JPS6221126B2 - - Google Patents

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JPS6221126B2
JPS6221126B2 JP54119420A JP11942079A JPS6221126B2 JP S6221126 B2 JPS6221126 B2 JP S6221126B2 JP 54119420 A JP54119420 A JP 54119420A JP 11942079 A JP11942079 A JP 11942079A JP S6221126 B2 JPS6221126 B2 JP S6221126B2
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Yoshimitsu Ooshima
Masao Hotsuta
Keiichi Myamoto
Norio Yokozawa
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、加重検知型座標入力装置(以下タツ
チパネルという)特に、オフセツト補償を可能に
したタツチパネルに関する。
タツチパネルは、ライトペンを用いたタブレツ
ト入力装置と同様に表示装置と組み合わせること
によりパネル上に表示された項目を選択したり、
図形を検出してコンピユータシステムに入力する
装置として注目されるようになつてきた。
以下、第1図を用いてタツチパネルにより加重
印加点の座標を求める原理を説明する。
第1図において、ガラス板などの剛体からなる
面板1に、これに垂直方向の力Fが作用すると、
面板1の下方の3個所に設けた力検出器2a,2
b,2cには力Fを印加した点との距離で決まる
各モーメントに対応した力が加わる。力検出器2
a,2b,2cの面板1の面内での座標をA(x
a、ya)、B(xb、yb)、C(xc、yc)とし、
面板上のP点に加えた力FによりA,B,Cの各
点に面板に対し垂直に加わる力をfa、fb、fc
とすると、力Fを加えたP点の座標(X、Y)は
次式によりもとめることもできる。
X=x+x+x/f
+f……(1) Y=y+y+y/f
+f……(2) (特公昭49−34247号公報参照) 通常、力検出器としてストレインゲージや圧電
素子などを用い、各点における力を電気信号に変
換して増幅などを行なつた後、アナログ演算回路
により、あるいはA/D変換後デイジタル計算機
により、X、Yの値がもとめられる。
式(1)、(2)から明らかなように、力fa、fb、f
cはその絶対値が必要ではなく、それらの比例関
係を測定することにより、X、Yの値をもとめる
ことができる。したがつて、各力検出器の出力は
加えられた力に比例するものであればよい。とこ
ろが、加えられた力fに対する力検出器の出力v
は、一般には単純にfに比例せず、これにオフセ
ツト分v0が加わつている。すなわち、 v=kf+v0(kは定数) ……(3) である。オフセツト分v0は、式(1)、(2)において、
誤差の原因の一つとなる。
このオフセツトの要因としては種々あるが、代
表的なものとして次のものがある。
一つは、パネルの自重による影響である。タツ
チパネルを設置するとき、必ずしも水平面上に置
くわけではなく、傾いた角度に設定することがあ
る。例えば、タツチパネルをCRTデイスプレイ
装置の前面に取り付けて使う場合、垂直位置に設
置することもある。パネルの設置角度により、力
検出器に加わるパネルの自重の影響が異なる。し
かし、パネルを一旦装置および固定したあとは、
むやみに移動することも考えられないので、この
自重による誤差は固定オフセツト分となる。
また、温度変化による力検出器の特性変化によ
るもの(すなわち温度ドリフト)がある。温度変
化により、(3)式のk(検出器の感度に相当す
る)、v0の値が変化する。kについては、温度変
化により変動しても、各検出器の特性にバラツキ
がないものとして、3個所の力検出器2a,3
b,2cにおいて温度変化が同一であれば、kの
変動も同一である、直線性が損われない限り、比
例関係はそのまま保たれるので式(1)、(2)の結果に
影響しない。これに対し、v0の温度変化は、オフ
