JP2006285491A - 表示入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ディスプレイに表示された操作部品が視差によって実際の表示位置と異なる位置に見えても、操作部品を正しくタッチ操作することができる表示入力装置を提供する。
【解決手段】 タッチパネル２に設けられた距離センサによって、操作者の指などの指示体とタッチパネル２との間の距離を検出し、かつ距離検出位置の座標を検出する。また、ポインタ表示部５１によって、検出された上記の距離に応じた表示形態のポインタ画像をディスプレイ３の表示面３１において上記の距離検出位置に表示させる。これにより、ポインタ画像の表示された位置が、タッチパネル２（表示面３１）において指示体がタッチしようとしている位置となるので、その位置と操作部品の表示位置とが重なるように指示体の位置を調整することで、操作部品に正しくタッチすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タッチパネルを入力デバイスとして備え、表示画面上で入力操作をする表示入力装置に関するものである。

タッチパネルは、タッチされた位置を電気的に検出することによって、タッチ位置の座標での入力を受け入れることができることから、一般に、ディスプレイ上に設けられて、ディスプレイに表示されたボタンやスイッチの操作に用いられている。例えば、タッチパネルを用いたスイッチの押圧動作においては、タッチ操作によりタッチパネルから出力されるタッチ信号およびタッチ位置のＸＹ座標を基に、スイッチの表示位置でスイッチが押されたか否かが判断される。また、その後、操作者の指がタッチパネルから離れることによりタッチパネルから出力される非タッチ信号および離れた位置のＸＹ座標を基に、スイッチの表示位置でスイッチが押されなくなったか否かが判断される。

このようなタッチパネルにおいて、ディスプレイに表示される操作対象のスイッチのような操作部品が画像によって形成されて実体を有さないため、操作感を得ることができない。そこで、操作者が操作感を得られるように、操作によって操作部品の表示状態を変化させる技術が知られている（例えば特許文献１）。

また、タッチパネルは、使用される環境によっては、水滴や油滴等から保護するための透明な保護カバーが装着されることもある（例えば特許文献２）。
特開平１０−１０５７３５号公報（１９９８年４月２４日公開） 特開平１１−３３０７３０号公報（１９９９年１１月３０日公開）

ところが、上記のような保護カバーがタッチパネルに装着されると、保護カバーの厚さにもよるが、操作者が操作部品を見る方向によっては、保護カバーによる屈折作用で、操作者が操作部品を見る位置と操作部品が実際に表示されている位置とに視差が生じることがある。タッチパネル正面から見る場合では上記のような視差による位置ずれの問題はないが、タッチパネルの設置位置に応じて操作者が斜め方向に操作部品を見る場合、上記のような視差が生じやすい。

操作者は、このような視差が生じている状態で操作部品をタッチしようとしても、実際の表示位置と異なる位置でタッチする可能性がある。このような視差があることは、操作感が得られる上記のような技術を用いても、実際に操作部品を操作してみないと正しく操作されたか否かがわからないため、複数の操作部品が近接して配置されている場合などでは誤操作の虞がある。このような問題を回避するには、視差による操作位置のずれが生じても確実に操作できるように操作部品を大きくすることが考えられる。しかしながら、操作部品を大きくすれば、限られた表示画面において配置される操作部品数が減少するので、表示画面の設計が制約されるという不都合が生じる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上記のような視差が生じている状態でも、表示された操作部品を正しく操作することができる表示入力装置を実現することにある。

本発明に係る表示入力装置は、表示面上に操作目標画像を表示する表示装置と、表示面上での操作指示体の接触位置を検出するタッチパネルとを備えている表示入力装置において、上記課題を解決するために、前記操作指示体と前記タッチパネルとの間のタッチパネル面に垂直な方向の距離と、その距離を検出する位置のタッチパネル面の２次元座標とを検出する距離検出手段と、前記表示面における前記検出位置の２次元座標に表示されるポインタのデータを生成するポインタ生成手段とを備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、距離検出手段によって、上記距離および距離検出位置の２次元座標が検出されると、ポインタ生成手段がその検出距離に基づいてポインタのデータを生成する。表示装置は、そのポインタのデータに基づいて、上記の２次元座標にポインタを表示する。ポインタが表示される位置は、操作指示体とタッチパネルとを結び、タッチパネル面に垂直な直線のタッチパネル面との交点であるから、操作指示体がタッチパネルにタッチしようとする位置とほぼ同じである。それゆえ、ポインタが、表示面において表示される操作目標画像としての操作部品上に表示されると、操作指示体が操作部品にタッチできる位置で近づいていることがわかる。また、ポインタが操作部品から外れた位置に表示されると、操作指示体が操作部品にタッチできない位置で近づいていることがわかる。

