JP2006323457A - 静電容量検出型入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用者にパネルをタッチした実感を確実に得ることができると共に、パネルが押された場所を精度よく検出すること。
【解決手段】静電容量検出型入力装置（タッチパネル）を構成する保護板１１の背面の４隅にクリック式タクトスイッチ１３を配置すれば、使用者が保護板１１を押すと、クリック式タクトスイッチ１３がクリックすると共にオンし、このクリック感により使用者はパネルにタッチした実感を得ることができ、更に、タクトスイッチ１３がオンすることで発生する制御信号により静電容量変化により検出したタッチ場所の位置情報を出力することによって、パネルが押された場所を精度よく検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ユーザインタフェースの一種である静電容量検出型入力装置に係り、特にユーザがパネルを指で触れて入力する静電容量検出型タッチパネルに関する。

近年、タッチパネルを使用したユーザインタフェースが注目されてきている。このようなタッチパネルを使用したユーザインタフェースとしては、従来から種々方式のものが開発されているが、いずれもユーザの触れたタッチパネル上の場所の位置座標を精度よく検出する構成を有している。タッチパネルには静電容量検出型、抵抗検出型、光学式等、種類によって検出方式に違いはあるものの、通常は一枚以上の透明電極を有する透明基板から構成されている。

抵抗検出型のタッチパネルは（例えば特許文献１参照）広く用いられている。それに対して静電容量検出型タッチパネルの典型的な応用事例は、パネルそのものを１枚で構成できるというメリットがあることから特に高透過率を求める用途で用いられる。また、別の用途として、高耐久性が求められるノートパソコンのタッチパッド式マウスに静電容量検出型が用いられてる。静電容量検出型タッチパネルは抵抗検出型に比べ、基本的に非接触方式であるため耐久性に優れている。光学式タッチパネルも、通常、非接触であり耐久性に優れるが、静電容量式の方が構造が簡単で安価に構成できるという特徴がある。

従来の抵抗検出型タッチパネルは図１０に示すように２層構造になっていて、上層１が下層２に接触すると、接触点を通して上下の層に電流が流れることをして利用してタッチされたことを検出する。それに対して、静電容量検出型は（例えば特許文献２参照）、空間的に指が近づいたことにより図１１に示したような保護板３の下側に貼り付けてある静電容量膜４の静電容量が変化する事を利用して検出するので、指が近づいた点のＸ座標、Ｙ座標の特定は比較的容易に行うことができても、その点が選択されたことを検出するのには、電流値の閾値を巧妙に設定する必要があり、困難であった。因みに、ノートパソコンのタッチパッドは座標指定だけで、選択までは行わない。しかるに抵抗検出型では、上層１が下層２に接触する際の押圧感が指の感触として使用者に伝わるため、使用者に選択した事の実感が伝わるというメリットがある。
特開平７−２９６６７２号公報 （第３頁、第１図） 特開２０００−７６０１４号公報 （第２頁、第1図）

上記のように静電容量検出型タッチパネルは、空間的に指が近づいただけでその場所の位置を検出できるため、耐久性に優れているが、使用者の指に押圧感のようなものが伝わらないため、使用者がその場所をタッチした実感を得ることが乏しいと共に、使用者がパネルを押したことを検出するのには、電流値の閾値を巧妙に設定する必要があり、そのため、静電容量検出型タッチパネルでは“パネルが押された場所”を検出する精度に難点があった。一方、抵抗検出型タッチパネルは、指で上層１を押して下層２に接触させるため、使用者は選択したことを実感できると共に、場所の選択が容易にできるが、上層１が下層２に接触するという機械的な動作があるため、耐久性に優れないという問題があった。

本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、使用者にパネルをタッチした実感を確実に得ることができると共に、パネルが押された場所を精度よく検出することができる静電容量検出型入力装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、使用者によりタッチされた場所の静電容量の変化を検出してタッチされた場所の位置を検出する静電容量検出型入力装置であって、前記使用者によりタッチされる板面に配置され、前記タッチにより前記板面に加わる押圧力で動作する少なくとも１個以上のスイッチと、前記スイッチの少なくとも１個以上が動作すると、そのタイミングで前記検出したタッチ場所の位置情報を出力する位置情報出力回路とを具備することを特徴とする。

