JP5406990B2 - タッチパネルを用いた入力装置およびその入力方法 - Google Patents
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Description
本発明は接触式タッチパネルと、接触式タッチパネルの表面に設けた再帰反射フィルムと検出部を備えた光学式タッチパネルとで構成されるタッチパネルを用いた入力装置およびその入力方法に関する。
従来の入力装置は、ディスプレイ等の表示部上にタッチパネルの入力部を重ねて配置した構造が一般的であり、操作者がディスプレイに表示される操作メニューに直接接触することで入力部のスイッチ操作が行われ、所望のメニューの選択および実行が行なわれる。
こうした入力装置として、押圧による入力部分と赤外線による入力部分とで二段階スイッチを構成し、押圧の入力回数を減らすことで操作負担を軽減させるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
かかる入力装置は、操作メニューを表示する表示手段と、操作メニューの表示面上に入力操作面を有し圧力が印加された入力位置を検出する接触入力検知部と、この接触入力検知部の周囲に配置されて入力操作面の近傍の物体を検出する空間入力検知部と、この空間入力検知部の検出結果に基づいて操作メニューの表示を制御すると共に、接触入力検知部で検出した入力位置に基づいて操作メニューに対する選択確定処理を実行する制御部とを備える。
操作者は接触入力検知部の入力操作面に触れずに操作項目を選択できることで、接触入力検知部に対する操作回数を減らせ、操作負担が軽減するものである。
しかし、入力部と表示部が一体の構造をした入力装置では、操作者の手元付近に設置した場合には操作者の視線を手元に移動させる負担が生じ、操作者の視線の移動が少ない位置に配置した場合には操作者の手を表示部に伸ばす負担が生じるため、入力部と表示部とを離間して別々に配置し、負担を軽減させた入力装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。
かかる入力装置は、操作スイッチが配置された上面を操作者の手により操作するタッチパネル式の操作部と、操作スイッチの配置位置及びその操作メニュー画面を表示する表示部と、操作部及び操作者の手を上方からカメラで撮影する手段と、その撮影した画像を操作メニュー画面に合成して表示する手段と、操作部に設けて操作部全体を発光させる手段とを備える。
カメラで撮影した操作部上の手の画像を抽象画像に変換し、操作メニュー画像に合成して表示することで、操作者は入力部を直視しなくても、表示部を見ながらのスイッチ操作、いわゆるブラインド操作が行えるものである。
こうした入力装置として、押圧による入力部分と赤外線による入力部分とで二段階スイッチを構成し、押圧の入力回数を減らすことで操作負担を軽減させるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
かかる入力装置は、操作メニューを表示する表示手段と、操作メニューの表示面上に入力操作面を有し圧力が印加された入力位置を検出する接触入力検知部と、この接触入力検知部の周囲に配置されて入力操作面の近傍の物体を検出する空間入力検知部と、この空間入力検知部の検出結果に基づいて操作メニューの表示を制御すると共に、接触入力検知部で検出した入力位置に基づいて操作メニューに対する選択確定処理を実行する制御部とを備える。
操作者は接触入力検知部の入力操作面に触れずに操作項目を選択できることで、接触入力検知部に対する操作回数を減らせ、操作負担が軽減するものである。
しかし、入力部と表示部が一体の構造をした入力装置では、操作者の手元付近に設置した場合には操作者の視線を手元に移動させる負担が生じ、操作者の視線の移動が少ない位置に配置した場合には操作者の手を表示部に伸ばす負担が生じるため、入力部と表示部とを離間して別々に配置し、負担を軽減させた入力装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。
かかる入力装置は、操作スイッチが配置された上面を操作者の手により操作するタッチパネル式の操作部と、操作スイッチの配置位置及びその操作メニュー画面を表示する表示部と、操作部及び操作者の手を上方からカメラで撮影する手段と、その撮影した画像を操作メニュー画面に合成して表示する手段と、操作部に設けて操作部全体を発光させる手段とを備える。
カメラで撮影した操作部上の手の画像を抽象画像に変換し、操作メニュー画像に合成して表示することで、操作者は入力部を直視しなくても、表示部を見ながらのスイッチ操作、いわゆるブラインド操作が行えるものである。
上述したように、特許文献1に示される入力装置においては、表示部上に同サイズの入力部を重ねて配置し、操作者が表示部に指を近づけて選択を行うため、操作者の指そのものがポインターの役割を果たす。すなわち、操作者の指示位置と、表示部の操作メニュー画面の選択位置とは一対一に対応するので操作者は直感的に分りやすく、ポインター等を操作メニュー画面に表示させる必要がないため、入力部と表示部とを分離して別々に離して配置することの障害となっている。
入力部と表示部とを別々に配置するためには、入力部上にある指などの指示位置を操作者が表示部上で視認できる必要があり、もともと表示部と入力部を重ねた構造で、操作者の指をポインターなどに代用する装置では、両者を分離できない問題点がある。
一方、特許文献2に示される入力装置においては、表示部と操作部とを分離して別々に配置するために、操作者が表示部の操作メニュー画面を見ながら操作できるようにする必要があり、操作部及び操作者の手を撮影するカメラと、撮影した手の画像を抽出して操作メニュー画面に合成して表示させる処理などにより、入力装置の部品点数の縮小化や処理方法の単純化の障害となっている。
また、ブラインド操作を可能にするためには、カメラで撮影した手画像を抽出し、操作部における実際の手の位置と各操作スイッチの位置との相対位置を演算して合成する必要があり、画像処理を必要とする高価なカメラを用いるためコストが高くなる問題点もある。
更に、カメラでの撮影に際し、LEDなどの光源を操作部に当てないと、太陽光などの入射がある環境下や夜間等の照明不足の環境下では撮影しにくく、操作部上の手を正確に認識できない問題点もある。このために、環境に左右されずに操作部上の操作物を認識できることが求められていた。
そして、カーナビや家電製品のリモコンなどのように、入力装置の用途・形態に合わせて操作部のサイズを自由に変更できることが望まれている。
入力部と表示部とを別々に配置するためには、入力部上にある指などの指示位置を操作者が表示部上で視認できる必要があり、もともと表示部と入力部を重ねた構造で、操作者の指をポインターなどに代用する装置では、両者を分離できない問題点がある。
一方、特許文献2に示される入力装置においては、表示部と操作部とを分離して別々に配置するために、操作者が表示部の操作メニュー画面を見ながら操作できるようにする必要があり、操作部及び操作者の手を撮影するカメラと、撮影した手の画像を抽出して操作メニュー画面に合成して表示させる処理などにより、入力装置の部品点数の縮小化や処理方法の単純化の障害となっている。
また、ブラインド操作を可能にするためには、カメラで撮影した手画像を抽出し、操作部における実際の手の位置と各操作スイッチの位置との相対位置を演算して合成する必要があり、画像処理を必要とする高価なカメラを用いるためコストが高くなる問題点もある。
更に、カメラでの撮影に際し、LEDなどの光源を操作部に当てないと、太陽光などの入射がある環境下や夜間等の照明不足の環境下では撮影しにくく、操作部上の手を正確に認識できない問題点もある。このために、環境に左右されずに操作部上の操作物を認識できることが求められていた。
そして、カーナビや家電製品のリモコンなどのように、入力装置の用途・形態に合わせて操作部のサイズを自由に変更できることが望まれている。
本発明は上述した従来の問題点に鑑みてなされ、第1に、接触式タッチパネルと、前記接触式タッチパネルの表面を覆うように設けた再帰反射フィルムと、前記接触式タッチパネルの一辺の両端の上方に位置した発光部と受光部とからなる一対の検出部とを備えた光学式タッチパネルとで構成され、前記発光部からの光が前記再帰反射フィルム上に置かれる手などの操作物に斜め上方から照射され、前記操作物から露出した前記再帰反射フィルムからの反射光を前記受光部で検出して前記操作物の形態を区別して認識し、前記再帰反射フィルム上を移動させる指などの操作物の位置を前記検出部によりその入射角を検出し、三角測量の原理で前記操作物の座標を求め、前記接触式タッチパネルに接触することで入力情報の確定させることを特徴とする。
また、本発明は、前記接触式タッチパネルと前記光学式タッチパネルは遮光性のカバーで覆われ、1辺に設けた開口部より前記操作物を入れることを特徴とする。
