JP2013143099A - タッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】操作荷重検出手段をタッチパネルの操作画面内部に組み込まなくても、タッチパネル操作部に加えられた操作荷重の大きさを検出するタッチパネルを提供する。
【解決手段】タッチパネル１０は、情報を表示する情報表示手段２２の表示画面２２Ｆを覆い、タッチ操作による入力時の操作荷重が加えられるタッチパネル操作部１２と、タッチパネル操作部１２を支持し、操作荷重を検出する操作荷重検出手段２０と、を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、タッチパネルに関する。

自動車用のナビゲーション装置等には、表示画面を見ながら使用者が操作画面をタッチ操作する、タッチパネル方式の入力手段が広く採用されている。
タッチ操作される操作画面には、タッチ操作された位置を検出する位置情報検出手段が備えられ、タッチ操作された位置情報に基づいて、情報を表示するＬＣＤ等の表示画面上に、地図情報等の種々の情報が提供される。

タッチ操作された位置を検出する検出方式には、抵抗膜方式、静電容量方式、超音波表面弾性波方式、光学方式、または電磁誘導方式が採用されている。例えばガラス−ガラス型抵抗膜方式は、透明電極膜（導電層）が表面に配置されたガラス板同士を、隙間を設けて透明電極膜面を対向させた構成である。これにより、一方のガラス板がタッチ操作されると、他方のガラス板側に押し込まれ、タッチ操作された側の透明電極膜と他方のガラス板側の透明電極膜で、それぞれタッチ操作された位置に対応した電圧が検出される。この電圧に基づいて接点の位置座標が特定される。

ここに、抵抗膜方式における操作位置の検出は、タッチ操作された操作力が弱いときが問題となる。即ち、操作力が弱く十分な押下荷重が加えられなかった場合には、タッチ操作された位置に対応した電圧が検出されない。この結果、故障と判断される場合もある。
そこで、十分な押下荷重が加えられなかった場合には、十分な押下荷重が加えられなかったことを出力可能なタッチパネルが提案されている（特許文献１）。

ここに、特許文献１のタッチパネルは、タッチ操作される操作画面を、第１の導電膜を備えたフィルム面と、第２の導電膜を備えたガラス面で構成し、第１の導電膜と第２の導電膜との間隙に、操作画面に加えられた操作荷重の大きさに対応した電圧を出力する感圧素子を配置し、感圧素子でタッチ操作時の押下荷重を検出する構成である。
更に、特許文献１のタッチパネルには、操作案内手段が備えられ、操作案内手段には、タッチ操作される操作画面に加えられた操作荷重が、位置の検出を行うのに十分であるか否かを判定する操作荷重判定手段と、操作荷重判定手段によって、操作荷重の大きさが、位置の検出に十分ではないと判断された場合に、操作荷重の大きさが十分でないことを報知する報知手段とが設けられている。

特開２００６−１４６６８１号公報

しかし、特許文献１に記載の技術は、第１の導電膜と第２の導電膜との間隙に感圧素子を配置する構成である。このため、感圧素子を操作画面内部の第１の導電膜と第２の導電膜の間に組み込む加工工程が必要となる。

本発明は上記事実を考慮し、操作荷重検出手段をタッチパネルの操作画面内部に組み込まなくても、タッチパネル操作部に加えられた操作荷重の大きさを検出するタッチパネルを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明に係るタッチパネルは、情報を表示する情報表示手段の表示画面を覆い、タッチ操作による入力時の操作荷重が加えられるタッチパネル操作部と、前記タッチパネル操作部を支持し、前記操作荷重を検出する操作荷重検出手段と、を有することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、タッチパネル操作部により、情報を表示する情報表示手段の表示画面が覆われ、タッチ操作による操作荷重がタッチパネル操作部に加えられる。また、タッチパネル操作部を支持する操作荷重検出手段により、タッチ操作時の操作荷重が検出される。

