JP2009187579A - Touch panel display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はタッチパネルディスプレイ装置に関する。 The present invention relates to a touch panel display device.
従来のタッチパネルディスプレイ装置としては、データ入力部を指で押圧した場合に、指に通電することによって、ユーザに擬似的なクリック感を感じせしめる装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 As a conventional touch panel display device, when a data input unit is pressed with a finger, a device that makes a user feel a pseudo click by energizing the finger is known (see, for example, Patent Document 1). ).
しかしながら、特許文献1に記載の装置では、入力の有無を通電によってユーザに知らせることはできるが、例えば操作部を押圧したかのような入力時の感触等を感じさせることはできず、操作感のリアリティに欠けるという問題点があった。 However, in the apparatus described in Patent Document 1, it is possible to notify the user of the presence / absence of an input by energization. However, for example, it is not possible to make the user feel the touch when the operation unit is pressed. There was a problem of lack of reality.
そこで本発明は、上記問題点を解決し、ユーザにリアリティのある操作感を感じさせることができるタッチパネルディスプレイ装置を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a touch panel display device that can solve the above-described problems and make a user feel a realistic operation feeling.
上記課題を解決するため、本発明のタッチパネルディスプレイ装置は、ユーザに対して画面への画像表示により情報を提示するディスプレイと、ユーザによるディスプレイの画面上への接触を検出し、画面上における接触位置を検出する位置検出手段と、ディスプレイの画面に重ねて設けられ、画面に対向する面の反対面側に二次元的に配列された複数の透明電極を有する透明電極層と、透明電極と電気的に絶縁されて設けられ、一定の電位に維持される不関電極と、透明電極の電位を変化させ、それぞれの透明電極と不関電極との間に電位差を生じさせる電圧印加手段と、透明電極層が接触を受けた場合に、当該接触の圧力を検出する接触圧力検出手段と、を備え、電圧印加手段は、透明電極層が接触を受けると、当該接触が継続している間、透明電極よりも不関電極の電位が高い状態を所定のパルス幅及び所定の周波数で断続的に生じさせるように、接触を受けた透明電極層の領域に含まれる透明電極の電位を経時的に変化させ、周波数は、接触圧検出手段により検出される接触の圧力に基づいて変化することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a touch panel display device according to the present invention detects a contact on the screen by a display that presents information to the user by displaying an image on the screen, and a contact position on the screen. A position detection means for detecting the surface, a transparent electrode layer provided on the screen of the display, and having a plurality of transparent electrodes arranged two-dimensionally on the opposite side of the surface facing the screen, and the transparent electrode and the electrical An indifferent electrode that is insulated and maintained at a constant potential, a voltage applying means that changes the potential of the transparent electrode and generates a potential difference between the transparent electrode and the indifferent electrode, and the transparent electrode Contact pressure detecting means for detecting the pressure of the contact when the layer is contacted, and the voltage applying means continues the contact when the transparent electrode layer is contacted The potential of the transparent electrode included in the region of the transparent electrode layer that has been contacted with time is generated so that a state in which the potential of the indifferent electrode is higher than that of the transparent electrode is intermittently generated at a predetermined pulse width and a predetermined frequency. The frequency is changed based on the contact pressure detected by the contact pressure detecting means.
上記タッチパネルディスプレイ装置によれば、ユーザの指先がタッチパネルディスプレイ装置を操作すべく透明電極層に接触したときに、透明電極と不関電極との間の電位差が変化する。不関電極を例えばユーザの指の付け根付近に装着させれば、ユーザの指には上記電位差によって電位変化に応じた電流が流れることとなる。上記電位差は、接触が継続している間は、電位差が、透明電極よりも不関電極の電位が高い第2の状態を所定のパルス幅及び周波数で断続的に生じさせるように変化するので、指に流れる電流は指先から外部へ向かう向きであり、上記電位差変化に追従して同様に変化する。このような電流をユーザの指に流すことによって、ディスプレイ上を指が押圧しているかのような感触をユーザに与えることができる。また、上記電位変化の周波数は、ユーザの指の押圧力の変化に基づいて変化するので、押圧力に応じてディスプレイ上からの反力が変化しているかのような感触をユーザに与えることができる。このように、上記タッチパネルディスプレイ装置によれば、ユーザにリアリティのある操作感を感じさせることができる。 According to the touch panel display device, the potential difference between the transparent electrode and the indifferent electrode changes when the user's fingertip contacts the transparent electrode layer to operate the touch panel display device. For example, if the indifferent electrode is mounted near the base of the user's finger, a current corresponding to the potential change flows through the user's finger due to the potential difference. Since the potential difference changes so as to intermittently generate the second state in which the potential of the indifferent electrode is higher than that of the transparent electrode at a predetermined pulse width and frequency while the contact is continued, The current flowing through the finger is directed from the fingertip to the outside, and changes in the same manner following the potential difference change. By causing such a current to flow through the user's finger, the user can feel as if the finger is pressing on the display. In addition, since the frequency of the potential change changes based on the change of the pressing force of the user's finger, it is possible to give the user a feeling as if the reaction force from the display changes according to the pressing force. it can. Thus, according to the touch panel display device, the user can feel a realistic operational feeling.