セツトの温度変化分として誤差の要因となる。こ
の温度ドリフトによるオフセツトは、力検出器と
してストレインゲージ等を用いた時かなりの大き
さになる。
その他、オフセツトの要因としては、経年変化
などもある。
一般にオフセツトによる誤差とは、測定装置に
固定的に加わる誤差、もしくは長時間にわたつて
ゆつくりと変化する誤差と考えることができる。
そこで、力Fが加えられる前に力検出器2a,2
b,2cの出力を測定して、これをオフセツト値
として記憶しておき、力Fが加わつたときに、各
力検出器の出力からこのオフセツト値を差引いて
やれば、力Fの各成分fa、fb、fcに正しく比
例する測定値が得られる。そうするとオフセツト
値をいつ測定するかが次に問題となる。つまり、
力Fが加わつている状態と、加わつていない状態
とを弁別して、力が加わつていない状態に測定し
た力検出器の出力をオフセツト値として採用する
必要がある。
状態を区別する一つの方法として、タツチパネ
ルの動作モードをオフセツト測定モードと座標入
力モードの二つに分け、オフセツト測定モードの
ときにオフセツトの測定を行なう方法がある。こ
のとき、オフセツト測定モードにあるときは、こ
れをタツチパネルの使用者に対して何らかの方法
で通知して、座標入力をそのときだけ休止させる
必要がある。これはランプ表示等で簡単に行なう
ことができる。しかしオフセツト値は温度上昇等
により時間とともに変化するので、適当な間隔で
定期的に修正する必要があり、その都度オフセツ
ト測定モードに移るので、座標入力を中断しなく
てはならず、タツチパネルの使用者にとつては非
常に煩らわしい。
本発明は上記のような欠点を取り除く、すなわ
ちタツチパネルの使用者を煩らわすことなくオフ
セツトを補償する回路を提供することを目的とす
る。具体的には、力Fが加わつている状態と力F
が加わつていない状態とを弁別する手段を設け、
力Fが加わつていない状態でオフセツト値を測定
して、これを力Fが加わつたときの補正用に用い
るものである。
上記の目的を達成するために、本発明における
タツチパネルでは、力Fが加わつていないときに
定期的に各力検出器の出力すなわちオフセツト値
を測定し、これをもとにすでに記憶されているオ
フセツト値の修正を行なう。また力Fが加わつた
とき、これを弁別する手段によりオフセツトの測
定を中断して、各検出器の出力からおのおののオ
フセツト値を差引いて分力をもとめ、式(1)、(2)に
より座標の計算を行なう。
このように、本発明によれば、タツチパネルの
使用者を何ら煩らわすことなく、オフセツト値の
測定およびその補償を行なうことができる。
以下本発明を実施例により詳細に説明する。
力Fが加わつたことを検知する方法は、大きく
分けて二つに分けられる。一つは力検出器の出力
そのものから検知する方法、他の一つは力検出器
の出力以外の手段により検知する方法である。
第2図は、後者の方法を用いたタツチパネルの
一実施例の断面図で、1は第1図と同様ガラスな
どの剛体による面板、2は力検出器、3は面板1
の表面に貼られた導電性の膜である。
通常、都市の屋外において人体には商用電源周
波数によるハムが誘起されている。そこで、力F
の発生源として人間の指導を用いれば、面板1の
表面すなわち導電膜3に指先等が接触したとき、
人体のハムが導電膜に伝わる。したがつてこれを
検出することにより、指先が面板1に接触したこ
と、すなわち力Fが加えられたことを検出するこ
とができる。なお、タツチパネルをデイスプレイ
装置とともに用いるときは、導電膜3として透明
なものを用いるとよい。
第3図は、第2図のタツチパネルを用いたとき
のオフセツト補償回路である。2a,2b,2c
は力検出器、5a,5b,5cは増幅、波形整形
などの信号処理をおこなう。6a,6b,6cは
対応する力検出器のオフセツト値を保持する記憶
回路である。タツチパネル1に指先等が接触して
いない時、ハム検出回路8の出力100は論理
「1」となつており、ゲート回路9を通してオフ
セツト保持回路6a,6b,6cに一定周期のク
ロツク信号CKが供給されている。このクロツク
信号に合わせ、各オフセツト保持回路は増幅器5
a,5b,5cの出力を次々ととりこみ、オフセ
