JP2019087317A - 操作検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型化が可能であり、かつ、操作面への光量も少なくなりにくい操作検出装置を提供する。【解決手段】ユーザが選択操作をする操作面１１を備えた操作板１０と、操作板１０に積層されたタッチパネル２０とを備えた操作検出装置１であって、タッチパネル２０は、ユーザのタッチ操作を検出するためのタッチ用電極と、タッチ用電極に対して積層方向に離間して設けられた感圧用電極２５と、タッチ用電極と感圧用電極２５との間に設けられ、弾性変形可能である透明誘電体部材２４と、透明誘電体部材２４に分散して配置されている光反射粒子２６とを備え、操作検出装置１は、透明誘電体部材２４の側方に配置されて、透明誘電体部材２４の側面に向けて光を照射するライト６０を備えている。【選択図】図２

Description

タッチパネルを備えた操作検出装置に関し、特に、装置の薄型化に関する。

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、タッチパネルを備えたものが広く知られている。タッチパネルには、操作面が照明により光るようになっているものも広く知られている。特許文献１には、操作面の背面にバックライトを配置し、バックライトにより操作面を光らせている表示装置が開示されている。
また、特許文献２に記載されているように、２つの電極間の静電容量の変化から押圧力を検出するタッチパネルも知られている。

特開２０１５−１３５６０号公報 特許第５４９３７３９号公報

２つの電極間の静電容量の変化から押圧力を検出する形式のタッチパネルは、２つの電極を積層方向に配置する必要があるので、タッチパネルが厚くなりやすい。加えて、操作面の背面にバックライトを配置すると、さらに、タッチパネルが厚くなってしまう。

タッチパネルを含む操作検出装置全体の厚さ増大を抑制するために、ライトをタッチパネルの側方に配置することが考えられる。しかし、ライトを側方に配置する場合、操作面に向かう光が不十分となる懸念がある。

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、薄型化が可能であり、かつ、操作面への光量も少なくなりにくい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、
ユーザが選択操作をする操作面（１１）を備えた操作板（１０）と、
操作板に積層されたタッチパネル（２０）と、を備えた操作検出装置であって、
タッチパネルは、
ユーザのタッチ操作を検出するためのタッチ用電極（２２）と、
タッチ用電極に対して積層方向に離間して設けられた感圧用電極（２５）と、
タッチ用電極と感圧用電極との間に設けられ、弾性変形可能である透明誘電体部材（２４）と、
透明誘電体部材に分散して配置されている光反射粒子（２６）と、を備え、
操作検出装置は、透明誘電体部材の側方に配置されて、透明誘電体部材の側面に向けて光を照射するライト（６０）を備えている操作検出装置である。

この操作検出装置は、タッチ用電極および感圧用電極を備えているので、ユーザのタッチ操作と押圧操作を両方とも検出することができる。また、ライトを透明誘電体部材の側方に配置しているので、ライトを厚さ方向に配置する場合と比較して、操作検出装置の厚さ増大を抑制することができる。しかも、透明誘電体部材に光反射粒子を分散して配置しているので、透明誘電体部材の側方から透明誘電体部材に入射した光は、光反射粒子により乱反射することで、一部は操作面の方向に向かう。そのため、操作面への光量も少なくなりにくい。

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。 基材２１の、操作板１０に固定されている側の面を示す図である。 透明誘電体部材２４の斜視図である。 感圧用電極２５の斜視図である。

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。これらの文字は背面から照明される。

文字の周囲にある破線は、図３に示すタッチ用電極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、タッチされた部分に対応する機能が選択される。

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、制御回路５０、ライト６０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とすることができる。本実施形態では可撓性が高い樹脂製とする。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。

タッチパネル２０は、基材２１、透明誘電体部材２４、感圧用電極２５が積層された構成である。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。

基材２１は、形状が平板状であり、材質は透明誘電材料製である。たとえば、基材２１は透明樹脂製である。図３に、基材２１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、基材２１には、タッチ用電極２２と、配線２３とが配置されている。本実施形態のタッチ用電極２２は透明である。たとえば、ＩＴＯやＰＥＤＯＴなどを用いてタッチ用電極２２を透明とすることができる。本実施形態では、タッチ用電極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つのタッチ用電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを備える。これら４つのタッチ用電極２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを区別しないときはタッチ用電極２２と記載する。

タッチ用電極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つのタッチ用電極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は一端がタッチ用電極２２に接続されており、その端から延びて、他端が制御回路５０に接続されている。

説明を図２に戻す。透明誘電体部材２４は、タッチ用電極２２と感圧用電極２５との間に配置されている。透明誘電体部材２４の材質は、誘電体であって弾性変形可能な材質である。たとえば、透明なエラストマーを透明誘電体部材２４の材料として用いることができる。透明誘電体部材２４は、厚さ方向に、基材２１および感圧用電極２５のいずれか少なくとも一方が存在している範囲に形成される。

