JP5181093B2 - タッチスクリーン及びその動作方法 - Google Patents

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Description

本発明は、タッチスクリーン装置に関し、より詳細には、ユーザが指でタッチスクリーンに触れて物体と接触するときに、磁気力を用いる反発力が適用されて、ユーザに感触の手応えを与えるタッチスクリーンに関する。
PDA(Personal Digital Assistants)、携帯機器、位置確認システム(GPS)、ノート型パソコンやキオスク(Kiosk)そしてチェックイン端末機などのコンピュータシステム、およびナビゲーションシステムに導入されている様々なディスプレイ製品は、ディスプレイパネル上にタッチスクリーンを含んでいる。タッチスクリーンを通じてユーザは、データ項目又は動作をするためのアイコンやグラフィックをチェックできる。ユーザの指でタッチスクリーンを押すと、データ項目又は動作を選択することができる。
タッチスクリーンは、静電容量方式タッチスクリーン(Capacitive Touchscreen)、圧力式タッチスクリーン(Resistive Touchscreen)、センサ強度を高めるために強化ガラスが静電容量方式タッチスクリーンに接着されているタッチスクリーン、抵抗膜タッチスクリーン、表面超音波伝導方式タッチスクリーン、赤外線走査方式タッチスクリーン、圧力式抵抗膜方式タッチスクリーン、及びピエゾ効果方式タッチスクリーンに分類することができる。
人が指先で物を触る際の感じる触覚的な感覚をハプティック(haptic)という。このハプティックは、皮膚が物体の表面に接触して感じる感触フィードバック(tactile feedback)と、関節と筋肉の動きが妨害される際に感じられるキネスティックフォースフィードバック(kinesthetic force feedback)と、の2種類を合わせて呼んでいる。
このような触覚フィードバックのために、ユーザに振動を伝達する振動部品を使用する。簡単な振動機を駆動することでユーザに触覚フィードバックを提供する多様な製品が市場において販売されている。しかし、これらの製品は内蔵の偏心モータを使用して振動を発生させるので、指で押さえられている地点のみに振動が発生するのではなく、携帯機器全体が単一パターンで振動する。それゆえ、ユーザは、ユーザにより現実的な感覚を与えることができるフィードバック技術を採用する製品を必要としており、多様な技術がこのように使われている。
EP特許公開第1、544、727号公報
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、磁気力を利用して触覚フィードバックを与えるタッチスクリーンを提供することである。
本発明はまた、磁気力を利用して触覚フィードバックを与えるタッチスクリーンの動作方法を提供することである。
上述の目的を達成するため、本発明よるタッチスクリーンは、物体の接近又は接触を感知する感知部と、上記感知部の信号を受信してフィードバック信号を出力する制御部と、上記制御部のフィードバック信号を受信して接触された位置に磁気力を利用して触覚フィードバックを与える触覚フィードバック部と、を含み、上記触覚フィードバックは、磁気双極子(magnetic dipole)の磁気力を利用する。
本発明の一実施形態において、上記触覚フィードバック部は、第1磁性部と、上記第1磁性部と垂直に離隔されて配置される第2磁性部と、を含み、上記第1磁性部および/または上記第2磁性部は、コイルを含むことができる。
本発明の一実施形態において、上記触覚フィードバック部は、第1磁性部と、上記第1磁性部と垂直に離隔されて配置される第2磁性部と、を含み、上記第2磁性部は、永久磁石を含むことができる。
本発明の一実施形態において、上記感知部は、抵抗性、容量性、赤外線、表面弾性波方式のうち、何れか一つの方式で動作することができる。
本発明の一実施形態において、上記感知部は、下部基板と、上記下部基板上に配置される下部電極と、上記下部基板に対向して配置された上部基板と、上記上部基板の下部面に配置され、上記下部電極に対向する上部電極と、上記下部基板と上記下部基板との間の一定の間隔を維持するスペーサと、を含み、上記触覚フィードバック部は、上記下部基板と上記上部基板との間に配置することができる。
本発明の一実施形態において、上記触覚フィードバック部は、第1磁性部と、上記第1磁性部と垂直に離隔されて配置された第2磁性部と、を含むことができる。
本発明の一実施形態において、上記第1磁性部は、上記下部電極上に配置され、上記第2磁性部は、上記上部電極下に配置することができる。
