JPWO2018235954A1 - 電子機器用入力装置 - Google Patents

Abstract

複雑な設定を必要とすることなく、使用する荷重センサの特性にバラツキがあっても、また周囲温度が変動しても、入力の判定を誤ることがない電子機器用入力装置を提供する。入力制御部９のトリガ信号発生部１１が、タッチパネルとしての静電容量パネル５の入力操作面に操作者の指が近付いたことを静電容量の変化で検出してトリガ信号を出力する。基準値ホールド部１３が、トリガ信号が発生したときの感圧センサ７からの出力値を荷重がゼロのときの基準値としてホールドする。判定部１５は、トリガ信号が発生した後に感圧センサ７からの出力値と基準値との差が予め定めた値の範囲に入っていることを判定すると静電容量パネル５からの座標情報を座標情報出力部１７から出力させる。

Description

本発明は、静電式タッチパネルと荷重センサとを備えた電子機器のための入力装置に関するものである。

従来、液晶表示装置やＣＲＴ等の表示装置を備えた電子機器のための入力装置として、その表示装置の画面上に配置され、画面に表示される文字、数字及びその他の記号（図形、像等からなるアイコンと称される絵記号等を含む。複数の記号で１つの記号をなすものも含む。）を、その表面側から透かして見ながら所望の文字、数字及びその他の記号（以下、記号と総称する。）の位置を指等でタッチし、その記号位置に応じた情報を生成して出力する装置（以下、このような入力装置をタッチパネルともいう）が広く普及している（例えば、特許文献１参照）。

例えば、銀行等の現金自動預け払い機やカーナビゲータ等の電子機器においては、タッチパネル式ディスプレーが以前から普及しており、また携帯情報端末、電子辞書等の小型の電子機器でも盛んに使われるようになっている。

また周囲温度等の変化によりタッチパネルへの指のタッチの検出にバラツキが生じるのを防止するために、タッチ判定の基準値を更新する技術も知られている（特許文献２）。しかしながらこの技術でもタッチ判定の不安定性を大幅に改善することは難しい。

しかしながら、このような従来の入力装置では、ユーザーが意図的に入力操作を実行する場合以外にも、ユーザーの指等がタッチパネルに近接または接触しさえすれば、それが入力操作として誤認されるおそれがある。そこで静電式タッチパネルと荷重センサと組み合わせた電子機器のための入力装置が提案されている（特許文献２）。この入力装置では、タッチパネルによって検知される入力操作のうち、ユーザーが意図的に実行した真の入力操作と、ユーザーの入力意図とは関わりなく検知された偽入力操作とを、荷重情報（操作部に加わる荷重の応答として、荷重センサによって検出される荷重値）の時間変動パターン（荷重応答曲線ともいう）の相違に基づいて判別している。

特開２００５−３１７０４１号公報 特開２００７−２０８６８２号公報 特許第５３８２３５４号公報

特許文献３に記載の入力装置では、時間変動パターンを予め決定しておく必要があり、設定が面倒になる問題がある。また時間変動パターンを決定する際に、使用する荷重センサの特性のバラツキや、周囲温度の変化による特性の変化を考慮していないため、特定のバラツキ及び温度変化により電子部品の特性が変化することにより、入力の判定に誤りが発生するのを避けることができなかった。

本発明の目的は、複雑な設定を必要とすることなく、使用する荷重センサの特性にバラツキがあっても、また周囲温度が変動しても、入力の判定を誤ることがない電子機器用入力装置を提供することにある。

