JP2019125197A

JP2019125197A - 打点位置検知装置

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Publication number: JP2019125197A
Application number: JP2018005856A
Authority: JP
Inventors: 清水　聡; Satoshi Shimizu; 聡清水; 小笠原　健; Takeshi Ogasawara; 健小笠原; 澤田　和明; Kazuaki Sawada; 和明澤田; 健介村上; Kensuke Murakami
Original assignee: Toho Kasei Co Ltd; Toyohashi University of Technology NUC
Current assignee: Toho Kasei Co Ltd; Toyohashi University of Technology NUC
Priority date: 2018-01-17
Filing date: 2018-01-17
Publication date: 2019-07-25

Abstract

【課題】振動伝達部材のサイズ変更時にも容易に適応可能な打点位置検知装置を提供する。【解決手段】打点位置検知装置１は振動伝達部材１０と圧電センサ２０と制御部３０とを有し、制御部３０は、各圧電センサ２０からの閾値到達信号を検知する信号検知部３１、一の圧電センサ２０からの閾値到達信号を検知した基準タイミングと他の圧電センサ２０からの同信号の検知タイミングとの時間差を測定する測定部３２、予め複数打点位置につき各圧電センサ２０までの振動伝達時間を測定した伝達速度情報と時間差測定情報とに基づき基準タイミングの閾値到達信号を出力した圧電センサ２０と打点位置の距離と、他の圧電センサ２０と打点位置の距離との距離差を判別する判別部３３、及び距離差に基づき打点位置を検知する打点位置検知部３４を備え、圧電センサ２０は透明両面粘着フィルム２２を介し透明圧電フィルム２１の両面に透明電極２３を貼り合わせたセンサである。【選択図】図１

Description

この発明は、圧電センサを有する打点位置検知装置に関する。

従来のタッチパネルにおいては、複数のセンサと、屈曲波を誘発するトランスデューサとを備え、タッチパネル上を伝播する屈曲波の変化を判別することにより、タッチ状態を検知する技術が提案されている（特許文献１）。特許文献１には、このような構成により、感度良くタッチ状態を検知できると記載されている。

特許第４６６２９４９号

しかしながら、特許文献１のタッチパネルでは、複数のセンサの他に、屈曲波を誘発するトランスデューサが必要となるため、部品手数が増加し、構造も複雑になる。また、特許文献１のトランスデューサは、アクティブ型であり、駆動のためのエネルギーを要する。

また、特許文献１のタッチパネルでは、複数のセンサおよびトランスデューサが透明ではないため、タッチパネルにおける視認性に影響を与えてしまう。また、意匠の観点からガラス窓などに後付けでタッチパネルの機能を付与できない。

さらに、特許文献１においては、打点位置（タッチ位置）のを特定するためのアルゴリズムが解析的に具体化されておらず、タッチパネルのパネルサイズ変更時などに対応することが容易でなく、製品化の際の課題となる。

また、振動を伝達する部材としては、上述のようなタッチパネルだけでなく、例えば、壁、窓ガラス、机、テーブル、パーテションなどの大きい物体を用いることも考えられる。しかしながら、特許文献１においては、このようなタッチパネル以外の物体を振動伝達部材として用いることは想定されていない。

本発明の目的は、上述したような問題を解決し、簡易な構成で、タッチパネル等の振動伝達部材のサイズ変更時にも容易に適応可能な打点位置検知装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明の打点位置検知装置の一態様は、振動伝達部材と、前記振動伝達部材に配置された複数の圧電センサであって、前記振動伝達部材における打点圧力に応じた圧電出力信号を生成する圧電センサと、前記複数の圧電センサに接続された制御部と、を有する打点位置検知装置であって、前記制御部は、前記複数の圧電センサのそれぞれにより生成された前記圧電出力信号のうち、所定の閾値を超える閾値到達信号が入力されたか否かを検知する信号検知部と、いずれかの前記圧電センサから前記閾値到達信号の入力が検知されたタイミングを基準タイミングとして、他の前記圧電センサから前記閾値到達信号の入力が検知されるタイミングと前記基準タイミングとの時間差を測定する測定部と、予め複数の打点位置について当該打点位置から前記圧電センサのそれぞれまでの振動伝達時間を測定した伝達速度情報と、前記時間差の測定情報とに基づいて、前記基準タイミングの前記閾値到達信号を出力した前記圧電センサと打点位置との距離と、他の前記圧電センサと前記打点位置との距離との距離差を判別する判別部と、前記距離差に基づいて、前記打点位置を検知する打点位置検知部と、を備え、前記圧電センサは、透明な両面粘着フィルムを介して、透明な圧電フィルムの両面に、透明な電極を貼り合わせた圧電センサである、ことを特徴とする。