また、本発明のタッチパネルディスプレイ装置は、電圧印加手段が、更に、接触圧力検出手段で検出された接触の圧力が所定の圧力よりも低くなった場合には、接触が終了する前の所定時間の間に、不関電極よりも透明電極の電位が高い第1の状態を生じさせることを特徴としてもよい。 In the touch panel display device of the present invention, the voltage application unit further detects a predetermined time before the contact ends when the contact pressure detected by the contact pressure detection unit is lower than the predetermined pressure. In the meantime, a first state in which the potential of the transparent electrode is higher than that of the indifferent electrode may be generated.
また、本発明のタッチパネルディスプレイ装置は、電圧印加手段が、更に、接触が終了する前の所定時間の間に、不関電極よりも透明電極の電位が高い第1の状態を、所定のパルス幅及び所定の周波数で少なくとも1回生じさせることを特徴としてもよい。 In the touch panel display device of the present invention, the voltage application means further displays the first state in which the potential of the transparent electrode is higher than that of the indifferent electrode during a predetermined time before the contact is finished, with a predetermined pulse width. And at least once at a predetermined frequency.
上記タッチパネルディスプレイ装置によれば、ユーザの指先が透明電極層から離れる直前に操作ボタンから弾き返されるような感触をユーザに与えることができ、更にリアリティのある操作感を感じさせることができる。 According to the touch panel display device, it is possible to give the user a feeling that the user's fingertip is repelled from the operation button immediately before leaving the transparent electrode layer, and to make the user feel more realistic operation.
また、本発明のタッチパネルディスプレイ装置は、電圧印加手段は、接触を受けた透明電極層の領域に含まれる透明電極のうち、所定の領域内にある透明電極の電位を経時的に変化させ、所定の領域は、ディスプレイ上に表示された画像に対応して設定されることを特としてもよい。 Further, in the touch panel display device of the present invention, the voltage application means changes the potential of the transparent electrode in the predetermined region over time among the transparent electrodes included in the region of the transparent electrode layer that has been contacted, This area may be set corresponding to the image displayed on the display.
上記タッチパネルディスプレイ装置によれば、上述したような電流を流す領域をディスプレイ上に表示された画像に対応して設定することができる。よって、ユーザに表示された画像に対応した触感を与えることができ、ユーザにリアリティのある操作感を感じさせることができる。 According to the touch panel display device, it is possible to set the region through which the current flows as described above corresponding to the image displayed on the display. Therefore, a tactile sensation corresponding to the image displayed to the user can be given, and the user can feel a realistic operation feeling.
上述のとおり、本発明によれば、ユーザにリアリティのある操作感を感じさせることができるタッチパネルディスプレイ装置を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a touch panel display device that allows a user to feel a realistic operational feeling.
以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is used for the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1及び図2を参照し、実施形態に係るタッチパネルディスプレイ装置1について説明する。図1は、タッチパネルディスプレイ装置1のシステム構成を示すブロック図である。タッチパネルディスプレイ装置1は、ディスプレイ3、透明導電膜(透明電極層)5、位置検出部7、圧力検出部9、不関電極11、増幅部13、データ保存部14、及び制御部15を備えている。また、図2は、タッチパネルディスプレイ装置1の表面付近の断面を示した図である。ここでは、タッチパネルディスプレイ装置1のユーザに面する面を「表面」といい、その逆の面を「裏面」という。
With reference to FIG.1 and FIG.2, the touchscreen display apparatus 1 which concerns on embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of the touch panel display device 1. The touch panel display device 1 includes a display 3, a transparent conductive film (transparent electrode layer) 5, a
