幅に減少する。これは、高周
波電圧がかかる隅１Ａに接触点が近接しているためと、
また、その結果、前記キャパシタンスが、接触点と大地
との間の合成抵抗（隅１Ａと大地に接続された隅との間
の層１１の抵抗の大部分を占める）と並列になるためで
ある。対向する隅１Ｃへの給電については、位置が逆に
なる。すなわち、接触によるキャパシタンスは、隅１Ｃ
と大地との間の層１１の抵抗のごく一部を占める抵抗と
並列になる。したがって、端子４Ａの電圧はほとんど減
少しない。残り２つの隅１Ｂと１Ｄに給電する場合、一
方の隅から見た層１１の抵抗は、他方の隅から見た層１
１の抵抗と実際には同じになり、接触点は対角線Ａ−Ｃ
上にある。さらに、接触点が隅１Ａに近接しているた
め、ユーザによって生じるキャパシタンスは、隅１Ｂお
よび１Ｄから見たインピーダンスをほとんど乱すことが
ない。

【００２３】抵抗４Ｂは、（接触点が１つの隅に非常に
近接しており、その隅に高周波電圧が給電される場合の
４Ａにおける測定可能最小電圧の集電について）「保護
抵抗」として使用されるだけでなく、値が適切な感度で
あって、かつ接触点における合成抵抗の関数としてほぼ
線形である感度を実現可能にする「線形化抵抗」として
も使用される。

【００２４】したがって、正常に使用している接触点の
位置を自動的に画定できるようにするには、まず初め
に、面１の有効部分全体に分布している異なる接触点に
関して、４隅１Ａ〜１Ｄにおいて得られる電圧を測定
し、測定値を（コンピュータ９内にある）変換テーブル
に保存することにより、較正作業を行う。４隅の電圧の
測定は連続して行われるため、対称性による曖昧さは生
じない。すなわち、面１の接触点それぞれには、４隅１
Ａ〜１Ｄに対応する４つの電圧の組がただ１つだけ対応
する。通常の使用では、所与の接触点について４つの電
圧を比較し、さらにこの４つの電圧を、記憶してある電
圧の組それぞれと比較して、接触点の位置を画定すれば
十分である。

【００２５】比較を単純化するためには、仮想の直交マ
トリクスを面１上に重ねて、面１を、碁盤の目を形成
し、各々「キー」を表す小さな正方形または長方形に分
割できると好都合である。４隅１Ａ〜１Ｄで得られる電
圧を、これらのキーそれぞれの中心における接触につい
て読み取る。隣接するキーについて集電した電圧によ
り、マトリクスの各座標軸に沿って隣接する２つのキー
の間の境界に対応する平均電圧を求める。通常使用時の
比較段階で、以上のようにして決定した平均電圧で、キ
ーからキーへの移行のしきい値が定まる。マトリクスの
２つの軸方向の２つの連続したしきい値の間に含まれる
測定電圧は、キーの中心を接触した場合に読み込まれる
電圧とみなされ、すべて前記のキーに対応する同一の情
報要素を生成する。

【００２６】可変ゲイン増幅器３１を使用すると、本発
明の装置を様々な作動条件で使用することができる。手
袋を外せない状態で面１の領域を指定しなければならな
い場合もあり、また同じ面を素手で操作する場合もあ
る。当然のことながら、ユーザが手袋を着用した場合に
生じるキャパシタンスは、着用しない場合よりもはるか
に小さい。したがって、手袋を着用した場合としない場
合とでは集電される電圧が異なり、手袋の厚みが増すほ
ど差が大きくなる。この差は、面１にかかる圧力が変化
するとともに変化する。この問題を克服するために、本
発明では、少なくとも１サイクルの間に、前記変換テー
ブルとの比較を行わずに４隅１Ａ〜１Ｄの電圧を測定す
るようになっている。コンピュータ９は、例えば、以上
のようにして集電した４つの電圧の平均値を計算し、後
続する測定サイクルについて、前記４つの電圧の標準平
均値が得られるように、前記平均値の関数として増幅器
３１のゲインを制御する。標準平均値は、想定されるど
んな用途でも得られる標準値である。

【００２７】一変形例によれば、増幅器のゲインを大幅
に変化させるのではなく、限定された範囲で変化させ、
数種の変換テーブルを設け、そのうち１つを面１の４隅
で集電した電圧の平均値の関数とする。