前記一態様によれば、圧電センサは、透明な両面粘着フィルムを介して、透明な圧電フィルムの両面に、透明な電極を貼り合わせた圧電センサなので、振動伝達部材が透明な場合でも、振動伝達部材の視認性に影響を与えず、取り付け位置の制約がない。また、既存の振動伝達部材に後付けが可能である。また、打点位置は、打点位置から各圧電センサへの振動伝達時間の時間差と、打点位置と各圧電センサの距離差とに基づいて検知される。したがって、トランスデューサのようなアクティブ型の素子が不要になる。

本発明の他の態様は、前記圧電センサは、前記振動伝達部材の少なくとも二隅に配置されていてもよい。この態様によれば、打点位置から、二隅に配置された圧電センサまでの振動伝達時間の時間差に基づいて、打点位置を検知することができる。

本発明の他の態様は、前記圧電センサは、前記振動伝達部材の少なくとも三隅に配置されており、前記打点位置検知部は、前記距離差に基づく所定の２元連立２次方程式の解のうち、所定条件を満たす解を前記打点位置として検知してもよい。この態様によれば、打点位置の特定におけるアルゴリズムが明確になり、振動伝達部材のサイズ変更時などに対応することが容易となる。

本発明の他の態様は、前記打点位置検知部は、前記所定条件を満たす解が複数ある場合には、前記解の中点を前記打点位置として検知してもよい。この態様によれば、打点位置から各圧電センサまでの振動伝達時間に誤差がある場合でも、精度良く打点位置を検知可能となる。

本発明の他の態様は、前記所定の２元連立２次方程式は、二点からの距離差が一定である点の軌跡を表す２次方程式でもよい。この態様によれば、打点位置の特定におけるアルゴリズムが明確になり、振動伝達部材のサイズ変更時などに対応することが容易となる。

本発明によれば、簡易な構成で、振動伝達部材が透明な場合でも振動伝達部材における視認性に影響を与えることがなく、かつ、振動伝達部材のサイズ変更時にも容易に適応可能な打点位置検知装置を提供可能である。

本発明の第１の実施形態に係る打点検知装置の概略構成を示す模式図である。第１の実施形態の打点検知装置におけるモノモルフ型圧電センサの構造を説明するための断面図である。第１の実施形態の打点検知装置におけるバイモルフ型圧電センサの構造を説明するための断面図である。第１の実施形態の打点検知処理を説明するための図である。２つの圧電センサと打点位置の距離差と、閾値到達時間の時間差との関係を示す図である。所定条件を満たす２元連立２次方式の解が複数ある場合に打点位置を検知する処理を説明するための図である。第１の実施形態の打点検知処理を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態に係る打点検知装置の概略構成を示す模式図である。２点からの距離差が一定の点の軌跡を説明するための図である。

以降、図面を参照しながら、本発明を実施するための様々な実施形態を説明する。各図面中、同一の機能を有する対応する部材には、同一符号を付している。要点の説明または理解の容易性を考慮して、便宜上実施形態を分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせは可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態毎には逐次言及しないものとする。

＜第１の実施形態＞
まず、図１から図６を参照しつつ、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る打点検知装置１の概略構成を示す模式図である。図２Ａは、本実施形態の打点検知装置１における圧電センサの構造を説明するための断面図である。図２Ｂは、本実施形態の打点検知装置１における他の例の圧電センサの構造を説明するための断面図である。図３は、第１の実施形態の打点検知処理を説明するための図である。図４は、２つの圧電センサと打点位置の距離差と、閾値到達時間の時間差との関係を示す図である。図５は、所定条件を満たす２元連立２次方式の解が複数ある場合に打点位置を検知する処理を説明するための図である。図６は、第１の実施形態の打点検知処理を示すフローチャートである。図８は、２点からの距離差が一定の点の軌跡を説明するための図である。