本発明の一実施形態において、上記第1磁性部は、上記下部電極の周囲の上記下部基板上に配置され、上記第2磁性部は、上記上部電極の周囲の上記上部基板下に配置することができる。
本発明の一実施形態において、上記タッチスクリーンは、ディスプレイパネル上に配置することができる。
本発明の実施形態によるタッチスクリーンは、物体の接近又は接触を感知する感知部と、上記感知部の信号を受信してフィードバック信号を出力する制御部と、上記制御部のフィードバック信号を受信して接触された位置に磁気力を利用して触覚フィードバックを提供する触覚フィードバック部と、を含み、上記触覚フィードバックは、磁気双極子の磁気力を利用することができる。このタッチスクリーンの動作方法は、接触を感知する段階と、接触可否及び接触位置を検出する段階と、上記接触位置に触覚フィードバックを提供する段階と、を含むことができる。
本発明の一実施形態において、上記接触位置に触覚フィードバックを提供する段階は、接触位置に第1触覚フィードバックを与える段階と、接触が継続維持されるかを判断する段階と、上記接触位置に第2触覚フィードバックを与える段階と、を含むことができる。
本発明の一実施形態において、上記第1触覚フィードバックは、引力である。
本発明の一実施形態において、上記第2触覚フィードバックは、斥力である。
本発明の一実施形態において、上記接触位置に対応するディスプレイパネルを制御する段階をさらに含むことができる。
本発明の実施形態によるタッチスクリーンは、磁気力を利用する触覚フィードバック部を含み、この触覚フィードバック部は、引力、斥力、又は振動を局部的に提供することができる。
本発明の一実施形態によるタッチスクリーンを説明する断面図である。 本発明の他の実施形態によるタッチスクリーンを説明する断面図である。 本発明の他の実施形態によるタッチスクリーンを説明する断面図である。 本発明の他の実施形態によるタッチスクリーンを説明する断面図である。 本発明の一実施形態による抵抗膜方式のタッチスクリーンを説明する図である。 本発明のまた他の実施形態によるタッチスクリーンの断面図である。 本発明のまた他の実施形態によるタッチスクリーンを説明する概念図である。 本発明の一実施形態によるタッチスクリーンの動作方法を説明するフローチャートである。
本発明の一実施形態によるタッチスクリーンは、接触地点のみで振動又は圧力を発生させる触覚フィードバック部を含むことができる。この触覚フィードバック部は、磁気力を利用して、引力、斥力、又は振動を局部的に提供することができる。
以下、添付の図を参照して、互いに対向して同一の極性を有する磁性体を利用したタッチスクリーン、及びこれを利用した触覚フィードバックを提供するタッチスクリーンの構造、そしてこのタッチスクリーンの動作方法について具体的に説明する。
図1は、本発明の一実施形態によるタッチスクリーンを説明するための断面図である。
図1を参照すると、タッチスクリーン100は、物体の接近又は接触を感知する感知部150と、感知部150の信号を受信してフィードバック信号を出力する制御部(図示せず)と、この制御部のフィードバック信号を受信して接触された位置に磁気力を利用して触覚フィードバックを与える触覚フィードバック部140と、を含む。触覚フィードバックは、磁気双極子の磁気力を利用する。
感知部150は、下部基板152と、上部基板154と、下部基板152および下部基板152の間に介在するスペーサ153と、を含むことができる。スペーサ153は、下部基板152の上部表面に装着することができる。スペーサ153によって、下部基板152と上部基板154との間の間隔を一定に維持することができる。感知部150の動作方式は容量性方式に限定されず、多様な変形が可能である。
下部基板152は、透明なガラス、プラスチック、またはポリマー材料から形成することができる。下部基板152の下部には、表示素子、例えば、ディスプレイパネル160を配置することができる。下部基板152の上部表面には、下部電極156が配置される。下部電極156は、第1方向に沿ってライン形態にパターニングすることができる。下部電極156は、導電性の透明な物質で形成することができる。下部電極156は、透明導電性酸化物(TCO:Transparent Conductive Oxide)を含むことができる。例えば、下部電極156は、ITO(Indium Tin Oxide)、TAO(Tin Antimony Oxide)、TO(Tin Oxide)、ZnO(Zinc Oxide)、IZO、及び炭素ナノチューブのうち、少なくとも一つを含むことができる。
