JPWO2019150468A1 - タッチパネル装置 - Google Patents

Abstract

タッチパネル装置（１）は、操作面（１１）における導体の接触領域の静電容量が変化するタッチパネル（１０）と、操作面（１１）に加えられた押圧力と押圧位置に応じた圧力検出信号を出力する圧力センサ部（２０）と、静電容量に基づいて操作面（１１）における第１の座標を算出し、圧力検出信号が示す圧力値（Ｆａ〜Ｆｄ）に基づいて操作面（１１）における第２の座標を算出する制御部（３０）とを備え、制御部（３０）は、静電容量が予め定められた閾値容量（ＴｈＣ）より大きい領域である第１の領域（１０１）が検出され、且つ第１の領域の大きさが予め定められた一定値（ＴｈＡ）以下であり、且つ押圧力が予め定められた閾値押圧力（ＴｈＦ）より大きい場合には、第１の座標に基づく操作信号を出力する。

Description

本発明は、静電容量方式のタッチパネルを有するタッチパネル装置に関する。

様々な種類のタッチ操作（「タッチジェスチャ操作」又は「タッチ入力操作」とも言う。）を判別するために、静電容量方式の第１のタッチパネルと第１のタッチパネルに重ねて配置された抵抗膜方式の第２のタッチパネルとを有するタッチパネル装置の提案がある（例えば、特許文献１参照）。

また、静電容量方式のタッチパネルと、タッチパネルに重ねて配置された透明部材と、透明部材の歪みを検出する押圧検出部とを有し、歪みが閾値より大きい場合にタッチパネルで検出された二次元座標を有効と判定する装置の提案がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１４−０５６４２１号公報（例えば、段落００１１，００１６〜００１９） 特開２０１６−００６６０９号公報（例えば、段落００１２〜００１３）

しかしながら、抵抗膜方式のタッチパネルは複数の指をタッチパネルに接触させて行うマルチタッチ操作を正確に判定できない。このため、特許文献１に記載の装置は、第１のタッチパネル上に水滴が存在して第１のタッチパネルが正常に機能しない水滴付着領域を有するときに、マルチタッチ操作を正確に判定できないことがあり、誤入力が発生しやすいという問題がある。

また、特許文献２に記載の装置は、タッチパネル上に水滴が付着してタッチパネルが正常に機能しない領域があるときに、水滴付着領域におけるタッチ操作を正確に判定できず、誤入力が発生しやすいという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、タッチパネル上に水滴が付着している場合であっても、タッチ操作を正確に判定することができるタッチパネル装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るタッチパネル装置は、タッチ操作が行われる操作面を有し、前記操作面における導体の接触領域の静電容量が変化するタッチパネルと、前記操作面に加えられた押圧力と押圧位置に応じた圧力検出信号を出力する圧力センサ部と、前記静電容量に基づいて前記操作面における第１の座標を算出し、前記圧力検出信号が示す圧力値に基づいて前記操作面における第２の座標を算出する制御部と、を備え、前記制御部は、前記静電容量が予め定められた閾値容量より大きい領域である第１の領域が検出され、且つ前記第１の領域の大きさが予め定められた一定値以下であり、且つ前記押圧力が予め定められた閾値押圧力より大きい場合には、前記第１の座標に基づく操作信号を出力することを特徴とする。

本発明によれば、タッチパネル上に水滴が付着している場合であっても、タッチ操作を正確に判定することができる。

本発明の実施の形態１に係るタッチパネル装置のハードウェア構成の例を示す図である。 実施の形態１に係るタッチパネル装置の構造の例を概略的に示す斜視図である。 実施の形態１に係るタッチパネル装置を概略的に示す機能ブロック図である。 （ａ）から（ｄ）は、タッチパネルの操作面にシングルタッチ操作を行ったときの導体接触領域（ハッチング領域）の例及び押圧力の検出位置（白丸位置）の例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、タッチパネルの操作面にダブルタッチ操作を行ったときの導体接触領域（ハッチング領域）の例を示す図である。 実施の形態１に係るタッチパネル装置の動作例を表形式で示す図である。 タッチパネルの操作面にシングルタッチ操作を行ったときの押圧力の検出位置を示す圧力座標（ｘ，ｙ）の計算方法の例を示す図である。 タッチパネルの操作面にシングルタッチ操作を行ったときの押圧力の検出位置を示す圧力座標（ｘ，ｙ）の計算方法の他の例を示す図である。 タッチパネルの操作面にシングルタッチ操作を行ったときの押圧力の検出位置を示す圧力座標の補正方法の例を示す図である。 タッチパネルの操作面にダブルタッチ操作を行ったときの押圧力の検出位置を示す圧力座標の計算方法の例を示す図である。 実施の形態１に係るタッチパネル装置の動作例を示すフローチャートである。 図１１のシングルタッチ処理の例を示すフローチャートである。 図１１のダブルタッチ処理の例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るタッチパネル装置の動作例を示すフローチャートである。 （ａ）から（ｃ）は、本発明の実施の形態３に係るタッチパネル装置において、タッチパネルの操作面にシングルタッチ操作を行ったときの押圧力の検出位置を示す圧力座標の計算方法の例を示す図である。 実施の形態３に係るタッチパネル装置におけるシングルタッチ処理の例を示すフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態に係るタッチパネル装置を、添付図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態は、例にすぎず、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。

