JP2014132422A - 入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】精度の良い位置検出を簡易な構成によって実現すること。
【解決手段】本発明は、第１方向に延在し、第１方向に交差する第２方向に並んで設けられた複数の第１導電パターン２０と、第２方向に延在し、第１方向に並んで設けられた複数の第２導電パターン２２と、を有する操作パネル１０と、電荷を帯びた帯電部分３６を有する指示体３０と、操作パネル１０に指示体３０が接近した際に、指示体３０の帯電部分３６によって複数の第１導電パターン２０及び複数の第２導電パターン２２に生じる電荷による電位を測定し、電位の測定結果を基に指示体３０の位置を検出する位置検出手段５０と、を備える入力装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力装置に関し、例えばホバリング機能に対応した入力装置に関する。

情報通信機器や業務用端末市場の拡大に伴い、容易に座標検出可能なタッチパネルやタッチパッド等のタッチ入力装置の需要が拡大している。タッチ入力装置は、指や指示体で操作パネルに触れることで使用される。タッチ入力装置の１つとして、操作パネルに指を接触させたことによる静電容量の変化に基づいて、指の位置を検出する静電容量方式のタッチ入力装置が知られている（例えば、特許文献１）。また、指示体として、本体部分に設けられた静電誘導発生部から提供される電荷を先端で受け取る構成のタッチペンが知られている（例えば、特許文献２）。

近年、操作パネルに指又は指示体を接触させて使用することに加え、指示体が操作パネルから離間した状態でも使用することができる機能（所謂ホバリング機能）が求められいる。このようなホバリング機能に対応した入力装置が種々提案されている（例えば、特許文献３から特許文献６）。

特開２０１０−１９１７９７号公報 実用新案登録第３１７６４５４号公報 特開２０１１−１３８１８０号公報 特開２０１１−１６４８０１号公報 特表２００５−５３７５７０号公報 特表２０１１−５１９４５８号公報

しかしながら、従来のホバリング機能に対応した入力装置は、指示体に電源回路又は共振回路等を設けたり、操作パネル側に電波を発信する発信器等を設けており、複雑な構成となっていた。また、指示体が操作パネルから離間した状態（ホバリング状態）を容量変化によって検出する入力装置も提案されているが、この入力装置では、容量変化の検出が難しく、その結果、正確な位置の検出が難しかった。

本発明は、上記課題に鑑みなされてものであり、精度の良い位置検出を簡易な構成によって実現することが可能な入力装置を提供することを目的とする。

本発明は、第１方向に延在し、前記第１方向に交差する第２方向に並んで設けられた複数の第１導電パターンと、前記第２方向に延在し、前記第１方向に並んで設けられた複数の第２導電パターンと、を有する操作パネルと、電荷を帯びた帯電部分を有する指示体と、前記操作パネルに前記指示体が接近した際に、前記指示体の前記帯電部分によって前記複数の第１導電パターンおよび前記複数の第２導電パターンに生じる電荷による電位を測定し、前記電位の測定結果を基に前記指示体の位置を検出する位置検出手段と、を備えることを特徴とする入力装置である。本発明によれば、精度の良い位置検出を簡易な構成によって実現することができる。

上記構成において、前記位置検出手段は、前記複数の第１導電パターンそれぞれの電位から前記第２方向における電位の近似線を計算して前記近似線から電位の絶対値が最大となる前記第２方向の位置を特定し、前記複数の第２導電パターンそれぞれの電位から前記第１方向における電位の近似線を計算して前記近似線から電位の絶対値が最大となる前記第１方向の位置を特定し、特定した前記第１方向の位置および前記第２方向の位置から前記指示体の位置を検出する構成とすることができる。

上記構成において、前記位置検出手段は、前記複数の第１導電パターンのうち電位の絶対値が最大である第１導電パターンおよび前記複数の第２導電パターンのうち電位の絶対値が最大である第２導電パターンを特定し、特定した第１導電パターンと第２導電パターンとが交わる位置を前記指示体の位置として検出する構成とすることができる。