ツト値を更新する。タツチパネル1に指先等が接
触すると(すなわち力Fが加えられると)、導電
膜3を通して人体に誘起されたハムがハム検出回
路8に伝えられる。ハム検出回路8はこれを検出
すると出力100を論理「0」とし、ゲート回路
9を閉じる。したがつて、ロツク信号CKはオフ
セツト保持回路に供給されなくなり、オフセツト
値の新更は中継する。
一方、加えられた力Fに応じて面板1の各点
A,B,Cに生じた分力は、力検出器2a,2
b,2cによつて検出され、増幅器5a,5b,
5cにより電気信号va,vb,vcに変換され
る。7a,7b,7cは減算回路で、電気信号V
a,vb,vcからその直前の時刻にとりこんだオ
フセツト値va0、vb0、vc0を差引き、分力に正
しく比例する電気信号Va−Va0,vb−vb0,vc
−vc0を生成する。
一方、ハム検出回路8はタツチパネル1に力F
が加えられた時刻に座標演算回路10にストロー
プ信号101を供給する。これを受けて演算回路
10は、減算回路7a,7b,7cの出力をもと
に、式(1)、(2)で示した演算を行ない、座標値X、
Yを出力する。ハム検出回路8としてはテレビの
タツチパネルなどに使用されている公知の回路を
用いればよい。
次に、力検出器のみから力Fが加わつたことを
検出し、オフセツト補償を行なう方法について説
明する。第4図はその一実施例である。
力Fが加わつたことを力検出器から検出するこ
とは一見あたりまえのようであるが、実際にはそ
う単純ではなく、これをおこなうために第4図の
ような回路が必要である。すなわち、オフセツト
値は常に小さい値になるとは限らず、場合によつ
ては加えた力と同程度になる可能性がある。例え
ば、自重の影響により生じるオフセツト値がそう
であるし、力検出器の温度ドリフトにより生じる
オフセツト値もその程度になる可能性がある。こ
のようなときには、力検出器の出力からだけで
は、力Fが加えられているか否かを弁別すること
はできない。
第4図で2a……,5a……,6a……,7a
……,および9は第3図と同様に、それぞれ力検
出器、増幅器、オフセツト保持回路、減算回路、
ゲート回路である。第3図の場合と同じく、タツ
チパネル1に手が触れられていないときには、ゲ
ート9の入力信号102は論理「1」状態にあ
り、ゲート回路9を通して一定周期のクロツク信
号CKがオフセツト保持回路6a,6b,6cに
供給される。これを受けて、各オフセツト保持回
路は増幅器5a,5b,5cにより次々とオフセ
ツト値を更新する。したがつて、力Fが加わつて
いないとき、減算回路7a,7b,7cの出力は
オフセツト分だけでほぼ0となつている。
次にタツチパネル1に力Fが加えられると、第
3図の場合と同じく減算回路7a,7b,7cの
出力には、オフセツト値を減算された結果とし
て、対応する分力に正しく比例する電気信号va
−va0,vb−vb0,vc−vc0が生じる。これらの
出力は加算回路11でその総和が求められる。こ
の結果加算回路11の出力vsは、タツチパネル
に加えられた力Fに正しく比例する値となつてい
る。加算回路11の出力vsは絶対値化回路13
でその絶対値が求められて比較回路12に供給さ
れ、所定の電気信号Eと比較される。Eは、力F
による出力信号とオフセツトとを弁別するための
閾値で、加えられる力の大きさ、オフセツトの特
性、力検出器の感度等から適正な値に設定され
る。
力Fが加わつていない時、すなわち|vs|<
Eのとき比較回路12の出力は論理「1」にあ
り、クロツク信号CKはゲート回路9を通過し、
オフセツト保持回路の内容は次々と更新される。
力Fが加わると、すなわち|vs|>Eになる
と比較器12の出力は論理「0」となり、ゲート
回路9は遮断され、オフセツト値の更新は中断す
る。この状態は力Fが加わつている間中続き、オ
フセツト保持回路6a,6b,6cは、力Fが加
えられる直前の値を保持する。
なお、第4図では省略したが、第3図と同様
に、比較回路12の出力が論理「1」から論理
「0」になるタイミングが座標演算回路(第3図
の10)に伝えられる、演算回路はこれを受け
て、減算回路7a,7b,7c、また場合によつ
ては加算回路11の出力を用いて座標の計算を行
なう。
本実施例において、比較の規準値Eとクロツク
