JPH0580011B2

JPH0580011B2 -

Info

Publication number: JPH0580011B2
Application number: JP2191608A
Authority: JP
Inventors: Debitsudo Miidozu Aaru; Jei Matsukoi Rojaa
Original assignee: Sony Tektronix Corp
Current assignee: Tektronix Japan Ltd
Priority date: 1989-07-20
Filing date: 1990-07-19
Publication date: 1993-11-05
Also published as: JPH0354624A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、電気容量性のフエースプレートを有
するタツチパネル・システムの位置測定装置、特
にスタイラスをフエースプレートに接触させた位
置を表すアドレス信号を発生するタツチパネル・
システムの位置測定装置に関する。

［従来の技術］タツチパネル・システムは、操作者が画面上に
表示される情報と対話できるデータ入力装置であ
る。例えば、画面上の特定の場所に触れることに
より、表示画面の異なる場所に表示された複数の
コンピユータ・コマンド機能の一つを選択でき
る。タツチパネル・システムは、接触した位置を
表すアドレス信号を発生する位置測定装置を備え
ている。アドレス信号はコンピユータに送られ、
コンピユータはアドレス信号に基づきコマンド選
択項目のうちどれが選択されたかを判断する。操
作者が表示画面に触れるために使用する物はスタ
イラスと呼ばれ、例えば、操作者の指、ペン、又
は鉛筆がそれに相当する。

容量検出式タツチパネル・システムは、通常、
外側主要面上に光学的に透明で、予め選択した抵
抗率の導電膜を形成したフエースプレートを備え
ている。このフエースプレートは、操作者が画面
に表示された情報と並んだ位置の導電膜に触れら
れるように、表示装置の画面の前に配置される。

操作者は、接地電位に対してゼロではなく、有
限の電気容量を持つたスタイラスで導電膜に触れ
る。スタイラスは、容量性膜に供給される振幅変
調位置測定信号の特性を変化させる。この様なタ
ツチパネル・システムでは、位置測定信号の特性
の変化に応じて、スタイラスが触れた位置をフエ
ースプレート上の他の位置から区別できる。

［発明が解決しようとする課題］フエースプレート上の導電膜により、容量性タ
ツチパネル・システムは、少なくとも２つの欠点
をもつ。１つは、導電膜は、表示システムが発生
する電磁ノイズ（例えば、陰極線管の帰線パル
ス）又はその環境下に存在するノイズ（例えば、
60Hzバツクグランド・ノイズ）を受け取り易いこ
とである。この様なノイズに対する感受性によ
り、接触位置の判断が困難になる。もう一つは、
導電性膜が、タツチパネル・システムに、位置測
定信号の周波数で電磁干渉を引き起こすことであ
る。その結果、通常、タツチパネル・システム
は、多量の電磁ノイズを発生する。

したがつて、本発明の目的は、タツチパネル・
システムの位置測定装置の提供にある。

本発明の他の目的は、電磁ノイズに対する感受
性を低減するタツチパネル・システムの位置測定
装置の提供にある。

本発明の他の目的は、いずれか特定の測定周波
数の電磁ノイズの発生量を減少させるタツチパネ
ル・システムの位置測定装置の提供にある。

［問題を解決するための手段及び作用］本発明は、容量性スタイラスで接触したタツチ
パネル位置を表すアドレス信号を発生するタツチ
パネル・システムの位置測定装置である。好適な
実施例では、タツチパネル・システムは、導電層
が形成されたフエースプレートを含む。この導電
層は、一様な抵抗率を持ち、フエースプレートの
外側主面全体を覆い、４個の棒状電極を支持す
る。棒状電極の各々は、フエースプレートの外側
主面の各側端部の近傍で、その側端部の長さと略
同じ長さだけで延びて配置されている。棒状電極
は、フエースプレート上の直交する軸を決める２
対の対向する電気接点を形成している。各棒状電
極は、導電膜及び接触位置測定回路に電気的に接
続されている。

