JP2020052631A

JP2020052631A - タッチ入力装置

Info

Publication number: JP2020052631A
Application number: JP2018180296A
Authority: JP
Inventors: 哲也沖; Tetsuya Oki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2020-04-02

Abstract

【課題】装置のコストアップを招くことなく、また、装置の大きさを増大させることなくユーザの指の押込みによる入力操作を検知可能なタッチ入力装置を提供する。【解決手段】タッチ入力装置は、液晶ディスプレイ（１３）とタッチパネル（１５）とが空隙（２４）を介して対向して配置される液晶タッチパネル（１６）を備え、前記液晶ディスプレイの前記タッチパネルと対向する面には金属配線（２２）が設けられており、前記タッチパネルは可撓性を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、タッチ入力装置に関する。

従来、例えば静電タッチパネルを有するタッチ入力装置において、ユーザの指による押込みを検知する場合、指の接触位置を検知する静電タッチパネルとは別に、例えば圧電センサ等の押込み量を検知するためのセンサが必要であった。しかし、これには専用のセンサ装置が必要となるため、タッチ入力装置コストの増大、製品の厚さの増大を招くという問題があった。

特開２０００−２８３８６９号公報特許６０２０７４５号公報

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置のコストアップを招くことなく、また、装置の大きさを増大させることなくユーザの指の押込みによる入力操作を検知可能なタッチ入力装置を提供することにある。

本開示の一態様によるタッチ入力装置は、液晶ディスプレイ（１３）とタッチパネル（１５）とが空隙（２４）を介して対向して配置される液晶タッチパネル（１６）を備え、前記液晶ディスプレイの前記タッチパネルと対向する面には金属配線（２２）が設けられており、前記タッチパネルは可撓性を備えている。

この構成によれば、タッチパネル１５の位置を検知するセンサ等を別途設けることが不要となるため、ユーザの指の押込みによる入力操作を、装置のコストアップを招くことなく、また、装置の大きさを増大させることなく検知可能なタッチ入力装置を提供することができる。

実施形態に係るタッチ入力装置の概略構成を示すブロック図タッチ入力装置における処理の一例を示す処理フロー図指による操作の状態の一例を示す模式図指による操作の状態の一例を示す模式図タッチパネルにおける静電容量値変化量の分布を示す図タッチパネルにおける静電容量値変化量の分布を示す図タッチパネルにおける静電容量値変化量の分布を示す図タッチパネルにおける静電容量値変化量の分布を示す図タッチパネルにおける静電容量値変化量の分布を示す図タッチパネルにおける静電容量値変化量の分布を示す図タッチパネルにおける静電容量値変化量の分布を示す図タッチパネルにおける静電容量値変化量の分布を示す図

以下、本発明の複数の実施形態について図面を参照して説明する。以下の説明において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。また、参照される図面は模式的なものであり、描かれる構成の寸法関係や比率等は現実のものとは必ずしも一致するわけではない。

実施形態に係るタッチ入力装置１は、例えばスマートフォン、タブレット端末、カーナビゲーション装置、その他の情報機器等に用いられるものである。タッチ入力装置１は、これら装置に対してユーザの指により操作を入力するための入力装置であり、その多くは、液晶ディスプレイとタッチパネルを重ねて構成された液晶タッチパネルを用いて指接触位置、及びユーザの指による押込み操作を検出可能に構成されている。

実施形態においては、タッチ入力装置１はユーザの指による接触、及び押込みによる装置への操作の入力を行うことが想定されている。例えば、ユーザの指によるタッチに対して装置に対する第１コマンドを付与し、さらに、ユーザの指による押込み操作に対して装置に対する第２コマンドを付与すること等が想定される。例えば、指によるタッチにより特定のアイコンを選択し、押込み操作により当該アイコンに紐づけられたアプリケーションを起動させる、等のごとくである。また、押込み操作に対して、サブメニューの表示コマンドを付与するようにしてもよい。

