WO2015194446A1 - タッチパネル、および入力操作端末 - Google Patents

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WO2015194446A1
WO2015194446A1 PCT/JP2015/066813 JP2015066813W WO2015194446A1 WO 2015194446 A1 WO2015194446 A1 WO 2015194446A1 JP 2015066813 W JP2015066813 W JP 2015066813W WO 2015194446 A1 WO2015194446 A1 WO 2015194446A1
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WO
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touch panel
input member
straight line
piezoelectric film
operation input
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/066813
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
木原尚志
遠藤潤
斉藤誠人
Original Assignee
株式会社村田製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
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Priority to JP2016529279A priority patent/JP6237899B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means

Definitions

  • the present invention relates to a touch panel for detecting a pressing operation on an operation surface by an operator, and an input operation terminal using the touch panel.
  • various touch panels have been devised for detecting an operation of pressing an operation surface by an operator.
  • the touch panel include a capacitance method, a thermal resistance method, a piezoelectric acoustic method, an infrared sensor method, and the like.
  • a touch detection sensor is separately provided on the touch panel that detects the pressing force.
  • Patent Document 1 describes a touch panel in which matrix-like electrodes are formed on both opposing main surfaces of a flat piezoelectric sheet.
  • Patent Document 2 describes a touch panel in which a plurality of pairs of opposed electrodes are provided discretely on both opposed main surfaces of a piezoelectric sheet.
  • both main surfaces of the piezoelectric sheet are arranged to face the display surface of the display, and one main surface of the piezoelectric sheet (the main surface located on the opposite side of the display surface) is placed on the operator. It is the structure made into the operation surface by.
  • An input operation device using a touch panel can be incorporated as an input device not only in portable terminals such as smartphones and tablet terminals but also in large machines such as ticket machines and ATMs.
  • the touch panels described in Patent Documents 1 and 2 have a configuration in which electrodes are provided on a piezoelectric sheet facing the display surface of the display, the transparency of the operation surface is reduced. That is, the touch panels described in Patent Documents 1 and 2 reduce the visibility of the operator with respect to the image displayed on the display surface of the display.
  • An object of the present invention is to provide a technique for suppressing a reduction in the visibility of an image displayed on a display surface of a display and detecting a pressing force in addition to a pressing position on an operation surface.
  • This invention is configured as follows to achieve the above object.
  • one main surface is an operation surface
  • the piezoelectric film is sandwiched between the operation input member that is distorted by pressing the operation surface and both main surface sides of the piezoelectric film.
  • the pressure sensor is provided.
  • the pressure sensors are mounted on both sides of the operation input member across the first straight line that divides the operation surface into two.
  • the operation input member by, for example, a flat plate of glass or PET (polyethyleneterephthalate). Therefore, when the main surface of the operation input member is disposed to face the display surface of the display device, the operator's visibility with respect to the image displayed on the display surface of the display device can be sufficiently ensured.
  • the press sensor can be attached to the operation input member by shifting it to a position facing the outer periphery of the display surface of the display or a position not facing the display surface. Therefore, the visibility of the operator with respect to the image displayed on the display surface of the display device is not lowered by the press sensor attached to the operation input member.
  • the piezoelectric film of the pressure sensor is distorted with the distortion of the operation input member caused by the pressing of the operation surface.
  • the operation input member is distorted according to the pressing force of the operation surface.
  • the piezoelectric film generates a charge corresponding to the amount of strain. Therefore, the pressing force on the operation surface of the operation input member can be detected by detecting the charge amount (power generation amount) generated by the pressure sensor (piezoelectric film).
  • the amount of electric charge (power generation amount) generated by two pressure sensors (piezoelectric films) mounted on both sides of the operation input member across the first straight line it is orthogonal to the first straight line. It is possible to detect the pressing position in the direction to perform. That is, the pressed position can be detected by one-dimensional coordinates in the direction orthogonal to the first straight line on the operation surface.
  • the pressed position is detected by two-dimensional coordinates on the operation surface.
  • the two-dimensional coordinates are a coordinate system having the first straight line and the second straight line as axes.
  • the pressure sensor has a shape that is longer than the dimensions of the operation screen and extends in the longitudinal direction, it is possible to detect the pressure on the majority of the operation screen.
  • the press sensor extends in the longitudinal direction with a length less than the size of the operation screen, the area where the press sensor cannot detect the press does not overlap the area where the press target is displayed on the operation screen. If the pressure sensor is arranged so as to overlap the area where the object is not displayed, it is possible to detect the pressure in at least the most area where the object to be pressed is displayed on the operation screen.
  • an input operation terminal that can detect the pressing force and the pressing position can be configured by including a calculation unit that receives the power generation amount of the press sensor as input and performs predetermined calculation processing.
  • the operation input member has a rectangular shape on the operation input member, it is preferable to attach a pressure sensor along the outer periphery of the main surface of the operation input member. If it does in this way, distortion of the member for operation input generated by press of an operation surface can be efficiently transmitted to a press sensor (piezoelectric film) (distortion of a piezoelectric film can be enlarged).
  • the press sensor is mounted on the other main surface facing the operation surface of the operation input member.
  • the piezoelectric film may be composed of polylactic acid or the like stretched in a uniaxial direction. In this case, it is preferable that the extending direction of the piezoelectric film has an acute angle of about 45 ° with the first straight line.
  • the present invention it is possible to suppress a decrease in the visibility of the image displayed on the display surface of the display and to detect the pressing force in addition to the pressing position on the operation surface.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view in the AA direction shown in FIG. 2, and FIG. 4B is a cross-sectional view in the BB direction shown in FIG.
  • FIG. 5A is a side view of the pressure sensor, and FIG. 5B is a plan view of the pressure sensor.
  • FIG. 6A is a diagram illustrating a measurement procedure according to a pressing position in the Y-axis direction, and FIG. 6B is a diagram illustrating a measurement result.
  • 7A and 7B are schematic plan views showing a touch panel according to another example.
  • 8A and 8B are schematic plan views showing a touch panel according to another example.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a main part of an input operation terminal including a touch panel according to this example.
  • the input operation terminal 1 includes a control unit 2, a display unit 3, and a sensor unit 4.
  • the control unit 2 controls the operation of each unit of the input operation terminal 1 main body.
  • the control part 2 has the structure corresponded to the calculating part said by this invention.
  • the display unit 3 includes a display 31 and a display control unit 32. In the display unit 3, the display control unit 32 controls screen display on the display device 31 in accordance with an instruction from the control unit 2.
  • the display 31 is preferably a thin display using liquid crystal, organic EL (Electro Luminescence) or the like from the viewpoint of miniaturization of the input operation terminal 1 main body.
  • the sensor unit 4 includes pressure sensors 41 to 44. Details of the pressure sensors 41 to 44 will be described later.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the appearance of the input operation terminal according to this example.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing a touch panel used in the input operation terminal according to this example.
  • 4A is a cross-sectional view in the AA direction shown in FIG. 2
  • FIG. 4B is a cross-sectional view in the BB direction shown in FIG.
  • the housing 10 of the input operation terminal 1 has a substantially rectangular parallelepiped shape as shown in FIG.
  • the housing 10 has a shape having a rectangular opening on the upper surface in FIG.
  • a control board 20 is attached in the housing 10. On the control board 20, a circuit related to the control unit 2 and a circuit related to the display control unit 32 are formed.
  • a display 31 is attached in the housing 10.
  • the display 31 displays an operation screen 49 that accepts a touch operation or a press operation on the display surface.
  • the display 31 is located between the control board 20 and the opening surface on the top surface of the housing 10.
