JPS63300313A - 座標入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分計〕 この発明は、指あるいはペンなどにより押圧支持したパ
ネル板上の位置座標を検出し、計算機などへ出力する座
標入力装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来よりコンピュータ、情報端末機器等の座標入力装置
としてタッチ入力装置が増えつつある（例えば、日経エ
レクトロニクス、１９８４゜７．２号、ｐ２１３参照）
。この座標入力装置の代表的な１つとして、入カバネル
板を押したときの座標値を３〜４個のパネル板支持体の
分力を四則演算して検出する分力検出形座標入力装置が
あり、米国特許第３６５７４７５号明細書、特公昭４９
−３４２４７号公報、特開昭５７−５０１８９８号公報
、特開昭６１−２４３５２０号公報などが提案されてい
る。これらの装置は構造の簡単さ、パネル板の選択の容
易さ、座標算出回路の回路の簡易さなどの優れた点を有
している。

これらの装置の４点で支持する場合の動作原理を説明す
ると、第９図は人力用のパネル板１を平面的に見た図で
あって、パネル板１は４つの支持点Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄによ
って支持される。第９図において、支持点の間隔を２ａ
ｘ２ｂとし、パネル板１上の座標軸Ｘ−Ｙをパネル板の
中央が原点（０，０）となるように定め、支持点をＡ（
−ａ、ｂ）、Ｂ　（ａ、ｂ）、Ｃ（−ａ、−ｂ）、Ｄ（
ａ、　−ｂ）の４点とする。さらに、パネル板１上の点
Ｐ　（Ｘ、Ｙ）を力Ｆで押したときの支持点Ａ、Ｂ、Ｃ
，Ｄの分力をそれぞれｆａ＋ｆｂｒｆｅ、ｆｄとすると
、力学的釣合条件から次式が成り立つ。

Ｆ　＝ｆ　ｍ　＋　ｆ　ｂ　＋　ｆ　ｃ　＋　ｆ　ａＸ
−Ｆ＋ａｆ、−ａｆ、、＋ａｆｅ−ａｆ、１　＝ＯＹ−
Ｆ−ｂｆ、−ｂｆｂ　＋ｂｆｃ＋ｂｆｄ　＝０・・・・
・・・・・・・・　（１） 第　（１）式より、押圧点ｐ　（ｘ、ｙ）の座標値は次
式により求めることができる。

・・・・・・・・・・・・　（２） 第　（２）式のように、分力検出形座標人力装置では、
パネル板を押す力Ｆに対する支持分力を検出することに
より、押圧点ｐ　（ｘ、ｙ）の座標値をこれら支持分力
の四則演算によって求めることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の分力検出後座標入力装置においては、座標算出を
第　（２）式を用いて行うため、パネル板１と４つの支
持体とを連結した構成とし、パネル板１が押されたとき
には４つの支持体に取り付けられた力検出器、全部から
出力が得られるようにする必要がある。しかしながら、
支持体に弾性体が使用されるため、各支持体は押圧力に
対する支持分力に応じて弾性変形し、パネル板は傾斜す
る。

このためパネル板１側の支持点の間隔が長くなるため、
パネル板１と支持体との連結部分に不用の力が作用し、
パネル板１の押圧動作に伴う運動が拘束されたり、支持
に余分の力が作用して正しく支持分力が検出されなかっ
たりして、座標検出が正確にできない問題点があった。

あるいは、このパネル板１と支持体との連結部分に作用
する不用の力を除去するために、パネル板１．支持体あ
るいは連結部分の構成が複雑化するといった問題点があ
った。

また、パネル板１を４つの支持体の上に載置しただけの
構成では、押圧座標によってはパネル板１がいずれかの
支持体より浮き上ってしまい、支持分力がＯとなり、第
　（２）式だけの座標算出では大きな誤差を生ずるとい
った問題があった。

