JP2005295399A - タッチパネル入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 入力操作検出手段を動作させているスリープモードにおいて、動作モードで入力操作位置を検出しない非検出領域に対して入力操作があっても、光学的に入力操作を検出できるタッチパネル入力装置を提供する。
【解決手段】 スリープモードにおいて、複数の光スイッチユニット（Ｕ）の少なくともいずれか特定の光スイッチユニット（Ｕ）の発光手段（９）から光検出信号を発光制御し、対となる受光手段（１０）による受光量の増加からタッチパネル（３）への入力操作を検出する入力操作検出手段を動作させる。入力操作位置が非検出領域であっても、操作体で反射した検出光は特定の光スイッチユニット（Ｕ）の受光手段（１０）に到達するので、その受光量の増加からタッチパネル（３）への入力操作を検出できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主に家電機器に対して種々の入力を行う為のタッチパネル入力装置に関し、更に詳しくは、所定期間入力操作を行わない場合に、内部回路の主要部の動作を休止するスリープモードとし、電力消費量を節減するタッチパネル入力装置に関する。

タッチパネル入力装置は、タッチパネル上の異なる位置に複数の入力エリアが設定され、操作者が特定の入力エリアへ指などを接近させて入力操作を行うと、その入力操作が行われた入力エリアを検出し、入力エリアに関連づけられた制御命令を家電機器などの被制御機器へ出力する指示入力装置である。

このタッチパネル入力装置への入力操作は、常時行われるものではないことから、従来、所定期間入力操作を検出しないときには、スリープモードとして主要回路の動作を休止し、使用しない期間中の電力消費を低減させるタッチパネル入力装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００１−３２５０７１（第９頁１６欄乃至第１０頁１８欄、図４、図５、図１１）

以下、この種の従来のタッチパネル入力装置１００を図８と図９で説明すると、タッチパネル入力装置１００は、ケース１０１の開口部１０１Ａ内に操作決定スイッチ１０２の押しボタンを兼ねたタッチパネル（入力パッド）１０３が揺動自在に配置され、開口部１０１Ａ周囲には、タッチパネル１０３への入力操作位置を検出する為の光センサユニット１０４からなる入力位置検出手段が備えられている。

光センサユニット１０４は、図９に示すように、矩形状の開口部１０１Ａを囲むように等間隔で配置される複数の発光素子１０５と複数の受光素子１０６から構成され、各受光素子１０６は、対とになる発光素子１０５から発光される検出光のみを受光可能なように、開口部１０１Ａを挟み対向する部位に配置されている。入力操作位置を検出する際には、全ての発光素子１０５と受光素子１０６をスキャン制御し、発光素子１０５から順次異なるタイミングで検出光を発光させる。タッチパネル１０３上のいずれかの位置が入力操作されると、その位置で交差する２種類の検出光が遮断されるので、対となる発光素子１０５の発光タイミングで検出光を受光しなかった２つの受光素子１０６の位置から、タッチパネル１０３平面上の入力操作位置が検出される。

図示するタッチパネル入力装置１００は、検出した入力操作位置から図示しない被制御機器（カーナビゲーションシステムのディスプレイ）のカーソルを移動制御する制御データを送信するもので、カーソルを移動制御した後、更にタッチパネル１０３を押圧操作して操作決定スイッチ１０２を入力操作すると、カーソルの移動先に表示されている所定の制御が被制御機器で実行される。

このように光センサユニット１０４による入力操作位置の検出の際には、少なくとも指などの操作体が検出できるようにその操作体の幅より狭いピッチで配設された全ての発光素子１０５と受光素子１０６をスキャン制御するので、電力を消費し、また、発光素子１０５は点滅を繰り返すので寿命が短くなり、タッチパネル入力装置１００の耐久性が損なわれる。そこで、タッチパネル入力装置１００には、入力位置検出手段の動作を停止させ、その間、タッチパネル１０３への入力操作を、光学的に検出する入力操作検出手段が備えられている。

この入力操作検出手段は、光センサユニット１０４の１又は特定数の発光素子１０５と受光素子１０６のみをスキャン制御するもので、これらの特定の発光素子１０５から発光される検出光が指などの操作体により遮断され、対となる受光素子１０６が受光しないことから、入力操作があったことを光学的に検出している。

従って、入力位置検出手段である光センサユニット１０４が所定期間タッチパネル１０３への入力操作位置を検出しないときには、入力位置検出手段の動作を停止して入力操作検出手段のみを動作させるスリープモードとし、スリープモードで入力操作検出手段が入力操作を検出したときに、入力位置検出手段を動作させる動作モードに移行するようにして、入力操作を行わない不使用時の電力消費量を低下させている。

しかしながら、この入力操作検出手段を用いる場合であっても、スリープモードでは、１又は特定数の発光素子１０５と受光素子１０６を常時スキャン制御する必要があり、一定の電力を消費するとともに、その入力操作検出手段で用いられる発光素子１０５は点滅を繰り返し、タッチパネル入力装置１００の耐久性を充分に改善することができない。

そこで、上記特許文献１には、タッチパネル入力装置１００に、更に、スリープモードで動作する接触検知手段を設け、接触検知手段が、スリープモードで入力操作を機械的に検出した場合に、入力操作検出手段を起動させることが提案されている。この接触検知手段は、タッチパネル１０３の背面に固着した圧電基板１０７から出力される電圧信号を監視するもので、操作体が入力操作でタッチパネル１０３に接触し、タッチパネル１０３とともにタッチパネル１０３に固着される圧電基板１０７が歪み、圧電基板１０７から電圧信号が出力されることから、タッチパネル１０３への入力操作を機械的に検出するものである。

つまり、入力位置検出手段は、入力操作検出手段と接触検知手段による入力操作の検出を条件として起動されるもので、このタッチパネル入力装置１００では、入力位置検出手段である光センサユニット１０４が所定期間タッチパネル１０３への入力操作位置を検出しないときには、入力位置検出手段と入力操作検出手段の動作を停止して接触検知手段のみを動作させるスリープモードとし、スリープモードで接触検知手段が入力操作を検出すると入力操作検出手段を動作させる起動判定モードに移行し、起動判定モードで、入力操作検出手段が入力操作を検出したときに、入力位置検出手段を動作させる動作モードに移行するようにしている。

