JP2005078194A - タッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】 ２次元座標信号に加えてさらなる信号も生成することができる、高い耐久性および高い光の透過率を有するタッチパネルを実現する。
【解決手段】 操作パネル１１と、操作パネル１１の下方に設置される複数の手段であって、操作パネル１１が押下されることにより、この押下の圧力に対応した電流を出力する押下検出手段１２と、各押下検出手段１２の電流出力から、操作パネル１１上の押下位置に対応した２次元平面上の座標入力信号を演算する座標演算手段１３と、各押下検出手段１２の電流出力の総和から、押下位置における圧力に対応した圧力信号を演算する圧力演算手段１４と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、指入力もしくはペン入力用のタッチパネルに関する。

タッチパネルは、ディスプレイへの直接入力に用いられる入力デバイスであり、座標検出機能とディスプレイ機能とが一体化されている。このタッチパネルによれば、相対座標入力によるマウスなどのようなポインティングデバイスとは異なり、絶対座標を簡単に入力することができるので、より多くの人の感覚にあった操作を実現することができる。
タッチパネルは、押下検出の方式により、抵抗膜方式、静電容量方式、電磁誘導方式、超音波方式などに分類されるが、代表的なものとしてアナログ抵抗膜方式がある。

図６は、従来例によるアナログ抵抗膜方式のタッチパネルを例示する断面図である。
図６（ａ）に示すように、アナログ抵抗膜方式のタッチパネル５０は、フィルム５１とガラス５２との間の各々対抗する面に、透明導電物質であるＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなるＩＴＯ膜５３および５４が成膜されている。フィルム５１のガラス５２に対抗する面とは反対側の面が、タッチパネル５０の操作面となる。ガラス５２のフィルム５１に対峙する面に成膜されたＩＴＯ膜５４の面上には、外的要因によるフィルム５１の水平方向の撓みで誤接触が生じないようにするために、ドットスペーサ５５が設けられる。

ＩＴＯ膜５３は、その面上に沿う第１の方向に電圧が印加されるよう、その両端に電極が設けられる。また、ＩＴＯ膜５４は、その面上に沿う第２の方向に電圧が印加されるよう、その両端に電極が設けられる。第１の方向と第２の方向とは互いに直交している。

図６（ｂ）に示すように、例えばペン５６を使って、タッチパネル５０の操作面となるフィルム５１を押下すると、フィルム５１はほぼ垂直方向に撓み、その結果、ＩＴＯ膜５３とＩＴＯ膜５４とが接触する。この接触点における電位をガラス５２側のＩＴＯ膜５４およびフィルム側５１のＩＴＯ膜５３のそれぞれに関して測定し、これら各電位を用いてＸＹ座標平面上の座標を算出する。

この従来の抵抗膜方式によるタッチパネル５０では、押下によりフィルム５１が撓むことが必要であるため、フィルム５１は柔軟性のある例えばポリエステルのような材質からなるものが用いられる。しかし、このフィルム５１は劣化が起こりやすく耐久性が悪い。このため、タッチパネルが長い間使用されるにつれ、上記接触点で測定される電位の線形性が乱れ、正確な座標信号の生成が難しくなるという問題があった。

この問題を解決するために、柔軟性のあるフィルムに代えて硬質の座標指示板を設け、この座標指示板上の任意の位置が押下されることにより感知される圧力を用いて座標入力信号を生成するタッチパネルが提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
特開平５−２９８０１３号公報 特開平１１−２１２７２５号公報

従来の抵抗膜方式のタッチパネルは、耐久性が悪いという問題に加え、フィルムとガラスとを組み合わせた二重構造のため、さらに下方に設けられた表示装置から発せられる光の透過率が低くなるという問題があった。
さらに、従来の抵抗膜方式のタッチパネルでは、押下によりフィルムが撓んでフィルムとガラスとの間の各々対抗する面に存在するＩＴＯ膜が互いに接触し、このとき上記のように測定される電位の変化から座標信号を生成する構造のゆえ、ＸＹ座標平面上すなわち２次元座標に対応する信号の算出は可能であるものの、ＸＹ座標平面に垂直なＺ軸方向に関する信号をさらに加えた３次元における座標信号の算出は不可能である。特に近年のコンピュータ上における各種アプリケーションソフトやゲームソフトなどの中には、２次元上の座標信号の生成に加え、さらなる信号の生成をタッチパネルなどの座標入力装置に要求するものも少なくない。

また、上述の特許文献１および特許文献２に記載されたタッチパネルは、２次元上の座標信号以外のさらなる信号の生成を可能とするものではない。

従って本発明の目的は、上記問題に鑑み、２次元座標信号に加えてさらなる信号も生成することができる、高い耐久性および高い光の透過率を有するタッチパネルを提供することにある。

上記目的を実現するために、本発明においては、操作パネルの操作面とは反対側の面の下方に、操作パネルの押下の圧力に対応した電流を出力する押下検出手段を複数設け、押下検出手段の電流出力から２次元平面上の座標入力信号を生成するタッチパネルにおいて、押下検出手段の電流出力の総和から、押下位置における圧力に対応した圧力信号および／または２次元平面に対して垂直な方向のさらなる座標入力信号を演算する。

