JP5536808B2 - 一体型タッチ式制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、タッチ式装置、特に、容量型接触位置検出モードと抵抗型接触位置検出モードとで選択的に動作するための容量型及び抵抗型操作を一体化したタッチ式装置に関する。

抵抗型タッチパネルは、複数個の絶縁スペーサにより互いに離隔されたＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜とシート状ＩＴＯガラスから成る。接触物体（例えば、スタイラス）がＩＴＯ膜に触れてこれを押し又は押下すると、局所窪みが形成され、これは、その下に位置したＩＴＯガラスと接触し、それにより電圧の変化を生じさせ、かかる電圧の変化は、アナログ信号からデジタル信号への変換によりマイクロプロセッサに与えられて処理され、それにより触れられた箇所（被接触箇所）の操作位置の計算及び決定が行われる。

容量型タッチパネルは、一般に、透明な電極と導体との電気的容量結合の変化を利用して誘導電流を発生させ、かかる誘導電流により、触れられた箇所の操作位置を決定することができる。容量型タッチパネルの構造では、最も外側の層は、薄い透明な基板であり、第２の層はＩＴＯ層である。接触物体（例えば、ユーザの指）が透明な基板の表面と接触関係をなして置かれると、接触物体は、外側の導電層上の電界との電気的容量結合を生じさせ、それにより、電流の僅かな変化が生じる。次に、マイクロプロセッサが計算を行って指が触れている操作位置を決定する。

しかしながら、抵抗型タッチパネルと容量型タッチパネルの両方にはこれらの操作に関して或る幾つかの制約があると共に欠点がある。抵抗型タッチパネルは、安価であるという利点を持っているが、その動作の際、上側の面と下側の面の２つの導電性ソースを互いに物理的に接触させる必要がある。かくして、圧力が相当大きく加えられなければならない。これにより、導電層の損傷が生じる場合が多い。また、感度が低い。他方、容量型タッチパネルは、感度が高いが、その動作原理に起因して、容量型タッチパネル中に電流を流すために導体、例えばユーザの指又はタッチヘッドである接触物体を用いて操作されなければならない。絶縁接触物体を用いて容量型タッチパネルを動作させることは不可能である。

かくして、本発明の目的は、タッチ式装置に対するユーザの触り方を検出し、これに応答して、タッチ式装置の動作を容量型接触位置検出モードと抵抗型接触位置検出モードとの間で切り替える容量型及び抵抗型操作が一体化したタッチ式装置を提供することにある。かくして、ユーザがタッチ式装置の接触操作面に僅かに触れると、タッチ式装置は、容量型接触位置検出モードで動作し、ユーザがタッチ式装置の接触操作面を強く押下し、又はタッチ式装置の接触操作面に対して手書き入力操作を行うと、タッチ式装置は、抵抗型接触位置検出モードで動作する。

上述の課題を解決するために本発明が採用した技術的解決手段は、第１の電極パターンが形成された第１の基板及び第２の電極パターンが形成された第２の基板を有する容量型及び抵抗型検出動作方式が組み込まれたタッチ式装置の提供である。第１及び第２の電極パターンは、それぞれ、第１の走査回路及び第２の走査回路によりマイクロプロセッサに接続される。

ユーザがタッチ式装置の接触操作面に僅かに触れると、タッチ式装置は、接触物体と第１の電極パターンとの間における電気的容量結合の変化がマイクロプロセッサに与えられ、それにより接触物体が第１の基板の接触操作面に作用する少なくとも１つの操作位置を決定する容量型接触位置検出モードに設定される。

ユーザがタッチ式装置の接触操作面を強く押下すると又は手書き入力操作を第１の基板の接触操作面に対して行うと、第１の基板が、第１の電極パターンと第２の電極パターンを互いに接触させる操作位置で押下され、それにより、タッチ式装置は、抵抗型接触位置検出モードに設定され、抵抗型接触位置検出モードでは、マイクロプロセッサは、接触物体が第２の電極パターンの電圧の変化に従って、第１の基板の接触操作面に作用する少なくとも１つの操作位置を決定する。

本発明において採用された技術的解決手段では、本発明の容量型及び抵抗型操作が一体化されたタッチ式装置は、簡単な走査検出プロセスと組み合わされると、簡単な回路構造と一緒になって、容量型タッチパネルか抵抗型タッチパネルかのいずれかの接触操作モードで動作可能である。従来の抵抗型タッチパネル又は容量型タッチパネルで使用可能な接触物体の制約をなくすことができ、タッチ式装置の接触制御操作が単純化される。タッチ式装置は、種々の動作方式に従って最適の接触制御モードで選択的に動作可能であり、両方の形式のタッチパネルの利点を備える。