これにより、入力操作が行われないスリープモードでは、発光素子１０５と受光素子１０６のスキャン制御が一切行われず、消費電力を大幅に低減させることができると共に、全ての発光素子１０５が消灯した状態となるので、耐久性を有するものとなる。

尚、接触検知手段のみによる入力操作の検出で、動作モードへ移行させることも可能であるが、接触検知手段はタッチパネル１０３にわずかな歪みが生じても入力操作と判定するので、タッチパネル入力装置１００を移動させたり、それ自体が振動する毎に、入力操作と誤判定する恐れがあり、一方、その判定レベルを落とせば入力操作を検出できない場合が生じるので、接触検知手段のみによる判定は、このような入力操作の検出に適さない。

この従来のタッチパネル入力装置１００では、少なくとも入力操作検出手段で光学的に入力操作を検出することを条件に、動作モードとするものであるが、入力操作検出手段は、１又は特定数の発光素子１０５とその対となる受光素子１０６のみをスキャン制御し、入力操作を検出するものである。このスキャン制御される特定の発光素子１０５は、タッチパネル１０３上の最も入力操作される可能性の高い領域、例えばタッチパネル１０３の中央を通過する検出光を発光する発光素子１０５が選択される。

一方で、操作者がスリープモードから始めにタッチパネル入力装置１００へ入力操作を行う場合には、タッチパネル１０３のいずれの位置を操作するかがわからないので、スリープモード中に発光される検出光から外れたタッチパネル１０３上の位置を入力操作した場合には、その入力操作を入力操作検出手段が検出できず、動作モードに移行しないという問題があった。

そこで、タッチパネル１０３上のいずれの位置が入力されても、その入力を光学的に検出可能とする必要が生じるが、その為には、入力位置検出手段で動作する全ての発光素子１０５と対となる受光素子１０６をスキャン制御させることとなる。特に、上述したように、発光素子１０５と対となる受光素子１０６は、タッチパネル１０３の全周に、想定される操作体の最小幅より更に狭いピッチで配列されるので、多数の発光素子１０５と受光素子１０６をスキャン制御する必要があり、光学的な入力操作検出手段を設けて電力消費量を減少させるという本来の目的は達成できないものであった。

更に、動作モードにおいて、タッチパネル上の一部に入力操作位置を検出しない非検出領域を有するタッチパネル入力装置では、非検出領域の延長方向に入力位置検出手段の発光素子１０５と対となる受光素子１０６が配置されないので、スリープモードにおいて、この非検出領域に操作体を接近させても、入力操作を検出できず、動作モードに移行しないという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、入力操作検出手段を動作させているスリープモードにおいて、動作モードで入力操作位置を検出しない非検出領域に対して入力操作があっても、光学的に入力操作を検出できるタッチパネル入力装置を提供することを目的とする。

また、動作モードで動作する光スイッチユニットの一部のみを動作させても、タッチパネルへの入力操作を確実に検出できるタッチパネル入力装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、請求項１のタッチパネル入力装置は、透明材料で形成されたタッチパネルと、タッチパネルの背面側に積層配置され、任意の表示をタッチパネルを通して表示可能な表示パネルと、各光スイッチユニット（Ｕ）が、タッチパネルの表面側へ光検出信号を発光する発光手段と、タッチパネルの表面側で反射された光検出信号を受光可能な受光手段とを対として有し、それぞれタッチパネルに設定される各入力エリアに対応してその背面側に配置される複数の光スイッチユニット（Ｕ）と、複数の光スイッチユニット（Ｕ）の少なくともいずれか特定の光スイッチユニットの発光手段から光検出信号を発光制御し、対となる受光手段による受光量の増加からタッチパネルへの入力操作を検出する入力操作検出手段と、複数の光スイッチユニットの各発光手段から異なるタイミングで光検出信号を発光制御し、いずれかの受光手段が対となる発光手段の発光タイミングで光検出信号を受光することから、入力操作されている入力エリアへの入力操作を検出する入力位置検出手段と、入力位置検出手段の動作を休止し、入力操作検出手段を動作させるスリープモードと、入力位置検出手段を動作させる動作モードのいずれかを選択するモード変換部とを備え、
モード変換部は、スリープモードで、入力操作検出手段が入力操作を検出したときに動作モードに移行し、動作モードで、入力位置検出手段が、入力操作されている入力エリアを、所定期間検出しないときにスリープモードへ移行することを特徴とする。

スリープモードで、タッチパネルへの入力操作があると、入力操作の為にタッチパネルへ接近する操作体で発光手段から発光される光検出信号が反射され、対となる受光手段による受光量が増加する。このとき、タッチパネル上の入力操作位置、すなわち操作体の位置が、特定の光スイッチユニットが配置された位置の鉛直方向から外れていても、操作体で反射した検出光は受光手段に到達し、その受光量の増加からタッチパネルへの入力操作を検出できる。

請求項２と請求項４のタッチパネル入力装置は、特定の光スイッチユニットが、複数の光スイッチユニット（Ｕ）の一部の光スイッチユニットであり、表示パネルが、スリープモードで、特定の光スイッチユニットに対応する入力エリアの背面側に、動作モードへの移行を表す起動表示を表示することを特徴とする。

スリープモードで、操作者は、起動表示に従ってタッチパネルの起動表示が表示された位置を入力操作し、その位置に特定の光スイッチユニットの入力エリアが設定されているので、限られた数の光スイッチユニットを動作させるだけで、確実に入力操作を検出できる。