図１は、本発明の第１の態様によるタッチパネルの原理ブロック図である。以降、異なる図面において同じ参照番号が付されたものは同じ構成要素であることを意味するものとする。

本発明の第１の態様によるタッチパネル１は、操作パネル１１と、操作パネル１１の下方に設置される複数の手段であって、操作パネル１１が押下されることにより、この押下の圧力に対応した電流を出力する押下検出手段１２と、各押下検出手段１２の電流出力から、操作パネル１１上の押下位置に対応した２次元平面上の座標入力信号を演算する座標演算手段１３と、各押下検出手段１２の電流出力の総和から、押下位置における圧力に対応した圧力信号を演算する圧力演算手段１４と、を備える。

図２は、本発明の第２の態様によるタッチパネルの原理ブロック図である。
本発明の第２の態様によるタッチパネル１は、操作パネル１１と、操作パネル１１の下方に設置される複数の手段であって、操作パネル１１が押下されることにより、この押下の圧力に対応した電流を出力する押下検出手段１２と、各押下検出手段１２の電流出力から、操作パネル１１上の押下位置に対応した２次元平面上の座標入力信号を演算する第１の座標演算手段１３と、各押下検出手段１２の電流出力の総和から、押下位置における圧力に対応して、２次元平面に対して垂直な方向のさらなる座標入力信号を演算する第２の座標演算手段１５と、を備える。

また、タッチパネル１は、各押下検出手段１２の電流出力の総和から、押下位置における圧力に対応した圧力信号を演算する圧力演算手段１４をさらに備えてもよい。

本発明の第１の態様および第２の態様ともに、操作パネル１１に対面して表示装置２１が設けられる。また、各座標演算手段１３および１５ならびに圧力演算手段１４は演算処理装置２２内に設けられる。

本発明によれば、２次元座標信号に加えてさらなる信号も生成することができる、高い耐久性および高い光の透過率を有するタッチパネルを実現することができる。

すなわち、本発明によれば、従来の抵抗膜方式のタッチパネルとは異なり、操作パネルが硬質な部材で構成されるので耐久性が高い。また、表示装置とユーザの間には、操作パネルだけであるので、フィルムとガラスとを組み合わせた構造を有する抵抗膜方式のタッチパネルに比べて光の透過率が高い。

また、各押下検出手段の電流出力の総和をＺ軸上の座標信号の生成に用いることにより、３次元の座標信号が必要なアプリケーションソフトやゲームソフトに対応することが可能である。また、この総和を用いて操作パネルへの圧力に対応した圧力信号を算出すれば、毛筆書きアプリケーションソフトにおいて筆圧に対応させた毛筆の太さを表現力豊かに再現することも可能である。

図３は、本発明の実施例によるタッチパネルを示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。ここで、図３（ａ）では、表示装置２１は省略している。

本発明の実施例によるタッチパネル１は、操作パネル１１と、表示装置２１と、操作パネル１１と表示装置２１との間に配置される押下検出手段１２とを備える。

図３に示すように本実施例では、操作パネル１１の操作面とは反対側の面上の額縁にあたる４辺に、押下検出手段１２−ａ、１２−ｂ、１２−ｃおよび１２−ｄが配置される。なお、代替例として、図３に示す以外の個数の押下検出手段を、操作パネルの四隅などのような任意の場所に配置してもよい。

押下検出手段１２−ａ、１２−ｂ、１２−ｃおよび１２−ｄは、操作パネル１１が押下されることによりこの押下の圧力に対応した電流を出力する素子であればよく、例えば歪みゲージなどがある。あるいは、押下量に比例する電流を出力する構造を有するメカニカルスイッチであってもよい。

本実施例においては操作パネル１１はガラスからなるが、光を透過する透明もしくは半透明の硬質の部材からなるものであれば、これ以外の部材であってもよい。
また、本実施例においては表示装置２１はＬＣＤ(Liquid Crystal Display)であるが、プラズマディスプレイ、ＣＲＴなどその他の表示装置であってもよい。

本実施例によれば、従来の抵抗膜方式のタッチパネルとは異なり、操作パネルが硬質な部材で構成されるので耐久性が高い。また、表示装置とユーザの間には、操作パネルだけであるので、フィルムとガラスとを組み合わせた構造を有する抵抗膜方式のタッチパネルに比べて光の透過率が高い。

図４は、本発明の実施例によるタッチパネルにおける信号生成の動作について説明する、操作パネルの上面図である。また、図５は、本発明の実施例によるタッチパネルにおける信号生成の動作について説明する、押下検出手段の等価回路図である。