制御部15には、ディスプレイ3、透明導電膜5、位置検出部7、圧力検出部9、不関電極11、増幅部13、及びデータ保存部14の各デバイスが接続され、制御部15は各デバイスと電気信号の授受を行う。制御部15は受け取った電気信号を予め定められたプログラムに従って処理し、電気信号を送信することにより接続されたこれらのデバイスの動作を制御する。データ保存部14には上記デバイス制御のためのプログラム等が保存されており、プログラムは適宜制御部15に読み込まれるようになっている。
The
ディスプレイ3は、タッチパネルディスプレイ装置1の動作状態を表す情報や、ユーザの入力を促すための情報を画像としてユーザに提示するための表示画面を有している。表示画面は、例えば、ユーザによる押下操作を受け付ける押しボタンの画像等を表示する。このとき、ユーザは操作したい押しボタンの画像に対応する位置の透明導電膜5の部分に指2を接触させることにより、希望の押しボタンを押下げる等の操作を行う。ディスプレイ3としては、例えば、ブラウン管モニタ、液晶モニタ等が用いられる。
The display 3 has a display screen for presenting information representing the operation state of the touch panel display device 1 and information for prompting the user's input as an image to the user. The display screen displays, for example, an image of a push button that accepts a pressing operation by the user. At this time, the user performs an operation such as depressing a desired push button by bringing the finger 2 into contact with the transparent
透明導電膜5は、ディスプレイ3の表示画面の表面側をほぼ全面覆うようにディスプレイ3上に重ねて設けられている。透明導電膜5の表面側(ディスプレイ3の画面に対面する面の反対面側)には図3(a)に示すように刺激電極(透明電極)17がほぼ全面にわたって縦横に配列されている。透明導電膜5はタッチパネルディスプレイ装置1の最表面側に設けられており、刺激電極17は装置の最表面側に露出している。刺激電極17はエッチング法により透明導電膜5上に形成される。刺激電極17の形成方法としては、エッチング法に限られず、蒸発法、貼り付け法、引き剥がし法等でもよい。刺激電極17の配列密度は1cm2あたり30個程度である。刺激電極17の配列密度を高くすればより細かい触感の提示が可能となるが、製造工程等が複雑となってしまう。また、刺激電極17のサイズが小さすぎると皮膚との接触インピーダンスが大きくなりすぎてしまう。刺激電極17の配列密度及びサイズは上記のような観点から適度な値に設定される。
The transparent
ユーザの指2が透明導電膜5に接触したときには、ユーザの指2が何れかの刺激電極17或いは複数の刺激電極17に接触することとなる。透明導電膜5表面のある部分にユーザの指2が接触した場合には、刺激電極17と後述する不関電極11との間が指2を介して通電し、刺激電極17と不関電極11との間の電位差によってユーザの指2に電流が流れるようになっている。ユーザが透明導電膜5を透してディスプレイ3に表示された画像を見ることができるように、透明導電膜5及び刺激電極17は共にほぼ透明となっている。刺激電極17の形状及び配列形状は図3(a)に限られず、例えば図3(b)のようなものであってもよい。また、刺激電極17の形状等は円形、矩形、三角形等の何れの形状であってもよい。
When the user's finger 2 comes into contact with the transparent
位置検出部7が、ユーザの指2が透明導電膜5に接触した場合に接触した領域(以下「接触領域」という)が透明導電膜5上の何れの位置範囲であるか(以下「接触位置」という)を検出する方式として、本実施形態のタッチパネルディスプレイ装置1は周知の方式である抵抗皮膜方式を用いている。通常、ユーザの指2は一定の接触面積を有する接触面を以って透明導電膜5に接触するので、タッチパネルディスプレイ装置1では接触領域の位置の範囲を認識する。よって、「接触領域」というときは一定の面積を有する部分を意味し、「接触位置」というときは接触領域の位置の範囲として、一定の面積を有する範囲を意味するものとする。
Which position range on the transparent
位置検出部7は、位置センサ7sを有している。位置センサ7sは透明導電膜5とディスプレイ3の表示画面との間の層に設けられ、ディスプレイ3の表示画面をほぼ全面覆っている。図2に示すとおり、位置センサ7sは2層の導電膜7aが絶縁体からなるドットスペーサ7bを挟んで構成されている。ユーザの指2が透明導電膜5に接触した場合には、接触位置において表面側の導電膜7aが歪み、裏面側の導電膜7aに接触・通電する。通電した点がドットスペーサ7bで仕切られた何れの領域であるかを検出することによって接触位置に応じた電気信号を生成することができる。
The
位置センサ7sは、ユーザの指2が透明導電膜5に接触した場合には、接触位置に応じた接触位置信号を後述する制御部15へ送信する。制御部15は受信した接触位置信号を予めデータ保存部14等に保存されたプログラムに従って処理することにより接触位置を算出する。位置センサ7s及び制御部15による上記処理は、機能的な構成要素としての位置検出部(接触位置検出手段)7を構成する。
When the user's finger 2 comes into contact with the transparent
位置検出部7の接触位置の検出方式としては、抵抗皮膜方式に限られず、接触位置を検出することができれば他の方式であってもよい。たとえば位置検出部7の位置検出方式として、赤外線方式、超音波方式、静電容量方式等の他の周知の方式を用いてもよい。
The detection method of the contact position of the
圧力検出部9は、圧力センサ9sを有している。圧力センサ9sは図2に示すように位置センサ7sの裏面側に設置されたガラス層とディスプレイ3との間に所定の間隔で配列され設けられている。ユーザの指2が透明導電膜5に接触した場合、ガラス層19とディスプレイ3の表示画面との間に挟まれて圧縮応力を受け、ユーザの指2が透明導電膜5を押圧する圧力(以下「接触圧力」という)に応じた接触圧力信号を、後述する制御部15へ送信する。制御部15は受信した接触圧力信号を予めデータ保存部14等に保存されたプログラムに従って処理することにより接触圧力を算出する。圧力センサ9s及び制御部15による上記処理は、機能的な構成要素としての圧力検出部(接触圧力検出手段)9を構成する。圧力センサ9sとしては、例えば周知の圧電素子や感圧導電性ゴム等を用いた圧力センサ等が用いられる。