（打点検知装置の構成）
図１に示すように、本実施形態の打点検知装置１は、タッチパネル等の振動伝達部材１０と、複数の圧電センサ２０と、制御部３０とを備える。

振動伝達部材１０は、一例として、アクリル樹脂もしくはポリカーボネートなどのプラスチック、ガラスまたは他の適切な材料で形成される矩形のパネルである。振動伝達部材１０は、透明または不透明とすることができ、任意に他の層を含むか組み込むこと、または追加の機能性を持たせることができる。たとえば、振動伝達部材１０は、耐引っかき性、耐汚れ性、グレア低減、反射防止特性、指向性またはプライバシのための光制御、フィルタリング、偏光、光学補償等の機能を有する層を、その表面に有していてもよい。振動伝達部材１０は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、あるいは電子ペーパー等のフラットパネルディスプレイの表面に配置されるタッチパネルが例として挙げられる。また、振動伝達部材１０は、以上のようなフラットパネルディスプレイと一体に構成されていてもよい。さらに、振動伝達部材１０は、タッチパネルだけでなく、振動を伝搬する物体全てが対象となる。例えば、壁、窓ガラス、机、テーブル、パーテション等の大きい物体も振動伝達部材として用いることができる。

圧電センサ２０は、図２Ａに示すように、透明な圧電フィルム２１に対し、ＯＣＡ(Optically Clear Adhesiv)等の透明な両面粘着フィルム２２を介して、ＩＴＯ(Indium Tin Oxide)等の透明な電極２３を貼り合わせて構成されるモノモルフ型圧電センサである。本実施形態においては、ＰＥＤＯＴ（poly(3,4-ethylenedioxythiophene)）インク、もしくは、銀ナノワイヤーで配線を構成し、透明な圧電センサ２０を作り上げる。一例として、圧電フィルム２１の厚さは２０μｍ、両面粘着フィルム２２の厚さは１０μｍ、および電極２３の厚さは２５μｍである。圧電センサ２０の平面視上における縦横のサイズは、例えば、１ｃｍ×１ｃｍである。但し、圧電センサ２０は、透明であるため、縦横のサイズを限定する必要はない。
また、圧電センサ２０は、図２Ｂに示すように、透明な両面粘着フィルム２２を介して透明な圧電フィルム２１と透明な電極２３とを貼り合わせた層を、２層重ねて構成するバイモルフ型圧電センサであってもよい。

本実施形態における圧電フィルム２１は、一例として２０μｍという極めて薄いフィルムであり、全光線透過率が９４％以上、ヘイズが０．８％以下の非常に高い透明度を有している。また、本実施形態における圧電フィルム２１は、膜厚精度が±１〜３％であり、異方性がなく、面内において均一な圧電性能を有している。

本実施形態においては、以上のような透明な圧電センサ２０を、ＯＣＡ等の透明な両面粘着フィルムを介して、図１に示すように振動伝達部材１０の四隅に取り付ける。上述のように圧電センサ２０は、透明な圧電フィルム２１の両面に、透明な両面粘着フィルム２２を介して、透明な電極２３を貼り合わせて構成されているため、振動伝達部材１０の四隅に取り付けた場合でも、振動伝達部材１０の視認性を妨げることがない。したがって、例えば振動伝達部材１０のフレームの裏側に取り付ける等の配置上の制約がない。また、圧電センサ２０は、非常に薄く、かつ小型化が可能であるため、図１に点線で示すように、打点位置の検知有効部分１１を振動伝達部材１０に対して大きく取ることができる。

振動伝達部材１０の検知有効部分１１を、ペンあるいは指等でタッチすると、振動伝達部材１０の表面上に打点振動が発生する。圧電センサ２０はこの打点振動を受けて圧電出力信号を生成する。生成された圧電出力信号は、以下のような制御部３０によって処理される。