また、本発明は、使用者によりタッチされた場所の静電容量の変化を検出してタッチされた場所の位置を検出する静電容量検出型入力装置であって、前記使用者によりタッチされる板面からの押圧力を検出する少なくとも１個以上の圧電素子と、前記押圧力を検出して前記少なくとも１個以上の圧電素子からパルス電圧が発生すると、そのタイミングで前記検出したタッチ場所の位置情報を出力する位置情報出力回路とを具備することを特徴とする。

このように本発明では、静電容量検出型入力装置を構成するパネル（保護板）の背面に例えばクリック式タクトスイッチを配置すれば、使用者がパネルを押すと、クリック式タクトスイッチがクリックすると共にオンし、このクリック感により使用者はパネルにタッチした実感を得ることができ、更に、タクトスイッチがオンすると発生する制御信号で、静電容量変化により検出したタッチ場所の位置情報を出力することにより、パネルが押された場所を精度よく検出することができる。また、パネルの背面に例えば圧電素子を配置することにより、使用者がパネルを押すと圧電素子から発生するパルス電圧により生成される制御信号で、静電容量変化により検出したタッチ場所の位置情報を出力することによって、パネルが押された場所を精度よく検出することができる。

本発明によれば、静電容量検出型入力装置を構成するパネル（保護板）の背面に例えばクリック式タクトスイッチを配置すれば、使用者がパネルを押すとクリック式タクトスイッチがクリックすると共にオンし、このクリック感により使用者はパネルにタッチした実感を得ることができ、更に、タクトスイッチがオンすることにより発生する制御信号で、静電容量変化により検出したタッチ場所の位置情報を出力することによって、パネルが押された場所を精度よく検出することができる。それにより、静電容量検出型入力装置の操作性を向上させることができる。また、パネルの背面に例えば圧電素子を配置することにより、使用者がパネルを押すと圧電素子から発生するパルス電圧により生成される制御信号で静電容量変化により検出したタッチ場所の位置情報を出力することによって、パネルが押された場所を精度よく検出することができる。

使用者にパネルをタッチした実感を確実に得ることができると共に、パネルが押された場所を精度よく検出する目的を、静電容量検出型入力装置を構成するパネル（保護板）の背面の４隅に例えばクリック式タクトスイッチを配置することによって実現した。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る静電容量検出型入力装置（タッチパネル）の構成を示した側面図である。タッチパネルは静電容量式で、ガラス若しくはアクリル板製の保護板１１の下部に静電容量膜（タッチフィルム）１２が貼り付けてあり、更に、保護板１１の４隅にクリック式タクトスイッチ１３が配置される構成を有している。図２は上記タッチパネルを上から見た斜視図である。

図３は図１に示した構成の静電容量検出型入力装置用のタッチ位置検出を行うタッチパネル用ＬＳＩの構成を示したブロック図である。タッチパネル用ＬＳＩ２１は、静電容量膜１２の４隅から４本の電気信号を入力して、静電容量が変化した点の位置（Ｘ，Ｙ）を検出し、これをＸ軸信号１００、Ｙ軸信号２００として出力するＸ軸、Ｙ軸信号生成部２２と、Ｘ軸信号１００、Ｙ軸信号２００を外部に出力する信号線の間に挿入されているアナログスイッチＳＷｘ，ＳＷｙとを有している。これらアナログスイッチＳＷｘ，ＳＷｙは４個のクリック式タクトスイッチ１３のいずれか１個以上により同時にオンオフされる。

次に本実施形態の動作について説明する。使用者が静電容量検出型入力装置の保護板１１の目標の場所にタッチすると、その時の押圧力により保護板１１の４隅に配置されている４個のクリック式タクトスイッチ１３のいずれか１個以上がオンする。この時、使用者にはクリック式タクトスイッチ１３をオンした際のクリック感が保護板１１を通して伝達され、タッチパネルをタッチしたことが実感される。また、同時に、クリック式タクトスィッチ１３（ＳＷ１〜ＳＷ４）のいずれか１個以上がオンになると、アナログスイッチＳＷｘ，ＳＷｙに接続された制御信号線３００が接地レベルになり、アナログスイッチＳＷｘ，ＳＷｙに制御信号が印加されてオンにするため、これらアナログスイッチＳＷｘ，ＳＷｙを通してＸ軸、Ｙ軸信号生成部２２により生成されたＸ軸信号１００、Ｙ軸信号２００が外部に出力される。即ち、使用者がタッチパネルをタッチしたことを実感した時に、タッチ位置を情報であるＸ軸信号１００、Ｙ軸信号２００が外部に出力される。

