座標入力システム
【課題】 従来の座標入力パネルにおいては、長方形を除く多角形の座標入力領域入力パネルに対して、簡易な式で正確な指示座標を計算したり、凹部を持つ多角形の座標入力領域入力パネルに対して指示座標を計算したりすることができなかった。
【解決手段】 単連結である面抵抗体の周囲又は内部に、各辺が直線である多角形（長方形を除く）の抵抗性周囲電極を設け、多角形の各頂点に検出電極もしくは駆動電極を設定することによって、簡単な積和計算の組み合わせを用いて指示位置の座標を計算することができる。
【解決手段】 単連結である面抵抗体の周囲又は内部に、各辺が直線である多角形（長方形を除く）の抵抗性周囲電極を設け、多角形の各頂点に検出電極もしくは駆動電極を設定することによって、簡単な積和計算の組み合わせを用いて指示位置の座標を計算することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指または座標指示器により指示した位置を検出する座標入力システム、特に長方形（正方形を含む）以外の多角形形状をした座標入力領域を有する座標入力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は従来の長方形（正方形を含む）の座標入力領域を有する座標入力システムの入力パネルであり、均一な面抵抗体１に、面抵抗体１を取り囲む抵抗性周囲電極２を配設しており、４頂点に検出電極３、４、５、及び６を備えている。該検出電極３、４、５、及び６は、前記抵抗性周囲電極２と電気的に接続されている。
上記座標入力システムの座標検出方法として、入力パネルが受信側であるような、座標指示器（以下入力ペンとする）から信号を発信し、静電容量結合もしくは直接の接触を介して、面抵抗体１が、入力ペンから発信された信号を受信する方法、更には面抵抗体全体を電圧振動させて、指又は導電物で指示した点の位置を入力パネル側で検出する方法、及び、信号伝達の方向がこれと逆であって、入力パネルが発信側であるような、面抵抗体１の各部を信号駆動し、入力ペンで受信する方法がある。
入力パネルが受信側である場合は、面抵抗体１の一点に出入りする電流の、４頂点（３、４、５、及び６）へ配分される電流値を計測するものが知られている（特開２０００−１３２３１９号公報（特許文献１）参照）。一方、入力パネルが発信側である場合は、面抵抗体１に、検出電極３、４、５、及び６を通じて外部から電位勾配を与え、入力ペンによって指示座標点の電圧レベルを検出するものが知られている。指や入力ペンで指示した位置の座標は、面抵抗体１に出入りする電流の４頂点への配分値、もしくは４頂点を駆動した際に入力ペンで計測した電圧を用いて、計算される。
【０００３】
長方形以外の多角形の座標入力領域を有する座標入力システムの入力パネルについては、特開２００５−１２８８１９号（特許文献２）に、４の倍数の辺を有する多角形のパネルにおいて、入力座標を算出できるタッチパネルが開示されている。しかし、特許文献２は、位置座標を、予め設定してある計測値と位置座標との関係を表した相関テーブルに基づいて算出するものであり、指の指示位置を離散的に求めるものである。従って、パネル上で指を滑らせるような操作をするには不向きである。また、分解能及び精度を上げるにはより多くのメモリを必要とする上に、同じ理由でパネルを大型化するのにも向かない。更に、そもそもパネル形状に関して、４の倍数の辺を有するという制限がある。
【０００４】
また、特許３８２１００２号（特許文献３）に、座標入力領域外周部に設置された２つの電極間で計測した電圧から指示位置を計算するタッチパネル装置が開示されている。座標入力領域が三角形である場合は隣り合う辺を２つの電極とし、座標入力領域が四角形以上の多角形の場合は、３つ以上の座標軸を設定して、座標軸の両端に位置する座標入力領域外周部に設置された２つの電極を用いることでその座標軸における座標を計算できるとしている。しかし、これら２つの電極は、必ずしも正対する辺に設けられた電極同士である必要はないものの、正対する辺同士を選ぶことが望ましいとあり、長方形以外の多角形の場合、常に正確な座標を得られるとは期待できない。特に、例えば略Ｃの字型のような形状の多角形の座標入力領域を想定した場合、正対に近い関係の２つの電極を選択できない座標軸が存在するが、そのような場合の座標軸の設定方法及び座標計算方法は開示されていない。更に、特に長方形以外の多角形の場合、それぞれの座標軸に関して求めた値を（ｘ，ｙ）座標に変換するには、座標軸に直交する直線を求めたり、直線同士の交点を求めたりしなくてはならず、計算が煩雑となる。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３２３１９号
【特許文献２】特開２００５−１２８８１９号
【特許文献３】特許３８２１００２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、単連結で各辺が直線であるような多角形の座標入力領域であれば、形状や辺の数に関する制限は一切なく、簡単な数式によって指や入力ペンの指示位置の座標を計算することができ、また座標入力領域が大きくなっても、頂点の数が変わらなければ座標計算にかかる時間が変わらないような計算方式を持つ座標入力システム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】
【０００７】
本発明は、単連結である面抵抗体の周囲又は内部に、各辺が直線であるＮ角形（長方形を除く）の抵抗性周囲電極を、全ての辺が面抵抗体と電気的に接触する様に設けると共に、該抵抗性周囲電極の内部を座標入力領域とする座標入力システムであって、前記座標入力領域を指又は信号発信機能を持つ座標指示器で指示したときに、前記抵抗性周囲電極のＮ個の頂点に流れる電流を計測する電流計測手段と、前記Ｎ個の頂点に流れる電流値から前記指又は座標指示器で指示した前記座標入力領域の位置を計算する座標計算手段とを持ち、該座標計算手段は、前記Ｎ角形の座標入力領域上の直交座標系（ｘ，ｙ）において、前記指又は信号発生機能を持つ座標指示器で指示した座標（Ｘ，Ｙ）を、前記Ｎ角形の抵抗性周囲電極のＮ個の頂点の座標（ｘｊ，ｙｊ）（ｊ＝１，．．．，Ｎ）、前記Ｎ個の頂点に流れる電流値ｉｊ（ｊ＝１，．．．，Ｎ）を用いて、数式１によって計算することを特徴とする座標入力システムを第１の要旨とし、単連結である面抵抗体の周囲又は内部に、各辺が直線であるＮ角形（長方形を除く）の抵抗性周囲電極を設けると共に、該抵抗性周囲電極の内部を座標入力領域とする座標入力システムであって、前記座標入力領域を座標指示器で指示したときに、前記抵抗性周囲電極のＮ個の頂点のうち任意の１個の頂点を駆動し残りの（Ｎ−１）個の頂点を接地した際の座標指示器の位置の電圧を計測する電圧計測手段と、前記Ｎ個の頂点のうち任意の１個の頂点を順次駆動したときに計測した電圧から前記座標指示器で指示した前記面抵抗体の位置を計算する座標計算手段とを持ち、該座標計算手段は、前記Ｎ角形の座標入力領域上の直交座標系（ｘ，ｙ）において、前記座標指示器で指示した座標（Ｘ，Ｙ）を、前記Ｎ角形の抵抗性周囲電極のＮ個の頂点の座標（ｘｊ，ｙｊ）（ｊ＝１，．．．，Ｎ）、前記Ｎ個の頂点のうち任意の１個の頂点ｊを順次駆動した際に計測した電圧値ｖｊ（ｊ＝１，．．．，Ｎ）を用いて、数式２によって計算することを特徴とする座標入力システムを第２の要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る座標入力システムにおいては、単連結である面抵抗体の周囲又は内部に、各辺が直線であるような多角形の抵抗性周囲電極を設け、各頂点に検出電極もしくは駆動電極を設けることによって、簡単な計算式で、抵抗性周囲電極内部の座標入力領域における入力ペンや指の指示位置の座標を計算することができる。凸多角形に限らず、凹部を持つ多角形でも構わないため、任意の多角形形状の座標入力領域を１つの入力パネルで実現することができ、携帯電話などの電子機器の入力部を変わった形状にしたり、長方形でないテーブルの天板を入力座標領域にするなど、座標入力システムの応用範囲を広げることができる。
【０００９】
座標入力領域が大きくなっても、頂点の数が同じならば、駆動及び検出回路、また座標計算のためのソフトウエアの規模や計算時間は変わらないため、大型化に際しても容易に対応することができる。