上記構成において、前記指示体の前記帯電部分は、前記指示体の本体部分に取り外し自在に結合されている構成とすることができる。

上記構成において、前記指示体の前記帯電部分は、電荷が蓄電された帯電体を有する構成とすることができる。

上記構成において、前記帯電体は、エレクトレットからなる構成とすることができる。

上記構成において、前記帯電体は、周囲を絶縁層で覆われている構成とすることができる。

上記構成において、前記位置検出手段は、前記操作パネルと前記指示体との間隔に応じて前記複数の第１導電パターンおよび前記複数の第２導電パターンに生じる電位の総計のデータベースを予め記憶していて、測定された前記複数の第１導電パターンおよび前記複数の第２導電パターンの電位の総計を前記データベースと比較することで、前記操作パネルと前記指示体との間隔を検出する構成とすることができる。

本発明は、第１方向に延在し、前記第１方向に交差する第２方向に並んで設けられた複数の第１導電パターンと、前記第２方向に延在し、前記第１方向に並んで設けられた複数の第２導電パターンと、を有する操作パネルと、前記操作パネルに電荷を帯びた指示体が接近した際に、前記指示体によって前記複数の第１導電パターンおよび前記複数の第２導電パターンに生じる電荷による電位を測定し、前記複数の第１導電パターンのうち電位の絶対値が最大である第１導電パターンおよび前記複数の第２導電パターンのうち電位の絶対値が最大である第２導電パターンを特定することで、前記指示体の位置を検出する位置検出手段と、を備えることを特徴とする入力装置である。本発明によれば、精度の良い位置検出を簡易な構成によって実現することができる。

本発明によれば、精度の良い位置検出を簡易な構成によって実現することができる。

図１は、実施例１に係る入力装置の全体構成を示す図である。 図２は、操作パネルの分解斜視図である。 図３は、指示体の断面図である。 図４（ａ）は、指示体がホバリング状態にある場合に、第１導電パターンに生じる現象を説明するための図であり、図４（ｂ）は、第２導電パターンに生じる現象を説明するための図である。 図５は、実施例１の入力装置に備わる位置検出手段の制御を説明するフローチャートである。 図６は、実施例２の入力装置に備わる位置検出手段の制御を説明するフローチャートである。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、実施例２の入力装置に備わる位置検出手段で計算される電位の近似線を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施例について説明する。

図１は、実施例１に係る入力装置の全体構成を示す図である。図１のように、実施例１の入力装置１００は、操作パネル１０と、指示体３０と、位置検出手段５０と、を有する。まず、操作パネル１０について、図２を用いて説明する。図２は、操作パネル１０の分解斜視図である。操作パネル１０は、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のディスプレイの前面に配置されている。図２のように、操作パネル１０は、ボトムフィルム１２、トップフィルム１４、及びカバーフィルム１６の複数の層が、粘着材１８によって接着された積層構造をしている。ボトムフィルム１２及びトップフィルム１４は、例えば透明なフィルムであり、ＰＥＴ（ポリエチレンテフタレート）フィルム等を用いることができる。カバーフィルム１６も、例えば透明なフィルムであり、ＰＥＴフィルム等を用いることができる。カバーフィルム１６の代わりに、透明なカバーガラスを用いてもよい。粘着材１８は、例えば透明なＯＣＡ（Optical Clear Adhesive）両面テープを用いることができる。

ボトムフィルム１２の上面には、第１方向に延在する第１導電パターン２０が、第１方向に交差する方向である第２方向に並んで複数設けられている。トップフィルム１４の上面には、第２方向に延在する第２導電パターン２２が、第１方向に並んで複数設けられている。第１方向と第２方向とは例えば直交している。第１導電パターン２０及び第２導電パターン２２は、例えば透明な導電膜で形成されていて、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）膜によって形成されることができる。ボトムフィルム１２の下側に、例えばＬＣＤ等のディスプレイが配置される。カバーフィルム１６の上側が操作面となる。

