JP2013174939A - タッチパネル検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静電容量式のタッチパネルを使用した電子機器の、静電容量式のタッチパネルの動作確認を効率良く正確に実施可能なタッチパネル検査装置を提供する。
【解決手段】タッチパネル３に接触させるプローブ４と、プローブ４をタッチパネル１に対して３次元方向に移動させる移動機構６，７と、プローブ４に圧縮空気を供給する圧縮空気源２６を備え、プローブ４には、圧縮空気を貯留する空気溜りと、プローブ４の先端部側から突出するシート部材４４とが設けられたタッチパネルの検査装置２０であり、タッチパネル３の検査時には移動機構６，７によってプローブ４をタッチパネル３の方向に移動させると共に、プローブ４に圧縮空気を供給することによってプローブ４から突出するシート部材４４の突出度を調整することにより、指に近い接触力でタッチパネル３の良否を検査する。
【選択図】図５

Description

本出願はタッチパネル検査装置に関する。

近年、携帯電話、ＰＤＡ（携帯用個人情報端末）、パーソナルコンピュータやゲーム機の画面にタッチパネルを備え、入力にタッチパネルを利用する電子機器がある。入力手段にタッチパネルを備えた電子機器では、投影型静電容量式のタッチパネルが主流になっている。

図１に示すように、投影型の静電容量式タッチパネル１は、基板層１０の表面に表側透明電極１３が配置された透明電極膜（第１層）１１を積層し、裏面に裏側透明電極１４が配置された透明電極膜（第２層）１２を積層して形成される。第１層１１と第２層１２の外側に積層される保護膜の図示は省略してある。表側透明電極１３の各個は、第１層１１の上に千鳥格子状に配置され、長手方向に並んだ表側透明電極１３同士は電気的に接続されて表側引出し線１５で引き出されて外部の装置に接続されている。短手方向に並んだ表側透明電極１３同士は電気的に接続されていない。

また、裏側透明電極１４の各個は、第２層１２の上に千鳥格子状に配置され、短手方向に並んだ表側透明電極１４同士は電気的に接続されて裏側引出し線１６で長手方向に引き出されて外部の装置に接続されている。長手方向に並んだ裏側透明電極１４同士は電気的に接続されていない。更に、基板層１０の表面に第１層１１を積層し、裏面に第２層１２を積層した状態では、図２に示すように、表側透明電極１３の各個と裏側透明電極１４の各個とは、積層方向において重なり合わないようになっている。

このようなタッチパネル１に、図３に示すように人の指２がタッチした時は、電極１３に接続するライン１５と電極１４に接続するライン１６の間の静電容量Ｑが変化する。図４はタッチパネル１に指２がタッチした時の、Ｘ座標とＹ座標上の静電容量の分布の変化を示すものであり、静電容量の分布の変化でタッチ位置検出が行える。このため、投影型の静電容量式タッチパネル１では接触面積は、タッチ位置の検出率や検出位置精度に影響する。また、接触面積や接触点の数によって、タッチパネルに指でタッチしているのか、他の人体の部分、例えば電話機では電話中に顔が触れているのか、タッチの状態の判断を行っている場合もある。このように、投影型の静電容量式タッチパネル１ではタッチ時の接触面積が、タッチ検出のための重要な要素である。そして、投影型の静電容量式タッチパネル１では組立不良による背景のノイズの影響があるため、組立後も実際にタッチパネルにタッチして動作確認を行う必要があった。

これに対して、表面型タッチパネルでは、タッチ点に発生した容量を介して流れる電流から抵抗値の比を位置に換算しており、接触面積に応じて電流値は変わるものの、面積の絶対値を扱うのは困難である。また、タッチパネルの動作確認を行う場合には、現状では円柱状や先端部がドーム状になった金属電極、導電ゴム、導電スポンジ、或いは金属ブラシがプローブやスタイラスとして使用されている。更に、タッチパネルの動作確認を行う場合に、金属リングを使用して、金属リングの円周方向の接触長さを可変としたものもある。

また、特許文献１にはマトリクス状電極の裏面側に複数の電極をそれぞれ独立に接地するスイッチを設け、スイッチを接地させて接地された電極に対向する位置でタッチされたものと検出できるタッチパネル検出装置およびタッチパネル検査方法が開示されている。

特開２０１０−４４７３０号公報

しかしながら、プローブやスタイラスはタッチパネルにタッチする部分の面積を変え難いという問題点がある。また、金属リングの円周方向の接触長さを可変としたものは、位置精度が悪いという問題点がある。更に、特許文献１に記載のタッチパネルの検査装置は、タッチパネルの電極数分だけオンオフスイッチが必要であり、検査装置のコストが高いという問題点がある。

また、近年の情報端末では、タッチパネルにタッチしたことを操作者に分からせるために、タッチパネルに触覚提示機構を組み込んだものがある。このような触覚提示機構を組み込んだタッチパネルでは、振動モータよりも複雑な触覚が表現できるLRA（Linear Resonant Actuator）を代表とする触覚提示デバイスを搭載したものがある。このような触覚提示デバイスを組み込んだタッチパネルでは、タッチ動作と連動して触覚動作を同時に検査する事が望ましい。

