JP2012088915A - 接触式座標入力装置、接触式座標入力装置を有するタッチパネル、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】静電容量式でありながら、簡易な構成により複数点の検出が可能な接触式座標入力装置を提供する。
【解決手段】基板１上に４つの電極が矩形状に配置された領域を複数設けるとともに、当該各領域３，５の４つの電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、２Ｄ，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ、４Ｄの相互間に誘電体を架設し、複数の領域３，５内の誘電体への接触操作による４つの電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、２Ｄ，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ、４Ｄの静電容量の変化を当該領域３，５毎に演算処理して接触操作された位置情報を取得する位置取得機構７，８と、複数の領域のうち少なくとも２つの領域における位置情報に基づく演算処理を行う複合処理機構９と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数点の接触動作の同時検出が可能な静電容量式の接触式座標入力装置に関する。

接触式座標入力装置の１つであるタッチパネルは、液晶ディスプレイなどの画像表示装置の表示画面上に重ねて取り付けられており、押圧操作等による情報入力に用いられ、近年では、同時に押圧された２点の座標を検出して入力操作するものも存在する。

例えば、特許文献１に示される抵抗膜式のタッチパネルでは、押圧入力領域を複数に分割することで、２つの押圧入力領域の各押圧点（２点）の座標検出を可能にしている。また、特許文献２に示される静電容量式のタッチパネルでは、Ｘ方向の電極群とＹ方向の電極群をそれぞれ層状にし、これら２層を積層することで、同時に押圧された２点の座標検出を可能にしている。

特開２００５−４９９７８号公報 特開２００９−９２４９号公報

しかしながら、特許文献１に示される抵抗膜式のタッチパネルでは、圧力により表面フィルムをたわませることで電極同士を接触させ押圧された位置を検出するため、指で押圧操作する場合には静電容量式のタッチパネルに比べて操作性が劣る。一方、特許文献２に示される静電容量式のタッチパネルでは、抵抗膜式のタッチパネルに比べて操作性に優れるものの、Ｘ方向の電極群とＹ方の電極群とをそれぞれ層状にすることから形成工程が複雑である。また、Ｘ方向の電極群とＹ方向の電極群との２層を積層するため、タッチパネルの厚みもそれだけ増すこととなる。

そこで、本発明では、静電容量式でありながら、簡易な構成により複数点の検出が可能な接触式座標入力装置を提供することを目的としている。

本発明の接触式座標入力装置の第１特徴構成は、基板上に４つの電極が矩形状に配置された領域を複数設けるとともに、当該各領域の４つの電極の相互間に誘電体を架設し、前記複数の領域内の前記誘電体への接触操作による前記４つの電極の静電容量の変化を当該領域毎に演算処理して接触操作された位置情報を取得する位置取得機構と、前記複数の領域のうち少なくとも２つの領域における前記位置情報に基づいて演算処理する複合処理機構と、を備える点にある。

本構成により、接触式座標入力装置に設けられた複数の領域内の誘電体に対して個別に接触操作することで、その接触操作に応じて各領域の４つの電極の静電容量がそれぞれ変化し、この変化を位置取得機構によって演算処理することで、領域毎に接触操作された位置情報を取得することができる。また、複数の領域のうち少なくとも２つの領域における位置情報に基づいて演算処理する複合処理機構を備えるので、例えば２つの領域において位置情報として取得された２点間の距離の変化を演算し、その演算結果に基づく複合的な処理を行うこともできる。その結果、例えば、２点間の距離が広がる接触操作を画面拡大、２点間の距離が狭くなる接触操作を画面縮小のジェスチャに設定することも可能となり、接触式座標入力装置の接触操作のバリエーションが増すこととなる。

また、各領域における４つの電極が矩形状に配置されているため、接触式座標入力装置は、Ｘ方向の電極群とＹ方向の電極群との２層に積層する必要がなく、電極層を１層で形成することが可能となる。その結果、接触式座標入力装置は、構造を簡素化でき、薄肉化を図ることができる。