請求項１に記載の構成とすることにより、タッチパネル操作部に加えられた入力時の操作荷重が、操作荷重検出手段により検出される。即ち、操作荷重検出手段をタッチパネル操作部の内部に組み込まなくても、タッチパネル操作部を支持する操作荷重検出手段からの出力で、タッチパネル操作部に加えられた操作荷重を検出することができる。
更に、操作荷重検出手段をタッチパネル操作部の内部に組み込まなくてもよいため、タッチパネル操作部に設けられた位置検出手段の構成の違いに関係なく、タッチパネル操作部に加えられた操作荷重を検出することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載のタッチパネルにおいて、前記操作荷重検出手段を、前記タッチパネル操作部の角部の各々、または前記タッチパネル操作部の一辺の中央部、及び該一辺に対向する辺の両端に位置する角部の各々に設けたことを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、圧電素子がタッチパネル操作部の角部の各々、またはタッチパネル操作部の一辺の中央部、及び該一辺に対向する辺の両端に位置する角部の各々に設けられている。即ち複数の圧電素子により、タッチパネル操作部の角部が支持される。
これにより、タッチパネル操作部のタッチ操作位置に関係なく、安定して操作荷重を検出することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２記載のタッチパネルにおいて、前記操作荷重検出手段は、前記操作荷重を電気的出力に変換する圧電素子であることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、圧電素子により、操作荷重の大きさが電気的出力の変化に変換されるため、操作荷重を連続した荷重特性として処理することが可能となる。
この結果、操作者が急いでタッチパネル操作部を操作したか、ゆっくり操作したか等の操作状況を推定することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項記載のタッチパネルにおいて、前記操作荷重検出手段で検出された操作荷重の単位時間当たりの荷重変化量に基づいて、該変化量が所定値以上の場合と該所定値以下の場合とで前記表示画面に表示された画像またはポインタの移動速度が変化するように制御する制御手段を更に設けたことを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、制御手段により、操作荷重検出手段で検出された操作荷重の単位時間当たりの荷重変化量に基づいて、変化量が所定値以上の場合と所定値以下の場合とで表示画面に表示された画像またはポインタの移動速度が変化するように制御される。
これにより、算出された荷重変化量に基づいて、表示画面へ表示させる情報を制御することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４記載のタッチパネルにおいて、前記制御手段は、前記変化量が所定値以上の場合は、前記変化量が所定値未満の場合より、前記表示画面に表示された画像またはポインタの移動速度が速くなるように制御することを特徴としている。

これにより、タッチパネル操作部を急いで操作した場合には、荷重変化量が大きくなる。この結果を利用して、ポインタの移動速度を大きくすることができる。一方、タッチパネル操作部をゆっくり操作した場合には、荷重変化量が小さくなる。この結果を利用して、ポインタの移動速度を小さくすることができる。即ち、操作者の意図を、情報表示手段の表示画面に反映させて表示させることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項４または請求項５記載のタッチパネルにおいて、前記タッチパネル操作部をタッチ操作した位置を検出する位置検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記操作荷重として前記位置検出手段で検出された位置に応じて選択した操作荷重検出手段で検出された操作荷重を用いることを特徴としている。

請求項６に記載の発明によれば、位置検出手段により、タッチパネル操作部をタッチ操作した位置が検出される。また、制御手段により、操作荷重として位置検出手段で検出された位置に応じて選択した操作荷重検出手段で検出された操作荷重をいて制御される。

請求項７に記載の発明に係るタッチ入力式情報表示装置は、請求項１〜６のいずれか１項に記載のタッチパネルを搭載していることを特徴としている。

これにより、タッチ入力式情報表示装置を、操作荷重検出手段からの操作荷重の情報により制御するタッチパネルで操作することができる。

本発明は上記構成としてあるので、操作荷重検出手段をタッチパネルの操作画面の内部に組み込まなくても、タッチパネル操作部に加えられた操作荷重の大きさを検出するタッチパネルを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るタッチパネルの基本構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るタッチパネルの基本構成を示す上面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るタッチパネルの制御装置の基本構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係るタッチパネルの処理順序を示すフローチャートである。 （Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るタッチパネルの画面中央部（ゾーンＡ）をタッチ操作した場合の荷重位置を示す斜視図であり、（Ｂ）は、４つの圧電素子が分担する分担荷重の経時変化を示す特性図である。 本発明の第１の実施の形態に係るタッチパネルの画面中央部（ゾーンＡ）を異なるタッチ速度でタッチ操作した場合の分担荷重の経時変化を示す特性図である。 本発明の第１の実施の形態に係るタッチパネルの画面中央部（ゾーンＡ）を異なるタッチ速度でタッチ操作した場合の、分担荷重の単位時間当たりの変化量とタッチ操作の速度との関係を示す概念図である。 （Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るタッチパネルの画面側面部（ゾーンＢ）をタッチ操作した場合の荷重位置を示す斜視図であり、（Ｂ）は、４つの圧電素子が分担する分担荷重の経時変化を示す特性図である。 （Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係るタッチパネルの画面隅部（ゾーンＣ）をタッチ操作した場合の荷重位置を示す概念図であり、（Ｂ）は、４つの圧電素子が分担する分担荷重の経時変化を示す特性図である。 本発明の第３の実施の形態に係るタッチパネルの基本構成を示す上面図である。 （Ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係るタッチパネルの画面中央部（ゾーンＡ）をタッチ操作した場合の荷重位置を示す概念図であり、（Ｂ）は、３つの圧電素子が分担する分担荷重の経時変化を示す特性図である。 （Ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係るタッチパネルの画面隅部（ゾーンＢ）をタッチ操作した場合の荷重位置を示す概念図であり、（Ｂ）は、３つの圧電素子が分担する分担荷重の経時変化を示す特性図である。