複数の第１導電パターン２０及び複数の第２導電パターン２２それぞれには、配線パターン２４、２６が接続されている。配線パターン２４、２６は、図１のように、配線７０、７２を介して位置検出手段５０に接続されている。これにより、第１導電パターン２０と第２導電パターン２２とは位置検出手段５０に電気的に接続されている。

次に、指示体３０について、図３を用いて説明する。図３は、指示体３０の断面図である。図３では、指示体３０を延在方向で切断した断面を示している。図３のように、指示体３０は、本体部分３２の先端に、例えばネジからなる結合手段３４によって、帯電部分３６が結合されている。結合手段３４がネジからなるため、帯電部分３６は、本体部分３２から取り外し自在に結合されている。なお、結合手段３４はネジからなる場合に限られず、帯電部分３６が本体部分３２から取り外し自在であれば、例えばそれぞれに凹凸を設けて嵌め込む形状等、その他の場合でもよい。また、本体部分３２には、回路等は何ら設けられていない。

帯電部分３６は、電荷が蓄電された帯電体３８を内部に有する。帯電体３８は、例えば負の電荷が蓄電されている。これにより、帯電部分３６は、電荷（例えば負の電荷）を帯びている。帯電体３８は、例えばエレクトレットからなる。エレクトレットは電荷保持性に優れているとの利点がある。なお、帯電体３８は、エレクトレットからなる場合に限らず、例えば帯電させたキャパシタからなる場合等、その他の場合でもよい。

帯電体３８の周囲は絶縁層４０によって覆われている。例えば、帯電体３８の周囲は絶縁層４０によって完全に覆われている。これにより、帯電体３８に蓄電された電荷が放電することを抑制できる。なお、帯電部分３６の内部に電荷が蓄電された帯電体３８を有する場合に限られず、例えば帯電部分３６全体に電荷が蓄電されていて、帯電部分３６の周囲が絶縁層で覆われている場合でもよい。

ここで、指示体３０を操作パネル１０から離間しつつ操作パネル１０に接近させた状態（ホバリング状態）において、操作パネル１０に生じる現象を説明する。図４（ａ）は、指示体３０がホバリング状態にある場合に、第１導電パターン２０に生じる現象を説明するための図であり、図４（ｂ）は、第２導電パターン２２に生じる現象を説明するための図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）のように、指示体３０は電荷（例えば負の電荷）を帯びた帯電部分３６を先端に有するため、指示体３０が操作パネル１０に接近すると、帯電部分３６が作る電位を打ち消すような反対符号の電荷（例えば正の電荷）が第１導電パターン２０及び第２導電パターン２２に生じる。

第１導電パターン２０及び第２導電パターン２２に生じる電荷は、指示体３０に近いほど多く、指示体３０から離れるほど少なくなる。このため、指示体３０に近い第１導電パターン２０及び第２導電パターン２２ほど電位が高くなる。次に説明する位置検出手段５０は、この現象を利用して指示体３０の位置を検出するものである。

位置検出手段５０について、図１を用いて説明する。図１のように、位置検出手段５０は、電位測定部５２、アンプ５４、ＡＤコンバータ５６、及び位置検出部５８を有する。

電位測定部５２は、複数の第１導電パターン２０の電位を順に測定する。電位測定部５２は、例えばグランドと第１導電パターン２０との間に生じる電位差を測定する。また、電位測定部５２は、複数の第２導電パターン２２の電位を順に測定する。電位測定部５２は、例えばグランドと第２導電パターン２２との間に生じる電位差を測定する。

アンプ５４は、電位測定部５２で測定された電位を増幅する。ＡＤコンバータ５６は、アンプ５４によって増幅された電位を示すアナログ信号をデジタルデータに変換して位置検出部５８に提供する。

位置検出部５８は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）からなり、電位測定部５２で測定された電位の測定結果から、電位の絶対値が最大である第１導電パターン２０と第２導電パターン２２とを特定する。そして、位置検出部５８は、特定した第１導電パターン２０と第２導電パターン２２とが交差する位置を、指示体３０の位置として検出する。また、位置検出部５８は、第１導電パターン２０及び／又は第２導電パターン２２に生じる電位の強弱により、操作パネル１０から指示体３０までの距離を検出する機能を有していてもよい。

