(57)【要約】【課題】多点入力に対する押し圧力の適正な検出と、一点入力に対する押し圧力の高速な検出、それぞれに適した動作の併用が可能なデジタル抵抗膜方式のタッチパネルとその検出方法を提供する。【解決手段】複数の駆動電極１と、複数の駆動電極１と交差する複数の検出電極２とによりマトリクスが形成されたデジタル抵抗膜方式タッチパネル１０は、複数の駆動電極１から電圧を印加する駆動電極１を選択し、非選択の駆動電極１を高インピーダンス状態に保持する駆動回路５と、複数の検出電極２から出力電圧を検出する検出電極２を選択し、非選択の検出電極２を高インピーダンス状態に保持する検出回路８を有する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動電極と、前記複数の駆動電極と交差する複数の検出電極とによりマトリクスが形成されたデジタル抵抗膜方式タッチパネルにおいて、
前記複数の駆動電極から電圧を印加する駆動電極を選択し、非選択の駆動電極を高インピーダンス状態に保持する駆動回路と、
前記複数の検出電極から出力電圧を検出する検出電極を選択し、非選択の検出電極を高インピーダンス状態に保持する検出回路を有する、デジタル抵抗膜方式タッチパネル。
【請求項２】
複数の駆動電極と、前記複数の駆動電極と交差する複数の検出電極とによりマトリクスが形成されたデジタル抵抗膜方式タッチパネルにおいて、前記複数の駆動電極から電圧を印加する駆動電極を選択し、前記複数の検出電極から出力電圧を検出する検出電極を選択する電極選択方法において、
前記マトリクスの各格子点に対応する前記駆動電極と前記検出電極の対を一対ずつ逐次選択し、非選択の前記駆動電極及び前記検出電極を全て高インピーダンス状態に保持する、電極選択方法。
【請求項３】
複数の駆動電極と、前記複数の駆動電極と交差する複数の検出電極とによりマトリクスが形成されたデジタル抵抗膜方式タッチパネルにおいて、前記複数の駆動電極から電圧を印加する駆動電極を選択し、前記複数の検出電極から出力電圧を検出する検出電極を選択する電極選択方法において、
前記検出電極を全て同時に選択している期間に前記駆動電極を一本ずつ順次選択する第１の回路動作と、前記駆動電極を全て同時に選択している期間に前記検出電極を一本ずつ順次選択する第２の回路動作を組合せて行う、電極選択方法。
【請求項４】
前記駆動回路及び前記検出回路により、前記マトリクスの各格子点に対応する前記駆動電極と前記検出電極の対を一対ずつ逐次選択し、非選択の前記駆動電極及び前記検出電極を全て高インピーダンス状態に保持する、請求項１に記載のデジタル抵抗膜方式タッチパネル。
【請求項５】
前記検出回路により前記検出電極を全て同時に選択している期間に前記駆動回路により前記駆動電極を一本ずつ順次選択する第１の回路動作と、前記駆動回路により前記駆動電極を全て同時に選択している期間に前記検出回路により前記検出電極を一本ずつ順次選択する第２の回路動作を組合せて行う、請求項１に記載のデジタル抵抗膜方式タッチパネル。
【請求項６】
前記駆動回路及び前記検出回路により、前記マトリクスの各格子点に対応する前記駆動電極と前記検出電極の対を一対ずつ逐次選択し、非選択の前記駆動電極及び前記検出電極を全て高インピーダンス状態に保持する第１モードと、
前記検出回路により前記検出電極を全て同時に選択している期間に前記駆動回路により前記駆動電極を一本ずつ順次選択する第１の回路動作と、前記駆動回路により前記駆動電極を全て同時に選択している期間に前記検出回路により前記検出電極を一本ずつ順次選択する第２の回路動作とを組合せて行う第２モードとを切り替え可能に構成されている、請求項１に記載のデジタル抵抗膜方式タッチパネル。
【請求項７】
前記駆動電極と前記検出電極の間に感圧導電材料を挿入した、請求項１、４、５、６の何れか１つに記載のデジタル抵抗膜方式タッチパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル抵抗膜方式のタッチパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