本発明の接触式座標入力装置の第２特徴構成は、前記少なくとも２つの領域が隣接するよう配置してある点にある。

本構成の如く、接触式座標入力装置の少なくとも２つの領域が隣接するよう配置してあることで、この隣接する２つの領域における同時の接触操作が容易になる。例えば、片手の親指と人指し指とで当該各領域を接触操作する場合等、２つの指で同時に接触できる領域は２つの指幅によって範囲が制限される。ここで、接触式座標入力装置の複数の領域の少なくとも２つが隣接するよう配置されていると、隣接する２つの領域は近接することとなって、当該領域における２つの指による同時の接触操作が容易になる。その結果、例えば、２点間の距離を広げたり狭めたりといったジェスチャ操作が容易となる。

本発明の接触式座標入力装置の第３特徴構成は、前記誘電体が透明材料で構成してある点にある。

本構成の如く、誘電体が透明材料であると、接触式座標入力装置の下方に配置される液晶等の表示画面を、誘電体によって阻害されることなく確実に視認することができる。

本発明の接触式座標入力装置の第４特徴構成は、前記４つの電極のうち少なくとも１つが透明材料で構成してある点にある。

本構成の如く、４つの電極のうち少なくとも１つが透明材料であると、接触式座標入力装置をタッチパネルとして用いる場合に、その下方に配置される液晶等の表示装置の視認領域が透明の電極部分にまで拡大され、タッチパネルの操作性が向上する。

本発明の接触式座標入力装置の第５特徴構成は、前記誘電体がガラスで構成してある点にある。

本構成の如く、誘電体がガラスであると、誘電体を容易に透明に構成できるとともに、表面の平滑性が容易に図られる。また、ガラスはほとんど変色しないため、誘電体の透明度は容易に維持される。また、接触式座標入力装置の表面にガラスを配置したときに、例えば指との間にゴミ等が介在したとしても、ガラスは硬質材料であるため傷つき難い。

本発明の接触式座標入力装置の第６特徴構成は、前記電極がＩＴＯで構成してある点にある。

本構成の如く、電極をＩＴＯにすることで透明な電極を容易に構成できる。

本発明のタッチパネルの特徴構成は、表示装置と、前記表示装置上に配置した前記特徴構成１〜６のいずれかの接触式座標入力装置と、を有する点にある。

本構成の如く、表示装置の上に前述の特徴構成１〜６のいずれかの接触式座標入力装置を配置することで、タッチパネルの構成が簡素となり、薄肉化を図ることができる。

本発明の電子機器の特徴構成は、前述の特徴構成１〜６のいずれかの接触式座標入力装置または前記タッチパネルを具備する点にある。

本構成の如く、接触式座標入力装置またはタッチパネルを電子機器が具備することで、電子機器の構造についても簡素化でき、その製造コストを抑制できる。

第１実施形態の接触式座標入力装置の構成を示す平面概略図である。 第１実施形態の接触式座標入力装置の縦断側面図である。 第２実施形態の接触式座標入力装置の構成を示す平面概略図である。 他の実施形態の接触式座標入力装置の構成を示す平面概略図である。 他の実施形態の接触式座標入力装置の縦断側面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

一般に導体の静電容量Ｃは次式で表される。
Ｃ＝ε・（ｓ／ｄ）………（１）
ここで、εは比誘電率、ｓは対向導体の面積、ｄは対向導体の相互間距離である。従って、ε、ｓ又はｄのいずれかを変化させれば静電容量Ｃが変化する。

本発明に係る接触式座標入力装置は、（１）式のｄを変化させて静電容量Ｃを変化させようとするものである。即ち、誘電体の表面でオペレータが指を移動させると、４つの電極のいずれかに対して指が近接、離間して（１）式のｄが変化する。

[第１実施形態]
図１及び図２に示すように、接触式座標入力装置Ｄは、基板１上にバー状の４つの電極である２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄで囲まれた第１領域３と、同じくバー状の４つの電極である４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄで囲まれた第２領域５とを有する。第１領域３と第２領域５とは隣接するよう配置されている。電極２Ａ〜２Ｄ、及び４Ａ〜４Ｄは例えば基板１の印刷パターンとして形成することもできる。電極２Ａ〜２Ｄ、４Ａ〜４Ｄは等角度（９０度）おきに配備されている。

接触式座標入力装置Ｄは、例えば図示しない表示装置上に配置されてタッチパネルとして用いられる。各電極を含む第１領域３、及び第２領域５には、その表面にオペレータの指Ｆ１，Ｆ２が接触される誘電体６が横架されている。誘電体６は、例えばシート状の透明材料である。誘電体にはガラス、合成樹脂等を適宜選択して使用することもできる。

