JP4798665B2

JP4798665B2 - タッチパネル装置

Info

Publication number: JP4798665B2
Application number: JP2007132895A
Authority: JP
Inventors: 元俊南部
Original assignee: SMK Corp
Current assignee: SMK Corp
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2027-05-18
Also published as: JP2008287575A

Description

この発明は、種々の電子機器のディスプレイや操作部等に設けられ、入力装置として用いられるタッチパネル装置に関する。

従来、ディスプレイ表面にタッチパネル機能を備えた電子機器が広く利用されている。このタッチパネルはディスプレイ表面に触れることで入力操作が可能であり、その入力方法にはいくつかの方式があり、そのなかには非接触でも入力が成される光学式タッチパネルがある。これは、横方向と縦方向のそれぞれに、複数の赤外ＬＥＤと対向側に複数のフォトトランジスタを設け、指などで光路を遮ることでパネル上の入力位置を検出し、所望の入力操作を行うものである。

しかし、光学式タッチパネルは、操作者のネクタイ等の衣類がパネル面に垂れた場合や押下操作の中断の場合も、操作者の意図に反して光路が遮られた場合には入力として検知してしまい、誤操作が生じやすいものであった。この点は、操作者が指等を近づけることにより操作位置を検知して、入力処理が行われる静電容量型のタッチパネルにも該当するものであった。

そこで、操作時の接触力を圧電素子や力センサにより検出し、一定レベル以上の操作圧力がセンサにより検知された場合にパネル押下操作と判断して、光学的に検知したパネル押下位置情報を入力情報と判断する感圧式タッチパネルがある。

また、特許文献１に開示されているように、操作パネルが押下されることにより、この押下の圧力に対応した電流を出力する歪みゲージ等の押下検出手段と、各押下検出手段の電流出力から、操作パネル上の押下位置に対応した平面上の座標入力信号を演算する座標演算手段と、各押下検出手段の電流出力から、押下位置における圧力に対応して２次元平面に対して垂直な方向のさらなる座標入力信号を演算する第２の座標演算手段を設けたタッチパネルも提案されている。
特開２００５−７８１９４号公報

しかし、感圧式タッチパネルにおいは、操作者によるパネル体上での押下操作位置と力センサ等の取り付け位置との関係で、センサの出力レベルが異なり、パネル操作面全体での感圧感度が一定にならず、センサから離れた位置での操作に対する感度が悪いという問題があった。また、特許文献１に開示されている構造のタッチパネルの場合、押下検出手段により得られた信号から押下位置を演算するため、位置検知精度が悪く、回路が複雑になるという問題がある。

この発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、パネル体上の位置による感圧感度の違いをなくし、操作感の良いタッチパネル装置を提供することを目的とする。

この発明は、ディスプレイ画面を構成するパネル体と、前記パネル体の周縁に固定された長尺状の圧電素子と、前記圧電素子とは別に設けられ前記パネル体に対する操作者による押下操作位置を検知する操作位置検知装置と、前記パネル体に対する前記操作者の押下操作による押圧力に起因する前記圧電素子の出力を判別するコンパレータと、前記操作位置検知装置により検知された前記操作者による前記パネル体に対する前記押下操作位置に基づいて所定の処理を行う処理装置と、前記コンパレータに所定の閾値を出力する閾値設定部とを備え、前記処理装置は、前記閾値設定部から前記コンパレータに出力される閾値を、前記圧電素子から前記パネル体の前記押下操作位置までの距離に反比例する値であって、前記操作者による前記パネル体に対する前記押下操作位置にかかわらず一様な押圧力で入力操作をすることができる値に設定するタッチパネル装置である。

