JP6725775B1

JP6725775B1 - タッチパネル装置

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Publication number: JP6725775B1
Application number: JP2020022272A
Authority: JP
Inventors: 広志小林
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2020-02-13
Filing date: 2020-02-13
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2040-02-13
Also published as: US11928292B2; JP2021128501A; CN114981765A; EP4099138A4; EP4099138A1; WO2021161585A1; US20230065893A1

Abstract

【課題】パネルに対して、斜め方向、或いはパネルの表面に沿った方向に作用する押圧力を検出することができるタッチパネル装置を提供する。【解決手段】タッチパネル２と、タッチパネル２の外周部を支持する支持部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄと、タッチパネル２に作用する外力に応じた情報を出力する情報出力部とを備える。各支持部６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄには、圧力感知面がタッチパネル２の外周部に当接し、且つタッチパネル２の平面に対して所定の角度となるように圧力センサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが設けられている。情報出力部は、各圧力センサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄによって検出される各検出値を基に、外力がタッチパネル２に対して作用するその平面に沿った作用方向を認識するとともに、該作用方向に係る情報、及びタッチパネル２によって検出される、外力が該タッチパネル上で作用する位置情報を外部に出力するように構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、画面表示機能、及び操作情報を入力するための入力機能を有するタッチパネルを備えたタッチパネル装置に関する。

従前より、前記タッチパネルは、様々な装置、機器などに適用され、情報を表示する表示装置、及び操作情報を入力する入力装置として用いられている。このようなタッチパネルの一つとして、従来、特開２０１２−１７７９６０号公報に開示されたタッチパネルが知られている。

このタッチパネルは、パネルに加わる接触力に基づいて、パネルに作用する接触力の位置及び荷重を計測することができるように構成されるもので、パネルに相当する平面視矩形状をした起歪板と、起歪板の裏面の四隅の等位置にそれぞれ取り付けられた脚部と、同じく起歪板の裏面の対角に位置する脚部間にそれぞれ配設され、且つ対応する脚部に対して接近した位置に配設される４つの歪センサを備えている。また、各歪センサは、その対角線と起歪板の対角線とが重なるように配設され、且つ対応する脚部との間の距離が同じ距離となっている。

このタッチパネルによれば、起歪板に荷重が作用すると、これに応じて起歪板が弾性変形し、この弾性変形が前記歪センサによって検出される。即ち、各歪センサから変形に応じた大きさの電圧信号が出力され、各歪センサから出力される電圧信号、及び理論的に設定された所定の算出式に基づいて、起歪板に作用した荷重の位置と、その大きさが算出される。

特開２０１２−１７７９６０号公報

ところで、近年、上述したタッチパネルの用途は様々であり、当該タッチパネルの操作情報入力機能に着目すると、当該タッチパネルからより多様な情報を入力することができれば便利である。

一方、上述した従来のタッチパネルでは、起歪板に対して垂直に作用する荷重の位置と、その大きさを検出することは可能であるが、多様な情報を入力可能にするという観点からすると、必ずしも十分なものではなかった。

例えば、タッチパネルに表示された画像を移動させる場合に、まず、移動させる対象の移動体の画像を指で軽くタッチ（押圧）するなどして、移動体の画像を移動可能な状態にした後、画像を移動させる方向に指を強く押し込むことによって、その押し込み方向に画像を移動させるといったことができれば、タッチパネルに表示された画像の操作に多様性を持たせることができて便利である。

ところが、上述した従来のタッチパネルでは、起歪板に対して垂直に作用する荷重の位置と、その大きさについては検出することができるものの、起歪板に対して斜め、或いは、起歪板の表面に沿った方向に作用する荷重については、これを検出することができなかった。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、パネルに対して、斜め方向、或いはパネルの表面に沿った方向に作用する押圧力を検出することができるタッチパネル装置の提供を、その目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、
平板状のタッチパネルと、
前記タッチパネルの外周部の少なくとも３か所を支持する支持部と、
前記タッチパネルに作用する外力に応じた情報を外部に出力する情報出力部とを備え、
前記各支持部は、圧力を検出する感知面が前記タッチパネルの外周部に当接するように設けられ、且つ該感知面が前記タッチパネルの平面に対して所定の角度で傾斜するように設けられた圧力センサをそれぞれ有し、
前記情報出力部は、前記各圧力センサによって検出される各検出値を基に、前記外力が前記タッチパネルに対して作用するその平面に沿った作用方向を認識するとともに、該作用方向に係る情報、及び前記タッチパネルによって検出される、前記外力が該タッチパネル上で作用する位置情報を外部に出力するように構成されたタッチパネル装置に係る。