制御部３０は、一例として、ＣＰＵおよび電子回路等により構成される。図１には、制御部３０の機能ブロックが示されている。図１に示すように、制御部３０は、信号検知部３１と、測定部３２と、判別部３３と、打点位置検知部３４と、記憶部３５とを備える。

信号検知部３１は、振動伝達部材１０の四隅に取り付けられた４個の圧電センサ２０のそれぞれと接続されており、圧電センサ２０のそれぞれにより生成された圧電出力信号のうち、所定の閾値を超える閾値到達信号が入力されたか否かを検知する。閾値到達信号の詳細については後述する。

測定部３２は、いずれかの圧電センサ２０から閾値到達信号の入力が検知されたタイミングを基準タイミングとして、他の圧電センサ２０から閾値到達信号の入力が検知されるタイミングと、基準タイミングとの時間差を測定する。

判別部３３は、予め測定しておいた伝達速度情報と、上述の時間差の測定情報とに基づいて、基準タイミングとなる閾値到達信号を出力した圧電センサ２０と打点位置との距離と、他の圧電センサ２０と打点位置とのの距離との距離差を判別する。伝達速度情報は、予め複数の打点位置について、当該打点位置から圧電センサ２０のそれぞれまでの振動伝達時間を測定した情報であり、記憶部３５に記憶されている。

打点位置検知部３４は、判別部３３により判別された距離差に基づいて、打点位置を検知する。本実施形態では、打点位置検知部３４は、距離差に基づく所定の２元連立２次方程式の解のうち、所定条件を満たす解を打点位置として検知する。打点位置の検知の詳細については後述する。

記憶部３５は、制御部３０の打点位置検知処理のプログラム、および上述した伝達速度情報を記憶するメモリである。記憶部３５は、制御部３０の内部メモリとして構成してもよいし、制御部３０とは別の外部メモリとして構成してもよい。

（打点検知処理）
次に、図３から図６、および図８を参照しつつ、本実施形態の打点検知処理について説明する。本実施形態においては、以下のようにして打点位置検知装置１における打点検知処理を行っている。

まず、本実施形態においては、２点からの距離差が一定である点の軌跡が双曲線として表されることに着目した。これは以下のような考え方に基づく。図８に示すように、Ｘ軸上の点Ｆ（ｃ，０）と点Ｆ’（−ｃ，０）の２点をとり、点Ｆおよび点Ｆ’よりも原点寄りの点Ａ（ａ，０）と点Ａ’（−ａ，０）をとる。この場合、点Ｆ’から点Ａまでの距離と、点Ｆから点Ａまでの距離との距離差は、以下のようになる。

Ｆ’Ａ−ＦＡ＝２ａ

この距離差２ａを保ちつつ、点Ａの位置から移動させた点Ｐ（ｘ，ｙ）を考える。点Ｆ’から点Ｐまでの距離と、点Ｆから点Ｐまでの距離との距離差は、以下のようになる。

Ｆ’Ｐ−ＦＰ＝２ａ

Ｆ’Ｐは、［（ｘ＋ｃ）^２＋ｙ^２］^１／２と表され、ＦＰは、［（ｘ−ｃ）^２＋ｙ^２］^１／２と表される。したがって、

［（ｘ＋ｃ）^２＋ｙ^２］^１／２−［（ｘ−ｃ）^２＋ｙ^２］^１／２＝２ａ

となる。この式を解くと、以下のようになる。

ｘ^２／ａ^２−ｙ^２／（ｃ^２−ａ^２）＝１

ここで、ｃ^２−ａ^２をｂ^２とおくと、

ｘ^２／ａ^２−ｙ^２／ｂ^２＝１

となる。この式は、ｙ＝±（ｂ／ａ）ｘを漸近線とする双曲線を表す式となる。つまり、図８において、ｘ＞０の領域に示される双曲線上の点は、点Ｆ’および点Ｆからの距離差が等しい点Ｐの軌跡となる。また、同様にして、

