JP6913554B2

JP6913554B2 - タッチパネル、タッチ式入力装置

Info

Publication number: JP6913554B2
Application number: JP2017149834A
Authority: JP
Inventors: 弘敏臼井
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2017-08-02
Filing date: 2017-08-02
Publication date: 2021-08-04
Anticipated expiration: 2037-08-02
Also published as: JP2019028866A

Description

本発明は、タッチパネルに関する。

スマートフォン、タブレット端末、ラップトップコンピュータやポータブルオーディオ機器、デジタルカメラ、ゲーム機器、カーナビゲーション装置などの電子機器は、指で接触することによって電子機器を操作するための入力装置を備える。

入力装置として一般的なスイッチは、押しボタンタイプ、レバータイプ、シーソータイプ、ボリュームタイプなどが知られている。このような機械的な機構を利用したスイッチを用いた場合、ユーザは、指先の感覚を頼りに、意図した操作が正しく入力されているか、認識することができる。

しかしながら、タッチパネルなどの電気的なデバイスをスイッチとして利用する場合、クリック感が存在しないため、ユーザは、意図した操作が正しく入力されたかどうかを認識できない。この場合、ユーザは、必要以上に強くタッチパネルにタッチすることとなる。

米国特許第７，３３６，２６０号明細書米国特許第８，６１９，０５１号明細書米国特許第８，７７３，３５６号明細書米国特許第８，６５９，５７１号明細書特開２００９−４８２３３号公報

この問題を解決するために、入力を検知すると、振動をフィードバックする技術が提案されている。しかしながら振動を発生させる素子とその駆動回路が必要となるため、コストが高くなる。また振動素子の駆動には、数十Ｖの電圧が必要であることから、タッチパネルの設計が容易でない。

本発明はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、振動を用いずに、ユーザにフィードバックを返すことが可能なタッチ式入力装置の提供にある。

本発明のある態様はタッチパネルに関する。タッチパネルは、導電性を有する第１シートと、導電性を有し、第１シートとギャップを隔てて配置され、ユーザがタッチすることにより第１シートと電気的に接触可能に支持される第２シートと、ユーザが有効なタッチ入力を行ってはじめてユーザに触覚刺激を付与できるように埋め込まれた触覚部材と、を備える。

なお本明細書において、タッチパネルは、座標検出の機能を有しないタッチ式の単なるスイッチパネルを含む。

触覚部材は、導電性を有し、第１シートと第２シートの間に挿入されてもよい。

ある態様においてタッチパネルは、第２シートの上側に設けられた第３シートをさらに備えてもよい。触覚部材は、第２シートと第３シートの間に挿入されてもよい。

第１シートと第２シートの少なくとも一方は抵抗膜であってもよい。

タッチパネルは、第１シートと第２シートの間のギャップに、平面的に規則的に配置される複数のスペーサをさらに備えてもよい。触覚部材は、複数のスペーサの間に配置されてもよい。

触覚部材は、上部が先細っていてもよい。また下部が先細っていてもよい。触覚部材は、剛体であってもよい。

本発明の別の態様は、タッチ式入力装置に関する。タッチ式入力装置は、上述のいずれかのタッチパネルを備えてもよい。

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、あるいは本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様によれば、振動を用いずに、ユーザにフィードバックを返すことができる。

タッチパネルを示す図である。第１実施例に係るタッチパネルの一部の断面図である。図３（ａ）、（ｂ）は、タッチパネルの動作を説明する図である。触覚刺激を説明する図である。第２実施例に係るタッチパネルの断面図である。図６（ａ）、（ｂ）は、タッチパネルの動作を説明する図である。ユーザインタフェースを備える電子機器の一例を示す図である。電子機器の組み立て斜視図である。図９（ａ）〜（ｈ）は、触覚部材の変形例を示す図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

また図面に記載される各部材の寸法（厚み、長さ、幅など）は、理解の容易化のために適宜、拡大縮小されている場合がある。さらには複数の部材の寸法は、必ずしもそれらの大小関係を表しているとは限らず、図面上で、ある部材Ａが、別の部材Ｂよりも厚く描かれていても、部材Ａが部材Ｂよりも薄いこともあり得る。

図１は、タッチパネル２００を示す図である。図１にはタッチパネル２００全体の斜視図が示される。

タッチパネル２００は、抵抗式タッチパネルである。タッチパネル２００は、第１シート２０２、第２シート２０４、および少なくともひとつの電極を備える。図１に示されるタッチパネル２００の基本構造は、一般的なタッチパネルのそれと同様である。