請求項３のタッチパネル入力装置は、透明材料で形成されたタッチパネルと、タッチパネルに発生する歪みから、タッチパネルへの入力操作による接触を検出する接触検知手段と、タッチパネルの背面側に積層配置され、任意の表示をタッチパネルを通して表示可能な表示パネルと、各光スイッチユニット（Ｕ）が、タッチパネルの表面側へ光検出信号を発光する発光手段と、タッチパネルの表面側で反射された光検出信号を受光可能な受光手段とを対として有し、それぞれタッチパネルに設定される各入力エリアに対応してその背面側に配置される複数の光スイッチユニット（Ｕ）と、複数の光スイッチユニット（Ｕ）の少なくともいずれか特定の光スイッチユニットの発光手段から光検出信号を発光制御し、対となる受光手段による受光量の増加からタッチパネルへの入力操作を検出する入力操作検出手段と、複数の光スイッチユニットの各発光手段から異なるタイミングで光検出信号を発光制御し、いずれかの受光手段が対となる発光手段の発光タイミングで光検出信号を受光することから、入力操作されている入力エリアを検出する入力位置検出手段と、入力操作検出手段と入力位置検出手段の動作を休止し、接触検知手段のみ動作させるスリープモードと、入力位置検出手段の動作を休止し、入力操作検出手段を動作させる起動判定モードと、入力位置検出手段を動作させる動作モードのいずれかを選択するモード変換部とを備え、
モード変換部は、スリープモードで、接触検知手段が入力操作による接触を検出したときに起動判定モードに移行し、起動判定モードで、入力操作検出手段が入力操作を検出したときに動作モードに移行するとともに、入力操作を検出しないときにスリープモードに移行し、動作モードで、入力位置検出手段が、入力操作されている入力エリア（２１）を、所定期間検出しないときにスリープモードへ移行することを特徴とする。

入力操作が行われないスリープモードでは、光学的な検出手段である入力操作検出手段と入力位置検出手段の動作を休止するので、休止期間中の電力消費量を大幅に減少し、また、発光素子が点滅制御されないので、動作寿命を延ばすことができる。

起動判定モードでは、タッチパネルへの入力操作の為にタッチパネルへ接近する操作体で光検出信号が反射され、対となる受光手段による受光量が増加する。このとき、タッチパネル上の入力操作位置、すなわち操作体の位置が、特定の光スイッチユニットが配置された位置の鉛直方向から外れていても、操作体で反射した検出光は受光手段に到達し、その受光量の増加からタッチパネルへの入力操作を検出できる。

機械的及び光学的に、タッチパネルへの入力操作を検出したときに、動作モードへ移行するので、振動を受けただけでは、動作モードに移行しない。

請求項５のタッチパネル入力装置は、接触検知手段が、特定の光スイッチユニットに対応する入力エリア近傍のタッチパネルに圧電基板が固着され、圧電基板の歪みにより出力される電圧信号からタッチパネルへの入力操作による接触を検出することを特徴とする。

特定の光スイッチユニットに対応する入力エリアが入力操作された場合に、その入力操作は、入力操作検出手段で光学的に検出されるとともに、入力エリアを接触することによるタッチパネルの歪みが、その近傍に固着された圧電基板に大きく減衰することなく伝わり、圧電基板から出力される電圧信号から、接触検知手段でも確実に検出できる。従って、特定の光スイッチユニットに対応する入力エリアが入力操作する限り、入力操作検出手段と接触検知手段の一方のみが入力操作を検出することなく、確実に動作モードへ移行する。

請求項１の発明によれば、所定期間入力操作を行わないスリープモードにおいて、入力位置検出手段の動作を休止し、その一部の光スイッチユニットのみを動作させても、入力操作を検出できるので、休止期間中の電力消費量が減少する。

また、動作モードで入力操作位置が検出される入力エリア以外の非検出領域に対して、スリープモードで入力操作があっても、その入力操作を検出できる。

また、請求項３の発明によれば、所定期間入力操作を行わないスリープモードにおいて、更に光学的な検出手段である入力操作検出手段と入力位置検出手段の全ての動作が休止するので、休止期間中の電力消費量を大幅に減少し、またその間、発光素子が点滅制御されないので、タッチパネル入力装置の耐久性を向上させることができる。

また、動作モードで入力操作位置が検出される入力エリア以外の非検出領域に対して、起動判定モードで入力操作があっても、その入力操作を検出できる。

これに加えて請求項２と請求項４の発明によれば、スリープモードで、入力操作を行うタッチパネル上の位置を起動表示の表示領域に絞ることができるので、限られた数の光スイッチユニットを動作させるだけで、確実にタッチパネルへの入力操作を検出できる。

これに加えて請求項５の発明によれば、特定の光スイッチユニットに対応する入力エリアが入力操作された場合に、入力操作検出手段と接触検知手段の双方で確実に入力操作を検出できる。特に、その入力エリアの背面側に起動表示が表示されるので、入力操作によるタッチパネルの接触位置が圧電基板の固着位置近傍となり、機械的に確実に入力操作を検出できる。

以下、本発明に係るタッチパネル入力装置１の一実施の形態を、図１乃至図７を用いて説明する。図１は、タッチパネル入力装置１の斜視図で、防水性が求められる風呂の給湯器を制御するタッチパネル入力装置として、図示しないバスタブから操作できるように、バスルームの壁面に沿って取り付けられるものである。本実施の形態に係るタッチパネル入力装置は、後述するように光スイッチユニット（Ｕ）を用いて光学的に入力操作位置を検出するので、防水性が要求される給湯器、洗濯機などを制御するタッチパネル入力装置に特に適しているが、音響機器、空調機器など他の電気機器を制御するタッチパネル入力装置として用いられるものでもよい。

タッチパネル入力装置１は、矩形の透明アクリル板からなるタッチパネル３で表面が保護された内方（図２において下方）に、外方から液晶表示パネル４、拡散シート５、導光板６、反射シート７及び遮光板８が互いの対向面を貼り付けて積層配置されるとともに、その更に内方に複数の赤外発光素子９と赤外受光素子１０を実装したプリント配線基板１１が配置され、これらの全体が合成樹脂製のケース２内に収容されている。また、タッチパネル３の背面側には、更に入力操作によるタッチパネル３への接触を検出するための圧電基板２０が周縁に沿って固着されている。