位置測定装置は、十分にランダム即ち不規則に
周波数が変化する振幅変調測定信号を発生する測
定信号源を含む。測定信号は、各棒電極の同時に
供給される。この位置測定装置は、各電極からス
タイラスに流れる測定信号電流を測定することに
より、スタイラスが接触したフエースプレート上
の位置を割り出す。各電極を流れる電流は、電極
と、スタイラスがフエースプレートに接触した位
置との間隔に反比例する。４個の電極に関して得
た電流測定値をマイクロプロセツサで分析し、ス
タイラスの接触位置を割り出す。

接触位置は、棒状電極の各々に対して別々に割
り出される。次に、棒状電極の１つについての位
置認識を説明する。この説明は、他の残りの３個
の電極についての同様に適用できる。

信号源は、変圧器の１次コイルを介して棒状電
極に測定信号を送る。変圧器は、２次コイルの出
力端子間にスタイラスが棒状電極を介して引き出
した電流に比例する電位差を生じさせる。第１及
び第２入力端を有する差動増幅器は、変圧器の２
次コイルの出力端子に接続される。差動増幅器
は、この電位差を受け取り、電流に比例した正及
び負の差動出力信号を発生する。変圧器は、差動
増幅器と協動し、電極を介して引き出される電流
を測定する電流測定器として働く。

ロツクイン型信号復調器は、正及び負の差動出
力信号を復調するための基準信号として、同一の
不規則周波数測定信号を使用する。信号復調器に
接続された低減通過フイルタは、復調された信号
から、棒電極を介して引き出される電流の平均振
幅値に相当する十分安定した状態のアドレス信号
を生成する。

本発明の位置測定装置は、信号復調器及び低減
通過フイルタのロツクイン特性により、電磁ノイ
ズに対する感受性を低減させている。更に、本発
明の位置測定装置は、位置測定信号の不規則周波
数の帯域全体にわたる電磁ノイズを発生する。そ
の結果、位置測定装置は、１つの特定の測定信号
周波数の電磁ノイズの量を減少させる。

本発明は、所定抵抗率を有する透明な導電層が
一様に形成された表示面と、基準電位源に接続さ
れたスタイラスとの接触位置を認識するタツチパ
ネル・システムの位置測定装置であつて、周波数
が不規則に継続的に変化する所定振幅の位置測定
信号を発生する信号発生手段と、表示面上に間隔
を置いて対向して配置され、信号発生手段からの
位置測定信号が各々に供給される少なくとも１対
の電極と、各電極を流れる電流の値を測定する電
流測定手段とを備え、電流測定手段で得た各電流
値から接触位置を測定することを特徴とする。

［実施例］第１図は、タツチパネル・システム１０及びそ
れに関連する本発明の位置測定装置１２を示す。
タツチパネル・システム１０は、例えば、陰極線
管（以下CRTという）を組み込んだ表示器１８
の画面１６と対向して配置された光学的に透明な
フエースプレート１４を含む。表示器１８は、
CRTの代わりに液晶表示器、又は数値キーパツ
ドの様な固定情報を表示するサインボードであつ
てもよい。

フエースプレート１４は、その外側主面２２の
略全体を覆う光学的に透明で、導電性の層２０を
含む。層２０は、酸化インジウム錫（ITO）で形
成され、一様な抵抗率を持つている。フエースプ
レート１４は、通常、四角形であり、主面２２に
は、対向する第１の側端部対２６及び３０と、対
向する第２の側端部対２８及び３２とを有する。

棒状又は細い短冊状の電極３６，３８，４０及
び４２は、夫々側端部２６，２８，３０及び３２
の長さ方向に沿つて配置される。電極３６及び４
０と、電極３８及び４２とは、２対の対向する電
気接点を形成し、その長さ方向に沿つて導電層２
０に電気的に接続される。電極３６及び４０は、
フエースプレート１４上で電極３６の下端付近に
位置設定された原点４４を持つＸ軸の範囲を限定
する。一方、電極３８及び４２は、フエースプレ
ート１４上で電極３８の左端付近に位置設定され
た原点４４を持つＹ軸の範囲を限定する。