＜第１の実施の形態＞
図１の断面図、図２の上面図に示すように、第１の実施の形態に係るタッチパネル１０は、抵抗膜方式のタッチパネル操作部１２を有し、タッチパネル操作部１２には、矢印Ｆの方向から操作者によりタッチ操作され、操作荷重が加えられる。

タッチパネル操作部１２は、上部電極板１４と下部電極板１６を対向して備えた構成である。上部電極板１４の下部電極板１６と対向する面には、電気的抵抗を有するＩＴＯ（酸化インジウムスズ）で構成された透明電極膜が蒸着または塗工により形成され、下部電極板１６の上部電極板１４と対向する面にも同様に、電気的抵抗を有するＩＴＯで構成された透明電極膜が蒸着または塗工により形成されている。

上部電極板１４と下部電極板１６の間にはスペーサ１８が挿入され、スペーサ１８により、所定の隙間ｄ１が設けられ、タッチ操作されない場合には、透明電極膜同士が接触しないようにされている。タッチ操作されると、透明電極膜同士が接触し電気抵抗値が変化することから、透明電極膜の電気抵抗値の変化を利用してタッチした位置を検出する。

上部電極板１４は、例えば、矢印Ｆの方向から見たとき透視可能な樹脂製の板、フィルムまたはガラス板で形成され、上部電極板１４の表面部１４Ｆが操作者によりタッチ操作される。下部電極板１６も、矢印Ｆの方向から見たとき透視可能なガラス板で形成されている。
ガラス板の厚さは、下部電極板１６が上部電極板１４より厚くされ、下部電極板１６により、タッチパネル操作部１２の強度が確保されている。

本実施の形態では、操作位置の検出において位置の検出方式は問わない。検出方式には、抵抗膜方式の他、静電容量方式、超音波表面弾性波方式、光学方式、及び電磁誘導方式があるが、いずれの方式であってもよい。

タッチパネル操作部１２の下部電極板１６の底面１６Ｂには、図２に示すように、４つの圧電素子２０Ａ〜２０Ｄが四隅に取付けられている。４つの圧電素子２０Ａ〜２０Ｄの一端は底面１６Ｂに取付けられ、加えられた荷重に応じた電圧を、荷重が加えられている間、連続して出力する。圧電素子２０Ａ〜２０Ｄは、いずれも同じ出力特性を有し、出力特性は予め把握されている。

４つの圧電素子２０Ａ〜２０Ｄは、矩形に形成されたタッチパネル操作部１２の、４つの角部にそれぞれ取付けられ、タッチパネル操作部１２を支持している。これにより、タッチパネル操作部１２に加えられた操作荷重を、４つの圧電素子２０Ａ〜２０Ｄのそれぞれに、分担して支持させることができる。
なお、圧電素子２０Ａ〜２０Ｄの他方の端面は、タッチパネル１０の筐体本体部２４に取付けられている。

筐体本体部２４には、更に、表示画面２２Ｆを備えた表示デバイス２２が取付けられている。タッチパネル操作部１２は、表示デバイス２２の表示画面２２Ｆを覆い、表示デバイス２２の表面２２Ｆと所定の隙間ｄ２で対向されている。
表示画面２２Ｆには、地図情報や選択図等が表示され、タッチパネル操作部１２は、表示画面２２Ｆを透視可能に、透明または半透明に構成されており、矢印Ｆの方向から表示画面２２Ｆを視認可能とされている。

タッチパネル操作部１２の上部電極板１４の表面１４Ｆの端面には、タッチパネル１０のケース部（ベゼル）２６が設けられている。ベゼル２６は、上部電極板１４の周囲を囲み、上部電極板１４の端部の表面１４Ｆと当接され、タッチパネル操作部１２の、矢印Ｆと反対方向への移動を禁止している。

タッチパネル１０には、表示デバイス２２の表示内容を制御する、コンピュータで制御されたコントローラ２８が設けられている。コントローラ２８は、タッチパネル操作部１２、圧電素子２０Ａ〜２０Ｄ、表示デバイス２２と、それぞれ破線で示す配線３６で接続されている。

図３は、コントローラ２８の基本構成を示すブロック図である。
コントローラ２８には、予め定められた処理プログラムを実行するＣＰＵ３０、及び記録媒体としてのＲＯＭ３１、ＲＡＭ３２が備えられている。ＣＰＵ３０、ＲＯＭ３１及びＲＡＭ３２はバスライン３４で接続され、タッチパネル１０を構成する入出力機器類と接続されている。処理プログラムは、記録媒体ＲＯＭ３１に記憶されている。

コントローラ２８には、入出力インターフェース３５が設けられ、入出力インターフェース３５は、Ａ／Ｄ変換器１３を介してタッチパネル操作部１２と接続され、Ａ／Ｄ変換器２１Ａ〜２１Ｄの各々を介して圧電素子２０Ａ〜２０Ｄの各々と接続されると共に、表示デバイス２２と接続されている。
また、コントローラ２８には、圧電素子２０Ａ〜２０Ｄで検出されたデータを記憶させるメモリ３３が設けられている。