本発明は又、手書き入力がタッチ式装置に行われる用途において特に適しており、それにより、手書き入力がスムーズでないという問題、及び従来の容量型タッチパネルにおいて見受けられる検出結果が良くないという問題を効果的に解決する。

本発明の内容は、添付の図面を参照して行われる本発明の好ましい実施形態の以下の説明を読むと当業者には明らかになろう。

本発明の第１の実施形態の系統ブロック図である。 図１の主要構成要素の分解組立図である。 図１の第１の基板と第２の基板を互いに結合した後における第１の電極パターンと第２の電極パターンの相対的位置関係を示す図である。 図３の４−４線矢視断面図である。 ユーザの指で操作されている本発明のタッチ式装置を概略的に示す図である。 図５に示された接触位置に対応したキャパシタンスを一覧表示した表を示す図である。 接触物体で操作されている本発明の第１の実施形態としてのタッチ式装置を概略的に示す図である。 本発明の第２の実施形態の系統ブロック図である。 本発明の第２の実施形態としてのタッチ式装置に対して行われている押下操作を示す回路図である。 図９の等価回路を示す図である。 接触物体で操作されている本発明の第２の実施形態としてのタッチ式装置を概略的に示す図である。

図面を参照し、特に図１及び図２を参照すると、本発明の第１の実施形態としての系統ブロック図が示されている。図２は、図１の主要構成要素の分解組立図である。図示のように、本発明に従って容量型及び抵抗型検出動作方式が組み込まれたタッチ式装置が全体を参照符号１００で示されており、このタッチ式装置は、絶縁膜、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）膜から成る第１の基板１を有し、この第１の基板の材料は、実用的用途において選択可能である。第１の基板１は、第１の電極結合面１１及び接触操作面１２を有している。第１の基板１の第１の電極結合面１１は、第１の電極パターン１３を形成している。第１の電極パターン１３は、互いに実質的に平行であり且つ所与の長さだけ互いに離隔されていて、第１の軸線Ｘに沿って延びる複数個のストリップ状電極ｓ１１，ｓ１２，ｓ１３，ｓ１４，ｓ１５，ｓ１６から成る。第１の電極パターン１３は、主として、導電性材料で作られている。導電性物質は、透明な導電層を形成する例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）であるのがよい。

ストリップ状電極ｓ１１，ｓ１２，ｓ１３，ｓ１４，ｓ１５，ｓ１６は、第１の走査回路４を介してマイクロプロセッサ３により制御されるようにマイクロプロセッサ３に接続されており、その結果、所定の駆動電圧をストリップ状電極ｓ１１，ｓ１２，ｓ１３，ｓ１４，ｓ１５，ｓ１６に印加することができるようになっており、或いは、変形例として、第１の走査回路４は、ストリップ状電極ｓ１１，ｓ１２，ｓ１３，ｓ１４，ｓ１５，ｓ１６の電気的容量結合の変化を検出するよう走査を実施し、それにより得られた走査検出信号Ｓ１を次の処理のためにマイクロプロセッサ３に送るようになっている。

第２の基板２が第１の基板１の第１の電極結合面１１に対向した第２の電極結合面２１を有している。第２の基板２の第２の電極結合面２１上には第２の電極パターン２２が形成されている。第２の電極パターン２２は、互いに実質的に平行であり且つ所定の距離だけ互いに離隔されていて、第２の軸線Ｙに沿って延びる複数個のストリップ状電極ｓ１１′，ｓ１２′，ｓ１３′，ｓ１４′，ｓ１５′，ｓ１６′から成っている。第２の電極には、第１の電極パターン１３に向いた第２の電極パターン２２を有するよう第１の基板１に実質的に対向した場所に配置されている。（図４に示すように）第１の基板１の第１の電極パターン１３と第２の基板２の第２の電極パターン２２との間には所定の距離ｄが定められている。

