(57)【要約】【課題】パネル上の広範囲において精度よく座標検出を行うことのできる座標検出装置を実現する。【解決手段】タッチパネル１において、パネル１ａに、電流観測点である点Ａと点Ｂとを結んで座標軸ｘを設定する。パネル１ａ上に指定点Ｐを指定すると、電圧源ｅ１、ｅ２により、指定点Ｐと点Ａおよび点Ｂとの距離に応じた電流ｉ１、ｉ２が、各点間の抵抗膜に流れ、それらの和が指定点ＰにつながるインピーダンスＺに流れる。電流ｉ１、ｉ２を検出して指定点Ｐの座標ｘを求める。【選択図】図１
2008026927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パネル上において操作者により指定された点の位置を検出する座標検出装置であって、
前記パネル上に配置された略長方形状の面抵抗体と、
前記面抵抗体の外周部の接続点に接続され、前記接続点に流れる電流を検出する複数の電流検出手段と、
複数の前記電流検出手段のうち、前記面抵抗体の外周部の互いに対向する２辺上の接続点にそれぞれ接続された２つの電流検出手段に流れる電流値に基づき、前記面抵抗体上の２つの接続点を結んで得られる軸上における前記指定された点の座標成分を算出する座標算出手段とを備える、座標検出装置。
【請求項２】
複数の前記電流検出手段は、前記面抵抗体の外周部の４辺上の接続点に接続された第１〜第４の電流検出手段によって構成されており、
前記座標算出手段は、前記面抵抗体の外周部の互いに対向する２辺上の接続点の一方の接続点に接続された第１の電流検出手段が検出した電流と他方の接続点に接続された第２の電流検出手段が検出した電流とに基づいて、当該２つの接続点を結んで得られる第１の軸上における前記指定された点の第1の座標成分を算出し、前記面抵抗体の外周部の互いに対向する他の２辺上の接続点の一方に接続された第3の電流検出手段が検出した電流と他方の接続点に接続された第４の電流検出手段が検出した電流とに基づいて、当該２つの接続点を結んで得られる第２の軸上における前記指定された点の第２の座標成分を算出することを特徴とする、請求項１に記載の座標検出装置。
【請求項３】
前記座標算出手段は、前記面抵抗体上に、２次元出力座標軸を想定し、前記指定された点の前記第１の座標成分の一方の出力座標軸上の座標成分と、前記第２の座標成分の一方の出力座標軸上の座標成分の和を一方の出力座標軸上の座標成分とし、前記第１の座標成分の他方の出力座標軸上の座標成分と前記第２の座標成分の他方の出力座標軸上の座標成分の和を他方の出力座標軸上の座標成分とすることを特徴とする、請求項２に記載の座標検出装置。
【請求項４】
前記第１〜４の電流検出部は、前記面抵抗体の４頂点の接続点に接続されていることを特徴とする、請求項２に記載の座標検出装置。
【請求項５】
前記座標算出手段は、前記面抵抗体に、２次元の直交出力座標を想定し、
前記第１の座標成分と前記第２の座標成分とに基づいて、指定された点の前記２次元の直交出力座標における座標を算出することを特徴とする、請求項４に記載の座標検出装置。
【請求項６】
前記第１〜４の電流検出手段は、前記面抵抗体の外周部の４辺の各辺の中点近傍の接続点にそれぞれ接続されていることを特徴とする、請求項２に記載の座標検出装置。
【請求項７】
複数の前記電流検出手段は、前記面抵抗体の４頂点のうちの３頂点の接続点に接続された第１〜第３の電流検出手段によって構成されており、
前記座標算出手段は、前記面抵抗体の外周部の一辺の両端の接続点に接続された第１の電流検出手段と第２の電流検出手段とに基づいて、当該２つの接続点を結んで得られる第１の軸上における前記指定された点の第１の座標成分を算出し、当該面抵抗体の外周部の上記一辺に隣接する他の一辺の両端の接続点に接続された当該第１の電流検出手段と第３の電流検出手段とに基づいて、当該２つの接続点を結んで得られる第２の軸上における前記指定された点の第２の座標成分を算出することを特徴とする、請求項１に記載の座標検出装置。
【請求項８】
前記面抵抗体の周囲に配置され、前記面抵抗体の面抵抗値より低い抵抗値を持つ抵抗体をさらに備える、請求項１に記載の座標検出装置。
【請求項９】
前記面抵抗体の接続点に流れる電流は、光照射により生じた電荷の移動による電流であることを特徴とする、請求項１に記載の座標検出装置
【請求項１０】
前記請求項１〜９のいずれかに記載の座標検出装置を備えることを特徴とする、表示装置。
【請求項１１】
略長方形状の面抵抗体と、前記面抵抗体の端部の接続点に接続され、前記面抵抗体上で点指定が行われたときに、指定された点までの距離に応じた大きさの電流が流れる複数の電流検出手段とを備えた座標検出装置における前記指定された点の座標を検出する方法であって、
操作者が前記面抵抗体上で点指定したときに、複数の前記電流検出手段のうち、前記面抵抗体の外周部の互いに対向する２辺上に存在する２つの接続点に流れる電流値を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおいて検出した２つの電流値に基づいて、２つの接続点を結んで得られる軸上における前記指定された点の座標成分を算出する算出ステップとを備える、座標検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、座標検出装置に関する発明であって、より特定的には、表示パネル上において操作者により指定された点の位置を検出する座標検出装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