次に、図４のフローチャートを用いて、本実施の形態のコントローラ２８により実行される処理ルーチンについて説明する。

先ず、タッチパネル１０のメインスイッチがオンになると、図４の処理ルーチンが実行される。
ステップ３８では、タッチパネル１０を制御するための初期データが読み込まれる。読み込まれるデータとしては、４つの圧電素子２０Ａ〜２０Ｄの設置位置とそれぞれの分担荷重特性、タッチ画面の分割されたゾーンＡ〜Ｃの位置データ、ゾーン別の補正係数Ｋ、操作荷重の荷重変化量とタッチ操作速度の関係を示す特性等である。

ここに、分担荷重特性とは、操作荷重を４つの圧電素子２０Ａ〜２０Ｄで分担して支持した場合の、それぞれの分担荷重と電圧出力の関係をいい、タッチ画面の分割データとは、タッチパネル操作部１２を予め複数に分割した場合における、分割された個々のゾーンに関する情報をいう。具体的には、図２のタッチパネル操作部１２は、例えば、二点鎖線で示す９つに分割され、９つのゾーンは、圧電素子２０Ａ〜２０Ｄへ及ぼす影響の大きさで、ゾーンＡ〜ゾーンＣの３つに分類されている。ゾーンＡ〜ゾーンＣの領域を示すデータが予めＲＯＭに記憶されている。

ゾーンＡは、４つの圧電素子２０Ａ〜２０Ｄがほぼ均等に操作荷重を分担するゾーンであり、タッチパネル操作部１２のほぼ中央部に１箇所存在している。
ゾーンＢは、隣り合う２つの圧電素子２０Ａと２０Ｂ、圧電素子２０Ｂと２０Ｃ、圧電素子２０Ｃと２０Ｄ、圧電素子２０Ｄと２０Ａの各々が、ほぼ同等に操作荷重の大部分を分担するゾーンであり、ゾーンＡに隣接して４箇所存在している。
ゾーンＣは、圧電素子２０Ａ〜２０Ｄのいずれか１つを含み、いずれか１つの圧電素子がほぼ全ての操作荷重を分担するゾーンである。４つの圧電素子２０Ａ〜２０Ｄの周囲の各々に４箇所存在している。
ゾーン別の補正係数Ｋ、操作荷重の荷重変化量とタッチ操作速度の関係については後述する。

次のステップ３９では、予め定められたインターバルで、タッチパネル操作部１２の操作データを取り込む。

次のステップ４０では、タッチパネル操作部１２の出力データから、取り込まれた出力電圧の大きさが閾値以上か否かが判定される。閾値以上の場合にはタッチ操作有りと判断してステップ４２へ進む。閾値以下の場合にはタッチ操作なしと判定されてステップ３９へ進み、タッチ操作の待受け状態となる。

タッチ操作有りと判断されたときは、ステップ４２において、４つの圧電素子２０Ａ〜２０Ｄから、タッチ操作時の経時的データをそれぞれ取り込む。同時に、タッチパネル操作部１２からタッチ位置データを取り込み、取り込まれたタッチ位置データから、タッチ位置を特定する。
その後、特定されたタッチ位置データをタッチパネル操作部１２のゾーンＡ〜Ｃの位置データと比較する。これにより、ゾーンＡ〜Ｃのどのゾ−ンがタッチ操作されたかを特定することができる。更に、操作されたゾ−ンにおけるゾーン別の補正係数Ｋを読み込む。

ここに、補正係数Ｋは、圧電素子２０Ａ〜２０Ｄの直近を操作されたときと、遠くを操作されたときで、同じ操作荷重が作用したとしても、圧電素子２０Ａ〜２０Ｄに加えられる荷重が相違するため、操作位置に伴う分担荷重のアンバランスを補正するために、予め実験で求めておいた係数である。

補正係数Ｋを予め実験で求めておき、タッチ操作された位置（ゾーンＡ〜Ｃ）毎に、圧電素子２０Ａ〜２０Ｄの出力を補正係数Ｋで補正する。補正係数Ｋは、予めメモリ３３に記憶させておく。これにより、分割荷重のアンバランスが解消され、安定した出力を得ることができる。

次のステップ４４では、４つの圧電素子２０Ａ〜２０Ｄから取り込まれた、タッチ操作時の経時的な分担荷重特性ＲＡ〜ＲＤを処理する。即ち、取り込まれた分担荷重特性ＲＡ〜ＲＤの中から、処理に使用する代表分担特性ＲＸをタッチ操作されたゾーンに対応させて選定する。また、後述する方法で、代表分担特性ＲＸから単位時間当たりの荷重変化量ΔＲを算出する。
算出された荷重変化量ΔＲはメモリ３３に記憶される。