このタッチパネル装置では、支持部により、タッチパネルの外周部の少なくとも３か所が支持され、各支持部には圧力センサが設けられている。そして、圧力センサは、圧力を検出する感知面がタッチパネルの外周部に当接するように設けられ、且つ該感知面がタッチパネルの平面に対して所定の角度で傾斜するように設けられている。

前記タッチパネルとしては、タッチキーやタッチスクリーンなど、従来公知の各種のものを採用することができ、オペレータがタッチパネルに触ると、その接触、及び接触した位置が当該タッチパネルによって検出される。

また、オペレータがタッチパネルに接触して、当該タッチパネルを下方に押圧すると、タッチパネルを支持する支持部には、感知面がタッチパネルの平面に対して所定の角度で傾斜するように圧力センサが配設されているので、タッチパネルが下方に押圧されることによって当該圧力センサが下方に押圧され、この押圧が当該圧力センサによって検出される。

更に、オペレータが、タッチパネルの平面に対して斜め方向、或いは、タッチパネルの平面に沿った方向に押圧する場合も同様に、この押圧が前記圧力センサによって検出される。そして、この押圧の方向は、例えば、各圧力センサによって検出される圧力値の、タッチパネルの平面に沿った方向の分力を比較することによって、認識することができる。

このように、このタッチパネル装置によれば、オペレータがタッチパネルに接触すると、その接触が前記タッチパネル及び圧力センサによって検出されるとともに、接触した位置が前記タッチパネルによって検出される。そして、オペレータが、タッチパネルを、その平面に対して斜め方向、或いは、平面に沿った方向に押圧すると、これが前記圧力センサによって検出される。

斯くして、このタッチパネル装置によれば、タッチパネルに作用する垂直方向の押圧力のみならず、タッチパネルの平面に対して斜め方向、或いは、平面に沿った方向に作用する押圧力をも検出することができるので、例えば、タッチパネルに表示された画像を移動させる場合に、まず、移動させる対象の移動体の画像を指で軽くタッチ（押圧）するなどして、移動体の画像を移動可能な状態にした後、画像を移動させる方向に指を強く押し込むことによって、その押し込み方向に画像を移動させるといったことが可能であり、タッチパネルに表示された画像の多様な操作を実現することができる。

尚、前記タッチパネル装置では、前記タッチパネルの形状を矩形状とすることができ、また、前記支持部は前記タッチパネルの外周部の４辺をそれぞれ支持するように構成された態様、或いは、前記タッチパネルの外周部の４つの角部をそれぞれ支持するように構成された態様を採ることができる。

また、前記圧力センサは、前記感知面が前記タッチパネルの平面に対して４５°の角度で当接するように設けられているのが好ましい。このようにすれば、タッチパネルに作用する垂直方向の押圧力、並びにタッチパネルの平面に対して斜め方向、或いは、平面に沿った方向に作用する押圧力の双方を精度良く検出することができる。

以上のように、本発明に係るタッチパネル装置によれば、オペレータがタッチパネルに接触すると、その接触がタッチパネル及び圧力センサによって検出されるとともに、接触した位置がタッチパネルによって検出される。そして、オペレータが、タッチパネルを、その平面に対して斜め方向、或いは、平面に沿った方向に押圧すると、これが圧力センサによって検出される。

斯くして、このタッチパネル装置によれば、タッチパネルに作用する垂直方向の押圧力のみならず、タッチパネルの平面に対して斜め方向、或いは、平面に沿った方向に作用する押圧力をも検出することができるので、タッチパネルに表示された画像の多様な操作を実現することができる。