ＦＰ−Ｆ’Ｐ＝２ａ

として、上述のように式を解くと、図８において、ｘ＜０の領域に示される双曲線が得られ、この双曲線上の点は、点Ｆ’および点Ｆからの距離差が等しい点Ｐ’の軌跡となる。

本実施形態では、図３に示すように、振動伝達部材１０における検知有効部分１１の中心を中心ＯとするＸＹ座標を考え、ｘ＜０，ｙ＜０となる象限を象限I、ｘ＞０，ｙ＜０となる象限を象限II、ｘ＜０，ｙ＞０となる象限を象限III、ｘ＞０，ｙ＞０となる象限を象限IVとする。

また、図３に示すように、各圧電センサ２０に対応する点を、検知有効部分１１の四隅に設定する。図３の例では、理解を容易にするため、象限I、象限II、象限III、および象限IVのそれぞれに配置された圧電センサを、圧電センサ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄと示している。図３の例では、圧電センサ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄのそれぞれに対応する点は、点i（０，０）、点ii（ｘ，０）、点iii（０，ｙ）、点iv（ｘ，ｙ）としている。この例では、計算を容易にするために、圧電センサ２０ａに対応する点iの座標を（０，０）としている。検知有効部分１１の大きさは、振動伝達部材１０の大きさによって異なるため、打点位置検知装置１に使用する振動伝達部材１０の大きさによって、ｘとｙに具体的な数値を設定する。

本実施形態においては、いずれかの圧電センサ２０から閾値到達信号となる圧電出力信号が出力されると、その圧電センサ２０を基準センサに設定し、基準センサから閾値到達信号が出力されたタイミングを基準タイミングに設定する。そして、基準センサ以外の他の圧電センサ３０から閾値到達信号が出力されたタイミングと基準タイミングとの時間差を測定し、時間差に基づいて打点位置の定義を行う。

例えば、図３に示す点Ｐにおいてタッチが行われた場合には、圧電センサ２０ａが点Ｐに最も近い圧電センサなので、圧電センサ２０ａから最初に閾値到達信号が出力される。次いで、圧電センサ２０ｃ、圧電センサ２０ｂ、および圧電センサ２０ｄの順で、閾値到達信号が出力される。圧電センサ２０ａから最初に閾値到達信号が出力されたタイミングを基準タイミングとして、基準タイミングから、圧電センサ２０ｃ、圧電センサ２０ｂ、および圧電センサ２０ｄのそれぞれから閾値到達信号が出力されるタイミングまでの時間差を算出する。

上述したように、記憶部３５には、予め複数の打点位置について、当該打点位置から圧電センサ２０のそれぞれまでの振動伝達時間を測定した伝達速度情報が記憶部３５に記憶されている。

実験により、図４に示すように、タッチが行われた打点位置と、各圧電センサとの距離差と、上記時間差との間には、比例の相関関係があることが確認されている。本実施形態では、予め複数の打点位置について、当該打点位置から各圧電センサ２０までの振動伝達時間を測定しておき、複数の打点位置と振動伝達時間との関係を伝達速度情報として記憶部３５に記憶させている。

この伝達速度情報に基づいて、基準センサとなる圧電センサ２０の振動伝達時間と、他のいずれかの圧電センサ２０の振動伝達時間との差が、上述のように算出した時間差に該当する打点位置を抽出し、基準センサとなる圧電センサ２０が配置されている象限に対応する打点位置を抽出した打点位置の中から選択する。

例えば、図３に示す点Ｐにおいてタッチが行われた場合には、基準センサとなる圧電センサ２０ａにおける振動伝達時間と、象限IIIの圧電センサ２０ｃにおける振動伝達時間との差が、圧電センサ２０ｃについて算出された上記時間差と等しくなる組み合わせを伝達速度情報に基づいて抽出する。そして、この組み合わせにおける打点位置のうち、象限Iに存在する打点位置Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１）を打点位置として定義する。

次に、圧電センサ２０ａに対応する点i（０，０）から、定義した打点位置Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１）までの距離を算出し、さらに圧電センサ２０ｃに対応する点iii（０，ｙ）から、定義した打点位置Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１）までの距離を算出する。そして、これらの距離の差を、定義した打点位置Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１）に対する、圧電センサ２０ａに対応する点i（０，０）と、圧電センサ２０ｃに対応する点iii（０，ｙ）との距離差ａ１とする。