以下に、従来のタッチパネルにおいて座標を検出するための原理について図１２を参照しながら説明する。図１２は、上記従来のタッチパネルの構成を示した図である。なお、以下に説明する座標検出原理は、パネル上に人体が触れてその座標を検出する静電容量結合方式のタッチパネルに関するものである。
【０００３】
タッチパネル１０１は、例えば矩形状のパネル１０１ａを備える。当該パネル１０１ａの四隅の点Ａ〜Ｄには、交流の電圧源ｅ１〜ｅ４が接続されている。当該電圧源ｅ１〜ｅ４の電圧の大きさ、周波数および位相は互いに等しい。パネル１０１ａは、ガラス基板やフィルム基板の上に、面抵抗体としてカーボン膜、ＩＴＯ（インジウム錫酸化）膜、ＮＥＳＡ（酸化錫）膜などの抵抗膜が形成されたものである。操作者は、パネル１０１ａに指で触れることにより点指定を行う。図１２の点Ｐは、操作者が指定した点（以下、指定点と称す）である。操作者が点指定を行うことにより、当該指定点において人体と抵抗膜とが静電容量結合する。なお、図１２では、人体をインピーダンスＺで表している。これにより、パネル１０１ａの四隅の点Ａ〜Ｄに電流ｉ１〜ｉ４が流れ、当該電流ｉ１〜ｉ４の和の電流が指の接触点（指定点）から人体側に流れる。
【０００４】
点Ｐのパネル１０１ａ上の位置に応じて、四隅の点Ａ〜Ｄのそれぞれから点Ｐまでの距離は変化する。その結果、点Ａ〜Ｄのそれぞれから点Ｐまでの抵抗値が変化し、電流ｉ１〜ｉ４の大きさが変化する。そこで、これらの電流の大きさを検出すれば点Ｐのパネル１０１ａ上での座標が分かる。特許文献１のように、従来では、上記電流ｉ１〜ｉ４を用いた
【０００５】
【数１】
2008026927.tif 000003
【０００６】
に基づいて、点Ｐのｘ座標およびｙ座標が求められていた。ここで、Ｃ０ｘおよびＣ０ｙは定数であり、Ｋ０ｘおよびＫ０ｙは係数である。
【特許文献１】特公平１−１９１７６号公報（平成１（１９８９）年４月１０日公告、昭和５５（１９８０）年９月４日国際公開）
【特許文献２】特開２００１−４３００２号公報（平成１３（２００１）年２月１６日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の座標検出方法では、数１から分かるように、ｘ座標を求めるのに、右辺第２項における分母には、電流ｉ１〜ｉ４の和が用いられている。一方、右辺第２項における分子には、電流ｉ２とｉ３との和が用いられている。当該電流ｉ２と当該電流ｉ３とは、ｙ軸方向（すなわちｘ軸に直交する方向）並ぶ点Ｂと点Ｃとに流れる電流である。また、ｙ座標を求めるのに、右辺第２項における分母には、電流ｉ１〜ｉ４の和が用いられている。一方、右辺第２項における分子には、電流ｉ１と電流ｉ２との和が用いられている。当該電流ｉ１と当該電流ｉ２とは、ｘ軸方向（すなわちｙ軸に直交する方向）に並ぶ点Ａと点Ｂとに流れる電流である。
【０００８】
ここで、点指定により観測点に流れる電流は、指定点と観測点Ａ〜Ｄとの距離によって変化する。具体的には、指定点と観測点との距離が小さくなれば、当該観測点に流れる電流は増大する。一方、指定点と観測点との距離が大きくなれば、当該観測点に流れる電流は減少する。そのため、パネル１０１ａ上で指定点Ｐがｘ軸方向に沿って水平方向に移動すると、まず、指定点Ｐが左端にある場合には、指定点Ｐと観測点Ｂとの距離および指定点Ｐと観測点Ｃとの距離が大きいため、電流値ｉ２およびｉ３の大きさは小さい。その後、指定点Ｐが右に移動するに従い、指定点Ｐと観測点Ｂの距離および指定点Ｐと観測点Ｃとの距離は減少するため、電流ｉ２および電流ｉ３の大きさは増大する。このとき、電流ｉ２および電流ｉ３の変化は同一の傾向を示す。具体的には、電流ｉ２が小さいときには、電流ｉ３も小さく、電流ｉ２が大きくなると電流ｉ３もまた増大する。
【０００９】
同様に、パネル１０１ａ上で指定点Ｐがｙ軸方向に沿って垂直方向に移動するとき、指定点Ｐが下端にある場合には、指定点Ｐと観測点Ａとの距離および指定点Ｐと観測点Ｂとの距離は大きいため、電流ｉ１および電流ｉ２の大きさは小さい。指定点Ｐが上方に移動するに従い、指定点Ｐと観測点Ａとの距離および指定点Ｐと観測点Ｂとの距離が小さくなり電流ｉ１および電流ｉ２の大きさがともに大きくなる。このときも上述した場合と同様に、電流ｉ１および電流ｉ２の変化は同一の傾向を示す。具体的には、電流ｉ１が小さいときには、電流ｉ２も小さく、電流ｉ１が大きくなると電流ｉ１もまた増大する。
