JPH05241717A

JPH05241717A - タッチパネル装置

Info

Publication number: JPH05241717A
Application number: JP4118192A
Authority: JP
Inventors: Hisao Itaya; 尚雄板谷; Satoru Nakagawa; 悟中川; Kensuke Taki; 健介瀧; Kazuhiro Takano; 和浩高野
Original assignee: Gunze Ltd
Current assignee: Gunze Ltd
Priority date: 1992-02-27
Filing date: 1992-02-27
Publication date: 1993-09-21
Anticipated expiration: 2016-07-23
Also published as: FR2688082A1; US5455574A; TW286392B; JP3190407B2; FR2688082B1

Abstract

(57)【要約】【目的】接触抵抗が大きい場合などでも正確な押圧位
置の検出を行うことができ、しかも誘導ノイズ等の外乱
による誤検出を防止する。【構成】帯状の抵抗膜１１には、両端部に電極１２・
１３が設けられ、アースおよび電位Ｅ0 の電源１４に接
続され、Ｘ軸方向に一様な電位勾配が形成されている。
タッチペン１５は、押圧位置検出部１６に接続されると
ともに、抵抗１７を介してスイッチ１８の中立接点１８
ｃに接続されている。スイッチ１８の接点１８ａ・１８
ｂは、それぞれ電位Ｅ1 の電源１９または電位Ｅ2 の電
源２０に接続されている。また、押圧位置検出部１６
は、スイッチ１８の切り換えに応じて検出される２種類
の電圧に基づいて、押圧位置を検出する。抵抗膜１１の
上面に感圧抵抗膜を設けてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、指やスタイラスペン等
によって押圧されたときに、その押圧位置を検出するタ
ッチパネル装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】指あるいはペン先等で押圧された位置を
検出し、その押圧位置の座標を示す信号として出力する
タッチパネル装置が、簡易入力システムとしてキャラク
タディスプレイ等と組み合わせて多用されている。この
種のタッチパネル装置としては、抵抗膜式タッチパネル
装置、および静電容量式タッチパネル装置等が多く用い
られているが、上記抵抗膜式タッチパネル装置は、抵抗
膜の両端に電圧を印加して電位勾配を形成し、押圧操作
によって抵抗膜に接触した電極の電位を測定することに
より押圧位置を検出するようになっている。

【０００３】より具体的には、例えば図２１に示すよう
に２枚の面状の抵抗膜３０１・３０２を所定のギャップ
をもって対向させるとともに、一方の抵抗膜３０１はＹ
軸方向両縁に外部接続電極３０３・３０４を形成し、他
方の抵抗膜３０２はＸ軸方向両縁に外部接続電極３０５
・３０６を形成した構成である。上記外部接続電極３０
４・３０６は、スイッチ３０７を介して、交互に電圧源
Ｖ1 、または抵抗３０９を介し電圧源Ｖ2 に接続される
一方、外部接続電極３０３・３０５はスイッチ３０７を
介して、交互にアース、または電圧検出部３０８に接続
されるようになっている。

【０００４】そこで、例えばスイッチ３０７が同図に示
すように切り換わっている状態で、Ｐ点が押圧されて抵
抗膜３０１・３０２が接触すると、抵抗膜３０２には、
抵抗膜３０１における抵抗値ｒ1 ・ｒ2 の比、すなわち
Ｐ点のＹ軸方向の位置に応じた電圧が発生し、この電圧
が電圧検出部３０８によって検出される。また、スイッ
チ３０７が切り換わると、同様にＰ点のＸ軸方向の位置
に応じた電圧が発生し、この電圧が検出される。

【０００５】また、抵抗膜が押圧されていないときに
は、電圧Ｖ2 が検出されることにより、押圧操作の有無
が判別される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、抵抗膜３０
１・３０２の押圧力が小さい場合には、抵抗膜３０１・
３０２の接触抵抗が大きくなることがある。また、経時
変化などによっても、接触抵抗が大きくなることがあ
る。この場合、接触抵抗による電圧降下が大きくなり、
押圧位置の検出精度が低下しがちである。

【０００７】また、例えばＰ点のＹ軸方向の位置を検出
する際に、抵抗膜３０２の抵抗値ｒ４および電圧検出部
３０８を介して流れる電流や、抵抗３０９および抵抗ｒ
３を介して流れる電流の影響によって、抵抗膜３０１に
おけるＰ点の電位が変化し、やはり検出精度が低下す
る。このような検出精度の低下を防止するためには、電
圧検出部３０８の入力インピーダンスや抵抗３０９の抵
抗値を高くする必要があるが、この場合には、誘導ノイ
ズ等の外乱の影響を受けやすくなり、誤検出を生じがち
になる。

【０００８】さらに、電圧検出部３０８には、通常、高
周波ノイズの影響を除去するためにローパスフィルタが
設けられているが、上記のように抵抗膜３０１・３０２
の接触抵抗等が大きいと、検出電圧が収束するまでの時
間が長くかかり、やはり正確な検出を行うことが困難で
ある。したがって、従来のタッチパネル装置では、高い
検出精度で、しかも誘導ノイズ等の影響を受けることな
く、押圧位置を検出することが困難であるという問題点
を有していた。