【００１０】
また、座標計算が基本的に積和計算の組み合わせであり、複雑な演算が不要であるため、資源の少ない低速なプロセッサを使っても実用的に座標計算を行うことができる。一方で、頂点の数が多い、複雑な形状をした座標入力領域に対して、高速に座標計算をする必要がある場合には、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）のような、積和演算機能を持つハードウエアと相性のよい計算方式になっているため、より簡易なプログラムによって高速に座標を計算させるようにすることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面に従って、本発明に係る座標入力システムの好ましい実施の形態について詳説する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態になる座標入力システムの一例を示す構成図であり、入力パネルが受信側である場合である。指１１が入力パネル１２の座標入力領域１３内で指示した位置（Ｘ，Ｙ座標）を検出する座標入力システムの構成図である。面抵抗体１４は、透明なガラス、樹脂、または不透明な絶縁基材の片面に塗布、蒸着等により均一に形成したものである。面抵抗体１４の表面は、指１１が面抵抗体１４に直接触れない様に絶縁処理することによって、指１１と面抵抗体１４との静電容量結合による信号伝達をさせるようにしてもよいし、絶縁処理せず、指１１と面抵抗体１４の直接的な電気的接触による信号伝達をさせるようにしてもよい。ここでは、面抵抗体１４の表面に絶縁処理をした場合を説明する。均一な面抵抗体１４の周囲又は内部に、各辺が直線であるＮ角形の抵抗性周囲電極１５を密着配設し、抵抗性周囲電極１５の内部を座標入力領域１３とする（図１には５角形の例を示す）。抵抗性周囲電極１５上において、多角形の座標入力領域１３の各頂点に当たる位置を検出電極１６〜２０とし、そこにそれぞれ１本ずつ引き出し線２１〜２５を接続する。引き出し線２１〜２５を、アナログ信号処理部２６内の振動電圧印加回路２７に接続する。
【００１２】
座標を検出する際、ＡＣ信号源としての振動電圧発生器２８は、振動電圧印加回路２７に振動電圧を与え、振動電圧印加回路２７は、対応する検出電極１６〜２０を、低インピーダンスで電圧振動させ、且つ、アナログマルチプレクサ２９に検出電極から流入した電流を出力する。簡単な例としては、トランジスタのベースをＡＣ信号で振動させ、エミッタを検出電極と接続して、コレクタから電流出力するものがある。
【００１３】
ＡＣ信号源としての振動電圧発生器２８によって、面抵抗体１４は、全面が電圧振動する。人体は、従来から知られているように、ＡＣ信号に対して接地効果を持っており、人体の指１１が面抵抗体１４に接触または近接すると、静電容量結合により、指先を通して面抵抗体１４との間にＡＣ信号電流が流れる。検出電極１６〜２０は、アナログマルチプレクサ２９を通してＡ／Ｄコンバータ（アナログ／デジタル変換器）２９に接続しており、各検出電極に流れる電流に比例した電圧がＡ／Ｄコンバータ３０に印加されるため、指先から面抵抗体１４を通して流れ、検出電極１６〜２０へ配分される電流値を、電圧値としてデジタル値で得ることができる。ＣＰＵ３１は、アナログマルチプレクサ２９を順番に切り替え（図示せず）、Ａ／Ｄコンバータ３０が出力するデジタル値を入力し、後述するような方法で、指１１や入力ペンの指示位置の座標を計算する。ＣＰＵ３１は計算した座標を出力し、座標は後段の装置によって利用される。
また、入力ペンから信号を発信する場合も、同様にして計測することが可能である。
【００１４】
面抵抗体１４は、不透明なカーボン膜または透明なＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜、ＮＥＳＡ（酸化錫）膜、等を、基材上に均一に成膜したものであり、面抵抗値は約１ＫΩ／□程度が好ましい。
単連結である面抵抗体の周囲又は内部に、各辺が直線であるＮ角形（長方形を除く）の抵抗性周囲電極を、全ての辺が面抵抗体と電気的に接触する様に設ける。ここで単連結とは、面抵抗体１４は内部に孤立した穴が存在しないような形状であり、ひとつながりになっていることを意味するものである。ただし、蒸着等成膜方法によって面抵抗体１４上に生じるピンホール程度の大きさの穴のような、面抵抗体１４内部の電流の巨視的な流れを阻害しないものであれば、あっても何ら問題にならない。また、受傷などによってより大きな穴が生じた場合は、少なくともその穴の周りで、穴の大きさに応じて座標が歪むものの、穴から離れるほど指１１や入力ペンの指示位置の座標計算に及ぼす影響は小さくなるため、穴が小さければ、実用上の問題は生じない。
【００１５】
面抵抗体１４を取り囲む抵抗性周囲電極１５は、カーボン、銀カーボン、又は銀等を密着配設したものであり、例えば、銀インクをスクリーン印刷する等の手法で作成する。抵抗性周囲電極１５は、各辺毎に長さ当たりの抵抗値を一定にすることが好ましい。また、抵抗性周囲電極１５の抵抗値は低い方がよく、面抵抗体１４の面抵抗値を１ＫΩ／□程度とした場合は、抵抗性周囲電極１５の隣り合う頂点間の抵抗値を、２０〜２００Ω程度にするのが好ましい。
【００１６】
抵抗性周囲電極１５は、印刷等の手法で形成するうえ、検出電極１６〜２０に引き出し線２１〜２５を接続する必要があるため、有限の幅を持つ。このとき、少なくとも抵抗性周囲電極１５と面抵抗体１４の境界線においては、抵抗性周囲電極１５と面抵抗体１４が電気的に接触している必要がある。通常、面抵抗体１４を成膜した上から抵抗性周囲電極１５を形成するが、面抵抗体１４が抵抗性周囲電極１５の外側にはみ出ていても構わない。その際も、座標入力領域１３は、抵抗性周囲電極１５の内部である。
【００１７】
また、後述する座標計算に用いる抵抗性周囲電極１５のＮ個の頂点の座標（ｘｊ，ｙｊ）（ｊ＝１，．．．，Ｎ）は、幅を持っている抵抗性周囲電極１５と面抵抗体１４の境界線が形成するＮ角形の頂点の座標を使用する。抵抗性周囲電極１５上の検出電極１６〜２０について、引き出し線２１〜２５を接続している位置が、抵抗性周囲電極１５と面抵抗体１４の境界線から多少離れていても、抵抗性周囲電極１５の抵抗が面抵抗体１４の抵抗に比べて低いため、境界線における値を計測するのと同等になる。
【００１８】
抵抗性周囲電極１５及び面抵抗体１４の形状は、基材に収まるものであればよく、必ずしも抵抗性周囲電極１５及び面抵抗体１４と基材の形状を略一致させる必要はないが、抵抗性周囲電極１５及び面抵抗体１４と基材の形状を同じようにした方が、座標入力システムを何らかの製品に組み込む際に、組み込む製品のデザイン上の自由度が大きくなるため好ましい。
【００１９】
次に、指１１や入力ペンの指示位置の座標を計算する方法について説明する。一般的に、関数ｆ（ｘ）のｎ次モーメントは、ｘｎ×ｆ（ｘ）を、ｘの全領域で積分することによって得ることができる。１次モーメントを０次モーメントで除することによって、関数ｆ（ｘ）の重心位置を得ることができる。このことは、関数が２次元（ｆ（ｘ，ｙ））であっても同じように適用可能であり、ｘｎ×ｙｍ×ｆ（ｘ）を、ｘとｙの全領域で積分したものが（ｎ＋ｍ）次モーメントになる。また関数が離散的な場合には、積分を和に変えればよい。ここで、指１１や入力ペンの指示位置から面抵抗体１４に流れ込む電流が、検出電極１６〜２０へ配分される配分のされ方、つまり検出電極１６〜２０へ配分される電流値の計測値を、検出電極１６〜２０の座標において定義されるような、離散的な２次元の関数であると想定する。この関数のモーメントを、検出電極１６〜２０の座標と、各検出電極における計測値を使って、離散的な場合のモーメント計算によって求め、１次モーメントと０次モーメントを用いて重心を計算することにより、指１１や入力ペンの指示位置の座標を得ることができる。
【００２０】
具体的には、面抵抗体１４（ここでは一般的に表現してＮ角形とする）上の直交座標系（ｘ，ｙ）において、指１１で指示した座標を（Ｘ，Ｙ）、面抵抗体１４のＮ個の頂点の座標を（ｘｊ，ｙｊ）（ｊ＝１，．．．，Ｎ）、Ｎ個の頂点に流れる電流値をｉｊ（ｊ＝１，．．．，Ｎ）とすると、指１１で指示した座標（Ｘ，Ｙ）は、次の数式１によって計算することができる。数式１を用いた座標の計算方法の例示による説明を、図２に示す。