図４に、透明誘電体部材２４の斜視図を示す。透明誘電体部材２４の側面には、ライト６０からの光が入射する部分を除いて、鏡面シート２７が貼り付けられている。鏡面シート２７は、透明誘電体部材２４側の面が鏡面になっているシートである。

感圧用電極２５は、タッチ用電極２２の一部または全部に対向する位置および大きさであり、配置板３０に配置される。図５に感圧用電極２５の斜視図を示す。感圧用電極２５において透明誘電体部材２４に接触している接触面２５１は、鏡面になっている。接触面２５１を鏡面にするために、研磨や鏡面蒸着などを用いることができる。

配置板３０は、誘電材料製であり、形状は平板状である。配置板３０は、支持ゴム体４０を介して操作板１０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。また、タッチパネル２０も配置板３０と操作板１０とにより挟持されている。

配置板３０には、さらに、ライト６０も配置されている。ライト６０はたとえばＬＥＤである。ライト６０は、透明誘電体部材２４の側方に配置されており、透明誘電体部材２４の側面に向けて光を照射する向きに配置されている。本実施形態では、ライト６０は２つ備えられており、２つのライト６０は、透明誘電体部材２４の互いに対向する１対の側面に向けて、それぞれ光を照射する。

透明誘電体部材２４には、光反射粒子２６が分散して配置されている。光反射粒子２６は、照射された光を反射する物質である。また、本実施形態の光反射粒子２６は導電体である。たとえば、光反射粒子２６としては、種々の金属粒子を用いることができる。もちろん、ここでの金属は、単体である必要はなく、ステンレスなどの合金でもよい。

光反射粒子２６は、ライト６０が発光して透明誘電体部材２４に入射した光を乱反射させて、その光の一部を操作板１０の方向に導くためのものである。光反射粒子２６の数が多すぎると、換言すれば、透明誘電体部材２４における光反射粒子２６の密度が高すぎると、反射により操作板１０の方向に導かれる作用よりも、光反射粒子２６により光が遮られてしまう作用の影響が大きくなる懸念がある。一方、透明誘電体部材２４における光反射粒子２６の密度が低すぎると、光反射粒子２６による反射作用が十分に発揮されない。これらのことを考慮して、透明誘電体部材２４における光反射粒子２６の密度は、実験により適宜決定する。

また、光反射粒子２６の大きさも、密度と同じことが言える。したがって、光反射粒子２６の大きさも、光反射粒子２６があることによる光遮断作用と、光反射粒子２６があることによる乱反射作用とを考慮して、適宜決定する。なお、光反射粒子２６の形状は特に制限はない。たとえば、光反射粒子２６の形状は、球形、短冊状、それらの混合など、種々の形状とすることができる。また、光反射粒子２６の形状を特に意図的に設計する必要もない。

制御回路５０は、タッチ用電極２２、感圧用電極２５、およびライト６０と接続されている。制御回路５０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５０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５０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５０は、タッチ用電極２２に生じる電圧変化に基づいて、操作面１１がタッチ操作されたことを検出する。また、制御回路５０は、感圧用電極２５に生じる電圧変化に基づいて、操作面１１が押圧操作されたか否かを検出する。タッチ用電極２２と感圧用電極２５との間に設けられている透明誘電体部材２４は弾性変形可能であり、かつ、操作板１０と配置板３０とにより挟持されている支持ゴム体４０も弾性変形可能である。したがって、操作面１１が押圧操作されると、タッチ用電極２２と感圧用電極２５との間の距離が、押圧操作前よりも短くなるので、タッチ用電極２２と感圧用電極２５との間の静電容量が変化する。制御回路５０は、この静電容量の変化を検出することで、操作面１１が押圧操作されたことを検出する。また、制御回路５０は、ライト６０の点消灯制御も行う。

［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、タッチ用電極２２および感圧用電極２５を備えているので、ユーザのタッチ操作と押圧操作を両方とも検出することができる。また、ライト６０を透明誘電体部材２４の側方に配置しているので、ライト６０を厚さ方向に配置する場合と比較して、操作検出装置１の厚さ増大を抑制することができる。

しかも、透明誘電体部材２４に光反射粒子２６を分散して配置しているので、透明誘電体部材２４の側方から透明誘電体部材２４に入射した光は、光反射粒子２６により乱反射することで、一部は操作面１１の方向に向かう。そのため、操作面１１への光量も少なくなりにくい。

また、本実施形態の操作検出装置１は、光反射粒子２６を導電体としている。これにより、光反射粒子２６と感圧用電極２５との間にも静電容量が生じる。操作板１０が押圧操作されて、タッチ用電極２２と感圧用電極２５との間の距離が短くなるきは、光反射粒子２６と感圧用電極２５との間の距離も短くなることから、光反射粒子２６と感圧用電極２５との間の静電容量も変化する。この静電容量の変化が、タッチ用電極２２と感圧用電極２５との間の静電容量の変化とともに検出されるので、押圧操作に対する検出感度が向上する。