プリント配線基板１１の端部の複数箇所には、発光面が導光板６の端面と対向するように３色発光ダイオード１２が実装され、導光板６へ液晶表示パネル４のバックライト光を発光させている。

ケース２は、外方に開口する枡形に形成され、枡形の上方に突き出た固定枠の段差に、タッチパネル３の周囲の段部を係合させることにより、タッチパネル３とその周囲のケース２の表面を同一平面としている。また、ここでは、ケース２とタッチパネル３間を防水性粘着材を介在させ、ケース２内への水滴、埃等の侵入を防止するとともに、タッチパネル３の変形を拘束しないようにしている。

液晶表示パネル４は、図示しない液晶ドライバにより、図６、図７にしめすように、タッチパネル入力装置１の起動を促す「スタートメニュー」の表示１４や、給湯器への制御内容、種々の案内等の表示１５を、タッチパネル３を通して任意に表示するものである。

導光板６は、その表面（液晶表示パネル４との対向面）に貼り付けられた拡散シート５と、背面側に貼り付けられた白色の反射シート７とに挟まれ、３色発光ダイオード１２から発光されるバックライト光を、内部で散乱させながら導光している。本実施の形態では、図１に示すように、タッチパネル３の表面に破線で表示する３個の入力エリア２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが設定され、導光板６は、遮光板８から立設されたしきい板で入力エリア２１毎に仕切られている。３色発光ダイオード１２は、しきい板で仕切られた入力エリア２１毎に導光板６の端面に対向して配設され、これにより入力エリア２１毎に異なるバックライト光が導光されるようになっている。

表面に貼り付けられた拡散シート５は、導光板６から外方に発光される光を拡散して、３色発光ダイオード１２や赤外発光素子９の光源が、タッチパネル３の表面側（外方）から直接目視できないようするものであり、あたかも液晶表示パネル４による表示の背景全体がバックライト光で照光されたように見える。

プリント配線基板１１は、遮光板８の背面側に沿って取り付けられ、このプリント配線基板１１に各入力エリア２１毎に対となる赤外発光素子９と赤外受光素子１０で構成される光スイッチユニットＵが実装されている。光スイッチユニットＵは、ここでは、３種類の入力エリア２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃに対応して、対となる赤外発光素子９と赤外受光素子１０とからなる光スイッチユニットＵ_１、Ｕ_２、Ｕ_３が配置されている。これらの光スイッチユニットＵ_１、Ｕ_２、Ｕ_３と、入力エリア２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが設定されたタッチパネル３及び後述のマイコン３０で、入力操作を受けた入力エリア２１を検出する入力位置検出手段が構成される。

図示するように、このタッチパネル入力装置１では、入力位置検出手段が必ずしも、タッチパネル３の全域の入力操作位置を検出するものではなく、タッチパネル３は、入力エリア２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが設定されてない非検出領域を有している。

発光手段となる赤外発光素子９は、赤外発光ダイオードで構成され、図２に示すように、小孔１３を通してタッチパネル３の表面側へ固有の赤外光からなる光検出信号を発光する。また、受光手段となる赤外受光素子１０は、受光面が赤外フィルター（図示せず）で覆われたフォトダイオードで構成され、小孔１３を通過してタッチパネル３の表面側から到達される光検出信号を受光するようになっている。

圧電基板２０は、タッチパネル３への入力操作を機械的に検出する接触検知手段を構成するもので、圧電単結晶、ＰＺＴ（チタンジルコン酸鉛）磁器に代表される圧電セラミック、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の圧電材料で形成した単層の基板で、ここでは、機械的な耐久性があり、最も広く利用されているＰＺＴ系の圧電磁器材料からなる圧電セラミックス板を用いて細長帯状の薄板に形成している。

このように、単層の薄板構造としているので、その表面に固着される電極と合わせてもその高さを２００μｍ程度とすることができ、かさばらないので、透明なタッチパネル３に対して、取付スペースを考慮せずにいずれの部位にも固着できる。本実施の形態では、圧電基板２０を、後述する理由で光スイッチユニットＵ_１の入力エリア２１Ａが設定された部位の近傍であって、タッチパネル３の背面側の周縁に固着している。しかしながら、圧電基板２０の取付位置は、入力操作による歪みを確実に検出できれば、この位置に限らない。

指などの操作体５０で入力操作を行うと、操作体５０がタッチパネル３に接触することにより、タッチパネル３が歪み、その歪みはタッチパネル３に固着された圧電基板２０に伝達される。圧電基板２０は、その圧電効果から機械的歪みに応じた電圧を発生するので、圧電基板２０が撓むことにより出力される電圧信号から、入力操作を機械的に検出する。

図３は、本実施の形態に係るタッチパネル入力装置１の各回路構成を示すブロック図である。図示するマイコン３０は、その内部のモード判定・変換部３５により、スリープモードと、起動判定モードと、動作モードの３種類のモードで動作するものであり、以下、各回路の構成を、この３種類のモードにおけるタッチパネル入力装置１の動作と併せて説明する。

各光スイッチユニットＵ_１、Ｕ_２、Ｕ_３の赤外発光素子９は、それぞれマイコン３０によって接続制御されるＬＥＤマルチプレクサ１６に接続し、マイコン３０により制御される発光タイミングで赤外光検出信号を発光する。後述するように、タッチパネル３に対する入力操作を受けた際に動作する動作モードにおいては、入力位置検出手段、バックライト光源１２等を含むタッチパネル入力装置１の主要な回路が動作し、その入力操作が、タッチパネル３に設定されたいずれの入力エリア２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃに対してなされたかを検出している。すなわち、動作モードでは、図４に示すように、各スイッチユニットＵ_１、Ｕ_２、Ｕ_３の赤外発光素子９は、前後に０．５ｍｓｅｃの消灯期間ｔｏｆｆをおいて０．５ｍｓｅｃの発光期間ｔｏｎ、他の赤外発光素子９と重複しないタイミングで光検出信号を発光するもので、前後の消灯期間ｔｏｆｆには、いずれの赤外発光素子９からも光検出信号を発光しない。