図１に示すように、実施形態に係るタッチ入力装置１は、制御部１０、液晶ディスプレイ制御部１２、液晶ディスプレイ１３、タッチパネル制御部１４、及びタッチパネル１５を備えている。液晶ディスプレイ１３とタッチパネル１５は重ねて一体的に構成されることにより液晶タッチパネル１６を構成している。後述するように液晶ディスプレイ１３とタッチパネル１５との間には空隙が設けられており、空隙には空気もしくは誘電率が高い材料が設けられている。制御部１０は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ等を備えるプロセッサである。制御部１０は、例えばＲＯＭに格納されたプログラムを実行することで種々の機能、液晶ディスプレイ制御部１２、タッチパネル制御部１４に対する制御等を実現している。

液晶ディスプレイ制御部１２には液晶ディスプレイ１３が接続されており、液晶ディスプレイ制御部１２は液晶ディスプレイ１３を制御している。液晶ディスプレイ制御部１２は、例えば図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ等を備えるプロセッサであり、例えばＲＯＭに格納されたプログラムを実行することで液晶ディスプレイ１３の制御を実現している。

タッチパネル制御部１４にはタッチパネル１５が接続されており、タッチパネル制御部１４はタッチパネル制御部１４を制御している。タッチパネル制御部１４は、例えば図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ等を備えるプロセッサであり、例えばＲＯＭに格納されたプログラムを実行することでタッチパネル１５の制御を実現している。

実施形態では液晶ディスプレイ制御部１２、及びタッチパネル制御部１４を制御部１０とは独立した機器として例示しているがこれに限定されない。制御部１０が液晶ディスプレイ制御部１２及びタッチパネル制御部１４としても機能する構成を採用してもよい。

液晶ディスプレイ１３は、図示しない偏光フィルタ、ガラス基板、液晶、バックライトなどで構成される画像表示装置であり、電気的制御により種々の映像を表示することが可能である。例えば、特定のプログラムに紐づけられたアイコンを表示したり、ユーザの指による操作に対応した種々の画像を表示したりすることができる。

タッチパネル１５はユーザの指の接触等をタッチパネル１５における静電容量値の変化により検出する位置検出装置である。液晶タッチパネル１６は、表示装置である液晶ディスプレイ１３と、位置入力装置であるタッチパネル１５を組み合わせた電子部品であり、画面上の特定の表示部を押下等することで機器を操作する入力部として機能する。

実施形態に係るタッチ入力装置１における処理フローについて説明する。処理フローにおける制御は、制御部１０、液晶ディスプレイ制御部１２、タッチパネル制御部１４により実施されている。

図２に示すように、まず、タッチパネル制御部１４は、タッチパネル１５における接触すなわちタッチの有無を検出する（Ｓ１）。タッチパネル１５に指２０が接触した場合、タッチパネル１５における静電容量値の変化を検知することにより、指２０のタッチを検出する（Ｓ１：ＹＥＳ）。Ｓ１において、指による接触すなわちタッチが無い場合は（Ｓ１：ＮＯ）、タッチ検出（Ｓ１）を待機する。

タッチパネル制御部１４は、指２０のタッチを検出した後、タッチパネル１５に対する指２０のタッチ位置を中心とした所定領域の静電容量値の増大の有無を検知する（Ｓ２）。すなわち指２０によるタッチパネル１５の押込みが有ったか否かを検知する。次に、Ｓ２＝ＹＥＳの場合は、制御部１０は、この状態が所定時間以上維持されたか否かを判定する（Ｓ３）。所定時間以上の維持がない場合は（Ｓ３：ＮＯ）、Ｓ３に戻ることで、所定時間を計測するタイマーを構成する。所定時間以上の維持が有った場合は（Ｓ３：ＹＥＳ）、指判定条件を満たすか否かを判定する（Ｓ４）。

制御部１０は、Ｓ２＝ＮＯの場合はタッチパネル１５からの指２０の離脱すなわちタッチオフされたか否かを判定する（Ｓ８）。タッチオフされた場合は（Ｓ８：ＹＥＳ）タッチ検出（Ｓ１）の待機状態となる。タッチオフされない場合は（Ｓ８：ＮＯ）Ｓ２に戻り、押込み検知（Ｓ２）の待機状態となる。

