タッチパネル、ならびにタッチ式入力装置およびその制御方法
【課題】ペンでも指でも検知が可能で、マルチタッチに対応でき、さらに押圧力検知が可能であり、透明電極の使用量を極力小さくすることができる、タッチパネルを提供する。
【解決手段】所定の延伸軸方向１０を有するＬ型ポリ乳酸からなる圧電シート３を備える、タッチパネル１において、圧電シート３に形成された互いに対向する電極２１ａ〜２４ａは、圧電シート３の全面を覆わず、離散的に複数箇所に分布するように複数組形成される。圧電シート３は、延伸軸方向１０とは一致しない方向１１ａおよび１１ｂに張力が付与される状態にされる。
【解決手段】所定の延伸軸方向１０を有するＬ型ポリ乳酸からなる圧電シート３を備える、タッチパネル１において、圧電シート３に形成された互いに対向する電極２１ａ〜２４ａは、圧電シート３の全面を覆わず、離散的に複数箇所に分布するように複数組形成される。圧電シート３は、延伸軸方向１０とは一致しない方向１１ａおよび１１ｂに張力が付与される状態にされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、タッチパネル、ならびにタッチ式入力装置およびその制御方法に関するもので、特に、圧電シートを用いたタッチパネル、ならびにこれを用いて構成されるタッチ式入力装置およびその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、いわゆるタッチパネル方式を採用した入力装置、すなわちタッチ式入力装置が大幅に増加している。銀行ＡＴＭや駅の券売機のみならず、携帯電話機、携帯ゲーム機、携帯音楽プレーヤなどにおいて、薄型ディスプレイ技術の発展と相まって、入力インターフェースとしてタッチパネル方式が採用される機器が大幅に増加している。
【０００３】
現在用いられているタッチパネルは、抵抗膜式や静電容量式が主流であるが、これ以外にも光学式、電磁誘導式、圧電による弾性表面波を利用したものなどがある。通常はこれらの方式を用いて位置情報を検出する。すなわち、タッチパネル上のどの位置を操作者がタッチ（押圧操作）したのかを座標情報として取得し、この情報をもとに指定された処理が実行される。銀行ＡＴＭに代表されるように、画面に表示されたボタンの部分を触れることにより、操作者はあたかも実際のボタンを押して操作したかのように機器を操作することができる。最近のグラフィックユーザーインターフェース（ＧＵＩ）処理技術の発達の結果、操作者が画面上を撫でることにより、表示画像をスクロールさせたり、グラフィックとして表示されたスライドスイッチを指で直接コントロールしたりできるような装置もある。
【０００４】
「i-phone」（Apple Inc. の商標）に代表されるような端末情報機器では、最近、２指を用いて操作する、マルチタッチという方式が主流になりつつある。今後、タッチパネルにはさらなる多様性が求められつつあり、最近では位置情報と併せて押圧力情報を同時に得たいという要望が高まっている。すなわち、操作者が画面のどの位置をどのぐらいの強さで触れたかという２種類の情報を検出できれば、さらなる操作性の向上が図られる。
【０００５】
これに関する技術として、特開平５−６１５９２号公報（特許文献１）には、位置検出用素子と感圧センサーとを重ねることにより、位置情報と押圧力情報とを同時に検出する技術が開示されている。
【０００６】
また、特開２００６−１６３６１８号公報（特許文献２）には、圧電シートを用いて押圧力情報を取得するとともに、この圧電シートに格子状に形成された複数の電極線のどの部分に検知電圧が現れたのかを検出して位置情報を取得する方式が開示されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のタッチパネルでは、位置検出のみを行なう通常のタッチパネルの上にさらに、圧電シートや感圧抵抗体シートで形成された感圧センサーを重ねている。この感圧センサーはタッチパネルの全面を覆っている。
【０００８】
通常のタッチパネルは、何らかの画像表示装置の上に設置されることが通例であり、高い透明度が要求される。位置検出用のタッチパネル、感圧センサーともそれぞれ複数のフィルムと電極層とを有する。この方式では、マルチタッチは検出できない。また、上記フィルムを透明とし、電極層に酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の透明導電材料を用いれば、全体を透明性とすることができるが、積層数が多いため、光線透過率が低下するという問題があった。また、多数の部品とプロセスが必要であるため、コストアップの要因となる。さらに、位置情報と押圧力情報とが別々に検出されるため、信号処理が複雑となるといった問題もあった。
【０００９】
他方、特許文献２に記載のタッチパネルでは、位置情報と押圧力情報とを同時に検出するために、圧電シートに対して格子状の微細配線電極を形成している。信号がこの格子状電極のどの電極から強く検出されたかによって位置情報を得るため、これらの微細配線のすべてを演算処理部に接続する必要があり、構造がかなり複雑となるといった問題があった。
【００１０】
また、特開２００６−３９６６７号公報（特許文献３）には、抵抗膜式タッチパネルにおいてマルチタッチを可能にするという技術が記載されている。
【００１１】
いずれにしても、特許文献１〜３に記載のものでは、ＩＴＯなどの透明電極を用いている。ＩＴＯはレアメタルであるインジウムを使用しており、枯渇による高騰のおそれがある。また、ＩＴＯ以外の透明電極もあるが、樹脂フィルム全体に電極を構成するのは、手間も多く、透明電極といえども、透過率が１００％ではないので、幾分かの透過率低下を招くことになる。
【００１２】
なお、一般に、単なる抵抗膜式タッチパネルでは、マルチタッチを検出することができず、押圧力を検知することもできない。また、広い面積の透明電極を用いなければならないという問題も有している。
【００１３】
また、一般に、単なる静電方式タッチパネルでは、マルチタッチは可能であるが、ペンを用いたタッチを適用することができず、押圧力を検知することもできない。また、広い面積の透明電極を用いなければならないという問題も有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平５−６１５９２号公報
【特許文献２】特開２００６−１６３６１８号公報
【特許文献３】特開２００６−３９６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
そこで、この発明の目的は、上述したような問題を解決し得るもので、ペンでも指でも検知が可能で、マルチタッチに対応でき、さらに押圧力検知が可能であり、透明電極の使用量を極力小さくすることができる、タッチパネル、ならびにこれを用いて構成されるタッチ式入力装置およびその制御方法を提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明は、所定の方向に向く延伸軸を有するＬ型ポリ乳酸からなる圧電シートと、圧電シートの互いに対向する第１および第２の主面上にそれぞれ形成された互いに対向する第１および第２の電極とを備える、タッチパネルにまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、第１および第２の電極は、圧電シートの全面を覆わず、離散的に複数箇所に分布するように複数組形成されていることを特徴としている。
【００１７】
この発明は、また、上記タッチパネルを備え、タッチパネルを押圧操作した際に、各組の電極に発生する電圧を比較することによって、押圧操作した位置および押圧力を演算するようにされた、タッチ式入力装置に向けられる。
【００１８】
この発明に係るタッチ式入力装置は、タッチパネルの操作面に対し、格子状のマトリックス座標を設定する工程と、格子状のマトリックス座標の各格子点に対する所定の加重による押圧操作に関連して各組の電極に発生する電圧をそれぞれ測定する工程とを経て得られた電圧を、各格子点における基礎電圧として予め保管しておく記憶手段を備えている。
【００１９】
さらに、この発明に係るタッチ式入力装置は、
タッチパネルの操作面に対する操作者による押圧操作に関連して各組の電極に発生する実際の測定電圧を求める手段と、
格子点の各々について、基礎電圧に対する測定電圧の比率を各組の電極毎に計算する手段と、
格子点の各々について、比率の平均を各組の電極毎に求める手段と、
格子点の各々について、比率の標準偏差を求める手段と、
標準偏差の小さい順に格子点を順位付けする手段と、
順位付けされた格子点の上位から所定のｎ個の格子点を選択する手段と、
選択された格子点の座標を（Ｘｋ，Ｙｋ）（ｋ＝１，２，…，ｎ）、標準偏差をＳｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）としたとき、操作者による押圧操作の押圧位置の座標（Ｘ，Ｙ）を、
Ｘ＝Σ（Ｘｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ）、Ｙ＝Σ（Ｙｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ）
として決定する手段と、
順位付けの最上位の格子点の比率の平均を加重に乗じて、操作者による押圧操作の押圧力を求める手段と
を備えることを特徴としている。
【００２０】
この発明は、さらに、上記タッチパネルを備え、タッチパネルを押圧操作した際に、各組の電極に発生する電圧を比較することによって、押圧操作した位置および押圧力を演算するようにされた、タッチ式入力装置の制御方法にも向けられる。この発明に係るタッチ式入力装置の制御方法は、
タッチパネルの操作面に対し、格子状のマトリックス座標を設定する第１の予備工程と、
格子状のマトリックス座標の各格子点に対する所定の加重による押圧操作に関連して各組の電極に発生する電圧をそれぞれ測定する第２の予備工程と、
第２の予備工程によって得られた電圧を、各格子点における基礎電圧としてメモリに保管しておく第３の予備工程と
をまず備えている。
【００２１】
そして、さらに、実際の使用時において、
タッチパネルの操作面に対する操作者による押圧操作に関連して各組の電極に発生する実際の測定電圧を求める第１の実践工程と、
格子点の各々について、基礎電圧に対する測定電圧の比率を各組の電極毎に計算する第２の実践工程と、
格子点の各々について、比率の平均を各組の電極毎に求める第３の実践工程と、
格子点の各々について、比率の標準偏差を求める第４の実践工程と、
標準偏差の小さい順に格子点を順位付けする第５の実践工程と、
順位付けされた格子点の上位から所定のｎ個の格子点を選択する第６の実践工程と、
選択された格子点の座標を（Ｘｋ，Ｙｋ）（ｋ＝１，２，…，ｎ）、標準偏差をＳｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）としたとき、操作者による押圧操作の押圧位置の座標（Ｘ，Ｙ）を、
Ｘ＝Σ（Ｘｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ）、Ｙ＝Σ（Ｙｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ）
として決定する第７の実践工程と、
順位付けの最上位の格子点の比率の平均を加重に乗じて、操作者による押圧操作の押圧力を求める第８の実践工程と
を備えることを特徴としている。
【００２２】
上述した第２の予備工程および第１の実践工程において、各電極に発生する電圧は、タッチパネルの操作面に対する押圧操作における、押圧方向（操作面に向かう方向）の動作時に検出されるようにしても、逆押圧方向（操作面から放す方向）の動作時に検出されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
この発明に係るタッチパネルによれば、ペンでも指でも検知が可能で、マルチタッチに対応でき、さらに押圧力検知が可能なものとすることができる。また、圧電シートの全面を覆うように電極を形成しないので、高価な透明電極のための材料を大量に用いなくともよい。また、電極が離散的に複数箇所に分布するように形成されているので、電極の位置を工夫することにより、タッチパネルの光線透過性を高めることができる。
【００２４】
たとえば、圧電シートの外周縁部に位置する電極については、特に透明性を与える必要がないので、電極材料として、透明電極材料に比べて安価なアルミニウム、銅、金またはニッケルのような金属を用いることができる。言い換えると、ディスプレイ面への視界を遮る位置に形成された電極についてのみ、必要に応じて、透明電極材料である、酸化インジウム錫、酸化インジウム・酸化亜鉛、酸化亜鉛またはポリチオフェンを主成分とするものを用いればよいことになる。
【００２５】
この発明に係るタッチパネルにおいて、圧電シートが、延伸軸の方向とは一致しない方向に張力が付与される状態にされると、検出感度、特にマルチタッチに対しての検出感度を飛躍的に高めることができる。
【００２６】
上記の場合、圧電シートが、延伸軸の方向とは一致しない方向に延びる領域では接着剤を介して表面保護フィルムと貼り合わされ、それ以外の領域では粘着剤を介して表面保護フィルムと貼り合わされていると、圧電シートの所定の方向に容易にかつ安定的に張力を付与することができる。
【００２７】
この発明に係るタッチ式入力装置およびその制御方法によれば、圧電シート上に分布される電極の数が比較的少なくても、予め求められる基礎電圧といった離散的な基礎データに基づいて、非離散的な位置、すなわち全表面における任意の位置についての位置情報を得ることができ、同時に押圧力を検知することができる。
【００２８】