《１》実施の形態１．
《１−１》構成
図１は、実施の形態１に係るタッチパネル装置１のハードウェア構成の例を示す図である。図１に示されるように、タッチパネル装置１は、静電容量方式のタッチパネル１０と、タッチパネル１０の操作面に上から加えられた押圧力を検出する圧力センサ部２０と、制御部３０とを備える。タッチパネル１０は、タッチ操作が行われる操作面に重ねて配置され、操作部品（例えば、アイコン）などを含むユーザインタフェース（ＵＩ）画像を表示するディスプレイを有する。タッチパネル装置１は、タッチ操作の結果に基づく情報を表示する表示器４０を備えてもよい。

制御部３０は、例えば、情報処理部としてのプロセッサ３１と、情報を記憶する記憶部としてのメモリ３２とを有する。プロセッサ３１は、メモリ３２に記憶されているプログラムを実行することにより、タッチパネル装置１の全体の動作を制御する。制御部３０の全体又は一部は、半導体集積回路からなる制御回路で構成されてもよい。メモリ３２は、半導体記憶装置、ハードディスク装置、取り出し可能な記録媒体に情報を記録する装置などの各種の記憶装置を含むことができる。メモリ３２は、タッチパネル１０から取得した導体接触情報、圧力センサ部２０から取得した圧力情報を記憶してもよい。

制御部３０は、タッチパネル１０の操作面で入力されたタッチ操作に対応する処理を行う。具体的に言えば、制御部３０は、タッチパネル１０の操作面で入力されたタッチ操作に対応する静電容量の変化と、操作面に加えられる押圧力に対応して圧力センサ部２０から出力される圧力検出信号とに基づく処理を行う。例えば、制御部３０は、タッチパネル１０の操作面で入力されたタッチ操作に対応する操作信号を、タッチパネル装置１に接続された他の機器又はタッチパネル装置１と通信可能な他の機器に送信する。他の機器は、例えば、生産設備、車両、又は家電機器などの外部機器である。

図２は、タッチパネル装置１の構造の例を概略的に示す斜視図である。図２に示されるように、タッチパネル装置１は、基板６０と、タッチパネル１０を基板６０上に支持する４つの圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄとを有する。基板６０は、タッチパネル装置１の筐体の一部であってもよい。また、図２では、制御部３０をタッチパネル１０の外側に描いているが、制御部３０は基板６０の一部又は基板６０に搭載された回路基板の一部であってもよい。図２では、圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが、平面形状が四角形であるタッチパネル１０の４つの角部をそれぞれ支持している。図２における圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、図１の圧力センサ部２０を構成する。なお、圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、タッチパネル１０の角部以外の位置を支持してもよい。また、タッチパネル１０の平面形状は、四角形以外の形状であってもよい。さらに、タッチパネル１０を支持する圧力センサの個数は、３個以下又は５個以上とすることも可能である。ただし、圧力センサの個数が少ないほど押圧位置を示す圧力座標の算出結果の精度が低下するので、圧力センサの個数は４個以上であることが望ましい。

図２に示されるように、タッチパネル１０は、操作者の指８０によってタッチ操作される操作面１１を有する。操作面１１に導体（すなわち、導電性の物体）が接触しているときには、導体の接触領域の静電容量が変化する。導体は、例えば、操作者の指８０又は導体からなるタッチペンなどの操作補助具である。また、操作面１１に付着することがある水滴も導体である。制御部３０は、操作面１１の各位置における静電容量を検出し、導体接触領域の位置（すなわち、操作面１１における二次元座標）を取得する。すなわち、制御部３０は、タッチパネル１０の操作面１１の各位置における静電容量に基づいて操作面１１における導体接触領域の位置を示す第１の座標を算出する。導体接触領域は、例えば、静電容量が予め定められた閾値容量（ＴｈＣ）より大きい領域である。導体接触領域は、「静電容量変化領域」である。第１の座標は、「静電容量座標」とも言う。

タッチパネル１０の操作面１１に加えられた押圧力Ｆｐに対応する圧力は、圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄによって検出される。圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、操作面１１に加えられた押圧力Ｆｐの大きさ（すなわち、強さ）と押圧位置とに応じた圧力値Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄを示す圧力検出信号を出力する。制御部３０は、圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄから出力される圧力検出信号が示す圧力値Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄに基づいて押圧力Ｆｐ及び操作面１１における押圧位置を示す座標である第２の座標を算出することができる。第２の座標は、「圧力座標」とも言う。

図３は、実施の形態１に係るタッチパネル装置１を概略的に示す機能ブロック図である。図３において、図１に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図１に示される符号と同じ符号が付される。図３に示されるように、制御部３０は、静電容量検出部５１、静電容量座標算出部５２、圧力検出部５３、圧力座標算出部５４、水滴付着判定部５５、及びタッチ有効判定部５６を有する。

静電容量検出部５１は、タッチパネル１０の操作面１１の各位置における静電容量を検出することで、操作面１１への導体の接触状態を検出する。静電容量検出部５１は、静電容量の検出値を静電容量座標算出部５２に提供する。

静電容量座標算出部５２は、静電容量検出部５１から提供された静電容量の検出値を基に、静電容量の検出値が予め定められた閾値容量ＴｈＣより大きい領域である導体接触領域の座標である第１の座標を算出する。