信号CKの周期に値によつては、必ずしも期待す
る結果が得られない場合がある。たとえば第5図
のように、加えられる力Fの変化がゆるやかで、
1クロツク周期T内での力検出器出力の変化量が
比較の規準値Eより大きくならないときがある。
このとき、オフセツト保持回路の内容は、力Fが
加わつているにもかかわらず力Fの変化に応じて
次々と更新されて行き、オフセツト値として不適
性な値を保持することになる。比較の規準値Eと
クロツク信号CKの周期を適当に設定しておけ
ば、このような状況は殆んど起り得ないものと考
えられるが、たまたまこのような状況が起つたと
きタツチパネルが不正な動作をすることにより、
望ましいことではない。
また、力Fを加え始める当初においては、面板
1の慣性等の関係から、各力検出器に生じる出力
の立上りはゆるやかである。このときクロツク信
号が入つてオフセツトの修正が行なわれたとする
と、このオフセツト値は本来正しくないオフセツ
ト値で、タツチパネルの精度を落とす要因とな
る。
これを回避するための実施例を第6図に示す。
第6図では第1図の3個の支点のうちA点に対応
する回路と共通回路しか示していないが、B点、
C点に関する回路もA点に対するものと全く同様
であるので省略した。
本実施例と第4図の実施例の違いは、第4図の
場合現在の出力値のみから判定しているのに対
し、本実施例では過去にさかのぼつて複数個の出
力を利用している点が異なる。すなわち過去にさ
かのぼつて複数個の出力について、それらがすべ
てある変動範囲(第6図E2)に入つているか否か
を判定し、この条件が整つたときのみオフセツト
値の更新を行なうものである。少しでも疑義があ
るときはオフセツト値の更新を拒否し、不正なオ
フセツト値になるのを防ぐわけである。
絶対値化回路13の出力は14−1,14−
2,14−3の記憶回路に導びかれており、クロ
ツク信号CKに同期して次々とシフトされる。絶
対値化回路13の直接の出力と記憶回路14−
1,14−2,14−3の出力は比較回路15−
1,15−2,15−3に導びかれており、比較
の規準値E2と比較される。絶対値化回路13の
直接の出力と14−1,14−2,14−3の出
力がすべてE2より小さいとき、AND回路16の
出力が論理「1」となる。このときゲート回路1
7は導通状態となり、クロツク信号CKがオフセ
ツト保持回路6aに供給され、オフセツト値が更
新される。記憶回路14−1〜14−3を設けて
おくと、力検出器5aの出力に振巾がE2より大
きく、時間巾がクロツク周期より小さいパルスノ
イズがあらわれた場合、3クロツク後にそのノイ
ズはオフセツト保持回路6aの入力端にあらわれ
るが、同時に記憶回路14−3の出力端にもあら
われるため比較回路15−4の出力が論理“0”
となり、つぎのクロツクでパルスでノイズがオフ
セツト値としてオフセツト保持回路6aに入力さ
れることを防止できる。4a−1,4a−2,4
a−3は記憶回路で、クロツク信号CKに同期し
て増幅器5aの出力をとり込み次々とシフトす
る。これは、前述したように、力Fが加えられた
ときの立上り時の不正なオフセツト値のとり込み
による精度の低下を防ぐためのもので、オフセツ
ト値として古いものすなわち力Fにもとづく出力
分がなるべく小さいものから使用しようとするた
めに設けたものである。ただし、4a−1,4a
−2,4a−3の出力がすべて閾値E2以下(す
なわち14−1,14−2,14−3の出力がす
べてE2以下)であればどれをオフセツト値にし
てもかまわないという観点にたてば、一致をみる
回路16の出力がゼロになる現在の5aの出力を
そのまま正しいオフセツト値として採用してもよ
く、その場合にはこの部分が省略してもかまわな
い。
ところで、第4図では閾値は一つしか設けてい
なかつたが、本実施例ではE1およびE2の二つに
分けている。そこでE1は力Fの検知用として、
E2はオフセツトを更新するか否かを決定するた
めの閾値として用いることができ、より細かな制
御が可能となる。
なお、各記憶回路はそれぞれ3段ずつしか用意
していないが、これは説明の便宜のためで、オフ
セツトの特性に応じて、クロツク信号の周期およ
び記憶回路の段数をきめる必要がある。