課題の一側面のタッチパネルの検査装置に対して、開示のタッチパネル検査装置は、プローブのタッチパネルへの接触部の接触面積が可変であり、プローブのタッチパネルへの接触部の接触力を指による接触力に近づけて、タッチパネルの動作確認を効率良く正確に実施することを可能にするものである。

タッチパネル検査装置の一形態は、静電容量式のタッチパネルの検査装置であって、タッチパネルに接触させるプローブと、プローブをタッチパネルに対して縦、横、高さ方向に移動させる移動機構と、プローブに気体を供給する気体供給源とを備え、プローブには、気体供給源から供給される気体を貯留する空間部と、プローブの先端部側から空間部に連通する開口部と、開口部をシールするシート部材とが設けられており、検査時には移動機構によってプローブがタッチパネルに向かって移動すると共に、気体供給源から気体が供給されてシート部材が開口部から突出することを特徴とことを特徴としている。

比較技術の静電容量式タッチパネルの構造を示す組立斜視図である。 図２は図１のようにして組み立てられた静電容量式タッチパネルの平面図である。 静電容量式タッチパネルに指がタッチした時のライン間の静電容量変化を説明する図である。 静電容量式タッチパネルにタッチが行われた時のタッチパネル上の静電容量分布を示す図である。 開示の第１の形態のタッチパネル検査装置の構成を示す構成図である。 図５に示したタッチパネル検査装置のプローブの構成を示す断面図である。 図６に示したプローブの高導電シリコーンゴムシートが空気圧によって膨張してタッチパネル表面に接触した時の、圧力と接触力と接触面積の関係を説明する図である。 図５に示したタッチパネル検査装置のプローブの具体的な実施例の構成を示す断面図である。 図８に示したプローブの底面図である。 図５に示したタッチパネル検査装置のプローブの更に別の実施例の構成を示す底面図と側断面図である。 タッチパネルに指でタッチした時の、接触力の測定と人の指の接触面積を検出するための測定治具の構成を示す断面図である。 図５に示したタッチパネル検査装置のプローブを用いてタッチパネルにタッチした時の、接触力の測定とプローブの接触面積を検出するための測定治具の構成を示す断面図である。 図１１に示したカメラによって撮影された人の指の接触面積を示す画像である。 図１２に示したカメラによって撮影されたプローブの接触面積を示す画像である。 タッチパネルを人の指で押圧した時の、接触力と接触面積の関係を示す特性図である。 図１１に示したプローブの内部圧力を変えながら、プローブでタッチパネルを押圧した時の、接触力と接触面積の関係を示す特性図である。 図１２に示したプローブの接触力と接触面積を算出する治具を用いたプローブ特性の検出手順の一例を示すフローチャートである。 図１７で求めた特性を利用してタッチパネル検査装置のプローブを制御する手順の一例を示すフローチャートである。 触覚提示アクチュエータを備え、フローティング構造を持つタッチパネルの構成を示す断面図である。 触覚提示アクチュエータを備えたタッチパネルにおける触覚検出方法を説明する図である。 開示の第２の形態のタッチパネル検査装置の構成を示す構成図である。 図２１に示したレーザー変位計の構成を示す正面図である。 図２２に示したレーザー変位計の構成を示す側面図である。 図２１に示したレーザー変位計によって測定されたパネル面振幅の波形を示す波形図である。 図２１に示したレーザー変位計によって測定されたゴム裏面振幅の波形を示す波形図である。 第２の形態のタッチパネル検査装置のプローブに使用される静電容量型変位計の構成を示す断面図である。 第２の形態のタッチパネル検査装置のプローブに使用される光ファイバ式非接触変位センサの構成を示す断面図である。 第２の形態のタッチパネル検査装置のプローブに使用されるＣＣＤレーザー変位計の構成を示す断面図である。 図２６に示した静電容量型変位計の別の実施例の、非動作時の状態を示す断面図である。 図２９に示した静電容量型変位計の、動作時の状態を示す断面図である。

以下、添付図面を用いてタッチパネル検査装置の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。

図５は、第１の形態のタッチパネル検査装置２０の構成を示すものである。タッチパネル検査装置２０は、二次元方向（縦方向と横方向）に自在に移動可能なＸＹステージ６の上に載置した携帯電話機やスマートフォン等の端末３に設けられたタッチパネルを、Ｚステージ７によって高さ方向に移動可能なプローブ４でタッチして、タッチパネルの動作を検査する装置である。プローブ４の先端部には後に詳述する導電性の弾性シート部材４４が設けられており、プローブ４をＺステージ７に取り付けるフレーム３９には、歪ゲージ５が設けられている。歪ゲージ５はプローブ４の先端部にある導電性の弾性シート部材４４が端末３のタッチパネルを押し付ける接触力を、フレーム３９の歪によって検出するものである。

歪ゲージ５はブリッジ回路２１に接続されており、歪ゲージ５で検出された歪信号（アナログ信号）はブリッジ回路２１からアンプ２２を通り、Ａ／Ｄ変換器２３でデジタル信号に変換されて制御装置であるコンピュータ８に入力される。コンピュータ８は歪ゲージ５で検出された歪信号のデジタル変換値により、導電性の弾性シート部材４４が端末３のタッチパネルを押し付ける接触力を演算する。