制御部１０は、Ｓ４においては、接触及び押込み操作が指２０によってなされたものであるか否かを判定する。かかる判定は、例えば、指２０のタッチ位置を中心とした所定領域における静電容量値の変化に応じて行われる。指判定条件を満たす場合は（Ｓ４：ＹＥＳ）、指押込みを検知したと判定する（Ｓ５）。指押込みが検知されると、指押込みに関連付けられた種々の処理が実行される。

その後、制御部１０は、指２０による押込みが緩められて押込みが解除されたか否かを判定する（Ｓ６）。押込みが解除されないと（Ｓ６：ＮＯ）、押込み解除されたか否かの判定（Ｓ６）を待機する。押込みが解除されると（Ｓ６：ＹＥＳ）、タッチオフされたか否かが判定される（Ｓ８）。なお、押込み解除された状態（Ｓ６：ＹＥＳ）においては、指２０により押込みは解除されているが、タッチは維持されている状態である。例えば、押込みを緩めて押込みを解除しつつタッチを維持した状態で、ドラッグ操作を実施する場合等が想定される。

その後、タッチオフされた場合は（Ｓ８：ＹＥＳ）、タッチ検出（Ｓ１）の待機状態となる。タッチオフされない場合は（Ｓ８：ＮＯ）Ｓ２に戻り、押込み検知（Ｓ２からＳ５）の待機状態となる。

Ｓ４において指判定条件を満たさない場合（Ｓ４：ＮＯ）は、制御部１０は、指２０による押込み検知なしと判定し（Ｓ７）、タッチ検出（Ｓ１）の待機に戻る。
ここで、図３から図８を参照して、液晶タッチパネル１６による指２０の押込み検知（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４）の内容について説明する。

図３に示すように、液晶ディスプレイ１３とタッチパネル１５は所定の空隙２４を設けて積層されることにより、液晶タッチパネル１６を構成している。液晶タッチパネル１６の裏面側から表面側に向けて、液晶ディスプレイ１３、空隙２４、タッチパネル１５の順で配置されている。タッチパネル１５の表面はさらに図示しないオーバーレイにより覆われている。

液晶ディスプレイ１３とタッチパネル１５とは、空隙２４を介して対向している。液晶ディスプレイ１３の表面には、例えばＴＦＴ回路を形成する金属配線２２が設けられている。空隙２４には、空気が設けられている。また、空隙２４に空気よりも誘電率が高い材料を設けてもよい。誘電率が高い材料として、例えば、シリコン樹脂、アクリル系樹脂などが挙げられる。空隙２４に誘電率が高い物質を設けると、液晶タッチパネル１６の内部反射を低減できる。その際、誘電率が高い物質は弾性を有しているので、後述するタッチパネル１５の撓みを阻害することはない。

タッチパネル１５は可撓性を備えており、ユーザの指２０による押下により湾曲可能となっている。タッチパネル１５は可撓性を備える材料、例えば樹脂、薄いガラス等により構成されている。図３及び図４に示すように、ユーザの指２０によりタッチパネル１５に接触し、その後に押込みを実施すると、タッチパネル１５は下に凸となるように湾曲するため、この湾曲部でタッチパネル１５と液晶ディスプレイ１３との距離が小さく変化し、タッチパネル１５と金属配線２２との距離がＧ１→Ｇ２のように小さくなる。そうすると、タッチパネル１５と金属配線２２が近接して金属配線２２に吸収される電気力線が増加するため、タッチパネル１５における静電容量値が変化する。この静電容量値の変化を検知することにより指２０によるタッチ検出（Ｓ１）、タッチパネル１５の指押込みを検知する（Ｓ２〜Ｓ５）。本実施形態では、タッチパネル制御部１４の裏面すなわち指２０が接触する面を表面とした場合の逆の面における静電容量値の変化量を利用している。