ストリップ状電極ｓ１１′，ｓ１２′，ｓ１３′，ｓ１４′，ｓ１５′，ｓ１６′は、ストリップ状電極ｓ１１′，ｓ１２′，ｓ１３′，ｓ１４′，ｓ１５′，ｓ１６′の各々を走査してこれに生じる電圧の変化を検出するために第２の走査回路５を介してマイクロプロセッサ３に接続されており、走査検出信号Ｓ２が次の処理のためにマイクロプロセッサ３に送られる。実用的用途では、各ストリップ状電極ｓ１１′，ｓ１２′，ｓ１３′，ｓ１４′，ｓ１５′，ｓ１６′の一端又は両端を第２の走査回路５に接続するのがよい。

第１の電極パターン１３のストリップ状電極ｓ１１，ｓ１２，ｓ１３，ｓ１４，ｓ１５，ｓ１６は、互いに実質的に平行であり且つ互いに間隔を置いた配列状態をなして第１の基板１の第１の電極結合面１１上に形成されている。第１の電極パターン１３とストリップ状電極ｓ１１′，ｓ１２′，ｓ１３′，ｓ１４′，ｓ１５′，ｓ１６′が設けられていない第２の基板２の第２の電極結合面２１との間の局所領域には、少なくとも１つの絶縁スペーサ６が設けられている。絶縁スペーサ６により、第１の電極パターン１３と第２の電極パターン２２の直接的な接触を阻止することができる。

第１の基板１を第２の基板２に結合した後における第１の電極パターン１３と第２の電極パターン２２の相対的位置関係を示す図３を参照すると、図示の実施形態では、第１の電極パターン１３及び第２の電極パターン２２は各々、一例として、６個のストリップ状電極で構成されているが、ストリップ状電極の個数は、これには限定されず、これよりも多い又は少ないストリップ状電極を採用できることは明らかである。本発明の好ましい実施形態では、第１の電極パターン１３のストリップ状電極ｓ１１，ｓ１２，ｓ１３，ｓ１４，ｓ１５，ｓ１６と第２の電極パターン２２のストリップ状電極ｓ１１′，ｓ１２′，ｓ１３′，ｓ１４′，ｓ１５′，ｓ１６′は、互いに直角に交差すると共にオーバーラップした配列状態で設けられている。

図４を参照すると、第１の基板１と第２の基板２は、これらを互いに結合した後に第１の基板１と第２の基板２との間に所定の距離を保つよう複数個の絶縁スペーサ６をこれら相互間にサンドイッチしており、それにより、第１の基板１の第１の電極パターン１３と第２の基板２の第２の電極パターン２２の直接的な接触を阻止することができる。

図５及び図６を参照すると、図５は、ユーザの指で操作されている本発明のタッチ式装置を概略的に示し、図６は、図５に示された各接触位置に対応したキャパシタンスを一覧表示した表を示している。図示のように、図示の例は、接触物体７によってタッチ式装置１００に対して行われる接触制御操作を説明するために用いられている。

第１に、図示の例では、第１の電極パターン１３のストリップ状電極ｓ１３と第２の電極パターン２２のストリップ状電極ｓ１２′との交差部に生じる操作位置を操作位置Ｐ１と称する。図示の例では、タッチ式装置１００を動作させるよう用いられる接触物体７は、例えば、指でもよく、導電性物体でもよく、或いは他の適当な操作用物体でもよい。

接触物体７が第１の基板１の接触操作面１２上の被接触位置（図５に示されている操作位置Ｐ１）に第１の電極パターン１３が第２の電極パターン２２には物理的に接触しない程度まで僅かに触れると、この条件下においては、タッチ式装置１００は、容量型接触位置検出モードで動作し、この容量型接触位置検出モードでは、接触物体７及び第１の電極パターン１３のストリップ状電極ｓ１３は、電気的容量結合に起因してこれら相互間にキャパシタンスＣ１（図６参照）を生じさせる。第１の走査回路４は、第１の基板１の各ストリップ状電極ｓ１１，ｓ１２，ｓ１３，ｓ１４，ｓ１５，ｓ１６の走査により、接触物体７と第１の電極パターン１３の電気的容量結合の変化を検出し、第１の走査検出信号Ｓ１をマイクロプロセッサ３に送る。