更に、本発明は、前記接触式タッチパネルとしては抵抗膜式タッチパネルまたは静電容量式タッチパネルを用いることを特徴とする。
更に、本発明は、前記光学式タッチパネルの前記検出部の前記発光部には発光ダイオードを用い、前記受光部にはCMOSセンサーを用いることを特徴とする。
第2に、本発明は、接触式タッチパネルと、前記接触式タッチパネルの表面を覆うように設けた再帰反射フィルムと、前記接触式タッチパネルの一辺の両端の上方に位置した発光部と受光部とからなる一対の検出部とを備えた光学式タッチパネルとで構成されるタッチパネルを用いた入力装置を用い、該入力装置と離れた位置に設けた表示パネルに表示されるカーソルを前記入力装置から操作して入力する入力方法であって、前記光学式タッチパネルの前記発光部からの光が前記再帰反射フィルム上に置かれる手などの操作物に斜め上方から照射され、前記操作物から露出した前記再帰反射フィルムからの反射光を前記受光部で検出してマイコン制御部で前記操作物の形態を区別して、前記マイコン制御部からの形態認識信号で前記表示パネルに表示される複数の表示モードの中から1つを選択し、次に、選択された前記表示モードの中で、前記光学式タッチパネルの前記再帰反射フィルム上を移動させる指などの操作物の位置を前記検出部によりその入射角を検出して前記マイコン制御部に入力し、三角測量の原理で前記操作物の座標を求めて座標信号を前記表示パネルに伝えて前記カーソルを前記座標信号に従って前記表示パネル上の動作選択領域に移動させ、選択した前記動作選択領域の前記カーソルがある位置で前記接触式タッチパネルに接触して前記マイコン制御部から確定信号を出力して、選択された前記表示モードの操作を行うことを特徴とする。
また、本発明は、前記操作物の形態は指の本数で区別して、前記マイコン制御部からの形態認識信号で前記表示パネルに表示される複数の表示モードの中から1つを選択することを特徴とする。
また、本発明は、前記接触式タッチパネルと前記光学式タッチパネルは遮光性のカバーで覆われ、1辺に設けた開口部より前記操作物を入れることを特徴とする。
更に、本発明は、前記接触式タッチパネルとしては抵抗膜式タッチパネルまたは静電容量式タッチパネルを用いることを特徴とする。
更に、本発明は、前記光学式タッチパネルの前記検出部の前記発光部には発光ダイオードを用い、前記受光部にはCMOSセンサーを用いることを特徴とする。
第2に、本発明は、接触式タッチパネルと、前記接触式タッチパネルの表面を覆うように設けた再帰反射フィルムと、前記接触式タッチパネルの一辺の両端の上方に位置した発光部と受光部とからなる一対の検出部とを備えた光学式タッチパネルとで構成されるタッチパネルを用いた入力装置を用い、該入力装置と離れた位置に設けた表示パネルに表示されるカーソルを前記入力装置から操作して入力する入力方法であって、前記光学式タッチパネルの前記発光部からの光が前記再帰反射フィルム上に置かれる手などの操作物に斜め上方から照射され、前記操作物から露出した前記再帰反射フィルムからの反射光を前記受光部で検出してマイコン制御部で前記操作物の形態を区別して、前記マイコン制御部からの形態認識信号で前記表示パネルに表示される複数の表示モードの中から1つを選択し、次に、選択された前記表示モードの中で、前記光学式タッチパネルの前記再帰反射フィルム上を移動させる指などの操作物の位置を前記検出部によりその入射角を検出して前記マイコン制御部に入力し、三角測量の原理で前記操作物の座標を求めて座標信号を前記表示パネルに伝えて前記カーソルを前記座標信号に従って前記表示パネル上の動作選択領域に移動させ、選択した前記動作選択領域の前記カーソルがある位置で前記接触式タッチパネルに接触して前記マイコン制御部から確定信号を出力して、選択された前記表示モードの操作を行うことを特徴とする。
また、本発明は、前記操作物の形態は指の本数で区別して、前記マイコン制御部からの形態認識信号で前記表示パネルに表示される複数の表示モードの中から1つを選択することを特徴とする。
第1に、本発明のタッチパネルを用いた入力装置に依れば、接触式タッチパネルと、かかる接触式タッチパネルの表面を覆った再帰反射フィルムと、接触式タッチパネルの一辺の両端の上方に位置した一対の検出部とを備えた光学式タッチパネルとで構成される。すなわち、タッチパネルのみで入力装置を完成できる。
また、光学式タッチパネルの検出部は発光ダイオードを用いた発光部と、CMOSセンサーを用いた受光部とを備えるために、発光部から再帰反射フィルムに向けて照射した光が、反射して戻ってくる入射方向を受光部で検出できる。
これにより、再帰反射フィルム上の指などの操作物が照射光と反射光を遮断し、受光部でその影を検出するので、その影の入射角度と三角測量の原理により操作物の座標が求められる。また、操作物に対して斜め上方より光を照射し、操作物の表面全体に光を照射できるので、操作物の形態が認識できる。
その結果、従来の入力装置では必要とされていた、入力エリアと操作者の手をカメラで撮影する処理や、撮影した画像より手の形態を認識する処理や、撮影した画像と表示画面との相対位置の関係より座標を検出する処理などが不要となるため、入力装置からカメラを不用にできる。
ここで、再帰反射とは、光を反射する際に、光の入射角度に対して、同じ角度に光が反射されて戻る性質のことである。本発明では再帰反射部材から成るフィルムを再帰反射フィルムと呼ぶ。
以上のことより、カメラの設置エリアの確保や、カメラと被写体の焦点距離の確保などが一切不要となり、タッチパネルのみで操作物の形態の認識と、操作物の座標の検出との両方を判別できるので、入力装置の小型化および薄型化に繋がる効果がある。
第2に、本発明のタッチパネルを用いた入力装置に依れば、光学式タッチパネルは再帰反射フィルムと一対の検出部とで構成される。
光学式タッチパネルには他の方式の赤外線走査式タッチパネルがあるが、かかる方式では、対向する辺に複数個の発光素子と受光素子を設置しなければならない。一辺に設置する発光素子と受光素子の数は、検出したい座標の分解能に応じて増減する必要があり、素子数が多いほど分解能は高くなる。
従って、赤外線走査方式タッチパネルと比べて、本発明の光学式タッチパネルは一対の検出部があれば良く、2つの発光部と2つの受光部のみで分解能の高い座標を検出できるため、部品点数を大幅に減らせる効果がある。
その結果、部品点数を変えることなく、タッチパネルのサイズを自由に選択できる。
また、入力装置のサイズとディスプレイのサイズを自由に選択できるため、入力装置の用途や使用形態に合わせて入力装置のサイズをディスプレイのサイズより小さくすることも可能であり、設計の自由度があがり、意匠性に優れる効果もある。
第3に、本発明のタッチパネルを用いた入力装置に依れば、接触式タッチパネルと光学式タッチパネルとを遮光性のカバーで覆うために、太陽光などの外部光の入射を防止できる。これにより、再帰反射フィルムに太陽光が入射して誤動作することを防げるため、環境に左右されることなく入力装置を利用できる。
第4に、本発明のタッチパネルを用いた入力装置の入力方法に依れば、再帰反射フィルムからの反射光を検出し、マイコン制御部により操作物の形態を区別できるため、操作物の形態と表示パネルに表示される複数の表示モードとを対応付けることができる。
これにより、入力装置の電源がオンされた後は、操作者は1本指や2本指などの予め定めた形態を入力装置に検出させるだけよく、ディスプレイを見なくても、所望の画面モードを選択して表示パネルに表示できる。
その結果、電源をオンした後に画面モードを選択するモード選択画面を表示させる必要もなく、また、モード選択画面上の所望のボタンスイッチを選択する動作も省略できる。
第5に、本発明のタッチパネルを用いた入力装置の入力方法に依れば、再帰反射フィルム上を移動する指などの操作物の座標を検出し、その座標信号に従って移動するカーソルを表示パネルに表示できる。これにより、入力装置と離れた位置に表示パネルを設けることができる。また、操作者は表示パネルのみを見て操作できる。
第6に、本発明のタッチパネルを用いた入力装置に依れば、製造過程において接触式タッチパネルの表面にわずかな傷などがついても、接触式タッチパネルの表面に再帰反射フィルムを貼着して隠すことができる。また、再帰反射フィルムで覆われることにより接触式タッチパネルに傷がつくことからも守れる。これにより、不良品を大幅に減らせ、資源の無駄もなくすことができる。
また、光学式タッチパネルの検出部は発光ダイオードを用いた発光部と、CMOSセンサーを用いた受光部とを備えるために、発光部から再帰反射フィルムに向けて照射した光が、反射して戻ってくる入射方向を受光部で検出できる。
これにより、再帰反射フィルム上の指などの操作物が照射光と反射光を遮断し、受光部でその影を検出するので、その影の入射角度と三角測量の原理により操作物の座標が求められる。また、操作物に対して斜め上方より光を照射し、操作物の表面全体に光を照射できるので、操作物の形態が認識できる。