本実施形態によれば、静電容量検出型入力装置を構成する保護板１１の４隅にクリック式タクトスイッチ１３を配置することによって、使用者が保護板１１を押すとクリック式タクトスイッチ１３がオンし、そのクリック感が使用者に伝わることで、使用者はタッチパネルの目標の場所をタッチしたという実感を確実に得ることができる。また、クリック式タクトスイッチ１３がオンした時に使用者の指がタッチした場所の位置情報が外部に出力されるため、使用者がパネルをタッチした場所を簡単な構成で精度良く検出することができる。そのため、タッチパネルの選択精度を向上させることができる。

尚、保護板１１の４隅に配置するクリック式タクトスイッチ１３は図４に示すように保護板１１の延長部に配置しても良い。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る静電容量検出型入力装置の構成を示した側面図である。但し、図１と同様の部分には同一符号を付して説明する。タッチパネルは静電容量式で、ガラス若しくはアクリル板製の保護板１１の下部に静電容量膜（タッチフィルム）１２が貼り付けてあり、更に、図６に示すように保護板１１の上端部と下端部にスティク状の圧電素子１４が取り付けてある。尚、スティク状の圧電素子１４の取り付け位置は保護板１１の左右の端部であっても良い。

図７は図５に示した構成の静電容量検出型入力装置用のタッチ位置検出を行うタッチパネル用ＬＳＩの構成を示したブロック図である。静電容量膜１２を取り付けたタッチパネル用ＬＳＩ２１の構成は図２に示した実施例と同様で、静電容量膜１２に使用者の指が近付くと、その位置を示す位置情報をＸ軸、Ｙ軸信号生成部２２が生成する。この生成された位置情報（Ｘ軸信号、Ｙ軸信号１００、２００）はアナログスイッチＳＷｘ、ＳＷｙを介して外部に出力される。これらアナログスイッチＳＷｘ、ＳＷｙは、圧電素子１４から発生されるパルス信号がトリガーとなって駆動されるが、そのために、圧電素子１４の後段に増幅回路３１と比較回路３２を有し、更に比較回路３２の基準電圧を生成する抵抗Ｒ１，Ｒ２から成る分圧回路が設けられている。

次に本実施形態の動作について説明する。使用者が静電容量検出型入力装置の保護板１１の目標の場所にタッチすると、その時の押圧力により保護板１１の背面の上下端部に配置されている２個の圧電素子に圧力が掛かり、少なくとも１個の圧電素子１４からパルス電圧が発生される。この時、発生したパルス電圧は増幅回路３１により増幅され、比較回路３２の反転端子（＋）に入力される。比較回路３２の非反転端子（−）には電圧ＶＣＣが抵抗Ｒ１，Ｒ２の比により分圧されて生成される基準電圧が印加されているため、反転端子（＋）に入力されるパルス電圧がこの基準電圧を超えた期間、その出力が反転する。これにより、アナログスイッチＳＷｘ、ＳＷｙが上記期間のみオンして、Ｘ軸、Ｙ軸信号生成部２２により生成された位置情報であるＸ軸信号、Ｙ軸信号１００、２００が外部に出力される。

本実施形態によれば、使用者の指が保護板１１にタッチすると、圧電素子１４からパルス電圧が発生され、それにより、アナログスイッチＳＷｘ、ＳＷｙがオンして、タッチした場所の位置情報が外部に出力されることにより、使用者がパネルをタッチした場所を簡単な構成で精度良く検出することができ、タッチパネルの選択精度を向上させることができる。

図８は、本発明の第３の実施形態に係る静電容量検出型入力装置用のタッチ位置検出を行うタッチパネル用ＬＳＩの構成を示したブロック図である。但し、図１と同様の部分には同一符号を付して説明する。本実施形態のタッチパネル用ＬＳＩ２１の構成及び圧電素子１４によるタッチ場所の選択精度向上用の付加回路は図７のそれとほぼ同様であるが、本例では比較回路３２から僅かの期間出力される反転信号をワンショットモノマルチ１５に入力させる構成を有している。このワンショットモノマルチ１５は反転信号が入力されると、一定の期間ハイレベルと成るパルス信号４００を出力し、これを２個の増幅器１６、１７で増幅して２個の圧電素子１４に印加する。圧電素子１４は外部から電圧が印加されると、素子のサイズが変化するため、その時の動きが保護板１１に伝達されて、更に使用者の指を通して伝わり、使用者はタッチパネルの目標の場所をタッチしたという実感を得ることができる。他の構成及び動作は第２の実施形態と同様であるため、タッチパネルの選択精度を向上させる効果を同様に得ることができる。