【０００９】本発明は上記の点に鑑み、抵抗膜の接触抵
抗が大きい場合などでも正確な押圧位置の検出を行うこ
とができ、しかも誘導ノイズ等の外乱による誤検出を生
じることがないタッチパネル装置の提供を目的としてい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、主軸方向に電位勾配が形成される抵抗部
材と、押圧操作により上記抵抗部材に接触する接触電極
と、上記接触電極に、抵抗を介して互いに異なる複数種
類の電圧を選択的に印加する電圧印加手段と、接触電極
の電位を検出する電位検出手段と、上記複数種類の電圧
が印加されたときに、電位検出手段によって検出される
電位に基づいて、前記主軸方向の押圧位置を検出する押
圧位置検出手段とを備えたことを特徴としている。

【００１１】また、さらに、前記接触電極を介する電流
の経路中で、かつ押圧力の伝達経路中に、感圧導電部材
が設けられるとともに、接触電極に複数種類の電圧が印
加されたときに、電位検出手段によって検出される電位
に基づいて、接触電極の押圧力を検出する押圧力検出手
段が設けられていることを特徴としている。

【００１２】

【作用】上記の構成により、押圧位置検出手段は、接触
電極に抵抗を介して複数種類の電圧が印加されたときに
電位検出手段によって検出される電位に基づいて、押圧
位置を検出する。また、押圧力検出手段は、上記複数種
類の電圧の印加に応じて電位検出手段により検出される
電位に基づいて、接触電極の押圧力を検出する。

【００１３】

【実施例】

（第１実施例）以下、本発明の第１実施例を図１ないし
図３に基づいて説明する。図１はタッチペンによるＸ軸
方向の押圧位置を検出するタッチパネル装置の構成を示
す説明図、図２はタッチパネル装置の回路構成を示す回
路図である。

【００１４】帯状の抵抗膜１１には、両端部に電極１２
・１３が設けられ、アースおよび電位Ｅ0 の電源１４に
接続され、Ｘ軸方向に一様な電位勾配が形成されてい
る。タッチペン１５は、押圧位置検出部１６に接続され
るとともに、抵抗１７を介してスイッチ１８の中立接点
１８ｃに接続されている。スイッチ１８の接点１８ａ・
１８ｂは、それぞれ電位Ｅ1 の電源１９または電位Ｅ2
の電源２０に接続されている。

【００１５】上記抵抗１７は、電極１２の近傍が押圧さ
れたときに過大な電流が流れるのを防止する保護抵抗で
ある。また、押圧位置検出部１６は、例えばＡ／Ｄコン
バータとマイクロコンピュータ等によって構成され、ス
イッチ１８の切り換えに応じて検出される２種類の電圧
に基づいて、以下に示す演算により押圧位置を検出する
ものである。

【００１６】すなわち、図２に示すように、抵抗膜１１
における電極１２・１３間の距離を１としたときのアー
ス側の電極１２から押圧位置までの距離をｘ、電極１２
・１３間の抵抗値をＲ、抵抗１７の抵抗値をｌとし、ま
た、抵抗膜１１とタッチペン１５との接触抵抗、および
接触点から抵抗１７までの配線抵抗の和をｎとすると、
図３に示すような回路網が形成される。

【００１７】そこで、キルヒホッフの第２法則を用いる
と、スイッチ１８の中立接点１８ｃが接点１８ａ・１８
ｂに接続されたときに押圧位置検出部１６に入力される
電圧ＶH 、ＶL に基づいて、下記（数１）に示すように
距離ｘを求めることができる。

【００１８】

【数１】

【００１９】上記のように、距離ｘは電位Ｅ0 、Ｅ1 、
Ｅ2 、および検出電圧ＶH 、ＶL だけによって求めら
れ、抵抗値Ｒ、ｌ、ｎには依存しない。なお、上記（数
１）における式の変形は、理論的にはｌ≠０、かつＥ1
≠Ｅ2であれば成り立つが、実際上、ｌの大きさ、およ
びＥ1 とＥ2 との差は、ｘの検出感度および検出精度に
影響するので、ある程度の大きさに設定するのが好まし
い。具体的には、例えばＲ＝２００Ω、ｌ＝１０ｋΩ程
度に設定すれば、入力インピーダンスがあまり高くない
Ａ／Ｄコンバータ等を用いても、ｎ＝０〜１０ｋΩ程度
の範囲の接触抵抗に対して、比較的高精度に押圧位置を
検出できる。また、この場合、誘導ノイズ等の外乱によ
る影響も大幅に低減できる。

【００２０】また、電位Ｅ1 ＝Ｅ0 、Ｅ2 ＝０に設定す
れば、上式は下記（数２）に示すようになるので、電源
回路の簡素化を図ることができるとともに、演算を簡単
にすることもできる。

【００２１】

【数２】

【００２２】また、上記の例では、距離ｘが抵抗値Ｒ、
ｌ、ｎに依存することなく求められる回路構成を示した
が、これに限るものではない。すなわち、抵抗値Ｒ、ｌ
は経時変化等を考慮しなければ固定された値を有し、不
確定要素は接触抵抗ｎだけなので、どのような回路構成
を取る場合でも、基本的に２種類の電圧を印加すれば２
つの方程式を立てることができ、ｎを消去することがで
きるので、接触抵抗ｎの大きさに係らず、正確に押圧位
置を検出することができる。