その結果、従来の入力装置では必要とされていた、入力エリアと操作者の手をカメラで撮影する処理や、撮影した画像より手の形態を認識する処理や、撮影した画像と表示画面との相対位置の関係より座標を検出する処理などが不要となるため、入力装置からカメラを不用にできる。
ここで、再帰反射とは、光を反射する際に、光の入射角度に対して、同じ角度に光が反射されて戻る性質のことである。本発明では再帰反射部材から成るフィルムを再帰反射フィルムと呼ぶ。
以上のことより、カメラの設置エリアの確保や、カメラと被写体の焦点距離の確保などが一切不要となり、タッチパネルのみで操作物の形態の認識と、操作物の座標の検出との両方を判別できるので、入力装置の小型化および薄型化に繋がる効果がある。
第2に、本発明のタッチパネルを用いた入力装置に依れば、光学式タッチパネルは再帰反射フィルムと一対の検出部とで構成される。
光学式タッチパネルには他の方式の赤外線走査式タッチパネルがあるが、かかる方式では、対向する辺に複数個の発光素子と受光素子を設置しなければならない。一辺に設置する発光素子と受光素子の数は、検出したい座標の分解能に応じて増減する必要があり、素子数が多いほど分解能は高くなる。
従って、赤外線走査方式タッチパネルと比べて、本発明の光学式タッチパネルは一対の検出部があれば良く、2つの発光部と2つの受光部のみで分解能の高い座標を検出できるため、部品点数を大幅に減らせる効果がある。
その結果、部品点数を変えることなく、タッチパネルのサイズを自由に選択できる。
また、入力装置のサイズとディスプレイのサイズを自由に選択できるため、入力装置の用途や使用形態に合わせて入力装置のサイズをディスプレイのサイズより小さくすることも可能であり、設計の自由度があがり、意匠性に優れる効果もある。
第3に、本発明のタッチパネルを用いた入力装置に依れば、接触式タッチパネルと光学式タッチパネルとを遮光性のカバーで覆うために、太陽光などの外部光の入射を防止できる。これにより、再帰反射フィルムに太陽光が入射して誤動作することを防げるため、環境に左右されることなく入力装置を利用できる。
第4に、本発明のタッチパネルを用いた入力装置の入力方法に依れば、再帰反射フィルムからの反射光を検出し、マイコン制御部により操作物の形態を区別できるため、操作物の形態と表示パネルに表示される複数の表示モードとを対応付けることができる。
これにより、入力装置の電源がオンされた後は、操作者は1本指や2本指などの予め定めた形態を入力装置に検出させるだけよく、ディスプレイを見なくても、所望の画面モードを選択して表示パネルに表示できる。
その結果、電源をオンした後に画面モードを選択するモード選択画面を表示させる必要もなく、また、モード選択画面上の所望のボタンスイッチを選択する動作も省略できる。
第5に、本発明のタッチパネルを用いた入力装置の入力方法に依れば、再帰反射フィルム上を移動する指などの操作物の座標を検出し、その座標信号に従って移動するカーソルを表示パネルに表示できる。これにより、入力装置と離れた位置に表示パネルを設けることができる。また、操作者は表示パネルのみを見て操作できる。
第6に、本発明のタッチパネルを用いた入力装置に依れば、製造過程において接触式タッチパネルの表面にわずかな傷などがついても、接触式タッチパネルの表面に再帰反射フィルムを貼着して隠すことができる。また、再帰反射フィルムで覆われることにより接触式タッチパネルに傷がつくことからも守れる。これにより、不良品を大幅に減らせ、資源の無駄もなくすことができる。
図1は、本発明のタッチパネルを用いた入力装置を説明するためのブロック図である。
図2は、本発明の入力装置を覆う遮光性カバーを説明する斜視図である。
図3は、(A)は本発明のタッチパネルを用いた入力装置を説明する上面図であり、(B)はその断面図であり、(C)は検出部の光の照射範囲を表した図である。
図4は、本発明の三角測量の原理により座標位置を検出する方法を説明する図である。
図5は、(A)(B)は、本発明の光学式タッチパネルによる指などの操作物の座標位置を検出する方法を説明する図である。
図6は、(A)〜(D)は本発明の光学式タッチパネルによる手などの操作物の形態を認識する方法を説明する図である。
図7は、本発明のタッチパネルを用いた入力装置の入力方法を説明するフロー図である。
図8は、本発明のタッチパネルを用いた入力装置を車に搭載した実施例を説明する図である。
図9は、本発明のタッチパネルを用いた入力装置を車に搭載した場合の入力方法を説明するフロー図である。
図10は、(A)〜(C)は、本発明の入力装置の入力方法により表示される画面の一例を説明する図である。
図2は、本発明の入力装置を覆う遮光性カバーを説明する斜視図である。
図3は、(A)は本発明のタッチパネルを用いた入力装置を説明する上面図であり、(B)はその断面図であり、(C)は検出部の光の照射範囲を表した図である。
図4は、本発明の三角測量の原理により座標位置を検出する方法を説明する図である。
図5は、(A)(B)は、本発明の光学式タッチパネルによる指などの操作物の座標位置を検出する方法を説明する図である。
図6は、(A)〜(D)は本発明の光学式タッチパネルによる手などの操作物の形態を認識する方法を説明する図である。
図7は、本発明のタッチパネルを用いた入力装置の入力方法を説明するフロー図である。
図8は、本発明のタッチパネルを用いた入力装置を車に搭載した実施例を説明する図である。
図9は、本発明のタッチパネルを用いた入力装置を車に搭載した場合の入力方法を説明するフロー図である。
図10は、(A)〜(C)は、本発明の入力装置の入力方法により表示される画面の一例を説明する図である。
図1は、本発明のタッチパネルを用いた入力装置を説明するためのブロック図である。図2は、本発明の入力装置を覆う遮光性のカバーを説明する斜視図である。
図1に示すように、本発明のタッチパネルを用いた入力装置1は、接触式タッチパネル2と、光学式タッチパネル3と、マイコン制御部4とで構成される。
接触式タッチパネル2は、上基板21(図3参照)と下基板22(図3参照)の間に透明導電膜23(図3参照)を形成したタッチパネルであり、操作者が上基板21に接触して入力を行うものである。上基板あるいは下基板にはガラス板やフィルムなどを用い、透明導電膜にはITO膜などを用いる。
具体的には、接触式タッチパネル2として、抵抗膜式タッチパネルまたは静電容量式タッチパネルが用いられる。
抵抗膜式タッチパネルは、ガラス−ガラス構造あるいはフィルム−ガラス構造のタッチパネルがあり、ガラス板あるいはフィルムからなる上基板21と下基板22の片面に透明導電膜23を形成し、かかる透明導電膜23を対向させ、その間にドットスペーサを配置した構造である。操作者が上基板を押下すると、上基板の透明導電膜はドットスペーサのない個所で下基板の透明導電膜と導通する。押下された位置のX軸とY軸の電圧を計測することで座標位置が決定される。
静電容量式タッチパネルは、ガラスやプラスチックなどの下基板22上に透明導電膜23を形成し、その表面をフィルムやプラスチックなどの上基板21でオーバーコートを施した構造である。操作者がタッチをすると、指先と透明導電膜との間で静電容量が変化するので、その変化を利用して座標位置の検出を行う。
光学式タッチパネル3は、再帰反射フィルム31(図3参照)と、再帰反射フィルムに光を照射する発光部32とその反射光を受光する受光部33とからなる一対の検出部34(図3参照)で形成されるタッチパネルであり、再帰反射フィルム上に置かれた操作者の手などの操作物の形態の認識や、操作者の指などの操作物の座標位置の検出を行うものである。なお、詳しくは図3で詳細に説明する。
マイコン制御部4は、接触式タッチパネル2と光学式タッチパネル3で生成された信号を受信したり、光学式タッチパネルで検出した入射角と三角測量の原理により座標信号を生成したり、座標信号に対応するカーソルを表示パネル5上で移動させるといった演算機能やデータ処理機能を有する制御部である。
表示パネル5とは、複数の表示モードとそれを制御するカーソルを表示する液晶や有機ELなどのディスプレイであり、タッチパネルを用いた入力装置1とは離れた位置に設置される。
次に、図2に本発明のタッチパネルを用いた入力装置を覆う遮光性カバーの一例を示す。
遮光性カバー6は、接触式タッチパネル2と光学式タッチパネル3を覆い、その一辺に開口部を設けて形成され、太陽光などの外部光の入射による誤動作を防ぐものである。
図に示すように、支持台にタッチパネル式の入力装置1を配置し、接触式タッチパネルと光学式タッチパネルが位置する個所をドーム状に囲う。開口部は、操作者の手や指などの操作物を入れて操作を行う部分であり、操作性を確保するために一定の高さを要する。
更に、図3を用いて本発明のタッチパネルを用いた入力装置1の具体的な構造について説明する。図3(A)は本発明の入力装置1の上面図であり、図3(B)はその断面図であり、図3(C)は検出部の光の照射範囲を表した図である。なお、ここでは接触式タッチパネルとして抵抗膜式タッチパネルを用いる場合を例に説明する。