層２０の抵抗率により、フエースプレート１４
上のＸ軸及びＹ軸の方向夫々における有効総抵抗
値R_X及びR_Yが決まる。位置測定装置１２は、例
えば、人間の指の様な容量性スタイラス４８（第
２図参照）と接触したフエースプレート１４上の
位置４６を割り出す。（位置４６を、接触位置４
６という）スタイラス４８は、接地電位に対して
並列に電気的に接続されたコンデンサ５０及び抵
抗器５２としてモデル化できる。コンデンサ５０
の電気容量は、５〜数百pFであり、抵抗器５２
の抵抗値は、有効な任意の値である。位置測定装
置１２は、接触位置４６と、電極３６，３８，４
０及び４２の各々との間隔を測定することによ
り、接触位置４６を割り出す。

位置測定装置１２は、４個の同様の位置測定補
助回路５４ａ，５４ｂ，５４ｃ及び５４ｄを含
む。これらの位置測定補助回路は、夫々電極３
６，３８，４０及び４２に電気的に接続され、接
触位置４６及び電極間の間隔を表すアドレス信号
を発生する。補助回路５４ａ〜５４ｄは、好適に
同時には動作、即ち並行して動作し、アドレス信
号を発生する。位置検出補助回路５４ａ〜５４ｄ
に対応する構成要素は、ａ〜ｄの文字サフイツク
スを伴う同一番号で示す。次の説明は、位置測定
補助回路５４ａのみについて行うが、他の位置測
定補助回路５４ｂ〜５４ｄについても同様であ
る。

位置測定信号源５６は、バイポーラ連続矩形波
測定信号を発生し、出力フイルタ６０の入力端５
８に送る。測定信号は、十分に不規則に変化する
周波数で正電圧＋Ｖ及び負電圧−Ｖの間を交番す
る。好適な実施例では、マイクロプロセツサ６２
は、測定信号源５６の入力端６４に供給される擬
似ランダム数信号を発生する擬似ランダム数発生
器として働く。擬似ランダム数信号に応答して、
測定信号源５６は、擬似ランダム数の値に応じた
150〜250kHzの周波数の測定信号を発生する。マ
イクロプロセツサ６２は、周波数約50kHzで擬似
ランダム数を発生する。

出力フイルタ６０は、好適には低域通過フイル
タであり、出力抵抗器６６と協動して、2Kオー
ムの出力インピーダンスを生成する。この出力イ
ンピーダンスは、後述する後に、電極３６〜４２
の信号の信号対雑音比（以下Ｓ／Ｎ比という）の
均一性を改善するように働く。出力フイルタ６０
は、矩形波測定信号を変圧器７０ａの一次コイル
６８ａを介して電極３６に送る。一次コイル６８
ａは、その正端子７２ａ及び負端子７４ａが、電
極３６及びフイルタ６０の出力抵抗器６６に夫々
電気的に接続されるように配置される。

第１図及び第２図を参照すると、接触位置４６
と接触したスタイラス４８は、抵抗値R_Xを第１
抵抗値kxRx及び第２抵抗値（１−kx）Rxに分
割する。ここで、kxは接触位置４６及び電極３
６間の距離７６ａを示す。第１抵抗値は、接触位
置４６及び電極３６間の層２０の抵抗値を表し、
第２抵抗値は、接触位置４６及び電極４０間の層
２０の抵抗値を表す。層２０と接触したスタイラ
ス４８は、測定信号に比例した電流を接地電位に
流す。位置測定補助回路５４ａ及び５４ｃは、第
１及び第２抵抗値の２つの抵抗器を介して接地電
位に流れる電流を測定することで、Ｘ軸に沿つた
接触位置４６を割り出すことができる。

位置測定補助回路５４ａに関しては、変圧器７
０ａ、一次コイル６８ａに誘電的に結合された２
つの２次コイル７８ａ及び８０ａを含む。２次コ
イル７８ａの正端子８２ａ及び負端子８４ａは、
夫々差動増幅器８８ａの反転入力端子８６ａ及び
接地電位に電気的に接続される。一方、２次コイ
ル８０ａの負端子９２ａ及び正端子９４ａは、
夫々差動増幅器８８ａの非反転入力端子９６ａ及
び接地電位に電気的に接続される。差動増幅器８
８ａは、差動入力、差動出力モードで動作する。