プローブ４内には圧縮空気が供給される空間部があり、この空間部内の圧縮空気の圧力が高まると、プローブ４の先端部にある導電性の弾性シート部材４４がプローブ４の先端部から突出する。プローブ４に供給される圧縮空気は、圧縮空気源２６から電空レギュレータ２４を介して圧縮空気供給管４２によって供給される。圧縮空気供給管４２内の圧縮空気の圧力は圧力センサ２７によって常時検出されており、圧力センサ２７で検出された圧力値はＡ／Ｄ変換器２８でデジタル信号に変換されてコンピュータ８に入力される。

コンピュータ８は入力された圧縮空気の圧力に基づいて適正な圧力を演算し、これをＤ／Ａ変換器２５を通じてアナログ信号（電圧信号）に変換して電空レギュレータ２４にフィードバックする。このように、圧力センサ２７で圧縮空気供給管４２内の圧縮空気の圧力が検出されているので、圧縮空気供給管４２内の圧縮空気の圧力が適切に変化する。電空レギュレータ２４は入力された電圧値に応じて空気の圧力を変更するものであり、圧縮空気源２６からの圧縮空気の圧力を調整して、圧縮空気供給管４２からプローブ４に供給する。

図６は、図５に示したタッチパネル検査装置２０のプローブ４の構成を示す断面図である。プローブ４は、そのプローブ本体４０内に圧縮空気を貯留する空間部である空気溜り４１を備えている。空気溜り４１には圧縮空気供給管４２が接続されており、この圧縮空気供給管４２を通じて空気溜り４１内に圧縮空気が充填される。プローブ４の先端部側の空気溜り４１には開口部４３があり、この開口部４３は導電性の弾性シート部材４４、例えば高導電シリコーンゴムシートでシールされている。導電性の弾性シート部材４４は、プローブ４を通じて接地されている。そして、圧縮空気供給管４２から圧縮空気が供給されて、空気溜り４１の内部の圧力が高まると、導電性の弾性シート部材４４は開口部４３から外側に突出する。空気溜り４１の内部の圧力が高いほど、導電性の弾性シート部材４４の開口部４３からの突出量が大きくなる。

図７は、図６に示したプローブ４の先端部に設けられた導電性の弾性シート部材４４が空気圧によって膨張してタッチパネル表面のガラス１８に接触した時の、空気溜り４１の内部圧力Ｐと接触力Ｆと接触面積Ａの関係を説明する図である。ガラス１８の裏面には透明電極１７が設けられている。接触力は主にパスカルの原理によって規定されるので、同じ内部圧力Ｐの場合は接触力Ｆに応じて接触面積Ａが変化し、接触力Ｆを一定とした場合には内部圧力Ｐに応じて接触面積Ａが変化する。内部圧力Ｐを可変とすることは電空レギュレータにより容易に実現でき、接触力Ｆは内部圧力Ｐとプローブとパネルの相対位置を変えることで容易に調整できる。そして、接触力Ｆは内部圧力Ｐに接触面積Ａを乗算したものである。

タッチパネルに人の指でタッチする場合の接触力はおよそ２０〜８０ｇｆであり、指の接触面積はφ７〜１５ｍｍの円形〜楕円形である。また、タッチパネルに人の指でタッチする場合は、指には弾力性があるので、接触力の大きさに対して接触面積が所定の特性で変化する。これに対して、タッチパネルに導電ゴム材を使用してタッチを行う場合は、ゴム材を指の形状に近づけたとしても、ゴムの硬度が人体に比較して硬く、大きな接触面積と小さな接触力を両立させることが困難であった。更に、任意形状に成型可能な導電ゴム材は一般に人体の抵抗率に比べて高抵抗であるため、電荷の蓄積時間に遅延が生じるが、電極の組み合わせを変えながら容量検出を行う必要のあるタッチパネルでは、１組当たりの検出時間は非常に短いため、容量検出精度が低下する可能性がある。

そこで、開示技術では、図６、図７に示したように、プローブ４の先端部に、内部の空気溜り４１の開口部４３をシールするように導電性の弾性シート部材４４を取り付け、空気溜り４１の空気圧によって膨張させてタッチパネルに接触させるようにした。導電性の弾性シート部材４４は弾性を備えていると共に導電性である。導電性の弾性シート部材４４はプローブ本体４０を通じて接地される。導電性の弾性シート部材４４は人体容量程度（５０〜６０ｐＦ）の導体に接続しても良い。この構造によれば、プローブ４のＺステージ７による降下量と空気溜り４１の内部圧力Ｐとを調節することにより、膨張させた導電性の弾性シート部材４４によるタッチパネルへのタッチ動作を、指によるタッチ動作に近づけることができる。

図８は、図５に示したタッチパネル検査装置２０のプローブ４の、具体的な実施例の構成を示す断面図である。プローブ４のプローブ本体４０には、導電性の弾性シート部材４４、ゴムシート取付板４６、天井板４７及び側壁部４９がある。側壁部４９は円筒状であり、側壁部４９の上側に天井板４７が気密状態で取り付けられている。側壁部４９の下側に気密に取り付けられるゴムシート取付板４６には開口部４３があり、導電性の弾性シート部材４４はこの開口部４３を気密にシールしている。導電性の弾性シート部材４４、天井板４７及び側壁部４９で囲まれた空間が空気溜り４１であり、側壁部４９には空気溜り４１に圧縮空気を供給する圧縮空気供給管４２が接続されている。この実施例の開口部４３の形状は、図９に示す底面図から分かるように円形であるが、開口部４３の形状は円形に限定されるものではない。開口部４３の形状は、例えば、図１０に示すように、人の指でタッチした時の接触面積の形状に近い楕円形でも良い。