接触式座標入力装置Ｄは、図２のように誘電体６の表面にオペレータが指Ｆ１を接触させると、例えば電極２Ａと指Ｆ１との距離ｄに見合って上記（１）式により所定の静電容量Ｃが得られる。従って、指Ｆ１を誘電体６の表面の第１領域３内で移動させることによりｄを変化させると、それに伴って指Ｆ１と各電極２Ａ〜２Ｄ間の静電容量Ｃも変化する。そして、この静電容量の変化を、図外の変換回路で座標信号に変換するようにすれば、例えば、図外の表示装置上でカーソルを移動させることができる。

図１の接触式座標入力装置Ｄにおいて、第１領域３の電極２Ａ，２Ｃが表示装置上のＹ軸に、電極２Ｂ，２Ｄが同Ｘ軸にそれぞれ対応する。同様に、第２領域５の電極４Ａ，４Ｃが表示装置上のＹ軸に、電極４Ｂ，４Ｄが同Ｘ軸にそれぞれ対応する。電極２Ａ〜２Ｄ、及び電極４Ａ〜４ＤのそれぞれにＡＣ１２５ＫＨｚの電荷が印加されている。誘電体６の表面の第１領域３内でオペレータが指Ｆ１を移動させると、指Ｆ１と個々の電極２Ａ〜２Ｄとの距離の変化に相応して個々の電極２Ａ〜２Ｄの容量が変化し、それに基づいて電圧が変動する。同様に、誘電体６の表面の第２領域５内でオペレータが指Ｆ２を移動させると、指Ｆ２と個々の電極４Ａ〜４Ｄとの距離の変化に相応して個々の電極４Ａ〜４Ｄの容量が変化し、それに基づいて電圧が変動する。

接触式座標入力装置Ｄは、第１コントローラ７、第２コントローラ８、第３コントローラ９を備える。第１コントローラ７は、第１領域３の４つの電極２Ａ〜２Ｄの静電容量の変化を演算処理して第１領域３内において接触操作された位置情報を取得する。第２コントローラ８は、第２領域３の４つの電極４Ａ〜４Ｄの静電容量の変化を演算処理して第２領域５内において接触操作された位置情報を取得する。第３コントローラ９は、第１領域３の位置情報及び第２領域５の前記位置情報に基づいて演算処理する。すなわち、接触式座標入力装置Ｄは、位置取得機構として、第１コントローラ７、第２コントローラ８を備え、複合処理機構として第３コントローラ９を備える。

第１領域３の電極２Ａ〜２Ｄから取り出された電圧は第１コントローラ７に入力され、第２領域５の電極４Ａ〜４Ｄから取り出された電圧は第２コントローラ８に入力される。第１コントローラ７及び第２コントローラ８では、入力された電圧を演算処理することで各座標を算出（取得）し、算出（取得）された各座標（位置情報）は第３コントローラ９に出力される。第３コントローラ９では、例えば、２点の座標を順次読み取ってそのまま出力したり、２点の座標の変化から拡大縮小等のジェスチャを認識してそのジェスチャーモードを出力したりする。そして、これら出力情報に対応する各種処理を可能にする。

こうして、接触式座標入力装置Ｄにおいて、接触操作に応じて各領域の４つの電極２Ａ〜２Ｄ、４Ａ〜４Ｄと指Ｆ１、Ｆ２等との間の静電容量がそれぞれ変化し、この変化が領域毎に演算処理される結果、複数の領域３，５において行われる指Ｆ１，Ｆ２の接触動作を同時に検出することができた。

また、各領域３，５における４つの電極２Ａ〜２Ｄ、４Ａ〜４Ｄが矩形状に配置されているため、接触式座標入力装置Ｄは、Ｘ方向の電極群とＹ方向の電極群の２層に積層する必要がなく、電極層を１層で形成することが可能となる。その結果、接触式座標入力装置Ｄは、構造を簡素化でき、薄肉化を図ることができる。また、接触式座標入力装置Ｄの各領域３，５の静電容量は電極２Ａ〜２Ｄ及び電極４Ａ〜４Ｄと指Ｆとの距離ｄに応じて変化する方式であるので、誘電体６に触れる指Ｆの力の大小が静電容量に影響を与えない。