第１抵抗値の抵抗器を介して接地電位に流れる
電流は、１次コイル６８ａを流れる。この電流は
２次コイル７８ａ及び８０ａ内に電流Iaを誘導
し、この電流は正端子８２ａ、負端子９２ａ、及
びこれらの端子間に接続された22オームの抵抗器
９８ａを流れる。電流Iaは、接触位置４６にスタ
イラス４８が存在することにより電極３６を流れ
る電流に比例した電位差を抵抗器９８ａの両端に
生じさせる。この電位差は、差動増幅器８８ａの
入力端８６ａ及び９６ａに供給される。差動増幅
器８８ａは、正出力端子１０６ａ及び負出力端子
１０８ａに電極３６を流れる電流に対応する正及
び負差動出力信号を夫々発生する。差動出力信号
は、十分に不規則な測定信号周波数で変調され、
差動出力信号の振幅は接触位置４６及び電極３６
間の距離に反比例する。

出力端子１０６ａ及び１０８ａは、正及び負の
差動出力信号を単極双投復調スイツチ１１４ａの
異なる入力端子に送る。この双投復調スイツチ
は、スイツチング制御入力端子１１６ａに、測定
信号源６２により発生された不規則測定信号を基
準信号として受け取る。スイツチ１１４ａは、測
定信号の電圧レベル＋Ｖ及び−Ｖの期間に、夫々
正及び負差動出力信号を出力端子１１８ａに送る
ことにより、復調された出力信号を発生する。そ
の結果、差動増幅器８８ａ及びスイツチ１１４ａ
は協動して“ロツクイン”増幅器として機能し、
この増幅器は測定信号の周波数に固定され、差動
出力信号を一貫して復調する。復調された出力信
号は、比較的ノイズが低い、十分に安定した状態
のアドレス信号となる。このアドレス信号は、電
極３６を流れる電流の振幅の平均値に相当し、接
触位置４６及び電極３６間の距離７６ａを表し、
スタイラス４８のコンデンサ５０及び抵抗器５２
の相対インピーダンスとは実質的に独立してい
る。

復調スイツチ１１４ａは、その出力端子の安定
状態アドレス信号を、3dB遮断周波数3.3kHzの第
１低域フイルタ１２４ａに供給する。低域通過フ
イルタ１２４ａの遮断周波数は、このフイルタで
ろ波された十分な振幅のアドレス信号を自動利得
制御回路１２６に迅速に送れるように、選択され
る。利得制御回路１２６は、ダイオード１２８
ａ，１２８ｂ，１２８ｃ及び１２８ｄを含み、こ
れらのダイオードのアノード１３０ａ，１３０
ｂ，１３０ｃ及び１３０ｄに、夫々位置測定補助
回路５４ａ，５４ｂ，５４ｃ及び５４ｄが発生す
る測定信号が供給される。ダイオード１２８ａ，
１２８ｂ，１２８ｃ及び１２８ｄの夫々のカソー
ド１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ及び１３２ｄ
は、利得正規化回路段１３４に電気的に接続さ
れ、補助回路５４ａ及び５４ｂが発生する最も電
圧振幅が大きいアドレス信号の１つを供給する。
正規化回路段１３４は、１つの測定信号に関する
アドレス信号の処理を自動的に正規化する。

フイルタ１２４ａは、更にアドレス信号を、
3dB周波数が100Hzである第２低域通過フイルタ
１３６ａに供給し、アドレス信号のＳ／Ｎ比を最
適化する。フイルタ１２４ａ及び１３６ａは協動
し、電磁波又はシステムの操作者によりタツチパ
ネル・システム１０に誘導された非コヒーレン
ト・ノイズ信号を除去する。フイルタ１３６ａ
は、４入力−１出力アナログ・マルチプレクサ１
４０の入力端子１３８ａにアドレス信号を供給す
る。マルチプレクサ１４０は、補助回路５４ａ〜
５４ｄにより発生されたアドレス信号を直列形式
でアナログ・デジタル変換器１４２に送る。マイ
クロプロセツサ６２は、アナログ・デジタル変換
器１４２から、デジタル・アドレス信号を受け取
り、この信号に応答して、接触位置４６のＸ及び
Ｙ座標を発生する。