ここで、現実の装置においては、観測点と電流検出部との間には配線抵抗が存在する。当該配線抵抗の抵抗値は、通常では抵抗膜の抵抗値より十分小さく設定される。そのため、指定点Ｐと観測点との距離が大きい場合には、指定点Ｐと観測点との間の抵抗膜の抵抗値に対する配線抵抗値は十分に小さい。そのため、配線抵抗の存在が当該電流値に与える影響は小さい。しかしながら、指定点Ｐが周辺部に位置する場合には、指定点Ｐと観測点との距離が小さくなり、指定点Ｐと観測点との間の抵抗膜の抵抗値が小さくなる。その結果、指定点Ｐと観測点との間の抵抗膜の抵抗値に対する配線抵抗の抵抗値が相対的に増大し、無視できなくなり、電流値の観測精度が低下する。また、現実の装置においては回路にノイズがあるため、電流値が小さくなるとＳ／Ｎが低下し、さらに電流値の観測精度が低下する。
【００１０】
数１によれば、ｘ軸の算出において、分子の電流ｉ２および電流ｉ３が用いられている。そのため、指定点Ｐが右端に近づくと、電流ｉ２および電流ｉ３の検出精度が悪くなり、座標の検出精度が悪くなる。
また、ｙ軸の座標算出においても、ｘ軸と同様のことが言える。
【００１１】
従来の座標検出装置においては、周辺部において上記精度の悪い電流値を使用して座標を算出せざるを得ないため、検出精度が悪いという問題があった。
【００１２】
電流量の低下による座標検出精度の悪化を回避するための従来技術としては、特開２００１−４３００２号がある。この方法は、４つの電流観測点のうち対角に位置する２つの点にのみ電圧を印加し、他方の２つは接続を切り離し、接続する点と切り離す点を時分割で切り替えて対角方向にのみ電位勾配を発生させ、電流観測点に流れる電流を４按分ではなく２按分することで各点に流れる電流量を増加させ、検出精度を向上させる試みである。しかしながら、接続する点を切り替えるために複雑な回路が必要であり、電流値の取得も高速に行う必要があるため高価な処理装置が必要であった。
また、特開２００１−４３００２号では凹パラボラ状のパネル形状を持つ静電容量結合方式の座標検出装置を対象としているため、矩形などその他の形状のパネルでは利用することができない。また、座標検出装置と表示装置を組み合わせた際に、凹パラボラ形状のパネルでは、頂点部が表示領域よりも突出するため、座標検出装置付表示装置の外形を小さくすることができないという問題があった。
【００１３】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な回路構成により、安価でありかつパネル上の広範囲において精度よく座標検出を行うことのできる座標検出装置、表示装置および座標検出方法を実現することを目的としている。
【００１４】
また、本発明は、多様な形状に対応可能な座標検出装置および座標検出方法を実現することを目的としている。
【００１５】
また本発明は、座標検出面以外の領域を小さくすることが可能である座標検出装置及び表示装置を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の座標検出装置は、上記課題を解決するために、前記表示パネル上に配置され、略長方形状の面抵抗体と、前記面抵抗体の外周部の接続点に接続され、前記接続点に流れる電流を検出する複数の電流検出手段と、複数の前記電流検出手段のうち、前記面抵抗体の外周部の互いに対向する２辺上の接続点にそれぞれ接続された２つの電流検出手段に流れる電流値に基づき、前記面抵抗体上の２つの接続点を結んで得られる軸上における前記指定された点の座標成分を算出する座標算出手段とを備えている。
【００１７】
また、本発明の座標検出装置は、複数の前記電流検出手段は、前記面抵抗体の外周部の４辺上の接続点に接続された第１〜第４の電流検出手段によって構成されており、前記座標算出手段は、前記面抵抗体の外周部の互いに対向する２辺上の接続点の一方の接続点に接続された第１の電流検出手段が検出した電流と他方の接続点に接続された第２の電流検出手段が検出した電流とに基づいて、当該２つの接続点を結んで得られる第１の軸上における前記指定された点の第１の座標成分を算出し、前記面抵抗体の外周部の互いに対向する他の２辺上の接続点の一方に接続された第３の電流検出手段が検出した電流と他方の接続点に接続された第４の電流検出手段が検出した電流とに基づいて、当該２つの接続点を結んで得られる第２の軸上における前記指定された点の第２の座標成分を算出してもよい。
【００１８】
また、本発明の座標検出装置では、前記座標算出手段は、前記面抵抗体上に、２次元出力座標軸を想定し、前記指定された点の前記第１の座標成分の一方の出力座標軸上の座標成分と、前記第２の座標成分の一方の出力座標軸上の座標成分の和を一方の出力座標軸上の座標成分とし、前記第１の座標成分の他方の出力座標軸上の座標成分と前記第２の座標成分の他方の出力座標軸上の座標成分の和を他方の出力座標軸上の座標成分としてもよい。
【００１９】
また、本発明の座標検出装置では、前記第１〜４の電流検出部は、前記面抵抗体の４頂点に接続されていてもよい。
【００２０】
また、本発明の座標検出装置では、前記座標算出手段は、前記面抵抗体に、２次元の直交出力座標を想定し、前記第１の座標成分と前記第２の座標成分とに基づいて、指定された点の前記２次元の直交出力座標における座標を算出してもよい。
【００２１】