  • the display surface of the display 31 faces the opening surface on the upper surface of the housing 10.
  • the display surface of the display device 31 and the operation screen 49 are approximately the same size as the opening surface of the upper surface of the housing 10 (the vertical and horizontal lengths are approximately the same).
  • the display 31 is attached to the housing 10 so that the center of the display surface coincides with the center of the opening surface on the top surface of the housing 10.
  • a touch panel 40 shown in FIG. 3 is attached to the opening surface of the upper surface of the housing 10 so as to close the opening surface.
  • the touch panel 40 constitutes the sensor unit 4 described above.
  • the touch panel 40 includes a plate member 45 and four pressure sensors 41 to 44.
  • the plate member 45 is attached with its main surface facing the opening surface of the upper surface of the housing 10.
  • a rectangular area indicated by a broken line is an opening surface on the upper surface of the housing 10. That is, as shown in FIG. 3, the main surface of the plate member 45 is larger than the opening surface of the top surface of the housing 10 (longitudinal and lateral lengths are long).
  • the shape of the main surface of the plate member 45 is rectangular as shown in FIG.
  • the touch panel 40 is attached to the housing 10 such that the center of the main surface of the plate member 45 is aligned with the center of the opening surface of the upper surface of the housing 10.
  • the touch panel 40 is located inside the housing 10 and attached with an adhesive.
  • the adhesive is applied to a location where the touch panel 40 and the housing 10 are in contact with each other outside the opening surface on the upper surface of the housing 10. Therefore, one main surface of the plate member 45 is exposed to the outside through the opening surface of the upper surface of the housing 10.
  • the plate member 45 is made of a material having good permeability and a certain degree of rigidity.
  • the plate member 45 is formed of, for example, a flat plate of glass or PET (polyethylene terephthalate). Therefore, the operator can see the display surface of the display 31 through the plate member 45 of the touch panel 40 that closes the opening surface of the upper surface of the housing 10. Therefore, when the display 31 displays an operation screen 49 that accepts a touch operation or a press operation on the display surface, the operator views the operation screen 49 through the operation surface of the touch panel 40 and touches the touch panel 40 with a touch operation or a press. Can be operated.
  • the plate member 45 corresponds to the operation input member referred to in the present invention.
  • the plate member 45 has a surface (one main surface of the plate member 45) exposed to the outside through the opening surface of the upper surface of the housing 10 corresponding to the operation surface referred to in the present invention.
  • the touch panel 40 has four pressure sensors 41 to 44 mounted on the other main surface facing the operation surface of the plate member 45.
  • the four pressure sensors 41 to 44 are attached along each side of the plate member 45.
  • the four pressure sensors 41 to 44 are along the outside of the position facing the opening surface of the housing 10 and the display surface of the display 31, that is, along the outside of the operation screen 49. It is installed. Therefore, the press sensors 41 to 44 do not enter the visual field of the operator who views the display surface of the display 31 through the plate member 45. That is, the press sensors 41 to 44 do not lower the visibility of the image displayed on the display surface of the display 31.
  • the position of the operation surface of the plate member 45 is represented by an XY coordinate system (two-dimensional coordinate system) with the center of the operation surface as the origin.
  • the pressure sensors 41 and 42 are mounted symmetrically about the X axis. Similarly, the pressure sensors 43 and 44 are mounted symmetrically with respect to the Y axis.
  • the pressure sensors 41 and 42 are a pair of sensors for detecting the pressing position of the operation surface of the plate member 45 in the Y-axis direction, and the pressure sensors 43 and 44 are the pressure of the operation surface of the plate member 45 in the X-axis direction. It is a pair of sensors for detecting a position.
  • the pressure sensor 41 and the pressure sensor 42 are arranged to face each other in the Y-axis direction with the operation screen 49 interposed therebetween.
  • the pressure sensor 41 and the pressure sensor 42 each have a strip shape extending in the X-axis direction as the longitudinal direction, and the dimension in the longitudinal direction (X-axis direction) is the same as the dimension of the operation screen 49 in the same direction (or Larger dimensions).
  • the pressure sensor 43 and the pressure sensor 44 are disposed so as to face each other in the X-axis direction with the operation screen 49 interposed therebetween.
  • the pressure sensor 43 and the pressure sensor 44 each have a strip shape extending in the Y-axis direction as the longitudinal direction, and the dimension in the longitudinal direction (Y-axis direction) is the same as the dimension of the operation screen 49 in the same direction (or Larger dimensions).
  • the pressure sensors 41 and 42 and the pressure sensors 43 and 44 may not be provided symmetrically to each other. Specifically, the press sensors 41 and 42 and the press sensors 43 and 44 may be displaced in the longitudinal direction, or may have different longitudinal dimensions. However, it is preferable that the pressure sensors 41 to 44 have the same configuration in side view as shown below. Hereinafter, the pressure sensors 41 to 44 are collectively referred to as a pressure sensor 400.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the pressure sensor.
  • FIG. 5A is a side view
  • FIG. 5B is a plan view.
  • the pressure sensor 400 has a configuration in which a detection electrode substrate 401, a double-sided adhesive tape 402, a piezoelectric film 403, a double-sided adhesive tape 404, a detection electrode substrate 405, and a double-sided adhesive tape 406 are laminated in this order.
  • the detection electrode substrate 401 and the detection electrode substrate 405 are configured to have at least a pair of signal electrodes and a ground electrode as detection electrodes.
  • the detection electrode substrate 401 and the detection electrode substrate 405 are configured by forming an electrode film to be a detection electrode on an insulating substrate made of polyimide, PET, or glass epoxy resin, or a single conductive tape to be a detection electrode. Or can be configured as Specifically, when the detection electrode substrate 401 and the detection electrode substrate 405 are configured to include an insulating substrate, a ground surface is formed on the main surface of the insulating substrate constituting the detection electrode substrate 401 on the piezoelectric film 403 side.
  • An electrode may be provided, and a signal electrode may be provided on the main surface of the insulating substrate constituting the detection electrode substrate 405 on the piezoelectric film 403 side.
  • a signal electrode is provided on the main surface of the insulating substrate constituting the detection electrode substrate 401 on the piezoelectric film 403 side
  • a ground electrode is provided on the main surface of the insulating substrate constituting the detection electrode substrate 405 on the piezoelectric film 403 side. You may comprise so that an electrode may be provided.
  • a ground electrode is provided on the main surface of the insulating substrate constituting the detection electrode substrate 401 on the piezoelectric film 403 side, and the main surface of the insulating substrate constituting the detection electrode substrate 405 on the piezoelectric film 403 side. It is also possible to improve the noise resistance by providing a signal electrode and providing a ground electrode on the other main surface of the insulating substrate on which the signal electrode is provided.
  • the piezoelectric film 403 is made of polylactic acid (PLA), more specifically, L-type polylactic acid (PLLA) or D-type polylactic acid (PDLA).
  • the piezoelectric film 403 is referred to as the length (the length in the left-right direction (hereinafter referred to as the longitudinal direction) in FIG. 5) LLp and the width (the vertical direction in FIG. 5B (hereinafter referred to as the short direction). ) Length)) It consists of a long flat membrane with a short LSp.
  • the orientation direction of the molecules of the piezoelectric film 403 is 45 ° with respect to the longitudinal direction and the short direction of the piezoelectric film 403.
  • the uniaxial stretching direction 500 of the piezoelectric film 403 shown in FIG. 5B forms approximately 45 ° with respect to the longitudinal direction and the short direction of the piezoelectric film 403.
