JP2019087316A - 操作検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチ検出機能と押圧検出機能を備え、かつ、構成の簡素な操作検出装置を提供する。【解決手段】操作検出装置１は、静電容量式のタッチパネル２０と、タッチパネル２０の背面に空間Ｓを隔てて配置された金属シート５０とを備える。静電容量式のタッチパネル２０を備えているので、タッチ操作を検出することができる。また、タッチパネル２０の背面に、空間Ｓを隔てて金属シート５０が配置されている。タッチパネル２０が押圧操作されると、タッチパネル２０と金属シート５０との間の距離が短くなる。これにより、タッチパネル２０が検出する静電容量が変化するので、１つの静電容量式のタッチパネル２０により押圧操作も検出できる。よって、静電容量式のタッチパネル２０に加えて、感圧センサを設ける必要がなくなるので、構成を簡素にすることができる。【選択図】図２

Description

操作検出装置に関し、特に、装置の構成の簡素化に関する。

ユーザにより操作されたことを検出する操作検出装置として、静電容量式のタッチパネルと感圧センサとを備えた装置が知られている。特許文献１には、静電容量式のタッチパネルの四隅に感圧センサを備えた構成が開示されている。

特許第５４９３７３９号公報

静電容量式のタッチパネルとは別に感圧センサを備える構成では、構成部品の増加に伴い、製造コストの上昇および製造工数の増加が懸念される。

本開示は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、タッチ検出機能と押圧検出機能を備え、かつ、構成の簡素な操作検出装置を提供することにある。

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示した技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するための１つの開示は、静電容量式のタッチパネル（２０）と、
タッチパネルの背面に、タッチパネルの厚さ方向の長さが変化可能な誘電体を隔てて配置された導電体（５０）と、を備えている操作検出装置である。

この操作検出装置は、静電容量式のタッチパネルを備えているので、タッチ操作を検出することができる。また、タッチパネルの背面に、そのタッチパネルの厚さ方向の長さが変化可能な誘電体を隔てて導電体が配置されている。この構成により、タッチパネルが押圧操作されると、タッチパネルと導電体との間の距離が短くなる。これにより、タッチパネルが検出する静電容量が変化するので、１つの静電容量式のタッチパネルにより押圧操作も検出できる。よって、静電容量式のタッチパネルに加えて、感圧センサを設ける必要がなくなるので、構成を簡素にすることができる。

実施形態の操作検出装置１の操作面１１を示す図である。 図１のII−II線断面図である。 タッチパネル２０の、操作板１０に固定されている側の面を示す図である。 タッチ操作および押圧操作時に各電極２２に接続された配線２３に生じる信号変化を説明する図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態の操作検出装置１の操作面１１を示す図である。操作検出装置１は、たとえば、車室内のダッシュボードに設置されて、エアコンなどの車載機器をユーザが操作するための装置として用いられる。

操作面１１には、ユーザが機能を選択するための図形が示されている。本実施形態では、具体的な機能は省略し、機能Ａ、機能Ｂ、機能Ｃ、機能Ｄとしている。操作面１１には、それらの機能を示す文字Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが示されている。

機能を示す文字は印刷等により形成されている。ユーザがタッチ操作することである文字が選択された場合、背面からの照明光が変化することにより、選択操作が受け付けられたことが示される。

背面からの照明光の変化は、たとえば、非選択状態では照明されず、選択状態で照明されるという変化である。それ以外にも、非選択状態でも照明されており、選択状態では、それよりも明るい光量で照明されるという変化でもよい。

文字の周囲にある破線は、図３に示す、タッチパネル２０に形成されている電極２２が背面に存在する部分である。この部分をユーザが指などでタッチすると、機能を示す文字が、選択されたことを示す照明状態に変化する。

図２に、図１のII−II線断面図を示す。なお、図２は構成要素を説明するための図であり、縦横の寸法比は実際の操作検出装置１の寸法比とは異なる。図２に示すように、操作検出装置１は、操作板１０、タッチパネル２０、配置板３０、支持ゴム体４０、金属シート５０、回路基板６０、制御回路７０、ＬＥＤ８０、支持部材９０を備えている。

