JPH0876924A - 低ノイズ・タッチ・スクリーン装置およびユーザ接触場所を決定する方法 - Google Patents

低ノイズ・タッチ・スクリーン装置およびユーザ接触場所を決定する方法

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JPH0876924A
JPH0876924A JP21380195A JP21380195A JPH0876924A JP H0876924 A JPH0876924 A JP H0876924A JP 21380195 A JP21380195 A JP 21380195A JP 21380195 A JP21380195 A JP 21380195A JP H0876924 A JPH0876924 A JP H0876924A
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screen
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William K Bertram
ウィリアム・ケイ・バートラム
Logan L Pease
ローガン・エル・ピース
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International Game Technology
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的低コストで高解像度即ち高精細解像度
を有するタッチ・スクリーンが提供される。 【解決手段】 一実施例において、背面に配置された電
極の必要もなく電極（１０２ａ〜１０２ｄ）がＣＲＴス
クリーンの表面上に直接配置される。タッチ・スクリー
ン（１０４）は、１回の真空室工程で提供されることが
望ましい導電性コーティングと保護コーティングとを含
む。高周波サンプリング帯域通過フィルタを含む高利得
システムが、ノイズからの所望の信号の弁別を提供す
る。スクリーンから得られる電気信号をスクリーン上の
接触の位置を表わすデータへ変換するため、スクリーン
校正手法を用いて線形化を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータに対
するタッチ・スクリーン・ユーザ入力装置に関し、特に
高い解像度を提供しながら低いノイズを持つタッチ・ス
クリーンに関する。
【０００２】
【発明が解決しょうとする課題】コンピュータ入力のた
めのタッチ・スクリーンは、典型的にはユーザの指また
は自在スタイラスによってまたは拘束スタイラスによっ
て、ユーザがコンピュータのスクリーン上に情報を書込
みあるいは描画することを、あるいはコンピュータが生
成する表示の種々の領域から選択することを可能にす
る。タッチ・スクリーン・ディスプレイのコストは、一
部は要求される解像度に依存している。アプリケーショ
ンが（スクリーン上の指またはスタイラスの位置の約５
０．８mm（２インチ）以上の範囲内の測定の如き）総解
像度のみを要求する時、典型的には中程度の経費を要す
るに過ぎない。しかし、微小解像度（即ち、約２５．４
mm（インチ）より小さい、望ましくは約１２．７mm（１
／２インチ）より小さい、更に望ましくは約６．３５mm
（１／４インチ）より小さい、更に最も望ましくは約
３．１８mm（１／８インチ）より小さい解像度）が要求
される時、これまでの試みによって提供されるタッチ・
スクリーンの経費は、比較的高いものであった。経費の
１つの理由は、微小解像度位置を表わす小さな信号を弁
別し、あるいはノイズから運動（即ち、指またはスタイ
ラスの位置を表わさない信号）を弁別するためには余分
なハードウエアまたは方法が必要とされたことである。
多くの従前の装置もまた、線形化（装置からの出力信号
に基く指またはスタイラスの場所の表示を得ること）の
ためには比較的高価であった。典型的には、位置は、出
力信号の非線形関数である。一部の従前の装置において
は、線形化プロセスはスクリーン電極の大きさまたは形
状を手動で修正することを含むものと考えられる。これ
は製造される各スクリーン・オーバーレイ毎に個々に行
われねばならないため、経費が高くなり得る。
【０００３】高解像度タッチ・スクリーンの高い経費に
対する別の寄与要因は、あるプロセスにおいて、電極ま
たは他の被着層を前後の両面に施す必要、および（また
は）２つ以上の個々の真空処理ステップを提供する必要
である。更に、最終製品が別個のオーバーレイをコンピ
ュータのスクリーン（典型的には、陰極線管即ちＣＲ
Ｔ）へ配置するかあるいは固着することにより作られる
時、この追加的なステップが最終製品に更なる経費を追
加する。従って、低減したコスト即ち低コストでノイズ
を低減あるいは除去しながら微小解像度を提供するタッ
チ・スクリーンを提供することが有効であろう。
【０００４】
【発明を解決するための手段】本発明は、低ノイズ、高
解像度のタッチ・スクリーンを提供する。一実施例によ
れば、細密解像度装置にとって特に厄介であるノイズの
低減もしくは除去を提供するために、比較的高いサンプ
リング速度が、ノイズ（典型的には、低周波）を弁別す
るフィルタと共に提供される。更にまた、本発明の一実
施例は、自動利得制御を用いることにより、接地あるい
は静電放電の如きスプリアス信号から所望の信号を弁別
することができる。
【０００５】信号の線形化は、種々の既知のスクリーン
位置における接触からの信号の測定と、測定されたデー
タを用いて出力信号からの生じた指またはスタイラスの
位置への変換とを含み、これによりスクリーンの電極ま
たは他の特徴部の手による即ち個々の充電即ち「同調」
の必要を排除する。
【０００６】本発明の一実施例によれば、電極がＣＲＴ
または他のコンピュータのスクリーン上に直接的に配置
される。「直接的に」とは、電極がスクリーンへ後に接
着されるオーバーレイ上ではなくＣＲＴと接触状態にあ
ることを意味する。一実施例は、電極が後面電極または
層を除去するように、かつ１回以上の真空処理ステップ
を排除するように配置することを可能にするものであ