  • the uniaxial stretching direction 500 of the piezoelectric film 403 is most preferably 45 ° with respect to the longitudinal direction and the short direction of the piezoelectric film 403, but practically within a range of 45 ⁇ 10 °. Can be used without problems.
  • PLLA consists of a chiral polymer.
  • PLLA has a helical structure in the main chain.
  • molecules are oriented in a uniaxially stretched direction, and have piezoelectricity due to the orientation of the molecules.
  • the uniaxially stretched PLA generates electric charges due to distortion in the piezoelectric film 403.
  • the distortion generated in the piezoelectric film 403 means that the piezoelectric film 403 extends in a predetermined direction.
  • the generated charge amount is determined by the strain amount of the piezoelectric film 403.
  • the piezoelectric constant of uniaxially stretched PLLA belongs to a very high class among polymers.
  • the piezoelectric strain constant d 14 of PLLA can be as high as 10 to 20 pC / N by adjusting conditions such as stretching conditions, heat treatment conditions, and additive blending.
  • the stretching ratio of the piezoelectric film 403 is preferably about 3 to 8 times.
  • the stretching ratio of the piezoelectric film 403 is preferably about 3 to 8 times.
  • PLLA generates piezoelectricity by molecular orientation treatment such as stretching, and therefore does not need to be subjected to poling treatment like other polymers such as PVDF and piezoelectric ceramics. That is, the piezoelectricity of PLLA that does not belong to ferroelectrics is not generated by the polarization of ions like ferroelectrics such as PVDF and PZT, but is derived from a helical structure that is a characteristic structure of molecules. is there. For this reason, the pyroelectricity generated in other ferroelectric piezoelectric materials does not occur in PLLA.
  • PVDF or the like shows a change in piezoelectric constant over time, and in some cases, the piezoelectric constant may be significantly reduced, but the piezoelectric constant of PLLA is extremely stable over time. Therefore, the output charge amount is not affected by the surrounding environment.
  • the detection electrode substrate 401 is formed on substantially the entire surface of one flat surface (one main surface) of the piezoelectric film 403.
  • the detection electrode substrate 405 is formed on substantially the entire surface of the other flat plate surface (the other main surface) of the piezoelectric film 403.
  • An electronic component 405 a is mounted on the detection electrode substrate 405.
  • the electronic component 405a constitutes a circuit that detects and outputs a potential difference between a pair of signal electrodes and a ground electrode provided on the detection electrode substrate 401 and the detection electrode substrate 405.
  • the double-sided adhesive tape 402 is an adhesive member that is positioned between the detection electrode substrate 401 and the piezoelectric film 403 and adheres the detection electrode substrate 401 and the piezoelectric film 403.
  • the double-sided adhesive tape 404 is an adhesive member that is positioned between the detection electrode substrate 405 and the piezoelectric film 403 and adheres the detection electrode substrate 405 and the piezoelectric film 403.
  • the double-sided adhesive tape 406 is an adhesive member that adheres the pressure sensor 400 to the plate member 45.
  • the double-sided pressure-sensitive adhesive tapes 402, 404, and 406 may be made of a pressure-sensitive adhesive that bonds two adjacent layers.
  • the pressure sensors 41 to 44 are located outside the opening surface of the upper surface of the housing 10, so that even if the permeability is low, it is displayed on the display surface of the display 31.
  • the detection electrode substrates 401 and 405 are made of organic electrodes mainly composed of polythiophene or polyaniline, inorganic electrodes such as ITO, ZnO, silver nanowires, carbon nanotubes, and graphene in order to form a highly transmissive conductor pattern. Since it does not have to be used, it can be made inexpensive.
  • the plate member 45 When the operator presses an arbitrary point on the operation screen 49 on the operation surface of the plate member 45, the plate member 45 is bent, and this bending is transmitted to the press sensors 41 to 44, and the piezoelectric of each of the press sensors 41 to 44 is deflected.
  • the conductive film 403 extends in the longitudinal direction and the short direction. As a result, the piezoelectric film 403 is distorted in the longitudinal direction and the lateral direction, and charges corresponding to the distortion are generated. This electric charge is detected by the detection electrode substrates 401 and 405, and a voltage corresponding to the amount of electric charge detected by the electronic component 405a is output to the outside. At this time, the charge amount is determined by the strain amount of the piezoelectric film 403 as described above.
  • the amount of strain of the piezoelectric film 403 is determined by the amount of bending of the plate member 45 transmitted through the plate member 45, and the amount of bending is determined by the pressing force on the operation surface. Therefore, by measuring the voltage values obtained from the pressure sensors 41 to 44, it is possible to detect the pressing force for pressing almost all points on the operation screen 49 on the operation surface of the plate member 45.
  • the pressing position in the Y-axis direction shown in FIG. 3 can be detected. Further, by using the ratio of the voltage values obtained from the pressing sensors 43 and 44, the pressing position in the X-axis direction shown in FIG. 3 can be detected.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a measurement result according to the pressing position in the Y-axis direction.
  • the center of the operation surface of the plate member 45 is the origin O
  • the pressure sensor 41 side is positive
  • the pressure sensor 42 side is negative.
  • the horizontal axis in FIG. 6B is the Y coordinate of the pressed position shown in FIG.
  • the vertical axis of FIG. 6 (B) the value of Log 10 (V1 / V2).
  • V1 is the output voltage of the press sensor 41
  • V2 is the output voltage of the press sensor 42.
  • FIG. 6B shows the three lines (lines A, B, and C) parallel to the Y axis set on the operation surface of the plate member 45 shown in FIG. and the Y coordinate of the pressed position, a measured result indicating a relationship between the value of Log 10 (V1 / V2).
  • the Y coordinate of the pressing position can be detected using the ratio (V1 / V2) of the output voltages of the pressing sensors 41 and 42.
  • the X coordinate of the pressing position can be detected using the ratio (V4 / V3) of the pressing sensors 43 and 44.
  • V3 is an output voltage of the press sensor 43
  • V4 is an output voltage of the press sensor 44.
  • the center of the operation surface of the plate member 45 is the origin O, the pressure sensor 44 side is positive, and the pressure sensor 43 side is negative.
  • the X and Y coordinates indicating the pressed position of the operation surface of the plate member 45 can be calculated by the following calculation.
  • ⁇ and ⁇ are predetermined constants. This calculation is performed by the control unit 2.
  • the input operation terminal 1 can suppress a decrease in the visibility of the image displayed on the display surface of the display device 31.
  • the input operation terminal 1 can detect a pressing force in addition to the pressing position on the operation surface of the plate member 45.
  • two pressing sensors corresponding to the axial direction for detecting the pressing position May be attached to the plate member 45.
  • the two pressing sensors corresponding to the axial direction in which the pressing position is not detected need not be attached to the plate member 45.
  • the plate member 45 has a rectangular shape in the above example, but may have a circular shape, an elliptical shape, or the like.
  • the press sensors 41 to 44 may be attached to the plate member 45 as shown in FIG.
  • the plate member 45 is elliptical
  • the press sensors 41 to 44 may be attached to the plate member 45 as shown in FIG. In FIGS. 7A and 7B.
  • a region indicated by a broken line is an opening surface of the upper surface of the housing 10 of the input operation terminal 1. That is, the shape of the opening surface on the upper surface of the housing 10 may be matched with the shape of the plate member 45 of the touch panel 40.
  • the screen of the display 31 may have a rectangular shape as in the above-described example, or may have a circular shape or an oval shape that matches the shape of the plate member 45 of the touch panel 40.
  • the pressure sensors 41 to 44 are mounted on the main surface of the touch panel 40 opposite to the operation surface of the plate member 45, but may be mounted on the operation surface of the plate member 45 of the touch panel 40.