人の指などの位置を入力する座標入力装置（タッチパネル）には、静電容量方式、抵抗方式、表面弾性波方式、又は赤外線方式などが用いられている。
【０００３】
本発明で用いる抵抗膜方式は、大別して、アナログ式とデジタル式が実用化されている。アナログ式は、各１枚の抵抗膜からなる上シートと下シートが離間して配置され、指示座標位置で一方のシートに印加された基準電圧を抵抗膜で分圧することにより、他方のシートの抵抗膜に伝達される電圧から２次元の座標位置を検出する構成をとる。このため、複数の座標を同時に検出することができない（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
一方、本発明のタッチパネル（座標入力装置）で用いるデジタル式では、アナログ式のタッチパネルにおける上下シートが複数の短冊状の電極にそれぞれ分割され、上シートの電極と下シートの電極が互いに直交するように配置されている。デジタル式は、例えば一方のシートを構成する電極に対して順次電圧を印加しながら、他方のシートを構成する電極に伝達される電圧を検出することにより、ユーザが指示した指示座標を得るものである。このため、複数の座標を同時に検出するとこができる。
【０００５】
従来のデジタル抵抗膜方式タッチパネルの一例について、図１、及び図２を基に説明する。
【０００６】
図１において、複数の駆動電極１と複数の検出電極２が互いに離間して直交する方向に配置されている。
【０００７】
複数の駆動電極１は、駆動回路５により順次１つの電極が選択され、選択された電極のみに電圧が印加される。選択されていないその他の電極は、カットオフにより高インピーダンス状態に保持される。
【０００８】
各々の駆動電極１に第一の電圧を印加している間に、各々の検出電極２に伝達される電圧を検出回路６で検出する。検出電極２は、抵抗を介してグランド等の第二の電圧に接続されている。従って、対応する駆動電極１と検出電極２との交点の座標が指示されていない場合には、第二の電圧が検出され、上記交点の座標が指示されている場合には、その指示により駆動電極１と検出電極２が接触すると、第一の電圧に近づくように検出電圧が変化する。この電圧の変化により、各交点の指示座標を検出していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
図２は、従来のタッチパネルにおける、選択信号のタイミングチャートである。横軸は共通の時間軸で、選択信号Ａ〜Ｄは、各駆動電極に対応する各スイッチング素子に印加される電圧波形である。選択信号がハイレベル（Ｈ）の時に各駆動電極が選択され、選択された駆動電極に第一の電圧が印加される。選択信号がローレベル（Ｌ）の時は駆動電極におけるインピーダンスが高く、駆動電極上の座標が指示されていても、複数の検出電極を介して検出される電圧に影響を及ぼさない。各駆動電極が選択されている間に全ての検出電極に伝達される電圧を並列に検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特表２００７−５２７０６１号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】桑野雅彦、「さまざまな検出方式の特徴がひと目で分かるタッチ・パネル方式事典」、トランジスタ技術２００９年８月号、ＣＱ出版社、８６頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
デジタル抵抗膜方式タッチパネルでは、図３に示す様に、駆動電極１と検出電極２の間に感圧導電材料７を挿入することによって、指などの入力を受けた位置情報と共に、入力位置の押し圧力の強弱をも検知することができる様になる。
【００１３】