また、本発明の座標検出装置では、前記第１〜４の電流検出手段は、前記面抵抗体の外周部の４辺の各辺の中点近傍の接続点ににそれぞれ接続されていてもよい。
【００２２】
また、本発明の座標検出装置では、複数の前記電流検出手段は、前記面抵抗体の４頂点のうちの３頂点の接続点に接続された第１〜第３の電流検出手段によって構成されており、前記座標算出手段は、前記面抵抗体の外周部の一辺の両端の接続点に接続された第１の電流検出手段と第２の電流検出手段とに基づいて、当該２つの接続点を結んで得られる第１の軸上における前記指定された点の第１の座標成分を算出し、当該面抵抗体の外周部の上記一辺に隣接する他の一辺の両端の接続点に接続された当該第１の電流検出手段と第３の電流検出手段とに基づいて、当該２つの接続点を結んで得られる第２の軸上における前記指定された点の第２の座標成分を算出してもよい。
【００２３】
また、本発明の座標検出装置では、前記面抵抗体の周囲に配置され、前記面抵抗体の面抵抗値より低い抵抗値を持つ抵抗体をさらに備えていてもよい。
【００２４】
また、本発明の座標検出装置では、前記面抵抗体の接続点に流れる電流は、光照射により生じた電荷の移動による電流であってもよい。
【００２５】
なお、本発明は、座標検出装置のみならず、当該座標検出装置が適用された表示装置および座標検出方法に対しても向けられている。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の座標検出装置は、以上のように、上記パネルに設定する各座標軸を上記電流観測点の中から選んだ対向する２点ずつを結んで形成し、上記指定点の上記座標軸の座標成分を、複数の電流観測点に流れる電流のうち、自身の軸上にある上記２つの上記電流観測点に流れる電流のみを用いて検出することにより、上記指定点の上記座標を検出する構成である。
【００２７】
それにより、パネル上の広範囲において精度よく座標検出を行うことのできる座標検出装置を実現することができるという効果を奏する。
【００２８】
また、座標検出に必須である最低限の電流検出手段及び座標算出手段以外に付加的手段を必要としないため回路構成が簡単となり、安価に精度よく座標検出を行うことのできる座標検出装置を実現することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（実施の形態１）
本発明の一実施形態について図１ないし図５に基づいて説明すると以下の通りである。
【００３０】
図１に、本実施の形態に係る座標検出装置であるタッチパネル１の構成を示す。タッチパネル１は、静電容量結合方式のタッチパネルであり、直線状もしくは十分幅の小さい短冊状の抵抗体であるパネル１ａを備える。パネル１ａの水平方向に対向する端部の辺上にある点Ａ、Ｂには、交流の電圧Ｖを発生する電圧源ｅ１、ｅ２が接続されている（以下、パネルの端部とは、座標検出の対象となる領域の端部を指す）。電圧源ｅ１、ｅ２の電圧Ｖの大きさ、周波数、および位相は互いに等しい。
パネル１ａは、直線状の抵抗体もしくは十分幅の小さい短冊状の基板にカーボン層やＩＴＯ（インジウム錫酸化）膜、ＮＥＳＡ（酸化錫）膜などの抵抗膜が形成されたものである。操作者は、パネル１ａに指で触れることにより点指定を行う。図１では、操作者が指で触れた点（以下、指定点と称す）をＰで示してある。点指定が行われることにより、人体と抵抗膜とが静電容量結合する。図１では、人体と抵抗膜との接触点から人体側をインピーダンスＺで表している。操作者がパネル１ａに指を接触するもしくは近づけることにより、パネル１０１ａの観測点Ａに電流ｉ１が流れる。さらに、観測点Ｂに電流ｉ２が流れる。さらに、電流ｉ１と電流ｉ２との和の電流がインピーダンスＺに流れる。
本実施の形態では、電流観測点である観測点Ａと観測点Ｂとを結んだ軸を座標軸ｘとし、点Ｐの一次元座標を求める。座標軸ｘでは、観測点Ａから観測点Ｂに向かう向きが正である。
【００３１】
図２に、この場合のタッチパネル１の回路図を示す。抵抗膜のシート抵抗が面内で均一であり、点Ａと点Ｂとの間の抵抗膜の抵抗がＲであり、点Ｐと点Ａとの間の抵抗がＲ１であり、点Ｐと点Ｂとの間の抵抗がＲ２であるとする。この場合において、以下の式が成立する。
【００３２】
【数２】
2008026927.tif 000004
【００３３】
また、図２は、図３の等価回路のように書き換えることができる。図３において、Ｒ１とＲ２との並列合成抵抗Ｒ１２は、
【００３４】
【数３】
2008026927.tif 000005
【００３５】
であり、並列合成抵抗Ｒ１２にかかる電圧をＶ１、インピーダンスＺにかかる電圧をＶ２＝Ｖ−Ｖ１とすると、
【００３６】
【数４】
2008026927.tif 000006
【００３７】
となる。よって、
【００３８】
【数５】
2008026927.tif 000007
【００３９】
となる。従って、
【００４０】
【数６】
2008026927.tif 000008
【００４１】
（２）式を（１）式で割ると、
【００４２】
【数７】
2008026927.tif 000009
【００４３】
従って、
【００４４】
【数８】
2008026927.tif 000010