表示器１８のCRTは、画面１６上をラスタ・
パターンで電子ビームを走査することにより、画
像を形成する。この様な画像は、約200〜2000本
の水平走査ラインを含み、20〜90Hzの周波数で呼
び出される画像フレームで形成される。走査電子
ビームのビーム電流は、表示される画像を表す情
報を持つビデオ信号の振幅に従つて変化する。ま
た、ビデオ信号は、連続する水平走査ラインの
各々の終了時に、電子ビームを走査開始点に戻す
フライバツク・パルス即ち帰線パルスを、各水平
走査ライン毎に含んでいる。帰線パルスは、水平
走査ラインに対して１対１の関係にあり、したが
つて、約15〜200kHzの関係で発生する。

タツチパネル・システム１０の導電層２０の表
面積は、例えば、1100cmと比較的に広く、この導
電層２０はコンデンサとして働く。それため、ビ
デオ信号中の帰線パルスは、容量的に層２０に導
かれ、測定システム１２に大振幅のノイズ信号を
誘発させる。例えば、帰線パルスに関連するノイ
ズ信号は、導電層２０上の測定信号の振幅の最高
約100倍の電圧振幅であることもある。

位置測定装置１２は、測定信号周波数の不規則
変化及び位置測定補助回路５４ａ〜５４ｄのロツ
ク・イン特性の協動作用により、接触位置４６の
位置を決定できる。特に、他の電磁ノイズ源と同
様に帰線パルスに関連するノイズ信号は、不規則
測定信号と非コヒーレントである。したがつて、
低域通過フイルタ１２４ａ〜１２４ｄ及び１３６
ａ〜１３６ｄは、補助回路５４ａ〜５４ｄのロツ
ク・イン特性と協動して、ノイズ信号を減衰さ
せ、接触位置４６の検出ができる。

本発明の特徴は、測定信号周波数が十分に不規
則に継続的に変化することにより、位置測定装置
１２により各周波数で発生される電磁ノイズの振
幅が減少することである。特に、測定信号周波数
は、150〜250kHzの帯域幅の範囲で変化するの
で、測定信号により発生される電磁ノイズも、同
一の帯域に分配される。その結果、位置測定装置
１２により発生される電磁ノイズは、比較的に低
振幅となり、位置測定装置１２により生ずる電磁
干渉は減少する。

マイクロプロセツサ６２が、接触位置４６のＸ
軸の値を認識する方法を以下に説明する。測定補
助回路５４ａ及び５４ｃで発生した復調されたア
ドレス信号は、電極３６及び４０を夫々流れる電
流に夫々比例したDC電圧V1及びV2である。距
離７６ａ（第２図参照）及び変数Ｘにより表され
るＸ軸上の接触位置４６の位置に関して、マイク
ロプロセツサ１４４は、Ｘ座標を次式で示す。

Ｘ＝V1／（V1＋V2）マイクロプロセツサ６２は、補助回路５４ｂ及
び５４ｄで発生した復調されたアドレス信号につ
いて同様の式を使用し、接触位置４６のＹ座標も
求める。

接触位置４６のＸ及びＹ座標の両方を認識する
ために、マイクロプロセツサ６２は、特定の測定
信号振幅に対応するＸ及びＹ軸座標をリストした
ルツクアツプ・テーブルを記憶したメモリ１４６
と通信する。ルツクアツプ・テーブルは、導電層
の抵抗率の不規則性を吸収するように、各タツチ
パネル・システムに対して作成されている。

タツチパネル・システム１０は、低電力で動作
する堅固な構造を持つ。タツチパネル・システム
１０の構造は、導電層２０と接触する電極数を制
限したことと、変圧器の固有の頑丈さにより、堅
固にすることができる。、スタイラスで接触しな
ければ、導電層２０では殆ど電力が消費されない
ので、システム１０は低電力で動作する。