しかしこの場合、入力が多点になると、各入力が互いに干渉してしまい、押し圧力の強弱を表す出力電圧を適正に検出できなくなるという課題があった。図４、及び図５でその原理を説明する。図４及び図５では、駆動電極Ａ〜Ｄと検出電極ａ〜ｅのマトリクスにおいて黒丸が記載された格子点が、ユーザの入力を受け付けた入力点である。
【００１４】
図４では、座標Ｂｃの一点入力に対する出力電圧Ｖｏｕｔを等価回路で説明している。ＲＢｃは、駆動電極Ｂと検出電極ｃ間の抵抗（抵抗値）であり、感圧導電材料７の特性に従い、入力点（座標Ｂｃ）が受けた押し圧力に応じて変化する。出力電圧Ｖｏｕｔは、図４中の式で示すように、この抵抗ＲＢｃと検出電極ｃをグランドの接続している抵抗Ｒとで第一の電圧Ｖを分圧した値となり、入力点の押し圧力に応じて変化することとなる。ここでは説明を簡略化するために、駆動回路における選択端子の出力抵抗や各電極の配線抵抗は、ＲＢｃなどに比べて十分に小さいものとして無視している。
【００１５】
図５では、座標Ｂｃを含む多点入力に対する、駆動電極Ｂと検出電極ｃが同時に選択されたタイミングの出力電圧Ｖｏｕｔを等価回路で説明している。ＲＢｃ、ＲＣｂ、ＲＣｃ、及びＲＣｄは、各入力点に対応する駆動電極と検出電極間の抵抗である。これらの抵抗の各々は、感圧導電材料７の特性に従い、各入力点の押し圧力に応じて変化する。等価回路から、出力電圧Ｖｏｕｔは、図５中の式で示すように、抵抗ＲＢｃ以外の各電極間抵抗ＲＣｂ、ＲＣｃ、ＲＣｄを含む関数となってしまい、座標Ｂｃ以外の押し圧力の影響を受けてしまうことが解る。
【００１６】
以上説明したように、従来は、入力が多点になると、各入力が互いに干渉してしまい、押し圧力の強弱を表す出力電圧を適正に検出できなくなるという課題があった。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、多点入力に対する押し圧力の適正な検出を可能とする手段を提供し、その手段をさらに応用して、一点入力に対する押し圧力の高速な検出を可能とする手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明において、以下の特徴は適宜組合わされて備えられている。
【００１８】
上記の目的を達成するために、本発明のデジタル抵抗膜方式タッチパネルは、複数の駆動電極と、複数の駆動電極と交差する複数の検出電極とによりマトリクスが形成されたデジタル抵抗膜方式タッチパネルであって、複数の駆動電極から電圧を印加する駆動電極を選択し、非選択の駆動電極を高インピーダンス状態に保持する駆動回路と、複数の検出電極から出力電圧を検出する検出電極を選択し、非選択の検出電極を高インピーダンス状態に保持する検出回路を有することを特徴とする。このデジタル抵抗膜方式タッチパネルにおいて、駆動回路及び検出回路により、マトリクスの各格子点に対応する駆動電極と検出電極の対を一対ずつ逐次選択し、非選択の駆動電極及び検出電極を全て高インピーダンス状態に保持してもよい。また、検出回路により検出電極を全て同時に選択している期間に駆動回路により駆動電極を一本ずつ順次選択する第１の回路動作と、駆動回路により駆動電極を全て同時に選択している期間に検出回路により検出電極を一本ずつ順次選択する第２の回路動作を組合せて行ってもよい。また、駆動回路及び検出回路により、マトリクスの各格子点に対応する駆動電極と検出電極の対を一対ずつ逐次選択し、非選択の駆動電極及び検出電極を全て高インピーダンス状態に保持する第１モードと、検出回路により検出電極を全て同時に選択している期間に駆動回路により駆動電極を一本ずつ順次選択する第１の回路動作と、駆動回路により駆動電極を全て同時に選択している期間に検出回路により検出電極を一本ずつ順次選択する第２の回路動作とを組合せて行う第２モードとを切り替え可能に構成されていてもよい。また、駆動電極と検出電極の間に感圧導電材料を挿入してもよい。
【００１９】