また、第３コントローラ９によって、２つの領域３及び５において第１コントローラ７、第２コントローラ８によって取得された位置情報に基づく演算処理を行う構成であるので、各領域３，５において検出される２点間の距離の変化を演算し、その演算結果に基づく処理を行うこともできる。その結果、例えば、２点間の距離が広がる接触操作を画面拡大、２点間の距離が狭くなる接触操作を画面縮小のジェスチャに設定することも可能となり、接触式座標入力装置Ｄの接触操作のバリエーションが増すこととなる。

[第２実施形態]
図３に示すように、接触式座標入力装置Ｄは、４つの電極２Ａ〜２Ｄ、４Ａ〜４Ｄは、互いに直交する二軸（Ｘ軸、Ｙ軸）方向に対する対角線方向にそれぞれ間隔を隔てて２つずつの電極２Ａと２Ｃ、４Ａと４Ｃ、および２Ｂと２Ｄ、４Ｂと４Ｄが対向位置するように配置されている。また、これら４つの電極２Ａ〜２Ｄ、４Ａ〜４Ｄはそれぞれ上記二軸（Ｘ軸、Ｙ軸）方向に向かって同一長さに延在する部分を一体に有する平面視ほぼＬ字状に形成されており、全体として基板１上において矩形状の電極を形成している。

誘電体の表面に指Ｆ１，Ｆ２を接触させて移動させることに伴う各電極２Ａ〜２Ｄ、４Ａ〜４Ｄと指Ｆ１，Ｆ２との距離（上記（１）式のｄ）の変化に対応する各電極２Ａ〜２Ｄ、４Ａ〜４Ｄの静電容量Ｃの変化を電圧変化として検出し、その検出した電圧変化のアナログデータをディジタルデータに変換して第１コントローラ７、第２コントローラ８でそれぞれ演算処理することで指Ｆ１，Ｆ２の座標を求めるように構成されている。

上記構成の接触式座標入力装置Ｄにおいて、第１領域３の電極２Ａ、２Ｂ、２Ｃ，２Ｄにおいて測定される電圧をＹ０、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３とすると、
Ｘ軸方向の電極の電圧変化は、
｜（Ｙ０＋Ｙ３）−（Ｙ１＋Ｙ２）｜ ……（２）
Ｙ軸方向の電極の電圧変化は、
｜（Ｙ２＋Ｙ３）−（Ｙ０＋Ｙ１）｜ ……（３）
なる式の演算式により指Ｆ１の座標を算出する。

このように、対角方向に配置された４つの電極２Ａ〜２Ｄ、４Ａ〜４Ｄがそれぞれ二軸方向への延在部分を有するので、個々の電極２Ａ〜２Ｄ、４Ａ〜４Ｄが指Ｆ１、Ｆ２の移動に伴う電圧の変化を検出可能な範囲が広くなり、指Ｆ１，Ｆ２が各領域２，３のどこにあっても電圧変化を検出することができる。また、第１コントローラ７及び第２コントローラ８で上記（２）及び（３）式に示すような演算処理を行なうことによって、電圧の変化量が大きくとれ、それだけ分解能の向上が図られる。因みに、Ｘ軸方向に指Ｆを移動させる場合において、例えばＹ０とＹ３が０→２Ｖに変化する時、Ｙ１とＹ２が２→０Ｖに変化したとすると、電圧値の変化（移動データ）は、
上記（４）式から、
（２＋２）−｛−２＋（−２）｝＝４＋４＝８Ｖ
となり、単純計算でも既述した装置の２倍の移動データが得られることになり、これによって、分解能の向上が図られる。

[その他の実施形態]
（１）上記の実施形態では、接触式座標入力装置Ｄを表示装置の上に配置したタッチパネルを例に説明した。しかし、本発明の接触式座標入力装置Ｄはタッチパネルに限定されるものではなく、表示装置を有しない状態でそのまま用いてもよい。また、接触式座標入力装置Ｄまたは表示装置の上に接触式座標入力装置Ｄを配置したタッチパネルを電子機器に具備する構成にしてもよい。構造が簡素な接触式座標入力装置Ｄまたはタッチパネルを電子機器に具備することで、電子機器の製造コストを抑制できる。

