JPS62147521A - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、指あるいはペンなどにより押下指示したパ
ネル板上の位置座標を検出し、計７１機などに入力する
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、情報端末機器等の入力装置では
、ディスプレイ装置と独立分離したキーボードあるいは
ディジタイザが多く用いられてきている。しかし、これ
らの入力装置では表示部と操作入力部とが離れており、
また１史用法が複雑であるなど操作性がよくなく、さら
に高価であるなどの欠点を有していた。

一方、ディスプレイｔｉ置と入力装置とを一体的に組み
合せた構成とし、ディスプレイの表示面上を指あるいは
ペンにより指示することによって入力処理する入出カ一
体形の装置、いわゆるタッチ入力装置が操作性能に優れ
ていることから、増えつつある。この入力装置の代表的
な方法としては、透明導電フィルムを使ってスイッチマ
トリックスを構成した方式、透明抵抗シートを用いて電
圧・電流の分割特性より座標を検出する方式、走査光ビ
ームの遮断により座標を検出する光遮断方式。

表面波の伝播時間等を検出てる方式、透明バネル板を押
したときの支持部の分力あるいは変位を利用した機械的
な検出方式等がある（例えば、日経エレクトロニクス、
＋９８４．７．２号、Ｐ２＋３参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、これらのうち機械的な検出方式を除くと、一般
的に装置の構成が複雑で高価であり、また街頭等での不
特定多数の人々に使用されるような場合には、粗暴な入
力操作等に対する信頼性を確保しＫくいなどの欠点があ
った。

他方、機械的な検出方式は構造の簡単さ、支持用の弾性
ばねの選択の容易さ、さらには不特定多数の人々の使用
の場合に操作に対する信頼性を確保しやすいなどの点で
優れている。機械的な検出方式においては、支持部の分
力を支持体に貼付した歪ゲージ等で検出して座標を求め
る分力検出方法と、支持部の変位を一次元イメージ七ン
サあるいは歪ゲージ出力から変換して検出して座標値を
求める変位検出方法が一般的に使用されている。

このため、歪ゲージを貼付したものでは、歪ゲージを長
期間一定状態で保持し安定した検出を確保するのが困難
であり、またイメージセンサを使用するものでは、イメ
ージセンサを支持の数だけ必要とするため高価になるな
どの欠点があった。

この発明は、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、しかも街頭での不特定の人の
使用にも長期間信頼性を確保することが容易にできる座
標入力装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る座標入力装置は、少なくとも３点で弾性
支持されたパネル板と、このパネル板の傾きを検出する
傾き検出手段とを有し、さらＫ。

パネル板上の押下位置座標を検出したパネル板の傾きか
ら入力座標を計算する座標算出用回路とを設けたもので
ある。

〔作用〕

この発明においては、パネル板上の１点を押圧すると、
パネル板が傾く。弾性支持された３点における傾きを傾
き検出手段でそれぞれ検出し、こ位置座標を求める。

〔実ａｎ） 第１図はこの発明の一実施例の概略組成を示す−であっ
て、１はパネル板、２は弾性支持体、３は基板、４は前
記パネル板１に設けられたｉ■動素子４０と基板３１Ｃ
設けられた固定素子４１とからなる傾き検出器、５は座
標算出用回路である。この実施例は基板３上に４個の弾
性支持体２を設置し、この弾性支持体２の上にパネル板
１を弾性支持体２とパネル板１とが連動して上下方向に
移動できるように載置した構成である。そして、パネル
板１上の１点を指あるいはペン等で押下した時の押下点
の座標値を、パネル板１の基板３に対する傾ぎを可動素
子４０と固定素子４１とによって検出する傾き検出器４
０信号によって座標算出用回路５で計算して出力信号６
として得るものである。なお、上記実施例では弾性支持
体２を４個としたが、これは最低３個でもよいことは明
らかである。

ここで、まずこの発明の座標検出原理を説明する。

第２図は検出原理を説明する図であって、図中第１図と
同一符号は同じ機能部分を表す。また第２図において、
パネル板１０寸法は２ａＸ２ｂ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、支持点をＡ（−ａ、ｂ）、Ｂ（ａｌ　　ｂ）、Ｃ（
−ａｌ　−ｂＬ　　Ｄ（ａ、−ｂ）の４点とする。さら
に、パネル板１上の点Ｐ（Ｘ、Ｙ）をカＦで押下したと
きのパネル板１の状態を破線ｒで表す。

いま、点Ｐ（Ｘ、Ｙ）の押下により、支持点Ａ。

Ｂ、Ｃ，ＤがそれぞれΔａ、Δｂ、ΔＣ９Δｄだけ変位
（下向きを正とする）し、パネル板１がＸ軸、　Ｙ２Ｏ
２に対しそれぞれ角度θえ、θア（θ工、θアは原点に
対して反時計回りを正とする）傾斜したとする。この場
合、パネル板１を剛体とみな丁と。