本発明の電子機器用入力装置は、入力操作面、及び該入力操作面に対する入力操作の発生位置を検知する静電容量方式のタッチパネルを備える操作部と、操作部に加わる荷重を検知して荷重に応じた電圧を出力する荷重センサと、タッチパネルからの入力操作の発生位置の座標情報及び荷重センサからの荷重情報が入力され、座標情報に対応する出力情報を生成して電子機器に対して出力する入力制御部を備えている。本発明では、入力制御部が、タッチパネルの入力操作面に操作者の指または操作部材が近付いたことを静電容量の変化で検出してトリガ信号を出力するトリガ信号発生部と、トリガ信号が発生したときの荷重センサからの出力値を荷重がゼロのときの基準値としてホールドする基準値ホールド部と、トリガ信号が発生した後に荷重センサからの出力値と基準値との差が予め定めた値の範囲に入っていることを判定するとタッチパネルからの座標情報を出力する判定部と、タッチパネルの入力操作面から操作者の指または操作部材が離れたことを検出すると、トリガ信号発生部、基準値ホールド部及び判定部をリセットするリセット部を備えている。本発明によれば、使用する荷重センサに特性のバラツキがあっても、トリガ信号が発生したときの荷重センサからの出力値を荷重がゼロのときの基準値と定め、その後実際に荷重が加えられて発生する荷重センサからの出力と基準値との差に基づいて、所定の荷重が付加されたか否かを判定するため、荷重センサの特性にバラツキがあっても、判定結果にそのバラツキが影響を与えることがない。また基準値には、温度変化に基づく変動分が含まれることになる。そして温度変化に基づく変動分を含む基準値と温度変化に基づく変動分を含む荷重センサの出力値との差を求めることにより、温度変化に基づく変動分が相殺されることになる。その結果、簡単な構成で、荷重センサの特性のバラツキ及び周囲の温度変化に基づく特性の変化の影響を受けることなく、タッチパネルから正しい入力がされたか否かを判定することができる。

なおタッチパネルの入力操作面は、表示画面であっても、また表示画面が無いもののいずれでも良い。また荷重センサとしては、力を検出できるものであれば何でもよく、シート状の抵抗値が変化する感圧センサや、半導体力センサ等の圧力センサを用いることができる。

入力制御部は、荷重センサの出力値と基準値との差が予め定めた値の範囲を越えているときに、荷重センサの出力を感圧情報として電子機器に出力する感圧情報出力部を更に備えていてもよい。このようにすると荷重センサの出力も電子機器への入力として利用することができる。この場合、リセット部は、感圧情報出力部が感圧情報を出力した後、荷重センサの出力値と基準値との差が無くなると、感圧情報出力部をリセットするのが好ましい。このようにすれば、荷重センサの出力がなくなったときに、確実に、感圧情報出力部をリセットすることができる。

入力制御部の主要部は、プロセッサを用いて実現することができる。プロセッサには、タッチパネルの入力操作面に操作者の指または操作部材が近付いたことを静電容量の変化で検出してトリガ信号を出力するトリガ信号発生ステップと、トリガ信号が発生したときの荷重センサからの出力値を荷重がゼロのときの基準値としてホールドする基準値ホールド・ステップと、トリガ信号が発生した後に荷重センサからの出力値と基準値との差が予め定めた値の範囲に入っていることを判定するとタッチパネルからの座標情報を出力する判定ステップと、タッチパネルの入力操作面から操作者の指または操作部材が離れたことを検出すると、トリガ信号ステップ、基準値ホールド・ステップ及び判定ステップをリセットするリセットステップとを実行するプログラムがインストールされている。

本発明の電子機器用入力装置の構成を示すブロック図である。 荷重センサとしての感圧センサの配置状態を説明するために用いる図である。 感圧センサの検知回路の例を示す回路図である。 感圧センサの特性のバラツキを示すグラフである。 感圧センサの温度特性を示すグラフである。 図１の実施の形態の入力制御部をプロセッサとソフトウエアで実現する場合のプログラムのアルゴリズムを示す図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１に示すように、本実施の形態における入力装置１は、パーソナルコンピュータ、携帯タブレット等の電子機器３のキーボード装置を構成するものであり、静電容量パネル５と、荷重センサとしての感圧センサ７と、入力制御部９とを含み、入力制御部９は、トリガ信号発生部１１、基準値ホールド部１３、判定部１５、座標情報出力部１７、感圧情報出力部１９及びリセット部２１を含んでいる。操作部を構成する静電容量パネル５は、入力操作面、及び該入力操作面に対する入力操作の発生位置を検知する静電容量方式のタッチパネルである。感圧センサ７は、静電容量パネル５の操作部に加わる荷重を検知して荷重に応じた荷重情報を電圧として出力する。入力制御部９には、静電容量パネル５（タッチパネル）からの入力操作の発生位置の座標情報及び感圧センサ７からの荷重情報が入力され、座標情報に対応する出力情報を生成して電子機器３に対して出力する。本発明では、入力制御部９のトリガ信号発生部１１が、静電容量パネル（タッチパネル）５の入力操作面に操作者の指またはタッチペン等の操作部材が近付いたことを静電容量の変化で検出してトリガ信号を出力する。そして基準値ホールド部１３が、トリガ信号が発生したときの感圧センサ７からの出力値を荷重がゼロのときの基準値としてホールドする。判定部１５は、トリガ信号が発生した後に感圧センサ７からの出力値と基準値との差が予め定めた値の範囲に入っていることを判定すると静電容量パネル（タッチパネル）５からの座標情報を座標情報出力部１７から出力させる。そしてリセット部２１は、静電容量パネル（タッチパネル）５の入力操作面から操作者の指または操作部材が離れたことを検出すると、トリガ信号発生部１１、基準値ホールド部１３及び判定部１５をリセットする。