上部基板154は、透明なガラス、プラスチック、またはポリマー材料から形成することができる。下部基板152の上部表面と対向する上部基板154の下部表面には、上部電極158を形成することができる。上部電極158は、信号電極として作用することができる。上部電極158は、第1方向を横切る第2方向に沿って、ライン形態でパターニングすることができる。
上部電極158は、導電性の透明な物質で形成することができる。上部基板154は、圧力によって伸縮される伸張性を有することができる。タッチスクリーン100は、ディスプレイパネル160の上部表面に装着することができる。タッチスクリーン100の動作際、上部電極158の下部面と下部電極156との上部面が合って、ノード(node)を形成することができる。
スペーサ153は、上部基板の下部表面と、下部基板の上部表面との間に介在することができる。スペーサ153は、下部基板152の上部表面に装着することができる。スペーサ153は、下部基板に形成された下部電極の間に一定の間隔で離隔して配置することができる。スペーサ153によって上部基板154と下部基板152との間の間隔を一定に維持することができる。スペーサ153は、透明な材質の物質にすることができる。スペーサ153は、絶縁性を有することが望ましい。
制御部は、上部電極158と下部電極156との間の静電容量の変化を感知して、接触位置を計算することができる。
本発明の変形された実施形態によると、上部電極158及び下部電極156は、板形状にすることができる。感知部150の構造は、タッチスクリーンの動作方式によって多様に変形することができる。
触覚フィードバック部140は、2個の磁気双極子モーメント(magntic dipole moment)の相互作用を利用することができる。触覚フィードバック部140は、互いに垂直方向に離隔される第1磁性部142と、第2磁性部144と、を含むことができる。第1磁性部142は、第1コイルを含むことができる。第2磁性部144は、永久磁石又は第2コイルにすることができる。この永久磁石は、磁気双極子として取り扱うことができる。この永久磁石は、同一の磁気双極子モーメントを有する第2コイルと置換が可能である。
第1磁性部142の第1コイルに電流が流れると、第1磁性部142は、第2磁性部144と相互作用することができる。永久磁石は、透明磁石を含むことができる。この透明磁石は、二酸化チタンと、コバルト磁性膜と、を含むことができる。第1コイル又は第2コイルは、透明導電性物質から形成することができる。
第1磁性部142と第2磁性部144との相互インダクタンスL12は、次のように表わすことができる。
Figure 0005181093
第1磁性部142および第2磁性部144は、互いに垂直に所定距離を離隔することができる。第1磁性部142および第2磁性部144の相互作用する力は、仮想変位(virtual displacement)の原理によって求めることができる。
触覚フィードバック部140の動作では、二つのコイルが所定の垂直距離ほど離れたことと解析することができる。第1磁性部142と第2磁性部144との間に作用する力は、コイルの電流の方向に従って、引力又は斥力になる。第1磁性部142が下部基板152に装着され、第2磁性部144が上部基板154に装着されたとき、第1磁性部142と第2磁性部144の相互作用による力は、局所的な斥力、引力、又は振動を提供することができる。
第2磁性部144は、第1磁性部142と垂直に離隔して配置することができる。第1磁性部142は、下部電極156上に配置することができる。第1磁性部142は、第1コイルを含むことができる。第1コイルは、透明導電性物質から形成することができる。第1磁性部142および上部電極158は、互いに電気的に絶縁することができる。第1磁性部142の磁気双極子モーメントの方向と、第2磁性部144の磁気双極子モーメントの方向とは、互いに平行することができる。
第2磁性部144は、上部電極158の下部面に配置することができる。第2磁性部144は、永久磁石又は第2コイルを含むことができる。この永久磁石は、透明磁石にすることができる。永久磁石の磁化方向は、上部基板154に垂直する方向であることができる。第2コイルは、透明な伝導性物質から形成することができる。第2磁性部144および上部電極158は、電気的に絶縁することができる。第2磁性部144は、伸縮性を有した物質でありうる。上部基板154に圧力が印加される場合、上部電極158および第2磁性部144は、圧力によって曲げることができる。これにより、上部電極158と下部電極156との間の静電容量は変化することができる。