図１１は、タッチパネルに指でタッチした時の、圧力の測定と人の指の接触面積を検出するための測定治具３７の構成を示す断面図である。測定治具３７は、ガラス板１８、圧力センサ１９、基台３１及びカメラ９を備える。基台３１の上には少なくとも３個の圧力センサ１９を設置し、圧力センサ１９の上にタッチパネルの代わりに透明なガラス板１８を置く。ガラス板１８はアクリルガラスでも良い。この状態で指２でガラス板１８を押圧し、ガラス板１８に当接して変形した指２を基台３１の下方に設置したカメラ９で撮影する。基台３１は光を通すガラス板で形成するか、或いは基台３１の中央部に孔を開けておけば良い。測定治具３７では、圧力センサ１９によってタッチパネルに指でタッチした時の圧力の測定ができ、カメラ９で人の指の接触面積を検出することができる。

図１３は、図１１に示したカメラ９によって撮影された指２のガラス板１８への接触面積を示す画像２９を示している。指２のガラス板１８への接触部からは散乱光が出るので、これをカメラ９で撮影し、得られた画像２９を解析することにより、指２のガラス板１８に対する接触面積を検出することができる。指２のガラス板１８への接触面積は、指２でガラス板１８を押す力によって変化するので、指２で徐々にガラス板１８を押しながら接触力を増やし、接触面積の変化を検出する。図１５に示す曲線は、図１１に示した測定治具３７を用いて指２でガラス板１８を押圧した時の、接触力Ｆと接触面積Ａの関係を示す特性図である。

図１２は、図１１で説明した測定治具３７を使用し、図５に示したタッチパネル検査装置２０のプローブ４を用いてタッチパネルにタッチした時の、接触力の測定とプローブ４のタッチパネルへの接触面積を測定する構成を示す断面図である。プローブ４に圧縮空気供給管４２から内部圧力Ｐの圧縮空気を供給し、導電性の弾性シート部材４４をプローブ４の先端部から突出させる。そして、この状態でＺステージ７によってプローブ４を降下させ、導電性の弾性シート部材４４でガラス板１８を押圧し、ガラス板１８に当接して変形した導電性の弾性シート部材４４を基台３１の下方に設置したカメラ９で撮影する。

図１４は、図１２に示したカメラ９によって撮影された導電性の弾性シート部材４４のガラス板１８への接触面積を示す画像２９を示している。導電性の弾性シート部材４４のガラス板１８への接触部からは散乱光が出るので、これをカメラ９で撮影し、得られた画像２９を解析することにより、導電性の弾性シート部材４４のガラス板１８に対する接触面積を検出することができる。導電性の弾性シート部材４４のガラス板１８への接触面積は接触力によって変化するので、内部圧力Ｐを一定にしたままでプローブ４を降下させて接触力を増やし、接触面積の変化を検出する。

図１６に示す細線は、図１１に示したプローブ４の内部圧力Ｐを変えながら、導電性の弾性シート部材４４でガラス板１８を押圧した時の、接触力Ｆと接触面積Ａの関係を示す特性図である。図１６には、プローブ４の内部圧力ＰをＰ１，Ｐ２，Ｐ３及びＰ４にした時（Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４）の接触力Ｆと接触面積Ａの関係（変化曲線）が示されている。プローブ４による変化曲線に、図１５に示した指２による変化曲線を重ね合わせると、両者は接触力の値がＦ１，Ｆ２，Ｆ３及びＦ４で交差する。よって、プローブ４でガラス板１８を押圧する場合は、接触力Ｆの大きさに応じて、プローブ４の内部圧力Ｐを変更すれば、プローブ４で指２と同様のタッチパネルに対する変化曲線（押圧特性）を実現することができる。即ち、接触力Ｆの大きさを検出して、プローブ４の移動量及びプローブ４の内部圧力Ｐを任意に変更することが可能である。

具体的には、まず複数の内部圧力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３及びＰ４の下で計測したプローブの導電性の弾性シート部材４４のガラス板１８に対する接触力−接触面積の変化曲線を求める。次に、人の指による接触力−接触面積の変化曲線との交点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３及びＦ４を求め、交点Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３及びＦ４の間は、補間曲線に合致する組み合わせの内部圧力、接触力、接触面積を計算によって求めて記憶しておく。

図１７は、図１２に示したプローブ４の接触力と接触面積を算出する測定治具３７を用いたプローブ特性の検出手順の一例を示すフローチャートである。ステップ７０１ではプローブ４の内部圧力ＰｎをＰ１に設定する。次のステップ７０２ではプローブ４をＺステージ７により距離Ｌだけ下降させる。そして、ステップ７０３で接触力Ｆが発生したか否かを判定する。接触力Ｆが発生していない場合（ＮＯ）はプローブ４がガラス板１８まで達していないのでステップ７０２に戻り、プローブ４をＺステージ７により距離Ｌだけ下降させる。

