タッチセンサおよびそれを備えた電子機器用タッチパッド
【課題】
入力媒体を選ばず、複数の操作点を検出可能であって、押圧方向の強さを容易に検出可能なタッチセンサおよびそれを備える電子機器用タッチパッドを提供する。
【解決手段】
本発明は、絶縁性の基板２０と、当該基板２０と対向配置されるシートセンサ１０とを備え、基板２０のシートセンサ１０と対向する面に、複数の電極を近接させて構成した電極群２１を複数配置し、シートセンサ１０を、基板２０と反対側からの押圧を受けて、１または２以上の電極群２１に接触し、その電極群２１を構成する電極間を導通可能に構成するタッチセンサ１に関する。
入力媒体を選ばず、複数の操作点を検出可能であって、押圧方向の強さを容易に検出可能なタッチセンサおよびそれを備える電子機器用タッチパッドを提供する。
【解決手段】
本発明は、絶縁性の基板２０と、当該基板２０と対向配置されるシートセンサ１０とを備え、基板２０のシートセンサ１０と対向する面に、複数の電極を近接させて構成した電極群２１を複数配置し、シートセンサ１０を、基板２０と反対側からの押圧を受けて、１または２以上の電極群２１に接触し、その電極群２１を構成する電極間を導通可能に構成するタッチセンサ１に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗膜方式のタッチセンサおよびそのタッチセンサを備える電子機器用タッチパッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ディスプレイへのタッチ操作にて入力を実行するタッチセンサが知られている。タッチセンサは、相対座標入力方式であるマウス形状のポインティングデバイスと異なり、ディスプレイ上の絶対座標を入力できるため、操作が簡単で、かつ操作者の感覚に適合した入力が可能である。このため、タッチセンサは、駅などの券売機、液晶ディスプレイを備える携帯型のゲーム機器や携帯通信機器の多くに搭載されている。タッチセンサは、その検出方法により、抵抗膜方式、静電容量方式、光学方式、超音波表面弾性波方式、電磁誘導方式などの多くのタイプに分けられるが、代表的なタッチセンサとして、抵抗膜方式および静電容量方式が挙げられる。
【０００３】
抵抗膜方式タッチセンサの一例は、２枚の絶縁基板の各対向面に、ＩＴＯ等による透明導電膜を形成し、電位勾配が形成された一方の透明導電膜と、他方の透明導電膜とが非接触状態となっている。一方から押圧すると、当該一方の透明導電膜と他方の透明導電膜とが接触し、他方の面側にて検出した電圧値に基づき、押圧された面上の絶対座標が特定される。このような抵抗膜方式タッチセンサは、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００４】
一方、静電容量方式タッチセンサは、表面型静電容量方式、インナー型静電容量方式、投影型静電容量方式などのいくつかの方式に分けられるが、いずれも、センサ側の電極と、操作者の指（もう一方の電極に相当）との間の静電容量の変化に基づき、操作位置の絶対座標が特定される。これらの中でも、投影型静電容量方式のタッチセンサは、最近、注目を集めており、操作者が２本の指にて操作面上の２点を押圧したときに、その両座標を特定できる工夫がなされ、２本の指を使った画像の拡大若しくは縮小の操作が可能なものが知られている。このようなマルチタッチを可能とする静電容量方式タッチセンサは、例えば、特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０３９６６７
【特許文献２】特開２００２−５０１２７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
抵抗膜方式タッチセンサは、一般的に、操作媒体を選ばず、スタイラスペン、指など如何なる入力媒体を用いた操作であっても検出できる。また、価格の面でも、抵抗膜方式タッチセンサは、静電容量方式タッチセンサと比べて安価である。しかし、その反面、抵抗膜方式タッチセンサは、異なる２点の操作（いわゆる、マルチタッチ）を行っても、それを検出することはできない、あるいは極めて特殊な構成を採らない限り検出困難である。このため、２本の指を使って、例えば、指を互いに反対方向に離し、あるいは互いに近づけるような操作を検出することは難しい。
【０００７】
これに対して、静電容量方式タッチセンサの場合には、マルチタッチへの対応が可能なものも開発されており、操作者の操作感覚と検出後の出力結果とを近づけることが可能である。しかし、その反面、操作者が指若しくは導電性の高い特殊なペンを用いて操作する必要がある。このため、例えば、操作者が手袋（絶縁性のもの）をはめて操作する場合には、検出が困難になりやすい。
【０００８】
また、押圧方向の強さを検出する点に関して、抵抗膜方式タッチセンサでは押圧方向の強さを検出できない。静電容量方式タッチセンサでは、押圧の強さに応じて、一方の電極である指とセンサ内部の電極との距離が変化するため、理論的には、その変化に基づき押圧の強さを検出可能ではあるが、押圧の強さに基づく静電容量の変化は極めて微弱であるため、その検出は困難である。
【０００９】
本発明は、入力媒体を選ばず、複数の操作点を検出可能であって、押圧方向の強さを容易に検出可能なタッチセンサおよびそれを備えるタッチパッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を解決するため、本発明の一形態は、絶縁性の基板と、当該基板と対向配置されるシートセンサとを備え、基板には、シートセンサと対向する面に、複数の電極を近接させて構成される電極群を複数配置し、シートセンサを、基板と反対側からの押圧を受けて、１または２以上の電極群に接触し、その電極群を構成する電極間を導通可能に構成するタッチセンサである。
【００１１】
本発明の別の形態は、さらに、基板およびシートセンサの少なくともいずれか一方に、シートセンサから押圧操作しないときに基板上の電極群とシートセンサとが接触して電極間が導通するのを防止する絶縁性の突出部を備えるタッチセンサである。
【００１２】
本発明の別の形態は、さらに、シートセンサの基板と対向する面あるいは全体を、電極間を導通させる抵抗性材料にて構成するタッチセンサである。
【００１３】
本発明の別の形態は、さらに、電極群を、複数の歯を持つ電極を互いに接触しないように噛み合わせた形態を持つ構成としたタッチセンサである。
【００１４】
本発明の一形態は、電子機器を操作する電子機器用タッチパッドであって、ハーフミラーとして機能し、表側から面操作可能な操作板と、当該操作板の裏側に配置されると共に、外部光源からの光を導光して当該操作板に向けて照光可能な導光板と、当該導光板の裏側に配置され、操作板上での面操作によって操作位置を特定可能なタッチセンサとを積層して備え、タッチセンサには、絶縁性の基板と、当該基板と対向配置されるシートセンサとを備え、基板には、シートセンサと対向する面に、複数の電極を近接させて構成される電極群を複数配置し、シートセンサを、基板と反対側からの押圧を受けて、１または２以上の電極群に接触し、その電極群を構成する電極間を導通可能に構成する電子機器用タッチパッドである。
【００１５】
本発明の別の形態は、さらに、基板およびシートセンサの少なくともいずれか一方に、シートセンサから押圧操作しないときに基板上の電極群とシートセンサとが接触して電極間が導通するのを防止する絶縁性の突出部を備える電子機器用タッチパッドである。
【００１６】
本発明の別の形態は、さらに、シートセンサの基板と対向する面あるいは全体を、電極間を導通させる抵抗性材料にて構成する電子機器用タッチパッドである。
【００１７】
本発明の別の形態は、さらに、導光板の一部に、操作板の方向に導光しやすい凹凸領域を形成した電子機器用タッチパッドである。
【００１８】
本発明の別の形態は、さらに、凹凸領域を、導光板のタッチセンサ側の面に形成した電子機器用タッチパッドである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、タッチセンサおよびそれを備える電子機器用タッチパッドを、入力媒体を選ばず、複数の操作点を検出可能であって、押圧方向の強さを容易に検出可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るタッチセンサの斜視図である。
【図２】図２は、図１に示すタッチセンサを構成する基板から、当該基板と対向配置されるシートセンサを分離し、当該シートセンサを裏返した状態を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２に示すシートセンサのＡ部分を拡大して示す拡大図である。
【図４】図４は、図２に示す基板のＢ部分を拡大して示す拡大図である。
【図５】図５は、図１に示すタッチセンサの一部の断面を示す断面図である。
【図６】図６は、図１に示すシートセンサの上から基板に向かって押圧したときの状況を、シートセンサ側から透過的に示す図である。
【図７】図７は、図２に示す基板上の各電極群からの信号に基づいて押圧位置を検出する制御部の基本構成を模式的に示す図である。
【図８】図８は、図６に基づいて説明した押圧位置の検出方法と異なる別の検出方法を説明するための図である。