発光制御は、動作モードである限り、全ての赤外発光素子９について発光制御した後再び繰り返され、その一走査周期Ｔは、入力操作に要する時間に比べて短い時間に設定される。操作者が入力操作に要する時間は、個人差があるが経験的に５０ｍｓｅｃから２００ｍｓｅｃと推定し、ここでは５０ｍｓｅｃより短い１５ｍｓｅｃとしている。

一方、各光スイッチユニットＵ_１、Ｕ_２、Ｕ_３の赤外発光素子９のそれぞれについて対となる赤外受光素子１０は、マイコン３０によって接続制御されるＰｄマルチプレクサ１７に接続し、受光制御手段としても作用するマイコン３０で制御される検出期間に検出した受光量を光電変換して出力する。

この赤外受光素子１０の検出期間は、対となる発光素子９を発光制御する走査周期Ｔに同期するもので、それぞれ対となる赤外受光素子１０についてその検出期間が設定される。従って、本実施の形態では、図４に示す各スイッチユニットＵ_１、Ｕ_２、Ｕ_３の対となる赤外発光素子９が発光している発光期間ｔｏｎを、それぞれの赤外受光素子１０の検出期間としている。

Ｐｄマルチプレクサ１７の出力側には、増幅率（電圧利得）Ａが固定（ここでは、Ａ＝３０倍）の差動増幅回路であるオペアンプ１８が接続されている。このオペアンプ１８の一方の非反転入力端子１８ｂは、Ｐｄマルチプレクサ１７の出力に接続し、各赤外受光素子１０のマイコン３０で制御される検出期間に受光した受光量を表す光電変換信号が入力される。また、他方の反転入力端子１８ａは、マイコン３０のＤ／Ａコンバータ３２に接続し、マイコン３０で後述する方法で生成され、Ｄ／Ａコンバータ３２から出力されるオフセット信号が入力されるようになっている。

従って、オペアンプ１８の出力端子１８ｃには、オフセット信号と光電変換信号の各値の差が増幅率Ａで増幅された増幅信号が現れ、この増幅信号は、マイコン３０のＡ／Ｄコンバータ３３に出力される。

Ａ／Ｄコンバータ３３は、マイコン３０で演算処理するために、入力される増幅信号を２値データの増幅信号値に変換して演算部３４へ出力するもので、ここでは、０乃至３．３Ｖの入力電圧を８ビットの２値データに変換するＡ／Ｄコンバータを用いている。

また、Ｄ／Ａコンバータ３２は、演算部３４から出力される８ビットの２値データで表されるオフセット信号値を、アナログ信号のオフセット信号に変換してオペアンプ１８の反転入力端子１８ａへ出力するもので、ここでは、０から３Ｖまで変化する光電変換信号の値に合わせて、０乃至３．３Ｖのオフセット信号が出力されるようになっている。

上述のように、赤外受光素子１０は、マイコン３０で受光制御される発光期間ｔｏｎ中に光電変換信号を連続出力し、オペアンプ１８の出力端子１８ｃからは、発光期間ｔｏｎに入力されたオフセット信号との差を増幅率Ａで増幅した増幅信号が連続して出力されるが、マイコン３０ではこの各発光期間ｔｏｎ中に４回割込処理を行って、Ａ／Ｄコンバータ３３から増幅信号値を得ている。演算部３４では、Ａ／Ｄコンバータ３３から読み込んだ４回の増幅信号値を平均して、その発光期間ｔｏｎに入力された増幅信号値とするもので、これにより、１回の検出に誤差が生じても、演算して求める受光量への影響を減じている。

マイコン３０で生成され、Ｄ／Ａコンバータ３２から出力されるオフセット信号の値は、平均して求めた上述の増幅信号値が、次の走査周期Ｔの発光期間ｔｏｎにおいて、同一レベルの光電変換信号がオペアンプ１８に入力されたものと仮定し、予め特定の設定値となるように設定する。ここでは、設定値を、Ａ／Ｄコンバータ３３のリファレンス電圧（０，３．３Ｖ）の中央値（１．６５Ｖ）に設定し、光電変換信号の変化が拡大されて増幅信号の変化に表れても、増幅信号の値をリファレンス電圧（０，３．３Ｖ）の中央を中心に変動させ、広範囲でＡ／Ｄ変換するようにしている。

例えば、各２値データを１０進で表し、新たにＡ／Ｄコンバータ３３から読み込み平均して求めた増幅信号値をＡＤ（ｃ）、その増幅信号を出力する際に反転入力端子１８ａに入力されたオフセット信号を出力するためにＤ／Ａコンバータ３２に入力されるオフセット値をＯＦ（ｏ）、設定値を１２８とすれば、新たに生成しＤ／Ａコンバータ３２へ出力されるオフセット信号値ＯＦ（ｃ）は、ＯＦ（ｃ）＝ＯＦ（ｏ）＋（ＡＤ（ｃ）−１２８）／増幅率Ａで表される。

演算部３４で生成されるオフセット信号値ＯＦ（ｃ）は、８ビットデータであり、このオフセット信号値ＯＦ（ｃ）は、発光期間ｔｏｎ毎に新たに生成され、少なくとも次の発光期間ｔｏｎまで記憶部３１に記憶される。

演算部３４では、赤外受光素子１０の発光期間ｔｏｎの発光時受光量Ｌｏｎ（ｃ）を、この増幅信号値ＡＤ（ｃ）と、記憶部３１から読み出す一走査周期Ｔ前のオフセット値ＯＦ（ｏ）とから算出する。すなわち、増幅信号値ＡＤ（ｃ）をＤ／Ａ変換した増幅信号の値を増幅率Ａで割り、オフセット信号値ＯＦ（ｏ）をＤ／Ａ変換したオフセット信号の値を加えれば、発光期間ｔｏｎに赤外受光素子１０が光電変換した光電変換信号の値を算出でき、この算出値を赤外受光素子１０が検出した発光時受光量Ｌｏｎ（ｃ）とする。尚、受光量を光電変換した光電変換信号の値は、各赤外受光素子１０毎に異なるので、オフセット信号値ＯＦ（ｃ）は、各赤外受光素子１０について発光期間ｔｏｎ毎に設定され、記憶部３１に記憶される。