ステップ７０３で接触力Ｆが発生したと判定した場合（ＹＥＳ）は、プローブ４がガラス板１８を押圧している状態であるのでステップ７０４に進む。ステップ７０４では接触力Ｆと接触面積Ａを算出して記憶し、ステップ７０５に進む。ステップ７０５では、プローブ４の下降距離の和が最大値Ｌｍａｘに達したか否かを判定し、プローブ４の下降距離の和が最大値Ｌｍａｘに達していない場合（ＮＯ）はステップ７０２に戻り、ステップ７０２からステップ７０５の処理を繰り返す。

ステップ７０５においてプローブ４の下降距離の和が最大値Ｌｍａｘに達したと判定した場合（ＹＥＳ）はステップ７０６に進み、プローブ４を初期位置まで上昇させる。次のステップ７０７ではプローブ４の内部圧力Ｐｎが最大値（この実施例では最大値Ｐ４）であるか否かを判定する。プローブ４の内部圧力Ｐｎが最大値でない場合（ＮＯ）はステップ７０８に進み、内部圧力Ｐｎを所定値だけ大きくしてステップ７０２に戻り、ステップ７０２からステップ７０７の手順を繰り返す。この実施例では、最初にステップ７０８に進んできた時には内部圧力Ｐ１がＰ２に変更され、以後はステップ７０８に進んで来る毎に、内部圧力がＰ２，Ｐ３，Ｐ４（最大値）に変更される。

一方、ステップ７０７においてプローブ４の内部圧力Ｐｎが最大値（Ｐ４）であると判定した場合（ＹＥＳ）はステップ７０９に進む。ステップ７０９では、検出済の人の指の接触力−接触面積特性と、記憶されているプローブの接触力−接触面積特性を照合し、接触力に対して指の接触面積に近い接触面積を与えるプローブ４の内部圧力Ｐｎを算出して記憶してこのルーチンを終了する。この手順により、プローブ４を人の指に近い押圧力でタッチパネルにタッチする接触力と内部圧力値がタッチパネル検査装置に記憶される。そして、以後は、記憶されたプローブ４の接触力と内部圧力値を用いて、プローブ４を人の指に近い押圧力でタッチパネルにタッチさせることができる。

図１８は、図１７で求めた特性を利用してタッチパネル検査装置のプローブ４を制御する手順の一例を示すフローチャートである。ステップ８０１ではプローブの内部圧力ＰｎをＰ１に設定する。続くステップ８０２ではプローブ４をタッチパネルとの接触荷重が発生するまで下降させる。そして、接触荷重が発生したら、ステップ８０３において接触力Ｆを検出する。接触力Ｆはタッチパネル検査装置のプローブ４とＺステージ７との間に設けられている歪ゲージ５によって正確に検出することができる。

次のステップ８０４では、図１７のステップ７０９で記憶したプローブ４の内部圧力Ｐｎを、検出した接触力に対応する内部圧力に変更してステップ８０５に進む。ステップ８０５では、Ｚステージ７によって下降したプローブ４の下降距離の和が最大値Ｌmaxに達したか否かを判定する。そして、最大値Ｌmaxに達していない場合（ＮＯ）はステップ８０６に進み、プローブ４を距離Ｌだけ下降させてステップ８０３に戻り、ステップ８０３からステップ８０５の手順を繰り返す。ステップ８０５の判定がＹＥＳの場合はこのルーチンを終了する。以上の手順により、開示のタッチパネル検査装置では、プローブ４を用いて人の指と同様の押圧力でタッチパネルを押圧させることができる。

ところで近年、タッチパネルに触覚提示アクチュエータを内蔵させ、タッチパネルに人の指が触れた時に、タッチパネルを振動させることによってタッチしたことを人に伝えるようにしたタッチパネルが実用化されている。図１９は、触覚提示アクチュエータ３０を備えたタッチパネル１Ｓの一例を示すものである。触覚提示アクチュエータ３０を備えたタッチパネル１Ｓでは、タッチパネル１を基台３１の上に設けた柔軟素材３２で支持するフローティング構造を持つことが多い。これは触覚提示アクチュエータ３０による振動が筐体に伝わり難く、且つ指側の触覚が強調されるからである。柔軟素材３２としてはシリコーンゴム、ウレタンゴム等が使用される。

図２０は、触覚提示アクチュエータ３０を備えたタッチパネル１Ｓにおける比較例としての触覚検出方法を説明する図である。この例では基台３１の上に直接タッチパネル１が設けられており、タッチパネル１の下面の一端に触覚提示アクチュエータ３０が取り付けられている。また、タッチパネル１の上に加速度計３３が設けられ、タッチパネル１の上方に変位計３４が設けられている。

加速度計３３と変位計３４を用いて触覚提示アクチュエータ３０が提示する振動変位、振動加速度などを同時計測する場合、指２やプローブと計測器（加速度計３３と変位計３４）が機械的に干渉し、タッチ部分の特性を直接計測する事が困難であった。タッチパネル１の全体を一様に振動させる触覚提示アクチュエータ３０であれば、指２によるタッチ部と計測位置が一致していなくても問題はない。ところが、図１９に示したフローティング構造や、部分変形する触覚提示アクチュエータ３０が配置された図２０に示す構造の場合には、タッチ部と計測位置は一致している事が望ましい。そこで、触覚提示デバイスを組み込んだ静電容量式のタッチパネルを使用した電子機器において、静電容量式のタッチパネルの動作確認と触覚提示動作確認を効率良く、正確に実施する検査装置が望まれる。