【図９】図９は、図１に示すタッチセンサを構成するシートセンサ上から操作する状況を、シートセンサ上から透過的に示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態に係る電子機器用タッチパッドと、当該タッチパッドからの操作を受け付けて画像の表示を変える電子機器とを示す概略図である。
【図１１】図１１は、図１０に示すタッチパッドの斜視図である。
【図１２】図１２は、図１０に示すタッチパッドの平面図である。
【図１３】図１３は、図１０に示すタッチパッドの分解斜視図である。
【図１４】図１４は、図１２に示すタッチパッドのＦ−Ｆ線断面図である。
【図１５】図１５は、図１４に示す操作板の詳細な構成を示す断面図である。
【図１６】図１６は、図１０に示すタッチパッドを構成する操作板上から操作する状況を、操作板上から透過的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明に係るタッチセンサおよびそれを備える電子機器用タッチパッドの実施の形態について説明する。
【００２２】
１．タッチセンサ
図１は、本発明の実施の形態に係るタッチセンサの斜視図である。図２は、図１に示すタッチセンサを構成する基板から、当該基板と対向配置されるシートセンサを分離し、当該シートセンサを裏返した状態を示す斜視図である。図３は、図２に示すシートセンサのＡ部分を拡大して示す拡大図である。図４は、図２に示す基板のＢ部分を拡大して示す拡大図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係るタッチセンサ１は、矩形の平面を有する薄板状のセンサであって、薄いシート状のシートセンサ１０と、これと対向配置される絶縁性の基板２０とから、主に構成される。
【００２４】
シートセンサ１０は、その母材として柔軟性に富む材料、好適には、熱可塑性エラストマーあるいは熱硬化性エラストマー、より好ましくはシリコーンゴムで構成されている。また、シートセンサ１０の母材中には、シリコーンゴムに導電性を付与して所望の抵抗性を有する抵抗性材料とするために、導電性材料が分散されている。導電性材料としては、カーボンブラック、金属等を例示できるが、径の小さな粒子（ナノレベルの粒子）の製造が容易で、取り扱いも容易なカーボンブラックが、より好ましい。導電性材料の混合量は、導電性を高めかつシートセンサ１０の弾性を維持する観点から、母材と当該導電性材料の総重量に対して５〜５０重量％であるのが好ましく、さらには、１５〜３５重量％がより好ましい。シートセンサ１０は、これと対向する基板２０との接触抵抗として、好ましくは、１００〜１７００オーム、より好ましくは１７０〜１０００オームの範囲の電気抵抗を有する。なお、シートセンサ１０を複数の層から成る基材とし、基板２０との対向面側の層を、導電性を付与した抵抗性材料で形成し、そこに絶縁材料から構成される層を貼付しても良い。
【００２５】
また、シートセンサ１０は、基板２０と対向する面に、多くの絶縁性の突出部１１を分散して備える。突出部１１は、絶縁性に優れた熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂の他、エラストマー等から好適に構成され、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、シリコーンゴムから、より好適に構成される。突出部１１は、例えば、絶縁性樹脂製の塗料から成るインクをドット状にパターン印刷した後に乾燥および硬化させることにより、好適に形成できる。なお、突出部１１は、シートセンサ１０との接着性を確保できるのであれば、上記以外の材料として、例えば、ガラス、セラミックス等から構成しても良い。突出部１１は、シートセンサ１０から押圧操作しないときに、基板２０上の電極群２１（後述する）とシートセンサ１０とが接触して、電極群２１を構成する電極２１，２１ｂ間が導通するのを防止するためのスペーサーである。突出部１１は、その突出面を基板２０側に向けた略半球形状を有し、この実施の形態では、直径０．１ｍｍ、高さ０．０３ｍｍの薄い半球体である。ただし、突出部１１の形状、大きさは、適宜変更可能であり、また、複数分散させずに、ルート状若しくは網目状につながっていても良い。なお、突出部１１は、シートセンサ１０側に形成せず、基板２０側に形成しても良い。
【００２６】
基板２０は、上記シートセンサ１０に比べて剛性の高い材料で構成され、好適には、ガラス繊維で編んだクロスにエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ製の基板である。ただし、基板２０は、ガラスコンポジット基板、アルミナ等から成るセラミックス基板であっても良い。基板２０は、シートセンサ１０と対向する面に、複数の電極を近接して構成した多数の電極群２１を備える。この実施の形態では、電極群２１は、図４に示すように、複数の歯を持つ略櫛型の電極２１ａ，２１ｂを２つ備え、それら電極２１ａ，２１ｂを互いに接触しないように噛み合わせた形態を有する。電極２１ａ，２１ｂは、銅、銀等の導電性に優れた材料から成る薄膜であって、蒸着、印刷等の手段にて好適に形成可能である。電極群２１は、シートセンサ１０を基板２０と対向配置させた際に、シートセンサ１０に形成した突出部１１が電極群２１の周囲に存在するように、基板２０上において格子の角部の位置に形成されている。この実施の形態では、電極群２１の仮想外接円の直径は、約３ｍｍであって、縦若しくは横方向に隣接する電極群２１との距離は、約０．１ｍｍであるが、これらの数値に限定されるものではない。また、必ずしも、電極群２１は、格子の角部の位置に配置されなくても良い。
【００２７】
図５は、図１に示すタッチセンサの一部の断面を示す断面図である。
【００２８】
シートセンサ１０の上方から矢印方向に押圧すると、当該押圧される位置にて、シートセンサ１０の基板２０との対向面が電極群２１と接触し、当該電極群２１を構成する電極２１ａと電極２１ｂとが電気的に接続する。この結果、押圧した位置を特定することが可能となる。
【００２９】
図６は、図１に示すシートセンサの上から基板に向かって押圧したときの状況を、シートセンサ側から透過的に示す図である。
【００３０】
シートセンサ１０からの押圧面積が電極群２１の面積に対して極めて大きい場合、シートセンサ１０は、複数の電極群２１に接触し得る。図６に示す例は、シートセンサ１０が４個の電極群２１と、それぞれ、接触領域１２、１３、１４および１５にて接触した例である。この実施の形態では、４個の接触領域の内、接触領域１２の面積が最も大きく、接触領域１３、接触領域１４、接触領域１５の順に面積が小さくなっていく例で説明する。最も簡便な位置検出方法は、最も面積の大きな接触領域１２の位置にある電極群２１にて押圧されたものと決定することである。この検出方法を採用すると、例えば、指でシートセンサ１０を押圧操作した場合に、接触領域が複数存在していても、最も面積が大きく、その結果、最も検出電圧が小さくなった電極群２１の位置を押圧位置と決定することになる。したがって、シートセンサ１０が他の電極群２１に接触していても、その位置は無視される。
【００３１】
図７は、図２に示す基板上の各電極群からの信号に基づいて押圧位置を検出する制御部の基本構成を模式的に示す図である。
【００３２】
図７に示す制御部３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）３１と、読み書き可能なメモリ（ＲＡＭ）３２と、アナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄコンバータ）３３とを備える。制御部３０は、基板２０上あるいは基板２０以外のいずれに設けても良い。ＣＰＵ３１は、シートセンサ１０と電極群２１との接触により変化する電極２１ａ，２１ｂ間の電気抵抗値、あるいは当該電気抵抗値により変化する電圧値（この実施の形態では、代表して、「電圧値」とする）に基づき、シートセンサ１０上の押圧位置を特定する。さらに具体的には、電圧値が所定の閾値を超えると押圧されたものと判定され、超えていなければ押圧されていないものと判定される。この結果、一点のみならず多点の検出が可能である。ＲＡＭ３２は、基板２０上の複数の電極群２１に対して、その位置情報（例えば、Ｘ−Ｙ座標）を対応づけて記憶している記憶部である。ＣＰＵ３１は、電圧値に基づき特定の電極群２１を選ぶと、ＲＡＭ３２内に記憶される情報を参照することにより、その電極群２１の座標を決定することができる。Ａ／Ｄコンバータ３３は、アナログ信号をデジタル信号に変換する部分である。制御部３０は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とを直列につなぐ回路を有する。抵抗Ｒ１は、可変抵抗３４であり、実際には、電極群２１に相当する。抵抗Ｒ２は、固定の抵抗値を持つ抵抗３５である。ある電極群２１を一例に挙げると、電極群２１を構成する電極２１ａ，２１ｂ間の電圧（ＶＯｕｔ）は、Ａ／Ｄコンバータ３３にてデジタル値に変換される。ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３２内の情報を参照して、押圧位置を特定する。