圧力検出部５３は、圧力センサ部２０を構成する圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄから出力される圧力検出信号を受け取り、圧力検出信号が示す圧力値Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄを圧力座標算出部５４及び水滴付着判定部５５に提供する。

圧力座標算出部５４は、圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの設置位置の座標と、圧力検出部５３から取得した圧力値Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄとに基づいて、操作面１１における押圧位置を示す第２の座標を算出する。圧力座標算出部５４は、圧力値Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄに基づいて複数の第２の座標を算出するために、静電容量座標算出部５２で算出された静電容量座標である第１の座標を参照してもよい。

水滴付着判定部５５は、静電容量検出部５１から提供される静電容量の検出値と圧力検出部５３から提供される圧力値Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄとに基づいて、導体接触領域が水滴付着領域であるか否かを判定する。例えば、水滴付着判定部５５は、導体接触領域が存在するが、操作面１１への押圧力Ｆｐが予め定められた閾値押圧力ＴｈＦ以下である場合には、その導体接触領域は、操作面１１上に水滴が存在する水滴付着領域であると判定する。なお、水滴付着領域は、ＧＮＤ（すなわち、人間又は装置の筐体などの基準電位点）に接地されている場合もある。

タッチ有効判定部５６は、水滴付着判定部５５から取得する水滴付着領域を示す情報と、静電容量座標算出部５２から取得する導体接触領域の座標である第１の座標と、圧力座標算出部５４から取得する第２の座標とに基づいて、タッチ操作が有効であるか又は無効であるかを判定する。また、タッチ有効判定部５６は、圧力座標算出部５４における計算誤差を考慮し、静電容量座標算出部５２から取得する導体接触領域の座標と水滴付着判定部５５から取得する水滴付着領域を示す情報とに基づいて、第２の座標を補正する処理を行ってもよい。この補正処理は、図９を用いて後述される。

《１−２》動作
制御部３０は、タッチパネル１０から提供される操作面１１の各位置における静電容量と、圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄから提供される圧力検出信号が示す圧力値Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄとに基づいて、以下のように動作する。

図４（ａ）から（ｄ）は、タッチパネル１０の操作面１１にシングルタッチ操作を行ったときの導体接触領域１０１〜１０４及び押圧力の検出位置２０１〜２０４の例を示す図である。図５（ａ）及び（ｂ）は、タッチパネル１０の操作面１１にダブルタッチ操作を行ったときの導体接触領域１１１〜１１４の例を示す図である。

〈動作例１〉
動作例１は、
（条件１Ａ）操作面１１において導体接触領域が検出されず、且つ
（条件１Ｂ）操作面１１を押圧する押圧力が検出されない、場合である。
「押圧力が検出されない」とは、圧力値Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄに基づく値（例えば、合計値）である押圧力Ｆｐが予め定められた閾値押圧力ＴｈＦ以下であることである。「押圧力が検出される」とは、押圧力Ｆｐが閾値押圧力ＴｈＦより大きいことである。ただし、押圧力の検出の有無の判定は、他の方法で行われてもよい。
この場合には、制御部３０は、操作面１１に導体によるタッチ操作及び絶縁体によるタッチ操作のいずれも行われておらず、水滴付着領域も無いと判定する。
このとき、制御部３０は、外部機器に操作信号を出力しない。

〈動作例２〉
動作例２は、
（条件２Ａ）操作面１１において導体接触領域が検出されず、且つ
（条件２Ｂ）操作面１１を押圧する押圧力が検出された、場合である。
この場合には、制御部３０は、操作面１１に導体によるタッチ操作は行われていないが操作面１１に絶縁体によるタッチ操作が行われたと判定する。
このとき、制御部３０は、外部機器に操作信号を出力しない。ただし、このとき、制御部３０は、圧力値Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄから算出された圧力座標である第２の座標に基づく操作信号を外部機器に出力してもよい。

〈動作例３〉
動作例３は、
（条件３Ａ）操作面１１において導体接触領域が検出され、且つ
（条件３Ｂ）操作面１１を押圧する押圧力が検出されない、場合である。
この場合には、制御部３０は、操作面１１に水滴付着領域が有り、操作面１１に導体によるタッチ操作は行われていないと判定する。
このとき、制御部３０は、外部機器に操作信号を出力しない。

〈動作例４．１〉
動作例４．１は、図４（ａ）に示されるように、
（条件４．１Ａ）操作面１１において導体接触領域（第１の領域）１０１が１つ検出され、且つ
（条件４．１Ｂ）操作面１１の押圧位置２０１を押圧する押圧力が検出され、且つ
（条件４．１Ｃ）検出された導体接触領域１０１の大きさ（例えば、面積又は長さなど）が予め定められた閾値である一定値ＴｈＡ以下である、場合である。
この場合には、制御部３０は、操作面１１に水滴付着領域は無く、操作面１１において導体による正常なシングルタッチ操作が行われたと判定する。
このとき、制御部３０は、導体接触領域１０１の位置座標から算出された静電容量座標である第１の座標に基づく操作信号を外部機器に出力する。ただし、このとき、制御部３０は、圧力値Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄから算出された圧力座標である第２の座標に基づく操作信号を外部機器に出力してもよい。