また、操作板１０が押圧操作されて、タッチ用電極２２と感圧用電極２５との間の距離が短くなると、１つの光反射粒子２６と、その光反射粒子２６に対して操作検出装置１の厚さ方向に位置している他の光反射粒子２６との距離が短くなる。したがって、操作板１０が押圧操作されることで、光反射粒子２６の密度が高くなる。これにより、操作板１０の方向に向かう光量が増加する。つまり、本実施形態の操作検出装置１は、操作板１０が押圧操作されると、操作板１０の輝度が増加する。この輝度の変化から、ユーザは押圧操作ができていることを認識できる。

しかも、本実施形態の操作板１０は可撓性が高い。したがって、操作板１０は、ユーザにより押圧操作された部位が最も撓む。そのため、ユーザにより押圧操作された部位の輝度増加が最も大きくなる。これにより、ユーザは、単に押圧操作ができていることを認識できるだけでなく、どの部位を押圧操作できているかを認識することができる。なお、程度の差はあるものの、板状である操作板１０は必ず可撓性がある。したがって、板状であれば、どの部位を押圧操作できているかを認識することができるという効果を奏する。

また、本実施形態の操作検出装置１は、感圧用電極２５の接触面２５１を鏡面としている。そのため、透明誘電体部材２４において、感圧用電極２５に対向している面に鏡面が積層されていることになる。この構成により、光反射粒子２６で反射された結果、感圧用電極２５の方向に向かった光が接触面２５１で反射されて操作面１１の方向に向かうことになる。よって、操作面１１への光量が、より少なくなりにくくなる。

更に、本実施形態の操作検出装置１は、透明誘電体部材２４の側面にも、ライト６０からの光が入射する部分を除いて、鏡面シート２７が貼り付けられている。これにより、操作面１１への光量が、さらに、少なくなりにくくなる。

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、タッチ用電極２２と感圧用電極２５との間に生じる静電容量の変化を検出することで、押圧操作を検出していた。しかし、操作板１０においてタッチ用電極２２が貼付けられている面に、タッチ用電極２２とは別には金属板を配置し、その金属板と感圧用電極２５との間に生じる静電容量の変化を検出することで、押圧操作を検出してもよい。

＜変形例２＞
実施形態では、ユーザが選択する機能は、印刷により表示されていた。しかし、この機能を画面表示としてもよい。

＜変形例３＞
実施形態では、光反射粒子２６は導電体であった。しかし、光反射粒子２６は誘電体としてもよい。

＜変形例４＞
実施形態では、配置板３０は、支持ゴム体４０とタッチパネル２０とを介して操作板１０を支持していたが、支持ゴム体４０を省略してもよい。

＜変形例５＞
実施形態では、感圧用電極２５の接触面２５１を鏡面とすることで、透明誘電体部材２４において感圧用電極２５に対向している面に鏡面が積層された構成としていた。これに代えて、透明誘電体部材２４と感圧用電極２５との間に、透明誘電体部材２４側の面が鏡面となっているシートを介在させてもよい。

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：タッチ用電極 ２３：配線 ２４：透明誘電体部材 ２５：感圧用電極 ２６：光反射粒子 ２７：鏡面シート ３０：配置板 ４０：支持ゴム体 ５０：制御回路 ６０：ライト ２５１：接触面

Claims (5)

1. ユーザが選択操作をする操作面（１１）を備えた操作板（１０）と、
   前記操作板に積層されたタッチパネル（２０）と、を備えた操作検出装置であって、
   前記タッチパネルは、
   前記ユーザのタッチ操作を検出するためのタッチ用電極（２２）と、
   前記タッチ用電極に対して積層方向に離間して設けられた感圧用電極（２５）と、
   前記タッチ用電極と前記感圧用電極との間に設けられ、弾性変形可能である透明誘電体部材（２４）と、
   前記透明誘電体部材に分散して配置されている光反射粒子（２６）と、を備え、
   前記操作検出装置は、前記透明誘電体部材の側方に配置されて、前記透明誘電体部材の側面に向けて光を照射するライト（６０）を備えている操作検出装置。
2. 前記光反射粒子が導電体である請求項１に記載の操作検出装置。
3. 前記透明誘電体部材の前記感圧用電極に対向している面に鏡面が積層されている請求項１または２に記載の操作検出装置。
4. 前記感圧用電極が前記透明誘電体部材に接触しており、前記感圧用電極において前記透明誘電体部材に接触している接触面（２５１）が鏡面になっている請求項３に記載の操作検出装置。
5. 前記透明誘電体部材の側面であって、前記ライトからの光が入射する部分以外の少なくとも一部に、鏡面が貼り付けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の操作検出装置。

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