押下の圧力もしくは押下量に比例した電流を出力する押下検出手段を等価回路で表すと、図５に示すように、一定の電圧Ｖｃｃに対して可変抵抗Ｒ１２−ａ、Ｒ１２−ｂ、Ｒ１２−ｃおよびＲ１２−ｄが接続された回路になる。押下検出手段の電流出力は、各電流計Ａ１２−ａ、Ａ１２−ｂ、Ａ１２−ｃおよびＡ１２−ｄで測定される値に相当する。

操作パネル１１上の押下位置が押下検出手段１２−ａ、１２−ｂ、１２−ｃもしくは１２−ｄが配置された額縁に近いほど、押下検出手段の電流出力は大きくなる。図４に示すように２次元座標平面上にＸＹ軸をとると、押下位置の座標がＰ（ｘ，ｙ）である場合、点Ｐの座標ｘは、押下検出手段１２−ｂおよび１２−ｄの電流出力ｉ_12-bおよびｉ_12-dの比を用いて画定することができ、座標ｙは、押下検出手段１２−ａおよび１２−ｃの電流出力ｉ_12-aおよびｉ_12-cの比を用いて画定することができる。

操作パネル１１を強く押下するほど、各押下検出手段１２１２−ａ、１２−ｂ、１２−ｃもしくは１２−ｄの電流出力は大きくなる。本実施例では、その総和ｉ_12-a＋ｉ_12-b＋ｉ_12-c＋ｉ_12-dを用いて、上述の２次元上の座標信号以外のさらなる信号として、ＸＹ２次元平面に対して垂直なＺ軸上の座標信号や押下位置における圧力に対応した圧力信号を算出する。この算出処理は演算処理装置を用いて実行できる。

電流出力の総和ｉ_12-a＋ｉ_12-b＋ｉ_12-c＋ｉ_12-dをＺ軸上の座標信号の生成に用いることにより、３次元の座標信号が必要なアプリケーションソフトやゲームソフトに対応することが可能である。また、電流出力の総和ｉ_12-a＋ｉ_12-b＋ｉ_12-c＋ｉ_12-dを用いて操作パネルへの圧力に対応した圧力信号を算出すれば、毛筆書きアプリケーションソフトにおいて筆圧に対応させた毛筆の太さを表現力豊かに再現することも可能である。

本発明のタッチパネルにより、３次元の座標信号が必要なアプリケーションソフトやゲームソフトに対応することが可能である。また、毛筆書きアプリケーションソフトにおいて筆圧に対応させた毛筆の太さを表現力豊かに再現することも可能である。

本発明の第１の態様によるタッチパネルの原理ブロック図である。 本発明の第２の態様によるタッチパネルの原理ブロック図である。 本発明の実施例によるタッチパネルを示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の実施例によるタッチパネルにおける信号生成の動作について説明する、操作パネルの上面図である。 本発明の実施例によるタッチパネルにおける信号生成の動作について説明する、押下検出手段の等価回路図である。 従来例によるアナログ抵抗膜方式のタッチパネルを例示する断面図である。

符号の説明

１…タッチパネル
１１…操作パネル
１２、１２−ａ、１２−ｂ、１２−ｃ、１２−ｄ…押下検出手段
１３…座標演算手段
１４…圧力演算手段
１５…第２の座標演算手段
２１…表示装置
２２…演算処理装置
Ｒ１２−ａ、Ｒ１２−ｂ、Ｒ１２−ｃ、Ｒ１２−ｄ…可変抵抗
Ａ１２−ａ、Ａ１２−ｂ、Ａ１２−ｃ、Ａ１２−ｄ…電流計

Claims (5)

1. 操作パネルと、
   該操作パネルの下方に設置される複数の手段であって、前記操作パネルが押下されることにより、この押下の圧力に対応した電流を出力する押下検出手段と、
   各前記押下検出手段の電流出力から、前記操作パネル上の押下位置に対応した２次元平面上の座標入力信号を演算する座標演算手段と、
   各前記押下検出手段の電流出力の総和から、前記押下位置における圧力に対応した圧力信号を演算する圧力演算手段と、を備えることを特徴とするタッチパネル。
2. 操作パネルと、
   該操作パネルの下方に設置される複数の手段であって、前記操作パネルが押下されることにより、この押下の圧力に対応した電流を出力する押下検出手段と、
   各前記押下検出手段の電流出力から、前記操作パネル上の押下位置に対応した２次元平面上の座標入力信号を演算する第１の座標演算手段と、
   各前記押下検出手段の電流出力の総和から、前記押下位置における圧力に対応して、前記２次元平面に対して垂直な方向のさらなる座標入力信号を演算する第２の座標演算手段と、を備えることを特徴とするタッチパネル。
3. 各前記押下検出手段の電流出力の総和から、前記押下位置における圧力に対応した圧力信号を演算する圧力演算手段をさらに備える請求項２に記載のタッチパネル。
4. 前記操作パネルはガラスからなる請求項１〜３のいずれか一項に記載のタッチパネル。
5. 前記操作パネルの操作面とは反対側の面に、フレキシブルプリント回路が印刷もしくは圧着される請求項１〜３のいずれか一項に記載のタッチパネル。

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