The
不関電極11は導電材料からなり、刺激電極17とは電気的に絶縁されて設けられ、不関電極11の電位は常に0Vに維持されるようになっている。不関電極11は、図2に示すようにタッチパネルディスプレイ装置1の操作を行う指2の付け根付近に装着して用いられる。ユーザが指2の付け根付近に不関電極11を装着した状態で、ユーザの指2の指先が透明導電膜上の刺激電極17に接触した場合は、所定の条件下で、両電極間つまりユーザの指先から指の付け根付近の間に電流が流れ、電流によってユーザは指への刺激を感じるようになっている。
The
不関電極11と刺激電極17との間の電位差、及び両電極間に流れる電流について説明する。不関電極11の電位は0Vに保たれており、刺激電極17側の電位を上下させることによって、不関電極11と刺激電極17との間で電位差を生じせしめること(以下単に「電圧印加」という)ができるようになっている。タッチパネルディスプレイ装置1では、刺激電極17の電位をプラスにすること(以下「陽性印加」という)、及び刺激電極17の電位をマイナスにすること(以下「陰性印加」という)の双方の電圧印加が可能となっている。陽性印加を行うことにより、上記第1の状態を生じさせることが可能であり、陰性印加を行うことにより上記第2の状態を生じさせることが可能である。電圧印加は、透明導電膜5上に配列された刺激電極17の一つ一つについて独立して可能となっている。すなわち刺激電極17は一つ一つが独立して異なった電位を有することが可能である。また、刺激電極17の電位は経時的に変化させることも可能であり、一つ一つの刺激電極17を独立して異なった態様(例えば、異なったパルス幅、周波数)で電位変化させることも可能である。
The potential difference between the
不関電極11と刺激電極17との電位差は最大で±150V程度、不関電極が指2の表面に接触する接触面のサイズは5cm2程度となっている。このような設定のとき、1つの刺激電極17当たり±2mA程度の電流がユーザの指2に流れることとなり、ユーザの指2に与える刺激を適度な大きさとすることができる。不関電極11をユーザのタッチパネルディスプレイ装置1の操作を行う指の付け根に装着可能な構成にしているので、不関電極11と刺激電極17との距離を近くすることができる。このため、両電極間の電気抵抗値のバラツキが少なくすることができ、安定した電流を得ることができる。
The maximum potential difference between the
データ保存部14には、各動作段階においてディスプレイ3に表示する画像データと、各動作段階における印加電極、及び非印加電極の配列設定を示す印加マップデータが格納されている。ここで、「印加電極」とは、ユーザの指2が接触した場合には電圧印加を行う刺激電極17をいい、「非印加電極」とは、ユーザの指2が接触した場合であっても電圧印加を行わない刺激電極17をいう。なお、印加電極、非印加電極ともにユーザの指2が接触していない場合には電圧印加はされていない状態である。印加マップデータにおいて透明導電膜5上のすべての刺激電極17は印加電極又は非印加電極の何れかとして設定されている。
The
制御部15は各動作段階において画像データを読み込み、各操作段階毎にディスプレイ3に画像データを表示させる。また制御部15は各動作段階において印加マップデータを読み込み、透明導電膜5における印加電極及び非印加電極の配列設定を認識する。画像データ21は、ディスプレイ3の表示画面に表示される画像をデータ化したものである。印加マップデータ23は、透明導電膜5上の印加電極と非印加電極の配列をデータ化したものである。図4はタッチパネルディスプレイ装置1の、ある動作段階における画像データ21及び印加マップデータ23の概念を示す図である。図4の印加マップデータ23中、黒い円は印加電極を、白い円は非印加電極を表している。
The
図4に示すように、画像データ21に示されるオブジェクトの位置や、模様に対応して、印加マップデータ23中の印加電極及び非印加電極が配列されている。例えば、画像データ21中の操作ボタン21aを表示する位置範囲について、この位置範囲内に対応する位置(所定の領域内)にある刺激電極17(23a)は、印加マップデータ23上で印加電極として設定され、この位置範囲外21bに対応する位置にある刺激電極17(23b)は非印加電極として設定されている。また、画像データ21中のストライプ模様の黒線部分21cに対応する位置にある刺激電極17(23c)は印加電極として設定され、白地部分21dに対応する位置にある刺激電極17(23d)は非印加電極として設定されている。このように、ディスプレイ3に表示される画像の図柄に対応させて印加電極及び非印加電極が配列されている。
As shown in FIG. 4, the application electrodes and non-application electrodes in the
以下、制御部15が行う処理について図5を参照し説明する。図5はタッチパネルディスプレイ装置1のある動作段階で、ユーザの指2が透明導電膜5に接触した場合に、制御部15等が行う処理のフロー図である。
Hereinafter, the process performed by the
まず、タッチパネルディスプレイ装置1の動作段階に応じた画像データと印加マップデータが読み込まれる(S102)。読み込まれた画像データに応じて、ディスプレイ3に画像が表示され、透明導電膜5への接触が待機される。ユーザの指2が透明導電膜5に接触したら、位置センサ7sにより接触位置に応じた接触位置信号が制御部15に送られ、制御部15で接触位置信号に基づいて接触位置が検出される(S106)。次に、接触位置と印加マップデータとの比較が行われ、接触領域に含まれる刺激電極17のうち、印加電極として設定されている刺激電極17へのみ陽性印加がなされ、ユーザの指2に電流が流れる(S108)。印加電極として設定されている刺激電極17が接触領域に含まれていない場合は、そのまま処理を終了させてもよい。
First, image data and application map data corresponding to the operation stage of the touch panel display device 1 are read (S102). An image is displayed on the display 3 in accordance with the read image data, and the contact with the transparent
タッチパネルディスプレイ装置1においては、S108における陽性印加では、パルス幅500μ秒の方形波状の電圧を、電圧150V、パルス数1回で印加する。 In the touch panel display device 1, in the positive application in S <b> 108, a square wave voltage having a pulse width of 500 μs is applied at a voltage of 150 V and a pulse number of one.