この時の指２０の操作と静電容量値の変化量が対応付けられて、図３から図８に示されている。図３及び図４は指２０によるタッチパネル１５の操作の様子を示している。図５及び図６はタッチパネル１５の上面を示しており、縦横の線により示された格子により静電容量値の検出単位部Ｐを模式的に示している。図７及び図８は、図５及び図６のＡ−Ａ線における各検出単位部Ｐの静電容量値の変化を模式的に示している。

図３、図５及び図７は指２０によりタッチパネル１５にタッチした状態、図４、図６及び図８は指２０によるタッチパネル１５の押込み状態を示している。指２０のタッチ中心部であるＰ１、及びその周辺に位置するＰ２、Ｐ３は、Ｐ１周りの所定の領域でありタッチパネル１５の押込みによる湾曲部に対応した領域である。この領域は、指押込みによるタッチパネル１５の湾曲に対応してあらかじめ定められた領域である。実施形態では、タッチ部（Ｐ１）を中心にして、同心円状に検出単位部Ｐの２個分の外周をＰ２、Ｐ３としている。

図３に示すように、指２０によるタッチパネル１５の押込みによりタッチパネル１５が湾曲すると、Ｐ１を中心として、Ｐ２及びＰ３における静電容量値も増大するが、その増加量は撓み量に応じて、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３となる。また、あらかじめＴ１＞Ｔ２＞Ｔ３となる静電容量値の閾値Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を設定しておき、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が、Ｐ１＞Ｔ１、Ｔ１＞Ｐ２＞Ｔ２、Ｔ２＞Ｐ３＞Ｔ３を満たすか否かにより図２のＳ２の判定を行うようにしてもよい。閾値は例えば、Ｐ１での静電容量値を１００％とした場合に、Ｔ１＝８０％、Ｔ２＝５０％、Ｔ３＝４０％というような条件とすることができる。

また、指２０による接触箇所がタッチパネル１５の端部である場合は、タッチパネル１５の撓みは同心円状にならず、タッチパネル１５の中心方向に延びるように歪んだ形状で分布する。この場合は、図９及び図１０に示すように、端部における指２０の押込みによるタッチパネル１５の撓み分布に応じて領域Ｐ２及びＰ３を配置する。図９のＢ−Ｂ線に沿った位置では、図において端部からＰ１、Ｐ２、Ｐ２、Ｐ３のように配置し、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が、Ｐ１＞Ｔ１、Ｔ１＞Ｐ２＞Ｔ２、Ｔ２＞Ｐ３＞Ｔ３となるような指判定条件を設定する。採用される表面樹脂の形状、厚さ、内部構造により撓み方が異なるため、指判定条件、すなわちどのような分布パターンでどのような静電容量値の閾値を設定するか、は製品ごとに予め設定しておく。

また、図２のＳ４における指判定条件を満たすか否かの判定は、図１１及び図１２に示すように、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が、Ｐ１＞Ｔ１、Ｔ１＞Ｐ２＞Ｔ２、Ｔ２＞Ｐ３＞Ｔ３を満たすか否かにより可能である。例えばＰ１に隣接する領域Ｐ２、Ｐ３において静電容量値がそれぞれの所定の閾値Ｔ２またはＴ３を超える場合や、Ｐ１〜Ｐ３の静電容量値変化量が同等でＰ１においてピークを有していない等の場合は、指判定条件を満たさず（Ｓ４：ＮＯ）、指押込みなしと判定することとしてもよい（Ｓ７）。また、所定の領域Ｐ１からＰ３よりも遠くに位置するＰ４においても静電容量値の変化が生じた場合は指の押込みによる領域を超えると判断して指判定条件を満たさないと判定してもよいし、Ｐ４を含む領域のすべてで所定の閾値例えばＴ３を超える場合は指判定条件を満たさないとするように設定してもよい。これは、指２０ではない物が接触した場合に、指押込みなしと判定するためのものであり、例えば、指２０よりも大きな物体が接触した場合に、押込み操作無効として誤動作を回避するためのものである。