支持点Ａ、Ｂ、Ｃ，ＤＫ加わる分力ｆａ　＋　ｆｂ　ｌ
　ｆｃ＋ｆｄ（下向きを正とする）Ｋ関して次式が成り
立つ。

Ｆ　＝ｆａ　＋　ｆｂ　＋　ｆｃ　＋　ｆｄ１第（１）
式より押下点Ｐ（Ｘ、Ｙ）の座標は次式□得られる。

すなわち支持点Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの分力より押下。

Ｐの座標を算出する場合の原理式であり、４つ１分力’
ａｎ　ｆｂ＋　ｆ６＋　ｆｄ　　を検出する必要がある
次に、弾性支持体２の支持点Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄてべて同じ
弾性率ｋを有するとすると、各支持ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの変
位は次式で表せる。

第（３）式を第（２）式に代入して次式を得る。

なお、第（４）式は従来の機械的な変位検出方法、すな
わち支持点Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｊ）の変位より押下点’ｃ−ｐ
の座標を算出する原理式であり、４つの変位Δａ、Δｂ
、　ΔＣ５Δｄを検出する必要がある。さらに、座標中
心（０，０）の押下による変位をｈｏとして、各支持点
Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄでの変位Δａ、Δｂ。

ΔＣ１Δｄを傾きθ１．０７によって表すと、次式薇　
　　第（５）式を第（４）弐に代入すると１次式を得る
。

よりて Ｘ＝−ｔａｎθＸ　　Ｉ……ｏ””………（７）ｈ。

となり、この第（７）式がこの発明の原理式であり、変
位ｈ０と傾きθ８．θアを検出すればよい。なお、第（
７）式のｈｏはパネル板１の中央部の変位であるが、ｈ
ｏはパネル板１の任意の点の変位から容易に換算できる
。例えばパネル板１０点（ａ、０）で傾き検出器４と一
諸に変位り、を検出する場合には、ｈＯ”　ｈ＠　−ａ
　ｔａｎθ８で換算できる。

上述したように、この発明ではパネル板１の押下点Ｐの
座標を第（７）式のよ５に、押下時のパネル板１の傾き
θ（θ８．θ７）と任意点の変位（例えばｈ６　＋　ｈ
＠など）とＫよって求めることができる。以下では、各
機能部分の具体的な構成例を説明する。

パネル板１は、押下したとぎ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。透明タッチパネルとして使用
する場合には、アクリル板。

ガラス板などが好適である。

弾性支持体２は基板３ＫＬつかり固定され、しかもパネ
ル板１と連動して基板３に対して垂直方向に変位するこ
とが必要である。第３図（ａ）、　（ｂ）は弾性支持体
２の具体的な構成例である。

まず、第３図（ａ）の例では、２０は頂部に球部を有す
る支持片、２１は前記支持片２０を上端部に固定接続し
たばね、２２は円筒状の案内であり、案内２２は基板３
に固設され、案内２２の内部にはばね２１と案内２２の
内壁を摺動自在に移動するようにセリ付けられた支持片
２０とが設けられている。また支持片２０の頂部の球部
はパネル板１に設けられた球座１１によって回転のみ自
在に接続されている。さらに、案内２２の内側上部には
支持片２ａを係止させて飛び出しを防止する突起２３が
設けられている。

第３図（ａ）の例では、パネル板１が押下されると、支
持点の分力に応じて支持片２０はばね２１に洸し【上下
方向に案内２２の内壁にガイドされながら移動する。こ
の時、下方への移動量が過大になるとパネル板１が案内
２２の上面に突き当り、一方、上方への移動量が過大に
なると支持片２０が突起２３に突き当って、ばね２１等
への過大負荷を防止できる。またパネル板１と弾性支持
体２との接続を球座１１を用いて回転自在に行っている
ので、パネル板１の傾きを拘束することなく、しかも、
弾性支持体２とパネル板１とを連動して上下方向に移動
することができる。

次に、第３図（ｂ）は弾性支持体２の他の構成例であっ
て、両端をＵ字状に曲げた２本の線状あるいは細くかつ
薄い板状の平行ばね２４．２４’を交ささせるように基
部２５１Ｃ取り付けた構成である。

この例では、平行ばね２４，２４’の交さ部に固設した
支持片２６によってパネル板１と接続することによって
、パネル板１の傾き等の影響を平行ばね２４．２４’の
作用によって取り除いて、安定した上下方向の移動を実
現できる。