【００２３】また、上記押圧位置の検出は、ＶH 、ＶL
を検出する間に接触抵抗の変化やローパスフィルタの時
定数による影響等が生じないことが条件となるが、これ
に関しては、例えばＶH 、ＶLがそれぞれＥ1 、Ｅ2 よ
りも小さくなることによって押圧が検知されてから所定
時間経過後のＶH 、ＶLを用いたり、ＶH 、ＶLの時間的
変化が量子化誤差若しくは許容誤差以下に収まったとき
のＶH 、ＶLを用いたり、または上記両者を組み合わせ
るなどすれば、より正確な押圧位置の検出を行うことが
できる。（第２実施例）上記第１実施例におけるタッチペン１５
に代えて、可撓性、あるいは弾力性を有する導電膜、ま
たは抵抗膜を用いて押圧位置を検出するようにしてもよ
い。

【００２４】例えば図４に示すように、絶縁基材３１に
抵抗膜１１を設ける一方、絶縁基材３２に抵抗膜２１を
設け、抵抗膜１１・２１の間に一定のギャップを形成す
るスペーサ３３を設けることにより、絶縁基材３２を押
圧したときに抵抗膜１１・２１が接触するようにして押
圧位置を検出することができる。すなわち、図５に示す
ように、抵抗膜１１と抵抗膜２１との接触抵抗、抵抗膜
２１における接触位置から電極２３までの間の抵抗、お
よび電極２３から抵抗１７までの配線抵抗の和をｎとす
れば、第１実施例と同じ算式により接触位置を求めるこ
とができる。（第３実施例）第２実施例と同様の構成要素を用いて、
図６に示すように結線してもよい。

【００２５】すなわち、抵抗膜１１と抵抗膜２１との接
触抵抗をｎとし、抵抗膜２１における接触位置から電極
２２までの間の抵抗、電極２２から抵抗１７までの配線
抵抗、および抵抗１７の抵抗値の和をｌとすれば、やは
り第１実施例と同じ算式により接触位置を求めることが
できる。なお、上記抵抗１７を設ける代わりに、図７に
示すように抵抗膜２１の端部と電極２２との間に細長い
蛇行部１７’を形成するなどして、同様の機能を持たせ
るようにしてもよい。この蛇行部１７’が形成される位
置は、押圧操作がなされる位置でなければ、パターンの
断線による信頼性や寿命の低下を招くことはない。（第４実施例）本発明の第４実施例として、２次元の押
圧位置を検出するタッチパネル装置の例を説明する。

【００２６】このタッチパネル装置は、図８に示すよう
に、可撓性あるいは弾力性を有する２枚の面状の抵抗膜
４１・５１が所定の間隔を空けるように設けられて構成
されている。抵抗膜４１・５１には、それぞれ両縁に電
極４２・４３・５２・５３が設けられている。各電極４
２…は、スイッチ６１〜６６を介して、電源１４、アー
ス、または抵抗１７に接続され、検出電位Ｖｘ、Ｖｙに
基づいて、Ｘ、Ｙ軸方向の押圧位置が検出されるように
なっている。なお、電源１４、抵抗１７、スイッチ１
８、電源１９、および電源２０は第１〜第３実施例と同
じものである。また、Ｖｘ、Ｖｙに基づく押圧位置の検
出は、第１〜第３実施例と同じ押圧位置検出部１６によ
り行うことができる。

【００２７】すなわち、同図に示すようにスイッチ６１
〜６３がＯＮになると、抵抗膜４１・５１がそれぞれ第
２実施例の抵抗膜１１・２１と同様に機能し、抵抗膜４
１にはＸ軸方向の電位勾配が形成されるとともに、この
状態でスイッチ１８の切り換えに応じて検出される２種
類の電位Ｖｘに基づいて、Ｘ軸方向の押圧位置が検出さ
れる。

【００２８】また、スイッチ６４〜６６がＯＮになる
と、抵抗膜４１・５１が互いに逆の作用をなし、Ｙ軸方
向の押圧位置が検出される。（第５実施例）２次元の押圧位置を検出するタッチパネ
ル装置の他の例を説明する。このタッチパネル装置は、
１枚の抵抗膜にＸ軸方向の電位勾配、およびＹ軸方向の
電位勾配を交互に形成するものである。

【００２９】すなわち、図９に示すように、抵抗膜７１
の４辺に互いに離間した電極７２…・７３…が設けら
れ、各電極７２…はスイッチ７４…またはスイッチ７６
…を介してアースに接続される一方、各電極７３…はス
イッチ７５…またはスイッチ７７…を介して電源１４に
接続されるようになっている。また、抵抗膜７１と離間
させて、可撓性を有する導電膜７８が設けられ、第４実
施例と同様に電圧印加回路および電圧検出回路に接続さ
れるようになっている。なお、この抵抗膜７８に代えて
タッチペンを用いるようにしてもよい。

【００３０】上記の構成において、スイッチ７４…・７
５…をＯＮにすると、抵抗膜７１にはＸ軸方向の電位勾
配が形成され、導電膜７８が押圧されて抵抗膜７１に接
触すると前記同様にＸ軸方向の押圧位置が検出される。
ここで、各電極７２…・７３…を互いに離間して設ける
とともに、各スイッチ７４…等を独立して複数設けてい
るのは、例えばスイッチ７４…・７５…がＯＮになって
いるときに、他の電極の影響によって電位勾配の直線性
が低下するのを防止するとともに、他の電極を介して過
大な電流が流れるのを防止するためである。