それゆえ、操作者は、視差によって、操作部品が実際に表示されている位置からずれた位置に見えても、ポインタによって操作指示体が指している位置がわかるので、ポインタを確認しながら操作指示体の指示位置を調整して、正しく操作部品にタッチすることができる。

前記表示入力装置において、前記ポインタ生成手段は、検出距離に応じて異なる表示形態のポインタのデータを生成することが好ましい。これにより、操作指示体とタッチパネルとの距離の変化がポインタの表示形態で表されるので、操作者は距離感を容易に把握することができる。

例えば、前記ポインタ生成手段は、検出距離が小さくなるほど濃くなるように前記ポインタのデータを生成したり、検出距離が小さくなるほど小さくなるように前記ポインタのデータを生成したりする。これにより、操作指示体がタッチパネルに近づいたり遠ざかったりしている様子をポインタの表示形態によって容易に把握することができる。さらに、前記ポインタ生成手段が、操作指示体の影を表現する画像として前記ポインタのデータを生成することにより、より自然な使用感を操作者に与えることができる。

本発明に係る表示入力装置は、以上のように、操作指示体とタッチパネルとの間の距離を検出し、かつ距離検出位置の座標を検出する距離検出手段と、検出された距離に応じた表示形態のポインタ画像を上記距離検出位置に表示させるポインタのデータを発生するポインタ生成手段とを備えている。したがって、タッチ対象となる操作部品が視差によって実際の表示位置とずれて見えても、ポインタを目標にタッチ位置を調整することにより、正しくタッチ操作を行うことができ、誤操作を容易に回避することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態について図１ないし図４に基づいて説明すると、以下の通りである。

図１に示すように、本実施の形態に係る表示入力装置１は、タッチパネル２、ディスプレイ３（表示装置）、座標検出部４、表示処理部５、画面メモリ６、ポインタテーブル７および制御部８を備えている。

タッチパネル２は、ディスプレイ３の表示面３１上に設けられており、押圧操作された位置を検出する位置検出デバイスである。このタッチパネル２は、例えば、図２に示す構造を有している。

図２に示すように、タッチパネル２は、操作側基板２１と、表示側基板２２と、透明導電膜２３，２４と、距離センサ２５とを有している。図２に示すタッチパネル２は、アナログ抵抗膜式のタッチパネルである。また、本表示入力装置１は、タッチパネル２の表面を保護するために、タッチパネル２の全面を覆う保護カバー９を必要に応じて備えている。

操作側基板２１と表示側基板２２とは、互いに対向するように一定間隔をおいて配されている。表示側基板２２は、透明なフィルムまたはガラスによって形成されており、ディスプレイ３の表示面３１に近接して配されている。操作側基板２１は、押圧操作を可能とするようにフィルムなどの可撓性透明材料によって形成されている。

操作側基板２１の対向面には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などの透明導電材料からなる薄膜状の透明導電膜２３が形成されている。一方、表示側基板２２の対向面には、ＩＴＯなどの透明導電材料からなる薄膜状の透明導電膜２４が形成されている。

表示側基板２２上には図示しない多数のドットスペーサが形成されており、このドットスペーサによって操作側基板２１と表示側基板２２との間が一定間隔に保持される。そして、操作側基板２１と表示側基板２２とは、基板周縁に塗布されたシール材（図示せず）によって貼り合わされている。

なお、タッチパネル２は、上記のようなアナログ式に限らず、デジタル式のタッチパネルであってもよい。デジタル式のタッチパネルは、操作側基板２１と表示側基板２２とに互いに直交する方向にストライプ状の電極が形成されることにより、マトリクス状の電極構造を有している。

距離センサ２５は、タッチパネル２に接触する操作者の指などの指示体（操作指示体）とタッチパネル２との間のタッチパネル２の表面（タッチパネル面）に垂直な方向の距離、およびその距離が検出されるタッチパネル２における位置（距離検出位置）の２次元座標（Ｘ座標値およびＹ座標値）を検出するセンサであり、操作側基板２１の操作側表面に設けられている。この距離センサ２５は、例えば、静電容量方式のセンサグリッドであり、格子状に形成されたセンサ単体と指示体との間の静電容量の大きさが上記距離と比例するように設定されている。距離センサ２５は、指示体の先端部分の大きさに応じた領域における各センサ単体の静電容量の大きさを電圧の大きさとして各センサ単体のＸ方向出力電極とＹ方向出力電極との間に出力する。