この発明に係るタッチ式入力装置の制御方法における第２の予備工程および第１の実践工程において、各組の電極に発生する電圧のうち最も絶対値の大きい電圧の極性に基づいて、各組の電極に発生する電圧が、タッチパネルの操作面に対する押圧操作における、押圧方向動作時に検出されたものか、逆押圧方向動作時に検出されたものかを判断するようにすれば、より信頼性の高い判断が可能となる。
【００２９】
この発明に係るタッチ式入力装置の制御方法における第２の実践工程において、基礎電圧のうち、所定の閾値より小さい電圧値を示す電極での基礎電圧を使用しないようにすれば、処理の信頼性を高めることができるとともに、処理能力の負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の第１の実施形態によるタッチ式入力装置に備えるタッチパネル１を示すもので、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
【図２】ＰＬＬＡの圧電性に関して説明するための図である。
【図３】図１に示したタッチパネル１の所定の箇所を押したときに電極２１ａ〜２４ａの各々と電極２１ｂ〜２４ｂの各々との間に生じる電圧を比較して示した図であり、（Ａ）は押した位置を示し、（Ｂ）は（Ａ）に示した位置に対応して生じる電圧を示す。
【図４】この発明の第２の実施形態によるタッチパネル１ａを示す、図１（Ａ）に対応する図である。
【図５】この発明の第３の実施形態によるタッチパネル１ｂを示す、図１（Ａ）に対応する図である。
【図６】この発明の第４の実施形態によるタッチパネル１ｃに備える圧電シート３を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
【図７】図１に示したタッチパネル１を備えて構成されるタッチ式入力装置１００の回路構成を示すブロック図である。
【図８】タッチパネル１の操作面に対して設定される格子状のマトリックス座標を説明するための図である。
【図９】図７に示した演算部１０３が実行する座標検知アルゴリズムを示すフロー図である。
【図１０】図９に示した座標検知アルゴリズムを用いて実施される押圧操作点の座標決定のイメージを説明するための図である。
【図１１】この発明の比較例となるもので、マルチタッチ対応に関して不備な構成とされたタッチパネル１ｄを示す、図１（Ａ）に対応する図である。
【図１２】図１１に示したタッチパネル１ｄについて、タッチパネル１ｄにおける、対角線に沿う２点を同時にタッチした場合の発生電圧の比率を示す図である。
【図１３】図１２に示した発生電圧を得るために押圧操作した位置を示す、図１１に対応する図である。
【図１４】図１に示したタッチパネル１について２点を同時にタッチした場合に発生電圧の比率を示す図である。
【図１５】図１４に示した発生電圧を得るために押圧操作した位置を示す、図１（Ａ）に対応する図である。
【図１６】この発明の第５の実施形態によるタッチパネル１ｅを示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は平面図中央横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、この発明の第１の実施形態によるタッチパネル１を示すもので、図１において、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
【００３２】
タッチパネル１は、図１（Ｂ）に示すように、表面保護フィルム２、圧電性を有する圧電シート３、ゴム状弾性体４、および基体５がこの順で積層された断面構造を有している。より詳細には、圧電シート３は、表面保護フィルム２と貼り合わされ、ゴム状弾性体４は、表面保護フィルム２と基体５との間に配置される。なお、ゴム状弾性体４は、圧電シート３の変形を許容するもので、エラストマーやゲル材から構成されるが、圧電シート３と基体５との間は、空間として残されてもよい。
【００３３】
タッチパネル１は、通常、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、電子ペーパー等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の表面に配置される。よって、タッチパネル１を構成する各要素は、好ましくは、透明性を有する材料から構成される。また、この場合、前述した基体５はＦＰＤによって構成されてもよい。以下においては、基体５がＦＰＤによって構成されているとして説明を進める。
【００３４】
表面保護フィルム２は、操作者による押圧操作が及ぼされるべき操作面を構成するもので、たとえば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリプロピレン等からなるフィルムから構成される。表面保護フィルム２の表面には、図示を省略するが、反射防止膜や傷防止や汚れ防止のためハードコート層、またはこれらが複合された層が形成されてもよい。なお、図１（Ａ）は、表面保護フィルム２を除去した状態で図示されている。
【００３５】
圧電シート３は、一軸延伸されたＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）から構成される。図１（Ａ）において、矢印１０によってＰＬＬＡの延伸軸方向が示されている。ＰＬＬＡは、透明性が高いという利点を有している。
【００３６】
圧電シート３の第１の主面３ａ上には、第１の電極２１ａ〜２５ａが形成され、これら第１の電極２１ａ〜２５ａの各々と圧電シート３を介して対向するように、圧電シート３の第１の主面３ａに対向する第２の主面３ｂ上には、第２の電極２１ｂ〜２５ｂが形成されている。なお、第２の電極２１ｂ〜２５ｂについては、電極２５ｂのみが図１（Ｂ）に示されている。
【００３７】
図１（Ｂ）の断面図では、各要素の厚みは誇張して表わされている。実際には、圧電シート３の厚みは５０〜１００μｍ程度である。もっとも、圧電シート３全体の大きさや圧電シート３の圧電特性自体を鑑みて、これを超える厚みであっても、これ未満の厚みであってもよい。いずれの要素の厚みについても、全体の設計に応じて決定されるべき設計事項である。
【００３８】
圧電シート３は、図示されていない強度のある枠体に対して、矢印１１ａおよび１１ｂの方向が束縛されながら、固定されている。これによって、圧電シート３は、矢印１１ａおよび１１ｂ方向の張力が付与される状態となっている。
【００３９】
図２は、ＰＬＬＡの圧電性に関して説明するための図である。ＰＬＬＡからなる正方形状の圧電シート３０に、シンボル３２で示される方向に電場をかけると、実線３１で示されるような略菱形となるような変形が生じる。なお、図２では、この変形をかなり誇張して表わしている。
【００４０】
図２において、矢印３３はＰＬＬＡの延伸軸方向を表わしている。このような変形は、ＰＬＬＡの圧電定数ｄ14に由来する変形である。簡単に言うと、圧電シート３０は、延伸軸方向３３と略４５度をなす方向（対角線方向）の軸に沿って伸び、その方向から９０度の方向に向く軸に沿って縮む。これが圧電逆効果である。逆に、実線３１のような変形を外力により生じさせると、シンボル３２で示す方向の電場が生じ、圧電シート３０の両主面に電極が形成されているとすると、その電極には電圧が発生することとなる。これが圧電効果である。したがって、このような菱形の変形を生じさせるような場合が最も効率良く圧電効果が得られる状態であることがわかる。
【００４１】
再び図１に戻って、タッチパネル１では、圧電シート３が矢印１１ａと１１ｂの方向に束縛されているため、たとえば圧電シート３の中央部を押さえて、これを変形させると、この圧電シート３は、図２の実線３１で示したような変形が生じていることになる。
【００４２】
図３は、タッチパネル１の所定の箇所を押したときに電極２１ａ〜２４ａの各々と電極２１ｂ〜２４ｂの各々との間に生じる電圧を比較して示したものである。すなわち、図３（Ａ）に示すタッチパネル１の所定の箇所〈１〉，〈２〉，…，〈９〉を押したとき、電極２１ａと２１ｂとの間のチャンネル１（ＣＨ１）で生じる電圧、電極２２ａと２２ｂとの間のチャンネル２（ＣＨ２）で生じる電圧、電極２３ａと２３ｂとの間のチャンネル３（ＣＨ３）で生じる電圧、および電極２４ａと２４ｂとの間のチャンネル４（ＣＨ４）で生じる電圧が、図３（Ｂ）に棒グラフで示されている。なお、ここでは、中央の電極２５ａおよび２５ｂは使用していない。
【００４３】
図３（Ｂ）に示すように、電圧の発生パターンは多彩であり、このパターンを認識すれば、タッチパネル１上の平面的な位置を認識できることがわかる。
【００４４】
ここで、圧電シート３を基体５より大きく構成し、外周縁部に位置する電極２１ａ〜２４ａをフレーム（図示せず。）で覆ってしまえば、基体５に表示される画像上には、電極２５ａを除いて、電極が存在しないことになる。よって、電極２５ａを形成しなければ、あえて透明電極を形成する必要がない。すなわち、電極２１ａ〜２４ａおよび電極２１ｂ〜２４ｂはアルミニウムや銅、銀、金などの蒸着やスパッタリング、もしくはめっきによって形成することが可能であり、タッチパネル１を安価に提供することができる。
【００４５】
なお、中央に位置する電極２５ａおよび２５ｂは、必須ではない。しかし、これら電極２５ａおよび２５ｂを、酸化インジウム錫、酸化インジウム・酸化亜鉛、酸化亜鉛およびポリチオフェンからなる群から選ばれる１種を主成分とする透明電極材料から構成しながら、圧電シート３の中央に配置すれば、電圧発生パターンがさらに多彩になり、検知分解能をより高くすることができる。
【００４６】
以上説明したように、ＰＬＬＡの圧電逆効果どおりの変形に近い変形をするような機構とすれば、最も効率良く、変化に富む電圧を取り出すことが可能である。すなわち、以上説明した実施の形態は、最良の形態ということになる。
【００４７】
なお、図１（Ａ）に示すように、矢印１１ａおよび１１ｂの方向にのみ、張力をかけるのが難しい場合には、圧電シート３全体に張力をかけ、矢印１１ａおよび１１ｂの方向のみに、より強い張力をかけることによっても、上記最良の形態に近い結果を出すことができる。
【００４８】
図４は、この発明の第２の実施形態によるタッチパネル１ａを示す、図１（Ａ）に対応する図である。図４において、図１（Ａ）に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。図４には、延伸軸方向１０が斜め４５度になっている場合における、電極配置の好ましい例、ならびに張力方向１１ａおよび１１ｂの好ましい例が示されている。
【００４９】
たとえば、圧電シート３の４辺を同じ張力で引っ張って固定すると、押圧操作する箇所が違っても、電極２１ａ〜２４ａからの電圧のパターンが同じようになり、位置検知が難しくなる場合がある（図１１参照）。これに対して、図４に示した張力方向１１ａおよび１１ｂの下では、電極２１ａ〜２４ａを各辺の略中央に配置すれば、図１に示した実施形態の場合と同様、図３（Ｂ）に示すような電圧の多彩な発生パターンを得ることができ、位置検知を的確に行なうことができる。
【００５０】
図１（Ａ）および図４では、電極２１ａ〜２４ａは対称な位置に同じ大きさで配置されたが、位置および大きさには特に制限はない。電極２１ａ〜２４ａの大きさについては、電極２１ａ〜２４ａからの電圧を増幅するために用いられるアンプによって十分な電圧が得られる大きさであれば、任意の大きさとして構わない。それぞれの電圧の大きさを意図して異ならせ、発生電圧の大きさをコントロールしてもよい。
【００５１】
また、外周縁部に形成される電極２１ａ〜２４ａは、必ずしも４個である必要はなく、たとえば、３個でもよいし、６個、９個と数を増やしても構わない。ある閾値を設定して、その閾値以下の電圧は使用しないようにする場合には、電極数が少ないとパターンが認識できなくなるおそれがあるが、十分な数の電極を設けておけば、このような場合にも対処が可能となる。電極の位置を非対称にしたり、電極の大きさを非対称にしたりしておけば、図３（Ｂ）に示すような電圧の発生パターンが対称となりにくくなり、判断がより容易になる。
【００５２】
同様に、中央に位置する電極２５ａについても、その数は任意であり、設けなくてもよい。
【００５３】
図５は、この発明の第３の実施形態によるタッチパネル１ｂを示す、図１（Ａ）に対応する図である。図５において、図１（Ａ）に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５４】
図５は、電極構成の変形例を示している。より詳細には、圧電シート３の第１の主面３ａ上に第１の電極４１ａ〜４６ａが設けられており、これら電極４１ａ〜４６ａ各々の大きさが互いに異ならされており、また、位置も一定の法則に従っていない。図示しないが、圧電シート３の第２の主面上に形成され、かつ第１の電極４１ａ〜４６ａにそれぞれ対向する第２の電極についても同様である。
【００５５】
張力方向については図示されないが、張力が与えられる点としては、電極４２ａおよび電極４５ａが位置する部分、または電極４３ａおよび電極４６ａが位置する部分などが考えられる。もちろん、これ以外の点であっても同様の効果を得ることができる。最も好ましくは、延伸軸方向１０と略４５度の方向をなすように張力を与えることであるが、それ以外の方向としてもよく、図５に示す圧電シート３のように、長方形状の場合には、対角線方向と一致するいずれか一方方向に張力をかけることが望ましい。
【００５６】
また、対角線方向が延伸軸方向と４５度の方向をなすように、圧電シート３の材料となるフィルムの切り出し方向を変えてもよい。すなわち、延伸軸方向を、図示した延伸軸方向１０とは異ならせるということである。
【００５７】
いずれにしても、張力方向は、延伸軸方向１０と完全に一致しないようにすることが望ましい。