本実施例に示すように、第6図の回路により長
時間にわたつてゆつくり変化するオフセツトはす
べて検出および補正ができるし、さらに不正のオ
フセツト値のとりこみを防止することも可能とな
つた。
ところが、最初に述べたように、面板1の自重
によるオフセツトは、第6図の回路では救済でき
ない場合がある。すなわち、タツチパネルをそれ
までの設置角度と違えて使う場合、面板1の自重
によるオフセツト値が大きく変化し、第6図の値
E2を越えてしまい。その後ずつとそのままだと
すると、AND回路16の出力は永久に「0」の
ままで、オフセツト保持回路の内容は更新されな
いままになる。
この点を改良するため回路の実施例を第7図に
示す。本図も第6図と同じく、3個の支点のうち
A点に対応する回路と共通回路しか示していない
が、B点、C点に対応する回路はA点に対するも
のと同様であるので省略した。
第6図における実施例が、基準としてとり込ん
がオフセツト値(va0、vb0、vc0)、力検出器の
出力との差の総和の複数時点における絶対値がす
べて一定値E2以下であるか否かによりオフセツ
ト取り込みの判定をしていたのに対し、本実施例
では複数時点での力検出器の出力相互間の差の総
和により判定を行なう。
第7図において4a−1,4a−2,4a−
3,4a−4は第6図と同じく記憶回路である。
これらの出力はそれぞれ減算回路18a−1,1
8a−2,18a−3に導びかれ、相互の差がも
とめられる。第7図の実施例では各時点での出力
と一番古い出力との差を求めているが、一般にn
個の出力のうちから互いに異なる2個の出力を選
択するすべての組合わせ(n(n−1)/2)について
出 力の差を求めるようにしてよい。A,B,C点で
の減算結果は各時点ごとに加算器19−1,19
−2,19−3で加算され絶対値化回路20−
1,20−2,20−3で絶対値化したあと値
E2と比較される。これらのすべてが閾値E2より
小さいとき、AND回路16の出力が論理「1」
となる。このとき比較回路12の出力も論理
「1」であれば、21のゲート回路は導通状態にな
り、クロツク信号CKがオフセツト保持回路6a
に供給されオフセツト値の更新が行なわれる。比
較回路12の比較基準値E1は、力Fの入力があ
つたかどうかを判定するためのもので、力Fが入
つたときすなわち加算回路11の出力がE1より
大となつたとき、比較回路12の出力は論理
「0」となる。これは、力Fが加えられた状態の
ままで、各力検出器の出力が準安定状態になりす
なわち、力Fが加わつていながらその変化が小さ
い状態になり、絶対値回路20−1,20−2,
20−3の出力がすべて閾値E2より小さくなつ
てオフセツト値が更新されるのを防ぐためであ
る。
なお、第6図、第7図とも図面上では省略して
いるが、第4図の実施例と同様に比較回路12の
出力が論理「1」から論理「0」になるタイミン
グが座標演算回路に伝えられ、式(1)、(2)に示す演
算が行なわれる。
第4図、第6図、第7図の実施例とも、出力の
大小判定を、A点、B点、C点での各出力の総和
をとる方式で説明した。しかしこれは、各点個別
に大小判定を行ない、結果の論理積をとる方式も
可能である。
第6図や第7図、特に第7図の実施例では、比
較回路や減算回路等が多数必要である。しかし切
換え回路を用いて、これらを時分割使用すること
にすれば、回路の規模は縮少可能である。
以上説明したように、本発明によればオフセツ
トを補償した加重検知が可能で、精度のよい座標
入力装置を実現することができる。
なお、以上の説明において、制御信号を除くす
べての信号はアナログ信号であることを、暗黙の
うちに前提にして話を進めてきた。しかし、本発
明の内容はアナログ信号に限定されるものではな
い。各力検出器の出力を増幅したあとこれをA/
D変換(アナログ/デイジタル変換)し、以後の
回路をデイジタル信号のための同等回路と置き換
えれば、本発明の内容は全く同様に成り立つ。さ
らに、A/D変換したあとこれをデイジタル計算
機に入力し、本発明で説明した回路と同等なプロ
グラムを組むことにより、処理することも可能で
ある。
また、各支点毎に設けた減算器出力の総和を所
定の閾値と比較するのではなく、各減算器出力を
閾値と比較して少くとも1個の出力が閾値を越え