なお、距離センサ２５は、指示体とタッチパネル２との間の距離と、その距離が検出されるタッチパネル２における位置の２次元座標とを検出できれば、上記の例に限定されない。例えば、距離センサ２５は、ペンなどの指示体による磁界の変化を利用して磁界の変化を指示体とタッチパネル２との間の距離として検出するようなセンサであってもよい。また、特開２００４−２４０６３４号公報には、ペンから発生する音波をディスプレイに設けられた検出センサで検出してペンの位置を特定することが開示されていることから、そのような検出センサを距離センサ２５として利用してもよい。

座標検出部４は、タッチパネル２から出力される検出電圧に基づいて演算処理を行い、タッチパネル２において押圧操作された入力位置のＸ座標値およびＹ座標値を出力する。タッチパネル２において操作側基板２１が押圧操作されると、透明導電膜２３においては押圧点（入力点）で透明導電膜２３のＹ方向の両端の電極（図示せず）間の抵抗値（Ｙ座標方向の抵抗値）が分割され、透明導電膜２４においては押圧点（入力点）で透明導電膜２４のＸ方向の両端の電極（図示せず）間の抵抗値（Ｘ座標方向の抵抗値）が分割される。座標検出部４は、透明導電膜２４の一方の電極（正極）に所定電圧を印加してこの電極から押圧点を経て透明導電膜２３の一方の電極（負極）に現れる電圧を計測することによりＸ座標値を検出する。また、座標検出部４は、透明導電膜２３の他方の電極（正極）に所定電圧を印加してこの電極から押圧点を経て透明導電膜２４の他方の電極（負極）に現れる電圧を計測することによりＹ座標値を検出する。

座標検出部４は、上記の電圧が印加可能となることで、その電圧値を以てタッチパネル２がタッチされたことを検出するタッチ信号を得ている。

また、座標検出部４は、タッチパネル２がデジタル式である場合、上記のストライプ状電極が交差するマトリクス状のスイッチ部（操作領域）が、操作側基板２１の押圧操作によって接触することによりオンすると、操作側基板２１と表示側基板２１とのそれぞれのストライプ状電極の端部から出力される電圧に基づいて、スイッチ部でのオン抵抗を計測し、押圧された入力座標位置を特定（検出）する。また、上記の電圧がタッチ信号となる。

座標検出部４は、距離センサ２５から出力される距離に応じた物理量（電圧等）に基づいて距離のデータを算出する。上記のセンサグリッドを距離センサ２５として用いた場合、複数のセンサ単体から物理量や距離検出位置の座標が得られるので、座標検出部４は、それらの平均値から距離のデータを算出するとともに、複数得られた距離検出位置の座標についても平均値を算出して１つの座標データを出力する。距離のデータは、Ｚ＝０をタッチパネル２の表面とするＺ座標として表される。

なお、座標検出部４は、距離（Ｚ座標）が所定の値以下になったことを検出すると、そのことをタッチパネル２からのタッチ信号と同等のタッチ信号が入力されたこととして認識する。

表示入力装置１において、距離センサ２５および座標検出部４によって、距離検出手段が構成される。

表示処理部５は、画像メモリ６に格納された画面データを読み出してディスプレイ３の表示面３１に表示する処理を行う。また、表示処理部５は、タッチパネル２が押圧操作されたときに、座標検出部４から出力されるタッチ信号とタッチ位置の座標データとに基づいて、表示された画面において所定座標に設けられている操作部品（スイッチやボタン等）が操作されたか否かを判定し、操作されたと判定したときに、制御部８にその判定結果を通知するとともに、操作部品の表示形態を変更する。制御部８は、表示入力装置１からの通知を受けて、操作部品の操作によって動作する所要各部に動作指示を与える。

表示処理部５は、ポインタ表示部５１を有している。このポインタ表示部５１は、指示体がタッチパネル２に近づいたときに、座標検出部４から出力される距離（指示体とタッチパネル２との間の距離）データ、および距離検出位置の座標データに基づいて、ディスプレイ３にポインタ画像を表示する処理をポインタテーブル７を参照して行う。ポインタテーブル７には、いくつかの距離データとそれに対応するポインタ画像のデータとが、距離が近づくほどポインタ画像が小さくかつ濃くなる関係で格納されている。ポインタ表示部５１は、距離データによってポインタテーブル７から取得したポインタ画像のデータおよび上記の距離検出位置の座標データをディスプレイ３に与える。ディスプレイ３は、これらのデータを受けると、距離検出位置にポインタ画像を表示する。また、ポインタ表示部５１は、座標検出部４からタッチ信号を受けると、ポインタ表示を停止する。