【００５８】
また、電極の形状は長方形であるとは限らず、いずれの形でもよい。
【００５９】
また、複数の電極の一部を直列に接続してもよい。これについて、以下に具体的に説明する。
【００６０】
図６は、この発明の第４の実施形態によるタッチパネル１ｃに備える圧電シート３を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。図５において、図１に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６１】
図６では、圧電シート３の外周縁部に沿って複数の電極を形成し、これら電極の一部を直列で接続している。すなわち、図６（Ｂ）に示されるように、第１の電極５１ａと第２の電極５２ｂとが接続線５７によって互いに接続され、第１の電極５２ａと第２の電極５３ｂとが接続線５８によって互いに接続され、それによって、電極５１ｂから電極５３ａまでが直列に接続されている。また、第２の電極５４ｂと第１の電極５５ａとが接続線５９によって互いに接続され、第２の電極５５ｂと第１の電極５６ａとが接続線６０によって互いに接続され、それによって、電極５４ａから電極５６ｂまでが直列に接続されている。
【００６２】
第２の電極５１ｂおよび第１の電極５３ａにそれぞれ接続された接続線６１および６２、ならびに第１の電極５４ａおよび第２の電極５６ｂにそれぞれ接続された接続線６３および６４は、図示しないアンプに接続される。
【００６３】
このように、同電位を発生する電極対を直列接続すれば検知電圧がより大きくなり、ノイズに対する誤差をより小さくすることができる。
【００６４】
次に、押圧操作によって発生した電圧を用いて、位置および押圧力を検知する方法について説明する。
【００６５】
図７は、図１に示したタッチパネル１を備えて構成されるタッチ式入力装置１００の回路構成を示すブロック図である。タッチ式入力装置１００は、タッチパネル１と処理装置１０１とを備え、処理装置１０１は、検出部１０２と演算部１０３と記憶部１０４とを備えている。なお、図７を参照しながらの説明では、タッチパネル１に備える第１の電極２１ａ〜２４ａと第２の電極２１ｂ〜２４ｂとの間で区別する必要がないため、これらを「電極２１」〜「電極２４」と総称するとともに、図７では「２１」〜「２４」の参照符号を用いる。
【００６６】
図７を参照して、電極２１〜２４の各々に発生した電圧は、それぞれ、接続線１０５ａ〜１０５ｄを通じて検出部１０２に送られ、そこで、各電圧が増幅される。増幅された電圧は、演算部１０３で解析されて、位置および押圧力が求められる。記憶部１０４には、予め取得された基礎電圧が保存されている。
【００６７】
まず、タッチ式入力装置１００を実際に使用する前に予め行なっておくべき予備処理について説明する。
【００６８】
まず、第１の予備工程として、図８に示すように、タッチパネル１の操作面に対し、格子状のマトリックス座標を設定する。図８では、電極２１〜２４の図示は省略されている。なお、中央に位置していた電極２５ａおよび２５ｂについては、存在しないものとして、以下の説明を進める。マトリックス座標の格子点は架空の点であり、たとえば操作面上に描かれるものではない。格子点の数、つまり、縦軸と横軸とによる分割数は任意であり、細かく分割するほど分解能は上昇するが、この予備手順および後の演算処理が複雑になる。
【００６９】
この発明によれば、ある程度ラフに格子点を取った状態でも正確に位置検知が可能な方法が提供される。最終的に要求される分解能の１０〜１００倍程度の間隔で格子点を設定すればよい。たとえば要求分解能が０．２ｍｍであれば、２〜２０ｍｍ程度の間隔で格子点を設定すればよい。要求分解能の１０倍とするか、１００倍とするかは、圧電シート３の検知感度による。これは、圧電シート３の厚み、圧電定数および均一性、そして表面保護フィルム２の材料として何を使用するかによるため、設計事項である。
【００７０】
次に、第２の予備工程として、すべての格子点に対して、予め決められた所定の押圧力を加え、そのときに、電極２１〜２４の各々に発生する電圧を測定する。
【００７１】
圧電体では、押圧操作における、押圧方向（操作面に向かう方向）の動作時と逆押圧方向（操作面から放す方向）の動作時との双方で電圧が発生するため、この双方の電圧を取得しておくことが望ましい。実際の測定は、ロボットとロボットに連動した自動計測装置を用いて自動で行なわれる。複数回測定を行ない平均化するか、多点のデータを用いて最小二乗近似しておくことが望ましい。
【００７２】
次に、第３の予備工程として、上記第２の予備工程によって得られた電圧が、各格子点の座標値とともに、各格子点における基礎電圧として記憶部１０４に保管される。
【００７３】
縦方向と横方向でそれぞれｎ本のラインが設定されている場合には、格子点の個数はｎ×ｎである。縦方向の分割数と横方向の分割数とを必ずしも同じにする必要はない。また、すべての分割を等間隔で行なう必要はなく、分解能の要求が高いエリアと分解能の要求が低いエリアとに分けて、格子間の間隔を異ならせてもよい。
【００７４】
また、特に表面保護フィルム２をガラス板から構成した場合には、周辺領域を押圧したときの機械的変化より、中央領域を押圧したときの機械的変化が大きい。したがって、中心付近では「めりはり」のある電圧が検知され、周辺部ではノイズが乗りやすくなる。これに伴って、周辺部の分割数を多くするという場合もある。
【００７５】
以上が、タッチ式入力装置１００を実際に使用する前に予め行なっておくべき予備工程である。次に、実際の使用時に実施される実践工程について説明する。
【００７６】
実際の使用時には、必ず格子点をタッチされるとは限らない。このときの座標の求め方について説明する。図９に、演算部１０３が実行する座標検知アルゴリズムを示す。図９を参照して、各フローについて説明する。
【００７７】
Ｆ０００：
ここで、プログラムがスタートする。
【００７８】
タッチパネル１に電圧が発生したことをトリガとして、検出部１０２がトリガを引き、このプログラムをスタートさせてもよいし、常に一定間隔で繰り返し実行を行なっていてもよい。
【００７９】
Ｆ００１：
演算部１０３は、記憶部１０４から、各格子点の座標と、その点における基準押圧時に電極２１〜２４の各々に発生する電圧とを読み込む。
【００８０】
この処理は、タッチパネル１に対する押圧が発生する度に行なう必要はなく、一旦、ＣＰＵ上にデータがロードされてしまえば、その後は実行する必要はない。
【００８１】
Ｆ００２：
検出部１０２から測定電圧（電極２１〜２４の各々からの電圧値）を読み込む。
【００８２】
なお、検出部１０２には、タッチパネル１の操作面に対する操作者による押圧操作に関連して電極２１〜２４の各々に発生する実際の測定電圧についてのデータが送られている。
【００８３】
Ｆ００３：
このステップは、繰り返し処理の上端である。
【００８４】
すべての格子点に対して繰り返し処理を実行する。
【００８５】
Ｆ００４：
電極２１〜２４の各々毎に基礎電圧に対する測定電圧の比率を求める。
【００８６】
例示すると以下のようになる。測定電圧と基礎電圧とを、格子点Ａ、ＢおよびＣの３点で比較した例を考える。
【００８７】
【表１】
【００８８】
【表２】
【００８９】
【表３】
【００９０】
表１および表２に示す格子点Ａおよび格子点Ｂでは、測定電圧を基礎電圧と比較した際、どの電極においても約２倍近い比率が計測されている。一方、表３に示す格子点Ｃでは、測定電圧と基礎電圧との比率は、電極間でばらばらである。
【００９１】
これら表１ないし表３を見れば、格子点Ｃは実際の押圧点から遠く離れており、格子点Ａおよび格子点Ｂの近傍の点が押圧されたことがわかる。ここでは測定誤差等は無視して考える。
【００９２】
比率を求める際には、符号が合致していることが前提である。符号が合致していない場合には、その格子点は、押圧点とは全く違う、すなわち遠く離れた箇所にあると判断し、比率の算出をしない。
【００９３】
ある電極の基礎電圧もしくは測定電圧が０に近い場合には、符号が逆転する可能性がある。これに対しては、予め閾値を設定しておき、ある電極の基礎電圧が閾値より低い場合には、その電極のデータのみを以降の処理で用いないようにする。
【００９４】
たとえば、通常、次のステップでは４点で標準偏差計算を行なうが、上述のように、閾値より低い基礎電圧がある場合には、この基礎電圧を示した点を除いて、３点で計算を行なうことになる。このようにすることにより、基礎電圧が０近傍にある場合に、算出された比率が極端に大きくなってしまうことを防ぐことができる。
【００９５】
Ｆ００５：
各電極毎の比率の標準偏差を求める。
【００９６】
標準偏差の例も表１ないし表３に記載している。表１ないし表３からわかるように、比率のばらつきが小さいほど、押圧点はその格子点に近いことを表しており、標準偏差は小さくなる。
【００９７】
もし、標準偏差が０となれば、押圧はその格子点そのものであったことを示す。実際には、誤差の影響で標準偏差が０となる確率は極めて小さいが、もし０となった場合には、以降の座標判断処理は中断し、押圧点の座標は格子点そのものの座標としてもよい。実際のプログラムでは、標準偏差の閾値を設定しておき、閾値よりも小さくなった場合には、以降の座標判断処理は中断し、格子点そのものの座標として押圧点の座標を決定する。
【００９８】
Ｆ００６：
前の処理で得られた標準偏差の順位付けを行なう。
【００９９】
繰り返し処理であるので、前の一連の動作で既に順位が付けられている。よって、今回求めた標準偏差が、前回の順位のどこにはいるかを算出し、以降のデータの順位を下にずらす。
【０１００】
Ｆ００７：
このステップは、繰り返し処理の下端である。
【０１０１】
すべての格子点にわたって計算が完了するまでＦ００３〜Ｆ００７を繰り返す。
【０１０２】
Ｆ００８：
最終のＦ００６の処理で最上位に位置付けられた格子点の基礎電圧データに対する比率の平均値を求め、これを押圧力比率とする。
【０１０３】
たとえば表１ないし表３に示した格子点Ａ〜Ｃのうち、格子点Ｂが第１位の点とされた場合には、その比率の平均を算出すると、１．９９８となる。したがって、基準押圧力を０．１０Ｎとしている場合であれば、実際の押圧力は約０．２０Ｎと判断される。
【０１０４】
Ｆ００９：
図９に示すとおり、変数に数値を割り当てる。
【０１０５】
順位付けＭ番目までのデータについて求めるとすれば、格子点の座標を（ＧＸｋ，ＧＹｋ）、標準偏差をＳｋとしたとき、ｋ＝１，２，…，Ｍとする。ここで、Ｍは、実用上、３もしくは４とすれば十分である。多くすれば計算量が増えるだけで誤差はかえって大きくなる。
【０１０６】
Ｆ０１０：
図９に示すとおり計算する。
【０１０７】
求める座標を（Ｘ，Ｙ）とすれば、
Ｘ＝Σ（ＧＸｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ） …（１）、および
Ｙ＝Σ（ＧＹｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ） …（２）
（ただし、ｋ＝１，２，…，Ｍ）
の式により求められる。
【０１０８】
押圧操作点の座標決定のイメージは以下のとおりである。図１０は、Ｍ＝４としたときの上位の格子点の近傍を抜き出して示したものである。図１０において、押圧操作点７０の近傍に格子点７１〜７４が図示されている。なお、タッチパネル１上には、このような格子点は見える形では存在していない。
【０１０９】
前述した順位付けによって、第１位が格子点７４、第２位が格子点７１、第３位が格子点７３、第４位が格子点７２というように決定される。第１位の格子点７４、第２位の格子点７１、第３位の格子点７３および第４位の格子点７２の各座標が、それぞれ、（−２０，５）、(−２０，１０)、(−２５，５)および（−２５，１０）であり、また、各々の標準偏差が、それぞれ、０．０５、０．０８、０．１３および０．１８であったとすれば、上記（１）および（２）式より、押圧操作点７０の座標（Ｘ，Ｙ）は、
（Ｘ，Ｙ）＝（−２１．４５，６．９７）と求まる。
【０１１０】
以上の説明では、押圧操作における、押圧方向動作時に検出されるデータの処理方式を記載したが、押圧した指またはペンを放す時、すなわち逆押圧方向動作時にも電圧が発生し、この電圧は、押圧方向動作時とは極性が逆転する。検出部１０２で検知される電圧は、一番大きな電圧が検出された電極に着目すれば、その極性は決まっている。したがって、その極性に着目すれば、押圧方向動作時であるか、逆押圧方向動作時であるかが区別できる。
【０１１１】
押圧動作時に発生した電圧に対して、逆押圧方向動作時には、すべての電極で逆極性の電圧が発生する、したがって、この極性を逆に読み替えれば、押圧方向動作時のデータをそのまま利用することができる。
【０１１２】
また、データ取得工程において、逆押圧方向動作時に取ったデータを使えば、そのまま同じアルゴリズムで検知が可能である。
【０１１３】
位置検出と押圧力検知とを押圧方向動作時のデータで行ない、逆押圧動作時には何もしないということももちろん可能である。あるいは、押圧方向動作時には何もせずに、逆押圧動作時にだけ検知するようにしてもよい。また、位置検出は押圧方向動作時のみで行ない、押圧力検知は逆押圧方向動作時に行なうという方法、もしくはその逆の方法も可能である。
【０１１４】
さらに、押圧方向動作時と逆押圧方向動作時との双方でフル検知を行ない、それらの平均を用いるという方法でもよい。また、押圧方向動作時と逆押圧方向動作時とで別々の結果としても捉えてもよい。
【０１１５】
また、押圧操作を行なうにあたって、押す速度または放す速度を変えることにより、検知電圧が変化するため、ゲーム機などに適用される場合、押圧操作において、ゆっくり押す、速く押す、ゆっくり放す、速く放すといった使い分けが可能である。
【０１１６】