【００３１】なお、上記電位勾配の直線性低下や過大電
流の防止のためには、例えば図１０に示すように、各辺
ごとに、ダイオード７９…を介して各１つのスイッチ７
４〜７７に接続するようにしてもよい。（第６実施例）２次元の押圧位置を検出するタッチパネ
ル装置のさらに他の例として、同時に複数の位置が押圧
された場合でも、各押圧位置を検出することができるタ
ッチパネル装置の例を説明する。

【００３２】図１１はタッチパネル本体部の平面図、図
１２はそのＡ−Ａ矢示断面図である。このタッチパネル
本体部は２枚の絶縁基材８１・８２、その対向する主表
面８１ａ・８２ａにそれぞれ形成された面状抵抗膜８３
と複数の短冊状抵抗膜８４…、および面状抵抗膜８３と
短冊状抵抗膜８４との間に一定のギャップを形成するス
ペーサ８５…から成っている。

【００３３】前記絶縁基材８１・８２は、例えば透明な
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムが用い
られる。但し、これ以外に適宜の可撓性、或いは弾力性
のある絶縁材、ガラス、プラスチックシート等が使用で
きる。一方の絶縁基材８１上の面状抵抗膜８３は、２つ
の直交する主軸方向（図中のＸ方向とＹ方向）に拡がり
をもった面状をしている。正確な位置検出を可能とする
ためには、面状抵抗膜８３はできるだけ表面全面で抵抗
値が一様であることが望ましく、好ましくは抵抗値のバ
ラツキが±２％以下であることが望まれる。このような
面状抵抗膜８３は例えばインジウム・スズ酸化物をスパ
ッタリングすることにより形成できる。但し、面状抵抗
膜８３の材料としては上記のものに限らず、他の金属又
は金属酸化物を用いることができるし、形成方法もスパ
ッタリング以外に、蒸着、イオンプレーティング、或い
は塗布法等によることができる。面状抵抗膜８３のＸ軸
方向両端には外部接続用の電極８６・８７として例えば
銀電極が形成されている。

【００３４】他方の絶縁基材８２上の短冊状抵抗膜８４
は、長手方向が一方の主軸（Ｘ軸）と平行に向いた短冊
状をしており、それを他方の主軸（Ｙ軸）方向に適数個
形成している。短冊状抵抗膜８４…については面状抵抗
膜８３のように表面抵抗値の一様性は要求されない。た
だし、面状抵抗膜８３と２箇所以上で接触したときに、
短冊状抵抗膜８４をバイパスする電流によって面状抵抗
膜８３の電位傾度に影響を与えないよう、面状抵抗膜８
３の表面抵抗に対し１〜２桁程度高い抵抗値をもつのが
良い。一方、本発明の原理により、電源１９・２０から
流れる電流を抑えるほど高くする必要はなく、したがっ
て、後述するアナログスイッチ１０１・１０２等はオン
抵抗があまり低くないものでも用いることができ、また
Ａ／Ｄ変換器１０３は入力インピーダンスのあまり高く
ないものでも用いることができる。

【００３５】上記短冊状抵抗膜８４…は、例えばインジ
ウム・スズ酸化物を絶縁基材８２表面にスパッタリング
した後、エッチング、フォトリソグラフィ、またはレー
ザ加工等を行うことによって形成できる。なお、短冊状
抵抗膜８４…の形成本数は、従来のマトリクスタイプタ
ッチパネルの行又は列方向の短冊状抵抗膜と同じ程度に
するなど、任意に設定することができる。なお、以下の
説明では、短冊状抵抗膜８４…が８本形成されている例
を示す。

【００３６】各短冊状抵抗膜８４…の両端には外部接続
用の電極９０・９１として銀電極が形成されている。２
つの面状抵抗膜８３・８４をギャップをもって対向させ
るためのスペーサ８５は、適数個のドット状をした透明
なスペーサであり、絶縁基材の外部から指で押圧された
ときに２つの面状抵抗膜８３・８４が接触するのを妨げ
ないような位置に設けられている。

【００３７】図１３は上記構成のタッチパネル本体部と
押圧位置検出部等との接続構成を示している。第１３図
において、１０１・１０２は同じ構成のアナログスイッ
チで、コントローラ１０４からデコーダ１０５を通じて
同じ端子１〜１７を同一タイミングで端子１８に接続す
るよう制御されている。端子１８と接続されていない残
りの端子１〜１７はハイインピーダンスに保たれてい
る。

【００３８】一方のアナログスイッチ１０１の端子１８
は、抵抗１７およびスイッチ１８を介し、電源１９・２
０によって直流電位Ｅ1 およびＥ2 が交互に印加されて
いる。また、端子１を除く端子２〜１７は短冊状抵抗膜
８４の両側の電極９０・９１と接続されている。このア
ナログスイッチ１０１は、直流電位Ｅ1 、Ｅ2 を各短冊
状抵抗膜８４の両端部に交互に印加しつつ、それを全て
の短冊状抵抗膜８４…に対して順次行ってゆく作用を果
たす。

【００３９】他方のアナログスイッチ１０２の端子１に
は面状抵抗膜８３に印加される直流電位Ｅ0 が印加され
ている。残りの端子２〜１７は短冊状抵抗膜８４の両側
の電極９０・９１と接続されている。また、端子１８は
Ａ／Ｄ変換器１０３と接続されている。このアナログス
イッチ１０２は、端子１を通じて面状抵抗膜８３に印加
されている電圧Ｅ0 を参照電圧として出力した後、各短
冊状抵抗膜８４の各端部の電極９０・９１に生じている
電位を択一的に選択し出力する作用を果す。但し、アナ
ログスイッチ１０２が１つの電極を選択しているとき、
もう一方のアナログスイッチ１０１はその電極が設けら
れた短冊状抵抗膜８４の他端側の電極を選択し直流電位
Ｅ1 、Ｅ2 を印加するよう、両アナログスイッチ１０１
・１０２の端子２〜１７と短冊状抵抗膜８４の電極とが
接続されている。