前記処理装置は、圧電素子からの距離に比例するように段階的に閾値を低くするものでも良い。

またこの発明は、ディスプレイ画面を構成するパネル体と、前記パネル体の周縁に固定された長尺状の圧電素子と、前記圧電素子とは別に設けられ前記パネル体に対する操作者による押下操作位置を検知する操作位置検知装置と、前記パネル体に対する前記操作者の押下操作による押圧力に起因する前記圧電素子の出力を判別するコンパレータと、前記操作位置検知装置により検知された前記操作者による前記パネル体に対する前記押下操作位置に基づいて所定の処理を行う処理装置と、前記コンパレータに所定の閾値を出力する閾値設定部とを備え、前記処理装置は、前記圧電素子の出力を増幅するプログラマブルゲインアンプに設定する増幅率を、前記圧電素子から前記パネル体の前記押下操作位置までの距離に比例する値であって、前記操作者による前記パネル体に対する前記押下操作位置にかかわらず、前記操作者による押圧力の等しい操作であれば、前記圧電素子の前記プログラマブルゲインアンプからの出力が同様のレベルの出力になる値に設定し、前記コンパレータに所定の閾値を出力する閾値設定部は、一定の閾値を前記コンパレータに出力するタッチパネル装置である。

または、前記処理装置は、前記圧電素子の出力をデジタルデータに返還するＡ／Ｄ変換器を備えるとともに、前記デジタルデータを比較する前記コンパレータ、及び前記コンパレータの所定の閾値を設定する前記閾値設定部を兼ね、Ａ／Ｄ変換された前記デジタルデータである前記圧電素子の出力を、前記処理装置の前記コンパレータにより前記閾値と比較するものでも良い。

さらに、前記パネル体の周縁に額縁が取り付けられ、前記操作位置検知装置は、前記額縁の互いに交差する２辺に沿って設けられた発光素子アレイと、この発光素子アレイと対向する前記額縁に沿って設けられた受光素子アレイを備えるものである。

この発明のタッチパネル装置は、圧電素子によりパネル体に対する操作を検知する際に、押下操作位置による圧電素子の出力信号のばらつきを打ち消すように処理し、パネル体上での操作者による押下操作位置にかかわらず、操作者が一様な操作感を得ることができるものである。さらに、パネル体上の押下操作位置により意図的に感圧感度に差を持たせて、入力操作をより確実なものとしたり、より高機能のタッチパネル装置にしたりすることもできる。

以下、この発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１、図２はこの発明の第一実施形態を示すもので、この実施形態のタッチパネル装置１０は、カーナビゲーション装置や、ＡＴＭ、券売機、その他各種電子装置の操作パネル等に利用されるとともに、入力装置として用いられる。このタッチパネル装置１０は、透明な樹脂基板やガラス基板等の四角形のパネル体１２と、このパネル体１２を収容した額縁１４を備えている。

額縁１４の隣り合う２辺１４ａ，１４ｂには、操作位置検知装置である図示しないＬＥＤのアレイが各々配置され、図１（ａ）のパネル体１２内の矢印に示す方向に発光する。辺１４ａ，１４ｂと対面する２辺１４ｃ，１４ｄには、対向するＬＥＤアレイの各素子の光を検知する操作位置検知装置としての図示しないフォトトランジスタアレイが配置されている。

パネル体１２には、その裏面の周縁に沿って、長尺状の圧電素子１６が額縁１４の互いに対向する辺１４ａ，１４ｃに固定されている。圧電素子１６の長さは、額縁１４の１辺の長さの例えば１／２以上であればよい。

タッチパネル装置１０の圧電素子１６は、図２に示すように、圧電素子１６の出力信号が、アンプ１８に接続され、アンプ１８で増幅された信号は、コンパレータ２０に入力している。コンパレータ２０には、閾値を設定する信号がＣＰＵ２２から閾値設定部であるＤ／Ａ変換器２４を介して入力している。ＣＰＵ２２には、タッチパネル装置１０のフォトトランジスタからのパネル体１２のＸ，Ｙ方向の各位置信号が入力している。