【００２１】
【数３】
【００２２】
単連結で、直線で構成された多角形であれば、どんな形状の座標入力領域に対しても、数式１によって、指や入力ペンの指示位置の座標を得ることができる。
尚、数式１は、長方形の座標入力領域に対して適用すると、既知の座標計算式と同一のものになる。このことは、数式１が、長方形（正方形を含む）のような、特に計算しやすい形状であった場合に従来から知られていた座標計算式を、任意の多角形に一般化したものであることを示している。
【００２３】
＜第２の実施の形態＞
図３は、第２の実施の形態になる座標入力システムの一例を示す構成図であり、入力パネルが発信側である場合である。第１の実施の形態と同じ箇所については、説明を適宜省略する。座標指示器（入力ペン）３２が入力パネル３３の座標入力領域３４内で指示した位置（Ｘ，Ｙ座標）を検出する座標入力システムの構成図である。均一な面抵抗体３５の周囲又は内部に、各辺が直線であるＮ角形の抵抗性周囲電極３６を密着配設し、抵抗性周囲電極３６の内部を座標入力領域３４とする（図３には、凹部を持つ６角形の例を示す）。ここでも第１の実施の形態と同様、面抵抗体１４の表面に絶縁処理をした場合を説明する。抵抗性周囲電極３６上の、多角形の座標入力領域３４の各頂点に当たる位置を駆動電極３７〜４２とし、そこにそれぞれ１本ずつ引き出し線４３〜４８を接続する。引き出し線４３〜４８を、それぞれスイッチ４９〜５４に接続する。
【００２４】
座標を検出するには、信号発生器５５によって面抵抗体３５にＡＣ電位勾配を与える。電位勾配の与え方は、まず駆動電極３７〜４２のうちから１つの駆動電極３７を選択し、引き出し線４３を通じて接続されているスイッチ４９を信号発生器５５の出力側に接続して、残りの駆動電極３８〜４２に接続されているスイッチ５０〜５４を接地側に接続する。このとき、面抵抗体３５の、入力ペン３２の先端に近い位置のＡＣ信号レベルは、静電容量結合を介して入力ペン３２に伝達され、更にケーブル５６を通じてアナログ信号処理部５７に伝達される。アナログ信号処理部５７は、図示しないが、増幅器、帯域通過フィルタ、ＡＣ／ＤＣ変換器（ＡＭ検波器）等を含み、入力したＡＣ信号レベルに比例したＤＣ信号レベルを出力する。Ａ／Ｄコンバータ５８、ＣＰＵ５９は、図１のものと同様であるが、ＣＰＵ５９は、スイッチ４９〜５４の接続を、任意の組み合わせに設定する機能を有する（図示せず）。
【００２５】
ＣＰＵ５９は、Ａ／Ｄコンバータ５８が出力したＤＣ信号レベルのデータを読み取ると、次に、駆動電極３７〜４２のうちから、次の駆動電極３８を選択し、対応するスイッチ５０のみを信号発生器５５の出力側に接続し、残りの駆動電極３７及び３９〜４２に対応するスイッチ４９及び５１〜５４を接地側に接続して、同様にアナログ信号処理部５７で処理し、Ａ／Ｄコンバータ５８が出力したデータをＣＰＵ５９が読み取る。
この操作を駆動電極の数だけ繰り返し、それらのデータを基にして、後述するような方法で、入力ペン３２の指示位置の座標を計算する。
【００２６】
入力ペン３２の指示位置の座標を計算するには、面抵抗体３５（ここでは一般的に表現してＮ角形とする）上の直交座標系（ｘ，ｙ）において、入力ペン３２で指示した座標を（Ｘ，Ｙ）、面抵抗体３５のＮ個の頂点の座標を（ｘｊ，ｙｊ）（ｊ＝１，．．．，Ｎ）、Ｎ個の頂点をそれぞれ駆動した際に計測した電圧値をｖｊ（ｊ＝１，．．．，Ｎ）とすると、入力ペン３２で指示した座標（Ｘ，Ｙ）は、次の数式２によって計算することができる。
【００２７】
【数４】
【実施例】
【００２８】
以下、実施例及び比較例により、本発明を説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものでなく、本発明の技術範囲において、種々の変形例を含むものである。
【００２９】
（実施例１）
本実施例は、第１の実施の形態に対応するものである。入力パネル１２の座標入力領域１３の形状は、図４に示すように、隣り合う頂点が凸と凹の関係であるような、手裏剣型とした。多角形としては、凹部を持つ８角形になる。面抵抗体１４は、四角いガラス基材の上に、８角形の形状にＮＥＳＡ（酸化錫）膜を形成した。抵抗性周囲電極１５は、銀カーボンインクのスクリーン印刷によって手裏剣型に形成し、面抵抗体部１３をガラス系コーティング剤で絶縁処理した。抵抗性周囲電極１５の８つの頂点に引き出し線を接続し、図１に示した構成図のように作成したハードウエアに接続した。ただし、振動電圧印加回路２７は８個使用し、８個の入力を処理できるアナログマルチプレクサ２９を使用して、ＣＰＵ３１が入力チャネルを切り替えられるようにした。ＣＰＵ３１から出力される座標データを、シリアル通信によってパソコンに取り込むようにした。
【００３０】
指１１の指示位置を計算することができるか評価するため、一定間隔でしるしを入れた紙をガラス基材の下に敷き、しるしのうち、面抵抗体１４の内部にあるものの上を指１１で順番に指示して、座標データをパソコンに記録するという試験を行った。概念図を図４に示す。
結果を図５に示す。分かりやすいように、得られた座標を縦横の格子で接続して描いた。
【００３１】
（実施例２）
本実施例は、実施例１のハードウエアとソフトウエアを使用し、入力パネル１２を変更したものである。座標入力領域１３の形状は、図６に示すように、略Ｃ字型の８角形とした。入力パネルの作成方法は実施例１と同様である。
実施例１と同様に試験した結果を、図６に示す。
【００３２】
（実施例３）
本実施例は、第２の実施の形態に対応するものである。入力パネル３３として、実施例１で作成した、座標入力領域３４が手裏剣型の凹部を持つ８角形である入力パネルを使用した。抵抗性周囲電極３６の８つの頂点に接続した引き出し線を、図３に示した構成図のように作成したハードウエアに接続した。ただし、スイッチは８個使用し、ＣＰＵ５９は８個のスイッチの接続を、任意の組み合わせに設定できるようにした。また、実施例１と同様に、ＣＰＵ５９から出力される座標データを、シリアル通信によってパソコンに取り込むようにした。
【００３３】
入力ペン３２の指示位置を計算することができるか評価するため、一定間隔でしるしを入れた紙をガラス基材の下に敷き、しるしのうち、面抵抗体３５の内部にあるものの上を入力ペン３２で順番に指示して、座標データをパソコンに記録するという試験を行った。
結果を図７に示す。
【００３４】
（比較例１）
特許３８２１００２号（特許文献３）に基づいて、座標を計算するには、「必ずしも正対する辺に設けられた電極同士を選択する必要はないが、正対する辺同士を選ぶことが望ましい」ような、略正対する２つの辺を選択して、２つの辺の間を結ぶ座標軸を設定する必要がある。実施例１の構成では、抵抗性周囲電極１５のうちから多角形を構成する辺のうち２つを選択することになる。実施例１の構成では、座標軸を自動的に切り替える機能がないので２次元座標を直接計算することはできないが、２つの辺を選択すれば、それぞれの辺の両端にある検出電極、合計４つの検出電極のみを有効とするために、８つの検出電極のうち、選択した辺の両端にない４つの検出電極の引き出し線の接続を外し、選択した２つの辺のそれぞれ両端にある検出電極の計測値を辺ごとに合計することによって、選択した２つの辺の間の座標を計算することができるはずである。従って、手動で引き出し線を接続したり外したりして座標軸を設定し、座標軸ごとに座標値を求めることによって、相当する機能を実現することができるはずである。
【００３５】
しかし、そもそも、実施例１や実施例２におけるような、凹部を持つ多角形に対しては、どの２つの辺を選択すべきか、決定することができない。なぜなら、２次元の座標を決定するためには、少なくとも２つの座標軸を設定することが必要だが、実施例１及び実施例２における座標入力領域の形状では、設定した座標軸の範囲外であるような座標が必ず存在してしまうからである。すべての領域をカバーできるように座標軸を多数設定した場合には、有効な座標軸を知るために、範囲外であるような座標軸をどのように除外したらよいか、特許３８２１００２号（特許文献３）には開示されておらず、明確でない。従って、２つの辺を選択して座標軸を設定し、座標を計算する方法では、実施例１や実施例２のような凹部を持つ多角形の形状をした座標入力領域に対して、座標を計算することができない。
