JP2005352632A - 入力装置およびこの入力装置を用いた表示入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 平面座標検出手段（Ｘ−Ｙ座標検出手段）と合わせて、Ｚ軸検出手段を設け、押し込み量を検出できる入力装置およびこの入力装置を用いた表示入力装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 裏面シート４を、上面４ａに形成された透明抵抗膜５ｄと中間シート３の下面３ｂに形成された透明抵抗膜５ｃとを対向させて配置し、絶縁スペーサ５０によって、所定の間隔を空けて中間シート３と対向するように組み合わせる。入力手段を下方に押圧すると、中間シート３が下方へ撓み変形し、透明抵抗膜５ｃと透明抵抗膜５ｄとが所定の接触面積で接触する。この接触面積の変化を検出し、検出された接触面積の変化量から入力手段の押圧点での押し込み量を検出する。このようにすると、入力手段の、平面座標（Ｘ−Ｙ座標）だけでなく、押圧点での押し込み量も検出することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は例えばタッチパネルなどの入力装置およびこの入力装置を用いた表示入力装置に関する。

たとえばタッチパネルなどの入力装置として、下記特許文献１に記載のような入力装置がある。

前記タッチパネルは、前記タッチパネル上を指やペンなどを用いて押圧すると、指やペンなどの押圧された位置の平面座標が検出される。

下記特許文献１に記載の発明は、タッチパネル（抵抗膜入力装置）上を何点以上押圧したかを検知できる押下検出回路が設けられ、２点以上の押圧があったことが検知されるとブザー音が発せられ、Ｘ，Ｙ位置検出（平面座標検出）が無効になったことを知らせるものである。
特開平５−２５７５９１号公報

従来のタッチパネルなどの入力装置では、押圧した位置の平面座標（Ｘ，Ｙ座標）を検出できるが、押圧した位置での押し込み量を検知する手段は設けられていなかった。

通常、タッチパネルが設けられた液晶ディスプレイの操作面を押圧すると、押圧された位置に画面表示されたアイコン等が開いたりするなどの画像処理が施される。このような画像処理は、タッチパネルから検出された平面座標を下に、押圧された位置を検出して行なわれる。

しかし、従来のタッチパネルでは、平面座標を検出できるが、押圧された位置での押し込み量、すなわちＺ軸方向への信号変動を検出することはできない。Ｚ軸方向への信号を検出できるようにし、平面座標信号とともに、前記Ｚ軸方向への信号も利用すれば、液晶パネルに表示された画像の処理に様々なバリエーションを設けることができ、またタッチパネル上での操作性を向上させることができると考えられた。

そこで、本発明は上記従来の課題を解決するものであり、特に、平面座標検出手段（Ｘ−Ｙ座標検出手段）と合わせて、Ｚ軸検出手段を設け、押し込み量を検出できる入力装置およびこの入力装置を用いた表示入力装置を提供することを目的としている。

本発明の入力装置は、表面シートと、中間シートと、裏面シートとを有し、少なくとも前記表面シートと中間シートは可撓性の材質で形成され、
前記表面シートと前記中間シートは所定の間隔を空けて対向し、前記表面シートと前記中間シートとの対向面には、前記表面シートの操作領域上を前記中間シート方向へ押圧したときに、その押圧点の平面座標を検出するためのＸ−Ｙ座標検出手段が設けられ、
前記中間シートと前記裏面シートは所定の間隔を空けて対向し、前記中間シートと前記裏面シートとの対向面には、前記表面シートの操作領域上を前記裏面シート方向へ押圧したときに前記表面シートと共に前記中間シートが前記裏面シート方向へ撓み、前記中間シートの撓みを利用して、前記押圧点での押し込み量を検出するＺ軸検出手段が設けられていることを特徴とするものである。

本発明では、表面シートと中間シートとの対向面に、Ｘ−Ｙ座標検出手段を設けるとともに、中間シートと裏面シートとの対向面に、押圧点での押し込み量を検出するＺ軸検出手段を設けることで、押圧点の平面座標（Ｘ−Ｙ座標）とともに、押圧点での押し込み量も検出することが可能である。