次に、この実施形態のタッチパネル装置１０の押下操作位置の検出処理について、以下に説明する。まず、操作者のパネル体１２の押下動作により、押下操作位置に対応したフォトトランジスタ出力が変化し、ＣＰＵ２２は額縁１４ｃ，１４ｄのフォトトランジスタの出力変化位置から押下操作位置を判断する。

このとき同時に、一対の圧電素子１６の出力がアンプ１８を介してコンパレータ２０に入力する。コンパレータ２０の閾値には、Ｄ／Ａ変換器２４からの可変閾値が入力している。コンパレータ２０の閾値の調整変動は、ＣＰＵ２２が押下操作位置情報を判断して、事前にシミュレーションして設定した可変規則により変更する。この閾値の調整は、例えば、圧電素子１６から遠い位置の圧電素子１６の出力ほど閾値を小さくする処理や、圧電素子１６からの距離に比例するように段階的に閾値を低くするものでも良い。可変にするための情報は、事前のシミュレーションによるデータテーブルまたは計算式として、図示しない記憶素子に記録され、所定のプログラムにより、ＣＰＵ２２により処理される。

圧電素子１６からの出力によりコンパレータ２０の出力がアクティブとなったときは、そのときのフォトトランジスタからの操作位置情報は正しい入力操作であり、ＣＰＵ２２はその入力信号の位置情報に基づいて、所定の操作信号を出力し電子機器の所定の処理動作等を行う。また、フォトトランジスタから操作位置情報が入力したにもかかわらず、コンパレータ２０の出力がアクティブにならない場合は、パネル体１２への押下操作がないか不十分であるものであり、正規の入力操作ではなく、ＣＰＵ２２は操作信号を出力しない。

この実施形態によれば、パネル体１２上での押下操作位置による圧電素子１６の出力信号のばらつきを調整し、パネル体１２上での操作位置にかかわらず、一定の押圧力の一様な操作感で入力操作をすることができるものである。さらに、パネル体１２の操作位置により、その操作の重要性や操作の種類により、意図的に感圧感度に差を持たせて、入力操作を確実なものとしたり複雑高機能な仕様としたりすることもできる。

次に、この発明のタッチパネル装置の第二実施形態について、図３を基にして説明する。ここで上記実施形態と同様の部材は同一符号を付して説明を省略する。この実施形態のタッチパネル装置３０は、増幅率が可変のプログラマブルゲインアンプ（ＰＧＡ）３２を用いて、圧電素子１６の出力が入力するＰＧＡ３２の増幅率を、パネル体１２内の押下操作位置により変更するものである。ＰＧＡ３２の増幅率の調整は、フォトトランジスタによる押下操作位置情報により、押下操作位置が圧電素子１６から遠いほど圧電素子１６の出力の増幅率を上げる制御を行う。即ち、増幅率の設定は、押下操作位置情報の圧電素子１６からの距離に比例した増幅率や、比例した傾向の段階的な増幅率でも良い。この場合、コンパレータ２０に入力する閾値設定部の基準電圧２５による閾値は固定である。

この実施形態の場合、圧電素子１６の出力を押下操作位置に合わせて調整し、同じ押圧力の押下操作であれば、圧電素子１６のＰＧＡ３２からの出力が同様のレベルの出力になるようにし、一定の閾値で押下操作の判別を行うことができる。

次に、この発明のタッチパネル装置の第三実施形態について、図４を基にして説明する。ここで上記実施形態と同様の部材は同一符号を付して説明を省略する。この実施形態のタッチパネル装置３４は、圧電素子１６の出力を増幅した値をＡ／Ｄ変換器３８によりデジタル信号に変換し、デジタルデータである圧電素子１６の出力をＣＰＵ３６による処理により、上記第一実施形態と同様に閾値を調整した値と比較して、押下操作を判別するものである。この場合、閾値の調整値をデータテーブルまたは計算式として記憶素子に記録しておく。

この実施形態によっても上記実施形態と同様の効果を得ることができ、デジタル信号の処理によりタッチパネル装置３４の押下操作を判別することができ、装置の回路を簡単なものとすることができ、汎用性も高い。