さらＫ、弾性支持体２としては、他に従来より知られて
いるスパイラルばね１片持ちばね、パンタグラフばね単
体あるいはこれらを組み合せたものを使用できる。また
３点で支持する場合には、パネル板１を弾性支持体２上
に載置するだげでもよい。

傾き検出器４の構成例を第４図に示す。図中、４２は前
記パネル板１に取り付げられた可動素子４０となるスポ
ット光源であり、４３は前記スポット光源４２に対向し
て基板３に増り付げられた固定素子４１となる２次元半
導体装置検出素子である。スポット光源４２はＬＥＤ、
半導体レーザ等が使用でき、第４図の例のようにスポッ
ト光源４２を直接パネル板１になり付けてもよいし、パ
ネル板１に反射鏡を設けて、別に備えた光源からの光を
反射させて使用してもよい。２次元半導体装置検出素子
（以下、「ＰＳＤ」という）４３は、高抵抗半導体Ｓｉ
の片面あるいは両面に均一な抵抗層を持りた断面構造を
持ち、抵抗層の両端に信号取出し用の２対の電極４５＋
　　４５’、４Ｌ　　４６’が設けられている。このＰ
ＳＤ４３の検出面４４１／Ｃ光線が入射すると、光電効
果により光入射位置から入射エネルギーに比例する光電
流が発生する。

そして、この光電流はそれぞれの電極までの抵抗値（換
言すると、光入射位置と電極の距離）Ｋ逆比例するよ５
に分割され各電極から取り出されるので、各対の電極か
らの電流値によって光入射位置の２次元座標が求められ
る〔例えば、センサ技術、Ｖｏｌ、　５．　Ｎｏ、６　
（１９８５）　１４０および１４２参照〕。

なお、ＰＳＤには２対の電極の取り付は構造により２種
類あり、同一抵抗層に直交する２対の電極を取り付けた
ものを表面分割形ＰＳＤ、表面と裏面の抵抗層にそれぞ
れ直交するよ５に１対ずつ電極を取り付けたものを両面
分割形ＰＳＤと呼ぶ。

次に、第４図の傾き検出器４の動作原理を説明する。ス
ポット光源４２とＰＳＤ４３の距離をＬとし、ＰＳＤ４
３の検出面４４上のスポット光源４２からの光スポット
が、パネル板１の押下によって座標（０，０）から座標
（ｘ、ｙ）に移動したとすると、このときのパネル板１
の傾きθ工。

θＴは次式で求めることができる。

したがって、座標値Ｘの変化を電極４５−４５’で、座
標値ｙの変化を電極４６−４６’で検出するととＫより
パネル板１の傾きを検出することができる。

なお、パネル板１の変位量（例えば前述したｈａ）は、
ＰＳＤ４３の光スボッＢｃよる１対の電極に出力する検
出電流値の総和が、光スポットの強度に比例して変化す
る特性を利用して検出できる。

すなわち１．パネル板１の押下による変位に伴ってスポ
ット光源４２とＰＳＤ４３との距離りが変化するので、
これｋよる検出面４４上の光スポットの強度変化を監視
することＫよりパネル板１の変位り、を検出できる。こ
の場合には、ＰＳＤ４３の電極４５−４５’または４６
−４６’からの出力電流の総和の変化量により、パネル
板１の変位量を算出する。なお、傾斜に伴う距離りの変
化分は傾きθ（０８，θ、）ｌＣよりて求め、補正する
こともできる。

ここで、パネル板１の変化量の検出には、パネル板１の
任意の位置に、従来より知られている谷量形、差動変圧
器形、うず電流形等の変位検出器を別に設置することＫ
よってもよい。

座標算出用回路５の構成例を第５図、第６図。

第７図に示す。

第５図の例はＰＳＤとして表面分割形Ｐ　Ｓ　Ｄ　４３
’を用い、２対の１１４５−４５’、　　４６−４６’
がＰＳＤのＰ層に設けられた例である。

第６図はＰＳＤとして両分割形Ｐ　Ｓ　Ｄ　４３’を用
い、電極４５−４５’がＰ層に、電極４６−４６’がＮ
層に設けられた例であり、第５図とはＰＳＤへのバイア
ス電位の与え方が異なる。

さらに、第７図は第５図の表面分割形ＰＳＤ４３’にパ
ネル板１の変位を測定する変位計７を別に設けた例であ
る。

これらの図において、５０は直流増幅器、５１はマルチ
プレクサ、５２はＡ／Ｄコンバータ、５３はＣＰＵ、５
４はメモリ、５５．５５’、５５’は工１０ボート、５
６は共通バスである。ＰＳＤ４３の電極４５−４５’、
　　４６−４６’および変位計７はそれぞれ直流増幅器
５０を介してマルチプレクサ５１に接続され、マルチプ
レクサ５１の出力はＡ／Ｄコンバータ５２を介してｒ１
０ボート５５′に接続される。またメモリ５４．出力用
のＩ１０ボート５５．マルチプレクサ５１とＡ／Ｄコン
バータ制御用のＩ１０ポート５５’およびＩ１０ポート
５５′は共通バス５６によってＣＰＵ５３に接続。