【００４０】測定に際しては、面状抵抗膜８３の一端側
の電極８６に直流電位Ｅ0 を印加し、他端側の電極８７
をアースに落とす。また、短冊状抵抗膜８４に印加する
直流電位Ｅ1 、Ｅ2 は面状抵抗膜８３に印加する直流電
位Ｅ0 と同じかそれ以上の電位とするのが良い。次に上
記装置によって押圧位置を検出する動作を説明する。

【００４１】まず、複数の押圧位置を検出できるメカニ
ズムを説明するために、面状抵抗膜８３と短冊状抵抗膜
８４との接触抵抗が充分小さく、また、抵抗１７、短冊
状抵抗膜８４の表面抵抗、およびアナログスイッチ１０
１・１０２の各端子の入出力インピーダンスが充分高く
設定されていると仮定して説明する。デコーダ１０５か
らの選択指令により、最初、アナログスイッチ１０１・
１０２の端子１が選択される。アナログスイッチ１０１
の端子１と端子１８との間は低いインピーダンス（ＯＮ
状態）になるが、端子１の外部には何も接続されていな
いので、どの短冊状抵抗膜８４にも給電されない。一
方、アナログスイッチ１０２の端子１が端子１８と接続
されるので、面状抵抗膜８３に印加された直流電位Ｅ0
がＡ／Ｄ変換器１０３に入力され、Ａ／Ｄ変換結果がコ
ントローラ１０４へ出力される。コントローラ１０４で
はこの直流電位Ｅ0 の値をＸ軸の接触位置の検出を容易
にするために記憶しておく。

【００４２】次にアナログスイッチ１０１・１０２の端
子２が選択される。これによって図中の１番上の短冊状
抵抗膜８４の一端側の電極９０がアナログスイッチ１０
１の端子１８・２を経由し、例えばＥ1 の電位となる。
このとき他端側の電極９１に生じる電位はアナログスイ
ッチ１０２の端子２から端子１８を経由してＡ／Ｄ変換
器１０３に入力され、Ａ／Ｄ変換結果がコントローラ１
０４に出力される。

【００４３】この他端側の電極９１に生じた電位が、先
に読み込んだ面状抵抗膜８３の印加電位Ｅ0 と同じかそ
れ以上であれば、その短冊状抵抗膜８４が押圧されてい
ないことを示すので、アナログスイッチ１０１・１０２
は端子４にスキップし、上から２番目の短冊状抵抗膜８
４が押圧されたか否かを調べる。一方、前記他端側の電
極９１の電位がＥ0 より低いときは、その短冊状抵抗膜
８４が押圧されていることを意味し、その電位の値から
次のようにして押圧位置が検出される。

【００４４】図１４は押圧位置の検出を説明するために
押圧位置と各電極８６・８７・９０・９１の電位を示し
た図である。ここで面状抵抗膜８３は一端側の電極８６
に正の直流電位Ｅ0 が与えられ、他端側の電極８７がア
ースに落とされていると共に、面状抵抗膜８３の抵抗値
が一様であるから面状抵抗膜８３上では実線で示すよう
な電位傾度をもっている。

【００４５】一方、短冊状抵抗膜８４は一端側の電極９
０に例えばＥ1 の電位が与えられており、他端側の電極
９１の電位がアナログスイッチ１０２を通じて測定され
ている。今、短冊状抵抗膜８４が押圧されていないと短
冊状抵抗膜８４に電流が流れないので、電極９１の電位
は、図１４（イ）に２点鎖線で示すように、電極９０の
電位Ｅ1 と同じである。

【００４６】次に、短冊状抵抗膜８４が押圧されてｃ点
で面状抵抗膜８３と接触した場合、前記のように短冊状
抵抗膜８４の抵抗値が面状抵抗膜８３のそれより１〜２
桁高く、そのため面状抵抗膜８３の電位傾度に影響を与
えないとすると、短冊状抵抗膜８４のｃ点は面状抵抗膜
８３の同一点の電位ＶS まで引き下げられる。この結
果、電極９１にはこの電位ＶS が生じる。この電位ＶS
は、アナログスイッチ１０２の端子２から端子１８を介
しＡ／Ｄ変換器１０３に入力されてＡ／Ｄ変換され、コ
ントローラ１０４はこの電位ＶS と面状抵抗膜８３の一
端に印加されている電位Ｅ0 との比から押圧位置ｃ点の
Ｘ座標を演算によって求める。

【００４７】次に短冊状抵抗膜８４の押圧位置が一点で
なく広い範囲にわたっていた場合は、押圧領域の左端か
ら右端までの短冊状抵抗膜部分が面状抵抗膜８３と接触
することになる。この場合、短冊状抵抗膜８４の抵抗値
のオーダーが高いので面状抵抗膜８３の電位傾度に影響
を与えることはなく、従って、短冊状抵抗膜８４の長手
方向における電位分布は図１４（ロ）のようになる。図
中、ｄ点からｅ点までの範囲が押圧領域で、ｄ点はその
左端、ｅ点は右端である。この図からわかるように電極
９１には押圧右端のｅ点の電位ＶRIGHT があらわれ、こ
れに基づき押圧右端のＸ座標が求まる。

