JP6229581B2

JP6229581B2 - 入力装置

Info

Publication number: JP6229581B2
Application number: JP2014086349A
Authority: JP
Inventors: 島内　岳明; 岳明島内
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2014-04-18
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2017-11-15
Anticipated expiration: 2034-04-18
Also published as: JP2015207092A

Description

本願は、入力装置に関する。

近年、各種の入力装置が開発されている。例えば、スマートフォンやタブレット端末には、操作入力と画面出力とを兼ね備えるタッチパネルを用いた入出力装置が備わっている。タッチパネルを用いた入出力装置には、タッチ操作の際の押圧力を検出する各種センサ類が用いられている（例えば、特許文献１−４を参照）。

特公平６−５４４６２号公報特開２０１３−１５６６７７号公報特開２０１０−１０８６４７号公報特開２０１０−２４４５１４号公報

入出力装置に用いられるタッチパネルのタッチ位置は、例えば、パネルが押圧される際のパネルの撓みやパネル裏面に伝わる押圧力に基づいて特定することができる。しかし、入出力装置に用いられるタッチパネルは、パネルの内側に水分等の異物が混入するのを阻止するため、パネルの縁が全周に渡って両面テープ等を介して筐体に固定されている。そして、パネルが押圧される際のパネルの撓みやパネル裏面に伝わる押圧力は、押圧される位置とパネルを固定する部材との位置関係に応じて異なる。例えば、筐体に固定されるパネルの縁の部分は、縁から離れた部分に比べて撓みにくく、パネル裏面に押圧力も伝わりにくい。よって、パネルの撓みやパネル裏面に伝わる押圧力に基づいてタッチ操作を検出しようとする場合、押圧される位置に関わらず適正にタッチ位置を検出することが難しい。

そこで、本願は、パネルの縁が全周に渡って筐体に固定されていても適正にタッチ位置を検出できる入力装置を提供することを課題とする。

本願は、次のような入力装置を開示する。
タッチ操作が行われるパネルと、
前記パネルの縁に沿って前記パネルを支持する弾性体と、
前記パネルがタッチされた際の前記パネルの各部の変位量を検出するセンサと、を備え、
前記弾性体は、前記パネルのコーナーに対応する部位の剛性が、前記パネルの縁を形成する辺の中央に対応する部位の剛性よりも低く形成されている、
入力装置。

上記入力装置であれば、パネルの縁が全周に渡って筐体に固定されていても適正にタッチ位置を検出できる。

図１は、実施形態に係る入力装置の構成図の一例である。図２は、弾性体の各部の剛性率をイメージした図の一例である。図３Ａは、弾性体の上面がパネルに当接し、弾性体の下面が筐体に当接する状態でパネルを支持する弾性体の各部の断面構造のバリエーションを例示した図である。図３Ｂは、弾性体の内周面がパネルに当接し、弾性体の外周面が筐体に当接する状態でパネルを支持する弾性体の各部の断面構造のバリエーションを例示した図である。図３Ｃは、弾性体の外周側がパネルに当接し、弾性体の内周側が筐体に当接する状態でパネルを支持する弾性体の各部の断面構造のバリエーションを例示した図である。図４Ａは、実施例のパネルの各部を押圧した際のパネルの撓みのシミュレーション結果を示している。図４Ｂは、比較例のガラスパネルの各部を押圧した際のパネルの撓みを示している。図５は、パネルの変位量を測定する変位測定点の一例を示している。図６Ａは、上記実施例のパネルの変位量を示したグラフである。図６Ｂは、上記比較例のパネルの変位量を示したグラフである。図７Ａは、弾性体の上面がパネルに当接し、弾性体の下面が筐体に当接する状態でパネルを支持する弾性体の各部の変形を検出するセンサの取付位置のバリエーションを例示した図である。図７Ｂは、弾性体の内周面がパネルに当接し、弾性体の外周面が筐体に当接する状態でパネルを支持する弾性体の各部の変形を検出するセンサの取付位置のバリエーションを例示した図である。図７Ｃは、弾性体の外周側がパネルに当接し、弾性体の内周側が筐体に当接する状態でパネルを支持する弾性体の各部の変形を検出するセンサの取付位置のバリエーションを例示した図である。図８は、弾性体に埋め込まれたセンサから信号を取り出す信号線のバリエーションを例示した図である。図９は、センサの位置のバリエーションを例示した図である。