次に、圧力センサ9sにより接触圧力に応じた接触圧力信号が制御部15に送られ、制御部15で接触圧力信号に基づいて接触圧力が検出される(S110)。接触圧力が所定の圧力と比較され(S112)、接触圧力が所定の圧力よりも低い場合は、ユーザの指2が透明導電膜5から離れている、又は離れる直前であるとみなし、再びS108における印加と同じ態様で陽性印加がされ(S120)処理が終了する。上記所定の圧力は例えば0.1〜3.0N/m2程度に設定される。接触圧力が所定の圧力よりも低くない場合には、電圧印加のための周波数を算出する。周波数は、検出された接触圧力に応じて所定の算出方法で算出される。所定の算出方法によれば接触圧力と周波数は比例し、接触圧力が高くなるに従って周波数が高くなり、接触圧力が低くなるに従って周波数が低くなる(S114)。
Next, a contact pressure signal corresponding to the contact pressure is sent to the
続いて、再び接触位置が検出される(S116)。検出された接触位置と印加マップデータとの比較が行われ、接触領域に含まれる刺激電極17のうち、印加電極として設定されている刺激電極17へのみ陰性印加がなされ、ユーザの指2に電流が流れる(S118)。このとき陰性印加は、S114で算出した周波数で断続的になされる。S118における陰性印加では、パルス幅500μ秒の方形波状の電圧を、電圧−150V程度、周波数50〜200Hz程度で断続的に印加する。ユーザの指2が接触している間S114の処理が随時なされるので、周波数は接触圧力に応じて随時変化することとなる。
Subsequently, the contact position is detected again (S116). The detected contact position is compared with the application map data, and negative application is made only to the
その後は、S110に戻り、接触圧力検出からの処理を繰り返す。ユーザの指2が離れる直前にはS112で接触圧力が所定圧力以下となるので、再びS108における印加と同じ態様で陽性印加がされ(S120)処理が終了する。 After that, it returns to S110 and repeats the process from contact pressure detection. Immediately before the user's finger 2 is released, the contact pressure becomes equal to or lower than the predetermined pressure in S112, so that a positive application is again made in the same manner as the application in S108 (S120), and the process is terminated.