本発明では、前記中間シートと前記裏面シートとの対向面にはそれぞれ抵抗膜が設けられ、前記中間シート及び前記裏面シートのどちらか一方の前記対向面上には前記抵抗膜を介して一対の電極部が設けられ、前記電極部から電圧を印加し、
前記中間シートが撓んで前記中間シートの前記抵抗膜が前記裏面シートの抵抗膜上に接触したとき、その接触面積の変化に伴って抵抗値が変化し、その抵抗値変化に基づく電圧変化によって、前記押圧点での押し込み量を検出する構成のものが好ましい。

このような場合に、前記中間シートと前記裏面シートの対向面に設けられた前記抵抗膜は、異なる抵抗値を有する導電材料で形成されていることが好ましい。このような構成とすると、押し込み量に伴う抵抗値の変化量を大きくでき、押し込み量の検出精度を向上させることができる。

また本発明では、前記Ｘ−Ｙ平面座標検出手段は、抵抗膜方式であることが好ましい。
また本発明では、前記中間シートは前記中間シートの操作領域での膜厚が、前記中間シートの操作領域の周囲領域の膜厚に比べて薄いことが好ましい。具体的には、前記中間シートの前記裏面シートとの対向面側には、前記周囲領域から前記中間シートの操作領域の中央に向うにしたがって徐々に膜厚が小さくなる凹み部が形成されていることが好ましい。

中間シートが上記のような形状になっていると、操作領域上を下方向へ押し込んだときに、中間シートが下方向に撓み変形しやすく、入力ペン等を押圧する押圧力が小さい場合においても、Ｚ軸検出手段によって、押圧点での押し込み量を適切に検出できる。

また本発明は、上記のいずれかに記載された前記入力装置はタッチパネルであり、前記入力装置が表示パネル上に重ねられた表示入力装置において、
前記タッチパネル上を操作することで、前記中間シートが撓み、押圧点での押し込み量が前記Ｚ軸検出手段により検出されたときに、前記押し込み量の変動に伴う画像処理が施されることを特徴とするものである。

本発明では、前記押し込み量の変動に伴う様々な画像処理を施すことができる。例えば押圧された位置に表示された画像の大きさを押し込み量の変動に伴って徐々に変化させたりすること等を行うことができる。

本発明では、平面座標信号とともに、前記押し込み量の変動に伴うＺ軸方向への信号も利用することで、表示パネルに表示された画像の処理に様々なバリエーションを設けることができ、またタッチパネル上での操作性を向上させることができる。

本発明における入力装置では、表面シートと中間シートとの対向面に、Ｘ−Ｙ座標検出手段を設けるとともに、前記中間シートと裏面シートとの対向面に、押圧点での押し込み量を検出するＺ軸検出手段を設けることで、押圧点の平面座標（Ｘ−Ｙ座標）とともに、押圧点での押し込み量も検出することが可能である。

そして、前記入力装置（タッチパネル）が表示パネル上に重ねられた表示入力装置では、平面座標信号とともに、前記押し込み量の変動に伴うＺ軸方向への信号も利用することで、表示パネルに表示された画像の処理に様々なバリエーションを設けることができ、またタッチパネル上での操作性を向上させることができる。

図１は本発明の入力装置（タッチパネル）の分解斜視図、図２は本発明の入力装置を図１のＩＩ−ＩＩ線で切断したときの部分断面図、図３は平面座標信号が検出された状態を示す入力装置の部分断面図、図４はＺ軸信号が検出された状態を示す入力装置の部分断面図、図５は本発明における入力装置を構成する裏面シートの表面側を示し、Ｚ軸信号（押し込み量）の検知方法を説明するための説明図、図６は本発明における入力装置（タッチパネル）が組み込まれた液晶ディスプレイを有する電子機器の平面図である。なお、図２ないし図４において、引き出し専用のフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）については、図１の矢印方向から透視したときの状態を表している。