尚、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。例えば図５に示した第２の実施形態の圧電素子に、図９に示すような弾性体１８を取り付ければ、使用者が保護板１１にタッチした時にこの弾性体１８により保護板１１が僅かに移動するため、使用者にタッチパネルの目標の場所をタッチしたという実感を得させることもできる。

本発明の第１の実施形態に係る静電容量検出型入力装置の構成を示した側面図である。 図１に示した静電容量検出型入力装置を上から見た斜視図である。 図１に示した構成の静電容量検出型入力装置用のタッチ位置検出を行うタッチパネル用ＬＳＩの構成を示したブロック図である。 第１の実施形態の静電容量検出型入力装置の他の実施例を示した側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る静電容量検出型入力装置の構成を示した側面図である。 図５に示した静電容量検出型入力装置を上から見た斜視図である。。 図５に示した構成の静電容量検出型入力装置用のタッチ位置検出を行うタッチパネル用ＬＳＩの構成を示したブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る静電容量検出型入力装置用のタッチ位置検出を行うタッチパネル用ＬＳＩの構成を示したブロック図である。 第２の実施形態の静電容量検出型入力装置用圧電素子の他の実施例を示した側面図である。 従来の抵抗検出型タッチパネルの構成を示した側面図である。 従来の静電容量検出型タッチパネルの構成を示した側面図である。

符号の説明

１１……保護板、１２……静電容量膜（タッチフィルム）、１３……クリック式タクトスイッチ、１４……圧電素子、１５……ワンショットモノマルチ、１６，１７……増幅器、１８……弾性体、２１……タッチパネル用ＬＳＩ、２２……Ｘ軸、Ｙ軸信号生成部、３１……増幅回路、３２……比較回路、Ｒ１，Ｒ２……抵抗、ＳＷｘ，ＳＷｙ……アナログスイッチ。

Claims (7)

1. 使用者によりタッチされた場所の静電容量の変化を検出してタッチされた場所の位置を検出する静電容量検出型入力装置であって、
   前記使用者によりタッチされる板面に配置され、前記タッチにより前記板面に加わる押圧力で動作する少なくとも１個以上のスイッチと、
   前記スイッチの少なくとも１個以上が動作すると、そのタイミングで前記検出したタッチ場所の位置情報を出力する位置情報出力回路と、
   を具備することを特徴とする静電容量検出型入力装置。
2. 前記スイッチは、前記使用者によりタッチされる板面の背面に１個以上配置されることを特徴とする請求項１記載の静電容量検出型入力装置。
3. 前記位置情報出力回路は、前記少なくとも１個以上のスイッチがオンすることにより発生する制御信号で前記タッチ場所の位置情報を出力する回路を導通させるスイッチ回路であることを特徴とする請求項１記載の静電容量検出型入力装置。
4. 前記板面に加わる押圧力で動作する少なくとも１個以上のスイッチは、前記押圧力で動作してオンする際にクリック感を発生すると共に、押圧力が無くなると元のオフ状態に復帰することを特徴とする請求項１記載の静電容量検出型入力装置。
5. 使用者によりタッチされた場所の静電容量の変化を検出してタッチされた場所の位置を検出する静電容量検出型入力装置であって、
   前記使用者によりタッチされる板面からの押圧力を検出する少なくとも１個以上の圧電素子と、
   前記押圧力を検出して前記少なくとも１個以上の圧電素子からパルス電圧が発生すると、そのタイミングで前記検出したタッチ場所の位置情報を出力する位置情報出力回路と、
   を具備することを特徴とする静電容量検出型入力装置。
6. 前記位置情報出力回路は、前記少なくとも１個の圧電素子から発生されるパルス電圧をトリガーとして制御信号を発生させる制御信号発生回路と、前記発生された制御信号により前記タッチ場所の位置情報を出力する回路を導通させるスイッチ回路とから成ることを特徴とする請求項５記載の静電容量検出型入力装置。
7. 前記位置情報出力回路に、前記制御信号が入力すると一定の長さのパルス信号を発生する回路と、前記発生されたパルス信号を前記圧電素子に印加する回路とを設けたことを特徴とする請求項６記載の静電容量検出型入力装置。

Images