たか否かを検出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図はタツチパネルの原理を示す図、第2図
は第1図のタツチパネルの断面を示す図、第3図
は本発明の第1の実施例を示す回路図、第4図は
本発明の第2の実施例を示す回路図、第5図は力
検出器出力の時間変化の1例を示す図、第6図は
本発明の第3の実施例を示す回路図、第7図は本
発明の第4の実施例を示す回路図である。 1……面板、2……力検出器、6a〜6c……
オフセツト保持回路、8……ハム検出回路、4a
−1〜4a−4,6a……メモリ、11……加算
回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 面板上の1点に印加された外力の3支点にお
    ける分力の大きさを検出して、外力の印加された
    点の座標を求める座標入力装置において、面板上
    の各分力の大きさを電気信号に変換する手段と、
    該面板上に外力が印加されているか否かを検出す
    る手段と、外力が印加されていないことが検出さ
    れた時の該変換手段の出力をオフセツト値とし、
    該オフセツト値に基づいて、外力が印加されてい
    ることが検出された時の該変換手段の出力を補正
    する手段とを有することを特徴とする座標入力装
    置。 2 特許請求の範囲第1項記載の座標入力装置に
    おいて、前記補正手段は、前記オフセツトを記憶
    する手段と、前記変換手段の出力から該記憶手段
    の出力を減算する手段と、該減算手段の出力か
    ら、外力の印加された点の座標を求める手段と、
    前記検出手段の出力をうけて該記憶手段への書き
    込みをおこなう手段とからなることを特徴とする
    座標入力装置。 3 特許請求範囲第1項記載の座標入力装置にお
    いて、前記検出手段は面板上に接触した人体の一
    部を通して面板に伝わる商用周波数による誘導雑
    音があるか否かを検出する手段からなることを特
    徴とする座標入力装置。 4 特許請求範囲第1項記載の座標入力装置にお
    いて、前記検出手段は前記減算手段の出力のそれ
    ぞれを所定の閾値と比較する手段からなることを
    特徴とする座標入力装置。 5 特許請求範囲第1項記載の座標入力装置にお
    いて、前記検出手段は3支点についての前記減算
    手段の出力の総和を求める手段と、該総和を所定
    の閾値と比較する手段とからなることを特徴とす
    る座標入力装置。 6 特許請求範囲第2項記載の座標入力装置にお
    いて、前記記憶手段は、前記変換手段からの出力
    を所定時間遅延し、該遅延出力をオフセツト値と
    して記憶させるための遅延手段を含むことを特徴
    とする座標入力装置。 7 特許請求範囲第4または第5項記載の座標入
    力装置において、前記比較手段は前記減算手段の
    出力を1時記憶する1個以上のレジスタ手段を含
    むことを特徴とする座標入力装置。 8 特許請求範囲第1項記載の座標入力装置にお
    いて、前記検出手段は、前記変換手段の出力側に
    縦続接続された2個以上のレジスタ手段と、該レ
    ジスタ手段のたがいに異なる2出力の組み合わせ
    について出力差を求める手段と、該出力差により
    外力が印加されているか否かを検知する手段とか
    らなることを特徴とする座標入力装置。 9 特許請求範囲第8項記載の座標入力装置にお
    いて、前記検知手段は、前記レジスタ手段の出力
    差の絶対値を求める手段と、該絶対値を所定の閾
    値と比較する手段とからなることを特徴とする座
    標入力装置。 10 特許請求範囲第8項記載の座標入力装置に
    おいて、前記検知手段は、3支点について前記レ
    ジスタ手段の出力差の総和を求める手段と、該総
    和の絶対値を求める手段と、該絶対値を所定の閾
    値と比較する手段とからなることを特徴とする座
    標入力装置。
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