上記の目的を達成するために、本発明の電極選択方法（出力検出方法）は、複数の駆動電極と、複数の駆動電極と交差する複数の検出電極とによりマトリクスが形成されたデジタル抵抗膜方式タッチパネルにおいて、複数の駆動電極から電圧を印加する駆動電極を選択し、複数の検出電極から出力電圧を検出する検出電極を選択する電極選択方法であって、マトリクスの各格子点に対応する駆動電極と検出電極の対を一対ずつ逐次選択し、非選択の駆動電極及び検出電極を全て高インピーダンス状態に保持することを特徴とする。
【００２０】
上記の目的を達成するために、本発明の電極選択方法（出力検出方法）は、複数の駆動電極と、複数の駆動電極と交差する複数の検出電極とによりマトリクスが形成されたデジタル抵抗膜方式タッチパネルにおいて、複数の駆動電極から電圧を印加する駆動電極を選択し、複数の検出電極から出力電圧を検出する検出電極を選択する電極選択方法であって、検出電極を全て同時に選択している期間に駆動電極を一本ずつ順次選択する第１の回路動作と、駆動電極を全て同時に選択している期間に検出電極を一本ずつ順次選択する第２の回路動作を組合せて行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のデジタル抵抗膜方式タッチパネルによれば、上記検出回路を用い、マトリクスの各格子点（座標）に対応する駆動電極と検出電極の対を一対ずつ逐次選択し、非選択の各電極を全て高インピーダンス状態に保持する検出方法により、多点入力に対する座標情報と押し圧力を適正に検出できるという効果がある。
【００２２】
また、本発明のデジタル抵抗膜方式タッチパネルによれば、上記検出回路を用い、検出電極を全て同時に選択しつつ駆動電極を一本ずつ順次選択する第１の回路動作と、駆動電極を全て同時に選択しつつ検出電極を一本ずつ順次選択する第２の回路動作を組合せた検出方法により、一点入力に対する座標情報と押し圧力を高速に検出できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来のデジタル抵抗膜方式タッチパネルの構成図
【図２】従来のデジタル抵抗膜方式タッチパネルの回路動作図
【図３】従来のデジタル抵抗膜方式タッチパネル及び本発明によるデジタル抵抗膜方式タッチパネルの構成図
【図４】従来のデジタル抵抗膜方式タッチパネルの動作原理図
【図５】従来のデジタル抵抗膜方式タッチパネルの動作原理図
【図６】本発明によるデジタル抵抗膜方式タッチパネルの構成図
【図７】本発明によるデジタル抵抗膜方式タッチパネルの回路動作図
【図８】本発明によるデジタル抵抗膜方式タッチパネルの動作原理図
【図９】本発明によるデジタル抵抗膜方式タッチパネルの回路動作図
【図１０】本発明によるデジタル抵抗膜方式タッチパネルの動作原理図
【図１１】多点入力において発生する誤検知の説明図
【図１２】本発明によるデジタル抵抗膜方式タッチパネルの回路動作図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明によるデジタル抵抗膜方式タッチパネル（感圧型デジタル抵抗膜方式タッチパネル）の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図３及び図６は、本発明によるデジタル抵抗膜方式タッチパネル１０の構成を示す図である。デジタル抵抗膜方式タッチパネル１０は、複数の駆動電極１と、複数の検出電極２と、感圧導電材料７とを備える。図３に示すように、複数の駆動電極１は第１のシートに形成され、複数の検出電極２は第２のシートに形成されている。複数の駆動電極１と複数の検出電極２は、タッチパネル１０に対してユーザが入力可能な領域において、互いに公差して（具体的には直交して）、マトリクスを形成している。複数の駆動電極１は、タッチパネル１０のマトリクスにおける１つの次元に対応し、複数の検出電極２は、他の１つの次元に対応する。各駆動電極１は、後述するスイッチング素子５ａを介して第一の電圧が印加される。各検出電極２は、抵抗を介してグランド等の第二の電圧に接続されている。感圧導電材料７は、押された圧力に応じて抵抗率が変化する導電性の材料であり、第１のシートと第２のシートとの間に挟まれている。