以下、実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、単なる例示であり、本開示の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。

図１は、実施形態に係る入力装置の構成図の一例である。入力装置１は、タッチ操作が行われるパネル２と、パネル２を支持する弾性体３と、弾性体３を介してパネル２が固定される筐体４とを備える。なお、図１では、矩形の入力装置１が図示されているが、入力装置１は直角のコーナーを有する矩形のものに限定されるものではない。入力装置１は、例えば、コーナーが丸みを帯びた矩形、菱形や平行四辺形、三角形や五角以上の多角形であってもよい。

パネル２は、タッチ操作が行われる板状の部材である。パネル２は、内側に配置される液晶パネル等の表示装置類に表示される映像を透過可能なガラスパネル等の透明な部材であってもよいし、非透明な部材であってもよい。パネル２を透明な部材とし、パネル２の内側に表示装置類を設ける場合、本実施形態に係る入力装置１は、入出力装置として捉えることができる。

弾性体３は、パネル２を支持する部材であり、剛性がパネル２よりも低い部材で形成されている。弾性体３の剛性がパネル２より低いと、パネル２が押圧された際、弾性体３の
各部が変形しやすい。また、弾性体３は、弾性力を有しているため、パネル２の押圧力が無くなれば元の形に復元する。弾性体３は、パネル２の縁を全周に渡って周回しており、パネル２の縁に沿ってパネル２を支持する。よって、パネル２の内側と外側は弾性体３によって遮断されており、パネル２の内側への水分等の異物の混入は弾性体３によって阻止される。弾性体３は、パネル２のコーナーに対応する部位の剛性が、パネル２の縁を形成する辺の中央に対応する部位の剛性よりも低く形成されている。

図２は、弾性体３の各部の剛性率をイメージした図の一例である。図２においてハッチングが太く示されている部分は剛性率が高く、ハッチングが細く示されている部分は剛性率が低いものとする。弾性体３は、図２に示されるように、パネル２のコーナーに対応する部位の剛性が、パネル２の縁を形成する辺の中央に対応する部位の剛性よりも低く形成されている。

図３Ａは、弾性体３の上面がパネル２に当接し、弾性体３の下面が筐体４に当接する状態でパネル２を支持する弾性体３の各部の断面構造のバリエーションを例示した図である。図３Ａにおいて、符号Ａ−Ａで示す線は、パネル２の縁を形成する辺の中央に対応する部位の弾性体３の断面を示す。また、図３Ａにおいて符号Ｂ−Ｂで示す線は、パネル２のコーナーに対応する部位の弾性体３の断面を示す。図３Ａには（１）から（６）までの６つのバリエーションを例示している。弾性体３の上面がパネル２に当接し、弾性体３の下面が筐体４に当接する状態でパネル２を支持する弾性体３の場合、パネル２のコーナーに対応する部位の断面構造のバリエーションとしては、図３Ａの「符号Ｂ−Ｂ」の欄に示されるように、６つのバリエーションを例示できる。一方、パネル２の縁を形成する辺の中央に対応する部位の弾性体３の断面構造のバリエーションとしては、図３Ａの「符号Ａ−Ａ」の欄に示されるように、（１）から（６）まで共通の１つのバリエーションが例示されている。

すなわち、弾性体３の上面がパネル２に当接し、弾性体３の下面が筐体４に当接する状態でパネル２を支持する弾性体３の場合、パネル２のコーナーに対応する部位を、パネル２の縁を形成する辺の中央に対応する部位よりも減肉する。減肉のバリエーションとしては、例えば、弾性体３の上面側を減肉して断面視台形状にしたもの（図３Ａの（１）に相当）、弾性体３の下面側を減肉して断面視逆台形状にしたもの（図３Ａの（２）に相当）、弾性体３の中心部付近を断面視くの字状に減肉したもの（図３Ａの（３）に相当）、弾性体３の中心部付近を断面視半円状に減肉したもの（図３Ａの（４）に相当）、弾性体３の中心部付近を空洞にして減肉したもの（図３Ａの（５）に相当）、弾性体３の中に気泡を含有させて減肉したもの（図３Ａの（６）に相当）を例示できる。