本発明の一実施形態に係るタッチパネル装置を示したブロック図である。本実施形態に係るタッチパネルを示した平面図である。図２における矢視Ａ−Ａ断面図である。図２における矢視Ｂ−Ｂ断面図であって、そのコーナ部を拡大して示した断面図である。本発明の他の実施形態に係るタッチパネルを示した平面図である。図５における矢視Ｃ−Ｃ断面図であって、その左側の縁部を拡大して示した断面図である。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１及び図２に示すように、本例のタッチパネル装置１は、タッチパネル２、このタッチパネル２を支持する支持フレーム５、及びタッチパネル２の表示を制御する表示制御装置１１などから構成される。

前記タッチパネル２は、平面視矩形状をしており、画面を表示する表示部３と、この表示部３上に重ね合された状態で配設された入力部４とを有し、この入力部４を透して外部から前記表示部３を視認することができるようになっている。尚、入力部４は、例えば、二次元平面上でマトリクス状に配置された複数の電極を有し、グランド電位と各電極との間に生じる静電容量に応じた信号を、それぞれ出力するように構成された、所謂、自己容量検出方式のものを採用することができる。この場合、各電極には、グランド電位との間に静電容量が発生しており、各電極について、この静電容量に応じた信号（例えば、電圧信号）が出力される。

前記支持フレーム５は、平面形状が矩形を成し、縁部が立ち上がった枠状のフレームであって、断面形状がＬ字状をした材料（アングル材）から構成される。そして、この支持フレーム５の枠内に前記タッチパネル２が保持される。

前記支持フレーム５の各コーナ部には、支持部材６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが配設されている。図３及び図４に示すように、この支持部材６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄはそれぞれ傾斜面を有し、この傾斜面が枠の内側を向くように前記支持フレーム５に固着され、また、各支持部材６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの傾斜面には、それぞれ圧力センサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが貼着されている。

そして、前記タッチパネル２は、その４つの角部がそれぞれ前記圧力センサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに当接した状態で前記支持フレーム５に保持されている。尚、圧力センサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、タッチパネル２と当接する面が感知面となっており、また、支持部材６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの傾斜面及び圧力センサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、タッチパネル２の上面に対して４５°の角度を有している。

前記表示制御装置１１は、表示制御部１２、表示画面データ記憶部１３及び情報出力部１４から構成されている。この表示制御装置１１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを含むコンピュータから構成され、前記表示制御部１２及び情報出力部１４は、コンピュータプログラムによってその機能が実現され、後述する処理を実行する。また、表示画面データ記憶部１３はＲＡＭなどの適宜記憶媒体から構成される。

前記情報出力部１４は、前記タッチパネル２の入力部４から送信される信号を受信して、タッチパネル２上でオペレータが接触したその接触位置を認識し、認識した位置情報を前記表示制御部１２に出力する処理を行う。例えば、図２において、前記電極が形成された領域である入力部４について、基準軸をＸ軸−Ｙ軸とした座標系を設定したとすると、オペレータが位置Ｐ_１に接触する場合には、情報出力部１４は、前記入力部４からの出力を基に、オペレータの接触位置Ｐ_１の座標（Ｘ_１，Ｙ_１）を認識し、認識された座標データ（Ｘ_１，Ｙ_１）を表示制御部１２に出力する。

また、前記情報出力部１４は、前記４つの圧力センサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄによって検出される検出値（圧力データ）を受信して、タッチパネル２に作用するその上面に沿った押圧力の作用方向、及びその押圧力の大きさを認識し、認識した押圧力に係る情報を前記表示制御部１２に出力する処理を行う。

例えば、情報出力部１４は、４つの圧力センサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄによって検出される圧力データを処理して、それぞれについて、タッチパネル２の上面に沿った方向の分力を算出し、得られた分力の大きさから、押圧力の作用方向及びその大きさを推定する。

より具体的には、例えば、図２において、接触位置Ｐ_１において矢示方向の押圧力Ｆ_１がタッチパネル２に作用した場合、各圧力センサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄによって検出されるタッチパネル２の上面に沿った方向の押圧力は、圧力センサ１０ａによって検出される押圧力Ｆ_１ａが最も大きく、圧力センサ１０ｄによって検出される押圧力Ｆ_１ｄ、圧力センサ１０ｂによって検出される押圧力Ｆ_１ｂ、圧力センサ１０ｃによって検出される押圧力Ｆ_１ｃの順に小さくなる。

