JP5332519B2 - タッチパネル、操作検出方法および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネルに対する操作を検出する技術に係り、特にタッチパネルから指またはタッチペンを離さずに行われる複数回の連続押下に対応することができるタッチパネルおよびタッチパネルの操作検出方法に関するものである。

近年、静電容量方式のタッチセンサやタッチスクリーンおよび抵抗皮膜式タッチパネルなどのタッチセンサデバイスを搭載した機器が増えている。これらのタッチセンサデバイスを用いた機器では、ハードキーと比べて、操作性に対する不満が多く挙がっている。そのような中で、マルチタッチ方式や画面イフェクトなどを用いてユーザインターフェースに各社工夫を凝らしているが、タッチセンサデバイスの本質的な問題点を解決することはできていない。

タッチセンサデバイスの問題点のひとつとして、連続押下時に一度指を離さなければならないことが挙げられる。例えばキーを押す度に文字が「あ→い→う→え→お」と変わっていく５タッチ入力方式においては、「お」を入力したい場合、「あ」と表示されているキーの位置を５回押下しなければならない。このとき、タッチセンサで入力する場合には、指を一回一回離す必要があり、利用者が入力にストレスを感じることになる。また、カーソルの移動などにおいても連続押下が必要なシーンは数多くあり、一回一回指を離さなければならない。ハードキーで入力する場合には、指に力を加えたり力を抜いたりするだけでよく、ハードキーから指を一回一回離す必要はない。

また、タッチパネルにおいてオン／オフを判断する技術が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたタッチパネルは、タッチパネルの電極に人の指が接近したときに電極の静電容量が増加することを利用して、静電容量の増加に応じて発振回路の発振周波数が変化するようにし、発振回路の出力信号の複数周期分をクロックでカウントして、このカウント数を閾値と比較することにより、入力のオン／オフを判定するようにしている。

特開２００５−０１８６６９号公報

以上のように、タッチセンサデバイスには、複数回連続して押下するときに一回一回指を離さなければならないという問題点があった。
一方、特許文献１に開示されたタッチパネルによれば、カウント数を閾値と比較することにより、入力のオン／オフを判定するため、利用者が複数回連続して押下するときに一回一回指を離さなかったとしても、複数回の連続押下を検出できる可能性がある。

しかしながら、特許文献１に開示されたタッチパネルでは、電極の静電容量の増加に応じて発振回路の発振周波数を変化させ、発振回路の出力信号の複数周期（例えば１０周期、５０周期分、１００周期など）にわたって出力信号をクロックでカウントする必要があるため、オン／オフの検出に要する時間が長くなるという問題点があった。特許文献１にも記載されているとおり、クロックを速くすれば、発振回路の微小な周波数変化をより高精度かつ高速に検出できるが、高クロックに対応したＣＰＵが必要となり、コストが上昇してしまう。

また、特許文献１に開示されたタッチパネルでは、カウント数が第１の閾値よりも大きくなった場合にオンと判定し、カウント数が第１の閾値より小さく設定された第２の閾値よりも小さくなった場合にオフと判定するようにしている。このとき、一度オンと判定した後はカウント数が第２の閾値より小さくならない限り、オンとしての判断を維持する。しかしながら、タッチパネルから指を離すことなく複数回連続して押下されたときには、一回一回の押下でカウント数が第２の閾値を下回らない可能性があり、この場合には複数回の連続押下を検出できず、一回の押下として検出してしまう可能性があった。以上の理由により、特許文献１に開示されたタッチパネルでは、タッチパネルから指を離さずに行われる複数回の連続押下に対応できない可能性があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、タッチパネルから指またはタッチペンを離さずに行われる複数回の連続押下を容易に検出することができるタッチパネルおよび操作検出方法を提供することを目的とする。

本発明のタッチパネルは、検出面に対する指またはタッチペンの接触を感応量の変化で２次元的に検出するセンサと、このセンサで検出される感応量またはこの感応量の変化量が所定の閾値を上回った後に前記閾値を下回ったときに、前記接触をタップ操作と認識する認識手段とを備え、前記感応量は、接触面積であり、前記認識手段は、タッチパネルの認識結果を受け付けるソフトウェアユーザインターフェースに応じて認識アルゴリズムを変化させるものであり、複数回の連続押下に対応していないソフトウエアの場合に、複数回のタップを連続した操作ではなく、１回１回独立した操作として認識することを特徴とするものである。

また、本発明のタッチパネルの操作検出方法は、検出面に対する指またはタッチペンの接触を感応量の変化で２次元的に検出する検出手順と、前記検出手順により検出された前記感応量またはこの感応量の変化量が所定の閾値を上回った後に前記閾値を下回ったときに、前記接触をタップ操作と認識する認識手順とを備え、前記感応量は、接触面積であり、前記認識手順は、タッチパネルの操作検出方法の認識結果を受け付けるソフトウェアユーザインターフェースに応じて認識アルゴリズムを変化させる手順を含み、複数回の連続押下に対応していないソフトウエアの場合に、複数回のタップを連続した操作ではなく、１回１回独立した操作として認識することを特徴とするものである。