  • the touch panel 40 is located inside the housing 10, but may be attached to the upper surface of the housing 10.
  • the input operation terminal according to the above example may be used for devices such as tablet terminals and smartphones.
  • the control unit 2 executes processing according to the detected pressing position of the operation surface of the plate member 45.
  • the press sensors 41 to 44 have a belt-like shape in which the dimensions in the longitudinal direction extend more than the dimensions of the operation screen 49 in the same direction. It may be less than the size of the operation screen 49 in the same direction.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example in which the dimension in the longitudinal direction of the press sensor is less than the dimension of the operation screen in the same direction.
  • the pressure sensor 41P and the pressure sensor 42P are arranged to face each other in the Y-axis direction with the operation screen 49 interposed therebetween.
  • the pressure sensor 41P and the pressure sensor 42P each have a strip shape extending in the X-axis direction as the longitudinal direction, and the dimension in the longitudinal direction (X-axis direction) is less than the dimension of the operation screen 49 in the same direction.
  • the pressure sensor 43P and the pressure sensor 44P are arranged to face each other in the X-axis direction with the operation screen 49 interposed therebetween.
  • Each of the press sensor 43P and the press sensor 44P has a strip shape extending in the Y-axis direction as a longitudinal direction, and the dimension in the longitudinal direction (Y-axis direction) is less than the dimension of the operation screen 49 in the same direction.
  • the longitudinal ends of the press sensors 41P to 44P are adjacent to each other.
  • the area outside the connecting line segment tends to be a non-pressing area 93 that cannot be normally detected even if pressed.
  • the pressure non-detection region 93 is pressed, charges having the opposite polarity to normal are generated in some of the pressure sensors 41P to 44P, and the output is inverted. For this reason, when the press non-detection area 93 is pressed, accurate press detection becomes difficult.
  • the size and arrangement of the press non-detection area 93 are adjusted to the size and arrangement that have little influence on the operation of the operation screen 49 by adjusting the longitudinal dimensions and arrangement of the pressure sensors 41P to 44P. It is adjusted.
  • the standard operation screen 49 includes a first image area 91 in which symbols such as icons and widgets to be touched and pressed, and a touch. And a second image region 92 on which symbols indicating state information such as a status bar that is not an operation or pressing operation target are displayed. Therefore, if the above-described press non-detection area 93 overlaps the first image area 91 where icons and widgets are displayed, a part of the icons and widgets cannot be pressed, and an operation for the operator is performed. The problem is reduced.
  • the press non-detection area 93 is not overlapped with the first image area 91 but only in the second image area 92 by adjusting the longitudinal dimensions and arrangement of the press sensors 41P to 44P. It is trying to overlap. As a result, even if the non-pressing detection area 93 overlaps the second image area 92 on which a status bar or the like is displayed, these are not objects to be pressed, so that the operator can experience a decrease in operability or uncertainties.
  • the touch panel 40P can be pressed without feeling an increase in performance.
  • each press sensor in the longitudinal direction it is preferable that the size and arrangement of each press sensor in the longitudinal direction are adjusted so that the position and size of the press non-detection region are appropriate.