図3(A)に示すように、接触式タッチパネル2は、上面を開口した枠状の筐体7の中に設けられる。筐体7は、接触式タッチパネル2を支持し、タッチパネルを外力より保護し、光学式タッチパネル3の検出部34を設置する支持台としての役割がある。
次に、本願の特徴である光学式タッチパネル3は、再帰反射フィルム31と、再帰反射フィルムに光を照射する発光部32(図示せず)とその反射光を受光する受光部33(図示せず)とからなる一対の検出部34で形成される。
再帰反射フィルム31は、接触式タッチパネル2のタッチされる動作選択領域の全面が覆われるように設けられる。
検出部34は、接触式タッチパネル2の一辺の両端で、接触式タッチパネル2の表面より上方に位置して一対設けられる。検出部の設置には強度が必要となるため、筐体7側に設けると良い。検出部34は、図示しない発光部31と受光部32とからなる。従って、発光部31からの赤外線光は再帰反射フィルム31に斜め上方から照射され、再帰反射フィルム31で反射されて受光部32に戻る。
図3(B)の断面図は、図3(A)のX−X線で示す部分に対応している。図に示すように、接触式タッチパネル2として、ガラス−ガラス構造あるいはフィルム−ガラス構造の抵抗膜式タッチパネルを用いる。
接触式タッチパネル2には、上基板21と下基板22の片面にITO膜23が形成され、フォトエッチングによりパターンニングした透明電極や引き出し電極、外部取り出し電極(図示せず)が形成される。そして、上基板21と下基板22の透明電極を対向するように重ね合わせ、基板の周端部に設けた接着層24で上下基板を貼着する。なお、上下基板の間隔を保持するために、一方のガラス基板に図示しないドットスペーサが多数配設されている。
接触式タッチパネル2のタッチされる動作選択領域の任意の点を指またはペン等で押圧操作すると、その点において上基板の透明電極と下基板の透明電極とが接触してオン状態となる。このオン信号が各引き出し電極、外部取り出し電極を介してマイコン制御部4へと送られ、オン信号に対応する処理が行われる。
なお、押圧操作を止めると上基板の透明電極と下基板の透明電極とが離れてオフ状態となり、かかるオン信号に対応する処理は終了する。
光学式タッチパネル3は、接触式タッチパネル2の表面で、タッチされる動作選択領域とほぼ同じ大きさに再帰反射フィルム31が接着剤により貼着されている。また、再帰反射フィルム31は接触式タッチパネル2を押圧するときに同時に押圧されるため、その表面上には汚れや傷から守るための保護シート(図示せず)が貼着されている。そして、一対の検出部34は、接触式タッチパネルの一辺の両端の上方に位置するように、強度のある筐体7側に接着剤で固定される。発光部32には発光ダイオードを用い、受光部33にはCMOSセンサーを用いる。
光学式タッチパネル3は、発光部32からの照射光が再帰反射フィルム31に当たると再帰反射し、照射光と同じ入射角度でまっすぐに戻る性質を利用している。再帰反射フィルム31上に、手、指またはペン等の操作物を置いたとき、その部分の照射光は遮られるために、受光部33では影として検出される。一対の検出部34でこの影を検出し、操作物の形態や座標位置を検出する。
具体的には、2つの入射角度と三角測量の原理により操作物のある座標位置を検出する。この座標信号をマイコン制御部4へと送り、表示パネル5にカーソルを表示できる。
また、複数本の指を広げたり、くっつけたりした形状で再帰反射フィルム31上に置いた場合には、斜め上方からの照射光が発光部から照射されるので、受光部で影の本数を検出し、マイコン制御部4でその操作物の形態を区別する。マイコン制御部4で形態認識信号を生成して、複数の表示モードの中から1つを選択して表示パネルに表示させることができる。
本発明では上述した2種類の検出を1つの光学式タッチパネル3に持たせることが特徴である。
図3(C)は、検出部34の発光部32から赤外線光が照射できる範囲を示している。図に示すように、再帰反射フィルム31より上方にある発光部32から照射するので、接触式タッチパネル2のタッチされる動作選択領域には赤外線光が照射されることがわかる。
これにより、操作物の影になる部分をなくすことができ、より正確な形態の認識ができる。
次に、図4〜図6を用いて、光学式タッチパネルの検出方法を説明する。図4は、三角測量の原理により座標位置を検出する方法を説明する図である。図5(A)〜図5(B)は、光学式タッチパネルによる指などの操作物の座標位置を検出する方法を説明する図である。図6(A)〜図6(D)は、光学式タッチパネルによる手などの操作物の形態を認識する方法を説明する図である。
図4に示すように、再帰反射フィルム31上の操作物をAとし、そのX座標とY座標を求める。
左側の検出部の位置を原点、操作物の座標を(X,Y)とすると、右側の検出部方向がX軸となり、それに垂直の方向がY軸となる。
そして、接触式タッチパネルの1辺と2箇所に配置した検出部34で検出した影との入射角度をそれぞれα、βとし、左右の検出部34間の距離をLとすると、以下の関係式
tan α=Y/X …(1)
tan β=Y/(L−X) …(2)
が成立する。
式(1)、式(2)よりXを求めると、
式(1)より Y=X tan α
式(2)より Y=(L−X) tan β
∴ X=(L tan β)/(tan α + tan β) …(3)
となる。
従って、検出された角度α、βと、式(1)、式(3)により、操作物Aの座標(X,Y)を算出できる。
また、図5(A)は光学式タッチパネルによる形態を認識する方法を説明する図であり、図5(B)はその信号強度を説明する図である。
図5(A)に示すように、再帰反射フィルム31上に、操作者の指1本を置いた場合には、2つの検出部から光が照射され、指がある部分は影として受光部に検出される。受光部では、図5(B)に示すような検出が行われる。
図中、(1)の両矢印間は、再帰反射フィルム上になにも操作物がない状態を表した信号強度である。操作物がないため、照射光は全て反射されるので、水平画素位置に対して水平な線となる。
なお、信号強度は初期値に対して補正して図示している。
一方、図中(2)の両矢印間は、再帰反射フィルム上に操作物がある状態を表した信号強度である。操作物により影が検出されるため、影を検出している間は信号強度が弱くなる。
これを利用して、操作物の形態を区別することができる。
ここで、水平画素位置とは、検出部に対して水平に位置する辺に現れる影の位置を示すものである。
図6(A)に示すように、検出部34を再帰反射フィルム31面より上方に配置し、再帰反射フィルム31上に操作物8を置くことで、斜め上方より操作物全体に赤外線光を照射できるので、操作物に影ができにくい。
しかし、隣り合う操作物が接近する場合には、照射方向により重なり、1本の操作物と認識されることは避けられない。これを解消するために、一対の検出部34を接触式タッチパネル2の一辺の両端の上方に設け、各検出部から検出した信号強度のグラフを合成して検出結果の正確性を高めている。
これにより、手などの操作物を配置した場合でも、その本数を検出することができる。
図6(B)には、図6(A)の左側の受光部で検出した信号強度を示す。手などの操作物に対し、小指側から照射されるので、小指、薬指、中指、人差し指の4本の影が現れる。この際、親指は人差し指の影となり、発光部からも遠くに位置するために、人差し指の影は水平画素位置に対して幅が広く、そして信号強度は弱く現れる。
一方、図6(C)には、図6(A)の右側の受光部で検出した信号強度を示す。この場合は、親指側から照射されるので、親指、人差し指、中指、薬指の4本の影が現れる。上述同様に、小指は薬指の影となり、発光部からも遠くに位置するために、薬指の影は水平画素位置に対して幅が広く、そして信号強度は弱く現れる。
そして、図6(D)に示すように、マイコン制御部4でこれらの検出結果が合成される。図に示すように、再帰反射フィルム31上に5本指を広げた場合には5本指の数だけ影があることがわかる。これを2箇所の検出部34で行い、それらの結果を合成させることで、正確に識別できる。その結果、指の本数を区別できる。
従って、検出部34は再帰反射フィルム31の表面より30mm〜100mm程度上方に位置させれば、操作物全体に赤外線光を照射できる。検出部34の上方への高さは操作物全体を照射できる範囲に選択されると良い。
上述のように指の本数はマイコン制御部4で識別され、形態認識信号が生成される。
形態認識信号とは、指の本数ごとに各表示モードが対応し、識別された本数の表示モードを選択して表示パネルの表示を制御する信号である。
次に、図7を用いて本発明のタッチパネルを用いた入力装置の入力方法について説明する。
タッチパネルを用いた入力装置1の電源をオンにすると、入力装置と離れた位置に設けた表示パネル5に初期設定画面が表示される(ステップS1)。