制御される構造である。

第８図、第９図は座標算出用回路５の動作のフローチャ
ートの一例であり、第８図は第５図、第６図の座標算出
用回路５に対するものであり、第９図は第７図の変位計
７を別に設けたｍｔｓ算出用回路５に対するものである
。

はじめに、第８図によってこの発明の第５図。

第６図の実施例の動作を説明する。なお、（１）〜ａ３
は各ステップを示す、まず、初期設定を行った後（１）
、パネル板１上の１点Ｐ（Ｘ、Ｙ）を指あるいはペン等
で押下すると、パネル板１は弾性支持体２に加わる分力
に応じて変位して傾斜する。この時、パネル板１に設け
られたスポット光源４２の光軸も傾斜し、これに伴って
ＰＳＤ４３の検出面４４上の光スポットは面上を移動す
る。この移動した光スポットの位意をｘ、ｙとすると、
電極４５−４５′には座標値Ｘに応じた信号Ｘ１＋Ｘ１
が、また電極４Ｂ−４６’には座標値ｙに応じた信号Ｙ
ｔ＋ｙ２がそれぞれ出力されるので、これを直流増幅器
５０によって増幅した後、ＣＰＵ５３の指示によってマ
ルチプレクサ５１とＡ／Ｄフンバータ５２により順次デ
ィジタル信号としてメモリ５４に記憶する（（２）〜（
７））。

次に、このメモリ５４内のデータを用いて第（８）式に
より角度θ工、θ１を演算し、メモリ５４に記憶する（
８）。ここで、角度算出に必要な座標（ｘ、ｙ）の算出
には入射光エネルギーの総和ｘ１＋ｘ２（あるいはＹ１
＋３’りと、出力信号ｘ１もしくはｘｚ（あるいはｙＩ
もしくはＹｔ）との比によって求めることができる。

次に、パネル板１の変位量ｈ１を演算し、メモリ５４に
記憶する（９）。ここで、変位量の算出には前述したよ
うに、入射光エネルギーの総和Ｘ、＋Ｘ２　（あるいは
Ｙｔ＋）’ｔ）の変位量によって求めることができる。

さらに、メモリ５４に記憶された角度θ８．θア。

変位ｉｈａのデータにより、第（７）式に従ってＹ値。

Ｙ値を演算し記憶しＱｌ、αυ、必要に応じてＩ１０ポ
ート５５より出力信号６として計算機等に入力する（α
ａ、Ｑ３）。

このように、第８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
下入力に対して処理することができる。

第７図の実施例の動作を説明するだめの第９図の動作フ
ｏ−については、ステップ＋２＋’、　Ｌ９１’の点で
第８図のステップ（２＋、　（９１と異なる。すなわち
、マルチプレクサ５１からの入力信号として変位計１の
信号が追加され（２ど、またパネル板１の変位量の演算
がこの信号から直接実施される（９トの点で第８図と異
なるだけで、他の動作については第８図と同じである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明はパネル板を弾性支持し
、入力座標の算出にパネル板の傾きを用いて行うように
しているので、装置構成と座標算比演算を簡易化できる
利点がある。また装置構成を機械要素の組み合せと２次
元半導体装置検出素子＋によって行えるため、街頭など
の不特定多数の利用においても長期間にわたって高信頼
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図はこの発明の概略構成図、第２図はこの発明の動
作原理を説明する図、第３図（ａ）　、　　（ｂ）は弾
性支持体の構成例を示す要部の断面図および斜視図、第
４図は傾き検出器の構成例とその検出原理を説明する図
、第５図、第６図および第７図は座標算出用回路の構成
例を示すブロック図、第８（９）、第９図は動作７ｇ−
の−例を示す図である。 図中、１はパネル板、２は弾性支持体、３は基板、４は
傾き検出器、５は座標算出用回路、６は出力信号、１は
変位計、４２はスポット光源、４３は２次元半導体装置
検出素子である。 第１図 第２図 第３図 第４図 ４３２次元半導イ劃立置検出粂千 第８図 第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも３点で弾性支持されたパネル板と、こ
   のパネル板の傾きを検出する傾き検出手段とを有し、さ
   らに、前記パネル板の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傾き検出手段の出力に
   よって座標計算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）傾き検出手段は、パネル板に設けられたスポット
   光源と、この光源と一定距離を隔て、かつこの光源から
   の入射光線を受けるように対向配置された光電位置検出
   素子とからな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。