図２１は第２の形態のタッチパネル検査装置５０の構成を示す構成図であり、触覚提示アクチュエータを内蔵するタッチパネル用の検査装置である。第２の形態のタッチパネル検査装置５０では、図５に示した第１の形態のタッチパネル検査装置２０と同様に、タッチパネルを人の指に近い押圧力でタッチできると共に、タッチ時に発生した触覚定時アクチュエータの動作も検査することができる。タッチパネルを人の指に近い押圧力でタッチできる構成については既に説明したので、ここではタッチ時に発生した触覚定時アクチュエータの動作も検査する構成についてのみ説明する。即ち、タッチパネル検査装置２０で説明した構成部材には同じ符号を付してその説明を省略する。

タッチパネル検査装置５０は、取付ベース５１の上に設けられており、取付ベース５１の上に突設された支柱５２の上端部に天井板５３が設けられている。天井板５３にはＺステージ７が取り付けられている。Ｚステージ７とプローブ４の間にあるフレーム３９には歪ゲージ５に加えて光学式の非接触変位計としてレーザー変位計６０が設けられている。取付ベース５１の上に設けられるＸＹステージ６は、この実施例ではＸステージ６ＸとＹステージ６Ｙに分かれている。Ｘステージ６Ｘの下方には、Ｘステージ６Ｘを移動させる案内車輪５４が設けられている。Ｘステージ６Ｘの上にはテーブル３１Ｔが載置され、テーブル３１Ｔに設置されたホルダ３１Ｈに触覚提示アクチュエータを内蔵するタッチパネルを備えた端末３が保持される。また、この実施例では圧縮空気源２６は、圧縮ポンプ２６Ｐと真空ポンプ２６Ｖを備えている。更に、レーザー変位計６０は変位計コントローラ３５で制御されるようになっており、レーザー変位計６０で検出された変位値は変位計コントローラ３５を通じてＡ／Ｄ変換器３６に送られ、デジタル信号に変換されてコンピュータ８に取り込まれる。

図２２は図２１に示したレーザー変位計６０の一実施例の構成を示す正面図であり、図２３は、図２２に示したレーザー変位計６０の構成を示す側面図である。プローブ４には図８で説明した構成のものが使用されている。しかし、図８で説明したプローブ４のプローブ本体４０を構成する天井板４７は光を通さないので、この実施例の天井板４７には窓４８が設けられており、天井板４７と側壁部４９の間には透明板４６が設けられている。
透明板４６は側壁部４９に対して気密状態で取り付けられている。

レーザー変位計６０は、支柱５２に取付板５５を介して取り付けられており、内部にレーザー出力部６１とレーザー検出部６２を備える。レーザー出力部６１からは走査されたレーザービームＢがプローブ本体４０にある導電性の弾性シート部材４４に向けて照射される。レーザービームＢは透明板４６を通過して導電性の弾性シート部材４４に達し、導電性の弾性シート部材４４の裏面で反射してレーザー検出部６２に入力される。導電性の弾性シート部材４４は端末３に接触すると変位するので、この変位の状態が導電性の弾性シート部材４４の裏面側から、レーザー変位計６０によって直接計測される。

以上のように構成されたタッチパネル検査装置５０では、触覚提示アクチュエータを動作させてタッチパネルのパネル面を図２４に示すように所定振幅で振動させると、導電性の弾性シート部材４４の裏面側のゴム裏面振幅が図２５に示すように測定される。以上のように形成されたタッチパネル検査装置５０では、導電性の弾性シート部材４４の裏面側の変位分布も計測することができる。この結果、プローブ４と振動検出センサであるレーザー変位計との機械的干渉が無い状態で、導電性の弾性シート部材４４の裏面側の変位、即ちプローブ接触部の裏面の変位を直接計測することができる。

第２の形態のタッチパネル検査装置５０のプローブ４に組み合わせて使用できる非接触の変位計としては、前述のレーザー変位計６０の他にも可能であり、その例を図２６から図２８に示す。図２６は、静電容量型変位計６３の構成を示す断面図である。静電容量型変位計６３は、プローブ本体４０の天井板４７に直接取り付けることができる。図２７は光ファイバ式非接触変位センサ６４の構成を示す断面図である。光ファイバ式非接触変位センサ６４もプローブ本体４０の天井板４７に直接取り付けることができる。図２８はＣＣＤレーザー変位計６５の構成を示す断面図である。ＣＣＤレーザー変位計６５は、レーザー変位計６０と同様に、プローブ本体４０の天井板４７を透明板４６に変え、透明板４６の上方に設置することができる。