上記の表示処理部５は、ＣＰＵなどの演算手段が、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭなどの記憶手段に記憶されたプログラムを実行することにより実現される機能ブロックである。したがって、演算手段が、上記プログラムを記録した記録媒体を読み取り、当該プログラムを実行するだけで、本実施形態の装置の各種機能および各種処理を実現することができる。また、上記プログラムをリムーバブルな記録媒体に記録することにより、タッチパネル２と同様なタッチパネルを備える表示入力装置においても、上記記録媒体から上記プログラムをインストールことにより、上記の各種機能を実現することができる。

この記録媒体としては、マイクロコンピュータで処理を行うために図示しないメモリ、例えばＲＯＭのようなものがプログラムメディアであってもよいし、また、図示していないが外部記憶装置としてプログラム読取り装置が設けられ、そこに記録媒体を挿入することにより読取り可能なプログラムメディアであってもよい。

また、いずれの場合でも、格納されているプログラムは、マイクロプロセッサがアクセスして実行される構成であることが好ましい。さらに、プログラムを読み出し、読み出されたプログラムは、マイクロコンピュータのプログラム記憶エリアにダウンロードされて、そのプログラムが実行される方式であることが好ましい。なお、このダウンロード用のプログラムは予め本体装置に格納されているものとする。

また、上記プログラムメディアとしては、本体と分離可能に構成される記録媒体であり、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ等のディスクのディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、フラッシュＲＯＭ等による半導体メモリを含めた固定的にプログラムを担持する記録媒体等がある。

また、インターネットを含む通信ネットワークを接続可能なシステム構成であれば、通信ネットワークからプログラムをダウンロードするように流動的にプログラムを担持する記録媒体であることが好ましい。

さらに、このように通信ネットワークからプログラムをダウンロードする場合には、そのダウンロード用のプログラムは予め本体装置に格納しておくか、あるいは別な記録媒体からインストールされるものであることが好ましい。

上記のように構成される表示入力装置１において、ポインタ表示部５１によるポインタ画像の表示動作について、図３のフローチャートを参照して説明する。

まず、操作者の指などの指示体がタッチパネル２に近づくと、距離センサ２５の出力値に基づいて座標検出部４によって求められたＺ座標値（距離データ）が所定値（ポインタ画像を表示させる最大値）以下であるかを判定する（Ｓ１）。このとき、ポインタ表示部５１は、距離データをポインタテーブル７における所定値と比較してその大小を判定する。

Ｚ座標値が所定値以下であると判定されると、ポインタ画像の表示を開始する（Ｓ２）。このとき、ポインタ表示部５１が距離データをポインタテーブル７に与えることによって、ポインタテーブル７からそのＺ座標値に対応したポインタ画像のデータが出力される。ポインタ表示部５１は、そのポインタ画像データと距離検出位置の座標データとをディスプレイ３に与える。

また、ポインタ画像の表示を開始してからも、Ｓ１と同様、Ｚ座標値が所定値以下であるかを判定する（Ｓ３）。ここで、Ｚ座標値が所定値以下であると判定されると、ポインタ画像の表示が維持され、さらに、指示体がタッチパネル２にタッチしたか否かを判定する（Ｓ４）。このとき、ポインタ表示部５１は、座標検出部４からタッチ信号を取得することにより、指示体がタッチパネル２にタッチしたと判断する。ここで、指示体がタッチパネル２にタッチしていないと判定されると処理がＳ３に戻り、タッチしたと判定されると、ポインタ画像の表示を停止して（Ｓ５）、処理を終える。

また、Ｓ３において、距離データ（Ｚ座標値）が所定値を超えたと判定されると、ポインタ画像の表示を停止して（Ｓ６）、処理をＳ１に戻す。これにより、一旦ポインタ画像が表示されても、指示体がタッチパネル２から遠ざかると、ポインタ画像が消えることになる。

以上に述べたように、本実施の形態の表示入力装置１は、指示体とタッチパネル２との間の距離を検出し、かつ距離検出位置の座標を検出する距離センサ２５と、検出された距離に応じた表示形態のポインタ画像を上記距離検出位置に表示させるポインタ表示部５１とを備えている。

これにより、図４に示すように（便宜上、保護カバー９の図示を省略している）、ディスプレイ３は、表示面３１に距離検出位置の座標にポインタ画像Ｐを表示する。ポインタ画像Ｐが表示される位置は、指示体としての操作者の指Ｆとタッチパネル２とを結び、タッチパネル２の表面に垂直な直線のタッチパネル２の表面との交点であるから、指Ｆがタッチパネル２にタッチしようとする位置とほぼ近い。それゆえ、ポインタ画像Ｐが、表示面３１において表示される操作部品としてのスイッチＳ上に表示されると、指ＦがスイッチＳにタッチできる位置で近づいていることがわかる。また、ポインタ画像ＰがスイッチＳから外れた位置に表示されると、指ＦがスイッチＳにタッチできない位置で近づいていることがわかる。