検出した発光時受光量Ｌｏｎ（ｃ）は、マイコン３０において後述の発光時受光量Ｌｏｎ（ｏ）と比較されるとともに、光スイッチユニットＵ毎に、マイコン３０に接続される４段からなるシフトレジスタ３６の最下段に記憶される。

同様の処理は、各光スイッチユニットＵ_１、Ｕ_２、Ｕ_３について走査周期Ｔ毎に繰り返され、新たに検出された発光時受光量Ｌｏｎ（ｃ）がシフトレジスタ３６の最下段に記憶されるとともに、各段に記憶された受光量は、順次上位段に移される。その結果、特定の光スイッチユニットＵについて、シフトレジスタ３６の最上位段に記憶された発光時受光量Ｌｏｎ（ｏ）は、同一光スイッチユニットＵについての新たな受光量検出時の４Ｔ時間前、つまり６０ｍｓｅｃ前に検出した受光量を表すものとなる。

図５は、いずれかの光スイッチユニットＵに対して、操作体である指５０を接近させた後離間させる入力操作状態について、各走査周期Ｔ毎にマイコン３０で検出した発光時受光量Ｌｏｎを実線で結び、発光時受光量Ｌｏｎの変化を表したグラフである。同図のＴ１乃至Ｔ２時は、入力操作前の状態であり、指５０がスイッチユニットＵから離間しているので、赤外受光素子１０は、外来光と内部で散乱する光検出信号を受光し、発光時受光量Ｌｏｎが１Ｖとなっている。

入力操作の為に指５０を徐々に接近させると、指５０で反射される光検出信号が徐々に増加して発光時受光量Ｌｏｎが増加し、最もスイッチユニットＵへ接近させたＴ７時で約１．５Ｖのピークに達する。

その後、指５０を離間させていくと、反射される光検出信号が徐々に減少して発光時受光量Ｌｏｎも減少し、Ｔ１２時で待機状態約の１Ｖに戻る。

動作モードにおける入力操作位置の検出は、指５０のいずれかのスイッチユニットＵへの接離に応じてこのように変化する発光時受光量Ｌｏｎから検出するもので、各スイッチユニットＵについて、マイコン３０で、新たに検出した発光時受光量Ｌｏｎ（ｃ）を、シフトレジスタ３６の最上位段に記憶された発光時受光量Ｌｏｎ（ｏ）と比較し、所定の入力しきい値、ここでは０．３ｖを越えて増加したスイッチユニットＵについて、その入力エリア２１に入力操作があったものと判定する。例えば、図５において、Ｔ５時の発光時受光量Ｌｏｎ（ｃ）は１．２５Ｖ、４Ｔ時間前の発光時受光量Ｌｏｎ（ｏ）は１Ｖであるので、その差は入力しきい値を越えず、続くＴ６時に、発光時受光量Ｌｏｎ（ｃ）が１．４Ｖ、４Ｔ時間前のＴ２時発光時受光量Ｌｏｎ（ｏ）が１Ｖであるので、入力しきい値０．３Ｖを越え、これにより入力操作位置がそのスイッチユニットＵに係る入力エリア２１と判定される。

マイコン３０において、特定のスイッチユニットＵの入力エリア２１に対して入力操作があったものと判定すると、そのスイッチユニットＵについて対応づけられた命令を給湯器に対して実行する。例えば、スイッチユニットＵ_２についての発光時受光量Ｌｏｎの増加から、図７に示す給湯の入力操作を示す表示１５を表示した入力エリア２１Ｂへの入力操作と判定すると、スイッチユニットＵ_２について対応づけられた給湯命令が実行され、給湯器からバスタブへお湯が給湯される。

いずれかの入力エリア２１に対する入力操作を検出してから、所定期間、例えば３分間いずれのスイッチユニットＵの入力エリア２１に対する入力操作も検出しない場合には、一連の入力操作が終了したものと判定し、モード判定・変換部３５は、マイコン３０を動作モードからスリープモードにモード変換する。

スリープモードでは、タッチパネル３への入力操作を機械的に検出する為に、圧電基板２０と、圧電基板２０の出力に接続された増幅回路３７と、マイコン３０内のＡ／Ｄコンバータ３３、演算回路３４及びモード判定・変換部３５で構成される接触検知手段のみが動作している。

スリープモードにおいて、操作体５０をタッチパネル３に触れて入力操作を行うと、タッチパネル３に発生する歪みが圧電基板２０に伝達され、圧電基板２０から圧電基板２０自体が歪むことにより一定の電圧信号が発生する。この電圧信号は、増幅回路３７で増幅され、Ａ／Ｄコンバータ３３へ入力される。演算回路３４は、Ａ／Ｄコンバータ３３から入力される電圧信号の電圧を所定のしきい値と比較し、しきい値以上となったときにタッチパネル３への入力操作と判定し、その結果を、モード判定・変換部３５へ出力する。ここで設定されるしきい値は、タッチパネル３が所定の押圧力以上の力で意識的に押圧したときに、Ａ／Ｄコンバータ３３から出力される電圧以下に設定され、また、わずかな振動や操作者が無意識的にタッチパネル３に触れただけでは、入力操作と判定しない値となっている。

尚、このスリープモードにおいて、上記接触検知手段が動作するほかは、タッチパネル入力装置１の他の主要回路は休止させ、消費電力を低減させるものであるが、バックライト光源１２を点灯させない限り、液晶表示パネル４から低消費電力で所定の表示を表示することが可能なので、本実施の形態では、図６に示すように、スイッチユニットＵ_１の入力エリア２１Ａの背面側に「スタートメニュー」の起動表示１４を表示している。これにより操作者は、入力操作を再開するスリープモードにおいてこの起動表示１４に促され、スイッチユニットＵ_１の入力エリア２１Ａを触れるものであり、その近傍に固着された圧電基板２０の歪みからより確実に入力操作を検出できる。