図２の処理フローにおいて、指判定条件を満たす場合は（Ｓ４：ＹＥＳ）指２０による押込みありと判定し（Ｓ５）、条件を満たさない場合は（Ｓ４：ＮＯ）、指２０による押込みなしと判定される（Ｓ７）。また、例えば所定時間を超えて長時間の静電容量値の増加が検知された場合は、指２０によるタッチまたは押込みではないと判断し、指判定条件を満たさないと判定するようにしてもよい。

なお、タッチ量、押込み量は人によって異なるため、タッチ入力装置１を使用する際に、まず、ユーザごとに、タッチ量、押込み量のキャリブレーション設定を行ってから使用するようにすればさらに検知制度が向上する。

以上に説明したタッチ入力装置１によれば、以下の効果を奏する。
実施形態に係るタッチ入力装置１によれば、指２０によるタッチパネル１５の指押込み操作を、タッチパネル１５の撓みによる静電容量値の増加量により検知可能となるように構成している。このため、タッチパネル１５の位置を検知するセンサ等を別途設けることが不要となる。従って、装置のコストアップを招くことなく、また、装置の大きさを増大させることなくユーザの指押込みによる入力操作を検知可能なタッチ入力装置を提供することができる。

また、実施形態に係るタッチ入力装置１によれば、タッチパネル１５上の所定の検出単位部Ｐ（Ｐ１〜Ｐ４）における静電容量値の変化量に応じて指判定条件を設定し、ユーザの指２０によるタッチパネル１５の押込みの有無を判定する。このため、指以外の物が接触したか否かを検知するセンサ等を別途設けることが不要となる。従って、装置のコストアップを招くことなく、また、装置の大きさを増大させることなくユーザの指２０の押込みによる入力操作を検知可能なタッチ入力装置を提供することができる。

また、実施形態に係るタッチ入力装置１によれば、液晶ディスプレイ１３とタッチパネル１５との間に設けられた空隙２４に空気よりも誘電率が高い材料を設ければ、液晶タッチパネル１６の内部反射を低減できる。

上記実施形態において、指２０による押込み力が強い人、弱い人が存在することを考慮し、以下のように処理を変更してもよい。指２０による押込み力が弱くても、タッチ検出（Ｓ１）後、所定時間経過後に押込み力が変化した場合は、指押込みありと判定してもよい。また、タッチ検出（Ｓ１）後、指２０がタッチパネル１５に接触したことを確認した後に押込みを行う場合に、指２０によるタッチの後押込みまでに時間が経過することを想定したものである。

また、指２０による押込み力が著しく強いユーザが存在することを考慮し、ユーザによる設定により、押込み判定の閾値を変更可能とし、押込み誤判定を防止するようにしてもよい。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

１…静電タッチパネル、１３…液晶ディスプレイ、１５…タッチパネル、１６…液晶タッチパネル、２２…金属配線、２４…空隙

Claims

液晶ディスプレイ（１３）とタッチパネル（１５）とが空隙（２４）を介して対向して配置される液晶タッチパネル（１６）を備え、
前記液晶ディスプレイの前記タッチパネルと対向する面には金属配線（２２）が設けられており、
前記タッチパネルは可撓性を備えているタッチ入力装置。
前記タッチパネルと前記液晶タッチパネルとの間の距離の変化に応じて変化する静電容量値の変化量に応じて設定された閾値により、ユーザの指（２０）による前記タッチパネルの押込みの有無を判定する請求項１に記載のタッチ入力装置。
前記タッチパネルへのタッチの後、タッチ位置を中心とする所定領域における静電容量値の変化量に応じて設定された閾値により、ユーザの指による前記タッチパネルの押込みの有無を判定する請求項１または２に記載のタッチ入力装置。
前記空隙には、空気よりも誘電率が高い材料が設けられている請求項１から３の何れか一項に記載のタッチ入力装置。
前記所定領域は、前記液晶タッチパネルの撓み方に応じて予め設定される請求項３に記載のタッチ入力装置。
前記閾値は、予めユーザによる設定より変更可能である請求項２又は３に記載のタッチ入力装置。