【００３３】
図８は、図６に基づいて説明した押圧位置の検出方法と異なる別の検出方法を説明するための図である。
【００３４】
図８では、４個の電極群２１に、（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ１）、（Ｘ１，Ｙ２）、（Ｘ２，Ｙ２）の各座標が対応し、座標（Ｘ１，Ｙ２）に対応する電極群２１にてシートセンサ１０と接触する接触領域１２が最も大きな面積を有し、座標（Ｘ２，Ｙ２）に対応する電極群２１での接触領域１３、座標（Ｘ１，Ｙ１）に対応する電極群２１での接触領域１４、座標（Ｘ２，Ｙ１）での接触領域１５の順に、面積が小さくなっていく例で説明する。接触領域１２の面積、接触領域１３の面積、接触領域１４の面積、接触領域１５の面積を、それぞれ、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５とし、Ｓ１２：Ｓ１３：Ｓ１４：Ｓ１５＝０．５：０．２：０．１６：０．１４とする。このとき、ＣＰＵ３１が決定する押圧位置の座標（Ｘ，Ｙ）は、上記４か所の座標にそれぞれの接触面積の比率を掛け合わせて、４か所の座標に重みづけを行い算出される。すなわち、Ｘ＝Ｘ１＊０．５＋Ｘ２＊０．２＋Ｘ１＊０．１６＋Ｘ２＊０．１４であり、Ｙ＝Ｙ２＊０．５＋Ｙ２＊０．２＋Ｙ１＊０．１６＋Ｙ１＊０．１４である。この結果、指でシートセンサ１０を押圧操作した場合に、接触領域が複数存在した場合、各接触面積の大きさを考慮し、接触面積の大きな位置に近い座標を、押圧位置と決定することができる。すなわち、先に説明したような最も接触領域の面積が大きな位置を押圧位置と決定する場合と異なり、アナログ的に、電極群２１ごとに割り当てられた座標以外の座標を、押圧位置と決定することが可能になる。
【００３５】
図９は、図１に示すタッチセンサを構成するシートセンサ上から操作する状況を、シートセンサ上から透過的に示す図である。
【００３６】
シートセンサ１０上に２本の指を接触させ（接触領域Ｃ１，Ｃ２）、その位置から互いに２本の指を近づける方向に移動させると、電極群２１への接触箇所が互いに近づく方向に移動する。この結果、ＣＰＵ３１は、かかる２本の指の動きを検出することができる。同様に、シートセンサ１０上に２本の指を接触させ（接触領域Ｄ１，Ｄ２）、その位置から互いに２本の指を遠ざける方向に移動させると、電極群２１への接触箇所が互いに遠ざかる方向に移動する。この結果、ＣＰＵ３１は、かかる２本の指の動きを検出することができる。２点の座標の動きによって、画像の表示方式を変えるようにプログラミングした場合、例えば、２本の指を近づける場合には画像の縮小を行い、２本の指を遠ざける場合には画像の拡大を行うようにすることも可能である。基板２０には、多くの電極群２１が分散配置されているので、シートセンサ１０上からの押圧箇所が２か所以上あっても、それらの押圧位置を正確に検出可能である。
【００３７】
２．タッチパッド
次に、本発明の実施の形態に係る電子機器用タッチパッドについて、図面を参照しながら説明する。
【００３８】
図１０は、本発明の実施の形態に係る電子機器用タッチパッドと、当該タッチパッドからの操作を受け付けて画像の表示を変える電子機器とを示す概略図である。
【００３９】
電子機器用タッチパッド（以後、単に、「タッチパッド」という）１００は、有線若しくは無線にて電子機器２００に操作信号を送信することができる操作機器であって、電子機器２００と別体にて構成されている。例えば、タッチパッド１００の操作面上を右斜め上方（Ｅで示す方向）に操作すると、電子機器２００のディスプレイ２１０に表示されるオブジェクト２１１は、表示２１１ａの状態（図１０にて点線で表示）から、右斜め上方（Ｅで示す方向）の表示２１１ｂへと移動する。このように、電子機器２００に表示される画像は、タッチパッド１００からの操作を受け付けて、移動、さらには回転、拡大・縮小、選択等も可能である。
【００４０】
図１１は、図１０に示すタッチパッドの斜視図である。図１２は、図１０に示すタッチパッドの平面図である。図１３は、図１０に示すタッチパッドの分解斜視図である。
【００４１】
タッチパッド１００は、上側ハウジング１１０と下側ハウジング１６０を、互いの開口面を合わせて形成される空間に、上側ハウジング１１０側から順に、操作板１２０、導光板１３０、タッチセンサ１’（シートセンサ１０’および基板２０’）を積層して備える。
【００４２】
上側ハウジング１１０は、好適にはポリプロピレン等の硬質樹脂から構成される薄型で矩形のケースであって、その面内略中央に矩形の貫通孔１１１を有する。貫通孔１１１の周囲には、上側ハウジング１１０の上面から貫通孔１１１に向かって緩やかに下方傾斜する傾斜部１１２が形成されている。また、上側ハウジング１１０の一側面は、小さな貫通孔１１３を有しており、貫通孔１１３から内部に光を入れることができるようになっている。
【００４３】
下側ハウジング１６０は、上側ハウジング１１０とほぼ同じ開口面積を有し、好適にはポリプロピレン等の硬質樹脂から構成される薄型で矩形のケースであって、その面内略中央に矩形の貫通孔１６１を有する。貫通孔１６１は、タッチセンサ１’と、外部の回路基板や電源等と電気的に接続するための孔である。
【００４４】
操作板１２０は、ハーフミラーとして機能し、タッチパッド１００の表側から面操作可能である。操作板１２０は、後述するように、樹脂製若しくはガラス製の透明板に膜を形成した多層の板である。操作板１２０は、その表側から指等でタッチ操作したときに、その操作を内部に伝達可能なレベルに薄く形成されている。例えば、操作板１２０の好適な厚さは、８０〜１５０μｍである。
【００４５】
導光板１３０は、操作板１２０の裏側に配置されると共に、外部光源からの光を導光して操作板１２０に向けて照光可能な部材である。導光板１３０は、透明性の高い樹脂、例えば、アクリル樹脂から好適に構成されている。ただし、導光板１３０をガラスにて構成しても良い。導光板１３０は、操作板１２０の方向からの操作を裏側に伝達可能なレベルに薄く形成されている。例えば、導光板１３０の好適な厚さは、１００〜１５０μｍである。導光板１３０は、その一部に、操作板１２０の方向に導光しやすく形成される凹凸領域１３１を備える。凹凸領域１３１は、この実施の形態では、平面視にて文字「Ｐ」の形状に、導光板１３０の裏側の面に形成されている。ただし、凹凸領域１３１は、導光板１３０の表側の面あるいは内部に形成されていても良い。凹凸領域１３１の凹凸面の粗さは、光源からの光量、導光板１３０の透明度、操作板１２０からの距離などにより適宜変更できるが、一例として、凹凸の山谷間の高さにて１〜２０μｍ程度の範囲が好ましい。凹凸領域１３１は、金型の転写、レーザーエッチング等にて好適に形成できる。導光板１３０の表側の面の外周には、突状の接着領域１３２が形成されている。当該接着領域１３２は、例えば、両面テープなどで好適に形成可能である。接着領域１３２を形成することにより、操作板１２０と導光板１３０との間に空気層を形成することができ、その結果、凹凸領域１３１にて反射した光を、操作板１２０から見やすくすることができる。
【００４６】
タッチセンサ１’を構成するシートセンサ１０’は、先に説明したシートセンサ１０とほぼ同じ構成である。タッチセンサ１’を構成する基板２０’は、先に説明した基板２０と異なり、縦７列、横７行の合計４９個の電極群が基板２０’上の中央部分に集中配置した構成を有する。基板２０’の他の構成は、基板２０と共通する。基板２０上の電極群２１よりも数を減らし、かつそれら電極群を基板２０’の中央に集めて配置したのは、上側ハウジング１１０の貫通孔１１の領域に電極群が存在すれば、操作上の支障が無く、無駄な電極群を形成しなくて済むからである。
【００４７】
図１４は、図１２に示すタッチパッドのＦ−Ｆ線断面図である。
【００４８】
図１４に示すように、上側ハウジング１１０の一側面に形成される貫通孔１１３は、導光板１３０の側端面の高さに形成されている。貫通孔１１３には、外部に配置される回路基板１７０上に固定される外部光源（この実施の形態では、ＬＥＤ）１７１が挿入されている。この結果、ＬＥＤ１７１からの光は、導光板１３０の側端面から入光し、凹凸領域１３１にて反射され、操作板１２０側へと向かうことができる。なお、貫通孔１１３は、下側ハウジング１６０側に形成されていても良い。
【００４９】
図１４では、見やすさを考慮して、シートセンサ１０’の基板２０’との対向面に形成される突出部は省略されているが、シートセンサ１０’の上方からの押圧がない状態において、シートセンサ１０’の当該対向面は、多くの突出部をスペーサーとして、どの電極群２１’とも非接触状態に保持されている。
【００５０】
図１５は、図１４に示す操作板の詳細な構成を示す断面図である。
【００５１】
操作板１２０は、その表側から順に、ハードコート層１２１、透明基材１２２、反射層１２３、隠蔽層１２４を積層して構成される。ハードコート層１２１は、操作時に透明基材１２２を傷から守るために形成される層であり、例えば、ＵＶ硬化型アクリル系樹脂、あるいはメラミン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂などから好適に形成される。ハードコート層１２１の好適な厚さは、１〜２０μｍである。