第１シート２０２および第２シート２０４は、導電性を有する。第１シート２０２、第２シート２０４は、両方が抵抗膜であってもよし、一方が抵抗膜、他方が金属導体であってもよい。第２シート２０４は、第１シート２０２とギャップ２０６を隔てて配置され、ユーザがタッチすることにより第１シート２０２と電気的に接触するように支持される。

タッチパネル２００は、２線式〜５線式まで様々な形式が知られており、特に限定されないが、ここでは四線式を例とする。四線式のタッチパネル２００では、第１シート２０２、第２シート２０４はいずれも抵抗膜が用いられる。

また電極の個数は、タッチパネル２００の形式に応じて規定される。四線式のパネルの場合、電極はＸ_Ｐ，Ｘ_Ｎ，Ｙ_Ｐ，Ｙ_Ｎの４本が設けられる。２本の電極Ｘ_Ｐ，Ｘ_Ｎは、Ｙ方向と平行な第２シート２０４の対向する２辺に沿って設けられる。別の２本の電極Ｙ_Ｐ，Ｙ_Ｎは、Ｘ方向と平行な第１シート２０２の対向する２辺に沿って設けられる。４個の電極からは図示しないリード線が引き出され、タッチパネルのコントローラと接続される。

図２は、第１実施例に係るタッチパネル２００Ａの一部の断面図である。タッチパネル２００Ａは、第１シート２０２、第２シート２０４に加えて、複数のスペーサ２０８、第３シート２１０および触覚部材２２０Ａを備える。

複数のスペーサ２０８は絶縁性を有し、第１シート２０２と第２シート２０４の間のギャップ２０６に、平面的に規則的に配置される。スペーサ２０８は、第２シート２０４を第１シート２０２と離間して支持する機能を果たす。第３シート２１０は保護シートであり、第２シート２０４の上層に設けられる。

触覚部材２２０Ａは、ユーザが有効なタッチ入力を行ってはじめてユーザに触覚刺激を付与できるように埋め込まれる。なお触覚部材２２０Ａは、振動素子のような能動デバイスではない。触覚部材２２０Ａはタッチパネルの任意の座標に埋め込むことができるが、好ましくは、ボタン（スイッチ）として使用したい領域に埋め込むとよい。

第１実施例において触覚部材２２０Ａは、第２シート２０４と第３シート２１０の間に挿入される。触覚部材２２０Ａの形状や材料は特に限定されないが、たとえば球状の剛体を用いることができる。また触覚部材２２０Ａは指先のサイズより小さいことが望ましく、たとえば直径１ｍｍ〜５ｍｍ程度としてもよい。

以上がタッチパネル２００Ａの構造である。続いてタッチパネル２００Ａの動作を説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、タッチパネル２００Ａの動作を説明する図である。図３（ａ）は、ユーザによる有効なタッチが発生していない状態を示す。有効なタッチが発生していない状態とは、第１シート２０２と第２シート２０４が非接触、あるいは弱く接触している状態であり、言い換えると、第１シート２０２と第２シート２０４の接触抵抗Ｒ_Ｚが所定のしきい値より高い状態である。

図３（ａ）の状態では、指Ｆが第３シート２１０を抑え付ける圧力が小さい。したがって第３シート２１０は、触覚部材２２０Ａの形状が露呈する程度には変形しておらず、触覚部材２２０Ａはユーザの指Ｆに触覚刺激を与えない。

図３（ｂ）は、ユーザによる有効なタッチが発生した状態を示す。有効なタッチが発生すると、第１シート２０２と第２シート２０４が接触し、第１シート２０２と第２シート２０４の接触抵抗Ｒ_Ｚが所定のしきい値より小さくなる。

図３（ｂ）の状態では、指Ｆが第３シート２１０を抑え付ける圧力が強い。したがって第３シート２１０は、触覚部材２２０Ａの形状が露呈する程度に変形し、指Ｆは触覚部材２２０Ａの形状（存在）を指先に知覚できる。つまり触覚部材２２０Ａが指Ｆに触覚刺激を与えることができる。

本実施の形態に係るタッチパネル２００における触覚刺激は、図３の例とのアナロジーで説明できる。図４は、触覚刺激を説明する図である。机９００の上に金属球９０２が置かれ、その上がスポンジシート９０４で覆われている。手の平Ｐで、スポンジシート９０４を下方に抑え付けると、圧力が小さい状態では、金属球９０２の存在を知覚することができないが、ある程度圧力を大きくすると、金属球９０２の存在を知覚することが可能となる。タッチパネル２００では、手の平Ｐのような広い範囲ではなく、指先の小さな領域において、同じ現象を利用することで、ユーザにフィードバックを返すことができる。