【００４５】
が得られる。
【００４６】
点Ｐの座標は、抵抗の比Ｒ１／Ｒによって表されるため、（３）式により人体のインピーダンスＺによらず座標を求めることができる。点Ａと点Ｂとを結ぶ線分の中央を座標原点とし、上記線分の長さをＬとすると、点Ｐの座標は、
【００４７】
【数９】
2008026927.tif 000011
【００４８】
となる。（４）式に示すように、座標ｘは、電流ｉ１および電流ｉ２のみによって変化する。当該電流ｉ１と当該電流ｉ２とは同相であるので、電流ｉ１およびｉ２の大きさを検出することのみで（４）式の比の演算が可能になる。このように式（４）では、分子に用いられる電流が電流ｉ１と電流ｉ２とである。この電流ｉ１と電流ｉ２とは、座標軸の両端に位置する検出点で検出されるものである。したがって、点Ｐは、原点を境として点Ａに近いか点Ｂに近いかのいずれかになる。その結果、電流ｉ１と電流ｉ２との少なくともいずれか一方は十分大きな値が得られ、（４）式の分母も分子も精度のよい値になる。従って、座標ｘを従来よりも精度よく求めることができる。
【００４９】
次に、タッチパネル１に無視できない大きさの抵抗値を持った配線抵抗がある場合においての座標ｘの求め方について説明する。図１に示したタッチパネル１では、パネル１ａの外部の配線抵抗を考慮していない。配線抵抗の抵抗値が十分に小さい場合にはこの配線抵抗を無視して座標ｘを求めることができる。これに対して、配線抵抗の抵抗値が十分に小さくない場合には、座標ｘを求める際に、配線抵抗を考慮する必要がある。図４は、無視できない大きさの抵抗値を有する配線抵抗を有するタッチパネル１の回路図である。点Ａの電圧源ｅ１側の配線抵抗をＲｃ１、点Ｂの電圧源ｅ２側の配線抵抗をＲｃ２とする。そして、Ｒ１’＝Ｒ１＋Ｒｃ１、Ｒ２’＝Ｒ２＋Ｒｃ２とした等価回路を図５に示す。Ｒ１’とＲ２’との並列合成抵抗Ｒ１２’は、
【００５０】
【数１０】
2008026927.tif 000012
【００５１】
であり、Ｒ１２’にかかる電圧Ｖ１は、
【００５２】
【数１１】
2008026927.tif 000013
【００５３】
となる。また、
【００５４】
【数１２】
2008026927.tif 000014
【００５５】
であるから、
【００５６】
【数１３】
2008026927.tif 000015
【００５７】
となる。従って、
【００５８】
【数１４】
2008026927.tif 000016
【００５９】
（６）式を（５）式で割って、
【００６０】
【数１５】
2008026927.tif 000017
【００６１】
これより、
【００６２】
【数１６】
2008026927.tif 000018
【００６３】
が得られる。配線抵抗Ｒｃ１，Ｒｃ２＜＜Ｒである。
【００６４】
（７）式に示すように、抵抗Ｒ１が小さい場合には、配線抵抗Ｒｃ１の抵抗値を無視できない。そのため、座標ｘは、（４）式で求める配線抵抗のない理想値からずれてくることが分かる。従って、配線抵抗が無視できない場合には、（７）′式を考慮して、（４）式を補正することにより、配線抵抗Ｒｃ１、Ｒｃ２を含むときの座標ｘを求めることができる。
【００６５】
以上のように、本実施の形態によれば、点Ｐのパネル１ａ上の座標を検出する際に、まずパネル１ａに設定する各座標軸を、電流観測点ＡおよびＢの２点を結んで形成する。そして、座標軸ｘの座標成分を、自身の座標軸上、すなわち座標軸ｘの両端にある２つの電流観測点ＡおよびＢに流れる電流ｉ１およびｉ２のみを用いて検出する。各電流観測点Ａ、Ｂに流れる電流ｉ１、ｉ２の大きさは、点Ｐと各電流観測点Ａ、Ｂとの距離に応じたものであり、点Ｐの座標軸ｘの成分が変化しても、点Ｐは座標軸ｘ方向には、両端にある２つの電流観測点ＡおよびＢの一方からは遠ざかり、他方へは近づくこととなるので、少なくとも一方の電流の大きさは十分なものとなる。従って、点Ｐの座標軸ｘの成分を精度よく求めることができる。
【００６６】
以上により、タッチパネル１では、パネル１ａ上の広範囲において精度よく座標検出を行うことができる。
【００６７】
また、本実施の形態によれば、指定点Ｐの座標軸ｘの成分は、抵抗膜のシート抵抗が面内で均一であるので、パネルの中心を指定とするときには、（４）式の分子がｉ１＝ｉ２となり０になるので、抵抗体のばらつきによらず安定であることが分かる。配線抵抗が無視できない場合も、配線抵抗Ｒｃ１，Ｒｃ２＜＜Ｒと設定すれば、（７）’式より誤差はＬ＊Ｒｃ１／ＲとなりＲｃ１＜＜Ｒであるからほとんど無視できる。これは、同じパネル１ａで原点が確定しやすいということだけでなく、パネル１ａを初めとするタッチパネル１の製造ばらつきによる差が吸収されることを意味する。すなわち、装置間で抵抗体抵抗や配線抵抗が生じても、中心の位置は安定する。従って、座標中心を同じ装置のみならず、装置間でも安定させることができる。
以上の計算式は非常に理想状態に近い近似式であるが、実測値を非常によく反映している。係数値の理想値との差異については、座標の判明している複数の点の電流値を測定することにより、容易に較正することができる。
（実施の形態２）