スリープモードにおいて、Ａ／Ｄコンバータ３３から入力される電圧信号の電圧が所定のしきい値を越え、演算回路３４からモード判定・変換部３５へその比較結果が入力されると、モード判定・変換部３５は、マイコン３０をスリープモードから更に起動判定モードへモード変換する。

起動判定モードでは、タッチパネル３への入力操作を光学的に検出する入力操作検出手段を動作させる。すなわち、図３に示すＬＥＤマルチプレクサ１６とＰｄマルチプレクサ１７の動作を固定し、光スイッチユニットＵ_１の赤外発光素子９のみを動作モードと同条件で周期的に発光制御し、その発光タイミングで対となる赤外受光素子１０が検出する受光量から、その入力操作が行われたかを光学的に検出する。

起動判定モードにおいて、光スイッチユニットＵ_１の赤外受光素子１０での発光時受光量Ｌｏｎは、その前の動作モードで最後に入力操作を解除し待機状態に戻ったときの発光時受光量Ｌｏｎとオフセット信号値ＯＦ（ｃ）を用いて、動作モードと同一方法で得る増幅信号値ＡＤ（ｃ）とから算出する。すなわち、最後に入力操作を解除し待機状態に戻ったときに得られた発光時受光量Ｌｏｎと、そのときのオフセット信号値ＯＦ（ｃ）は、それぞれ起動判定モードに移行するまで記憶部３１に記憶され、起動判定モードにおいて、記憶部３１から読み出すオフセット信号値ＯＦ（ｃ）を、オペアンプ１８の反転入力端子１８ａへ入力し、演算部３４で、Ａ／Ｄコンバータ３３から読み込み平均して求めた増幅信号値をＡＤ（ｃ）と、記憶部３１から読み出したオフセット信号値ＯＦ（ｃ）とから、上記動作モードと同様に算出して赤外受光素子１０の発光時受光量Ｌｏｎ（ｃ）を算出する。これにより、光スイッチユニットＵ_１について動作モードとほぼ同条件で、動作モードにおける待機状態と受光量を比較し、入力操作の有無を判定できる。

起動判定モードで、スイッチユニットＵ_１の赤外受光素子１０での発光時受光量Ｌｏｎを検出する際には、すでに操作体５０がタッチパネル３に接触した図５のＴ７時であるので、モード判定・変換部３５で、このようにして算出した光スイッチユニットＵ_１についての発光時受光量Ｌｏｎを、その前の動作モードで最後に入力操作を解除し待機状態に戻ったときの発光時受光量Ｌｏｎと比較し、所定値以上上昇していれば、入力操作があったと判定する。例えば、図５に示すように、光スイッチユニットＵ_１について、その前の動作モードで最後に入力操作を解除し待機状態に戻ったときの発光時受光量Ｌｏｎが１．０Ｖであるとし、起動判定モードにおいて検出した発光時受光量Ｌｏｎが０．２Ｖ以上の１．２Ｖ以上であるときに入力操作と判定する。

この起動判定モードでの入力操作の判定では、必ずしもスイッチユニットＵ_１の入力エリア２１Ａが操作されず、その近傍に操作体５０を触れているだけであっても、発光時受光量Ｌｏｎが上昇し、入力操作を判定できる。従って、バックライト光源１２で液晶表示パネル４の表示を照光せず、入力エリア２１Ａの境界が見えにくく、誤ってその周囲を入力操作した場合にも、入力操作を検出できる。

モード判定・変換部３５は、演算部３４で所定値以上上昇した発光時受光量Ｌｏｎが算定された場合には、マイコン３０を起動判定モードから動作モードへモード変換し、また、入力操作の判定に満たない発光時受光量Ｌｏｎが算定された場合には、振動などに起因する接触検知手段の誤検出と判断し、マイコン３０をスリープモードへ戻す。

動作モードに移行すると、上述した入力位置検出手段を含むタッチパネル入力装置の各回路が起動し、電源が供給される。また、起動判定モードから動作モードへ移行すると、液晶表示パネル４は、入力操作位置により所定の制御命令を入力するために、各入力エリア２１に制御命令の内容を表す表示１５を表示し、これらの表示１５は、バックライト光源１２により照光される。

本実施の形態によれば、図６に示すように、「スタートメニュー」の起動表示１４を表示することにより、スリープモードにおいて始めて入力操作を行うタッチパネル３上の領域を特定できるので、圧電基板２０をその近傍に固着することにより、確実にその入力操作が検出できる。また、光学的に入力操作を検出する入力操作検出手段でも、限られたスイッチユニットＵ_１の入力エリア２１Ａの入力操作を判定する回路を起動させるだけなので、電力消費量を減少させることができる。

以上の実施の形態では、接触検知手段と入力操作検出手段を用いて、機械的及び光学的に入力操作が検出されることを条件に、スリープモードから動作モードへ移行させたが、接触検知手段を用いずに、スリープモードで入力操作検出手段を動作させ、入力操作による受光量の増加から光学的にのみ入力操作を検出し、動作モードへ移行させてもよい。

また、起動判定モード若しくはスリープモードで光学的に入力操作を検出する入力操作検出手段では、動作モードと同様に、全てのスイッチユニットＵを動作させ、いずれかのスイッチユニットＵの発光時受光量Ｌｏｎが所定値以上上昇することから、入力操作と判定してもよい。この実施の形態によれば、タッチパネル３に入力エリア２１が設定されていない非検出領域を有するタッチパネル入力装置で、起動判定モード若しくはスリープモードにおいて、非検出領域が入力されても、操作体５０の接近による受光量の増加から入力操作を検出できる。

また、上述の実施の形態では、動作モードにおいて、各スイッチユニットＵでの赤外受光素子１０の受光量の増加から入力操作位置、すなわち入力操作が行われた入力エリア２１を検出したが、入力エリア２１において検出光が遮断され、受光素子が対となる発光素子の発光タイミングで検出光を受光しないことから、入力エリアなどの入力操作位置を検出してもよい。