  • the case where the second image area 92 on which a status bar or the like is displayed is provided only on one side of the first image area 91 on which an icon or the like is provided as an operation screen (user interface) is illustrated.
  • the operation screen side such as adopting an operation screen in which the second image region 92 is provided on both sides of the first image region 91, the second screen region in which no pressing operation target is provided, You may make it overlap on a press non-detection area
  • the touch panel mounted on a relatively small device such as a smartphone with a screen size of about 4 to 7 inches, if the longitudinal dimension of the pressure sensor is about 85% of the operation screen, the touch panel
  • the size and arrangement of the non-detection area is limited to an area smaller than the size of the finger near the four corners of the operation screen. Therefore, in such a case, there is no problem even if there is a press non-detection area on the operation screen.

Abstract

　タッチパネル（４０）は、押圧センサ（４１、４２）と、板部材（４５）とを備えている。板部材（４５）は、一方の主面が操作面であり、当該操作面の押圧によりひずみが生じる。押圧センサ（４１、４２）は、圧電性フィルム（４０３）の両主面側に、この圧電性フィルム（４０３）を挟むように対向させた検出用電極基板（４０５）を積層した構成である。押圧センサ（４１、４２）は、板部材（４５）の操作面を２つに分割する第１の直線を挟んだ板部材（４５）の両側に装着されている。

Description

タッチパネル、および入力操作端末
　この発明は、操作者による操作面への押圧操作を検出するタッチパネル、およびタッチパネルを利用した入力操作端末に関する。
　従来、操作者による操作面への押圧操作を検出するタッチパネルが各種考案されている。タッチパネルには、静電容量方式、熱抵抗方式、圧電音響方式、赤外線センサ方式等がある。操作面上の押圧位置に加えて、押圧力を検出するタッチパネルには、押圧検出センサが別途設けられる。
　例えば、特許文献１には、平板状の圧電シートの対向する両主面に、マトリックス状の電極を形成したタッチパネルが記載されている。
　また、特許文献２には、圧電シートの対向する両主面上に、対向する一対の電極を離散的に複数個所設けたタッチパネルが記載されている。
　特許文献１、および２は、ともに圧電シートの両主面を表示器の表示面に対向させて配置し、圧電シートの一方の主面（表示面の反対側に位置する主面）を操作者による操作面とした構成である。
　タッチパネルを利用した入力操作装置は、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯端末だけでなく、券売機、ＡＴＭ等の大型機器にも、入力デバイスとして組み込むことができる。
特開２００６－１６３６１８号公報 特開２０１１－２５３５１７号公報
　しかしながら、特許文献１、および２に記載されたタッチパネルは、表示器の表示面に対向する圧電シートに電極を設ける構成であるため、操作面の透過性を低下させる。すなわち、特許文献１、および２に記載されたタッチパネルは、表示器の表示面に表示した画像に対する操作者の視認性を低下させる。
　この発明の目的は、表示器の表示面に表示されている画像の視認性の低下を抑え、且つ操作面上の押圧位置に加えて、押圧力を検出する技術を提供する。
　この発明は、上記目的を達するために、以下のように構成している。
　この発明にかかるタッチパネルは、一方の主面が操作面であり、当該操作面の押圧によりひずみが生じる操作入力用部材と、圧電性フィルムの両主面側に、この圧電性フィルムを挟むように対向させた検出用導体を積層したと押圧センサと、を備える構成である。また、押圧センサは、操作面を２つに分割する第１の直線を挟んだ操作入力用部材の両側に装着されている。
　この構成では、操作入力用部材を、例えばガラスやＰＥＴ（polyethyleneterephthalate）の平板によって形成することで、十分な透過性を得ることができる。したがって、操作用入力部材の主面を表示器の表示面に対向させて配置したときに、この表示器の表示面に表示した画像に対する操作者の視認性を十分に確保できる。
　また、押圧センサは、表示器の表示面の外周に対向する位置や、表示面に対向しない位置等にずらして、操作入力用部材に装着することができる。したがって、操作入力用部材に装着した押圧センサによって、表示器の表示面に表示した画像に対する操作者の視認性を低下させない。
　また、操作面の押圧により生じた操作入力用部材のひずみにともなって、押圧センサの圧電性フィルムがひずむ。操作入力用部材は、操作面の押圧力に応じてひずむ。また、圧電性フィルムは、ひずみ量に応じた電荷を発生する。したがって、押圧センサ（圧電性フィルム）で発生した電荷量（発電量）を検出することで、操作入力用部材の操作面の押圧力を検出することができる。
　また、第１の直線を挟んだ操作入力用部材の両側に装着されている２つの押圧センサ（圧電性フィルム）で発生した電荷量（発電量）を用いることで、この第１の直線に直交する方向における押圧位置を検出することができる。すなわち、操作面上の第１の直線に直交する方向における１次元座標で押圧位置を検出することができる。
　また、第１の直線に直交する第２の直線を挟んだ操作入力用部材の両側にも、追加的に押圧センサを装着した構成にすれば、操作面上の２次元座標で押圧位置を検出することができる。この２次元座標は、直交する第１の直線、および第２の直線を軸とする座標系である。
　また、押圧センサが操作画面の寸法以上の長さで長手方向に延びる形状であれば、操作画面の大部分で押圧を検知することができる。一方、押圧センサが操作画面の寸法未満の長さで長手方向に延びる場合には、押圧センサが押圧を検知不能な領域が、操作画面において押圧対象が表示される領域に重ならずに、押圧対象が表示されない領域に重なるように押圧センサを配置すれば、少なくとも操作画面において押圧対象が表示される領域の大部分で押圧を検知することができる。
　また、押圧センサの発電量を入力とし、所定の演算処理を行う演算部を備えることで、押圧力や押圧位置を検出することができる入力操作端末を構成できる。
　また、操作入力用部材は、操作面が矩形形状である場合には、この操作入力用部材の主面の外周辺に沿って押圧センサを装着するのが好ましい。このようにすれば、操作面の押圧により生じた操作入力用部材のひずみを、効率的に押圧センサ（圧電性フィルム）に伝達できる（圧電性フィルムのひずみを大きくできる。）。
　また、押圧センサは、操作入力用部材の操作面に対向する他方の主面に装着されている。
　圧電性フィルムは、一軸方向に延伸されたポリ乳酸等で構成すればよい。この場合、圧電性フィルムの延伸方向は、第１の直線となす鋭角を略４５°にするのが好ましい。
　この発明によれば、表示器の表示面に表示されている画像の視認性の低下を抑え、且つ操作面上の押圧位置に加えて、押圧力を検出することができる。