次のステップ４６では、算出された荷重変化量ΔＲに基づいてタッチ操作の速度Ｖを算出し、タッチ操作の速度Ｖから表示デバイス２２の表示画面へ表示させるポインタ表示速度を決定する。
このとき、荷重変化量ΔＲは、タッチ操作されたときの操作の早さから操作者のポインタを早く移動させたいという意識の反映と看做すことができ、タッチ操作の早さに対応させてポインタを早く移動させている。
このポインタ表示速度の決定も制御部で実行され、結果はメモリ３３に記憶される。

次のステップ４８では、算出されたポインタの移動速度に基づき、表示デバイス２２の表示画面を制御する。これにより、例えば表示画面のスクロール速度が調節される。

最後のステップ５０では、タッチパネル１０の使用が終了か否かが判断される。終了でない場合には、ステップ３９へ進み、タッチ操作の待受け状態となる。操作終了の場合には、処理プログラムを終える。

次に、代表分担特性ＲＸの選定方法について説明する。
図５（Ａ）は、タッチパネル操作部１２のゾーンＡに、操作荷重Ｐ１を作用させた状態を示している。
ゾーンＡに操作荷重Ｐ１が作用しているため、タッチパネル操作部１２の４隅に配置された４つの圧電素子２０Ａ〜２０Ｄには、ほぼ均等に操作荷重Ｐ１の分担荷重が加えられる。

図５（Ｂ）は、４つの圧電素子２０Ａ〜２０Ｄの分担荷重特性ＲＡ〜ＲＤを示したものである。図５（Ｂ）の横軸は時間であり、縦軸は荷重（分担荷重）である。
特性曲線ＲＡ〜ＲＤは、操作荷重Ｐ１が加えられた時点をｔ０としたとき、分担荷重は初期荷重ｗ０から徐々に増加する。その後、急激に増大した後、増大率が低下するＳ字状の形状となっている。操作開始からＴ時間後の、タッチ操作終了時（ｔ３）に最大分担荷重（ｗ３）となり、その後、急激に減少して初期荷重ｗ０に戻る。

代表分担特性ＲＸは、原則的に分担荷重特性ＲＡ〜ＲＤの中から、分担荷重が最大のものを選択する。
図５（Ｂ）においては、圧電素子２０Ａ〜２０Ｄは、いずれも、ほぼ同じ大きさの分担荷重となっているため、１本の特性曲線で示されている。この場合には、代表分担特性ＲＸは、分担荷重特性ＲＡ〜ＲＤの中のいずれか１つを選択すればよい。

次に、荷重変化量ΔＲの算出方法について説明する。
単位時間当たりの分担荷重の変化量ΔＲは、次の手順で算出することができる。
先ず、検出誤差を考慮して閾値を設定し、検出開始荷重ｗ１を常時荷重ｗ０に閾値を加えた値とする。予め定めた検出時間をΔｔとし、時間ｔ１から検出時間Δｔだけ経過した時間ｔ２における分担荷重をｗ２とする。

これにより、操作荷重Ｐ１による単位時間当たりの分担荷重の荷重変化量ΔＲ１は、下記（１）式で算出することができる。
ΔＲ１＝（ｗ２−ｗ１）／（ｔ２−ｔ１）＝Δｗ１／Δｔ …（１）

なお、最大分担荷重ｗ３は、時間ｔ３における分担荷重となる。４つの圧電素子２０Ａ〜２０Ｄの分担荷重特性に差があるときは、最大分担荷重ｗ３が最大のものを選択し、最大分担荷重ｗ３の最も大きい分担荷重特性を代表分担特性ＲＸとする。この代表分担特性ＲＸを用いて、単位時間当たりの分担荷重の変化量ΔＲ１を算出すればよい。

次に、タッチ操作の速度について説明する。
図５（Ｂ）に示した分担荷重特性ＲＡ〜ＲＤは、通常操作される平均的な操作速度でタッチ操作を行ったときの特性である。しかし、急いでタッチ操作を行う場合やゆっくりと操作を行う場合もある。この時には、異なる分担荷重特性となる。

図６（Ａ）に異なる分担荷重特性の例を示している。実線で示す分担荷重特性Ｒｈは、図５（Ｂ）で説明した分担荷重特性ＲＡ〜ＲＤと同一であり、平均的な操作速度でタッチ操作を行ったときの特性例である。
一方、破線で示す分担荷重特性Ｒｆは、急いでタッチ操作を行ったときの特性例であり、一点鎖線で示す分担荷重特性Ｒｓは、ゆっくりした速度でタッチ操作を行ったときの特性例である。

分担荷重特性Ｒｆは、検出開始荷重ｗ１に達する時間ｔ１ｆが、分担荷重特性Ｒｈが検出開始荷重ｗ１に達する時間ｔ１より早い。また、荷重変化量ΔＲｆ（ΔＲｆ＝Δｗｆ／Δｔ）が、荷重変化量ΔＲ１（ΔＲ１＝Δｗ１／Δｔ）より大きい。更に、最大分担荷重も大きい。