図１に示すように、本発明の入力装置１は、表面シート２，中間シート３，裏面シート４を有している。

表面シート２は透明なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のフィルム状のものであり、可撓性を有しており、図２に示すように、表面シート２の下面２ａの全面には透明抵抗膜５ａが所定の厚さで形成されている。透明抵抗膜５ａは、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）を原料としてスパッタリング法やイオンプレーティング法、あるいは真空蒸着法などで成膜される。また、前記表面シート２の下面２ａには透明抵抗膜５ａを介して、Ｘ方向に平行に、所定の間隔を置いて銀等からなる１対の上部電極２１，２２が形成され、上部電極２１と２２との間が操作領域２３となっている。

中間シート３は透明なプラスチック基板であり、可撓性を有する材質で形成される。図２に示すように、中間シート３の上面３ａの全面にＩＴＯから形成される透明抵抗膜５ｂが所定の厚さで形成され、中間シート３の下面３ｂの全面にＩＴＯから形成される透明抵抗膜５ｃが所定の厚さで形成されている。透明抵抗膜５ｂ上には、Ｙ方向に平行に所定の間隔を置いて銀等からなる１対の中間電極３１，３２が形成され、電極３１と３２との間が操作領域３３となっている。

図１，図２に示すように、中間シート３の操作領域３３上には、複数のドットスペーサ３４が形成されている。ドットスペーサ３４は、使用環境などの外的要因による表面シート２の撓みで、中間シート３に誤接触が起こらないようにする等のために設けられている。

裏面シート４は、透明なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のフィルム、あるいは透明なプラスチック基板、ガラス基板等から形成されており、図２に示すように、裏面シート４の上面４ａの全面にはＩＴＯから形成される透明抵抗膜５ｄが所定の厚さで形成されている。透明抵抗膜５ｄ上には、Ｘ方向に平行に所定の間隔を置いて銀等からなる１対の下部電極４１，４２が形成され、下部電極４１と４２との間が操作領域４３となっている。

図２に示すように、表面シート２は、下面２ａに形成された透明抵抗膜５ａを中間シート３の上面３ａに形成された透明抵抗膜５ｂに対向させ、かつ、透明抵抗膜５ａ下に形成された上部電極２１，２２を、透明抵抗膜５ｂ上に形成された中間電極３１，３２が存在しない側部に位置させて配置し、絶縁スペーサ５０によって、所定の間隔を空けて中間シート３と対向するように組み合わされる。

裏面シート４は、上面４ａに形成された透明抵抗膜５ｄを中間シート３の下面３ｂに形成された透明抵抗膜５ｃに対向させて配置され、絶縁スペーサ５０によって、所定の間隔を空けて中間シート３と対向するように組み合わされる。

図１，図２に示すように、表面シート２と中間シート３との間には、各電極２１，２２，３１，３２に接続される、引き出し専用のフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）５１が挿入されている。

そして、表面シート２と中間シート３との対向面には、透明抵抗膜５ａ，５ｂと、電極２１，２２，３１，３２とフレキシブルプリント基板５１とを有してなるＸ−Ｙ座標検出手段が設けられている。

図１，図２に示すＸ−Ｙ座標検出手段は抵抗膜式と呼ばれるものである。図３に示すように、例えば入力ペン６で表面シート２の操作領域２３内の任意の箇所を下方へ押圧すると、まず表面シート２が下方に変形して操作領域２３と３３との間において、表面シート２に形成された透明抵抗膜５ａと中間シート３の上面３ａに形成された透明抵抗膜５ｂが接触する。

押圧点ＡでのＸ座標検出は、表面シート２の上部電極２１，２２に電圧を印加すると、表面シート２の下面２ａに形成された透明抵抗膜５ａの抵抗によって上部電極２１，２２間に電位勾配が生じる。押圧点Ａでの電位を、中間シート３側を通じて検出すると押圧点ＡでのＸ座標を知ることが出来る。