タッチパネルを備える入力操作端末の主要部の構成を示すブロック図である。 タッチパネルを備える入力操作端末の外観を示す概略図である。 タッチパネルを示す概略の平面図である。 図４（Ａ）は、図２に示すＡ－Ａ方向の断面図であり、図４（Ｂ）は、図２に示すＢ－Ｂ方向の断面図である。 図５（Ａ）は、押圧センサの側面図であり、図５（Ｂ）は押圧センサの平面図である。 図６（Ａ）は、Ｙ軸方向の押圧位置にかかる測定手順を示す図であり、図６（Ｂ）は、測定結果を示す図である。 図７（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ別の例にかかるタッチパネルを示す概略の平面図である。 図８（Ａ）、（Ｂ）は、別の例にかかるタッチパネルを示す概略の平面図である。
　以下、この発明の実施形態について説明する。
　図１は、この例にかかるタッチパネルを備える入力操作端末の主要部の構成を示すブロック図である。この例にかかる入力操作端末１は、制御部２と、表示部３と、センサ部４と、を備えている。制御部２は、入力操作端末１本体各部の動作を制御する。また、制御部２は、この発明で言う演算部に相当する構成を有する。表示部３は、表示器３１と、表示制御部３２とを有する。表示部３は、制御部２の指示にしたがって、表示制御部３２が表示器３１における画面表示を制御する。表示器３１は、入力操作端末１本体の小型化の面から、液晶や有機ＥＬ（Electro Luminescence）等を利用した薄型の表示器であるのが好ましい。センサ部４は、押圧センサ４１～４４を有する。この押圧センサ４１～４４の詳細については、後述する。
　図２は、この例にかかる入力操作端末の外観を示す概略図である。図３は、この例にかかる入力操作端末に利用したタッチパネルを示す概略の平面図である。図４（Ａ）は、図２に示すＡ－Ａ方向の断面図であり、図４（Ｂ）は、図２に示すＢ－Ｂ方向の断面図である。入力操作端末１の筐体１０は、図２に示すように、ほぼ直方体形状である。筐体１０は、図２における上面に、矩形状の開口面を有する形状である。筐体１０内には、制御基板２０が取り付けられている。この制御基板２０には、上述の制御部２にかかる回路や、表示制御部３２にかかる回路が形成されている。
　また、筐体１０内には、表示器３１が取り付けられている。表示器３１は、タッチ操作や押圧操作を受け付ける操作画面４９を表示面に表示する。表示器３１は、制御基板２０と、筐体１０上面の開口面との間に位置する。表示器３１の表示面は、筐体１０上面の開口面に対向している。表示器３１の表示面および操作画面４９は、筐体１０上面の開口面とほぼ同じ大きさである（縦、および横の長さがほぼ同じである。）。表示器３１は、表示面の中心と、筐体１０上面の開口面の中心とが一致するように、筐体１０に取り付けられている。
　また、筐体１０上面の開口面には、この開口面を塞ぐように図３に示すタッチパネル４０が取り付けられている。このタッチパネル４０が、上述のセンサ部４を構成する。タッチパネル４０は、図３に示すように、板部材４５と、４つの押圧センサ４１～４４を有している。板部材４５は、主面を筐体１０上面の開口面に対向させて取り付けている。図３において、破線で示す矩形領域が筐体１０上面の開口面である。すなわち、板部材４５の主面は、図３に示すように、筐体１０上面の開口面よりも大きい（縦、および横の長さが長い。）。また、板部材４５の主面の形状は、図３に示すように矩形である。また、タッチパネル４０は、板部材４５の主面の中心と、筐体１０上面の開口面の中心とを一致させて、筐体１０に取り付けている。タッチパネル４０は、筐体１０の内部に位置し、接着剤で取り付けている。接着剤は、筐体１０上面の開口面の外側において、タッチパネル４０と筐体１０とが当接する箇所に塗布している。したがって、板部材４５は、筐体１０上面の開口面を通して一方の主面が外側に露出している。
　また、板部材４５は、透過性がよく、ある程度の剛性を有する材料からなる。板部材４５は、例えば、ガラスやＰＥＴ（polyethylene terephthalate）の平板によって形成されている。したがって、操作者は、筐体１０上面の開口面を塞ぐタッチパネル４０の板部材４５を通して、表示器３１の表示面を見ることができる。したがって、表示器３１が、タッチ操作や押圧操作を受け付ける操作画面４９を表示面に表示すると、操作者は、タッチパネル４０の操作面を通して、その操作画面４９を見て、タッチパネル４０をタッチ操作や押圧操作することができる。ここでは、板部材４５が、この発明で言う操作入力用部材に相当する。また、板部材４５は、筐体１０上面の開口面を通して外側に露出している面（板部材４５の一方の主面）が、この発明で言う操作面に相当する。
　また、タッチパネル４０は、４つの押圧センサ４１～４４を板部材４５の操作面に対向する他方の主面に装着している。４つの押圧センサ４１～４４は、板部材４５の各辺に沿って装着されている。また、４つの押圧センサ４１～４４は、図３に示すように、筐体１０の開口面や表示器３１の表示面に対向する位置の外側に沿って、すなわち操作画面４９の外側に沿って装着されている。したがって、押圧センサ４１～４４は、板部材４５を通して表示器３１の表示面を見る操作者の視野に入らない。すなわち、押圧センサ４１～４４は、表示器３１の表示面に表示されている画像の視認性を低下させない。また、図３に示すＸ軸と、Ｙ軸とは、板部材４５の操作面において直交する軸であり、一方がこの発明で言う第１の直線に相当し、他方がこの発明で言う第２の直線に相当する。この例では、板部材４５の操作面の位置は、この操作面の中心を原点としたＸ－Ｙ座標系（２次元座標系）であらわされる。
　図３に示すように、押圧センサ４１、４２は、Ｘ軸対称に装着されている。同様に、押圧センサ４３、４４は、Ｙ軸対称に装着されている。押圧センサ４１、４２は、Ｙ軸方向における板部材４５の操作面の押圧位置を検出するための一対のセンサであり、押圧センサ４３、４４は、Ｘ軸方向における板部材４５の操作面の押圧位置を検出するための一対のセンサである。
　より具体的には、ここでは、押圧センサ４１と押圧センサ４２とは、操作画面４９を間に挟んで、Ｙ軸方向に互いに対向するように配置している。そして、押圧センサ４１と押圧センサ４２とは、それぞれ、Ｘ軸方向を長手方向として延びる帯状であり、長手方向（Ｘ軸方向）の寸法を、同方向における操作画面４９の寸法と同じ寸法（またはより大きな寸法）としている。また、押圧センサ４３と押圧センサ４４とは、操作画面４９を間に挟んで、Ｘ軸方向に互いに対向するように配置している。そして、押圧センサ４３と押圧センサ４４とは、それぞれ、Ｙ軸方向を長手方向として延びる帯状であり、長手方向（Ｙ軸方向）の寸法を、同方向における操作画面４９の寸法と同じ寸法（またはより大きな寸法）としている。
　なお、押圧センサ４１、４２や押圧センサ４３、４４は、それぞれ、互いに対称に設けられていなくてもよい。具体的には、押圧センサ４１、４２や押圧センサ４３、４４は、それぞれ、長手方向の配置がずれていてもよく、また、長手方向の寸法が異なっていてもよい。但し、押圧センサ４１～４４は、以下に示すように、側面視して同様の構成であることが好ましい。以下では、押圧センサ４１～４４を総称して、押圧センサ４００と表記する。
　図５は、押圧センサの構成を示す概略図である。図５（Ａ）は、側面図であり、図５（Ｂ）は平面図である。押圧センサ４００は、検出用電極基板４０１、両面粘着テープ４０２、圧電性フィルム４０３、両面粘着テープ４０４、検出用電極基板４０５、両面粘着テープ４０６を、この順番に積層した構成である。
　検出用電極基板４０１および検出用電極基板４０５は、少なくとも一対のシグナル電極とグランド電極とを検出用電極として有する構成である。検出用電極基板４０１や検出用電極基板４０５は、ポリイミドやＰＥＴ、ガラスエポキシ樹脂からなる絶縁基板に、検出用電極となる電極膜を形成して構成したり、検出用電極となる単体の導電テープとして構成したりすることができる。具体的には、検出用電極基板４０１と検出用電極基板４０５とを絶縁基板を含む構成とする場合には、検出用電極基板４０１を構成する絶縁基板の圧電性フィルム４０３側の主面にグランド電極を設け、検出用電極基板４０５を構成する絶縁基板の圧電性フィルム４０３側の主面にシグナル電極を設けるように構成することができる。また逆に、検出用電極基板４０１を構成する絶縁基板の圧電性フィルム４０３側の主面にシグナル電極を設け、検出用電極基板４０５を構成する絶縁基板の圧電性フィルム４０３側の主面にグランド電極を設けるように構成してもよい。その他にも、また、検出用電極基板４０１を構成する絶縁基板の圧電性フィルム４０３側の主面にグランド電極を設け、検出用電極基板４０５を構成する絶縁基板の圧電性フィルム４０３側の主面にシグナル電極を設け、更に、このシグナル電極を設ける絶縁基板の他方主面にグランド電極を設けるように構成して、耐ノイズ性を高めることもできる。　圧電性フィルム４０３は、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、より具体的にはＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）またはＤ型ポリ乳酸（ＰＤＬＡ）からなる。以下、圧電性フィルム４０３をＰＬＬＡで構成する場合を代表として説明するが、圧電性フィルム４０３をＰＤＬＡで構成する場合も同様である。圧電性フィルム４０３は、長さ（図５における左右方向（以下、長手方向と言う。）の長さ）ＬＬｐに対して幅（図５（Ｂ）における上下方向（以下、短手方向と言う。）の長さ）ＬＳｐが短い長尺状の平膜からなる。圧電性フィルム４０３の分子の配向方向は、圧電性フィルム４０３の長手方向および短手方向に対して４５°を成す。言い換えれば、図５（Ｂ）に示す圧電性フィルム４０３の一軸延伸方向５００は、圧電性フィルム４０３の長手方向および短手方向に対して略４５°を成す。ここで、圧電性フィルム４０３の一軸延伸方向５００は、圧電性フィルム４０３の長手方向および短手方向に対して４５°を成すことが最も好ましいが、４５±１０°の範囲であれば、実用上、問題無く使用することができる。