【００５２】
透明基材１２２は、好適には、ＰＥＴ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリカーボネート系樹脂とポリエステル系樹脂からなるポリマーアロイ、ＡＢＳ系樹脂、ＡＳ系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、あるいは塩化ビニル系樹脂から成り、特に、ＰＥＴ系樹脂により好適に構成される。透明基材１２２の好適な厚さは、８０〜１００μｍである。
【００５３】
反射層１２３は、ＬＥＤ１７１の消灯時において、表側からの光を反射して、透光領域の輪郭が薄く見えることを防ぐ機能を有する。また、反射層１２３が設けられることにより、使用面を平滑かつ光沢を有する平面に見せることができるため、より好ましい。反射層１２３には、無機顔料粒子あるいは金属粒子を分散させた樹脂バインダを用いることができる。分散させる材料としては、例えば、インジウムの他、天然若しくは合成雲母に酸化チタンあるいは酸化鉄等の金属酸化物を被覆した顔料（パール顔料）を好適に用いることができる。反射層１２３の好適な厚さは、０．１〜１０μｍである。反射層１２３を構成する無機顔料粒子あるいは金属粒子は、密接状態で存在していても、また島状に分散していても良い。
【００５４】
隠蔽層１２４は、ＬＥＤ１７１の消灯時において、凹凸領域１３１の存在を操作面側から視認できないように隠蔽するための層である。隠蔽層１２４は、所定の光量の光を吸収できるため、光量が少ない場合には光を透過しない。一方、光量が多い場合には、隠蔽層１２４は、吸収可能な光量を超えた分の光を透過する。すなわち、隠蔽層１２４は、光半透過機能を有する層である。隠蔽層１２４は、例えば、全光線透過率が約２０％になるよう調整された、黒色あるいは黒色に白色を混合した灰色等のインクによって好適に構成される。なお、内部光源の光の強度に合わせてその黒色の濃度を調整することで、全光線透過率を調整することが望ましい。また、黒色の顔料としては、例えば、カーボンブラックのような微粒子状の炭素材料を用いることができ、その含有量および分散状態の制御により、所望の透過率に調整することができる。隠蔽層１２４の好適な厚さは、０．１〜１０μｍである。隠蔽層１２４も、反射層１２３と同様、その構成粒子を密接状態で存在させても、また島状に分散させても良い。
【００５５】
図１６は、図１０に示すタッチパッドを構成する操作板上から操作する状況を、操作板上から透過的に示す図である。
【００５６】
タッチセンサ１’による押圧位置の検出方法は、先に説明したタッチセンサ１のそれと共通する。このため、タッチパッド１００は、図７に示す制御部３０と同様の制御部を有する。タッチパッド１００の操作板１２０上に２本の指を接触させ（接触領域Ｇ１，Ｇ２）、その位置から互いに２本の指を近づける方向に移動させると、電極群２１’への接触箇所が互いに近づく方向に移動する。この結果、ＣＰＵ３１は、かかる２本の指の動きを検出することができる。同様に、操作板１２０上に２本の指を接触させ（接触領域Ｈ１，Ｈ２）、その位置から互いに２本の指を遠ざける方向に移動させると、電極群２１’への接触箇所が互いに遠ざかる方向に移動する。この結果、ＣＰＵ３１は、かかる２本の指の動きを検出することができる。２点の座標の動きによって、画像の表示方式を変えるようにプログラミングした場合、例えば、２本の指を近づける場合には画像の縮小を行い、２本の指を遠ざける場合には画像の拡大を行うようにすることも可能である。基板２０’には、多くの電極群２１’が分散配置されているので、操作板１２０上からの押圧箇所が２か所以上あっても、それらの押圧位置を正確に検出可能である。
【００５７】
３．その他の実施の形態
本発明のタッチセンサおよびタッチパッドは、上述の実施の形態に限定されず、例えば、次のような変形実施も可能である。
【００５８】
タッチセンサ１，１’を構成するシートセンサ１０，１０’は、上述の実施の形態では、突出部１１を除き平板形状であるが、基板２０，２０’と対向する面に、基板２０，２０’上の電極群２１，２１’の位置に対応して各電極群２１，２１’に向けて突出する導電性突出部を備えたものでも良い。その場合、シートセンサ１０，１０’上から押圧していないときに、当該導電性突出部が電極群２１，２１’に接触しないように、シートセンサ１０，１０’の基板２０，２０’との対向面に、絶縁性の突出部１１を備えるのが好ましい。かかる場合、突出部１１は、シートセンサ１０，１０’の基板２０，２０’との対向面の周囲に形成されるだけでも良い。また、電極群２１，２１’の略中央部分に、電極２１ａ，２１ｂを形成していない絶縁領域を形成しておき、シートセンサ１０，１０’上から押圧していないときに導電性突出部の先端が基板２０，２０’に接触しても、電極群２１，２１’を構成する電極２１ａ，２１ｂ間を導通しないようにしても良い。
【００５９】
シートセンサ１０，１０’における基板２０，２０’との対向面と反対側の面が黒色でない場合、導光板１３０とシートセンサ１０，１０’との間に、ＬＥＤ１７１からの光をシートセンサ１０，１０’側に透過させない隠蔽層１２４を配置するのが好ましい。一方、シートセンサ１０，１０’の上記反対側の面が黒色である場合には、必ずしも、隠蔽層１２４を配置することを要しない。例えば、シートセンサ１０，１０’自体がカーボンブラックを分散させた抵抗性材料で構成されているような場合には、別途、隠蔽層１２４を配置しなくても、ＬＥＤ１７１からの光をシートセンサ１０，１０’側に透過させないようにできるからである。ハードコート層１２１は、透明基材１２２をガラスにて構成する場合には、必ずしも要しない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、電子機器の操作を行う操作機器またはその主要部として利用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１，１’ タッチセンサ
１０，１０’ シートセンサ
１１ 突出部
２０，２０’ 基板
２１ａ，２１ｂ 電極
２１，２１’ 電極群
１００ タッチパッド（電子機器用タッチパッド）
１２０ 操作板
１３０ 導光板
１３１ 凹凸領域
１７１ ＬＥＤ（外部光源）
２００ 電子機器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗膜方式のタッチセンサおよびそのタッチセンサを備える電子機器用タッチパッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ディスプレイへのタッチ操作にて入力を実行するタッチセンサが知られている。タッチセンサは、相対座標入力方式であるマウス形状のポインティングデバイスと異なり、ディスプレイ上の絶対座標を入力できるため、操作が簡単で、かつ操作者の感覚に適合した入力が可能である。このため、タッチセンサは、駅などの券売機、液晶ディスプレイを備える携帯型のゲーム機器や携帯通信機器の多くに搭載されている。タッチセンサは、その検出方法により、抵抗膜方式、静電容量方式、光学方式、超音波表面弾性波方式、電磁誘導方式などの多くのタイプに分けられるが、代表的なタッチセンサとして、抵抗膜方式および静電容量方式が挙げられる。
【０００３】
抵抗膜方式タッチセンサの一例は、２枚の絶縁基板の各対向面に、ＩＴＯ等による透明導電膜を形成し、電位勾配が形成された一方の透明導電膜と、他方の透明導電膜とが非接触状態となっている。一方から押圧すると、当該一方の透明導電膜と他方の透明導電膜とが接触し、他方の面側にて検出した電圧値に基づき、押圧された面上の絶対座標が特定される。このような抵抗膜方式タッチセンサは、例えば、特許文献１に開示されている。
【０００４】
一方、静電容量方式タッチセンサは、表面型静電容量方式、インナー型静電容量方式、投影型静電容量方式などのいくつかの方式に分けられるが、いずれも、センサ側の電極と、操作者の指（もう一方の電極に相当）との間の静電容量の変化に基づき、操作位置の絶対座標が特定される。これらの中でも、投影型静電容量方式のタッチセンサは、最近、注目を集めており、操作者が２本の指にて操作面上の２点を押圧したときに、その両座標を特定できる工夫がなされ、２本の指を使った画像の拡大若しくは縮小の操作が可能なものが知られている。このようなマルチタッチを可能とする静電容量方式タッチセンサは、例えば、特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０３９６６７
【特許文献２】特開２００２−５０１２７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
抵抗膜方式タッチセンサは、一般的に、操作媒体を選ばず、スタイラスペン、指など如何なる入力媒体を用いた操作であっても検出できる。また、価格の面でも、抵抗膜方式タッチセンサは、静電容量方式タッチセンサと比べて安価である。しかし、その反面、抵抗膜方式タッチセンサは、異なる２点の操作（いわゆる、マルチタッチ）を行っても、それを検出することはできない、あるいは極めて特殊な構成を採らない限り検出困難である。このため、２本の指を使って、例えば、指を互いに反対方向に離し、あるいは互いに近づけるような操作を検出することは難しい。