そして、光学式タッチパネル3の発光部32からの光が、再帰反射フィルム31上に置かれた手などの操作物に斜め上方から照射され、操作物から露出した再帰反射フィルム31からの反射光を受光部33で検出し、マイコン制御部4で操作物の形態を区別してその形態を認識する(ステップS2)。
なお、この際に、一定間隔で複数回の照射を行い、その全ての反射光の検出値が一致している場合にのみ、操作物の形態を認識する。具体的には、ステップS2の処理を1秒間隔で3回連続して行う。これにより、操作者の意思により画面モードの選択が行われていることを認識でき、誤って手などの操作物や洋服の袖などが光学式タッチパネル上に置かれた場合を区別できる。
そして、マイコン制御部4からの形態認識信号により、表示パネル5に表示される複数の表示モードの中から1つを選択する(ステップS3)。
その後、かかる表示モードに切り替えられて、表示パネル5に表示される(ステップS4)。
そして、表示された表示モードの中で、光学式タッチパネル3の再帰反射フィルム31上を移動させる指などの操作物の位置を検出部によりその入射角を検出してマイコン制御部4に入力し、三角測量の原理で操作物の座標を求める。マイコン制御部4はかかる座標の座標信号を表示パネルに伝えて、カーソルを座標信号に従って表示パネル上の動作選択領域で移動させる(ステップS5)。
そして、選択した動作選択領域のカーソルがある位置で再帰反射フィルム31を介して接触式タッチパネル2に接触する。これによりマイコン制御部4から確定信号を出力し、選択された表示モードの操作を行う(ステップS6)。
そして、他の表示モードへ切り替える場合には、現在の表示モードを終了してステップS1の初期設定画面を表示させる初期設定画面ボタンを選択する(ステップS7)。その後、マイコン制御部4によりステップS1の処理へと戻り、操作者は手などの操作物を認識させる。
なお、ステップS7の代わりに、ステップS6の後に一定時間何も操作がされない場合には直接ステップS1へと戻るようにしても良い。
ここで、本発明のタッチパネルを用いた入力装置をカーナビに利用する場合の実施例を説明する。
図8は、カーナビとして車両に設置した一例を示した図である。図9は、カーナビに用いた場合の入力方法を説明するフロー図である。図10は、カーナビの各表示モードの画像の一例である。ここでは、操作物の認識本数が1本の場合にはナビモード、2本の場合には空調設定モード、3本の場合にはオーディオモード、4本の場合には車外カメラモード、5本の場合にはテレビモードがそれぞれ選択されるものとする。
図8に示すように、カーナビとして用いた場合は、操作者の手元付近にタッチパネルを用いた入力装置1が設置され、太陽光などの外部光の入射を防ぐために、遮光性のカバー6で覆われている。具体的には、センターコンソールに配置すると、操作者は操作の前に配置個所を確認する作業を省略でき、また、手の移動も少ない分、操作性も向上する。
表示パネル5は、操作者が視線を大きく移動することなく確認できる位置であればよく、具体的にはインストルメント・パネルに配置する。
図9に示すように、操作者は車を起動させると入力装置1の電源はオンとなり、表示パネル5に初期設定画面が表示される(ステップS10)。
そして、操作者は表示させる表示モードを選択するために、手などの操作物で所望の形態を作り、再帰反射フィルム31上に置いて認識させる。光学式タッチパネル3は再帰反射フィルム31からの反射光を受光部33で検出し、マイコン制御部4で操作物の形態を区別して認識し、その形態認識信号を生成する(ステップS20)。
なお、この際に、ステップS20を1秒間隔で3回連続して行い、全ての検出値が一致していることを確認することで、誤操作との識別を行う。
具体的には、操作者は1本指を立て再帰反射フィルム上に置いた場合には認識本数が1本と認識され、2本指を立てて置いた場合には認識本数が2本、3本指を立てて置いた場合には認識本数が3本と、それぞれ区別されて認識される。ここで、各認識本数における処理を説明する。
(1本指を立てた場合)
ステップS20の本数認識手段により、認識本数が1本と認識される(ステップS30)。
マイコン制御部4からの形態認識信号により複数の画面モードの中から1つが選択され、表示パネル5に表示される(ステップS40)。
ここでは、1本の場合の形態認識信号が生成されるため、ナビモードが選択されて表示される。
その後は、光学式タッチパネル3は、再帰反射フィルム31上を移動させる指などの操作物の位置を検出し、その入射角を検出してマイコン制御部4に入力し、三角測量の原理で操作物の座標を求め、座標信号を生成して表示パネルに伝える。そして、その座標信号に従って表示パネル上をカーソル9が移動し、動作の選択を行う(ステップS50)。
具体的には、図10(A)に示すように、操作者が再帰反射フィルム上で指示する座標位置を検出し、その座標信号に従って表示パネルのナビ画面上にカーソル9を表示させる。これにより、操作者は、地図上でカーソル9を移動させて画面を上下左右に移動させることや、表示画面の拡大あるいは縮小や目的地の検索などの各選択メニューから動作させたい選択領域にカーソル9を移動させて、その選択を行うことができる。なお、ここでは表示画面の拡大を行うものとする。
そして、操作者は選択した動作選択領域にカーソル9がある状態で再帰反射フィルム31を介して接触式タッチパネル2に接触し、マイコン制御部4から確定信号を出力して、選択された動作を行う(ステップS60)。
具体的には、操作者は表示画面を拡大させたい場合には、図10(A)に示すように、再帰反射フィルム31上を指で移動し、表示パネル上の拡大ボタンがある領域までカーソル9を移動し、選択を行う。そして、拡大ボタン上にカーソル9がある状態で再帰反射フィルム31を介して接触式タッチパネル2に接触して確定すると、画面が拡大される。
最後に、他の表示モードに切り替える場合には、表示パネル上の初期設定画面へと戻る初期画面ボタンをカーソル9で選択し、接触式タッチパネルに接触して確定する(ステップS70)。その後、処理はステップS10へ戻るため、操作者は指で形態を作り認識させればよい。
なお、初期設定画面へと戻るボタンで終了の指示を行う代わりに、ステップS60の後に一定時間何も操作がされない場合には直接ステップS10へ戻るようにしたり、操作者が指で形態を作って一定時間その形態をマイコン制御部に認識させることでステップS10が行われるようにしても良い。
(2本指を立てた場合)
なお、各処理は上述の1本指を立てた場合と同様であるので、具体的な処理の流れを以下に説明する。
ステップS20の本数認識手段により2本と認識され(ステップS31)、表示パネル5には空調設定画面が表示される(ステップS41)。
操作者は、空調の温度を23度から25度に上げたい場合には、図10(B)に示すように、再帰反射フィルム31上を指で移動させて温度上昇ボタンの領域にカーソル9を移動して選択を行い(ステップS50)、カーソル9が温度上昇ボタン上にある状態で再帰反射フィルム31を介して接触タッチパネル2に接触して確定する(ステップS60)。この場合には2度上昇させるため、接触式タッチパネル2に2回タッチすればよい。
その後、初期設定画面へと戻る初期画面ボタンにタッチして、ステップS10へと戻る(ステップS70)。
(3本指を立てた場合)
なお、2本指の場合と同様に、具体的な処理の流れを以下に説明する。
ステップS20の本数認識手段により3本と認識され(ステップS32)、表示パネル5にはオーディオ画面が表示される(ステップS42)。
操作者は、1曲スキップさせたい場合には、図10(C)に示すように、再帰反射フィルム31上を指で移動させてスキップボタンの領域にカーソル9を移動して選択を行い(ステップS50)、カーソル9がスキップボタン上にある状態で再帰反射フィルム31を介して接触タッチパネル2に1回接触して確定する(ステップS60)。
その後、初期設定画面へと戻る初期画面ボタンにタッチして、ステップS10へと戻る(ステップS70)。
(4本指を立てた場合)
なお、2本指の場合と同様に、具体的な処理の流れを以下に説明する。
ステップS20の本数認識手段により4本と認識され(ステップS33)、表示パネル5には車外カメラ画面が表示される(ステップS43)。
操作者は、リアカメラに切り替えたい場合には、再帰反射フィルム31上を指で移動させてリアカメラ切替ボタンの領域にカーソル9を移動して選択を行い(ステップS50)、カーソル9がリアカメラ切替ボタン上にある状態で再帰反射フィルム31を介して接触タッチパネル2に1回接触して確定する(ステップS60)。
その後、初期設定画面へと戻る初期画面ボタンにタッチして、ステップS10へと戻る(ステップS70)。
(5本指を立てた場合)
なお、2本指の場合と同様に、具体的な処理の流れを以下に説明する。
ステップS20の本数認識手段により5本と認識され(ステップS34)、表示パネル5にはテレビ画面が表示される(ステップS44)。