【００３６】
結果として、実施例１〜３に示した構成においては、指又は入力ペンで指示した位置の座標を求めることができたのに対して、比較例１では、同じ座標入力領域に対して座標を求めることができなかった。従って、本発明に係る座標入力システムが、単連結で各辺が直線であるような多角形の座標入力領域について、座標入力領域の形状によらず、指や入力ペンの指示位置を正確に計算できることが確認された。
【００３７】
（実施例４）
本実施例は、第１の実施の形態に対応するものである。座標入力領域１３の形状は、図１に示すように、正５角形とした。入力パネルの作成方法は実施例１と同様である。ハードウエアは実施例１と同じものを使用したが、ソフトウエアを変更し、ＣＰＵ３１からは、座標データを出力するのではなく、検出電極１６〜２０の電流値を計測した値を出力し、パソコンに取り込むようにした。そして、座標の計算をパソコン上で行った。
【００３８】
指１１の指示位置を計算することができるか評価するため、一定間隔でしるしを入れた紙をガラス基材の下に敷き、しるしのうち、面抵抗体１４の内部にあるものの上を指１１で順番に指示して、計測データをパソコンに取り込んで座標を計算し、記録するという試験を行った。
結果を図８に示す。
【００３９】
（比較例２）
実施例４と同じ構成を用い、特許３８２１００２号（特許文献３）に基づいて、座標を計算するように、手順とソフトウエアを変更した。２つの座標軸として、正５角形の左上の辺と右下の辺を選択し、両辺をつなぐ軸、及び、正５角形の右上の辺と左下の辺を選択し、両辺をつなぐ軸、を設定した。ハードウエアが専用でないため、前者の軸を計測するときは正５角形の左下の頂点にある検出電極の引き出し線の接続を外し、後者の軸を計測するときは正５角形の右下の頂点にある検出電極の引き出し線の接続を外す必要がある。そのようにして計測した数値をパソコンに取り込み、座標の計算をパソコン上で行うようにした。
座標の計算は、次のようにして行った。例えば、正５角形の左上の辺と右下の辺を選択したときは、左上の辺の中点と、右下の辺の中点とを結ぶ線上で、計測データから求めた座標を計算した。次に、計算結果の座標を通り、左上の辺の中点と、右下の辺の中点とを結ぶ線と直交する直線を求めた。この直線と、正５角形の右上の辺と左下の辺を選択して同様に計算した結果得られた直線との交点を求め、その交点の座標を指示位置とした。
【００４０】
実施例４と同様に、指１１の指示位置を計算することができるか評価するため、一定間隔でしるしを入れた紙をガラス基材の下に敷き、まず正５角形の左下の頂点にある検出電極の引き出し線の接続を外して、しるしのうち、面抵抗体１４の内部にあるものの上を指１１で順番に指示して、計測データをパソコンに取り込んだ。次に、正５角形の右下の頂点にある検出電極の接続を外して、同様に指１１で順番にしるしを指示し、計測データをパソコンに取り込んだ。そして、両者のデータを合わせて座標を計算し、記録するという試験を行った。一か所の座標を計算するのに２回指示しているため、指１１の置き方によって誤差が生じることが考えられるが、ここでは細かい精度は問題にしない。
結果を図９に示す。
【００４１】
結果として、実施例４に示した構成においては、指又は入力ペンで指示した位置の座標をほぼ正確に求めることができたのに対して、比較例２では、座標が大きく歪んだ。
実施例４と比較例２について、パソコン上でそれぞれ座標を計算するのに必要な演算回数をプログラムから推定すると、比較例２の方が、計算手順が複雑であるため、演算回数が多かった。比較例２において、座標が歪んでいる原因の一つは、例えば、正５角形の左上の辺と右下の辺を選択したときに、二つの辺が互いに平行ではないにもかかわらず、指示位置の座標が、その座標軸において求めた座標を通り、辺の中点同士を結んだ直線と直交する直線上にあると想定したことにあると考えられる。二つの辺が互いに平行でないことを考慮して、求める直線の傾きを調整すれば、最終的に求める指示位置の座標がより正確になる可能性があるが、特許３８２１００２号（特許文献３）にはその点は開示されていない。また、座標軸の数を更に増加させることによっても、座標がより正確になる可能性がある。しかし、これらの手法を実装すると、計算量が更に大きく増大すると見込まれる。従って、本発明に係る座標入力システムが、簡単な計算式によって指や入力ペンの指示位置を計算できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１の実施の形態になる座標入力システムの一例を示す構成図
【図２】座標の計算方法を例示する図
【図３】第２の実施の形態になる座標入力システムの一例を示す構成図
【図４】第１の実施の形態になる、手裏剣型８角形座標入力領域を持つ入力パネルの試験位置を示す図
【図５】第１の実施の形態になる、手裏剣型８角形座標入力領域を持つ入力パネルの試験結果を示す図
【図６】第１の実施の形態になる、略Ｃ字型８角形座標入力領域を持つ入力パネルの試験結果を示す図
【図７】第２の実施の形態になる、手裏剣型８角形座標入力領域を持つ入力パネルの試験結果を示す図
【図８】第１の実施の形態になる、正５角形パネルの試験結果を示す図
【図９】比較例による、正５角形パネルの試験結果を示す図
【図１０】従来の正方形の入力パネル
【符号の説明】
【００４３】
１ 面抵抗体
２ 抵抗性周囲電極
３、４、５、６ 検出電極
１１ 指
１２ 入力パネル
１３ 座標入力領域
１４ 面抵抗体
１５ 抵抗性周囲電極
１６、１７、１８、１９、２０ 検出電極
２１、２２、２３、２４、２５ 引き出し線
２６ アナログ信号処理部
２７ 振動電圧印加回路
２８ 振動電圧発生器
２９ アナログマルチプレクサ
３０ Ａ／Ｄコンバータ
３１ ＣＰＵ
３２ 座標指示器（入力ペン）
３３ 入力パネル
３４ 座標入力領域
３５ 面抵抗体
３６ 抵抗性周囲電極
３７、３８、３９、４０、４１、４２ 駆動電極
４３、４４、４５、４６、４７、４８ 引き出し線
４９、５０、５１、５２、５３、５４ スイッチ
５５ 信号発生器
５６ ケーブル
５７ アナログ信号処理部
５８ Ａ／Ｄコンバータ
５９ ＣＰＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指または座標指示器により指示した位置を検出する座標入力システム、特に長方形（正方形を含む）以外の多角形形状をした座標入力領域を有する座標入力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１０は従来の長方形（正方形を含む）の座標入力領域を有する座標入力システムの入力パネルであり、均一な面抵抗体１に、面抵抗体１を取り囲む抵抗性周囲電極２を配設しており、４頂点に検出電極３、４、５、及び６を備えている。該検出電極３、４、５、及び６は、前記抵抗性周囲電極２と電気的に接続されている。
上記座標入力システムの座標検出方法として、入力パネルが受信側であるような、座標指示器（以下入力ペンとする）から信号を発信し、静電容量結合もしくは直接の接触を介して、面抵抗体１が、入力ペンから発信された信号を受信する方法、更には面抵抗体全体を電圧振動させて、指又は導電物で指示した点の位置を入力パネル側で検出する方法、及び、信号伝達の方向がこれと逆であって、入力パネルが発信側であるような、面抵抗体１の各部を信号駆動し、入力ペンで受信する方法がある。
入力パネルが受信側である場合は、面抵抗体１の一点に出入りする電流の、４頂点（３、４、５、及び６）へ配分される電流値を計測するものが知られている（特開２０００−１３２３１９号公報（特許文献１）参照）。一方、入力パネルが発信側である場合は、面抵抗体１に、検出電極３、４、５、及び６を通じて外部から電位勾配を与え、入力ペンによって指示座標点の電圧レベルを検出するものが知られている。指や入力ペンで指示した位置の座標は、面抵抗体１に出入りする電流の４頂点への配分値、もしくは４頂点を駆動した際に入力ペンで計測した電圧を用いて、計算される。
【０００３】