次に、この発明に係るタッチパネルのマルチタッチ対応について説明する。
【０１１７】
図１１は、この発明の比較例となるもので、マルチタッチ対応に関して不備な構成とされたタッチパネル１ｄを示す、図１（Ａ）に対応する図である。図１１において、図１（Ａ）に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１１８】
図１１に示したタッチパネル１ｄでは、圧電シート３は、４つの矢印１１ａ〜１１ｄで示すように、その４隅に張力が掛けられるように固定されている。また、延伸軸方向１０は、張力方向１１ｂから張力方向１１ｄへと向く方向と一致しており、電極２１ａ〜２４ａは、圧電シート３の４辺の各中心付近にほぼ対称的な位置関係をもって配置されている。
【０１１９】
このようなタッチパネル１ｄについて、タッチパネル１ｄにおける、対角線に沿う２点を同時にタッチ（マルチタッチ）した場合の発生電圧が図１２のグラフに示されている。図１２に示したグラフは、最も大きな電圧を１として規格化してある。
【０１２０】
図１２において、「ＣＨ１」は電極２１ａと２１ｂとの間のチャンネル１で生じる電圧、「ＣＨ２」は電極２２ａと２２ｂとの間のチャンネル２で生じる電圧、「ＣＨ３」は電極２３ａと２３ｂとの間のチャンネル３で生じる電圧、および「ＣＨ４」は電極２４ａと２４ｂとの間のチャンネル４で生じる電圧を示している。
【０１２１】
また、図１２において丸で囲んだ〈１〉、〈２〉および〈３〉は、押圧操作した位置を表わすものであり、図１３において丸で囲んだ〈１〉、〈２〉および〈３〉でそれぞれ示す位置に対応している。図１３において、〈１〉、〈２〉および〈３〉で示す位置は、それぞれ、２箇所ずつ存在していることからわかるように、図１２に示した電圧は、図１３における２箇所の〈１〉の位置、２箇所の〈２〉の位置および２箇所の〈３〉の位置を同時に押圧操作した時の電圧である。
【０１２２】
図１２からわかるように、〈１〉の位置、〈２〉の位置および〈３〉の位置のいずれであっても、ＣＨ１〜ＣＨ４間での電圧の比率はほぼ同じようなパターンとなっている。このことから、マルチタッチにおいて、〈１〉の位置、〈２〉の位置および〈３〉の位置を相互に分離するのは非常に難しいことがわかる。
【０１２３】
なお、中央の１点タッチの場合も同じような電圧の比率になり、１点タッチとの分離も難しくなると推測される。よって、中央の電極２５ａを用いても、上記のような分離は難しいと考えられる。
【０１２４】
これに対し、最良の形態である前述の図１に示すようなタッチパネル１を構成し、中央の電極２５ａも作動させた場合の電圧が図１４に示されている。図１４において、「ＣＨ１」は電極２１ａと２１ｂとの間のチャンネル１で生じる電圧、「ＣＨ２」は電極２２ａと２２ｂとの間のチャンネル２で生じる電圧、「ＣＨ３」は電極２３ａと２３ｂとの間のチャンネル３で生じる電圧、「ＣＨ４」は電極２４ａと２４ｂとの間のチャンネル４で生じる電圧、および「ＣＨ５」は電極２５ａと２５ｂとの間のチャンネル５で生じる電圧を示している。
【０１２５】
図１５には、図１４に示した電圧を得るために押圧操作した位置が示されている。すなわち、図１４において丸で囲んだ〈１〉，〈２〉，…，〈９〉は、押圧操作した位置を表わすものであり、図１５において丸で囲んだ〈１〉，〈２〉，…，〈９〉でそれぞれ示す位置に対応している。図１５において、〈１〉，〈２〉，…，〈９〉で示す位置は、それぞれ、２箇所ずつ存在していることからわかるように、図１４に示した電圧は、図１５における２箇所の〈１〉等の位置を同時に押圧操作した時の電圧である。
【０１２６】
図１４に示すように、２点タッチしたときのＣＨ１〜ＣＨ５間での電圧の比率は、〈１〉，〈２〉，…，〈９〉の各所で全く異なり、よって、位置検知および押圧力検知が同時に可能であることがわかる。このことから、電極数を増やせば、さらにバリエーションが多くなると推測される。
【０１２７】
図１６は、この発明の第５の実施形態によるタッチパネル１ｅを示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は平面図中央横断面図である。図１６において、図１に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１２８】
図１６に示すタッチパネル１ｅでは、圧電シート３は、たとえばガラス板からなる表面保護フィルム２と貼り合わされており、表面保護フィルム２は、枠状のスペーサ８１を介して基体５に固定されている。この実施形態では、圧電シート３と基体５との間は、ゴム状弾性体によって充填されるのではなく、空間のままとされている。
【０１２９】
図１６（Ａ）において、表面保護フィルム２は、その下方に位置するものが透視された状態で図示されている。また、図１６では電極の図示が省略されている。
【０１３０】
圧電シート３は、その対角線方向が延伸軸方向１０とは一致しておらず、このような対角線方向に延びる領域において、接着剤８２を介して表面保護フィルム２と貼り合わされ、それ以外の領域では粘着剤８３を介して表面保護フィルム２と貼り合わされている。接着剤８２および粘着剤８３としては、好ましくは透明性の高いものが用いられる。したがって、透明性の高い接着剤８２および粘着剤８３が用いられると、それら自体およびそれらの境目は実際には視認できない。
【０１３１】
粘着剤８３は比較的大きな弾性または塑性を有するため、表面保護フィルム２が変形したとき、圧電シートは、表面保護フィルム２に対して、ややずれることができる。一方、接着剤８２で貼り合わされた部分は、表面保護フィルム２の伸縮に合わせて伸縮が生じる。よって、図１に矢印１１ａおよび１１ｂで示すように対角線に沿って張力がかけられているのと同じような効果を生じさせることができる。
【０１３２】
図１６に示したタッチパネル１ｅでは、ゴム状弾性体を備えないため、より薄型化が可能である。また、表面保護フィルム２をガラス板から構成すれば、見た目に美しく、衝撃や引っ掻きに強いタッチパネルとすることができる。なお、この場合、表面保護フィルム２となるガラス板は、圧電シート３の変形を許容する程度に十分薄くされる。
【符号の説明】
【０１３３】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｅ タッチパネル
２ 表面保護フィルム
３，３０ 圧電シート
３ａ，３ｂ 主面
１０，３３ 延伸軸方向
１１ａ，１１ｂ 張力方向
２１〜２５，２１ａ〜２５ａ，２１ｂ〜２５ｂ，４１ａ〜４６ａ，５１ａ〜５６ａ，５１ｂ〜５６ｂ 電極
７０ 押圧操作点
７１〜７４ 格子点
８２ 接着剤
８３ 粘着剤
１００ タッチ式入力装置
１０１ 処理装置
１０２ 検出部
１０３ 演算部
１０４ 記憶部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、タッチパネル、ならびにタッチ式入力装置およびその制御方法に関するもので、特に、圧電シートを用いたタッチパネル、ならびにこれを用いて構成されるタッチ式入力装置およびその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、いわゆるタッチパネル方式を採用した入力装置、すなわちタッチ式入力装置が大幅に増加している。銀行ＡＴＭや駅の券売機のみならず、携帯電話機、携帯ゲーム機、携帯音楽プレーヤなどにおいて、薄型ディスプレイ技術の発展と相まって、入力インターフェースとしてタッチパネル方式が採用される機器が大幅に増加している。
【０００３】
現在用いられているタッチパネルは、抵抗膜式や静電容量式が主流であるが、これ以外にも光学式、電磁誘導式、圧電による弾性表面波を利用したものなどがある。通常はこれらの方式を用いて位置情報を検出する。すなわち、タッチパネル上のどの位置を操作者がタッチ（押圧操作）したのかを座標情報として取得し、この情報をもとに指定された処理が実行される。銀行ＡＴＭに代表されるように、画面に表示されたボタンの部分を触れることにより、操作者はあたかも実際のボタンを押して操作したかのように機器を操作することができる。最近のグラフィックユーザーインターフェース（ＧＵＩ）処理技術の発達の結果、操作者が画面上を撫でることにより、表示画像をスクロールさせたり、グラフィックとして表示されたスライドスイッチを指で直接コントロールしたりできるような装置もある。
【０００４】
「i-phone」（Apple Inc. の商標）に代表されるような端末情報機器では、最近、２指を用いて操作する、マルチタッチという方式が主流になりつつある。今後、タッチパネルにはさらなる多様性が求められつつあり、最近では位置情報と併せて押圧力情報を同時に得たいという要望が高まっている。すなわち、操作者が画面のどの位置をどのぐらいの強さで触れたかという２種類の情報を検出できれば、さらなる操作性の向上が図られる。
【０００５】
これに関する技術として、特開平５−６１５９２号公報（特許文献１）には、位置検出用素子と感圧センサーとを重ねることにより、位置情報と押圧力情報とを同時に検出する技術が開示されている。
【０００６】
また、特開２００６−１６３６１８号公報（特許文献２）には、圧電シートを用いて押圧力情報を取得するとともに、この圧電シートに格子状に形成された複数の電極線のどの部分に検知電圧が現れたのかを検出して位置情報を取得する方式が開示されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のタッチパネルでは、位置検出のみを行なう通常のタッチパネルの上にさらに、圧電シートや感圧抵抗体シートで形成された感圧センサーを重ねている。この感圧センサーはタッチパネルの全面を覆っている。
【０００８】
通常のタッチパネルは、何らかの画像表示装置の上に設置されることが通例であり、高い透明度が要求される。位置検出用のタッチパネル、感圧センサーともそれぞれ複数のフィルムと電極層とを有する。この方式では、マルチタッチは検出できない。また、上記フィルムを透明とし、電極層に酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の透明導電材料を用いれば、全体を透明性とすることができるが、積層数が多いため、光線透過率が低下するという問題があった。また、多数の部品とプロセスが必要であるため、コストアップの要因となる。さらに、位置情報と押圧力情報とが別々に検出されるため、信号処理が複雑となるといった問題もあった。
【０００９】
他方、特許文献２に記載のタッチパネルでは、位置情報と押圧力情報とを同時に検出するために、圧電シートに対して格子状の微細配線電極を形成している。信号がこの格子状電極のどの電極から強く検出されたかによって位置情報を得るため、これらの微細配線のすべてを演算処理部に接続する必要があり、構造がかなり複雑となるといった問題があった。
【００１０】
また、特開２００６−３９６６７号公報（特許文献３）には、抵抗膜式タッチパネルにおいてマルチタッチを可能にするという技術が記載されている。
【００１１】
いずれにしても、特許文献１〜３に記載のものでは、ＩＴＯなどの透明電極を用いている。ＩＴＯはレアメタルであるインジウムを使用しており、枯渇による高騰のおそれがある。また、ＩＴＯ以外の透明電極もあるが、樹脂フィルム全体に電極を構成するのは、手間も多く、透明電極といえども、透過率が１００％ではないので、幾分かの透過率低下を招くことになる。
【００１２】
なお、一般に、単なる抵抗膜式タッチパネルでは、マルチタッチを検出することができず、押圧力を検知することもできない。また、広い面積の透明電極を用いなければならないという問題も有している。
【００１３】
また、一般に、単なる静電方式タッチパネルでは、マルチタッチは可能であるが、ペンを用いたタッチを適用することができず、押圧力を検知することもできない。また、広い面積の透明電極を用いなければならないという問題も有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平５−６１５９２号公報
【特許文献２】特開２００６−１６３６１８号公報
【特許文献３】特開２００６−３９６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
そこで、この発明の目的は、上述したような問題を解決し得るもので、ペンでも指でも検知が可能で、マルチタッチに対応でき、さらに押圧力検知が可能であり、透明電極の使用量を極力小さくすることができる、タッチパネル、ならびにこれを用いて構成されるタッチ式入力装置およびその制御方法を提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明は、所定の方向に向く延伸軸を有するＬ型ポリ乳酸からなる圧電シートと、圧電シートの互いに対向する第１および第２の主面上にそれぞれ形成された互いに対向する第１および第２の電極とを備える、タッチパネルにまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、第１および第２の電極は、圧電シートの全面を覆わず、離散的に複数箇所に分布するように複数組形成されていることを特徴としている。
【００１７】
この発明は、また、上記タッチパネルを備え、タッチパネルを押圧操作した際に、各組の電極に発生する電圧を比較することによって、押圧操作した位置および押圧力を演算するようにされた、タッチ式入力装置に向けられる。
【００１８】
この発明に係るタッチ式入力装置は、タッチパネルの操作面に対し、格子状のマトリックス座標を設定する工程と、格子状のマトリックス座標の各格子点に対する所定の加重による押圧操作に関連して各組の電極に発生する電圧をそれぞれ測定する工程とを経て得られた電圧を、各格子点における基礎電圧として予め保管しておく記憶手段を備えている。