これに対し分担荷重特性Ｒｓは、検出開始荷重ｗ１に達する時間ｔ１ｓが、分担荷重特性Ｒｈが検出開始荷重ｗ１に達する時間ｔ１より遅い。また、荷重変化量ΔＲｓ（ΔＲｓ＝Δｗｓ／Δｔ）、荷重変化量ΔＲ１（ΔＲ１＝Δｗ１／Δｔ）より小さい。更に、最大分担荷重も小さい。

即ち、荷重変化量ΔＲは、タッチ操作の速度が大きくなれば大きくなり、タッチ操作の速度が大きくなれば小さくなる。このことから、予め、荷重変化量ΔＲとタッチ操作の速度Ｖの関係を把握しておけば、荷重変化量ΔＲを測定することで、タッチ操作の速度Ｖを推定することができる。

図７に、荷重変化量ΔＲとタッチ操作の速度Ｖの関係を例示する。図７に示す特性Ｑを予め求めておけば、タッチ操作の速度が速い時（ΔＲｆ）には、タッチ操作の速度が平均的な速度Ｖより速い速度Ｖｆとすることができ、タッチ操作の速度が速い時（ΔＲｓ）には、タッチ操作の速度が平均的な速度Ｖより速い速度Ｖｓとすることができる。
このタッチ操作の速度Ｖに対応させて、表示画面上のポインタを通常の速度より早く移動させたり、遅く移動させたりすることができる。

次に、ゾーンＢに操作荷重が加えられた場合について説明する。
図８（Ａ）は、感圧素子２０Ｃと２０Ｄの間のゾーンＢに、操作荷重Ｐ２が作用している状態を示している。
図８（Ｂ）に示すように、圧電素子２０Ａと２０Ｂの分担特性はＲＡ、ＲＢとなり、感圧素子２０Ｃ、２０Ｄの分担荷重特性はＲＣ、ＲＤとなる。分担荷重特性ＲＣ，ＲＤは、操作荷重Ｐ２の作用位置が近いため、分担荷重特性ＲＡ、ＲＢより大きい値となっている。

この場合の代表分担特性ＲＸは、大きい方の分担荷重特性ＲＣ、ＲＤのいずれかを採用する。
また、荷重変化量ΔＲ２は、分担荷重特性ＲＣ、ＲＤのいずれかから求められる荷重増加量Δｗ２を用いて算出する。
即ち、操作荷重Ｐ２による単位時間当たりの分担荷重の荷重変化量ΔＲ２は、下記（２）式で算出することができる。
荷重変化量ΔＲ２＝（ｗ２−ｗ１）／（ｔ２−ｔ１）＝Δｗ２／Δｔ …（２）

更に、この場合には、分担荷重ＲＣ、ＲＤがタッチ操作された場所と検出位置が近いため、荷重のアンバランスに基づく検出誤差を生じる恐れがある。このため、予め設定した荷重位置の補正係数Ｋ１を用いて、下式（３）のように補正するのが望ましい。
即ち、ΔＲ２ｋ＝Ｋ１×ΔＲ２ …（３）
他のゾーンＢに操作荷重Ｐ２が作用した場合も、同様に処理すればよい。

次に、ゾーンＣに操作荷重が加えられた場合について説明する。
図９（Ａ）は、感圧素子２０Ｂが含まれるゾーンＣに、操作荷重Ｐ３が作用している状態を示している。圧電素子２０Ａ〜２０Ｄの分担荷重特性ＲＡ〜ＲＤは、操作荷重Ｐ３からの距離が異なるため、それぞれ異なる曲線となる。タッチ操作された場所に最も近い、感圧素子２０Ｂの分担荷重特性ＲＢが最も大きくなる。

この場合の代表分担特性ＲＸは、最も大きい分担荷重特性ＲＢを採用する。
また、荷重変化量ΔＲ３は、分担荷重特性ＲＢから求められる荷重増加量Δｗ３を用いて算出する。即ち、操作荷重Ｐ３による単位時間当たりの分担荷重の荷重変化量ΔＲ３は、下記（４）式で算出することができる。
荷重変化量ΔＲ３＝（ｗ２−ｗ１）／（ｔ２−ｔ１）＝Δｗ３／Δｔ …（４）

更に、この場合は、タッチ操作された場所と検出位置が近いため、荷重のアンバランスに基づく検出誤差を生じる恐れがある。このたけ、予め設定した補正係数Ｋ２を用いて、下式（５）のように補正するのが望ましい。
即ち、ΔＲ３ｋ＝Ｋ２×ΔＲ３ …（５）
他のゾーンＣに操作荷重Ｐ３が作用した場合も、同様に処理すればよい。

