JP5136218B2 - タッチパネル装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置上のタッチ位置を検出する座標入力装置に関する。

タッチパネル装置は、コンピュータまたはその他のデータ処理装置用に、簡単かつ直感的なインターフェースを提供するものである。特に透明なタッチパネル装置では、ユーザーはデータの出入力にキーボードを用いるのではなく、画面上でアイコンに触れたり、文字や絵を描くことによりタッチパネル装置を介して情報を送ることができる。
上記入力装置としてのタッチパネル装置には、その用途や目的により、抵抗膜式、静電容量結合式、光学式 、超音波式と様々な方式のものが存在する。
特開２０００−１３２３１９号 特開２００４−３０００３号 特開平６−４３９９５号

上記タッチパネルから取り出せるデータは、タッチパネルに指示動作を行っているか否かを知らせるオンオフ情報と、押圧位置に対応する座標データに限られている。
このためタッチパネルを一人で操作している場合は問題無いが、使用方法によっては不満も出てきた。
例えば、カーナビゲーションのような車載端末は、運転手が運転時には安全のために操作できなくするべきである。しかしながら、運転をしていない助手席からは操作をできるようにするほうが、例えば、走行している道路の近隣施設情報等を、助手席の同乗者を介して運転手に伝えることができ、車載端末の利便性は上がる。もし、タッチパネルが押圧時の指や掌の方向を判断し、助手席側からの操作のみを受け付けるようにできれば、安全性と利便性を両立できる。
このように、近年タッチパネルに指や掌の方向を検出できる機能が求められてきている。

絶縁層を介して上下にタッチパネルを配置し、該絶縁層を介して上下に配置したタッチパネルを操作者が指示したときの指押圧位置座標と掌方向座標の２か所の位置座標を算出するために、前記タッチパネルと電気的に接続された信号処理部を設けたタッチパネル装置であって、絶縁層上側のタッチパネルは、面抵抗体が網目パターンを持つ静電容量結合式タッチパネルであり、該上側のタッチパネルを通して下側に設けた静電容量結合式タッチパネルと操作者の指及び掌間の静電容量結合を妨げず、前記絶縁層の上側に設けたタッチパネルから検出できる信号情報を元に前記信号処理部で操作者の指の位置を算出するタッチパネルであり、絶縁層下側の静電容量結合式タッチパネルは、電気的に接続された前記信号処理部での検出信号により算出された座標が、静電容量結合式タッチパネルと操作者の指及び掌の距離が離れたことにより、操作者の掌方向にずれた座標を操作者の掌方向座標とする静電容量結合式タッチパネルであり、前記絶縁層上側のタッチパネルで算出された指押圧位置座標と、前記指押位置座標検出と同時または別に前記絶縁層下側の静電容量結合式タッチパネルで算出された掌方向座標の２か所の位置座標により、操作者の指押圧位置と指及び掌の方向を算出するタッチパネル装置を提案するものである。

本発明のタッチパネル装置によれば、ユーザーの指での指示ポイントだけでなく、指や掌方向も判定できる。特に指や掌方向を使用したい分野において利便性が上がる。

以下、本発明の詳細を添付した図を参照して説明する。
図１は本発明の模式的に示した断面図である。
参照符号１１は、タッチパネル装置である。指及び掌１４で指示された座標を出力でき、後述する静電容量結合式タッチパネル１３と、指及び掌１４間の静電結合を行える構造であれば、タッチパネル装置１１はどのようなものでも構わない。例えば、参照符号１１を静電容量結合式のタッチパネルにする場合では、静電容量結合式タッチパネル１３と、指及び掌１４間の静電結合を行えるように、面抵抗体を網目パターンにして、指の一部が静電容量結合式タッチパネル１３と静電結合を行えるようにしたり、光学式であれば指が触れる部分に設置した導体を一切配置しない等が考えられる。何れにしても、本発明では前記条件を満たせばどのようなものでもよい。

参照符号１２は、絶縁体である。タッチパネルに使用する場合には、多くの場合透明であることが求められるので、通常はガラスや透明樹脂が用いられる。もちろん、透明であっても不透明であってもその他の絶縁体でも構わない。絶縁体１２の厚さについては、後述するが場合によって適宜決めればよい。参照符号１３は静電容量結合式のタッチパネルである。静電容量結合式タッチパネル１３については、さらに詳述する。
図２は、指及び掌４が座標入力パネルの入力面にある面抵抗体１上における接近位置（Ｘ，Ｙ座標）を検出する参照符号１３を含む静電容量式タッチパネル装置の説明図である。参照符号１〜３に関しては、ユーザーから見た図となっている。