〈動作例４．２〉
動作例４．２は、図４（ｂ）に示されるように、
（条件４．２Ａ）操作面１１において導体接触領域１０２が１つ検出され、且つ
（条件４．２Ｂ）操作面１１の押圧位置２０２を押圧する押圧力が検出され、且つ
（条件４．２Ｃ）導体接触領域１０２の大きさ（例えば、面積又は長さなど）が一定値ＴｈＡより大きく、且つ
（条件４．２Ｄ）圧力値Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄから算出された押圧位置２０２の圧力座標である第２の座標が導体接触領域（第２の領域）１０２内に存在する、場合である。
この場合には、制御部３０は、操作面１１に導体接触領域１０２に対応する水滴付着領域が有り、シングルタッチ操作が水滴付着領域内で行われたと判定する。
このとき、制御部３０は、圧力座標である第２の座標に基づく操作信号を外部機器に出力する。

〈動作例４．３〉
動作例４．３は、図４（ｃ）に示されるように、
（条件４．３Ａ）操作面１１において導体接触領域１０３が１つ検出され、且つ
（条件４．３Ｂ）操作面１１の押圧位置２０３を押圧する押圧力が検出され、且つ
（条件４．３Ｃ）導体接触領域１０３の大きさ（例えば、面積又は長さなど）が一定値ＴｈＡより大きく、且つ
（条件４．３Ｄ）圧力値Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄから算出された押圧位置２０３の圧力座標である第２の座標が導体接触領域（第３の領域）１０３外であって、導体接触領域１０３から一定距離以内で導体接触領域１０３を囲う近傍領域１０５内に存在する、場合である。
この場合は、制御部３０は、操作面１１に導体接触領域１０３に対応する水滴付着領域が有り、導体によるシングルタッチ操作は実際には水滴付着領域内で行われたが、圧力座標の算出誤差によって圧力座標が水滴付着領域の少し外側にあると判定した場合である。
このとき、制御部３０は、圧力座標である第２の座標を導体接触領域１０３に向けて移動させる補正を行い、補正後の座標に基づく操作信号を外部機器に出力する。
このときの補正方法の一例を説明する。圧力座標の算出方法として、力のモーメントのつり合いに基づく計算方法があるが、圧力座標は、静電容量座標に比べて精度（検出解像度）が低いことが課題として挙げられる。そのため、押圧位置が導体接触領域１０３の端部である場合、算出された圧力座標が導体接触領域１０３の外側に外れることがあり得る。この場合にも、静電容量方式により求めた導体接触領域１０３内に実際のタッチ操作の座標があると考えられる。このため、算出された圧力座標を導体接触領域１０３内（例えば、導体接触領域１０３の境界線上）に移動させることで、圧力座標を補正することができる。補正方法の具体例は、図９を用いて後述する。

〈動作例４．４〉
動作例４．４は、図４（ｄ）に示されるように、
（条件４．４Ａ）操作面１１において導体接触領域（第４の領域）１０４が１つ検出され、且つ
（条件４．４Ｂ）操作面１１の押圧位置２０４を押圧する押圧力が検出され、且つ
（条件４．４Ｃ）導体接触領域１０４の大きさ（例えば、面積又は長さなど）が一定値ＴｈＡより大きく、且つ
（条件４．４Ｄ）圧力値Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄから算出された圧力座標である第２の座標が導体接触領域１０４外であって、近傍領域１０５外に存在する、場合である。
この場合には、制御部３０は、操作面１１に導体接触領域１０４に対応する水滴付着領域が有り、操作面１１に導体によるタッチ操作は行われていないが絶縁体により操作面１１がタッチ操作されていると判定する。
このとき、制御部３０は、外部機器に操作信号を出力しない。なお、このとき、制御部３０は、圧力値Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄから算出された圧力座標である第２の座標に基づく操作信号を外部機器に出力してもよい。

〈動作例５．１〉
動作例５．１は、図５（ａ）に示されるように、
（条件５．１Ａ）操作面１１において複数の導体接触領域（第５及び第６の領域）１１１，１１２が検出され、且つ
（条件５．１Ｂ）操作面１１の押圧位置を押圧する押圧力が検出され、且つ
（条件５．１Ｃ）導体接触領域１１１，１１２の各々の大きさが一定値ＴｈＡ以下である、場合である。
この場合には、制御部３０は、操作面１１に水滴付着領域は無く、導体による複数位置の正常なタッチ操作であるマルチタッチ操作が行われたと判定する。
このとき、制御部３０は、複数の導体接触領域１１１，１１２から算出された複数の静電容量座標である複数の第１の座標に基づく操作信号を外部機器に出力する。

〈動作例５．２〉
動作例５．２は、図５（ｂ）に示されるように、
（条件５．２Ａ）操作面１１において複数の導体接触領域（第７及び第８の領域）１１３，１１４が検出され、且つ
（条件５．２Ｂ）操作面１１の押圧位置を押圧する押圧力が検出され、且つ
（条件５．２Ｃ）導体接触領域１１３，１１４の一方である導体接触領域１１４の大きさが一定値ＴｈＡより大きく、且つ
（条件５．２Ｄ）圧力値Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄから算出された圧力座標である第２の座標が導体接触領域１１４内に存在する、場合である。
この場合には、制御部３０は、操作面１１に導体接触領域１１４に対応する水滴付着領域が有り、マルチタッチ操作の内の１つのタッチ操作は導体接触領域１１４内で行われたと判定する。
このとき、制御部３０は、導体接触領域１１３で特定できるタッチ操作の座標については、静電容量座標である第１の座標に基づく操作信号を出力し、導体接触領域１１４によって静電容量座標を特定できない操作位置についてのみ圧力座標である第２の座標に基づく操作信号を出力する。