図３Ｂは、弾性体３の内周面がパネル２に当接し、弾性体３の外周面が筐体４に当接する状態でパネル２を支持する弾性体３の各部の断面構造のバリエーションを例示した図である。図３Ｂには（１）から（４）までの４つのバリエーションを例示している。弾性体３の内周面がパネル２に当接し、弾性体３の外周面が筐体４に当接する状態でパネル２を支持する弾性体３の場合、パネル２のコーナーに対応する部位の断面構造のバリエーションとしては、図３Ｂの「符号Ｂ−Ｂ」の欄に示されるように、４つのバリエーションを例示できる。

すなわち、弾性体３の内周面がパネル２に当接し、弾性体３の外周面が筐体４に当接する状態でパネル２を支持する弾性体３の場合、パネル２のコーナーに対応する部位を、パネル２の縁を形成する辺の中央に対応する部位よりも減肉する。減肉のバリエーションとしては、例えば、弾性体３の内周面を減肉して内向きの傾斜面を形成したもの（図３Ｂの（１）に相当）、弾性体３の外周面を減肉して外向きの傾斜面を形成したもの（図３Ｂの（２）に相当）、弾性体３の中心部付近を空洞にして減肉したもの（図３Ｂの（３）に相
当）、弾性体３の中に気泡を含有させて減肉したもの（図３Ｂの（４）に相当）を例示できる。

図３Ｃは、弾性体３の外周側がパネル２に当接し、弾性体３の内周側が筐体４に当接する状態でパネル２を支持する弾性体３の各部の断面構造のバリエーションを例示した図である。図３Ｃには（１）から（４）までの４つのバリエーションを例示している。弾性体３の外周側がパネル２に当接し、弾性体３の内周側が筐体４に当接する状態でパネル２を支持する弾性体３の場合、パネル２のコーナーに対応する部位の断面構造のバリエーションとしては、図３Ｃの「符号Ｂ−Ｂ」の欄に示されるように、４つのバリエーションを例示できる。

すなわち、弾性体３の外周側がパネル２に当接し、弾性体３の内周側が筐体４に当接する状態でパネル２を支持する弾性体３の場合、パネル２のコーナーに対応する部位を、パネル２の縁を形成する辺の中央に対応する部位よりも減肉する。減肉のバリエーションとしては、例えば、弾性体３の内周側を減肉して内向きの傾斜面を形成したもの（図３Ｃの（１）に相当）、弾性体３の外周面側を減肉して外向きの傾斜面を形成したもの（図３Ｃの（２）に相当）、弾性体３の中心部付近を空洞にして減肉したもの（図３Ｃの（３）に相当）、弾性体３の中に気泡を含有させて減肉したもの（図３Ｃの（４）に相当）を例示できる。

なお、弾性体３は、図２に示したように、パネル２の縁を形成する辺の中央に対応する部位からパネル２のコーナーに対応する部位へ向かうにつれて徐々に減肉するように形成されていてもよいが、このような態様に限定されるものではない。弾性体３は、例えば、パネル２の縁を形成する辺の中央に対応する部位のみが減肉されないものであってもよいし、或いは、パネル２のコーナーに対応する部位のみが減肉されるものであってもよい。

パネル２のコーナーに対応する部位の剛性を、パネル２の縁を形成する辺の中央に対応する部位の剛性よりも低くする断面構造のバリエーションの例としては以上の通りであるが、本実施形態に係る入力装置１の弾性体３は、上記何れかのバリエーションに限定されるものではない。本実施形態に係る入力装置１の弾性体３は、パネル２のコーナーに対応する部位の剛性を、パネル２の縁を形成する辺の中央に対応する部位の剛性よりも低くするものであれば、上述の各バリエーション以外の断面構造を有するものであってもよい。

本実施形態に係る入力装置１の効果を検証するシミュレーションを行ったので、その結果を以下に示す。本シミュレーションでは、ガラス板をパネル２とし、シリコーンフレームを弾性体３とした上記実施形態に相当する入力装置１を実施例として用意した。また、タッチ操作が行われるガラスパネルをポリイミドフレームに固定したものを比較例として用意した。比較例のポリイミドフレームはシリコンよりも遥かに高い剛性率を有する素材であり、パネル２のコーナーに対応する部位であるか否かに関わらず一定の剛性を有している。すなわち、比較例のポリイミドフレームは、パネルのコーナーに対応する部位の剛性が、パネルの縁を形成する辺の中央に対応する部位の剛性と同等に形成されている。