図５は、実施例１の入力装置１００に備わる位置検出手段５０の制御を説明するフローチャートである。図５のように、電位測定部５２は、複数の第１導電パターン２０の電位を端から順に測定する（ステップＳ１０）。図４で説明したように、指示体３０が操作パネル１０に接近している状態（ホバリング状態）では、複数の第１導電パターン２０の間で電位に差が生じる。位置検出部５８は、ステップＳ１０で電位測定部５２が測定した電位の測定結果から、電位の絶対値が最大である第１導電パターン２０を特定する（ステップＳ１２）。

電位測定部５２は、第１導電パターン２０の電位の測定に続いて、複数の第２導電パターン２２の電位を端から順に測定する（ステップＳ１４）。第１導電パターン２０と同様に、指示体３０が操作パネル１０に近接している状態（ホバリング状態）では、複数の第２導電パターン２２の間で電位に差が生じる。位置検出部５８は、ステップＳ１４で電位測定部５２が測定した電位の測定結果から、電位の絶対値が最大である第２導電パターン２２を特定する（ステップＳ１６）。

そして、位置検出部５８は、ステップＳ１２で特定した第１導電パターン２０とステップＳ１６で特定した第２導電パターン２２とが交差する位置を、指示体３０の位置として検出する（ステップＳ１８）。

以上説明したように、実施例１によれば、電荷を帯びた帯電部分３６を有する指示体３０が操作パネル１０に接近した際に、帯電部分３６によって第１導電パターン２０及び第２導電パターン２２に生じる電荷による電位を測定する。そして、測定した電位の測定結果を基に、指示体３０の位置を検出する。例えば、電位の絶対値が最大である第１導電パターン２０及び電位の絶対値が最大である第２導電パターン２２を特定し、特定した第１導電パターン２０と第２導電パターン２２とが交差する位置を指示体３０の位置として検出する。このように、帯電部分３６によって第１及び第２導電パターン２０、２２に生じる電荷による電位を測定して指示体３０の位置を検出することで、指示体３０が操作パネル１０から離間した状態（ホバリング状態）でも、指示体３０の位置を精度良く検出することができる。また、指示体３０の位置検出に帯電部分３６の電荷を利用することで、指示体３０に電源回路及び共振回路等を設けずに済み、簡易な構成とすることができる。したがって、実施例１によれば、精度の良い位置検出を簡易な構成によって実現することができる。

位置検出手段５０は、第１導電パターン２０及び／又は第２導電パターン２２に生じる電位の強弱により、指示体３０と操作パネル１０との距離を検出する機能を有していてもよい。

図３のように、指示体３０は、回路等が設けられていない本体部分３２と、電荷が蓄電された帯電体３８及びその周囲を覆う絶縁層４０を有する帯電部分３６と、によって構成されている。これにより、指示体３０を手に持ちやすい小径で違和感のないペン先形状とすることができる。

図３のように、指示体３０の帯電部分３６は、指示体３０の本体部分３２に取り外し自在に結合されている場合が好ましい。これにより、帯電部分３６の電荷量が少なくなった場合に、十分に帯電した帯電部分３６と交換することが可能となる。帯電部分３６の交換回数を抑える観点から、帯電部分３６の内部にある帯電体３８は、電荷保持性に優れたエレクトレットからなる場合が好ましく、電荷の放電を抑制するために、帯電体３８の周囲は絶縁層４０で覆われていることが好ましい。

実施例２に係る入力装置は、実施例１と比べて位置検出部５８の機能が異なるが、全体構成、操作パネル、及び指示体は、実施例１の図１から図３と同じである。実施例２の入力装置に備わる位置検出部５８は、電位測定部５２で測定された電位の測定結果から、第１方向及び第２方向における電位の近似線を計算し、近似線から電位の絶対値が最大となる第１方向及び第２の方向の位置を特定する。そして、位置検出部５８は、特定した第１方向及び第２方向の位置から指示体３０の位置を検出する。