この静電容量の変化は、制御部によって感知することができる。制御部は、圧力が印加された地点および/または静電容量の変化の程度を計算することができる。制御部は、ディスプレイパネル160の位置に関する情報を提供することができる。また、制御部は、触覚フィードバック部140にフィードバック信号を提供することができる。これによって、制御部のフィードバック信号は、第1磁性部142に提供されることができる。触覚フィードバック部140は、接触位置における触覚フィードバックを局部的に提供することができる。
触覚フィードバック部140は、タッチスクリーン又はタッチパッドに内在するか、或いは従来のスクリーン上部又は下部に配置することができる。
図2A乃至図2Cは、本発明の他の実施形態による抵抗膜方式のタッチスクリーンを説明する断面図である。
図2Aを参照すると、タッチスクリーン100は、物体の接近又は接触を感知する感知部150と、感知部150の信号を受信してフィードバック信号を出力する制御部(図示せず)と、制御部のフィードバック信号を受信して接触された位置に磁気力を利用して触覚フィードバックを提供する触覚フィードバック部140と、を含む。触覚フィードバックは、磁気双極子の磁気力を利用して提供されることができる。
感知部150は、下部基板152と、上部基板154と、下部基板152と下部基板152との間に介在するスペーサ153と、を含むことができる。スペーサ153は、下部基板152の上部表面に装着することができる。これによって、下部基板152と上部基板154との間の間隔は、一定に維持することができる。
下部基板152上に下部電極156を配置することができる。上部基板154の下部面に上部電極158を配置することができる。下部電極156上にスペーサを装着することができる。感知部150は、抵抗膜方式にすることができる。下部電極156および上部電極158は、板形状にすることができる。下部電極156の両側には、下部電極パッド(図示せず)を配置することができる。上部電極158の他の両側には、上部電極パッド(図示せず)を配置することができる。
触覚フィードバック部140は、互いに離隔されて配置される第1磁性部142と、第2磁性部144と、を含むことができる。第1磁性部142は、下部電極156上に配置することができる。第1磁性部142および下部電極156は、互いに電気的に絶縁することができる。第2磁性部144は、上部電極158の下部面に配置することができる。第1磁性部142および第2磁性部144は、外部からの接触がない場合、互いに一定の間隔を維持することができる。第2磁性部144は、永久磁石にすることができる。第1磁性部142は、コイルを含むことができる。
図3は、本発明の一実施形態による抵抗膜方式のタッチスクリーンを説明する図である。
図2B及び図3を参照すると、指などによって上部基板154にタッチイベント(touch event)が発生するとき、感知部150は、このタッチイベントを制御部に提供することができる。特に、このタッチイベントが、指またはペンを押下することによって生じるとき、上部基板154の上部電極158は、下部基板152の下部電極156と接触する。
下部電極パッド157間に電圧Vxが印加されるとき、下部電極パッド157間で抵抗面に電圧勾配(分配)が発生する。制御部は、上部電極パッド159を介してこの電圧を読み出して、x軸の入力位置を計算することができる。続いて、上部電極パッド159間に電圧Vyを印加すると、上部電極パッド159間で抵抗面に電圧勾配が発生する。制御部は、下部電極パッド157を介してこの電圧を読み出して、y軸の入力位置を計算することができる。電極パッド157、159の構造は、5線式、8線式などに変形することができる。
制御部は、タッチイベントが発生した位置を検出して、触覚フィードバック部140を駆動させることができる。触覚フィードバック部140は、指に引力、斥力、又は振動のフィードバックを与えることができる。
例えば、タッチイベントが発生した場合、制御部は、触覚フィードバック部140に引力を発生させる信号を送信することができる。これによって、第1磁性部142および第2磁性部144は、互いに接触することができる。例えば、タッチイベントが発生した場合、タッチスクリーンを押さえた指に触感フィードバックを容易に伝えることができる。具体的に、第1磁性部142のコイルに電流が流れるとき、第1磁性部142および第2磁性部の永久磁石の間に引力を発生させることができる。この引力によって、第2磁性部144が第1磁性部142に向かって引かれて、指に触感フィードバックを伝えることができる。
図2Cを参照すると、上部電極158と下部電極156とが接触した場合、制御部は、触覚フィードバック部140に斥力を発生させる信号を送信することができる。これによって、第1磁性部142および第2磁性部144は、互いに離れることができる。このように、指は、触覚フィードバック部140による強い反発力の触感フィードバックを受けることができる。