操作者は、選局を変更したい場合には、再帰反射フィルム31上を指で移動させて選局ボタンの領域にカーソル9を移動して選択を行い(ステップS50)、カーソル9が所望の選局ボタン上にある状態で再帰反射フィルム31を介して接触タッチパネル2に1回接触して確定する(ステップS60)。
その後、初期設定画面へと戻る初期画面終了ボタンにタッチして、ステップS10へと戻る(ステップS70)。
なお、入力装置1のタッチパネルのインチサイズと表示パネル5のパネルサイズが異なる場合には、ステップS50において求めたタッチパネル上の座標値を表示パネルのパネルサイズの座標値に変換し、座標信号を生成して表示パネルに伝える。これにより、入力装置1のタッチパネルのインチサイズと表示パネルのパネルサイズを自由に設計変更することができる。
また、上述した実施例では、タッチパネルを用いた入力装置1をカーナビに用いた場合を説明したが、家電製品の入力装置や、ゲーム機の入力装置としても用いてもよい。
図1に示すように、本発明のタッチパネルを用いた入力装置1は、接触式タッチパネル2と、光学式タッチパネル3と、マイコン制御部4とで構成される。
接触式タッチパネル2は、上基板21(図3参照)と下基板22(図3参照)の間に透明導電膜23(図3参照)を形成したタッチパネルであり、操作者が上基板21に接触して入力を行うものである。上基板あるいは下基板にはガラス板やフィルムなどを用い、透明導電膜にはITO膜などを用いる。
具体的には、接触式タッチパネル2として、抵抗膜式タッチパネルまたは静電容量式タッチパネルが用いられる。
抵抗膜式タッチパネルは、ガラス−ガラス構造あるいはフィルム−ガラス構造のタッチパネルがあり、ガラス板あるいはフィルムからなる上基板21と下基板22の片面に透明導電膜23を形成し、かかる透明導電膜23を対向させ、その間にドットスペーサを配置した構造である。操作者が上基板を押下すると、上基板の透明導電膜はドットスペーサのない個所で下基板の透明導電膜と導通する。押下された位置のX軸とY軸の電圧を計測することで座標位置が決定される。
静電容量式タッチパネルは、ガラスやプラスチックなどの下基板22上に透明導電膜23を形成し、その表面をフィルムやプラスチックなどの上基板21でオーバーコートを施した構造である。操作者がタッチをすると、指先と透明導電膜との間で静電容量が変化するので、その変化を利用して座標位置の検出を行う。
光学式タッチパネル3は、再帰反射フィルム31(図3参照)と、再帰反射フィルムに光を照射する発光部32とその反射光を受光する受光部33とからなる一対の検出部34(図3参照)で形成されるタッチパネルであり、再帰反射フィルム上に置かれた操作者の手などの操作物の形態の認識や、操作者の指などの操作物の座標位置の検出を行うものである。なお、詳しくは図3で詳細に説明する。
マイコン制御部4は、接触式タッチパネル2と光学式タッチパネル3で生成された信号を受信したり、光学式タッチパネルで検出した入射角と三角測量の原理により座標信号を生成したり、座標信号に対応するカーソルを表示パネル5上で移動させるといった演算機能やデータ処理機能を有する制御部である。
表示パネル5とは、複数の表示モードとそれを制御するカーソルを表示する液晶や有機ELなどのディスプレイであり、タッチパネルを用いた入力装置1とは離れた位置に設置される。
次に、図2に本発明のタッチパネルを用いた入力装置を覆う遮光性カバーの一例を示す。
遮光性カバー6は、接触式タッチパネル2と光学式タッチパネル3を覆い、その一辺に開口部を設けて形成され、太陽光などの外部光の入射による誤動作を防ぐものである。
図に示すように、支持台にタッチパネル式の入力装置1を配置し、接触式タッチパネルと光学式タッチパネルが位置する個所をドーム状に囲う。開口部は、操作者の手や指などの操作物を入れて操作を行う部分であり、操作性を確保するために一定の高さを要する。
更に、図3を用いて本発明のタッチパネルを用いた入力装置1の具体的な構造について説明する。図3(A)は本発明の入力装置1の上面図であり、図3(B)はその断面図であり、図3(C)は検出部の光の照射範囲を表した図である。なお、ここでは接触式タッチパネルとして抵抗膜式タッチパネルを用いる場合を例に説明する。
図3(A)に示すように、接触式タッチパネル2は、上面を開口した枠状の筐体7の中に設けられる。筐体7は、接触式タッチパネル2を支持し、タッチパネルを外力より保護し、光学式タッチパネル3の検出部34を設置する支持台としての役割がある。
次に、本願の特徴である光学式タッチパネル3は、再帰反射フィルム31と、再帰反射フィルムに光を照射する発光部32(図示せず)とその反射光を受光する受光部33(図示せず)とからなる一対の検出部34で形成される。
再帰反射フィルム31は、接触式タッチパネル2のタッチされる動作選択領域の全面が覆われるように設けられる。
検出部34は、接触式タッチパネル2の一辺の両端で、接触式タッチパネル2の表面より上方に位置して一対設けられる。検出部の設置には強度が必要となるため、筐体7側に設けると良い。検出部34は、図示しない発光部31と受光部32とからなる。従って、発光部31からの赤外線光は再帰反射フィルム31に斜め上方から照射され、再帰反射フィルム31で反射されて受光部32に戻る。
図3(B)の断面図は、図3(A)のX−X線で示す部分に対応している。図に示すように、接触式タッチパネル2として、ガラス−ガラス構造あるいはフィルム−ガラス構造の抵抗膜式タッチパネルを用いる。
接触式タッチパネル2には、上基板21と下基板22の片面にITO膜23が形成され、フォトエッチングによりパターンニングした透明電極や引き出し電極、外部取り出し電極(図示せず)が形成される。そして、上基板21と下基板22の透明電極を対向するように重ね合わせ、基板の周端部に設けた接着層24で上下基板を貼着する。なお、上下基板の間隔を保持するために、一方のガラス基板に図示しないドットスペーサが多数配設されている。
接触式タッチパネル2のタッチされる動作選択領域の任意の点を指またはペン等で押圧操作すると、その点において上基板の透明電極と下基板の透明電極とが接触してオン状態となる。このオン信号が各引き出し電極、外部取り出し電極を介してマイコン制御部4へと送られ、オン信号に対応する処理が行われる。
なお、押圧操作を止めると上基板の透明電極と下基板の透明電極とが離れてオフ状態となり、かかるオン信号に対応する処理は終了する。
光学式タッチパネル3は、接触式タッチパネル2の表面で、タッチされる動作選択領域とほぼ同じ大きさに再帰反射フィルム31が接着剤により貼着されている。また、再帰反射フィルム31は接触式タッチパネル2を押圧するときに同時に押圧されるため、その表面上には汚れや傷から守るための保護シート(図示せず)が貼着されている。そして、一対の検出部34は、接触式タッチパネルの一辺の両端の上方に位置するように、強度のある筐体7側に接着剤で固定される。発光部32には発光ダイオードを用い、受光部33にはCMOSセンサーを用いる。
光学式タッチパネル3は、発光部32からの照射光が再帰反射フィルム31に当たると再帰反射し、照射光と同じ入射角度でまっすぐに戻る性質を利用している。再帰反射フィルム31上に、手、指またはペン等の操作物を置いたとき、その部分の照射光は遮られるために、受光部33では影として検出される。一対の検出部34でこの影を検出し、操作物の形態や座標位置を検出する。
具体的には、2つの入射角度と三角測量の原理により操作物のある座標位置を検出する。この座標信号をマイコン制御部4へと送り、表示パネル5にカーソルを表示できる。
また、複数本の指を広げたり、くっつけたりした形状で再帰反射フィルム31上に置いた場合には、斜め上方からの照射光が発光部から照射されるので、受光部で影の本数を検出し、マイコン制御部4でその操作物の形態を区別する。マイコン制御部4で形態認識信号を生成して、複数の表示モードの中から1つを選択して表示パネルに表示させることができる。
本発明では上述した2種類の検出を1つの光学式タッチパネル3に持たせることが特徴である。
図3(C)は、検出部34の発光部32から赤外線光が照射できる範囲を示している。図に示すように、再帰反射フィルム31より上方にある発光部32から照射するので、接触式タッチパネル2のタッチされる動作選択領域には赤外線光が照射されることがわかる。
これにより、操作物の影になる部分をなくすことができ、より正確な形態の認識ができる。
次に、図4〜図6を用いて、光学式タッチパネルの検出方法を説明する。図4は、三角測量の原理により座標位置を検出する方法を説明する図である。図5(A)〜図5(B)は、光学式タッチパネルによる指などの操作物の座標位置を検出する方法を説明する図である。図6(A)〜図6(D)は、光学式タッチパネルによる手などの操作物の形態を認識する方法を説明する図である。
図4に示すように、再帰反射フィルム31上の操作物をAとし、そのX座標とY座標を求める。