【００２８】本発明の別の利点によれば、面１の摩耗を
考慮に入れるために、使用開始時に、４隅１Ａ〜１Ｄの
電圧測定を１サイクル行う間、透明面に圧力を加えずに
４Ａの電圧を測定し、この電圧（原則的にはすべて等し
い）を記憶する。容量性表面のインピーダンスの経時変
化は、以上のようにして記憶した値を現在値と比較して
モニタすることができる。現在の値もやはり面に圧力を
加えずに測定する。この比較は各使用期間の開始時に自
動的に行われる。差が大きい場合、比較結果を利用して
故障表示を出すか、または表面の変更操作を実行する必
要があるという警告を発するか、または表示と警告の両
方が行われる。ドリフトが小さい場合は、それに従って
コンピュータ９が増幅器３１のゲインを修正することも
ある。

【００２９】容量性表面の４隅には、単一の切替え式測
定／電流インジェクション装置から、順次電力が供給さ
れるため、本発明の装置は適合するインタフェースをな
んら必要としない。本発明の装置は、構成要素のパラメ
ータの値のドリフトにより擾乱を受けることはなく、多
様な条件、すなわち、手袋を着用した場合の非ピンポイ
ント接触や、（振動、蒸気、泥などの）劣悪環境におけ
る非ピンポイント接触などの条件で使用することができ
る。導電被覆の質は、実際上、画定精度の低下を引き起
こさず、したがって、きわめて優れており（原子層数層
の厚さ）、光学的な質（透明度、反射防止処理など）が
高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置を備える触覚指定システムのブロ
ック線図である。

【図２】本発明による装置の構成要素実施例の詳細図で
ある。

【図３】本発明による装置の構成要素実施例の詳細図で
ある。

【図４】本発明による装置の構成要素実施例の詳細図で
ある。

【図５】本発明による装置の構成要素実施例の詳細図で
ある。

【図６】触覚面と、本発明による装置内の検出回路とを
つなぐ接続回路のブロック線図である。

【図７】図６の接続回路の切替え動作の例を示す線図で
ある。

【図８】図６の回路に現われる信号のタイミング線図で
ある。

【符号の説明】

１ 容量性触覚面 ２ ジェネレータ ３ インジェクション・コンデンサ ４ 増幅器 ５ シーケンサ ６ 検出回路 ７Ａ〜７Ｄ 歪み計 １Ａ〜１Ｄ 柔軟な締結具 ９ コンピュータ

フロントページの続き (72)発明者 ピエール ファガル フランス国， 92402 クールブボワ セ デ， ボワト ポスタル 329（番地なし) トムソン−セーエスエフ エスセーペイ 内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明な金属付着層を連続的に付着させた
   ほぼ長方形のガラス製プレートを具備する透明容量性表
   面を備え、歪み計を固定した柔軟なストリップにより前
   記プレートの４隅を支持し、前記ストリップがガラス製
   プレートの金属付着層と前記金属付着層に追随する電子
   回路との間に電気的接続を形成することができ、前記接
   続が直列コンデンサを備え、電子回路が高周波供給回路
   およびコンピュータを備える触覚指定装置において、前
   記装置が検出回路を備え、検出回路の一方の極が金属付
   着層の各隅に交互に接続され、検出回路のもう一方の極
   （大地）が対向する隅に接続され、残りの２つの隅が非
   接続状態にあることを特徴とする触覚指定装置。
2. 【請求項２】 高周波供給回路の周波数が、約５００ｋ
   Ｈｚ〜５０ＭＨｚの範囲にあることを特徴とする、請求
   項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 直列コンデンサの容量が約１００ｐＦ〜
   ７００ｐＦの範囲にあることを特徴とする、請求項１ま
   たは２に記載の装置。
4. 【請求項４】 前記の対向する隅が抵抗を介して回路の
   もう一方の極に接続されていることを特徴とする、請求
   項１ないし３のいずれか一項に記載の装置。
5. 【請求項５】 電子回路が可変ゲイン増幅器を備えるこ
   とを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に記
   載の装置。
6. 【請求項６】 コンピュータが、容量性表面上の異なる
   接触点について測定した電圧を記憶した少なくとも１つ
   の変換テーブルを備えることを特徴とする、請求項１な
   いし５のいずれか一項に記載の装置。
7. 【請求項７】 接触点が、容量性表面上の仮想キーのデ
   カルト座標のキーの中心に対応することを特徴とする、
   請求項６に記載の装置。