り、コンピュータのスクリーンをタッチ・スクリーンに
するのに僅かに１回の真空処理ステップで済むことが望
ましい。
【０００７】本発明によるタッチ・スクリーンは、多く
の目的のために使用することができる。１つの目的は、
電子スロット・マシン、電子キーノウ（ｋｅｎｏ）・マ
シンなどの如き電子ゲーム機械への使用を含む。他の用
途は、パーソナル・コンピュータ、ラップトップ・コン
ピュータ、パームトップ・コンピュータ、ノートパッド
・コンピュータ、パーソナル通信装置、電話、対話型テ
レビジョンなどにおけるコンピューティングの如き通常
のコンピューティング、ワード・プロセッシング、スプ
レッドシート、通信、データベース、プログラミング、
ネットワーキングおよび他の周知のソフトウエアの如き
実行ソフトウエアに対する用途を含む。本発明は、顧客
が書いたソフトウエアに関して、あるいはＧＯ社のペン
ポイント（登録商標）、マイクロソフト社のペン・コン
ピューティング（登録商標）の如きペン・コンピューテ
ィング用に設計されたコンピュータのオペレーティング
・システムに関して、あるいはオペレーティング・シス
テム、あるいはマウス、トラックボール、ジョイスティ
ックなどの如きポインティング・デバイスでの使用のた
め意図される他のソフトウエアに関して使用することが
できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１に示されるように、本発明の
一実施例は、電極１０２ａ〜１０２ｄがスクリーンの周
辺領域に重合するように構成されたＣＲＴの如きコンピ
ュータの表示装置を提供する。電極１０２ａ、１０２
ｂ、１０２ｃ、１０２ｄのための多くの形態があり得
る。図１に示される実施例においては、１０２ａ、１０
２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄは、望ましくはスクリーンの
隅領域へ延長することなくスクリーン１０４の４つの縁
部の各々の主要部分に沿って配置された導電性バス・バ
ーの形態を呈する。導電性ワイヤ１０６、１０６ｂ、１
０６ｃ、１０６ｄが、電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２
ｃ、１０２ｄの各々と電気的に接触状態にあって、以下
に述べる回路との通信チャンネルを提供する。
【０００９】本発明の特質については、タッチ・スクリ
ーンを提供するための従前の方法の文脈において最もよ
く理解される。図２は、従前の装置によるタッチ・スク
リーンの製造に関して用いられる方法を示す。図２に示
されるように、従前の装置は、例えば透明な接着剤を用
いて、ＣＲＴの如きコンピュータ・スクリーンの前面に
後で接着されたガラス・オーバーレイ上にある素子を配
置することによってタッチ・スクリーンを提供してい
た。従前のプロセスにおいては、ガラス・オーバーレイ
は最初に、導電性コーティングが背面２１２（ＣＲＴの
表面に接触すべきあるいはこの表面に接着されるべき表
面）へ塗布された。このコーティングは、典型的には、
通常は真空炉内における蒸着法によって施された。次
に、類似の導電性コーティングが、これも蒸着法２１４
によってガラス・オーバーレイの前面に置かれた。これ
らのステップの後、更に別の層がガラス・オーバーレイ
の背面に置かれた。ある場合には、保護層が背面に施さ
れた。ほとんどの場合、しばしばシルク・スクリーン法
によって背面上に電極を置くことが必要であった。後部
電極は、従前の装置においては、ノイズ低減手法、即
ち、不要な信号またはノイズから所望の位置信号を弁別
する手法の一部として設けられたものと信じられる。次
に、電極が、典型的にはシルク・スクリーン法２１８に
よってガラスの前面に配置された。この時、従前の手法
は、装置２２０を線形化するのを助けるため、電極の形
状を修正あるいは変更するステップを含むものと考えら
れる。これは、既知の、即ち線形の電界をオーバーレイ
に対して提供するように各個のスクリーンを「同調」す
るために個別に行われたものと考えられる。この同調
は、スクリーンの電気的特性を測定すること、および予
め定めたパラメータ内に適合するように測定された特性
を修正するため装置の電極または他の部分の各部を描き
取るか研削することを含んでいたものと考えられる。
【００１０】最後に、「手動同調」２２０の後、ＳｉＯ
2の如き保護コーティングが、真空炉２２２内で行われ
るプロセスにおいてスクリーンの少なくとも前面に置か
れた。明らかなように、図２のプロセスは、真空炉にお
ける処理２１２、２１４と、背面２１６上への電極など
の少なくとも１つの被着層の配設と、電極２２０の人手
によるあるいは個々の同調とを必要とする蒸着プロセス
を含む比較的高価である多くのステップを含む。
【００１１】図３は、タッチ・スクリーン装置を提供す
るための本発明によるプロセスを示している。図３の実
施例においては、電極は、ＣＲＴの如きコンピュータの
スクリーンのガラス前面上に直接配置される。図３のプ
ロセスはまた、ＣＲＴ上へ直接電極を配置することによ
りＣＲＴに対するガラスまたは他の透明なオーバーレイ
を作るためにも用いることができるが、ＣＲＴ上にオー
バーレイを接着しあるいは配置するステップを含むこと
がもはや不要である。典型的には、オーバーレイが設け
られる時に、接着が必要な強さと堅牢性を提供すること
を助けると共に望ましい光学的特性を提供するので、Ｃ
ＲＴ上に単に配置するのではなく接着が用いられる。し
かし、図３に示されるように、電極を直接ＣＲＴ上に配
置することによって、接着（配置）ステップのコストは
無くなる。
【００１２】図３のプロセスによれば、（図１に示され
る電極の如き）電極は、ＣＲＴ３１２の如きコンピュー
タのスクリーンの前面へ直接シルク・スクリーン処理さ
れる。シルク・スクリーン法のステップの後、導電性コ
ーティングが、電極とスクリーンの前面に塗布される。
更にまた、ＳｉＯ2の如き保護コーティングがスクリー
ンの前面に被覆させられる。導電性コーティングと保護
コーティングの両方は、１回の真空ステップ３１４で、
即ち、導電性コーティングと保護コーティングとの間で