図７は、本発明の第１の実施形態としてのタッチ式装置を接触物体により動作させている状態を示す略図である。図示のように、この例で用いられている接触物体７ａは、導電性物体又は非導電性物体（例えば、タッチスタイラス又は他の適当な物体）である。接触物体７ａが第１の基板１の接触操作面１２を押下すると、操作位置における第１の基板１の押下に起因して、第１の電極パターン１３のストリップ状電極ｓ１３と第２の電極パターン２２のストリップ状電極ｓ１３′は、互いに接触する（所定の距離ｄは、ｄ＝０となる）。この条件下において、タッチ式装置１００は、抵抗型接触位置検出モードで動作し、この抵抗型接触位置検出モードでは、駆動電圧がストリップ状電極ｓ１３′に印加され、タッチ式装置１００は、第２の電極パターン２２のストリップ状電極ｓ１３′の電圧の変化に従って第１の基板１の接触操作面１２に作用する接触物体７ａの操作位置を計算する。

本発明の第２の実施形態の系統ブロック図である図８を参照すると、第２の実施形態は、第１の実施形態の対応の要素と同一である主要な構成要素を有しており、同一の要素は、同一の参照符号で示されている。構成上の差は、第２の実施形態が第１の電極結合面１１ａを備えた第１の基板１ａから成り、第１の電極結合面１１ａ上には、連続平面状構造を備えた透明なＩＴＯ導電層を含む第１の電極パターン１３ａが形成されていることにある。第１の電極パターン１３ａの４つのコーナー部は、第１の電極パターン１３ａに電圧の勾配を形成するために駆動電圧を第１の電極パターンに印加することができるようにするために第１の走査回路４に接続されている。

タッチ式装置１００ａに対して行われる押下操作を示す回路図である図９及びこの回路の等価回路を示す図１０を参照すると、図９に示されているように、タッチ式装置１００ａが操作位置Ｐ２で押されているとき、操作位置Ｐ２と各コーナー部との間に抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が生じる。図９に示されているように、供給される電圧Ｖｓ１，Ｖｓ２，Ｖｓ３，Ｖｓ４及び対応の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に基づいて、対応の電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４を計算することができ、電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４相互間の比に基づいて、タッチ式装置１００ａ上における操作位置Ｐ２の存在場所を計算することができる。

接触物体により操作されている本発明のタッチ式装置の略図である図１１を参照すると、まず、第１の電極パターン１３ａと第２の電極パターン２２のストリップ状電極ｓ１３′との交差部に生じる操作位置を操作位置Ｐ３と称する。この例では、タッチ式装置１００ａを動作させるために用いられる接触物体７ａは、導電性物体であってもよく、或いは非導電性物体（例えば、タッチスタイラス又は他の適当な物体）であってもよい。

また、図８を参照すると、ユーザが接触物体７ａを用いて第１の基板１ａを所与の接触方向Ｉで強く押下すると、操作位置Ｐ３での第１の基板１ａの押下に起因して、第１の電極パターン１３ａと第２の電極パターン２２のストリップ状電極ｓ１３′は、互いに接触する（所定距離ｄは、ｄ＝０となる）。この条件下において、タッチ式装置１００ａは、抵抗型接触位置検出モードで動作し、この抵抗型接触位置検出モードでは、第１の走査回路４は、駆動電圧を第１の電極パターン１３ａに印加し、駆動電圧は、第１の電極パターン１３ａから第２の電極パターン２２のストリップ状電極ｓ１３′に送られる。第２の走査回路５は、走査及び検出を実施し、次に、走査検出信号Ｓ２をマイクロプロセッサ３に送る。マイクロプロセッサ３は、第２の電極パターン２２のストリップ状電極ｓ１３′の電圧の変化に応答し、第１の基板１上における接触物体７ａの被接触位置を計算する。

本発明をその好ましい実施形態により説明したが、特許請求の範囲の記載に基づいて定められる本発明の範囲から逸脱することなく種々の改造例及び変更例を想到できることは当業者には明らかである。

Claims (16)