【００４８】上記のようにして押圧右端のＸ座標が求ま
ると、続いてデコーダ１０５は２つのアナログスイッチ
１０１・１０２に端子３を選択するよう指示する。この
選択によって電極９１にＥ1 の電位が印加され、電極９
０に生じる電位がアナログスイッチ１０２を通じて検出
される。このとき、短冊状抵抗膜８４が１点のみ押圧さ
れていると電極９０にはＶS の電位が表れ、電極９１の
電位を検出した図１４（イ）の場合と同じ電位となり、
従って同じｃ点の座標を検出することとなるが、ｄ点か
らｅ点にまたがって押圧されていた場合は、電極９０の
電位は図１４（ハ）に示すように押圧左端のｄ点の電位
ＶLEFTがあらわれ、これに基づき押圧左端のＸ座標が求
まる。

【００４９】以下、同様にして２つのアナログスイッチ
１０１・１０２の端子を切換えて順次下側の短冊状抵抗
膜８４…について電極９０・９１の電位を検出し、全体
の押圧領域のＸ、Ｙ座標を知ることができる。ところ
で、上記のように各電極９０・９１の電位を検出する際
に、スイッチ１８により電源１９・２０を切り換えて接
続することにより、２種類の電位が検出されるので、面
状抵抗膜８３と短冊状抵抗膜８４との接触抵抗が大きい
場合や、短冊状抵抗膜８４の表面抵抗が小さい場合（た
だし、短冊状抵抗膜８４をバイパスする電流によって面
状抵抗膜８３の電位傾度に影響を与えない程度）であっ
ても、前記各実施例と同様に（数１）または（数２）に
よって正確な押圧位置を検出することができる。

【００５０】なお、上記の例では各電極９０・９１の電
位の検出に先立って電源１４の電位Ｅ0 を検出する例を
示したが、同様に、電源１９・２０の電位Ｅ1 、Ｅ2 も
検出するようにしてもよい。また、短冊状抵抗膜８４の
長手方向は、面状抵抗膜８３の両端の電極８６・８７が
対向する方向（Ｘ軸方向）と同じ方向に向いているが、
多少傾いてもかまわない。理論上はＹ軸方向に対して交
差していれば足りる。（第７実施例）上記第６実施例の変形例として、図１５
に示すように、アナログスイッチ１０１を設けずに、ア
ナログスイッチ１０２の端子１８に抵抗１７を接続する
ようにしてもよい。

【００５１】すなわち、第２実施例および第３実施例に
おいて、抵抗膜２１の両端の電極２２・２３何れに抵抗
１７を接続しても、同様に接触位置が検出できるのと同
じ原理で、接触抵抗の大きさ等に係らず正確な位置検出
が行える。（第８実施例）上記第６実施例の他の変形例として、図
１６に示すように構成してもよい。

【００５２】この実施例では、短冊状抵抗膜８４…の一
端側の電極を共通の電極１１０として抵抗１７を接続し
ている。そして、短冊状抵抗膜８４…の他端側の電極９
１…に生じる電位をアナログスイッチ１１２で切り換え
て検出している。アナログスイッチ１１２としては、第
６実施例のような多くの端子をもったものでなく、短冊
状抵抗膜８４…の数より１多い数の端子をもったものが
用いられている。

【００５３】この構成によれば、１つの短冊状抵抗膜８
４上の２点が押圧されても、押圧右端しか検出すること
ができないが、Ｙ軸方向においては、各短冊状抵抗膜８
４の電位を検出することにより２点以上押圧されても全
ての押圧位置を検出することができる。（第９実施例）図１７は第６実施例のさらに他の変形例
を示している。

【００５４】この実施例では、短冊状抵抗膜８４…の両
端の電極９０・９１をアナログスイッチ１２１・１２２
に接続している。両アナログスイッチ１２１・１２２は
切換動作が同期させてあり、各短冊状抵抗膜８４に順次
選択的に直流電圧Ｅ0 を印加している。なお、この実施
例においては、短冊状抵抗膜８４は抵抗値が一様である
ように形成する必要があり、また、面状抵抗膜８３は短
冊状抵抗膜８４より１〜２桁抵抗値が高いことが必要で
ある。

【００５５】面状抵抗膜８３の両端の電極８６・８７
は、前記アナログスイッチ１２１・１２２の切換速度の
倍の速度で切換わるスイッチ１２３を介して、抵抗１７
が接続されるとともに、前記スイッチ１２３と逆位相、
かつ、同一速度で切換わるアナログスイッチ１２４を介
してＡ／Ｄ変換器１０３に接続されるようになってい
る。

【００５６】Ａ／Ｄ変換器１０３の出力は、図示はしな
いが、第６実施例と同様にコントローラに与えられる。
また前記アナログスイッチ１２１・１２２、スイッチ１
２３アナログスイッチ１２４、およびスイッチ１８の切
換えは、やはり第６実施例と同様にコントローラからデ
コーダ（不図示）を通じて、１：１：２：２：４の速度
比で制御されるようになっている。