本発明の他の実施形態について図６ないし図１１に基づいて説明すると以下の通りである。
【００６８】
図６に、本実施の形態に係る座標検出装置であるタッチパネル２の構成を示す。タッチパネル２は、静電容量結合方式のタッチパネルであり、矩形状のパネル２ａを備えている。パネル２ａの端部の四隅にある電流観測点Ａ〜Ｄには、それぞれ、交流の電圧Ｖを発生する電圧源ｅ１〜ｅ４が接続されている。電圧源ｅ１〜ｅ４の電圧Ｖの大きさ、周波数、および位相は互いに等しい。
【００６９】
パネル１ａは、上述した図１２のパネル１０１ａと同様に、液晶表示装置、ＣＲＴ、有機ＥＬ表示装置、プラズマディスプレイパネルなどの表示デバイスの上面にガラス基板やフィルム基板が設けられた構造の上に、さらに面抵抗体として透明なＩＴＯ（インジウム錫酸化）膜、ＮＥＳＡ（酸化錫）膜などの抵抗膜が形成され周囲に抵抗膜を取り囲むように低抵抗抵抗体を配置し、さらに抵抗膜および低抵抗抵抗体の上面に、ＰＥＴ、ＴＡＣ、ガラスなどの保護フィルムを配置したものである。面抵抗体を形成するフィルム基板、ガラス基板は表示デバイスの前面基板と共通とすることも可能である。また、表示装置を使用しない場合は不透明なカーボン膜などの抵抗膜を使用することができる。また、本実施例では抵抗膜前面に保護フィルムを配しているが、保護フィルムは必須ではない。また、抵抗膜を形成するガラス基板もしくはフィルム基板を抵抗膜面を表示装置側にすることで、基板と保護層を兼用することも可能である。
【００７０】
実際の長方形状もしくは擬似長方形状の抵抗膜において、周辺部分では膜面が無限平面とみなせないため、周辺部分では電流分布に乱れが生じる。本発明はこの状態でも効果的に機能するが、周辺における電流分布の擾乱を緩和するため、図１０に示すように周辺に低抵抗抵抗体を配置することにより、抵抗膜端の影響を低減し、より効果的に、広範囲に高い精度で座標を検出することが可能となる。
本実施例では、抵抗膜の面抵抗値を約１ｋΩ／□とし、周辺の低抵抗抵抗体の抵抗率を約６Ω／□とした。
操作者は、パネル２ａに指で触れることにより点指定を行う。図６にはその指定点を指定点Ｐで示してある。点指定が行われることにより、パネル２ａと人体側とが静電容量結合する。図６では、人体側をインピーダンスＺで表している。これにより、パネル２ａの電流観測点Ａに電流ｉ１が流れ、電流観測点Ｂに電流ｉ２が流れ、電流観測点Ｃに電流Ｉ３が、電流観測点Ｄに電流Ｉ４が流れるようになる。さらに、電流ｉ１〜電流ｉ４の和の電流がインピーダンスＺに流れる。
【００７１】
本実施の形態では、図７に示すように、電流観測点である点Ａと点Ｃとを結んだ対角軸を座標軸ｄ１３、電流観測点である点Ｂと点Ｄとを結んだ対角軸を座標軸ｄ２４とする。まず、指定点Ｐの座標をまずこの２軸の座標として求める。次に、パネル２ａに便利な水平座標値ｘと垂直座標値ｙに上記２軸の座標を変換して求める。なお、座標軸ｄ１３、ｄ２４による原点は、パネル２ａの中心にあり、座標軸ｘ、ｙによる原点と一致している。また、座標軸ｄ１３では、電流観測点Ａから電流観測点Ｃに向かう向きが正であり、座標軸ｄ２４では、電流観測点Ｂから電流観測点Ｄに向かう向きが正である。座標軸ｘでは、辺ＡＤ側から辺ＢＣ側に向かう向きが正であり、座標軸ｙでは、辺ＡＢ側から辺ＤＣ側に向かう向きが正である。また、抵抗膜のシート抵抗は面内で均一である。
【００７２】
本発明によれば、図７に示すように、パネル２ａ上の点Ｐの座標ベクトルは、座標軸ｄ１３上の算出点ｐ１３の座標ベクトルと座標軸ｄ２４上の座標ベクトルのベクトル和として求めることができる。
【００７３】
すなわち、
図７に示すように、パネル２ａ上の２次元直交座標ｘ、ｙは座標軸ｄ１３、及び座標軸ｄ２４のそれぞれｘ成分、ｙ成分の和として求めることができる。
【００７４】
【数１７】
2008026927.tif 000019
【００７５】
となる。ただし、Ｋ１３、Ｋ２４は定数である。
【００７６】
座標ｘ、ｙは、ｐ１３、ｐ２４のそれぞれの水平成分の和と垂直成分の和とにより表される。パネル２ａを長方形とし、辺ＡＢおよび辺ＤＣの長さをＷｘ、辺ＡＤおよび辺ＢＣの長さをＷｙ、対角線ＡＣおよび対角線ＢＤの長さをＷｄとする。また、座標軸ｄ１３と座標軸ｘおよび座標軸ｄ２４と座標軸ｘとのなす角度をθ（０≦θ≦π／２）とする。このとき、
【００７７】
【数１８】
2008026927.tif 000020
【００７８】
ここで、抵抗膜の抵抗が面内で均一であるので、Ｋ１３＝Ｋ２４である。従って、
【００７９】
【数１９】
2008026927.tif 000021
【００８０】
となる。
【００８１】
一般には、
【００８２】
【数２０】
2008026927.tif 000022
【００８３】
と表すことができる。
これにより、長方形状、および擬似長方形状のパネルにおいて、２次元座標を精度よく求めることが可能となる。
【００８４】
次に、電流観測点Ａ〜Ｄがパネルの四隅にない場合の構成について説明を行う。