以上の「動作例１」から「動作例５．２」までの内容を、図６に表形式で簡略化して記載する。

図７及び図８は、タッチパネル１０の操作面１１にシングルタッチ操作を行ったときの押圧位置を示す圧力座標（ｘ，ｙ）の計算方法の例を示す図である。

図７では、力のモーメントの関係性を用いた算出例を示す。この例では、横方向のサイズがＷであり、縦方向のサイズがＨであるタッチパネル１０の４つの角部が、圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄで支持される。４つの角部の座標は、（Ｈ，０）、（０，０）、（０，Ｈ）、（Ｗ，Ｈ）である。ｘ軸方向及びｙ軸方向の力のモーメントのつり合い式により、圧力座標（ｘ，ｙ）を算出する。具体的には、図７に示されるように、圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄによって検出された圧力値をＦａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄとした場合、ｘ軸方向及びｙ軸方向の力のモーメントのつり合い式は、式（１）及び（２）となる。式（１）及び（２）から座標（ｘ，ｙ）を算出することができる。

また、図８に示されるように、圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの内の圧力値が最も小さい圧力センサ（例えば、２０ａ）は、入力座標から最も離れた位置にあり、その圧力値（例えば、Ｆａ）が他の圧力センサ（例えば、２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ）の圧力値（例えば、Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄ）より極端に小さい場合、圧力センサ２０ａの影響を無視し、圧力センサ２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを結ぶことで形成される三角形内の力のモーメントのつり合いとして算出してもよい。

図７及び図８の例は、タッチパネル１０の４つの角部を圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄで支持した場合における圧力座標の算出例である。圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの数を増やした場合又は圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの配置を変更した場合は、圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの数及び位置に応じて、算出式を変更すればよい。

以上に示した圧力座標の算出方法の代わりに、回帰問題として圧力座標を算出する方法、又はタッチパネル１０の操作面１１の任意の座標値を入力する評価関数を用い、評価関数の評価結果として得られた数値が最も小さくなる座標を圧力座標として出力する方法を採用することも可能である。

図９は、上記「動作例４．３」における、圧力座標の補正方法を示す図である。図９では、計算で得られた押圧位置２０３の圧力座標が、水滴付着領域である導体接触領域１０３の外側であって近傍領域１０５の内側にある。しかし、静電容量から得られた第１の座標の精度は圧力座標である第２の座標の精度より高いので、タッチパネル１０の操作面１１への入力座標は、実際には導体接触領域１０３の範囲内に存在すると考えられる。このため、導体接触領域１０３を用いて押圧位置２０３の圧力座標を補正することが望ましい。具体的には、押圧位置２０３の圧力座標の点と導体接触領域１０３の代表点である中心点１０３ａとを直線３００で結び、導体接触領域１０３の境界線と直線３００との交点座標を補正後の圧力座標２０３ａとする。ここで、中心点１０３ａは、導体接触領域１０３の代表点の一例である。中心点１０３ａは、例えば、重力位置、又は導体接触領域１０３の最も長い軸の中点などである。ただし、中心点１０３ａ以外の代表点を用いて直線３００を決定してもよい。なお、図９は、補正方法の一例を示しているに過ぎず、他の方法で圧力座標を補正してもよい。

図１０は、マルチタッチ操作時において、圧力座標の算出例を示す図である。ここでは、２点のタッチ操作があり、１点は、導体接触領域１１３内にあり、他の点は導体接触領域１１４内にある。また、図７と同様に、タッチパネル１０の４つの角部は圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄで支持されており、力のモーメントのつり合い式を用いて押圧位置２０５の圧力座標を計算することができる。

このユースケースでは、導体接触領域１１３の座標は静電容量方式により特定できていることを前提条件とする。また、４つの圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄでは、複数点の個々の押圧位置の押圧力を特定することが困難であるから、２つのタッチ操作は同じ強さの押圧力で行われたと仮定する。なお、圧力センサの数を増やし、複数のタッチ操作の押圧力が互いに異なることを前提とした計算も可能である。

圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにより検出された圧力値をＦａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄとし、タッチ操作位置（図１０における、２０５）における押圧力をＦｎとし、静電容量方式で求めたタッチ点（図１０における、１１３）の座標を（ｘ１，ｙ１）とした場合、ｘ軸方向の力のモーメントのつり合い式は、式（３）及び（４）であり、ｙ軸方向の力のモーメントのつり合い式は式（５）及び（６）である。

式（３）及び（４）の連立方程式から座標（ｘ，ｙ）のｘが求められ、式（５）及び（６）の連立方程式から座標（ｘ，ｙ）のｙが求められる。

図１１は、実施の形態１に係るタッチパネル装置１の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１０１において、制御部３０は、タッチパネル１０における静電容量及び圧力値の入力を検知する。