長方形以外の多角形の座標入力領域を有する座標入力システムの入力パネルについては、特開２００５−１２８８１９号（特許文献２）に、４の倍数の辺を有する多角形のパネルにおいて、入力座標を算出できるタッチパネルが開示されている。しかし、特許文献２は、位置座標を、予め設定してある計測値と位置座標との関係を表した相関テーブルに基づいて算出するものであり、指の指示位置を離散的に求めるものである。従って、パネル上で指を滑らせるような操作をするには不向きである。また、分解能及び精度を上げるにはより多くのメモリを必要とする上に、同じ理由でパネルを大型化するのにも向かない。更に、そもそもパネル形状に関して、４の倍数の辺を有するという制限がある。
【０００４】
また、特許３８２１００２号（特許文献３）に、座標入力領域外周部に設置された２つの電極間で計測した電圧から指示位置を計算するタッチパネル装置が開示されている。座標入力領域が三角形である場合は隣り合う辺を２つの電極とし、座標入力領域が四角形以上の多角形の場合は、３つ以上の座標軸を設定して、座標軸の両端に位置する座標入力領域外周部に設置された２つの電極を用いることでその座標軸における座標を計算できるとしている。しかし、これら２つの電極は、必ずしも正対する辺に設けられた電極同士である必要はないものの、正対する辺同士を選ぶことが望ましいとあり、長方形以外の多角形の場合、常に正確な座標を得られるとは期待できない。特に、例えば略Ｃの字型のような形状の多角形の座標入力領域を想定した場合、正対に近い関係の２つの電極を選択できない座標軸が存在するが、そのような場合の座標軸の設定方法及び座標計算方法は開示されていない。更に、特に長方形以外の多角形の場合、それぞれの座標軸に関して求めた値を（ｘ，ｙ）座標に変換するには、座標軸に直交する直線を求めたり、直線同士の交点を求めたりしなくてはならず、計算が煩雑となる。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３２３１９号
【特許文献２】特開２００５−１２８８１９号
【特許文献３】特許３８２１００２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、単連結で各辺が直線であるような多角形の座標入力領域であれば、形状や辺の数に関する制限は一切なく、簡単な数式によって指や入力ペンの指示位置の座標を計算することができ、また座標入力領域が大きくなっても、頂点の数が変わらなければ座標計算にかかる時間が変わらないような計算方式を持つ座標入力システム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】
【０００７】
本発明は、単連結である面抵抗体の周囲又は内部に、各辺が直線であるＮ角形（長方形を除く）の抵抗性周囲電極を、全ての辺が面抵抗体と電気的に接触する様に設けると共に、該抵抗性周囲電極の内部を座標入力領域とする座標入力システムであって、前記座標入力領域を指又は信号発信機能を持つ座標指示器で指示したときに、前記抵抗性周囲電極のＮ個の頂点に流れる電流を計測する電流計測手段と、前記Ｎ個の頂点に流れる電流値から前記指又は座標指示器で指示した前記座標入力領域の位置を計算する座標計算手段とを持ち、該座標計算手段は、前記Ｎ角形の座標入力領域上の直交座標系（ｘ，ｙ）において、前記指又は信号発生機能を持つ座標指示器で指示した座標（Ｘ，Ｙ）を、前記Ｎ角形の抵抗性周囲電極のＮ個の頂点の座標（ｘｊ，ｙｊ）（ｊ＝１，．．．，Ｎ）、前記Ｎ個の頂点に流れる電流値ｉｊ（ｊ＝１，．．．，Ｎ）を用いて、数式１によって計算することを特徴とする座標入力システムを第１の要旨とし、単連結である面抵抗体の周囲又は内部に、各辺が直線であるＮ角形（長方形を除く）の抵抗性周囲電極を設けると共に、該抵抗性周囲電極の内部を座標入力領域とする座標入力システムであって、前記座標入力領域を座標指示器で指示したときに、前記抵抗性周囲電極のＮ個の頂点のうち任意の１個の頂点を駆動し残りの（Ｎ−１）個の頂点を接地した際の座標指示器の位置の電圧を計測する電圧計測手段と、前記Ｎ個の頂点のうち任意の１個の頂点を順次駆動したときに計測した電圧から前記座標指示器で指示した前記面抵抗体の位置を計算する座標計算手段とを持ち、該座標計算手段は、前記Ｎ角形の座標入力領域上の直交座標系（ｘ，ｙ）において、前記座標指示器で指示した座標（Ｘ，Ｙ）を、前記Ｎ角形の抵抗性周囲電極のＮ個の頂点の座標（ｘｊ，ｙｊ）（ｊ＝１，．．．，Ｎ）、前記Ｎ個の頂点のうち任意の１個の頂点ｊを順次駆動した際に計測した電圧値ｖｊ（ｊ＝１，．．．，Ｎ）を用いて、数式２によって計算することを特徴とする座標入力システムを第２の要旨とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る座標入力システムにおいては、単連結である面抵抗体の周囲又は内部に、各辺が直線であるような多角形の抵抗性周囲電極を設け、各頂点に検出電極もしくは駆動電極を設けることによって、簡単な計算式で、抵抗性周囲電極内部の座標入力領域における入力ペンや指の指示位置の座標を計算することができる。凸多角形に限らず、凹部を持つ多角形でも構わないため、任意の多角形形状の座標入力領域を１つの入力パネルで実現することができ、携帯電話などの電子機器の入力部を変わった形状にしたり、長方形でないテーブルの天板を入力座標領域にするなど、座標入力システムの応用範囲を広げることができる。
【０００９】
座標入力領域が大きくなっても、頂点の数が同じならば、駆動及び検出回路、また座標計算のためのソフトウエアの規模や計算時間は変わらないため、大型化に際しても容易に対応することができる。
【００１０】
また、座標計算が基本的に積和計算の組み合わせであり、複雑な演算が不要であるため、資源の少ない低速なプロセッサを使っても実用的に座標計算を行うことができる。一方で、頂点の数が多い、複雑な形状をした座標入力領域に対して、高速に座標計算をする必要がある場合には、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）のような、積和演算機能を持つハードウエアと相性のよい計算方式になっているため、より簡易なプログラムによって高速に座標を計算させるようにすることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面に従って、本発明に係る座標入力システムの好ましい実施の形態について詳説する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態になる座標入力システムの一例を示す構成図であり、入力パネルが受信側である場合である。指１１が入力パネル１２の座標入力領域１３内で指示した位置（Ｘ，Ｙ座標）を検出する座標入力システムの構成図である。面抵抗体１４は、透明なガラス、樹脂、または不透明な絶縁基材の片面に塗布、蒸着等により均一に形成したものである。面抵抗体１４の表面は、指１１が面抵抗体１４に直接触れない様に絶縁処理することによって、指１１と面抵抗体１４との静電容量結合による信号伝達をさせるようにしてもよいし、絶縁処理せず、指１１と面抵抗体１４の直接的な電気的接触による信号伝達をさせるようにしてもよい。ここでは、面抵抗体１４の表面に絶縁処理をした場合を説明する。均一な面抵抗体１４の周囲又は内部に、各辺が直線であるＮ角形の抵抗性周囲電極１５を密着配設し、抵抗性周囲電極１５の内部を座標入力領域１３とする（図１には５角形の例を示す）。抵抗性周囲電極１５上において、多角形の座標入力領域１３の各頂点に当たる位置を検出電極１６〜２０とし、そこにそれぞれ１本ずつ引き出し線２１〜２５を接続する。引き出し線２１〜２５を、アナログ信号処理部２６内の振動電圧印加回路２７に接続する。
【００１２】
座標を検出する際、ＡＣ信号源としての振動電圧発生器２８は、振動電圧印加回路２７に振動電圧を与え、振動電圧印加回路２７は、対応する検出電極１６〜２０を、低インピーダンスで電圧振動させ、且つ、アナログマルチプレクサ２９に検出電極から流入した電流を出力する。簡単な例としては、トランジスタのベースをＡＣ信号で振動させ、エミッタを検出電極と接続して、コレクタから電流出力するものがある。
【００１３】