図４Ａは、実施例のパネル２の各部を押圧した際のパネル２の撓みのシミュレーション結果を示している。また、図４Ｂは、比較例のガラスパネルの各部を押圧した際のパネルの撓みを示している。図４Ａと図４Ｂとを比較すると明らかなように、実施例のパネル２を押圧した場合、押圧された部位のみならず、パネル２の撓みがパネル２の縁へ及ぶことが判る。一方、比較例のガラスパネルを押圧した場合、押圧された部位は撓むものの、ガラスパネルの撓みがガラスパネルの縁へ及びにくいことが判る。撓みの相違は、パネルの縁の付近において特に顕著であり、ポリイミドフレームに固定された比較例のガラスパネルのコーナー付近（例えば、図４Ｂの符号ＸＹ３で示される部位）を押圧した場合、シリ
コーンフレームに固定された実施例のパネルのコーナー付近（例えば、図４Ａの符号ＸＹ３で示される部位）を押圧した場合に比べて、撓みがほとんど生じないことが判る。

パネルを押圧した際のパネルの変位量について検証したので、その結果を以下に示す。図５は、パネルの変位量を測定する変位測定点の一例を示している。本検証においては、上記実施例および比較例のそれぞれについて、パネルの４辺の各々の中心部（LEFT, RIGHT, HIGH, LOW）のパネルの変位量を検証している。

図６Ａは、上記実施例のパネルの変位量を示したグラフである。また、図６Ｂは、上記比較例のパネルの変位量を示したグラフである。図６Ａおよび図６Ｂにおいて「CENTER→X3」として示すグラフは、パネルをタッチしている指を、図４Ａや図４Ｂにおいて「CENTER」と示す部位から「X3」と示す部位へ向けてスライドさせた場合の各部のパネルの変位量を示している。図６Ａおよび図６Ｂにおいて「CENTER→Y3」として示すグラフも同様である。また、図６Ａおよび図６Ｂにおいて「CENTER→XY3(X-AXIS)」として示すグラフは
、パネルをタッチしている指を、図４Ａや図４Ｂにおいて「CENTER」と示す部位から「XY3」と示す部位へ向けてスライドさせた場合の各部のパネルの変位量のうち、特にＸ軸方
向の指の動きに対する影響が顕著な「LEFT」と「RIGHT」の変位量について、指のＸ軸上
の位置と変位量との関係を示している。図６Ａおよび図６Ｂにおいて「CENTER→XY3(Y-AXIS)」として示すグラフも同様である。

図６Ａと図６Ｂとを比較すると明らかなように、実施例のパネル２を押圧した場合、パネルの４辺の各々の中心部（LEFT, RIGHT, HIGH, LOW）のパネルの変位量は、線形に近い単純な形の波形として観測される。一方、比較例のガラスパネルを押圧した場合、ガラスパネルの４辺の各々の中心部（LEFT, RIGHT, HIGH, LOW）のガラスパネルの変位量は、非線形で複雑な形の波形として観測される。よって、パネルの各部の変位量に基づいてパネルの押圧位置を特定しようとする場合、比較例よりも実施例の方が押圧位置の特定が容易であることが判る。

なお、上記実施形態の入力装置１においては、例えば、パネル２がタッチされた際の弾性体３の各部の変形を検出するセンサを用いると、パネル２の各部の変位量に基づくパネル２の押圧位置の特定を行うことができる。弾性体３の各部の変形は、例えば、歪検知素子や感圧素子で計測することができる。

図７Ａは、弾性体３の上面がパネル２に当接し、弾性体３の下面が筐体４に当接する状態でパネル２を支持する弾性体３の各部の変形を検出するセンサの取付位置のバリエーションを例示した図である。図７Ａには（Ａ）から（Ｃ）まで３つのバリエーションを例示している。弾性体３の上面がパネル２に当接し、弾性体３の下面が筐体４に当接する状態でパネル２を支持する弾性体３の場合、弾性体３の各部の変形を検出するセンサ５の取付位置のバリエーションとしては、図７Ａに示されるように、３つのバリエーションを例示できる。すなわち、例えば、センサ５を弾性体３で挟む態様（図７Ａの（Ａ）に相当）や、センサ５を弾性体３に埋め込む態様（図７Ａの（Ｂ）に相当）、弾性体３の内周側面にセンサ５を取り付ける態様（図７Ａの（Ｃ）に相当）を例示できる。