【００５７】この構成においては、アナログスイッチ１
２１・１２２によって１つの短冊状抵抗膜８４が選択さ
れると、その短冊状抵抗膜８４が直流電圧Ｅ0 に基づく
電位傾度をもつ。このとき、その短冊状抵抗膜８４が押
圧されて面状抵抗膜８３に接触するとともに、面状抵抗
膜８３の両端の電極８６・８７に抵抗１７およびスイッ
チ１８を介して電圧Ｅ1 またはＥ2 が印加されると、そ
の電極８６・８７に生じる電位がアナログスイッチ１２
４を通じて検出される。そして、この動作を全ての短冊
状抵抗膜８４について行う。

【００５８】これによって、第６実施例と同様、Ｘ軸方
向に２点以上押圧されていても、押圧右端と左端の高精
度な押圧位置検出が行える。（第１０実施例）本発明の第１０実施例として、押圧位
置と共に押圧力をも検出することのできるタッチパネル
装置の例を説明する。

【００５９】このタッチパネル装置は、図１８に示すよ
うに、前記第１実施例のタッチパネル装置における抵抗
膜１１の上面に帯状の感圧導電部材２０１を設けたもの
である。この感圧導電部材２０１は、例えば感圧シー
ト、感圧フィルム等と称される、押圧力に応じて電気抵
抗値が変化するものである。また、押圧位置検出部１６
に代えて、押圧位置・押圧力検出部２０２が設けられて
いる。この押圧位置・押圧力検出部２０２は、押圧位置
検出部１６と同様に押圧位置ｘの検出を行うとともに、
下記（数３）によって感圧導電部材２０１の抵抗値ｎ’
を求め、押圧力を検出するようになっている。ここで、
感圧導電部材２０１の押圧力と抵抗値ｎ’とがリニアな
関係にある場合には、単にｎ’に変換係数をかけるだけ
でよいし、その他の場合には、あらかじめ記憶させた変
換テーブル等に基づいて抵抗値ｎ’を押圧力に変換すれ
ばよい。

【００６０】すなわち、タッチペン１５と抵抗膜１１と
の間に感圧導電部材２０１が介在し、しかも感圧導電部
材２０１の抵抗値ｎ’が変化する場合でも、押圧位置
は、前述のように正確に求めることができるとともに、
抵抗値ｎ’の変化に基づいて押圧力を検出することがで
きる。

【００６１】

【数３】

【００６２】なお、前記第４〜第９実施例に示したよう
に、抵抗膜および感圧導電部材を帯状でなく面状にし
て、位置検出を２次元方向で行い得るようにしてもよ
い。このようなタッチパネル装置は、例えば３次元方向
の位置入力や、筆圧情報を含んだサイン照合システムな
どに適用することができる。また、押圧力をより正確に
検出するためには、上記感圧導電部材２０１の抵抗値
ｎ’にタッチペン１５と感圧導電部材２０１との接触抵
抗を含めて、抵抗値ｎ’を押圧力に変換すればよい。す
なわち、接触抵抗も押圧力の関数として表されるので、
変換係数や変換テーブルとして接触抵抗を考慮したもの
を用いるだけで、より正確な押圧力を求めることができ
る。

【００６３】一方、上記のように接触抵抗が押圧力の関
数として表されることから、感圧導電部材２０１を省略
しても、ある程度の精度で押圧力を検出することができ
る。（第１１実施例）上記第１０実施例のように抵抗膜１１
の上面に感圧導電部材２０１を設けるのに代えて、図１
９に示すように、タッチペン２０３の内部に感圧導電部
材２０４を設けてもよい。上記感圧導電部材２０４に
は、導電ペン先２０５を介して、抵抗膜１１の表面電位
お及び押圧力が伝達されるようになっている。

【００６４】これにより、同様に感圧導電部材２０４の
抵抗変化に係らず押圧位置を検出できるとともに、その
抵抗変化によって押圧力を検出することができる。（第１２実施例）図２０に示すように、保護膜としての
上面フィルム２１１と、Ｘ軸方向に電位勾配が形成され
る上面抵抗膜２１２と、感圧導電部材２１３と、Ｙ軸方
向に電位勾配が形成される下面抵抗膜２１４と、ガラス
等から成る下面フィルム２１５とを積層してタッチパネ
ル本体部を構成してもよい。

【００６５】すなわち、感圧導電部材２１３における面
方向の電気抵抗が充分大きく、上面抵抗膜２１２および
下面抵抗膜２１４の電位勾配に与える影響が小さい場合
には、第４実施例等と同様の回路に接続することによ
り、やはり押圧位置が正確に検出できるとともに、押圧
力を検出することができる。しかも、感圧導電部材２１
３と、上面抵抗膜２１２および下面抵抗膜２１４とは、
常に密着しているので、接触抵抗が生じないようにして
押圧力の検出精度を高くすることも容易にできる。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
接触電極に抵抗を介して２種類の電圧が印加されたとき
の接触電極の電位に基づいて押圧位置を検出する押圧位
置検出手段を備えることにより、抵抗体と接触電極との
接触抵抗や配線抵抗等に係らず押圧位置の検出を行うこ
とができるので、誘導ノイズ等の外乱による誤検出を生
じることなく、しかも正確な押圧位置の検出を行うこと
ができるという効果を奏する。

【００６７】また、さらに、接触電極を介する電流の経
路中で、かつ押圧力の伝達経路中に、感圧導電部材が設
けられるとともに、接触電極に抵抗を介して２種類の電
圧が印加されたときの接触電極の電位に基づいて押圧力
を検出する押圧力検出手段を備えることにより、上記押
圧位置の検出精度に影響を与えることなく、押圧力を検
出することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のタッチパネル装置の構成を示す説
明図である。