また、押圧点ＡでのＹ座標検出は、中間シート３の中間電極３１，３２に電圧を印加すると、中間シート３の上面３ａに形成された透明抵抗膜５ｂの抵抗によって中間電極３１，３２間に電位勾配が生じる。押圧点Ａでの電位を、表面シート２側を通じて検出すると押圧点ＡでのＹ座標を知ることができる。

本発明の特徴的部分は、中間シート３と、裏面シート４は所定の間隔を空けて対向し、中間シート３と裏面シート４との対向面には、表面シート２の操作領域２３上を裏面シート４方向へ押圧したときに、表面シート２と共に中間シート３が裏面シート４方向へ撓み、中間シート３の撓みを利用して、押圧点Ａでの押し込み量を検出するＺ軸検出手段が設けられている点である。

図１，図２に示す実施形態では、Ｚ軸検出手段は、中間シート３と裏面シート４の対向面に形成された透明抵抗膜５ｃ，５ｄと、裏面シート４上に透明抵抗膜５ｄを介して形成された下部電極４１，４２と、フレキシブルプリント基板５２とを有して構成される。なお、下部電極４１，４２は、裏面シート４上ではなく、中間シート３の裏面側に透明抵抗膜５ｃを介して形成されてもよい。

図３の状態から、さらに入力ペン６による下方向への押圧力を強めると、可撓性である中間シート３は下方向へ撓み、図４のように、中間シート３の下面に設けられた透明抵抗膜５ｃと、裏面シート４の上面４ａに設けられた透明抵抗膜５ｄとが、押圧点Ａの垂直下で接触する。

図５は、裏面シート４の平面図であり、図面上、裏面シート４上に形成されている透明抵抗膜５ｄは省略されている。

今、図４のように、中間シート３の透明抵抗膜５ｃと裏面シート４の透明抵抗膜５ｄとが接触して、その接触領域が図５に示すＢの領域であったとすると、裏面シート４の透明抵抗膜５ｄの抵抗と、接触領域Ｂにおける中間シート３の透明抵抗膜５ｃの抵抗とが並列的に接続される状態になり、その結果、下部電極４１，４２間の抵抗値は、透明抵抗膜５ｃ，５ｄが非接触のときの抵抗値よりも減少し、前記下部電極４１，４２間の電圧が変化する。

下部電極４１，４２間の電圧（Ｖout）は（Ｒｚ／Ｒｘ＋Ｒｚ）・Ｖccで求めることができる。Ｒｚは、透明抵抗膜５ｃ，５ｄが非接触のときは、電極４１，４２間の透明抵抗膜５ｄの抵抗値、透明抵抗膜５ｃ，５ｄが接触したときは、透明抵抗膜５ｃの抵抗と、透明抵抗膜５ｄの抵抗が並列接続された状態での、電極４１，４２間の総合抵抗値である。

図４に示す押圧点Ａでの押圧力をさらに強めると、透明抵抗膜５ｄに対する中間シート３の透明抵抗膜５ｃの接触面積はＢ→Ｃ→Ｄ→Ｅと徐々に大きくなっていく。このように接触面積が変化することで、抵抗Ｒｚが変化し、下部電極４１，４２間の電圧（Ｖout）も変化する。すなわち、下部電極４１，４２間の電圧値を測定すれば、その電圧変化によって押圧点Ａでの押し込み量を検出することが可能である。

このように、本発明では、押圧点Ａの平面座標（Ｘ−Ｙ座標）とともに、押圧点Ａでの押し込み量も検出することが可能である。

なお、中間シート３の透明抵抗膜５ｃと、裏面シート４の透明抵抗膜５ｄを異なる抵抗値を有する材質で形成することが好ましく、特に、中間シート３の透明抵抗膜５ｃの抵抗値を、裏面シート４の透明抵抗膜５ｄの抵抗値よりも小さくなる材質で形成しておくことで、中間シート３が裏面シート４に接触した際の抵抗値Ｒｚの減少量を大きくできるため、電極４１，４２間の電圧変化も大きくなり、押圧点Ａでの押し込み量の検出をより精度よく行なうことが可能になる。