左側の検出部の位置を原点、操作物の座標を(X,Y)とすると、右側の検出部方向がX軸となり、それに垂直の方向がY軸となる。
そして、接触式タッチパネルの1辺と2箇所に配置した検出部34で検出した影との入射角度をそれぞれα、βとし、左右の検出部34間の距離をLとすると、以下の関係式
tan α=Y/X …(1)
tan β=Y/(L−X) …(2)
が成立する。
式(1)、式(2)よりXを求めると、
式(1)より Y=X tan α
式(2)より Y=(L−X) tan β
∴ X=(L tan β)/(tan α + tan β) …(3)
となる。
従って、検出された角度α、βと、式(1)、式(3)により、操作物Aの座標(X,Y)を算出できる。
また、図5(A)は光学式タッチパネルによる形態を認識する方法を説明する図であり、図5(B)はその信号強度を説明する図である。
図5(A)に示すように、再帰反射フィルム31上に、操作者の指1本を置いた場合には、2つの検出部から光が照射され、指がある部分は影として受光部に検出される。受光部では、図5(B)に示すような検出が行われる。
図中、(1)の両矢印間は、再帰反射フィルム上になにも操作物がない状態を表した信号強度である。操作物がないため、照射光は全て反射されるので、水平画素位置に対して水平な線となる。
なお、信号強度は初期値に対して補正して図示している。
一方、図中(2)の両矢印間は、再帰反射フィルム上に操作物がある状態を表した信号強度である。操作物により影が検出されるため、影を検出している間は信号強度が弱くなる。
これを利用して、操作物の形態を区別することができる。
ここで、水平画素位置とは、検出部に対して水平に位置する辺に現れる影の位置を示すものである。
図6(A)に示すように、検出部34を再帰反射フィルム31面より上方に配置し、再帰反射フィルム31上に操作物8を置くことで、斜め上方より操作物全体に赤外線光を照射できるので、操作物に影ができにくい。
しかし、隣り合う操作物が接近する場合には、照射方向により重なり、1本の操作物と認識されることは避けられない。これを解消するために、一対の検出部34を接触式タッチパネル2の一辺の両端の上方に設け、各検出部から検出した信号強度のグラフを合成して検出結果の正確性を高めている。
これにより、手などの操作物を配置した場合でも、その本数を検出することができる。
図6(B)には、図6(A)の左側の受光部で検出した信号強度を示す。手などの操作物に対し、小指側から照射されるので、小指、薬指、中指、人差し指の4本の影が現れる。この際、親指は人差し指の影となり、発光部からも遠くに位置するために、人差し指の影は水平画素位置に対して幅が広く、そして信号強度は弱く現れる。
一方、図6(C)には、図6(A)の右側の受光部で検出した信号強度を示す。この場合は、親指側から照射されるので、親指、人差し指、中指、薬指の4本の影が現れる。上述同様に、小指は薬指の影となり、発光部からも遠くに位置するために、薬指の影は水平画素位置に対して幅が広く、そして信号強度は弱く現れる。
そして、図6(D)に示すように、マイコン制御部4でこれらの検出結果が合成される。図に示すように、再帰反射フィルム31上に5本指を広げた場合には5本指の数だけ影があることがわかる。これを2箇所の検出部34で行い、それらの結果を合成させることで、正確に識別できる。その結果、指の本数を区別できる。
従って、検出部34は再帰反射フィルム31の表面より30mm〜100mm程度上方に位置させれば、操作物全体に赤外線光を照射できる。検出部34の上方への高さは操作物全体を照射できる範囲に選択されると良い。
上述のように指の本数はマイコン制御部4で識別され、形態認識信号が生成される。
形態認識信号とは、指の本数ごとに各表示モードが対応し、識別された本数の表示モードを選択して表示パネルの表示を制御する信号である。
次に、図7を用いて本発明のタッチパネルを用いた入力装置の入力方法について説明する。
タッチパネルを用いた入力装置1の電源をオンにすると、入力装置と離れた位置に設けた表示パネル5に初期設定画面が表示される(ステップS1)。
そして、光学式タッチパネル3の発光部32からの光が、再帰反射フィルム31上に置かれた手などの操作物に斜め上方から照射され、操作物から露出した再帰反射フィルム31からの反射光を受光部33で検出し、マイコン制御部4で操作物の形態を区別してその形態を認識する(ステップS2)。
なお、この際に、一定間隔で複数回の照射を行い、その全ての反射光の検出値が一致している場合にのみ、操作物の形態を認識する。具体的には、ステップS2の処理を1秒間隔で3回連続して行う。これにより、操作者の意思により画面モードの選択が行われていることを認識でき、誤って手などの操作物や洋服の袖などが光学式タッチパネル上に置かれた場合を区別できる。
そして、マイコン制御部4からの形態認識信号により、表示パネル5に表示される複数の表示モードの中から1つを選択する(ステップS3)。
その後、かかる表示モードに切り替えられて、表示パネル5に表示される(ステップS4)。
そして、表示された表示モードの中で、光学式タッチパネル3の再帰反射フィルム31上を移動させる指などの操作物の位置を検出部によりその入射角を検出してマイコン制御部4に入力し、三角測量の原理で操作物の座標を求める。マイコン制御部4はかかる座標の座標信号を表示パネルに伝えて、カーソルを座標信号に従って表示パネル上の動作選択領域で移動させる(ステップS5)。
そして、選択した動作選択領域のカーソルがある位置で再帰反射フィルム31を介して接触式タッチパネル2に接触する。これによりマイコン制御部4から確定信号を出力し、選択された表示モードの操作を行う(ステップS6)。
そして、他の表示モードへ切り替える場合には、現在の表示モードを終了してステップS1の初期設定画面を表示させる初期設定画面ボタンを選択する(ステップS7)。その後、マイコン制御部4によりステップS1の処理へと戻り、操作者は手などの操作物を認識させる。
なお、ステップS7の代わりに、ステップS6の後に一定時間何も操作がされない場合には直接ステップS1へと戻るようにしても良い。
ここで、本発明のタッチパネルを用いた入力装置をカーナビに利用する場合の実施例を説明する。
図8は、カーナビとして車両に設置した一例を示した図である。図9は、カーナビに用いた場合の入力方法を説明するフロー図である。図10は、カーナビの各表示モードの画像の一例である。ここでは、操作物の認識本数が1本の場合にはナビモード、2本の場合には空調設定モード、3本の場合にはオーディオモード、4本の場合には車外カメラモード、5本の場合にはテレビモードがそれぞれ選択されるものとする。
図8に示すように、カーナビとして用いた場合は、操作者の手元付近にタッチパネルを用いた入力装置1が設置され、太陽光などの外部光の入射を防ぐために、遮光性のカバー6で覆われている。具体的には、センターコンソールに配置すると、操作者は操作の前に配置個所を確認する作業を省略でき、また、手の移動も少ない分、操作性も向上する。
表示パネル5は、操作者が視線を大きく移動することなく確認できる位置であればよく、具体的にはインストルメント・パネルに配置する。
図9に示すように、操作者は車を起動させると入力装置1の電源はオンとなり、表示パネル5に初期設定画面が表示される(ステップS10)。
そして、操作者は表示させる表示モードを選択するために、手などの操作物で所望の形態を作り、再帰反射フィルム31上に置いて認識させる。光学式タッチパネル3は再帰反射フィルム31からの反射光を受光部33で検出し、マイコン制御部4で操作物の形態を区別して認識し、その形態認識信号を生成する(ステップS20)。
なお、この際に、ステップS20を1秒間隔で3回連続して行い、全ての検出値が一致していることを確認することで、誤操作との識別を行う。
具体的には、操作者は1本指を立て再帰反射フィルム上に置いた場合には認識本数が1本と認識され、2本指を立てて置いた場合には認識本数が2本、3本指を立てて置いた場合には認識本数が3本と、それぞれ区別されて認識される。ここで、各認識本数における処理を説明する。
(1本指を立てた場合)
ステップS20の本数認識手段により、認識本数が1本と認識される(ステップS30)。
マイコン制御部4からの形態認識信号により複数の画面モードの中から1つが選択され、表示パネル5に表示される(ステップS40)。
ここでは、1本の場合の形態認識信号が生成されるため、ナビモードが選択されて表示される。
その後は、光学式タッチパネル3は、再帰反射フィルム31上を移動させる指などの操作物の位置を検出し、その入射角を検出してマイコン制御部4に入力し、三角測量の原理で操作物の座標を求め、座標信号を生成して表示パネルに伝える。そして、その座標信号に従って表示パネル上をカーソル9が移動し、動作の選択を行う(ステップS50)。