操作板１０は、平板状であって、ユーザに視認できる向きに配置される操作面１１を備えている。操作板１０は、樹脂あるいはガラスすなわち誘電材料製である。また、少なくとも、機能を選択するための文字が表示されている部分は、光が透過可能になっている。

この操作板１０は、弾性体である支持ゴム体４０により支持されている。そのため、ユーザにより押圧操作されると、操作板１０は、その厚さ方向に変位する。変位は、操作板１０の全体の変位すなわち平行移動と、押圧操作された部分を中心とする撓みがある。本実施形態では、操作板１０が押圧操作されたとき、操作板１０の全体が変位する量が大きいことが好ましい。よって、操作板１０には、硬い材質が用いられることが好ましい。樹脂であれば、硬質樹脂を用いることが好ましい。たとえば、アクリル樹脂、硬質塩化ビニル樹脂などを用いることができる。

タッチパネル２０は静電容量式である。タッチパネル２０は操作板１０の背面に接着等により固定されている。つまり、タッチパネル２０と操作板１０とは互いに積層状態になっている。なお、背面は、ユーザが操作する側とは反対側を意味する。図３にタッチパネル２０の具体的構成を示している。

図３は、タッチパネル２０の、操作板１０に固定されている側の面を示している。なお、図３に示す構成を操作板１０とは反対側の面に形成してもよい。図３に示すように、タッチパネル２０は、基材２１と、電極２２と、配線２３とを備えている。

基材２１は、形状が平板状であり、材質は誘電材料製である。たとえば、基材２１は透明樹脂製である。本実施形態の電極２２は透明である。たとえば、ＩＴＯやＰＥＤＯＴなどを用いて電極２２を透明とすることができる。本実施形態では、電極２２として、操作面１１に形成された機能を示す文字の数に対応して、４つの電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを備える。これら４つの電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを区別しないときは電極２２と記載する。

電極２２は、操作面１１に表示される、機能を示す４つの文字およびその周囲に対向する範囲に形成されている。そのため、タッチパネル２０は、操作面１１の一部のみが、ユーザがタッチされたことを検出する部分となる。

配線２３は、４つの電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄにそれぞれ接続されている４本の配線２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを備えている。これら４つの配線２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄを区別しないときは配線２３と記載する。

配線２３は一端が電極２２に接続されており、その端から延びて、他端が制御回路７０に接続されている。４つ配線２３は、基材２１の縁部で集まるように配置されている。そのため、配線２３は、電極側の端における相互の距離よりも、基材２１の縁部における相互の距離の方が短くなっている。

説明を図２に戻す。配置板３０は、平板状であって、支持ゴム体４０を介して操作板１０およびその操作板１０に固定されたタッチパネル２０を支持している。換言すれば、支持ゴム体４０は、配置板３０と操作板１０とにより挟持されている。配置板３０の操作板１０側の面には、導電体である金属シート５０が固定されている。この金属シート５０はグランドに接続されている。

図３には、タッチパネル２０において金属シート５０に対向する領域が示されている。図３に示されるように、金属シート５０は、タッチパネル２０において配線２３が集まっている部分に対向している。また、金属シート５０の大きさは、配線２３が集まっている部分において、全部の配線２３に対向する大きさになっている。

支持ゴム体４０は、操作板１０の縁部において操作板１０を支持しており、これにより、操作板１０と配置板３０との間には、図２に示すように、空間Ｓが形成されている。空間Ｓ（すなわち空気）は誘電体であるので、金属シート５０は、誘電体を隔ててタッチパネル２０の背面に配置されていることになる。

回路基板６０は、制御回路７０およびＬＥＤ８０が実装される基板である。支持部材９０は、配置板３０を支持する部材であり、材質には樹脂を用いることができる。

制御回路７０は、タッチパネル２０から延びる配線２３と接続されている。制御回路７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、およびこれらの構成を接続するバスラインなどを備えたマイクロコンピュータを主体として構成することができる。この場合、ＲＯＭには、汎用的なコンピュータを制御回路７０として機能させるためのプログラムが格納されている。なお、制御回路７０は、マイクロコンピュータの一部の機能または全部の機能を、マイクロコンピュータ以外の電子部品により実現してもよい。