1. 接触物体がタッチ式装置に当てられる接触制御運動を検出するようになったタッチ式装置であって、
   第１の電極結合面及び接触操作面を備えた第１の基板と、
   前記第１の基板の前記第１の電極結合面上に形成された第１の電極パターンと、
   第２の電極結合面を備えた第２の基板と、を有し、前記第２の基板は、前記第１の基板と対向する位置に配置され、更に、前記第２の電極結合面は、前記第１の電極結合面に面し、前記第２の基板の前記第２の電極結合面上に形成された第２の電極パターンを有し、前記第２の電極パターンは、前記第１の電極パターンに対向しており、
   前記第１の電極パターン及び前記第２の電極パターンに電気的に接続されたマイクロプロセッサを有し、
   前記タッチ式装置は、操作位置にある前記第１の基板が前記第１の電極パターンと前記第２の電極パターンを互いに接触させる場合では、抵抗型接触位置検出モードに設定され、当該場合以外では、容量型接触位置検出モードに設定されてなる、タッチ式装置。
2. 前記容量型接触位置検出モードは、前記接触物体と前記第１の電極パターンとの間における電気的容量結合の変化を含み、更に、前記変化は、前記接触物体が前記第１の基板の前記接触操作面に作用する少なくとも１つの操作位置を決定するために前記マイクロプロセッサに与えられる、請求項１記載のタッチ式装置。
3. 前記抵抗型接触位置検出モードは、前記第１の電極パターンと前記第２の電極パターンとを互いに接触させる操作位置での前記第１の基板の押下を含み、更に、前記接触は、前記第２の電極パターンの電圧の変化に従って、前記接触物体が前記第１の基板の前記接触操作面に作用する少なくとも１つの操作位置を決定するように前記マイクロプロセッサを設定する、請求項１記載のタッチ式装置。
4. 前記第１の基板と前記第２の基板は、所定の距離だけ互いに離隔されている、請求項１記載のタッチ式装置。
5. 前記第１の電極パターン及び前記第２の電極パターンの各々は、互いに平行であり且つ互いに間隔を置いて設けられた複数個のストリップ状電極を備える、請求項１記載のタッチ式装置。
6. 前記第１の電極パターンの前記ストリップ状電極は、第１の走査回路を介して前記マイクロプロセッサに接続され、前記第２の電極パターンの前記ストリップ状電極は、第２の走査回路を介して前記マイクロプロセッサに接続されている、請求項５記載のタッチ式装置。
7. 前記第１の走査回路及び前記第２の走査回路は、走査検出信号を前記マイクロプロセッサに送る、請求項６記載のタッチ式装置。
8. 前記第１の電極パターンと前記第２の電極パターンは、絶縁スペーサにより互いに離隔されている、請求項１記載のタッチ式装置。
9. 前記第１の電極パターンは、連続平面状構造体を備える、請求項１記載のタッチ式装置。
10. タッチ式装置に当てられる接触物体の位置を検出するようになったタッチ式装置であって、
    第１の電極結合面を備えた第１の基板と、
    前記第１の電極結合面上に構成された第１の電極パターンと、
    第２の電極結合面を備えた第２の基板と、
    前記第２の電極結合面上に構成された第２の電極パターンと、を有し、
    前記タッチ式装置は、前記タッチ式装置の表面上での接触物体の押下げの際に、前記第１の電極パターンが前記第２の電極パターンと接触し、第１の走査回路が前記第１の電極パターンのコーナー部の各々に電圧を印加し、駆動電圧が、前記第１の電極パターンから前記第２の電極パターンに送られ、さらに第２の走査回路が前記駆動電圧に基づいて、マイクロプロセッサに検出信号を送る、抵抗型接触位置検出モードに設定され、
    前記タッチ式装置は、前記第１の電極パターンは前記第１の走査回路に接続されると、容量型接触位置検出モードに設定され、当該容量型接触位置検出モードにおいて、更に、前記接触物体の操作位置は、前記コーナー部の各々に印加された電圧、及び各コーナー部の前記操作位置からコンピュータ計算された抵抗に基づいて検出される、タッチ式装置。
11. 前記マイクロプロセッサは、前記検出信号に基づいて前記操作位置をコンピュータ計算する、請求項１０記載のタッチ式装置。
12. 前記第１の電極パターンは、連続平面状構造体を備えた透明なＩＴＯ導電層を含む、請求項１０記載のタッチ式装置。
13. 前記第２の電極パターンのおのおのが複数のストリップ状電極を備え、該複数のストリップ状電極が互いに平行であり、かつ互いに離間されてなる請求項１０記載のタッチ式装置。
14. 前記第２の電極パターンの複数のストリップ状電極が前記第２の走査回路を介して前記マイクロプロセッサに接続されてなる請求項１０記載のタッチ式装置。
15. 前記第１の走査回路及び前記第２の走査回路が、操作検出信号を前記マイクロプロセッサに送る請求項１０記載のタッチ式装置。
16. 前記第１の電極パターン及び第２の電極パターンは、絶縁スペーサにより互いに離隔され
    てなる請求項１０記載のタッチ式装置。

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