真空炉からＣＲＴを取出す必要もなく塗布されることが
望ましい。
【００１３】図３に示されるプロセスに関して、多くの
材料を用いることができる。電極は、銀と低温溶解ガラ
スと銀エポキシを含む多数の導電性材料から作ることが
できる。導電性コーティングは、インジウム錫酸化物あ
るいは錫アンチモニ酸化物の如き実質的に透明な形態で
提供することができる材料を用いて行われることが望ま
しい。１つの実施例では、単一ステップのプロセスで塗
布することができるため、インジウム錫酸化物が用いら
れる。
【００１４】本発明の一実施例の詳細を述べる前に、図
４に全体的に示される如きノイズを取扱う回路について
論述される。図４の回路はタッチ・スクリーン装置と関
連して用いることができるが、図３の方法がノイズの低
減に関して従前の装置により使用されたものと考えられ
る特徴であったスクリーンの背面における電極を含まな
いので、この方法によって作られるタッチ・スクリーン
に対して特に有効である。
【００１５】通常の（接触のない）状況下でタッチ・ス
クリーンに電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２
ｄに電位が与えられる時、電極が時間的に定常状態を維
持することになる。人間がスクリーンの一部に指などで
接触すると、駆動電位１ボルト当たり約５〜１０μアン
ペアの如き少量の電流が人間の体を経て接地へ流れる。
図４の装置は、電極の１つから人間の体を通って接地す
る電流の値を比較的ノイズの無い方法で測定することが
できる信号を提供することが意図される。所望の信号を
ノイズから弁別するため使用される一般的方法は、ノイ
ズと関連する比較的低い周波数変調即ち「エンベロー
プ」を濾波することを可能にする比較的高い周波数のサ
ンプリングを含む。所与の電極から流れる電流量を推論
する（従ってこれにより、以下に述べるように、電極か
らの距離の計算を可能にする）ため、電流が流れる人体
の電気的特性についてある仮定を行うことが有効であ
る。この目的のため、人体が、直列の第１のコンデンサ
と抵抗と第２のコンデンサとを有する人体モデル４１２
と対応する電気的特性を持つものと仮定する。これらの
項目は回路項目ではなく、人体のある特性のモデルであ
る。実施においては、項目４１２は、人体がタッチ・ス
クリーンに接触する点から人体を経て接地４１６に至る
経路である。タッチ・スクリーンの電極１０２ａからの
線１０６ａの１つは、ＯＰ増幅器４１８の如き増幅器の
正の入力に接続される。このＯＰ増幅器は、約２０００
の如き利得、一実施例では１２７ｄｂの共通モード信号
除去を有する比較的高い利得を持つことが望ましい。１
００キロオームの抵抗４２０の如き抵抗が、出力ノッチ
４２２を負の入力端子４２４に接続している。ＲＣフィ
ルタ４２６が、ｄＶ／ｄｔを減じるためＯＰ増幅器４１
８の出力に設けられる。これは、フィルタのリンギング
を除去し、例えば米合衆国連邦通信委員会（ＦＣＣ）の
規格の如き規則と一致するために、放出を低減する上で
有効である。
【００１６】一実施例においては、（抵抗４３０、４３
２を介して）電極１０２ａに与えられると共に（抵抗４
３４、４３６を介して）ＯＰ増幅器４１８の負の入力へ
与えられる信号は、１０キロヘルツの如き周波数４３８
で与えられる略々正弦波形態を有する。４つの信号の位
相は９０°ずれていることが望ましいが、他の電極１０
２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄに対して信号を与え（かつ同
じ電極におけるサンプル信号を与え）るために、同様な
回路が用いられる。
【００１７】ノイズ除去は、約１００キロヘルツ、望ま
しくは約２００キロヘルツ、更に望ましくは約２５０キ
ロヘルツ以上の如き比較的高い周波数における増幅電極
信号をサンプルする帯域通過フィルタ４４０によって行
われる。一実施例においては、この帯域通過フィルタ４
４０は、約２０の利得と約４０のＱ値を持つ４次バター
ワース・フィルタである。バターワース・フィルタは、
ピークからの比較的迅速なロール・オフの有利な特徴を
提供するが、それは高い性能−コスト比を生じる故であ
る。しかし、ある状況においては、バターワース・フィ
ルタは不安定であり得、例えば、リンギングを生じるこ
とがある。従って、本発明はまた、他の形式のフィルタ
と使用することもできる。例えば、過渡的条件下ではバ
ターワース・フィルタよりも更に安定する傾向を有する
ベッセル・フィルタを使用することができるが、これは
迅速なロール・オフを持たない。使用可能な別の形式の
フィルタは楕円特性フィルタである。
【００１８】図示した実施例においては、フィルタ４４
０および発振器４３８は、２０ＭＨz信号４４２の如き
クロック信号によって制御される。一実施例において
は、このフィルタはクロック信号速度４４２の少なくと
も３倍のサンプリング速度（フィルタ動作が加えられる
時間枠を規定する）を提供し、一実施例では少なくとも
４０キロヘルツのサンプリング速度を提供する。高速動
作整流器即ち積分器の如き高サンプリング速度とフィル
タ動作を生じる他の装置を使用することができる。
【００１９】駆動信号４３８の大きさは、利得コントロ
ーラ４４６に関して設定される。利得コントローラ４４
６の機能の１つは、ユーザが接地された金属物体に接触
した結果生じる如き環境における急激な変化が存在する
状況を許容することであり、これによりユーザの体４１
２の実効電気特性を変化させる。利得コントローラ４４
６は、タッチ・スクリーンから、望ましくは以下に述べ
るＣＰＵ４５０により与えられる情報から受取った信号
の大きさの表示を受取る。４つの信号のどれかが予め定
めた量より大きくなる、例えば４．５ボルトより大きく
なるならば、システムの利得は減少して駆動信号、即ち
発振器４３８により出力される信号４５２を低下させ
る。図５の実施例においては、駆動信号４５２は、マル
チプレクサ５１８を制御する減衰信号５１６によって減
衰させられる。
【００２０】図５および図６は、図１に示された如きタ
ッチ・スクリーンに４つの電極を持つシステムにおける