この実施の形態によれば、振動素子およびその駆動回路が不要であるため、コストを大幅に削減できる。また指先に与える刺激は、触覚部材２２０のサイズや形状にもとづいて調節することが可能となる。

（第２実施例）
図５は、第２実施例に係るタッチパネル２００Ｂの断面図である。タッチパネル２００Ｂでは、触覚部材２２０Ｂは導電性を有しており、第１シート２０２と第２シート２０４の間に挿入されている。触覚部材２２０Ｂは、複数のスペーサ２０８の間に設けられる。

以上がタッチパネル２００Ｂの構造である。続いてタッチパネル２００Ｂの動作を説明する。図６（ａ）、（ｂ）は、タッチパネル２００Ｂの動作を説明する図である。図６（ａ）は、ユーザによる有効なタッチが発生していない状態を示す。有効なタッチが発生していない状態とは、第１シート２０２と第２シート２０４が電気的に非接触、あるいは弱く接触している状態であり、言い換えると、第１シート２０２と第２シート２０４の接触抵抗Ｒ_Ｚが所定のしきい値より高い状態である。

図６（ａ）の状態では、指Ｆが第３シート２１０を抑え付ける圧力が小さい。したがって第３シート２１０および第２シート２０４は、触覚部材２２０Ｂの形状が露呈する程度には変形しておらず、触覚部材２２０Ｂはユーザの指Ｆに触覚刺激を与えない。

図６（ｂ）は、ユーザによる有効なタッチが発生した状態を示す。有効なタッチが発生すると、触覚部材２２０Ｂを介して第１シート２０２と第２シート２０４が電気的に接触し、第１シート２０２と第２シート２０４の接触抵抗Ｒ_Ｚが所定のしきい値より小さくなる。

図６（ｂ）の状態では、指Ｆが第３シート２１０および第２シート２０４を抑え付ける圧力が強い。したがって第３シート２１０および第２シート２０４は、触覚部材２２０Ｂの形状が露呈する程度に変形し、指Ｆは触覚部材２２０Ｂの形状（存在）を指先に知覚できる。つまり触覚部材２２０Ｂが指Ｆに触覚刺激を与えることができる。

続いてタッチパネル２００の用途を説明する。

図７は、ユーザインタフェース（タッチ式入力装置）を備える電子機器１００の一例を示す図である。電子機器１００は、表示部１０２、スイッチ１０４、１０６を備える。表示部１０２は、液晶ディスプレイあるいは有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイであり、ユーザに文字情報や図形情報を提示する。スイッチ１０４および１０６は、タッチ式の入力手段である。スイッチの個数やレイアウトは特に限定されない。

図８は、電子機器１００の組み立て斜視図である。電子機器１００は、ディスプレイパネル１１０、タッチパネル１２０、加飾フィルム１３０を含む積層構造を有する。

加飾フィルム１３０はカバーであり、表示部１０２に対応する領域１３２は透明である。また加飾フィルム１３０のスイッチ１０４，１０６に対応する部分には、その領域がボタンであることを示す印１３４，１３６が付されている。

ディスプレイパネル１１０のうち、表示部１０２に相当する部分１１２が有効領域であり、それ以外の領域は画像が表示されない無効領域１１４であってよい。ディスプレイパネル１１０のサイズを、表示部１０２に相当する範囲まで狭めてもよい。

タッチパネル１２０は、いわゆる抵抗式のパネルであり、ユーザのタッチを検出可能である。タッチパネル１２０のうち、表示部１０２に対応する部分１２２は、通常のタッチパネルとして使用され、座標検出、ジェスチャ入力などに使用される。またタッチパネル１２０のうち、２つのスイッチ１０４，１０６とオーバーラップする領域１２４，１２６がスイッチとして利用される。

タッチパネル１２０は、実施の形態に係るタッチパネル２００に相当する。タッチパネル１２０のうち、スイッチとして使用される領域１２４、１２６には、上述の触覚部材２２０が埋め込まれる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