静電容量型変位計６３と光ファイバ式非接触変位センサ６４の先端部は、導電性の弾性シート部材４４の裏面側に位置させる。そして、静電容量型変位計６３と光ファイバ式非接触変位センサ６４は、使用する条件（導電性の弾性シート部材４４の接触力、接触面積）に応じてねじ等で上下位置を手動調節し、測定範囲と導電性の弾性シート部材４４の相対位置を合わせる。合わせ終わったら、ナットで静電容量型変位計６３と光ファイバ式非接触変位センサ６４の位置を固定する。従って、プローブ４に供給する圧縮空気の圧力を下げた場合には、導電性の弾性シート部材４４と静電容量型変位計６３と光ファイバ式非接触変位センサ６４とが接触することがあるが、使用中は圧縮空気の圧力を両者が接触しない程度の圧力にする。また、使用しない場合には、静電容量型変位計６３と光ファイバ式非接触変位センサ６４はプローブ本体４０から取り外せば良い。ＣＣＤレーザー変位計６５は透明板４６の上方に設置されているのでこのような調整はしなくて良い。

図２９は図２６に示した静電容量型変位計６３の具体的な実施例の非動作時の状態を示す断面図である。この実施例の静電容量型変位計６３は、プローブ本体４０の天井板４７にリブ４７Ａを設け、このリブ４７に螺着したねじ６７の先端部に取り付けられている。ねじ６７には貫通孔６７Ａがあり、静電容量型変位計６３のセンサケーブル６６はこの貫通孔６７Ａを通じて外に引き出されている。また、静電容量型変位計６３と貫通孔６７Ａの間と、ねじ６７とリブ４７Ａの間にはＯリング６９が取り付けられており、空気溜り４１を気密状態に保っている。ねじ６７は回転させるとリブ４７Ａに対して上下動するので、ねじ６７の先端部に取り付けられた静電容量型変位計６３と導電性の弾性シート部材４４との距離を調節した後は、ナット６８をリブ４７Ａ方向に回転させて、静電容量型変位計６３の位置を固定できる。

図３０は、図２９に示した静電容量型変位計６３が取り付けられたプローブ本体４０の動作時の状態を示す断面図である。圧縮空気供給管４２から圧縮空気が空気溜り４１内に供給されると、導電性の弾性シート部材４４が膨らんで端末３に接触し、端末３に内蔵された触覚提示アクチュエータが振動すると、その振動が静電容量型変位計６３で検出される。

以上説明したように、開示したタッチパネル検査装置では、静電容量式のタッチパネルを使用した電子機器において、静電容量式のタッチパネルの動作確認を効率良く正確に実施することが可能であると共に、タッチパネルの振動も正確に計測できる。

以上、種々の実施の形態を図面を参照して詳細に説明した。本開示の容易な理解のために、本開示の具体的な形態を以下に付記する。

（付記１） 静電容量式のタッチパネルの検査装置であって、
前記タッチパネルに接触させるプローブと、
前記プローブを前記タッチパネルに対して３次元方向に移動させる移動機構と、
前記プローブに気体を供給する気体供給源とを備え、
前記プローブには、前記気体供給源から供給される気体を貯留する空間部と、前記プローブの先端部側から前記空間部に連通する開口部と、前記開口部をシールするシート部材とが設けられており、
検査時には前記移動機構によって前記プローブが前記タッチパネル方向に移動すると共に、前記前記気体供給源から気体が供給されて前記シート部材が前記開口部から突出することを特徴とするタッチパネルの検査装置。
（付記２） 前記空間部内の気体の圧力を検出する圧力検出手段が設けられており、
前記検査時に、前記空間部内の圧力が変化するように前記気体供給源から気体が供給されることを特徴とする付記１に記載のタッチパネル検査装置。
（付記３） 前記シート部材が前記タッチパネルに接触した時の接触力の検出手段が設けられており、
前記検査時に、前記圧力検出手段が所定の接触力を検出した時には、前記移動機構が前記プローブを移動させることを特徴とする付記１又は２に記載のタッチパネル検査装置。
（付記４） 前記シート部材が前記タッチパネルに接触した時の接触力の検出手段が設けられており、
前記検査時に、前記圧力検出手段が所定の接触力を検出した時には、前記移動機構が前記プローブを移動させると共に、前記空間部内の圧力が変化するように前記気体供給源から気体が供給されることを特徴とする付記２に記載のタッチパネル検査装置。
（付記５） 前記シート部材が前記タッチパネルに接触した時の接触面積の検出手段と、前記圧力検出手段、前記接触力の検出手段及び前記接触面積の検出手段の検出値に応じて前記移動機構と前記気体供給源を制御する制御装置が設けられており、
前記制御装置は、前記検査時に、前記圧力検出手段が所定の接触力を検出した時には、前記移動機構と前記気体供給源を制御して、前記プローブ位置と前記空間部内圧力とを変えることにより、前記シート部材の前記タッチパネルに対する接触面積と接触力を任意の組み合わせに制御することを特徴とする付記４に記載のタッチパネル検査装置。