点i（０，０）から打点位置Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１）までの距離をiＰ１、点iii（０，ｙ）から打点位置Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１）までの距離をiiiＰ１とすると、距離差ａ１は、次のように表すことができる。

|iＰ１−iiiＰ１|＝ａ１

図８を用いて説明したように、この距離差の式から、打点位置Ｐ１の軌跡を示す双曲線を表す式を求めることができる。

定義した打点位置Ｐ１と、実際の打点位置Ｐとは、一致することが望ましいが、伝達速度情報を測定する際の条件と、実際にタッチを行った際の条件との違い等により、このような誤差が生じることが考えられる。

以下、同様にして、圧電センサ２０ａに対応する点i（０，０）と、圧電センサ２０ｂに対応する点ii（ｘ，０）とに関して打点位置Ｐ２（図示省略）を定義し、点i（０，０）から打点位置Ｐ２までの距離と、点ii（ｘ，０）から打点位置Ｐ２までの距離との距離差の式から、打点位置Ｐ２の軌跡を示す双曲線ＨＢ１（図示省略）を表す式を求める。

以下、同様にして、圧電センサ２０ａに対応する点i（０，０）と、圧電センサ２０ｂに対応する点ii（ｘ，０）とに関して打点位置Ｐ２（図示省略）を定義し、点i（０，０）から打点位置Ｐ２までの距離と、点ii（ｘ，０）から打点位置Ｐ２までの距離との距離差の式から、打点位置Ｐ２の軌跡を示す双曲線ＨＢ２（図示省略）を表す式を求める。

さらに、同様にして、圧電センサ２０ａに対応する点i（０，０）と、圧電センサ２０ｄに対応する点iv（ｘ，ｙ）とに関して打点位置Ｐ３（図示省略）を定義し、点i（０，０）から打点位置Ｐ３までの距離と、iv（ｘ，ｙ）から打点位置Ｐ３までの距離との距離差の式から、打点位置Ｐ３の軌跡を示す双曲線ＨＢ３（図示省略）を表す式を求める。

以上のようにして、双曲線ＨＢ１、双曲線ＨＢ２、および双曲線ＨＢ３を表す式を求めた後、これらの双曲線の交点を求める。双曲線ＨＢ１、双曲線ＨＢ２、および双曲線ＨＢ３を表す式は、それぞれ２次方程式で与えられるので、これらの双曲線の交点を求めるには、２元連立２次方程式を解くことになる。

組み合わせとしては、双曲線ＨＢ１を表す式と、双曲線ＨＢ２を表す式との２元連立２次方程式、双曲線ＨＢ１を表す式と、双曲線ＨＢ３を表す式との２元連立２次方程式、および、双曲線ＨＢ２を表す式と、双曲線ＨＢ３を表す式との２元連立２次方程式の３つの２元連立２次方程式をそれぞれ解く。

それぞれの２元連立２次方程式の解としては、複数の解が求められることが考えられるが、その場合には、基準センサとなる圧電センサ２０が配置された象限に属することを所定条件として複数の解から一つの解を選択する。例えば、図３の例の場合には、象限Iに属すること、つまり、以下の条件を所定条件とする。

０＜Ｘ＜（１／２）ｘ
０＜Ｙ＜（１／２）ｙ
ここで、Ｘ，Ｙは求める打点位置の座標であり、ｘ，ｙは、点ivの座標である。

以上のようにして、３つの２元連立２次方程式から、所定条件を満たす３つの打点位置の座標が求められる。図５に示す例では、所定条件を満たす３つの打点位置をＰ１、Ｐ２、Ｐ３と表している。このような場合には、打点位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の中点、例えば、打点位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を含む円の中心を、打点位置Ｐとして検知する。

次に、以上のような本実施形態における打点検知処理を図６のフローチャートに基づいて説明する。信号検知部３１は、所定期間ごとに各圧電センサ２０の圧電出力信号を検知している（Ｓ１０）。信号検知部３１は、圧電出力信号に基づいて、タッチパネル１０へのタッチが行われていない非タッチ状態と、タッチパネル１０へのタッチが行われたタッチ状態とを判別している。