ステップＳ１０２において、制御部３０は、静電容量及び圧力値の両方が検出されていることを確認する。制御部３０は、押圧力のみが検出された場合（「動作例２」の場合）は、絶縁体で操作面１１に触れている状態として認識し、また、静電容量のみが検出された場合（「動作例１」の場合）は、水滴などの導体がタッチパネル上に触れている状態として認識し、何れの状態においてもステップＳ１１０で入力を無効とする。

ステップＳ１０３において、制御部３０は、圧力値の情報から、式（１）及び（２）を用いて圧力座標を算出する。

ステップＳ１０４において、制御部３０は、静電容量の検出結果から、静電容量座標を算出する。また、水滴などの液体がタッチパネル上に付着し、かつ、その領域に指が触れている等、水滴がＧＮＤに接地するような状態である場合、点座標としてではなく、ある一定値ＴｈＡより大きい導体接触領域が検出される。このとき、入力座標を特定することが困難であるため、その導体接触領域に関する情報は、記憶部に保持される。

ステップＳ１０５において、制御部３０は、一定値ＴｈＡより大きい導体接触領域が検出されたか否かを判定し、一定値ＴｈＡより大きい導体接触領域が検出された場合には、ステップＳ１０６において、水滴付着領域であるか否かを判定する。水滴がタッチパネル１０の端部に付着しているが、その導体接触領域とは全く別の位置でタッチ操作をしている場合、圧力座標と水滴付着領域の位置が全く重複しない。このように、制御部３０は、水滴付着領域における導体による入力が無いと断定できる場合は、ステップＳ１０６の処理を行わない。

ステップＳ１０７において、制御部３０は、ステップＳ１０６における水滴付着領域を除外した後の導体接触領域の数に応じて、ステップＳ１０８のシングルタッチ処理又はステップＳ１０９のマルチタッチ処理を行う。これらの処理の詳細は、図１２及び図１３に示される。

図１２は、実施の形態１に係るタッチパネル装置におけるシングルタッチ処理を示すフローチャートである。先ず、ステップＳ２０１において、制御部３０は、静電容量から導体接触領域の座標が特定できるか否かを判定し、できる場合には、ステップＳ２０２において静電容量座標を出力する。この処理は、上記「動作例４．１」の処理である。

ステップＳ２０１において、静電容量座標の特定が困難である場合、制御部３０は、ステップＳ２０３において、圧力座標が導体接触領域内に存在するかを判定し、存在する場合は、ステップＳ２０４で圧力座標を出力する。この処理は、上記「動作例４．２」の処理である。

圧力座標が導体接触領域外に位置する場合、制御部３０は、ステップＳ２０５において、圧力座標の算出誤差を考慮し、圧力座標が導体接触領域から一定距離以内である近傍領域内に存在する場合は、ステップＳ２０６において、例えば、図９で説明した補正方法により補正された圧力座標を出力する。この処理は、上記「動作例４．３」の処理である。

一定距離以上乖離している場合は、制御部３０は、絶縁体によるタッチ操作などが考えられるため、ステップＳ２０７において、入力を無効とする。この処理は、上記「動作例４．４」の処理である。

図１３は、実施の形態２に係るタッチパネル装置の動作を示すフローチャートである。制御部３０は、ステップＳ３０１において、全てのタッチ操作点に関して、静電容量座標が特定できるかを判定し、可能である場合、ステップＳ３０２において静電容量座標を出力する。

静電容量方式では座標の特定が困難であった場合、制御部３０は、ステップＳ３０３において、特定できた複数の静電容量座標とその入力点数を圧力座標算出部に通知する。この処理は、上記「動作例５．１」の処理である。

制御部３０は、ステップＳ３０４において、複数のタッチ操作点が各圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄに対し合力となって影響することを考慮し、圧力座標を求める。制御部３０は、ステップＳ３０５において、静電容量座標及び圧力座標を出力する。この処理は、上記「動作例５．２」の処理である。

《１−３》効果
以上に説明したように、実施の形態１に係るタッチパネル装置１によれば、タッチパネル１０の操作面１１に水滴が存在する場合であっても、タッチ操作を正確に判定することができる。よって、誤入力を減らすことができる。

《２》実施の形態２．
実施の形態１においては、閾値容量ＴｈＣより大きい静電容量と閾値押圧力ＴｈＦより大きい押圧力Ｆｐの両方が検出された場合以外では、入力を無効にした。しかし、タッチパネルの操作面を絶縁体のデバイスでタッチ操作する場合がある。つまり、静電容量を変化させず、押圧力Ｆｐのみが検出される場合である。この場合に、タッチパネル装置は、上記式（１）及び（２）を用いて算出される圧力座標を出力してもよい。これは、図６における「動作例２」に対応する。

図１４は、実施の形態２に係るタッチパネル装置の動作を示すフローチャートである。図１４におけるステップＳ４０１からＳ４０９は、図１１におけるステップＳ１０１からＳ１０９と同じである。実施の形態２に係るタッチパネル装置は、図１１におけるステップＳ４１０からＳ４１２の処理を行う点において、実施の形態１に係るタッチパネル装置１と同じである。したがって、実施の形態２においては、図１から図１０並びに図１２及び図１３をも参照する。