制御回路７０は、配線２３を流れる信号の変化を検出することで、タッチパネル２０へのタッチ操作および押圧操作を検出する。詳しくは、制御回路７０は、配線２３を流れる信号の変化から、静電容量の変化を検出する。そして、その静電容量の変化からタッチ操作を検出した電極２２を特定する。次いで、そのタッチ操作を検出した電極２２とは別の電極２２についての静電容量の変化に基づいて、押圧操作があったか否かを判断する。

図４に示すタイムチャートを用いて具体的に説明する。図４は、操作面１１に表示された文字Ａが、ユーザの指によりタッチ操作され、さらに押圧操作された場合に、各電極２２に接続された配線２３に生じる信号変化を説明する図である。なお、実際の信号変化はアナログ的に変化するが、説明の便宜上、図４ではパルス状の信号変化としている。

ユーザの指が操作面１１に表示された文字Ａに触れると、電極２２ａと指との間の静電容量が変化する。この変化は、ユーザの指が触れた文字Ａに対応する電極２２ａのみに生じ、他の電極２２には生じない。図４の時刻ｔ１から時刻ｔ２はこの状態を示している。

この状態からユーザの指が文字Ａの部分を押圧操作すると、操作板１０と金属シート５０との間の距離が短くなる。金属シート５０は、４つの配線２３が集まっている部分に対向する位置に配置されている。よって、操作板１０と金属シート５０との間の距離が短くなることにより生じる静電容量の変化は、電極２２ａだけではなく、図４の時刻ｔ２から時刻ｔ３に示すように、電極２２ｂ、２２ｃ、２２ｄについても生じる。

そこで、制御回路７０は、タッチパネル２０へのタッチ操作を検出した電極２２とは異なる電極２２に接続されている配線２３から検出できる電気信号の変化に基づいて、タッチ操作を検出した部位が押圧操作されたことを検出する。

図４の例では、タッチ操作を検出した電極２２が電極２２ａである。よって、電極２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに接続された配線２３ｂ、２３ｃ、２３ｄから制御回路７０に入力される信号のいずれか一つまたは複数を用いて、文字Ａの部分が押圧操作されたか否かを検出する。図４の時刻ｔ２から時刻ｔ３に示すように、文字Ａの部分が押圧操作された場合、電極２２ｂ、２２ｃ、２２ｄにも電圧の変化が生じている。したがって、これらの電圧の変化から、文字Ａの部分が押圧操作されたか否かを検出することができる。

ＬＥＤ８０は、操作面１１に示された機能別に設けられている。すなわち、本実施形態では、操作面１１に示された機能を示す文字別に設けられている。全部のＬＥＤ８０は、制御回路７０により点灯状態が制御される。制御回路７０は、タッチ操作を検出した場合、タッチ操作された機能を示す文字に対応したＬＥＤ８０の点灯状態を変化させる。たとえば、そのＬＥＤ８０を点灯させる。あるいは、タッチ操作されるか否かによらず、全部のＬＥＤ８０が低めの輝度で点灯している場合、タッチ操作された機能を示す文字に対応するＬＥＤ８０の輝度をそれまでよりも高くする。

［実施形態のまとめ］
以上、説明した本実施形態の操作検出装置１は、静電容量式のタッチパネル２０を備えているので、タッチ操作を検出することができる。また、タッチパネル２０の背面に空間を隔てて金属シート５０が配置されており、タッチパネル２０が押圧操作されると、タッチパネル２０と金属シート５０との間の距離が短くなる。これにより、タッチパネル２０が検出する静電容量がさらに変化するので、１つの静電容量式のタッチパネル２０により押圧操作も検出できる。よって、静電容量式のタッチパネル２０に加えて、感圧センサを設ける必要がなくなるので、構成を簡素にすることができる。

また、本実施形態では、金属シート５０を複数の配線２３に対向するように配置している。これにより、複数の機能を示す文字に対する押圧操作を検出するための金属シート５０の数を少なくすることができる。

また、本実施形態では、タッチパネル２０へのタッチ操作を検出した電極２２とは異なる電極２２に接続されている配線２３から検出できる電気信号の変化に基づいて、タッチ操作を検出した部位が押圧操作されたことを検出している。これにより、押圧操作を検出しやすくなる。