本発明では、センサの検出面に対する指またはタッチペンによる押圧力の強弱に基づいてタップ操作を認識する。より、具体的には、センサで検出される感応量またはこの感応量の変化量が指またはタッチペンによる押圧力の増加に対応する方向に増加して所定の閾値を超えた後に、感応量または感応量の変化量が押圧力の減少に対応する方向に減少して閾値を下回ったときに、タップ操作と認識する。これにより、本発明では、センサから指またはタッチペンを離さずに行われる複数回の連続押下を容易に検出することができる。また、本発明では、センサから指またはタッチペンを離さなくても連続して入力できるため、利用者にとっては連打操作がし易く、入力速度が向上する。また、本発明では、片手操作においても、タッチパネルを搭載した機器を安定して保持することができる。さらに、本発明では、同一箇所を複数回連続して押下する際に、位置がずれにくく、誤操作を軽減することができる。以上により、本発明では、タッチパネルを用いたユーザインターフェースのユーザビリティを著しく改善することができる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係るタッチパネルの構成を示すブロック図である。タッチパネルは、センサ部１と、認識部２とから構成される。このようなタッチパネルは、例えば携帯端末などの機器に搭載される。

図２はセンサ部１の構成例を示すブロック図である。センサ部１は、静電容量方式のセンサであり、絶縁体１０の下に形成された電極１１と、電極１１の静電容量を検出する検出回路１２とから構成される。人の指または導電性のタッチペンが電極１１に接近すると、指またはタッチペンと電極１１との間で静電誘導が発生し、静電容量が変化する。検出回路１２は、電極１１の静電容量（指またはタッチペンと電極１１との間の静電容量）を電気信号（電圧）に変換して出力する。こうして、指またはタッチペンがセンサ部１に接触することによる静電容量の変化を検出することができる。絶縁体１０の下面に沿って電極１１を２次元状に配置すれば、指またはタッチペンが接触した位置を検出することも可能である。

認識部２は、コンピュータによって構成される。この認識部２は、図１に示したように、ＣＰＵ２０と、ＣＰＵ２０のプログラムを記憶しているＲＯＭ２１と、一時記憶用のＲＡＭ２２とを備えている。ＣＰＵ２０は、ＲＯＭ２１に格納されたプログラムに従って処理を実行し、認識結果を携帯端末などの機器のソフトウェアユーザインターフェースに渡す。

次に、本実施の形態のタッチパネルの動作を説明する。本実施の形態では、人がセンサ部１の検出面（絶縁体表面）に指または導電性のタッチペンを接触させながら、指またはタッチペンに力を加えた後に力を抜く一回の押下操作、すなわちオフ→オン→オフと連続的に検出される操作をタップと呼ぶ。

図３（Ａ）〜図３（Ｇ）はセンサ部１の検出面に指または導電性のタッチペンを触れさせたときの時間別の接触イメージを模式的に示す平面図である。ｔ＝１〜７は時刻、３０は指またはタッチペンが接触した領域である。領域３０が大きいほど接触面積が大きく、力が強くかかっていることを示している。ここでは、接触面の中心は移動していないものとする。

図４は図３（Ａ）〜図３（Ｇ）の時刻ｔ＝１〜７におけるセンサ部１の静電容量の変化を示す図である。α，β（α＞β）は認識部２がタップを検出するための静電容量閾値である。なお、認識部２のＣＰＵ２０が実際に扱う値は静電容量に対応するデジタル値であるが、記載を簡単にするため、以下の説明では、単に静電容量と記載する。

図３（Ａ）から分かるように、時刻ｔ＝１のとき指またはタッチペンはセンサ部１に触れておらず、センサ部１で検出される静電容量は図４に示すように静電容量閾値α，βより小さい。このため、認識部２のＣＰＵ２０は、非接触と認識する。
ｔ＝２のとき、センサ部１で検出される静電容量は図４に示すように静電容量閾値βをいったん超えた後に静電容量閾値βを下回る。このとき、ＣＰＵ２０はタップと認識する。

ｔ＝３のとき、センサ部１で検出される静電容量は静電容量閾値αをいったん超えた後に静電容量閾値αを下回るので、ＣＰＵ２０はタップと認識する。
ｔ＝４のとき、センサ部１で検出される静電容量は静電容量閾値βを超えているが、静電容量閾値βを下回ることがないので、ＣＰＵ２０は非接触と認識する。