　ここで、圧電性フィルム４０３を形成するＰＬＬＡの特性について説明する。
　ＰＬＬＡは、キラル高分子からなる。ＰＬＬＡは、主鎖が螺旋構造を有する。ＰＬＬＡは、一軸延伸された方向に分子が配向し、当該分子の配向によって圧電性を有する。そして、一軸延伸されたＰＬＡは、圧電性フィルム４０３にひずみが生じることで、電荷を発生する。ここで、圧電性フィルム４０３に生じるひずみとは、圧電性フィルム４０３が所定方向に伸長することである。この際、発生する電荷量は、圧電性フィルム４０３のひずみ量によって決まる。一軸延伸されたＰＬＬＡの圧電定数は、高分子中で非常に高い部類に属する。例えば、ＰＬＬＡの圧電歪み定数ｄ１４は、延伸条件、熱処理条件、添加物の配合等の条件を整えることにより１０～２０ｐＣ／Ｎという高い値が得られる。
　なお、圧電性フィルム４０３の延伸倍率は３～８倍程度が好適である。延伸後に熱処理を施すことにより、ポリ乳酸の延びきり鎖結晶の結晶化が促進され圧電定数が向上する。尚、二軸延伸した場合はそれぞれの軸の延伸倍率を異ならせることによって一軸延伸と同様の効果を得ることが出来る。例えばある方向をＸ軸としてその方向に８倍、その軸に直交するＹ軸方向に２倍の延伸を施した場合、圧電定数に関してはおよそＸ軸方向に４倍の一軸延伸を施した場合とほぼ同等の効果が得られる。単純に一軸延伸したフィルムは延伸軸方向に沿って裂け易いため、前述したような二軸延伸を行うことにより幾分強度を増すことができる。
　また、ＰＬＬＡは、延伸等による分子の配向処理で圧電性を生じるので、ＰＶＤＦ等の他のポリマーや圧電セラミックスのように、ポーリング処理を行う必要がない。すなわち、強誘電体に属さないＰＬＬＡの圧電性は、ＰＶＤＦやＰＺＴ等の強誘電体のようにイオンの分極によって発電するものではなく、分子の特徴的な構造である螺旋構造に由来するものである。このため、ＰＬＬＡには、他の強誘電性の圧電体で生じる焦電性が生じない。さらに、ＰＶＤＦ等は経時的に圧電定数の変動が見られ、場合によっては圧電定数が著しく低下する場合があるが、ＰＬＬＡの圧電定数は経時的に極めて安定している。したがって、出力電荷量が周囲環境に影響されない。
　検出用電極基板４０１は、圧電性フィルム４０３の一方の平板面（一方の主面）の略全面に形成されている。検出用電極基板４０５は、圧電性フィルム４０３の他方の平板面（他方の主面）の略全面に形成されている。また、検出用電極基板４０５には、電子部品４０５ａが実装されている。電子部品４０５ａは、検出用電極基板４０１と検出用電極基板４０５とに設けられた一対のシグナル電極とグランド電極との間の電位差を検出し、出力する回路を構成する。
　両面粘着テープ４０２は、検出用電極基板４０１と、圧電性フィルム４０３との間に位置し、検出用電極基板４０１と、圧電性フィルム４０３とを接着する接着部材である。また、両面粘着テープ４０４は、検出用電極基板４０５と、圧電性フィルム４０３との間に位置し、検出用電極基板４０５と、圧電性フィルム４０３とを接着する接着部材である。さらに、両面粘着テープ４０６は、押圧センサ４００を板部材４５に接着する接着部材である。両面粘着テープ４０２、４０４、４０６は、隣接する２つの層を接着する粘着剤で構成してもよい。
　また、押圧センサ４１～４４は、図２に示したように、筐体１０上面の開口面の外側に位置するので、透過性が低いものであっても、表示器３１の表示面に表示されている画像の視認性を低下させることがない。したがって、検出用電極基板４０１、４０５は、透過性の高い導体パターンを形成するために、ポリチオフェンやポリアニリンを主成分とする有機電極、ＩＴＯ、ＺｎＯ、銀ナノワイヤ、カーボンナノチューブ、グラフェン等の無機電極を用いなくてもよいので、安価にできる。
　操作者が、板部材４５の操作面において操作画面４９上の任意の点を押圧すると、この板部材４５が撓み、この撓みは、押圧センサ４１～４４に伝わり、各押圧センサ４１～４４の圧電性フィルム４０３が長手方向および短手方向に伸長する。これにより、圧電性フィルム４０３には、長手方向および短手方向にひずみが生じ、当該ひずみに応じた電荷を発生する。この電荷は、検出用電極基板４０１、４０５によって検出され、電子部品４０５ａが検出された電荷量に応じた電圧を外部へ出力する。この際、電荷量は上述のように圧電性フィルム４０３のひずみ量によって決まる。さらに、圧電性フィルム４０３のひずみ量は、板部材４５を介して伝わる板部材４５の撓み量によって決まり、当該撓み量は操作面の押圧力によって決まる。したがって、押圧センサ４１～４４から得られる電圧値を計測することで、板部材４５の操作面において操作画面４９上のほとんど全ての点への押圧に対して、押圧力を検出することができる。
　例えば、押圧力Ｆは、各押圧センサ４１～４４から得られる電圧値の総和Ｓ（＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４）と、予め定めた比例定数γとの積による演算
　押圧力Ｆ＝γ×Ｓ
　で算出できる。この演算は、制御部２で行われる。
　また、押圧センサ４１、４２から得られる電圧値の比を用いることで、図３に示すＹ軸方向の押圧位置を検出することができる。また、押圧センサ４３、４４から得られる電圧値の比を用いることで、図３に示すＸ軸方向の押圧位置を検出することができる。
　図６は、Ｙ軸方向の押圧位置にかかる測定結果を示す図である。図６では、板部材４５の操作面の中心を原点Ｏとし、押圧センサ４１側を正、押圧センサ４２側を負にしている。図６（Ｂ）の横軸は、図６（Ａ）に示す押圧位置のＹ座標である。また、図６（Ｂ）の縦軸は、Ｌｏｇ10（Ｖ１／Ｖ２）の値である。但し、Ｖ１は、押圧センサ４１の出力電圧であり、Ｖ２は、押圧センサ４２の出力電圧である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示した、板部材４５の操作面上に設定したＹ軸に平行な３本のライン（ラインＡ、Ｂ、Ｃ）毎に、そのライン上における押圧位置のＹ座標と、Ｌｏｇ10（Ｖ１／Ｖ２）の値との関係を示す測定結果である。
　図６（Ｂ）から明らかなように、ラインＡ、Ｂ、Ｃの全てにおいて、押圧位置のＹ座標が－４０ｍｍ～＋４０ｍｍの範囲内であるとき、Ｌｏｇ10（Ｖ１／Ｖ２）の値が略リニアに変化することが確認できる。したがって、押圧位置のＹ座標は、押圧センサ４１、４２の出力電圧の比（Ｖ１／Ｖ２）を用いて検出することができる。また、このことから、押圧位置のＸ座標は、押圧センサ４３、４４の比（Ｖ４／Ｖ３）を用いて検出することができる。但し、Ｖ３は、押圧センサ４３の出力電圧であり、Ｖ４は、押圧センサ４４の出力電圧である。また、板部材４５の操作面の中心を原点Ｏとし、押圧センサ４４側を正、押圧センサ４３側を負にしている。
　具体的には、板部材４５の操作面の押圧位置を示すＸ、Ｙ座標は、以下に示す演算により算出できる。
　押圧位置のＹ座標＝α×Ｌｏｇ10（Ｖ１／Ｖ２）
　押圧位置のＸ座標＝β×Ｌｏｇ10（Ｖ４／Ｖ３）
α、およびβは、予め定めた定数である。この演算は、制御部２で行う。
　このように、この例にかかる入力操作端末１は、表示器３１の表示面に表示されている画像の視認性の低下を抑えることができる。また、この入力操作端末１は、板部材４５の操作面上の押圧位置に加えて、押圧力を検出することができる。
　また、入力操作端末１は、タッチパネル４０の板部材４５の押圧位置をＸ軸方向、またはＹ軸方向の一方についてのみ検出する場合には、押圧位置を検出する軸方向に応じた２つの押圧センサを板部材４５に取り付ければよい。言い換えれば、押圧位置を検出しない軸方向に応じた２つの押圧センサを板部材４５に取り付けなくてもよい。