図４の一般的形態を実現する１つの方法を示す。図５
は、駆動部１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄの
各々がＯＰ増幅器４１８ａ、４１８ｂ、４１８ｃ、４１
８ｄの正の入力に接続される。任意にＲＣフィルタを介
して、ＯＰ増幅器の出力は、帯域通過フィルタ４４０
ａ、４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄに接続される。制御
信号ＭＵＸ０、ＭＵＸ１ ５１２の制御下で、マルチプ
レクサ５１４がフィルタ４４０ａ、４４０ｂ、４４０
ｃ、４４０ｄからの出力を、一時に１つずつアナログ／
ディジタル・コンバータ６１２（図６）へ与えるためこ
れら出力を選択する。先に述べたように、フィルタ４４
０ａ、４４０ｂ、４４０ｃ、４４０ｄは、非常に高速な
サンプリングの能力があり、望ましくは４つの全てのチ
ャンネルがサンプルされて、８００マイクロ秒より短
く、望ましくは４００マイクロ秒より短く、更に望まし
くは３００マイクロ秒より短くＡ／Ｄコンバータ６１２
へ与えられる。一実施例では、このシステムは、（４つ
の電極の各々に対して）約１０００サンプル／秒、望ま
しくは約２５００サンプル／秒、更に望ましくは約３０
００サンプル／秒以上の速度で濾波されたアナログ信号
のディジタル・サンプルを与える。このような高速なサ
ンプリングは、サンプル間のノイズと変動の影響を低減
しあるいは除去するために使用される。一実施例によれ
ば、アナログ／ディジタル・コンバータは１２ビットの
トラッキング・アナログ／ディジタル・コンバータであ
る。
【００２１】図６に示されるように、中央処理手段（Ｃ
ＰＵ）は、水晶発振器４４２によってＣＴＬされ、この
発振器もまた、分周器６１４ａ、６１４ｂ、６１４ｃ、
６１４ｄによって、それぞれ２００ＫＨzおよび１０Ｋ
Ｈzにおけるクロック信号４４１および５５２を提供す
る。電源６１６は、Ｖccが４．７５ボルトより降下する
ならば、望ましくはＣＰＵ４５０をリセットするように
構成される望ましくは電力管理回路６１４を介してＣＰ
Ｕに給電する。ＣＰＵに接続されるのは通信回路６２０
であり、これは例えばＴＴＬレベルを２０μＡ駆動部に
変換するための光結合器を含む。ＥＰＲＯＭメモリ６２
２がユーティリティ・プログラムおよび、例えばプログ
ラム・メモリをダウンロードするためのブートストラッ
プ・プログラムを記憶するため用いられる。フラッシュ
・メモリ６２４は、主プログラムを記憶するために用い
られ、電力が遮断される時構成要素がそのままの状態を
維持するように、不揮発性メモリであることが望まし
い。このフラッシュ・メモリは、通信装置を介して再ロ
ードあるいは変更することができる。このように、フラ
ッシュ・メモリにおけるプログラムは、遠隔場所からダ
ウンロードすることができる。通信フロント・エンド
は、直列データ・イン、直列データ・アウト、および遠
隔マスター・リセットのための大域入力に対する光結合
器を含む。ＣＭＯＳメモリ６２６は、スクラッチパッド
目的および計算目的のために使用される。
【００２２】多数のＣＰＵ４５０がこれに関して使用す
ることができるが、望ましくはパーソナル・コンピュー
タ環境で使用される形式のＣＰＵが選好される。
【００２３】動作において、ユーザがスクリーンの一部
に接触して、４つの導体１０２ａ、１０２ｂ、１０２
ｃ、１０２ｄの各々から人体を経て流れる電流は、接触
点から各導体までの距離の関数である。スクリーンは、
実質的に等しい電位面を持つことが望ましい。このた
め、ユーザが４つの電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２
ｃ、１０２ｄから等距離のスクリーンの中心に正確に接
触したものとすれば、ユーザの体に流れる全電流は約８
／４マイクロアンペア、即ち２マイクロアンペアとな
る。中心でない４回の接触、即ち他の電極よりもある電
極へ近い接触の場合は、より近い電極からの電流は、よ
り遠い電極からの電流よりも大きくなる。電流量とスク
リーン上の位置との間の関係を知ることにより、ユーザ
を介して各電極に流れる電流量は、更に詳細に以下に述
べるように、接触位置を推論するために用いることがで
きる。図４に示される如きスクリーンの中心における接
触の事例に戻って、接触電流が１１．３Ωの抵抗を介し
て測定され、その結果、電圧へ変換すると、電流が駆動
電圧１ボルト当たり２２．６マイクロボルトになる。増
幅器４１８は、この電圧を２０００で乗じ、帯域通過フ
ィルタ４４０は２０の利得を加える。図５に示されるよ
うに、マルチプレクサ５１４により選択された信号は、
示された実施例では２の利得を有するバッファ増幅器Ｂ
Ａ５１６へ与えられる。このため、一緒にすると、当該
システムは８００００の利得を有する。信号はアナログ
／ディジタル・コンバータへ与えられる。アナログ信号
をディジタル形態へ変換する指令が、出力駆動発振器に
同期される。同期は、ディジタル・データが得られる
時、当該チャンネルに対する接触信号のピーク電圧を表
わすように構成される。平均をなしかつ正弦波が重なる
ＤＣ値を取除くため幾つかのサンプル（例えば、チャン
ネル当たり４サンプル）が取られる。
【００２４】４つの電極１０２ａ、１０２ｂ、１０２
ｃ、１０２ｄに対するディジタル化された電圧は、それ
ぞれ左方、最上部、右方、最下部の電極における電圧を
表わし、ＶL、ＶT、ＶRおよびＶBで記号が付される。こ
れら４つの電圧のディジタル表示された値を組合わせ
て、下記の如く縦方向（Ｙv）と横方向（Ｘv）における
値を表わす２つの電圧値ＹvとＸvを生じる。即ち、 Ｙv ＝ （ＶT−ＶB）／（ＶT＋ＶB） （１） Ｘv ＝ （ＶL−ＶR）／（ＶR＋ＶL） （２） ＹvおよびＸvは、スクリーン上の接触位置の縦方向と横
方向の位置と関連するが、この関係は一般に線形的では
ない。値ＹvおよびＸvに基く実際の位置を得るために
は、変換即ち線形化手順が用いられる。
【００２５】一般に、この線形化手順は、１つの座標系
から他の座標系へ変換するための手順である。しかし、
この変換は一般的に非線形的であり、特定の各接触スク