【０００７】
これに対して、静電容量方式タッチセンサの場合には、マルチタッチへの対応が可能なものも開発されており、操作者の操作感覚と検出後の出力結果とを近づけることが可能である。しかし、その反面、操作者が指若しくは導電性の高い特殊なペンを用いて操作する必要がある。このため、例えば、操作者が手袋（絶縁性のもの）をはめて操作する場合には、検出が困難になりやすい。
【０００８】
また、押圧方向の強さを検出する点に関して、抵抗膜方式タッチセンサでは押圧方向の強さを検出できない。静電容量方式タッチセンサでは、押圧の強さに応じて、一方の電極である指とセンサ内部の電極との距離が変化するため、理論的には、その変化に基づき押圧の強さを検出可能ではあるが、押圧の強さに基づく静電容量の変化は極めて微弱であるため、その検出は困難である。
【０００９】
本発明は、入力媒体を選ばず、複数の操作点を検出可能であって、押圧方向の強さを容易に検出可能なタッチセンサおよびそれを備えるタッチパッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を解決するため、本発明の一形態は、絶縁性の基板と、当該基板と対向配置されるシートセンサとを備え、基板には、シートセンサと対向する面に、複数の電極を近接させて構成される電極群を複数配置し、シートセンサを、基板と反対側からの押圧を受けて、１または２以上の電極群に接触し、その電極群を構成する電極間を導通可能に構成するタッチセンサである。
【００１１】
本発明の別の形態は、さらに、基板およびシートセンサの少なくともいずれか一方に、シートセンサから押圧操作しないときに基板上の電極群とシートセンサとが接触して電極間が導通するのを防止する絶縁性の突出部を備えるタッチセンサである。
【００１２】
本発明の別の形態は、さらに、シートセンサの基板と対向する面あるいは全体を、電極間を導通させる抵抗性材料にて構成するタッチセンサである。
【００１３】
本発明の別の形態は、さらに、電極群を、複数の歯を持つ電極を互いに接触しないように噛み合わせた形態を持つ構成としたタッチセンサである。
【００１４】
本発明の一形態は、電子機器を操作する電子機器用タッチパッドであって、ハーフミラーとして機能し、表側から面操作可能な操作板と、当該操作板の裏側に配置されると共に、外部光源からの光を導光して当該操作板に向けて照光可能な導光板と、当該導光板の裏側に配置され、操作板上での面操作によって操作位置を特定可能なタッチセンサとを積層して備え、タッチセンサには、絶縁性の基板と、当該基板と対向配置されるシートセンサとを備え、基板には、シートセンサと対向する面に、複数の電極を近接させて構成される電極群を複数配置し、シートセンサを、基板と反対側からの押圧を受けて、１または２以上の電極群に接触し、その電極群を構成する電極間を導通可能に構成する電子機器用タッチパッドである。
【００１５】
本発明の別の形態は、さらに、基板およびシートセンサの少なくともいずれか一方に、シートセンサから押圧操作しないときに基板上の電極群とシートセンサとが接触して電極間が導通するのを防止する絶縁性の突出部を備える電子機器用タッチパッドである。
【００１６】
本発明の別の形態は、さらに、シートセンサの基板と対向する面あるいは全体を、電極間を導通させる抵抗性材料にて構成する電子機器用タッチパッドである。
【００１７】
本発明の別の形態は、さらに、導光板の一部に、操作板の方向に導光しやすい凹凸領域を形成した電子機器用タッチパッドである。
【００１８】
本発明の別の形態は、さらに、凹凸領域を、導光板のタッチセンサ側の面に形成した電子機器用タッチパッドである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、タッチセンサおよびそれを備える電子機器用タッチパッドを、入力媒体を選ばず、複数の操作点を検出可能であって、押圧方向の強さを容易に検出可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るタッチセンサの斜視図である。
【図２】図２は、図１に示すタッチセンサを構成する基板から、当該基板と対向配置されるシートセンサを分離し、当該シートセンサを裏返した状態を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２に示すシートセンサのＡ部分を拡大して示す拡大図である。
【図４】図４は、図２に示す基板のＢ部分を拡大して示す拡大図である。
【図５】図５は、図１に示すタッチセンサの一部の断面を示す断面図である。
【図６】図６は、図１に示すシートセンサの上から基板に向かって押圧したときの状況を、シートセンサ側から透過的に示す図である。
【図７】図７は、図２に示す基板上の各電極群からの信号に基づいて押圧位置を検出する制御部の基本構成を模式的に示す図である。
【図８】図８は、図６に基づいて説明した押圧位置の検出方法と異なる別の検出方法を説明するための図である。
【図９】図９は、図１に示すタッチセンサを構成するシートセンサ上から操作する状況を、シートセンサ上から透過的に示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態に係る電子機器用タッチパッドと、当該タッチパッドからの操作を受け付けて画像の表示を変える電子機器とを示す概略図である。
【図１１】図１１は、図１０に示すタッチパッドの斜視図である。
【図１２】図１２は、図１０に示すタッチパッドの平面図である。
【図１３】図１３は、図１０に示すタッチパッドの分解斜視図である。
【図１４】図１４は、図１２に示すタッチパッドのＦ−Ｆ線断面図である。
【図１５】図１５は、図１４に示す操作板の詳細な構成を示す断面図である。
【図１６】図１６は、図１０に示すタッチパッドを構成する操作板上から操作する状況を、操作板上から透過的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明に係るタッチセンサおよびそれを備える電子機器用タッチパッドの実施の形態について説明する。
【００２２】
１．タッチセンサ
図１は、本発明の実施の形態に係るタッチセンサの斜視図である。図２は、図１に示すタッチセンサを構成する基板から、当該基板と対向配置されるシートセンサを分離し、当該シートセンサを裏返した状態を示す斜視図である。図３は、図２に示すシートセンサのＡ部分を拡大して示す拡大図である。図４は、図２に示す基板のＢ部分を拡大して示す拡大図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係るタッチセンサ１は、矩形の平面を有する薄板状のセンサであって、薄いシート状のシートセンサ１０と、これと対向配置される絶縁性の基板２０とから、主に構成される。
【００２４】
シートセンサ１０は、その母材として柔軟性に富む材料、好適には、熱可塑性エラストマーあるいは熱硬化性エラストマー、より好ましくはシリコーンゴムで構成されている。また、シートセンサ１０の母材中には、シリコーンゴムに導電性を付与して所望の抵抗性を有する抵抗性材料とするために、導電性材料が分散されている。導電性材料としては、カーボンブラック、金属等を例示できるが、径の小さな粒子（ナノレベルの粒子）の製造が容易で、取り扱いも容易なカーボンブラックが、より好ましい。導電性材料の混合量は、導電性を高めかつシートセンサ１０の弾性を維持する観点から、母材と当該導電性材料の総重量に対して５〜５０重量％であるのが好ましく、さらには、１５〜３５重量％がより好ましい。シートセンサ１０は、これと対向する基板２０との接触抵抗として、好ましくは、１００〜１７００オーム、より好ましくは１７０〜１０００オームの範囲の電気抵抗を有する。なお、シートセンサ１０を複数の層から成る基材とし、基板２０との対向面側の層を、導電性を付与した抵抗性材料で形成し、そこに絶縁材料から構成される層を貼付しても良い。
【００２５】
また、シートセンサ１０は、基板２０と対向する面に、多くの絶縁性の突出部１１を分散して備える。突出部１１は、絶縁性に優れた熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂の他、エラストマー等から好適に構成され、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、シリコーンゴムから、より好適に構成される。突出部１１は、例えば、絶縁性樹脂製の塗料から成るインクをドット状にパターン印刷した後に乾燥および硬化させることにより、好適に形成できる。なお、突出部１１は、シートセンサ１０との接着性を確保できるのであれば、上記以外の材料として、例えば、ガラス、セラミックス等から構成しても良い。突出部１１は、シートセンサ１０から押圧操作しないときに、基板２０上の電極群２１（後述する）とシートセンサ１０とが接触して、電極群２１を構成する電極２１，２１ｂ間が導通するのを防止するためのスペーサーである。突出部１１は、その突出面を基板２０側に向けた略半球形状を有し、この実施の形態では、直径０．１ｍｍ、高さ０．０３ｍｍの薄い半球体である。ただし、突出部１１の形状、大きさは、適宜変更可能であり、また、複数分散させずに、ルート状若しくは網目状につながっていても良い。なお、突出部１１は、シートセンサ１０側に形成せず、基板２０側に形成しても良い。