本実施の形態は、上記構成としてあるので、圧電素子２０Ａ〜２０Ｄをタッチパネル操作部１２の内部に組み込まなくても、タッチパネル操作部１２に加えられた操作荷重の大きさを検出するタッチパネル１０を提供することができる。

なお、本実施の形態では、操作荷重Ｐの位置を操作位置検出部で検出したが、これに限定されることはなく、４つの圧電素子２０Ａ〜２０Ｄに加えられる分担荷重ＲＡ〜ＲＤから、操作荷重Ｐの位置を算出してもよい。

更に、本実施の形態では、感圧素子の代表例として圧電素子を用いて説明した。しかし、これに限定されることはなく、操作荷重を受けて電気的な出力を出す感圧素子であるならば適用することができる。

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態は、荷重変化量ΔＲを４つの圧電素子２０Ａ〜２０Ｄの平均値から算出する方法である。第１の実施の形態のゾーンＢ、Ｃに操作荷重が作用した場合は、荷重変化量ΔＲを、４つの圧電素子２０Ａ〜２０Ｄから出力された分担荷重特性ＲＡ〜ＲＤの中から最大のものを選択して算出している。

しかし、本実施の形態では、下記の方法で平均荷重変化量ΔＲａｖを算出する。
先ず、４つの圧電素子２０Ａ〜２０Ｄの分担荷重特性ＲＡ〜ＲＤのそれぞれから、上述した方法で、４つの荷重変化量ΔＲＡ〜ΔＲＤをそれぞれ算出する。
次に、操作荷重が作用したゾーンによる補正係数Ｋを用いて、荷重変化量ΔＲＡ〜ΔＲＤをそれぞれ補正して、補正後の荷重変化量ΔＲＡｋ〜ΔＲＤｋを求める。

更に、補正された４つの荷重変化量ΔＲＡｋ〜ΔＲＤｋを平均して平均荷重変化量ΔＲａｖを求める。
これにより、続いて、平均荷重変化量ΔＲａｖからタッチ速度Ｖを求め、ポインタ速度を調整することができる。本方法を採用することにより、タッチ位置による変動のより少ない、表示画面の制御を行うことができる。

＜第３の実施の形態＞
図１０のブロック図、図１１、１２の斜視図に示すように、第３の実施の形態に係るタッチパネル１１は、タッチパネル操作部１２が３個の圧電素子２０Ａ〜２０Ｃで支持されている。第１の実施の形態とは、タッチパネル操作部１２を支持する圧電素子の数が相違する。相違点を中心に説明する。

圧電素子２０Ａ〜２０Ｃは、矩形とされたタッチパネル操作部１２の、一方の長辺側の端部に２個（圧電素子２０Ａ、２０Ｃ）が配置され、他方の長辺側の中央に１個（圧電素子２０Ｂ）が配置されている。即ち、平面視で３角形の頂点に３個の圧電素子２０Ａ〜２０Ｃが配置されている。

なお、ゾーン分割は、３個の圧電素子２０Ａ〜２０Ｃを直線で結んだ三角形の内部と、それ以外の両側面の３つに分割され、それらが、三角形の内部のゾーンＤとそれ以外のゾーンＥの２つのゾーンに分類されている。

先ず、ゾーンＤに操作荷重Ｐ４が加えられた場合について説明する。
図１１（Ａ）は、ゾーンＤに操作荷重Ｐ４が作用している状態を示している。操作荷重Ｐ４は、３つの圧電素子２０Ａ〜２０Ｃで支持されている。
図１１（Ｂ）は、圧電素子２０Ａ〜２０Ｃの分担荷重特性ＲＡ〜ＲＣを示している。分担荷重特性ＲＡ〜ＲＣは、タッチ操作された位置が近いため、分担荷重特性ＲＢが最も大きくなっている。分担荷重特性ＲＡ、ＲＣは分担荷重特性ＲＢより小さい。分担荷重特性ＲＡとＲＣは、同じ曲線で示されている。

この場合の代表分担特性ＲＸは、最も大きい分担荷重特性ＲＢを採用する。また、荷重変化量ΔＲ４は、分担荷重特性ＲＢから求められる荷重増加量Δｗ４を用いて算出する。
即ち、操作荷重Ｐ４による単位時間当たりの分担荷重の荷重変化量ΔＲ４は、下記（６）式で算出することができる。
荷重変化量ΔＲ４＝（ｗ２−ｗ１）／（ｔ２−ｔ１）＝Δｗ４／Δｔ …（６）

次に、ゾーンＥに荷重Ｐ５が加えられた場合について説明する。
図１２（Ａ）は、ゾーンＢに操作荷重Ｐ５が作用している状態を示している。操作荷重Ｐ５の大部分が２箇所の圧電素子２０Ｂ、２０Ｃで支持されている。
この結果、図１２（Ｂ）に示すように、圧電素子２０Ｂ、２０Ｃが分担する分担荷重特性ＲＢ、ＲＣの大きさは、操作荷重Ｐ５に近い圧電素子２０Ｂ、２０Ｃの分担荷重特性ＲＢ、ＲＣが同じ曲線で示されているように同程度に大きく、操作荷重Ｐ４に遠い圧電素子２０Ａの分担荷重特性ＲＡが最も小さい。