この発明の目的は、上記の問題点を解決するためになさ
れたものであり、構成が簡単で、しかも人力精度の優れ
た座標入力装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にかかる座標人力装置は、座標入力を行う面を
構成するパネル板と、このパネル板を４点で載置し支持
する４つの支持体と、この支持体に加わる力をそれぞれ
検出する力検出器とを有し、さらにパネル板上の１点に
力を加えたときに、この力の加えられた点の位置座標を
、パネル板が４つの支持体で支持される場合と４つの支
持体の中の３つの支持体で支持される場合とで座標算出
式を自動的に切り換えて、力検出器の出力信号によって
座標算出する座標算出用回路とで構成される。

〔作用） この発明においては、パネル板が４つの支持体で支持さ
れる場合と、３つの支持体で支持される場合とで切換え
手段により切換えを行い、この切換えに応じて座標算出
用回路が座標の算出を行う。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例を説明する図であって、１
は座標入力を行う面となるパネル板、２．３．４．５は
前記パネル板１を４隅部分で載置する支持体、６．７，
８．９は前記支持体２゜３．４．５にそれぞれ取付けら
れた力検出器、１０は前記支持体２．３．４．５が取り
付けられたベース、１１は前記力検出器６．７．８．９
の出力が接続された座標算出用回路である。この実施例
では、パネル板１上の１点を指あるいはペン等で押した
ときの押圧点の座標値を、支持体２゜３．４．５に生ず
る支持分力を力検出器６，７゜８．９でそれぞれ検出し
、この出力信号によって座標算出用回路１１で算出して
出力端子１２より出力信号として得るものである。

ここで、まずこの実施例におけるパネル板１と支持体２
，３．４．５の動作について説明する。

第１図において、支持体２，３．４．５の間隔を２ａＸ
２ｂとし、パネル板１上の座標軸Ｘ−Ｙをパネル板１の
中央が原点０となるように定めると（第９図参照）、支
持点は支持体２．３．４゜５に対応してＡ　（−ａ、ｂ
）、Ｂ　（ａ、ｂ）、Ｃ（−ａ、−ｂ）、Ｄ　（ａ、−
ｂ）の４点となる。

パネル板１上の点Ｐ　（Ｘ、Ｙ）を力Ｆで押したとき、
各支持点がそれぞれ変位Δａ、Δｂ、ΔＣ９Δｄだけ弾
性変形（下向きを正とする）したとすると、各変位は次
式のように表わせる。

・・・・・・・・・・・・　（３） ただし、ｈｏはパネル板１の中央（０，０）での変位で
ある。

そこで、パネル板１が各支持体２，３．４．５より浮き
上がる条件は、ｈ０≧０であるから、例えば支持点Ａで
はΔａ＜０、すなわち となる。他の支持点Ｂ、Ｃ，Ｄについても同様に求めら
れ、これをまとめて第２図に示す。第２図において、パ
ネル板１の斜線部分が上述の条件を満足する領域であり
、斜線部分を押すと、その対角線上にある支持点でパネ
ル板１が支持体より浮き上がり、パネル板１は残りの３
つの支持体による３点支持となる。もちろん、第２図の
斜線部分に囲まれたパネル板１の中央部分の領域を押し
た場合には支持体２．３．４．５による４点支持となる
。

次に、パネル板１の自重の影響について説明する。パネ
ル板１が４つの支持体の上に載置されたときには、セッ
テング誤差、さらには製作上の工作誤差等により、パネ
ル板１の自重は４つの支持体に均等に分散されることは
ほとんどない。そこで、パネル板１の自重Ｗに対する支
持体２，３゜４．５の支持分力をそれぞれＷ−、Ｗｂ　
、Ｗｅ　。

Ｗ、とすると、通常この支持分力に対する力検出器の出
力を回路もしくはソフト処理によってリセット（出力を
０とする）し、初期状態とする。そして、パネル板１上
を座標入力するために押圧して、支持条件が前述した４
点支持となる場合には、従来と同様に第　（２）式によ
って座標算出すればよい。一方、支持条件が前述した３
点支持となる場合には、次のように算出する必要がある
。すなわち、今、パネル板１が４つの支持体上に載置さ
れ、パネル板１の自重Ｗに対する各支持分力がリセット
された初期状態において、パネル板１上の１点ｐ　（ｘ
、ｙ）を力Ｆで押した結果、支持体４（支持点Ｃ）でパ
ネル板１が浮き上がる３点支持になったとする。このと
きの支持体２，３゜４．５に生ずる分力をｆ、′、ｆｂ
′、ｆｄ′とすると、力学的釣合条件は第３図のように
なり、押圧力Ｆとこの３の分力の他にパネル板１の自重
Ｗに対する支持体４の支持分力Ｗｃと同じ大きさで方向
が逆の力が支持点Ｃに作用するような釣合条件となる。