前述の通り、S108の陽性印加及びS118の陰性印加がなされる電極は、接触領域に含まれる刺激電極17のうち、印加電極として設定されている刺激電極17のみである。図6を参照し、具体的に説明する。図6(a)は接触領域31が操作ボタンが表示された領域(所定の領域)33に一部懸かっている場合、図6(b)は接触領域41がストライプ模様が表示された位置に懸かった場合の例を示す図である。図6(b)の場合はストライプ模様の黒線が表示された領域(所定の領域)33に接触領域31が一部懸かっている状態となっている。大きな黒い丸は接触領域に含まれた印加電極35a、大きな白い丸は接触領域に含まれた非印加電極35bを示している。また、小さな黒い丸は接触領域に含まれない印加電極35c、小さな白い丸は接触領域に含まれない非印加電極35dを示している。S108及びS118においては接触領域に含まれ、かつ、画像に対応した所定の領域33内にある(印加電極として設定されている)電極、すなわち大きな黒い丸で表した刺激電極35aのみに電圧印加がなされ、その他の刺激電極35b、35c、35dには電圧印加はなされない。
As described above, the electrodes to be positively applied in S108 and negatively applied in S118 are only the
以上をまとめると結局、電圧印加の経時的変化は、図7のような波形となる。図7の上のグラフは横軸に時間、縦軸に電流を設定し、接触圧力の経時的な変化を示している。下のグラフは、横軸に上のグラフに対応させた時間、縦軸に電流を設定し、接触圧力に対応した電流の経時的な変化を示している。まず、接触の直後から所定時間の間(図中の201の範囲)は、パルス幅500μ秒で方形波状に陽性印加を1回のみ行っている。その後、接触が継続している間(図中の203の範囲)は、パルス幅500μ秒、周波数50〜200Hz程度で方形波状に断続的な陰性印加を行っている。この間、圧力検出部9によって接触圧力を検出し、接触圧力が大きくなったときはそれに応じて周波数を高くし、接触圧力が小さくなったときは周波数を低くするというように、随時周波数を変化させている。接触が終わる直前(図中の205の範囲)はパルス幅500μ秒で方形波状に陽性印加を1回のみ行っている。但し、ここでは圧力検出部9で検出された接触圧力が所定の圧力よりも低くなった場合を接触が終わる直前とみなして上記陽性印加を行うこととしている。
In summary, the change in voltage application over time results in a waveform as shown in FIG. In the upper graph of FIG. 7, time is set on the horizontal axis and current is set on the vertical axis, and the change in contact pressure with time is shown. In the lower graph, the horizontal axis represents the time corresponding to the upper graph, the vertical axis represents the current, and the change with time of the current corresponding to the contact pressure is shown. First, for a predetermined time immediately after contact (
以下、上述したタッチパネルディスプレイ装置1の作用・効果について説明する。 Hereinafter, operations and effects of the touch panel display device 1 described above will be described.
まず、人間の指が触感覚を感じるメカニズムによれば、人間が指先に振動を受けた時には、皮膚と垂直な方向に伸びる神経が刺激される。また、人間が指先に圧力を受けた時には皮膚と平行な方向に伸びる神経が刺激される。逆に、指先において、皮膚と垂直な方向に伸びる神経を刺激すれば人間は指先に振動を感じ、皮膚と平行な方向に伸びる神経を刺激すれば人間は指先に圧力を感じることになる。皮膚と垂直な方向に伸びる神経を刺激するには外部から指先に入ってくる方向の電流(以下「陽性電流」という)を流せばよく、皮膚と平行な方向に伸びる神経を刺激するには逆に指先から外部へ出て行く方向の電流(以下「陰性電流」という)を流せばよいことがわかっている。陽性電流、陰性電流とも上記のような感覚を感じるためには、方形波状に所定のパルス幅、所定の周波数を以って断続的に電流が流れるのが効果的である。特に、陽性電流、陰性電流ともパルス幅500μ秒程度、周波数50〜200Hz程度、電流2mA程度で断続的な電流が流れるのが好ましい。また、陰性電流が方形波状に断続的に流れるとき、陰性電流の周波数が大きくなればなるほど人間が感じる圧力も大きくなり、小さくなればなるほど人間が感じる圧力も小さくなる。以上のようなメカニズムに鑑み、タッチパネルディスプレイ装置1の作用・効果を説明する。 First, according to a mechanism in which a human finger feels a tactile sensation, when a human receives vibration at the fingertip, a nerve extending in a direction perpendicular to the skin is stimulated. In addition, when a person receives pressure on a fingertip, a nerve that extends in a direction parallel to the skin is stimulated. On the other hand, if the nerve that extends in the direction perpendicular to the skin is stimulated at the fingertip, the human will feel vibration at the fingertip, and if the nerve that extends in the direction parallel to the skin is stimulated, the human will feel pressure at the fingertip. In order to stimulate nerves extending in the direction perpendicular to the skin, a current in the direction of entering the fingertip from the outside (hereinafter referred to as “positive current”) may be passed, and in order to stimulate nerves extending in the direction parallel to the skin, It is known that a current flowing in the direction from the fingertip to the outside (hereinafter referred to as “negative current”) may be supplied to the terminal. In order to feel both the positive current and the negative current as described above, it is effective that current flows intermittently with a predetermined pulse width and a predetermined frequency in a square wave shape. In particular, it is preferable that intermittent current flows with a pulse width of about 500 μsec, a frequency of about 50 to 200 Hz, and a current of about 2 mA for both positive and negative currents. Further, when the negative current intermittently flows in a square wave shape, the pressure that the human senses increases as the frequency of the negative current increases, and the pressure that the human feels decreases as the frequency of the negative current decreases. In view of the above mechanism, the operation and effect of the touch panel display device 1 will be described.