したがって、情報出力部１４は、この押圧力Ｆ_１ａ，Ｆ_１ｂ，Ｆ_１ｃ，Ｆ_１ｄを比較することによって、押圧力Ｆ_１が作用する方向を認識することができる。また、押圧力Ｆ_１ａ，Ｆ_１ｂ，Ｆ_１ｃ，Ｆ_１ｄの総和を押圧力Ｆ_１として認識することができる。尚、押圧力Ｆ_１が作用する方向は、前記Ｘ軸を基準とした角度θ_１として認識することができる。そして、情報出力部１４は、認識された押圧力Ｆ_１の作用方向（角度θ_１）及びその大きさ（Ｆ_１）に係る情報を前記表示制御部１２に出力する。

前記表示画面データ記憶部１３は、前記タッチパネル２の表示部３に表示される表示画面に係るデータを記憶する機能部であり、前記表示制御部１２は、この表示画面データ記憶部１３に格納された表示画面データに基づいて、前記表示部３に適宜表示画面を表示させる処理部である。表示部３に表示させる表示画面は何ら制限されるものではないが、例えば、適宜３次元図形などを例示することができる。

そして、前記表示制御部１２は、前記情報出力部１４から出力されたオペレータが接触した接触位置に係る情報（座標位置）、及びタッチパネル２の上面に沿った押圧力の作用方向及びその大きさに係る情報を受信すると、その情報に応じて、表示部３に表示された画面を変化させる。例えば、表示制御部１２は、オペレータが接触した接触位置に係る情報を受信すると、当該接触位置に対応した表示画像を認識するとともに、認識した表示画像を移動対象画像と認識する。ついで、タッチパネル２の上面に沿った押圧力の作用方向及びその大きさに係る情報を受信すると、表示制御部１２は、認識した移動対象画像を、受信した押圧力の大きさに応じた速度で受信した作用方向に、予め定められた距離だけ移動させる。

以上の構成を備えた本例のタッチパネル装置１によれば、上述したように、タッチパネル２に作用する垂直方向の押圧力のみならず、タッチパネル２の上面に沿った方向に作用する押圧力をも検出することができるので、例えば、タッチパネル２に表示された画像を移動させる場合に、まず、移動させる対象の画像を指で軽くタッチ（押圧）するなどして、選択した画像を移動可能な状態にした後、当該画像を移動させる方向に指を強く押し込むことによって、その押し込み方向に画像を移動させるといったことが可能であり、タッチパネル２に表示された画像の多様な操作を実現することができる。

以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明が採り得る具体的な態様は、何ら上例のものに限定されるものではない。

例えば、上例では、タッチパネル２の４つ角部を支持部材６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄによって支持するとともに、この支持部材６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの傾斜面に圧力センサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを設けて、この圧力センサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄによって、タッチパネル２の上面に作用する当該上面に沿った方向の作用力を検出するようにしたが、このような構成に限られるものではなく、図５及び図６に示すような構成のタッチパネル装置１’であっても良い。

このタッチパネル１’は、前記支持フレーム５の枠内において、その４辺の中央部にそれぞれ配設された支持部材６ａ’，６ｂ’，６ｃ’，６ｄ’によってタッチパネル２を支持するようにしたものである。各支持部材６ａ’，６ｂ’，６ｃ’，６ｄ’はそれぞれ傾斜面を有し、この傾斜面が枠の内側を向くように前記支持フレーム５に固着され、また、各支持部材６ａ’，６ｂ’，６ｃ’，６ｄ’の傾斜面には、それぞれ圧力センサ１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’，１０ｄ’が貼着されている。

そして、前記タッチパネル２は、その４つの辺がそれぞれ圧力センサ１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’，１０ｄ’に当接した状態で前記支持フレーム５に保持されている。尚、圧力センサ１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’，１０ｄ’は、タッチパネル２と当接する面が感知面となっており、また、支持部材６ａ’，６ｂ’，６ｃ’，６ｄ’の傾斜面及び圧力センサ１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’，１０ｄ’は、タッチパネル２の上面に対して４５°の角度を有している。斯くして、これら圧力センサ１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’，１０ｄ’によって検出される圧力データが前記情報出力部１４に送信される。