ステップＳ４１０において、制御部３０は、閾値容量ＴｈＣより大きい静電容量を検出したか否かを判定する。制御部３０は、閾値容量ＴｈＣより大きい静電容量を検出した場合には、水滴等の導体がタッチパネル１０の操作面１１に触れている状態であると認識し、ステップＳ４１１で入力を無効にする。制御部３０は、閾値容量ＴｈＣより大きい静電容量を検出しない場合、すなわち、閾値押圧力ＴｈＦより大きい押圧力Ｆｐを検出した場合は、ステップＳ４１２において圧力座標を算出する。

以上に説明したように、実施の形態２に係るタッチパネル装置によれば、タッチパネル１０の操作面１１に水滴が存在する場合であっても、タッチ操作を正確に判定することができる。よって、誤入力を減らすことができる。

さらに、絶縁体のデバイスを用いた入力操作に基づく操作情報を出力することができる。

《３》実施の形態３．
実施の形態１及び２においては、圧力値Ｆａ〜Ｆｄから押圧位置の圧力座標である絶対座標を求める方法を説明した。実施の形態３においては、圧力値Ｆａ〜Ｆｄの時間軸における変化情報を用いて、タッチ操作による押圧位置の圧力座標を、圧力座標の相対移動量に変換する方法を説明する。つまり、実施の形態３においては、制御部３０は、時間的に先に検出された圧力座標（第２の座標）である第１の時点の座標と、時間的に後に検出された圧力座標（第２の座標）である第２の時点の座標との差分に基づく相対移動量（Δｘ，Δｙ）を求め、相対移動量（Δｘ，Δｙ）を、第２の座標とみなす方法である。

実施の形態３に係るタッチパネル装置は、圧力座標の相対移動量を用いる点以外では、実施の形態１又は２に係るタッチパネル装置と同じである。したがって、実施の形態３においては、図１から図１４をも参照する。

図１５（ａ）から（ｃ）は、実施の形態３に係るタッチパネル装置の動作を示す図である。図１５（ａ）から（ｃ）は、圧力座標の変化を用いた相対移動量の近似算出方法を示す。算出方法としては、検出された圧力値と、時間的に早い時点で検出（例えば、前回検出）した圧力値との圧力差分値ΔＦｘとΔＦｙとｘ軸方向及びｙ軸方向で算出し、そのｘ軸方向及びｙ軸方向の圧力差分値に圧力座標の相対移動量に変換する係数αを乗算することで、相対移動量ΔｘとΔｙを求める。具体的には、圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの圧力値をそれぞれＦａ，Ｆｂ，Ｆｃ，Ｆｄとし、前回の圧力センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの圧力値をそれぞれＦａ′，Ｆｂ′Ｆｃ′Ｆｄ′とし、圧力値から移動量への変換係数をαとした場合、ｘ軸方向及びｙ軸方向の相対移動量Δｘ及びΔｙは、式（７）及び（８）により求められる。

圧力座標から圧力の検出位置までの距離と、圧力値とは反比例の関係にあるため、変換係数αは、圧力座標の位置によって変更すべきパラメータである。つまり、水滴付着領域の範囲、圧力値の情報に応じて、変換係数αの値を変化させることが望ましい。

図１６は、実施の形態３に係るタッチパネル装置の動作を示すフローチャートである。図１６は、圧力の変化量を用いて相対移動量Δｘ、Δｙを算出するシステムにおいて、シングルタッチ操作の座標検出時における処理を示す。

ステップＳ５０１において、制御部３０は、静電容量から静電容量座標を特定できるかを判定する。可能である場合は、制御部３０は、ステップＳ５０２において、静電容量方式により算出した座標を出力する。次のステップＳ５０３においては、絶対座標に関するユーザインタフェース（ＵＩ）操作が行われる。

静電容量方式では座標の特定が困難であった場合、制御部３０は、ステップＳ５０４で、式（７）及び（８）に示した計算方法を用いて、ｘ軸方向及びｙ軸方向に関する相対移動量Δｘ及びΔｙを出力する。

次のステップＳ５０５においては、相対座標（移動量）に対するＵＩ操作が行われる。

以上に説明したように、実施の形態３に係るタッチパネル装置によれば、タッチパネル１０の操作面１１に水滴が存在する場合であっても、タッチ操作を正確に判定することができる。よって、誤入力を減らすことができる。

さらに、絶縁体のデバイスを用いた入力操作に基づく操作情報を出力することができる。

《４》変形例．
実施の形態１から３においては、ある条件に基づいて静電容量座標である第２の座標又は圧力座標である第１の座標のいずれかに基づく操作信号を出力する例を示した。しかし、静電容量方式では、水滴付着領域にタッチ操作が行われた場合に、水滴付着領域の中心座標又は最も静電容量の変化量が高い点をタッチ操作の位置とみなすことも可能である。このとき、静電容量座標と圧力座標との間には差異が生じる。この差異が小さいほど、静電容量座標及び圧力座標は、精度が高く、信頼性の高い座標であると考えられる。

そこで、静電容量座標と圧力座標との差異のデータを取得し、静電容量座標と圧力座標の信頼度を定義し、タッチパネル装置に組み込むアプリケーション（アプリケーションソフトウェア）に、定義した信頼度の情報をフィードバックすることで、アプリケーションのインタラクションの幅を広げることが可能である。例えば、高い入力精度を求めないアプリケーションについては信頼度を考慮せずに操作位置の座標を判定し、高い入力精度を要するアプリケーションについては信頼度の情報を考慮に入れて操作位置の座標を判定するようにタッチパネル装置を制御してもよい。