リーン毎に異なると共に、エージング、環境における変
化などによりおそらくは時間的に変化する。本発明によ
れば、多数の測定がスクリーン上の種々の既知の場所に
おける値ＹvおよびＸvについて行われる。次に、これら
の測定は、値ＹvおよびＸボルトをスクリーン上の接触
場所を示す値へ変換するための変換方法のパラメータを
決定するために用いられる。一般に、Ｙv、Ｘv座標系か
らスクリーンの場所の座標系へ変換する方法を提供する
ことが望ましいが、反対方向に変換を行うことにより、
即ち、スクリーン場所の座標系における幾つかの場所を
規定して、これらの予め規定された場所における接触の
結果として生じるＹvおよびＸvの値を測定することによ
ってこの方法が開始する。次に、これらの値を用いて反
対方向に、即ちＹv、Ｘv座標系からスクリーン場所の座
標系へ座標系を変換するため使用できるパラメータを計
算する。
【００２６】多数の方法は、座標系間の変換のため使用
することができる。一般に、非常に正確な変換システム
は、高レベルの計算の資源および（または）時間を必要
とする。しかし、以下に述べる変換方法は中程度の計算
要件のみを有するが、システムにより計算される接触場
所が実際の接触場所の予め定めた距離内に含まれる比較
的高い精度即ち精細解像度システムを結果としてもたら
すことが判った。一実施例において、計算された場所
は、実際の場所の約３．１８mm（１／８インチ）以内に
ある。
【００２７】一実施例によれば、下記の変換式を用いる
疑似線形変換法が用いられる。即ち、 Ｘs ＝ ａ0＋ａ1Ｘv＋ａ2Ｙv＋ａ3ＸvＹv （３） Ｙs ＝ ｂ0＋ｂ1Ｙv＋ｂ2Ｘv＋ｂ3ＸvＹv （４） 但し、Ｘsは、スクリーンの左縁部からの計算水平距離 Ｙsは、スクリーンの頂縁部からの計算垂直距離であ
る。
【００２８】より高次の変換を含む他の変換法を用いる
ことができる。しかし、式３および４の方法は、スクリ
ーンの隅部を含まない少なくともスクリーン部分に対し
て受入れ得る高解像度を提供することが判った。
【００２９】図９に示される方法では、装置がパワーア
ップされた後（９１２）、（例えば、フラッグを調べる
ことにより）システムが、これがこのシステムにおいて
行われた最初のパワーアップであるかどうかを判定する
（９１４）。もしこれが最初のパワーアップであるなら
ば、システムは以下に述べる校正手順を実施する（９１
６）。さもなければ、レジスタのクリア、メモリの検
査、割込み可能化および通信のセットアップの如き多く
のハウスキーピング機能が行われる（９１８）。次に、
システムは、システムに有効な校正が既に格納されてい
るかを判定する（９２０）。もし格納されていなけれ
ば、システムは次に校正手順を開始する（９１６）。さ
もなければ、システムは、例えば利得コントローラ４４
６を用いて信号の利得をハイ・レベルに設定するように
進む。次のステップにおいて、システムは、スクリーン
が接触されつつあるかどうかを判定する検査を行う。図
９に示される実施例においては、これは、４つのチャン
ネル１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄのどれか
が周囲電圧、即ち、接触が存在しない場合に４つの電極
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄにおける電圧
の２倍以上である電圧を表示するかどうかを知るため検
査することによって決定される。もし表示しなければ、
システムは接触が検出されるまで接触の検査を継続する
（９２４）。一実施例においては、接触の発生の判定
は、閾値レベルより高いフィルタからのサンプル信号の
ピークを検出することによって行われる。サンプル信号
が下式により表わされる場合、即ち、 Ｓ ＝ Ａ（ωｔ＋φ）＋Ｔ ｓｉｎ（ωｔ＋φ） （５） 但し、Ｓはサンプル信号を表わし、Ａはサンプル信号の
振幅、ωは位相角、φはサンプル信号の位相Ｔは接触装
置に流れる電流の振幅である。
【００３０】サンプル式のピーク（Ｐ）は、下記形態を
持つ式の関数である。即ち、 Ｐ ＝ （Ａ2＋Ｂ2）1/2 （６） 接触を検出した後、システムはチャンネル１０６ａ、１
０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄがいずれも４．５ボルトの
如き予め定めた量より大きい電圧を表示しないことを確
認するため検査する（９２６）。先に述べたように、こ
の検査は、ユーザが接地された金属物体などに接触する
如き環境における急激な変化を検出するために行われ
る。このような大きな電圧が検出されるならば、駆動電
圧は、利得コントローラ４４６を用いるなどにより低減
され（９２８）、システムはスクリーン上に接触が生じ
るかどうかを知るため検査する状態へ戻る。
【００３１】電圧が予め定めたパラメータ内にあるなら
ば、システムは、図５および図６に示される高周波サン
プリング・帯域通過フィルタ、Ａ／Ｄコンバータおよび
他の回路を用いて、４つのチャンネルの各々において予
め定めた数のサンプル、例えば４つのサンプルを取る。
周囲電圧が差引かれ（９３２）、値ＹvおよびＸvが式
（１）および（２）に従って計算される（９３４）。次
に、値ＹvおよびＸvが、式（３）および（４）を用い
て、値ＸsおよびＹsへ変換される。次に、位置の値Ｙs
およびＸsが通信回路６２０上をホスト・コンピュータ
へ送られる。通常は、システムは接触について連続的に
監視するように構成され、これによりシステムは、スク
リーンの接触が行われつつある（９２４）かどうかをシ
ステムが判定する状態へ戻ることにより別の場所を得る
（９４０）ように構成される。
【００３２】校正を実施する（９１６）際、システムは
最初にモニターが充分にウォームアップされているかど
うかを判定して（９５０）、ウォームアップが完了する
まで連続的な１０秒の待機期間を循環する（９５２）。
次に、ＣＰＵ４５０は、通信装置６２０を介してホスト
・コンピュータへ要求を送って、ホスト・コンピュータ
が命令をタッチ・スクリーン上でユーザへ表示すること
を要求する。ユーザがタッチ・スクリーンに触れていな