【００２６】
デジタル抵抗膜方式タッチパネル１０は、駆動回路５をさらに備える。駆動回路５は、複数の駆動電極１から電圧を印加する駆動電極１を任意に選択でき、非選択の駆動電極１は高インピーダンス状態で保持できる機能を有する。駆動回路５は、複数のスイッチング素子５ａを有する。各スイッチング素子５ａは、対応する駆動電極１に接続されている。駆動回路５は、各スイッチング素子５ａに対して選択信号（駆動側選択信号）を出力する信号出力部５ｂを備える。上述したように、選択信号がハイレベル（Ｈ）の時に各駆動電極１が選択され、選択された駆動電極１に第一の電圧が印加される。選択信号がローレベル（Ｌ）の時に駆動電極１は非選択状態となり、カットオフにより高インピーダンス状態に保持される。
【００２７】
デジタル抵抗膜方式タッチパネル１０は、検出回路８をさらに備え、この部分が従来の構成とは異なる。検出回路８は、複数の検出電極２から出力電圧を検出する検出電極２を任意に選択し、非選択の検出電極２は高インピーダンス状態で保持する機能を有する。検出回路８は、複数のスイッチング素子８ａを有する。各スイッチング素子８ａは、対応する検出電極２に接続されている。検出回路８は、各スイッチング素子８ａに対して選択信号（検出側選択信号）を出力する信号出力部８ｂと、選択信号によって選択された検出電極２からの出力電圧を検出する電圧検出部８ｃを備える。電圧検出部８ｃは、検出電極２からの出力電圧のタイミングに基づいて入力座標（指示座標）を検知すると共に、検出した入力座標における押し圧力の強弱を検知する。検出回路８では、選択信号がハイレベル（Ｈ）の時に各検出電極２が選択され、電圧検出部８ｃが、選択された検出電極２の出力電圧を検出する。選択信号がローレベル（Ｌ）の時に検出電極２は非選択状態となり、カットオフにより高インピーダンス状態に保持される。
【００２８】
図７は、本発明のデジタル抵抗膜方式タッチパネル１０における、駆動回路５の選択信号と検出回路８の選択信号のタイミングチャートである。図７は、マトリクスにおける各格子点（座標）に対応する駆動電極Ａ〜Ｄと検出電極ａ〜ｅの対を一対ずつ逐次選択・検出し、非選択の駆動電極及び検出電極は全て高インピーダンス状態で保持する検出方法に対応した選択信号のタイミングチャートを示す。図７に記載の選択信号によれば、駆動電極１が一本ずつ順次選択され、１つの駆動電極１が選択されている期間に検出電極２が一本ずつ順次選択される。図７では、駆動電極Ａ〜Ｄに対応した選択信号の出力は駆動回路５で行われ、検出電極ａ〜ｅに対応した選択信号の出力は検出回路８で行われる。この点は、図９及び図１２も同じである。
【００２９】
図８では、図７に記載の選択信号を用いた検出方法における、座標Ｂｃを含む多点入力に対する、駆動電極Ｂと検出電極ｃが同時に選択されたタイミングの出力電圧Ｖｏｕｔを等価回路で説明している。ＲＢｃ、ＲＣｂ、ＲＣｃ、及びＲＣｄは、各入力点に対応する駆動電極と検出電極間の抵抗である。抵抗Ｒの下付きの文字のうち、左側の大文字のアルファベットは、駆動電極の符号Ａ〜Ｄを表し、右側の小文字のアルファベットは、検出電極ａ〜ｅの符号を表す。これらの抵抗の各々は、感圧導電材料７の特性に従い、各入力点が受けた押し圧力（入力押し圧力）に応じて変化する。等価回路から、出力電圧Ｖｏｕｔは、図８中の式で示すようにＲＢｃのみの関数となり、座標Ｂｃ以外の押し圧力の影響を受けないことが解る。
【００３０】
図９は、本発明のデジタル抵抗膜方式タッチパネルにおける、駆動回路５と検出回路８の選択信号のタイミングチャートである。図９は、検出電極ａ〜ｅを全て同時に選択しつつ駆動電極Ａ〜Ｄを一本ずつ順次選択する回路動作（第１の回路動作）と、駆動電極Ａ〜Ｄを全て同時に選択しつつ検出電極ａ〜ｅを一本ずつ順次選択する回路動作（第２の回路動作）を組合せて行う検出方法に対応した選択信号のタイミングチャートを示す。第１の回路動作では、全ての検出電極ａ〜ｅに対応した検出側選択信号がハイレベル（Ｈ）になる期間に、各駆動電極Ａ〜Ｄに対応した駆動側選択信号が一つずつ順次ハイレベルになる。第２の回路動作では、全ての駆動電極Ａ〜Ｄに対応した検出側選択信号がハイレベル（Ｈ）になる期間に、各検出電極ａ〜ｅに対応した駆動側選択信号が一つずつ順次ハイレベルになる。