具体的には、図10(A)に示すように、操作者が再帰反射フィルム上で指示する座標位置を検出し、その座標信号に従って表示パネルのナビ画面上にカーソル9を表示させる。これにより、操作者は、地図上でカーソル9を移動させて画面を上下左右に移動させることや、表示画面の拡大あるいは縮小や目的地の検索などの各選択メニューから動作させたい選択領域にカーソル9を移動させて、その選択を行うことができる。なお、ここでは表示画面の拡大を行うものとする。
そして、操作者は選択した動作選択領域にカーソル9がある状態で再帰反射フィルム31を介して接触式タッチパネル2に接触し、マイコン制御部4から確定信号を出力して、選択された動作を行う(ステップS60)。
具体的には、操作者は表示画面を拡大させたい場合には、図10(A)に示すように、再帰反射フィルム31上を指で移動し、表示パネル上の拡大ボタンがある領域までカーソル9を移動し、選択を行う。そして、拡大ボタン上にカーソル9がある状態で再帰反射フィルム31を介して接触式タッチパネル2に接触して確定すると、画面が拡大される。
最後に、他の表示モードに切り替える場合には、表示パネル上の初期設定画面へと戻る初期画面ボタンをカーソル9で選択し、接触式タッチパネルに接触して確定する(ステップS70)。その後、処理はステップS10へ戻るため、操作者は指で形態を作り認識させればよい。
なお、初期設定画面へと戻るボタンで終了の指示を行う代わりに、ステップS60の後に一定時間何も操作がされない場合には直接ステップS10へ戻るようにしたり、操作者が指で形態を作って一定時間その形態をマイコン制御部に認識させることでステップS10が行われるようにしても良い。
(2本指を立てた場合)
なお、各処理は上述の1本指を立てた場合と同様であるので、具体的な処理の流れを以下に説明する。
ステップS20の本数認識手段により2本と認識され(ステップS31)、表示パネル5には空調設定画面が表示される(ステップS41)。
操作者は、空調の温度を23度から25度に上げたい場合には、図10(B)に示すように、再帰反射フィルム31上を指で移動させて温度上昇ボタンの領域にカーソル9を移動して選択を行い(ステップS50)、カーソル9が温度上昇ボタン上にある状態で再帰反射フィルム31を介して接触タッチパネル2に接触して確定する(ステップS60)。この場合には2度上昇させるため、接触式タッチパネル2に2回タッチすればよい。
その後、初期設定画面へと戻る初期画面ボタンにタッチして、ステップS10へと戻る(ステップS70)。
(3本指を立てた場合)
なお、2本指の場合と同様に、具体的な処理の流れを以下に説明する。
ステップS20の本数認識手段により3本と認識され(ステップS32)、表示パネル5にはオーディオ画面が表示される(ステップS42)。
操作者は、1曲スキップさせたい場合には、図10(C)に示すように、再帰反射フィルム31上を指で移動させてスキップボタンの領域にカーソル9を移動して選択を行い(ステップS50)、カーソル9がスキップボタン上にある状態で再帰反射フィルム31を介して接触タッチパネル2に1回接触して確定する(ステップS60)。
その後、初期設定画面へと戻る初期画面ボタンにタッチして、ステップS10へと戻る(ステップS70)。
(4本指を立てた場合)
なお、2本指の場合と同様に、具体的な処理の流れを以下に説明する。
ステップS20の本数認識手段により4本と認識され(ステップS33)、表示パネル5には車外カメラ画面が表示される(ステップS43)。
操作者は、リアカメラに切り替えたい場合には、再帰反射フィルム31上を指で移動させてリアカメラ切替ボタンの領域にカーソル9を移動して選択を行い(ステップS50)、カーソル9がリアカメラ切替ボタン上にある状態で再帰反射フィルム31を介して接触タッチパネル2に1回接触して確定する(ステップS60)。
その後、初期設定画面へと戻る初期画面ボタンにタッチして、ステップS10へと戻る(ステップS70)。
(5本指を立てた場合)
なお、2本指の場合と同様に、具体的な処理の流れを以下に説明する。
ステップS20の本数認識手段により5本と認識され(ステップS34)、表示パネル5にはテレビ画面が表示される(ステップS44)。
操作者は、選局を変更したい場合には、再帰反射フィルム31上を指で移動させて選局ボタンの領域にカーソル9を移動して選択を行い(ステップS50)、カーソル9が所望の選局ボタン上にある状態で再帰反射フィルム31を介して接触タッチパネル2に1回接触して確定する(ステップS60)。
その後、初期設定画面へと戻る初期画面終了ボタンにタッチして、ステップS10へと戻る(ステップS70)。
なお、入力装置1のタッチパネルのインチサイズと表示パネル5のパネルサイズが異なる場合には、ステップS50において求めたタッチパネル上の座標値を表示パネルのパネルサイズの座標値に変換し、座標信号を生成して表示パネルに伝える。これにより、入力装置1のタッチパネルのインチサイズと表示パネルのパネルサイズを自由に設計変更することができる。
また、上述した実施例では、タッチパネルを用いた入力装置1をカーナビに用いた場合を説明したが、家電製品の入力装置や、ゲーム機の入力装置としても用いてもよい。
1 入力装置
2 接触式タッチパネル
3 光学式タッチパネル
4 マイコン制御部
5 表示パネル
6 遮光性カバー
7 筐体
8 操作物
9 カーソル
21 上基板
22 下基板
23 透明導電膜
24 接着剤
31 再帰反射フィルム
32 発光部
33 受光部
34 検出部
2 接触式タッチパネル
3 光学式タッチパネル
4 マイコン制御部
5 表示パネル
6 遮光性カバー
7 筐体
8 操作物
9 カーソル
21 上基板
22 下基板
23 透明導電膜
24 接着剤
31 再帰反射フィルム
32 発光部
33 受光部
34 検出部
Claims (6)
- 接触式タッチパネルと、
前記接触式タッチパネルの表面を覆うように設けた再帰反射フィルムと、前記接触式タッチパネルの一辺の両端の上方に位置した発光部と受光部とからなる一対の検出部とを備えた光学式タッチパネルとで構成され、
前記発光部からの光が前記再帰反射フィルム上に置かれる手などの操作物に斜め上方から照射され、前記操作物から露出した前記再帰反射フィルムからの反射光を前記受光部で検出して前記操作物の形態を区別して認識し、
前記再帰反射フィルム上を移動させる指などの操作物の位置を前記検出部によりその入射角を検出し、三角測量の原理で前記操作物の座標を求め、
前記接触式タッチパネルに接触することで入力情報の確定させることを特徴とするタッチパネルを用いた入力装置。 - 前記接触式タッチパネルと前記光学式タッチパネルは遮光性のカバーで覆われ、1辺に設けた開口部より前記操作物を入れることを特徴とする請求項1に記載のタッチパネルを用いた入力装置。
- 前記接触式タッチパネルとしては抵抗膜式タッチパネルまたは静電容量式タッチパネルを用いることを特徴とする請求項1に記載のタッチパネルを用いた入力装置。
- 前記光学式タッチパネルの前記検出部の前記発光部には発光ダイオードを用い、前記受光部にはCMOSセンサーを用いることを特徴とする請求項1に記載のタッチパネルを用いた入力装置。
- 接触式タッチパネルと、前記接触式タッチパネルの表面を覆うように設けた再帰反射フィルムと、前記接触式タッチパネルの一辺の両端の上方に位置した発光部と受光部とからなる一対の検出部とを備えた光学式タッチパネルとで構成されるタッチパネルを用いた入力装置を用い、該入力装置と離れた位置に設けた表示パネルに表示されるカーソルを前記入力装置から操作して入力する入力方法であって、
前記光学式タッチパネルの前記発光部からの光が前記再帰反射フィルム上に置かれる手などの操作物に斜め上方から照射され、前記操作物から露出した前記再帰反射フィルムからの反射光を前記受光部で検出してマイコン制御部で前記操作物の形態を区別して、前記マイコン制御部からの形態認識信号で前記表示パネルに表示される複数の表示モードの中から1つを選択し、
次に、選択された前記表示モードの中で、前記光学式タッチパネルの前記再帰反射フィルム上を移動させる指などの操作物の位置を前記検出部によりその入射角を検出して前記マイコン制御部に入力し、三角測量の原理で前記操作物の座標を求めて座標信号を前記表示パネルに伝えて前記カーソルを前記座標信号に従って前記表示パネル上の動作選択領域に移動させ、
選択した前記動作選択領域の前記カーソルがある位置で前記接触式タッチパネルに接触して前記マイコン制御部から確定信号を出力して、選択された前記表示モードの操作を行うことを特徴とするタッチパネルを用いた入力装置の入力方法。 - 前記操作物の形態は指の本数で区別して、前記マイコン制御部からの形態認識信号で前記表示パネルに表示される複数の表示モードの中から1つを選択することを特徴とする請求項5に記載のタッチパネルを用いた入力装置の入力方法。
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