信号検知部３１は、タッチパネル１０へのタッチが行われず、圧電センサ２０からの圧電出力信号の出力が検知されない場合には（Ｓ１０：ＮＯ）、図６に示す打点検知処理を抜ける。しかし、信号検知部３１は、タッチパネル１０へのタッチが行われ、圧電センサ２０から圧電出力信号が出力されたことを検知すると（Ｓ１０：ＹＥＳ）、その圧電出力信号が閾値を超えた閾値到達信号であるかどうかを判別する（Ｓ２０）。信号検知部３１は、圧電出力信号が閾値を超えていないと判別した場合には（Ｓ２０：ＮＯ）、図６に示す打点検知処理を抜ける。しかし、信号検知部３１は、圧電出力信号が閾値を超えた閾値到達信号であるかどうかを判別した場合には（Ｓ２０：ＹＥＳ）、その閾値到達信号を出力した圧電センサ２０を、最初に閾値到達信号となる圧電出力信号を出力した圧電センサ２０として基準センサに設定する（Ｓ３０）。

測定部３２は、タイマをスタートさせ（Ｓ４０）、信号検知部３１により、次に閾値到達信号が検知されたかどうかを判別する（Ｓ５０）。測定部３２は、閾値到達信号が検知されたと判別すると（Ｓ５０：ＹＥＳ）、タイマをスタートした基準タイミングから、次の閾値到達信号が検知されるまでのタイミングまでの時間を、この閾値到達信号を出力した圧電センサ２０と基準センサとの時間差として算出する（Ｓ６０）。

測定部３２は、同様の処理を、基準センサ以外の全ての圧電センサ２０について行う（Ｓ７０）。測定部３２により、基準センサ以外の全ての圧電センサ２０について、基準センサとの時間差が算出された場合には（Ｓ７０：ＹＥＳ）、判別部３３は、上述したように、記憶部３５に記憶されている伝達速度情報に基づいて、基準センサと各圧電センサ２０とについての打点位置を定義する（Ｓ８０）。そして、基準センサと定義した打点位置と距離、および各圧電センサ２０と定義した打点位置と距離を算出し、これらの距離の距離差を算出する（Ｓ８０）。

そして、打点位置検知部３４は、算出された距離差に基づいて、基準センサと各圧電センサとについて定義した打点位置の軌跡を表す２次方程式を求め、上述した２元連立２次方程式を解き、打点位置を検知する（Ｓ９０）。

以上のように、本実施形態によれば、圧電センサ２０は、透明な圧電フィルム２１の両面に、透明な両面粘着フィルム２２を介して、透明な電極２３を貼り合わせて構成されているため、振動伝達部材１０の四隅に取り付けた場合でも、振動伝達部材１０の視認性を妨げることがない。したがって、例えば振動伝達部材１０のフレームの裏側に取り付ける等の配置上の制約がない。その結果、施工が容易で様々な用途での活用が可能となる。また、圧電センサ２０は、非常に薄く、かつ小型化が可能であるため、打点位置の検知有効部分１１を振動伝達部材１０に対して大きく取ることができる。

また、本実施形態によれば、以上のような圧電センサ２０を用い、従来のような屈曲波発生用トランスデューサを必要とせずに打点の位置検知が可能なので、既存の振動伝達部材１０に容易に後付けすることができる。

さらに、本実施形態によれば、打点振動が各圧電センサ２０に伝達される時間の時間差と、打点位置と各圧電センサ２０との距離差に基づいて打点位置を検知するので、従来のような屈曲波発生用トランスデューサが不要である。その結果、トランスデューサを駆動するエネルギーを必要とせず構成を簡易化することが可能であり、かつ、省エネルギー化が可能である。

また、本実施形態によれば、圧電センサ２０の圧電信号出力に基づいて、タッチ位置の特定のための上述したアルゴリズムが明確となっているので、振動伝達部材１０のパネルサイズが変更となった時にも容易に対応することができ、製品化が容易となる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について図７を参照しつつ説明する。図７は、本実施形態の打点位置検知装置１の概略構成を示す平面図である。

図７に示すように、本実施形態においては、圧電センサ２０が、振動伝達部材１０の下端の二隅に配置されおり、検知有効部分１１が、二つの圧電センサ２０に挟まれた帯状の領域になっているところが第１の実施形態と異なる。