したがって、第３図より、 Ｆ＋Ｗｃ！ｆ、’＋ｆｂ’＋ｆｄ’ ＸＦ＋ａ　ｆ、’−ａ　ｆｂ’−ａ　ｆ、１’−ａＷｃ
＝ＯＸ　Ｆ　−ｂ　ｆ　−’　　ｂ　ｆ　ｂ’　＋　ｂ
　ｆ　ｄ’　−ｂ　Ｗ　ｃ　＝　０・・・・・・・・・
・・・　（４） が成り立ち、これより押圧座標Ｐ　（Ｘ、Ｙ）は次式で
求められる。

・・・・・・・・・・・・　（５） 第　（５）式より、３点支持となる場合には、押圧座標
値は３つの支持分力とパネル板１が浮き上がった支持点
のパネル板自重に対する支持分力との四則演算によって
算出される。なお、他の支持点において、パネル板１が
浮き上がっても、押圧座標値は第　（４）式と同様にし
て算出できることは明らかであるので省略する。

以上述べたように、第１図の実施例のようにパネル板１
を支持体２．３．４．５の上に載置しただけの構成では
、押圧座標値を算出−するのに、４点支持となる場合に
は第　（２）式で、３点支持となる場合には第　（５）
式により行えばよいことになる。これがこの発明の基本
的な考え方である。

次に、この実施例の各構成要素について順次詳細に説明
する。

パネル板１は、押圧したときに板目体のたわみが小さい
平板であればよく、目的、用途に応じて高分子材料、金
属材料等広く使用できる。また、ディスプレイと一体的
に組合せて透明タッチパネル等の透明な座標人力装置と
して使用する場合には、アクリル（ＰＭＭＡ　：ポリメ
チルメタクリル酸樹脂）板、ガラス板などが好適である
。

また、第４図はパネル板１の横方向の保持構成の例を示
す平面図であって、力検出器６〜９等は省略しである。

図中１００は固定片、１０１可動片、１０２は座標入力
操作に影響を及ぼさない程度に弾性率の小さいコイルば
ね等の弾性体である。第４図（ａ）図はパネル板１の４
辺をそれぞれ可動片１０１を介して弾性体１０２により
横方向に保持した例、第４図（ｂ）はパネル板１の４隅
をそれぞれ弾性体１０２により保持した例、第４図（Ｃ
）はパネル板１の２辺を固定片１００に当接させるよう
にパネル板１の残った２辺より可動片１０１を介して弾
性体１０２により予圧を与えて保持した例である。第４
図に示したようにパネル板１を横方向に保持することに
より押圧入力操作に影響を与えることなく、パネル板１
の横方向へのずれを防止することができる。

支持体２．３．４．５は充分機械的強度の高いベース１
ｏにしっかり固定され、しかもパネル板１を載置し、支
持する。そして、各支持体に一体的に取り付けられた力
検出器６．７．８．９によって、支持体に加わる支持分
力に応じた出力を得られる構成である。

第５図は支持体と力検出器の具体的な構成例を示す断面
図であって、２００は頂部が円錐状となったプラスチッ
ク等の円柱体、２０１は円柱体２００の案内片、２０２
は円柱体２ｏＯ９案内片２０１を取り付ける基板であり
、６００は円柱体２００の側面に貼付された歪ゲージで
ある。この構成では、円柱体２００の円錐状の頂部でパ
ネル板１を載置・支持し、また、円柱体２００に加わる
圧縮力による圧縮歪を歪ゲージ６ｏＯによフて検出して
、支持体２（支持体３．４．’５も同様）に加わる支持
分力をそれに相当する出力電圧として検出する。