ＡＣ信号源としての振動電圧発生器２８によって、面抵抗体１４は、全面が電圧振動する。人体は、従来から知られているように、ＡＣ信号に対して接地効果を持っており、人体の指１１が面抵抗体１４に接触または近接すると、静電容量結合により、指先を通して面抵抗体１４との間にＡＣ信号電流が流れる。検出電極１６〜２０は、アナログマルチプレクサ２９を通してＡ／Ｄコンバータ（アナログ／デジタル変換器）２９に接続しており、各検出電極に流れる電流に比例した電圧がＡ／Ｄコンバータ３０に印加されるため、指先から面抵抗体１４を通して流れ、検出電極１６〜２０へ配分される電流値を、電圧値としてデジタル値で得ることができる。ＣＰＵ３１は、アナログマルチプレクサ２９を順番に切り替え（図示せず）、Ａ／Ｄコンバータ３０が出力するデジタル値を入力し、後述するような方法で、指１１や入力ペンの指示位置の座標を計算する。ＣＰＵ３１は計算した座標を出力し、座標は後段の装置によって利用される。
また、入力ペンから信号を発信する場合も、同様にして計測することが可能である。
【００１４】
面抵抗体１４は、不透明なカーボン膜または透明なＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜、ＮＥＳＡ（酸化錫）膜、等を、基材上に均一に成膜したものであり、面抵抗値は約１ＫΩ／□程度が好ましい。
単連結である面抵抗体の周囲又は内部に、各辺が直線であるＮ角形（長方形を除く）の抵抗性周囲電極を、全ての辺が面抵抗体と電気的に接触する様に設ける。ここで単連結とは、面抵抗体１４は内部に孤立した穴が存在しないような形状であり、ひとつながりになっていることを意味するものである。ただし、蒸着等成膜方法によって面抵抗体１４上に生じるピンホール程度の大きさの穴のような、面抵抗体１４内部の電流の巨視的な流れを阻害しないものであれば、あっても何ら問題にならない。また、受傷などによってより大きな穴が生じた場合は、少なくともその穴の周りで、穴の大きさに応じて座標が歪むものの、穴から離れるほど指１１や入力ペンの指示位置の座標計算に及ぼす影響は小さくなるため、穴が小さければ、実用上の問題は生じない。
【００１５】
面抵抗体１４を取り囲む抵抗性周囲電極１５は、カーボン、銀カーボン、又は銀等を密着配設したものであり、例えば、銀インクをスクリーン印刷する等の手法で作成する。抵抗性周囲電極１５は、各辺毎に長さ当たりの抵抗値を一定にすることが好ましい。また、抵抗性周囲電極１５の抵抗値は低い方がよく、面抵抗体１４の面抵抗値を１ＫΩ／□程度とした場合は、抵抗性周囲電極１５の隣り合う頂点間の抵抗値を、２０〜２００Ω程度にするのが好ましい。
【００１６】
抵抗性周囲電極１５は、印刷等の手法で形成するうえ、検出電極１６〜２０に引き出し線２１〜２５を接続する必要があるため、有限の幅を持つ。このとき、少なくとも抵抗性周囲電極１５と面抵抗体１４の境界線においては、抵抗性周囲電極１５と面抵抗体１４が電気的に接触している必要がある。通常、面抵抗体１４を成膜した上から抵抗性周囲電極１５を形成するが、面抵抗体１４が抵抗性周囲電極１５の外側にはみ出ていても構わない。その際も、座標入力領域１３は、抵抗性周囲電極１５の内部である。
【００１７】
また、後述する座標計算に用いる抵抗性周囲電極１５のＮ個の頂点の座標（ｘｊ，ｙｊ）（ｊ＝１，．．．，Ｎ）は、幅を持っている抵抗性周囲電極１５と面抵抗体１４の境界線が形成するＮ角形の頂点の座標を使用する。抵抗性周囲電極１５上の検出電極１６〜２０について、引き出し線２１〜２５を接続している位置が、抵抗性周囲電極１５と面抵抗体１４の境界線から多少離れていても、抵抗性周囲電極１５の抵抗が面抵抗体１４の抵抗に比べて低いため、境界線における値を計測するのと同等になる。
【００１８】
抵抗性周囲電極１５及び面抵抗体１４の形状は、基材に収まるものであればよく、必ずしも抵抗性周囲電極１５及び面抵抗体１４と基材の形状を略一致させる必要はないが、抵抗性周囲電極１５及び面抵抗体１４と基材の形状を同じようにした方が、座標入力システムを何らかの製品に組み込む際に、組み込む製品のデザイン上の自由度が大きくなるため好ましい。
【００１９】
次に、指１１や入力ペンの指示位置の座標を計算する方法について説明する。一般的に、関数ｆ（ｘ）のｎ次モーメントは、ｘｎ×ｆ（ｘ）を、ｘの全領域で積分することによって得ることができる。１次モーメントを０次モーメントで除することによって、関数ｆ（ｘ）の重心位置を得ることができる。このことは、関数が２次元（ｆ（ｘ，ｙ））であっても同じように適用可能であり、ｘｎ×ｙｍ×ｆ（ｘ）を、ｘとｙの全領域で積分したものが（ｎ＋ｍ）次モーメントになる。また関数が離散的な場合には、積分を和に変えればよい。ここで、指１１や入力ペンの指示位置から面抵抗体１４に流れ込む電流が、検出電極１６〜２０へ配分される配分のされ方、つまり検出電極１６〜２０へ配分される電流値の計測値を、検出電極１６〜２０の座標において定義されるような、離散的な２次元の関数であると想定する。この関数のモーメントを、検出電極１６〜２０の座標と、各検出電極における計測値を使って、離散的な場合のモーメント計算によって求め、１次モーメントと０次モーメントを用いて重心を計算することにより、指１１や入力ペンの指示位置の座標を得ることができる。
【００２０】
具体的には、面抵抗体１４（ここでは一般的に表現してＮ角形とする）上の直交座標系（ｘ，ｙ）において、指１１で指示した座標を（Ｘ，Ｙ）、面抵抗体１４のＮ個の頂点の座標を（ｘｊ，ｙｊ）（ｊ＝１，．．．，Ｎ）、Ｎ個の頂点に流れる電流値をｉｊ（ｊ＝１，．．．，Ｎ）とすると、指１１で指示した座標（Ｘ，Ｙ）は、次の数式１によって計算することができる。数式１を用いた座標の計算方法の例示による説明を、図２に示す。
【００２１】
【数３】
【００２２】
単連結で、直線で構成された多角形であれば、どんな形状の座標入力領域に対しても、数式１によって、指や入力ペンの指示位置の座標を得ることができる。
尚、数式１は、長方形の座標入力領域に対して適用すると、既知の座標計算式と同一のものになる。このことは、数式１が、長方形（正方形を含む）のような、特に計算しやすい形状であった場合に従来から知られていた座標計算式を、任意の多角形に一般化したものであることを示している。
【００２３】
＜第２の実施の形態＞
図３は、第２の実施の形態になる座標入力システムの一例を示す構成図であり、入力パネルが発信側である場合である。第１の実施の形態と同じ箇所については、説明を適宜省略する。座標指示器（入力ペン）３２が入力パネル３３の座標入力領域３４内で指示した位置（Ｘ，Ｙ座標）を検出する座標入力システムの構成図である。均一な面抵抗体３５の周囲又は内部に、各辺が直線であるＮ角形の抵抗性周囲電極３６を密着配設し、抵抗性周囲電極３６の内部を座標入力領域３４とする（図３には、凹部を持つ６角形の例を示す）。ここでも第１の実施の形態と同様、面抵抗体１４の表面に絶縁処理をした場合を説明する。抵抗性周囲電極３６上の、多角形の座標入力領域３４の各頂点に当たる位置を駆動電極３７〜４２とし、そこにそれぞれ１本ずつ引き出し線４３〜４８を接続する。引き出し線４３〜４８を、それぞれスイッチ４９〜５４に接続する。
【００２４】
座標を検出するには、信号発生器５５によって面抵抗体３５にＡＣ電位勾配を与える。電位勾配の与え方は、まず駆動電極３７〜４２のうちから１つの駆動電極３７を選択し、引き出し線４３を通じて接続されているスイッチ４９を信号発生器５５の出力側に接続して、残りの駆動電極３８〜４２に接続されているスイッチ５０〜５４を接地側に接続する。このとき、面抵抗体３５の、入力ペン３２の先端に近い位置のＡＣ信号レベルは、静電容量結合を介して入力ペン３２に伝達され、更にケーブル５６を通じてアナログ信号処理部５７に伝達される。アナログ信号処理部５７は、図示しないが、増幅器、帯域通過フィルタ、ＡＣ／ＤＣ変換器（ＡＭ検波器）等を含み、入力したＡＣ信号レベルに比例したＤＣ信号レベルを出力する。Ａ／Ｄコンバータ５８、ＣＰＵ５９は、図１のものと同様であるが、ＣＰＵ５９は、スイッチ４９〜５４の接続を、任意の組み合わせに設定する機能を有する（図示せず）。
【００２５】
ＣＰＵ５９は、Ａ／Ｄコンバータ５８が出力したＤＣ信号レベルのデータを読み取ると、次に、駆動電極３７〜４２のうちから、次の駆動電極３８を選択し、対応するスイッチ５０のみを信号発生器５５の出力側に接続し、残りの駆動電極３７及び３９〜４２に対応するスイッチ４９及び５１〜５４を接地側に接続して、同様にアナログ信号処理部５７で処理し、Ａ／Ｄコンバータ５８が出力したデータをＣＰＵ５９が読み取る。