本発明では、図２に示すように、中間シート３の下面３ｂには、操作領域３３の周囲の周囲領域３５（図１を参照）から、操作領域３３の中央に向うに従って徐々に膜厚が小さくなる凹み部３６が形成されていることが好ましい。このように、周囲領域３５よりも操作領域３３の方が薄い膜厚で形成されていると、中間シート３が、裏面シート４の方向、すなわち下方に撓み変形しやすく、入力ペン６を押圧する押圧力が小さい場合においても、確実に透明抵抗膜５ｃと透明抵抗膜５ｄとを接触させることができ、押圧点での押し込み量を確実に検出することが可能になる。

また、図２に示すように、中間シート３の上面３ａ側が平坦面であることが好ましく、さらに、凹み部３６の最大高さ寸法ｈを所定値に収めることが好ましい。これにより光の散乱を抑制できる。

また、図２に示すように、操作領域３３の中央に向うほど、中間シート３の膜厚を薄くしておくことで、中間シート３が下方向へ押されて撓んだ後、その押圧力から解き放たれたとき、中間シート３は図２に示す元の状態に戻りやすい。

本発明の入力装置（タッチパネル）１は、例えば、液層パネル上に重ねられた液晶ディスプレイ６０の表面部材として用いられる。

本発明では、タッチパネル１上の所定位置を押圧することで検出された押し込み量のＺ軸信号を、液晶パネルに表示された画像処理に用いることができる。

図６は液晶ディスプレイ６０を有する電子機器６１の平面図である。液晶ディスプレイ６０は、上記したように、液晶パネル上に本発明のタッチパネル１が重ねられたものである。

液晶ディスプレイ６０には、今、丸い形状のアイコン６２が表示されているとする。
まず、アイコン６２上を指や入力ペンなどで押圧し、タッチパネル１が図３の状態になると押圧点Ａの平面座標であるＸ−Ｙ座標信号が検出され、その検出信号に基づいて、アイコン６２を開く等の所定の画像処理が施される。

本発明では、図４に示すように、さらに強くタッチパネル１表面を押して、押圧点Ａでの押し込み量が検出されると、押し込み量のＺ軸信号に基づき、図６に示すアイコン６２を６２ａのように拡大するなどの所定の画像処理が施される。さらに押圧力を強め、図５で説明したように、中間シート３の透明抵抗膜５ｃと裏面シート４の透明抵抗膜５ｄとの接触面積を徐々に大きくすると（Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅへの変化と同様の変化をさせると）、その接触面積の変化に基づく電圧変化によって押圧点での押し込み量が大きくなっていることが検知され、Ｚ軸信号の変動に伴って、図６のように、アイコン６２を、６２ａ→６２ｂのように徐々に大きくする画像処理が施される。

押圧力を徐々に弱め、中間シート３の透明抵抗膜５ｃと裏面シート４の透明抵抗膜５ｄとの接触面積がＥ→Ｄ→Ｃ→Ｂのように徐々に小さくなると、その接触面積の変化に基づく電圧変化によって、押圧点での押し込み量が徐々に小さくなっていることが検知され、Ｚ軸信号の変動に伴って、アイコン６２ｂを、６２ａ→６２のように徐々に小さくする画像処理が施される。

あるいは、図６に示すアイコン６２上を押圧してタッチパネル１からＺ軸信号が検出されると、アイコン６２が、矢印方向に示すように、画面中央にまで移動したり、あるいは画面中央まで移動するとともに、その位置でアイコン６２が拡大したりする等の画像処理を施すことも可能である。

または、図６に示すアイコン６２上を押圧してタッチパネル１からＺ軸信号が検出された状態を維持したまま、例えば指等を画面上で移動させると、指の動きに合わせてアイコン６２も移動するといった、前記押し込み量の変動に伴う様々な画像処理を施すことができる。