【図２】同、タッチパネル装置の回路構成を示す回路図
である。

【図３】同、形成される回路網を示す説明図である。

【図４】第２実施例のタッチパネル本体部の構成を示す
断面図である。

【図５】同、タッチパネル装置の回路構成を示す回路図
である。

【図６】第３実施例のタッチパネル装置の回路構成を示
す回路図である。

【図７】同、抵抗膜の端部に蛇行部を形成し抵抗にする
例を示す部分平面図である。

【図８】第４実施例における２次元の押圧位置を検出す
るタッチパネル装置の構成を示す説明図である。

【図９】第５実施例における２次元の押圧位置を検出す
る他のタッチパネル装置の構成を示す説明図である。

【図１０】第５実施例の変形例を示す説明図である。

【図１１】第６実施例における２次元の押圧位置を検出
するさらに他のタッチパネル装置のタッチパネル本体部
の構成を示す平面図である。

【図１２】同、Ａ−Ａ矢示断面図である。

【図１３】同、タッチパネル本体部と押圧位置検出部等
との接続構成を示す説明図である。

【図１４】同、複数の押圧位置の検出原理を示す説明図
である。

【図１５】第７実施例として上記第６実施例の変形例を
示す説明図である。

【図１６】第８実施例として上記第６実施例の他の変形
例を示す説明図である。

【図１７】第９実施例として上記第６実施例のさらに他
の変形例を示す説明図である。

【図１８】第１０実施例における押圧位置と共に押圧力
が検出できるタッチパネル装置の構成を示す説明図であ
る。

【図１９】第１１実施例として上記第１０実施例の他の
例を示す部分断面図である。

【図２０】第１２実施例として上記第１０実施例のさら
に他の例を示す斜視図である。

【図２１】従来のタッチパネル装置の構成を示す説明図
である。

【符号の説明】

１１抵抗膜１２・１３電極 14・19・20 電源１５タッチペン１６押圧位置検出部１７抵抗１７’ 蛇行部１８スイッチ２１抵抗膜２２・２３電極３１・３２絶縁基材３３スペーサ４１・５１抵抗膜 42・43・52・53 電極６１〜６６スイッチ７１抵抗膜７２・７３電極７４〜７７スイッチ７８導電膜７９ダイオード８１・８２絶縁基材８１ａ・８２ａ主表面８３面状抵抗膜８４短冊状抵抗膜８５スペーサ 86・87・90・91 電極１０１・１０２アナログスイッチ１０３Ａ／Ｄ変換器１０４コントローラ１０５デコーダ１１０電極 112・121・122・124 アナログスイッチ１２３スイッチ２０１感圧導電部材２０２押圧位置・押圧力検出部２０３タッチペン２０４感圧導電部材２０５導電ペン先２１１上面フィルム２１２上面抵抗膜２１３感圧導電部材２１４下面抵抗膜２１５下面フィルム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高野和浩滋賀県守山市森川原町163番地グンゼ株式会社滋賀研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主軸方向に電位勾配が形成される抵抗部
材と、押圧操作により上記抵抗部材に接触する接触電極と、上記接触電極に、抵抗を介して互いに異なる複数種類の
電圧を選択的に印加する電圧印加手段と、接触電極の電位を検出する電位検出手段と、上記複数種類の電圧が印加されたときに、電位検出手段
によって検出される電位に基づいて、前記主軸方向の押
圧位置を検出する押圧位置検出手段と、を備えたことを特徴とするタッチパネル装置。
【請求項２】前記接触電極は、先端部に導電部を有す
るペン状部材であることを特徴とする請求項１のタッチ
パネル装置。
【請求項３】前記接触電極は、可撓性を有し、抵抗部
材における電位勾配が形成される領域に所定の間隔を空
けて設けられていることを特徴とする請求項１のタッチ
パネル装置。
【請求項４】前記抵抗部材が、互いに異なる２つの主
軸方向に交互に電位勾配が形成されるとともに、押圧位
置検出手段は、各主軸方向に電位勾配が形成されている
ときに、各主軸方向の押圧位置を検出するように構成さ
れていることを特徴とする請求項１のタッチパネル装
置。
【請求項５】請求項４のタッチパネル装置における抵
抗部材、および接触電極に代えて、可撓性を有し、所定
の間隔を空けて設けられる１対の面状の抵抗膜を有し、
各抵抗膜は、互いに異なる２つの主軸方向に交互に電位
勾配が形成されるとともに、一方の抵抗膜に電位勾配が
形成されているときに、他方の抵抗膜が接触電極として
電位検出手段による電位検出が行われるように構成され
ていることを特徴とするタッチパネル装置。
【請求項６】請求項３のタッチパネル装置であって、
前記抵抗部材は面状の抵抗膜である一方、接触電極は、
長手方向を前記主軸と直交する方向の軸に対して交差す
る方向に向けた複数の短冊状の抵抗膜であることを特徴
とするタッチパネル装置。
【請求項７】請求項１ないし請求項６のタッチパネル
装置であって、さらに、前記接触電極を介する電流の経
路中で、かつ押圧力の伝達経路中に、感圧導電部材が設
けられるとともに、接触電極に複数種類の電圧が印加さ
れたときに、電位検出手段によって検出される電位に基
づいて、接触電極の押圧力を検出する押圧力検出手段が
設けられていることを特徴とするタッチパネル装置。