静電容量パネル５は、静電容量タッチパネルであり、入力装置の操作部を構成する。この操作部は、図２を参照して後述するように、静電容量パネル５の上面側に位置する平坦な入力操作面を含み、ユーザーは、各キーに対応する入力操作面上の特定の位置を指等により触れることにより、入力操作を実行する。この際、静電容量パネル５は、入力操作によって生じる静電容量の変化に基づいて入力操作の発生位置を検知し、その座標情報は、入力制御部９の座標情報出力部１７からキーコードに変換されて出力される。

尚、本発明は、静電容量パネル５における位置検知方式の具体的態様に限定されるものではなく、入力操作によって生じる静電容量の変化に基づいて入力操作の発生位置を検知し、その座標情報をキーコードに変換して出力可能である限り、任意の適切な静電容量方式タッチパネルを使用することができる。さらに、入力制御部９は、静電容量パネル５の態様に応じた適切な静電容量パネル駆動部（図示は省略する）を含むものであり、このためのハードウェア及び、必要な場合、ソフトウェアは、周知技術を適用して構成することができる。

本実施の形態において、感圧センサ７は、図２に模式的に示すように、静電容量パネル２の下側の、四隅に相当する位置にそれぞれ設けられており、この四点で荷重を検知するものである。感圧センサ７とベースフレーム６との間には、感圧センサ７に対して集中的に力を加えるシリコンゴムなどの弾性体から形成された圧子８が配置されている。図３は、この感圧センサ７を使用する回路の一例を示している。この回路では、感圧センサ７と並列に接続された抵抗Ｒ１と、感圧センサ７と抵抗Ｒ１の並列回路に直列接続された抵抗Ｒ２とからなる。抵抗Ｒ１は、電圧検出と断線検出の機能を果たし、抵抗Ｒ２は電圧検出と電流検出の機能を果たす。感圧センサ７と抵抗Ｒ２との接続点が出力点を構成している。操作部に加わる荷重の応答として各感圧センサ７が検知したそれぞれの荷重値は、荷重情報として入力制御部９の基準値ホールド部１３及び判定部１５に入力される。本実施の形態では、基準値ホールド部１３及び判定部１５では、４つの感圧センサ７の出力のオア値をとるか、平均値を荷重値としてもよい。

本実施の形態の入力制御部９は、感圧センサ７の出力値と基準値との差が予め定めた値の範囲を越えているときに、感圧センサ７の出力を感圧情報として電子機器に出力する感圧情報出力部１７を備えている。このようにすると感圧センサ７の出力も電子機器への入力として利用することができる。この場合、リセット部２１は、感圧情報出力部１９が感圧情報を出力した後、感圧センサ７の出力値と基準値との差が無くなると、感圧情報出力部１９をリセットする。