い時間中は、コンピュータは４つのチャンネル１０６
ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄにおける電圧を測定
し、これらの値を例えばステップ９２４および９３２に
おいて用いるために格納する。次に、ＣＰＵ４５０は、
ホスト・コンピュータに接触点（予め定めた場所におけ
るタイム・スライス上の点または他の指標）を表示する
ように要求する。コンピュータはまた、ユーザに表示さ
れた接触点の場所に正確にスクリーンに触れるように求
める命令を表示する（９５８）。システムは、ステップ
９２４、９２６、９２８に対して述べた如く接触が生じ
るか（９６０）、また電圧が規定された限度内であるか
（９６２、９６４）を判定する。周囲電圧が差引かれ
（９６６）、測定値が格納される（９６８）。次に、全
ての点が表示される（９７２）まで、ＣＰＵ４５０は、
次の点をスクリーン上で次の予め定めた場所に置くよう
にホスト・コンピュータに要求する（９７０）。一実施
例においては、合計９回の接触点または校正点が用いら
れ、望ましくは４つの略々矩形状および同じ４分円即ち
領域を規定する。
【００３３】全ての接触点が表示され、各接触点と対応
して電圧ＹvおよびＸvの値が格納された後、システム
は、式（３）および（４）において用いられるパラメー
タａ0、ａ1、ａ2、ａ3、ｂ0、ｂ1、ｂ2、ｂ3を計算す
る。これは、変数ａ0、ａ1、ａ2、ａ3、ｂ0、ｂ1、ｂ3
の各々に対して式（３）および（４）を解きあるいは適
合させることによって行うことができる。９つの測定が
行われたため、１８の式と８つの未知数の体系を結果と
して生じ、このため過剰解となる。従って、「最適」法
を用いて、未知数ａ0、ａ1、ａ2、ａ3、ｂ0、ｂ1、
ｂ2、ｂ3に対する値を決定し、これが９つのＸvおよび
Ｙvの測定値に対する最良の適合を提供する。未知数の
これらの値は、ステップ９３６においてＸsおよびＹsの
計算で使用するため格納される。次に、システムは先に
述べたステップ９１８へ戻る。
【００３４】
【発明の効果】以上の記述に照らして、本発明は、多く
の利点を提供する。本発明は、精細解像度を持ちながら
比較的安いコストと高速性におけるタッチ・スクリーン
上の接触の場所を決定することができる。本発明は、背
面電極および（または）背面導電性コーティングを提供
するステップの如きステップを除去することによりコス
トを低減し、かつ別個の真空室プロセスにおいて行われ
ねばならない多くのステップの要求を低減する。当該シ
ステムは、タッチ・スクリーン装置の個々の人手による
線形化の必要もなく高い精度で接触の場所を決定するデ
ータの線形化を提供する。
【００３５】多くの変更および修正が使用可能である。
発明の他の特質を用いずに一部の特質を用いることが可
能である。例えば、図９の線形化および（または）図５
および図６の回路を用いることなく、本発明の簡素化さ
れたスクリーン製造技術を用いることが可能である。先
に述べた如きゲーム・マシン、ＰＣおよび他の装置に関
する使用に加えて、本発明はまた、標定装置または航法
装置、自動車に関する自動出納マシン（ＡＴＭ）、およ
び（または）機械の制御装置などの如き他の対話型用途
に関しても用いることも可能である。
【００３６】用途については望ましい実施態様および幾
つかの変更および修正により記述したが、他の変更およ
び修正もまた使用可能であり、本発明は頭書の特許請求
の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるタッチ・スクリーンを
示す概略正面図である。
【図２】従前のタッチ・スクリーン製造方法を示すフロ
ーチャートである。
【図３】本発明の一実施例によるタッチ・スクリーンを
提供する方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施例によるタッチ・スクリーンの
信号処理回路を示す概略図である。
【図５】本発明の一実施例によるアナログ信号処理装置
を概略図である。
【図６】本発明の一実施例によるタッチ・スクリーンお
よび関連する処理システムを示すブロック図である。
【図７】本発明の一実施例による校正および線形化手順
を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ 電極 １０４ スクリーン １０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ チャンネル ２１６ 背面 ２２０ 電極 ２６０ 進行作業請求 ４１２ 人体モデル ４１６ 接地 ４１８ ＯＰ増幅器 ４２２ 出力ノッチ ４２６ ＲＣフィルタ ４３８ 発振器 ４４０ 帯域通過フィルタ ４４１ クロック信号 ４４２ 水晶発振器 ４４６ 利得コントローラ ４５０ ＣＰＵ ４５２ 駆動信号 ５１４ マルチプレクサ ５１６ バッファ増幅器ＢＡ ５１８ マルチプレクサ ６１２ アナログ／ディジタル・コンバータ ６１４ 電力管理回路 ６１６ 電源 ６２０ 通信回路 ６２２ ＥＰＲＯＭメモリ ６２４ フラッシュ・メモリ ６２６ ＣＭＯＳメモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム・ケイ・バートラム アメリカ合衆国ネバダ州89511，リノ，イ エロー・パイン・ロード 350 (72)発明者 ローガン・エル・ピース アメリカ合衆国ネバダ州89509，リノ，キ ルボーン・コート 4590

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 タッチ・スクリーンからの信号をサンプ
    リングする装置において、 前記タッチ・スクリーンの縁部上に配置された少なくと
    も第１の電極と、 前記タッチ・スクリーンに接続され、該タッチ・スクリ
    ーンが第１の領域で接触される時、前記第１の電極にお
    ける電位が第１の値から第２の値へ変化するように該タ
    ッチ・スクリーンの前記第１の領域に電圧を提供するド
    ライバと、 前記第１の電極に接続されて、約１００キロヘルツより