【００１９】
さらに、この発明に係るタッチ式入力装置は、
タッチパネルの操作面に対する操作者による押圧操作に関連して各組の電極に発生する実際の測定電圧を求める手段と、
格子点の各々について、基礎電圧に対する測定電圧の比率を各組の電極毎に計算する手段と、
格子点の各々について、比率の平均を各組の電極毎に求める手段と、
格子点の各々について、比率の標準偏差を求める手段と、
標準偏差の小さい順に格子点を順位付けする手段と、
順位付けされた格子点の上位から所定のｎ個の格子点を選択する手段と、
選択された格子点の座標を（Ｘｋ，Ｙｋ）（ｋ＝１，２，…，ｎ）、標準偏差をＳｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）としたとき、操作者による押圧操作の押圧位置の座標（Ｘ，Ｙ）を、
Ｘ＝Σ（Ｘｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ）、Ｙ＝Σ（Ｙｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ）
として決定する手段と、
順位付けの最上位の格子点の比率の平均を加重に乗じて、操作者による押圧操作の押圧力を求める手段と
を備えることを特徴としている。
【００２０】
この発明は、さらに、上記タッチパネルを備え、タッチパネルを押圧操作した際に、各組の電極に発生する電圧を比較することによって、押圧操作した位置および押圧力を演算するようにされた、タッチ式入力装置の制御方法にも向けられる。この発明に係るタッチ式入力装置の制御方法は、
タッチパネルの操作面に対し、格子状のマトリックス座標を設定する第１の予備工程と、
格子状のマトリックス座標の各格子点に対する所定の加重による押圧操作に関連して各組の電極に発生する電圧をそれぞれ測定する第２の予備工程と、
第２の予備工程によって得られた電圧を、各格子点における基礎電圧としてメモリに保管しておく第３の予備工程と
をまず備えている。
【００２１】
そして、さらに、実際の使用時において、
タッチパネルの操作面に対する操作者による押圧操作に関連して各組の電極に発生する実際の測定電圧を求める第１の実践工程と、
格子点の各々について、基礎電圧に対する測定電圧の比率を各組の電極毎に計算する第２の実践工程と、
格子点の各々について、比率の平均を各組の電極毎に求める第３の実践工程と、
格子点の各々について、比率の標準偏差を求める第４の実践工程と、
標準偏差の小さい順に格子点を順位付けする第５の実践工程と、
順位付けされた格子点の上位から所定のｎ個の格子点を選択する第６の実践工程と、
選択された格子点の座標を（Ｘｋ，Ｙｋ）（ｋ＝１，２，…，ｎ）、標準偏差をＳｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）としたとき、操作者による押圧操作の押圧位置の座標（Ｘ，Ｙ）を、
Ｘ＝Σ（Ｘｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ）、Ｙ＝Σ（Ｙｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ）
として決定する第７の実践工程と、
順位付けの最上位の格子点の比率の平均を加重に乗じて、操作者による押圧操作の押圧力を求める第８の実践工程と
を備えることを特徴としている。
【００２２】
上述した第２の予備工程および第１の実践工程において、各電極に発生する電圧は、タッチパネルの操作面に対する押圧操作における、押圧方向（操作面に向かう方向）の動作時に検出されるようにしても、逆押圧方向（操作面から放す方向）の動作時に検出されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
この発明に係るタッチパネルによれば、ペンでも指でも検知が可能で、マルチタッチに対応でき、さらに押圧力検知が可能なものとすることができる。また、圧電シートの全面を覆うように電極を形成しないので、高価な透明電極のための材料を大量に用いなくともよい。また、電極が離散的に複数箇所に分布するように形成されているので、電極の位置を工夫することにより、タッチパネルの光線透過性を高めることができる。
【００２４】
たとえば、圧電シートの外周縁部に位置する電極については、特に透明性を与える必要がないので、電極材料として、透明電極材料に比べて安価なアルミニウム、銅、金またはニッケルのような金属を用いることができる。言い換えると、ディスプレイ面への視界を遮る位置に形成された電極についてのみ、必要に応じて、透明電極材料である、酸化インジウム錫、酸化インジウム・酸化亜鉛、酸化亜鉛またはポリチオフェンを主成分とするものを用いればよいことになる。
【００２５】
この発明に係るタッチパネルにおいて、圧電シートが、延伸軸の方向とは一致しない方向に張力が付与される状態にされると、検出感度、特にマルチタッチに対しての検出感度を飛躍的に高めることができる。
【００２６】
上記の場合、圧電シートが、延伸軸の方向とは一致しない方向に延びる領域では接着剤を介して表面保護フィルムと貼り合わされ、それ以外の領域では粘着剤を介して表面保護フィルムと貼り合わされていると、圧電シートの所定の方向に容易にかつ安定的に張力を付与することができる。
【００２７】
この発明に係るタッチ式入力装置およびその制御方法によれば、圧電シート上に分布される電極の数が比較的少なくても、予め求められる基礎電圧といった離散的な基礎データに基づいて、非離散的な位置、すなわち全表面における任意の位置についての位置情報を得ることができ、同時に押圧力を検知することができる。
【００２８】
この発明に係るタッチ式入力装置の制御方法における第２の予備工程および第１の実践工程において、各組の電極に発生する電圧のうち最も絶対値の大きい電圧の極性に基づいて、各組の電極に発生する電圧が、タッチパネルの操作面に対する押圧操作における、押圧方向動作時に検出されたものか、逆押圧方向動作時に検出されたものかを判断するようにすれば、より信頼性の高い判断が可能となる。
【００２９】
この発明に係るタッチ式入力装置の制御方法における第２の実践工程において、基礎電圧のうち、所定の閾値より小さい電圧値を示す電極での基礎電圧を使用しないようにすれば、処理の信頼性を高めることができるとともに、処理能力の負荷を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の第１の実施形態によるタッチ式入力装置に備えるタッチパネル１を示すもので、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
【図２】ＰＬＬＡの圧電性に関して説明するための図である。
【図３】図１に示したタッチパネル１の所定の箇所を押したときに電極２１ａ〜２４ａの各々と電極２１ｂ〜２４ｂの各々との間に生じる電圧を比較して示した図であり、（Ａ）は押した位置を示し、（Ｂ）は（Ａ）に示した位置に対応して生じる電圧を示す。
【図４】この発明の第２の実施形態によるタッチパネル１ａを示す、図１（Ａ）に対応する図である。
【図５】この発明の第３の実施形態によるタッチパネル１ｂを示す、図１（Ａ）に対応する図である。
【図６】この発明の第４の実施形態によるタッチパネル１ｃに備える圧電シート３を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
【図７】図１に示したタッチパネル１を備えて構成されるタッチ式入力装置１００の回路構成を示すブロック図である。
【図８】タッチパネル１の操作面に対して設定される格子状のマトリックス座標を説明するための図である。
【図９】図７に示した演算部１０３が実行する座標検知アルゴリズムを示すフロー図である。
【図１０】図９に示した座標検知アルゴリズムを用いて実施される押圧操作点の座標決定のイメージを説明するための図である。
【図１１】この発明の比較例となるもので、マルチタッチ対応に関して不備な構成とされたタッチパネル１ｄを示す、図１（Ａ）に対応する図である。
【図１２】図１１に示したタッチパネル１ｄについて、タッチパネル１ｄにおける、対角線に沿う２点を同時にタッチした場合の発生電圧の比率を示す図である。
【図１３】図１２に示した発生電圧を得るために押圧操作した位置を示す、図１１に対応する図である。
【図１４】図１に示したタッチパネル１について２点を同時にタッチした場合に発生電圧の比率を示す図である。
【図１５】図１４に示した発生電圧を得るために押圧操作した位置を示す、図１（Ａ）に対応する図である。
【図１６】この発明の第５の実施形態によるタッチパネル１ｅを示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は平面図中央横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は、この発明の第１の実施形態によるタッチパネル１を示すもので、図１において、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
【００３２】
タッチパネル１は、図１（Ｂ）に示すように、表面保護フィルム２、圧電性を有する圧電シート３、ゴム状弾性体４、および基体５がこの順で積層された断面構造を有している。より詳細には、圧電シート３は、表面保護フィルム２と貼り合わされ、ゴム状弾性体４は、表面保護フィルム２と基体５との間に配置される。なお、ゴム状弾性体４は、圧電シート３の変形を許容するもので、エラストマーやゲル材から構成されるが、圧電シート３と基体５との間は、空間として残されてもよい。
【００３３】
タッチパネル１は、通常、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ、電子ペーパー等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の表面に配置される。よって、タッチパネル１を構成する各要素は、好ましくは、透明性を有する材料から構成される。また、この場合、前述した基体５はＦＰＤによって構成されてもよい。以下においては、基体５がＦＰＤによって構成されているとして説明を進める。
【００３４】
表面保護フィルム２は、操作者による押圧操作が及ぼされるべき操作面を構成するもので、たとえば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリプロピレン等からなるフィルムから構成される。表面保護フィルム２の表面には、図示を省略するが、反射防止膜や傷防止や汚れ防止のためハードコート層、またはこれらが複合された層が形成されてもよい。なお、図１（Ａ）は、表面保護フィルム２を除去した状態で図示されている。
【００３５】
圧電シート３は、一軸延伸されたＬ型ポリ乳酸（ＰＬＬＡ）から構成される。図１（Ａ）において、矢印１０によってＰＬＬＡの延伸軸方向が示されている。ＰＬＬＡは、透明性が高いという利点を有している。
【００３６】
圧電シート３の第１の主面３ａ上には、第１の電極２１ａ〜２５ａが形成され、これら第１の電極２１ａ〜２５ａの各々と圧電シート３を介して対向するように、圧電シート３の第１の主面３ａに対向する第２の主面３ｂ上には、第２の電極２１ｂ〜２５ｂが形成されている。なお、第２の電極２１ｂ〜２５ｂについては、電極２５ｂのみが図１（Ｂ）に示されている。
【００３７】
図１（Ｂ）の断面図では、各要素の厚みは誇張して表わされている。実際には、圧電シート３の厚みは５０〜１００μｍ程度である。もっとも、圧電シート３全体の大きさや圧電シート３の圧電特性自体を鑑みて、これを超える厚みであっても、これ未満の厚みであってもよい。いずれの要素の厚みについても、全体の設計に応じて決定されるべき設計事項である。
【００３８】
圧電シート３は、図示されていない強度のある枠体に対して、矢印１１ａおよび１１ｂの方向が束縛されながら、固定されている。これによって、圧電シート３は、矢印１１ａおよび１１ｂ方向の張力が付与される状態となっている。
【００３９】
図２は、ＰＬＬＡの圧電性に関して説明するための図である。ＰＬＬＡからなる正方形状の圧電シート３０に、シンボル３２で示される方向に電場をかけると、実線３１で示されるような略菱形となるような変形が生じる。なお、図２では、この変形をかなり誇張して表わしている。
【００４０】
図２において、矢印３３はＰＬＬＡの延伸軸方向を表わしている。このような変形は、ＰＬＬＡの圧電定数ｄ14に由来する変形である。簡単に言うと、圧電シート３０は、延伸軸方向３３と略４５度をなす方向（対角線方向）の軸に沿って伸び、その方向から９０度の方向に向く軸に沿って縮む。これが圧電逆効果である。逆に、実線３１のような変形を外力により生じさせると、シンボル３２で示す方向の電場が生じ、圧電シート３０の両主面に電極が形成されているとすると、その電極には電圧が発生することとなる。これが圧電効果である。したがって、このような菱形の変形を生じさせるような場合が最も効率良く圧電効果が得られる状態であることがわかる。
【００４１】
再び図１に戻って、タッチパネル１では、圧電シート３が矢印１１ａと１１ｂの方向に束縛されているため、たとえば圧電シート３の中央部を押さえて、これを変形させると、この圧電シート３は、図２の実線３１で示したような変形が生じていることになる。
【００４２】
図３は、タッチパネル１の所定の箇所を押したときに電極２１ａ〜２４ａの各々と電極２１ｂ〜２４ｂの各々との間に生じる電圧を比較して示したものである。すなわち、図３（Ａ）に示すタッチパネル１の所定の箇所〈１〉，〈２〉，…，〈９〉を押したとき、電極２１ａと２１ｂとの間のチャンネル１（ＣＨ１）で生じる電圧、電極２２ａと２２ｂとの間のチャンネル２（ＣＨ２）で生じる電圧、電極２３ａと２３ｂとの間のチャンネル３（ＣＨ３）で生じる電圧、および電極２４ａと２４ｂとの間のチャンネル４（ＣＨ４）で生じる電圧が、図３（Ｂ）に棒グラフで示されている。なお、ここでは、中央の電極２５ａおよび２５ｂは使用していない。