【００２６】
基板２０は、上記シートセンサ１０に比べて剛性の高い材料で構成され、好適には、ガラス繊維で編んだクロスにエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ製の基板である。ただし、基板２０は、ガラスコンポジット基板、アルミナ等から成るセラミックス基板であっても良い。基板２０は、シートセンサ１０と対向する面に、複数の電極を近接して構成した多数の電極群２１を備える。この実施の形態では、電極群２１は、図４に示すように、複数の歯を持つ略櫛型の電極２１ａ，２１ｂを２つ備え、それら電極２１ａ，２１ｂを互いに接触しないように噛み合わせた形態を有する。電極２１ａ，２１ｂは、銅、銀等の導電性に優れた材料から成る薄膜であって、蒸着、印刷等の手段にて好適に形成可能である。電極群２１は、シートセンサ１０を基板２０と対向配置させた際に、シートセンサ１０に形成した突出部１１が電極群２１の周囲に存在するように、基板２０上において格子の角部の位置に形成されている。この実施の形態では、電極群２１の仮想外接円の直径は、約３ｍｍであって、縦若しくは横方向に隣接する電極群２１との距離は、約０．１ｍｍであるが、これらの数値に限定されるものではない。また、必ずしも、電極群２１は、格子の角部の位置に配置されなくても良い。
【００２７】
図５は、図１に示すタッチセンサの一部の断面を示す断面図である。
【００２８】
シートセンサ１０の上方から矢印方向に押圧すると、当該押圧される位置にて、シートセンサ１０の基板２０との対向面が電極群２１と接触し、当該電極群２１を構成する電極２１ａと電極２１ｂとが電気的に接続する。この結果、押圧した位置を特定することが可能となる。
【００２９】
図６は、図１に示すシートセンサの上から基板に向かって押圧したときの状況を、シートセンサ側から透過的に示す図である。
【００３０】
シートセンサ１０からの押圧面積が電極群２１の面積に対して極めて大きい場合、シートセンサ１０は、複数の電極群２１に接触し得る。図６に示す例は、シートセンサ１０が４個の電極群２１と、それぞれ、接触領域１２、１３、１４および１５にて接触した例である。この実施の形態では、４個の接触領域の内、接触領域１２の面積が最も大きく、接触領域１３、接触領域１４、接触領域１５の順に面積が小さくなっていく例で説明する。最も簡便な位置検出方法は、最も面積の大きな接触領域１２の位置にある電極群２１にて押圧されたものと決定することである。この検出方法を採用すると、例えば、指でシートセンサ１０を押圧操作した場合に、接触領域が複数存在していても、最も面積が大きく、その結果、最も検出電圧が小さくなった電極群２１の位置を押圧位置と決定することになる。したがって、シートセンサ１０が他の電極群２１に接触していても、その位置は無視される。
【００３１】
図７は、図２に示す基板上の各電極群からの信号に基づいて押圧位置を検出する制御部の基本構成を模式的に示す図である。
【００３２】
図７に示す制御部３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）３１と、読み書き可能なメモリ（ＲＡＭ）３２と、アナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄコンバータ）３３とを備える。制御部３０は、基板２０上あるいは基板２０以外のいずれに設けても良い。ＣＰＵ３１は、シートセンサ１０と電極群２１との接触により変化する電極２１ａ，２１ｂ間の電気抵抗値、あるいは当該電気抵抗値により変化する電圧値（この実施の形態では、代表して、「電圧値」とする）に基づき、シートセンサ１０上の押圧位置を特定する。さらに具体的には、電圧値が所定の閾値を超えると押圧されたものと判定され、超えていなければ押圧されていないものと判定される。この結果、一点のみならず多点の検出が可能である。ＲＡＭ３２は、基板２０上の複数の電極群２１に対して、その位置情報（例えば、Ｘ−Ｙ座標）を対応づけて記憶している記憶部である。ＣＰＵ３１は、電圧値に基づき特定の電極群２１を選ぶと、ＲＡＭ３２内に記憶される情報を参照することにより、その電極群２１の座標を決定することができる。Ａ／Ｄコンバータ３３は、アナログ信号をデジタル信号に変換する部分である。制御部３０は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とを直列につなぐ回路を有する。抵抗Ｒ１は、可変抵抗３４であり、実際には、電極群２１に相当する。抵抗Ｒ２は、固定の抵抗値を持つ抵抗３５である。ある電極群２１を一例に挙げると、電極群２１を構成する電極２１ａ，２１ｂ間の電圧（ＶＯｕｔ）は、Ａ／Ｄコンバータ３３にてデジタル値に変換される。ＣＰＵ３１は、ＲＡＭ３２内の情報を参照して、押圧位置を特定する。
【００３３】
図８は、図６に基づいて説明した押圧位置の検出方法と異なる別の検出方法を説明するための図である。
【００３４】
図８では、４個の電極群２１に、（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ１）、（Ｘ１，Ｙ２）、（Ｘ２，Ｙ２）の各座標が対応し、座標（Ｘ１，Ｙ２）に対応する電極群２１にてシートセンサ１０と接触する接触領域１２が最も大きな面積を有し、座標（Ｘ２，Ｙ２）に対応する電極群２１での接触領域１３、座標（Ｘ１，Ｙ１）に対応する電極群２１での接触領域１４、座標（Ｘ２，Ｙ１）での接触領域１５の順に、面積が小さくなっていく例で説明する。接触領域１２の面積、接触領域１３の面積、接触領域１４の面積、接触領域１５の面積を、それぞれ、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５とし、Ｓ１２：Ｓ１３：Ｓ１４：Ｓ１５＝０．５：０．２：０．１６：０．１４とする。このとき、ＣＰＵ３１が決定する押圧位置の座標（Ｘ，Ｙ）は、上記４か所の座標にそれぞれの接触面積の比率を掛け合わせて、４か所の座標に重みづけを行い算出される。すなわち、Ｘ＝Ｘ１＊０．５＋Ｘ２＊０．２＋Ｘ１＊０．１６＋Ｘ２＊０．１４であり、Ｙ＝Ｙ２＊０．５＋Ｙ２＊０．２＋Ｙ１＊０．１６＋Ｙ１＊０．１４である。この結果、指でシートセンサ１０を押圧操作した場合に、接触領域が複数存在した場合、各接触面積の大きさを考慮し、接触面積の大きな位置に近い座標を、押圧位置と決定することができる。すなわち、先に説明したような最も接触領域の面積が大きな位置を押圧位置と決定する場合と異なり、アナログ的に、電極群２１ごとに割り当てられた座標以外の座標を、押圧位置と決定することが可能になる。
【００３５】
図９は、図１に示すタッチセンサを構成するシートセンサ上から操作する状況を、シートセンサ上から透過的に示す図である。
【００３６】
シートセンサ１０上に２本の指を接触させ（接触領域Ｃ１，Ｃ２）、その位置から互いに２本の指を近づける方向に移動させると、電極群２１への接触箇所が互いに近づく方向に移動する。この結果、ＣＰＵ３１は、かかる２本の指の動きを検出することができる。同様に、シートセンサ１０上に２本の指を接触させ（接触領域Ｄ１，Ｄ２）、その位置から互いに２本の指を遠ざける方向に移動させると、電極群２１への接触箇所が互いに遠ざかる方向に移動する。この結果、ＣＰＵ３１は、かかる２本の指の動きを検出することができる。２点の座標の動きによって、画像の表示方式を変えるようにプログラミングした場合、例えば、２本の指を近づける場合には画像の縮小を行い、２本の指を遠ざける場合には画像の拡大を行うようにすることも可能である。基板２０には、多くの電極群２１が分散配置されているので、シートセンサ１０上からの押圧箇所が２か所以上あっても、それらの押圧位置を正確に検出可能である。
【００３７】
２．タッチパッド
次に、本発明の実施の形態に係る電子機器用タッチパッドについて、図面を参照しながら説明する。
【００３８】
図１０は、本発明の実施の形態に係る電子機器用タッチパッドと、当該タッチパッドからの操作を受け付けて画像の表示を変える電子機器とを示す概略図である。
【００３９】
電子機器用タッチパッド（以後、単に、「タッチパッド」という）１００は、有線若しくは無線にて電子機器２００に操作信号を送信することができる操作機器であって、電子機器２００と別体にて構成されている。例えば、タッチパッド１００の操作面上を右斜め上方（Ｅで示す方向）に操作すると、電子機器２００のディスプレイ２１０に表示されるオブジェクト２１１は、表示２１１ａの状態（図１０にて点線で表示）から、右斜め上方（Ｅで示す方向）の表示２１１ｂへと移動する。このように、電子機器２００に表示される画像は、タッチパッド１００からの操作を受け付けて、移動、さらには回転、拡大・縮小、選択等も可能である。
【００４０】
図１１は、図１０に示すタッチパッドの斜視図である。図１２は、図１０に示すタッチパッドの平面図である。図１３は、図１０に示すタッチパッドの分解斜視図である。
【００４１】