ｔ＝５のとき、センサ部１で検出される静電容量は静電容量閾値αをいったん超えた後に静電容量閾値αを下回るので、ＣＰＵ２０はタップと認識する。
ｔ＝６のとき、センサ部１で検出される静電容量は静電容量閾値α，βを上回ることがないので、ＣＰＵ２０は非接触と認識する。
図３（Ｇ）から分かるように、ｔ＝７のとき指またはタッチペンはセンサ部１から離れるため、センサ部１で検出される静電容量は静電容量閾値α，βより小さい。このため、認識部２のＣＰＵ２０は、非接触と認識する。

以上のように、本実施の形態では、センサ部１で検出される静電容量が指またはタッチペンによる押圧力の増加に対応する方向に増加して静電容量閾値を超えた後に、静電容量が押圧力の減少に対応する方向に減少して静電容量閾値を下回ったときに、タップと認識するので、センサ部１から指またはタッチペンを離さずに行われる複数回の連続押下を容易に検出することができる。

本実施の形態では、センサ部１から指またはタッチペンを離さなくても連続して入力できるため、以下のような効果が期待できる。
（１）連打操作がし易く、入力速度が向上する。
（２）片手操作においても、タッチパネルを搭載した機器を安定して保持することができる。
（３）同一箇所を複数回連続して押下する際に、位置がずれにくく、誤操作を軽減することができる。

なお、認識部２のＣＰＵ２０は、センサ部１で検出される静電容量が押圧力の増加に対応する方向に増加して静電容量閾値を超えた後に、静電容量が押圧力の減少に対応する方向に減少して静電容量閾値を下回り、かつ静電容量が静電容量閾値に対して上下するときの、センサ部１と指またはタッチペンとの接触面の移動量が一定値以下であるときに、タップと認識するようにしてもよい。センサ部１からは静電容量の情報と共に指またはタッチペンによって押下された位置を示す位置情報が出力される。ＣＰＵ２０は、この位置情報に基づいて、センサ部１と指またはタッチペンとの接触面の移動量を容易に求めることができる。

また、ＣＰＵ２０は、センサ部１で検出される静電容量が静電容量閾値を超えたときから静電容量閾値を下回るときまでの経過時間が予め定められた時間以下であることを、タップと認識する条件に加えてもよい。また、ＣＰＵ２０は、タップ間の経過時間が予め定められた時間以下であることを複数回の連続したタップと認識する条件に加えてもよい。
また、閾値は、図４に示すα，βのように複数設けてもよいし、単数でもよい。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、センサ部１で静電容量の変化を検出したが、圧力の変化を検出してもよい。この場合は、センサ部１として、ピエゾ抵抗型あるいは静電容量型の圧力センサなどを用いればよい。ピエゾ抵抗型の圧力センサは、半導体ダイアフラムにピエゾ抵抗体を形成し、ダイアフラムが受ける圧力の大きさによって変わるピエゾ抵抗体の歪抵抗変化を検出し、圧力を示す信号を出力するものである。静電容量型の圧力センサは、半導体ダイアフラムとこれに対向する固定電極とを設け、ダイアフラムが受ける圧力の大きさによって変わるダイアフラムと固定電極との間の静電容量変化を検出し、圧力を示す信号を出力するものである。これらのセンサは例えば１ｍｍ角以下の大きさで形成できるので、複数の圧力センサを２次元状に配置すれば、指またはタッチペンが接触した位置を検出することも可能である。

本実施の形態においても、認識部２の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。すなわち、図３（Ａ）〜図３（Ｇ）、図４で説明したセンサ部１の静電容量の変化をセンサ部１が受ける圧力の変化に置き換え、静電容量閾値を圧力閾値に置き換えれば、第１の実施の形態で説明したタップの認識アルゴリズムを本実施の形態に適用することができる。
こうして、センサ部１に対する指またはタッチペンによる圧力の変化を検出する場合であっても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、センサ部１に対する指またはタッチペンによる接触面積の変化を検出するものである。この場合は、センサ部１として、第１、第２の実施の形態で説明したセンサを用いてもよいし、抵抗被膜式のセンサを用いてもよい。抵抗被膜式のセンサは、対向するＰＥＴフィルムとガラスの各々の向かい合う面にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）と呼ばれる透明な電極を設け、指またはタッチペンがＰＥＴフィルムに接触すると、ＰＥＴフィルムとガラスの互いの電極が接触することにより、指またはタッチペンが接触した位置を検出するものである。

本実施の形態においても、認識部２の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。すなわち、図３（Ａ）〜図３（Ｇ）、図４で説明したセンサ部１の静電容量の変化を指またはタッチペンとセンサ部１との接触面積の変化に置き換え、静電容量閾値を接触面積閾値に置き換えれば、第１の実施の形態で説明したタップの認識アルゴリズムを本実施の形態に適用することができる。