さらに、支持体２．３．４．５としては、第５図に示し
た構成と類似の特開昭６１−２９２７３２号公報に開示
された構成、あるいは、片持ちばね、パンタグラフ状ば
ねと歪ゲージの組合せ構成１円柱体とその下に加圧導電
性ゴムを配設した構成など従来より知られた構成によっ
てもよい。

座標算出用回路１１の構成の一例を第６図に示す。図中
、１１１は前記力検出器６．７．８．９の出力がそれぞ
れ接続された直流増幅器、１１２はアナログマルチプレ
クサ、１１３はＡ／Ｄコンバータ、１１４はＣＰＵ、１
１５はパネル板自重に対する各支持分力に相当する信号
を記憶するメモリ、１１６は算出座標値の記憶、ワーキ
ング等に使用するメモリ、１１７ａ、１１７ｂ、１１７
ＣはＩ１０ボート、１１８は共通バスである。力検出器
６．７．８．９の出力はそれぞれ直流増幅器１１１を介
してアナログマルチプレクサ１１２に接続され、アナロ
グマルチプレクサ１１２の出力はＡ／Ｄコンバータ１１
３を介してＩ１０ボート１１７に接続される。また、メ
モリ１１５．メモリ１１６．アナログマルチプレクサ１
１２とＡ／Ｄコンバータ１１３用のＩ１０ボート１１７
ｂ、出力用のＩ１０ボート１１７ｃは共通バス１１８に
よってＣＰＵ１１４に接続、制御される構成である。ま
た、出力用のＩ１０ボート１１７Ｃには出力端子１２に
接続され、さらにそのまま、あるいはＲ５２３２Ｃ等の
インタフェースを介して外部の機器、計算機等に接続さ
れる。また、第７図に座標算出用回路１１の動作のフロ
ーチャートの一例を示す。

そこで、第７図によってこの実施例の動作を説明する。

なお、　（１）〜　（１５）は各ステップの番号を示す
。

まず、第７図の動作に入る前に、装置のセッテング時に
パネル板１の自重Ｗに対する各支持体２．３．４．５の
支持分力ｗＩＩ、Ｗｂ、ｗｃ。

Ｗｄに相当する信号をメモリ１１５に記憶させておく。

メモリ１１５への記憶は不揮発性のものが好ましく、メ
モリ１１５としてはＲＯＭまたは磁気記録媒体あるいは
ディップスイッチなどがよい。

次に、動作について説明すると、最初に初期設定を行う
　（１）。初期設定には、動作プログラムの読み出し、
力検出器６，７．８．９の出力電圧のリセット（電圧を
０にセット）などが含まれる。

次いで、各力検出器６，７．８．９の出力電圧を直流増
幅器１１１によって増幅した後、ＣＰＵ１１４の支持に
よるアナログマルチプレクサ１１２とＡ／Ｄコンバータ
１１３により順次ディジタル信号としてメモリ１１６に
記憶する（（２）〜　（７））。

次に、このメモリ１１６内のデータ信号を用いて、各支
持分力の総和があらかじめ設定した閾値より大きいかど
うか判断する　（８）。すなわち、パネル板１上の１点
ｐ　（ｘ、ｙ）を指、あるいはペン等で押圧すると、こ
の押圧位置と押圧力とに従って、各支持体２．３，４．
５には支持分力が発生するので、この座標入力のために
押圧されたか否かをここで判断する。したがって、例え
ばあらかじめ押圧に必要とされる支持分力の総和の最小
値を閾値として設定しておけば、検出された支持分力の
総和がこの閾値より大きければ座標入力があったものと
して次のステップに進む。他方、検出された支持分力の
総和がこの閾値より小さければ座標入力がなかったもの
としてステップ　（２）に戻り、再度力検出器からの出
力信号の取込みを繰り返す。

次に、□支持分力に対応するメモリ１１６内の４つのデ
ータ信号が閾値以上であると、その４つのデータ信号の
中に「０」があるか否かを判断する（９）。すなわち、
４つのデータ信号の中に「０」があれば、そのデータに
対応する支持点でパネル板１は浮き上がっており、支持
条件は「３点支持」となっていることがわかる。他方、
４つのデータ信号の中に０がなければ、バネール板１は
４つの支持体に支持された「４点支持」の支持条件であ
ることになる。