なお、この発明のタッチパネル装置は上記実施形態に限定されるものではなく、操作位置検知装置が静電容量の変化を検知する静電容量型タッチパネル装置にも利用できる。また、圧電素子は１本でも良く、操作位置による圧電素子の出力変動の影響を減らす処理が可能なものであればよい。さらに、コンパレータの種類や取り付けられる電子装置の種類は問わない。

この発明の第一実施形態のタッチパネル装置の平面図（ａ）、Ａ−Ａ断面図（ｂ）、背面図（ｃ）である。この発明の第一実施形態のタッチパネル装置の押下検知判別回路のブロック図である。この発明の第二実施形態のタッチパネル装置の押下検知判別回路のブロック図である。この発明の第三実施形態のタッチパネル装置の押下検知判別回路のブロック図である。

１０タッチパネル装置
１２パネル体
１４額縁
１６圧電素子
１８アンプ
２０コンパレータ
２２ＣＰＵ
２４Ｄ／Ａ変換器

Claims

ディスプレイ画面を構成するパネル体と、前記パネル体の周縁に固定された長尺状の圧電素子と、前記圧電素子とは別に設けられ前記パネル体に対する操作者による押下操作位置を検知する操作位置検知装置と、前記パネル体に対する前記操作者の押下操作による押圧力に起因する前記圧電素子の出力を判別するコンパレータと、前記操作位置検知装置により検知された前記操作者による前記パネル体に対する前記押下操作位置に基づいて所定の処理を行う処理装置と、前記コンパレータに所定の閾値を出力する閾値設定部とを備え、
前記処理装置は、前記閾値設定部から前記コンパレータに出力される閾値を、前記圧電素子から前記パネル体の前記押下操作位置までの距離に反比例する値であって、前記操作者による前記パネル体に対する前記押下操作位置にかかわらず一様な押圧力で入力操作をすることができる値に設定することを特徴とするタッチパネル装置。
前記処理装置は、前記圧電素子の出力をデジタルデータに返還するＡ／Ｄ変換器を備えるとともに、前記デジタルデータを比較する前記コンパレータ、及び前記コンパレータの所定の閾値を設定する前記閾値設定部を兼ね、
Ａ／Ｄ変換された前記デジタルデータである前記圧電素子の出力を、前記処理装置の前記コンパレータにより前記閾値と比較する請求項１記載のタッチパネル装置。
ディスプレイ画面を構成するパネル体と、前記パネル体の周縁に固定された長尺状の圧電素子と、前記圧電素子とは別に設けられ前記パネル体に対する操作者による押下操作位置を検知する操作位置検知装置と、前記パネル体に対する前記操作者の押下操作による押圧力に起因する前記圧電素子の出力を判別するコンパレータと、前記操作位置検知装置により検知された前記操作者による前記パネル体に対する前記押下操作位置に基づいて所定の処理を行う処理装置と、前記コンパレータに所定の閾値を出力する閾値設定部とを備え、
前記処理装置は、前記圧電素子の出力を増幅するプログラマブルゲインアンプに設定する増幅率を、前記圧電素子から前記パネル体の前記押下操作位置までの距離に比例する値であって、前記操作者による前記パネル体に対する前記押下操作位置にかかわらず、前記操作者による押圧力の等しい操作であれば、前記圧電素子の前記プログラマブルゲインアンプからの出力が同様のレベルの出力になる値に設定し、
前記コンパレータに所定の閾値を出力する閾値設定部は、一定の閾値を前記コンパレータに出力することを特徴とするタッチパネル装置。
前記パネル体の周縁に額縁が取り付けられ、前記操作位置検知装置は、前記額縁の互いに交差する２辺に沿って設けられた発光素子アレイと、この発光素子アレイと対向する前記額縁に沿って設けられた受光素子アレイである請求項１乃至３のいずれか記載のタッチパネル装置。