電流観測点は、パネルの四隅に接続されていなくてもよい。図８に示すタッチパネル３におけるパネル３ａは、パネル２ａと同じく長方形状のパネルであるが、電流観測点Ａ〜Ｄがパネル端部の四辺上の各中央近傍に分散配置されたものである。これに伴い、電圧源ｅ１〜ｅ４も当該電流観測点Ａ〜Ｄに接続されている。この場合、前記パネル２ａとまったく同様にして２次元直交座標系ｘおよびｙの座標を検出できる。本実施例では電流観測点Ｄと電流観測点Ｂとを結ぶ軸が座標軸ＢＤと、電流観測点Ａと電流観測点Ｃとを結ぶ軸が座標軸ＡＣとなる。この場合、座標軸ｘと座標軸ＡＣのなす角は０であり、座標軸ＢＤと座標軸ｘとのなす角度はπ／２であるため、座標軸ＡＣのｘ成分はＡＣの座標と等しく、座標軸ＢＤ上のｘ成分は０となる。このため座標軸ｘ上の指定点座標は座標軸ＡＣ上の検出座標と等しいため、電流観測点Ａおよび電流観測点Ｃの２点の座標のみでｘ軸上の座標値を検出可能である。同様に座標軸ｙの座標は座標軸ＢＤ上の検出値と等しいため、電流観測点Ｂおよび電流観測点Ｄの２点の電流のみでｙ軸上の座標値を検出可能である。このため、本構成のタッチパネルによれば、座標算出の構成を簡略化するという効果をえることができる。
【００８５】
また、本構成の座標検出装置においては、直行する２軸を画面中心にとっているため、面内の各所において座標軸から著しく離れた場所がなくなるため、精度が高くなるという効果を得ることができる。
次に、電流観測点のうち３点を用いて座標算出する場合の構成について説明を行う。
上述の図６を用い、本構成の座標検出装置について説明する。本構成によれば、図６上の座標観測点Ａ〜Ｄのうちの３点Ａ〜Ｃを用い、座標観測点Ａと座標観測点Ｂとを結ぶ座標軸と、座標観測点Ｂと座標観測点Ｃとを結ぶ座標軸とを本発明の座標算出方式の２軸として使用して座標を検出する。このように座標軸を設定しても、指定点Ｐの各座標軸成分は、４つの電流観測点の電流のうち各座標軸の両端の電流観測点に流れる電流のみを用いて求められるため、本発明の効果は失われない。このため、従来の方式に比して周辺まで精度よく座標を求めることができる。また、本構成においては、座標観測点Ｂを共通して使用するため座標検出に関与しない１つの電流観測点Ｄについては電流値の検出を行わずに済むため、電流検出が不要となり電流検出部及び座標検出部の構成が簡略化される。
【００８６】
また、本構成のタッチパネルのように一つの電流観測点を２軸で共有して使用し、３つの電流観測点の電流により指定点Ｐの座標を求める場合には、図９に示すタッチパネル４のように、パネル４ａの四隅のうちの１点、例えば頂点Ｄには電圧源を接続せず、残りの３つの電流観測点Ａ〜Ｃにのみ電圧源ｅ１〜ｅ３を接続して座標を求めることもできる。この場合、電流ｉ１、ｉ２、およびｉ３の和がインピーダンスＺに流れる。この構成によれば、頂点Ｄに流れる電流が電流観測点Ａ〜Ｃに按分されるため、電流観測点Ｄに電圧源を接続する場合よりは精度が低下するが、電圧源の数の減少など構成の簡略化、および電流検出の構成の簡略化、また、配線数が減少することによる狭額縁化が可能であるという効果を得ることができる。
次に電流検出部により検出された電流を座標算出手段としてＣＰＵ装置などの汎用の演算回路を用いて算出する方法について示す。
図１２に本構成のタッチパネルの電流検出回路および演算部のブロック図を示す。図１２の各電流検出回路の入力は、実施例２に示した矩形のタッチパネル装置の４つの各頂点に設けた電流観測点Ａ〜Ｄのそれぞれに接続されている。電流検出回路の出力は、Ａ／Ｄ変換回路を介して演算装置の入力端子に接続されている。電流観測点Ａ〜Ｄには共通の電圧源が接続され、これにより電流観測点Ａ〜Ｄに同電圧、同位相の電圧が印加される。操作者がタッチパネルに指を接し、座標を指定した場合、電流観測点Ａ〜Ｄに電流が流れる。それぞれの電流検出回路は、上記操作者のタッチパネル装置に対する座標指定により各座標観測点に生じた電流を増幅し、電流量に対応した電圧値に変換する。電流検出回路により出力された電圧値は、Ａ／Ｄ変換回路を使用して、電圧値に応じたデジタル値に変換され、演算装置の入力ポートに出力される。
演算装置は、マイクロプロセッサなどの汎用の演算装置を使用することができる。また、上記Ａ／Ｄ変換回路もマイクロプロセッサ内蔵の回路を使用してもよい。
操作者が指定した点の座標を演算装置が演算する手順について、図１３のフローチャートを使用して説明する。演算装置は、入力ポートのデータをサンプリングし、電流観測点Ａ〜Ｄの電流量に対応した値を得る（ステップＳ１００）。電流検出回路により、タッチパネル電流値は、定常電圧からの電圧差分に変換されている。演算装置は、最新のサンプリング値と定常電圧の差分をとって信号変化量を算出する（ステップＳ１０１）ことで、タッチパネル電流値に比例した値を得ることが可能である。定常電圧値は、固定値を使用してもよいが、回路のばらつきや温度等による変動を回避するため、随時更新することが望ましい。また、更新においてはノイズの影響やタッチ直前の変動を回避するため、複数回平均をおこなって決定することが望ましい。電源投入後の変動、温度による変動が少ない場合や使用時間が短い場合など、時間による変動が問題にならない場合には起動時のみ更新する方法でもよい。