この操作を駆動電極の数だけ繰り返し、それらのデータを基にして、後述するような方法で、入力ペン３２の指示位置の座標を計算する。
【００２６】
入力ペン３２の指示位置の座標を計算するには、面抵抗体３５（ここでは一般的に表現してＮ角形とする）上の直交座標系（ｘ，ｙ）において、入力ペン３２で指示した座標を（Ｘ，Ｙ）、面抵抗体３５のＮ個の頂点の座標を（ｘｊ，ｙｊ）（ｊ＝１，．．．，Ｎ）、Ｎ個の頂点をそれぞれ駆動した際に計測した電圧値をｖｊ（ｊ＝１，．．．，Ｎ）とすると、入力ペン３２で指示した座標（Ｘ，Ｙ）は、次の数式２によって計算することができる。
【００２７】
【数４】
【実施例】
【００２８】
以下、実施例及び比較例により、本発明を説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものでなく、本発明の技術範囲において、種々の変形例を含むものである。
【００２９】
（実施例１）
本実施例は、第１の実施の形態に対応するものである。入力パネル１２の座標入力領域１３の形状は、図４に示すように、隣り合う頂点が凸と凹の関係であるような、手裏剣型とした。多角形としては、凹部を持つ８角形になる。面抵抗体１４は、四角いガラス基材の上に、８角形の形状にＮＥＳＡ（酸化錫）膜を形成した。抵抗性周囲電極１５は、銀カーボンインクのスクリーン印刷によって手裏剣型に形成し、面抵抗体部１３をガラス系コーティング剤で絶縁処理した。抵抗性周囲電極１５の８つの頂点に引き出し線を接続し、図１に示した構成図のように作成したハードウエアに接続した。ただし、振動電圧印加回路２７は８個使用し、８個の入力を処理できるアナログマルチプレクサ２９を使用して、ＣＰＵ３１が入力チャネルを切り替えられるようにした。ＣＰＵ３１から出力される座標データを、シリアル通信によってパソコンに取り込むようにした。
【００３０】
指１１の指示位置を計算することができるか評価するため、一定間隔でしるしを入れた紙をガラス基材の下に敷き、しるしのうち、面抵抗体１４の内部にあるものの上を指１１で順番に指示して、座標データをパソコンに記録するという試験を行った。概念図を図４に示す。
結果を図５に示す。分かりやすいように、得られた座標を縦横の格子で接続して描いた。
【００３１】
（実施例２）
本実施例は、実施例１のハードウエアとソフトウエアを使用し、入力パネル１２を変更したものである。座標入力領域１３の形状は、図６に示すように、略Ｃ字型の８角形とした。入力パネルの作成方法は実施例１と同様である。
実施例１と同様に試験した結果を、図６に示す。
【００３２】
（実施例３）
本実施例は、第２の実施の形態に対応するものである。入力パネル３３として、実施例１で作成した、座標入力領域３４が手裏剣型の凹部を持つ８角形である入力パネルを使用した。抵抗性周囲電極３６の８つの頂点に接続した引き出し線を、図３に示した構成図のように作成したハードウエアに接続した。ただし、スイッチは８個使用し、ＣＰＵ５９は８個のスイッチの接続を、任意の組み合わせに設定できるようにした。また、実施例１と同様に、ＣＰＵ５９から出力される座標データを、シリアル通信によってパソコンに取り込むようにした。
【００３３】
入力ペン３２の指示位置を計算することができるか評価するため、一定間隔でしるしを入れた紙をガラス基材の下に敷き、しるしのうち、面抵抗体３５の内部にあるものの上を入力ペン３２で順番に指示して、座標データをパソコンに記録するという試験を行った。
結果を図７に示す。
【００３４】
（比較例１）
特許３８２１００２号（特許文献３）に基づいて、座標を計算するには、「必ずしも正対する辺に設けられた電極同士を選択する必要はないが、正対する辺同士を選ぶことが望ましい」ような、略正対する２つの辺を選択して、２つの辺の間を結ぶ座標軸を設定する必要がある。実施例１の構成では、抵抗性周囲電極１５のうちから多角形を構成する辺のうち２つを選択することになる。実施例１の構成では、座標軸を自動的に切り替える機能がないので２次元座標を直接計算することはできないが、２つの辺を選択すれば、それぞれの辺の両端にある検出電極、合計４つの検出電極のみを有効とするために、８つの検出電極のうち、選択した辺の両端にない４つの検出電極の引き出し線の接続を外し、選択した２つの辺のそれぞれ両端にある検出電極の計測値を辺ごとに合計することによって、選択した２つの辺の間の座標を計算することができるはずである。従って、手動で引き出し線を接続したり外したりして座標軸を設定し、座標軸ごとに座標値を求めることによって、相当する機能を実現することができるはずである。
【００３５】
しかし、そもそも、実施例１や実施例２におけるような、凹部を持つ多角形に対しては、どの２つの辺を選択すべきか、決定することができない。なぜなら、２次元の座標を決定するためには、少なくとも２つの座標軸を設定することが必要だが、実施例１及び実施例２における座標入力領域の形状では、設定した座標軸の範囲外であるような座標が必ず存在してしまうからである。すべての領域をカバーできるように座標軸を多数設定した場合には、有効な座標軸を知るために、範囲外であるような座標軸をどのように除外したらよいか、特許３８２１００２号（特許文献３）には開示されておらず、明確でない。従って、２つの辺を選択して座標軸を設定し、座標を計算する方法では、実施例１や実施例２のような凹部を持つ多角形の形状をした座標入力領域に対して、座標を計算することができない。
【００３６】
結果として、実施例１〜３に示した構成においては、指又は入力ペンで指示した位置の座標を求めることができたのに対して、比較例１では、同じ座標入力領域に対して座標を求めることができなかった。従って、本発明に係る座標入力システムが、単連結で各辺が直線であるような多角形の座標入力領域について、座標入力領域の形状によらず、指や入力ペンの指示位置を正確に計算できることが確認された。
【００３７】
（実施例４）
本実施例は、第１の実施の形態に対応するものである。座標入力領域１３の形状は、図１に示すように、正５角形とした。入力パネルの作成方法は実施例１と同様である。ハードウエアは実施例１と同じものを使用したが、ソフトウエアを変更し、ＣＰＵ３１からは、座標データを出力するのではなく、検出電極１６〜２０の電流値を計測した値を出力し、パソコンに取り込むようにした。そして、座標の計算をパソコン上で行った。
【００３８】
指１１の指示位置を計算することができるか評価するため、一定間隔でしるしを入れた紙をガラス基材の下に敷き、しるしのうち、面抵抗体１４の内部にあるものの上を指１１で順番に指示して、計測データをパソコンに取り込んで座標を計算し、記録するという試験を行った。
結果を図８に示す。
【００３９】
（比較例２）
実施例４と同じ構成を用い、特許３８２１００２号（特許文献３）に基づいて、座標を計算するように、手順とソフトウエアを変更した。２つの座標軸として、正５角形の左上の辺と右下の辺を選択し、両辺をつなぐ軸、及び、正５角形の右上の辺と左下の辺を選択し、両辺をつなぐ軸、を設定した。ハードウエアが専用でないため、前者の軸を計測するときは正５角形の左下の頂点にある検出電極の引き出し線の接続を外し、後者の軸を計測するときは正５角形の右下の頂点にある検出電極の引き出し線の接続を外す必要がある。そのようにして計測した数値をパソコンに取り込み、座標の計算をパソコン上で行うようにした。
座標の計算は、次のようにして行った。例えば、正５角形の左上の辺と右下の辺を選択したときは、左上の辺の中点と、右下の辺の中点とを結ぶ線上で、計測データから求めた座標を計算した。次に、計算結果の座標を通り、左上の辺の中点と、右下の辺の中点とを結ぶ線と直交する直線を求めた。この直線と、正５角形の右上の辺と左下の辺を選択して同様に計算した結果得られた直線との交点を求め、その交点の座標を指示位置とした。
【００４０】
実施例４と同様に、指１１の指示位置を計算することができるか評価するため、一定間隔でしるしを入れた紙をガラス基材の下に敷き、まず正５角形の左下の頂点にある検出電極の引き出し線の接続を外して、しるしのうち、面抵抗体１４の内部にあるものの上を指１１で順番に指示して、計測データをパソコンに取り込んだ。次に、正５角形の右下の頂点にある検出電極の接続を外して、同様に指１１で順番にしるしを指示し、計測データをパソコンに取り込んだ。そして、両者のデータを合わせて座標を計算し、記録するという試験を行った。一か所の座標を計算するのに２回指示しているため、指１１の置き方によって誤差が生じることが考えられるが、ここでは細かい精度は問題にしない。