本発明は、入力操作を行わない待機中に、電力消費量を削減させるタッチパネル入力装置に適している。

本発明の実施の形態に係るタッチパネル入力装置１の斜視図である。 タッチパネル入力装置１の縦断面図である。 タッチパネル入力装置１の構成を示すブロック図である。 各光スイッチユニットＵから発光される光検出信号を示すタイミングチャートである。 スイッチユニットＵの発光時受光量Ｌｏｎの変化を示すグラフである。 スリープモードにおける液晶表示パネル４による表示１４を示すタッチパネル入力装置１の斜視図である。 起動モードにおける液晶表示パネル４による表示１５を示すタッチパネル入力装置１の斜視図である。 従来のタッチパネル入力装置１００を示す縦断面図である。 光センサユニット１０４を示す平面図である。

符号の説明

１ タッチパネル入力装置
３ タッチパネル
４ 表示パネル
９ 赤外発光素子（発光手段）
１０ 赤外受光素子（受光手段）
２０ 圧電基板
２１ 入力エリア
２５ 操作パネル
３５ モード判定・変換部（モード変換部）
Ｕ 光スイッチユニット

Claims (5)

1. 透明材料で形成されたタッチパネル（３）と、
   タッチパネル（３）の背面側に積層配置され、任意の表示をタッチパネル（３）を通して表示可能な表示パネル（４）と、
   各光スイッチユニット（Ｕ）が、タッチパネル（３）の表面側へ光検出信号を発光する発光手段（９）と、タッチパネル（３）の表面側で反射された光検出信号を受光可能な受光手段（１０）とを対として有し、それぞれタッチパネル（３）に設定される各入力エリア（２１）に対応してその背面側に配置される複数の光スイッチユニット（Ｕ）と、
   複数の光スイッチユニット（Ｕ）の少なくともいずれか特定の光スイッチユニット（Ｕ）の発光手段（９）から光検出信号を発光制御し、対となる受光手段（１０）による受光量の増加からタッチパネル（３）への入力操作を検出する入力操作検出手段と、
   複数の光スイッチユニット（Ｕ）の各発光手段（９）から異なるタイミングで光検出信号を発光制御し、いずれかの受光手段（１０）が対となる発光手段（９）の発光タイミングで光検出信号を受光することから、入力操作されている入力エリア（２１）を検出する入力位置検出手段と、
   入力位置検出手段の動作を休止し、入力操作検出手段を動作させるスリープモードと、入力位置検出手段を動作させる動作モードのいずれかを選択するモード変換部（３５）とを備え、
   モード変換部（３５）は、
   スリープモードで、入力操作検出手段が入力操作を検出したときに動作モードに移行し、
   動作モードで、入力位置検出手段が、入力操作されている入力エリア（２１）を、所定期間検出しないときにスリープモードへ移行することを特徴とするタッチパネル入力装置。
2. 特定の光スイッチユニット（Ｕ）は、複数の光スイッチユニット（Ｕ）の一部の光スイッチユニット（Ｕ）であり、表示パネル（４）は、スリープモードで、特定の光スイッチユニット（Ｕ）に対応する入力エリア（２１）の背面側に、動作モードへの移行を表す起動表示（１４）を表示することを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル入力装置。
3. 透明材料で形成されたタッチパネル（３）と、
   タッチパネル（３）に発生する歪みから、タッチパネル（３）への入力操作による接触を検出する接触検知手段と、
   タッチパネル（３）の背面側に積層配置され、任意の表示をタッチパネル（３）を通して表示可能な表示パネル（４）と、
   各光スイッチユニット（Ｕ）が、タッチパネル（３）の表面側へ光検出信号を発光する発光手段（９）と、タッチパネル（３）の表面側で反射された光検出信号を受光可能な受光手段（１０）とを対として有し、それぞれタッチパネル（３）に設定される各入力エリア（２１）に対応してその背面側に配置される複数の光スイッチユニット（Ｕ）と、
   複数の光スイッチユニット（Ｕ）の少なくともいずれか特定の光スイッチユニット（Ｕ）の発光手段（９）から光検出信号を発光制御し、対となる受光手段（１０）による受光量の増加からタッチパネル（３）への入力操作を検出する入力操作検出手段と、
   複数の光スイッチユニット（Ｕ）の各発光手段（９）から異なるタイミングで光検出信号を発光制御し、いずれかの受光手段（１０）が対となる発光手段（９）の発光タイミングで光検出信号を受光することから、入力操作されている入力エリア（２１）を検出する入力位置検出手段と、
   入力操作検出手段と入力位置検出手段の動作を休止し、接触検知手段のみ動作させるスリープモードと、入力位置検出手段の動作を休止し、入力操作検出手段を動作させる起動判定モードと、入力位置検出手段を動作させる動作モードのいずれかを選択するモード変換部（３５）とを備え、
   モード変換部（３５）は、
   スリープモードで、接触検知手段が入力操作による接触を検出したときに起動判定モードに移行し、
   起動判定モードで、入力操作検出手段が入力操作を検出したときに動作モードに移行するとともに、所定期間入力操作を検出しないときにスリープモードに移行し、
   動作モードで、入力位置検出手段が、入力操作されている入力エリア（２１）を、所定期間検出しないときにスリープモードへ移行することを特徴とするタッチパネル入力装置。
4. 特定の光スイッチユニット（Ｕ）は、複数の光スイッチユニット（Ｕ）の一部の光スイッチユニット（Ｕ）であり、表示パネル（４）は、スリープモードで、特定の光スイッチユニット（Ｕ）に対応する入力エリア（２１）の背面側に、動作モードへの移行を表す起動表示（１４）を表示することを特徴とする請求項３に記載のタッチパネル入力装置。
5. 接触検知手段は、特定の光スイッチユニット（Ｕ）に対応する入力エリア（２１）近傍のタッチパネル（３）に圧電基板（２０）が固着され、圧電基板（２０）の歪みにより出力される電圧信号からタッチパネル（３）への入力操作による接触を検出することを特徴とする請求項４に記載のタッチパネル入力装置。

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