JP7320854B2

JP7320854B2 - タッチパネル

Info

Publication number: JP7320854B2
Application number: JP2021037951A
Authority: JP
Inventors: 善樹松本; 聡井上; 雅美山下
Original assignee: 株式会社テクナート
Priority date: 2021-03-10
Filing date: 2021-03-10
Publication date: 2023-08-04
Anticipated expiration: 2041-03-10
Also published as: JP2022138207A

Description

本発明は、タッチパネルに関するものである。

近年、下記特許文献１をはじめとして、コンピュータなどの装置を操作するためのタッチパネルが開発および開示されている。表示面の周囲に発光ダイオードとフォトダイオードが配置されている。発光ダイオードが発光した光をフォトダイオードで受光できるように構成されている。フォトダイオードで受光の有無を検出することで、発光ダイオードが発光した光を指で遮光したか否かを検出する。受光できなかったフォトダイオードの位置から指の位置を求め、コンピュータを操作することができる。

しかし、不特定多数の人が操作する券売機および現金自動預け払い機（ATM: Automatic Teller Machine）などの装置では、表示面に触れずに装置を操作することを望む人がいる。また、従来のように表示面に触れる操作でなければ、うまく操作できない人もいる。そのため、種々の入力方法に対応できるタッチパネルが求められている。

ＷＯ２０１２／０１７６９８

本発明の目的は、種々の入力方法に対応できるタッチパネルを提供することにある。

本発明のタッチパネルは、表示面の周辺または該周辺の上方に配置された複数の第１発光素子および該第１発光素子で発光された光を受光する複数の第１受光素子を備えた第１タッチパネルと、前記第１発光素子および第１受光素子の上方に配置された複数の第２発光素子および該第２発光素子で発光された光を受光する複数の第２受光素子を備えた第２タッチパネルと、前記第１発光素子、第１受光素子、第２発光素子および第２受光素子を制御し、第１受光素子または第２受光素子に対する光の遮光が一定時間連続したときに、遮光された第１受光素子または第２受光素子の位置から表示面に対する選択位置を確定する制御装置とを含む。

本発明によると、第１タッチパネルと第２タッチパネルを備え、いずれのタッチパネルであっても操作可能になっている。第１タッチパネルを操作すれば、従来と同じ方法で操作できる。第２タッチパネルを操作すれば、表示面に触れずに操作することができる。すなわち、本発明のタッチパネルは複数の操作方法に対応している。

タッチパネルおよび表示装置を模式的に示す正面図である。第２タッチパネルが駆動したときのタッチパネルおよび表示装置を模式的に示す断面図である。第1タッチパネルが駆動したときのタッチパネルおよび表示装置を模式的に示す断面図である。第1タッチパネルと第２タッチパネルで発光素子の光の方向が異なるタッチパネルおよび表示装置を模式的に示す断面図である。図５のタッチパネルを指で操作する様子を模式的に示す断面図である。第1タッチパネルと第２タッチパネルの間に第３発光素子を配置したタッチパネルおよび表示装置を模式的に示す断面図である。第２タッチパネルがタッチオフになった後、指が表示面に対して垂直方向に移動して第１タッチパネルがタッチオフになる様子を示すタッチパネルおび表示装置を模式的に示す断面図である。第２タッチパネルがタッチオフになった後、指が表示面に対して平面方向に移動して第１タッチパネルがタッチオフになる様子を示すタッチパネルおび表示装置を模式的に示す断面図である。

本発明のタッチパネルについて図面を使用して説明する。複数の実施形態を説明するが、重複する部分は説明を省略する場合がある。複数の実施形態が適宜組み合わされてもよい。

[実施形態１]
図１～３に示すタッチパネル１０は、表示装置１２の表示面１４に対してタッチ操作するための装置である。表示面１４は液晶表示装置などのアクリル板またはガラス板などの板体１６の操作者側の表面とする。板体１６を介して表示装置１２が表示した内容を視認できる。本願のタッチパネル１０で操作される装置は限定されず、たとえば券売機および現金自動預け払い機などである。

本願のタッチパネル１０は、第１タッチパネル１８、第２タッチパネル２０および制御装置（図示省略）を含む。

第１タッチパネル１８は第１発光素子２２と第１受光素子２４を含む。第１発光素子２２と第１発光素子２４は表示面１４の周辺または周辺の上方（操作者側）に配置される。第１発光素子２２は発光ダイオードを用い、第１受光素子２４はフォトトランジスタまたはフォトダイオードを用いる。第１発光素子２２で発光される光Ｌ１は赤外線など非可視光線である。