結果を図９に示す。
【００４１】
結果として、実施例４に示した構成においては、指又は入力ペンで指示した位置の座標をほぼ正確に求めることができたのに対して、比較例２では、座標が大きく歪んだ。
実施例４と比較例２について、パソコン上でそれぞれ座標を計算するのに必要な演算回数をプログラムから推定すると、比較例２の方が、計算手順が複雑であるため、演算回数が多かった。比較例２において、座標が歪んでいる原因の一つは、例えば、正５角形の左上の辺と右下の辺を選択したときに、二つの辺が互いに平行ではないにもかかわらず、指示位置の座標が、その座標軸において求めた座標を通り、辺の中点同士を結んだ直線と直交する直線上にあると想定したことにあると考えられる。二つの辺が互いに平行でないことを考慮して、求める直線の傾きを調整すれば、最終的に求める指示位置の座標がより正確になる可能性があるが、特許３８２１００２号（特許文献３）にはその点は開示されていない。また、座標軸の数を更に増加させることによっても、座標がより正確になる可能性がある。しかし、これらの手法を実装すると、計算量が更に大きく増大すると見込まれる。従って、本発明に係る座標入力システムが、簡単な計算式によって指や入力ペンの指示位置を計算できることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１の実施の形態になる座標入力システムの一例を示す構成図
【図２】座標の計算方法を例示する図
【図３】第２の実施の形態になる座標入力システムの一例を示す構成図
【図４】第１の実施の形態になる、手裏剣型８角形座標入力領域を持つ入力パネルの試験位置を示す図
【図５】第１の実施の形態になる、手裏剣型８角形座標入力領域を持つ入力パネルの試験結果を示す図
【図６】第１の実施の形態になる、略Ｃ字型８角形座標入力領域を持つ入力パネルの試験結果を示す図
【図７】第２の実施の形態になる、手裏剣型８角形座標入力領域を持つ入力パネルの試験結果を示す図
【図８】第１の実施の形態になる、正５角形パネルの試験結果を示す図
【図９】比較例による、正５角形パネルの試験結果を示す図
【図１０】従来の正方形の入力パネル
【符号の説明】
【００４３】
１ 面抵抗体
２ 抵抗性周囲電極
３、４、５、６ 検出電極
１１ 指
１２ 入力パネル
１３ 座標入力領域
１４ 面抵抗体
１５ 抵抗性周囲電極
１６、１７、１８、１９、２０ 検出電極
２１、２２、２３、２４、２５ 引き出し線
２６ アナログ信号処理部
２７ 振動電圧印加回路
２８ 振動電圧発生器
２９ アナログマルチプレクサ
３０ Ａ／Ｄコンバータ
３１ ＣＰＵ
３２ 座標指示器（入力ペン）
３３ 入力パネル
３４ 座標入力領域
３５ 面抵抗体
３６ 抵抗性周囲電極
３７、３８、３９、４０、４１、４２ 駆動電極
４３、４４、４５、４６、４７、４８ 引き出し線
４９、５０、５１、５２、５３、５４ スイッチ
５５ 信号発生器
５６ ケーブル
５７ アナログ信号処理部
５８ Ａ／Ｄコンバータ
５９ ＣＰＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単連結である面抵抗体の周囲又は内部に、各辺が直線であるＮ角形（長方形を除く）の抵抗性周囲電極を、全ての辺が面抵抗体と電気的に接触する様に設けると共に、該抵抗性周囲電極の内部を座標入力領域とする座標入力システムであって、前記座標入力領域を指又は信号発信機能を持つ座標指示器で指示したときに、前記抵抗性周囲電極のＮ個の頂点に流れる電流を計測する電流計測手段と、前記Ｎ個の頂点に流れる電流値から前記指又は座標指示器で指示した前記座標入力領域の位置を計算する座標計算手段とを持ち、該座標計算手段は、前記Ｎ角形の座標入力領域上の直交座標系（ｘ，ｙ）において、前記指又は信号発生機能を持つ座標指示器で指示した座標（Ｘ，Ｙ）を、前記Ｎ角形の抵抗性周囲電極のＮ個の頂点の座標（ｘｊ，ｙｊ）（ｊ＝１，．．．，Ｎ）、前記Ｎ個の頂点に流れる電流値ｉｊ（ｊ＝１，．．．，Ｎ）を用いて、次の数式１によって計算することを特徴とする座標入力システム。
【数１】
【請求項２】
単連結である面抵抗体の周囲又は内部に、各辺が直線であるＮ角形（長方形を除く）の抵抗性周囲電極を設けると共に、該抵抗性周囲電極の内部を座標入力領域とする座標入力システムであって、前記座標入力領域を座標指示器で指示したときに、前記抵抗性周囲電極のＮ個の頂点のうち任意の１個の頂点を駆動し残りの（Ｎ−１）個の頂点を接地した際の座標指示器の位置の電圧を計測する電圧計測手段と、前記Ｎ個の頂点のうち任意の１個の頂点を順次駆動したときに計測した電圧から前記座標指示器で指示した前記面抵抗体の位置を計算する座標計算手段とを持ち、該座標計算手段は、前記Ｎ角形の座標入力領域上の直交座標系（ｘ，ｙ）において、前記座標指示器で指示した座標（Ｘ，Ｙ）を、前記Ｎ角形の抵抗性周囲電極のＮ個の頂点の座標（ｘｊ，ｙｊ）（ｊ＝１，．．．，Ｎ）、前記Ｎ個の頂点のうち任意の１個の頂点ｊを順次駆動した際に計測した電圧値ｖｊ（ｊ＝１，．．．，Ｎ）を用いて、次の数式２によって計算することを特徴とする座標入力システム。
【数２】
【請求項１】
単連結である面抵抗体の周囲又は内部に、各辺が直線であるＮ角形（長方形を除く）の抵抗性周囲電極を、全ての辺が面抵抗体と電気的に接触する様に設けると共に、該抵抗性周囲電極の内部を座標入力領域とする座標入力システムであって、前記座標入力領域を指又は信号発信機能を持つ座標指示器で指示したときに、前記抵抗性周囲電極のＮ個の頂点に流れる電流を計測する電流計測手段と、前記Ｎ個の頂点に流れる電流値から前記指又は座標指示器で指示した前記座標入力領域の位置を計算する座標計算手段とを持ち、該座標計算手段は、前記Ｎ角形の座標入力領域上の直交座標系（ｘ，ｙ）において、前記指又は信号発生機能を持つ座標指示器で指示した座標（Ｘ，Ｙ）を、前記Ｎ角形の抵抗性周囲電極のＮ個の頂点の座標（ｘｊ，ｙｊ）（ｊ＝１，．．．，Ｎ）、前記Ｎ個の頂点に流れる電流値ｉｊ（ｊ＝１，．．．，Ｎ）を用いて、次の数式１によって計算することを特徴とする座標入力システム。
【数１】
【請求項２】
単連結である面抵抗体の周囲又は内部に、各辺が直線であるＮ角形（長方形を除く）の抵抗性周囲電極を設けると共に、該抵抗性周囲電極の内部を座標入力領域とする座標入力システムであって、前記座標入力領域を座標指示器で指示したときに、前記抵抗性周囲電極のＮ個の頂点のうち任意の１個の頂点を駆動し残りの（Ｎ−１）個の頂点を接地した際の座標指示器の位置の電圧を計測する電圧計測手段と、前記Ｎ個の頂点のうち任意の１個の頂点を順次駆動したときに計測した電圧から前記座標指示器で指示した前記面抵抗体の位置を計算する座標計算手段とを持ち、該座標計算手段は、前記Ｎ角形の座標入力領域上の直交座標系（ｘ，ｙ）において、前記座標指示器で指示した座標（Ｘ，Ｙ）を、前記Ｎ角形の抵抗性周囲電極のＮ個の頂点の座標（ｘｊ，ｙｊ）（ｊ＝１，．．．，Ｎ）、前記Ｎ個の頂点のうち任意の１個の頂点ｊを順次駆動した際に計測した電圧値ｖｊ（ｊ＝１，．．．，Ｎ）を用いて、次の数式２によって計算することを特徴とする座標入力システム。
【数２】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−８６０８８（Ｐ２０１０−８６０８８Ａ）
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５１９０５（Ｐ２００８−２５１９０５）
【出願日】平成２０年９月２９日（２００８．９．２９）
【出願人】（０００００５５１１）ぺんてる株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２９日（２００８．９．２９）
【出願人】（０００００５５１１）ぺんてる株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
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