本実施の形態では、感圧センサ７として、北陸電気工業株式会社がメンブレンプレッシャセンサの名称で販売する、力が加わると抵抗値が変化する荷重センサを用いている。この種の荷重センサは、同じロットの製品でも、図４に示すように、出力特性にバラツキがある。具体的には、面圧４ＫＰａ点で３ｋΩとなるように回路の定数を設定した場合で、２．５ＫＰａ〜５ＫＰａのバラツキがある。そのため、軽く操作できるものや、強く押さないと操作できないものがある。またこの荷重センサは、図５に示すように、周囲温度の変化に対して特性が変化する。図５の例では、面圧４ＫＰａ点で、−３０℃〜＋８５℃の範囲で、抵抗値は４５ｋΩ〜１３ｋΩのバラツキ範囲を有している。そのため２５℃で４ＫＰａ点を設定した場合、−３０℃では、約６．５ＫＰａ、＋８５℃では約３ＫＰａとなる温度特性のバラツキが生じる。

このように使用する荷重センサの特性にバラツキがあっても、本実施の形態では、トリガ信号発生部１１からトリガ信号が発生したときの感圧センサ７からの出力値を荷重がゼロのときの基準値として基準値ホールド部１３がホールドし、その後実際に荷重が加えられて発生する荷重センサからの出力値と基準値との差に基づいて、判定部１５が、荷重が付加されたか否かを判定する。そのため、荷重センサの特性にバラツキがあっても、判定結果にそのバラツキが影響を与えることがない。また基準値には、温度変化に基づく変動分が含まれることになる。そして温度変化に基づく変動分を含む基準値と温度変化に基づく変動分を含む感圧センサ７の出力値との差を求めることにより、温度変化に基づく変動分が相殺されることになる。その結果、本実施の形態によれば、簡単な構成で、感圧センサ７の特性のバラツキ及び周囲の温度変化に基づく特性の変化の影響を受けることなく、タッチパネルから正しい入力がされたか否かを判定することができる。

本実施の形態において、入力制御部９は、マイクロコンピュータ、そのソフトウェアや各種データを記憶するＲＯＭ、作業用に用いられるＲＡＭ、及び必要な周辺回路等により、一般的なマイクロコンピュータシステムとして構成されている。そして、入力制御部９の各エレメント（１１乃至２１）の少なくとも主要部分は、マイクロコンピュータのソフトウェアルーチンとして実装されており、必要な場合、入出力インタフェース用回路等のハードウェアを含むものである。但し、本発明に係る入力制御部９は、その実装態様によって限定されるものでなく、後述する入力制御動作を実行する限り、任意の適切なハードウェアまたはソフトウェア、またはそれらの組合せによって構成されるものであってもよい。

図６は、本実施の形態の入力制御部９を、プロセッサ（マイクロコンピュータ）とソフトウエアを利用して実現する場合に用いるプログラムのアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。なおこのフローチャートでは、静電容量パネル５のセンサ部分を静電タッチセンサと表現している。ステップＳＴ１（トリガ信号発生ステップ）で、操作者の指の接近を検知する（静電タッチセンサＯＮ）と、トリガ信号発生部１１がトリガ信号を発生し、ステップＳＴ２（基準値ホールド・ステップ）でそのときの感圧センサ７の出力値が、荷重がゼロのときの基準値として基準値ホールド部１３にホールドされる。次にステップＳＴ３において（判定部１５において）、感圧センサ７の出力の有無が判定される。感圧センサ７の出力がある場合には、ステップＳＴ４において、感圧センサ７の出力の大小が判定される。この例では、静電容量パネル５に加わる押圧荷重（基準値と出力値の差）をＦとし、判定のための基準荷重Ａ，Ｂ及びＣが０＜Ａ＜Ｂ＜Ｃの関係を有するものと定める。押圧荷重ＦがＡ＜Ｆ＜Ｂの場合には、ステップＳＴ４からステップＳＴ５へと進み、座標情報出力部１７から座標情報が電子機器に出力される。その後ステップＳＴ６で感圧センサ７の押圧がなくなったことを判定すると、ステップ７で指が静電タッチセンサの検知範囲から外れた（離れた）か否かが判定される。これらステップＳＴ３乃至ＳＴ７によって判定ステップが構成されている。指が検知範囲から外れていない場合にはステップＳＴ２へ戻り、外れている場合にはステップＳＴ８（リセットステップ）で、リセット部２１が感圧センサ７の出力値をリセットするために、トリガ信号発生部１１、基準値ホールド部１３及び判定部１５をリセットする。ステップＳＴ４で、押圧荷重ＦがＦ＞Ｃを判定すると、ステップＳＴ９へと進み感圧情報出力部１９から荷重情報が電子機器３に出力される。そしてステップＳＴ１０で感圧センサ７が検出する押圧荷重Ｆがゼロ（基準値と感圧センサ７の出力値の差がゼロ）になったことを検出すると、ステップＳＴ６へ移行し、そうでない場合にはステップＳＴ２へと移行する。そして最終的に感圧情報出力部１９はリセットされる。