それゆえ、操作者は、保護カバー９の存在などが起因する視差によって、スイッチＳが実際に表示されている位置からずれた位置に見えても、ポインタ画像Ｐによって指Ｆが指している位置がわかるので、ポインタ画像Ｐを確認しながら指Ｆの指示位置を調整して、正しくスイッチＳにタッチすることができる。したがって、タッチ対象が視差によって実際の表示位置とずれて見えても、ポインタ画像Ｐを目標にタッチ位置を調整することにより、正しくタッチ操作を行うことができ、誤操作を容易に回避することができる。

また、ポインタ表示部５１が、検出距離に応じて異なる表示形態のポインタ画像Ｐのデータを生成するので、指Ｆとタッチパネル２との距離の変化がポインタ画像Ｐの表示形態で表される。それゆえ、操作者は距離感を容易に把握することができる。特に、ポインタ表示部５１は、指Ｆがタッチパネル２に近づくほど濃くかつ小さくなるようにポインタ画像Ｐのデータを生成するので、指Ｆがどこに近づいているのかが明確になる。また、ポインタ表示部５１が、影状（指の影）としてポインタ画像Ｐのデータを生成するようにすれば、より自然な使用感を操作者に与えることができる。この場合、ポインタ画像Ｐを表示し始めたときには大きめの影で表示し、タッチ直前の最も近づいたときに、ほぼ指の大きさの影に表示するように、ポインタ表示部５１がポインタ画像Ｐのデータを生成することが好ましい。。

なお、ポインタ画像ＰがスイッチＳと重なった状態で両者が区別できなければポインタ画像Ｐを確認することができないので、スイッチＳの表示濃度に対するポインタ画像Ｐの濃度の割合を制限したり（５０％程度の上限）、スイッチＳを透過視できるようにポインタ画像Ｐを透過表示したりすることが好ましい。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の表示入力装置は、指示体とタッチパネルとの距離を検出して、その検出した位置にポインタを表示させることにより、表示されたタッチ対象が視差によってずれた位置に見えても、ポインタを目標にタッチすることにより、タッチ対象に正しくタッチ操作することができるので、ディスプレイに表示された操作部品に対してタッチパネルを介してタッチ操作（入力操作）を行う表示入力装置に好適に利用できる。

本発明の実施の一形態を示す表示入力装置の構成を示すブロック図である。 上記表示入力装置におけるタッチパネルおよびディスプレイの構造を示す縦断面図である。 上記表示入力装置がポインタ画像表示動作を行うときのポイント表示部による処理手順を示すフローチャートである。 操作者の指が近づいた状態でポインタ画像を表示したディスプレイを示す斜視図である。

符号の説明

１ 表示入力装置
２ タッチパネル
３ ディスプレイ（表示装置）
４ 座標検出部（距離検出手段）
５ 表示処理部
７ ポインタテーブル
２５ 距離センサ（距離検出手段）
３１ 表示面
５１ ポインタ表示部（ポインタ生成手段）
Ｆ 指（操作指示体）
Ｐ ポインタ画像（ポインタ）
Ｓ スイッチ（操作目標画像）

Claims (5)

1. 表示面上に操作目標画像を表示する表示装置と、表示面上での操作指示体の接触位置を検出するタッチパネルとを備えている表示入力装置において、
   前記操作指示体と前記タッチパネルとの間のタッチパネル面に垂直な方向の距離と、その距離を検出する位置のタッチパネル面の２次元座標とを検出する距離検出手段と、
   前記表示面における前記検出位置の２次元座標に表示されるポインタのデータを生成するポインタ生成手段とを備えていることを特徴とする表示入力装置。
2. 前記ポインタ生成手段は、検出距離に応じて異なる表示形態のポインタのデータを生成することを特徴とする請求項１に記載の表示入力装置。
3. 前記ポインタ生成手段は、検出距離が小さくなるほど濃くなるように前記ポインタのデータを生成することを特徴とする請求項２に記載の表示入力装置。
4. 前記ポインタ生成手段は、検出距離が小さくなるほど小さくなるように前記ポインタのデータを生成することを特徴とする請求項２または３に記載の表示入力装置。
5. 前記ポインタ生成手段は、前記操作指示体の影を表現する画像として前記ポインタのデータを生成することを特徴とする請求項４に記載の表示入力装置。

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