本発明の変形された実施形態による触覚フィードバックを与える方式は、振動などを含んで多様に変形することができる。
図4は、本発明によるまた他の実施形態による静電容量方式のタッチスクリーンの断面図である。
図4を参照すると、タッチスクリーン100は、物体の接近又は接触を感知する感知部150と、感知部150の信号を受信してフィードバック信号を出力する制御部(図示せず)と、制御部のフィードバック信号を受信して接触された位置に磁気力を利用して触覚フィードバックを与える触覚フィードバック部140と、を含む。この触覚フィードバックは、磁気双極子の磁気力を利用する。
感知部150は、下部基板152と、上部基板154と、下部基板152および下部基板152の間に介在するスペーサ153と、を含むことができる。スペーサ153は、下部基板152の上部表面に装着することができる。スペーサ153によって下部基板152および上部基板154は、一定の間隔を維持することができる。下部基板152上に下部電極156を配置することができる。上部基板154の下部面には、上部電極158を配置することができる。感知部150は、タッチイベントが発生したとき、下部電極156と上部電極との間の静電容量の変化を感知することができる。
触覚フィードバック部140は、互いに離隔されて配置される第1磁性部142と、第2磁性部144と、を含むことができる。第1磁性部142は、下部基板152上で下部電極156の周囲に配置することができる。第1磁性部142および下部電極156は、互いに電気的に絶縁することができる。第2磁性部144は、上部基板154の下部面で上部電極158の周囲に配置することができる。
タッチスクリーン100は、表示素子、例えば、ディスプレイパネル160の上部表面に装着することができる。
図5は、本発明の他の実施形態によるタッチスクリーンを説明する概念図である。
図5を参照すると、タッチスクリーン100は、物体の接近又は接触を感知する感知部150と、感知部150の信号を受信してフィードバック信号を出力する制御部200と、制御部200のフィードバック信号を受信して接触された位置に磁気力を利用して触覚フィードバックを与える触覚フィードバック部140と、を含む。触覚フィードバックは、磁気双極子の磁気力を利用する。
ユーザの接触が検出されたとき、制御部200は、ディスプレイパネル160および/または感触フィードバック部140にフィードバック信号を出力することができる。触覚フィードバック部140は、このフィードバック信号を利用して触覚フィードバックを提供することができる。触覚フィードバック部140と、感知部150と、ディスプレイパネル160とは、互いに重なるように配置することができる。触覚フィードバック部140は、感知部150内部に内蔵されることができる。
図6は、本発明の一実施形態によるタッチスクリーンの動作方法を説明するフローチャートである。
図5及び図6を参照すると、ユーザは、感知部150に接触することができる。これによって、感知部150は、出力信号を制御部200に提供することができる(S100)。制御部200は、感知部150の出力信号を利用して、ユーザの接触の有無および/または接触点の位置情報を検出することができる(S110)。制御部200は、ユーザの接触が感知される場合、触覚フィードバック部140を通じて接触位置に触覚フィードバックを提供することができる(S120)。触覚フィードバックは、第1触覚フィードバックと、第2触覚フィードバックと、を含むことができる。第1触覚フィードバックは、ユーザの接触が感知された場合、接触位置に提供される引力である(S122)。また、制御部200は、表示素子、例えば、ディスプレイパネル160にフィードバック信号を提供することができる(S130)。第1触覚フィードバックは、接触地点が陥没するような引力であってもよい。
制御部200は、ユーザが接触を続けているのかの可否を判断する(S124)。ユーザが続けて接触している場合、制御部200は、触覚フィードバック部140を通じて、接触位置においてユーザに第2触覚フィードバックを提供することができる(S126)。第2触覚フィードバックは、斥力又は応答反発力である。一方、ユーザが接触を終了した場合、感知部150は、初期状態にリセットされる。
本発明の変形された実施形態によると、磁気力を利用して触覚フィードバックを与える方式は、多様に変形することができる。