面抵抗体１は、透明なガラス、樹脂、または不透明な絶縁基板の片面に
塗布、蒸着等により均一に形成したものである。面抵抗体１は、必ずしも面全体に一様に形成されている必要は無い。例えば、図６の網目パターンのように抵抗体があるところと無いところがあってもかまわない。その場合でも、四探針法で計測した単位面積あたりの抵抗は面全体で均一でなければならない。 四探針法で計測した単位面積あたりの抵抗が面全体で、均一な面抵抗体１（指及び掌４が接近する表面）の周辺に取り囲むように、低抵抗の周囲電極２を密着配設してある。

面抵抗体１の４頂点に設けられている検出電極３−Ａ、３−Ｂ、３−Ｃ、３−Ｄは、導体ケーブルで構成された引き出し線５により、信号処理部６に接続されている。
信号処理部６は、本静電容量結合式タッチパネル装置が、指及び掌４の接近位置を検出するために使用する電気信号（ＡＣ信号）を発生し、電圧駆動する。
さらに信号処理部６は、４つの引き出し線５に接続されており、検出電極３−Ａ、３−Ｂ、３−Ｃ、３−Ｄからの各ＡＣ電流を計測できる機能を持っている。
また、信号処理部６では、引き出し線５より得られた電流値または電圧値から面抵抗体１上の指の接触もしくは接近位置を演算処理により算出する手段を備えている。

指及び掌４は、その人体の等価抵抗７及び接地容量８による人体の接地インピーダンスを介して接地されている。
指及び掌４が、面抵抗体１に接近している時、両者間に図２に示すような静電容量結合９が発生する。
従って、指及び掌４と面抵抗体１間に、信号処理部６より発生させたＡＣ電流が少量ではあるが流れる。
面抵抗体１は上述のように四探針法で計測した単位面積あたりの抵抗が面全体で均一な抵抗値の分布をしており、指及び掌４が面抵抗体１に接近したときに、その接近点により近い検出電極３（３−Ａ，３−Ｂ，３−Ｃ，３−Ｄ点）に指及び掌４を通して面抵抗体１にＡＣ信号がより多く流れる。従って、４つの各頂点の端子である検出電極３に流れるＡＣ信号電流値の比率から、信号処理部６で座標入力パネルの面抵抗体１上の指及び掌４の接近点（Ｘ，Ｙ座標）を算出している。

図３は、指２１や指２１以外の指及び掌２２（以後、掌２２と呼称)と静電容量結合式タッチパネル１３との静電容量結合を模した図である。指２１と静電容量結合式タッチパネル１３との間に静電容量結合２３が発生し、静電容量結合式タッチパネル１３の面抵抗体から指２１を通って電流が発生する。また、掌２２と静電容量結合式タッチパネル１３との間にも静電容量結合２４が発生する。

もし、静電容量結合式タッチパネル１３と指２１の距離が十分近ければ、指２１によって発生する静電容量結合２３は、掌２２によって発生する静電容量結合２４よりも十分大きく、掌２２に流れる電流は無視できる。
しかし、静電容量結合式タッチパネル１３と指２１の距離を開けると、指２１によって発生する静電容量結合２３と、掌２２によって発生する静電容量結合２４の差が小さくなり、掌２２に流れる電流が無視できなくなる。従って、静電容量結合式タッチパネル１３と、指２１及び掌２２の距離が離れると、静電容量結合２３と２４の合成された静電容量結合が形成され、合成静電容量結合２５が発生すると考えることができる。
そのため、信号処理部６が算出した座標は、図４の指押圧位置３１から掌方向へずれて座標３２になる。この指押圧位置３１から掌方向へずれた座標３２の距離や方向は、絶縁体１２の厚さや指及び掌１４の角度による。
本発明は、静電容量式タッチパネル１３にて、算出された座標が掌方向へずれた座標３２であることを利用している。

絶縁体１２の厚さが厚くなると、掌方向へずれた座標３２が、掌の中心に近づくので、指押圧位置３１と掌方向へずれた座標３２の距離が離れていく。しかしながら、絶縁体１２を厚くすると指及び掌１４と静電容量式タッチパネル１３の面抵抗体が離れてしまうので、検知できる信号レベルが少なくなっていく。この辺りを勘案し、絶縁体１２の厚さを決定すればよい。