【００４３】
図３（Ｂ）に示すように、電圧の発生パターンは多彩であり、このパターンを認識すれば、タッチパネル１上の平面的な位置を認識できることがわかる。
【００４４】
ここで、圧電シート３を基体５より大きく構成し、外周縁部に位置する電極２１ａ〜２４ａをフレーム（図示せず。）で覆ってしまえば、基体５に表示される画像上には、電極２５ａを除いて、電極が存在しないことになる。よって、電極２５ａを形成しなければ、あえて透明電極を形成する必要がない。すなわち、電極２１ａ〜２４ａおよび電極２１ｂ〜２４ｂはアルミニウムや銅、銀、金などの蒸着やスパッタリング、もしくはめっきによって形成することが可能であり、タッチパネル１を安価に提供することができる。
【００４５】
なお、中央に位置する電極２５ａおよび２５ｂは、必須ではない。しかし、これら電極２５ａおよび２５ｂを、酸化インジウム錫、酸化インジウム・酸化亜鉛、酸化亜鉛およびポリチオフェンからなる群から選ばれる１種を主成分とする透明電極材料から構成しながら、圧電シート３の中央に配置すれば、電圧発生パターンがさらに多彩になり、検知分解能をより高くすることができる。
【００４６】
以上説明したように、ＰＬＬＡの圧電逆効果どおりの変形に近い変形をするような機構とすれば、最も効率良く、変化に富む電圧を取り出すことが可能である。すなわち、以上説明した実施の形態は、最良の形態ということになる。
【００４７】
なお、図１（Ａ）に示すように、矢印１１ａおよび１１ｂの方向にのみ、張力をかけるのが難しい場合には、圧電シート３全体に張力をかけ、矢印１１ａおよび１１ｂの方向のみに、より強い張力をかけることによっても、上記最良の形態に近い結果を出すことができる。
【００４８】
図４は、この発明の第２の実施形態によるタッチパネル１ａを示す、図１（Ａ）に対応する図である。図４において、図１（Ａ）に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。図４には、延伸軸方向１０が斜め４５度になっている場合における、電極配置の好ましい例、ならびに張力方向１１ａおよび１１ｂの好ましい例が示されている。
【００４９】
たとえば、圧電シート３の４辺を同じ張力で引っ張って固定すると、押圧操作する箇所が違っても、電極２１ａ〜２４ａからの電圧のパターンが同じようになり、位置検知が難しくなる場合がある（図１１参照）。これに対して、図４に示した張力方向１１ａおよび１１ｂの下では、電極２１ａ〜２４ａを各辺の略中央に配置すれば、図１に示した実施形態の場合と同様、図３（Ｂ）に示すような電圧の多彩な発生パターンを得ることができ、位置検知を的確に行なうことができる。
【００５０】
図１（Ａ）および図４では、電極２１ａ〜２４ａは対称な位置に同じ大きさで配置されたが、位置および大きさには特に制限はない。電極２１ａ〜２４ａの大きさについては、電極２１ａ〜２４ａからの電圧を増幅するために用いられるアンプによって十分な電圧が得られる大きさであれば、任意の大きさとして構わない。それぞれの電圧の大きさを意図して異ならせ、発生電圧の大きさをコントロールしてもよい。
【００５１】
また、外周縁部に形成される電極２１ａ〜２４ａは、必ずしも４個である必要はなく、たとえば、３個でもよいし、６個、９個と数を増やしても構わない。ある閾値を設定して、その閾値以下の電圧は使用しないようにする場合には、電極数が少ないとパターンが認識できなくなるおそれがあるが、十分な数の電極を設けておけば、このような場合にも対処が可能となる。電極の位置を非対称にしたり、電極の大きさを非対称にしたりしておけば、図３（Ｂ）に示すような電圧の発生パターンが対称となりにくくなり、判断がより容易になる。
【００５２】
同様に、中央に位置する電極２５ａについても、その数は任意であり、設けなくてもよい。
【００５３】
図５は、この発明の第３の実施形態によるタッチパネル１ｂを示す、図１（Ａ）に対応する図である。図５において、図１（Ａ）に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５４】
図５は、電極構成の変形例を示している。より詳細には、圧電シート３の第１の主面３ａ上に第１の電極４１ａ〜４６ａが設けられており、これら電極４１ａ〜４６ａ各々の大きさが互いに異ならされており、また、位置も一定の法則に従っていない。図示しないが、圧電シート３の第２の主面上に形成され、かつ第１の電極４１ａ〜４６ａにそれぞれ対向する第２の電極についても同様である。
【００５５】
張力方向については図示されないが、張力が与えられる点としては、電極４２ａおよび電極４５ａが位置する部分、または電極４３ａおよび電極４６ａが位置する部分などが考えられる。もちろん、これ以外の点であっても同様の効果を得ることができる。最も好ましくは、延伸軸方向１０と略４５度の方向をなすように張力を与えることであるが、それ以外の方向としてもよく、図５に示す圧電シート３のように、長方形状の場合には、対角線方向と一致するいずれか一方方向に張力をかけることが望ましい。
【００５６】
また、対角線方向が延伸軸方向と４５度の方向をなすように、圧電シート３の材料となるフィルムの切り出し方向を変えてもよい。すなわち、延伸軸方向を、図示した延伸軸方向１０とは異ならせるということである。
【００５７】
いずれにしても、張力方向は、延伸軸方向１０と完全に一致しないようにすることが望ましい。
【００５８】
また、電極の形状は長方形であるとは限らず、いずれの形でもよい。
【００５９】
また、複数の電極の一部を直列に接続してもよい。これについて、以下に具体的に説明する。
【００６０】
図６は、この発明の第４の実施形態によるタッチパネル１ｃに備える圧電シート３を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。図５において、図１に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６１】
図６では、圧電シート３の外周縁部に沿って複数の電極を形成し、これら電極の一部を直列で接続している。すなわち、図６（Ｂ）に示されるように、第１の電極５１ａと第２の電極５２ｂとが接続線５７によって互いに接続され、第１の電極５２ａと第２の電極５３ｂとが接続線５８によって互いに接続され、それによって、電極５１ｂから電極５３ａまでが直列に接続されている。また、第２の電極５４ｂと第１の電極５５ａとが接続線５９によって互いに接続され、第２の電極５５ｂと第１の電極５６ａとが接続線６０によって互いに接続され、それによって、電極５４ａから電極５６ｂまでが直列に接続されている。
【００６２】
第２の電極５１ｂおよび第１の電極５３ａにそれぞれ接続された接続線６１および６２、ならびに第１の電極５４ａおよび第２の電極５６ｂにそれぞれ接続された接続線６３および６４は、図示しないアンプに接続される。
【００６３】
このように、同電位を発生する電極対を直列接続すれば検知電圧がより大きくなり、ノイズに対する誤差をより小さくすることができる。
【００６４】
次に、押圧操作によって発生した電圧を用いて、位置および押圧力を検知する方法について説明する。
【００６５】
図７は、図１に示したタッチパネル１を備えて構成されるタッチ式入力装置１００の回路構成を示すブロック図である。タッチ式入力装置１００は、タッチパネル１と処理装置１０１とを備え、処理装置１０１は、検出部１０２と演算部１０３と記憶部１０４とを備えている。なお、図７を参照しながらの説明では、タッチパネル１に備える第１の電極２１ａ〜２４ａと第２の電極２１ｂ〜２４ｂとの間で区別する必要がないため、これらを「電極２１」〜「電極２４」と総称するとともに、図７では「２１」〜「２４」の参照符号を用いる。
【００６６】
図７を参照して、電極２１〜２４の各々に発生した電圧は、それぞれ、接続線１０５ａ〜１０５ｄを通じて検出部１０２に送られ、そこで、各電圧が増幅される。増幅された電圧は、演算部１０３で解析されて、位置および押圧力が求められる。記憶部１０４には、予め取得された基礎電圧が保存されている。
【００６７】
まず、タッチ式入力装置１００を実際に使用する前に予め行なっておくべき予備処理について説明する。
【００６８】
まず、第１の予備工程として、図８に示すように、タッチパネル１の操作面に対し、格子状のマトリックス座標を設定する。図８では、電極２１〜２４の図示は省略されている。なお、中央に位置していた電極２５ａおよび２５ｂについては、存在しないものとして、以下の説明を進める。マトリックス座標の格子点は架空の点であり、たとえば操作面上に描かれるものではない。格子点の数、つまり、縦軸と横軸とによる分割数は任意であり、細かく分割するほど分解能は上昇するが、この予備手順および後の演算処理が複雑になる。
【００６９】
この発明によれば、ある程度ラフに格子点を取った状態でも正確に位置検知が可能な方法が提供される。最終的に要求される分解能の１０〜１００倍程度の間隔で格子点を設定すればよい。たとえば要求分解能が０．２ｍｍであれば、２〜２０ｍｍ程度の間隔で格子点を設定すればよい。要求分解能の１０倍とするか、１００倍とするかは、圧電シート３の検知感度による。これは、圧電シート３の厚み、圧電定数および均一性、そして表面保護フィルム２の材料として何を使用するかによるため、設計事項である。
【００７０】
次に、第２の予備工程として、すべての格子点に対して、予め決められた所定の押圧力を加え、そのときに、電極２１〜２４の各々に発生する電圧を測定する。
【００７１】
圧電体では、押圧操作における、押圧方向（操作面に向かう方向）の動作時と逆押圧方向（操作面から放す方向）の動作時との双方で電圧が発生するため、この双方の電圧を取得しておくことが望ましい。実際の測定は、ロボットとロボットに連動した自動計測装置を用いて自動で行なわれる。複数回測定を行ない平均化するか、多点のデータを用いて最小二乗近似しておくことが望ましい。
【００７２】
次に、第３の予備工程として、上記第２の予備工程によって得られた電圧が、各格子点の座標値とともに、各格子点における基礎電圧として記憶部１０４に保管される。
【００７３】
縦方向と横方向でそれぞれｎ本のラインが設定されている場合には、格子点の個数はｎ×ｎである。縦方向の分割数と横方向の分割数とを必ずしも同じにする必要はない。また、すべての分割を等間隔で行なう必要はなく、分解能の要求が高いエリアと分解能の要求が低いエリアとに分けて、格子間の間隔を異ならせてもよい。
【００７４】
また、特に表面保護フィルム２をガラス板から構成した場合には、周辺領域を押圧したときの機械的変化より、中央領域を押圧したときの機械的変化が大きい。したがって、中心付近では「めりはり」のある電圧が検知され、周辺部ではノイズが乗りやすくなる。これに伴って、周辺部の分割数を多くするという場合もある。
【００７５】
以上が、タッチ式入力装置１００を実際に使用する前に予め行なっておくべき予備工程である。次に、実際の使用時に実施される実践工程について説明する。
【００７６】
実際の使用時には、必ず格子点をタッチされるとは限らない。このときの座標の求め方について説明する。図９に、演算部１０３が実行する座標検知アルゴリズムを示す。図９を参照して、各フローについて説明する。
【００７７】
Ｆ０００：
ここで、プログラムがスタートする。
【００７８】
タッチパネル１に電圧が発生したことをトリガとして、検出部１０２がトリガを引き、このプログラムをスタートさせてもよいし、常に一定間隔で繰り返し実行を行なっていてもよい。
【００７９】
Ｆ００１：
演算部１０３は、記憶部１０４から、各格子点の座標と、その点における基準押圧時に電極２１〜２４の各々に発生する電圧とを読み込む。
【００８０】
この処理は、タッチパネル１に対する押圧が発生する度に行なう必要はなく、一旦、ＣＰＵ上にデータがロードされてしまえば、その後は実行する必要はない。
【００８１】
Ｆ００２：
検出部１０２から測定電圧（電極２１〜２４の各々からの電圧値）を読み込む。
【００８２】
なお、検出部１０２には、タッチパネル１の操作面に対する操作者による押圧操作に関連して電極２１〜２４の各々に発生する実際の測定電圧についてのデータが送られている。
【００８３】
Ｆ００３：
このステップは、繰り返し処理の上端である。
【００８４】
すべての格子点に対して繰り返し処理を実行する。
【００８５】
Ｆ００４：
電極２１〜２４の各々毎に基礎電圧に対する測定電圧の比率を求める。
【００８６】
例示すると以下のようになる。測定電圧と基礎電圧とを、格子点Ａ、ＢおよびＣの３点で比較した例を考える。
【００８７】
【表１】
【００８８】
【表２】
【００８９】
【表３】
【００９０】
表１および表２に示す格子点Ａおよび格子点Ｂでは、測定電圧を基礎電圧と比較した際、どの電極においても約２倍近い比率が計測されている。一方、表３に示す格子点Ｃでは、測定電圧と基礎電圧との比率は、電極間でばらばらである。
【００９１】
これら表１ないし表３を見れば、格子点Ｃは実際の押圧点から遠く離れており、格子点Ａおよび格子点Ｂの近傍の点が押圧されたことがわかる。ここでは測定誤差等は無視して考える。
【００９２】
比率を求める際には、符号が合致していることが前提である。符号が合致していない場合には、その格子点は、押圧点とは全く違う、すなわち遠く離れた箇所にあると判断し、比率の算出をしない。
【００９３】
ある電極の基礎電圧もしくは測定電圧が０に近い場合には、符号が逆転する可能性がある。これに対しては、予め閾値を設定しておき、ある電極の基礎電圧が閾値より低い場合には、その電極のデータのみを以降の処理で用いないようにする。