例えば、振動伝達部材１０を取り付ける液晶ディスプレイ等の表示装置において、表示装置の下端のみにボリューム表示等の帯状の表示を行う場合には、本実施形態のように、タッチパネル１０の下端の二隅に、圧電センサ２０を配置することで対応可能である。

本実施形態の場合には、最初に閾値到達信号を出力した圧電センサ２０を基準センサとし、残りの圧電センサ２０との上述した時間差を算出することで、伝達速度情報に基づいて打点位置を検知することができる。したがって、本実施形態においては、打点位置の定義、上述した距離差の算出、上述した２次方程式および２元連立２次方程式の計算は不要である。

（変形例）
以上の実施形態は例示であり、この発明の範囲から離れることなく様々な変形が可能である。

圧電センサ２０は、ＰＶＤＦ（PolyVinylidene DiFluoride）やセラミック材（例えばPZT等）といった他の圧電材でも良いが、透明性を維持するためには、上述した圧電フィルム２１の利用が最適である。

上述した各実施形態では、振動伝達部材１０の材質は、媒体は、例としてガラスを記載したが、これに限られず、壁やホワイトボードなどあらゆる媒体が適用可能である。また、振動伝達部材１０は、タッチパネルだけでなく、振動を伝搬する物体全てを用いることができる。例えば、壁、窓ガラス、机、テーブル、パーテション等の大きい物体を振動伝達部材として用いることが可能である。

上述した第１の実施形態では、振動伝達部材１０の四隅に圧電センサ２０を配置した例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、振動伝達部材１０の三隅に圧電センサ２０を配置してもよい。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。

＜産業上の利用可能性＞
一般家庭やオフィスビルなどで、施工済みのガラス窓などに後付けで設置でき、単なるタッチパネルのセンサ機能だけではなく、タッチ位置の特定ができ、様々なアプリケーションが想定される。

１打点位置検知装置
１０振動伝達部材
２０圧電センサ
２１圧電フィルム
２２両面粘着フィルム
２３電極
３０制御部
３１信号検知部
３２測定部
３３判別部
３４打点位置検知部

Claims

振動伝達部材と、
前記振動伝達部材に配置された複数の圧電センサであって、前記位置入力部材における打点圧力に応じた圧電出力信号を生成する圧電センサと、
前記複数の圧電センサに接続された制御部と、を有する打点位置検知装置であって、
前記制御部は、
前記複数の圧電センサのそれぞれにより生成された前記圧電出力信号のうち、所定の閾値を超える閾値到達信号が入力されたか否かを検知する信号検知部と、
いずれかの前記圧電センサから前記閾値到達信号の入力が検知されたタイミングを基準タイミングとして、他の前記圧電センサから前記閾値到達信号の入力が検知されるタイミングと前記基準タイミングとの時間差を測定する測定部と、
予め複数の打点位置について当該打点位置から前記圧電センサのそれぞれまでの振動伝達時間を測定した伝達速度情報と、前記時間差の測定情報とに基づいて、前記基準タイミングの前記閾値到達信号を出力した前記圧電センサと打点位置との距離と、他の前記圧電センサと前記打点位置との距離との距離差を判別する判別部と、
前記距離差に基づいて、前記打点位置を検知する打点位置検知部と、を備え、
前記圧電センサは、透明な両面粘着フィルムを介して、透明な圧電フィルムの両面に、透明な電極を貼り合わせた圧電センサである、
ことを特徴とする打点位置検知装置。
前記圧電センサは、前記振動伝達部材の少なくとも二隅に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の打点位置検知装置。
前記圧電センサは、前記振動伝達部材の少なくとも三隅に配置されており、
前記打点位置検知部は、前記距離差に基づく所定の２元連立２次方程式の解のうち、所定条件を満たす解を前記打点位置として検知する、
ことを特徴とする請求項１に記載の打点位置検知装置。
前記打点位置検知部は、前記所定条件を満たす解が複数ある場合には、前記解の中点を前記打点位置として検知する、
ことを特徴とする請求項３に記載の打点位置検知装置。
前記所定の２元連立２次方程式は、二点からの距離差が一定である点の軌跡を表す２次方程式である、
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の打点位置検知装置。