（付記６） 前記制御装置には記憶手段が設けられており、
前記記憶手段には、前記シート部材の前記タッチパネルに対する接触力−接触面積の変化曲線を、複数の前記空間部内圧力の下で計測し、別途計測した人の指の接触力−接触面積に合わせるデータが記憶されており、
前記制御装置は、前記検査時に、前記データに基いて前記シート部材の前記タッチパネルに対する接触面積と接触力を制御することを特徴とする付記５に記載のタッチパネル検査装置。
（付記７） 前記データは、前記シート部材の前記タッチパネルに対する接触力−接触面積の変化曲線を、複数の前記空間部内圧力の下で計測し、別途計測した人の指の接触力−接触面積の曲線との交点を求め、交点の補間曲線に合致する組み合わせの内部圧力、接触力、接触面積であることを特徴とする付記６に記載のタッチパネル検査装置。
（付記８） 前記接触力の検出手段が、前記移動機構と前記プローブとの間に設けられた弾性変形部材の歪を検出する歪ゲージであることを特徴とする付記４から６の何れかに記載のタッチパネル検査装置。
（付記９） 前記接触力の検出手段が、前記タッチパネルを保持する保持部材の上に設けられた圧力センサであることを特徴とする付記４から６の何れかに記載のタッチパネル検査装置。
（付記１０） 前記接触面積の検出手段が、前記タッチパネルを保持する保持部材の下から前記タッチパネルのタッチ部分を撮影可能な撮像手段と、前記撮像手段が撮影した画像から接触面積を演算する演算手段であることを特徴とする付記５から７の何れかに記載のタッチパネル検査装置。

（付記１１） 前記開口部が楕円形状であることを特徴とする付記１から１０の何れかに記載のタッチパネル検査装置。
（付記１２） 前記プローブの前記空間部内に、前記シート部材の裏面の変位を検出する変位検出手段が設けられていることを特徴とする付記１から１１の何れかに記載のタッチパネル検査装置。
（付記１３） 前記変位検出手段が、静電容量変位計または光ファイバ式変位計であることを特徴とする付記１２に記載のタッチパネル検査装置。
（付記１４） 前記変位検出手段の昇降手段が設けられており、前記変位検出手段は前記空間部内の圧力が低い時には、前記昇降手段により前記シート部材に接触しない位置まで退避させられていることを特徴とする付記１２又は１３に記載のタッチパネル検査装置。
（付記１５） 前記プローブの前記シート部材と反対側の端面が前記空間部内を見通せる透明部材から形成されており、前記透明部材に対向する部分に光によって前記シート部材の裏面の変位を検出する光学式変位検出手段が設けられていることを特徴とする付記１から１１の何れかに記載のタッチパネル検査装置。

（付記１６） 前記光学式変位検出手段が、レーザー変位計、合焦式変位計及びレーザドップラ式振動計の何れかであることを特徴とする付記１５に記載のタッチパネル検査装置。

１ タッチパネル
３ 端末
４ プローブ
５ 歪ゲージ
６ ＸＹステージ
７ Ｚステージ
８ 制御装置（コンピュータ）
９ カメラ
１７ 透明電極
１８ ガラス
１９ 圧力センサ
２０，５０ タッチパネル検査装置
３０ 触覚提示アクチュエータ
４１ 空気溜り
４３ 開口
４５ 導電性の弾性シート部材

Claims (6)

1. 静電容量式のタッチパネルの検査装置であって、
   前記タッチパネルに接触させるプローブと、
   前記プローブを前記タッチパネルに対して縦、横、高さ方向に移動させる移動機構と、
   前記プローブに気体を供給する気体供給源とを備え、
   前記プローブには、前記気体供給源から供給される気体を貯留する空間部と、前記プローブの先端部側から前記空間部に連通する開口部と、前記開口部をシールするシート部材とが設けられており、
   検査時には前記移動機構によって前記プローブが前記タッチパネルに向かって移動すると共に、前記気体供給源から気体が供給されて前記シート部材が前記開口部から突出することを特徴とするタッチパネルの検査装置。
2. 前記空間部内の気体の圧力を検出する圧力検出手段が設けられており、
   前記検査時に、前記空間部内の圧力が変化するように前記気体供給源から気体が供給されることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル検査装置。
3. 前記シート部材が前記タッチパネルに接触した時の接触力の検出手段が設けられており、
   前記検査時に、前記圧力検出手段が所定の接触力を検出した時には、前記移動機構が前記プローブを移動させると共に、前記空間部内の圧力が変化するように前記気体供給源から気体が供給されることを特徴とする請求項２に記載のタッチパネル検査装置。
4. 前記シート部材が前記タッチパネルに接触した時の接触面積の検出手段と、前記圧力検出手段、前記接触力の検出手段及び前記接触面積の検出手段の検出値に応じて前記移動機構と前記気体供給源を制御する制御装置が設けられており、
   前記制御装置は、前記検査時に、前記圧力検出手段が所定の接触力を検出した時には、前記移動機構と前記気体供給源を制御して、前記プローブ位置と前記空間部内圧力とを変えることにより、前記シート部材の前記タッチパネルに対する接触面積と接触力を任意の組み合わせに制御することを特徴とする請求項３に記載のタッチパネル検査装置。
5. 前記プローブの前記空間部内に、前記シート部材の裏面の変位を検出する変位検出手段が設けられていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のタッチパネル検査装置。
6. 前記プローブの前記シート部材と反対側の端面が前記空間部内を見通せる透明部材から形成されており、前記透明部材に対向する部分に光によって前記シート部材の裏面の変位を検出する光学式変位検出手段が設けられていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のタッチパネル検査装置。

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