【００３１】
図１０では、図９に記載の選択信号を用いた検出方法における、座標Ｂｃの一点入力に対する、駆動電極Ｂと検出電極ｃが同時に選択されたタイミングの出力を等価回路で説明している。駆動電極Ｂと検出電極ｃが同時に選択されるタイミングは、２通りあり、それぞれを図１０の左側の模式図と中央の模式図に示す。図１０の左側の図は、第１の回路動作時の模式図であり、図１０の中央の図は、第２の回路動作時の模式図である。これらの等価回路は一致し、その出力電圧Ｖｏｕｔは、図１０中の式で示され、ＲＢｃにより入力点（座標Ｂｃ）の押し圧力を反映する。ここで、ＲＢｃは駆動電極Ｂと検出電極ｃ間の抵抗（抵抗値）であり、感圧導電材料７の特性に従い、入力点の押し圧力に応じて変化する。
【００３２】
また、図１０の左側の模式図と中央の模式図に示す様に、駆動電極Ａ〜Ｄを順次選択することによって入力座標の縦座標を判定し、検出電極ａ〜ｅを順次選択することによって入力座標の横座標を判定する。それらを突き合せることで、入力位置を検知することができる。この入力位置の検知は検出回路８において行われる。
【００３３】
図７に記載の選択信号を用いた検出方法に比べて、図９に記載の信号を用いた検出方法の方が、出力電圧を検出する回数が少なくなるため、入力情報の検知は高速になる。ｍ行ｎ列のマトリクスで考えると、図７に記載の信号を用いた場合の検出回数はｍ×ｎ（回）になるのに対し、図９に記載の信号を用いた場合の検出回数はｍ＋ｎ（回）になる。
【００３４】
ここで重要なのは、図７に記載の選択信号と図９に記載の選択信号を切替えることで、多点入力対応に優れる第１モードと、高速応答に優れる第２モードを一体のタッチパネルで実現できる点である。デジタル抵抗膜方式タッチパネル１０は、図７に記載の選択信号を用いる第１モードと、図９に記載の選択信号を用いる第２モードとを切り替え可能に構成されている。高速応答を要するペン入力や、面内の圧力分布検知などを用途に応じて切替できるデバイスの実現が期待できる。本実施形態によれば、多点入力に対する押し圧力の適正な検出と、一点入力に対する押し圧力の高速な検出、それぞれに適した動作の併用が可能なデジタル抵抗膜方式のタッチパネルを提供できる。
【００３５】
なお、図９に記載の選択信号を用いた検出方法において多点入力を行うと、図１１に示す誤検知が発生する。図１１において、座標Ｂｂと座標Ｄｄに入力した場合に、座標Ｂｄと座標Ｄｂに入力したと誤検知されることがある。この誤検知は、座標Ｂｂと座標Ｄｄに入力した場合と、座標Ｂｄと座標Ｄｂに入力した場合の出力結果が同じであることに起因する。
＜変形例＞
【００３６】
上記の実施形態では、マトリクスの各座標に対応する駆動電極と検出電極の対を一対ずつ逐次選択・検出し、非選択の各電極は全て高インピーダンス状態で保持する検出方法を実施するために図７に記載の選択信号を用いていたが、図１２に記載の選択信号を用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、エレクトロニクス、ロボテクス、機械工学等の分野への応用が期待できる。
【符号の説明】
【００３８】
１  駆動電極
２  検出電極
３  スペーサ
４  支持基材
５  駆動回路
６  検出回路
７  感圧導電材料
８  検出回路
１０  デジタル抵抗膜方式タッチパネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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