【００９４】
たとえば、通常、次のステップでは４点で標準偏差計算を行なうが、上述のように、閾値より低い基礎電圧がある場合には、この基礎電圧を示した点を除いて、３点で計算を行なうことになる。このようにすることにより、基礎電圧が０近傍にある場合に、算出された比率が極端に大きくなってしまうことを防ぐことができる。
【００９５】
Ｆ００５：
各電極毎の比率の標準偏差を求める。
【００９６】
標準偏差の例も表１ないし表３に記載している。表１ないし表３からわかるように、比率のばらつきが小さいほど、押圧点はその格子点に近いことを表しており、標準偏差は小さくなる。
【００９７】
もし、標準偏差が０となれば、押圧はその格子点そのものであったことを示す。実際には、誤差の影響で標準偏差が０となる確率は極めて小さいが、もし０となった場合には、以降の座標判断処理は中断し、押圧点の座標は格子点そのものの座標としてもよい。実際のプログラムでは、標準偏差の閾値を設定しておき、閾値よりも小さくなった場合には、以降の座標判断処理は中断し、格子点そのものの座標として押圧点の座標を決定する。
【００９８】
Ｆ００６：
前の処理で得られた標準偏差の順位付けを行なう。
【００９９】
繰り返し処理であるので、前の一連の動作で既に順位が付けられている。よって、今回求めた標準偏差が、前回の順位のどこにはいるかを算出し、以降のデータの順位を下にずらす。
【０１００】
Ｆ００７：
このステップは、繰り返し処理の下端である。
【０１０１】
すべての格子点にわたって計算が完了するまでＦ００３〜Ｆ００７を繰り返す。
【０１０２】
Ｆ００８：
最終のＦ００６の処理で最上位に位置付けられた格子点の基礎電圧データに対する比率の平均値を求め、これを押圧力比率とする。
【０１０３】
たとえば表１ないし表３に示した格子点Ａ〜Ｃのうち、格子点Ｂが第１位の点とされた場合には、その比率の平均を算出すると、１．９９８となる。したがって、基準押圧力を０．１０Ｎとしている場合であれば、実際の押圧力は約０．２０Ｎと判断される。
【０１０４】
Ｆ００９：
図９に示すとおり、変数に数値を割り当てる。
【０１０５】
順位付けＭ番目までのデータについて求めるとすれば、格子点の座標を（ＧＸｋ，ＧＹｋ）、標準偏差をＳｋとしたとき、ｋ＝１，２，…，Ｍとする。ここで、Ｍは、実用上、３もしくは４とすれば十分である。多くすれば計算量が増えるだけで誤差はかえって大きくなる。
【０１０６】
Ｆ０１０：
図９に示すとおり計算する。
【０１０７】
求める座標を（Ｘ，Ｙ）とすれば、
Ｘ＝Σ（ＧＸｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ） …（１）、および
Ｙ＝Σ（ＧＹｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ） …（２）
（ただし、ｋ＝１，２，…，Ｍ）
の式により求められる。
【０１０８】
押圧操作点の座標決定のイメージは以下のとおりである。図１０は、Ｍ＝４としたときの上位の格子点の近傍を抜き出して示したものである。図１０において、押圧操作点７０の近傍に格子点７１〜７４が図示されている。なお、タッチパネル１上には、このような格子点は見える形では存在していない。
【０１０９】
前述した順位付けによって、第１位が格子点７４、第２位が格子点７１、第３位が格子点７３、第４位が格子点７２というように決定される。第１位の格子点７４、第２位の格子点７１、第３位の格子点７３および第４位の格子点７２の各座標が、それぞれ、（−２０，５）、(−２０，１０)、(−２５，５)および（−２５，１０）であり、また、各々の標準偏差が、それぞれ、０．０５、０．０８、０．１３および０．１８であったとすれば、上記（１）および（２）式より、押圧操作点７０の座標（Ｘ，Ｙ）は、
（Ｘ，Ｙ）＝（−２１．４５，６．９７）と求まる。
【０１１０】
以上の説明では、押圧操作における、押圧方向動作時に検出されるデータの処理方式を記載したが、押圧した指またはペンを放す時、すなわち逆押圧方向動作時にも電圧が発生し、この電圧は、押圧方向動作時とは極性が逆転する。検出部１０２で検知される電圧は、一番大きな電圧が検出された電極に着目すれば、その極性は決まっている。したがって、その極性に着目すれば、押圧方向動作時であるか、逆押圧方向動作時であるかが区別できる。
【０１１１】
押圧動作時に発生した電圧に対して、逆押圧方向動作時には、すべての電極で逆極性の電圧が発生する、したがって、この極性を逆に読み替えれば、押圧方向動作時のデータをそのまま利用することができる。
【０１１２】
また、データ取得工程において、逆押圧方向動作時に取ったデータを使えば、そのまま同じアルゴリズムで検知が可能である。
【０１１３】
位置検出と押圧力検知とを押圧方向動作時のデータで行ない、逆押圧動作時には何もしないということももちろん可能である。あるいは、押圧方向動作時には何もせずに、逆押圧動作時にだけ検知するようにしてもよい。また、位置検出は押圧方向動作時のみで行ない、押圧力検知は逆押圧方向動作時に行なうという方法、もしくはその逆の方法も可能である。
【０１１４】
さらに、押圧方向動作時と逆押圧方向動作時との双方でフル検知を行ない、それらの平均を用いるという方法でもよい。また、押圧方向動作時と逆押圧方向動作時とで別々の結果としても捉えてもよい。
【０１１５】
また、押圧操作を行なうにあたって、押す速度または放す速度を変えることにより、検知電圧が変化するため、ゲーム機などに適用される場合、押圧操作において、ゆっくり押す、速く押す、ゆっくり放す、速く放すといった使い分けが可能である。
【０１１６】
次に、この発明に係るタッチパネルのマルチタッチ対応について説明する。
【０１１７】
図１１は、この発明の比較例となるもので、マルチタッチ対応に関して不備な構成とされたタッチパネル１ｄを示す、図１（Ａ）に対応する図である。図１１において、図１（Ａ）に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１１８】
図１１に示したタッチパネル１ｄでは、圧電シート３は、４つの矢印１１ａ〜１１ｄで示すように、その４隅に張力が掛けられるように固定されている。また、延伸軸方向１０は、張力方向１１ｂから張力方向１１ｄへと向く方向と一致しており、電極２１ａ〜２４ａは、圧電シート３の４辺の各中心付近にほぼ対称的な位置関係をもって配置されている。
【０１１９】
このようなタッチパネル１ｄについて、タッチパネル１ｄにおける、対角線に沿う２点を同時にタッチ（マルチタッチ）した場合の発生電圧が図１２のグラフに示されている。図１２に示したグラフは、最も大きな電圧を１として規格化してある。
【０１２０】
図１２において、「ＣＨ１」は電極２１ａと２１ｂとの間のチャンネル１で生じる電圧、「ＣＨ２」は電極２２ａと２２ｂとの間のチャンネル２で生じる電圧、「ＣＨ３」は電極２３ａと２３ｂとの間のチャンネル３で生じる電圧、および「ＣＨ４」は電極２４ａと２４ｂとの間のチャンネル４で生じる電圧を示している。
【０１２１】
また、図１２において丸で囲んだ〈１〉、〈２〉および〈３〉は、押圧操作した位置を表わすものであり、図１３において丸で囲んだ〈１〉、〈２〉および〈３〉でそれぞれ示す位置に対応している。図１３において、〈１〉、〈２〉および〈３〉で示す位置は、それぞれ、２箇所ずつ存在していることからわかるように、図１２に示した電圧は、図１３における２箇所の〈１〉の位置、２箇所の〈２〉の位置および２箇所の〈３〉の位置を同時に押圧操作した時の電圧である。
【０１２２】
図１２からわかるように、〈１〉の位置、〈２〉の位置および〈３〉の位置のいずれであっても、ＣＨ１〜ＣＨ４間での電圧の比率はほぼ同じようなパターンとなっている。このことから、マルチタッチにおいて、〈１〉の位置、〈２〉の位置および〈３〉の位置を相互に分離するのは非常に難しいことがわかる。
【０１２３】
なお、中央の１点タッチの場合も同じような電圧の比率になり、１点タッチとの分離も難しくなると推測される。よって、中央の電極２５ａを用いても、上記のような分離は難しいと考えられる。
【０１２４】
これに対し、最良の形態である前述の図１に示すようなタッチパネル１を構成し、中央の電極２５ａも作動させた場合の電圧が図１４に示されている。図１４において、「ＣＨ１」は電極２１ａと２１ｂとの間のチャンネル１で生じる電圧、「ＣＨ２」は電極２２ａと２２ｂとの間のチャンネル２で生じる電圧、「ＣＨ３」は電極２３ａと２３ｂとの間のチャンネル３で生じる電圧、「ＣＨ４」は電極２４ａと２４ｂとの間のチャンネル４で生じる電圧、および「ＣＨ５」は電極２５ａと２５ｂとの間のチャンネル５で生じる電圧を示している。
【０１２５】
図１５には、図１４に示した電圧を得るために押圧操作した位置が示されている。すなわち、図１４において丸で囲んだ〈１〉，〈２〉，…，〈９〉は、押圧操作した位置を表わすものであり、図１５において丸で囲んだ〈１〉，〈２〉，…，〈９〉でそれぞれ示す位置に対応している。図１５において、〈１〉，〈２〉，…，〈９〉で示す位置は、それぞれ、２箇所ずつ存在していることからわかるように、図１４に示した電圧は、図１５における２箇所の〈１〉等の位置を同時に押圧操作した時の電圧である。
【０１２６】
図１４に示すように、２点タッチしたときのＣＨ１〜ＣＨ５間での電圧の比率は、〈１〉，〈２〉，…，〈９〉の各所で全く異なり、よって、位置検知および押圧力検知が同時に可能であることがわかる。このことから、電極数を増やせば、さらにバリエーションが多くなると推測される。
【０１２７】
図１６は、この発明の第５の実施形態によるタッチパネル１ｅを示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は平面図中央横断面図である。図１６において、図１に示す要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１２８】
図１６に示すタッチパネル１ｅでは、圧電シート３は、たとえばガラス板からなる表面保護フィルム２と貼り合わされており、表面保護フィルム２は、枠状のスペーサ８１を介して基体５に固定されている。この実施形態では、圧電シート３と基体５との間は、ゴム状弾性体によって充填されるのではなく、空間のままとされている。
【０１２９】
図１６（Ａ）において、表面保護フィルム２は、その下方に位置するものが透視された状態で図示されている。また、図１６では電極の図示が省略されている。
【０１３０】
圧電シート３は、その対角線方向が延伸軸方向１０とは一致しておらず、このような対角線方向に延びる領域において、接着剤８２を介して表面保護フィルム２と貼り合わされ、それ以外の領域では粘着剤８３を介して表面保護フィルム２と貼り合わされている。接着剤８２および粘着剤８３としては、好ましくは透明性の高いものが用いられる。したがって、透明性の高い接着剤８２および粘着剤８３が用いられると、それら自体およびそれらの境目は実際には視認できない。
【０１３１】
粘着剤８３は比較的大きな弾性または塑性を有するため、表面保護フィルム２が変形したとき、圧電シートは、表面保護フィルム２に対して、ややずれることができる。一方、接着剤８２で貼り合わされた部分は、表面保護フィルム２の伸縮に合わせて伸縮が生じる。よって、図１に矢印１１ａおよび１１ｂで示すように対角線に沿って張力がかけられているのと同じような効果を生じさせることができる。
【０１３２】
図１６に示したタッチパネル１ｅでは、ゴム状弾性体を備えないため、より薄型化が可能である。また、表面保護フィルム２をガラス板から構成すれば、見た目に美しく、衝撃や引っ掻きに強いタッチパネルとすることができる。なお、この場合、表面保護フィルム２となるガラス板は、圧電シート３の変形を許容する程度に十分薄くされる。
【符号の説明】
【０１３３】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｅ タッチパネル
２ 表面保護フィルム
３，３０ 圧電シート
３ａ，３ｂ 主面
１０，３３ 延伸軸方向
１１ａ，１１ｂ 張力方向
２１〜２５，２１ａ〜２５ａ，２１ｂ〜２５ｂ，４１ａ〜４６ａ，５１ａ〜５６ａ，５１ｂ〜５６ｂ 電極
７０ 押圧操作点
７１〜７４ 格子点
８２ 接着剤
８３ 粘着剤
１００ タッチ式入力装置
１０１ 処理装置
１０２ 検出部
１０３ 演算部
１０４ 記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向に向く延伸軸を有するＬ型ポリ乳酸からなる圧電シートと、
前記圧電シートの互いに対向する第１および第２の主面上にそれぞれ形成された互いに対向する第１および第２の電極と
を備え、
前記第１および第２の電極は、前記圧電シートの全面を覆わず、離散的に複数箇所に分布するように複数組形成されている、
タッチパネル。
【請求項２】
前記圧電シートは、前記延伸軸の方向とは一致しない方向に張力が付与される状態にある、請求項１に記載のタッチパネル。
【請求項３】
前記圧電シートの主面に沿って配置される表面保護フィルムをさらに備え、前記圧電シートは、前記延伸軸の方向とは一致しない方向に延びる領域では接着剤を介して前記表面保護フィルムと貼り合わされ、それ以外の領域では粘着剤を介して前記表面保護フィルムと貼り合わされている、請求項２に記載のタッチパネル。
【請求項４】
前記第１および第２の電極のうち、前記圧電シートの外周縁部に位置するものは、アルミニウム、銅、金およびニッケルからなる群から選ばれる１種を主成分とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のタッチパネル。
【請求項５】