四角形の表示面１４の周辺またはその周辺の上方に枠体２６を備え、その枠体２６に第１発光素子２２と第１受光素子２４が配置される。枠体２６の内周は光Ｌ１が通過できるように、解放されているか透光性の板体で構成されている。

四角形の表示面１４の周辺を第１～４辺２８、３０、３２、３４とした場合（図１）、第１辺２８と第２辺３０に複数の第１発光素子２２が配置され、第３辺３２と第４辺３４に複数の第１受光素子２４が配置される。第１辺２８と第３辺３２は対向し、第２辺３０と第４辺３４は対向する。第１発光素子２２と第１受光素子２４の数は同数である。第１発光素子２２が発する光Ｌ１の指向性を高め、１つの第１発光素子２２の光Ｌ１は１つの第１受光素子２４で受光される。

第２タッチパネル２０は第２発光素子３６と第２受光素子３８を含む。第２発光素子３６と第２受光素子３８は第１タッチパネル１８の上方に配置される。タッチパネル１０は第１タッチパネル１８と第２タッチパネル２０の２段構造になっている。第２発光素子３６は発光ダイオードを用い、第２受光素子３８はフォトトランジスタまたはフォトダイオードを用いる。第２発光素子３６で発光される光Ｌ２は赤外線など非可視光線である。上記枠体２６に第２発光素子３６と第２受光素子３８が配置される。第２発光素子３６と第２受光素子３８を配置するための枠体２６を別途備えてもよい。

第１辺２８と第２辺３０に複数の第２発光素子３６が配置され、第３辺３２と第４辺３４に複数の第２受光素子３８が配置される。第２発光素子３６と第２受光素子３８の数は同数である。第２発光素子３６が発する光Ｌ２の指向性を高め、１つの第２発光素子３６の光Ｌ２は１つの第２受光素子３８で受光される。

制御装置は第１タッチパネル１８と第２タッチパネル２０を駆動させる装置である。制御装置はＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）またはＰＬＣ（Programmable Logic Controller）などの回路を含む。制御装置はタッチパネル１０で操作される装置に内蔵される。制御装置がタッチパネル１０で操作される装置も駆動させてもよい。

制御装置は第１発光素子２２および第２発光素子３６に電圧を印加し、第１発光素子２２および第２発光素子３６が発光する。発光素子２２、３６に印加する電圧はパルス電圧であってもよい。制御装置は第１受光素子２４および第２受光素子３８に流れた電流から、光Ｌ１、Ｌ２の受光または遮光を検知する。光Ｌ１、Ｌ２の受光の有無によって受光素子２４、３８に流れる電流の値（または有無）が異なり、制御装置はその電流の違いから受光と遮光を判定する。受光素子２４、３８は第３辺３２と第４辺３４に並べられており、遮光された受光素子２４、３８から選択位置を判定できる。

次に制御装置がおこなう選択位置の判定方法について説明する。制御装置は第１発光素子２２および第２発光素子３６に電圧を印加し、発光させる。発光した光Ｌ１、Ｌ２を遮光する物が何もなければ、第１受光素子２４および第２受光素子３８は光を受光する。制御装置は受光素子２４、３８に流れる電流を検知する。

操作者がタッチパネル１０を操作するために指４０または指示棒などの指示手段を表示面１４に近づけた場合、まず第２発光素子３６の光Ｌ２が遮光される（図２）。一部の第２受光素子３８への光Ｌ２が遮光され、その遮光された第２受光素子３８に流れる電流の変化によって制御装置が第２タッチパネル２０をタッチオン（タッチ開始の判定）にする。遮光された第２受光素子３８に流れる電流に変化がなく一定時間（たとえば数十ミリから数百ミリ秒程度）経過すれば、制御装置は第２タッチパネル２０をタッチオフ（タッチ終了の判定）にし、そのタッチオフ時に遮光された第２受光素子３８の位置からタッチ位置を判定する。

第２タッチパネル２０がタッチオフになった後、指４０などが動き、遮光された第２受光素子３８の位置が変化すれば、再び第２タッチパネル２０をタッチオンにする。再び遮光された第２受光素子３８に変化がなく一定時間経過すれば、制御装置は第２タッチパネル２０をタッチオフにし、遮光された第２受光素子３８の位置からタッチ位置を判定する。指４０などの移動と停止を繰り返すことで、タッチオンとタッチオフが繰り返され、タッチ位置の判定が繰り返される。