以上で本発明に対して、望ましい実施形態を中心に説明したが、これは但し例示であり、本発明を限定することではなく、本発明が属する分野の通常の知識を有する者であれば、本発明の趣旨および範囲内で、以上に例示されない多様な変形と応用が可能であることを理解するであろう。そして、法律により許容される最大限の範囲にまで、特許請求の範囲およびその均等物が広く解釈されることにより本発明の範囲が決められるのであって、前述の発明の詳細な説明によって減縮または制限されるべきではない。
100 タッチスクリーン
140 触覚フィードバック部
142 第1磁性部
144 第2磁性部
150 感知部
152 下部基板
153 スペーサ
154 上部基板
156 下部電極
158 上部電極
160 ディスプレイパネル

Claims (13)

  1. 物体の接近又は接触を感知する感知部と、
    前記感知部の信号を受信して、フィードバック信号を出力する制御部と、
    前記制御部のフィードバック信号を受信して、接触された位置に磁気力を利用し触覚フィードバックを与える触覚フィードバック部と
    を備え、
    前記触覚フィードバック部は、前記下部基板と前記上部基板との間に配置され、接触された位置に設けられている磁性部に対する前記制御部からの前記フィードバック信号に従って、磁気双極子の磁気力を利用し前記触覚フィードバックを与え、
    前記感知部は、
    下部基板と、
    前記下部基板上に配置される下部電極と、
    前記下部基板に対向して配置される上部基板と、
    前記上部基板の下部面に配置される上部電極と、
    前記下部基板と前記下部基板との間で一定の間隔を維持するスペーサと
    を備え、
    前記上部電極と前記下部電極とが接触することにより感知する
    ことを特徴とするタッチスクリーン。
  2. 前記触覚フィードバック部は、
    第1磁性部と、
    前記第1磁性部と前記下部基板に対して垂直に離隔されて配置される第2磁性部と
    を備え、
    前記第1磁性部および/または前記第2磁性部は、コイルを備える
    ことを特徴とする請求項1に記載のタッチスクリーン。
  3. 前記触覚フィードバック部は、
    第1磁性部と、
    前記第1磁性部と前記下部基板に対して垂直に離隔されて配置される第2磁性部と
    を備え、
    前記第2磁性部は、永久磁石を備える
    ことを特徴とする請求項1に記載のタッチスクリーン。
  4. 前記感知部は、抵抗性又は容量性方式のうちの何れか一つであることを特徴とする請求
    項1に記載のタッチスクリーン。
  5. 前記触覚フィードバック部は、
    第1磁性部と、
    前記第1磁性部と垂直に離隔されて配置される第2磁性部と
    を備えることを特徴とする請求項1に記載のタッチスクリーン。
  6. 前記第1磁性部は、前記下部電極上に配置され、
    前記第2磁性部は、前記上部電極の下部面に配置される
    ことを特徴とする請求項5に記載のタッチスクリーン。
  7. 前記第1磁性部は、前記下部電極の周囲の前記下部基板上に配置され、
    前記第2磁性部は、前記上部電極の周囲の前記上部基板の下部面に配置される
    ことを特徴とする請求項5に記載のタッチスクリーン。
  8. 前記タッチスクリーンは、ディスプレイパネル上に配置されることを特徴とする請求項1に記載のタッチスクリーン。
  9. 物体の接近又は接触を感知する段階と、
    接触の可否および接触位置を検出するする段階と、
    前記接触位置に触覚フィードバックを提供する段階と
    を備え、
    前記感知は、タッチスクリーンが備える上部基板の上部電極と、下部基板の下部電極とが接触することによりなされ、
    前記触覚フィードバックは、接触された位置に設けられている磁性部に対して磁気双極子の磁気力を利用する
    ことを特徴とするタッチスクリーンの動作方法。
  10. 前記接触位置に前記触覚フィードバックを提供する段階は、
    前記接触位置に第1触覚フィードバックを与える段階と、
    接触が継続的に維持されているかを判断する段階と、
    前記接触位置に第2触覚フィードバックを与える段階と
    を備えることを特徴とする請求項9に記載のタッチスクリーンの動作方法。
  11. 前記第1触覚フィードバックは、引力であることを特徴とする請求項9に記載のタッチスクリーンの動作方法。
  12. 前記第2触覚フィードバックは、斥力であることを特徴とする請求項9に記載のタッチスクリーンの動作方法。
  13. 前記接触位置に対応するディスプレイパネルを制御する段階をさらに含むことを特徴とする請求項9に記載のタッチスクリーンの動作方法。
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