　また、タッチパネル４０は、上記の例では、板部材４５を矩形形状としたが、円形状や楕円形状等にしてもよい。例えば、板部材４５を円形状とする場合には、図７（Ａ）に示すように、板部材４５に対して、押圧センサ４１～４４を装着すればよい。板部材４５を楕円形状とする場合には、図７（Ｂ）に示すように、板部材４５に対して、押圧センサ４１～４４を装着すればよい。図７（Ａ）、（Ｂ）において。破線で示す領域は、入力操作端末１の筐体１０上面の開口面である。すなわち、筐体１０上面の開口面の形状は、タッチパネル４０の板部材４５の形状に合わせればよい。この場合、表示器３１の画面は、上述した例と同様に矩形形状であってもよいし、タッチパネル４０の板部材４５の形状に合わせた円形や楕円形であってもよい。
　また、上記の例では、押圧センサ４１～４４は、タッチパネル４０の板部材４５の操作面に対向する主面に装着するとしたが、タッチパネル４０の板部材４５の操作面に装着してもよい。
　また、上記の例では、タッチパネル４０は、筐体１０の内部に位置するとしたが、筐体１０の上面に取り付けてもよい。
　また、上記の例にかかる入力操作端末は、タブレット型端末や、スマートフォン等の機器に利用してもよい。この場合、制御部２は、検出した板部材４５の操作面の押圧位置に応じた処理を実行する。
　また、上記の例では、押圧センサ４１～４４は、それぞれの長手方向における寸法を、同方向における操作画面４９の寸法以上に延びる帯状としたが、押圧センサ４１～４４の長手方向の寸法は、同方向における操作画面４９の寸法未満であってもよい。図８は、押圧センサの長手方向の寸法を、同方向における操作画面の寸法未満とする場合の構成例を示す図である。
　図８に示すタッチパネル４０Ｐは、押圧センサ４１Ｐ～４４Ｐを備えている。押圧センサ４１Ｐと押圧センサ４２Ｐとは、操作画面４９を間に挟んで、Ｙ軸方向に互いに対向するように配置している。そして、押圧センサ４１Ｐと押圧センサ４２Ｐとは、それぞれ、Ｘ軸方向を長手方向として延びる帯状であり、長手方向（Ｘ軸方向）の寸法を、同方向における操作画面４９の寸法未満としている。また、押圧センサ４３Ｐと押圧センサ４４Ｐとは、操作画面４９を間に挟んで、Ｘ軸方向に互いに対向するように配置している。そして、押圧センサ４３Ｐと押圧センサ４４Ｐとは、それぞれ、Ｙ軸方向を長手方向として延びる帯状であり、長手方向（Ｙ軸方向）の寸法を、同方向における操作画面４９の寸法未満としている。
　このように押圧センサ４１Ｐ～４４Ｐを、操作画面４９の寸法未満とする場合には、図８（Ａ）に示すように、押圧センサ４１Ｐ～４４Ｐそれぞれの長手方向の端部を隣接するもの同士で結ぶ線分から外側の領域は、押圧されても正常に検知することができない押圧非検知領域９３となり易い。具体的には、押圧非検知領域９３が押圧されると、押圧センサ４１Ｐ～４４Ｐのうちのいくつかに通常とは逆の極性の電荷が生じて出力が反転する。このため、押圧非検知領域９３が押圧された場合には、正確な押圧検知が困難になる。
　そこで、このタッチパネル４０Ｐでは、各押圧センサ４１Ｐ～４４Ｐの長手方向の寸法や配置を調整することにより、押圧非検知領域９３の大きさや配置を、操作画面４９の操作において影響の少ない大きさや配置に調整している。
　具体的には、標準的な操作画面４９は、図８（Ｂ）に示すように、タッチ操作や押圧操作の対象となるアイコンやウィジットなどのシンボルが表示される第１画像領域９１と、タッチ操作や押圧操作の対象とならないステータスバーなどの状態情報を示すシンボルが表示される第２画像領域９２と、を含む。したがって、仮に、前述した押圧非検知領域９３が、アイコンやウィジットなどが表示される第１画像領域９１に重なると、アイコンやウィジットの一部が押圧操作できない状態となって、操作者にとっての操作性が低下して問題となる。そこで、このタッチパネル４０Ｐでは、各押圧センサ４１Ｐ～４４Ｐの長手方向の寸法や配置を調整することにより、押圧非検知領域９３が第１画像領域９１に重ならずに、第２画像領域９２にのみ重なるようにしている。これにより、押圧非検知領域９３が、ステータスバーなどが表示される第２画像領域９２に重なっていても、それらは押圧操作される対象ではないため、操作者は、操作性の低下や不確実性の増加などを感ずることなく、タッチパネル４０Ｐを押圧操作することができる。
　このように、本発明のタッチパネルにおいて、各押圧センサの長手方向における寸法や配置は、押圧非検知領域の位置や大きさを適切にするように調整することが好ましい。ただし、ここでは、操作画面（ユーザインターフェース）として、ステータスバーなどが表示される第２画像領域９２が、アイコン等が表示される第１画像領域９１の一方側にのみ設けられる場合について例示したが、第１画像領域９１の両側に第２画像領域９２が設けられるような操作画面を採用するなど、操作画面側を調整することにより、押圧操作の対象が設けられていない第２画面領域を、押圧非検知領域に重ねるようにしてもよい。
　なお、スマートフォンのような画面サイズが４～７インチ程度の比較的小型な機器に搭載されるタッチパネルの場合には、押圧センサの長手方向の寸法が、操作画面の約８５％程度あれば、押圧非検知領域の大きさと配置が、操作画面の四隅近傍の指のサイズよりも小さい領域に限定される。このため、このような場合には、操作画面上に押圧非検知領域があっても問題にならない。
１…入力操作端末
２…制御部
３…表示部
４…センサ部
１０…筐体
２０…制御基板
３１…表示器
３２…表示制御部
４０…タッチパネル
４１～４４、４００…押圧センサ
４５…板部材
４０１、４０５…検出用電極基板
４０２、４０４、４０６…両面粘着テープ
４０３…圧電性フィルム
４０５ａ…電子部品

Claims (10)

  1. 　一方の主面が操作面であり、当該操作面の押圧によりひずみが生じる操作入力用部材と、
    　圧電性フィルムの両主面側に、この圧電性フィルムを挟むように対向させた検出用導体を積層したと押圧センサと、を備え、
    　前記押圧センサは、前記操作面を２つに分割する第１の直線を挟んだ前記操作入力用部材の両側に装着されている、タッチパネル。
  2. 　一方の主面が操作面であり、当該操作面の押圧によりひずみが生じる操作入力用部材と、
    　圧電性フィルムの両主面側に、この圧電性フィルムを挟むように対向させた検出用導体を積層したと押圧センサと、を備え、
    　前記押圧センサは、前記操作面を２つに分割する第１の直線を挟んだ前記操作入力用部材の両側に装着されているとともに、前記第１の直線に直交する第２の直線を挟んだ前記操作入力用部材の両側にも装着されている、タッチパネル。
  3. 　前記操作面を通して操作画面を表示するタッチパネルであって、
    　前記押圧センサは、前記操作画面の寸法以上の長さで長手方向に延びる、請求項１、または２に記載のタッチパネル。
  4. 　前記操作面を通して操作画面を表示するタッチパネルであって、
    　前記押圧センサは、前記操作画面の寸法未満の長さで長手方向に延び、
    　前記操作画面は、押圧対象が表示される第１画面領域と、押圧対象が表示されない第２画面領域とを含み、
    　前記押圧センサは、前記操作面において押圧を検知しない押圧非検知領域を有し、
    　少なくとも一つの前記押圧非検知領域は、前記第１画面領域に重ならずに前記第２画面領域に重なる、請求項１、または２に記載のタッチパネル。
  5. 　前記操作入力用部材は、前記操作面が矩形形状であり、
    　前記押圧センサは、前記操作入力用部材の主面の外周辺に沿って装着されている、請求項１～４のいずれかに記載のタッチパネル。
  6. 　前記押圧センサは、前記操作入力用部材の前記操作面に対向する他方の主面に装着されている、請求項１～５のいずれかに記載のタッチパネル。
  7. 　前記圧電性フィルムは、一軸方向に延伸されたポリ乳酸である、請求項１～６のいずれかに記載のタッチパネル。
  8. 　前記圧電性フィルムは、その延伸方向と、前記第１の直線とがなす鋭角が略４５°である、請求項１～７のいずれかに記載のタッチパネル。
  9. 　請求項１に記載のタッチパネルと、
    　前記第１の直線を挟んだ前記操作入力用部材の両側に装着されている２つの押圧センサの発電量に基づき、前記第１の直線に直交する方向における、前記操作入力用部材の前記操作面の押圧位置を算出する演算部と、を備えた入力操作端末。
  10. 　請求項２に記載のタッチパネルと、
    　前記第１の直線を挟んだ前記操作入力用部材の両側に装着されている２つの前記押圧センサの発電量に基づき、前記第１の直線に直交する方向における、前記操作入力用部材の前記操作面の押圧位置を算出するとともに、前記第２の直線を挟んだ前記操作入力用部材の両側に装着されている２つの前記押圧センサの発電量に基づき、前記第２の直線に直交する方向における、前記操作入力用部材の前記操作面の押圧位置を算出する演算部と、を備えた入力操作端末。
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