第２タッチパネル２０がタッチオンになった後、一定時間経過する前に指４０などがさらに奥に入り、一部の第１受光素子２４への光Ｌ１が遮光されるとする（図３）。その遮光された第１受光素子２４に流れる電流が変化し、制御装置は第１タッチパネル１８をタッチオンにする。第１タッチパネル１８がタッチオンされると、制御装置は第２タッチパネル２０のタッチオンを無効にする。制御装置は第２タッチパネル２０のタッチオンよりも第１タッチパネル１８のタッチオンを優先する。遮光された第１受光素子２４に変化がなく一定時間経過すれば、制御装置は第１タッチパネル１８をタッチオフにし、遮光された第１受光素子２４の位置からタッチ位置を判定する。

第１タッチパネル１８がタッチオフになった後、指４０などが動き、遮光される第１受光素子２４が変化すれば、再び第１タッチパネル１８をタッチオンにする。一部の第２受光素子３８は遮光されているが、上記のように制御装置は第２タッチパネル２０のタッチオンを無効にし、第１タッチパネル１８のタッチオンを優先する。再び遮光された第１受光素子２４に変化がなく一定時間経過すれば、制御装置は第１タッチパネル１８をタッチオフにし、遮光された第１受光素子２４の位置からタッチ位置を判定する。指４０などの移動と停止を繰り返すことで、タッチオンとタッチオフが繰り返され、タッチ位置の判定が繰り返される。

以上のように本願のタッチパネル１０は、第２タッチパネル２０を利用すれば、空中でタッチ操作でき、表示面１４を触らなくてもよい。表示面１４に付着した汚れや細菌を触れずに操作できる。また、従来のように表示面１４をタッチして操作するのであれば、第１タッチパネル１８を利用することになり、慣れた方法で操作することができる。

なお、既存の装置に第１タッチパネル１８のみを備えている場合、第２タッチパネル２０を追加し、制御装置を上述したような構成に変更することで本願のタッチパネル１０を設置することが可能である。既存の装置を有効活用することができる。

[実施形態２]
図４のタッチパネル５０ように、第１発光素子２２と第２発光素子３６の光Ｌ１、Ｌ２の方向を異ならせてもよい。第１発光素子２２が第１辺２８と第２辺３０に配置され、第１受光素子２４が第３辺３２と第４辺３４に配置された場合、第２発光素子３６が第３辺３２と第４辺３４に配置され、第２受光素子３８が第１辺２８と第２辺３０に配置される。対向する辺において、第１発光素子２２と第２発光素子３６は光Ｌ１、Ｌ２の方向が１８０度異なる。

第１受光素子２４と第２受光素子３８が上下方向（表示面１４に対する垂直方向）に並ばない。外光がタッチパネル１０に入射したとき、外光を第１受光素子２４と第２受光素子３８が同時に受光することはない。外光によって第１タッチパネル１８と第２タッチパネル２０が同時に誤動作することはない。第1タッチパネル１８または第２タッチパネル２０の少なくとも１つは正常に動作するため、外光が入射されてもタッチパネル１０を起動させることは可能である。また、第1タッチパネル１８と第２タッチパネル２０で発光素子２２、３６の光Ｌ１、Ｌ２の方向が異なり、遮光される受光素子２４、３８の位置が異なることによって、枠体２６の中に入った指４０などを立体的に識別することが可能になる（図５）。指４０などか服の襟など他の物かを区別でき、タッチパネル１０の誤動作を防止しやすくなる。

[実施形態３]
図６のタッチパネル６０のように、第１タッチパネル１８と第２タッチパネル２０の間に第３発光素子６２を配置してもよい。第３発光素子６２の光Ｌ３の方向は第１発光素子２２および第２発光素子３６と平行になるようにする。第３発光素子６２は少なくとも表示面１４の一辺から表示面１４の上を通過する。第３発光素子６２の光Ｌ３は可視光線である。

指４０を表示面１４に近づけると、第３発光素子６２の光Ｌ３が指４０に照射される。指４０の位置を認識でき、少なくとも第２発光素子３６の光Ｌ２を遮光していることがわかる。タッチパネル６０の操作がしやすくなる。第１受光素子２４と第２受光素子３８が同じ辺に配置されている場合、第１受光素子２４と第２受光素子３８の間に第３発光素子６２を配置してもよい。第１受光素子２４と第２受光素子３８で第３発光素子６２の光Ｌ３を受光しにくくなり、誤動作を防止できる。