この場合の代表分担特性ＲＸは、最も大きい分担荷重特性ＲＢ、ＲＣのいずれかを採用すればよい。また、荷重変化量ΔＲ５は、分担荷重特性ＲＢ、ＲＣのいずれかから求められる荷重増加量Δｗ５を用いて算出する。

即ち、操作荷重Ｐ５による単位時間当たりの分担荷重の荷重変化量ΔＲ５は、下記（７）式で算出することができる。
荷重変化量ΔＲ５＝（ｗ２−ｗ１）／（ｔ２−ｔ１）＝Δｗ５／Δｔ …（７）
他のゾーンＥに操作荷重Ｐ５が作用した場合も、同様に処理すればよい。

また、上述したように、荷重変化量ΔＲ５からタッチ操作速度を求め、ポインタの移動速度を決定する。これにより、操作者の意向を考慮した情報表示部の制御を提供できる。
他は、第１の実施の形態と同じであり説明は省略する。

＜第４の実施の形態＞
第４の実施の形態に係るカーナビゲーション装置は、第１の実施の形態で説明したタッチパネルが表示画面に搭載され、カーナビゲーション装置は、カーナビゲーション装置を制御するコントローラを有し、コントローラには位置検出器や地図データ入力器が接続されている。

位置検出器は、図示しない地磁気センサ、ジャイロスコープ、距離センサ、ＧＰＳ受信機等からなり、カーナビゲーション装置が搭載された車両の位置を検出する。
地図データ入力器は、位置検出の精度向上のためのマップマッチング用データ、道路の接続を示した道路データ等の各種データを、ＤＶＤ等の記憶媒体を利用して入力させる装置である。地図データ入力器は、地図データ入力器制御部を介して制御部に接続されている。

これにより、カーナビゲーション装置のタッチパネル操作部がタッチ操作されたとき、タッチ操作時の操作荷重の変化が算出され、操作荷重の変化量に応じて表示画面のポインタの移動が制御される。これにより、例えば、表示画面の地図データのスクロール速度が制御される。
このとき、タッチ操作時の操作荷重の変化量が大きい時には、地図データのスクロール速度を早くすることで、操作者の感覚に対応した情報表示が実現される。

なお、タッチ入力部は、第１の実施の形態で説明したタッチ操作用のタッチパネルに限定されることはなく、第２の実施の形態、及び第３の実施の形態で説明したタッチパネルを搭載してもよい。

なお、本実施の形態では、タッチ入力式情報表示装置の代表例としてカーナビゲーション装置への適用例を説明した。しかし、これに限定されることはなく、例えば、銀行ＡＴＭ、切符発売器、形態ゲーム機、スマートフォン等への適用も可能である。

１０ タッチパネル
１２ タッチパネル操作部
２０ 圧電素子（操作荷重検出手段）
２２ 表示デバイス（情報表示手段）
２８ コントローラ（制御手段）

Claims (7)

1. 情報を表示する情報表示手段の表示画面を覆い、タッチ操作による入力時の操作荷重が加えられるタッチパネル操作部と、
   前記タッチパネル操作部を支持し、前記操作荷重を検出する操作荷重検出手段と、
   を有するタッチパネル。
2. 前記操作荷重検出手段を、前記タッチパネル操作部の角部の各々、または前記タッチパネル操作部の一辺の中央部、及び該一辺に対向する辺の両端に位置する角部の各々に設けた
   請求項１記載のタッチパネル。
3. 前記操作荷重検出手段は、前記操作荷重を電気的出力に変換する圧電素子である請求項１または請求項２記載のタッチパネル。
4. 前記操作荷重検出手段で検出された操作荷重の単位時間当たりの荷重変化量に基づいて、該変化量が所定値以上の場合と該所定値以下の場合とで前記表示画面に表示された画像またはポインタの移動速度が変化するように制御する制御手段を更に設けた請求項１〜請求項３のいずれか１項記載のタッチパネル。
5. 前記制御手段は、前記変化量が所定値以上の場合は、前記変化量が所定値未満の場合より、前記表示画面に表示された画像またはポインタの移動速度が速くなるように制御する請求項４記載のタッチパネル。
6. 前記タッチパネル操作部をタッチ操作した位置を検出する位置検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記操作荷重として前記位置検出手段で検出された位置に応じて選択した操作荷重検出手段で検出された操作荷重を用いる請求項４または請求項５記載のタッチパネル。
7. 請求項１〜６のいずれか１項記載のタッチパネルが搭載されたタッチ入力式情報表示装置。