（２）上記の実施形態において、４つの電極２Ａ〜２Ｄ（または４Ａ〜４Ｄ）のうち、少なくとも１つを透明材料で構成してもよい。例えば、第１実施形態において、電極２Ｄ及び４Ｂを透明材料で構成すると、タッチパネルとして用いられる接触式座標入力装置Ｄにおいて、その下方に配置される液晶等の表示装置の視認領域が拡大され、接触式座標入力装置Ｄの操作性が向上する。外周に位置する電極２Ａ〜２Ｃ，４Ａ，４Ｃ，４Ｄについては、仮に透明材料で構成されていない場合であっても、表面側に加飾等を施すことにより隠蔽することができる。なお、第２実施形態では、電極２Ａ，２Ｄ及び電極４Ｂ，４Ｃを透明材料とすることで、上述の第１実施形態において電極２Ｄ及び４Ｂを透明材料で構成した場合と同様となる。また、全て電極を透明材料で構成すると、タッチパネルとして用いられる接触式座標入力装置Ｄにおいて、その下方に配置され得る液晶等の表示装置の視認領域が、矩形状の電極２Ａ〜２Ｄ,４Ａ〜４Ｄの部分にまで拡大できる。

（３）接触式座標入力装置Ｄの基板１上に配置される４つの電極２Ａ〜２Ｄ,４Ａ〜４Ｄは、ＩＴＯで形成してもよい。電極としてＩＴＯを用いた場合には、透明な電極を容易に構成することができる。電極をＩＴＯで形成した場合には、例えば、図４に示すように、４つの電極２Ａ〜２Ｄ,４Ａ〜４Ｄを密に配置してもよい。この場合には、指Ｆ１，Ｆ２と誘電体６との接触面積の増減によって静電容量が変化する。

（４）図５に示すように、接触式座標入力装置Ｄは、基板であるガラス板を誘電体６として指の接触面とし、電極２Ａ，４Ａ等の形成面をガラス板６の接触面の反対側に設けるよう構成してもよい。この場合、ガラス板６の電極形成面は保護フィルム１０等が被覆される。

（５）上記の実施形態では、接触式座標入力装置Ｄに対してオペレータの指Ｆ１，Ｆ２で接触操作を行う例を示したが、接触式座標入力装置Ｄへの接触は指Ｆ１，Ｆ２に限定されるものではなく、例えば金属等の導体からなるスタイラスであってもよい。

（６）上記の実施形態では、接触式座標入力装置Ｄに配置される複数の領域として２つの領域を例示したが、この複数の領域は２つに限定されるものではなく、３つ以上であってもよい。

本発明は、接触式の座標入力が可能な携帯電話、モバイル機器、パソコン、ディスプレイ装置等、各種電子機器に広く利用することができる。

１ 基板
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ 電極
３ 第１領域
４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ 電極
５ 第２領域
６ 誘電体
７ 第１コントローラ（位置取得機構）
８ 第２コントローラ（位置取得機構）
９ 第３コントローラ（複合処理機構）
Ｄ 接触式座標入力装置
Ｆ１，Ｆ２ 指

Claims (8)

1. 基板上に４つの電極が矩形状に配置された領域を複数設けるとともに、当該各領域の４つの電極の相互間に誘電体を架設し、
   前記複数の領域内の前記誘電体への接触操作による前記４つの電極の静電容量の変化を当該領域毎に演算処理して接触操作された位置情報を取得する位置取得機構と、
   前記複数の領域のうち少なくとも２つの領域における前記位置情報に基づいて演算処理する複合処理機構と、を備える接触式座標入力装置。
2. 前記少なくとも２つの領域が隣接するよう配置してある請求項１記載の接触式座標入力装置。
3. 前記誘電体が透明材料で構成してある請求項１又は２に記載の接触式座標入力装置。
4. 前記４つの電極のうち少なくとも１つが透明材料で構成してある請求項１〜３のいずれか一項に記載の接触式座標入力装置。
5. 前記誘電体がガラスで構成してある請求項１〜４のいずれか一項に記載の接触式座標入力装置。
6. 前記電極がＩＴＯで構成してある請求項１〜５のいずれか一項に記載の接触式座標入力装置。
7. 表示装置と、
   前記表示装置上に配置した請求項１〜６のいずれか一項に記載の接触式座標入力装置と、を有するタッチパネル。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の接触式座標入力装置又は請求項７記載のタッチパネルを具備する電子機器。

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