本発明の発明を実施するための最良の形態で既に述べている通り、図１のタッチパネル１１は、指１４での押圧位置出力ができ、後述する静電容量結合式タッチパネル１３と指１４間の静電結合を妨げない構造であれば、タッチパネル１１はどのようなものでも構わない。
本実施例１では、タッチパネル１１を静電容量結合式のタッチパネルで実現するものを説明する。
図５で、参照符号４１〜４４は、静電容量結合方式タッチパネルを使用した、本発明の断面図である。参照符号５１〜５３は、参照符号４２のユーザー方向から見た図であり、同様に参照符号６１〜６３は参照符号４４のユーザー方向から見た図である。
図５の参照符号４３は図１の参照符号１２、同じく参照符号４４は図１の参照符号１３にあたる。参照符号４２と４４はそれぞれ参照符号５１〜５３や６１〜６３で示される面抵抗体や周囲電極を含んだものである。参照符号４１は、面抵抗体４２の保護膜である。参照符号４３は絶縁体である。
面抵抗体５１は、図６の例のような網目パターンを持っている。網目パターンは、図示した四角形のものの他に三角形や六角形で埋めるものも容易に考えられる。参照符号７１は、面抵抗体のうち導電部であり、参照符号７２は絶縁部である。絶縁部７２を通して、指や掌４５と静電容量結合式タッチパネルの容量結合がなされる。

網目パターンを持った面抵抗体５１の周辺に取り囲むように、低抵抗の周囲電極５２を密着配設してある。同様に、一様な面抵抗体６１の周辺にも低抵抗の周囲電極６２が密着配設してある。面抵抗体６１に関しては、ここでは一様としているが、網目パターン抵抗体５１のパターンと位置的にずれて指及び掌４５と静電容量結合が行えるのであれば、網目パターンでも構わない。
網目パターンを持った面抵抗体５１の４頂点に設けられている検出電極５３−Ａ、５３−Ｂ、５３−Ｃ、５３−Ｄは、導体ケーブルで構成された引き出し線５５により信号処理部４６に接続されている。同様に、一様な面抵抗体６１の４頂点に設けられている検出電極６３−Ａ、６３−Ｂ、６３−Ｃ、６３−Ｄは、導体ケーブルで構成された引き出し線６５により信号処理部４６に接続されている。
信号処理部４６は、８つの引き出し線５５および６５に接続されており、検出電極５３−Ａ、５３−Ｂ、５３−Ｃ、５３−Ｄ、６３−Ａ、６３−Ｂ、６３−Ｃ、６３−Ｄからの各ＡＣ電流を計測できる機能を持っている。

信号処理部４６は、参照符号４２を使用して指及び掌４５の接近位置を検出するために使用する電気信号（ＡＣ信号）を発生し、電圧駆動する。信号処理部４６では、引き出し線５５より得られた電流値または電圧値から網目パターン抵抗体５１上の指の接触位置を演算処理により算出する。これが、指押圧位置座標８１となる。
また、信号処理部４６は、同様に参照符号４４を使用して指及び掌４５の接近位置を検出するために使用する電気信号（ＡＣ信号）を発生し、電圧駆動する。信号処理部４６では、引き出し線６５より得られた電流値または電圧値から一様な面抵抗体６１上の指及び掌の接近位置を演算処理により算出する。これが、掌方向座標８２となる。
指示座標８１と掌方向座標８２の電気信号（ＡＣ信号）発生順番や検出順番は、回路構成によって都合の良いようにすればよく、同時でも構わないし、順次行っても構わない。

図７に示す指押圧位置座標８１と、掌方向座標８２を算出した後は、データの加工を行っても良い。例えば、図７のように指示座標（Ｘ，Ｙ）と掌方向座標への距離ｄと角度θを算出することが考えられる。もっとも、外部に出力する場合の多くは、外部機器例えばパソコンのほうが計算速度の速いプロセッサを持っていることが多いので、指押圧位置座標と掌方向座標をそのまま出力するのも良い。
指押圧位置座標８１と掌方向座標８２の情報を算出した後は、これら情報を使用して自由に使用することができる。
ユーザーの指押圧位置座標と指や掌方向を使用して、操作者の位置を推定することもできる。
他に、ボリューム操作が考えられる。
例えば図８のようにタッチパネル画面上にボタンを配置し、そのボタンを指でタッチしながら掌の向きを変えることにより、直感的なボリューム操作が行える。