（第１変形例）
図９（ａ）〜（ｈ）は、触覚部材２２０の変形例を示す図である。図９（ａ）の触覚部材２２０は八面体である。図９（ｂ）の触覚部材２２０は十面体であり、四角錐台を２個組み合わせたものである。図９（ｃ）の触覚部材２２０は楕円体である。図９（ｄ）の触覚部材２２０は四角錐である。図９（ｅ）の触覚部材２２０は図９（ｃ）の楕円体の下半分を切り落としたものである。図９（ｆ）の触覚部材２２０は四角錐台である。図９（ｇ）の触覚部材２２０は四角柱である。図９（ｆ）の触覚部材２２０は、倒立した四角錐台である。その他、三角錐台や六角錐台、八角錐台を用いてもよい。

ある観点において、触覚部材２２０は、上部が先細っていることが好ましい。図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）の触覚部材２２０はこの条件を満たす。これにより、ユーザの指Ｆに刺激を与えやすくなる。

第１実施例の場合、触覚部材２２０は、下部が先細っていることが好ましい。図２の触覚部材２２０Ａの場合、触覚部材２２０Ａの下部が先細っていることにより、第２シート２０４と第１シート２０２が接触しやすくなる。図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｈ）がこの条件を満たす。

第２実施例の場合、触覚部材２２０は、下部が先細っておらず、底面が平坦であることが好ましい。図９（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）がこの条件を満たす。

（第２変形例）
ベースとなるタッチパネル２００は、四線式には限定されず、二線式、三線式、五線式であってもよい。Ｘ方向、Ｙ方向の両方について、座標検出可能としたい場合、第１シート２０２、第２シート２０４がともに抵抗膜である必要があるが、一方向のみの座標検出で足りる場合には、第１シート２０２、第２シート２０４の一方のみを抵抗膜とし、他方を金属シートとしてもよい。あるいは、完全に１個のスイッチ（ボタン）としてしか使用しない場合には、座標検出の機能は不要であるから、第１シート２０２、第２シート２０４を両方ともに金属膜としてもよい。

（第３変形例）
第１シート２０２、第２シート２０４の材料は、タッチパネル２００の用途、形式に応じて選択すればよい。四線式のタッチパネル２００で、ディスプレイパネルの上面に貼付ける場合には、第１シート２０２、第２シート２０４には透明性が要求されるが、ディスプレイパネルの上に配置しない場合には透明性は要求されず、導電性ゴムやその他の抵抗体、金属膜を使用することができる。

（第４変形例）
触覚部材２２０は必ずしも剛体である必要は無く、指先に刺激を与えることが可能であればその材料は限定されず、柔軟性を有してもよい。

（第５変形例）
タッチパネル２００の用途は、図７のような電子機器には限定されず、自動車やバイクなどの乗り物の操作パネルに用いてもよいし、産業機械やＯＡ機器の操作パネルに用いてもよい。

実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

１００…電子機器、１０２…表示部、１０４，１０６…スイッチ、１１０…ディスプレイパネル、１２０…タッチパネル、１２２，１２４…領域、１３０…加飾フィルム、２００…タッチパネル、２０２…第１シート、２０４…第２シート、２０６…ギャップ、２０８…スペーサ、２１０…第３シート、２２０…触覚部材、Ｆ…指。

Claims

導電性を有する第１シートと、
導電性を有し、前記第１シートとギャップを隔てて配置され、ユーザがタッチすることにより前記第１シートと電気的に接触可能に支持される第２シートと、
前記第２シートの上側に設けられ、非接触状態において平坦な第３シートと、
前記ユーザが有効なタッチ入力を行ってはじめてユーザに触覚刺激を付与できるように前記第３シートより下層に埋め込まれた、サイズが１ｍｍ〜５ｍｍである剛体の触覚部材と、
を備え、
前記ユーザが有効なタッチ入力を行ったときに、前記第３シートが前記触覚部材の形状が露呈する程度に変形することにより、前記ユーザが指先で前記触覚部材の存在を知覚できることを特徴とするタッチパネル。
前記触覚部材は、導電性を有し、前記第１シートと前記第２シートの間に挿入されることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル。
前記触覚部材は、前記第２シートと前記第３シートの間に挿入されることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル。
前記第１シートと前記第２シートの少なくとも一方は抵抗膜であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のタッチパネル。
前記第１シートと前記第２シートの間のギャップに、平面的に規則的に配置される複数のスペーサをさらに備え、
前記触覚部材は、前記複数のスペーサの間に配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のタッチパネル。
前記触覚部材は、上部が先細っていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のタッチパネル。
前記触覚部材は、下部が先細っていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のタッチパネル。
請求項１から７のいずれかに記載のタッチパネルを備えることを特徴とするタッチ式入力装置。