図６及び図７を用いて、実施例２の入力装置に備わる位置検出手段５０の制御を説明する。図６は、実施例２の入力装置に備わる位置検出手段５０の制御を説明するフローチャートである。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、実施例２の入力装置に備わる位置検出手段５０で計算される電位の近似線を説明するための図である。

図６のように、電位測定部５２は、複数の第１導電パターン２０の電位を端から順に測定する（ステップＳ２０）。実施例１の図４で説明したように、指示体３０が操作パネル１０に接近している状態（ホバリング状態）では、複数の第１導電パターン２０の間で電位に差が生じる。位置検出部５８は、ステップＳ２０で電位測定部５２が測定した電位の測定結果から、第２方向における電位の近似線を計算する（ステップＳ２２）。つまり、位置検出部５８は、図７（ａ）のような第２方向における電位の近似線６０を計算する。そして、位置検出部５８は、ステップＳ２２で求めた近似線６０から電位の絶対値が最大となる第２方向の位置を特定する（ステップＳ２４）。

電位測定部５２は、第１導電パターン２０の電位の測定に続いて、複数の第２導電パターン２２の電位を端から順に測定する（ステップＳ２６）。第１導電パターン２０と同様に、指示体３０が操作パネル１０に接近している状態（ホバリング状態）では、複数の第２導電パターン２２の間で電位に差が生じる。位置検出部５８は、ステップＳ２６で電位測定部５２が測定した電位の測定結果から、第１方向における電位の近似線を計算する（ステップＳ２８）。つまり、位置検出部５８は、図７（ｂ）のような第１方向における電位の近似線６２を計算する。そして、位置検出部５８は、ステップＳ２８で求めた近似線６２から電位の絶対値が最大となる第１方向の位置を特定する（ステップＳ３０）。

次いで、位置検出部５８は、ステップＳ２４で特定した第２方向の位置及びステップＳ３０で特定した第１方向の位置から指示体３０の位置を検出する（ステップＳ３２）。

以上説明したように、実施例２によれば、複数の第１導電パターン２０それぞれの電位から第２方向における電位の近似線６０を計算し、近似線６０から電位の絶対値が最大となる第２方向の位置を特定する。同様に、複数の第２導電パターン２２それぞれの電位から第１方向における電位の近似線６２を計算し、近似線６２から電位の絶対値が最大となる第１方向の位置を特定する。そして、特定した第１方向の位置及び第２方向の位置から指示体３０の位置を検出する。このように近似線を用いることで、第１導電パターン２０及び／又は第２導電パターン２２の間隔が広い場合でも、指示体３０の位置検出を精度良く行うことができる。

また、位置検出手段５０は、操作パネル１０と指示体３０との間隔に応じて複数の第１導電パターン２０及び複数の第２導電パターン２２に生じる電位の総計のデータベースを予め記憶部に記憶していてもよい。そして、位置検出手段５０は、指示体３０が操作パネル１０に接近した際に測定された複数の第１及び第２導電パターン２０、２２の電位の総計を記憶部のデータベースと比較することで、操作パネル１０と指示体３０との間隔を検出する機能を有していてもよい。

実施例１及び実施例２では、指示体３０の帯電部分３６が負の電荷に帯電している場合を例に説明したが、正の電荷に帯電していてもよい。また、図２のように、第１導電パターン２０と第２導電パターン２２とは、異なるフィルム上に形成されている場合を例に説明したが、同一のフィルム上に形成されていてもよい。この場合、第１導電パターン２０と第２導電パターン２２とは、交差する部分で互いに絶縁されていればよい。また、第１導電パターン２０及び第２導電パターン２２は、ダイヤ型のパターンを有する場合に限られず、例えば一定の幅の直線パターン等、その他の場合でもよい。

操作パネル１０は、ＬＣＤ等のディスプレイの前面に配置され、タッチパネルのように透明な材料で形成されている場合を例に説明したが、この場合に限られる訳ではない。例えば、タッチパッドのように透明ではない材料で形成されている場合でもよく、この場合、第１導電パターン２０及び第２導電パターン２２は例えばＦＰＣ（Flexible printed circuits）上に形成されていてもよい。また、第１導電パターン２０及び第２導電パターン２２はＬＣＤ等のディスプレイの裏側に配置されている場合でもよい。