この理由を説明する。図４に示すように、タッチ操作された電極２２ａにも、押圧操作されたことによる信号変化は生じる。しかし、タッチ操作された電極２２ａの信号は、押圧操作される前から、すでにタッチ操作による信号増加がある。加えて、図４では、タッチ操作されたことにより生じる信号変化をパルス状の簡単な形状で示しているが、実際には、タッチ操作された場合の信号は、タッチ操作する指などの操作体の大きさ、性状、タッチ操作の仕方などにより、形状や大きさが種々に変化する。そのため、タッチ操作されたことによる信号増加と、その後の押圧操作されたことによる信号増加を区別すること、すなわち、押圧操作を検出することが容易でない場合もある。

これに対して、タッチ操作を検出した電極２２とは異なる電極に接続されている配線２３から検出できる信号には、図４に示すように、タッチ操作による信号増加がない。そのため、タッチ操作による信号増加と押圧操作による信号増加を区別する必要がない。よって、押圧操作を検出しやすいのである。

また、本実施形態では、ユーザが選択操作をする操作板１０は、支持ゴム体４０により支持されているので、ユーザが押圧操作をすると、操作板１０に固定されたタッチパネル２０と金属シート５０との距離が変化しやすい。よって、押圧操作による信号の変化が大きくなるので、押圧操作を検出しやすくなる。

以上、実施形態を説明したが、開示した技術は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も開示した範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。なお、以下の説明において、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。

＜変形例１＞
実施形態の操作検出装置１は、タッチパネル２０と配置板３０との間は空間Ｓであったが、この空間Ｓの一部または全部を、スポンジ、ゴム等の弾性部材に置き換えてもよい。

＜変形例２＞
実施形態では、金属シート５０は、配線２３が集まった部分に対向する位置に配置されていた。しかし、金属シート５０が、各電極２２に対向する位置に配置されていてもよい。この場合、各電極２２に対応して複数の金属シート５０が配置されていてもよいし、また、１つの金属シート５０が複数の電極２２に対向する大きさであってもよい。

＜変形例３＞
金属シート５０はグランドに接続されていなくてもよい。また、形状がシート形状でなくてもよい。また、金属以外の導電体を用いてもよい。

１：操作検出装置 １０：操作板 １１：操作面 ２０：タッチパネル ２１：基材 ２２：電極 ２３：配線 ３０：配置板 ４０：支持ゴム体（弾性体） ５０：金属シート（導電体） ６０：回路基板 ７０：制御回路 ８０：ＬＥＤ ９０：支持部材 Ｓ：空間

Claims (6)

1. 静電容量式のタッチパネル（２０）と、
   前記タッチパネルの背面に、前記タッチパネルの厚さ方向の長さが変化可能な誘電体を隔てて配置された導電体（５０）と、を備えている操作検出装置。
2. 請求項１において、
   前記誘電体は金属であり、グランドに接続されている請求項１に記載の操作検出装置。
3. 前記タッチパネルは、基材（２１）と、前記基材に設けられ、タッチ操作を検出するための電極（２２）と、前記基材に設けられて前記電極から延びる配線（２３）とを備え、
   前記導電体は、前記配線に対向する位置に配置されている請求項１または２に記載の操作検出装置。
4. 前記タッチパネルは前記電極および前記配線を複数備え、
   複数の前記配線は、電極側の端における相互の距離よりも、前記基材の縁部における相互の距離が短くなっており、
   前記導電体は、複数の前記配線間の距離が前記電極側の端における距離よりも短くなっている部分において、複数の前記配線に対向して配置されている請求項３に記載の操作検出装置。
5. 複数の前記配線と接続されており、前記配線から検出できる電気信号の変化に基づいて、前記タッチパネルへのタッチ操作および前記タッチパネルへの押圧操作を検出する制御回路（７０）を備え、
   前記制御回路は、前記タッチパネルへのタッチ操作を検出した電極とは異なる電極に接続されている前記配線から検出できる電気信号の変化に基づいて、前記タッチ操作を検出した部位が押圧操作されたことを検出する請求項４に記載の操作検出装置。
6. 前記誘電体は空気であり、
   前記導電体が配置された配置板（３０）と、
   前記タッチパネルに積層され、ユーザが選択操作をする操作板（１０）と、
   前記配置板と前記操作板とにより挟持されて、前記配置板と前記操作板との間に空間を形成している弾性体（４０）とを備えている請求項１〜５のいずれか１項に記載の操作検出装置。

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