タッチパネルディスプレイ装置1では、ユーザの指2がタッチパネルディスプレイ装置1を操作すべく透明導電膜5に接触した場合には、透明導電膜5上に配列された刺激電極17に接触することとなる。ユーザの指2が、刺激電極17のうち印加電極として設定されているものに接触した場合は、その刺激電極17と不関電極11との間に、図7のグラフに示したような波形で経時的に変化する電圧印加がなされる。この電圧印加によって、ユーザの指2には電圧印加の波形と同様の波形の電流が流れることとなる。
In the touch panel display device 1, when the user's finger 2 contacts the transparent
例えば、ユーザの指2が、ディスプレイ3に表示された操作ボタンを操作する場合について考える。ユーザの指2はディスプレイ3上の架空の操作ボタンを操作すべく、操作ボタンが表示された領域に対応する透明導電膜5の領域に接触する。この領域にある刺激電極17は操作ボタンに対応して印加電極として設定されており、ユーザの指2はこの刺激電極17に接触することとなる。まず、ユーザの指2が、操作ボタンに接触した直後(図7の201の範囲)には指2に陽性電流が流れるので、ユーザは振動感を感じる。これによって、ユーザはあたかも指が操作ボタンにぶつかったかのような感触を受ける。次に、そのまま操作ボタンへの接触を継続している間(図7の203の範囲)は、指2に周波数50〜200Hz程度で断続的に陰性電流が流れるので、ユーザは圧力を感じる。これによって、ユーザはあたかも指が操作ボタンを押圧し、操作ボタンからの反力を受けているかのような感触を受ける。また、ユーザが操作ボタンを押圧する圧力を変化させたときには、圧力の変化に応じて電流の周波数が変化するので、ユーザはあたかも指の押圧力に応じて操作ボタンからの反力が変化しているような感触を受ける。次に、ユーザの指2が操作ボタンから離れる直前(図7の205の範囲)には、指2に陽性電流が流れるので、ユーザは振動感を感じる。これによって、ユーザはあたかも指が操作ボタンから離れる瞬間に操作ボタンから弾き返されるような感触を受ける。
For example, consider a case where the user's finger 2 operates an operation button displayed on the display 3. In order to operate an imaginary operation button on the display 3, the user's finger 2 contacts the region of the transparent
このように、タッチパネルディスプレイ装置1によれば、ユーザがディスプレイ3に平面的に表示された架空のオブジェクトを操作する場合に、あたかも実物のオブジェクトを操作しているかのようなリアリティのある操作感を感じさせることができる。 As described above, according to the touch panel display device 1, when the user operates an imaginary object displayed in a plane on the display 3, a realistic operation feeling as if operating a real object is provided. You can feel it.
また、タッチパネルディスプレイ装置1によれば、ユーザの指2が、刺激電極17のうち印加電極として設定されているものに接触した場合は、上記の電圧印加がなされる。一方、刺激電極17のうち非印加電極として設定されているものに接触した場合は、電圧印加はなされない。また、印加電極及び非印加電極の配列の設定は、ディスプレイ3上に表示された画像に対応して設定されている。例えば、ディスプレイ3上に表示されたオブジェクトに対応する領域には印加電極を対応させ、それ以外の領域には非印加電極を対応させて設定されている。このような設定とすることで、ユーザに指の触感によってオブジェクトが表示された領域にはあたかもオブジェクトが存在し、それ以外の領域にはあたかもオブジェクトが存在しないかのような触感を感じさせることができ、リアリティのある操作感を感じさせることができる。また、触感によってオブジェクトの位置をユーザに提示することができるので、視覚障害者等にも操作が容易となる。
Further, according to the touch panel display device 1, when the user's finger 2 comes into contact with the
また、ユーザの指2は一定の面積を有する接触領域で透明導電膜5と接触する場合が多く、このときユーザの指2は接触領域に含まれる複数個の刺激電極17に接触することとなる。タッチパネルディスプレイ装置1によれば、接触領域に含まれる刺激電極17のうち、オブジェクトの画像に対応した範囲内にある刺激電極17のみが印加電極として設定されているので、この刺激電極17のみがオブジェクトに触れた触感をユーザに感じさせることとなる。よって、例えば、図6(a)のように、接触領域がディスプレイ3に表示されたオブジェクトの縁部をまたいだ領域となった場合には、ユーザにあたかもオブジェクトのエッジに触っているかのような触感を感じさせることができる。
Further, the user's finger 2 often comes into contact with the transparent
また、タッチパネルディスプレイ装置1では、図6(b)に示すように、ストライプ模様等の細かい模様に対応させて印加電極及び非印加電極の配列の設定をしている。よって、ユーザの指2が、細かい模様の画像に対応する部分に接触した場合には、あたかも細かい模様が実際に凹凸に形成されているかのような手触りをユーザに感じさせることができる。また、ディスプレイ3に表示されたオブジェクトの材質(例えば木、布)に対応して印加電極及び非印加電極の配列の設定を変えることとすれば、オブジェクトの材質を手触りによって感じせしめることも可能となる。 Further, in the touch panel display device 1, as shown in FIG. 6B, the arrangement of the application electrode and the non-application electrode is set in correspondence with a fine pattern such as a stripe pattern. Therefore, when the user's finger 2 comes into contact with a portion corresponding to a fine pattern image, the user can feel as if the fine pattern is actually formed in irregularities. Further, if the setting of the arrangement of the applied electrode and the non-applied electrode is changed corresponding to the material (for example, wood, cloth) of the object displayed on the display 3, it is possible to make the object material feel by touch. Become.