実施例１で説明したタッチパネル装置１１は、もちろん光学式タッチパネルや超音波式タッチパネルでもよい。
図９は図５のうちユーザーの指押圧位置座標を検出するタッチパネルを光学式タッチパネルや超音波式タッチパネルに変更した模式図である。
参照符号１０１は、光学式タッチパネルであれば投光ユニット、超音波式タッチパネルなら超音波送信ユニットであり、参照符号１０２は光学式タッチパネルであれば受光ユニット、超音波式タッチパネルなら超音波受信ユニットである。投受光／送受信ユニットが同一の場合もある。
参照符号１０１から、参照符号１０３のように光や超音波を発信し、参照符号１０２で参照符号１０３の光や超音波を受信する。参照符号１０３が光であれば光学式タッチパネル、同様に超音波であれば超音波式タッチパネルと一般に呼ぶ。
もし、ユーザーの指が絶縁体４３に触れると、参照符号１０３の光や超音波が遮られることにより、参照符号１０２がそれを感知してユーザーの指示座標を算出する。
この場合でも、実施例１と同様に参照符号１０１〜１０２を使用して、図７に示す指押圧位置座標８１を検出し、参照符号４４を使用した静電容量結合式タッチパネルで、図７に示す掌方向座標８２を検出する。

本発明の模式図 静電容量結合式タッチパネルの説明図 静電結合の説明図 押圧位置からのずれ量の説明図 本発明の実施例の説明図 網目パターンの説明図 算出データの活用を示す図 算出データの活用を示す図 他の実施例の説明図

符号の説明

１ 面抵抗体
２ 周囲電極
３−Ａ 検出電極
３−Ｂ 検出電極
３−Ｃ 検出電極
３−Ｄ 検出電極
４ 指及び掌
５ 引き出し線
６ 信号処理部
７ 人体の等価抵抗
８ 接地容量
９ 静電容量
１１ タッチパネル装置
１２ 絶縁体
１３ 静電容量結合式タッチパネル
１４ 指及び掌
２１ 指
２２ 指２１以外の指及び掌
２３ 静電容量結合
２４ 静電容量結合
２５ 合成静電容量結合
３１ 指押圧位置
３２ 指押圧位置から掌方向へずれた座標
４１ 保護膜
４２ 静電容量結合式タッチパネル
４３ 絶縁体
４４ 静電容量結合式タッチパネル
４５ 指及び掌
４６ 信号処理部
５１ 面抵抗体
５２ 周囲電極
５３−Ａ 検出電極
５３−Ｂ 検出電極
５３−Ｃ 検出電極
５３−Ｄ 検出電極
５５ 引き出し線
６１ 面抵抗体
６２ 周囲電極
６３−Ａ 検出電極
６３−Ｂ 検出電極
６３−Ｃ 検出電極
６３−Ｄ 検出電極
６５ 引き出し線
７１ 導電部
７２ 絶縁部
８１ 指押圧位置座標
８２ 掌方向座標
１０１ 投光ユニットもしくは超音波送信ユニット
１０２ 受光ユニットもしくは超音波受信ユニット
１０３ 光や超音波

Claims (1)

1. 絶縁層を介して上下にタッチパネルを配置し、該絶縁層を介して上下に配置したタッチパネルを操作者が指示したときの指押圧位置座標と掌方向座標の２か所の位置座標を算出するために、前記タッチパネルと電気的に接続された信号処理部を設けたタッチパネル装置であって、絶縁層上側のタッチパネルは、面抵抗体が網目パターンを持つ静電容量結合式タッチパネルであり、該上側のタッチパネルを通して下側に設けた静電容量結合式タッチパネルと操作者の指及び掌間の静電容量結合を妨げず、前記絶縁層の上側に設けたタッチパネルから検出できる信号情報を元に前記信号処理部で操作者の指の位置を算出するタッチパネルであり、絶縁層下側の静電容量結合式タッチパネルは、電気的に接続された前記信号処理部での検出信号により算出された座標が、静電容量結合式タッチパネルと操作者の指及び掌の距離が離れたことにより、操作者の掌方向にずれた座標を操作者の掌方向座標とする静電容量結合式タッチパネルであり、前記絶縁層上側のタッチパネルで算出された指押圧位置座標と、前記指押位置座標検出と同時または別に前記絶縁層下側の静電容量結合式タッチパネルで算出された掌方向座標の２か所の位置座標により、操作者の指押圧位置と指及び掌の方向を算出することを特徴とするタッチパネル装置。