    大きい周波数を通過させて濾波された電極出力を生じる
    フィルタと、 前記フィルタに接続されて、少なくとも約１０００サン
    プル／秒の速度で前記の濾波された電極出力をディジタ
    ル信号サンプルへ変換するアナログ／ディジタル・コン
    バータとを備える信号サンプリング装置。
  2. 【請求項２】 前記タッチ・スクリーンが陰極線管（Ｃ
    ＲＴ）を含み、前記第１の電極が前記ＣＲＴの外側の表
    示面上に直接配置される請求項１記載の信号サンプリン
    グ装置。
  3. 【請求項３】 前記の濾波された電極出力が予め定めた
    量を越える時に前記第１の値が自動的に低減される前記
    ドライバに対する自動利得制御部を更に備える請求項１
    記載の信号サンプリング装置。
  4. 【請求項４】 前記フィルタが約２００キロヘルツより
    高い周波数を通過する請求項１記載の信号サンプリング
    装置。
  5. 【請求項５】 前記サンプリング速度が少なくとも約２
    ５００サンプル／秒である請求項１記載の信号サンプリ
    ング装置。
  6. 【請求項６】 外側面と内側面とを持つ表示領域を有す
    る陰極線管（ＣＲＴ）と、 前記ＣＲＴの前記外側面上に直接配置された透明な導電
    性コーティングと、 前記内側面上に配置された電極が存在しない時、前記Ｃ
    ＲＴの前記外側面上に直接配置された複数の電極とを備
    えるタッチ・スクリーン。
  7. 【請求項７】 前記複数の電極が、銀エポキシと銀およ
    び低温溶解ガラスとからなるグループから選択される材
    料から形成される請求項６記載のタッチ・スクリーン。
  8. 【請求項８】 前記タッチ・スクリーンが唯一つの真空
    工程を含むプロセスにより提供される請求項６記載のタ
    ッチ・スクリーン。
  9. 【請求項９】 タッチ・スクリーン表面上の予め選定さ
    れた場所における接触を検出するタッチ・スクリーン装
    置において、 前記スクリーンの周部における外側縁部を持つ表面を有
    するスクリーンと、 前記スクリーンの外側縁部に実質的に近く配置された複
    数のバー電極と、 各々が前記バー電極の１つに接続されて該バー電極に電
    圧を提供し、かつ前記表面と接触する接触装置に流れる
    電流の結果として生じ、接触が存在しない第１の時間ｔ
    1と接触時間と一致する第２の時間ｔ2とにおける電圧レ
    ベルの差の関数である、前記表面上の接触を表示する信
    号を提供する複数のチャンネルを有する駆動部と、 前記チャンネルから信号を受取って信号を評価し、前記
    複数のバー電極に対する接触の位置を識別する位置決定
    手段とを備えるタッチ・スクリーン装置。
  10. 【請求項１０】 前記タッチ・スクリーン装置が実質的
    に矩形状であり、更に前記スクリーンの頂縁部付近でこ
    れに対して実質的に平行に配置された第１のバー電極
    と、 前記スクリーンの底縁部付近でこれに対して実質的に平
    行に配置された第２のバー電極と、 前記スクリーンの左側縁部付近でこれに対して実質的に
    平行に配置された第３のバー電極と、 前記スクリーンの右側縁部付近でこれに対して実質的に
    平行に配置された第４のバー電極とを備え、 前記第１および第２のバー電極が、接触の相対的垂直位
    置を決定する対として機能し、 前記第３および第４のバー電極が、接触の相対的水平位
    置を決定する対として機能する請求項９記載のタッチ・
    スクリーン装置。
  11. 【請求項１１】 接触の相対的垂直位置Ｐvが、 Ｐv ＝ （ＶT−ＶB）／（ＶT＋ＶB） の如く、第１のバー電極において測定される電圧ＶT、
    および前記第２の電極で用いられる電圧手段ＶBの関数
    として決定され、 接触の相対的水平位置Ｐhが、 Ｐh ＝ （ＶR−ＶL）／（ＶR＋ＶL） の如く、第３の電極において測定される電圧（ＶL）、
    および第４の電極において測定される電圧ＶRの関数と
    して決定される請求項１０記載のタッチ・スクリーン装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記ドライバが更に、 前記チャンネルの各々に接続されて、該チャンネルの各
    々により生成されるアナログ信号をディジタル化する時
    間間隔をセットアップする発振器と、 前記発振器に接続される第１の入力と、第２の入力と、
    出力とを有する各チャンネルにおける増幅手段とを含
    み、前記第２の入力は、該発振器および対応するバー電
    極に接続されて、接触が存在しない時は前記増幅手段が
    実質的に一定な増幅器出力信号と平衡状態にあり、かつ
    接触が表面上に生じる時は接触装置を通ってスクリーン
    から電流が流れて前記増幅手段における入力における電
    圧降下と結果として生じる増幅器出力信号とを生じるよ
    うにし、 少なくとも予め定めたサンプリング速度で濾波された出
    力信号をサンプリングするアナログ／ディジタル・コン
    バータを含む請求項９記載のタッチ・スクリーン装置。
  13. 【請求項１３】 前記ドライバが更に、前記チャンネル
    の各々においてフィルタと接続されて各フィルタのサン
    プリング速度を同期させるクロックを含む請求項１２記
    載のタッチ・スクリーン装置。
  14. 【請求項１４】 各チャンネルにおけるフィルタが、前
    記クロック信号の周期当たり少なくとも３倍の速度でサ
    ンプルする請求項１３記載のタッチ・スクリーン装置。
  15. 【請求項１５】 前記フィルタが、振幅のＡＣ成分と，
    位相のＡＣ成分と，ＤＣ成分との決定を可能にするよう
    に形成された速度でサンプルする請求項１３記載のタッ
    チ・スクリーン装置。
  16. 【請求項１６】 前記サンプリング速度が少なくとも４
    ０ＫＨzである請求項１５記載のタッチ・スクリーン装
    置。
  17. 【請求項１７】 接触が、閾値レベルより高いフィルタ