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、タッチパネルディスプレイ装置1においては、ユーザの指2が透明導電膜5に接触した直後は、パルス数1回で陽性印加することとしているが、陽性印加する時間を接触の直後から所定の時間の間とすれば、パルス数を複数回にし、所定の周波数で複数回の陽性印加を行うこととしてもよい。まったく同様に、接触が終了する直前の陽性印加も同様にパルス数を複数回としてもよい。上記所定の時間は、ユーザにリアリティのある振動感を与える観点から、0.1秒程度に設定するのが好ましい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, in the touch panel display device 1, immediately after the user's finger 2 contacts the transparent
また、タッチパネルディスプレイ装置1では、圧力検出部9によって接触圧力を検出し、接触圧力に応じて電圧印加の周波数を変化させることとしているが、本発明においては圧力検出部9及び接触圧力に応じて周波数を変化させることは必ずしも必須ではない。
In the touch panel display device 1, the contact pressure is detected by the
1…タッチパネルディスプレイ装置、2…指、3…ディスプレイ、5…透明導電膜、7s…位置センサ、7…位置検出部、9s…圧力センサ、9…圧力検出部、11…不関電極、15…制御部、17…刺激電極。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Touch panel display device, 2 ... Finger, 3 ... Display, 5 ... Transparent conductive film, 7s ... Position sensor, 7 ... Position detection part, 9s ... Pressure sensor, 9 ... Pressure detection part, 11 ... Indifferent electrode, 15 ... Control part, 17 ... stimulation electrode.
Claims (3)
前記ユーザによる前記ディスプレイの前記画面上への接触を検出し、前記画面上における接触位置を検出する位置検出手段と、
前記ディスプレイの画面に重ねて設けられ、前記画面に対向する面の反対面側に二次元的に配列された複数の透明電極を有する透明電極層と、
前記透明電極と電気的に絶縁されて設けられ、一定の電位に維持される不関電極と、
前記透明電極の電位を変化させ、それぞれの前記透明電極と前記不関電極との間に電位差を生じさせる電圧印加手段と、
前記透明電極層が接触を受けた場合に、当該接触の圧力を検出する接触圧力検出手段と、を備え、
前記電圧印加手段は、
前記透明電極層が接触を受けると、当該接触が継続している間、前記透明電極よりも前記不関電極の電位が高い状態を所定のパルス幅及び所定の周波数で断続的に生じさせるように、接触を受けた前記透明電極層の領域に含まれる前記透明電極の電位を経時的に変化させ、
前記周波数は、前記接触圧検出手段により検出される接触の圧力に基づいて変化することを特徴とするタッチパネルディスプレイ装置。 A display that presents information to the user by displaying an image on the screen;
Position detecting means for detecting contact of the display on the screen by the user and detecting a contact position on the screen;
A transparent electrode layer provided on the screen of the display, and having a plurality of transparent electrodes arranged two-dimensionally on the opposite side of the surface facing the screen;
An indifferent electrode provided to be electrically insulated from the transparent electrode and maintained at a constant potential;
A voltage applying means for changing a potential of the transparent electrode to generate a potential difference between the transparent electrode and the indifferent electrode;
Contact pressure detection means for detecting the pressure of the contact when the transparent electrode layer receives contact, and
The voltage applying means includes
When the transparent electrode layer receives contact, while the contact continues, a state in which the potential of the indifferent electrode is higher than that of the transparent electrode is intermittently generated with a predetermined pulse width and a predetermined frequency. , Changing the potential of the transparent electrode included in the region of the transparent electrode layer that has been contacted over time,
The touch panel display device, wherein the frequency changes based on a contact pressure detected by the contact pressure detecting means.
更に、前記接触圧力検出手段で検出された接触の圧力が所定の圧力よりも低くなった場合には、前記不関電極よりも前記透明電極の電位が高い第1の状態を生じさせることを特徴とする請求項1に記載のタッチパネルディスプレイ装置。 The voltage applying means includes
Further, when the contact pressure detected by the contact pressure detecting means is lower than a predetermined pressure, a first state is generated in which the potential of the transparent electrode is higher than that of the indifferent electrode. The touch panel display device according to claim 1.
接触を受けた前記透明電極層の領域に含まれる前記透明電極のうち、所定の領域内にある透明電極の電位を経時的に変化させ、
前記所定の領域は、前記ディスプレイ上に表示された画像に対応して設定されることを特徴とする請求項1又は2に記載のタッチパネルディスプレイ装置。 The voltage applying means includes
Among the transparent electrodes included in the region of the transparent electrode layer that has received contact, the potential of the transparent electrode in a predetermined region is changed over time,
The touch panel display device according to claim 1, wherein the predetermined area is set corresponding to an image displayed on the display.
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