第１、第２の実施の形態で説明したセンサあるいは抵抗被膜式のセンサのいずれにおいても、センサ部１から指またはタッチペンによって押下された位置を示す位置情報が出力されるので、ＣＰＵ２０は、この位置情報に基づいて接触面積を容易に求めることができる。
こうして、センサ部１に対する指またはタッチペンによる接触面積の変化を検出する場合であっても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第４の実施の形態］
第１〜第３の実施の形態では、センサ部１で検出される静電容量、圧力または接触面積を閾値と比較していたが、静電容量の一定時間あたりの変化量、圧力の一定時間あたりの変化量、または接触面積の一定時間あたりの変化量を閾値と比較するようにしてもよい。
人が指またはタッチペンを用いてタップ操作するとき、静電容量の変化量、圧力の変化量または接触面積の変化量は、指またはタッチペンによる押圧力の増加に対応する方向にいったん増加した後に減少し始め、押圧力が最大になるタイミングで０となる。

そこで、認識部２のＣＰＵ２０は、センサ部１で検出される静電容量の変化量、圧力の変化量または接触面積の変化量が指またはタッチペンによる押圧力の増加に対応する方向に増加して所定の変化量閾値を超えた後に、静電容量の変化量、圧力の変化量または接触面積の変化量が押圧力の減少に対応する方向に減少して変化量閾値を下回ったときに、タップと認識するようにしてもよい。
こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第５の実施の形態］
第１〜第４の実施の形態では、センサ部１から指またはタッチペンを離さずに行われる複数回の連続押下に対応する場合を説明しているが、タッチパネルの認識結果を受け付けるソフトウェアユーザインターフェースによっては、複数回の連続押下に対応していないソフトウエアもある。そこで、認識部２のＣＰＵ２０は、ソフトウェアユーザインターフェースに応じて認識アルゴリズムを変化させるようにしてもよい。すなわち、複数回の連続押下に対応していないソフトウエアの場合には、複数回のタップを連続した操作ではなく、１回１回独立した操作として認識すればよい。

本発明は、タッチパネルを入力インターフェースとして搭載する機器に適用することができる。

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センサ部の構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態においてセンサ部の検出面に指またはタッチペンを触れさせたときの時間別の接触イメージを示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態においてセンサ部１の時間別の静電容量の変化を示す図である。

符号の説明

１…センサ部、２…認識部、１０…絶縁体、１１…電極、１２…検出回路、２０…ＣＰＵ、２１…ＲＯＭ、２２…ＲＡＭ。

Claims (7)

1. 検出面に対する指またはタッチペンの接触を感応量の変化で２次元的に検出するセンサと、
   このセンサで検出される感応量またはこの感応量の変化量が所定の閾値を上回った後に前記閾値を下回ったときに、前記接触をタップ操作と認識する認識手段とを備え、
   前記感応量は、接触面積であり、
   前記認識手段は、タッチパネルの認識結果を受け付けるソフトウェアユーザインターフェースに応じて認識アルゴリズムを変化させるものであり、複数回の連続押下に対応していないソフトウエアの場合に、複数回のタップを連続した操作ではなく、１回１回独立した操作として認識するものであることを特徴とするタッチパネル。
2. 請求項１記載のタッチパネルにおいて、
   前記認識手段は、前記感応量または感応量の変化量が前記閾値に対して上下するときの、前記センサと指またはタッチペンとの接触面の移動量が所定値以下であるときに、タップ操作と認識することを特徴とするタッチパネル。
3. 請求項１記載のタッチパネルにおいて、
   前記閾値が複数設けられることを特徴とするタッチパネル。
4. 検出面に対する指またはタッチペンの接触を感応量の変化で２次元的に検出する検出手順と、
   前記検出手順により検出された前記感応量またはこの感応量の変化量が所定の閾値を上回った後に前記閾値を下回ったときに、前記接触をタップ操作と認識する認識手順と、を備え、
   前記感応量は、接触面積であり、
   前記認識手順は、タッチパネルの操作検出方法の認識結果を受け付けるソフトウェアユーザインターフェースに応じて認識アルゴリズムを変化させる手順を含み、複数回の連続押下に対応していないソフトウエアの場合に、複数回のタップを連続した操作ではなく、１回１回独立した操作として認識することを特徴とするタッチパネルの操作検出方法。
5. 請求項４記載のタッチパネルの操作検出方法において、
   前記認識手順は、前記感応量または感応量の変化量が前記閾値に対して上下するときの、前記センサと指またはタッチペンとの接触面の移動量が所定値以下であるときに、タップ操作と認識することを特徴とするタッチパネルの操作検出方法。
6. 請求項４記載のタッチパネルの操作検出方法において、
   前記閾値が複数設けられることを特徴とするタッチパネルの操作検出方法。
7. 請求項１から３のいずれか１項に記載のタッチパネルが用いられた電子機器。

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