この例のタッチパネル装置１’において、図５に示すように、位置Ｐ_２で矢示方向の押圧力Ｆ_２がタッチパネル２に作用した場合、各圧力センサ１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’，１０ｄ’によって検出されるタッチパネル２の上面に沿った方向の押圧力は、圧力センサ１０ｄ’によって検出される押圧力Ｆ_２ｄが最も大きく、圧力センサ１０ａ’によって検出される押圧力Ｆ_２ａ、圧力センサ１０ｃ’によって検出される押圧力Ｆ_２ｃ、圧力センサ１０ｂ’によって検出される押圧力Ｆ_２ｂの順に小さくなる。

したがって、上例と同様に、情報出力部１４は、この押圧力Ｆ_２ａ，Ｆ_２ｂ，Ｆ_２ｃ，Ｆ_２ｄを比較することによって、押圧力Ｆ_２が作用する方向を認識することができ、また、押圧力Ｆ_２ａ，Ｆ_２ｂ，Ｆ_２ｃ，Ｆ_２ｄの総和を押圧力Ｆ_２として認識することができ、更に、押圧力Ｆ_２が作用する方向は、前記Ｘ軸を基準とした角度θ_２として認識することができる。そして、上例と同様にして、情報出力部１４は、認識された押圧力Ｆ_２の作用方向（角度θ_２）及びその大きさ（Ｆ_２）に係る情報を前記表示制御部１２に出力する。

斯くして、このタッチパネル装置１’によっても、タッチパネル２に作用する垂直方向の押圧力のみならず、タッチパネル２の上面に沿った方向に作用する押圧力をも検出することができるので、タッチパネル２に表示された画像の多様な操作を実現することができる。

また上例では、各圧力センサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ及び１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’，１０ｄ’がタッチパネル２の上面に対して４５°の角度となるように傾斜させたが、これに限られるものではなく、タッチパネル２に作用する作用力を精度よく検出することができ、且つタッチパネル２を安定して支持することができれば、いかなる角度であっても良い。

また、上例では、タッチパネル２を４か所で支持するようにしたが、これに限られるものではなく、タッチパネル２は３か所以上の部位で支持されていれば良く、各支持位置においてタッチパネル２に当接するように圧力センサが設けられていれば良い。

また、上例ではタッチパネル２の形状を矩形状としたが、これに限られるものではなく、円形や多角形などの他の形状を採用しても良い。

また、上例では、タッチパネル２として、自己容量検出方式のタッチスクリーンを例示したが、これに限られるものではなく、相互容量検出方式のタッチスクリーンの他、抵抗膜式、光学式、音波式などのタッチスクリーンでも良く、或いは、静電容量方式のタッチキーなど、従来公知のあらゆるタッチパネルを適用することができる。

繰り返しになるが、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。

１タッチパネル装置
２タッチパネル
３表示部
４入力部
５支持フレーム
６支持部材
１０圧力センサ
１１表示制御装置
１２表示制御部
１３表示画面データ記憶部
１４情報出力部
１５情報処理部

Claims

平板状のタッチパネルと、
前記タッチパネルの外周部の少なくとも３か所を支持する支持部と、
前記タッチパネルに作用する外力に応じた情報を外部に出力する情報出力部とを備え、
前記各支持部は、圧力を検出する感知面が前記タッチパネルの外周部に当接するように設けられ、且つ該感知面が前記タッチパネルの平面に対して所定の角度で傾斜するように設けられた圧力センサをそれぞれ有し、
前記情報出力部は、前記各圧力センサによって検出される各検出値を基に、前記外力が前記タッチパネルに対して作用するその平面に沿った作用方向を認識するとともに、該作用方向に係る情報、及び前記タッチパネルによって検出される、前記外力が該タッチパネル上で作用する位置情報を外部に出力するように構成されていることを特徴とするタッチパネル装置。
前記タッチパネルは矩形状を有し、前記支持部は前記タッチパネルの外周部の４辺をそれぞれ支持するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のタッチパネル装置。
前記タッチパネルは矩形状を有し、前記支持部は前記タッチパネルの外周部の４つの角部をそれぞれ支持するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のタッチパネル装置。
前記圧力センサは、前記感知面が前記タッチパネルの平面に対して４５°の角度で当接するように設けられていることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかのタッチパネル装置。