第３図を参照すると、測定信号源５６は、入力
端子６４に接続されたデジタル・アナログ変換器
（以下、“DAC”という）１５０を有し、マイク
ロプロセツサ６２が発生した擬似ランダム数信号
を受け取る。擬似ランダム数信号に応答して、
DAC１５０は擬似ランダム数の値に相当する振
幅の制御電圧を発生する。制御電圧は、電圧制御
発振器１５４の制御入力端子１５２に供給され
る。電圧制御発振器１５４は、制御電圧に応じ
て、制御電圧の振幅に応じた周波数の測定信号を
発生する。したがつて、DAC１５０及び電圧制
御発振器１５４は、マイクロプロセツサ６２と協
動して、不規則に継続的に変化する周波数の測定
信号を発生する。

第１図において、フイルタ６０の出力抵抗器６
６が、測定補助回路５４ａ〜５４ｄに供給される
信号のＳ／Ｎ比の均一性を改善するように機能す
る手段を、出力抵抗器６６を使用していない例示
的システムを参照して説明する。操作者が例示的
システムのフエースプレート上の第１軸に沿つた
位置を示す１つの電極に密接した場所に接触する
と、フエースプレートから人体を流れる電流の殆
どは、この電極から導出される。この状態で、第
２軸の位置を示す電極からは電流は殆ど流れな
い。したがつて、第１軸の位置を示す信号のＳ／
Ｎ比の大きさは、直交する軸に沿つた位置を示す
信号のＳ／Ｎ比の大きさよりも、最高1000倍まで
大きくなることがある。このＳ／Ｎ比の範囲は、
位置測定装置のダイナミツク・レンジ性能に対
し、動作上の最大の制約となる。

フイルタ６０の出力抵抗器６６は、スタイラス
４８が電流を流す電極３６〜４２の各々にゼロで
ない抵抗値を持たせることができるので、測定補
助回路５４ａ〜５４ｄに供給される信号のＳ／Ｎ
比の均一性を改善する。この結果、電極３６〜４
２を流れる電流は互いに同等の大きさであり、通
常、１桁以下の大きさの違いに抑えられる。した
がつて、抵抗器６６は、自動ゲイン制御器として
働き、補助回路５４ａ〜５４ｄが必要とするダイ
ナミツク・レンジを大幅に減少させ、システムの
操作者が信号源５６を組み込むことができるよう
にする。

本発明の好適な実施例について説明したが、本
発明の要旨を逸脱することなく、種々の変更が可
能であることは、当業者には明かである。例え
ば、擬似ランダム周波数の測定信号は、帰還シフ
ト・レジスタ又はアナログ・ノイズ発生器により
発生される擬似ランダム数に応じて発生してもよ
い。

［発明の効果］上述の様に、本発明のタツチパネル・システム
の位置測定装置では、接触位置に応じた電流値を
測定するために、表示面上の電極に供給する位置
信号として、周波数が不規則に継続的に変化する
所定振幅の信号を使用しているので、位置測定信
号により発生される電磁ノイズは、位置測定信号
と同じ帯域に分配されて比較的に低振幅となる。
これにより、位置測定信号により生ずる電磁干渉
が減少する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるタツチパネル・システム
に位置測定装置を示すブロツク図、第２図は第１
図に示すタツチパネル・システムのフエースプレ
ートの正面拡大図、第３図は第１図の装置内で使
用する測定信号源を示すブロツク図である。図中において、１４は表示面、２０は導電層、
３６〜４２は電極、５４ａ〜５４ｄ及び７０ａ〜
７０ｄは電流測定手段、５６は信号発生手段であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１所定抵抗率を有する透明な導電層が一様に形
成された表示面と、基準電位源に接続されたスタ
イラスとの接触位置を認識するタツチパネル・シ
ステムの位置測定装置であつて、周波数が不規則に継続的に変化する所定振幅の
位置測定信号を発生する信号発生手段と、上記表示面上に間隔を置いて対向して配置さ
れ、上記信号発生手段からの上記位置測定信号が
各々に供給される少なくとも１対の電極と、各電極を流れる電流の値を測定する電流測定手
段とを具え、該電流測定手段で得た各電流値から上記接触位
置を測定することを特徴とするタツチパネル・シ
ステムの位置測定装置。