本実施の形態における荷重センサとしての感圧センサ７は、図２に示すように、４点で荷重を検知する個別の荷重センサを含んでいるが、本実施の形態における入力制御動作は、少なくとも１つの感圧センサ７を備えていれば実施可能である。

尚、本発明は、入力制御部９における入力制御動作の実装態様に限定されるものではない。

以上のように、本発明に係る電子機器用入力装置によれば、複雑な設定を必要とすることなく、使用する荷重センサの特性にバラツキがあっても、また周囲温度が変動しても、入力の判定を誤ることがない電子機器用入力装置を得ることができる。

１ 入力装置
３ 電子機器
５ 静電容量パネル（タッチパネル）
７ 感圧センサ（荷重センサ）
９ 入力制御部
１１ トリガ信号発生部
１３ 基準値ホールド部
１５ 判定部
１７ 座標情報出力部
１９ 感圧情報出力部
２１ リセット部

Claims (5)

1. 入力操作面、及び該入力操作面に対する入力操作の発生位置を検知する静電容量方式のタッチパネルを備える操作部と、
   前記操作部に加わる荷重を検知して前記荷重に応じた電圧を出力する荷重センサと、
   前記タッチパネルからの前記入力操作の発生位置の座標情報、及び、前記荷重センサからの荷重情報が入力され、前記座標情報に対応する出力情報を生成して電子機器に対して出力する入力制御部を備えた電子機器用入力装置であって、
   前記入力制御部は、
   前記タッチパネルの前記入力操作面に操作者の指または操作部材が近付いたことを静電容量の変化で検出してトリガ信号を出力するトリガ信号発生部と、
   前記トリガ信号が発生したときの前記荷重センサからの出力値を前記荷重がゼロのときの基準値としてホールドする基準値ホールド部と、
   前記トリガ信号が発生した後に前記荷重センサからの出力値と前記基準値との差が予め定めた値の範囲に入っていることを判定すると前記タッチパネルからの前記座標情報を出力する判定部と、
   前記タッチパネルの前記入力操作面から前記操作者の指または前記操作部材が離れたことを検出すると、前記トリガ信号発生部、前記基準値ホールド部及び前記判定部をリセットするリセット部とを備えていることを特徴とする電子機器用入力装置。
2. 前記入力制御部は、前記荷重センサの前記出力値と前記基準値との差が前記予め定めた値の範囲を越えているときに、前記荷重センサの出力を感圧情報として前記電子機器に出力する感圧情報出力部を更に備えている請求項１に記載の電子機器用入力装置。
3. 前記リセット部は、前記感圧情報出力部が前記感圧情報を出力した後、前記荷重センサの前記出力値と前記基準値との差が無くなると、前記感圧情報出力部をリセットする請求項２に記載の電子機器用入力装置。
4. 前記入力制御部の主要部は、プロセッサを用いて実現されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子機器入力装置。
5. 前記プロセッサには、
   前記タッチパネルの前記入力操作面に操作者の指または操作部材が近付いたことを静電容量の変化で検出してトリガ信号を出力するトリガ信号発生ステップと、
   前記トリガ信号が発生したときの前記荷重センサからの出力値を前記荷重がゼロのときの基準値としてホールドする基準値ホールド・ステップと、
   前記トリガ信号が発生した後に前記荷重センサからの出力値と前記基準値との差が予め定めた値の範囲に入っていることを判定すると前記タッチパネルからの前記座標情報を出力する判定ステップと、
   前記タッチパネルの前記入力操作面から前記操作者の指または前記操作部材が離れたことを検出すると、前記トリガ信号発生ステップ、前記基準値ホールド・ステップ及び前記判定ステップをリセットするリセットステップを実行するプログラムがインストールされていることを特徴とする請求項４に記載の電子機器用入力装置。