実施例１及び実施例２では、指示体３０を操作パネル１０から離間させた状態（ホバリング状態）で用いる場合を例に説明したが、指示体３０を操作パネル１０に接触させて用いてもよい。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能である。

１０ 操作パネル
１２ ボトムフィルム
１４ トップフィルム
１６ カバーフィルム
１８ 粘着材
２０ 第１導電パターン
２２ 第２導電パターン
３０ 指示体
３２ 本体部分
３４ 結合手段
３６ 帯電部分
３８ 帯電体
４０ 絶縁層
５０ 位置検出手段
５２ 電位測定部
５４ アンプ
５６ ＡＤコンバータ
５８ 位置検出部
６０ 近似線
６２ 近似線
１００ 入力装置

Claims (9)

1. 第１方向に延在し、前記第１方向に交差する第２方向に並んで設けられた複数の第１導電パターンと、前記第２方向に延在し、前記第１方向に並んで設けられた複数の第２導電パターンと、を有する操作パネルと、
   電荷を帯びた帯電部分を有する指示体と、
   前記操作パネルに前記指示体が接近した際に、前記指示体の前記帯電部分によって前記複数の第１導電パターンおよび前記複数の第２導電パターンに生じる電荷による電位を測定し、前記電位の測定結果を基に前記指示体の位置を検出する位置検出手段と、を備えることを特徴とする入力装置。
2. 前記位置検出手段は、前記複数の第１導電パターンそれぞれの電位から前記第２方向における電位の近似線を計算して前記近似線から電位の絶対値が最大となる前記第２方向の位置を特定し、前記複数の第２導電パターンそれぞれの電位から前記第１方向における電位の近似線を計算して前記近似線から電位の絶対値が最大となる前記第１方向の位置を特定し、特定した前記第１方向の位置および前記第２方向の位置から前記指示体の位置を検出することを特徴とする請求項１記載の入力装置。
3. 前記位置検出手段は、前記複数の第１導電パターンのうち電位の絶対値が最大である第１導電パターンおよび前記複数の第２導電パターンのうち電位の絶対値が最大である第２導電パターンを特定し、特定した第１導電パターンと第２導電パターンとが交差する位置を前記指示体の位置として検出することを特徴とする請求項１記載の入力装置。
4. 前記指示体の前記帯電部分は、前記指示体の本体部分に取り外し自在に結合されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の入力装置。
5. 前記指示体の前記帯電部分は、電荷が蓄電された帯電体を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の入力装置。
6. 前記帯電体は、エレクトレットからなることを特徴とする請求項５記載の入力装置。
7. 前記帯電体は、周囲を絶縁層で覆われていることを特徴とする請求項５または６記載の入力装置。
8. 前記位置検出手段は、前記操作パネルと前記指示体との間隔に応じて前記複数の第１導電パターンおよび前記複数の第２導電パターンに生じる電位の総計のデータベースを予め記憶していて、測定された前記複数の第１導電パターンおよび前記複数の第２導電パターンの電位の総計を前記データベースと比較することで、前記操作パネルと前記指示体との間隔を検出することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の入力装置。
9. 第１方向に延在し、前記第１方向に交差する第２方向に並んで設けられた複数の第１導電パターンと、前記第２方向に延在し、前記第１方向に並んで設けられた複数の第２導電パターンと、を有する操作パネルと、
   前記操作パネルに電荷を帯びた指示体が接近した際に、前記指示体によって前記複数の第１導電パターンおよび前記複数の第２導電パターンに生じる電荷による電位を測定し、前記複数の第１導電パターンのうち電位の絶対値が最大である第１導電パターンおよび前記複数の第２導電パターンのうち電位の絶対値が最大である第２導電パターンを特定することで、前記指示体の位置を検出する位置検出手段と、を備えることを特徴とする入力装置。

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