操作者の座標指定により上記電流観測点に電流が流れると、電流値に対応して演算装置に入力される値が増大する。そこで、演算装置は、一定の閾値を設定し、差分値である信号変化量が当該閾値を越えたか否かを判定することでタッチがあったか否かを判定する（ステップＳ１０２）。
【００８７】
閾値の判定は、少なくとも１つの端子について行えばよいが、ノイズ等による誤判定を避けるため、複数個の端子について判定を行う事が望ましい。信号変化量が閾値を越えた場合には、本処理はステップＳ１０３に進む。一方、信号変化量が閾値を越えなかった場合には、本処理はステップＳ１０５に進む。
【００８８】
信号変化量が閾値を越えていた場合には、演算装置は、式（１４）および式(１５)を使用して座標を演算する（ステップＳ１０３）。その後、演算装置は、演算した座標を外部に出力する（ステップＳ１０４）。この後、本処理は、ステップＳ１００に戻る。
【００８９】
信号変換量が閾値を越えていない場合には、入力がない状態であるため、演算装置は、定常電圧値を更新する（ステップＳ１０５）。この後、本処理は、ステップＳ１００に戻る。
なお、本処理では信号変化量が閾値を超えていない場合は、必ず定常電圧値を更新しているが、毎回更新する必要はなく、間隔をあけたり、一定時間入力がない場合に更新するなどとしてもよい。
【００９０】
以上、各実施の形態について述べた。各実施の形態においては、パネルの点指定を行うものを操作者の指による接触としたが、これに限らず、導電性をもつスタイラスペンなど導電性を持つ指示具の接近あるいは接触による点指定が可能である。
また、指示具はペン形状だけでなく、面抵抗体の上面に距離をおいて導電膜を配し、指もしくはペン等の接触により、前記導電膜と前記面抵抗体が接触し、接触点を介し前記導電膜と前記面抵抗体の間に電流を流す形態によっても点指定を行うことが可能である。
また、接触以外の点指定でも、前述のＰＳＤ（半導体光位置検出装置）で示したように光の照射による点指定のように指定点の電荷移動により、指定点位置によって電流観測点に流れる電流が変化するような座標検出装置、座標検出方法であれば、本発明の範囲内に含まれる。また、座標検出装置の下部に表示装置を設置しない場合、抵抗膜は透明である必要はなく、カーボン膜のような遮光性の膜であってもよい。
【００９１】
また、パネルの形状は図１のように完全な矩形である必用はない。パネル周辺部の影響を避けるため、パネルの周辺を凹パラボラ上に歪曲させた擬似長方形のタッチパネルに対しても本発明は同様に適用可能である。また、同様にパネル周辺部の影響を避けるため、あるいは意匠上の要求により少なくとも１辺のパネル周辺部を歪曲させた擬似長方形のパネルに対しても本発明は同様に適用可能である。
【００９２】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、タッチセンサ、タッチパネル、タブレット、デジタイザ、ＰＳＤなどの座標検出装置、および座標検出装置を使用した座標算出方法に好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明の実施形態を示すものであり、タッチパネルの要部構成を示すブロック図である。
【図２】図１のタッチパネルの回路図である。
【図３】図２の回路図の等価回路図である。
【図４】図１のタッチパネルの他の回路図である。
【図５】図４の等価回路図である。
【図６】本発明の他の実施形態を示すものであり、タッチパネルの要部構成を示すブロック図である。
【図７】図６のタッチパネルのパネルに設定する座標軸を説明する図である。
【図８】図６のタッチパネルの第１の変形例の要部構成を示すブロック図である。
【図９】図６のタッチパネルの第２の変形例の要部構成を示すブロック図である。
【図１０】最外周に低抵抗膜が設けられたタッチパネルの構成を示す平面図である。
【図１１】従来技術を示すものであり、タッチパネルの要部構成を示すブロック図である。
【図１２】タッチパネルと座標算出手段を接続する一実施例を示すブロック図である。
【図１３】座標算出手段の演算フローを示すフロー図である。
【符号の説明】
【００９５】
１〜４        タッチパネル（座標検出装置）
１ａ〜４ａ    パネル
Ａ〜Ｄ        点（電流観測点）
ｉ１〜ｉ４    電流
Ｐ            点（指定点）
【図１】
2008026927.tif 000023
【図２】
2008026927.tif 000024
【図３】
2008026927.tif 000025
【図４】
2008026927.tif 000026
【図５】
2008026927.tif 000027
【図６】
2008026927.tif 000028
【図７】
2008026927.tif 000029
【図８】
2008026927.tif 000030
【図９】
2008026927.tif 000031
【図１０】
2008026927.tif 000032
【図１１】
2008026927.tif 000033
【図１２】
2008026927.tif 000034
【図１３】
2008026927.tif 000035