この変形例の特徴を、実施の形態１から３のいずれかに組み合わせることも可能である。

１ タッチパネル装置、 １０ タッチパネル、 １１ 操作面、 ２０ 圧力センサ部、 ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ 圧力センサ、 ３０ 制御部、 ３１ プロセッサ、 ３２ メモリ、 ５１ 静電容量検出部、 ５２ 静電容量座標算出部、 ５３ 圧力検出部、 ５４ 圧力座標算出部、 ５５ 水滴付着判定部、 ５６ タッチ有効判定部、 １０１〜１０４、１１１〜１１４ 導体接触領域、 １０５ 近傍領域、 ２０１〜２０４ 押圧位置、 ＴｈＣ 閾値容量、 ＴｈＦ 閾値押圧力、 Ｆｐ 押圧力、 Ｆａ〜Ｆｄ 圧力値。

Claims (12)

1. タッチ操作が行われる操作面を有し、前記操作面における導体の接触領域の静電容量が変化するタッチパネルと、
   前記操作面に加えられた押圧力と押圧位置に応じた圧力検出信号を出力する圧力センサ部と、
   前記静電容量に基づいて前記操作面における第１の座標を算出し、前記圧力検出信号が示す圧力値に基づいて前記操作面における第２の座標を算出する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記静電容量が予め定められた閾値容量より大きい領域である第１の領域が検出され、且つ前記第１の領域の大きさが予め定められた一定値以下であり、且つ前記押圧力が予め定められた閾値押圧力より大きい場合には、前記第１の座標に基づく操作信号を出力する
   ことを特徴とするタッチパネル装置。
2. 前記制御部は、
   前記静電容量が前記閾値容量より大きい領域である第２の領域が検出され、且つ前記第２の領域の大きさが前記一定値より大きく、且つ前記押圧力が前記閾値押圧力より大きい場合には、前記第２の座標に基づく操作信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル装置。
3. 前記制御部は、
   前記静電容量が予め定められた閾値容量より大きい領域である第３の領域が検出され、且つ前記第３の領域の大きさが前記一定値より大きく、且つ前記押圧力が前記閾値押圧力より大きく、且つ前記第２の座標が前記第３の領域外であって前記第３の領域から予め定められた一定距離以内で前記第３の領域を囲う近傍領域内に存在する場合には、前記第２の座標を前記第３の領域に向けて移動させて得られた補正後の第２の座標に基づく操作信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のタッチパネル装置。
4. 前記制御部は、
   前記静電容量が予め定められた閾値容量より大きい領域である第４の領域が検出され、且つ前記第４の領域の大きさが前記一定値より大きく、且つ前記押圧力が前記閾値押圧力より大きく、且つ前記第２の座標が前記第３の領域及び前記近傍領域の外側に存在する場合には、前記第２の座標に基づく操作信号を出力する
   ことを特徴とする請求項３に記載のタッチパネル装置。
5. 前記制御部は、
   前記静電容量が予め定められた閾値容量より大きい領域である第５及び第６の領域が検出され、且つ前記第５及び第６の領域の各々の大きさが前記一定値以下であり、且つ前記押圧力が前記閾値押圧力より大きい場合には、前記第１の座標に基づく操作信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のタッチパネル装置。
6. 前記制御部は、
   前記静電容量が予め定められた閾値容量より大きい領域である第７及び第８の領域が検出され、且つ前記第７の領域の大きさが前記一定値以下であり、且つ前記第８の領域の大きさが前記一定値より大きく、且つ
   前記押圧力が前記閾値押圧力より大きい場合には、前記第７の領域については前記第１の座標に基づく操作信号を出力し、前記第８の領域については前記第２の座標に基づく操作信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のタッチパネル装置。
7. 前記制御部は、
   前記静電容量が予め定められた閾値容量より大きい領域が検出されず、且つ前記閾値押圧力より大きい前記押圧力が検出されない場合には、操作信号を出力しない
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のタッチパネル装置。
8. 前記制御部は、
   前記静電容量が予め定められた閾値容量より大きい領域が検出されず、且つ前記閾値押圧力より大きい前記押圧力が検出された場合には、操作信号を出力しない
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のタッチパネル装置。
9. 前記制御部は、
   前記静電容量が予め定められた閾値容量より大きい領域が検出されず、且つ前記閾値押圧力より大きい前記押圧力が検出された場合には、前記第２の座標に基づく操作信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のタッチパネル装置。
10. 前記制御部は、
    前記静電容量が予め定められた閾値容量より大きい領域を検出し、且つ前記閾値押圧力より大きい前記押圧力が検出されない場合には、操作信号を出力しない
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のタッチパネル装置。
11. 前記制御部は、
    時間的に先に検出された前記第２の座標である第１の時点の座標と、時間的に後に検出された前記第２の座標である第２の時点の座標との差分に基づく相対移動量を求め、
    前記相対移動量を、前記第２の座標とみなす
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のタッチパネル装置。
12. 前記圧力センサ部は、前記タッチパネルを支持する複数の圧力センサを有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のタッチパネル装置。

Images