次に、支持条件が「４点支持」である場合には、メモリ
１１６内の４つのデータ信号を用いて第　（２）式によ
り押圧点ＰのＸ、Ｙ座標値を算出し、メモリ１１６に記
憶する　（１０）。一方、支持条件が「３点支持」であ
る場合には、データ信号（支持分力に相当）がＯとなっ
ている支持体のパネル板自重に対する支持分力（ｗｌＩ
、Ｗｂ、ｗｃ。

Ｗ、のどれか）に相当する信号をメモリ１１５より読み
出し　（１１）　、このデータ信号とメモリ１１６内の
「０」でない３つのデータ信号を用いて第（５）式によ
り押圧点ＰのＸ、Ｙ座標値を算出してメモリ１１６に記
憶する　（１２）。ここで、あらかじめメモリ１１５に
記憶されているパネル板自重に対する各支持分力ｗＩＩ
、Ｗｂ、ｗｃ、Ｗｄに相当するデータ信号は、ステップ
　（１）の初期設定のときに、メモリ１１５から読出し
メモリ１１６に記憶しておき、必要に応じてパネル板押
圧時の支持分力データ信号と一緒にメモリ１１６より読
出してもよい。

さらに、メモリ１１６に記憶された押圧点ＰのＸ、Ｙ座
標値は必要に応じてＩ１０ボート１１７Ｃより出力端子
１２から他の機器、計算機等に出力される（　　（１３
）　、　　（１４）　）。

このように、第７図に示した動作フローを周期的に繰り
返し行わせることにより、パネル板１への任意時間の押
圧入力に対して処理することができる。

ここで、パネル板１の自重Ｗに対する支持分力ｗ、、Ｗ
ｂ、ｗｃ、Ｗ、の検出方法について説明する。前述した
ように、最初の組立て時のように各支持体２．３，４．
５の無負荷時における各力検出器６．７．８．９の出力
電圧とパネル板１を各支持体の上に載置したときの各力
検出器６゜７．８．９の出力電圧とのそれぞれの差分を
検出し、これをディジタル信号としてメモリ１１５に記
憶させるのが第１番目の方法である。他の方法としては
、パネル板１を支持体２，３．４．５の上に載置し、各
力検出器６．７．８．９の出力電圧をリセットする。こ
の状態でまず既知の押圧力Ｆでパネル板１上の第２図で
４点支持となる領域（例えばパネル板中央（０，０））
を押圧シ、このときの力検出器６，７．８．９の出力電
圧の総和Ｅ４を求める。このとき、第　（１）式より、
Ｅ　４　”　Ｆ　＝　ｆ　ａ　＋　ｆ　ｂ　＋　ｆ　ｃ
　＋　ｆ　ａとなる。次いで、同じ押圧力Ｆでパネル板
１上の第２図で３点支持となる領域（第２図の斜線部分
）の１つ（例えば支持体４でパネル板１が浮き上がる）
を押圧し、このときの力検出器６．７゜８．９の出力電
圧の総和Ｅ３を求める。このとき、例えば第　（４）式
より、 Ｅ　ｓ　ｃＣＦ　＋　Ｗ　ｃ　”　ｆ　ａ’　＋　ｆ　
ｂ’　＋　Ｏ＋　ｆ　ｄ’となる。そして、総和Ｅ３と
総和Ｅ４との差分、すなわち、例えば Ｅ　、Ｅ　４　ｃｃ（Ｆ　＋　Ｗ　ｅ　）　　Ｆ　＝　
Ｗ　ｃより、浮き上がった支持体のパネル板自重に対す
る支持分力に相当するデータ信号を求めることができる
。同様にして他の３点支持となる領域を順次押圧し、そ
れぞれの総和Ｅ３と総和Ｅ４との差分をディジタル信号
としてメモリ１１５に記憶させるのが第２番目の方法で
ある。ここで押圧力Ｆとしては、ばね秤り、あるいは重
錘などを用いればよい。そして、長期間の使用によるパ
ネル板１のセツティングずれ等により、パネル板１の自
重に対する支持分力が変動する恐れがあるような場合に
は、適宜あるいは周期的に上述の第１番目、あるいは第
２番目の方法によりメモリ１１５の内容を更新してやれ
ばよい。