表示面１４と第１タッチパネル１８の間に第３発光素子６２を配置してもよい。表示面１４の直前にある指４０などが第３発光素子６２の光Ｌ３を遮光する。指４０が表示面１４の近くまで到達していることを認識でき、タッチパネル１０を操作しやすくなる。さらに、第２タッチパネル２０の上方に第３発光素子６２を配置してもよい。第２タッチパネル２０操作するときに、指４０などに光Ｌ３が当たり、操作しやすくなる。なお、上記した複数の位置に第３発光素子６２を配置してもよい。

[実施形態４]
タッチオフの方法は上記方法に限定されない。図７に示すタッチパネル７０のように、第２タッチパネル２０がタッチオンされれば、遮光された第２受光素子２４の位置からタッチ位置を求める。その後、第２タッチパネル２０がタッチオンされてから一定時間内に第１タッチパネル１８がタッチオンされれば、第１タッチパネル１８と第２タッチパネル２０をタッチオフし、上記求めたタッチ位置を一連の動作によるタッチ位置として判定する。この場合、同じ位置の第１受光素子２４と第２受光素子３８が遮光されれば、それらの位置からタッチされた位置を求められる。異なる位置の第１受光素子２４と第２受光素子３８が遮光されれば、エラーとしてタッチのやり直しを求めてもよい。なお、第２タッチパネル２０がタッチオンされてから一定時間を経過すれば、上記実施形態と同様にタッチオフし、タッチ位置を判定する。指４０などを直線的に進行させることでタッチオフでき、操作しやすくなっている。

[実施形態５]
操作者が連続して装置に複数入力する場合に、一連の入力において第１タッチパネル１８と第２タッチパネル２０のいずれがタッチオンおよびタッチオフになってもよい。すなわち、一連の入力の最初にいずれかのタッチパネル１８、２０を用いるが、そのタッチパネル１８、２０を使い続ける必要はない。たとえば、図８に示すタッチパネル８０のように、第２タッチパネル２０がタッチオンおよびタッチオフになった後、指４０が表示面１４に対して平面方向に移動した後、指４０が表示面１４に接し、第１タッチパネル１８をタッチオンおよびタッチオフさせてもよい。また、反対に第１タッチパネル１８をタッチオンおよびタッチオフさせた後、第２タッチパネル２０をタッチオンおよびタッチオフさせてもよい。第１タッチパネル１８と第２タッチパネル２０のいずれかを用いて装置に入力できればよい。２つのタッチパネル１８、２０を切り替えながら使用でき、操作の自由度が高い。

[実施形態６]
表示面１４はアクリル板またはガラス板の板体１６の表面に限定されない。空中ディスプレイを用い、空中に表示された内容を表示面１４としてもよい。この場合、第１タッチパネル１８は表示面１４の周辺に配置されてもよい。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。

１０、５０、６０、７０、８０：タッチパネル
１２：表示装置
１４：表示面
１６：板体
１８：第１タッチパネル
２０：第２タッチパネル
２２、３６、６２：発光素子
２４、３８：受光素子
４０：指
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３：光

Claims

表示面の周辺または該周辺の上方に配置された複数の第１発光素子および該第１発光素子で発光された光を受光する複数の第１受光素子を備えた第１タッチパネルと、
前記第１発光素子および第１受光素子の上方に配置された複数の第２発光素子および該第２発光素子で発光された光を受光する複数の第２受光素子を備えた第２タッチパネルと、
前記第１発光素子、第１受光素子、第２発光素子および第２受光素子を制御し、第１受光素子または第２受光素子に対する遮光が開始されるとタッチ開始を判定し、第１受光素子または第２受光素子に対する光の遮光が一定時間連続したときにタッチ終了を判定し、タッチ終了の判定時に遮光された第１受光素子または第２受光素子の位置から表示面に対する選択位置を確定し、遮光される第１受光素子または第２受光素子が変化すると再びタッチ開始を判定し、前記タッチ開始の判定、タッチ終了の判定、および選択位置の確定を繰り返すことができる制御装置と、
を含むタッチパネル。
前記第１受光素子で光が受光され、第２受光素子で光が遮光されれば、第２タッチパネルがタッチオンされ、
前記第１受光素子で光が遮光され、第２受光素子で光が遮光されれば、第１タッチパネルがタッチオンされる
請求項１のタッチパネル。
前記第１発光素子の光の方向と第２発光素子の光の方向が異なる請求項１または２のタッチパネル。
前記第１タッチパネルと第２タッチパネルの間、表示面の周辺と第１タッチパネルの間および第２タッチパネルの上方の少なくとも１つに可視光線を発光する第３発光素子を備えた請求項１から３のいずれかのタッチパネル。