当該タッチパネルは、所定のディスプレイ面に重なるように配置されるものであり、前記第１および第２の電極のうち、前記ディスプレイ面への視界を遮る位置に形成されたものは、酸化インジウム錫、酸化インジウム・酸化亜鉛、酸化亜鉛およびポリチオフェンからなる群から選ばれる１種を主成分とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のタッチパネル。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のタッチパネルを備え、
前記タッチパネルを押圧操作した際に、各組の前記電極に発生する電圧を比較することによって、押圧操作した位置および押圧力を演算するようにされた、タッチ式入力装置であって、
前記タッチパネルの操作面に対し、格子状のマトリックス座標を設定する工程と、前記格子状のマトリックス座標の各格子点に対する所定の加重による押圧操作に関連して各組の前記電極に発生する電圧をそれぞれ測定する工程とを経て得られた前記電圧を、前記各格子点における基礎電圧として予め保管しておく記憶手段を備え、さらに、
前記タッチパネルの前記操作面に対する操作者による押圧操作に関連して各組の前記電極に発生する実際の測定電圧を求める手段と、
前記格子点の各々について、前記基礎電圧に対する前記測定電圧の比率を各組の前記電極毎に計算する手段と、
前記格子点の各々について、前記比率の平均を各組の前記電極毎に求める手段と、
前記格子点の各々について、前記比率の標準偏差を求める手段と、
前記標準偏差の小さい順に前記格子点を順位付けする手段と、
順位付けされた前記格子点の上位から所定のｎ個の格子点を選択する手段と、
前記選択された格子点の座標を（Ｘｋ，Ｙｋ）（ｋ＝１，２，…，ｎ）、前記標準偏差をＳｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）としたとき、操作者による押圧操作の押圧位置の座標（Ｘ，Ｙ）を、
Ｘ＝Σ（Ｘｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ）、Ｙ＝Σ（Ｙｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ）
として決定する手段と、
前記順位付けの最上位の格子点の前記比率の平均を前記加重に乗じて、操作者による押圧操作の押圧力を求める手段と
を備える、タッチ式入力装置。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかに記載のタッチパネルを備え、
前記タッチパネルを押圧操作した際に、各組の前記電極に発生する電圧を比較することによって、押圧操作した位置および押圧力を演算するようにされた、タッチ式入力装置の制御方法であって、
前記タッチパネルの操作面に対し、格子状のマトリックス座標を設定する第１の予備工程と、
前記格子状のマトリックス座標の各格子点に対する所定の加重による押圧操作に関連して各組の前記電極に発生する電圧をそれぞれ測定する第２の予備工程と、
前記第２の予備工程によって得られた前記電圧を、前記各格子点における基礎電圧としてメモリに保管しておく第３の予備工程と
を備え、さらに、実際の使用時において、
前記タッチパネルの前記操作面に対する操作者による押圧操作に関連して各組の前記電極に発生する実際の測定電圧を求める第１の実践工程と、
前記格子点の各々について、前記基礎電圧に対する前記測定電圧の比率を各組の前記電極毎に計算する第２の実践工程と、
前記格子点の各々について、前記比率の平均を各組の前記電極毎に求める第３の実践工程と、
前記格子点の各々について、前記比率の標準偏差を求める第４の実践工程と、
前記標準偏差の小さい順に前記格子点を順位付けする第５の実践工程と、
順位付けされた前記格子点の上位から所定のｎ個の格子点を選択する第６の実践工程と、
前記選択された格子点の座標を（Ｘｋ，Ｙｋ）（ｋ＝１，２，…，ｎ）、前記標準偏差をＳｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）としたとき、操作者による押圧操作の押圧位置の座標（Ｘ，Ｙ）を、
Ｘ＝Σ（Ｘｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ）、Ｙ＝Σ（Ｙｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ）
として決定する第７の実践工程と、
前記順位付けの最上位の格子点の前記比率の平均を前記加重に乗じて、操作者による押圧操作の押圧力を求める第８の実践工程と
を備える、タッチ式入力装置の制御方法。
【請求項８】
前記第２の予備工程および前記第１の実践工程において、各組の前記電極に発生する電圧は、前記タッチパネルの前記操作面に対する押圧操作における、押圧方向動作時に検出される、請求項７に記載のタッチ式入力装置の制御方法。
【請求項９】
前記第２の予備工程および前記第１の実践工程において、各組の前記電極に発生する電圧は、前記タッチパネルの前記操作面に対する押圧操作における、逆押圧方向動作時に検出される、請求項７に記載のタッチ式入力装置の制御方法。
【請求項１０】
前記第２の予備工程および前記第１の実践工程において、各組の前記電極に発生する電圧のうち最も絶対値の大きい電圧の極性に基づいて、各組の前記電極に発生する電圧が、前記タッチパネルの前記操作面に対する押圧操作における、押圧方向動作時に検出されたものか、逆押圧方向動作時に検出されたものかを判断する工程をさらに備える、請求項８または９に記載のタッチ式入力装置の制御方法。
【請求項１１】
前記第２の実践工程において、前記基礎電圧のうち、所定の閾値より小さい電圧値を示す前記電極での基礎電圧を使用しないようにする、請求項７ないし１０のいずれかに記載のタッチ式入力装置の制御方法。
【請求項１】
所定の方向に向く延伸軸を有するＬ型ポリ乳酸からなる圧電シートと、
前記圧電シートの互いに対向する第１および第２の主面上にそれぞれ形成された互いに対向する第１および第２の電極と
を備え、
前記第１および第２の電極は、前記圧電シートの全面を覆わず、離散的に複数箇所に分布するように複数組形成されている、
タッチパネル。
【請求項２】
前記圧電シートは、前記延伸軸の方向とは一致しない方向に張力が付与される状態にある、請求項１に記載のタッチパネル。
【請求項３】
前記圧電シートの主面に沿って配置される表面保護フィルムをさらに備え、前記圧電シートは、前記延伸軸の方向とは一致しない方向に延びる領域では接着剤を介して前記表面保護フィルムと貼り合わされ、それ以外の領域では粘着剤を介して前記表面保護フィルムと貼り合わされている、請求項２に記載のタッチパネル。
【請求項４】
前記第１および第２の電極のうち、前記圧電シートの外周縁部に位置するものは、アルミニウム、銅、金およびニッケルからなる群から選ばれる１種を主成分とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のタッチパネル。
【請求項５】
当該タッチパネルは、所定のディスプレイ面に重なるように配置されるものであり、前記第１および第２の電極のうち、前記ディスプレイ面への視界を遮る位置に形成されたものは、酸化インジウム錫、酸化インジウム・酸化亜鉛、酸化亜鉛およびポリチオフェンからなる群から選ばれる１種を主成分とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のタッチパネル。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のタッチパネルを備え、
前記タッチパネルを押圧操作した際に、各組の前記電極に発生する電圧を比較することによって、押圧操作した位置および押圧力を演算するようにされた、タッチ式入力装置であって、
前記タッチパネルの操作面に対し、格子状のマトリックス座標を設定する工程と、前記格子状のマトリックス座標の各格子点に対する所定の加重による押圧操作に関連して各組の前記電極に発生する電圧をそれぞれ測定する工程とを経て得られた前記電圧を、前記各格子点における基礎電圧として予め保管しておく記憶手段を備え、さらに、
前記タッチパネルの前記操作面に対する操作者による押圧操作に関連して各組の前記電極に発生する実際の測定電圧を求める手段と、
前記格子点の各々について、前記基礎電圧に対する前記測定電圧の比率を各組の前記電極毎に計算する手段と、
前記格子点の各々について、前記比率の平均を各組の前記電極毎に求める手段と、
前記格子点の各々について、前記比率の標準偏差を求める手段と、
前記標準偏差の小さい順に前記格子点を順位付けする手段と、
順位付けされた前記格子点の上位から所定のｎ個の格子点を選択する手段と、
前記選択された格子点の座標を（Ｘｋ，Ｙｋ）（ｋ＝１，２，…，ｎ）、前記標準偏差をＳｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）としたとき、操作者による押圧操作の押圧位置の座標（Ｘ，Ｙ）を、
Ｘ＝Σ（Ｘｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ）、Ｙ＝Σ（Ｙｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ）
として決定する手段と、
前記順位付けの最上位の格子点の前記比率の平均を前記加重に乗じて、操作者による押圧操作の押圧力を求める手段と
を備える、タッチ式入力装置。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかに記載のタッチパネルを備え、
前記タッチパネルを押圧操作した際に、各組の前記電極に発生する電圧を比較することによって、押圧操作した位置および押圧力を演算するようにされた、タッチ式入力装置の制御方法であって、
前記タッチパネルの操作面に対し、格子状のマトリックス座標を設定する第１の予備工程と、
前記格子状のマトリックス座標の各格子点に対する所定の加重による押圧操作に関連して各組の前記電極に発生する電圧をそれぞれ測定する第２の予備工程と、
前記第２の予備工程によって得られた前記電圧を、前記各格子点における基礎電圧としてメモリに保管しておく第３の予備工程と
を備え、さらに、実際の使用時において、
前記タッチパネルの前記操作面に対する操作者による押圧操作に関連して各組の前記電極に発生する実際の測定電圧を求める第１の実践工程と、
前記格子点の各々について、前記基礎電圧に対する前記測定電圧の比率を各組の前記電極毎に計算する第２の実践工程と、
前記格子点の各々について、前記比率の平均を各組の前記電極毎に求める第３の実践工程と、
前記格子点の各々について、前記比率の標準偏差を求める第４の実践工程と、
前記標準偏差の小さい順に前記格子点を順位付けする第５の実践工程と、
順位付けされた前記格子点の上位から所定のｎ個の格子点を選択する第６の実践工程と、
前記選択された格子点の座標を（Ｘｋ，Ｙｋ）（ｋ＝１，２，…，ｎ）、前記標準偏差をＳｋ（ｋ＝１，２，…，ｎ）としたとき、操作者による押圧操作の押圧位置の座標（Ｘ，Ｙ）を、
Ｘ＝Σ（Ｘｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ）、Ｙ＝Σ（Ｙｋ／Ｓｋ）／Σ（１／Ｓｋ）
として決定する第７の実践工程と、
前記順位付けの最上位の格子点の前記比率の平均を前記加重に乗じて、操作者による押圧操作の押圧力を求める第８の実践工程と
を備える、タッチ式入力装置の制御方法。
【請求項８】
前記第２の予備工程および前記第１の実践工程において、各組の前記電極に発生する電圧は、前記タッチパネルの前記操作面に対する押圧操作における、押圧方向動作時に検出される、請求項７に記載のタッチ式入力装置の制御方法。
【請求項９】
前記第２の予備工程および前記第１の実践工程において、各組の前記電極に発生する電圧は、前記タッチパネルの前記操作面に対する押圧操作における、逆押圧方向動作時に検出される、請求項７に記載のタッチ式入力装置の制御方法。
【請求項１０】
前記第２の予備工程および前記第１の実践工程において、各組の前記電極に発生する電圧のうち最も絶対値の大きい電圧の極性に基づいて、各組の前記電極に発生する電圧が、前記タッチパネルの前記操作面に対する押圧操作における、押圧方向動作時に検出されたものか、逆押圧方向動作時に検出されたものかを判断する工程をさらに備える、請求項８または９に記載のタッチ式入力装置の制御方法。
【請求項１１】
前記第２の実践工程において、前記基礎電圧のうち、所定の閾値より小さい電圧値を示す前記電極での基礎電圧を使用しないようにする、請求項７ないし１０のいずれかに記載のタッチ式入力装置の制御方法。
【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２０１１−２５３５１７（Ｐ２０１１−２５３５１７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７８３０４（Ｐ２０１０−１７８３０４）
【出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【出願人】（３９９０３００６０）学校法人 関西大学 (208)
【出願人】（０００００５８８７）三井化学株式会社 (2,318)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月９日（２０１０．８．９）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【出願人】（３９９０３００６０）学校法人 関西大学 (208)
【出願人】（０００００５８８７）三井化学株式会社 (2,318)
【Ｆターム（参考）】
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