本発明では、押し込み量に基づくＺ軸信号が検出されたときには、Ｘ軸およびＹ軸に基づく平面座標信号によって、押された位置を特定し、Ｚ軸信号によって、その押された位置での特定の画像処理を施すことができる。あるいは、得られる平面座標信号に関係なく（平面座標信号を無視し）、Ｚ軸信号のみに基づいて所定の画像処理を施すことができる。このように、表示パネルに表示された画像の処理に様々なバリエーションを設けることができ、またタッチパネル上での操作性を向上させることができる。

なお、Ｘ−Ｙ座標検出手段は抵抗膜方式に限らず他の方式であってもかまわない。

本発明の入力装置（タッチパネル）の分解斜視図、 本発明の入力装置を図１のＩＩ−ＩＩ線で切断したときの部分断面図、 平面座標信号が検出された状態を示す入力装置の部分断面図、 Ｚ軸信号が検出された状態を示す入力装置の部分断面図、 本発明における入力装置を構成する裏面シートの表面側を示し、Ｚ軸信号（押し込み量）の検知方法を説明するための説明図、 本発明における入力装置（タッチパネル）が組み込まれた液晶ディスプレイを有する電子機器の平面図、

符号の説明

１ 入力装置
２ 表面シート
３ 中間シート
４ 裏面シート
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 透明抵抗膜
２１，２２，３１，３２，４１，４２ 電極
２３，３３，４３ 操作領域
５０ 絶縁スペーサ

Claims (7)

1. 表面シートと、中間シートと、裏面シートとを有し、少なくとも前記表面シートと中間シートは可撓性の材質で形成され、
   前記表面シートと前記中間シートは所定の間隔を空けて対向し、前記表面シートと前記中間シートとの対向面には、前記表面シートの操作領域上を前記中間シート方向へ押圧したときに、その押圧点の平面座標を検出するためのＸ−Ｙ座標検出手段が設けられ、
   前記中間シートと前記裏面シートは所定の間隔を空けて対向し、前記中間シートと前記裏面シートとの対向面には、前記表面シートの操作領域上を前記裏面シート方向へ押圧したときに前記表面シートと共に前記中間シートが前記裏面シート方向へ撓み、前記中間シートの撓みを利用して、前記押圧点での押し込み量を検出するＺ軸検出手段が設けられていることを特徴とする入力装置。
2. 前記中間シートと前記裏面シートとの対向面にはそれぞれ抵抗膜が設けられ、前記中間シート及び前記裏面シートのどちらか一方の前記対向面上には前記抵抗膜を介して一対の電極部が設けられ、前記電極部から電圧を印加し、
   前記中間シートが撓んで前記中間シートの前記抵抗膜が前記裏面シートの抵抗膜上に接触したとき、その接触面積の変化に伴って抵抗値が変化し、その抵抗値変化に基づく電圧変化によって、前記押圧点での押し込み量を検出する請求項１記載の入力装置。
3. 前記中間シートと前記裏面シートの対向面に設けられた前記抵抗膜は、異なる抵抗値を有する導電材料で形成されている請求項２記載の入力装置。
4. 前記Ｘ−Ｙ平面座標検出手段は、抵抗膜方式である請求項１ないし３のいずれかに記載の入力装置。
5. 前記中間シートは前記中間シートの操作領域での膜厚が、前記中間シートの操作領域の周囲領域の膜厚に比べて薄い請求項１ないし４のいずれかに記載の入力装置。
6. 前記中間シートの前記裏面シートとの対向面側には、前記周囲領域から前記中間シートの操作領域の中央に向うにしたがって徐々に膜厚が小さくなる凹み部が形成されている請求項５記載の入力装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載された前記入力装置はタッチパネルであり、前記入力装置が表示パネル上に重ねられた表示入力装置において、
   前記タッチパネル上を操作することで、前記中間シートが撓み、押圧点での押し込み量が前記Ｚ軸検出手段により検出されたときに、前記押し込み量の変動に伴う画像処理が施されることを特徴とする表示入力装置。

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