図７Ｂは、弾性体３の内周面がパネル２に当接し、弾性体３の外周面が筐体４に当接する状態でパネル２を支持する弾性体３の各部の変形を検出するセンサの取付位置のバリエーションを例示した図である。弾性体３の外周面が筐体４に当接する状態でパネル２を支持する弾性体３の場合、弾性体３の各部の変形を検出するセンサ５の取付位置のバリエーションとしては、図７Ｂに示されるように、弾性体３の下面にセンサ５を取り付ける態様を例示できる。

図７Ｃは、弾性体３の外周側がパネル２に当接し、弾性体３の内周側が筐体４に当接する状態でパネル２を支持する弾性体３の各部の変形を検出するセンサの取付位置のバリエーションを例示した図である。図７Ｃには（Ａ）と（Ｂ）の２つのバリエーションを例示している。弾性体３の外周側がパネル２に当接し、弾性体３の内周側が筐体４に当接する状態でパネル２を支持する弾性体３の場合、弾性体３の各部の変形を検出するセンサ５の取付位置のバリエーションとしては、図７Ｃに示されるように、２つのバリエーションを例示できる。すなわち、例えば、センサ５を弾性体３に埋め込む態様（図７Ｃの（Ａ）に相当）や、弾性体３の上面にセンサ５を取り付ける態様（図７Ｃの（Ｂ）に相当）を例示できる。

図８は、弾性体３に埋め込まれたセンサ５から信号を取り出す信号線のバリエーションを例示した図である。センサ５から信号を取り出す信号線６は、例えば、センサ５に繋がるリード線をセンサ５から直接引き出す態様（図８の（Ａ）に相当）や、導電性樹脂やスプリングといった中継部品７を介してセンサ５と繋がる信号線６で信号を引き出す態様（図８の（Ｂ）に相当）を例示できる。

図９は、センサ５の位置のバリエーションを例示した図である。入力装置１は、図５に示すように、パネル２の縁を形成する辺の中央に対応する部位にセンサ５を配置した場合、「LEFT」および「RIGHT」の位置にある各々のセンサ５の出力から押圧位置のＸ座標を
特定し、「HIGH」および「LOW」の位置にある各々のセンサ５の出力から押圧位置のＹ座
標を特定することができる。しかし、入力装置１は、パネル２の縁を形成する辺の中央に対応する部位にセンサ５を配置したものに限定されるものではない。入力装置１は、パネル２がタッチされた際のパネル２の各部の変位量を検出可能な位置にセンサ５が配置されていればよく、例えば、図９に示すように、パネル２の各コーナー付近のパネルの変位量を検出する位置にセンサ５を配置してもよい。また、少なくともパネル２の変位量を３ヵ所で検出できればパネル２の姿勢を特定できるため、入力装置１は、センサ５を４カ所設けたものに限定されるものでなく、少なくとも３ヵ所以上設けたものであればよい。

１・・入力装置：２・・パネル：３・・弾性体：４・・筐体：５・・センサ：６・・信号線：７・・中継部品

Claims

タッチ操作が行われるパネルと、
前記パネルの縁に沿って前記パネルを支持する弾性体と、
前記パネルがタッチされた際の前記パネルの各部の変位量を検出するセンサと、を備え、
前記弾性体は、前記パネルのコーナーに対応する部位の剛性が、前記パネルの縁を形成する辺の中央に対応する部位の剛性よりも低く形成されている、
入力装置。
前記弾性体は、前記パネルの縁を形成する辺の中央に対応する部位から前記パネルのコーナーに対応する部位へ向けて剛性が徐々に低くなるように形成されている、
請求項１に記載の入力装置。
前記弾性体は、前記パネルのコーナーに対応する部位の剛性が、前記パネルの縁を形成する辺の中央に対応する部位の剛性よりも低く形成されるように減肉されている、
請求項１または２に記載の入力装置。
前記センサは、感圧素子または歪検知素子で前記パネルの各部の変位量を検出する、
請求項１から３の何れか一項に記載の入力装置。
前記センサは、前記パネルの変位量を３ヵ所以上で検出する、
請求項１から４の何れか一項に記載の入力装置。