    からのサンプル信号のピークと同時に生じたと決定さ
    れ、該サンプル信号が下式により表わされる請求項１５
    記載のタッチ・スクリーン装置。即ち、 Ｓ ＝ Ａ（ωｔ＋φ）＋Ｔ ｓｉｎ（ωｔ＋φ） （９） 但し、Ｓは、サンプル信号を表わし、 Ａは、サンプル信号の振幅、 ωは、位相角、 φは、サンプル信号の位相、 Ｔは、接触装置に流れる電流の振幅である。
  18. 【請求項１８】 タッチ・スクリーン表面上の予め選定
    された場所における接触を検出するタッチ・スクリーン
    装置を作る方法において、 前面を有する堅牢な透明材料を提供するステップと、 前記材料の前面に直接複数のバー電極を塗布するステッ
    プと、 前記材料の前面に透明な導電性コーティングを被着し
    て、前記バー電極間に電気的経路を提供するステップ
    と、 前記導電性コーティング上に透明な保護コーティングを
    塗布するステップとを含むタッチ・スクリーン装置を製
    造する方法。
  19. 【請求項１９】 前記複数のバー電極がガラスと銀化合
    物とから作られる請求項１８記載のタッチ・スクリーン
    装置の製造方法。
  20. 【請求項２０】 前記導電性コーティングが銀エポキシ
    から作られる請求項１８記載のタッチ・スクリーン装置
    の製造方法。
  21. 【請求項２１】 前記保護コーティングがインジウムか
    ら作られる請求項１８記載のタッチ・スクリーン装置の
    製造方法。
  22. 【請求項２２】 前記の堅牢な透明材料がＣＲＴの表面
    である請求項１８記載のタッチ・スクリーン装置の製造
    方法。
  23. 【請求項２３】 透明な保護コーティングを被着する前
    記ステップと、透明な保護コーティングを塗布する前記
    ステップとが真空室内で行われる請求項１８記載のタッ
    チ・スクリーン装置の製造方法。
  24. 【請求項２４】 タッチ・スクリーン装置を製造する方
    法を実施するため唯１回の真空プロセスが必要とされる
    請求項１８記載のタッチ・スクリーン装置の製造方法。
  25. 【請求項２５】 タッチ・スクリーン装置を製造する前
    記方法が、複数のバー電極を塗布する前記ステップの後
    に、該バー電極の大きさおよび形状の実質的な修正が存
    在しない場合に実施される請求項１８記載のタッチ・ス
    クリーン装置の製造方法。
  26. 【請求項２６】 ユーザの接触の位置を決定する方法に
    おいて、 タッチ・スクリーンを提供して、場所が前記タッチ・ス
    クリーンに与えられた制御信号の関数である指標を前記
    スクリーン上に制御可能に表示して、少なくとも第１の
    電気的変数を出力するステップと、 前記タッチ・スクリーンが存在しない場合に前記第１の
    電気的変数の表示である第１の値を出力するステップ
    と、 第１のセットの制御信号に応答して、前記タッチ・スク
    リーン上で第１のスクリーン場所に第１の指標を表示す
    るステップと、 前記タッチ・スクリーンの前記第１の指標の場所に接触
    して、前記スクリーンが前記第１の指数の場所で接触さ
    れる時、前記第１の電気的変数の指標である第２の値を
    出力するステップと、 第２のセットの制御信号に応答して、前記タッチ・スク
    リーン上で第２のスクリーン場所に、第２の指標を表示
    するステップと、 前記第２の指標の場所で前記タッチ・スクリーンに接触
    して、前記スクリーンが前記第２の指標の場所で接触さ
    れる時前記第１の電気的変数の表示である第３の値を出
    力するステップと、 少なくとも前記第１と第２と第３の値を用いて、前記第
    １の電気的変数が前記第１の値と等しい時、第１の予め
    規定された公差内で前記第１のスクリーン場所の第１の
    表示を生じる前記第１の電気的変数の関数を規定し、か
    つ前記第１の電気的変数が前記第２の値に等しい時、前
    記第２のスクリーン場所の第２の表示を生じるパラメー
    タを計算するステップと、 前記第１および第２のスクリーン場所とは異なる第３の
    スクリーン場所における接触に応答して、前記関数を用
    いて、前記第１のスクリーン場所と前記第２のスクリー
    ン場所とは異なる、前記第３のスクリーン場所の第２の
    予め規定された公差内にあるスクリーン場所の第３の表
    示を生じるステップとを含むユーザ接触場所を決定する
    方法。
  27. 【請求項２７】 前記の予め規定された公差が約３．１
    ８mm（１／８インチ）より小さい絶対値を有する請求項
    ２６記載のスクリーン上のユーザの接触位置を決定する
    方法。
  28. 【請求項２８】 前記タッチ・スクリーンが左右の電極
    を含み、前記第１の電気的変数が Ｘv ＝ （ＶL−ＶR）／（ＶL＋ＶR） で計算された電圧である請求項２６記載のスクリーン上
    のユーザ接触位置を決定する方法。但し、ＶLおよびＶR
    は、前記左右の電極における電圧をそれぞれ表わす。
  29. 【請求項２９】 前記タッチ・スクリーンが頂部と底部
    の電極を含み、前記タッチ・スクリーンが、第２の電気
    的変数 Ｙv ＝ （ＶT−ＶB）／（ＶT＋ＶB） を出力する請求項２８記載のスクリーン上のユーザ接触
    位置を決定する方法。但し、ＶTおよびＶBは、前記の頂
    部と底部の電極における電圧を表わす。
  30. 【請求項３０】 前記パラメータが、ａ0、ａ1、ａ2、
    ａ3、ｂ0、ｂ1、ｂ2およびｂ3により表わされ、前記関
    数が Ｘs ＝ ａ0＋ａ1Ｘv＋ａ2Ｙv＋ａ3ＸvＹv Ｙs ＝ ｂ0＋ｂ1Ｙv＋ｂ2Ｘv＋ｂ3ＸvＹv 但し、Ｘsは、横方向のスクリーン場所であり、Ｙsは縦
    方向のスクリーン場所である請求項２９記載のスクリー
    ン上のユーザ接触位置を決定する方法。
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