次に、この実施例による座標人力結果を第８図に従来方
式を用いた結果と対比して示す。第８図（ａ）は従来方
式を用いた結果であり、第８図（ｂ）はこの実施例での
結果である。図では対称性を考慮してパネル板１の第１
象限（０≦Ｘ≦ａ、Ｏ≦Ｙ≦ｂの範囲）についてのみ示
してあり、図中の破線イはパネル板１上の基準座標を示
し、実線口は基準座標を示す破線イの各格子点を同一の
押圧力で押したときの算出座標値を結んだものであり、
一点鎖線ハは支持条件が４点支持と３点支持とになる基
準座標の理論的境界線を示す。

第８図（ａ）では、３点支持の場合には浮き上がった支
持点の支持分力を０とおいて、パネル板全体を第　（２
）式を用いて座標算出しているので、３点支持となる領
域を押圧した場合に、算出座標が大きく誤差を生じてい
ることがわかる。これに対して、第８図（ｂ）に示すこ
の実施例による４点支持の条件では第　（２）式を用い
、３点支持の条件では第　（５）式を用いてそれぞれ座
標算出した結果は、パネル板全体に渡ってほぼ基準座標
とよく対応しており、座標人力精度が高いことがわかる
。

〔発明の効果］ 以上説明したように、この発明は、入力用のパネル板を
４つの支持体上に載置した構成とし、パネル板を押圧し
たときに４点支持と３点支持との支持条件を検出し、そ
の支持条件に合った座標算出式によって押圧した座標値
を検出するようにしているので、装置構成、特にパネル
板と支持体の構成を簡易化できるとともに座標入力精度
を高めることができる格別な利点がある。このため、パ
ネル板が汚れたり、損傷したりしたとき、パネル板を容
易に交換できたり、特に街頭などの不特定多数の利用に
おいても長期間に渡って高信頼度、並びに高精度を保持
できる利点がある。

そして、この発明はディジタイザ、タブレットとしての
利用の他、パネル板を透明にして表示装置と組み合わせ
た透明タッチパネルとしても好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の概略構成図、第２図はこの
発明の詳細な説明する図、第３図はこの発明の力学的状
態を説明する図、第４図はパネル板を保持する構成例を
示す図、第５図は支持体と力検出器を一体的に組合せた
構成例の断面図、第６図は座標算出用回路の構成例を示
すブロック図、第７図は動作フローの一例を示す図、第
８図はこの発明の座標入力結果の一例を従来装置の方法
を用いた結果と比較して示す図、第９図は従来装置の動
作原理を説明する図である。 図中、１はパネル板、２．３．４．５は支持体、６．７
．８．９は力検出器、１０はベース、１１は座標算出用
回路である。 第１図 第２図 第３図 第４図 第６図 第８図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）座標入力を行う面を構成するパネル板と、このパ
   ネル板を４点で載置し支持する４つの支持体と、この支
   持体に加わる力をそれぞれ検出する力検出器とを有し、
   さらに前記パネル板上の１点に力を加えたときに、この
   力の加えられた点の位置座標を、前記パネル板が前記４
   つの支持体で支持される場合と前記４つの支持体の中の
   ３つの支持体で支持される場合とで座標算出式を自動的
   に切り換えて、前記力検出器の出力信号によって座標算
   出する座標算出用回路とを設けたことを特徴とする座標
   入力装置。
2. （２）座標算出用回路は、前記パネル板が前記４つの支
   持体で支持される場合には前記力検出器の４つの出力信
   号によって座標算出し、前記パネル板が前記４つの支持
   体の中の３つの支持体で支持される場合には前記パネル
   板を支持する前記支持体の力検出器の３つの出力信号と
   前記パネル板を支持しない前記支持体の前記パネル板自
   重に対する支持分力に相当する信号とによって座標算出
   するように構成されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項記載の座標入力装置。