タッチパッド１００は、上側ハウジング１１０と下側ハウジング１６０を、互いの開口面を合わせて形成される空間に、上側ハウジング１１０側から順に、操作板１２０、導光板１３０、タッチセンサ１’（シートセンサ１０’および基板２０’）を積層して備える。
【００４２】
上側ハウジング１１０は、好適にはポリプロピレン等の硬質樹脂から構成される薄型で矩形のケースであって、その面内略中央に矩形の貫通孔１１１を有する。貫通孔１１１の周囲には、上側ハウジング１１０の上面から貫通孔１１１に向かって緩やかに下方傾斜する傾斜部１１２が形成されている。また、上側ハウジング１１０の一側面は、小さな貫通孔１１３を有しており、貫通孔１１３から内部に光を入れることができるようになっている。
【００４３】
下側ハウジング１６０は、上側ハウジング１１０とほぼ同じ開口面積を有し、好適にはポリプロピレン等の硬質樹脂から構成される薄型で矩形のケースであって、その面内略中央に矩形の貫通孔１６１を有する。貫通孔１６１は、タッチセンサ１’と、外部の回路基板や電源等と電気的に接続するための孔である。
【００４４】
操作板１２０は、ハーフミラーとして機能し、タッチパッド１００の表側から面操作可能である。操作板１２０は、後述するように、樹脂製若しくはガラス製の透明板に膜を形成した多層の板である。操作板１２０は、その表側から指等でタッチ操作したときに、その操作を内部に伝達可能なレベルに薄く形成されている。例えば、操作板１２０の好適な厚さは、８０〜１５０μｍである。
【００４５】
導光板１３０は、操作板１２０の裏側に配置されると共に、外部光源からの光を導光して操作板１２０に向けて照光可能な部材である。導光板１３０は、透明性の高い樹脂、例えば、アクリル樹脂から好適に構成されている。ただし、導光板１３０をガラスにて構成しても良い。導光板１３０は、操作板１２０の方向からの操作を裏側に伝達可能なレベルに薄く形成されている。例えば、導光板１３０の好適な厚さは、１００〜１５０μｍである。導光板１３０は、その一部に、操作板１２０の方向に導光しやすく形成される凹凸領域１３１を備える。凹凸領域１３１は、この実施の形態では、平面視にて文字「Ｐ」の形状に、導光板１３０の裏側の面に形成されている。ただし、凹凸領域１３１は、導光板１３０の表側の面あるいは内部に形成されていても良い。凹凸領域１３１の凹凸面の粗さは、光源からの光量、導光板１３０の透明度、操作板１２０からの距離などにより適宜変更できるが、一例として、凹凸の山谷間の高さにて１〜２０μｍ程度の範囲が好ましい。凹凸領域１３１は、金型の転写、レーザーエッチング等にて好適に形成できる。導光板１３０の表側の面の外周には、突状の接着領域１３２が形成されている。当該接着領域１３２は、例えば、両面テープなどで好適に形成可能である。接着領域１３２を形成することにより、操作板１２０と導光板１３０との間に空気層を形成することができ、その結果、凹凸領域１３１にて反射した光を、操作板１２０から見やすくすることができる。
【００４６】
タッチセンサ１’を構成するシートセンサ１０’は、先に説明したシートセンサ１０とほぼ同じ構成である。タッチセンサ１’を構成する基板２０’は、先に説明した基板２０と異なり、縦７列、横７行の合計４９個の電極群が基板２０’上の中央部分に集中配置した構成を有する。基板２０’の他の構成は、基板２０と共通する。基板２０上の電極群２１よりも数を減らし、かつそれら電極群を基板２０’の中央に集めて配置したのは、上側ハウジング１１０の貫通孔１１の領域に電極群が存在すれば、操作上の支障が無く、無駄な電極群を形成しなくて済むからである。
【００４７】
図１４は、図１２に示すタッチパッドのＦ−Ｆ線断面図である。
【００４８】
図１４に示すように、上側ハウジング１１０の一側面に形成される貫通孔１１３は、導光板１３０の側端面の高さに形成されている。貫通孔１１３には、外部に配置される回路基板１７０上に固定される外部光源（この実施の形態では、ＬＥＤ）１７１が挿入されている。この結果、ＬＥＤ１７１からの光は、導光板１３０の側端面から入光し、凹凸領域１３１にて反射され、操作板１２０側へと向かうことができる。なお、貫通孔１１３は、下側ハウジング１６０側に形成されていても良い。
【００４９】
図１４では、見やすさを考慮して、シートセンサ１０’の基板２０’との対向面に形成される突出部は省略されているが、シートセンサ１０’の上方からの押圧がない状態において、シートセンサ１０’の当該対向面は、多くの突出部をスペーサーとして、どの電極群２１’とも非接触状態に保持されている。
【００５０】
図１５は、図１４に示す操作板の詳細な構成を示す断面図である。
【００５１】
操作板１２０は、その表側から順に、ハードコート層１２１、透明基材１２２、反射層１２３、隠蔽層１２４を積層して構成される。ハードコート層１２１は、操作時に透明基材１２２を傷から守るために形成される層であり、例えば、ＵＶ硬化型アクリル系樹脂、あるいはメラミン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂などから好適に形成される。ハードコート層１２１の好適な厚さは、１〜２０μｍである。
【００５２】
透明基材１２２は、好適には、ＰＥＴ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリカーボネート系樹脂とポリエステル系樹脂からなるポリマーアロイ、ＡＢＳ系樹脂、ＡＳ系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、あるいは塩化ビニル系樹脂から成り、特に、ＰＥＴ系樹脂により好適に構成される。透明基材１２２の好適な厚さは、８０〜１００μｍである。
【００５３】
反射層１２３は、ＬＥＤ１７１の消灯時において、表側からの光を反射して、透光領域の輪郭が薄く見えることを防ぐ機能を有する。また、反射層１２３が設けられることにより、使用面を平滑かつ光沢を有する平面に見せることができるため、より好ましい。反射層１２３には、無機顔料粒子あるいは金属粒子を分散させた樹脂バインダを用いることができる。分散させる材料としては、例えば、インジウムの他、天然若しくは合成雲母に酸化チタンあるいは酸化鉄等の金属酸化物を被覆した顔料（パール顔料）を好適に用いることができる。反射層１２３の好適な厚さは、０．１〜１０μｍである。反射層１２３を構成する無機顔料粒子あるいは金属粒子は、密接状態で存在していても、また島状に分散していても良い。
【００５４】
隠蔽層１２４は、ＬＥＤ１７１の消灯時において、凹凸領域１３１の存在を操作面側から視認できないように隠蔽するための層である。隠蔽層１２４は、所定の光量の光を吸収できるため、光量が少ない場合には光を透過しない。一方、光量が多い場合には、隠蔽層１２４は、吸収可能な光量を超えた分の光を透過する。すなわち、隠蔽層１２４は、光半透過機能を有する層である。隠蔽層１２４は、例えば、全光線透過率が約２０％になるよう調整された、黒色あるいは黒色に白色を混合した灰色等のインクによって好適に構成される。なお、内部光源の光の強度に合わせてその黒色の濃度を調整することで、全光線透過率を調整することが望ましい。また、黒色の顔料としては、例えば、カーボンブラックのような微粒子状の炭素材料を用いることができ、その含有量および分散状態の制御により、所望の透過率に調整することができる。隠蔽層１２４の好適な厚さは、０．１〜１０μｍである。隠蔽層１２４も、反射層１２３と同様、その構成粒子を密接状態で存在させても、また島状に分散させても良い。
【００５５】
図１６は、図１０に示すタッチパッドを構成する操作板上から操作する状況を、操作板上から透過的に示す図である。
【００５６】
タッチセンサ１’による押圧位置の検出方法は、先に説明したタッチセンサ１のそれと共通する。このため、タッチパッド１００は、図７に示す制御部３０と同様の制御部を有する。タッチパッド１００の操作板１２０上に２本の指を接触させ（接触領域Ｇ１，Ｇ２）、その位置から互いに２本の指を近づける方向に移動させると、電極群２１’への接触箇所が互いに近づく方向に移動する。この結果、ＣＰＵ３１は、かかる２本の指の動きを検出することができる。同様に、操作板１２０上に２本の指を接触させ（接触領域Ｈ１，Ｈ２）、その位置から互いに２本の指を遠ざける方向に移動させると、電極群２１’への接触箇所が互いに遠ざかる方向に移動する。この結果、ＣＰＵ３１は、かかる２本の指の動きを検出することができる。２点の座標の動きによって、画像の表示方式を変えるようにプログラミングした場合、例えば、２本の指を近づける場合には画像の縮小を行い、２本の指を遠ざける場合には画像の拡大を行うようにすることも可能である。基板２０’には、多くの電極群２１’が分散配置されているので、操作板１２０上からの押圧箇所が２か所以上あっても、それらの押圧位置を正確に検出可能である。
【００５７】
３．その他の実施の形態
本発明のタッチセンサおよびタッチパッドは、上述の実施の形態に限定されず、例えば、次のような変形実施も可能である。
【００５８】
タッチセンサ１，１’を構成するシートセンサ１０，１０’は、上述の実施の形態では、突出部１１を除き平板形状であるが、基板２０，２０’と対向する面に、基板２０，２０’上の電極群２１，２１’の位置に対応して各電極群２１，２１’に向けて突出する導電性突出部を備えたものでも良い。その場合、シートセンサ１０，１０’上から押圧していないときに、当該導電性突出部が電極群２１，２１’に接触しないように、シートセンサ１０，１０’の基板２０，２０’との対向面に、絶縁性の突出部１１を備えるのが好ましい。かかる場合、突出部１１は、シートセンサ１０，１０’の基板２０，２０’との対向面の周囲に形成されるだけでも良い。また、電極群２１，２１’の略中央部分に、電極２１ａ，２１ｂを形成していない絶縁領域を形成しておき、シートセンサ１０，１０’上から押圧していないときに導電性突出部の先端が基板２０，２０’に接触しても、電極群２１，２１’を構成する電極２１ａ，２１ｂ間を導通しないようにしても良い。
【００５９】
シートセンサ１０，１０’における基板２０，２０’との対向面と反対側の面が黒色でない場合、導光板１３０とシートセンサ１０，１０’との間に、ＬＥＤ１７１からの光をシートセンサ１０，１０’側に透過させない隠蔽層１２４を配置するのが好ましい。一方、シートセンサ１０，１０’の上記反対側の面が黒色である場合には、必ずしも、隠蔽層１２４を配置することを要しない。例えば、シートセンサ１０，１０’自体がカーボンブラックを分散させた抵抗性材料で構成されているような場合には、別途、隠蔽層１２４を配置しなくても、ＬＥＤ１７１からの光をシートセンサ１０，１０’側に透過させないようにできるからである。ハードコート層１２１は、透明基材１２２をガラスにて構成する場合には、必ずしも要しない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、電子機器の操作を行う操作機器またはその主要部として利用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１，１’ タッチセンサ
１０，１０’ シートセンサ
１１ 突出部
２０，２０’ 基板
２１ａ，２１ｂ 電極
２１，２１’ 電極群
１００ タッチパッド（電子機器用タッチパッド）
１２０ 操作板
１３０ 導光板
１３１ 凹凸領域
１７１ ＬＥＤ（外部光源）
２００ 電子機器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の基板と、
当該基板と対向配置されるシートセンサと
を備え、
上記基板は、上記シートセンサと対向する面に、複数の電極を近接させて構成される電極群を複数配置し、
上記シートセンサは、上記基板と反対側からの押圧を受けて、１または２以上の上記電極群に接触し、その電極群を構成する上記電極間を導通可能に構成されることを特徴とするタッチセンサ。
【請求項２】
前記基板および前記シートセンサの少なくともいずれか一方に、前記シートセンサから押圧操作しないときに前記基板上の前記電極群と前記シートセンサとが接触して前記電極間が導通するのを防止する絶縁性の突出部を備えることを特徴とする請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項３】
前記シートセンサは、前記基板と対向する面あるいは全体を、前記電極間を導通させる抵抗性材料にて構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタッチセンサ。
【請求項４】
前記電極群は、複数の歯を持つ前記電極を互いに接触しないように噛み合わせた形態を持つことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のタッチセンサ。
【請求項５】
電子機器を操作する電子機器用タッチパッドであって、
ハーフミラーとして機能し、表側から面操作可能な操作板と、
当該操作板の裏側に配置されると共に、外部光源からの光を導光して当該操作板に向けて照光可能な導光板と、
当該導光板の裏側に配置され、上記操作板上での面操作によって操作位置を特定可能なタッチセンサと、
を積層して備え、
上記タッチセンサは、絶縁性の基板と、当該基板と対向配置されるシートセンサとを備え、
上記基板は、上記シートセンサと対向する面に、複数の電極を近接させて構成される電極群を複数配置し、
上記シートセンサは、上記基板と反対側からの押圧を受けて、１または２以上の上記電極群に接触し、その電極群を構成する上記電極間を導通可能に構成されることを特徴とする電子機器用タッチパッド。
【請求項６】
前記基板および前記シートセンサの少なくともいずれか一方に、前記シートセンサから押圧操作していないときに前記基板上の前記電極群と前記シートセンサとが接触して前記電極間が導通するのを防止する絶縁性の突出部を備えることを特徴とする請求項５に記載の電子機器用タッチパッド。
【請求項７】
前記シートセンサは、前記基板と対向する面あるいは全体を、前記電極間を導通させる抵抗性材料にて構成されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電子機器用タッチパッド。
【請求項８】
前記導光板の一部に、前記操作板の方向に導光しやすい凹凸領域を形成していることを特徴とする請求項５から請求項７に記載の電子機器用タッチパッド。
【請求項９】
前記凹凸領域は、前記導光板の前記タッチセンサ側の面に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の電子機器用タッチパッド。
【請求項１】
絶縁性の基板と、
当該基板と対向配置されるシートセンサと
を備え、
上記基板は、上記シートセンサと対向する面に、複数の電極を近接させて構成される電極群を複数配置し、
上記シートセンサは、上記基板と反対側からの押圧を受けて、１または２以上の上記電極群に接触し、その電極群を構成する上記電極間を導通可能に構成されることを特徴とするタッチセンサ。
【請求項２】
前記基板および前記シートセンサの少なくともいずれか一方に、前記シートセンサから押圧操作しないときに前記基板上の前記電極群と前記シートセンサとが接触して前記電極間が導通するのを防止する絶縁性の突出部を備えることを特徴とする請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項３】
前記シートセンサは、前記基板と対向する面あるいは全体を、前記電極間を導通させる抵抗性材料にて構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタッチセンサ。
【請求項４】
前記電極群は、複数の歯を持つ前記電極を互いに接触しないように噛み合わせた形態を持つことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のタッチセンサ。
【請求項５】
電子機器を操作する電子機器用タッチパッドであって、
ハーフミラーとして機能し、表側から面操作可能な操作板と、
当該操作板の裏側に配置されると共に、外部光源からの光を導光して当該操作板に向けて照光可能な導光板と、
当該導光板の裏側に配置され、上記操作板上での面操作によって操作位置を特定可能なタッチセンサと、
を積層して備え、
上記タッチセンサは、絶縁性の基板と、当該基板と対向配置されるシートセンサとを備え、
上記基板は、上記シートセンサと対向する面に、複数の電極を近接させて構成される電極群を複数配置し、
上記シートセンサは、上記基板と反対側からの押圧を受けて、１または２以上の上記電極群に接触し、その電極群を構成する上記電極間を導通可能に構成されることを特徴とする電子機器用タッチパッド。
【請求項６】
前記基板および前記シートセンサの少なくともいずれか一方に、前記シートセンサから押圧操作していないときに前記基板上の前記電極群と前記シートセンサとが接触して前記電極間が導通するのを防止する絶縁性の突出部を備えることを特徴とする請求項５に記載の電子機器用タッチパッド。
【請求項７】
前記シートセンサは、前記基板と対向する面あるいは全体を、前記電極間を導通させる抵抗性材料にて構成されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電子機器用タッチパッド。
【請求項８】
前記導光板の一部に、前記操作板の方向に導光しやすい凹凸領域を形成していることを特徴とする請求項５から請求項７に記載の電子機器用タッチパッド。
【請求項９】
前記凹凸領域は、前記導光板の前記タッチセンサ側の面に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の電子機器用タッチパッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−４８４７２（Ｐ２０１２−４８４７２Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８９６２９（Ｐ２０１０−１８９６２９）
【出願日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【出願人】（０００１９０１１６）信越ポリマー株式会社 (1,394)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【出願人】（０００１９０１１６）信越ポリマー株式会社 (1,394)
【Ｆターム（参考）】
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